TWI507268B - 磨光裝置 - Google Patents

磨光裝置 Download PDF

Info

Publication number
TWI507268B
TWI507268B TW097140123A TW97140123A TWI507268B TW I507268 B TWI507268 B TW I507268B TW 097140123 A TW097140123 A TW 097140123A TW 97140123 A TW97140123 A TW 97140123A TW I507268 B TWI507268 B TW I507268B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
ring
polishing
low friction
friction material
fluid
Prior art date
Application number
TW097140123A
Other languages
English (en)
Other versions
TW200927383A (en
Inventor
Osamu Nabeya
Tetsuji Togawa
Hozumi Yasuda
Koji Saito
Makoto Fukushima
Original Assignee
Ebara Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ebara Corp filed Critical Ebara Corp
Publication of TW200927383A publication Critical patent/TW200927383A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI507268B publication Critical patent/TWI507268B/zh

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B24B37/32—Retaining rings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • 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
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Description

磨光裝置
本發明係有關於一種磨光裝置，且詳言之，係有關於一種用於把諸如半導體晶圓的待磨光物件(基板)磨光成平面鏡成品的磨光裝置。
近年來，高整合度及高密度的半導體元件要求愈來愈小的佈線圖案或互連，以及愈來愈多的互連層。在較小的電路中有多層互連會造成較大的階差(step)而在互連下層會以表面不規則性反映出來。互連層數增加使得有階差組態之薄膜的塗膜效能(film coating performance)(階差覆蓋率)會很差。因此，較佳多層互連需要改善階差覆蓋率以及適當的表面平坦化。此外，由於光蝕刻光學系統的焦點深度會隨著光蝕刻製程的微型化而變小，因此需要把半導體元件表面平坦化使得半導體元件表面上的不規則階差將落在焦點深度內。
因此，在半導體元件的製造製程中，半導體元件表面的平坦化變成愈來愈重要。最重要的平坦化技術之一為化學機械磨光法(CMP)。因此，已有人使用化學機械磨光裝置來平坦化半導體晶圓的表面。在該化學機械磨光裝置中，是在供給內含磨粒(例如，矽土(SiO2 ))的磨光液至磨光表面(例如，磨光墊)時，使基板(例如，半導體晶圓)與磨光表面滑動接觸，藉此可磨光該基板。
此類磨光裝置包含：磨光平台，其係具有藉由磨光墊形成的磨光表面；以及，被稱作頂環(top ring)或磨光頭的基板固持裝置，其係用於保持基板，例如半導體晶圓。在用該磨光裝置來磨光半導體晶圓時，藉由基板固持裝置保持半導體晶圓並使它以預定的壓力壓著磨光表面。此時，磨光平台與基板固持裝置彼此相對運動以使半導體晶圓與磨光表面呈滑動接觸，藉可將半導體晶圓的表面磨光成平面鏡成品。
在此類磨光裝置中，如果施加於正被磨光之半導體晶圓與磨光墊之磨光表面之間的相對壓迫力在半導體晶圓的整個表面上不均勻的話，則取決於所施加的壓迫力，半導體晶圓表面在不同的區域會有磨光不足或過度的情形。慣例上，使半導體晶圓有一致的外加壓迫力係藉由在基板固持裝置下半部提供由彈性膜(elastic membrane)形成的壓力腔以及供給該壓力腔流體(fluid)(例如，空氣)以通過該彈性膜來以流體壓力來壓迫該半導體晶圓，此係參考日本早期專利公開案第2006-255851號。
就此情形而言，磨光墊有彈性以致於施加於正被磨光半導體晶圓周邊部份的壓迫力變得不均勻，因而只有半導體晶圓的周邊部份會被過度磨光，這種情形稱為“邊緣圓滑化(edge rounding)”。為了防止邊緣圓滑化，用於保持半導體晶圓之周邊的固定環(retainer ring)可對頂環主體(或載具頭主體)垂直移動以便用該固定環來壓迫磨光墊之磨光表面中與半導體晶圓片之周邊部份相對應的環狀部份。
習知磨光裝置是在磨光期間藉由半導體晶圓與磨光墊的磨光表面之間的磨擦力來向固定環施加側向力(水平力)，以及藉由設在固定環外環側面的固定環導件來接受側向力(水平力)。因此，當垂直移動固定環以遵循磨光墊的磨光表面之起伏時，在固定環之外環表面與固定環導件之內環表面的滑動接觸表面會產生大磨擦力。因此，固定環的遵循能力(following capability)會變不足，以及固定環無法施加想要的表面壓力至磨光墊的磨光表面。
此外，為了由頂環(或載具頭)傳輸旋轉力至固定環，在固定環與固定環導件之間裝設諸如傳動銷(driving pin)的旋轉驅動單元。當固定環垂直移動時，會在旋轉驅動單元處產生大磨擦力。因此，固定環的遵循能力會變不足，以及固定環無法施加想要的表面壓力至磨光墊的磨光表面。
鑑於上述缺點，吾等已做成本發明。因此，本發明的目的是要提供一種可改善固定環對於磨光表面之遵循能力的磨光裝置，用於保持基板周邊的固定環係裝設於用於保持該基板之頂環的周邊部份，以及該固定環可施加想要的表面壓力至該磨光表面。
為了達成上述目的，根據本發明的第一態樣，提供一種用於磨光一基板的裝置，係包括：有磨光表面的磨光平台；頂環主體，係經組態成保持基板並使該基板壓著該磨光表面；固定環，係裝設於該頂環主體之外周邊部份且經組態成壓迫該磨光表面；以及，固定環導件，係固定於該頂環主體且經組態成與該固定環的環圈構件(ring member)滑動接觸以導引該環圈構件的運動；其中，該環圈構件與該固定環導件中會彼此滑動接觸的滑動接觸表面中之任一者係包括低磨擦材料。
根據本發明，由於該固定環之該環圈構件與該固定環導件的滑動接觸表面包括低磨擦材料，因此當該固定環垂直移動以遵循該磨光平台的磨光表面之起伏時，可顯著減少該固定環之環圈構件與該固定環導件的滑動接觸表面(滑動表面)的磨擦力以增強該固定環對於該磨光表面的遵循能力，以及固定環可施加想要的表面壓力至磨光表面。
該低磨擦材料的定義為有0.35或更小之低磨擦係數的材料。該低磨擦材料有0.25或更小的磨擦係數為較佳。該磨擦係數在沒有潤滑油的情況下為無量綱值(dimensionless value)。此外，該低磨擦材料包括有高度耐磨性能的滑動材料(sliding material)為較佳。
在本發明之一較佳態樣中，係對於該環圈構件與該固定環導件的該等滑動接觸表面中之另一者施加鏡面加工(mirror processing)。
根據本發明，可進一步減少該固定環之環圈構件與該固定環導件的磨擦力。
在本發明之一較佳態樣中，該低磨擦材料包括含有聚四氟乙烯(PTFE)或PEEK(聚醚醚酮)‧PPS(聚苯硫)的樹脂材料。除了上述樹脂材料以外，該低磨擦材料可包括含有PET(聚乙烯對苯二甲酸酯)、聚乙烯、聚醯胺、聚甲醛、聚亞醯胺或聚醯胺醯亞胺(polyamide-imide)的樹脂材料。
在本發明之一較佳態樣中，係將金屬環安裝於該環圈構件上，以及將該低磨擦材料裝設於該金屬環的外環表面上。
根據本發明，由於由SUS或其類似物製成的金屬環是裝在該環圈構件上，因此該環圈構件有改良的剛性。因此，即使該環圈構件的溫度由於該環圈構件與該磨光表面滑動接觸而增加，仍可抑制該環圈構件的熱變形。因此，該環圈構件與該金屬環、以及與該固定環導件的餘隙可變窄，以及可抑制在磨光期間該環圈構件在餘隙中運動而使該固定環導件與該環圈構件碰撞時產生的異常噪音或振動。此外，由於該金屬環的外環表面係由低磨擦材料構成，因此可改善該環圈構件與該固定環導件之間的滑動特性。因此，可顯著增強該固定環對於該磨光表面的遵循能力，以及固定環可施加想要的表面壓力至磨光表面。
在本發明之一較佳態樣中，該磨光裝置更包括傳動銷，用於將該頂環主體的旋轉力由該固定環導件傳輸至該環圈構件；其中，該傳動銷與該環圈構件的接觸表面中之任一者係包括低磨擦材料。
根據本發明，由於該傳動銷與該環圈構件的磨擦力可減少以改善該滑動特性，因此可顯著增強該固定環對於該磨光表面的遵循能力，以及固定環可施加想要的表面壓力至磨光表面。該低磨擦材料的定義為有0.35或更小之低磨擦係數的材料。該低磨擦材料有0.25或更小的磨擦係數為較佳。此外，最好該低磨擦材料包括有高度耐磨性能的滑動材料。
在本發明之一較佳態樣中，係對於該傳動銷與該環圈構件的該等接觸表面中之另一者施加鏡面加工。
根據本發明，可進一步減少該傳動銷與該環圈構件的磨擦力。
在本發明之一較佳態樣中，該接觸表面的低磨擦材料係包括含有聚四氟乙烯(PTFE)或PEEK‧PPS的樹脂材料。
