TW548162B - System and method for CMP head having multi-pressure zone loading for improved edge and annular zone material removal control - Google Patents

Description

548162 五、 A7 B7 發明説明 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 [發明領域] 繞、為研磨及平坦化半導體晶圓之系 半導體曰圓的卷、八係有關於利用多重平坦化壓力區在 圓的整個表面皆達到高平坦化均勻性之系統、裝[發明背景] 畐特徵尺寸縮小、密度增 眩 又θ加及+導體基板或晶圓增大 Τ ’化學機械平掏化（CMp、制总 制、 —化（LMP)製程之需要變得更為迫切。從 I造低成本的半導It姦口+兹日田L 口口之硯-占，晶圓對晶圓製程的均勻 十生乃至於晶圓内部的平扫彳卜妁4 J卞L化均勻性皆為重要的爭論點。當 W或W的尺寸增加’在—小面積裡的瑕庇將逐漸造成 相對大的電路之不良品，因此在半導體工業裡，即使是小 瑕痕亦具有相對大的經濟影響。 在本技藝裡，已經知道很多原因並貢獻於均勻性問 題。這些方法包含平坦化期間使用晶圓背面壓力於晶圓 上、邊緣效應不均勻性起因於在晶圓邊緣的研磨墊與中央 區的比較間之典型不同的交互作用及金屬和（或）氧化層之 不均勻性沉積，其中該層可藉由在平坦化期間調節料質移 除之輪廓來做適當地補償。同時解決這些問題之努力至八 仍未完全成功。 關於晶圓背面研磨壓力之方法，傳統上使用硬背頭。 在新一代的傳統機器裡，一種襯藝設於載具（或子載具）表 面與欲研磨或平坦化之晶圓或其它基板間以試圖提供某此 柔軟於該不同地硬背系統裡。此襯墊常稱之為晶圓襯鲁 —--- 91807 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁各攔) 0, 訂· -線 衣紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） 548162 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（2 ) 足些襯墊是有問題的，因為它們時常造成製程變動導致基 板對基板間的差異。這種差異並非固定的或可概略決定 的。差異的因素之一為襯墊在使用期間並超出壽命時所吸 收水伤之數量。藉由初次使用前在水中濡溼塾片，某些製 程均勻性的改善或許可以達成。此法易於使得使用初期與 使用後期較為相似，然而，無法接受的製程差異仍可觀察 出來這些製程差異或許可以藉由使用水份對襯塾做前處 理來控制在一限定範圍内，並且在襯墊特性改變而超出可 接受極限前將其置換掉。 概塾固有的不均勻性、缺陷或來自於表面之平坦度或 平行度的偏差將典型地顯現於整個基板表面的平坦化差 異，因此襯塾的使用也需要子載具之整個表面的細部控 制。例如在習知的方法裡，在裝設於研磨頭裡之前，鋁或 陶瓷片經過製造，然後薄切及拋光。這類製造增加了研磨 頭與機器的成本，特別是供應於多重研磨頭。 當半導體晶圓表面上的結構尺寸（特徵尺寸）縮減至愈 來愈小的尺寸時，現今典型大約低於〇 2微米，伴隨而來 的不均勻性平坦化問題將增加。該問題有時稱之為晶圓内 部不均勻性（WIWNU)問題。 使用所謂的硬背平坦化頭，亦即該研磨頭藉由硬表面 施壓於半導體晶圓背部，晶圓前端表面可能無法符合於研 磨墊岛表面，並且導致平坦化不均勻性。這類的硬背頭設 計通常使用相對高的研磨壓力（例如，壓力範圍介於約6 口以 和8 psi之間），及這類相對高壓力有效地使晶圓變形以 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁各攔) •裝 -訂· .線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 2 91807 548162 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明 配研磨墊的表面形態。當這類晶圓表面變形發生時，如同 低部位提供了某些全域均勻性的程度，高部位在同時間2 到研磨，但實際上造成不佳的平坦化結果。這是因為過多 料質從晶圓的某些區域的磨痕裡移除而其餘部位則太7 ^ 質移除。當料質的數量移除過多時，那些晶粒將無法使用。 另一方面，當研磨頭使用襯墊時，晶圓受研磨墊擠壓， 但是當軟的襯墊料質並不易於造成晶圓變形時，可以採用 較低的研磨壓力，並且在低變形下，彳以達到晶圓前^表 面的一致性，以便某些全域研磨均勻性的測量及良好的平 坦化兩者皆能達成。至少較佳的平坦化均勻性在部份上可 以達成，因為在晶圓上具相似特徵之晶粒與晶粒間之研磨 速率通常是相同的。 當使用軟背化學機械平坦化研磨頭做某些嘗試時，該 嘗試並不完全令人滿意。在某些軟背頭設計裡，覆蓋於整 個晶圓背面之受®空氣層在平坦化期間用來將晶圓壓緊於 研磨墊。不巧地，雖然該方法或許可以提供軟背頭，但不 允許作用在晶圓邊緣及更多中心區域之壓力或力量的獨立 調節以解決晶圓邊緣非均勻性問題。 關於邊緣研磨效果之修正或補償，已經做了一些嘗試 以調節配置於晶圓周圍之扣環的形狀，且（或）修改扣一環壓 力，以便修改自扣環附近之晶圓之料質移除的數量。典型 上’邊緣研磨效果或邊緣效應導致更多料質從晶圓邊緣移 除，這是晶圓邊緣之過度研磨。為了修正該過度研磨，通 常扣環壓力會調節至稍微高於晶圓背部壓力，以區 -------------------------------------可-------#,--------Γ線， (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁各攔) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公愛） 3 91807 548162 五、發明説明（4 域裡之研磨墊稍微受壓於扣環，因此較少之料質會由數毫 米扣環範圍内之晶圓移除。然而，基於扣環壓力下，♦平 坦化壓力在晶圓周圍邊緣外僅為非直接調節時，即使^這 些嘗試仍未完全令人滿意。通常不可能將扣環補償效果之 有效距離從晶圓邊緣延長任意距離。扣環壓力、邊緣壓力 或整體背部晶圓壓力皆不可能獨立調節以達到所需結果。 外對非均勻沉積之新晶圓，在關於調節料質移除輪靡以 符合所需這方面，幾乎沒有任何嘗試已經做到可以提供該 補償。 口此仍然而要軟背化學機械平坦化研磨頭來提供優 良的平坦化、控制邊緣平坦化效果，以及容許晶圓材質移 除輪廓之調節，以補償在晶圓半導體基板上之結構層之非 均勻沉積。 訂 [概述] 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇χ297公釐 本發明提供研磨或平坦化基板表面或其它諸如半導 體晶圓之卫作件之研磨頭及研磨裝置、機器或卫具（化學機 、、平化卫具）。該裝置包含可旋轉的研磨塾，以及晶圓子 載具’其中該子載具包含晶圓或基板承載部分以容納基板 及定位基板來作用於研磨塾；並且包含第一加㈣件及第 二加屋構件之晶圓加壓構件。第—加麼構件使用位在晶圓 邊緣部分之第-負載麼力來作用於研磨塾，以及第二加屢 構件使用位在晶圓中心部分之第二負，載壓力來作用於該 塾。其中第一及第二負載壓力是不同的。雖然該晶圓子載 具及晶圓加壓構件可分開使用，在本發明之較佳實施例 91807 548162 &濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（ 裡，研磨裝置進-步包含圍繞於晶圓子載具之扣環；並且 扣環加壓構件使用位在扣環之第三負載壓力來作用於研磨 墊。第一、第二及第三負載壓力為獨立可調節的。 另一方面，本發明提供_種圓盤形狀半導體晶圓或其 它基板平坦化之方法。該方法包含步驟為使用第一壓力加 壓於環繞晶圓周圍之扣環來作用於研磨墊；使用第二壓力 加麼於晶圓之第-外圍邊緣部分來作用於研磨塾；以及使 用第三壓力加壓於晶圓外圍邊緣部分之内部之第二部分來 作用於研磨墊。另一方面，第二壓力可藉由機械構件與外 圍邊緣部分接觸來提供；並且第二壓力為作用於晶圓背部 表面之乳動壓力。理想上’該氣動壓力藉由彈性薄膜產生， 或者糟由氣體直接加壓於至少一部分晶圓背部表面而產 生。 另一方面，本發明也為化學機械平坦化裝置提供了 — 個子载具，該化學機械平坦化裝置包含：具有外表面之平板，為了產生力量驅使平板朝向預定方向之第一壓力腔 體；連結於平板外部邊緣周圍之間隔件；經由間隔件連社 =平板及藉由間隔件厚度與平板分離之薄膜；以及定義= $膜和平板表面之間以產生第二力量驅使薄膜朝向第三預 定方向之第二壓力腔體。 _更另一方面，本發明為了基板研磨裝置提供載具，包 含··機焱’·彈性連結於機殼之扣環；為了產生第一力量驅 使扣環朝向相對機殼之第一預定方向之第一壓力腔體；具 有外表面及彈性連結於機殼之子載具平板；為了產生第2 家標準ϋ 釐丁 91807 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁各攔) •訂· 丨f線 A7 B7 缝濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（6

力量驅使子載具平板朝向相對機殼之第二預A 壓力腔體；圍繞於部分子載具平板及向之第 我囬圓形凹入虛之 扣環；位在扣環圓形凹入處内之連結於子載具、， 之外部邊緣周圍之間隔件；經由間隔件===外表面 及配置在圓形凹入處内之薄膜，該薄 ' 邊潯膘藉由間隔件厚度盥 子載具平板外表面分離；以及定義於薄膜和子載且平二 表面之間以產生第三力量親使薄膜朝向相對機殼：第三預 定方向之第三壓力腔體。 本發明進一步包含依照本發明方法生產或製造之基 板，例如半導體晶圓。 土 [圖式之簡單說明] 第1圖顯示典型的多研磨頭之化學機械平坦化研磨或 平坦化機器之圖解說明。 第2圖（先前技藝）顯示習知的化學機械平坦化研磨頭 之圖解說明。 第3圖顯示具有密封壓力腔體之薄膜之軟背化學機械 :坦化研磨頭之實施例之圖解說明，其中第3A圖為利用 薄膜背板和壓力腔體凹入處之實施例；第3B圖為利用輪 狀角環之實施例；以及第3C圖為利用薄膜之粗厚外圍邊 緣部分以傳遞研磨力之實施例。 第4圖顯示具有薄膜及開口之化學械機研磨頭之實施 例之圖解說明。 第5圖顯示具有具開口之薄膜及槽狀背板之化學械機 研磨頭之實施例之圖解說明。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） -----------------參----------------------1T--------------------線 (請先閱讀背面之注意事項存塡寫本頁各攔〕 6 91807 548162 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（7 ) 第6圖顯示具有薄膜及開口及在晶圓表面上之氣流塾 之化學械機研磨頭之實施例之圖解說明。 第7圖顯示具有雙密封壓力腔體之化學械機研磨頭之 實施例之圖解說明，其中第7A圖為使用雙密封壓力腔體 之薄膜之化學機械平坦化研磨頭之實施例；以及第7 b圖 僅顯示扣環及子載具部分而無化學機械平坦化研磨頭之其 它部分之實施例。 第8圖顯示具有薄膜密封腔體以及為了增加微差屬 力在部分薄膜及晶圓上之輪管狀壓力環之化學械機研磨頭 之實施例之圖解說明。 第9圖顯示具有薄膜密封腔體以及為了增加微差壓力 在薄膜及晶圓之複數個區域上之複數個同心輪管狀壓力環 之化學械機研磨頭之實施例之圖解說明。 第10圖顯示具有薄膜及密封壓力腔體之本發明的研 磨頭之較佳實施例之圖解說明。 第11圖顯示使用在第10圖之實施例之扣環懸掛構件 之實施例之圖解說明。 第12圖顯示可以使用在第1〇圖之實施例之另一種扭 矩轉移構件之實施例之圖解說明。 #第13圖顯示第10圖之化學機械平坦化研磨頭之局部 、、’田即之圖解％明，說明在組裝研磨頭裡子載具組裝懸 件之配件。 ， ^ 第1 4圖顯示子載具組裝懸掛構件之實施例之圖解 明。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁各攔) .訂· -線

7 91807 A7 B7 548162 五、發明説明（8 ) 第1 5圖顯示晶圓背部薄膜之實施例之圖解說明。 第16圖顯示具有具開口之薄膜及圓錐形凹處之子載 具之本發明的研磨頭之另一種較佳實施例之圖解說明。 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁各攔) 第17圖顯不可以與第16圖之實施例一起使用之薄膜 背板之實施例之圖解說明。 第18圖顯示第17圖之薄膜背板之透視圖之圖解說 明。 第19圖顯示具有内腔體及外腔體之本發明的研磨頭 之實施例之圖解說明。 第20圖顯示相似於第19圖所呈現，除了兩薄膜並未 重疊及外薄膜為開放輪狀環形狀外之本發明的研磨頭之實 施例之圖解說明。 第21圖顯示相似於第19圖所呈現，除了兩薄膜並未 重疊外之本發明的研磨頭之實施例之圖解說明。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第22圖顯示相似於第21圖所呈現，除了外腔體包含 或為可充氣内管或氣墊形狀外之本發明的研磨頭之實施例 之圖解說明。 第23圖顯示本發明的研磨頭之實施例之圖解說明，其 中外腔體包含外環狀腔體。 第24圖顯示具有同時及實體上獨立地控制五個區域 之構造及方法之本發明的研磨頭之實施例之圖解說明。 ’第25圖顯示雙薄膜研磨頭之實施例之圖解說明，其中 外薄膜為開放輪狀環形狀，以及其中作用於内圈薄膜之壓 力會隨著變化以改變基板中心部分至力量作用部分之面 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x29*7公釐） 8 91807 548162 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（9 ) 積。 第26圖顯示相似於第25圖所呈現之雙薄膜研磨頭之 實施例之圖解說明，其中外薄膜為圍繞内薄膜之圓形薄模 形狀。 第27圖顯示具有封閉輪狀環形狀之外薄膜研磨頭之 實施例之圖解說明，以及其中作用於薄膜之壓力會隨著變 化以改變基板邊緣部分至力量作用部分之面積。 第28圖顯示具有封閉輪狀環形狀之外薄膜研磨頭之 實施例之圖解說明，以及1由、餐胳+ + , ^ 及具中溥膜之中心支撐點會隨著變 化以改變基板邊緣部分至力量作用部分之面積。 [元件符號表] (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁各攔) •訂. •線 101 化學機械研磨或平坦化工具 102 旋轉盤 1()3 研磨頭組件 104 研磨頭安裝組件 1〇5 底座 106 承載組件、載具 107 樑架 108 旋轉主軸 109 馬達驅動台板、研磨台板 110 驅動主軸 1 J J 旋轉主軸 113 、 230 晶圓 152 化學機械平坦化研磨頭 160 聚合襯墊 202 化學機械平坦化研磨頭 204 機殼 205 機殼側邊部分、外緣 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） 9 91807 548162 A7 B7 五、發明説明（10 206 ^ 216 主軸 210 214 220 226 234 244 250 208 212 218 222 232 240 245 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 250-1 250- 2 251 251- 1 251-2 252 254 256 257 258 260 261-1 262 263 264 267 機殼下表面 扣環 切削鋼珠 研磨墊 扣環上表面 晶圓背部表面 薄膜 第一薄膜、外部薄膜 第二薄膜、内部薄膜 腔體 邊緣轉移腔體、外部腔體 背部腔體、内部腔體、中心腔體 薄膜支撐平板、子載具下表面 薄膜内部或上表面 薄膜外部表面 子載具溝槽、管路、氣囊 止動螺絲 259 輪狀角環 '角件261 261·2 支撐平板 晶圓外圍邊緣 粗厚屏壁、粗厚薄膜邊緣 子載具下表面 265 接頭組件 272 238 機殼上表面 子載具 子載具上表面 孔洞 彈簧 扣環下表面 晶圓正面端表面 通道 薄膜支撐平板 開孔 '開 管線、通道 -----------------^----------------------訂--------------------線 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁各攔} 衣紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐 548162 A7 B7 五、發明説明（11 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 薄膜支撐平板凹入處 氣體、空氣 ^1 薄膜支撐平板外部邊、緣 晶圓外圍邊緣 293貯存槽 292 溝槽 2% 晶圓壓力感測開口 297 第二腔體 3αα 外部腔體、邊緣轉移腔 背部壓力腔體 305 子載具平板 子載具平板外部表面、 扣環、下機殼外緣 扣環、内部機殼平极、 具平板外部表面 間隔件 314 内部薄膜、項圈3 ! 7 晶圓 外圍部分、扣環組件 扣環、抗磨表面 扣環懸掛平板 '薄膜 固’定環 外部徑向邊緣部分 扣環懸掛元件 本—尺度適用㈣公爱 279 280 282 283 291 294 296 298 302 304 306 308 310 312 313 316 318 320 321 322 323 324 325 體 薄膜中心部分 薄膜輪狀形部分 貯存槽向下傾斜面 凸起部分 第一腔體 研磨頭 旋轉式聯合機才籌 上機殼平板 支撐或轉接扣環 外部薄獏 承接面 子載 (¾^先閲^r背面之注意事項再塡寫本頁各襴) VV. 訂. 下環抗磨表面 91807 548162 A7 B7 326 327 328 五、發明説明（12 内部徑向邊緣部分、管路 固定環 内部徑向邊緣部分、輪狀薄膜 329 薄板 330 外部輪狀腔體 332 内部外圍邊緣 334 薄膜、晶圓袋口 335 内部徑向邊緣 336 扣環懸掛平板 336A 、336B 、 336C 、 336D 輪狀薄膜 337 懸掛平板下表面 338 懸掛平板上表面 339 夹具下表面 340 夹具 341、 342輪狀通道 343 懸掛元件中央部分 344 - 345 、 346 螺絲 348 350 扣環懸掛平板槽口 子載具組件'薄膜 349 351 匹配突起物 薄膜支撐平板 3 52 353 薄膜支撐平板、 螺絲 載具、機殼 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁各襴) 經 濟 部 智 慧 財 [產 局 員 工 消 f 合 作 社 印 製 354 355 356 358 359 360 361 362 3 64 背部壓力腔體、子載具平板 薄膜支撐平板外部表面 基板 機械止動元件、+說俄 止動▼帽螺絲、扣環 開孔、停止表面 子載具懸掛元彳半、& 件内部徑向邊緣部分 凸緣、外部徑向部分 機殼内部下矣而 面、懸掛元件内部徑向部八 開孔、墊片 刀 張尺度適用中國國家標準 公釐） 91807 548162

