拋光襯底的方法和裝置的制作方法

專利名稱：拋光襯底的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明大體涉及一種拋光方法和裝置，且更具體地說，涉及一種對諸如半導體晶片的待拋光物體(襯底)拋光至平坦鏡面光潔度的拋光方法和裝置。
背景技術：
近年來，半導體器件的高集成性和高密度需要對布線模式或互連最小化，并且也增大了器件中互連層的數目。由于較低互連層上的表面不規則性，器件在更小電路中具有多層互連的趨勢大體上加寬了臺階寬度，從而導致平坦度降低。互連層數目的增加可惡化在薄膜形成過程中臺階式結構上的薄膜涂層質量(臺階覆蓋度)。總之，首先，高度分層的多層互連的出現相應地使得能夠獲得改良臺階覆蓋度和適當表面的新平面化工藝成為必需。其次，該趨勢和下文描述的另一個原因需要能夠平面化半導體器件的表面的新工藝半導體器件的表面需要被平面化，從而使得半導體器件的表面上的不規則臺階落入焦深內。 因此，利用光刻工藝小型化的光刻光學系統的焦深越小，需要平面化處理后越精確平坦的表面。
因此，在半導體器件的制造過程中，平面化半導體表面變得越來越重要。最重要的平面化技術之一是化學機械拋光(CMP)。因此，已采用化學機械拋光裝置平面化半導體晶片的表面。在化學機械拋光裝置中，在其中含有諸如二氧化硅(SiO2)的磨粒的拋光液體被供應到諸如拋光墊的拋光表面上的同時，諸如半導體晶片的襯底與拋光表面滑動接觸，因而表面得以拋光。
這種類型的拋光裝置包括具有由拋光墊形成的拋光表面的拋光臺以及用于保持諸如半導體晶片的襯底的襯底保持裝置，該襯底保持裝置稱作頂圈或拋光頭。當半導體晶片利用這種拋光裝置拋光時，在預定壓力下通過襯底保持裝置保持半導體晶片且使其壓抵拋光墊的拋光表面。此時，拋光臺和襯底保持裝置彼此相對移動，以使半導體晶片與拋光表面滑動接觸，從而使得半導體晶片的表面被拋光至平坦鏡面光潔度。
傳統地，作為半導體保持裝置，已經廣泛使用所謂的浮動型頂圈，其中彈性膜 (膜)固定至夾板，且向在夾板上方形成的壓力腔(加壓腔)以及由彈性膜(膜)形成的壓力腔施加諸如空氣的流體，以使得通過彈性膜在流體壓力下將半導體晶片壓抵拋光墊。在浮動型頂圈中，夾板通過夾板上方的加壓腔的壓力與夾板下方的膜的壓力之間的平衡而浮動，從而在適當的壓力下將襯底壓緊在拋光表面上，從而拋光半導體晶片。在該頂圈中，當開始向半導體晶片施加壓力或者在拋光后執行半導體晶片的真空夾持時，進行下述操作 當開始向半導體晶片施加壓力時，對加壓腔進行加壓，通過膜保持半導體晶片的夾板降低而帶動拋光墊、半導體晶片與膜彼此緊密接觸。接著，向膜施加所需壓力，其后或者同時，將加壓腔的壓力調節成不大于膜壓力，從而允許夾板浮動。在此狀態下，半導體晶片被拋光。在此情況下，夾板首先下降而使拋光墊、半導體晶片和膜彼此緊密接觸的原因在于，半導體晶片與膜之間的加壓流體應防止泄露。如果在拋光墊、半導體晶片和膜不彼此緊密接觸的狀態下向膜施加壓力，則半導體晶片與晶片之間產生間隙，并且加壓流體穿過間隙泄露。
此外，如果加壓腔的壓力不小于拋光時的膜壓力，夾板局部壓迫半導體晶片，且在其局部區域中半導體晶片上的薄膜過度拋光。因此，將加壓腔的壓力調節成不大于膜壓力， 從而允許夾板浮動。接著，在拋光后，在半導體晶片真空夾持時，對加壓腔加壓，以降低夾板，且拋光墊、半導體晶片和膜開始彼此緊密接觸。在此狀態下，半導體晶片通過在膜上方產生真空而真空夾持至膜。
如上所述，在具有夾板的浮動型頂圈中，當開始向半導體晶片施加壓力或者在拋光后半導體晶片真空夾持至膜時，必須通過加壓腔壓力與膜壓力之間的平衡控制夾板的垂直位置。然而，在使用此浮動型頂圈時，因為壓力平衡控制夾板位置，難以在高度小型化和多層器件的最新制造工藝所需的水平中精確控制夾板的垂直位置。此外，當開始向半導體晶片施加壓力或者在拋光后真空夾持半導體晶片時，由于腔的膨脹或收縮處理延長，具有大體積的加壓腔需要充分長的時間，而且針對上述的適當平衡腔體積具有下限。往往認為這將阻礙拋光裝置生產率的改進。此外，在浮動型頂圈中，隨著卡圈磨損加劇，拋光表面與夾板下表面之間的距離縮短，且膜在垂直方向上的膨脹和收縮量局部變化，因而使得拋光輪廓變化。
因此，最近，作為替換，從精確水平的拋光表面已使用了具有改良的托架(頂圈本體)的垂直位置可控制性的頂圈作為膜支撐構件。頂圈的垂直移動通常由伺服馬達和滾珠絲杠執行，因此可以將托架(頂圈本體)即刻定位在預定高度。這將縮短當開始向半導體晶片施加壓力或者在拋光后真空夾持半導體晶片時相對于傳統頂圈的操作時間，因此相對于浮動型頂圈，可以改善拋光裝置的生產率。此外，在該頂圈、即膜型頂圈中，由于可精確控制托架從拋光表面的垂直位置，因此可不通過平衡諸如浮動型頂圈而是通過調節膜膨脹調整半導體晶片的邊緣部分的拋光輪廓。此外，由于卡圈可獨立于托架垂直移動，因此，即使卡圈磨損，托架從拋光表面的垂直位置也不會受到影響。因此，卡圈壽命可大大延長。
在此類型的頂圈中，當開始向半導體晶片施加壓力或者在拋光后真空夾持半導體晶片時，通常執行下述操作 當開始向半導體晶片施加壓力時，托架或在真空下通過膜保持半導體晶片的頂圈下降至拋光墊上。此時，頂圈移動至某一高度，在該高度下可在接下來的拋光處理中獲得所需拋光輪廓。通常，在具有良好彈性的膜型頂圈中，由于半導體晶片的周邊部分(邊緣部分)易受拋光，因此期望由通過升高頂圈的高度而使膜膨脹導致的損耗來減小施加到半導體晶片的壓力。具體地說，頂圈下降到某一高度，在該高度下半導體晶片與拋光墊之間的間隙通常約為1毫米。其后，半導體晶片壓抵拋光表面且被拋光。在拋光后，半導體晶片真空夾持至頂圈，同時頂圈保持與拋光相同的高度。然而，由此進行的傳統拋光方法最初具有以下問題。
當開始向半導體晶片施加壓力時半導體晶片與拋光墊之間的間隙導致半導體晶片變形。此變形可達到大程度，與對應于半導體晶片與拋光墊之間的間隙的量成比例。因此，施加至半導體晶片的應力在此情況下增加，從而導致形成于半導體晶片上的精細互連斷裂增加或半導體晶片本身損壞增加。另一方面，當半導體晶片在拋光后真空夾持時，如果半導體晶片通過從托架的下表面與膜的上表面之間存在間隙的狀態下在膜上建立真空而附著至托架，那么半導體晶片的變形量將以與托架的下表面與膜的上表面之間的間隙對應的量變大。因此，施加至半導體晶片的應力增大且半導體晶片在膜型頂圈運行中在一些情況下損壞。然而，避免此缺陷的挑戰迄今為止尚未成功。首先，不形成間隙是不成功的當向半導體晶片施加壓力或真空夾持半導體晶片時，如果頂圈下降至半導體晶片與拋光墊之間幾乎不存在間隙的位置，或者半導體晶片開始與拋光墊局部接觸，那么在最壞的情況下， 半導體晶片上的薄膜過度拋光或者半導體晶片本身損壞。
其次，在日本專利公開No. 2005-123485中揭示的當半導體晶片從頂圈釋放時用于減小施加至半導體晶片的應力的釋放噴嘴可作為一個替代方案。釋放噴嘴用作通過在半導體晶片的背面與膜之間噴射加壓流體而輔助半導體晶片從頂圈釋放的釋放機構。在此情況下，半導體晶片被從卡圈的底表面向下外推，以從膜移除半導體晶片的周邊部分，且接著在半導體晶片的周邊部分與膜之間噴射加壓流體。因此，當半導體晶片從頂圈釋放時， 必須通過加壓膜使膜膨脹，如在日本專利公開No. 2005-123485中揭示的那樣。在美國專利 No. 7，044，832中也公開了釋放噴嘴。如在此美國專利公開案中揭示的那樣，當半導體晶片釋放時，氣囊膨脹(加壓)，且接著在半導體晶片的邊緣部分與氣囊分離(參見第10欄第6 至15行及圖2A)的狀態下射流被噴射。具體地說，在上述兩件公開案中，膜膨脹而使半導體晶片的邊緣部分與膜分離，且射流噴射在間隙中。然而，當這些公開案中的膜如建議的那樣加壓和膨脹時，向襯底施加局部變化的向下的力。相應地，應力傾向于根據膜膨脹局部施加至半導體晶片，且在使用這些具有噴嘴的傳統頂圈時，在最壞的情況下，形成在半導體晶片上的精細互連斷裂，或者半導體晶片本身損壞。需要獲得精確平坦度和高產出的平面化工藝，由于該平面化工藝使得襯底缺陷減少。

發明內容
鑒于上述缺陷提出了本發明。因此，本發明的一個目的在于提供一種拋光方法和裝置，其可獲得高產出，減少諸如半導體晶片的襯底變形和施加至襯底的應力，以防止形成襯底缺陷或襯底損壞，進而拋光襯底，真空夾持襯底至頂圈，并以安全方式從頂圈釋放襯底。
為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種通過拋光裝置拋光襯底的方法，該拋光裝置包括具有拋光表面的拋光臺、用于保持襯底并將襯底壓抵拋光表面的頂圈以及用于沿垂直(豎直)方向移動頂圈的可垂直移動機構，所述方法包括在襯底壓抵拋光表面之前，將頂圈移動至第一高度；以及在襯底壓抵拋光表面之后，將頂圈移動至第二尚度。
根據本發明的第一方面，在諸如半導體晶片的襯底壓抵拋光臺的拋光表面之前， 頂圈下降至第一高度，在該第一高度處，襯底與拋光表面之間的間隙小。當頂圈位于第一高度時，開始施加壓力并使襯底與拋光表面接觸并將襯底壓抵拋光表面。因為襯底與拋光表面之間的間隙在開始施加壓力時小，所以襯底變形的容許度可較小，并且因而可抑制襯底變形。其后，頂圈移動至所需的第二高度。
在本發明的一個優選方面中，頂圈包括構造成形成被供應加壓流體的壓力腔的至少一個彈性膜以及用于保持膜的頂圈本體，所述膜構造成當壓力腔供應有加壓流體時在流體壓力下將襯底壓抵拋光表面；且第一高度等于處于0. 1毫米至1. 7毫米的范圍中的膜高度，所述膜高度定義為在襯底附著至膜且由膜保持的狀態下襯底與拋光表面之間的間隙。
在襯底壓抵拋光表面之前襯底附著至頂圈且由頂圈保持(下文稱為“襯底真空夾持至頂圈，，)的狀態下，襯底與拋光表面之間的間隙變為膜高度。
在本發明的一個優選方面中，第一高度等于處于0. 1毫米至0.7毫米的范圍中的膜高度，所述膜高度定義為在襯底附著至膜且由膜保持的狀態下襯底與拋光表面之間的間隙。
在本發明的一個優選方面中，頂圈包括構造成形成被供應加壓流體的壓力腔的至少一個彈性膜以及用于保持膜的頂圈本體，所述膜構造成當壓力腔供應有加壓流體時在流體壓力下將襯底壓抵拋光表面；且第二高度等于處于0. 1毫米至2. 7毫米的范圍中的膜高度，所述膜高度定義為在襯底通過膜壓抵拋光表面的狀態下頂圈本體與膜之間的間隙。
在襯底壓抵拋光表面的狀態中，膜高度，即膜與頂圈(托架)之間的間隙變為“第二高度”。為了使膜高度不大于1毫米，需要更精確的控制器，且使膜高度不大于1毫米意義不大，因為此高度處于平面化工藝中可能的誤差范圍中。此外，在使膜高度不小于2. 7毫米的情況下，已發現不可能或不足以完成適當的全部平面化。因而，理想的是，膜高度處于 0.1毫米至2. 7毫米的范圍內。
在本發明的一個優選方面中，第二高度等于處于0. 1毫米至1. 2毫米的范圍中的膜高度，所述膜高度定義為在襯底通過膜壓抵拋光表面的狀態下頂圈本體與膜之間的間隙。
在本發明的一個優選方面中，該方法進一步包括檢測襯底壓抵拋光表面。
在本發明的一個優選方面中，在檢測到襯底壓抵拋光表面之后，頂圈移動至第二高度。
在本發明的一個優選方面中，使用用于轉動拋光臺的電動機的電流值變化、設置在拋光臺中的渦流傳感器、設置在拋光臺中的光學傳感器以及用于轉動頂圈的電動機的電流值變化中的至少一個檢測襯底壓抵拋光表面。
