用於研磨晶片的裝置的製作方法
2023-06-10 16:22:46
本發明實施例關於一種半導體製程裝置，特別有關於一種用於研磨晶片的裝置。
背景技術：
化學機械研磨(chemicalmechanicalpolishing(cmp))是一在形成集成電路時的常見做法。cmp通常用於半導體晶片的平坦化(planarization)。cmp可利用物理及化學力的協同作用來研磨晶片。它可通過施加一負載力至一晶片的背面且晶片被放置在一研磨墊上來實施，其中研磨墊抵靠於該晶片，接著研磨墊及晶片被反向旋轉，且包含磨料(abrasives)及反應性化學品(reactivechemicals)的一研磨液(slurry)通過該兩者之間。cmp是實現晶片的整體平坦化的一有效方法。
然而，因為各種因素，要達到真正均勻的研磨是困難的。舉例來說，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)通常會高於其中心。相反地，如果研磨液是從底部被分配，晶片的中心的cmp率通常會高於其邊緣。再者，上述非均一性也可能由於施加在晶片上不同位置的壓力的非均一性而導致。為了減少研磨率的非均一性，可對施加在晶片上不同位置的壓力作調整，例如，如果一晶片上一區域的cmp率較低的話，可對該區域施加一較高的壓力以補償較低的移除率(removalrate)。
技術實現要素：
本發明一實施例提供一種用於研磨一晶片的裝置，包括一研磨頭，具有一固定環。研磨頭被配置成將晶片保持在固定環內。固定環包括一第一環以及一第二環，其中第一環具有一第一硬度，第二環由第一環所環繞，且第二環具有一第二硬度，小於第一硬度。
本發明一實施例提供一種用於研磨一晶片的裝置，包括一研磨頭，具有一可撓性薄膜。可撓性薄膜可被充氣(inflated)及放氣(deflated)，其中當被充氣時，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域。
本發明一實施例提供一種用於研磨一晶片的裝置，包括一研磨頭，其具有一固定環及一可撓性薄膜。研磨頭被配置成將晶片保持在固定環內。固定環包括一第一環以及一第二環，其中第一環具有一第一硬度，第二環由第一環所環繞，且第二環具有一第二硬度，小於第一硬度。可撓性薄膜由固定環所環繞，其中可撓性薄膜可被充氣及放氣，且當被充氣時，可撓性薄膜可壓制晶片的弧狀邊緣。
附圖說明
根據以下的詳細說明並配合所附圖式做完整揭露。應注意的是，根據本產業的一般作業，圖示並未必按照比例繪製。事實上，可能任意的放大或縮小元件的尺寸，以做清楚的說明。
圖1顯示根據一些實施例的用於進行化學機械研磨(cmp)的裝置。
圖2至圖5顯示根據一些實施例的一cmp製程的各中間階段的剖視圖。
圖6顯示根據一些實施例的一固定環與一薄膜的底視圖。
圖7a、7b及圖8分別顯示根據一些實施例的用於決定一材料的硬度的壓頭(indenters)及方法。
圖9顯示根據一些實施例的一固定環與一薄膜的底視圖。
圖10顯示一傳統cmp製程的剖視圖。
圖11a及11b顯示正規化的(normalized)移除率的非均一性為晶片上不同位置的函數，其中增加一固定環的內徑的效果被示出。
圖12a及12b顯示正規化的移除率的非均一性為晶片上不同位置的函數，其中增加一固定環的內徑及將一薄膜延伸至晶片的邊緣的效果被示出。
圖13顯示根據一些實施例的一晶片的cmp製程，其中一固定環的內徑及一薄膜的外徑均被增加。
圖14顯示根據一些實施例的一晶片的部分與一薄膜的放大圖。
【符號說明】
10～化學機械研磨(cmp)系統；
12～研磨平臺；
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～晶片邊緣區域、外側區域；
24c～內側區域；
24d～部分；
26～可撓性薄膜、薄膜；
26』～薄膜；
26a～區域；
28～晶片載臺；
30～空氣通道；
32～固定環、材料；
32a～內緣；
32-1～外環、環；
32-2～內環、環；
32-3、32-4～環；
