TWI486232B - 基板磨光方法及裝置 - Google Patents

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Description

基板磨光方法及裝置
本發明大致上是關於磨光方法及裝置，且尤關於用來將例如半導體晶圓的待磨光的物件(基板)磨光成平坦的鏡面光澤(flat mirror finish)的磨光方法及裝置。
近幾年來，半導體裝置的高積體化與高密度化急需接線圖案(wiring pattern)或互連(interconnection)的微型化以及在該裝置中之互連層的數量的增加。由於較低互連層上的表面不平整，所以在較小電路中具有多層互連層的裝置的趨勢一般是加寬階梯(step)的寬度，造成平坦度的下降。在形成薄膜的製程中，互連層數量的增加可能會惡化覆蓋於階梯形組構(stepped configuration)上方之塗膜(film coating)(階梯覆蓋(step coverage))的品質。簡言之，首先，高度分層之多層互連的出現需要能夠達到改善的階梯覆蓋與適當表面的新的平坦化製程。其次，這趨勢與如下所述的另一理由需要一種能夠平坦化半導體裝置的表面的新製程：半導體裝置的表面需要被平坦化，使得半導體裝置的表面上的不平整階梯將落入聚焦深度(depth of focus)內。因此，具有微型化之光微影製程的光微影光學系統的聚焦深度愈小，在平坦化製程後就需要更精確平坦的表面。
因此，在半導體裝置的製造過程中，平坦化半導體裝置的表面變得愈來愈重要。最重要的平坦化技術之一者是化學機械磨光(chemical mechanical polishing，簡稱CMP)。所以，已有利用化學機械磨光裝置來對半導體晶圓的表面進行平坦化。在化學機械磨光裝置中，當包含有例如二氧化矽(SiO2 )的研磨顆粒(abrasive particle)於其中的磨光液體供應至例如磨光墊的磨光表面上時，例如半導體晶圓的基板會與磨光表面滑動接觸，使得基板被磨光。
此類的磨光裝置包含：磨光臺(polishing table)，具有由磨光墊所形成的磨光表面；以及基板保持裝置(稱作頂環(top ring)或磨光頭(polishing head)，用以保持例如半導體晶圓的基板。當藉由此種磨光裝置來磨光半導體晶圓時，半導體晶圓被保持住並被基板保持裝置以預定的壓力壓抵磨光墊的磨光表面。於此同時，磨光臺與基板保持裝置相對彼此地移動以使半導體晶圓與磨光表面滑動接觸，使得半導體晶圓的表面被磨光成平坦的鏡面光澤。
就習知之基板保持裝置而言，已經有廣為使用的所謂的浮動式頂環(floating-type top ring)，其中，彈性膜被固定至夾持板(chucking plate)，而例如氣體的流體被供應至形成於該夾持板上方的壓力室(pressure chamber)(加壓室(pressurizing chamber))與由該彈性膜所形成的壓力室，以藉由該彈性膜在流體壓力作用下將半導體晶圓壓抵磨光墊。在浮動式頂環中，夾持板係藉由於夾持板上方的加壓室的壓力與於夾持板下方的膜的壓力之間的平衡來浮動，以便以適當的加壓力量來將基板壓向磨光表面上，進而磨光半導體晶圓。在此頂環中，當開始施加壓力至半導體晶圓或在磨光後進行真空夾持(vacuum-chucking)半導體晶圓的動作時，將進行下列操作：當開始施加壓力至半導體晶圓時，加壓室被加壓，藉由膜來保持半導體晶圓的夾持板係被降低以使磨光墊、半導體晶圓與膜彼此緊密接觸。接著，將所需壓力施加至膜，且在那之後或同時地，將加壓室的壓力調節成不大於膜壓力，進而容許夾持板浮動。半導體晶圓在此狀態下被磨光。在此情況下，先降低夾持板以致使磨光墊、半導體晶圓與膜能彼此緊密接觸的原因是在於要避免在半導體晶圓與膜之間的加壓流體洩漏。如果在沒有致使磨光墊、半導體晶圓與膜能彼此緊密接觸的狀態下施加壓力至膜，則半導體晶圓與膜之間會產生間隙，而加壓流體會經由該間隙而洩漏。
再者，如果在磨光時，加壓室的壓力不小於膜壓力，則夾持板會局部地按壓半導體晶圓，而半導體晶圓上的薄膜在局部區域會被過度磨光。因此，加壓室的壓力被調節成不大於膜壓力，進而容許夾持板浮動。接著，在磨光之後，在真空夾持半導體晶圓時，加壓室被加壓以降低夾持板，且致使磨光墊、半導體晶圓與膜彼此緊密接觸。在此狀態下，藉由在膜上方產生真空以將半導體晶圓真空夾持至膜。
如上所述，在具有夾持板的浮動式頂環中，當開始施加壓力至半導體晶圓、或在磨光後真空夾持半導體晶圓至膜時，有必要藉由在加壓室的壓力與膜壓力之間的平衡來控制夾持板的垂直位置。然而，在使用此浮動式頂環時，因為壓力平衡控制夾持板的位置，所以難以用高度微型化與多層元件的近代製程所需的標準來精確控制夾持板的垂直位置。再者，當開始施加壓力至半導體晶圓或在磨光後真空夾持半導體晶圓時，由於加壓室的充氣或放氣製程的延長，所以具有大體積的加壓室需要足夠長的時間，而對於室的體積則會有下限(lower limit)以用於如上所述之適當的平衡。這被認為阻礙了磨光裝置的生產率的改進。此外，在浮動式頂環中，隨著扣環(retainer ring)的不斷磨損，在磨光表面與夾持板的下表面之間的距離會縮短，且膜在垂直方向上的膨脹與收縮總量會局部改變，因而導致磨光輪廓的改變。
因此，近年來，以精確的標準自磨光表面對載體(頂環本體)(該載體作為膜的支撐構件)的垂直位置具有改良之可控制性的頂環已經被使用成為一替代方案。頂環的垂直運動通常藉由伺服馬達與滾珠螺桿(ball screw)來進行，而因此能立即定位載體(頂環本體)在預定的高度處。當開始施加壓力至半導體晶圓或在磨光後真空夾持半導體晶圓時，相對於習知頂環，這會縮短操作的時間，而因此相對於浮動式頂環是能改善磨光裝置的生產力。再者，在此頂環(也就是膜式頂環)中，因為載體距離磨光表面的垂直位置可精確控制，所以半導體晶圓的周緣部分的磨光輪廓可不藉由例如浮動式頂環的平衡來調整，而是藉由調節膜的膨脹來調整。此外，因為扣環可獨立於載體而垂直移動，所以即使扣環已磨損，載體距離磨光表面的垂直位置是不受影響。據此，扣環的壽命可顯著延長。
在此類頂環中，當開始施加壓力至半導體晶圓或在磨光後真空夾持半導體晶圓時，慣例將進行下列操作：當開始施加壓力至半導體晶圓時，載體或在真空下藉由膜來保持半導體晶圓的頂環是被降低至磨光墊上。此時，頂環移動至在後續磨光製程中可得到所需磨光輪廓的高度。通常，在具有良好彈性的膜式頂環中，因為半導體晶圓的周邊部分(周緣部分)容易被磨光，所以希望施加至半導體晶圓的壓力應該藉由升高頂環的高度以擴張膜而造成的損失(loss)來減小。具體來說，頂環典型地降低至在半導體晶圓與磨光墊之間的間隙約1毫米(mm)的高度。其後，將半導體晶圓壓向磨光表面並進行磨光。在磨光之後，真空夾持半導體晶圓至頂環，同時頂環維持相同於磨光時的高度。然而，以此方式來實施的習知磨光方法在一開始會有下列預料之外的問題。
當開始施加壓力至半導體晶圓時，在半導體晶圓與磨光墊之間的間隙可能導致半導體晶圓的變形。此變形可達到嚴重的程度且與對應於在半導體晶圓與磨光墊之間的間隙大小成比例。因此，在此情況下，施加至半導體晶圓的應力會增加，導致形成於半導體晶圓上的細小互連的損壞增加或半導體晶圓本身的毀壞。另一方面，當在磨光後真空夾持半導體晶圓時，如果從在載體的下表面與膜的上表面之間有間隙的狀態，藉由在膜的上方產生真空以將半導體晶圓附著至載體，則半導體晶圓的變形數量相較於對應於在載體的下表面與膜的上表面之間的間隙的數量是變得更大。因此，施加至半導體晶圓的應力會增加，且在操作膜式頂環的一些情況中會損壞半導體晶圓。然而，迄今仍無法成功克服避免此種缺陷。首先，要不形成間隙是不成功的：當施加壓力至半導體晶圓或真空夾持半導體晶圓時，如果頂環降低至在半導體晶圓與磨光墊之間幾乎沒有間隙或致使半導體晶圓局部接觸磨光墊的位置，則會過度磨光半導體晶圓上的薄膜或於最糟的情況下將損壞半導體晶圓本身。
其次，在日本早期公開專利公報第2005-123485號中所揭露且已經被使用來在從頂環釋放半導體晶圓時減少施加至半導體晶圓的應力的釋放噴嘴(release nozzle)可被認為是替代方案。該釋放噴嘴做為用以藉由排出在半導體晶圓的背表面與膜之間的加壓流體以協助從頂環釋放半導體晶圓的協助機構。在此情況下，半導體晶圓從扣環的底表面被向下推出以從膜移開半導體晶圓的周邊部分，且接著在半導體晶圓的周邊部分與膜之間排出加壓流體。因此，當半導體晶圓從頂環釋放時，有必要藉由對膜加壓以使膜膨脹，如日本早期公開專利公報第2005-123485號中所見者。該釋放噴嘴也揭露在第7,044,832號美國專利中。如於此美國專利中所公開揭露，當釋放半導體晶圓時，膨脹(加壓)囊袋，且接著在半導體晶圓的周緣部分與囊袋分離的狀態中進行淋浴(shower)(詳見第10欄的第6至15行及第2A圖)。具體來說，上述兩者公開案中，膜會被膨脹以將半導體晶圓的周緣部分與膜分離，且噴灑淋浴至間隙中。然而，當這些公開案中的膜如所建議地被加壓與膨脹時，局部變化的向下力量會施加至基板。據此，應力容易依據膜的膨脹來局部施加至半導體晶圓，而損壞形成於半導體晶圓上的細小互連、或在使用這些習知具有噴嘴的頂環的最壞情況下會損毀半導體晶圓本身。故需要有用來達到精確平坦度與高產出量這兩者的平坦化製程，且減少由於平坦化製程而造成的基板缺陷。
本發明係鑑於上述缺點而產生。因此本發明之目的係提供一種基板磨光方法與裝置，其可獲得高產出量、減低基板(例如半導體晶圓)的變形與施加於該基板的應力以避免該基板的缺陷產生或該基板的損壞，進而磨光該基板、真空夾持該基板至頂環並以安全的方式從該頂環釋放該基板。
為了達到上述目的，根據本發明的第一態樣，係提供一種以磨光裝置磨光基板的方法，該磨光裝置包括：具有磨光表面的磨光臺、用以保持基板與將該基板壓抵磨光表面的頂環、以及用以在垂直方向上移動該頂環的可垂直移動機構，該方法包括：在將該基板壓抵該磨光表面之前移動該頂環至第一高度；以及在將該基板壓抵該磨光表面後移動該頂環至第二高度。
根據本發明的該第一態樣，在將該基板(例如半導體晶圓)壓抵該磨光臺的磨光表面前，該頂環降低至在該基板與磨光表面之間的間隙(clearance)是小的第一高度。當該頂環位於第一高度處時，開始施加壓力並使該基板與磨光表面接觸及壓抵磨光表面。因為在開始施加壓力的時候，在該基板與磨光表面之間的間隙是小的，所以該基板的變形容差(deformation allowance)可為小，而因此可抑制該基板的變形。在此之後，該頂環被移動至所需的第二高度。
在本發明的較佳態樣中，該頂環包括：至少一個彈性膜，組構成形成用以被供應加壓流體的壓力室；以及頂環本體，用以保持該膜，該膜係組構成在該壓力室供應有該加壓流體時以流體壓力將該基板壓抵該磨光表面。而該第一高度是等於膜高度，其範圍是在0.1至1.7毫米(mm)之間，該膜高度是定義為在該基板附著至該膜並由該膜所保持的狀態中的在該基板與磨光表面之間的間隙。
在將該基板壓抵該磨光表面之前，在該基板附著至該頂環並由該頂環所保持(在下文中也稱作「該基板被真空夾持至該頂環」)的狀態中，在該基板與該磨光表面之間的間隙變成該膜高度。
在本發明的較佳態樣中，該第一高度是等於膜高度，其範圍是在0.1至0.7毫米之間，該膜高度是定義為在該基板附著至該膜並由該膜所保持的狀態中的在該基板與磨光表面之間的間隙。
在本發明的較佳態樣中，該頂環包括：至少一個彈性膜，組構成形成用以被供應加壓流體的壓力室；以及頂環本體，用以保持該膜，該膜係組構成在該壓力室供應有該加壓流體時以流體壓力將該基板壓抵該磨光表面。而該第二高度是等於膜高度，其範圍是在0.1至2.7毫米之間，該膜高度是定義為在藉由該膜將該基板壓抵該磨光表面的狀態中的在該頂環本體與膜之間的間隙。
在將該基板壓抵該磨光表面的狀態中，該膜高度(也就是該膜與該頂環(載體)之間的間隙)變成「第二高度」。為了使該膜高度不超過1毫米，需要更精確的控制器，而因為此種高度是在平坦化製程中的可能誤差範圍內，所以使該膜高度不超過1毫米並不合理。再者，在使該膜高度不小於2.7毫米的情況下，已經發現是不可能或不足以完成適當的全面性平坦化。因此，需要該膜高度是在0.1至2.7毫米的範圍中。
在本發明的較佳態樣中，該第二高度是等於膜高度，其範圍是在0.1至1.2毫米之間，該膜高度是定義為在藉由該膜將該基板壓抵該磨光表面的狀態中的在該頂環本體與膜之間的間隙。
在本發明的較佳態樣中，該方法復包括偵測該基板壓抵該磨光表面的步驟。
在本發明的較佳態樣中，在偵測該基板壓抵該磨光表面後，移動該頂環至該第二高度。
