專利名稱：拋光設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及拋光設(shè)備，特別涉及用于將襯底例如半導(dǎo)體晶片拋光成平的鏡面精加 工件的拋光設(shè)備。
背景技術(shù)：
近幾年來，半導(dǎo)體裝置變得更加集成化，并且半導(dǎo)體元件的結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜。另 外，用于邏輯系統(tǒng)的多層相互連接件中的層數(shù)也增加了。因此，半導(dǎo)體裝置表面上的不規(guī)則 部分增多，從而半導(dǎo)體裝置表面上的階梯高度趨于變大。這是因為，在半導(dǎo)體裝置制造過程 中，首先在半導(dǎo)體裝置上形成薄膜，然后在半導(dǎo)體裝置上進行顯微機械加工工序，例如形成 圖案或孔，并且重復(fù)這些工序以便在半導(dǎo)體設(shè)備上形成后續(xù)的薄膜。當(dāng)半導(dǎo)體裝置表面上的不規(guī)則部分數(shù)目增大時，會出現(xiàn)如下問題。當(dāng)薄膜在半導(dǎo) 體裝置上形成時，具有階梯的部分處形成的薄膜的厚度變得相對較小。另外，可能會因為斷 開而形成斷路，或者由于相互連接層之間的絕緣不充分而造成短路。因此，就不能得到優(yōu)良 的產(chǎn)品，產(chǎn)量也往往會降低。另外，即使半導(dǎo)體裝置最初工作正常，在長期使用之后半導(dǎo)體 裝置的可靠性也會降低。在平版印刷過程曝光的時候，如果照射表面缺陷，那么曝光系統(tǒng)中 的鏡頭單元就會局部未聚焦。因此，如果半導(dǎo)體裝置表面上的不規(guī)則度增大，就會變得很難 在半導(dǎo)體裝置上形成本身精細的圖案。另外，隨著近年來半導(dǎo)體裝置變得更加高度集成化，電路相互連接件變得越來越 精細并且它們之間的距離也變得越小。對于至多可以為0. 5μπι寬的相互連接件的光刻而 言，需要其表面盡可能平整，因為光學(xué)系統(tǒng)的聚焦深度相對較小，其中在該表面上通過步進 電機(stepper)來聚焦圖案圖像。因此，在半導(dǎo)體裝置的制造過程中，使半導(dǎo)體裝置的表面平面化越來越變得重要 了。最重要的平面化技術(shù)之一是化學(xué)機械拋光(CMP)。因此，已經(jīng)應(yīng)用了用于使半導(dǎo)體晶 片的表面平面化的化學(xué)機械拋光設(shè)備。在化學(xué)機械拋光設(shè)備中，在其中含有磨粒例如硅 (Si02)的拋光液供給到拋光表面例如拋光墊上的同時，襯底例如半導(dǎo)體晶片就與拋光表面 滑動接觸，由此來拋光襯底。這類拋光設(shè)備包括具有通過拋光墊形成的拋光表面的拋光工作臺，以及用于夾持 襯底例如半導(dǎo)體晶片被稱作頂環(huán)(top ring)(襯底夾持裝置)的襯底夾持裝置。當(dāng)使用這 種拋光設(shè)備拋光半導(dǎo)體晶片時，半導(dǎo)體晶片就在頂環(huán)的預(yù)定壓力下被夾持著并且壓在拋光 工作臺上。這時，拋光工作臺和頂環(huán)相對于彼此移動從而使半導(dǎo)體晶片與拋光表面滑動接 觸，以便將半導(dǎo)體晶片的表面拋光成具有平的鏡面光潔度。在這種拋光設(shè)備中，拋光墊具有彈性從而施加到半導(dǎo)體晶片周邊部分上的彈性擠 壓力趨于非均勻化。因此，半導(dǎo)體晶片在周邊部分處可能會過度拋光從而導(dǎo)致邊緣變圓。為
7了防止這種邊緣變圓，已經(jīng)應(yīng)用了具有卡環(huán)的頂環(huán)，用于夾持半導(dǎo)體晶片的側(cè)邊部分并且 擠壓位于半導(dǎo)體晶片周邊部分外部的拋光表面。另外，當(dāng)拋光設(shè)備應(yīng)用由樹脂形成的拋光墊時，拋光墊會由于修整和拋光而產(chǎn)生 磨損。在這種情形下，為了防止頂環(huán)夾持的半導(dǎo)體晶片表面上的表面壓力分布發(fā)生改變，在 拋光過程中夾持半導(dǎo)體晶片的頂環(huán)表面和拋光墊之間應(yīng)該保持恒定的距離。當(dāng)設(shè)置了夾持 半導(dǎo)體晶片的周邊部分的卡環(huán)時，卡環(huán)會根據(jù)拋光過程發(fā)生磨損。當(dāng)卡環(huán)由此磨損時，拋光 期間也應(yīng)該在夾持半導(dǎo)體晶片的頂環(huán)表面和拋光墊之間保持恒定的距離。為了確定在上述拋光設(shè)備中是否在正常進行拋光處理，需要監(jiān)視擠壓半導(dǎo)體晶片 的擠壓力、拋光液的濃度和流速。然而，例如還需要多種設(shè)備例如成分分析儀和顆粒尺寸分 布測量設(shè)備來監(jiān)視拋光液。因此，就提高了拋光設(shè)備的成本。另外，由于拋光墊和卡環(huán)的磨 損，拋光外形也會發(fā)生改變。因此，僅僅監(jiān)視擠壓力和拋光液并不能充分保證拋光過程在正 常進行。另外，傳統(tǒng)的卡環(huán)配置成順著卡環(huán)的圓周方向沿著它的總長度均一地擠壓拋光表 面。然而，如上所述，因為用于提供拋光表面的拋光墊是彈性的，所以拋光墊發(fā)生彈性變形 從而在卡環(huán)的最外部分處產(chǎn)生了急劇增大的阻力，該部分沿著拋光工作臺的旋轉(zhuǎn)方向位于 上游。因此，卡環(huán)沿著拋光工作臺的旋轉(zhuǎn)方向在下游被擠壓從而導(dǎo)致卡環(huán)發(fā)生傾斜。在傳 統(tǒng)的拋光設(shè)備中，當(dāng)卡環(huán)由此發(fā)生傾斜時，就增大卡環(huán)擠壓拋光表面的壓力來防止半導(dǎo)體 晶片與頂環(huán)發(fā)生分離。另外，由于卡環(huán)的傾斜導(dǎo)致的拋光外形的非均一性隨著半導(dǎo)體晶片 旋轉(zhuǎn)的均衡化而增大。然而，傳統(tǒng)的卡環(huán)很難提高拋光墊的溫度和拋光外形的可控性。因此，為了進一步 提高拋光墊溫度和拋光外形的可控性，需要控制卡環(huán)沿著卡環(huán)的圓周方向擠壓拋光表面的 壓力。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上面的缺陷形成了本發(fā)明。因此，本發(fā)明的第一目的是提供一種拋光設(shè)備，它 可以拋光襯底，同時，即使拋光表面或者用于夾持襯底周邊部分的卡環(huán)發(fā)生磨損時也可以 在襯底和拋光表面之間保持恒定的距離。本發(fā)明的第二目的是提供一種拋光設(shè)備，其中連接至頂環(huán)的彈性隔膜可以很容易 地替換。本發(fā)明的第三目的是提供一種拋光設(shè)備，它可以很容易并且使用較低的成本確定 拋光是否正常地進行。本發(fā)明的第四目的是提供一種拋光設(shè)備，它能夠控制壓力，卡環(huán)在該壓力下沿著 卡環(huán)的圓周方向擠壓拋光表面。依照本發(fā)明的第一方面提供了一種拋光設(shè)備，它可以拋光襯底，同時，即使拋光表 面或者用于夾持襯底周邊部分的卡環(huán)發(fā)生磨損時也可以在襯底和拋光表面之間保持恒定 的距離。拋光設(shè)備具有拋光表面、用于夾持襯底的頂環(huán)、可操作地沿垂直方向移動頂環(huán)的垂 直運動機構(gòu)、當(dāng)頂環(huán)的下表面或者由頂環(huán)夾持的襯底的下表面與拋光表面接觸時可以操作 來檢測頂環(huán)位置的位置檢測器、以及可操作地基于位置檢測器檢測到的位置來計算頂環(huán)拋 光襯底的最佳位置的位置計算器。垂直運動機構(gòu)包括可操作地將頂環(huán)移動到位置計算器所計算出的最佳位置的運動機構(gòu)。使用上面的配置，即使由于拋光而使拋光表面發(fā)生磨損，拋光期間也可以在頂環(huán) 和拋光表面之間保持恒定的距離。因此，頂環(huán)夾持的襯底的表面壓力就可以均勻地形成。另 外，使用運動機構(gòu)，頂環(huán)可以精確地移動到墊搜索過程所計算的最佳位置，該過程將在后面 描述。因此，襯底可以在一種狀態(tài)中被拋光，這樣就可以在拋光表面和拋光表面之間保持恒 定的距離。位置檢測器可以包括用于檢測頂環(huán)位置的距離測量傳感器。在這種情形下，拋光 設(shè)備可以還包括用于修整拋光表面的修整器，和在修整器與拋光表面接觸從而獲得拋光表 面的高度變化時用于檢測修整器的位置的距離測量傳感器。垂直運動機構(gòu)可操作地移動頂 環(huán)，以便頂環(huán)的位置可以跟隨拋光表面高度的變化。用于每個拋光處理的修整期間，距離測 量傳感器可以設(shè)置在修整器軸上用于測量拋光表面(拋光墊)的磨損量。希望垂直運動機構(gòu)包括用于沿垂直方向移動頂環(huán)的滾珠絲桿和用于操作滾珠絲 桿的電動機。在這種情形下，還希望電動機包括交流伺服電動機。使用交流伺服電動機，可 以通過編碼器對電動機的回轉(zhuǎn)數(shù)目計數(shù)從而計算頂環(huán)垂直移動的距離。因此，可以基于計 算的距離得到頂環(huán)的位置。希望電動機具有最大電流以便拋光期間電動機的轉(zhuǎn)矩大于頂環(huán)的下表面或者頂 環(huán)夾持的襯底的下表面接觸拋光表面時的轉(zhuǎn)矩。最大電流可以在頂環(huán)的下表面或者頂環(huán)夾 持的襯底的下表面接觸拋光表面之前減小。位置檢測器可以包括電流檢測器，該電流檢測器可操作地檢測電動機的電流，并 且基于電動機電流的變化確定頂環(huán)的下表面或者頂環(huán)夾持的襯底的下表面何時接觸拋光 表面。當(dāng)頂環(huán)的位置通過位置檢測器檢測時，虛擬晶片可以通過頂環(huán)夾持作為襯底。依照本發(fā)明的第二方面，提供了一種拋光設(shè)備，它可以拋光襯底，同時，即使拋光 表面或者用于夾持襯底周邊部分的卡環(huán)發(fā)生磨損時也可以在襯底和拋光表面之間保持恒 定的距離。拋光設(shè)備具有拋光表面、用于夾持襯底的頂環(huán)、用于向拋光表面供給拋光液的拋 光液供給噴嘴、用于向拋光表面射出氣體從而從拋光表面的測量部分移走拋光液的噴嘴、 以及用于檢測測量部分處拋光表面的位置的距離測量傳感器。使用上面的配置，通過射出氣體拋光液可以從測量部分處的拋光表面移走。激光 或者超聲波可以從距離測量傳感器施加到測量部分處的拋光表面。因此，激光或者超聲波 并不在拋光液或者拋光表面上的水上發(fā)生反射。因此，可以精確地檢測到距離拋光表面的 距離。因此，就可以基于與拋光墊表面的距離來保持襯底和拋光表面之間的恒定距離。依照本發(fā)明的第三方面，提供了一種拋光設(shè)備，它可以拋光襯底，同時，即使拋光 表面或者用于夾持襯底周邊部分的卡環(huán)發(fā)生磨損時也可以在襯底和拋光表面之間保持恒 定的距離。拋光設(shè)備具有拋光表面和用于夾持襯底的頂環(huán)。頂環(huán)具有用于夾持襯底的周邊 部分的卡環(huán)。卡環(huán)包括其中形成有壓力室的滾動隔膜、用于向壓力室供給流體從而使?jié)L動 隔膜垂直地膨脹或者收縮的通道以及依照滾動隔膜垂直地移動的環(huán)形構(gòu)件。環(huán)形構(gòu)件與拋 光表面接觸。使用上面的配置，即使卡環(huán)的環(huán)形構(gòu)件發(fā)生磨損，也僅僅只有卡環(huán)被降低。因此， 即使卡環(huán)的環(huán)形構(gòu)件發(fā)生磨損，也可以在頂環(huán)和拋光表面之間保持恒定的距離。另外，因為 可變形的滾動隔膜連接至與拋光表面接觸的環(huán)形構(gòu)件，所以沒有由于偏移負載產(chǎn)生彎矩。因此，卡環(huán)生成的表面壓力就會均勻，并且卡環(huán)變成更可能跟隨拋光表面?？ōh(huán)可以還包括其中裝有滾動隔膜的氣缸、設(shè)計成夾持氣缸上的滾動隔膜的夾持 器以及在氣缸內(nèi)部可以垂直地移動的活塞。活塞連接至滾動隔膜。依照本發(fā)明的第四方面，提供了一種拋光設(shè)備，其中連接至頂環(huán)的彈性隔膜可以 很容易地替換。拋光設(shè)備具有拋光表面、用于夾持襯底的頂環(huán)和可沿垂直方向移動的頂環(huán) 軸。頂環(huán)連接至頂環(huán)軸。頂環(huán)包括連接至頂環(huán)軸的上部構(gòu)件、與襯底的至少一部分接觸的 彈性隔膜、彈性隔膜連接的下部構(gòu)件和設(shè)計成可分離地將下部構(gòu)件固定向上部構(gòu)件的緊固 構(gòu)件。在傳統(tǒng)的頂環(huán)中，當(dāng)連接至頂環(huán)的彈性隔膜替換時，需要從頂環(huán)軸上移走整個頂 環(huán)。因此，需要麻煩的過程來替換彈性隔膜。依照本發(fā)明，因為彈性隔膜連接的下部構(gòu)件可 以通過拆卸緊固件很容易地從上部構(gòu)件上移走，因此不需要從頂環(huán)軸上移走整個頂環(huán)來替 換彈性隔膜。在這種情形下，頂環(huán)可以還包括設(shè)計成將彈性隔膜夾持在下部構(gòu)件上的夾持器。 夾持器具有鉤。頂環(huán)可以包括止動器，它具有與夾持器的鉤接合的接合部分。止動器可以 是圓柱形。希望接合部分沿著止動器的圓周方向部分地形成。還希望接合部分沿著止動器 的圓周方向逐漸變厚。使用這種配置，彈性隔膜可以很容易地從下部構(gòu)件上移走。因此，便 于替換彈性隔膜。頂環(huán)可以還包括用于夾持襯底的周邊部分的卡環(huán)，和設(shè)計成防止拋光液導(dǎo)入卡環(huán) 和上部構(gòu)件和/或下部構(gòu)件之間的密封構(gòu)件。依照本發(fā)明，襯底可以被拋光，同時，即使拋光表面或者用于夾持襯底周邊部分的 卡環(huán)發(fā)生磨損時也可以在襯底和拋光表面之間保持恒定的距離。另外，連接至頂環(huán)的彈性 隔膜可以很容易地替換。依照本發(fā)明的第五方面提供了一種拋光設(shè)備，它可以很容易并且使用較低的成本 確定拋光是否正常地進行。拋光設(shè)備具有包含拋光表面的拋光墊、設(shè)計成朝向拋光表面擠 壓襯底的頂環(huán)主體和設(shè)計成擠壓拋光表面的卡環(huán)。卡環(huán)設(shè)置在頂環(huán)主體的周邊部分處。拋 光設(shè)備還具有用于修整拋光表面的修整器、用于檢測拋光設(shè)備中的至少一個部件的磨損的 磨損檢測器、可操作地基于磨損檢測器的信號計算至少一個部件的磨損量并且對于拋光處 理或者多組拋光處理基于磨損量確定拋光是否正常進行的算術(shù)單元。依照本發(fā)明的第六方面提供了一種拋光設(shè)備，它具有包含拋光表面的拋光墊、設(shè) 計成朝向拋光表面擠壓襯底的頂環(huán)主體和設(shè)計成擠壓拋光表面的卡環(huán)。卡環(huán)設(shè)置在頂環(huán)主 體的周邊部分處。卡環(huán)包括其中形成有壓力室的滾動隔膜、用于向壓力室供給流體從而使 滾動隔膜垂直地膨脹或者收縮的通道以及依照滾動隔膜垂直地移動的環(huán)形構(gòu)件。環(huán)形構(gòu)件 與拋光表面接觸。卡環(huán)還包括其中容納有滾動隔膜的氣缸和能夠沿垂直方向膨脹和收縮的 連接板。連接板連接氣缸和環(huán)形構(gòu)件以便蓋住它們之間的間隙。依照本發(fā)明的第七方面提供了一種拋光設(shè)備，它具有包含拋光表面的拋光墊、設(shè) 計成朝向拋光表面擠壓襯底的頂環(huán)主體和設(shè)計成擠壓拋光表面的卡環(huán)?？ōh(huán)設(shè)置在頂環(huán)主 體的周邊部分處。拋光設(shè)備還具有固定至頂環(huán)主體的環(huán)形薄板構(gòu)件、連接至環(huán)形薄層構(gòu)件 的多個滑動環(huán)以及固定至卡環(huán)的多個傳動銷。傳動銷插入到滑動環(huán)中以便可以在滑動環(huán)內(nèi) 部滑動。
