化學(xué)機(jī)械拋光晶圓承載器的制造方法
【專利摘要】一種化學(xué)機(jī)械拋光晶圓承載器，采用上球面軸承、下球面軸承、上十字聯(lián)軸節(jié)、下十字聯(lián)軸節(jié)、固定在集流盤上的支撐柱以及與支撐柱滑動(dòng)連接的安裝環(huán)和上蓋上的導(dǎo)向孔構(gòu)成萬向節(jié)結(jié)構(gòu)，帶動(dòng)晶圓自動(dòng)產(chǎn)生萬向偏擺；夾持環(huán)上的外撐螺釘、保持環(huán)上的與外撐螺釘成配合副的限位孔以及氣囊構(gòu)成保持環(huán)移動(dòng)限位機(jī)構(gòu)，使保持環(huán)壽命延長、更換周期合理、容易；保持環(huán)、夾持環(huán)和調(diào)整墊片構(gòu)成晶圓存放平面槽的深度微調(diào)機(jī)構(gòu)，更換調(diào)整墊片保持晶圓安裝槽深度在規(guī)定范圍內(nèi)。本發(fā)明在改善“邊緣效應(yīng)”的同時(shí)，上蓋、集流盤采用工藝孔結(jié)構(gòu)，使晶圓分區(qū)域控制的背壓流體分布均衡、作用面積大且管路安裝方便。本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸大，可滿足大直徑晶圓拋光要求。
【專利說明】化學(xué)機(jī)械拋光晶圓承載器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種拋光裝置，特別是涉及一種化學(xué)機(jī)械拋光晶圓承載器。
【背景技術(shù)】
[0002]化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)是化學(xué)溶液腐蝕結(jié)合機(jī)械顆粒磨削對半導(dǎo)體材料或其他材料進(jìn)行拋光的技術(shù)，它廣泛應(yīng)用在集成電路(IC)制造業(yè)。高精度、超光滑無損傷表面的晶圓(或芯片)即由化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備來獲得。化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備主要包括拋光主軸、晶圓承載器、拋光臺、拋光墊、拋光液管路。晶圓承載器是設(shè)備的核心部件。晶圓承載器固定在拋光主軸下面上，拋光墊粘附在拋光臺上面，被拋光的晶圓處在晶圓承載器和拋光墊之間。拋光主軸連接晶圓承載器進(jìn)行升降、旋轉(zhuǎn)并控制晶圓承載器的下壓力。拋光主軸以及晶圓承載器上具有多條(真空、氣壓、去離子水)的流體管路。晶圓承載器或者真空吸附晶圓，或者夾緊晶圓。晶圓被夾持時(shí)，流體通過晶圓承載器分區(qū)域的產(chǎn)生可將晶圓壓在拋光墊上的不同壓力的背壓(對晶圓背面施加的液壓力稱為背壓)，以增大晶圓拋光面與拋光墊的磨削力，拋光主軸帶動(dòng)晶圓承載器相對拋光臺做互為反向旋轉(zhuǎn)，晶圓承載器旋轉(zhuǎn)的同時(shí)還在旋轉(zhuǎn)平面上做一定角度的偏擺。晶圓承載器同時(shí)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)加偏擺的過程中，拋光液管路將拋光液輸送到拋光墊上，從而達(dá)到晶圓在機(jī)械磨削和化學(xué)溶液腐蝕雙重作用下的拋光目的。目前，晶圓承載器主要存在以下問題:
I)拋光主軸的下壓力；晶圓承載器、拋光臺的旋轉(zhuǎn)力；拋光墊的平整度、背壓以及經(jīng)拋光墊噴出的液壓力綜合產(chǎn)生的拋光力最終均作用在晶圓的被拋光面上，這個(gè)綜合的拋光力在晶圓拋光面上應(yīng)基本處處相同，否則極易發(fā)生碎片事故。為保證晶圓承載器旋轉(zhuǎn)與擺動(dòng)同時(shí)進(jìn)行情況下，拋光力在晶圓上處處基本相同，晶圓承載器通常設(shè)計(jì)成兩部分，上部分與拋光主軸連接，下部分既與上部分連接隨拋光主軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，又以拋光主軸軸線為中心感受綜合拋光壓力變化相對上部分的平面在一定角度下做任意方向的萬向偏擺，以調(diào)整拋光力在晶圓拋光面上各個(gè)點(diǎn)基本一致。晶圓承載器兩部分的連接是設(shè)計(jì)難題?，F(xiàn)有晶圓承載器兩部分連接的結(jié)構(gòu)基本上是氣囊式，缺點(diǎn)較多。
