TWI481471B - 研磨裝置及方法 - Google Patents

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Hozumi Yasuda
Makoto Fukushima
Tetsuji Togawa
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    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/27—Work carriers
    • B24B37/30—Work carriers for single side lapping of plane surfaces
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
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    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting

Description

研磨裝置及方法
本發明係關於一種研磨裝置及方法，尤指關於一種用於將諸如半導體晶圓之待研磨對象(基板)研磨成平坦鏡面拋光(flat mirror finish)之研磨裝置及方法。
近年來，由於半導體組件的高積體度及高密度要求，越來越小的佈線型樣(wiring pattern)或互連也要求越來越多的互連層。在小型電路中的多層互連會造成更大階梯(step)，而在下方互連層上反映出表面不規則。互連層數量的增加使得在薄膜的梯狀組構(stepped configuration)上的薄膜塗層性能(階梯覆蓋率(step coverage))會較差。因此，較佳的多層互連需要具有較佳的階梯覆蓋及適當的表面平坦化。再者，因為光微影光學系統之焦距深度會隨著光微影製程的微型化而越小，所以半導體組件表面需要被平坦化，使得半導體表面上的不規則階梯會落入焦距深度內。
因此，在半導體組件的製造過程中，半導體組件表面的平坦化變得越來越重要。最重要的平坦化技術之一為化學機械研磨(chemical mechanical polishing：CMP)。因此，已有使用化學機械研磨裝置用以平坦化半導體晶圓的表面。在化學機械研磨裝置中，當含有諸如二氧化矽(SiO2 )之研磨粒的研磨液被供給至諸如研磨墊的研磨面上時，諸如半導體晶圓的基板會與該研磨面滑動接觸，使得該基板可被研磨。
這種類型的研磨裝置包括：研磨台，具有由研磨墊所形成的研磨面；以及基板夾持組件，其係稱為頂環(top ring)或研磨頭，用以夾持諸如半導體晶圓的基板。當以此種裝置研磨半導體晶圓時，該半導體晶圓會被夾持並在預定壓力下由該基板夾持組件壓抵於研磨面。在此同時，研磨台及基板夾持組件彼此相對移動，而使半導體晶圓與研磨面滑動接觸，使得該半導體晶圓的表面被研磨成平坦鏡面拋光。
在此種研磨裝置中，如果施加在(被研磨之)半導體晶圓與研磨墊之研磨面間的相對壓力在該半導體晶圓之整個表面上不均勻，則該半導體晶圓表面在其不同區域中會研磨不足或過度研磨，這種情形係依所施加的壓力來決定。習慣上，係藉由在基板夾持組件之下方部份設置由彈性膜所形成的壓力室，並對該壓力室供給諸如氣體的流體，在流體壓力下使之通過該彈性膜按壓半導體晶圓，從而將施加於該半導體晶圓之壓力均勻化，如日本早期公開專利公報第2006-255851號所示。
如上所述，在具有由在基板夾持組件之下方部份的彈性膜所形成的壓力室，並供應諸如壓縮氣體的增壓流體給壓力室，在流體壓力下通過該彈性膜按壓半導體晶圓的這類裝置中，已發現到下列缺點。
具體而言，在半導體晶圓與研磨墊之研磨面接觸後，該半導體晶圓係藉由供應諸如壓縮氣體的增壓流體至壓力室，且在通過彈性膜的流體壓力下被壓抵於研磨面，藉此開始該半導體晶圓的研磨。然而，有些情形中，就在開始半導體晶圓的研磨後，會立即發生該半導體晶圓破裂或破損的現象。
本案之發明人已經做出各種實驗並且分析這些實驗結果，以找出半導體晶圓在開始研磨時破裂或破損的原因。因此，已經發現某些半導體晶圓的破損是因為研磨墊的表面狀況。更詳而言之，習慣上係在研磨墊表面形成特定凹溝(groove)或凹洞(hole)。舉例而言，有一種研磨墊，在其表面具有許多1到2毫米直徑的小凹洞用以改善漿料(研磨液)的保留能力；又有一種研磨墊，在其表面具有格子型樣、同心型樣或螺旋型樣之凹溝，用以改善漿料(研磨液)的流動性，從而改善晶圓表面的平坦度及均勻度，以及避免晶圓黏在研磨墊表面，此外，尚有其他類型的研磨墊。在此情況下，在表面不具有凹溝的研磨墊(例如具有小凹洞的研磨墊)中，或在表面沒有足夠數目的凹溝或足夠深度的凹溝的研磨墊中，常發現到在半導體晶圓與研磨墊表面(研磨面)接觸後，在開始研磨該半導體晶圓時，該半導體晶圓通常會破裂或破損。
本案的發明人已經從分析實驗結果中發現到，如果研磨墊在其表面沒有凹溝或沒有足夠的凹溝數目或足夠的凹溝深度，那麼當半導體晶圓與研磨面接觸時，氣體或漿料會被限制於該研磨面與該半導體晶圓之間，因此當研磨壓力被施加到該半導體晶圓時，該半導體晶圓可能造成比平常更大的變形，從而造成該半導體晶圓的破裂或破損。
再者，如上所述，在由基板夾持組件之下方部份具有彈性膜所形成的壓力室且供應諸如壓縮氣體的增壓流體至該壓力室俾在流體壓力下通過該彈性膜按壓該半導體晶圓的這類型研磨裝置中，有一種研磨裝置，其具有複數個壓力室，並且藉由調整供應至個別壓力室的增壓流體壓力，而在朝半導體晶圓之徑向個別區域的不同壓力下，將該半導體晶圓壓抵於研磨面。在這類型的研磨裝置中，雖然半導體晶圓表面內的研磨速率可以在該半導體晶圓的個別區域受到控制，但因為用以夾持及按壓半導體晶圓之研磨頭的夾持與按壓表面包括可撓曲彈性膜(例如橡膠)，所以如果供應至兩鄰近區域的增壓流體具有壓力差，那麼在兩鄰近區域中的研磨壓力會發生梯狀差(step-like difference)。因此，在研磨組構(研磨分佈)中產生梯狀高度差異。在該情況下，如果在供給至兩鄰近區域的增壓流體壓力中有巨大的壓力差異，則在研磨組構(研磨分佈)中之梯狀高度差異會依據供給至該兩鄰近區域的增壓流體的壓力差異而變得更大。
本發明係鑑於發明人在上述的發現而研創。因此，本發明之主要目的係在於提供一種研磨裝置及方法，其在基板與研磨面接觸時，可避免氣體或漿料(研磨液)被限制於該研磨面與諸如半導體晶圓的該基板之間，並且可以在研磨壓力施加於該基板時抑制該基板過度的變形，即使該研磨面沒有凹溝或沒有足夠的凹溝數量或足夠的凹溝深度。
再者，本發明之次要目的係在於提供一種具有研磨頭的研磨裝置，該研磨頭可在基板之個別區域的不同壓力下將該基板壓抵於研磨面，並且可在基板之個別區域的不同壓力下將該基板壓抵於該研磨面時，施加具有輕微變化的研磨壓力而在該基板之相鄰區域中的研磨壓力不會有梯狀差異。
為了達成上述目的，依據本發明的第一態樣，係提供一種研磨裝置，用以研磨基板，包括：具有研磨面的研磨台；研磨頭，係具有至少一個彈性膜，該彈性膜組構形成被供應以增壓流體的複數個壓力室，該彈性膜係組構成當該等壓力室被供應以增壓流體時，在流體壓力下將該基板壓抵於該研磨面；以及控制器，係用以控制該增壓流體對該壓力室的供應；其中，該控制器係控制該增壓流體的供應，使得該基板與該研磨面接觸時，該增壓流體先被供應到位於該基板之中央部份的壓力室，然後再將該增壓流體供應到位於在該基板之中央部份的該壓力室的徑向外側的壓力室。
根據本發明之一個態樣，增壓流體先被供應至位於基板之中央部份的壓力室，然後該基板的中央部份與研磨面接觸。接著，在經短時間後，該增壓流體被供應至位於基板中央部份的壓力室的徑向外側的壓力室，然後將該基板之外周部份壓抵於該研磨面。以此方式，藉由先使基板的中央部份與研磨面接觸，氣體或漿料則不會被限制於研磨面及基板之間，因此，即使施加研磨壓力，基板不可能造成比平常大的變形。因此，能夠避免在基板與研磨面接觸之後，在開始研磨該基板時會由於比平常大的變形造成該基板破裂或破損。
在本發明之較佳態樣中，控制器係控制研磨頭，以降低該研磨頭至預定研磨位置，該預定研磨位置係定義為在基板之中間部分處的壓力室被供應增壓流體之前，在由該研磨頭所夾持之該基板的下表面與該研磨面之間形成有間隙的位置。
在本發明之較佳態樣中，該研磨頭包括：頂環體，該彈性膜係附設於該頂環體；以及扣環，設置於該頂環體之周部；以及其中，當該研磨頭被降低到該預定研磨位置時，該扣環係與該研磨面接觸。
根據本發明之一個態樣，係提供一種研磨基板的裝置，包括：具有研磨面的研磨台；研磨頭，係具有至少一個彈性膜，該彈性膜組構形成被供應以增壓流體的壓力室，且該彈性膜係組構成當該壓力室被供應以增壓流體時，在流體壓力下將該基板壓抵該研磨面；以及控制器，係用以控制該增壓流體對該壓力室的供應；其中，該控制器係控制該增壓流體的供應，使得該基板與該研磨面接觸時，該增壓流體先從位於對應於該基板之中央部份的位置處的供應口供應至該壓力室，然後再將該增壓流體從位於對應於該基板之中央部份的位置處的該供應口的徑向外側的該供應口供應至該壓力室。
