TW200946281A - Polishing apparatus - Google Patents

Description

200946281 六、發明說明： 【發明所屬之技術頜域】 本發明主要是關於研磨裝置（平坦化裝置），尤指將諸 如半導體晶圓等待研磨對象（基板）研磨成平坦鏡面抛光 (flat mirror finish)的研磨裝置。 【先前技術】 近幾年來，隨著半導體元件高集積度化及高密度化在 佈線型樣或互連電路（i nt erconnec t i on)要求越來越小而 ❹互連層則越來越多。在較小電路形成多層的互連層會導致 段差變大且在較低之互連層上顯現表面凹凸（surface irregularities)。互連層的數量增加會使得薄膜形成時對 段差性結構的塗膜覆蓋性能（段差覆蓋性）很差。因此，較 好的多層互連層需具有較佳的段差覆蓋性以及適當的表面 平坦化（surface planarization)。再者，微影光學系統 (photolithographic optical system)之焦深（the depth of focus)係隨光微影處理的微型化而變小，所以半導體元 件表面需要施以平坦化，俾使半導體元件表面的凹凸段差 落於焦深範圍内。 因此，在半導體元件製作程序中，半導體元件表面之 平坦化越形重要。平坦化技術中，一個最重要的平坦化技 術便是化學機械研磨（chemical mechanical p〇lishing， CMP)。因此，化學機械研磨裝置已經被用來將半導體晶圓 表面平坦化。在化學機械研磨裝置中，含有諸如二氧化矽 (silica，Si0〇等研磨粒之研磨液係被供給在諸如研磨墊 321023 3 200946281 等之研磨面上，同時諸如半導體晶圓等基板則 行滑動接觸’俾研磨基板。 、〃 t進 這類型的研磨裝置包含具有由研磨塾 研磨台、以及被稱為頂環⑽㈣或研磨頭(p= head)之基板夾持（hQlding)裝置，用以持諸如半導體曰 圓等基板。當以此種研磨裝置研磨半導體晶圓時： 晶圓係利用基板夾持裝置夹持，並以預定壓 圓朝研磨面按壓。此時，研磨台和某 卞等筱日日 研磨㈣液存在下彼此相對移動，:::== 面滑動接觸’俾將半導體晶圓表面研磨成平垣鏡面抛光。 在此種研磨裝置研磨時，假若施加於正在被研磨之半 導體晶圓與研磨墊之研磨面之間的相對按壓力在半導體晶 圓之整個表面上不均-’那麼就會因施於其上的按壓力: 使半導體晶圓表面在不同區域產生不能充分研磨或是過产 地被研磨之情形。通常，為了使施加於半導體晶圓之按^ 力均勻化，賴由在基板夾持裝置之下部料性隔膜形成 壓力腔室，並對該壓力腔室供給諸如空氣等流體，而在一 流體壓力下透過彈性隔膜按壓半導體晶圓。此可見於曰本 早期公開專利No. 2006-255851公報。 在該情形中，由於研磨墊具有彈性，因此施加在研磨 中的半導體晶圓的周邊的按壓力會變得不一致，使的气有 半導體晶圓之周邊部分可能被過度研磨，此稱之為“邊緣 倒角（edge rounding)” 。為了避免這類邊緣倒角發生，用 於夾持半導體晶圓周緣的定位環，係相對於該頂環體（或载 4 〇 〇 321023 200946281 頭（carrier head)體）垂直移動，俾用定位環去按壓研磨墊 之研磨面之環狀部，該環狀部係對應於半導體晶圓的周邊 部。 諸如上揭公報所揭露的傳統研磨裝置中，在研磨期 間’因為半導體晶圓與研磨墊的研磨面之間的摩擦力朝水 平面内方向作用之側向力（lateral f〇rce)或水平力 (horizontal force)會施加於定位環，而該側向力（水平力） 則由設在定位環的外周側之定位環導件（r e t a i n e r r丨n g e guide)所承受。 (1) 假設研磨裝置具有下述構造，亦即，研磨頭有一支 點（fulcmm)用於承受在基板平坦化的過程中，因半導體晶 圓與研磨墊的研磨面之間的摩擦力而施加於定位環之侧向 力（水平力）。在此裝置中，支點應被位於定位環的外周部， 因為定位環與定位環導件之間的接觸區域是受限的（小區 域）。在這情形定位環係傾斜狀且垂直地移動以追隨研磨墊 ❿之研磨面的起伏的情形中，在定位環的外周部與定位環導 件的内周部之間的滑動接觸表面會產生意想不到的巨大摩 擦力。因此，在某些情形中，定位環的能力可能變得受限 制和不充分，故研磨裝置需要有能力來允許施加於研磨墊 的研磨面的定位環所需表面壓力。 (2) 在傳統研磨頊中，定位環的支點係位於定位環的外 周部用來從頂環（載體頭）傳送旋轉力量到定位環之旋轉驅 動單元（rotary drive unit)則設在定位環的上部。由於伴 隨摩擦力的滑動運動粉末、或是溶液乾燥後產生的乾燥沉 321023 5 200946281 澱物可能會生成於支點部分和旋轉驅動單元處。在此種粉 末落到研磨台的研磨面上的情形中，像是半導體晶圓表面 的刮痕之類的缺點，通常可能會由於研磨面上存在此種粉 末而造成，因此，使一構件（護罩（boot))是預防粉末落下 的有效方法。雖有此優點，使用構件（護罩）在維修性上有 其缺點，因為此種護罩必需在更換消耗品時再次裝上，造 成令人厭煩的維修之可能性。 (3) 由於在研磨時會熱膨脹，因此在定位環與定位環導 件間必須提供適當間隙。然而，提供太寬的間隙可能造成 定位環預期外的移動，而且在研磨期間，由於定位環間隙 間之移動，使得定位環導件與定位環之間碰撞時，會產生 異常噪音或是震動。再者，提供太寬的間隙有其他缺點。 如果定位環相對於半導體晶圓係在偏心位置，則會顯現研 磨率變化的情形。例如’在半導體晶圓周方向的半導體晶 圓之外周部，會存在研磨率增加的現象。 (4) 熱能會造成定位環的熱膨脹，且該熱能是由定位環 與研磨面間的摩擦力所造成。因此，由於温度不同以及在 定位環與附設該定位環的驅動環（drive ring)間的線性膨 脹係數不同，定位環可能會朝底部向外伸展。如果，半導 體晶圓是在這狀態下被研磨，則定位環之内周側會磨損得 比外周侧較快，造成定位環之磨損不均，因此，在定位環 更換後的初期階段和其後的階段之間，定位環對研磨墊之 墊表面的構形校正效果是不相等的。再者，在處理過程中， 當複數的半導體晶圓依序被處理時，定位環的溫度會隨被 6 321023 200946281 處理的半導體晶圓的數目而逐漸增加。在此情形中，定位 環的熱變形量逐漸增加，造成在已處理半導體晶圓之間的 定位環作用改變。此外，亦會產生定位環之磨損不均以及 由於在研磨面與半導體晶圓之間的摩擦力所造成定位環的 變形使定位環作用隨著時間改變。 【發明内容】 有能力能處理這些課題以減少製程之成本的新研磨裝 置乃有其殷切的需求。因此，需要能提供一種可以改善定 © 位環對於研磨面之追隨能力的研磨裝置的發明，用於夾持 被提供到基板夾持用頂環之周圍部分的基板的周緣之定位 環，可將所需的定位環面壓力施加到研磨面，也防止在定 位環之滑動接觸部產生的粉末落下於研磨面上，且抑制定 位環之熱膨脹。 