CN108621023B - 化学机械研磨机台及化学机械研磨制程 - Google Patents

Abstract

一种化学机械研磨机台及化学机械研磨制程。化学机械研磨机台包含研磨垫、研磨头以及流体喷射装置。研磨头设置在该研磨垫上方，配置以控制晶圆相对研磨垫旋转，以使研磨垫研磨晶圆的表面。流体喷射装置设置在研磨垫上方，配置以对研磨垫喷射流体。流体喷射装置包含条状喷头以及流体供应源。条状喷头具有第一空间以及与第一空间连通的喷射孔，喷射孔沿着条状喷头的延伸方向设置。流体供应源连接条状喷头，且流体供应源配置以提供流体至第一空间中，以使流体自喷射孔射出。

Description

化学机械研磨机台及化学机械研磨制程

技术领域

本发明实施例是有关于一种机械研磨机台及使用此机械研磨机台的制程，且特别是有关于一种化学机械研磨机台及化学机械研磨制程。

背景技术

半导体集成电路(IC)工业已历经快速成长。在集成电路发展的进程中，随着几何尺寸的减少，功能密度(定义为每晶片面积的互连元件的数量)大体上已获得增加。微缩化过程大体上通过增加生产效率以及降低相关成本的方式提供许多好处。但是，这样的微缩化已增加了处理与制造集成电路的复杂性。为了实现这些进展，在集成电路制造上需要相似的发展。

举例而言，随着半导体集成电路工业已发展到纳米科技制程节点，以追求更高的元件密度、更高的良率与更低的成本，来自制造与设计的挑战均已促使化学机械研磨制程的发展。然而，传统化学机械研磨制程与设备均已无法完全满足各方面需求。

发明内容

依照一实施例，本揭露揭示一种化学机械研磨机台。此化学机械研磨机台包含研磨垫、研磨头以及流体喷射装置。研磨头设置在该研磨垫上方，配置以控制晶圆相对研磨垫旋转，以使研磨垫研磨晶圆的表面。流体喷射装置设置在研磨垫上方，配置以对研磨垫喷射流体。流体喷射装置包含条状喷头以及流体供应源。条状喷头具有第一空间以及与第一空间连通的喷射孔，喷射孔沿着条状喷头的延伸方向设置。流体供应源连接条状喷头，且流体供应源分别配置以提供流体至第一空间中，以使流体自喷射孔射出。依照另一实施例，本揭露揭示一种化学机械研磨制程。此化学机械研磨制程是使用前述的化学机械研磨机台来进行。在此化学机械研磨制程中，放置晶圆在研磨垫上。使晶圆相对研磨垫旋转，以研磨晶圆的表面。利用流体喷射装置对研磨垫喷射流体。

附图说明

从以下结合所附附图所做的详细描述，可对本揭露的态样有更佳的了解。需注意的是，根据业界的标准实务，各特征并未依比例绘示。事实上，为了使讨论更为清楚，各特征的尺寸都可任意地增加或减少。

图1A是绘示依照本揭露的各实施方式的一种化学机械研磨机台的装置示意图；

图1B是绘示依照本揭露的各实施方式的一种流体喷射装置的装置示意图；

图1C是绘示依照本揭露的各实施方式的一种喷射孔的局部剖示图；

图2是绘示依照本揭露的各实施方式的一种盖板的结构示意图；

图3是绘示依照本揭露的各实施方式的一种条状喷头的局部剖示图；

图4是绘示依照本揭露的各实施方式的一种流体喷射装置的装置示意图；

图5是绘示依照本揭露的各实施方式的一种化学机械研磨机台的装置示意图；

图6是绘示依照本揭露的各实施方式的一种化学机械研磨制程的流程图；

图7是绘示依照本揭露的各实施方式的一种化学机械研磨制程的流程图；以及

图8是绘示依照本揭露的各实施方式的一种化学机械研磨制程的流程图。

具体实施方式

以下的揭露提供了许多不同实施方式或实施例，以实施所提供的标的的不同特征。以下所描述的构件与安排的特定例子是用以简化本揭露。当然这些仅为例子，并非用以作为限制。举例而言，于描述中，第一特征形成于第二特征的上方或之上，可能包含第一特征与第二特征以直接接触的方式形成的实施方式，亦可能包含额外特征可能形成在第一特征与第二特征之间的实施方式，如此第一特征与第二特征可能不会直接接触。

