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TWI393209B - 研磨基板之方法 - Google Patents

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TWI393209B
TWI393209B TW101129859A TW101129859A TWI393209B TW I393209 B TWI393209 B TW I393209B TW 101129859 A TW101129859 A TW 101129859A TW 101129859 A TW101129859 A TW 101129859A TW I393209 B TWI393209 B TW I393209B
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Taiwan
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semiconductor wafer
pressure chamber
polishing
substrate
contact portion
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TW101129859A
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English (en)
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TW201248766A (en
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Tetsuji Togawa
Hiroshi Yoshida
Osamu Nabeya
Makoto Fukushima
Koichi Fukaya
Original Assignee
Ebara Corp
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Priority claimed from JP2003163052A external-priority patent/JP4583729B2/ja
Priority claimed from JP2003163051A external-priority patent/JP4515047B2/ja
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Publication of TW201248766A publication Critical patent/TW201248766A/zh
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Description

研磨基板之方法
本發明係有關於一種基板保持裝置，用以保持待研磨基板並將該基板壓抵至拋光面，尤指一種用於保持研磨裝置中如半導體晶片之基板，以研磨該基板至平坦的基板保持裝置。本發明亦有關一種具有該基板保持裝置的研磨裝置。
近年來，半導體裝置之積集度已變得越來越高，半導體元件之結構亦變得更為複雜。此外，用作為邏輯系統的多層互連結構中的層數也增加。據此，半導體裝置表面的不規則性亦增加，因而半導體裝置表面的階狀高度(step height)也有增加的傾向。此乃因為於半導體裝置製程中，薄膜係形成於該半導體裝置上，接著於半導體裝置上執行如圖案化或孔洞形成等微加工製程，且此些製程會重複許多次以於半導體裝置上形成後續的薄膜。
當於半導體裝置表面上的不規則性數目增加時，隨之而來的問題也產生。當薄膜形成於半導體裝置上時，於具有階狀部分中形成之薄膜厚度會相當小。由於互連結構的不連續會導致開路，或於互連結構層間的絕緣不足會導致短路。因此，無法獲得良好的產品，而良率亦隨之下降。此外，即使半導體裝置於初期可正常運作，然於長期使用後半導體裝置的信賴性亦會下降。在進行微影製程之曝光期間，若照射表面具有不規則性，則曝光系統中之鏡頭單 元會局部的失焦。因此，若該半導體裝置表面的不規則性增加，則很難於該半導體裝置上形成細微的圖案。
據此，於半導體裝置的製程中，平坦化半導體裝置的表面變得更加重要。平坦化技術中最重要的一種便是化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing；CMP)。於化學機械研磨中，藉由利用研磨裝置，當包含有如二氧化矽等研磨料顆粒的研磨液施加於如拋光墊等之研摩平面上之同時，如半導體晶圓之基板係滑動接觸該拋光面，以便研磨該基板。
此種類型的研磨裝置包括具有由拋光墊所構成的拋光面之拋光盤，以及稱為頂環(top ring)或承載頭(carrier head)用以保持半導體晶圓之基板保持裝置。當利用此種研磨裝置研磨半導體晶圓時，該半導體晶圓係藉由該基板保持裝置在預設之壓力下保持以及壓抵在拋光盤上。於此時，該拋光盤與該基板保持裝置係互相的相對移動以使該半導體晶圓與該拋光面進行滑動接觸，藉此研磨該半導體晶圓表面至平坦且呈鏡面(flat mirror finish)。
於此種研磨裝置中，若在半導體晶圓整體表面上介於即將研磨的半導體晶圓與拋光墊之拋光面間的相對壓力不均勻，則依據施加在半導體晶圓該些部分上的壓力不同而令該半導體晶圓可能會發生研磨不足或研磨過度的情況。因此，已企圖利用由如橡膠等彈性材料所製成的彈性薄膜為用以保持該半導體晶圓之基板保持裝置形成一種表面，該表面可透過並且供應如氣壓等流體壓力至該彈性薄膜的 背面，以便使施加於該半導體晶圓之壓力可均勻遍布在半導體晶圓的整個表面。
此外，由於該拋光墊的彈性使得施加於該即將研磨的半導體晶圓周圍部分之壓力變得不均勻，且因此僅該半導體晶圓周圍部分會研磨過度，此種情況稱之為邊緣圓化(edge rounding)。為防止此邊緣圓化，業已採用基板保持裝置，於該基板保持裝置中係藉由導環或護環保持半導體晶圓之周圍部分，而且相應於該半導體晶圓周圍部分之拋光面的環狀部分係藉由該導環或護環予以施壓。
習知的基板保持裝置以下將參考第29A與第29B圖描述如下。第29A與第29B圖係顯示習知的基板保持裝置的局部斷面圖。
如第29A圖所示，該基板保持裝置具有頂環主體2、容設於該頂環主體2中之夾盤6、以及設至該夾盤6之彈性薄膜80。該彈性薄膜80係配置於該夾盤6外周部，且係接觸半導體晶圓W周緣。環形護環3係固定至該頂環主體2之下端，並將拋光面壓近至該半導體晶圓W之外周緣。
該夾盤6係透過彈性加壓片13而設置於該頂環主體2上。該夾盤6與彈性薄膜80係藉由流體壓力在相對於頂環主體2與護環3之一定範圍中垂直移動。具有此種基板之基板保持裝置稱為浮動型(floating-type)基板保持裝置。壓力室130係藉由彈性薄膜80、該夾盤6之下表面、以及該半導體晶圓W之上表面所界定。加壓流體係供應至該壓力室130，藉以升起該夾盤6並同時將該半導體晶圓W 壓抵至拋光面。於此狀態下，係供應研磨液於該拋光面上，而頂環(該基板保持裝置)與該拋光面相互獨立的旋轉，因此研磨該半導體晶圓W之下表面至平坦磨光。
於完成研磨步驟後，該半導體晶圓W在真空下受吸引並由該頂環予以保持。當保持該半導體晶圓W時該頂環移動至運送位置，且接著自該夾盤6之下部噴出流體(例如為加壓的流體或者氮以及純水之混合物)以便釋放該半導體晶圓W。
然而，於前述習知的浮動型基板保持裝置中，當該夾盤6向上移動用以壓住該半導體晶圓W時，保持與該半導體晶圓W之外周緣接觸之彈性薄膜80係藉由夾盤6予以升起，因此導致該彈性薄膜80之外周緣不再與該半導體晶圓W接觸。因此，施加至該半導體晶圓W之推壓力於該半導體晶圓W外周緣會產生局部之變化。結果，於該半導體晶圓W外周緣之研磨速率會降低，而位於該半導體晶圓W外周緣向內的區域上之研磨速率則會增加。
當該彈性薄膜的硬度變高，則此問題會變得更嚴重。因此，已嘗試著使用硬度較低的彈性薄膜，以使得該彈性薄膜與該半導體晶圓間之接觸面積維持不變。然而，於該浮動型基板保持裝置中，係於該護環3保持在與拋光面滑動接觸之同時研磨該半導體晶圓W。因此，該護環3會隨著時間而受到磨損，導致於該半導體晶圓W與夾盤6間的距離減少(請參閱第29B圖)。因此，施加至該半導體晶圓W外部周緣之推壓力係改變，並且因而令半導體晶圓W外 周緣之研磨速率亦隨之改變，進而導致研磨輪廓的改變。此外，由於此種缺點，必須在較早的階段更換已磨損的護環3，且因此限制該護環僅有短暫的生命週期。
除前述的問題之外，習知的基板保持裝置復具有另一問題如下：當欲開始研磨步驟時，於該彈性薄膜與半導體晶圓相互間並未充分保持在緊密的接觸之際係供應加壓流體至該壓力室。結果，可能會導致加壓流體由該彈性薄膜與半導體晶圓間之間隙洩漏出來。
此外，於自該頂環釋放該半導體晶圓的步驟中，則會發生下列問題：若該氮或相類似物質的薄膜形成於該半導體晶圓之背面(上表面)時，該彈性薄膜與半導體晶圓會相互黏附。因此，於釋放該半導體晶圓時，該彈性薄膜可能不再與該半導體晶圓接觸。於此情況下，若持續自該半導體晶圓噴出加壓流體，該彈性薄膜在保持與該半導體晶圓接觸的情況下會受到拉扯。結果，會因為流體壓力而使該半導體晶圓變形或更糟的造成損毀。
此外，於習知的基板保持裝置復會發生另一問題如下：因該流體壓力之故而使由彈性薄膜所構成的壓力室變形。因此，當將該加壓流體供應至該壓力室時，局部的該彈性薄膜不再與該半導體晶圓接觸。因此，施加於該半導體晶圓之推壓力會局部的降低，且因而無法於該半導體晶圓整個拋光面上取得均勻的研磨速率。
由於該彈性薄膜的硬度變高，前述的問題將更形嚴重。因此，已於前述，業已嘗試使用具有較低硬度之彈性薄膜 以令該彈性薄膜與該半導體晶圓間之接觸面積維持不變。然而，具有較低硬度的彈性薄膜其機械強度亦降低，該彈性薄膜易於裂損，因而需要經常更換。
本發明是鑑於上述習知技術之缺點而完成者。本發明提供一種基板保持裝置，藉由供應加壓流體至由彈性薄膜所界定的空間以施加推壓力至基板上。該基板保持裝置係建構為於包括基板研磨步驟以及基板釋放步驟在內的所有步驟中穩定的處理基板。具體而言，本發明之主要目的在於提供一種基板保持裝置以及具有該基板保持裝置之研磨裝置，該基板保持裝置可施加均勻的推壓力至該基板的整個表面上，以便在該基板之整個表面上獲得均勻的研磨輪廓。本發明之另一目的在於提供一種可快速釋放基板之基板保持裝置以及具有該基板保持裝置之研磨裝置。本發明之又一目的在於提供一種於基板之整個已拋光面上可獲得均勻的研磨速率之基板保持裝置以及具有該基板保持裝置之研磨裝置。
為達成以上所述之目的，依據本發明之一個態樣，係提供一種用於基板保持裝置的彈性薄膜，該彈性薄膜包括：與基板接觸之接觸部；自該接觸部向上延伸之第一環狀周圍壁件，該第一環狀周圍壁件具有可伸展收縮部；以及，自該接觸部向上延伸之第二環狀周圍壁件，該第二環狀周圍壁件具有可伸展收縮部。
於本發明之較佳態樣中，該第一環狀周圍壁件具有向 內摺疊之上端。
於本發明之較佳態樣中，該第二環狀周圍壁件具有向外摺疊之上端。
於本發明之較佳態樣中，該彈性薄膜進一步包括自該接觸部向上延伸之第三環狀周圍壁件。
於本發明之較佳態樣中，該彈性薄膜進一步包括自該接觸部向上延伸之第四環狀周圍壁件。
於本發明之較佳態樣中，該彈性薄膜具有為整件構件之一體結構。
以下將參考圖式詳細說明本發明之第一實施例的基板保持裝置與研磨裝置。
第1圖係為斷面圖，顯示根據本發明之第一實施例中具有基板保持裝置的研磨裝置之整體結構。該基板保持裝置用以保持如半導體晶圓之待研磨基板並壓抵該基板至拋光盤的拋光面。如第1圖所示，拋光盤100具有接置於該拋光盤100上表面之拋光墊101並且係設在依據本發明構成基板保持裝置的頂環1下方。設置研磨液供應嘴102於該拋光盤100上，並且令研磨液Q係自該研磨液供應嘴102供應於設在該拋光盤100上之拋光墊101的拋光面101a上。
