包括接触翼片的化学机械抛光装置用承载头的制作方法

本发明涉及化学机械抛光装置，更详细地说，涉及一种抛光工艺中向基板施加抛光压力的包括接触翼片的承载头。

背景技术：

在半导体或玻璃基板的制造及集成电路的制造工艺中，有必要在预定的步骤，对基板表面实施抛光(polishing)或使基板表面平坦化(planarization)。因这种必要性，广泛使用化学机械抛光(chemicalmechanicalpolishing；cmp)工艺。

基板的化学机械抛光一般通过在压板(platen)上方粘贴抛光垫(pad)后，将基板安装到被称为承载头(carrierhead)的基板容纳机构，然后将浆液涂抹在抛光垫，使得压板和承载头同时旋转，引起抛光垫与基板之间的摩擦而实现。

承载头由从旋转轴接受动力并提供容纳构成承载头所需的部件的空间的基座(base)、连接到基座下部而容纳基板并使其旋转的基板容纳部件以及抛光工艺中支撑基板的侧面而防止基板脱离的扣环(retainingring)等构成。抛光时，基板通过由挠性膜(flexiblemembrane)等构成的基板容纳部件被施加抛光压力，即使基板整体被施加均匀的抛光压力，根据被抛光的膜的性质、抛光垫或浆液，基板的特定区域(例如基板中间或边缘)中的抛光速度也会不同。这种情况下，为了保持良好的抛光均匀度，有必要在基板的预定区域独立控制抛光压力，由此补正各区域的抛光速度。

图1概略性地示出现有的承载头(公开专利10-2006-0044770号)的剖面。承载头包括基座104、容纳并对基板10施压的挠性膜108以及扣环110。挠性膜108包括从容纳基板10的一面向上延长的外周部分124和翼片(flap)形态的环形隔壁部128a，128b。隔壁部128a，128b将挠性膜108划分成同心圆形态，据此，外周部分124和隔壁部128a，128b连接到基座104下部时，形成中心腔室106a、中间腔室106b及外围腔室106c。可以通过通道112a，112b，112c向这些加压腔室106a，106b，106c独立施加压力来改变基板10的各区域被施加的压力。然而，根据现有技术，随着翼片形态的隔壁部数量的增加，挠性膜的制作变得困难，因腔室之间的压力差，在隔壁部分支的地点抛光均匀度急速变差。

技术实现要素：

(要解决的技术问题)

本发明的目的在于为了解决上述现有技术中存在的问题而提供一种包括接触翼片的化学机械抛光装置用承载头，在化学机械抛光时，能够在基板的预定区域分别施加独立的抛光压力。

(解决问题的手段)

用于解决所述技术问题的本发明实施例的包括接触翼片的化学机械抛光装置用承载头包括：基座；基板容纳部件，连接到所述基座下部，具有基板容纳面即外表面和所述外表面相反侧的内表面；至少一个接触翼片，具有从所述基板容纳部件内侧连接到所述基座下部的连接部，从所述连接部向下延长的翼片侧部以及从所述翼片侧部下端向侧面方向延长的接触部；以及至少一个障壁结构，连接到所述基座下部，邻接所述至少一个接触翼片，其中，所述至少一个障壁结构限制所述至少一个接触翼片的膨胀，以使得所述接触部通过流体压力贴紧所述内表面。

本发明的实施例的化学机械抛光装置承载头用接触翼片包括：环形的接触部，具有提供与基板容纳部件的接触面的下表面和所述下表面的相反侧表面即上表面；翼片侧部，从所述上表面向高度方向延长；以及连接部，从所述翼片侧部上端向侧面方向延长，在所述上表面和所述翼片侧部相遇的至少一个角落形成突出结构。

本发明的另一实施例的化学机械抛光装置承载头用接触翼片包括：环形的接触部，具有提供与基板容纳部件的接触面的下表面和所述下表面的相反侧表面即上表面；翼片侧部，从所述上表面的内侧边缘或外侧边缘中的其中一个边缘向高度方向延长；以及连接部，从所述翼片侧部上端向侧面方向延长，以所述翼片侧部为基准，向与所述接触部的延长方向相反的方向延长。

