TW474863B - Polishing apparatus - Google Patents

Description

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[技術領域] 本發明係有關於將半導體晶圓等磨光對象物磨 成鏡面狀之磨光裝置’尤有關於具備磨光對象物周 $ 研磨量控制裝置之磨光裝置。 之 [背景技術] 近年來’隨着半導體元件之高積體化，電路配 化，配線間距離變得更狹窄。尤其是在線寬〇5 (微米 以下之光平版印刷術（1 i thography —般稱為微影 〃 情形下，由於容許焦點深度變淺，故需要分檔器 (stepper)之成像面之平坦度。半導體晶圓表面平坦化固 然有必要，惟此平坦化方法之一係由磨光裝置研磨一 行。 進 /往，此種磨光裝置具有轉台（turn table)盥項产 (touring)，以頂環施加一定壓力於轉台上，於轉^斑* 環之間介置磨光對象物，一面供給研磨液，一 口姑、 對象物之表面磨平並將其磨成鏡面。 ^磨光 於上述磨光裝置中，研磨 遍蓋磨光對象物全面之相對按 部份按壓力量，發生研磨不足 磨光裴置中，採行以下之對策 均勻之手段： 中之磨光對象物與砂布間之 壓力量若不均勻，即會依各 或過度研磨。因此，於習知 來作為避免上述按壓力量不

頂 (1)將具有彈性，例如聚氨基甲酸乙酯等 環之半導體晶圓保持面上； 彈性墊貼在 (2 )使磨光對象物之保持部 亦即頂環可相對於砂布

474863 五、發明說明（2) 傾斜動作； (3)藉由頂環及磨光對象物獨立按壓砂布之研磨部周 圍部份，防止砂布之研磨領域與其周圍發生高低不平。 第1 2圖係顯示習知一磨光裝置例之主要部份之圖式。 磨光裝置具備上面貼有砂布之旋轉轉台41，保持作為可旋 轉及按壓之磨光對象物之半導體晶圓43之頂環45，以及將 研磨液Q供至砂布42之研磨液供給噴嘴48。頂環45連結於 頂環軸49、頂環45於其下面具備聚氨基甲酸乙酯等彈性塾 47 ’將半導體晶圓43接觸着彈性墊47而保持。為了使半專 體晶圓43於研磨中不致於自頂環45下面脫落，於外周緣部 上具備圓筒狀導環4 6A。於此，導環46A相對於頂環45固 定’其下端面作成自頂環45之保持面突出，將作為磨光 象物之半導體晶圓43保持於面内’藉由研磨中與砂布閥u 間之摩擦力，使其不致於飛出頂環外。 將半導體晶圓4 3保持於頂環4 5下面之彈性墊4 了下部 藉頂環45按壓半導體晶圓43於轉台41上之砂布42上，^ ’ 時，旋轉轉台41及頂環45，使砂布42與半導體晶圓“相 運動，而進行研磨。此時，自研磨液供給噴嘴48將研磨 Q供至砂布42上。研磨液使用微粒子製磨粒懸浮於例如吸 性溶液中者，#由械之化學研磨作用以及磨敕之 峰 之複合作用研磨半導體晶圓。 乍用 置研磨時之半導 。如第1 3圖所 形下’作為磨光 第13圖係顯示利用第12圖所示磨光裝 體晶圓、砂布與彈性墊狀態之放大剖視圖 示’在只有磨光對象物按壓砂布之構造情

474863 、發明說明（3) K物周緣係其與砂布42間之接觸/非接觸 光對象ϋ 之磨光對象物之周緣中，，施加於磨 多而發生所謂「塌緣」〗：點僅磨先對象物之周緣研磨過 曰本Sit 述半導體晶圓之塌緣，本案申請人先前曾於 具願平9—1 05252號中提議-種磨光裝置， 、有按壓位於半導體晶圓外周侧之砂布之構造。 第14圖係顯示於特願平9_1〇5252號所提議磨光裝置之 =式。於第14圖中，符號51係頂環，頂環51由頂環本體 以及可藉螺栓181裝卸固定於頂環本體51Α外周部之扣 衣51Β所構成，收容半導體晶圓54之凹部5ia由頂環本體 5jA下面與扣環51δ形成。而且，藉頂環本體5ia下面保持 ”導體晶圓54上面，藉扣環51B保持半導體晶圓54外周 部。於前述頂環本體51A與扣環51β周圍可上下動作設置按 $環53。又，於按壓環5 3與頂環51之間夾裝具有大致呈卩 子狀戴面之板簧67，用來使頂環51與按壓環53不直接接 觸’並用來抑制頂環51過度傾斜動作。 於前述頂環51下面貼附彈性墊52。並且，於頂環5丨下 方設置上面貼有砂布56之轉台55。復且，將具有凹球面 （ 182&之安裝凸緣182固定於頂環本體51人上^於頂環51上方 配置頂環軸58。在頂環軸58下端固定具有凹球面184a之驅 動軸Λ緣184。而且，於前述二凹球面182a、18 4a之間夾 裝球軸承57。並且，於頂環本體51A與安裝凸緣182之間形 474863 五、發明說明（4) " 成空間183，可將真空、加壓空氣、水等液體供入此空間 1 8 3 内。 前述頂環軸58連結於固定在頂環頭59上之頂環用工作 缸（cylinder )(未圖示），藉此頂環用工作缸，頂環軸58上 下作動，將保持於頂環51下端面之半導體晶圓54按壓在轉 台55上之砂布56上。 並且’頂環軸58連結於頂環用馬達（未圖示），藉由旋 轉驅動此頂環用馬達，使頂環51旋轉。設於頂環51周圍之 按壓環53上端部連結於按壓環用工作缸72。按壓用工作缸 72固定於頂環頭59上。按壓環用工作缸72於圓周上配設複 數個（例如三個）。於頂環51與按壓環53之間未設有用以傳 輸頂環51之旋轉於按壓環53之鍵（key)等裝置。因此，配 置成’研磨中頂環51固然繞頂環軸58之轴心旋轉，惟按塵 環53並不相對於本身線旋轉。 頂環用工作缸及按壓環用工作缸72分別經由調節器 (未圖示）連接於壓縮空氣源（未圖示）。並藉由適當調整相 對於頂環按壓力之導環按壓力量’使自半導體晶圓中心部 至周緣部’進一步至位於半導體晶圓外侧之按壓之外周部 之研磨壓力分佈連續且均勻。因此，可防止半導體晶圓外 周部之研磨量過多或不足。 本案申請人先前於特願平9-105252號中所提議之磨光 裝置係僅由固定於頂環頭59之工作缸72之轴支持按壓環、 53。工作缸72固然於圓周上以等間隔設置複數個（例如= 個），惟按壓環5 3係僅以工作氣缸之轴之剛性支持或一 乂所謂