在此所使用的用语仅用以描述特定实施方式，而非用以限制所附的申请专利范围。举例而言，除非特别限制，否则单数型态的用语“一”或“该”亦可代表复数型态。例如“第一”与“第二”等用语用以描述多个元件、区域或层等等，尽管这类用语仅用以区别一元件、一区域或一层与另一元件、另一区域或另一层。因此，在不脱离所请求保护的标的的精神下，第一区亦可称为第二区，其它的以此类推。此外，本揭露可能会在各实施例中重复参考数字及/或文字。这样的重复是基于简化与清楚的目的，以其本身而言并非用以指定所讨论的各实施方式及/或配置之间的关系。如在此所使用的，用词“及/或(and/or)”包含一或多个相关列示项目的任意或所有组合。

本揭露的实施方式是提供一种化学机械研磨机台及化学机械研磨制程，其是在研磨过程中、或在研磨结束后利用高压喷射流体至研磨垫的方式来清洗研磨垫，以快速且有效率地清除研磨垫上的异物或研磨产物，并可避免异物或研磨产物磨损工件或研磨垫的表面。此外，本揭露的实施方式的化学机械研磨制程以及流体喷射装置亦可利用先后使用不同大小的压力对研磨垫喷射流体，或是先利用吸取方式吸取部分研磨垫上的异物或研磨产物后，再利用喷射流体的方式清洗研磨垫，以达到对研磨垫进行多段式的清洗动作，进而满足不同的使用需求。

请参照图1A，是绘示依照本揭露的各实施方式的一种化学机械研磨机台的装置示意图。化学机械研磨机台100主要包含研磨垫110、研磨头120以及流体喷射装置130。研磨头120主要可控制晶圆相对研磨垫110旋转，以研磨晶圆的表面。流体喷射装置130可设置在研磨垫110旁，可用以对研磨垫110喷射流体。在一些例子中，流体可为液体(例如去离子水)、二相流体(例如研磨液)或气体。

在一些实施方式中，流体喷射装置130主要可包含条状喷头131以及流体供应源132。流体供应源132可连接或包含增压装置，增压装置配置以增压待供应的流体。流体供应源132配置以提供流体至条状喷头131中，进而使条状喷头131对研磨垫110喷射高压流体。在一些实施方式中，流体供应源132的数量不限于一个。条状喷头131亦可依据需求连接多个不同流体供应源132，再透过控制阀来控制不同的流体供应源132来提供不同流体。在一些例子中，条状喷头131除了可用来喷射去离子水来清洁研磨垫110外，亦可用来做为提供研磨液的供应头。举例而言，条状喷头131可先连通研磨液供应源，以在研磨晶圆的同时提供研磨液至研磨垫110上。在晶圆完成研磨后，亦可利用控制阀来使条状喷头131切换连通至去离子水供应源，以使条状喷头131喷射去离子水至研磨垫110上，以清洁研磨垫110。

请同时参照图1A及图1B，图1B是绘示依照本揭露的各实施方式的一种流体喷射装置的装置示意图。在一些实施例中，条状喷头131可设置于研磨垫110的径向上。在一些例子中，条状喷头131的长度可约等于研磨垫110的半径。在一些实施例中，条状喷头131包含条状本体131a以及盖板131b。条状本体131a具有空间131c以及开口131d连通空间131c。盖板131b是可拆卸地设置在条状本体131a上，且盖板131b盖设于条状本体131a的开口131d。在一些例子中，盖板131b可透过锁设的方式固定在条状本体131a上，并且覆盖开口131d。在一些实施例中，盖板131b上设有喷射孔131e，且喷射孔131e沿着条状喷头131的延伸方向设置。在一些例子中，喷射孔可为线状喷射孔，且线状喷射孔的延伸方向平行于条状本体131a的延伸方向。

请一并参照图1C，其是绘示依照本揭露的各实施方式的一种喷射孔的局部剖示图。在一些实施例中，喷射孔131e可为渐缩设计，喷射孔131e的开孔大小是沿着流体的喷射方向A1逐渐缩小。在一些例子中，喷射孔131e是以放电加工法制作的微细孔，且喷射孔131e的宽度约为10μm到100μm。在一些特定例子中，喷射孔131e的宽度可约为50um～70um。