在本發明的一個優選方面中，用于沿垂直方向移動頂圈的可垂直移動機構包括滾珠絲杠以及用于轉動滾珠絲杠的電動機；且使用用于轉動滾珠絲杠的電動機的電流值變化檢測襯底壓抵拋光表面。
在本發明的一個優選方面中，頂圈包括構造成形成被供應加壓流體的壓力腔的至少一個彈性膜以及用于保持該膜的頂圈本體，所述膜構造成當壓力腔供應有加壓流體時在流體壓力下將襯底壓抵拋光表面；且使用供應至壓力腔的加壓流體的壓力變化或流速(流量)變化檢測襯底壓抵拋光表面。
根據本發明的第二個方面，提供一種通過拋光裝置拋光襯底的方法，該拋光裝置包括具有拋光表面的拋光臺、用于保持襯底并將襯底壓抵拋光表面的頂圈以及用于沿垂直方向移動頂圈的可垂直移動機構，所述方法包括在襯底壓抵拋光表面之前，將頂圈移動至預定高度；在第一壓力下將襯底壓抵拋光表面，同時將頂圈維持在預定高度；以及在第一壓力下將襯底壓抵拋光表面之后，通過在比所述第一壓力高的第二壓力下將襯底壓抵拋光表面而拋光襯底。
根據本發明的第二個方面，在襯底壓抵拋光臺的拋光表面之前，頂圈降低至預定高度。當頂圈定位于預定高度處時，開始在第一壓力下施加壓力，以使襯底與拋光表面接觸，且襯底壓抵拋光表面。具體地說，在開始施加壓力時，在低壓的第一壓力下對襯底加壓，從而使襯底與拋光表面接觸，因而使得在襯底與拋光表面接觸時襯底變形量較小。其后， 襯底在比第一壓力高的第二壓力下壓抵拋光表面，從而執行實質性拋光處理，以拋光襯底。 實質性拋光處理稱為超過二十秒的拋光處理，且可存在多個實質性拋光處理。在此實質性處理過程中，拋光液體或化學液體供應至拋光墊上，襯底壓抵拋光表面且開始與拋光表面滑動接觸，從而拋光襯底或清潔襯底。第一壓力優選處于50hl^至200hl^的范圍內，且更優選為約lOOhl^a。第一壓力應為最佳壓力，其使膜向下加壓，以使得襯底與拋光表面接觸， 同時頂圈維持在恒定高度。然而，加壓速度在不大于50hPa的壓力下變慢，且襯底在不小于200hl^的壓力下超過必要地加壓，且因而在襯底與拋光表面接觸時變形。第二壓力處于 IOhI3a至IOOOhI3a的范圍內，且更優選為30hl^至500hl^。此范圍應結合表面條件(即光潔度)和襯底或晶片材料確定。
在本發明的一個優選方面中，頂圈包括構造成形成被供應加壓流體的壓力腔的至少一個彈性膜以及用于保持所述膜的頂圈本體，所述膜構造成當壓力腔供應有加壓流體時在流體壓力下將襯底壓抵拋光表面；且預定高度等于處于0. 1毫米至2. 7毫米的范圍中的膜高度，所述膜高度定義為在襯底附著至膜且由膜保持的狀態下襯底與拋光表面之間的間隙。
在本發明的一個優選方面中，預定高度等于處于0. 1毫米至1. 2毫米的范圍中的膜高度，所述膜高度定義為在襯底附著至膜且由膜保持的狀態下襯底與拋光表面之間的間隙。
在本發明的一個優選方面中，在拋光處理中第一壓力不大于第二壓力的一半。
在本發明的一個優選方面中，第一壓力是大氣壓。
在本發明的一個優選方面中，該方法進一步包括檢測襯底壓抵拋光表面的步驟。
在本發明的一個優選方面中，在檢測到襯底壓抵拋光表面之后，在第二壓力下將頂圈壓抵拋光表面。
在本發明的一個優選方面中，使用用于轉動拋光臺的電動機的電流值變化、設置在拋光臺中的渦流傳感器、設置在拋光臺中的光學傳感器以及用于轉動頂圈的電動機的電流值變化中的至少一個檢測襯底壓抵拋光表面。
在本發明的一個優選方面中，用于沿垂直方向移動頂圈的可垂直移動機構包括滾珠絲杠以及用于轉動滾珠絲杠的電動機；且使用用于轉動滾珠絲杠的電動機的電流值變化檢測襯底壓抵拋光表面。
在本發明的一個優選方面中，頂圈包括構造成形成被供應加壓流體的壓力腔的至少一個彈性膜以及用于保持該膜的頂圈本體，所述膜構造成當壓力腔供應有加壓流體時在流體壓力下將襯底壓抵拋光表面；且使用供應至壓力腔的加壓流體的壓力變化或流速變化檢測襯底壓抵拋光表面。
根據本發明的第三個方面，提供一種通過拋光裝置拋光襯底的方法，該拋光裝置包括具有拋光表面的拋光臺、用于保持襯底并將襯底壓抵拋光表面的頂圈以及用于沿垂直方向移動頂圈的可垂直移動機構，所述方法包括在襯底壓抵拋光表面之前，將頂圈移動至預定高度；在預定壓力下推壓襯底，以使襯底與拋光表面接觸，同時將頂圈維持在預定高度；以及在開始拋光時檢測襯底與拋光表面的接觸，并將拋光條件變化為下一拋光條件。
根據本發明的第三個方面，在使襯底壓抵拋光臺的拋光表面之前，頂圈下降至預定高度。當頂圈位于預定高度時，開始在預定壓力下向襯底施加壓力，且襯底與拋光表面接觸。在開始拋光時，檢測襯底與拋光表面的接觸，且拋光條件變化至下一拋光條件，以使得用于將襯底壓抵拋光表面的拋光壓力變化至所需值，或頂圈抬升至所需高度。
在本發明的一個優選方面中，使用用于轉動拋光臺的電動機的電流值變化、設置在拋光臺中的渦流傳感器、設置在拋光臺中的光學傳感器以及用于轉動頂圈的電動機的電流值變化中的至少一個檢測襯底與拋光表面的接觸。
在本發明的一個優選方面中，用于沿垂直方向移動頂圈的可垂直移動機構包括滾珠絲杠以及用于轉動滾珠絲杠的電動機；且使用用于轉動滾珠絲杠的電動機的電流值變化檢測襯底與拋光表面的接觸。
在本發明的一個優選方面中，頂圈包括構造成形成被供應加壓流體的壓力腔的至少一個彈性膜以及用于保持該膜的頂圈本體，所述膜構造成當壓力腔供應有加壓流體時在流體壓力下將襯底壓抵所述拋光表面；且使用供應至壓力腔的加壓流體的壓力變化或流速變化檢測襯底與拋光表面的接觸。
根據本發明的第四個方面，提供一種通過拋光裝置拋光襯底的方法，該拋光裝置包括具有拋光表面的拋光臺、用于保持襯底并將所底壓抵拋光表面的頂圈以及用于沿垂直方向移動頂圈的可垂直移動機構，所述方法包括在襯底與拋光表面接觸的狀態下將頂圈移動至預定高度；以及在移動頂圈后或與移動頂圈的同時，從拋光表面將襯底附著至頂圈， 并通過頂圈保持襯底。
根據本發明的第四個方面，在拋光表面上完成襯底處理后且當襯底真空夾持至頂圈時，頂圈被移動且從在用于真空夾持襯底的襯底保持表面與頂圈本體(托架)表面之間具有小間隙的狀態下開始真空夾持襯底。相應地，由于真空夾持襯底前的間隙小，因此襯底變形容許度小，并且因而襯底變形量可極其小。
在本發明的一個優選方面中，頂圈包括構造成形成被供應加壓流體的壓力腔的至少一個彈性膜以及用于保持所述膜的頂圈本體，所述膜構造成當壓力腔供應有加壓流體時在流體壓力下將襯底壓抵拋光表面；且所述預定高度等于處于0. 1毫米至1. 7毫米的范圍中的膜高度，所述膜高度定義為在襯底通過膜壓抵拋光表面的狀態下頂圈本體與膜之間的間隙。
在本發明的一個優選方面中，預定高度等于處于0. 1毫米至1.0毫米的范圍中的膜高度，所述膜高度定義為在襯底通過膜壓抵拋光表面的狀態下頂圈本體與膜之間的間隙。
在本發明的一個優選方面中，可垂直移動機構包括用于沿垂直方向移動頂圈的滾珠絲杠以及用于轉動滾珠絲杠的電動機。
在本發明的一個優選方面中，可垂直移動機構包括包含用于測量拋光表面的高度的傳感器的機構。
根據本發明的第五個方面，提供一種拋光襯底的裝置，包括具有拋光表面的拋光臺；頂圈，其構造成通過襯底保持表面保持襯底的背面并通過卡圈保持襯底的外周邊，并構造成將襯底壓抵拋光表面；可垂直移動機構，其構造成沿垂直方向移動頂圈；以及推動器， 其構造成將襯底轉移至頂圈或從頂圈轉移；其中，推動器能夠在從頂圈接收襯底之前將卡圈的底表面向上推動至高于襯底保持表面的位置。
根據本發明的第五個方面，在從頂圈接收襯底之前，抬升推動器，且通過推動器推動卡圈的底表面，且因而卡圈的底表面位于比頂圈的襯底保持表面高的垂直位置處。因此， 襯底與襯底保持表面之間的邊界暴露。接著，舉例而言，可在襯底與襯底保持表面之間噴射加壓流體，以使得襯底釋放。因而，可以在釋放時減小施加至襯底的應力。
在本發明的一個優選方面中，頂圈具有用于被供應加壓流體的卡圈腔，卡圈腔構造成當卡圈腔供應有加壓流體時將卡圈壓抵拋光表面；且卡圈腔可連接至真空源。
在本發明的一個優選方面中，推動器包括用于在襯底保持表面與襯底之間噴射加壓流體的噴嘴，而且襯底通過從噴嘴噴射出的加壓流體從襯底保持表面移除。
在本發明的一個優選方面中，頂圈包括構造成形成被供應加壓流體的多個壓力腔的至少一個彈性膜以及用于保持所述膜的頂圈本體，所述膜構造成當所述多個壓力腔供應有加壓流體時在流體壓力下將襯底壓抵拋光表面；且當襯底從構成襯底保持表面的膜移除時，襯底在所有多個壓力腔未加壓的狀態下移除。
根據本發明，可僅通過加壓流體的作用從推動器的噴嘴移除襯底，而不需要加壓膜。因而，可減小施加至襯底的應力。
根據本發明的第六個方面，提供一種拋光襯底的裝置，包括具有拋光表面的拋光臺；頂圈，其構造成通過襯底保持表面保持襯底的背面并通過卡圈保持襯底的外周邊，并構造成將襯底壓抵拋光表面；以及可垂直移動機構，其構造成沿垂直方向移動頂圈；其中，頂圈包括構造成形成被供應加壓流體的多個壓力腔的至少一個彈性膜以及用于保持所述膜的頂圈本體，所述膜構造成當所述多個壓力腔供應有加壓流體時在流體壓力下將襯底壓抵拋光表面；且其中，當襯底從構成襯底保持表面的膜移除時，多個壓力腔中的至少一個加壓且多個壓力腔中的至少一個在真空狀態下減壓。
根據本發明的第六個方面，當壓力腔加壓以從膜移除襯底時，膜開始在襯底附著至膜的狀態下大程度地膨脹，并且因而施加至襯底的應力變大。因此，在至少一個壓力腔加壓的情況下，為了防止膜在襯底附著至膜的狀態下持續膨脹，對除了加壓的壓力腔以外的壓力腔中的至少一個減壓，以抑制膜膨脹。
根據本發明的第七個方面，提供一種拋光襯底的裝置，包括具有拋光表面的拋光臺；頂圈，其構造成通過襯底保持表面保持襯底的背面并通過卡圈保持襯底的外周邊，并構造成將襯底壓抵拋光表面；可垂直移動機構，其構造成沿垂直方向移動頂圈；其中，頂圈包括構造成形成被供應加壓流體的壓力腔的至少一個彈性膜以及用于保持所述膜的頂圈本體，所述膜構造成當壓力腔供應有加壓流體時在流體壓力下將襯底壓抵拋光表面；且其中， 可垂直移動機構可運行，以在卡圈與拋光表面接觸的狀態下將頂圈從第一位置移動至第二位置；所述第一位置定義為以下位置，在該位置中，在襯底附著至膜且由膜保持的狀態下在襯底與拋光表面之間存在間隙；所述第二位置定義為以下位置，在該位置中，在襯底通過膜壓抵拋光表面的狀態下在頂圈本體與膜之間存在間隙。
根據本發明的第七個方面，在諸如半導體晶片的襯底壓抵拋光臺的拋光表面之前，頂圈下降至第一位置，在第一位置處，襯底與拋光表面之間的間隙小。當頂圈位于第二位置時，開始施加壓力且襯底與拋光表面接觸且壓抵拋光表面。因為在開始施加壓力時襯底與拋光表面之間的間隙小，所以襯底變形容許度可較小，并且因而可抑制襯底變形。其后，頂圈移動至第二位置。
在本發明的一個優選方面中，該裝置進一步包括卡圈導向件，其固定至頂圈本體上且構造成與卡圈的圈構件滑動接觸，以引導圈構件的運動；以及連接片，其設置在圈構件與卡圈導向件之間。
根據本發明，連接片用于防止拋光液體(漿料)引入圈構件與卡圈導向件之間的間隙中。
在本發明的一個優選方面中，該裝置進一步包括被供應加壓流體的卡圈腔，卡圈腔構造成當卡圈腔供應有加壓流體時將卡圈壓抵拋光表面，卡圈腔在固定至頂圈本體上的缸體中形成；卡圈導向件，其固定至所述頂圈本體上且構造成與所述卡圈的圈構件滑動接觸，以引導所述圈構件的運動；以及帶狀物，其包括設置在缸體與卡圈導向件之間的帶狀撓性構件。