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。
具體實施方式
以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本案的不同特徵。以下的揭露內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以簡化說明。當然，這些特定的範例並非用以限定。例如，若是本揭露書敘述了一第一特徵形成於一第二特徵上或上方，即表示其可能包含上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的實施例，亦可能包含了有附加特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使上述第一特徵與第二特徵可能未直接接觸的實施例。另外，以下揭露書不同範例可能重複使用相同的參考符號及/或標記。這些重複為了簡化與清晰的目的，並非用以限定所討論的不同實施例及/或結構之間有特定的關係。
此外，其與空間相關用詞。例如「在…下方」、「下方」、「較低的」、「上方」、「較高的」及類似的用詞，為了便於描述圖示中一個元件或特徵與另一個(些)元件或特徵之間的關係。除了在圖式中繪示的方位外，這些空間相關用詞意欲包含使用中或操作中的裝置的不同方位。裝置可能被轉向不同方位(旋轉90度或其他方位)，則在此使用的空間相關詞也可依此相同解釋。
以下根據各種例示性實施例提供一種化學機械研磨(chemicalmechanicalpolishing(cmp))裝置。另外，一些實施例的變形亦會介紹到。在以下說明的各個視圖與示意性實施例中，相同的參考符號用於指定相同的元件。本案亦包括使用根據一些實施例的cmp裝置以製造集成電路的範圍。舉例來說，cmp裝置可用於平坦化(planarize)晶片，其上形成有集成電路。
圖1示意性地顯示根據本發明一些實施例的一cmp裝置/系統的部分的立體圖。cmp系統10包括研磨平臺12、在研磨平臺12上方的研磨墊14以及設於研磨墊14上方的研磨頭16。研磨液分配器18具有直接設於研磨墊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亦被設置於研磨墊14的上表面。
在cmp製程中，研磨液22通過研磨液分配器18被分配至研磨墊14上。研磨液22包括一(些)反應性化學品，其可與晶片24(圖5)的表層進行反應。此外，研磨液22包括一些磨料顆粒，可用於機械性研磨該晶片。
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晶片進行機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刮傷晶片。在cmp製程中，研磨平臺12通過一機構(圖未示)而轉動，因此固定於其上的研磨墊14亦可隨著研磨平臺12而旋轉。上述用於轉動研磨墊14的機構(例如一馬達)未被示出。
另一方面，在cmp製程中，研磨頭16亦被轉動，因此造成固定於研磨頭16上的晶片24(圖2)的旋轉。根據本發明一些實施例，如圖1所示，研磨頭16與研磨墊14可以相同的方向(順時針或逆時針)轉動。而根據一些替代實施例，研磨頭16與研磨墊14可以相反的方向轉動。用於轉動研磨頭16的機構未被示出。隨著研磨頭16與研磨墊14的轉動，研磨液22可在晶片24與研磨墊14之間流動。此時，通過研磨液中的反應性化學品與晶片24的表層之間的化學反應，且更通過機械研磨，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用於移除在cmp製程中所產生的不需要的副產物。根據本發明一些實施例，當研磨墊14要被修整(conditioned)時，圓盤20接觸研磨墊14的上表面。在修整過程中，研磨墊14與圓盤20均轉動，使得圓盤20的突起(protrusions)或切口(cuttingedges)可相對於研磨墊14的表面移動，因而能對研磨墊14的表面進行研磨及重新紋理化(re-texturizing)。