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依照本發(fā)明的第八方面提供了一種拋光設(shè)備，它具有包含拋光表面的拋光墊、設(shè) 計成朝向拋光表面擠壓襯底的頂環(huán)主體和設(shè)計成擠壓拋光表面的卡環(huán)?？ōh(huán)設(shè)置在頂環(huán)主 體的周邊部分處。拋光設(shè)備還具有設(shè)置在頂環(huán)主體下部的彈性隔膜。彈性隔膜與襯底的至 少一部分接觸。拋光設(shè)備包括蓋住彈性隔膜和卡環(huán)之間的間隙的密封構(gòu)件。依照本發(fā)明的第九方面提供了一種拋光設(shè)備，它具有包含拋光表面的拋光墊、設(shè) 計成朝向拋光表面擠壓襯底的頂環(huán)主體和設(shè)計成擠壓拋光表面的卡環(huán)?？ōh(huán)設(shè)置在頂環(huán)主 體的周邊部分處。拋光設(shè)備還具有可操作地從頂環(huán)主體接收襯底并且向頂環(huán)主體傳送襯底 的推動器以及用于檢測卡環(huán)的磨損的卡環(huán)磨損檢測器。卡環(huán)磨損檢測器設(shè)置在推動器中。依照本發(fā)明，可以基于部件的磨損量確定拋光是否正常進行。因此，可以監(jiān)視拋光 處理，而不需任何特殊的設(shè)備。因此，基于算術(shù)單元的斷定，可以保證拋光正常進行。另外，設(shè)置在推動器中的磨損檢測器可以直接測量卡環(huán)的磨損量從而獲得精確的 磨損量。因此，可以更精確地確定拋光是否正常進行。依照本發(fā)明的第十方面提供了一種拋光設(shè)備，它能夠控制壓力，卡環(huán)在該壓力下 沿著卡環(huán)的圓周方向擠壓拋光表面。拋光設(shè)備具有拋光墊、設(shè)計成朝向拋光表面擠壓襯底 的頂環(huán)主體和設(shè)計成擠壓拋光表面的卡環(huán)。卡環(huán)設(shè)置在頂環(huán)主體的周邊部分處?？ōh(huán)包括 壓力控制機構(gòu)，該機構(gòu)可操作地控制卡環(huán)擠壓拋光表面的壓力，從而沿著卡環(huán)的圓周方向 生成非均勻的壓力分布。壓力控制機構(gòu)可以包括與拋光表面接觸的環(huán)形構(gòu)件、設(shè)計成朝向拋光表面擠壓環(huán) 形構(gòu)件的多個壓力室、以及對于向多個壓力室供給壓力獨立受控的流體的多個通道。或者， 壓力控制機構(gòu)可以包括下部環(huán)形構(gòu)件和上部環(huán)形構(gòu)件，其中下部環(huán)形構(gòu)件具有上部錐面和 與拋光表面接觸的下表面，上部環(huán)形構(gòu)件具有與下部環(huán)形構(gòu)件的上部錐面接觸從而將施加 給下部環(huán)形構(gòu)件的徑向力轉(zhuǎn)換成向下的力的下部錐面。另外，壓力控制機構(gòu)可以包括下部環(huán)形構(gòu)件和上部環(huán)形構(gòu)件，其中下部環(huán)形構(gòu)件 具有上部錐面和與拋光表面接觸的下表面，上部環(huán)形構(gòu)件具有與下部環(huán)形構(gòu)件的上部錐面 接觸從而將施加給下部環(huán)形構(gòu)件的徑向力轉(zhuǎn)換成向下的力的下部錐面，還包括設(shè)計成朝向 拋光表面擠壓上部環(huán)形構(gòu)件的至少一個壓力室，還包括向至少一個壓力室供給壓力受控的 流體的至少一個通道，以及與上部環(huán)形構(gòu)件接觸從而限制上部環(huán)形構(gòu)件的垂直運動的約束 構(gòu)件。壓力控制機構(gòu)可操作地依照頂環(huán)主體的旋轉(zhuǎn)來控制卡環(huán)擠壓拋光表面的壓力，從 而在靜止系統(tǒng)中產(chǎn)生恒定的非均勻的壓力分布。壓力控制機構(gòu)可操作地控制卡環(huán)擠壓拋光 表面的壓力，以便位于拋光表面的旋轉(zhuǎn)方向下游的部分受到的壓力高于位于拋光表面的旋 轉(zhuǎn)方向上游的部分。依照本發(fā)明，壓力控制機構(gòu)可以沿著卡環(huán)的圓周方向產(chǎn)生非均勻的壓力分布。例 如，可以控制卡環(huán)擠壓拋光表面的壓力，以便使位于拋光表面的旋轉(zhuǎn)方向下游的部分受到 的壓力高于位于拋光表面的旋轉(zhuǎn)方向上游的部分。從本發(fā)明的連同顯示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例的附圖的下列詳細說明中，本發(fā)明的 上述和其它目的、特征和優(yōu)點將會變得更顯而易見。


圖1是顯示依照本發(fā)明的第一實施例的拋光設(shè)備的示意圖；圖2是顯示圖1中所示拋光設(shè)備在執(zhí)行墊搜索過程時的示意圖；圖3是顯示圖1中所示拋光設(shè)備在拋光半導(dǎo)體晶片時的示意圖；圖4是顯示依照本發(fā)明的第二實施例的拋光設(shè)備的示意圖；圖5是顯示圖4中所示拋光設(shè)備在執(zhí)行墊搜索過程時的示意圖；圖6是顯示依照本發(fā)明的第三實施例的拋光設(shè)備的示意圖；圖7是顯示依照本發(fā)明的第四實施例的拋光設(shè)備的一部分的示意圖；圖8是顯示適當(dāng)?shù)赜迷诒景l(fā)明的第一至第四實施例的拋光設(shè)備中的頂環(huán)的垂直 剖視圖；圖9和圖10是圖8中所示頂環(huán)的垂直剖視圖；圖11是顯示圖8中所示頂環(huán)的下部構(gòu)件的平面圖；圖12A是顯示圖8中所示頂環(huán)中止動器的平面圖；圖12B是圖12A中所示止動器的垂直剖視圖；圖12C是圖12A中所示止動器的底視圖；圖13是顯示圖8中所示頂環(huán)的變體的放大剖視圖；圖14是顯示依照本發(fā)明的第五實施例的拋光設(shè)備的示意圖；圖15至圖18是適當(dāng)?shù)赜迷趫D14中所示拋光設(shè)備中的頂環(huán)的剖視圖；圖19是顯示圖15至圖18中所示頂環(huán)的下部構(gòu)件的平面圖；圖20是圖15中所示卡環(huán)的放大圖；圖21是圖20中所示卡環(huán)中夾具的平面圖；圖22k是圖20中所示卡環(huán)中夾具的另一個實例的透視圖；圖22B是顯示用于圖22k中所示夾具的連接板的平面圖；圖23是顯示適當(dāng)?shù)赜迷趫D14中所示拋光設(shè)備中的頂環(huán)的另一個實例的局部剖視圖；圖24是圖23中所示頂環(huán)的下部構(gòu)件的平面圖；圖25是顯示具有卡環(huán)磨損檢測器的推動器的剖視圖；圖26至圖29是解釋圖25中所示推動器的操作的剖視圖；圖30是顯示依照本發(fā)明的第六實施例的拋光設(shè)備中的頂環(huán)的示意圖；圖31是圖30中所示頂環(huán)中卡環(huán)的放大圖；并且圖32是顯示依照本發(fā)明的第七實施例的拋光設(shè)備中的頂環(huán)的部分放大圖。
具體實施例方式下面將參照圖1至圖32描述依照本發(fā)明的拋光設(shè)備的實施例。相似或相應(yīng)的零 件在整個附圖中使用相似或相應(yīng)的參考數(shù)字表示并且下面將不再重述。圖1是顯示依照本發(fā)明的第一實施例的拋光設(shè)備10的示意圖。如圖1所示，拋光 設(shè)備10具有拋光臺12、連接至支撐軸14的上端的頂環(huán)頭16、安裝在頂環(huán)頭16的自由端的 頂環(huán)軸18和連接到頂環(huán)軸18的下端的頂環(huán)20。在所示實例中，頂環(huán)20的形式基本上為圓 板。拋光臺12經(jīng)由臺軸12a連接到置于拋光臺12下方的電動機(未顯示)上。因此，拋光臺12就可以圍繞臺軸12a旋轉(zhuǎn)。如圖1所示，拋光墊22連接至拋光臺12的上表面。 拋光墊22的上表面22a形成對半導(dǎo)體晶片W進行拋光的拋光表面。在市場上可以獲得各種拋光墊。例如，這些拋光墊中的一些為由Rodel Inc.制 造的 SUB A800、IC-1000 和 IC-1000/SUBA400 (兩層布)和由 Fujimi Inc 制造的 Surfin xxx-5 和 Surfin 000。SUBA800、Surfin xxx_5 和 Surf in 000 是由聚氨脂樹脂結(jié)合的非織 造織物，并且IC-1000由硬泡沫聚氨酯(單層)制成。泡沫聚氨酯為多孔的并且具有許多 在其表面中形成的細小凹槽或孔。頂環(huán)軸18通過電動機(未顯示)的驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)。通過頂環(huán)軸18的旋轉(zhuǎn)，頂環(huán)20 可以圍繞頂環(huán)軸18旋轉(zhuǎn)。另外，頂環(huán)軸18可以由垂直運動機構(gòu)24沿垂直方向移動。通過 頂環(huán)軸18的垂直運動，頂環(huán)20可以相對于頂環(huán)頭16沿垂直方向移動。旋轉(zhuǎn)接頭25安裝 在頂環(huán)軸18的上端上。頂環(huán)20配置成將襯底例如半導(dǎo)體晶片W夾持在其下表面上。頂環(huán)頭16可以圍繞 支撐軸14樞轉(zhuǎn)(回轉(zhuǎn))。因此，在其下表面上夾持半導(dǎo)體晶片W的頂環(huán)20就可以在其中頂 環(huán)20接收半導(dǎo)體晶片W的位置和通過頂環(huán)頭16的樞轉(zhuǎn)運動而位于拋光臺12上方的位置 之間移動。頂環(huán)20降低以將半導(dǎo)體晶片W壓在拋光墊10的表面(拋光表面)22a上。在 頂環(huán)20和拋光臺12分別旋轉(zhuǎn)時，會從拋光液供給噴嘴(未顯示)向拋光墊22上供給拋光 液體，其中拋光液供給噴嘴設(shè)置在拋光臺12上方。半導(dǎo)體晶片W就會與拋光墊10上的拋 光表面22a滑動接觸。因此，半導(dǎo)體晶片W的表面就被拋光。沿垂直方向移動頂環(huán)軸18和頂環(huán)20的垂直運動機構(gòu)24具有以頂環(huán)軸18通過軸 承26而旋轉(zhuǎn)的方式支撐頂環(huán)軸18的第一框架28、螺紋連接到安裝在第一框架28上的螺母 30中的滾珠絲桿32、以滾珠絲桿32通過軸承34而旋轉(zhuǎn)的方式支撐滾珠絲桿32的第二框 架36、設(shè)置在第二框架36上的交流伺服電動機38和支撐第二框架36的空氣氣缸40。滾珠絲桿32經(jīng)由皮帶42連接到布置在第二框架36上的伺服電動機38。頂環(huán)軸 18配置成與第一框架28 —起沿垂直方向移動。因此，當(dāng)伺服電動機38被驅(qū)動時，第一框架 28會經(jīng)由滾珠絲桿32而相對于第二框架36沿垂直方向移動。因此，頂環(huán)軸18和頂環(huán)20 就會相對于第二框架36沿垂直方向移動?？諝鈿飧?0布置在頂環(huán)頭16的上表面上?？諝鈿飧?0具有垂直移動桿40a以 在其上端支撐第二框架36。滾珠絲桿32配置成與第二框架36 —起沿垂直方向移動。因 此，當(dāng)空氣氣缸40的桿40a沿垂直方向移動時，第二框架36會相對于頂環(huán)頭16沿垂直方 向移動。另外，滾珠絲桿32和第一框架28相對于頂環(huán)頭16沿垂直方向移動。頂環(huán)頭16具有向上延伸的導(dǎo)軸44。導(dǎo)軸44插入到第二框架36中。當(dāng)?shù)诙蚣?36沿垂直方向移動時，第二框架36就會由導(dǎo)軸44導(dǎo)向。導(dǎo)軸44在其上端具有止動器44a。 因此，當(dāng)?shù)诙蚣?6的上表面與止動器44a接觸時，就會限制第二框架36的向上運動。如圖1所示，拋光設(shè)備10具有距離測量傳感器46，它充當(dāng)位置檢測器，用于檢測頂 環(huán)頭16與第一框架28的下表面即第一框架28的位置的距離。距離測量傳感器46檢測第 一框架28的位置從而檢測頂環(huán)20的位置。另外，拋光設(shè)備10具有可操作以控制拋光設(shè)備 10中的各種設(shè)備的控制器47，包括距離測量傳感器46、伺服電動機38和空氣氣缸40?？?制器47包括存儲設(shè)備和計算機可讀取的介質(zhì)，該介質(zhì)具有記錄在其中的程序以用于控制 拋光設(shè)備10。