根據本發明之一個態樣，增壓流體係先從位於對應於基板之中央部份的位置處的供應口供應，然後該基板的中央部份與研磨面接觸以及被壓抵於該研磨面。接著，在經短時間後，該增壓流體從位於對應於基板之外周部份的位置處被供應至壓力室之外周部份，然後將該基板之外周部份壓抵於該研磨面。以此方式，藉由先使得基板的中央部份與研磨面接觸，氣體或漿料則不會被限制於研磨面及基板之間，因此即使施加研磨壓力，基板不可能造成比平常大的變形。因此，能夠避免在基板與研磨面接觸之後，在開始研磨該基板時由於比平常大的變形造成該基板破裂或破損。
在本發明之較佳態樣中，控制器係控制研磨頭，以降低該研磨頭至預定研磨位置，該預定研磨位置係定義為在壓力室被供應增壓流體之前，在由該研磨頭所夾持之該基板的下表面與該研磨面之間形成間隙的位置。
根據本發明之一個態樣，在增壓流體供應至壓力室及彈性膜膨脹之前，基板不會與研磨面接觸，並且在研磨面與基板之間會形成小間隙。
在本發明之另一較佳態樣中，該研磨頭包括：頂環體，該彈性膜係附設於該頂環體；以及扣環，設置於該頂環體之周部；以及其中，當該研磨頭被降低到該預定研磨位置時，該扣環係與該研磨面接觸。
根據本發明之一個態樣，係提供一種研磨基板的方法，包括下列步驟：藉由研磨頭夾持基板，並藉由該研磨頭使該基板與研磨台之研磨面接觸，該研磨頭具有複數個由彈性膜形成的壓力室；以及藉由供應增壓流體至該壓力室而將該基板壓抵於該研磨面；其中，在該基板與該研磨面接觸時，該增壓流體係先被供應至位於該基板之中央部份的該壓力室，然後再將該增壓流體供應至位於該基板之中央部份的該壓力室的徑向側的壓力室。
根據本發明的一個態樣，增壓流體係先被供應至位於基板之中央部份的壓力室，然後該基板的中央部份會與研磨面接觸，並被壓抵於該研磨面。接著，在經短時間後，該增壓流體被供應至位於基板之中央部份的壓力室的徑向側的壓力室，然後將該基板之外周部份壓抵於研磨面。以此方式，藉由先使得基板的中央部份與研磨面接觸，氣體或漿料則不會被限制於研磨面及基板之間，因此即使施加研磨壓力，基板不可能造成比平常大的變形。因此，能夠避免在基板與研磨面接觸之後，在開始研磨該基板時由於比平常大的變形造成該基板破裂或破損。
在本發明之較佳態樣中，該方法復包括降低該研磨頭到預定研磨位置，該預定研磨位置係定義為在基板之中央部分處的壓力室被供應增壓流體之前，在由該研磨頭所夾持之該基板的下表面與該研磨面之間形成間隙的位置。
在本發明之較佳態樣中，該研磨頭包括：頂環體，該彈性膜係附設於該頂環體；以及扣環，設置於該頂環體之周部；以及其中，當該研磨頭被降低到該預定研磨位置時，該扣環係與該研磨面接觸。
根據本發明之一個態樣，係提供一種研磨基板的方法，包括下列步驟：藉由研磨頭夾持基板，並藉由該研磨頭使該基板與研磨台之研磨面接觸，該研磨頭具有由彈性膜所形成的壓力室；以及藉由從複數個供應口供應增壓流體至該壓力室而將該基板壓抵於該研磨面以研磨該基板，該複數個供應口設置於對應於該基板之不同徑向位置的位置處；其中，當該基板與該研磨面接觸時，該增壓流體係先從位於對應於該基板之中央部份的該供應口供應至該壓力室，然後再將該增壓流體從位於對應於該基板之中央部份的該供應口的徑向外側的該供應口供應至該壓力室。
根據本發明之一個態樣，增壓流體係先從位於對應於基板之中央部份的位置的供應口供應，然後該基板的中央部份與研磨面接觸並被壓抵於該研磨面。接著，在經短時間後，該增壓流體係從位於對應於基板之外周部份的位置供應至壓力室之外周部份，然後將該基板之外周部份壓抵於研磨面。以此方式，藉由先使得基板的中央部份與研磨面接觸，氣體或漿料不會被限制於研磨面及基板之間，因此即使施加研磨壓力，基板不可能造成比平常大的變形。因此，能夠避免在基板與研磨面接觸之後，在開始研磨該基板時由於比平常大的變形造成該基板破裂或破損。
在本發明之較佳態樣中，該方法進一步包括：將該研磨頭降低到預定研磨位置，該預定研磨位置係定義為在該壓力室被供應該增壓流體之前，在由該研磨頭所夾持之該基板的下表面與該研磨面之間形成間隙的位置。
在本發明之較佳態樣中，該研磨頭包括：頂環體，該彈性膜係附設於該頂環體；以及扣環，設置於該頂環體之周部；以及其中，當該研磨頭被降低到該預定研磨位置時，該扣環係與該研磨面接觸。
根據本發明之第二態樣，係提供一種研磨裝置，用以研磨基板，包括：具有研磨面的研磨台；研磨頭，係具有至少一個彈性膜，該彈性膜組構形成被供應以增壓流體的複數個壓力室，該彈性膜係組構成當該等壓力室被供應以增壓流體時，在流體壓力下將該基板壓抵於該研磨面；以及隔膜，係組構成覆蓋至少該彈性膜的一部份並延伸於兩鄰近壓力室上，該隔膜係由具有比該彈性膜更高剛性的材料所製成；其中，該隔膜具有從該兩鄰近壓力室之間的邊界至該彈性膜的內周側與外周側不小於10毫米的區域。
根據本發明之一個態樣，當在兩鄰近室的壓力之間有壓力差時，該研磨壓力以及因此在該兩鄰近區域之間的邊界處的研磨速率係從一室側(較高壓力室側)逐漸降低至另一室側(較低壓力室側)。更詳而言之，藉由設置隔膜，在該兩鄰近區域之間的邊界處的該研磨壓力(研磨速率)梯度能夠緩和。
一般而言，因為用以定義壓力室之彈性膜係具有低剛性(縱向彈性係數/楊氏係數小且厚度小)，假如在鄰近區域中有相對較大的壓力差，那麼在鄰近區域之間的邊界處及其附近會發生研磨壓力分佈的梯狀差異(劇烈改變)。
相反地，根據本發明，因為使用由具有剛性比彈性膜較高之材料(難以在彈性上變形，縱向彈性係數大)構成的隔膜，所以由壓力差造成的局部區域之隔膜變形量變小。因此，經歷變形的區域被擴大，而能夠和緩在鄰近區域之間的邊界處的研磨壓力梯度。因此，隔膜所需的材料包括彈性材料，而且具有比彈性膜大的縱向彈性係數，並且不易變形。
在本發明之較佳態樣中，該隔膜係固定於彈性膜上。
在本發明之較佳態樣中，該隔膜由：包括聚醚醚酮(polyether ether ketone：PEEK)、聚苯硫醚(polyphenylene sulfide：PPS)或聚醯亞胺(polyimide)中的一種樹脂；包括不銹鋼或鋁的金屬；以及包括氧化鋁、氧化鋯(zirconia)、碳化矽或氮化矽的陶瓷所組成。
除了上述材料之外，該隔膜材料可為一般的工程塑膠，諸如聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate：PET)、聚甲醛(polyoxymethylene：POM)或聚碳酸酯。
在本發明之較佳態樣中，該彈性膜由乙烯-丙烯橡膠(ethylene propylene rubber：EPDM)、聚胺甲酸酯橡膠(polyurethane rubber)、或矽橡膠(silicone rubber)所組成。
在本發明之較佳態樣中，該隔膜係組構成覆蓋該彈性膜之實質上整個表面。
根據本發明，當在兩鄰近室的壓力之間存在有壓力差時，該研磨面，以及因此在兩鄰近區域之間的邊界處的研磨速率係從一室(較高壓力側)逐漸降低至另一室(較低壓力側)。更詳而言之，藉由設置隔膜，能夠和緩在該兩鄰近區域之間的邊界處的該研磨壓力(研磨速率)的梯度。
在本發明之較佳態樣中，該裝置復包括第二彈性膜以覆蓋該隔膜，該第二彈性膜係構成用以接觸並夾持該基板之夾持面。
根據本發明，隔膜係以彈性膜覆蓋，使得該隔膜不會與基板直接接觸。因為彈性膜構成用以夾持基板的夾持面，所以該彈性膜係由高強度且耐用的橡膠材料製成，諸如乙烯-丙烯橡膠(ethylene propylene rubber：EPDM)、聚胺甲酸酯橡膠(polyurethane rubber)或矽橡膠(silicone rubber)等。
在本發明之較佳態樣中，第二彈性膜延伸在隔膜和組構形成壓力室之彈性膜上。
根據本發明之一個態樣，係提供一種研磨裝置，用以研磨基板，包括：其上具有研磨面的台；用以將該基板夾持並壓抵於該研磨面的頭，該頭具有用以形成複數個凹部之至少一個薄膜，增壓流體可被分別地供應到該複數個凹部，以便將該基板壓抵於該研磨面；用以調整該增壓流體的壓力的調整組件；以及用以控制用以調整該增壓流體之壓力的該調整組件的控制組件，藉以分別控制該增壓流體對該複數個凹部之供應；其中，用以控制該增壓流體之壓力的該組件的調整組件係可操作成，避免當該基板首度與該研磨面接觸時，用以調整該增壓流體之壓力的該調整組件供應該增壓流體至位於該薄膜邊緣附近的至少一個凹部。
根據本發明之一個態樣，當增壓流體先供應到位於基板之中央部份處的凹部(亦即，壓力室)，而該基板之中央部份係與研磨面接觸時，該增壓流體不會供應到位於該薄膜之邊緣處的凹部(亦即，壓力室)，因而能避免該基板之外周部與該研磨面接觸。