不同種類的拋光墊可於市場取得。舉例而言，如Rodel公司所製造的SUBA800、IC-1000以及IC-1000/SUBA100(雙層布)等，以及由Fujimi公司所製造的Surfin xxx-5以 及Surfin 000。SUBA800、Surfin xxx-5以及Surfin 000係藉由胺基甲酸酯樹脂接合的不織布，而IC-1000則係由剛性胺基甲酸酯發泡體(單層)所組成。胺基甲酸酯發泡體係多孔的且於本身具有大量的微小凹部或孔洞形成於表面上。
該頂環1係藉由萬用接頭連接至頂環驅動軸11，該頂環驅動軸11係耦合至固定於頂環頭部110之頂環氣壓缸111。該頂環氣壓缸111係用以垂直的移動該頂環驅動軸11藉以整體的升降該頂環1並使得固定於該頂環主體2下端之護環3壓抵至拋光盤100。該頂環氣壓缸111係藉由調節器R1而連接至壓力調整單元120，該壓力調整單元120係用以藉由供應來自壓縮空氣源(未圖示)如加壓空氣之加壓流體或由泵等形成真空(未圖示)來調整壓力。該壓力調整單元120可透過調節器R1以調整欲供應至該頂環氣壓缸111之加壓流體的流體壓力。因此，可調整用以壓制該拋光墊101之護環3的壓力。
該頂環驅動軸11係藉由鍵(未圖示)連接至旋轉套筒112。該旋轉套筒112具有固定的設置於該旋轉套筒112周圍部分之同步滑輪113。頂環馬達114係固定至該頂環頭部110，而該同步滑輪113係藉由同步皮帶115耦合至設置於該頂環馬達114上之同步滑輪116。因此，當供應該頂環馬達114旋轉能量時，該旋轉套筒112以及頂環驅動軸11藉由該同步滑輪116、同步皮帶115以及同步滑輪113相互一致的旋轉藉以旋轉該頂環1。該頂環頭部110係藉 由頂環頭部軸117所支撐，而該頂環頭部軸117則係藉由框架(未圖示)而旋轉自如地支撐。
以下將詳細說明依據本發明之第一實施例用作為該基板保持裝置之該頂環1。第2圖係為垂直斷面圖，顯示依據第一實施例之頂環1。
如第2圖所示，用作為該基板保持裝置之該頂環1包括該汽缸容器形狀的頂環主體2以及固定至該頂環主體2之下端以及環狀護環3，該頂環主體2中形成有覆蓋空間。該頂環主體2係由如金屬或陶瓷等高強度與剛性的材料所組成。該護環3則係由高剛性樹脂或陶瓷等所組成。
該頂環主體2包括汽缸容器形狀的殼體2a、設於該殼體2a筒狀部分中之環狀加壓片支撐件2b、以及設於形成在該殼體2a上表面周緣中的溝槽之環狀密封件2c。該護環3係固定於該頂環主體2之殼體2a的下端。該護環3具有徑向向內突出的下部。該護環3可與該頂環主體2一體成形。
該頂環驅動軸11係設置於該頂環主體2之殼體2a中間部分上，而該頂環主體2則藉由該萬用接頭10耦合至該頂環驅動軸11。該萬用接頭10具有球面軸承機構以及旋轉傳動機構，以由該球面軸承機構使該頂環主體2與頂環驅動軸11可相對於彼此而傾斜，而該旋轉傳動結構則傳動該頂環驅動軸11之旋轉至該頂環主體2。當容許該頂環主體2與該頂環驅動軸11相對於彼此而傾斜時，該球面軸承機構與旋轉傳動機構可自該頂環驅動軸11傳送推壓力以 及旋轉力至該頂環主體2。
該球面軸承機構包括於該頂環驅動軸11下表面中心所界定之半球狀凹部11a、於該殼體2a上表面中心所定義出之半球狀凹部2d、以及由如陶瓷之高硬度材料所製成並且夾置於該凹部11a與2d間之軸承滾珠12。該旋轉傳動機構包括固定於該頂環驅動軸11之主動銷(未圖示)、以及固定於該殼體2a之被動銷(未圖示)。即使當該殼體2a與該頂環驅動軸11係相對於彼此而傾斜時，由於該主動銷與被動銷彼此相對地垂直移動，當接觸點位移之同時，該主動銷與被動銷相互間仍能保持接合。因此，該旋轉傳動機構確實地傳送該頂環驅動軸11之旋轉力矩至該頂環主體2。
該頂環主體2與一體固定至該頂環主體2之護環3之中界定出覆蓋空間。環狀護環5與碟形夾盤6係設置於該覆蓋空間中作為可垂直移動構件。該夾盤6可於形成在該頂環主體2中的覆蓋空間內垂直移動。該夾盤6可由金屬所製成。然而，當該半導體晶圓表面上所形成的薄膜厚度在令該待研磨的半導體晶圓為頂環1保持之狀態下，而藉由渦電流之方法予以測量時，該夾盤6較佳的可由非磁性材料所製成，可例如為聚苯硫醚(PPS)、聚醚酮(PEEK)、含氟樹脂或陶瓷等絕緣材料。
加壓片13包括設置於該護環5與頂環主體2間之彈性薄膜。該加壓片13具有夾固於該殼體2a與頂環主體2之加壓片支撐件2b間的徑向外緣、以及夾固於該護環5與夾 盤6間的徑向內緣。該頂環主體2、夾盤6、護環5、以及加壓片13共同於該頂環主體2中界定出壓力室21。如第2圖所示，該壓力室21與該包含管、連接器等之流體通道32相連通。該壓力室21藉由設於該流體通道32上的調節器R2而連接至該壓力調整單元120。該加壓片13係由高強度且耐磨的橡膠材料所製成，諸如三元乙丙橡膠(EPDM)、胺基甲酸酯橡膠或矽膠。
於該加壓片13由如橡膠之彈性材料所製成的情況下，若該加壓片13係固定地夾固於護環3與頂環主體2間，則由於為彈性材料之加壓片13的彈性變形之故，所要求的水平表面無法保持在該護環3之下表面上。為防止此種缺點，該加壓片13夾固於該頂環主體2之殼體2a與於本實施例中作為分隔構件之加壓片支撐件2b間。該護環3可相對於該頂環主體2作垂直移動，或該護環3具有可不受該頂環主體2之支配而推壓該拋光面101a之結構。於此情況下，該加壓片13無須透過上述的方法予以固定。
邊緣薄膜7係裝設於該夾盤6之外周緣，且該邊緣薄膜7與由該頂環1保持的半導體晶圓W之外周緣接觸。該邊緣薄膜7上端係夾固於該夾盤6之外周緣與環狀邊緣環4間，以使得該邊緣薄膜7係接設至該夾盤6。
該邊緣薄膜7中形成有與包括管、連接器等之流體通道33相連通之壓力室22。該壓力室22藉由設於該流體通道33上的調節器R3而連接至該壓力調整單元120。如該加壓片13般，該邊緣薄膜7係由高強度且耐磨的橡膠材料 所製成，該橡膠材料可例如為三元乙丙橡膠、胺基甲酸酯橡膠或矽膠。該邊緣薄膜7之橡膠材料較佳的應具有20至60範圍內之橡膠硬度(duro)。
當研磨該半導體晶圓W時，該半導體晶圓W係藉由該頂環1之旋轉予以旋轉。該邊緣薄膜7與該半導體晶圓W具有小面積的接觸，且因此極易無法傳送足夠的轉動力矩至該半導體晶圓W。是以，與該半導體晶圓W緊密接觸之環狀中間氣囊19係固定於該夾盤6下表面，以藉由該中間氣囊19傳送足夠的力矩至該半導體晶圓W。該中間氣囊19徑向向內設置於該邊緣薄膜7中，且可由大到足以傳送足夠力矩至半導體晶圓W之接觸面積令該中間氣囊19與半導體晶圓W緊密接觸。
該中間氣囊19包括含彈性薄膜91以及氣囊保持件92，該彈性薄膜91係與該半導體晶圓W之上表面接觸，該氣囊保持件92則用以拆卸自如地保持該彈性薄膜91於適當位置。環狀溝槽6a係形成於該夾盤6之下表面，而該氣囊保持件92則藉由固定件(未圖示)固定地裝設於該環狀溝槽6a中。構成該中間氣囊19之彈性薄膜91的上端係夾固於該環狀溝槽6a與氣囊保持件92間，以便使該彈性薄膜91係可拆卸自如地裝設於該夾盤之下表面上。
該中間氣囊19具有藉由彈性薄膜91與氣囊保持件92而界定於其中之壓力室23。該壓力室23係與包括管、連接器等之流體通道34相連通，該壓力室23係藉由設於該流體通道34上的調節器R4而連接至該壓力調整單元120。 如該加壓片13般，該邊緣薄膜7係由高強度且耐磨的橡膠材料所製成，該橡膠材料諸如為三元乙丙橡膠、胺基甲酸酯橡膠或矽膠。
藉由該邊緣薄膜7、該中間氣囊19、半導體晶圓W、以及夾盤6所界定之環狀空間係用作為壓力室24。該壓力室24係與包管、連接器等之流體通道35相連通。該壓力室24藉由設置於該流體通道35上的調節器R5而連接至該壓力調整單元120。
藉由該中間氣囊19、半導體晶圓W、以及夾盤6所界定之環狀空間係用作為壓力室25。該壓力室25係與包括管、連接器等之流體通道36相連通，該壓力室25藉由設置於該流體通道36上的調節器R6而連接至該壓力調整單元120。透過設置於該頂環頭部110上端之旋轉接頭(未圖示)，該流體通道32、33、34、35以及36係分別連接至該調節器R2至R6。
採環狀溝槽形式之清潔液通道51係形成於靠近該殼體2a上表面之外周緣的該頂環主體2之密封件2c中。該清潔液通道51與該流體通道30相連通並且係透過該流體通道30而供應如純水等清潔液。複數個通孔53延伸自該清潔液通道51並且通過該殼體2a與加壓片支撐件2b。該通孔53與介於該邊緣薄膜7之外周面以及該護環3內周面間之小間隙G相連通。
由於該小間隙G係形成於該邊緣薄膜7之外周面與該護環3間，包括護環5、夾盤6、以及裝設於該夾盤6上之 邊緣薄膜7之構件係採浮動的方式相對於該頂環主體2與護環3而垂直移動。該夾盤6具有複數個凸部6c自該夾盤6外周緣徑向向外凸出。當該凸部6c與該護環3徑向向內的凸出部分之上表面相接合時，包括該夾盤6之構件的向下移動會限定於某些位置。
該中間氣囊19將參考第3A至第3C圖詳細說明如下。第3A至第3C圖係為放大的斷面圖，顯示第2圖中所示之中間氣囊19。
如第3A圖所示，該中間氣囊19之彈性薄膜91具有：有凸緣91a向外凸出之中間接觸部91b；自該凸緣91a之基底部91c向外延伸之延伸部91d，以於延伸部91d與凸緣91a之間形成溝槽93；以及藉由該氣囊保持件92連接至該夾盤6之連接部91e。該延伸部91d係自該凸緣91a之基底部91c向外延伸，以定位於該凸緣91a頂端內部，而該連接部91e則自該延伸部91d之外端向上延伸。該凸緣91a、中間接觸部91b、連接部91e、以及延伸部91d係與彼此一體地成形並且以相同的材料製成。中間接觸部91b之中間部分中係形成開口91f。
透過此種結構，若當該半導體晶圓W與該中間氣囊19(請參閱第3B圖)之中間接觸部91b(請參閱第3B圖)緊密接觸後，升起該夾盤6以進行研磨時，藉由該連接部91e之向上力量係藉該延伸部91d運送成水平或傾斜方向的力量，並且使運送後之力量係施加於該凸緣91a之基底部91c(請參閱第3C圖)。因此，施加於該凸緣91a之基底部91c 的向上力量可設定成非常小，如此便不致將過度的向上力量施加至該接觸部91b。是以，於該基底部91c附近不會形成真空，使得除了該凸緣91a外之中間接觸部91b的整體表面上可實現一致的研磨速率。於此情況下，該連接部91e之厚度或該凸緣91a之長度可於該徑向向內設置的連接部與該徑向向外設置的連接部之間予以變化。此外，該延伸部91d之長度可於該徑向向內設置的延伸部與該徑向向外設置的延伸部之間予以變化。再者，該凸緣91a之厚度可依據形成於該待研磨半導體晶圓上之薄膜類型或拋光墊類型予以變化。當阻力或傳送至該半導體晶圓之研磨力矩過大時，該凸緣91a之厚度較佳的可為較厚者，以防止該凸緣91a之扭轉。
依據本實施例之該邊緣薄膜7將參考第4A至第4C圖詳細說明如下。第4A圖係為斷面圖，顯示本發明之第一實施例中的邊緣薄膜之整體結構。第4B與第4C圖係為不連續斷面圖，顯示第2圖中之基板保持裝置。
本實施例之邊緣薄膜(彈性薄膜)7包括環狀接觸部8以及環狀周圍壁件9，該接觸部8係與該半導體晶圓W之外周緣接觸，該環狀周圍壁件9則自該接觸部8向上延伸並且連接至該夾盤6。該環狀周圍壁件9包括外周壁件9a以及內周壁件9b，其中該內周壁件9b係朝該外周壁件9a徑向向內設置。該接觸部8具有自該環狀周圍壁件9(亦即該外周壁件9a以及內周壁件9b)徑向向內延伸之形狀。該接觸部8具有位於該外周壁件9a以及內周壁件9b間之周 圍延伸狹縫18。具體而言，該狹縫18於該外周壁件9a以及內周壁件9b間之位置將該接觸部8分隔成外接觸部8a與內接觸部8b。
如第4B與第4C圖所示，該外周壁件9a以及內周壁件9b分別沿著該環狀邊緣環4之外周面與內周面而向上延伸。該外周壁件9a以及內周壁件9b之上端分別夾固於該夾盤6與該邊緣環4上表面之間。該邊緣環4藉由固定件(未圖示)予以固定至該夾盤6以便使該邊緣薄膜7可拆卸自如地接設至該夾盤6。該流體通道33垂直延伸通過該邊緣環4並於該邊緣環4之下表面打開。因此，由該邊緣環4、邊緣薄膜7、以及半導體晶圓W所界定的環狀壓力室22與該流體通道33相連通，並且係透過該流體通道33以及調節器R3與該壓力調整單元120相連接。
