TW590848B - Substrate holding apparatus and substrate polishing machine - Google Patents

Description

590848 五、發明說明d) [技術領域] 本發明有關一種用以拋光諸如半導體晶圓等基板之拋 光裝置。 [發明背景] 在習知用於基板之化學機械式拋光之裝置中，有一個 基板保持裝置，係用於固定基板及將其壓抵住拋光表面。 為防止該基板於拋光操作期間由該基板保持裝置發生位 移’環繞著該基板設有一個扣環。 一為了施行基板表面之均勻拋光，其較佳的方式是將該 扣環維持於一面對該拋光表面之固定位置。然而，於該習 技‘中，忒扣環與该抛光表面於拋光操作期間形成接 觸，而因此遭受摩擦磨損。當持續進行拋光時，該扣環之 =擦磨損量增加，這使其難以將該扣環相對該拋光表面維 持於想要之固定位置。 [發明概要] 本發明包含基板拋光 具。該載具包含載具主體 件係設計成可用使該基板 之拋光表面之方式固定基 载具主體上’以便可相對 及由該拋光表面離開。有 向於用以保持該基板之側 上。該基板保持構件定位 件，且該可膨脹構件係連 機，該基板拋 及基板保持構 之欲拋光表面 板。该基板保 該載具主體移 一個基板保持 面設在該基板 裝置包含界定 接至該基板保 面朝該 持構件 動朝向 構件定 保持構 一密室 持構件 基板保持構 基板拋光機 係安裝在該 5亥抛光表面 位裝置係相 件之一側面 之可膨脹構 。將不可壓

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、發明說明（2) 縮流，導入該密室，使該密室朝向該拋光表面之方向膨 脹，藉此能夠使該可膨脹構件如所需要地相對該載具主體 定位。 換句話說，該載具主體鼻有一個與該載具主體一體成 形之扣環，及該扣環圍繞著由該基板保持構件所固定之基 板。藉著調節導入該玎膨脹構件之不可壓縮流體量，該基 板可调節地相對該扣環定位。以與該基板保持構件呈不透 水連接之方式提供該玎膨脹構件，及界定該密室。該基板 拋光機尚可包含_個貯槽，一個不可壓縮流體能導入該貯

槽。違財槽係以流體連接至該密室。該不可壓縮流體最好 係在其自身重量之作用下供給至該可膨脹構件之密室。該 基板保持構件定位裝置亦最好具有定位在該密室中之最上 方位置之排氣通口。 更進一步，該基板拋光 密封環’且設在該基板保持 伸。藉著該基板保持構件以 固定基板’以藉此界定密封 件，以界定可獨立地供給在 室0 機可包含定位在該扣環内側之 構件之周邊及沿著該周邊延 與該密封環呈密封嚙合之方式 室。該密封室係至少設有一構 想要壓力下之流體之複數密

[發明具體實施例之詳細敘述] 現在：匕:各圖面說明本發明之具首先 將說明根據本發明之基板拋光機。第丨圖顯示根據本發0; 之基板拋光結構。如第i圖所*，該基板拋光機包$ 可旋轉之轉口 2’具有拋光表面“之拋光構件ι(典塑為一

313857.ptd 第10頁 590848 五、發明說明（3) 才勉光塾或黏合磨料）係安裝在該轉台2之上表面上；具有基 板載具1 1之基板載具單元1 〇 ;及具有修整器頭部4丨之修整 器單元4 0。 藉著驅動軸1 2支撐該基板載具π，該驅動軸1 2能夠旋 轉地移動及於垂直方向中移動。該基板載具丨丨固定基板 W ’及當旋轉該基板ψ時在驅動軸之作用下將該基板（之拋 光表面）壓抵住該拋光構件1之拋光表面1 a。當該轉台2開 始旋轉時即拋光該基板W。有一拋光流體經過拋光流體供 給喷嘴3 9供給至該拋光表面丨8上。該驅動軸丨2係可於垂直 方向藉著氣缸（未示出）移動。有一扣環丨4係定位在該基板 載具單元1 0之基板載具主體丨3之外圍下方，及係在藉著該 氣缸所產生之力量下壓抵住該拋光表面la。 再者’該基板載具主體丨3之底側係設有複數同軸向配 置之壓力室（稍後說明）。設計這些壓力室以便能夠獨立地 供給一種加壓流體，及能夠藉此獨立地在欲拋光之基板施 加壓力’以便維持該基板之想要形狀（稍後說明）。 藉著迴轉軸桿4 2支撐修整器頭部4 1，以便可於垂直方 向旋轉及移動。於修整操作中，降低該迴轉軸桿4 2直至該 修整構件43與該拋光構件1之拋光表面1 a形成接觸，及然 後旋轉之。此旋轉隨同該轉台2之旋轉能夠使該構件1之表 面1 a架構恢復及修整。 迴轉馬達1 6係驅動式連接至迴轉軸桿1 5，以便能夠使 該基板载具單元丨〇於水平方向迴轉，及使該基板載具U移 至想要之位置。迴轉馬達44亦驅動式連接至迴轉軸桿42，

