拋光裝置的制作方法

專利名稱：拋光裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于將基片，如半導體晶片拋光至鏡面光潔度的拋光裝置，更具體地說，涉及具有基片傳遞裝置的拋光裝置，其中所述基片傳遞裝置用于在基片保持裝置，如頂環或承載頭與傳送裝置，如機器人或運輸器之間傳送基片。
背景技術：
近年來，半導體器件已經變得更加集成化，并且半導體元件的結構已經變得更加復雜。此外，用于邏輯系統的多層互連中的層數已經增加。因此，半導體器件表面上的不規則性增加，以至于半導體器件表面上的階高(step height)趨向于變大。這是因為，在半導體器件的制造過程中，在半導體器件上面形成薄膜，然后在半導體器件上進行微加工處理，如形成圖案或形成孔，并且重復這些處理以在半導體器件上形成之后的薄膜。
當半導體器件表面上的不規則的數量增加時，下面的問題會出現。當薄膜形成于半導體器件上時，在具有臺階的部分形成的薄膜厚度相對較小。此外，斷路可能由互連的斷開而產生，或者短路可能由互連層之間的絕緣不足而產生。結果，不能獲得優質產品，并且產量趨向于降低。此外，即使半導體器件最初正常工作，在長時間的使用之后半導體器件的可靠性會降低。在光刻處理中曝光的時候，如果照射表面具有不規則性，那么曝光系統中的透鏡單元局部未聚焦。因此，如果半導體器件表面的不規則性增加，那么在半導體器件上形成精細圖案本身就非常困難。
因此，在半導體器件的制造過程中，使半導體器件的表面平面化變得越來越重要。最重要的平面化技術之一是化學機械拋光(CMP)。在用于化學機械拋光的拋光裝置中，在將其中包含磨粒，如二氧化硅(SiO2)的拋光液供應到拋光表面，如拋光墊上的同時，基片(例如半導體晶片)與拋光表面滑動接觸，以至于基片得到拋光。
這種拋光裝置包括拋光臺和稱為頂環或承載頭的基片保持裝置，其中拋光臺具有由拋光墊形成的拋光表面，而基片保持裝置用于保持基片，如半導體晶片。當半導體晶片采用這種拋光裝置進行拋光時，半導體晶片由基片保持裝置保持并且在預定壓力下壓在拋光臺上。此時，拋光臺和基片保持裝置相對于彼此運動以使半導體晶片與拋光表面滑動接觸，以至于半導體晶片的表面被拋光至鏡面光潔度。
在這種拋光裝置中，如果正被拋光的半導體晶片與拋光墊的拋光表面之間的相對壓力在半導體晶片的整個表面上不均勻，那么根據在半導體晶片的各部分上所施加的壓力，半導體晶片在某些部分可能拋光不足或者可能拋光過量。因此，已經有人企圖通過由彈性材料，如橡膠構成的隔膜形成基片保持裝置的用于保持半導體晶片的表面并且將流體壓力，如空氣壓力供應至隔膜的背面以使得在半導體晶片的整個表面上施加于半導體晶片上的壓力均勻。
如果傳送裝置，如機器人被用于直接將待拋光的半導體晶片傳輸給基片保持裝置并且直接從基片保持裝置接受已拋光的半導體晶片，那么，因為傳送裝置與基片保持裝置之間在傳送準確度上的差別，傳送裝置可能使傳送失敗。因此，拋光裝置可以包括基片傳遞裝置，所述基片傳遞裝置設置在將半導體晶片傳輸給基片保持裝置的位置或者設置在從基片保持裝置接受半導體晶片的位置上。這種基片傳遞裝置被稱為推動器。由傳送裝置，如機器人傳送的半導體晶片被放在基片傳遞裝置上。然后，基片傳遞裝置將半導體晶片升高至已經運動到基片傳遞裝置上方的基片保持裝置，如頂環，并且將半導體晶片傳輸給基片保持裝置。此外，基片傳遞裝置從基片保持裝置接受半導體晶片并且將半導體晶片傳輸給傳送裝置。
在將基片，如半導體晶片從基片保持裝置，如頂環傳送給推動器(基片傳遞裝置)時，加壓流體(氣體、液體或氣體與液體的混合物)被引入設置在頂環中的流體通道以從頂環中噴射并且取下半導體晶片。此時，因為間隙形成于頂環與推動器之間，半導體晶片在與頂環分離之后通過該間隙掉落。推動器抓住并且接受掉落的半導體晶片。
在上述拋光裝置中，半導體晶片在各種拋光狀態下進行拋光，包括漿狀物(拋光液)的類型、拋光時間、半導體晶片的壓力和頂環與拋光臺的旋轉速度。在一些拋光狀態下，當半導體晶片將要與頂環分離時，已拋光的半導體晶片可能牢固粘附在頂環上。在這種情況下，半導體晶片不能從頂環上取下來。具體地說，當基片保持裝置的用于保持半導體晶片的表面由隔膜形成并且流體壓力，如空氣壓力被供應至隔膜的背面以將半導體晶片壓在拋光臺的拋光表面上時，因為隔膜由橡膠構成而可能發生下面問題。當半導體晶片在拋光之后將要與基片保持裝置分離時，半導體晶片粘附在隔膜上以至于它不能從基片保持裝置上取下來。或者，將半導體晶片與基片保持裝置分離需要花費很多時間。此外，當半導體晶片的一部分粘附在隔膜上時，半導體晶片可能以傾斜狀態掉落下來。在這種情況下，如果為了從頂環上可靠地取下半導體晶片而增加從頂環噴出的流體壓力，那么半導體晶片就帶著力朝向推動器掉落，由此導致半導體晶片的損壞或破裂。
近年來，具有很低介電常數的低介電常數材料已經開發出來作為層間電介質以代替SiO2。但是，這種低介電常數材料具有很低的機械強度并因此很可能破裂。因此，如果要通過噴射加壓流體從頂環上取下使用這種低介電常數材料的半導體晶片，半導體晶片中的低介電常數材料就會因為掉落的沖擊而破裂，因此降低產量。

發明內容
本發明鑒于上述缺陷而完成。因此，本發明的一個目的是提供一種拋光裝置，所述拋光裝置可以在拋光之后快速而可靠地將基片，如半導體晶片與基片保持裝置，如頂環分離，可以將基片從基片保持裝置上安全地取下來而沒有過量的力作用于基片上，并且在將基片從基片保持裝置傳送至基片傳遞裝置時對基片沒有沖擊。
根據本發明的第一個方面，提供了一種拋光裝置，所述拋光裝置具有基片保持裝置，如頂環和基片傳遞裝置，如推動器，其中基片保持裝置構成為在基片保持表面上保持基片，基片傳遞裝置構成為將基片傳輸給基片保持裝置并且從基片保持裝置接受基片。基片傳遞裝置包括基片放置部分和移動機構，其中基片放置部分具有上面放置基片的基片放置表面，而移動機構構成為豎直移動基片放置部分。基片傳遞裝置還包括構成為向基片噴射高壓流體的高壓流體孔。
在將基片從基片保持裝置傳送至基片傳遞裝置時，高壓流體從位于基片保持裝置的基片保持表面與基片之間的高壓流體孔中噴出。于是，可以通過高壓流體的壓力將基片從基片保持裝置上取下來。
高壓流體孔可以構成為在基片保持裝置的基片保持表面與基片之間噴出高壓流體以將基片與基片保持裝置的基片保持表面分離。基片傳遞裝置可以包括圍繞高壓流體孔設置的蓋子用于防止高壓流體濺射到高壓流體孔周圍。
根據本發明的第二個方面，提供了一種拋光裝置，所述拋光裝置具有基片保持裝置，如頂環和基片傳遞裝置，如推動器，其中基片保持裝置構成為在基片保持表面上保持基片，基片傳遞裝置構成為將基片傳輸給基片保持裝置并且從基片保持裝置接受基片。基片傳遞裝置包括基片放置部分和移動機構，其中基片放置部分具有其上面放置基片的基片放置表面，而移動機構構成為豎直移動基片放置部分。基片傳遞裝置還包括流體供應通道，所述流體供應通道構成為將流體供應至基片放置部分的基片放置表面上以在基片放置部分的基片放置表面上形成流體薄膜。
在將基片從基片保持裝置傳送至基片傳遞裝置時，基片被形成于基片傳遞裝置的基片放置部分的基片放置表面上的流體薄膜(液體薄膜)吸住。因此，可以通過流體薄膜的表面張力將基片從基片保持裝置上可靠地取下來。此外，因為基片被流體薄膜吸住，有可能在從基片保持裝置上釋放基片時防止基片因為加壓流體的噴射而帶著力朝向基片傳遞裝置掉落。這樣，基片就不會受到沖擊。
流體供應通道可以構成為在基片放置部分的基片放置表面上形成流體薄膜，以至于當基片在基片保持裝置與基片傳遞裝置之間傳送時基片被流體薄膜吸在基片放置表面上。流體供應通道可以構成為在已經將基片從基片保持裝置傳送至基片傳遞裝置之后將流體供應至基片放置部分的基片放置表面上以將基片與基片放置表面分離。
