1283617 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於研磨裝置，尤其是關於一種保持半導體 a曰圓等之研磨對象物而向研磨面推壓，以研磨該研磨對象 物的研磨裝置。 【先前技術】 近年來，由於半導體元件越來越微細化，使得元件構 造更為複雜，而且隨著邏輯系統多層配線之層數的增加， 半導體70件表面的凹凸越來越多，而有段差變大的傾向。 因為半導體70件的製造是不斷重複以下步驟：形成薄膜， 進仃圖案化或開孔的微細加工之後，再形成下一個薄膜。 一旦半導體元件表面的凹凸增加，則於薄膜形成時， 在段差部的膜厚就會變薄、或是發生配線斷線所導致的開 路Open)或配線層間之絕緣不良所導致的短路，因此有無 法獲得良品、或是有良率降低的傾向。而且，即使是初期 可，常動仙iU牛’在長時間的使用下也會產±可靠性的 門題另外，要進行微影步驟中的曝光時，如果在照射表 面有凹凸存在，則曝光系、统的透鏡焦點就會有部分無法對 準因此一半導體元件表面的凹凸增加，就會產生不易 形成微細圖案的問題。 因此，在半導體元件的製程當中，半導體元件表面的 平坦化技術就變得越來越重要。此平坦化技術當中最重要 2技術就是化學機械研磨（CMP)。此化學機械研磨是將包 含一氧化矽（Si〇2)等之磨粒的研磨液供應至研磨墊等的研 316065 5 1283617 磨面上 研磨。 同化使半‘體晶圓#的基板滑接在研磨面而進行 這種研磨裝置具備有：具有研磨墊所構成之研磨面的 :磨台，以及用來保持半導體晶圓的頂環（toprin幻 ，種研磨裝置進行半導體晶圓之研磨的情況下是藉由頂環 呆持半導體晶®，同時以預定壓力將此半導體晶圓向研磨 台的研磨面推壓。此時，藉由使研磨台及頂環相對運動， 便可使半導體晶圓滑接在研磨面，以將半導體晶圓的 研磨成平坦的鏡面。 & 由於上述研磨墊具有彈性，因此施加在研磨中的半 f晶圓之外周緣部的推壓力並不均一，有時會發生只有半 導體晶圓的外周緣部受到較多研磨之所謂「邊緣下垂、(ed sagging)」的情況。為了防止這種邊緣下垂的情況發生， 也使用-種如第i圖所示具有以下構造的頂環：利用扣環 (retainer ring)600保持半導體晶圓w的外周緣，同時利用 扣環、_推壓位於半導體晶圓w之外周緣側的研磨面_ 〇這種頂環疋如第】圖所示將扣環600固定在圓盤狀外 殼（凸緣部）620的外周部，並藉由連結於外殼620之中央部 的頂％軸630的推壓力向研磨面61〇推壓。 上述白知的頂環由於是使扣環600及外殼620剛性地 一體連接，因此如第1圖所示，由於施加在外殼62〇之中 央部的頂環轴630的推壓力，在外殼620及扣環6〇〇會產 生彎，力矩M〇，並因為此彎曲力矩M〇所產生的撓曲而導 致扣％ 600傾斜。如上述當扣環600傾斜時，扣環6〇〇之 316065 6 1283617 底面的面壓就會變得不一定，導致扣環600偏磨損而無法 進行高精度的研磨。 亦即’為了提高研磨性能，推壓研磨對象物W的部分 有愈趨複雜的傾向。由於頂環具有複雜的推壓功能，因此 將扣環600安裝在外殼62〇的部分會在圓周方向從研磨對 象物W的外周緣離開，在構造力學上形成突出 的狀態。由於此突出所產生的彎曲力矩M〇，如第1圖所 不-扣％ 600會撓曲，扣環6〇〇相對於研磨面61〇的面壓 就會變得不均一。隨著研磨時間的經過以致扣環6〇〇發生 偏磨知呀，研磨外形輪廓（Profile)就會產生變化，因此對 於研磨穩定性會造成不良的影響。 如上所述，上述研磨裝置當中，對於安裝在頂環，並 且用來保持研磨對象㈣之外周的扣環細除了要求可保 持研磨對象物W的功能之外，還要求可均一推壓研磨台之、 研磨面610的功能。 【發明内容】 本發明是ϋ於上述問題點而研創者，其第ι目的㈣ 提供-種可防止或降低研磨時的扣環之偏 度之研磨的研磨裝置。 逍订回相 而且，本發明之第2目的在於提供一種可降低 的成本及環境諸，並提高可靠性，而且在將新的: 磨裝置。 心丁“—)研磨的時間縮短的研 而且，本發明之第3目的在於提供一種可在其他專用 316065 7 1283617 裝置或工作機械上進行研磨裝置上所必須之空研磨的
IM % 0 為了達成上述第1目的，根據本發明之第丨樣態，可 提供-種研磨裝置’料磨*置具備有研磨面、保持研磨 對象物的頂環、以及將該頂環向上述研磨面推壓的頂環 轴。上述頂環具備有：保持上述研磨對象物之外周緣的扣 環；連結於上述頂環軸的大致圓盤狀外殼；以及以使上述 扣環及上述外殼滑接的狀態連接上述扣環及上述外殼的滑 接連接部。 藉由這種構成，將頂環向研磨面推壓時，由於扣環多 外殼會滑接’因此即使由頂環㈣外殼的中央部施^ 重’外殼與扣環仍會滑動。所以，對於扣環只會傳達荷^ 的錯直方向成分’彎曲力矩就無法再發揮作用，因此不^ 有因為彎曲力矩導致扣環傾斜的情況，而可避免在扣環^ 底面發生偏磨損。 ^ 上述滑接連接部可以是使上述扣環及上料殼滑接的 自由接頭（free joint)，較佳為球接頭（baUj〇int)。 」根據本發明之第2樣態，可提供—種研磨裝置，該研 磨t置具備有研磨面、保持研磨對象物的頂環、以及將該 頂環向上述研磨面推壓的頂環軸。上述頂環具備有·保= 上述研磨對象物之外周緣的扣環；連結於上述頂環軸的大 致圓盤狀外殼Μ及連接±述扣環及上料㈣連接部。 