Brevet FR2778129A1 — publié le 19991105

"Disque support de membrane d'une machine de polissage et procédé de fonctionnement d'une telle machine" La présente invention concerne le domaine des machines de polissage, en particulier des machines de polissage mécano-chimique, de plaquettes circulaires de circuits intégrés en cours de fabrication. On connaît une machine de polissage dans laquelle la plaquette à polir est prise entre une membrane d'appui soumise à la pression d'un fluide d'une tête rotative d'entraînement en rotation de la plaquette et une surface d'un plateau rotatif de polissage, le polissage étant obtenu grâce à un abrasif en suspension dans un liquide qui est amené à s'écouler entre la plaquette et le plateau de polissage. La tête de polissage comprend un disque qui porte par sa périphérie la membrane et un fluide vient exercer une pression sur cette dernière au travers du disque pour appliquer de façon contrôlée la plaquette contre la surface de polissage. On a pu constater que lorsque l'on utilise en particulier des abrasifs en suspension de types colloïdaux, la partie centrale de la plaquette est parfaitement polie mais il se produit une zone située au voisinage du bord périphérique de la plaquette dans laquelle l'épaisseur enlevée est plus faible. La présente invention a pour but d'améliorer l'uniformité de polissage et en conséquence la planéité de la surface polie, en particulier dans les machines de polissage de plaquettes circulaires de circuits intégrés. Le disque support de membrane est plus spécialement destiné à une machine de polissage dans laquelle ladite membrane s'étend devant une face radiale avant du disque et contourne le bord périphérique de cette face radiale avant et dans laquelle la membrane est soumise à la pression d'un fluide sur sa face radiale arrière située du côté du disque de telle sorte qu'une pièce à polir prise entre la face radiale avant de la membrane et une surface ou tissu de polissage est appliquée sur cette surface de polissage, en particulier une machine de polissage mécano-chimique d'une plaquette circulaire de circuits intégrés utilisant un abrasif qui s'écoule entre cette plaquette et ladite 1 surface de polissage. Selon l'invention, la face radiale active précitée présente une partie annulaire principale en saillie vers l'avant, située dans sa zone périphérique et à distance de son bord périphérique, de telle sorte que, dans la zone de son extrémité annulaire, cette partie annulaire principale peut agir sur la pièce à polir au travers de ladite membrane pour appliquer la pièce à polir sur ladite surface de polissage par déplacement axial du disque par rapport à ladite surface de polissage. Selon l'invention, l'extrémité annulaire de ladite partie annulaire principale est de préférence plane et radiale. Selon l'invention, ladite partie annulaire principale est de préférence située de telle sorte qu'elle s'étend dans le voisinage et à distance du bord périphérique de la pièce à polir. Selon l'invention, ladite partie annulaire principale présente de préférence au moins un flanc incliné. Selon l'invention, la face radiale avant du disque peut avantageusement comprendre une partie annulaire en saillie secondaire située sur son bord périphérique moins haute que ladite partie annulaire principale, ladite partie annulaire principale étant à distance de cette partie annulaire secondaire. La présente invention a également pour objet un procédé de fonctionnement d'une machine de polissage mettant en oeuvre le disque précité, dans lequel la pression exercée par ledit fluide sur ladite membrane est de préférence inférieure ou égale à la pression exercée par ladite partie annulaire principale sur cette membrane. La présente invention sera mieux comprise à l'étude d'une machine de polissage de plaquettes circulaires de circuits intégrés, décrite à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin sur lequel: - la figure 1 représente schématiquement une vue extérieure en élévation d'une machine de polissage; - la figure 2 représente une coupe axiale de la tête de la machine de la figure 1; 1 - et la figure 3 représente une coupe axiale partielle et agrandie du disque de la tête de la figure 2. Comme on le voit sur la figure 1, la machine de polissage 1 comprend une tête rotative 2 qui est portée par un bras 3 d'un système de déplacement non représenté et à un système d'entraînement en rotation non représenté, ainsi qu'un plateau ou tissu de polissage rotatif 4 qui est relié à un système d'entraînement en rotation non représenté. Le