根據本發明的第三個方面，提供了一種拋光裝置，所述拋光裝置具有基片保持裝置，如頂環和基片傳遞裝置，如推動器，其中基片保持裝置構成為在基片保持表面上保持基片，基片傳遞裝置構成為將基片傳輸給基片保持裝置并且從基片保持裝置接受基片。基片傳遞裝置包括基片放置部分，所述基片放置部分具有上面放置基片的吸引部分。吸引部分包括形成流體腔室的彈性本體。基片傳遞裝置還包括移動機構和通道，其中移動機構構成為豎直移動基片放置部分，通道將吸引部分的流體腔室與流體供應源和/或真空源相連。
在將基片從基片保持裝置傳送至基片傳遞裝置時，基片被吸到基片傳遞裝置的吸引部分上。因此，可以將基片從基片保持裝置上可靠地取下來。此外，因為吸引部分吸住基片，有可能在從基片保持裝置上釋放基片時防止基片因為加壓流體的噴射而帶著力朝向基片傳遞裝置掉落。這樣，基片就不會受到沖擊。
吸引部分可以包括具有腔室表面的吸引部分本體。流體腔室可以由吸引部分本體的腔室表面和彈性本體形成。吸引部分本體可以具有作為腔室表面的凹陷表面。當基片在基片保持裝置與基片傳遞裝置之間傳送時，吸引部分可以操作為通過通道抽空流體腔室而吸住基片。在基片已經從基片保持裝置傳送至基片傳遞裝置之后，吸引部分可以操作為通過通道從流體供應源供應流體而將基片與吸引部分分離。
根據本發明的第四個方面，提供了一種拋光裝置，所述拋光裝置具有基片保持裝置，如頂環和基片傳遞裝置，如推動器，其中基片保持裝置構成為在基片保持表面上保持基片，基片傳遞裝置構成為將基片傳輸給基片保持裝置并且從基片保持裝置接受基片。基片傳遞裝置包括基片放置部分和移動機構，其中基片放置部分具有上面放置基片的基片放置表面，而移動機構構成為豎直移動基片放置部分。基片傳遞裝置還包括與基片的外圍部分接觸的夾持機構。
夾持機構可以包括構成為插入基片保持裝置的基片保持表面與基片之間的連桿。作為選擇，夾持機構可以包括構成為保持基片外圍邊緣的連桿。
在將基片從基片保持裝置傳送至基片傳遞裝置時，夾持機構的尖端插入基片保持裝置的基片保持表面與基片之間，或者基片的外圍邊緣由夾持機構保持。于是，基片由夾持機構強行與基片保持表面分離。
根據本發明的第五個方面，提供了一種拋光裝置，所述拋光裝置具有基片保持裝置，如頂環和基片傳遞裝置，如推動器，其中基片保持裝置構成為在基片保持表面上保持基片，基片傳遞裝置構成為將基片傳輸給基片保持裝置并且從基片保持裝置接受基片。基片傳遞裝置包括基片放置部分和移動機構，其中基片放置部分具有上面放置基片的基片放置表面，而移動機構構成為豎直移動基片放置部分。基片傳遞裝置還包括槽，所述槽構成為使基片放置部分和由基片保持裝置保持的基片浸入液體中。
于是，基片放置部分和基片被浸入槽內所存儲的液體中。液體被引入基片與基片保持裝置的基片保持表面之間以釋放基片對基片保持裝置的粘附。因此，基片可以與基片保持裝置分離。此外，因為當基片與基片保持裝置分離時液體存在于基片放置部分與基片之間，因此有可能防止基片因為加壓流體的噴射而帶著力朝向基片傳遞裝置掉落。
基片保持裝置可以具有通道，所述通道構成為在將基片從基片保持裝置傳送至基片傳遞裝置時從基片保持表面供應加壓流體給基片。基片保持裝置可以包括具有基片保持表面的彈性墊。彈性墊可以包括與流體供應源和/或真空源相連的開孔。基片保持裝置可以包括支承構件和基片保持裝置本體，所述支承構件構成為支承彈性墊，所述基片保持裝置本體具有容納彈性墊和支承構件的空間。基片保持裝置還可以包括與支承構件相連的鄰接構件。鄰接構件可以具有與彈性墊接觸的彈性隔膜。基片保持裝置可以包括形成于基片保持裝置本體與支承構件之間的第一壓力腔、形成于彈性墊與支承構件之間位于鄰接構件外部的第二壓力腔和形成于鄰接構件內部的第三壓力腔。第一壓力腔、第二壓力腔和第三壓力腔可以獨立地與流體供應源和/或真空源相連。
根據本發明，在基片，如半導體晶片的拋光過程完成之后，基片可以快速而可靠地與基片保持裝置分離。此外，可以將基片從基片保持裝置上安全地取下來而沒有過量的力作用于基片上。此外，在將基片從基片保持裝置傳送至基片傳遞裝置時基片不受沖擊。因此，防止基片受到損壞或破裂。于是，產量可以得到提高。此外，因為基片可以從基片保持裝置上快速地取下來，因此生產量可以得到提高。此外，因為在將基片傳送至基片傳遞裝置時沖擊減小，因此在使用低介電常數材料(low-k材料)的過程中可以顯著提高產量。
結合通過實例顯示本發明優選實施例的附圖閱讀下面的說明可以清楚地理解本發明的上述以及其它目的、特征和優勢。


圖1是顯示根據本發明一個實施例的拋光裝置的整體布置的示意圖；圖2是圖1所示拋光裝置中頂環的豎直橫截面圖；圖3是圖2所示頂環的底視圖；圖4是顯示圖1所示拋光裝置中推動器、頂環與直線運輸器之間的關系的透視圖；圖5是顯示圖1所示拋光裝置中推動器的細節的豎直橫截面圖；圖6A至圖6E是說明圖5所示推動器的工作的豎直橫截面圖；圖7是示意性顯示根據本發明第一個實施例的推動器的橫截面圖；圖8是示意性顯示圖7所示推動器的吸引墊的橫截面圖；圖9A至圖9D是說明圖7所示推動器的工作的豎直橫截面圖；圖10是示意性顯示根據本發明第二個實施例的推動器的橫截面圖；圖11A至圖11F是說明圖10所示推動器的工作的豎直橫截面圖；圖12是示意性顯示根據本發明第三個實施例的推動器的橫截面圖；圖13A至圖13C是說明圖12所示推動器的工作的豎直橫截面圖；圖14是示意性顯示根據本發明第四個實施例的推動器的橫截面圖；
圖15A和圖15B是說明圖14所示推動器的工作的豎直橫截面圖；圖16是示意性顯示圖14所示推動器的一個變化例的橫截面圖；圖17A至圖17C是說明圖16所示推動器的工作的豎直橫截面圖；圖18是示意性顯示根據本發明第五個實施例的推動器的橫截面圖；和圖19A和圖19B是說明圖18所示推動器的工作的豎直橫截面圖。
具體實施例方式
下面將參考圖1至圖19B說明根據本發明實施例的拋光裝置。
圖1是顯示根據本發明的拋光裝置的整體布置的示意圖。如圖1中所示，拋光裝置具有頂環1和設置在頂環1下面的拋光臺100，其中頂環1用作保持基片，如半導體晶片的基片保持裝置。拋光臺100具有連接在其上表面上的拋光墊101。拋光墊101用作拋光表面。拋光裝置包括設置在拋光臺100上方用于將拋光液Q供應到拋光墊101上面的拋光液供應噴嘴102。
在市場上可以獲得各種拋光墊。例如，其中一些為Rodel Inc公司制造的SUBA800、IC-1000和IC-1000/SUBA400(雙層布)和Fujimi Inc公司制造的Surfin xxx-5和Surfin 000。SUBA800、Surfin xxx-5和Surfin 000是由聚氨酯樹脂粘合的無紡纖維，并且IC-1000由剛性聚氨酯泡沫(單層)構成。聚氨酯泡沫為多孔性并且具有形成于其表面中的多個微小凹陷或孔。
盡管拋光墊用作拋光表面，但是拋光表面不限于拋光墊。例如，拋光表面可以由固定磨料構成。固定磨料形成為由粘合劑固定的磨粒構成的扁平板。采用固定磨料進行拋光，拋光過程通過從固定磨料上自動產生的磨粒進行。固定磨料包括磨粒、粘合劑和孔。例如，將具有0.5μm或更小平均粒徑的二氧化鈰(CeO2)、二氧化硅(SiO2)或氧化鋁(Al2O3)用作磨粒，并且將熱固性樹脂，如環氧樹脂或聚氨酯樹脂或者熱塑性樹脂，如MBS樹脂或ABS樹脂用作粘合劑。這種固定磨料形成更硬的拋光表面。固定磨料包括固定磨料墊，所述固定磨料墊具有由一個固定磨料薄層和與該固定磨料薄層的下表面相連的彈性拋光墊形成的雙層結構。
頂環1通過萬向節10與頂環驅動軸11相連，并且頂環驅動軸11與固定在頂環頭110上的頂環氣缸111相連。頂環氣缸111被驅動為豎直移動頂環驅動軸11，以由此整體提升和降低頂環1并且將固定在頂環本體2下端的保持圈3壓在拋光臺100上。頂環氣缸111經由調節器R1與壓縮氣源(流體供應源)120相連，其中調節器R1可以調節供應到頂環氣缸111的壓縮空氣等的壓力。于是，有可能調節壓力以通過保持圈3擠壓拋光墊101。
