本發(fā)明實(shí)施例關(guān)于一種半導(dǎo)體制程裝置，特別有關(guān)于一種用于研磨晶片的裝置。

背景技術(shù)：

化學(xué)機(jī)械研磨(chemicalmechanicalpolishing(cmp))是一在形成集成電路時(shí)的常見(jiàn)做法。cmp通常用于半導(dǎo)體晶片的平坦化(planarization)。cmp可利用物理及化學(xué)力的協(xié)同作用來(lái)研磨晶片。它可通過(guò)施加一負(fù)載力至一晶片的背面且晶片被放置在一研磨墊上來(lái)實(shí)施，其中研磨墊抵靠于該晶片，接著研磨墊及晶片被反向旋轉(zhuǎn)，且包含磨料(abrasives)及反應(yīng)性化學(xué)品(reactivechemicals)的一研磨液(slurry)通過(guò)該兩者之間。cmp是實(shí)現(xiàn)晶片的整體平坦化的一有效方法。

然而，因?yàn)楦鞣N因素，要達(dá)到真正均勻的研磨是困難的。舉例來(lái)說(shuō)，研磨液是從研磨墊的頂部或底部被分配，此將造成晶片上不同位置的研磨率(polishrate)的非均一性(non-uniformity)。如果研磨液是從頂部被分配，晶片的邊緣的cmp率(即，研磨率)通常會(huì)高于其中心。相反地，如果研磨液是從底部被分配，晶片的中心的cmp率通常會(huì)高于其邊緣。再者，上述非均一性也可能由于施加在晶片上不同位置的壓力的非均一性而導(dǎo)致。為了減少研磨率的非均一性，可對(duì)施加在晶片上不同位置的壓力作調(diào)整，例如，如果一晶片上一區(qū)域的cmp率較低的話，可對(duì)該區(qū)域施加一較高的壓力以補(bǔ)償較低的移除率(removalrate)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明一實(shí)施例提供一種用于研磨一晶片的裝置，包括一研磨頭，具有一固定環(huán)。研磨頭被配置成將晶片保持在固定環(huán)內(nèi)。固定環(huán)包括一第一環(huán)以及一第二環(huán)，其中第一環(huán)具有一第一硬度，第二環(huán)由第一環(huán)所環(huán)繞，且第二環(huán)具有一第二硬度，小于第一硬度。

本發(fā)明一實(shí)施例提供一種用于研磨一晶片的裝置，包括一研磨頭，具有一可撓性薄膜?？蓳闲员∧た杀怀錃?inflated)及放氣(deflated)，其中當(dāng)被充氣時(shí)，可撓性薄膜可壓制晶片的平坦的上表面的由中心至邊緣的區(qū)域。

本發(fā)明一實(shí)施例提供一種用于研磨一晶片的裝置，包括一研磨頭，其具有一固定環(huán)及一可撓性薄膜。研磨頭被配置成將晶片保持在固定環(huán)內(nèi)。固定環(huán)包括一第一環(huán)以及一第二環(huán)，其中第一環(huán)具有一第一硬度，第二環(huán)由第一環(huán)所環(huán)繞，且第二環(huán)具有一第二硬度，小于第一硬度?？蓳闲员∧び晒潭ōh(huán)所環(huán)繞，其中可撓性薄膜可被充氣及放氣，且當(dāng)被充氣時(shí)，可撓性薄膜可壓制晶片的弧狀邊緣。

附圖說(shuō)明

根據(jù)以下的詳細(xì)說(shuō)明并配合所附圖式做完整揭露。應(yīng)注意的是，根據(jù)本產(chǎn)業(yè)的一般作業(yè)，圖示并未必按照比例繪制。事實(shí)上，可能任意的放大或縮小元件的尺寸，以做清楚的說(shuō)明。

圖1顯示根據(jù)一些實(shí)施例的用于進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨(cmp)的裝置。

圖2至圖5顯示根據(jù)一些實(shí)施例的一cmp制程的各中間階段的剖視圖。

圖6顯示根據(jù)一些實(shí)施例的一固定環(huán)與一薄膜的底視圖。

圖7a、7b及圖8分別顯示根據(jù)一些實(shí)施例的用于決定一材料的硬度的壓頭(indenters)及方法。

圖9顯示根據(jù)一些實(shí)施例的一固定環(huán)與一薄膜的底視圖。

圖10顯示一傳統(tǒng)cmp制程的剖視圖。

圖11a及11b顯示正規(guī)化的(normalized)移除率的非均一性為晶片上不同位置的函數(shù)，其中增加一固定環(huán)的內(nèi)徑的效果被示出。

圖12a及12b顯示正規(guī)化的移除率的非均一性為晶片上不同位置的函數(shù)，其中增加一固定環(huán)的內(nèi)徑及將一薄膜延伸至晶片的邊緣的效果被示出。