本发明的另一实施例的化学机械抛光装置承载头用接触翼片包括：环形的接触部，具有提供与基板容纳部件的接触面的下表面和所述下表面的相反侧表面即上表面；翼片侧部，从所述上表面的内侧边缘与外侧边缘之间的表面向高度方向延长；以及连接部，从所述翼片侧部上端向侧面方向延长，以所述翼片侧部为基准，向内侧方向或外侧方向中的其中一个方向延长。

(发明的效果)

本发明的化学机械抛光装置用承载头的效果在于，即使不通过隔壁部划分基板容纳部件，也能向基板的预定区域分别施加独立的抛光压力，据此，可以在区域的边界处，抑制抛光均匀度的急速变化。

附图说明

图1是概略性地示出现有的承载头的剖视图，

图2是本发明的一个实施例的化学机械抛光装置用承载头的剖视图，

图3是接触翼片的立体剖视图，

图4是接触翼片的局部剖视图，

图5是用于说明接触翼片的动作的局部剖视图，

图6是示出接触翼片的其他实施例的局部剖视图，

图7是示出接触翼片的另一实施例的局部剖视图，

图8是示出接触翼片的另一实施例的局部剖视图，

图9是示出接触翼片的另一实施例的局部剖视图，

图10是本发明的另一实施例的承载头的剖视图，

图11是本发明的另一实施例的承载头的剖视图，

图12是本发明的另一实施例的承载头的剖视图，

图13及图14是接触翼片的另一实施例和应用该实施例的承载头的剖视图，

图15及图16是接触翼片的另一实施例和应用该实施例的承载头的剖视图，

图17是示出接触翼片的另一实施例的剖视图，

图18是用于说明突出结构的压力分散功能的承载头局部剖视图和示出基于底板位置的压力值的图表，

图19是示出突出结构的另一实施例的接触翼片的剖视图，

图20是本发明的另一实施例的承载头的剖视图，

图21是本发明的另一实施例的承载头的剖视图。

最佳实施方式

下面参照附图详细描述本发明的优选实施例。然而，本发明并不受限于以下公开的实施例，而是可以由多种不同的形态实施本发明，并旨在完整地告知本领域技术人员本发明的范围。为了说明上的便利，有可能夸大示出附图中构件的尺寸。

在整个说明书中，提及诸如基板容纳部件等一个构件连接到另一构件的“下部”时，应理解为所述一个构件可以直接接触连接到另一构件的“下部”，也可以存在介入其中间的其他构件。相反，提及诸如一个构件“直接连接到另一个构件的下部”时，应理解为其间没有其他构件介入。相同的附图标记表示相同的构件。并且，诸如“上部”，“上方”以及“下部”或“下方”等相对性的术语可用于描述如附图所示的相对于其他构件的某些构件的关系。除了附图所示的方向之外，相对性术语可以包括其他方向。例如，在附图中，当构件翻转(turnedover)时，被描述为位于另一构件的上表面上的构件在所述另一构件的下表面上具有方向。因此，举例来说，术语“上部”可以包括“上”和“下”两个方向，这取决于附图的特定方向。

图2是包括本发明的一个实施例的接触翼片700的化学机械抛光装置用承载头900的剖视图。化学机械抛光装置用承载头900以从旋转轴110接受动力的基座(base)100为基础而构成。首先，直接在基座100下部安装扣环(retainingring)120，扣环120的作用是防止抛光工艺时基板附图中未示出的脱离。同样地，连接到所述基座100下部而在扣环120内侧安装基板容纳部件600。

基板容纳部件600包括底板610、外周部620、紧固部650。底板610具有由基板容纳部件外表面612和基板容纳部件内表面614定义的两个表面，底板610的大小和形状大体上取决于被抛光的基板(附图中未示出)的大小和形状。外表面612是接受并输送基板所需的基板容纳面，内表面614是所述外表面612的相反侧表面，是被施加流体压力的面。外周部620是从底板610的边缘向高度方向延长的部位。图2中外周部620虽然具有垂直于底板610的模样，但外周部也可不必垂直于底板610，可以包含相对于底板610垂直的成分而延长，提供连接到基座100所需的空间即可。紧固部650是从外周部620延长而连接到基座100下部的部位，优选为翼片(flap)形态，末端部分具有o型环(o-ring)结构652而使密封(sealing)变得坚固。