590848 五、發明說明（4) 以便能夠使該修整器單元4 〇於水平方向中迴轉，及使該修 整裔頭部4 1移至想要之位置。 其次’將說明該基板載具丨丨。第2圖顯示該載具11之 結構。如在第2圖所示，該基板載具丨丨包含設在該基板載 具主體1 3之外圍底側之扣環1 4，及能夠於垂直方向中相對 該主體1 3移動之夾盤1 7。該載具主體1 3及該驅動軸1 2係藉 著 個萬向接頭3 8所連接。該萬向接頭3 8具有滾珠軸承構 造38a，該滚珠軸承構造38a包含用以在驅動軸12之下緣可 傾斜地支撐該基板載具主體13之滾珠元件38a，及一將該 驅動軸1 2之旋轉傳送至該基板載具主體之旋轉傳送構造 (未示出）。 在該夾盤1 7之下表面上，設有環繞該夾盤外圍之密封 環2 0、一在該夾盤1 7中心之圓形中心袋子2 2、及定位於該 密封環2 0及該圓形中心袋子2 2之間且與該密封環2 0及該圓 形中心袋子2 2隔開之環管2卜該密封環2 〇、該中心袋子 2 2、及該圓形管2 1係由有彈性之薄膜製成。該中心袋子2 2 及該圓形管2 1分別具有壓力室3 1及3 2。當藉著該基板載具 固定晶圓W時，該密封環2 0係與該晶圓之外圍密封地°齒 合，且該中心袋子2 2及該圓形管2 1係亦與該晶圓密封地口齒 合，藉此於該密封環2 0及該圓形管2 1之間、與該圓形管2 1 及該中心袋子2 2之間分別形成額外之壓力室2 3及2 4。 壓力供給導管2 9，3 0，3 3及3 4係分別連接至該壓力室 2 3，2 4，3 1及3 2，以便使其可能獨立地控制該壓力室2 3，2 4， 31及3 2中之壓力。這能夠在已適當調整之壓按力量之下抛

313857.ptd 第12頁 590848 五、發明說明（5) " -一~ f對應於該麼力室之基板各個區域，及以此方式可將該基 板之整個表面拋光至一高度之平面性。 該，盤y係經由該塵力薄片25連接至該基板载具主體 力薄片係由一可於垂直方向中移動之彈性薄膜製 ΐ沾i該夾盤之上形成一不透水之密室26。設計該夾盤π ^=構以便可相對該基板载具主體13在垂直方向移動以 該扣環^之磨耗量而定改變該基板載具主體13及該 扣％ 1 4相對該夾盤1 7之位置。 j不透水之抢至2 6係連接至不可壓縮流體 =當上…力係施加至該夾頭構件時、且當由= 光i 1疋之基板W於拋光操作期間壓抵住該轉△ ^拋 先表面時，該導管28將不可壓n扯认 轉口之拋 以防止該夾頭構件17往上移動、=給進^該密室26, 入該密室26時防止任何剩餘之空^ = 體係填 通氣孔導管27係流體地連接至兮.6至26中，有一 17甚至於該夾盤17遭受一向上=^ 26。迨能夠使該夹板 具主體13保持在一預定位置。乍用力之—案例中相對該載 第4圖表示以不可懕給、、六 26之流體供給系統。當组人心-3純水Q充滿該不透水密室 室26係充滿空氣。為用不；不透水之密 空氣26,打開該通氣孔導：：=替換以由該密室排出 係經由該純水之供水導管28供給進：：58.，同時該純水Q 於充滿該不透水之密室2 6時气 ^不透水之密室2 6。 ”。藉著流量計59監視該導管^水二入該通：孔導管 乐4圖所不），便能夠使