请再次参照图1A及图1B，流体喷射装置130可还包含装配座133。装配座133设置在研磨垫110旁，且连接流体供应源132。条状喷头131可枢接在装配座133上，且可相对装配座133旋转，以改变喷射孔131e的喷射方向与研磨垫110的表面的夹角。在一些例子中，条状喷头131是以一中心轴为轴心相对装配座133旋转，且此中心轴的延伸方向是平行于条状喷头131的延伸方向。在一特定的例子中，喷射孔131e的喷射方向与研磨垫110的表面的夹角介于30～60度。其中，喷射方向与研磨垫110的表面的夹角介于30～60度可快速且有效地喷除研磨垫上的研磨产物或其他异物。在其他例子中，流体的喷射方向除了透过旋转条状喷头131来改变外，亦可直接将喷射孔131e设计成斜孔来达到改变流体喷射方向的目的。

在一些实施例中，图1B所示的盖板131b可更换为其他具有不同形式的喷射孔设计的盖板。请参照图2所示，其是绘示依照本揭露的各实施方式的一种盖板的结构示意图。盖板200主要可拆卸地装设在如图1B所示的条状本体131a上并盖设于条状本体131a的开口131d。在一些例子中，盖板200可透过锁设的方式固定在条状本体131a上，并且覆盖开口131d。盖板200上设有喷射孔200a，且喷射孔200a沿着条状喷头131的延伸方向设置。在一些例子中，喷射孔可为多个点状喷射孔，且这些点状喷射孔的排列方向延伸方向平行于条状本体131a的延伸方向。在一些实施例中，喷射孔200a可为渐缩设计，喷射孔200a的开孔大小是沿着流体的喷射方向逐渐缩小。在一些例子中，喷射孔200a是以放电加工法制作的微细孔，且喷射孔200a的孔径约为10μm到100μm。在一些特定例子中，喷射孔200a的孔径可约为50um～70um。

在一些实施例中，图1B所示的条状喷头131的设计并不限于包含条状本体131a以及盖板131b的分件式设计。在其他实施例中，条状喷头亦可为一体成型的设计。例如图3所示，其是绘示依照本揭露的各实施方式的一种条状喷头的局部剖示图。条状喷头300为一体成型的结构设计，且喷射孔300a是直接穿设于条状喷头300的底面且连通条状喷头300的内部空间300b。在一些实施例中，喷射孔300a可为多个线状喷射孔排列所组成，且这些线状喷射孔的延伸方向是平行于条状喷头300的延伸方向。在一些实施例中，喷射孔300a的开孔大小是沿着流体的喷射方向逐渐缩小。

在一些实施例中，流体喷射装置的结构亦可有其他的设计方式。请参照图4，其是绘示依照本揭露的各实施方式的一种流体喷射装置的装置示意图。流体喷射装置400主要包含条状喷头410、流体供应源420以及负压源430。在一些实施例中，条状喷头410包含互不连通的第一空间411以及第二空间412，且条状喷头410具有喷射孔413以及吸取孔414分别穿设条状喷头410的底面。其中，喷射孔413连通第一空间411，吸取孔414连接第二空间412。流体供应源420连接条状喷头410，且配置以提供流体至第一空间411中，以使流体自喷射孔413射出。负压源430连接条状喷头410且连通第二空间412。负压源430主要是配置以将第二空间412形成负压空间，以将外界物体从吸取孔414吸入第二空间412中。

在一些实施例中，例如前述的化学机械研磨机台是利用流体喷射装置来取代一般化学机械研磨机台的修整器。在其他实施例中，流体喷射装置亦可搭配化学机械研磨机台的修整器一并使用。请参照图5，其是绘示依照本揭露的各实施方式的一种化学机械研磨机台的装置示意图。主要包含研磨垫510、研磨头520、流体喷射装置530、修整器540以及研磨液供应源550。在一些实施例中，研磨头520、研磨液供应源550、修整器540以及流体喷射装置530是沿着研磨垫510的转动方向依序设置。

如图5所示，研磨液供应源550邻设研磨头520，主要可提供研磨液至研磨垫510上，透过研磨头520控制晶圆相对研磨垫510旋转，可研磨晶圆的表面。流体喷射装置530可设置在研磨垫510旁，并可用以对研磨垫510喷射流体。在一些例子中，流体可为液体(例如去离子水)、二相流体或气体。

