本发明专利技术涉及一种在将衬底抛光至平整光面的抛光装置中用于保持衬底（Ｗ）、例如半导体晶片的衬底保持装置。该衬底保持装置包括一个可垂直移动部件（６）和一个用于限定一腔室（２２）的弹性部件（７）。所述弹性部件（７）包括一与所述衬底（Ｗ）接触的接触部分（８）和一从所述接触部分（８）向上延伸并与所述可垂直移动部件（６）相连的周壁（９）。所述周壁（９）具有一可垂直伸展和收缩的可伸缩部分（４０）。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于保持待抛光衬底并将该衬底压靠在抛光表面上的衬底保持装置，特别是涉及一种用于在将衬底抛光至平整光面的抛光装置中保持衬底、例如半导体晶片的衬底保持装置。本专利技术还涉及一种具有这种衬底保持装置的抛光装置。
技术介绍
近年来，半导体器件变得更加集成化，并且半导体元件的结构也变得更加复杂。此外，用于逻辑系统的多层互连的层数也被提高。因此，半导体器件表面的不规则性增大，以致于半导体器件表面的阶跃高度趋于更大。这是因为，在半导体器件的制造过程中，在半导体器件上形成一层薄膜，然后对半导体器件进行显微机械加工处理，例如形成图案或孔，这些处理重复多次，以在半导体器件上形成后续薄膜。当半导体器件表面的不规则性增大时，会出现以下问题。当在半导体器件上形成薄膜时，在具有台阶的部分所形成的薄膜的厚度相对较小。由于互连部分的断开造成断路或由于互连层之间绝缘不充分而造成短路。因此，不能获得好的产品，产量也会降低。此外，即使半导体器件最初工作正常，半导体器件的可靠性在长期使用之后也会降低。当在平版印刷过程中进行曝光时，如果辐射表面具有不规则性，则曝光系统中的透镜系统便在局部不能聚集。因此，如果半导体器件表面的不规则性增大，则会产生难以在半导体器件上形成精细图案的问题。因此，在半导体器件的制造过程中，平面化半导体器件表面变得越来越重要。平面化技术中最重要的一种为CMP(化学机械抛光)。在化学机械抛光中，使用一抛光装置，在将其中含有磨料颗粒、如硅石(SiO2)的抛光液供给到抛光表面、例如抛光垫上的情况下，使衬底、例如半导体晶片与抛光表面滑动接触，由此将衬底抛光。这类抛光装置包括具有抛光表面的抛光台和用来保持半导体晶片的被称作顶环或承载头的衬底保持装置，其中所述抛光表面由抛光垫构成。当利用这种抛光装置对半导体晶片进行抛光时，半导体晶片被衬底保持装置以预定压力保持和压靠在抛光台上。此时，抛光台和衬底保持装置彼此相对移动，以使半导体晶片与抛光表面产生滑动接触，从而将半导体晶片表面抛光至平整镜面光洁度水平。在这种抛光装置中，如果被抛光的半导体晶片与抛光垫的抛光表面之间的相对压紧力在半导体晶片的整个表面上不均匀，则在某些部分上根据施加在半导体晶片的该部分上的压紧力的不同使得半导体晶片可能不能充分抛光或可能过度抛光。因此，人们试图用由弹性材料、如橡胶制造的弹性膜来形成衬底保持装置的表面，以保持半导体晶片，并向弹性膜的背面施加流体压力、如气压，以使施加在半导体晶片上的压力在半导体晶片的整个表面上均匀分布。此外，抛光垫的弹性使得施加到被抛光半导体晶片的周边部分上的压力变得不均匀，由此只有半导体晶片的周边部分可能过度抛光，这被称作“边角修圆”。为避免这种边角修圆，采用了一种衬底保持装置，其中半导体晶片在其周边部分处被导环或卡环保持，抛光表面上与半导体晶片的周边部分对应的环形部分被导环或卡环压住。下面参照图29A和29B对一传统衬底保持装置进行说明。图29A和29B示出了一传统衬底保持装置的局部横截面图。如图29A所示，该衬底保持装置具有顶环本体2、位于顶环本体2中的卡盘6、以及附着在卡盘6上的弹性膜80。弹性膜80位于卡盘6的外圆周部分上，并与半导体晶片W的圆周边缘接触。环形卡环3被保持在顶环本体2的下端，并在半导体晶片W的圆周边缘附近挤压抛光表面。卡盘6通过弹性压片13安装在顶环本体2上。卡盘6和弹性膜80在流体压力的作用下在一定范围内相对于顶环本体2和卡环3垂直移动。具有这种结构的衬底保持装置被称为所谓的浮式衬底保持装置。由弹性膜80、卡盘6的下表面以及半导体晶片W的上表面限定了一压力腔室130。在压力腔室130内输入一加压流体，从而抬起卡盘6并同时将半导体晶片W压靠在抛光表面上。在此状态下，向抛光表面上提供抛光液，并彼此独立地旋转顶环(衬底保持装置)和抛光表面，由此将半导体晶片W的下表面抛光至平整光面。