在本發明的較佳態樣中，使用用以旋轉該磨光臺的馬達、設在該磨光臺的渦電流感測器、設在該磨光臺的光學感測器的至少一個電流數值的改變、以及用以旋轉該頂環的馬達的電流數值改變，以便偵測該基板壓抵該磨光表面。
在本發明的較佳態樣中，用以在垂直方向上移動該頂環的可垂直移動機構包括滾珠螺桿與用以旋轉該滾珠螺桿的馬達；以及使用用以旋轉該滾珠螺桿的馬達的電流數值改變，以便偵測該基板壓抵該磨光表面。
在本發明的較佳態樣中，該頂環包括：至少一個彈性膜，組構成形成用以被供應加壓流體的壓力室；以及頂環本體，用以保持該膜，該膜係組構成在該壓力室供應有該加壓流體時以流體壓力將該基板壓抵該磨光表面。使用供應至該壓力室的加壓流體的壓力改變或流速改變，以便偵測該基板壓抵該磨光表面。
根據本發明的第二態樣，提供一種藉由磨光裝置來磨光基板的方法，該磨光裝置包括：具有磨光表面的磨光臺、用以保持基板與將該基板壓抵磨光表面的頂環、以及用以在垂直方向上移動該頂環的可垂直移動機構，該方法包括：在將該基板壓抵該磨光表面之前移動該頂環至預定高度；以第一壓力將該基板壓抵該磨光表面，同時維持該頂環在該預定高度處；以及在以第一壓力將該基板壓抵該磨光表面後，藉由以高於該第一壓力的第二壓力將該基板壓抵該磨光表面來磨光該基板。
根據本發明的該第二態樣，在將該基板壓抵該磨光臺的磨光表面之前，降低該頂環至預定高度。當該頂環是位在該預定高度處時，開始以該第一壓力來施加壓力，以使該基板接觸該磨光表面，且將該基板壓抵該磨光表面。具體而言，在開始施加壓力的時候，是以低壓力的該第一壓力來加壓該基板，以使該基板接觸該磨光表面，進而使得在該基板接觸該磨光表面時該基板的變形量較小。在此之後，以高於該第一壓力的該第二壓力來將該基板壓抵該磨光表面，進而執行用以磨光該基板的實質磨光製程。該實質磨光製程係指超過20秒的磨光製程，且可存在複數個實質磨光製程。在此實質製程期間，供應磨光液或化學液至該磨光墊上，將該基板壓抵該磨光表面且與該磨光表面滑動接觸，進而磨光該基板或清潔該基板。該第一壓力係較佳在50百帕至200百帕(hPa)的範圍中，且更佳為大約100百帕。該第一壓力應該是能使該膜被向下壓的最佳壓力，使得該基板與該磨光表面接觸，同時維持該頂環在固定高度處。然而，在不大於50百帕的壓力下，加壓速度會變慢，且相較於在不小於200百帕的壓力下，該基板更被加壓，而因此在該基板接觸該磨光表面時使該基板變形。該第二壓力是在10百帕至1000百帕的範圍中，且較佳為30百帕至500百帕。應該考慮表面狀況(也就是光滑度)以及該基板或晶圓的材料來決定其範圍。
在本發明的較佳態樣中，該頂環包括至少一個彈性膜，組構成形成用以被供應加壓流體的壓力室；以及頂環本體，用以保持該膜，該膜係組構成在該壓力室供應有該加壓流體時以流體壓力將該基板壓抵該磨光表面。該預定高度是等於膜高度，其範圍是在0.1至2.7毫米之間，該膜高度是定義為在藉由該膜將該基板附著至該膜且由該膜所保持的狀態中的在該基板與該磨光表面之間的間隙。
在本發明的較佳態樣中，該預定高度是等於膜高度，其範圍是在0.1至1.2毫米之間，該膜高度是定義為在該基板附著至該膜並由該膜所保持的狀態中的在該基板與磨光表面之間的間隙。
在本發明的較佳態樣中，該第一壓力是不大於在磨光製程中的的該第二壓力的一半。
在本發明的較佳態樣中，該第一壓力是大氣壓力。
在本發明的較佳態樣中，該方法復包括偵測該基板壓抵該磨光表面的步驟。
在本發明的較佳態樣中，在偵測該基板壓抵該磨光表面後，以該第二壓力將該頂環壓抵該磨光表面。
在本發明的較佳態樣中，使用用以旋轉該磨光臺的馬達、設在該磨光臺的渦電流感測器、設在該磨光臺的光學感測器的至少一個電流數值的改變、以及用以旋轉該頂環的馬達的電流數值改變，以便偵測該基板壓抵該磨光表面。
在本發明的較佳態樣中，用以在垂直方向上移動該頂環的可垂直移動機構包括滾珠螺桿與用以旋轉該滾珠螺桿的馬達；以及使用用以旋轉該滾珠螺桿的馬達的電流數值改變，以便偵測該基板壓抵該磨光表面。
在本發明的較佳態樣中，該頂環包括：至少一個彈性膜，組構成形成用以被供應加壓流體的壓力室；以及頂環本體，用以保持該膜，該膜係組構成在該壓力室供應有該加壓流體時以流體壓力將該基板壓抵該磨光表面。使用供應至該壓力室的加壓流體的壓力改變或流速改變，以便偵測該基板壓抵該磨光表面。
根據本發明的第三態樣，提供一種藉由磨光裝置來磨光基板的方法，該磨光裝置包括：具有磨光表面的磨光臺、用以保持基板與將該基板壓抵磨光表面的頂環、以及用以在垂直方向上移動該頂環的可垂直移動機構，該方法包括：在將該基板壓抵該磨光表面之前移動該頂環至預定高度；以預定壓力按壓該基板以使該基板接觸該磨光表面，同時維持該頂環在該預定高度處；以及在開始磨光時偵測該基板與該磨光表面的接觸，並改變該磨光狀況至下一個磨光狀況。
根據本發明的該第三態樣，在將該基板壓抵該磨光臺的磨光表面之前，將該頂環降低至預定高度。當該頂環位在該預定高度處時，以該預定壓力開始施加壓力至該基板並使該基板接觸該磨光表面。在開始磨光時，偵測到該基板與該磨光表面的接觸，且改變該磨光狀況至下一個磨光狀況，使得用以將該基板壓抵該磨光表面的磨光壓力被改變成所需的數值或者將該頂環升高至所需高度。
在本發明的較佳態樣中，使用用以旋轉該磨光臺的馬達、設在該磨光臺的渦電流感測器、設在該磨光臺的光學感測器的至少一個電流數值的改變、以及用以旋轉該頂環的馬達的電流數值改變，以便偵測該基板與該磨光表面的接觸。
在本發明的較佳態樣中，用以在垂直方向上移動該頂環的可垂直移動機構包括滾珠螺桿與用以旋轉該滾珠螺桿的馬達；以及使用用以旋轉該滾珠螺桿的馬達的電流數值改變，以便偵測該基板與該磨光表面的接觸。
在本發明的較佳態樣中，該頂環包括：至少一個彈性膜，組構成形成用以被供應加壓流體的壓力室；以及頂環本體，用以保持該膜，該膜係組構成在該壓力室供應有該加壓流體時以流體壓力將該基板壓抵該磨光表面。使用供應至該壓力室的加壓流體的壓力改變或流速改變，以便偵測該基板與該磨光表面的接觸。
根據本發明的第四態樣，提供一種藉由磨光裝置來磨光基板的方法，該磨光裝置包括：具有磨光表面的磨光臺、用以保持基板與將該基板壓抵磨光表面的頂環、以及用以在垂直方向上移動該頂環的可垂直移動機構，該方法包括：在該基板接觸該磨光表面的狀態中，移動該頂環至預定高度；以及在移動該頂環之後或移動該頂環的同時，將該基板從該磨光表面附著至該頂環並藉由該頂環保持該基板。
根據本發明的第四態樣，在完成在該磨光表面上的該基板處理後及當真空夾持該基板至該頂環時，移動該頂環，且從在用以真空夾持該基板的該基板保持表面與該頂環本體(載體)的表面之間有小間隙的狀態開始真空夾持該基板。據此，因為在真空夾持該基板前的間隙是小的，該基板的變形容差是小的，因而該基板的變形量可為極小。
在本發明的較佳態樣中，該頂環包括：至少一個彈性膜，組構成形成用以被供應加壓流體的壓力室；以及頂環本體，用以保持該膜，該膜係組構成在該壓力室供應有該加壓流體時以流體壓力將該基板壓抵該磨光表面。該預定高度是等於膜高度，其範圍是在0.1至1.7毫米之間，該膜高度是定義為在藉由該膜將該基板壓抵該磨光表面的狀態中的在該頂環本體與該膜之間的間隙。
在本發明的較佳態樣中，該預定高度是等於膜高度，其範圍是在0.1至1.0毫米之間，該膜高度是定義為在藉由該膜將該基板壓抵該磨光表面的狀態中的在該頂環本體與該膜之間的間隙。
在本發明的較佳態樣中，該可垂直移動機構包括用以在垂直方向上移動該頂環的滾珠螺桿及用以旋轉該滾珠螺桿的馬達。
在本發明的較佳態樣中，該可垂直移動機構包括含有用以量測該磨光表面的高度的感測器的機構。
根據本發明的第五態樣，提供一種用以磨光基板的裝置，該裝置包括：具有磨光表面的磨光臺；頂環，係組構成藉由基板保持表面來保持該基板的背表面且藉由扣環來保持該基板的外周邊周緣，並組構成將該基板壓抵該磨光表面；可垂直移動機構，係組構成在垂直方向上移動該頂環；以及推桿(pusher)，係組構成將該基板轉移至該頂環或從該頂環轉移該基板；其中，該推桿能將該扣環的底表面向上推動至高於在從該頂環接收該基板前的該基板保持表面的位置。
根據本發明的第五態樣，在從該頂環接收該基板前抬昇該推桿，且該扣環的底表面是藉由該推桿來推動並因而定位在高於該頂環的該基板保持表面的垂直位置處。所以，外露出在該基板與該基板保持表面之間的邊界。接著，舉例來說，在該基板與該基板保持表面之間可排出加壓流體，以釋放該基板。因此，在釋放的時候可減低施加至該基板的應力。
在本發明的較佳態樣中，該頂環具有用以被供應加壓流體的扣環室(retainer ring chamber)，該扣環室係組構成在供應該加壓流體於該扣環室時，以流體壓力將該扣環壓抵該磨光表面；且該扣環室可連接至真空源。
在本發明的較佳態樣中，該推桿包括用以在該基板保持表面與該基板之間排出加壓流體的噴嘴，而藉由從該噴嘴排出的加壓流體從該基板保持表面移開該基板。
在本發明的較佳態樣中，該頂環包括：至少一個彈性膜，組構成形成用以被供應加壓流體的複數個壓力室；以及頂環本體，用以保持該膜，該膜係組構成在該複數個壓力室供應有該加壓流體時以流體壓力將該基板壓抵該磨光表面。當將該基板從構成該基板保持表面的該膜移開時，該基板是在所有該複數個壓力室沒被加壓的狀態中被移開。
根據本發明，可只藉由來自該推桿的噴嘴的加壓流體的影響而不對該膜加壓的方式來移開該基板。因此，可減低施加至該基板的應力。
根據本發明的第六態樣，提供一種用以磨光基板的裝置，該裝置包括：具有磨光表面的磨光臺；頂環，係組構成藉由基板保持表面來保持該基板的背表面且藉由扣環來保持該基板的外周邊周緣，並組構成將該基板壓抵該磨光表面；以及可垂直移動機構，係組構成在垂直方向上移動該頂環；其中，該頂環包括：至少一個彈性膜，組構成形成用以被供應加壓流體的複數個壓力室；以及頂環本體，用以保持該膜，該膜係組構成在該複數個壓力室供應有該加壓流體時以流體壓力將該基板壓抵該磨光表面；且其中，當將該基板從構成該基板保持表面的該膜移開時，在真空狀態中加壓該複數個壓力室之至少一者且減壓該複數個壓力室之至少一者。
根據本發明的第六態樣，當為了從該膜移開該基板而加壓該壓力室時，該膜持續被膨脹至該基板黏附至該膜的狀態中的大程度，而因此施加至該基板的應力會變大。因此，在加壓該等壓力室的至少一者的情況中，為了避免該膜持續被膨脹至該基板黏附至該膜的狀態中，減壓除了已加壓的壓力室之外的壓力室的至少一者，以抑制該膜的膨脹。
根據本發明的第七態樣，提供一種用以磨光基板的裝置，該裝置包括：具有磨光表面的磨光臺；頂環，係組構成藉由基板保持表面來保持該基板的背表面且藉由扣環來保持該基板的外周邊周緣，並組構成將該基板壓抵該磨光表面；可垂直移動機構，係組構成在垂直方向上移動該頂環；其中，該頂環包括：至少一個彈性膜，組構成形成用以被供應加壓流體的壓力室；以及頂環本體，用以保持該膜，該膜係組構成在該等壓力室供應有該加壓流體時以流體壓力將該基板壓抵該磨光表面；且其中，該可垂直移動機構是可操作成在該扣環接觸該磨光表面的狀態中將該頂環從第一位置移動至第二位置；該第一位置是定義為在該基板附著至該膜並由該膜所保持的狀態中在該基板與該磨光表面之間有間隙的位置；該第二位置是定義為在藉由該膜將該基板壓抵該磨光表面的狀態中在該頂環本體與該膜之間有間隙的位置。
根據本發明的第七態樣，在將例如半導體晶圓的基板壓抵該磨光臺的磨光表面之前，將該頂環降低至在該基板與該磨光表面之間的間隙為小的該第一位置。當該頂環位在該第一位置處時，開始施加壓力且使該基板接觸該磨光表面並壓抵該磨光表面。因為在開始施加壓力時的在該基板與該磨光表面之間的間隙是小的，該基板的變形容差可為小，而因此可抑制該基板的變形。在此之後，移動該頂環至該第二位置。
在本發明的較佳態樣中，該裝置復包括扣環導引件(retainer ring guide)，其固定至該頂環本體且組構成與該扣環的環構件(ring member)滑動接觸，以導引該環構件的移動；以及連接板(connection sheet)，係設於該環構件與該扣環導引件之間。
根據本發明，該連接板是用來防止磨光液(漿(slurry))被引進至在該環構件與該扣環導引件之間的間隙中。
在本發明的較佳態樣中，該裝置復包括用以被供應加壓流體的扣環室，該扣環室係組構成在當該扣環室供應有該加壓流體時以流體壓力將該扣環壓抵該磨光表面，該扣環室係形成在固定至該頂環本體的圓柱中；扣環導引件，其固定至該頂環本體且組構成與於該扣環的環構件滑動接觸，以導引該環構件的移動；以及包括帶狀的彈性構件的帶件(band)，其設於該圓柱與該扣環導引件之間。
根據本發明，該帶件是用來防止磨光液(漿)被引進至在該圓柱與該扣環導引件之間的間隙中。