plateau 4 présente une surface radiale 5 sur laquelle vient la face avant de la tête rotative 2. L'axe vertical 6 de la tête rotative 2 est décalé par rapport à l'axe vertical 7 du plateau de polissage 4 et la tête rotative 2 ne s'étend que sur une partie située entre l'axe et le bord périphérique du plateau 4. En se reportant aux figures 2 et 3, on voit que la tête rotative 2 comprend un corps cylindrique 8 qui porte, contre la périphérie de sa face frontale avant inférieure 9, une bague annulaire 10, ainsi qu'un diaphragme annulaire plat 11 dont la partie périphérique extérieure est prise et fixée entre la face avant 9 du corps 8 et la face arrière de la bague annulaire 10 et dont la partie intérieure est prise et fixée entre deux bagues intermédiaires plates arrière 12 et avant 13. La tête rotative 2 comprend en outre un disque avant 14 qui est fixé sur et en avant de la bague 13 et qui présente des passages traversants 15 réalisés dans sa partie centrale dans le sens de son épaisseur. La tête rotative 2 comprend également une membrane 16 qui s'étend devant la face radiale avant plate 17 du disque 14 et qui contourne sa périphérie de telle sorte que son bord annulaire 16a soit pris entre la face arrière du disque 14 et la face avant de la bague intermédiaire avant 13. Ainsi, les bagues 12 et 13, le disque 14 et la membrane 16 constituent un ensemble 18 suspendu au corps 8 par l'intermédiaire du diaphragme annulaire 11 et, la partie centrale de la face avant 9 du corps 8, le diaphragme annulaire 11 et la membrane 16 déterminent une chambre à fluide 19 traversée par le disque 14, le corps 8 présentant un canal axial 20 susceptible de relier la chambre 19 à une source 1 extérieure réglable de pression d'un fluide. Par ailleurs, la face avant 9 du corps 8 présente, dans la chambre 19, un évidement annulaire 21 dans lequel est logé un boudin annulaire 21 à fluide susceptible de venir en appui contre la face arrière de la bague intermédiaire arrière 12, le corps 8 présentant des canaux 23 permettant de relier le boudin 22 à une source extérieure réglable de pression d'un fluide. La face radiale avant 17 du disque 14 présente, dans sa zone périphérique et à distance de son bord périphérique, une partie ou nervure annulaire principale 24 en saillie vers l'avant et, sur son bord périphérique, une partie ou nervure annulaire secondaire 25 en saillie vers l'avant, moins épaisse que la partie annulaire principale 24. L'extrémité annulaire 24a de la partie annulaire principale 24 est plate et radiale, cette partie annulaire principale 24 comprenant un flanc intérieur 24b incliné, par exemple à 45 , et un flanc extérieur 24c sensiblement droit. La machine de polissage 1 décrite ci-dessus peut être utilisée et fonctionne de la manière suivante. A une station de chargement, la tête de polissage 2 prend une plaquette à polir 26 en l'accolant contre la face avant de la membrane 16 grâce à une dépression créée dans sa chambre 19. Ensuite, on amène la tête de polissage 2 dans une position telle que la face frontale 10a de la bague annulaire périphérique 10 soit disposée à faible distance de la surface radiale 5 du plateau de polissage 4. On établit une pression dans la chambre 19 et on établit une pression dans le boudin annulaire 22. La pression exercée dans la chambre 19 agit sur la membrane 16 vers l'avant de manière à ce que cette membrane applique la plaquette à polir 26 contre la surface 5 du plateau de polissage 4 de façon répartie, un espace 27 étant alors établi entre la face avant 17 du disque 14 et la membrane 16. La pression exercée dans le boudin annulaire 22 agit sur la périphérie de la face arrière du disque 14 de telle sorte que la face 1 d'extrémité avant 24a de la partie annulaire en saillie 24 de ce disque 14, qui se déplace axialement, agit vers l'avant, localement et annulairement, sur la membrane 16 de façon à exercer une pression, localement et annulairement, sur la zone périphérique de la plaquette à polir 26 et à distance de son bord périphérique, vers la surface radiale 5 du plateau de polissage 4. La tête 2 et le plateau 4 étant respectivement entraînés en rotation et la plaquette à polir 26 étant entraînée en rotation grâçe à son adhérence sur la membrane 16, un composant abrasif 28 comprenant un abrasif particulaire en suspension dans un liquide, est déposé sur la surface radiale 4 du plateau 3 par l'intermédiaire d'un système d'alimentation 29 schématisé sur la figure 1. En particulier, le composant abrasif 28 peut comprendre un abrasif colloïdal en suspension