CN1525900A - 基片抛光机 - Google Patents
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Abstract
一种基片抛光机，该抛光机包括：抛光表面；基片托架，其保持基片并使其与抛光表面接触。基片托架包括：托架体；基片保持元件，其保持基片，使基片的被抛光表面直接朝向抛光表面。基片保持元件在托架体上的安装方式，使基片保持元件既可以趋向抛光表面运动也可以远离抛光表面运动。基片抛光机还包括基片保持元件定位装置，该装置设置在基片保持元件的侧面，该侧面与基片保持元件保持基片的侧面相反。基片保持元件定位装置具有一种柔性元件，此元件限定了一种室，此室一经引入不可压缩流体，便朝向抛光表面方向扩展。
Description
技术领域
本发明涉及抛光诸如半导体晶片的基片的抛光装置。
背景技术
在基片化学-机械抛光所用的传统装置中，基片保持装置保持基片，并将其压贴在抛光表面。为了避免基片在抛光操作中从基片保持装置产生位移，围绕基片设置保持环。
为了对基片表面实施稳定一致的抛光，最好使保持环维持在面向抛光表面的固定位置。但是，在传统技术的抛光操作中，保持环与抛光表面接触，从而受到摩擦磨损。随着抛光操作的进行，保持环的摩擦磨损量增加，这使保持环相对于抛光表面难于维持在希望的固定位置。
发明概述
本发明包括一种具有基片托架的基片抛光机。基片托架包括托架体和基片保持元件。基片保持元件设计成在其保持基片时，使基片的一个表面面对基片抛光机的抛光表面。基片保持元件安装在托架体上，其相对于托架体既可趋向抛光表面又可远离抛光表面运动。基片保持元件定位装置设置在基片保持元件的一个侧面上，该侧面与其保持基片的侧面相反。基片保持元件定位装置包括限定一种室的可扩展的元件，此可扩展元件与基片保持元件连接。将不可压缩流体引入该室，使该室沿朝向抛光表面方向扩展，从而使可扩展元件相对于托架体按需要定位。
特别地，托架体具有保持环，该保持环与托架体组成一体，围绕被基片保持元件所保持的基片设置。通过调节引入可扩展元件中的不可压缩流体量，基片可以相对于保持环可调节地定位。可扩展元件设置成与基片保持元件流体密封连接，并限定该室。基片抛光机还可以包括一种容器，不可压缩流体可以引入其中。此容器与所述室流体连通。最好不可压缩流体在自身重量作用下供入可扩展元件的室中。基片保持元件定位装置也最好在所述室的最高位置设置排气口。
再有，基片抛光机可以包括一种密封环，设置在基片保持元件上，并沿其周边边缘延伸。基片由基片保持元件保持，与密封环密封结合以限定一种密封室。密封室至少设置一种元件，以限定数个室，该数个室可以独立地供入具有所希望压力的流体。
对附图的简要说明
图1为根据本发明的一种基片抛光机的示意图，图中局部为剖视图；
图2为根据本发明的基片保持装置的基片托架剖视图的示意图；
图3为根据本发明的另一个基片保持装置的基片托架剖视图的示意图；
图4为根据本发明的基片保持装置的一种纯水供应装置的示意图；
图5为根据本发明的基片保持装置的另一种纯水供应装置的示意图；
图6为根据本发明的基片保持装置的又一种纯水供应装置的示意图；
图7为根据本发明的一种基片抛光机的示意图，图中局部为剖视图。
实施本发明的最佳方式
现对本发明的一个实施例，参考附图说明。首先说明根据本发明的一种基片抛光机。图1示出了根据本发明的一种基片抛光机的结构。如图1所示，基片抛光机包括：可旋转转台2，在其上表面安装具有抛光表面1a的抛光元件1(通常是抛光盘或粘结磨料)；基片托架装置10，具有基片托架11；修整器装置40，具有修整器头41。