[0003]2)目前，晶圓直徑發(fā)展的越來越大，由于晶圓承載器旋轉(zhuǎn)線速度不一致，若只對晶圓施加單一背壓，不同區(qū)域的拋光去除率會產(chǎn)生差異，造成晶圓拋光面形貌突兀。為避免上述問題，對不同拋光區(qū)域采用不同背壓是避免晶圓面形突兀的基本技術(shù)，但當(dāng)前對晶圓背壓進(jìn)行區(qū)域控制的流體管路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，安裝困難。
[0004]3) “邊緣效應(yīng)”會導(dǎo)致晶圓邊緣處有一定的區(qū)域難以達(dá)到亞微米級別精度，降低晶圓成品率和芯片產(chǎn)量。目前對晶圓承載器均采用保持環(huán)緊壓在拋光臺的拋光墊上的方式來減小“邊緣效應(yīng)”。保持環(huán)磨損量達(dá)到一定值后就必須更換。傳統(tǒng)保持環(huán)的上面結(jié)構(gòu)部分采用不銹鋼，下面磨損部分采用PEEK/PPS塑料構(gòu)成。對傳統(tǒng)保持環(huán)的更換采用或工作一定時(shí)間或拋光了一定量晶圓的方法進(jìn)行，為了防止出現(xiàn)“邊緣效應(yīng)”，保持環(huán)經(jīng)常被提前、頻繁更換，造成使用壽命短。PEEK/PPS材料價(jià)格不菲，過早更換會造成浪費(fèi)，頻繁更換更會影響設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，降低產(chǎn)能和效益。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是給出一種晶圓承載器下部分旋轉(zhuǎn)與偏擺同時(shí)進(jìn)行時(shí)，感受綜合拋光壓力變化，下部分帶動(dòng)晶圓相對拋光墊自動(dòng)產(chǎn)生的萬向偏擺能力強(qiáng)；對晶圓不同的拋光區(qū)域施加不同氣體背壓的流體管路結(jié)構(gòu)合理，安裝方便且背壓區(qū)域作用面積大、壓力均衡；保持環(huán)更換周期合理，使用壽命長；保持環(huán)與晶片安裝盤之間形成的晶圓安裝槽深度可調(diào)難
iF.0
[0006]本發(fā)明的目的是能夠?qū)崿F(xiàn)的。本發(fā)明化學(xué)機(jī)械拋光晶圓承載器包括連接在拋光主軸上的上蓋以及拋光主軸與上蓋之間連接的若干液壓管路，還包括安裝環(huán)、集流盤、夾持環(huán)、保持環(huán)、膨脹氣囊、晶片安裝盤、背膜以及通過拋光主軸、上蓋與集流盤連接的背壓流體管路，其中，保持環(huán)的下平面突出晶片安裝盤粘貼的背膜的下表面形成晶圓存放平面槽。本發(fā)明化學(xué)機(jī)械拋光晶圓承載器的特征在于:所述上蓋的下面安裝一個(gè)環(huán)形的上球面軸承，集流盤的上面安裝一個(gè)環(huán)形的下球面軸承，上球面軸承的內(nèi)徑表面扣壓在下球面軸承的外徑表面上成工作配合副，所述上蓋的下表面中心處靜配合連接一個(gè)柔性材料制作的上十字聯(lián)軸節(jié)，集流盤的上表面中心處靜配合連接一個(gè)柔性材料制作的下十字聯(lián)軸節(jié)，上十字聯(lián)軸節(jié)和下十字聯(lián)軸節(jié)為柔性結(jié)構(gòu)并通過螺釘連接，所述上蓋的下表面外緣固定連接環(huán)形的安裝環(huán)，安裝環(huán)連同上蓋沿圓周方向均布對稱地設(shè)有若干導(dǎo)向孔，所述每個(gè)導(dǎo)向孔內(nèi)均滑動(dòng)連接一個(gè)限動(dòng)柱的上部，限動(dòng)柱的下部螺紋固定連接在集流盤的上表面，所述上球面軸承、下球面軸承、上十字聯(lián)軸節(jié)、下十字聯(lián)軸節(jié)、固定在集流盤上的限動(dòng)柱以及與限動(dòng)柱滑動(dòng)連接的安裝環(huán)和上蓋上的導(dǎo)向孔構(gòu)成萬向節(jié)擺動(dòng)結(jié)構(gòu)；