根據本發明的第二態樣，提供一種用於磨光基板的裝置，係包括：有磨光表面的磨光平台；頂環主體，係經組態成保持基板並使該基板壓著該磨光表面；固定環，係裝設於該頂環主體之外周邊部份且經組態成壓迫該磨光表面；以及，固定環導件，係固定於該頂環主體且經組態成與該固定環之環圈構件滑動接觸以導引該環圈構件的運動；其中，係對於該環圈構件與該固定環導件中彼此會滑動接觸的滑動接觸表面中之至少一者施加鏡面加工。
根據本發明，由於施加鏡面加工於該固定環之環圈構件與該固定環導件的該等滑動接觸表面，因此當使該固定環垂直移動以遵循該磨光平台之磨光表面的的起伏時，可顯著減少該固定環之環圈構件與該固定環導件的該等滑動接觸表面的磨擦力以增強該固定環對於該磨光表面的遵循能力，以及固定環可施加想要的表面壓力至磨光表面。
該鏡面加工的定義為包含磨光、研磨(lapping)及打磨(buffing)的加工。最好該鏡面加工所達成的表面粗糙度為Ra 0.2或更小。
根據本發明的第三態樣，提供一種用於磨光基板的裝置，係包括：有磨光表面的磨光平台；頂環主體，係經組態成保持基板並使該基板壓著該磨光表面；固定環，係裝設於該頂環主體之外周邊部份且經組態成壓迫該磨光表面；以及，流體軸承，係固定於該頂環主體且經組態成噴射加壓流體至該固定環的環圈構件之外環表面以便在該環圈構件與該流體軸承之間形成流體膜。
根據本發明，當使該固定環垂直移動以遵循該磨光平台之磨光表面的起伏時，被垂直移動的固定環可用該流體膜支撐而不必滑動(無接觸)。因此，可增強該固定環對於該磨光表面的遵循能力，以及固定環可施加想要的表面壓力至磨光表面。
在本發明之一較佳態樣中，該流體軸承包括用於噴射該加壓流體的多孔構件。
根據本發明，由於可通過有優異流體滲透性(彼之微孔結構使然)的多孔構件來噴射該加壓流體至該固定環的環圈構件，因此可形成有高載荷能力的流體膜。
在本發明之一較佳態樣中，該加壓流體包括空氣或氮氣。
在本發明之一較佳態樣中，該多孔構件包括金屬、陶瓷或塑膠，以及該多孔構件有許多細孔，該等細孔係經組態成使該多孔構件的內環側面與該多孔構件的外環側面相通。
在本發明之一較佳態樣中，該流體軸承包括組態成容納該多孔構件的殼體。
在本發明之一較佳態樣中，該殼體有通路，用於供給該加壓流體至該多孔構件。
在本發明之一較佳態樣中，該多孔構件係浸漬固體潤滑劑。
根據本發明，即使該環圈構件偶而與該多孔構件接觸，該環圈構件與該多孔構件仍藉由該固體潤滑劑來保持優異的滑動特性。
在本發明之一較佳態樣中，該磨光裝置更包括組態成冷卻該加壓流體的溫度調整裝置。
根據本發明，當該固定環之環圈構件的溫度由於該環圈構件與該磨光表面之間的磨擦熱而增加時，冷卻過的加壓流體會從該多孔構件吹到該環圈構件的外環表面上，從而冷卻該環圈構件。該冷卻流體包括例如乾空氣。因此，可防止該環圈構件的溫度上升以抑制該環圈構件的熱膨脹。因此，可最小化在該多孔構件與該環圈構件之間的餘隙，以及可增加形成於該多孔構件與該環圈構件之間的流體膜的壓力以增強空氣軸承(air bearing)的效果。因此，該固定環的環圈構件可垂直移動而不會貼著該多孔構件滑動(無接觸)，因而可進一步增強該環圈構件對於該磨光表面的遵循能力。
根據本發明的第四態樣，提供一種用於磨光基板的裝置，係包括：有磨光表面的磨光平台；頂環主體，係經組態成保持基板並使該基板壓著該磨光表面；固定環，係裝設於該頂環主體之外周邊部份且經組態成壓迫該磨光表面；以及，固定環導件，係固定於該頂環主體且經組態成與該固定環之環圈構件滑動接觸以導引該環圈構件的運動；其中，該環圈構件與該固定環導件中會彼此滑動接觸的滑動接觸表面均塗上液體或半固體潤滑劑；以及，在該環圈構件的外環表面與該固定環導件之間裝設連接片。
根據本發明，由於該固定環之環圈構件與該固定環導件的滑動接觸表面皆塗上潤滑劑，當使該固定環垂直移動以遵循該磨光平台之磨光表面的起伏時，可顯著減少該固定環之環圈構件與該固定環導件的滑動接觸表面(滑動表面)的磨擦力以增強該固定環對於該磨光表面的遵循能力，以及固定環可施加想要的表面壓力至磨光表面。
此外，根據本發明，由於在該環圈構件之外環表面與該固定環導件之間加上連接片於在該等滑動接觸表面(塗上潤滑劑的表面)下的位置，可防止該等滑動接觸表面的潤滑劑掉落到該磨光表面上。該潤滑劑的形式最好為諸如矽油膏或潤滑油的液體或半固體。
根據本發明的第五態樣，提供一種用於磨光基板的裝置，係包括：有磨光表面的磨光平台；頂環主體，係經組態成保持基板並使該基板壓著該磨光表面；固定環，係裝設於該頂環主體之外周邊部份且經組態成壓迫該磨光表面；以及，固定環導件，係固定於該頂環主體且經組態成與該固定環之環圈構件滑動接觸以導引該環圈構件的運動；其中，係提供低磨擦材料構件於該固定環的該環圈構件之外圓周上以使該低磨擦材料構件與該固定環導件滑動接觸。
根據本發明，由於在該固定環之環圈構件的外圓周上裝設低磨擦材料構件，當使該固定環垂直移動以遵循該磨光平台之磨光表面的起伏時，可顯著減少該固定環之環圈構件與該固定環導件的該等滑動接觸表面(滑動表面)的磨擦力以增強該固定環對於該磨光表面的遵循能力，以及固定環可施加想要的表面壓力至磨光表面。
該低磨擦材料的定義為有0.35或更小之低磨擦係數的材料。該低磨擦材料有0.25或更小的磨擦係數為較佳。此外，最好該低磨擦材料包括有高度耐磨性能的滑動材料。
在本發明之一較佳態樣中，該低磨擦材料構件包括含有聚四氟乙烯(PTFE)或PEEK‧PPS的樹脂材料。
除了上述樹脂材料以外，該低磨擦材料可包括含有PET、聚乙烯、聚醯胺、聚甲醛、聚亞醯胺或聚醯胺醯亞胺的樹脂材料。
在本發明之一較佳態樣中，係將該低磨擦材料構件裝在該環圈構件的外圓周上。
在本發明之一較佳態樣中，該低磨擦材料構件包括撓性構件；以及，將該低磨擦材料構件裝在該環圈構件上以變成對應至該環圈構件之外圓周的圓形。
在本發明之一較佳態樣中，該磨光裝置更包括止動裝置(retaining device)，係裝設於該低磨擦材料構件安裝於該環圈構件上的位置且經組態成防止該低磨擦材料構件由該環圈構件掉出來。
根據本發明，止動裝置係防止該低磨擦材料構件從該固定環的環圈構件掉出來。此止動裝置可由以下兩者構成：形成於該低磨擦材料構件與該環圈構件中之一個的凸出部，以及形成於該低磨擦材料構件與該環圈構件中之另一個的凹處。
在本發明之一較佳態樣中，該低磨擦材料構件包括有兩端的帶狀或塊狀構件。
根據本發明，該低磨擦材料構件不是由環圈構件構成，而是由割開的帶狀或塊狀低磨擦構件構成，以及將多個帶狀或塊狀構件裝入該固定環的環圈構件。因此，係用該低磨擦材料構件覆蓋該固定環之環圈構件的整個圓周。
在本發明之一較佳態樣中，在該環圈構件的外圓周上裝設多個該等帶狀或塊狀構件使得在相鄰帶狀或塊狀構件之間可形成餘隙。
根據本發明，當該低磨擦材料構件裝上該環圈構件時，係在兩個相鄰低磨擦材料構件之間形成小餘隙。此餘隙係經配置成防止這兩個相鄰低磨擦材料構件的末端相互接觸，即使在磨光製程過程中該等低磨擦材料構件由於該固定環溫度上升而熱膨脹的情形下。考慮到該低磨擦材料構件的熱膨脹係數，該餘隙最好是在約0.1毫米至約1毫米的範圍內。
在本發明之一較佳態樣中，該磨光裝置更包括防旋轉裝置，係經組態成防止該低磨擦材料構件與該環圈構件相對旋轉。
根據本發明，在磨光期間防止該低磨擦材料構件在該環圈構件的周向中旋轉。此防旋轉裝置可由以下兩者構成：形成於該低磨擦材料構件與該環圈構件中之一個的凸出部，以及形成於該低磨擦材料構件與該環圈構件中之另一個的凹處。
根據本發明，當垂直移動該固定環以遵循該磨光平台之磨光表面的起伏時，可顯著減少該固定環與該固定環導件的該等滑動接觸表面的磨擦力以增強該固定環對於該磨光表面的遵循能力，以及固定環可施加想要的表面壓力至磨光表面。
此外，根據本發明，當使該固定環垂直移動以遵循該磨光平台之磨光表面的起伏時，被垂直移動的固定環可藉由該流體膜支撐而不必滑動(無接觸)。因此，可增強該固定環對於該磨光表面的遵循能力，以及固定環可施加想要的表面壓力至磨光表面。
參考以下說明，且結合以範例圖解說明本發明較佳實施例的附圖，將可更加明白本發明的上述及其他的目的、特徵、及優點。
以下將參考第1圖至第14圖來描述本發明磨光裝置的實施例。附圖中相同或對應元件係藉由相同或對應的元件符號表示且不再重覆描述。
第1圖係顯示根據本發明之一實施例的磨光裝置之整個結構的示意圖。如第1圖所示，該磨光裝置包括磨光平台100，以及頂環1，用於保持作為待磨光物件的基板(例如，半導體晶圓)以及使該基板壓著磨光平台100上的磨光表面。
磨光平台100係經由平台軸桿100a耦合至配置於磨光平台100下方的馬達(未顯示)。因此，磨光平台100可以平台軸桿100a為中心旋轉。磨光墊101係附著於磨光平台100的上表面。磨光墊101的上表面101a係構成磨光半導體晶圓W的磨光表面。在磨光平台100上方設有磨光液供給噴嘴102以供給磨光液Q至磨光平台100上的磨光墊101。
頂環1係連接至頂環軸桿111的下端，該頂環軸桿111係藉由垂直移動機構124而可對頂環頭110垂直移動。當垂直移動機構124垂直移動頂環軸桿111時，頂環1會整體升降以便對於頂環頭110有適當的位置。頂環軸桿111的上端係安裝旋轉接頭(rotary joint)125。
用於使頂環軸桿111及頂環1垂直移動的垂直移動機構124包括藉由軸承126可旋轉地支撐著頂環軸桿111的橋狀物(bridge)128、安裝在橋狀物128上的滾珠螺桿132、被支柱130支撐著的支承基底129、以及安裝在支承基底129上的交流伺服馬達138。支承交流伺服馬達138的支承基底129是藉由支柱130固定地安裝在頂環頭110上。
滾珠螺桿132包括耦合至交流伺服馬達138的螺桿132a與套上螺桿132a的螺帽132b。頂環軸桿111可藉由垂直移動機構124與橋狀物128一致地垂直移動。當交流伺服馬達138通電(energize)時，橋狀物128經由滾珠螺桿132垂直移動，以及使頂環軸桿111與頂環1垂直移動。
