CN106475896B - 化学机械研磨装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种化学机械研磨装置与方法。该化学机械研磨装置包括：研磨台、研磨垫、研磨头、调节器、研磨液供应装置以及分离器。研磨垫配置于研磨台上。研磨头与调节器配置于研磨垫上。分离器配置于研磨头与调节器之间。分离器的第一端靠近研磨垫的圆心，其第二端靠近研磨垫的圆周。分离器包括注入部与开口部。注入部靠近分离器的第一端，且与研磨液供应装置连接。开口部配置于注入部与研磨垫之间，用以涂布研磨液于研磨垫上。

Description

化学机械研磨装置与方法
技术领域
本发明涉及一种化学机械研磨装置与方法，且特别是涉及一种具有分离器的化学机械研磨装置与方法。
背景技术
化学机械研磨(Chemical Mechanical Polish)制作工艺主要为利用研磨液中所含的微小研磨颗粒与芯片表面进行摩擦产生机械应力，并根据不同的芯片表面在研磨液中加入相对应的化学添加剂，以移除芯片表面上的待移除部分，从而达到增强研磨和选择性研磨的效果。
随着半导体元件尺寸微缩，对于缺陷及研磨品质要求日益严苛。现行化学机械研磨装置的研磨液供应装置仅能够将研磨液单点注入在研磨垫上，并通过研磨平台旋转的离心力，将研磨液涂布在研磨垫上。然而，经研磨过的旧研磨液仅能凭借研磨平台旋转的离心力被甩离研磨平台。如此一来，研磨过的部分旧研磨液将会与新研磨液混合，而再次进行研磨步骤。由于现行化学机械研磨装置无法有效地将新、旧研磨液分离，因此，如何提供一种化学机械研磨装置与方法，其能有效分离新、旧研磨液，进而减少缺陷并提升研磨效率与品质将成为重要的一门课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有分离器的化学机械研磨装置与方法，其能有效分离新、旧研磨液，进而减少缺陷并提升研磨效率与品质。
为达上述目的，本发明提供一种化学机械研磨装置包括：研磨台、研磨垫、研磨头、调节器、研磨液供应装置以及分离器。研磨垫配置于研磨台上，用以研磨晶片。研磨头配置于研磨垫上，用以承载晶片使其与研磨垫接触。调节器配置于研磨垫上，用以调节研磨垫。研磨液供应装置用以提供研磨液。分离器配置于研磨头与调节器之间的研磨垫上。分离器的第一端靠近研磨垫的圆心，分离器的第二端靠近研磨垫的圆周。分离器包括注入部以及开口部。注入部靠近分离器的第一端，且与研磨液供应装置连接。开口部配置于注入部与研磨垫之间，用以涂布研磨液于研磨垫上。
在本发明的一实施例中，上述开口部为条状开口。条状开口自分离器的第一端延伸至分离器的第二端。
在本发明的一实施例中，上述研磨液从注入部注入条状开口中，并从条状开口沿着第一方向连续分布在研磨垫上。
在本发明的一实施例中，上述研磨液靠近第一端的厚度大于靠近第二端的厚度。
在本发明的一实施例中，上述分离器平贴在研磨垫的顶面上。
在本发明的一实施例中，上述化学机械研磨装置还包括高压液体清洗装置配置于研磨垫上，用以输送高压液体至研磨垫上，以去除研磨垫上的研磨液与杂质。
本发明提供一种化学机械研磨方法用以研磨晶片。上述化学机械研磨方法的步骤如下。提供研磨垫于研磨台上。通过配置在研磨垫上的研磨头，以承载晶片使其与研磨垫接触。通过配置于研磨垫上的调节器，以调节研磨垫。通过研磨液供应装置提供第一研磨液。通过配置于研磨头与调节器之间的研磨垫上的分离器，以分离经研磨过的部分第一研磨液与未经研磨过的第二研磨液。上述分离器的第一端靠近研磨垫的圆心，分离器的第二端靠近研磨垫的圆周。上述分离器包括注入部以及开口部。注入部靠近分离器的第一端，且与研磨液供应装置连接。开口部配置于注入部与研磨垫之间。
在本发明的一实施例中，分离经研磨过的部分第一研磨液与未经研磨过的第二研磨液的步骤如下。将第一研磨液从注入部注入开口部中。旋转研磨台，使得研磨台上的研磨垫沿着第一方向旋转。同时第一研磨液自分离器的第一表面沿着第一方向连续分布在研磨垫上。将晶片与研磨垫接触，以进行研磨。经研磨过的部分第一研磨液被阻挡在分离器的第二表面，并通过研磨台旋转的离心力移除经研磨过的部分第一研磨液。将第二研磨液从注入部注入开口部中，使得第二研磨液自分离器的第一表面沿着第一方向连续分布在研磨垫上。