為了達到上述目的，根據本發明之第一態樣，係提供 基板研磨用基板裝置，包括：具有研磨面之研磨台；具有 ^ 壓力腔之頂環體，該壓力腔係被供以加壓流體，且組構成 ❿ 當該壓力腔被供以加壓流體時，在流體壓力下，將該基板 對研磨面按壓；以及定位環，設於頂環體之外周部，且組 構成對於頂環體獨立地移動且按壓研磨面；其中，在研磨 基板期間用以承受從基板施加到該定位環的側向力之支點 係位於基板的中央部分上方。 根據本發明，在研磨基板期間用於承受從基板施加到 定位環之側向力的支點係位於基板的中央部分上方，也就 是說，在頂環體的中央部分，用以支撐定位環的區域變大。 7 321023 200946281 鑼 因此，當定位環係呈傾斜狀，且隨著研磨台的研磨面之起 伏作垂直移動’用以支撐定位環滑動的滑動接觸表面（滑動 表面）之摩擦力會明顯減少，定位環對於研磨面之追隨能力 可以改善，同時定位環所需之面壓力可施加於研磨面。b 在本發明之一較佳態樣中’該定位環可繞著支點傾斜。 在本發明之一較隹態樣中，定位環係可垂直移動 撐於通過該支點之輛線。

/在本發明之一較佳態樣中，該頂環體具有至少一個組 ，形成複數侧力腔之彈性膜；該等壓力腔係被供以加壓 流體，而且，其中該支點係位在壓力腔之 則位於該基板之中㈣分。 遏力腔 ❹ 在本發明之一較佳態樣中，該支點係位於藉由頂产 支擇定位環的支撐機構（suppQrt meGhanism)之轉動中= 根據本發明之第二態樣係提供一種之基板研磨“ ，括：具有研磨面之研磨台；具有壓力腔室之頂環體， 監力腔係被供以加壓流體，且組構成當勤腔被供 流體時’在流體壓力下，將基板向研磨面按壓、： 環，設於頂㈣之外料，聽構朗 ㈣ 動且按麗研磨面；其中，用於可傾斜地體獨立· 環追隨研磨面之移動的支嶋係 根據本發明，'因為可傾斜地支撐定位产 位於基板中央部分上方，也 R支撐機構 支賴構的之支擇區域(滑:二項：;雜的中央部分 因此，當定位与 321023 8 200946281 隨著研磨台的研磨面之起伏而傾斜時，可滑動地支 環之滑動部位之摩擦力會明顯減少，可以改善定位環 Z磨面之追隨能力，且定位環所需之面I力可施加於研磨 在本發明之-較佳態樣中，該支撐機構係支擇定 垂直地移動地。 衣 ❹ ❿ 在本發明之-較佳態樣中，該定位環係藉由 而相對於在頂環_立地移動。 #機構 根據本發明，因為定位環係相對於保持彈性膜之 體獨立地傾斜，故該頂環體，特別是保持彈性膜之構件長 可維持初始的姿熊或报能 > 联<構件， & pa ^ /心'，而…、關於基板與研磨台之研磨 面間的摩擦力，因此基板可均句地對研磨面按壓。研磨 在cb^ ί發月t ^佳祕中’該讀機構之滑動接魎； 係由低摩擦力材料所構成。 動接觸面 根據本發明，因為支禮機構之接觸在 材料所構成’當定位環係傾斜狀地垂直=二低摩擦 的研磨面之起伏，用以支撐定位環的通研磨台 面(滑動表面)之摩擦力可明顯減少，可：：：之滑動接觸 研磨面之追隨能力，且定位環所需=位環對於 面。 1力可施加於研磨 低摩擦材料係定義為擁有0·35 的材料，更佳的是該低摩擦材料擁有0= Γ摩擦係數 係數，摩擦職是指在無潤滑油的情小的低摩擦 (dimensi〇nkss value)。更進一步，更件下的無因次數值 之者為該低摩擦材 321023 9 200946281 料包括擁有高耐磨損性的滑動讨料’該低摩擦材料包括例 如含油聚縮醒(oil-containing P〇lyacetal)。 在本發明之一較佳態樣中，該定位環包括：組構成夾 持基板之周緣之環構件；配設於了員環體中央部分且組構成 夾持該環構件夾持部；以及用於連接環構件與夾持部的連 接部；其中，該夾持部係由支撐機構所支撐。 在本發明之一較佳態樣中，該頂環體具有至少一個組 構為形成被供以加壓流體之複數個壓力腔的彈性膜；其中 該支撐機構係設在位於基板中央部份的壓力腔上方。 在本發明之一較佳態樣中，該支撐機構包括用於藉由 球型面可轉動地支撐該定位環的球型軸承（spherical bearing)機構。 在本發明之一較佳態樣中，該支撐機構包括用於支撐 該疋位環繞兩正交軸（orth〇g〇nal axes)轉動的陀螺機構。 在本發明之一較佳態樣中，該定位環上安裝有金屬環。 根據本發明，因為由不鏽鋼（sus)等製成之金屬環係套 裝於定位環上，定位環具有較佳的剛性，因此，即使由於 定位環與研磨面之滑動接觸而使定位環溫度增加，定位環 之熱變形仍可被抑制。 在本發明之一較佳態樣中，該機構更進一步包含組構 成用以供應流體以便冷卻該定位環之喷嘴（n〇zzle)。 根據本發明，雖然因定位環與研磨面之間的摩擦熱， 使得定位環溫度增加，冷卻流體吹在定位環的外周面，因 此定位環溫度可避免增加以抑制定位環之熱膨脹。 200946281 在本發明之一較佳態樣中，該機構更進一步包含設於 頂環體内，且組構成從頂環體傳送轉動力到定位環的旋轉 驅動單元（rotary drive unit) ° 根據本發明，因為旋轉驅動單元用以從頂環體傳送轉 動力到定位環係設於頂環體内，從旋轉驅動單元產生的粉 末，可被包含在頂環體内，幾乎不會落下在研磨面上，諸 如由該粉末造成之基板刮傷的缺點會明顯減少。 本發明有下列優點。 © (1)當定位環係呈傾斜以追隨研磨墊的研磨面之起伏 時，用以可滑動地支撐定位環之滑動部的摩擦力會明顯減 少，可以改善定位環對於研磨面之追隨能力，且定位環所 需之面壓力可施加於於研磨面。 (2) 由於用以可滑動地支撐定位環的部分係設於頂環 體内，產生於滑動部的粉末可被包含在頂環體内，且幾乎 不會落在研磨面上，像是由粉末造成基板刮傷的缺點會明 顯減少。 (3) 若定位環是由設在定位環外周部之定位環導件所 支撐，在定位環與定位環導件間會有太寬的間隙。在此情 形中，在研磨期間，由於定位環在間隙内之移動，使得定 位環導件與定位環之間碰撞而產生異常噪音或震動，且在 半導體晶圓之周圍方向的半導體晶圓之外周部，會發生研 磨率的變化的。 根據本發明，因為係由頂環體的中央部分支撐定位 環，因此在定位環之外周側不必設置定位環導件以支撐定 11 321023 200946281 位環。因此，在研磨期間，由於定位環在間隙内之移動所 產生的異常噪音或震動可以避免，且在基板之周圍方向的 基板外周部的研磨率的變化可以預防。 (4)由於由不鏽鋼（SUS)等製成的金屬環係安裝於定位 環上，故定位環有較佳的剛性。因此，即使由於定位環與 研磨面之滑動接觸而使定位環溫度增加，定位環之熱變形 亦可被抑制。再者，藉由供應冷卻流體到定位環，使定位 環得以被冷卻。因此，定位環溫度得以避免增加，導致抑 制定位環之熱膨脹。因此，定位環對包含研磨墊的研磨面 ❹ 之構形的校正效果不會隨著時間變化。 本發明之上述及其他的目的、特徵及優點將可配合附 圖由以下之說明而獲得更清晰之瞭解，其中該等圖式係以 例示方式顯示本發明之較佳實施形態。 【實施方式】