圖2至圖5顯示一例示性cmp製程的各中間階段的剖視圖。參照圖2，提供研磨頭16。研磨頭16包括晶片承載組件(wafercarrierassembly)17，其用於在各個製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，在其中可產生真空(vacuum)。通過對空氣通道30抽真空，可將晶片24吸起，並用於將晶片24輸送至或遠離研磨墊14(圖1)。
如圖2中所示，研磨頭16被移動至晶片24上方，且晶片24置於晶片載臺28上。接著，參照圖2，在空氣通道30中產生真空，使得晶片24被拿起。儘管未示於第3圖中，空氣通道30亦包括部分在可撓性薄膜26中，因此當晶片24被拿起時，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32所定義的空間中，且固定環32形成一圓環。當拿起晶片24時，研磨頭16的中心軸線對齊於晶片24的中心，使得晶片24的邊緣與固定環32的各別的內緣32a可以間隙g1的相等間隔的方式設置，亦即間隙g1為一圍繞晶片24的大致均勻的間隙。
參照圖4，研磨頭16被移動至研磨墊14上方，且研磨墊14位於研磨平臺12上。根據本發明一些實施例，所示出的研磨墊14的部分非研磨墊14的中心部分，而是偏離於研磨墊14的中心軸線，如圖1中所示。舉例來說，研磨墊14的中心軸線，隨著研磨墊14的轉動，可能位在所示出部分的左側或右側。
接著，參照圖5，研磨頭16被置於研磨墊14上方且壓抵研磨墊14。然後，空氣通道30中的真空被關閉，使得晶片24不再被吸起。可撓性薄膜26可被充氣(inflated)，例如通過將空氣泵入可撓性薄膜26中的多個區域26a。根據本發明一些實施例，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壓抵於研磨墊14上。
可撓性薄膜26包括多個區域26a。每一區域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，上述區域26a具有圓形的形狀，其可為同心的(concentric)。又，每一區域26a與其他區域為分開的，因此每一區域26a可被各自充氣而具有與其他區域不同的或相同的壓力。因此，可調整由上述各個區域所施加的壓力以改善cmp製程的移除率(removalrate)的非均一性(non-uniformity)。舉例來說，通過增加一區域的壓力，可使得直接位於該區域下方的晶片的部分的研磨率(polishingrate)提高，且反之亦然。
當研磨頭16壓抵於研磨墊14時，固定環32的底面與研磨墊14可物理性接觸(physicalcontact)且壓抵於研磨墊14。儘管未示於圖中，固定環32的底面可具有一些溝道，用於允許研磨液在研磨頭16(及固定環32)的轉動過程中進入及離開固定環32。
由於晶片24被壓抵於研磨墊14上，且研磨墊14與研磨頭16可旋轉，導致位在研磨墊14上方的晶片24亦發生轉動，進而cmp製程可被進行。在cmp製程中，固定環32的功能為在晶片24偏離於研磨頭16的中心軸線的情況下保持晶片24，使得晶片24不會從研磨墊14甩出(spunoff)。然而，在正常操作中，固定環32可以不與晶片24接觸。
圖5顯示根據本發明一些實施例的一例示性的固定環32。固定環32包括外環32-1(第一環)及內環32-2(第二環)。外環32-1及內環32-2的每一者可形成一全環(fullring)，其在固定環32的徑向方向上所測得的厚度為均一的，且在外環32-1及內環32-2的底部所測得的結果亦然。舉例來說，圖6顯示固定環32的底視圖，其中外環32-1環繞內環32-2。外環32-1及內環32-2可接合在一起以形成一體的固定環32。外環32-1的厚度t1及內環32-2的厚度t2的每一者介於總厚度(t1+t2)的約1/3與約2/3之間的範圍，使得外環32-1具有足夠的厚度而可壓制在研磨墊14上，而內環32-2亦具有足夠的厚度而可壓制在研磨墊14上，並可同時視需要屈從(yieldto)來自於研磨墊14的力。
