专利名称：抛光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于将基片，如半导体晶片抛光至镜面光洁度的抛光装置，更具体地说，涉及具有基片传递装置的抛光装置，其中所述基片传递装置用于在基片保持装置，如顶环或承载头与传送装置，如机器人或运输器之间传送基片。
背景技术：
近年来，半导体器件已经变得更加集成化，并且半导体元件的结构已经变得更加复杂。此外，用于逻辑系统的多层互连中的层数已经增加。因此，半导体器件表面上的不规则性增加，以至于半导体器件表面上的阶高(step height)趋向于变大。这是因为，在半导体器件的制造过程中，在半导体器件上面形成薄膜，然后在半导体器件上进行微加工处理，如形成图案或形成孔，并且重复这些处理以在半导体器件上形成之后的薄膜。
当半导体器件表面上的不规则的数量增加时，下面的问题会出现。当薄膜形成于半导体器件上时，在具有台阶的部分形成的薄膜厚度相对较小。此外，断路可能由互连的断开而产生，或者短路可能由互连层之间的绝缘不足而产生。结果，不能获得优质产品，并且产量趋向于降低。此外，即使半导体器件最初正常工作，在长时间的使用之后半导体器件的可靠性会降低。在光刻处理中曝光的时候，如果照射表面具有不规则性，那么曝光系统中的透镜单元局部未聚焦。因此，如果半导体器件表面的不规则性增加，那么在半导体器件上形成精细图案本身就非常困难。
因此，在半导体器件的制造过程中，使半导体器件的表面平面化变得越来越重要。最重要的平面化技术之一是化学机械抛光(CMP)。在用于化学机械抛光的抛光装置中，在将其中包含磨粒，如二氧化硅(SiO2)的抛光液供应到抛光表面，如抛光垫上的同时，基片(例如半导体晶片)与抛光表面滑动接触，以至于基片得到抛光。
这种抛光装置包括抛光台和称为顶环或承载头的基片保持装置，其中抛光台具有由抛光垫形成的抛光表面，而基片保持装置用于保持基片，如半导体晶片。当半导体晶片采用这种抛光装置进行抛光时，半导体晶片由基片保持装置保持并且在预定压力下压在抛光台上。此时，抛光台和基片保持装置相对于彼此运动以使半导体晶片与抛光表面滑动接触，以至于半导体晶片的表面被抛光至镜面光洁度。
在这种抛光装置中，如果正被抛光的半导体晶片与抛光垫的抛光表面之间的相对压力在半导体晶片的整个表面上不均匀，那么根据在半导体晶片的各部分上所施加的压力，半导体晶片在某些部分可能抛光不足或者可能抛光过量。因此，已经有人企图通过由弹性材料，如橡胶构成的隔膜形成基片保持装置的用于保持半导体晶片的表面并且将流体压力，如空气压力供应至隔膜的背面以使得在半导体晶片的整个表面上施加于半导体晶片上的压力均匀。
如果传送装置，如机器人被用于直接将待抛光的半导体晶片传输给基片保持装置并且直接从基片保持装置接受已抛光的半导体晶片，那么，因为传送装置与基片保持装置之间在传送准确度上的差别，传送装置可能使传送失败。因此，抛光装置可以包括基片传递装置，所述基片传递装置设置在将半导体晶片传输给基片保持装置的位置或者设置在从基片保持装置接受半导体晶片的位置上。这种基片传递装置被称为推动器。由传送装置，如机器人传送的半导体晶片被放在基片传递装置上。然后，基片传递装置将半导体晶片升高至已经运动到基片传递装置上方的基片保持装置，如顶环，并且将半导体晶片传输给基片保持装置。此外，基片传递装置从基片保持装置接受半导体晶片并且将半导体晶片传输给传送装置。
在将基片，如半导体晶片从基片保持装置，如顶环传送给推动器(基片传递装置)时，加压流体(气体、液体或气体与液体的混合物)被引入设置在顶环中的流体通道以从顶环中喷射并且取下半导体晶片。此时，因为间隙形成于顶环与推动器之间，半导体晶片在与顶环分离之后通过该间隙掉落。推动器抓住并且接受掉落的半导体晶片。
在上述抛光装置中，半导体晶片在各种抛光状态下进行抛光，包括浆状物(抛光液)的类型、抛光时间、半导体晶片的压力和顶环与抛光台的旋转速度。在一些抛光状态下，当半导体晶片将要与顶环分离时，已抛光的半导体晶片可能牢固粘附在顶环上。在这种情况下，半导体晶片不能从顶环上取下来。具体地说，当基片保持装置的用于保持半导体晶片的表面由隔膜形成并且流体压力，如空气压力被供应至隔膜的背面以将半导体晶片压在抛光台的抛光表面上时，因为隔膜由橡胶构成而可能发生下面问题。当半导体晶片在抛光之后将要与基片保持装置分离时，半导体晶片粘附在隔膜上以至于它不能从基片保持装置上取下来。或者，将半导体晶片与基片保持装置分离需要花费很多时间。此外，当半导体晶片的一部分粘附在隔膜上时，半导体晶片可能以倾斜状态掉落下来。在这种情况下，如果为了从顶环上可靠地取下半导体晶片而增加从顶环喷出的流体压力，那么半导体晶片就带着力朝向推动器掉落，由此导致半导体晶片的损坏或破裂。
近年来，具有很低介电常数的低介电常数材料已经开发出来作为层间电介质以代替SiO2。但是，这种低介电常数材料具有很低的机械强度并因此很可能破裂。因此，如果要通过喷射加压流体从顶环上取下使用这种低介电常数材料的半导体晶片，半导体晶片中的低介电常数材料就会因为掉落的冲击而破裂，因此降低产量。
发明内容
本发明鉴于上述缺陷而完成。因此，本发明的一个目的是提供一种抛光装置，所述抛光装置可以在抛光之后快速而可靠地将基片，如半导体晶片与基片保持装置，如顶环分离，可以将基片从基片保持装置上安全地取下来而没有过量的力作用于基片上，并且在将基片从基片保持装置传送至基片传递装置时对基片没有冲击。
根据本发明的第一个方面，提供了一种抛光装置，所述抛光装置具有基片保持装置，如顶环和基片传递装置，如推动器，其中基片保持装置构成为在基片保持表面上保持基片，基片传递装置构成为将基片传输给基片保持装置并且从基片保持装置接受基片。基片传递装置包括基片放置部分和移动机构，其中基片放置部分具有上面放置基片的基片放置表面，而移动机构构成为竖直移动基片放置部分。基片传递装置还包括构成为向基片喷射高压流体的高压流体孔。
在将基片从基片保持装置传送至基片传递装置时，高压流体从位于基片保持装置的基片保持表面与基片之间的高压流体孔中喷出。于是，可以通过高压流体的压力将基片从基片保持装置上取下来。
高压流体孔可以构成为在基片保持装置的基片保持表面与基片之间喷出高压流体以将基片与基片保持装置的基片保持表面分离。基片传递装置可以包括围绕高压流体孔设置的盖子用于防止高压流体溅射到高压流体孔周围。
根据本发明的第二个方面，提供了一种抛光装置，所述抛光装置具有基片保持装置，如顶环和基片传递装置，如推动器，其中基片保持装置构成为在基片保持表面上保持基片，基片传递装置构成为将基片传输给基片保持装置并且从基片保持装置接受基片。基片传递装置包括基片放置部分和移动机构，其中基片放置部分具有其上面放置基片的基片放置表面，而移动机构构成为竖直移动基片放置部分。基片传递装置还包括流体供应通道，所述流体供应通道构成为将流体供应至基片放置部分的基片放置表面上以在基片放置部分的基片放置表面上形成流体薄膜。
在将基片从基片保持装置传送至基片传递装置时，基片被形成于基片传递装置的基片放置部分的基片放置表面上的流体薄膜(液体薄膜)吸住。因此，可以通过流体薄膜的表面张力将基片从基片保持装置上可靠地取下来。此外，因为基片被流体薄膜吸住，有可能在从基片保持装置上释放基片时防止基片因为加压流体的喷射而带着力朝向基片传递装置掉落。这样，基片就不会受到冲击。
流体供应通道可以构成为在基片放置部分的基片放置表面上形成流体薄膜，以至于当基片在基片保持装置与基片传递装置之间传送时基片被流体薄膜吸在基片放置表面上。流体供应通道可以构成为在已经将基片从基片保持装置传送至基片传递装置之后将流体供应至基片放置部分的基片放置表面上以将基片与基片放置表面分离。