以下將參考第1圖至第19圖來說明依照本發明之實施 形態之研磨裝置。在第1圖至第19圖中，相同或對應元件 係以相同之元件符號來加以標示，且將不再重複說明。 W 第1圖係示意圖，其中顯示依照本發明實施形態之研 磨裝置的整體結構，如第1圖所示，該研磨裝置包括：研 磨台100 ;頂環1，其係構成研磨頭，用以保持作為研磨對 象，諸如半導體晶圓等基板；並且將該基板向研磨台100 上的研磨面按壓。 該研磨台100經由台轴l〇〇a而藕接至配設於研磨台下 方的馬達（未圖示）。因此，該研磨台100係可繞台軸l〇〇a 12 321023 200946281 轉動。研隸m附設在研磨台1〇〇的上表面，該研磨塾 101之上表面IGla⑽成用來研磨半導體晶圓w之研磨 面。一研磨液供應喷嘴102設置於研磨么 供應研磨液Q在研磨台1〇〇之研磨塾1〇f上。 該頂環i連接於頂環轴⑴之下端，且可藉由垂直移 動機構124相對於了頁環頭110作垂直移動。當垂直移動機 構124將頂環軸111垂直移動時，該頂環1會整體昇降以 相對於了員環頭no進行定位。旋轉接頭（r〇tary j〇int)125 ❿則裝設在頂環轴111之上端。 用以使頂環軸111與頂環1垂直移動之垂直移動機構 124係包含：橋架（bridge)128，而頂環軸ill則藉被軸承 126了旋轉地支撐於該橋架；滚珠螺桿（bau screw)i32， 裝設在橋架128上；支承底座（support base)129，藉支撐 柱（support posts) 130所支撐；以及交流伺服馬達（Ac serv〇m〇t〇r)138裝設於該支承底座129上。在其上支撐有 ❹交流伺服馬達138之支承底座129係利用支撐柱130固定 設置於頂環頭110之上。 該滾珠螺桿132包括：藕接於交流伺服馬達138之螺 桿132a;以及螺合於該螺桿丨32a之螺帽132b，頂環軸 係透過垂直移動機構124而與橋架128 —齊垂直移動。卷 父流伺服馬達138通電時，橋架128係藉由滾珠轉桿1扣 垂直移動，頂環軸111與頂環1亦垂直移動。 該頂環轴111藉由一鍵（key)(未圖示）而連接至旋轉 軸套（rotary sleeve)112，該旋轉軸套112具有正時皮帶 13 321023 200946281 輪（timing pul ley)113固定圍設其上。具備驅動軸之頂環 馬達（1：叩1^叩1110仂1')114係固定在頂環頭11〇,該正時皮 帶輪113係藉由設置於頂環馬達114的驅動軸上的正時皮 帶（timing belt)115而可運轉地藕接至正時皮帶輪116。 當對頂環馬達114通電時，正時皮帶輪116、正時皮帶ιΐ5 以及正時皮帶輪113會被轉動，且使旋轉軸套112 ^頂環 軸ill 一齊被轉動，因而轉動頂環丨。該頂環頭11〇係支 樓於頂環卵（top Hng head Shaft)117上，該頂環頭軸 係固定支撐在框架（未圖示）上。 乐圖所示的研磨裝置結構中，頂環i係組構成斥 二保持諸如半導體晶圓w的基板於其下表面，頂環頭⑶ 為軸而樞轉(擺動)。因此，保持彻 而在頂q、: 頂環1係透過71環頭11G之樞轉運動 置之間二收半ί體晶圓？的位置與研磨台100上方位 1〇1 。該騎1下降以便將半導體晶圓W向研磨墊 100 磨面）1Gla按壓’此時’當頂環1與研磨台 供库喷嘴：：’同時利用設在研磨台100上方的研磨液 =嘴102將研磨液供應到研磨塾101上。半導體 半導體之研磨面i01a進行滑動接觸。因此，該 亍等體晶圓之表面被研磨。 將參考第2圖: = 樣的研磨裝置之-研磨頭 構成研磨頭之_ !磨圖至第5圖係顯示 象之諸如半導/、 _來簡作為待研磨對 B曰® W，並將半導體晶圓f向研磨台上之 321023 14 200946281 研磨面按壓，第2圖至第5圖沿著頂環丨之複數個徑向的 剖面圖。 如第2圖至第5圖所示，頂環j基本上包括：頂環體 (t〇Pringb〇dy)2,用於將半導體晶圓w向研磨面1〇1&按 ’壓；以及定位環3，用於直接按壓研磨面1〇la，而與頂環 體2無關。頂環體2包含：圓板之上部構件（叩permember) 3 0 0，附设於上部構件3 0 0下表面之中間構件 (intermediate member)304;以及附設於中間構件3〇4下 G 表面之下部構件（lower member)306。 頂環1具有附設於下部構件306之下表面之彈性臈 (elasticmembrane)314，該彈性膜314係與被頂環1保持 的半導體晶圓背面接觸。該彈性膜314透過環狀邊緣失持 具（edge holder)316而夾持於下部構件306之下表面，該 邊緣夾持具316係徑向朝外配置，環狀波紋夾持具（gig、 319)則對邊緣夾持具316徑向朝内配置’該彈性膜314係 ❿由高強度與耐用的橡膠材料所製成的，例如乙烯-丙烯橡膠 (ethylene propylene rubber ’ EPDM)、矽橡膠（siiiC0ne rubber)、氣基曱酸酉旨橡膠（polyurethane rubber)等。 如第2圖所示，該定位環3包括：環構件408，配置 於頂環體2之外周部’且組構成夾持半導體晶圓之周緣； 軸狀保持部分（shaft-like holding portion)410，配置於 頂環體2之軸向中央部分，且組構成保持環構件4〇8 ;以 及各連接部411 ’用以連接環構件408與軸狀保持部410。 如第3圖所示，上部構件300透過螺栓（bolts)308而 15 321023 200946281 與頂環軸111連接。再者，中間構件3〇4透過螺栓（boits) 309而固定在上部構件300’而下部構件3〇6則透過主螺栓 (main bolts)310而固定在上部構件。包括上部構件 300、中間構件304、以及下部構件306之該頂環體2是由 如工程塑膠（engineering plastics)等樹脂所構成（例 如：聚趟醚酮（Polyether Ether Ketone，PEEK))。該上部 構件300可由諸如不鏽鋼（Sus)或鋁等金屬所構成。 ❹ 如第2圖所示’定位環3的軸狀保持部分41〇係經由 支撐構件412而為下部構件306所支撐。在本實施形態中， 該支撐構件412包含球型軸承機構，該球型軸承具有：裝 配在下部構件306之凹部（recess)3〇6a，且固定在下部構 件306之外部環413 ;以及為外部環413所支撐之内部環 414,外部環413之内周面與内部環414之外周面均形成為 其中心為支點（fulcrum)O之球型表面（spherical surfaces)，且各球型表面係互相滑動接觸。 〇 内部環414是相對於外部環413以支點〇為轴可朝全 方向（360°)旋轉（可傾斜）。也就是說，該支點〇是位於= 部環414的旋轉中心，且在研磨半導體晶圓時，該支點 也是位於半導體晶圓中心部上方；定位環3之輛狀，點〇 分410以可垂直移動方式嵌入於内部環41 呆持。p 3 <圓形诵 414h内，而外部環413以令外部環413之下

