发明名称 载具以及化学–机械式研磨装置
摘要 一种载具及化学-机械式研磨(CMP)装置,其系可以增进晶圆或其他工件中之研磨均匀性,且增加固持环圈之磨损量裕度,以增进化学-机械式研磨装置之运转速率。一载具l系由一外壳10、一载具基部ll、一固持环圈12、一板片支撑件13、一硬板片18以及一软背片l9所构成。板片支撑件13系藉由一支撑件主体部14,其具有一与载具基部 ll之空气排放/注入口llb相连通之空气开口14a、一横隔膜15、以及一边缘环圈16所构成。因此,一晶圆W系藉由压力室R中之空气压力所紧压住,且由于固持环圈12之磨损所造成之作用在晶圆W的外部周缘上的加压力量之变动,系可以由横隔膜15所抵消。
申请公布号 TW421617 申请公布日期 2001.02.11
申请号 TW087116489 申请日期 1998.10.03
申请人 速必凡股份有限公司 发明人 新井初雪;泉重人;王序进;杉山美寿男;松原寿人;田中秀男;清水俊邦
分类号 B24B37/04 主分类号 B24B37/04
代理机构 代理人 陈灿晖 台北巿城中区武昌街一段六十四号八楼;洪武雄 台北巿城中区武昌街一段六十四号八楼;陈昭诚 台北巿武昌街一段六十四号八楼
主权项 1.一种载具,包含:一载具基部,具有流体排放/注入口;一固持环圈,其系附接至该载具基部之外部周缘,且界定出一用以容置一工件之空间;一板片支撑件,其系具有一主体,该主体具有至少一与该流体排放/注入口相连通之流体开口,且其系位在该用以容置工件之空间内,一可挠性外部横隔膜系由该主体之外部周缘表面延伸至对应于工件之外部周缘的位置,以及一环圈状之外部边缘,其系由该外部横隔膜之外缘突伸至该工件之该外部周缘;以及一可挠性板片,其系具有一气密地附接至该外部边缘之末端之外部周缘,且与该板片支撑件一起界定出一与该流体开口相连通之压力室。2.如申请专利范围第1项之载具,其中一可使该外部边缘移动之密封构件,系插置在该外部边缘与该固持环圈或该载具基部之间,以气密地密封存在于该压力室的背侧起始于该外部横隔膜的空间以及形成在该外部横隔膜上之穿孔,其系用以连通该空间及压力室。3.如申请专利范围第1项之载具,其中一可使该外部边缘移动之密封构件,系插置在该外部边缘与该固持环圈或该载具基部之间,以气密地密封存在于该压力室的背侧起始于该外部横隔膜的空间,以及一流体排放/注入口,其系与该空间相连通,且其不是位在该载具基部,便系位在该板片支撑件之主体上。4.如申请专利范围第1项之载具,其中一具有预定直径之内孔,系位在该板片支撑件之该主体的中央,且在该内孔之内部系形成有一可挠性内部横隔膜,其系由该内孔之内部周缘表面朝向中央而延伸,以及一环圈状之内部边缘,其系由该内部横隔膜之内缘突伸至该板片侧,且其末端系气密地固定在该板以上。5.如申请专利范围第4项之载具,其中至少两个具有不同直径之板片支撑件,系呈同心配置,而使得其中一板片支撑件的内部边缘系不会与另一个板片支撑件之外部边缘相接触。6.如申请专利范围第1项之载具,其中该板片系由一单一硬板片或软板片所构成,且该硬板片或软板片之上表面的外部周缘,系气密地附接至该板片支撑件之外部边缘的下表面。7.如申请专利范围第6项之载具,其中一软板片系结合至该硬板片之下表面。8.如申请专利范围第7项之载具,其中该硬板片及软板片,系经由一在其上及下表面具有黏胶之中间板片而结合在一起。9.如申请专利范围第1项之载具,其中一连通该压力室与外面之穿孔,系位在一外部边缘,而该外部边缘系定位在工件之外部周缘侧。10.如申请专利范围第9项之载具,其中一插穿过在宽度方向贯穿该固持环圈之穿孔的管体,系气密地插入至该外部边缘之穿孔。11.如申请专利范围第1项之载具,其中一开孔系提供在该外部横隔膜上,该外部横隔膜系定位在工件之外部周缘侧,且一穿孔系位在该载具基部上而与外界连通,以及一贯穿该载具基部之穿孔的管体,系气密地插入该外部横隔膜之开孔。12.