根据本发明的第三个方面，提供了一种抛光装置，所述抛光装置具有基片保持装置，如顶环和基片传递装置，如推动器，其中基片保持装置构成为在基片保持表面上保持基片，基片传递装置构成为将基片传输给基片保持装置并且从基片保持装置接受基片。基片传递装置包括基片放置部分，所述基片放置部分具有上面放置基片的吸引部分。吸引部分包括形成流体腔室的弹性本体。基片传递装置还包括移动机构和通道，其中移动机构构成为竖直移动基片放置部分，通道将吸引部分的流体腔室与流体供应源和/或真空源相连。
在将基片从基片保持装置传送至基片传递装置时，基片被吸到基片传递装置的吸引部分上。因此，可以将基片从基片保持装置上可靠地取下来。此外，因为吸引部分吸住基片，有可能在从基片保持装置上释放基片时防止基片因为加压流体的喷射而带着力朝向基片传递装置掉落。这样，基片就不会受到冲击。
吸引部分可以包括具有腔室表面的吸引部分本体。流体腔室可以由吸引部分本体的腔室表面和弹性本体形成。吸引部分本体可以具有作为腔室表面的凹陷表面。当基片在基片保持装置与基片传递装置之间传送时，吸引部分可以操作为通过通道抽空流体腔室而吸住基片。在基片已经从基片保持装置传送至基片传递装置之后，吸引部分可以操作为通过通道从流体供应源供应流体而将基片与吸引部分分离。
根据本发明的第四个方面，提供了一种抛光装置，所述抛光装置具有基片保持装置，如顶环和基片传递装置，如推动器，其中基片保持装置构成为在基片保持表面上保持基片，基片传递装置构成为将基片传输给基片保持装置并且从基片保持装置接受基片。基片传递装置包括基片放置部分和移动机构，其中基片放置部分具有上面放置基片的基片放置表面，而移动机构构成为竖直移动基片放置部分。基片传递装置还包括与基片的外围部分接触的夹持机构。
夹持机构可以包括构成为插入基片保持装置的基片保持表面与基片之间的连杆。作为选择，夹持机构可以包括构成为保持基片外围边缘的连杆。
在将基片从基片保持装置传送至基片传递装置时，夹持机构的尖端插入基片保持装置的基片保持表面与基片之间，或者基片的外围边缘由夹持机构保持。于是，基片由夹持机构强行与基片保持表面分离。
根据本发明的第五个方面，提供了一种抛光装置，所述抛光装置具有基片保持装置，如顶环和基片传递装置，如推动器，其中基片保持装置构成为在基片保持表面上保持基片，基片传递装置构成为将基片传输给基片保持装置并且从基片保持装置接受基片。基片传递装置包括基片放置部分和移动机构，其中基片放置部分具有上面放置基片的基片放置表面，而移动机构构成为竖直移动基片放置部分。基片传递装置还包括槽，所述槽构成为使基片放置部分和由基片保持装置保持的基片浸入液体中。
于是，基片放置部分和基片被浸入槽内所存储的液体中。液体被引入基片与基片保持装置的基片保持表面之间以释放基片对基片保持装置的粘附。因此，基片可以与基片保持装置分离。此外，因为当基片与基片保持装置分离时液体存在于基片放置部分与基片之间，因此有可能防止基片因为加压流体的喷射而带着力朝向基片传递装置掉落。
基片保持装置可以具有通道，所述通道构成为在将基片从基片保持装置传送至基片传递装置时从基片保持表面供应加压流体给基片。基片保持装置可以包括具有基片保持表面的弹性垫。弹性垫可以包括与流体供应源和/或真空源相连的开孔。基片保持装置可以包括支承构件和基片保持装置本体，所述支承构件构成为支承弹性垫，所述基片保持装置本体具有容纳弹性垫和支承构件的空间。基片保持装置还可以包括与支承构件相连的邻接构件。邻接构件可以具有与弹性垫接触的弹性隔膜。基片保持装置可以包括形成于基片保持装置本体与支承构件之间的第一压力腔、形成于弹性垫与支承构件之间位于邻接构件外部的第二压力腔和形成于邻接构件内部的第三压力腔。第一压力腔、第二压力腔和第三压力腔可以独立地与流体供应源和/或真空源相连。
根据本发明，在基片，如半导体晶片的抛光过程完成之后，基片可以快速而可靠地与基片保持装置分离。此外，可以将基片从基片保持装置上安全地取下来而没有过量的力作用于基片上。此外，在将基片从基片保持装置传送至基片传递装置时基片不受冲击。因此，防止基片受到损坏或破裂。于是，产量可以得到提高。此外，因为基片可以从基片保持装置上快速地取下来，因此生产量可以得到提高。此外，因为在将基片传送至基片传递装置时冲击减小，因此在使用低介电常数材料(low-k材料)的过程中可以显著提高产量。
结合通过实例显示本发明优选实施例的附图阅读下面的说明可以清楚地理解本发明的上述以及其它目的、特征和优势。
图1是显示根据本发明一个实施例的抛光装置的整体布置的示意图；图2是图1所示抛光装置中顶环的竖直横截面图；图3是图2所示顶环的底视图；图4是显示图1所示抛光装置中推动器、顶环与直线运输器之间的关系的透视图；图5是显示图1所示抛光装置中推动器的细节的竖直横截面图；图6A至图6E是说明图5所示推动器的工作的竖直横截面图；图7是示意性显示根据本发明第一个实施例的推动器的横截面图；图8是示意性显示图7所示推动器的吸引垫的横截面图；图9A至图9D是说明图7所示推动器的工作的竖直横截面图；图10是示意性显示根据本发明第二个实施例的推动器的横截面图；图11A至图11F是说明图10所示推动器的工作的竖直横截面图；图12是示意性显示根据本发明第三个实施例的推动器的横截面图；图13A至图13C是说明图12所示推动器的工作的竖直横截面图；图14是示意性显示根据本发明第四个实施例的推动器的横截面图；
图15A和图15B是说明图14所示推动器的工作的竖直横截面图；图16是示意性显示图14所示推动器的一个变化例的横截面图；图17A至图17C是说明图16所示推动器的工作的竖直横截面图；图18是示意性显示根据本发明第五个实施例的推动器的横截面图；和图19A和图19B是说明图18所示推动器的工作的竖直横截面图。
具体实施例方式
下面将参考图1至图19B说明根据本发明实施例的抛光装置。
图1是显示根据本发明的抛光装置的整体布置的示意图。如图1中所示，抛光装置具有顶环1和设置在顶环1下面的抛光台100，其中顶环1用作保持基片，如半导体晶片的基片保持装置。抛光台100具有连接在其上表面上的抛光垫101。抛光垫101用作抛光表面。抛光装置包括设置在抛光台100上方用于将抛光液Q供应到抛光垫101上面的抛光液供应喷嘴102。
在市场上可以获得各种抛光垫。例如，其中一些为Rodel Inc公司制造的SUBA800、IC-1000和IC-1000/SUBA400(双层布)和Fujimi Inc公司制造的Surfin xxx-5和Surfin 000。SUBA800、Surfin xxx-5和Surfin 000是由聚氨酯树脂粘合的无纺纤维，并且IC-1000由刚性聚氨酯泡沫(单层)构成。聚氨酯泡沫为多孔性并且具有形成于其表面中的多个微小凹陷或孔。
尽管抛光垫用作抛光表面，但是抛光表面不限于抛光垫。例如，抛光表面可以由固定磨料构成。固定磨料形成为由粘合剂固定的磨粒构成的扁平板。采用固定磨料进行抛光，抛光过程通过从固定磨料上自动产生的磨粒进行。固定磨料包括磨粒、粘合剂和孔。例如，将具有0.5μm或更小平均粒径的二氧化铈(CeO2)、二氧化硅(SiO2)或氧化铝(Al2O3)用作磨粒，并且将热固性树脂，如环氧树脂或聚氨酯树脂或者热塑性树脂，如MBS树脂或ABS树脂用作粘合剂。这种固定磨料形成更硬的抛光表面。固定磨料包括固定磨料垫，所述固定磨料垫具有由一个固定磨料薄层和与该固定磨料薄层的下表面相连的弹性抛光垫形成的双层结构。
顶环1通过万向节10与顶环驱动轴11相连，并且顶环驱动轴11与固定在顶环头110上的顶环气缸111相连。顶环气缸111被驱动为竖直移动顶环驱动轴11，以由此整体提升和降低顶环1并且将固定在顶环本体2下端的保持圈3压在抛光台100上。顶环气缸111经由调节器R1与压缩气源(流体供应源)120相连，其中调节器R1可以调节供应到顶环气缸111的压缩空气等的压力。于是，有可能调节压力以通过保持圈3挤压抛光垫101。