在本发明的一实施例中，上述开口部为条状开口。条状开口自分离器的第一端延伸至分离器的第二端。
在本发明的一实施例中，在进行研磨时，上述分离器为固定不动。
基于上述，本发明可通过分离器以分离经研磨过的部分第一研磨液与未经研磨过的第二研磨液，其能有效分离新、旧研磨液，进而减少缺陷并提升研磨效率与品质。另外，本发明的分离器具有注入部以及开口部。由于注入部与研磨液供应装置连接，因此，上述分离器可用以涂布研磨液于研磨垫上。而且开口部为条状开口，相较于现有研磨液的单点注入，本发明也可提升研磨液涂布的均匀度，且减少研磨液的使用量，以降低制作工艺成本。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明的一实施例的一种化学机械研磨装置的上视示意图；
图2为图1的A-A’线的剖面示意图；
图3为图1的分离器的立体透视示意图；
图4为图3的第二表面的透视示意图；
图5为本发明的一实施例的一种化学机械研磨方法的流程步骤图。
符号说明
10：化学机械研磨装置
100：研磨台
102：研磨垫
104：研磨头
106：调节器
108：高压液体清洗装置
110：分离器
112：注入部
114：开口部
116：研磨液供应装置
200、202、204：研磨液
D1：第一方向
D2：第二方向
E1：第一端
E2：第二端
S1：第一表面
S2：第二表面
S001～S005：步骤
具体实施方式
图1为本发明的一实施例的一种化学机械研磨装置的上视示意图。图2为图1的A-A’线的剖面示意图。图3为图1的分离器的立体透视示意图。图4为图3的第二表面的透视示意图。
请参照图1与图2，本实施例提供一种化学机械研磨装置10包括：研磨台100、研磨垫102、研磨头104、调节器106、研磨液供应装置116以及分离器110。研磨垫102配置于研磨台100上，用以研磨晶片W。研磨台100是通过一旋转轴(未绘示)而带动研磨垫102沿着第一方向D1旋转，并搭配各种研磨液，以对晶片W或是半导体制作工艺中需要平坦化(Plantation)的结构，进行化学机械研磨制作工艺。在一实施例中，研磨垫102的材料可例如是聚合材料。
研磨头104配置于研磨垫102上，用以承载晶片W使其与研磨垫102接触。详细地说，如图2所示，研磨头104可吸附晶片W，使得晶片W的正面朝下，以接触研磨垫102的表面来进行研磨。在一实施例中，研磨头104可沿着第二方向D2旋转，进而带动晶片W本身旋转，以避免晶片W表面产生锥状外形。在一实施例中，第一方向D1与第二方向D2可例如是相同的逆时钟方向或顺时钟方向。此外，研磨头104亦会沿着相对于研磨垫102半径方向来回摆动(sweep)，以提升研磨后的晶片W表面的平坦度。
调节器106配置于研磨垫102上，用以调节研磨垫102表面的纤维结构保持在直立状态(亦即活化)并尽可能具有弹性，以维持研磨垫102对晶片W的研磨速率与稳定度。在一实施例中，调节器106亦会沿着相对于研磨垫102半径方向来回摆动。在一实施例中，研磨头104与调节器106并不会干扰彼此的摆动。
分离器110配置于研磨头104与调节器106之间的研磨垫102上。在一实施例中，分离器110的位置以不影响研磨头104与调节器106的摆动为主，其可依使用者需求来设计。详细地说，如图1所示，分离器110的第一端E1靠近研磨垫102的圆心，分离器110的第二端E2靠近研磨垫102的圆周。
请参照图1至图4，从第二表面S2的视角来看，分离器110包括注入部112以及开口部114。注入部112靠近分离器110的第一端E1，且与研磨液供应装置116连接(如图1、图2所示)。在一实施例中，注入部112可例如是一中空管路，其配置在分离器110中，用以连接研磨液供应装置116与开口部114(如图3所示)。开口部114配置于注入部112与研磨垫102之间。开口部114的底面暴露研磨垫102的表面。在一实施例中，开口部114可例如是条状开口，其配置在分离器110中。所述条状开口自分离器110的第一端E1延伸至分离器110的第二端E2(如图4所示)。在一实施例中，开口部114可例如是一中空腔体，用以容置研磨液供应装置116所提供的研磨液200。
