TW436382B - Wafer holding head, wafer polishing apparatus, and method for making wafers - Google Patents

Description

A7 436382 B7 經濟部智*'財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（1 ) 背景 之領递 ^本發明係關於一種用於半導體製造過程中之用以研磨 半導體晶圓表面之裝置上的晶圓保持頭，晶圓研磨裝置及 晶圓製造方法。 本說明書係基於日本專利申請案（特願平u 67583、特 願平11-78688、特願平1卜135〇17、特願平ii_i75950、特 願平11-25 1429)所成者，該日文申請之記載内容係當作本 說明書之一部分而編入者。 贵景技術 近年來’隨著半導體之高集成化而圖案之細微化也隨 *之進展，尤其是為了要能既容易且確實地進行多層構造之 細微圖案的形成’而極力地使製造‘製程中的半導體晶圓之 表面平坦化就顯得重要起來。該種情況，為了要研磨.表面 之臈而使其平坦化之火候較高的化學機械研磨法（CMP法） ，丄也日漸崩露頭角。 所謂CMP法’雖係指採用使用之驗性研磨劑 (slurry)或使用Se〇2之中性研磨劑，或者使用Al2〇3之酸性 研磨劑、使用磨石顆粒劑等的研磨劑以化學•機械方式來 研磨晶圓表面’以使之平坦化的方法，此種方法所用的晶 圓研磨裝置，有例如第31圖所示之裝置。 第3 1圖中’晶圓研磨裝置200 ’係具備有用以保持應 研磨之晶圓W的晶圓保持頭201;以及全面貼附在形成圓 盤狀之平台203上面的研磨墊202»其中，晶圓保持頭2〇1， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（2〗0 x 297公釐） 311192 ----I---- Ϊ I ------111 I 11^. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 43 63 8 2 五、發明說明（2 J 係在保持頭驅動機構之轉盤（carr〇usei)2〇4下部安裝有複 數個者，其係由心轴（spindle)211可旋轉地支持’以在研磨 墊2 02上以行星方式進行旋轉。另外，此情況亦可使平台 203之中心位置和晶圓保持頭2〇1之公轉中心進行偏心設 置。 平台203，係水平配置於基台2〇5之中央，可由設於 此基台205内的平台驅動機構2〇6驅動而繞著軸線旋轉。 在基台205之側方設有支柱207，同時在支柱2〇7之間， 配置有用以支持轉盤驅動機構210的上側安裝板2〇9。轉 盤驅動機構210，係具有使設於下方的轉盤2〇4繞著軸線 旋轉的功能。 從基台205來看，巴配部212係配置成突出於基台2〇5 之上方，且在匹配部212之上端，設有間隔調整機構213。 另一方面，在匹配部212之上方，相對配置有扣止部214。 此扣止部214 ’係固定在上側安裝板2〇9上，同時形成從 上側安裝板209向下方突出的構造。然後，藉由調節此間 隔調整機構213，使匹配部212和扣止部213相頂接，以 使晶圓保持頭201和研磨墊202之距離尺寸調整於適當。 然後’藉由使保持於晶圓保持頭20 1上的晶圓w和研磨墊 202表面頂接’同時使轉盤204和平台203旋轉，即可研 磨晶圓W。 改良此種研磨裝置者，係有_種在美國專利5，2〇 5，〇 82 號中揭不之如第32圖所不的晶圓保持頭。此晶圓保持頭， 係具有水平擴張於保持頭本髖221内的臈片222 ;以及固 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐〉 (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 n a— n ^-eJI ί 1 ϋ n n I f 線、--------I'-------------- 311192 A7 B7 43^382 五、發明說明（3 ) 疋於膜片222之下面的載體224。於載體224之外周上配 置有形成同心狀且具有些微間隙的扣環232(retainer nng)，此扣環232亦固定於膜片（diaphragm)222上。進而 在扣環232之外周配置有形成同心狀且具有些微間隙之保 持頭本體221的止擋（st〇pper)部223 ^如此，載體224和 扣環232 ’就會浮動支持於保持頭本體221上。又，在膜 片.222之上側，保持頭本體221和膜片222形成空氣室 226，而在其中，可通過軸228之内部而從加壓空氣源23〇 供給加Μ空氣。 研磨作業，係使介以嵌入物（insert)§而附著固定在載 體224上的晶圓W，頂接研磨墊2〇2而進行者。此頂接壓 *力，係可藉由使供給至空氣室226内的空氣壓力變化來加 .以調整。如此，上述以往之晶圓研磨裝置，就具有可謀求 晶圓W之頂接壓力之均勻化，且可提高晶圓研磨面之均勻 性的優點。另外，在此所使用的膜片222通常係由橡膠材 >料或極薄金屬板等的彈性材料所形成，且具有不會阻礙載 體224之軸線方向移動之程度的表面剛性者。 然而，研磨作業中，經常會在晶圓w和研磨墊2〇2之· 間發生摩擦力。藉此而作用於載體224或扣環23 2上的水 平力或轉矩，在上述以往之晶圓研磨裝置中，係由扣環 232、保持頭本體221之止擋部223及膜片222所支持者。 載趙224與扣環232、扣環232與止擋部223係分別為圓 形的輪廓’且如上述般’具有些微間隙的嵌合關係。因而， 作用於載體224或扣環23 2上的水平力，雖可藉由使各自 '本紙張尺度適用中國®家標準（CNS)A4規格（21Q X 297公爱) 3 311192 I I I ( I — —— —— — — — ' I ί I I J I '— — In—— — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 缠 濟 部 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 A7 436382 ___B7_____ 五、發明說明（4 ) 之側壁面頂接來支持，但是軸線四周之轉矩卻只受到膜片 22支持。 研磨作業中作用於膜片222上的轉矩，由於係起因於 摩擦力所以會不穩定，且有時會超過膜片222之強度界 限’而使材料較薄的膜片222破損。因研磨而產生的摩擦 力、作用於膜片222上的轉矩，由於會隨著將晶圓w按壓 於研磨墊202上之力及研磨速度之增大而增大，所以為了 要防止上述膜片222之破損，按壓力或研磨速度就會受到 限制。然後’可依此種研磨條件之限制，來決定研磨效率（每 1小時之研磨數）或研磨面之表面精度、均勻性的界限。 又’作為上述間題之對策’雖可考慮將膜月222之材 料加厚以提高其強度，但是如此做的話’則表面剛性必然 也會變高’載體224之軸線方向的,追縱性也會變差，以致 帶給研磨面之平坦性•均勻性之不良影響。 . 另一方面’在使用此種晶圓研磨裝置200以進行研磨 時，晶圓W之研磨面是否達到所希望的狀態之判斷（研磨 終點檢測）’例如係藉由觀測平台驅動機構2〇6之旋轉動力 的變動來進行者。換句話說，當晶圓w之研磨不夠充分 時，在研磨墊202和晶圓貿之間所產生的摩擦力就成為不 穩定變動的狀態，另一方面，當晶圓w研磨成所希望之研 磨面時，前述摩擦力就成為穩定者。此時平台2〇3由於係 以一定速度旋轉，所以例如當研磨阻抗大時，平台驅動機 構206之旋轉動力就會變大，另一方面’當研磨阻抗小時， 旋轉動力就會變小。於是，觀測平台驅動機構2〇6之旋轉 &張尺度適用中關家標準 1^TS)A4規格⑵G χ 297公爱）--- 4 311192 - ^----^ ^ ------—訂---------線—’' {請先閲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 436382 ----------- 五、發明說明（5 > 動力的變動，當此觀測值穩定的話，則晶圓w之研磨面就 可判斷為已達到所希望之狀態。 *然而，在如此觀測平台驅動機構206之旋轉動力的方 f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 法中，由於無法就被設置複數個的晶圓保持頭2〇1個別進 行研磨終點檢測’所以會在晶圓w上發生過度研磨品或研 磨不足品之情形，或發生混合有過度研磨品和研磨不足品 的問題。 k 又，平台203常有即使在晶圓％和研磨墊2〇2不頂接 的狀態下空轉的狀態，此時，例如在晶圓w原本係由研磨 阻抗較小的材質所構成的情況，由於晶圓w之研磨途中狀 態和完成狀態之平台驅動機構206的旋轉動力變動很小， 所以會混入平台203之空轉動力成份，而難以進行晶圓％ 孓研磨終點檢測。 ， 另一方面，作為研磨終點檢測，雖亦可考慮檢測各個 晶圓保持頭201之旋轉動力的方法，但是因為響應性报 κ差’所以無法正確檢測作用於晶圓w上的力。 . nrj且，此時 所檢測出的力’除了有作用於晶圓W上的摩擦力以外，亦 經濟部智瘃財產局員工消費合作社印製 包含作用於用以保持晶圓保持頭20 1之晶圓W以外的部^ 和研磨墊202之頂接部分上的摩擦力，故 ° “'、古進仃正確 的研磨終點檢測。 又，研磨墊202會因研磨晶圓w而劣化。雖對已，、 的研磨墊202施予修整作業’但是由於在晶圓研磨劣化 判別要何時進行修整作業’所以實際上進行侈镎 一蹩的時間， 就不限於晶圃W之研磨時間的長短而係以預 ___ 间隔（你丨如 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 311192 5 436382 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（6 ) 每1組晶圓W之研磨）進行者。因此，即使在研磨墊202 尚未劣化之狀態下由於為了要進行修整作業而必須暫時停 止晶圓研磨，所以其作業效率就會很差。 又，作用於晶圓W上的研磨阻抗有隨著研磨202之劣 化而慢慢地變大的情況，此時，例如以晶圓W表面之某一 層（例如氧化膜層）之凹凸被除去的狀態當作研磨終點之情 況等且在研磨途中狀態和完成狀態之研磨阻抗的變化很小-時’就會混入因研磨塾2 0 2之劣化所引起的研磨阻抗之變 化成份中，故而難以從平台驅動機構2 06之旋轉動力的變 動中檢測正確的研磨終點。 又’此時所檢測出的力，除了作用於晶圓W上的摩擦 力以外，亦包含作用於用以保持晶圓保持頭201之晶圓w 以外的部分和研磨墊202之頂接部分上的摩擦力，故而在 研磨势202劣化而摩擦力發生變化等的情況時就無法·進行 正確的研磨終點檢測。 在此’係將晶圓研磨裝置之另一例，概略顯示於第33 圖之主要部位放大立體圖中。第33圖所示之晶圓研磨裝置 241 ’係在安裝於中心軸242的圓板狀之旋轉機台243(平 台）上設有例如由硬質胺基甲酸乙酯所構成的研磨塾244， 在與此研磨墊244相對且從研磨墊244之中心軸偏心的位 置上’設有可自轉的晶圆保持頭245者。 此晶圓保持頭245，係形成直徑小於研磨塾244的略 呈圓盤形狀’且在利用未圖示之臂部來保持上端的狀態 下’以其下部（即保持頭前端部）來保持晶圓W以使之頂接 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) --4---ίι —訂·--------線 γ、1. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 6 311192 A7 436382 五、發明說明（7 ) 於研磨墊244者 然後，在進行晶圓W之研磨時，由於係將例如上述之 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 磨石顆粒劑當作液狀之研磨劑（slurry)SL而供給至研磨塾 244上，所以此研磨劑SL會流動於保持於晶圓保持頭245 上的晶圓w和研磨墊244之間，因保持於晶圓保持頭245 上的晶圓w會自轉，同時研磨墊244會以中心軸242為中 心.而旋轉，所以晶圓w之一面可利用研磨墊244來加以研 磨。 在使用此種CMP法的晶圓研磨裝置中，研磨劑SL會 侵入於晶圓保持頭之内部。然後，因繼續研磨而侵入於晶 圓保持頭内部的研磨液SL就會乾燥’或因研磨時所產生 的摩擦熱而變質等以致凝聚或凝膠化，產生固態物或依此 而產生的半固態物。如此所產生的固態物或半固態物當從 晶圓保持頭流出至研磨墊244(202)上時，由於會造成使晶 圓W表面損傷的原因，所以以往為了可進行晶圓保持頭之 洗淨’就採用了棘浴方式等的洗淨裝置，或採用可進行内 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 社 印 製 部.洗淨的晶圓保持頭245a(請參照第34圖之正面剖視 圖）。 晶圓保持頭245a’係包含有：保持頭本體252，由頂 板部253和設於頂板部253之外周下方的筒狀周壁部254 所構成；膜片255 ’在保持頭本體252内對保持頭軸線成 垂直擴張者；壓力調整機構271，用以調整膜片255和保 持頭本體252之間所形成的流體室264内之壓力（例如空氣 愿力等載體256’固定在膜片255上且與此臈片255同 本紙張尺度適用中圉國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 436382 A7

； , ί>农-------；— 訂---------線 γ' (請先閱讀背面之注項再填寫本頁) . * I _____ V 8 311192 經濟部智Μ財產局員工消費合作社印製 436382 五、發明說明（9 ) 245a之洗淨，就必須在例如研磨作業完了等時才進行。但 是，此情況，變成係在因研磨劑SL之凝聚或凝膠化而發 生固態物或半固態物之後才進行。故而，目前狀況係當如 此地發生固態物或半固態物時就難以利用洗淨作業予以除 .掉，而且該等殘留之固態物或半固態物，於下次之研磨作 業時很難避免會流出至研磨墊242(2〇2)上。 ，又，在利用淋浴等的洗淨裝置來進行晶圓保持頭之洗 淨時，由於洗淨作業係從外部進行者’所以目前狀況無論 如何研磨劑SL皆會殘留在晶圓保持頭内。 除此之外，晶圓保持頭245 a，會因進行晶圓w之研磨 時所產生的摩擦熱等而具有熱。而且，由於此熱會給研磨 劑SL和晶圓W之化學反應帶來不良影響，所以很難將晶 圓W之研磨條件保持於理想的狀態。又，因此熱會在載體 256、晶圓W等其他的構件上發生熱變形。因此’目·前狀 況很難維持晶圓W之加工精度。 -發明之概年 本發明之目的係在於提供一種無損晶圓之表面方向之 追蹤性而可提尚膜片之負荷轉矩界限值，以謀求研磨效率 之提高或研磨面之均勻性的晶圓研磨裝置，以及將該裝置 用於研磨製程中的晶圓製造方法。 為了達成上述目的’本發明之晶圓研磨裝置，係一種 半導趙晶圓之研磨裝置’具備有表面貼附研磨墊的平台； 保持應研磨晶圓之一面以使晶圓之另一面頂接研磨墊的晶 圓保持頭：以及藉由驅動該晶圓保持頭以研磨晶圓之另一 本紙诋尺S過用中國國家標準<CNS)A4規格（210 X 297公釐） 311192 -------------裝-------訂---------線 (請先閲讀背面之注§項再填寫本頁) 4363 8 2 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 311192 A7 五、發明說明（10 面的保持頭驅動機構，其特徵為：晶圓保持頭，係包含有： 保持頭本體；膜片，在保持頭本體内對保持頭轴線成垂直 擴張者；流體室，形成於該膜片和保持頭本體之間：壓力 調整機構，用以調整充滿於該流體室内的流體壓力；圓盤 狀載體固疋在膜片上且與膜片同時移位於保持頭軸線方 向上，用以保持應研磨的晶圓之一面；扣環，以同心狀配 置在該載體之外周，並固定在膜片上與膜片同時移位於保 持頭轴線方向上，以俾於研磨時頂接研磨墊者；以及導引 部，至少有一對，其一方設在保持頭本體上，而另一方設 在載體和扣環之中至少一方上且相互嚙合者，其中導引部 係在其嚙合部上，可滑動自如於保持頭軸線方向上，且在 保持頭旋轉方向上受到移位限制者。 若依據本發明之晶圓研磨裝置‘，則當軸線周圍之轉矩 因研磨摩擦力而作用於載體上時，由於成對的導引部會承 擔此轉矩’所以可大幅減低膜片之剪斷應力，且即使為薄 膜亦可防止破損。又，成對的導引部由於係滑動自如於保 持頭軸線方向上，所以藉此即不會有損載體之軸線方向的 追蹤性。 又’本發明之晶圓製造方法，其特徵為：在其晶圓研 磨製程令’係使用上述之晶圓研磨裝置，邊調整流體室内 之壓力、平台之旋轉速度和保持頭驅動機構之運轉速度而 邊研磨晶圓者。 若依據本發明之晶圄製造方法，則在晶圓製造製程之 研磨製程中，可利用以往無法使用於膜片之破損防止的晶 本紙張尺度適用t困國家標準（CNSM4規格（2〗0 X 297公爱） n n n 1· n n n fK^· ϋ «I n n ϋ I n n i I . ^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ， 線 t、- 經濟部智慧財產扃員工消費合作社印製 A7 4 3 6 3 8 2 B7 五、發明說明（11 ) 圓按壓條件或研磨速度來進行研磨，而可謀求研磨效率之 提高’依此達成晶圓生產效率之提高，及謀求晶圓研磨面 乏均勻性提高。 - 又，本發明之目的係在於提供一種可穩定檢測出晶圓 之研磨完成之狀態的晶圓研磨裝置及其製造方法。 為了達成上述目的，本發明之晶圓研磨裝置，其係具 備.有表面貼附研磨墊的平台，及保持應研磨晶圓以使晶圓 之.一面頂接研磨墊的晶圓保持頭，藉由該晶圓保持頭和平 台之相對運動而利用研磨墊來研磨晶圓者，其特徵為：晶 圓保持頭’係由連結在上部的心軸支持成水平旋轉自如 者’同時在該心軸和晶圓保持頭的連結部分之一面上，設 '置研磨時用以觀測作用於晶圓上之力的感測器。 * 若依據本發明之晶圓研磨裝置1 ’則藉由在心軸和晶圓 保持頭之連結部分上設置感測器，即使在具有複數個·晶圓 保持頭時’亦可觀測作用於晶圓保持頭所保持之晶圓上的 力。因此’不會產生過度研磨狀態或研磨不足狀態之晶圓， 而-可進行穩定的研磨終點檢測。又’由於將感測器設在心 轴側’所以沒有必要在各個晶圓保持頭上設置感測器部， 就可抑制所使用之感測器部的數量。 又’本發明之晶圆製造方法’其係具備有表面貼附研 磨塾的平台’及用以保持應研磨的晶圓以使晶圓之一面頂 接研磨塾的晶圓保持頭’並包含有藉由該晶圓保持頭和平 台之相對運動且利用研磨墊來研磨晶圓的研磨製程，其特 徵為：利用心軸使晶圓保持頭之上部支持成水平旋轉 n ϋ ϋ n I u I n ϋ I n I n tf Ϊ t— I I ϋ n I [ [ n I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 11 311192 4363 8 2 A7 _____ B7 五、發明說明（12) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 如’同時在該心轴和晶圓保持頭的連結部分之一面上，設 置研磨時用以觀測作用於晶圓上之力的感測器，藉由該感 測器之觀測結果邊檢知晶圓之研磨狀態而邊進行研磨。 若依據本發明之晶圓製造方法，則即使在設有複數個 晶圓保-持頭的情況，亦可邊分別確實地觀測作用於各個晶 圓上的力而邊進行研磨。因此，就可防止過度研磨狀態或 研磨不足狀態之晶圓的製造，而可實現效率佳的晶圓之製 造。 又’本發明之目的係在於提供一種可穩定檢測出晶圓 之研磨狀態或研磨完成之狀態的晶圓研磨裝置及其製造方 法。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 為了達成上述目的，本發明之晶圓研磨裝置，其係具 備有表面貼附研磨墊的平台’及用‘以保持應研磨的晶圓以 使晶圓之一面頂接研磨整的晶圓保持頭’並藉由使該·晶圓 保持頭和平台分別旋轉而利用研磨墊來研磨晶圓，其特徵 為：晶圓保持頭係包含有：保持頭本體，由頂板部和設於 該頂板部之外周下方的筒狀周壁部所構成；膜片，在保持 頭本體内對保持頭轴線成垂直擴張者；壓力調整機構，用 以調整充滿於膜片和保持頭本鳢之間所形成之流體室内的 流體壓力；載體’固定在膜片上且與該膜片同時可移位自 如地設於保持頭軸線方向上，用以保持應研磨的晶圓之一 面；扣環，以同心狀配置在周壁部之内壁和載體之外周之 間’同時固定在膜片上且與膜片同時可移位自如地設於保 持頭軸線方向上’俾於研磨時頂接研磨墊者；載體轉矩傳 本紙張尺度適用中國國家標本（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 12 311192 A7 436382 經濟部令慧財產局員工消費合作杜印製 ---------------- B7__五、發明說明（^ ) 遞機構’在保持頭本體和載體之間沿著圓周方向設有複數 個’用以將保持頭本體之轉矩傳遞至載趙上；複數個載體 感測器部’設在各載體轉矩傳遞機構上，用以觀測作用於 晶圓上之旋轉方向之力；以及運算部，連接在各载體感測 器部上，並根據來自該等載體感測器部之輸出算出作用於 發…㈣之上面 叹置載體轉矩傳遞機構，即使在具備彈性體之膜片的構成 中，由於保持頭本逋之轉矩亦可正確地傳遞至載體上，同 時過度的旋轉方向之力不會作用於膜片上，所以可防止膜 片之劣化。又’藉由在載體轉料遞機構上設置載體感測 器部’由於作用於晶圓上的力可透過載體而直接在載體感 測器部上觀測到，所以即使在例如‘扣環等用以保持晶圓保 持頭之晶圓以外的部分頂接於研磨墊的狀態下亦可正·確地 檢測》而且，運算部可根據來自該等複數個載體感測器部 之輸出而算出作用於晶圓上的力。 -本發明之晶圓製造方法，其係具備有表面貼附研磨墊 的平台，及用以保持應研磨的晶圓以使晶圓之—面頂接研 磨墊的晶圓保持頭，並包含有藉由使該晶圓保持頭和平台 分別旋轉而利用研磨墊來研磨晶圓的研磨製程，其特徵為 晶圓保持頭係包含有：保持頭本體’由頂板部和設於該頂 板部之外周下方的筒狀周壁部所構成；膜片，在保持頭本 體内對保持頭軸線成垂直擴張者；壓力調整機構，用以調 整充滿於膜片和保持頭本體之間所形成之流體室内的流體 --------------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .. --線· 本紙張尺度適用甲國國家標準（CNS)A4規袼（210 X 297公爱） 311192 13 43 63 8 2 at ----- B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（14 ) 壓力，載鱧，固定在膜片上且與該膜片同時可移位自如地 設於保持頭軸線方向上’用以保持應研磨的晶圓之一面； 扣環’以同心狀配置在周壁部之内壁和載體之外周之間， 同時固疋在膜片上且與膜片同時可移位自如地設於保持頭 轴線方向上，俾於研磨時頂接研磨墊者；載體轉矩傳遞機 構’在保持頭本體和載體之間沿著圓周方向設有複數個， 用以將保持頭本體之轉矩傳遞至載體上；複數個載體感測.. 器部，設在各載體轉矩傳遞機構上，用以觀測作用於晶圓 上之旋轉方向之力；以及運算部，連接在各載體感測器部 上’並根據來自該等載體感測器部之輸出算出作用於晶圓 上之力’其中使保持於該晶圓保持頭上的晶圓邊頂接研磨 墊而邊旋轉’同時根據來自各載體感測器部的輸出而利用 運算部算出作用於晶圓上之力，並‘根據來自該運算部之輸 出邊判斷晶圓之研磨狀態而邊進行研磨。 若依據本發明之晶圓製造方法，則作用於晶圓上的力 可由設在載體上面的載體感測器部而直接觀測到，而晶圓 之研磨狀態則可根據來自載體感測器部之輸出而判斷。因 此，可減低所謂過度研磨或研磨不足的晶圓之發生，而可 實現穩定的晶圓之研磨。 又’本發明之目的係在於提供一種可容易把握研磨塾 之劣化狀態’同時可穩定檢測晶圓之研磨狀態或研磨完成 之狀態的晶圓研磨裝置及其製造方法。 為了達成上述目的，本發明之晶圓研磨裝置，其係具 備有表面貼附研磨墊的平台’及用以保持應研磨的晶圓以 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