在使用如此構(gòu)成的拋光設(shè)備10對半導(dǎo)體晶片W進行拋光時，拋光墊22會由于修 整和拋光而磨損。因此，拋光墊22的厚度會連續(xù)地改變。在這種情形下，為了防止半導(dǎo)體 晶片W的表面上的表面壓力分布依照拋光處理的進行而改變，拋光過程中應(yīng)該在頂環(huán)20和 拋光墊22的表面之間保持恒定的距離。因此，為了保持頂環(huán)20和拋光墊22的表面之間的 恒定距離，就需要檢測拋光墊22的表面的高度(或位置)并且將位置調(diào)節(jié)為頂環(huán)20針對 每堆半導(dǎo)體晶片(例如25個半導(dǎo)體晶片)而降低。這種檢測拋光墊22的表面的高度(或 位置)的過程被稱為墊搜索過程。在本實施例中，當(dāng)頂環(huán)20的下表面與拋光墊22的拋光表面22a接觸時，頂環(huán)20的 位置將會存儲在存儲設(shè)備中。拋光墊22的拋光表面22a的高度是基于頂環(huán)20的存儲位置 檢測的。具體地說，在墊搜索過程中，如圖2所示，空氣氣缸40的桿40a就會降低，這樣第 二框架36、滾珠絲桿32、第一框架28、頂環(huán)軸18和頂環(huán)20就會由于重力而降低。因此，當(dāng) 頂環(huán)20的下表面與拋光墊22的拋光表面22a接觸時，頂環(huán)20的降低就會停止。此時，距 離測量傳感器46檢測到第一框架28的位置以基于第一框架28的檢測位置獲得拋光墊22 的表面22a的高度?？刂破?7操作其中的算術(shù)單元(位置計算器)從而計算頂環(huán)20的最 佳位置以基于拋光墊22的表面22a的高度來對半導(dǎo)體晶片W進行拋光。頂環(huán)20的計算最 佳位置存儲在存儲設(shè)備中。當(dāng)半導(dǎo)體晶片W將被拋光時，會在圖1中所示的狀態(tài)中驅(qū)動伺服電動機38。因此， 第一框架28和夾持半導(dǎo)體晶片W的頂環(huán)20就會降低，如圖3中所示。此時，控制器47控 制伺服電動機38并且在頂環(huán)20達到計算的最佳位置時停止伺服電動機38。夾持在頂環(huán) 20的下表面上的半導(dǎo)體晶片W就壓在拋光墊22上并且在計算的最佳位置上被拋光。在這 種情形下，第一框架28和頂環(huán)20可以在第一框架28的位置被檢測并且由距離測量傳感器 46確認時降低。距離測量傳感器46可以包括任意類型的傳感器，包括激光傳感器、超聲波 傳感器、渦流傳感器和線性刻度傳感器。如上所述，使用本實施例中具有伺服電動機38和滾珠絲桿32的滾珠絲桿機構(gòu)，頂 環(huán)20可以精確地移動至由墊搜索過程計算的最佳位置。因此，半導(dǎo)體晶片W可以在一種狀 態(tài)中被拋光這樣就可以在頂環(huán)20和拋光墊22之間保持恒定的距離。圖4是顯示依照本發(fā)明的第二實施例的拋光設(shè)備110的示意圖。如圖4所示，在 本實施例的拋光設(shè)備110中，頂環(huán)軸18由垂直運動機構(gòu)124而相對于頂環(huán)頭16沿垂直方 向移動。垂直運動機構(gòu)124具有以頂環(huán)軸18經(jīng)由軸承126旋轉(zhuǎn)的方式支撐頂環(huán)軸18的第 一框架128、螺紋擰緊到在第一框架128上安裝的螺母130中的滾珠絲桿132、固定在頂環(huán) 頭16上的第二框架136和設(shè)置在第二框架136上以用于旋轉(zhuǎn)滾珠絲桿132的交流伺服電 動機138?？刂破?7包括用于檢測通過伺服電動機138的電流的電流檢測器?？刂破?7 包括存儲設(shè)備和計算機可讀取的介質(zhì)，該介質(zhì)具有記錄在其中的程序以用于控制拋光設(shè)備 110。頂環(huán)軸18配置成與第一框架128 —起沿垂直方向移動。因此，當(dāng)伺服電動機138 被驅(qū)動時，第一框架128會經(jīng)由滾珠絲桿132而相對于頂環(huán)頭16沿垂直方向移動。因此， 頂環(huán)軸18和頂環(huán)20就會相對于頂環(huán)頭16沿垂直方向移動。在本實施例中，與第一實施例中一樣，會在頂環(huán)20的下表面與拋光墊22的拋光表 面22a接觸時通過檢測頂環(huán)20的位置而執(zhí)行墊搜索過程。在本實施例中執(zhí)行墊搜索過程
14時沒有使用距離測量感應(yīng)器。具體地說，在墊搜索過程中，會驅(qū)動伺服電動機138以降低頂 環(huán)20而同時轉(zhuǎn)數(shù)由編碼器計數(shù)。如圖5所示，當(dāng)頂環(huán)20的下表面與拋光墊22的拋光表面 22a接觸時，就會增大伺服電動機138上的負載。因此，流經(jīng)伺服電動機138的電流也會增 大。控制器47中的電流檢測器檢測到流經(jīng)伺服電動機138的電流并且在檢測到大的電流 時確定頂環(huán)20的下表面與拋光墊22的表面22a接觸。在已經(jīng)確定了頂環(huán)20的下表面與 拋光墊22的表面22a接觸時，控制器47基于伺服電動機138的編碼器的計算值計算頂環(huán) 20將要降低的距離。頂環(huán)20將降低的距離存儲在存儲設(shè)備中。拋光墊22的表面22a的高 度是基于頂環(huán)20將降低的距離而獲得的?？刂破?7操作算術(shù)單元(位置計算器)從而計 算頂環(huán)20的最佳位置以基于拋光墊22的表面22a的高度來對半導(dǎo)體晶片進行拋光。當(dāng)半導(dǎo)體晶片W將被拋光時，會在圖4中所示的狀態(tài)下驅(qū)動伺服電動機138從而 降低第一框架128和頂環(huán)20。此時，控制器47控制伺服電動機138并且在頂環(huán)20達到計 算的最佳位置時停止伺服電動機138。夾持在頂環(huán)20的下表面上的半導(dǎo)體晶片W就壓在拋 光墊22上并且在計算的最佳位置上被拋光。在本實施例中，頂環(huán)20在墊搜索過程中夾持半導(dǎo)體晶片W。在第一實施例中，可以 在其中頂環(huán)20夾持半導(dǎo)體晶片W的狀態(tài)中執(zhí)行墊搜索過程。就任一種情形中，在執(zhí)行墊搜 索過程時會希望使用虛擬晶片而不是產(chǎn)品晶片。當(dāng)在墊搜索過程中使用虛擬晶片時，不會 暴露頂環(huán)20的下表面。因此，可以防止連接至頂環(huán)20的下表面的部件與拋光墊22直接接 觸。因此，可以防止?jié){料(拋光液)落到這些部件上。另外希望伺服電動機138能夠改變電動機的最大電流。使用這種伺服電動機，例 如，電動機的最大電流可以在墊搜索過程中設(shè)置為大約為5%。當(dāng)頂環(huán)20的下表面或半導(dǎo) 體晶片(虛擬晶片)W與拋光墊22接觸時，可以防止極大的負載施加到半導(dǎo)體晶片(虛擬 晶片)W、頂環(huán)20、拋光墊22等上。在這種情形下，如果可以基于頂環(huán)20降低的時間段或基 于頂環(huán)20被降低的距離而預(yù)測頂環(huán)20與拋光墊22接觸的時間，那么就會希望伺服電動機 的最大電流在頂環(huán)20與拋光墊22接觸之前減少。該操作可以防止頂環(huán)20的下表面或半 導(dǎo)體晶片W被損壞。圖6是顯示依照本發(fā)明的第三實施例的拋光設(shè)備210的示意圖。如圖6所示，在 本實施例中的拋光設(shè)備210具有用于檢測拋光墊22的高度的激光距離測量傳感器246、用 于向拋光墊22上供給漿料(拋光液)250的拋光液供給噴嘴251和用于朝拋光墊22的表 面噴射氮氣或空氣以吹掉拋光墊22上的漿料250的噴嘴252。距離測量傳感器246可以包 括超聲波距離測量傳感器。使用這種配置，可以通過氮氣或空氣的噴射將漿料250從拋光墊22上移除?？梢?從激光距離測量傳感器246向其中漿料250被移除的測量部分上施加激光。因此，因為激 光不會在拋光墊22上的漿料或水上反射，所以可以精確地檢測到拋光墊22的距離。因此， 就可以基于與拋光墊22的表面的距離來保持半導(dǎo)體晶片W和拋光墊22之間的恒定距離。在上面的實施例中，可以通過檢測頂環(huán)20的高度(位置)來對每堆半導(dǎo)體晶片執(zhí) 行墊搜索過程。然而，墊搜索過程并不限于該實例。例如，當(dāng)成品晶片不應(yīng)用于墊搜索過程 時，或虛擬晶片出于某些原因而不能制備時，一部分墊搜索過程可以通過修整器執(zhí)行，該修 整器可以修整(調(diào)節(jié))拋光墊的拋光表面。圖7是顯示依照本發(fā)明的第四實施例的拋光設(shè)備的一部分的示意圖。圖7主要顯
15示了具有執(zhí)行墊搜索過程的功能的修整器50。空氣氣缸53連接到修整器50的修整器頭部 52上。修整器50通過空氣氣缸53的驅(qū)動而壓在拋光墊22上?？梢酝ㄟ^使用修整器50來測量拋光墊22厚度的變化。在這種情形下，因為拋光墊 具有不同的厚度，所以在拋光墊更換為新的墊時可以通過使用頂環(huán)20來執(zhí)行墊搜索過程。 此時，在連接到頂環(huán)20的下表面上的部件(例如彈性隔膜)可以與拋光墊22直接接觸而 成品晶片或虛擬晶片并未由頂環(huán)20夾持，這是因為并未使用的拋光墊不會對這種部件導(dǎo) 致問題。修整器50的修整器頭部52具有距離測量傳感器54。由距離測量傳感器54檢測 的變化被用于跟隨拋光墊22對于每個半導(dǎo)體晶片和每堆半導(dǎo)體晶片的拋光處理的磨損。 具體地說，距離測量傳感器54檢測修整器50的初始垂直位置和修整器50的測量垂直位置 之差以確定拋光墊22的磨損量。拋光墊22的磨損量被發(fā)送至控制器47。拋光墊22的總 磨損量是基于在更換拋光墊時使用頂環(huán)20執(zhí)行的墊搜索過程的結(jié)果和使用修整器50檢測 的拋光墊22的厚度的變化而確定的。頂環(huán)20的高度被控制為跟隨拋光墊22的總磨損量。 當(dāng)因此使用修整器50測量拋光墊22的厚度的變化時，同其中使用頂環(huán)20對每堆半導(dǎo)體晶 片(例如25個半導(dǎo)體晶片)執(zhí)行墊搜索過程的情形相比，可以提高吞吐量。接下來，將在下文詳細描述在第一至第四實施例中適當(dāng)?shù)赜米黜敪h(huán)20的頂環(huán)。圖 8至圖10是顯示沿著頂環(huán)20的多個徑向的頂環(huán)20的實例的剖視圖。如圖8至圖10中所示，頂環(huán)20具有圓板形式的上部構(gòu)件300、連接至上部構(gòu)件300 的周邊部分的卡環(huán)302、連接至上部構(gòu)件300的下表面的中間構(gòu)件304和連接至中間構(gòu)件 304的下表面的下部構(gòu)件306。上部構(gòu)件300由螺栓308連接至頂環(huán)軸18。另外，如圖10 所示，中間構(gòu)件304通過螺栓310 (緊固構(gòu)件)固定到上部構(gòu)件300上，并且下部構(gòu)件306 通過螺栓312 (緊固構(gòu)件)固定到上部構(gòu)件300上。這種緊固構(gòu)件并不限于螺栓。頂環(huán)20具有連接到下部構(gòu)件306的下表面上的彈性隔膜314。彈性隔膜314與由 頂環(huán)20夾持的半導(dǎo)體晶片的背面接觸。彈性隔膜314通過沿徑向向外布置的邊緣夾持器 316和在邊緣夾持器316的徑向向內(nèi)布置的環(huán)形波紋夾持器318而夾持在下部構(gòu)件306的 下表面上。邊緣夾持器316和波紋夾持器318分別通過止動器320和322夾持在下部構(gòu)件 306的下表面上。彈性隔膜314由高強和耐用橡膠材料例如乙丙橡膠(EPDM)、聚氨酯橡膠、 硅橡膠等制成。彈性隔膜314具有在其中央部限定的開口 314a。如圖8中所示，下部構(gòu)件306具 有與開口 314a連通的通道324。下部構(gòu)件306的通道324連接至流體供給源(未顯示)。 因此，加壓流體就會通過通道324供給至彈性隔膜314的中央部。另外，通道324可選擇地 連接至真空泵(未顯示)。當(dāng)真空泵操作時，半導(dǎo)體晶片通過吸力被吸引至下部構(gòu)件306下 表面。波紋夾持器318具有用于將彈性隔膜314的波紋314b和314c夾持在下部構(gòu)件306 的下表面上的爪318b和318c。波紋夾持器318具有與由彈性隔膜314的波紋314b和314c 形成的波紋室連通的通道326。如圖10中所示，下部構(gòu)件306具有與波紋夾持器318的通 道326連通的通道328。中間構(gòu)件304具有與下部構(gòu)件306的通道328連通的通道330。0 形環(huán)332作為密封構(gòu)件布置在下部構(gòu)件306的通道328和中間構(gòu)件304的通道330之間的 連接部處。波紋夾持器318的通道326經(jīng)由下部構(gòu)件306的通道328和中間構(gòu)件304的通道330連接至流體供給源(未顯示)。因此，加壓流體就會通過通道330、328和326供給至 彈性隔膜314的波紋室。如圖10所示，邊緣夾持器316具有用于將彈性隔膜314的邊緣314d和314e夾持 在下部構(gòu)件306的下表面上的爪316d和316e。邊緣夾持器316具有與由彈性隔膜314的 邊緣314d和314e形成的邊緣室連通的通道334。下部構(gòu)件306具有與邊緣夾持器316的 通道334連通的通道336。中間構(gòu)件304具有與下部構(gòu)件306的通道336連通的通道338。 0形環(huán)340作為密封構(gòu)件布置在下部構(gòu)件306的通道336和中間構(gòu)件304的通道338之間 的連接部處。邊緣夾持器316的通道334經(jīng)由下部構(gòu)件306的通道336和中間構(gòu)件304的 通道338連接至流體供給源(未顯示)。因此，加壓流體就會通過通道338、336和334供給 至彈性隔膜314的邊緣室。如圖9中所示，彈性隔膜314具有位于波紋夾持器318和邊緣夾持器316之間的 開口 314f。下部構(gòu)件306具有與開口 314f連通的通道342。中間構(gòu)件304具有與下部構(gòu) 件306的通道342連通的通道344。0形環(huán)346作為密封構(gòu)件布置在下部構(gòu)件306的通道 342和中間構(gòu)件304的通道344之間的連接部處。下部構(gòu)件306的通道342經(jīng)由中間構(gòu)件 304的通道344連接至流體供給源(未顯示)。因此，加壓流體就會通過通道344和342供 給至彈性隔膜314的外部。另外，通道342可選擇地連接至真空泵(未顯示)。當(dāng)真空泵操 作時，半導(dǎo)體晶片通過吸力被吸引至下部構(gòu)件306下表面。如上所述，使用本實施例中的頂環(huán)20，可以通過調(diào)節(jié)將供給彈性隔膜314的各個 部分(即彈性隔膜314的中央部、波紋室、外部和邊緣室)的流體壓力來在半導(dǎo)體晶片的局 部區(qū)域上調(diào)節(jié)將半導(dǎo)體晶片壓在拋光墊22上的擠壓力。中間構(gòu)件304具有在其周邊部分形成的清潔液體通道348。中間構(gòu)件304的清潔 液體通道348連接至清潔液體供給源(未顯示)。因此，清潔液體就通過清潔液體通道348 供給至卡環(huán)302和中間構(gòu)件304之間的空間。