从基板容纳部件600内侧向基座100下部连接接触翼片700的连接部730，翼片侧部720从连接部730向下延长，接触部710从翼片侧部720下端向内侧方向延长而与基板容纳部件内表面614接触。内侧方向是朝向基板容纳部件600中心的方向，外侧方向是从该中心远离的方向。接触翼片700与基座100下部的连接可以通过用螺栓(附图中未示出)将由金属或塑料形成的夹具570紧固到基座100而实现。

将障壁结构530设置在与接触翼片700邻接的外围，连接到基座100下部时，成为障壁结构530围住接触翼片700的形态。障壁结构530的设置取决于接触部710的延长方向，如图2所示，接触部710向内侧方向延长时，以翼片侧部720为基准，障壁结构530设置于相反侧即外侧。优选地，障壁结构530由金属或塑料等实质上具有刚性的(substantiallyrigid)物质形成。可利用螺栓(附图中未示出)将障壁结构530紧固到基座100下部。

基于通过流体通道310施加的压力p2的接触翼片700的膨胀被障壁结构530限制后，接触部710根据流体压力而贴紧基板容纳部件内表面614。实现与内表面614的贴紧时，形成以接触翼片700作为墙壁的，即作为边界的加压腔室即中心腔室300。在中心腔室300外围形成通过流体通道210施加p1的压力的外围腔室200。

图3是示出接触翼片700的一个实施例的立体剖视图。接触翼片700包括接触部710、翼片侧部720及连接部730。接触翼片700整体上呈环形，只看一侧剖面，可具有“匚”字形态。接触翼片700为开放的结构，无法单独形成即使连接部730连接到基座100下部也能存储流体的加压腔室，与基板容纳部件600结合而形成加压腔室。

图4是接触翼片700的局部剖视图。接触部710具有提供与基板容纳部件600的接触面的下表面712和下表面712相反侧的上表面714。优选地，接触部710的延长的长度l为3mm以上。翼片侧部720从接触部的上表面714向高度方向延长，提供与基座100连接所需的空间。翼片侧部720不必一定要垂直于接触部710，为了兼顾的接触，图4示出的φ优选具有90度至120度的值。连接部730可以从翼片侧部720上端向侧面方向延长，是连接到基座100的部位。连接部730的末端部分可以形成o型环结构732，以使密封(sealing)变得坚固。优选地，接触翼片700由可挠性材料成型，可挠性材料可以使用橡胶，包括硅胶、氯丁橡胶或乙丙橡胶等。除o型环结构732的接触翼片700的厚度，接触部710可以具有0.3mm至6mm的值，翼片侧部720和连接部730可以具有0.3mm至3mm的值。

图5是用于说明接触翼片700的动作的部分剖视图。当中心腔室300内的流体压力p2大于外围腔室200的压力p1时，中心腔室300内的流体如直线箭头所示，使翼片侧部720向侧面方向并使接触部710向下方移动。此时，障壁结构530与翼片侧部720接触，基板容纳部件底板610与接触部710接触，从而限制它们移动。接触翼片700如图所示，可以向障壁结构530与底板610之间的缝隙(表示为k)之间局部膨胀，局部膨胀的程度可根据缝隙k的大小及接触翼片700的厚度等而被调整。当向缝隙之间局部膨胀的部分的复原力、流体的压力及障壁结构530的反作用力实现平滑时，局部膨胀将停止，接触部710将贴紧底板610的内表面614。于是，即使中心腔室300的流体压力p2大于外围腔室200的流体压力p1，流体可从中心腔室300向外围腔室200流动的缝隙将消失，中心腔室300成为以接触翼片700为壁的加压腔室。相反，当外围腔室200的流体压力p1大于中心腔室300的流体压力p2时，不会发生上述的接触部710与基板容纳部件内表面614之间的贴紧，流体可从外围腔室200向中心腔室300流动。

