TW383263B - Carrier of polishing apparatus - Google Patents

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五、發明說明（I ) [發明背景] (1.發明領域） 具’用以藉著轉動已 臺板而研磨該工件之 本發明有關一種研磨裝置之夹持 夹住之工件並同時將其壓抵在一旋轉 表面。 (2.相關技藝之敘述） 如第1 0圖所 _在過去，這種研磨裝置之夾持具業已製成 不者。 ^^第10圖中，該夾持具係一種化學機械研磨（CMP)裝 之夾持具100。該夹持具100具有一外殼101、一壓力板 、及一固定環103，及形成連接至一轴1〇4之結構。 由於該裝置，藉著使一夾持在該壓力板丨〇2底面之晶 紋轉，同時將其壓抵在一旋轉臺板2〇〇，而藉著一黏著 至該臺板20 0之研磨墊2 〇1研磨該晶圓w之表面。 、，然而，該研磨墊20 1之表面事實上因有起伏等而不 平 其必然傾斜該晶圓W以使其沿著該不平處研磨。 因此，一般言之，設計該裝置以萬向接頭1〇5連接該 $持具100及軸104以便該夾持具丨〇〇可對一個對齊點p樞 注意該參考數字1 〇 6係一底板。 然而’於上面相關技藝之夾持具中，已經有以下之問 題。 為穩定該夾持具100之旋轉，形成厚的外殼1(H及壓力 板1〇2。由該固定環103底部表面至該對齊點p之高度l變得 五、發明說明（2) ^ 較高。 因此，縱使該失持具1 0 0對於該軸1 〇 4稍微傾斜，仍易 於在該研磨墊2 〇 1及該夾持具1 〇 〇之間形成大間隙。據此， 一南速旋轉之晶圓w可由此間隙輕易地飛離。 1 *為防止這狀況，需要使該外殼1〇1或該壓力板1〇2變得 較薄’以減少由該固定環1〇3至該對齊點p之高度^。 然而’假如該外殼101或壓力板1〇2製成較薄，該夾持 具1.00以整體而言變得較輕，故不能獲得穩定之旋轉，及 更進一步’與該臺板2〇〇等之旋轉一致發生之該失持具 1 〇 〇激烈搖動之現象，最終造成不可能施行正常之晶 磨。 Μ [發明概論] 提出本發明以便解決上面之問題，且其目的係 件^ ί夾持具，其可降低該對齊點之高度以防止工 及進一步能夠使該工件在研磨時穩定旋轉 免於任何振動。 付久戍τ 类样ί達ΐ這目的，本發明之一論點提供一種研磨裝置之 夂#兵·’包舍·目亡田m ^ 一.—

轉而共振。 :具有用以固定工件之工件固定孔及將工件 夾持具主體；一旋轉抽’該夾持具主體以能 擺動之方式連接該旋轉轴；及一設在該夾持 邊之高慣性矩部份，其中該夾持具主體之慣 係設定至接近各慣性矩值間之最小慣性矩 慣性矩值該夾持具主體不會由於該臺板之旋

第6頁 五、發明說明（3) 根據這結構’假如該夾持具之夾持具主體係 軸驅動旋轉，即藉著該旋轉臺板研磨該工件固^ ^ 之工件。在此時，假如在該臺板之接觸表面中有 他不平部份，該夾持具主體將隨該不平部份樞 =二 將依循該臺板之不平部份。然而，當該夾持且主體= ，時，其可按照該臺板之旋轉而產生共鳴及振動。 ^ 南慣性矩部份係設在該夹持具主體之外部周邊， = 具主體之慣性矩整體而言係設定至一造成該夹持具=丘 振之值，則該夾持具主體將無共振地穩定旋轉。& ς 然該夾持具主體之慣性矩值整體而言係製成接近不會引起 該夾持具主體共振之最小慣性矩值’其整體 該夹持具主體之重量。 此減輕 本發明之另一論點提供一種研磨裝置之夾持具，並架 構該，持具使該夾持具主體變薄及降低該對齊點之位置了 糟著該結構，不只該夹持具重量製成較輕，而 該 夹持具主體及該臺板之間難以形成一間隙。 =同該：慣性矩料，一設在該失持具主體外部周邊 體而5使該失持具主體之慣性矩接近各慣性矩值間之 夠的’貫ϊ ΐ而該失持具主體*會共振之慣性矩部份係足 々丄。如一祀例，本發明之又另一論點提供一種研磨穿置 f持*，並架構該炎持具以藉著至少纟該表面外部周义邊 詨：ί結一環形構件而形成高慣性矩部份，該表面係位在 5邱γ丨具主體之工件固定孔之相反側㊆或該夾持具主體之 7丨冲惻面。