構件306之凹部306a之段差（step)3〇6s的方式固〜^ 部構件306,且外部環413之上端與複數個疋在下 ring)415 扣合。 ，%(snaP 321023 16 200946281 如第2圖所示構成之定位環3中，在研磨期間，該定 位環3係與研磨台100之研磨面101a相接觸，且該定位環 3可相對於水平面傾斜，以追隨研磨台10 0之研磨面101 a 之起伏，而無關於頂環體2。具體而言，環構件408是相 對於水平面傾斜，以追隨研磨面101 a之運動，而軸狀保持 部分410則與環構件408 —體地傾斜。該環構件408和轴 狀保持部分410之傾斜係為包含球型軸承機構之支撐機構 412所允許，換言之，環構件408和轴狀保持部分410，係 ❹可藉由内部環414繞著支點0旋轉而朝全部方向傾斜。具 體來說，包含環構件408之定位環3可藉包含球型軸承機 構之支撐機構412而繞著位於頂環體2之中央部分之支點 0而傾斜（可轉動）。再者，定位環3是追隨研磨台100的 研磨面101a之起伏而垂直地移動，同時伴隨著傾斜運動。 也就是說，環構件408是垂直移動以追隨研磨面101a之起 伏，而軸狀保持部分410係與環構件408 —體地垂直移動。 ^ 軸狀保持部分410之垂直移動係由内部環414之通孔414h ❿ 所導引。在研磨期間，由於半導體晶圓與研磨台100之研 磨面101a間的摩擦力而有一側向力（水平力）施加於定位 環3，而該側向力可藉位於半導體晶圓之中央部分上方的 支點0所承受。 依據用來支撐如第2圖所示結構之定位環3的支撐機 構412，當定位環3傾斜時，該定位環3會因支撐機構412 而平穩順暢地傾斜。因為在支撐機構412中之外部環413 和内部環414之至少一個滑動接觸面設有含鐵氟龍 17 321023 200946281 (Teflon ’商標名）等，且擁有高自潤滑 (high-self-lubricating)、低摩擦係數以及高耐磨性之薄 膜’故該支撐機構412可維持優異的滑動特性，使定位環 3得以快速傾斜一點。另外，軸狀保持部分41〇之一滑動 接觸面與内部環414之通孔414h設有由聚四氟乙烯

Cpolytetrafluoroethylene ’ PTEE)、聚醚醚酮 ❹ (polyethemherketone.EK)、聚硫化苯（p〇lyphenylene sulfide)等樹脂材料所構成之低摩擦材料。因此，當定位 環3之保持部分410相對於支樓機構412之内部環^垂 直移^時，滑動接觸面（滑動表面）之摩擦力可明顯的減 >、。外稍413與内部環414之至少一者 如碳纖維與固態潤滑劑等纖維之樹脂材料 =

Q 則=如碳切⑽）⑻所構1 如上所述，因為定位環3係經由再珉 支撐機構412透過項環體2之中=型軸承機構之 位環3傾斜且隨著研磨台1〇 、磨刀M支撐’故當定 移動，則定位環3之傾斜_面=之起伏而垂直 動表面之支撐機構412所支撐，且大面積球型滑 被具有極佳滑動特性的輛狀^叙2定位環3之垂直移動可 撐。因此滑動面之摩擦力能 面之支樓機構412所支 於研磨面之追隨能力，而且〜:^少，可以改善定位環對 磨面。 疋立％所需面壓力可施加於研 另外，在本實施形態中，定位产 於頂環體2。在這情形中，〜衮3為可傾斜，而無關 右定位環3與項環體2可-體 321023 200946281 傾斜，則定位環3與頂環體2可藉由半導體晶圓與研磨墊 之研磨面間的摩擦力而一體地傾斜。當頂環體2傾斜時， 用於保持半導體晶圓之彈性膜（本實施形態中為彈性膜314) 會在半導體晶圓之表面内不均勻地伸展，使得用於將半導 體晶圓向研磨面按Μ之按壓力變成不均勻。 相反的，根據本實施形態，因為定位環3係可傾斜， 且無關於用以保持彈性膜314之頂環體2，故該頂環體2， 特別疋保持彈性膜314之下部構件3〇6可維持初始姿態， ❹而不文半導體晶圓與研磨墊之研磨面間的摩擦力的影響。 因此’半導體晶圓可均勻地向研磨面按壓。 另外’在本實施形態中，因為可傾斜地且垂直移動地 支持定位環3的支撐機構412係設在頂環體2之中央部 分’且被收納在頂環體2的下部構件306之凹部306a，由 支撐機構412的滑動部所產生的粉末可包含於頂環體2 内’且不容易掉落在研磨面上。因此，可防止由於諸如粉 鲁末等外來物質掉落在研磨面上所造成的晶圓缺失。 另外，在本實施形態中，因為支撐機構412係組構成 一低位置支點，故傾斜定位環3之力矩（moment)變成較 小’因此’由摩擦力所造成之定位環傾斜可被壓抑到很小 程度，且半導體晶圓幾乎不會滑離頂環1。 茲進一步說明頂環1。如第2圖所示，邊緣夾持具316 係由波紋夾持具318所夾持。如第3圖所示，波紋夾持具 318透過複數個止動件（st〇ppers)320被保持在下部構件 306的下表面上。波紋夾持具319透過複數個止動# 19 321023 200946281 (stoppers)322被保持在下部構件3〇6的下表面，該止動 件320、322係以相同間距沿著頂環}之周圍方向而配置。 如第2圖所示，一中央腔360形成在彈性膜314的中 央部分；如第4圖所示，該波紋夾持具319具有一通道 (passage)324與中央腔室36〇相連通，該下部構件3〇6具 有一通道325與該通道324相連通，波紋夾持具319之通 道324與下部構件306之通道325皆連接到一流體供應源 (未圖示）。因此，一加壓流體係經由通道325、324供應到 彈性膜314所形成的中央腔360。 波紋夾持具318具有夾爪（claw)318b，用於將彈性膜 314之波紋314b向下部構件306下表面按壓之；波紋夾持 具319具有夾319a用於將彈性膜314之波紋314a向下部 構件306之下表面按壓；波紋夾持具318具有夾爪318c用 於將彈性膜314之邊緣314c向邊緣夾持具316按塵。 如第4圖所示’環狀波紋腔361形成在彈性膜314之 波紋314a與波紋314b之間，間隙314f形成在彈性膜314 之波紋夾持具318與波紋夹持具319之間，下部構件306 具有通道342與間隙314f相連通，環狀槽347形成在下部 構件306内，密封構件340係設在環狀槽347之下表面， 以及密封環341則設在密封構件340上。密封環341之上 表面係向中間構件304之下表面按壓，密封環341具有一 通道346連通到下部構件306之通道342 ;再者，中間構 件304具有一通道344與密封環341之通道346相連通， 而下部構件306之通道342是經由密封環341之通道346 20 321023 200946281 而連接到流靉供應源（未圖