圖13顯示根據(jù)一些實(shí)施例的一晶片的cmp制程，其中一固定環(huán)的內(nèi)徑及一薄膜的外徑均被增加。

圖14顯示根據(jù)一些實(shí)施例的一晶片的部分與一薄膜的放大圖。

【符號(hào)說(shuō)明】

10～化學(xué)機(jī)械研磨(cmp)系統(tǒng)；

12～研磨平臺(tái)；

14～研磨墊；

14a～部分；

16、16’～研磨頭；

17～晶片承載組件；

18～研磨液分配器；

20～圓盤；

22～研磨液；

24～晶片；

24a～邊緣；

24b～晶片邊緣區(qū)域、外側(cè)區(qū)域；

24c～內(nèi)側(cè)區(qū)域；

24d～部分；

26～可撓性薄膜、薄膜；

26’～薄膜；

26a～區(qū)域；

28～晶片載臺(tái)；

30～空氣通道；

32～固定環(huán)、材料；

32a～內(nèi)緣；

32-1～外環(huán)、環(huán)；

32-2～內(nèi)環(huán)、環(huán)；

32-3、32-4～環(huán)；

34a、34b～壓頭；

35～空洞；

36a、36b、36c、38a、38b、38c～線；

d1～穿透深度；

g1～間隙；

t1、t2～厚度；

δh～高度差。

具體實(shí)施方式

以下的揭露內(nèi)容提供許多不同的實(shí)施例或范例以實(shí)施本案的不同特征。以下的揭露內(nèi)容敘述各個(gè)構(gòu)件及其排列方式的特定范例，以簡(jiǎn)化說(shuō)明。當(dāng)然，這些特定的范例并非用以限定。例如，若是本揭露書(shū)敘述了一第一特征形成于一第二特征上或上方，即表示其可能包含上述第一特征與上述第二特征是直接接觸的實(shí)施例，亦可能包含了有附加特征形成于上述第一特征與上述第二特征之間，而使上述第一特征與第二特征可能未直接接觸的實(shí)施例。另外，以下揭露書(shū)不同范例可能重復(fù)使用相同的參考符號(hào)及/或標(biāo)記。這些重復(fù)為了簡(jiǎn)化與清晰的目的，并非用以限定所討論的不同實(shí)施例及/或結(jié)構(gòu)之間有特定的關(guān)系。

此外，其與空間相關(guān)用詞。例如“在…下方”、“下方”、“較低的”、“上方”、“較高的”及類似的用詞，為了便于描述圖示中一個(gè)元件或特征與另一個(gè)(些)元件或特征之間的關(guān)系。除了在圖式中繪示的方位外，這些空間相關(guān)用詞意欲包含使用中或操作中的裝置的不同方位。裝置可能被轉(zhuǎn)向不同方位(旋轉(zhuǎn)90度或其他方位)，則在此使用的空間相關(guān)詞也可依此相同解釋。

以下根據(jù)各種例示性實(shí)施例提供一種化學(xué)機(jī)械研磨(chemicalmechanicalpolishing(cmp))裝置。另外，一些實(shí)施例的變形亦會(huì)介紹到。在以下說(shuō)明的各個(gè)視圖與示意性實(shí)施例中，相同的參考符號(hào)用于指定相同的元件。本案亦包括使用根據(jù)一些實(shí)施例的cmp裝置以制造集成電路的范圍。舉例來(lái)說(shuō)，cmp裝置可用于平坦化(planarize)晶片，其上形成有集成電路。

圖1示意性地顯示根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的一cmp裝置/系統(tǒng)的部分的立體圖。cmp系統(tǒng)10包括研磨平臺(tái)12、在研磨平臺(tái)12上方的研磨墊14以及設(shè)于研磨墊14上方的研磨頭16。研磨液分配器18具有直接設(shè)于研磨墊14上方的一出口，用以將研磨液(slurry)分配至研磨墊14上。圓盤20亦被設(shè)置于研磨墊14的上表面。

在cmp制程中，研磨液22通過(guò)研磨液分配器18被分配至研磨墊14上。研磨液22包括一(些)反應(yīng)性化學(xué)品，其可與晶片24(圖5)的表層進(jìn)行反應(yīng)。此外，研磨液22包括一些磨料顆粒，可用于機(jī)械性研磨該晶片。

研磨墊14由一硬度足夠允許上述研磨液中的磨料顆粒可對(duì)晶片進(jìn)行機(jī)械性研磨的材料所形成，且研磨墊14位在研磨頭16下方。另外，研磨墊14亦是足夠軟，而使得其基本上不會(huì)刮傷晶片。在cmp制程中，研磨平臺(tái)12通過(guò)一機(jī)構(gòu)(圖未示)而轉(zhuǎn)動(dòng)，因此固定于其上的研磨墊14亦可隨著研磨平臺(tái)12而旋轉(zhuǎn)。上述用于轉(zhuǎn)動(dòng)研磨墊14的機(jī)構(gòu)(例如一馬達(dá))未被示出。

