TW201332711A - 拋光裝置及拋光方法 - Google Patents

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Tetsuji Togawa
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Abstract

本發明提供一種基板固持置，其可防止基板之滑出，並可讓基板得以穩定地拋光。該基板固持裝置具有：用於固持基板以及將該基板壓迫於拋光面的頂環體、以及用以壓迫該拋光面的保持環，該保持環是位在該頂環體的外側週邊部。該保持環包含由磁性材料製成的第一構件、以及具有磁鐵置於其表面上的第二構件，且該磁鐵是緊靠著第一構件。

Description

拋光裝置及拋光方法
本發明係有關於一種用以固持作為待拋光之工件的基板並將該基板抵壓於一拋光面的基板固持裝置，尤有關於一種在拋光裝置內用以固持諸如半導體晶圓等之基板之基板固持裝置，其中該拋光裝置是藉由拋光該基板而使得該基板平面化者。本發明亦有關於一種具有此種基板固持裝置的拋光裝置，以及由該拋光裝置所實施的拋光方法。
近年來，半導體裝置之整合度愈來愈高，且半導體元件的結構亦愈形複雜。此外，用於邏輯系統之多層互連構造(interconnect)的層數亦日漸增多。因此，半導體裝置表面的不規則性也愈形增加，使得半導體表面的階梯高度(step height)有加大的趨勢。這是因為在製造半導體裝置的製程中，先在半導體基板上形成薄膜，其後在半導體基板上實施諸如圖案化或是形成孔洞等微加工程序，多次反覆實施這些程序，以在半導體基板上形成後續的薄膜。
當半導體表面的不規則性增加時，即會發 生下列問題：當薄膜形成在半導體置上時，形成在具有階梯(step)之部份的薄膜厚度是相對較薄。互連構造的斷路係造成開路，或是在互連層間缺乏足夠的絕緣以致造成了短路。因此，無法獲致良好的產品，並且產品的良率亦會傾向降低。此外，即使半導體裝置初期正常地作用，半導體裝置的可靠度亦會在長期的使用後降低。在微影過程的曝光期間，若是照射表面有著不規則性，則在曝光系統內的透鏡單元將會局部性地無法聚焦。因此，若是半導體裝置表面的不規則性增加的話，會造成在半導體裝置上難以形成精密圖案本身之問題。
因此，在製造半導體裝置的過程中，將半導體基板的表面予以整平係愈形重要。在整平技術中最重要的一項即是化學機械拋光(Chemical Mechanical Polishing；CMP)。在由拋光機構所執行的化學機械拋光過程中，當將含有研磨顆粒的拋光液(諸如氧化矽(SiO2))供應於諸如拋光墊的拋光面上時，使諸如半導體晶圓的基板和拋光面形成滑動接觸，因此對基板予以拋光。
此形態的拋光裝置包括：具有由拋光墊組成之拋光面的拋光台；以及被稱為頂環或是承載頭之基板固持裝置，其係用於固持半導體晶圓。當半導體晶圓由此類的拋光裝置進行拋光時，半導體晶圓被固持裝置固持，並在預設的壓力下被施壓頂抗拋光台。此時，拋光台以及基板固持裝置彼此相對的運動，以使該半導體晶圓和拋光面產生滑動接觸，以便將半導體晶圓的表面被拋光成平滑 的鏡面。
在此類的拋光裝置中，若是被拋光之半導體晶圓和拋光墊之拋光面間的相對壓力於半導體晶圓的整個表面不均勻時，視施加在半導體晶圓之某部分上之壓迫力而定，半導體晶圓的該等部分可能會拋光不足，或是會產生過度拋光的情形。因此常久以來即企圖在基板固持裝置上將用於固持半導體晶圓的表面形成為由諸如橡膠之彈性材料製成的彈性膜，並將諸如空氣壓力之流體壓力供應於彈性膜的後方表面，以將施加在半導體晶圓整個表面上的壓迫力予以均勻化。
此外，由於拋光墊具有彈性以致於施加在半導體晶圓週邊部的壓迫力會變成不均勻，因此，僅有半導體晶圓的週邊表面部份可能會產生過度拋光的現象，此現象稱之為邊緣圓化(edge rounding)。為了避免邊緣圓化的現象，業界使用一種基板固持置，在此基板固持裝置中，半導體晶圓是由導引環或是保持環來固持其週邊表面，而對應於半導體晶圓週邊部之拋光面的環形部則由導引環或是保持環所壓迫。
然而，使用保持環時，因為由保持環予以固持定位的半導體晶圓在拋光過程中會傾向於意外地由基板固持裝置脫離，無法穩定地予以拋光，而有問題。