及中間構件304之通道344而連接到流, 示）。因 另外， 真空幫 之下表面，藉以吸夾住（chucking)半導體晶圓 如第5圖所示，波紋夾持具318具有〜通道326與環 狀外部腔⑽ter chamber)362相連通，該_㈣㈣由 内彈性膜314之波紋314b與邊緣314c所形成。再者，下部 構件306具有一通道328經由連接器327而與波紋夾持具 318之通道326相連通。中間構件3〇4具有一通道329與 下部構件306之通道328相連通。波紋失持具318之通道 326是經由下部構件306之通道328及中間構件3〇4之通 道329而連接到流體供應源（未圖示）。因此，加壓流體乃 經由這些通道而供應到由彈性膜314所形成之外部腔362。 如第5圖所示，邊緣夾持具316有一夾爪，用來使彈 ⑩性膜314之邊緣314d保持在下部構件306之下表面。邊 緣夾持具316具有一通道334與環狀邊緣腔363相連通， 該邊緣腔363係由彈性膜314之邊緣314c與314d所形成。 下部構件306具有一通道336與邊緣夹持具316之通道334 相連通，中間構件304具有一通道338與下部構件306之 通道336相連通，而邊緣夾持具316之通道334是經由下 部構件306之通道336及中間構件304之通道338而連接 到流體供應源（未圖示）。因此，加壓流體得以經由這些通 道而供應到由彈性膜314所形成之邊緣腔363。 21 321023 200946281 如上所述，根據本實施形態之頂環1中“ 體晶圓向研磨塾101按壓之按壓 :：：將半導 ί緣二3厂61)之流體壓力而在半導體晶圓局部區域力二 郎’該專壓力腔係形成在彈性膜314與下部構件寫之 /6圖卿為第2 _部分之放大圖，如上所述二 位環3包括：環構件4〇8，配設於頂環體2之周部，= 構成用以保持半導體㈣之周緣；軸狀保持部分则，西且 設於頂環體2之徑向中央部分，且組構成用以保持環構^ 408 ;以及連接部411 ’用來連接環構件·與軸狀保持部 分410。如第6圖所示，定位環按壓機構包括：圓筒 (cylinderMOO，具有圓筒形，且有封閉之上端；失持具 4(Π、402 ’附設於圓筒4〇〇之上部；彈性膜4〇4，藉由失 持具401、402保持在圓筒4〇〇内；以及活塞（pist〇n)4〇6， 連接到彈性膜404之下端。該環構件4〇8係組構成一被活 塞406向下按壓。該環構件408包含與活塞406藕合之上 環構件408a ’以及與研磨面ι〇1相接觸之下環構件4〇8b。 第7圖是為第5圖之vu部分之放大圖。如第7圖所示， 上環構件408a與下環構件408b是透過複數個螺栓409藕 合。上環構件408a係由諸如不鏽鋼等金屬或是諸如陶瓷等 材料製成，而下環構件408b係由諸如聚醚醚酮（Polyether Ether Ketone，PEEK)或聚苯硫醚（p〇iyphenylene Snlfide，PPS)等樹脂材料製成。 如第7圖所示，夾持具402有一通道450與由彈性膜 .22 〇 〇 321023 200946281 404之所形成之腔室451相連通，上部構件3〇〇具有一通 道452與夾持具402之通道45〇相連通。夹持具之通 道45(H系經由上部構件300之通心犯而連接到流體供應 源（未圖不）。@此’加壓流體會經由這些通道供應到前述 之腔室451。於是’藉由調節供應到該腔室451的流體之 麇力，彈性膜綱可以被擴展或收縮，以便使活塞棚垂 ==因此’在所嶋下’定位環3之環構件4〇8 β向研磨塾101按壓。 0 ::2圖到第7圖所示之圖示例中，彈性膜则使 = ’該滾動隔膜係由具有 ^狀彈性膜所形成。在由滚動隔膜所界定腔室内之内 繼膜之彎曲部會被滾動以便擴寬該腔 多田4見k，該5^膜不會與外部 難:被擴展或收縮。因此’滑動接觸所產生之=可： 峰減少’而且隔膜之使用壽命可被延長 在 φ 3按壓研磨墊1〇1的按壓力可準確的調整。卜在疋4衣 f過上述安排，定位環3之環構件彻可以下降。因 此，即使定位環3之環構件伽被 擦的材質所形成之腔室451擴寬 狀使由非吊低摩 力可被維持在恒定水平。再者，因疋位環3之減 環構件408與圓筒係透過可變 定位％ 3所產生之面壓力得以均一 更容易追隨研磨塾1〇1。 且該疋位環3變成 321023 23 200946281 第8圖是從第2圖珊~观線觀察之視圖。如第8 不，環構件408係配置於頂環體2之外周部，且透'圖所 連接部411而與配置於了頁環體2之中央部分的轴 分410相藕接。該連接部411收容在形成於頂環體？、、 部構件306之十字形溝槽3〇6g内。如上所述，具有戸的下 408之定位環3、軸狀保持部分41〇以及連接部ο〗 斜且可垂直移動以追隨研磨台100的研磨面l〇la之起1伏、 位於下部構件306内設有複數對驅動銷（driving

349、349’各對驅動銷349、349係配置成將連接部4iH 持於兩者之間。以此方式，因對驅動銷349、349係配置成 將各連接部411保持於兩者之間，故頂環體2之轉動乃浐 下部構件306透過多對驅動銷349、349傳送到連接部411^ 使得頂環體2與定位環3 —體轉動。於驅動銷349的外周 圍面上設有橡膠緩衝件350’而由諸如聚四氟乙歸（ptfe)、 聚醚醚酮（PEEK)或聚苯硫醚（PPS)等低摩擦材料所製成之 套環（collar)351 ’則設置於橡膠缓衝件350上。再者，在 連接部411外表面施加有鏡面處理（mirror processing) ❹ 用以改善連接部411外表面之表面粗糙度，而由低摩擦材 料所製成之套環351係與該連接部表面進行滑動接觸。 依據本實施形態，由低摩擦材料所製成之套環351係 設置於驅動銷349上，且鏡面處理係施於與套環351進行 滑動接觸連接部411之外表面。因而提升驅動銷349與連 接部411之間的滑動特性。因此，環構件408對於研磨面 的追隨能力可明顯提升。而且定位環所需之表面壓力可施 24 321023 200946281 加到研磨面。鏡面處理可施用於驅_祕，㈣低摩捧 材料可形成於與_銷349減接之連接部4ΐι之外表面 上。 由S驅動銷349及用於將旋轉力從頂環體2傳送 到定位壤3之連接邱/ Ί Ί t 411的旋轉傳動單元係設在定位環體 内，從旋轉驅動單开仏女， ， 平兀所產生的粉末可被保留於頂環體2 内’因此ι避免粉末掉落在研磨面上，且在半導體晶圓上 因粉末造成的到傷可顯著減少。 第9圖疋第3圖之]X部分之放大圖。如第9圖所示’ 一磁鐵（magnet)419設於環構件408内位於與活塞406相 接觸之環構件408之表面。活塞406由磁性材料製成且施 加有諸如塗層（coating)或電鍍（piating)等表面處理，以 保護活塞406不受侵蝕。該活塞也可用具有耐侵蝕性的磁 性不鏽鋼。因此，由磁性材料構成的活塞406與具有磁鐵 419的環構件408係透過設在環構件408内的磁鐵419之 磁力而互相固定。 由於活塞406與環構件408係透過磁力互相固定，即 使在研磨期間定位環3震動，活塞406與環構件408可避 免互相分離，且可避免定位環3意外地向上移動。因此’ 定位環3之表面壓力得以穩定’同時由於滑脫所造成之半 導體晶圓由頂環1脫離的可能性降低。 