上逑連接部是以可充分確保水平聽直方向_性，並且 降低彎曲剛性之方式構成。 316065 8 1283617 如上所述」由於提高了連接部之水平及錯直方向的剛 性’因此可確貝將㈣轴所施加的荷重傳達至扣環。而且， 由於降低了連接部的彎曲剛性，因此施加於外殼的荷 產ί的彎曲力矩會由該連接部所吸收，而可使作用於扣環 的:曲力㈣小。因此，可抑制扣環傾斜的情況 扣環之底面的偏磨損。 $ 上述連接部最好配置在上述扣環之徑向寬度之中央的 外侧。藉由將連接部配置在扣環之徑向寬度之中央的外 2，將會在扣環之徑向寬度之中央的外侧施加頂環軸的荷 ΐ曲=此料扣環之寬度的中央會產生f曲力矩。藉由此 =力矩’杨於外㈣荷重所產生的f曲力矩就會相互 抵銷，而可使作用於如援& _ i丄 用於扣％的，考曲力矩變得更小。因此，可 地降低扣環之底㈣偏耗。另外，±述連接部亦 可具有縱向中央部較窄的剖面形狀。 :據本發明之第3樣態’可提供一種 ==有研磨面、保持研磨對象物的頂環、以及將： 員衣向上述研磨面推麗的頂環轴。上述頂環 t述研磨對象物之外周緣的扣環；以及連結於上述頂環車 =致圓盤狀外殼。其t，提高前述外殼的剛性，以在將 向則述研磨面推壓時，使前述扣環之底面相對於 月’J迷研磨面的傾斜變小。 例如，使外殼由金屬或陶究等強度及剛性高的材料形 从’而且只要增加其厚度，便可獲得高剛性。如上所述， 错由使外殼高剛性化，則即使由頂環轴對於外殼的尹央部 316065 9 1283617 施加荷重’彎曲力矩也不易 偏磨損。作用於扣環’而可降低扣環的 為了達成上述第2目的’根據本發明& =供一種將半導體晶圓等之研磨對象物研磨成平二： 物向上述研磨面推壓並使其滑以及料磨對象 用來保持上述研磨對象物之外缕、衣丨述頂％具備有 有：由樹脂構成的第?:口 =扣環。上述扣環_ 部;以及將上述第“I上: 成可裝拆的兩層之締結具。 以在上下方向締結 ^這種構成，可提高第部與第2環部間 =性。而且，只要更換會磨損的第！環部，便可使： 衣再生，因此可降低零件的消耗成本。另外 的缔結具將扣環緊固在外殼之外 ^斥 制扣環的變形，並且 ：口應力，而可抑 停機時間（d_time)。研磨所化的時間，也就是縮短 4第1環料好與上料磨面朗。而 包含被研削下時可用作為磨粒的粒子。在:情兄 此可2是Γ環之第1環部的研削粒子用作為磨粒，因 在研磨面供應例如純水，而由扣環供應磨粒。 部嵌第1環部及上述第2環 且可更為提升第二二扣環的組裝就更為容易， 更為㈣弟1壤部與第2環部之締結的可靠性。 316065 10 1283617 而再最好是形成為可僅藉由上述第1環部之更換 再峰，於可以僅藉由第1環部之更換而使扣環 ’ *此可降低祕品的成本，且可減少環境負擔。 則笛締結具最好是螺栓。如此，❹㈣作為締結具， 貝Ή讀與第2環部之締結組裝及分解將變得容易。 為了達成上述第3目的，根據本發明之第5樣熊，可 提供-種扣環，該扣環是用來保持本身保持在頂狀基板 保持面的研磨對象物之外周面。上述扣環具财：由樹脂 構成的第1環部；由金屬或陶兗構成的第2環部；以及將 上述第i環部及上述第2環部在上下方向締結成可裝拆的 兩層之締結具。上述第丨環部係接受作出平面度之研磨。 如上所述，在利用可裝拆的缔結具締結第1環部及第 2環部，而形成在上下方向的兩層構造之扣環之後，便可 對該第1環部進行作出平面度之研磨。因此，不再需要像 過去在研磨裝置上進行空研磨。 【實施方式】 以下，參照第2圖至第20圖來詳細說明本發明之研磨 裝置的實施形態。此外，在第2圖至第20圖當中具有相同 作用或功能的構件或元件附上相同的符號，未特別說明的 部分係省略其說明。 第2圖是顯示本發明第1實施形態之研磨装置的全體 構成之模式圖。如第2圖所示，在頂環1的下方設有將研 磨墊101貼在上面的研磨台1 〇〇。而且在研磨台丨〇〇的上 方設有研磨液供應噴嘴102,而可由此研磨液供應噴嘴1〇2 316065 1283617 將研磨液Q供應至研磨台1 〇〇上的研磨墊1 〇 1上。 另外’可在市面上買到的研磨墊有各種形式，例如有 維戴魯（rodel)公司製的 SUBA800、IC_1000、 IC-1000/SUBA400(兩層交叉）、福及民合作（fujimiinc 、 corporation)公司製的 Surfin xxx_5、surfin 000 等。、 SUBA800、Surfin xxx-5、Surfin 〇〇〇 是利用聚胺酯（urethane) 树月曰固疋住纖維的不織布，IC_丨〇〇〇是硬質的發泡聚胺酯 (單層）。發泡聚胺酯是形成多孔狀態（多孔質狀），在其表面 具有多數個微細的凹坑或孔。 _ 頂環1是經由萬向接頭10連接至頂環軸n，頂環軸、 11是與固定在頂環頭110的頂環用氣缸U1連結。頂環丨 具備有：連結於頂環軸U下端的大致圓盤狀外殼2(凸緣 部）；以及配置在外殼2之外周部的扣環3。 頂環用氣缸111是經由調節器R1連接至壓力調整部 1/0。此壓力調整部120是藉由從壓縮空氣源供應加壓空氣 等之加壓流體、或是利用泵等真空吸引而進行壓力的調Φ 整。藉由此壓力調整部120，可經由調節器R1對於供應至 頂環用氣缸111的加壓空氣之空氣壓等進行調整。藉由此 頂環用氣缸111，頂環軸U會上下移動，使整個頂環丨升 降，同時能以預定的推壓力將安裝於外殼2的扣環3向研 磨台100推壓。 