頂環軸桿111係藉由鍵(未顯示)來與旋轉軸套(rotary sleeve)連接。旋轉軸套112有固定地配置於其四周的定時滑輪(timing pulley)113。有驅動軸桿的頂環馬達114係固定於頂環頭110。定時滑輪113係藉由定時皮帶115而可操作地耦合至安裝在頂環馬達114之驅動軸桿上的定時滑輪116。當頂環馬達114通電時，定時滑輪116、定時皮帶115及定時滑輪113會旋轉以使旋轉軸套112與頂環軸桿111相互一致地旋轉，從而使頂環1旋轉。頂環頭110係支承於在固定地支承於框架(未顯示)上的頂環頭軸桿117上。
在如第1圖所示的磨光裝置中，頂環1係經組態成在它的下表面上保持基板，例如半導體晶圓W。頂環頭110可以頂環頭軸桿117為中心樞轉(搖擺)。因此，保持半導體晶圓W於其下表面上的頂環1係藉由頂環頭110的樞轉運動而在頂環1接受半導體晶圓W的位置與在磨光平台100上方的位置之間移動。頂環1會被放低以使半導體晶圓W壓著磨光墊101的表面(磨光表面)101a。此時，當頂環1與磨光平台100各自旋轉時，藉由設於磨光平台100上方的磨光液供給噴嘴102來供給磨光液至磨光墊101。半導體晶圓W會與磨光墊101的磨光表面101a滑動接觸。因此，磨光半導體晶圓W的表面。
第2圖至第6圖係顯示沿著頂環1的多條徑向之頂環1之範例的橫截面圖。
如第2圖至第6圖所示，頂環1主要包括用於使半導體晶圓W壓著磨光表面101a的頂環主體2，以及用於直接壓迫磨光表面101a的固定環3。頂環主體2包含形式為圓板的上構件300、附著於上構件300下表面的中間構件304、以及附著於中間構件304下表面的下構件306。固定環3係附著於上構件300的周邊部份。如第3圖所示，上構件300藉由螺栓308連接至頂環軸桿111。此外，中間構件304藉由螺栓309固定於上構件300，以及下構件306藉由螺栓310固定於上構件300。包括上構件300、中間構件304及下構件306的頂環主體2係由樹脂製成，例如工程塑膠(例如，PEEK)。
如第2圖所示，頂環1有附著於下構件306下表面的彈性膜314。彈性膜314會與頂環1所保持之半導體晶圓的背面接觸。藉由徑向向外地配置的環形邊緣固定器316以及由邊緣固定器316徑向向內地配置的環形紋波固定器(annular ripple holder)318、319來保持彈性膜314於下構件306的下表面上。彈性膜314係由有高強度且耐用的橡膠材料製成，例如乙丙橡膠(EPDM)、聚胺甲酸酯橡膠、矽氧樹脂橡膠、或其類似物。
邊緣固定器316係藉由紋波固定器318夾住，而紋波固定器318係藉由多個制動器(stopper)320固定於下構件306的下表面上。如第3圖所示，紋波固定器319係藉由多個制動器322固定於下構件306的下表面上。該等制動器320及制動器322係沿著頂環1的周向等距排列。
如第2圖所示，中央腔360係形成於彈性膜314的中央部份。紋波固定器319有與中央腔360相通的通路(passage)324。下構件306有與通路324相通的通路325。紋波固定器319的通路324與下構件306的通路325均連接至流體供給源(未顯示)。因此，通過通路325、324供給加壓流體至由彈性膜314形成的中央腔360。
紋波固定器318有腳爪(claw)318b、318c用於使彈性膜314的紋波314b及邊緣314c壓著下構件306的下表面。紋波固定器319有腳爪319a用於使彈性膜314的紋波314a壓著下構件306的下表面。
如第4圖所示，環形紋波腔(annular ripple chamber)361係形成於彈性膜314的紋波314a與紋波314b之間。間隙(gap)314f係形成於彈性膜314的紋波固定器318與紋波固定器319之間。下構件306有與間隙314f相通的通路342。此外，如第2圖所示，中間構件304有與下構件306之通路342相通的通路344。環形溝槽(annular groove)347係形成於在下構件306的通路342與中間構件304的通路344之間的連接部份。下構件306的通路342係經由環形溝槽347與中間構件304的通路344來連接至流體供給源(未顯示)。因此，通過該等通路來供給加壓流體至紋波腔361。此外，通路342係選擇性地連接至真空泵(未顯示)。當真空泵操作時，半導體晶圓係藉由吸力來吸引彈性膜314的下表面，從而吸住半導體晶圓。
如第5圖所示，紋波固定器318有與由彈性膜314之紋波314b及邊緣314c形成的環形外腔362相通的通路326。此外，下構件306有經由連接器327而與紋波固定器318之通路326相通的通路328。中間構件304有與下構件306之通路328相通的通路329。紋波固定器318的通路326係經由下構件306的通路328與中間構件304的通路329來連接至流體供給源(未顯示)。因此，通過該等通路來供給加壓流體至由彈性膜314形成的外腔362。
如第6圖所示，邊緣固定器316有腳爪用於固定彈性膜314的邊緣314d於下構件306的下表面上。邊緣固定器316有與由彈性膜314之邊緣314c及314d形成的環形邊緣腔363相通的通路334。下構件306有與邊緣固定器316之通路334相通的通路336。中間構件304有與下構件306之通路336相通的通路338。邊緣固定器316的通路334係經由下構件306的通路336與中間構件304的通路338來連接至流體供給源(未顯示)。因此，通過該等通路供給加壓流體至由彈性膜314形成的邊緣腔363。
如上述，在本實施例的頂環1中，對於半導體晶圓的局部區域，可藉由調整待各自供給至形成於彈性膜314、下構件306之間的壓力腔(亦即，中央腔360、紋波腔361、外腔362、以及邊緣腔363)的流體壓力來調整用於使半導體晶圓壓著磨光墊101的壓迫力。
第7圖為顯示於第4圖中之固定環3的放大視圖。固定環3係用來保持半導體晶圓的周邊。如第7圖所示，固定環3包括有封閉上端之圓筒形狀的圓筒(cylinder)400、附著於圓筒400上半部的固定器402、藉由固定器402固定於圓筒400的彈性膜404、連接至彈性膜404下端的活塞(piston)406、以及被活塞406下壓的環圈構件408。
環圈構件408包括與活塞406耦合的上環圈構件408a、以及會與磨光表面101接觸的下環圈構件408b。上環圈構件408a與下環圈構件408b是藉由多個螺栓409耦合。上環圈構件408a係由金屬材料(例如，SUS)或材料(例如，陶瓷)構成，而下環圈構件408b是由樹脂材料(例如，PEEK或PPS)製成。
如第7圖所示，固定器402有與由彈性膜404形成之腔413相通的通路412。上構件300有與固定器402之通路412相通的通路414。固定器402的通路412係經由上構件300的通路414來連接至流體供給源(未顯示)。因此，通過通路414與412來供給加壓流體至腔413。因此，藉由調整待供給至壓力腔413的流體壓力，可使彈性膜404膨脹及收縮而使活塞406垂直移動。因此，可使固定環3的環圈構件408以想要的壓力壓著磨光墊101。
在圖示的範例中，彈性膜404係使用由具有彎曲部份之彈性膜形成的捲曲隔膜(rolling diaphragm)。當由捲曲隔膜界定之腔的內壓改變時，捲曲隔膜的彎曲部份會捲曲以便擴大該腔。該隔膜不會與外部組件滑動接觸而且在該腔擴大時幾乎不會膨脹與收縮。因此，可大幅減少因滑動接觸引起的磨擦，而且可延長隔膜的使用壽命。此外，可精確地調整使固定環3壓著磨光墊101的壓迫力。
用上述配置，只有固定環3的環圈構件408可被放低。因此，下構件306與磨光墊101之間的距離可保持不變，即使固定環3的環圈構件408磨壞掉。此外，由於是藉由可變形彈性膜404來連接會與磨光墊101接觸的環圈構件408和圓筒400，因此偏移負載(offset load)不會產生彎曲力矩(bending moment)。因此，可使固定環3有均勻的表面壓力，以及固定環3變得更有可能遵循磨光墊101。
此外，如第7圖所示，固定環3有用於導引環圈構件408垂直移動的圓環狀固定環導件410。圓環狀固定環導件410包括位於環圈構件408之外環側面以便包圍環圈構件408上半部之整個圓周的外周邊部份410a、位於環圈構件408之內環側面的內周邊部份410b、以及組態成連接外周邊部份410a與內周邊部份410b的中間部份410c。固定環導件410的內周邊部份410b係藉由多個螺栓411固定於頂環1的下構件306。組態成連接外周邊部份410a與內周邊部份410b的中間部份410c有沿著中間部份410c周向等距形成的多個開孔410h。
第8圖顯示固定環導件410及環圈構件408的組態。如第8圖所示，中間部份410c的形式為在周向完全連續的圓環，以及有沿著中間部份410c周向等距形成的多個圓弧開孔410h。在第8圖中，圓弧開孔410h係藉由點線顯示。
另一方面，環圈構件408的上圓環408a包括形式為在周向完全連續之圓環的下圓環部份408a1，以及沿著周向等距地由下圓環部份408a1向上突出的多個上圓弧部份408a2。每個上圓弧部份408a2都穿過圓弧開孔410h以及與活塞406耦合(請參考第7圖)。
如第8圖所示，由SUS或其類似物製成的薄金屬環430係裝在下環圈構件408b上。由填充填料(例如，聚四氟乙烯(PTFE)或PTFE)的樹脂材料(例如，PEEK‧PPS)製成的塗層430c係形成於金屬環430的外環表面上。樹脂材料(例如，PTFE或PEEK‧PPS)係包括有低磨擦係數的低磨擦材料，以及有優異的滑動特性。低磨擦材料的定義為有0.35或更小之低磨擦係數的材料。該低磨擦材料最好有0.25或更小的磨擦係數。
另一方面，固定環導件410的外周邊部份410a之內環表面係構成會與塗層430c滑動接觸的導件表面410g。導件表面410g具有藉由鏡面加工來改良的表面粗糙度。鏡面加工的定義為包含磨光、研磨及打磨的加工。