根據本發明，帶狀物用于防止拋光液體(漿料)引入缸體與卡圈導向件之間的間隙中。
在本發明的一個優選方面中，膜包括密封構件，所述密封構件在膜的邊緣處將膜連接至卡圈。
根據本發明，密封構件用于防止拋光液體引入彈性膜與圈構件之間的間隙中，同時允許頂圈本體與卡圈彼此相對移動。
在本發明的一個優選方面中，膜通過設置在膜的徑向外部的環形邊緣保持件以及設置在邊緣保持件的徑向內部的環形波紋保持件保持在所述頂圈本體的下表面上。
在本發明的一個優選方面中，波紋保持件通過多個止擋件保持在頂圈本體的下表面上。
如上所述，根據本發明，當開始向襯底施加壓力以拋光襯底時，襯底真空夾持至頂圈，或者襯底從頂圈釋放，可抑制襯底變形并可減小施加至襯底的應力。結果，可防止產生襯底缺陷或襯底損壞，進而拋光襯底，真空夾持襯底至頂圈，且以安全方式從頂圈釋放襯底。
從結合舉例圖解本發明的優選實施例的附圖進行的下文描述，本發明的上述和其他目的、特征和優點將顯而易見。


圖1是示出根據本發明的實施例的拋光裝置的整體結構的示意圖； 圖2是示出頂圈的示意橫截面圖，該頂圈構成用于保持作為待拋光物體的半導體晶片并在拋光臺上將半導體晶片壓抵拋光表面； 圖3是根據本實施例的拋光裝置的一系列拋光處理的流程圖； 圖4A、4B和4C是示出膜高度的示意圖； 圖5是示出頂圈狀態的示意圖，其中在頂圈下降前頂圈真空夾持半導體晶片； 圖6是示出頂圈狀態的示意圖，其中頂圈真空夾持半導體晶片并下降，在半導體晶片與拋光墊之間留有大間隙； 圖7A是示出在如下情況下的半導體晶片的變形狀態的示意圖，在該情況下，從如圖6所示的半導體晶片與拋光墊之間存在大間隙的狀態開始施加壓力； 圖7B是示出在如下情況下的半導體晶片的變形量的示意圖，在該情況下，從半導體晶片與拋光墊之間存在大間隙的狀態開始施加壓力； 圖7C是示出作為改進波紋腔的壓力響應度的構件的與波紋腔連通的通道的視圖； 圖8是示出本發明第一個方面的視圖，且是示出如下情況的視圖，在該情況下，用于在真空下保持晶片的頂圈下降且在晶片與拋光墊之間存在小間隙； 圖9A是示出如下狀態的示意橫截面圖，在該狀態中，從晶片與拋光墊之間存在小間隙的狀態開始向膜施加壓力； 圖9B是示出如下情況下的晶片變形量的圖，在該情況下，從晶片與拋光墊之間存在小間隙的狀態開始施加壓力； 圖10是示出如下狀態的示意圖，在該狀態下，頂圈從圖9A所示的狀態移動至最佳高度，以獲得所需拋光輪廓； 圖11是示出本發明的第二個方面的視圖，且是示出如下情況下的視圖，在該情況下，用于在真空下保持晶片的頂圈下降且在晶片與拋光墊之間存在大間隙； 圖12A是示出如下狀態的示意橫截面圖，在該狀態中，從高膜高度狀態開始向膜施加壓力； 圖12B是示出如下情況下晶片變形量的圖，在該情況下，從晶片與拋光墊之間存在小間隙的狀態開始施加壓力； 圖13是示出如下情況的示意圖，在該情況下，在圖12A所示的狀態中執行實質性拋光而不移動頂圈； 圖14是示出如下情況的示意圖，在該情況下，當在拋光墊上完成晶片處理后且當晶片真空夾持至頂圈時，在托架表面與膜背面之間存在大間隙； 圖15是示出如下情況下的晶片變形狀態的示意圖，在該情況下，從如圖14所示托架表面與膜的背面之間存在大間隙的狀態開始真空夾持晶片； 圖16A是示出如下情況下晶片狀態的示意圖，在該情況下，從托架表面與膜背面之間存在大間隙的狀態開始真空夾持晶片，該圖還示出了拋光墊具有凹槽的情況； 圖16B是示出如下情況下的晶片狀態的示意圖，在該情況下，從托架表面與膜背面之間存在大間隙的狀態開始真空夾持晶片，該圖還示出了拋光墊不具有凹槽的情況； 圖17是示出本發明的一個方面的視圖，且是示出如下情況的示意圖，在該情況下，當在拋光墊上完成晶片處理后且在晶片真空夾持至頂圈時，在托架表面與膜背面之間存在小間隙(膜高度低)； 圖18是示出如下情況下的晶片變形狀態的示意圖，在該情況下，從如17所示托架表面與膜背面之間存在小間隙的狀態開始真空夾持晶片； 圖19A是示出完成了真空夾持晶片至頂圈的狀態并且示出拋光墊具有凹槽的情況的示意圖； 圖19B是示出完成了真空夾持晶片至頂圈的狀態并且示出拋光墊不具有凹槽的情況的示意圖； 圖20是示出實驗數據的圖，而且是示出在真空夾持晶片時膜高度(托架的下表面與膜的上表面之間的間隙)與在真空夾持晶片時施加至晶片的應力之間的關系的圖； 圖21是示出頂圈和推動器的示意圖，而且是示出推動器抬升以將晶片從頂圈轉
15移至推動器的狀態的視圖； 圖22是示出推動器的詳細結構的示意圖； 圖23是示出用于從膜移除晶片的晶片釋放狀態的示意圖； 圖24A是示出當晶片從膜移除時對波紋區域加壓的情況以及示出波紋區域加壓的情況的示意圖； 圖24B是示出當晶片從膜移除時對波紋區域加壓的情況以及示出波紋區域加壓且外部區域減壓的情況的示意圖； 圖25是更詳細地示出圖1中示出的頂圈的視圖； 圖沈是更詳細地示出圖1中示出的頂圈的橫截面圖； 圖27是更詳細地示出圖1中示出的頂圈的橫截面圖； 圖觀是更詳細地示出圖1中示出的頂圈的橫截面圖； 圖四是更詳細地示出圖1中示出的頂圈的橫截面圖；以及 圖30是圖27中示出的卡圈的XXX部分的放大圖。
具體實施例方式下文將參照圖1至30描述根據本發明的實施例的拋光裝置。所有圖中類似或對應的部分由類似或對應的附圖標記表示且在下文中不重復描述。
圖1是示出根據本發明的一個實施例的拋光裝置的整體結構的示意圖。如圖1所示，拋光裝置包括拋光臺100以及構成用于保持作為待拋光物體的襯底(諸如半導體晶片) 的拋光墊的頂圈1，所述拋光墊還使襯底壓抵拋光臺100上的拋光表面。
經由臺軸100A聯接至電動機(未圖示)的拋光臺100設置在拋光臺100下方。因此，拋光臺100可繞臺軸100A轉動。拋光墊101附著至拋光臺100的上表面。拋光墊101 的上表面IOla構成用于拋光半導體晶片的拋光表面。在拋光臺100上方設置拋光液體供應噴嘴(未圖示)，以將拋光液體供應至拋光臺100上的拋光墊101上。
頂圈1連接至頂圈軸18的下端，且頂圈軸18通過可垂直移動機構M相對于頂圈頭16可垂直移動。當可垂直移動的機構M垂直移動頂圈軸18時，頂圈1整體抬升和下降， 以相對于頂圈頭16定位。頂圈軸18可通過激勵頂圈轉動電動機(未圖示)轉動。頂圈1 可通過頂圈軸18的轉動而圍繞頂圈軸18的軸線轉動。轉動接頭25安裝在頂圈軸18的上端上。
在市場上可獲得多種拋光墊。舉例而言，其中一些是羅德爾公司(Rodel he.)制造的 SUBA800、IC-1000 和 IC-1000/SUBA400 (兩層布)以及富士美公司(Fujimi Inc.)制造的 Surfin xxx_5 和 Surf in 000。SUBA800、Surf inxxx-和 Surf in 000 是聚氨酯樹脂粘合的無紡織物，且IC-1000由剛性泡沫聚氨酯(單層)制成。泡沫聚氨酯多孔且具有在其表面中形成的大量微細凹口或孔。
頂圈1構造成將諸如半導體晶片的襯底保持在其下表面上。頂圈頭16可繞頂圈頭軸114樞轉(擺動)。因此，在其下表面上保持半導體晶片的頂圈1通過頂圈頭16的樞轉運動在頂圈1接收半導體晶片的位置與拋光臺100上方的位置之間運動。頂圈1下降， 以將半導體晶片壓抵拋光墊101的表面(拋光表面)101a。此時，在頂圈1和拋光臺100分別轉動的同時，拋光液體從拋光液體供應噴嘴(未圖示)供應至拋光墊101上，所述拋光液體供應噴嘴設置在拋光臺100上方。半導體晶片開始與拋光墊101上的拋光表面IOla滑動接觸。因此，半導體晶片表面被拋光。
使頂圈軸18和頂圈1垂直移動的垂直移動機構M具有橋觀，所述橋觀支撐頂圈軸18，以使得頂圈軸18經由軸承沈、支撐在橋觀上的滾珠絲杠32、由桿130支撐的支撐平臺四以及設置在支撐平臺四上的AC伺服電動機38轉動。支撐伺服電動機38的支撐平臺四經由桿130固定至頂圈頭16上。
滾珠絲杠32具有聯接至伺服電動機38的絲杠軸3 和絲杠軸3 螺紋連接至其中的螺母32b。頂圈軸18構造成可與橋28 一起垂直移動。相應地，當驅動伺服電動機38 時，橋觀通過滾珠絲杠32垂直移動。結果，頂圈軸18和頂圈1垂直移動。拋光裝置具有距離測量傳感器70，其充當用于檢測從距離測量傳感器70到橋觀的下表面的距離、即橋 28的位置的位置檢測設備。通過利用距離測量傳感器60檢測橋觀的位置，可檢測頂圈1 的位置。距離測量傳感器70與滾珠絲杠32以及伺服電動機38 —起構成可垂直移動機構 M。距離測量傳感器70可包括激光傳感器、超聲波傳感器、渦流傳感器或線性標度傳感器。 拋光裝置具有用于控制拋光裝置中包括距離測量傳感器70和伺服電動機38的各種設備的控制器47。
本實施例中的拋光裝置具有修整單元40，該修整單元40用于修整拋光臺100上的拋光表面101a。修整單元40包括與拋光表面IOla滑動接觸的修整器50、與修整器50連接的修整器軸51、設置在修整器軸51的上端的氣缸53以及可轉動地支撐修整器軸51的擺動臂陽。修整器50具有附著至修整器50的下部的修整構件50a。修整構件50a具有針形的金剛石顆粒。這些金剛石顆粒附著在修整構件50a的下表面上。氣缸53設置在支撐平臺57上，所述支撐平臺57由桿56支撐。桿56固定至擺動臂55上。
擺動臂55通過電動機(未圖示)的致動可圍繞支撐軸58樞轉(擺動)。修整器軸51可通過電動機(未圖示)的致動而轉動。因此，修整器50可通過修整器軸51的轉動圍繞修整器軸51轉動。氣缸53經由修整器軸51使修整器50垂直移動，從而在預定壓力下將修整器50壓抵拋光墊101的拋光表面101a。
以下述方式執行拋光墊101上的拋光表面IOla的修整操作。修整器50通過氣缸 53壓抵拋光表面101a。同時，純水從純水供應噴嘴(未圖示)供應至拋光表面IOla上。在此狀態下，修整器50圍繞修整器軸51轉動，且修整構件50a的下表面(金剛石顆粒)與拋光表面IOla接觸。因而，修整器50移除拋光墊101的一部分，從而修正拋光表面101a。
本實施例中的拋光裝置利用修整器50測量拋光墊101的磨損量。具體地說，修整單元40包括用于測量修整器50的位移的位移傳感器60。位移傳感器60構成用于檢測拋光墊101的磨損量的磨損檢測設備，且設置在擺動臂55的上表面上。目標板61固定至修整器軸51上。目標板61可通過修整器50的垂直移動而垂直移動。位移傳感器60插入目標板61的孔中。位移傳感器60測量目標板61的位移，以測量修整器50的位移。位移傳感器60可包括任何類型的傳感器，包括線性標度傳感器、激光傳感器、超聲波傳感器和渦流傳感器。
在本實施例中，拋光墊101的磨損量測量如下。首先，氣缸53操作，以使修整器50 與起初已修整的未用過拋光墊101的拋光表面IOla接觸。在此狀態下，位移傳感器60測量修整器50的起始位置(起始高度值)并將起始位置存儲在控制器(算術單元)47的存儲設備中。在一個或多個半導體晶片的拋光處理完成后，修整器50與拋光表面IOla接觸。 在此狀態下，測量修整器50的位置。由于修整器50的位置以拋光墊101的磨損量向下偏移，所以控制器47計算在拋光后修整器50的起始位置與測量位置之間的差，從而獲得拋光墊101的磨損量。以此方式，基于修整器50的位置計算拋光墊101的磨損量。