另一方面，在cmp制程中，研磨頭16亦被轉(zhuǎn)動(dòng)，因此造成固定于研磨頭16上的晶片24(圖2)的旋轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例，如圖1所示，研磨頭16與研磨墊14可以相同的方向(順時(shí)針或逆時(shí)針)轉(zhuǎn)動(dòng)。而根據(jù)一些替代實(shí)施例，研磨頭16與研磨墊14可以相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。用于轉(zhuǎn)動(dòng)研磨頭16的機(jī)構(gòu)未被示出。隨著研磨頭16與研磨墊14的轉(zhuǎn)動(dòng)，研磨液22可在晶片24與研磨墊14之間流動(dòng)。此時(shí)，通過(guò)研磨液中的反應(yīng)性化學(xué)品與晶片24的表層之間的化學(xué)反應(yīng)，且更通過(guò)機(jī)械研磨，晶片24的表層可被移除。

圖1亦示出位在研磨墊14上方的圓盤20。圓盤20用于移除在cmp制程中所產(chǎn)生的不需要的副產(chǎn)物。根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例，當(dāng)研磨墊14要被修整(conditioned)時(shí)，圓盤20接觸研磨墊14的上表面。在修整過(guò)程中，研磨墊14與圓盤20均轉(zhuǎn)動(dòng)，使得圓盤20的突起(protrusions)或切口(cuttingedges)可相對(duì)于研磨墊14的表面移動(dòng)，因而能對(duì)研磨墊14的表面進(jìn)行研磨及重新紋理化(re-texturizing)。

圖2至圖5顯示一例示性cmp制程的各中間階段的剖視圖。參照?qǐng)D2，提供研磨頭16。研磨頭16包括晶片承載組件(wafercarrierassembly)17，其用于在各個(gè)制程步驟保持及固定晶片24。晶片承載組件17包括空氣通道30，在其中可產(chǎn)生真空(vacuum)。通過(guò)對(duì)空氣通道30抽真空，可將晶片24吸起，并用于將晶片24輸送至或遠(yuǎn)離研磨墊14(圖1)。

如圖2中所示，研磨頭16被移動(dòng)至晶片24上方，且晶片24置于晶片載臺(tái)28上。接著，參照?qǐng)D2，在空氣通道30中產(chǎn)生真空，使得晶片24被拿起。盡管未示于第3圖中，空氣通道30亦包括部分在可撓性薄膜26中，因此當(dāng)晶片24被拿起時(shí)，可撓性薄膜26的底面可接觸晶片24的上表面。上述被拿起的晶片24被定位在由固定環(huán)32所定義的空間中，且固定環(huán)32形成一圓環(huán)。當(dāng)拿起晶片24時(shí)，研磨頭16的中心軸線對(duì)齊于晶片24的中心，使得晶片24的邊緣與固定環(huán)32的各別的內(nèi)緣32a可以間隙g1的相等間隔的方式設(shè)置，亦即間隙g1為一圍繞晶片24的大致均勻的間隙。

參照?qǐng)D4，研磨頭16被移動(dòng)至研磨墊14上方，且研磨墊14位于研磨平臺(tái)12上。根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例，所示出的研磨墊14的部分非研磨墊14的中心部分，而是偏離于研磨墊14的中心軸線，如圖1中所示。舉例來(lái)說(shuō)，研磨墊14的中心軸線，隨著研磨墊14的轉(zhuǎn)動(dòng)，可能位在所示出部分的左側(cè)或右側(cè)。

接著，參照?qǐng)D5，研磨頭16被置于研磨墊14上方且壓抵研磨墊14。然后，空氣通道30中的真空被關(guān)閉，使得晶片24不再被吸起?？蓳闲员∧?6可被充氣(inflated)，例如通過(guò)將空氣泵入可撓性薄膜26中的多個(gè)區(qū)域26a。根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例，可撓性薄膜26由一可撓(flexible)及具彈性(elastic)的材料所形成，且該材料可由乙烯丙烯橡膠(ethylenepropylenerubber)、氯丁橡膠(neoprenerubber)、丁腈橡膠(nitrilerubber)或其他類似物所形成。由此，被充氣的可撓性薄膜26可將晶片24壓抵于研磨墊14上。

可撓性薄膜26包括多個(gè)區(qū)域26a。每一區(qū)域26a包括由可撓及具彈性的材料所密封的一腔室。在可撓性薄膜26的上視圖中，上述區(qū)域26a具有圓形的形狀，其可為同心的(concentric)。又，每一區(qū)域26a與其他區(qū)域?yàn)榉珠_(kāi)的，因此每一區(qū)域26a可被各自充氣而具有與其他區(qū)域不同的或相同的壓力。因此，可調(diào)整由上述各個(gè)區(qū)域所施加的壓力以改善cmp制程的移除率(removalrate)的非均一性(non-uniformity)。舉例來(lái)說(shuō)，通過(guò)增加一區(qū)域的壓力，可使得直接位于該區(qū)域下方的晶片的部分的研磨率(polishingrate)提高，且反之亦然。

當(dāng)研磨頭16壓抵于研磨墊14時(shí)，固定環(huán)32的底面與研磨墊14可物理性接觸(physicalcontact)且壓抵于研磨墊14。盡管未示于圖中，固定環(huán)32的底面可具有一些溝道，用于允許研磨液在研磨頭16(及固定環(huán)32)的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中進(jìn)入及離開(kāi)固定環(huán)32。