本發明係有鑑於前述習用技藝中的情形而製。因此本發明之一態樣即在提供一種基板固持裝置、一 種拋光裝置、以及一種拋光方法；其可有效地防止做為欲拋光之工件的基板滑出，並可讓基板得以穩定地拋光。
根據本發明的第一個態樣，係提供一種基板固持裝置，其可有效地防止做為欲拋光之工件的基板滑出，並可讓基板得以穩定地拋光。基板固持裝置包括用於固持以及將基板壓壓迫於拋光面的頂環體、以及用以壓迫拋光面的保持環，該保持環是位在該頂環體的外側週邊部上。該保持環包括了由磁性材料製成的第一構件、以及具有磁鐵置於其表面上的第二構件，且該磁鐵是緊靠著第一構件。
由於保持環的第一構件以及第二構件是藉由磁力而彼此固定在一起，因此縱然該保持環在拋光程序中產生振動，第一構件以及第二構件仍然會維持緊接在一起。如此可防止保持環突然地因為振動而被抬離開拋光面。因此，由保持環所施加的表面壓力可以維持穩定，並減少半導體晶圓由基板固持裝置滑出的可能性。若是需要將第一構件以及第二構件予以彼此分開以進行維修等時，則將第一構件以及第二構件間之基於磁力的耦合力予以降低，以讓第一構件以及第二構件可輕易地分離開。
第一構件可包括用以將第二構件壓迫於拋光面的活塞，或是第二構件可具有將第一構件壓迫於拋光面的活塞。第一構件可具有凸輪機構，該凸輪機構包含可角度地移動以將第一構件和第二構件分離的凸輪舉升器，或者第二構件可具有凸輪機構，該凸輪機構包含可角度地 移動以將第一構件和第二構件分離的凸輪舉升器。
根據本發明的第二態樣，係提供了一種拋光裝置，其用以穩定地將作為欲拋光之工件的基板予以拋光，同時防止基板滑出。該拋光裝置包括拋光面、用以固持以及將基板壓迫於拋光面以對基板拋光的頂環體、以及用以壓迫拋光面的保持環，其中保持環是設置於頂環體的外側週邊部上。拋光裝置亦具有用以在至少兩個不同位置上偵測保持環高度的感測器、以及用以基於由感測器所偵測到的保持環高度來計算保持環梯度的處理器。感測器最好是在拋光面的旋轉方向上分別地位在頂環體的上游以及下游。
保持環在至少兩個位置上的高度是由感測器來加以測得，並且由處理器對所偵測到的高度加以計算而獲得保持環的梯度。藉由計算保持環的梯度，處理器可預測由頂環體所夾持之基板因為保持環過度的傾斜而滑出頂環體的可能性。因此，基板則可基於所預測的可能性而防止滑出頂環體。
根據本發明的第三個態樣，係提供了一種拋光方法，其係用以穩定地將作為欲拋光之工件的基板予以拋光，同時防止基板滑出。該拋光方法是藉由位在頂環體外側週邊部上的保持環來固持基板的外側週邊部，並藉由頂環體將基板壓迫於拋光面，同時將保持環壓迫於該拋光面，以對基板進行拋光。該拋光方法包括：量測保持環的梯度；以及如果該保持環的梯度超過預定臨限值，則產 生外部警告信號、停止對基板拋光、或是變更成預設的拋光條件。
本發明同時提供另一拋光方法。此拋光方法是藉由設置在頂環體外側週邊部上的保持環來固持基板的外側週邊部，並藉由頂環體將基板壓迫於拋光面，同時將保持環體壓迫於該拋光面，以對基板作拋光。該拋光方法包括：量測該保持環體的梯度；以及如果該保持環體的梯度超過預定臨限值，則產生外部警告信號、停止對基板拋光、或是變更成預設的拋光條件。
本發明上述以及其它的目的、特色、以及優點將在配合著顯示出本發明範例的圖式而由下列的詳細說明而更為清楚易懂。
1‧‧‧頂環
2‧‧‧頂環體
3‧‧‧保持環
11‧‧‧頂環軸
24‧‧‧垂直移動機構
26‧‧‧軸承
28‧‧‧橋
29‧‧‧支撐座
30‧‧‧支撐桿
32‧‧‧滾珠螺桿
32a‧‧‧螺桿軸
32b‧‧‧螺帽
38‧‧‧交流電伺服馬達
41、42、43、44、45、334、342、344‧‧‧流體通道
100‧‧‧拋光台
101‧‧‧拋光墊
102‧‧‧拋光液供應噴嘴
110‧‧‧頂環頭
112‧‧‧旋轉襯套
113、116‧‧‧時規皮帶輪
114‧‧‧頂環馬達
115‧‧‧時規皮帶
117‧‧‧頂環軸頭
300‧‧‧上構件
304‧‧‧中間構件
306‧‧‧下構件
308‧‧‧螺栓
314‧‧‧彈性膜
314a‧‧‧波紋分隔件
314b‧‧‧外部分隔件