U

1 1 I I

線-J 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 14 311192 B7 五、發明說明（B ) 使晶圓之一面頂接研磨墊的晶圓保持頭，並藉由使該晶圓 保持頭和平台分別旋轉而利用研磨墊來研磨晶圓，其特徵 爲晶圓保持頭係包含有：保持頭本體，由頂板部和設於該 頂板部之外周下方的筒狀周壁部所構成；膜片，在保持頭 本體内對保持頭軸線成垂直擴張者；壓力調整機構，用以 調整充滿於膜片和保持頭本體之間所形成之流體室内的流 體壓力，載體，固定在膜片上且與該膜片同時可移位自如 地設於保持頭軸線方向上，用以保持應研磨的晶圓之一 面’扣環’以同心狀配置在周壁部之内壁和載體之外周之 1同時固疋在膜片上且與媒片同時可移位自如地設於保 持頭軸線方向上，俾於研磨時頂接研磨墊者；扣環轉矩傳 遞機構，在保持頭本體和扣環之間沿著圓周方向設有複數 個，用以將保持頭本體之轉矩傳遞至扣環上；複數個扣環 感測器部，設在各扣環轉矩傳遞機構上，用以觀測作用於 扣環上之旋轉方向之力；以及運算部，連接在各扣環感測 器》P上，並根據來自該等扣環感測器部之輸出算出作用於 扣-環上之力》 若依據本發明之晶圓研磨裝置，在設於扣環上面之扣 環轉矩傳遞機構上設置感測器部，則由於可直接檢測出作 用於與研磨塾頂接之扣環上的力，所以可穩定地檢測出研 磨墊之劣化。進而，由於可邊進行晶圓研磨而邊檢知研磨 整之表面狀態，所以可提高作業效率U，即使在具備有 彈性艘之膜片的構成中’由於保持頭本體之轉矩可由扣環 傳遞機構而正確地傳冑至扣^，同時過度的旋轉方向之 311192 2 ---— — — — ——----丨裝-— I ί請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂·- --線· 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 15 A7

五、發明說明（16 ) 力不會作用於膜片上，所以可防止膜片之劣化。 436382 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局具工消費合作社印製 本發明之晶圓製造方法，其係具備有表面貼附研磨墊 的平台’及用以保持應研磨的晶圓以使晶圓之一面頂接研 磨塾的晶圓保持頭’並包含有藉由使該晶圓保持頭和平台 分別旋轉而利用研磨墊來研磨晶圓的研磨製程，其特徵 為·晶圓保持頭係包含有：保持頭本體’由頂板部和設於 該頂板部之外周下方的筒狀周壁部所構成；膜片，在保持 頭本體内對保持頭軸線成垂直擴張者；壓力調整機構，用 以調整充滿於膜片和保持頭本趙之間所形成之流體室内的 流體壓力’載體，固定在膜片上且與該膜片同時可移位自 如地設於保持頭軸線方向上，用以保持應研磨的晶圓之— 面；扣環，以同心狀配置在周壁部之内壁和載體之外周之 間’同時固定在臈片上且與臈片卧時可移位自如地設於保 持頭轴線方向上，俾於研磨時頂接研磨墊者；載體轉.矩傳 遞機構，在保持頭本體和載體之間沿著圓周方向設有複數 個’用以將保持頭本體之轉矩傳遞至載體上；扣環轉矩傳 遞機構’在保持頭本體和扣環之間沿著圓周方向設有複數 個’用以將保持頭本體之轉矩傳遞至扣環上；複數個載體 感測器部’設在各載體轉矩傳遞機構上，用以觀測作用於 載體上之旋轉方向之力：以及複數個扣環感測器部，設在 各扣環轉矩傳遞機構上，用以觀測作用於扣環上之旋轉方 向之力，以根據扣環感測器部之檢測信號校正載體感測器 部之檢測信號，並根據所得的校正值邊檢測作用於晶圓上 之力而邊進行研磨。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公藿） 16 311192 A7 436382 ----------B7_____ 五、發明說明（17 ) 若依據本發明之晶圓製造方法，則藉由檢測作用於扣 環上之力即可檢測出因研磨墊之劣化而引起的研磨阻抗之 變化’同時可檢測出作用於載體所保持之晶圓上之力，並 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 藉由根據因研磨墊之劣化而引起的研磨阻抗之變化來校正 .作用於晶圓上之力，即可進行正確的研磨狀況之把握或研 磨終點檢測。 -又，本發明之目的係在於提供一種可容易進行洗淨的 晶圓保持頭。又，提供一種可提高晶圓之加工精度的晶圓 保持頭。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 為了達成上述目的，本發明之晶圓保持頭，其係用於 使應研磨之晶圓的一面頂接表面貼附有研磨墊的平台，且 在此狀態下藉由使平台和晶圓相對移動以進行該晶圓之研 磨的研磨裝置上，並保持晶圓以使之頂接研磨墊者，其特 徵為包含有：保持頭本體，由頂板部和設於該頂板部_之外 周下方的筒狀周壁部所構成；膜片，在保持頭本體内對保 '持頭軸線成垂直擴張者；流體供給機構，用以對形成於膜 片·和保持頭本體之間的流體室内供給流體，且調整流體室 内之壓力；以及載體，固定在膜片上且與該膜片同時可移 位自如地設於保持頭轴線方向上，用以保持晶圓之一面， 其中流體供給機構，係同時供給氣體和洗淨液以作為流 體，而保持頭本體，係具有洗淨液管路以將洗淨液從流體 室引導至保持頭前端部，在該洗淨液管路中，設有可藉由 控制裝置而操作開閉的操作閥。 若依據本發明之晶圓保持頭，則由於依流體供給機構 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21G X 297公爱) ---- 311192 A7 ^36382 B7___ 五 '發明說明（18 ) 而供給至流體室内的洗淨液，可透過洗淨液管路而導引至 保持頭前端部，而用於晶圓保持頭之洗淨中，所以不需要 對保持頭本體花費太多的時間人力於供水軟管之裝卸等作 業中’而可快速進行晶圓保持頭之洗淨作業，且由於可減 少因洗淨作用所造成之洗淨裝置之作業效率的降低，所以 不限於晶圓之研磨終了時，在適當時期中亦可進行晶圓保 持頭之洗淨。 又’由於係同時使用氣體和洗淨液以作為供給至流體 室内的流體，所以可邊確保氣體之優點，即確保從體積容 易因外部壓力而變化’使膜片柔軟性地移位之情形中所獲 得之對於晶圓頂接研磨墊之壓力變動的良好的追蹤性能， 而邊藉由熱容量格外大於氣體之洗淨液來吸收在晶圓保持 頭上所產生的熱’以增大晶圓保挎頭之熱容量如此可減 少因研磨所產生的摩擦熱等所造成之晶圓保持頭之溫度上 升’且由於可使研磨劑和晶圓之化學反應適當化，所以可 使晶圓之研磨條件接近理想的狀態，以提高晶圓之加工精 度。而且’可減低載體、晶圓等其他構件的熱變形，且晶 圓之加工精度會變佳。 圖式之簡單說明 第1圖係本發明第一實施例之晶圓研磨裝置之保持頭 本體的剖視圖。 第2(a)至（b)圖係顯示第一實施例之導引構件之詳細形 狀的第1囷中之A—A線剖視圖。 第3圖係顯示第一實施例之晶圓研磨裝置之主要部分 — !!_丨··^^· —-- ---訂------1--線 γ (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 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 18 311192

五、發明說明（19 / 的正面圖。 經 濟 部 智 慧 財 產 局 消 費 合 社 印 製 第4圖係顯示第一實施例之晶圓研磨裝置之晶圓保持 頭和平台之配置狀態的平面圖。 .第5圖係顯示關於第一實施例將導引構件安裝至頂板 部之另一實施例之保持頭本體的剖視圖β 第6圖係顯示關於第一實施例之導引構件之安裝位置 之另一實施例的保持頭本體剖視圖。 第7圖係在載體、扣環、保持頭本體上設置鋸齒狀缺 口（serration)之實施例（第二實施例）之晶圓保持頭的本體 剖視圖。 第8圖係顯示設在載體、扣環、保持頭本髏上的鑛齒 狀缺口之第7圖之B — B線剖面的局部放大圖。 第9圖係顯示本發明第三實施例之晶圓研磨裝置之圖 中之心轴的剖視圖。 . 第10圖係顯示本發明第三實施例之晶圓研磨裝置之 中之晶圓保持頭的剖視囷。 -第11圖係說明設於第三實施例之心軸上之壓力感測 器的配置圖。 第12圖係說明第三實施例之轉矩傳遞部的示意圖。 第13圖（al)，（a2)，(bl)，（b2)係顯示晶圓之層構成的剖視 圖及說明研磨該等晶圓時之心軸感測器之輸出結果的示章 圖。 第14圖係顯示本發明第四實施例之晶圓研磨裝置之 圖中之晶圓保持頭的剖視圖。 - ------------裝 i — —! — 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） 19 311192 A7 436382 B7_____ 五、發明說明（2G ) 第15圖係說明第四實施例之載體轉矩傳遞機構及載 體感測器部的剖視圖。 第16圖係說明第四實施例之載體轉矩傳遞機構及載 體感測器部的配置圖。 第17圖係說明第四實施例中以載體感測器部檢測作 用於晶圓上之力的樣態圖。 第18圖係說明第四實施例之載體轉矩傳遞機構及載 體感測器部的配置圖。 第19(a)，（b)圖係顯示第四實施例之晶圓研磨袭置之載 體轉矩傳遞機構及載體感測器部之另一實施例的剖視圖。 第20圖係顯示第四實施例之晶圓研磨裝置之另一實 施例之圖中之晶圓保持頭的剖視圖e 第21(a)，（b)圖係顯示第四實施例之晶圓研磨裝置之一 實施例的示意圖’且為說明載體感測器部的安装位置'及靈 敏度方向的示意圖。 第22(a)至（c)圖係顯示第四實施例之晶圓研磨裴置之 一實施例的示意圖，且為說明來自載體感測器部之輪出作 號的示意圖。 第23圖係顯示本發明第五實施例之晶圓研磨裝置之 圖中之晶圓保持頭的剖視圖β 第24圖係說明第五實施例之晶圓研磨裝置之轉矩傳 遞機構及感測器部的剖視圖。 第25圖係說明第五實施例之晶圓研磨裝置之轉矩傳 遞機構及感測器部的配置圖·· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^i-------訂---------線1 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公麓） 20 311192 436382 經濟部智慧財產扃員工消費合作社印製 五、發明說明（21 ) 第26圖係說明第五實施例中以感測器部檢測作用於 晶圓上之力的樣態圖。 第27(a)，（b)圖係說明研磨第13(bl)圖所示之晶圓時來 自運算部之輸出結果的示意圖。 圖28(a)，（b)圖係顯示第五實施例之轉矩傳遞機構及感 測器部之另一實施例的剖視圖。 -第29圖係顯示第五實施例之晶圓研磨裝置之另一實 施例之圖中之晶圓保持頭的剖視圖。 第30圖係顯示本發明之晶圓保持頭的正面剖視圖。 第31圖係說明以往之晶圓研磨裝置整體的示意圖。 第32圖係顯示以往之晶圓保持頭之一例的正面剖視 -圖。 - 第33圖係概略顯示以往之晶1圓研磨裝置之另—例的 主要部分放大斜視圖。 . 第34圖係顯示以往之晶圓保持頭之另一例的正面剖 視圖。 實施例之詳細說明 以下’參照圖式說明本發明之晶圓研磨裝置及晶圓製 造方法ύ第1圖至第4圖係顯示本發明之晶圓研磨裝置的 第一實施例。首先參照第3圖說明整體的構成，圖中元件 編號1係基台，而於此基台1之中央上水平設置有圓盤狀 的平台2〇此平台2係利用設於基台1内的平台驅動機構 以轴線Ρ為中心而旋轉，並於其上面全面貼附有研磨墊3。 基台1之上面設置有複數個支柱4，沿著該等支柱4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格<210 X 297公爱） 21 311192 先 閲 讀 背 面 之 注 項 再 寫裝 本衣 頁 訂 線 436382

五、發明說明（22 ) 邊保持水平而邊配置有可上下升降的上側安裝板5。在進 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 行晶圓W之安裝、卸下時係使上側安裝板5上升，而於研 磨運轉時係使上側安裝板5下降。於上側安裝板5之下面， 配置有圓盤狀的轉盤（保持頭驅動機構）6,而轉盤6係連接 在驅動裝置8上’繞著軸線P而旋轉驅動。此旋轉驅動軸， 亦可偏離軸線P，而與平台2配置成非同軸，藉此就可更 廣範圍地使用研磨墊3。於轉盤6上’設有與平台2相對-而合計6座晶圓保持頭7。各晶圓保持頭7，係具有轴線q 以作為旋轉中心’而該等軸線q，係每隔6〇度配置在將中 心置於轴線P上之圓R的圓周上。將研磨墊3和晶圓保持 頭7之配置關係顯示於第4圖中。然後，各晶圓保持頭7， 係依轉盤6之旋轉而繞著軸線p進行公轉運動、和依轉盤 6内部之齒輪機構而繞著軸線Q進行自轉運動a另外，本 實施例中晶圓保持頭7之個數雖是設為6座，但是個數並 未被限定於此。 其次參照第1圖，就本實施例之晶圓保持頭7加以說 明β晶圓保持頭7 ’係具備有垂直配置於軸線Q上且下端 開口之中空的保持頭本體13、擴張於此保持頭本體13之 内部的膜片9、固定於此膜片9之下面的載體1〇、及同心 配置於此載體10之外側上的扣環21。 保持頭本體13係由圓盤狀之頂板部^、及連接於此 頂板部11之外周的圓筒狀之周壁部12所構成，而頂板部 11係藉由軸14而連接在轉盤6之心軸上。周壁部12係在 其下端附近’具有全周突出於半徑方向内側之棚架狀的膜 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 22 311192 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) * n t. t— I n t 言 線f 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 43638 2 五、發明說明（23 ) 片安裝部12a’更在其下方具備有同樣突出於半徑方向内 侧的止擋部12b。於膜片安裝部12a上載置著圓環狀之膜 片9的周緣部分，並以μ環22予以固定。膜片9係由各 種橡膠或較薄之金屬板等的彈性材料所形成。 本實施例之膜片9雖為圓環狀，但是中央部可藉由在 其下面安裝有載體10而塞住，並配合頂板部η、周壁部 12.即可形成流體室16。另一方面，在軸u内部形成有通 至流體室16的流路15,此流路15係連接至壓力調整機構 17上。然後，藉由利用壓力調整機構17使流體室16内之 流體壓力變化，並透過膜片9,即可調整載體1〇按壓在研 磨墊3上的按壓力。另外，流體，一般而言雖然使用空氣 即足夠’但是亦可按照需要而使用其他種類之氣體或液 體。 , 在周壁部12下端之止擋部12b之内周面内側上，係以 些微的間隙配置扣環21。扣環21係形成圓環狀，並使用 固定環23固定在膜片9上。藉此構成，扣環21即可相對 於-保持頭本體13而在軸線Q方向上移位。又，在扣環η 之下端的内周面2 1 b内側上係以些微的間隙配置載體！ 〇。 進而’在扣環21之周緣部上形成有突出於半徑方向外侧的 凸緣（flange)部21a’當將晶圓保持頭7與轉盤6同時從平 台2舉起時’此凸緣部21a就會形成於周壁部12之下端上 且可利用止擋部12b而保持。 載體10,係以具有陶瓷等高剛性之材料形成圓盤狀之 一疋厚度者。載體10»係如前述般地配置於扣環21之半 !!裝— —訂------- i線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用十國國家標準<CNS〉A4規格（210 X 297公釐） 23 311192 436382 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 311192 A7 五、發明說明（24 ) ^方:内倒之後，使用載㈣定環24以複數個螺栓固定在 膜片9上。藉此構成，載體1〇可與扣環以互為獨立且 =轴線Q方向上移位。在載體固定環24之上端形成有 朝外側擴展的凸緣部24a，而於租姓 而於保持碩上升時，可藉由止 擋螺栓25之止擋部25a來保持 讶此凸緣部24a，並可支撐載 之重量。另外，止擋螺栓25之長度係可藉由間隔件 (spacer)26和雙螺帽27來調整。 本實施例中’於載體H)之上面’係利用螺栓现安裝 有導引構件3〇(導引部），又，在保持頭本體13之頂板部 11上’可藉由騎Mb安裝有與前述導引構件3()成對的 =引構件31(導引部）（並不限於此，亦可在載體之上面 安裝導引構件31，在保持頭本體13之頂板部丨丨上安裝導 引構件3G)n對科引構件m之詳細形狀以剖 =顯示於第2⑷圖中。導引構件3〇中，「〕字」形狀.部(u 字形狀部）所相對的二平面係成為導引面3〇a。另一方面， 導引構件31 t，平板形狀部之兩面係成為導引面&。導 引構件30所相對之導引面3〇3彼此之間的間隔d，係設定 得比導引構件3 1之板厚Th還稍微大。因而，該一對導引 構件3〇、31，係以些微的間隙形成嚙合狀態。藉此構成， 載體10之軸線Q方向的移位雖不被限制但是繞著軸線Q 之旋轉（保持頭旋轉方向之移位）會受到限制。導引構件 3〇、31，由於係互相滑動者，所以其材料適合金屬等的硬 質材料而導引面3 0 a、3 1 a為了要減低摩擦係以按照必要 _而進行^磨最後加工較宜。再者，亦可在導引面3〇a、31a 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X挪公着 ·''"f^·ί— 訂- -，線|、 ^ ί-^先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ， ，

