TWI441710B

TWI441710B - 研磨裝置

Info

Publication number: TWI441710B
Application number: TW098104433A
Authority: TW
Inventors: Makoto Fukushima; Tetsuji Togawa; Hozumi Yasuda; Koji Saito; Osamu Nabeya; Tomoshi Inoue
Original assignee: Ebara Corp
Priority date: 2008-02-13
Filing date: 2009-02-12
Publication date: 2014-06-21
Also published as: KR101554969B1; US8357029B2; JP5572730B2; WO2009102047A1; KR20100131973A; US20100273405A1; TW200946281A; JP2013082069A; JP5199691B2; JP2009190101A

Description

研磨裝置

本發明主要是關於研磨裝置(平坦化裝置)，尤指將諸如半導體晶圓等待研磨對象(基板)研磨成平坦鏡面拋光(flat mirror finish)的研磨裝置。

近幾年來，隨著半導體元件高集積度化及高密度化在佈線型樣或互連電路(interconnection)要求越來越小而互連層則越來越多。在較小電路形成多層的互連層會導致段差變大且在較低之互連層上顯現表面凹凸(surface irregularities)。互連層的數量增加會使得薄膜形成時對段差性結構的塗膜覆蓋性能(段差覆蓋性)很差。因此，較好的多層互連層需具有較佳的段差覆蓋性以及適當的表面平坦化(surface planar ization)。再者，微影光學系統(photolithographic optical system)之焦深(the depth of focus)係隨光微影處理的微型化而變小，所以半導體元件表面需要施以平坦化，俾使半導體元件表面的凹凸段差落於焦深範圍內。

因此，在半導體元件製作程序中，半導體元件表面之平坦化越形重要。平坦化技術中，一個最重要的平坦化技術便是化學機械研磨(chemical mechanical polishing,CMP)。因此，化學機械研磨裝置已經被用來將半導體晶圓表面平坦化。在化學機械研磨裝置中，含有諸如二氧化矽(silica，SiO₂ )等研磨粒之研磨液係被供給在諸如研磨墊等之研磨面上，同時諸如半導體晶圓等基板則與研磨面進行滑動接觸，俾研磨基板。

這類型的研磨裝置包含具有由研磨墊形成的研磨面的研磨台、以及被稱為頂環(top ring)或研磨頭(polishing head)之基板夾持(holding)裝置，用以夾持諸如半導體晶圓等基板。當以此種研磨裝置研磨半導體晶圓時，半導體晶圓係利用基板夾持裝置夾持，並以預定壓力將半導體晶圓朝研磨面按壓。此時，研磨台和基板夾持裝置係在含有研磨粉之漿液存在下彼此相對移動，使半導體晶圓與研磨面滑動接觸，俾將半導體晶圓表面研磨成平坦鏡面拋光。

在此種研磨裝置研磨時，假若施加於正在被研磨之半導體晶圓與研磨墊之研磨面之間的相對按壓力在半導體晶圓之整個表面上不均一，那麼就會因施於其上的按壓力而使半導體晶圓表面在不同區域產生不能充分研磨或是過度地被研磨之情形。通常，為了使施加於半導體晶圓之按壓力均勻化，係藉由在基板夾持裝置之下部用彈性隔膜形成壓力腔室，並對該壓力腔室供給諸如空氣等流體，而在一流體壓力下透過彈性隔膜按壓半導體晶圓。此可見於日本早期公開專利No.2007-268654公報。

在該情形中，由於研磨墊具有彈性，因此施加在研磨中的半導體晶圓的周邊的按壓力會變得不一致，使的只有半導體晶圓之周邊部分可能被過度研磨，此稱之為“邊緣倒角(edge rounding)”。為了避免這類邊緣倒角發生，用於夾持半導體晶圓周緣的定位環，係相對於該頂環體(或載頭(carrier head)體)垂直移動，俾用定位環去按壓研磨墊之研磨面之環狀部，該環狀部係對應於半導體晶圓的周邊部。

諸如上揭公報所揭露的傳統研磨裝置中，在研磨期間，因為半導體晶圓與研磨墊的研磨面之間的摩擦力朝水平面內方向作用之側向力(lateral force)或水平力(horizontal force)會施加於定位環，而該側向力(水平力)則由設在定位環的外周側之定位環導件(retainer ring guide)所承受。

(1)假設研磨裝置具有下述構造，亦即，研磨頭有一支點(fulcrum)用於承受在基板平坦化的過程中，因半導體晶圓與研磨墊的研磨面之間的摩擦力而施加於定位環之側向力(水平力)。在此裝置中，支點應被位於定位環的外周部，因為定位環與定位環導件之間的接觸區域是受限的(小區域)。在這情形定位環係傾斜狀且垂直地移動以追隨研磨墊之研磨面的起伏的情形中，在定位環的外周部與定位環導件的內周部之間的滑動接觸表面會產生意想不到的巨大摩擦力。因此，在某些情形中，定位環的能力可能變得受限制和不充分，故研磨裝置需要有能力來允許施加於研磨墊的研磨面的定位環所需表面壓力。

(2)在傳統研磨頭中，定位環的支點係位於定位環的外周部用來從頂環(載體頭)傳送旋轉力量到定位環之旋轉驅動單元(rotary drive unit)則設在定位環的上部。由於伴隨摩擦力的滑動運動粉末、或是溶液乾燥後產生的乾燥沉澱物可能會生成於支點部分和旋轉驅動單元處。在此種粉末落到研磨台的研磨面上的情形中，像是半導體晶圓表面的刮痕之類的缺點，通常可能會由於研磨面上存在此種粉末而造成，因此，使一構件(護罩(boot))是預防粉末落下的有效方法。雖有此優點，使用構件(護罩)在維修性上有其缺點，因為此種護罩必需在更換消耗品時再次裝上，造成令人厭煩的維修之可能性。

(3)由於在研磨時會熱膨脹，因此在定位環與定位環導件間必須提供適當間隙。然而，提供太寬的間隙可能造成定位環預期外的移動，而且在研磨期間，由於定位環間隙間之移動，使得定位環導件與定位環之間碰撞時，會產生異常噪音或是震動。再者，提供太寬的間隙有其他缺點。如果定位環相對於半導體晶圓係在偏心位置，則會顯現研磨率變化的情形。例如，在半導體晶圓周方向的半導體晶圓之外周部，會存在研磨率增加的現象。

(4)熱能會造成定位環的熱膨脹，且該熱能是由定位環與研磨面間的摩擦力所造成。因此，由於溫度不同以及在定位環與附設該定位環的驅動環(drive ring)間的線性膨脹係數不同，定位環可能會朝底部向外伸展。如果，半導體晶圓是在這狀態下被研磨，則定位環之內周側會磨損得比外周側較快，造成定位環之磨損不均，因此，在定位環更換後的初期階段和其後的階段之間，定位環對研磨墊之墊表面的構形校正效果是不相等的。再者，在處理過程中，當複數的半導體晶圓依序被處理時，定位環的溫度會隨被處理的半導體晶圓的數目而逐漸增加。在此情形中，定位環的熱變形量逐漸增加，造成在已處理半導體晶圓之間的定位環作用改變。此外，亦會產生定位環之磨損不均以及由於在研磨面與半導體晶圓之間的摩擦力所造成定位環的變形使定位環作用隨著時間改變。