由于晶片24被壓抵于研磨墊14上，且研磨墊14與研磨頭16可旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致位在研磨墊14上方的晶片24亦發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而cmp制程可被進(jìn)行。在cmp制程中，固定環(huán)32的功能為在晶片24偏離于研磨頭16的中心軸線的情況下保持晶片24，使得晶片24不會(huì)從研磨墊14甩出(spunoff)。然而，在正常操作中，固定環(huán)32可以不與晶片24接觸。

圖5顯示根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的一例示性的固定環(huán)32。固定環(huán)32包括外環(huán)32-1(第一環(huán))及內(nèi)環(huán)32-2(第二環(huán))。外環(huán)32-1及內(nèi)環(huán)32-2的每一者可形成一全環(huán)(fullring)，其在固定環(huán)32的徑向方向上所測(cè)得的厚度為均一的，且在外環(huán)32-1及內(nèi)環(huán)32-2的底部所測(cè)得的結(jié)果亦然。舉例來(lái)說(shuō)，圖6顯示固定環(huán)32的底視圖，其中外環(huán)32-1環(huán)繞內(nèi)環(huán)32-2。外環(huán)32-1及內(nèi)環(huán)32-2可接合在一起以形成一體的固定環(huán)32。外環(huán)32-1的厚度t1及內(nèi)環(huán)32-2的厚度t2的每一者介于總厚度(t1+t2)的約1/3與約2/3之間的范圍，使得外環(huán)32-1具有足夠的厚度而可壓制在研磨墊14上，而內(nèi)環(huán)32-2亦具有足夠的厚度而可壓制在研磨墊14上，并可同時(shí)視需要屈從(yieldto)來(lái)自于研磨墊14的力。

再參照?qǐng)D4，在固定環(huán)32壓制在研磨墊14上以前，內(nèi)環(huán)32-2的底面與外環(huán)32-1的底面為共平面的。根據(jù)一些例示性實(shí)施例，內(nèi)環(huán)32-2及外環(huán)32-1由耐磨材料(wear-resistantmaterials)所形成，其可為塑膠、陶瓷、聚合物等等。舉例來(lái)說(shuō)，內(nèi)環(huán)32-2及外環(huán)32-1的每一者可由聚氨酯(polyurethane)、聚酯纖維(polyester)、聚醚(polyether)、聚碳酸酯(polycarbonate)或上述的組合所形成。根據(jù)一些例示性實(shí)施例，內(nèi)環(huán)32-2及/或外環(huán)32-1由聚苯硫醚(polyphenylenesulfide(pps))、聚醚醚酮(polyetheretherketone(peek))或這些材料的混合及其他材料例如聚合物(例如聚氨酯、聚酯纖維、聚醚或聚碳酸酯)所形成。內(nèi)環(huán)32-2及外環(huán)32-1的組成并不相同。根據(jù)一些實(shí)施例，內(nèi)環(huán)32-2及外環(huán)32-1的材料是相同的，但具有不同的百分比(因此兩者的材料仍不相同)。根據(jù)一些其他實(shí)施例，內(nèi)環(huán)32-2及外環(huán)32-1由不同的材料所形成，具有至少一材料是出現(xiàn)于內(nèi)環(huán)32-2與外環(huán)32-1中的一者而未出現(xiàn)于另一者

根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例，內(nèi)環(huán)32-2由一較外環(huán)32-1的材料為軟的材料所形成，或者說(shuō)，內(nèi)環(huán)32-2的硬度(第二硬度)小于外環(huán)32-1的硬度(第一硬度)。因此，如圖5所示，內(nèi)環(huán)32-2的底面較外環(huán)32-1的底面為高，且兩者之間具有高度差δh。根據(jù)一些實(shí)施例，高度差δh大于約0.01毫米(mm)，且介于約0.01毫米與約3毫米之間的范圍。要理解的是，高度差δh取決于在cmp制程中的固定環(huán)的下壓力，且該力越大可導(dǎo)致高度差δh亦越大。關(guān)于材料的硬度可使用各種方式，包括但不限定于，蕭氏硬度試驗(yàn)(shore(durometer)hardnesstest)及洛氏硬度試驗(yàn)(rockwellhardnesstest)來(lái)測(cè)量及表示。材料的硬度亦可使用楊氏系數(shù)(young’smodulus)來(lái)表示。

舉例來(lái)說(shuō)，圖7a及7b顯示在蕭氏試驗(yàn)中用于檢測(cè)一材料的硬度的壓頭(indenters)，其中該些壓頭一般用于檢測(cè)聚合物、橡膠、塑膠及/或其他類似物的硬度。在蕭氏硬度試驗(yàn)中，材料的硬度可通過(guò)量測(cè)該材料對(duì)于一負(fù)載有彈簧(spring-loaded)針狀壓頭的下壓(pressing)的抵抗能力來(lái)得到。圖7a顯示常用的壓頭34a，及圖7b顯示常用的壓頭34b。圖7a及7b中示意性地示出壓頭的形狀及尺寸。使用如圖7a中所示的壓頭34a或如圖7b中所示的壓頭34b，可測(cè)得一材料的硬度。使用圖7a中的壓頭34a所測(cè)得的硬度稱為蕭氏a硬度(級(jí)(scale))，而使用圖7b中的壓頭34b所測(cè)得的硬度稱為蕭氏d硬度(級(jí))。