_____ II C:\PiOgram Files\Patent\310529.ptd 第 8 頁 " 4/450J> 五、發明說明（5) 懸臂槓支持構造予以支持。由於 環Μ下面，故有無法高剛性，亦即有用在按屢 53之問題。是以有頂環 f ^牛固支持按歷環 相對於頂環偏心，無法均一按壓半導 ，魘衣霄 砂布全周，而這會影響到半導體汽 θ圓周緣邙附近之 點。 警幻牛導體周、緣部研磨結果的問題 又，於頂環51與按壓環53之間固 免頂環51與按麼環直接接觸 ==二車避 惟由於如μ .+、士址从『 丨刊切壤過度作動傾斜， 准 如上述支持按壓環53之構造剛性不足， 損耗過甚，組件更換頻率高的間題點。 有板簧 53圍繞頂产Si:明人先别提議之磨光裝置有因為按壓環 磨中按壓二腺且於作為磨光對象物之半導體晶圓研 砂布表L縣 ㈣於下方’故按麼環會截斷供至 於价布盘狀研磨用磨液朝按壓環内側流人，使其位 ^布”磨光對象物之間實際用於研磨之研磨液不足之問 [發明概要] 接枇2明係有鑑於上述事情而作成者，其第一目的在於 Ϊ = 性，亦即相當牢固支持按壓環，同時可 同精度確保按壓環與頂環同中心之磨光裝置。 （ 灸物第一目的在於提供一種防止位於砂布與磨光對 置。B際上用於研磨之研磨用研磨液不足之磨光裝 為達成上述第一目的，本發明磨光裝置之第一態樣係 第9頁 C:\Program Hles\Patent\31〇529.ptd

述轉台與頂Li!於上面點附砂布之轉台及頂環，在前 該磨光對：：磨光對象物’卩預定力量按壓研磨 於且右_、’.將其磨平並使其鏡面化者；其特徵在於， 上下移：白：述磨光對象物收容用凹部之頂環周圍配置能 按壓前述按壓；按f環，設有相對於砂布以可變按壓力量 持於頂環。壓衣按壓裝置，並經由軸承將前述按壓環支 一種磨光裝w 摇古：ί本發明’由於按壓環經由轴承支持於頂環，故可 ，亦即相當牢固地支持按壓€，同時可確保頂環 與按壓％同軸心。 為達成上述第二目的，本發明之磨光襞置之第二態樣 =二種磨光裝置’具有於上面點附砂布之轉台及頂環了在 前述轉台與頂環之間夾置磨光對象物，以預定力量按壓研 磨該磨光對象物，將其磨平並使其鏡面化者，其特徵在 於， 於具有前述磨光對象物收容用凹部之頂環周圍配置能 上下移動自如之按壓環，設有相對於砂布以可變按壓力量 按壓前述按壓環之按壓裝置，設有將研磨液供給至前述按 壓環内侧之研磨液供給裝置。 根據本發明，由於設有將研磨液供給至按壓環内侧之I: 裝置’故即使於研磨中，流入按壓環内侧之懸浮狀研磨用 磨液為按壓環阻斷，亦可藉由研磨液供給至按壓環内侧， 而避免用於研磨之研磨液不足之現象。因此，研磨光對象 物之研磨可在研磨液充份下圓滑進行。

C:\ProgramFiles\Patent\310529.ptd 第 10 頁 474863 五、發明說明（7) [圖式簡單說明] 第1圖係顯示本發明磨光裝置第一實施形態之全體構 成之剖視圖。 第2圖係顯示本發明之磨光裝置第丨實施形態之主要部 分之剖視圖。 第3圖係沿第2圖之UI_UI線箭頭所取之視圖。 第4圖係顯示本發明之研磨光裝置第2實施形態之主要 部分之剖視圖。 第5圖係第4圖之V-V線箭頭所取之視圖。 第6圖係顯示第1至5圖所示之磨光裝置之改進構造之 主要部分之剖視圖。 第7圖係顯示本發明之磨光裝置第3實施形態之主要部 分之剖視圖。 π篦係;T第圖之主要部分之放大剖視圖，第8B圖係 沁第8A圖之VIII-VIII線剖視圖。 2圖τ係第7圖之主要部分之放大剖視圖，第9β圖係 沁弟9Α圖之ΙΧ-ΐχ線剖視圖。 第1 Ο Α圖係顯示拍：厭 按壓環—部份之斜視圖’第1 OB圖係沿 第10A圖之X箭頭所取之视圖。 第11A圖係顯示；^厭m 丁按壓環一部份之斜視圖，第11B圖係沿 第11圖之XI箭頭所取之視圖。 第12圖係顯示習知夕ώ t故# 為夭之磨光裝置之概略構造之剖視圖。 第1 3圖係顯示習知廢止壯班+ & .兹μ a, & 磨先裝置中+導體晶圓與彈性墊狀 態之放大剖視圖。

