专利名称：抛光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有抛光垫的抛光装置，更进一步涉及一种具有抛光垫的抛光装置，用于抛光工作件(比如半导体基板)至平坦镜面光洁度。
在化学机械抛光法中，在半导体基板之表面已经被抛光一段时间后，抛光过程必须在预定位置或预定时间完成。比如，有些集成电路设计要求二氧化硅或类似物的绝缘膜(绝缘层)留在铜、铝或类似物的金属互连线路上。因金属层或其它膜层在随后处理过程中进一步沉积于绝缘层上，这种绝缘层被称作中间层。这种情况下，若半导体基板过度抛光，则下方的金属层将暴露于抛光面上。因此，抛光过程需要以这样一种状态完成，即使得预定厚度的中间层保持未抛光。
根据另一抛光过程，具有某种图案的互连沟槽形成于半导体基板的表面，在铜层沉积在半导体基板上之后，以铜或铜合金填补互连沟槽，然后借助于化学机械抛光(CMP)法去除不需要的铜层部分。特别是在半导体基板上的铜层借助于化学机械抛光法选择性去除，只留下铜层在互连沟槽中，更具体地说，要求去除铜层直到二氧化硅或类似物的绝缘层暴露于互连沟槽以外的表面为止。
另外，在某些情况下，预定布线图案用之互连沟槽形成于半导体基板里，诸如铜或铜合金等导电材料填充在此种半导体基板的沟槽，然后借助于化学机械抛光法(CMP)移除在半导体基板表面上不需要的导电材料部分。当铜层借助于化学机械抛光法(CMP)抛光后，必须将在半导体基板上的铜层在留在沟槽中作为布线电路的状态下选择性去除，亦即互连沟槽。尤其是在互连沟槽以外半导体基板的表面上的铜层需要被去除直至二氧化硅或类似物的绝缘层暴露在抛光表面上为止。
在这些情况下，若半导体基板被过度抛光直到将在互连沟槽中的铜层连同绝缘层一并去除，这样在该半导体基板上的电路的电阻将升高以至于可能必须抛弃半导体基板，结果导致大量资源耗损。相反地，若半导体基板抛光不足而留下铜层在绝缘层上，则在半导体基板上的互连线路无法按要求而彼此分开，反而在互连线路之间造成短路。结果，需要再度抛光半导体基板，这样就会提高其制造成本。当另一层铝或类似物之金属膜形成于半导体基板上且借助于化学机械抛光法(CMP)抛光时也会发生前述问题。
因此，提议使用光学传感器来检测化学机械抛光法CMP处理的终点，特别是将包括发光组件及光检测组件的光学传感器设置在抛光装置中。光学传感器的发光组件施加光到半导体基板的抛光面上，光检测组件检测从抛光面反射的光的反射变化，借助于此测量在该抛光面上的绝缘层或金属层的厚度。这样利用测量的薄膜厚度来检测得化学机械抛光法(CMP)处理的终点。
在进行化学机械抛光法(CMP)处理的抛光装置中，安装在抛光台之上表面上的抛光垫通常具有较低的透光度。因此，将来自光传感器的光由抛光垫下方施加至设置于抛光台上的半导体基板的抛光面时，具有高的光透射率的可透光窗口允许光通过其中。可透光窗口设置于抛光垫中，来自光传感器的光经由可透光窗口施加在半导体基板的抛光面上。
图1为部分放大横截面图，其显示现有技术中包括可透光窗口的双层抛光垫。如附图1所示，抛光垫310包含上层垫311及下层垫312，上层垫311具有设置于其中的孔311a以及可透光窗口341，可透光窗口341设置于上层垫311的孔311a中，下层垫312具有设置于其中的光通道孔312a，光通道孔312a的直径小于孔311a，具有不同直径的孔311a、312a之间设置一阶梯313。
在现有技术中，抛光垫310之制造如下施加粘着剂至上层垫311的下表面以及下层垫312的上表面，且上层垫311及下层垫312在垂直方向彼此压合，因此，上层垫311及下层垫312彼此结合。然后，将可透光窗口341嵌合于孔311a中，可透光窗口341借助于施加于阶梯313上表面的粘着剂而结合到下层垫312。
但是，因可透光窗口341只在阶梯313的上表面结合到下层垫312，因此其结合面积以及其结合强度较小。因此，可透光窗口341可能会从抛光垫310剥离。依据施加在抛光垫310的力，可透光窗口341可能无法完全剥离，但也会部分地剥离，于是在可透光窗口341与下层垫312或阶梯313之间产生间隙。这样形成的间隙可使在抛光垫310的上表面上的抛光液渗漏至可透光窗口341的下表面上。当抛光液粘着在可透光窗口341的下表面时，可透光窗口341的反射率大减，因而难以使用光学传感器检测出半导体基板的抛光面的反射率的变化。在此种情况下，无法以高准确度测得半导体基板的薄膜厚度。