在本發明的較佳態樣中，該膜包含密封構件(seal member)，其在該膜的周緣處連接該膜至該扣環。
根據本發明，該密封構件是用來防止磨光液被引進至在該彈性膜與該環構件之間的間隙中，同時容許該頂環本體與該扣環彼此相對移動。
在本發明的較佳態樣中，藉由徑向地配置在該膜的外部的環狀周緣保持器(annular edge holder)及徑向地配置在該周緣保持器的內部的環狀波紋保持器(annular ripple holder)來將該膜保持在該頂環本體的下表面上。
在本發明的較佳態樣中，藉由複數個止動器(stopper)來將該波紋保持器保持在該頂環本體的下表面上。
如上所述，根據本發明，當開始施加壓力至該基板以磨光該基板時，真空夾持該基板至該頂環、或從該頂環釋放該基板，可抑制該基板的變形並可減低施加至該基板的應力。因此，可防止該基板的缺陷的產生或該基板的損壞，進而磨光該基板，真空夾持該基板至該頂環並以安全的方式從該頂環釋放該基板。
當結合藉由範例的方式以說明本發明的較佳實施例的所附圖式時，從下列描述中，本發明的上述與其他目的、特徵、與優點將變得顯而易見。
根據本發明的實施例的磨光裝置將參照第1至30圖在下面描述。全部圖式的相似或對應的部分是用相近或對應的元件符號來標示且將不在下面重複描述。
第1圖是顯示根據本發明的實施例的磨光裝置的整體結構的示意圖。如第1圖所示，該磨光裝置包括磨光臺100、以及構成磨光頭的頂環1，該磨光頭是用以保持基板(例如作為待磨光之物件的半導體晶圓)並將該基板壓抵該磨光臺100上的磨光表面。
該磨光臺100經由臺軸(table shaft)100a以耦接至配置在該磨光臺100下方的馬達(未圖示)。因此，該磨光臺100是可繞著該臺軸100a旋轉。磨光墊101是附著至該磨光臺100的上表面。該磨光墊101的上表面101a構成磨光表面以磨光半導體晶圓。磨光液供應嘴(未圖示)是設於該磨光臺100上方，以供應磨光液至該磨光臺100上的磨光墊101上。
該頂環1是連接至頂環軸18的下端，且該頂環軸18是藉由可垂直移動機構240以相對於頂環頭16而可垂直地 移動。當該可垂直移動機構240將該頂環軸18垂直移動時，該頂環1整個地抬升與降低，以相對於該頂環頭16來定位。藉由供電給頂環旋轉馬達(未圖示)可旋轉該頂環軸18。藉由旋轉該頂環軸18，該頂環1可對於該頂環軸18的軸心來旋轉。旋轉接頭(rotary joint)25是安裝在該頂環軸18的上端上。
在市面上可取得各種磨光頭。舉例來說，其中有些是Rodel公司所製造的SUBA800、IC-1000、與IC-1000/SUBA400(雙層布料)、以及Fujimi公司所製造的Surfin xxx-5與Surfin 000。SUBA800、Surfin xxx-5、與Surfin 000是由胺基甲酸酯樹脂(urethane resin)所結合的不織布(non-woven fabric)、而IC-1000是剛性發泡體聚胺基甲酸酯(rigid foam polyurethane)(單層)所製成。發泡體聚胺基甲酸酯是多孔的且在其表面中形成有許多細小凹部或孔洞。
該頂環1係組構成保持例如半導體晶圓的基板在其下表面上。該頂環頭16對於頂環頭軸114是可旋轉(可擺動)的。因此，保持半導體晶圓於該頂環1下表面上的該頂環1是藉由該頂環頭16的旋轉移動而在該頂環1接收該半導體晶圓的位置與該磨光臺100上方的位置之間移動。降低該頂環1以將該半導體晶圓壓向該磨光墊101的表面(磨光表面)101a。此時，當分別旋轉該頂環1與該磨光臺100時，從該磨光液供應嘴(未圖示)供應磨光液至該磨光墊101上，該磨光液供應嘴係設於該磨光臺100上方。致使該半導體晶圓滑動接觸該磨光墊101上的該磨光表面101a。因此，磨光該半導體晶圓的表面。
垂直地移動該頂環軸18與該頂環1的該垂直移動機構24具有支承該頂環軸18的橋28，使得該頂環軸18可經由軸承260旋轉、安裝於該橋28上的滾珠螺桿32、由柱130所支承的支承台29、以及設於該支承台29上的AC伺服馬達38來旋轉。支承該伺服馬達38的該支承台29是經由該柱130以固定至該頂環頭16。
該滾珠螺桿32具有耦接至該伺服馬達38的螺桿軸32a、以及穿過該螺桿軸32a於其中的螺栓32b。該頂環軸18係組構成可和該橋28一起垂直移動。據此，當驅動該伺服馬達38時，藉由該滾珠螺桿32來垂直移動該橋28。因此，垂直移動該頂環軸18與該頂環1。該磨光裝置具有距離量測感測器70，其做為用以偵測從該距離量測感測器70至該橋28的下表面(也就是該橋28的位置)的距離的位置偵測元件。藉著以該距離量測感測器70來偵測該橋28的位置，可偵測該頂環1的位置。該距離量測感測器70與該滾珠螺桿32及該伺服馬達38一起構成該可垂直移動機構240。該距離量測感測器70可包括雷測感測器、超音波感測器、或渦電流感測器、或線性標度尺感測器(linear scale sensor)。該磨光裝置具有用以控制各種設備(包含該磨光裝置中的該距離量測感測器70與該伺服馬達38)的控制器47。
在本實施例中的磨光裝置具有用以修整(dressing)該磨光臺100上的磨光表面101a的修整單元40。該修整單元40包含修整器(dresser)50(與該磨光表面101a滑動接觸)、修整器軸51(與該修整器50連接)、氣缸(air cylinder)53(設於該修整器軸51的上端處)、以及擺動臂55(可旋轉地支承該修整器軸51)。該修整器50具有附著在該修整器50的下部(lower portion)上的修整構件50a。該修整構件50a具有針狀形式的鑽石顆粒。這些鑽石顆粒是附著在該修整構件50a的下表面上。該氣缸53是設置在由柱56所支承的支承台57上。該柱56是固定至該擺動臂55。
該擺動臂55藉由馬達(未圖示)的致動而繞著該支承軸58是可旋轉的(可擺動的)。該修整器軸51藉由馬達(未圖示)的致動而可旋轉。因此，該修整器50是藉由該修整器軸51的旋轉而對該修整器軸51旋轉。該氣缸53經由該修整器軸51而垂直地移動該修整器50，以便以預定的壓力來將該修整器50壓抵該磨光墊101的磨光表面101a。
該磨光墊101上的磨光表面101a的修整操作是如下所述進行。藉由該氣缸53以將該修整器50壓抵該磨光表面101a。同時，從純水供應嘴(未圖示)將純水供應至磨光表面101a上。在此狀態中，該修整器50是對該修整器軸51旋轉，且致使該修整構件50a的下表面(鑽石顆粒)接觸該磨光表面101a。因此，該修整器50會移除該磨光墊101的一部分，以便修整該磨光表面101a。
在本實施例中的磨光裝置利用該修整器50以量測該磨光墊101的磨損量。具體來說，該修整單元40包含用以量測該修整器50的位移的位移感測器60。該位移感測器60構成用以偵測該磨光墊101的磨損量的磨損偵測裝置，並且設於該擺動臂55的上表面上。物件板(target plate)61是固定於該修整器軸51。該物件板是藉由該修整器50的垂直移動來垂直地移動。該位移感測器60是插入至該物件板61的孔洞中。該位移感測器60量測該物件板61的位移以量測該修整器50的位移。該位移感測器60可包括任何種類的感測器，包含線性標度尺感測器、雷測感測器、超音波感測器、與渦電流感測器。
在本實施例中，該磨光墊101的磨損量是如下所述量測。首先，操作該氣缸53以致使該修整器50接觸已經初始修整的未使用過之磨光墊101的磨光表面101a。在此狀態中，該位移感測器60量測該修整器50的初始位置(初始高度數值)並將該初始位置(初始高度數值)儲存在該控制器(算數單元)47的儲存裝置中。在完成一個或多個半導體晶圓的磨光製程後，該修整器50接觸該磨光表面101a。在此狀態中，量測該修整器50的位置。因為該修整器50的位置向下偏移該磨光墊101的磨損量，所以該控制器47計算在磨光後的在該修整器50的初始位置與已量測位置之間的差距，以獲得該磨光墊101的磨損量。在此方式中，該磨光墊101的磨損量是依據該修整器50的位置來計算。
當藉由第1圖中所示的磨光裝置來磨光該半導體晶圓時，由於該磨光墊101是逐漸地磨損、修整、與替換，所以該磨光墊101的厚度隨時都在變化。如果藉由在該頂環1中的已膨脹彈性膜來按壓該半導體晶圓，則該半導體晶圓的外周邊區域與該彈性膜彼此接觸的範圍、以及在該半導體晶圓的外周邊區域上方的表面壓力分佈是依據在該彈性膜與該半導體晶圓之間的距離而改變。為了避免該半導體晶圓上方的表面壓力分佈隨磨光製程進行而改變，有必要在磨光時保持在該頂環1與該磨光墊101的磨光表面之間的距離為定值。為了在該頂環1與該磨光墊101的磨光表面之間的距離為定值，有必要在替換該磨光墊101與藉由該修整器50來初始地修整後，偵測該磨光墊101的磨光表面的垂直位置並調整該頂環1的已降低位置，例如稍後所述者。偵測該磨光墊101的磨光表面的垂直位置的製程將稱為該頂環的「墊搜尋(pad search)」。
該頂環的墊搜尋是藉由在該頂環1的下表面或該半導體晶圓的下表面接觸該磨光墊101的磨光表面時，偵測該頂環1的垂直位置(高度)來實現。具體來說，在該頂環的墊搜尋中，該頂環1是藉由該伺服馬達38來降低，同時藉由結合於該伺服馬達38的編碼器來計數該伺服馬達38的迴轉次數。當該頂環的下表面接觸該磨光墊101的磨光表面時，該伺服馬達38的負載增加，且流過該伺服馬達38的電流增加。流過該伺服馬達38的電流是藉由該控制器47中的電流偵測器來偵測。當偵測到的電流變大時，該控制器47便判定該頂環1的下表面接觸該磨光墊101的磨光表面。於此同時，該控制器47從該編碼器的計數值(count)(整數值(integration value))計算該頂環1的已降低距離(位置)，然後儲存該已計算的已降低距離。該控制器47接著從該頂環1的已降低距離獲得該磨光墊101的磨光表面的垂直位置(高度)，然後從該磨光墊101的磨光表面的垂直位置計算該頂環1的預設磨光位置。
在該頂環的墊搜尋中所使用的半導體晶圓應該較佳為專用於該墊搜尋中的仿真晶圓(dummy wafer)，而不是產品晶圓(product wafer)。雖然在墊搜尋中可使用產品晶圓，但是此類產品晶圓上的半導體裝置可能會在墊搜尋中損壞。在墊搜尋中使用仿真晶圓有效避免此類產品晶圓上的半導體裝置受損或損壞。
該伺服馬達38應該較佳為具有可變最大電流的伺服馬達。在墊搜尋中，可將該伺服馬達38的最大電流調整成範圍在25至30%的數值，以避免在該頂環1的下表面或該半導體晶圓(仿真晶圓)的下表面接觸該磨光墊101的磨光表面時，該半導體晶圓(仿真晶圓)、該頂環1、與該磨光墊101處在過度負載下。因為從該頂環1的遞減時間或遞減距離可大略預測出該頂環1將要接觸該磨光墊101的時間，所以在該頂環1接觸該磨光墊101之前，較佳地應該降低該伺服馬達38的最大電流。以此方式，可迅速地與可靠地降低該頂環1。
接著，將參照第2圖在下方描述根據本發明的磨光裝置的磨光頭(頂環)。第2圖係顯示構成磨光頭的頂環1的示意剖面圖，該磨光頭是用以保持半導體晶圓作為要被磨光的物件並用以將該半導體晶圓壓抵該磨光臺上的磨光表面。第2圖只顯示構成該頂環1的主要結構元件。
如第2圖所示，該頂環1基本上包括頂環本體2(也稱作載體)以及扣環3，該頂環本體2係用以將半導體晶圓W壓抵該磨光表面101a，該扣環3係用以直接按壓該磨光表面101a。該頂環本體(載體)是圓板形式，且該扣環3是貼附至該頂環本體2的周邊部分。該頂環本體2是由例如工程塑膠(例如PEEK)的樹脂所製成。如第2圖所示，該頂環1具有貼附至該頂環本體2的下表面的彈性膜(膜)4。致使該彈性膜4與由該頂環1所保持的半導體晶圓的背表面接觸。該彈性膜4是由高強度與耐久的橡膠材料所製成，例如乙烯-丙烯橡膠(Ethylene propylene rubber，簡稱EPDM)、聚胺酯橡膠(polyurethane rubber)、矽橡膠(silicon rubber)、等等。
該彈性膜(膜)4具有複數個同心的分隔牆4a，而圓中心室5、環狀波紋室6、環狀外室7、及環狀周緣室8是由在該彈性膜4的上表面與該頂環本體2的下表面之間的分隔牆4a所定義。具體來說，該圓心室5是定義在該頂環本體2的中心部分處，而該環狀波紋室6、環狀外室7、及環狀周緣室8是以從該頂環本體的中心部分至周邊部分的順序來同心地定義。連通該中心室5的通道11、連通該波紋室6的通道12、連通該外室7的通道13以及連通該周緣室8的通道14是形成在該頂環本體2中。連通該中心室5的通道11、連通該外室7的通道13以及連通該周緣室8的通道14是經由旋轉接頭25而分別連接至通道21、23與24。個別的通道21、23與24是經由個別的閥V1-1、V3-1、V4-1與個別的壓力調節器R1、R3、R4而連接至壓力調節單元30。再者，該個別的通道21、23與24是經由個別的閥V1-2、V3-2、V4-2以連接至真空源31、且也經由個別的閥V1-3、V3-3、V4-3以連接至大氣。