如第8圖所示，由於由SUS或其類似物製成的金屬環430是裝在下環圈構件408b上，因此下環圈構件408b有改良的剛性。因此，即使環圈構件408b的溫度由於環圈構件408b與磨光表面101a之間的滑動接觸而增加，仍可抑制下環圈構件408b的熱變形。因此，在金屬環430及下環圈構件408b的外環表面與固定環導件410之外周邊部份410a的內環表面之間的餘隙可變窄，以及可抑制環圈構件408在餘隙中移動而使固定環導件410與環圈構件408之間碰撞時產生的異常噪音或振動。此外，由於形成於金屬環430外環表面上的塗層430c是由低磨擦材料製成，以及固定環導件410的導件表面410g有藉由鏡面加工來改良的表面粗糙度，因此可改善下環圈構件408b與固定環導件410之間的滑動特性。因此，可顯著增強環圈構件408對於磨光表面的遵循能力，以及固定環可施加想要的表面壓力至磨光表面。
在顯示於第8圖的實施例中，金屬環430係塗上低磨擦材料，例如PTFE或PEEK‧PPS。不過，可藉由塗料或黏著劑直接提供諸如PTFE或PEEK‧PPS的低磨擦材料於下環圈構件408b的外環表面上。此外，可藉由雙面膠來提供圓環狀低磨擦材料於下環圈構件408b的外環表面上。此外，可提供低磨擦材料於固定環導件410上，以及可對下環圈構件408b施加鏡面加工。
此外，固定環導件410與下環圈構件408b兩者的滑動接觸表面可經受鏡面加工以改善下環圈構件408b與固定環導件410之間的滑動特性。以此方式，藉由對於固定環導件410與下環圈構件408b兩者的滑動接觸表面施加鏡面加工，可顯著增強環圈構件408對於磨光表面的遵循能力，以及固定環可施加想要的表面壓力至磨光表面。
此外，固定環3之下環圈構件408b與固定環導件410的滑動接觸表面可塗上液體或半固體潤滑劑以改善固定環3的下環圈構件408b與固定環導件410之間的滑動特性。以此方式，在固定環3之下環圈構件408b與固定環導件410的滑動接觸表面都塗上潤滑劑的情形下，當垂直移動固定環3以遵循磨光平台之磨光表面的起伏時，可顯著減少固定環3之下環圈構件408b與固定環導件410的滑動接觸表面之磨擦力以增強固定環3對於磨光表面的遵循能力，以及固定環3可施加想要的表面壓力至磨光表面。
此外，根據本發明，由於在下環圈構件408b的外環表面與固定環導件410之間加上連接片420於在滑動接觸表面(塗上潤滑劑的表面)下的位置，因此可防止滑動接觸表面的潤滑劑掉落到磨光表面上。潤滑劑的形式最好為諸如矽油膏或潤滑油的液體或半固體。
第9圖為顯示於第4圖中固定環之部份B的放大視圖，而第10圖為沿著第9圖中之直線X-X繪出的視圖。如第9圖及第10圖所示，有垂直延伸的實質矩形溝槽418形成於固定環3之環圈構件408的上環圈構件408a之外環表面。在上環圈構件408a之外環表面中等距形成多個矩形溝槽418。此外，在固定環導件410的外周邊部份410a上設有徑向向內突出的多個傳動銷349。該等傳動銷349係經組態成各自與環圈構件408的矩形溝槽418嚙合。環圈構件408與傳動銷349可在矩形溝槽418中相互垂直滑動，以及藉由使頂環主體2與固定環3整體旋轉的傳動銷349，通過上構件300與固定環導件410來傳輸頂環主體2的旋轉至固定環3。在傳動銷349的外環表面上設有橡膠墊350，以及在橡膠墊350上設有由低磨擦材料(例如，PTFE或PEEK‧PPS)製成的套圈(collar)351。此外，對矩形溝槽418的內表面施加鏡面加工以改善矩形溝槽418中會與由低磨擦材料製成之套圈351滑動接觸的內表面之表面粗糙度。
以此方式，根據本實施例，裝設由低磨擦材料製成的套圈351於傳動銷349上，以及對於矩形溝槽418中會與套圈351滑動接觸的內表面施加鏡面加工，從而增強傳動銷349與環圈構件408之間的滑動特性。因此，可顯著增強環圈構件408對於磨光表面的遵循能力，以及固定環可施加想要的表面壓力至磨光表面。可對傳動銷349施加鏡面加工以及環圈構件408中會與傳動銷349嚙合的矩形溝槽418加上低磨擦材料。
如第2圖至第9圖所示，在環圈構件408的外環表面與固定環導件410的下端之間裝設可在垂直方向膨脹及收縮的連接片420。連接片420係經配置成填充環圈構件408與固定環導件410之間的間隙。因此，連接片420係用來防止磨光液(漿)進入環圈構件408與固定環導件410之間的間隙。在圓筒400的外環表面與固定環導件410的外環表面之間設有包括帶狀撓性構件的帶狀物(band)421。帶狀物421係經配置成覆蓋圓筒400與固定環導件410之間的間隙。因此，帶狀物421係用來防止磨光液(漿)進入圓筒400與固定環導件410之間的間隙。
彈性膜314包含在彈性膜314邊緣(外圍)314d使彈性膜314連接至固定環3的密封部份422。密封部份422有向上彎曲的形狀。密封部份422係經配置成填充彈性膜314與環圈構件408之間的間隙。密封部份422係由可變形材料製成。密封部份422係用來防止磨光液進入彈性膜314與環圈構件408之間的間隙同時允許頂環主體2與固定環3彼此相對移動。在本實施例中，密封部份422係與彈性膜314的邊緣314d一體成形以及有U形橫截面。
如果沒有裝設連接片420、帶狀物421及密封部份422，則磨光液可能進入頂環1的內部而妨礙頂環主體2與頂環1之固定環3的正常操作。在本實施例中，連接片420、帶狀物421及密封部份422係防止磨光液進入頂環1的內部。因此，頂環1有可能正常地操作。彈性膜404、連接片420及密封部份422均由有高強度且耐用的橡膠材料製成，例如乙丙橡膠(EPDM)、聚胺甲酸酯橡膠、矽氧樹脂橡膠、或其類似物。
在本實施例的頂環1中，藉由待供給至由彈性膜314的中央腔360、紋波腔361、外腔362及邊緣腔363的流體之壓力來控制能使半導體晶圓壓著磨光表面的壓迫力。因此，在磨光期間，下構件306的位置應向上離開磨光墊101。不過，如果固定環3磨壞掉，則半導體晶圓與下構件306之間的距離會改變而改變彈性膜314的變形方式。因此，半導體晶圓上的表面壓力分布也會改變。表面壓力分布的改變會造成被磨半導體晶圓有不穩定的輪廓。
在圖示的範例中，由於固定環3可與下構件306獨立地垂直移動，因此半導體晶圓與下構件306之間的距離可保持不變，即使固定環3的環圈構件408磨壞掉。因此，可使被磨半導體晶圓有穩定的輪廓。
在圖示的範例中，彈性膜314係經配置成可與半導體晶圓的整個表面實質接觸。不過，可使彈性膜314與至少一部份的半導體晶圓接觸。
接下來，將參考第11圖及第12圖來描述根據本發明另一實施例之頂環。
第11圖為根據本發明另一實施例之頂環的示意橫截面圖，而第12圖為第11圖之主要部份的放大視圖。如第11圖所示，在本實施例的頂環1中，固定環3的環圈構件408包括上環圈構件408a與下環圈構件408b，以及被稱作空氣軸承或其類似物的流體軸承500支撐。具體言之，固定於頂環主體200的流體軸承500是設在固定環3的環圈構件408之外周邊側面。流體軸承500包括固定於頂環主體200的環形殼體(annular housing)501，以及安裝於殼體501中的圓環狀多孔構件502。多孔構件502係藉由黏著、燒結或其類似方法來固定於殼體501。
用於供給加壓流體的通路503係形成於殼體501，而且通路503是通過形成於頂環主體200的通路510來連接至流體供給源(未顯示)。因此，通過通路510及通路503來供給加壓流體(例如，空氣或氮氣)至多孔構件502。多孔構件502包括金屬(例如，銅)、陶瓷或塑膠，以及有許多孔洞(細孔)形成於其中。因此，通過該等孔洞(細孔)由外周邊側面供給加壓流體至多孔構件502的內周邊側面。因此，係在環圈構件408與多孔構件502之間形成具有高載荷能力的流體膜(例如，空氣膜或氮氣膜)，以及藉由該流體膜支援施加至環圈構件408的側向力。
具體言之，側向力係藉由半導體晶圓與磨光表面之間的磨擦力來施加至固定環3的環圈構件408，然而該側向力是由流體膜支援。因此，在多孔構件502與環圈構件408之間可保持數微米的餘隙(clearance)。因此，環圈構件408可垂直移動而不會貼著多孔構件502滑動(無接觸)，因而可顯著增強環圈構件408對於磨光表面的遵循能力。多孔構件502係浸漬固體潤滑劑(例如，鐵弗龍(註冊商標))，且即使環圈構件408偶而與多孔構件502接觸，環圈構件408仍保持優異的滑動特性。
此外，在連接通路510及流體供給源的通路中可裝設溫控裝置(例如，冷卻器)以冷卻流體供給源所供給的加壓流體。環圈構件408與磨光表面之間的磨擦熱會增加環圈構件408的溫度。不過，冷卻過的加壓流體會由多孔構件502吹到環圈構件408的外環表面，因而冷卻環圈構件408。因此，可防止環圈構件408的溫度升高以抑制環圈構件408的熱膨脹。因此，可最小化多孔構件502與環圈構件408之間的餘隙，並可增加形成於多孔構件502與環圈構件408之間的流體膜之壓力以增強空氣軸承的效果。因此，環圈構件408可垂直移動而不會貼著多孔構件502滑動(無接觸)，因而可進一步顯著增強環圈構件408對於磨光表面的遵循能力。
接下來，將參考第13圖及第14圖描述根據本發明另一實施例之固定環。第13圖為根據本發明另一具體例之固定環的橫截面圖。第13圖為對應至第8圖的視圖。在顯示於第8圖的實施例中，由SUS或其類似物製成的薄金屬環430係裝在固定環3的下環圈構件408b上，以及金屬環430是塗上低磨擦材料，例如PTFE或PEEK‧PPS。
在顯示於第13圖的實施例中，在固定環3的下環圈構件408b之外圓周上直接裝設包括低磨擦材料的構件。具體言之，如第13圖所示，在固定環3的下環圈構件408b之整個外圓周上形成有實質矩形橫截面的溝槽601。在溝槽601中安裝有實質矩形橫截面的低磨擦材料構件602。低磨擦材料構件602係由樹脂材料製成，例如聚四氟乙烯(PTFE)或PEEK‧PPS。諸如PTFE或PEEK‧PPS的樹脂材料為有低磨擦係數的低磨擦材料，以及有優異的滑動特性。該低磨擦材料的定義為有0.35或更小之低磨擦係數的材料。該低磨擦材料最好有0.25或更小的磨擦係數。