當半導體晶片由圖1所示的拋光裝置拋光后，拋光墊101的厚度總是變化，因為拋光墊101逐步磨損、修整和更換。倘若半導體晶片由膨脹彈性膜壓在頂圈1中，那么半導體晶片的外周區域與彈性膜相互接觸的范圍以及半導體晶片的外周區域上的表面壓力分布根據彈性膜與半導體晶片之間的距離變化。為了防止半導體晶片上的表面壓力分布隨著拋光處理的進行而變化，有必要在拋光時使頂圈1與拋光墊101的拋光表面之間的距離保持恒定。為了使頂圈1與拋光墊101的拋光表面之間的距離保持恒定，舉例而言，有必要檢測拋光墊101的拋光表面的垂直位置并且在拋光墊101更換且如下文所述由修整器50初始修整后調整頂圈1的下降位置。檢測拋光墊101的拋光表面的垂直位置的過程將稱為頂圈的“墊探尋”。
當頂圈1的下表面或者半導體晶片的下表面開始與拋光墊101的拋光表面接觸時，通過檢測頂圈1的垂直位置(高度)進行頂圈的墊探尋。具體地說，在頂圈的墊探尋中， 頂圈1由伺服電動機38降低，同時伺服電動機38的轉數通過與伺服電動機38組合的解碼器計數。當頂圈1的下表面與拋光墊101的拋光表面接觸時，伺服電動機38上的負載增加， 且流經伺服電動機38的電流增大。通過控制器47中的電流檢測器檢測流經伺服電動機38 的電流。當檢測到的電流變大時，控制器47判斷頂圈1的下表面與拋光墊101的拋光表面接觸。同時，控制器47根據解碼器計數(積分值)計算頂圈1的下降距離(位置)，并且存儲計算出的下降距離。控制器47接著根據頂圈1的下降距離獲取拋光墊101的拋光表面的垂直位置(高度)，并且根據拋光墊101的拋光表面的垂直位置計算頂圈1的預設拋光位置。
在頂圈的墊探尋中使用的半導體晶片優選為用于墊探尋中的仿真(測試)晶片而非產品晶片。雖然在墊探尋中可使用產品晶片，但是此產品晶片上的半導體器件可能在墊探尋中破裂。在墊探尋中使用仿真晶片可有效防止此產品晶片上的半導體器件被損壞或破 m農。
伺服電動機38應優選為具有可變最大電流的伺服電動機。在墊探尋中，伺服電動機38的最大電流可調整為從約25%到約30%的值，從而防止當頂圈1的下表面或半導體晶片(仿真晶片)的下表面與拋光墊101的拋光表面接觸時半導體晶片(仿真晶片)、頂圈 1以及拋光墊101在過量負載下放置。由于頂圈1與拋光墊101接觸的時間可根據頂圈1 的下降時間或下降距離大致預測出來，所以在頂圈1與拋光墊101接觸之前應優選降低伺服電動機38的最大電流。這樣，頂圈1可快速且可靠地下降。
接著，將參照圖2描述根據本發明的拋光裝置的拋光頭(頂圈)。圖2是示出構成拋光頭的頂圈1的橫截面示意圖，所述拋光頭保持作為待拋光物體的半導體晶片并將半導體晶片壓抵拋光臺上的拋光表面。圖2僅示出了構成頂圈1的主要結構元件。
如圖2所示，頂圈1基本上包括用于將半導體晶片W壓抵拋光表面IOla的頂圈本體2(也稱為托架)以及用于直接推壓拋光表面IOla的卡圈3。頂圈本體(托架)為圓板形，且卡圈3附著至頂圈本體2的外周部分。頂圈本體2由諸如工程塑料(例如PEEK)的樹
18脂制成。如圖2所示，頂圈1具有附著至頂圈本體2的下表面的彈性膜(膜)4。彈性膜4 與頂圈1保持的半導體晶片的背面接觸。彈性膜4由高強度固(高度堅固)且耐用的橡膠材料制成，上述橡膠材料諸如乙烯基丙烯橡膠(EPDM)、聚氨酯橡膠、硅酮橡膠或其類似物。
彈性膜(膜)4具有多個同心分隔壁4，且圓形中心腔5、環形波紋腔6、環形外腔7 和環形邊緣腔8由彈性膜4與頂圈本體2的下表面之間的分隔壁如界定。具體地說，中心腔5界定在頂圈本體2的中心部分處，且波紋腔6、外腔7和邊緣腔8從頂圈本體2的中心部分到外周部分按次序同心限定。與中心腔5連通的通道11、與波紋腔6連通的通道12、 與外腔7連通的通道13以及與邊緣腔8連通的通道14形成在頂圈本體2中。與中心腔5 連通的通道11、與外腔7連通的通道13以及與邊緣腔8連通的通道14分別經由轉動接頭 25連接至通道21、23和對。各通道21、23和M經由各閥Vl_l、V3_l、V4-1以及各壓力調節器Rl、R3、R4連接至壓力調節單元30。此外，各通道21、23和對經由各閥Vl_2、V3-2、 V4-2連接至真空源31，且也經由各閥Vl-3、V3-3、V4-3連接至大氣。
另一方面，與波紋腔6連通的通道12也經由轉動接頭25連接至通道22。通道22 經由水分離槽35、閥V2-1和壓力調節器R2連接至壓力調節單元30。此外，通道22經由水分離槽35和槽V2-2連接至真空源131，且也經由閥V2-3連接至大氣。
此外，卡圈腔9形成在卡圈3緊上方，且卡圈腔9經由形成在頂圈本體(托架)2 中的通道15以及轉動接頭25連接至通道26。通道沈經由閥V5-1和壓力調節器R5連接至壓力調節單元30。另外，通道沈經由閥V5-2連接至真空源31，而且還經由閥V5-3連接至大氣。壓力調節器R1、R2、R3、R4和R5具有用于調整從壓力調節單元30分別供應到中心腔5、波紋腔6、外腔7、邊緣腔8和卡圈腔9的加壓流體壓力的壓力調整功能。壓力調節器 R1、R2、R3、R4 和 R5 以及各閥 V1-1-V1-3、V2-1-V2-3、V3-1-V3-3、V4-1-V4_3 以及 V5-1-V5-3 連接至控制器47(參見圖1)，且控制器47控制這些壓力調節器和這些閥的操作。此外，壓力傳感器P1、P2、P3、P4和P5以及流速傳感器F1、F2、F3、F4和F5分別設置在通道21、22、 23,24和洸中。
在如圖2所示構造的頂圈1中，如上所述，中心腔5界定在頂圈本體2的中心部分處，且波紋腔6、外腔7及邊緣腔8從頂圈本體2的中心部分到外周部分按次序同心界定。可通過壓力調節單元30以及壓力調節器Rl、R2、R3、R4和R5獨立控制供應至中心腔5、波紋腔6、外腔7、邊緣腔8以及卡圈腔9的流體壓力。通過此配置，可通過調整待供應至各自壓力腔的流體壓力，在半導體晶片的各自局部區域調整用于將半導體晶片W壓抵拋光墊101 的壓力，而且，可通過調節待供應至壓力腔的流體壓力調節用于將卡圈3壓抵拋光墊101的壓力。
下文將參照圖3描述如圖1和2所示的拋光裝置的一系列拋光處理。圖3是根據本實施例的拋光裝置的這一系列拋光處理的流程圖。如圖3所示，拋光處理以步驟SlOl中的拋光墊替換開始。具體地說，已磨損的拋光墊與拋光臺100分離，且嶄新的拋光墊101安裝在拋光墊100上。
嶄新的拋光墊101具有低拋光性能，因為其拋光表面不粗糙且由于拋光墊101安裝在拋光臺100上的方式或者由于拋光墊101的各自構造而具有表面起伏。為了校正上述表面起伏以使拋光墊101準備拋光，有必要修整拋光墊101，以使其拋光表面粗糙而提高拋光性能。初始表面調整(修整)稱為初始修整(步驟S102)。
接著，在步驟S103中，使用用于墊探尋的仿真晶片通過頂圈本體1執行墊探尋。如上所述，墊探尋是用于檢測拋光墊101的表面的垂直高度(位置)的過程。當頂圈1的下表面開始與拋光墊101的拋光表面接觸時，通過檢測頂圈1的垂直高度執行墊探尋。
具體地說，在墊探尋中，激勵伺服電動機38，以降低頂圈1，同時由與伺服電動機 38組合的編碼器計數伺服電動機38的旋轉數。當頂圈1的下表面接觸拋光墊101的拋光表面時，伺服電動機38上的負載增加，且流經伺服電動機38的電流增加。流經伺服電動機 38的電流由控制器47中的電流檢測器檢測。當檢測到的電流變大時，控制器判斷頂圈1的下表面是否與拋光墊101的拋光表面接觸。同時，控制器47計算頂圈1從編碼器計數(積分值)下降的距離(位置)，且存儲計算出的下降距離。控制器47接著從頂圈1的下降距離獲得拋光墊101的拋光表面的垂直高度，并在拋光前從拋光墊101拋光表面的垂直高度計算頂圈1的最佳位置。
在本實施例中，當頂圈1在拋光前位于最佳位置時，通過頂圈1保持為產品晶片的半導體晶片W的下表面(即待拋光表面)與拋光墊101的拋光表面以微小間隙間隔。
通過頂圈1保持為產品晶片的半導體晶片W的下表面(即待拋光表面)不與拋光墊101的拋光表面接觸、而是與拋光墊101的拋光表面以微小間隙間隔的頂圈本體的垂直位置被設定為控制器47中的頂圈1的最佳位置(Ηω _最佳)(步驟S103)。
接著，在步驟S104中執行修整器50的墊探尋。當修整器50的下表面在預定壓力下與拋光墊101的拋光表面接觸時，通過檢測修整器50的垂直高度進行修整器50的墊探尋。具體地說，氣缸53致動，以使修整器50與已初始修整的拋光墊101的拋光表面IOla 接觸。位移傳感器60檢測修整器50的初始位置(初始高度)，且控制器(處理器)47存儲修整器50的檢測初始位置(初始高度)。步驟S102中的初始修整處理以及步驟S104中的修整器進行的墊探尋可同時進行。具體地說，修整器50的垂直位置(初始位置)可最終在初始修整過程中檢測到，且修整器50的檢測到的垂直位置(初始高度值)可存儲在控制器 (處理器)47中。
如果步驟S102中的初始修整處理以及步驟S104中修整器進行的墊探尋同時進行，在它們之后進行步驟S103中的頂圈執行的墊探尋。
接著，頂圈1從襯底轉移裝置(推動器)接收并保持半導體晶片作為產品晶片。其后，頂圈1下降至已在步驟S103中通過頂圈進行的墊探尋獲得的預設位置(Ηω _Λβ)。在半導體晶片拋光之前，在半導體晶片的下表面與拋光墊101的拋光表面之間存在小間隙。 此時，拋光臺100與頂圈1正繞其各自的軸線旋轉。接著，位于半導體晶片的上表面處的彈性膜(膜)在施加至其上的流體的壓力下膨脹，從而將半導體晶片的下表面(待拋光表面) 壓抵拋光墊101的拋光表面。在步驟S105中，隨著拋光臺100和頂圈1彼此相對移動，半導體晶片的下表面被拋光至預定狀態，例如拋光至預定薄膜厚度。
當在步驟S105中完成半導體晶片的下表面的拋光時，頂圈1將拋光的半導體晶片轉移至襯底轉移裝置(推動器)，并從襯底轉移裝置接收待拋光的新半導體晶片。在頂圈 1正用新半導體晶片替換拋光的半導體晶片的同時，修整器50在步驟S106中修整拋光墊 101。
拋光墊101的拋光表面IOla修整如下氣缸53將修整器50壓抵拋光表面101a， 且同時純水供應噴嘴(未圖示)將純水供應至拋光表面101a。在此狀態下，修整器50圍繞修整器軸51轉動，以使修整構件50a的下表面(金剛石顆粒)與拋光表面IOla滑動接觸。 修整器50刮掉拋光墊101的表面層，且拋光表面IOla被修整。
在拋光表面IOla修整后，在步驟S106中執行修整器50進行的墊探尋。以與步驟S104相同的方式進行修整器50執行的墊探尋。雖然可在修整處理后與修整處理分離地執行修整器進行的墊探尋，但是可替換地，可最終在修整處理中執行修整器50進行的墊探尋，以使得可同時進行修整器50進行的墊探尋和修整處理。在步驟S106中，修整器50和拋光臺100應以相同速度轉動，如同步驟S104那樣。根據修整器50進行的墊探尋，在步驟 S106中檢測到修整后修整器50的垂直位置。
接著，控制器47確定在步驟S104中確定的修整器50的初始位置(初始高度值) 與步驟S106中確定的修整器50的垂直位置之間的差值，進而確定拋光墊101的磨損量 (ΔΗ)。