有能力能處理這些課題以減少製程之成本的新研磨裝置乃有其殷切的需求。因此，需要能提供一種可以改善定位環對於研磨面之追隨能力的研磨裝置的發明，用於夾持被提供到基板夾持用頂環之周圍部分的基板的周緣之定位環，可將所需的定位環面壓力施加到研磨面，也防止在定位環之滑動接觸部產生的粉末落下於研磨面上，且抑制定位環之熱膨脹。

為了達到上述目的，根據本發明之第一態樣，係提供基板研磨用基板裝置，包括：具有研磨面之研磨台；具有壓力腔之頂環體，該壓力腔係被供以加壓流體，且組構成當該壓力腔被供以加壓流體時，在流體壓力下，將該基板對研磨面按壓；以及定位環，設於頂環體之外周部，且組構成對於頂環體獨立地移動且按壓研磨面；其中，在研磨基板期間用以承受從基板施加到該定位環的側向力之支點係位於基板的中央部分上方。

根據本發明，在研磨基板期間用於承受從基板施加到定位環之側向力的支點係位於基板的中央部分上方，也就是說，在頂環體的中央部分，用以支撐定位環的區域變大。因此，當定位環係呈傾斜狀，且隨著研磨台的研磨面之起伏作垂直移動，用以支撐定位環滑動的滑動接觸表面(滑動表面)之摩擦力會明顯減少，定位環對於研磨面之追隨能力可以改善，同時定位環所需之面壓力可施加於研磨面。

在本發明之一較佳態樣中，該定位環可繞著支點傾斜。

在本發明之一較佳態樣中，定位環係可垂直移動地支撐於通過該支點之軸線。

在本發明之一較佳態樣中，該頂環體具有至少一個組構形成複數個壓力腔之彈性膜；該等壓力腔係被供以加壓流體，而且，其中該支點係位在壓力腔之上方，該壓力腔則位於該基板之中央部分。

在本發明之一較佳態樣中，該支點係位於藉由頂環體支撐定位環的支撐機構(support mechanism)之轉動中心。

根據本發明之第二態樣係提供一種之基板研磨裝置，包括：具有研磨面之研磨台；具有壓力腔室之頂環體，該壓力腔係被供以加壓流體，且組構成當壓力腔被供以加壓流體時，在流體壓力下，將基板向研磨面按壓；以及定位環，設於頂環體之外周部，且組構成對於頂環體獨立地移動且按壓研磨面；其中，用於可傾斜地支撐該定位環，俾使定位環追隨研磨面之移動的支撐機構係位於基板中央部分上方。

根據本發明，因為可傾斜地支撐定位環之支撐機構係位於基板中央部分上方，也就是說，在頂環體的中央部分，支撐機構的之支撐區域(滑動區域)變大，因此，當定位環隨著研磨台的研磨面之起伏而傾斜時，可滑動地支撐定位環之滑動部位之摩擦力會明顯減少，可以改善定位環對於研磨面之追隨能力，且定位環所需之面壓力可施加於研磨面。

在本發明之一較佳態樣中，該支撐機構係支撐定位環垂直地移動地。

在本發明之一較佳態樣中，該定位環係藉由支撐機構而相對於在頂環體獨立地移動。

根據本發明，因為定位環係相對於保持彈性膜之頂環體獨立地傾斜，故該頂環體，特別是保持彈性膜之構件，可維持初始的姿態或形態，而無關於基板與研磨台之研磨面間的摩擦力，因此基板可均勻地對研磨面按壓。

在本發明之一較佳態樣中，該支撐機構之滑動接觸面係由低摩擦力材料所構成。

根據本發明，因為支撐機構之滑動接觸面係由低摩擦材料所構成，當定位環係傾斜狀地垂直移動以追隨研磨台的研磨面之起伏，用以支撐定位環的支撐機構之滑動接觸面(滑動表面)之摩擦力可明顯減少，可以改善定位環對於研磨面之追隨能力，且定位環所需之面壓力可施加於研磨面。

低摩擦材料係定義為擁有0.35或更小的低摩擦係數的材料，更佳的是該低摩擦材料擁有0.25或更小的低摩擦係數，摩擦係數是指在無潤滑油的情況下的無因次數值(dimensionless value)。更進一步，更佳者為該低摩擦材料包括擁有高耐磨損性的滑動材料，該低摩擦材料包括例如含油聚縮醛(oil-containing polyacetal)。

在本發明之一較佳態樣中，該定位環包括：組構成夾持基板之周緣之環構件；配設於頂環體中央部分且組構成夾持該環構件夾持部；以及用於連接環構件與夾持部的連接部；其中，該夾持部係由支撐機構所支撐。

在本發明之一較佳態樣中，該頂環體具有至少一個組構為形成被供以加壓流體之複數個壓力腔的彈性膜；其中該支撐機構係設在位於基板中央部份的壓力腔上方。

在本發明之一較佳態樣中，該支撐機構包括用於藉由球型面可轉動地支撐該定位環的球型軸承(spherical bearing)機構。

在本發明之一較佳態樣中，該支撐機構包括用於支撐該定位環繞兩正交軸(orthogonal axes)轉動的陀螺機構。

在本發明之一較佳態樣中，該定位環上安裝有金屬環。

根據本發明，因為由不鏽鋼(SUS)等製成之金屬環係套裝於定位環上，定位環具有較佳的剛性，因此，即使由於定位環與研磨面之滑動接觸而使定位環溫度增加，定位環之熱變形仍可被抑制。

在本發明之一較佳態樣中，該機構更進一步包含組構成用以供應流體以便冷卻該定位環之噴嘴(nozzle)。

根據本發明，雖然因定位環與研磨面之間的摩擦熱，使得定位環溫度增加，冷卻流體吹在定位環的外周面，因此定位環溫度可避免增加以抑制定位環之熱膨脹。

在本發明之一較佳態樣中，該機構更進一步包含設於頂環體內，且組構成從頂環體傳送轉動力到定位環的旋轉驅動單元(rotary drive unit)。

根據本發明，因為旋轉驅動單元用以從頂環體傳送轉動力到定位環係設於頂環體內，從旋轉驅動單元產生的粉末，可被包含在頂環體內，幾乎不會落下在研磨面上，諸如由該粉末造成之基板刮傷的缺點會明顯減少。

本發明有下列優點。

(1)當定位環係呈傾斜以追隨研磨墊的研磨面之起伏時，用以可滑動地支撐定位環之滑動部的摩擦力會明顯減少，可以改善定位環對於研磨面之追隨能力，且定位環所需之面壓力可施加於於研磨面。