如圖9所示，邊緣夾持器316具有設(shè)置在其上部的鉤316a。用于夾持邊緣夾持器 316的每個止動器320是圓柱形的并且具有設(shè)置在其下端的接合部分320a。如圖11所示， 多個止動器320以相等的間隔沿著頂環(huán)20的圓周方向布置。圖12A至圖12C顯示了止動 器320的細節(jié)。圖12A是平面圖，圖12B是垂直剖視圖，并且圖12C是底視圖。如圖12C所示，接合部分320a部分地沿止動器320的圓周方向形成。接合部分 320a具有位于其相對側(cè)上的錐形部分T。每個錐形部分T均沿止動器320的圓周方向逐漸 變厚。因此，當(dāng)止動器320旋轉(zhuǎn)時，止動器320的接合部分320a就會逐漸與邊緣夾持器316 的鉤316a接合。最后，邊緣夾持器316的鉤316a由止動器320的接合部分320a固定到下 部構(gòu)件306上。止動器320具有形成在其上表面中的槽320b，這樣旋轉(zhuǎn)工具就可以插入到 止動器320的槽320b中。因此，操作者可以通過在下部構(gòu)件306上方使用旋轉(zhuǎn)工具而將彈 性隔膜314裝接到下部構(gòu)件306上并且將彈性隔膜314從下部構(gòu)件306上取下。類似地，波紋夾持器318具有設(shè)置在其上部的鉤318a。用于夾持波紋夾持器318 的每個止動器322是圓柱形的并且具有設(shè)置在其下端的接合部分322a。接合部分322a部 分地沿止動器322的圓周方向形成。接合部分322a具有位于其相對側(cè)上的錐形部分。每 個錐形部分均沿止動器322的圓周方向逐漸變厚。因此，當(dāng)止動器322旋轉(zhuǎn)時，止動器322 的接合部分322a就會逐漸與波紋夾持器318的鉤318a接合。最后，波紋夾持器318的鉤318a由止動器322的接合部分322a固定到下部構(gòu)件306上。止動器322具有形成在其上 表面中的槽322b，這樣旋轉(zhuǎn)工具就可以插入到止動器322的槽322b中。因此，操作者可以 通過在下部構(gòu)件306上方使用旋轉(zhuǎn)工具而將彈性隔膜314裝接到下部構(gòu)件306上并且將彈 性隔膜314從下部構(gòu)件306上取下。0形環(huán)350和352分別裝接到止動器320和322上。0形環(huán)350和352密封供給 彈性隔膜314的邊緣室和波紋室的加壓流體?？ōh(huán)302用來夾持半導(dǎo)體晶片的周邊。如圖8中所示，卡環(huán)302具有氣缸400、裝 接到氣缸400的上部的夾持器402、由夾持器402夾持在氣缸400內(nèi)的彈性隔膜404、連接 至彈性隔膜404的下端的活塞406和由活塞406向下壓的環(huán)形構(gòu)件408。氣缸400的上端 閉合。彈性隔膜404由高強和耐用橡膠材料例如乙丙橡膠(EPDM)、聚氨酯橡膠、硅橡膠等制 成。夾持器402具有與由彈性隔膜404形成的壓力室410連通的通道412。氣缸400 具有形成在其上部的通道414。氣缸400的通道414與夾持器402的通道412連通。上部 構(gòu)件300具有與氣缸400的通道414連通的通道416。夾持器402的通道412經(jīng)由氣缸400 的通道414和上部構(gòu)件300的通道416連接至流體供給源(未顯示)。因此，加壓流體就會 通過通道416、414和412供給至壓力室410。因此，通過調(diào)節(jié)將供給壓力室410的流體壓 力，彈性隔膜404就可以膨脹和收縮從而沿垂直方向移動活塞406。因此，卡環(huán)302的環(huán)形 構(gòu)件408就能以期望的壓力壓在拋光墊22上。在所示實例中，彈性隔膜404使用由于具有彎曲部分的彈性隔膜形成的滾動隔 膜。當(dāng)壓力室中由滾動隔膜限定的內(nèi)部壓力改變時，滾動隔膜的彎曲部分就會鼓動從而拓 寬壓力室。當(dāng)壓力室擴寬時，隔膜不會與外部部件滑動接觸并且很難膨脹和收縮。因此，可 以極大地減小由于滑動接觸造成的摩擦，并且可以延長隔膜的壽命。使用上面的配置，即使卡環(huán)302的環(huán)形構(gòu)件408磨損，也僅僅只有卡環(huán)302被降 低。因此，即使卡環(huán)302的環(huán)形構(gòu)件408磨損，也可以在下部構(gòu)件306和拋光墊22之間保 持恒定的距離。另外，因為與拋光墊22接觸的環(huán)形構(gòu)件408和氣缸400通過變形的彈性隔 膜404連接，所以不會由偏移負載生成彎矩。因此，卡環(huán)302生成的表面壓力就會均勻，并 且卡環(huán)302變成更可能跟隨拋光墊22。如圖11所示，環(huán)形構(gòu)件408具有多個沿垂直方向延伸的V形槽418。V形槽418以 相等的間隔形成在環(huán)形構(gòu)件408的內(nèi)表面中。另外，多個銷349會從下部構(gòu)件306的周邊 部分沿徑向向外伸出。銷349布置成與環(huán)形構(gòu)件418的V形槽418接合。銷349可以在V 形槽418內(nèi)相對于環(huán)形構(gòu)件408沿垂直方向滑動。銷349允許頂環(huán)20的旋轉(zhuǎn)經(jīng)由上部構(gòu) 件300和下部構(gòu)件306傳遞至環(huán)形構(gòu)件408從而整體地旋轉(zhuǎn)頂環(huán)20和環(huán)形構(gòu)件408。這種 配置防止彈性隔膜(滾動隔膜)404的扭轉(zhuǎn)并且允許環(huán)形構(gòu)件408在拋光過程中均勻和平 滑地壓在拋光表面22上。另外，可以延長彈性隔膜404的壽命。如上所述，可以由將供給彈性隔膜314的中央部、波紋室、外部和邊緣室的流體壓 力來控制擠壓半導(dǎo)體晶片的擠壓力。因此，下部構(gòu)件306在拋光過程中就應(yīng)該設(shè)置成向上 離開拋光墊22。然而，如果卡環(huán)302磨損，半導(dǎo)體晶片和下部構(gòu)件306之間的距離就會改變 以改變彈性隔膜314的變形方式。因此，半導(dǎo)體晶片上的表面壓力分布也會改變。表面壓 力分布的這種變化會導(dǎo)致拋光的半導(dǎo)體晶片的產(chǎn)生不穩(wěn)定的輪廓。
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在所示實例中，因為卡環(huán)302可以獨立于下部構(gòu)件306而沿垂直方向移動，所以即 使卡環(huán)302的環(huán)形構(gòu)件408磨損，也可以在半導(dǎo)體晶片和下部構(gòu)件306之間保持恒定的距 離。因此，拋光的半導(dǎo)體晶片的輪廓可以是穩(wěn)定的。在所示實例中，當(dāng)彈性隔膜314更換為新的隔膜時，并不需要將整個頂環(huán)20從頂 環(huán)軸18上移除。具體地說，當(dāng)彈性隔膜314從下部構(gòu)件306上卸下時，螺栓312 (參見圖 10)首先移除以將下部構(gòu)件306從上部構(gòu)件300和中間構(gòu)件304上取下。然后，旋轉(zhuǎn)工具插 入到在止動器320的頂部形成的槽320b (參見圖9)以旋轉(zhuǎn)止動器320。因此，邊緣夾持器 316的鉤316a就會脫離止動器320的接合部分320a。因此，邊緣夾持器316可以很容易地 從下部構(gòu)件306上取下。類似地，旋轉(zhuǎn)工具插入到在止動器322的頂部形成的槽322b以旋 轉(zhuǎn)止動器322。因此，波紋夾持器318的鉤318a就會脫離止動器322的接合部分322a。因 此，波紋夾持器318可以很容易地從下部構(gòu)件306上取下。當(dāng)邊緣夾持器316和波紋夾持器318以上面的方式從下部構(gòu)件306上取下時，已 經(jīng)由邊緣夾持器316和波紋夾持器318夾持的彈性隔膜314就可以很容易地從下部構(gòu)件 306上取下。彈性隔膜314可以按照與上面相反的操作很容易地裝接到下部構(gòu)件306上。因為0形環(huán)332、340和346作為密封構(gòu)件布置在下部構(gòu)件306的通道和中間構(gòu)件 304的通道之間的連接部處，所以下部構(gòu)件306和中間構(gòu)件304能夠在使用螺栓312緊固時 這些通道可靠地密封的狀態(tài)中彼此連接。因此，不需要特殊的取出和插入管來將彈性隔膜 314更換為新的隔膜。在所示實例中，彈性隔膜314布置成基本上與半導(dǎo)體晶片的整個表面接觸。然而， 彈性隔膜314可以與半導(dǎo)體晶片的至少一部分接觸。圖13是顯示圖8中所示頂環(huán)20的變體的放大剖視圖。在圖13中所示的實例中， 環(huán)形密封構(gòu)件420設(shè)置在卡環(huán)302和下部構(gòu)件306之間。密封構(gòu)件420防止拋光液被導(dǎo)入 頂環(huán)20內(nèi)部并且還防止異物從頂環(huán)20的內(nèi)部排出。密封構(gòu)件420由柔軟材料制成并且可 以依照卡環(huán)302和下部構(gòu)件306的垂直運動而變形。圖14是顯示依照本發(fā)明的第五實施例的拋光設(shè)備510的示意圖。如圖14所示， 拋光設(shè)備510具有拋光臺12、連接至支撐軸14的上端的頂環(huán)頭16、安裝在頂環(huán)頭16的自 由端處的頂環(huán)軸18和連接至頂環(huán)軸18的下端的頂環(huán)20。在所示實例中，頂環(huán)20的形式基 本上為圓板。拋光臺12經(jīng)由臺軸12a連接到置于拋光臺12下方的電動機(未顯示)上。因此， 拋光臺12就可以圍繞臺軸12a旋轉(zhuǎn)。如圖14所示，拋光墊22連接至拋光臺12的上表面。 拋光墊22的上表面22a形成對半導(dǎo)體晶片W進行拋光的拋光表面。在市場上可以獲得各種拋光墊。例如，這些拋光墊中的一些為由Rodel Inc.制造 的 SUBA800、IC-1000 和 IC-1000/SUBA400(兩層布)和由 Fujimi Inc 制造的 Surfin χχχ-5 和Surfin 000。SUBA800、Surf inxxx_5和Surf in 000是由聚氨脂樹脂結(jié)合的非織造織物， 并且IC-1000由硬泡沫聚氨酯(單層)制成。泡沫聚氨酯為多孔的并且具有許多在其表面 中形成的細小凹槽或孔。頂環(huán)軸18通過電動機(未顯示)的驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)。通過頂環(huán)軸18的旋轉(zhuǎn)，頂環(huán)20 可以圍繞頂環(huán)軸18旋轉(zhuǎn)。另外，頂環(huán)軸18由垂直運動機構(gòu)124而沿垂直方向移動。通過 頂環(huán)軸18的垂直運動，頂環(huán)20可以相對于頂環(huán)頭16沿垂直方向移動。旋轉(zhuǎn)接頭25安裝在頂環(huán)軸18的上端上。頂環(huán)20具有用于將襯底例如半導(dǎo)體晶片W夾持在其下表面上并且將襯底壓在拋 光墊22和卡環(huán)502上以擠壓拋光墊22的頂環(huán)主體500。卡環(huán)502設(shè)置在頂環(huán)主體500的 周邊部分處。頂環(huán)頭16可以圍繞支撐軸14樞轉(zhuǎn)(回轉(zhuǎn))。因此，在其下表面上夾持半導(dǎo) 體晶片W的頂環(huán)20就可以在其中頂環(huán)20接收半導(dǎo)體晶片W的位置和通過頂環(huán)頭16的樞 轉(zhuǎn)運動而位于拋光臺12上方的位置之間移動。頂環(huán)20降低以將半導(dǎo)體晶片W壓在拋光墊 10的表面(拋光表面)22a上。在頂環(huán)20和拋光臺12分別旋轉(zhuǎn)時，會從拋光液供給噴嘴 (未顯示)向拋光墊22上供給拋光液體，其中拋光液供給噴嘴設(shè)置在拋光臺12上方。半導(dǎo) 體晶片W就會與拋光墊10上的拋光表面22a滑動接觸。因此，半導(dǎo)體晶片W的表面就被拋 光。沿垂直方向移動頂環(huán)軸18和頂環(huán)20的垂直運動機構(gòu)124具有以頂環(huán)軸18通過 軸承126旋轉(zhuǎn)的方式支撐頂環(huán)軸18的第一框架(橋)28、螺紋擰緊到安裝在第一框架128 上的螺母130中的滾珠絲桿132、由柱135支撐的第二框架(支撐臺)136和設(shè)置在第二框 架136上的交流伺服電動機138。支撐伺服電動機138的第二框架136經(jīng)由柱135固定到 頂環(huán)頭16上。滾珠絲桿132連接到伺服電動機138上。頂環(huán)軸18配置成與第一框架128 —起 沿垂直方向移動。因此，當(dāng)伺服電動機138被驅(qū)動時，第一框架128會經(jīng)由滾珠絲桿132而 垂直地移動。因此，頂環(huán)軸18和頂環(huán)20就會垂直地移動。拋光設(shè)備510具有控制器47， 控制器47可操作以控制拋光設(shè)備510中的各個設(shè)備，其中包括伺服電動機38?？刂破?7 包括存儲設(shè)備和計算機可讀取的介質(zhì)，該介質(zhì)具有記錄在其中的程序以用于控制拋光設(shè)備 510。如圖14所示，拋光設(shè)備510具有用于修整拋光臺12上的拋光表面22a的修整單 元540。修整單元540包括與拋光表面22a滑動接觸的修整器50、修整器50連接到其上的 修整器軸51、設(shè)置在修整器軸51的上端的空氣氣缸53和旋轉(zhuǎn)支撐修整器軸51的偏轉(zhuǎn)臂 55。修整器50具有裝接在修整器50的下部的修整構(gòu)件50a。修整構(gòu)件50a具有針形的金 剛石顆粒。這些金剛石顆粒裝接在修整構(gòu)件50a的下部上?？諝鈿飧?3布置在支撐臺57 上，支撐臺57支撐著柱56。柱56固定至偏轉(zhuǎn)臂55。偏轉(zhuǎn)臂55通過電動機(未顯示)的驅(qū)動而圍繞支撐軸58樞轉(zhuǎn)(回轉(zhuǎn))。修整器 軸51通過電動機(未顯示)的驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)。因此，修整器50通過修整器軸51的旋轉(zhuǎn)而圍 繞修整器軸51旋轉(zhuǎn)?？諝鈿飧?3經(jīng)由修整器軸51垂直地移動修整器50從而以預(yù)定的擠 壓力將修整器50壓在拋光墊22的拋光表面22a上。拋光墊22上的拋光表面22a的修整操作如下執(zhí)行。