該環狀周圍壁件9具有可伸展收縮部40，該可伸展收縮部40係可垂直伸展收縮，亦即大致垂直於該半導體晶圓W者。更具體而言，構成該環狀周圍壁件9之外周壁件9a具有可伸展收縮部40a，而該可伸展收縮部40a係可垂直地伸展與收縮。該可伸展收縮部40a具有使外周壁件9a向內摺疊並進一步向外摺疊之部分的結構，以形成沿著該周圍方向回摺部的部分。該可伸展收縮部40a係接近於該外接觸部8a而設置並且係設置於該邊緣環4下方。構成該環狀周圍壁件9之內周部壁件9b亦具有可伸展收縮部40b，而該可伸展收縮部40b係可垂直地伸展與收縮者。可伸展收縮部40b具有使內周壁件9b接近下端之部分係沿著該周 圍方向向內摺疊之結構。由於該可伸展收縮部40a、40b係分別設置於該外周壁件9a以及內周壁件9b中，當該接觸部8(亦即外接觸部8a與內接觸部8b)保持一定形狀之同時，該外周壁件9a與內周壁件9b可大幅度地伸展與收縮。因此，如第4C圖所示，當該夾盤6向上移動時，該可伸展收縮部40a與40b會伸展，以便隨著該夾盤6之運動而移動，俾使介於該邊緣薄膜7與半導體晶圓W間之接觸面積保持不變。
於該夾盤6上之壓力室21與壓力室22、23、24以及25係供應有加壓流體，該加壓流體可例如為加壓空氣，或透過與個別壓力室連接之流體通道32、33、34、35以及36於該壓力室21、22、23、24以及25中提供大氣壓力或真空。特別是，分別設置於該流體通道32、33、34、35以及36上之調節器R2至R6可分別調節供應至個別壓力室21、22、23、24以及25的加壓流體之壓力。因此，可獨立的控制各該壓力室21、22、23、24以及25中之壓力，或可獨立於各該壓力室21、22、23、24以及25內提供大氣壓力或真空。
如前所述，該邊緣薄膜7具有於本身下端徑向向內延伸之接觸部8(內接觸部8b)，而且中間氣囊19於自身下端上形成有凸緣91a。該接觸部8(內接觸部8b)與凸緣91a係藉由供應至該壓力室22、23以及24之加壓流體而與該半導體晶圓W緊密接觸。因此，在該壓力室中之加壓流體不會於該邊緣薄膜7與中間氣囊19之下表面之下流動。更 詳而言之，該接觸部8與凸緣91a係藉由加壓流體而壓抵至該半導體晶圓W，並因此令該邊緣薄膜7以及中間氣囊19與半導體晶圓W保持緊密接觸。因此，可穩定地控制於該壓力室22、23以及24中每一個壓力室之壓力。
於此情況下，供應至該壓力室21、22、23、24以及25之加壓流體或當於其中生成大氣壓力時供應至上述壓力室之大氣壓力空氣均可藉由溫度予以獨立控制。透過此種結構，可由拋光面的背側直接控制如半導體晶圓之工件的溫度。具體而言，當個別壓力室的溫度係獨立的控制時，可控制化學機械研磨的化學研磨步驟中的化學反應速率。
接著，將詳細揭露以此架構之頂環1的操作。
於具有前述結構之研磨裝置中，當要將該半導體晶圓W運送至該研磨裝置時，整個該頂環1移動至要傳送該半導體晶圓W之運送位置。在該半導體晶圓W具有200毫米(mm)的直徑之情況下，該壓力調整單元120透過該流體通道34與該壓力室23相連通。在該半導體晶圓W具有300毫米的直徑之情況下，該壓力調整單元120透過該流體通道35與該壓力室24相連通。接著，令該壓力室23或24藉由該壓力調整單元120予以抽空，以使該半導體晶圓W在真空下藉由該壓力室23與24之吸引效應而吸引至該頂環1下端。透過將該半導體晶圓W吸引至該頂環1，可移動整個該頂環1至具有拋光面101a於拋光墊101上之拋光盤100上的位置。該半導體晶圓W之外周緣係藉由該護環3予以保持，以使得該半導體晶圓W不會自該頂環1移開， 或該半導體晶圓W不致滑動。
之後，停止藉由該壓力室23或24所提供予該半導體晶圓W之吸引。大約於同一時間，啟動連接至該頂環驅動軸11之頂環氣壓缸111，以於預設之壓力下將固定於該頂環1下端的護環3壓抵至該拋光盤100之拋光面101a。接著，供應該加壓流體至該壓力室21以便向下移動該夾盤6，藉此將該邊緣薄膜7以及中間氣囊19壓抵該半導體晶圓W。於此方法中，該邊緣薄膜7之下表面以及中間氣囊19可與該半導體晶圓W之上表面緊密接觸。於此狀態下，具有個別壓力之加壓流體係分別供應至該壓力室22、23、24以及25，以使得該夾盤6向上移動且於此同時該半導體晶圓W壓抵該拋光盤100之拋光面101a。此時，設置於該邊緣薄膜7中之可伸展收縮部40a與40b係伸展，以便跟隨該夾盤6之向上移動。因此，介於該邊緣薄膜7之下表面(亦即該接觸部8)與該半導體晶圓W外周緣間之接觸面積可保持不變。該研磨液供應嘴102預先供應研磨液Q至該拋光墊101之拋光面101a上，以便保持該研磨液Q於該拋光墊101上。因此，該半導體晶圓W係在介於該半導體晶圓W待拋光面(下表面)與該拋光墊101間之研磨液Q中進行研磨。
依據本實施例將該頂環1用作基板保持裝置，由於介於該邊緣薄膜7與半導體晶圓W外周緣間之接觸面積保持不變，故可防止施加於該半導體晶圓W外周緣之壓力改變。因此，包括該半導體晶圓W外周緣之整個表面可在均 勻的壓力下壓抵該拋光面101a。結果，可防止位於該半導體晶圓W外周緣之研磨速率降低。此外，亦可防止位於該半導體晶圓W外周緣徑向向內的區域之研磨速率增加。尤其是，在該半導體晶圓之直徑為200毫米的情況下，可防止距離該半導體晶圓W外周緣20毫米之區域的研磨速率增加。在該半導體晶圓之直徑為300毫米的情況下，可防止距離該半導體晶圓W外周緣25毫米之區域的研磨速率增加。
形成於該邊緣薄膜7之接觸部8中的周圍延伸狹縫18係有效地於向下方向中增加該環狀周圍壁件9(該外周壁件9a與內周壁件9b)之伸展性。因此，即使於該供應至壓力室22之加壓流體的壓力過小時，該邊緣薄膜7與半導體晶圓W間之接觸面積仍可保持不變。因此，在較小的壓力下即可壓住該半導體晶圓W。
該半導體晶圓W位於該壓力室22、23、24以及25下方的局部區域係在供應至該壓力室22、23、24以及25之加壓流體的壓力下壓抵該拋光面101a。因此，供應至該壓力室22、23、24以及25之加壓流體的壓力可相互獨立地予以控制，使得該半導體晶圓W之整個表面可在均勻的壓力下壓抵該拋光面。結果，該半導體晶圓W之整個表面上可獲得均勻的研磨速率。於相同的方式中，該調節器R2調節供應至該壓力室21之加壓流體的壓力，以便藉由該護環3改變施加至該拋光墊101之推壓力。於此方式中，於研磨期間，可適當調整藉由該護環3施加於該拋光墊101之 推壓力以及藉由個別壓力室22、23、24以及25施加以壓抵該半導體晶圓W至該拋光墊101之推壓力，以便控制該半導體晶圓W的研磨輪廓。該半導體晶圓W具有用以透過該中間氣囊19之接觸部藉由加壓流體而施加推壓力之區域，以及直接施加加壓流體的壓力之區域。施加於這些區域之推壓力係具有彼此相同的壓力。
如前所述，係適當地調整藉由該頂環氣壓缸111施加以將該護環3壓抵該拋光墊101的推壓力以及藉由供應至該壓力室22、23、24以及25以將該半導體晶圓W壓抵該拋光墊101的加壓流體所施加的推壓力，以研磨該半導體晶圓W。當該半導體晶圓W之研磨完成時，停止供應加壓流體至該壓力室22、23、24以及25，並且使該壓力室22、23、24以及25中之壓力降低至大氣壓力。之後，排空該壓力室23或壓力室24，以於其中形成負壓，使得該半導體晶圓W再次被吸引至該頂環1之下表面。此時，係於該壓力室21中形成大氣壓力或負壓。此乃因為若該壓力室21仍保持在高壓狀態，則該半導體晶圓W係藉由該夾盤6之下表面而局部地壓抵該拋光面101a。
於透過前述方式吸引該半導體晶圓W後，該頂環1個體移動至運送位置，並且接著自該流體通道35至半導體晶圓W抽出該流體(例如，加壓流體或氮以及純水之混合物)，以便自頂環1釋放該半導體晶圓W。
用以研磨該半導體晶圓W之研磨液Q傾向於流至介於該邊緣薄膜7之外周面與該護環3間之小間隙G。若該研 磨液Q固定地停留於該間隙G中，則該護環5、該夾盤6以及邊緣薄膜7將無法相對於該頂環主體2以及護環3而平順地垂直移動。為避免此種缺陷，係透過該流體通道30供應如純水等清潔液至該環狀清潔液通道51。據此，係透過複數個通孔53供應該純水至該間隙G上的空間，因而清潔該間隙G以防止研磨液Q固定地停留於該間隙G中。該清潔液較佳係於釋放該半導體晶圓W後開始供應直至下一個待研磨半導體晶圓係吸引至該頂環1為止。
依據本發明之第二實施例的基板保持裝置將參考第5A與第5B圖說明於下。第5A與第5B圖係為不連續斷面圖，顯示根據本發明之第二實施例中的基板保持裝置。依據第二實施例之基板保持裝置而於以下未說明的結構細節係與第一實施例中的基板保持裝置之結構細節相同。
如第5A圖所示，形成於該外周壁件9a中之可伸展收縮部40a係設置於接近該外周壁件9a上端的位置。該邊緣環4具有用以罩住該可伸展收縮部40a之環狀覆蓋溝槽4a。該覆蓋溝槽4a係形成於該邊緣環4之外周面，並且於該邊緣環4之周圍方向延伸。如第5B圖所示，該覆蓋溝槽4a具有足夠的寬度，即使該可伸展收縮部40a係向下伸展，仍可使該可伸展收縮部40a不致與該邊緣環4接觸。該邊緣環4具有與該外接觸部8a(接觸部8)接觸壓制構件45，以將該外接觸部8a壓抵至該半導體晶圓W之外周緣。複數個徑向延伸的溝槽46係形成於該壓制構件45之下表面。透過該流體通道33供應至該壓力室22之加壓流體係 透過該溝槽46而供應至構成該接觸部8的外接觸部8a之上表面。於本實施例中，該壓制構件45係與該邊緣環4一體成形而形成者。然而，該壓制構件45亦可與該邊緣環4相隔開。
依據本實施例具有上述結構之基板保持裝置的操作將說明於下。依據本發明第二實施例之基板保持裝置未說明於下文的操作細節係與本發明第一實施例的基板保持裝置之操作細節相同。
藉由該頂環係將該半導體晶圓W設置至該拋光面101a上，並且接著供應加壓流體至該壓力室21，以便向下移動該夾盤6與邊緣環4。此時，該壓制構件45之下表面係與該外接觸部8a之上表面接觸，以使該壓制構件45於預設之壓力下將該外接觸部8a壓抵至該半導體晶圓W。因此該邊緣薄膜7以及半導體晶圓W相互間係充分緊密接觸而保持者。於此狀態下，係供應該加壓流體至該壓力室22、23、24以及25。
透過該流體通道33供應至該壓力室22之加壓流體係快速地透過該溝槽46供應至該外接觸部8a的上表面。因此，於供應該加壓流體至壓力室22之同時，該加壓流體壓抵該外接觸部8a至該半導體晶圓W。當供應該加壓流體至該壓力室22、23、24以及25時該夾盤6向上移動，且該外周壁件9a之可伸展收縮部40a以及內周壁件9b之可伸展收縮部40b係伸展者。此時，該可伸展收縮部40a係於形成在該邊緣環4中的覆蓋溝槽4a內變形。因此，可防止 該可伸展收縮部40a與該邊緣環4接觸並且因此可確保該可伸展收縮部40a良好的伸展性。於此方式中，該半導體晶圓W係於藉由該壓力室22、23、24以及25壓抵至該拋光面101a時進行研磨。
依據具有上述結構之基板保持裝置，該壓制構件45可使該邊緣薄膜7與該半導體晶圓W緊密接觸。因此，可防止供應至該壓力室22之加壓流體洩漏。此外，該加壓流體可快速地透過該溝槽46而供應至該外接觸部8a之上表面。因此，當該邊緣薄膜7由壓制構件45所壓制之同時，該加壓流體可開始將該外接觸部8a壓抵至該半導體晶圓W。此外，該可伸展收縮部40a係設置於該外周壁件9a之上端附近。因此，可增加該外周壁件9a之伸展性，且可防止該外周壁件9a於周圍的方向產生扭曲，因而容許該邊緣薄膜7在所有時間下以相同方式運作。
依據本發明第三實施例之邊緣薄膜7將參考第6A與第6B圖說明於下。第6A圖係為不連續斷面圖，顯示根據本發明之第三實施例中的基板保持裝置。第6B圖係為不連續斷面圖，顯示根據本發明之第三實施例中的邊緣薄膜之另一結構。依據本發明第三實施例之基板保持裝置未於下文說明的結構與操作細節係與第二實施例中的基板保持裝置之結構與操作細節相同。
如第6A圖所示，構成該接觸部8且藉由壓制構件45予以壓住之外接觸部8a於自身上表面上形成厚部48。該厚部48於該外接觸部8a之周圍方向延伸，並且具有大致 拱形的斷面。用以強化該外接觸部8a強度的強化構件50係嵌入於該外接觸部8a中。該壓制構件45於本身之下表面上具有階狀部，以形成第一壓制表面45a以及設置於該第一壓制表面45a上方之第二壓制表面45b。該第一壓制表面45a係與該外接觸部8a接觸，該第二壓制表面45b則係與該厚部48接觸。該第一壓制表面45a與第二壓制表面45b本身分別具有複數個徑向延伸的溝槽46a、46b。該溝槽46a、46b允許當該邊緣薄膜7係由壓制構件45所壓制之際使該加壓流體可啟動將該外接觸部8a壓抵至該半導體晶圓W，如同第二實施例。