而且，頂環軸11是經由鍵（未圖示）連結於旋轉筒 \12。此旋轉筒ιι2在其外周部具有確動皮帶輪113。在頂 %碩110固定有頂環用馬達114，上述確動皮帶輪是 316065 12 ^283617 二由確動皮帶115連接至設在頂環用馬達114的確動皮帶 ，116。因此，藉由驅使頂環用馬達114旋轉，旋轉筒ιΐ2 =¾車由u會經由碎動皮帶115及確動皮帶輪ιΐ3而一體 疋轉，而使頂環1旋轉。另外， 支持於框架（未圖示）的頂環頭旋轉轴㈣斤支疋持由可旋轉地 馆/下針對頂環1更加詳細地說明。第3圖是第2圖之 、衣之一剖面的縱剖視圖，第4圖是第2圖之頂琿i之 =i:的縱剖視圖，第5圖是顯示第3圖之如 豉2的平面圖。 上構：！3圖及第4圖所示，扣環3具備有大致圓筒狀的 /冓件3a、及大致圓筒狀的下構件％，下構件％ 疋朝内側突出。而且如第3圖及第5圖所示，在扣環3之 ^構^的上部是於扣環3之圓周方向的複數個部位設有 ^扣壤3及外殼2滑接之本身為自由接頭的球接頭4。此 球，頭4是裝在形成於外殼2下面的球狀凹部2讀形成於 扣環3之上構件3a之上部的球狀凹部“之間。 另外，如第4圖及第5圖所示，在扣環;之上構件％ 的上部是於圓周方向的複數個部位設有連接螺检5。對應 於連接螺栓5在外殼2設有彈菁收容部^，在連接螺检$ 與彈簧收容部2b之間安裝有螺旋彈簧6。如此，藉由球接 頭4、連接螺栓5，收容部2b、及螺旋彈箬“更構成 以使扣環3與外殼2滑接之狀態連接扣環3與外殼2的滑 接連接部。另外，本實施形態說明了利用球接頭4使扣環 3及外殼2滑接的例子，但只要可使扣環3及外殼2滑接， 316065 13 1283617 亦可使用任何構成。 如上所述，在外殼2之中央部的上方配設有頂環轴 11，外殼2與頂環軸n是藉由萬向接頭部1〇而連結。此 萬向接頭部1〇具備有：可使外殼2及頂環軸11相互傾動 的球面軸承機構；以及將頂環軸u的旋轉傳達至外殼2 的旋轉傳達機構，而且是從頂環軸u以容許相互的傾動的 方式傳達推壓力及旋轉力至外殼2。 球面軸承機構是由以下構件構成··形成在頂環軸u 之下面中央的球面狀凹部Ua;形成在外殼2之上面中央 部的球面狀凹部2c，·以及安裝在兩凹部Ua、2c間的陶瓷 之類的高硬度材料所構成的軸承球12。如第3圖所示，在 外殼2的頂環軸11附近安裝有連接螺栓7，在此連接螺栓 7與設在頂環軸π的彈簧收容部Ub之間安裝有螺旋彈簧 8。藉由這種構造，外殼2便可相對於頂環軸u保持成可 傾動的狀態。 另一方面，旋轉傳達機構是由固定在外殼2之頂環軸 U附近的卡合銷9、以及形成於頂環軸^的卡合孔lu 構成。即使外殼2傾斜，卡合銷9仍可在卡合孔11 c内上 下移動，因此卡合銷9與卡合孔nc會使接觸點偏移而卡 & ’使紅轉傳達機構將頂環軸11的旋轉力矩確實傳達至外 殼2 〇 在外殼2及扣環3之内部所區劃的空間内收容有：抵 接於由頂環1所保持之半導體晶圓w的彈性墊2〇 ;環狀 保持環21 ;以及支持彈性墊2〇的大致圓盤狀夾持板 14 316065 1283617 (chucking plate)22 2!與固定於保持以塾〇疋使其外周部夾在保持環 持板〜面:二bi:端的夾持板22之間，並且覆蓋夾 屡力室30。彈性^2〇 ^生塾2〇與夹持板22之間便形成 塾疋由乙稀丙稀橡膠⑽驗）、聚胺醋 橡膠、石夕橡膠等強度及耐久性佳的橡膠材形成。 Μ ^ =板。2ί的中央部形成有開口 22a °此開口 22a是 要、吕、連接盗等所構成的流體路捏4 置广，…的調節器R2連接至壓力調整二 墊20與夹持板22之間的屡力室3〇是經由配置 机體路徑40上的調節器R2而連接至遷力調整部12〇。 在保持環21與外殼2之間張設有彈性膜所構成的加壓 3此加壓片23的一端是由安裝於外殼2之下面的加 f片支持部2d夾住’另-端則夾在保持環21的上端部21a 兵擔止部21b之間。藉由外殼2、夾持板22、保持環21 及加壓片23便於外殼2的内部形成壓力室31。如第^圖 所不’在壓力室31有由管子、連接器等所構成的流體路徑 ^與之連通，壓力室31是經由配置在流體路徑41上的調 節器R3而連接至壓力調整部12〇。另外，加壓片23是由 乙烯丙烯橡膠（EPDM)、聚胺酯橡膠、矽橡膠等強度及耐久 性佳的橡膠材形成。 對於上述夾持板22與彈性墊20之間的壓力室30及夾 持板22上方的壓力室31 ’可經由與各個壓力室3〇、31連 通的流體路徑40、41供應加壓空氣等之加壓流體、或使之 形成大軋壓力或真空狀態。亦即，如第2圖所示，可藉由 316065 15 1283617 配置在壓力室30、31之流體路徑4〇、41上的調節器们、 R3對於供應至各個壓力室的加壓流體之壓力進行調整。藉 此即可對於各壓力室30、31内部的壓力個別獨立控制或^ 之形成大氣壓力或真空狀態。 另外，夾持板22於開口 22a的外側設有向下方突出的 内側吸著部24及外侧吸著部25。在内侧吸著部24形成有 與由管子、連接器等所構成的流體路徑42連通的連通孔 24a，内側吸著部24是經由配置在此流體路徑c上的調節 态R4連接至壓力調整部12〇。同樣在外侧吸著部形成 有與由管子、連接器等所構成的流體路徑43連通的連通孔 25a’外側吸著部25是經由配置在此流體路徑u上的調節 ，R5連接至壓力調整部12〇。藉由壓力調整部可在吸 著邻24、25之連通孔24a、25a的開口端形成負壓，以將 半導體晶圓W吸著在吸著部24、25。