CN107097157A

CN107097157A - 研磨一研磨垫的方法

Info

Publication number: CN107097157A
Application number: CN201611007890.4A
Authority: CN
Inventors: 锺泽良; 萧伟镇; 戴钧凯; 孙旭昌
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2016-02-19
Filing date: 2016-11-16
Publication date: 2017-08-29
Also published as: US10160088B2; US9802292B2; TW201729946A; US20170239777A1; US20180043495A1

Abstract

一种研磨一研磨垫的方法，包括通过一第一感测器检测形成于一研磨垫的一凹槽上的一缺陷；通过一研磨盘由研磨垫的凹槽移除缺陷；于移除缺陷之后，通过一第二感测器测量凹槽的一剩余深度；以及基于测量凹槽的剩余深度，通过研磨盘实施一研磨处理至凹槽上。

Description

研磨一研磨垫的方法

技术领域

本揭露主要关于一种研磨方法，尤指一种研磨一研磨垫的方法。

背景技术

于半导体制造过程中，基材可能被研磨或是平面化以移除基材上的一层或是部分，上述已知的工艺可为化学机械研磨(CMP)。于一典型的CMP工艺，基材被一设备所支撑，上述设备并将基材压至一研磨垫(例如，一旋转垫)上。通常上述研磨垫以研磨浆、水或是其它液体来研磨基材。于研磨过程中，研磨垫的属性可被改变，例如，改变研磨率或是品质(例如，均匀度)。因此，可通过整修研磨垫于研磨过程中接触基材的表面来实施研磨垫调整以恢复研磨垫。虽然目前的研磨垫以及研磨垫调整的方法已符合一般的目的，但却没有满足所的方面。

发明内容

本揭露提供一种研磨一研磨垫的方法，包括通过一第一感测器检测形成于一研磨垫的一凹槽上的一缺陷；通过一研磨盘由研磨垫的凹槽移除缺陷；于移除缺陷之后，通过一第二感测器测量凹槽的一剩余深度；以及基于测量凹槽的剩余深度，通过研磨盘实施一研磨处理至凹槽上。

本揭露提供一种一方法包括通过一妆修头的一第一感测器产生一研磨垫的一上表面的一形貌影像，其中研磨垫的上表面包括多个凹槽；通过耦接于第一感测器的妆修头的一第二感测器测量测量每一凹槽的一深度；以及基于每一凹槽的深度的测量，通过耦接于妆修头的一研磨盘实施一研磨处理至每一凹槽。

本揭露提供一种实施半导体制造工艺的设备，包括：一研磨垫，包括形成于研磨垫的一上表面的多个凹槽，其中每一凹槽具有一厚度；一研磨盘，位于研磨盘之上，且用以研磨研磨垫的上表面；以及一妆修头，耦接于研磨垫，包括：一第一感测器，用以于一研磨过程中，检测形成于凹槽中的一者上的一缺陷的一呈现；以及一第二感测器，用以于研磨过程中，测量每一凹槽的厚度。

附图说明

本揭露可经由下列的实施方式以及配合对应的图式被良好的了解。需强调的是，相对于业界中的标准实施，很多的特征并未依据尺寸绘制，而只用于说明的目的。事实上，多种特征的尺寸为了清楚说明的目的，而被增加或是减少。