根據本發明，即使研磨面沒有凹溝或沒有足夠的凹溝數量或足夠的凹溝深度，當諸如半導體晶圓之基板與該研磨面接觸時，氣體或漿料不會被限制於該研磨面與該基板之間，並且當施加研磨壓力於該基板時，能夠避免該基板過度變形。因此，能夠避免在開始研磨該基板時會由於比平常大的變形造成該基板破裂或破損。
再者，根據本發明，在能於基板之個別區域的不同壓力下將該基板壓抵於研磨面的研磨頭中，當該基板在相鄰區域之不同壓力下被壓抵於該研磨面時，研磨壓力以及研磨速率能被和緩調整而不會在該基板之相鄰區域處的研磨壓力有梯狀差異。因此，能獲得最佳研磨組構(研磨分佈)。
當經由實施例配合說明本發明之較佳實施態樣的附圖而閱讀下列實施方式時，本發明之上述及其他目的、特徵和優點將變得顯而易見。
以下參考第1至19圖說明本發明實施形態所述之研磨裝置。圖中，以相似或對應的元件符號表示相似或對應之部件，並省略其重複說明。
第1圖為顯示根據本發明實施形態之研磨裝置的整體結構示意圖。如第1圖所示，研磨裝置包括：研磨台100；以及頂環1，其係構成研磨頭，該研磨頭係用以夾持諸如半導體晶圓之基板作為待研磨對象，並將該基板壓抵於該研磨台100上的研磨面。
研磨台100係經由台軸100a而連接至置於該研磨台100之下的馬達(未圖示)。因此，研磨台100係可繞著台軸100a旋轉。研磨墊101係附設於研磨台100的上表面。研磨墊101之上表面101a構成研磨面以研磨半導體晶圓W。研磨液供應噴管102係設置於研磨台100上方，用以供應研磨液Q至研磨台100之研磨墊101上。
頂環1係連接至頂環軸111之下端，該頂環軸111係藉由垂直移動機構124而相對於頂環頭110垂直移動。當垂直移動機構124垂直地移動頂環軸111時，頂環1係整體相對於頂環頭110昇降來進行定位。旋轉接頭125係接設在頂環軸111之上端。
用以垂直地移動頂環軸111和頂環1之垂直移動機構124包含：橋臂部128，該頂環軸111係藉由軸承126而被可旋轉地支撐在該橋臂部128上；滾珠螺桿132，接設於該橋臂部128上；支撐座129，由支撐柱130支撐；以及交流伺服馬達138，設於該支撐座129上。其中，用以支撐交流伺服馬達138的支撐座129係藉支撐柱130固設於頂環頭110上。
滾珠螺桿132包含藕接至交流伺服馬達的螺桿軸132a與螺合於該螺桿軸132a之上的螺帽132b。頂環軸111係藉由垂直移動機構124而與橋臂部128一起垂直移動。當交流伺服馬達138啟動時，橋臂部128經由滾珠螺桿132而垂直地移動，並且頂環軸111及頂環1係垂直地移動。
頂環軸111係藉由鍵件(key)(未圖示)而連接到旋轉套筒112。旋轉套筒112具有固定配置於周圍的正時皮帶輪113。具有驅動軸的頂環馬達114係固定於頂環頭110。正時皮帶輪113係藉由正時皮帶115而被操作連接至設於頂環馬達114之驅動軸上的正時皮帶輪116。當頂環馬達114啟動時，正時皮帶輪116、正時皮帶115、以及正時皮帶輪113皆被旋轉而將旋轉套筒112與頂環軸111一起旋轉，從而旋轉頂環1。頂環頭110係支撐在頂環頭軸117上，而該頂環頭軸117係固定支撐在框架(未圖示)上。
在如第1圖所示地建構的研磨裝置中，頂環1係組構成夾持諸如半導體晶圓W的基板在其下面上。頂環頭110係可繞著頂環頭軸117樞擺(擺動)。因此，夾持半導體晶圓W在其下面之頂環1係藉由頂環頭110的樞擺移動而在該頂環1接受該半導體晶圓W的位置與在研磨台100的上方位置之間移動。頂環1下降以將半導體晶圓W壓抵於研磨墊101的表面(研磨面)101a。在此同時，當頂環1及研磨台100個別旋轉時，研磨液係藉由設置在該研磨台100上方的研磨液供應噴管102而被供應至研磨墊101。半導體晶圓W係與研磨墊101的研磨面101a滑動接觸。因此，半導體晶圓W的表面被研磨。
接下來，以下將參考第2圖描述本發明第一態樣的研磨裝置之研磨頭。第2圖係顯示頂環1的剖面圖，其係構成研磨頭，而該研磨頭係用以夾持半導體晶圓W作為待研磨對象以及將該半導體晶圓W壓抵於研磨台上的研磨面。第2圖僅顯示構成頂環1的主要結構元件。
如第2圖所示，頂環1基本上包括：頂環體2，用以將半導體晶圓W壓抵於研磨面101a；以及扣環3，用以直接按壓該研磨面101a。頂環體2係圓形板狀，而扣環3係附設於該頂環體2的周邊部分。頂環體2係由諸如工程塑膠(例如PEEK)之樹脂所製成。如第2圖所示，頂環1具有附設在頂環體2之下面的彈性膜4。彈性膜4係與被頂環1所夾持的半導體晶圓的背面接觸。彈性膜4係由高度堅固耐用的橡膠材料所製成，諸如乙烯-丙烯橡膠(ethylene propylene rubber：EPDM)、聚胺甲酸酯橡膠(polyurethane rubber)或矽橡膠(silicone rubber)等。
彈性膜4有圓形分隔壁4a，而圓形中央室(central chamber)5與環狀外圍室(outer chamber)7係由介於該彈性膜4之上面及頂環體2之下面之間的該圓形分隔壁4a所形成。與圓形中央室5連通的通道11以及與環狀外圍室7相連通的通道13係形成在頂環體2中。通道11係透過包含管件、連接器等的管道21而連接至流體供應源30。通導13係透過包含管體、連接器等的通道23而連接至流體供應源30。開關閥V1及壓力調節器R1係設置於管道21中，而開關閥V3及壓力調節器R3係設置於管道23中。流體供應源30用以供應諸如壓縮氣體之增壓流體。
再者，扣件室(retainer chamber)9係形成在扣環3之正上方，而該扣件室9係透過頂環體2中所形成的通道15及包含管件、連接器等的管道25而連接至流體供應源30。開關閥V5及壓力調節器R5係設置於管道25中。該壓力調節器R1、R3及R5具有壓力調節的功能，用以調節由流體供應源30供應至圓形中央室5、環狀外圍室7及扣件室9的增壓流體的壓力。壓力調節器R1、R3、R5及開關閥V1、V3、V5係連接至控制器33，而該壓力調節器R1、R3、R5及開關閥V1、V3、V5的操作係藉由該控制器33所控制。
在如第2圖所示地建構的頂環1中，其中壓力室，亦即，形成在彈性膜4及頂環體2之間的圓形中央室5及環狀外圍室7，以及形成在扣環3正上方之壓力室(亦即，扣件室9)中，供應至圓形中央室5、環狀外圍室7及扣件室9的流體的壓力可藉由壓力調節器R1、R3及R5個別地控制。
利用這樣的配置，用以將半導體晶圓W壓抵於研磨墊101的按壓力可藉由調整供應至各壓力室的流體壓力而在該半導體晶圓之個別局部區域予以調整，並且用以將扣環3壓抵研磨墊101的按壓力可以藉由調整供應至壓力室的流體壓力而被調整。
更詳而言之，用以將半導體晶圓壓抵於研磨墊101的按壓力，可於圓形中央室5正下方的半導體晶圓的圓形區域處及外圍室7正下方的半導體晶圓的環狀區域處獨立地調整，而用以將扣環3壓抵於研磨墊101的按壓力可被獨立調節。
接下來，以下將參考第3圖描述半導體晶圓被如第2圖所示地建構的頂環1研磨的研磨過程。第3圖僅示意地顯示頂環1的主要結構元件。
頂環1從基板轉移組件接受半導體晶圓W，並在真空的狀態下夾持該半導體晶圓W。雖然沒有顯示於第2圖及第3圖，但彈性膜4具有複數個用以在真空下夾持半導體晶圓W的孔洞，而這些孔洞係連接至真空源，例如真空泵。用以在真空狀態下夾持半導體晶圓W的頂環1係降低至已預先設定的頂環預定研磨位置。在該預定研磨位置處，扣環3係與研磨墊101的表面(研磨面)101a接觸。然而，在半導體晶圓W被研磨前，因為該半導體晶圓W被頂環1吸引並夾持，所以其中有例如大約1毫米的小間隙介於半導體晶圓W的下表面(待研磨面)與研磨墊101的研磨面101a之間。在此時，研磨台100與頂環1係繞著它們各自的軸旋轉。在這樣的狀況下，開關閥V1及開關閥V3係同時打開，而增壓流體係從流體供應源30供應至中央室5及外圍室7。因此，位於半導體晶圓W的上表面(背面)處的彈性膜4會膨脹而使得該半導體晶圓W的下表面與研磨墊101的研磨面101a接觸。在此時，如果研磨墊101沒有凹溝或沒有足夠的凹溝數目或在表面沒有足夠的凹溝深度，則氣體或漿料會如第3A圖所示地被限制於研磨墊101的研磨面101a與半導體晶圓W之間，因而當研磨壓力施加於半導體晶圓W時，該半導體晶圓W可能造成比平常更大的變形。最後，半導體晶圓W係破裂或破損。
反之，當在真空狀態下夾持半導體晶圓W的頂環1被降低至頂環的預定研磨位置時，且接著彈性膜4膨脹，控制器33打開開關閥V1並且從流體供應源30供應增壓流體至圓形中央室5，而只膨脹該彈性膜4的中央部份。因此，半導體晶圓W之下表面的中央部份會與研磨墊101的研磨面101a接觸，並且被壓抵於研磨墊101的研磨面101a。然後，經短暫時間後，舉例而言，在控制器33打開開關閥V1後的一至三秒內，該控制器33打開開關閥V3並且從流體供應源30供應增壓流體至外圍室7，以膨脹該彈性膜4的周部。藉此使半導體晶圓W之下表面的周部壓抵於研磨墊101的研磨面101a。以此方式，藉著先使半導體晶圓W的中央部份與研磨面接觸然後，將該半導體晶圓W的中央部份壓抵該研磨面，如第3B圖所示，則氣體或漿料不會被限制於研磨墊101的研磨面101a與半導體晶圓W之間，因此，即使施加研磨壓力時，該半導體晶圓W也不可能造成比平常大的變形。於是，能實質上避免在半導體晶圓W與研磨面101a接觸之後，在開始研磨該半導體晶圓時由比平常大的變形造成該半導體晶圓W破裂或破損。