436382 五、發明說明（26 , 當作與導5丨構件3 s $ 之導引面35a相嚙合的導引面38a，以 替代於載體10或伴挥M 士 μ ^ ^ 驭保待碩本體13之中設有導引構件3〇之側 的構件上設置導引構件30的構成。 導引構件30安裝至載趙1〇上的作業係藉由對導 弓構件3〇插通2支螺拴30b，且將此螺拴3 0b螺進載體10 内而進行者。將導引構件31安裝至保持頭本體之頂板部 1上的作業亦為同樣，係明進2支螺栓31b而進行者。- 然而’導引構件30、3i為了具有當初之目的的導引功能， 而f安裝狀態下將各自的導引面心、31、之方向弄成一 致疋报重要的。如本實施例所示，若分別利用2支螺栓來 口疋導引構件3G、31的話，則大致雖可使方向—致，但是 在需要精度更佳地進行方向—致時，若使之在導引構件3〇 和载體10之間、及導5丨構件3丨和‘頂板部丨丨之間分別介 有頂出銷(knock㈣的話’則欲使其方向-致就成為可 能。 另外’第5圖係顯示將上側之導引構件當作具有螺帽 之導引構件34時的安裝狀態。在此，係在頂板部U上設 置二個螺栓插通孔1U，而導引構件34之固定，係藉由從 頂板部η之上方螺進2支螺栓34b而進行者。此情況，為 了保持流體室16之氣密性’而對螺栓插通孔iu或螺栓 34b之周圍’進行必要的氣密處理。 其次’就具備此種導引構件3q、31之晶圓保持頭7的 裝配作業加以說明》首先就周壁部12側，如前述般地先以 2支螺栓30b將導引構件3〇安裝在載體1〇上面。另一方 本紙張尺度適用中画國家標準（CNS)A4規;^ (21〇 X 297公爱 311192 .I‘ 7-^i — (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -----訂 itl—線^·1 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 26 一 a? 4363 8 2 0*7 五、發明說明（27 ) 面，將扣環21從周辟如μ 載置於止擋部m上 之上方放入：並將凸緣部21a 安裝在周壁部12之膜κ此狀L下利用固疋環22將膜片9 棗叔W田 媒片安裝部12a上。接著，將扣環21 舉起並利用固定環23 裝在膜片9上進而，事先將安裝 導引構件30之裁骽 戰體10從下方置於扣環21上，且在 接膜片9之後，利用进# 引用栽體固定環24予以固定之。有關頂板 P侧係利用2支螺栓31b將導引構件31安袭在頂板 部11下面’進而安裝袖14、止擋螺栓25等。如此在裝配 周壁部12侧、頂板部11側之各個之後，從頂板部U之下 方側嵌合周壁部12 1合作業，係邊注意導引構件30和 31是否有嚙合而邊進行者^在完全嵌合的時間點上利用連 接螺絲1 8進行固定，以完成裝配作業。 其次，就使用本研磨裝置之研‘磨作業、各晶圓保持頭 四周之舉動及導引構件之作用加以說明。進行研磨方面， 首先，係在載體10之下面，藉由嵌入物（insert)s而附著固 定晶圓W。嵌入物S，係由具有吸水性之材質所形成，當 吸-收水分時就會利用表面張力吸附晶圓此嵌入物s之 具體的材質可列舉發泡胺基甲酸乙酯等，其較佳的厚度係 為0.6mm至〇· 8mm。但是本發明並不一定要使用嵌入物 s’例如亦可形成為在載體10之下面介有蠟以使晶圓W附 著的構成。亦可使用其他的附著機構。 接著，使上側安裝板5下降以使晶圓w之被研磨面頂 接研磨墊3。在此係藉由壓力調整機構17來調整流體室16 内之壓力’並藉此可使晶圓W之按壓力達到預定值。之後 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公麓） 頁 訂 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 27 311192 4363 8 2 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（28 ) 在研磨墊3之表面上邊供給研磨用之研磨劑而邊驅動轉盤 6及平台2以進行研磨《 研磨進行中，膜片9係具有浮動支持載體1〇及扣環 21，且使晶圓W按壓在研磨墊上的按壓力得以經常保持於 適當的功能。又’研磨面上經常有摩擦力作用著。因對造 成此摩擦力的載體1〇和扣環21之水平輸入，而會在犋片 9之可撓部9a、9b上發生剪斷應力》此剪斷應力的成份大 致分為2種類，其一係隨著繞晶圓保持頭7之轴線q的自 轉運動所產生之摩擦轉矩而造成者’另—係隨著繞晶圓保 持頭7之軸線p的公轉運動及繞平台2之軸線？的自轉運 動所產生之摩擦力而造成者。 如前述般，載體10和扣環21、及扣環21和保持頭本 體13之止擋部12b係分別以些微的間隙具有嵌合關係者。 載體ίο和扣環21之間、扣環21和周壁部12之間的水平 方向之相對移位係相當微小，因而，上述剪斷應力之中係 以後者因摩擦力而在可撓部9a'9b上所發生的剪斷應力較 為微小® 造成問題者為前者繞著軸線Q的摩擦轉矩所造成的剪 斷應力。在以往之保持頭構造中，並不限制繞著載體1〇、 扣環21之軸線Q的旋轉’而是由膜片9全部接受繞於軸 線Q之轉矩輪入，所以有時會在可撓部9a、9b上發生過 大的剪斷應力之情形。但是，本實施例中，由於互為嚙合 的導引構件30及31會阻擋繞著軸線q之對載體〗〇的轉 矩輸入所以可大幅減低可撓部9a、9b之剪斷應力。第1 卜紙張尺度適用中BI B5豕標準（CNS)A4 ---- 28 311192 f%先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -1%--------訂---------線一、 ,經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（29 ) 圖中導引構件雖成為一對’但是此情況嚴格來說’阻擋轉 矩者並非只有導引構件3〇、3丨而已，亦包含載體丨〇、扣 環21及止擋部12b各個的側壁。 如以上說明般’若依據本實施例之研磨裝置，則由於 可防止研磨中之剪斷力所造成的膜片9之破損，所以可謀 求膜片交換所需時間之刪減，及膜片本身之成本刪減。又， 可提南以往從保護膜片之觀點來看所決定的晶圓按壓之界 限.值、及研磨運動速度之界限值，且可謀求研磨面之均勻 性提南或研磨效率提高。又，若依據本實施例之晶圓製造 方法，則在晶圓製造製程之研磨製程中，可利用以往為了 防止膜片之破損所無法使用的晶圓按壓條件或研磨速度來 進行研磨，且可謀求研磨效率之提高、由研磨效率之提高 所帶來晶圓生產效率之提高、及晶圓研磨面之均勻性提 尚。 . 導引構件並非如第1圖所示般地被限定於一對，而亦 可設置複數對。若具備例如二對之導引構件的話則可只利 用導引構件來支持上述轉矩成份，且從保持頭軸線方向之 滑動摩擦減低的觀點來看係為有利的情況。 第6圖係顯示有關導引構件之安裝方法的另一實施 例。本實施例中係將一方之導引構件32安裝在扣環21上， 而將成對且活動自如地嚙合的另一方之導引構件U安裝 在保持頭本體之頂板部Π上。在此安裝方法中，膜片9 之可撓部9a的剪斷應力雖無法減低， ’犯·但疋例如在載體1 〇 —之上方的空間有限且減安裝W構件等的情況亦可選擇 f紙張尺度適用中關家標準（CNS)A4規格<210 X 297公釐)" 311192 ! — ί-裝— — — — — — 訂.！----線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 4363 8 2 a7 ----- —__B7__ 五、發明說明（30 ) 本實施例。 又’配合第1圖、第6圖雙方之實施例，亦可在載體 10、扣環21雙方上設置導引構件。藉由形成此種構成，則 例如在第1圖之實施例中，可減低因對扣環2 1之轉矩輸入 而在可撓部9b上所發生的剪斷應力。 [第二實施例] 本發明之第一實施例’係如第7圖、第8圖所示，在 第一實施例之晶圓保持頭7中’將鋸齒狀缺口 l〇s設在載 體10之全外周上，將與此鋸齿狀缺口 1〇s相鳴合的鋸齒狀 缺口 21s設在扣環21之全内周上，除此之外，將鋸齒狀缺 口 21t設在扣環21之全外周上，將與鋸齒狀缺口 21t相嚙 合的錯齒狀缺口 12s設在保持頭本體13之周壁部12下端 全内周上。第8圖係顯示局部放大第7圖之b — b線剖面 之鑛齒狀缺口形狀的詳細。該等的鋸齒狀缺口並未做全周 配置，而是亦可在圓周上做局部配置的形態。無論是哪一 種情況’由於輸入至載體1〇上的轉矩可經由扣環21傳遞 至保持頭本體13之周壁部12上，所以可保護膜片9之可 撓部9a、9b。 [第三實施例] 以下’係參照圖式說明本發明之一實施例的晶圓研磨 裝置。第9圖係顯示本實施例之晶圓研磨裝置之圖中之心 軸的剖視圖。 另外，此心軸41 ’係配置成用以連結例如第31圖所 示之轉盤和晶圓保持頭的部分。 ----------i I — J ^ ------訂---------線.^- .(請‘先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ' 本1紙張尺度適用中國固家標準（CNS)A4規格（21〇 κ 297公楚） 30 311192 A7 B7 436382 五、發明說明（31 ) 第9圖中，心轴41，係設於作為貫穿孔之扣合部62 内部，而該貫穿孔係形成於設在轉盤42之心軸外殼56上。 此心軸41，係具備有大致形成圓筒管形狀的轴本體41a、 配設於轉盤42之下部的心轴側連結部44、配設於轉盤42 之上部的手柄支持部49、設計成從此手柄支持部49延伸 於水平方向的調整手柄48、及設於上端側且與軸本體4la 之.管路41b相連通的流體供給口 50。在扣合部62内部設 置有第一軸承43 ’軸本體41a係藉由第一軸承43而支持 成旋轉自如。又’在轉盤42之上面，設有上侧凸緣部55。 而且’心秘41和轉盤4 2係以安裝螺絲4 2 a相連結。 在心轴外殼56之中形成筒狀的扣合部62内部嵌合有 第一軸承43。此時，第一轴承43係在扣合部62内部之軸 線方向上支持成滑動自如’而第一軸承43之外周和扣合部 62内係形成未被固定的狀態β又，第一軸承43和軸-本體 41a之軸線方向的相對位置係設計成不會變化。 在心軸外殼56之下面，設有圓環狀之環狀凸部$ 6a, 而形成圓環狀之環狀凸部56a係在鉛垂方向朝下形成雙 層。又，在第一軸承43之内周下部上，形成有突出於半徑 方向的圓環狀扣止部56b *用以限制支持成滑動自如之第 一軸承43向下方的移動。此時，亦可在扣止部5仆之上面 設置圓環狀之板簧65,依此板簧65以使第一轴承43之下 部和扣止部56b頂接時的撞擊緩和。 在形成圓筒狀之上側凸緣部55的内部設有軸承支持 部45。此軸承支持部45係形成筒狀，且在其外周面之下 本“度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） ------------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 社 印 製 311192 4363 8 2 A7 B7 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 311192 五、發明說明（32 ) 部形成有位置調整用公螺紋部4 6。此位置調整用公螺紋部 46’係與形成於心軸外殼56内周面之上部的位置調整用母 螺紋部53相螺合《此時位置調整用母螺紋部53之軸線方 向的寬度，係形成大於位置調整用公螺紋部46之軸線方向 的寬度。又，轴承支持部45之外周面和上侧凸緣部55之 内周面係形成頂接的狀態’而軸承支持部4 5係可在上側凸 緣部5 5内部旋轉者。 在軸承支持部45之筒狀内部設有第二軸承47，轴本 體41a，係形成在此第二軸承47和第一轴承43上支持成 旋轉自如的構成。又，在軸承支持部45之下部形成有設計 成從下方支持第二轴承47的階梯部45a’同時第二軸承47 外周和軸承支持部45内部係被固定著。此第二軸承47係 由斜角滾珠轴承所形成，用以限制軸本體4U之軸線方向 (推力方向）之移動者。因此，軸本體41a和第二軸承47之 相對的位置係不會變化。 在轴承支持部45之上方設有筒狀之手柄支持部忉。 此手柄支持部49係以螺栓54與轴承支持部45相固定，同 時連結設計成延伸於水平方向的調整手柄48。此時，軸本 體4U可在手柄支持部竹之筒狀内部旋轉。於是，使用調 整手柄48’使手柄支持部49與軸承支持部化同時旋轉， 軸本體4U即可移動於軸線方向上。 換句話說，軸承支持部45、手柄支持部49和第二輛 承47係被固定著，同時第一軸承43相對於心軸外殼56 係、可/月動者。X ’利用第二軸承47限制朝軸本體41a之推 ^放尺議中關家標準ϋϊΧϋ：格（2.297公gl----. 32 I I I I---I I I I ^ I ! — i — 訂 * --------線 4 • · · . Λ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} . . A7 ' -------- B7 _ 4 3 B ^ ^ 2 五、發明說明（33 ) 力方向的移動，第一軸承43、第二軸承47和軸本體41a 之相對的位置即可設計成不會變化。 (請先閱讀背面之汪意事項再填寫本頁) 此時藉由使軸承支持部45旋轉，位置調整用公螺紋 部46就可沿著位置調整用母螺紋部而旋轉，隨之，軸 承支持部45可相對於心轴外殼56移動於軸線方向。因此， 本體41a與轴承支持部45之相對的位置不會改變’，且相 子.於被固疋在轉盤42上的心軸外殼56可相對地移動於軸 線方向上。 另外’在手柄支持部49之上方設置有刻度盤66，由 此刻度盤66就可確認使手柄支持部49旋轉的角度。 在〜轴41之上方，設有流體供給口 5〇以連通钟本體 41a之管路41b内部。從此流體供給口 5〇所供給之例如空 氣等的流髅，係通過管路41b而送至下端之開口侧。在此 流體供給口 50附近之軸本體41a的周圍上設有外殼.51， 用以防止除了從流體供給口 5 0所供給之以外的流體侵入 k管路41b内部。另外，在外殼51内部設有第三軸承52， 其.係構成為不會妨礙軸本體41a之旋轉β 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在突出於轉盤42下方的心轴41之下部，形成有用以 與晶圓保持頭相連結之心轴側連結部44。此心轴側連結部 44 ’係具備有連結軸本體41a的外筒部57、及設於此外筒 部57内部的筒狀位置調整構件58。又，藉由變更一體設 於位置調整構件58之上方的間隔件61之厚度，亦可調整 連結於心軸侧連結部4 4上的晶圓保持頭之位置。 其中’位置調整構件58’係具備有形成圓筒狀且形成 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 33 311192 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4363 8 2 A7 B7 五、發明說明（34 ) 突出於下方的突起冑58a、形成與此突起部他相連續的 轴環㈣⑻部58b、及作為突起部川之内部空間的凹部 58c。又’在突起部58a之内部，設有以與管路川相連通 之方式形成於錯垂方向的供給管58d，而該供給管58d係 設計成貫穿至突起部58a之下端面β 在外筒4 57之内周面上設有保持頭安裝用母螺紋部 而該保持頭女裝用母螺纹部59係形成於與突起部 之外周面相對的高度之位置上。又，在外筒部57之外側上 面，叹有形成沿著環狀凸部5 6 a的環狀凹部5 7 a。亦即， 係藉由該等而構成曲徑環（labyrinth ring)，藉由形成因環 狀凸部56a和環狀凹部57a而具有複雜形狀的間隙，即可 在此間隙上產生黏性摩擦阻抗或表面張力的作用，且不會 在第一軸承43側侵入研磨劑等的液體或異物等。 在軸環部58b上’設有由壓電元件所構成的壓力.感測 器60。如第i i圖所示，此壓力感測器6〇，係配置成以等 間隔埋設複數個（本實施例中為三個）於轴環部58之圓周方 向上。在各壓力感測器60上連結有導線，並通過管路4ib 而連接設於心軸41之上端的放大器60b上。壓力感測器 6〇之輸出信號係經由導線而送至放大器6〇b上，並傳遞至 外部之運算部中。 其次’參照第10圖就安裝於此心轴41上的晶圓保持 頭加以說明。 第10圖中，晶圓保持頭71，係具備有由頂板部73及 形成筒狀之周壁部74所構成的保持頭本體72、擴張於保 ill — t·— 11111^ . ------------I 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） 34 311192 A7 436382 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B7 五、發明說明（35 ) 持頭本趙72之内部的膜片75、固定於膜片75之下面的圓 盤狀載趙76、及在周壁部74之㈣和㈣％之外周面上 設計成同心狀的圓環狀扣環77。該等載冑76及扣環〜 係形成可因膜# 75之彈性變形而移動於轴線方向的浮動 構造。 保持頭本體72’係由圆板狀之頂板部”和固定於頂 板狀73之外周下方的筒狀周壁部74所構成，而保持頭本 體72之下端部係成為開口且中空者。頂板部^，係同轴 固定於用以連結心軸41之作為保持頭側連結部的軸部Μ 上，而在軸部79上設有與心軸41之管路41b相連通的流 路85，該流路85係形成於鉛垂方向上。在此軸部乃之^ •周面上，形成有保持頭安裝用公螺紋部78。又，在周壁部 74之下部上，全周形成有階梯部74a及突出於半徑方向内 侧的圓環狀扣止部80。 由纖維補強橡膠等的彈性材料所構成的膜片75係艰 成為圓環狀或圓板狀，其係以膜片固定環81固定在形成於 周壁部74之内壁的階梯部74a上。 在膜片75上方形成有流體室84，其與形成於轴部79 上的流路85相連通。然後，在流體室84内部，藉由從、 軸41之管路41b通過流路85，供給以空氣為主的流體， 即可調整流體室84内部的壓力。 由陶瓷等的高剛性材料所構成的載體76係以—定的 厚度形成大致圓盤狀，其可利用設於膜片75之上面的 固定環82予以固定。在載體固定環82之上部形成有圓環 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公釐〉 311192 I I I II* i 1 I n I I ------I r (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 Λ36382 五、發明說明（36 ; 狀之階梯部823,其係與形成於可藉由從頂板部73插通於 船垂方向的螺帽89、間隔件，而固定之止擒螺检⑼下 端的階梯部88a相扣合。然後，晶圓保持頭7ι，係靠例如 升聲機構（未圖示）而上升，即使膜片75因載體76等的本 身重量而向下方彎曲’藉由階梯部82a和階梯部88a相扣 合’過度的力亦不會作用於膜片75上。 扣環77,係在周壁部74之内壁和載體％之外周面之 間形成圓環狀’且在與周壁部74之内壁之間及與載體％ 之外周面之間空出jit*撤的胡1¾，^田批. 山一傲的間隙，而與周壁部74及載體％ 配置成同心狀。又’扣環77之上端面及下端面係形成水 平，並藉由設在膜片75之上面的扣環固定環83而予以固 定。又’在扣環77之外周面上形成有階梯部…，晶圓保