蕭氏a級(jí)用于檢測(cè)軟的彈性體(橡膠)及其他軟的聚合物，而硬的彈性體及大多數(shù)其他高分子材料(polymermaterials)的硬度則可由蕭氏d級(jí)來(lái)測(cè)量。蕭氏硬度透過(guò)一稱作硬度計(jì)(durometer)的儀器來(lái)檢測(cè)，其使用一壓頭(例如34a或34b)，負(fù)載有一經(jīng)校正的彈簧(圖未示)。硬度由壓頭在負(fù)載下的穿透深度(penetrationdepth)來(lái)決定。蕭氏d試驗(yàn)的負(fù)載力(loadingforce)為10磅(pounds)(4,536克(grams))，而蕭氏a試驗(yàn)的負(fù)載力是1.812磅(822克)。蕭氏硬度值介于0至100之間的范圍。另外，蕭氏a及蕭氏d的每一者的最大穿透深度為0.097吋(inch)至0.1吋(2.5毫米至2.54毫米)，其對(duì)應(yīng)于0的最小蕭氏硬度值，而最大硬度值100則對(duì)應(yīng)于0的穿透深度。

圖8顯示材料32的蕭氏d硬度的測(cè)量，其中穿透深度d1反映了蕭氏d硬度值。要了解的是，當(dāng)壓頭34b被替換為如圖7a中所示的壓頭34時(shí)，可以測(cè)得到蕭氏a硬度。蕭氏a硬度與蕭氏d硬度可使用表1來(lái)互相轉(zhuǎn)換。

表1

再參照?qǐng)D5，根據(jù)本發(fā)明一些例示性實(shí)施例，外環(huán)32-1具有介于約80與約90之間的范圍的蕭氏d硬度，而內(nèi)環(huán)32-2具有介于約15與約65的范圍的蕭氏d硬度。根據(jù)一些實(shí)施例，外環(huán)32-1的蕭氏d硬度值可較內(nèi)環(huán)32-2的蕭氏d硬度值大于約30或更多。

參照?qǐng)D4，在固定環(huán)32壓抵于研磨墊14以前，外環(huán)32-1與內(nèi)環(huán)32-2的底面為共平面的。而在固定環(huán)32壓抵于研磨墊14之后，如圖5中所示，內(nèi)環(huán)32-2因其較低的硬度，而可相較于外環(huán)32-1屈從更多來(lái)自于研磨墊14的壓力，導(dǎo)致施加至研磨墊14的直接位在內(nèi)環(huán)32-2下方的部分的力變得較小，或者說(shuō)，研磨墊14的形變(deformation)可變得較小。此有利于改善cmp制程中晶片24的移除率的均一性(uniformity)，其中移除率的計(jì)算方式為每單位時(shí)間的移除厚度。

參照?qǐng)D5來(lái)解釋移除率的均一性的改善機(jī)制。固定環(huán)32推擠研磨墊14，會(huì)造成研磨墊14的相鄰部分產(chǎn)生變形，其中研磨墊14的緊鄰于固定環(huán)32的內(nèi)緣的部分14a可能凸起，而研磨墊14的鄰近于突起的部分14a的部分可能凹陷。如此會(huì)造成在晶片24下方的研磨墊14的部分所施加的力改變，且影響到晶片24的移除率的均一性。舉例來(lái)說(shuō)，如圖5中所示，空洞35被示出為代表相較于晶片的內(nèi)側(cè)部分，晶片24的邊緣部分可能受到來(lái)自研磨墊14的較小的力(而有時(shí)候?qū)嶋H的空洞確會(huì)發(fā)生)，且晶片24的邊緣部分的移除率至少相較于內(nèi)側(cè)部分為減少的，其中上述邊緣部分的移除率在一些情況下亦可能因?yàn)樵诰?4下方的空洞而減少至0。在本發(fā)明實(shí)施例中，由于內(nèi)環(huán)32-2較軟，可使得研磨墊14的形變較為輕微，因而可減少移除率的非均一性。