顶环驱动轴11通过键(未示出)与旋转衬套112相连。旋转衬套112具有固定设置在其外围部分上的同步带轮113。顶环电机114固定在顶环头110上，并且同步带轮113经由同步带115与安装在顶环电机114上的同步带轮116相连。因此，当顶环电机114加电旋转时，旋转衬套112和顶环驱动轴11经由同步带轮116、同步带115和同步带轮113彼此一致旋转，由此旋转顶环1。顶环头110被支承在固定支承在框架(未示出)上的顶环头轴117上。顶环头轴117绕其轴线旋转。当顶环头轴117旋转时，顶环1在抛光台100上的抛光位置与后面将要说明的推动器之间角向运动。
下面将说明作为基片保持装置的顶环1。
图2是显示顶环1的竖直横截面图，并且图3是图2所示顶环1的底视图。如图2中所示，作为基片保持装置的顶环1具有顶环本体2和保持圈3，其中顶环本体2为其中形成容纳空间的柱形外壳的形式，而保持圈3固定在顶环本体2的下端。顶环本体2由具有很高强度和刚度的材料，如金属或陶瓷构成。保持圈3由高刚性的合成树脂、陶瓷等构成。
顶环本体2包括柱形外壳2a、环形加压片支承件2b和环形密封件2c，其中环形加压片支承件2b配合在外壳2a的柱形部分中，环形密封件2c配合在外壳2a的上表面的外圆周边缘上。保持圈3固定在顶环本体2的外壳2a的下端。保持圈3具有径向向内伸出的下部。保持圈3可以与顶环本体2一体形成。
顶环驱动轴11设置在顶环本体2的外壳2a的中心部分上方，并且顶环本体2通过万向节10与顶环驱动轴11相连。万向节10具有球形支承机构和旋转传动机构，顶环本体2与顶环驱动轴11可以通过所述球形支承机构关于彼此倾斜，所述旋转传动机构用于将顶环驱动轴11的旋转传递给顶环本体2。球形支承机构和旋转传动机构从顶环驱动轴11将压力和旋转力传递给顶环本体2，同时允许顶环本体2和顶环驱动轴11关于彼此倾斜。
球形支承机构包括半球形凹陷11a、半球形凹陷2d和支承球12，其中半球形凹陷11a形成于顶环驱动轴11的下表面中心，半球形凹陷2d形成于外壳2a的上表面中心，支承球12由高硬度材料，如陶瓷构成并且置于凹陷11a与2d之间。同时，旋转传动机构包括固定在顶环驱动轴11上的驱动销(未示出)和固定在外壳2a上的从动销(未示出)。即使顶环本体2关于顶环驱动轴11倾斜，驱动销和从动销也保持彼此接合，同时接触点因为驱动销和从动销可以相对于彼此竖直运动而移位。因此，旋转传动机构将顶环驱动轴11的旋转力矩可靠地传递给顶环本体2。
顶环本体2和固定到顶环本体2的保持圈3具有形成于其间的空间，在该空间中容纳有弹性垫(隔膜)4、环形夹持圈5和用于支承弹性垫4的盘形辅助承载板6(支承件)，其中弹性垫4具有与顶环1保持的半导体晶片W相接触的下表面(基片保持表面)。弹性垫4具有径向外边缘，所述径向外边缘夹在夹持圈5与固定到夹持圈5下端的辅助承载板6之间并且径向向内延伸以至于覆盖辅助承载板6的下表面。因此，空间形成于弹性垫4与辅助承载板6之间。
辅助承载板6可以由金属构成。但是，当形成于半导体晶片表面上的薄膜厚度在待抛光半导体晶片由顶环保持的状态下通过使用涡电流的方法进行测量时，优选的是，辅助承载板6应该由非磁性材料构成，例如绝缘材料，如氟树脂或陶瓷。
包括弹性隔膜的加压片7在夹持圈5与顶环本体2之间延伸。加压片7具有夹在顶环本体2的外壳2a与加压片支承件2b之间的径向外边缘和夹在夹持圈5的上端部分5a与挡块5b之间的径向内边缘。顶环本体2、辅助承载板6、夹持圈5和加压片7在顶环本体2中共同形成压力腔21(第一压力腔)。包括导管和连接器的流体通道31与压力腔21连通，所述压力腔21经由设置在流体通道31上的调节器R2与压缩气源120相连，如图1中所示。加压片7由高强度和耐久性的橡胶材料，如三元乙丙橡胶(EPDM)、聚氨酯橡胶或硅橡胶构成。
在加压片7由弹性材料，如橡胶构成的情况下，如果加压片7被固定地夹在保持圈3与顶环本体2之间，那么因为是弹性材料的加压片7存在弹性变形，因此就不能在保持圈3的下表面上保持期望的水平表面。为了避免这一缺陷，加压片7被夹在顶环本体2的外壳2a与在本实施例中作为独立构件提供的加压片支承件2b之间。如日本公开的专利申请No.09-168964和2001-179605中所公开的那样，保持圈3可以关于顶环本体2竖直运动，或者保持圈3可以具有能够独立于顶环本体2挤压抛光表面的结构。在这种情况下，加压片7不需要以上述方式固定。
环形凹槽形式的清洁液通道51形成于外壳2a位于其外圆周边缘附近的上表面中，顶环本体2的密封件2c安装在所述外圆周边缘上。清洁液通道51通过形成于密封件2c中的通孔52与流体通道32连通，并且通过流体通道32供应清洁液(纯水)。多个连通孔53形成于外壳2a和加压片支承件2b中，并且与清洁液通道51连通。连通孔53与形成于弹性垫4的外圆周表面与保持圈3的内圆周表面之间的小间隙G连通。
用作与弹性垫4接触的邻接构件的中心袋8和环形管9安装在形成于弹性垫4与辅助承载板6之间的空间中。在本实施例中，如图2和图3中所示，中心袋8设置在辅助承载板6的下表面的中心，并且环形管9以环绕中心袋8的关系设置在中心袋8的径向外部。弹性垫4、中心袋8和环形管9中每个都由高强度和耐久性的橡胶材料，如三元乙丙橡胶(EPDM)、聚氨酯橡胶或硅橡胶构成。
形成于辅助承载板6与弹性垫4之间的空间被中心袋8和环形管9分成多个空间(第二压力腔)。因此，压力腔22形成于中心袋8与环形管9之间，并且压力腔23形成于环形管9的径向外部。
中心袋8包括与弹性垫4的上表面接触的弹性隔膜81和用于将弹性隔膜81可拆卸地保持在适当位置的中心袋支架82。中心袋支架82具有形成于其中的螺纹孔82a，并且中心袋8通过旋入螺纹孔82a中的螺钉55可拆卸地固定到辅助承载板6的下表面的中心。中心袋8具有由弹性隔膜81和中心袋支架82形成于其中的中心压力腔24(第三压力腔)。
同样，环形管9包括与弹性垫4的上表面接触的弹性隔膜91和用于将弹性隔膜91可拆卸地保持在适当位置的环形管支架92。环形管支架92具有形成于其中的螺纹孔92a，并且环形管9通过旋入螺纹孔92a中的螺钉56可拆卸地固定到辅助承载板6的下表面上。环形管9具有由弹性隔膜91和环形管支架92形成于其中的中间压力腔25(第三压力腔)。
包括导管和连接器的流体通道33、34、35和36分别与压力腔22和23、中心压力腔24和中间压力腔25连通。如图1中所示，压力腔22至25经由分别与流体通道33至36相连的各个调节器R3、R4、R5和R6与作为流体供应源的压缩气源120相连。流体通道31至36通过安装在顶环轴110上端的旋转接头(未示出)与各个调节器R1至R6相连。
辅助承载板6上方的压力腔21和压力腔22至25经由与各个压力腔相连的流体通道31、33、34、35和36被供应加压流体，如加压空气或大气或者被抽空。如图1中所示，与压力腔21至25的流体通道31、33、34、35和36相连的调节器R2至R6可以分别调节供应给各个压力腔的加压流体的压力。因此，有可能独立控制压力腔21至25中的压力或者独立地将大气或真空引入压力腔21至25。以这种方式，压力腔21至25中的压力随着调节器R2至R6独立地变化，以至于经由弹性垫4将半导体晶片W压在抛光垫101上的压力可以在半导体晶片W的局部区域进行调节。在某些应用场合，压力腔21至25可以与真空源121，如真空泵相连。
在这种情况下，供应给压力腔22至25的加压流体或大气可以在温度方面独立进行控制。采用该结构，有可能从待抛光表面的背面直接控制基片，如半导体晶片的温度。具体地说，当每个压力腔在温度方面独立进行控制时，在CMP的化学抛光过程中可以控制化学反应的速度。
如图3中所示，弹性垫4具有多个开孔41。内抽吸部分61从辅助承载板6向下伸出以至于通过位于中心袋8与环形管9之间的各个开孔41露出。外抽吸部分62从辅助承载板6向下伸出以至于通过位于环形管9径向外部的各个开孔41露出。在该实施例中，弹性垫4具有8个开孔，并且抽吸部分61和62通过这些开孔41露出。