在步驟S107中，控制器47接著基于拋光墊101的磨損量(Δ H)以及在步驟S103 的墊探尋中已經確定的拋光時頂圈1的預設位置(Ηω _Λβ)根據下式(1)計算用于拋光下一個半導體晶片的頂圈1的最佳位置 H后-最佳=H初始-最佳+ ΔΗ …(1) 具體地說，檢測作為在拋光過程中影響頂圈1的垂直位置的因素的拋光墊101的磨損量(ΔΗ)，且基于已檢測到的拋光墊101的磨損量(ΔΗ)校正已設定的頂圈1的預設位 S (Ηω _Λβ)，進而確定用于拋光下一個半導體晶片的頂圈1的預設位置(Hj=^e)0以此方式，控制頂圈1，從而在拋光過程中總是獲取最佳垂直位置。
接著，激勵伺服電動機38，以降低將半導體晶片W保持至在步驟S107中確定的頂圈1的預設位置的頂圈1，進而在步驟S108中調整頂圈1的高度。其后，重復步驟S105至S108，直至拋光墊101磨損以拋光大量半導體晶片為止。其后，在步驟SlOl中替換拋光墊101。
如上文參照圖3中所示的流程圖描述的那樣，當拋光裝置操作時，檢測到作為在拋光時影響頂圈1的垂直位置的因素的拋光墊101的磨損量(Δ H)，且基于已檢測到的拋光墊101的磨損量(ΔΗ)校正已設定的頂圈1的預設位置(Ηω _Λβ)，進而確定用于拋光下一個半導體晶片的頂圈1的預設位置。以此方式，控制頂圈1，以在拋光過程中總是獲取最佳垂直位置。因此，僅在更換拋光墊時應執行用于在拋光時直接獲取頂圈1的預設位置的頂圈進行的墊探尋，從而導致生產率顯著提高。
接著，將參照圖4至M描述當在如圖1和2構造的拋光裝置中開始向半導體晶片施加壓力或者將半導體晶片真空夾持至頂圈時彈性膜(膜)的最佳高度。
圖4Α至4C是解釋膜高度的示意圖。圖4Α是示出以下狀態的示意圖，在該狀態中， 在半導體晶片W真空夾持至膜4的條件下限定為晶片W與拋光墊101之間的間隙的高度等于0毫米，即，“膜高度=0毫米”。可通過上述墊探尋檢測到“膜高度=0毫米”(半導體晶片與拋光墊101之間的接觸位置)。如圖4Α所示，取頂圈高度為“膜高度=0毫米”，在該頂圈高度下，半導體晶片W在半導體晶片真空夾持至頂圈的條件下與拋光墊101接觸。接著，取其中頂圈從圖4Α所示的位置向上移動X毫米的頂圈位置為“膜高度=X毫米”。舉例而言，通過借助與轉動滾珠絲杠的毫米對應的一些脈沖轉動頂圈軸電動機，從而獲得膜高度=1毫米(間隙1毫米)，進而位移1毫米。
可利用約士0. 01毫米的精度通過墊探尋檢測墊表面。此外，頂圈高度的誤差視為頂圈軸電動機的控制誤差加上滾珠絲杠的控制誤差的總誤差，并且可忽略不計地非常小。 膜高度誤差為約士0.01毫米。
圖4B是示出“膜高度=0. 5毫米”狀態的示意圖。如圖4B所示，半導體晶片W真空夾持至頂圈，且頂圈1從圖4A所示的位置抬升了 0.5毫米。頂圈1的此抬升狀態視為 “膜高度=0.5毫米”。
圖4C是示出膜高度的示意圖，該膜高度限定為在半導體晶片通過膜4壓抵拋光墊 101的條件下頂圈本體(托架)2與膜4之間的間隙。如圖4C所示，膜4下降以通過將加壓流體供應至壓力腔而將半導體晶片W壓抵拋光墊101。在此狀態中，膜高度限定為托架的下表面與膜的上表面之間的間隙。在圖4C中，托架的下表面與膜的上表面之間的間隙為0. 5 毫米，因而使得“膜高度=0. 5毫米”。在圖4A至4C中，卡圈3開始與拋光墊101的拋光表面IOla接觸。
接著，將在下文中描述拋光過程中執行的多個操作中的最佳膜高度。
(1)在開始施加壓力時 圖5是示出在頂圈1降低前真空夾持半導體晶片W的頂圈1的狀態的示意圖。如圖5所示，半導體晶片W真空夾持至頂圈1。拋光臺100和頂圈1在頂圈1真空夾持半導體晶片W的狀態下轉動，且頂圈1降低至拋光墊101上。
圖6是示出真空夾持半導體晶片W且降低的頂圈1的狀態的示意圖，其中在半導體晶片W與拋光墊101之間留有大間隙。圖7A是示出從在如圖6所示半導體晶片與拋光墊之間存在大間隙的狀態開始施加壓力的情況下半導體晶片的變形狀態的示意圖。圖7B 是示出從半導體晶片與拋光墊之間存在大間隙的狀態開始施加壓力的情況下半導體晶片的變形量的圖。在圖7B中，橫軸表示300毫米晶片的晶片平面內的測量點(毫米)，且縱軸表示當設置在拋光臺上的渦流傳感器通過轉動拋光臺而掃描半導體晶片的下表面(待拋光表面)時拋光臺每次轉動獲得的從拋光墊至半導體晶片的距離。
在圖7A所示的實例中，因為與其他區域(中心腔5、外腔7和邊緣腔8)中的加壓相比，波紋區域(波紋腔6)的加壓延遲，所以半導體晶片W變形為大致M形。如圖7A所示， 存在與開始加壓前的間隙對應的晶片變形容許量，因而晶片大程度地變形。波紋區域的加壓延遲的原因在于，膜具有用于在波紋區域中真空夾持晶片的孔，且波紋區域用作真空夾持晶片的區域，因而具有大體積的水分離槽35(參見圖2、設置在線中間，從而與其他區域相比，導致加壓響應劣化。
從圖7B中的實驗數據可見，可追蹤在開始加壓后在研磨墊101上處理晶片W的過程中使晶片變形成大體M形的方式。如圖7B所示，晶片在晶片平面內變形約0.7毫米。因此，為了減小此影響，在除了波紋區線以外的線中設置在體積上等同于水分離槽35的緩沖器，以使得各線在體積上等同，以調整相同水平處的加壓響應度。此外，可從大體積區到小體積區按次序加壓。舉例而言，在對波紋腔6加壓后，從頂圈1的中心部分到外周部分按次序對中心腔5、外腔7和邊緣腔8加壓。
此外，作為調整響應度的方式，可改變各壓力腔中的設定壓力。舉例而言，通過以比其他腔(即中心腔5、外腔7和邊緣腔8)的設定壓力高的設定壓力對具有大體積的波紋腔6進行加壓，可改善波紋腔6的增強壓力響應度。此外，作為改善波紋腔6的壓力響應度
22的方式，如圖7C所示，可設置與波紋腔連通的通道22。在如此構造的頂圈1中，當對波紋腔 6加壓時，運行壓力調節器R2，且打開閥V2-1而關閉關斷閥V2-4，這樣，可將加壓流體供應至波紋腔6，而不會穿過水分離槽35，以獲得快速壓力響應。
圖8是示出本發明的第一方面的視圖，且是示出如下情況的示意圖，在該情況下， 用于在真空下保持晶片W的頂圈1下降且晶片W與拋光墊101之間存在小間隙。在本發明的第一方面中，用于在真空下保持晶片W的頂圈1下降，且卡圈3開始與拋光墊101的拋光表面IOla接觸。在此狀態下，膜高度(即晶片W與拋光墊101之間的間隙)配置在0.1毫米至1. 7毫米的范圍內。具體地說，在用于在真空下保持晶片W的頂圈1下降且卡圈3開始與卡圈101的拋光表面IOla接觸的狀態下，頂圈1從拋光墊的垂直距離(高度)定義為 “第一高度”。
如上所述，膜高度如下其中晶片W真空夾持至頂圈且開始與拋光墊101接觸的頂圈高度取為“膜高度=O毫米”。舉例而言，在“膜高度=0. 5毫米”的狀態下，真空夾持至頂圈的晶片W與拋光墊101之間的間隙變為0. 5毫米。
當晶片W被壓抵在拋光墊101上時，晶片的下表面與拋光墊接觸，且晶片的上表面與膜的下表面接觸。因此，如果膜高度高，那么頂圈本體(托架)的下表面與膜的上表面之間的間隙增大。倘若晶片W與拋光墊101之間的間隙太小，那么晶片可能與拋光墊局部接觸，且在晶片局部區域處可能出現過度拋光。因此，根據本發明，晶片W與拋光墊101之間的間隙配置在0. 1毫米至1. 7毫米的范圍內，優選在0. 1毫米至0. 7毫米的范圍內，更優選為0.2毫米。具體地說，間隙不小于0. 1毫米的原因在于，在拋光臺100轉動過程中出現拋光臺100在垂直方向上的起伏而且在拋光臺100與頂圈軸18之間存在垂直度變化，在晶片平面內的局部區域中不再出現間隙，因而托架可能與膜接觸且在晶片的某些區域中可能出現過度加壓。另外，間隙不大于0. 7毫米的原因在于，在開始加壓時晶片的變形量不會變得太大。為了防止在開始加壓時晶片W與卡圈3強烈碰撞，理想的是，在開始加壓時，拋光臺 100與頂圈1應以50rpm或更小的低轉速轉動。或者，在可在停止拋光臺100和頂圈1的轉動的狀態下開始加壓。
圖9A是示出如下狀態的橫截面圖，在該狀態下，從晶片與拋光墊之間存在小間隙 (0. 1毫米至0. 7毫米的間隙)的狀態開始向膜施加壓力。
圖9B是示出以下情況下的晶片變形量的圖，在該情況下，從晶片與拋光墊之間存在小間隙的狀態開始施加壓力。在圖9B中，橫軸表示300毫米晶片的晶片平面內的測量點 (毫米)，且縱軸表示從拋光墊到晶片的距離，上述距離在當設置在拋光臺上的渦流傳感器通過拋光臺轉動而掃描晶片的下表面(待拋光表面)時每執行一次拋光臺旋轉時獲得。舉例而言，從“膜高度=0. 2毫米”狀態向膜施加壓力，晶片W與拋光墊101接觸且壓抵拋光墊101。此時，膜以與晶片和拋光墊之間的間隙對應的量膨脹，且因而晶片與拋光墊之間的間隙不再存在。相反，托架的下表面與膜的上表面之間的間隙變為0.2毫米。其后，頂圈移動至最佳高度，以獲得所需拋光輪廓。
從圖9B的實驗數據可見，可追蹤在開始加壓后將晶片W壓抵拋光墊101的過程中晶片不變形的方式。
圖10是示出以下狀態的示意圖，在該狀態下，頂圈1從圖9A所示的狀態移動至最佳高度，以獲得所需拋光輪廓。圖10示出了膜高度，該膜高度定義為在晶片W通過膜4壓抵拋光墊101的狀態下頂圈本體(托架)2與膜4之間的間隙。在此情況下，如果應增大晶片邊緣部分的切削量，且如果應降低晶片邊緣部分的切削量，那么應當以高膜高度拋光晶片。 這是因為倘若膜高度高，那么歸因于膜的張力，垂直方向的膜伸長增加從而增大壓力損耗， 因而降低了施加至晶片的邊緣部分的壓力。根據本發明，在晶片W壓抵拋光墊101之后，頂圈移動，以使得膜高度變為0. 1毫米至2. 7毫米的范圍內，優選0. 1毫米至1. 2毫米的范圍內，且接著拋光晶片W。具體地說，當在用于在真空下保持晶片W的頂圈1下降且卡圈3與拋光墊101的拋光表面IOla接觸的狀態下頂圈1移動以從“第一高度”獲取更需要的拋光輪廓時，從拋光墊到頂圈的垂直距離定義為“第二高度”。
圖11是示出本發明的第二方面的視圖，且是示出以下情況的示意圖，在該情況下，用于在真空下保持晶片W的頂圈1下降且在晶片W與拋光墊101之間存在大間隙。如圖11所示，在本發明的第二方面中，晶片W與拋光墊101之間的間隙在開始加壓時大。具體地說，在開始加壓時，在晶片W真空夾持至膜4的狀態下，定義為晶片W與拋光墊101之間的間隙的膜高度大。
圖12A是示出以下狀態的橫截面圖，在該狀態下，從高膜高度狀態開始向膜施加壓力。圖12B是示出在如下情況下的晶片變形量的圖，在該情況下，從晶片與拋光墊之間的大間隙狀態下開始施加壓力。在圖12B中，橫軸表示300毫米晶片的晶片平面內的測量點 (毫米)，縱軸表示拋光墊到晶片的距離，該距離在當設置在拋光臺上的渦流傳感器通過拋光臺轉動而掃描晶片的下表面(待拋光表面)時每執行一次拋光臺旋轉時獲得。如圖12A 所示，在低壓下從高膜高度狀態向膜施加壓力，晶片W與拋光墊101接觸且壓抵拋光墊101。 此時，膜以與晶片與拋光墊之間的間隙對應的量膨張，且晶片與拋光墊之間的間隙不再存在。相反，形成托架的下表面與膜的上表面之間的間隙。即使當開始施加壓力時晶片與拋光墊之間的間隙(等于定義為在晶片W真空夾持至膜4的狀態下晶片W與拋光墊101之間的間隙的膜高度)大時，可通過在低壓下對膜加壓以使晶片與拋光墊接觸使晶片的變形量小。