根據(jù)本案一些實(shí)施例，多層的固定環(huán)32可能包括由不同材料形成的三個(gè)、四個(gè)或更多個(gè)(子)環(huán)，且外側(cè)的(子)環(huán)環(huán)繞于內(nèi)側(cè)的(子)環(huán)。又，由外環(huán)至內(nèi)環(huán)的硬度值可逐漸地變小，以最大化減少移除率的非均一性的效益。舉例來(lái)說(shuō)，圖6顯示有更多個(gè)環(huán)32-3及32-4，其使用虛線描繪來(lái)表示這些環(huán)可以或可以不存在。類似如圖4中所示的實(shí)施例，當(dāng)固定環(huán)32尚未被壓抵于研磨墊14時(shí)，上述環(huán)32-1、32-2、32-3及32-4的底面可互相呈共平面。而當(dāng)固定環(huán)32被壓抵于研磨墊14時(shí)，上述環(huán)32-1、32-2、32-3及32-4的底面為非共平面的，且內(nèi)環(huán)的底面逐漸地高于各外環(huán)的底面。再者，根據(jù)上述子環(huán)的總數(shù)量，相鄰子環(huán)的蕭氏d硬度值的差值可以大于5、大于10、或大于15或30，在各種實(shí)施例中。在其他替代的實(shí)施例中，固定環(huán)32的硬度由其外緣至內(nèi)緣逐漸地且連續(xù)地減小，且最外側(cè)材料與最內(nèi)側(cè)材料的硬度差值例如可大于約30的蕭氏d硬度級(jí)。固定環(huán)32的材料亦可具有逐漸且連續(xù)改變的組成，為了具有上述變化的硬度。

再參照?qǐng)D5，薄膜26延伸至晶片24的邊緣24a，并施加壓制力于晶片24的最邊緣部分。如此一來(lái)，晶片24的整個(gè)上表面可受到來(lái)自于薄膜26的壓制力。此外，施加在晶片24的中心的力可相等于或大致相等于施加在晶片24的最邊緣部分的力。舉例來(lái)說(shuō)，施加在晶片24的邊緣的力可介于施加在晶片24的中心的力的約百分的90與約百分的110之間(或約百分的95與約百分的105之間)的范圍。另外，一些晶片的邊緣可呈弧狀，其中弧狀邊緣連接平坦的上表面與平坦的底面，在這些實(shí)施例中，可撓性薄膜至少可接觸到平坦的上表面與弧狀邊緣之間的介面，且可接觸及施力于弧狀邊緣的部分，如圖14中所顯示。

再參照?qǐng)D6，其顯示上述晶片24與薄膜26的底視圖，其中薄膜26延伸至晶片24的邊緣，因而薄膜26被示以重疊于晶片24。圖9顯示根據(jù)一些其他實(shí)施例的晶片24與薄膜26的底視圖，其中薄膜26稍微延伸超過(guò)晶片24的邊緣，并留下一余邊(margin)，以確保晶片24(圖5)的整個(gè)上表面可接受來(lái)自于薄膜26的壓制力。

圖10顯示傳統(tǒng)設(shè)置中的研磨頭16’與晶片24。如圖10中所示，晶片24包括晶片邊緣區(qū)域24b及內(nèi)側(cè)區(qū)域24c，晶片邊緣區(qū)域24b形成一環(huán)繞內(nèi)側(cè)區(qū)域24c的環(huán)，且完整的晶粒(dies)是由內(nèi)側(cè)區(qū)域24c所切割得到而非來(lái)自于晶片邊緣區(qū)域24b。因此，在傳統(tǒng)設(shè)置中，薄膜26’接觸于內(nèi)側(cè)區(qū)域24c的上表面而非晶片邊緣區(qū)域24b的上表面的全部，而使得晶片24的部分24d被薄膜26’所壓制。

根據(jù)一些實(shí)施例，固定環(huán)32的內(nèi)徑亦可被增加以改善移除率的均一性。而固定環(huán)32的內(nèi)徑的增加可透過(guò)增加間隙g1(圖5)來(lái)達(dá)到。根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例，對(duì)于一300毫米晶片，如圖5中所示的間隙g1可由0.5毫米增加至大于約1毫米或大于約1.5毫米，此能夠造成均一性的顯著改善。結(jié)果，如圖13中所示，研磨墊的形變區(qū)域(由固定環(huán)32的壓制所造成)可偏移且遠(yuǎn)離于晶片24(相較于圖5)，使移除率的均一性得到改善。圖11a及11b顯示由硅晶片樣品所得到的結(jié)果，其中該些結(jié)果可證明增加間隙g1(及因而增加固定環(huán)32的內(nèi)徑)的效果。圖11a顯示間隙g1為0.5毫米的結(jié)果，而圖11b顯示間隙g1為1.5毫米的結(jié)果。

在圖11a及11b中，x軸顯示晶片半徑，其代表一樣品晶片上的點(diǎn)至該晶片的中心的距離，其中該晶片直徑為300毫米。因此，150毫米的距離即代表晶片的邊緣，而138毫米的距離則代表內(nèi)側(cè)區(qū)域24c(圖10)的邊緣，且完整的晶粒是由內(nèi)側(cè)區(qū)域24c所得到。y軸代表正規(guī)化的(normalized)移除率。線36a是在通過(guò)通過(guò)固定環(huán)32施加一參考?jí)毫τ谘心|14，并使得樣品晶片的內(nèi)側(cè)區(qū)域(圖10中的24c)的移除率為大致均一的條件下所得到。線36b是在通過(guò)將固定環(huán)32的壓力相較于該參考?jí)毫υ黾?25百帕(hectopascals(hpa))的條件下所得到。如線36b所示，通過(guò)增加固定環(huán)的壓力，可增加樣品晶片的邊緣部分的移除率。線36c是在通過(guò)將固定環(huán)32的壓力相較于該參考?jí)毫p少125百帕的條件下所得到。如線36c所示，通過(guò)減少固定環(huán)的壓力，可減少樣品晶片的邊緣部分的移除率。再者，線36b及36c顯示移除率的非均一性會(huì)受到固定環(huán)所施加的壓力的影響。在圖11a中，非均勻的區(qū)域是由約132毫米(由晶片的中心)跨越至約148毫米，且正規(guī)化的移除率介于約0.9(線36c)至約1.2(線36b)的范圍。又，晶片的介于148毫米至150毫米的范圍的區(qū)域并沒(méi)有進(jìn)行量測(cè)，因?yàn)榇藚^(qū)域不產(chǎn)生完整的晶粒。