所述集流盤通過螺釘固定連接夾持環(huán)，所述晶片安裝盤處在夾持環(huán)中心孔中，并通過上部邊緣的凸臺搭接在夾持環(huán)中心孔內(nèi)的下部邊緣的臺階上，夾持環(huán)的臺階與集流盤共同夾緊連接晶片安裝盤，所述夾持環(huán)的外側(cè)表面下部沿圓周呈細(xì)頸狀，細(xì)頸體上滑動(dòng)地套接保持環(huán)，夾持環(huán)的細(xì)頸體外表面周向?qū)ΨQ地均布設(shè)有若干螺釘孔，每個(gè)螺釘孔內(nèi)均螺紋埋設(shè)連接一個(gè)二階軸狀的由粗細(xì)兩部分組成的外撐螺釘，所述保持環(huán)上一一對應(yīng)每個(gè)外撐螺釘均布設(shè)有若干上下方向開設(shè)的條狀限位孔，所述外撐螺釘粗端臺階處的端面與所述保持環(huán)于限位孔邊緣處的內(nèi)壁面呈脹撐狀的靜配合連接，外撐螺釘?shù)募?xì)頸部分處在所述保持環(huán)的限位孔中，與限位孔滑動(dòng)連接，所述夾持環(huán)上的外撐螺釘、保持環(huán)上的與外撐螺釘成工作配合副的限位孔以及氣囊構(gòu)成保持環(huán)的移動(dòng)限位機(jī)構(gòu)，所述保持環(huán)在氣囊外側(cè)處的上平面與夾持環(huán)的下平面之間設(shè)有調(diào)整墊片，所述保持環(huán)、夾持環(huán)和調(diào)整墊片構(gòu)成晶圓存放平面槽的深度微調(diào)機(jī)構(gòu)。
[0007]本發(fā)明化學(xué)機(jī)械拋光晶圓承載器，其中所述上蓋、上球面軸承、安裝環(huán)構(gòu)成上部組件，所述集流盤、下球面軸承、晶片安裝盤、夾持環(huán)、保持環(huán)、調(diào)整墊片和背膜、限動(dòng)柱構(gòu)成下部組件，所述上部組件與下部組件于安裝環(huán)與集流盤之間具有一個(gè)下部組件的擺動(dòng)空域，所述下部組件通過限動(dòng)柱相對上部組件的下平面具有一個(gè)受綜合拋光壓力變化以拋光主軸軸線為中心在360°平面內(nèi)的任意方向的上下擺動(dòng)軌跡。
[0008]本發(fā)明化學(xué)機(jī)械拋光晶圓承載器，其中所述上部組件與下部組件的擺動(dòng)空域內(nèi)設(shè)有四條分區(qū)域控制背壓液壓力的流體管路，所述集流盤下端面以中心點(diǎn)按直徑大小依次設(shè)有四個(gè)環(huán)形的凹槽，四個(gè)環(huán)形凹槽中分別對應(yīng)的設(shè)有四個(gè)密封圈，所述晶片安裝槽的上端面設(shè)有一個(gè)平面凹槽和若干圓周分布且與平面凹槽連通的貫通孔，所述四個(gè)密封圈與晶片安裝槽的平面凹槽貼合，將平面凹槽分割構(gòu)成互為封閉的I背壓室、II背壓室、III背壓室、IV背壓室，四個(gè)背壓室分別通過晶片安裝槽的貫通孔與背膜對應(yīng)的貫通孔連通；
上蓋上端面徑向分布的和拋光主軸流體管路連通的五個(gè)孔口與在其下端面設(shè)置的五個(gè)孔口連通，孔口 19’上固定倒鉤接頭33，孔口 20’上固定倒鉤接頭34，孔口 21’上固定倒鉤接頭35，孔口 22’上固定倒鉤接頭36，孔口 23’上固定倒鉤接頭37 ；
集流盤上設(shè)有各為一個(gè)的通孔24、27、28和四個(gè)90°均布處在內(nèi)環(huán)同一直徑上的通孔25以及四個(gè)90°均布處在外環(huán)同一直徑上的通孔26，通孔24下端面出口與IV背壓室連通，通孔27下端面出口與III背壓室連通，四個(gè)通孔25的下端面出口與II背壓室連通，四個(gè)通孔26的下端面出口與I背壓室連通，通孔28內(nèi)插接氣囊的連接軟管。集流盤上端面上:通孔24上固定倒鉤接頭29，四個(gè)通孔25上各自分別固定一個(gè)通過軟管連接在一起的接頭30，四個(gè)通孔26上各自分別固定一個(gè)通過軟管連接在一起的接頭31，通孔27上固定倒鉤接頭32，孔口 28中具有氣囊的連接軟管；
所述集流盤的通孔24上的倒鉤接頭29通過軟管與上蓋的孔口 23’上的倒鉤接頭37連接構(gòu)成IV背壓室的流體管路，所述集流盤的通孔27 ()上的倒鉤接頭32通過軟管與上蓋的孔口 20’上的倒鉤接頭34連接構(gòu)成III背壓室的流體管路，所述集流盤的通孔25上的接頭30通過軟管與上蓋I的孔口 22’上的倒鉤接頭36連接構(gòu)成II背壓室的流體管路，所述集流盤的通孔26上的接頭31通過軟管與上蓋的孔口 21’上的倒鉤接頭35連接構(gòu)成I背壓室的流體管路8，氣囊的軟管與上蓋的孔口 19’上的倒鉤接頭33連接構(gòu)成氣囊的流體管路8。