313857.ptd 第13頁 590848 五、發明說明（6) 該路徑27之閥門58關1« Ώ ,

已流入該通氣孔導管27日1 ^該流量計59偵測到該純水Q ^ & Ζ 7日寸停止純水Q之供給。 〜〜1了確保由該不透水空間26完全排出空氣，兮不、类> 示，以便能夠讓該密室中：Ϊ = J : :7,如在第3圖所 該通氣孔導管27排出。之二耽由该谘至之最高區域經過 如弟4圖所示，古女么土 u 幫浦51、三通閥52、°問、、、7之供水系統包含純水貯槽50、 至該不透水密室26之^ ^ ^3、及流量計54。於加壓將供給 加至欲抛光之2純因水此=:中’過大之力量可能施 氣壓力之壓力下供給至該：較佳,Λ該純水應在接近大 之重量下由該純水貯槽=疋糟者在該純水Q自身 26所達成，該純水貯‘位;二^ Q至該不透水之密室 置處。只有當其必需於向上===板載具"之位 =純水Q時才作動該幫浦51。"水之推室26口即 重力之下往下流動，另4 &由 精者％夠使純水Q在 該純水Q時，τ、胃A # ^ 〇而於向上之方向由該密室唧取 供二水i二;Γ;不透水密室26之容積。 支2 /二？構。於此案例中，純水貯槽嶋^ 於大翁ί ί 壓作用，空氣應該要在稍微s ==二=:7給至該氣缸57之驅動室…。當： 方向移ϊ 1 密室57b時，該活塞56係在向左 白移動’以便藉此由該不透水之密室26哪取該純水q。

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590848 五、發明說明（7) 可用具有如第6圖所示波紋管架構之純水貯槽6 〇替換如第5 圖所示純水之供水系統中所提供之純水貯槽5 5。

/現在將說明該主要拋光機之操作。首先，該基板載具 11係迴轉環繞迴轉軸桿丨5至基板運送裝置之位置（未示 出）。然後該載具由該基板運送裝置接收基板W，及在吸力 之下固定之。當固定該基板^寺，定位該基板載具n，以 致該密封環2 0係與該晶圓之上表面外圍密封地嚙合；然後 ^中心袋子2 2及該環管2丨係在加壓流體之導入之下膨勝， 這造成該中心袋子及該環管2 1之下表面22與該基板> 表面密封地嚙合。然後當該密室2 3, 24經由該個別之旅瘳 導官2 9，3 0連接至真空源（未示出）時，藉著於該密室2 3及 24中所產生之吸力固定該基板W。 如上面所述，在固定該基板w之後，該載具丨丨係在濟 ，台2上方迴轉至一個拋光位置，且然後於該驅動軸丨 氣缸作動時降低朝向該拋光表面。在此時，調整該；f逸7 在至2 6之尺寸’使得該基板w之下表面係定位在該扣旅1 下表面上方。

當該基板載具11降低時，該扣環丨4與該拋光構件1 $ 抛光表面1 a形成接觸。當接觸時，該基板載具1 1停土朝’ °亥抛光表面之移動。然後打開該純水之供水導管2 _ 5 3，以供給純水q至該不透水之密室2 6。在藉著該流黉紂 54監視之下，當該基板w緊靠著該拋光表面丨如夺，關少濟純 閥門5 3以藉此關閉該純水之供水路徑2 8，及進一步防少多 水Q之供給。然後以已導入該壓力室2 3，2 4，3 1及3 2之妒廣