第14圖為第13圖之主要部份的放大視圖，其係顯示下環圈構件408b之溝槽601與低磨擦材料構件602的配合部份。第14圖顯示連接片420已由下環圈構件408b卸下的狀態。如第14圖所示，在下環圈構件408b中有矩形橫截面的溝槽601之下內表面中形成中空朝下的凹處(recess)601a。在低磨擦材料構件602的上外表面中形成向上突起的凸出部(projection)602a，以及在低磨擦材料構件602的下外表面中形成向下突起的凸出部602a。低磨擦材料構件602的上、下凸出部602a、602a係以無餘隙的方式各自裝入下環圈構件408b的上、下凹處601a、601a。因此，防止低磨擦材料構件602從下環圈構件408b掉出來。亦即，低磨擦材料構件602的上、下凸出部602a、602a與下環圈構件408b的上、下凹處601a、601a構成用於防止低磨擦材料構件602從下環圈構件408b掉出來的止動構件(retaining means)。此止動構件可由形成於低磨擦材料構件602的凹處與形成於下環圈構件408b的凸出部構成。當低磨擦材料構件602安裝入下環圈構件408b的溝槽601時，凸出部602a、602a可變形，因為低磨擦材料構件602是由樹脂材料製成，因此凸出部602a、602a會首先變形然後各自套進凹處601a、601a。凸出部602a、602a整體上可呈山形(mountain-shaped)且在兩端有錐形表面，或整體呈圓弧且在兩端有彎曲表面。
此外，如第14圖所示，插銷603係固定於下環圈構件408b的溝槽601之底表面，以及在低磨擦材料構件602的內表面中形成孔洞(hole)602h。插銷603的前端部份係嵌入低磨擦材料構件602的孔洞602h。因此，防止低磨擦材料構件602在下環圈構件408b的周向中旋轉。具體言之，嵌入下環圈構件408b之溝槽601的插銷603與形成於低磨擦材料構件602的孔洞602h係構成用於防止低磨擦材料構件602與下環圈構件408b相對旋轉的防旋轉構件。此防旋轉構件可由以下兩者構成：形成於下環圈構件408b之溝槽601與低磨擦材料構件602之內表面中之一者的凸出部，以及形成於下環圈構件408b之溝槽601與低磨擦材料構件602之內表面中之另一者的凹處。
低磨擦材料構件602不是由環圈構件構成，而是由形成圓弧的帶狀構件構成。由於低磨擦材料構件602有撓性，因此低磨擦材料構件602可首先形成線性形狀，然後套進固定環3之下環圈構件408b的溝槽601以變成與固定環3之圓弧對應的圓弧。
低磨擦材料構件602有實質矩形橫截面。向上凸起的凸出部602a係形成於低磨擦材料構件602的上外表面上，而向下凸起的凸出部602a是形成於低磨擦材料構件602的下外表面上。如上述，凸出部602a、602a係經組態成各自裝入下環圈構件408b的凹處601a、601a。此外，在低磨擦材料構件602的中央部份中形成孔洞602h。如上述，孔洞602h係經配置成讓固定於下環圈構件408b之溝槽601的插銷603裝入孔洞602h。可形成多個可裝入插銷603的孔洞602h。
該防旋轉構件可由鍵與鍵槽的組合構成，以取代該孔洞。
低磨擦材料構件602不是由環圈構件構成而是由割開的帶狀構件構成，而且該等帶狀構件可裝入固定環3之下環圈構件408b的溝槽601。例如，兩端都有約45°之中心角(θ)的8個帶狀構件都裝入固定環3之下環圈構件408b的溝槽601，以及用包括這8個帶狀構件的低磨擦材料構件602覆蓋固定環3之下環圈構件408b的整個圓周。當這8個帶狀構件裝入下環圈構件408b的溝槽601時，在兩個相鄰帶狀構件之間形成小餘隙。此餘隙係經配置成防止兩個相鄰帶狀構件的末端彼此相互接觸，即使在磨光製程過程中帶狀構件由於固定環3溫度上升而熱膨脹的情形下。考慮到低磨擦材料構件602的熱膨脹係數，該餘隙最好是在約0.1毫米至約1毫米的範圍內。
在低磨擦材料構件602是由環圈構件構成的情形下，會重覆地熱膨脹而在低磨擦材料構件602與下環圈構件408b之間形成徑向餘隙，以及低磨擦材料構件602會變得不固定。不過，由於低磨擦材料構件602不是由環圈構件構成而是由割開的帶狀構件構成，以及在兩個相鄰的帶狀構件之間形成餘隙，因此在低磨擦材料構件602與下環圈構件408b之間不會形成徑向餘隙。
該帶狀構件係經配置成帶狀構件的兩端有約45°的中心角(θ)。帶狀構件的中心角(θ)可大於45°或小於45°。如果帶狀構件的中心角(θ)是大的，則帶狀構件的個數會減少。如果帶狀構件的中心角(θ)是小的，則帶狀構件的個數會增加。藉由調整帶狀構件的個數，可用低磨擦材料構件602覆蓋固定環3之下環圈構件408b的整個圓周。如果構件的中心角(θ)是小的，則該構件的形式不會呈帶狀而為平行四邊形或方塊。低磨擦材料構件602的分割數(分段數)應等於2個或更多個，而且最好把低磨擦材料構件602分割成數等分。
低磨擦材料602可由不分割的環圈構件構成。
另一方面，固定環導件410之外周邊部份410a的內環表面係構成會與低磨擦材料構件602滑動接觸的導件表面410g。藉由鏡面加工，導件表面410g具有改善的表面粗糙度。該鏡面加工的定義為包含磨光、研磨及打磨的加工。
如上述，低磨擦材料構件602係裝在固定環3之下環圈構件408b的整個或實質整個外圓周上。藉由鏡面加工，固定環導件410的導件表面410g具有改善的表面粗糙度，因而可改善固定環3的下環圈構件408b與固定環導件410之間的滑動特性。因此，可顯著增強環圈構件408對於磨光表面的遵循能力，以及固定環可施加想要的表面壓力至磨光表面。
儘管已詳細顯示及描述本發明的一些較佳實施例，應瞭解，在不脫離隨附申請專利範圍的範疇下，本發明仍可做出各種改變及修改。
1．．．頂環
2．．．頂環主體
3．．．固定環
100．．．磨光平台
100a．．．平台軸桿
101．．．磨光墊
101a．．．上表面
102．．．磨光液供給噴嘴
110．．．頂環頭
111．．．頂環軸桿
112．．．旋轉軸套
113．．．定時滑輪
114．．．頂環馬達
115．．．定時皮帶
116．．．定時滑輪
117．．．頂環頭軸桿
124．．．垂直移動機構
125．．．旋轉接頭
126．．．軸承
128．．．橋狀物
129．．．支承基底
130．．．支柱
132．．．滾珠螺桿
132a．．．螺桿
132b．．．螺帽
138．．．交流伺服馬達
200．．．頂環主體
300．．．上構件
304．．．中間構件
306．．．下構件
308、309、310、409、411．．．螺栓
314．．．彈性膜
314a、314b．．．紋波
314c、314d．．．邊緣
314f．．．間隙
316．．．環形邊緣固定器
318、319．．．環形紋波固定器
318b、318c、319a．．．腳爪
320、322．．．制動器
324、325、326、328、329、334、336、338、342、344、412、414、503、510．．．通路
327．．．連接器
347．．．環形溝槽
349．．．傳動銷
350．．．橡膠墊
351．．．套圈
360．．．中央腔
361．．．環形紋波腔
362．．．環形外腔
363．．．環形邊緣腔
400．．．圓筒
402．．．固定器
404．．．彈性膜
406．．．活塞
408．．．環圈構件
408a．．．上環圈構件
408a1．．．下圓環部份
408a2．．．上圓弧部份
408b．．．下環圈構件
410．．．圓環狀固定環導件
410a外周邊部份
410b．．．內周邊部份
410c．．．中間部份
410g．．．導件表面
410h．．．開孔
413．．．腔
418、601．．．溝槽
420．．．連接片
421．．．帶狀物
422．．．密封部份
430．．．薄金屬環
430c．．．塗層
500．．．流體軸承
501．．．環形殼體
502．．．圓環狀多孔構件
602．．．低磨擦材料構件
601a．．．凹處
602a．．．凸出部
602h．．．孔洞
603．．．插銷
Q．．．磨光液
W．．．半導體晶圓
第1圖係顯示根據本發明之一實施例之磨光裝置的整個結構的示意圖；
第2圖為第1圖之頂環的橫截面圖；
第3圖為第1圖之頂環的橫截面圖；
第4圖為第1圖之頂環的橫截面圖；
第5圖為第1圖之頂環的橫截面圖；
第6圖為第1圖之頂環的橫截面圖；
第7圖為第4圖之固定環中之部份A的放大視圖；
第8圖為顯示固定環導件及環圈構件之組態的視圖；
第9圖為第4圖之固定環中之部份B的放大視圖；
第10圖為沿著第9圖中之直線X-X繪出的視圖；
第11圖為根據本發明之另一實施例之頂環的示意橫截面圖；
第12圖為第11圖之主要部份的放大視圖；
第13圖為根據本發明之另一實施例之固定環的橫截面圖，其係對應至第8圖；以及
第14圖為第13圖之主要部份的放大視圖，其係顯示下環圈構件(lower ring member)中之溝槽與低磨擦材料構件的配合部份(fitting portion)。
1．．．頂環
100．．．磨光平台
100a．．．平台軸桿
101．．．磨光墊
101a．．．上表面
102．．．磨光液供給噴嘴
110．．．頂環頭
111．．．頂環軸桿
112．．．旋轉軸套
113．．．定時滑輪
114．．．頂環馬達
115．．．定時皮帶
116．．．定時滑輪
117．．．頂環頭軸桿
124．．．垂直移動機構
125．．．旋轉接頭
126．．．軸承
128．．．橋狀物
129．．．支承基底
130．．．支柱
132．．．滾珠螺桿
132a．．．螺桿
132b．．．螺帽
138．．．交流伺服馬達
Q．．．磨光液
W．．．半導體晶圓

