TW416890B - Semiconductor wafer polishing apparatus with a variable polishing wafer carrier - Google Patents

Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^1#90 五、發明說明（I ) 交互參考的相關申請案 此係1997年二月13日申請之08/800941號申請案的 追加案，其附於此供參考。 與聯邦贊助之硏究或發展有關的敘述 不適用。 發明說明 發明背景 本發明是關於半導體處理裝置，特別是關於在化學-機 械平面化期間用於支持一半導體晶圓的載具。 半導體晶圓在執行後續處理步驟以產生電路層於晶圓 上以前拋光，以達到平滑、平坦的精製。很多先前技藝系 統藉由將晶圓固定至一載具、轉動載具與將一轉動抛光墊 片安置成和轉動的晶圓接觸而達成拋光。該技藝充斥著各 種形式的晶圓載具，以在此拋光操作期間使用。一常用型 載具固接至一軸，其由一馬達轉動。一濕的拋光漿液，通 常包括一懸吊於液體中的拋光磨料，被施加至拋光墊片。 一向下的拋光壓力在拋光操作期間施加於轉動的晶圓與轉 動的拋光墊片之間。此系統要求晶圓載具與拋光墊片完美 地平行對準，以將半導體晶圓表面正確拋光。 晶圓載具典型上爲一硬 '平坦的板，其不匹配於與正 拋光表面相反的晶圓表面。結果，載具板不能施加均勻拋 光壓力於晶圓的整個區域，特別是在晶圓的邊緣。在一嘗 4 本纸張尺度適用中囤國家標準（CNS)A4規格（210x297公爱） 裝--------訂---------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 ____^18^890__- 五、發明說明（>) 試克服此問題的作法中，硬的載具板通常由一較軟之載具 膜遮蓋。薄膜之目的是傳送均勻壓力至晶圓的後表面’以 幫助均勻拋光。除了補償載具板與晶圓後表面之間的表面 不規則以外，薄膜也應容納晶圓表面後側上的小污物。此 污物可能在沒有此載具膜時產生高壓區域。不幸地’薄膜 因有限的撓性而僅部分有效’且傾向於在重複使用以後「 失去彈性變硬」（take a set) 〇特別地，變硬的情形在半導 體晶圓邊緣似乎更糟。 使用傳統裝置以拋光半導體晶圓之另一不利的效應是 在鄰近於半導體晶圓邊緣之一環形區域的更大磨損。此邊 緣效應導因於二主要因素’假設在晶圓表面爲均句的拋光 速度，（1)接近邊緣區域的壓力變化（與公稱的拋光壓力相 比)及(2)拋光墊片與半導體晶圓邊緣之間的交互作用。 後一因素是由於推動晶圓進入拋光墊片的載具壓力。 於是，拋光墊片在晶圓下方加壓而在其他地方膨脹至其正 常厚度。當晶圓落在新的墊片段上時，晶圓前緣須向下推 動拋光墊片。結果，每一晶圓的一外環形區域更嚴重磨損 ’且不能用於電子電路製造。所欲者爲，能夠利用晶圓的 整個區域以用於電子電路製造。 使用傳統裝置以拋光半導體晶圓的另一問題是晶圓中 f附近之材料的較慢移除率(此技藝中的某些人稱爲「中央 ，亡之效應）。更特別地，當自晶圓移除薄的薄膜層時，諸 ^化物_層’所得之贿度在接近晶圓中央處比 ㈤的更周_域還大。晶®顏±的後化學機械拋光 ------ 5 本紙張尺度適用中國囤家^77^:----- ^nS)A4 規格（210x297 公釐） ' . I--------^----------線 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> 經濟部智慧財產局員工消费合作社印契 A7 ___41S88A_ 五、發明說明（彳） (CMP)氧化物構形典型上類似於圓頂形’而氧化物最厚的 部分位於晶圓中央附近。所以，需要提供一種改良的半導 體晶圓拋光裝置，裝置包含一晶圓載具頭設計，其修正中 央慢的問題及上述額外的缺點。 發明槪述 本發明之一般目的是提供一改良的晶圓載具頭，用於 拋光半導體晶圓。 另一目的是提洪一載具頭，其施加均勻壓力於半導體 晶圓的整個區域。 本發明之又一目的是提供一在載具上的表面，其接觸 半導體晶圓的後表面且匹配於後表面的任何不規則性。較 佳地，載具板表面必須匹配於半導體晶圓後表面中之即使 是微小的不規則性。 又另一目的是提供一載具板，其消除先前載具產生於 半導體晶圓邊緣附近的較大腐蝕。 再另一目的是提供一載具頭，其施加不均勻而仍受控 制的壓力於半導體晶圓區域，以修正中央慢或其他令人煩 惱的移除構形。 這些與其他目的由一用於半導體晶圓拋光裝置的載具 頭滿足，其包含一具有一主表面的剛性板。一軟、撓性材 料的晶圓載具膜具有一晶圓接觸段，用於接觸半導體晶圓 =半導體載具膜連接至剛性板，且延伸越過主表面的至少 一部分，其界定一第一穴於其間。一夾持構件固定至剛性 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A‘l規格（21〇 X 297公釐） 1 . 