如上所述，依據本實施例，藉由該壓制構件45而壓制的外接觸部8a具有厚部48，而且強化構件50嵌入於該外接觸部8a中。透過此結構，可強化該外接觸部8a之機械強度。因此，當該外接觸部8a係藉由該壓制構件45而壓抵至該半導體晶圓W時，可防止該外接觸部8a在周圍方向產生扭曲。據此，該邊緣薄膜7與半導體晶圓W相互間可保持緊密接觸，因此可防止加壓流體洩漏。
此外，由於該厚部48具有大致拱形的斷面，已進入該壓力室22之研磨液較不易固定地停留於該厚部48。再者，該壓制構件45之下表面(亦即第二壓制表面45b)以及該厚部48相互間不會保持緊密接觸，因而可使該壓制構件45輕易地脫離與該厚部48之接觸。僅有該厚部48或強化構件50之其中一者可用以強化該接觸部8。如第6B圖所示，該厚部48可具有三角形斷面。
依據本發明之第四實施例的基板保持裝置將參考第7圖說明於下。第7圖係為不連續斷面圖，顯示根據本發明之第四實施例中的基板保持裝置之結構。依據本發明第四實施例之基板保持裝置未說明於下的結構與操作細節係與第三實施例中的基板保持裝置之結構與操作細節相同。依據本發明第四實施例之基板保持裝置與依據本發明第三實施例之基板保持裝置不同之處在於本實施例中該邊緣環中設有用以供應加壓流體至該接觸部上表面之流體供應埠，藉以替代該壓制構件下表面設置溝槽。
如第7圖所示，該邊緣環4本身形成有與該流體通道33相連通之貫孔180。該貫孔180具有三個開口，亦即，包括朝該外接觸部8a(接觸部8)打開口作為流體供應埠之第一開口180a、朝向該內周壁件9b之可伸展收縮部40b打開的第二開口180b、以及於該邊緣環4外周面上打開之第三開口180c。透過流體通道33引導至該貫孔180之加壓流體係分成三個於該邊緣環4中的流體之流動。更詳而言之，該加壓流體形成的第一流動係由該第一開口180a供應至該外接觸部8a之上表面，該加壓流體形成的第二流動係由該第二開口180b供應至該內周壁件9b之可伸展收縮部40b，以及該加壓流體形成的第三流動係由該第三開口180c供應至該外周壁件9a之背側表面。
透過此種結構，當該外接觸部8a藉由該壓制構件45予以壓制之際，該加壓流體係供應至該外接觸部8a之上表面。因此，如前述第三實施例所述，當係藉由該邊緣薄膜 7壓住該壓制構件45之同時，該加壓流體可開始壓住該外接觸部8a(接觸部8)。
依據本發明之第五實施例的邊緣薄膜將參考第8A與第8B圖說明於下。第8A圖係為斷面圖，顯示根據本發明之第五實施例中的邊緣薄膜，以及第8B圖係為斷面圖，顯示根據本發明之第五實施例中的邊緣薄膜之另一結構。
透過第一實施例的邊緣薄膜，該可伸展收縮部係藉由沿著該周圍方向摺疊環狀周圍壁件之部分予以形成。可替代的，如第8A圖所示，該環狀周圍壁件9可由較該接觸部8為軟的材料所製成，以便提供可伸展收縮部40。可替代的，如第8B圖所示，該環狀周圍壁件9可較該接觸部8為薄，以便提供可伸展收縮部40。依據這些結構，當利用根據上述該些實施例之可伸展收縮部時，該環狀周圍壁件9可垂直地伸展與收縮，亦即垂直於該半導體晶圓而伸展與收縮。
依據本發明之第六實施例的邊緣薄膜將參考第9A與第9B圖說明於下。第9A圖係為斷面圖，顯示根據本發明之第六實施例中的邊緣薄膜，以及第9B圖係為示意圖，顯示根據本發明之第六實施例中的邊緣薄膜之伸展狀態。本實施例之邊緣薄膜具有與第二實施例中的邊緣薄膜相同的基本架構。
如第9A圖所示，可伸展收縮部40之摺疊部71以及介於該環狀周圍壁件9與該接觸部8間之接合部72分別具有大致拱形的斷面。如第9B圖所示，通常，若介於該構件間 之接合部具有有角度的斷面，則即使在該些構件垂直地伸展後，該有角度的斷面仍保持固定的形狀，因而導致該構件之伸展性受到限制。另一方面，若介於該構件間之接合部具有大致拱形的斷面，則該接合部可有彈性地變形，因而提供該構件良好的伸展性。因此，藉由前述的構造，包括該可伸展收縮部40之該環狀周圍壁件9可平順地伸。
依據本發明之第七實施例的邊緣薄膜將參考第10A與第10E圖說明於下。第10A圖係為斷面圖，顯示根據本發明之第七實施例中的邊緣薄膜，以及第10B至第10E圖係為斷面圖，分別顯示本發明之第七實施例中的邊緣薄膜之其他結構。本實施例之邊緣薄膜具有與根據第二實施例中的邊緣薄膜相同的基本構造。
通常，當研磨半導體晶圓時，於藉由該頂環保持的半導體晶圓與該拋光面之間會產生摩擦力。是以，該邊緣薄膜會於周圍方向產生扭曲，且因此介於該邊緣薄膜與該半導體晶圓間之接觸緊密度會降低。因此，於第10A至第10E圖所示的邊緣薄膜7中，為防止該邊緣薄膜產生扭曲，環狀周圍壁件9位於該可伸展收縮部40下方之部分具有強化的機械強度。
具體而言，第10A圖顯示邊緣薄膜7，其中環狀周圍壁件9位於該可伸展收縮部40下方之部分係由較該接觸部8為硬的材料所製成的。第10B圖顯示邊緣薄膜7，其中周圍壁件9位於該可伸展收縮部40下方之部分係較該接觸部8為厚。第10C圖顯示邊緣薄膜7，其中較該邊緣薄膜7為 硬之硬構件96係嵌入於環狀周圍壁件9位於該可伸展收縮部40下方之部份。第10D圖顯示邊緣薄膜7，其中較該邊緣薄膜7為硬之硬構件96係固定至環狀周圍壁件9位於該可伸展收縮部40下方之部分。第10E圖顯示邊緣薄膜7，其中環狀周圍壁件9位於該可伸展收縮部40下方之部分係塗佈有較該邊緣薄膜7為硬的硬材料97。該硬構件96較佳包括如不銹鋼等具有良好抗銹性的金屬或樹脂。當該半導體晶圓正進行研磨時，具有上述結構之該邊緣薄膜7可防止在周圍方向產生扭曲，因此使該邊緣薄膜7以及半導體晶圓W相互間保持緊密接觸。
依據本發明之第八實施例的基板保持裝置將參考第11A與11B圖說明於下。第11A與第11B圖係為不連續斷面圖，顯示根據本發明之第八實施例中的基板保持裝置。依據本發明第八實施例之基板保持裝置未於以下說明的結構與操作細節係與根據本發明第一實施例中的基板保持裝置之結構與操作細節相同。
如第11A圖所示，該外周壁件9a在接近該接觸部8a之位置上沿著周圍方向而徑向向內摺疊，因此提供可伸展收縮部40a。該可伸展收縮部40a係設置於該邊緣環4下方。保護構件190係由該外周壁件9a(環狀周圍壁件9)徑向向外地設置。該保護構件190用以防止該邊緣薄膜7與該護環3間相互接觸。該保護部190係設置於該夾盤6之外周緣上且與該夾盤6一體成形地形成。可替代的，該保護部190設置可為與該夾盤6相分離的構件。藉由此結 構，可防止該邊緣薄膜7與該護環3間相互接觸，因此可允許該夾盤6可平順地垂直移動。
依據本發明之第九實施例的基板保持裝置將說明於下。依據本發明第九實施例之基板保持裝置未於以下說明的結構與操作細節係與根據本發明第一實施例中的基板保持裝置之結構與操作細節相同。
構成該接觸部8之外接觸部8a與內接觸部8b之上表面上具有複數個細微凸部與凹部(未圖示)。該凸部與凹部較佳可藉由如研磨(graining)處理而形成。該研磨處理係用以於工件表面上形成規則或不規則的凸部與凹部，以粗化該表面。透過於該外接觸部8a與內接觸部8b之上表面形成有該凸部與凹部之結構，可令該內接觸部8b與該夾盤6之附著程度減弱。因此，當夾盤6向上移動時，可防止該邊緣薄膜7之內接觸部8b與該夾盤6一併向上移動。此外，若該壓制構件45如第二實施例所述般與該外接觸部8a接觸，則該壓制構件45可輕易地脫離與該外接觸部8a之接觸。於本實施例中，該接觸部8之外接觸部8a與內接觸部8b的下表面亦具有複數個細微凸部與凹部，以使該半導體晶圓於研磨基板後可輕易地自該邊緣薄膜7予以釋放。
於上述實施例中，該流體通道32、33、34、35以及36係設置為分離的通道。該些流體通道可相互結合，或依據施加於該半導體晶圓W之推壓力大小以及位置而使該壓力室間彼此相通。上述實施例可適當地予以相互合併。
於上述之實施例中，該拋光面係藉由拋光墊予以形成。然而，該拋光墊並不限定於此種結構。舉例而言，該拋光面可由固定的研磨料所形成。該固定研磨料係形成於包括藉由黏著劑固定之研磨顆粒的平板上。透過該固定研磨料，研磨程序可藉由自該固定研磨料所自我生成出的研磨顆粒予以執行。該固定研磨料包括研磨顆粒、黏著劑、以及細孔。舉例而言，具有0.5微米或更小的平均研磨顆粒直徑之二氧化鈰可用作為研磨顆粒，而環氧樹脂則可用作為黏著劑。此種固定研磨料形成較硬的拋光面。該固定研磨料包括具有由固定研磨料之薄層所形成的雙層結構之固定拋光墊以及接設至該固定研磨料薄層之下表面的彈性拋光墊。前述之IC-1000可用作為另一種拋光面。
依據本發明之第十實施例的基板保持裝置將參考第12A至第14圖說明於下。第12A圖係為斷面圖，顯示根據本發明之第十實施例中的局部基板保持裝置。第12B圖係為示意圖，顯示由第12A圖中的箭頭A所示之方向進行觀視之局部基板保持裝置。第13圖係為示意圖，顯示由第12A圖中的箭頭B所示之方向進行觀視的局部中間薄膜。第14圖係為透視圖，顯示根據本發明之第十實施例中結合至基板保持裝置的中間氣囊。依據本發明第十實施例之基板保持裝置於下未說明的結構與操作細節係與本發明第一實施例中的基板保持裝置之結構與操作細節相同。
中間氣囊200包括具有與該半導體晶圓W接觸之中間接觸部202的中間薄膜201。該中間薄膜201係用作為彈 性構件並對應於第一實施例中的彈性薄膜91相同。該中間接觸部202具有外部中間接觸部202a與內部中間接觸部202b。該外部中間接觸部202a係自該內部中間接觸部202b徑向向外地設置。該外部中間接觸部202a與內部中間接觸部202b分別具有自該壓力室23向外延伸的突出部205a、205b以及設置於該壓力室23中之基底部206a、206b。以下，該外部中間接觸部202a與內部中間接觸部202b共同稱之為中間接觸部202。該突出部205a、205b對應於第一實施例中之凸緣91a。
該中間薄膜201具有連接至該突出部205a、205b並大致與該中間接觸部202平行延伸之延伸部203a、203b。該中間薄膜201復具有自該延伸部203a、203b頂端向上延伸並且藉由該氣囊保持件92連接至該夾盤6之連接部204a、204b。該壓力室23係由該中間薄膜201、氣囊保持件92、以及半導體晶圓W予以界定。
如第13與第14圖所示，該突出部205a、205b具有複數個拱形凹部210，每一個拱形凹部210用作為移動上升部，而該等拱形凹部210係於該突出部205a、205b周圍邊緣等距形成。如第13圖所示，該凹部210係形成於該中間接觸部202之各個區域202c中。該區域202c係沿著該中間接觸部202周圍方向等距設置。每一個區域202c係由比該中間接觸部202之其他區域之材料對該半導體晶圓W黏著度更低的材料所製成。藉由該平滑處理或噴砂處理以研磨該區域202c待接觸該半導體晶圓W的表面，以於該表面 上形成凸部與凹部。該中間接觸部202之整個下表面可受到研磨。該顆粒化處理係為用以於該工件表面上形成細微凸部與凹部之程序。
該突出部205a、205b具有向上凹部225，每一個向上凹部225用作為移動上升部，該向上凹部225係形成於該突出部205a、205b之周圍邊緣。如第12B圖所示，間隙226係形成於該凹部225與半導體晶圓W間。當該加壓流體供應至該壓力室23、24以及25(請參閱第2圖)，該凹部225變形藉以緊密地與該半導體晶圓W之上表面接觸，因此令該壓力室23成氣密狀態。此時，該間隙226並未形成。當該壓力室23、24以及25中的壓力降低成例如為大氣壓力時，該凹部225會與該半導體晶圓W之上表面分離。該凹部225較佳係形成於當該夾盤6向下移動時該夾盤6下部可與該凹部225接觸之位置中。於此位置中，該凹部225係藉由該夾盤6而向下壓抵該半導體晶圓W，因此允許該壓力室23之內側為密封。於本實施例中，如第14圖所示，該凹部225係分別形成於凹部210中。然而，該凹部225之位置並不限定設置於該凹部210中。
依據具有上述結構之頂環(亦即該基板保持裝置)用以釋放該半導體晶圓的操作將參考第2圖說明如下。於研磨程序完成後，停止供應加壓流體至該壓力室22、23、24以及25，並且令該壓力室22、23、24以及25中的壓力降為大氣壓力。接著，係將該加壓流體供應至該壓力室21，以向下移動該夾盤6，使得該接觸部8(請參閱第4圖)以及中 間接觸部202(請參閱第12A圖)可與該半導體晶圓W之上表面均勻而緊密地接觸。於此狀態下，於該壓力室23或壓力室24中形成負壓，以使在真空下吸引該半導體晶圓W至該頂環1下端。