在此情況下，低壓意味著在實質性拋光時不高于膜壓力的壓力，且需要此低壓小于在實質性拋光時的一半。此外，實質性拋光處理稱為超過二十秒的拋光處理，且可存在多次實質性拋光處理。在此實質性拋光處理過程中，拋光液體或化學液體供應在拋光墊上，晶片(襯底)壓抵拋光表面且與拋光表面滑動接觸，進而拋光晶片或清潔晶片。代替在低壓下對膜加壓以使晶片與拋光墊接觸，膜暴露在大氣壓下，以使晶片與拋光墊接觸，從而使得晶片變形量可小。從圖12B的實驗數據可見，可追蹤在開始加壓后將晶片W壓抵拋光墊101 的過程中晶片不變形的狀態。
圖13是示出以下情況的示意圖，在該情況下，在圖12A所示的狀態下執行實質性拋光而無需移動頂圈1。根據圖12A和13所示的方法，可以執行晶片拋光，而不改變開始加壓時與開始加壓后實質性拋光時之間(即所述相繼步驟之間)的頂圈高度。如上所述，當通過在低壓下對膜加壓或者允許膜暴露至大氣壓下使晶片與拋光墊接觸后，在實質性拋光壓力下對膜加壓，進而拋光晶片。
根據本發明，作為檢測晶片W與拋光墊101接觸的方法或者檢測將晶片W壓抵拋光墊101的方法，可使用設置在拋光臺100中的渦流傳感器或光學反射強度測量設備，或者可利用拋光臺100的扭矩變化而使用臺轉動電動機的電流值變化。此外，可使用頂圈轉動電動機的電流值變化或用于抬升或下降頂圈的滾珠絲杠驅動電動機的電流值變化。另外， 當晶片與拋光墊接觸后，不出現膜體積增大，因而可使用膜加壓流體的壓力變化或流速變化。
在上述實施例中，雖然已分別描述了本發明的第一和第二方面，但是可在低壓下從晶片與拋光墊之間存在小間隙(例如0.2毫米的間隙)的狀態對膜進行加壓。
(2)真空夾持晶片時 在拋光墊101上完成晶片處理后，將晶片W真空夾持至頂圈1，且抬升頂圈1并接著將頂圈1移動至襯底轉移裝置(推動器)，在襯底轉移裝置處，從頂圈1移除晶片W。在此情況下，在中心腔5中在約-IOkPa的真空壓力下執行晶片真空夾持且在波紋腔6中在約-SOkPa的真空壓力下執行晶片真空夾持。
圖14是如下情況的示意圖，在該情況下，在拋光墊上完成晶片處理后，且當將晶片W真空夾持至頂圈1時，在托架的表面與膜的背面之間存在大間隙(膜高度高)。圖15 是示出如下情況下的晶片變形狀態的示意圖，在該情況下，從如圖14所示的膜的背面與托架的表面之間存在大間隙的狀態開始真空夾持晶片。在圖15所示的實例中，存在與開始真空夾持晶片前的間隙對應的晶片變形容許度，并且因而可使晶片大程度變形。
圖16A和16B是示出如下情況下的晶片狀態的示意圖，在該情況下，從托架的表面與膜的背面之間的大間隙狀態開始真空夾持晶片。圖16A示出了拋光墊具有凹槽的情況， 且圖16B示出了拋光墊不具有凹槽的情況。如圖16A所示，在對具有凹槽的墊進行拋光的情況下，從拋光墊101移除晶片W并將晶片W真空夾持至頂圈1。然而，如圖15所示，當將晶片真空夾持至頂圈后，晶片立即具有較大變形，且因而存在晶片破裂或損壞的可能性。如圖16B所示，在對不具有凹槽的墊拋光的情況下，不可從拋光墊101移除晶片W且形成晶片 W的大變形。在圖16B所示的實例中，存在與開始真空夾持晶片前的間隙對應的晶片變形容許度，并且因而可使晶片大程度變形。
圖17是示出本發明的一個方面的視圖，還是示出如下情況的示意圖，在該情況下，當在拋光墊上完成晶片處理后且當晶片W真空夾持至頂圈1時，在托架表面與膜的背面之間存在小間隙(膜高度低)。圖18是示出如下情況下的晶片變形狀態的示意圖，在該情況下，從如圖17所示在托架的表面與膜的背面之間存在小間隙的狀態開始真空夾持晶片。 在圖18所示的實例中，因為真空夾持晶片前的間隙小，所以晶片變形容許度小，并且因而晶片變形量可極其小。
如上所述，在定義為在晶片W壓抵拋光墊101時頂圈本體(托架)2與膜4之間的間隙的膜高度處于0. 1毫米至1.2毫米的范圍內的狀態下進行實質性拋光處理以及諸如水拋光的清潔處理。接著，在真空夾持晶片時，理想的是，移動頂圈，以使得膜高度處于0. 1毫米至0.4毫米的范圍內。當頂圈真空夾持晶片且從拋光墊移除晶片時，拋光表面與晶片之間以小間隙間隔。因此，供應至拋光表面的液體流經間隙，且出現從拋光表面移除晶片的障礙。相應地，當頂圈在晶片上施加吸引力時，待供應至拋光表面上的液體量減少，從而允許空氣進入晶片與拋光表面之間，進而減小了用于向拋光表面拉動晶片的吸取力，即，減小了在晶片與拋光表面之間產生的負壓力。為了減小晶片變形量，在真空夾持晶片時的真空壓力可處于至-SOkPa的范圍中，從而產生弱吸取力。此外，通過減小施加至晶片的應力以及在真空夾持晶片時晶片的變形量，可減少諸如晶片上的殘余磨粒的晶片缺陷。
25 圖19A和19B是示出如下狀態的示意圖，在該狀態中，已完成將晶片W真空夾持至頂圈1。圖19A示出了拋光墊具有凹槽的情況，圖19B示出了拋光墊不具有凹槽的情況。如圖19A所示，在具有凹槽的拋光墊的情況下，因為真空夾持晶片前的間隙小，所以晶片變形容許度小，并且因而晶片可真空夾持至頂圈而不會導致晶片變形。如圖19B所示，在不具有凹槽的拋光墊的情況下，通常在完成頂圈懸垂操作之前不從拋光墊移除晶片。然而，因為變形容許度小，所以晶片變形量可極其小。也就是說，晶片可真空夾持至頂圈，而不會導致晶片變形。
圖20是示出實驗數據的圖，而且是示出在真空夾持晶片時膜高度(托架的下表面與膜的上表面之間的間隙)與在真空夾持晶片時施加至晶片的應力之間的關系的圖。在圖 20中，橫軸表示開始真空夾持晶片時的膜高度(毫米)，縱軸表示在真空夾持晶片時施加至晶片的應力。圖20示出了拋光墊具有凹槽的情況以及拋光墊不具有凹槽的情況。從圖20 中明顯可知，在具有凹槽的拋光墊的情況下，如果膜高度變為不低于0. 6毫米，那么在真空夾持晶片時晶片的變形量變大。相應地，施加至晶片的應力增大。在不具有凹槽的拋光墊的情況下，由于在真空夾持晶片時不可從拋光墊移除晶片，因此施加至晶片的應力隨著膜高度增大而逐漸增大。
(3)釋放晶片時 在拋光墊101上完成晶片處理后，晶片W真空夾持至頂圈1，且抬升頂圈1并接著將頂圈1移動至襯底轉移裝置(推動器)，在該襯底轉移裝置處，從頂圈1移除晶片W。
圖21是示出頂圈1和推動器150的示意圖，并且是示出推動器升高以將晶片從頂圈1轉移至推動器150的狀態的圖。如圖21所示，推動器150包括能夠與卡圈3的外周表面配合以使頂圈1居中布置的頂圈導向件151、用于當晶片在頂圈1與推動器150之間轉移時支撐晶片的推動器臺152、用于垂直移動推動器臺152的氣缸(未圖示)以及用于垂直移動推動器臺152和頂圈導向件151的氣缸(未圖示)。
接著，將詳細描述將晶片W從頂圈1轉移到推動器150的操作。在頂圈1移動到推動器150上方后，推動器150的頂圈導向件151和推動器臺152抬升，且頂圈導向件151 與卡圈3的外周表面配合，以實現頂圈1和推動器150的居中布置。此時，頂圈導向件151 將卡圈3向上推動，且同時，在卡圈腔9中形成真空，進而快速抬升卡圈3。接著，當完成推動器抬升時，卡圈3的底表面由頂圈導向件151的上表面推動，且因而位于比膜4的下表面高的垂直位置處。因此，晶片與膜之間的邊界暴露。在圖21所示的實例中，卡圈3的底表面位于在比膜的下表面高1毫米的位置處。其后，停止將晶片W真空夾持至頂圈1，且執行晶片釋放操作。代替抬升晶片，可使頂圈下降，以在推動器與頂圈之間配置所需的位置關系。
圖22是示出推動器150的詳細結構的示意圖。如圖22所示，推動器150具有頂圈導向件151、推動器臺152以及形成在頂圈導向件151中用于噴射流體的釋放噴嘴153。 在頂圈導向件151的周向以一定間隔設置多個釋放噴嘴153，從而沿頂圈導向件151的徑向向內方向噴射加壓氮和純水的混合流體。因而，包括加壓氮和純水的混合流體的釋放射流在晶片W與膜4之間噴射，進而執行晶片釋放而從膜移除晶片。
圖23是示出晶片釋放而從膜移除晶片的狀態的示意圖。如圖23所示，因為晶片W 與膜4之間的邊界暴露，所以可以在膜4暴露至大氣壓的狀態下從釋放噴嘴153在晶片與膜4之間噴射釋放射流，而無需對膜4加壓，即，無需向晶片W施加應力。雖然加壓氮與純水的混合流體從釋放噴嘴153噴射出來，但是，可從釋放噴嘴153僅噴射出加壓氣體或加壓液體。此外，可從釋放噴嘴153中噴射出其他組合的加壓流體。在一些情況下，依據晶片的背面的狀況，膜與晶片的背面之間的附著力強，而且難以從膜移除晶片。在這些情況下，應在不高于0. IMpa的低壓下加壓波紋區域(波紋腔6)，以輔助晶片移除。
圖24A和24B是示出當從膜移除晶片時加壓波紋區域的情況下的示意圖。圖24A 示出了波紋區域加壓的情況，圖24B示出了波紋區域加壓且外部區域減壓的情況。如圖24A 所示，當波紋區域(波紋腔6)加壓時，在晶片W附著至膜4的狀態下膜4持續大程度膨脹 (因而，施加至晶片的應力大)。接著，如圖24B所示，在波紋區域(波紋腔6)加壓的情況下，為了防止在晶片W附著至膜4的狀態下膜持續膨脹，波紋區域以外的區域減壓，以抑制膜4膨脹。在圖24B所示的實例中，外部區域(外腔7)減壓。
接著，下文將詳細描述適于在本發明中使用的頂圈1的具體結構。圖25至四是示出沿著頂圈1的多個徑向的頂圈1的橫截面圖。圖25至四是更詳細示出圖2中的頂圈1的視圖。如圖25至四所示，頂圈1具有用于將半導體晶片W壓抵拋光表面IOla的頂圈本體2以及用于直接推壓拋光表面IOla的卡圈3。頂圈本體2包括圓板形式的上構件 300、附著至上構件300的下表面的中間構件304以及附著至中間構件304的下表面的下構件306。卡圈3附著至頂圈本體2的上構件300的周邊部分。如圖沈所示，上構件300通過螺栓308與頂圈軸111相連。此外，中間構件304通過螺栓309固定至上構件300，且下構件306通過螺栓310固定至上構件300。包括上構件300、中間構件304、下構件306的頂圈本體2由諸如工程塑料的樹脂(例如PEEK)制成。上構件300可由諸如SUS或鋁的金屬制成。
如圖25所示，頂圈1具有附著至下構件306的下表面的彈性膜4。彈性膜4與頂圈1保持的半導體晶片的背面接觸。彈性膜4通過在徑向外部設置的環形邊緣保持件316 以及在邊緣保持件316的徑向內部設置的環形波紋保持件318和319保持在下構件306的下表面上。彈性膜4由諸如乙丙橡膠(EPDM)、聚氨酯橡膠、硅酮橡膠或其類似物的高強度且耐用的橡膠材料制成。
邊緣保持件316由波紋保持件318保持，且波紋保持件318通過多個止擋件320 保持在下構件300的下表面上。如圖沈所示，波紋保持件319通過多個止擋件322保持在下構件306的下表面上。如圖13所示，止擋件320和止擋件322沿頂圈1的周向以相等間隔配置。
如圖25所示，中心腔5形成在彈性膜4的中心部分處。波紋保持件319具有與中心腔5連通的通道324。下構件306具有與通道3M連通的通道325。波紋保持件319的通道324以及下構件306的通道325連接至流體供應源(未圖示)。因而，加壓流體通過通道325和3 供應至由彈性膜4形成的中心腔5。
波紋保持件318具有用于將彈性膜4的波紋314b壓抵下構件306的下表面的爪318b。波紋保持件319具有用于將彈性膜4的波紋31 壓抵下構件306的下表面的爪 319a。彈性膜34的邊緣3Hc通過波紋保持件318的爪318c壓抵邊緣保持件316。