dans un liquide adapté, c'est-à-dire un abrasif dont les particules ne s'agglomèrent pas. Ce composant abrasif 28 se répartit sur la surface radiale 5, qui présente à cet effet des fines rainures circonférentielles non représentées, et s'écoule entre la plaquette à polir 26 et la surface radiale 5 du plateau de polissage 4 pour polir la face de la plaquette 26 tournée vers ce plateau 4 et opposée à la membrane 16. En même temps, la tête de polissage 2 peut être déplacée radialement par rapport au plateau de polissage 3. Il convient que la pression exercée par le fluide dans la chambre 19 sur la membrane 16 soit égale et de préférence inférieure à la pression exercée par la partie annulaire principale 24 sur la membrane 16. La conjugaison ou combinaison de pressions ou forces exercées sur la membrane 16 et transmises à la plaquette à polir 26, par un réglage convenable de la pression du fluide dans la chambre 19 et de la pression exercée par la partie annulaire en saillie 24, permet d'atteindre une uniformité de polissage et en conséquence une surface polie de la plaquette 26 plate ou quasiment plate. Après polissage, on crée une dépression dans la chambre 19 et la tête 2 emmène la plaquette 26 polie à une station de déchargement. 1 Dans un exemple d'exécution non limitatif, pour polir une plaquette de circuits intégrés en cours de fabrication présentant une épaisseur comprise entre un demi et un milimètre, un diamètre d'environ deux cent millimètres et désirer enlever une épaisseur comprise entre cinq cent nanomètres et un micron, le disque 14 peut présenter un diamètre d'environ deux cent millimètres, la partie ou nervure annulaire principale 24 peut être formée à environ cinq millimètres du bord périphérique du disque 14 et son épaisseur peut être d'environ un millimètre et demi, la surface frontale 24a de cette partie ou nervure annulaire principale 24 peut présenter une largeur comprise entre un et deux millimètres, et la partie ou nervure annulaire secondaire 25 peut présenter une largeur d'environ un millimètre et une épaisseur d'environ un demi millimètre. 1 REVENDICATIONS 1. Disque (14) support de membrane d'une machine de polissage, dans laquelle ladite membrane (16) s'étend devant une face radiale avant (17) du disque et contourne le bord périphérique de cette face radiale avant et dans laquelle la membrane est soumise à la pression d'un fluide sur sa face radiale arrière située du côté du disque de telle sorte qu'une pièce à polir (26) prise entre la face radiale avant de la membrane et une surface ou tissu de polissage est appliquée sur cette surface de polissage (5), en particulier une machine de polissage mécano-chimique d'une plaquette circulaire de circuits intégrés utilisant un composant abrasif (28) qui s'écoule entre cette plaquette et ladite surface de polissage, caractérisé par le fait que sa face radiale avant précitée (17) présente une partie annulaire principale (24) en saillie vers l'avant, située dans sa zone périphérique et à distance de son bord périphérique, de telle sorte que, dans la zone de son extrémité annulaire, cette partie annulaire principale (24) peut agir sur la pièce à polir (26) au travers de ladite membrane (16) pour appliquer la pièce à polir (26) sur ladite surface de polissage (5) par déplacement axial du disque par rapport à ladite surface de polissage. 2. Disque selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'extrémité annulaire (24a) de ladite partie annulaire principale (24) est plane et radiale. 3. Disque selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que ladite partie annulaire principale (24) est située de telle sorte qu'elle s'étend dans le voisinage et à distance du bord périphérique de la pièce à polir (26). 4. Disque selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ladite partie annulaire principale (24) présente au moins un flanc incliné (24b). 5. Disque selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que sa face radiale avant (17) comprend une partie annulaire en saillie secondaire (25) située sur son bord périphérique, moins haute que ladite partie annulaire principale (24), ladite partie annulaire principale étant à distance de cette partie annulaire secondaire. 1 6. Procédé de fonctionnement d'une machine de polissage mettant en oeuvre le disque selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la pression exercée par ledit fluide (19) sur ladite membrane (16) est inférieure ou égale à la pression exercée par ladite partie annulaire principale (24) sur cette membrane (16).