五、發明說明（4) 再者，本發明之又另一論點提供一種研 架構？夾持具以藉著製成一至少由該表 之犬出之環形部份形成該高慣性矩部份， 周邊 該夾持具主體之工件固定孔之相反側 位在 外部側面。 印次•亥夾持具主體之 再者，本發明之又另一論點提供—種 具，並架構該夾持具以藉著至少在該表面 夹持 、"數對於該夾持具主體中心呈點對稱之構卜；連 性矩部份，該表面係位在該夾持且 ^成該尚憤 反侧面或該夹持具主體之外部側^ ^ 工件固定孔之相 再者’本發明之又另—論 具’並架構該夾持具以藉著至少；：種研磨裝置之夾持 成多數對於該夹持具主體中心呈之-製 該高慣性矩部份’該表面係位在該失構件而形成

孔之相反側面或該夾持具主體之外部侧面體之工件固定 [圖面簡述] I I例向D 本發明之上述及其他目的、 發明現行較佳實施例之敘述#圖^優點將由下文本 見，其中： 4會同所附圖面而變得更明顯易 第1圖係根據本發明第一 橫截面視圖； 實施例之研磨裝置失持具之 第2圖係根據本發明第— 平面圖； # ^例之研磨裝置失持具之 第3圖係第一項實驗研究結果之表格視圖； 五、發明說明（5) 第4圖係第二項實驗研究結果之表格視圖； 第5圖係第三項實驗研究結果之表格視圖； 第6圖係第一修飾之橫載面視圖； 第7A圖係顯示第二修飾之橫截面視圖，在此製成由一 外殼上表面的外部周邊突出之環形部分； 第7B圖係顯示第三修飾之橫截面視圖，其中該外殼之 直徑係設定大於該壓力板之直徑； 第8 A圖係顯示第四修飾之平面圖，於此多數構件係點 對稱地連結於該外殼之上表面外部周邊； 第8B圖係顯示第五修飾之平面圖，其中多數構件係點 對稱地連結於該外殼之外部側面； 第9A圖係第六修飾之橫截面視圖，其中多數突出部份 係在該外殼上表面之外部周邊形成； 第9B圖係第七修飾之平面圖，其中在該外殼之外部側 面點對稱地形成多數突出部份；及 第1 0圖係該相關技藝之研磨裝置夾持具範例之橫截面 視圖。 [元件符號之簡單說明] W 晶圓 P 對齊點 L 對齊點之高度 S 晶圓裝載室 1 ' 1 00 夾持具 2 夾持具主體 20 '101 外殼 21、 102 壓力板 22 、 103 固定環 23 ' 106 底板 200 臺板 201 研磨墊