再參照圖4，在固定環32壓制在研磨墊14上以前，內環32-2的底面與外環32-1的底面為共平面的。根據一些例示性實施例，內環32-2及外環32-1由耐磨材料(wear-resistantmaterials)所形成，其可為塑膠、陶瓷、聚合物等等。舉例來說，內環32-2及外環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。根據一些例示性實施例，內環32-2及/或外環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。內環32-2及外環32-1的組成並不相同。根據一些實施例，內環32-2及外環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)。根據一些其他實施例，內環32-2及外環32-1由不同的材料所形成，具有至少一材料是出現於內環32-2與外環32-1中的一者而未出現於另一者
根據本發明一些實施例，內環32-2由一較外環32-1的材料為軟的材料所形成，或者說，內環32-2的硬度(第二硬度)小於外環32-1的硬度(第一硬度)。因此，如圖5所示，內環32-2的底面較外環32-1的底面為高，且兩者之間具有高度差δh。根據一些實施例，高度差δh大於約0.01毫米(mm)，且介於約0.01毫米與約3毫米之間的範圍。要理解的是，高度差δh取決於在cmp製程中的固定環的下壓力，且該力越大可導致高度差δh亦越大。關於材料的硬度可使用各種方式，包括但不限定於，蕭氏硬度試驗(shore(durometer)hardnesstest)及洛氏硬度試驗(rockwellhardnesstest)來測量及表示。材料的硬度亦可使用楊氏係數(young’smodulus)來表示。
舉例來說，圖7a及7b顯示在蕭氏試驗中用於檢測一材料的硬度的壓頭(indenters)，其中該些壓頭一般用於檢測聚合物、橡膠、塑膠及/或其他類似物的硬度。在蕭氏硬度試驗中，材料的硬度可通過量測該材料對於一負載有彈簧(spring-loaded)針狀壓頭的下壓(pressing)的抵抗能力來得到。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，可測得一材料的硬度。使用圖7a中的壓頭34a所測得的硬度稱為蕭氏a硬度(級(scale))，而使用圖7b中的壓頭34b所測得的硬度稱為蕭氏d硬度(級)。
蕭氏a級用於檢測軟的彈性體(橡膠)及其他軟的聚合物，而硬的彈性體及大多數其他高分子材料(polymermaterials)的硬度則可由蕭氏d級來測量。蕭氏硬度透過一稱作硬度計(durometer)的儀器來檢測，其使用一壓頭(例如34a或34b)，負載有一經校正的彈簧(圖未示)。硬度由壓頭在負載下的穿透深度(penetrationdepth)來決定。蕭氏d試驗的負載力(loadingforce)為10磅(pounds)(4,536克(grams))，而蕭氏a試驗的負載力是1.812磅(822克)。蕭氏硬度值介於0至100之間的範圍。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)，其對應於0的最小蕭氏硬度值，而最大硬度值100則對應於0的穿透深度。
圖8顯示材料32的蕭氏d硬度的測量，其中穿透深度d1反映了蕭氏d硬度值。要了解的是，當壓頭34b被替換為如圖7a中所示的壓頭34時，可以測得到蕭氏a硬度。蕭氏a硬度與蕭氏d硬度可使用表1來互相轉換。
表1
再參照圖5，根據本發明一些例示性實施例，外環32-1具有介於約80與約90之間的範圍的蕭氏d硬度，而內環32-2具有介於約15與約65的範圍的蕭氏d硬度。根據一些實施例，外環32-1的蕭氏d硬度值可較內環32-2的蕭氏d硬度值大於約30或更多。