因此，参照图2和图5，本发明的实施例的包含接触翼片700的化学机械抛光装置用承载头包括：基座100；基板容纳部件600，连接到所述基座100下部而具有基板容纳面即外表面612和所述外表面612相反侧的内表面614；至少一个接触翼片700，具有从所述基板容纳部件600内侧连接到所述基座100下部的连接部730、从所述连接部730向下延长的翼片侧部720以及从所述翼片侧部720下端向侧面方向延长的接触部710；以及至少一个障壁结构530，连接到所述基座100下部，邻接所述至少一个接触翼片700，其中，所述至少一个障壁结构530限制所述至少一个接触翼片700的膨胀，以使得所述接触部710通过流体压力贴紧所述内表面614。

图6是示出接触翼片760的另一实施例的局部剖视图。上述图5中示出接触翼片700向障壁结构530与基板容纳部件600之间的缝隙k局部膨胀，这种局部膨胀可以改变加压区域并缩短接触翼片700的寿命。因此，如图6所示，在接触部的上表面714与翼片侧部720相遇的角落形成突出结构740，抑制向缝隙局部膨胀的现象。突出结构740如图所示，可以具有阶梯(step)形状，宽度s可以具有2mm至14mm的值，高度h可以具有1mm至7mm的值。优选地，突出结构740与接触翼片760具有相同的材质，当接触翼片760成型时同时成型。

图7是示出接触翼片761另一实施例的局部剖视图，突出结构741可以包括坡面。虽然附图未示出，突出结构也可以包括曲面。当突出结构741的形态被单一表面规定时，突出结构741的宽度s和高度h如图所示，可以被定义为从角落到突出结构741分别与接触部710和翼片侧部720相遇之处的距离。

因此，参照图6及图7，本发明的一个实施例的化学机械抛光装置承载头用接触翼片760，761包括：环形的接触部710，具有提供与基板容纳部件的接触面的下表面712和所述下表面的相反侧表面即上表面714；翼片侧部720，从所述上表面714的内侧边缘与外侧边缘之间的表面向高度方向延长；以及连接部730，从所述翼片侧部720上端向侧面方向延长，在所述上表面714与所述翼片侧部720相遇的至少一个角落形成突出结构740，741。

图8是示出接触翼片762的另一实施例的局部剖视图，连接部734不是从翼片侧部720延长的翼片形态，而是在翼片侧部720末端成型为边框形态。关于这种连接部734，无需向上下缩紧而实施密封(sealing)，可以用绑带等向侧面方向缩紧而实施密封，具有可以在狭窄的空间使用的优点。

图9是示出接触翼片700的另一实施例的局部剖视图，在翼片侧部720形成槽722。沿翼片侧部720的圆周面形成的槽722使得翼片侧部720容易弯曲，这可以使中心腔室300及外围腔室200形成真空，基板容纳部件底板610被抬起时承受更少的阻力。虽然附图中仅示出一个槽722，但也可以形成多个槽。

图10是本发明的另一实施例的承载头900的剖视图。当外围腔室200的流体压力p1大于中心腔室300的流体压力p2时，利用接触部710'向外侧方向延长的接触翼片764才能抑制流体从外围腔室200流向中心腔室300。因接触部710'向外侧方向延长，障壁结构532位于接触部710'延长方向的相反侧即内侧。同时，夹具572也与图2不同地位于外侧。

图11是本发明的另一实施例的承载头900的剖视图，示出基座100的突出部作用为障壁结构132的情况。此时，障壁结构132的位置为接触部710'延长方向的相反侧。

图12是本发明的另一实施例的承载头900的剖视图，将两个接触翼片700，764安装到障壁结构534之后，连接到基座100下部。如上述，两个接触翼片700，764之间的障壁结构534与两个接触部710，710'的延长方向同时布置在相反侧的形态。接触部710向内侧延长的接触翼片700抑制从中心腔室300到外围腔室200的流体流动，接触部710'向外侧延长的接触翼片764可以抑制向相反方向的流体移动。因此，示出的承载头900中，与外围腔室200的压力p1和中心腔室300的压力p2的相对大小无关地抑制一个腔室到另一腔室的流体流动。