举例来说，研磨液供应装置116所提供的研磨液200可通过注入部112注入开口部114中，并填入开口部114中。接着，从开口部114底部流出的研磨液202可从分离器110的第一表面S1沿着第一方向D1连续分布(或涂布)在研磨垫102上。因此，相较于现有研磨液的单点注入，本实施例的开口部114可例如是线状注入或面状注入，其可提升研磨液涂布的均匀度，且减少研磨液的使用量，以降低制作工艺成本。详细的化学机械研磨方法的流程步骤将于后续段落说明，于此便不再详述。值得注意的是，研磨台100旋转的离心力使得研磨垫102的圆周的角速度大于圆心的角速度，因此，从第一表面S1延伸的研磨液202可呈扇形，并均匀分布在研磨垫102上。在一实施例中，研磨液202靠近第一端E1的厚度大于靠近第二端E2的厚度。
在一实施例中，分离器110的底面平贴在研磨垫102的顶面上。具体来说，可利用连杆机构将分离器110固定，并在分离器110上方进行适当配重，使得分离器110的底面平贴在研磨垫102的顶面上，以避免因研磨台100旋转时分离器110与研磨垫102摩擦导致跳动。在一实施例中，分离器110的材料可例如是工程塑胶。在一实施例中，在进行研磨时，分离器110为固定不动。
此外，本实施例的化学机械研磨装置10还包括高压液体清洗装置108配置于研磨垫102上，用以输送高压液体至研磨垫102上，以去除研磨垫102上的研磨液与杂质。详细地说，当进行化学机械研磨制作工艺之后，残留下来的研磨液会固化结晶而留在研磨垫102的表面，造成晶片的损害。因此，配置于研磨垫102上方的高压液体清洗装置108，可喷出的液体来对研磨垫102进行清洗。在一实施例中，高压液体可例如是水。可视情况需求将高压液体以高压的水柱、水雾或水刀的方式，来清除研磨垫102上的研磨液与杂质。
图5为本发明的一实施例的一种化学机械研磨方法的流程步骤图。
在本实施例中，将利用上述化学机械研磨装置10来进行化学机械研磨方法，其配置关系已于上述段落详细说明过，于此便不再赘述。
请同时参考图1至图5，先进行步骤S001，将研磨液供应装置116所提供的研磨液200从注入部112注入开口部114中。此时，研磨液200填入开口部114中的空间。
接着，进行步骤S002，旋转研磨台100，使得研磨台100上的研磨垫102沿着第一方向D1旋转。由于分离器110为固定不动，因此，从开口部114底部流出的研磨液202也会随着研磨垫102沿着第一方向D1旋转。此时，研磨液202自分离器110的第一表面S1沿着第一方向D1连续分布在研磨垫102上。
然后，进行步骤S003，利用研磨头104吸附晶片W，将晶片W的正面朝下与研磨垫102接触，以进行研磨。
之后，进行步骤S004，上述研磨液202在经过研磨并旋转一周后，形成经研磨过的部分研磨液204。如图1、图2所示，经研磨过的部分研磨液204被阻挡在分离器110的第二表面S2，因此，经研磨过的部分研磨液204便不会与第一表面S1的未经研磨过的研磨液202混合。如此一来，分离器110便可以有效地分离经研磨过的部分研磨液204与未经研磨过的研磨液202，以减少缺陷并提升研磨效率与品质。此外，经研磨过的部分研磨液204不仅被阻挡在分离器110的第二表面S2，也可通过研磨台100旋转的离心力而被移除。需注意的是，为求附图简洁起见，在图1、图2中并未绘示出研磨液202、204之间的研磨液。基本上，在进行化学机械研磨方法的过程中，研磨液会涂布在整个研磨垫102的表面上。在一实施例中，靠近第一表面S1的研磨液202可视为未经研磨过的研磨液；而靠近第二表面S2的研磨液204可视为经研磨过的研磨液。
然后，进行步骤S005，将新的(即未经研磨过的)研磨液200从注入部112注入开口部114中。如此一来，新的(即未经研磨过的)研磨液202继续从分离器110的第一表面S1沿着第一方向D1连续分布在研磨垫102上，来进行研磨。