裝 ------—訂·--- -----線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 -41G8057- 五、發明說明（+ ) 板，環繞在半導體載具膜之晶圓接觸段周圍。一第一流體 導管使一加壓流體源可連接至第一穴。以下所用的術語^ 加壓」意謂將一流體加壓至任何所欲的正壓力，或提供真 空。亦提供一內晶圓載具膜，其亦較佳爲由一軟、撓性材 料製成。內晶圓載具膜包含一段，用於接觸晶圓載具膜之 晶圓接觸段的後或內表面，且內晶圓載具膜連接至剛性板 ，且延伸越過主表面的至少一部分，以界定一第二穴於其 間。提供一第二流體導管，一加壓流體源藉由其而連接至 第二穴。 在本發明的較佳實施例中，板的主表面具有複數敞開 槽道，其有助於板與膜之間的流體流動。例如，主表面可 具有複數同心環彤槽道，其由複數徑向延伸槽道互相連接 0 晶圓載具膜的較佳實施例使晶圓接觸段邊緣由一風箱 連接，一凸緣自彼向外延伸。凸緣夾置於主表面與夾持構 件之間，以形成穴。內晶圓載具膜的較佳實施例包括一膜 ，其包含一中央段，用於接觸晶圓載具膜的晶圓接觸段之 後或內表面，一風箱，其邊緣連接至中央段，及一凸緣， 其連接至風箱且自彼向外延伸，其中凸緣夾置於主表面與 一鎖定構件之間，以形成第二穴於其間。內晶圓載具膜的 替代實施例包含：1)一簡單膜，其包含一中央段，其用於 接觸晶圓載具膜的晶圓接觸段背部，一傾斜段，其耦合至 中央段且自彼向上延伸，及一外段，其耦合至傾斜段且其 周緣的周圍密封連接至剛性板以形成一穴於其間；及2)— 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公釐） . 裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 _B7_ ίΤί5»90 五、發明說明（$ ) 氣球狀膜，其包含一中央段，用於接觸晶圓載具膜的晶圓 接觸段背部。 在拋光期間，穴以流體加壓，其促使晶圓載具膜的晶 圓接觸段施力於半導體晶圓，推動晶圓進入一鄰近的拋光 墊片。因爲晶圓載具膜很薄、軟且高撓性，其匹配於與待 拋光表面相反的半導體晶圓之後表面。藉由匹配於晶圓表 面之即使是細微的變化，此減少晶圓表面缺陷所造成的點 壓力，因而產生均勻拋光。利用任一內晶圓載具膜的實施 例，藉由施加一適當壓力至晶圓載具膜的晶圓接觸段背部 ，晶圓中央附近的局部壓力可以增加，以減輕中央慢的問 題。 夾持構件之一下邊緣接觸於拋光墊片，且大致上與正 拋光的半導體晶圓表面共平面。此共平面關係與夾持構件 內徑和半導體晶圓外徑之間的極小間隙使先前拋光技術遭 遇到的邊緣磨損效應顯著地減至最小。夾持構件在到達半 導體晶圓邊緣以前預加壓拋光墊片。夾持構件和半導體晶 圓邊緣之間只有一極小間隙，則拋光墊片在那間隙中不會 明顯膨脹，以致於產生先前所遭遇到的邊緣磨損效應。 本發明的這些和其他目的、優點與特色由下列說明將 可明白。在說明中，所參考的是附圖，其形成說明之一部 分，且其中顯示本發明之一較佳實施例。此實施例不必然 代表本發明的全體範疇，故所參考的是在此處用於詮釋本 發明之範疇的申請專利範圍。

S 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） 裝-----1ΪΙ 訂·--II -----線 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 五、發明說明（ A7 B7 415890 圖式簡單說明 圖1是通過一晶圓載具的徑向剖視圖； 圖2是剛性板的底平視圖； 圖3是圖1之一段的放大剖視圖，顯示撓性晶圓載具 膜的細部； 圖4是通過本發明之晶圓載具另一實施例的徑向剖視 圖’顯示載具正夾持一半導體晶圓； 圖5是圖4之晶圓載具的徑向剖視圖，顯示與晶圓載 具膜相關的穴之加壓情況； 圖6是圖4之晶圓載具的徑向剖視圖，顯示與二膜相 關的穴之加壓； 圖1 7是本發明之晶圓載具另一實施例的徑向剖視圖； 圖8是本發明之晶圓載具另一實施例的徑向剖視圖： 圖9A是一徑向剖視圖，顯示來自圖4之晶圓載具的 一部分：而 圖9B是載具之剛性板的底平視圖。 裝--------訂----------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 元件符號說明 10 載具頭 12 心軸 14 載具板 16 密封環 U 上表面 20 下表面 9 五、發明說明（1) 22 23 ' 24 與 25 26 31 、 32 、 33 與 34 36 38 39 40 42 44 46 48 52 54 56 58 60 62 64 65 100 102 104 106 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 tisik- 中央凹入區域 同心環形溝槽 環形凹部 軸向溝槽 孔 孔 中央孔 夾持環 有頭螺絲 孔 晶圓載具膜 晶圓接觸段 環形圈 風箱部分 