另一方面，連通至該波紋室6的通道12是經由該旋轉接頭25以連接至該通道22。該通道22是經由水分離槽(water separating tank)35、閥V2-1與該壓力調節器R2以連接至該壓力調節單元30。再者，該通道22是經由該水分離槽35與該閥V2-2以連接至真空源131、且也經由閥V2-3以連接至大氣。
此外，扣環室9是形成在該扣環3的正上方，且該扣環室9是經由形成在該頂環本體(載體)2中的通道15與該旋轉接頭25以連接至通道26。該通道26是經由閥V5-1與壓力調節器R5以連接至該壓力調節單元30。再者，該通道26是經由閥V5-2以連接至該真空源31、且也經由閥V5-3以連接至該大氣。該壓力調節器R1、R2、R3、R4與R5具有用以調整該加壓流體的壓力的壓力調整功能，該加壓流體是從該壓力調節單元30個別供應至該中心室5、該波紋室6、該外室7、該周緣室8與該扣環室9。該壓力調節器R1、R2、R3、R4與R5及該個別的閥V1-1至V1-3、V2-1至V2-3、V3-1至V3-3、V4-1至V4-3與V5-1至V5-3是連接至該控制器47(見第1圖)，而這些壓力調節器與這些閥的操作是由該控制器47來控制。此外，壓力感測器P1、P2、P3、P4與P5及流速感測器F1、F2、F3、F4與F5是分別設於該通道21、22、23、24與26中。
在如第2圖所示而建構的該頂環1中，如上所述，該中心室5是定義在該頂環本體2的中心部分處，而該環狀波紋室6、環狀外室7、及環狀周緣室8是以從該頂環本體2的中心部分至周邊部分的順序來同心地定義。供應至該中心室5、該波紋室6、該外室7、該周緣室8與該扣環室9的流體的壓力可藉由該壓力調節單元30與該壓力調節器R1、R2、R3、R4與R5來獨立地控制。藉由此種配置，用以將該半導體晶圓W壓抵該磨光墊101的壓力可藉由調整待供應至該個別的壓力室的流體壓力而在該半導體晶圓的個別局部區域處進行調整，而用以將該扣環3壓向該磨光墊101的壓力可藉由調整待供應至該壓力室的流體壓力來調整。
以下將參考第3圖來描述顯示在第1和2圖中的該磨光裝置的一連串磨光製程。第3圖是根據本實施例的該磨光裝置的一連串磨光製程的流程圖。如第3圖所示，在步驟S101中，該磨光製程起始於該磨光墊的替換。具體來說，將已經磨損的該磨光墊從該磨光臺100拆下，並將全新的磨光墊101安裝於該磨光臺100上。
全新的磨光墊101具有低的磨光能力，這是因為其磨光表面不粗糙且具有表面起伏(由於該磨光墊101安裝於該磨光臺100上的方式或由於該磨光墊101的單獨組構)。為了修正此類表面起伏以準備用以磨光的磨光墊101，有必要修整該磨光墊101以將其磨光表面粗糙化，而增加磨光能力。該初始表面調整(修整)是稱作初始修整(步驟S102)。
接著，在步驟S103中，該頂環1使用用於墊搜尋的仿真晶圓來進行該墊搜尋。如上所述，該墊搜尋是用來偵測該磨光墊101表面的垂直高度(位置)的製程。該墊搜尋是藉由偵測當該頂環1的下表面接觸該磨光墊101的磨光表面時的該頂環1的垂直高度來進行。
具體來說，在該墊搜尋中，供應能量至該伺服馬達38以降低該頂環1，同時藉由結合於該伺服馬達38的編碼器來計數該伺服馬達38的迴轉次數。當該頂環1的下表面接觸該磨光墊101的磨光表面時，該伺服馬達38上的負載增加，且流經該伺服馬達38的電流增加。流經該伺服馬達38的電流是藉由該控制器47中的電流偵測器來偵測。當偵測到的電流變大時，該控制器47便判定該頂環1的下表面接觸該磨光墊101的磨光表面。於此同時，該控制器47從該編碼器的計數值(整數值)計算該頂環1的已降低距離(位置)，然後儲存該已計算的已降低距離。該控制器47接著從該頂環1的己降低距離獲得該磨光墊101的磨光表面的垂直高度，然後從該磨光墊101的磨光表面的垂直高度計算該頂環1的最佳位置。
在本實施例中，當該頂環1在磨光前是在最佳位置中時，該半導體晶圓W(由該頂環1保持作為產品晶圓)的下表面(也就是要被磨光的表面)是與該磨光墊101的磨光表面間隔一微小的間隙。
由該頂環1保持作為產品晶圓的該半導體晶圓W的下表面(也就是要被磨光的表面)並沒有與該磨光墊101的磨光表面接觸，而是與該磨光墊101的磨光表面間隔一微小的間隙，該頂環的垂直位置是在該控制器47中設定為該頂環1的最佳位置(Hinitial-best )。(步驟S103)
接著，在步驟S104中進行該修整器50的墊搜尋。該修整器50的墊搜尋是當該修整器50的下表面以預定的壓力接觸該磨光墊101的磨光表面時藉由偵測該修整器50的垂直高度來實行。具體來說，致動該氣缸53以使該修整器50接觸已經被初始修整的該磨光墊101的磨光表面101a。該位移感測器60偵測該修整器50的初始位置(初始高度)，且該控制器(處理器)47儲存該修整器50的已偵測的初始位置(初始高度)。在步驟S102中的初始修整製程與在步驟S104中的該修整器的墊搜尋可同步實行。具體來說，最後在該初始修整製程中可偵測該修整器50的垂直位置(初始位置)，而在該控制器(處理器)47中可儲存該修整器50的已偵測的垂直位置(初始高度數值)。
如果同步實行步驟S102中的初始修整製程與步驟S104中的該修整器的墊搜尋，則它們是接在步驟S103中的該頂環的墊搜尋之後進行。
接著，該頂環1接收並保持來自基板轉移裝置(推桿(pusher))之作為產品晶圓的半導體晶圓。自此之後，降低該頂環1至已經在步驟S103中的該頂環的墊搜尋中所獲得的預設位置(Hinitial-best )。在磨光該半導體晶圓之前，因為該半導體晶圓是貼附至該頂環1並由該頂環1所保持，所以在該半導體晶圓的下表面(待磨光的表面)與該磨光墊101的磨光表面之間有小的間隙。在此時，該磨光臺100與該頂環1正繞著它們自己的軸來旋轉。接著，以供應至彈性膜的流體壓力來膨脹位於該半導體晶圓的上表面處的彈性膜(膜)，以將該半導體晶圓的下表面(待磨光的表面)壓抵該磨光墊101的磨光表面。在步驟S105中，當該磨光臺100與該頂環1相對地向彼此移動時，該半導體晶圓的下表面係被磨光至預定狀態，例如預定的薄膜厚度。
當在步驟S105中完成該半導體晶圓的下表面的磨光時，該頂環1會將已磨光的半導體晶圓轉移至該基板轉移裝置(推桿)，並從該基板轉移裝置接收新的待磨光的半導體晶圓。在步驟S106中，當該頂環1以新的半導體晶圓來替換已磨光的半導體晶圓時，該修整器50修整該磨光墊101。
該磨光墊101的磨光表面101a是如下進行修整：該氣缸53將該修整50壓抵該磨光表面101a，且純水供應嘴(未圖示)同時間供應純水至該磨光表面101a。在此狀態中，該修整器50繞該修整器軸51旋轉以使該修整器構件50a的下表面(鑽石顆粒)滑動接觸該磨光表面101a。該修整器50刮去該磨光墊101的表面層，而修整該磨光表面101a。
在修整該磨光表面101a之後，在步驟S106中進行該修整器50的墊搜尋。該修整器50的墊搜尋是以與步驟S104 相同的方式來實行。然而可在該修整製程後而獨立於該修整製程地進行該修整器的墊搜尋，或者，該修整器50的墊搜尋可最後在該修整製程中進行，使得該修整器50的墊搜尋與該修整製程可同步施行。在步驟S106中，該修整器50與該磨光臺100應該以相同的速度來旋轉，且可以相同的條件來裝載該修整器50，如同步驟S104那樣。根據該修整器50的墊搜尋，在步驟S106中偵測在修整後的該修整器50的垂直位置。
接著，該控制器47決定在步驟S104中所決定的該修整器50的初始位置(初始高度數值)及在步驟S106中決定的該修整器50的垂直位置之間的差距，進而決定該磨光墊101的磨損量(△H)。
該控制器47接著根據下列方程式(1)來計算用以磨光下一個半導體晶圓的該頂環1的最佳位置(Hpost-best )，該方程式(1)是以進行磨光時的該磨光墊101的磨損量(△H)與該頂環1的預設位置(Hinitial-best )(在該步驟S103中、步驟S107中的墊搜尋中已經決定者)為基礎：Hpost-best =Hinitial-best +△H……(1)
具體來說，偵測該磨光墊101的磨損量(△H)(在該磨光製程期間影響該頂環1的垂直位置的因素)，且依照已經偵測的該磨光墊101的磨損量(△H)來修正已經設定的該頂環1的預設位置(Hinitial-best )，進而決定用以磨光下一個半導體晶圓的該頂環1的預設位置(Hpost-best )。以此方式，控制該頂環1以便在該磨光製程中一直取得最佳垂直位置。
然後，供應能量至該伺服馬達38以將保持該半導體晶圓W的該頂環1降低至在步驟S107中所決定的該頂環1的預設位置(Hpost-best )，進而在步驟S108中調整該頂環1的高度。之後，重複步驟S105至S108，直到磨光許多半導體晶圓而磨損耗盡該磨光墊101。之後，在步驟S101中替換該磨光墊101。
如同參照第3圖中所顯示的流程圖而在上方描述的，當操作該磨光裝置時，偵測該磨光墊101的磨損量(ΔH)(在該磨光時影響該頂環1的垂直位置的因素)，且依照已經偵測的該磨光墊101的磨損量(ΔH)來修正已經設定的該頂環1的預設位置(Hinitial-best )，進而決定用以磨光下一個半導體晶圓W的該頂環1的預設位置(Hpost-best )。以此方式，控制該頂環1以便在該磨光製程中一直取得最佳垂直位置。因此，用以直接獲得在磨光時的該頂環1的預設位置的該頂環的墊搜尋應該只在替換該磨光墊時進行，才會導致大幅增加的產出量。
接著，將參照第4至24圖來描述當開始施加壓力至該半導體晶圓或將該半導體晶圓真空夾持至如第1和2圖所顯示而建構之該磨光裝置中的頂環時的該彈性膜(膜)的最佳高度。
第4A至4C圖是用來解釋膜高度的示意圖。第4A圖是顯示膜高度(定義成在將該半導體晶圓W真空夾持至該膜4的情況下，在該半導體晶圓W與該磨光墊101之間的間隙)等於0毫米(也就是「膜高度=0毫米」)的狀態之示意圖。該「膜高度=0毫米」(在該半導體晶圓與該磨光墊101之間的接觸位置)可藉由上述之墊搜尋來偵測。如第4A圖所示，在將該半導體晶圓真空夾持至該頂環的條件下使該半導體晶圓W接觸該磨光墊101時的該頂環高度是被視為「膜高度=0毫米」。接著，在從顯示在第4A圖中的位置(膜高度=0毫米)向上移動該頂環X毫米時的該頂環的位置是被視為「膜高度=X毫米」。舉例來說，膜高度=1毫米(間隙1毫米)是藉由對應於1毫米的某種程度的脈衝以旋轉該滾珠螺桿而旋轉該頂環軸馬達來獲得，進而位移1毫米。
該墊表面可藉由該墊搜尋來偵測，且其精確度約±0.01毫米。再者，該頂環高度的誤差是視作該頂環軸馬達的控制誤差加上該滾珠螺桿的控制誤差的總誤差，其小到可忽略。該膜高度的誤差約為±0.01毫米。
第4B圖是顯示「膜高度=0.5毫米」的狀態的示意圖。如第4B圖所示，將該半導體晶圓W真空夾持至該頂環，且將該頂環1從第4A圖所示的位置抬升0.5毫米。該頂環1的此抬升狀態是稱為「膜高度=0.5毫米」。
第4C圖是顯示該膜高度的示意圖，該膜高度是定義成在藉由該膜4以將該半導體晶圓壓抵該磨光墊101的條件下的該頂環本體(載體)2與該膜4之間的間隙。如第4C圖所示，藉由供應加壓流體至該壓力室以降低該膜4而將該半導體晶圓W壓抵該磨光墊101。在此狀態中，該膜高度是定義成在該載體的下表面與該膜的上表面之間的間隙。在第4C圖中，在該載體的下表面與該膜的上表面之間的間隙是0.5毫米，而因此「膜高度=0.5毫米」。在第4A至4C圖中，係使該扣環3與該磨光墊101的磨光表面101a接觸。
接著，以下將描述在該磨光製程中進行的各種操作中的最佳膜高度。
(1)在開始施加壓力時
第5圖是顯示在降低該頂環1之前真空夾持該半導體晶圓W的該頂環1的狀態的示意圖。如第5圖所示，將該半導體晶圓W真空夾持至該頂環1。該磨光臺100與該頂環1是在該頂環1真空夾持該半導體晶圓W的狀態中旋轉，且該頂環1被降低至該磨光墊101上。
第6圖是顯示真空夾持該半導體晶圓W且降低的該頂環1的狀態的示意圖，其在該半導體晶圓W與該磨光墊101之間留有大間隙。第7A圖是顯示在從如第6圖所示的在該半導體晶圓與該磨光墊之間有大間隙的狀態開始施加壓力的情況中的該半導體晶圓的變形狀態的示意圖。第7B圖是顯示從在該半導體晶圓與該磨光墊之間有大間隙的狀態開始施加壓力的情況中的該半導體晶圓的變形量的圖表。在第7B圖中，水平軸代表在300毫米晶圓中的晶圓平面內的量測點(毫米)，而垂直軸代表當設置於該磨光臺上的渦電流感測器藉由旋轉該磨光臺來掃描該半導體晶圓的下表面(待磨光表面)時進行每次該磨光臺的一個迴轉時所得到的從該磨光墊至該半導體晶圓的距離。