修整器50由空氣氣缸53壓 在拋光表面22a上。同時，純水從純水供給噴嘴(未顯示)供給到拋光表面22a上。在狀 態(tài)下，修整器50圍繞修整器軸51旋轉(zhuǎn)，并且修整構(gòu)件50a的下表面(金剛石顆粒)與拋光 表面22a接觸。因此，修整器50會移除拋光墊22的一部分從而修整拋光表面22a。本實施例中的拋光設(shè)備510使用修整器50來測量拋光墊22的磨損量。具體地說， 修整單元540包括用于測量修整器50的位移的位移傳感器(拋光墊磨損檢測器)60。位移 傳感器60設(shè)置在偏轉(zhuǎn)臂55的上表面上。目標(biāo)板61固定至修整器軸51。目標(biāo)板61通過修 整器50的垂直運動而被垂直地移動。位移傳感器60插入到目標(biāo)板61的孔中。位移傳感器60測量目標(biāo)板61的位移以測量修整器50的位移。位移傳感器60可以包括任意類型的 傳感器，包括激光傳感器、超聲波傳感器、渦流傳感器和線性刻度傳感器。在本實施例中，拋光墊22的磨損量測量如下。首先，操作空氣氣缸53以使修整器 50與未使用的拋光墊22的拋光表面22a接觸。在該狀態(tài)中，位移傳感器60測量修整器50 的初始位置并且將該初始位置存儲在控制器(算術(shù)單元)47的存儲設(shè)備中。在完成一個或 多個半導(dǎo)體晶片W的拋光處理之后，修整器50與拋光表面22a接觸。在該狀態(tài)下，會測量 修整器50的位置。因為修整器50的位置會向下移動拋光墊22的磨損量，所以控制器47 計算初始位置和拋光之后修整器50的測量位置之間的差別以獲得拋光墊22的磨損量。因 此，可以基于修整器50的位置計算拋光墊22的磨損量。在控制器47中，拋光墊22的總磨損量與預(yù)定的設(shè)定值進行比較。如果拋光墊22 的總磨損量超過預(yù)定的設(shè)定值，就會從控制器47發(fā)送指示拋光墊22應(yīng)該更換的信號。用 于拋光處理或拋光處理組的拋光墊22的磨損量(拋光量)存儲在控制器47中，這樣就可 以通過控制器47監(jiān)視磨損量的變化。在這種情形下，修整器50的操作處方(修整狀況例 如修整時間、修整器50的旋轉(zhuǎn)速度和將修整器50壓在拋光墊22上的擠壓力)可以通過控 制器47改變以對于每個拋光處理或每組拋光處理保持拋光墊22的恒定磨損量?；趻伖鈮|22的磨損量，控制器47可以控制伺服電動機138，這樣頂環(huán)20和拋光 墊22的拋光表面22a之間的距離就會等于預(yù)定值。具體地說，控制器47計算頂環(huán)20的最 佳位置以基于拋光墊22的磨損量(拋光表面22a的位移)對半導(dǎo)體晶片進行拋光并且將 最佳位置存儲在存儲設(shè)備中。當(dāng)半導(dǎo)體晶片W被拋光時，會在圖14中所示的狀態(tài)下驅(qū)動伺 服電動機138從而降低第一框架128和夾持半導(dǎo)體晶片W的頂環(huán)20。此時，控制器47控制 伺服電動機138并且在頂環(huán)20達到計算的最佳位置時停止伺服電動機138。夾持在頂環(huán) 20的下表面上的半導(dǎo)體晶片W就壓在拋光墊22上并且在計算的最佳位置上被拋光。接下來，將在下文詳細描述在第五實施例中適當(dāng)?shù)赜米黜敪h(huán)20的頂環(huán)。圖15至 圖18是顯示沿著頂環(huán)20的多個徑向的頂環(huán)20的實例的剖視圖。圖19是顯示圖15至圖 18中所示下部構(gòu)件的平面圖。如圖15至圖18中所示，頂環(huán)20具有用于將半導(dǎo)體晶片W壓在拋光表面22a上的 頂環(huán)主體500和用于直接擠壓拋光表面22a的卡環(huán)502。頂環(huán)主體500包括圓板形式的上 部構(gòu)件600、連接至上部構(gòu)件600的下表面的中間構(gòu)件604和連接至中間構(gòu)件604的下表面 的下部構(gòu)件606?？ōh(huán)502連接至上部構(gòu)件600的周邊部分。上部構(gòu)件600由螺栓608連接至頂環(huán) 軸18。另外，中間構(gòu)件604通過螺栓(未顯示)固定至上部構(gòu)件600，并且下部構(gòu)件606通 過螺栓(未顯示)固定至上部構(gòu)件600。包括上部構(gòu)件600、中間構(gòu)件604和下部構(gòu)件606 的頂環(huán)主體500由樹脂例如工程塑料(例如PEEK)制成。頂環(huán)20具有連接到下部構(gòu)件606的下表面上的彈性隔膜614。彈性隔膜614與由 頂環(huán)20夾持的半導(dǎo)體晶片的背面接觸。彈性隔膜614通過沿徑向向外布置的邊緣夾持器 616和在邊緣夾持器616的徑向向內(nèi)布置的環(huán)形波紋夾持器618和619而夾持在下部構(gòu)件 606的下表面上。彈性隔膜614由高強和耐用橡膠材料例如乙丙橡膠(EPDM)、聚氨酯橡膠、 硅橡膠等制成。邊緣夾持器616由波紋夾持器618夾持，并且波紋夾持器618由多個止動器620夾持在下部構(gòu)件606的下表面上。波紋夾持器619由多個止動器622夾持在下部構(gòu)件606 的下表面上。如圖19所示，止動器620和止動器622以相等的間隔沿著頂環(huán)20的圓周方
向布置。如圖15所示，中心室660形成在彈性隔膜614的中央部處。波紋夾持器619具有 與中心室660連通的通道624。下部構(gòu)件606具有與通道624連通的通道625。波紋夾持 器619的通道624和下部構(gòu)件606的通道625連接至流體供給源(未顯示)。因此，加壓流 體就會通過通道625和624供給至彈性隔膜314的中心室660。波紋夾持器618具有用于將彈性隔膜614的波紋614b和邊緣614c壓在下部構(gòu)件 606的下表面上的爪618b和618c。波紋夾持器619具有用于將彈性隔膜614的波紋614a 壓在下部構(gòu)件606的下表面上的爪619a。如圖16所示，環(huán)形波紋室661形成在彈性隔膜614的波紋614a和波紋614b之 間。間隙614f形成在彈性隔膜614的波紋夾持器618和波紋夾持器619之間。下部構(gòu)件 606具有與間隙614f連通的通道642。另外，中間構(gòu)件604具有與下部構(gòu)件606的通道642 連通的通道644。環(huán)形槽647形成在下部構(gòu)件606的通道642和中間構(gòu)件604的通道644 之間的連接部處。下部構(gòu)件606的通道642經(jīng)由中間構(gòu)件604的環(huán)形槽647和通道644連 接至流體供給源(未顯示)。因此，加壓流體就會通過通道供給至波紋室661。另外，通道 642可選擇地連接至真空泵(未顯示)。當(dāng)真空泵操作時，半導(dǎo)體晶片通過吸力被吸引至彈 性隔膜614的下表面。如圖17所示，波紋夾持器618具有與由彈性隔膜614的波紋614b和邊緣614c形 成的環(huán)形外室662連通的通道626。另外，下部構(gòu)件606具有經(jīng)由連接器627與波紋夾持器 618的通道626連通的通道628。中間構(gòu)件604具有與下部構(gòu)件606的通道628連通的通 道629。波紋夾持器618的通道626經(jīng)由下部構(gòu)件606的通道628和中間構(gòu)件604的通道 629連接至流體供給源(未顯示)。因此，加壓流體就會通過通道629、628和626供給至彈 性隔膜614的外室662。如圖18所示，邊緣夾持器616具有用于將彈性隔膜614的邊緣614d夾持在下部 構(gòu)件606的下表面上的爪。邊緣夾持器616具有與由彈性隔膜614的邊緣614c和614d形 成的環(huán)形邊緣室663連通的通道634。下部構(gòu)件606具有與邊緣夾持器616的通道634連 通的通道636。中間構(gòu)件604具有與下部構(gòu)件606的通道636連通的通道638。邊緣夾持 器616的通道634經(jīng)由下部構(gòu)件606的通道636和中間構(gòu)件604的通道638連接至流體供 給源(未顯示)。因此，加壓流體就會通過通道638、636和634供給至彈性隔膜614的邊緣 室 663。如上所述，使用本實施例中的頂環(huán)20，可以通過調(diào)節(jié)將供給在彈性隔膜614和下 部構(gòu)件606 (即中心室660、環(huán)形波紋室661、環(huán)形外室662、環(huán)形邊緣室663)之間形成的各 個壓力室的流體壓力來在半導(dǎo)體晶片的局部區(qū)域上調(diào)節(jié)將半導(dǎo)體晶片壓在拋光墊22上的 擠壓力。圖20是圖15中所示卡環(huán)502的放大圖?？ōh(huán)502用來夾持半導(dǎo)體晶片的周邊。 如圖20中所示，卡環(huán)502具有氣缸700、裝接到氣缸700的上部的夾持器702、由夾持器702 夾持在氣缸700內(nèi)的彈性隔膜704、連接至彈性隔膜704的下端的活塞706和由活塞706向 下壓的環(huán)形構(gòu)件708。氣缸700的上端閉合?？梢匝卮怪狈较蚺蛎浐褪湛s的連接板720設(shè)
22置在環(huán)形構(gòu)件708的外圓周表面和氣缸700的下端之間。連接板720布置成填充環(huán)形構(gòu)件 708和氣缸700之間的間隙。因此，連接板720用來防止拋光液(漿料)導(dǎo)入環(huán)形構(gòu)件708 和氣缸700之間的間隙。彈性隔膜614包括在彈性隔膜614的邊緣(圓周)處將彈性隔膜614連接至卡環(huán) 502的密封部分722。密封部分722具有向上彎曲的形狀。密封部分722布置成填充彈性隔 膜614和環(huán)形構(gòu)件708之間的間隙。密封部分722由可變形材料制成。密封部分722用來 防止拋光液導(dǎo)入彈性隔膜614和環(huán)形構(gòu)件708之間的間隙而允許頂環(huán)主體500和卡環(huán)502 相對于彼此移動。在本實施例中，密封部分722與彈性隔膜614的邊緣614d形成一個整體 并且具有U形橫截面。在其中未設(shè)置連接板720或密封部分722的情形中，可以將拋光液導(dǎo)入頂環(huán)20的 內(nèi)部從而阻止頂環(huán)主體500和頂環(huán)20的卡環(huán)502的正常操作。在本實施例中，連接板720 和密封部分722可以防止拋光液引入頂環(huán)20內(nèi)部。因此，可以正常地操作頂環(huán)20。彈性隔 膜704、連接板720和密封部分722由高強和耐用橡膠材料例如乙丙橡膠(EPDM)、聚氨酯橡 膠、硅橡膠等制成。環(huán)形構(gòu)件708被分成上部環(huán)形構(gòu)件708a和下環(huán)形構(gòu)件708b。上環(huán)形構(gòu)件708a 與活塞706接觸。下環(huán)形構(gòu)件708b與拋光表面22a接觸。上環(huán)形構(gòu)件708a和下環(huán)形構(gòu)件 708b具有在環(huán)形構(gòu)件708a和708b的外圓周表面上沿圓周方向延伸的法蘭部分。法蘭部分 由夾具730夾持，這樣上環(huán)形構(gòu)件708a和下環(huán)形構(gòu)件708b就被緊固。圖21是圖20中所示夾具730的平面圖。夾具730由柔性材料制成。夾具730的 初始形狀基本上是直線形的。當(dāng)夾具730裝接到環(huán)形構(gòu)件708法蘭部分上時，夾具730變 形為具有如圖21中所示切口 730a的環(huán)形。圖22A是顯示夾具730的另一個實例的透視圖。在該實例中使用多個由硬質(zhì)材料 制成的夾具730。圖22A僅僅顯示了夾具730之一。上環(huán)形構(gòu)件708a具有多個在上環(huán)形構(gòu) 件708a的外圓周表面上向外伸出的法蘭部分731a。下環(huán)形構(gòu)件708b具有多個在下環(huán)形構(gòu) 件708b的外圓周表面上向外伸出的法蘭部分731b。每個夾具730均具有沿環(huán)形構(gòu)件708 的外圓周表面彎曲的形狀。這些夾具730如下裝接至環(huán)形構(gòu)件708。首先，上環(huán)形構(gòu)件708a和下環(huán)形構(gòu)件 708b在法蘭部分731a和731b彼此對準(zhǔn)的狀態(tài)中彼此接觸。然后，夾具730位于相鄰的法 蘭部分之間的縫隙中并且水平地移動以夾持法蘭部分731a和731b。因此，上環(huán)形構(gòu)件708a 和下環(huán)形構(gòu)件708b就由夾具730彼此緊固。在該實例中，如圖22B所示，連接板720具有多 個形成在連接板720的內(nèi)圓周表面上的凸起720a。凸起720a裝配到法蘭部分之間的縫隙 中。連接板720裝接到環(huán)形構(gòu)件708上，這樣凸起720a就裝配到法蘭部分之間的縫隙中。 因此，夾具730就固定在適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｈ鐖D20所示，夾持器702具有與由彈性隔膜704形成的壓力室710連通的通道 712。氣缸700具有形成在其上部的通道714。氣缸700的通道714與夾持器702的通道 712連通。上部構(gòu)件600具有與氣缸700的通道714連通的通道716。夾持器702的通道 712經(jīng)由氣缸700的通道714和上部構(gòu)件600的通道716連接至流體供給源(未顯示)。因 此，加壓流體就會通過通道716、714和712供給至壓力室710。因此，通過調(diào)節(jié)將供給壓力 室710的流體壓力，彈性隔膜704就可以膨脹和收縮從而垂直地移動活塞706。因此，卡環(huán)