C:\Program Files\Patent\310529.ptd 第11頁 五、發明說明（8) 第14圖係顯示本案申請人先前所提議磨光置例之主 要部份之視圖。 [用以實施發明之最佳形態] 以下參照圖式說明本發明磨光裝置之實施形態。第^ 3圖係顯示本發明第一實施形態之圖式，第1圖係顯示磨 —置之全體構成之剖視圖，第2圖係顯示頂環及按壓環 之放大剖視圖，第3圖係沿第2圖之m-!n線箭頭 所取之視圖。

以及圖I ’符號1係頂環，該頂環1由頂環本體1A 成，收a L 卜周部之扣環^構 J收备+導體晶圓4之凹部la由頂環本體u下面及扣環β “产二環本體1Α下面保持半導體晶圓4上面， rim 晶圓4外周部。於前述頂環本親及 扣裱“周圍設置可上下移動自如之按壓環3。 彈性墊2貼附於前述頂環！下面。於頂環” 面貼附砂布之轉台5。呈有凹找品Μ »置上 ΤΙ ^ , ”有凹球面32a之安裝凸緣32固定在 ，本體U上。於頂則上方配置頂環_。具有凹球：在 34a之驅動轴凸緣34固定於頂環軸8 。 、 凹球面32a、34a之間夾裝球軸承7。於刚述二 供入此空間33内。頂環本體J二力:f空氣、水等液體 口之多數連通孔35。彈性墊2亦 、下面開 .^ ^ ^ Λ ^ , Λ Λ Λ ^35 第1圖）4上面，又可將液耱七l、及附+導體晶圓（參照 第圖) 叮將液體或加壓空氣供至半導體晶圓4上

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知述頂環軸8連結於固定在頂環頭9上之頂環用工作虹 10提藉此頂環用工作缸1G使頂環軸8上下作動’將保持在 7貝每1下端面上之半導體晶圓4按壓於轉台5上。 頂環轴8經由鍵（未圖示）連接於旋轉筒^，此旋 於其外同部具有定時滑輪（thing )12。而且: ^滑輪12經由定時皮帶13連動於設在頂環用馬達^上之 疋時滑輪15，此頂環用馬達丨4係固定在頂環頭9上。因 5:;=動頂環用馬達“即經由定時皮帶13定時滑輪 援^ — 頂環轴8一體旋轉，而頂環1也旋轉。頂 藉固疋支持於機架（未圖示）之頂環頭軸16支持。 位署圖所V設於頂環1周圍之按壓環3由位於最下 位置之兩鋁陶堯製第一按壓環構 件3a上方之不銹鋼製第二、第：第按塵裱構 第二與第三按壓環構件3b、3 衣 、3c，成。 第-按壓環構件3a藉由枯接等上圖：)相互連接， 仏。第-按壓環構= :㈣構件 3f ^ r觸σ卩形成按壓砂布6之按壓面 轴承凸緣3b固定在頂環i之安裝凸緣32上而且，於 軸承凸緣36與按壓環3之間类獎田十 it # ^37 〇 « Λ //Λ1/3 " # ^ 有嵌合於第三按壓環構件3C之站 衣支持用軸承3 7具 二列之多數滾珠371)，以及用來相7a，遍蓋全周配置 内之護圈(未圖示）。按廢環支二持滾珠3几於軸承箱37a 牧厘裱支持用軸承37藉由固定於按壓 C:\Program Files\Patent\310529.ptd 第13頁 474863 五、發明說明（10) 環3上端之轴承壓件5〇按壓上端。 =本實施形態中’並未在頂環】與按麗環3之間設 得運貝衣1之紅轉至按壓環3。因此，此部份係配 ’於研磨中，頂環1固然繞頂環軸8之軸心旋轉，惟按 環3並不相對於本身軸線旋轉，亦即，頂環1與按壓環3 =Pj固然發生相對旋轉，惟，此時，固定於頂環1之軸承 、6外周面即構成滾珠37b轉動之轴承轉動面36r。按壓 環支持用軸承37具有旋轉支持軸承及上下移動支持軸承之 二，功能，頂環1與按壓環3可藉由按壓環支持用軸承之旋 轉支持軸承功能相對旋轉，按壓 軸承3?之上下移動支持軸承功能，相對於頂環用 動。 按壓用工作缸22之軸22a下端部銜合於按壓環3之 按壓環構件3C。按壓環用工作缸（cyligder)22固定於 頭9。按壓環用工作缸22於圓周上配設複數個（例如三衣 個）。又，扣環1B由不銹鋼等金屬構成，於扣環“外一周部 形成於下部朝徑向内側傾斜之推拔面丨Bt，形成較上部侧 壁薄之下部侧。另一方面，於按壓環3内周部，在 扣環1B之推拔面1Bt之位置，形成朝徑向内侧傾斜之^拔 面3t，使按壓環3之按壓面3丨儘可能接近 導體晶圓4之周緣部。 貝環1之+ 藉由上述扣環1B及按壓環3之構成，可縮短按塵 按壓面3f内周緣與半導體晶圓4周緣部之間距，因此， 壓環3可按壓半導體晶圓4周緣部附近之砂布6。 ’