[0009]本發(fā)明化學(xué)機(jī)械拋光晶圓承載器與現(xiàn)有技術(shù)不同之處在于本發(fā)明化學(xué)機(jī)械拋光晶圓承載器采用上球面軸承、下球面軸承、上十字聯(lián)軸節(jié)、下十字聯(lián)軸節(jié)、固定在集流盤上的支撐柱以及與支撐柱滑動(dòng)連接的安裝環(huán)和上蓋上的導(dǎo)向孔構(gòu)成萬向節(jié)結(jié)構(gòu)，下部分帶動(dòng)晶圓自動(dòng)產(chǎn)生的萬向偏擺能力強(qiáng)。夾持環(huán)上的外撐螺釘、保持環(huán)上的與外撐螺釘成工作配合副的限位孔以及氣囊構(gòu)成保持環(huán)的移動(dòng)限位機(jī)構(gòu)使保持環(huán)使用壽命延長、更換周期合理，更換容易。保持環(huán)、夾持環(huán)和調(diào)整墊片構(gòu)成晶圓存放平面槽的深度微調(diào)機(jī)構(gòu)，更換調(diào)整墊片，使晶圓安裝槽深度在規(guī)定范圍內(nèi)。本發(fā)明在改善“邊緣效應(yīng)”的同時(shí)，上蓋、集流盤采用開設(shè)工藝孔的方法使得晶圓背壓分區(qū)域控制的流體分布更加合理，管路安裝方便且背壓區(qū)域作用面積大、壓力均衡。本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸大，可滿足大直徑晶圓拋光要求。
[0010]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光晶圓承載器作進(jìn)一步說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明化學(xué)機(jī)械拋光晶圓承載器的總體結(jié)構(gòu)圖。
[0012]圖2為化學(xué)機(jī)械拋光晶圓承載器的上部件(安裝上球面軸承，隱去安裝環(huán)和限動(dòng)柱)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖3為化學(xué)機(jī)械拋光晶圓承載器的下部件(已經(jīng)安裝下球面軸承)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖4為化學(xué)機(jī)械拋光晶圓承載器的分區(qū)域壓力控制及保持環(huán)的移動(dòng)限位機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖5為化學(xué)機(jī)械拋光晶圓承載器的上蓋結(jié)構(gòu)示意圖。[0016]圖6為化學(xué)機(jī)械拋光晶圓承載器結(jié)構(gòu)件工藝孔示意圖。
[0017]圖7為化學(xué)機(jī)械拋光晶圓承載器的集流盤結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖8為集流盤下端面示意圖。
[0019]圖9為化學(xué)機(jī)械拋光晶圓承載器的晶片安裝盤結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖10為化學(xué)機(jī)械拋光晶圓承載器的保持環(huán)的移動(dòng)限位機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ] 本發(fā)明是對已有技術(shù)的改進(jìn)。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明化學(xué)機(jī)械拋光晶圓承載器包括連接在拋光主軸上的上蓋I以及拋光主軸與上蓋I之間連接的若干液壓管路，還包括安裝環(huán)2、集流盤3、夾持環(huán)4、保持環(huán)