凸緣 穴 半導體晶圓 半導體晶圓拋光墊片 標準轉動平台 下邊緣 載具頭 心軸 管路 鈕構件 ---------------裝·-------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項為填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7A^mso 五、發明說明（s ) ----------------——訂---------線 J (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 l〇7a 與 107b 108 110 112 114 116 118 118a ' 118b ' 118c 119 122 123 124 125 126 128 132 133 134 135 136 138 140 142 144 管路 槽道 載具板 孔 密封環 密封環 下表面 11 8 d 段 上表面 內晶圓載具膜 位置 . 風箱 位置 凸緣 鎖定構件 連接件 位置 晶圓載具膜 位置 風箱 凸緣 夾持構件 固緊件 孔 本紙張尺度適用中國國家標準（CN'S)A4規格（210 X 297公釐） _ 五、發明說明（f) 416890 146 蓋 148 固緊件 150 半導體晶圓 152 拋光墊片 154 穴 156 氣球狀膜 164-168 環彫溝槽 170-176 軸向溝槽 178-184 軸向溝槽 186 高起的表面 188 孔 190 環形凹部 192 孔 254 彈性體 254a 周緣段 254b 段 254c 發明詳細說明 段 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 現在參考圖，其中相同的參考符號代表全體若干視圖 中的對應元件，更特別參考圖1，一半導體晶圓拋光裝置 具有一安裝於一心軸12上的載具頭10，心軸12由一萬向 支架總成(未顯示)連接至一可轉動的驅動機構。心軸12端 部固接至一剛性載具板14，其附有一撓性密封環16在其 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 A7 B7 '416890 五、發明說明（V〇) 間，以防止流體洩漏於心軸12與載具板14之間。載具板 14具有一平坦上表面18與一平行的下表面20。 載具板14之下表面20具有複數溝槽於其中，如圖2 所示。特別地，下表面20具有一中央凹入區域22，其具 備三隔開的同心環形溝槽23、24與25，溝槽以直徑增加 的順序排列。一環形凹部26繞下表面20的周緣而延伸》 四軸向溝槽31、32、33與34以九十度的間隔自中央凹部 22延伸通過每一同心環形溝槽23、24與25而到達環形凹 部26。於是，每一環形溝槽23-25、中央凹部22與周緣凹 部26經由軸向溝槽3丨_34互相連通。 四孔36自中央凹部22延伸通過載具板14，到達一在 上表面18上的凹部，而心軸12承接於其中，如圖1所見 。孔36經由心軸12端部與孔38連通，以提供一通道，其 自心軸12之一中央孔39到達載具板14的下側。 一夾持環40接合至周緣凹部26處的載具板Μ下表 面°夾持環40由複數帶頭螺絲42固定，其等承接於孔 44中’孔44敞開進入載具板14的周緣凹部26。一圓形晶 W載具膜46支持於載具板14與夾持環40之間，夾持環伸 展越過載具板I4的下表面20，以形成一在載具板Μ下方 的撓性膜片。雖然可以使用若干軟、彈性材料中任—材料 的薄片’但圓形晶圓載具膜46較佳爲由模製聚氨酯形成。 此外’圓形晶圓載具膜46可由連接至單片中的若干軟、彈 性材料片形成。 額外參考圖3，撓性圓形晶圓載具膜46具有一較平珀 13 „ ^-----I I I ^ ------I (請先閱讀背面之浼意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 μ氏張尺度適用t@i^i^-NS)A4^(2io X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _____BT^______ 五、發明說明（丨丨） 416890 、圓形晶圓接觸段48 ’而複數孔50延伸通過彼。圓形晶 圓接觸段48的厚度在0.5至3.0公釐之間’例如，1.0公 釐厚。圓形晶圓接觸段48由一環形圏52限定，其具有一 風箱部分54，以允許載具板14底表面20與薄膜46的晶 圓接觸段48背部之間的間隔變化。環形圈52與晶圓接觸 段48對立的邊緣具有一向外延伸凸緣56，其由於帶頭螺 絲42施加的力而被擠壓於載具板14周緣凹部表面與夾持 環40之間。 爲了處理一半導體晶圓，載具頭10移動越過一晶圓儲 存區域而下降至一半導體晶圓60上。心軸12由一轉動耦 合件與閥（未顯示）連接至一真空源。載具頭安置於半導體 晶圓60上方，真空閥乃開啓，以將形成於載具板14與晶 圓載具膜46之間的穴58排空。