此外，在吸著部24、 Μ的下，面貼有由薄橡膠片等所構成的彈性片，吸著部 24 25疋柔軟地吸著並保持半導體晶圓W。 々 第3圖所不’在扣裱3的上構件3a形成有洗淨液路 徑26。此洗淨液路徑％是與彈性墊2〇的外周面及扣環3 訂構，、3b之間的些微間隙連通。經由此洗淨液路徑％ 可將洗淨液（純水）供應至上述間隙。 在廷種構成的研磨裝置當中，要搬送半導體晶 ，使整個頂環"立在半導體晶圓的移送位置，並且將吸著 ^ 4 25的連通孔24a、25a經由流體路徑c、43連接至 麼力調整部120。藉由此連通孔24a、25a的吸引作用，將 316065 16 1283617 半導體晶圓W真空吸著在吸 在吸著有半導體晶圓w的狀態下使料H下端面。然後 外，上:二。”的研磨台10。的上方。此 卜+V體日日0W的外周緣是由扣環 體晶圓W從頂環i飛出。 厅保持Μ免+導 4 7磨時是解除半導體晶㈣藉由吸著部24、25之吸 者’使半導體晶圓W保持在頂環！的 的頂環用氣缸⑴動作，以預定的推】= ==㈣扣環3向研磨台1〇。的研磨面㈣。在此· =下會對壓力室30供應預Μ力的加I流體，以將半導 體晶0 W向研磨台⑽的研磨面推壓。藉由事先從研磨液 供應嘴嘴丨〇2流出研磨液Q，使研磨液Q保持在研磨塾ι〇ι 上，以在半導體晶圓W之所要研磨的面（下面）與研磨墊ι〇ι 之間存在有研磨液Q的狀態下進行研磨。 對壓力室30供應加壓流體時，夾持板22會承受向上 方向的力，因此本實施形態是經由流體路徑4丨對壓力室· 31供應壓力流體，以藉由來自壓力室31的力來防止夾持 板22被向上方帶起。 ' 如上所述，適當調整藉由頂環用氣缸ηι將扣環3向 研磨墊101推壓的力、以及藉由供應至壓力室3〇的加壓空 氣將半導體晶圓W向研磨墊1 〇 1推壓的力而進行半導體晶 圓W的研磨。研磨結束時是將半導體晶圓w再度真空吸 著在吸著部24、25的下端面。此時，停止加壓流體對於將 半導體晶圓W向研磨面推壓的壓力室之供應，使其開放為 316065 17 1283617 大氣壓力’藉此使吸者部24、25的下端面抵接於半導體晶 圓W。並且使壓力室31内的壓力開放為大氣壓力或形成 負壓。這是因為如果任由壓力室31的壓力處於高壓狀態， 將只有半導體晶圓W之抵接於吸著部24、25的部分會被 用力地向研磨面推Μ。 如上所述，將半導體晶圓W吸著在吸著部24、25之 後，使整個頂環1位在半導體晶圓的移送位置，並且從吸 著部24、25的連通孔24a、25a向半導體晶圓W喷射流體 (例如麼縮空氣或混合了氮氣及純水的流體）而放開半導體 晶圓W。 如上所述，本實施形態是在將頂環丨向研磨面推壓 時，使扣環3與外殼2藉由球接頭4而滑接。因此，即使 由頂環軸11對外殼2的巾央部施加荷重，也由於外殼2 與扣環3會滑動’因此對於扣環3只會傳達荷重的船直方 ，成分’冑曲力矩就不會作用。結果便不會有扣環3因為 彎曲力矩而傾斜的情況，而可防止在扣環3的底面發生偏 在此，藉由提尚外殼2的剛性也可防止上述彎曲力央 ^用^扣％ 3 °例如’使外殼2由金屬或H等強度及岡 :較高的材料形成，再增加其厚度而成為高剛性的外奏 ，將頂環丨向研磨塾1〇1推壓時’可使扣環3之底面相斐 於研磨塾1 〇 1的傾 11貝斜度、文小。只要使外殼2高剛性化，貝丨 即使由頂環軸1丨對林M ? 丁人 對外九又2的中央部施加荷重，彎曲力矩4 不會作用於扣環3，& I , 3而了防止扣環3的偏磨損。 316065 1283617 本實施形態由於可藉由上述滑接連接部使發生在扣環 3的彎曲力矩變成零’因此不需要藉由外殼2的高剛性化 來防止彎曲力矩的產生’而可如第6圖所示，減少外殼2 的厚度而謀求輕量化，使維修性提升。 第7圖是本發明第2實施形態之頂環的縱剖視圖。如 第7圖所示，本實施形態是取代第1實施形態的滑動連接 部而設有連接部50。此連接部5〇是用來連接扣環3的上 構件3a及外殼2’以充分確保水平及錯直方向的剛性並降 低彎曲剛性。本實施形態是使縱向中央部的寬度小於上下 部的寬度而形《中間較窄的剖面形狀’ #此充分確保水平 及鉛直方向的剛性並降低彎曲剛性。即使為中間較窄的剖 面形狀，在水平方向還是由整個周圍承受一個方向的荷 重，因此可確保充分的剛性。此時，彎曲力矩是由各個剖 面承受’結果f曲剛性就會變得比水平方向的剛性低。 本實施形態由於提高了連接部5〇之水平及鉛直方向 的剛性，因此可確實將頂環軸n所產生的荷重傳達至扣環 3。而且，由於降低了連接部5〇的彎曲剛性，因此施加於 外殼2之中央部的荷重所產生的彎曲力矩會由連接部 所吸收，而可使作用於扣環3的彎曲力矩變小。因此，可 抑制扣環3傾斜而降低扣環3之底面的偏磨損。另外，本 實施形態當中’外殼2、連接部5G及扣環3的上構件％ 是一體形成，但是並不限定於此。 如上所述，雖可藉由彎曲剛性低的連接部5〇使作用於 扣環3的，彎曲力矩變小，但如第7圖所示，藉由將連接部 316065 19 1283617 5〇配置在扣環3之徑向寬度之中央的休 白勺外側，可使作用於扣 環3的彎曲力矩變得更小。亦即，藉由將連接部％配置在 扣環3之徑向寬度之中央的外側’如第8圖所示，在扣環 3之徑向寬度之中央的外側會施加頂料u的荷重，因此 相對於扣環3之寬度的中央會產生彎曲力矩％。