參照圖4，在固定環32壓抵於研磨墊14以前，外環32-1與內環32-2的底面為共平面的。而在固定環32壓抵於研磨墊14之後，如圖5中所示，內環32-2因其較低的硬度，而可相較於外環32-1屈從更多來自於研磨墊14的壓力，導致施加至研磨墊14的直接位在內環32-2下方的部分的力變得較小，或者說，研磨墊14的形變(deformation)可變得較小。此有利於改善cmp製程中晶片24的移除率的均一性(uniformity)，其中移除率的計算方式為每單位時間的移除厚度。
參照圖5來解釋移除率的均一性的改善機制。固定環32推擠研磨墊14，會造成研磨墊14的相鄰部分產生變形，其中研磨墊14的緊鄰於固定環32的內緣的部分14a可能凸起，而研磨墊14的鄰近於突起的部分14a的部分可能凹陷。如此會造成在晶片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。舉例來說，如圖5中所示，空洞35被示出為代表相較於晶片的內側部分，晶片24的邊緣部分可能受到來自研磨墊14的較小的力(而有時候實際的空洞確會發生)，且晶片24的邊緣部分的移除率至少相較於內側部分為減少的，其中上述邊緣部分的移除率在一些情況下亦可能因為在晶片24下方的空洞而減少至0。在本發明實施例中，由於內環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。
根據本案一些實施例，多層的固定環32可能包括由不同材料形成的三個、四個或更多個(子)環，且外側的(子)環環繞於內側的(子)環。又，由外環至內環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。舉例來說，圖6顯示有更多個環32-3及32-4，其使用虛線描繪來表示這些環可以或可以不存在。類似如圖4中所示的實施例，當固定環32尚未被壓抵於研磨墊14時，上述環32-1、32-2、32-3及32-4的底面可互相呈共平面。而當固定環32被壓抵於研磨墊14時，上述環32-1、32-2、32-3及32-4的底面為非共平面的，且內環的底面逐漸地高於各外環的底面。再者，根據上述子環的總數量，相鄰子環的蕭氏d硬度值的差值可以大於5、大於10、或大於15或30，在各種實施例中。在其他替代的實施例中，固定環32的硬度由其外緣至內緣逐漸地且連續地減小，且最外側材料與最內側材料的硬度差值例如可大於約30的蕭氏d硬度級。固定環32的材料亦可具有逐漸且連續改變的組成，為了具有上述變化的硬度。
再參照圖5，薄膜26延伸至晶片24的邊緣24a，並施加壓制力於晶片24的最邊緣部分。如此一來，晶片24的整個上表面可受到來自於薄膜26的壓制力。此外，施加在晶片24的中心的力可相等於或大致相等於施加在晶片24的最邊緣部分的力。舉例來說，施加在晶片24的邊緣的力可介於施加在晶片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)的範圍。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，且可接觸及施力於弧狀邊緣的部分，如圖14中所顯示。
再參照圖6，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被示以重疊於晶片24。圖9顯示根據一些其他實施例的晶片24與薄膜26的底視圖，其中薄膜26稍微延伸超過晶片24的邊緣，並留下一餘邊(margin)，以確保晶片24(圖5)的整個上表面可接受來自於薄膜26的壓制力。
圖10顯示傳統設置中的研磨頭16』與晶片24。如圖10中所示，晶片24包括晶片邊緣區域24b及內側區域24c，晶片邊緣區域24b形成一環繞內側區域24c的環，且完整的晶粒(dies)是由內側區域24c所切割得到而非來自於晶片邊緣區域24b。因此，在傳統設置中，薄膜26』接觸於內側區域24c的上表面而非晶片邊緣區域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。