持頭71在靠前述升降機構而上升時，可藉由階梯部W 和扣止冑80相扣合而抑制扣们7向下方向的過度移動， 而不會使局部的力量作用於膜片75上。 在載體76上面’隔著膜片75而設有複數個轉矩傳遞 部90。如第10圖、第12圖所示，此轉矩傳遞部9〇,係由 固定在載體76上面之剖面呈u字狀的第一構件9〇&、及固 定在此第一構件90a上方之頂板部73上的長方體狀之第二 構件_所構成構件9㈣將其平面狀部分朝圓周 方向配置，同時第二構件90b係將其前端位於第一構件9〇& 之U字狀内部。此轉矩傳遞部9〇，係在進行晶圓w研磨 時使心軸41之旋轉力穩定傳遞至載體76上，同時減低作 用於膜片75上之扭轉皆曲方向的力，並防止膜片75之破 I紙張尺度適財關家標準（CNS)A4規袼⑵G X 297公« ) y (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -^--------訂---------線 YJr 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 社 印 製

Ο Ό Ο O Ο Ό Ο O 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 社 印 製 37 311192 五、發明說明（37 ) 損。 此轉矩傳遞部90係在圓周方向上至少設置二個位置 Μ。又，第一構件9W字狀内部和第二構件90b之 前端係配置成具有間隔’而不會妨礙朝載體％之轴線方向 的移動。另外，此轉矩傳遞部9〇之形狀並不限定於上述 者’例*亦可將第一構件9〇a形成銷（pin)形狀，將第 件.90b形成圓筒形狀者。 如此所構成的心軸41和晶圓保持頭71，係藉由螺接 分別被形成之保持頭安裝用母螺紋部59和保持頭安裝用 公螺紋部7 8而連結者。 換句話說，首先係將晶圓保持頭71配置在心軸Ο之 -心軸侧連結部44的下方，同時使作為保持頭側連結部的轴 部79和心軸側連結部44相接近。此時，以嵌合突起部 和流路85之方式邊進行位置對準而邊使之接近。如此，藉 由在心軸側連結部44上設置用以進行中心定位的位置調 整構件58 ’即可容易進行心軸41和晶圓保持頭7丨之中心 位置對準》 邊進行位置對準而邊螺接保持頭安裝用母螺紋部59 和保持頭安裝用公螺紋部78。然後，螺入至與晶圓保持頭 1之轴部79上端面和設於心轴側連結部44内部的位置調 整構件58之軸環部58b頂接為止。此時，藉由軸部79上 端面所頂接的部分之軸環部58b上設置壓力感測器6〇，此 轴部79上端面和壓力感測器6〇即可頂接。 然後，藉由在軸部79上端面略微按壓具偫有壓力感測 $紙張尺“用_家標準（CNS)A4規格⑽χ 297·ϋ ---------1 I---裝 —--訂-------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 436382 A7 五、發明說明（38 ) 器60之軸環部58b之前，螺合保持頭安裝用母螺紋部 和保持頭安裝用公螺紋部78,即可完成晶圓保持頭71和 心軸41之連結作業。 J青 先 閱 讀 背 St 之 注 意 事 項 再 填 耷 頁 在使用連結此種心軸41之晶圓保持頭71以進行晶圓 W之研磨時，首先晶圓W，會附著在設於載體％之下面 的晶圓附著片76a上。然後，晶圓w邊利用扣環π扣止 周圍，而以其表面頂接貼附於平台2〇3上面的研磨墊2〇2 上。另外，對於研磨墊202之材質而言，任何以往使用於 晶圓之研磨者皆可，例如可使用將例如由聚酯等所構成之 不織布上含浸聚胺基甲酸乙酯樹脂等軟質樹脂的絲絨型襯 塾、聚織布料基材而在其上形成由㈣聚胺基 甲酸乙酯等所構成的發泡樹脂層之鞣革（suede)型襯墊、或 由獨立發泡之聚胺基甲酸乙酯等所‘構成的發泡樹脂片。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其次，從未圖示之流體供給機構對流體供給口 5〇•供給 空氣等的流體。被供給的流體係通過管路41b，而從流路 85流入流體室84内。流入的流體，係調節流體室84内的 壓力，且調節載體76及扣環77按壓向研磨墊202的按壓 力。載體76及扣環77係形成由膜片75所支持且可分別獨 立移位於上下方向的浮動構造，且可依流體室84内部之壓 力而調節按壓至研磨墊2〇2上的按壓力。 然後’邊調節載體76及扣環77按壓向研磨墊202上 的按壓力’而邊使平台203旋轉，同時使晶圓保持頭71 以行星方式旋轉。與此同時’藉由從未圖示之研磨劑供給 機構將研磨劑供給至研磨墊202之表面或晶圓貿之研磨面 311192 38 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2】〇 x 297公釐^— A7 436382

上’即可研磨晶圓w。 观濟部智慧財產局員工消費合作社印製 作用於晶圓W之鉛垂方向及圓周方向上的研磨阻抗， 係可利用頂接軸部79之上端面的壓力感測器6〇來檢知。 此壓力感測器60係由壓電元件所構成，其可檢測出作 用於水平方向的剪斷力和作用於鉛垂方向的應力雙方。而 且，在水平方向之力方面，係可檢測出旋轉方向之力（轉 矩）、和半徑方向（直角方向）之力雙方。換句話說，其係藉 由外部應力等作用於此壓電元件上，以利用於其輸出端上 發生電信號的壓電效果者。此壓電元件，係概略由設於兩 端的電極、和設計成挾持於該等電極間的層合體之壓電陶 曼所構成’當例如從初期狀態被壓縮時使之產生正電麼， •而反之被伸張時使之產生負電壓者。由此壓電元件所構成 .的壓力感測器60 ’係藉由連結心軸41和晶圓保持頭7 j， 以形成其預先被壓縮某程度的狀態。換句話說，在進-行晶 圓W研磨之前使之形成宛如施加偏向電壓般的初期狀 離。 -在進行晶圓W研磨時’由於藉由使晶圓保持頭71之 晶圓W頂接研磨墊202’可使船垂方向的力作用於屋力感 測器60上’所以壓力感測器60會形成壓縮狀態。此時， 壓力感測器6 0係例如輸出正電壓，此輸出信號，可利用導 線傳遞至放大器60b上’同時經由設於外部且將來自壓力 感測器60之信號運算成力之值的運算部而送至監視器等 上。 又，在晶圓W係利用研磨塾202而予以研磨時，會在 -- -----I --I 11^. Γ请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（210x297公釐） 39 311192 436382 A7 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 -------- 五、發明說明（40 ) 晶圓W和研磨墊202之間產生摩擦力。而且，旋轉方向之 力會作用於晶圓保持頭71上，且剪斷力會作用在此壓力感 測器60上。此時，由壓電元件所構成的壓電感測器， 由於宛如被拉伸般地變形，所以例如會使之產生負電壓。 如此’藉由使用壓電元件以作為壓電感測器60，即可 檢測出作用於晶圓W上的錯垂方向之力和水平方向之力 (旋轉圓周方向及半徑方向）。 當被研磨的晶圓W獲得所希望之研磨狀態時，從壓力 感測器60所檢測出的信號就會從目前之值開始變化，同時 之後會變成一定值。於是’在此值達穩定之時間點上會看 成已獲得所希望之研磨狀態並使之結束晶圓w之研磨。 就研磨例如具有第13(al)、（bl)圖所示之構成的二種 類之晶圓Wl、W2的情況加以說明。第i3(al)圖所示之晶 圓W1係應被研磨成Cu(銅）埋設於Si02層之溝部内者，而 此情況之研磨终點係研磨銅層以使障礙金屬層出現於表面 上’同時使此障礙金屬層和溝部之銅平坦化的狀態。Si〇2 層，亦可置換成任意的低介電常數材料。另一方面，第l3(bl) 圖所示之晶圓W2’係應被研磨成使氧化膜（絕緣膜）平坦化 者，此情況之研磨終點係使氧化膜平坦化之狀態。第 13(a2)、（b2)圖，係根據此時之壓力感測器60的信號而從 運算部算出的輸出值。 晶圓W1中’被研磨的銅層由於係慢慢地被平坦化而 增大與研磨墊202之接觸面積’所以其摩擦力會上升，因 而如第13(a2)圖所示，此時的輸出信號之值會慢慢地上 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公爱） 40 311192 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 装 • IB* It I. i n 1^DJ· _^i 線f 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 4 3^382 __________B7_____ 五、發明說明（41 ) 升。然後’更進一步研磨銅層，當障礙金屬層出現於表面 上時’由於障礙金屬層之摩擦係數低於銅層，所以輸出信 號會急速降低。此輸出信號急速降低的狀態係表示研磨終 點且在此時間點上結束研磨作業。 在晶圓W2中，研磨終點係指氧化膜平坦化的狀態。 因而，在氧化膜平坦化且輸出信號之最大值穩定一定時間 的時間點上結束研磨作業。亦即，如第13(bl)、（b2)圖所 示，從氧化膜平坦化之時間點hi開始更進一步進行研磨， 而在輸出信號之最大值穩定一定時間之時間點h2時結束 研磨作業。 如此，晶圊研磨W之研磨終點檢測，係藉由在心軸41 和晶圓保持頭71之連結部分上設置壓力感測器60，則即 使在具有複數個晶圓保持頭7 1之情況，亦可觀測作用在保 持於各晶圓保持頭71之晶圓W上的力。因此，就不-會發 生過度研磨狀態或研磨不足狀態之晶圓W，且可在各個晶 圓保持頭7 1進行已穩定的研磨終點檢測。又，由於係將壓 力感測器60設置在心轴41側，所以沒有必要將壓力感測 器60設置在各個的晶圓保持頭71上’即可抑制其使用之 感測器之數量。 藉由在壓力感測器60中使用壓電元件，即可將裝置之 剛性的降低抑制在最小限。又，作用於晶圓W上的力係可 由作用於壓電元件上的剪斷力而檢測出，且即使為些微的 研磨阻抗之變化亦可確實觀測到。 然後’藉由將壓力感測器60在圓周方向設置複數個於 - --------— I— -mill— ^--I I I I 1 — (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） 41 311192 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 d3638 2 a7 ------B7_____________ 五、發明說明（42 ) 軸部79上端面和心料側連結部44之頂接部分的軸環部 18 b上’即可利用任何一種壓力感測器_6 0確實地檢測出圓 周方向和半徑方向的剪斷力。 另外’此壓力感測器60，亦可配置於一體設於轴本傲 41a下端面和位置調整構件58之上部的間隔件61之頂接 面上。亦即，亦可在圓周方向將複數個壓力感測器6〇設置 於間隔件61之上端面上，或是可設在軸本體41a之下端面 上。 又’晶圓保持頭71之高度調整機構，係藉由轴承支持 部45外側的位置調整用公螺紋部46、螺合於此位置調整 用公螺紋部46上且使之形成於設在轉盤42之心軸外殼56 上的位置調整用母螺紋部53、及固定於前述軸承支持部45 上且在使此軸承支持部旋轉的同時具有調節手柄48的手 柄支持部49’以使軸承支持部45與手柄支持部49同時旋 轉’藉此心軸41即可移動於上下方向。因此，就可容易進 行晶圓保持頭71之位置的微調，同時可進行晶圓w和研 磨墊202之按壓力的微調，且即使為具備有複數個晶圓保 持頭71的構成，亦可進行各自的調整，而可穩定進行全部 的晶圓W之研磨。 另外’此高度調整雖可以調整手柄48進行手動調整， 但是其當然亦可使用伺服馬達等的各種致動器來進行自動 調整》 又，藉由設置轉矩傳遞部90，則即使浮動構造之畢圓 保持頭71旋轉，亦可減低作用於膜片75上之扭轉弯曲方 ----— ml------J ^ ---^---------1 ‘(靖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ， m 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 42 311192 A7 A7 436382 ------Έ.__ 五、發明說明（43 ) 向的過度力，並可邊維持浮動效果而邊防止此膜片75之損 傷。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 另外，並非只是將此轉矩傳遞部設在載體76之上 面，如第10圖之第二轉矩傳遞部9〇,所示，亦可設在扣環 77上方。藉由將此種的轉矩傳遞部9〇，隔著膜片75而設在 扣環77上面，即可更加減低作用於膜片75之扭轉彎曲方 向的力，同時可將心軸41之旋轉力傳遞至載體76及扣環 I 77 上。 又，此膜片75並非僅由橡膠所形成，亦可使用例如具 有不失浮動效果之程度彈性的鐵等金屬膜。藉由在膜片乃 上使用金屬膜即可增加其強度，且即使晶圓保持頭7】以高 -速旋轉’亦可防止膜片75之損傷。 [第四實施例] , 以下，係參照圖式說明本發明之一實施例的晶圓研磨 裝置及晶圓製造方法。第14圖係顯示本發明之晶圓研磨裝 、置之一實施例之中之晶圓保持頭Ϊ i的剖視圖。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 .另外，此晶圓保持頭101，係設置在例如第31圖所示 •之轉盤204上者。 第14圖中，晶圓保持頭，係具備有由頂板部 及形成筒狀之周壁部104所構成的保持頭本體i〇2、由擴 張於保持頭本體i02内部之彈性體所構成的臈片ι〇5、固 定於琪片105之下面的圓盤狀載體106、及在周壁部1〇4 之内壁和载體106之外周面上設計成同心狀的圓環狀扣環 107。該等載體1〇6及扣環107，係形成可因臈片1〇5之 本紙張尺度適用中國國家標準 (CNS)A4規格（210 X 297公釐） 43 311192