子載’、平板内部支撐環、墊片 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 366 367 369 371 372 374 376 378 379 380 381 382 383 384 388 391 394 400 404 408 410 第一夾JL ，、 368 螺絲 370 第二夹具、輪狀形狀環 螺絲、載具外緣部分 第一封閉孔洞 承接面、第一或外部薄獏 子載具平板外部表面 間隔件 承接面、薄膜支撐平板上表面 子載具支撐平板下表面 子載具支撐平板下或外緣表面 薄膜支撐平板間之分隔或凹孔 第一腔體 第二腔體 393 通道 39；2 第二薄膜外緣部分3 96 輪狀薄獏 中央腔體 輪狀薄膜下表面部 386 390 402 406 分 412 輪狀形狀環、孔洞 墊片 第二或内部薄膜 第二薄膜内表面 箭頭、預定面積 第一薄膜下表面部分 第一輪狀腔體 輪狀薄膜外緣部分 汽缸 活塞 [發明之實施例之詳細說明] 本發明構造及方法今描述於特定可為典範之圖例說 之實施例之前後文裡。該發明的構造及方法消除復多使 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 91807 〈請先間讀背面Μ/ΐ意事項舟塡寫本貢各攔) -. •訂· 線， 13 548162 A7 B7 14 經 濟 部 ••智 慧 財 、產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 五、發明説明 聚合間隔件於晶圓背部及晶圓子載具表面間所衍生之習知 的研磨頭設計之問題，以及因軟背頭使壓力分布於晶圓表 面上所衍生之問題。不同的力量或壓力給予晶圓前端表面 不同之負載來作用於研磨墊，導致不同之移除速率。作用 在扣環之壓力同樣地改變扣環接觸表面之負載力量來作用 於扣環並且影響在晶圓邊緣之材料移除。本發明構造及方 法藉助緊鄰著晶圓背部表面之彈性膜或薄膜取代襯墊。在 一個實施例裡，該薄膜形成密封性圍繞，而在第二實施例 裡’薄膜具有開孔或開口使得至少部分壓力直接作用在背 部晶圓表面。該背部軟表面壓力腔體之使用，或另一種結 合本發明的研磨頭之其它元件以直接加壓於晶圓背部表 面，亦容許在較低之壓力下研磨藉以達到較佳之晶圓内部 均勻性。封閉腔體實施例及開放開口實施例在下文中有較 洋細之描述。 比較材料數量在晶圓中心附近之移除，本發明的研磨 頭亦提供從晶圓邊緣移除之材料數量之分離控制，藉以允 許整個邊緣肖勻性之控帝！。該控制#由提#具有三個分離 實體上獨立的壓力控制之研磨頭以部分地實現：⑴產生背 部曰曰圓壓力作用於晶圓中心部分，（if)產生子載具壓力作用 於晶圓背部之外圍邊緣，以及（iii)產生扣環壓力直接作用 於圍繞晶圓之輪狀區域之研磨墊。 在構造說明裡，筘環使用彈性材質由機殼支撐，因此 它可藉由小摩擦力來垂直移動而不受約束。在相鄰的機械 組件之間提供一些餘隙，以便在研磨或平坦化運作期間扣 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4规格（210 x 297公釐） 91807 -----------------^-----------------------^--------------------% (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁各攔} 14 15 經濟部智慧財產局員工消費，合作社印製 548162 A7 B7 五、發明説明 玉衣能夠在研磨巷矣& ^ _ 、 上以一種調整小角度變動之方式來漂 移士。，子載具藉由彈性材料同樣地懸掛於機殼，以至於該 機月b夠藉由小摩擦力垂直移動而不受約束。如同使用扣 環，在相鄰的機械給件之間提供小的機械餘隙，以便在研 磨或平坦化運作；Μ 2 # ^ S子栽具能夠在研磨塾表面上一種調整 i角度變動之方式來漂移。藉由堅固連接僅大約位在整個 圓的周圍邊緣’晶圓接觸子載具。晶圓内部之中心部分 至輪狀周圍晶圓邊緣，在研磨或平坦化運作期間僅藉由彈 性膜或薄膜及空氣之塾材容積或其它氣動的或水壓的壓力 、接觸子載具。除了來自研磨頭機殼之扣環及載具之懸掛 外機豉本身連結或懸掛在來自平坦化機器之其它組件。 ㈣該連結或懸掛是由氣動的、機械的或水壓的移動工具 所提供。例如，如技藝裡所知，氣動缸提供該移動。此連 u谷許研磨頭整體相對於研磨墊表面做垂直向上及向下移 動，以便晶圓在研磨前能置放於子載具上並且在研磨完成 後由子載上移除。機械裝置典型用於此目的。 ^在本發明之某一實施例裡，研磨頭之升起及降下機構 提供具有可調整之精密性質的降下停止開關以補償研磨墊 磨損及扣環磨損。藉由調整研磨頭整體相對於墊子的位置 而非使用任何相對於機殼之垂直範圍之移動或子載具或扣 ^之衝擊，以補償墊子磨損及（或）扣環磨損是較佳的方 式，同時能保持扣環及子載具在移動範圍中心或附近藉以 減少研磨頭在運作時之不必要之機械效應之可能性，並且 增加或穩定製程均勻性。這類機械效應例如可能包含滑動 度適时國國家標準（CNS)A4規格⑵ο x 297公愛）-' Γ··* 訂 ---------!線 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁各攔) 15 91807 548162 A7 B7 五、發明説明（16 ) 一 ---~— 表面面積之增加或減少及伴隨之摩擦力、在機殼及扣環間 或在：殼及子載具間之彈性連結特性之改變以及其它例如 疋全之裝配或對準所造成之機械效應。在本質上，藉 由不斷地疋位研磨頭裝配以便在研磨頭内之關鍵操作元件 (例如扣環、子載具及背部薄膜）運作在體位置或附近， 可減少任何可能影響製程之第二效應。 提供此項控制量測於整個相對於研磨墊之研磨頭裝配 上，亦容許任何特定厚度之研磨墊之較長期使用，並且對 於此類較厚之研磨塾，使用較厚之塾子最初預期有較長之 使用壽命。當然’在某些情況下，在預定數量之晶圓經過 研磨後或者基於當時研磨墊之特性，墊子的修整也可能需 要此類較厚之研磨墊。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 f請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁各攔) 上，數毫米之調整即能充分容納研磨墊及扣環之 磨扣。例如，只是具備從大約1毫米至大約20毫米之能力 通常即是很充分的。典型上研磨頭位置之充分調整能力只 在大約2毫米至大約8毫米之範圍内。這類調整可以藉由 調整螺帽或螺絲釘、藉由使用壓力改變之氣動或水壓致動 器、藉由齒條齒輪機裝配、藉由棘齒輪裝置機構或藉由其 匕如在技藝裡已知之調整工具。此外，位置解碼器可以用 來偵測研磨頭較低的停止位置，當到達該位置時會藉由夹 子或其它工具來維持住。當某些電子式控制可能用於維持 偵測停止位置時，因為在建構在半導體晶圓或其它基板’之 精密平坦化之機械定位上可能受到雜訊或振顫影響，此類 電子式控制並不適用。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇χ297公釐） 16 91807 548162 A7 B7 五、發明説明（Π ) 本發明之化學機械平坦化研磨頭結構及平坦化方法可 用於具有單一研磨頭或另一種具有多數研磨頭之化學機械 平坦化機器，例如可以提供於結合旋轉盤之裝配上。再者， 本發明之研磨頭可用於各種類型之化學機械平坦化機器， 包含機器使用和執道運動研磨組件 '圓形運動研磨組件、 線性或往復運動研磨組件及這些研磨運動之結合，以及位 於或藉由其它在技藝裡已知之化學機械平坦化及研磨機 器。 在第1圖裡顯示化學機械研磨或平坦化工具1〇1，係 包含旋轉盤102以運送包括研磨頭安裝組件1〇4及基板（晶 圓）承載組件106之多數研磨頭組件1〇3。我們在此使用術 語“研磨”意謂著任何一個基板113(此时未顯示）之研 磨通常包含半導體晶圓或基板，並且亦包含當基板受電子 電路元件沉積在上面之半導體晶圓之基板平坦化。半導體 晶圓典型上是薄的並且在名義上為直徑在1〇〇釐米至3〇〇 釐間之易脆圓盤。目前工業上所使用的為1〇〇釐米、2〇〇 釐米及300釐米之半導體晶圓。本發明設計適用於半導體 晶圓及其它至少直徑為3〇〇釐米以上及更大直徑之基板， 並且有助於將任何明顯之晶圓表面研磨之非均勻性限定在 所謂半導體晶圓之徑向周目之排除區内。典型上該排除區 w於大約1釐米至大約5釐米之間，一般通常大約在2釐 米至大約3釐米。 ’ 底座1〇5提供其它組件之支撐，包含樑架1〇7，係支 撐及容許連結研磨頭組件1〇3之旋轉盤1〇2的上升及下 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)^見格（21〇χ297公釐） 17 91807 548162 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（l8 ) 降。研磨頭安裝組件104安裝在旋轉盤1〇2上，並且每個 研磨頭組件103安裝於研磨頭安裝組件1〇4裡以用於旋 轉，而安裝之旋轉盤針對旋轉主軸1〇8旋轉，並且每個研 磨頭組件103有一個實質上平行但分離於旋轉主軸1〇8之 旋轉主軸111。化學機械平坦化工具或機器ι〇1亦包含針 對台板驅動主軸11〇安裝旋轉之馬達驅動台板1〇9。台板 109支撐研磨墊135並且藉由台板馬達（未顯示）驅動旋 轉。該特定化學機械平坦化實施例工具丨〇〗為多重研磨頭 設計，意即對於每個旋轉盤丨〇2具有多數研磨頭丨〇3，•然 而’已知之單一研磨頭之化學機械平坦化工具，以及本發 明之化學機械平坦化研磨頭及用於研磨之方法可以與多重 研磨頭或單一研磨頭型式之研磨裝置一併使用。 再者，此特定化學機械平坦化設計裡，每個多數研磨 頭103藉由驅動鍊條（未顯示）之單一研磨頭馬達（未顯示） 來驅動，係藉由鍊條及鍊輪機構依序驅動每個研磨頭 1〇3;然而，用於本發明之實施例裡，除了藉由鍊條及鍊輪 型式驅動外，每個研磨頭103用個別的馬達旋轉。本發明 之化學機械研磨工具亦加入旋轉式聯合機構提供多數不同 氣體（流體）通道以傳送加壓流體，例如空氣、水、真空或 其它類似流體在研磨頭外部之固定源與研磨頭内部或上面 位置之間。在某一實施例裡，五種不同的氣體（或流體）通 道由旋轉式聯合機構提供。在本發明之實施例裡加入了腔 體之子載具，附加的旋轉式聯合出入埠包含於提供加壓流 體至附加腔體之所需。 f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁各掏) 裝 訂· .線 本紙張尺度制中國國家標準（CNS)A4規格⑽X 297公箸） 18 91807 548162 A7

運轉時，研磨台板109與附著之研磨墊135、旋轉盤 102及每個研磨頭103皆對著本身的中心主軸旋轉。在本 發明之化學機械平坦化工具之某_實施例裡，該旋轉盤之 旋轉主軸108為偏離平臺之旋轉主軸11〇大約一英吋；然 而，在所有情況下這並非必須的或甚至是預定的。在其它 實％例裡，如同晶圓上的每一個其他點，每個構件之旋轉 速度疋預a又的，使得在相同的平均速度下晶圓丨丨3上之每 個邛勿在實質上運行相同的距離，以便提供基板均勻的研 磨或平坦化。當該研磨墊在典型上有稍微壓縮時，墊片與 第一次接觸間隔件的晶圓之間之交互影響之速度與方式明 19 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 顯地決疋由晶圓邊緣移除之材料之數量，並且決定於研磨 晶圓表面之均勻度。 為了要建立本發明之化學機械平坦化研磨頭及結合研 磨頭實施例使用之化學機械平坦化方法之差異性，注意力 首先朝向具有第2圖之習知設計之簡化原型研磨頭。 在第2圖之實施例裡，機械螺旋彈簧用於說明不同的 力量作用於研磨頭之不同部分之應用。事實上，雖然彈簧 在理論上可以用於實現本發明，但以空氣壓力或水壓力形 式呈現之氣動壓力為典型用於提供較佳的壓力均勻度以涵 蓋整個所需面積。在此說明裡彈簧之使用主要提供說明之 明確性並且避免本發明受非必要之習知細節所遮蔽。 第2圖習知之化學機械平坦化研磨頭152包含機殼頂 端部分204及連接機殼之主軸2〇6，以及實際上為化學機 械平坦化研磨頭之其餘部分，如馬達或其它如技藝裡所知 (請先閱讀背面之注意事項再塡寫本頁各攔) -訂 •線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)a4規格（210 x 297公釐） 19 91807 548162 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（2〇 ) 之旋轉移動來源。典型上機殼204將包含圍繞其它在研磨 頭裡的構件之輪狀形機殼側邊部分205以提供適量保護來 防止研磨液 '以保護内部元件免於不必要之曝露及磨損以 及當作其它内部元件之機械導桿，例如扣環214。用較簡 化的說法，扣環214及子載具212可以視作懸掛於平滑之 水平機殼之平板上’該平板具有由主軸2〇6所連結之上表 面208以及扣環214與子載具212所懸掛之下表面210。 子載具212連接機殼2 04之下表面210,經由主軸216 固疋連接子載具之上表面218並且延伸至内嵌在下表面 210之圓柱狀孔洞222之球狀切削鋼珠220。切削鋼珠220 可在孔洞222内垂直移動或滑動以藉由機殼2〇4來提供相 對之垂直運動。孔洞222需要稍微放大尺寸以允許切削鋼 珠220移動而不受約束並且允許某些運動之控制量，以便 當多數切削鋼珠與孔洞組裝後，能夠讓子載具相對於機殼 204及研磨塾226產生某些角度之運動或傾斜。然而，該 配合是充分緊密的以致於不允許會損害研磨頭精密度之任 何過度的運動或轉動。切削鋼珠220提供在機殼204及子 載具212之間的扭力轉移連接以便來自主軸206之旋轉運 動可以從子載具2 12傳送至欲平坦化之晶圓23〇。雖然扣 環、切削鋼珠未在圖式裡說明，以避免過度複雜化而模糊 了本發明’但同樣地可用於連接至該機殼。 一個至多個彈簧232’配置在機殼下表面21〇及扣環 214之上表面234之間，並且作為將扣環214與頂蓋機殼 2 04分隔開來。當機殼之移動在研磨或平坦化操作期間 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁各攔) 裝 .訂. •線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公楚） 20 91807 162 48 A7 B7 21 五、發明説明 到限制時，淨效應則會對扣 . 衣214向下施壓而靠向研磨墊 226之上表面。在此特定赛 、 ，夂只施例裡’彈簧232之型式或彈 貫232之數目可以經由調整 ^ α 乂棱供所需之扣環力量（FRR) 或扣壞壓力（PRR)。然而，若是 疋乳動壓力用於驅使扣環214 抵住研磨墊226，則產生向下柞Η认上 下作用於扣環上之氣動壓力將 受到調整使達到扣環214之向 、 疋门下力里能抵住研磨墊226。 類似的方式，-個至多個子載具彈菁川配置在機 殼下表面210及子載具212之上表面218之間，並且作為 將子載具與機殼分隔開來並且驅使子載具靠向研磨塾。在 研磨操作期間機殼208之移動受到限制，淨效應則會對子 載具m向下施壓而靠向研磨墊226之上表面。通常，分 氣動紅用於移動及疋位研磨頭152相對於研磨墊226 的位置。例如在晶圓或其它基板為平坦化而承載後，該移 動用於疋位（降下）研磨頭使接近研磨塾，以及在平坦化完 成後1用於升起研磨頭使離開該墊226。此優點在於具有 機械停止提供作為移動之降下限制之參考以確保合理的重 複性及避免對研磨頭或晶圓造成性質上的損害。 在此習知之配置裡，半導體晶圓230之背部表面244 將以直接或是透過選擇性之聚合間隔件16〇來内嵌於子載 具之下表面。 將可以瞭解的是第2圖之習知的化學機械平坦化磨頭 提供扣ί哀214之扣環壓力（PRR)於研磨墊226上，並且於 理論上至少提供單一均勻子載具壓力（PSC)在晶圓23〇正 表面與研磨塾表面之間。如同在該技藝裡具有經驗之專業 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁各攔) -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（21〇χ297公釐） 21 91807 548162