相較于圖11a，圖11b顯示類似的結(jié)果，其除了間隙g1(圖5)被增加至1.5毫米之外，其余測(cè)試條件均維持相同于第11a?？梢杂^察到的，通過(guò)增加間隙g1(亦即增加固定環(huán)的內(nèi)徑)，可使得移除率的非均一性變得較為輕微。舉例來(lái)說(shuō)，正規(guī)化的移除率可減少至約0.95(線36c)至約1.1(線36b)的范圍。此外，樣品晶片的非均勻的區(qū)域現(xiàn)可減少至約140毫米與約148毫米之間的范圍。

進(jìn)一步地，圖12a及12b顯示由硅晶片樣品所得到的結(jié)果，其中該些結(jié)果可證明增加固定環(huán)的內(nèi)徑以及延伸薄膜至接觸整個(gè)晶片上表面的效果。x軸代表晶片上的點(diǎn)至晶片的中心的距離，而y軸代表正規(guī)化的移除率。又，圖12a及12b中的線38a亦是在通過(guò)通過(guò)固定環(huán)32施加一參考?jí)毫τ谘心|14，并使得樣品晶片的內(nèi)側(cè)區(qū)域的移除率為大致均一的條件下所得到。

圖12a顯示的結(jié)果是在當(dāng)間隙g1(圖5)為0.5毫米，且薄膜26延伸至149毫米(亦即距離晶片的邊緣為1毫米)的條件下所得到。線38b是在通過(guò)將固定環(huán)32的壓力相較于參考?jí)毫υ黾?0百帕的條件下所得到。線38c是在通過(guò)將固定環(huán)32的壓力相較于參考?jí)毫p少40百帕的條件下所得到。如圖12a所示，線38b與線38c的非均勻的區(qū)域是由約123毫米(由晶片的中心)跨越至約148毫米，且正規(guī)化的移除率的最大變化介于約0.8(線38c)至約1.3(線38b)的范圍。

相較于圖12a，圖12b顯示類似的結(jié)果，其除了間隙g1(圖5)被增加至1.5毫米以及薄膜26一直延伸至接觸晶片的邊緣之外，其余測(cè)試條件均維持相同于第12a。可以觀察到的，圖12b中的非均一性相對(duì)于圖12a較為輕微。舉例來(lái)說(shuō)，正規(guī)化的移除率的最大變化介于約0.95(線38c)至約1.1(線38b)的范圍。此外，樣品晶片的非均勻的區(qū)域現(xiàn)介于約144毫米與約148毫米之間的范圍，其更小于如圖11b中所示介于約140毫米與約148毫米之間的范圍。由此，圖12a及12b揭示了增加間隙g1及延伸薄膜至晶片的邊緣對(duì)于移除率的均一性是有益的。

比較圖11a、11b、12a與12b的結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，將薄膜擴(kuò)大至晶片的邊緣是具有好處的，此抵觸于傳統(tǒng)觀念。在傳統(tǒng)觀念中認(rèn)為，由于外側(cè)區(qū)域24b不具有完整的晶粒，因此壓制晶片24的內(nèi)側(cè)區(qū)域24c(圖10)即足夠，而不須一直擴(kuò)展至晶片的邊緣。然而，上述討論結(jié)果已表明延伸薄膜至整個(gè)晶片24對(duì)整體晶片移除率的均一性是具有顯著有益的效果。

本發(fā)明實(shí)施例具有一些有利的特點(diǎn)。通過(guò)形成具有不同硬度值的多層的固定環(huán)、延伸薄膜至晶片的邊緣及/或增加固定環(huán)的內(nèi)徑，可改善晶片的移除率的非均一性。根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例，上述這些方法可任意組合以進(jìn)一步改善移除率的非均一性。

根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例，一種對(duì)于一晶片進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨的裝置，包括一研磨頭，其具有一固定環(huán)。研磨頭被配置成將晶片保持在固定環(huán)內(nèi)。固定環(huán)包括一第一環(huán)以及一第二環(huán)，其中第一環(huán)具有一第一硬度，第二環(huán)由第一環(huán)所環(huán)繞，且第二環(huán)具有一第二硬度，小于第一硬度。