第4圖為顯示頂環1之變形例的剖面圖，其係構成用以夾持半導體晶圓W作為待研磨對象並將該半導體晶圓W壓抵於研磨台上的研磨面之研磨頭。第4圖僅示意地顯示出頂環1的主要結構元件。
在第4圖顯示的實施例中，單一壓力室5A係形成於彈性膜4的上表面與頂環體2的下表面之間。形成於頂環體2的中央位置處的通道(供應口)11係透過通道21連接到流體供應源30，而形成於頂環體2的外部處的通道(供應口)13係透過通道23連接到流體供應源30。開關閥V1及壓力調節器R1係設置於通道21中，而開關閥V3及壓力調節器R3係設置於通道23中。扣件室9係形成於扣環3正上方，並且該扣件室9係經由管道25連接至流體供應源30。開關閥V5及壓力調節器R5係設置於管道25中。壓力調節器R1、R3、R5以及開關閥V1、V3、V5係連接至控制器33，並且壓力調節器R1、R3、R5以及開關閥V1、V3、V5的操作係由該控制器33所控制。
第5A圖及第5B圖為顯示半導體晶圓W藉由第4圖所示地建構之頂環1而被研磨之方式的剖面圖。
用以在真空狀態下夾持半導體晶圓W的頂環1係降低至該頂環的預定研磨位置，接著同時打開開關閥V1及開關閥V3。增壓流體係從通道(供應口)11及通道(供應口)13同時供給至壓力室5A的中央部份及周部。因此，位於半導體晶圓W之上表面(背面)處的彈性膜4被膨脹而將該半導體晶圓W的下表面壓抵於研磨墊101的研磨面101a。在此時，如果研磨墊101在其表面沒有凹溝或沒有足夠的凹溝數目或沒有足夠的凹溝深度時，如第5A圖所示，氣體或漿料將被限制於研磨墊101的研磨面101a與半導體晶圓W之間，因此當施加研磨壓力至半導體晶圓W時，該半導體晶圓W可能造成比平常大的變形，結果該半導體晶圓W將破裂或破損。
反之，當在真空狀態下夾持半導體晶圓W的頂環1降低至頂環的預定位置時，彈性膜4會膨脹，控制器33打開開關閥V1，並且從通道(供應口)11供應增壓流體至壓力室5A的中央部份，而只膨脹該彈性膜4的中央部份。因此，半導體晶圓W下表面的中央部份乃與研磨墊101的研磨面101a接觸並且被壓抵於該研磨墊101的研磨面101a。接下來，經短暫時間後，例如，在控制器33打開開關閥V1後的一至三秒內，控制器33會打開開關閥V3並且從通道(供應口)13供應增壓流體至壓力室5A的周部以膨脹該彈性薄薄膜4的周部。因此，半導體晶圓W下表面的周部被壓抵於研磨墊101的研磨面101a。以此方式，藉由先使半導體晶圓W的中央部份與研磨面接觸，然後將該半導體晶圓W的中央部份壓抵於研磨面，如第5B圖所示，氣體或漿料不會被限制於研磨墊101的研磨面101a與半導體晶圓W之間，因此即使施加研磨壓力，該半導體晶圓W不會造成比平常大的變形。因此，能實質上避免在半導體晶圓W與研磨面101a接觸之後，在開始研磨該半導體晶圓時由於比平常大的變形造成該半導體晶圓W破裂或破損。
第6圖為顯示頂環1的另一變形例的剖面圖，該頂環係構成用以夾持半導體晶圓W作為待研磨對象並將該半導體晶圓W壓抵於研磨台的研磨面之研磨頭。
如第6圖所示的實施形態中，單一壓力室5A係形成於彈性膜4的上表面與頂環體2的下表面之間。在本實施形態中，通道(供應口)11係只形成於頂環體2的中央部份。通道(供應口)11係經由管道21連接到流體供應源30，而開關閥V1及壓力調節器R1係設置於通道21中。
如第6圖所示的實施形態中，當彈性膜4被膨脹時，控制器(未圖示)打開開關閥V1，並且從通道(供應口)11供應增壓流體至壓力室5A的中央部份。因此，彈性膜4的中央部份先被膨脹以使半導體晶圓W下表面的中央部份先與研磨面101a接觸。接下來，增壓流體流向彈性膜4的周部，並且在經短暫時間後，半導體晶圓W的周部才與研磨面101a接觸。以此方式，藉由使半導體晶圓W之中央部份先與研磨面接觸，再將該半導體晶圓的中央部份壓抵於研磨面，如第6圖所示，則氣體或漿料不會被限制於研磨墊101的研磨面101a與半導體晶圓W之間，所以即使施加研磨壓力，該半導體晶圓W也不會造成比平常大的變形。因此，能實質上避免在半導體晶圓W與研磨面101a接觸之後，在開始研磨該半導體晶圓時由於比平常大的變形造成該半導體晶圓W破裂或破損。
在第2圖到第6圖所示的實施例中，壓力調節器R1至R5及開關閥V1至V5係分開設置。然而，如果壓力調節器R1至R5配置成具有開關閥的功能俾在零到期望值的範圍來調整壓力值時，那麼開關閥將可被免除。
接下來，將參考第7圖描述根據本發明第二態樣的研磨裝置的研磨頭。第7圖為顯示頂環1的剖面圖，該頂環係構成研磨頭，而該研磨頭則用以夾持半導體晶圓W作為待研磨對象並將該半導體晶圓W壓抵於研磨台上的研磨面。如第7圖所示，頂環1包括頂環體2、扣環3以及彈性膜4，該彈性膜4係以與第2圖所示之頂環1相同的方式附設於該頂環體2之下表面。彈性膜4具有複數個同心之分隔壁4a，而圓形中央室5、環狀波紋室(ripple chamber)6、環狀外圍室7及環狀邊緣室(edge chamber)8係藉由同心分隔壁4a而定義在彈性膜4之上表面與頂環體2之下表面之間。更詳而言之，中央室5係定義在頂環體2的中央部份，而波紋室6、外圍室7及邊緣室8係以同心方式從頂環體2的中央部份到外周部份依序定義。連通中央室5之通道11、連通波紋室6之通道12，連通外圍室7之通道13以及連通邊緣室8之通道14係形成於頂環體2中。通道11、12、13、及14分別透過個別的管道21、22、23及24而連接至流體供應源30。再者，開關閥V1、V2、V3及V4，以及壓力調節器R1、R2、R3及R4係設置於個別的管道21、22、2a及24中。
再者，扣件室9係形成於扣環3之正上方，並且該扣件室9係經由形成於頂環體2中的通道15及包含管件、連接器等等的管道25而連接至流體供應源30。開關閥V5及壓力調節器R5係設置於管道25中。壓力調節器R1、R2、R3、R4及R5具有用以調整從流體供應源30分別供應至中央室5、波紋室6、外圍室7、邊緣室8及扣件室9的增壓流體壓力的調節功能。壓力調節器R1、R2、R3、R4及R5以及開關閥V1、V2、V3、V4及V5係連接至控制器33，並且該壓力調節器R1、R2、R3、R4及R5以及開關閥V1、V2、V3、V4及V5的操作係由該控制器33所控制。
如第7圖所示的頂環1中，環狀隔膜10係由黏著劑等而固定於彈性膜的下表面(在晶圓夾持面側)，其係位於從波紋室6及外圍室7兩室之間的邊界20至該彈性膜4的內周側與外周側的預定區域。隔膜10包含具有10毫米或更小厚度的薄板，較佳是大約0.5毫米到大約2毫米的厚度，並且由諸如聚醚醚酮(polyether ether ketone：PEEK)、聚苯硫醚(polyphenylene sulfide：PPS)及聚醯亞胺(polyimide)中之一種樹脂、諸如不銹鋼及鋁之金屬、以及諸如氧化鋁、氧化鋯(zirconia)、碳化矽及氮化矽之陶瓷所構成。更詳而言之，隔膜10係由具有比彈性膜更高剛性(rigidity)的材料所組成，並且覆蓋位於從波紋室6及外圍室7兩室之間的邊界20至該彈性膜4的內周側與外周側而不小於L=10毫米之該彈性膜4的區域。
在這樣的配置下，可確保一接受壓力區，使得波紋室6中的壓力及外圍室7中的壓力充分地施加於隔膜10。具體而言，隔膜10具有充分的壓力接受區，使得供應至兩相鄰區域之增壓流體壓力能施加於該隔膜10。剛性係定義為材料對於外力的變形阻力，並且也稱為堅硬度(stiffness)。具有比彈性膜4更高剛性的材料係定義為具有比彈性膜4更少彈性變形的材料，以及定義為具有比彈性膜4更大的縱向彈性係數的材料。
用於彈性膜4中的橡膠材料的縱向彈性係數一般係在1到10Mpa範圍內，其中，隔膜10的縱向彈性係數較佳為1Gpa或更大。
隔膜10以彈性膜26覆蓋，使得隔膜10的下表面(晶片夾持面)不會直接與半導體晶圓W接觸。彈性膜26覆蓋該隔膜10的下表面及彈性膜4的整個下表面。彈性膜26與隔膜10的接觸面係藉由黏著劑等而互相固定，而且該彈性膜26及彈性膜4的接觸面係藉由黏著劑等而互相固定。因為彈性膜26的下表面構成用以夾持半導體晶圓W的夾持面，所以該彈性膜26在有隔膜存在的區域係薄的，而在隔膜10不存在的區域係厚的，使得該彈性膜26的整個下表面係在相同高度。彈性膜26係由高度堅固耐久的橡膠材料所組成，諸如乙烯-丙烯橡膠(ethytene propylene rubber：EPDM)、聚胺甲酸酯橡膠(polyurethane rubber)、矽橡膠(silicone rubber)等所組成。