内抽吸部分61和外抽吸部分62具有分别与流体通道37和38连通的连通孔61a和62a。抽吸部分61和62经由流体通道37和38以及阀V1和V2与真空源121，如真空泵相连。当抽吸部分61和62的连通孔61a和62a与真空源121相连时，负压在其连通孔61a和62a的下开口端形成，以将半导体晶片W吸在抽吸部分61和62的下端。抽吸部分61和62具有连接在其下端的弹性片61b、62b，如橡胶薄片，以由此弹性接触并且保持位于其下表面上的半导体晶片W。
如图2中所示，当半导体晶片W正在进行抛光时，抽吸部分61和62位于弹性垫4的下表面上方，因此没有从弹性垫4的下表面伸出。当吸引半导体晶片W时，抽吸部分61和62的下端面基本上位于与弹性垫4的下表面相同的平面内。
因为在弹性垫4的外圆周表面与保持圈3的内圆周表面之间存在小间隙G，夹持圈5、辅助承载板6和与辅助承载板6相连的弹性垫4可以关于顶环本体2和保持圈3竖直运动，并因此具有关于顶环本体2和保持圈3浮动的结构。夹持圈5的挡块5b具有多个从其外圆周边缘径向向外伸出的齿5c。包括夹持圈5的构件的向下运动通过齿5c与保持圈3的径向向内伸出部分的上表面的接合而被限制在预定范围内。
接下来将详细说明如此构成的顶环1的工作。
在上述构成的抛光装置中，当半导体晶片W将要被传输给抛光台100时，顶环1整体运动至后面将要说明的推动器，并且抽吸部分61和62的连通孔61a和62a经由流体通道37和38与真空源121相连。半导体晶片W通过连通孔61a和62a的抽吸效应在真空下被吸到抽吸部分61和62的下端。在半导体晶片W被吸在顶环1上的同时，顶环1整体运动至其上面具有抛光表面(抛光垫101)的抛光台100的上方位置。半导体晶片W的外圆周边缘由保持圈3保持以至于半导体晶片W不会从顶环1上掉下来。
为了抛光半导体晶片W，抽吸部分61和62对半导体晶片W的吸引被释放，并且半导体晶片被保持在顶环1的下表面上。同时，与顶环驱动轴11相连的顶环气缸111被驱动为在预定压力下将固定在顶环1下端的保持圈3压在抛光台100上的抛光表面上。在这种状态下，加压流体在各个压力下分别被供应给压力腔22、23，中心压力腔24，和中间压力腔25，由此将半导体晶片W压在抛光台100上的抛光表面上。抛光液供应喷嘴102提前将抛光液Q供应到抛光垫101上，以至于抛光液Q保持在抛光垫101上。于是，半导体晶片W在抛光液Q存在于半导体晶片W的待抛光的(下)表面与抛光垫101之间的情况下由抛光垫101进行抛光。
位于压力腔22和23下面的半导体晶片W的局部区域在供应给压力腔22和23的加压流体的压力下被压在抛光表面上。位于中心压力腔24下面的半导体晶片W的局部区域在供应给中心压力腔24的加压流体的压力下经由中心袋8的弹性隔膜81和弹性垫4被压在抛光表面上。位于中间压力腔25下面的半导体晶片W的局部区域在供应给中间压力腔25的加压流体的压力下经由环形管9的弹性隔膜91和弹性垫4被压在抛光表面上。
因此，作用于半导体晶片W的各个局部区域上的抛光压力可以通过控制供应给各个压力腔22至25的加压流体的压力而独立调节。具体地说，各个调节器R3至R6独立调节供应给压力腔22至25的加压流体的压力，以由此调节将半导体晶片W的局部区域压在抛光台100上的抛光垫101上所施加的压力。通过将半导体晶片W的各个局部区域上的抛光压力独立调节至期望值，半导体晶片W被压在正在旋转的抛光台100上的抛光垫101上。同样，供应给顶环气缸111的加压流体的压力可以通过调节器R1进行调节以调节保持圈3对抛光垫101的压力。在半导体晶片W被抛光的同时，保持圈3对抛光垫101的压力和半导体晶片W对抛光垫101的压力可以适当调节以由此将具有期望压力分布的抛光压力施加于中心区域(图3中C1)、中心区域与中间区域之间的内部区域(C2)、中间区域(C3)、半导体晶片W的外围区域(C4)和位于半导体晶片W外部的保持圈3的外围部分。
半导体晶片W具有一个位于压力腔22和23下面的部分。在该部分中存在两个区域。一个区域由加压流体通过弹性垫4挤压，另一个区域直接由加压流体挤压。后者是其位置对应于开孔41的区域。这两个区域可以在相同的压力下受压。因为弹性垫4被保持为在开孔41附近与半导体晶片W的反面密切接触，因此基本上可以防止压力腔22和23中的加压流体泄漏到外部。
以这种方式，半导体晶片W被分成4个同心的圆形和环形区域(C1至C4)，这些区域可以分别在独立的压力下受压。抛光速度决定于施加给抵靠在抛光表面上的半导体晶片W上的压力。如上所述，因为施加于这些区域上的压力可以独立进行控制，因此半导体晶片W的4个圆形和环形区域(C1至C4)的抛光速度可以独立进行控制。因此，即使半导体晶片W表面上待抛光薄膜的厚度在径向上存在变化，半导体晶片W表面上的薄膜也可以进行均匀抛光而不会在半导体晶片的整个表面上抛光不足或抛光过度。更具体地说，即使半导体晶片W表面上待抛光薄膜的厚度决定于半导体晶片W上的径向位置而不同，也可以使位于较厚薄膜区域上面的压力腔中的压力高于其它压力腔中的压力，或者使位于较薄薄膜区域上面的压力腔中的压力低于其它压力腔中的压力。以这种方式，使施加于抛光表面上的较厚薄膜区域上面的压力高于施加于抛光表面上的较薄薄膜区域上面的压力，由此选择性地增加较厚薄膜区域的抛光速度。因此，半导体晶片W的整个表面可以准确抛光至半导体晶片W的整个表面上的期望水平，而不管薄膜形成时所产生的膜厚分布。
可以通过控制施加于保持圈3上的压力防止半导体晶片W的圆周边缘上任何不期望的边缘倒圆。如果半导体晶片W的圆周边缘上待抛光的薄膜具有很大的厚度变化，那么就特意增大或减小施加于保持圈3上的压力以由此控制半导体晶片W的圆周边缘的抛光速度。当加压流体被供应给压力腔22至25时，承载板6受到向上的力。在本实施例中，加压流体经由流体通道31供应给压力腔21，以防止承载板6在压力腔22至25所产生的力的作用下被提升。
如上所述，由顶环气缸111施加的将保持圈3压在抛光垫101上的压力和由供应给压力腔22至25的加压空气施加的将半导体晶片W的局部区域压在抛光垫101上的压力被适当调节以抛光半导体晶片W。当半导体晶片W的抛光完成时，半导体晶片W按照与上述相同的方式在真空下被吸到抽吸部分61和62的下端。此时，进入压力腔22至25中将半导体晶片W压在抛光表面上的加压流体的供应停止，并且压力腔22至25与大气相通。因此，抽吸部分61和62的下端与半导体晶片W接触。压力腔21被排出到大气或者抽空以在其中形成负压。如果压力腔21被保持在高压，那么半导体晶片W就仅仅在与抽吸部分61和62接触的区域被牢固压在抛光表面上。因此，有必要立刻减小压力腔21中的压力。因此，如图2中所示，可以设置从压力腔21穿透顶环本体2的放气孔39用于立刻减小压力腔21中的压力。在这种情况下，当压力腔21被加压时，必须经由流体通道31将加压流体连续供应到压力腔21中。放气孔39具有止回阀，该止回阀用于在负压形成于压力腔21中时防止外部空气流入压力腔21。
在吸住半导体晶片W之后，顶环1整体运动至半导体晶片W要被传送的位置，然后流体(例如，压缩空气或氮气与纯水的混合物)经由抽吸部分61和62的连通孔61a和62a喷到半导体晶片W上以从顶环1上释放半导体晶片W。