具有環構件408之承載總成（carrier assembly) ’係 經常從研磨裝置上卸下以便維修，但活塞少有機會維修。 活塞406與環構件408透過磁力互相固定之情況中’卸除 25 321023 200946281 頻繁的環構件408與卸除較不頻繁的活塞4〇6可輕易地分 離。 如第9圖所示，垂直延伸之大體上矩形槽442係形成 在項環體2的下部構件306之外周面。該矩形槽442以相 同間距形成在頂環體2的下部構件3〇6之外周面（見第3 圖）°制動件354設於定位環3之上環構件4〇8a俾向内徑 向犬出。該制動件354係分別組構成可與下部構件的矩形 槽442之上端或下端嵌合。 因此，疋位環3之上位置或下位置相對於頂環體2會 受到限制。具體來說，當制動件354與在下部構件306的 矩形槽442之上端嵌合時，相對於頂環體2，該定位環3 係位在最上端的位置，當制動件354與下部構件3〇6的矩 形槽442之下端嵌合時，相對於頂環體2，該定位 位在最下端的位置。 ” 根據本實施形態，頂環丨具有分離機構 mechanism)用於將環構件4〇8與活塞4〇6分離，如第2撞 及第6圖所示，可繞著軸430轉動的複數個凸輪升桿（ca lifters)432係設環構件408上。 第10A及l〇B圖是從第6圖之箭頭χ觀察之視圖。負 10Α圖表示凸輪升桿432運作中的狀態，第⑽圖表示士 輪升桿432非運作中的狀態，如第10A圖和第l〇B圖所示 =輪升# 432的外周面構成一凸輪面，且該凸輪面有一相 郭，該輪靡從袖43Q的軸線（見第6圖）起算之 化狀。因此，韓叙几认， 卞衩疋呈變 動凸輪升桿432時，具有最大半徑的部分 321023 26 200946281 他會把活塞樓向上推。用於讓板手插入之板手孔 hQle)434 _^凸輪升桿432之軸430的軸線 部分。 如第1〇A圖所示，上圓弧面(upper circular arc SUrfaCe)432b形成於凸輪升桿似之上部，下圓弧面偷 則形成於凸輪升桿432之下部。如第6圖所示，一螺絲 433設在凸輪升桿432正下方，如第H)A圖所示，凸輪升 桿432可朝順時針方向或反時針方向轉動。該上圓弧面 ❹432b或該下圓弧面徽可與螺絲433卡合，以限制凸輪 升捍432之轉動在一預定範圍之内（約90。），如第l〇A圖 所示，當下圓弧面432c與螺絲433卡合，凸輪升捍432朝 順時針方向之轉動會受到限制。如第1〇β圖所示，當上圓 弧面432b與螺絲433卡合時’凸輪升桿432朝反時針方向 之轉動會党到限制。具體來說，凸輪升桿432之上圓弧面 432b、下圓弧面43託以及螺絲433係作用成轉動限制機 〇構，以限制凸輪升桿432朝順時針方向與反時針方向之轉 -動皆在該預定範圍之内G約90。）。 弟π圖是沿第i〇A圖中X ι~χ I線之剖視圖。如第η 圖所示，兩個凹部436以約90。間隔之位置形成在凸輪升 桿432之後侧面（在第11圖僅顯示1個凹部436)。滾珠 (ball)438,以藉由螺旋壓縮彈簧（helical c〇mpressi〇n spring)444將該滾珠438向凸輪升桿432之後側面按壓之 方式設於環構件408。在這方式中，當滾珠438嵌入凸輪 升桿432之凹洞436時，凸輪升桿432之位置即被固定。 321023 27 200946281 承載總成在維修之時，係將扳手插入扳手孔434，藉 由凸輪升桿432的外周面之凸輪面使該凸輪升桿432轉 動’而在活塞406與環構件408之間強制地形成一間隙。 因此’藉由活塞406與磁鐵419間之磁力所形成的固緊力 將會減弱。而且環構件408也可以輕易活塞406脫離。如 第10A圖所示，當環構件408與活塞406脫離時，透過凸 輪升桿432之下圓弧面432c與螺絲433之卡合，使得凸輪 升桿432之轉動停止。在這同時，滾珠438正好嵌入凸輪 升桿432之凹洞436(見第11圖），使凸輪升桿432被固定。 另外’當環構件408固定於活塞406，將扳手插入扳手孔 434 ’且將凸輪升桿432轉動，在這同時，如第log圖所示， 透過凸輪升桿432之上圓弧面432b與螺絲433之卡合，使 得凸輪升桿432之轉動停止。然後，滾珠438嵌入凸輪升 桿432之其它凹洞436，使凸輪升桿432固定。 當環構件408與活塞406分離時，如第3圖所示之主 螺拴310被卸下，而具有彈性膜314的下部構件3〇6及具 有環構件408的定位環3、軸狀保持部分41()和連接部如 =與中間構件綱分離，在這方式t，由於具有彈性膜314 之下部構件306可連同定位環3予以分離，定位環3之下 環構件娜之維修以及彈性膜314之維修可輕易完成。 在第9圖至第U圖所示的例子中，活塞伽係由磁性 ^所構成’且磁鐵419係設置於環構件_内 406内。再者，在第9圖至第 弟11圖所不的例子中，凸輪升 321023 28 200946281 桿432是設於環構件彻上，不過，凸輪升桿似也可設 於環構件408上。 茲參考第6圖將定位環3再進一步說明。如第6圖所 示，由不鏽鋼類製成之金屬環44〇係套設於下環構件 408b，則下環構件408b具有較佳的剛性。因此，即使由於 環構件408與研磨面l〇la間的滑動接觸，使得環構件4〇8 之溫度升南，下環構件4〇8b之熱變形亦可予以抑制。 另外，如第6圖所示，〇型環（0-ring)441介設在下環 ©構件408b的外周面與金屬環440之間；且連接片42〇設於 金屬環440與圓筒400之間，透過這些構件的使用，特別 是連接片420的使用，可有效地避免諸如研磨時產生的粉 末尊外來物質從研磨頭（頂環）内部掉落在研磨面上，且可 避免研磨液（磨漿）從外面被導入到研磨頭内。連接片42〇 是環狀，且可包含具有伸縮囊（bell〇ws)2彈性片 (resi1ient sheet)。 ❹ 如第2圖至第6圖所示，該彈性膜314包含密封部 (seal P〇rtion)422，用於在彈性膜314之邊緣（周圍）3i4d 使彈性膜314連接到定位環3。該密封部422有向上彎曲 之形狀。該密封部422係配置成得以填塞彈性骐314盥環 構件408之間的間隙，該密封部422是由可變形的材質製 成。當進行頂環體2及定位環3之間相對移動時，該密封 部422係用於避免外來物質從研磨頭（頂環）内部掉落在研 磨面上，且避免研磨液導入到彈性膜314與環構件4〇8間 的間隙。在本實施形態中，該密封部422與彈性膜314之 321023 29 200946281 邊緣314d係一體形成，而且具有U型剖面。 假若不設置連接片420和密封部422，研磨液可能會 被導入到頂環1的内部，而阻止頂環體2與頂環1之定位 環3的正常運作。在本實施形態中，連接片420和密封部 422可避免研磨液導入到頂環1的内部。因此，頂環1就 可以正常運作。