五、發明說明（6) 30 、 i05 萬向接頭 環形部份 突出部份 3 、 104 軸 5, 4 防振動環 7 6 構件 [較佳實施例之敘述] 下面將參考各圖面說明本發明之較佳實施例。 第1圖係根據本發明第一實施例之研磨裝置失 橫截面視圖；及第2圖係該夾持具之平面圖。 守具之 如第1圖及第2圖中所示，該失持具丨係一種化 研磨裝置（CMP)之夹持具及設有一爽持具主體2及旋轉機轴械 夾持具主體2係用以固定當作工件之晶圓w及 在該臺板200之研磨墊201的部份，及具有一外殼2〇再 板21、固定環22、底板23、及防振動環4 當由該平面圖觀看時，該外殼2〇形成一圓圈及 栓2 0a固定至該壓力板21之上表面。 符有螺 該壓力板21係一壓抵住該晶圓ff之構件，及當由該 面圖觀看時以與該外殼20相同之方式形成一圓圈' 該固定環2 2係一用以由外邊固定該晶圓w之環形構 件，其裝在該壓力板21底部表面之外部周邊所形成之環形 切開部份21a上’及藉著螺栓22a固定。 , 由於該設計’一在該夾持具主體2下方形成為晶圓固 定孔開口之晶圓裝載室S係由該壓力板21及該固定環22所 界定。 該底板23黏著至該晶圓裝載室s之上表面，亦即該夹

C:\Program Files\Patent\310286.ptd 第 10 頁 五、發明說明（7) 持具1之底部表面，及承受該晶圓#之起伏及其他不平部 份’以便能夠平滑地研磨該晶圓。 該軸3係一用以傳送未示出汽缸之壓按力量或馬達之 旋轉力之構件，及具有一經由萬向接頭3〇連接至該外殼 2 0中心之前端。 由於該設計，該夾持具主體2可對著該萬向接頭3〇之 對齊點P樞轉或擺動。 在另一方面，該防振動環4係一在該 部周邊形成高慣性矩部份之構件，用以防止字該夹主二^ 2之振動_。該防振動環4之外徑大體而言係設定等於該外殼 20之外徑，且該防振動環4係放在且固定至該外殼之上 表面。 由於該防振動環4係連接至該夾持具主體2之外部周 邊，該夾持具主體2外側周邊部份之慣性矩，亦即該部份 之慣性矩水平變得較高’故不只確實保持穩定該夹持具主 體2之旋轉，亦增加了對透過該固定環22而承接自玆誊、 200之向上力量的抵抗力。 “ 然而，完全僅只藉著提供該防振動環4，該夾 體2之重量整體而言變得更大’ |用以控制該夾持且： 旋轉所消耗之電量最終變得較大4者，冑如該萬向 3之對齊點P如同該相關技藝之夾持且一样古, 可旎由該固定環22及該研磨墊201間之間隙飛出。 設 四此，於此霄施例干，該外殼20及壓力板21之 定為儘可能薄，以便減輕該夾持具主體2之重量及降^ 五、發明說明' " ' --- 對齊點p之位置。 ，者，該防振動環4之寬度a、厚度b、及重量係設定 至，疋值，以防止基於該夾持具主體2之重量 之共振。 #亦即饭如該臺板2〇〇之旋轉速度變成一在預定旋轉速 度範圍内之旋轉速度，該重量輕之夾持具主體2在該臺板 20 0旋轉時共振且將激烈地振動。然而，假如使該夹持具 主體2之慣性矩整體而言增加至超過該慣性矩之某一預定 值，該失持具主體2將不再與該臺板2〇〇共振且將全然不再 有振動。 本發明者注意到這點及設定該防震環之寬度a、厚度 b及重量’以致該夹持具主體2之慣性矩整體而言接近上 面之預f慣性矩值，俾防止該夾持具主體2之重量增加。 詳5之’係藉著連結該防振動環4至該外殼2〇上表面 之外部周邊，—由該外殼2〇、固定環22及該防振動環4之 外部周邊所組成之高慣性矩部份係形成在該夾持具主體2 之外側周邊部份，及該夹持具主體2之慣性矩整體而言係 製成更大。再者，該防振動環4之寬度a、厚度b、及重量 係盡可能製成微小，以致該夾持具主體2之慣性矩整體而 言接近各慣性矩值間之最小慣性矩值，在此不會隨著該臺 板200之旋轉發生共振。由於該設計，其可能獲得一大慣 性矩’而仍維持著該夹持具主體2之減少重量。 其次’將說明此實施例之該夾持具1的操作。 如第1圖中所示，假如藉著未示出之汽缸施加一往下