此作用將空氣經由晶圓載 具膜46中的小孔50抽入穴58，且產生吸力，其抽吸半導 體晶圓60頂住晶圓載具膜46。雖然室58的排空促使膜46 被抽吸頂住載具板14下表面20，該表面中的溝槽23-24· 之構形提供通道，以供空氣繼續被抽吸通過膜46中的孔 50，藉以支持半導體晶圓60頂住載具頭10。應注意，夾 持環40的內徑小於五公釐(較佳爲小於一至二公釐），而大 於半導體晶圓60的外徑。 載具頭10與負載的半導體晶圓60接著移動於一傳統 半導體晶圓拋光墊片62上方，該墊片安裝於一標準轉動平 台64上，如圖1所示。然後，載具頭10下降，以致於晶 圓60接觸拋光墊片62的表面。其次，用於真空源的閥關 14 —-装·----1— 訂--I ---I--味 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中0國家標準（CNS)A4規格（2〗0 * 297公笼） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 |；10890 五、發明說明（\>*) 閉，且一加壓流體引入心軸12的孔39。雖然此流體較佳 爲氣體，諸如乾空氣或氮，其不與半導體晶圓60表面反應 ，但可使用諸如去離子化水之液體。流體自孔39流過孔 38與36而進入載具板14底表面20中的溝槽23-24構形 ，以充塡載具板14與撓性晶圓載具膜46之間的穴58 °此 作用使穴58脹大，其則使晶圓載具膜46.的風箱54膨脹’ 且施加壓力於半導體晶圓60。流體可加壓至小於每平方吋 15磅(較佳爲每平方吋0.5磅至每平方吋1〇磅之間）’精準 的壓力依半導體晶圓60與施加至拋光墊片62之磨料的特 徵而定。來自流體的壓力均勻分佈於整個穴54，其施加一 均勻向下的力於半導體晶圓60上。 因爲膜46很薄，其匹配於半導體晶圓60的頂或後側 表面。膜46是軟的，且高撓性匹配於晶圓表面之即使是細 微的變化。結果，晶圓60與膜46之間不需要一載具膜’ 因爲膜仏將匹配於晶圓60後側上之更小的表面污物。 在拋光操作期間，載具頭10被機械式向下壓，以致於 夾持環4〇壓迫拋光墊片62。夾持環40的下邊緣65，其接 觸拋光墊片62，大致上與正拋光的半導體晶圓表面共平面 。此共平面關係與夾持環40內徑和半導體晶圓60外徑之 間的極小(<5公釐)差異使先前拋光技術遭遇到的邊緣磨損 效應顯著地減至最小。此磨損效應是由於當半導體晶圓60 邊緣頂住墊片62而轉動時壓迫拋光墊片62所致。如圖1 所見，此載具總成的夾持環40壓迫拋光墊片62，且因爲 只有一極小間隙存在於夾持環40內表面與半導體晶圓60 15 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） ： 裝--------訂！—--線 (請先閱讀背面之注意事項再填窵本頁> B7 B7 Ί16890 五、發明說明（\今） 邊緣之間，拋光墊片62不會在那間隙中明顯膨脹，以消除 先前遭遇到的嚴重邊緣磨損效應。 此外，此晶圓載具頭10施加極均勻的拋光壓力於半導 體晶圓的整個區域。晶圓載具膜46與一體形成式風箱54 的極度撓性與柔軟性允許載具膜46回應於半導體晶圓6〇 之面上的小干擾，其可能由拋光過程的某些特色引起，諸 如墊片變化、墊片狀況與漿液流率。於是，撓性的晶圓載 具膜46可以自動補償此變化且提供均勻壓力於半導體晶圓 60與拋光墊片62之間。和這些千擾有關的任何能量由在 穴58中而在晶圓載具膜46後方的流體吸收，不會增加半 導體晶圓60的局部拋光率。 參考圖4-6，一半導體晶圓拋光裝置具有一安裝於一 心軸102上的載具頭100，心軸102由一萬向支架總成(未 顯示)連接至一轉動驅動機構。心軸102的端部固接至一剛 性載具板110，其具有一撓性密封環114介於其間，以防 止心軸102與載具板110之間的洩漏。雖然可以使用具有 剛性、堅固特徵的替代性材料，載具板110較佳爲由不銹 鋼製成。心軸102可以利用簡單的摩擦配合或專精於此技 藝者熟知的用於接合之任何其他裝置接合至載具板110。 此外，雖然可以用任何適當材料製成，心軸102較佳爲由 不銹鋼製成° —鈕構件106設於心軸1〇2與載具板11〇之 間。鈕構件106較佳爲由塑膠材料製成；然而，任何適當 材料可以用於鈕構件106。一額外的撓性密封環116設於 鈕構件106與心軸102之間。載具板no具有一平坦上表 16 本紙張尺度適用中國國家標準·（CNS)A4規格（21〇 X 297公爱） I J I--裝-------—訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B7 五、發明說明（vA) 416S90 面119與一平行的下表面ι18。 管路l〇7a與1〇几包括一第一導管，其自一第一加壓 源(未顯示)行進至連接到載具板110的連接件132。第一加 壓源包括任何傳統系統，其提供調節的壓力或真空至管路 107a與107b中的流體。