之後，該頂環1係水平移動至外懸部，其中於該外懸部中該頂環1外懸於該拋光盤100(請參閱第1圖)，並於該壓力室21中形成負壓以便向上移動該夾盤6。當該頂環1被移動至該外懸部時可於該壓力室21中形成負壓。接著，係向上移動該頂環1至推進器(亦即，基板升降裝置)(未圖示)上方，此時該頂環1係配置於運送位置中。接著，藉由該壓力室23或壓力室24而在真空下停止對該半導體晶圓W之吸引。
之後，自該流體通道35或流體通道34噴出流體(可例如為加壓的流體或氮混合物以及純水)至半導體晶圓W。具體而言，在該半導體晶圓W具有300毫米的直徑之情況下，該流體自該流體通道35噴出，在該半導體晶圓W具有200毫米的直徑之情況下，則自該流體通道34噴出流體。當該流體噴出至該半導體晶圓W時，開始自該半導體晶圓W處移除該中間接觸部202之凹部210與凹部225，且因此周圍的氣體流入該壓力室23。因此，由該中間接觸部202所產生的壓力室23之密封狀態被破壞，因此允許自該中間氣囊200平順且快速地釋放該半導體晶圓W。形成於該中間接觸部202之凹部210，可使該中間接觸部202(尤其是該凹部205a、205b)可輕易地脫離與該半導體晶圓W的接觸。 因此，可快速地自該中間氣囊200釋放該半導體晶圓W。於本實施例中，該中間接觸部202具有放射方向寬度小於其他區域之區域202c，藉以提供該凹部210。
於此實施例中，如上所述，該中間接觸部202局部由具有對該半導體晶圓W為低黏著性的材料所製成，並且局部研磨該中間接觸部202，以於該中間接觸部202下表面上形成細微凸部與凹部。藉由此結構，可平順地自該中間氣囊200釋放該半導體晶圓W。較佳的是在自該流體通道35或流體通道34噴出流體的同時供應如純水之流體至該半導體晶圓W與中間接觸部202之間。藉由此結構，可更加平順地自該中間氣囊200釋放該半導體晶圓W。
依據本發明之第十一實施例的基板保持裝置將參考第15圖而說明於下。第15圖係為後視圖，顯示根據本發明之第十一實施例中基板保持裝置的彈性薄膜。依據本發明第十一實施例之基板保持裝置於下未說明的結構與操作細節係與本發明第一及第十實施例中的基板保持裝置之結構與操作細節相同。
如第15圖所示，彈性構件包含設置於最外周緣區域中之邊緣薄膜7、以及由該邊緣薄膜7徑向向內設置之中間薄膜201。該邊緣薄膜7之內接觸部8b具有於內周緣形成之凹部210。外部中間接觸部202a之突出部205a以及內部中間接觸部202b之突出部205b分別具有於周緣形成的凹部210。藉由此結構，當由該壓力室35或壓力室34供應流體(請參閱第2圖)，可快速地自該半導體晶圓W移除 該邊緣薄膜7與中間薄膜201。如上所述，於該半導體晶圓W具有300毫米的直徑之情況下，自該流體通道35噴出該流體，而於該半導體晶圓W具有200毫米的直徑之情況下，自該流體通道34噴出該流體。在自該流體通道35或流體通道34噴出流體的同時，較佳係供應如純水之流體至該半導體晶圓W與接觸部8之間、以及該半導體晶圓W與中間接觸部202之間。
依據本發明之第十二實施例的基板保持裝置將參考第16至第19圖說明於下。第16圖係為後視圖，顯示根據本發明之第十二實施例中結合至基板保持裝置的彈性薄膜之第一例示。第17圖係為後視圖，顯示根據本發明之第十二實施例中結合至基板保持裝置的彈性薄膜之第二例示。第18圖係為根據本發明之第十二實施例中結合至基板保持裝置的彈性薄膜之第三例示之後視圖。第19圖係為後視圖，顯示根據本發明之第十二實施例中結合至基板保持裝置的彈性薄膜之第四例示。依據本發明第十二實施例之基板保持裝置於下未說明的結構與操作細節係與第一與第十實施例中的基板保持裝置之結構與操作細節相同。
如第16至19圖所示，彈性構件包括設置於該最外周緣區域中之邊緣薄膜7、以及朝該邊緣薄膜7徑向向內設置之中間薄膜201。於第16圖中所示之本實施例第一例示中，邊緣薄膜7之接觸部8以及中間薄膜201之中間接觸部202係藉由複數個連接部220相互連接，而每一個連接部220用以作為移動上升部。具體而言，接觸部8之內接 觸部8b以及外部中間接觸部202a之突出部205a係藉由連接部220連接。該連接部220自該突出部205a之周緣徑向延伸並以等間距設置於該突出部205a之周圍方向。
於第17圖中所示之本實施例第二例示中，該外部中間接觸部202a之內接觸部8b與突出部205a藉由環狀連接部220而彼此一體地連接。藉由此結構，該內接觸部8b、外部中間接觸部202a以及連接部220係一體形成為單一環狀構件。
於第18圖中所示之本實施例第三例示中，該內接觸部8b與突出部205a係藉由複數個放射狀連接部220相互連接。介於該徑向的連接部220與內接觸部8b間之接合部、以及介於該徑向的連接部220與突出部205a間之接合部分別具有內圓角230，以防止該些接合部的應力集中。
於第19圖中所示之本實施例第四例示中，該內接觸部8b與突出部205a係藉由複數個傾斜延伸至徑向之連接部220而相互連接。
藉由第16至第19圖所示之結構，突出部205a之伸展係由該連接部220予以限制。據此，可防止當釋放該半導體晶圓W而令該半導體晶圓W向下移動時該突出部205a不會延伸。因此，當自該流體通道35或流體通道34噴出流體時，可快速地自該彈性構件(亦即邊緣薄膜7與中間薄膜201)釋放該半導體晶圓W。於該半導體晶圓W具有300毫米的直徑之情況下，自該流體通道35噴出流體，而於該半導體晶圓W具有200毫米的直徑之情況下則自該流體通道 34噴出該流體。諸如純水之流體較佳係供應在該半導體晶圓W與接觸部8之間、以及該半導體晶圓W與中間接觸部202間。之所以藉由連接部220連接內接觸部8b與突出部205a之周緣之理由係因為實驗顯示外部中間接觸部202a之突出部205a最不可能自該半導體晶圓W移開之故。
本發明之不同實施例已於前述說明。然而，本發明並不限定於前述之實施例。在本發明技術概念之範圍內可進行不同的修改。
如前所述，依據本發明，由於該可伸展收縮部係向下伸展以便隨著該可垂直移動構件(亦即夾盤)向上移動，故與該基板保持接觸之接觸部可保持形狀不變。因此，介於該彈性構件與基板間的接觸區域可保持不變，並且可於該基板之整個表面上獲得均勻的推壓力。
即使當該護環磨損而導致該可垂直移動構件與基板間之距離改變，由於該可伸展收縮部係伸展，故可隨著該距離的改變而改變該可伸展收縮部。因此，該接觸部與該基板間之接觸係保持在不變的形狀。是故，可以在均勻之壓力下自該基板中間至外周緣的整個區域上壓抵該基板。因此，可於該基板之整個表面上獲得均勻的研磨速率(亦即研磨輪廓)。此外，由於該可伸展收縮部可與該護環之磨損成比例地進行收縮，故可在不必更換該已磨損的護環下使用該已磨損之護環。
再者，依據本發明，當自該基板上表面噴出該流體時，開始自該基板移除該移動上升部，以平順地自該基板移除 該接觸部。因此，該基板可於不為流體壓力所傷害的情況下被運送至諸如推進器之基板升降裝置。亦可在不受該基板種類的影響下自該彈性構件處釋放該基板，尤其是不受該基板上之薄膜種類的影響，其中，該薄膜種類係指形成於該基板背側表面(上表面)上之薄膜的種類。
依據本發明之第十三實施例之基板保持裝置與研磨裝置將參考圖式說明於下。
第20圖係為斷面圖，顯示根據本發明之第十三實施例中具有基板保持裝置的研磨裝置之整體結構。依據第十三實施例之基板保持裝置與研磨裝置未於以下說明的結構與操作細節係與根據第一實施例中的基板保持裝置與研磨裝置之結構與操作細節相同。
如第20圖所示，流體通道332、333、334、335以及336延伸通過該頂環驅動軸11內側，並透過設置於該頂環驅動軸11上端之旋轉接頭421連接至壓力調整單元120。
依據本發明用作為基板保持裝置的頂環301將詳述於下。第21圖係為垂直斷面圖，顯示根據本發明之第十三實施例中的頂環。
如第21圖所示，該頂環主體2與一體固定於該頂環主體2之護環3中界定出覆蓋空間。該環狀護環5與該用以作為可移動構件之碟形夾盤6係設置於該覆蓋空間中。該夾盤6可於形成在頂環主體2中之覆蓋空間內於垂直方向中移動。該垂直方向係指與該拋光面101a垂直之方向。該頂環主體2、夾盤6、護環5、以及加壓片13共同於該頂 環主體2中界定出壓力室321。如第21圖所示，該壓力室321與該包括管、連接器等之流體通道332相連通。該壓力室321透過設於該流體通道332上的調節器R2而連接至該壓力調整單元120。
用以與該半導體晶圓W接觸之彈性薄膜307係接設至該夾盤6的下部。該彈性薄膜307具有用以與該半導體晶圓W之整個上表面接觸之環狀接觸部308。該彈性薄膜307復具有複數個自該接觸部308向上延伸並連接至夾盤6之環狀周圍壁件。具體而言，該環狀周圍壁件包括第一環狀周圍壁件309a、第二環狀周圍壁件309b、第三環狀周圍壁件309c、以及第四環狀周圍壁件309d，該些環狀周圍壁件一併稱之為環狀周圍壁件309a至309d。該彈性薄膜307具有如整件的構件之一體成形的結構。
該第一環狀周圍壁件309a係設置於該接觸部308之外周緣。該第二周圍壁309b係與該第一環狀周圍壁件309a間具有預設距離而朝該第一周圍壁309a徑向向內地設置。第三環狀周圍壁件309c係與該第二環狀周圍壁件309b間具有預設距離而朝該第二環狀周圍壁件309b徑向向內地設置。第四環狀周圍壁件309d係與該第三環狀周圍壁件309c間具有預設距離而朝該第三環狀周圍壁件309c徑向向內地設置。該第一環狀周圍壁件309a、第二環狀周圍壁件309b、第三環狀周圍壁件309c以及第四環狀周圍壁件309d係相互集中地予以設置。
該第一環狀周圍壁件309a與第二環狀周圍壁件309b 具有夾住於該夾盤6與環狀邊緣環4間之個別上端。該第三環狀周圍壁件309c以及第四環狀周圍壁件309d具有夾住於該夾盤6與環狀保持件315間之個別上端。該邊緣環4與保持件315係分別透過鎖栓(未圖示)固定至該夾盤6，使得該彈性薄膜307係拆卸自如地裝設於該夾盤6上。
該彈性薄膜307係與該壓力片13相同的由高強度且耐磨的橡膠材料所製成，該橡膠材料可例如為三元乙丙烯橡膠、胺基甲酸酯橡膠或矽膠。該彈性薄膜307之橡膠材料較佳應具有20至60範圍內之橡膠硬度。該彈性薄膜307可具有單一環狀周圍壁件，或如本實施例可具有複數個環狀周圍壁件。
第一壓力室322、第二壓力室323、第三壓力室324以及第四壓力室325係界定於該彈性薄膜307之背側表面(亦即上表面)。具體而言，該接觸部308、第一環狀周圍壁件309a、第二環狀周圍壁件309b以及邊緣環4界定作為第一壓力室322之環狀空間。該第一壓力室322與該包括管、連接器等之流體通道333相連通。該第一壓力室322透過設於該流體通道333上的調節器R3而連接至該壓力調整單元120。
該接觸部308、第二環狀周圍壁件309b、第三環狀周圍壁件309c、以及夾盤6界定用以作為第二壓力室323之環狀空間。該第二壓力室323與該包括管、連接器等之流體通道334相連通。該第二壓力室323透過設於該流體通道334上的調節器R4而連接至該壓力調整單元120。
該接觸部308、第三環狀周圍壁件309c、第四環狀周圍壁件309d、以及保持件315界定用以作為第三壓力室324之環狀空間。該第三壓力室324與該包括管、連接器等之流體通道335相連通。該第三壓力室324透過設於該流體通道335上的調節器R5而連接至該壓力調整單元120。
該接觸部308、第四環狀周圍壁件309d、以及夾盤6定義用以作為第四壓力室325之環狀空間。該第四壓力室325與該包括管、連接器等之流體通道336相連通。該第四壓力室325透過設於該流體通道336上的調節器R6而連接至該壓力調整單元120。該流體通道332、333、334、335以及336分別延伸通過該頂環驅動軸11內側，並且透過設置於該旋轉接頭421而連接至該調節器R2至R6。