若抛光液进入到可透光窗口341与阶梯313之间的间隙中，则由于抛光垫的泡胀，弹性不均之区域在抛光垫310中产生，此区域对半导体基板的抛光过程将造成不良影响。此外，若有低透光性的抛光液无规律地进入可透光窗口341与光学传感器之间，则借助于光学传感器检测的信号变得不稳定，使检测的结果不可靠。
如前所述，可透光窗口341装设于定义在上层垫311中的孔311a之中，孔311a的面积略大于可透光窗口341的面积，以让可透光窗口341容易装设于孔311a中。因此，在可透光窗口341已设置于孔311a中之后，可透光窗口341与孔311a间有个小间隙314。这样的话，抛光液容易进入小间隙内并且在小间隙314内硬化，硬化后的抛光液可能会造成放置在抛光垫310的上表面得待抛光半导体基板形成刮痕。
发明概述因此，本发明的目的在于提供一种具有抛光垫的抛光装置，它使光学传感器能够以高精度稳定测量被抛光的表面的薄膜厚度，并且可以防止被抛光的表面被刮伤。
根据本发明第一方面，提供一种抛光装置，包括一抛光台；一抛光垫，被安装于该抛光台上，并在其上具有用于对待抛光工作件抛光的抛光面；一顶环，用于固定该工作件，并使该工作件紧压该抛光垫；及一光学传感器，设置于该抛光台中，用以测量在该工作件上形成的薄膜厚度，该抛光垫包括一衬垫，有一孔界定于其中；一可透光窗口，其设置于该孔内以允许光通过其中；及一支撑件，用于防止该可透光窗口凸出在所述抛光垫的抛光面上。
根据本发明的一个优选方案，该支撑件被设置在可透光窗口的下表面。
根据本发明的一个优选方案，该衬垫与可透光窗口采用粘着剂紧密结合。
根据本发明的一个优选方案，支撑件包括一弹性支撑密封件，以阻止被提供到抛光垫的抛光面上的抛光液被引入到可透光窗口和光学传感器中间。
根据本发明的一个优选方案，抛光垫包括一上层垫和一置于上层垫下面的下层垫。
根据本发明的一个优选方案，该支撑件包括一可透光支撑体。
根据本发明的一个优选方案，该抛光垫进一步包括一加强元件，它放置在可透光窗口和可透光支撑体中间，以防止可透光窗口在工作件被抛光时所施加的压力下被弯曲。
根据本发明的一个优选方案，该加强元件有形状记忆能力。
根据本发明的一个优选方案，该衬垫包括一上层垫和一放置于上层垫之下的下层垫。
根据本发明第二方面，提供一种抛光装置，包括一抛光台；一抛光垫，被安装于所述的抛光台上，并在其上具有用于对待抛光工作件抛光的抛光面；一顶环，用以固定所述工作件，并使所述工作件紧压所述抛光垫，及一光学传感器，设置于所述的抛光台中，用以检测对所述工作件进行抛光的终点，所述的抛光垫包括一衬垫，有一孔界定于其中；一可透光窗口，其设置于所述孔内，用于使光可通过其中；所述的衬垫与所述的可透光窗口采用粘着剂紧密结合；及一支撑件，设置于所述的可透光窗口的下表面，用于在所述抛光面的修整处理之后阻止所述的可透光窗口凸出在所述抛光垫的所述抛光面上。
根据本发明的的一个优选方案， 支撑件包括一弹性支撑密封件，以防止被提供到抛光垫的抛光面上的抛光液被引入到可透光窗口和光学传感器中间。
根据本发明的一个优选方案， 支撑件包括一可透光支撑体。
根据本发明的一个优选方案，抛光垫进一步包括一加强元件，它放置在可透光窗口和可透光支撑体中间，用于防止可透光窗口在工作件被抛光时所施加的压力下被弯曲。
根据本发明的一个优选方案，加强元件有形状记忆能力。
根据本发明，因为可透光窗口被稳固地由支撑件所支撑，故当修整抛光垫时使该可透光窗口不易向下凹陷，从而在修整处理完成后阻止可透光窗口在该抛光垫之表面凸起。此顶事实连同由以软性材料制成的可透光窗口所提供的优势，可更有效防止工作件被刮伤。
因可透光窗口由具有绝佳密封能力的支持密封件支撑，故可将任何渗透到至可透光窗口的下表面的抛光液减到最少。因此，该抛光垫可抛光工作件至高品质光洁度，光学传感器可以高精度稳定地测量工作件的表面的薄膜厚度。