修整器540主要是用来修整并维持研磨垫510的平整度，流体喷射装置530邻设于修整器540，用以清除研磨垫510上的研磨产物。在一些实施方式中，流体喷射装置530主要可包含条状喷头531以及流体供应源532。流体供应源532可连接或包含增压装置，增压装置配置以增压待供应的流体。流体供应源532配置以提供流体至条状喷头531中，进而使条状喷头531对研磨垫510喷射高压流体。在一些例子中，条状喷头531可用来喷射去离子水来清洁研磨垫510。

在一些实施例中，条状喷头531可设置于研磨垫510的径向上。在一些例子中，条状喷头531的长度可约等于研磨垫510的半径。在一些实施例中，条状喷头531上的喷射孔的设计形式可为线状喷射孔或点状喷射孔。在一些实施例中，条状喷头531的结构可与前述条状喷头131的结构相同，故于此不在赘述。

请同时参照图1A、图1C以及图6，其中图6是绘示依照本揭露的各实施方式的一种化学机械研磨制程的流程图。此化学机械研磨制程可使用化学机械研磨机台100来进行，其主要是在研磨晶圆的同时或的后喷射流体至研磨垫上，以清洁研磨垫。化学机械研磨制程可利用上述实施方式的流体喷射装置130来进行。此制程始于操作610，以放置晶圆在研磨垫110上。

接着，进行操作620，以使晶圆相对研磨垫110旋转，以研磨晶圆的表面。然后，进行操作630，以利用流体喷射装置130对研磨垫110喷射流体。在一些实施例中，对研磨垫110喷射流体的操作主要可在研磨晶圆的同时进行。在一些例子中，可喷射去离子水等清洗液至研磨垫110上，以在研磨晶圆的同时清除残留在研磨垫110上的研磨产物或其他异物。在其他例子中，亦可在研磨晶圆的同时喷射研磨液，以达到提供研磨液的目的。在其他实施例中，对研磨垫110喷射流体的操作亦可在研磨晶圆结束后进行。在一些例子中，可以10至30兆帕(Mpa)的压力喷射流体。在一些特定例子中，可以200kg/cm²(约20Mpa)的压力喷射流体。其中，依据不同的操作需求，操作610、620及630亦可使用如图5所示的化学机械研磨机台500来进行。

请同时参照图1A、图1C以及图7，其中图7是绘示依照本揭露的各实施方式的一种化学机械研磨制程的流程图。此化学机械研磨制程可使用化学机械研磨机台100来进行，其主要是在研磨晶圆的同时或的后喷射流体至研磨垫上，以清洁研磨垫。此制程始于操作710，以放置晶圆在研磨垫110上。

接着，进行操作720，以使晶圆相对研磨垫110旋转，以研磨晶圆的表面。然后，进行操作730，以利用流体喷射装置130进行第一喷射操作，第一喷射操作是以第一压力喷射流体至研磨垫110上，以概略地清洁研磨垫110。接着，进行操作740，以利用流体喷射装置130进行第二喷射操作，第二喷射操作是以第二压力喷射流体至研磨垫110上，以进一步清洁研磨垫110的结构细部。在一些例子中，第二压力大于第一压力。也就是说，可先利用较小压力喷射流体，以将研磨垫110上的部分物体(例如研磨产物或其他异物)喷除。然后，再利用较大压力喷射流体，以清除位于研磨垫110细部或深层结构中的残留物。在一些实施例中，第一喷射操作与第二喷射操作可在研磨晶圆的同时或的后进行。其中，依据不同的操作需求，操作710、720、730及740亦可使用如图5所示的化学机械研磨机台500来进行。

请同时参照图4以及图8，其中图8是绘示依照本揭露的各实施方式的一种化学机械研磨制程的流程图。此化学机械研磨制程主要是在研磨晶圆的同时或的后喷射流体至研磨垫上，以清洁研磨垫。化学机械研磨制程可利用上述实施方式的图4所示的流体喷射装置400来进行。此制程始于操作810，以放置晶圆在研磨垫上。