314c‧‧‧邊緣分隔件
314d‧‧‧間隙
314e‧‧‧側壁
316‧‧‧邊緣固持件
318‧‧‧環形輔助環
319‧‧‧固持件
320‧‧‧擋止
324、325‧‧‧流體通道
347‧‧‧環形槽
360‧‧‧中央室
361‧‧‧波紋室
362‧‧‧外部腔室
363‧‧‧邊緣室
400‧‧‧中空圓筒體
401‧‧‧導件
402‧‧‧固持器
404‧‧‧彈性膜
406‧‧‧活塞
406a‧‧‧凹槽
408‧‧‧環形構件
408a‧‧‧凸耳
409‧‧‧保持環體
410‧‧‧保持器壓力室
411‧‧‧保持環壓制機構
412‧‧‧保持環部
420‧‧‧磁鐵
430‧‧‧軸
432‧‧‧凸輪舉升器
432a‧‧‧凸片
434‧‧‧扳手孔
436‧‧‧橢圓形凹槽
438‧‧‧球體
501‧‧‧頂環
502‧‧‧環狀量測板
504‧‧‧轉子
508‧‧‧處理器
第1圖係為包含有本發明第一實施例之頂環(基板固持裝置)之拋光裝置的示意側視圖；第2圖係為在第1圖中所示之拋光裝置中之頂環的剖視圖；第3圖係為第2圖中所示之頂環之靠近保持環之的部份的部份放大剖視圖；第4圖係為沿第3圖中A-A線的剖視圖；第5圖係為本發明第二實施例之拋光裝置中之頂環的剖視圖；以及第6圖係為本發明第二實施例之拋光裝置的平面圖。
根據本發明的基板固持裝置以及拋光裝置將在配合圖式而在以下予以詳細說明。第1圖係為本發明第一實施例之具有基板固持裝置之拋光裝置的示意側視圖。基板固持裝置是用以固持作為欲拋光之工件之諸如半導體晶圓等之基板，並將基板壓迫於拋光台上之拋光面。如第1圖所示，拋光裝置包括構成依據本發明之基板固持裝置的頂環1、以及位於頂環1下方的拋光台100，且拋光墊101係附接於拋光台100的上方表面。拋光液供應噴嘴102是設置在拋光台100的上方。拋光液供應噴嘴102係對拋光台100上的拋光墊101供應拋光液Q。
可在市場上獲得許多不同的拋光墊。例如，某些例子是由Rodel Inc.所生產的SUBA800、IC-1000以及IC-1000/SUBA400，由Fujimi Inc.所生產的Surfin xxx-5、Surfin 000。SUBA800、Surfin xxx-5及Surfin 000是由胺基甲酸酯樹脂結合在一起的不織布，IC-1000則是由堅固的聚胺基甲酸酯(單層)泡沬所製成。泡沬聚胺基甲酸酯是為多孔的，且具有大量的細小凹槽或是孔洞形成於其表面。
頂環1是和頂環軸11的底端相連接，而頂環軸11則是藉由垂直移動機構24而得以相對於頂環頭110作垂直移動。當垂直移動機構24垂直移動頂環軸11時，頂環1會一體的被舉昇以及下降，以相對於頂環頭110作定位。旋轉接頭25則是安設在頂環軸11的上方端。
用以垂移動頂環軸11和頂環1的垂直移動機構24係包括：橋28，頂環軸11係透過軸承26而在橋28上以可旋轉之方式被支撐；滾珠螺桿32，其係安設置在該橋28上；支撐座29，其係由支撐桿30所支撐；以及交流電(AC)伺服馬達38，其係安設在支撐座29上。
滾珠螺桿32係包括和交流電伺服馬達38耦接的螺桿軸32a、以及螺合於螺桿軸32a的螺帽32b。頂環軸11和橋28是藉由垂直移動機構24而可一致性地垂直移動。當交流伺服馬達38啟動時，橋28係透過該滾珠螺桿32而垂直移動，因此頂環軸11以及頂環1會垂直移動。
頂環軸11是經由鍵(未顯示)而和旋轉襯套112相連接。旋轉襯套112在其週圍固設有時規皮帶輪(timing pulley)113。具有驅動軸之頂環馬達114是固定在頂環頭110的上方表面上。時規皮帶輪113是可操作地藉由時規皮帶115而連結於設置在頂環馬達114之驅動軸上的另一時規皮帶輪116。當頂環馬達114啟動時，時規皮帶輪116、時規皮帶115、時規皮帶輪113均共同旋轉，以帶動旋轉襯套112以及頂環軸11彼此共同地旋轉，因此也使頂環1旋轉。頂環頭110是由可旋轉地被支撐在框架(未顯示)上的頂環頭軸117所支撐。