(2)由於用以可滑動地支撐定位環的部分係設於頂環體內，產生於滑動部的粉末可被包含在頂環體內，且幾乎不會落在研磨面上，像是由粉末造成基板刮傷的缺點會明顯減少。

(3)若定位環是由設在定位環外周部之定位環導件所支撐，在定位環與定位環導件間會有太寬的間隙。在此情形中，在研磨期間，由於定位環在間隙內之移動，使得定位環導件與定位環之間碰撞而產生異常噪音或震動，且在半導體晶圓之周圍方向的半導體晶圓之外周部，會發生研磨率的變化的。

根據本發明，因為係由頂環體的中央部分支撐定位環，因此在定位環之外周側不必設置定位環導件以支撐定位環。因此，在研磨期間，由於定位環在間隙內之移動所產生的異常噪音或震動可以避免，且在基板之周圍方向的基板外周部的研磨率的變化可以預防。

(4)由於由不鏽鋼(SUS)等製成的金屬環係安裝於定位環上，故定位環有較佳的剛性。因此，即使由於定位環與研磨面之滑動接觸而使定位環溫度增加，定位環之熱變形亦可被抑制。再者，藉由供應冷卻流體到定位環，使定位環得以被冷卻。因此，定位環溫度得以避免增加，導致抑制定位環之熱膨脹。因此，定位環對包含研磨墊的研磨面之構形的校正效果不會隨著時間變化。

本發明之上述及其他的目的、特徵及優點將可配合附圖由以下之說明而獲得更清晰之瞭解，其中該等圖式係以例示方式顯示本發明之較佳實施形態。

以下將參考第1圖至第19圖來說明依照本發明之實施形態之研磨裝置。在第1圖至第19圖中，相同或對應元件係以相同之元件符號來加以標示，且將不再重複說明。

第1圖係示意圖，其中顯示依照本發明實施形態之研磨裝置的整體結構，如第1圖所示，該研磨裝置包括：研磨台100；頂環1，其係構成研磨頭，用以保持作為研磨對象，諸如半導體晶圓等基板；並且將該基板向研磨台100上的研磨面按壓。

該研磨台100經由台軸100a而藕接至配設於研磨台下方的馬達(未圖示)。因此，該研磨台100係可繞台軸100a轉動。研磨墊101附設在研磨台100的上表面，該研磨墊101之上表面101a係構成用來研磨半導體晶圓W之研磨面。一研磨液供應噴嘴102設置於研磨台100上方，用以供應研磨液Q在研磨台100之研磨墊101上。

該頂環1連接於頂環軸111之下端，且可藉由垂直移動機構124相對於頂環頭110作垂直移動。當垂直移動機構124將頂環軸111垂直移動時，該頂環1會整體昇降以相對於頂環頭110進行定位。旋轉接頭(rotary joint)125則裝設在頂環軸111之上端。

用以使頂環軸111與頂環1垂直移動之垂直移動機構124係包含：橋架(bridge)128，而頂環軸111則藉被軸承126可旋轉地支撐於該橋架；滾珠螺桿(ball screw)132，裝設在橋架128上；支承底座(support base)129，藉支撐柱(support posts)130所支撐；以及交流伺服馬達(AC servomotor)138裝設於該支承底座129上。在其上支撐有交流伺服馬達138之支承底座129係利用支撐柱130固定設置於頂環頭110之上。

該滾珠螺桿132包括：藕接於交流伺服馬達138之螺桿132a；以及螺合於該螺桿132a之螺帽132b，頂環軸111係透過垂直移動機構124而與橋架128一齊垂直移動。當交流伺服馬達138通電時，橋架128係藉由滾珠螺桿132垂直移動，頂環軸111與頂環1亦垂直移動。

該頂環軸111藉由一鍵(key)(未圖示)而連接至旋轉軸套(rotary sleeve)112，該旋轉軸套112具有正時皮帶輪(timing pulley)113固定圍設其上。具備驅動軸之頂環馬達(top ring motor)114係固定在頂環頭110，該正時皮帶輪113係藉由設置於頂環馬達114的驅動軸上的正時皮帶(timing belt)115而可運轉地藕接至正時皮帶輪116。當對頂環馬達114通電時，正時皮帶輪116、正時皮帶115以及正時皮帶輪113會被轉動，且使旋轉軸套112和頂環軸111一齊被轉動，因而轉動頂環1。該頂環頭110係支撐於頂環頭軸(top ring head shaft)117上，該頂環頭軸係固定支撐在框架(未圖示)上。

如第1圖所示的研磨裝置結構中，頂環1係組構成用以保持諸如半導體晶圓W的基板於其下表面，頂環頭110係以頂環頭軸117為軸而樞轉(擺動)。因此，保持半導體晶圓W於其下表面之頂環1係透過頂環頭110之樞轉運動而在頂環1接收半導體晶圓W的位置與研磨台100上方位置之間移動。該頂環1下降以便將半導體晶圓W向研磨墊101之表面(研磨面)101a按壓，此時，當頂環1與研磨台100係各別轉動，同時利用設在研磨台100上方的研磨液供應噴嘴102將研磨液供應到研磨墊101上。半導體晶圓W則與研磨墊101之研磨面101a進行滑動接觸。因此，該半導體晶圓之表面被研磨。

接下來，依據本發明第一態樣的研磨裝置之一研磨頭將參考第2圖至第5圖詳述如下。第2圖至第5圖係顯示構成研磨頭之頂環1，該研磨頭係用來保持作為待研磨對象之諸如半導體晶圓W，並將半導體晶圓W向研磨台上之研磨面按壓，第2圖至第5圖沿著頂環1之複數個徑向的剖面圖。

如第2圖至第5圖所示，頂環1基本上包括：頂環體(top ring body)2，用於將半導體晶圓W向研磨面101a按壓；以及定位環3，用於直接按壓研磨面101a，而與頂環體2無關。頂環體2包含：圓板之上部構件(upper member)300；附設於上部構件300下表面之中間構件(intermediate member)304；以及附設於中間構件304下表面之下部構件(lower member)306。

頂環1具有附設於下部構件306之下表面之彈性膜(elastic membrane)314，該彈性膜314係與被頂環1保持的半導體晶圓背面接觸。該彈性膜314透過環狀邊緣夾持具(edge holder)316而夾持於下部構件306之下表面，該邊緣夾持具316係徑向朝外配置，環狀波紋夾持具(318、319)則對邊緣夾持具316徑向朝內配置，該彈性膜314係由高強度與耐用的橡膠材料所製成的，例如乙烯-丙烯橡膠(ethylene propylene rubber，EPDM)、矽橡膠(silicone rubber)、聚氨基甲酸酯橡膠(polyurethane rubber)等。

如第2圖所示，該定位環3包括：環構件408，配置於頂環體2之外周部，且組構成夾持半導體晶圓之周緣；軸狀保持部分(shaft-like holding portion)410，配置於頂環體2之軸向中央部分，且組構成保持環構件408；以及各連接部411，用以連接環構件408與軸狀保持部410。