5、膨脹氣囊10、晶片安裝盤11、背膜12以及通過拋光主軸、上蓋I與集流盤3連接的背壓流體管路8，其中，保持環(huán)5的下平面突出晶片安裝盤11粘貼的背膜12的下表面形成晶圓存放平面槽18。本發(fā)明化學(xué)機(jī)械拋光晶圓承載器的上蓋I的下面安裝一個(gè)環(huán)形的上球面軸承6，集流盤3的上面安裝一個(gè)環(huán)形的下球面軸承7。上球面軸承6的內(nèi)徑表面扣壓在下球面軸承7的外徑表面上成工作配合副。上蓋I的下表面中心處靜配合固定連接一個(gè)柔性材料制作的上十字聯(lián)軸節(jié)38，集流盤3的上表面中心處靜配合固定連接一個(gè)柔性材料制作的下十字聯(lián)軸節(jié)39，上十字聯(lián)軸節(jié)38和下十字聯(lián)軸節(jié)39為柔性結(jié)構(gòu)并通過螺釘連接，構(gòu)成十字聯(lián)軸節(jié)用來傳遞動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)晶圓承載器上部件帶動(dòng)下部件旋轉(zhuǎn)。上蓋I的下表面外緣固定連接環(huán)形的安裝環(huán)2，安裝環(huán)2連同上蓋I沿圓周方向均布對稱地設(shè)有若干導(dǎo)向孔，每個(gè)導(dǎo)向孔內(nèi)均滑動(dòng)連接一個(gè)限動(dòng)柱40的上部，限動(dòng)柱40的下部螺紋固定連接在集流盤3的上表面。上球面軸承6、下球面軸承7、上十字聯(lián)軸節(jié)38、下十字聯(lián)軸節(jié)39、固定在集流盤3上的限動(dòng)柱40以及與限動(dòng)柱40滑動(dòng)連接的安裝環(huán)2和上蓋I上的導(dǎo)向孔構(gòu)成萬向節(jié)擺動(dòng)結(jié)構(gòu)。
[0023]如圖1、圖4、圖10所示，集流盤3通過螺釘固定連接夾持環(huán)4。晶片安裝盤11處在夾持環(huán)4中心孔中，并通過上部邊緣的凸臺彳合接在夾持環(huán)4中心孔內(nèi)的下部邊緣的臺階上，夾持環(huán)4的臺階與集流盤3共同夾緊連接晶片安裝盤11。夾持環(huán)4的外側(cè)表面下部沿圓周呈細(xì)頸狀，細(xì)頸體上滑動(dòng)地套接保持環(huán)5。夾持環(huán)4的細(xì)頸體外表面周向?qū)ΨQ地均布設(shè)有若干螺釘孔，每個(gè)螺釘孔內(nèi)均螺紋埋設(shè)連接一個(gè)二階軸狀的由粗細(xì)兩部分組成的外撐螺釘14。保持環(huán)5上 對應(yīng)每個(gè)外撐螺釘14均布設(shè)有若干上下方向開設(shè)的條狀限位孔，外撐螺釘14粗端臺階處的端面與保持環(huán)5于限位孔邊緣處的內(nèi)壁面呈脹撐狀的靜配合連接，外撐螺釘14的細(xì)頸部分處在所述保持環(huán)5的限位孔中，與限位孔滑動(dòng)連接。夾持環(huán)4上的外撐螺釘14、保持環(huán)5上的與外撐螺釘14成工作配合副的限位孔以及氣囊10構(gòu)成保持環(huán)5的移動(dòng)限位機(jī)構(gòu)。保持環(huán)5在氣囊10外側(cè)處的上平面與夾持環(huán)4的下平面之間設(shè)有調(diào)整墊片13。保持環(huán)5、夾持環(huán)4和調(diào)整墊片13構(gòu)成晶圓存放平面槽18的深度微調(diào)機(jī)構(gòu)。保持環(huán)5的端面突出到晶圓與拋光墊接觸面上，化學(xué)機(jī)械拋光時(shí)使得晶圓與拋光墊直接接觸。晶圓拋光時(shí)氣囊10通入壓縮空氣，使保持環(huán)5沿著保持環(huán)外撐螺釘14向下運(yùn)動(dòng)，使下端面和拋光墊接觸，進(jìn)而減小晶圓的“邊緣效應(yīng)”。調(diào)整墊片13用以微調(diào)存放晶圓的平面槽18的高度。當(dāng)保持環(huán)5發(fā)生磨損后，平面槽18深度變淺。為保證平面槽18深度符合規(guī)定的高度，增大膨脹氣囊10的壓縮空氣壓力，使保持環(huán)5向下運(yùn)動(dòng)再次與拋光墊進(jìn)一步接觸。保持環(huán)5不能無限制的磨損，當(dāng)保持環(huán)5被外撐螺釘14限位卡死時(shí)則應(yīng)更換保持環(huán)5，以防止出現(xiàn)“邊緣效應(yīng)”。
[0024]如圖1、圖4所示，上蓋1、上球面軸承6、安裝環(huán)2構(gòu)成上部組件，集流盤3、下球面軸承7、晶片安裝盤11、夾持環(huán)4、保持環(huán)5、調(diào)整墊片13和背膜12、限動(dòng)柱40構(gòu)成下部組件。上部組件與下部組件于安裝環(huán)2與集流盤3之間具有一個(gè)下部組件的擺動(dòng)空域15。下部組件通過限動(dòng)柱40相對上部組件的下平面具有一個(gè)受綜合拋光壓力變化以拋光主軸軸線為中心在360°平面內(nèi)的任意方向的上下擺動(dòng)軌跡。當(dāng)晶圓承載器位于自由狀態(tài)時(shí)，限動(dòng)柱40處在安裝環(huán)2導(dǎo)向孔中，實(shí)現(xiàn)晶圓承載器上、下兩部組件的連接和連動(dòng)，此時(shí)晶圓承載器上、下部組件之間的擺動(dòng)空域15增大，上下球面軸承接觸面積減小；當(dāng)晶圓承載器壓緊拋光墊時(shí)，支撐螺釘40沿安裝環(huán)2的導(dǎo)向孔向上運(yùn)動(dòng)，此時(shí)限動(dòng)柱40的頂部與上蓋I仍有間隙，并限制下部組件只能在允許的角度內(nèi)做萬向擺動(dòng)。