基片托架11由驱动轴12支撑，驱动轴既可以旋转运动，又可以沿垂直方向运动。基片托架11保持基片W，并在驱动轴驱动其旋转时，将基片(被抛光表面)压贴着抛光元件1的抛光表面1a。当转台2开始旋转时，基片W接受抛光。抛光流体通过抛光流体供给喷管39供至抛光表面1a上。驱动轴12借助汽缸(未示出)沿垂直方向运动。保持环14设置在基片托架装置10的基片托架体13周边的下面，并在汽缸所产生力的作用下，压贴在抛光表面1a。
此外，基片托架体13的下面，设有数个按同心设置的压力室(后面说明)。压力室设计成可以独立地供给压力流体，从而可以独立地作用压力于被抛光的基片，以保持所希望的基片表面轮廓(后面说明)。
修整器头41由枢轴42支撑，既可以旋转又可以沿垂直方向运动。在修整操作中，枢轴42下降，直到修整元件43与抛光元件1的抛光表面1a接触前，修整元件旋转。修整元件的旋转与转台2的旋转，共同使抛光元件1的抛光表面1a得到恢复和修整。
枢轴马达16与枢轴15传动连接，以使基片托架装置10能够在水平方向绕枢轴转动，将基片托架11运动至所希望的位置。枢轴马达44与枢轴42也是传动连接，以使修整器装置40能够在水平方向绕枢轴转动，将修整器头41运动到所希望的位置。
下面，对基片托架11说明。图2示出了基片托架11的结构。如图2所示，基片托架11包括：保持环14，设置在基片托架体13周边的下面；和保持盘17，该保持盘可以相对于基片托架体13沿垂直方向运动。基片托架体13和驱动轴12通过万向连接器38连接。万向连接器38具有：球轴承装置，该球轴承装置包括一种球形元件38a，设置在驱动轴12的下端，可以倾斜地支撑基片托架体13；和旋转传动装置(未示出)，该传动装置将驱动轴12的旋转运动传递给基片托架体。
在保持盘17的下表面设有：密封环20，环绕保持盘的周边设置；圆形中央袋22，设置在保持盘的中心处；环形管21，设置在密封环20与圆形中央袋22之间，并与两者相距一段距离。密封环20、中央袋22和环形管21均用弹性膜制成。中央袋22和环形管21分别具有压力室31和32。当基片W被基片托架保持时，密封环20与基片的周边密封结合，中央袋22和环形管21也与基片密封结合，于是在密封环20与环形管21之间，以及环形管21与中央袋22之间，形成附加压力室23和24。
供压导管29、30、33和34分别与压力室23、24、31和32连通，使可以独立地控制压力室23、24、31和32中的压力。这使得对应于压力室的被抛光基片的相应区域，能够处于已适当调节的压力作用下，以这种方式，可以使基片的整个表面抛光到具有高平面度。
保持盘17通过用弹性膜制成的压力片25与基片托架体13连接，可以沿垂直方向运动。在保持盘的上方，形成一个流体密封室26。保持盘17设置成可相对于基片托架体13沿垂直方向运动，于是，托架体13和保持环14相对于保持盘17的位置，可以根据保持环14的磨损量改变。
流体密封室26与不可压缩流体供给导管28连通。导管28将不可压缩流体供入室26，以在抛光操作过程中，当基片托架保持的基片W被压贴在转台的抛光表面时，避免作用于保持元件的向上压力使保持元件17向上运动。当不可压缩流体充入室26时，为了避免任何剩余空气留在室26内，空气排放导管27与室26流体连通。这使保持盘17即使在受到向上作用力时，保持盘17能够相对于基片托架体13保持在预定位置。
图4示出了以不可压缩流体或纯水Q充入流体密封室26的流体供给系统。基片托架11组装完时，流体密封室26被充以空气。为了从室26放出空气而代之以不可压缩流体，当纯水Q通过纯水供给导管28供入流体密封室26时，空气排放导管27的阀58打开。流体密封室26充注完成后，纯水Q流入空气排放导管27。空气排放导管由流量计59(在图4中示出)监控，当流量计检测到纯水Q已经流入空气排放导管27时，能使通道27的阀58关闭，并停止供给纯水Q。