如申请专利范围第1项之载具,其中在该外部横隔膜位于工件之外部周缘侧之上方部分,系藉由一可挠性固持环圈所覆盖,而形成一气密空间,以及一与该空间相连通之穿孔,系位在该外部横隔膜上,一开孔系位在该固持环圈与该载具基部之下表面相接触之一部分上,以及一连通该开孔与外界之穿孔,系位在该载具基部上。13.如申请专利范围第10项之载具,其中一用以控制流体流动速率之阀体,系附接至该管体之流体流出侧端。14.如申请专利范围第1项之载具,其中该板片系具有至少一与该压力室相连通之开孔,以及在压力室中之流体系可以由该至少一开孔流出,而进入至该板片与工件之间。15.如申请专利范围第14项之载具,其中该板片之该至少一开孔,系配置成大致面向至少一流体开口之压力侧开口,而该流体开口系位在该板片支撑件之主体上。16.如申请专利范围第14项之载具,其中该板片之该等开孔的部分,系经由管体而与该位在板片支撑件之该主体上的该流体开口的部分相连通。17.如申请专利范围第7项之载具,其中该硬板片及软板片之中央系部分地结合在一起,至少一与该压力室相连通之穿孔,系位在该软板以上,以及在该压力室内之流体,系可以经由该至少一穿孔流出,而流入至该硬板片与该软板片之间。18.一种载具,其包含:一载具基部,其具有一流体排放/注入口;一固持环圈,其系附接至该载具基部之外部周缘,且界定出一用以容置一工件之空间;一板片支撑件,其系具有一环圈状主体,且该主体系配置在该用以容置工件之空间中,一可挠性外部横隔膜系用以固定该主体,以及一环圈状之边缘,其系由该主体之外部周缘突伸至工件之外部周缘;以及一可挠性板片,其系具有一气密地附接至该边缘之一末端的外部周缘,且界定出一与该流体排放/注入口相连通之压力室。19.如申请专利范围第18项之载具,其中该板片系由一单一硬板片或软板片所构成,且该硬板片或软板片之上表面的该周缘,系气密地附接至该板片支撑件之该边缘的下表面。20.如申请专利范围第19项之载具,其中一软板片系结合至该硬板片之下表面。21.如申请专利范围第20项之载具,其中该硬板片及软板片,系经由一在其上及下表面具有黏胶之中间板片而结合在一起。22.如申请专利范围第18项之载具,其中一连通该压力室与外面之穿孔,系位在该边缘上。23.如申请专利范围第22项之载具,其中一插穿过在宽度方向贯穿该固持环圈之穿孔的管体,系气密地插入至该边缘之穿孔。24.如申请专利范围第23项之载具,其中一用以控制流体流动速率之阀体,系附接至该管体之流体流出侧端。25.如申请专利范围第18项之载具,其中该板片系具有至少一与该压力室相连通之开孔,以及在压力室中之流体系可以由该至少一开孔流出,而进入至该板片与工件之间。26.如申请专利范围第25项之载具,其中该板片之该至少一开孔,系配置成大致面向至少一流体开口之压力侧开口,而该流体开口系位在该载具基部上。27.如申请专利范围第25项之载具,其中该板片之该等开孔的部分,系经由管体而与位在该载具基部的该流体开口的部分相连通。28.如申请专利范围第20项之载具,其中该硬板片及该软板片之中央系部分地结合在一起,至少一与该压力室相连通之穿孔,系位在该软板以上,以及在该压力室内之流体,系可以经由该至少一穿孔流出,而流入至该硬板片与该软板片之间。29.一种化学-机械式研磨装置,其包含:一平台,其具有一研磨衬垫贴附在表面上;一载具,其系能以将一工件固定在该平台之该研磨衬垫上的状态而转动;一流体供应装置,其系可以将具有希望的压力之流体供应至该载具;以及一旋转驱动装置,其系用以一面转动该载具,一面将该载具紧压在该平台上;其中该载具系包含:一载具基部,其具有流体排放/注入口,藉由此流体排放/注入口,可使该流体供应装置所供应之流体流通;一固持环圈,其系附接至该载具基部之外部周缘,且界定出一用以容置一工件之空间;一板片支撑件,其系具有一主体,该主体具有至少一与该流体排放/注入口相连通之流体开口,且其系位在该用以容置工件之空间内,一可挠性外部横隔膜系由该主体之外部周缘表面延伸至一对应于工件之外部周缘的位置,以及一环圈状之外部边缘,其系由该外部横隔膜之外缘突伸至工件之外部周缘;以及一可挠性板片,其系具有一气密地附接至该外部边缘之末端之外部周缘,且与该板片支撑件一起界定出一与该流体开口相连通之压力室。