在第7A圖所示的範例中，因為該波紋區(該波紋室6)的加壓相比於其他區(該中心室5、該外室7與該周緣室8)中的加壓是延遲的，所以該半導體晶圓W被變形成為實質的M形。如第7A圖所示，存在有對應於開始加壓前的該間隙的該晶圓的變形容差(deformation allowance)，而因此該晶圓變形程度大。該波紋區的加壓為何延遲的原因是在於該膜在該波紋區中具有用以真空夾持該晶圓的孔洞，且該波紋區做為用來真空夾持該晶圓的區域，而因此具有大體積的該水分離槽35(見第2圖)是設於該線的中間中，以造成較其他區為低的加壓反應。
從第7B圖的實驗資料，在開始加壓之後，在將該晶圓W壓抵該磨光墊101的製程中的該晶圓變形成實質M形的方式是可追蹤的。如第7B圖所示，該晶圓的變形約在該晶圓平面的0.7毫米內。所以，為了減低此影響，體積與該水分離槽35相等的緩衝物是設於該線中、而不是該波紋區線中，使得該個別線的體積相等以調整在相同層級處的加壓反應。再者，可用由大體積區至小體積區的順序來加壓。舉例來說，在加壓該波紋室6之後，以從該頂環1的中心部分至外周邊部分的順序來加壓該中心室5、該外室7與該周緣室8。
再者，做為一個調整反應的手段，在個別壓力室中的設定壓力可以改變。舉例來說，藉由加壓具有在高於其他室(也就是該中心室5、該外室7與該周緣室8)的設定壓力的大體積的該波紋室6，可改善該波紋室6的壓力的增大反應(build-up responsiveness)。此外，做為一個改良該波紋室6的壓力反應的手段，如第7C圖所示，可設置連通該波紋室6的通道22。在如此建構的頂環1中，當加壓該波紋室6時，該壓力調節器R2進行運作，而該閥V2-1是開的且該封閉閥(shut valve)V2-4是關的，使得該加壓流體可供應至該波紋室6，而不需通過該水分離槽35以獲得快速的壓力反應。
第8圖是顯示本發明的第一態樣的圖式、且是顯示在真空下保持該晶圓W的該頂環1被降低及在該晶圓W與該磨光墊101之間有小間隙的情況的示意圖。在本發明的第一態樣中，降低在真空下保持該晶圓W的該頂環1，使該扣環3接觸該磨光墊101的磨光表面101a。在此狀態中，該膜高度(也就是在該晶圓W與該磨光墊101之間的間隙)是配置在0.1至1.7毫米的範圍中。具體來說，自該磨光墊的該頂環1的垂直距離(高度)是定義成降低在真空下保持該晶圓W的該頂環1且該扣環3接觸該磨光墊101的磨光表面101a的狀態中的「第一高度」。
如上所述，該膜高度是：在將該晶圓W真空夾持至該頂環且使該晶圓W接觸該磨光墊101時的該頂環高度被視為「膜高度=0毫米」。舉例來說，在「膜高度=0.5毫米」的狀態中，在真空夾持至該頂環的該晶圓W與該磨光墊101之間的間隙變成0.5毫米。
當將該晶圓W壓抵該磨光墊101時，該晶圓的下表面接觸該磨光墊，且該晶圓的上表面接觸該膜的下表面。因此，如果該膜高度做得高，則在該頂環本體(載體)的下表面與該膜的上表面之間的間隙增加。如果在該晶圓W與該磨光墊101之間的間隙太小，則可能使該晶圓局部接觸該磨光墊，而在該晶圓的局部區域處可能發生過度磨光。因此，根據本發明，在該晶圓W與該磨光墊101之間的間隙是配置在0.1至1.7毫米的範圍中，較佳為0.1至0.7毫米，更佳為0.2毫米。具體來說，該間隙不小於0.1毫米的原因是在於在旋轉該磨光臺100的期間該磨光臺100在其垂直方向上發生起伏且在該磨光臺100與該頂環軸18之間的垂直度(perpendicularity)有變化，在該晶圓平面內的局部區域中不再存在該間隙，而因此可使該載體接觸該膜且在該晶圓的某些區域中可能發生過度加壓。再者，該間隙不大於0.7毫米的原因是在開始加壓時的該晶圓的變形量沒有變得太大。為了避免該晶圓W在開始加壓時與該扣環3強烈碰撞，所以期望當開始加壓時，應該以50rpm或更小的低轉速來旋轉該磨光臺100與該頂環1。或者，可在該磨光臺100與該頂環1停止旋轉的狀態中開始加壓。
第9A圖是顯示在從在該晶圓與該磨光墊之間有小間隙(0.1至0.7毫米的間隙)的狀態開始施加壓力至該膜的狀態的示意剖面圖。
第9B圖是顯示在從在該晶圓與該磨光墊之間有小間隙的狀態開始施加壓力的情況中的該晶圓的變形量的圖表。在第9B圖中，水平軸代表在300毫米晶圓中的晶圓平面內的量測點(毫米)，而垂直軸代表當設置於該磨光臺上的渦電流感測器藉由旋轉該磨光臺來掃描該半導體晶圓的下表面(待磨光表面)時進行每次該磨光臺的一個迴轉時所得到的從該磨光墊至該晶圓的距離。舉例來說，從「膜高度為0.2毫米」的狀態施加壓力至該膜，而使該晶圓W接觸該磨光墊101且將該晶圓W壓抵該磨光墊101。在此時，該膜擴張一對應於在該晶圓與該磨光墊之間的間隙的量，而因此在該晶圓與該磨光墊之間的間隙不再存在。反而是，在該載體的下表面與該膜的上表面之間的間隙變成0.2毫米。此後，為了獲得期望的磨光輪廓，將該頂環移動至最佳高度。
從第9B圖的實驗資料可知，在開始加壓之後的將該晶圓W壓抵該磨光墊101的製程中而沒有使該晶圓變形的方式是可追蹤的。
第10圖是顯示為了獲得期望的磨光輪廓而從第9A圖的狀態將該頂環1移動至最佳高度的狀態的示意圖。第10圖顯示被定義為在藉由該膜4以將該晶圓W壓抵該磨光墊101的狀態中的在該頂環本體(載體)2與該膜4之間的間隙的該膜高度。在此情況中，如果要增加該晶圓的周緣部分的原料移除(stock removal)，則應該以低的膜高度來磨光該晶圓，而如果要減少該晶圓的周緣部分的原料移除，則應該以高的膜高度來磨光該晶圓。這是因為如果該膜高度是高的，則會由於該膜的張力而增加該膜在垂直方向上的延長，從而增加壓力損失，因而減小施加至該晶圓的周緣部分的壓力。根據本發明，在將該晶圓W壓抵該磨光墊101之後移動該頂環，使得該膜高度變成在0.1至2.7毫米的範圍中，較佳是0.1至1.2毫米的範圍，而後磨光該晶圓W。具體來說，當在真空下保持該晶圓W的該頂環1被降低且使該扣環3接觸該磨光墊101的磨光表面101a的狀態中移動該頂環1以從「第一高度」獲得較期望的磨光輪廓時，從該磨光墊至該頂環的垂直距離是定義為「第二高度」。
第11圖是顯示本發明的第二態樣的圖式、且是顯示在真空下保持該晶圓W的該頂環1被降低及在該晶圓W與該磨光墊101之間有大間隙的情況的示意圖。如第11圖所示，在本發明的第二態樣中，令在該晶圓W與該磨光墊101之間的間隙在開始加壓時是大的。具體來說，在開始加壓時，在將該晶圓W真空夾持至該膜4的狀態中，將被定義為在該晶圓W與該磨光墊101之間的間隙的該膜高度做得大。
第12A圖是顯示在從高的膜高度的狀態開始施加壓力至該膜的狀態的示意剖面圖。第12B圖是顯示在從在該晶圓與該磨光墊之間有大間隙的狀態開始施加壓力的情況中的該晶圓的變形量的圖表。在第12B圖中，水平軸代表在300毫米晶圓中的晶圓平面內的量測點(毫米)，而垂直軸代表當設置於該磨光臺上的渦電流感測器藉由旋轉該磨光臺來掃描該半導體晶圓的下表面(待磨光表面)時進行每次該磨光臺的一個迴轉時所得到的從該磨光墊至該晶圓的距離。如第12A圖所示，從處於低壓力的高膜高度的狀態施加壓力至該膜，而使該晶圓W接觸該磨光墊101且將該晶圓W壓抵該磨光墊101。在此時，該膜擴張一對應於在該晶圓與該磨光墊之間的間隙的量，且在該晶圓與該磨光墊之間的間隙不再存在。反而是，在該載體的下表面與該膜的上表面之間的間隙形成。即使在該晶圓與該磨光墊之間的間隙(相當於被定義為在將該晶圓W真空夾持至該膜4的狀態中的在該晶圓W與該磨光墊101之間的間隙的膜高度)在開始施加壓力時是大的，藉由以低壓來加壓該膜以使該晶圓接觸該磨光墊，該晶圓的變形量可為小。
在此情況中，該低壓意指不大於實質磨光時的膜壓力的壓力，且期望此種低壓小於實質磨光時的膜壓力的一半。再者，該實質磨光製程是指超過20秒的磨光製程，且可存在複數個實質磨光製程。在此實質磨光製程期間，磨光液或化學液供應至該磨光墊上，且將該晶圓(基材)壓抵該磨光表面而使該晶圓(基材)滑動接觸該磨光表面，進而磨光該晶圓、或清潔該晶圓。沒有以低壓力加壓該膜來使該晶圓接觸該磨光墊，反而是使該膜暴露於大氣壓力之下而使該晶圓接觸該磨光墊，使得該晶圓的變形量可為小。從第12B圖的實驗資料可知，在開始加壓之後將該晶圓W壓抵該磨光墊101的製程中而沒有使該晶圓變形的狀態是可追蹤的。
第13圖是顯示在第12A圖所示的狀態中不移動該頂環1地進行該實質磨光的情況的示意圖。根據第12A和13圖所示的方法，在開始加壓的時間點與接在該開始加壓之後的實質磨光時間點之間(也就是連續的步驟之間)可以不改變該頂環高度而進行該晶圓的磨光。如上所述，在藉由以低壓加壓該膜或容許該膜處於大氣壓力下以使該晶圓接觸該磨光墊之後，以該實質磨光的壓力加壓該膜，進而磨光該晶圓。
根據本發明，做為用以偵測該晶圓W與該磨光墊101的接觸的方法或用以偵測將該晶圓W壓抵該磨光墊101的方法，可使用設於該磨光臺100中的光反射強度量測裝置或渦電流感測器，或可藉由利用該磨光臺100的旋轉扭力的改變來使用該臺旋轉馬達的電流值改變。再者，可使用用以抬昇或降下該頂環的該頂環旋轉馬達的電流值改變或該滾珠螺桿驅動馬達的電流值改變。又再者，在該晶圓接觸該磨光墊之後，不會發生該膜的體積增加，而因此可使用用於該膜的該加壓流體的壓力改變或流速改變。
在上述實施例中，雖然已經分別描述本發明的第一和第二態樣，從在該晶圓與該磨光墊之間有小間隙(例如0.2毫米的間隙)的狀態可以低壓加壓該膜。
(2)在真空夾持該晶圓時
在該磨光墊101上完成晶圓加工之後，真空夾持該晶圓W至該頂環1，並將該頂環1抬昇與接著移動至基板轉移裝置(推桿)，其中該晶圓W是從該頂環1移開。在此情況中，是以在該中心室5中約-10kPa的真空壓力與在該波紋室6中約-80kPa的真空壓力來進行該晶圓的真空夾持。
第14圖是顯示在該磨光墊上完成晶圓加工之後與當將該晶圓W真空夾持至該頂環1時，在該載體的表面與該膜的背表面之間有大間隙(該膜高度是高的)的情況的示意圖。第15圖是顯示在從如第14圖所示的在該載體的表面與該膜的背表面之間有大間隙的狀態開始該晶圓的真空夾持的情況中的該晶圓的變形狀態的示意圖。在如第15圖所示的範例中，有對應於在開始真空夾持該晶圓之前的間隙的該晶圓的變形容差，而因此使該晶圓大幅度變形。
第16A與16B圖是顯示從在該載體的表面與該膜的背表面之間有大間隙狀態開始該晶圓的真空夾持的情況中的該晶圓的狀態的示意圖。第16A圖顯示該磨光墊具有溝槽的情況，而第16B圖顯示該磨光墊不具有溝槽的情況。如第16A圖所示，在該磨光墊具有溝槽的情況中，從該磨光墊101移開該晶圓W並將該晶圓W真空夾持至該頂環1。然而，如第15圖所示，在將該晶圓真空夾持至該頂環後，該晶圓立即會有大變形，而因此該晶圓可能破裂或損壞。如第16B圖所示，在該磨光墊不具有溝槽的情況中，無法從該磨光墊101移開該晶圓W而該晶圓W會形成大變形。在第16B圖所示的範例中，有對應於在開始真空夾持該晶圓之前的間隙的該晶圓的變形容差，而因此使該晶圓大幅度變形。
第17圖是顯示本發明的一個態樣的圖式，並且是顯示在該磨光墊上完成該晶圓加工之後與當將該晶圓W真空夾持至該頂環1時，在該載體的表面與該膜的背表面之間有小間隙(該膜高度是低的)的情況的示意圖。第18圖是顯示從如第17圖所示的在該載體的表面與該膜的背表面之間有小間隙的狀態開始該晶圓的真空夾持的情況中的該晶圓的變形狀態的示意圖。在第18圖所示的範例中，因為在真空夾持該晶圓之前的間隙是小的，所以該晶圓的變形容差是小的，而因此該晶圓的變形量可為相當小。
如上所述，例如水磨光(water polishing)的實質磨光製程與清潔製程是在該膜高度(定義為在該頂環本體(載體)2與正將該晶圓W壓抵該磨光墊101時的該膜4之間的間隙)是0.1至1.2毫米的範圍中的狀態中實施。接著，在真空夾持該晶圓時，期望該頂環萬一被移動，使得該膜高度變成在0.1至0.4毫米的範圍中。當該頂環真空夾持該晶圓並從該磨光墊移開該晶圓時，該磨光表面與該晶圓是間隔有小間隙。因此，供應至該磨光表面的液體流過該間隙且造成從該磨光表面移開該晶圓的障礙。據此，當該頂環在該晶圓上施加吸引力時，會減少將被供應至該磨光表面的液體量，以容許空氣進入該晶圓與該磨光表面之間，進而降低用以將該晶圓拉向該磨光表面的吸力，亦即降低產生在該晶圓與該磨光表面之間的負壓力。為了減少該晶圓的變形量，在真空夾持該晶圓時的真空壓力可在-30kPa至-80kPa的範圍中，以便產生弱的吸力。再者，藉由降低在真空夾持該晶圓時施加至該晶圓的應力與該晶圓的變形量，可減低該晶圓的缺陷，例如在該晶圓上的殘留研磨粒(abrasive grain)。