抛光过程结束之后，半导体晶片W受真空吸引并被顶环保持。顶环保持着半导体晶片W移动到一传送位置，然后从卡盘6的下部喷射出一液体(例如加压流体或氮与纯水的混合物)，以便释放半导体晶片W。然而，在上述传统浮式衬底保持装置中，当卡盘6向上移动以压紧半导体晶片W时，保持与半导体晶片W的外圆周边缘接触的弹性膜80被卡盘6提起，由此导致弹性膜80的外圆周边缘与半导体晶片W脱离接触。因此，施加在半导体晶片W上的压紧力在半导体晶片W的外圆周边缘处被局部地改变。于是，在半导体晶片W的外圆周边缘处抛光率降低，而在位于半导体晶片W的外圆周边缘的径向内部的区域抛光率升高。随着弹性膜的硬度提高，此问题会更加严重。因此，人们试图使用低硬度的弹性膜，以使弹性膜与半导体晶片之间的接触区域保持不变。但是，在浮式衬底保持装置中，半导体晶片W抛光的同时卡环3与抛光表面保持滑动接触。因此，卡环3势必会随时间发生磨损，从而导致半导体晶片W与卡盘6之间的距离减小(参见图29B)。于是，施加到半导体晶片W的外圆周边缘上的压力发生改变，由此在半导体晶片W的外圆周边缘处抛光率发生变化，从而造成抛光轮廓的改变。此外，由于这种缺陷，必须在初始阶段便替换磨损的卡环，因此卡环的使用寿命很短。除上述问题之外，传统的衬底保持装置还存在另一问题当抛光处理将要开始时，加压流体被输入压力腔室，而弹性膜与半导体晶片可能没有保持彼此充分紧密接触。因此，加压流体易于从弹性膜和半导体晶片之间的间隙中渗漏。此外，在从顶环上释放半导体晶片的步骤中，会发生以下问题如果在半导体晶片的背面(上表面)上形成有氮化物等的膜，则弹性膜与半导体晶片会彼此粘附。因此，在释放半导体晶片时，弹性膜可能不能与半导体晶片脱离接触。在这种状态下，如果加压流体连续喷射在半导体晶片上，弹性膜在保持与半导体晶片接触的同时被拉伸。因此，半导体晶片由于流体压力而变形，或在最坏的情况下破裂。此外，传统衬底保持装置中还会产生另一问题由弹性膜构成的压力腔室由于流体压力而变形。因此，当加压流体输入压力腔室时，弹性膜与半导体晶片局部脱离接触。这样，施加在半导体晶片上的压紧力局部降低，由此不能在半导体晶片的整个被抛光表面上获得均匀的抛光率。随着弹性膜的硬度提高，此问题会更加严重。因此，如上所述，人们试图使用低硬度的弹性膜，以使弹性膜与半导体晶片之间的接触区域保持不变。但是，由于低硬度弹性膜的机械强度低，弹性膜势必会产生裂缝，从而需要频繁更换。
技术实现思路
本专利技术鉴于上述缺陷而提出。根据本专利技术，提供了一种用于通过向由弹性膜限定的空间中供给加压流体来向衬底施加压紧力的衬底保持装置。该衬底保持装置被构造成能够在包括衬底抛光过程和衬底释放过程在内的所有过程中稳定地处理衬底。具体地说，本专利技术的第一个目的在于提供一种衬底保持装置以及具有这种衬底保持装置的抛光装置，该衬底保持装置可以向衬底的整个表面施加均匀的压紧力，以使得在衬底的整个表面上获得均匀的抛光轮廓。本专利技术的第二个目的在于提供一种可以快速释放衬底的衬底保持装置以及具有这种衬底保持装置的抛光装置。本专利技术的第三个目的在于提供一种可以在衬底的整个抛光表面上获得均匀的抛光率的衬底保持装置以及具有这种衬底保持装置的抛光装置。为实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于将待抛光衬底保持和压靠在抛光表面上的衬本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于将待抛光衬底保持和压靠在抛光表面上的衬底保持装置，所述衬底保持装置包括：一个可垂直移动部件；以及一个与所述可垂直移动部件相连以用于限定一腔室的弹性部件； 所述弹性部件包括一个与所述衬底接触的接触部分和一个从所 述接触部分向上延伸并与所述可垂直移动部件相连的周壁，所述周壁具有一可垂直伸展和收缩的可伸缩部分。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：户川哲二，吉田博，锅谷治，福岛诚，深谷孝一，
申请(专利权)人：株式会社荏原制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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