图1为根据一些实施例的一化学机械研磨(CMP)设备的示意图。

图2A为根据一些实施例的图1的CMP设备中的一研磨垫的俯视图。

图2B为根据一些实施例的图1的CMP设备中的一研磨垫的剖视图。

图2C为根据一些实施例的图1的CMP设备中碎屑形成于研磨垫上的一个例子的剖视图。

图2D为根据一些实施例的图1的CMP设备中形成于研磨垫上的碎屑被移除后的一个例子的剖视图。

图3为根据一些实施例的一CMP设备的部分的剖视图。

图4为根据一些实施例所建构的一方法的流程图。

其中，附图标记说明如下：

化学机械研磨设备(CMP设备) 100

修整装置 102

搬运臂 104

研磨盘 106

旋转平台 108

研磨垫 110

晶圆臂 112

基材 114

管控系统 116

管控装置 117

平台区域 118

液体输送臂 120

妆修头(dresser head) 122

信息管控系统 124

凹槽 202

上表面 204

碎屑 206

修整装置 302

臂 304

研磨盘 306

妆修头 308

第一感测器 310

第二感测器 312

液体输送装置 320

方法 400

步驟 402、404、406、408、410、412、414、416

深度 D、D’

具体实施方式

以下的说明提供了许多不同的实施例或是例子，用来实施本揭露的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本揭露，其仅作为例子，而并非用以限制本揭露。例如，第一特征在一第二特征上或上方的结构的描述包括了第一和第二特征之间直接接触，或是以另一特征设置于第一和第二特征之间，以致于第一和第二特征并不是直接接触。此外，本揭露于不同的例子中沿用了相同的元件标号及/或文字。前述的沿用仅为了简化以及明确，并不表示于不同的实施例以及设定之间必定有关联。

再者，使用于此的空间上相关的词汇，例如向下(beneath)、下方(below)、较低(lower)、上方(above)、或较高(upper)等，用以简易描述图式上的一元件或一特征相对于另一元件或特征的关系。空间上相关的词汇意指除了图式上描述的方位外，包括于不同的方位于使用或是操作的装置。上述装置可以其他方式定向(旋转90度或是于其他方位)以及使用于此的空间上的相关描述来解释。

图1绘制了一化学机械研磨(CMP)设备(apparatus/tool)100的一实施例。如图1所绘制的实施例，CMP设备100包括一旋转平台108，具有设置于其上的一研磨垫110。CMP设备100更包括一液体输送臂(或是管)120，用以提供研磨浆至研磨垫110上。于一些实施例中，液体输送臂120可用以进一步地控制研磨浆的流量。

CMP设备100亦包括一修整装置(conditioning device)102。修整装置102用以重新修整一研磨垫，例如研磨垫110。修整装置102包括一搬运臂104，用以移动一研磨盘106。修整装置102亦包括妆修头(dresser head)122，用以旋转及/或是施加负重至研磨盘106，将详述于后。于一些实施例中，妆修头122可包括一或多个感测器，用以提供维持CMP设备100的多种功能，将详述于后。

如图1所示，一晶圆臂112用以固持一基材114(例如半导体晶圆)于晶圆臂112。于操作过程中，基材114(朝下)放置于旋转平台108(特别于研磨垫110)上，且对基材114施加一下压力至研磨垫110，以对基材114实施一研磨工艺。于一些实施例中，CMP设备100更包括一管控系统116，其包括多个平台区域118以及一管控装置117。平台区域118用以于研磨工艺之前或是之后放置基材114。管控装置117用以将一盒(cassette)中的基材114传送至CMP设备100内。CMP设备100包括多种控制系统，其可包括终点检测监控(end point detectionmonitor)、平台温度控制(platen temperature control)、控制系统、及/或现有的系统。举例而言，CMP设备100可包括或是耦接于一信息管控系统124，用以提供多种控制/维持功能至CMP设备100，其将详述于后。

于一些实施例中，研磨垫110包括一凹陷表面(grooved surface)。凹陷表面用以朝向基材114要被研磨的表面。凹陷表面可有利于提供多种功能，例如防止研磨垫110与基材114之间的漂滑效应(hydroplaning effect)、作用如用以移除研磨碎屑的一排出槽、以及确保供应的泥浆能均匀地分布于研磨垫110等。一般而言，研磨垫110的凹陷表面包括多个凹槽。每一凹槽具有一深度，其将会绘制于图2A及2B中，且将会于后依据图2A及2B详加描述。