第2圖係顯示頂環1的剖視圖。如第2圖所示，頂環1基本上包括：頂環體2，係用於將被固持於其底面之半導體晶圓壓迫於作為拋光面的拋光墊101；以及保持環3，係直接壓迫拋光墊101。頂環體2具有盤狀的上 構件300、安設於上構件300底面的中間構件304、以及安設於該中間構件304底面的下構件306。保持環3具有安設在上構件300外側週邊部分之底面上的圓筒體400、以及安設在下構件306外側周邊部分上的導件401。圓筒體400和導件401因此可和頂環體2一同地旋轉。
上構件300是藉由螺栓308而固定在頂環軸11。中間構件304是藉由螺栓(未顯示)而固定在上構件300。下構件306是藉由螺栓(未顯示)而固定在中間構件304。上構件300、中間構件304以及下構件306共同組成一個由諸如工程塑膠(engineering palstics)(例如PEEK)之合成樹脂製成的主總成。
用於和半導體晶圓後側抵接接觸的彈性膜314是設置在下構件306的底面。彈性膜314是藉由設置在下構件306外側週緣部的環形邊緣固持件316、以及設置在環形邊緣固持器316之徑向內側的環形輔助環318及固持件319而附接於下構件306的底面。彈性膜314是由極強軔且耐用的橡膠材料所製成，諸如是乙烯丙烯橡膠(ethylene propylene rubber；EPDM)、聚胺基甲酸酯橡膠(polyurethane rubber)或是聚矽氧烷橡膠(silicone rubber)。
環形邊緣固持件316是由輔助環318加以固持，而輔助環318則是藉由複數個擋止320而附接在下構件306的底面。固持件319是由複數個擋止(未顯示)而附接在下構件306的底面。這些擋止是以等間隔而位在頂環1的週邊方向。
如第2圖所示，彈性膜314具有界定在其中央的中央室360。固持件319具有界定在其內部並和中央室360連通之流體通道324。下構件306具有界定在其內部並和流體通道324連通的流體通道325。流體通道324、325係透過均顯示在第1圖中的流體通道41和調節器R1而連接於壓力調節單元120。壓力調節單元120係透過調節器R1、流體通道41、325、324提供具有壓力的流體到中央室360。壓力調節單元120由壓縮空氣源或是藉由泵等來將流體通道予以抽吸而供應加壓流體(例如加壓空氣)，從而調節流體的壓力。
固持件319係將彈性膜314的波紋分隔件(ripple partition)314a予以固持抵靠下構件306的底面。輔助環318係將彈性膜314的外部分隔件314b以及邊緣分隔件314c固持抵靠下構件306的底面。
如第2圖所示，環形波紋室361是界定在彈性膜314之波紋分隔件314a以及外部分隔件314b之間。間隙314d是界定在輔助環318以及固持件318間之彈性膜314中。下構件306具有界定在其內部、並和間隙314d相連通的流體通道342。中間構件304具有界定在其內部、並和界定在下構件306內部的流體通道342相連通的流體通道344。環形槽347係界定在下構件306中之下構件306內之流體通道342以及中間構件304內的流體通道344的連結處。在下構件306內部的流體通道342是透過環形槽347、中間構件304內的流體通道344、以及均顯示在第1 圖內的流體通道42以及調節器R2而和壓力調節單元120相連接。壓力調節單元120是透過調節器R2、流體通道42、344、342而提供具有壓力的流體到波紋室361。流體通道342是選擇性地和真空泵(未顯示)相連接。當真空泵啟動時，可將半導體晶圓吸至彈性膜314的底面。
如第2圖所示，輔助環318具有界定於其內部的流體通道(未顯示)，其係和界定在彈性膜314的外部分隔件314b以及邊緣分隔件314c之間的環形外部腔室362相連通。下構件306具有界定在其內部的流體通道(未顯示)，其係經由一連接器(未顯示)和輔助環318內的流體通道相連通。中間構件304具有界定在其內部的流體通道(未顯示)，其係和下構件306內的流體通道相連通。在輔助環318內的流體通道係透過下構件306內的流體通道、中間構件304內的流體通道、以及均顯示在第1圖中的流體通道43以及調節器R3而和壓力調節單元120相連接。壓力調節單元120係透過調節器R3、流體通道43以及前述所提到的流體通道來將具有壓力的流體供應到外部腔室362。