用于抛光半导体晶片W的抛光液Q趋向于流过弹性垫4的外圆周表面与保持圈3之间的小间隙G。如果抛光液Q牢固沉积在间隙G中，则会妨碍夹持圈5、辅助承载板6和弹性垫4关于顶环本体2和保持圈3平滑地竖直运动。为了避免这一缺陷，清洁液(纯水)通过流体通道32被供应给清洁液通道51。因此，纯水经由多个连通孔53被供应给间隙G上面的区域，由此清洁间隙G以防止抛光液Q牢固沉积在间隙G中。优选的是，纯水应该在已抛光的半导体晶片W被释放后供应并且直到下一个待抛光的半导体晶片被吸到顶环1上。另外优选的是，在下一个半导体晶片被抛光之前将所有已供应的纯水排出顶环1，并因此为保持圈3设置多个如图2中所示的通孔3a。此外，如果压力累积在形成于保持圈3、夹持圈5和加压片7之间的空间26中形成，那么它将防止辅助承载板6在顶环本体2中被提升。因此，为了允许辅助承载板6在顶环本体2中被平滑提升，优选的是，应该设置通孔3a用于使空间26中的压力与大气压力相等。
如上所述，压力腔22、23，中心袋8中的压力腔24以及环形管9中的压力腔25中的压力得到独立控制以控制作用于半导体晶片W上的压力。此外，有可能通过改变中心袋8和环形管9的位置和尺寸而轻松改变压力受控的区域。
下面将说明用作基片传递装置以在顶环1与直线运输器之间传送半导体晶片的推动器。图4是显示推动器130、顶环1和直线运输器105之间的关系的透视图。推动器130用于从直线运输器105的第一传送台TS1接受半导体晶片并且将半导体晶片传输给顶环1，并且还用于经由顶环1从抛光台100接受已抛光的半导体晶片并且将半导体晶片传输给直线运输器105的第二传送台TS2。因此，推动器130用作在直线运输器105与顶环1之间接受和传输半导体晶片的接受/传输机构。
图5是显示推动器130的细节的竖直横截面图。如图5中所示，推动器130具有导向台131、花键轴132和推动台133，其中导向台131设置在中空轴160上方用于保持顶环，花键轴132延伸穿过中空轴160，推动台133设置在花键轴132上方用于在其上面保持半导体晶片。推动台133用作基片放置部分，其具有其上面放置半导体晶片的基片放置表面。气缸135和136通过浮动接头134与花键轴132相连，其中浮动接头134可以逆着花键轴的位移与花键轴柔性连接。两个气缸135和136串联竖直布置。下气缸136用于提升和降低导向台131和推动台133。下气缸136与上气缸135一起提升和降低中空轴160。气缸135用作提升和降低推动台133的移动机构。
4个顶环导向器137设置在导向台131的外圆周部分。顶环导向器137具有包括上台138和下台139的双台结构。顶环导向器137的上台138用作与顶环的保持圈3(参见图6)的下表面接触的接触部分，而下台139用作对半导体晶片对中的对中部分和支承半导体晶片的支承部分。上台138具有锥形表面138a，锥形表面138a优选以大约25°至大约35°的角度形成，用于朝向上台138引导顶环。下台139具有锥形表面139a，锥形表面139a优选以大约10°至大约20°的角度形成，用于朝向下台139引导半导体晶片W。在将半导体晶片从顶环上取下来时，顶环导向器137直接接受半导体晶片的外围边缘。
具有防水功能和引导导向台131返回其初始位置的功能的导向衬套140设置在导向台131下面。用于对推动器对中的对中衬套141固定在位于导向衬套140内部的轴承壳142上。推动器130通过轴承壳142与抛光部分中的电机外壳143相连。
此外，V形圈144用于防止水进入推动台133与导向台131之间。V形圈144具有保持与导向台131接触以防止水从其中通过的唇缘。当导向台131被提升时，部分H的体积增加以降低部分H中的压力以至于将水吸入部分H中。为了防止水被吸入部分H中，孔145形成于V形圈144的内侧用于防止部分H中的压力降低。
推动器130具有可以在X轴和Y轴方向运动的直线导轨146，用于允许顶环导向器137具有对齐装置。导向台131固定在直线导轨146上。直线导轨146固定在中空轴160上。中空轴160由轴承壳142通过滑动衬套147保持。气缸136的冲程通过压缩弹簧148传递到中空轴160。
推动台133位于导向台131上方。推动台133具有从推动台133的中心向下延伸的推动杆149。推动杆149延伸通过位于导向台131中心的滑动衬套150以至于推动杆149被对中。推动杆149与花键轴132的上端接触。推动台133通过花键轴132与气缸135一起竖直运动以至于将半导体晶片W装载到顶环1上。推动台133具有设置在其外围部分用于定位推动台133的压缩弹簧151。
冲击消除器152设置为在竖直方向定位顶环导向器137并且用于在顶环导向器137接触顶环1时吸收冲击。每个气缸具有用于检测推动器的竖直方向位置的上限和下限传感器。具体地说，气缸135具有传感器153和154，并且气缸136具有传感器155和156。推动器130具有清洁喷嘴，所述清洁喷嘴用于清洁推动器130以防止粘附到推动器上的浆状物污染半导体晶片。推动器可以具有用于检测推动器上的半导体晶片的存在性的传感器。气缸135和136分别通过双螺线管阀进行控制。
下面将说明如此构成的推动器130的工作。图6A至图6E是说明推动器130的工作的竖直横截面图。
1)装载半导体晶片如图6A中所示，半导体晶片W被直线运输器105传送至推动器130上方的位置。当顶环1位于推动器130上方的晶片装载位置并且没有保持半导体晶片时，推动台133被气缸135提升，如图6B中所示。当传感器153检测到完成了提升推动台133时，导向台131和与导向台131相关的部件被气缸136提升，如图6C中所示。在导向台131被提升时，导向台131通过直线运输器105的传送台的半导体晶片保持位置。此时，半导体晶片W由顶环导向器137的锥形表面139a对中并且在半导体晶片W的图案表面处(在除其外围边缘之外的部分)由推动台133保持。
在推动台133保持半导体晶片W的同时，顶环导向器137被提升而没有停止，并且保持圈3由顶环导向器137的锥形表面138a引导。顶环导向器137的中心通过可以在X和Y方向运动的直线导轨146对准顶环1的中心，并且顶环导向器137的上台138接触保持圈3的下表面并且导向台131的提升停止。
当顶环导向器137的上台138与保持圈3的下表面接触时，导向台131被固定并且不再被提升。但是，气缸136继续提升运动直到气缸136与冲击消除器152接触。因此，因为压缩弹簧148被压缩而只有花键轴132继续被提升，并且推动台133进一步提升。此时，如图6D中所示，推动台133在半导体晶片W的图案表面处(在除其外围边缘之外的部分)保持半导体晶片W，并且将半导体晶片W运输至顶环1。在半导体晶片W与顶环1接触之后，气缸136的提升冲程被弹簧151吸收以由此保护半导体晶片W。
2)卸载半导体晶片半导体晶片W由顶环1运输至位于推动器130上方的卸载位置。当直线运输器105的传送台位于推动器130上方并且没有保持半导体晶片时，导向台131和与导向台131相关的部件被气缸136提升，并且保持圈3由顶环导向器137的锥形表面138a引导。顶环导向器137的中心通过直线导轨146对准顶环1的中心，并且顶环导向器137的上台138接触保持圈3的下表面并且导向台131的提升停止。
气缸136继续被驱动直到气缸136接触冲击消除器152。但是，因为顶环导向器137的上台138接触保持圈3的下表面以至导致导向台131被固定在该位置，因此气缸136与气缸135一起逆着压缩弹簧148的压迫力推动花键轴132，从而提升推动台133。此时，如图6E中所示，推动台133没有升高至比顶环导向器137的下台139的半导体晶片保持部分更高的位置。在该实施例中，气缸136被设置为在顶环导向器137接触保持圈3之后被进一步驱动。此时的冲击被压缩弹簧148吸收。
在气缸136的提升驱动完成之后，半导体晶片W从顶环1上被释放。此时，半导体晶片W由顶环导向器137的下锥形表面139a对中并且半导体晶片W在半导体晶片W的外围边缘由顶环导向器137的下台139保持。在半导体晶片W由推动器130保持之后，推动器130开始被降低。当导向台131被降低时，已经移动中心以使顶环1对中的导向台131由导向衬套140和对中衬套141对中。当导向台131被降低时，半导体晶片W在其外围边缘从推动器130传送至直线运输器105。当完成了降低导向台131时，卸载半导体晶片的工作完成。