第19A和19B圖是顯示已經完成將該晶圓W真空夾持至該頂環1的狀態的示意圖。第19A圖顯示該磨光墊具有溝槽的情況，而第19B圖顯示該磨光墊不具有溝槽的情況。如第19A圖所示，在該磨光墊具有溝槽的情況中，因為在真空夾持該晶圓前的間隙是小的，所以該晶圓的變形容差是小的，而因此可將該晶圓真空夾持至該頂環，同時不導致該晶圓的變形。如第19B圖所示，在該磨光墊不具有溝槽的情況中，一般來說，在完成該頂環的突懸操作(overhang operation)之前，該晶圓無法從該磨光墊移開。然而，因為變形容差是小的，所以該晶圓的變形量可為相當小。也就是說，可真空夾持該晶圓至該頂環，而不導致該晶圓的變形。
第20圖是顯示實驗資料的圖表，並且是顯示在真空夾持該晶圓時的該膜高度(在該載體的下表面與該膜的上表面之間的間隙)與在真空夾持該晶圓時施加至該晶圓的應力之間的關係的圖表。在第20圖中，該水平軸代表在真空夾持該晶圓時的膜高度(毫米)，而該垂直軸代表在真空夾持該晶圓時施加至該晶圓的應力。第20圖顯示該磨光墊具有溝槽的情況與該磨光墊不具有溝槽的情況。明顯由第20圖得知，在該磨光墊具有溝槽的情況中，如果該膜高度變成不小於0.6毫米，則在真空夾持該晶圓時的該晶圓的變形量會變大。據此，施加至該晶圓的應力會增加。在該磨光墊不具有溝槽的情況中，因為在真空夾持該晶圓時不能從該磨光墊移開該晶圓，所以施加至該晶圓的應力會隨著該膜高度的增加而逐漸增加。
(3)在釋放該晶圓時
在該磨光墊101上完成晶圓加工後，將該晶圓W真空夾持至該頂環1，並抬升該頂環1且接著移動至基板轉移裝置(推桿)，其中，該晶圓W是從該頂環1移開。
第21圖是顯示該頂環1與推桿150的示意圖，並且是顯示為了將該晶圓從該頂環1轉移至該推桿150而抬升該推桿的狀態的圖式。如第21圖所示，該推桿150包括能配接該扣環3的外周面而用以置中該頂環1的頂環導引件(top ring guide)151、用以在該頂環1與該推桿150之間轉移該晶圓時支承該晶圓的推桿台(pusher stage)152、用以垂直地移動該推桿台152的氣缸(未圖示)、以及用以垂直地移動該推桿台152與該頂環導引件151的氣缸(未圖示)。
接著，將詳細描述將該晶圓W從該頂環1轉移至該推桿150的操作。在將該頂環1移動至該推桿150上方之後，抬升該推桿150的推桿台152與頂環導引件151，而將該頂環導引件151配接該扣環3的外周面以進行該頂環1與該推桿150的置中。在此時，該頂環導引件151將該扣環3向上推，且在此同時，該扣環室9中產生真空，進而快速抬升該扣環3。接著，當完成該推桿的抬升時，該扣環3的底表面是由該頂環導引件151的上表面所推動而因此定位在高於該膜4的下表面的垂直位置處。所以，外露出在該晶圓與該膜之間的邊界。在第21圖所示的範例中，該扣環3的底表面是定位在高於該膜的下表面1毫米的位置處。此後，停止將該晶圓W真空夾持至該頂環1，且實施晶圓釋放操作。代替該推桿的抬升，可降低該頂環以在該推桿與該頂環之間配置期望的位置關係。
第22圖是顯示該推桿150的詳細結構的示意圖。如第22圖所示，該推桿150具有該頂環導引件151、該推桿台152、以及用以排出液體的釋放噴嘴153，該釋放噴嘴153是形成在該頂環導引件151中。複數個釋放噴嘴153是以某種間隔地設於該頂環導引件151的周圍方向，以朝該頂環導引件151的徑向向內方向排出加壓氮與純水的混合流體。因此，包括加壓氮與純水的混合流體的釋放淋浴(release shower)是在該晶圓W與該膜4之間排出，從而進行用以從該膜移開該晶圓的晶圓釋放。
第23圖是顯示用以從該膜移開該晶圓的該晶圓釋放的狀態的示意圖。如第23圖所示，因為在該晶圓W與該膜4之間的邊界是外露的，所以能夠在該膜4暴露於大氣壓力而不需加壓該膜4(也就是不需施加應力至該晶圓W)的狀態中從該釋放噴嘴153排出釋放淋浴於該晶圓與該膜4之間。雖然加壓氮與純水的混合流體是從該釋放噴嘴153排出，但是只有加壓氣體或加壓液體可從該釋放噴嘴153排出。再者，其他組合的加壓流體可從該釋放噴嘴153排出。在一些情況中，依照該晶圓的背表面的狀況，在該膜與該晶圓的背表面之間的黏著力是強的，所以該晶圓難以從該膜移開。在此種情況中，應該以不大於0.1MPa的低壓力來加壓該波紋區(波紋室6)，以輔助移開該晶圓。
第24A和24B圖是顯示在從該膜移開該晶圓時加壓該波紋區的情況的示意圖。第24A圖顯示加壓該波紋區的情況，而第24B圖顯示加壓該波紋區並減壓該外區(outer area)的情況。如第24A圖所示，當加壓該波紋區(波紋室6)時，該膜4持續膨脹至該晶圓W黏附至該膜4的狀態的大程度(因此，施加至該晶圓的應力是大的)。接著，如第24B圖所示，在加壓該波紋區(波紋室6)的情況中，為了避免該膜持續在該晶圓W黏附至該膜4的狀態中膨脹，減壓除了該波紋區之外的區域，以抑制該膜4的膨脹。在第24B圖所示的範例中，該外區(外室7)是被減壓。
接著，適合使用在本發明中的頂環1的具體結構將在下方詳細描述。第25至29圖是顯示沿著該頂環1的複數個徑向方向的該頂環1的剖面圖。第25至29圖是顯示第2圖所示的該頂環1的更多細節的圖式。如第25至29圖所示，該頂環1具有用以將半導體晶圓W壓抵該磨光表面101a的頂環本體2、以及用以直接按壓該磨光表面101a的扣環3。該頂環本體2包含呈環狀板形式的上構件(upper member)300、附著至該上構件300的下表面的中間構件304、以及附著至該中間構件304的下表面的下構件306。該扣環3是附著至該頂環本體2的上構件300的周邊部分。如第26圖所示，該上構件300是藉由螺栓308來連接至該頂環軸111。再者，該中間構件304是藉由螺栓309來固定至該上構件300，而該下構件306是藉由螺栓310來固定至該上構件300。包含該上構件300、該中間構件304、與該下構件306的該頂環本體2是由例如工程塑膠(如PEEK)的樹脂所製成。該上構件300是由例如SUS或鋁的金屬所製成。
如第25圖所示，該頂環1具有附著至該下構件306的下表面的彈性膜4。該彈性膜4係接觸由該頂環1所保持的半導體晶圓的背表面。該彈性膜4是藉由徑向向外設置的環狀周緣保持器316與徑向向內設置的環狀波紋保持器318和319而被保持在該下構件306的下表面上。該彈性膜4是由高強度與耐久的橡膠材料所製成，例如乙烯-丙烯橡膠(簡稱EPDM)、聚胺酯橡膠、矽橡膠、等等。
該周緣保持器316是藉由該波紋保持器318來保持，且該波紋保持器318是藉由複數個止動器320而被保持在該下構件306的下表面上。如第26圖所示，該波紋保持器319是藉由複數個止動器322而被保持在該下構件306的下表面上。如第13圖所示，該止動器320與該止動器322是相等間隔地沿著該頂環1的圓周方向來配置。
如第25圖所示，中心室5是形成在該彈性膜4的中心部分處。該波紋保持器319具有連通該中心室5的通道324。該下構件306具有連通該通道324的通道325。該波紋保持器319的通道324與該下構件306的通道325是連接至流體供應源(未圖示)。因此，經由該通道325和324來供應加壓流體至由該彈性膜4所形成的該中心室5。
該波紋保持器318具有用以將該彈性膜4的波紋314b壓抵該下構件306的下表面的夾爪(claw)318b。該波紋保持器319具有用以將該彈性膜4的波紋314a壓抵該下構件306的下表面的夾爪319a。該彈性膜4的周緣314c是藉由該波紋保持器318的夾爪318c以壓抵該周緣保持器316。
如第27圖所示，環狀波紋室6是形成在該彈性膜4的波紋314a與波紋314b之間。間隙314f是形成在該彈性膜4的波紋保持器318與波紋保持器319之間。該下構件306具有連通該間隙314f的通道342。再者，如第25圖所示，該中間構件304具有連通該下構件306的通道342的通道344。環狀溝槽347是形成在該下構件306的通道342與該中間構件304的通道344之間的連接部分處。該下構件306的通道342是經由該中間構件304的環狀溝槽347與通道344以連接至流體供應源(未圖示)。因此，經由該通道以供應加壓流體至該波紋室6。再者，該通道342是選擇性地連接至真空幫浦(未圖示)。當操作該真空幫浦時，半導體晶圓藉由吸力以附著至該彈性膜4的下表面。
如第28圖所示，該波紋保持器318具有連通由該彈性膜4的波紋314b與周緣314c所形成的環狀外室7的通道326。再者，該下構件306具有經由連接器327以連通該波紋保持器318的通道326的通道328。該中間構件304具有連通該下構件306的通道328的通道329。該波紋保持器318的通道326是經由該下構件306的通道328與該中間構件304的通道329以連接至流體供應源(未圖示)。因此，加壓流體是通過該通道329、328、與326以供應至由該彈性膜4所形成的該外室7。
如第29圖所示，該周緣保持器316具有用以保持該彈性膜4的周緣314d在該下構件306的下表面上的夾爪。該周緣保持器316具有連通由該彈性膜4的周緣314c和314d所形成的環狀周緣室8的通道334。該下構件306具有連通該周緣保持器316的通道334的通道336。該中間構件304具有連通該下構件306的通道336的通道338。該周緣保持器316的通道334是經由該下構件306的通道336與該中間構件304的通道338以連接至流體供應源。因此，加壓流體是通過該通道338、336、與334以供應至由該彈性膜4所形成的該周緣室8。該中心室5、該波紋室6、該外室7、該周緣室8、與該扣環室9是通過調節器R1至R5(未圖示)、與閥V1-1至V1-3、V2-1至V2-3、V3-1至V3-3、V4-1至V4-3及V5-1至V5-3(未圖示)以連接至該流體供應源，參照如第2圖所示的實施例。
如上所述，依據本實施例中的該頂環1，藉由調整待供應至形成在該彈性膜4與該下構件306之間的個別壓力室(也就是該中心室5、該波紋室6、該外室7、與該周緣室8)的流體的壓力，可在該半導體晶圓的局部區域處調整用以將半導體晶圓壓抵該磨光墊101的壓力。
第30圖是第27圖所示的該扣環的XXX部件的放大圖。該扣環3作用為保持半導體晶圓的周邊周緣。如第30圖所示，該扣環3具有圓柱形的圓柱400、附著至該圓柱400的上部的保持器402、被該保持器402保持在該圓柱400中的彈性膜404、連接至該彈性膜404的下端的活塞406、以及被該活塞406向下壓的環構件408。
該環構件408包括耦接至該活塞406的上環構件408a、以及與該磨光表面408b接觸的下環構件408b。該上環構件408a與該下環構件408b是藉由複數個螺栓409來耦接。該上環構件408a是由例如SUS的金屬或例如陶瓷的材料所組成。該下環構件408b是由例如PEEK或PPS的樹脂材料所組成。
如第30圖所示，該保持器402具有連通由該彈性膜404所形成的該扣環室9的通道412。該上構件300具有連通該保持器402的通道412的通道414。該保持器402的通道412是經由該上構件300的通道414以連接至流體供應源(未圖示)。因此，加壓流體是通過該通道414和412以供應至該扣環室9。據此，藉由調整待供應至該扣環室9的流體的壓力，可擴張與收縮該彈性膜404，以便垂直移動該活塞406。因此，可用期望的壓力將該扣環3的環構件408壓抵該磨光墊101。
在例示範例中，該彈性膜404利用由具有彎曲部的彈性膜所形成的滾動隔板(rolling diaphragm)。當在由該滾動隔板所定義的室中的內壓力被改變時，該滾動隔板的彎曲部係被滾動，以便加寬該室。當加寬該室時，該隔板並不與外部組件滑動接觸並且是幾乎不擴張與收縮。據此，可極度地減低由於滑動接觸而產生的摩擦，且可延長該隔板的壽命。再者，可精確調整該扣環3將該磨光墊101向下壓的壓力。
依上述配置，只有該扣環3的環構件408可被降下。據此，即使該扣環3的環構件408已磨損，藉由加寬由包括極度低摩擦材料的滾動隔板所形成的該室451的空間，可維持該扣環3的壓力在固定的層級，且不需改變在該下構件306與該磨光墊101之間的距離。再者，因為該環構件408(其與該磨光墊101接觸)與該圓柱400是藉由可變形彈性膜404來連接，所以沒有偏移負載所產生的彎曲力矩(bending moment)。據此，可使該扣環3所施的表面壓力均勻，且該扣環3變成更能緊接在該磨光墊101之後。