由於此彎 曲力矩％，施加於外殼2之中央部的荷重所產生的彎曲力 矩M2會被抵銷，而可使作用於扣環3的彎曲力矩變得更 小。因此’便可更為有效降低扣環3之底面的偏磨損。 另外，本實施形態之加壓片23的一端是由扣環3的上 構件3a與設在此上構件3a之徑向内侧的加壓片支持部％ 所夾住，但亦可與第1實施形態同樣固定在外殼2侧。 第9圖是顯示本發明第3實施形態之頂環3〇ι的縱剖 視圖。如第9圖所示’頂環3()1具備有外殼3〇2、以及安 裝於該外殼302之外周緣部下端的扣環3〇3。外殼3〇2是 由金屬或陶瓷等強度及剛性較高的材料形成。外殼3〇2具 備有：圓筒容器狀的外殼主體部3〇2a;以及嵌合在外殼主 體部302a之圓筒部内側的環狀加壓片支持部3〇沘。在外 殼302之外殼主體部3〇2a的下端利用螺栓3〇8固定有扣環 303 〇 在外殼302之外殼主體部3〇2a的中央部上方配設有頂 環軸311，外殼302與頂環軸311是藉由萬向接頭部31〇 而連結。此萬向接頭部31〇具備有··可使外殼3〇2及頂環 軸311相互傾動的球面軸承機構；以及將頂環軸3丨丨的旋 轉傳達至外殼302的旋轉傳達機構，而可從頂環軸3 2〗以 20 316065 1283617 容許相互的傾動之方式傳達推壓力及旋轉力至外殼302。 球面軸承機構是由以下構件構成：形成於頂環軸 之下面中央的球面狀凹部3Ua;形成於外殼主體部 之上面中央的球面狀凹部302c;以及安裝於兩凹部3Ua、 3〇2c間的陶瓷之類的高硬度材料所構成的軸承球Η】。另 一方面，旋轉傳達機構是由固定於頂環軸3丨丨的驅動銷（未 圖示）及固定於外殼主體部3〇2a的被驅動銷（未圖示）構 成。即使外殼302傾斜，被驅動銷及驅動銷仍可相對地上 下移動彼此使接觸點偏移而卡合，使旋轉傳達機構將頂 環轴311的旋轉力矩確實傳達至外殼3〇2。 在外殼302及安裝於外殼3〇2的扣環3〇3之内部所區 劃的空間内收容有：抵接於由頂環301所保持且本身為研 磨對象物的半導體晶圓w的彈性墊3〇4;環狀保持環儿父 支持彈性墊304的環狀彈性墊支持構件3〇9、313 ;以及支 =雜性墊支持構件3〇9、313的大致圓板狀夾持板3〇6。 彈性墊304是使其外周部夾在夾持板3〇6與彈性墊支持構 件309、313之間，並且覆蓋著彈性墊支持構件3〇9、313 的下面。 在保持環305與外㉟302之間之張設有由彈性膜所構 成的加壓307。此加壓片307是將一端夾在外殼3〇2的 外殼主體部302a與加壓片支持部3〇2b之間，將另一端夾 在保持環305的上端部與夾持板3〇6之間而固定。藉由外 殼302、夾持板306、保持環3〇5及加壓片3〇7便=外殼 3〇2的内部形成壓力室314。 316065 21 1283617 官體等之流體路徑315的前端在壓力室3丨4開口，該 流體路徑3 15是經由未圖示的切換閥或調節器而連接至壓 縮空氣源。另外，管體等之流體路徑316、319的前端在夾 持板306的下面開口，該流體路徑316、319是經由未圖示 的切換閥或調節器而連接至壓縮空氣源。另外，管體等之 流體路徑317、318在彈性墊支持構件3〇9、313的下面開 口，該流體路徑317、318是經由未圖示的切換閥或調節器 而連接至真空源及壓縮空氣源。 藉由經由流體路徑3 1 8使彈性墊支持構件3〇9、3 j 3 的下面減壓，半導體晶圓W就會被吸著並保持在彈性墊支 持構件309、313的下面。使頂環301旋轉，同時將吸著並 保持在外殼302之下面的半導體晶圓w向旋轉的研磨台 320的研磨面（研磨墊的上面）321推壓，藉由半導體晶圓w 與研磨面321的相對運動而研磨該半導體晶圓w。此時， 經由流體路徑315、3丨6、317、318、319將壓縮空氣送到 壓力室314、以及夾持板306的下面與半導體晶圓w之間， 並調整壓力以調整半導體晶圓貿對研磨台32〇之研磨面 321的推壓力。 第10A圖是顯不頂環301之扣環303的安裝部的縱剖 視圖，第10B圖是顯示扣環303中的面壓分佈之圖。如第 10A圖及第10B圖所示，扣環303具備有：由樹脂構成的 第1環部331;以及平面形狀大致與該第1環部331相同， 並且由金屬或陶瓷所構成的第2環部332，第1環部331 是藉由螺栓333締結於第2環部332的下面。 316065 22 1283617 ~另〔卜在第2 &部332的下面形成有環狀凹槽332a， 今=1 %邰331的上面形成有可嵌合於該凹槽的環狀 P 33^亦即，扣環303具有使第1環部331與第2 2产\332甘入口的敗合部。因此，將第1環部331安裝於第 ^ P 332的組裝作業就變得容易，而且兩者的締結更為 =二：有！種嵌合部也可以。亦可取代嵌合部而使用銷 來口疋弟1裱部331與第2環部332。 ^衣3〇3之第1 %部331的樹脂材而言有：聚醚醚 =/狀）、聚苯硫_(PPS)、超耐熱性塑谬的全芳族聚醯 胺树月曰、聚碳酸酯樹脂。在此，與研磨自321接觸的第 ^環部州最好包含被研削下時可用作為磨粒的粒子或粒 不會傷害半導體晶圓的成分。而第2環部332是使用鈦 或残料之金屬、或是氧化紹_mina)等之陶曼，使來 自第:環部331的熱傳遞更為良好。締結第i環部州與 第袞。卩332的螺栓333的材料最好是與第1環部的 ㈣材與第2環部332的金屬（欽、不錄鋼 脹係數接近的材料。 .、、山 卜，為了改善從第1環部331至第2環部332的熱 傳遞’最好增加其交界面的接合面積。