透過連接至各該壓力室的該流體通道332、333、334、335以及336，界定於上述之夾盤6上之壓力室321以及該第一壓力室322、第二壓力室323、第三壓力室324以及第四壓力室325係供應如加壓空氣之加壓流體，或於該壓力室321、第一壓力室322、第三壓力室323、第三壓力室324以及第四壓力室325中生成的大氣壓力或真空。具體而言個別設置於該流體通道332、333、334、335以及336上之調節器R2至R6可個別調節供應至個別壓力室321、第一壓力室322、第二壓力室323、第三壓力室324以及第四壓力室325之加壓流體的壓力。因此，可獨立地控制該壓力室321、第一壓力室322、第二壓力室323、第三壓力室324以及第四壓力室325中的壓力，或者是獨立地於該壓力室 321、第一壓力室322、第二壓力室323、第三壓力室324以及第四壓力室325中生成大氣壓力或真空。
於各該第一壓力室壓力室322、第二壓力室323、第三壓力室324以及第四壓力室325中的壓力可依據嵌入於該拋光盤100中用以測量該半導體晶圓W拋光面上的薄膜厚度之一個或多個薄膜厚度測量裝置所測量出之厚度予以獨立控制。該薄膜厚度測量裝置可包括利用光干擾或光反射之光學型薄膜測量裝置，或渦流型薄膜厚度測量裝置。來自該薄膜厚度測量裝置之訊號係依據該半導體晶圓W之徑向位置予以分析，以便控制集中設置的各個第一壓力室322、第二壓力室323、第三壓力室324以及第四壓力室325之內部壓力。
於此情況下，供應至該第一壓力室322、第二壓力室323、第三壓力室324以及第四壓力室325之加壓流體、或者當於該些壓力室中生成大氣壓力時供應至該些壓力室的大氣空氣均可依溫度予以獨立控制。透過此種結構，可由待拋光面的背側直接控制諸如半導體晶圓之工件的溫度。具體而言，當獨立控制各該壓力室的溫度時，可控制化學機械研磨的化學研磨程序中的化學反應速率。
該第一壓力室322、第二壓力室323、第三壓力室324以及第四壓力室325中之溫度通常依據來自該薄膜厚度測量裝置的訊號，採取與前述個別壓力室內部壓力控制相同之方法予以控制。
該護環3本身形成有通氣孔54。該通孔53與該通氣 孔54以及形成於該彈性薄膜307外周面(第一環狀周圍壁件309a)與該護環3內周面間之小間隙G相連通。
依據本實施例之彈性薄膜307將參考第22A與22B圖詳細說明於下。第22A圖係為示意圖，顯示根據本發明之第十三實施例中局部的頂環，而第22B圖則為顯示流體供應至壓力室的狀態之示意圖。為求圖式之簡潔，除了該彈性薄膜之外的詳細結構將概略的顯示於第22A與22B圖中。
如第22A圖所示，該第一環狀周圍壁件309a具有可垂直(亦即垂直於該拋光面101a)地伸展收縮的第一可伸展收縮部340a。該第一可伸展收縮部340a包括徑向向內突伸的回摺部。該第一可伸展收縮部340a係設置於該第一環狀周圍壁件309a大致中間區域中，其中該第一可伸展收縮部340a不會影響接觸部308。該第二環狀周圍壁件309b亦具有可垂直地伸展收縮的第二可伸展收縮部340b。該第二可伸展收縮部340b包括徑向外延伸並接近於該第二環狀周圍壁件309b下端所設置的水平部340b-1、以及自該水平部340b-1向上突伸的第二回摺部340b-2。該第二回摺部340b-2可於水平方向(亦即與該拋光面101a平行之方向)伸展與收縮。
第三環狀周圍壁件309c具有可垂直地伸展收縮的第三可伸展收縮部340c。該第三可伸展收縮部340c包括徑向內延伸並接近於該第三環狀周圍壁件309c下端所設置的水平部340c-1、以及自該水平部340c-1向上突伸的第三回摺部340c-2。該第四環狀周圍壁件309d亦具有可垂 直伸展收縮的第四可伸展收縮部340d。該第四可伸展收縮部340d包括徑向向外延伸並接近於該第四環狀周圍壁件309d下端所設置的水平部340d-1、以及自該水平部340d-1向上突伸的第四回摺部340d-2。該第三回摺部340c-2以及該第四回摺部340d-2可於水平方向(亦即與該拋光面101a平行之方向)伸展與收縮。
由於該環狀周圍壁件309a、309b、309c以及309d分別具有第一可伸展收縮部340a、第二可伸展收縮部340b、第三可伸展收縮部340c以及第四可伸展收縮部340d，當該接觸部308保持於形狀不變之同時，該環狀周圍壁件309a、309b、309c以及309d可伸展與收縮。具體而言，包括個別的第一可伸展收縮部340a、第二可伸展收縮部340b、第三可伸展收縮部340c以及第四可伸展收縮部340d之環狀周圍壁件309a、309b、309c以及309d可於垂直方向中均勻地伸展。因此，如第22B圖所示，當供應該加壓流體至該第一壓力室322、第二壓力室323、第三壓力室324以及第四壓力室325以便升起該夾盤6(請參閱第21圖)時，係伸展該第一可伸展收縮部340a、第二可伸展收縮部340b、第三可伸展收縮部340c以及第四可伸展收縮部340d以便跟隨該夾盤6向上的移動。因此，該彈性薄膜307(接觸部308)與半導體晶圓W間之接觸面積可保持不變。
接著，具有該結構之頂環301的操作將說明於下。
於具有上述結構之研磨裝置中，當要運送該半導體晶圓W至該研磨裝置時，該頂環301整個移動至運送該半導 體晶圓W之運送位置。在該半導體晶圓W具有200毫米的直徑之情況下，該壓力調整單元120透過該流體通道334而與該第二壓力室323相連通。另一方面，在該半導體晶圓W具有300毫米的直徑之情況下，該壓力調整單元120透過該流體通道335而與該第三壓力室324相連通。
構成該第二壓力室323與第三壓力室324之接觸部308分別具有孔或凹部(未圖示)，透過該孔或凹部可將該半導體晶圓W直接吸引至該頂環301下端並藉由該頂環301下端予以保持。
透過於該頂環301下端吸引該半導體晶圓W，該頂環301整個移動至具有拋光面101a之拋光盤100上方。該半導體晶圓W之外周緣係藉由該護環3保持，使得該半導體晶圓W不會自該護環3脫離，或令該半導體晶圓W不會滑動。
之後，釋放該半導體晶圓W之吸引力。大約於同時，啟動連接至該頂環驅動軸11之頂環氣壓缸111，以於預設之壓力下令固定於該頂環11下端的護環3壓抵至該拋光盤100之拋光面101a。接著，供應該加壓流體至該壓力室321俾向下移動該夾盤6，藉以使該彈性薄膜307之接觸部208與該半導體晶圓W接觸。之後，具有個別壓力之該加壓流體係分別供應至該第一壓力室322、第二壓力室323、三一壓力室324以及第四壓力室325，使得該夾盤6係向上移動且同時令該半導體晶圓W係壓抵至該拋光面101a。此時，伸展設於該彈性薄膜307中之第一可伸展收縮部 340a、第二可伸展收縮部340b、第三可伸展收縮部340c以及第四可伸展收縮部340d，以跟隨該夾盤6向上之移動。因此，介於該彈性薄膜307之下表面(該接觸部308)與該半導體晶圓W間之接觸面積可保持不變。接著，當該研磨液供應嘴102供應研磨液Q至該拋光面101a上時，該頂環301與拋光盤100彼此獨立地旋轉。該研磨液Q保持於該拋光墊101之拋光面101a上，並且該半導體晶圓W係在介於該半導體晶圓W待拋光面(下表面)與該拋光墊101間存在之研磨液Q中予以研磨。
於本實施例中，即使當該加壓流體之壓力過小，仍可有效延伸該第一壓力室322、第二壓力室323、第三壓力室324以及第四壓力室325。因此，在較小的推壓力下即可推壓該半導體晶圓W。據此，在半導體晶圓具有較低之介電常數與低硬度的低介電常數材料作為銅互連結構之內層絕緣薄膜，而研磨該半導體晶圓之情況下，可在不損害該低介電常數材料的情況下研磨該半導體晶片。
透過上述的結構，由於係在該護環3與該拋光面101a滑動接觸之際研磨該半導體晶圓W，該護環3隨著時間而受到磨損。因此，介於該夾盤6之下表面與該半導體晶圓W間之距離變小。於習知的基板保持裝置中，當該夾盤與半導體晶圓W間之距離變小時，介於該彈性薄膜與半導體晶圓間之接觸面積隨之改變，因而導致研磨輪廓之改變。依據本實施例，即使於此情況下，該第一可伸展收縮部340a、第二可伸展收縮部340b、第三可伸展收縮部340c 以及第四可伸展收縮部340d於該護環3受到磨損時向上收縮，使得介於該半導體晶圓W與彈性薄膜307(接觸部308)間之接觸面積可保持不變。因此，可防止研磨輪廓改變。
即使該一體形成的彈性薄膜係應用於本實施例中，但本發明並不限定於此種彈性薄膜。可利用具有藉由形成於接觸部之周圍延伸狹縫所分成的複數個分離部之彈性薄膜。於此情況下，亦可藉由提供前述之可伸展收縮部使介於該半導體晶圓與彈性薄膜(接觸部)間的接觸面積保持不變。因此，於該半導體晶圓整個拋光面上可獲得均勻的研磨速率。
位於該第一壓力室322、第二壓力室323、第三壓力室324以及第四壓力室325下方之半導體晶圓W之局部研磨區域在供應至該第一壓力室322、第二壓力室323、第三壓力室324以及第四壓力室325之加壓流體的壓力下係壓抵該拋光墊101之拋光面101a。因此，供應至該第一壓力室322、第二壓力室323、第三壓力室324以及第四壓力室325之加壓流體的壓力相互間可予以獨立控制，使得該半導體晶圓W之整個表面可在均勻的壓力下壓抵該拋光墊101。結果，於該半導體晶圓整個拋光面上可獲得均勻的研磨速率。在相同方法中，該調節器R2調節供應至該壓力室321之加壓流體的壓力，以便藉由該護環3來改變施加至該拋光墊101的推壓力。在此種方法中，於研磨期間中，係適當調整藉由該護環3施加至該拋光墊101的推壓力以及藉由個別第一壓力室322、第二壓力室323、第三壓力室324 以及第四壓力室325以將該半導體晶圓W壓抵至該拋光墊101所施加的推壓力，以便控制該半導體晶圓W之研磨輪廓。
如上所述，係適當調整藉由該頂環氣壓缸111所施加以壓抵該護環3至該拋光墊101的壓力以及藉由供應至該第一壓力室322、第二壓力室323、第三壓力室324以及第四壓力室325之加壓流體以壓抵該半導體晶圓W至該拋光墊101所施加之壓力，以研磨該半導體晶圓W。當完成對該半導體晶圓W之研磨時，停止供應加壓流體至該第一壓力室322、第二壓力室323、第三壓力室324以及第四壓力室325，並且將在該第一壓力室322、第二壓力室323、第三壓力室324及第四壓力室325中之壓力降低至大氣壓力。接著，供應該加壓流體至該壓力室321以向下移動該夾盤6，藉此使該接觸部308與該半導體晶圓W之上表面間具有均勻而緊密地接觸。於此狀態下，該半導體晶圓W在真空下再次吸引至該頂環301下端。隨即，於該壓力室321中生成大氣壓力或負壓。其原因在於若該壓力室321保持在高壓下，則該半導體晶圓W係藉由該夾盤6之下表面而局部地壓抵至該拋光面101a。
在以如前所述之方法吸引該半導體晶圓W後，該頂環301整個移動至運送該半導體晶圓W之運送位置，並停止透過形成於該第二壓力室323或第三壓力室324中的孔洞或凹部(未圖示)之真空吸引。接著，供應具有預設壓力的加壓流體至該第一壓力室322、第二壓力室323、第三壓力 室324以及第四壓力室325其中該加壓流體係透過該孔洞或凹部而噴出至該半導體晶圓W，藉此釋放該半導體晶圓W。
用以研磨該半導體晶圓W之研磨液Q會傾向於流入在該彈性薄膜307之外周面與該護環3間之小間隙G。若該研磨液Q停留沈積於該彈性薄膜307之外周面與護環3中，則該護環5、該夾盤6、該彈性薄膜307等無法相對於該頂環主體2以及護環3為垂直而平順地移動。為避免此種缺陷，故透過該流體通道30供應諸如純水之清潔液至該環狀清潔液通道51。據此，透過複數個通孔53供應該純水至該間隙G上的空間，因而清洗該間隙G中的研磨液Q，以防止研磨液Q停留沈積於該間隙G中。該清潔液較佳係於釋放該半導體晶圓W後開始供應，直到吸引下一個待研磨半導體晶圓至該頂環301為止。
依據本發明之第十四實施例之用以作為基板保持裝置之頂環將參考第23A與第23B圖說明於下。第23A圖係為示意圖，顯示根據本發明之第十四實施例中的局部頂環，而第23B圖則係為顯示供應流體至壓力室的狀態之示意圖。為求簡化圖式，除了該彈性薄膜以外的詳細結構將概略地顯示於第23A與第23B圖中。依據本發明第十四實施例之基板保持裝置於以下未說明的結構細節係與第十三實施例中的基板保持裝置的結構細節相同。