頂環驅動軸11通過鍵(未示出)與旋轉襯套112相連。旋轉襯套112具有固定設置在其外圍部分上的同步帶輪113。頂環電機114固定在頂環頭110上，并且同步帶輪113經由同步帶115與安裝在頂環電機114上的同步帶輪116相連。因此，當頂環電機114加電旋轉時，旋轉襯套112和頂環驅動軸11經由同步帶輪116、同步帶115和同步帶輪113彼此一致旋轉，由此旋轉頂環1。頂環頭110被支承在固定支承在框架(未示出)上的頂環頭軸117上。頂環頭軸117繞其軸線旋轉。當頂環頭軸117旋轉時，頂環1在拋光臺100上的拋光位置與后面將要說明的推動器之間角向運動。
下面將說明作為基片保持裝置的頂環1。
圖2是顯示頂環1的豎直橫截面圖，并且圖3是圖2所示頂環1的底視圖。如圖2中所示，作為基片保持裝置的頂環1具有頂環本體2和保持圈3，其中頂環本體2為其中形成容納空間的柱形外殼的形式，而保持圈3固定在頂環本體2的下端。頂環本體2由具有很高強度和剛度的材料，如金屬或陶瓷構成。保持圈3由高剛性的合成樹脂、陶瓷等構成。
頂環本體2包括柱形外殼2a、環形加壓片支承件2b和環形密封件2c，其中環形加壓片支承件2b配合在外殼2a的柱形部分中，環形密封件2c配合在外殼2a的上表面的外圓周邊緣上。保持圈3固定在頂環本體2的外殼2a的下端。保持圈3具有徑向向內伸出的下部。保持圈3可以與頂環本體2一體形成。
頂環驅動軸11設置在頂環本體2的外殼2a的中心部分上方，并且頂環本體2通過萬向節10與頂環驅動軸11相連。萬向節10具有球形支承機構和旋轉傳動機構，頂環本體2與頂環驅動軸11可以通過所述球形支承機構關于彼此傾斜，所述旋轉傳動機構用于將頂環驅動軸11的旋轉傳遞給頂環本體2。球形支承機構和旋轉傳動機構從頂環驅動軸11將壓力和旋轉力傳遞給頂環本體2，同時允許頂環本體2和頂環驅動軸11關于彼此傾斜。
球形支承機構包括半球形凹陷11a、半球形凹陷2d和支承球12，其中半球形凹陷11a形成于頂環驅動軸11的下表面中心，半球形凹陷2d形成于外殼2a的上表面中心，支承球12由高硬度材料，如陶瓷構成并且置于凹陷11a與2d之間。同時，旋轉傳動機構包括固定在頂環驅動軸11上的驅動銷(未示出)和固定在外殼2a上的從動銷(未示出)。即使頂環本體2關于頂環驅動軸11傾斜，驅動銷和從動銷也保持彼此接合，同時接觸點因為驅動銷和從動銷可以相對于彼此豎直運動而移位。因此，旋轉傳動機構將頂環驅動軸11的旋轉力矩可靠地傳遞給頂環本體2。
頂環本體2和固定到頂環本體2的保持圈3具有形成于其間的空間，在該空間中容納有彈性墊(隔膜)4、環形夾持圈5和用于支承彈性墊4的盤形輔助承載板6(支承件)，其中彈性墊4具有與頂環1保持的半導體晶片W相接觸的下表面(基片保持表面)。彈性墊4具有徑向外邊緣，所述徑向外邊緣夾在夾持圈5與固定到夾持圈5下端的輔助承載板6之間并且徑向向內延伸以至于覆蓋輔助承載板6的下表面。因此，空間形成于彈性墊4與輔助承載板6之間。
輔助承載板6可以由金屬構成。但是，當形成于半導體晶片表面上的薄膜厚度在待拋光半導體晶片由頂環保持的狀態下通過使用渦電流的方法進行測量時，優選的是，輔助承載板6應該由非磁性材料構成，例如絕緣材料，如氟樹脂或陶瓷。
包括彈性隔膜的加壓片7在夾持圈5與頂環本體2之間延伸。加壓片7具有夾在頂環本體2的外殼2a與加壓片支承件2b之間的徑向外邊緣和夾在夾持圈5的上端部分5a與擋塊5b之間的徑向內邊緣。頂環本體2、輔助承載板6、夾持圈5和加壓片7在頂環本體2中共同形成壓力腔21(第一壓力腔)。包括導管和連接器的流體通道31與壓力腔21連通，所述壓力腔21經由設置在流體通道31上的調節器R2與壓縮氣源120相連，如圖1中所示。加壓片7由高強度和耐久性的橡膠材料，如三元乙丙橡膠(EPDM)、聚氨酯橡膠或硅橡膠構成。
在加壓片7由彈性材料，如橡膠構成的情況下，如果加壓片7被固定地夾在保持圈3與頂環本體2之間，那么因為是彈性材料的加壓片7存在彈性變形，因此就不能在保持圈3的下表面上保持期望的水平表面。為了避免這一缺陷，加壓片7被夾在頂環本體2的外殼2a與在本實施例中作為獨立構件提供的加壓片支承件2b之間。如日本公開的專利申請No.09-168964和2001-179605中所公開的那樣，保持圈3可以關于頂環本體2豎直運動，或者保持圈3可以具有能夠獨立于頂環本體2擠壓拋光表面的結構。在這種情況下，加壓片7不需要以上述方式固定。
環形凹槽形式的清潔液通道51形成于外殼2a位于其外圓周邊緣附近的上表面中，頂環本體2的密封件2c安裝在所述外圓周邊緣上。清潔液通道51通過形成于密封件2c中的通孔52與流體通道32連通，并且通過流體通道32供應清潔液(純水)。多個連通孔53形成于外殼2a和加壓片支承件2b中，并且與清潔液通道51連通。連通孔53與形成于彈性墊4的外圓周表面與保持圈3的內圓周表面之間的小間隙G連通。
用作與彈性墊4接觸的鄰接構件的中心袋8和環形管9安裝在形成于彈性墊4與輔助承載板6之間的空間中。在本實施例中，如圖2和圖3中所示，中心袋8設置在輔助承載板6的下表面的中心，并且環形管9以環繞中心袋8的關系設置在中心袋8的徑向外部。彈性墊4、中心袋8和環形管9中每個都由高強度和耐久性的橡膠材料，如三元乙丙橡膠(EPDM)、聚氨酯橡膠或硅橡膠構成。
形成于輔助承載板6與彈性墊4之間的空間被中心袋8和環形管9分成多個空間(第二壓力腔)。因此，壓力腔22形成于中心袋8與環形管9之間，并且壓力腔23形成于環形管9的徑向外部。
中心袋8包括與彈性墊4的上表面接觸的彈性隔膜81和用于將彈性隔膜81可拆卸地保持在適當位置的中心袋支架82。中心袋支架82具有形成于其中的螺紋孔82a，并且中心袋8通過旋入螺紋孔82a中的螺釘55可拆卸地固定到輔助承載板6的下表面的中心。中心袋8具有由彈性隔膜81和中心袋支架82形成于其中的中心壓力腔24(第三壓力腔)。
同樣，環形管9包括與彈性墊4的上表面接觸的彈性隔膜91和用于將彈性隔膜91可拆卸地保持在適當位置的環形管支架92。環形管支架92具有形成于其中的螺紋孔92a，并且環形管9通過旋入螺紋孔92a中的螺釘56可拆卸地固定到輔助承載板6的下表面上。環形管9具有由彈性隔膜91和環形管支架92形成于其中的中間壓力腔25(第三壓力腔)。
包括導管和連接器的流體通道33、34、35和36分別與壓力腔22和23、中心壓力腔24和中間壓力腔25連通。如圖1中所示，壓力腔22至25經由分別與流體通道33至36相連的各個調節器R3、R4、R5和R6與作為流體供應源的壓縮氣源120相連。流體通道31至36通過安裝在頂環軸110上端的旋轉接頭(未示出)與各個調節器R1至R6相連。
輔助承載板6上方的壓力腔21和壓力腔22至25經由與各個壓力腔相連的流體通道31、33、34、35和36被供應加壓流體，如加壓空氣或大氣或者被抽空。如圖1中所示，與壓力腔21至25的流體通道31、33、34、35和36相連的調節器R2至R6可以分別調節供應給各個壓力腔的加壓流體的壓力。因此，有可能獨立控制壓力腔21至25中的壓力或者獨立地將大氣或真空引入壓力腔21至25。以這種方式，壓力腔21至25中的壓力隨著調節器R2至R6獨立地變化，以至于經由彈性墊4將半導體晶片W壓在拋光墊101上的壓力可以在半導體晶片W的局部區域進行調節。在某些應用場合，壓力腔21至25可以與真空源121，如真空泵相連。
在這種情況下，供應給壓力腔22至25的加壓流體或大氣可以在溫度方面獨立進行控制。采用該結構，有可能從待拋光表面的背面直接控制基片，如半導體晶片的溫度。具體地說，當每個壓力腔在溫度方面獨立進行控制時，在CMP的化學拋光過程中可以控制化學反應的速度。
如圖3中所示，彈性墊4具有多個開孔41。內抽吸部分61從輔助承載板6向下伸出以至于通過位于中心袋8與環形管9之間的各個開孔41露出。外抽吸部分62從輔助承載板6向下伸出以至于通過位于環形管9徑向外部的各個開孔41露出。在該實施例中，彈性墊4具有8個開孔，并且抽吸部分61和62通過這些開孔41露出。