發明説明（ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 0員所知，由於各種變動因素，包含結合旋轉研磨頭與旋 研磨墊之動態、局部墊子壓縮、研磨液分佈以及很多其 它因素’該晶圓通常無法在整個表面上承受到均勻的壓’、 力。在該技藝裡具有經驗之專業人員亦將會瞭解，於此所 提供之說明裡，均勾平坦化壓力可能無法產生均句平坦化 結果，並且某些控制平坦化壓力變化則是需要的。然而， 這類控制並不能藉由第2圖之化學機械研磨頭或平坦化 方法來達成。 本發明提供數種化學機械研磨頭實施例及適用於本發 明研磨頭及其它方面之新的研磨與平坦化之方法。每個實 施例提供結構用以可操控變更半導體晶圓至少兩個區域之 平-化壓力以及分別調整扣環對研磨墊之向下力量。扣 環壓力之控制已知將影響晶圓平坦化之邊緣特性，因為該 控制影響晶圓及位在晶圓外圍邊緣之研磨墊之交互作用。 如同扣環壓力之效應僅為延伸在晶圓下的限定距離，該效 應是非直接的。 第3圖說明本發明研磨頭之三個相關實施例，每個都 具有薄膜及定義於子載具及薄膜間之密封壓力腔體。第3Α 圖說明具有本質為實心薄膜支撐平板26〗之實施例，以及 第3B圖說明未具有薄膜支撐平板261之實施例，其中子 載具力量僅在外部周圍表面藉由輪狀角環，從子載具平板 212傳送至薄膜250。第3C圖之實施例類似第3B圖之實 施例除了移除輪狀角環26〇並由薄膜25〇之粗厚部分263 所取代以傳遞子載具力量。需注意的是在某些實施例裡， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇x297公釐） "-- 22 91807 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁各攔) 裝 -訂. 線 162 48 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（23 該薄膜可以由複合材質構成，並且（或者）該輪狀角環26〇 或其它結構可以在薄膜之邊緣部分整體構成。 今進一步詳細說明第3A圖之本發明之化學機械平坦 化研磨頭之實施例之構造。機械螺旋彈簧232、238用於說 明不同的力量作用於研磨頭202之不同部分之應用。事^ 上，雖然彈簧在理論上可以用於實現本發明，但以空氣壓 力或水壓力形式呈現之氣動壓力為典型用於提供較佳的平 坦化結果，如同此類壓力可以均勻分佈以涵蓋整個所需面 積，並且如同可以監控之壓力將不用注意改變時序或像機 械彈簧那般需要常常維持調整。在此說明裡彈簧之使用主 要提供說明之明確性並且對於習知構造所需要的不相關於 本發明者可以避免。 第3圖之本發明研磨頭202包含機殼頂端部分204及 連接機殼之主軸206，以及實際上為化學機械平坦化研磨 頭之其餘部分，如馬達或其它如技藝裡所知之旋轉移動來 源。典型上機殼204將包含圍繞其它在研磨頭裡的構件之 側邊機殼部分或外緣205，以提供適量保護來防止研磨 液、以保護内部元件免於不必要之曝露及磨損以及當作其 它内部元件之機械導桿。扣環214及子載具212 —般懸掛 於水平平板上形成該機殼具有由主軸206所連結之上表面 208以及扣環214與子載具212所懸掛之下表面210。 子載具212連接機殼2 04 i下表面210,經由主軸216 固定連接子載具212之上表面218並且延伸至内嵌在機殼 頂端部分204之下表面210之圓柱狀孔洞222之球狀切削 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁各攔)

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x297公釐） 23 91807 548162 A7 B7

五、發明説明（24 鋼珠220。切削鋼珠220可在孔洞222内垂直移動或滑動 以藉由機殼204來提供相對之垂直運動（相對墊子上下運 動)。孔洞222需要具有機械裕度以允許切削鋼珠-移動 而不受約束並且允許某些運動之控制量’以便當多數切削 鋼珠與孔聽裝後⑼如3組），能_子載具㈣於機殼 204及研磨塾226產生某些角度之運動或傾斜。切削鋼珠 220提供在機殼204及子載具212之間的扭力轉移連接以 便來自主軸206之旋轉運動可以從子載具212傳送至欲平 坦化之晶圓230。雖然扣環未在圖式裡說明，以避免過度 複雜化而模糊了本發明’但是如同子載具之說明以相同方 式使用切削鋼珠可同樣地連接至該機殼。其它形式之扭力 或旋轉運動連結構造及方法在該技藝裡為已知的並且可以 使用。 一個至多個彈簧232配置在機殼下表面21〇及扣環 214之上表面234之間，並且作為將扣環與頂蓋機殼分隔 開來及驅使扣環抵住塾子226。當機殼之移動在研磨或平 坦化操作期間受到限制時，淨效應則會對扣環214向下施 壓而靠向研磨墊226之上表面。纟此特定實施例裡，彈簧 232之型式及（或）彈簧232之數目可以經由調整以提供所 需之扣環力量（FRR)或扣環壓力（PRR)。然而，在較佳實施 例裡使用氣動壓力，產生向下作用於扣環上（任一直接地或 非直接地）之氣動壓力將受到調整使達到扣環214之向下 力量能抵住研磨墊226。 以類似的方式，一個至多個子載具彈簧238配置在 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁各攔) 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（210x297公f ) 24 91807 548162 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（25 ) 殼下表面210及子載具212之上表面218之間並且作為將 子載具舆機殼端部分204分隔開來。在研磨操作期間機殼 2〇8之移動受到限制，淨效應則會對子載具212向下施壓 而罪向研磨墊226之上表面。不像直接施壓於研磨墊226 之具有下表面240之扣環214，本發明之子載具並未直接 接觸研磨墊’並且在本發明之較佳實施例裡甚至並未直接 接觸晶圓230之晶圓背部表面244。更精確地說明，接觸 頂多是藉由薄膜、隔膜或其它彈性回復材質來達成，並且 在其它實施例裡接觸是部分或完全藉由施壓的空氣或氣體 層。 在本發明之構造裡，子載具212主要功能為提供穩定 平台用於彈性膜、隔膜或薄膜250之依附。在某一實施例 裡（見第3B圖及第3C圖），腔體251定義於子載具218之 下表面252及薄膜250之内部或上表面254之間。薄膜250 之反或外部表面256接觸半導體晶圓230之背部表面 244。在另一實施例裡（見第3A圖），腔體251定義於薄膜 支撐平板261之下表面及薄膜250之内部表面254之間。 施壓玉氣或氣體之力量（FBS)或壓力（PBS)及真空之來源在 研磨頭表面或經由旋轉式聯合機構來連接接頭組件267， 並且經由導管、軟管或其它線管連接腔體251。 在第4圖之另一實施例裡，薄膜僅部分覆蓋或延伸至 整個晶圓背部表面244並且在薄膜250裡提供開口 265或 其它開孔。在該另一實施例裡，沒有腔體由研磨頭本身之 構造來形成，更精確地說明，只有當晶圓23〇或其基板 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁各攔) •訂· 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公爱） 25 91807 548162

為了研磨而裝載於研磨頭（夾盤固定）上時，背部壓力㈣ 才會形成於晶圓背部表面244。 在第6圖之另一實施例裡，流向晶圓之晶圓背部表面 之空氣28G或其它氣體之容積可藉由開口來調整，以便* 經贫部智慧財產局員工消費合作社印製 氣從薄膜2 5 0及晶圓背部表面之間渗漏出來使得晶圓漂: 在空氣280之氣墊上。 τ 回到第3圖之實施例，本發明構造允許不同部分之薄 膜外部表面256在中心部分281相對於邊緣部分282以不 同壓力施壓於晶圓背部表面244(見第3A圖）。第3b圖所 說明之本發明之實施例裡，輪狀或環形邊緣或角件26〇配 置位於或接近晶圓之外圍邊緣262。雖然部分薄膜25〇延 伸覆蓋角件26G以便提供薄膜至晶圓之實f連續的接觸面 積’角件26G由某些堅硬材質所構成以便該角件傳送至少 ，些子載具力量（FSC)之分力或子載具壓力（psc)於晶圓背 部表面256。例如角件260可以由不可壓縮或實質上不可 壓縮之材質如金屬、硬聚合材料或類似的東西所構成；或 由可壓縮或有彈性材料如軟性塑膠 '橡膠、矽膠或類似的 材料所製成。角件260另外可以為包含空氣、氣體、液體、 膠體或其它材料之管狀氣囊形式，並且可以具有固定容積 及壓力或連接至用以變更空氣、氣體、流體、膠體或其它 其材料之容積及（或）壓力之機構以便堅硬性、壓縮性及類 ^性質可以調整以適合特定平坦化製程。角件26〇之特性 错由且主要決定了多少子載具力量傳送至晶圓23〇之背部 表面244。角件260之目的為提供工具用於調整在晶圓23〇 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁各攔) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇x297公爱） 26 91807 162 48 5

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 之外圍邊緣262之研磨壓力 厝壓力以分隔開產生在晶圓剩餘處之 研磨壓力，以便材質移除及邊缝 π际及遺緣效應可以受到控制。 需注意的是甚至當竇暂μ 田貝貝上不可壓縮材料使用於角件 260,部分薄膜250事實上可以接 員上』以挺供某些可壓縮性及彈性， 係有益於減少任何其它可能發生或在角件及部分晶圓内部 間之邊緣轉移。薄膜25G之厚度可以選擇以提供所需要的

堅硬性及彈性之程度。不回制岛甘π A ^不问製程甚至自不同的特性上得到 益處。也需注意的是雖然角件260在第3B圖之實施例之 說明裡是以具有直角的截面來呈現，該截面另外可以逐漸 變細或具有導角以便提供平滑的表面輪廓及壓力之轉移。 第3A圖之實施例裡，當薄膜支撐平板261藉由真空 力里吸附在研磨頭202裡，該薄膜支撐平板261在晶圓23〇 之外圍邊緣283提供輪狀角件之功能性特性，並且亦提供 晶圓額外的支撐。該薄膜支撐平板261限制晶圓在受支撐 或夾盤固定之操作期間可能受到的彎曲程度，並且避免碎 d產生於形成在晶圓正面端表面245上之磨痕及其它结構 裡。 介於薄膜支撐平板下表面26 1(見第3A圖）或在子載具 下表面264(見第3B圖及第3C圖）及薄膜上表面254之間 之氣動壓力（例如空氣壓力）透過薄膜250提供向下力量於 晶圓背部表面244上。在本發明之某一實施例裡，向下之 晶圓背部力量（F；bs)藉由氣動壓力產生透過孔洞、開口、軟 管、線管、導管傳送至腔體251，或透過其它傳送通道272 經由接頭組件267及（或）旋轉式聯合機構到達外部來源。 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁各攔) 訂. •線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 27 91807 通常 或等於晶 通常亦可 緣研磨塵 常在大約 内，較典 至大約為 且晶圓背 548162 五、發明説明（π ) 此背部壓力均勻分佈於第3B圖實施例之輪狀角件26〇内 部的晶圓表面、第3C圖實施例之粗厚薄膜部分263及均 勻分佈在具有薄膜支撐背板之第3 A圖實施例之下薄膜支 撐平板261之凹入處279及上薄膜表面254之間所形成之 腔體251裡之晶圓表面。 將可以瞭解的是在子載具下表面252及延伸並與環狀 角件260或與薄膜支撐平板之外圍邊緣部分接觸之薄膜 250之輪狀形部分285之間的有效機械連結的結果，使晶 圓230受到之壓力係有關於在該晶圓外圍邊緣283附近之 子載具壓力（psc)。需注意的是由於凹陷的凹入處279形成 於該平板之下表面，則薄膜支撐平板261並未從子載具之 中心内部區域傳送機械力量。晶圓23〇受到之壓力係有關 於在晶圓中心並延伸朝向邊緣之背部壓力（pBS)。在鄰近角 件2 60之内徑或鄰近薄膜支撐平板261裡之凹陷的圓形凹 入處之區域裡，在兩壓力（PSC及PBS)間的轉移通常會發 生。 ，晶圓外圍邊緣研磨壓力可以調整為大於、小於 圓者部中心之研磨壓力。另外，扣環壓力（PRR) 為大於、小於或等於晶圓中心研磨壓力或外圍邊 力在本發明之某一特定實施例裡，扣環廢力通 為5至大約為6psi(磅/每平方英吋）之間的範圍 型的大約為5.5psi，子載具壓力通常在大約為3 4psi之間的範圍内’較典型的大約為3 5psi，並 部壓力通常在大約為4.5至5 5psi之間的範圍