如第23A圖所示，該第二環狀周圍壁件309b具有可垂直伸展與收縮之可伸展收縮部342b。該可伸展收縮部342b 包括二個設置於該第二周圍壁309b下端附近之第一回摺部342b-1、第二回摺部342b-2。該第一回摺部342b-1徑向向內突伸，且該第二回摺部342b-2徑向向外突伸。該第三環狀周圍壁件309c以及第四環狀周圍壁件309d亦分別具有可垂直伸展與收縮之可伸展收縮部342c、342d。該可伸展收縮部342c包含二個設置於該第三環狀周圍壁件309c下端附近之第一回摺部342c-1、第二回摺部342c-2。該第一回摺部342c-1徑向向外突伸，並且該第二回摺部342c-2徑向向內突伸。該可伸展收縮部342d包括二個設置於該第四環狀周圍壁件309d下端附近之回摺部342d-1、342d-2。該回摺部342d-1徑向向內突伸，並且該回摺部342d-2徑向向外突伸。
由於該些環狀周圍壁件309a、309b、309c以及309d分別具有該第一可伸展收縮部340a、第二可伸展收縮部342b、第三可伸展收縮部342c以及第四可伸展收縮部342d，當該接觸部308保持形狀不變時，可伸展與收縮該環狀周圍壁件309a、309b、309c以及309d。具體而言，包括個別第一可伸展收縮部340a、第二可伸展收縮部342b、第三可伸展收縮部342c以及第四可伸展收縮部342d之環狀周圍壁件309a、309b、309c以及309d可於垂直方向中均勻地伸展。因此，如第23B圖所示，當供應該加壓流體至該第一壓力室322、第二壓力室323、第三壓力室324以及第四壓力室325以向上移動該夾盤6(請參閱第21圖)時，係伸展該第一可伸展收縮部340a、第二可伸展收 縮部342b、第三可伸展收縮部342c以及第四可伸展收縮部342d以使之跟隨該夾盤6之移動而伸展。因此，介於該彈性薄膜307(接觸部308)與該半導體晶圓W之接觸面積保持不變。
依據本發明之第十五實施例之用以作為基板保持裝置之頂環將參考第24A與第24B圖說明於下。第24A圖係為示意圖，顯示根據本發明之第十五實施例中的局部頂環，而第24B圖則為顯示流體供應至壓力室的狀態之示意圖。為求簡化圖式，除了該彈性薄膜以外的結構將概略地顯示於第24A與第24B圖中。依據本發明第十五實施例之基板保持裝置於以下未說明的結構細節係與第十三實施例中的基板保持裝置的結構細節相同。
如第24A圖所示，該第二周圍壁309b具有可垂直伸展與收縮之可伸展收縮部343b。該可伸展收縮部343b包括徑向向外延伸並位於該第二環狀周圍壁件309b下端附近之水平部343b-1、以及一體連接至該水平部343b-1內端並且徑向向內突伸之第二回摺部343b-2。該第三環狀周圍壁件309c以及第四環狀周圍壁件309d亦分別具有可垂直伸展與收縮之可伸展收縮部343c、343d。該可伸展收縮部343c包括徑向向內延伸並且位於該第三環狀周圍壁件309c下端附近之水平部343c-1、以及一體連接至該水平部343c-1外端並且徑向向外突伸之第二回摺部343c-2。該可伸展收縮部343d包括徑向向外延伸並且位於該第四環狀周圍壁件309d下端附近之水平部343d-1、以及一體連接 至該水平部343d-1內端並且徑向向內突伸之第二回摺部343d-2。
由於該些環狀周圍壁件309a、309b、309c以及309d分別具有該第一可伸展收縮部340a、第二可伸展收縮部343b、第三可伸展收縮部343c以及第四可伸展收縮部343d，當該接觸部308保持形狀不變時可伸展與收縮該環狀周圍壁件309a、309b、309c以及309d。具體而言，包括個別第一可伸展收縮部340a、第二可伸展收縮部343b、第三可伸展收縮部343c以及第四可伸展收縮部343d之環狀周圍壁件309a、309b、309c以及309d可於垂直方向中均勻地伸展。因此，如第24B圖所示，當供應該加壓流體至該第一壓力室322、第二壓力室323、第三壓力室324以及第四壓力室325以向上移動該夾盤6時(請參閱第21圖)，係伸展該第一可伸展收縮部340a、第二可伸展收縮部343b、第三可伸展收縮部343c以及第四可伸展收縮部343d以使之跟隨該夾盤6之移動而伸展。因此，介於該彈性薄膜307(接觸部308)與該半導體晶圓W間之接觸面積可保持不變。
依據本發明之第十六實施例之用以作為基板保持裝置之頂環將參考第25A與第25B圖說明於下。第25A圖係為示意圖，顯示根據本發明之第十六實施例中的局部頂環，而第25B圖則為顯示流體供應至壓力室的狀態之示意圖。為求簡化圖式，除了該彈性薄膜以外的結構細節將概略顯示於第第25A與第25B圖中。依據本發明第十六實施例之 基板保持裝置於以下未說明的結構細節係與第十三實施例中的基板保持裝置的結構細節一致。
如第25A圖所示，該第二環狀周圍壁件309b具有可垂直伸展與收縮之可伸展收縮部344b。該可伸展收縮部344b包含徑向向外突伸並且位於該第二環狀周圍壁件309b大致中間區域之回摺部。該第三環狀周圍壁件309c以及第四環狀周圍壁件309d亦分別具有可垂直伸展與收縮之可伸展收縮部344c、344d。該可伸展收縮部344c包括徑向向內突伸並且位於該第三環狀周圍壁件309c大致中間區域之回摺部。該可伸展收縮部344d包括徑向向外凸出並且位於該第四環狀周圍壁件309d大致中間區域之回摺部。
由於該些環狀周圍壁件309a、309b、309c以及309d分別具有該第一可伸展收縮部340a、第二可伸展收縮部344b、第三可伸展收縮部344c以及第四可伸展收縮部344d，當該接觸部308保持形狀不變之際，可伸展與收縮該環狀周圍壁件309a、309b、309c以及309d。具體而言，包括個別第一可伸展收縮部340a、第二可伸展收縮部344b、第三可伸展收縮部344c以及第四可伸展收縮部344d之環狀周圍壁件309a、309b、309c以及309d可於垂直方向中均勻地伸展。因此，如第25B圖所示，當供應該加壓流體至該第一壓力室322、第二壓力室323、第三壓力室324以及第四壓力室325以向上移動該夾盤6時(請參閱第21圖)，係伸展該第一可伸展收縮部340a、第二可伸展收縮部344b、第三可伸展收縮部344c以及第四可伸展收縮 部344d以使之跟隨該夾盤6之移動而伸展。因此，介於該彈性薄膜307(接觸部308)與該半導體晶圓W間之接觸面積可保持不變。
依據本發明之第十七實施例之用以作為基板保持裝置之頂環將參考第26A與第26B圖說明於下。第26A圖係為示意圖，顯示根據本發明之第十七實施例中的局部頂環之部分，而第26B圖則為顯示流體供應至壓力室的狀態之示意圖。為求簡化圖式，除了該彈性薄膜的結構細節將概略顯示於第26A與第26B圖中。依據本發明第十七實施例之基板保持裝置於以下未說明的結構細節係與第十三實施例中的基板保持裝置的結構細節相同。
如第26A圖所示，該第二環狀周圍壁件309b具有可垂直伸展與收縮之第二可伸展收縮部345b。該第二可伸展收縮部345b包括徑向向外延伸並且位於該第二環狀周圍壁件309b下端附近之水平部345b-1、以及徑向向內突伸並且位於該第二環狀周圍壁件309b大致中間區域之第二回摺部345b-2。該第三環狀周圍壁件309c以及第四環狀周圍壁件309d亦分別具有可垂直伸展與收縮之第三可伸展收縮部345c、第四可伸展收縮部345d。該第三可伸展收縮部345c包括徑向向內延伸並且位於該第三周圍壁309c下端附近之水平部345c-1、以及徑向向外突伸並且位於該第三環狀周圍壁件309c大致中間區域之第二回摺部345c-2。該第四可伸展收縮部345d包括徑向向外延伸並且位於該第四環狀周圍壁件309d下端附近之水平部 345d-1、以及徑向向內突伸並且位於該第四環狀周圍壁件309d大致中間區域之第二回摺部345d-2。
由於該些環狀周圍壁件309a、309b、309c以及309d分別具有該第一可伸展收縮部340a、第二可伸展收縮部345b、第三可伸展收縮部345c以及第四可伸展收縮部345d，當該接觸部308保持形狀不變之際可伸展與收縮該環狀周圍壁件309a、309b、309c以及309d。具體而言，包括個別第一可伸展收縮部340a、第二可伸展收縮部345b、第三可伸展收縮部345c以及第四可伸展收縮部345d之環狀周圍壁件309a、309b、309c以及309d可於垂直方向中均勻地伸展。因此，如第25B圖所示，當供應該加壓流體至該第一壓力室322、第二壓力室323、第三壓力室324以及第四壓力室325以向上移動該夾盤6時(請參閱第21圖)，係伸展該第一可伸展收縮部340a、第二可伸展收縮部345b、第三可伸展收縮部345c以及第四可伸展收縮部345d以使之跟隨該夾盤6之移動而伸展。因此，介於該彈性薄膜307(接觸部308)與該半導體晶圓W間之接觸面積保持不變。
依據本發明之第十八實施例之用以作為基板保持裝置之頂環將參考第27A至第27C圖說明於下。第27A圖係為放大的斷面圖，顯示根據本發明之第十八實施例中之頂環的第一例示，第27B圖係為放大的斷面圖，顯示根據本發明之第十八實施例中之頂環的第二例示，第27C圖係為放大的斷面圖，顯示根據本發明之第十八實施例中之頂環的 第三例示。依據本發明第十八實施例之基板保持裝置於以下未說明的結構細節係與根據第十三實施例中的基板保持裝置的細構細節相同。
如第27A圖所示，向上傾斜的傾斜部308a係形成於該彈性薄膜307之接觸部308的外周緣中。該傾斜部308a具有彎曲的斷面。透過此結構，即使當供應該加壓流體至該第一壓力室322、第二壓力室323以升起該夾盤6時，該彈性薄膜307之接觸部308與該半導體晶圓W之外周緣可彼此保持不接觸。因此，該彈性薄膜307不會施加推壓力至該半導體晶圓W之外周緣。是以，可防止該半導體晶圓W之外周緣發生稱之為「邊緣圓化」之過度研磨情況。
因為該研磨液會傾向於停留在介於該傾斜部308a與該半導體晶圓W間之空間中，故該空間較佳應儘可能小。據此，較佳的是該傾斜部308a之垂直尺寸應小於本身之水平尺寸。於本實施例中，該第二環狀周圍壁件309b具有可垂直伸展與收縮之可伸展收縮部346b。該可伸展收縮部346b包括徑向向外延伸並且位於該第二周圍壁309b下端附近之水平部。該第二環狀周圍壁件309b復可具有如第13至第17實施例所示之回摺部。
顯示於第27B圖中的第二例示與第27A圖所示之第一例示不同之處在於該第二環狀周圍壁件309b的位置。具體而言，該第二環狀周圍壁件309b之下端之位置係接近於該第一環狀周圍壁件309a，且該傾斜部308a自該第二環狀周圍壁件309b之下端向上延伸。因此，於該第二壓力室 323中之壓力可施加至位於該半導體晶圓W外周緣徑向向內之區域。
顯示於第27C圖中的第三例示與第27B圖所示之第二例示不同之處在於該傾斜部308a之厚度。具體而言，於第三例示中，該傾斜部308a之厚度較該接觸部308之水平部為薄。因此，當供應該加壓流體至該第一壓力室322時，可輕易地延伸該傾斜部308a以於預設之壓力下僅壓抵該半導體晶圓W外周緣至該拋光面101a(請參閱第1圖)。結果，於該半導體晶圓W外周緣之研磨速率可予以獨立控制。
依據本發明之第十九實施例之用以作為基板保持裝置之頂環將參考第28A至第28C圖說明於下。第28A圖係為放大的斷面圖，顯示根據本發明之第十九實施例中之頂環的第一例示第28B圖係為放大的斷面圖，顯示根據本發明之第十九實施例中之頂環的第二例示，第28C圖係為放大的斷面圖，顯示根據本發明之第十九實施例中之頂環的第三例示。依據本發明第十九實施例之基板保持裝置於以下未說明的結構細節與優點係與根據第十三至十八實施例中的基板保持裝置的結構細節與優點相同。
如第28A圖所示，向上傾斜的傾斜部308b係形成於該彈性薄膜307之接觸部308的外周緣中。該傾斜部308b具有直線的斷面。透過此結構，即使當供應該加壓流體至該第一壓力室322、第二壓力室323以升起該夾盤6時，該彈性薄膜307之接觸部308與該半導體晶圓W之外周緣可彼此保持不接觸。為減少介於該傾斜部308b與該半導體晶 圓W間之空間，該傾斜部308a較佳應具有小於自身水平尺寸之垂直尺寸。
於第28B圖中所示之該第二環狀周圍壁件309b的下端係接近於該第一環狀周圍壁件309a予以設置。該傾斜部308b自該第二環狀周圍壁件309b下端向上延伸。因此，於該第二壓力室323中所形成的壓力可施加至位於該半導體晶圓W外周緣徑向向內之區域。
於第28C圖中所示之第三例示中，該傾斜部308b之厚度較該接觸部308之水平部為薄。因此，當供應該加壓流體至該第一壓力室322時，可輕易地延伸該傾斜部308a以於預設之推壓力下壓抵該半導體晶圓W外周緣至該拋光面101a(請參閱第1圖)。結果，可獨立控制於該半導體晶圓W外周緣之研磨速率。