第12頁 五，發明說明（9) '"― 力^至該軸3及該晶圓W壓抵在該旋轉臺板2〇〇之頂端，且 藉著一未示出之馬達使該軸3在與該臺板2〇〇相反之方向旋 轉，並，該晶圓w呈容納於該夾持具主體2之晶圓裝載室s 中之狀態，即可藉著該研磨墊2 〇 j平滑地研磨該晶圓之底 部表面。 、再者’假如在該研磨墊201中有起伏或其他不平部 伤，忒夾持具主體2以該對齊點p為中心傾斜且該晶圓w之 底部表面依循該研磨墊2〇1之起伏等。

在此時，由該固定環22底部表面至該對齊點p之高度L 低，故縱使該失持具主體2傾斜，在該固定環22及該研磨 墊20 1之間幾乎無任何間隙發生，且該晶圓评不再飛離 持具主體2。 再者，當升高該晶之研磨速率時，即增加該臺板 200之旋轉速度。 ^假如使該臺板2 00之旋轉速度增加至預定之旋轉速度 範圍該失持具主體2試圖與該臺板2〇〇之旋轉速度共振 但如上述既然該夾持具主體2之慣性矩整體而言係設定至 該慣性矩之-非共振值，該夾持具主禮2不會振動而正常 地研磨該晶圓W。 乂运万式仰佩此貫施例之夾持具1，其可能防止該 :1IW飛離及因為重量減少而節省動力。再者，既然未發 二任何振動’該晶圓w始終可正常地研磨而不管該臺板 200之旋轉速度為何。 本發明者進行以下之實驗以便證實該夾持具丨所呈現