而且，螺栓奶是 使用熱傳達率高的材料。另外，亦可如第u圖所示，將複 數個螺，333以預定間距設在圓周上來締結第！環部别 與第2%部332。或是亦可知笛η国無- 飞疋丌了如第12圖所不，將複數個螺拴 333以預定間距設在兩個圓周上。 將安裝有第10A圖所示構成的扣環3〇3的頂環3〇ι以 316065 23 1283617 F向研磨台32〇的研磨面321推壓時，扣環搬之 弟1壤部331的下面之面壓p的分布是如第雇圖所示， 在弟1環部33i的内周部a會稍微變小，但面壓p從外周 到内周大致均一。 第13A圖是顯示用來比較第圖所示之構成的扣環 及其作用效果的習知頂環撕之扣環彻的安裝部的 縱剖視圖。第13B圖是顯示此㈣彻中的面壓分布之 圖。第13A圖所示的例子是使扣環44〇由樹脂材一體形 成，並利用螺栓緊固於外殼302之外周部的下面。 由這種樹脂材-體形成的扣環44〇由於會因為安裝於 外殼302的螺栓之締結力而變形，因此將新的扣環44 裝於外殼302之後，必須進行空（dummy)研磨，除去由於 二的表面之凹凸’此空研磨便成為增加裝置之 V機時間的原因之一。 而且，將女裝有第13圖所示構成的扣環44〇的頂 4〇1以推壓力F向研磨台的研磨面推壓時，扣環44〇下面 之面c p的为布疋如第13B圖所示，從扣環彻的外 到中央部大致均一，但在内周部A變化較大。 在此、為了防止扣環的偏磨損，可利用接著劑來接著 不鏽鋼（或是鈦、陶究）所構成的環部與由樹脂所構成 部接著而形成兩層構造，但這種兩層構造的扣環會料 脂所構成的環部之磨指雜车姿4 ' 逗知就丟茱扣壤，因此消耗品的成本及 衣兄負擔較大。而且，也會發生接著劑之常年變化或接英 力不足所導致的剝離，以致可靠性低。 — 316065 24 1283617 本實施形態是如第1 〇A圖所示，使扣環303藉由螺检 333締結第1環部331與第2環部332而形成上下方向之 兩層構造，因此可提高第1環部33丨與第2環部332之締 結的可靠性，只要更換磨損的第丨環部331便可使扣環3〇3 再生。而且，藉由在第2環部332的下面形成環狀凹槽 332a，在第1環狀331的上面形成可嵌合於該凹槽332a $環狀突起部33U而形成嵌合部，扣環3〇3的組裝將更為 f易，並且可使第1環部331與第2環部332之締結的可 靠=更為提升。而且，由於只要更換第丨環部33ι便可使 扣環303再生，因此可降低消耗品的成本，並且減少環境 々而且，藉由利用組装用螺栓333將第【環部Μ!緊固 =2環部332的下面而構成扣環則，則將該扣環撕 ^ 9圖所示’利用螺栓烟緊固於外殼搬 螺检3。8的緊固應力將由剛性比第丨環部= 部332承受，而可抑制扣環初的變形。因此， 吏為了消除扣環3 〇 3表面之 (停機時間）縮短。 所化的時間 ^^ ibI333 *^^^^m 303 與第2環部332的、3衣部332之締結，但第1環部331 可裝拆的啼a且二手段並不限定於此可使用各種 外徑較小的亦可在環部州、332的-方設置 大的凹部，m5 B另—方環部332、mi設置内徑較 並且在該㈣較小的段部之外周面設置公螺紋 316065 25 1283617 凹才日，同時在内徑較大的凹部之 並ώ兮八 周面5又置母螺紋凹槽， I猎由，亥公螺紋凹槽與母螺紋 盥筮0 f * 、的螺合，使第1環部331 與罘2%部332相互缔 ^ 締結具。 为外亦可使用其他機械性的 幹由1外邱：1均一接觸於研磨面時，扣環會阻 Ί夕Μ供應的研磨衆(slurry)，以致有時不易對於位在 口衣内4的研磨對象物供應充分的研錢。因此，可考慮 ，的底面形成開縫，並經由該開縫對於配置在扣環内 =的研磨對象物供應研磨㈣的方法H在扣環的滑 動面形成開縫的情況下’在有開縫及沒有開縫的部位會在 =磨特性上產生圓周方向的參差不齊。以下實施形態的扣 壞便可防止這種弊端。 第14圖是本發明第4實施形態之頂環51〇的縱剖視 圖此頂J袞5 1 〇 $保持本身為研磨對象物的半導體晶圓 w，然，向研磨墊522的研磨面推壓並且使半導體晶圓w /月動，藉此進行化學機械研磨。亦即，頂環51〇在外殼5丨1鲁 的下面具有扣環512，並且利用扣環512的内周面保持半 導體晶圓W的外周緣。另外，在外殼5 11的内部是經由彈 II環5 14將板體5 15配置成可在垂直方向移動的狀態，並 調整由板體515及外殼511所圍成的壓力室513的氣壓， 藉此調整半導體晶圓W對研磨面的推壓力。因此，半導體 曰曰圓W可由頂環5 1 〇所保持並受到推壓，同時與固定在研 磨台521上的研磨墊522之研磨面滑動，再藉由在研磨面 供應研磨漿而進行化學機械研磨。 316065 26 1283617 第14圖所示’扣環512是在其外周面形成有朝半徑 方向内側延伸的切口 512a。扣環512是例如由塑膠樹脂構 成，（扣環512之高度方向的）寬度（^醜至ijnmA右的切 口 512a在本實施形態是沿著整個周圍而形成。切口 半徑方向的）深度最好設定為扣環5i2之（半徑方向的） 寬度的2/3左右。另外，切口 512&的寬度及深度當然可依 整個扣環的尺寸、材質等而適當決定。而且，切口 並不一定要形成在整個周圍，亦可局部形成。 藉由在扣環512的外周面設置朝半徑方向内侧延伸的⑩ 刀5 12a ’可使與扣環512之底面垂直之方向的剛性朝向 外周侧逐漸降低。