图13及图14是接触翼片766的另一实施例和应用其的承载头900的剖视图。首先，图13示出接触部710和连接部730'的延长方向以翼片侧部720为基准而相反的接触翼片766。虽然未示出，翼片侧部720从接触部710的内侧边缘向高度方向延长，连接部向接触部710的延长方向的相反方向即内侧方向延长。并且，虽然未示出，在上表面714与翼片侧部720相遇的角落可以形成上述的图6或图7的突出结构740，741。图14示出同时安装上述接触翼片766和接触部与连接部的延长方向相同的接触翼片764的承载头900。如图所示，接触翼片764，766可以通过一个障壁结构536和一个夹具572连接到基座100下部。

因此，参照上述图13和图14，本发明的另一实施例的化学机械抛光装置承载头用接触翼片766包括：环形的接触部710，具有提供与基板容纳部件的接触面的下表面712和所述下表面的相反侧表面即上表面714；翼片侧部720，从所述上表面714的内侧边缘或外侧边缘中的其中一个边缘向高度方向延长；以及连接部730'，从所述翼片侧部720上端向侧面方向延长，以所述翼片侧部720为基准，向与所述接触部710的延长方向相反的方向延长。

图15及图16是接触翼片768的另一实施例和应用其的承载头900的剖视图。首先，参照图15，翼片侧部720从接触部716的上表面718中内侧边缘和外侧边缘之间(例如两个边缘的中间地点)的表面相高度方向延长，连接部730从翼片侧部720的上端向内侧方向延长。虽然未示出，连接部730可以向外侧方向延长。因此，接触部716被分为以翼片侧部720为基准而向内侧及外侧两个方向延长的多个接触部部分716'，716”。向内侧延长的接触部部分716'用于抑制从内侧向外侧的流体流动，向外侧延长的接触部部分716”用于抑制从外侧向内侧的流体流动。附图中两个接触部部分716'，716”以翼片侧部720为基准而相互对称，但两个接触部部分的厚度或延长的长度可以不同。图16示出上述接触翼片768通过两个障壁结构538，540紧固后连接到基座100下部。如上述，即使有一个接触翼片768，因向两个方向延长的接触部716和障壁结构538，540，可以抑制从两个腔室200，300向两个方向的流体流动。

因此，参照上述图15和图16，本发明的另一实施例的化学机械抛光装置承载头用接触翼片768包括：环形的接触部716，具有提供与基板容纳部件的接触面的下表面717和所述下表面717的相反侧表面即上表面718；翼片侧部720，从所述上表面718的内侧边缘与外侧边缘之间的表面向高度方向延长；以及连接部730，从所述翼片侧部720上端向侧面方向延长，以所述翼片侧部720为基准，向内侧方向或外侧方向中的其中一个方向延长。

图17是示出接触翼片的另一实施例的剖视图，在翼片侧部720和接触部716的上表面718相遇的角落形成突出结构742，744。因接触部716以翼片侧部720为基准而被分成向内侧及外侧两个方向延长的接触部部分716'，716”，上表面718也被分成上表面内侧部分718'和上表面外侧部分718”。虽然附图中形成了相互对称的阶梯形态的突出结构742，744，但在上表面内侧部分718'和上表面外侧部分718”与翼片侧部720相遇的各个角落可以形成不同模样和大小的突出结构，而且也可以仅在一个角落形成突出结构。突出结构742，744如上述图6的情况，可以抑制在障壁结构与基板容纳部件之间的缝隙产生的部分膨胀。

图18是用于说明整体宽度为2w的突出结构742，744的压力分散功能的承载头局部剖视图和基于底板610位置的压力值的图表。首先，参照图18a，表示为区域(zone)1的外围腔室200被施加p1的压力，表示为区域(zone)2的中心腔室300被施加p2的压力。这些压力直接传递到底板610或通过接触部716'，716”和突出结构742，744传递到底板。首先，当外围腔室200的压力p1作用于突出结构744的上表面时，该压力p1被传递到底板610侧而分散到旁边的突出结构742。结果，基于底板610的位置而从外围腔室200受到的压力变化如图18b的图表z1effect(效果)。同样，当中心腔室300的压力p2作用于突出结构742上表面时，该p2被传递到底板610侧而分散到旁边的突出结构744。结果，基于底板610的位置而从中心腔室300受到的压力变化如图18b的图表z2effect(效果)。因此，底板610最终受到的压力是对底板610施加的所有压力的总和，因此其变化如图18c的图表z1+z2effect(效果)。即，底板610所受的压力因突出结构742，744而从外围腔室200即zone1变为中心腔室300即zone2时，能够缓慢地改变。