(請先閱讀背面之注意事項再塡寫本頁各攔) -訂. '線 .裝 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（2Κ) χ 297公釐） 28 91807 548162 A7 B7 五、發明説明（29 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 内較典型的大約為5psi。然而依照任何可以從大約2psi 至大約8psl壓力的範圍内調整之壓力以達到所需的研磨或 平坦化效果，這些範圍僅為範例。在本發明之某些實施例 裡機械70件之物理重量，例如扣環組件之重量及子載具 級件之重量，可以成為有效壓力。 第3C圖說明構造之另一實施例。在此另一實施例裡， 將角件260移除並且藉由粗厚部分薄獏25〇取代，係有效 作為角ί衣或角件。薄臈之材料性質及此粗厚部分之厚度⑴ 及寬度卜）藉由並主要決定了有多少子載具之力量分佈於 夕夕部刀之s曰圓背部表面。而且，雖然第％圖顯示一般 粗厚的薄膜屏壁之矩形截面，其它粗厚部之裁面形狀或輪 廊更有益於選用以提供所需的子載具力量之大小及分佈。 藉由適當地選擇形狀，力量可以不均句地分佈，成為徑向 〆離的函$ &外圍邊緣以達到所需材料移除特性。於此 受成本或其它考量所宣告的，甚至薄膜之材料性質可以變 更成為由中心（特別是粗厚屏壁之區域263)徑向距離之函 數以透過粗厚屏壁達到不同力量傳送性質。 第3圖之實施例裡（亦同於每個其它實施例在下文中 之說明）直接或本質上直接的子載具力量傳送至晶圓23〇 之區域可以調整至相當廣的範圍。例如，薄膜支撐平板材 料及（或）薄膜支撐平板凹入處279(第Μ圖）之位置、角件 部分（第3B圖）或粗厚薄膜屏壁部分通常可以從外圍邊緣 2以延伸至大約i釐米至3〇羞米之間較典型為大約2爱 米至大約1 5厘米之間及較通常為大約2釐米至大約丨〇釐 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇χ297公釐^ ---- 29 91807 (請先閱讀背面之注意事項再塡寫本頁各攔) •訂· 線 548162 A7 B7 五、發明説明（3〇 ) 米之間。然而一般凹入處 '角件部分或粗厚薄膜屏壁部分 之寬度及範圍由所需要的結果而非任何物理上的距離之絕 對限度來決定。這些尺寸可以在測試及建立晶圓製程參數 期間憑經驗依需求來決定。在2〇〇釐米晶圓之化學機械平 坦化機器某一實施例裡，凹入處具有大約j 98釐米之直 徑，而在另一實施例裡凹入處大約為j 8〇釐米直徑。通常， 所需尺寸將依照機器及（或）製程來指定並且在化學機械平 坦化製程之調整及機器之發展及設計期間憑經驗決定。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁各攔) 表後’需注意是雖然彈簧於此用以說明當作力量產生 兀件或工具以產生扣環力量（FRR)及子載具力量（FSC)，需 瞭解的是典型的彈簧因為很多理由將不可使用。例如，2 供匹配之彈簧特性於眾多數量之彈簧在實際操作期可能是 有問題的，特別是當初始製造後需要替代數月或數年之 久。而且彈箐之結構將必須在物理性質上配合機殼、扣環 及子載具以致於機械裝置運載的獨立性可能會受到牽連 相反地，本發明提供氣密或液密腔體或氣動缸或水壓缸， 以便發展之氣動或水壓力量或壓力驅動扣環、子載具及薄 膜。使用壓力腔體及減少腔體間實體連結之方法在本發曰 第10圖、第16圖及其它相關圖式之較佳實施例裡提出^ 個別提供扣環研磨力量、晶圓邊緣研磨 ， 叮傷力里及晶圓中 心研磨力量之幾種其它選擇的實施例於現在 °凡月。如第4 圖至第9圖顯示本發明實施例之一般結構類似 ^ 3圖之 實施例，於此僅說明主要不同之處。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x297公釐） 91807 30 A7 B7 548162 五、發明説明（Μ ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁各攔) 第4圖之實施例裡，薄膜2 5 0包含至少一個開孔或開 口 265並且未封閉的腔體由研磨頭本身之結構來定義。更 精確地說明，在晶圓用夾盤固定（安裝）於研磨頭及動氣壓 力透過晶圓背後開口 265導入後，晶圓背部壓力僅建立在 驅使晶圓靠向研磨墊。雖然具有薄膜支撐平板2 6 1之實施 例已提出說明，然需瞭解的是此實施例另外可以實際裝配 有關於第3Β圖及第3C圖已經說明之角件260或粗厚薄膜 邊緣部分263。當使用薄膜支撐平板時，該薄膜支撐平板 選擇性地但有盈於包含貯存槽291，係收集任何可能在真 空作用以安裝並握持住晶圓時吸入或拉進管線272之研磨 液或碎屑。該儲存槽291避免任何累積阻塞管線。再者， 藉由提供貯存槽向下傾斜面292及針對貯存槽293提供比 貯存槽之最大尺寸小的選擇性開孔，益處得以實現。當維 持最大晶圓背部支撐時，這些特徵允許相對大的貯存槽容 量’並且使得任何液體或研磨液容易離開管線。 經 濟 部 智 慧 Μ 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 第5圖之實施例裡，薄膜支撐平板261之外在覆蓋表 面具有切削或以其它方式形成於表面内之溝槽294以傳送 真空至晶圓之不同部分以及辅助測試或感測晶圓之適當位 置凸起部分295保留住以支撐晶圓並且避免過量彎曲。 此種變更是刻意製造的，因為開口、真空安裝及晶圓握持 的結果必須折衷調配。在某一實施例裡，本發明提供结人 徑向及圍繞四周的溝槽294。晶圓壓力感測開口別為選 擇：提供以決定是否晶圓適當地安裝於研磨頭。若真空壓 力能夠產生在晶圓背後，該晶圓為適當地安裝，·然 本紙張尺度適財IS國家標規格⑽χ ---- 31 91807 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 548162 A7 B7 五、發明説明（32 真空不能產生’則未有晶圓存在或晶圓未適#地安裝。此 溝槽的薄膜支撐平板之細節進一步說明於關於第Μ圖之 實施例裡，及特定薄膜支撐平板之細節說明於第17圖^及第 1 8圖0 —第6圖之實施例亦使用具有至少一個開孔或開口如 之薄膜250,並且除了控制壓力以達到所需之材料從晶圓 前端表面移除外，空氣或其它氣體之流動受到調整以1持 空氣層（或氣體）在晶圓背部表面244及外部薄膜表面MS 之間。在此實施例裡，晶圓漂浮在空氣層上。雖然僅單一 開口 265說明於圖式裡，但可以使用多數或眾多這類開 口。而過量氣體280從晶圓及晶圓邊緣之薄膜間溢出。額 外的管線可以提供於扣環介面以用於收集及回收空氣。箭

頭指示空氣於晶圓背部表面上之流動及從晶圓二邊緣： 出。 L 第7圖之實施例裡為第3圖實施例之變化並且提供多 數壓力腔體（在此說明裡兩個壓力腔體產生力量FEW、 FBS2及它們相對應之壓力）朝向晶圓背部表面244。第7八 圖之實施例裡，藉由提供第二個類似的支撐平板261_2及 薄膜250-2結合内部之第一薄膜250」來修正第3a圖之實 施例。除了邊緣及扣環壓力之控制外，該兩結構在中心部 分重疊覆蓋以便均勻涵蓋於晶圓中心部分之壓力可以個別 控制。雖然中心腔體251-2及薄膜250_2部分可，說明為具 有類似支撐平板261-1提供較大外部薄膜2504之支撐平 板261-2，但可選擇性地使用不同的支撐平板結無支 -----------------^---------------------------------------% (請先閲讀背面之注意事^再場寫本頁各蝴』 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公f ) 32 91807 162 48 5 A7 B7 五、發明説明（33 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 撐平板。例如，可以使用簡單薄膜來劃分腔體形狀。亦需 瞭解的是單-或兩者之薄膜可以非常地薄以便相對於晶圓 背部表面244之薄膜25〇_卜25〇_2之厚度及間隔為十分地 並且在第7A圖之說明為了顯示該結構可能稍微誇大。 在某-實施例裡’雖然可能使用較薄及較厚之結合，但钍 合兩薄膜之厚度可能僅從大約〇 5釐米至大約2釐米。在 其：實施例裡，來自不同魔力腔體之薄膜為緊密相接而非 重且並且刀離隔開或屏壁而分離多重、典型地輪狀形狀的 體在某些多重腔體之實施例裡，在鄰接的輪狀壓力腔 體或區域之間之分離屏壁將非常地薄以便該分離屏壁在區 域邊界較不可能導致壓力不連續性。在其它實㈣裡，分 隔鄰接的輪狀區域之屏壁可以具有厚的部分。 第7A圖之結構變化說明於第7B圖，係僅顯示部分未 具有其匕部分之化學機械平坦化研磨頭2〇2之扣環2 Μ及 子載具212。需注意的是在此實施例，里，外部或邊緣轉移 腔體251-1接收第一壓力，並且内部或背面壓力腔體251_ 2接收第二壓力。扣環214接收第三壓力（未顯示）。如同關 於本發明之其它實施例已經說明的，邊緣轉移腔體25工“ 或背部腔體251-2之任-個或兩者皆可包含開孔或開口。 當邊緣轉移腔體25^為包含一個開口，此類開口便於提 供如鄰接内部背面腔體251_2之輪狀環（未顯示”藉著此 特定實施例之奋解，内部或外部薄膜25〇•卜25〇_2並不必 要重璺，内部薄膜具有圓形的形狀及外部薄膜具有輪狀形 狀圍繞該内部薄膜。 f請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁各攔) •訂· •線- 本紙張尺度適用中國國木標準（CNS) A4規格（21 〇 X 297公爱) 33 91807 548162 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（34 ) 藉由實施例在第8圖之說明提供多重中心壓力之不同 變化或不同壓力控制概念，其中本質上輪狀形管狀壓力環 或氣囊255配置在部分薄膜支撐平板261或子載具212之 間’典型上在子載具裡之溝槽257内，並且施壓管路或氣 囊257用於提供額外壓力於欲移除額外材料之特定區域。 通道259從外部來源至管狀氣囊257連接施壓氣體（FBS2) 或其它流體。當施壓時，該管路加壓於薄膜内部表面254 以局部地增加平坦化壓力（PBS1)，其它地方則靠著腔體 251之力量來呈現。 第9圖實施例延伸此概念，甚至進一步提供多數鄰接 或本質上鄰接之同心管狀壓力環或氣囊255，使得一區域 可以在比周圍區域具有較高或較低壓力下進行研磨或平坦 化。雖然用於說明之管狀環或氣囊在本質上具有圓形截 面’需瞭解的是在第8及第9圖之實施例裡，管路形狀可 以便於選擇以具有所需的壓力或力量外形作用於薄膜上及 因此作用於晶圓230上。施壓氣體或流體（FBS1、FBS2、 FBS3、FBS4 ' FBS5)經調整以提供所需的研磨壓力外形橫 過晶圓表面。在某一實施例裡，管路通常有圓形截面，而 在另一實施例裡，管路具有矩形截面並且本質上管路之平 滑表面加壓於薄膜上。第9圖之實施裡，輪狀管路在内部 及外部直徑間可以具有不同的徑向範圍或寬度。 當這數個實施例的每一個經過個別說明後，對於在此 技藝裡具有一般技術的工作者而言將會很明峰，依據在此 說明所提供的在某一實施裡之元件或特徵可以與其它實施 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁各攔) 裝 訂· -線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） 34 91807 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 548162 五、發明説明 例裡之元件及特徵結合而不舍 个f偏離本發明之範圍。 藉由特定實現之細節，铲此 k二實轭例明顯說明化學機械 平坦化研磨頭之某此重要牲外 —重要特徵。-旦這些實施例之實施結 構能夠瞭解，該結構、平扭化方 化方法及第10圖及第10圖之 實施例之優點將更容易地瞭解及察覺。 回到第2圖之習知設計，類似的研磨頭設計使用習知 的聚合襯墊160介於子載具下表面264及晶圓背部表面 244之間。在此結構裡，產生朝向晶圓23〇之背部表面244 之壓力為均勻（或至少打算是均勻的）的。相對於壓力產生 於晶圓之中心部分或藉由扣環214靠向研磨墊226之上表 面以產生壓力，沒有結構或機構可以提供改變該壓力於在 或鄰近晶圓的外圍邊緣。 在說明關於第3圖至第9圖之數種選擇的實施例且比 較習知的結構如在第2圖之結構所提供的那些結構及平坦 化方法後’注意力現在直接放在兩個本發明較佳實施例之 更多詳細說明，一種使用薄的薄膜及密封壓力腔體（第1 〇 圖）及第二實施例（第16圖）具有開放的開口之薄膜，係雖 然分別類似關於第3圖及第5圖所說明之實施例，以提供 優於那些實施例之額外特徵及優點。根據於此提供之說明 對於在此技藝裡具有一般技術的工作者將可察覺相對於這 些實施例之第5圖至第9圖之其它選擇說明亦可以在相對 於第1 0圖及第1 6圖之實施例裡執行。 ’ 藉由提供相對剛性之橡皮環在晶圓之外部邊緣及使用 子載具壓力，材料在邊緣之移除數量相對於材料在邊緣内 脅 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁各攔) •訂· -線一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公愛） 35 91807 548162 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（36 ) 部區域之移除數量，如相對於基板中心，可以受到控制。 子載具壓力加壓於橡皮環朝向晶圓背部形成壓力緊密 名封。壓力向下至晶圓透過在邊緣之橡皮環亦允許相對於 Q内。P或中〜移除率之晶圓邊緣移除率之控制以便邊緣 非均勻性可以受到控制及限制。 需庄意的是在某些使用隔膜以提供晶圓背部壓力之研 磨頭設計裡，未有已知的習知化學機械平坦化研磨頭提供 、’、。構以允許不同塵力在邊緣相對於在内部區域之應用。在 本發明之結構裡，相對於背部壓力，較高的子載具壓力增 加了材料相對於晶圓中心之移除數量，並且相對於晶圓背 部壓力，較低的子載具壓力減少了材料從邊緣相對於中心 之移除數量。這兩種壓力可以調整至不管是達到均勻或本 質上均勻的材料移除，或者是對於早期製造程序已造成的 某些非均勻性來達到材料從邊緣至中心之移除輪廓以補償 早期造成的非均勻性。 本發明之這些實施例裡，子載具主要受到保留以提供 穩疋的元件’係傳送子載具壓力腔體均勻地至橡皮環並且 因此傳至晶圓之鄰近邊緣。（回想本發明之實施例提供調整 在邊緣之壓力以便絕對均勻壓力可以不必須或提供）除了 向下壓力透過橡皮環作用在晶圓之外圍邊緣之適度平坦需 要外，子載具表面之平坦及光滑是不重要的。該子載具因 此可以為較不精密及成本較低之零件。 這些結構提供研磨（或平坦化）裝置、機器或工具（化學 機械平坦化工具）以研磨基板之表面或其它工件，例如半導 -----------------^----------------------1T--------------------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁各攔) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 36 91807 548162 A7 B7 五、發明説明 37 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 X 消 費 人 社 印 製 體晶圓。該裝置包含旋轉式研磨塾及包含晶圓或基板承載 部分以承載基板及定位基板靠向研磨墊之晶圓子載具；以 及包含具有第-加屢薄膜及第二加I薄膜之晶圓加麼薄 膜，該第-加墨薄膜在靠向研磨塾之晶圓之邊緣部分使用 第一負載壓力，並且第二加壓薄膜在靠向研磨墊之晶圓之 中心部分使用第二負載壓力，其中第一及第二負載壓力是 不同的。雖然此晶圓子載具及晶圓加塵薄膜可以個別使 用，在本發明之較實施例裡，該研磨裝置進一步包含圍繞 晶圓子載具之扣環，以及在扣環靠向研磨墊上使用在第三 負載壓力之扣環加壓構件。第一、第二及第三負載壓力為 獨立可調整的。 第10圖之本發明研磨頭302包含機殼3〇4，係包含上 機殼平板308、下機殼外緣31〇及内部機殼平板312。上機 殼平板308以螺絲釘或其它扣件312、314經由主軸連結項 圈316連結主軸306。雖然圖式為簡單的主軸3〇6，需瞭解 2是主軸306通常為習知的設計並且例如包含用於旋轉固 定主軸於研磨機器其餘部分之軸承（未顯示）、用於傳送氣 體及（或）流體從遠離研磨頭之此類氣體或流體之固定源至 研磨頭之一種至多種旋轉式聯合機構3〇5。例如適用於本 發明研磨頭結構之主軸及旋轉式聯合機構之形式之例子之 說明於由V—ky等人命名之“用於連結流體於晶圓研 磨裝置之旋轉式聯合機構，，之美國專利，編號5,443,416， 該專利授權給 Mitsubishi Materials Corporation。 在之前說明的實施例裡，上機殼平板3〇8提供穩定的 --—____________ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公變)' -----— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁各攔) 釋. -訂_ .線 37 91807 548162 A7 B7 五、發明説明（38 機械平台，從該平台懸掛或裝設扣環組件320及子載具組 件350。下機殼外緣31〇提供保護覆蓋於扣環組件之 外部周圍部A，例如避免研磨液進入研磨頭内冑、控制或 限制扣環組件32G之水平移動以及有效的夹緊彈性扣環組 件固疋環之外部徑向邊緣部分324於上機殼平板3〇8。 内部機殼平板312連結上機殼平板308之下表面，並 且有效的夹緊彈性扣環組件固定環323之内部徑向邊緣部 分326於上機殼平板3〇8。内部機殼平板312亦有效的夾 緊彈性子載具組件固定環327内部徑向邊緣部分於内 部機殼平板312並且靠本身直接連接於上機殼平板3〇8的 力量’亦連結上機殼平板308。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 雖然第3圖及第4圖之實施例說明關於簡單之通用圓 柱狀及環狀子載具及扣環之一個工件，本發明實施例提供 某些較複雜組件包括多數構件以執行這些功能。因此參考 扣環組件而非扣環，以及參考子載具組件而非子載具。該 構造及操作原理已經提出說明並附屬於這些附加的實施例 裡，並且需瞭解的是本發明所描述關於第3圖至第9圖所 顯示之實施例之特徵可以藉由描述關於第1〇圖及第16圖 之實施例之特定實現細節來加強及詳細說明。 扣％組件320包括扣環321，係在下環抗磨表面322 接觸研磨墊226,藉由定義之晶圓袋口 334沿著内部徑向 邊緣335以限制晶圓230在研磨墊226之水平面，移動。扣 環組件320亦包括具有下表面337及上表面338之通用輪 狀形懸掛平板336。該下表面337連結扣環33 8之上表面（該 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公愛） 38 91807 548162 A7 B7 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 社 印 製 五、發明説明（39 ) 表面相對於磨損表面321)並且該懸掛平板從下表面至上表 面338向上延伸，其中該表面結合夾具34〇之下表面339 經由通用輪狀形扣環懸掛連接元件325以移動連結扣環懸 掛平板322於機殼308。 在本發明之某一實施例裡，扣環壓力由扣環之磨損來 補償。當非矩形扣環磨耗時，接觸研磨墊之表面面積隨時 間及磨損而改變。結果，建立在製程上之壓力（例如5psi) 並未具有預定之效果並且應該要修正以適應較大的表面。 非矩形扣環形狀，例如提供斜面外部邊緣之扣環形狀，因 為該形狀改善研磨液對晶圓及晶圓下方研磨墊之分佈，故 是較佳的形狀。具有該形狀之角度，可以容易獲得研磨液 補充。因此，相對於在晶圓邊緣之子載具壓力及在晶圓之 更夕中心區域兩者’扣環壓力可以獨立控制。最好，例如 不淪是基於在晶圓處理之數量、操作時數、手動量測或是 偵測實際的扣環磨損之感測器，扣環磨損壓力補償是自動 的並及受電腦控制。 在某一實施例裡，扣環懸掛元件325模型化成彈性橡 皮類材料（EPDM材料）以包含兩個輪狀通道341、342在夾 具340之兩端。這兩個通道在截面呈現曲線環路（細部見第 12圖）並且提供扣環組件相對於機殼及子載具組件 相…、摩擦之垂直移動。再者’此形式之懸掛元件3U使 4衣’、且件3 20及子載具組件35〇分離移動以便除了可能的 摩擦在組件的滑動面產生外’移動為獨立或本質上獨立。 子目對於機殼304扣環組件32〇之懸掛至少部分藉由在 尺度適家標準（(：^^見格（2107^^- 39 91807 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁各攔) 訂. -線•丨 548162 A7 B7 五、發明説明 請 先 閲 讀 背 面 之 注 部分上機殼308及下機殼外緣31〇之間夾緊外部徑向邊緣 部分324來達成’例如藉由螺絲344或其它扣件。以類似 的方式，内部徑向邊緣部A 326在另—部分上機殼及下機 殼外緣310之間受夾制，例如用螺絲345或其它扣件。懸 掛το件325之中央部分343在扣環懸掛平板336之上表面 及夹具339之間使用螺絲、346或其它扣件來夹制。最好， 機殼304、扣環懸掛平板336及夾具339之邊緣及交角是 呈圓弧狀以接近於在扣環懸掛元件325接觸點之理論上的 曲率，以減少在懸掛元件上的應力並且避免磨損及延長元 件壽該通道或環路341、342依尺寸排列以提供垂直運 動之範圍（相對於研磨墊上或下）於扣環組件32〇。 扣環組件320之移動有益於限制在預定之運動範圍， 係能充分提供晶圓承載'晶圓卸載及研磨操作。而機械構 造干涉之多樣性可以用於限定運動範圍，在第1〇圖說明之 實施例裡，在扣環懸掛平板336裡之槽口㈣提供與從内 平板312延伸之匹配突起物州產生接觸，以 經 濟 部 _智 慧 財 •產 局 員 X 消 費 合 作 社 印 製 預定限度之移動可以避免。如此超出範圍之保 供以保護内部零件免於受損或過早磨耗，特別是 扣元件325。例如，若扣環組件之全部重量是藉由 掛元件325所支撲’該扣環懸掛元件奶將 才貝或至少受到過早磨耗。 又 :環懸掛元件325之實施例說明於第u圖，係說明元 視及部分半截面圖，顯示中央部 部環路或福、苦& \ W4及外 342、343及内部及外部徑向邊緣部分 本紙張尺度^iii^CNS)A4規格⑽χ 297公釐)~^----— 91807 548162 A7 B7 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 五、發明説明（41 ) 324 、 326 。 子載具組件350包含子載具支撐平板351、藉由螺絲 353或其它扣件連結支撐平板351之薄膜支撐平板352、薄 膜250，並且在某一實施例裡，背部麼力腔體354通常定 義於薄膜支撐平板3 52之下或外部表面355及薄膜35〇之 内部表面356之間。背部壓力腔體354之其它實施例由本 發明提供並且於下文有更詳細之說明。 子載具組件3 5 0亦最好包含以止動螺絲或止動帶帽螺 絲258形式之機械止動元件358，係連結支撐平板351及 透過在機殼内部平板312之開孔359與機殼内部平板312 之停止表面359產生干涉影響，以避免若研磨頭升起離開 研磨墊226時，子載具組件從機殼過度延伸。該止動帶帽 螺絲358經選擇以提供在研磨頭承載、卸載及研磨期間之 子載具運動之適當範圍，但並非在如此大的運動範圍，研 磨頭之内部元件將會因過度延伸而受損。例如，因為使用 扣裱組件，若全部子載具組件35〇之重量由子載具懸掛元 件3 60所支撐，該子載具懸掛元件36〇將可能受損或至少 過早磨耗。 如同關於第3圖及第4圖實施例之說明，切削鋼珠或 均等的機械結構例如楔、栓、隙片、隔膜或這類元件可以 用於將機殼208連接至子載具組件35〇及扣環組 用於旋轉運動。 # 在另一實施例裡，如第12圖之說明，薄板329材料例 如金屬（例如薄不於傳送扭力給扣環組件及子載 ϋ氏張尺度適財_家群----—-— 41 91807 (請先閲讀背面之注意事頊再填寫本頁各攔) *訂_ 線.. 548162 五、發明説明（42 =組件。該結構允許在機殼及連結之扣心 件之間的相對垂直運動，並且 -子載一且 的移動及扭力。諸如金屬連社339 ^·Ό之組件間轉移旋轉 一種旋轉方向轉移，以==之設計是使料力僅以 仫疋如同研磨頭僅以_ 此限制並不會造成問題。其它隔膜形式之聯 :於=殼連接至扣環組件及(或)至子载具:二擇: 本發明特徵並不限定—之扣環或子載具懸 機殼、扣環組件及子載具組件之 減少化學機械平坦化研磨頭之痕跡”列如十 承七垂田帝— 例如，部分扣環懸掛 ' ，覆盍部分子载具支撐平板。這些及其它方面之機 械結構最好減少研磨t 機械平坦化機器寸亚且儘可能產生較小之化學 子載具組件懸掛元件360之外部徑向部分361藉第一 夹具367連結子載具支撐平板351之外部表面·。該夾 具367例如可以包含輪狀形狀環368覆蓋在外部徑向部分 61並且藉由螺絲369透過在懸掛元件360裡之開孔364 載…支撐平板351來密封。子載具組件懸掛元件36〇 之内部徑向部分362藉第二夾具371連結下表面37〇。該 立/、 1例如可以包含輪狀形狀環3 7 1覆蓋在内部徑 σ P刀62並且藉由螺絲372透過在懸掛元件36〇裡之開 孔364至子載具支撐，平板3S1來固定。 本發月之化學機械平坦化研磨頭之詳細部分說明於第 i _係' 在其^特徵裡顯示子載具組件懸掛元件36〇之示範 91807