內抽吸部分61和外抽吸部分62具有分別與流體通道37和38連通的連通孔61a和62a。抽吸部分61和62經由流體通道37和38以及閥V1和V2與真空源121，如真空泵相連。當抽吸部分61和62的連通孔61a和62a與真空源121相連時，負壓在其連通孔61a和62a的下開口端形成，以將半導體晶片W吸在抽吸部分61和62的下端。抽吸部分61和62具有連接在其下端的彈性片61b、62b，如橡膠薄片，以由此彈性接觸并且保持位于其下表面上的半導體晶片W。
如圖2中所示，當半導體晶片W正在進行拋光時，抽吸部分61和62位于彈性墊4的下表面上方，因此沒有從彈性墊4的下表面伸出。當吸引半導體晶片W時，抽吸部分61和62的下端面基本上位于與彈性墊4的下表面相同的平面內。
因為在彈性墊4的外圓周表面與保持圈3的內圓周表面之間存在小間隙G，夾持圈5、輔助承載板6和與輔助承載板6相連的彈性墊4可以關于頂環本體2和保持圈3豎直運動，并因此具有關于頂環本體2和保持圈3浮動的結構。夾持圈5的擋塊5b具有多個從其外圓周邊緣徑向向外伸出的齒5c。包括夾持圈5的構件的向下運動通過齒5c與保持圈3的徑向向內伸出部分的上表面的接合而被限制在預定范圍內。
接下來將詳細說明如此構成的頂環1的工作。
在上述構成的拋光裝置中，當半導體晶片W將要被傳輸給拋光臺100時，頂環1整體運動至后面將要說明的推動器，并且抽吸部分61和62的連通孔61a和62a經由流體通道37和38與真空源121相連。半導體晶片W通過連通孔61a和62a的抽吸效應在真空下被吸到抽吸部分61和62的下端。在半導體晶片W被吸在頂環1上的同時，頂環1整體運動至其上面具有拋光表面(拋光墊101)的拋光臺100的上方位置。半導體晶片W的外圓周邊緣由保持圈3保持以至于半導體晶片W不會從頂環1上掉下來。
為了拋光半導體晶片W，抽吸部分61和62對半導體晶片W的吸引被釋放，并且半導體晶片被保持在頂環1的下表面上。同時，與頂環驅動軸11相連的頂環氣缸111被驅動為在預定壓力下將固定在頂環1下端的保持圈3壓在拋光臺100上的拋光表面上。在這種狀態下，加壓流體在各個壓力下分別被供應給壓力腔22、23，中心壓力腔24，和中間壓力腔25，由此將半導體晶片W壓在拋光臺100上的拋光表面上。拋光液供應噴嘴102提前將拋光液Q供應到拋光墊101上，以至于拋光液Q保持在拋光墊101上。于是，半導體晶片W在拋光液Q存在于半導體晶片W的待拋光的(下)表面與拋光墊101之間的情況下由拋光墊101進行拋光。
位于壓力腔22和23下面的半導體晶片W的局部區域在供應給壓力腔22和23的加壓流體的壓力下被壓在拋光表面上。位于中心壓力腔24下面的半導體晶片W的局部區域在供應給中心壓力腔24的加壓流體的壓力下經由中心袋8的彈性隔膜81和彈性墊4被壓在拋光表面上。位于中間壓力腔25下面的半導體晶片W的局部區域在供應給中間壓力腔25的加壓流體的壓力下經由環形管9的彈性隔膜91和彈性墊4被壓在拋光表面上。
因此，作用于半導體晶片W的各個局部區域上的拋光壓力可以通過控制供應給各個壓力腔22至25的加壓流體的壓力而獨立調節。具體地說，各個調節器R3至R6獨立調節供應給壓力腔22至25的加壓流體的壓力，以由此調節將半導體晶片W的局部區域壓在拋光臺100上的拋光墊101上所施加的壓力。通過將半導體晶片W的各個局部區域上的拋光壓力獨立調節至期望值，半導體晶片W被壓在正在旋轉的拋光臺100上的拋光墊101上。同樣，供應給頂環氣缸111的加壓流體的壓力可以通過調節器R1進行調節以調節保持圈3對拋光墊101的壓力。在半導體晶片W被拋光的同時，保持圈3對拋光墊101的壓力和半導體晶片W對拋光墊101的壓力可以適當調節以由此將具有期望壓力分布的拋光壓力施加于中心區域(圖3中C1)、中心區域與中間區域之間的內部區域(C2)、中間區域(C3)、半導體晶片W的外圍區域(C4)和位于半導體晶片W外部的保持圈3的外圍部分。
半導體晶片W具有一個位于壓力腔22和23下面的部分。在該部分中存在兩個區域。一個區域由加壓流體通過彈性墊4擠壓，另一個區域直接由加壓流體擠壓。后者是其位置對應于開孔41的區域。這兩個區域可以在相同的壓力下受壓。因為彈性墊4被保持為在開孔41附近與半導體晶片W的反面密切接觸，因此基本上可以防止壓力腔22和23中的加壓流體泄漏到外部。
以這種方式，半導體晶片W被分成4個同心的圓形和環形區域(C1至C4)，這些區域可以分別在獨立的壓力下受壓。拋光速度決定于施加給抵靠在拋光表面上的半導體晶片W上的壓力。如上所述，因為施加于這些區域上的壓力可以獨立進行控制，因此半導體晶片W的4個圓形和環形區域(C1至C4)的拋光速度可以獨立進行控制。因此，即使半導體晶片W表面上待拋光薄膜的厚度在徑向上存在變化，半導體晶片W表面上的薄膜也可以進行均勻拋光而不會在半導體晶片的整個表面上拋光不足或拋光過度。更具體地說，即使半導體晶片W表面上待拋光薄膜的厚度決定于半導體晶片W上的徑向位置而不同，也可以使位于較厚薄膜區域上面的壓力腔中的壓力高于其它壓力腔中的壓力，或者使位于較薄薄膜區域上面的壓力腔中的壓力低于其它壓力腔中的壓力。以這種方式，使施加于拋光表面上的較厚薄膜區域上面的壓力高于施加于拋光表面上的較薄薄膜區域上面的壓力，由此選擇性地增加較厚薄膜區域的拋光速度。因此，半導體晶片W的整個表面可以準確拋光至半導體晶片W的整個表面上的期望水平，而不管薄膜形成時所產生的膜厚分布。
可以通過控制施加于保持圈3上的壓力防止半導體晶片W的圓周邊緣上任何不期望的邊緣倒圓。如果半導體晶片W的圓周邊緣上待拋光的薄膜具有很大的厚度變化，那么就特意增大或減小施加于保持圈3上的壓力以由此控制半導體晶片W的圓周邊緣的拋光速度。當加壓流體被供應給壓力腔22至25時，承載板6受到向上的力。在本實施例中，加壓流體經由流體通道31供應給壓力腔21，以防止承載板6在壓力腔22至25所產生的力的作用下被提升。
如上所述，由頂環氣缸111施加的將保持圈3壓在拋光墊101上的壓力和由供應給壓力腔22至25的加壓空氣施加的將半導體晶片W的局部區域壓在拋光墊101上的壓力被適當調節以拋光半導體晶片W。當半導體晶片W的拋光完成時，半導體晶片W按照與上述相同的方式在真空下被吸到抽吸部分61和62的下端。此時，進入壓力腔22至25中將半導體晶片W壓在拋光表面上的加壓流體的供應停止，并且壓力腔22至25與大氣相通。因此，抽吸部分61和62的下端與半導體晶片W接觸。壓力腔21被排出到大氣或者抽空以在其中形成負壓。如果壓力腔21被保持在高壓，那么半導體晶片W就僅僅在與抽吸部分61和62接觸的區域被牢固壓在拋光表面上。因此，有必要立刻減小壓力腔21中的壓力。因此，如圖2中所示，可以設置從壓力腔21穿透頂環本體2的放氣孔39用于立刻減小壓力腔21中的壓力。在這種情況下，當壓力腔21被加壓時，必須經由流體通道31將加壓流體連續供應到壓力腔21中。放氣孔39具有止回閥，該止回閥用于在負壓形成于壓力腔21中時防止外部空氣流入壓力腔21。
在吸住半導體晶片W之后，頂環1整體運動至半導體晶片W要被傳送的位置，然后流體(例如，壓縮空氣或氮氣與純水的混合物)經由抽吸部分61和62的連通孔61a和62a噴到半導體晶片W上以從頂環1上釋放半導體晶片W。