图19是示出突出结构746，748的另一例的接触翼片772的剖视图。突出结构746，748如图所示，形成坡面，这种坡面被施加的压力可以直接跳过翼片侧部720而直接传递到接触部。例如，外侧突出结构748的坡面被施加的压力将作用于内侧突出结构746及内侧接触部部分716'。因此，具有坡面(例如倾斜角度45度)的突出结构可以有效引起缓慢的压力变化。突出结构的模样可以包括阶梯形态及坡面形态以及曲面形态，可以考虑膨胀抑制和压力分散效果而确定其模样和大小。

因此参照上述图17及图19，本发明的一个实施例的化学机械抛光装置承载头用接触翼片770，772包括：环形的接触部716，具有提供与基板容纳部件的接触面的下表面717和所述下表面相反侧表面即上表面718；翼片侧部720，从所述上表面718向高度方向延长；以及连接部730，从所述翼片侧部720上端向侧面方向延长，其中，在所述上表面718与所述翼片侧部720相遇的至少一个角落形成突出结构742，744，746，748。

图20是本发明的另一实施例的化学机械抛光装置用承载头900的剖视图。通过两个接触翼片772a，772b和四个障壁结构538a，540a，538b，540b来形成外围腔室200、中心腔室300以及中间腔室400，通过流体通道210，310，410来向各个腔室200，300，400独立地施加p1、p2以及p3的压力。这样利用接触翼片和障壁结构而向基板容纳部件底板610预定区域独立地施加压力，这将直接作用于抛光时容纳的基板(附图中未示出)而用于调整各区域的抛光速度。

因此，参照图20，包括本发明的实施例的接触翼片772a，772b的化学机械抛光装置用承载头900包括：基座100；基板容纳部件600，连接到所述基座100下部，具有基板容纳面即外表面612和所述外表面相反侧的内表面614；至少一个接触翼片772a，772b，具有从所述基板容纳部件600内侧连接到所述基座100下部的连接部730a，730b，从所述连接部730a，730b向下延长的翼片侧部720a，720b以及从所述翼片侧部720a，720b下端向侧面方向延长的接触部716a，716；以及至少一个障壁结构538a，540a，538b，540b，连接到所述基座100下部，邻接所述至少一个接触翼片772a，772b，其中，所述至少一个障壁结构538a，540a，538b，540b限制所述至少一个接触翼片772a，772b的膨胀，以使得所述接触部716a，716b通过流体压力贴紧所述内表面614。

图21是本发明的另一实施例的化学机械抛光装置用承载头900的剖视图。基板容纳部件602还可以包括：环形隔壁部622，从底板610的内表面614向高度方向延长。如图所示，通过夹具140来将隔壁部622的末端部分连接到基座100下部时，形成以隔壁部622为壁的中心腔室302。这种基板容纳部件602是图1所示的基于现有技术的基板容纳部件，形成由隔壁部622围住的加压腔室(例如中心腔室302)之外，也可以由隔壁部622和本发明的接触翼片成双作用为侧壁而形成加压腔室。例如，如图21所示，流体通道410被施加p3的压力时，隔壁部622作用为内侧位于外围的接触翼片772b贴紧内表面614而作用为外侧壁，从而形成环形的加压腔室402。图21中一个隔壁部622位于一个接触翼片772b内侧，但承载头也可以包含多个隔壁部和多个接触翼片，隔壁部可位于接触翼片的外侧。

具体实施方式

本发明的具体实施方式已在上述的“最佳实施方式”中充分描述，此处将省略。

工业实用性

本发明可被应用于半导体或玻璃基板的制造及集成电路的制造过程中所需的化学机械抛光工艺。