Claims (8)

  1. 一種用於磨光基板的裝置，係包括：磨光平台，具有磨光表面；頂環主體，係經組態成保持基板並使該基板壓著該磨光表面；固定環，係裝設於該頂環主體之外周邊部份且經組態成壓迫該磨光表面；以及流體軸承，係固定於該頂環主體且經組態成噴射加壓流體至該固定環的環圈構件之外環表面以便在該環圈構件與該流體軸承之間形成流體膜。
  2. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中，該流體軸承包括用於噴射該加壓流體的多孔構件。
  3. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中，該加壓流體包括空氣或氮。
  4. 如申請專利範圍第2項的裝置，其中，該多孔構件包括金屬、陶瓷或塑膠，以及該多孔構件具有許多細孔，該等細孔係經組態成使該多孔構件的內環側面與該多孔構件的外環側面相通。
  5. 如申請專利範圍第2項的裝置，其中，該流體軸承包括組態成容納該多孔構件的殼體。
  6. 如申請專利範圍第5項的裝置，其中，該殼體具有通路，用於供給該加壓流體至該多孔構件。
  7. 如申請專利範圍第2項的裝置，其中，該多孔構件係浸漬固體潤滑劑。
  8. 如申請專利範圍第1項的裝置，更包括組態成冷卻該加壓流體的溫度調整裝置。
TW097140123A 2007-10-29 2008-10-20 磨光裝置 TWI507268B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007280389 2007-10-29
JP2008121138A JP5464820B2 (ja) 2007-10-29 2008-05-07 研磨装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW200927383A TW200927383A (en) 2009-07-01
TWI507268B true TWI507268B (zh) 2015-11-11