图5中所示的推动器130具有将在半导体晶片从顶环1传输给推动器130时用于从顶环1上可靠分离已抛光半导体晶片并且对半导体晶片没有任何冲击的装置。下面将参考图7至图19B说明这种装置的实施例。
图7显示了根据本发明第一个实施例的推动器。图7是示意性显示推动器130的横截面图并且只显示了推动器130的主要部分。因此，推动器130显示为包括导向台131、顶环导向器137、推动台133、竖直移动所述推动台133的花键轴132和中空轴160。如图7中所示，推动器130具有一个或多个作为连接在推动台133上表面上的吸引部分的吸引垫200。
图8是显示吸引垫200的横截面图。如图8中所示，吸引垫200具有袋形的弹性本体或弹性隔膜201和吸引垫本体202，其中吸引垫本体包括将弹性隔膜201的开口端夹于其间的上、下构件。吸引垫本体202的上构件具有形成于其上表面(腔室表面)中的半球形或碗形凹陷202a。凹陷202a和覆盖凹陷202a的弹性隔膜(弹性本体)201形成流体腔室209。吸引垫200包括置于吸引垫202的上、下构件之间用于密封上、下构件的分界面的O形圈203。上、下构件具有通入上构件的上表面上的凹陷202a的连通孔204。连通孔204通过管205和206与真空源207和压缩流体供应源208相连。阀V11设置在与真空源207相连的管205上，并且阀V12设置在与压缩流体供应源208相连的管206上。
下面将说明如此构成的推动器130的工作。图9A至图9D是说明推动器130的工作的横截面图。
顶环1将半导体晶片W传送至位于推动器130上方的晶片卸载位置。然后，气缸136(参见图5)被驱动以提升推动器130以至于吸引垫200的上表面与顶环1保持的半导体晶片W接触。在吸引垫200的上表面与半导体晶片W接触之前，吸引垫200处于图8所示的状态。在吸引垫200接触的同时，阀V11被打开以将吸引垫200中的流体腔室209与真空源207相连。因此，如图9A中所示，吸引垫200的弹性隔膜201像吸盘一样被压下，以至于吸引垫200将半导体晶片W吸在其上表面上。
在将半导体晶片W吸到吸引垫200上的同时，加压流体(例如，压缩空气或氮气与纯水的混合物)通过顶环1的抽吸部分61和62的连通孔61a和62a(参见图2)被喷到半导体晶片W上以从顶环1上释放半导体晶片W。当加压流体通过连通孔61a和62a被喷射到半导体晶片W上时，加压流体可以被供应给压力腔22至25中的全部或一部分以使隔膜(弹性垫)4膨胀以推动半导体晶片W。因此，半导体晶片W可以通过将半导体晶片W吸到吸引垫200上、从顶环1喷出加压流体和使顶环1的隔膜加压而从顶环1上完全被取下来。之后，如图9B中所示，在半导体晶片W被吸在吸引垫200上的同时，推动台133被降低以使半导体晶片W与顶环1隔开。
然后，阀V11被关闭并且阀V12被打开。于是，如图9C中所示，加压流体，如氮气从压缩流体供应源208被引入吸引垫200以像气球那样使吸引垫200膨胀。因此，半导体晶片W从吸引垫200的上构件上被升高以释放吸引垫200对半导体晶片W的吸引。在该状态下，推动器130被降低。在降低推动器130的途中，半导体晶片W从推动器130被传送至直线运输器105的传送台。如图9D中所示，当推动器130被完全降低时，半导体晶片W被完全传输给直线运输器105。
如上所述，根据本实施例，在将半导体晶片W从顶环1传送至推动器130时，半导体晶片W被吸到推动器130的吸引垫200上。因此，半导体晶片W可以从顶环1上可靠地取下来。此外，因为吸引垫200吸住半导体晶片W，有可能在从顶环1上释放半导体晶片W时防止半导体晶片W因为加压流体的喷射而带着力朝向推动器130掉落。因此，半导体晶片W不会受到冲击。
图10显示了根据本发明第二个实施例的推动器130。图10是示意性显示推动器130的横截面图并且只显示了推动器130的主要部分。因此，推动器130显示为包括导向台131、顶环导向器137、推动台133、竖直移动推动台133的花键轴132和中空轴160。如图10中所示，推动台133具有平坦上表面。竖直移动所述推动台133的轴132和推动台133具有通过管211与纯水供应源212相连的流体供应通道210。阀V13设置在与纯水供应源212相连的管211上。
下面将说明如此构成的推动器130的工作。图11A至图11F是说明推动器130的工作的横截面图。
顶环1将半导体晶片W传送至位于推动器130上方的晶片卸载位置。然后，气缸136(参见图5)被驱动以提升推动器130以至于顶环1与顶环导向器137接合，如图11A中所示。此时，阀V13被打开以将纯水从纯水供应源212通过流体供应通道210供应至推动台133的上表面。于是，水薄膜形成于推动台133的上表面上。在该状态下，如图11B中所示，推动台133被提升以至于使推动台133的上表面与半导体晶片W接触。在接触时，阀V13被关闭以至于停止推动台133的上表面的纯水供应。
因为水薄膜形成于推动台133的上表面与半导体晶片W之间，因此半导体晶片W通过水膜的表面张力被吸到推动台133的上表面上。在使用水膜将半导体晶片W吸到推动台133上的同时，加压流体(例如，压缩空气或氮气与纯水的混合物)通过顶环1的抽吸部分61和62的连通孔61a和62a(参见图2)被喷到半导体晶片W上以从顶环1上释放半导体晶片W，如图11C中所示。当加压流体通过连通孔61a和62a被喷射到半导体晶片W上时，加压流体可以被供应给压力腔22至25中的全部或一部分以使隔膜(弹性垫)4膨胀以推动半导体晶片W。因此，半导体晶片W可以通过使用水膜将半导体晶片W吸到推动台133上、从顶环1喷出加压流体和使顶环1的隔膜加压而从顶环1上完全被取下来。
之后，如图11D中所示，在半导体晶片W被推动台133吸住的同时，推动台133被降低以使半导体晶片W与顶环1隔开。然后，阀V13被打开以至于纯水从纯水供应源212供应并流动至推动台133的上表面以由此释放水膜对半导体晶片W的吸引。在该状态下，如图11E中所示，推动器130被降低。在降低推动器130的途中，半导体晶片W从推动器130被传送至直线运输器105的传送台。如图11F中所示，当推动器130被完全降低时，半导体晶片W被完全传输给直线运输器105。
如上所述，根据本实施例，在将半导体晶片W从顶环1传送至推动器130时，半导体晶片W被形成于推动器130的推动台133的上表面上的水薄膜吸住。因此，半导体晶片W可以从顶环1上可靠地取下来。此外，因为水薄膜吸住半导体晶片W，有可能在从顶环1上释放半导体晶片W时防止半导体晶片W因为加压流体的喷射而带着力朝向推动器130掉落。因此，半导体晶片W不会受到冲击。
图12显示了根据本发明第三个实施例的推动器130。图12是示意性显示推动器130的横截面图并且只显示了推动器130的主要部分。因此，推动器130显示为包括导向台131、顶环导向器137、推动台133、竖直移动所述推动台133的花键轴132和中空轴160。如图12中所示，顶环导向器137具有一个或多个喷嘴220，所述喷嘴用作向半导体晶片喷射高压流体的高压流体孔。喷嘴220通过管221与压缩流体供应源222相连。喷嘴220位于将半导体晶片从顶环1上取下的位置。阀V14设置在与压缩流体供应源222相连的管221上。压缩流体供应源222构成为供应高压纯水或两种或多种液体与气体的高压混合物(例如，纯水和氮气)。推动器130具有盖子(未示出)，用于防止喷出的高压流体溅射到喷嘴220周围。
下面将说明如此构成的推动器130的工作。图13A至图13C是说明推动器130的工作的横截面图。