如第2圖所示，邊緣固持件316係將彈性膜314的側壁314e固持抵靠下構件306的底面。邊緣固持件316具有界定在其內部之流體通道334，其係和界定在邊緣分隔件314c以及彈性膜314側壁314e之間的環形邊緣室363相連通。下構件306具有界定在其內部的流體通道(未顯示)，其係和邊緣固持件316的流體通道334相連通。中 間構件304具有界定在其內部的流體通道(未顯示)，其係和下構件306的流體通道而相連通。在邊緣固持件316內的流體通道334係透過下構件306內的流體通道、中間構件304內部的流體通道、以及均顯示在第1圖內的流體通道44以及調節器R4而和壓力調節單元120相連接。壓力調節單元120係透過調節器R4、流體通道44、334以及上述所提及之流體通道而提供具有壓力的流體到邊緣室363。
在此實施例中的頂環1裏，供應到界定於彈性膜314和下構件306間之壓力室的流體之壓力、也就是在中央室360、波紋室361、外部腔室362和邊緣室363的流體之壓力，以及供應到固持室410內的流體之壓力是獨立地被調整。在各個不同腔室內獨立調節流體壓力的頂環1係得以針對半導體晶圓之各個區域調整頂環1將半導體晶圓壓迫於拋光墊101的施壓力，同時亦可調整將保持環3壓迫於拋光墊101的施壓力。
保持環3的作用是在於固持半導體晶圓的外部週緣。保持環3包括：保持環壓制機構(retainer ring pressing mechanism)411，其係包含上端為封閉之中空圓筒體400；具有垂直穿孔界定於其內部之導件401；以及可垂直運動之保持環部412。彈性膜404是藉由位在圓筒體400上部的固持器402而固持在圓筒體400的內部，並且活塞406是和彈性膜404的下端相連結。導件401在其內部固持有可垂直移動的保持環部412，其係可由活塞406而被 向下壓，並包括了環形構件408以及保持環體409。彈性膜404是由高強度以及耐久的橡膠材料所製成，例如乙烯丙烯橡膠(ethylene propylene rubber)、聚胺基甲酸酯橡膠(polyurethane rubber)或是聚矽氧烷橡膠(silicone rubber)。
導件401具有複數個驅動銷(未顯示)，該等驅動銷係徑向向內凸伸，且具有延伸到環形構件408內的各個末端。如此，導件401以及保持環部412係藉由驅動銷而予以相互地結合在一起，以便能夠一同的旋轉。具體而言，該環形構件408具有複數個界定在其內部的垂直長形孔，該等長形孔係用以容置該導件401的驅動銷。導件401的驅動銷可在垂直長形孔內垂直移動，因此導件401可垂直地相對於環形構件408移動。
固持器402具有界定於其內部的流體通道(未顯示)，且該流體通道係和由彈性膜404所界定之保持器壓力室410相連通。圓筒體400具有界定在其上部的流體通道(未顯示)，且該流體通道係和固持器402內的流體通道相連通。上構件300具有和圓筒體400內部的流體通道相連通的流體通道。固持器402內部的流體通道係經由圓筒體400內部的流體通道、上構件300內部的流體通道、以及同時均顯示在第1圖內的流體通道45和調節器R5而和壓力調節單元120相連接。壓力調節單元120係經由調節器R5、流體通道45以及上述的流體通道而供應具有壓力的流體到保持器壓力室410。當係藉由該壓力調節單元120將供應到保持器壓力室410的流體壓力加以調節時， 彈性膜404會膨脹或是收縮，以垂直地移動該活塞406，從而將保持環部412的保持環體409於所需的壓力下壓迫於拋光墊101。因此用以將保持環部412向下壓制之保持環壓制機構411是由圓筒體400、彈性膜404、活塞406以及保持器壓力室410所構成。
於所例舉的實施例中，彈性膜404包括了滾動隔膜(rolling diaphragm)。該滾動隔膜係包括具有弧形區的隔膜。當在由滾動隔膜所區隔出之腔室內的流體壓力改變時，隔膜之弧形區會滾動以增加或是減少腔室內的空間。因為每一次腔室內的空間增加時，滾動隔膜的膨脹有限，故而其有相當長的使用壽命。由於滾動隔膜的膨脹有限，在滾動隔膜上之負載損失較少，且此負載是受制於滾動隔膜行程的小變化。因此，由保持環部412的保持環體409施加在拋光墊101的力量可加以調整以達精確。