根据本发明第三方面，提供一种抛光装置，包括一抛光台；一抛光垫，被安装于该抛光台上，并在其上具有用于对待抛光工作件抛光的抛光面；一顶环，用于固定该待抛光的工作件，并使该工作件紧压该抛光垫；一光学传感器，设置于该抛光台中，用以测量形成于该工作件上的薄膜之厚度，该抛光垫包括一衬垫，有一孔界定于其中；一可透光窗口，其设置在该孔内，并且允许光通过其中，该衬垫与该可透光窗口采用粘着剂紧密结合；一可透光支撑体，设置在该可透光窗口的下表面，以阻止该可透光窗口凸出在该抛光垫的该抛光面上；及一加强元件，设置于该可透光窗口和该可透光支撑体之间，以防止该可透光窗口在该工作件被抛光时所施加的压力下被弯曲，该加强元件具有形状记忆能力。
根据本发明的一个优选方案，抛光垫包括一上层垫，其中界定有一孔，还包括一置于上层垫下面的下层垫，该下层垫具有界定于其中的一光通道孔，其直径基本上与上层垫的孔的直径相同。
若当工作件接受抛光时可透光窗口在施加的压力下弯曲，则有足量的光线无法行进通过可透光窗口或光线可能分散在于可透光窗口，因而无法准确且稳定地测量薄膜厚度。因具有高度可挠性的加强元件插置在可透光窗口与可透光支撑件之间，故支撑可透光窗口的结构得以加强，而防止当工作件待抛光时在施加的压力下使该可透光窗口弯曲。另外，因加强元件有绝佳粘着性，亦即加强元件可与另一物件紧密接触，故光学系统可维持以高准确度稳定地测量薄膜厚度。
根据本发明的一个优选方案，提供一种抛光垫，其包括一上层垫，有一孔界定于其中；一可透光窗口，其设置于上层垫之孔内并且允许光通过其中；一下层垫，其设置于上层垫下方，且具有一个光通道孔界定于其中，该孔的直径基本上与上层垫的孔的直径相同；以及一薄膜，其插置在上层垫与下层垫间。优选的是，施加粘着剂到薄膜的表面，这些表面与上层垫和下层垫紧密接触。
可透光窗口的整个下表面维持与该透明薄膜接触，故可透光窗口的整个下表面和透明薄膜结合。由于可透光窗口的结合面积大于常规的可透光窗口的结合面积，故可透光窗口的结合强度增高。因此，可防止可透光窗口从抛光垫剥离。这样，阻止抛光液渗透到可透光窗口的下表面上，从而使该抛光垫可抛光工作件至高品质光整度。同时，光学传感器可稳定地以高准确度测量工作件的表面的薄膜厚度。
因可透光窗口和下层垫借助于透明薄膜而完全地彼此分开，故可防止低透明度的抛光液被引入到可透光窗口与光学传感器之间，光学传感器因此可稳定地以高准确度测量工作件表面的薄膜厚度。
根据本发明的一个优选方案，提供一种抛光垫，其包括一衬垫，有一孔界定于其中；和一可透光窗口，其设置于该孔内并允许光通过其中，可透光窗口由比该衬垫之表面更柔软的材料所制成。
因可透光窗口比衬垫的表面更柔软，故当修整抛光垫时更不易刮伤可透光窗口，这样可避免被抛光的工作件被该可透光窗口所刮伤。由于可透光窗口是柔软的，在修整抛光垫后，即使该可透光窗口凸起在抛光垫之表面上，在抛光工作件时更不可能损伤工作件。
根据本发明，提供一种制造抛光垫的方法，该方法包括制备一上层垫，其中界定有一个孔；形成一个允许光通过其间的可透光窗口，它设置于上层垫的孔中；制备一下层垫，其中界定有一个光通道孔，光通道孔之直径基本上等于上层垫的孔直径；在上层垫及下层垫已定位的状态下，插置一薄膜于上层垫与下层垫之间，薄膜的上和下表面上施加有粘着剂，使在下层垫中的光通道孔对准在上层垫中的孔；以及将上层垫与下层垫相对并加压而使上层垫及下层垫通过插置在其间的薄膜彼此结合，优选的是，形成过程包括将材料注入界定在上层垫内的孔中。
使用前述方法，抛光垫并无任何间隙产生在可透光窗口和上层垫之间，因此，将无任何抛光液在可透光窗口和上层垫之间硬化，这样可防止工作件因为硬化的抛光液而造成刮痕。
本发明前述及其它目的、特征及优点可通过以下结合附图的详细说明变得更清楚。附图举例说明本发明的优选实施例。
附图13为附图12所示抛光垫的修改的部分放大横截面图；附图14为附图12图所示抛光垫的另一修改的部份放大横截面图。
优选实施例说明根据本发明的第一实施例的具有抛光垫的抛光装置将参照附图2至附图8说明如下。
附图2为侧视图，其显示根据本发明的第一实施例的抛光装置的部份横断面。如附图2所示，抛光装置包括附有抛光垫10安装于其上的抛光台20和顶环30，顶环30用以固定待抛光的工作件W例如半导体基板以及朝向抛光垫10的上表面加压工作件W。抛光垫10的上表面作为抛光面，该抛光面与待抛光的半导体基板W做滑动接触。抛光面另外可由固定式研磨板的上表面所组成，该研磨板的上表面包括二氧化铈或类似物所制成的微细磨粒并利用合成树脂粘结剂固定。