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如第1圖所不’頂環用工作缸10及按壓環用工作缸22 分別經由調節器K連接於壓縮空氣源24。而且，藉由 以調節器心調整供至頂環用氣缸1〇之空氣壓力，可調整頂 環1將半導體4按壓於砂布6上之按壓力量，藉由以調節器 1調整供至按壓環用氣缸22之空氣壓力，可調整按壓環3 按壓砂布6之按壓力量。 於轉台5上方設置磨液供給配管25，藉研磨液供給配 管25，將研磨用研磨液Q供至轉台5上之砂布6上。 於上述構成之磨光裝置中，保持半導體晶圓4於頂環1 下面，使頂環用工作缸1〇作動，朝轉台5按壓頂環】，將半 導體晶圓4按壓於旋轉之轉台5上面之砂布6上。另一方 面’藉由研磨用研液Q保持於砂布6上，於半導體晶圓4之 研磨面（下面）與砂布間存在有研磨用研磨液Q狀態下進行 磨光。 依頂環用氣缸10對頂環1所施加之按壓力量適當調整 按壓，用工作缸22對按壓環3之砂布6所施加之按壓力量， 進行半導體晶圓4之研磨。於研磨中，可藉調節器&變更 頂環1按壓半導體晶圓4於轉台5上之砂布6之按壓力量&， 可藉調節器I變更按壓環3按壓砂布6之按壓力量f2(參照第 1圖）°因此’於研磨中’可依頂環1按壓半導體晶圓4於砂( 布6上按壓力量F1變更按壓環3按壓砂布6之按壓力量F2 «藉 由適當調整相對於此按壓力量!^之按壓力量F2，使自半導 體晶圓4之中心至周緣部’進一步至位於半導體晶圓4外侧 之按壓環3外周部之研磨壓力既連續且均勻。因此，可防

474863 、發明說明（13) 可能性，並減少頂環過度傾斜作動的可能性，因而，消除 此板簧之必要性。由於此構件被當作消耗構件來 ，灶 果有助於消耗構件之成本減降。 第4與5圖係顯示本發明第2實施形態之圖式。於第2 施形態十，具有與第一實施形態相同作用或功能之構 示相同符號而省略其說明。 丹1卞标 本實施形態中係將第一實施形態之按壓環支持用 37之旋轉支持軸承功能與上下移動支持軸承功能分 個別轴承38、39分別分擔此等功能者。亦即，經由▲ 持用軸承38將軸承承環4〇設置在頂環丨之安裝凸緣32轉 部，並將上下移動支持用轴承39夾持於轴承承環4 壓 環3之間。旋轉支持用軸承38由一般之徑向軸承構成、。按壓 第4及5圖所不，上下移動支持用軸承3 9設置在圓周上三 部位，各上下移動支持用軸承39由具有固定於按 一 軸承轉動面39R之板狀構件39a，二行二列的四個短 滾子39b，以及收容該滾子挪之軸承箱39c構成。 39c固定在轴承承環如，另有軸承按壓件69固定於 目 環40。 、w眾水 按壓環停止器70固定於按壓環3上端部，並且， 71固定於安裝凸緣3 2上端冑。而且，圍繞旋轉支 盖 38與上下移動支持用軸承39形成三道曲折填封 (UbyrinthHS、76、77。亦即，於軸承壓件69、 停止器70與罩蓋71之間形成曲徑75，於轴承承環如按壓環 凸緣32之間形成曲徑76，於按壓環3之第三按壓環構件裝 第17頁 C:\Program Files\Patent\310529.ptd 474863 五、發明說明（u) 與扣環1B之間形成曲折填封77。 根據第4及5圖所示本實施形態， 可使轴承位置可對着研磨面接近。結 環3之支持穩定性。 又’由於第一實施形態以一個軸 滚珠之動作面’亦即轉動面會在滾珠 成點接觸。故依轉動面之硬度在接觸 而有使軸承壽命縮短的可能性。本實 轴承38支持頂環1與按壓環3之相對旋 持用軸承39支持按壓環3相對於頂環1 可相對於一軸承，僅施加一方向之動 觸而有助於軸承壽命之增進。 於採用上述構造之際，最好不使 液等液體、研磨屑等固體物侵入轴承 要使上述液體、固體物不致於進入軸 觸型密封機械性密封，或以曲折填封 方法來作為對策。惟，例如於機械性 接觸部發生其多磨損，密封本身變成 性。再且，磨損有可能涉及到磨損導 身也可能變成異物發生源。相對於此 折填封構造為非接觸式，故無上述虞 設複數曲折填封75、76、77，亦可增 度。即使對研磨面而言，亦最好避免 採用上述曲折填封構造，亦可預期防 較諸第一實施形態， 果’可更加確保按壓 承接受二個動作，故 同時向二方向作動下 面造成較大磨損，從 施形態藉旋轉支持用 轉’並藉上下移動支 之上下移動。亦即， 作’使轉動面成線接 異物’例如水、研磨 设置部。因此，有必 承周邊’而考慮以接 等構造蔽覆其周邊等 密封情形下，會有於 消耗性構件的可能 致異物之發生。其本 ，由於第4圖所示曲 慮。進一步，藉由並 進阻止異物侵入之精 非必要異物之侵入， 止於研磨面更上方部