如此構成之保持環3可以僅讓保持環3的保持環部412下降朝向拋光墊101。所以，縱使當保持環部412的保持環體409磨損了，亦可將保持環體409恆常地施壓頂抗拋光墊101，同時使下構件306及拋光墊101彼此間隔開一段距離。由於包含有被固持頂抗於拋光墊101之保持環體409的保持環部412以及圓筒體400是由塑性可變形之的彈性膜404而彼此連結在一起，故保持環部412不會有彎折力矩，而若非如此該彎折力矩會由負載點的偏移而產生。因此，由保持環體409所施加的表面壓力會被均勻化，且保持環體409具有增強的能力以趕上拋光墊 101。彈性膜404可由高強度以及耐久的橡膠材料所製成，例如乙烯丙烯橡膠(ethylene propylene rubber；EPDM)、聚胺基甲酸酯橡膠(polyurethane rubber)或是聚矽氧烷橡膠(silicone rubber)，其係具有30到80°的硬度(JIS-A)，又或者可由薄的合成樹脂膜來製成。雖然低硬度之薄彈性膜能夠進行低損失負載控制，但最好還是依其耐用性來決定彈性膜404的硬度以及厚度。
保持環壓制機構411的活塞406以及保持環部412的環形構件408是由磁力而彼此固定在一起。具體而言，依據此實施例，活塞406是由磁性材料所製成，且其表面是經過防銹之塗覆或是鍍覆處理。磁鐵420是埋置在環形構件408的面向活塞406的表面中。因此，環形構件408會受到來自磁鐵420磁力的吸引，而固接於活塞406。
由於活塞406和環形構件408在磁力下彼此固接在一起，因此縱然當保持環部412的保持環體409在拋光過程中產生振動，活塞406和環形構件408仍然維持連接在一起。如此可防止保持環部412因為振動而突然的被舉升離開拋光墊101。因此，由保持環體409所作用的表面壓力會穩定化，並減少半導體晶圓滑出頂環1的可能性(見第1圖)。
下構件306、保持環部412以及其它與之結合在一起的元件係一同地建構成一載體總成。載體總成會常常地由頂環1其它部份處予以移開，以進行維修。然而，活塞406則較少維修。由於保持環壓制機構411的活塞406 以及保持環部412的環形構件408是由磁力而彼此附接在一起，故較常移開之載體總成的環形構件408可輕易地和較不常移開的活塞406予以分離開來。
頂環1具有用以將保持環壓制機構411的活塞406以及保持環部412的環形構件408予以彼此分離的機構。第3圖係顯示頂環1之靠近保持環3的部份的部份放大剖視圖。如第3圖所示，該環形構件408具有複數個可依各別的軸430而旋轉的凸輪舉升器432。第4圖係顯示沿第3圖中A-A線的剖視圖。如第4圖所示，每一個凸輪舉升器432具有離軸430的中心不同的半徑。當凸輪舉升器432轉動時，具有最大半徑的凸片432a係接觸並舉起活塞406。每一凸輪舉升器432的軸430具有同軸地界定在其端面的扳手孔434，以在其內部插入一扳手。
環形構件408在其上方表面處有一向上尖凸的凸耳(land)408a，而活塞406則在其下方表面界定有一凹槽406a，該凹槽406a的形狀是互補於上尖凸的凸耳408a。當環形構件408之向上尖凸的凸耳408a卡合於活塞406的凹槽406a時，環形構件408係相對於活塞406而被定位。
每一凸輪舉升器432都有一個界定在其內面的橢圓形凹槽436，而用以被壓迫到凹槽436內部的球體438則是置放在環形構件408的側面上。由於容置在橢圓形凹槽436內部之球體438的移動是受限於該橢圓形凹槽436內部，故凸輪舉升器432在由橢圓形凹槽436所提 供的角度範圍內可依軸430而作角度移動。
於維修載體總成時，將扳手插入該扳手孔434之內並轉動，以轉動凸輪舉升器432，而使凸片432a升起活塞406，以強迫形成位在保持環壓制機構411之活塞406以及保持環部412的環形構件408之間的間隙。因此，作用在活塞406和磁鐵420之間的磁力會因而減弱，而可讓活塞406以及環形構件408輕易地分離。