另一導管包括管路1〇4、槽道108 與孔112。管路1〇4的一端連接至一第二加壓源(未顯示）， 第二加壓源包括任何傳統系統，其提供調節的壓力供給至 管路1〇4中的流體。管路104的另一端耦合至鈕構件106 中的槽道108。在較佳實施例中，鈕構件106中有四分離 的槽道108 ;然而，只有二槽道1〇8以虛線顯示於圖中， 不同數目的槽道108是允許的。槽道108與載具板110中 的孔112相交，以完成第二導管路徑。管路107a、107b與 1〇4包括任何傳統，較佳爲撓性，用於氣壓及/或液壓系統 中的管路。一蓋M6利用固緊件148連接至載具板110。 蓋保護載具100的內部件，免遭外界碎片之害。 一晶圓載具膜Π4藉由夾住夾持構件H0與載具板 110之間的薄膜134之凸緣138而耦合至載具板110。夾持 構件利用固緊件142連接至載具板110。晶圓載具膜 134包含一安置於中央的晶圓接觸段，其在晶圓載具膜134 的位置133與135之間。於是，晶圓接觸段較佳爲包括一 安置於膜134中央的圓形部分。晶圓接觸段包括複數通過 彼的孔H4。此處顯示二孔144，但可使用更多或更少的孔 。膜134也包含一風箱136，其耦合於膜凸緣138與晶圓 接觸段邊緣之間。一穴154由晶圓載具膜134與載具板 17 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 297公楚） • 裝---------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項异填寫本頁) 五、發明說明 416890 110限定。雖然可以使用若干軟 '彈性材料中任何材料的 薄片’但晶圓載具膜丨34較佳爲由模製的聚氨酯形成。圖 4-8的晶圓載具膜I34較佳爲大致上類似於圖1_3中的晶圖 載具膜46。因此’晶圓載具膜丨34也可以由多數材料片 成，其連接成單〜的軟、彈性片。 一內晶阖載具膜丨22藉由夾持膜Π2之一凸緣而 耦合至載具板11〇，凸緣U6在一鎖定構件1Ζ8與載具扳 110 ^間。鎖定樽件υδ以連接件連接至載具板11〇。 一在123與125之間的膜Π2段用於接觸晶圓載具膜 134之晶圓接觸段的後或內表面。膜122的此段較佳爲圓 形，且在膜122中央。膜〖π也包含—風箱124，其安管 於膜的中央购&緣I26之間。-祕的穴⑽形成於內 晶圓載具膜丨22與載具板11〇之間。穴U0於是包含於穴 1^4中，其由晶阖載具膜U4形成。內晶圓載具膜122、也 較佳由模_聚_形成，顏，可以使用若干軟、彈性 材料中任何材料_片。此外，多數材料片可以連接成單 一的軟、彈性片’以用於內晶圓載具膜122。-半導體晶 圓150由晶圓載具膜1S4、一拋光墊片1S2與夾持構件 限定。 參考圖7與8，顯示載具頭1〇〇的二不同實施例，— 者皆類似於圖4-6所示載具頭1〇〇的實施例。參考圖4與 7 ’圖4的內晶圓載具膜122在圖7中已以—彈性體Μ*代 替。彈性體254沒有來自圖4的內晶圓載具膜122之風箱 與凸緣配置。通常，彈性體254具有唯—的形狀^特別地 18 ---------------裝— ί%先閱讀背面之注音？事項再填舄本頁} . 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B7 五、發明說明（\ t〇 416890 ，彈性體254具有〜大致上與晶圓〖50平行的周緣段254a 。段254a夾持於鎖定構件ι28與載具板u〇之間。自彈性 體254的周緣向內移動，一段254b成推拔形，以相對於段 254a向下傾斜。當彈性體段254b接近晶圓載具膜134，一 段254c大致上平行於254a。此外，段25心大致上頂靠晶 圓載具膜134的一內表面。彈性體254較佳爲由模製的聚 氨酯製成，但能以若干軟、彈性材料中任何材料的薄片實 施。類似地’多數材料片可以連接成單一的軟 '彈性片， 以用於彈性體254。 參考圖4與8，圖4的內晶圚載具膜丨22在圖8中已 由一氣球狀膜156代替。氣球狀膜156可以利用任何傳統 方式連接至載具板110及/或由管路104饋入的中央導管， 雖然可以使用若干軟 '彈性材料中任何材料的薄片，氣球 狀膜156較佳爲由模製的聚氨酯製成。氣球狀膜156也可 以由連接成單片的若干軟'彈性材料片製成。 參考圖9B ’顯示載具板11〇下表面ι18的底平視圖。 圖9A的徑向剖視圖有助於瞭解圖9B所示的佈置。載具板 110下表面Π8中具有複數溝槽。下表面118具有複數高 起的段118a、118b、118c與118c^也包含三隔開的同心 環形溝槽164、106與168 ,排成直徑增加的順序。環形凹 部170圍繞下表面118之高起的段118<1。環形凹部170包 含複數孔176’用於連接鎖定構件128(見圖4-8)。高起的 表面186限定環形凹部170。高起的表面186包含複數孔 188,其供應一壓力源或一真空源至穴154。