23502的環(huán)形構(gòu)件708就能以期望的壓力壓在拋光墊22上。彈性隔膜704可能具有多個沿著圓周方向布置的分離隔膜(未顯示)從而形成多 個壓力室710，壓力室710在彈性隔膜704內(nèi)部沿圓周方向分開。希望壓力室710的數(shù)目不 少于三個。在這種情形下，通道712、714和716會獨立于每個壓力室710而形成。為各個 壓力室710設(shè)置了壓力控制器(未顯示)。因此，壓力由壓力控制器獨立控制的流體就會通 過通道712、714和716供給到各個壓力室710中。因此，通過調(diào)節(jié)將供給壓力室710的流 體壓力，彈性隔膜704就可以膨脹和收縮從而垂直地移動活塞706。因此，卡環(huán)502的環(huán)形 構(gòu)件708就能以期望的壓力分布壓在拋光墊22上。在上面的實例中，通過獨立地調(diào)節(jié)將供給多個壓力室710的流體壓力，就可以沿 著卡環(huán)502的圓周方向生成非均勻的壓力分布。具體地說，環(huán)形構(gòu)件708和將環(huán)形構(gòu)件708 壓在拋光墊22上的多個壓力室710充當(dāng)沿著卡環(huán)502的圓周方向生成非均勻壓力分布的 壓力控制機構(gòu)。例如，這種壓力控制機構(gòu)可以控制卡環(huán)502擠壓拋光墊22的壓力，這樣沿拋光臺 12的旋轉(zhuǎn)方向位于下游的部分就會受到比沿拋光臺12的旋轉(zhuǎn)方向位于上游的部分更高的 壓力。在這種情形下，需要依照頂環(huán)20的旋轉(zhuǎn)動態(tài)地改變將供給各個壓力室710的壓力。 當(dāng)頂環(huán)20以高旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)時，就很難控制壓力從而跟隨旋轉(zhuǎn)。例如，為了克服壓力控制 的困難，可以為各個壓力室710配設(shè)壓力控制閥(未顯示)。壓力控制閥可以依照頂環(huán)20 的旋轉(zhuǎn)開關(guān)從而將具有預(yù)定壓力的流體導(dǎo)入各個壓力室710中。例如，可以在卡環(huán)502上設(shè)置參考點(標(biāo)記)。多個鄰近的傳感器可以圍繞卡環(huán) 502以等間隔布置。當(dāng)頂環(huán)20旋轉(zhuǎn)時可以使用鄰近傳感器檢測參考點。在這種情形下，可 以基于鄰近傳感器的檢測結(jié)果控制卡環(huán)502擠壓拋光墊22的壓力。希望鄰近傳感器的數(shù) 目不少于三個。或者，可以檢測對應(yīng)于各個壓力室710的卡環(huán)502的垂直位移或擠壓拋光 表面的實際擠壓負載以基于檢測結(jié)果控制卡環(huán)502擠壓拋光墊22的壓力。在所示實例中，彈性隔膜704使用由具有彎曲部分的彈性隔膜形成的滾動隔膜。 當(dāng)壓力室中由滾動隔膜限定的內(nèi)部壓力改變時，滾動隔膜的彎曲部分就會滾動從而拓寬壓 力室。當(dāng)壓力室擴寬時，隔膜不會與外部部件滑動接觸并且很難膨脹和收縮。因此，可以極 大地減小由于滑動接觸造成的摩擦，并且可以延長隔膜的壽命。另外，可以精確地調(diào)節(jié)卡環(huán) 502擠壓拋光墊22的擠壓力。使用上面的配置，僅僅可以降低卡環(huán)502。因此，即使卡環(huán)502的環(huán)形構(gòu)件708磨 損，也可以在下部構(gòu)件606和拋光墊22之間保持恒定的距離。另外，因為與拋光墊22接觸 的環(huán)形構(gòu)件708和氣缸700通過變形的彈性隔膜704連接，所以不會由偏移負載生成彎矩。 因此，卡環(huán)502生成的表面壓力就會均勻，并且卡環(huán)502變成更可能跟隨拋光墊22。如圖19和圖20中所示，上環(huán)形構(gòu)件708a具有多個垂直延伸的V形槽718。V形 槽718以相等的間隔形成在上環(huán)形構(gòu)件708a的內(nèi)表面中。另外，多個銷649會從下部構(gòu) 件606的周邊部分沿徑向向外伸出。銷649布置成與環(huán)形構(gòu)件708的V形槽718接合。銷 649可以在V形槽718內(nèi)相對于環(huán)形構(gòu)件708垂直地滑動。銷649允許頂環(huán)主體500的旋 轉(zhuǎn)經(jīng)由上部構(gòu)件600和下部構(gòu)件606傳遞至卡環(huán)502從而整體地旋轉(zhuǎn)頂環(huán)主體500和卡環(huán) 502。這種配置防止彈性隔膜(滾動隔膜)704的扭轉(zhuǎn)并且允許環(huán)形構(gòu)件708在拋光過程中 均勻和平滑地壓在拋光表面22上。另外，可以延長彈性隔膜704的壽命。
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因為頂環(huán)主體500的旋轉(zhuǎn)通過設(shè)置在頂環(huán)主體500上的銷649與卡環(huán)502的V形 槽718的接合而傳遞到卡環(huán)502上，所以銷649可以與V形槽718滑動接觸以在V形槽718 的表面中形成凹槽。這種凹槽可以強制地放置銷649從而導(dǎo)致卡環(huán)502的不穩(wěn)定運動。圖 23是顯示能夠解決這種缺陷的頂環(huán)的局部剖視圖。圖24是圖23中所示頂環(huán)的下部構(gòu)件的 平面圖。如圖23和圖24中所示，環(huán)形薄層構(gòu)件740通過銷741固定到頂環(huán)主體500的下部 構(gòu)件606上。多個滑動環(huán)744以相等的間隔裝接到薄層構(gòu)件740的周邊部分上?？ōh(huán)502 的上環(huán)形構(gòu)件708a具有多個以等間隔沿垂直方向延伸的傳動銷742。傳動銷742插入到滑 動環(huán)744中從而在滑動環(huán)744內(nèi)滑動。頂環(huán)主體500的旋轉(zhuǎn)經(jīng)由薄層構(gòu)件740、滑動環(huán)744 和傳動銷742傳遞至卡環(huán)502。因此，頂環(huán)主體500和卡環(huán)502就彼此一體地旋轉(zhuǎn)。在此實例中，因為傳動銷742以大接觸面積與滑動環(huán)744接觸，所以可以降低傳動 銷742和滑動環(huán)744的磨損。因此，環(huán)形構(gòu)件708就可以沿垂直方向平滑地移動。因此，就 可以正常地操作卡環(huán)502。橡膠適合用作薄層構(gòu)件740的材料。當(dāng)薄層構(gòu)件740由橡膠制 成時，就可以減少在頂環(huán)主體500和卡環(huán)502之間傳遞的振動。如上所述，可以由將供給彈性隔膜614的中央室660、波紋室661、外部室662和邊 緣室663的流體壓力來控制擠壓半導(dǎo)體晶片的擠壓力。因此，下部構(gòu)件606在拋光過程中 就應(yīng)該設(shè)置得向上離開拋光墊22。然而，如果卡環(huán)502磨損，半導(dǎo)體晶片和下部構(gòu)件606之 間的距離就會改變以改變彈性隔膜614的變形方式。因此，半導(dǎo)體晶片上的表面壓力分布 也會改變。表面壓力分布的這種變化會導(dǎo)致拋光的半導(dǎo)體晶片產(chǎn)生不穩(wěn)定的輪廓。在所示實例中，因為卡環(huán)502可以獨立于下部構(gòu)件606而垂直地移動，所以即使卡 環(huán)502的環(huán)形構(gòu)件708磨損，也可以在半導(dǎo)體晶片和下部構(gòu)件606之間保持恒定的距離。因 此，拋光的半導(dǎo)體晶片的輪廓可以是穩(wěn)定的。在所示實例中，彈性隔膜614布置成基本上與半導(dǎo)體晶片的整個表面接觸。然而， 彈性隔膜614可以與半導(dǎo)體晶片的至少一部分接觸。在拋光過程中，因為頂環(huán)20的卡環(huán)502與拋光表面22a滑動接觸，所以卡環(huán) 502 (下環(huán)形構(gòu)件708b)就會逐漸磨損。當(dāng)卡環(huán)502磨損至一定程度時，環(huán)形構(gòu)件708就不 能以期望壓力壓在拋光表面22a上。因此，半導(dǎo)體晶片的輪廓就會改變。因此，本實施例使 用設(shè)置在推動器上的卡環(huán)磨損檢測器來測量卡環(huán)502的磨損量。圖25是顯示具有卡環(huán)磨損檢測器的推動器的剖視圖。如圖25所示，推動器800具 有用于提高半導(dǎo)體晶片以允許半導(dǎo)體晶片夾持在頂環(huán)主體500的彈性隔膜614上的推動臺 810、用于使頂環(huán)20和推動器800定心的卡環(huán)導(dǎo)向裝置815、用于垂直地移動推動臺810的 第一空氣氣缸818和用于垂直地移動推動臺810和卡環(huán)導(dǎo)引件815的第二空氣氣缸819。推動臺810經(jīng)由第一立軸821連接到第一空氣氣缸818上。第一空氣氣缸818經(jīng) 由第二立軸822連接到第二空氣氣缸819上。第一立軸821由容納在外殼825內(nèi)的滑動導(dǎo) 向件826滑動地支撐?？ōh(huán)導(dǎo)向件815經(jīng)由彈簧830由第一立軸821支撐。卡環(huán)導(dǎo)向件815 具有在其上端表面處形成的凹槽815a。凹槽815a與卡環(huán)502的環(huán)形構(gòu)件708的下表面接 觸。當(dāng)?shù)诙諝鈿飧?19操作以提高卡環(huán)導(dǎo)向件815和推動臺810時，環(huán)形構(gòu)件708的下 部就會裝配到凹槽815a中。因此，頂環(huán)20就在推動器800上定心。此時，當(dāng)頂環(huán)20與推 動器800接觸時，彈簧830由卡環(huán)導(dǎo)向件815下壓以吸收沖擊。
如圖25所示，渦流傳感器(卡環(huán)磨損檢測器)840裝接到卡環(huán)導(dǎo)向件815上。推 動臺810具有面向渦流傳感器840的金屬目標(biāo)板841。渦流傳感器840使用目標(biāo)板841測 量推動臺810和卡環(huán)導(dǎo)向件815之間的距離?？ōh(huán)磨損檢測器并不限于渦流傳感器并且可 以包括任意類型的傳感器，包括激光傳感器、超聲波傳感器和線性刻度傳感器。兩個傳遞半導(dǎo)體晶片W的線性運輸器850和860和兩個由線性運輸器850和860 夾持的晶片托盤870和880布置在頂環(huán)20和推動器800之間。半導(dǎo)體晶片經(jīng)由晶片托盤 870和880由推動臺810加載到頂環(huán)20上并且從頂環(huán)20上卸除。線性輸送器850和860 用來在拋光設(shè)備和傳遞機器人(未顯示)之間傳遞半導(dǎo)體晶片W。線性輸送器850和860 配置成沿水平方向移動。線性運輸器850用于裝載半導(dǎo)體晶片，而線性運輸器860用于卸除 半導(dǎo)體晶片。線性運輸器850布置在線性運輸器860上方。盡管線性運輸器850和線性運 輸器860在圖25中顯示為彼此垂直地對齊，但是實際上線性運輸器850和線性運輸器860 可以并行地移動從而彼此相交。當(dāng)半導(dǎo)體晶片加載到頂環(huán)20上時，推動臺810提升具有放置在其上的半導(dǎo)體晶片 W的晶片托盤870以將半導(dǎo)體晶片W輸送至頂環(huán)20。然后，半導(dǎo)體晶片W夾持在頂環(huán)20上。 當(dāng)半導(dǎo)體晶片從頂環(huán)20上卸除時，推動臺810提升晶片托盤880以接收從頂環(huán)20釋放的 半導(dǎo)體晶片W。因此，半導(dǎo)體晶片W就置于晶片托盤880上。推動器800布置在拋光臺12 附近(參見圖14)。當(dāng)半導(dǎo)體晶片由推動器800接收或輸送時，支撐軸14就會旋轉(zhuǎn)，這樣頂 環(huán)20就位于推動器800上方。下面將參照圖25至圖29描述推動器800的操作。首先，如圖26中所示，線性運 輸器850移動，這樣具有將被拋光的半導(dǎo)體晶片W的晶片托盤870就位于推動器800的上 方。然后，如圖27所示，第二空氣氣缸819操作以提升第一空氣氣缸818、推動臺810和卡 環(huán)導(dǎo)向件815，這樣卡環(huán)導(dǎo)向件815就與環(huán)形構(gòu)件708的下表面接觸。另外，如圖28所示， 第一空氣氣缸818操作以提升推動臺810。因此，晶片托盤870就會與半導(dǎo)體晶片W —起 提升。然后，半導(dǎo)體晶片W就夾持至(或吸引至)頂環(huán)20。之后，頂環(huán)20移動至拋光臺12 上方的位置。因此，半導(dǎo)體晶片W就會在拋光臺12上進行拋光。在完成拋光處理以后，支撐軸14就會旋轉(zhuǎn)以將頂環(huán)20移動到在推動器800上方 的位置。此時，線性運輸器860就會移動，這樣托盤880就會位于推動器800上方。然后， 第二空氣氣缸819操作以提升第一空氣氣缸818、推動臺810和卡環(huán)導(dǎo)向件815，這樣卡環(huán) 導(dǎo)向件815就與環(huán)形構(gòu)件708的下表面接觸。此時，如圖29所示，已拋光的半導(dǎo)體晶片W 就會從頂環(huán)20釋放并且放置在晶片托盤880上。第二空氣氣缸819操作以降低推動臺810 和卡環(huán)導(dǎo)向件815。然后，線性運輸器860移動以將半導(dǎo)體晶片W輸送至傳遞機器人(未顯 示)°當(dāng)卡環(huán)導(dǎo)向件815與環(huán)形構(gòu)件708下表面接觸時(參見圖27和29)，就會依照環(huán)形 構(gòu)件708的磨損量改變由彈簧830支撐的卡環(huán)導(dǎo)向件815的位置。因為推動臺810固定到 第一立軸821上，所以可以連續(xù)地固定推動臺810的位置?？刂破?7可操作以使是由渦流 傳感器840測量的卡環(huán)導(dǎo)向件815和推動臺810之間的距離與參考值(初始距離)以計算 環(huán)形構(gòu)件708 (卡環(huán)502)的磨損量。環(huán)形構(gòu)件708 (卡環(huán)502)的磨損量可以由推動臺810 在卡環(huán)導(dǎo)向件815與卡環(huán)502接觸的狀態(tài)中提升時渦流傳感器840的測量值的變化(推動 臺810的運動距離)計算得來。具體地說，表示渦流傳感器840的測量值的變化與環(huán)形構(gòu)