在第2圖中，該活塞406是由磁性材料所製成，而磁鐵420則是埋設在環形構件408內。然而，該環形構件408可由磁性材料所製成，並將該磁鐵420埋設在活塞406內。在第2圖中，凸輪舉升器432是設置在環形構件408之上。然而，該凸輪舉升器432亦可設置在活塞406上。
第5圖係顯示本發明第二實施例之拋光裝置內的基板固持裝置(頂環)501的垂直剖視圖。第6圖係顯示拋光裝置的平面圖。頂環501中之和第2圖及第3圖中相同的元件將由相同的參考號來加以表示，並將不會予以詳細說明。如第5圖和第6圖所示，此實施例的頂環501具有設置在保持環3之保持環部412外部週邊表面的環狀量測板502。作為供頂環501安設於其上之安設座的頂環頭係於頂環501週邊方向之兩個不同位置具有位移感測器506。每一個位移感測器506在其底端均具有轉子504。位移感測器506是和處理器508電性連接，該處理器508係用以基於由位移感測器506而來的輸出信號來計算保持環 3之保持環部412之保持環體409的梯度。
如第6圖所示，頂環501和拋光台100以相同的方向旋轉(例如順時鐘方向)，以對半導體晶圓拋光。在拋光程序中，每一個位移感測器506可以偵測到轉子504的距離，換言之，保持環3之保持環部412的高度。當頂環501旋轉時，轉子504係在量測板502的上方表面滾動。因此移感測器506可以偵測保持環3之保持環部412的高度。兩個移感測器506可以在至少兩個不同的位置處偵測保持環3之保持環部412的高度。保持環體409的任何梯度均可由被位移感測器506在兩個不同位置所偵測到的保持環部412的高度來加以計算而得。處理器508係基於由位移感測器506所發出的輸出信號來計算保持環體409的梯度。
從各個位移感測器506而來的輸出信號包含代表拋光墊101厚度變異的信號成分、代表拋光台100的晃動的信號成分、以及代表保持環體409厚度的變異的信號成分。因此，處理器506應較宜處理由各個位移感測器506而來的輸出信號，以決定其平均移動。
藉由如此計算保持環體409的梯度，處理器508可以預測由頂環501所固持之半導體晶圓是否會因為保持環體409過度的傾斜而由頂環501滑出的可能性。因此，由頂環501所固持之半導體晶圓可基於預測的可能性而預防由頂環501滑出。具體而言，當保持環體409的計算梯度超過一預設臨限值時，處理器508會發出一外部警 告信號、停止頂環501和拋光台100的旋轉以中斷拋光的程序、及/或改變成預設的拋光條件以降底將半導體晶圓壓迫於拋光拋光墊101的負載、增加由保持環體409所施加的負載、或增加半導體晶圓以及拋光墊101的旋轉速度。根據此一實施例，保持環體409的梯度是由在至少二個不同位置所偵測到的保持環部412之高度來決定，而不是在單一的位置來決定，並且滑出的可能性則是基於所決定之保持環體409的梯度來預測或是偵測。所以，縱使拋光墊101已磨損，半導體晶圓滑出的可能性仍可正確無誤地予以預測或是偵測出來。
在第6圖中，複數個位移感測器506是位在頂環501的週邊方向，如虛線所示。然而，拋光裝置可如上所述具有至少兩個位移感測器506。具體而言，第一位移感測器506a應較宜相對於拋光台100之旋轉方向位在頂環501的上游，第二位移感測器506b應較宜相對於拋光台100之旋轉方向位在頂環501的下游，且第一和第二位移感測器506a、506b係以直徑方向彼此相對之方式配置成橫越頂環501。位移感測器506應較宜位在頂環501上之單一個週邊線上，也就是說，在相同的半徑上。然而，如果位移感測器506的位置已被確認，且位移感測器506的輸出信號亦相應地由處理器508加以處理，則位移感測器506並不一定要位在頂環501相同的週邊線上。在第6圖中，保持環體409的梯度係相對於具有頂環1安設於其上之安設座來加以量測。然而，位移感測器506亦可安設在拋光 台100上，並可相對於拋光台100來量測保持環體409的梯度。若是頂環501的型式為該頂環體2以及保持環3為一體結合時，則頂環501的高度則可在其上方表面的二個或多個位置上來加以量測，且該頂環501整體的梯度可依據所測得的高度來預測或是偵測半導體晶圓滑出的可能性。
具有依據本發明之基板固持裝置的拋光裝置可在基板由基板固持裝置所固持時穩定地對基板拋光，而不會有滑出的可能性。