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474863 五、發明說明（16) =自洗淨水供給t82供應適t洗淨水，》淨水通過 '淨水送出口 83、環狀流路84及連通路85，流入如擇！ R & ，環3間之空間88内。此後，取道自扣環1Bm= 邻流出之流路，以及通過排水孔86流出按壓環3外 藉此洗淨扣環°及按壓環3。且，由於間隙90 ii:::麼環構件3b與第三按麼環構件％之外周側之 按壓；d:%狀流路84内之洗淨水通過間隙9〇而流至 $壓衣3之外周面，故將按壓環3外周部洗淨。又 縣=9塗覆於按壓環3之第二按壓環構件扑之内外面、，故曰 :磨液難以附着’即使附胃，亦可藉由供給洗 淨水而可易於除去研磨用磨液。 持於所：明，根據本發明，由於按壓環經由軸承支 於按麗環可藉由轴承之上下移動支持轴承功能或專用之： 下移動支持軸承相對於頂環上下移動，當頂環上 按壓環的滑動阻力極小，使按壓環圓滑上下移動。 =於按壓環藉與頂環軸線同軸配置之軸承支持故 :::度確保按壓環與頂環之同心度。結果，彳遍蓋全周 =保持按壓環與頂環之間隔，冑而保持按壓環㈣緣與 支持於頂環之半導體晶圓外周緣之間@。藉由可均勻保持 此間隔，進-步可將間隔設定成更小，而增進研磨能。 J據月，由於設置非接觸式曲折填封於水等異物 了此侵入支持按壓環之軸承之路徑中，故可阻止異物侵 入，同時可防止自此部份產生塵芥。

C:\Program Files\Patent\310529.ptd 第20頁 474863 五、發明說明（17) 其次參照第7至1 1圖說明本發明磨光裝置之第三實施 形態。第7圖係顯示頂環及按壓環部分之放大剖視圖，第 8 A圖係第7圖之主要部分放大剖視圖，第8B圖係沿第8 A圖 之V11 I -V111線之剖視圖。 於第7圖中，符號1係頂環，該頂環1由頂環本體1A以 及藉螺於31可裝卸固定於頂環本體丨4外周部之扣環…構 成，收容半導體晶圓4之凹部ia由頂環本體u下面及扣環 1B形成。而且’配置成，藉由頂環本體丨4下面保持半導體 晶圓4(參照第1圖）上面，藉扣環“保持半導體晶圓4外周 部。於前述頂環本體1A及扣環1B周圍以可上下移動之形態 設置按壓環3 ^又，於按壓環3與頂環丨之間夾裝用來防止 頂環1過度傾斜作動之具有大致1]字狀截面之板簧17。 又，於頂環本體1A上固定具有凹球面32a之安裝凸緣 32。頂環轴8配置於頂環i上方。具有凹球面343之驅動軸 凸緣34固定在頂環轴8下端。而且，球軸承7夾裝於前述二 凹球面之間。又，於頂環本體1A與安裝凸緣32之間形成空 間33 ’以便將真空、加壓空氣、水等液體供應於此空間33 内。頂環本體1A具有連通空間33於下面開口之多數連通孔 35。彈性墊2亦同樣於對向前述連通孔35之位置設有開 口。藉此，可用真空吸附半導體晶圓4(參照第（圖）之上 面’可將液體或加壓空氣供應至半導體晶圓4上面。 如第7及8圖所示，設於頂環丨周圍之按壓環3係由位於 最下位置之高鋁陶竟製第一按壓環構件3a，以及位於第一 按壓環構件3a上方之不錄鋼製第二、第三按壓環構件⑽、

4/4863 五、發明說明（18) 3 C，以及位於悬μ 士 l „ 杰。篦__ 方位置之不銹鋼製第四按壓環構件3d構 按壓環構件礼⑽藉螺栓相互連接，第-接摩俨滋藉由粘接等固定於第二按壓構件扑上。第一 -出二e，J下ΐ部配置成，僅内周側形成突出至下方之 :° 此突出部3e下端面形成按壓砂布6之按壓面 3 f 〇 6mm按'述援1 f面”半徑方向之寬度或厚度七設定為2mm至 作缸22固定在頂環頭9上。按壓環用工作缸22於圓周γ配 没複！個（例如三個）。又，扣環㈣不銹鋼等金屬製成， 於扣環1Β外周部形成在下部朝徑向内侧傾斜之推拔面 lBt，形成下部側較上部側壁薄。另一方面，於按壓環3内 周面，在對應於扣環“之推拔面之位置形成朝徑向内侧傾 斜之推拔面3t，使按壓環3之按壓面儘可能接近保 環1之半導體晶圓4周緣部。 ’、付於了負 由於可藉由上述扣環1Β及按壓環3之構成縮短按壓環3 之按壓面3f内周緣與半導體晶圓4周緣部之間距，故按壓 環3可按壓半導體晶圓4周緣部附近之砂布6。因此，可防 止半導體晶圓4周緣部過度研磨。又，如第μ圖之粗線所 示’扣環1B於其下部内外周面及下端面上塗覆樹脂塗声 18。該樹脂塗層18最好為PEEK (聚醚酮）、聚四氟乙稀:聚 氯乙烯等，其膜原宜在100微米（私m)以内。由於塗覆樹脂 塗層18於金屬製扣環1B上，故可防止對半導體晶圓4金屬曰 污染。