接着，进行操作820，以使晶圆相对研磨垫旋转，以研磨晶圆的表面。然后，进行操作830，以利用流体喷射装置400进行吸取操作，以吸取位于研磨垫上的部分研磨产物或异物，进而概略地清洁研磨垫。举例而言，可利用负压源430来控制第二空间412形成负压空间的方式来吸取研磨垫上的部分研磨产物或异物。接着，进行操作840，以利用流体喷射装置400进行喷射操作，以对研磨垫喷射流体，来去除研磨垫上的未被吸除的研磨产物或其他异物，以进一步清洁研磨垫的结构细部。举例而言，可利用流体供应源420第一空间411中，进而将流体喷射至研磨垫上的方式来清除研磨垫上的未被吸除的研磨产物或其他异物。

熟悉此技艺者应了解到，并非所有优点须已于此讨论，对于所有实施例或例子，没有特定的优点是必须的，且其他实施例或例子可提供不同的优点。

根据本揭露的一态样，化学机械研磨机台包含研磨垫、研磨头以及流体喷射装置。研磨头设置在研磨垫上方，配置以控制晶圆相对研磨垫旋转，以使研磨垫研磨晶圆的表面。流体喷射装置设置在该研磨垫上方，配置以对研磨垫喷射流体。其中，流体喷射装置包含条状喷头以及流体供应源。条状喷头具有第一空间以及与第一空间连通的喷射孔。喷射孔沿着条状喷头的延伸方向设置。流体供应源连接条状喷头，且流体供应源配置以提供流体至第一空间中，以使流体自喷射孔射出。

依据本揭露的一实施例，流体喷射装置还包含一装配座。装配座设置在研磨垫旁，其中条状喷头枢接在装配座上，且可相对装配座旋转，以改变喷射孔的喷射方向与研磨垫的表面的夹角。

依据本揭露的另一实施例，化学机械研磨机台还包含设置在研磨垫上方的修整器以及研磨液供应源。研磨头、研磨液供应源、修整器以及流体喷射装置是沿着研磨垫的转动方向依序设置。

依据本揭露的又一实施例，流体喷射装置还包含一负压源，且条状喷头还具有第二空间以及与第二空间连通的多个吸取孔。其中，第二空间连通负压源但不连通第一空间，负压源配置以将第二空间形成负压空间。

依据本揭露的再一实施例，条状喷头包含条状本体以及盖板。条状本体具有第一空间，其中条状本体具有一开口连通第一空间。盖板可拆卸地设置在条状本体上，且盖板盖设于条状本体的开口，其中喷射孔是设置在盖板上。

根据本揭露的另一态样，化学机械研磨制程是利用前述的化学机械研磨机台来进行。于化学机械研磨制程中，放置晶圆在研磨垫上。使该晶圆相对研磨垫旋转，以研磨晶圆的表面。

依据本揭露的又一实施例，利用流体喷射装置对研磨垫喷射流体的操作包含进行第一喷射操作以及进行第二喷射操作。第一喷射操作是利用该流体喷射装置以第一压力喷射出该流体。第二喷射操作是利用流体喷射装置以第二压力喷射流体于研磨垫上。其中，第二压力大于第一压力。

依据本揭露的另一实施例，流体喷射装置还包含负压源，且条状喷头还具有第二空间以及与第二空间连通的多个吸取孔。第二空间连通负压源但不连通第一空间，且负压源配置以将第二空间形成负压空间。其中，利用流体喷射装置对研磨垫喷射流体的操作包含进行吸取操作以及进行喷射操作。吸取操作是利用流体喷射装置吸取研磨垫上的研磨产物的第一部分。喷射操作是利用流体喷射装置对研磨垫喷射流体，来去除研磨垫上的研磨产物的第二部分。

依据本揭露的又一实施例，流体喷射装置还包含装配座设置在研磨垫旁。条状喷头枢接在装配座上且可相对装配座旋转。其中，利用流体喷射装置对研磨垫喷射流体的操作包含以喷射方向对研磨垫喷射流体，其中喷射方向与研磨垫的表面的夹角介于30～60度。

依据本揭露的再一实施例，利用流体喷射装置对研磨垫喷射流体的操作包含利用流体喷射装置喷射研磨液在研磨垫上。

上述已概述数个实施例的特征，因此熟悉此技艺者可更了解本揭露的态样。熟悉此技艺者应了解到，其可轻易地利用本揭露作为基础，来设计或润饰其他制程与结构，以实现与在此所介绍的实施方式相同的目的及/或达到相同的优点。熟悉此技艺者也应了解到，这类对等架构并未脱离本揭露的精神和范围，且熟悉此技艺者可在不脱离本揭露的精神和范围下，在此进行各种的更动、取代与替代。