30.如申请专利范围第29项之化学-机械式研磨装置,其中一可使该外部边缘移动之密封构件,系插置在该外部边缘与该固持环圈或载具基部之间,以气密地密封存在于该压力室的背侧起始于该外部横隔膜的空间,以及形成在该外部横隔膜上之穿孔,其系用以连通该空间及压力室。31.如申请专利范围第29项之化学-机械式研磨装置,其中一可使该外部边缘移动之密封构件,系插置在该外部边缘与该固持环圈或载具基部之间,以气密地密封存在于该压力室的背侧起始于该外部横隔膜的空间,以及一流体排放/注入口,其系与该空间相连通,且其不是位在该载具基部,便系位在该板片支撑件之该主体上。32.如申请专利范围第29项之化学-机械式研磨装置,其中具有预定直径之内孔,系位在该载具之该板片支撑件之该主体的中央,且在该内孔之内部系形成有一可挠性内部横隔膜,其系由该内孔之内部周缘表面朝向中央而延伸,以及一环圈状之内部边缘,其系由该内部横隔膜之内缘突伸至该板片侧,且其末端系气密地固定在该板以上,以及具有希望的压力之流体,系由该流体供应装置供应至每一个由该板片支撑件、载具基部、固持环圈以及板片所界定之复数个腔室中。33.如申请专利范围第32项之化学-机械式研磨装置,其中该载具中至少两个具有不同直径之板片支撑件,系呈同心配置,而使得其中一板片支撑件的该内部边缘系不会与另一个板片支撑件之该外部边缘相接触,以及具有希望的压力之流体,系由该流体供应装置供应至每一个由该板片支撑件、载具基部、固持环圈以及板片所界定之复数个腔室中。34.如申请专利范围第29项之化学-机械式研磨装置,其中一连通该压力室与外面之穿孔,系位在一外部边缘,而该外部边缘系定位在由该载具所固持之工件的外部周缘侧,且在该压力室中之流体系经由该穿孔,而漏放至外面。35.如申请专利范围第34项之化学-机械式研磨装置,其中一插穿过在宽度方向贯穿该固持环圈之穿孔的管体,系气密地插入至该外部边缘之穿孔,且在该压力室中之流体系经由该管体而排放至外面。36.如申请专利范围第29项之化学-机械式研磨装置,其中一开孔系提供在该外部横隔膜上,而该外部横隔膜系定位在固持于该载具之工件的外部周缘侧,且一穿孔系位在该载具基部上而与外界连通,以及一贯穿该载具基部之穿孔的管体,系气密地插入该外部横隔膜之开孔。37.如申请专利范围第29项之化学-机械式研磨装置,其中在该外部横隔膜位在固持于该载具之工件的外部周缘侧之上方部分,系藉由一可挠性固持环圈所覆盖,而形成一气密空间,以及一与该空间相连通之穿孔,系位在该外部横隔膜上,一开孔系位在该固持环圈与该载具基部之下表面相接触之一部分上,以及一连通该开孔与外界之穿孔,系位在该载具基部上,且在该压力室中之流体系经由该外部横隔膜之该穿孔、该固持环圈之该开孔以及该载具基部之该穿孔,而漏放至外面。38.如申请专利范围第35项之化学-机械式研磨装置,其中一用以控制流体流动速率之阀体,系附接至该载具之该管体之流体流出侧端。39.如申请专利范围第29项之化学-机械式研磨装置,其中该载具之该板片系具有至少一与该压力室相连通之开孔,以及在压力室中之流体系可以由该至少一开孔流出,而进入至该板片与工件之间。40.如申请专利范围第39项之化学-机械式研磨装置,其中该板片之该至少一开孔,系配置成大致面向至少一流体开口之压力侧开口,而该流体开口系位在该板片支撑件之该主体上。41.如申请专利范围第39项之化学-机械式研磨装置,其中该载具之该板片之该开孔的部分,系经由管体而与该位在该板片支撑件之该主体上的该流体开口的部分相连通。42.如申请专利范围第29项之化学-机械式研磨装置,其中该载具之该板片系由一硬板片及一软板片所构成之双层结构体,该硬板片系具有至少一与该压力室相连通之穿孔,且该硬板片之上表面的外部周缘,系气密地附接至该板片支撑件之外部边缘的下表面,该硬板片及该软板片之中央系部分地结合在一起,以及在压力室中之流体系可以由该至少一穿孔流出,而流入至该硬板片及该软板片之间。