[0025]如圖1、圖4、圖8所示，上部組件與下部組件的擺動(dòng)空域15內(nèi)設(shè)有四條分區(qū)域控制背壓液壓力的流體管路8。集流盤3下端面以中心點(diǎn)按直徑大小依次設(shè)有四個(gè)環(huán)形的凹槽16-1、16-2、16-3、16-4，四個(gè)環(huán)形凹槽16-1、16-2、16-3、16-4中分別對應(yīng)的設(shè)有四個(gè)密封圈9-1、9-2、9-3、9-4。晶片安裝槽11的上端面設(shè)有一個(gè)平面凹槽和若干圓周分布且與平面凹槽連通的貫通孔(參看圖9)。四個(gè)密封圈9-1、9-2、9-3、9-4與晶片安裝槽11的平面凹槽貼合，將平面凹槽分割構(gòu)成互為封閉的I背壓室17-1、11背壓室17-2、111背壓室17-3、1￥背壓室17-4。四個(gè)背壓室17-1、17-2、17-3、17-4分別通過晶片安裝槽11的貫通孔與背膜12對應(yīng)的貫通孔連通，
如圖2、圖5、圖6所示，上蓋I上端面徑向分布的和拋光主軸流體管路連通的五個(gè)孔口19、20、21、22、23與在其下端面設(shè)置的五個(gè)孔口 19’、20’、21’、22’、23’連通。孔口 19’上固定倒鉤接頭33，孔口 20’上固定倒鉤接頭34，孔口 21’上固定倒鉤接頭35，孔口 22’上固定倒鉤接頭36，孔口 23’上固定倒鉤接頭37。
[0026]如圖3、圖7、圖8所示，集流盤3上設(shè)有各為一個(gè)的通孔24、27、28和四個(gè)90°均布處在內(nèi)環(huán)同一直徑上的通孔25以 及四個(gè)90°均布處在外環(huán)同一直徑上的通孔26。通孔24下端面出口與IV背壓室17-4連通，通孔27下端面出口 27’與III背壓室17-3連通，四個(gè)通孔25的下端面出口與II背壓室17-2連通，四個(gè)通孔26的下端面出口與I背壓室17-1連通，通孔28內(nèi)插接氣囊10的連接軟管。集流盤3上端面上，通孔24上固定倒鉤接頭29，四個(gè)通孔25上各自分別固定一個(gè)通過軟管連接在一起的接頭30，四個(gè)通孔26上各自分別固定一個(gè)通過軟管連接在一起的接頭31，通孔27上固定倒鉤接頭32，孔口 28中具有氣囊10的連接軟管。
[0027]如圖1、圖2、圖3所示，集流盤3的通孔24上的倒鉤接頭29通過軟管與上蓋I的孔口 23’上的倒鉤接頭37連接構(gòu)成IV背壓室17-4的流體管路8 ;集流盤3的通孔27上的倒鉤接頭32通過軟管與上蓋I的孔口 20’上的倒鉤接頭34連接構(gòu)成III背壓室17-3的流體管路8 ;集流盤3的通孔25上的接頭30通過軟管與上蓋I的孔口 22’上的倒鉤接頭36連接構(gòu)成II背壓室17-2的流體管路8 ;集流盤3的通孔26上的接頭31通過軟管與上蓋I的孔口 21’上的倒鉤接頭35連接構(gòu)成I背壓室17-1的流體管路8 ;氣囊10的軟管與上蓋I的孔口 19’上的倒鉤接頭33連接構(gòu)成氣囊10的流體管路8。晶圓中心區(qū)域拋光去除率低，施加較大的背壓，邊緣區(qū)域拋光去除率高，施加較小的背壓，上述設(shè)計(jì)，通過對不同區(qū)域施加不同的背壓，使得晶圓不同區(qū)域去除率一致，大大改善化學(xué)機(jī)械拋光晶圓的面形質(zhì)量。
[0028]本發(fā)明實(shí)施例中，上十字聯(lián)軸節(jié)38和下十字聯(lián)軸節(jié)39也可采用金屬材料制作。若上十字聯(lián)軸節(jié)38和下十字聯(lián)軸節(jié)39采用金屬材料時(shí)需要與安裝處的凹槽留有一定量的間隙。