313857.ptd 第15頁 590848 五、發明說明（8) 流體進行拋光。於該拋光操作期間，可於該夹盤1 1及該基 板載具主體1 3確保相對之垂直定位，且其結果是能達成該 基板W之穩定及一致拋光。 在達成拋光之後，壓力室2 3及2 4係再次連接至真空 源’以藉此在真空之影響下固定該基板W，且該基板載具 1 1係然後舉起及迴轉在該基板運送裝置上方，用以將該基 板W運送至該處。 參考第7圖，在此顯示具有由一對滾筒7丨，7 2所支撐之 循環帶7 3之另種基板拋光機型式，其中藉著該載具丨丨所固 定之基板W係壓抵住該循環帶7 3之上方行程部份之拋光表 面 7 3 a 〇 藉著一個皮帶支撐單元74支撐該皮帶73之上方行程部 份’由該載具11所固定之基板縣壓抵住該上方行程部 份。於抛光操作中，當該載具丨丨係以與先前具體實施例中 所述相同之方式轉動時，即驅動該皮帶7 3。於拋光期間， 抛光流體係由一個拋光喷嘴（未示出）供給至該拋光表面 7 3 a上 ° 如此’根據本發明，可能於拋光操作期間如所需地相 對基板載具主體1 3將該基板w設定在一個位置。 ^ 特別的是，當使得由該基板載具11所固定之基板係與 f抛光表面形成接觸時，如上所述，該基板係保持在該扣 壞下表面上方之位置，以致該扣環之下表面首先與該拋光 表面形成接觸。然後，將不可壓縮流體或純水供給至該不 透水之空間2 6，以致造成該基板W相對該基板载具主體丄3

590848 五、發明說明（9) 及亦相對該扣環在往 表面形成接觸時，停 此，於該扣環1 4及該 甚至於該扣環1 4已隨 再者，該不可壓 係在它們自身之重量 大氣壓力，藉此其可 觸’而不須在該基板 再者，按照本發 3 1，2 4，3 2及 3 4，該複 地供給一加壓流體， 3 1，2 4，3 2及3 4所分別 下方向移動。當該基板終於與該拋光 止該不可壓縮流體或純水之供給。因 基板W之間能維持想要之位置關係， 著時間消逝而變得磨損之案例中。 縮流體之供給進入該不透水之密室2 6 下以力量所實現，該力量係只稍大於 能使得該晶圓與該拋光表面形成接 上施加任何過大之力量。 明，該基板載具係設有複數壓力室 數壓力室係呈同軸配置，及能夠獨立 藉此能夠使該基板W遭受由該壓力室 產生之各種壓按力量。

313857.ptd 第17頁 590848 圖式簡單說明 [圖面敘述] 第1圖係根據本發明一基板拋光機之局部剖面概要 圖。 第2圖係根據本發明一基板保持裝置之基板載具之概 要剖面圖。 第3圖係根據本發明另一基板保持裝置之基板載具之 概要剖面圖。 第4圖係根據本發明一基板保持裝置之純水供給構造 之略圖。 第5圖係根據本發明之基板保持裝置之另一純水供給 構造之略圖。 第6圖係根據本發明之基板保持裝置之又另一純水供 給構造之略圖。 第7圖係根據本發明之基板拋光機之局部剖面概要 圖。 [元件 符號 ] 1 拋 光 構 件 1 a 拋 光 表 面 2 可 旋 轉 之 轉 台 10 基 板 載 具 單 元 11 基 板 載 具 12 驅 動 軸 13 基 板 載 具 主 體 14 扣 環 15 迴 轉 軸 桿 16 迴 轉 馬 達 17 夾 盤 20 密 封 環 21 環 管 22 圓 形 中 心 袋 子 23 壓 力 室 24 壓 力 室

313857.ptd 第18頁 590848 圖式簡單說明 25 壓力薄片 26 不透水之密室 27 通氣孔導 28 流體供給導管 29^ 30 、33、34壓力供給導管 3卜 32壓力室 37 凸起表面 38 萬向接頭 38a 滾珠元件 39 拋光流體供給喷嘴 40 修整器單元 41 修整器頭部 42 迴轉軸桿 43 修整構件 44 迴轉馬達 50 純水貯槽 51 幫浦 52 三通閥 53 閥門 54 流量計 55 純水貯槽 56 活塞 57 氣缸 57a 驅動室 57b 密室 58 閥門 59 流量計 60 純水貯槽 71 > 72 滾筒 73 循環帶 73a 拋光表面 74 皮帶支撐單元