用于拋光半導體晶片W的拋光液Q趨向于流過彈性墊4的外圓周表面與保持圈3之間的小間隙G。如果拋光液Q牢固沉積在間隙G中，則會妨礙夾持圈5、輔助承載板6和彈性墊4關于頂環本體2和保持圈3平滑地豎直運動。為了避免這一缺陷，清潔液(純水)通過流體通道32被供應給清潔液通道51。因此，純水經由多個連通孔53被供應給間隙G上面的區域，由此清潔間隙G以防止拋光液Q牢固沉積在間隙G中。優選的是，純水應該在已拋光的半導體晶片W被釋放后供應并且直到下一個待拋光的半導體晶片被吸到頂環1上。另外優選的是，在下一個半導體晶片被拋光之前將所有已供應的純水排出頂環1，并因此為保持圈3設置多個如圖2中所示的通孔3a。此外，如果壓力累積在形成于保持圈3、夾持圈5和加壓片7之間的空間26中形成，那么它將防止輔助承載板6在頂環本體2中被提升。因此，為了允許輔助承載板6在頂環本體2中被平滑提升，優選的是，應該設置通孔3a用于使空間26中的壓力與大氣壓力相等。
如上所述，壓力腔22、23，中心袋8中的壓力腔24以及環形管9中的壓力腔25中的壓力得到獨立控制以控制作用于半導體晶片W上的壓力。此外，有可能通過改變中心袋8和環形管9的位置和尺寸而輕松改變壓力受控的區域。
下面將說明用作基片傳遞裝置以在頂環1與直線運輸器之間傳送半導體晶片的推動器。圖4是顯示推動器130、頂環1和直線運輸器105之間的關系的透視圖。推動器130用于從直線運輸器105的第一傳送臺TS1接受半導體晶片并且將半導體晶片傳輸給頂環1，并且還用于經由頂環1從拋光臺100接受已拋光的半導體晶片并且將半導體晶片傳輸給直線運輸器105的第二傳送臺TS2。因此，推動器130用作在直線運輸器105與頂環1之間接受和傳輸半導體晶片的接受/傳輸機構。
圖5是顯示推動器130的細節的豎直橫截面圖。如圖5中所示，推動器130具有導向臺131、花鍵軸132和推動臺133，其中導向臺131設置在中空軸160上方用于保持頂環，花鍵軸132延伸穿過中空軸160，推動臺133設置在花鍵軸132上方用于在其上面保持半導體晶片。推動臺133用作基片放置部分，其具有其上面放置半導體晶片的基片放置表面。氣缸135和136通過浮動接頭134與花鍵軸132相連，其中浮動接頭134可以逆著花鍵軸的位移與花鍵軸柔性連接。兩個氣缸135和136串聯豎直布置。下氣缸136用于提升和降低導向臺131和推動臺133。下氣缸136與上氣缸135一起提升和降低中空軸160。氣缸135用作提升和降低推動臺133的移動機構。
4個頂環導向器137設置在導向臺131的外圓周部分。頂環導向器137具有包括上臺138和下臺139的雙臺結構。頂環導向器137的上臺138用作與頂環的保持圈3(參見圖6)的下表面接觸的接觸部分，而下臺139用作對半導體晶片對中的對中部分和支承半導體晶片的支承部分。上臺138具有錐形表面138a，錐形表面138a優選以大約25°至大約35°的角度形成，用于朝向上臺138引導頂環。下臺139具有錐形表面139a，錐形表面139a優選以大約10°至大約20°的角度形成，用于朝向下臺139引導半導體晶片W。在將半導體晶片從頂環上取下來時，頂環導向器137直接接受半導體晶片的外圍邊緣。
具有防水功能和引導導向臺131返回其初始位置的功能的導向襯套140設置在導向臺131下面。用于對推動器對中的對中襯套141固定在位于導向襯套140內部的軸承殼142上。推動器130通過軸承殼142與拋光部分中的電機外殼143相連。
此外，V形圈144用于防止水進入推動臺133與導向臺131之間。V形圈144具有保持與導向臺131接觸以防止水從其中通過的唇緣。當導向臺131被提升時，部分H的體積增加以降低部分H中的壓力以至于將水吸入部分H中。為了防止水被吸入部分H中，孔145形成于V形圈144的內側用于防止部分H中的壓力降低。
推動器130具有可以在X軸和Y軸方向運動的直線導軌146，用于允許頂環導向器137具有對齊裝置。導向臺131固定在直線導軌146上。直線導軌146固定在中空軸160上。中空軸160由軸承殼142通過滑動襯套147保持。氣缸136的沖程通過壓縮彈簧148傳遞到中空軸160。
推動臺133位于導向臺131上方。推動臺133具有從推動臺133的中心向下延伸的推動桿149。推動桿149延伸通過位于導向臺131中心的滑動襯套150以至于推動桿149被對中。推動桿149與花鍵軸132的上端接觸。推動臺133通過花鍵軸132與氣缸135一起豎直運動以至于將半導體晶片W裝載到頂環1上。推動臺133具有設置在其外圍部分用于定位推動臺133的壓縮彈簧151。
沖擊消除器152設置為在豎直方向定位頂環導向器137并且用于在頂環導向器137接觸頂環1時吸收沖擊。每個氣缸具有用于檢測推動器的豎直方向位置的上限和下限傳感器。具體地說，氣缸135具有傳感器153和154，并且氣缸136具有傳感器155和156。推動器130具有清潔噴嘴，所述清潔噴嘴用于清潔推動器130以防止粘附到推動器上的漿狀物污染半導體晶片。推動器可以具有用于檢測推動器上的半導體晶片的存在性的傳感器。氣缸135和136分別通過雙螺線管閥進行控制。
下面將說明如此構成的推動器130的工作。圖6A至圖6E是說明推動器130的工作的豎直橫截面圖。
1)裝載半導體晶片如圖6A中所示，半導體晶片W被直線運輸器105傳送至推動器130上方的位置。當頂環1位于推動器130上方的晶片裝載位置并且沒有保持半導體晶片時，推動臺133被氣缸135提升，如圖6B中所示。當傳感器153檢測到完成了提升推動臺133時，導向臺131和與導向臺131相關的部件被氣缸136提升，如圖6C中所示。在導向臺131被提升時，導向臺131通過直線運輸器105的傳送臺的半導體晶片保持位置。此時，半導體晶片W由頂環導向器137的錐形表面139a對中并且在半導體晶片W的圖案表面處(在除其外圍邊緣之外的部分)由推動臺133保持。
在推動臺133保持半導體晶片W的同時，頂環導向器137被提升而沒有停止，并且保持圈3由頂環導向器137的錐形表面138a引導。頂環導向器137的中心通過可以在X和Y方向運動的直線導軌146對準頂環1的中心，并且頂環導向器137的上臺138接觸保持圈3的下表面并且導向臺131的提升停止。
當頂環導向器137的上臺138與保持圈3的下表面接觸時，導向臺131被固定并且不再被提升。但是，氣缸136繼續提升運動直到氣缸136與沖擊消除器152接觸。因此，因為壓縮彈簧148被壓縮而只有花鍵軸132繼續被提升，并且推動臺133進一步提升。此時，如圖6D中所示，推動臺133在半導體晶片W的圖案表面處(在除其外圍邊緣之外的部分)保持半導體晶片W，并且將半導體晶片W運輸至頂環1。在半導體晶片W與頂環1接觸之后，氣缸136的提升沖程被彈簧151吸收以由此保護半導體晶片W。
2)卸載半導體晶片半導體晶片W由頂環1運輸至位于推動器130上方的卸載位置。當直線運輸器105的傳送臺位于推動器130上方并且沒有保持半導體晶片時，導向臺131和與導向臺131相關的部件被氣缸136提升，并且保持圈3由頂環導向器137的錐形表面138a引導。頂環導向器137的中心通過直線導軌146對準頂環1的中心，并且頂環導向器137的上臺138接觸保持圈3的下表面并且導向臺131的提升停止。
氣缸136繼續被驅動直到氣缸136接觸沖擊消除器152。但是，因為頂環導向器137的上臺138接觸保持圈3的下表面以至導致導向臺131被固定在該位置，因此氣缸136與氣缸135一起逆著壓縮彈簧148的壓迫力推動花鍵軸132，從而提升推動臺133。此時，如圖6E中所示，推動臺133沒有升高至比頂環導向器137的下臺139的半導體晶片保持部分更高的位置。在該實施例中，氣缸136被設置為在頂環導向器137接觸保持圈3之后被進一步驅動。此時的沖擊被壓縮彈簧148吸收。
在氣缸136的提升驅動完成之后，半導體晶片W從頂環1上被釋放。此時，半導體晶片W由頂環導向器137的下錐形表面139a對中并且半導體晶片W在半導體晶片W的外圍邊緣由頂環導向器137的下臺139保持。在半導體晶片W由推動器130保持之后，推動器130開始被降低。當導向臺131被降低時，已經移動中心以使頂環1對中的導向臺131由導向襯套140和對中襯套141對中。當導向臺131被降低時，半導體晶片W在其外圍邊緣從推動器130傳送至直線運輸器105。當完成了降低導向臺131時，卸載半導體晶片的工作完成。