環形凹部19〇 19 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公餐） . 裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 _____B7___41 8¾ Ρ Π 五、發明說明（^ ) 形成載具板110的最外段。環形凹部190包含複數用於承 接連接件142的孔192，連接件H2是用於連接夾持構件 140。下表面118之中央高起的部分IWa包含複數孔112 ，其與管路104爲流體連通(見圖4-8)。軸向溝槽170-1% 自高起的部分118a中央行進至表面118d。軸向溝槽Π0-Π6的深度較佳爲超過環形溝槽164_168的深度。經由管 路104與槽道1〇8供應之加壓流體與孔Π2爲流體連通’ 孔112也與軸向溝槽170-176及環形溝槽164-168爲流體 連通，以允許穴120的加壓。額外的軸向溝槽Π8-184顯 示於高起的表面186中。軸向溝槽Π8-184不與軸向溝槽 170-Π6流體連通。因此，經由管路1〇7與孔188供應的 加壓流體或真空和穴154爲流體連通。 爲了處理一半導體晶圓150’載具頭1〇〇移動過一晶 圓儲存區域上且下降至一半導體晶圓150上。晶圓150也 可以由一獨立的機器人式晶圓傳送臂裝載。心軸1〇2由一 轉動耦合件與閥（未顯示)連接至一真空源。載具頭100安 置於半導體晶圓150上，則真空閥開啓以排空形成於載具 板110與晶圓載具膜134之間的穴154。此作用抽吸空氣 通過晶圓載具膜134中的孔144進入穴154，且產生吸力 ，其抽吸半導體晶圓150頂住晶圓載具膜134。此過程由 專精於此技藝者稱爲「夾持」，且其繪示於圖4。雖然穴 154的排空促使晶圓載具膜134被抽吸頂住高起的表面186 ，表面186中之軸向溝槽178-184的構形提供通道，以供 空氣繼續被抽吸通過晶圓載具膜134中的孔144,以支持 20 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公楚） ^ I - I---I--訂·---I---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) B7 416890 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ 半導體晶圓150頂住載具頭1〇〇。效果較差的夾持不需要 使用軸向溝槽178-184而建立。應注意’夾持構件140的 內徑小於5公釐(較佳爲小於1至2公釐）’大於半導體晶 圓150的外徑。 載具頭100與被夾持的晶圓150接著移動於一傳統半 導體晶圓拋光墊片I52上方，其安裝於一標準轉動平台(未 顯示)上。然後，載具頭100下降，以致於晶圓15〇接觸拋 光墊片152的表面。其次，用於真空源的閥關閉，一加壓 流體引入心軸中的管路107a與107b。雖然此流體較 佳爲氣體，諸如乾空氣或氮，其不與半導體晶圓150表面 反應，但可使用諸如去離子化的水之液體。加壓流體流動 通過管路l〇7a與107b，通過導管連接件132，並進入穴 154。然後，加壓流體產生一頂住晶圓載具膜Π4內表面的 力，力促使風箱136膨脹，以施加一向下的力頂住半導體 晶圓150，其由拋光墊片152與平台支撐。半導體晶圓150 頂住晶圓載具膜134的反向力將孔144密封，所以’將穴 154密封。來自流體的壓力均勻分佈於整個穴154，施加一 更向下的力於半導體晶圓150上。藉由調整經由管路l〇7a 與107b供應的壓力，由膜134施加而頂住半導體晶圓150 的大致上均勻且向下的力乃受控制。流體可以加壓至低於 每平方吋I5磅(較佳爲每平方吋0.5磅至每平方吋10磅之 間），精準的壓力依半導體晶圓150與施加至拋光墊片152 的磨料特徵而定。 因爲晶圓載具膜134很薄，其匹配於半導體晶圓150 本紙張尺度適用中圃囤家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） — — —— — — — — — — - I I 1 I I I I 訂· — 1 — ·! - *5^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) B7 4im〇. 五、發明說明（4) 的頂或後側表面。膜U4是軟的，且高撓性匹配於晶圓表 面中之即使是細微的變化。結果，晶圓150與膜134之間 不需要一載具膜。因爲膜I34將匹配於半導體晶圓150後 側上之更小的表面污物。 參考圖5，只有外膜(即，晶圓載具膜134)用於拋光半 導體晶圓150。內晶圓載具膜I22在圖5中不使用。此外 ，載具頭100的每一實施例，如圖4-8所示，可在一狀態. 操作，使得只有外膜(即，晶圓載具膜134)用於拋光半導體 晶圓150。當只使用外膜134拋光半導體晶圓150時，載 具頭100大致上類似於圖1-3中的載具頭10而操作β然而 ，載具頭100的每一實施例，如圖4-8所示，包含一內晶 圓載具膜，其可選擇使用，以修正中央慢移除問題。 