根據一些實施例，固定環32的內徑亦可被增加以改善移除率的均一性。而固定環32的內徑的增加可透過增加間隙g1(圖5)來達到。根據本發明一些實施例，對於一300毫米晶片，如圖5中所示的間隙g1可由0.5毫米增加至大於約1毫米或大於約1.5毫米，此能夠造成均一性的顯著改善。結果，如圖13中所示，研磨墊的形變區域(由固定環32的壓制所造成)可偏移且遠離於晶片24(相較於圖5)，使移除率的均一性得到改善。圖11a及11b顯示由矽晶片樣品所得到的結果，其中該些結果可證明增加間隙g1(及因而增加固定環32的內徑)的效果。圖11a顯示間隙g1為0.5毫米的結果，而圖11b顯示間隙g1為1.5毫米的結果。
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側區域24c(圖10)的邊緣，且完整的晶粒是由內側區域24c所得到。y軸代表正規化的(normalized)移除率。線36a是在通過通過固定環32施加一參考壓力於研磨墊14，並使得樣品晶片的內側區域(圖10中的24c)的移除率為大致均一的條件下所得到。線36b是在通過將固定環32的壓力相較於該參考壓力增加125百帕(hectopascals(hpa))的條件下所得到。如線36b所示，通過增加固定環的壓力，可增加樣品晶片的邊緣部分的移除率。線36c是在通過將固定環32的壓力相較於該參考壓力減少125百帕的條件下所得到。如線36c所示，通過減少固定環的壓力，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受到固定環所施加的壓力的影響。在圖11a中，非均勻的區域是由約132毫米(由晶片的中心)跨越至約148毫米，且正規化的移除率介於約0.9(線36c)至約1.2(線36b)的範圍。又，晶片的介於148毫米至150毫米的範圍的區域並沒有進行量測，因為此區域不產生完整的晶粒。
相較於圖11a，圖11b顯示類似的結果，其除了間隙g1(圖5)被增加至1.5毫米之外，其餘測試條件均維持相同於第11a。可以觀察到的，通過增加間隙g1(亦即增加固定環的內徑)，可使得移除率的非均一性變得較為輕微。舉例來說，正規化的移除率可減少至約0.95(線36c)至約1.1(線36b)的範圍。此外，樣品晶片的非均勻的區域現可減少至約140毫米與約148毫米之間的範圍。
進一步地，圖12a及12b顯示由矽晶片樣品所得到的結果，其中該些結果可證明增加固定環的內徑以及延伸薄膜至接觸整個晶片上表面的效果。x軸代表晶片上的點至晶片的中心的距離，而y軸代表正規化的移除率。又，圖12a及12b中的線38a亦是在通過通過固定環32施加一參考壓力於研磨墊14，並使得樣品晶片的內側區域的移除率為大致均一的條件下所得到。
圖12a顯示的結果是在當間隙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是在通過將固定環32的壓力相較於參考壓力增加40百帕的條件下所得到。線38c是在通過將固定環32的壓力相較於參考壓力減少40百帕的條件下所得到。如圖12a所示，線38b與線38c的非均勻的區域是由約123毫米(由晶片的中心)跨越至約148毫米，且正規化的移除率的最大變化介於約0.8(線38c)至約1.3(線38b)的範圍。
相較於圖12a，圖12b顯示類似的結果，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，其餘測試條件均維持相同於第12a。可以觀察到的，圖12b中的非均一性相對於圖12a較為輕微。舉例來說，正規化的移除率的最大變化介於約0.95(線38c)至約1.1(線38b)的範圍。此外，樣品晶片的非均勻的區域現介於約144毫米與約148毫米之間的範圍，其更小於如圖11b中所示介於約140毫米與約148毫米之間的範圍。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於移除率的均一性是有益的。
比較圖11a、11b、12a與12b的結果可發現，將薄膜擴大至晶片的邊緣是具有好處的，此牴觸於傳統觀念。在傳統觀念中認為，由於外側區域24b不具有完整的晶粒，因此壓制晶片24的內側區域24c(圖10)即足夠，而不須一直擴展至晶片的邊緣。然而，上述討論結果已表明延伸薄膜至整個晶片24對整體晶片移除率的均一性是具有顯著有益的效果。