顶环1将半导体晶片W传送至位于推动器130上方的晶片卸载位置。然后，气缸136(参见图5)被驱动以提升推动器130以至于顶环1与顶环导向器137接合，如图13A中所示。之后，如图13B中所示，加压流体(例如，压缩空气或氮气与纯水的混合物)通过顶环1的抽吸部分61和62的连通孔61a和62a(参见图2)被喷到半导体晶片W上，并且另外的加压流体被供应给压力腔22至25中的全部或一部分以使隔膜(弹性垫)4膨胀。此时，加压流体被供应给压力腔21以向下移动辅助承载板6。于是，半导体晶片W位于保持圈3的下端之下，并且顶环1的隔膜4在其外围部分与半导体晶片W分离和隔开。在半导体晶片W的外围部分与隔膜4隔开的状态下，阀V14被打开以从喷嘴220中喷出高压流体(例如，纯水或气体如氮气与纯水的混合物)。于是，半导体晶片W通过高压流体从隔膜4上取下来(参见图13C)。之后，推动器130被降低。在降低推动器130的途中，半导体晶片W从推动器130被传送至直线运输器105的传送台，这在图中没有示出。
如上所述，根据本实施例，在将半导体晶片W从顶环1传送至推动器130时，加压流体被供应给压力腔22至25中的全部或一部分以使隔膜(弹性垫)4膨胀。另外的加压流体被供应给压力腔21以向下移动辅助承载板6。于是，半导体晶片W位于保持圈3的下端之下，并且顶环1的隔膜4在其外围部分与半导体晶片W分离和隔开。在这种状态下，高压流体从隔膜4与半导体晶片W之间的喷嘴220中喷出。于是，半导体晶片W可以通过高压流体的压力从隔膜4上取下来。在将半导体晶片W从顶环1上取下来时，只有微小的间隙形成于半导体晶片W的下端面与推动台133之间。因此，有可能防止半导体晶片带着力朝向推动器130掉落。
图14显示了根据本发明第四个实施例的推动器130。图14是示意性显示推动器130的横截面图并且只显示了推动器130的主要部分。因此，推动器130显示为包括导向台131、顶环导向器137、推动台133、竖直移动所述推动台133的花键轴132和中空轴160。如图14中所示，顶环导向器137具有一个或多个用于使半导体晶片与顶环1分离的夹持机构230。夹持机构230具有通过销231支承在顶环导向器137上的枢轴连杆232和与连杆232的下端相连的气缸233。连杆232具有尖端232a，所述尖端可以很容易地插入顶环1的隔膜(弹性垫)4与半导体晶片W之间。
下面将说明如此构成的推动器130的工作。图15A和图15B是说明推动器130的工作的横截面图。
顶环1将半导体晶片W传送至位于推动器130上方的晶片卸载位置。然后，气缸136(参见图5)被驱动以提升推动器130以至于顶环1的下部被引入顶环导向器137的内部，如图15A中所示。之后，加压流体(例如，压缩空气或氮气与纯水的混合物)通过顶环1的抽吸部分61和62的连通孔61a和62a(参见图2)被喷到半导体晶片W上，并且另外的加压流体被供应给压力腔22至25中的全部或一部分以使隔膜(弹性垫)4膨胀。此时，加压流体被供应给压力腔21以向下移动辅助承载板6。于是，半导体晶片W位于保持圈3的下端之下，并且顶环1的隔膜4在其外围部分与半导体晶片W分离和隔开。在这种状态下，如图15B中所示，气缸233被驱动以使连杆232枢转以便将连杆232的尖端232a插入顶环1的隔膜4与半导体晶片W之间。于是，半导体晶片W通过连杆232强行与隔膜4分离。然后，推动台133被降低以将半导体晶片W与顶环1隔开。之后，推动器130被降低。在降低推动器130的途中，半导体晶片W从推动器130被传送至直线运输器105的传送台，这在图中没有示出。
如上所述，根据本实施例，在将半导体晶片W从顶环1传送至推动器130时，加压流体被供应给压力腔22至25中的全部或一部分以使隔膜(弹性垫)4膨胀。另外的加压流体被供应给压力腔21以向下移动辅助承载板6。于是，半导体晶片W位于保持圈3的下端之下，并且顶环1的隔膜4在其外围部分与半导体晶片W分离和隔开。在这种状态下，气缸233被驱动为将连杆232的尖端232a插入顶环1的隔膜4与半导体晶片W之间。于是，半导体晶片W通过连杆232强行与隔膜4分离。在将半导体晶片W从顶环1上取下来时，只有微小的间隙形成于半导体晶片W的下端面与推动台133之间。因此，有可能防止半导体晶片W带着力朝向推动器130掉落。
图16显示了根据本发明第四个实施例的推动器130的变化例。如图16中所示，顶环导向器137具有一个或多个用于使半导体晶片与顶环1分离的夹持机构240。夹持机构240具有支承在顶环导向器137上的枢轴连杆242和与连杆242的下端相连的气缸243。连杆242经由销241可以在径向运动。连杆242具有凹陷尖端242a，所述凹陷尖端可以保持半导体晶片W的外围边缘。
下面将说明如此构成的推动器130的工作。图17A至图17C是说明推动器130的工作的横截面图。
顶环1将半导体晶片W传送至位于推动器130上方的晶片卸载位置。然后，气缸136(参见图5)被驱动以提升推动器130以至于顶环1的下部被引入顶环导向器137的内部，如图17A中所示。之后，加压流体(例如，压缩空气或氮气与纯水的混合物)通过顶环1的抽吸部分61和62的连通孔61a和62a(参见图2)被喷到半导体晶片W上，并且另外的加压流体被供应给压力腔22至25中的全部或一部分以使隔膜(弹性垫)4膨胀。此时，加压流体被供应给压力腔21以向下移动辅助承载板6。于是，半导体晶片W位于保持圈3的下端之下，并且顶环1的隔膜4在其外围部分与半导体晶片W分离和隔开。在这种状态下，如图17B中所示，气缸243被驱动为径向向内移动连杆242以通过连杆242的凹陷尖端242a水平保持半导体晶片W的外围边缘。然后，在半导体晶片W由连杆242保持的同时推动器130如图17C所示被降低以将半导体晶片W与顶环1隔开。在降低推动器130的途中，半导体晶片W从推动器130被传送至直线运输器105的传送台，这在图中没有示出。
如上所述，根据本实施例，在将半导体晶片W从顶环1传送至推动器130时，加压流体被供应给压力腔22至25中的全部或一部分以使隔膜(弹性垫)4膨胀。另外的加压流体被供应给压力腔21以向下移动辅助承载板6。于是，半导体晶片W位于保持圈3的下端之下，并且顶环1的隔膜4在其外围部分与半导体晶片W分离和隔开。在这种状态下，气缸243被驱动为通过连杆242的凹陷242a保持半导体晶片W的外围边缘。于是，半导体晶片W通过连杆242强行与隔膜4分离。在将半导体晶片W从顶环1上取下来时，只有微小的间隙形成于半导体晶片W的下端面与推动台133之间。因此，有可能防止半导体晶片带着力朝向推动器130掉落。
图18显示了根据本发明第五个实施例的推动器130。图18是示意性显示推动器130的横截面图并且只显示了推动器130的主要部分。因此，推动器130显示为包括导向台131、顶环导向器137、推动台133、竖直移动所述推动台133的花键轴132和中空轴160。如图18中所示，槽250设置在推动器130的径向外部。槽250为柱形容器的形式并且与推动器130的轴132同心设置。槽250具有柱形部分250a和底部250b，其中柱形部分250a的内径大于顶环导向器137外径，而底部250b具有开孔250c。槽250通过管251与纯水供应源252相连。阀V16设置在管251上。排水管253与槽250的底部250b相连。阀V17设置在排水管253上。气缸254与槽250的底部250b相连。于是，当气缸254被驱动时，槽250沿竖直方向移动。
下面将说明如此构成的推动器130的工作。图19A和图19B是说明推动器130的工作的横截面图。
顶环1将半导体晶片W传送至位于推动器130上方的晶片卸载位置。然后，气缸136(参见图5)被驱动以提升推动器130以至于顶环1与顶环导向器137接合，如图19A中所示。然后，气缸254被驱动以提升所述槽250以至于推动器130和顶环1的下部容纳在槽250中。此时，设置在槽250的开孔250c上的O形圈255与从推动器130向下伸出的柱形构件260接合以密封槽250的内部。在该状态下，如图19B中所示，阀V16被打开以将纯水从纯水供应源252供应到槽250的内部。于是，整个推动器130和顶环1的下部浸入槽250内的纯水中。