为了保证从流体密封室26全部排出空气，流体密封室26的上壁制成具有上突形表面37，如图3所示，以使密封室内的空气能够从室的最高区域经过空气排放导管27排出。
如图4所示，纯水供给系统包括：纯水容器50、泵51、三通阀52、阀53和流量计54。在供入流体密封室26的纯水Q被增压的情况下，过大的力可能传递到被抛光的基片W上。因此，推荐供入密封室内的纯水的水压接近大气压。这是使供给流体密封室26的纯水Q，从设置在高于基片托架11处的纯水容器50，在其自身重量作用下供入而实现的。泵51只在需要将纯水Q从流体密封室26沿向上方向泵送时开动。于是，通过使纯水Q在重力作用下向下流，在需要时从密封室内沿向上方向泵送，流体密封室26内的容量可以适当地控制。
将纯水Q供入流体密封室26的纯水供给系统，也可以设置成图5所示。在这种情况下，纯水容器55设置了可以在容器中滑动的活塞56。活塞由汽缸57或类似装置驱动。为了避免纯水Q增压，空气应当在略高于大气压的气压状态供入汽缸57的驱动室57a。当汽缸57的室57b供入了增压空气时，活塞56沿向左方向运动，以从流体密封室26泵送纯水Q。图5所示纯水供给系统所设置的纯水容器55，可以用具有波纹管结构的纯水容器60替换，如图6所示。
现对有关本发明的抛光机的操作予以说明。首先，基片托架11绕枢轴15旋转到基片递送装置(未示出)的位置。然后，基片托架从基片递送装置接受一个基片W，并在吸力作用下将其保持。当保持基片W时，基片托架11定位成使密封环20与基片上表面的外周边密封结合；中央袋22和环形管21随后因增压流体引入而膨胀，这样，使中央袋22和环形管21的下表面，与基片W的上表面密封结合。基片W随后被在室23、24中生成的吸力保持，这是将室23、24通过相应的流体导管29、30与真空源(未示出)连通实现的。
如上所述，保持基片W后，托架11绕枢轴旋转至转台2上方的抛光位置，然后在驱动轴12的汽缸驱动下，向抛光表面下降。此时，流体密封室26的尺寸，调节成使基片W的下表面定位在保持环14下表面的上方。
在基片托架11下降时，保持环14与抛光元件1的抛光表面1a接触。当接触时，基片托架11趋向抛光表面的运动停止。纯水供给导管28的阀53随即打开，以纯水Q供至流体密封室26。在流量计54的监控下，当基片W贴靠抛光表面1a时，阀53关闭以关闭纯水供给通道28，并避免纯水Q进一步供入。在增压流体已经引入压力室23、24、31和32的情况下，于是实施抛光。在抛光操作时，保持盘17与基片托架体13之间相对垂直位置可以保证，结果，可以实现对基片W稳定一致的抛光。
抛光完成后，压力室23和24再与真空源连通，以在真空的影响下保持基片W，然后基片托架11升起，并绕枢轴旋转到基片递送装置的上方，以向其递送基片W。
参看图7，该图示出了另一种型式的基片抛光机，该抛光机具有一种由一对辊子71、72支撑的环形带73，其中，由托架11保持的基片W，被压贴在环形带73上面运行部的抛光表面73a。
环形带73的上面运行部，由环形带支撑装置74支撑，托架11保持的基片W，贴靠在该上面运行部。在抛光操作中，环形带73被驱动，与此同时，托架11以与上述实施例相同的方式旋转。在抛光过程中，从抛光流体喷管(未示出)将抛光流体供至抛光表面73a上。
这样，根据本发明，在抛光操作中，可以将基片W相对于基片托架体13设置在所需要的位置。