適用中ϊϊϋ準（CNS)A4“ ⑽x297 U 42 A7 B7 548162 五、發明説明（43 ) (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁各棚) 結構。此元件亦說明於第14圖之透視及部分半載面圖。特 別是’它顯示元件360具有以輪狀環路或通道部分，及外 部和内部徑向邊緣部分361、36〇形式之中央部分％〕。截 面以曲線狀環路形式呈現之輪狀通道363提供子載具組件 相對於機殼304及扣環組件32〇之相對無摩擦力的垂直移 動。再者，此懸掛元件360形式最好將扣環組件32〇及子 載具組件350分離移動以便，再者，除了忽略摩擦力可能 在滑動面發生干涉外，該移動為獨立的。懸掛元件36〇亦 可以為來自EPDM形式，也已知為EpR係為具有極佳化學 抗性及動態性質之一般用途之橡皮材料。一種EpDM變體 具有800 pS1之張力度並且理論上硬度測定值在55至65 之間。 經濟部智慧財產扃員工消費合作社印製 薄膜支撐平板352之上表面38〇藉由螺絲353或其它 扣件連結至子載具支撐平板351之下表面381。在某一實 施例禋，支撐平板（該表面朝向薄膜35〇)之下或外部表面 382包含凹入處或凹孔383使得當薄膜35〇連結薄膜支撐 平板352時，該薄膜僅在外部徑向外圍部分鄰近背部平板 之邊緣接觸該支撐背板。第10圖之實施例裡，在薄膜35〇 及薄獏支撐平板間之分隔或凹孔383定義出腔體使氣動或 空氣壓力（下壓力及負壓力或真空）可以導入該腔體以執行 研磨頭所需之操作。 在關於第1 6圖顯示之另一實施例裡，薄膜包含至少一 個開孔或開口 265以致於沒有定義出圍繞區或腔體，更精 確地說，壓力是直接作用於晶圓背部。在後來的實施例裡， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公一 ； 43 91807 548162 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（44 ) 薄膜350將用於限制研磨液之污染進人研磨頭並且協助密 封或部分岔封晶圓於研磨頭裡。 回想在簡化的第Λ ΤΈΠ ^ 乐j圖及第4圖實施例之說明裡，不管 ?具有預定材料性質之角件部分260、具有凹入處279之 薄膜支撐平板261或薄膜本身之粗厚部分263其中用於從 :載具鄰接外圍邊緣提供所需之力量傳輸。相似的結果可 早獨藉由薄膜支撐平板351或結合薄膜25〇來提供，該薄 膜250係有益於延伸橫跨薄膜支撐平板252(多少有點像在 圓柱框架上包以鼓皮之方式）並且藉由使用薄膜支撐平板 351及子載具支撐平板之下表面當作夹具元件來連接。 在某一實施例裡，薄膜25〇模型化為EFDM或其它橡 皮類材料，然而其它材料也可以使用。例如，矽膠也可以 使用，但是在某些環境下有時可能黏於晶圓上。該薄膜材 料通常應該有大約20至大約80之間的硬度值，較典型大 約為30至大約50之間，且通常從大約35到〇之間，具 有40之硬度值在报多情形下為最佳結果。硬度測定器是一 種用於聚合材料之硬度量測工具。⑽的硬度值表示一種 材料比較咼的硬度值材料軟。該材料應該是有彈性的及具 有優良的化學抗性以及其它物理及化學性質以符合在化學 機械平坦化環境下之操作。 在某一實施例裡，薄膜250、350之組成直徑比所需安 裝尺寸小從大約〇%至大約5%間，更通常直徑昆所需安裝 尺寸小在大約2 %至大約3 %間，並且在安裝期間延伸至全 尺寸（1 00°/〇) ’特別是低硬度值材料。依照如此製造之該 本紙張尺度適用中國國家標準（cns)a4規格（210 X 297公釐） 91807 ^----------------------玎--------------------線 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁各攔) 548162 A7 B7 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 五、發明説明（45 ) 膜因此小於安裝後之尺寸以便在安裝後它可以延伸及拉 緊。 圓形薄膜2 5 0之某一實施例說明於第1 5圖。薄膜2 5 0 理論上具有依照製造之厚度在大約〇2羞米至大約2羞米 之間’較通常在大約0.5釐米至大約ΐ·5釐米之間，並且 在某一特定實施例裡該度大約為1釐米。這些尺寸是指固 疋厚度薄膜之中心部分，並且未包含於此上文說明之某些 實施例之在或鄰近該外圍邊緣之粗厚部分。薄膜是適合角 環或薄膜支撐平板261之外部邊緣的任一個，需視特定實 施例而定。 薄膜實際接觸晶圓背部之份量可以變化並依照邊緣排 除而求進入的晶圓均勻性、若操作無邊緣壓力差異之化 學機械研磨平坦化製程之研磨非均均性及其它因素而定。 在典型的狀況下’薄膜與晶圓背部接觸之份量將在大約〇 5 董米至大約20釐米之間變化’更典型在大約ι釐米至大約 L〇釐二間’通常在大約1髮米至大約5釐米之間。然而， 这些祀圍來自於修正製程非均勻性的需要而產生並且本發 明構造或方法都不能限定這些範圍。例如，若有理 供直接子載具壓力於晶圓外 ，本發明構造 及方法可以迅速地適應此狀況。 傳輸磨頭之實施例使用輪狀或環形角狀間隔件以 屏壁部分；乂於晶圓邊緣，該薄臈本質上在底部及側面 屏辟本：用二有均勾的屏壁厚度。然而當粗厚薄膜側面 -一_^乍力量傳輪工具時，則該側面屏壁厚應該 本紙張尺^祕（21G χ 297 么Tjy (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁各棚) •訂. -線、. 45 91807 548162 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（46 與子載具直接作用於晶圓上之距離匹配。用簡單之說明， 若子載具力量需要作用在晶圓外部3釐米冑，則薄膜側面 屏壁厚度應該為3釐米。亦將可以瞭解的是在子載具力量 作用在所需的面積或區域及薄膜側面㈣厚度之間可能沒 有明確—對—的關係、。力量或壓力傳輸在鄰近區域間的某 些轉移是可能發生的並且實際上在某些情況下甚至是需要 的以避免突然的壓力不連續性。而且，該轉移有時候是需 要的，雖然不《總是需要#，以提供薄_面屏壁厚度稍 微少於或稍微多力子載具力4作用之距離以提供所需:壓 力在子載具壓力及晶圓背部壓力間之轉移。例#，在某些 例子裡對於直接子載具壓力作用於理論上3㈣晶圓的外 部周圍區域，該薄膜側面屏壁厚度可以在大約2釐米至大 約4釐米間之範圍。將會瞭解這些特定數值僅為範例並且 最佳尺寸將視如薄臈材料、平坦化壓力、研磨墊特性、研 磨液型式及此類之因素而定，並且在發展該化學機械平坦 化機器及製程時，通常將依經驗決定。 在一般直覺，並且沒有理論上之益處，當FSC大於 FBS時，子載具壓力（fsc)高於在晶圓邊緣之壓力，因此晶 圓邊緣承受子載具壓力（FSC)並且晶圓之中央部分承受背 部壓力（FBS)。當FSC小於FBS時，背部薄膜壓力（fbs) 當夠大時則支配著子載具壓力（FSC)。然而，典型上該化學 機械平坦化研磨頭將在FSC小於FBS下運作，因此相對於 材料在中央部分移除之數量，材料在晶圓之外圍邊緣之移 除將減少。該相對壓力、直徑及材料性質將調整以達到所 t ^--------------------^ (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁各攔} 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公愛） 46 91807 548162