五、發明說明（44 ) 性變形而移動於軸線方向的浮動構造。 436382 保持頭本體1〇2,係由圓板狀之頂板部1〇3和固定於 頂板狀⑻之外周下方的筒狀周壁部刚所構成而保持 頭本體102之下端部係成為開口且申空者。頂板部， 係同軸固^於用以連結轉盤之作為連結部的袖部刚上， 而在軸部109上設有形成於鉛垂方向上的流路⑴。在此 軸部⑽之外周面上’形成有公螺㈣刚，以作為例如 與轉盤相連結的機構（與心軸2n相連結的 他的構幻。又，在周壁部刚之下部，全周形成有^部 104a及突出於半徑方向内側的圓環狀扣止部11〇。 由纖維補強橡膠等的彈性材料所構成的膜片1〇5係形 成為圓環狀或圓板狀，其係以膜片固定環lu固定在形成 周壁部104之内壁的階梯部i〇4a上。 在膜片105上方形成有流體室114，其與形成於軸部 109上的流路U5相連通。然後’在流體室114内部，藉 由從壓力調整機構130通過流路115，供給以空氣為主的 "IL逋’即可調整流體室1 1 4内部的壓力0 由陶变等的高剛性材料所構成的載體1〇6係以—定的 厚度形成大致圓盤狀’其係以設於膜片1〇5之上面的載體 固定環112予以固定。在載餿固定環112之上部形成有圓 環狀之階梯部112a，其係與形成於可藉由從頂板部1〇3插 通於敍垂方向的螺帽119、間隔件u 9a而固定之止擋螺栓 Π 8之下端的階梯部丨〖8a相扣合。然後，晶圓保持頭1 〇 i， 係靠例如升降機構（未圖示）而上升，即使膜片105因載體 . 一'破--------訂---------線γ T C請先閲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 本紙張尺度適用中關家標準（CNS)A4規格（21G X挪公釐） 44 311192 A7 436382 五、發明說明（45 ) 106等的本身重量而向下方彎曲，藉由階梯部i12a和階梯 部118a相扣合’過度的力亦不會作用於膜片1〇5上β 扣環107，係在周壁部1〇4之内壁和載體1〇6之外周 面之間形成為圓環狀，且在與周壁部1〇4之内壁之間及與 載體106之外周面之間空出些微的間隙，而與周壁部1〇4 及載體106配置成同心狀。又，扣環ι〇7之上端面及下端 面係形成水平’並以設在膜片1〇5之上面的扣環固定環U3 而予以固定。又，在扣環107之外周面上形成有階梯部 l〇7a，晶圓保持頭ιοί在靠前述升降機構而上升時，可藉 由階梯部107a和扣止部相扣合而抑制扣環1〇7向下方 向的過度移動，而不會使局部的力量作用於膜片1〇5上。 在載體106上面，設有複數個轉矩傳遞部12〇。如第 14圖、第15圖所示，此轉矩傳遞部12〇，係具備有形成為 從頂板部H)3之下面沿著圓周方向延伸於下方之板狀的第 一構件12〇a、及以分別對應於此第一構件u〇a之方式而 設在載體106之上面之剖面呈u字狀的第二構件12补所 構成。第-構件12〇a和第二構件厲，係將其平面狀部 分朝圓周方向配置’且第-構件12Qa係將其前端位於第二 構件嶋之！；字狀内部。另外，轉矩傳遞部咖之第二 構件120b和載體1〇6亦可隔著臈片1〇5而連結。 又，第-構件㈣之前端和第二構件咖之口字狀 内部係配置成具有間隔，而不 个會妨礙朝載體106之軸線方 向的移動。亦即’第二構件12〇b， .,A 〇係設成可與載體106 — 起在軸線方向相對於第一構件12〇a移動。 311192 --------- - --裝！！— 訂---------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經 '濟 部 智 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 (cns)a4 45 A7 436382 五、發明說明（46 ) 此轉矩傳遞機構120，係在進行晶圓W研磨時且保持 頭本體102時，用以將保持頭本體1〇2之轉矩傳遞至栽體 106上者。亦即，在進行晶圓w研磨時保持頭本體ι〇2在 第15圖中，旋轉於箭號A方向時，受到膜片ι〇5支持的 載體1〇6會因使本身所保持之晶圓W和研磨墊202之摩 擦力邊扭轉於箭號B側而邊旋轉於箭號A方向。此時，藉 由第一構件I20a之一側和第二構件nobiu字狀内部相 頂接，即可邊減低作用於膜片105上之扭轉方向的力而邊 將保持頭本體102之轉矩傳遞至載體lG6i，而研磨晶圓 w。此時，第一構件120a和第二構件u〇b係可互相滑動 於轴線方向上，而不會妨礙載體106之浮動效果。 在第一構件12〇a之侧面一部分上，設置有感測器部 121»此感測器部121 ’係設在與向著旋轉方向之第二構件 120b的平面狀部分平行，同時在晶圓保持頭ι〇ι旋轉時， 可按壓在第二構件12〇b内部之一側上β 亦即，轉矩傳遞機構120,係以不妨礙載體1〇6在軸 線方向的搖動的方式，在晶圓保持頭1〇1未旋轉時形成 使感測器部121之表面和第二構件㈣内部略微離開的狀 態。而在晶圓保持頭101旋轉時，在設置感測器部121之 第-構件ma之-側面、及與第二構件}鳩内部之面相 按壓的一側上’設置感測器部1 2 J。 對此感測器冑121，彳使用例如1電元件或崎變量規 等的壓力感測ϋ ’即可檢測出目晶圓保持頭ι〇ι之旋轉而 產生之第一構件120a和第二構件120b的按壓力。亦即， 衣紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚3"-- 311192 --------------^裝---I ----訂---------線γ 1 .(靖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 46 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 4363 8 2 ____ ____________________B7__ 五、發明說明（47 ) 在進行晶圓w之研磨時，作用於晶圓w上的旋轉方向之 力’係可利用感測器部1 2 1經由載體1 〇6而直接檢測出。 另外’在晶圓保持頭1 〇〗未被旋轉時，感測器部12 j 之表面和第二構件120b内部，亦可以不妨礙載體1〇6在軸 線方向的搖動之程度形成略微頂接的狀態。又，感測器部 121 ’係在晶圓保持頭101旋轉時，只要設置在被按壓的部 分上即可，例如亦可設在第二構件12〇b側之平面部分上。 再者，第一構件120a亦可形成剖面υ字狀，同時第二構 件i2〇b亦可形成板狀，第一、第二構件12〇a、12〇b亦可 分別形成板狀。 如第16圖所示，具備此感測器部121的轉矩傳遞機構 120,係在晶圓保持頭101之載體1〇6上面’設在圓周方向 之複數個位置上，如設在在半徑方，向與旋轉軸中心同距離 之四個位置上。 各感測器部121’係可藉由插通於與心軸相連結之轴 部109内的導線（harness)131a而與運算部131相連接。又， 連弟感測器部121和用以媒動此感測器部j 2〗之驅動部（未 圖示）的導線亦設計成通過轴部1〇9。從該等各感測器部 121之輸出信號，係分別利用所連結的導線ma而送至運 算部13卜運算部Π1，係接收來自各感測器部m的輸出 信號，而輸出作用於晶圓w上的力。 此種構成的晶圓保持頭10〗’例如係藉由將公螺紋部 108螺接在轉盤上而予以連結者。在此，對轉盤之連接構 造亦可採用使用公螺紋部108之螺紋固定以外的其他構 ------ 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 2耵公爱） 47 311192 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 43638 2 A7 ____ B7 五、發明說明（48 造》 在使用此晶圓保持頭1〇1以進行晶圓w之研磨時首 先晶圓w會附著在設於載體106之下面的晶圓附著片1〇以 上。然後，晶圓W邊利用扣環i 07扣止周圍，而邊以其表 面頂接贴附於平台203上面的研磨墊2〇2。另外對於研 磨墊202之材質而言，任何以往使用於晶圓之研磨者皆 可，例如可使用將由例如聚酯等所構成之不織布上含浸聚 胺基甲酸乙酯樹脂等軟質樹脂的絲絨型襯墊、以聚酯等的 不織布作為基材而在其上形成由發泡聚胺基曱酸乙酯等所 構成的發泡樹脂層之鞣革（suede)型襯墊、或由獨立發泡之 聚胺基甲酸乙醋等所構成的發泡樹脂片。 其次’從壓力調整機構130對流路115供給空氣等的 流體。被供給的流體係流入流趙室‘ 11 4内。流入的流體， 係用以調節流體室114内的壓力，且調節載體1 〇6及扣環 107按壓在研磨墊202上的按壓力。載體1〇6及扣環107 係形成由膜片]05所支持且可分別獨立移位於上下方向的 浮動構造’且可依流體室114内部之壓力而調節按壓至研 磨墊202上的按壓力。 然後’邊調節載體106及扣環107按壓在研磨墊202 上的按壓力’而邊使平台203旋轉，同時使晶圓保持頭101 以行星方式旋轉，與此同時，藉由從未圖示之研磨劑供給 機構將研磨劑供給至研磨墊202之表面或晶圓W之研磨面 上，藉此研磨晶圓W。 藉由作用於被研磨之晶® W和研磨墊202之間的力， 閲 讀 背 面 之 注 意 事 項 再」 填 ί裝 頁I - f I ί 訂 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（2】0 X 297公1 ) 48 3J1I92 鋥濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 A7 4 3 638 2

五、發明說明（49 ) 則用以保持晶圓w的载體1 〇6即相對於保持頭本體^ 扭 轉此時，設於載體106上面之轉矩傳遞機構丨2〇的感測 部121，係被按壓在第二構件12〇b内部之平面部分上同 時會輸出按照此按壓力的信號。亦即’感測器部121，係 將按照作用於晶圓W和研磨墊2〇2之間的力之輸出信號送 至運算部131 » -運算部131’係根據來自設有複數個之各感測器部ι21 之輸出信號而輸出作用於晶圓W上的力。此時，在晶圓w 上’會發生在研磨墊202上因自轉而在晶圓w之旋轉方向 上產生的旋轉力T、及因研磨塾202之旋轉而在研磨塾202 之旋轉方向上產生的研磨力F之作用，而運算部會算 出該等旋轉力T和研磨力F。 旋轉力T係因晶圓W之自轉,而產生’且在此晶圓w 之内徑側位置和外徑側位置上不同者。換句話說，當·晶圓 W係依晶圓保持頭ιοί而以—定的旋轉速度旋轉時，其内 徑側位置和外徑側位置上由於相對於研磨墊2〇2的速度會 不相同’所以作用於此晶圓W的力在其内徑側位置和外徑 側位置上亦會不同。亦即’旋轉力T係與自轉的晶圓w之 内徑側位置和外徑側位置之研磨速度的差異有關，同時作 用於晶圓W之旋轉方向者。 另一方面，研磨力F係因研磨墊2 02之旋轉而產生， 且一樣作用於晶圓W之研磨面全體上者<*亦即，研磨力ρ 係因旋轉之研磨塾202和晶圓W的相對運動而產生，係與 研磨墊2 02之旋轉速度有關，同時係在晶圓W之研磨面上 -----lit — ] — —— ^ inll—Ι — — ! — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用尹國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 49 311192 /13638 2

五、發明說明（ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 作用於研磨墊202之旋轉方向上者。 此研磨力F雖係作用於晶圓w之研磨面全體上，但是 由於在感測器部121上所檢測出的力係透過載體1〇6而作 用者，所以會如第17圖所示，可形成例如作用於晶圓％ 之中心位置上的合力》此時，在晶圓w之外周部分之中， 自轉之晶圓W的切線方向和研磨墊202之旋轉方向為—致 的位置a上，因研磨墊2〇2之旋轉而作用於晶圓w上的力 為F/2。又，在晶圓w之旋轉方向上係產生旋轉力τ的作 用。而且，沿著載體106之圓周方向而設的四個感測器部 121’由於係分別將靈敏度方向朝向晶圓保持頭1〇】之旋轉 方向而設置，所以其中作用於移動至位置a的感測器部121 上的力Fa，係如下式。 F a—F/2 + T t (!) 同樣地，作用在移動至研磨墊202之内周側之位.置b 之感測器部121上的力Fb，係為如下式。

Fb=F/2 -T (2) 因而，依（1)、（2)式即可求得如下式之研磨力F。 F a+Fb=F (3) 又’移動至研磨墊202之旋轉方向之位置且與位置a、 b成直角位置之關係的位置^上的感測器部12]，由於係將 其靈敏度方向朝向晶圓保持頭1〇1之旋轉方向而配置，所 以只檢測出因晶圓保持頭1 〇〗之自轉而產生的旋轉力T而 已°亦即，在位置c，由於感測器部121之靈敏度方向和 研磨整202之旋轉方向係處於垂直關係，所以感測器部12ι --------------1 裝--------訂---------線—1. .(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〉 50 311192 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ά 3 五、發明說明（51 , 不會檢測出因晶圓保持頭101和研磨墊202之相對運動而 產生的研磨力F。因而作用在移動至位置c之感測器部121 上的力Fc，係為如下式。 FC = T (4) 同樣地’作用在移動至位置d之感測器部121上的力 F d，係為如下式。

Fd=T (5) .因而’依式、（4)式（或（5)式），可導出作用於晶圓W 上的旋轉力T和研磨力ρ。 另外’相加「轉盤之每一單位時間的旋轉數」和Γ晶 圓保持頭101之每一單位時間的旋轉數」所得者，在與「平 台203之每一單位時間的旋轉數」（研磨墊2〇2之每一單位 時間的旋轉數）相等時，一般在載體1〇6上不會發生轉矩的 作用。 在晶圓保持頭101之1次自轉中從一個感測器部121 所觀測到的輸出信號’係最大值的力Fa、最小值的力Fb、 和於其中間時間所觀測到的力Fc及力Fd。亦即，來自一 個感測器部121的輸出信號係以正弦波方式變動，且由於 晶園保持頭101之旋轉時間（旋轉速度）事先已知道，所以 晶圓W之旋轉力T及研磨力F可利用一個感測器部121 而檢測出。如此，藉由檢測從一個感測器部]2 1時時刻刻 輸出的信號，即可求出研磨力F及旋轉力T。 ， 此時’運算部131 ’藉由同時接受來自配設於位置a、 b之二個感測器部121、121的輸出，即可邊進行晶圓w ------ -----—-製.— ----訂.-----I.--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（2】0 * 297公釐） 51 311192

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（52) 之研磨而邊檢測出作用於晶圓W上的研磨力F。亦即，從 (1)式、（2)式、（3)式中，藉由設置二個感測器部ι21而算 出研磨力F。 因此’將感測器部121至少設置二個至載體1〇6之上 面，同時藉由使該等感測器部121、121在與載體106之旋 轉中心在半徑方向的距離相等的位置相對設置，即可邊進 行晶圓W之研磨而邊檢測出研磨力f或旋轉力丁。 再者’除了配設於位置a、b上之二個感測器部121、 121之外’藉由在與該等位置a、b處於直角之關係的位置 c上配設感測器部121，即可同時進行研磨力ρ和旋轉力τ 之檢測。亦即’從（1)式、（2)式、（3)式中可算出研磨力F， 同時從（4)式（或（5)式）中，可導出旋轉力τ。 因此’設置三個感測器部121 ‘在載體1〇6之上面，同 時使其中之二個在與載體106之旋轉中心在半徑方向.的距 離相等的位置相對而配置，並藉由將另外一個配置在相對 於前述二個感測器部121成直角的位置，即可邊進行晶圓 W之研磨而邊同時檢測出研磨力ρ及旋轉力τ。 又’藉由將感測器部121至少設置四個於載體ι〇6上 面，則晶圓W研磨中作用於晶圓w上的力就可經常檢測 出。亦即，在設置三個感測器部〗2 i的情況，例如位於位 置c的感測器部121因晶圓保持頭1〇1之自轉而配設於位 置a上時，就不會在相對的位置（即位置…上存在感測器部 121。因此，在此狀態下運算部131就無法導出研磨力F。 因此’藉由將感測器部121至少設置四個於載體ι〇6 ----— II ---^ ^ ---- ---^--------- (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固家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公薏!1 52 311192 A7 436382 五、發明說明（53 _ 上面，且使其中之二個在與載髏106之旋轉中心在半徑方 向的距離相等的位置相對而配置’將另外二個配置在相對 於前述二個感測器部m成直角的位置，研磨力F和旋轉 力T即可邊進行晶圓w之研磨而邊經常檢測出研磨力ρ 及旋轉力T。 如以上所述，藉由設置複數個且最好為四個以上的感 測器部121’即可同時檢測出研磨力f和旋轉力^又， 如(3)式所示，研磨力F係根據來自相對配置之二個感測器 部121之各自的輸出而導出者。因而，藉由將至少二個感 測器部121、121以載體1〇6之旋轉中心為基準而相對配置 在半徑方向之距離相等的位置上，亦即藉由將全體的感測 器部121設置在偶數位置上，即可檢測出研磨力f。 晶圓w，可邊觀測從運算部131輪出的研磨力F和旋 轉力T而邊研磨《在晶圓W未充分研磨時，來自運算部 131之輸出的研磨力F及旋轉力τ係顯示變動的值。因而， ‘來自運算部13 I之輸出為變動狀態時，可判斷晶圆w未施 予充分研磨’而晶圓W之研磨就會繼續。 .然後，當晶圓W之研磨面被平坦化’而可獲得所希望 之研磨面時，來自運算部131之輸出的研磨力卩及旋轉力 τ即顯示穩定的值》因而，來自運算部131之輸出會穩定， 當大致顯示一定值的話則可判斷晶圓评之研磨面已達所 希望之狀態。然後，藉由慢慢地降低晶圓保持頭1〇1之流 體室U4的麼力並降低晶圓霄和研磨墊2〇2之按磨力即 可結束晶圓W之研磨》 - - -- - - - ------裝· — I ---訂·— ! (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 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公爱^ 53 311192 A7 436382 五、發明說明（54 如此’藉由在載體106之上面設置轉矩傳遞機構12〇, 則即使在具備彈性體之膜片105的構成中，保持頭本體i 02 之轉矩亦可正確地傳遞至載體1〇6上，同時不會在膜片1〇5 上發生過度的旋轉方向之力的作用。因此，可防止膜片1〇5 之劣化’且可長期間持績穩定的浮動致果。 又’藉由在轉矩傳遞機構120上設置感測器部ι21， 則作用於晶圓W上的力即可透過載體i 06而直接地在感測 器部121上檢測出。亦即，即使在晶圓w之周圍配置成同 心狀的扣環107之下面頂接在研磨墊202上的狀態中，作 用於晶圓W上的力’由於亦不會受到作用於扣環ι〇7和研 磨墊202之間的力之影響，而可在感測器部121上觀測到， 所以晶圓W之研磨面之狀態可正確判斷出。 然後’來自該等複數個感測器部12 1的輸出可利用運 算部131來運算’而運算部ι31係將作用於晶圓w上的力 在晶圓W之研磨中輸出。因而’晶圓w之研磨，由於可 邊觀測作用於晶圓w之力而邊進行，所以邊判斷晶圓％ 之研磨面是否已達到所希望之狀態而邊進行β因此，可減 低所謂過度研磨或研磨不足之晶圓的發生，且可實現穩定 的晶圓W之研磨。 又’由於感測器部121係設於第一構件120a和第二構 件120b之頂接部分上’所以即使晶圓保持頭ι〇1為旋轉狀 態，作用於晶圓W上之力亦可確實地檢測出。再者，第_ 構件120b係相對於第一構件120a設計成可移位，所以不 會妨礙到受膜片105支持的載體1〇6及扣環1〇7之抽線方 ^紙張尺度適用中國國家標準<CNS)A4規^ (210 X 297公釐） “ 54 311192 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 装- ---訂---------線一 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 4 3 63 8 2 --------— B7__, 五、發明說明（55 ) 向的移位，而可穩定進行晶圓你之研磨。 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 另外上述複數個感測器部121雖係分別設在與載體 106之旋轉中心在半徑方向的距離相等的位置上，但是如 第18圖所不，相對之一组的感測器部i2ip、121口之與載 體106之旋轉中心的距離L1，和另外一組相對的感測器部 121q、121q之與載體106之旋轉中心的距離l2亦可配置 成不同此匱況，感測盗部12 1 p、I 2 1 p可檢測出距離L 1 之旋轉力τι，另一方面，感測器部121q、121q可檢測出 距離L2之旋轉力T2。亦即，藉由設置複數組相對的感測 器部121、121，即可檢測出晶圓w之半徑方向的各種位 置的旋轉力Τ1、Τ2· · *。 又’如第19(a)圖所示，亦可將第―、第二構件12〇a、 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 J 20b之各自頂接部分的任一個或是雙方的形狀形成圓棒 狀。藉由將第一、第二構件12〇a、12〇b形成圓棒狀由於即 可縮小各自的接觸面積，所以載體1〇6之上下方向的搖動 (浮動效果）可更穩定進行。再者，如第】9(b)圖所示，使感 測·器部121配置於頂板部1〇3和第一構件u〇a之間（或是 ’載體106和第二構件12〇b之間），取得在此位置所產生的 剪斷力，亦可檢測出作用於晶圓W上的旋轉方向之力。此 情況’藉由使用壓電元件作為感測器部121即可檢測出剪 斷力。再者，藉由形成使用壓電元件以檢測剪斷力的構成， 即可利用一個感測器部121同時檢測出作用於複數個方向 上的力’且可減低應設置之感測器部1 2〗的數量。 又’如第20阓所示’感測器部121，亦可形成由設置 本紙張尺度剌中國國家標準（CN^I4規格⑵〇 X 297 ^1") 55 311192 436382 A7 B7 經 濟 部 智 ‘慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 五、發明說明（56 ) 於保持頭本體102上面之驅動·放大電路單元132之中的 驅動電路來驅動’同時來自感測器部121之輸出信號可經 由驅動•放大電路單元132-之中的放大電路而送至運算部 131的構成。此時’用以連接感測器部m和驅動•放大 電路單元132的導線132a，係設計成插通保持頭本體ι〇2 之頂板部103之一部分者。 藉由將驅動•放大電路單元i 32設置在保持頭本體ι〇2-上，由於可將導線1323形成很短，所以感測器部121不易 受到雜訊之影響。 另外’具備感測器部121之轉矩傳遞機構12〇雖係設 在載體106上面者，但是亦可將未具備感測器部121之轉 矩傳遞機構133設在扣環1〇7之上面。 藉由亦在扣環107之上面設置轉矩傳遞機構133，由 於保持頭本體102之轉矩可正確地傳遞至膜片1〇5上.，同 時過度的旋轉方向之力不會作用於膜片1〇5上，所以可防 止膜片1 05之劣化，且可長期間持續穩定的浮動效果。 其次，就使用本發明之晶圓保持頭1 〇丨以研磨晶圓w 之情況的實施例加以說明。第21(a)圖係以箭號顯示設在晶 圓保持頭ιοί上的四個感測器部121a、121b、121c、121d 之各自的靈敏度方向之示意圖，此情況，感測器部12〗a、 121c之靈敏度方向係朝向晶圓保持頭1〇1之半徑方向而 感測器部121b、121d則係朝向晶圓保持頭1〇1之旋轉方 向。又，第21(b)圖係顯示此晶圓保持頭1〇1配置於研磨墊 2〇2上面的狀態示意圖’ rl、r2、r3、r4，係顯示藉由晶圓 本適用中國@家標举（CNS)A4規格（21G>i 297公釐） -----! ---— !--^---------^ ^ •(請‘先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) - 311192 56