圖5中所示的推動器130具有將在半導體晶片從頂環1傳輸給推動器130時用于從頂環1上可靠分離已拋光半導體晶片并且對半導體晶片沒有任何沖擊的裝置。下面將參考圖7至圖19B說明這種裝置的實施例。
圖7顯示了根據本發明第一個實施例的推動器。圖7是示意性顯示推動器130的橫截面圖并且只顯示了推動器130的主要部分。因此，推動器130顯示為包括導向臺131、頂環導向器137、推動臺133、豎直移動所述推動臺133的花鍵軸132和中空軸160。如圖7中所示，推動器130具有一個或多個作為連接在推動臺133上表面上的吸引部分的吸引墊200。
圖8是顯示吸引墊200的橫截面圖。如圖8中所示，吸引墊200具有袋形的彈性本體或彈性隔膜201和吸引墊本體202，其中吸引墊本體包括將彈性隔膜201的開口端夾于其間的上、下構件。吸引墊本體202的上構件具有形成于其上表面(腔室表面)中的半球形或碗形凹陷202a。凹陷202a和覆蓋凹陷202a的彈性隔膜(彈性本體)201形成流體腔室209。吸引墊200包括置于吸引墊202的上、下構件之間用于密封上、下構件的分界面的O形圈203。上、下構件具有通入上構件的上表面上的凹陷202a的連通孔204。連通孔204通過管205和206與真空源207和壓縮流體供應源208相連。閥V11設置在與真空源207相連的管205上，并且閥V12設置在與壓縮流體供應源208相連的管206上。
下面將說明如此構成的推動器130的工作。圖9A至圖9D是說明推動器130的工作的橫截面圖。
頂環1將半導體晶片W傳送至位于推動器130上方的晶片卸載位置。然后，氣缸136(參見圖5)被驅動以提升推動器130以至于吸引墊200的上表面與頂環1保持的半導體晶片W接觸。在吸引墊200的上表面與半導體晶片W接觸之前，吸引墊200處于圖8所示的狀態。在吸引墊200接觸的同時，閥V11被打開以將吸引墊200中的流體腔室209與真空源207相連。因此，如圖9A中所示，吸引墊200的彈性隔膜201像吸盤一樣被壓下，以至于吸引墊200將半導體晶片W吸在其上表面上。
在將半導體晶片W吸到吸引墊200上的同時，加壓流體(例如，壓縮空氣或氮氣與純水的混合物)通過頂環1的抽吸部分61和62的連通孔61a和62a(參見圖2)被噴到半導體晶片W上以從頂環1上釋放半導體晶片W。當加壓流體通過連通孔61a和62a被噴射到半導體晶片W上時，加壓流體可以被供應給壓力腔22至25中的全部或一部分以使隔膜(彈性墊)4膨脹以推動半導體晶片W。因此，半導體晶片W可以通過將半導體晶片W吸到吸引墊200上、從頂環1噴出加壓流體和使頂環1的隔膜加壓而從頂環1上完全被取下來。之后，如圖9B中所示，在半導體晶片W被吸在吸引墊200上的同時，推動臺133被降低以使半導體晶片W與頂環1隔開。
然后，閥V11被關閉并且閥V12被打開。于是，如圖9C中所示，加壓流體，如氮氣從壓縮流體供應源208被引入吸引墊200以像氣球那樣使吸引墊200膨脹。因此，半導體晶片W從吸引墊200的上構件上被升高以釋放吸引墊200對半導體晶片W的吸引。在該狀態下，推動器130被降低。在降低推動器130的途中，半導體晶片W從推動器130被傳送至直線運輸器105的傳送臺。如圖9D中所示，當推動器130被完全降低時，半導體晶片W被完全傳輸給直線運輸器105。
如上所述，根據本實施例，在將半導體晶片W從頂環1傳送至推動器130時，半導體晶片W被吸到推動器130的吸引墊200上。因此，半導體晶片W可以從頂環1上可靠地取下來。此外，因為吸引墊200吸住半導體晶片W，有可能在從頂環1上釋放半導體晶片W時防止半導體晶片W因為加壓流體的噴射而帶著力朝向推動器130掉落。因此，半導體晶片W不會受到沖擊。
圖10顯示了根據本發明第二個實施例的推動器130。圖10是示意性顯示推動器130的橫截面圖并且只顯示了推動器130的主要部分。因此，推動器130顯示為包括導向臺131、頂環導向器137、推動臺133、豎直移動推動臺133的花鍵軸132和中空軸160。如圖10中所示，推動臺133具有平坦上表面。豎直移動所述推動臺133的軸132和推動臺133具有通過管211與純水供應源212相連的流體供應通道210。閥V13設置在與純水供應源212相連的管211上。
下面將說明如此構成的推動器130的工作。圖11A至圖11F是說明推動器130的工作的橫截面圖。
頂環1將半導體晶片W傳送至位于推動器130上方的晶片卸載位置。然后，氣缸136(參見圖5)被驅動以提升推動器130以至于頂環1與頂環導向器137接合，如圖11A中所示。此時，閥V13被打開以將純水從純水供應源212通過流體供應通道210供應至推動臺133的上表面。于是，水薄膜形成于推動臺133的上表面上。在該狀態下，如圖11B中所示，推動臺133被提升以至于使推動臺133的上表面與半導體晶片W接觸。在接觸時，閥V13被關閉以至于停止推動臺133的上表面的純水供應。
因為水薄膜形成于推動臺133的上表面與半導體晶片W之間，因此半導體晶片W通過水膜的表面張力被吸到推動臺133的上表面上。在使用水膜將半導體晶片W吸到推動臺133上的同時，加壓流體(例如，壓縮空氣或氮氣與純水的混合物)通過頂環1的抽吸部分61和62的連通孔61a和62a(參見圖2)被噴到半導體晶片W上以從頂環1上釋放半導體晶片W，如圖11C中所示。當加壓流體通過連通孔61a和62a被噴射到半導體晶片W上時，加壓流體可以被供應給壓力腔22至25中的全部或一部分以使隔膜(彈性墊)4膨脹以推動半導體晶片W。因此，半導體晶片W可以通過使用水膜將半導體晶片W吸到推動臺133上、從頂環1噴出加壓流體和使頂環1的隔膜加壓而從頂環1上完全被取下來。
之后，如圖11D中所示，在半導體晶片W被推動臺133吸住的同時，推動臺133被降低以使半導體晶片W與頂環1隔開。然后，閥V13被打開以至于純水從純水供應源212供應并流動至推動臺133的上表面以由此釋放水膜對半導體晶片W的吸引。在該狀態下，如圖11E中所示，推動器130被降低。在降低推動器130的途中，半導體晶片W從推動器130被傳送至直線運輸器105的傳送臺。如圖11F中所示，當推動器130被完全降低時，半導體晶片W被完全傳輸給直線運輸器105。
如上所述，根據本實施例，在將半導體晶片W從頂環1傳送至推動器130時，半導體晶片W被形成于推動器130的推動臺133的上表面上的水薄膜吸住。因此，半導體晶片W可以從頂環1上可靠地取下來。此外，因為水薄膜吸住半導體晶片W，有可能在從頂環1上釋放半導體晶片W時防止半導體晶片W因為加壓流體的噴射而帶著力朝向推動器130掉落。因此，半導體晶片W不會受到沖擊。
圖12顯示了根據本發明第三個實施例的推動器130。圖12是示意性顯示推動器130的橫截面圖并且只顯示了推動器130的主要部分。因此，推動器130顯示為包括導向臺131、頂環導向器137、推動臺133、豎直移動所述推動臺133的花鍵軸132和中空軸160。如圖12中所示，頂環導向器137具有一個或多個噴嘴220，所述噴嘴用作向半導體晶片噴射高壓流體的高壓流體孔。噴嘴220通過管221與壓縮流體供應源222相連。噴嘴220位于將半導體晶片從頂環1上取下的位置。閥V14設置在與壓縮流體供應源222相連的管221上。壓縮流體供應源222構成為供應高壓純水或兩種或多種液體與氣體的高壓混合物(例如，純水和氮氣)。推動器130具有蓋子(未示出)，用于防止噴出的高壓流體濺射到噴嘴220周圍。
下面將說明如此構成的推動器130的工作。圖13A至圖13C是說明推動器130的工作的橫截面圖。