發明説明（ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 需之平坦化結果。 ^現在庄思力直接放在壓力區、壓力腔體及壓力作用在 系，之不同部分之說明。經由簡述，卩用之扣環壓力驅使 扣％之下磨耗表面靠向研磨墊、子載具壓力作用在晶圓外 部^ 2外圍邊緣及背部晶圓壓力（或真空）作用於晶圓之中 U背邛部分。一種更進一步施壓管線或腔體有益於使用於 研磨頭沖洗以沖刷可能研磨液及碎屑，要不然該碎屑可能 移動而進入研磨頭裡。一種至多種附加壓力區域可以選擇 性地作用在晶圓背部之中央圓形區域或在晶圓之中央區域 及外部周ffl區域之間之輪狀區域中間位置。f施例使用於 本文之其它處所說明之此類通常可充氣的輪狀管路或環形 氣囊，係具有旋轉式聯合機構用於傳送施壓流體至研磨頭 之這些或其它區域。 在剛剛說明之實例裡，背部壓力腔體354通常定義於 薄膜支撐平板352之外部表面355及薄膜35〇之内部表面 356之間。 現在注意力直接放在本發明第1 6圖的實施例裡之具 有類似已經說明之關於第4圖之開口薄膜。在薄膜2 5 〇提 供薄膜壓力開孔或開口以便背部壓力直接作用於晶圓而薄 膜不需在除了鄰近晶圓之外部周圍邊緣接觸直接子載具壓 力作用之該晶圓背部表面。在此實施例裡，在研磨期間任 何薄膜重疊晶圓之中央部分主要用於形成壓力/真空密 封。亦即，當時該晶圓在晶圓承載及卸載操作期間正持握 於研磨頭上。薄膜開口之尺寸可以數釐米延伸至近乎子載 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁各铜) 訂· 線、 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 47 91807 548162 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 48 A7 B7 五、發明説明（48 ) 具平板之外部直徑之變化。 如同關於第4圖實施例之說明，貯存槽避免研磨液在 晶圓承載期間吸入壓力/真空管線。貯存槽之傾斜邊緣使研 磨液容易從研磨頭排放回去。需注意的是可以預期的是研 磨液吸入至貯存槽的數量期望是少的以便僅需要偶爾清 理。如此的清理可以由人力來完成，或藉由注入水流或施 壓空氣、水或空氣及水之混合以清管線或貯存槽。 當感測是藉由感測真空壓力之建立來達成時，薄膜開 口之存在使真空傳送至晶圓背部變得稍微複雜並且複雜化 了適當的晶圓安裝之感測。當在薄膜支撐平板裡的凹入處 疋薄的時，從中央壓力管線抽取真空可能導致薄膜對於中 央支撐平板產生氣密，但不會傳送真空至晶圓之其它區 域。薄膜本身並不會產生吸力因為薄膜該處沒有開口。另 一方面，此問題可以藉由增加厚度或薄膜支撐平板凹入處 或使用角狀間隔件或粗厚薄膜邊緣實施例來解決；然這將 減少晶圓可以獲得之支撐。 較佳的解決乃藉由說明於第17圖及第18圖之薄膜支 撲平板來提供，其中第18圖是說明於第17圖之平板之透 視圖。額外的支樓是需要的以避免晶圓扭曲、彎曲或_。 雖然晶圓基板本身基本上可能不會永久變形、碎裂或其它 方面之受損；但若受到應力，全 、 又N應刀i屬、氧化層及（或）j：它美 板及在晶圓前端之管“能碎裂。因此，充分的支撐需土 提供於背部，特別县方讲廢於 ^ 符另〗疋在研磨則之承載及研磨後晶圓之移 則晶圓吸附而靠向隔膜的時刻。 :紙張尺度適用t國國家標準（CNS)AW格（21Gx29^j^---- 91807 I I------------------ (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁各攔) 548162 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（49 ) 一種至多種開口或開力扭 ’孔&供於鄰近薄膜支撐平板之外 部邊緣。當在它們之間夹入镇 薄獏時，這些將作為帶帽螺絲 孔洞以連結薄膜支撐平板鱼 /、千載具平板。從中央開口延伸 之第一及第一徑向通道經遠垃 建接用於傳送外部壓力/真空 源，係在研磨期間提供背部厭 月#壓力，以及在研磨之前及之後 之晶圓安裝期間傳送真空。筮 第一及第二同心輪狀通道和徑 向通道相交。該結果是用於；查、s麻、丄 _ 疋用於連通壓力及真空至晶圓，尚且 提供所需的支撐於晶圓上。 如同很夕％知的研磨頭結構，研磨頭之物理結構亦使 得從研磨頭外部之子載具支撐平板移除薄膜25〇之方式變 得容易而無任何拆卸研磨頭之需要。回想在薄膜支撐平板 裡之螺絲孔洞使薄膜緊靠著子載具平板並且可以從研磨頭 之外部存取。一個或一組開孔用於檢核真空及晶圓存在或 疋位，亚且任一組開孔用於接取連結薄膜至研磨頭之螺絲 或其它扣件。當薄膜為磨耗物品時，將偶爾需要替換，因 此從研磨頭外部替換而毋需研磨頭之拆卸之能力是具有優 勢的。 現在说明關於第1 9圖至第2 7圖之補充的實施例。每 個這些化學機械平坦化研磨頭及化學機械平坦化工具設計 至少稍微類似已經說明之關於第7 A圖、第7B圖 '第8圖 及第9圖之實施例。 第19圖顯示第一或區域I設計圖，其中研磨頭3〇〇有 兩個腔體以提供邊緣區域及中心區域。第丨9圖之實施例 裡，部分戴面圖顯示具有外部腔體或邊緣轉移腔體302及 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 49 91807 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁各攔} 訂. 線 548162 A7 B7 五、發明説明（5〇 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再塡寫本頁各攔) 内部或背部壓力腔體304之研磨頭300。該研磨頭3〇〇之 部分截面圖顯示包含具有外部表面3〇8之子載具平板 3 06,扣環310及支撐或轉接扣環312。彈性薄膜314、316(以 不規則線顯示以強調它們的撓性或彈性的特性）用於與子 載具平板3 06之外部表面312及間隔件313結合或用於支 撐以定義出腔體3 02、3 04。外部薄膜314具有承接面317 適應於接受在其上之基板或晶圓318。來自外部壓力源（未 顯示）之施壓流體在第一壓力導入邊緣轉移腔體3〇2及在 第二壓力導入背部壓力腔體3 〇4。該施壓流體典型為空氣 或其它氣體，然而，液體也可以選擇性使用。它們負責加 壓於整個晶圓318，包含在研磨墊（未顯示）上之基板之邊 緣，而背部壓力腔體304負責施加負載力量於晶圓之中央 區域。在邊緣地帶或區域僅在邊緣轉移腔體3〇2之邊緣轉 移壓力承載或施壓於晶圓318使靠向研磨墊；然而，在中 央區域其中兩薄膜314、316彼此重疊，雖然不必要相加， 但該研磨壓力為兩壓力之混合。兩重疊區域之目的在於允 許差別壓力或負載以發展擴展至超越兩個地帶或區域。這 兩個壓力最好在製程建立期間即應決定以達到所需之平坦 化結果。通常，雖然、不是必帛，導人背部壓力腔體3〇4之 流體壓力高於導入邊緣轉移腔體3〇2。當具有中心快速移 除率之研磨製程是有需要時，例如，#晶圓318因材料而 ,有凸起的表㈣，例如在其上沉積之_，則這個實施’例 是=用的。另外，在中央區域之較高的壓力也是需要的以 補償其它因為研磨墊而須有邊緣快速移除率、使用特定 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2ΐ〇χ297公箸） 50 91807 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 548162 五、發明説明（M ) 磨液或所謂的邊緣效應之製程。 第20圖顯示第二或區域t 乂 L A II汉计圖，其中研磨頭3〇〇 具有邊緣區域及中心區域。降 — ^除了外部溥膜314為開孔輪狀 :膜，形式、内部薄膜316為圓形或圓盤形狀及兩薄膜並 重豐外，在第20圖之實施例裡提供類似的結構。在此實 施例裡’該輪狀外部薄膜314具有承接面η?適合在該表 面上容納晶圓318，及外緣部分32〇輔助密封該晶圓於研 磨頭3 0 0。施壓流體道人夕奴+ 爪體導入之經由外部薄膜314所定義出之 第一腔體302、晶圓318之背部及子載具平板3〇6之外表 面308產生力量直接朝向晶圓之部分背部。外薄膜…亦 輔助以產生邊緣壓力或力量朝向晶圓318之邊緣部分。 第21圖顯不第二或區域ΠΙ設計圖，其中研磨頭3⑻ 具有邊緣區域及中心區域。該第21圖之實施例類似第19 圖及第20圖顯示之實施例，除了外部及内部薄膜3ΐ4、3ΐ6 由具有内部屏壁324以隔離邊緣區域腔體及背部壓力腔體 之單一薄膜322來取代，其中該薄膜不重疊。因此，導入 外部腔體302之邊緣轉移壓力僅作用於晶圓318之外部輪 狀區域並且導入内部腔體304之邊緣轉移壓力僅作用於晶 圓之内部圓形部分。 第22圖顯示第四或區域ιν設計圖，其中研磨頭3〇〇 具有邊緣區域及t心區域。第22圖之實施例類似已經說明 之關於第21圖，但該外部g體包含或由可充氣之内部管路 32ό或氣囊所形成。在此實施例之某一形式裡，該研磨頭 3〇〇裝配有内部管路326預先膨脹至所需壓力並且密封， (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁各攔) •訂· 線、 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇x297公釐） 51 91807 548162 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 五、發明説明（52 ) 藉以簡化施壓流體至研磨頭之連接。因此，該作用於晶圓 318之邊緣部分之力量主要決定於子載4 3〇6之力量作 用’而作用於晶圓318之中央部分之力量是由於流體注入 中央腔體及作用於子載具之力量之混合。因此，變化 該流體注人中央腔體之壓力可以改變轉移至中央區域及晶 圓318之邊緣區域之子載具3()6作用力之分量。亦即流體 庄入中央腔體3 04在壓力上大於在膨脹管路326之壓力將 仏成所有或幾乎藉由子載具306作用之力量傳送至晶圓 318之中央區域，而小於在膨脹管路内之壓力將導致所有 或幾乎藉由子載具306作用之力量傳送至邊緣區域。 第23圖顯示第五或區域五設計圖，其中研磨頭3〇〇 具有單一輪狀薄膜328以產邊緣區域及中心區域。該第23 圖之實施例包含已經說明由輪狀薄膜328所構成之外部輪 狀腔體330。該邊緣轉移腔體3〇2由輪狀薄膜328、子載具 平板306之外部表面308及間隔件313所定義。加載研磨 壓力於晶圓之内部部分之背部壓力腔體3〇4並未包含分離 薄膜或明顯的腔體。相反的，該背部壓力腔體3〇4由子載 具306之外部表面308'輪狀薄膜328之内部外圍邊緣332 及支撐於輪狀薄膜之承接面317之晶圓318之背部來定 義。因此，背部壓力腔體304僅在當晶圓318或其它基板 安裝並且特別是安裝並用輪狀薄膜328密封於研磨頭300 時而形成。此實施例具有之優點在於薄膜（或先前技藝接觸 形式子載具）可能的缺陷不會造成在壓力可以直接作用於 晶圓3 1 8之中央部分之平坦化變化。 -----------------^----------------------、玎--------------------^ (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁各攔) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇χ297公釐） 52 91807 548162 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 社 印 製 53 A7 B7 五、發明説明（53 ) 第24圖顯示一設計圖，其中研磨頭3〇〇具有多重薄膜 或具有多重内部屏壁之單一薄膜以提供中心區域及多重輪 狀區域。顯示於第24圖之實施例提供多數薄膜，包含本質 上覆蓋於子載具平板306之下表面3〇8之單一薄膜334、 產生輪狀區域338A-D之四個輪狀薄膜336A_D及由子載具 平板之下表面、單一薄膜334及輪狀薄膜3361)之内部外 圍屏壁所定義出之中心區域34〇。另一選擇上，用於定義 出五個區域之具有四個内部輪狀屏壁之單一薄膜（未顯示） 亦可以使用。在任-實施例中，此五個區域能同時控制並 實質地獨立。在需要較少餘多區域之處，該内部屏壁及/ 或薄膜之數量則可以因此而調整以提供所需之腔體數目。 第25圖說明雙薄膜研磨頭之實施例， 開孔輪狀薄膜形式，並且其中作用於内部圓形薄膜之= 可以隨力量作用於基板之中央部分之面積改變而變化。參 照第25目，研磨頭350通常包含具有子載具平板354之 機殼或子載具352以在研以平坦化操作期間持握及定位 基板356於研磨表面（未顯干、p I木顯不）上，以及包含配置大約在部

分子載具平板四周之扣環358。工#曰T L 衣358子載具平板354及扣環358 透過支撐環360懸掛於載呈3 判、戟吳以便他們可以在具有小摩 擦及沒有約束下垂直移動。可 j以在子載具平板354和扣環 3 58及鄰近元件間提供小的撇 的機械餘隙以便它們可以在研磨 操作期間在研磨表面以一種完却 ， 禋谷卉小的垂直移動及小角度變 動之方式漂浮移動。m ^ ^ 凸緣361經由螺絲（未顯示）或其它扣 件連結於機殼352之内邱τ主二，， _表面362。該凸緣361經由第 本紙張尺度適用中國國家標準·^ 91807 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁各攔)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 548162 五、發明説明（μ ) :彈性薄膜或墊片364接合連結於子載具平板354之内部 支撐環366以彈性地支撐該子載具平板及定義出封閉腔或 孔洞368於子載具平板上。該扣if 358藉由第二彈性薄膜 或塾片谓所支揮，延伸於子載具平板354及載具352之 外緣部分372之間。該扣環358可以經使用連結至位在塾 片之反面上之支撐平板(未顯示)之黏合劑、螺絲或其它扣 件（未顯示）由支撐環360連接至第二墊片37〇。該凸緣 361、下外緣部分372、内部支撐環366及第一及第二塾片 366、370形成第二封閉孔洞374於扣環358上方。如上所 描述的，在施壓流體的運作裡，例如氣體或流體可以注入 這些孔洞368、374 |里，以提供力量驅使子載具平板354 及扣環358分別靠向研磨表面。 依據本發明之實施例，研磨頭35〇更包含藉由間隔件 379連接子載具平板354之外部表面378之輪狀第一薄膜 376,該第一薄膜具有適合承受於其上的基板之承接面 3 80，以及具有適合利用基板背部密封以定義出第一腔體 384於基板背部及子載具平板之外部表面之間之外緣部分 或外緣382,以及具有定位在第一薄膜上之第二薄膜3%。 該第二薄膜386連接至子載具平板354以在第二薄膜之内 表面390及子載具平板之外表面378之間定義出第二腔體 388。在研磨操作期間經由通道391導入第二腔體388之施 壓流體造成薄膜彎曲或向外膨脹’以產生力量於部分基板 3 56之背部，藉以加壓基板表面之預定面積靠向研磨墊， 如圖中箭頭3 92所示。預定面積與流體導入第二腔體之壓 抑衣1T--------------------^ (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁各棚) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） 54 91807 548162 A7 B7 五、發明説明（55 ) 力成比例。在某一實例裡，該預定面積直接與流體壓成比 例0 在某一實施例裡，比導入第二腔體388之壓力為低之 施壓流體亦經由通道393導入第一腔體384以加壓基板 3 56之表面靠向研磨墊。在此實施例裡，預定面積392正 比於在導入第一腔體與第二腔體之流體之壓力差。 在另一實施例裡，第二薄膜386包含外緣部分394及 下表面部分3 96，並且該外緣部分在硬度上少於下表面部 分以使得第二薄膜之下表面隨著壓力在第一及第二腔體 3 84、3 88間之變化以一種規律及受控制的方式擴增、彎曲 或變形。最好，該外緣部分394具有之硬度比下表面部分 396至少高於大約50%。較佳的是，當該下表面部分 具有從大約30A至大約60A之硬度值時，該外緣部分394 具有從大約60A至大約90A之硬度值。最佳的是，當該下 表面部分396具有少於大約5〇A之硬度值時，該外緣部分 394具有至少大約70A之硬度值。 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 社 印 製 另一選擇上，下表面部分396比外緣部分394具有較 低的厚度。最好，該外緣部分394具有從大約2〇至大約 7〇百分比之厚度大於下表面部分396之厚度。較佳的是， 該外緣部分394具有至少大約5〇百分比之厚度大於下表面 部分396之厚度。因此，對於具有厚度從大約〇3、楚米至 大約3’复米之下表面部分396之第二或内部薄膜挪，該 外緣部分394通常具有從大約}釐米至大約3〇 μ米之厚 度。將會瞭解的是，精確的厘洚贫 __度尤其視P部薄膜386之壁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公f ) 55 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁各攔) 91807 548162 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（56 )個直控而定。亦即内部薄膜386估量尺寸以適合具有直徑 1〇〇复米之基板356通常將薄於設計之200釐米或3 〇〇釐 米之基板。 在另一實施例裡，第26圖所顯示的，第一薄膜376 本質上延伸橫跨子載具平板354之外部表面378，圍繞第 二或内部薄膜386,並且施壓流體導入第二腔體造成該第 一薄膜產生力量於第一或外部薄膜376上以加壓於具有預 定面積392靠向研磨墊之基板356之部分表面上。選擇性 地，該第一或外部薄膜376可以進一步包含多數開孔或孔 洞（未顯不）透過外部薄膜376之厚度延伸至施壓流體直接 作用於至少部分基板356之背部以加壓基板直接靠向研磨 表面。通常，該壓力作用是在大約2psi至8psi之範圍， 更典型大約為5 psi。最好，孔洞之數目及尺寸選擇以最大 化直接曝露於施壓流體之基板356之面積而提供充分預定 或與基板接觸之承接面380之面積以在研磨操作期間從研 磨頭350取得扭力或旋轉能量至基板上。 第27圖顯示研磨頭35〇之另一實施例，係具有封閉輪 狀薄膜400形式之單一薄膜，適合與基板356之背部邊緣 部分密封藉以定義出兩個腔體。第一輪狀腔體4〇2藉由輪 狀薄膜400'間隔件379及子載具平板354之外部表面 來定義。第二或中央腔體4〇4藉由輪狀薄臈4〇〇、子載具 平板354之外部表面378及由輪狀薄膜之承接面38〇所支 撐之基板356之背部來定義。作用於輪狀薄膜4〇〇之壓力 可以變化以改變腔體402、404之相對尺寸或力量作用之基 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁各攔) 裝 -線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） 91807 56 548162 A7 B7 五、發明説明（57 ) 板356之邊緣部分之區域。 在某一實施例裡，比導入輪狀腔體402之壓力為低之 施壓流體導入中央腔體404以加壓基板356之表面靠向研 磨墊。在此實施例裡，預定的面積392正比於流體導入輪 狀腔體402與中央腔體404之間之壓力差。 在另一實施例裡，輪狀薄膜400具有外緣部分406及 下表面部分408，並且該外緣部分包含少於下表面部分之 硬度以使得輪狀薄膜400之下表面部分408以一種規律及 受控制的方式隨著施壓流體作用於腔體402、4 04之壓力之 變化而彎曲或變形。最好，該外緣部分4〇6具有之硬度比 下表面部分408至少高於大約50%。較佳的是，當該下表 面部分408具有從大約30A至大約60A之硬度值時，該外 緣部分406具有從大約60A至大約90A之硬度值。最佳的 疋’當該下表面部分408具有少於大約50A之硬度值時， 該外緣部分406具有至少大約70A之硬度值。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項#填寫本頁各攔〕 另一選擇，下表面部分408比外緣部分406具有較低 的厚度。最好，該外緣部分406具有從大約20至大約70 百分比之厚度大於下表面部分406之厚度。較佳的是，該 外緣部分406具有至少大約50百分比之厚度大於下表面部 分408之厚度。因此，對於具有厚度從大約〇3釐米至大 約3釐米之下表面部分4〇8之輪狀薄膜4〇〇，該外緣部分 4〇6通常具有從大約1釐米至大約3〇釐米之厚產。將會瞭 解的是，精確的厚度尤其視輪狀薄獏400之整個直徑而 定。亦即輪狀薄膜400估量尺寸以適合具有直徑1⑽釐米 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x297公釐） 57 91807 548162 A7 B7 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 X 消 費 合 if 社 印 製 五、發明説明（58 之基板356通常將薄於設計之2〇〇釐米或3〇〇釐米之基 板。 第28圖顯不具有封閉輪狀薄膜4〇〇之研磨頭35〇之另 一實施例，其中輪狀薄膜之内部外圍邊緣連接至裝配在子 載具平板354之汽缸412之活塞41〇。該預定面積392可 以藉由變化在汽缸4!2内之活塞41〇之位置來改變。在汽 缸412内之活塞410之位置可以藉由容許或撤回流體例如 氣體或液體經由水壓或氣動管線（未顯示）來改變。此實施 例更具有允許改變預定面積392之優點而不受力量藉由輪 狀薄膜400作用於基板356之影響。此外，彈性連接（未顯 示）可以提供使施壓流體導入中央腔體4〇4本質上不會妨 礙在汽缸412内之活塞410之回復原位。 那些在此技藝裡具有-般技術之專業人員依據於此提 供之說明將會瞭解可以提供其它圓形及輪狀腔體之混合， 並且每個腔體可以為密封形式或僅密封在基板安裝於研磨 頭處之形式。 亦需瞭解的是當區域之數量增加時，有需要提供不同 的壓力至區域上。旋轉式聯合機構至此為了這個目的而使 用二然而，當區域之數量增加時，提供旋轉式聯合機構之 數量或提供旋轉式聯合機構以傳送所需之不同壓力之數量 將變得更加複雜。因此，在本發明之化學機械平坦化研磨 頭、、化學機械平坦化工具及研磨與平坦化方法之某些實施 在研磨頭上或内設有壓力調節工具。該壓力調節工 包括連接至共同歧管之多數壓力調冑器以接收 本紙張尺度適用t國國家標準（cns)a4規格（2ΐ〇 χ 297公— -- 58 91807 裝 -訂--------------------線 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁各攔) 548162 五、發明説明（59 ) 來自共同來源之施壓氣體。施壓氣體之單一來源接著在預 定的調節壓力下分佈至不同區域。該壓力調節可以是固定 的或包含感測器及回饋裝置以對於每個區域維持壓力在所 需的水平。 本發明之某些重要的方面現在將進一步重複強調它們 的結構、功能及優點。 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 社 印 製 在某一方面，本發明提供用於研磨基板，例如半導體 晶圓，之基板研磨裝置之載具。該載具包含機殼；彈性連 接於機殼之扣環；用來產生第一力量以驅使扣環朝向相對 於機殼之第一預定方向之第一壓力腔體；具有外部表面及 彈性連接於機殼之子載具平板；用來產生第二力量以驅使 子載具平板朝向相對於機殼之第二預定方向之第二壓力腔 體；圍繞部分子載具平板及定義圓形凹入處之扣環；連接 在扣環圓形凹入處内之子載具平板外部表面周圍外部邊緣 之間隔件；薄膜包含經由間隔件連接至子載具平板及配置 在圓形凹入處之柔軟彈性的材料、藉由間隔件之厚度從子 載具平板之外部表面分隔之薄膜以及定義在薄膜及=部子 載具平板表面之間用來產生第三力量以驅使該 對於機殼之第三預定方向之第三壓力腔體。通常，在 之間沒有提供概塾藉以減少製程與製程間由於襯塾 在性質上的變化所造成的變動。 觀墊 間隔件可以包含輪狀環、圓形薄片或臨 緣之薄膜之粗厚部分。通常，該 狀寬产’光B * j知件具有輪狀形狀及輪 又、且精由第二力量作用透過輪妝卩卩^ t -一___<❿輪狀間隔件產生邊緣 本紙張尺度適規格⑽x 297$ 91807 59 548162 A7 B7