抛光台20耦合至设置于其下方的马达21，当马达21工作时，抛光台20如附图2箭头所指示在其自身轴线周围旋转。抛光液供给喷嘴22设置在抛光台20上方，用以供给抛光液Q到抛光垫10上。
项环30耦合到顶环轴31，而顶环轴31耦合到马达及升降缸(未示出)。这样顶环30可借助于升降缸垂直移动，并且借助马达在顶环轴31周围旋转，如附图2箭头所指示。顶环30有弹性衬垫32安装于其下表面上，该弹性垫32由聚氨酯及类似物所制成。待抛光的半导体基板W在例如真空下吸引而夹持在弹性垫32的下表面上。当顶环30旋转时，夹持在弹性垫32的下表面上的半导体基板W在预定压力下压抵向抛光垫10。顶环30之导环33环绕其下周缘设置，用于固定半导体基板W以避免该半导体基板W由顶环30松脱。
如附图2所示，光学传感器40设置在抛光台20里，用以测量形成于半导体基板W的表面上的绝缘膜(层)或金属膜(层)的薄膜厚度。光学传感器40包括发光组件以及光检测组件，光学传感器4的发光组件照光到半导体基板W的待抛光表面，而光学传感器40的光检测组件接收来自半导体基板W的表面的反射光，这样就可以测量半导体基板W的表面上的绝缘层或金属层的厚度。举例来说，发光组件可施加从发光二极管LED发射的激光束或光至半导体基板的表面。某些情况下，发光组件可利用白光。
圆柱形可透光窗口41安装于抛光垫10其中，用以允许来自光学传感器40的光通过其中，举例来说，可透光窗口41具有18毫米之外径。附图3为显示包括可透光窗口41的抛光垫10的部份放大横截面图，如附图3所示，抛光垫10是包括具有上层垫11及下层垫12的双层抛光垫。举例来说，该上层垫11由发泡聚氨酯所制成，诸如罗戴尔(Rodel)公司制造的IC-1000，而下层垫12则由非织物所制成，诸如罗戴尔公司制造的SUBA400。可透光窗口41由透明材料制成者较佳，特别的是，该可透光窗口41也可由有高透光性如未经发泡的聚氨酯所制成。通常，上层垫11由硬质材料所制成，而下层垫12由比上层垫11更柔软的材料所制成。
如附图3所示，上层垫11具有界定于其中的孔11a，而可透光窗口41则设置于上层垫11的孔11a中。下层垫12具有设置于其中的一个光通道孔12a，光通道孔12a的直径基本上等于孔11a的直径。透明粘着薄膜13插置于上层垫11与下层垫12之间，粘着剂施加于透明粘着薄膜13的上表面及下表面。上层垫11及下层垫12借助于透明粘着薄膜13彼此结合。该透明粘着薄膜13则可包含厚50微米的聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)的芯片(core sheet)，和丙烯酸类橡胶的感压粘着剂，其被施加于芯片的上表面及下表面。
可透光窗口41的整个下表面与该透明粘着薄膜13接触而固持，使得可透光窗口41整个下表面连结至透明粘着薄膜13。因可透光窗口41的结合面积大于常规的可透光窗口的结合面积，所以可透光窗口41的连结强度增高。因此，可防止可透光窗口41从抛光垫10剥离。这样，可防止抛光液Q渗透至可透光窗口41的下表面，这样的话，抛光垫10可抛光半导体基板W至高品质光整程度。同时，光学传感器40可以高准确度稳定地测量半导体基板W的表面的薄膜厚度。
因可透光窗口41和下层垫12彼此借助于透明粘着薄膜13完整分开，故具有低度透光性之抛光液Q可避免被引入可透光窗口41与光学传感器40之间。如此使光学传感器40可稳定地以高准确度测量半导体基板W的表面的薄膜厚度。
光学传感器40借助于缆线42电连接至控制器44，缆线42延伸贯穿于抛光台20、工作台支撑轴20a以及安装于该工作台支撑轴20a的下表面的旋转连接器43，控制器44连接至显示单元45。另外，用于测量薄膜厚度的信号也可由光学传感器40通过无线信号传输装置(未图示)传输至控制器44。
附图4为附图2所示的抛光装置的抛光台20的平面图。如附图4所示，抛光台20有个中心CT，抛光台20绕该中心的周围而旋转，由顶环30所固持的半导体基板W具有几何中心CW。光学传感器40设置于抛光台20内，以便通过由顶环30所固定的半导体基板W的几何中心CW，同时旋转抛光台20而抛光半导体基板W。虽然光学传感器40在半导体基板W的下方移动，但光学传感器40可沿弓形路径(包括半导体基板W之中心CW)连续检测半导体基板W的抛光面的薄膜厚度。为了缩短薄膜厚度的检测时间间隔，可如附图4虚线指示，加上另一光学传感器40，让至少二个光学传感器用以检测薄膜厚度。