頂環1將半導體晶片W傳送至位于推動器130上方的晶片卸載位置。然后，氣缸136(參見圖5)被驅動以提升推動器130以至于頂環1與頂環導向器137接合，如圖13A中所示。之后，如圖13B中所示，加壓流體(例如，壓縮空氣或氮氣與純水的混合物)通過頂環1的抽吸部分61和62的連通孔61a和62a(參見圖2)被噴到半導體晶片W上，并且另外的加壓流體被供應給壓力腔22至25中的全部或一部分以使隔膜(彈性墊)4膨脹。此時，加壓流體被供應給壓力腔21以向下移動輔助承載板6。于是，半導體晶片W位于保持圈3的下端之下，并且頂環1的隔膜4在其外圍部分與半導體晶片W分離和隔開。在半導體晶片W的外圍部分與隔膜4隔開的狀態下，閥V14被打開以從噴嘴220中噴出高壓流體(例如，純水或氣體如氮氣與純水的混合物)。于是，半導體晶片W通過高壓流體從隔膜4上取下來(參見圖13C)。之后，推動器130被降低。在降低推動器130的途中，半導體晶片W從推動器130被傳送至直線運輸器105的傳送臺，這在圖中沒有示出。
如上所述，根據本實施例，在將半導體晶片W從頂環1傳送至推動器130時，加壓流體被供應給壓力腔22至25中的全部或一部分以使隔膜(彈性墊)4膨脹。另外的加壓流體被供應給壓力腔21以向下移動輔助承載板6。于是，半導體晶片W位于保持圈3的下端之下，并且頂環1的隔膜4在其外圍部分與半導體晶片W分離和隔開。在這種狀態下，高壓流體從隔膜4與半導體晶片W之間的噴嘴220中噴出。于是，半導體晶片W可以通過高壓流體的壓力從隔膜4上取下來。在將半導體晶片W從頂環1上取下來時，只有微小的間隙形成于半導體晶片W的下端面與推動臺133之間。因此，有可能防止半導體晶片帶著力朝向推動器130掉落。
圖14顯示了根據本發明第四個實施例的推動器130。圖14是示意性顯示推動器130的橫截面圖并且只顯示了推動器130的主要部分。因此，推動器130顯示為包括導向臺131、頂環導向器137、推動臺133、豎直移動所述推動臺133的花鍵軸132和中空軸160。如圖14中所示，頂環導向器137具有一個或多個用于使半導體晶片與頂環1分離的夾持機構230。夾持機構230具有通過銷231支承在頂環導向器137上的樞軸連桿232和與連桿232的下端相連的氣缸233。連桿232具有尖端232a，所述尖端可以很容易地插入頂環1的隔膜(彈性墊)4與半導體晶片W之間。
下面將說明如此構成的推動器130的工作。圖15A和圖15B是說明推動器130的工作的橫截面圖。
頂環1將半導體晶片W傳送至位于推動器130上方的晶片卸載位置。然后，氣缸136(參見圖5)被驅動以提升推動器130以至于頂環1的下部被引入頂環導向器137的內部，如圖15A中所示。之后，加壓流體(例如，壓縮空氣或氮氣與純水的混合物)通過頂環1的抽吸部分61和62的連通孔61a和62a(參見圖2)被噴到半導體晶片W上，并且另外的加壓流體被供應給壓力腔22至25中的全部或一部分以使隔膜(彈性墊)4膨脹。此時，加壓流體被供應給壓力腔21以向下移動輔助承載板6。于是，半導體晶片W位于保持圈3的下端之下，并且頂環1的隔膜4在其外圍部分與半導體晶片W分離和隔開。在這種狀態下，如圖15B中所示，氣缸233被驅動以使連桿232樞轉以便將連桿232的尖端232a插入頂環1的隔膜4與半導體晶片W之間。于是，半導體晶片W通過連桿232強行與隔膜4分離。然后，推動臺133被降低以將半導體晶片W與頂環1隔開。之后，推動器130被降低。在降低推動器130的途中，半導體晶片W從推動器130被傳送至直線運輸器105的傳送臺，這在圖中沒有示出。
如上所述，根據本實施例，在將半導體晶片W從頂環1傳送至推動器130時，加壓流體被供應給壓力腔22至25中的全部或一部分以使隔膜(彈性墊)4膨脹。另外的加壓流體被供應給壓力腔21以向下移動輔助承載板6。于是，半導體晶片W位于保持圈3的下端之下，并且頂環1的隔膜4在其外圍部分與半導體晶片W分離和隔開。在這種狀態下，氣缸233被驅動為將連桿232的尖端232a插入頂環1的隔膜4與半導體晶片W之間。于是，半導體晶片W通過連桿232強行與隔膜4分離。在將半導體晶片W從頂環1上取下來時，只有微小的間隙形成于半導體晶片W的下端面與推動臺133之間。因此，有可能防止半導體晶片W帶著力朝向推動器130掉落。
圖16顯示了根據本發明第四個實施例的推動器130的變化例。如圖16中所示，頂環導向器137具有一個或多個用于使半導體晶片與頂環1分離的夾持機構240。夾持機構240具有支承在頂環導向器137上的樞軸連桿242和與連桿242的下端相連的氣缸243。連桿242經由銷241可以在徑向運動。連桿242具有凹陷尖端242a，所述凹陷尖端可以保持半導體晶片W的外圍邊緣。
下面將說明如此構成的推動器130的工作。圖17A至圖17C是說明推動器130的工作的橫截面圖。
頂環1將半導體晶片W傳送至位于推動器130上方的晶片卸載位置。然后，氣缸136(參見圖5)被驅動以提升推動器130以至于頂環1的下部被引入頂環導向器137的內部，如圖17A中所示。之后，加壓流體(例如，壓縮空氣或氮氣與純水的混合物)通過頂環1的抽吸部分61和62的連通孔61a和62a(參見圖2)被噴到半導體晶片W上，并且另外的加壓流體被供應給壓力腔22至25中的全部或一部分以使隔膜(彈性墊)4膨脹。此時，加壓流體被供應給壓力腔21以向下移動輔助承載板6。于是，半導體晶片W位于保持圈3的下端之下，并且頂環1的隔膜4在其外圍部分與半導體晶片W分離和隔開。在這種狀態下，如圖17B中所示，氣缸243被驅動為徑向向內移動連桿242以通過連桿242的凹陷尖端242a水平保持半導體晶片W的外圍邊緣。然后，在半導體晶片W由連桿242保持的同時推動器130如圖17C所示被降低以將半導體晶片W與頂環1隔開。在降低推動器130的途中，半導體晶片W從推動器130被傳送至直線運輸器105的傳送臺，這在圖中沒有示出。
如上所述，根據本實施例，在將半導體晶片W從頂環1傳送至推動器130時，加壓流體被供應給壓力腔22至25中的全部或一部分以使隔膜(彈性墊)4膨脹。另外的加壓流體被供應給壓力腔21以向下移動輔助承載板6。于是，半導體晶片W位于保持圈3的下端之下，并且頂環1的隔膜4在其外圍部分與半導體晶片W分離和隔開。在這種狀態下，氣缸243被驅動為通過連桿242的凹陷242a保持半導體晶片W的外圍邊緣。于是，半導體晶片W通過連桿242強行與隔膜4分離。在將半導體晶片W從頂環1上取下來時，只有微小的間隙形成于半導體晶片W的下端面與推動臺133之間。因此，有可能防止半導體晶片帶著力朝向推動器130掉落。
圖18顯示了根據本發明第五個實施例的推動器130。圖18是示意性顯示推動器130的橫截面圖并且只顯示了推動器130的主要部分。因此，推動器130顯示為包括導向臺131、頂環導向器137、推動臺133、豎直移動所述推動臺133的花鍵軸132和中空軸160。如圖18中所示，槽250設置在推動器130的徑向外部。槽250為柱形容器的形式并且與推動器130的軸132同心設置。槽250具有柱形部分250a和底部250b，其中柱形部分250a的內徑大于頂環導向器137外徑，而底部250b具有開孔250c。槽250通過管251與純水供應源252相連。閥V16設置在管251上。排水管253與槽250的底部250b相連。閥V17設置在排水管253上。氣缸254與槽250的底部250b相連。于是，當氣缸254被驅動時，槽250沿豎直方向移動。
下面將說明如此構成的推動器130的工作。圖19A和圖19B是說明推動器130的工作的橫截面圖。
頂環1將半導體晶片W傳送至位于推動器130上方的晶片卸載位置。然后，氣缸136(參見圖5)被驅動以提升推動器130以至于頂環1與頂環導向器137接合，如圖19A中所示。然后，氣缸254被驅動以提升所述槽250以至于推動器130和頂環1的下部容納在槽250中。此時，設置在槽250的開孔250c上的O形圈255與從推動器130向下伸出的柱形構件260接合以密封槽250的內部。在該狀態下，如圖19B中所示，閥V16被打開以將純水從純水供應源252供應到槽250的內部。于是，整個推動器130和頂環1的下部浸入槽250內的純水中。