再者，如第30圖所示，該扣環3具有用以導引該環構件408的垂直移動的環形扣環導引件410。該環形扣環導引件410包括位於該環構件408的外周側處的外周邊部410a(以便圍繞該環構件408的上部的整個圓周)、位於該環構件408的內周側處的內周邊部410b、以及被組構成用以連接該外周邊部410a與該內周邊部410b的中間部410c。該扣環導引件410的內周邊部410b是藉由複數個螺栓411而固定至該頂環1的下構件306。被組構成用以連接該外周邊部410a與該內周邊部410b的中間部410c具有複數個開口410h，該等開口410h是等間隔地在該中間部410c的圓周方向上形成。
如第25至30圖所示，可在垂直方向上擴張與收縮的連接板420是設於該環構件408的外周面與該扣環導引件410的下端之間。設置該連接板420以便填充在該環構件408與該扣環導引件410之間的間隙。因此，該連接板420的作用是避免磨光液(漿)被引進至在該環構件408與該扣環導引件410之間的間隙中。包括帶狀的彈性構件的帶件(band)421是設於該圓柱400的外周面與該扣環導引件410的外周面之間。設置該帶件421以便覆蓋在該圓柱400與該扣環導引件410之間的間隙。因此，該帶件421的作用是防止磨光液(漿)被引進至在該圓柱400與該扣環導引件410之間的間隙中。
該彈性膜4包含密封部(密封構件)422，其在該彈性膜4的周緣(周邊)314d處連接該彈性膜4至該扣環3。該密封部422具有向上彎曲的形狀。設置該密封部422以便填充在該彈性膜4與該環構件408之間的間隙。該密封部422較佳是由可變形材料製成。該密封部422的作用是防止磨光液被引進至在該彈性膜4與該扣環3之間的間隙中，同時容許該頂環本體2與該扣環3彼此相對移動。在本實施例中，該密封部422是與該彈性膜4的周緣314b一體形成且具有U形剖面。
如果沒有設置該連接板420、該帶件421與該密封部422，則磨光液、或用以磨光物體的液體可能會被引進至該頂環1的內部中，從而約束該頂環1的該頂環本體2與該扣環3的正常操作。依據本實施例，該連接板420、該帶件421與該密封部422防止磨光液被引進至該頂環1的內部中。據此，可以正常操作該頂環1。該彈性膜404、該連接板420、與該密封部422是由高強度與耐久的橡膠材料所製成，例如乙烯-丙烯橡膠(簡稱EPDM)、聚胺酯橡膠、矽橡膠、等等。
在迄今已經使用的夾持板浮動式頂環中，如果該扣環3已磨損，則變化在該半導體晶圓與該下構件306之間的距離，以改變該彈性膜4的變形方式。因此，在該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導致已磨光半導體晶圓的不穩定磨光輪廓。
依據本實施例，因為該扣環3可獨立於該下構件306地垂直移動，所以即使該扣環3的環構件408已經磨損，在該半導體晶圓與該下構件306之間可維持固定距離。據此，可穩定該半導體晶圓的磨光輪廓。
雖然已經顯示與詳細描述本發明的某些較佳實施例，但應了解在不背離所附申請專利範圍的範疇下，可對其做各種改變與修改。
 產業可應用性
本發明可應用至將待磨光的物件、或例如半導體晶圓的基板磨光成平坦的鏡面光澤的方法及裝置。
1．．．頂環
2．．．頂環本體
3．．．扣環
4、404．．．彈性膜
4a．．．分隔牆
5．．．圓中心室
6．．．環狀波紋室
7．．．環狀外室
8．．．環狀周緣室
9．．．扣環室
11、12、13、14、15、21、22、23、24、26．．．通道
16．．．頂環頭
18．．．頂環軸
25．．．旋轉接頭
28．．．橋
29．．．支承台
30．．．壓力調節單元
31、131．．．真空源
32．．．滾珠螺桿
32a．．．螺桿軸
32b、409、411．．．螺栓
35．．．水分離槽
38．．．伺服馬達
40．．．磨光單元
47．．．控制器
50．．．修整器
50a．．．修整構件
51‧‧‧修整器軸
53‧‧‧氣缸
55‧‧‧擺動臂
56‧‧‧柱
57‧‧‧支承台
58‧‧‧支承軸
60‧‧‧位移感測器
61‧‧‧物件板
70‧‧‧距離量測感測器
100‧‧‧磨光臺
100A‧‧‧臺軸
101‧‧‧磨光墊
101a、408b‧‧‧磨光表面
111‧‧‧頂環軸
114‧‧‧頂環頭軸
130‧‧‧柱
150‧‧‧推桿
151‧‧‧頂環導引件
152‧‧‧推桿台
153‧‧‧釋放噴嘴
240‧‧‧可垂直移動機構
260‧‧‧軸承
300‧‧‧上構件
304‧‧‧中間構件
306‧‧‧下構件
308、309、310‧‧‧螺栓
314a、314b‧‧‧波紋
314c、314d‧‧‧周緣
314f‧‧‧間隙
316‧‧‧周緣保持器
318、319‧‧‧環狀波紋保持器
318b、318c、319a‧‧‧夾爪
320、322‧‧‧止動器
324、325、326、328、329‧‧‧通道
327‧‧‧連接器
334、336、338、342、344、412、414‧‧‧通道
347‧‧‧環狀溝槽
400‧‧‧圓柱
402‧‧‧保持器
406‧‧‧活塞
408‧‧‧環構件
408a‧‧‧上環構件
408b‧‧‧下環構件
410‧‧‧環形扣環導引件
410a．．．外周邊部
410b．．．內周邊部
410c．．．中間部
410h．．．開口
420．．．連接板
421．．．帶件
422．．．密封部
451．．．室
F1、F2、F3、F4、F5．．．流速感測器
P1、P2、P3、P4、P5．．．壓力感測器
R1、R2、R3、R4、R5．．．壓力調節器
V1-1、V1-2、V1-3、V2-1、V2-2、V2-3、V2-4、V3-1、V3-2、V3-3、V4-1、V4-2、V4-3、V5-1、V5-2、V5-3．．．閥
W．．．半導體晶圓
第1圖是顯示根據本發明的實施例的磨光裝置的整體結構的示意圖；
第2圖係顯示構成磨光頭的頂環的示意剖面圖，該磨光頭是用以保持半導體晶圓作為要被磨光的物件並用以將該半導體晶圓壓抵該磨光臺上的磨光表面；
第3圖是根據本實施例的該磨光裝置的一連串磨光製程的流程圖；
第4A圖至第4C圖是顯示膜高度的示意圖；
第5圖是顯示在降低該頂環之前真空夾持該半導體晶圓的該頂環的狀態的示意圖；
第6圖是顯示真空夾持該半導體晶圓且降低的該頂環的狀態的示意圖，其在該半導體晶圓與該磨光墊之間留有大間隙；
第7A圖是顯示在從如第6圖所示的在該半導體晶圓與該磨光墊之間有大間隙的狀態開始施加壓力的情況中的該半導體晶圓的變形狀態的示意圖；
第7B圖是顯示從在該半導體晶圓與該磨光墊之間有大間隙的狀態開始施加壓力的情況中的該半導體晶圓的變形量的圖表；
第7C圖是顯示連通該波紋室的通道以做為用來增進該波紋室的壓力反應性的方式的圖式；
第8圖是顯示本發明的第一態樣的圖式，且是顯示在真空下保持該晶圓的該頂環被降低及在該晶圓與該磨光墊之間有小間隙的情況的示意圖；
第9A圖是顯示在從在該晶圓與該磨光墊之間有小間隙的狀態開始施加壓力至該膜的狀態的示意剖面圖；
第9B圖是顯示在從在該晶圓與該磨光墊之間有小間隙的狀態開始施加壓力的情況中的該晶圓的變形量的圖表；
第10圖是顯示為了獲得期望的磨光輪廓而從第9A圖的狀態將該頂環移動至最佳高度的狀態的示意圖；
第11圖是顯示本發明的第二態樣的圖式，且是顯示在真空下保持該晶圓的該頂環被降低及在該晶圓與該磨光墊之間有大間隙的情況的示意圖；
第12A圖是顯示在從高膜高度的狀態開始施加壓力至該膜的狀態的示意剖面圖；
第12B圖是顯示在從在該晶圓與該磨光墊之間有大間隙的狀態開始施加壓力的情況中的該晶圓的變形量的圖表；
第13圖是顯示在第12A圖所示的狀態中不移動該頂環地進行實質磨光的情況的示意圖；
第14圖是顯示在該磨光墊上完成晶圓加工之後與當將該晶圓真空夾持至該頂環時，在該載體的表面與該膜的背表面之間有大間隙的情況的示意圖；
第15圖是顯示在從如第14圖所示的在該載體的表面與該膜的背表面之間有大間隙的狀態開始該晶圓的真空夾持的情況中的該晶圓的變形狀態的示意圖；
第16A圖是顯示從在該載體的表面與該膜的後表面之間有大間隙狀態開始該晶圓的真空夾持的情況中的該晶圓的狀態及顯示該磨光墊具有溝槽的情況的示意圖；
第16B圖是顯示從在該載體的表面與該膜的背表面之間有大間隙狀態開始該晶圓的真空夾持的情況中的該晶圓的狀態及顯示該磨光墊不具有溝槽的情況的示意圖；
第17圖是顯示本發明的一個態樣的圖式，且是顯示在該磨光墊上完成該晶圓加工之後與當將該晶圓真空夾持至該頂環時，在該載體的表面與該膜的背表面之間有小間隙(該膜高度是低的)的示意圖；
第18圖是顯示從如第17圖所示的在該載體的表面與該膜的背表面之間有小間隙的狀態開始該晶圓的真空夾持的情況中的該晶圓的變形狀態的示意圖；
第19A圖是顯示已經完成將該晶圓真空夾持至該頂環的狀態及顯示該磨光墊具有溝槽的情況的示意圖；
第19B圖是顯示已經完成將該晶圓真空夾持至該頂環的狀態及顯示該磨光墊不具有溝槽的情況的示意圖；
第20圖是顯示實驗資料的圖表，且是顯示在真空夾持該晶圓時的該膜高度(在該載體的下表面與該膜的上表面之間的間隙)與在真空夾持該晶圓時施加至該晶圓的應力之間的關係的圖式；
第21圖是顯示該頂環與推桿的示意圖，且是顯示為了將該晶圓從該頂環轉移至該推桿而抬升該推桿的狀態的圖式；
第22圖是顯示該推桿的詳細結構的示意圖；
第23圖是顯示用以從該膜移開該晶圓的該晶圓釋放的狀態的示意圖；
第24A圖是顯示在從該膜移開該晶圓時加壓該波紋區的情況及顯示加壓該波紋區的情況的示意圖；
第24B圖是顯示在從該膜移開該晶圓時加壓該波紋區的情況及顯示加壓該波紋區並減壓該外區的情況的示意圖；
第25圖是更詳細地顯示第1圖所示的該頂環的圖式；
第26圖是更詳細地顯示第1圖所示的該頂環的剖面圖；
第27圖是更詳細地顯示第1圖所示的該頂環的剖面圖；
第28圖是更詳細地顯示第1圖所示的該頂環的剖面圖；
第29圖是更詳細地顯示第1圖所示的該頂環的剖面圖；以及
第30圖是第27圖所示的該扣環的XXX部件的放大圖。
該代表圖無元件符號及其所代表之意義。

Claims (48)

  1. 一種基板磨光方法，係藉由磨光裝置來磨光基板的方法，該磨光裝置包括：具有磨光表面的磨光臺、用以保持基板且將該基板壓抵該磨光表面的頂環、以及用以在垂直方向上移動該頂環的可垂直移動機構，上述方法包括：在將該基板壓抵上述磨光表面之前，移動上述頂環至第一高度；一面將上述頂環維持於第一高度，一面將該基板壓抵於上述磨光表面；以及在將該基板保持為被壓抵於上述磨光表面之同時，移動上述頂環至第二高度。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，上述頂環包括：至少一個彈性膜，組構成形成用以被供應加壓流體的壓力室；以及頂環本體，用以保持上述膜，上述膜係組構成在上述壓力室供應有該加壓流體時以流體壓力將該基板壓抵上述磨光表面；以及其中，上述第一高度是等於膜高度，其範圍是在0.1至1.7毫米(mm)之間，上述膜高度是定義為在該基板附著至上述膜並由上述膜所保持的狀態中的在該基板與上述磨光表面之間的間隙。
  3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中，上述第一高度是等於膜高度，其範圍是在0.1至0.7毫米之間，上述膜高度是定義為在該基板附著至上述膜並由上述膜所保 持的狀態中的在該基板與上述磨光表面之間的間隙。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，上述頂環包括：至少一個彈性膜，組構成形成用以被供應加壓流體的壓力室；以及頂環本體，用以保持上述膜，上述膜係組構成在上述壓力室供應有該加壓流體時以流體壓力將該基板壓抵上述磨光表面；以及其中，上述第二高度是等於膜高度，其範圍是在0.1至2.7毫米之間，上述膜高度是定義為在藉由上述膜將該基板壓抵上述磨光表面的狀態中的在上述頂環本體與上述膜之間的間隙。
  5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中，上述第二高度是等於膜高度，其範圍是在0.1至1.2毫米之間，上述膜高度是定義為在藉由上述膜將該基板壓抵上述磨光表面的狀態中的在上述頂環本體與上述膜之間的間隙。
  6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之方法，復包括偵測該基板壓抵上述磨光表面的步驟。