雖然業已結合較佳實施例來顯示及說明本發明，但吾人可以瞭解的是，在不脫離本發明之範疇與精神下所進行變化及修改亦可針對其內容而予以完成。
1‧‧‧頂環
2‧‧‧頂環體
3‧‧‧保持環
11‧‧‧頂環軸
300‧‧‧上構件
304‧‧‧中間構件
306‧‧‧下構件
308‧‧‧螺栓
314‧‧‧彈性膜
314a‧‧‧波紋分隔件
314b‧‧‧外部分隔件
314c‧‧‧邊緣分隔件
314d‧‧‧間隙
314e‧‧‧側壁
316‧‧‧邊緣固持件
318‧‧‧環形輔助環
319‧‧‧固持件
320‧‧‧擋止
324、325、334、342、344‧‧‧流體通道
347‧‧‧環形槽
360‧‧‧中央室
361‧‧‧波紋室
362‧‧‧外部腔室
363‧‧‧邊緣室
400‧‧‧中空圓筒體
401‧‧‧導件
402‧‧‧固持器
404‧‧‧彈性膜
406‧‧‧活塞
408‧‧‧環形構件
409‧‧‧保持環體
410‧‧‧保持器壓力室
411‧‧‧保持環壓制機構
412‧‧‧保持環部
420‧‧‧磁鐵

Claims (11)

  1. 一種拋光裝置，包括：拋光面；頂環體，係用以固持基板，並將該基板壓迫於該拋光面，以對該基板拋光；保持環，係用以壓迫該拋光面，該保持環是位在該頂環體的外側週邊部上；感測器，係用以在至少兩個的位置上偵測該保持環的高度；以及處理器，係依據該感測器所偵測到的該保持環的高度來計算該保持環的梯度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之拋光裝置，其中，該至少兩個位置是分別地位於該拋光面之旋轉方向中之該頂環體的上游以及下游。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之拋光裝置，其中，該感測器分別包含位移感測器，且該處理器係對由該位移感測器發出的輸出信號執行移動平均處理。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之拋光裝置，其中，該保持環包含垂直可移動的保持環部，且該感測器在至少兩個不同的位置偵測該保持環部的高度。
  5. 一種拋光方法，係藉由設置在頂環體外側週邊部上的保持環來固持基板的外側週邊部，並以該頂環體將該基板壓迫於拋光面，同時將該保持環壓迫於該拋光面，從而拋光基板，該基板拋光方法包括： 量測該保持環的梯度；以及如果該保持環的梯度超過預定臨限值的話，則產生外部警告信號、停止對基板拋光、或是變更成預設的拋光條件。
  6. 一種拋光方法，係藉由設置在頂環體外側週邊部上的保持環來固持基板的外側週邊部，並以該頂環體將該基板壓迫於拋光面，同時將該保持環之保持環體壓迫於該拋光面，從而拋光基板，該基板拋光方法包括：量測該保持環體的梯度；以及如果該保持環體的梯度超過預定臨限值，則產生外部警告信號、停止對基板拋光、或是變更成預設的拋光條件。
  7. 一種保持環，係用於故持半導體晶圓之外部週緣，該保持環係包括：保持環部，係具有能夠與拋光墊之拋光表面接觸的保持環體；保持環壓迫機構，用於將該保持環部壓迫於該拋光表面；磁鐵，用於固定該保持環部與該保持環壓迫機構彼此。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之保持環，復包括環構件，該環構件係面向該保持環壓迫機構的一構件。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之保持環，該保持環壓迫機構的該構件係為活塞。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之保持環，其中，該環構件係在其上表面具有向上尖凸的凸耳，且該活塞係具有界定在其下表面的凹槽。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之保持環，復包括用於固持該保持環部的導件，該導件具有用於被結合至該保持環部的驅動銷。
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