43.如申请专利范围第29项之化学-机械式研磨装置,其进一步包含:一压力计,其系附接至该载具,用以侦测在该压力室中之流体压力;一比较器/控制器,其系用以将压力计所测得之输出値与一事先预定之参考压力値相比较,且当所测得之压力値系大于该参考压力値时,便输出一压力降低信号,且当所测得之压力値系小于该参考压力値时,便输出一压力增加信号;以及一压力调节器,其系用以当压力降低信号输入时,藉由该流体供应装置而将流体压力降低,且所降低之压力値系相同于由该压力降低信号所表示之压力差値,且当压力增加信号输入时,藉由该流体供应装置而将流体压力升高,且所升高之压力値系相同于由该压力增加信号所表示之压力差値。44.如申请专利范围第43项之化学-机械式研磨装置,其中进一步提供有一显示器,其系用以显示由该压力调节器所侦测到之流体输出値。45.如申请专利范围第43项之化学-机械式研磨装置,其中当该流体压力系至少达到一高于该参考压力値之第一压力位准値,或者系达到一低于该参考压力値之第二压力位准値时,便传送出一警告信号或暂停该旋转驱动装置。46.一种化学-机械式研磨装置,其包含:一平台,其具有一研磨衬垫贴附在表面上;一载具,其系能以将一工件固定在该平台之该研磨衬垫上的状态而转动;一流体供应装置,其系可以将具有希望的压力之流体供应至该载具;以及一旋转驱动装置,其系用以一面转动该载具,一面将该载具紧压在该平台上;其中该载具系包含:一载具基部,其具有流体排放/注入口,藉由此流体排放/注入口,可使流体供应装置所供应之流体流通;一固持环圈,其系附接至该载具基部之外部周缘,且界定出一用以容置一工件之空间;一板片支撑件,其系具有一环圈状主体,且该主体系配置在该用以容置工件之空间中,一可挠性外部横隔膜系用以固定该主体,以及一环圈状之边缘,其系由该主体之外部周缘突伸至工件之外部周缘;以及一可挠性板片,其系具有一气密地附接至该边缘之一末端的外部周缘,且界定出一与该流体排放/注入口相连通之压力室。47.如申请专利范围第46项之化学-机械式研磨装置,其中一连通该压力室与外界之穿孔,系位在该载具之该边缘上。48.如申请专利范围第47项之化学-机械式研磨装置,其中一插穿过在宽度方向贯穿该固持环圈之穿孔的管体,系气密地插入至该外部边缘之穿孔。49.如申请专利范围第48项之化学-机械式研磨装置,其中一用以控制流体流动速率之阀体,系附接至该管体之体流出侧端。50.如申请专利范围第46项之化学-机械式研磨装置,其中该载具之该板片系具有至少一与该压力室相连通之开孔,以及在压力室中之流体系可以由该至少一开孔流出,而进入至该板片与工件之间。51.如申请专利范围第50项之化学-机械式研磨装置,其中该载具之该板片之该至少一开孔,系配置成大致面向该至少一流体开口之压力侧开口,而该流体开口系位在该载具基部上。52.如申请专利范围第50项之化学-机械式研磨装置,其中该载具之该板片之该等开孔的部分,系经由管体而与位在该载具基部上的该等流体开口的部分相连通。53.如申请专利范围第46项之化学-机械式研磨装置,其中该载具之该板片系由一硬板片及一软板片所构成之双层结构体,该硬板片系具有至少一与该压力室相连通之穿孔,且该硬板片之上表面的外部周缘,系气密地附接至该板片支撑件之外部边缘的下表面,该硬板片及该软板片之中央系部分地结合在一起,以及在压力室中之流体系可以由至少一穿孔流出而进入至该硬板片及该软板片之间。54.如申请专利范围第46项之化学-机械式研磨装置,其进一步包含:一压力计,其系附接至该载具,用以侦测在该压力室中之流体压力;一比较器/控制器,其系用以将压力计所测得之输出値与一事先预定之参考输出値相比较,且当所测得之压力値系大于该参考压力値时,便输出一压力降低信号,且当所测得之压力値系小于该参考压力値时,便输出一压力增加信号;以及一压力调节器,其系用以当一压力降低信号输入时,藉由该流体供应装置而将流体压力降低,且所降低之压力値系相同于由该压力降低信号所表示之压力差値,且一当压力增加信号输入时,藉由该流体供应装置而将流体压力升高,且所升高之压力値系相同于由该压力增加信号所表示之压力差値。