接下來，將參考第8A圖及8B圖描述具有如第7圖所示之隔膜10的頂環1的操作。
第8A圖為顯示沒有隔膜10之頂環1的的操作之示意圖。如第8A圖所示，波紋室6的壓力與外圍室7的壓力(外圍室7的壓力大於波紋室6的壓力)之間在邊界20處有壓力差。因此，如第8A圖的下方部份所示，研磨壓力有梯狀差異，所以在兩鄰近區域之間的邊界20處產生研磨速率差異。
第8B圖為顯示具有隔膜10的頂環1的操作示意圖。如第8B圖所示，波紋室6的壓力與外圍室7的壓力(外圍室7的壓力大於波紋室6的壓力)之間在邊界20處有壓力差。然而，如第8B圖的下方部份所示，研磨壓力以及因此介於兩鄰近區域之間的邊界20處的研磨速率係從外圍室7側到波紋室6側逐漸降低。更詳而言之，藉由設置隔膜10，研磨壓力(研磨速率)的梯度在兩鄰近區域之間的邊界20處可以緩和。
接下來，將參考第9A、9B及9C圖描述藉由設置隔膜10能夠使兩鄰近區域之間的邊界20處的研磨壓力(研磨速率)的梯度和緩的原因。第9A圖及第9B圖顯示在沒有隔膜10時的壓力分佈情況及半導體晶圓W的變形情況，而第9C圖顯示在有隔膜10時的壓力分佈情況及半導體晶圓W的變形情況。在第9A圖至第9C圖中所顯示的所有情形中，來自半導體晶圓W背面之研磨壓力與由於該研磨壓力造成研磨墊101變形而產生的反斥壓力會達到平衡。
(1)在均勻壓力的情形下
如第9A圖所示，當施加均勻壓力(背面壓力)於半導體晶圓W時，由研磨墊101變形所產生的反斥壓力會變得均勻。
(2)在有壓力分佈的情形下
如第9B圖所示，在有分佈壓力施加於半導體晶圓W的情形下，在背面壓力低的位置，研磨墊101的變形量係小的，而在背面壓力高的位置研磨墊101的變形量係大的。當半導體晶圓W的剛性為低時，該半導體晶圓W容易變形，因此該半導體晶圓W的變形為局部發生，而且在該研磨墊101的狹窄區域研磨墊101的變形量會變化。所以，在壓力邊界及其附近研磨壓力分佈會劇烈地變化。
(3)在有壓力分佈且有隔膜10的情形下
在情形(3)中的背面壓力係與情形(2)相同的。在情形(3)中，背面壓力及由研磨墊101的變形所產生的反斥壓力係以與情形(2)相同的方式達到平衡。在情形(3)中施加於半導體晶圓W表面的研磨壓力分佈係不同於情形(2)，但是在情形(3)中反斥壓力的積分值(integrated value)係與在情形(2)中的反斥壓力相同。在遠離壓力邊界的位置處的研磨壓力變成與情形(2)的研磨壓力相同。因此，研磨墊101的變形量變得與情形(2)中的變形量相同。在該半導體晶圓W之上表面的隔膜10的存在會具有如半導體晶圓W的剛性增加時的效應。因此，局部區域的半導體晶圓W的變形量變少，而經歷變形的區域會擴大。
在情形(3)中，研磨墊101在壓力邊界及其附近的變形量梯度係比在情形(2)中和緩。然後，研磨壓力的分佈係和緩地變化。
再者，固定於彈性膜4的隔膜10的寬度(L)從兩相鄰區域之間的邊界20至該彈性膜4的內周側與外周側不小於10毫米的原因如下：在壓力邊界及其附近所產生的研磨壓力的分佈的階梯(step)寬度一般大約為10毫米，因此隔膜10的寬度(L)從兩相鄰區域之間的邊界20至彈性膜4的內周側與外周側較佳為不小於10毫米。
如第7圖所示的實施形態中，隔膜10係固定於彈性膜4的下表面(在晶圓夾持面側)，其從波紋室6及外圍室7兩室之間的邊界20至該彈性膜4的內周側與外周側不小於10毫米。然而，環狀隔膜10可固定於彈性膜4的下表面(在晶圓夾持面側)，其從中央室5及波紋室6兩室之間的邊界20至該彈性膜4的內周側與外周側則不小於10毫米。再者，環狀隔膜10可固定於彈性膜4的下表面(在晶圓夾持面側)，其從外圍室7及邊緣室8兩室之間的邊界20至該彈性膜4的內周側與外周側不小於10毫米。再者，隔膜10可固定於彈性膜4的整個下表面。在此情形中，能夠和緩在兩相鄰空間(亦即兩相鄰區域)之間的所有邊界20處的研磨壓力(研磨速率)的梯度。
第10圖為顯示根據本發明第二態樣的頂環之更具體例的剖面圖。在第10圖所示的實施例中，為了詳細顯示彈性膜4，並未圖示頂環體2及扣環3。
如第10圖所示的彈性膜4中，因為彈性膜4需要均勻地膨脹，並且需要形成用以將該彈性膜4固定至頂環體2的部份，所以用以分隔兩鄰近區域(兩壓力室)的複數個同心分隔壁4a具有複雜的形狀。藉由這些分隔壁4a，圓形中央室5、環狀波紋室6、環狀外圍室7及環狀邊緣室8係形成於彈性膜4的上表面及頂環體(未圖示)的下表面之間。更詳而言之，中央室5係形成於頂環體的中央部份，而波紋室6、外圍室7及邊緣室8係以同心的方式從彈性膜4的中央部份至外周部份依序定義。在頂環體中，與各壓力室連通之通道係以如第7圖所示的實施例相同的方式形成。雖然沒有顯示於第10圖中，但中央室5、波紋室6、外圍室7及邊緣室8係以如第7圖的實施例相同的方式，經由開關閥V1至V5及壓力調節器R1至R5連接到流體供應源30。
在第10圖所示的頂環1中，隔膜10係固定於彈性膜4的整個下表面。隔膜10係由諸如聚醚醚酮(polyether ether ketone：PEEK)、聚苯硫醚(polyphenylene sulfide：PPS)及聚醯亞胺(polyimide)其中之一種樹脂、諸如不銹鋼或鋁之金屬、以及諸如氧化鋁、氧化鋯(zirconia)、碳化矽及氮化矽之陶瓷所組成。隔膜10係以彈性膜26覆蓋，使得隔膜10的下表面(晶圓夾持面)不直接與半導體晶圓W接觸。彈性膜26係藉由黏著劑等固定於隔膜10的整個下表面，使得隔膜10的整個下表面被彈性膜26覆蓋住。因為彈性膜26構成用以夾持半導體晶圓W之夾持面，所以彈性膜26係由高度堅固與耐久的橡膠，諸如乙烯-丙烯橡膠(ethylene propylene rubber：EPDM)、聚胺甲酸酯橡膠(polyurethane rubber)或矽橡膠(silicone rubber)等所組成。
如第10圖所示，在隔膜10設置於彈性膜4的整個下表面之上的情形下，當兩鄰近室的壓力間有壓力差時，研磨壓力以及因此在兩相鄰室之間的所有邊界20處的研磨速率會從其中一室側(較高壓力側)逐漸降低至另一室側(較低壓力側)。更詳而言之，藉由提供隔膜10，能夠在兩相鄰區域之間的邊界20處和緩研磨壓力(研磨速率)的梯度。
在第10圖中，顯示於彈性膜26中形成有複數個凹洞26h用以在真空狀態下夾持半導體晶圓W，且顯示於隔膜10中形成有複數個凹洞10h用以連通該凹洞26h與形成於彈性膜4中的複數個凹洞4h。
以下參考第11圖至第15圖詳細描述適用於根據本發明第一及第二態樣的研磨裝置中使用的頂環1。第11圖至第15圖為顯示沿著頂環1的複數個徑向的頂環1的例子的剖面圖。
如第11圖至第15圖所示，頂環1基本上包括用於將半導體晶圓W壓抵於研磨面101a的頂環體2，以及用以直接按壓該研磨面101a的扣環3。頂環體2包括圓形板形狀的上構件300、附設於該上構件300之下表面的中間構件304、以及附設於該中間構件304之下表面的下構件306。扣環3係附設於上構件300的外周部份。如第12圖所示，上構件300係由螺栓308連接至頂環軸111。再者，中間構件304係由螺栓309固定於上構件300，而下構件306係由螺栓310固定於上構件300。頂環體2包括上構件300、中間構件304以及由諸如工程塑膠(例如PEEK)的樹脂所製成的下構件306。
如第11圖所示，頂環1具有附設於下構件306之下表面的彈性膜4。該彈性膜4係與由頂環1所夾持的半導體晶圓之背面接觸。彈性膜4係藉由徑向向外配置之環狀邊緣夾持器316以及徑向向內配置之環狀波紋夾持器318及319而夾持在下構件306之下表面上。彈性膜4係由高度堅固及耐久的橡膠材料諸如乙烯-丙烯橡膠(ethylene propylene rubber：EPDM)、聚胺甲酸酯橡膠(polyurethane rubber)、矽橡膠(silicone rubber)等所製成。
邊緣夾持器316係由波紋夾持器318所夾持，並且該波紋夾持器318係藉由複數個擋止器320夾持於下構件306的下表面上。如第12圖所示，波紋夾持器319係藉由複數個擋止器322夾持於下構件306的下表面上。擋止器320及擋止器322係以相同間隔沿著頂環1之周方向配置。
如第11圖所示，中央室5係形成於彈性膜4的中央部份。波紋夾持器319具有連通中央室5的通道324。下構件306具有連通通道324的通道325。波紋夾持器319的通道324及下構件306的通道325係連接至流體供應源(未圖示)。因此，增壓流體係從通道325及324供應至由彈性膜4形成的中央室5。
波紋夾持器318具有用以將彈性膜4的波紋314b及邊緣314c壓抵於下構件306之下表面的爪部318b和318c。波紋夾持器319具有用以將彈性膜4的波紋314a壓抵下構件306之下表面的爪部319a。