决定凹陷的研磨垫110的使用寿命的一个因素是研磨垫110上凹槽的深度。当研磨垫110被磨到使研磨垫上凹槽的深度不足以扰乱泥浆、移除废料、以及防止漂滑之前，研磨垫110的研磨效率是可以被接受的。为了使研磨垫110能具有长的使用寿命，必须具有深的凹槽或是至少能够维持的(sustainable)凹槽。于一研磨工艺之间或是之后，一般不会有研磨碎屑形成于凹槽内。有许多原因形成了这些碎屑，例如，碎屑由研磨基材114而产生，但未被凹槽所排出。由于碎屑可能阻塞凹槽并可能影响研磨垫110的刚性问题(stiffnessissue)，因此碎屑一般对于研磨垫110被视为缺陷(defect)。习知上，这些碎屑(缺陷)可于CMP设备100下线(offline)时手动移除。也就是说，通常碎屑是于一或多个研磨工艺之后，经由研磨垫110的使用者或管理者检测，然后使用者或管理者利用一修整装置102(例如，一研磨盘106)施加一下压力来移除碎屑。通常施加过高的下压力，以确保碎屑由凹槽内移除，但却造成了过度研磨凹槽(例如，较浅的深度)。因此，研磨垫110的使用寿命被不利地减少了。本揭露通过即时(于研磨工艺中)监测及测量研磨垫110的多种实施例的系统与方法来避免上述已知的问题。即时监测及测量可通过耦接于妆修头122的一或多个感测器来实行，其将详述于后。

图2A及图2B分别绘制了研磨垫110的俯视图及剖视图。于图2A中，研磨垫110包括多个凹槽202。于图2A的实施例中，多个凹槽202可形成于一特定的图案(pattern)中。然而，于本揭露的范围中，只要凹槽202能提供所需的功能，凹槽202可随机地形成。于图2B中，研磨垫110具有一上表面204。多个凹槽202形成于上表面204。此外，每一凹槽202具有一深度D，其约为250微米(micrometer)至约5100微米的范围之间。图2C绘制了碎屑206形成于凹槽202中的一者之上的一个例子。如图2A及图2B所示，碎屑206可能止挡泥浆进入被挡住的凹槽202，可造成前述的不利因素。如图2D所示，于一些实施例中，碎屑206经由现有的方式移除。如前所述，通常通过施加过大的下压力至研磨垫110来移除碎屑206。因此，于碎屑206移除后，被碎屑206挡住的凹槽202可具有一深度D’，其小于原本的深度D。如此被过度研磨的凹槽202可能会造成研磨垫110的使用寿命减少、及研磨垫110的刚性减弱的不利影响。

图3绘制了一个新的修整装置302的一个例子。修整装置302可相似于图1所绘制的修整装置102。修整装置302可包括一臂304、耦接于臂304的一妆修头308、耦接于妆修头308以及臂304的一研磨盘306、以及用以供应泥浆至研磨垫110上的一液体输送装置320。然而，于图3的例子中，修整装置302的妆修头308可更包括相互耦接的一第一感测器310以及一第二感测器312。于一些实施例中，第一感测器310用以提供研磨垫110的一表面轮廓(例如，一形貌影像)。于一些实施例中，由第一感测器310所提供的表面轮廓可包括研磨垫110的一光学影像、一数位重建影像(digitally re-constructed image)、以及一反复重建影像(iterative re-constructed image)。一般而言，根据一些实施例，这些影像可包括具有位置资料(position data)的视觉资料(visionary data)。第二感测器312用以测量研磨垫110的每一凹槽202的深度以及与研磨垫110有关的缺陷或是碎屑的尺寸。于一些实施例中，第一感测器310可包括一三维激光摄影机(three-dimensional laser camera)、一声波摄影机(acoustic wave camera)、及/或一扫描电子显微镜(scanning electronmicroscopy，SEM)。第二感测器312可包括一光学感测器及/或一声波感测器(acousticwave sensor)。于此例子中，第一感测器310包括一SEM、以及由第一感测器310所提供的一影像。上述影像可为一SEM影像，其显示了研磨垫110的表面轮廓，且包括研磨垫110的每一凹槽202的位置资料。于此例子中，第二感测器312包括一声波感测器，第二感测器312可先产生一超音波或是音波至研磨垫110，接收由研磨垫110所反射的另一超音波或是音波、且基于接收的反射波测量凹槽202的深度以及可能存在的碎屑或缺陷的厚度。于一些实施例中，第一感测器310、第二感测器312、以及研磨盘306基于一封闭控制回圈(closed-controlloop)进行控制。也就是说，研磨盘306反应了第一感测器310以及第二感测器312的测量施加对应的研磨处理(polishing condition)。妆修头302以及耦接的研磨盘306的详细操作将会于对应于图4的方法400提供。