五、發明說明（10) 之防振動效果。 2(11於：1等田實驗令’如該化學機械研磨裝置之研磨墊 201 ’係使用雙層結構製造此一包？墊 ic-iooo薄片覆蓋之h 27厚毫米suBA_4〇’〇之研磨塾矣未^音 該：= 201之格子狀溝槽之寬度為2 ?節 ，川毫米，及該溝槽深度机5毫米。再者，#如槽同^之曰即 Λ用9 一種6英吋之熱氧化薄膜晶圓。該晶《由該： 持/、主體2往下突出量值係設定成1〇〇微米。再者， 外殼20及該Μ力板21之厚度，以致該夾持w之夹持又具疋主該 體20之對齊點ρ的高度L變成19毫米。再者，該爽持且主體 2之重量減去該防振動環4之重量為5.丨公斤，及連仕 6 公斤防振動環4之夾持具主體2之重量整體而言為6，°7公. =。再^者，該夾持具i係製成於該臺板2〇()之直徑方向中以 每私1毫米之速度精確地搖動達丨毫米，同時使該晶圓w在 與該臺，200 —體旋轉之狀態中藉著每平方公份〇. 5公斤之 壓按力量旋轉壓抵在該研磨墊2〇1之頂端，以便研磨該晶 圓W之熱氧化薄膜達2分鐘之久。注意該晶圓底部表面及 該研磨塾201間所供給之研漿流動速率為每分鐘丨〇〇毫升， 及使所用之該研磨墊2〇1的外徑為5 30毫米。 首先，於第一項實驗中，藉著由該夾持具主體2移去 1. 6公斤之防振動環4，及於每分鐘3〇轉至每分鐘丨轉之 範圍内改變該臺板2〇〇之旋轉速度，同時使該5. 1公斤之夾 持具主體2在每分鐘59轉之旋轉速度下旋轉，以調查在該 夹持具主體2所引起之振動 五、發明說明（11) 第3圖係顯示第一項實驗之實驗結果之表格。 如第3圖尹所示’當該臺板2GG之旋轉速度低於每分鐘 4〇轉時，在該夾持具主體2令無任何振動發生，但當該 板200之旋轉速度提升至每分鐘4〇轉至每分鐘轉時广在 ，夾持具主體2中發生77· 5赫茲至98 5赫茲頻率之振動。 =而假如該臺板200之旋轉速度高於每分鐘9〇轉，在該 持具主體不會發生振動。 僅供參考，所使用530毫米外徑之研磨墊之格 溝槽係以大約20毫米之間隔帘出 研磨塋之格子狀 1隔形成，故假如使該臺板200每 兮亦即每分鐘6〇轉，該格子狀溝槽將以大約每 主體2之固定環22或該晶㈣之外部周 使邊臺板200在每分賴轉下旋轉時，撞擊次數係 :近該夾持具主體2所發生之振動頻率，如可由第3圖推論 據此’可考慮該夾持具主體2 磨侧之格子狀溝槽之撞擊所振動或許疋由於該研 之旋：序n:夹持具主體2之重量輕’假如該臺板2 〇〇 持且：鐘40轉至每分鐘9°轉，吾人考慮該夾 …、體2隨著該格子狀溝槽之撞擊共振而振動。 錄月ίί ^著將該臺板2GG之旋轉速度固定在每分鐘7〇 轉速产母i :2】轉至每分鐘89轉改變該夾持具主體2之旋 =應進仃第二項實驗以調查該失持具主體2之旋轉速 第4圖係顯示第二項實驗之實驗結果之表格。 五、發明說明（12) 如第4圖中所只要使該臺板2 轉，縱使改變該失捭呈古栌9夕热絲太由各 罐轉下旋 持具主體2之振動具 之旋轉速度亦不能消除該失 度斑=::::^2果，吾人得知該夾持具主體2之旋轉速 度，、茨处符，主體2之振動無關。 < 最後，藉著分別將該臺板2〇〇之旋轉 鐘70轉及每分鐘59榦， 又U疋在母分 行第三項實驗以調；具*主尸之重量而進 第5圖係顯不第三項實驗之實驗結果之表格。 如第5圖中所示’當使用一藉著連接】. 動壤4而使總重量達6 7公斤 防振 具主體2中不會發生振7動'斤之失持具主體2時，在該爽持 相對於此，當使用一藉著連接〇 使總重量達5· 7公斤之夾持且主^'之防震環4而 中發生振動。 夹持-主體2時’在該夾持具主體2 矩是=ί传:藉著使該爽持具主體2外侧周邊部份之慣性 該格子狀溝槽之撞擊效/ Λ a 大’可能減少 以防止共振。亦即，藉：連： 超過預定值之慣性矩 =該夾持具主體^ 振發生之該慣性矩最小值。 接l……、 因此，以此方式藉著連接1.6公斤重之防#動瑷4至哕 夾持具主體2已證實可防止丑# 振動環4至該 具主體2之振動。 、振其-可罪地抑制該夾持

第16頁 五、發明說明（13) 注意即使當該防振動環4之重量比丨.6公斤 疑地可能獲得一如上面之類似防振動效果，但’奢其無 使用之夾持具主體2中，由較輕之重量觀點而言、，吾/所 慮該防振動環4之最適當重量係大約丨.6公斤。° °考 注意於此實驗中，吾人判斷該夹持具主體2 由與該研磨墊2〇1格子狀溝槽之撞擊所？丨起，作梵難 磨Λ2。1;型或有時對一些直接以該臺板2’°研磨該 :圓W之裝置’堵如一磨平裝置解釋該夹持具主㈣之振 動。 =吾t於設定該防振動環4之重量時不必決定該振 if# 5 β a β θ 著選擇不引起共振及連接該防 ΠΓ動 想2之最輕防振動環4以處理各種型 俾可二J 明未觉限於上面之實施例。各種修飾及變化 係可能在本發明要旨之範圍内。 之戈=如押i ί :施例係一化學機械研磨裝置之夾持具1 大體而言與該夾…同 機械研磨裝置或磨平裝置。 周邊提供該：ΐ ί例中’ #著在該外殼2〇上表面之外部 未受限。2動％4以形成該高慣性矩部份，但本發明 加以^虞。 種形式該高慣性矩部份之方法的類型皆可 咳外S等t :6圖中所示’其亦可能連接該防振動環4至 外殼2"之外部侧面以形成該高慣性矩部份。