如第13圖所示，環狀波紋室6係形成於彈性膜的波紋314a及波紋314b之間。間隙314f係形成於彈性膜4的波紋夾持器318及波紋夾持器319之間。下構件306具有連通該間隙314f的通道342。再者，如第11圖所示，中間構件304具有通道344連通下構件306之通道342。環狀凹溝347係形成於介於下構件306的通道342及中間構件304的通道344之間的連接部份。下構件306的通道342係透過環狀凹溝347及中間構件304的通道344連至流體供應源(未圖示)。因此，增壓流體係從這些通道供應至波紋室6。再者，通道342係選擇性地連至真空泵(未圖示)。當真空泵運作時，半導體晶圓藉由吸力被吸至彈性膜4的下表面，藉此抓緊該半導體晶圓。
如第14圖所示，波紋夾持器318具有與由彈性膜4的波紋314b及邊緣314c所形成的環狀外圍室7連通的通道326。再者，下構件306具有透過連接器327而與波紋夾持器318的通道326連通的通道328。中間構件304具有與下構件306的通道328連通的通道329。波紋夾持器318的通道326係透過下構件306的通道328及中間構件304的通道329連接至流體供應源(未圖示)。因此，增壓流體係從這些通道被供應至由彈性膜4所形成的外圍室7。
如第15圖所示，邊緣夾持器316具有用以夾持彈性膜4的邊緣314d於下構件306的下表面上的爪部。邊緣夾持器316具有與由彈性膜4的邊緣314c及314d形成的環狀邊緣室8連通的通道334。下構件306具有與邊緣夾持器316的通道334連通的通道336。中間構件304具有與下構件306的通道336連通的通道338。邊緣夾持器316的通道334係透過下構件306的通道336及中間構件304的通道338連接至流體供應源(未圖示)。因此，增壓流體係從這些通道被供應至由彈性膜4所形成的邊緣室8。中央室5、波紋室6、外圍室7、邊緣室8及扣件室9係以如第7圖所示的實施形態中相同的方式，經由壓力調節器R1至R5(未圖示)及開關閥V1至V5(未圖示)連接至流體供應源。
如上所述，在根據本實施形態的頂環1中，用以將半導體晶圓壓抵於研磨墊101的按壓力可藉由被供應至形成於彈性膜4及下構件306(例如中央室5、波紋室6、外圍室7及邊緣室8)之間的個別壓力室的流體壓力之調整，而在半導體晶圓的局部區域處受到調整。
第16圖為第13圖中所顯示的扣環3的放大圖。扣環3用於夾持半導體晶圓的周邊。如第16圖所示，扣環3包括：圓筒體400，呈圓筒狀且具有上端閉口；夾持器402，附設於該圓筒體400之上部份；彈性膜404，藉由該夾持器402夾持於該圓筒體400中；活塞406，連接至該彈性膜404的下端；以及環狀構件408，其係藉由該活塞406而向下按壓。
環狀構件408包括：連接至活塞406的上環狀構件408a、以及與研磨墊101接觸的下環狀構件408b。上環狀構件408a及下環狀構件408b係藉由複數個螺栓409而連結。上環狀構件408a係由諸如SUS之金屬材料或諸如陶瓷的材料所製成，而下環狀構件408b係由諸如PEEK或PPS的樹脂材料所製成。
如第16圖所示，夾持器402具有與由彈性膜404所形成的扣件室9連通的通道412。上構件300具有與夾持器402的通道412連通的通道414。夾持器402的通道412係透過上構件300的通道414連接至流體供應源(未圖示)。因此，增壓流體係從通道414及412被供應至扣件室9。據此，藉由調整被供應至扣件室9的流體壓力，彈性膜404可被擴張及收縮而垂直移動活塞406。因此，扣環3的環狀構件408可在期望之壓力下被壓抵於研磨墊101。
在已說明的例子中，彈性膜404使用由具有彎曲部份的彈性膜所形成的轉動隔膜。當由轉動隔膜所定義的內部壓力改變時，該轉動隔膜的彎曲部份被轉動以拓寬該室。該隔膜不會滑動接觸於外部組件，並且當該室被拓寬時，該隔膜難以被擴張及收縮。因此，由於滑動接觸所生的磨擦力可以大幅降低，而能延長隔膜的生命週期。再者，可精確調整扣環3按壓研磨墊101的按壓力。
基於上述配置，只有扣環3的環狀構件408可被降低。因此，即使扣環3的環狀構件408磨損，亦可於下構件306及研磨墊101之間維持一固定的距離。再者，因為與研磨墊101接觸之環狀構件408以及圓筒體400係由可變形的彈性膜404連接，所以不會有偏位負載(offset load)所產生的彎曲。因此，可使由扣環3產生的表面壓力均勻化，而該扣環3變得更可能跟隨該研磨墊101。
再者，如第16圖所示，扣環3具有環狀的扣環導引件410，其係用以引導環狀構件408的垂直移動。環狀扣環導引件410包括：外周部份410a，其係位於環狀構件408的外周側以便圍繞環狀構件408之上部份的整個周圍；內周部份410b，其係位於環狀構件408之內周側；以及中間部份410c，其係組構成連結該外周部份410a與該內周部份410b。扣環導引件410的內周部份410b係利用複數個螺栓411固定於頂環1的下構件306。組構成連結外周部份410a與內周部份410b的中間部份410c具有複數個開口410h，該複數個開口410h係朝該中間部份410c的圓周方向以相等間距形成。
第17圖顯示扣環導引件410及環狀構件408的組構。如第17圖所示，中間部份410c係形成環狀而成為整個圓周連續的元件，並且具有朝該中間部份410c之圓周方向以相等間隔形成的複數個圓弧開口410h。在第17圖中，圓弧開口410h係用虛線表示。
另一方面，環狀構件408的上環408a包括：形成環形而成為整個圓周連續的元件的下環部份408a1；以及從該下環部份408a1朝圓周方向以相等間隔向上突出的複數個上圓弧部份408a2。各個上圓弧部分408a2通過圓弧開口410h並且連結至活塞406(請參閱第16圖)。
如第17圖所示，由SUS等所製成的薄金屬環430係安裝在下環部份408b上。塗層430c係形成於金屬環430之外周表面上，該塗層430c係以由諸如聚四氟乙烯(polytetrafluoroetbytene：PTFE)或PTFE之填充物填充的樹脂材料(諸如PEEK-PPS)所組成。諸如PTFE或PEEK-PPS的樹脂材料包括具有低摩擦係數的低摩擦材料，並且具有極佳的滑動特性。該低摩擦材料係定義為具有0.35或更小的低摩擦係數的材料。較佳為具有0.25或更小的摩擦係數的低摩擦材料。
另一方面，扣環導引件410之外周部份410a的內周面係構成與塗層430c滑動接觸的引導面410g。引導面410g藉由鏡面處理而具有改善的表面粗糙度。鏡面處理係定義為包括研磨、研光(lapping)及擦光(buffing)。
如第17圖所示，因為由SUS等所製成的金屬環430係安裝在下環狀構件408b上，該下環狀構件408b具有改良的剛性。因此，即使環狀構件408b的溫度因為環狀構件408b與研磨面101a之間的滑動接觸而增加，仍可抑制下環狀構件408b的熱變形。因此，介於金屬環430和下環狀構件408b的外周面與扣環導引件410之外周部份410a的內周面之間的間隙可被縮窄，並且可抑制由環狀構件408在該間隙中的移動造成扣環導引件410與環狀構件408之間碰撞時所產生的異常的噪音或振動。再者，因為形成於金屬環430之外周面上的塗層430c係由低摩擦材料製成，而扣環導引件410的引導面410g藉由鏡面處理而具有改善的表面粗糙度，介於下環狀構件408b及扣環導引件410之間的滑動特性可被改善。因此，能夠顯著增強環狀構件408對於研磨面的跟隨能力，並且可將扣環之理想表面壓力施加於研磨面。
在第17圖所示的實施形態中，金屬環430係塗有諸如PTFE或PEEK-PPS的低摩擦材料。然而，諸如PTFE或PEEK-PPS的低摩擦材料可藉由塗佈或黏著的方式直接提供於下環狀構件408b的外周面上。再者，環狀的低摩擦材料可藉由雙面膠帶而提供於下環狀構件408b的外周面上。再者，低摩擦材料可提供於扣環導引件410上，而鏡面處理可施加於下環狀構件408b。
再者，扣環導引件410及下環狀構件408b兩者的滑動接觸面可予以鏡面處理，用以改善下環狀構件408b及扣環導引件410之間的滑動特性。以此方式，藉由將鏡面處理施加於扣環導引件410及下環狀構件408b兩者的滑動接觸面，能夠顯著增強環狀構件408對於研磨面的跟隨能力，並且可將扣環之理想表面壓力施加於研磨面。
第18圖為第13圖中所示的扣環之B部份的放大圖，而第19圖為從第18圖的XIX-XIX線觀察之圖。如第18及第19圖所示，實質上垂直延伸而長橢圓形的凹溝418係形成於扣環3的環狀構件408的上環狀構件408a的外周面。複數個長橢圓形凹溝418係以相等間隔形成於上環狀構件408a的外周面。再者，朝內徑向突出的複數個驅動梢349係提供於扣環導引件410的外周部份410a上。驅動梢349係組構成分別與環狀構件408的長橢圓形凹溝418囓合。環狀構件408及驅動梢349係可在長橢圓形凹溝418中相對於彼此垂直地滑動，而頂環體2的旋轉係藉由驅動梢349從上構件300及扣環導引件410傳遞至扣環3，用以一體地旋轉頂環體2及扣環3。橡膠軟墊350係設置於驅動梢349的外周面上，以及由諸如PTFE或PEEK-PPS的低摩擦材料所製成的軸環351係設置於橡膠軟墊350上。再者，鏡面處理係施加於長橢圓形凹溝418的內表面用以改善與由低摩擦材料所製成的軸環351滑動接觸的長橢圓形凹溝418之內表面的表面粗糙度。