图4为用来实施一研磨工艺的方法400的一实施例的流程图。方法400可通过一研磨系统(例如，CMP设备100)、及/或其他研磨程序来全部或部分地实施。额外的操作可增加于方法400之前、之间或是之后，且于方法400的其他实施例中，一些已描述的操作可以被置换、删除或是移动。方法400将会配合图3进行讨论。方法400开始于步骤402，供应泥浆至研磨垫110上。泥浆可通过容纳于凹槽202后分布于研磨垫110。

方法400进行至步骤404，通过使用妆修头308的第一感测器210产生研磨垫110的形貌影像。于此例子中，第一感测器210为一三维激光摄影机，研磨垫110的形状及/或外观可经由第一感测器210收集，且之后可提供一数位重建三维影像及/或模型。使用这些第一感测器310所产生的形貌影像，可于方法400的步骤406中更有效率的检测或看到碎屑或缺陷。

假使于步骤406中检测到缺陷，方法400可执行步骤408，利用研磨盘306移除缺陷。请参考方法400的步骤408，于一些特定的实施例中，只要经由第一感测器310感测到缺陷，耦接的第二感测器312可经由一封闭控制回圈开始测量缺陷的厚度。基于缺陷的厚度的测量，研磨盘306可供应特定的下压力至研磨垫110，以移除缺陷且使凹槽202的深度形成最小的恶化。

于一些其他的实施例中，基于缺陷的厚度的测量，研磨盘306可提供一特定的研磨时间至研磨垫110以仅针对缺陷移除进行移除。于一些其他的实施例中，基于缺陷的厚度的测量，研磨盘306可实施特定的下压力以及研磨时间至研磨垫110，以仅移除缺陷。

如图4所示，于步骤408中移除缺陷之后，方法400继续至步骤410，第二感测器312测量之前被移除的缺陷覆盖或占据的凹槽202的剩余(remaining)深度。基于已测量的剩余凹槽202的深度，可实施一研磨处理至剩余的凹槽202。也就是说，研磨处理的选择基于凹槽的已测量的剩余深度。于一些实施例中，研磨处理可包括施加于研磨垫110及/或一增加的或减少的研磨时间的改变的或是不同的下压力。

然而，假使于步骤406中，并未检测到缺陷，方法400可执行步骤414，经由妆修头308的第二感测器312测量每一凹槽202的深度。通过第二感测器312测量每一凹槽202的深度，且这些深度的测量可作为研磨盘306的基准以应用于研磨垫110上的研磨处理(步骤416)。于一些特定的实施例中，研磨处理包括应用于研磨垫110及/或研磨时间的下压力。虽然于图3的实施例中，研磨盘306足够大到可覆盖研磨垫110的超过一个的凹槽202。于一些其他的实施例中，研磨盘306可设计小到仅覆盖研磨垫110上的一个凹槽202。如此，通过研磨盘306，每一凹槽202可应用于一独立的研磨处理。