如第3圖所示，上部構件300透過螺栓(bolts)308而與頂環軸111連接。再者，中間構件304透過螺栓(bolts)309而固定在上部構件300，而下部構件306則透過主螺栓(main bolts)310而固定在上部構件300。包括上部構件300、中間構件304、以及下部構件306之該頂環體2是由如工程塑膠(engineering plastics)等樹脂所構成(例如：聚醚醚酮(Polyether Ether Ketone，PEEK))。該上部構件300可由諸如不鏽鋼(SUS)或鋁等金屬所構成。

如第2圖所示，定位環3的軸狀保持部分410係經由支撐構件412而為下部構件306所支撐。在本實施形態中，該支撐構件412包含球型軸承機構，該球型軸承具有：裝配在下部構件306之凹部(recess)306a，且固定在下部構件306之外部環413；以及為外部環413所支撐之內部環414，外部環413之內周面與內部環414之外周面均形成為其中心為支點(fulcrum)O之球型表面(spherical surfaces)，且各球型表面係互相滑動接觸。

內部環414是相對於外部環413以支點O為軸可朝全方向(360°)旋轉(可傾斜)。也就是說，該支點O是位於內部環414的旋轉中心，且在研磨半導體晶圓時，該支點O也是位於半導體晶圓中心部上方；定位環3之軸狀保持部分410以可垂直移動方式嵌入於內部環414之圓形通孔414h內，而外部環413以令外部環413之下端接觸於下部構件306之凹部306a之段差(step)306s的方式固定在下部構件306，且外部環413之上端與複數個C型開口環(snap ring)415扣合。

如第2圖所示構成之定位環3中，在研磨期間，該定位環3係與研磨台100之研磨面101a相接觸，且該定位環3可相對於水平面傾斜，以追隨研磨台100之研磨面101a之起伏，而無關於頂環體2。具體而言，環構件408是相對於水平面傾斜，以追隨研磨面101a之運動，而軸狀保持部分410則與環構件408一體地傾斜。該環構件408和軸狀保持部分410之傾斜係為包含球型軸承機構之支撐機構412所允許，換言之，環構件408和軸狀保持部分410，係可藉由內部環414繞著支點O旋轉而朝全部方向傾斜。具體來說，包含環構件408之定位環3可藉包含球型軸承機構之支撐機構412而繞著位於頂環體2之中央部分之支點O而傾斜(可轉動)。再者，定位環3是追隨研磨台100的研磨面101a之起伏而垂直地移動，同時伴隨著傾斜運動。也就是說，環構件408是垂直移動以追隨研磨面101a之起伏，而軸狀保持部分410係與環構件408一體地垂直移動。軸狀保持部分410之垂直移動係由內部環414之通孔414h所導引。在研磨期間，由於半導體晶圓與研磨台100之研磨面101a間的摩擦力而有一側向力(水平力)施加於定位環3，而該側向力可藉位於半導體晶圓之中央部分上方的支點O所承受。

依據用來支撐如第2圖所示結構之定位環3的支撐機構412，當定位環3傾斜時，該定位環3會因支撐機構412而平穩順暢地傾斜。因為在支撐機構412中之外部環413和內部環414之至少一個滑動接觸面設有含鐵氟龍(Teflon，商標名)等，且擁有高自潤滑(high-self-lubricating)、低摩擦係數以及高耐磨性之薄膜，故該支撐機構412可維持優異的滑動特性，使定位環3得以快速傾斜一點。另外，軸狀保持部分410之一滑動接觸面與內部環414之通孔414h設有由聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，PTEE)、聚醚醚酮(polyetheretherketone，PEEK)、聚硫化苯(polyphenylene sulfide)等樹脂材料所構成之低摩擦材料。因此，當定位環3之保持部分410相對於支撐機構412之內部環414垂直移動時，滑動接觸面(滑動表面)之摩擦力可明顯的減少。外部環413與內部環414之至少一者可包含添加有諸如碳纖維與固態潤滑劑等纖維之樹脂材料，保持部分410則由諸如碳化矽(SiC)等之陶瓷(ceramics)所構成。

如上所述，因為定位環3係經由包含球型軸承機構之支撐機構412透過頂環體2之中央部分予以支撐，故當定位環3傾斜且隨著研磨台100的研磨面101a之起伏而垂直移動，則定位環3之傾斜運動可藉具有包含大面積球型滑動表面之支撐機構412所支撐，且定位環3之垂直移動可被具有極佳滑動特性的軸狀滑動表面之支撐機構412所支撐。因此滑動面之摩擦力能明顯減少，可以改善定位環對於研磨面之追隨能力，而且定位環所需面壓力可施加於研磨面。

另外，在本實施形態中，定位環3為可傾斜，而無關於頂環體2。在這情形中，若定位環3與頂環體2可一體傾斜，則定位環3與頂環體2可藉由半導體晶圓與研磨墊之研磨面間的摩擦力而一體地傾斜。當頂環體2傾斜時，用於保持半導體晶圓之彈性膜(本實施形態中為彈性膜314)會在半導體晶圓之表面內不均勻地伸展，使得用於將半導體晶圓向研磨面按壓之按壓力變成不均勻。

相反的，根據本實施形態，因為定位環3係可傾斜，且無關於用以保持彈性膜314之頂環體2，故該頂環體2，特別是保持彈性膜314之下部構件306可維持初始姿態，而不受半導體晶圓與研磨墊之研磨面間的摩擦力的影響。因此，半導體晶圓可均勻地向研磨面按壓。

另外，在本實施形態中，因為可傾斜地且垂直移動地支持定位環3的支撐機構412係設在頂環體2之中央部分，且被收納在頂環體2的下部構件306之凹部306a，由支撐機構412的滑動部所產生的粉末可包含於頂環體2內，且不容易掉落在研磨面上。因此，可防止由於諸如粉末等外來物質掉落在研磨面上所造成的晶圓缺失。

另外，在本實施形態中，因為支撐機構412係組構成一低位置支點，故傾斜定位環3之力矩(moment)變成較小，因此，由摩擦力所造成之定位環傾斜可被壓抑到很小程度，且半導體晶圓幾乎不會滑離頂環1。

茲進一步說明頂環1。如第2圖所示，邊緣夾持具316係由波紋夾持具318所夾持。如第3圖所示，波紋夾持具318透過複數個止動件(stoppers)320被保持在下部構件306的下表面上。波紋夾持具319透過複數個止動件(stoppers)322被保持在下部構件306的下表面，該止動件320、322係以相同間距沿著頂環1之周圍方向而配置。

如第2圖所示，一中央腔360形成在彈性膜314的中央部分；如第4圖所示，該波紋夾持具319具有一通道(passage)324與中央腔室360相連通，該下部構件306具有一通道325與該通道324相連通，波紋夾持具319之通道324與下部構件306之通道325皆連接到一流體供應源(未圖示)。因此，一加壓流體係經由通道325、324供應到彈性膜314所形成的中央腔360。