以此方式，根據本實施例，由低摩擦材料所製成的軸環351係設置於驅動梢349上，而鏡面過程係施加於與軸環351滑動接觸的長橢圓形凹溝418之內表面，因此加強了驅動梢349及環狀構件408之間的滑動特性。因此，能夠增強環狀構件408對於研磨面的跟隨能力，並且可將扣環之理想表面壓力施加於研磨面。鏡面處理可施加於驅動梢349，而低摩擦材料可設於與該驅動梢349囓合的環狀構件408的長橢圓形凹溝418上。
如第11圖至第18圖所示，可朝垂直方向擴張及收縮的連接板420係設於環狀構件408之外周面與扣環導引件410的下端之間。連接板420被配置成得以填充環狀構件408與扣環導引件410之間的縫隙。因此，連接板係用以避免研磨液(漿較)被導引到環狀構件408與扣環導引件410之間的間隙。包括帶狀之可彎曲構件的帶件421係設置於圓筒體400的外周面與扣環導引件410的外周面之間。帶件421係配置成得以覆蓋圓筒體400與扣環導引件410之間的縫隙。因此，帶件421係用以避免研磨液(漿料)被導引至圓柱體400與扣環導引件410之間的縫隙。
彈性膜4包括在彈性膜4的邊緣(外圍)314d處將該彈性膜4連接至扣環3的密封部份422。該密封部份422具有向上彎曲的形狀。該密封部份422係配置成得以填充彈性膜4與環狀構件408之間的縫隙。該密封部份422係由可變形的材料所組成。該密封部份422係用以避免研磨液被引導至彈性膜4與環部份408之間的縫隙，同時允許頂環體2及扣環3可相對於彼此而移動。在本實施例中，密封部份422係與彈性膜4之邊緣314d一體形成並具有U型的剖面。
如果沒有設置連接板420、帶件421及密封部份422，研磨液可能會被導引至頂環1的內部，從而阻止頂環1的頂環體2及扣環3的正常操作。在本實施例中，連接板420、帶件421及密封部份422係用以避免研磨液被導引至頂環1的內部。因此，能夠正常地操作頂環1。彈性膜404、連接板420及密封部份422係由十分堅固及耐久材料，諸如乙烯-丙烯橡膠(ethylene propylene rubber：EPDM)、聚胺甲酸酯橡膠(polyurethane rubber)、矽橡膠(silicone rubber)等所製成。
在根據本實施形態的頂環1中，用以將半導體晶圓壓抵於研磨面的按壓力係受到供應至由彈性膜4所形成的中央室5、波紋室6、外圍室7及邊緣室8的流體壓力所控制。因此，在研磨期間，下構件306應位在向上遠離研磨墊101之處。然而，如果扣環3磨損時，半導體晶圓與下構件306之間的距離會變化，從而改變彈性膜4的變形方式。因此，於半導體晶圓上的表面壓力分佈也會變化。此種表面壓力分佈的變化會造成被研磨的半導體晶圓的不穩定的剖面輪廓(profile)。
在上述例子中，因為扣環3可獨立於下構件306而垂直地移動，所以即使扣環3的環狀構件408磨損，仍可於半導體晶圓及下構件306之間維持一固定的距離。因此，能夠穩定被研磨的半導體晶圓的剖面輪廓。
如果本發明的第一態樣係應用至如第11圖至第19圖的頂環1，則中央室5、波紋室6、外圍室7、邊緣室8以及扣件室9可經由開關閥V1至V5(未圖示)以及壓力調節器R1至R5(未圖示)而連接至流體供應源30(未圖示)，並且開關閥V1至V5及壓力調節器R1至R5的操作可以如第7圖所示實施態樣中之相同方式藉由控制器33所控制。接下來，控制器33首先開啟開關閥V1，並從流體供應源30供應增壓流體至中央室5，用以只膨脹彈性膜4的中央部份。因此，半導體晶圓W下表面的中央部份會與研磨墊101的研磨面101a接觸並且被壓抵於研磨墊101的研磨面101a。接下來，在控制器33打開開關閥V1之後，經短暫時間後，控制器33依序打開開關閥V2、V3及V4，並且以從頂環體2的中央部份至周部依序供應增壓流體至波紋室6、外圍室7以及邊緣室8，用以膨脹彈性膜4的周部。因此，半導體晶圓W下表面的周部被壓抵於研磨墊101的研磨面101a。以此方式，藉由使半導體晶圓W的中央部份先與研磨面接觸，然後將該半導體晶圓的中央部份壓抵於研磨面，則氣體或漿料不會被限制於研磨墊101的研磨面101a及半導體晶圓W之間，即使施加研磨壓力時，該半導體晶圓W也不可能造成比平常大的變形。因此，在半導體晶圓W與研磨面接觸之後半導體晶圓開始研磨時，可避免半導體晶圓W的破裂或破損。
如果本發明的第二態樣應用至如第11圖至第19圖所示的頂環1，則隔膜10可固定於彈性膜4的整個下表面以及彈性膜26可如第10圖中實施形態的相同方式固定於隔膜10的下表面(晶圓夾持面)。該隔膜10係由諸如聚醚醚酮(polyether ether ketone：PEEK)、聚苯硫醚(polyphenylene sulfide：PPS)及聚醯亞胺(polyimide)之其中一種樹脂、諸如不銹鋼及鋁之金屬、以及諸如氧化鋁、氧化鋯(zirconia)、碳化矽及氮化矽之陶瓷所製成。以此方式，藉由在彈性膜4的整個下表面上設置隔膜10，當兩鄰近室的壓力之間存在有壓力差時，研磨壓力以及因此在兩相鄰區域之間的所有邊界20的研磨速率會從一側(較高壓力側)逐漸降低至另一側(較低壓力側)。更詳而言之，藉由設置隔膜10，可以和緩在兩相鄰區域之間的所有邊界處的研磨壓力(研磨速率)的梯度。
隔膜10可固定於彈性膜4的下表面，其係以與第7圖中所示實施形態相同方式，從波紋室6及外圍室7兩室之間的邊界20至該彈性膜4的內周側與外周側不小於10毫米。再者，隔膜10可固定於彈性膜4的下表面，其從中央室5及波紋室6兩室之間的邊界20至該彈性膜4的內周側與外周側不小於10毫米，或從外圍室7及邊緣室6兩室之間的邊界20至該彈性膜4的內周側與外周側不小於10毫米。
雖然已顯示及詳細描述本發明之特定較佳實施形態，但本領域之技術人員會瞭解，在不悖離申請專利範圍的範疇下，根據上述說明，尚可進行多種變化與修改。
1．．．頂環
2．．．頂環體
3．．．扣環
4．．．彈性膜
4a．．．圓形分隔壁
5．．．圓形中央室(中央室)
5A．．．單一壓力室(壓力室)
6．．．環狀波紋室(波紋室)
7．．．環狀外圍室(外圍室)
8．．．環狀邊緣室(邊緣室)
9．．．扣件室
10．．．環狀隔膜(隔膜)
11、12、13、14、15．．．通道
21、22、23、24、25．．．管路
26．．．彈性膜
26h．．．凹洞
30．．．流體供應源
33．．．控制器
100．．．研磨台
100a．．．台軸
101．．．研磨墊
101a．．．研磨面
102．．．研磨液供應噴管
110．．．頂環頭
111．．．頂環軸
112．．．旋轉套筒
113．．．正時皮帶輪
114．．．頂環馬達
115．．．正時皮帶
116．．．正時皮帶輪
117．．．頂環頭軸
124．．．垂直移動機構
125．．．旋轉接頭
126．．．軸承
128．．．橋臂部
129．．．支撐座
130．．．支撐柱
132．．．滾珠螺桿
132a．．．螺桿軸
132b．．．螺帽
138．．．交流伺服馬達
300．．．上構件
304．．．中間構件
306．．．下構件
308、309、310．．．螺栓
314a．．．波紋
314b．．．波紋
314c．．．邊緣
314d．．．邊緣
314f．．．間隙
316．．．邊緣夾持器
318、319．．．波紋夾持器
318b、318c．．．爪部
320、322．．．擋止器
324、325、326、328、329、334．．．通道
327．．．連接器
342、344．．．通道
347．．．環狀凹溝
349．．．驅動梢
350．．．橡膠軟墊
351．．．軸環
400．．．圓筒體
402．．．夾持器
404．．．彈性膜
406．．．活塞
408．．．環狀構件
409．．．螺栓
408a1．．．下環部份
408a2．．．上圓弧部分
410．．．環狀扣環導引件
410a．．．外周部份
410b．．．內周部份
410c．．．中間部份
410h．．．開口
410g．．．引導面
418．．．長橢圓形凹溝
420．．．連接板
421．．．帶件
422．．．密封部份
430．．．金屬環
430c．．．塗層
Q．．．研磨液
R1、R2、R3、R4、R5．．．壓力調節器
V1、V2、V3、V4、V5．．．開關閥
W．．．半導體晶圓
第1圖為顯示根據本發明實施形態之研磨裝置的整體結構示意圖；
第2圖為顯示根據本發明第一態樣之頂環的剖面圖，該頂環構成用以夾持作為待研磨對象之半導體晶圓並且將該半導體晶圓壓抵於研磨台上的研磨面之研磨頭；
第3A圖及第3B圖為顯示半導體晶圓藉由如第2圖所示的頂環而予以研磨之方式的剖面圖；
第4圖為頂環之變化實施形態的剖面圖，該頂環係構成用以夾持作為待研磨對象之半導體晶圓並且將該半導體晶圓壓抵於研磨台上的研磨面之研磨頭；