/1 ^ ^ P

應濟郤智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（57 ) 保持頭101旋轉而配置各自之感測器部1213至i21d的位 置，例如感測器部121a係藉由晶圓保持頭1〇1旋轉於箭號 yi方向而依序配置於η、r2、r3、r4之位置上。此時，研 磨墊202係旋轉於箭號y2方向上’同時晶圓保持頭1〇1 係依轉盤而公轉於箭號y3方向上。 藉由研磨晶圓W，例如可從感測器部j 2丨a、i 2 j c中， 如.第22(a)圖所示’輸出具有高頻成份的正弦波狀之輸出信 號gl ’而此輸出信號gl係藉由通過設於運算部ι31内的 低通濾、波器而轉換成輸出信號g2。然後，藉由讀取此輸出 信號g2之最大值的變化，即可觀測到晶圓w之研磨狀態。 另一方面，可從感測器部121b、121d中輸出如第 22(b)、（c)圖所示之波形。其中第22(b)圖，係為「轉盤之 每一單位時間的旋轉數」+「晶圓保持頭1〇1之每一單位 時間的旋轉數」=「研磨墊202之每一單位時間的旋轉數」 之關係成立時的波形，而此時如前述般由於不會在載體 10ό上發生轉矩之作用所以被觀測到的值大致顯示為 又’第22(C)圈係上述之關係不成立時的波形，且由於會在 載體106上發生轉矩之作用所以可從感測器部i21b、121d 中輸出對應此值的波形。 第13(al)、（bl)圖係顯示研磨對象之二種類的晶圓 W1、W2之構成。第i3(al)圖所示之晶圓wi係應被研磨 成在Si〇2層之溝部内埋設銅者，此時的研磨终點係研磨銅 層以使障礙金屬層出現於表面上，同時使此障礙金屬層和 溝部之銅平坦化的狀態。“〇2層，亦可置換成任意的低介 -----裝-----丨丨訂-------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS〉A4規格（210 X 297公釐） 57 311192 43638 2

五、發明說明（58〉 電常數材料。另一方面’第13(bl)圖所示之晶圓W2,係 應被研磨成使氧化膜（絕緣膜）平坦化者，此情況之研磨終 點係使氧化膜平坦化之狀態。第13(a2)、（b2)圖，係來自 此時之運算部131的輸出值，並顯示各自之輸出信號g2 之最大值的變化。 晶圓W1中’被研磨的銅層由於係慢慢地被平坦化而 增大與研磨墊202之接觸面積’所以其摩檫力會上升，因 而如第13(a2)圖所示’此時的輸出信號之值會慢慢地上 升。然後’更進一步研磨鋼層’當障礙金屬層出現於表面 上時’由於障礙金屬層之摩擦係數低於銅層，所以輪出信 號會急速降低。此輸出信號急速降低的狀態係表示研磨終 點且在此時間點上結束研磨作業。 在晶圓W2中’研磨終點係指,氧化膜平坦化的狀態。 因而，在氧化臈平坦化且輸出信號之最大值穩定—定.時間 的時間點上結束研磨作業。亦即，如第13(bl)、（b2)圖所 示，從氧化膜平坦化之時間點hi開始更進一步進行研磨， 而在輸出信號之最大值穩定一定時間之時間點h2時結束 研磨作業。 [第五實施例] 以下’係參照圖式說明本發明之一實施例的晶圓研磨 裝置及晶圓製造方法。第23圖係顯示本發明之晶圓研磨裝 置之一實施例之中之晶圓保持頭l〇la的剖視圖。本實施例 之晶圓保持頭，係具有與第四實施例所示之晶圓保持頭 101大致相同的構成’在晶圓保持頭1〇1中，係在扣環ι〇7 -- - - - - ----I I ^^·!-----訂--- - -----線 I - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺奴ffl巾@國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公f 58 311192 A7 436382 五、發明說明（59 ) 之上面設置複數個扣環轉矩傳遞機構者。另外’就晶圓保 持頭10la之構成構件之中與晶圓保持頭1〇1之構成構件大 m相同的構件使用相同的元件編號而加以說明。 .如第23圖、第24圖所示，扣環轉矩傳遞機構14〇, 係具備有形成為從頂板部103之下面沿著圓周方向延伸於 下方之板狀的第一構件】40a、及以分別對應於此第—構件 I40a之方式隔著膜片105而設在扣環1〇7之上面之剖面呈 U字狀的第二構件i4〇b所構成。第一構件14〇3和第二構 件140b，係將其平面狀部分朝圓周方向配置，且第一構件 140a之前端係配置於第二構件14〇b之u字狀内部。 又，第一構件140a之前端和第二構件字狀 吶部係具有間隔，且不會妨礙扣環1〇7在轴線方向的移 動亦即’第二構件140b係設計成，可與扣環J 〇7 一起在軸 線方向上相對於第一構件140a變動。 此扣環轉矩傳遞機構14〇,係在進行晶圓W研磨時且 保持頭本體102旋轉時，用以將保持頭本髏1〇2之轉矩傳 遞.至扣環107上者。亦即，在進行晶圓w研磨時保持頭本 體102在第24圖中，旋轉於箭號A方向時，受到臈片 支持的扣環107,會因使本身之下面和研磨墊2〇2之摩擦 力邊扭轉於箭號B側而邊旋轉於箭號A方向。此時，藉由 第一構件MOa之一側和第二構件字狀内部相頂 接，即可邊減低作用於臈片105上之扭轉方向的力而邊將 保持頭本體102之轉矩傳遞至扣環1〇7上β此時第一構 件140a和第二構件i4〇b係+互相滑動於轴線方向上，且 ‘張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21·〇 χ挪公爱 ，裝---ml -------線 f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 311192 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 43 63 8 五、發明說明（60 不會妨礙扣環107之浮動效果。 在第一構件140a之側面：部分上，設置有扣環感測器 部141。此扣環感測器部〗41，係設於與向著旋轉方向之第 二構件丨的平面狀部分平行，同時在晶㈣持頭101a 旋轉時’可按壓在第二構件140b内部之一側上。 亦即’扣環轉矩傳遞機構140,係在晶圓保持頭i〇ia 未被旋轉時，以不妨礙扣環7在轴線方向的搖動的方式， 形成使扣環感測器部141之表面和第二構件14仳内部略微 離開的狀態。而在晶圓保持頭101a旋轉時，在設置扣環感 測器部141之苐一構件140&之一側面、及與第二構件14扑 内部之面相按壓的一侧上，設置扣環感測器部141。 在此扣環感測器部141令，可使用例如壓電元件或畸 變量規等的壓力感測器，即可檢測出因晶圓保持頭1〇1& 之旋轉而產生之第一構件140a和第二構件14〇b的按壓 力。亦即，在進行晶圓识之研磨時，因研磨墊2〇2之摩擦 而作用於扣環107之下面的旋轉方向之力，係可利用扣環 感測器部141直接檢測出β 在此，在晶圓保持頭l〇la中，與晶圓保持頭1〇1相同， 在載體106上面設有複數個轉矩傳遞機構12〇及感測器部 12卜以下，為了與扣環轉矩傳遞機構140及扣環感測器部 141區別起見，將轉矩傳遞機構12〇稱為載體轉矩傳遞機 構12〇，且將感測器部121稱為載體感測器部121 ^ 另外，在晶圓保持頭101a未被旋轉時’扣環感測器部 141之表面和第二構件14〇b内部，亦可以不妨礙扣環ι〇7 本紙張尺度適用中fel國家標準（CNS)A4規格咖x 297公€---- ^ #----^裝--------訂---------線-1 (請，先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ♦ 1 311192 60 A7 B7 436382 五、發明說明（61 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在軸線方向的搖動之程度形成略微頂接的狀態。又，扣環 感測器部141，係在晶圓保持頭1〇u旋轉時，只要設置在 •被按壓的部分上即可，例如亦可設在第二構件14〇b側之平 面部分上。再者’第一構件140a亦可形成剖面U字狀， 同時第二構件140b亦可形成板狀，第一、第二構件i4〇a、 140b亦可分別形成板狀。 .如第2 5圖所示，具備此扣環感測器部j 4丨的扣環轉矩 傳遞機構140，係在晶圓保持頭1〇la之扣環1〇7上面於 圓周方向設在複數個位置上，且係設在與旋轉軸中心在半 徑方向的距離相等的四個位置上。同樣地，具備有載體感 測器部121的載體轉矩傳遞機構12〇，亦係在載體1〇6上 面，於圓周方向設在複數個部位上，且係設在與旋轉軸中 心在半徑方向的距離相等的例如四個位置上。 -經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 社 印 製 各扣環感測器部141，係可藉由插通於與心軸相.連結 之軸部109内的導線131b而與運算部131相連接。來自該 等各扣環感測器部⑷的輸出㈣’係經由各自所連結的 .導線131b而送至運算部131 ’而運算冑131，係接故來自 各扣環感測器部141的輸出信號，而輸出作用於扣環ι〇7 下面和研磨塾2〇2之間的力。同樣地，來自載邀感測器部 的輸出信號’亦係經由導線131a而送至運算部i3i， 而運算部13卜係接收來自各載體感測器部m的輸出信 號’而輸出作用於晶圓W上的力。 如此構成的晶園保持頭101a，與晶圓保持頭ι〇ι相 ^係藉由將公螺紋部108螺接在轉盤上而予以連結 本紙張尺^中^標準（CNS)A4規格咖χ挪公釐) 61 311192 436382 五、發明說明（62 ) 者。在此，對轉盤之連接構造亦可採用使用公螺紋部1〇8 之螺紋固定以外的其他構造。在使用此晶圓保持頭i〇ia 以進行晶圓w之研磨時，首先晶圓w會附著在設於載體 106之下面的晶圓附著片1〇6a上。然後，晶圓w邊利用 扣環1〇7扣止其周圍，而以其表面頂接貼附於平台203上 面的研磨墊202。另外，對於研磨墊2〇2之材質而言任 何以往使用於晶圓之研磨者皆可，例如可使用將由例如聚 酯等所構成之不織布上含浸聚胺基甲酸乙酯樹脂等軟質樹 脂的絲絨型襯墊、以聚酯等的不織布作為基材而在其上形 成由發泡聚胺基甲酸乙酯等所構成的發泡樹脂層之鞣革型 襯墊、或由獨立發泡之聚胺基甲酸乙酯等所構成的發泡樹 脂片。 其次’從壓力調整機構丨30對‘流路115供給空氣等的 流體。被供給的流體係流入流體室1丨4内^流入的流體， 係調節流體室114内的壓力，且調節載體1〇6及扣環1〇7 按壓至研磨墊202上的按壓力。載體106及扣環ι〇7係形 成由膜片105所支持且可分別獨立移位於上下方向的浮動 構造’且可依流體室114内部之壓力而調節按壓至研磨塾 202上的按壓力。 然後’邊調節載體106及扣環107按壓至研磨塾2〇2 上的按壓力’而邊使平台203旋轉’同時使晶圓保持頭1〇u 以行星方式旋轉’與此同時，藉由從未圖示之研磨劑供給 機構將研磨劑供給至研磨墊202之表面或晶圓识之研磨面 上，即可研磨晶圓W » 請 '先 m 讀 背 面 之 注 意 事 項 再 填 本 頁 I 訂 線 經濟部智慧財產局員Η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 * 297公釐） 62 311192 A7 B7 436382 五、發明說明（63 ) 藉由作用於被研磨之晶圓W及扣環1〇7下面和研磨塾 202之間的力’用以保持晶圓w的載體1 〇6及扣環1 〇7即 可相對於保持頭本體102扭轉。此時，設於扣環轉矩傳遞 機構140及載體轉矩傳遞機構120上的扣環感測部ι41及 載體感測器部121 ’係被按壓在各第二構件i4〇b、120b内 部之平面部分上’同時會輸出按照此按壓力的信號。亦即， 扣環感測器部141 ’係將按照作用於扣環丨下面和研磨 塾202之間的力之輸出信號送至運算部丨3 1，而載體感測 器部121，係將按照作用於晶圓w和研磨墊2〇2之間的力 之輸出信號送至運算部131。然後，運算部ι31，係根據來 自設有複數個之各扣環感測器部141及載體感測器部】21 訂 -之輸出信號而獨立算出作用於扣環j 〇7及晶圓w上的力。 如第26圖所示，研磨墊202上因自轉而在晶圓保持頭 l〇la之旋轉方向上產生的旋轉力τ、及因研磨墊2〇2.之旋 線 轉而在研磨墊202之旋轉方向上產生的研磨力？會作用於 例如扣環107上。然後，運算部131，會算出該等旋轉力了 和研磨力F 〇 .此旋轉力Τ係因晶圓保持頭101a之自轉而產生者’且 作用於扣環1 07之旋轉方向上，並在内徑側位置和外徑侧 位置上不同者。另-方面，研磨係因研磨塾2〇2之旋 轉而產生者’且在扣環107之下面全體上一樣作用於研磨 墊202之旋轉方向者。 此研磨力F係作用於扣環】〇7和研磨墊2〇2之頂接面 匕t體上I’如第26圖所示’例如可形成作用於扣環】〇7 張尺度賴驛標準（CNS)A4規^】G χ视公爱)- ω 311192 436382 五、發明說明（64 ) 之中心位置上的合力。此時，在扣環107之外周部分之中， 自轉之扣環107的切線方向和研磨墊2〇2之旋轉方向為一 致的位置al上，因研磨墊202之旋轉而作用於扣環ι〇7 上的力係為F/2。又，旋轉力T會作用在扣環1〇7之旋轉 方向上。然後，沿著扣環107之圓周方向而設的四個扣環 感測器部141，由於係分別將靈敏度方向朝向晶圓保持頭 l〇la之旋轉方向而設置，所以其中作用於移動至位置&卜 的扣環感測器部141上的力Fra，係為如下式。

Fra=F/2 + T <6) 同樣地’作用在移動至研磨墊202之内周侧之位置bl 之扣環感測器部141上的力Frb，係為如下式。

Frb=F/2-T ⑺ 因而，依（6)、（7)式即可求得如下式之研磨力ρ。

Fra+Frb=F 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 ,(請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 又’移動至研磨墊202之旋轉方向之位置且與位置 al、bl成直角位置之關係的位置cl上的扣環感測器部 141’由於係將其靈敏度方向朝向晶圓保持頭i〇la之旋轉 方向而配置’所以只檢測出因晶圓保持頭1〇la之自轉而產 生的旋轉力T而已。亦即’在位置cl’由於扣環感測器部 141之靈敏度方向和研磨整202之旋轉方向係處於垂直關 係’所以扣環感測器部141不會檢測出因晶圓保持頭i〇la 和研磨墊202之相對運動而產生的研磨力ρ。因而作用在 移動至位置cl之扣環感測器部141上的力Frc，係為如下 式。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） 64 311192 A7 436382 五、發明說明（65 )

Frc=T (9) 同樣地’作用在移動 秒勒至位置dl之扣環感測器部141上 的力Frd，係為如下式。

• Frd=T (10) 因而’從（8)式、（9)式（或（1〇)式），可導出作用於扣缚 107上的旋轉力τ和研磨力f。 另外，當

轉盤之每一單位時間的旋轉數：RC 晶圓保持頭i〇la之每一單位時間的旋轉數：Rh 平台203之每一單位時間的旋轉數：Rp 時’當成為如下式子時…般而言轉矩^會作用在裁 體106上。

Rc+Rh=Rp ⑴） 在晶圓保持頭10^之丨次自轉中，一個扣環感測器部 141，係輸出具有最大值的力Fra、最小值的力Frb、和於 其中間時間所觀測到的力Frc及力Frd之以正弦波方式變 動的信號。此時，由於晶圓保持頭1〇u之旋轉時間（旋轉 •速度）事先已知道，所以晶圓W之旋轉力τ及研磨力]?可 利用-個扣環感測器冑141而檢測出。因@，藉由檢測從 一個扣環感測器部141時時刻刻輪出的信號，即可求出研 磨力F及旋轉力Τ» 又，藉由在位置al、b〗上分別設置二個扣環感測器部 141 ' 141，則同時接受該等輸出信號之運算部13〗，即可 邊進行晶圓W之研磨而邊檢測出作用於晶圆识上的研磨 3ΙΠ92 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .麟 '經 濟 部 智 慧 財 產 費 消 費 合 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） 65 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 66 A7 B7 五、發明說明（66 ) 力F。亦即’從(6)式、⑺式、（8)式中，藉由設置二個扣 環感測器冑141而算出研磨力F。因而，將扣環感測器部 141至少設置二個至扣請之上面，同時藉由使該等扣 環感測器部141、141在與扣環1〇7之旋轉中心在半徑方向 的距離相等的位置相對設置，即可邊進行晶圓w之研磨而 邊檢測出研磨力F及旋轉力τ» 再者，藉由分別在位置a、b、和相對於該等位置al、 bi處於直角之關係的位置c上配設扣環感測器部141、 141、141’即可同時從（6)式、（7)式、（8)式中導出研磨力f， 而從從（9)式（或（10)式）中’導出旋轉力τ。如此，將扣環 感測器部141設置三個在扣環107之上面，同時使其中之 二個在與扣環107之旋轉中心在半徑方向的距離相等的位 置相對而配置，並藉由將另外一個‘配置在相對於前述二個 扣環感測器部141成直角的位置’就可邊進行晶圓w_之研 磨而邊同時檢測出研磨力F及旋轉力T。 又’藉由將扣環感測器部141至少設置四個於扣環1〇7 上面’同時其中之二個在與扣環1〇7之旋轉中心在半徑方 向的距離相等的位置相對而配置，將另外二個配置在相對 於前述二個扣環感測器部141成直角的位置，就可邊進行 晶圓W之研磨而邊經常檢測出作用於扣環（ο?之研磨力ρ 及旋轉力T。 如以上所述’藉由設置複數個且較佳為四個以上的扣 環感測器部141’即可同時檢測出研磨力f和旋轉力τ。 又，如（8)式所示，研磨力F係根據來自相對配置之二個扣 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 311192 — — — — — — — —--^ i - ! ί ! -------j •(請♦先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) - A7 436382 五、發明說明（67 ) 環感測器部141之各自的輸出而導出者。因而，藉由使至 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 少二個扣環感測器部！ 41、】41相對配置在以扣環！ 〇7之旋 轉中心為基準而在半徑方向上的距離相等的位置上，亦即 藉由將全體的扣環感測器部141設置在偶數位置上，即可 檢測出研磨力F。 與上述同樣，運算部131根據來自設於載體1〇6之上 面的載體感測器部121之輸出信號，而算出作用在保持於 載體1 06下面之晶圓w上的力（作用於晶圓w上的力係以 與第四實施例相同的手法求得）。如此，運算部13丨就可同 時獨立算出作用於扣環1〇7下面的力和作用於晶圓w上的 力。 禮濟部智慧財產局員工消費合作社印製 使用此種的晶圓保持頭l〇la，就使具備有第13(bl)圖 •所示之氧化膜的晶圓W1平坦化的,情況加以說明。此晶圓 W1，係使表面具有凹凸之氧化膜應被研磨成平坦化者，且 以通過時間點hi而研磨至時間點為目標。亦即，此情 況之研磨終點係使晶圓w丨之氧化膜平坦化的狀態。然後 在.就晶圓wi進行研磨時，運算部131係根據設於扣環轉 •矩傳遞機構140上的扣環感測器部141之輸出而算出檢測 值g3’和根據設於載體轉矩傳遞機構12〇上的載體感測器 部121之輸出而算出檢測值g4。 此時在研磨墊202未劣化之狀態下進行研磨時，從研 磨開始至時間點hl之間由於晶圓W1和研磨墊202之頂接 面積會慢慢地增加所以晶圓W1之研磨阻抗亦會慢慢地上 升，而從時間點hi至時間點h2之間晶圓W1和研磨墊2〇2 67 冰張尺度遇用中國國家標準格伽κ挪 --~一 311192 436382 A7 ____ B7___ 五、發明說明（68 ) 之頂接面積由於為一定所以研磨阻抗亦會顯示一定值。 然而在研磨墊202劣化的狀態下進行晶圓W][之研磨 時’就如第27(a)圖所示，根據載體感測器部12丨之輸出值 所算出的檢測值g4會從時間點h 1至時間點h2慢慢地上 升。此時根據扣環感測器部141之輸出值所算出的檢測值 g3亦會慢慢地上升。此係顯示由於研磨墊202會隨著晶圓 W之研磨進行而慢慢地劣化所以作用於扣環1〇7下面和研 磨墊202之間的研磨阻抗會慢慢地增加的情形。因而即使 在時間點hi至時間點h2之間晶圓W1之研磨阻抗的檢測 值g4亦會上升《因此，就很難決定研磨終點。 另外此檢測值g3、g4係顯示從各感測器部ι41、ι21 輸出的信號之中最大值的變化者。 此時，藉由根據研磨墊202之‘表面狀態的變化’即根 據邊直接接觸研磨墊202而邊旋轉之扣環1〇7之研磨·阻抗 的變化值’而校正觀測著晶圓w之研磨阻抗的載體感測器 部121之檢測值，即可把握晶圓职的研磨狀態。亦即， 如第27_所示，藉由從包含此變化部分之晶圓w的研 磨阻抗值（亦即檢測值g4)中扣除因研磨墊2〇2之劣化而弓丨 起研磨阻抗之變化部分（亦即檢測值g3之變化部分），時間 點hl和時間點h2之間的算出值會顯示穩定的一定值’ ^ 可正確地把握研磨终點檢測。 然後，方晶圓W之研磨面被平坦化而可獲得所希望之 研磨面的話（亦即，到達時間點h2的話），則可判斷晶圓％ 之研磨面已到達所希望之狀態，而可結束晶圖之研磨。 本紙張尺度適用f國國家標^規格咖χ挪公爱）--------------- 311192