当抛光台20转一圈时，光学传感器40的发光组件发射的光通过可透光窗口41，并且施加至半导体基板W的抛光面上。施加的光由半导体基板W的抛光面所反射，然后由光学传感器40的光检测组件检测。借助于光学传感器40的光检测组件把检测得到的光转成电信号，该电信号由控制器44处理，以用来测量半导体基板W的抛光面的薄膜厚度。
使用光学传感器检测二氧化硅或类似物之绝缘层或者铜、铝或类似物的金属层的薄膜厚度的原理将简单说明如下。使用光学传感器的薄膜厚度的量测是利用由顶层与毗邻顶层的介质所造成的光的干涉，尤指当光施加于基板上的薄膜时，部分光由薄膜的表面反射，而其余的光则通过薄膜，然后部分通过薄膜的光由底层的表面或基板反射，同时其余光通过该底层或该基板。在此种情况下，当底层由金属所制成时，其余的光由底层所吸收，来自于薄膜的表面所反射的光与来自于下层或该基板的表面所反射的光之间的相位差构成干涉。当从薄膜的表面所反射的光与该下层或者基板的表面所反射的光彼此同相时，光强度增高；当从该薄膜的表面所反射的光与该下层或基板之表面所反射的光彼此异相时，光强度减低。这样的话，反射的强度因入射光的波长、薄膜厚度及薄膜的折射率而异。由基板反射的光通过衍射光栅或类似物隔开，通过对各波长的反射光的强度的测定来描绘一轮廓，并通过对该轮廓的分析来测量基板上的薄膜的厚度。
在另一种可使用的光学传感器中，单色光(具有单一波长光)或白光施加于在基板上的薄膜，并且基于反射的光测量反射率，该反射率包括在薄膜的表面上的反射率与在底层或基板的表面上的反射率的组合。因反射比随待抛光薄膜的厚度及类型的不同而变化，故可通过监视反射率的变化来检测抛光处理的终点。
一种制造抛光垫10的方法将参照附图5至附图8说明如下。
(1)如附图5所示，制备由发泡聚氨酯制成的上层垫11，且孔11a形成于上层垫11的指定位置。
(2)如附图6所示，未经发泡聚氨酯14注入在上层垫11的孔11a中，并且融合(连结)至上层垫11。这样，可透光窗口41由孔11a中未经发泡的聚氨酯所制成。另外，具有形状上对应该孔11a的可透光窗口41可与上层垫11分开制造，然后嵌合入在该上层垫11之孔11a中。
(3)如附图7所示，由此所制造的上层垫11及可透光窗口41切割成为1.9毫米的指定厚度。
(4)具有直径实质上与孔11a相等的光通道孔12a形成于下层垫12中。然后，有粘着剂施加于其上表面及下表面的透明粘着薄膜13插置于上层垫11与下层垫12之间，如附图8所示。这种情况中，将下层垫12及上层垫11定位使得在下层垫12中的光通道孔12a对准在上层垫11中的孔11a。在现有技术的抛光垫中，凹槽设置于上层垫11及下层垫12中，且凹槽彼此对准因而可将上层垫及下层垫定位于适当位置。但是，根据本发明，因在下层垫12中的光通道孔12a具有与在上层垫11中的孔11a基本上相同的直径，故这些孔可用于将上层垫11与下层垫12定位于适当位置，因此无需于上层垫及下层垫中设置凹槽。
(5)然后，将上层垫11及下层垫12彼此垂直压合，让其借助于透明粘着薄膜13彼此粘合。这样就可以完成附图3所示的抛光垫10。
当未经发泡聚氨酯14注入上层垫11的孔11a中而于孔11a中形成可透光窗口41时，抛光垫10在可透光窗口41与上层垫11之间并未产生间隙。因此，在可透光窗口41与上层垫11之间不会出现抛光液的硬化，这样可避免半导体基板W因固化的抛光液所造成的刮痕。
抛光半导体基板W用的抛光装置之操作说明如下。
固定在顶环30的下表面的半导体基板W在已旋转的抛光台20的上表面上压抵抛光垫10，此时，抛光液Q从抛光液供应喷嘴22供给到抛光垫10上。因此，利用抛光液Q对半导体基板W抛光，而抛光液Q出现在半导体基板W待抛光的下表面与抛光垫10之间。