如圖27所示，環形波紋腔6形成于彈性膜4的波紋31 與波紋314b之間。間隙 314f形成于彈性膜4的波紋保持件318與波紋保持件319之間。下構件306具有與間隙 314f連通的通道342。此外，如圖25所示，中間構件304具有與下構件306的通道342連通的通道344。環形凹槽347形成于下構件306的通道342與中間構件304的通道344之間的連接部分處。下構件306的通道342經由環形凹槽347以及中間構件304的通道344 連接至流體供應源(未圖示)。因而，加壓流體通過通道供應至波紋腔6。此外，通道342 選擇性地連接至真空泵(未圖示)。當真空泵運行時，半導體晶片通過吸取附著至彈性膜4 的下表面。
如圖觀所示，波紋保持件318具有與由彈性膜4的波紋314b和邊緣3Hc形成的環形外腔7連通的通道326。此外，下構件306具有經由連接器327與波紋保持件318的通道3 連通的通道328。中間構件304具有與下構件306的通道3 連通的通道329。波紋保持件318的通道3 經由下構件306的通道3 和中間構件304的通道3 連接至流體供應源(未圖示)。因而，加壓流體通過通道329、3觀和326供應至由彈性膜4形成的外腔7。
如圖四所示，邊緣保持件316具有用于將彈性膜4的邊緣314d保持在下構件306 的下表面上的爪。邊緣保持件316具有與由彈性膜4的邊緣3Hc和314d形成的環形邊緣腔8連通的通道334。下構件306具有與邊緣保持件316的通道334連通的通道336。中間構件304具有與下構件306的通道336連通的通道338。邊緣保持件316的通道334經由下構件306的通道336和中間構件304的通道338連接至流體供應源。因而，加壓流體通過通道338、336和334供應至由彈性膜4形成的邊緣腔8。中心腔8、波紋腔6、外腔7、邊緣腔8和卡圈9經由調節器Rl至R5 (未圖示)以及閥Vl-l-Vl-3、V2-l-V2-3、V3-l-V3-3、 V4-1-V4-3和V5-1-V5-3 (未圖示)連接至流體供應源，如圖2所示的實施例那樣。
如上所述，根據本實施例中的頂圈1，可通過調整待供應至在彈性膜4與下構件 306之間形成的各個壓力腔(即，中心腔5、波紋腔6、外腔7和邊緣腔8)的流體壓力，在半導體晶片的局部區域處調整用于將半導體晶片壓抵拋光墊101的壓力。
圖30是圖27所示的卡圈的XXX部分的放大圖。卡圈3用于保持半導體晶片的周邊。如圖30所示，卡圈3具有圓柱形的缸體400、附著至缸體300的上部的保持件402、通過保持件402保持在缸體400中的彈性膜404、連接至彈性膜404的下端的活塞406以及由活塞406向下推壓的圈構件408。
圈構件408包括聯接至活塞406的上圈構件408a和與拋光表面IOla接觸的下圈構件408b。上圈構件408a與下圈構件408b通過多個螺栓409聯接。上圈構件408a由諸如SUS的金屬或諸如陶瓷的材料構成。下圈構件408b由諸如PEEK或PPS的樹脂材料構成。
如圖30所示，保持件402具有與由彈性膜404形成的卡圈腔9連通的通道412。 上構件300具有與保持件402的通道412連通的通道414。保持件402的通道412經由上構件300的通道414連接至流體供應源(未圖示)。因而，加壓流體通過通道414和412供應至卡圈腔9。相應地，通過調整待供應至卡圈腔9的流體壓力，彈性膜404可膨脹及收縮， 從而垂直移動活塞406。因此，卡圈3的圈構件408可在所需壓力下壓抵拋光墊101。
在示范性例舉的實例中，彈性膜404采用由具有彎曲部分的彈性膜形成的滾動隔膜。當由滾動隔膜界定的腔中的內壓變化時，滾動隔膜的彎曲部分滾動，從而使腔變寬。隔膜不與外部組件滑動接觸，且當腔變寬時很少膨脹和收縮。相應地，由于活動接觸導致的摩擦可極大地降低，且隔膜壽命可延長。此外，可精確調整卡圈3壓在拋光墊101上的壓力。
利用上述配置，可僅降低卡圈3的圈構件408。相應地，即使在卡圈3的圈構件408磨損時，可通過使由包括極低摩擦材料的滾動隔膜形成的腔451的空間變寬而將卡圈3的壓力維持在恒定水平，而不需改變下構件306與拋光墊101之間的距離。此外，由于與拋光墊101接觸的圈構件408以及缸體400通過可變形的彈性膜404連接，不存在由偏載產生的彎矩。相應地，卡圈3產生的表面壓力可保持一致，且卡圈3更易于跟隨拋光墊101。
此外，如圖30所示，卡圈3具有用于引導圈構件408的垂直移動的圈形卡圈導向件410。圈形卡圈導向件410包括位于圈構件408的外周側以圍繞圈構件408的上部的外周部分410a、位于圈構件408的內周側的內周部分410b以及構造成連接外周部分410a和內周部分410b的中間部分410c。卡圈導向件410的內周部分410b通過多個螺栓411固定至頂圈1的下構件306。構造成連接外周部分410a和內周部分410b的中間部分410c具有多個開口 410h，所述開口 410h以相等間隔沿中間部分410c的周向形成。
如圖25至30所示，可沿垂直方向膨脹和收縮的連接片420設置在圈構件408的外周表面與卡圈導向件410的下端之間。連接片420設置成填充圈構件408與卡圈導向件 410之間的間隙。因而，連接片420用于防止拋光液體(漿料)引入圈構件408與卡圈導向件410之間的間隙中。包括帶狀撓性構件的帶狀物421設置在缸體400的外周表面與卡圈導向件410的外周表面之間。帶狀物421設置成覆蓋缸體400與卡圈導向件410之間的間隙。因而，帶狀物421用于防止拋光液體(漿料)引入缸體400與卡圈導向件410之間的間隙中。
彈性膜4包括密封部分(密封構件)422，所述密封部分422在彈性膜4的邊緣(周邊)314d處將彈性膜4連接至卡圈3。密封部分422具有向上彎曲的形狀。密封部分422 設置成填充彈性膜4與圈構件408之間的間隙。密封部分422優選由可變形材料制成。密封部分422用于防止拋光液體引入彈性膜與卡圈3之間的間隙中，同時允許頂圈本體2和卡圈3彼此相對移動。在本實施例中，密封部分422與彈性膜4的邊緣314b整體形成且具有U型橫截面。
倘若未設置連接片420、帶狀物421和密封部分422，拋光液體或者用于拋光物體的液體可能引入頂圈1內部，從而抑制頂圈1的卡圈3和頂圈本體2的正常操作。根據本實施例，連接片420、帶狀物421以及密封部分422防止拋光液體引入頂圈1的內部。相應地，可使頂圈1正常運行。彈性膜404、連接片420以及密封部分422由諸如乙烯基丙烯橡膠(EPDM)、聚氨酯橡膠、硅酮橡膠或其類似物的高強度且耐久的橡膠材料制成。
在迄今使用的夾板浮動型頂圈中，倘若卡圈3磨損，那么半導體晶片與下構件306 之間的距離變化，以改變彈性膜4的變形方式。因而，半導體晶片上的表面壓力分布也會變化。表面壓力分布的這種變化導致拋光半導體晶片的不穩定拋光輪廓。
根據本實施例，因為卡圈3可獨立于下構件306垂直移動，所以即使卡圈3的圈構件408磨損，也可維持半導體晶片與下構件306之間的恒定距離。相應地，可穩定半導體晶片的拋光輪廓。
雖然已示出并詳細描述了本發明的一些優選實施例，但是應理解，可在不偏離后附權利要求書的范圍的情況下進行各種變化和修改。
實用性 本發明適用于將待拋光物體或諸如半導體晶片的襯底拋光至平坦鏡面光潔度的方法和裝置。
權利要求
1.一種通過拋光裝置拋光襯底的方法，該拋光裝置包括具有拋光表面的拋光臺、用于保持襯底并將所述襯底壓抵所述拋光表面的頂圈以及用于沿垂直方向移動所述頂圈的可垂直移動機構，所述方法包括在所述襯底壓抵所述拋光表面之前，將所述頂圈移動至第一高度；以及在所述襯底壓抵所述拋光表面之后，將所述頂圈移動至第二高度。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述頂圈包括構造成形成被供應加壓流體的壓力腔的至少一個彈性膜以及用于保持所述膜的頂圈本體，所述膜構造成當所述壓力腔供應有所述加壓流體時在流體壓力下將所述襯底壓抵所述拋光表面；且其中，所述第一高度等于處于0.1毫米至1.7毫米的范圍中的膜高度，所述膜高度定義為在所述襯底附著至所述膜且由所述膜保持的狀態下所述襯底與所述拋光表面之間的間隙。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一高度等于處于0.1毫米至0.7毫米的范圍中的膜高度，所述膜高度定義為在所述襯底附著至所述膜且由所述膜保持的狀態下所述襯底與所述拋光表面之間的間隙。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述頂圈包括構造成形成被供應加壓流體的壓力腔的至少一個彈性膜以及用于保持所述膜的頂圈本體，所述膜構造成當所述壓力腔供應有所述加壓流體時在流體壓力下將所述襯底壓抵所述拋光表面；且其中，所述第二高度等于處于0.1毫米至2. 7毫米的范圍中的膜高度，所述膜高度定義為在所述襯底通過所述膜壓抵所述拋光表面的狀態下所述頂圈本體與所述膜之間的間隙。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二高度等于處于0.1毫米至1.2毫米的范圍中的膜高度，所述膜高度定義為在所述襯底通過所述膜壓抵所述拋光表面的狀態下所述頂圈本體與所述膜之間的間隙。
6.如權利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，進一步包括檢測所述襯底壓抵所述拋光表面的步驟。
7.如權利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，在檢測所述襯底壓抵所述拋光表面之后，所述頂圈移動至所述第二高度。
8.如權利要求6所述的方法，其特征在于，使用用于轉動所述拋光臺的電動機的電流值變化、設置在所述拋光臺中的渦流傳感器、設置在所述拋光臺中的光學傳感器以及用于轉動所述頂圈的電動機的電流值變化中的至少一個檢測所述襯底壓抵所述拋光表面。
9.如權利要求7所述的方法，其特征在于，使用用于轉動所述拋光臺的電動機的電流值變化、設置在所述拋光臺中的渦流傳感器、設置在所述拋光臺中的光學傳感器以及用于轉動所述頂圈的電動機的電流值變化中的至少一個檢測所述襯底壓抵所述拋光表面。
10.如權利要求6所述的方法，其特征在于，用于沿垂直方向移動所述頂圈的所述可垂直移動機構包括滾珠絲杠以及用于轉動所述滾珠絲杠的電動機；且其中，使用所述用于轉動所述滾珠絲杠的電動機的電流值變化來檢測所述襯底壓抵所述拋光表面。
11.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述頂圈包括構造成形成被供應加壓流體的壓力腔的至少一個彈性膜以及用于保持該膜的頂圈本體，所述膜構造成當所述壓力腔供應有所述加壓流體時在流體壓力下將所述襯底壓抵所述拋光表面；且其中，使用供應至所述壓力腔的加壓流體的壓力變化或流速變化檢測所述襯底壓抵所述拋光表面。
12.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述可垂直移動機構包括用于沿垂直方向移動所述頂圈的滾珠絲杠以及用于轉動所述滾珠絲杠的電動機。
13.如權利要求12所述的方法，其特征在于，所述可垂直移動機構包括包含用于測量所述拋光表面的高度的傳感器的機構。