根據(jù)一些實(shí)施例，上述第二硬度小于第一硬度一差值，大于約30的蕭氏d硬度級(jí)。

根據(jù)一些實(shí)施例，上述固定環(huán)還包括由第二環(huán)所環(huán)繞的一第三環(huán)，其中第三環(huán)具有一第三硬度，小于第二硬度，且第三環(huán)的底面與第二環(huán)的底面及第一環(huán)的底面大致呈共平面。

根據(jù)一些實(shí)施例，上述第一環(huán)的底面與第二環(huán)的底面大致呈共平面。

根據(jù)一些實(shí)施例，上述裝置還包括一可撓性薄膜，可壓制在該晶片上，其中當(dāng)被充氣時(shí)，可撓性薄膜可壓制在晶片的整個(gè)上表面上。

根據(jù)一些實(shí)施例，上述第一環(huán)及第二環(huán)的每一者具有一均一的厚度。

根據(jù)一些實(shí)施例，上述第一環(huán)及第二環(huán)的每一者具有一厚度，介于第一環(huán)及第二環(huán)的總厚度的約1/3與約2/3之間的范圍。

根據(jù)一些實(shí)施例，上述研磨頭用以驅(qū)使晶片繞著一第一軸旋轉(zhuǎn)，且上述裝置還包括一研磨墊及一研磨液分配器，其中研磨墊被配置成可繞著一第二軸轉(zhuǎn)動(dòng)，且研磨液分配器在研磨墊上方具有一出口。

根據(jù)一些實(shí)施例，上述固定環(huán)的內(nèi)徑大于晶片的直徑約2毫米(mm)。

根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例，一種用于研磨一晶片的裝置，包括一研磨頭，其具有一可撓性薄膜?？蓳闲员∧た杀怀錃饧胺艢猓渲挟?dāng)被充氣時(shí)，可撓性薄膜可壓制晶片的平坦的上表面的由中心至邊緣的區(qū)域。

根據(jù)一些實(shí)施例，上述可撓性薄膜用以施加一第一力于晶片的中心，且同時(shí)施加一第二力于上述平坦的上表面與晶片的邊緣之間的介面，其中第一力大致相等于第二力。

根據(jù)一些實(shí)施例，上述晶片的邊緣為弧狀，且可撓性薄膜更用以施加一力于該弧狀邊緣。

根據(jù)一些實(shí)施例，上述可撓性薄膜包括多個(gè)區(qū)域，可被充氣而具有不同的壓力。

根據(jù)一些實(shí)施例，上述可撓性薄膜延伸超過(guò)晶片的邊緣。

根據(jù)一些實(shí)施例，上述研磨頭更具有一固定環(huán)，其包括一第一環(huán)以及一第二環(huán)，其中第一環(huán)具有一第一硬度，第二環(huán)由第一環(huán)所環(huán)繞，且第二環(huán)具有一第二硬度，小于第一硬度，且第一環(huán)的底面與第二環(huán)的底面大致呈共平面。

根據(jù)一些實(shí)施例，上述第一環(huán)及第二環(huán)的每一者具有一厚度，介于第一環(huán)及第二環(huán)的總厚度的約1/3與約2/3之間的范圍。

根據(jù)本發(fā)明一些替代實(shí)施例，一種用于研磨一晶片的裝置，包括一研磨頭，其具有一固定環(huán)。研磨頭被配置成將晶片保持在固定環(huán)內(nèi)。固定環(huán)包括一第一環(huán)以及一第二環(huán)，其中第一環(huán)具有一第一硬度，第二環(huán)由第一環(huán)所環(huán)繞，且第二環(huán)具有一第二硬度，小于第一硬度。一可撓性薄膜由固定環(huán)所環(huán)繞?？蓳闲员∧た杀怀錃饧胺艢猓耶?dāng)被充氣時(shí)，可撓性薄膜可壓制晶片的弧狀邊緣。

根據(jù)一些實(shí)施例，上述第二硬度小于第一硬度一差值，其在蕭氏d硬度等級(jí)大于約30。

根據(jù)一些實(shí)施例，上述晶片具有一平坦的上表面及連接于平坦的上表面的弧狀邊緣，其中可撓性薄膜用以施加一第一力于晶片的中心及一第二力于平坦的上表面與弧狀邊緣之間的介面，且第一力大致相等于第二力。

根據(jù)一些實(shí)施例，上述第一環(huán)的底面與第二環(huán)的底面大致呈共平面。

前述內(nèi)文概述了許多實(shí)施例的特征，使本技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者可以從各個(gè)方面更佳地了解本揭露。本技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者應(yīng)可理解，且可輕易地以本揭露為基礎(chǔ)來(lái)設(shè)計(jì)或修飾其他制程及結(jié)構(gòu)，并以此達(dá)到相同的目的及/或達(dá)到與在此介紹的實(shí)施例等相同的優(yōu)點(diǎn)。本技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者也應(yīng)了解這些相等的結(jié)構(gòu)并未背離本揭露的發(fā)明精神與范圍。在不背離本揭露的發(fā)明精神與范圍的前提下，可對(duì)本揭露進(jìn)行各種改變、置換或修改。