藉此便可在扣環512之底面的外周部分 配置面壓較低的區域，亦即可設置頂環之壓接力較低的範 圍，且可容易使研磨漿潛入扣環512的内周側。而且，一 旦研磨漿進入扣環512的内周侧，就不會跑到扣環512的 外側。藉此即可對於保持在扣環512之内周側的研磨對象 物增加研磨液的供應量。 _ 在此切口 512a最好如第15圖所示，利用塑模等而填 充橡膠等的彈性體519。藉由利用彈性體519填充切口 512a’可防止研磨漿進入並固著於切口 2a内，且可防止 由於長期使用頂環所產生的問題。另外，藉由填充橡膠等 的彈性體519，並不會妨礙外周側之剛性的降低。 另外，切口 512a亦可如第16圖所示，形成在扣環512 之上部，也就是與外殼5 11之底面的交界部。亦即，可在 扣環512與外殼511之接合部分的外周側設置非接觸部分 316065 27 1283617 (切口）512a。藉此便可越朝向扣環512的外周側，越為降 低垂直方向的剛性，且可朝外周方向逐漸降低扣環512之 底面的研磨面的面壓。因此，可使研磨漿容易潛入扣環5 之内周側的效果與上述相同。 另外，亦可在設於此第16圖所示之外殼511的底面與 扣％ 512的上面之間的非接觸部分512a填充橡膠等的彈性 體。藉此，便可與第15圖的彈性體519同樣防止研磨漿進 入並固者於非接觸部分512 a的内部。 第17A圖是顯示本發明第5實施形態之頂環51〇的一 部分。此頂環510是在圓筒狀扣環512的底部配置有朝外 周側延伸的延長部512c。此延長部512c的厚度比扣環512 之厚壁部薄，因此可在該延長部512c降低與扣環512之底 面垂直之方向的剛性。 第ΠΒ圖是顯示本發明第6實施形態之頂環51〇的一 部分。此頂環510是以位於延長部512c正上方的方式形成 有切口 512a。H此，相對於帛nA冑所示之延長部的構 造，二吏扣;裒512之垂直方向的剛性愈向外周側愈降低。 就第17A圖及第17B圖的延長部51及而言，以例如 厚度為lnms2mm左右，半徑方向之延長部仙的長度 為5咖左右為佳。另外如第17B圖所示，要形成切口仙 時取好如上所述’使寬度在〇 5麵至—左右，（待方 向的）長度為扣環之（半徑方向的）寬度的2/3左右。缺而， 這些尺寸可依整個扣環512的尺寸储料㈣當變更。 L長4 512c及士刀口 512a並不-定要延著整個周圍 3】6065 28 1283617 形成，亦可局部設置。 另卜/亦可使扣裱5! 2之接觸於 質、以及接觸於外殼511之部 =之^的材 第18A圖m⑽ f刀的材貝由不同材質構成。 的： 是由複數種材質構成第14圖所示之 衣的例子。例如，如第18A圖及第18B 可使接觸於研磨面522的 S所不亦 暂煃占，廿… 60以仙的㈣由耐腐錄的材 二=士並且使接觸於外殼511的保持（她㈣部_ 的材貝由不鑛鋼構成在兮卜主 持邻512d夕2 猎由在環部迎與保 持邛512d之接觸部的内周面形成切口 之外周侧的面壓。 』降低扣％ 512 在此情況下，如笫】S Δ园％ — ‘ 保持部512d的接著面4 ΦΓ: 在環部512f與 ⑽圖所-中間媒體5126。或是亦可如第 々不直接接著環部512f與保持部512d。 例本ί ^圖是顯示第14圖所示的扣環512之變形例。此 ^的材質更容易研削。例如’使剛性降低的部分 PPS構成’使剛性未降低的部分叫由p祖構 二並使其分別接合。藉此’由於剛性降低的部分512h 、β、力也h欠低’因此比起剛性未降低的部分5 ，扣環 本身的研削率會降低。如果想要長期使用扣環512,則 :口為研削里不同所產生的段差導致扣環H2的面壓分布 。生又化。一旦無法獲得原本的面壓分布，對於半導體曰 :的研磨聚供應量就會改變。因此，藉由在剛性較低之:； 12h的材貝使用容易研削的材質，可抑制此研削量的 316065 29 1283617
Ο 而且，第14圖的實施形態當中，即使研削量產生差 異’被研削的部分還是會使不被研削之部分的剛性更為降 低。亦即，使此切口 512a的位置高度 '深度最佳化，則即 使是同一材質且研削量產生差異，也可抑制面壓分布的變 化。 另外，第18 A圖及第18B圖所示的例子當中也是先研 削剛性較高的部分，並且在不被研削的部分施加較高的面 ^刀布。因此’藉由適當設計切口 512a的大小，可獲得均 一的研削量分布。 第20圖是顯示第17B圖所示之扣環512中的面壓分 布之圖表。例如，第17B圖所示的扣環512中，在扣環512 之内周面R〇的面壓分布為最高，在扣環512之外周面 由於切口 512a與延長部512c的相互作用，面壓分布會降 低。而且，延長部512c之外周面&的面壓會更為降低。 因此，在自轉的扣環51〇與自轉或/及公轉的研磨墊 522的^磨面522之間，本身為研磨對象物的半導體晶圓 W與扣環512的底面會分別滑動。在未圖示的研磨墊522 勺中央4及扣％ 512的外周下侧附近，從嘴嘴供應的研磨 U從面錄低的扣環512的外周部潛入扣環5 與研磨墊522的研磨 ^ 总面之間，而可容易將研磨漿供應至扣 環512的内部。亦即，兹山时 r ?