Family

ID=40282218

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW097140123A TWI507268B (zh) 2007-10-29 2008-10-20 磨光裝置
TW104103534A TWI527664B (zh) 2007-10-29 2008-10-20 磨光裝置

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW104103534A TWI527664B (zh) 2007-10-29 2008-10-20 磨光裝置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8100743B2 (zh)
EP (2) EP2055429B1 (zh)
JP (1) JP5464820B2 (zh)
KR (1) KR101148147B1 (zh)
CN (3) CN103252714B (zh)
TW (2) TWI507268B (zh)

Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5199691B2 (ja) * 2008-02-13 2013-05-15 株式会社荏原製作所 研磨装置
KR101100719B1 (ko) * 2009-06-22 2011-12-30 주식회사 윌비에스엔티 화학적기계 연마장치의 다중 리테이너 링 구조물
JP5437188B2 (ja) * 2010-07-15 2014-03-12 直江津電子工業株式会社 研磨装置
US8939815B2 (en) * 2011-02-21 2015-01-27 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Systems providing an air zone for a chucking stage
KR101196652B1 (ko) * 2011-05-31 2012-11-02 주식회사 케이씨텍 캐리어 헤드의 멤브레인 결합체 및 이를 구비한 캐리어 헤드
KR101280331B1 (ko) * 2011-09-02 2013-07-02 김오수 로터리 조인트 및 이를 구비하는 연마 장치
CN102513906B (zh) * 2011-12-20 2013-10-09 元亮科技有限公司 一种蓝宝石衬底抛光工艺
US9050700B2 (en) * 2012-01-27 2015-06-09 Applied Materials, Inc. Methods and apparatus for an improved polishing head retaining ring
JP2015062956A (ja) * 2012-09-19 2015-04-09 株式会社荏原製作所 研磨装置
JP6196858B2 (ja) * 2012-09-24 2017-09-13 株式会社荏原製作所 研磨方法および研磨装置
JP5898052B2 (ja) * 2012-11-29 2016-04-06 株式会社荏原製作所 基板保持装置および研磨装置
KR101410358B1 (ko) * 2013-02-25 2014-06-20 삼성전자주식회사 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인 및 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드
USD769200S1 (en) 2013-05-15 2016-10-18 Ebara Corporation Elastic membrane for semiconductor wafer polishing apparatus
USD808349S1 (en) 2013-05-15 2018-01-23 Ebara Corporation Elastic membrane for semiconductor wafer polishing apparatus
USD770990S1 (en) * 2013-05-15 2016-11-08 Ebara Corporation Elastic membrane for semiconductor wafer polishing apparatus
JP6232297B2 (ja) * 2014-01-21 2017-11-15 株式会社荏原製作所 基板保持装置および研磨装置
KR102173323B1 (ko) 2014-06-23 2020-11-04 삼성전자주식회사 캐리어 헤드, 화학적 기계식 연마 장치 및 웨이퍼 연마 방법
JP6486752B2 (ja) * 2015-04-08 2019-03-20 株式会社ディスコ 乾式研磨装置
JP6149974B1 (ja) * 2016-04-22 2017-06-21 株式会社Sumco 研磨ヘッド、研磨装置およびウェーハの研磨方法
USD839224S1 (en) * 2016-12-12 2019-01-29 Ebara Corporation Elastic membrane for semiconductor wafer polishing
US11267099B2 (en) * 2017-09-27 2022-03-08 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Chemical mechanical planarization membrane
JP7074606B2 (ja) 2018-08-02 2022-05-24 株式会社荏原製作所 基板を保持するためのトップリングおよび基板処理装置
JP7074607B2 (ja) 2018-08-02 2022-05-24 株式会社荏原製作所 研磨装置用の治具
KR102637832B1 (ko) * 2018-11-09 2024-02-19 주식회사 케이씨텍 연마 장치용 캐리어 헤드 및 이에 사용되는 멤브레인
CN111266993B (zh) * 2018-12-05 2023-06-30 凯斯科技股份有限公司 化学机械式研磨装置用承载头的卡环及具备其的承载头
JP7300297B2 (ja) 2019-04-02 2023-06-29 株式会社荏原製作所 積層メンブレン、積層メンブレンを備える基板保持装置および基板処理装置
JP7365282B2 (ja) * 2020-03-26 2023-10-19 株式会社荏原製作所 研磨ヘッドシステムおよび研磨装置
CN111318959B (zh) * 2020-04-16 2024-02-06 清华大学 一种用于化学机械抛光的保持环和承载头
US11623321B2 (en) * 2020-10-14 2023-04-11 Applied Materials, Inc. Polishing head retaining ring tilting moment control
JP7536601B2 (ja) 2020-11-04 2024-08-20 株式会社荏原製作所 研磨ヘッドおよび研磨装置
CN112536712B (zh) * 2020-11-09 2022-08-19 淮北市硕华机械设备有限公司 一种具有过热保护的多用研磨轮
KR20220121531A (ko) * 2021-02-25 2022-09-01 주식회사 케이씨텍 기판 연마 장치
EP4301550A1 (en) * 2021-03-04 2024-01-10 Applied Materials, Inc. Polishing carrier head with floating edge control

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW436382B (en) * 1999-03-12 2001-05-28 Mitsubishi Materials Corp Wafer holding head, wafer polishing apparatus, and method for making wafers
TW200625510A (en) * 2004-12-10 2006-07-16 Ebara Corp Substrate holding device and polishing appratus
US20060160479A1 (en) * 2005-01-15 2006-07-20 Applied Materials, Inc. Carrier head for thermal drift compensation
CN101045286A (zh) * 2006-03-31 2007-10-03 株式会社荏原制作所 基底夹持装置、抛光装置及抛光方法