本發明實施例具有一些有利的特點。通過形成具有不同硬度值的多層的固定環、延伸薄膜至晶片的邊緣及/或增加固定環的內徑，可改善晶片的移除率的非均一性。根據本發明一些實施例，上述這些方法可任意組合以進一步改善移除率的非均一性。
根據本發明一些實施例，一種對於一晶片進行化學機械研磨的裝置，包括一研磨頭，其具有一固定環。研磨頭被配置成將晶片保持在固定環內。固定環包括一第一環以及一第二環，其中第一環具有一第一硬度，第二環由第一環所環繞，且第二環具有一第二硬度，小於第一硬度。
根據一些實施例，上述第二硬度小於第一硬度一差值，大於約30的蕭氏d硬度級。
根據一些實施例，上述固定環還包括由第二環所環繞的一第三環，其中第三環具有一第三硬度，小於第二硬度，且第三環的底面與第二環的底面及第一環的底面大致呈共平面。
根據一些實施例，上述第一環的底面與第二環的底面大致呈共平面。
根據一些實施例，上述裝置還包括一可撓性薄膜，可壓制在該晶片上，其中當被充氣時，可撓性薄膜可壓制在晶片的整個上表面上。
根據一些實施例，上述第一環及第二環的每一者具有一均一的厚度。
根據一些實施例，上述第一環及第二環的每一者具有一厚度，介於第一環及第二環的總厚度的約1/3與約2/3之間的範圍。
根據一些實施例，上述研磨頭用以驅使晶片繞著一第一軸旋轉，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動，且研磨液分配器在研磨墊上方具有一出口。
根據一些實施例，上述固定環的內徑大於晶片的直徑約2毫米(mm)。
根據本發明一些實施例，一種用於研磨一晶片的裝置，包括一研磨頭，其具有一可撓性薄膜。可撓性薄膜可被充氣及放氣，其中當被充氣時，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域。
根據一些實施例，上述可撓性薄膜用以施加一第一力於晶片的中心，且同時施加一第二力於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於第二力。
根據一些實施例，上述晶片的邊緣為弧狀，且可撓性薄膜更用以施加一力於該弧狀邊緣。
根據一些實施例，上述可撓性薄膜包括多個區域，可被充氣而具有不同的壓力。
根據一些實施例，上述可撓性薄膜延伸超過晶片的邊緣。
根據一些實施例，上述研磨頭更具有一固定環，其包括一第一環以及一第二環，其中第一環具有一第一硬度，第二環由第一環所環繞，且第二環具有一第二硬度，小於第一硬度，且第一環的底面與第二環的底面大致呈共平面。
根據一些實施例，上述第一環及第二環的每一者具有一厚度，介於第一環及第二環的總厚度的約1/3與約2/3之間的範圍。
根據本發明一些替代實施例，一種用於研磨一晶片的裝置，包括一研磨頭，其具有一固定環。研磨頭被配置成將晶片保持在固定環內。固定環包括一第一環以及一第二環，其中第一環具有一第一硬度，第二環由第一環所環繞，且第二環具有一第二硬度，小於第一硬度。一可撓性薄膜由固定環所環繞。可撓性薄膜可被充氣及放氣，且當被充氣時，可撓性薄膜可壓制晶片的弧狀邊緣。
根據一些實施例，上述第二硬度小於第一硬度一差值，其在蕭氏d硬度等級大於約30。
根據一些實施例，上述晶片具有一平坦的上表面及連接於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於晶片的中心及一第二力於平坦的上表面與弧狀邊緣之間的介面，且第一力大致相等於第二力。
根據一些實施例，上述第一環的底面與第二環的底面大致呈共平面。
前述內文概述了許多實施例的特徵，使本技術領域中具有通常知識者可以從各個方面更佳地了解本揭露。本技術領域中具有通常知識者應可理解，且可輕易地以本揭露為基礎來設計或修飾其他製程及結構，並以此達到相同的目的及/或達到與在此介紹的實施例等相同的優點。本技術領域中具有通常知識者也應了解這些相等的結構並未背離本揭露的發明精神與範圍。在不背離本揭露的發明精神與範圍的前提下，可對本揭露進行各種改變、置換或修改。