C:\Program Files\Patent\310529.ptd 第22頁 474863 五、發明說明（19) 於本實施例中，在頂環1與按壓環3之間不設置用來傳 輸頂環1之旋轉於按壓環3之鍵等裝置。因此，配置成，固 然研磨中頂環1繞頂環軸8之軸心旋轉’按壓環3卻不相對 於本身軸線旋轉。由於頂環1之旋轉力量不傳達至按壓環 3 ’故頂環軸8所受旋轉負荷極少。並且，由於可藉由固定 於頂環頭9之按壓環用工作缸22直接使按壓環3動作，故裝 置構造簡易。 再且，如第7、8A及8B圖所示，於按壓環3之第2按壓 構件3b周壁上成放射狀形成複數個（例如六個）異通此周壁 之研磨液供給孔3m。如第8B圖所示，研磨液供給管1〇〇之 各歧管101經由連接件1〇7a連接於複數研磨液供給孔3m中 複數個（例如三個）位於轉台5旋轉方向R之上游侧之開口 部。而且，研磨液供給管1〇〇連接於研磨液供給源1〇2。其 他研磨液供給孔3m之開口部以栓構件丨〇 3閉塞。於研磨液 供給管100中設置控制研磨液供給流量之泵1〇4，以及位於 此泵1 0 4上游侧之用以開始與停止研磨液供給之啟閉閥 l〇5a。研磨液供給孔3m、連接件1〇?3、歧管1〇1、磨液供 給&100泵1〇4及磨液供給源1Q2構成研磨液供給裝置， 可將研磨液供應至按壓環3内側。由於按廢環3配置成不旋 轉，故自研磨液供給源1 〇2至研磨液供給孔“之研磨液供 給不經由旋轉接頭等即可簡單地進行。 ^ 即使半導體4研磨中，流人1 τ /IL入按壓環3内侧之懸浮狀研磨 用研磨液為按壓環3阻斷’亦可藉由研磨液自前述研磨液 供給製置供給至按壓環3内側以避免用於研磨之研磨液不 第23頁 C:\Progmm Files\Patent\310529.ptd 474863 五、發明說明（20) 足。因此，磨光對象物之研磨在研磨液充份下圓滑進行。 洗淨液供給管108a連接於前述研磨液供給管10〇之啟 閉閥1 0 5 a與泵1 0 4之間，此管1 〇 8 a連接於洗淨液供給源 109，從而構成洗淨裝置。於前述洗淨液供給管“仏中亦 夾裝啟閉閥105b。藉由開啟啟閉閥i〇5b將洗淨液供給至前 述研磨液供給裝置之研磨液供給管10〇及研磨液供給孔 3瓜，可冲洗附着於内部之研磨液。 又，如第9A(第7圖之主要部分放大剖視圖）及第9β (沿第9A圖之IX-IX線之剖視圖）所示，於按壓環3之第二 壓環構件3b與第三按壓環構件3C之間，在第二按壓環 3b上面，設置由遍蓋其全周形成之圓周溝構成之洗淨液流 路3i。於等二按壓環構件3b成放射狀設有複數個連通 洗淨液流路3i而於外周面開σ之洗淨液供給糾，以 :先淨液流路3i而於内周面開口之液 :淨：供：管觀經由連接107b連接於洗淨液 開口部。洗淨液供給管1 08b亦經由 也▲. 淨液供給管1 〇8a同樣，連接於洗淨 ，”刖述洗 送出緣、洗淨液流路源109。洗淨液 1 0 7b、洗淨液供給管丨〇 8 b及洗淨^二孔j、連接件 供給裝置。由於按壓環3配置二液旋供：源109構成洗淨液 源109至洗淨液流路3i之洗淨液 ，故自洗淨液供給 3 k送出洗淨不經由旋轉接/等液即供可給簡以易及進^先淨液送出孔 藉由自前述洗淨供給裝置適當 = 與頂環i之扣環_之間隙，可冲;^給？+液^按壓環3 j邵/先進入前述間隙之懸浮

474863 五、發明說明（21) 狀研磨用研磨液。因此，研磨用研磨液不會固着於按壓環 3與頂環1之扣環1B之間，可確保按壓環3圓滑作動。 於按壓環3形成複數通氣孔3V(參考第8A圖）以排出滞 積於按壓環3與頂環1之扣環1B之間隙内之空氣等氣體。由 於氣體不會壅塞（充滿）按壓環3與頂環1之扣環1B之間隙， 故按壓環3之上下移動可圓滑進行。因此，研磨開始時， 按壓環3可於最適當之定時接觸砂布6，以所需按壓力量按 壓。 第1 〇 A圖係顯示按壓環一部份之斜視圖，第丨〇 B圖係沿 第10A之X箭頭之視圖。如第i〇A及10B圖所示，於按壓環3 形成自研磨液供給孔3m、研磨液供給孔3m之開口端向下伸 延之研磨液導槽3p、洗淨液吐出孔3k及洗淨液供給流路 3ι。供給至研磨液供給孔3m之研磨液沿研磨液導槽3P流 下，到達砂布6。 第11A及11B圖係顯示另一按壓環實施形態之圖式，第 11A圖係顯示按壓環一部份之斜視圖，第丨丨b圖係沿第丨i a 之XI箭頭之視圖。按壓環3内周面形成無高低不平之平滑 圓周面。其與第10A及10B圖之實施形態同樣，於按壓環3 設有研磨液供給孔3m、洗淨液送出孔3k及洗淨液流路3 i。 而且’於按壓環3内周面形成連結前述洗淨液送出孔3 k之 開口端與前述研磨液供給孔3 m之開口端之洗淨液導槽3 η， 以及自前述研磨液供給孔3πι之開口端向下伸延之研磨液導 槽3ρ。因此，供給至研磨液供給孔3111之研磨液導槽3ρ流 下’到達砂布6。使用藉洗淨裝置供給至研磨液供給孔3m