$ Π頁 五、發明說明（14) 上表外:^圖中所不’其可能處理該外殼20以在該 表面之外#周邊提供該環形部份5，俾形成該高慣性矩 部份。如第7Β圖中所千，兗介 斤办成通尚H 1·生祀 於該壓力板21之直徑？及使能設定該外殼2〇之直徑大 5,形成該高慣性矩部份。〜衣形突出部份即該環形部份 外：點中所示，其可能在該外殼20上表面之 外4周邊點對稱地連接多數構件6，或 一， 在該外殼20之外部側面點對稱地連接該構件6。不 外矣Ϊ第？圖中所示，其可能處理該外殼20以在該 ^ 之外部周邊點對稱地形成多數突出部份7， =;:7所示，在一之外部侧面點對稱地形成 如上面所詳細說明者，根據本發明之論點，由於該臺 ，％轉其可此^供一重量輕且無振動之夾持具。其結 ，是藉著使用本發明夾持具之研磨裝置而可降低^研磨裝 置之成本及高精密度研磨。 且再者，根據本發明之另一論點，不只可能減輕該失持 -、之重量’亦可使該夾持具主體及該臺板間之間隙變得更 難以形成’故其可更可靠地防止該工件飛離。 槿彼再者，根據本發明之又另一論點，藉著容易及簡單之 牛及部件形成該高慣性矩部份，故其可進—步降低該 持具之成本。 -μ爽

Claims (1)

1. 2. 5. —種研磨裝置 具有用以 臺板之失持具 一旋轉軸 之方式連接該 一設在該 其中 該 慣性矩 由於該 根據申 構該夾 根據申 著至少 該高慣 固定孔 根據申 著製成 形成該 工件固 根據申 著至少 主體中 表面係 失持具 值間之 臺板之 請專利 持具主 請專利 在該表 性矩部 之相反 請專利 —至少 高慣性 定孔之 請專利 在該表 心呈點 位在該 之失持具，包含：【：T件之工件固定孔及將工件壓抵在 旋=持；主體以能夠對著對齊點擺動 夹持具主體外部周邊之高慣性矩部份， 主體之慣性矩整种 最小慣性矩值定至接近各 旋轉而共振。在此該夾持具主體不會 範圍第1項之研磨类罟★ 體使其變薄及降低、該對# 、具，其中架 範圍第2項之研磨穿'"置之·，之位置。 |思老置之失持具， 面外部周邊之一連社搏/ ，、中藉 柃 βΉ —環形構件而形成 該表：係位在該夹持具主體之工件 侧面或該央持具主體之外部侧面。 J圍第2項之研磨裝置之失持具Π:周邊之-突出之環形部： f部份，，表面係位在該夹持具主體之 才目反侧面或該夾持具主體之外 。 祀圍第2項之研磨裳置之失持具 面外部周邊之-連結多&對於 且猎 對稱之構件而形成該高慣性矩部份，該 夹持具主體之工件固定孔之相向侧面；

   第19頁 六、申請專利範圍 該夹持具主體之外部侧面。 6.根據申請專利範圍第2項之研磨裝置之夾持具，其中藉 著至少在該表面外部周邊之一製成多數對於該夾持具 主體中心呈點對稱突出之構件而形成該高慣性矩部 分，該表面係位在該夾持具主體之工件固定孔之相反 側面或該夾持具主體之外部側面。

   第20頁