55.如申请专利范围第54项之化学-机械式研磨装置,其中进一步提供有一显示器,其系用以显示由该压力调节器所侦测到之流体输出値。56.如申请专利范围第54项之化学-机械式研磨装置,其中当该流体压力系至少达到一高于该参考压力値之第一压力位准値,或者系达到一低于该参考压力値之第二压力位准値时,便传送出一警告信号或暂停该旋转驱动装置。图式简单说明:第一图系依照本发明第一实施例之化学-机械式研磨装置的部分切开前视图;第二图系旋转驱动装置之截面视图;第三图系一载具之结构截面视图;第四图系该载具之立体分解视图;第五图系晶圆被吸至平台之状态的前视图;第六图系晶圆被紧压之状态的截面视;第七图系硬板片及软背片随着晶圆不均匀之状态的截面视图;第八图系加压力量作用在固持环圈及边缘环圈之截面视图;第九图系横隔膜绕曲之状态的截面视图;第十图系实验数据之图表;第十一图系依照本发明第二实施例之化学-机械式研磨装置的主要部分之截面视图;第十二图系横隔膜由于压力室中之空气压力而形成挠曲状态之截面视图;第十三图系横隔膜随着固持环圈之磨损量,而形成内凹之挠曲状能态之截面视图;第十四图系第二实施例之一修饰的截面视图;第十五图系依照本发明第三实施例之化学-机械式研磨装置之载具的截面视图;第十六图系依照本发明第四实施例之化学-机械式研磨装置之载具的截面视图;第十七图系应用在第四实施例中之板片支撑件之立体视图;第十八图系依照本发明第五实施例之化学-机械式研磨装置之载具的截面视图;第十九图系应用在第五实施例中之板片支撑件之立体视图;第二十图系依照本发明第六实施例之化学-机械式研磨装置之载具的截面视图;第二十一图系穿孔之配置状态的截面视图;第二十二图系压力室中之空气流动之截面视图;第二十三图A系显示当使用一双层结构板片时,余留在晶圆外缘侧之氧化膜的示意图;第二十三图B系显示藉由第六实施例研磨氧化膜之状态示意图;第二十三图C系显示藉由第九实施例研磨氧化膜之状态示意图;第二十四图系依照本发明第七实施例之化学-机械式研磨装置的主要部分之截面视图;第二十五图系依照本发明第八实施例之化学-机械式研磨装置的主要部分之截面视图;第二十六图系依照本发明第九实施例之化学-机械式研磨装置的主要部分之截面视图;第二十七图系依照本发明第十实施例之化学-机械式研磨装置的主要部分之截面视图;第二十八图系依照本发明第十一实施例之化学-机械式研磨装置的主要部分之截面视图;第二十九图系依照本发明第十二实施例之化学-机械式研磨装置之载具的截面视图;第三十图系支撑件主体之穿孔与板片之穿孔彼此隔开配置之状态的截面视图;第三十一图系支撑件主体之穿孔与板片之穿孔彼此成对齐配置之状态的截面视图;第三十二图系依照本发明第十三实施例之化学-机械式研磨装置的主要部分之截面视图;第三十三图系依照本发明第十四实施例之化学-机械式研磨装置之载具的截面视图;第三十四图系依照本发明第十五实施例之化学-机械式研磨装置的主要部分之方块图;第三十五图系压力计之附接状态之部份截面视图;第三十六图系参考压力値以及第一与第二压力位准値之示意图表;第三十七图系依照本发明第十六实施例之化学-机械式研磨装置之载具的截面视图;第三十八图系用以说明第十六实施例之载具操作之截面视图;第三十九图系各实施例之第一修饰之截面视图;第四十图系各实施例之第二修饰之截面视图;第四十一图系一般化学-机械式研磨装置之载具的截面视图;第四十二图系依照相关技术之第一实例之空气压力系统之化学-机械式研磨装置之载具的截面视图;第四十三图系依照相关技术之第二实例之空气压力系统之化学-机械式研磨装置之载具的截面视图;第四十四图系过度研磨状态之放大截面视图;以及第四十五图系依照相关技术之第三实例之空气压力系统之化学-机械式研磨装置之载具的截面视图。
地址 日本
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