C:\ProgramFiles\Patent\310529.ptd 第 25 頁 474863 五、發明說明（22) --— 而/口研磨液導槽3p流出之洗淨液，以及藉洗淨液供給 自洗淨液送出孔3k送出並自洗淨液導溝3n經由研磨液供A 孔3m 研磨液導溝3P流出之洗淨液二者，將附着於研磨、 供給孔3m及研磨液導槽3p上之研磨液洗淨。 於上述構成之磨光裝置中，保持半導體晶圓4於頂環丄 下面，啟動頂環用工作缸10，使其朝轉台5按壓頂環1，將 半導體晶圓4按壓於旋轉之轉台5上面之砂布6。另一方 面，藉由研磨用研磨液Q自研磨液供給噴嘴2 5流出，保持 研磨用研磨液Q於砂布6上，同時，藉由使用研磨液供給裝 置將研磨液供給至按壓環3内側，在半導體晶圓4研磨面 (下面）與砂布6之間存在充份之研磨用研磨液狀態下進行 磨光作業。 將由頂環用工作缸10對頂環1所施加之按壓力量，適 當調整按壓環用氣缸22對按壓環3之砂布6所施按壓力量， 而進行半導體晶圓4之研磨。於研磨中，可藉調節器心變 更頂環1按壓半導體晶圓4於轉台5上之砂布6之按壓力1量， 並可藉調節器R2變更按壓環3按壓於砂布6上之按壓力量ρ2 (參照第1圖）。因此，於研磨中，可依頂環1按壓半導體晶 圓4於砂布6上之按壓力量Fi，變更按壓環3按壓研磨布6之 按壓力量F2。藉由適當調整相對於此按壓力量1^之按壓力 量F2 ’使自半導體晶圓4之中心部至周緣部，進一步至位 於半導體晶圓4外侧之按壓環外周部之研磨壓力分布既連 續且均勻。因此，可防止半導體晶圓4周緣之研磨量過多 或不足。

474863 五、發明說明（23) 並且’要使半導體晶圓4之周緣部研磨量較内侧部更 多或相反地更少時’可藉由根據頂環1之按壓力量h選擇 按壓環3之按壓力量Fz之最適值，依所希望之增減半導體 晶圓4周緣部之研磨量。 而且，在例如半導體晶圓4研磨結束後，進行後續研 磨之前，將洗淨液供給至按壓環3與頂環1間之間隙，冲洗 進入按壓環3與頂環1之間隙内之懸浮狀研磨用研磨液，同 時’經由洗淨裝置’將洗淨液供給至研磨液供給裝置之研 磨液供給管1 00及研磨液供給孔3ιη，而冲洗附着於其上之 研磨液。 根據本實施例，由於設有將研磨液供給至按壓環3内 側之裝置，故即使於半導體晶圓4研磨中，懸浮狀研磨用 研磨液流入按壓環3内側為按壓環3所阻斷，亦可藉由將研 磨液供給至按壓環3内侧，使用於研磨之研磨液不致於不 足。因此，可在磨液充份下圓滑進行磨光對象物之研磨。 亦在大徑半導體晶圓4情形下確保研磨液量充份。 :據本實㈣，可選擇最適當之#質製品作為扣㈣ 2壓環3。由於扣⑽内周面與半導體晶圓4接觸 =觸=布6，故可藉由塗覆樹脂塗層_金屬上等方法 ^具有較柔軟表面之材料。若使用硬質材料， 磨中發生損傷到半導體晶圓之样 會在研 3接觸，由於-者禆姆二隋形。#使扣環18與按壓環 按觸由於一者係經由樹脂塗層18接觸， 觸，可圓滑進行按壓環3與扣㈣ 金屬等不接 旋轉運動）。 衣1B之相對運動（上下運動及

五、發明說明（24) 觸，故可：擇if，不接觸半？體晶圓4且與砂布6接 擦係數低之材料i陶充等硬度高而富於耐磨損性，且摩 阻力小壓環最好為磨損☆，且與砂布間摩擦 半導體元件產士環之磨損粉末不會對本導體晶圓4上之 3a與半導體晶圓不良影響者。由於如上所述’第-按壓環 擇滿足}·、+，:+不直接接觸，不受其面之限制，故可選 瓷 ' 亦可之最適材質之氧化鋁陶瓷。除了氧化鋁陶 材質 化矽（SiC)、氧化锆等陶竟來作為按壓環 ^ ’本實施例固然闊示按壓環3配置成不旋轉之例 廢龙徂亦可將按壓環配置成旋轉自如，經由旋轉接頭將研 磨液供至按壓環内侧。 竹研w π 如以上之說明，根據本發明，由於設有將磨液 5壓環内側之裝置，故即使研磨中朝按壓環内側流入之懸 序狀研磨用研磨液/^按壓環阻斷’亦可藉由直接將研磨液 供給至按壓環内側之研磨部，使用於研磨之研磨液不致於 不足。因此，可在磨液充份下圓滑進行磨光對象物之 磨。 [產業上可利用性] 本發明係有關於將半導體晶圓等磨光對象物拋平並撤 成鏡面狀之磨光裝置，可用於半導體元件製程。 [符號之簡單說明] 頂環 1Α 頂環本體 1B 扣環 彈性墊 3 接壓環 4 半導體晶圓

C:\Program Files\Patent\310529.ptd 第28頁 474863 五、發明說明 (25) 5 轉 台 6 砂布 7 球軸 承 8 頂 環 軸 9 頂 環 頭 10 工 作 缸 11 旋 轉 筒 12 定 時 滑 輪 14 頂 環 用 馬 達 15 定 時 滑 輪 16 頂 環 頭 轴 17 板 簧 18 樹 脂 塗 層 22 工 作 缸 24 壓 縮 空 氣 源 25 研 磨 液 供Ϊ 合管 32 安 裝 凸 緣 33 空 間 34 凹 球 面 35 連 通 孔 36 軸 承 凸 緣 37 轴 承 38 軸 承 39 軸 承 40 軸 承 環 41 旋 轉 台 42 砂 布 43 半 導 體 晶圓45 頂 環 47 彈 性 墊 48 研 磨 液 供絲 卜喷嘴 49 頂 環 軸 51 頂 環 52 彈 性 墊 53 按 壓 環 54 半 導 體 晶圓5 5 轉 台 56 砂布 57 球軸 承 58 頂 環 軸 59 頂 環 頭 67 板 簧 69 轴 承 按 壓 件 70 按 壓 環 停止器 71 罩 蓋 72 工 作 缸 75 ' 76 77 曲 折 填 封 82 洗 清 水 供給管 83 洗 淨 水 送 出 π 84 環 狀 流 路 85 連 通 路 86 排 水 孔 88 空 間 90 間 隙 100 研 磨 液 供 給 管 101 分 岐 管 102 研 磨 液 供結 >源 104 泵 105a 啟 閉 閥 105b 夾 裝 啟 閉閥 107b 連接 件 108a 洗 淨 液 供參 合管 109 洗 淨 液 供 給 源