波紋夾持具318具有夾爪(claw)318b，用於將彈性膜314之波紋314b向下部構件306下表面按壓之；波紋夾持具319具有夾爪319a用於將彈性膜314之波紋314a向下部構件306之下表面按壓；波紋夾持具318具有夾爪318c用於將彈性膜314之邊緣314c向邊緣夾持具316按壓。

如第4圖所示，環狀波紋腔361形成在彈性膜314之波紋314a與波紋314b之間，間隙314f形成在彈性膜314之波紋夾持具318與波紋夾持具319之間，下部構件306具有通道342與間隙314f相連通，環狀槽347形成在下部構件306內，密封構件340係設在環狀槽347之下表面，以及密封環341則設在密封構件340上。密封環341之上表面係向中間構件304之下表面按壓，密封環341具有一通道346連通到下部構件306之通道342；再者，中間構件304具有一通道344與密封環341之通道346相連通，而下部構件306之通道342是經由密封環341之通道346及中間構件304之通道344而連接到流體供應源(未圖示)。因此，加壓流體經由這些通道而供應到波紋腔室361。另外，通道342是選擇性地連接到真空幫浦(未圖示)。當真空幫浦啟動時，半導體晶圓受抽吸力而吸附到彈性膜314之下表面，藉以吸夾住(chucking)半導體晶圓。

如第5圖所示，波紋夾持具318具有一通道326與環狀外部腔(outer chamber)362相連通，該環狀外部腔係由彈性膜314之波紋314b與邊緣314c所形成。再者，下部構件306具有一通道328經由連接器327而與波紋夾持具318之通道326相連通。中間構件304具有一通道329與下部構件306之通道328相連通。波紋夾持具318之通道326是經由下部構件306之通道328及中間構件304之通道329而連接到流體供應源(未圖示)。因此，加壓流體乃經由這些通道而供應到由彈性膜314所形成之外部腔362。

如第5圖所示，邊緣夾持具316有一夾爪，用來使彈性膜314之邊緣314d保持在下部構件306之下表面。邊緣夾持具316具有一通道334與環狀邊緣腔363相連通，該邊緣腔363係由彈性膜314之邊緣314c與314d所形成。下部構件306具有一通道336與邊緣夾持具316之通道334相連通，中間構件304具有一通道338與下部構件306之通道336相連通，而邊緣夾持具316之通道334是經由下部構件306之通道336及中間構件304之通道338而連接到流體供應源(未圖示)。因此，加壓流體得以經由這些通道而供應到由彈性膜314所形成之邊緣腔363。

如上所述，根據本實施形態之頂環1中，用於將半導體晶圓向研磨墊101按壓之按壓力可透過調節供應至個別壓力腔(即，中央腔360、波紋腔361、外部腔362、以及邊緣腔363)之流體壓力而在半導體晶圓局部區域加以調節，該等壓力腔係形成在彈性膜314與下部構件306之間。

第6圖所示為第2圖Ⅵ部分之放大圖，如上所述，定位環3包括：環構件408，配設於頂環體2之周部，且組構成用以保持半導體晶圓之周緣；軸狀保持部分410，配設於頂環體2之徑向中央部分，且組構成用以保持環構件408；以及連接部411，用來連接環構件408與軸狀保持部分410。如第6圖所示，定位環按壓機構包括：圓筒(cylinder)400，具有圓筒形，且有封閉之上端；夾持具401、402，附設於圓筒400之上部；彈性膜404，藉由夾持具401、402保持在圓筒400內；以及活塞(piston)406，連接到彈性膜404之下端。該環構件408係組構成一被活塞406向下按壓。該環構件408包含與活塞406藕合之上環構件408a，以及與研磨面101相接觸之下環構件408b。

第7圖是為第5圖之Ⅶ部分之放大圖。如第7圖所示，上環構件408a與下環構件408b是透過複數個螺栓409藕合。上環構件408a係由諸如不鏽鋼等金屬或是諸如陶瓷等材料製成；而下環構件408b係由諸如聚醚醚酮(Polyether Ether Ketone，PEEK)或聚苯硫醚(Polyphenylene Snlfide，PPS)等樹脂材料製成。

如第7圖所示，夾持具402有一通道450與由彈性膜404之所形成之腔室451相連通，上部構件300具有一通道452與夾持具402之通道450相連通。夾持具402之通道450係經由上部構件300之通道452而連接到流體供應源(未圖示)。因此，加壓流體會經由這些通道供應到前述之腔室451。於是，藉由調節供應到該腔室451的流體之壓力，彈性膜404可以被擴展或收縮，以便使活塞406垂直地移動。因此，在所需壓力下，定位環3之環構件408可向研磨墊101按壓。

在第2圖到第7圖所示之圖示例中，彈性膜404係使用一滾動隔膜(rolling diaphragm)，該滾動隔膜係由具有彎曲部之彈性膜所形成。在由滾動隔膜所界定腔室內之內部壓力改變時，滾動隔膜之彎曲部會被滾動以便擴寬該腔室。當腔室擴寬時，該隔膜不會與外部組件滑動接觸，且難以被擴展或收縮。因此，滑動接觸所產生之摩擦力可大幅減少，而且隔膜之使用壽命可被延長。另外，在定位環3按壓研磨墊101的按壓力可準確的調整。

透過上述安排，定位環3之環構件408可以下降。因此，即使定位環3之環構件408被磨損透過使由非常低摩擦的材質所形成之腔室451擴寬其空間，定位環3之按壓力可被維持在恒定水平。再者，因為和研磨墊101接觸之環構件408與圓筒400係透過可變形彈性膜404來相連接，且偏位負載(offset loads)不會產生彎曲力矩。因此，定位環3所產生之面壓力得以均一，而且該定位環3變成更容易追隨研磨墊101。

第8圖是從第2圖Ⅷ-Ⅷ線觀察之視圖。如第8圖所示，環構件408係配置於頂環體2之外周部，且透過四個連接部411而與配置於頂環體2之中央部分的軸狀保持部分410相藕接。該連接部411收容在形成於頂環體2的下部構件306之十字形溝槽306g內。如上所述，具有環構件408之定位環3、軸狀保持部分410以及連接部411係可傾斜且可垂直移動以追隨研磨台100的研磨面101a之起伏。位於下部構件306內設有複數對驅動銷(driving pins)349、349，各對驅動銷349、349係配置成將連接部411保持於兩者之間。以此方式，因對驅動銷349、349係配置成將各連接部411保持於兩者之間，故頂環體2之轉動乃從下部構件306透過多對驅動銷349、349傳送到連接部411，使得頂環體2與定位環3一體轉動。於驅動銷349的外周圍面上設有橡膠緩衝件350，而由諸如聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚醚酮(PEEK)或聚苯硫醚(PPS)等低摩擦材料所製成之套環(collar)351，則設置於橡膠緩衝件350上。再者，在連接部411外表面施加有鏡面處理(mirror processing)用以改善連接部411外表面之表面粗糙度，而由低摩擦材料所製成之套環351係與該連接部表面進行滑動接觸。