第5A圖及第5B圖為顯示半導體晶圓藉由如第4圖所示的頂環而予以研磨之方式的剖面圖；
第6圖為頂環之另一變化實施形態的剖面圖，該頂環係構成用以夾持作為待研磨對象之半導體晶圓並且將該半導體晶圓壓抵於研磨台上的研磨面之研磨頭；
第7圖為顯示根據本發明第二態樣之頂環的剖面圖，該頂環係構成用以夾持作為待研磨對象之半導體晶圓並且將該半導體晶圓壓抵於研磨台上的研磨面之研磨頭；
第8A圖為顯示沒有隔膜的頂環的操作之示意圖；
第8B圖為顯示有隔膜的頂環的操作之示意圖；
第9A圖及第9B圖顯示沒有隔膜時半導體晶圓的壓力分佈狀況及變形狀況；
第9C圖顯示有隔膜時半導體晶圓的壓力分佈狀況及變形狀況；
第10圖為顯示根據本發明第二態樣之頂環的更具體例的剖面圖；
第11圖為顯示適用於本發明第一及第二態樣的頂環之結構例的剖面圖；
第12圖為顯示適用於本發明第一及第二態樣的頂環之結構例的剖面圖；
第13圖顯示適用於本發明第一及第二態樣的頂環之結構例的剖面圖；
第14圖為顯示適用於本發明第一及第二態樣的頂環之結構例的剖面圖；
第15圖為顯示適用於本發明第一及第二態樣的頂環之結構例的剖面圖；
第16圖為顯示第13圖中的扣環之A部份的放大圖；
第17圖為顯示扣環導件及環狀構件的組構圖；
第18圖為顯示第13圖中的扣環的B部份的放大圖；以及
第19圖為從第18圖的XIX-XIX線觀察的圖。
1．．．頂環
100．．．研磨台
100a．．．台軸
101．．．研磨墊
101a．．．研磨面
102．．．研磨液供應噴管
110．．．頂環頭
111．．．頂環軸
112．．．旋轉套筒
113．．．正時皮帶輪
114．．．頂環馬達
115．．．正時皮帶
116．．．正時皮帶輪
117．．．頂環頭軸
124．．．垂直移動機構
125．．．旋轉接頭
126．．．軸承
128．．．橋臂部
129．．．支撐座
130．．．支撐柱
132．．．滾珠螺桿
132a．．．螺桿軸
132b．．．螺帽
Q．．．研磨液
W．．．半導體晶圓

Claims (20)

  1. 一種研磨裝置，用以研磨基板，包括：具有研磨面的研磨台；研磨頭，係具有至少一個彈性膜，該彈性膜係組構形成被供應以增壓流體的複數個壓力室，且該彈性膜係組構成當該等壓力室被供應以增壓流體時，在流體壓力下將該基板壓抵於該研磨面；以及控制器，係用以控制該增壓流體對該等壓力室的供應；其中，該控制器係控制該增壓流體的供應，使得在該基板與該研磨面接觸時，該增壓流體先被供應到位於該基板中央部份的壓力室，然後再將該增壓流體供應到位於在該基板之中央部份的該壓力室的徑向外側的壓力室。
  2. 如申請專利範圍第1項之研磨裝置，其中，該控制器係控制該研磨頭，以將該研磨頭降低到預定研磨位置，該預定研磨位置係定義為在該基板中央部份的該壓力室被供應該增壓流體之前，在由該研磨頭所夾持之該基板的下表面與該研磨面之間形成間隙的位置。
  3. 如申請專利範圍第2項之研磨裝置，其中，該研磨頭包括：頂環體，該彈性膜係附設於該頂環體；以及扣環，設置於該頂環體之周部；以及其中，當該研磨頭被降低到該預定研磨位置時，該扣環係與該研磨面接觸。
  4. 一種研磨裝置，用以研磨基板，包括：具有研磨面的研磨台；研磨頭，係具有至少一個彈性膜，該彈性膜係組構形成被供應以增壓流體的壓力室，且該彈性膜係組構成當該壓力室被供應以增壓流體時，在流體壓力下將該基板壓抵於該研磨面；以及控制器，係用以控制該增壓流體對該壓力室的供應；其中，該控制器係控制該增壓流體的供應，使得在該基板與該研磨面接觸時，該增壓流體先從位於對應於該基板之中央部份的位置處的供應口供應到該壓力室，然後該增壓流體再從位於對應於該基板之中央部份的位置處的該供應口之徑向外側的的供應口供應到該壓力室。
  5. 如申請專利範圍第4項之研磨裝置，其中，該控制器係控制該研磨頭，以將該研磨頭降低到預定研磨位置，該預定研磨位置係定義為在該壓力室被供應該增壓流體之前，在由該研磨頭所夾持之該基板的下表面與該研磨面之間形成間隙的位置。
  6. 如申請專利範圍第5項之裝置，其中，該研磨頭包括：頂環體，該彈性膜係附設於該頂環體；以及扣環，設置於該頂環體之周部；以及其中，當該研磨頭被降低到該預定研磨位置時，該扣環係與該研磨面接觸。
  7. 一種研磨基板的方法，包括下列步驟：藉由研磨頭夾持基板，並藉由該研磨頭使該基板與研磨台之研磨面接觸，該研磨頭具有複數個由彈性膜形成的壓力室；以及藉由供應增壓流體至該等壓力室而將該基板壓抵於該研磨面以研磨該基板；其中，在該基板與該研磨面接觸時，該增壓流體係先被供應到位於該基板之中央部份的該壓力室，然後再將該增壓流體供應到位於該基板之中央部份的該壓力室之徑向外側的壓力室。
  8. 如申請專利範圍第7項之方法，復包括：將該研磨頭降低到預定研磨位置，該預定研磨位置係定義為在該基板之中央部份的該壓力室被供應該增壓流體之前，在由該研磨頭所夾持之該基板的下表面與該研磨面之間形成有間隙的位置。
  9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中，該研磨頭包括：頂環體，該彈性膜係附設於該頂環體；以及扣環，設置於該頂環體之周部；以及其中，當該研磨頭被降低到該預定研磨位置時，該扣環係與該研磨面接觸。
  10. 一種研磨基板的方法，包括下列步驟：藉由研磨頭夾持基板，並藉由該研磨頭使該基板與研磨台之研磨面接觸，該研磨頭具有由彈性膜所形成的壓力室；以及 藉由從複數個供應口供應增壓流體至該壓力室而將該基板壓抵於該研磨面以研磨該基板，該複數個供應口設置於對應於該基板之不同徑向位置的位置處；其中，當該基板與該研磨面接觸時，該增壓流體係先從位於對應於該基板之中央部份的該供應口供應到該壓力室，然後再將該增壓流體從位於對應於該基板之中央部份的該供應口的徑向外側的供應口供應到該壓力室。
  11. 如申請專利範圍第10項之方法，復包括：將該研磨頭降低到預定研磨位置，該預定研磨位置係定義為在該壓力室被供應該增壓流體之前，在由該研磨頭所夾持之該基板的下表面與該研磨面之間形成間隙的位置。
  12. 如申請專利範圍第11項之方法，其中，該研磨頭包括：頂環體，該彈性膜係附設於該頂環體；以及扣環，設置於該頂環體之周部；以及其中，當該研磨頭被降低到該預定研磨位置時，該扣環係與該研磨面接觸。
  13. 一種研磨裝置，用以研磨基板，包括：具有研磨面的研磨台；研磨頭，係具有至少一個彈性膜，該彈性膜組構形成被供應以增壓流體的複數個壓力室，該彈性膜係組構成當該等壓力室被供應以增壓流體時，在流體壓力下將該基板壓抵於該研磨面；以及 隔膜，係組構成覆蓋至少該彈性膜的部份並延伸於兩鄰近壓力室上，該隔膜係由具有比該彈性膜更高剛性的材料所組成；其中，該隔膜具有從該兩鄰近壓力室之間的邊界至該彈性膜的內周側與外周側不小於10毫米的區域；其中，當該等壓力室未被供給增壓流體時，該隔膜係實質上為平坦者。
  14. 如申請專利範圍第13項之裝置，其中，該隔膜係固定在該彈性膜。
  15. 如申請專利範圍第13項之裝置，其中，該隔膜由：包括聚醚醚酮(polyether ether ketone：PEEK)、聚苯硫醚(polyphenylene sulfide：PPS)或聚醯亞胺(polyimide)中之一種樹脂；包括不銹鋼或鋁之金屬；以及包括氧化鋁、氧化鋯(zirconia)、碳化矽或氮化矽之陶瓷所組成。
  16. 如申請專利範圍第15項之裝置，其中，該彈性膜係由乙烯-丙烯橡膠(ethylene/propylene rubber：EPDM)、聚胺甲酸酯橡膠(polyurethane rubber)或矽橡膠(silicone rubber)所組成。
  17. 如申請專利範圍第13項之裝置，其中，該隔膜係組構成覆蓋該彈性膜之實質上整個表面。
  18. 如申請專利範圍第13項之裝置，復包括組構成覆蓋該隔膜的第二彈性膜，該第二彈性膜係構成用以接觸並夾持該基板的基板夾持面。
  19. 如申請專利範圍第18項之裝置，其中，該第二彈性膜延伸在該隔膜及組構形成該壓力室之該彈性膜上。
  20. 一種研磨裝置，用以研磨基板，包括：其上具有研磨面的台；用以將該基板夾持並壓抵於該研磨面的頭，該頭具有用以形成複數個凹部之至少一薄膜，增壓流體可被分別地供應到該複數個凹部，以便將該基板壓抵於該研磨面；用以調整該增壓流體的壓力的調整組件；以及用以控制用以調整該增壓流體之壓力的該調整組件的控制組件，藉以分別控制該增壓流體對該等複數個凹部之供應；其中，用以控制用以調整該增壓流體之壓力的該調整組件的該控制組件係可操作成，避免當該基板首度與該研磨面接觸時，用以調整該增壓流體壓力的該調整組件供應該增壓流體至位於該薄膜邊緣附近的至少一個凹部。
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