特别地，当被基片托架11保持的基片与抛光表面接触时，如上所述，基片被保持在保持环下表面的上方，因此，保持环的下表面首先与抛光表面接触。然后，不可压缩流体或纯水供入流体密封室26，使基片W相对于基片托架体13以及保持环，沿向下方向运动。当基片最终与抛光表面接触时，停止供给不可压缩流体或纯水。因此，保持环14与基片W之间所希望的相对位置关系，即使在保持环14随着使用时间的推移而已经变成磨损时也可以保持。
此外，不可压缩流体供入流体密封室26，是在其自身重量作用下，以只略大于大气压的压力实现的，于是可以使基片与抛光表面接触而不致强加以任何过多的力于基片上。
再有，根据本发明，基片托架设置了数个按同心布局的压力室31、24、32和34，且可以独立地供以增压流体，从而可以使基片W承受分别由压力室31、24、32和34产生的不同的压力。
Claims (8)
1.一种基片抛光机，其包括：
抛光表面；和
基片托架，其保持基片，并使基片与抛光表面相接触；基片托架包括：
托架体；
基片保持元件，其保持基片，使基片被抛光表面直接面对抛光表面；和
基片保持元件定位装置，该定位装置设置在基片保持元件的侧面，该侧面与基片保持元件保持基片的侧面相反，基片保持元件定位装置包括一柔性元件，其连接在基片托架与基片保持元件之间，以在其间限定一可扩展室，此可扩展室设计成充入不可压缩流体，并通过充入不可压缩流体而可以向抛光表面扩展，以相对于托架体使基片保持元件可调节地定位。
2.如权利要求1所述的基片抛光机，其中，所述托架体具有保持环，该保持环与托架体集成一体，围绕由基片保持元件所保持的基片定位，通过调节充入可扩展室内不可压缩流体的量，使基片相对于保持环可调节地定位。
3.如权利要求2所述的基片抛光机，还包括一容器，其容纳不可压缩流体于其中，并与可扩展室流体连通，以将不可压缩流体充入可扩展室，其中，在容器中的不可压缩流体处于大气压下，并在其自身重量作用下供入可扩展元件的室内。
4.如权利要求3所述的基片抛光机，还包括泵，其从可扩展室泵送不可压缩流体。
5.如权利要求3所述的基片抛光机，其中，基片保持元件定位装置具有一个空气排出口，其定位在可扩展室最上部位置。
6.如权利要求2所述的基片抛光机，还包括：
密封环，其定位于保持环内侧，设置在基片保持元件上并沿其周边延伸，被基片保持元件保持的基片与密封环密封结合，以与密封环及基片保持元件一起共同限定一密封室；和
至少一个元件，其设置在密封室内，以限定数个室，该数个室可以独立地被供给处于所希望压力下的流体。
7.如权利要求6所述的基片抛光机，其中，所述至少一个元件包括：
中央可膨胀室元件，其安装在密封室内基片保持元件的中央，并适于经受压力，以迫使被基片保持元件保持的基片中央部贴靠抛光表面；和
环形可膨胀室元件，其安装在密封室内基片保持元件上，与中央可膨胀元件沿半径方向相距一段距离，环形可膨胀元件适于经受压力，以迫使与基片中央部相距一段距离的基片环形部贴靠抛光表面；
其中，密封室设有由中央可膨胀室元件与环形可膨胀室元件之间的分离环形密封区，和环形可膨胀室元件与密封环之间的分离环形密封区；和
分离的环形密封区适于独立地经受所希望的压力。
8.一种基片抛光机，其包括：
抛光表面；
基片托架，其保持基片，并使基片与抛光表面相接触；基片托架包括：
托架体；
基片保持元件，其保持基片，使基片被抛光表面直接面对抛光表面；和
柔性元件，其定位在基片保持元件的侧面，该侧面与基片保持元件保持基片的侧面相反，此柔性元件连接在基片托架与基片保持元件之间，以限定一可扩展室；和
不可压缩流体供给装置，其在受控制的压力下，将不可压缩流体供入可扩展室。
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