依據本實施形態，由低摩擦材料所製成之套環351係設置於驅動銷349上，且鏡面處理係施於與套環351進行滑動接觸連接部411之外表面。因而提升驅動銷349與連接部411之間的滑動特性。因此，環構件408對於研磨面的追隨能力可明顯提升。而且定位環所需之表面壓力可施加到研磨面。鏡面處理可施用於驅動銷349，同時低摩擦材料可形成於與驅動銷349相抵接之連接部411之外表面上。

由於包含驅動銷349及用於將旋轉力從頂環體2傳送到定位環3之連接部411的旋轉傳動單元係設在定位環體內，從旋轉驅動單元所產生的粉末可被保留於頂環體2內，因此能避免粉末掉落在研磨面上，且在半導體晶圓上因粉末造成的刮傷可顯著減少。

第9圖是第3圖之Ⅸ部分之放大圖。如第9圖所示，一磁鐵(magnet)419設於環構件408內位於與活塞406相接觸之環構件408之表面。活塞406由磁性材料製成且施加有諸如塗層(coating)或電鍍(plating)等表面處理，以保護活塞406不受侵蝕。該活塞也可用具有耐侵蝕性的磁性不鏽鋼。因此，由磁性材料構成的活塞406與具有磁鐵419的環構件408係透過設在環構件408內的磁鐵419之磁力而互相固定。

由於活塞406與環構件408係透過磁力互相固定，即使在研磨期間定位環2震動，活塞406與環構件408可避免互相分離，且可避免定位環3意外地向上移動。因此，定位環3之表面壓力得以穩定，同時由於滑脫所造成之半導體晶圓由頂環1脫離的可能性降低。

具有環構件408之承載總成(carrier assembly)，係經常從研磨裝置上卸下以便維修，但活塞少有機會維修。活塞406與環構件408透過磁力互相固定之情況中，卸除頻繁的環構件408與卸除較不頻繁的活塞406可輕易地分離。

如第9圖所示，垂直延伸之大體上矩形槽442係形成在頂環體2的下部構件306之外周面。該矩形槽442以相同間距形成在頂環體2的下部構件306之外周面(見第3圖)。制動件354設於定位環3之上環構件408a俾向內徑向突出。該制動件354係分別組構成可與下部構件的矩形槽442之上端或下端嵌合。

因此，定位環3之上位置或下位置相對於頂環體2會受到限制。具體來說，當制動件354與在下部構件306的矩形槽442之上端嵌合時，相對於頂環體2，該定位環3係位在最上端的位置，當制動件354與下部構件306的矩形槽442之下端嵌合時，相對於頂環體2，該定位環3係位在最下端的位置。

根據本實施形態，頂環1具有分離機構(detaching mechanism)用於將環構件408與活塞406分離，如第2圖及第6圖所示，可繞著軸430轉動的複數個凸輪升桿(cam lifters)432係設環構件408上。

第10A及10B圖是從第6圖之箭頭Ⅹ觀察之視圖。第10A圖表示凸輪升桿432運作中的狀態，第10B圖表示凸輪升桿432非運作中的狀態，如第10A圖和第10B圖所示，凸輪升桿432的外周面構成一凸輪面，且該凸輪面有一輪廓，該輪廓從軸430的軸線(見第6圖)起算之半徑是呈變化狀。因此，轉動凸輪升桿432時，具有最大半徑的部分432a會把活塞406向上推。用於讓扳手插入之扳手孔(wrench hole)434係形成於凸輪升桿432之軸430的軸線部分。

如第10A圖所示，上圓弧面(upper circular arc surface)432b形成於凸輪升桿432之上部，下圓弧面432c則形成於凸輪升桿432之下部。如第6圖所示，一螺絲433設在凸輪升桿432正下方，如第10A圖所示，凸輪升桿432可朝順時針方向或反時針方向轉動。該上圓弧面432b或該下圓弧面432c可與螺絲433卡合，以限制凸輪升桿432之轉動在一預定範圍之內(約90°)，如第10A圖所示，當下圓弧面432c與螺絲433卡合，凸輪升桿432朝順時針方向之轉動會受到限制。如第10B圖所示，當上圓弧面432b與螺絲433卡合時，凸輪升桿432朝反時針方向之轉動會受到限制。具體來說，凸輪升桿432之上圓弧面432b、下圓弧面432c以及螺絲433係作用成轉動限制機構，以限制凸輪升桿432朝順時針方向與反時針方向之轉動皆在該預定範圍之內(約90°)。

第11圖是沿第10A圖中XI-XI線之剖視圖。如第11圖所示，兩個凹部436以約90°間隔之位置形成在凸輪升桿432之後側面(在第11圖僅顯示1個凹部436)。滾珠(ball)438，以藉由螺旋壓縮彈簧(helical compression spring)444將該滾珠438向凸輪升桿432之後側面按壓之方式設於環構件408。在這方式中，當滾珠438嵌入凸輪升桿432之凹部436時，凸輪升桿432之位置即被固定。

承載總成在維修之時，係將扳手插入扳手孔434，藉由凸輪升桿432的外周面之凸輪面使該凸輪升桿432轉動，而在活塞406與環構件408之間強制地形成一間隙。因此，藉由活塞406與磁鐵419間之磁力所形成的固緊力將會減弱。而且環構件408也可以輕易活塞406脫離。如第10A圖所示，當環構件408與活塞406脫離時，透過凸輪升桿432之下圓弧面432c與螺絲433之卡合，使得凸輪升桿432之轉動停止。在這同時，滾珠438正好嵌入凸輪升桿432之凹部436(見第11圖)，使凸輪升桿432被固定。另外，當環構件408固定於活塞406，將扳手插入扳手孔434，且將凸輪升桿432轉動，在這同時，如第10B圖所示，透過凸輪升桿432之上圓弧面432b與螺絲433之卡合，使得凸輪升桿432之轉動停止。然後，滾珠438嵌入凸輪升桿432之其它凹部436，使凸輪升桿432固定。

當環構件408與活塞406分離時，如第3圖所示之主螺栓310被卸下，而具有彈性膜314的下部構件306及具有環構件408的定位環3、軸狀保持部分410和連接部411都與中間構件304分離，在這方式中，由於具有彈性膜314之下部構件306可連同定位環3予以分離，定位環3之下環構件408b之維修以及彈性膜314之維修可輕易完成。

在第9圖至第11圖所示的例子中，活塞406係由磁性材料所構成，且磁鐵419係設置於環構件408內。不過，環構件408也可由磁性材料所構成，且磁鐵可設置於活塞406內。再者，在第9圖至第11圖所示的例子中，凸輪升桿432是設於環構件408上，不過，凸輪升桿432也可設於活塞406上。