此時，加壓流體(例如，壓縮空氣或氮氣與純水的混合物)通過頂環1的抽吸部分61和62的連通孔61a和62a(參見圖2)被噴到半導體晶片W上，并且另外的加壓流體被供應給壓力腔22至25中的全部或一部分以使隔膜(彈性墊)4膨脹。加壓流體被供應給壓力腔21以向下移動輔助承載板6。于是，半導體晶片W位于保持圈3的下端之下，并且頂環1的隔膜4在其外圍部分與半導體晶片W分離和隔開。于是，純水被引入頂環1的隔膜(彈性墊)4與半導體晶片W之間以釋放半導體晶片W對頂環1的粘附。于是，半導體晶片W與頂環1分離。然后，推動臺133被降低以使半導體晶片W與頂環1隔開。之后，推動器130被降低。在降低推動器130的途中，半導體晶片W從推動器130被傳送至直線運輸器105的傳送臺，這在圖中沒有示出。
在本實施例中，在將半導體晶片W從頂環1傳送至推動器130時，半導體晶片W被浸入純水中。因此，粘附在半導體晶片W上的拋光廢物或漿狀物(拋光液)可以由純水去除。于是，半導體晶片W可以同時得到清洗。之后，排水管253的閥V17被打開以從槽250排出純水。在純水被排出之后，氣缸254被驅動以降低槽250。于是，半導體晶片W的傳送工作完成。
如上所述，根據本實施例，存儲在槽中的純水被引入半導體晶片W與頂環1的基片保持表面之間以釋放半導體晶片W對頂環1的粘附。于是，半導體晶片W可以與頂環1分離。此外，在半導體晶片W與頂環1分離時因為水存在于推動臺133與半導體晶片W之間，因此有可能防止半導體晶片因為加壓流體的噴射而帶著力朝向推動器130掉落。
盡管已經詳細顯示和說明了本發明的某些優選實施例，但是應該理解，可以對其進行各種改變和修改而不脫離所附權利要求書的范圍。
工業實用性本發明適合用于將基片，如半導體晶片拋光至鏡面光潔度的拋光裝置。
權利要求
1.一種拋光裝置，包括基片保持裝置，其構成為在基片保持表面上保持基片；和基片傳遞裝置，其構成為將基片傳輸給所述基片保持裝置并且從所述基片保持裝置接受基片，所述基片傳遞裝置包括基片放置部分，其具有上面放置基片的基片放置表面；移動機構，其構成為豎直移動所述基片放置部分；和高壓流體孔，其構成為向基片噴射高壓流體。
2.根據權利要求1所述的拋光裝置，其特征在于，所述高壓流體孔構成為在所述基片保持裝置的所述基片保持表面與基片之間噴出高壓流體以將基片與所述基片保持裝置的所述基片保持表面分離。
3.根據權利要求1所述的拋光裝置，其特征在于，所述基片傳遞裝置還包括圍繞所述高壓流體孔設置的蓋子，用于防止高壓流體濺射到所述高壓流體孔周圍。
4.一種拋光裝置，包括基片保持裝置，其構成為在基片保持表面上保持基片；和基片傳遞裝置，其構成為將基片傳輸給所述基片保持裝置并且從所述基片保持裝置接受基片，所述基片傳遞裝置包括基片放置部分，其具有上面放置基片的基片放置表面；移動機構，其構成為豎直移動所述基片放置部分；和流體供應通道，其構成為將流體供應至所述基片放置部分的所述基片放置表面上以在所述基片放置部分的所述基片放置表面上形成流體薄膜。
5.根據權利要求4所述的拋光裝置，其特征在于，所述流體供應通道構成為在所述基片放置部分的所述基片放置表面上形成流體薄膜，從而當基片在所述基片保持裝置與所述基片傳遞裝置之間傳送時基片被流體薄膜吸在所述基片放置表面上。
6.根據權利要求5所述的拋光裝置，其特征在于，所述流體供應通道構成為在已經將基片從所述基片保持裝置傳送至所述基片傳遞裝置之后，將流體供應至所述基片放置部分的所述基片放置表面上以將基片與基片放置表面分離。
7.一種拋光裝置，包括基片保持裝置，其構成為在基片保持表面上保持基片；和基片傳遞裝置，其構成為將基片傳輸給所述基片保持裝置并且從所述基片保持裝置接受基片，所述基片傳遞裝置包括基片放置部分，其具有上面放置基片的吸引部分，所述吸引部分包括形成流體腔室的彈性本體；移動機構，其構成為豎直移動所述基片放置部分；和通道，其將所述吸引部分的所述流體腔室與流體供應源和真空源中至少一者相連。
8.根據權利要求7所述的拋光裝置，其特征在于，所述吸引部分還包括具有腔室表面的吸引部分本體，所述流體腔室由所述吸引部分本體的所述腔室表面和所述彈性本體形成。
9.根據權利要求8所述的拋光裝置，其特征在于，所述吸引部分本體具有作為所述腔室表面的凹陷表面。
10.根據權利要求7所述的拋光裝置，其特征在于，當基片在所述基片保持裝置與所述基片傳遞裝置之間傳送時，所述吸引部分可以操作為通過所述通道抽空所述流體腔室而吸住基片。
11.根據權利要求10所述的拋光裝置，其特征在于，在基片已經從所述基片保持裝置傳送至所述基片傳遞裝置之后，所述吸引部分可以操作為通過所述通道從所述流體供應源供應流體而將基片與所述吸引部分分離。
12.一種拋光裝置，包括基片保持裝置，其構成為在基片保持表面上保持基片；和基片傳遞裝置，其構成為將基片傳輸給所述基片保持裝置并且從所述基片保持裝置接受基片，所述基片傳遞裝置包括基片放置部分，其具有上面放置基片的基片放置表面；移動機構，其構成為豎直移動所述基片放置部分；和夾持機構，其與基片的外圍部分接觸。
13.根據權利要求12所述的拋光裝置，其特征在于，所述夾持機構包括構成為插入所述基片保持裝置的所述基片保持表面與基片之間的連桿。
14.根據權利要求12所述的拋光裝置，其特征在于，所述夾持機構包括構成為保持基片外圍邊緣的連桿。
15.一種拋光裝置，包括基片保持裝置，其構成為在基片保持表面上保持基片；和基片傳遞裝置，其構成為將基片傳輸給所述基片保持裝置并且從所述基片保持裝置接受基片，所述基片傳遞裝置包括基片放置部分，其具有上面放置基片的基片放置表面；移動機構，其構成為豎直移動所述基片放置部分；和槽，其構成為使所述基片放置部分和由所述基片保持裝置保持的基片浸入液體中。
16.根據權利要求1至15中任一所述的拋光裝置，其特征在于，所述基片保持裝置具有通道，所述通道構成為在將基片從所述基片保持裝置傳送至所述基片傳遞裝置時從所述基片保持表面供應加壓流體給基片。
17.根據權利要求1至15中任一所述的拋光裝置，其特征在于，所述基片保持裝置包括彈性墊，其具有基片保持表面，所述彈性墊包括與流體供應源和真空源中至少一者相連的開孔；支承構件，其構成為支承所述彈性墊；和基片保持裝置本體，其具有容納所述彈性墊和所述支承構件的空間。
18.根據權利要求17所述的拋光裝置，其特征在于，所述基片保持裝置還包括鄰接構件，其與所述支承構件相連，所述鄰接構件具有與所述彈性墊相接觸的彈性隔膜；第一壓力腔，其形成于所述基片保持裝置本體與所述支承構件之間；第二壓力腔，其形成在所述彈性墊與所述支承構件之間所述鄰接構件的外部；和第三壓力腔，其形成于所述鄰接構件的內部；其中所述第一壓力腔、所述第二壓力腔和所述第三壓力腔獨立地與所述流體供應源和真空源中至少一者相連。
全文摘要
拋光裝置具有頂環(1)和推動器(130)，其中頂環(1)構成為在基片保持表面上保持半導體晶片(W)，推動器(130)構成為將半導體晶片(W)傳輸給頂環(1)并且從頂環(1)接受半導體晶片(W)。推動器(130)包括推動臺(133)和氣缸(135)，其中推動臺(133)具有其上面放置半導體晶片(W)的基片放置表面，而氣缸(135)構成為豎直移動推動臺(133)。推動器(130)還包括構成為向半導體晶片(W)噴射高壓流體的高壓流體孔(220)。
文檔編號H01L21/683GK1867424SQ20048003019
公開日2006年11月22日 申請日期2004年10月14日 優先權日2003年10月17日
發明者鳥居弘臣, 葉山卓兒, 八島哲也 申請人:株式會社荏原制作所