彈性膜404、連接片420、以及密封部422 皆由高強度耐用的橡膠材料所製成，諸如乙烯-丙烯橡膠 (EPM)、聚氨基曱酸酯橡膠、矽橡膠等。 根據本實施形態的頂環1，用於將半導體晶圓向研磨 ❹ 面按壓的按壓力係可透過流體之壓力來控制，該流體係供 給至由彈性膜314所形成之中央腔360、波紋腔361、外部 腔362以及邊緣腔室363，因此研磨期間，下部構件306 須位於從研磨墊101向上遠離之位置。 在圖示例中，因為定位環3可垂直移動而與下部構件 306無關。因此，即使定位環3之環構件408被磨損，在 半導體晶圓與下部構件306間亦可維持固定距離。於是， ◎ 已研磨過的半導體晶圓之剖面廓形可得以穩定的。 在圖示例中，彈性膜314係配置成得與半導體晶圓之 整個表面大體上接觸。可是，彈性膜314也可與半導體晶 圓之至少一部分接觸。 接下來，參照第12圖至第17圖說明根據本發明第二 態樣的研磨裝置之研磨頭如下。第12圖為顯示用以構成根 據本發明第二態樣之研磨頭之頂環的剖面圖；第13圖是由 第12圖之ΧΠ-ΧΙΠ線觀察之視圖。根據本發明第二態樣 30 321023 200946281 之研磨頭中，係使用陀 位環3的她保持部$、構作為軸承機構，用於支擇定 如同本發明第-離摄G。如第12圖與第13圖所示， 磨頭中，定位環7包括研，，依據本發明第二態樣的研 之外周部，且組構成得以:構件棚’其係配置於頂環體2 持部請’其係配置，周，轴狀保 Ο %構件408與該軸狀保持部分41〇。定位产1 ’用來連接該 。戸为410係透過包含陀螺機構之支擇機構3之輪狀保持 件306所支撐。該支撐機構512包括：外舍12^而為下部構 肷入於下部構件306之凹部306a且固定於°裒5丨3，其係 中間環514,其係由該外部環513所支撐^下部構件306 ; 其係由該中間環514所支撐。外部環5丨3、及内'^環515， 環514之外周面係形成為該中心為〜支點之内周面與中間 且該兩面間形成彼此滑動接觸。中間環$丨4之球型表面， 部環515之外周面係形成為中心為該支點4之内周面與内 且兩面間形成彼此滑動接觸。 之球型表面’ 第14圖至第17圖表示該支撐機構 圖。第14圖是表示支撐機構512及定位壤I2之詳盡結構 面圖；第15圖是沿第14圖中；χν-Χν祕之一部分的平 16圖是沿著第14圖中VI線的剖規 4硯圖；第 沿著第15圖中XW-Xvn線的剖視圖。如^，第17圖是 圖所示’有兩顆圓球516、516介設於外部p 14圖至第17 與中間環514之外周面之間，且有兩频蘭^ 513之内周面 _壞517、517介設 321023 31 200946281 於中間％ 514之内周面與内部環515之外周面之間。 在第14圖至第ί7圖所示之支撐機構512中， 514係繞著連接兩圓球516、516的水平轴Li才目對於曰衣 環513轉動，另外，内部環515則繞著連接兩圓球5 ^ ^的水平軸L1相對於中間環514轉動1位環 狀 41。具有六角形剖面，且可垂直移動地丧入於： # 515之六角形通孔5脱内；如第16圖所示， 513係下述方式固定在下部構件3〇6，亦即，外部 衣 下端與下部構件306之凹部306a的段差部（st )= 觸，且外部環513之上端與夾具518卡合。 8接 透過上述的配置，當軸狀保持部分41〇連同環 所=狀環515係_ 、二 線L1—體地轉動（見第17圖）。具體， 、之軸 呆持部分繞著兩垂直之:平^ 結果，該軸狀保持部分41〇與該 、’ 2轉 斜），也就是說，該支點〇是轴=向(36())轉動（傾 叩的轉動中心。 掷狀保持部分410與内部環 如第12圖至第17圖所示 環3可相對於水平面傾斜以追隨研磨中’該定位 之起伏。具體而言’環構件 ；：的研磨面l〇la 隨研磨面101a之起伏Μ π^^/相對於水平面傾斜以追 起故的，而軸狀保持部 321023 32 200946281 4〇8 —體地傾斜。此時，藉由包含陀螺機構的支撐機構 512 ’使環構件4〇8與軸狀保持部分41〇乃得以傾斜。換句 話說，藉由内部環515相對於外部環513繞著支點〇朝各 白（36〇 )轉動，使得環構件408與軸狀保持部分得 、傾斜具體而§，透過包含陀螺機構的支擇機構η〗包 含環構件408之定位環3可繞著位在頂環體2中央部分的 支點〇傾斜。而且，定位環3係追隨研磨台1〇〇的研磨面 i〇la之起伏而垂直地移動，同時進行傾斜運動。換言之， 衣構件408會隨著研磨面1〇la之起伏而垂直地移動，而且 軸狀保持部分410與環構件408 一體地垂直移動。軸狀保 持部分410的垂直移動是透過内部環515之通孔515h作為 引導。在半導體晶圓研磨期間，因半導體晶圓與研磨面101a 間之磨擦力’一側向力（水平力）會施加於定位環3，該侧 向力可被位於半導體晶圓中央部分上方的支點0所承受。 如第16圖和第π圖所示，複數個圓弧形凹口 鲁（circular arc notches)5〗3。形成在外部環513的外周 面’同時複數個圓弧形凹口 3〇6c形成在下部構件3〇6的内 周面。插銷519插入分別包含該圓弧形凹口 51北與圓弧形 凹口 306c之筒形槽。透過這樣配置，頂環體2之轉動會透 過插銷519傳送到外部環513,然後透過圓球516、中間環 514和圓球517傳送到内部環515。在本實施形態中，定位 被3之轴狀保持部分41〇乃形成具有六角形剖面之軸狀構 件’且具有六角形剖面之軸狀保持部分410被收容於内部 龟515的六角形通孔515h中。再者，由於内部環515僅繞 • 33 321023 200946281 著兩垂直水平軸線L1和L2轉動，頂環體2之轉動會透過 内部環515的六角形通孔515h而傳送到具有六角形剖面之 軸狀保持部分410，因此，定位環3係與頂環體2 —體地 轉動。因此，在本實施形態中，在第一態樣中用來使定位 環3與頂環體2 —體轉動的驅動銷349可以免除。支撐機 構512之滑動接觸面係如同第一態樣的相同方式支撐機構 412設有低摩擦材質。 第18圖和第19圖表示具有用於冷卻依據本發明之定 位環3冷卻裝置的研磨裝置。第18圖是研磨裝置之部分的 剖面示意圖；第19圖是表示研磨裝置的平面示意圖。如第 18圖和第19圖所示，由不銹鋼等構成之金屬環440係套 設於定位環3之環構件408。喷嘴組塊（nozzle block)520 配置於頂環1之鄰近。該噴嘴組塊520具有複數個喷嘴 520a。諸如壓縮空氣或氮氣等加壓氣體，或是諸如霧等加 壓流體係由流體供應源供給到喷嘴組塊520。由於環構件 408與研磨面之間的摩擦熱，會使得環構件408的溫度增 加。藉由從流體供應源供給加壓流體到喷嘴組塊520，加 壓流體會從喷嘴520a喷吹在金屬環440之外周面。因此， 環構件408被冷卻，而得以避免環構件408之溫度增加以 抑制環構件408之熱膨脹。因此，透過環構件408校正研 磨墊101的墊表面結構之效果可持續很久。 雖然本發明之某些較佳實施形態已圖示及詳細說明如 上，然而應瞭解者為，在不偏離附後申請專利範圍所揭示 之技術範圍的前提下，仍可對上述實施形態進行各種不同 34 321023 200946281 之修飾及變化。 [產業上之適用範圍] 本發明適用在用以將諸如半導體晶圓等待研磨對象 (基板）研磨成平坦鏡面撤光（flat mirror finish)之研磨 裝置。該研磨裝置係使用於半導體元件製造過程。 【圖式簡單說明】 第1圖是顯示依據本發明實施形態之研磨裝置整體社 構的示意圖； '° 第2圖是顯示依據本發明第一態樣之構成研磨頭之 環之剖面圖。 、 第3圖是顯示第1圖所示之頂環的剖面圖； 第4圖是顯示第1圖所示之丁員環的剖面圖； 第5圖是顯示第1圖所示之頂環的剖面圖； 第6圖是第2圖之VI部分的放大圖； 第7圖是第5圖之νπ部分的放大圖；

