CN105081959A - 平坦化装置及应用其的平坦化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平坦化装置及应用其的平坦化方法，平坦化装置包括平台、研磨垫、操作臂、一撷取头及遮垫。研磨垫设于平台上。撷取头可转动地配置于操作臂。遮垫可拆卸地设于操作臂的下表面。平坦化方法，包括：提供一平坦化装置；提供一半导体结构，该半导体结构包括一基板及一层结构，该层结构形成于该基板上；该撷取头撷取该半导体结构；以及该撷取头带动该半导体结构的该层结构转动并接触该研磨垫，以平坦化该层结构。

Description

平坦化装置及应用其的平坦化方法

技术领域

本发明是有关于一种平坦化装置及应用其的平坦化方法，且特别是有关于一种可拆式遮垫的平坦化装置及应用其的平坦化方法。

背景技术

在平坦化工艺中，研磨液容易喷溅到平坦化装置的操作臂上。研磨液含有大量的固态颗粒，导致喷溅于操作臂的固态颗粒容易凝结成大尺寸的结晶颗粒。当大尺寸结晶颗粒于平坦化工艺中掉落于研磨垫上，被研磨的基板容易被此大尺寸结晶颗粒刮伤。

发明内容

本发明是有关于一种平坦化装置及应用其的平坦化方法，一实施例中，可改善基板容易被此大尺寸结晶颗粒刮伤的问题。

根据本发明的一实施例，提出一种平坦化装置。平坦化装置包括一平台、一研磨垫、一操作臂、一撷取头及一第一遮垫。研磨垫设于平台上。撷取头可转动地配置于操作臂。第一遮垫可拆卸地设于操作臂的下表面。

根据本发明的另一实施例，提出一种平坦化方法，平坦化方法包括以下步骤：提供一平坦化装置；平坦化装置包括一平台、一研磨垫、一操作臂、一撷取头及一第一遮垫；研磨垫设于平台上；撷取头可转动地配置于操作臂；第一遮垫可拆卸地设于操作臂的下表面；提供一半导体结构，半导体结构包括一基板及一层结构，层结构形成于基板上；平坦化装置的撷取头撷取半导体结构；撷取头带动半导体结构转动并驱动半导体结构的层结构接触研磨垫，以平坦化层结构。

为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：

附图说明

图1A绘示依照本发明一实施例的平坦化装置的外观图。

图1B绘示图1A的平坦化装置的局部剖视图。

图2绘图1B的第一遮垫的底视图。

图3绘依照本发明另一实施例的第一遮垫及第二遮垫的底视图。

图4A绘示依照本发明另一实施例的平坦化装置的局部剖视图。

图4B绘图4A的第一遮垫的底视图。

【符号说明】

10：半导体结构

11：层结构

12：基板

100、200：平坦化装置

110：平台

120：研磨垫

130：操作臂

131：第一臂

132：第二臂

1311：第一端

1312：第二端

1321：第三端

1322：第四端

1311s：第一下表面

1321s：第二下表面

1321s：第三下表面

1322s：第四下表面

133：转轴

134：固定元件

1341：头部

135：锁孔

140：撷取头

140s1：第一侧面

140s2：第二侧面

150、250：第一遮垫

150a：贯穿孔

150r：凹槽

150t、250t：第一凹口

150t1、170t1：底面

160：喷嘴

170：第二遮垫

170t：第二凹口

A1：角度

D1、D2：外径

H1、H2、H3：间隙

P1：方向

S1：研磨液

S11：研磨颗粒

R1、T2：厚度

W1、W2：宽度

具体实施方式

请参照图1A及图1B，图1A绘示依照本发明一实施例的平坦化装置的外观图，图1B绘示图1A的平坦化装置的局部剖视图。平坦化装置100包括多个平台110、多个研磨垫120、操作臂130、多个撷取头140及多个第一遮垫150。

如图1A所示，各研磨垫120设于对应的平台110上，用以研磨半导体结构10(图1B)的层结构11(图1B)。当半导体结构10在其中一个平台110完成研磨后，操作臂130可转动一角度A1，例如是45度，以带动半导体结构10到下一个平台110，进行对应的研磨工艺。半导体结构10依序经过多个平台110的研磨垫120的研磨后，方完成一平坦化工艺。

如图1B所示，操作臂130包括多根转轴133，各转轴133连接于对应的撷取头140。转轴133可自转以驱动撷取头140转动。撷取头140具有一容置槽140a。撷取头140通过真空吸力将半导体结构10固定于容置槽140a内。半导体结构10更包括一基板12，基板12例如是硅晶圆。上述层结构11形成于基板12上。平坦化装置100更包括多个喷嘴160，各喷嘴160可提供研磨液S1至对应的研磨垫120上，以研磨层结构11。