特別參考圖6，加壓流體引入管路104，其與槽道108 、孔112與穴120流體連通。當加壓流體引入穴120時， 風箱124在一向下的方向膨脹，以迫使內晶圓載具膜122 的位置Π3與125之間的至少部分中央段頂住晶圓載具膜 134的內表面。藉由控制通過管路104供應至穴120中的 壓力，可以控制內晶圓載具膜122施加於晶圓載具膜134 之力的大小。於是’ 一局部、較高壓力的區域可以靠近半 導體晶圓150的中央區域而施加。特別地，圓形區域的直 徑約等於或小於內晶圓載具膜122的位置123與125之間 的距離，而位於一圓形區域下方的一部分半導體晶圓150 可能承受升高的力。 圖6繪示穴120與154，其各正暴露於通過管路104 22 本紙張尺度適用中囤圈家標準（CNS)A4規格（210* 297公釐） (請先閱讀背面之注項再填寫本頁) i裝--------訂---------線' - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 UBBm ____B7____ 五、發明說明（/) 與107的加壓流體》至少一部分內晶圓載具膜122被迫頂 住晶圓載具膜I34，以施加一較大力的區域頂住半導體晶 圓150，在該處，膜122與134會合。膜122與134會合 處所施加的較大力便利於半導體晶圓150上在此區域下方 的較大移除率。藉由控制引入穴120中的流體壓力，可以 控制膜122與Π4之間的接觸程度，及施加於半導體晶圓 15〇之局部較大力的大小，以控制半導體晶圓150中央附 近之增加的移除率。 參考圖7，晶圓載具膜134與半導體晶圓150爲有力 、向下的接觸，此係由於穴154的加壓所致。類似地，彈 性體254與晶圓載具膜134爲有力、向下的接觸。特別地 ，彈性體254的頂靠段254c與晶圓載具膜134爲有力、向 下的接觸，此係由於穴120的加壓所致。藉由控制穴120 中的壓力，半導體晶圓150上之頂靠段25心下方的材料移 除率能夠以受控制的方式增加，以修正中央慢移除問題。 參考圖8，晶圓載具膜134與半導體晶圓150爲有力 '向下的接觸，此係由於穴I54的加壓所致。類似地，氣 球狀膜156經由管路104而加壓，以促使一部分氣球狀膜 156與晶圓載具膜134做有力、向下的接觸。藉由選擇適 當尺寸的氣球狀膜1%，及選擇適當壓力以施加至氣球狀 膜156，可以控制在晶圓載具膜134與氣球狀膜156接觸 區域下方的半導體晶圓150之移除率。 此晶圓載具頭100的這些特性在整個半導體晶圓產生 均勻或不均勻的拋光，如所欲者，以使整個晶圓表面能夠 23 . 裝----1---訂---------線 {請先閱讀背面之注音P事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4蜆格（210 X 297公釐） ^___3； -M6890 五、發明說明（>/ ) 用於電路製造。 應了解，上述裝置只是示範性，並未限制本發明的範 .疇’且專精於此技藝者能做的各種修改將落在本發明的範 疇內。例如，可以使用多於一的內晶圓載具膜，且不論是 否使用一或更多的內晶圓載具膜，其不必相對於半導體晶 圓表面而定心。雖然以載具在平台上而說明，但專精於此 技藝者能就不同定向的這些物體而完成類似結果。 此外，術語「晶圓」或「半導體晶圓」在此已引申使 用；然而，它們可以更一般性地稱爲「工件」，其欲包含 下列：半導體晶圓，其可爲裸矽或其他半導體基材，諸如 具備或不具備主動裝置或電路者，與部分處理的晶圓，及 絕緣體上的矽，混合總成，平板顯示器，微電子-機械感測 器(MEMS)，MEMS晶圓，電腦硬碟或將由平坦化而得利的 其他材料。此外，術語「拋光率」欲意謂在每分鐘埃 至每分鐘1微米之間的任何地方之材料移除率。 爲了向大眾宣告本發明的範疇，提供下列申請專利範 圍： . 裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 24 本紙張尺度適用中國國家標準（CNSM4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 A8 I 彳16S90 、申請專利範圍 1 一種載具，其用於執行一工件之一表面的化學-機械 式平坦化的裝置，載具包含： 一具有一主表面的剛性板； 一軟、撓性材料的晶圓載具膜，具有一晶圓接觸段， 其具有一外表面與一內表面，外表面用於接觸工件之一對 立表面，晶圓載具膜連接至剛性板，且延伸越過主表面的 至少一部分，以界定一第一穴於其間； 一內晶圓載具膜，具有一段，該段具有一外表面，用 於接觸晶圓接觸段的內表面，內晶圓載具膜連接至剛性板 且延伸越過主表面的至少一部分，以界定一第二穴於其間 * 一第一流體導管，一加壓流體源藉由彼連接至第一穴 :和 一第二流體導管，一加壓流體源藉由彼連接至第二穴 0 2如申請專利範圍第1項之載具，其進一步包含一夾 持構件，夾持構件固定至晶圓載具膜之晶圓接觸段周圍的 剛性板。 