於研磨程序期間，該護環3之下端會因為滑動接觸該拋光面101a而逐漸磨損。因此，介於該夾盤6與該半導體晶圓W間之距離變小，並因而改變介於該彈性薄膜307與該半導體晶圓W間之接觸面積。因此，該研磨速率會傾向於局部地改變。為防止此種問題發生，較佳係使該第一可伸展收縮部340a至第四可伸展收縮部340d、第二可伸展收縮部341b至第四可伸展收縮部341d、第二可伸展收縮部342b至第四可伸展收縮部342d、第二可伸展收縮部343b至第四可伸展收縮部343d、第二可伸展收縮部344b至第四可伸展收縮部344d、第二可伸展收縮部345b至第四可伸展收縮部345d、以及可伸展收縮部346b可伸展與收縮 之程度較該護環3的磨損量為大。因此，當該護環3磨損時該可伸展收縮部仍可向上地收縮，是故可防止研磨速率局部地改變。
依據本發明，如前所述，由於當供應該加壓流體至該壓力室時，該可伸展收縮部係垂直於該拋光面而伸展，該彈性薄膜之接觸部可保持形狀不變。因此，介於該彈性薄膜(接觸部)與該基板間之接觸面積可保持不變，且因此該基板整個之拋光面上可獲得均勻的研磨速率。該可伸展收縮部可有效地令該彈性薄膜與該基板相互間保持足夠的接觸。因此，可利用具有高硬度的彈性薄膜，如此便可增加該彈性薄膜的耐磨性。於此情況下，相較於具有較低硬度的彈性薄膜，具有高硬度的彈性薄膜可保持該基板與該彈性薄膜(接觸部)間之接觸面積。因此，可獲得穩定的研磨速率。
[產業利用性]
本發明可應用於用以保持待研磨基板並將該基板壓抵至拋光面之基板保持裝置中，更詳而言之可提供一種用於基板保持裝置的彈性薄膜。
1‧‧‧頂環
2‧‧‧頂環主體
2a‧‧‧殼體
2b‧‧‧加壓片支撐件
2c‧‧‧環狀封
2d‧‧‧半球狀凹部
3‧‧‧護環
4‧‧‧邊緣環
4a‧‧‧覆蓋溝槽
5‧‧‧護環
6‧‧‧夾盤
6a‧‧‧環狀溝槽
6c‧‧‧凸部
7‧‧‧邊緣薄膜/彈性構件
8‧‧‧接觸部
8a‧‧‧外接觸部
8b‧‧‧內接觸部
9‧‧‧環狀周圍壁件
9a‧‧‧外周壁件
9b‧‧‧內周壁件
10‧‧‧萬用接頭
11‧‧‧頂環驅動軸
11a‧‧‧半球狀凹部
12‧‧‧軸承滾珠
13‧‧‧加壓片
18‧‧‧狹縫
19‧‧‧中間氣囊
21、22、23、24、25‧‧‧壓力室
30、32、33、34、35、36‧‧‧流體通道
40、40a、40b‧‧‧可伸展收縮部
45‧‧‧壓制構件
45a‧‧‧第一壓制表面
45b‧‧‧第二壓制表面
46‧‧‧溝槽
46a、46b‧‧‧溝槽
48‧‧‧厚部
50‧‧‧強化構件
51‧‧‧清潔液通道
53‧‧‧通孔
54‧‧‧通氣孔
71‧‧‧摺疊部
72‧‧‧接合部
80‧‧‧彈性薄膜
91‧‧‧彈性薄膜
91a‧‧‧凸緣
91b‧‧‧中間接觸部
91c‧‧‧基底部
91d‧‧‧延伸部
91e‧‧‧連接部
91f‧‧‧開口
92‧‧‧氣囊保持件
93‧‧‧溝槽
96‧‧‧硬構件
97‧‧‧硬材料
100‧‧‧拋光盤
101‧‧‧拋光墊
101a‧‧‧拋光面
102‧‧‧研磨液供應嘴
110‧‧‧頂環頭部
111‧‧‧頂環氣壓缸
112‧‧‧旋轉套筒
113‧‧‧同步滑輪
114‧‧‧頂環馬達
115‧‧‧同步皮帶
116‧‧‧同步滑輪
117‧‧‧頂環頭部軸
120‧‧‧壓力調整單元
130‧‧‧壓力室
180‧‧‧貫孔
180a‧‧‧第一開口
180b‧‧‧第二開口
180c‧‧‧第三開口
190‧‧‧保護構件
200‧‧‧中間氣囊
201‧‧‧中間薄膜
202‧‧‧中間接觸部
202a‧‧‧外部中間接觸部
202b‧‧‧內部中間接觸部
202c‧‧‧區域
203a、203b‧‧‧延伸部
204a、204b‧‧‧連接部
205a、205b‧‧‧突出部
206a、206b‧‧‧基底部
210‧‧‧凹部
220‧‧‧連接部
225‧‧‧凹部
226‧‧‧間隙
230‧‧‧內圓角
301‧‧‧頂環
307‧‧‧彈性薄膜
308‧‧‧接觸部
308a、308b‧‧‧傾斜部
309a‧‧‧第一環狀周圍壁件
309b‧‧‧第二環狀周圍壁件
309c‧‧‧第三環狀周圍壁件
309d‧‧‧第四環狀周圍壁件
315‧‧‧環狀保持件
321‧‧‧壓力室
322‧‧‧第一壓力室
323‧‧‧第二壓力室
324‧‧‧第三壓力室
332、333、334、335、336‧‧‧流體通道
340a‧‧‧第一可伸展收縮部
340b‧‧‧第二可伸展收縮部
340c‧‧‧第三可伸展收縮部
340d‧‧‧第四可伸展收縮部
340b-1‧‧‧水平部
340b-2‧‧‧第二回摺部
340c-1‧‧‧水平部
340c-2‧‧‧第三回摺部
340d-1‧‧‧水平部
340d-2‧‧‧第四回摺部
342b‧‧‧第二可伸展收縮部
342c‧‧‧第三可伸展收縮部
342d‧‧‧第四可伸展收縮部
342b-1‧‧‧第一回摺部
342b-2‧‧‧第二回摺部
342c-1‧‧‧第一回摺部
342c-2‧‧‧第二回摺部
342d-1‧‧‧第一回摺部
342d-2‧‧‧第二回摺部
343b‧‧‧第二可伸展收縮部
343b-1‧‧‧水平部
343b-2‧‧‧第二回摺部
343c‧‧‧可伸展收縮部
343c-1‧‧‧水平部
343c-2‧‧‧第二回摺部
343d‧‧‧第四可伸展收縮部
343d-1‧‧‧水平部
343d-2‧‧‧第二回摺部
344b‧‧‧第二可伸展收縮部
344c‧‧‧第三可伸展收縮部
344d‧‧‧第四可伸展收縮部
345b‧‧‧第二可伸展收縮部
345b-1‧‧‧水平部
345b-2‧‧‧第二回摺部
345c‧‧‧第三可伸展收縮部
345c-1‧‧‧水平部
345c-2‧‧‧第二回摺部
345d‧‧‧第四可伸展收縮部
345d-1‧‧‧水平部
345d-2‧‧‧第二回摺部
346b‧‧‧可伸展收縮部
421‧‧‧旋轉接頭
G‧‧‧小間隙
Q‧‧‧研磨液
R1、R2、R3、R4、R5、R6‧‧‧調節器
W‧‧‧半導體晶圓/基板
第1圖係為斷面圖，顯示根據本發明之第一實施例中具有基板保持裝置的研磨裝置之整體結構；第2圖係為垂直斷面圖，顯示根據本發明之第一實施例中結合至基板保持裝置的頂環；第3A至第3C圖係為放大的斷面圖，顯示第2圖中之 中間氣囊；第4A圖係為斷面圖，顯示本發明之第一實施例中的邊緣薄膜之整體結構；第4B與第4C圖係為局部斷面圖，顯示根據第2圖中之基板保持裝置；第5A與第5B圖係為局部斷面圖，顯示根據本發明之第二實施例中的基板保持裝置；第6A圖係為局部斷面圖，顯示根據本發明之第三實施例中的基板保持裝置；第6B圖係為局部斷面圖，顯示本發明之第三實施例中的邊緣薄膜之另一結構；第7圖係為局部斷面圖，顯示根據本發明之第四實施例中的基板保持裝置之結構；第8A圖係為斷面圖，顯示根據本發明之第五實施例中的邊緣薄膜；第8B圖係為斷面圖，顯示本發明之第五實施例中的邊緣薄膜之另一結構；第9A圖係為斷面圖，顯示根據本發明之第六實施例中的邊緣薄膜；第9B圖係為示意圖，顯示根據本發明之第六實施例中的邊緣薄膜之伸展性；第10A圖係為斷面圖，顯示根據本發明之第七實施例中的邊緣薄膜；第10B至第10E圖係為斷面圖，分別用以顯示本發明 之第七實施例中的邊緣薄膜之其他結構；第11A與第11B圖係為局部斷面圖，顯示根據本發明之第八實施例中的基板保持裝置；第12A圖係為斷面圖，顯示根據本發明之第十實施例中的局部基板保持裝置；第12B圖係為示意圖，顯示藉由第12A圖中的箭頭A指示之方向所示之局部基板保持裝置；第13圖係為示意圖，顯示藉由第12A圖中的箭頭B指示之方向所示的中間薄膜；第14圖係為透視圖，顯示根據本發明之第十實施例中結合至基板保持裝置的中間氣囊；第15圖係為後視圖，顯示根據本發明之第十一實施例中結合至基板保持裝置的彈性薄膜；第16圖係為後視圖，顯示根據本發明之第十二實施例中結合至基板保持裝置的彈性薄膜之第一例示；第17圖係為後視圖，顯示根據本發明之第十二實施例中結合至基板保持裝置的彈性薄膜之第二例示；第18圖係為後視圖，顯示根據本發明之第十二實施例中結合至基板保持裝置的彈性薄膜之第三例示；第19圖係為後視圖，顯示根據本發明之第十二實施例中結合至基板保持裝置的彈性薄膜之第四例示；第20圖係為斷面圖，顯示根據本發明之第十三實施例中具有基板保持裝置的研磨裝置之整體結構；第21圖係為垂直斷面圖，顯示本發明之第十三實施例 中結合至基板保持裝置的頂環；第22A圖係為示意圖，顯示根據本發明之第十三實施例中結合至基板保持裝置的局部頂環；第22B圖係為示意圖，顯示將流體供應至壓力室的狀態；第23A圖係為示意圖，顯示根據本發明之第十四實施例的局部頂環；第23B圖係為示意圖，顯示將流體供應至壓力室的狀態；第24A圖係為示意圖，顯示根據本發明之第十五實施例的局部頂環；第24B圖係為示意圖，顯示將流體供應至壓力室的狀態；第25A圖係為示意圖，顯示根據本發明之第十六實施例的局部頂環；第25B圖係為示意圖，顯示將流體供應至壓力室的狀態；第26A圖係為示意圖，顯示根據本發明之第十七實施例之局部基板保持裝置；第26B圖係為示意圖，顯示將流體供應至壓力室的狀態；第27A圖係為放大斷面圖，顯示根據本發明之第十八實施例中局部第一例示之頂環；第27B圖係為放大斷面圖，顯示根據本發明之第十八 實施例中局部第二例示之頂環；第27C圖係為放大斷面圖，顯示根據本發明之第十八實施例中局部第三例示之頂環；第28A圖係為放大斷面圖，顯示根據本發明之第十九實施例中局部第一例示之頂環；第28B圖係為放大斷面圖，顯示根據本發明之第十九實施例中局部第二例示之頂環；第28C圖係為放大斷面圖，顯示根據本發明之第十九實施例中局部第三例示之頂環；第29A與29B圖係局部斷面圖，顯示習知的基板保持裝置。
2‧‧‧頂環主體
2a‧‧‧殼體
2b‧‧‧加壓片支撐件
2c‧‧‧環狀封
2d‧‧‧半球狀凹部
3‧‧‧護環
4‧‧‧邊緣環
5‧‧‧護環
6‧‧‧夾盤
6c‧‧‧凸部
10‧‧‧萬用接頭
11‧‧‧頂環驅動軸
11a‧‧‧半球狀凹部
12‧‧‧軸承滾珠
13‧‧‧加壓片
30‧‧‧流體通道
51‧‧‧清潔液通道
53‧‧‧通孔
301‧‧‧頂環
307‧‧‧彈性薄膜
308‧‧‧接觸部
309a‧‧‧第一環狀周圍壁件
309b‧‧‧第二環狀周圍壁件
309c‧‧‧第三環狀周圍壁件
309d‧‧‧第四環狀周圍壁件
315‧‧‧環狀保持件
321‧‧‧壓力室
322‧‧‧第一壓力室
323‧‧‧第二壓力室
324‧‧‧第三壓力室
325‧‧‧第四壓力室
332、333、334、335、336‧‧‧流體通道
G‧‧‧小間隙
W‧‧‧半導體晶圓/基板

Claims (6)

  1. 一種研磨基板之方法，使用具有可垂直移動構件及彈性構件的基板保持裝置而於前述可垂直移動構件與前述彈性構件之間形成有至少一個壓力室，前述方法包括：當維持該基板與該彈性構件之間之接觸區域不變時，供應加壓流體至該壓力室內，以將該基板抵壓至一研磨面且使前述可垂直移動構件向上移動而研磨該基板。
  2. 如申請專利範圍第1項之研磨基板之方法，其中，該壓力室包括複數個壓力室。
  3. 如申請專利範圍第2項之研磨基板之方法，其中，可獨立地控制該等複數個壓力室中的壓力。
  4. 如申請專利範圍第1項之研磨基板之方法，其中，該彈性構件具有用以與該基板接觸之接觸部、及連接該接觸部之周圍壁件，且該供應加壓流體至該壓力室係包括：當維持與該周圍壁件連接之該接觸部之部分與該基板接觸時，供應加壓流體至該壓力室內，以將該基板抵壓至該研磨面而研磨該基板。
  5. 如申請專利範圍第1項之研磨基板之方法，其中前述基板保持裝置更具有用以施壓前述研磨面之護環，且當維持該基板與該彈性構件之間之接觸區域不變時，前述供應加壓流體至前述壓力室內係包含供應 加壓流體至前述壓力室內以將該基板抵壓至該研磨面且使前述可垂直移動構件相對於前述護環而向上移動而研磨該基板。
  6. 如申請專利範圍第1項之研磨基板之方法，其中前述彈性構件具有用以與該基板接觸之接觸部、及連接前述接觸部之周圍壁件，且前述周圍壁件具有可垂直伸展收縮之可伸展收縮部。
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