研磨液S1是一高黏度液体，且含有大量的固态研磨颗粒S11。在平坦化工艺中，撷取头140撷取半导体结构10，并将基板12的层结构11抵压于研磨垫120上并同时带动半导体结构10转动，使分布于研磨垫120上的固态研磨颗粒S11可移除层结构11的材料，以平坦化层结构11。

如图1A示，操作臂130包括第一臂131及第二臂132，第一臂131及第二臂132构成一交叉结构。第一臂131包括第一端1311及第二端1312，第一端1311及第二端1312分别具有第一下表面1311s及第二下表面1312s。第二臂132包括第三端1321及第四端1322，第三端1321及第四端1322分别具有第三下表面1321s及第四下表面1322s。

此些第一遮垫150分别设于第一臂131的第一下表面1311s、第一臂131的第二下表面1312s、第二臂132的第三下表面1321s及第二臂132的第四下表面1322s，可避免操作臂130的此些下表面于平坦化工艺中容易受到研磨液S1(图1B)的污染。进一步地说，由于第一遮垫150的保护，可减少操作臂130被研磨液S1污染的程度，进而可减少操作臂130的维护成本及/或半导体结构10的报废率。

此外，第一遮垫150可拆式地设于操作臂130。如此一来，当结晶于第一遮垫150的固态研磨颗粒S11的尺寸过大时，可自操作臂130拆下结晶有过大结晶颗粒的第一遮垫150，并更换新的第一遮垫150于操作臂130。藉此，可避免平坦化工艺中结晶颗粒掉落到研磨垫120上而刮伤半导体结构10的层结构11。

第一遮垫150的材料可由抗腐蚀材料制成，如塑料或高分子聚合物。具体而言，第一遮垫150的可由聚丙烯(polypropylene，PP)或聚四氟乙烯(Poly(tetrafluoroethene))制成。

如图1B所示，各第一遮垫150的厚度T1大于或大致上等于操作臂130的下表面与对应的撷取头140的上表面之间的间隙。举例来说，操作臂130的第一臂131的第一下表面1311s与撷取头140的上表面140u之间具有一间隙H1，第一遮垫150的厚度T1可大致等于或大于间隙H1；在此设计下，第一遮垫150可不延伸至间隙H1内。本实施例的第一遮垫150的厚度T1足以提供第一遮垫150的强度需求；如此一来，即使第一遮垫150的凹口150t的容积较多(相较于第一遮垫150延伸至间隙H1内而言)，第一遮垫150仍具有足够强度。一实施例中，间隙H1介于约30毫米至40毫米之间。

如图1B所示，平坦化装置100更包括多根固定元件134。固定元件134可固定第一遮垫150与操作臂130的相对位置。具体来说，固定元件134例如是螺丝，其可穿过第一遮垫150并将第一遮垫150锁合于操作臂130上。固定元件134具有快拆特性，可减少拆换第一遮垫150的时间。

各第一遮垫150具有多个凹槽150r及多个贯穿孔150a，各贯穿孔150a从对应的凹槽150r的槽底面贯穿第一遮垫150。固定元件134穿过贯穿孔150a并锁入于操作臂130的锁孔135，以将第一遮垫150固定于操作臂130上。此外，固定元件134的头部1341的至少一部分可容纳于凹槽150r内，可避免固定元件134的头部1341突出凹槽150r而与其它元件干涉。

图2绘图1B的第一遮垫的底视图。多根固定元件134分别从第一遮垫150的四个转角处将第一遮垫150锁合于操作臂130。另一实施例中，多根固定元件134可沿着第一遮垫150的至少一边将第一遮垫150锁合于操作臂130上。此外，其它实施例中，固定元件134的数量可以少于四根或多于四根。

如图2所示，各第一遮垫150具有第一凹口150t。本实施例中，第一凹口150t的宽度W1大于撷取头140的外径D1，可避免撷取头140转动时与第一遮垫150干涉。在平坦化工艺中，撷取头140可周期性地沿一方向P1来回移动一距离，以提高材料移除率。此处的方向P1例如是操作臂130的径向方向。为了避免撷取头140在来回移动过程中撞击到第一遮垫150，撷取头140的第一侧面140s1间隔第一遮垫150的第一凹口150t的底面150t1一第一间隙H2。第一间隙H2大于撷取头140往底面150t1移动的距离，以避免当撷取头140往第一凹口150t的底面150t1移动时撞击到第一遮垫150。一实施例中，撷取头140的来回移动距离介于2厘米至3厘米之间。

图3绘依照本发明另一实施例的第一遮垫及第二遮垫的底视图。本实施例中，平坦化装置100更包括多个第二遮垫170(图3仅绘示一个)。相似于第一遮垫150的功能，第二遮垫170可保护操作臂130受到研磨液S1过度污染。第二遮垫170的材料可相似于第一遮垫150，容此不再赘述。