Claims (8)

1.一种化学机械研磨机台，其特征在于，该化学机械研磨机台包含：

一研磨垫；

一研磨头，设置在该研磨垫上方，配置以控制一晶圆相对该研磨垫旋转，以使该研磨垫研磨该晶圆的表面；以及

一流体喷射装置，设置在该研磨垫上方，配置以对该研磨垫喷射一流体，其中该流体喷射装置包含：一条状喷头，具有一第一空间、以及与该第一空间连通的一喷射孔，该喷射孔沿着该条状喷头的一延伸方向设置；一流体供应源，连接该条状喷头，该流体供应源配置以提供该流体至该第一空间中，以使该流体液自该喷射孔射出；以及一负压源，其中该条状喷头还具有一第二空间以及与该第二空间连通的多个吸取孔，其中该喷射孔与该第一空间连通，该第二空间环绕该第一空间的不具有该喷射孔的侧面，该第二空间连通该负压源但不连通该第一空间，该负压源配置以将该第二空间形成负压空间。

2.根据权利要求1所述的化学机械研磨机台，其特征在于，该流体喷射装置还包含：

一装配座，设置在该研磨垫旁，其中该条状喷头枢接在该装配座上且可相对该装配座旋转，以改变该喷射孔的一喷射方向与该研磨垫的一表面的夹角。

3.根据权利要求1所述的化学机械研磨机台，其特征在于，还包含设置在该研磨垫上方的一修整器以及一研磨液供应源，其中该研磨头、该研磨液供应源、该修整器以及该流体喷射装置是沿着该研磨垫的一转动方向依序设置。

4.根据权利要求1所述的化学机械研磨机台，其特征在于，该条状喷头包含：

一条状本体，具有该第一空间，其中该条状本体具有一开口连通该第一空间；以及

一盖板，可拆卸地设置在该条状本体上，且盖设于该条状本体的开口，其中该喷射孔是设置在该盖板上。

5.一种化学机械研磨制程，其特征在于，其是利用如权利要求1的该化学机械研磨机台来进行，该化学机械研磨制程包含：

放置该晶圆在该研磨垫上；

使该晶圆相对该研磨垫旋转，以研磨该晶圆的表面；以及

利用该流体喷射装置对该研磨垫喷射一流体，其中该流体喷射装置还包含一负压源，且该条状喷头还具有一第二空间以及与该第二空间连通的多个吸取孔，其中该喷射孔与该第一空间连通，该第二空间环绕该第一空间的不具有该喷射孔的侧面，该第二空间连通该负压源但不连通该第一空间，该负压源配置以将该第二空间形成负压空间，其中利用该流体喷射装置对该研磨垫喷射该流体的操作包含：

进行一吸取操作，以利用该流体喷射装置吸取该研磨垫上的一研磨产物的一第一部分；以及

进行一喷射操作，以利用该流体喷射装置对该研磨垫喷射该流体，来去除该研磨垫上的该研磨产物的一第二部分。

6.根据权利要求5所述的化学机械研磨制程，其特征在于，利用该流体喷射装置对该研磨垫喷射该流体的操作包含：

进行一第一喷射操作，该第一喷射操作是利用该流体喷射装置以一第一压力喷射出该流体；以及

进行一第二喷射操作，该第二喷射操作是利用该流体喷射装置以一第二压力喷射该流体于该研磨垫上，其中该第二压力大于该第一压力。

7.根据权利要求5所述的化学机械研磨制程，其特征在于，该流体喷射装置还包含一装配座设置在该研磨垫旁，其中该条状喷头枢接在该装配座上且可相对该装配座旋转，其中利用该流体喷射装置对该研磨垫喷射该流体的操作包含以一喷射方向对该研磨垫喷射该流体，其中该喷射方向与该研磨垫的一表面的夹角介于30～60度。

8.根据权利要求5所述的化学机械研磨制程，其特征在于，利用该流体喷射装置对该研磨垫喷射该流体的操作包含利用该流体喷射装置喷射一研磨液在该研磨垫上。

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