26件708的磨損量之間的相互關(guān)系的數(shù)據(jù)可以存儲在控制器47的存儲設(shè)備中并且用于基于 渦流傳感器840的測量值的變化計算環(huán)形構(gòu)件708的磨損量。 在傳統(tǒng)拋光設(shè)備中，渦流傳感器嵌入拋光臺中，并且金屬目標(biāo)嵌入卡環(huán)中。所述目 標(biāo)的位置由渦流傳感器檢測以測量卡環(huán)的磨損量。然而，在這種情形下，因為拋光墊位于渦 流傳感器和目標(biāo)之間，所以需要考慮拋光墊的磨損量。因此，就很難精確地測量卡環(huán)的磨損 量。在上面的實例中，渦流傳感器840可以執(zhí)行測量而不會受到拋光墊或其它部件的影響。 因此，可以精確地測量環(huán)形構(gòu)件708的磨損量。當(dāng)半導(dǎo)體晶片被加載或卸除時可以測量環(huán)形構(gòu)件708的磨損量。當(dāng)環(huán)形構(gòu)件708 的總磨損量達到預(yù)定值時，控制器47發(fā)出信號以指示環(huán)形構(gòu)件708應(yīng)該更換。用于拋光處 理或拋光處理組的磨損量記錄在控制器47的存儲設(shè)備中，這樣就可以通過控制器47監(jiān)視 磨損量的變化。如果拋光處理或拋光處理組的磨損量超過預(yù)定閾值，控制器47就會確定拋 光處理并未正常地執(zhí)行。下面將描述該操作。環(huán)形構(gòu)件708的磨損量取決于各種因素，包括應(yīng)用到環(huán)形構(gòu)件708上的擠壓力 (壓力室710中的壓力)、包含在拋光液中的主要成份的濃度、拋光液中磨粒的濃度和拋光 液的流速。用于拋光處理的環(huán)形構(gòu)件708 (卡環(huán)502)的磨損量基本上是恒定的，除非這些 因素發(fā)生改變。因此，當(dāng)用于拋光處理的環(huán)形構(gòu)件708的磨損量超過預(yù)定閾值時，可以看 出，拋光處理并未正常地執(zhí)行。在這種情形下，例如，當(dāng)壓力室710內(nèi)的壓力和拋光液的流 速保持在預(yù)定值時，就可以認為拋光液的成份或磨粒的濃度不正確。因此，通過使用多個傳 感器，就可以指定異常拋光處理的原因。另外，環(huán)形構(gòu)件708的磨損量和半導(dǎo)體晶片的拋光輪廓之間的相關(guān)性可以在控制 器47的存儲設(shè)備中存儲為拋光特性數(shù)據(jù)(相關(guān)性數(shù)據(jù))。在拋光過程中可以由控制器47 基于相關(guān)性數(shù)據(jù)控制環(huán)形構(gòu)件708的擠壓力。例如，在其中用于拋光處理的環(huán)形構(gòu)件708 的磨損量降低的情形中，即使環(huán)形構(gòu)件708仍以相同的擠壓力壓在拋光墊22上，因為環(huán)形 構(gòu)件708的總磨損量提高，所以并沒有足夠的壓力施加到拋光墊22。在該情形下，會希望控 制器47基于相關(guān)性數(shù)據(jù)校正環(huán)形構(gòu)件708的擠壓力從而延長環(huán)形構(gòu)件708的壽命。另外，可以在拋光處理開始之前執(zhí)行拋光模擬。在這種情形下，可以通過基于模擬 結(jié)果和期望拋光輪廓的數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)環(huán)形構(gòu)件708的擠壓力和中心室660、波紋室661、外室 662和邊緣室663的內(nèi)部壓力，從而獲得適當(dāng)?shù)膾伖廨喞?。除了環(huán)形構(gòu)件708的磨損量，可以監(jiān)視拋光墊22的磨損的變化來確定拋光處理是 否正常地執(zhí)行。具體地說，用于拋光處理的拋光墊22的磨損量基本上恒定，除非拋光條件 例如拋光液的流速發(fā)生改變。因此，可以通過監(jiān)視拋光墊22的磨損量的變化來檢測拋光條 件的變化。在這種情形下，當(dāng)用于拋光處理或拋光處理組的拋光墊22的磨損量超過預(yù)定閾 值(例如預(yù)定的第一閾值)時，就可以確定拋光處理并未正常地執(zhí)行。另外，可以依照環(huán)形 構(gòu)件708的磨損量預(yù)先準(zhǔn)備處方，例如包括頂環(huán)20的旋轉(zhuǎn)速度和環(huán)形構(gòu)件708的擠壓力的 拋光條件。處方可以響應(yīng)來自控制器47的信號而變化。在該情形下，可以延長環(huán)形構(gòu)件 708的壽命。圖14中所示的修整器50使附著在修整器50的下表面上的針狀金剛石顆粒與拋 光墊22滑動接觸以移除一部分拋光表面22a。因此，金剛石顆粒就會逐漸磨損。如果金剛 石顆粒磨損至某種程度，就不能獲得拋光表面22a的希望的表面粗糙度。因此就會減少保持在拋光表面22a的磨粒的量，這樣就不能正常地執(zhí)行拋光處理。在本實施例中，金剛石顆 粒的磨損量是通過下列方法測量的。每單位時間由修整器50移除的拋光墊22的量在下文中被稱為切削率，它取決于 修整器50壓在拋光表面22a上的擠壓力和金剛石顆粒的形狀。因此，由于金剛石顆粒在其 中以恒定擠壓力擠壓修整器50的情形中磨損，所以可以降低切削率。在本實施例中，切削 率(即，單位時間拋光表面22a的位移)是由上述位移傳感器60測量的。在控制器47中，切削率即單位時間拋光表面22a的位移(拋光墊22的磨損量)是 基于來自位移傳感器60的輸出信號(測量值)進行計算的。表示切削率和修整器50(即 金剛石顆粒)的磨損量之間相關(guān)性的數(shù)據(jù)預(yù)先輸入到控制器47中。然后，控制器47從數(shù) 據(jù)來計算修整器50的磨損量。當(dāng)修整器50的總磨損量達到預(yù)定值時，控制器47發(fā)出信號 以指示修整器50應(yīng)該更換。因此，位移傳感器60也充當(dāng)修整器磨損檢測器來檢測修整器 50的磨損。如上所述，當(dāng)金剛石顆粒磨損時，就會降低保持在拋光表面22a上的磨粒的量。因 此，就會認為用于拋光處理的卡環(huán)502 (環(huán)形構(gòu)件708)的磨損量(移除)也會降低。如果用 于拋光處理或拋光處理組的卡環(huán)502的磨損量低于預(yù)定閾值(例如預(yù)定的第二閾值)時， 控制器47就可以確定拋光處理并未正常地執(zhí)行。修整器50的操作處方(修整狀況例如修整時間、修整器50的旋轉(zhuǎn)速度和將修整 器50壓在拋光墊22上的擠壓力)可以通過控制器47依照修整器50的磨損量而改變。如上所述，可以檢測隨時間改變的磨損量并且檢測磨損部件例如環(huán)形構(gòu)件708、拋 光墊22和修整器50的磨損量。因此，可以是實現(xiàn)下面的效果。1)可以檢測和延長各個磨損部件的壽命?？梢詸z測和預(yù)測磨損部件的更換定時。2)可以通過表示磨損部件的磨損量和拋光輪廓之間的相關(guān)性的累積的相關(guān)性數(shù) 據(jù)來適當(dāng)?shù)乜刂茠伖鈼l件，這些拋光條件包括磨損部件的擠壓狀況、頂環(huán)內(nèi)壓力室的內(nèi)壓 力、拋光液的狀況(溫度、PH等)、頂環(huán)的旋轉(zhuǎn)速度、拋光臺的旋轉(zhuǎn)速度和襯底與拋光墊之間 的相對速度。3)可以檢測拋光處理的異常。圖30是顯示依照本發(fā)明的第六實施例的拋光設(shè)備中的頂環(huán)1020的示意圖。如圖 30所示，頂環(huán)1020具有卡環(huán)1302，卡環(huán)1302包括上環(huán)形構(gòu)件1408a和下環(huán)形構(gòu)件1408b。 圖31是上環(huán)形構(gòu)件1408a和下環(huán)形構(gòu)件1408b的放大圖。如圖31所示，下環(huán)形構(gòu)件1408b 具有與拋光表面22a接觸的下表面1400以及上錐面1401。上環(huán)形構(gòu)件1408a具有與下環(huán) 形構(gòu)件1408b的上錐面1401接觸的下錐面1402。垂直地移動的卡環(huán)1302配置成沿卡環(huán)1302的徑向略微移動。在卡環(huán)1302和拋 光表面22a之間生成的摩擦力和夾持襯底W的徑向力會在拋光過程中施加到卡環(huán)1302上。 因此，卡環(huán)1302在拋光過程中會沿拋光臺22的旋轉(zhuǎn)方向偏心地定位在下游。在本實施例 中，如圖30和31所示，上環(huán)形構(gòu)件1408a和下環(huán)形構(gòu)件1408b彼此在錐面1402和1401上 接觸以將施加到保持器環(huán)1302上的徑向力FR轉(zhuǎn)換為向下的力FD。因此，在本實施例中，具有錐面1402的上環(huán)形構(gòu)件1408a和具有錐面1401的下環(huán) 形構(gòu)件1408b充當(dāng)用于沿著卡環(huán)1302的圓周方向生成非均勻壓力分布的壓力控制機構(gòu)。尤 其地，卡環(huán)1302擠壓拋光墊22的擠壓力被控制成沿拋光臺12的旋轉(zhuǎn)方向位于下游的部分受到比沿拋光臺12的旋轉(zhuǎn)方向位于上游的部分更高的壓力。輥子可以設(shè)置在錐面1401和 錐面1402之間以平滑地生成向下的力。圖32是顯示依照本發(fā)明的第七實施例的拋光設(shè)備中的頂環(huán)的部分放大圖。如圖 32所示，頂環(huán)具有集成了圖15所示卡環(huán)502和第六實施例中卡環(huán)1302的卡環(huán)2302。具體 地說，卡環(huán)2302具有環(huán)形構(gòu)件2408，環(huán)形構(gòu)件2408被分成與活塞706接觸的上環(huán)形構(gòu)件 2408a和與拋光表面22a接觸的下環(huán)形構(gòu)件2408b。下環(huán)形構(gòu)件2408b具有與拋光表面22a 接觸的下表面以及上錐面2401。上環(huán)形構(gòu)件2408a具有與下環(huán)形構(gòu)件2408b的錐面2401 接觸的下錐面2402?？ōh(huán)1302具有多個沿著卡環(huán)1302的圓周方向分開的壓力室710。在本實施例中，因為壓力控制機構(gòu)是由卡環(huán)2302的上環(huán)形構(gòu)件2408a和下環(huán)形構(gòu) 件2408b形成的，所以不需要提供多個壓力室710。然而，可以在卡環(huán)2302中設(shè)置多個壓力 室 710。因為壓力室710設(shè)置在上環(huán)形構(gòu)件2408a上方，所以壓力室710可以吸收通過接 觸錐面2402和2401而生成的向下的力，除非上環(huán)形構(gòu)件2408a的垂直運動受到限制。在 該情形下，大于由壓力室710施加的力的那些力不會被施加到環(huán)形構(gòu)件2408上。因此，在 本實施例中，會在氣缸700的內(nèi)圓周表面上設(shè)置約束構(gòu)件2800。約束構(gòu)件2800會與上環(huán)形 構(gòu)件2408a接觸以限制上環(huán)形構(gòu)件2408a的垂直運動。例如，約束構(gòu)件2800可以由具有大 摩擦系數(shù)的橡膠制成。使用這種約束構(gòu)件2800，可以防止上環(huán)形構(gòu)件2408a沿拋光臺22的旋轉(zhuǎn)方向在下 游升高。因此，就可以提高由錐面2402和2401的接觸生成的力，從而大于由壓力室710生 成的力。因此，就可以沿拋光臺22的旋轉(zhuǎn)方向在下游的位置上確實提高卡環(huán)2302的擠壓 力。如同第六實施例一樣，輥子可以設(shè)置在錐面2401和錐面2402之間。雖然已經(jīng)顯示和詳細描述了本發(fā)明的某些優(yōu)選實施例，但是應(yīng)當(dāng)理解，可以在其 中做出各種改變和變體而不脫離所附權(quán)利要求書的范圍。工業(yè)實用性本發(fā)明適合用于拋光襯底例如半導(dǎo)體晶片為平鏡面精加工的拋光設(shè)備。
權(quán)利要求
一種頂環(huán)，用于夾持襯底并且朝向拋光臺上的拋光墊的拋光表面擠壓襯底，所述頂環(huán)包括設(shè)計成朝向所述拋光表面擠壓襯底的頂環(huán)主體；和設(shè)計成擠壓所述拋光表面的卡環(huán)，所述卡環(huán)設(shè)置在所述頂環(huán)主體的周邊部分處；所述卡環(huán)包括彈性隔膜，成形為在其中形成壓力室，所述彈性隔膜可沿垂直方向膨脹和收縮，同時朝所述拋光表面擠壓所述襯底，用于將所述彈性隔膜固定到所述頂環(huán)主體的夾持器，所述夾持器具有一通道，所述壓力室通過該通道與流體供給源連通，和環(huán)形構(gòu)件，將被其中供應(yīng)以加壓流體的壓力室擠壓在拋光表面上，所述環(huán)形構(gòu)件可獨立于所述頂環(huán)主體沿著垂直方向移動。
2.如權(quán)利要求1所述的頂環(huán)，其特征在于，所述彈性隔膜具有彎曲部分。
3.如權(quán)利要求2所述的頂環(huán)，其特征在于，所述彈性隔膜包括滾動隔膜。
4.如權(quán)利要求1所述的頂環(huán)，其特征在于，所述彈性隔膜成形為當(dāng)所述壓力室中的內(nèi) 部壓力增大時拓寬所述壓力室。
5.如權(quán)利要求1所述的頂環(huán)，其特征在于，還包括連接到所述頂環(huán)主體的下表面的彈 性隔膜，該彈性隔膜成形為基本接觸襯底的整個上表面。
6.如權(quán)利要求5所述的頂環(huán)，其特征在于，中央室、波紋室、外部室和邊緣室通過連接 到所述頂環(huán)主體下表面的所述彈性隔膜形成。
7.如權(quán)利要求1所述的頂環(huán)，其特征在于，還包括設(shè)計成測量所述卡環(huán)磨損量的卡環(huán) 磨損檢測器。
8.一種用于拋光襯底的設(shè)備，包括 用于在其上支撐拋光墊的拋光臺；和 如權(quán)利要求33所述的頂環(huán)。
9.一種通過提供襯底和拋光臺上的拋光墊的拋光表面之間的滑動接觸而拋光襯底的 方法，所述方法包括旋轉(zhuǎn)拋光臺連同拋光墊；通過頂環(huán)朝向所述拋光表面擠壓襯底，同時通過由彈性隔膜形成的壓力室朝向拋光表 面擠壓卡環(huán)，所述彈性隔膜可沿著垂直方向膨脹和收縮，同時朝向拋光表面擠壓襯底； 在所述襯底的擠壓過程中，旋轉(zhuǎn)所述頂環(huán)連同襯底；和通過調(diào)節(jié)被供應(yīng)到壓力室的加壓流體的壓力，調(diào)節(jié)把卡環(huán)壓在拋光表面上的擠壓力。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述彈性隔膜具有彎曲部分。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，朝著拋光表面擠壓所述襯底包括通過中央 室、波紋室、外部室和邊緣室朝著拋光表面擠壓襯底。