当基板W以此种方式而抛光时，每次当抛光台20回转一次时，光学传感器40直接通过基板W的已抛光表面的正下方。因光学传感器40位于通过半导体基板W的中心CW的弓形路径，光学传感器40可沿半导体基板W的弓形路径连续检测半导体基板W的抛光面的薄膜厚度。特别是使从光学传感器40的发光组件所发射的光通过在下层垫12中的光通道孔12a及可透光窗口41，并到达半导体基板W的抛光面。然后半导体基板W的抛光面反射已施加的光，该反射的光由光学传感器40的光检测组件所接收。从光学传感器40输出的信号送至控制器44，控制器44测量半导体基板W之抛光面的薄膜厚度。控制器44处理以及监视来自光学传感器40的信号，这样就可以检测何时在半导体基板W之抛光面上的薄膜已经抛光至预定厚度，因此，于是就可以决定化学机械抛光法CMP处理的终点。光学传感器40可设置于弯曲路径上，该路径未通过半导体基板W之中心CW。
在本实施例中，抛光垫10包含双层垫。然而，抛光垫10可包括有三层或三层以上的多层垫。当抛光垫10包括这种多层垫时，透明粘着薄膜可设置的位置使得其被被固定而接触可透光窗口的下表面。这种情况下，位于透明粘着薄膜上方的膜层作为上层垫，而位于透明粘着薄膜下方的膜层则作为下层垫。因此本发明可应用于这种多层垫。
在本实施例中，安装于抛光台上的抛光垫用于抛光工作件，但本发明亦适用于另一类型的抛光装置。例如，本发明适用于如附图9所示的具有提供抛光面的带状抛光垫51的抛光装置。在附图9所示抛光装置中，带状抛光垫亦即具有研磨粒于其表面上的带体51，带体51卷绕于两个分开的转鼓52、53上。转鼓52、53旋转而于箭头54指示方向以圆形运动或往复直线运动移动带体51，支持底座55位于带体51的上带与下带之间。由顶环56固定的半导体基板W被压抵到借助于支持底座55所支撑的带体51的区域。这样就可以使半导体基板W的表面借助于带体51被抛光。支持底座55有光学传感器(未图示)嵌置于其中，该光学传感器施加光至由顶环56固定的半导体基板W上，并且检测半导体基板W的反射光。基于光学传感器检测的反射光，可测量在半导体基板W之抛光面上的绝缘层或金属层的薄膜厚度，该带体51在对应光学传感器之位置具有可透光窗口41结合于其中。
将参照附图10及附图11说明本发明第二实施例的抛光垫如下。附图10为部份放大断面图，其显示本发明第二实施例的抛光垫，而附图11为附图10所示抛光垫的底视图。在附图10及附图11中，类似的部件及组成元件标示如同第一实施例之相同元件数字及符号，于此处不再个别说明。
第一实施例中，可透光窗口41由与上层垫11(IC-1000)相同的硬质聚氨酯制成。因此，当抛光垫10的表面借助于修整器修整(再生)时，可透光窗口41的表面可能刮伤，在可透光窗口41之表面所产生的刮痕可能在半导体基板抛光时在半导体基板中造成刮痕。
再者，在第一实施例中，可透光窗口41之下端只借助于透明粘着薄膜13支持(参考附图3)。结果，当抛光垫10借助于修整器修整时，抛光垫10之表面借助于修整器刮平，同时在透明粘着薄膜13之弹性作用之下将该可透光窗口41向下移动。在抛光垫10借助于修整器修整后，可透光窗口41在透明粘着薄膜13的弹性作用之下将可透光窗口41向上回推，因此可透光窗口41的表面凸起高于抛光垫10之表面，达到由抛光垫10去除的厚度相同的距离。因第一实施例中可透光窗口41由硬质材料制成，若半导体基板以抛光垫10在可透光窗口41凸起在抛光垫10的表面上之状态下抛光，则半导体基板相当可能因凸起的可透光窗口41而受损。
根据第二实施例，抛光垫110具有可透光窗口141，其由比上层垫11的材料(IC-1000)更柔软的材料制成，或由比上层垫11更软而比下层垫12更硬的材料制成较佳。可透光窗口141置于上层垫11的孔11a中，可透光窗口141由透明材料制成较佳。因可透光窗口141比上层垫11更软，故当抛光垫110接受修整时，可透光窗口更不易刮伤，如此借助于可透光窗口141来防止刮伤接受抛光的半导体基板。因可透光窗口141是柔软的，即使在抛光垫110修整后，该可透光窗口141凸起高于抛光垫110之表面，当半导体基板接受抛光时，其损伤半导体基板的可能性更小。
第二实施例中，附图10所示，具有绝佳密封能力之高度弹性支持密封件120设置于可透光窗口141下方用以支持可透光窗口141。如附图11所示，支持密封件120为环形形状，并且安装于在下层垫12中的光通道孔12a之内周面上，该支持密封件120由具有绝佳密封能力及弹性的粘着剂制成。