14.一種通過拋光裝置拋光襯底的方法，該拋光裝置包括具有拋光表面的拋光臺、用于保持襯底并將所述襯底壓抵所述拋光表面的頂圈以及用于沿垂直方向移動所述頂圈的可垂直移動機構，所述方法包括在所述襯底壓抵所述拋光表面之前，將所述頂圈移動至預定高度；在第一壓力下將所述襯底壓抵所述拋光表面，同時將所述頂圈維持在所述預定高度；以及在所述第一壓力下將所述襯底壓抵所述拋光表面之后，通過在比所述第一壓力高的第二壓力下將所述襯底壓抵所述拋光表面而拋光所述襯底。
15.如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述頂圈包括構造成形成被供應加壓流體的壓力腔的至少一個彈性膜以及用于保持所述膜的頂圈本體，所述膜構造成當所述壓力腔供應有所述加壓流體時在流體壓力下將所述襯底壓抵所述拋光表面；且其中，所述預定高度等于處于0. 1毫米至2. 7毫米的范圍中的膜高度，所述膜高度定義為在所述襯底附著至所述膜且由所述膜保持的狀態下所述襯底與所述拋光表面之間的間隙。
16.如權利要求15所述的方法，其特征在于，所述預定高度等于處于0.1毫米至1.2毫米的范圍中的膜高度，所述膜高度定義為在所述襯底附著至所述膜且由所述膜保持的狀態下所述襯底與所述拋光表面之間的間隙。
17.如權利要求14所述的方法，其特征在于，在所述拋光處理中所述第一壓力不大于所述第二壓力的一半。
18.如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述第一壓力是大氣壓。
19.如權利要求14所述的方法，其特征在于，進一步包括檢測所述襯底壓抵所述拋光表面的步驟。
20.如權利要求14所述的方法，其特征在于，在檢測所述襯底壓抵所述拋光表面之后， 在所述第二壓力下將所述頂圈壓抵所述拋光表面。
21.如權利要求19所述的方法，其特征在于，使用用于轉動所述拋光臺的電動機的電流值變化、設置在所述拋光臺中的渦流傳感器、設置在所述拋光臺中的光學傳感器以及用于轉動所述頂圈的電動機的電流值變化中的至少一個檢測所述襯底壓抵所述拋光表面。
22.如權利要求20所述的方法，其特征在于，使用用于轉動所述拋光臺的電動機的電流值變化、設置在所述拋光臺中的渦流傳感器、設置在所述拋光臺中的光學傳感器以及用于轉動所述頂圈的電動機的電流值變化中的至少一個檢測所述襯底壓抵所述拋光表面。
23.如權利要求19所述的方法，其特征在于，用于沿垂直方向移動所述頂圈的所述可垂直移動機構包括滾珠絲杠以及用于轉動所述滾珠絲杠的電動機；且其中，使用所述用于轉動所述滾珠絲杠的電動機的電流值變化檢測所述襯底壓抵所述拋光表面。
24.如權利要求19所述的方法，其特征在于，所述頂圈包括構造成形成被供應加壓流體的壓力腔的至少一個彈性膜以及用于保持該膜的頂圈本體，所述膜構造成當所述壓力腔供應有所述加壓流體時在流體壓力下將所述襯底壓抵所述拋光表面；且其中，使用供應至所述壓力腔的所述加壓流體的壓力變化或流速變化檢測所述襯底壓抵所述拋光表面。
25.如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述可垂直移動機構包括用于沿垂直方向移動所述頂圈的滾珠絲杠以及用于轉動所述滾珠絲杠的電動機。
26.如權利要求25所述的方法，其特征在于，所述可垂直移動機構包括包含用于測量所述拋光表面的高度的傳感器的機構。
27.一種通過拋光裝置拋光襯底的方法，該拋光裝置包括具有拋光表面的拋光臺、用于保持襯底并將所述襯底壓抵所述拋光表面的頂圈以及用于沿垂直方向移動所述頂圈的可垂直移動機構，所述方法包括在所述襯底壓抵所述拋光表面之前，將所述頂圈移動至預定高度；在預定壓力下推壓所述襯底，以使所述襯底與所述拋光表面接觸，同時將所述頂圈維持在所述預定高度；以及在開始拋光時檢測所述襯底與所述拋光表面的接觸，并將拋光條件變化為下一拋光條件。
28.如權利要求27所述的方法，其特征在于，使用用于轉動所述拋光臺的電動機的電流值變化、設置在所述拋光臺中的渦流傳感器、設置在所述拋光臺中的光學傳感器以及用于轉動所述頂圈的電動機的電流值變化中的至少一個檢測所述襯底與所述拋光表面的接觸。
29.如權利要求27所述的方法，其特征在于，用于沿垂直方向移動所述頂圈的所述可垂直移動機構包括滾珠絲杠以及用于轉動所述滾珠絲杠的電動機；且其中，使用所述用于轉動所述滾珠絲杠的電動機的電流值變化檢測所述襯底與所述拋光表面的接觸。
30.如權利要求27所述的方法，其特征在于，所述頂圈包括構造成形成被供應加壓流體的壓力腔的至少一個彈性膜以及用于保持該膜的頂圈本體，所述膜構造成當所述壓力腔供應有所述加壓流體時在流體壓力下將所述襯底壓抵所述拋光表面；且其中，使用供應至所述壓力腔的所述加壓流體的壓力變化或流速變化檢測所述襯底與所述拋光表面的接觸。
31.如權利要求27所述的方法，其特征在于，所述可垂直移動機構包括用于沿垂直方向移動所述頂圈的滾珠絲杠以及用于轉動所述滾珠絲杠的電動機。
32.如權利要求31所述的方法，其特征在于，所述可垂直移動機構包括包含用于測量所述拋光表面的高度的傳感器的機構。
33.一種通過拋光裝置拋光襯底的方法，該拋光裝置包括具有拋光表面的拋光臺、用于保持襯底并將所述襯底壓抵所述拋光表面的頂圈以及用于沿垂直方向移動所述頂圈的可垂直移動機構，所述方法包括在所述襯底與所述拋光表面接觸的狀態下，將所述頂圈移動至預定高度；以及在移動所述頂圈后或與移動所述頂圈同時，從所述拋光表面將所述襯底附著至所述頂圈，并通過所述頂圈保持所述襯底。
34.如權利要求33所述的方法，其特征在于，所述頂圈包括構造成形成被供應加壓流體的壓力腔的至少一個彈性膜以及用于保持所述膜的頂圈本體，所述膜構造成當所述壓力腔供應有所述加壓流體時在流體壓力下將所述襯底壓抵所述拋光表面；且其中，所述預定高度等于處于0. 1毫米至1.7毫米的范圍中的膜高度，所述膜高度定義為在所述襯底通過所述膜壓抵所述拋光表面的狀態下所述頂圈本體與所述膜之間的間隙。
35.如權利要求34所述的方法，其特征在于，所述預定高度等于處于0.1毫米至1.0毫米的范圍中的膜高度，所述膜高度定義為在所述襯底通過所述膜壓抵所述拋光表面的狀態下所述頂圈本體與所述膜之間的間隙。
36.如權利要求33所述的方法，其特征在于，所述可垂直移動機構包括用于沿垂直方向移動所述頂圈的滾珠絲杠以及用于轉動所述滾珠絲杠的電動機。
37.如權利要求36所述的方法，其特征在于，所述可垂直移動機構包括包含用于測量所述拋光表面的高度的傳感器的機構。
38.一種拋光襯底的裝置，包括具有拋光表面的拋光臺；頂圈，其構造成通過襯底保持表面保持襯底的背面并通過卡圈保持襯底的外周邊，且構造成將所述襯底壓抵所述拋光表面；可垂直移動機構，其構造成沿垂直方向移動所述頂圈；以及推動器，其構造成將所述襯底轉移至所述頂圈或從頂圈轉移；其中，所述推動器能夠在從所述頂圈接收所述襯底前，將所述卡圈的底表面向上推動至高于所述襯底保持表面的位置。
39.如權利要求38所述的裝置，其特征在于，所述頂圈具有用于被供應加壓流體的卡圈腔，所述卡圈腔構造成當所述卡圈腔供應有所述加壓流體時將所述卡圈壓抵所述拋光表面；且其中，所述卡圈腔可連接至真空源。
40.如權利要求38所述的裝置，其特征在于，所述推動器包括用于在所述襯底保持表面與所述襯底之間噴射加壓流體的噴嘴，并且所述襯底通過從所述噴嘴噴射出的所述加壓流體從所述襯底保持表面移除。
41.如權利要求40所述的裝置，其特征在于，所述頂圈包括構造成形成被供應加壓流體的多個壓力腔的至少一個彈性膜以及用于保持所述膜的頂圈本體，所述膜構造成當所述多個壓力腔供應有所述加壓流體時在流體壓力下將所述襯底壓抵所述拋光表面；且其中，當所述襯底從構成所述襯底保持表面的所述膜移除時，所述襯底在所有所述多個壓力腔未加壓的狀態下移除。
42.一種拋光襯底的裝置，包括具有拋光表面的拋光臺；頂圈，其構造成通過襯底保持表面保持襯底的背面并通過卡圈保持襯底的外周邊，并構造成將所述襯底壓抵所述拋光表面；以及可垂直移動機構，其構造成沿垂直方向移動所述頂圈；其中，所述頂圈包括構造成形成被供應加壓流體的多個壓力腔的至少一個彈性膜以及用于保持所述膜的頂圈本體，所述膜構造成當所述多個壓力腔供應有所述加壓流體時在流體壓力下將所述襯底壓抵所述拋光表面；且其中，當所述襯底從構成所述襯底保持表面的所述膜移除時，所述多個壓力腔中的至少一個加壓且所述多個壓力腔中的至少一個在真空狀態下減壓。
43.一種拋光襯底的裝置，包括 具有拋光表面的拋光臺；頂圈，其構造成通過襯底保持表面保持襯底的背面并通過卡圈保持襯底的外周邊，并構造成將所述襯底壓抵所述拋光表面；可垂直移動機構，其構造成沿垂直方向移動所述頂圈；其中，所述頂圈包括構造成形成被供應加壓流體的壓力腔的至少一個彈性膜以及用于保持所述膜的頂圈本體，所述膜構造成當所述壓力腔供應有所述加壓流體時在流體壓力下將所述襯底壓抵所述拋光表面；且其中，所述可垂直移動機構可操作，以在所述卡圈與所述拋光表面接觸的狀態下將所述頂圈從第一位置移動至第二位置；所述第一位置定義為以下位置，在該位置中，在所述襯底附著至所述膜且由所述膜保持的狀態下在所述襯底與所述拋光表面之間存在間隙；所述第二位置定義為以下位置，在該位置中，在所述襯底通過所述膜壓抵所述拋光表面的狀態下在所述頂圈本體與所述膜之間存在間隙。
44.如權利要求43所述的裝置，其特征在于，進一步包括卡圈導向件，其固定至所述頂圈本體上且構造成與所述卡圈的圈構件滑動接觸，以引導所述圈構件的運動；以及連接片， 其設置在所述圈構件與所述卡圈導向件之間。
45.如權利要求43所述的裝置，其特征在于，進一步包括被供應加壓流體的卡圈腔，所述卡圈腔構造成當所述卡圈腔供應有所述加壓流體時將所述卡圈壓抵所述拋光表面，所述卡圈腔在固定至所述頂圈本體上的缸體中形成；卡圈導向件，其固定至所述頂圈本體上且構造成與所述卡圈的圈構件滑動接觸，以引導所述圈構件的運動；以及帶狀物，其包括設置在所述缸體與所述卡圈導向件之間的帶狀撓性構件。
46.如權利要求43至45中任一項所述的裝置，其特征在于，所述膜包括密封構件，所述密封構件在所述膜的邊緣處將所述膜連接至所述卡圈。
47.如權利要求43所述的裝置，其特征在于，所述膜通過設置在所述膜的徑向外部的環形邊緣保持件以及設置在所述邊緣保持件的徑向內部的環形波紋保持件而保持在所述頂圈本體的下表面上。
48.如權利要求47所述的裝置，其特征在于，所述波紋保持件通過多個止擋件保持在所述頂圈本體的下表面上。
全文摘要
一種拋光方法，用于將諸如半導體晶片的襯底拋光至平坦鏡面光潔度。通過拋光裝置實施拋光襯底的方法，該拋光裝置包括具有拋光表面的拋光臺(100)、用于保持襯底并將襯底壓抵拋光表面的頂圈(1)以及用于沿垂直方向移動頂圈(1)的可垂直移動機構(24)。在襯底壓抵拋光表面之前，頂圈(1)移動至第一高度，且接著在襯底壓抵拋光表面之后，頂圈(1)移動至第二高度。
文檔編號H01L21/304GK102186627SQ20098014156
公開日2011年9月14日 申請日期2009年8月7日 優先權日2008年8月21日
發明者福島誠, 戶川哲二, 齊藤真吾, 井上智視 申請人:株式會社荏原制作所