p错由將面壓較低的部分沿著扣環5 J 的整個周圍設置，可於 了均一地將研磨漿供應至扣環内部。 此’可均一地將研磨續 g水供應至本身為研磨對象物的半導 316065 30 1283617 晶圓w的全面，而可獲得均一的研磨特性。 而且，使研磨漿通過至少設在半導體晶圓冒所接觸之 部分的研磨墊522的一個或複數個開口，然後從研磨墊522 的背面供應至研磨墊522的上面（研磨面）的情況下， 如上所述可藉由設有切口 512a的扣環512之作用，從半導 體晶圓W的被研磨面向扣環512的外周良好地排出使用過 的研磨聚，因此在半導體晶圓w的被研磨面可經常在被研 磨面的全面均一供應新的研磨漿，因此可獲得均一的研磨 特性。這種研磨漿的供應方法適合用在會通過（以半徑幻 公轉的研磨墊、或是頂環51〇會自轉的研磨墊522之中心 部的情況。 另外，亦可在扣環的滑動面設置開縫，該開縫具有不 會取消因為上述切口 512a而產生的扣環512之面壓梯度作 用之程度的尺寸及形狀，而更為促進對被研磨面之均一的 研磨漿之供應。 根據上述實施形態，可在保持研磨對象物之外周緣的 扣％内容易且均一地供應研磨漿。因此可提供一種可在研 磨對象物的整個被研磨面獲得良好之研磨特性的研磨裝 置。 在上述各實施形態當中，頂環可適用於保持研磨對象 物的外周緣而在研磨面滑動者，並不一定限於頂環會自 轉，且研磨台會自轉者。例如，頂環當然亦可適用於保持 研磨對象物，並且相對於研磨面進行並進循環運動者。 而且，上述實施形態說明了使用研磨台的例子，但本 316065 1283617 發明並不限於具有研磨台的研磨裝置。只要是使保持在頂 環的研磨對象物抵接於研磨面而藉由研磨對象物與研磨面 的相對運動來對於研磨對象物進行研磨的研磨裝置，則任 何形態皆可適用本發明。 月ίι面已針對本發明之一實施形態加以說明，但本發明 並不限於上述實施形態，當然亦可在其技術思想的範圍内 以各種不同形態來實施。 〔產業上的利用可能性〕 本發明適合用在保持半導體晶圓等之研磨對象物而向 研磨面推壓，以研磨該研磨對象物的研磨裝置。 【圖式簡單說明】 弟1圖是顯示習知頂環的模式圖。 第2岐顯示本發明第！實施形態之研磨裝置的全 耩成之模式圖。 第3圖 視圖。 是第2圖之研磨裝置中的頂環之一剖面的縱剖 !4圖是第2圖之研磨裝置中的頂環之另一剖面 面圖 剖視圖 弟5圖是顯示第3圖之了頁 的縱 環的滑接連接部（外殼）的平 第6圖是顯示第3圖之頂供a / -7 ^ B 頁裱的變形例的縱剖視圖。 第8二？：本發明第2實施形態之頂環的縱剖視圖。 弟 /圖是模式地顯示第7圖之頂環之圖。 弟9圖是顯示本發明第3每 只轭形悲之頂環的縱剖視圖。 316065 32 1283617 第10A圖是顯示第9圖所 縱剖視圖。 （7貝％的扣每之安褒部的 f _圖是顯示第1〇A圖之扣環中的面 罘11圖是顯示第9圖所示之扣環中 圖。 的平面圖。 衣甲的螺栓之-配置例 第12圖疋顯示第9圖所示之扣環中的 例的平面圖。 7系栓之另一配置 圖 圖 視圖 第13A圖是顯示習知頂環的扣環之安裝部的縱剖視 第圖是顯示第13A圖之扣環中的面壓 第14圖是顯示本發明第4實 回。 U心 < 頂J衣的縱剖視 顯示第14圖之頂環的變形例的剖視圖。 士 16圖疋顯示第14圖之頂環的變形例的剖視圖。 弟17Α圖是本發明第5實施形態之頂環的要部放大叫 視圖第17Β圖是本發明第6實施形態之頂環的要部放大剖 第18Α圖及第18Β圖是顯示第14圖之 變形例的放大剖視圖。 、衣、扣壞之 剖視圖 # 14圖之頂％的扣環之變形例的放大 316065 33 1283617 【主要元件符號說明】 1 \ 3 丨、301 、 401 、 401 、 5i〇 頂環 2、620 外殼（凸緣部） 2a、 3c 2b、 lib 彈簧收容部 2c、 11a ' 302c、31 la 球面狀凹部 2d、 3d、 302b加壓片支持部 3a 3b 下構件 4 5、1 1 連接螺栓 6、{ 9 卡合銷 10、 310 11 > 311 、630 頂環軸 11c 12、 312 轴承球 20 ^ 304 21、 305 環狀保持環 21a 21b 擋止部 12、 306 22a 開口 23、 307 24 内側吸著部 24a 、25a 25 外側吸著部 26 30、 3卜 314、513 壓力室 40、 41、 42 、 43 、 315 、 316 、 317 、318 球狀凹部 100 、 320 50 101 110 112 114 117 連接部 研磨墊 頂環頭 旋轉筒 頂環用馬達 頂環頭旋轉軸 102 111 113 、 116 115 120 上構件 球接頭 螺旋彈簧 萬向接頭部 卡合孔 彈性墊 上端部 夾持板 加壓片 連通孔 洗淨液路徑 319 流體路捏 5 21 研磨台 研磨液供應嘴嘴 頂環用氣缸 碟動皮帶輪 石雀動皮帶 壓力調整部 34 316065 1283617
302、 511 外殼 302a 外殼主體部 303、 440 、512、600 扣環 308 、 333 螺栓 309、 313 彈性墊支持構件 321 、 610 研磨面 331 第1環部 331a 環狀突起部 332 第2環部 332a 環狀凹槽 512a 切口（非接觸部分） 512c 延長部 512d 保持部 512e 中間媒體 512f 環部 512g 剛性未降低的部分 512h 剛性降低的部分 514 彈性環 515 板體 519 彈性體 522 研磨墊（研磨面） Q 研磨液 R1、 R2、 R3、R4、R5 調節器 W 半導體晶圓 35 316065