[0029]本發(fā)明不限于實(shí)施例的晶圓背壓4區(qū)域控制，利用本技術(shù)方案可以擴(kuò)展或者減少背壓控制區(qū)域。本發(fā)明中，上蓋1、集流盤3上的液壓油孔采用開設(shè)工藝孔的方法使得流體分布更加合理，更容易實(shí)現(xiàn)晶圓背壓分區(qū)域控制。
[0030]以上所述的實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種化學(xué)機(jī)械拋光晶圓承載器，包括連接在拋光主軸上的上蓋(I)以及拋光主軸與上蓋(I)之間連接的若干液壓管路，還包括安裝環(huán)(2)、集流盤(3)、夾持環(huán)(4)、保持環(huán)(5)、膨脹氣囊(10)、晶片安裝盤(11)、背膜(12)以及通過拋光主軸、上蓋(I)與集流盤(3)連接的背壓流體管路(8)，其中，保持環(huán)(5)的下平面突出晶片安裝盤(11)粘貼的背膜(12)的下表面形成晶圓存放平面槽(18)，本發(fā)明化學(xué)機(jī)械拋光晶圓承載器的特征在于:所述上蓋(O的下面安裝一個(gè)環(huán)形的上球面軸承(6)，集流盤(3)的上面安裝一個(gè)環(huán)形的下球面軸承(7)，上球面軸承(6)的內(nèi)徑表面扣壓在下球面軸承(7)的外徑表面上成工作配合副，所述上蓋(I)的下表面中心處靜配合連接一個(gè)柔性材料制作的上十字聯(lián)軸節(jié)(38)，集流盤(3)的上表面中心處靜配合連接一個(gè)柔性材料制作的下十字聯(lián)軸節(jié)(39)，上十字聯(lián)軸節(jié)(38)和下十字聯(lián)軸節(jié)(39)為柔性結(jié)構(gòu)并通過螺釘連接，所述上蓋(I)的下表面外緣固定連接環(huán)形的安裝環(huán)(2)，安裝環(huán)(2)連同上蓋(I)沿圓周方向均布對稱地設(shè)有若干導(dǎo)向孔，所述每個(gè)導(dǎo)向孔內(nèi)均滑動(dòng)連接一個(gè)限動(dòng)柱(40)的上部，限動(dòng)柱(40)的下部螺紋固定連接在集流盤(3)的上表面，所述上球面軸承(6)、下球面軸承(7)、上十字聯(lián)軸節(jié)(38)、下十字聯(lián)軸節(jié)(39)、固定在集流盤(3)上的限動(dòng)柱(40)以及與限動(dòng)柱(40)滑動(dòng)連接的安裝環(huán)(2)和上蓋(I)上的導(dǎo)向孔構(gòu)成萬向節(jié)擺動(dòng)結(jié)構(gòu)； 所述集流盤(3)通過螺釘固定連接夾持環(huán)(4)，所述晶片安裝盤(11)處在夾持環(huán)(4)中心孔中，并通過上部邊緣的凸臺搭接在夾持環(huán)(4)中心孔內(nèi)的下部邊緣的臺階上，夾持環(huán)(4)的臺階與集流盤(3)共同夾緊連接晶片安裝盤(11)，所述夾持環(huán)(4)的外側(cè)表面下部沿圓周呈細(xì)頸狀，細(xì)頸體上滑動(dòng)地套接保持環(huán)(5)，夾持環(huán)(4)的細(xì)頸體外表面周向?qū)ΨQ地均布設(shè)有若干螺釘孔，每個(gè)螺釘孔內(nèi)均螺紋埋設(shè)連接一個(gè)二階軸狀的由粗細(xì)兩部分組成的外撐螺釘(14),所述保持環(huán)(5)上對應(yīng)每個(gè)外撐螺釘(14)均布設(shè)有若干上下方向開設(shè)的條狀限位孔，所述外撐螺釘(14)粗端臺階處的端面與所述保持環(huán)(5)于限位孔邊緣處的內(nèi)壁面呈脹撐狀的靜配合連接，外撐螺釘(14)的細(xì)頸部分處在所述保持環(huán)(5)的限位孔中，與限位孔滑動(dòng)連接，所述夾持環(huán)(4)上的外撐螺釘(14)、保持環(huán)(5)上的與外撐螺釘(14)成工作配合副的限位孔以及氣囊(10)構(gòu)成保持環(huán)(5)的移動(dòng)限位機(jī)構(gòu)，所述保持環(huán)(5)在氣囊(10)外側(cè)處的上平面與夾持環(huán)(4)的下平面之間設(shè)有調(diào)整墊片(13)，所述保持環(huán)(5)、夾持環(huán)(4)和調(diào)整墊片(13)構(gòu)成晶圓存放平面槽(18)的深度微調(diào)機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光晶圓承載器，其特征在于:所述上蓋(I)、上球面軸承(6)、安裝環(huán)(2)構(gòu)成上部組件，所述集流盤(3)、下球面軸承(7)、晶片安裝盤(11)、夾持環(huán)(4)、保持環(huán)(5 )、調(diào)整墊片(13 )和背膜(12 )、限動(dòng)柱(40 )構(gòu)成下部組件，所述上部組件與下部組件于安裝環(huán)(2)與集流盤(3)之間具有一個(gè)下部組件的擺動(dòng)空域(15)，所述下部組件通過限動(dòng)柱(40)相對上部組件的下平面具有一個(gè)受綜合拋光壓力變化以拋光主軸軸線為中心在360°平面內(nèi)的任意方向的上下擺動(dòng)軌跡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述化學(xué)機(jī)械拋光晶圓承載器的，其特征在于:所述上部組件與下部組件的擺動(dòng)空域(15)內(nèi)設(shè)有四條分區(qū)域控制背壓液壓力的流體管路(8)，所述集流盤(3)下端面以中心點(diǎn)按直徑大小依次設(shè)有四個(gè)環(huán)形的凹槽(16-1、16-2、16-3、16-4)，四個(gè)環(huán)形凹槽(16-1、16-2、16-3、16-4)中分別對應(yīng)的設(shè)有四個(gè)密封圈(9_1、9-2、9-3、9_4)，所述晶片安裝槽(11)的上端面設(shè)有一個(gè)平面凹槽和若干圓周分布且與平面凹槽連通的貫通孔，所述四個(gè)密封圈(9-1、9-2、9-3、9-4)與晶片安裝槽(11)的平面凹槽貼合，將平面凹槽分割構(gòu)成互為封閉的I背壓室(17-1)、11背壓室(17-2)、111背壓室(17-3)、1￥背壓室(17-4)，四個(gè)背壓室(17-1、17-2、17-3、17-4)分別通過晶片安裝槽(11)的貫通孔與背膜(12)對應(yīng)的貫通孔連通； 所述上蓋(I)上端面徑向分布的和拋光主軸流體管路連通的五個(gè)孔口(19、20、21、22、23)與在其下端面設(shè)置的五個(gè)孔口(19’、20’、21’、22’、23’)連通，孔口(19’)上固定倒鉤接頭(33)，孔口(20’)上固定倒鉤接頭(34)，孔口(21’)上固定倒鉤接頭(35)，孔口(22’)上固定倒鉤接頭(36 )，孔口( 23 ’)上固定倒鉤接頭(37 ); 所述集流盤(3)上設(shè)有各為一個(gè)的通孔(24、27、28)和四個(gè)90°均布處在內(nèi)環(huán)同一直徑上的通孔(25)以及四個(gè)90°均布處在外環(huán)同一直徑上的通孔(26)，通孔(24)下端面出口與IV背壓室(17-4)連通，通孔(27)下端面出口(27’)與III背壓室(17-3)連通，四個(gè)通孔(25)的下端面出口與II背壓室(17-2)連通，四個(gè)通孔(26)的下端面出口與I背壓室(17-1)連通，通孔(28)內(nèi)插接氣囊(10)的連接軟管，集流盤(3)上端面上，通孔(24)上固定倒鉤接頭(29)，四個(gè)通孔(25)上各自分別固定一個(gè)通過軟管連接在一起的接頭(30)，四個(gè)通孔(26)上各自分別固定一個(gè)通過軟管連接在一起的接頭(31)，通孔(27)上固定倒鉤接頭(32)，孔口 (28)中具有氣囊(10)的連接軟管； 所述集流盤(3)的通孔(24)上的倒鉤接頭(29)通過軟管與上蓋(I)的孔口(23’ )上的倒鉤接頭(37)連接構(gòu)成 IV背壓室(17-4)的流體管路(8)，所述集流盤(3)的通孔(27)上的倒鉤接頭(32)通過軟管與上蓋(I)的孔口(20’)上的倒鉤接頭(34)連接構(gòu)成III背壓室(17-3)的流體管路(8 )，所述集流盤(3 )的通孔(25 )上的接頭(30 )通過軟管與上蓋(I)的孔口(22’)上的倒鉤接頭(36)連接構(gòu)成II背壓室(17-2)的流體管路(8)，所述集流盤(3)的通孔(26)上的接頭(31)通過軟管與上蓋(I)的孔口(21’)上的倒鉤接頭(35)連接構(gòu)成I背壓室(17-1)的流體管路(8)，氣囊(10)的軟管與上蓋(I)的孔口(19’)上的倒鉤接頭(33)連接構(gòu)成氣囊(10)的流體管路(8)。
【文檔編號】B24B37/30GK103506940SQ201310442865
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】李偉, 柳濱, 高文泉, 王東輝 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所