A:\310529.ptd 第29頁 474863 五、發明說明（26) 181 螺栓 183 空間 184 驅動轴凸緣 C:\Program Files\Patent\310529.ptd 第30頁 1

Claims (1)

1. 474863 申請專利範圍 一種磨光裝置，具 環’在前述磨台與 力量按壓研磨該磨 者’其特徵在於： 頂環周圍配置 對於砂布以可變按 置’並經由軸承將 如申請專利範圍第 具有支持前述按壓 前述按壓環相對於 構成。 如申請專利範圍第 支持前述按壓環與 及支持前述按壓環 軸承構成。 4·如申請專利範圍第 前述袖承路徑中設 述轴承。 5·如申請專利範圍第 供給裝置，將洗淨 隙。 6· 一種磨光裝置，係 環’在前述磨台與 力量按壓研磨該磨 修正 3. 月 有於上面具有研磨面之磨台及頂 頂環之間夾置磨光對象物，以預定 光對象物，將其磨平並使其鏡面化 能上下移動自如之按壓環，設有相 壓力量按壓前述按壓環之按壓裝 前述按壓環支持於頂環。 1項之磨光裝置，其中，前述軸承由 環與頂環相對旋轉之功能以及支持 頂環上下動作之功能之一體型軸承 1項之磨光裝置，其中，前述軸承由 頂環相對旋轉之旋轉支持用軸承以 相對於頂環上下動作之上下移動用 1項之磨光裝置，其中，於異物侵入 有曲折填封以防止水等異物侵入前 1項之磨光裝置，其中，設有洗淨液 液'供 '給至前述按壓環與頂環間之間 具·有於上面具有研磨面之磨台及頂 頂壤之間夹置磨光對象物，以預定 & %象物’將其磨平並使其鏡面化

   六、申請專利範圍 者’其特徵在於： 修正 對於：上下移動自如之按壓I，設有相 罟，變按麼力量按壓前述按壓環之按壓裝 置。A將磨液供至前述按壓環内側之磨液供給裝 第 6項之磨光裝置 有 冲洗流 通 於 其 内 第 6或7項 之 磨 光 裝 貫 通前述 按 壓 環 周 給 孔之磨 液 供 給 管 成 〇 第 8項之磨光裝置 環 與頂環 間 之 間 隙 供 給裝置 之 洗 淨 液 磨 液供給 孔 更 上 方 第 1或6項 之 磨 光 裝 磨 光對象 物 用 之 凹 具 備具有 研 磨 面 之 間 失置磨 光 對 象 物 象 ’其特 徵 在 於 圍 配置有 按 壓 環 > 頂 環間之 間 隙 的 洗 第 11項之 磨 光 裝 置 如 地配置 5Χ 有 相 (，如申請專利範圍 供給裝置中附設 8，如申請專利範圍 磨液供給裝置由 連接於此磨液供 之磨液供給源構 .如申請專利範圍 液供至前述按壓 置，前述洗淨液 磨液供給裝置之 10,如申請專利範圍 環具有收容前述 11，一種磨光裝置， 述磨台與頂環之 研磨該磨光物對 前述頂環周 至前述按壓環與 12.如申請專利範圍 環係上下移動自 ’其中，於前述磨液 部之洗淨裝置。 置，其中，於前述 壁之磨液供給孔， ，以及連結於此管 ，其中，設有將洗淨 之洗淨液供給裝 供給孔位於較前述 部位。 置，其中，前述頂 部。 磨台及頂環’在前 ，以預定力量按壓 並設有將洗淨液供 淨液供給裝置。 ，其中，前述按壓 對於研磨面以可變

   474863 案號明1Q5416 年6月y修正_ 六、申請專利範圍 按壓力量按壓前述按壓環之按麇装置。 13·~種磨光裝置，具備具有研磨面之磨台及頂環’在前 述磨台與頂環之間夹置磨光對象物’以預定力量按壓 研磨該磨光對象物，其特徵在於： 前述頂環周圍配置有按壓環，形成有用以排出在 前述按壓環與頂環間之間隙所積存之液體的孔。 14.如申請專利範圍第13項之磨光裝置，其令，前述按壓 環係上下移動自如地配置，並設有相對於研磨面以可 變按壓力量按壓前述按壓環之按壓裝置。 ·=種磨光裝置’具備具有研磨面之磨台及頂環，在前 述磨台與頂環之間夹置磨光對象物，以預定力量按壓 研磨該磨光對象物，其特徵在於： 前述頂環周圍配置有按壓環，前述按壓環内周部 倒向下方突出形成有突出部，該突出部之下端面係作 為按壓研磨面之按壓面。 .如申凊專利範圍第項之磨光裝置，其中，前述按壓 3係上下移動自如地配置，並設有相對於研磨面以可 按壓力量按壓前述按壓環之按壓裝置。