因可透光窗口141由具有绝佳密封能力的支持密封件120支持，故可将渗透至可透光窗口141之下表面上的抛光液减至最低。因此，抛光垫110可抛光半导体基板至高品质光整程度，且光学传感器可以高准确度稳定地测量半导体基板的表面的薄膜厚度。此外，因支持密封件120可有效防止透光性低的抛光液被引进到可透光窗口141与光学传感器之间，故光学传感器可稳定地以高准确度测量薄膜厚度。此外，因可透光窗口141由高度弹性支持密封件120牢固支持，故当抛光垫110修整时，可透光窗口141更不易向下凹陷，如此当修整处理完成后，可避免可透光窗口141凸起高于抛光垫110的表面。此项事实连同可透光窗口141由软性材料制成所提供的优势，可更有效防止半导体基板被刮伤。
第二实施例中，可透光窗口141、上层垫11及下层垫12借助于有绝佳密封能力的粘着剂130彼此连结，使得在可透光窗口141、上层垫11与下层垫12之间未形成间隙。因此，抛光液不会在可透光窗口141、上层垫11及下层垫12之间硬化，这样可避免半导体基板受到硬化的抛光液刮伤。
根据本发明第三实施例的抛光垫将参照附图12说明如下。附图12中，类似的部件及组成元件标示如同第一实施例的相同组件数字及符号，于后文不再个别说明。
如附图12所示，根据第三实施例的抛光垫具有由可透光支撑体220支持的可透光窗口241，该可透光支撑体220由丙烯酸类树脂、聚乙烯凝胶、聚乙烯树脂或类似物所制成，该可透光窗口241及/或可透光支持体220以由透明材料制成较佳。有高度可挠性及绝佳粘着性的加强元件230插置于可透光窗口241与可透光支撑体220之间。举例来说，加强元件230具有1至2之折射率，该加强元件230可由厚1.27毫米(50密耳)的冻胶状弹性体制成，而可透光窗口241、加强元件230及可透光支撑体220共同组成一种例如具有折射率1.4的光学系统，如附图12所示。由激光束源发射的具有波长800奈米之激光束相对于垂直方向以6度至48度的角度范围经由光学系统施加于抛光垫上的半导体基板，从而测量半导体基板的薄膜厚度。
若可透光窗口在抛光半导体基板时所施加压力下弯曲，则无法有足够的光通过该可透光窗口，或者光可能分散在可透光窗口中，故无法准确及稳定地测量薄膜厚度。举例来说，若平均直径约0.2微米的二氧化铈研浆用作为研磨粒，则因光更不大可能到达半导体基板，而使前述问题变得更明显。在本实施例中，因具有高度可挠性的加强元件230插置于可透光窗口241与可透光支撑体220之间，故用于支持可透光窗口241的结构获得加强，以防止抛光半导体基板时可透光窗口241在施加的压力下弯曲，而优选的是，该加强元件230具有基本上与下层垫12(SUBA400)相等的可挠性。
此外，因加强元件230具有绝佳粘着性，亦即加强元件230可紧密接触另一物件，这样光学系统可维持以高准确度稳定地测量薄膜厚度。最好是加强元件230以不会产生气泡者，因为形成于其中的气泡可能使通过其中的光散射。加强元件230最好是在变形后可回复其原先形状(形状记忆能力)。举例来说，该加强元件230最好是由具有形状记忆能力的弹性体制成，如聚酯弹性体。
在附图12中，加强元件230支持在设置于可透光支撑体220的上表面的凸部220a上。然而，该可透光支撑体220可不具有凸部，如附图13所示，加强元件230可直接支持在可透光支撑体220的上表面上。加强元件230之外径不是仅限于附图12及附图13所示，也可与可透光窗口241及可透光支撑体220的外径相同，如附图14图所示。为了更准确测量薄膜厚度，氙或卤素光束源发射的光可基本是垂直施加在半导体基板上，用以测量薄膜厚度，如附图13及附图14所示。氙或卤素光束源发射的光具有多个频率。
在第二及第三实施例中，抛光垫包含双层垫。然而，该抛光垫也可为有三层或更多膜层的多层垫或单层垫。
虽然已经详细显示及说明本发明的若干较佳实施例，但必须清楚的是，在不背离随附权利要求书的范围内可做出不同的修改及变更。
产业应用性本发明最好是应用于具有抛光垫并用于抛光工作件(如半导体基板)至平坦镜面光洁度的的抛光装置。
权利要求