3如申請專利範圍第1項之載具，其中晶圓載具膜具 有複數通過晶圓接觸段的孔。 4如申請專利範圍第1項之載具，其中晶圓接觸段中 的晶圓載具膜具有大致上均勻的厚度。 5如申請專利範圍第1項之載具，其中晶圓載具膜的 晶圓接觸段周邊耦合至一風箱，該風箱耦合至剛性板。 ------------'裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ____1 416890_ 六、申請專利範圍 6如申請專利範圍第5項之載具，其中晶圓載具膜進 —步包括一凸緣，其延伸於風箱周圍且頂靠剛性板。 7如申請專利範圍第2項之載具，其中晶圓載具膜進 一步包括一風箱，其具有一接合至晶圓接觸段的第一端且 具有一第二端，又t一凸緣自第二端突起且夾置於剛性板的 主表面與夾持構件之間。 8如申請專利範圍第1項之載具，其中剛性板具有在 上的複數槽道，且流體導管與複數槽道連通。 9如申請專利範圍第1項之載具，其中剛性板具有在 主表面上的複數同心環形槽道。 10如申請專利範圍第9項之載具，其中剛性板進一步 包含與複數同心環形槽道連通的軸向溝槽。 11如申請專利範圍第1項之載具，其中內晶圓載具膜 包括一軟、撓性材料。 12如申請專利範圍第2項之載具’其中工件具有一周 緣’且夾持構件具有一周緣，其小於五公釐，而大於工件 的周緣。 13如申請專利範圍第2項之載具’其中夾持構件具有 一表面，其大致上與承受化學-機械式平坦化的工件表面共 平面。 14如申請專利範圔第1項之載具’其進—步包括一在 穴中的流體，其中流體是自空氣 '氮與水組成的群組中選 出。 15如申請專利範圍第〖項之載具’其中內晶圓載具膜 ______2______ 成張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公爱） -----I I--I! --— — — — — 訂-- - -----I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I mm D8 六、申請專利範圍 之該段的周邊耦合至一風箱，該風箱耦合至剛性板。 16如申請專利範圍第15項之載具，其中內晶圓載具 膜進一步包括一延伸於風箱周圍且頂靠於剛性板的凸緣。 Π如申請專利範圍第1項之載具，其中內晶圓載具膜 進一步包括一風箱，該風箱具有一接合至內晶圓載具膜之 該段的第一端且具有一第二端，又一凸緣自第二端突起且 夾置於主表面與一鎖定構件之間。 18如申請專利範圍第1項之載具，其中晶圓載具膜與 內晶圓載具膜互相連接。 19如申請專利範圍第1項之載具，其中用於接觸晶圓 接觸段之段的一區域小於一對應於晶圓接觸段的區域。 20如申請專利範圍第1項之載具，其中第二穴在第一 穴中。 21 —種載具，其用於執行一工件之一表面的化學-機 械式平坦化的裝置，載具包含： 一具有一主表面的剛性板； 一軟、撓性材料的晶圓載具膜，具有一晶圓接觸段， 其具有一外表面與一內表面，其中外表面用於接觸工件之 一對立表面，晶圓載具膜連接至剛性板，且延伸越過主表 面的至少一部分，以界定一第一穴於其間； 一內晶圓載具膜，包括一氣球狀部分，其具有一段， 用於接觸晶圓接觸段的內表面； 一第一流體導管，一加壓流體源藉由彼連接至第一穴 :和 3 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I 裝 *------ - 訂--------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印.製 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 黨08 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 一第二流體導管，一加壓流體源藉由彼連接至氣球狀 部分所形成的第二穴。 22 —種操作載具之方法，載具用於執行一工件之一表 面的化學-機械式平坦化的裝置’包含的步驟有： 提供一具有一主表面的剛性板： 加壓一第一穴，該穴形成於一軟、撓性材料的晶圓載 具膜與主表面之間，俾使晶圓接觸膜之一晶圓接觸段的一 外表面接觸工件之一對立表面：和 加壓一第二穴，該穴形成於一軟、撓性材料的內晶圓 載具膜與主表面之間，俾使內晶圓接觸膜之一段的一外表 面接觸晶圓載具膜之一內表面。 23 —種操作載具之方法，載具用於執行一工件之一表 面的化學-機械式平坦化的裝置，包含的步驟有： 安置載具於工件之一表面上，載具包含一膜，其具有 至少一通過彼的孔； 經由每一孔施加真空，以夾持工件頂住膜； 移動載具與被夾持的工件進入定位而頂住一拋光表面 ， 經由每一孔釋放真空；和 將加壓流體施於一穴中，穴位於載具之一表面與膜之 間。 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ----—訂！ ！線