茲參考第6圖將定位環3再進一步說明。如第6圖所示，由不鏽鋼類製成之金屬環440係套設於下環構件408b，則下環構件408b具有較佳的剛性。因此，即使由於環構件408與研磨面101a間的滑動接觸，使得環構件408之溫度升高，下環構件408b之熱變形亦可予以抑制。

另外，如第6圖所示，O型環(O-ring)441介設在下環構件408b的外周面與金屬環440之間；且連接片420設於金屬環440與圓筒400之間，透過這些構件的使用，特別是連接片420的使用，可有效地避免諸如研磨時產生的粉末等外來物質從研磨頭(頂環)內部掉落在研磨面上，且可避免研磨液(磨漿)從外面被導入到研磨頭內。連接片420是環狀，且可包含具有伸縮囊(bellows)之彈性片(resilient sheet)。

如第2圖至第6圖所示，該彈性膜314包含密封部(seal portion)422，用於在彈性膜314之邊緣(周圍)314d使彈性膜314連接到定位環3。該密封部422有向上彎曲之形狀。該密封部422係配置成得以填塞彈性膜314與環構件408之間的間隙，該密封部422是由可變形的材質製成。當進行頂環體2及定位環3之間相對移動時，該密封部422係用於避免外來物質從研磨頭(頂環)內部掉落在研磨面上，且避免研磨液導入到彈性膜314與環構件408間的間隙。在本實施形態中，該密封部422與彈性膜314之邊緣314d係一體形成，而且具有U型剖面。

假若不設置連接片420和密封部422，研磨液可能會被導入到頂環1的內部，而阻止頂環體2與頂環1之定位環3的正常運作。在本實施形態中，連接片420和密封部422可避免研磨液導入到頂環1的內部。因此，頂環1就可以正常運作。彈性膜404、連接片420、以及密封部422皆由高強度耐用的橡膠材料所製成，諸如乙烯-丙烯橡膠(EPDM)、聚氨基甲酸酯橡膠、矽橡膠等。

根據本實施形態的頂環1，用於將半導體晶圓向研磨面按壓的按壓力係可透過流體之壓力來控制，該流體係供給至由彈性膜314所形成之中央腔360、波紋腔361、外部腔362以及邊緣腔室363，因此研磨期間，下部構件306須位於從研磨墊101向上遠離之位置。

在圖示例中，因為定位環3可垂直移動而與下部構件306無關。因此，即使定位環3之環構件408被磨損，在半導體晶圓與下部構件306間亦可維持固定距離。於是，已研磨過的半導體晶圓之剖面廓形可得以穩定的。

在圖示例中，彈性膜314係配置成得與半導體晶圓之整個表面大體上接觸。可是，彈性膜314也可與半導體晶圓之至少一部分接觸。

接下來，參照第12圖至第17圖說明根據本發明第二態樣的研磨裝置之研磨頭如下。第12圖為顯示用以構成根據本發明第二態樣之研磨頭之頂環的剖面圖；第13圖是由第12圖之ⅩⅢ-ⅩⅢ線觀察之視圖。根據本發明第二態樣之研磨頭中，係使用陀螺機構作為軸承機構，用於支撐定位環3的軸狀保持部分410。如第12圖與第13圖所示，如同本發明第一態樣的研磨頭，依據本發明第二態樣的研磨頭中，定位環3包括：環構件408，其係配置於頂環體2之外周部，且組構成得以夾持半導體晶圓之周緣；軸狀保持部分410，其係配置於頂環體2之徑向中央部分，且組構成用以保持該環構件408；以及連接部411，用來連接該環構件408與該軸狀保持部分410。定位環3之軸狀保持部分410係透過包含陀螺機構之支撐機構512而為下部構件306所支撐。該支撐機構512包括：外部環513，其係嵌入於下部構件306之凹部306a且固定於下部構件306；中間環514，其係由該外部環513所支撐；以及內部環515，其係由該中間環514所支撐。外部環513之內周面與中間環514之外周面係形成為該中心為一支點O之球型表面，且該兩面間形成彼此滑動接觸。中間環514之內周面與內部環515之外周面係形成為中心為該支點O之球型表面，且兩面間形成彼此滑動接觸。

第14圖至第17圖表示該支撐機構512之詳盡結構圖。第14圖是表示支撐機構512及定位環3之一部分的平面圖；第15圖是沿第14圖中ⅩⅤ-ⅩⅤ線的一剖視圖；第16圖是沿著第14圖中ⅩⅥ-ⅩⅥ線的剖視圖；第17圖是沿著第15圖中ⅩⅦ-ⅩⅦ線的剖視圖。如第14圖至第17圖所示，有兩顆圓球516、516介設於外部環513之內周面與中間環514之外周面之間，且有兩顆圓球517、517介設於中間環514之內周面與內部環515之外周面之間。

在第14圖至第17圖所示之支撐機構512中，中間環514係繞著連接兩圓球516、516的水平軸L1相對於外部環513轉動，另外，內部環515則繞著連接兩圓球516、516的水平軸L1相對於中間環514轉動。定位環3的軸狀保持部分410具有六角形剖面，且可垂直移動地嵌入於內部環515之六角形通孔515h內；如第16圖所示，外部環513係下述方式固定在下部構件306，亦即，外部環513之下端與下部構件306之凹部306a的段差部(step)306s接觸，且外部環513之上端與夾具518卡合。

透過上述的配置，當軸狀保持部分410連同環構件408傾斜時，該軸狀保持部分410與該內部環515係繞著箭頭A所示之軸線L2一體轉動(見第17圖)，而該軸狀保持部分410、該內部環515、以及中間環514係繞著箭頭B所示之軸線L1一體地轉動(見第17圖)。具體而言，該內部環515係連同該軸狀保持部分410繞著兩垂直之水平軸線L1和L2轉動。結果，該軸狀保持部分410與該內部環515可繞著屬於軸線L1和L2之交叉點的支點0在所有方向(360°)轉動(傾斜)，也就是說，該支點0是軸狀保持部分410與內部環515的轉動中心。

如第12圖至第17圖所示結構之定位環3中，該定位環3可相對於水平面傾斜以追隨研磨台100的研磨面101a之起伏。具體而言，環構件408係相對於水平面傾斜以追隨研磨面101a之起伏的，而軸狀保持部分410係與環構件408一體地傾斜。此時，藉由包含陀螺機構的支撐機構512，使環構件408與軸狀保持部分410乃得以傾斜。換句話說，藉由內部環515相對於外部環513繞著支點O朝各方向(360°)轉動，使得環構件408與軸狀保持部分410得以傾斜。具體而言，透過包含陀螺機構的支撐機構512包含環構件408之定位環3可繞著位在頂環體2中央部分的支點O傾斜。而且，定位環3係追隨研磨台100的研磨面101a之起伏而垂直地移動，同時進行傾斜運動。換言之，環構件408會隨著研磨面101a之起伏而垂直地移動，而且軸狀保持部分410與環構件408一體地垂直移動。軸狀保持部分410的垂直移動是透過內部環515之通孔515h作為引導。在半導體晶圓研磨期間，因半導體晶圓與研磨面101a間之磨擦力，一側向力(水平力)會施加於定位環3，該側向力可被位於半導體晶圓中央部分上方的支點O所承受。