1.一种抛光装置，包括一抛光台；一抛光垫，被安装于所述的抛光台上，并在其上具有用于对待抛光工作件抛光的抛光面；一顶环，用于固定所述工作件，并使所述工作件紧压所述抛光垫；及一光学传感器，设置于所述抛光台中，用以测量在所述的工作件上形成的薄膜厚度，所述的抛光垫包括一衬垫，有一孔界定于其中；一可透光窗口，其设置于所述的孔内以允许光通过其中；及一支撑件，用于防止所述可透光窗口凸出在所述抛光垫的抛光面上。
2.根据权利要求1所述的一种抛光装置，其中，所述支撑件设置在所述可透光窗口的下表面。
3.根据权利要求2所述的一种抛光装置，其中，所述的衬垫与所述的可透光窗口采用粘着剂紧密结合。
4.根据权利要求3所述的一种抛光装置，其中，所述的支撑件包括一弹性支撑密封件，以防止被提供到所述抛光垫的所述的抛光面上的抛光液被导入所述可透光窗口和所述的光学传感器之间。
5.根据权利要求4所述的一种抛光装置，其中，所述的抛光垫包括一上层垫和一置于所述的上层垫下面的下层垫。
6.根据权利要求3所述的一种抛光装置，其中，所述的支撑件包括一可透光支撑体。
7.根据权利要求6所述的一种抛光装置，其中，所述的抛光垫进一步包括一加强元件，它设置在所述的可透光窗口和所述的可透光支撑体之间，以防止所述的可透光窗口在所述的工作件被抛光时所施加的压力下被弯曲。
8.根据权利要求7所述的一种抛光装置，其中，所述加强元件有形状记忆能力。
9.根据权利要求8所述的一种抛光装置，其中，所述衬垫包括一上层垫和一放置于所述的上层垫之下的下层垫。
10.一种抛光装置，包括一抛光台；一抛光垫，被安装于所述的抛光台上，并在其上具有用于对待抛光工作件抛光的抛光面；一顶环，用以固定所述工作件，并使所述工作件紧压所述抛光垫，及一光学传感器，设置于所述的抛光台中，用以检测对所述工作件进行抛光的终点，所述的抛光垫包括一衬垫，有一孔界定于其中；一可透光窗口，其设置于所述孔内，用于使光可通过其中；所述的衬垫与所述的可透光窗口采用粘着剂紧密结合；及一支撑件，设置于所述的可透光窗口的下表面，用于在所述抛光面的修整处理之后阻止所述的可透光窗口凸出在所述抛光垫的所述抛光面上。
11.根据权利要求10所述的一种抛光装置，其中，所述支撑件包括一弹性支撑密封件，以防止被提供到所述抛光垫上的所述抛光面的抛光液被导入到所述可透光窗口和所述的光学传感器之间。
12.根据权利要求10所述的一种抛光装置，其中，所述支撑件包括一可透光支撑体。
13.根据权利要求1所述的一种抛光装置，其中，所述抛光垫进一步包括一加强元件，它放置在所述的可透光窗口和所述的可透光支撑体之间，用于防止所述的可透光窗口在所述的工作件被抛光时所施加的压力下被弯曲。
14.根据权利要求13所述的一种抛光装置，其中，所述加强元件具有形状记忆能力。
15.一种抛光装置，包括一抛光台；一抛光垫，被安装于所述的抛光台上，并在其上具有用于对待抛光工作件抛光的抛光面；一顶环，用于固定所述的待抛光的工作件，并使所述工作件紧压所述的抛光垫；一光学传感器，设置于所述的抛光台中，用以测量形成于所述工作件上的薄膜之厚度，所述的抛光垫包括一衬垫，有一孔界定于其中；一可透光窗口，其设置在所述的孔内，并且允许光通过其中，所述的衬垫与所述的可透光窗口采用粘着剂紧密结合；一可透光支撑体，设置在所述的可透光窗口的下表面，以阻止所述可透光窗口凸出在所述的抛光垫的所述抛光面上；及一加强元件，设置于所述的可透光窗口和所述的可透光支撑体之间，以防止所述的可透光窗口在所述工作件被抛光时所施加的压力下被弯曲，所述的加强元件具有形状记忆能力。
16.根据权利要求15所述的一种抛光装置，其中，所述的衬垫包括，一上层垫，其中界定有一孔，还包括一下层垫，其设置于所述的上层垫的下面并在其中界定有一光通道孔，所述光通道孔的直径与所述上层垫的所述孔直径基本上相同。
全文摘要
一种抛光装置，它包括一抛光台；一抛光垫，被安装于抛光台上并在其上具有对待抛光工作件抛光的抛光面；一顶环，用于固定工作件并使工作件紧压抛光垫；及一光学传感器，其设置于抛光台中，用以测量形成于工作件上的薄膜之厚度。该抛光垫包括一衬垫，有一孔界定于其中；一可透光窗口，其设置于孔内，用于使光可通过其中；及一支撑件，用于阻止可透光窗口凸出在抛光垫的抛光面上。
文档编号B24B39/00GK1445060SQ0311989
公开日2003年10月1日 申请日期2003年3月7日 优先权日2002年3月7日
发明者大田真朗, 清水一男 申请人:株式会社荏原制作所