請 *先 閱 讀 背* 面 之 意 事 項 再一I 填 寫裘 本农 頁I I 訂 線 經 濟 部 智 慧 財 產 局 貝 工 消 費 合 作 社 印 製 68 4 Ο Ό 〇 〇 4 Ο Ό 〇 〇 •經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 五、發明說明（69 ) 如此，藉由在設於扣環1〇7之上面的扣環轉矩傳遞機 構140上設置扣環感測器部i 4〗以檢測作用於頂接研磨墊 2之扣環107上的力，即可邊進行晶圓研磨而邊檢測研 磨墊202之劣化狀態。此劣化狀態之檢測由於可與晶圓之 研磨同時進行所以可提高作業效率。而且’由於保持頭本 體〗之轉矩可藉由扣環轉矩傳遞機構14〇而正確地傳遞 至-扣環107上，同時不會在膜片1〇5上作用過度的旋轉方 向之力’所以可防止膜片1〇5之劣化。 再者，藉由在載體106之上面設置載體轉矩傳遞機構 120’保持頭本體1〇2之轉矩即可正確地傳遞至载體ι〇6 上’同時過度的旋轉方向之力不會作用於膜片1〇5上。因 此，可防止膜片1 0 5之劣化，而可長期間持續穩定的浮動 效果。

• I 藉由分別在扣環轉矩傳遞機構14〇及载體轉矩傳·遞機 構12 0上設置扣環感測器部14 1及載體感測器部121，作 用於扣環107下面及晶圓w上的力即可直接地由各感測器 部141、121檢測出。亦即’藉由直接檢測出作用於扣環 107下面及晶圓W上的力，即可直接且正續地檢測出作用 於扣環107及用以保持晶圓w之載體106上的力。 然後’藉由將該等感測器部141、121之輸出信號送至 運算部131上並予以運算由於可算出其扣除因研磨墊2〇2 之劣化而引起之變化部分的晶圓W之研磨阻抗值，所以可 精度佳地進行研磨終點檢測。 來自該等扣環感測器部141及載艘感測器部121的輸 II— ^ injl — ^-------1 (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公茇） 69 311192 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 4 3 638 2 A7 _B7 一- 1 ..- _ 五、發明說明（70) 出可利用運算部131來運算’而運算部131係將作用於扣 環107及晶圓W上的力在晶圓w之研磨中輪出。因而， 晶圓W之研磨’由於可邊觀測作用於晶圓W之力而邊進 行，所以可邊判斷晶圓W之研磨面是否已達到所希望之狀 態而邊進行。因此’可減低所謂過度研磨或研磨不足之晶 圓的發生，而可實現穩定的晶圓W之研磨》 又，由於感測器部141(121)係設於第一構件14〇a(i2〇a) 和第二構件140b(120b)之頂接部分上，所以即使晶圓保持 頭101a為旋轉狀態’亦可確實地檢測出作用於晶圓w上 之力。再者’第二構件14〇b( 120b)係相對於第一構件 140a(120a)設計成可移位’所以不會妨礙到受膜片1〇5支 持的載體106及扣環107之軸線方向的移位，而可穩定進 行晶圓W之研磨。 ，

另外，上述之複數個感測器部141(121)雖係分別.設在 與晶圓保持頭l〇la之旋轉中心在半徑方向的距離相等的 位置上’但是相對之一組感測器部之與旋轉中心的距離， 和另外组相對的感測器部之與旋轉中心的距離亦可配置 成不同。此情況’各感測器部可檢測出預定距離之旋轉力 T。亦即，藉由設置複數組相對的感測器部，即可檢測出 在晶圓W之半徑方向的各種位置的旋轉力D 又，如第28(a)圖所示’亦可將第一、第二構件14〇a、 140b之各自頂接部分的任一個或是雙方的形狀，形成圓棒 狀。藉由將第一、第二構件14〇a、14〇b形成圓棒狀由於即 可縮小各自的接觸面積，所以扣環1〇7之上下方向的搖動 卜紙張f度適財61Η冢標準（CNS)A4規格咖χ撕公楚）------- 70 31U92 -----------^----f-装--------訂---------線.-J- .(請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 姬濟邨智慧財產局員工消費合作社印製 A7 43 63 8 2 五、發明說明（71 ) (浮動效果）可更穩定地進行。再者，如第28(b)圖所示，使 扣環感測器部141配置於頂板部1〇3和第一構件14〇&之間 t或是扣環1〇7和第二構件14〇b之間），以取得在此位置所 產生的剪斷力，亦可檢測出作用於晶圓％上的旋轉方向之 力。此情況，藉由使用壓電元件作為扣環感測器部141即 可檢測出剪斷力。再者，藉由形成使用壓電元件以檢測剪 斷·力的構成，即可以一個扣環感測器部141同時檢測出作 用於複數個方向上的力，且可減低應設置之扣環感測器部 141的數量。當然，亦可將第28圖之形態適用於載體轉矩 傳遞機構120上。 又，如第29圖所示，亦可形成以設置於保持頭本體 102上面之驅動·放大電路單元132之中的驅動電路來驅 弟扣環感測器部141，同時來自扣磲感測器部1 4 i之輸出 信號可經由驅動•放大電路單元丨32之中的放大電路.而送 至運算部131的構成。此時，用以連接扣環感測器部141 和輕動•放大電路單元132的導線132b，係設計成插通保 持頭本體102之頂板部103之一部分者。同樣地，設在載 艘轉矩傳遞機構120上的載體感測器部121，可藉由導線 132a而連結在驅動•放大電路單元〗32上。藉由將驅動· 放大單元132設置在保持頭本體1Q2上，由於可將導線 132a、132b形成較短，所以感測器部141就不易受到雜訊 之影響》 [第六實施例] 以下，係參照圖式而就本發明之晶圓保持頭加以 '1III1 — I — — 11- '丨 I ί I 丨—訂-I! I ! {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規袼（210 X 297公爱） 71 311192 A7 —_____B7__ 五、發明說明（72 ) 明。第30圖係顯示本發明之一實施例之晶圓保持頭251 的正面剖視圖。 在此’於以下之說明中’有關大致與以往之晶圓保持 頭245a相同的部分係附記相同的元件編號而加以說明。 晶圓保持頭251 ’係具備有由頂板部253a及形成筒狀 的周壁部254所構成的保持頭本體252a、由擴張於保持頭 本體252a之内部的彈性體所構成的臈片255、固定於膜片 255之下面的圓盤狀載體256、及在周壁部254之内壁和在 載體256之外周面設計成同心狀的圓環狀之扣環257。 保持頭本體252a，係由圓板狀之頂板部253a和固定於 頂板部253a之外周下方的筒狀之周壁部254所構成’而保 持頭本體252a之下部（即前端部）係成為開口且中空者。然 後，保持頭本體252a和膜片255之間形成有流體室264， 而該流體室264係從流體供給機構273同時供給空氣.和純 水Wa(洗淨液）以作為流體者。在此，流體室264，係與形 成於軸部259上的流路265相連通，且藉由從流體供給機 構273通過管路273a及流路265供給空氣及純水Wa即可 調整内部之壓力。 頂板部253a ’係同軸固定於用以將晶圓保持頭25 i連 結前述轉盤之作為連結部的輛部259上，而在軸部259上 設有形成於船垂方向上的流路265及配線插通路266，而 於其外周面上，形成有例如用以連結轉盤的公螺紋部 258。在此，轉盤和軸部259之連接構造並不限定於螺紋固 定’亦可採用其他的連接構造。 本紙張尺度顧ΐ關家辟(21{ΓχΤ97 U )------- 72 I 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項 再 Φ· 頁 裝 1 I I I 訂 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 311192 A7 436382 五、發明說明（73 ) 又在周壁部254之半徑方向内側下部’全周形成有 階梯部254a，而在階梯部254a之下端内周側，形成有突 出於半徑方向内側的圓環狀扣止部26〇。 .然後，在頂板部253a上形成有頂板部側洗淨液管路 263a ’該頂板部側洗淨液管路263a係從頂板部253a之底 面内周侧通至與外周下方之周壁部254相對的面上，而在 周璧部254上’形成有其一端係連通至頂板部側洗淨液管 路263a之頂板部253a外周側的開口端，而另一端則通至 階梯部254a之半徑方向内面的周壁部側洗淨液管路 263b » 又，在頂板部側洗淨液管路263a之頂板部253a之底 面内周側的端部上連接有到達流體室264之底部附近的取 .入管263c，該取入管263c係用以‘取入流體室264内之流 體之中只積存於流體室264之底部的純水Wa 〇然後，'在取 入管263c上，設有其開閉係受控於控制裝置274而用以控 制洗淨液之流通的閥V。 該等頂板部側洗淨液管路263a、周壁部側洗淨液管路 263b、取入管263c及後述之扣環側洗淨液管路263d，係 構成將洗淨液從流體室264導引至保持頭本體252a之下部 (即前端部）的洗淨液管路263 β 在此，洗淨液管路263 ’係以可全周均勻地洗淨晶圓 保持頭251之下端的方式’等間隔地在晶圓保持頭251之 全周上設置複數條（第30圖中僅圖示1條）。 由纖雉補強橡膠等的彈性材料所構成的膜月255係形 — I1IIIIIHH» - — — Jill— I I I I J I I I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -Μ濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用十困國家標準（CNS)A4規格（210x 297公爱） 73 311192 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 436382 五、發明說明（74 成為圓環狀或圓板狀者，其係以膜片固定環267固定在形 成於周壁部254之内壁的階梯部254a上。 由陶瓷等的高剛性材料所構成的載體256係以一定的 厚度形成大致圓盤狀，其係以設於膜片255之上面的載體 固定環268予以固定。在載體固定環268之上部形成有圓 環狀之階梯部268a，其係與形成於可藉由從頂板部253a 插通於鉛垂方向的螺帽269、間隔件269a而固定之止擋螺 栓270之下端的階梯部27〇a相扣合。然後，晶圓保持頭 251 ’例如係依靠升降機構（未圖示）而上升，即使膜片255 因載體256等的本身重量而向下方彎曲，藉由階梯部268a 和階梯部270a相扣合，亦不會有過度的力量作用在膜片 255上。又’載體256係在其下面具備有用以使晶圓w附 著之晶圓附著片（未圖示）β , 扣環257 *係在周壁部254之内壁和載體256之外周 面之間形成圓環狀’且在與周壁部254之内壁之間及與載 體256之外周面之間空出些微的間隙，而與周壁部254及 載趙256配置成同心狀。又，扣環257之上端面及下端面 係形成水平’並係以設在膜片255之上面的扣環固定環275 而予以固定。又，在扣環257之外周面上形成有階梯部 257a’晶圓保持頭251在依靠前述升降機構而上升時，即 使因扣環257之本身重量及流體室264内部之壓力而使膜 片255局部彎曲’亦可藉由階梯部257a和扣止部260相扣 合而使過度的力不作用於膜片255上。然後，在此階梯部 257a之更上方形成有扣環側洗淨液管路263d，該扣環側洗 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑽x 297公楚） 311192 ； ,----f 裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

訂_丨— —丨丨I· A ___ 436382 五、發明說明（75 ) 淨液管路263d係通過前沭崞技 月』迷洗淨液管路263而將周壁部254 和扣環257之間所噴出的紬 旳純水Wa導引至扣環257和載體 2 5 6之間者》 卜 然後，該等載體256及知瑗地 及扣環257，係成為可藉由膜片 255之彈性變形而可移動於彳 動於保持頭軸線方向的浮動構造。 如此所構成的晶圓保持頭251，例如係用於晶圓研磨 裝.置241中者’其係例如藉由將公螺紋部々μ螺接在設於 前述轉盤之心軸上而連結於研磨裝置本體者。在此，轉盤 和轴部259之連接構造亦可採用螺牙固定以外的連接構 造usi保㈣251，亦可詩如第31圖所示之晶圓 研磨裝置200中，此時其係連結在心軸2ΐι上。 在使用此晶圓保持頭251以進行晶圓从之研磨時，首 -先晶圓w被附著在設於栽體256之下面的晶圓附著片上。 然後，晶圓W可邊利用扣環257扣止其周圍，而邊使其表 面頂接貼附在旋轉機台243(平台）之上面的研磨墊254。在 此，就研磨墊254而言，任何以往使用於晶圓之研磨者皆 可_，例如可使用將由例如聚酯等所構成之不織布上含浸聚 胺基甲酸乙酿樹脂等軟質樹脂的絲絨型襯墊、以聚酯等的 不織布作為基材而在其上形成由發泡聚胺基甲酸乙酯等所 構成的發泡樹脂層之韓革（suede)型襯墊、或由獨立發泡之 聚胺基甲酸乙酯等所構成的發泡樹脂片。 其次’從流體供給機構273將空氣及純水Wa供給至 流路265。該等被供給的流體係流入流體室264内，用以 調節流體室264内的壓力，亦即調節載體256及扣環257 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項 再 填 · 寫裝 頁 訂 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） 75 311192 A7 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 76 五、發明說明（76 按壓至研磨墊244的按壓力。 如此’邊調節載體256及扣環257按壓至研磨墊244 的按壓力，而邊使旋轉機台243旋轉，同時使晶園保持頭 251自轉，與此同時，藉由從未圖示之研磨劑供給機構將 研磨劑SL供給至研磨墊244之表面或晶圓w之被研磨面 上，即可研磨晶圓w β 此晶圓保持頭251之洗淨，係在晶圓w之研磨終了 後’或是晶圓W之研磨中，有感覺到洗淨之必要性的時間 點上進行。 晶圓保持頭251之洗淨’係以如下進行者。首先，利 用前述轉盤使晶圓保持頭251移動至旋轉機台243之侧 方。然後，藉由利用控制裝置274而打開閥v，且以藉由 流體供給機構273而施加在流體室‘ 264内的背壓，將流體 室264内之流體之中的純水Wa，從取入管26^導入洗淨 液管路263内。依此，通過頂板部側洗淨液管路263&、側 壁部側洗淨液管路263b即可在側壁部254和扣環257之間 喷出純水Wa ’更可通過扣環側洗淨液管路263d而在扣環 257和載體256之間喷出純水Wa，以進行該等的洗淨。在 此，由於在流體室264内更利用流體供給裝置273供給流 體，所以流體室264内的壓力可保持於適當範圍内。 在如此所構成的晶圓保持頭251中，以流體供給機構 273供給至流體室264内的純水Wa，由於係通過洗淨液管 路263導引至保持頭前端部而用於晶圓保持頭25ι之洗 淨’所以不需要對保持頭本體252a花費進行供水軟管之身 卜紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公変） 311192 ------.-------f^--------訂-------線-J (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) . A7 B7 436382 五、發明說明（77 ) 卸等的時間、人力，而可快速進行晶圓保持頭2 5 1之洗淨 作業。 • 又’由於係對流體室264同時供給空氣和純水wa，所 以可獲得空氣之優點’亦即體積容易依照外部壓力而變 化’以藉由使膜片255柔軟地移位而確保對於晶圓w頂接 研磨墊244之頂接壓力的變動具有良好的追蹤性能，同時 可利用熱容量格外大於空氣之純水Wa來吸收在晶圓保持 頭251產生的熱’以增大晶圓保持頭251之熱容量。 若依據如此所構成的晶圓保持頭2 5 1，則由於可快速 進行晶圓保持頭251之洗淨，且可減低因洗淨作業而造成 洗淨裝置之作業效率的降低，所以不限於晶圓W之研磨終 了時’亦可在適當時期中進行晶圓保持頭2 5 1之洗淨作 •業。 * 又’由於可減低因研磨所產生的摩擦熱等而造成.晶圓 保持頭之溫度上升，且可使研磨劑SL和晶圓之化學反應 適當化’所α可使晶圓w之研磨條件接近理想的狀態，以 提高晶圓之加工精度。然後，可減低載體、晶圓等其他構 件的熱變形，而晶圓w之加工精度會變佳。 另外’在上述實施例中，雖係顯示使用純水Wa以作 為洗淨液之例’但是並非被限定於此，亦可採用例如當作 研磨劑SL來使用之溶液或因磨石顆粒而懸濁的溶媒。 本發明並非被限定於上述實施例，而是包含其亦含有 上述各實施例之組合（例如第四或第五之實施例和第六實 施例之組合等）的各種變形例。 ---- --------- ^ * I ------1 ^ i I--- --- <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 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 77 31Π92 436382 A7 _B7 五、發明說明（78 ) 元件編號之說明 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 基台 2 平台 3 研磨墊 4 支柱 5 上側安裝板 6 轉盤 7 晶圓保持頭 8 驅動裝置 9 膜片 9a,9b 可撓部 10 載體 10s 鋸齒狀缺口 11 頂板部 12 周壁部 12a 膜片安裝部 12b 止擋部 12s 鋸齒狀缺口 13 保持頭本體 14 輪 15 流路 16 流體室 17 壓力調整機構 18 連接螺絲 18b •軸環部 21 扣環 21a 凸緣部 21s 鋸齒狀缺口 21t 鑛齒狀缺口 24 載體固定環 24a 凸緣部 25 止擋螺栓 25a 止擋部 26 間隔件 27 雙螺帽 30 導引構件 30a 導引面 30b 螺栓 31 導引構件 31a 導引面 31b 螺栓 32 導引構件 33 導引構件 34 導引構件 34b 螺栓 35 導引構件 35a 導引面 ----------^----^ ^ -----^1— 訂---------線·t -{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） 78 311192 _E_43 63 8 五、發明說明（79 ) 35b 插入孔 36 球狀部分 37 導引部 37a 導引面 38 導引部 38a 導引面 41 心軸 41a 抽本體 41b 管路 42 轉盤 42a 安裝螺絲 43 第一軸承 44 心軸側連結部 45 軸承支持部 45a 階梯部 46 位置調整用公螺紋部 47 第二軸承 48 調整手柄 49 手柄支持部 50 流體供給口 53 位置調整用母螺紋部 55 上側凸緣部 56 心抽外殼 56a 環狀凸部 56b 扣止部 57 <外筒部 57a 環狀凹部 58 位置調整構件 · 58a 突起部 58b 轴環部 58c 凹部 58d 供給管 59 保持頭安裝用母螺紋部 60 壓力感測器 * 60b 放大器 61 間隔件 65 板簧 71 晶圓保持頭 72 保持頭本體 73 頂板部 74 周壁部 74a 階梯部 75 膜片 76 載體 77 扣環 78 保持頭安裝用公螺紋部 79 軸部 80 扣止部 -------------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） 79 311192 436382 A7 B7 五、發明說明（8G) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 81 膜片固定環 82 載體固定環 82a 階梯部 84 流體室 85 流路 88 止擋螺栓 88a 階梯部 89 螺帽 89a 間隔件 90 轉矩傳遞部 90' 第二轉矩傳遞部 91a 第一構件 90b 第二構件 101 晶圓保持頭 102 保持頭本體 103 頂板部 104 周壁部 104a 階梯部 105 膜片 106 載體 106a 晶圓附著片 107 扣環 107a 階梯部 108 公螺紋部 109 軸部 110 1扣止部 111 膜片固定環 112 載體固定環 112a 階梯部 113 扣環固定環 114 流體室 115 流路 118 止擋螺栓 118a 階梯部 119 螺帽 119a 間隔件 120 轉矩傳遞部 120a 第一構件 120b 第二構件 121 感測器部 130 壓力調整機構 131 運算部 131a 導線 131b 導線 132 驅動·放大電路單元 132a 導線 140 扣環轉矩傳遞機構 140a 第一構件 本紙張尺度適用中囷國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 80 (請洗閱讀背面之注意事項再填寫本頁) . - -I —^1 ΐί af 11 i ^ OH , ^^1 I I I I I · 311192 A7 4 3 6 3 8 2. B7 五、發明說明（81 ) 趣濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 140b 第二構件 141 扣環感測器部 200 晶圓研磨裝置 201 晶圓保持頭 •202 研磨墊 203 平台 204 轉盤 205 基台 206 平台驅動機構 207 支柱 209 上側安裝板 210 轉盤驅動機構 212 匹配部 213 間隔調整機構 214 扣止部 221 保持頭本體 222 膜片 223 止擋部 224 載體 226 空氣室 228 轴 230 加壓空氣源 232 扣環 241 晶圓研磨裝置 242 中心軸 243 1旋轉機台 244 研磨墊 245 晶圓保持頭 245a 晶圓保持頭 252 保持頭本體 253 頂板部 254 周壁部 254a 階梯部 255 膜片 256 載體 257 扣環 258 公螺紋部 259 軸部 260 扣止部 262 純水管路 263a 洗淨液管路 263b 洗淨液管路 263c 取入管 264 流體室 265 流路 266 配線插通路 267 膜片固定環 268 載體固定環 I I----------裝----訂-------- ·線 ί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） 81 311192 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ..…η ,. A； _B7 五、發明說明（82 ) 268a 階梯部 269 螺帽 269a 間隔件 270 止擋螺栓 270a 階梯部 271 壓力調整機構 272 純水供給裝置 272a 供水軟管 -請 先 閱 273 流體供給機構 F 研磨力 讀 背 面 L 距離 P 軸線 之 注 意 Q 軸線 R 圓 · 事 項 再 s 敌入物 SL 研磨劑 填 晶圓 本 T 旋轉力 W 頁 Wc 純水 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 82 311192