本揭露的系统与方法的实施例提供了多种相对于现有的研磨系统的优点。于一实施例中，一种研磨一研磨垫的方法，包括通过一第一感测器检测形成于一研磨垫的一凹槽上的一缺陷；通过一研磨盘由研磨垫的凹槽移除缺陷；于移除缺陷之后，通过一第二感测器测量凹槽的一剩余深度；以及基于测量凹槽的剩余深度，通过研磨盘实施一研磨处理至凹槽上。

于一些实施例中，检测缺陷包括形成研磨垫的一上表面的一形貌影像。

于一些实施例中，第一感测器包括一三维激光摄影机、一声波摄影机、或是一扫描电子显微镜装置。

于一些实施例中，第二感测器包括一光学感测器或是一声波感测器。

于一些实施例中，于检测缺陷之前，供应一研磨浆至研磨垫上。

于一些实施例中，研磨垫包括多个凹槽，每一凹槽具有一深度。

于一些实施例中，第二感测器更用以测量每一凹槽的深度。

于一些实施例中，研磨处理包括应用于研磨垫的一研磨时间或是应用于研磨垫的一下压力。

于另一实施例中，一方法包括通过一妆修头的一第一感测器产生一研磨垫的一上表面的一形貌影像，其中研磨垫的上表面包括多个凹槽；通过耦接于第一感测器的妆修头的一第二感测器测量测量每一凹槽的一深度；以及基于每一凹槽的深度的测量，通过耦接于妆修头的一研磨盘实施一研磨处理至每一凹槽。

于一些实施例中，产生研磨垫的上表面的形貌影像，测量每一凹槽的深度，以经由一封闭回圈回馈程序实施个别地研磨处理至每一凹槽。

于一些实施例中，产生研磨垫的上表面的形貌影像更包括检测形成于凹槽中的一者的一缺陷。

于一些实施例中，通过耦接于妆修头的一研磨盘移除缺陷。

于一些实施例中，于移除缺陷之后通过妆修头的第二感测器测量凹槽的一剩余深度；以及基于剩余深度的测量，实施另一研磨处理至凹槽。

于一些实施例中，研磨处理包括一研磨时间或施加于研磨垫的上表面的一下压力。

于一些实施例中，第一感测器包括一三维激光摄影机、一声波摄影机、或一扫描电子显微镜装置。

于一些实施例中，第二感测器包括一光学感测器或一声波感测器。

于一些实施例中，供应一研磨浆至研磨垫的上表面。

于又一实施例中，一种实施半导体制造工艺的设备，包括：一研磨垫，包括形成于研磨垫的一上表面的多个凹槽，其中每一凹槽具有一厚度；一研磨盘，位于研磨盘之上，且用以研磨研磨垫的上表面；以及一妆修头，耦接于研磨垫，包括：一第一感测器，用以于一研磨过程中，检测形成于凹槽中的一者上的一缺陷的一呈现；以及一第二感测器，用以于研磨过程中，测量每一凹槽的厚度。

于前述多种实施例所提出的特征，可让本领域技术人员能更加的了解本揭露的实施方式。本领域技术人员可了解到，他们可轻易的以本揭露为一基础设计或是修正其他工艺以及结构，以实现本揭露相同的目的及/或达到前述实施例的一些功效。可了解的是，本领域技术人员可以相等的组件(equivalent construction)针对本揭露进行改变、替代与修改，并不超出本揭露的精神和范围。

本揭露虽以各种实施例揭露如上，然而其仅为范例参考而非用以限定本揭露的范围，任何本领域技术人员，在不脱离本揭露的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰。因此上述实施例并非用以限定本揭露的范围，本揭露的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。

Claims

1.一种研磨一研磨垫的方法，包括：

通过一第一感测器检测形成于一研磨垫的一凹槽上的一缺陷；

通过一研磨盘由该研磨垫的该凹槽上移除该缺陷；

于移除该缺陷之后，通过一第二感测器测量该凹槽的一剩余深度；以及

基于测量该凹槽的该剩余深度，通过该研磨盘实施一研磨处理至该凹槽上。