12.一種拋光設(shè)備，包括 拋光表面；和用于夾持襯底的頂環(huán)，所述頂環(huán)具有用于夾持襯底的周邊部分的卡環(huán)，其中所述卡環(huán)包括具有在其中形成的壓力室的滾動隔膜，用于向壓力室供給流體從而使所述滾動隔膜沿垂直方向膨脹或者收縮的通道，和 根據(jù)所述滾動隔膜沿垂直方向可移動的環(huán)形構(gòu)件，所述環(huán)形構(gòu)件與所述拋光表面接觸。
13.如權(quán)利要求12所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述卡環(huán)還包括 其中容納有所述滾動隔膜的氣缸，設(shè)計成將所述滾動隔膜夾持在所述氣缸上的夾持器，和 在氣缸內(nèi)部沿垂直方向可移動的活塞，所述活塞連接至所述滾動隔膜。
14.一種拋光設(shè)備，包括 拋光表面；和用于夾持襯底的頂環(huán)，所述頂環(huán)具有用于夾持襯底周邊部分的卡環(huán)； 其中所述卡環(huán)包括彈性隔膜，具有形成在其中的壓力室，所述彈性隔膜可沿著垂直方向膨脹和收縮， 用于將流體供應(yīng)到壓力室的通道，從而垂直地膨脹或者收縮所述彈性隔膜；和 環(huán)形構(gòu)件，可根據(jù)所述彈性隔膜的垂直運動而垂直地運動，所述環(huán)形構(gòu)件與所述拋光 表面接觸。
15.如權(quán)利要求14所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述卡環(huán)還包括 在其中容納所述彈性隔膜的氣缸，設(shè)計成將所述彈性隔膜夾持在所述氣缸上的夾持器，和 在氣缸內(nèi)部沿垂直方向可移動的活塞，所述活塞連接至所述彈性隔膜。
16.一種拋光設(shè)備，包括 具有拋光表面的拋光墊；設(shè)計成朝向所述拋光表面擠壓襯底的頂環(huán)主體；和設(shè)計成擠壓所述拋光表面的卡環(huán)，所述卡環(huán)設(shè)置在所述頂環(huán)主體的周邊部分處；其中所述卡環(huán)包括具有在其中形成的壓力室的滾動隔膜，用于向壓力室供給流體從而使所述滾動隔膜沿垂直方向膨脹或者收縮的通道，和 根據(jù)所述滾動隔膜沿垂直方向可移動的環(huán)形構(gòu)件，所述環(huán)形構(gòu)件與所述拋光表面接觸，其中容納有所述滾動隔膜的氣缸，和能夠沿垂直方向膨脹和收縮的連接板，所述連接板連接所述氣缸和所述環(huán)形構(gòu)件從而 蓋住在所述氣缸和所述環(huán)形構(gòu)件之間的間隙。
17.—種拋光設(shè)備，包括 具有拋光表面的拋光墊；設(shè)計成朝向所述拋光表面擠壓襯底的頂環(huán)主體；設(shè)計成擠壓所述拋光表面的卡環(huán)，所述卡環(huán)設(shè)置在所述頂環(huán)主體的周邊部分處； 設(shè)置在所述頂環(huán)主體下部處的彈性隔膜，所述彈性隔膜與至少一部分襯底接觸；和 蓋住所述彈性隔膜和所述卡環(huán)之間的間隙的密封構(gòu)件。
18.—種拋光設(shè)備，包括 具有拋光表面的拋光墊；設(shè)計成朝向所述拋光表面擠壓襯底的頂環(huán)主體；設(shè)計成擠壓所述拋光表面的卡環(huán)，所述卡環(huán)設(shè)置在所述頂環(huán)主體的周邊部分處； 固定至所述頂環(huán)主體的環(huán)形薄板構(gòu)件； 連接至所述環(huán)形薄板構(gòu)件的多個滑動環(huán)；和固定至所述卡環(huán)的多個傳動銷，所述傳動銷插入到所述滑動環(huán)中以便在所述滑動環(huán)內(nèi) 部可滑動。
19.一種拋光設(shè)備，包括 具有拋光表面的拋光墊；設(shè)計成朝向所述拋光表面擠壓襯底的頂環(huán)主體；設(shè)計成擠壓所述拋光表面的卡環(huán)，所述卡環(huán)設(shè)置在所述頂環(huán)主體的周邊部分處； 可操作地從所述頂環(huán)主體接收襯底并且向它傳送襯底的推動器；以及 用于檢測所述卡環(huán)的磨損的卡環(huán)磨損檢測器，所述卡環(huán)磨損檢測器設(shè)置在所述推動器中。
20.如權(quán)利要求19所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述推動器包括 與所述卡環(huán)的下表面接觸的卡環(huán)導(dǎo)向裝置，和可操作地將襯底推到所述頂環(huán)主體的下表面上的推動臺，其中所述卡環(huán)磨損檢測器可操作地測量所述卡環(huán)導(dǎo)向裝置和所述推動臺之間的距離。
21.一種拋光設(shè)備，包括 拋光表面；設(shè)計成朝向所述拋光表面擠壓襯底的頂環(huán)主體；并且設(shè)計成擠壓所述拋光表面的卡環(huán)，所述卡環(huán)設(shè)置在所述頂環(huán)主體的周邊部分處； 其中所述卡環(huán)包括壓力控制機構(gòu)，該機構(gòu)可操作地控制卡環(huán)擠壓拋光表面的壓力，從 而沿著卡環(huán)的圓周方向生成非均勻的壓力分布。
22.如權(quán)利要求21所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述壓力控制機構(gòu)包括 與所述拋光表面接觸的環(huán)形構(gòu)件；設(shè)計成將所述環(huán)形構(gòu)件擠壓到所述拋光表面的多個壓力室；和 用于向所述多個壓力室供給壓力獨立受控的流體的多個通道。
23.如權(quán)利要求21所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述壓力控制機構(gòu)包括 具有上部錐面和與拋光表面接觸的下表面的下部環(huán)形構(gòu)件；和具有下部錐面的上部環(huán)形構(gòu)件，下部錐面與下部環(huán)形構(gòu)件的上部錐面接觸從而使施加 給所述下部環(huán)形構(gòu)件的徑向力轉(zhuǎn)換成向下的力。
24.如權(quán)利要求21所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述壓力控制機構(gòu)包括 具有上部錐面和與拋光表面接觸的下表面的下部環(huán)形構(gòu)件；具有下部錐面的上部環(huán)形構(gòu)件，下部錐面與下部環(huán)形構(gòu)件的上部錐面接觸從而使施加 給所述下部環(huán)形構(gòu)件的徑向力轉(zhuǎn)換成向下的力；設(shè)計成朝向所述拋光表面擠壓所述上部環(huán)形構(gòu)件的至少一個壓力室； 用于向所述至少一個壓力室供給壓力受控的流體的至少一個通道；和 與所述上部環(huán)形構(gòu)件接觸從而限制所述上部環(huán)形構(gòu)件的垂直運動的約束構(gòu)件。
25.如權(quán)利要求21所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述壓力控制機構(gòu)可操作地根據(jù)頂環(huán)主體的旋轉(zhuǎn)控制卡環(huán)擠壓拋光表面的壓力，從而在靜止系統(tǒng)中產(chǎn)生恒定的非均勻的壓力 分布。
26.如權(quán)利要求25所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述壓力控制機構(gòu)可操作地控制卡 環(huán)擠壓拋光表面的壓力，以便位于沿著拋光表面的旋轉(zhuǎn)方向下游的部分受到的壓力高于位 于沿著拋光表面的旋轉(zhuǎn)方向上游的部分。
27.一種拋光設(shè)備，包括 拋光表面；用于夾持襯底的頂環(huán)；和沿垂直方向可移動的頂環(huán)軸，所述頂環(huán)連接至所述頂環(huán)軸， 其中所述頂環(huán)包括 連接至所述頂環(huán)軸的上部構(gòu)件， 與襯底的至少一部分接觸的彈性隔膜， 連接到所述彈性隔膜的下部構(gòu)件，和設(shè)計成將所述下部構(gòu)件可拆卸地固定至所述上部構(gòu)件的緊固件。
28.如權(quán)利要求27所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述頂環(huán)還包括設(shè)計成將所述彈性隔膜夾持在所述下部構(gòu)件上的夾持器，所述夾持器具有鉤，以及 止動器，具有與所述夾持器的鉤接合的接合部分。
29.如權(quán)利要求28所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述止動器為圓柱形， 其中所述接合部分部分沿止動器的圓周方向形成。
30.如權(quán)利要求29所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述接合部分沿著所述止動器的圓 周方向逐漸加厚。
31.如權(quán)利要求27所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述頂環(huán)還包括 用于夾持襯底的周邊部分的卡環(huán)，設(shè)計成防止拋光液進入所述卡環(huán)與所述上部構(gòu)件和所述下部構(gòu)件的至少之一之間的 密封構(gòu)件。
32.—種拋光設(shè)備，包括 具有拋光表面的拋光墊；設(shè)計成朝向所述拋光表面擠壓襯底的頂環(huán)主體；設(shè)計成擠壓所述拋光表面的卡環(huán)，所述卡環(huán)設(shè)置在所述頂環(huán)主體的周邊部分處； 用于修整所述拋光表面的修整器；用于檢測所述拋光設(shè)備中的至少一個部件的磨損的磨損檢測器；和 算術(shù)單元，可操作地基于所述磨損檢測器的信號計算所述至少一個部件的磨損量，并 且基于拋光處理或者多組拋光處理的磨損量確定拋光是否正常進行。
33.如權(quán)利要求32所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述算術(shù)單元可操作地基于拋光處 理或者多組拋光處理的磨損量與預(yù)定閾值的比較來檢測拋光是否異常。
34.如權(quán)利要求32所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述算術(shù)單元可操作地確定所述至 少一個部件的總磨損量是否達到預(yù)定值。
35.如權(quán)利要求32所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述磨損檢測器包括用于檢測所述 卡環(huán)的磨損的卡環(huán)磨損檢測器。
36.如權(quán)利要求35所述的拋光設(shè)備，其特征在于，還包括可操作地從所述頂環(huán)主體接 收襯底并且向所述頂環(huán)主體傳送襯底的推動器，以及所述卡環(huán)磨損檢測器設(shè)置在所述推動 器中。
37.如權(quán)利要求36所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述推動器包括 與所述卡環(huán)的下表面接觸的卡環(huán)導(dǎo)向裝置，和可操作地將襯底推到所述頂環(huán)主體的下表面上的推動臺，其中所述卡環(huán)磨損檢測器可操作地測量在所述卡環(huán)導(dǎo)向裝置和所述推動臺之間的距罔。
38.如權(quán)利要求35所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述頂環(huán)主體擠壓襯底的擠壓力根 據(jù)所述卡環(huán)的磨損量而改變。
39.如權(quán)利要求32所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述磨損檢測器包括用于檢測所述 拋光墊的磨損的拋光墊磨損檢測器。
40.如權(quán)利要求39所述的拋光設(shè)備，其特征在于，當(dāng)所述修整器接觸所述拋光表面時， 所述拋光墊磨損檢測器可操作地測量所述修整器的位置。
41.如權(quán)利要求32所述的拋光設(shè)備，其特征在于，還包括用于檢測所述修整器的磨損 的修整器磨損檢測器。
42.如權(quán)利要求41所述的拋光設(shè)備，其特征在于，當(dāng)所述修整器接觸所述拋光表面時， 所述修整器磨損檢測器可操作地測量所述修整器的位置，其中所述算術(shù)單元可操作地基于所述修整器磨損檢測器的信號計算切削速率并且基 于計算的切削速率計算所述修整器的磨損量，該切削速率指的是所述修整器每單位時間除 去的所述拋光墊的量。
43.如權(quán)利要求42所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述修整器的修整時間、旋轉(zhuǎn)速度和 所述修整器被壓向所述拋光墊的擠壓力的至少之一根據(jù)所述修整器的磨損量而改變。
44.如權(quán)利要求32所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述卡環(huán)還包括 具有在其中形成的壓力室的滾動隔膜，用于向壓力室供給流體從而使所述滾動隔膜沿垂直方向膨脹或者收縮的通道，和 根據(jù)所述滾動隔膜沿垂直方向可移動的環(huán)形構(gòu)件，所述環(huán)形構(gòu)件與所述拋光表面接觸。
全文摘要
拋光設(shè)備(1)具有拋光墊(22)、用于夾持半導(dǎo)體晶片(W)的頂環(huán)(20)、可操作地沿垂直方向移動頂環(huán)(20)的垂直運動機構(gòu)(24)、當(dāng)頂環(huán)(20)的下表面接觸拋光墊(22)時可操作地檢測頂環(huán)(20)的距離測量傳感器(46)、可操作地基于距離測量傳感器(46)檢測到的位置計算頂環(huán)(20)拋光半導(dǎo)體晶片(W)的最佳位置的控制器(47)。垂直運動機構(gòu)(24)包括可操作地將頂環(huán)(20)移動到最佳位置的滾珠絲桿機構(gòu)(30，32，38，42)。
文檔編號B24B29/00GK101934491SQ20101026784
公開日2011年1月5日 申請日期2005年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月1日
發(fā)明者安田穗積, 戶川哲二, 福島誠, 鍋谷治 申請人:株式會社荏原制作所