60 研磨壓力於基板之外圍邊緣部分’並且其中產生中心研磨 Μ力於基板之中央部分。最好，該間隔件具有在大約^ 米至大約20釐米之間之輪狀寬度。較佳的是’該間隔件呈 有在大約2釐米至大約10釐米之間之輪狀寬度。最佳的 是，該間隔件具有在大約！羞米至大約5羞米之間之輪狀 寬度。較佳的是，該間隔件具有在大約丨釐米至大約2釐 米之間，或在大約2釐米至5釐米之間之輪狀寬度。 間隔件選擇之材料組成在於提供所需的邊緣壓力至中 心壓力的轉移。間隔件可以由本質上不可壓縮的材料來形 成，例如金屬材料，或來自壓縮材料，例如壓縮聚合材料 或黏滯材料。 通常，定義在薄膜及外部子載具平板表面之間之第三 壓力腔體僅在當基板安裝於凹入處時來界定。最好，該薄 膜包含在第三腔體及凹入處之間之開口。較佳的是，加壓 氣體在基板之平坦化期間透過開口流入凹入處。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁各攔} 在某一實施例裡，扣環經由子載具間接彈性地連接於 機殼，並且子載具經由扣環間接彈性地連接於機殼。另一 選擇上，扣環及子載具直接彈性地連接機殼。 在另一實施例裡，載具藉由分離氣動或機械移動系統 相對於研磨墊為可定位的。 在另一實施例裡，建立的第一、第二及第三壓力，每 個皆獨立於其它壓力。 ’ 在另一實施例裡，扣環經由第一隔膜彈性地連接於機 ΛΧ並且子載具平板經由第一隔膜彈性地連接於機殼。於 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公一 -- ； 60 91807 548162 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（61 ) 此實施例之某一形式裡，扣環經由柔軟材料形式之第一環 彈性地連接於機殼，並且子載具平板經由柔軟材料形式之 第二環彈性地連接於機殼。最好，由EPDM、EPR及橡皮 所組成之群組裡選擇出該柔軟材料。 在另一選擇之實施例裡，子載具平板更經由連桿及貯 藏器連接於機殼’該貯藏器係用於接收用在轉移在機殼及 子載具平板之間之旋轉力量之連桿。通常，該連桿在末梢 端包含切削鋼珠並且該貯藏器包含用於可滑動接收切削鋼 珠之柱形缸。在此實施例之某一形式裡，多數之連桿及貯 藏器將子載具平板及機殼連接起來。 在另一選擇之實施例裡，扣環更經由連桿及貯藏器連 接於機设，該貯藏器係用於接收用在轉移在機殼及子載具 平板之間之旋轉力量之連桿。該連桿在末梢端包含切削鋼 珠並且該貯藏益包含用於可滑動接收切削鋼珠之柱形缸。 最好，多數之連桿及貯藏器將扣環及機殼連接起來。 在某一實施例裡，薄膜包含至少一個孔洞並且第三腔 體僅在基板安置於薄膜上時才具有密封。另一選擇上，該 薄膜包含至少一個孔洞並且第三腔體僅在基板安置於載具 上時才會形成。 在另一實施例裡，子載具平板之壓力為作用在基板外 圍邊緣之壓力。子載具平板並未接觸基板但提供穩定性。 另一選擇Ji，薄膜在邊緣具有粗厚冑》以傳輸機械力量。 g在另一實施例裡，薄膜包含孔洞並且該孔洞用於感測 是否基板基於在預定量值之第三腔體裡產生真空之能力能 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） · — --- 61 91807 (請先閱讀背面之注意事項再塡寫本頁各攔) 、^τ. 548162 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（62 ) 附著於薄膜上。在此實施例之某一形式裡，基板連結之核 對孔洞配置在接近薄膜之中心。在另一形式裡，該薄膜為 消耗項目’係需要不時替換並且提供多數孔洞以便薄膜可 以移除而不需要拆卸載具。該孔洞具有之尺寸在大約1釐 米至大約10釐米之間。 通常’與薄膜組合之間隔件提供稍微具彈性力量轉移 但不需將基板與薄臈密封。 在另一實施例裡，子載具平板更包含一通道從外部來 源傳送第二壓力進入第三腔體。最好，該子載具平板更包 含配置在通道附近之凹孔以提供用於研磨液存放之貯存槽 並且避免當真空作用使基板附著於薄膜上時，研磨液受引 入而進入通道。較佳的是，在研磨前與研磨後，真空作用 於第三腔體以握持基板於薄膜上。最佳的是，該凹孔具有 圓錐形的形狀使研磨液從凹孔及從薄膜與子載具平板之間 之排放更加容易。 在其它實施例裡，基板支撐背部用以提供在安裝期間 支撐基板，並且多數通道用以提供該支撐以檢查基板之存 在。 在另一方面，本發明提供用於基板研磨裝置之載具。 該載具包含子載具平板；配置第一壓力腔體以產生第一向 下壓力於子載具平板上；具有基板承接面及連接至子載具 平板之薄膜，安裝於子載具平板上之薄膜之輪狀外部周圍 部分’從子載具平板分隔與定義第二壓力腔體以產生第二 壓力之薄獏之内部圓形部分；位在輪狀外部周圍部分及内 f請先閱讀背面之注意事項再塡寫本頁各攔) •裝 •訂. •線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 62 91807 548162 A7 B7

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 部圓形部分兩者之可安裝於薄膜上之基板；以及產生第一 壓力於基板之外部周圍邊緣之輪狀外部周圍部分及產生第 二壓力於基板之内部圓形部分。 、在另-方面，本發明提供用於平坦化半導體晶圓之方 法。該方法通常包含加壓於圍繞晶圓之扣環，藉由第一壓 力靠向研磨墊，·加壓於晶圓之第一外圍邊緣部^，藉由第 二壓力靠向研磨墊；以及加壓晶圓内部外圍邊緣部：之第 二部分’藉由第三壓力靠向研磨塾。 在某一實施例裡，透過機械薄膜提供第二壓力與外圍 邊緣部分接觸，並且第二壓力為朝向晶圓f部表面^氣動 壓力。在此形式之實施例裡，透過彈性薄膜產生氣動壓力。 該氣動壓力可以藉由氣體直接加壓於至少部分晶圓背部表 面而產生。 在另一實施例裡，該方法更包含加壓於多數晶圓内部 外圍邊緣部分之輪狀部分使藉由多數壓力靠向研磨墊。 在另一方面，本發明提供用於化學機械平坦化裝置之 子載具，該裝置包含具有外部表面之平板；用於產生力量 以驅使平板朝預定方向之第一壓力腔體；連接平板之周圍 外部邊緣之間隔件；經由間隔件連接平板及藉由間隔件厚 度從平板分隔之薄膜；以及定義在薄膜及平板表面之間用 來產生第二力量以驅使薄膜朝第三預定方向之第二壓力腔 體。 , 在另一方面，本發明提供研磨裝置用來研磨基板之表 面。該研磨裝置包含旋轉式研磨墊及基板子載具。該基板 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁各攔) •訂. -線、 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） 63 91807 548162 五、發明説明（64 子載具包含基板接收部分以承接基板及定位該基板靠向研 磨塾，並且基板加壓構件包含第一加壓構件及第二加壓構 件，該第一加壓構件在基板之邊緣部分使用第一負載壓力 使該基板靠向研磨墊，並且不同於第一負載屢力，第二加 壓構件在基板之中央部分使用第二負載壓力使該基板靠向 研磨墊。 裝 在某一實施裡，該研磨裝置更包含圍繞晶圓子載具之 扣環’以及使用第三負㈣力於扣環使靠向研磨塾之扣環 加壓構件。最好，該第一、第二及第三負載塵力為獨立可 調整的。 訂 在另一方面，本發明提供用來研磨基板表面之研磨裝 置。該研磨裝置包含旋轉式研磨墊及基板子載具。該基板 子載具包含基板接收部分以承接基板及定位該基板靠向研 磨墊，並且基板加壓構件包含第一加壓構件及第二加壓構 件，該第一加壓構件在基板之邊緣部分使用第一負載壓力 使該基板靠向研磨墊，並且第二加壓構件在基板之中央部 分使用第二負載壓力使該基板靠向研磨墊，其中該第一及 第二負載壓力是不同的。 線 在某一實施裡，該研磨裝置更包含圍繞晶圓子載具之 扣環以及使用第二負載壓力於扣環使靠向研磨整之扣環 加壓薄膜。最好，該第一、第二及第三負載壓力為獨立可 調整的。 ’ 在另一方面，本發明提供用來研磨基板表面之研磨裝 置。該研磨裝置具有旋轉式研磨墊及基板子載具。該基板 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） M 91807 548162 A7 B7 五、發明説明（65 ) 子載具包含基板接收部分以承接基板及定位該基板靠向研 磨墊，並且基板加壓薄膜具有：在基板之邊緣部分使用第 一負載壓力使該基板靠向研磨墊之第一加壓構件；以及使 用多數不同的負載壓力在基板之中央部分使該基板靠向研 磨墊之第二加壓構件。 在某一實施例裡，該第二加壓薄膜包含多數本質上同 心的加壓薄膜，每一個使用負載壓力在基板之局部區域使 靠向研磨墊。在此實施例之某一形式裡，每一個多數本質 上同心的加壓構件包含藉由彈性表面定義至少一部分之壓 力腔體，當施壓氣體導入腔體時，該彈性表面受壓朝向基 板以提供負載。在另一形式裡，研磨裝置更包含插入於每 個彈性加壓表面及基板之間之薄膜。通常，由EpDM、EpR 及橡膠組成之材料群組裡選擇出該薄膜。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 最好，插入的薄膜定義外部壓力腔體之表面部分以接 收來自施壓氣體之外部來源之壓力及產生基板之負載力量 於研磨墊上。較佳的是，該插入的薄膜定義外部壓力腔體 之表面部分以接收來自施壓氣體之外部來源之壓力及產生 基板之負載力量於研磨墊上；並且每個多數本質上同心的 加壓構件包含在外部壓力腔體内。最佳的是，藉由外部壓 力腔體產生之負載壓力是個別附加於多數加壓構件之一之 負載壓力，以便在不同區域之負載壓力可以個別調整，並 且該外部壓力腔體減少橫跨在壓力區域邊界之壓力的不連 續性。 在另一實施例裡，至少多數的本質上同心加壓構 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 65 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁各攔) 91807 548162 A7 B7 五、發明説明（66 ) 一I含本質上圓形或輪狀的構件，以產生負漏力朝向本 質上輪狀之基板區域。最好’至少多數的本質上同心加壓 構件之-包含本質上輪狀的構件，以產生負載壓力朝向本 質上輪狀之基板區域；並且多數的本f上同心加壓構件之 一包含本質上圓形的構件’以產生負載壓力朝向本質上圓 形之基板區域。 在另一方面，本發明提供在化學機械平坦化工具裡用 來研磨基板使靠向研詩之基板子載具。該基板子載且包 含基板接收部分以承接基板；以及詩加|基板使^研 磨墊之基板加壓構件，該基板加壓構件具有：在基板靠向 研磨墊之邊緣部分使用第一負載壓力之第一加壓構件；以 及在基板靠向研磨墊之中央區域使用多數不同的負載壓力 之第二加壓構件。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁各棚) 在某一實施例裡，第二加壓構件包含多數本質上同心 的加壓構件，每個在基板之局部區域使用負載壓力使該基 板靠向研磨墊。每個多數本質上同心的加壓構件可以包: 藉由彈性表面定義在至少一部分之壓力腔體，當施壓氣體 導入腔體時，該彈性表面受到加壓而朝向基板以提供負 載° " 在另一方面，本發明提供用於平坦化半導體晶圓之方 法。通常，該方法包含加壓於半導體晶圓之邊緣區域，使 該晶圓藉由第一負載壓力靠向研磨墊，並且加壓於半導體 晶圓内部邊緣區域之同心區域裡之多數部分，使該晶圓藉 由多數不同的負載壓力而靠向研磨墊。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x297公釐） 66 91807 548162 A7 B7 五、發明説明（67 ) 在某一實施例裡，該方法包含加壓圍繞晶圓之扣環使 該晶圓在第三負載壓力下靠向研磨墊。在此實施例之某一 形式裡，負載壓力包含透過彈性薄膜產生之氣動壓力。 在選擇上，藉由氣體產生之氣動壓力直接加壓於至少 4为晶圓之背部表面。 依照本發明之某一方面，提供研磨頭以定位基板，該 基板具有在研磨裝置之研磨表面上之表面，用來處理基板 以移除其上之材料。該研磨頭包含具有外部表面之子載具 平板連接子載具平板之輪狀第一薄膜、具有承接面適合 承夂基板於其上之第一薄膜、適合與基板背部密封以定義 在基板背部及子載具平板之外部表面之間之第一腔體之外 緣部分，以及定位在第一薄膜之上之第二薄膜，該第二薄 膜連接至子載具平板以定義在第二薄膜之内部表面及子載 具平板之外部表面之間之第二壓力腔體。在研磨操作期間 施壓流體導入第二腔體，造成該腔體向外彎曲產生力量於 邛刀基板之背部，藉以加壓基板表面之預定表面積使該基 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁各攔) 板靠向研磨墊。該預定面積正比於流體導入第二腔體之壓 力。 在某一實施例裡，比導入第二腔體為低之施壓流體將 導入第一腔體以加壓基板表面使該基板靠向研磨塾。在此 實施例裡，該預定面積正比於流體導入第一腔體及第二腔 體之間之壓力差。 ’ 在另一實施例裡，第二薄膜包含外緣部分及下表面部 刀’並且該外緣部分具有比下表面部分為低之硬度。另一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x297公釐） 67 91807 五、發明説明（68 ) :擇上’該下表面部分具有之厚度較低於外緣部分之厚 f另-實施例裡’第—薄膜本f上延伸橫跨子載具平 方“ 施壓机體導入第二腔體造成第二薄膜 產生力量於第一薄膜上 m 穑贵p分表面具有預定面 積*向研磨墊。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在另-方面，本發明是使用上文說明之裝置針對基板 之研磨表面之方法以及依據此方法研磨半導體基板。該方 法包含步驟··⑴提供輪狀第—薄膜連接至子❹平板， 該第-薄膜具有承接面適合承接在其上之基板，並且具有 適合與基板背部密封之外圍部分以定義第一腔體於基板背 部及子載具平板之外部表面之間；（11)提供定位在第一薄 膜之上之第二薄媒，該第二薄臈連接至子載具平板並且在 第二薄臈之内部表面及子載具平板之外部表面之間定義第 二腔體’· dii)定位基板於第一薄膜之承接面上；（iv)加 壓基板之表面使該基板靠向研磨墊，藉由導入施壓流體進 入第二腔體以造成第二薄膜產生力量於基板之部分背部， 藉以加壓基板表面之預定面積使該基板靠向研磨墊；以及 (V)在子載具及研磨墊之間提供相對的運動以研磨基板之 表面。通常，該施壓流體具有選擇之壓力以提供所需的預 定面積。 在某一實施例裡，加壓基板表面之步驟使該基板靠向 研磨塾更包含導入施壓流體於第一腔體，在壓力上比導入 第二腔體以加壓基板表面靠向研磨墊為低。因此，預定面 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 68 91807 548162 A7 B7 五、發明説明（69 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 積正比於流體導入第一 弟 &體及第二腔體之間之壓力差，並 且施壓流體具有壓力、登孩 1 卫 力k擇以提供所需的預定面積。 ^另方面，本發明提供研磨頭以定位基板，該基板 具有在研磨裝置之研磨 上之表面，用來處理基板以移 除其上之材料。兮給-右A A 該研磨頭包含具有外部表面與周圍外部邊 緣及中央部分之子載且孚姑、击杜 固「丨遠 T戰具千板、連接至子載具之周圍外 緣^間隔件，以及具有承接面適合承接於其上之基板之輪 狀薄膜，該輪狀薄膜具有經由間隔件連接至子載具平板之 卜Is表面之周圍外部邊緣之外部邊緣，以及具有連接至子 載具平板之外部表面之中央部分之内部邊緣，該輪狀薄膜 藉由間隔件之厚度從外部表面來分隔以定義在薄膜及外部 表面之間之輪狀腔體。在研磨操作期間，施壓流體導入輪 狀腔體造成該腔體向外彎曲以產生力量在基板的部分背部 上，藉以加Μ基板之表面之預定面積使該基板靠向研磨 墊。該預定面積正比於流體導入第二腔體之壓力。 在某一實施例裡，輪狀薄膜之承接面與基板之背部密 封，以定義出在基板之背部、輪狀薄膜之承接面及子載具 平板之外部表面之間之中心腔體，並且其中在壓力上比導 入輪狀腔體為低之施壓流體將導入中心腔體，以加壓基板 之表面使該基板靠向研磨墊。在此實施例裡，該預定面積 正比於在流體導入輪狀腔體及該中心腔體之間之壓力差。 在另一實施例裡，輪狀薄膜具有外緣部分及下表面部 分’並且該外緣部分包含比下表面部分為低之硬度。另一 選擇上’該下表面部分具有比外緣部分為少之厚度。 請 先 閲 讀 背 面 之 注 意 事 項 再 填 寫 本 頁 各 攔 訂 線 衣紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x297公釐） 69 91807 548162 A7