Claims (1)

1. AS B8 C8 D8 43638

   申請專利範圍 2 一種晶圓研磨裝置，具備右 罝易備有表面貼附研磨墊的平台 (platen)，用以保持應研磨晶 工s , 面以使晶®之另一 面頂接別述研磨墊的晶圓保持 頌，以及藉由驅動該晶圓 保持頭以研磨晶圓之另一 町保持碩驅動機構’其特徵 為： 前述晶圓保持頭，係包含有 保持頭本體； 膜片，在保持頭本體内對保持頭肖線成垂直擴張 者 壓力 流體室，形成於該膜片和前述保持頭本體之間； 壓力調整機構，用以調整充滿於該流體室内的流體 i II n . 裝i — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 圓盤狀載體，固定在前述膜片上且與膜片同時移位 於保持頭轴線方向上，用以保持應研磨晶圓之一面； 扣環，以同心狀配置在該載體之外周，並固定在前 述膜片上與前述膜片同時移位於保持頭軸線方向上，以 俾於研磨時頂接研磨墊者；以及 導引部’至少有一對，其一方設在前述保持頭本體 上’而另一方設在前述載體和前述扣環之中至少一方上 且相互嚙合者，而 前述導引部係在其嚙合部上，可滑動自如於保持頭 軸線方向上，且在保持頭旋轉方向上受到移位限制者β 2.如申請專利範圍第1項之晶圓研磨裝置，其中替代成對 的前述導引構件，滑動自如地相互嚙合於前述載體之抽 本紙張又度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 83 -線· 311192

   六、申請專利範圍 線方向上的導引部H前述㈣之外周 436382 内：部、及前述扣環外周部和其近旁之前述保持頭 之至^一方的組合所形成。 3·:=Γ方法’其特徵為:在其晶圓研磨製程中， 靖專利範圍第1項之晶圓研磨裝置，邊調整 别述流體力、前述平台之旋轉速度和前述保持 頭驅動機構之運轉速度而邊研磨晶圓h 、 4. -種晶圓製造方法’其特徵為：在其晶圓研磨製程中，. 係使用如申睛專利範圍第2項之晶圓研磨裝置，邊調整 前述流體室内之壓力、前述平台之旋轉速度和前述保持 頭驅動機構之運轉速度而邊研磨晶圓者。 5. 種30圓研磨裝置’其係具備有表面貼附研磨墊的平 台，及使晶圓之另一面頂接前述研磨墊的晶圓保持頭， 藉由該晶圓保持頭和前述平台之相對運動而利甩前述 研磨墊來研磨前述晶圓者，其特徵為： 前述晶圓保持頭，係由連結在上部的心軸支持成水 平旋轉自如者，同時 在該心轴和前述晶圓保持頭的連結部分之一面 上，设置研磨時用以觀測作用於前述晶圓上之力的感測 器。 6·如申請專利範圍第5項之晶圓研磨裝置，其中前述感測 器，係由壓電元件所構成者。 7-如申請專利範圍第5項之晶圓研磨裝置，其中前述晶圓 保持頭，係具備有設在其上部且於外周面具有公螺紋部 311192 -] ^ 5 ί ^ ^--------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 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐 84 部 財 產 局 消 費 合 作 社 印 製

   申請專利範圍 的圓柱狀軸部， Λ 3 63 8 2 刖述心抽’係具備有開口朝下的圓筒狀之外筒部； 及烙成於該外筒部之内周面之用以與前述公螺紋部相 ,螺w之母螺紋部；以及前述公螺紋部與母螺紋部螺接時 配置於與别述軸部上端面相頂接之位置上的頂接面，而 則述感測器，係在前述頂接面之周方向上具有間隔 .而配置複數個者。 8. 如申請專利範圍第7項之晶圓研磨裝置，其中前述感測 器’係由壓電元件所構成者。 9. 如申請專利範圍第5項之晶圓研磨裝置，其中前述晶圓 保持頭，係具備有設在其上部且於外周面具有公螺紋部 的圓柱狀袖部， 前述心轴’係具備有連結在該心軸軸本體下部且開 口朝下的圓筒狀之外筒部；形成於該外筒部之内周面之 用以與前述公螺紋部相螺合的母螺紋部；以及設在前述 外同部内部且使其一面頂接於前述轴本體下端面，同時 使另一面於螺接前述公螺紋部和母螺紋部時會與前述 軸部上端面相頂接的位置調整構件，而 刖述感測器’係在前述軸本體下端面和位置調整構 件之頂接面的周方向上具有間隔而配置複數個者D 10. 如申請專利範圍第9項之晶圓研磨裝置，其中前述感測 器，係由壓電元件所構成者。 Η，種晶圓製造方法’其係具備有表面貼附研磨墊的平 台，及用以保持應研磨的晶圓以使晶圓之一面頂接前述 用巾關家標準（CNS)A4祕（210 χ 297ΠΤ 85 311192 (請it閱讀背面之ii急事項再填寫本頁) 裝 . .線. Ab B8 C8

   申請專利範圍 研磨墊的晶圓保持頭，並包含有藉由該晶圓保持頭和前 436382 述平台之相對運動而利用前述研磨塾來研磨前述晶圓 的研磨製程’‘其特徵為： 利用心轴將前述晶圓保持頭之上部支持成水平旋 轉自如，同時 在該心軸和前述晶圓保持頭的連結部分之一面 上，設置研磨時用以觀測作用於前述晶圓上之力的感測 器， 藉由該感測器之觀測結果邊檢知前述晶圓之研磨 狀態而邊進行研磨。 12_—種晶圓研磨裝置，其係具備有表面貼附研磨墊的平 台，及用以保持應研磨的晶圓以使晶圓之一面頂接前述 研磨墊的晶圓保持頭， 並藉由使該晶圓保持頭和前述平台分別旋轉而利 用前述研磨墊來研磨前述晶圓，其特徵為： 前述晶圓保持頭，係包含有 保持頭本體’由頂板部和設於該頂板部之外周下方 的筒狀周壁部所構成； 膜片’在前述保持頭本體内對保持頭軸線成垂直擴 張者； 壓力調整機構，用以調整充滿於前述膜片和前述保 持頭本體之間所形成之流體室内的流體壓力； 載體，固定在前述膜片上且與該膜片同時可移位自 如地設於保持頭軸線方向上，用以保持應研磨晶圓之— 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2〗〇χ297公釐） 311192 (請先u閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I u i I K n I 一6J I ϋ ϋ I n I I I _ 經濟部智慧財蓋局員工消費合作社印製 六 、申請專利範 圍 A8 B8 C8 D8 436382 面； (請-閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 扣環’以同心狀配置在前述周壁部之内壁和前述載 體之外周之間·，同時固定在前述膜片上且與前述膜片同 - 時"T移位自如地設於保持頭抽線方向上，以俾於研磨時 頂接研磨塾者； 载體轉矩傳遞機構’在前述保持頭本體和載體之間 —沿著圓周方向設有複數個，用以將前述保持頭本體之轉 矩傳遞至前述載體上； 複數個載體感測器部’設在前述各載體轉矩傳遞機 構上’用以觀測作用於前述晶圓上之旋轉方向之力；以 及 運算部，連接在前述各載體感測器部上，並根據來 自該等載體感測器部之輸出而，算出作用於前述晶圓上 之力。 13-如申請專利範圍第12項之晶圓研磨裝置，其中前述載 體轉矩傳遞機構，係包含有， 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第一構件’自前述頂板部下面開始延伸至下方所形 成者；以及 第二構件，設於前述載體上面，於研磨時可與前述 晶圓保持頭之旋轉方向之前述第一構件的一部分相頂 接，同時可相對於第一構件在軸線方向移位者，而 1此載艘感測器部，係設在前述第一構件和第二構 件之頂接部分上者。 14·種阳圓製造方法’其係具備有表面貼附研磨墊的平 Μ氏張尺度—中® 規格⑽χ挪 -:--—__ 87 311192 A8 B8 C8 D8 經濟邨智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 台，及用以保持應研磨的晶圓以使晶圓之一面頂接前述 研磨塾的晶圓保持頭， 並包含有藉由使該晶圓保持頭和前述平台分別旋 轉而利用前述研磨墊來研磨前述晶圓的研磨製程，其特徵為 前述晶圓保持頭，係包含有： 保持頭本體，由頂板部和設於該頂板部之外周下方 的筒狀周壁部所構成； 膜片’在前述保持頭本體内對保持頭輛線成垂直擴 張者； 壓力調整機構，用以調整充滿於前述膜片和前述保 持頭本體之間所形成之流體室内的流體壓力； 載體，固定在前述膜片上且與該臈片同時可移位自 如地設於保持頭軸線方向上，用以保持應研磨的晶圓之 一面； 扣環’以同心狀配置在前述周壁部之内壁和前述載 體之外周之間，同時固定在前述臈片上且與前述膜片同 時可移位自如地設於保持頭軸線方向上，以俾於研磨時 頂接研磨墊者； 載體轉矩傳遞機構，在前述保持頭本體和載體之間 沿著圓周方向設有複數個’用以將前述保持頭本體之轉 矩傳遞至前述載體上； 複數個載體感測器部，設在前述各載體轉矩傳遞機 構上，用以觀測作用於前述晶圓上之旋轉方向之力：以 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂_ 線'------------------------- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 88 311192 A8 B8 C8 D8 43^382 六、申請專利範圍 及 運算部’連接在前述各载體感測器部上，並根據來 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) '自邊等載體感測器部之輸出而算出作用於前述晶圓上 - 之力，其中 使保持於該晶圓保持頭上的晶圓邊頂接前述研磨 墊而邊旋轉，同時 — 根據來自前述各載體感測器部的輸出而利用前述 運弃部算出作用於前述晶圓上之力， 根據來自該運算部之輸出邊判斷晶圓之研磨狀態 而邊進行研磨。 15·—種晶圓研磨裝置，其係具備有表面貼附研磨墊的平 台，及用以保持應研磨的晶圓以使晶圓之一面頂接前述 研磨墊的晶圓保持頭， 並藉由使該晶圓保持頭和前述平台分別旋轉而利 用前述研磨墊來研磨前述晶圓，其特徵為： 前述晶圓保持頭，係包含有 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 保持頭本體’由頂板部和設於該頂板部之外周下方 的筒狀周壁部所構成； 膜片，在前述保持頭本體内對保持頭軸線成垂直擴 張者； 壓力調整機構，用以調整充滿於前述膜片和前述保 持頭本體之間所形成之流體室内的流體壓力； 載體’固定在前述膜片上且與該膜片同時可移位自 如地設於保持頭軸線方向上’用以保持應研磨的晶 本紙張尺度ig財關家辟（CNS)A4娜（210 X 297公ϋ 89 311192 A8 B8 C8 D8 436382 六、申請專利範圍 一面； (請"閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 扣環*以同心狀配置在前述周壁部之内壁和前述載 體之外周之間·，同時固定在前述膜片上且與前述膜片同 時可移位自如地設於保持頭軸線方向上，以俾於研磨時 頂接研磨墊者； 扣環轉矩傳遞機構，在前述保持頭本體和扣環之間 沿著圓周方向設有複數個，用以將前述保持頭本體之轉 矩傳遞至前述扣環上； 複數個扣環感測器部，設在前述各扣環轉矩傳遞機 構上’用以觀測作用於前述扣環上之旋轉方向之力；以 及. 運算部’連接在前述各自之扣環感測器部上，並根 據來自該等扣環感測器部之輸‘出而算出作用於前述扣 環上之力。 . 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 16_如申請專利範圍第15項之晶圓研磨裝置，其中具備有 載體轉矩傳遞機構’在前述保持頭本體和載體之間 沿著圓周方向設有複數個，用以將前述保持頭本體之轉 矩傳遞至前述載體上；以及 複數個載體感測器部，設在前述各載體轉矩傳遞機 構上’用以觀測作用於前述載體上之旋轉方向之力，而 前述運算部，係連接在前述各載體感測器部上，並 根據來自前述扣環感測器部之輸出和來自前述載體感 測器部之輸出而算出作用於前述晶圓上之力。 17·—種晶圓製造方法，其係具備有表面貼附研磨墊的平 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） 90 311192 A8 B8 C8 D8 436382 六、申請專利範圍 台’及用以保持應研磨的晶圓以使晶圓之一面頂接前述 研磨墊的晶圓保持頭， 並包含有藉由使該晶圓保持頭和前述平台分別旋 .轉而利用前述研磨墊來研磨前述晶圓的研磨製程，其特 徵為： 前述晶圓保持頭，係包含有 - 保持頭本體，由頂板部和設於該頂板部之外周下方 的筒狀周壁部所構成； 膜片，在前述保持頭本體内對保持頭軸線成垂直擴 張者； 壓力調整機構’用以調整充滿於前述膜片和前述保 持頭本體之間所形成之流體室内的流體壓力； 載體’固定在前述膜片上且與該膜片同時可移位自 如地設於保持頭軸線方向上，用以保持應研磨晶圓之一 面； 扣環’以同心狀配置在前述周壁部之内壁和前述載 體之外周之間，同時固定在前述膜片上且與前述膜片同 時可移位自如地設於保持頭軸線方向上’以俾於研磨時 頂接研磨塾者； 載體轉矩傳遞機構’在前述保持頭本體和載體之間 〜著圓周方向設有複數個，用以將前述保持頭本體之轉 矩傳遞至前述載體上； 扣環轉矩傳遞機構，在前述保持頭本體和扣環之間 沿著圓周方向設有複數個，用以將前述保持頭本體之轉 ---------------JI1I 訂.---III--線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經¾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） 91 311192 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α8 Β8 CS D8 六、申請專利範圍 矩傳遞至前述扣環上； 複數個載體感測器部，設在前述各載體轉矩傳遞機 構上’用以觀測作用於前述載體上之旋轉方向之力；以 及 複數個扣環感測器部，設在前述各扣環轉矩傳遞機 構上’用以觀測作用於前述扣環上之旋轉方向之力，而 根據前述扣環感測器部之檢測信號以校正前述載， 體感測器部之檢測信號， 並根據所得的校正值邊檢測作用於前述晶圓上之 力而邊進行研磨》 18·—種晶圓保持頭’其係用於使應研磨晶圓之一面頂接表 面貼附有研磨墊的平台，且在此狀態下藉由使前述平台 和前述晶圓相對移動以進行該,晶圓之研磨的研磨裝置 中’並保持前述晶圓以使之頂接前述研磨墊者，其特徵 為：包含有 保持頭本體’由頂板部和設於該頂板部之外周下方 的筒狀周壁部所構成； 膜片’在前述保持頭本體内對保持頭軸線成垂直擴 張者； 流體供給機構’用以對形成於前述膜片和前述保持 頭本體之間的流體室内供給流體，且調整前述流體室内 之壓力；以及 載體’固定在前述膜片上且與該膜片同時可移位自 如地設於前述保持頭軸線方向上，用以保持前述晶圓之 本紙張疋度適用中國國家標準(CNS)A4規格（2ι〇χ297公釐） 92 311192 .(請.元閒讀背面之注意事項再填寫本頁) -一 ^ L i I i n n t n 一5jt —I I I I - - - I [ n - - - - I -- -- n I I I - - - - - '— I - II I B8 ____S_ 六、申請專利範圍 〜 一面，而 前述流趙供給機構，係同時供給氣體和 - 為前述流體，· 洗淨液以作 - 前述保持頭本體，係具有洗淨液管袼以 液從前述流體室導5丨至前述保持頭前端邹’將前迷洗淨 在該洗淨液管路中，設有可藉由控制裝置而操作開 閉的操作閥。 # -------裝.I [ ~-請-閱讀背φ之注意事項再填寫本頁) ή11 丨線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公爱） 93 311192