  7. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之方法，其中，在偵測該基板壓抵上述磨光表面後，移動上述頂環至上述第二高度。
  8. 如申請專利範圍第6項之方法，其中，使用用以旋轉上述磨光臺的馬達、設在上述磨光臺的渦電流感測器、以及設在上述磨光臺的光學感測器的至少一個電流數值的改變、以及用以旋轉上述頂環的馬達的電流數值改變，以便偵測該基板壓抵上述磨光表面。
  9. 如申請專利範圍第7項之方法，其中，使用用以旋轉上述磨光臺的馬達、設在上述磨光臺的渦電流感測器、以及設在上述磨光臺的光學感測器的至少一個電流數值的改變、以及用以旋轉上述頂環的馬達的電流數值改變，以便偵測該基板壓抵上述磨光表面。
  10. 如申請專利範圍第6項之方法，其中，用以在垂直方向上移動上述頂環的上述可垂直移動機構包括滾珠螺桿與用以旋轉上述滾珠螺桿的馬達；以及其中，使用用以旋轉上述滾珠螺桿的上述馬達的電流數值改變，以便偵測該基板壓抵上述磨光表面。
  11. 如申請專利範圍第6項之方法，其中，上述頂環包括：至少一個彈性膜，組構成形成用以被供應加壓流體的壓力室；以及頂環本體，用以保持上述膜，上述膜係組構成在上述壓力室供應有該加壓流體時以流體壓力將該基板壓抵上述磨光表面；以及其中，使用供應至上述壓力室的該加壓流體的壓力改變或流速改變，以便偵測該基板壓抵上述磨光表面。
  12. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，上述可垂直移動機構包括用以在垂直方向上移動上述頂環的滾珠螺桿與用以旋轉上述滾珠螺桿的馬達。
  13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中，上述可垂直移動機構包括包含用以量測上述磨光表面的高度的感測器的機構。
  14. 一種基板磨光方法，係藉由磨光裝置來磨光基板的方 法，該磨光裝置包括：具有磨光表面的磨光臺、用以保持基板與將該基板壓抵上述磨光表面的頂環、以及用以在垂直方向上移動上述頂環的可垂直移動機構，上述方法包括：在將該基板壓抵上述磨光表面之前，移動上述頂環至預定高度；以第一壓力將該基板壓抵上述磨光表面，同時維持上述頂環在上述預定高度處；以及在以上述第一壓力將該基板壓抵上述磨光表面後，藉由以高於上述第一壓力的第二壓力將該基板壓抵上述磨光表面來磨光該基板。
  15. 如申請專利範圍第14項之方法，其中，上述頂環包括至少一個彈性膜，組構成形成用以被供應加壓流體的壓力室；以及頂環本體，用以保持上述膜，上述膜係組構成在上述壓力室供應有該加壓流體時以流體壓力將該基板壓抵上述磨光表面；以及其中，上述預定高度是等於膜高度，其範圍是在0.1至2.7毫米之間，上述膜高度是定義為在將該基板附著至上述膜且由上述膜所保持的狀態中的在該基板與上述磨光表面之間的間隙。
  16. 如申請專利範圍第15項之方法，其中，上述預定高度是等於膜高度，其範圍是在0.1至1.2毫米之間，上述膜高度是定義為在該基板附著至上述膜並由上述膜所保持的狀態中的在該基板與上述磨光表面之間的間隙。
  17. 如申請專利範圍第14項之方法，其中，上述第一壓力是不大於在上述磨光製程中的上述第二壓力的一半。
  18. 如申請專利範圍第14項之方法，其中，上述第一壓力是大氣壓力。
  19. 如申請專利範圍第14項之方法，復包括偵測該基板壓抵上述磨光表面的步驟。
  20. 如申請專利範圍第14項之方法，其中，在偵測該基板壓抵上述磨光表面後，以上述第二壓力將上述頂環壓抵上述磨光表面。
  21. 如申請專利範圍第19項之方法，其中，使用用以旋轉上述磨光臺的馬達、設在上述磨光臺的渦電流感測器、設在上述磨光臺的光學感測器的至少一個電流數值的改變、以及用以旋轉上述頂環的馬達的電流數值改變，以便偵測該基板壓抵上述磨光表面。
  22. 如申請專利範圍第20項之方法，其中，使用用以旋轉上述磨光臺的馬達、設在上述磨光臺的渦電流感測器、設在上述磨光臺的光學感測器的至少一個電流數值的改變、以及用以旋轉上述頂環的馬達的電流數值改變，以便偵測該基板壓抵上述磨光表面。
  23. 如申請專利範圍第19項之方法，其中，用以在垂直方向上移動上述頂環的上述可垂直移動機構包括滾珠螺桿與用以旋轉上述滾珠螺桿的馬達；以及其中，使用用以旋轉上述滾珠螺桿的上述馬達的電流數值改變，以便偵測該基板壓抵上述磨光表面。
  24. 如申請專利範圍第19項之方法，其中，上述頂環包括：至少一個彈性膜，組構成形成用以被供應加壓流體的壓力室；以及頂環本體，用以保持上述膜，上述膜係組構成在上述壓力室供應有該加壓流體時以流體壓力將該基板壓抵上述磨光表面；以及其中，使用供應至上述壓力室的該加壓流體的壓力改變或流速改變，以便偵測該基板壓抵上述磨光表面。
  25. 如申請專利範圍第14項之方法，其中，上述可垂直移動機構包括用以在垂直方向上移動上述頂環的滾珠螺桿與用以旋轉上述滾珠螺桿的馬達。
  26. 如申請專利範圍第25項之方法，其中，上述可垂直移動機構包括包含用以量測上述磨光表面的高度的感測器的機構。
  27. 一種基板磨光方法，係藉由磨光裝置來磨光基板的方法，該磨光裝置包括：具有磨光表面的磨光臺、用以保持基板與將該基板壓抵上述磨光表面的頂環、以及用以在垂直方向上移動上述頂環的可垂直移動機構，上述方法包括：在將該基板壓抵上述磨光表面之前，移動上述頂環至預定高度；以預定壓力按壓該基板而使該基板接觸上述磨光表面，同時維持上述頂環在上述預定高度處；以及在開始磨光時偵測該基板與上述磨光表面的接觸，並改變該磨光狀況至下一個磨光狀況。
  28. 如申請專利範圍第27項之方法，其中，使用用以旋轉上述磨光臺的馬達、設在上述磨光臺的渦電流感測器、設在上述磨光臺的光學感測器的至少一個電流數值的改變、以及用以旋轉上述頂環的馬達的電流數值改變，以便偵測該基板與上述磨光表面的接觸。
  29. 如申請專利範圍第27項之方法，其中，用以在垂直方向上移動上述頂環的上述可垂直移動機構包括滾珠螺桿與用以旋轉上述滾珠螺桿的馬達；以及其中，使用用以旋轉上述滾珠螺桿的上述馬達的電流數值改變，以便偵測該基板與上述磨光表面的接觸。
  30. 如申請專利範圍第27項之方法，其中，上述頂環包括：至少一個彈性膜，組構成形成用以被供應加壓流體的壓力室；以及頂環本體，用以保持上述膜，上述膜係組構成在上述壓力室供應有該加壓流體時以流體壓力將該基板壓抵上述磨光表面；以及其中，使用供應至上述壓力室的該加壓流體的壓力改變或流速改變，以便偵測該基板與上述磨光表面的接觸。
  31. 如申請專利範圍第27項之方法，其中，上述可垂直移動機構包括用以在垂直方向上移動上述頂環的滾珠螺桿與用以旋轉上述滾珠螺桿的馬達。
  32. 如申請專利範圍第31項之方法，其中，上述可垂直移動機構包括包含用以量測上述磨光表面的高度的感測器的機構。
  33. 一種基板磨光方法，係藉由磨光裝置來磨光基板的方法，該磨光裝置包括：具有磨光表面的磨光臺、用以保持基板與將該基板壓抵上述磨光表面的頂環、以及用以在垂直方向上移動該頂環的可垂直移動機構，上述方法包括：在將該頂環維持於磨光高度之狀態下，執行磨光製程；在該磨光製程完成後，在該基板接觸上述磨光表面的狀態中，將上述頂環從該磨光高度移動至預定高度；以及在移動上述頂環之後或移動上述頂環的同時，將該基板從上述磨光表面附著至上述頂環並藉由上述頂環保持該基板。
  34. 如申請專利範圍第33項之方法，其中，上述頂環包括：至少一個彈性膜，組構成形成用以被供應加壓流體的壓力室；以及頂環本體，用以保持上述膜，上述膜係組構成在上述壓力室供應有該加壓流體時以流體壓力將該基板壓抵上述磨光表面；以及其中，上述預定高度是等於膜高度，其範圍是在0.1至1.7毫米之間，上述膜高度是定義為在藉由上述膜將該基板壓抵上述磨光表面的狀態中的在上述頂環本體與上述膜之間的間隙。
  35. 如申請專利範圍第34項之方法，其中，上述預定高度是等於膜高度，其範圍是在0.1至1.0毫米之間，上述 膜高度是定義為在藉由上述膜將該基板壓抵上述磨光表面的狀態中的在上述頂環本體與上述膜之間的間隙。
  36. 如申請專利範圍第33項之方法，其中，上述可垂直移動機構包括用以在垂直方向上移動上述頂環的滾珠螺桿及用以旋轉上述滾珠螺桿的馬達。
  37. 如申請專利範圍第36項之方法，其中，上述可垂直移動機構包括含有用以量測上述磨光表面的高度的感測器的機構。
  38. 一種基板磨光裝置，包括：具有磨光表面的磨光臺；頂環，係組構成藉由基板保持表面來保持該基板的背表面且藉由扣環來保持該基板的外周邊周緣，並組構成將該基板壓抵上述磨光表面；可垂直移動機構，係組構成在垂直方向上移動上述頂環；以及推桿，係組構成將該基板轉移至上述頂環或從上述頂環轉移該基板；其中，上述推桿能將上述扣環的底表面向上推動至高於在從上述頂環接收該基板前的上述基板保持表面的位置。
  39. 如申請專利範圍第38項之裝置，其中，上述頂環具有用以被供應加壓流體的扣環室，上述扣環室係組構成在供應該加壓流體於上述扣環室時，以流體壓力將上述扣環壓抵上述磨光表面；以及 其中，上述扣環室可連接至真空源。
  40. 如申請專利範圍第38項之裝置，其中，上述推桿包括用以在上述基板保持表面與該基板之間排出加壓流體的噴嘴，而該基板係藉由從上述噴嘴排出的該加壓流體從上述基板保持表面移開。
  41. 如申請專利範圍第40項之裝置，其中，上述頂環包括：至少一個彈性膜，組構成形成用以被供應加壓流體的複數個壓力室；以及頂環本體，用以保持上述膜，上述膜係組構成在上述複數個壓力室供應有該加壓流體時以流體壓力將該基板壓抵上述磨光表面；以及其中，當將該基板從構成上述基板保持表面的上述膜移開時，該基板是在所有上述複數個壓力室沒被加壓的狀態中被移開。
  42. 一種基板磨光裝置，包括：具有磨光表面的磨光臺；頂環，係組構成藉由基板保持表面來保持該基板的背表面且藉由扣環來保持該基板的外周邊周緣，並組構成將該基板壓抵上述磨光表面；以及可垂直移動機構，係組構成在垂直方向上移動上述頂環；其中，上述頂環包括：至少一個彈性膜，組構成形成用以被供應加壓流體的複數個壓力室；以及頂環本體，用以保持上述膜，上述膜係組構成在上述複數個壓力室供應有該加壓流體時以流體壓力將該基板壓抵上 述磨光表面；以及其中，當將該基板從構成上述基板保持表面的上述膜移開時，在真空狀態中加壓上述複數個壓力室之至少一者且減壓上述複數個壓力室之至少一者。
  43. 一種基板磨光裝置，包括：具有磨光表面的磨光臺；頂環，係組構成藉由基板保持表面來保持該基板的背表面且藉由扣環來保持該基板的外周邊周緣，並組構成將該基板壓抵上述磨光表面；可垂直移動機構，係組構成在垂直方向上移動上述頂環；其中，上述頂環包括：至少一個彈性膜，組構成形成用以被供應加壓流體的壓力室；以及頂環本體，用以保持上述膜，上述膜係組構成在上述壓力室供應有該加壓流體時以流體壓力將該基板壓抵上述磨光表面；以及其中，上述可垂直移動機構是可操作成在上述扣環接觸上述磨光表面的狀態中將上述頂環從第一位置移動至第二位置；上述第一位置是定義為在該基板附著至上述膜並由上述膜所保持的狀態中在該基板與上述磨光表面之間有間隙的位置；上述第二位置是定義為在藉由上述膜將該基板壓抵上述磨光表面的狀態中在上述頂環本體與上述膜之間有間隙的位置。
  44. 如申請專利範圍第43項之裝置，復包括扣環導引件，其固定至上述頂環本體且組構成與上述扣環的環構件滑動接觸，用以導引上述環構件的移動；以及連接板，係設於上述環構件與上述扣環導引件之間。
  45. 如申請專利範圍第43項之裝置，復包括：用以被供應加壓流體的扣環室，上述扣環室係組構成在當上述扣環室供應有該加壓流體時以流體壓力將上述扣環壓抵上述磨光表面，上述扣環室係形成在固定至上述頂環本體的圓柱中；扣環導引件，其固定至上述頂環本體且組構成與上述扣環的環構件滑動接觸，用以導引上述環構件的移動；以及包括帶狀的彈性構件的帶件，其設於上述圓柱與上述扣環導引件之間。
  46. 如申請專利範圍第43至45項中任一項之裝置，其中，上述膜包含密封構件，其在上述膜的周緣處將上述膜連接至的上述扣環。
  47. 如申請專利範圍第43項之裝置，其中，藉由徑向地配置在上述膜的外部的環狀周緣保持器及徑向地配置在上述周緣保持器的內部的環狀波紋保持器來將上述膜保持在上述頂環本體的下表面上。
  48. 如申請專利範圍第47項之裝置，其中，上述波紋保持器是藉由複數個止動器來保持在上述頂環本體的下表面上。
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