弹性膜、基板保持装置及研磨装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于保持晶片等基板的基板保持装置的弹性膜。此外，本发明涉及一种具备此种弹性膜的基板保持装置及研磨装置。
【背景技术】
[0002]近年来，伴随半导体设备的高积体化、高密度化，电路配线越来越微细化，多层配线的层数也不断增加。为了谋求电路微细化而且实现多层配线，由于遵循下侧层的表面凹凸而且阶梯差更大，因此随着配线层数增加，膜被覆性(阶跃式覆盖率)对形成薄膜时的阶梯差形状变差。因此，为了实施多层配线，必须改善该阶跃式覆盖率，并以适当的过程进行平坦化处理。此外，因为焦点深度随光微影术的微细化而变浅，所以需要将半导体设备表面实施平坦化处理，使半导体设备表面的凹凸阶梯差达到焦点深度以下。
[0003]因此，在半导体设备的制造工序中，半导体设备表面的平坦化越来越重要。该表面平坦化中最重要的技术是化学机械研磨(CMP:Chemical mechanical Polishing)。该化学机械研磨是在研磨垫的研磨面上供给包含二氧化硅(Si02)等磨料的研磨液，并使晶片滑动接触于研磨面来进行研磨的。
[0004]用于进行CMP的研磨装置具备:支撑研磨垫的研磨台；及用于保持晶片的顶环或是称为研磨头等的基板保持装置。使用此种研磨装置进行晶片的研磨情况下，由基板保持装置保持晶片，并以指定压力将该晶片向研磨垫的研磨面按压。此时，通过使研磨台与基板保持装置相对移动，晶片滑动接触于研磨面，从而研磨晶片表面。
[0005]研磨中的晶片与研磨垫的研磨面间的相对按压力在整个晶片面上不均匀时，根据施加给晶片各部分的按压力而发生研磨不足或过度研磨。因此，为了使对晶片的按压力均匀化，而在基板保持装置下部设置由弹性膜形成的压力室，通过在该压力室中供给空气等流体，经由弹性膜而由流体压按压晶片。
[0006]因为上述研磨垫具有弹性，所以有时施加于研磨中的晶片边缘部(周缘部)的按压力不均匀，而发生仅晶片边缘部被研磨较多的所谓“边缘塌陷”的情况。为了防止此种边缘塌陷，将保持晶片边缘部的挡环设成可对顶环本体(或运载头(Carrier Head)本体)进行上下移动，并以挡环按压位于晶片外周缘侧的研磨垫的研磨面。
[0007]【先前技术文献】
[0008]【专利文献】
[0009][专利文献I]日本特开2013-111679号公报
【发明内容】
[0010](发明所要解决的问题)
[0011]近年来，半导体设备的种类增加快速，按照每个设备或每个CMP工序(氧化膜研磨或金属膜研磨等)调整晶片边缘部的研磨剖面的必要性提高。作为原因之一，可列举出:各CMP工序之前进行的成膜工序因膜种类不同而不同，所以晶片的初期膜厚分布不同。通常在CMP后整个晶片需要使膜厚分布均匀，所以各个不同初期膜厚分布需要的研磨剖面不同。
[0012]还可举出其他原因，即从成本等观点出发，研磨装置所使用的研磨垫及研磨液等的种类繁多。研磨垫或研磨液等消耗材料不同时，特别是晶片边缘部的研磨剖面差异很大。在半导体设备制造中，晶片边缘部的研磨剖面对产品的成品率的影响很大。因此，在晶片边缘部，特别是在半径方向狭窄的区域精密调整晶片边缘部的研磨剖面是非常重要的。
[0013]为了调整晶片边缘部的研磨剖面，提出有专利文献I所示的各种弹性膜。但是，这些弹性模适合调整比较宽的区域的晶片边缘部的研磨剖面的情况。
[0014]因此，本发明的目的为提供一种可在晶片边缘部的狭窄区域精密调整研磨剖面的弹性膜(Membrane)。此外，本发明的目的为提供一种具备这种弹性膜的基板保持装置及研磨装置。
[0015](用于解决问题的手段)
[0016]本发明一方式是用于基板保持装置的弹性膜，其特征在于，具备:抵接部，该抵接部抵接于基板，并将该基板按压于研磨垫；第一边缘周壁，该第一边缘周壁从所述抵接部的周端部向上方延伸；及第二边缘周壁，该第二边缘周壁具有连接于所述第一边缘周壁的内周面的水平部，所述第一边缘周壁的内周面具有相对所述抵接部垂直延伸的上侧内周面及下侧内周面，所述上侧内周面从所述第二边缘周壁的所述水平部向上方延伸，所述下侧内周面从所述第二边缘周壁的所述水平部向下方延伸。