之碰ί另—方面’本發W使用上文說明之裝置針對基核 研磨表面之方法以及依據此方法研磨半導體基板。該方 匕3/驟.（!）提供具有承接面適合承接在其上之基板 之輪狀薄膜’該輪狀薄膜具有外部邊緣經由間隔件連接至 ^载具平板之外部表面之周圍外部邊緣，以及内部邊緣連 至子載具平板之外部表面之中央部分，該輪狀薄膜藉由 間隔件之厚度從外部表面分隔，以定義出在薄膜及外部表 面之間之輪狀腔體；（11)定位基板在輪狀薄膜之承接表面 (11)藉由導入施壓流體進入輪狀腔體以造成該輪狀薄 獏產生力量於部分基板之背部上，以加壓基板表面之預定 面積使該基板靠向研磨墊；以及(iv)在子載具及研磨墊之 間提供相對運動以研磨基板之表面。通常，該施壓流體具 有選擇之壓力以提供所需的預定面積。 在某一實施例裡，輪狀薄膜之承接面與基板之背部密 封以疋義出在基板之背部'輪狀薄膜之承接面及子載具 平板之外部表面之間之中心腔體，並且加壓基板之表面， 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁各攔) 使該基板靠向研磨墊之步驟更亦包含導入施壓流體於中心 腔體在壓力上比導入輪狀腔體為低以加壓基板之表面使 該基板靠向研磨墊。因此，該預定面積正比於流體導入輪 狀腔體及中心腔體之間之壓力差，並且該施壓流體具有選 擇之壓力以提供所需的預定面積。 本發明之特定實施例於先前所描述的已經呈現說明與 描述之目的。並不需刻意詳盡的或限定本發明於精確的揭 露形式’並且依據上面之說明顯然仍可能有很多的修正及 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 70 91807

Claims (1)

1. py48162 「 η 第901 1 1273號專利申請案 申請專利範圍修正本 (92年2月12曰） •—種用於研磨基板表面之研磨裝置，包括： 旋轉式研磨墊；以及 基板子载具，包含·· 基板承接部分，以承接該基板及定位該基板靠向該 研磨塾； 彈|±構件’連結至該子載具，使該彈性構件之底面 於操作時得接觸該基板；以及 ^裱狀構件，以機械式結合該彈性構件的周圍部分至 該基板子載具，以使在操作時施加於該子載具之第一力 置，產生第一壓力作用於與該彈性構件周圍部分接觸之 該基板。 2. 如申請專利範圍第丨項之研磨裝置，復包括： 圍繞該晶圓子載具之扣環，得以施加負载壓力於該 研磨塾。 經濟部中央標準局員工福利委員會印製 3. 如申請專利範圍第！項之研磨裝置，其中該基板包括半 導體晶圓，且該裝置復包括： 於該 圍繞該晶圓子載具之扣環，得以施加負载壓力 研磨墊；以及 立可調 該第一壓力、該氣動壓力及該負載壓力為獨 整的。 4· 一種用於研磨基板表面之研磨裝置，包括· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規袼----- · 91807 548162 H3 疑轉式研磨墊；以及！ 基板子载具，包含·· 研磨部分’以承接該基板及定位該基板靠向該 基板加壓構件，包含·· π择=構件，連結至該子載具，使該彈性構件之底面 於％作時得接觸該基板； 狀構件’以機械式結合該彈性構件的周圍部分至 該基板子载具’以使在操作時施加㈣子載具之第一力 量’產生第-壓力作用於與該彈性構件周圍部分接觸之 該基板；以及 f二加㈣件’施加第二屋力至該彈性構件中心部 分，错之以在操作時施加第二壓力至該基板。 5·如申請專利範圍第4項之研磨裝置，其中該第二加塵構 件包括多數本質上同心的加屢構件，每個加星構件施加 負載壓力於該基板之局冑區域使該基板靠向該研磨 塾。 經濟部中央標準局員工福利委員會印製 6·如申請專利範圍第5項之研磨裝置，其中該每個多數本 質上同心的加壓構件包括藉由彈性表面定義在至少一 部分之壓力腔體，在操作期間，當施壓氣體導入該腔體 時，該彈性表面經加壓靠向該彈性構件，且該彈性構件 經加壓靠向該基板以提供該負載。 7·如申請專利範圍第6項之研磨裝置，其中該彈性構件定 —ϋ外部_壓力—j色體之表面部分以承接來自施壓氣I#夕 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210 x 297公爱）— ---~ 2 91807 548162 H3 外部來源之壓力，並且產生該基板之負載力量使該基板 靠向該研磨墊。 8·如申請專利範圍第6項之研磨裝置，其中該插入的薄膜 彈性構件定義出外部壓力腔體之表面部分以承接來自 施壓氣體之外部來源之壓力，並且產生該基板之負載力 量使該基板靠向該研磨墊；並且每個該多數本質上同心 的加壓構件包含在該外部壓力腔體内。 9·如申請專利範圍帛8項之研磨裝置，丨中藉該外部壓力 月二體產生之„亥負載壓力個別地添加該，多數加壓構件之 一之負載壓力，以使在不同區域之諒負載壓力得個別地 調整且該外部壓力腔體減少橫跨壓力區域邊界之壓力 不連續性。 10.如申請專利範圍第5項之研磨裝置，其中該多數本質上 同心的加壓構件之至少一者包括本質上輪狀的構件以 產生負載壓力於該基板之本質上輪狀的區域。 經 濟 部 中 央 標 準 員 工 福 利 委 員 會 印 製 11·如申請專利範圍第5項之研磨裳置，其中該多數本質上 同心的加壓構件之一包括本質上圓形的構件以產生負 載壓力於該基板之本質上圓形的區域。 如申請專利範圍第5項之研磨裝置，其中該多數本質上 同心的加壓構件之至少一者包括本質上輪狀的構件以 產生負載壓力於該基板之本質上輪狀的區域；並且亡亥多 數本質上同心的加壓構件之一包括本質上圓形的構； 以產生負載壓力於該基板之本質上圓形的區域。 1 3 ·如申請專利範圍第5項之研磨裝w，甘 本紙張尺度適用預㈣棵準（CNS) A4規袼（21〇x 297公幻_--二^該薄膜可選隹 3 91807 548162 由EPDM、EPR及橡膠所組成之材料之群組 14·如申請專利範圍第4項之研磨裝置，其中該第二加壓構 件包括多數本質上同心的加壓構件，每個加壓構件施加 負載Μ力於該基板之局部區域使該基板靠向該研磨 墊； 每個該多數本質上同心的加壓構件包括藉由插入 在該彈性構件與子載具間之插入薄膜定義在至少一部 分之壓力腔體，於操作期間，當施壓流體導入該腔體 時，孩插入薄膜經加廢靠向該彈性構件，且該彈性構件 經加壓靠向該基板以提供該負載； 該彈性構件定義出外部壓力腔體之表面部分以承 接來自施壓流體之外部來源之壓力並且產生該基板之 負載力篁使該基板靠向該研磨墊，並且每個該多數本質 上同心的加壓構件包含在該外部壓力腔體内，· 經濟部中央標準局員工福利委員會印製 藉該外部壓力腔體產生之該負載壓力個別地添加 該多數加壓腔體之一之負載壓力，以使在不同區域之該 負載壓力#個別地調整並且該外㈣力腔體得減少橫 跨壓力區域邊界之壓力不連續性；以及 4基板可選自由半導體晶圓、破璃、液晶顯示（lcd) 板、電鍍表面、塗層表面及其結合所組成之基板之群 組。 15· —種在化學機械平扫化 1匕工具中用於研磨基板使該基板 靠向研磨墊之基板子載具，該子載具包括： ____基板承接部分以承接該篡妬; 本紙張尺麟财酬家標準（CNS) A4規^^) χ297公·· 4 91807 54gl62

   彈性構件，連結至該子載具，冑該彈性 於操作時得接觸該基板； 一 s %狀構件，以機械式結合該彈性構件的周圍部分至 ，基板子载具，以使在操作時施加於該子載具之第:力 量’產生第一壓力作用於與該彈性構件周圍部分接觸之 该基板；以及 第，加壓構件，施加第二壓力至該彈性構件中心位 置，藉之以在操作時施加第二壓力至該基板。 16·如申請專利範圍第！5項之基板子载具，其中該第二加 壓構件包括多數本質上同心的加㈣件，每個加屢構件 ^加負載壓力於該基板之局部區域使基板靠向該研磨 經濟部中央標準局員工福利委員會印製 17·如申請專利範圍苐16項之基板子載具，其中每個該多 數本質上同心的加|構件包括藉由彈性表面定義在至 少-部分之®力腔體，於操作期間，#施壓流體導入該 腔體時’該彈性表面經加向該彈性構件，且該彈性 構件經加壓靠向該基板以提供該負载。 18.-種用好坦化晶圓之方法，利i包含具有外表面平 板之晶圓子載具、晶圓承接部、以及結合至該平板及該 晶圓承接部之晶圓加壓構件的裝χ ’該晶圓加壓構件包 含第一加麼構件及第二加麼構件，該方法包括·· 承接該晶圓於該基板承接部； 產生力量以驅動該平板於一設定方向，· _ 透過該第一加塵構件以嫉44、j 人h L从A 關家標準（CNS) A4規格合施加於該平板 5 91807 548162

   之該力ΐ至該晶圓邊緣區域，以第一負載壓力直接加壓 該邊緣區域使其靠向該研磨墊；以及 以第二負載壓力加壓該晶圓於該邊緣區域内部之 同心區域之多數環狀部分之至少一者，使其靠向該研磨 墊。 1 9·如申哨專利範圍第J 8項之方法，復包括以第三負載壓 力加壓圍繞於該晶圓之扣環使該晶圓靠向研磨墊。 20·如申請專利範圍第18項之方法，其中該第二負載壓力 包括透過彈性薄臈產生之氣動壓力。 21.如申請專利範圍第2〇項之方法，纟中該氣動壓力係藉 氣體直接加壓於該晶圓之該背部表面之至少一部分而 產生。 22·如申請專利範圍第j項之研磨裝置，其中該彈性構件包 括具有至少一孔洞之薄膜。 2 3 ·如申请專利範圍第1項之研磨裝置，其中該彈性構件包 經濟部中央標準局員工福利委員會印製 括溥膜，且該薄膜於至少一部位藉由腔體自該晶圓子載 具分離，其中該腔體於操作時得經加壓產生氣動壓力至 接觸該彈性構件分離部分之該基板一部位上。 24.如申請專利範圍第丨項之研磨裝置，其中該彈性構件包 括薄膜，且該環狀構件包括具有大於該薄膜其餘部分厚 度之該薄膜部分。 2 5 ·如申請專利範圍第1項之研磨裝置，其中該彈性構件包 括薄膜，且該環狀構件包括實質堅硬角落環件。

   件包括具有至少一孔洞之薄膜。 申月專利|&圍第1 5項之基板子载具，其中該彈性構 件包括薄膜，且該薄膜於至少-部位藉由腔體自該晶圓 載八刀罐，其中該腔體於操作時得經加壓產生氣動壓 力至接觸該彈性構件分離部分之該基板―部位上。 申月專利範圍第1 5項之基板子載具，其中該彈性構 件包括薄膜，且該環狀構件包括該薄膜較厚部分。 .如申請專利範圍第15項之基板子载具，其中該彈性構 件包括薄膜，且該環狀構件包括實質堅硬角落環件。 •一種用於研磨基板表面之研磨裝置，包括： 旋轉式研磨墊；以及 基板子載具，包含： 基板承接部分，以承接該基板及定位該基板靠向該 研磨墊； /、有至夕孔洞之薄膜，連結至該子載具，使該彈 性構件之底面於操作時得接觸該基板；以及 %狀堅硬％件，以機械式結合該薄膜周圍部分至該 基板子載具，以使在操作時施加於該子載具之第一力 Ϊ ’產生Μ --力作用於與該薄膜周圍部分接觸之該基 板0 :種在化學機械平坦化卫具中用於研磨基板使該基老 罪向研磨塾之基板子載具，該子載具包括： 基板承接部分以承接該基板，· 薄膜，連結至該子恭且 548162 H3 得接觸該基板，該薄膜於至少一部位藉由腔體自該晶圓 子載具分離，其中該腔體於操作時得經加壓產生氣動壓 力至接觸該彈性構件分離部分之該基板一部位上； 具有大於該薄膜之其餘部分厚度之該薄膜部分，以 機械式結合該薄膜之周圍部分至該基板子载具，以使在 操作時施加於該子載具之第一力量，產生第一壓力作用 於與該薄膜周圍部分接觸之該基板；以及 第二加壓構件，施加第二壓力至該薄臈中心部分， 藉以在操作時施加第二壓力至該基板。 經濟部中央標準局員工福利委員會印製