综上所述，本发明可通过分离器以分离经研磨过的部分第一研磨液与未经研磨过的第二研磨液，其能有效分离新、旧研磨液，进而减少缺陷并提升研磨效率与品质。另外，本发明的分离器具有注入部以及开口部。由于注入部与研磨液供应装置连接，因此，上述分离器可用以涂布研磨液于研磨垫上。而且开口部为条状开口，相较于现有研磨液的单点注入，本发明也可提升研磨液涂布的均匀度，且减少研磨液的使用量，以降低制作工艺成本。
虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何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，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (9)

1.一种化学机械研磨装置，包括：
研磨垫，配置于一研磨台上，用以研磨晶片；
研磨头，配置于该研磨垫上，用以承载该晶片使其与该研磨垫接触；
调节器，配置于该研磨垫上，用以调节该研磨垫；
研磨液供应装置，用以提供研磨液；以及
分离器，配置于该研磨头与该调节器之间的该研磨垫上，其中该分离器的第一端靠近该研磨垫的圆心，该分离器的第二端靠近该研磨垫的圆周，该分离器包括：
注入部，靠近该分离器的该第一端，且与该研磨液供应装置连接；以及
开口部，配置于该注入部与该研磨垫之间，用以涂布该研磨液于该研磨垫上，
其中，该研磨液通过该注入部注入该开口部中，以使该研磨液从该分离器的第一表面流出且分布在该研磨垫上，而该分离器的第二表面用于阻挡经研磨过的研磨液。
2.如权利要求1所述的化学机械研磨装置，其中该开口部为条状开口，该条状开口自该分离器的该第一端延伸至该分离器的该第二端。
3.如权利要求2所述的化学机械研磨装置，其中该研磨液从该注入部注入该条状开口中，并从该条状开口沿着一第一方向连续分布在该研磨垫上。
4.如权利要求1所述的化学机械研磨装置，其中该研磨液靠近该第一端的厚度大于靠近该第二端的厚度。
5.如权利要求1所述的化学机械研磨装置，其中该分离器平贴在该研磨垫的顶面上。
6.如权利要求1所述的化学机械研磨装置，还包括高压液体清洗装置，配置于该研磨垫上，用以输送一高压液体至该研磨垫上，以去除该研磨垫上的该研磨液与杂质。
7.一种化学机械研磨方法，用以研磨一晶片，该化学机械研磨方法包括：
提供一研磨垫于一研磨台上；
通过配置在该研磨垫上的一研磨头，以承载该晶片使其与该研磨垫接触；
通过配置于该研磨垫上的一调节器，以调节该研磨垫；
通过一研磨液供应装置提供一第一研磨液；以及
通过配置于该研磨头与该调节器之间的该研磨垫上的一分离器，以分离经研磨过的部分该第一研磨液与未经研磨过的一第二研磨液，
其中该分离器的一第一端靠近该研磨垫的圆心，该分离器的一第二端靠近该研磨垫的圆周，该分离器包括：
注入部，靠近该分离器的该第一端，且与该研磨液供应装置连接；以及
开口部，配置于该注入部与该研磨垫之间，
其中分离经研磨过的部分该第一研磨液与未经研磨过的该第二研磨液的步骤包括：
将该第一研磨液从该注入部注入该开口部中；
旋转该研磨台，使得该研磨台上的该研磨垫沿着一第一方向旋转，同时该第一研磨液自该分离器的一第一表面沿着该第一方向连续分布在该研磨垫上；
将该晶片与该研磨垫接触，以进行研磨；
经研磨过的部分该第一研磨液被阻挡在该分离器的一第二表面，并通过该研磨台旋转的离心力移除经研磨过的部分该第一研磨液；以及
将该第二研磨液从该注入部注入该开口部中，使得该第二研磨液自该分离器的该第一表面沿着该第一方向连续分布在该研磨垫上。
8.如权利要求7所述的化学机械研磨方法，其中该开口部为条状开口，该条状开口自该分离器的该第一端延伸至该分离器的该第二端。
9.如权利要求7所述的化学机械研磨方法，其中在进行研磨时，该分离器为固定不动。
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