第8圖是從第2圖所示观_观線觀察之圖； 弟9圖是第3圖之κ部分的放大圖； 第10A和10B圖是從第6圖之箭頭又觀察之圖； 第11圖是第10A圖中沿著又1-又1線的剖面圖； 第12圖是顯示依據本發明第二紐之構成研 頂環之剖面圖。 f 13圖是從第12圖所示χπι_χ輯觀察之圖； 第14圖是顯示支撐機構及部分定位環的平面圖； 第15圖是沿著第u圏中χν_χν線的剖面圖； 321023 35 200946281 第16圖是沿著第14圖中XVI-XVI線的剖面圖； 第17圖是沿著第15圖中XW-XVII線的剖面圖； 第18圖是顯示部分研磨裝置的剖面示意圖；以及 第19圖是顯示研磨裝置的平面示意圖。 【主要元件符號說明】 1 頂環 2 頂環體 3 定位環 100 研磨台 100a 台軸 101 研磨墊 101a 研磨面 102 研磨液供應喷嘴 110 頂環頭 111 頂環軸 112 旋轉軸套 114 頂環馬達 113、 116 正時皮帶輪 115 正時皮帶 117 頂環頭軸 124 垂直移動機構 125 旋轉接頭 126 轴承 128 橋架 129 支承底座 130 支撐柱 132 滾珠螺桿 132a 螺桿軸承 132b 螺帽 138 交流伺服馬達 300 上部構件 304 中間構件 306 下部構件 306a 凹部 306c 圓弧形凹口 306g 十字形溝槽 306s 段差 308、 309、409 螺栓 310 主螺栓 314 彈性膜 314a、 314b 波紋 314c 、314d邊緣 314f 間隙 36 321023 200946281 318、319 波紋夾持具 316 邊緣夾持具 318b、319a、318c 夾爪 320、322 止動件 324 、 325 、 326 、 328 、 329 、 334 、 336 、 338 、 342 、 344 、

❿ 346 、 450 通道 327 連接器 340 密封構件 347 環狀槽 349 驅動銷 350 橡膠缓衝件 351 套環 354 制動件 360 中央腔 361 波紋腔 362 外部腔 363 邊緣腔 400 圓筒 401 ' 402 夾持具 404 彈性膜 406 活塞 408 環構件 408a 上環構件 408b 下環構件 410 軸狀保持部分 411 連接部 412 、 512 支稽'機構 413、 513 外部環 414 、 515 内部環 414h 、515h 通孔 415 C型開口 419 磁鐵 420 連揍片 422 密封部 430 轴 432 凸輪升桿 432a 部分 432b 上圓弧面 432c 下圓弧面 433 螺絲 434 板手洞 436 凹部 438 滚珠 440 金屬環 37 321023 200946281

441 0型環 442 444 螺旋壓縮彈簧 451 513c 圓弧形凹口 514 516、 517 圓球 518 519 插銷 520 520a 喷嘴 0 Q 研磨液 W 矩形槽 腔室 中間環 夾具 喷嘴組塊 支點 半導體晶圓 Ο 〇 321023

Claims (1)

1. 200946281 七、申請專利範圍： 1· 一種研磨裝置，用於研磨基板，包括： 具有研磨面之研磨台； 具有壓力腔之頂環體，該壓力腔係被供以加壓流 體’且組構成當該壓力腔被供以該加壓流體時，在流體 壓力下’將該基板向該研磨面按壓；以及 定位環，設於該頂環體之外周部，且組構成可相對 於該頂環體獨立地移動且按壓該研磨面； © 其中’在研磨基板期間用於承受從該基板施加到該 疋位丨衣的侧向力的支點係位於基板的中央部分上方。 2. 如申請專利範圍第1項之研磨装置，其中，該定位環係 可繞著該支點傾斜。 3. 如申請專利範圍項之研磨裝置，&巾，該定位環係 可垂直移動地支撐於通過該支點之軸線。 4. 如申請專職圍第丨項之研磨裝置，其中，該頂環體且 有至少—餘構形成複數憾力腔之彈性膜，該壓力腔 係被供以加壓流體；以及 而該壓力腔4 蛾又點你伹於該壓力腔上方 位於該基板之中央部分。 5’ 圍第1項之研磨裝置，其中，該支錄 6 該定位環之切機構的旋轉中心 6· —種研磨裝置，用於研磨基板，包括. 具有研磨面之研磨台； 具有壓力腔之頂環體，該壓力 係被供以加壓流 321023 39 200946281 體，且組構成當力腔被供㈣加壓流料，在流體 麈力下，將該基板向該研磨面按屋；以及 定位環，設於該頂環體之外Art 篮之外周部，且組構成可相對 於該頂環體獨立地移動且按壓該研磨面； :、中用於可麟地支撐！^位環俾使得該定位環 追隨該研磨面之移動的續機構係位於該基板中央部 分上方。 7. 如申請專利範圍第6項之研磨裝置，其中，該支樓機構 係玎垂直移動地支撐該定位環。 8. 如申請專利範圍第6項之研磨裝置，其中，該定位環係 藉該支撑機構而相對於該·體獨立地移動。 9. 如=專利範圍第6項之研磨裝置，其中，該支撐機構 之w動接觸表面係由低摩擦材料所構成。 10. 如申請專利顧第6項之研料置，其中，較位 栝： 組構成夾持絲板崎之環構件；配設於該項環體 中央部分，且組構成夾持該定位環構件之夾持部，以及〇 用於連接該環構件和該夾持部的連接部；且 其中’該失持部係㈣切機制支樓。 U.如申請專利範圍第6項之研磨裝置，其中，該項環體具 有矣v氣紙構形成為被供以加壓流體之複數個壓力 腔之彈性膜；且 其中，該支撐機構係位於該壓力腔之上方，而該壓 力腔係位於該基板之中央部分。 321023 40 200946281 12. 如申請專利範圍第6項之研磨裝置，其中，該支撐機構 包括用於藉由球形面可轉動地支撐該定位環之球型軸 承機構。 13. 如申請專利範圍第6項之研磨裝置，其中，該支撐機構 包括用於支撐該定位環繞兩正交軸轉動之陀螺機構。 14. 如申請專利範圍第6項之研磨裝置，其中，該定位環上 安裝有金屬環。 15. 如申請專利範圍第6項之研磨裝置，復包含組構成用以 © 供應流體以便冷卻該定位環之喷嘴。 16. 如申請專利範圍第6項之研磨裝置，復包含設於該頂環 體内且組構成從該頂環體傳送轉動力到該定位環之旋 轉驅動單元。 ❿ 41 321023