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Claims (1)

1. 590848 六、申請專利範圍 1 · 一種基板抛光機，其包含： 拋光表面；及 基板載具，係用以固定基板及使其與該 形成接觸；該基板載具包含； 、又 載具主體； 基板保持構件，係用以固定基板，使得談 欲拋光表面朝向該拋光表面；及 X 土反之 基板保持構件定位裝置，係相對用以固定該基板 之基板保持構件側面設在該基板保持構件之相向側面 上’該基板保持構件定位裝置包含連接於該基板載具 及該基板保持構件間之撓性構件，以在其間界定一個 可膨服之密室’該可膨脹密室係設計成可充滿不可壓 縮、流體’及將可藉著充滿該不可壓縮流體而伸展朝向 該抛光表面’以便可調節地相對該載具主體定位該基 板保持構件。 2 · $申晴專利範圍第1項之基板拋光機，其中該載具主體 具有一扣環’該扣環係與該載具主體一體成形及係定 位至ί，著由該基板保持構件所固定之基板，該基板 係可藉著調整該可膨脹密室中所充填之不可壓縮流體 量相對該扣環調節地定位。 3·如申請專利範圍第2項之基板拋光機，尚包含一貯槽， t用^，不可壓縮流體保留在其内及流體連接至該可 t m #至’以便用該不可壓縮之流體充滿該可膨脹密 $ t該貯槽中之不可壓縮流體係在該大氣壓力之

   313857.ptd 第20頁 590848 六、申請專利範圍 下及在其 4·如申請專 係用以由 5 ·如申請專 持構件定 上方位置 6 ·如申請專 密封 構件之周 著該基板 嚙合，以 定一個密 至少 要之壓力 7 ·如申請專 構件包含 中心 該基板保 由該基板 光表面； 環狀 该基板保 地隔開， 以便促使 自身重量之下供給至該可膨脹構件之密室。 利範圍第3項之基板拋光機，尚包含一幫浦， 該可膨脹密室唧取該不可壓縮流體。 利範圍第3項之基板拋光機，其中該基板保 位裝置於該可膨脹密室中具有一個定位在最 之空氣排氣通口。 利範圍第2項之基板拋光機，尚包含： 環，係定位在該扣環内側及設在該基板保持 邊上且沿著該基板保持構件之周邊延伸，藉 保持構件所固定之基板係與該密封環密封地 與該密封環及該基板保持構件合作，俾能界 封室；及 一個設於該密封室中之構件，以界定可在想 下獨立地供給以流體之複數密室。 利範圍第6項之基板拋光機，其中該至少一個 可膨脹之密室構件，其於該密封室中安裝在 持構件之中心上及適於遭受壓力，以便^使 保持構件所固定之基板之中心部份抵住今 及 。 之可膨脹密室構件，其於該密封室中安裝在 持構件上及與該中心可膨脹之密室構件徑向 該環狀之可膨脹密室構件係適於遭受壓^， 由該基板之中心部份隔開之基板環狀部份抵

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   第21頁 590848 六、申請專利範圍 住該拋光表面； 其中該密封室係形成有分開之環狀密封區段，該 環狀密封區段形成於該中心可膨脹密室構件及該環狀 可膨脹密室構件之間及於該環狀可膨脹密室構件及該 密封環之間；及 戎为開之裱狀密封區段係適於獨立地遭受想要之 壓力。 8 · —種基板抛光機，包含： 拋光表面； 基板載具’其用以固定基板及使其與該拋光表面 形成接觸；該基板載具包含； 載具主體； 、基板保持構件，其用以固定基板，使得該基板之 欲拋光表面朝向該拋光表面；及 挽性構件，其相對用以固定該基板之基板保持構 件側面定位在該基板保持構件之相向側面上，且連接 於該基板載具及該基板保持構件之間，以界定一個可 膨脹之密室；及 不可壓縮流體供給裝置，其用以在控制之壓力下 將該不可壓縮流體供給進入該^膨脹密室。

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