如第16圖和第17圖所示，複數個圓弧形凹口(circular arc notches)513c形成在外部環513的外周面，同時複數個圓弧形凹口306c形成在下部構件306的內周面。插銷519插入分別包含該圓弧形凹口513c與圓弧形凹口306c之筒形槽。透過這樣配置，頂環體2之轉動會透過插銷519傳送到外部環513，然後透過圓球516、中間環514和圓球517傳送到內部環515。在本實施形態中，定位環3之軸狀保持部分410乃形成具有六角形剖面之軸狀構件，且具有六角形剖面之軸狀保持部分410被收容於內部環515的六角形通孔515h中。再者，由於內部環515僅繞著兩垂直水平軸線L1和L2轉動，頂環體2之轉動會透過內部環515的六角形通孔515h而傳送到具有六角形剖面之軸狀保持部分410，因此，定位環3係與頂環體2一體地轉動。因此，在本實施形態中，在第一態樣中用來使定位環3與頂環體2一體轉動的驅動銷349可以免除。支撐機構512之滑動接觸面係如同第一態樣的相同方式支撐機構412設有低摩擦材質。

第18圖和第19圖表示具有用於冷卻依據本發明之定位環3冷卻裝置的研磨裝置。第18圖是研磨裝置之部分的剖面示意圖；第19圖是表示研磨裝置的平面示意圖。如第18圖和第19圖所示，由不銹鋼等構成之金屬環440係套設於定位環3之環構件408。噴嘴組塊(nozzle block)520配置於頂環1之鄰近。該噴嘴組塊520具有複數個噴嘴520a。諸如壓縮空氣或氮氣等加壓氣體，或是諸如霧等加壓流體係由流體供應源供給到噴嘴組塊520。由於環構件408與研磨面之間的摩擦熱，會使得環構件408的溫度增加。藉由從流體供應源供給加壓流體到噴嘴組塊520，加壓流體會從噴嘴520a噴吹在金屬環440之外周面。因此，環構件408被冷卻，而得以避免環構件408之溫度增加以抑制環構件408之熱膨脹。因此，透過環構件408校正研磨墊101的墊表面結構之效果可持續很久。

雖然本發明之某些較佳實施形態已圖示及詳細說明如上，然而應瞭解者為，在不偏離附後申請專利範圍所揭示之技術範圍的前提下，仍可對上述實施形態進行各種不同之修飾及變化。

[產業上之適用範圍]

本發明適用在用以將諸如半導體晶圓等待研磨對象(基板)研磨成平坦鏡面拋光(flat mirror finish)之研磨裝置。該研磨裝置係使用於半導體元件製造過程。

1．．．頂環

2．．．頂環體

3．．．定位環

100．．．研磨台

100a．．．台軸

101．．．研磨墊

101a．．．研磨面

102．．．研磨液供應噴嘴

110．．．頂環頭

111．．．頂環軸

112．．．旋轉軸套

114．．．頂環馬達

113、116．．．正時皮帶輪

115．．．正時皮帶

117．．．頂環頭軸

124．．．垂直移動機構

125．．．旋轉接頭

126．．．軸承

128．．．橋架

129．．．支承底座

130．．．支撐柱

132．．．滾珠螺桿

132a．．．螺桿軸承

132b．．．螺帽

138．．．交流伺服馬達

300．．．上部構件

304．．．中間構件

306．．．下部構件

306a．．．凹部

306c．．．圓弧形凹口

306g．．．十字形溝槽

306s．．．段差

308、309、409．．．螺栓

310．．．主螺栓

314．．．彈性膜

314a、314b．．．波紋

314c、314d．．．邊緣

314f．．．間隙

316．．．邊緣夾持具

318、319．．．波紋夾持具

318b、319a、318c．．．夾爪

320、322．．．止動件

324、325、326、328、329、334、336、338、342、344、346、450．．．通道

327．．．連接器

340．．．密封構件

347．．．環狀槽

349．．．驅動銷

350．．．橡膠緩衝件

351．．．套環

354．．．制動件

360．．．中央腔

361．．．波紋腔

362．．．外部腔

363．．．邊緣腔

400．．．圓筒

401、402．．．夾持具

404．．．彈性膜

406．．．活塞

408．．．環構件

408a．．．上環構件

408b．．．下環構件

410．．．軸狀保持部分

411．．．連接部

412、512．．．支撐機構

413、513．．．外部環

414、515．．．內部環

414h、515h．．．通孔

415．．．C型開口

419．．．磁鐵

420．．．連接片

422．．．密封部

430．．．軸

432．．．凸輪升桿

432a．．．部分

432b．．．上圓弧面

432c．．．下圓弧面

433．．．螺絲

434．．．扳手洞

436．．．凹部

438．．．滾珠

440．．．金屬環

441．．．O型環

442．．．矩形槽

444．．．螺旋壓縮彈簧

451．．．腔室

513c．．．圓弧形凹口

514．．．中間環

516、517．．．圓球

518．．．夾具

519．．．插銷

520．．．噴嘴組塊

520a．．．噴嘴

O．．．支點

Q．．．研磨液

W．．．半導體晶圓

第1圖是顯示依據本發明實施形態之研磨裝置整體結構的示意圖；

第2圖是顯示依據本發明第一態樣之構成研磨頭之頂環之剖面圖。

第3圖是顯示第1圖所示之頂環的剖面圖；

第4圖是顯示第1圖所示之頂環的剖面圖；

第5圖是顯示第1圖所示之頂環的剖面圖；

第6圖是第2圖之Ⅵ部分的放大圖；

第7圖是第5圖之Ⅶ部分的放大圖；

第8圖是從第2圖所示Ⅷ-Ⅷ線觀察之圖；

第9圖是第3圖之Ⅸ部分的放大圖；

第10A和10B圖是從第6圖之箭頭Ⅹ觀察之圖；

第11圖是第10A圖中沿著ⅩⅠ-ⅩⅠ線的剖面圖；

第12圖是顯示依據本發明第二態樣之構成研磨頭之頂環之剖面圖。

第13圖是從第12圖所示ⅩⅢ-ⅩⅢ線觀察之圖；

第14圖是顯示支撐機構及部分定位環的平面圖；

第15圖是沿著第14圖中ⅩⅤ-ⅩⅤ線的剖面圖；

第16圖是沿著第14圖中ⅩⅥ-ⅩⅥ線的剖面圖；

第17圖是沿著第15圖中ⅩⅦ-ⅩⅦ線的剖面圖；

第18圖是顯示部分研磨裝置的剖面示意圖；以及

第19圖是顯示研磨裝置的平面示意圖。