Family Cites Families (49)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3158934B2 (ja) * 1995-02-28 2001-04-23 三菱マテリアル株式会社 ウェーハ研磨装置
US5795215A (en) * 1995-06-09 1998-08-18 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for using a retaining ring to control the edge effect
JPH0917760A (ja) 1995-06-26 1997-01-17 Mitsubishi Materials Shilicon Corp 半導体ウェーハの研磨方法およびその装置
JPH09168968A (ja) 1995-10-27 1997-06-30 Applied Materials Inc ケミカルメカニカルポリシング装置のキャリアヘッドのデザイン
TW371635B (en) 1996-10-10 1999-10-11 Applied Materials Inc Carrier head with a layer conformable material for a chemical mechanical polishing system
JPH10235554A (ja) 1997-02-25 1998-09-08 Speedfam Co Ltd 研磨装置のヘッド
KR100538540B1 (ko) * 1997-04-08 2006-06-16 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 폴리싱장치
JP2917992B1 (ja) 1998-04-10 1999-07-12 日本電気株式会社 研磨装置
JP2000052241A (ja) 1998-08-10 2000-02-22 Speedfam-Ipec Co Ltd 研磨装置のキャリア
JP3069954B2 (ja) 1998-11-09 2000-07-24 株式会社東京精密 ウェーハ研磨装置
JP2000271860A (ja) * 1999-03-23 2000-10-03 Mitsubishi Materials Corp ウェーハ研磨装置およびウェーハ製造方法
JP3855555B2 (ja) * 1999-09-06 2006-12-13 三菱マテリアル株式会社 ウェーハ研磨用ヘッド
JP2000288923A (ja) * 1999-04-07 2000-10-17 Speedfam-Ipec Co Ltd キャリア及びｃｍｐ装置
JP2000301452A (ja) 1999-04-20 2000-10-31 Speedfam-Ipec Co Ltd キャリア及びｃｍｐ装置
JP2000334656A (ja) 1999-05-28 2000-12-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd 研磨装置および研磨方法
JP2001277097A (ja) 2000-03-29 2001-10-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 研磨装置および研磨方法
CN100433269C (zh) * 2000-05-12 2008-11-12 多平面技术公司 抛光装置以及与其一起使用的基片托架
JP2001345297A (ja) * 2000-05-30 2001-12-14 Hitachi Ltd 半導体集積回路装置の製造方法及び研磨装置
JP2002113653A (ja) 2000-07-31 2002-04-16 Ebara Corp 基板保持装置及び該基板保持装置を備えたポリッシング装置
JP3856634B2 (ja) 2000-09-14 2006-12-13 株式会社荏原製作所 基板保持装置及び該基板保持装置を備えたポリッシング装置
JP2002103212A (ja) * 2000-09-25 2002-04-09 Toshiba Mach Co Ltd ポリッシング装置
JP2002121411A (ja) 2000-10-16 2002-04-23 Toyo Ink Mfg Co Ltd 表面処理顔料およびその製造方法
JP2002126995A (ja) * 2000-10-24 2002-05-08 Sony Corp 研磨装置
DE10062496B4 (de) * 2000-12-14 2005-03-17 Peter Wolters Cmp - Systeme Gmbh & Co. Kg Halter für flache Werkstücke, insbesondere Halbleiterwafer
JP4548936B2 (ja) 2000-12-28 2010-09-22 株式会社クレハ 研磨装置用ワークピース保持リング
JP2002355753A (ja) * 2001-05-30 2002-12-10 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd 高性能長寿命リテーナリング及びそれを含む研磨装置
KR100470227B1 (ko) * 2001-06-07 2005-02-05 두산디앤디 주식회사 화학기계적 연마장치의 캐리어 헤드
JP2003048155A (ja) 2001-08-03 2003-02-18 Clariant (Japan) Kk 化学的機械的研磨装置用ウェハー保持リング
KR100416808B1 (ko) 2002-02-04 2004-01-31 삼성전자주식회사 반도체소자 제조용 씨엠피장치의 연마헤드 및 이를 구비한씨엠피장치
JP2003311593A (ja) 2002-02-20 2003-11-05 Ebara Corp ポリッシング装置
JP2003266301A (ja) 2002-03-15 2003-09-24 Ebara Corp ポリッシング装置
JP2004119495A (ja) 2002-09-24 2004-04-15 Sony Corp 研磨ヘッド、化学機械的研磨装置及び半導体装置の製造方法
KR100481872B1 (ko) * 2003-01-14 2005-04-11 삼성전자주식회사 폴리싱 헤드 및 화학적 기계적 연마 장치
JP2004276128A (ja) 2003-03-12 2004-10-07 Ebara Corp ポリッシング装置
JP2005034959A (ja) 2003-07-16 2005-02-10 Ebara Corp 研磨装置及びリテーナリング
JP2005050893A (ja) 2003-07-30 2005-02-24 Mitsui Chemicals Inc リテーナリング及びそれを用いた基板研磨方法
JP2005169568A (ja) * 2003-12-11 2005-06-30 Mitsui Chemicals Inc リテーナリング及びそれを用いた研磨装置
KR100593285B1 (ko) * 2004-08-16 2006-06-26 김석윤 파이프 고정장치
US20080076253A1 (en) * 2004-09-30 2008-03-27 Hiroshi Fukada Adhesive Sheet,Semiconductor Device,and Process for Producing Semiconductor Device
JP4817687B2 (ja) 2005-03-18 2011-11-16 株式会社荏原製作所 研磨装置
CN101934491B (zh) * 2004-11-01 2012-07-25 株式会社荏原制作所 抛光设备
JP2006324413A (ja) 2005-05-18 2006-11-30 Ebara Corp 基板保持装置および研磨装置
JP4762647B2 (ja) 2005-02-25 2011-08-31 株式会社荏原製作所 研磨装置及び研磨方法
TWI386989B (zh) 2005-02-25 2013-02-21 Ebara Corp 研磨裝置及研磨方法
KR200395968Y1 (ko) 2005-06-16 2005-09-15 주식회사 윌비에스엔티 화학적기계 연마장치의 리테이너 링
JP2007158201A (ja) 2005-12-08 2007-06-21 Nippon Seimitsu Denshi Co Ltd Ｃｍｐ装置のリテーナリング
JP4422084B2 (ja) 2005-09-08 2010-02-24 埼玉日本電気株式会社 携帯無線端末装置
JP2007158255A (ja) 2005-12-08 2007-06-21 Seiko Epson Corp リテーナリング及びウエーハ研磨装置
US7210991B1 (en) * 2006-04-03 2007-05-01 Applied Materials, Inc. Detachable retaining ring

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW436382B (en) * 1999-03-12 2001-05-28 Mitsubishi Materials Corp Wafer holding head, wafer polishing apparatus, and method for making wafers
TW200625510A (en) * 2004-12-10 2006-07-16 Ebara Corp Substrate holding device and polishing appratus
US20060160479A1 (en) * 2005-01-15 2006-07-20 Applied Materials, Inc. Carrier head for thermal drift compensation
CN101045286A (zh) * 2006-03-31 2007-10-03 株式会社荏原制作所 基底夹持装置、抛光装置及抛光方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP2502705A2 (en) 2012-09-26
JP5464820B2 (ja) 2014-04-09
EP2055429A3 (en) 2010-11-24
EP2055429B1 (en) 2013-03-20
EP2055429A2 (en) 2009-05-06
CN103252714A (zh) 2013-08-21
CN101422874A (zh) 2009-05-06
EP2502705B1 (en) 2014-05-14
US20090111362A1 (en) 2009-04-30
KR101148147B1 (ko) 2012-05-24
US8100743B2 (en) 2012-01-24
KR20090043447A (ko) 2009-05-06
CN106078495A (zh) 2016-11-09
EP2502705A3 (en) 2012-12-26
TW201518034A (zh) 2015-05-16
TWI527664B (zh) 2016-04-01
CN103252714B (zh) 2016-08-03
JP2009131946A (ja) 2009-06-18
TW200927383A (en) 2009-07-01
CN101422874B (zh) 2013-04-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI507268B (zh) 磨光裝置
KR101066530B1 (ko) 폴리싱장치
KR101554969B1 (ko) 폴리싱장치
US7357699B2 (en) Substrate holding apparatus and polishing apparatus
TWI397454B (zh) 基板固持裝置、拋光裝置及拋光方法
JP5236705B2 (ja) 研磨装置
TWI840511B (zh) 用於化學機械研磨承載頭的固定器
JP2003173995A (ja) 基板保持装置及びポリッシング装置
JP4515047B2 (ja) 弾性膜、基板保持装置、研磨装置、及び研磨方法
JP4313337B2 (ja) ポリッシング装置