各第二遮垫170装设于操作臂130上，并位于对应的第一遮垫150的第一凹口150t内。各第二遮垫170具有一第二凹口170t。为了避免撷取头140在沿方向P1来回移动过程中撞击到第二遮垫170，撷取头140的第二侧面140s2间隔第二遮垫170的第二凹口170t的底面170t1一第二间隙H3。此第二间隙H3大于撷取头140往底面170t1移动的距离，以避免撷取头140往第二凹口170t的底面170t1移动时撞击到第二遮垫170。

此外，本实施例中，平坦化装置100更包括多根固定元件134，其将第二遮垫170锁合于操作臂130上。固定元件134从第二遮垫170的四转角处将第二遮垫170锁合于操作臂130。另一实施例中，第二遮垫170可只透过少于四根或多于四根的固定元件134锁合于操作臂130上；或者，多根固定元件134可沿第二遮垫170的至少一边将第二遮垫170锁合于操作臂130上。

图4A绘示依照本发明另一实施例的平坦化装置的局部剖视图。平坦化装置200包括多个平台110(图4A仅绘示一个)、多个研磨垫120(图4A仅绘示一个)、操作臂130、多个撷取头140及多个第一遮垫250。

本实施例中，第一遮垫250的厚度T2小于间隙H1；在此设计下，第一遮垫250可延伸至间隙H1内。由于本实施例的第一遮垫250可延伸至间隙H1内，使第一遮垫250的第一凹口250t的容积较少(相较于第一遮垫250不延伸至间隙H1内而言)，进而使第一遮垫250具有足够强度。此外，由于第一遮垫250可延伸至间隙H1内，使第一遮垫250覆盖更大面积的第一下表面1311s(相较于第一遮垫250不延伸至间隙H1内而言)，进而扩大第一下表面1311s被保护范围。另一实施例中，第一遮垫250可不延伸至间隙H1内。

图4B绘图4A的第一遮垫的底视图。第一凹口250t的宽度W2小于撷取头140的外径D1，且大于转轴133的外径D2，使第一遮垫250与撷取头140的一部分重叠，且与转轴133完全不重叠。由于第一遮垫250与转轴133完全不重叠，第一遮垫250可避免与转轴133干涉。

综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视随附的权利要求范围所界定的为准。

Claims (10)

1.一种平坦化装置，包括：

一平台；

一研磨垫，设于该平台上；

一操作臂，具有一面向研磨垫的该下表面；

一撷取头，可转动地配置于该操作臂；以及

一第一遮垫，可拆卸地设于该操作臂的该下表面。

2.根据权利要求1所述的平坦化装置，其中该第一遮垫的厚度小于该操作臂与该撷取头之间的间隙，且该第一遮垫延伸至该间隙内。

3.根据权利要求1所述的平坦化装置，其中该第一遮垫的厚度大于该操作臂与该撷取头之间的一间隙。

4.根据权利要求1所述的平坦化装置，其中该第一遮垫具有一凹口，该凹口的内径大于该撷取头的外径，且该凹口的底面与该撷取头的侧面之间具有一间隔；该平坦化装置更包括：

一第二遮垫，设于该操作臂与该撷取头之间，且位于该第一遮垫的该凹口内。

5.根据权利要求1所述的平坦化装置，更包括：

一固定元件，固定该第一遮垫与该操作臂的相对位置；

其中，该地一遮垫具有一凹槽及一贯孔，该贯孔从该凹槽的槽底面贯穿该第一遮垫，该固定元件穿过该贯孔而将该第一遮垫固定于该操作臂，且该固定元件的一端位于该凹槽内。

6.一种半导体结构的平坦化方法，包括：

提供一如权利要求1所述的平坦化装置；

提供一半导体结构，该半导体结构包括一基板及一层结构，该层结构形成于该基板上；

该撷取头撷取该半导体结构；以及

该撷取头带动该半导体结构的该层结构转动并接触该研磨垫，以平坦化该层结构。

7.根据权利要求6所述的平坦化方法，其中该第一遮垫的厚度小于该操作臂与该撷取头之间的间隙，且该第一遮垫延伸至该间隙内。

8.根据权利要求6所述的平坦化方法，其中该第一遮垫的厚度大于该操作臂与该撷取头之间的间隙。

9.根据权利要求6所述的平坦化方法，其中该第一遮垫具有一凹口，该凹口的内径大于该撷取头的外径，且该凹口的底面与该撷取头的侧面之间具有一间隔；该平坦化装置更包括：

一第二遮垫，设于该操作臂与该撷取头之间，且位于该第一遮垫的该凹口内。

10.根据权利要求6所述的平坦化方法，其中该平坦化装置更包括：

一固定元件，固定该第一遮垫与该操作臂的相对位置；

其中，该地一遮垫具有一凹槽及一贯孔，该贯孔从该凹槽的槽底面贯穿该第一遮垫，该固定元件穿过该贯孔而将该第一遮垫固定于该操作臂，且该固定元件的一端位于该凹槽内。