[0017]优选方式的特征在于，所述上侧内周面及所述下侧内周面处于同一面内。
[0018]优选方式的特征在于，在所述下侧内周面上形成有沿所述第一边缘周壁的周向延伸的环状槽。
[0019]优选方式的特征在于，所述环状槽形成于所述下侧内周面的下端。
[0020]优选方式的特征在于，还具备配置于所述第二边缘周壁的径向内侧的第三边缘周壁，所述第三边缘周壁的下端连接于所述抵接部，所述第三边缘周壁的下端邻接于所述第一边缘周壁。
[0021]本发明另一方式是基板保持装置，其特征在于，具备:弹性膜，该弹性膜形成用于按压基板的多个压力室；头本体，该头本体安装所述弹性膜；及挡环，该挡环以包围所述基板的方式配置；所述弹性膜是上述弹性膜。
[0022]本发明又一方式是研磨装置，具备:研磨台，该研磨台用于支撑研磨垫；及基板保持装置，该基板保持装置用于将基板按压于所述研磨垫。所述研磨装置的特征在于，所述基板保持装置具备:弹性膜，该弹性膜形成用于按压基板的多个压力室；头本体，该头本体安装所述弹性膜；及挡环，该挡环以包围所述基板的方式配置；所述弹性膜是上述弹性膜。
[0023](发明的效果)
[0024]通过将弹性膜使用于研磨装置的基板保持装置，可精密控制在基板外周部的狭窄范围的研磨率。因此，在各种处理中，基板面内的研磨率的均匀性提高，可使成品率提高。
【附图说明】
[0025]图1是表示研磨装置一实施方式的图。
[0026]图2是表示设于图1所示的研磨装置的研磨头(基板保持装置)的图。
[0027]图3是表示设于图2所示的研磨头的弹性膜(Membrane)的剖面图。
[0028]图4是表示弹性膜的一部分的放大剖面图。
[0029]图5是第一边缘周壁的上侧内周面及下侧内周面倾斜时力的作用方向的说明图。
[0030]图6是第一边缘周壁的上侧内周面及下侧内周面倾斜时力的作用方向的说明图。
[0031]图7是第一边缘周壁的上侧内周面倾斜时力的作用方向的说明图。
[0032]图8是第一边缘周壁的下侧内周面倾斜时力的作用方向的说明图。
[0033]图9是第一边缘周壁的上侧内周面及下侧内周面相对抵接部垂直延伸时力的作用方向的说明图。
[0034]图10是表示弹性膜的另一实施方式的剖面图。
[0035]图11是表示弹性膜的又一实施方式的剖面图。
[0036]符号说明
[0037]I研磨头
[0038]2 头本体
[0039]3 挡环
[0040]5、6、7、8 保持环
[0041]10 弹性膜(Membrane)
[0042]10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10h 周壁
[0043]11抵接部
[0044]12中央压力室
[0045]14a、14b边缘压力室
[0046]16aU6bU6cU6dU6e 中间压力室
[0047]17 通孔
[0048]18研磨台
[0049]18a 台轴
[0050]19研磨垫
[0051]19a研磨面
[0052]20、22、24a、24b、24c、24d、24e、24f 流路
[0053]25研磨液供给喷嘴
[0054]26、28、30a、30b、30c、30d、30e、30f 流体管线
[0055]32流体供给源
[0056]34 固定室
[0057]36 流路
[0058]38流体管线
[0059]40控制装置
[0060]64头支臂
[0061]66旋转筒
[0062]67定时带轮
[0063]68头马达
[0064]69定时带
[0065]70定时带轮
[0066]80支臂旋转轴
[0067]81上下移动机构
[0068]82旋转接头
[0069]83 轴承
[0070]84 桥部
[0071]85支撑台
[0072]86 支柱
[0073]88滚珠丝杠
[0074]88a丝杠轴
[0075]88b 螺母
[0076]90伺服马达
[0077]101内周面
[0078]1la上侧内周面
[0079]1lb下侧内周面
[0080]102外周面
[0081]103 弯曲部
[0082]104凸缘部
[0083]105环状槽
[0084]111