此时，加压流体(例如，压缩空气或氮气与纯水的混合物)通过顶环1的抽吸部分61和62的连通孔61a和62a(参见图2)被喷到半导体晶片W上，并且另外的加压流体被供应给压力腔22至25中的全部或一部分以使隔膜(弹性垫)4膨胀。加压流体被供应给压力腔21以向下移动辅助承载板6。于是，半导体晶片W位于保持圈3的下端之下，并且顶环1的隔膜4在其外围部分与半导体晶片W分离和隔开。于是，纯水被引入顶环1的隔膜(弹性垫)4与半导体晶片W之间以释放半导体晶片W对顶环1的粘附。于是，半导体晶片W与顶环1分离。然后，推动台133被降低以使半导体晶片W与顶环1隔开。之后，推动器130被降低。在降低推动器130的途中，半导体晶片W从推动器130被传送至直线运输器105的传送台，这在图中没有示出。
在本实施例中，在将半导体晶片W从顶环1传送至推动器130时，半导体晶片W被浸入纯水中。因此，粘附在半导体晶片W上的抛光废物或浆状物(抛光液)可以由纯水去除。于是，半导体晶片W可以同时得到清洗。之后，排水管253的阀V17被打开以从槽250排出纯水。在纯水被排出之后，气缸254被驱动以降低槽250。于是，半导体晶片W的传送工作完成。
如上所述，根据本实施例，存储在槽中的纯水被引入半导体晶片W与顶环1的基片保持表面之间以释放半导体晶片W对顶环1的粘附。于是，半导体晶片W可以与顶环1分离。此外，在半导体晶片W与顶环1分离时因为水存在于推动台133与半导体晶片W之间，因此有可能防止半导体晶片因为加压流体的喷射而带着力朝向推动器130掉落。
尽管已经详细显示和说明了本发明的某些优选实施例，但是应该理解，可以对其进行各种改变和修改而不脱离所附权利要求书的范围。
工业实用性本发明适合用于将基片，如半导体晶片抛光至镜面光洁度的抛光装置。
权利要求
1.一种抛光装置，包括基片保持装置，其构成为在基片保持表面上保持基片；和基片传递装置，其构成为将基片传输给所述基片保持装置并且从所述基片保持装置接受基片，所述基片传递装置包括基片放置部分，其具有上面放置基片的基片放置表面；移动机构，其构成为竖直移动所述基片放置部分；和高压流体孔，其构成为向基片喷射高压流体。
2.根据权利要求1所述的抛光装置，其特征在于，所述高压流体孔构成为在所述基片保持装置的所述基片保持表面与基片之间喷出高压流体以将基片与所述基片保持装置的所述基片保持表面分离。
3.根据权利要求1所述的抛光装置，其特征在于，所述基片传递装置还包括围绕所述高压流体孔设置的盖子，用于防止高压流体溅射到所述高压流体孔周围。
4.一种抛光装置，包括基片保持装置，其构成为在基片保持表面上保持基片；和基片传递装置，其构成为将基片传输给所述基片保持装置并且从所述基片保持装置接受基片，所述基片传递装置包括基片放置部分，其具有上面放置基片的基片放置表面；移动机构，其构成为竖直移动所述基片放置部分；和流体供应通道，其构成为将流体供应至所述基片放置部分的所述基片放置表面上以在所述基片放置部分的所述基片放置表面上形成流体薄膜。
5.根据权利要求4所述的抛光装置，其特征在于，所述流体供应通道构成为在所述基片放置部分的所述基片放置表面上形成流体薄膜，从而当基片在所述基片保持装置与所述基片传递装置之间传送时基片被流体薄膜吸在所述基片放置表面上。
6.根据权利要求5所述的抛光装置，其特征在于，所述流体供应通道构成为在已经将基片从所述基片保持装置传送至所述基片传递装置之后，将流体供应至所述基片放置部分的所述基片放置表面上以将基片与基片放置表面分离。
7.一种抛光装置，包括基片保持装置，其构成为在基片保持表面上保持基片；和基片传递装置，其构成为将基片传输给所述基片保持装置并且从所述基片保持装置接受基片，所述基片传递装置包括基片放置部分，其具有上面放置基片的吸引部分，所述吸引部分包括形成流体腔室的弹性本体；移动机构，其构成为竖直移动所述基片放置部分；和通道，其将所述吸引部分的所述流体腔室与流体供应源和真空源中至少一者相连。
8.根据权利要求7所述的抛光装置，其特征在于，所述吸引部分还包括具有腔室表面的吸引部分本体，所述流体腔室由所述吸引部分本体的所述腔室表面和所述弹性本体形成。
9.根据权利要求8所述的抛光装置，其特征在于，所述吸引部分本体具有作为所述腔室表面的凹陷表面。
10.根据权利要求7所述的抛光装置，其特征在于，当基片在所述基片保持装置与所述基片传递装置之间传送时，所述吸引部分可以操作为通过所述通道抽空所述流体腔室而吸住基片。
11.根据权利要求10所述的抛光装置，其特征在于，在基片已经从所述基片保持装置传送至所述基片传递装置之后，所述吸引部分可以操作为通过所述通道从所述流体供应源供应流体而将基片与所述吸引部分分离。
12.一种抛光装置，包括基片保持装置，其构成为在基片保持表面上保持基片；和基片传递装置，其构成为将基片传输给所述基片保持装置并且从所述基片保持装置接受基片，所述基片传递装置包括基片放置部分，其具有上面放置基片的基片放置表面；移动机构，其构成为竖直移动所述基片放置部分；和夹持机构，其与基片的外围部分接触。
13.根据权利要求12所述的抛光装置，其特征在于，所述夹持机构包括构成为插入所述基片保持装置的所述基片保持表面与基片之间的连杆。
14.根据权利要求12所述的抛光装置，其特征在于，所述夹持机构包括构成为保持基片外围边缘的连杆。
15.一种抛光装置，包括基片保持装置，其构成为在基片保持表面上保持基片；和基片传递装置，其构成为将基片传输给所述基片保持装置并且从所述基片保持装置接受基片，所述基片传递装置包括基片放置部分，其具有上面放置基片的基片放置表面；移动机构，其构成为竖直移动所述基片放置部分；和槽，其构成为使所述基片放置部分和由所述基片保持装置保持的基片浸入液体中。
16.根据权利要求1至15中任一所述的抛光装置，其特征在于，所述基片保持装置具有通道，所述通道构成为在将基片从所述基片保持装置传送至所述基片传递装置时从所述基片保持表面供应加压流体给基片。
17.根据权利要求1至15中任一所述的抛光装置，其特征在于，所述基片保持装置包括弹性垫，其具有基片保持表面，所述弹性垫包括与流体供应源和真空源中至少一者相连的开孔；支承构件，其构成为支承所述弹性垫；和基片保持装置本体，其具有容纳所述弹性垫和所述支承构件的空间。
18.根据权利要求17所述的抛光装置，其特征在于，所述基片保持装置还包括邻接构件，其与所述支承构件相连，所述邻接构件具有与所述弹性垫相接触的弹性隔膜；第一压力腔，其形成于所述基片保持装置本体与所述支承构件之间；第二压力腔，其形成在所述弹性垫与所述支承构件之间所述邻接构件的外部；和第三压力腔，其形成于所述邻接构件的内部；其中所述第一压力腔、所述第二压力腔和所述第三压力腔独立地与所述流体供应源和真空源中至少一者相连。
全文摘要
抛光装置具有顶环(1)和推动器(130)，其中顶环(1)构成为在基片保持表面上保持半导体晶片(W)，推动器(130)构成为将半导体晶片(W)传输给顶环(1)并且从顶环(1)接受半导体晶片(W)。推动器(130)包括推动台(133)和气缸(135)，其中推动台(133)具有其上面放置半导体晶片(W)的基片放置表面，而气缸(135)构成为竖直移动推动台(133)。推动器(130)还包括构成为向半导体晶片(W)喷射高压流体的高压流体孔(220)。
文档编号H01L21/683GK1867424SQ20048003019
公开日2006年11月22日 申请日期2004年10月14日 优先权日2003年10月17日
发明者鸟居弘臣, 叶山卓儿, 八岛哲也 申请人:株式会社荏原制作所