CN1086976C - 化学机械研磨装置与方法 - Google Patents

Abstract

一种化学机械研磨装置，可应用于一化学研磨机台，此机台包括以固定方向旋转的一研磨台，且位于该研磨台上具有一研磨垫，该化学机械研磨装置至少包括：一第一调节刷、一第二调节刷以及一第三调节刷，通过三组调节刷的研磨可以将研磨垫磨平并且清洗干净，上述三组可调节刷的各表面可以分别为钻石颗粒、钻石薄膜以及刷子等，并且通过一可编程的控制摸组件来控制这些调节刷，其可按顺序或同时对研磨垫研磨。

Description

化学机械研磨装置与方法

本发明涉及一种化学机械研磨机台，特别是涉及一种具有多阶段式调节刷(conditioner)结构的化学机械研磨机台及其研磨方法。

在半导体制作工艺技术中，表面平坦化是处理高密度光刻的一项重要技术，因没有高低落差的平坦表面，才能避免曝光散射，而达到精密的图案转移(pattern transfer)。平坦化技术主要有旋涂式玻璃法(Spin-On Glass-SOG)与化学机械研磨法(CMP)等两种，但在半导体制作工艺技术进入毫微米(sub-half-micron)之后，旋涂式玻璃法已无法满足所需求的平坦度，所以化学机械研磨技术是现在唯一能提供超大规模集成电路(Very-Large ScaleIntegration-VLSI)，甚至极大规模集成电路(Ultra-Large Scale Integration-ULSI)制作工艺，“全面性平坦化(global planarization)”的一种技术。

请同时参照图1A与图1B，其分别绘示一种现有化学机械研磨机台的俯视与侧视图。其中包括：一研磨台10(polishing table)；一握柄11(holder)，用以抓住被研磨的晶片12；一研磨垫13(polishing pad)，铺在研磨台10上；一管件14(tube)，用以输送研浆15(slurry)到研磨垫13上；一液泵16，用以将研浆15抽送到管件14中；以及一调节刷17，用以刮平研磨垫13的表面。当进行化学机械研磨时，研磨台10与握柄11分别沿一定的方向旋转，如图中箭号18a与18b所示，且握柄11抓住晶片12的背面19，将晶片12的正面20压在研磨垫13上。管件14将液泵16所打进来的研浆15，持续不断地供应到研磨垫13上。所以，化学机械研磨程序就是利用研浆15中的化学试剂，在晶片12的正面20上产生化学反应，使其形成一易研磨层，再配合晶片12在研磨垫13上通过研浆15中研磨粒(abrasive particles)辅助的机械研磨，将易研磨层的凸出部分研磨，重复上述化学反应与机械研磨，即可形成平坦的表面。基本上，化学机械研磨技术是利用机械抛光的原理，配合适当的化学试剂(reagent)与研磨粒，将表面高低起伏不一的轮廓，一并加以“抛光”的平坦化技术。

上述现有化学机械研磨机台的缺点在于，传统的调节刷17无法有效且均匀地刮平研磨垫13的表面。请参照图2A和图2B，其绘示现有第一种化学机械研磨机台的俯视图与侧视图。此机台的型号为IPEC-472，其中有一研磨垫30，其位于研磨台32上，在研磨垫30上有晶片34与调节刷36等结构。当晶片34被研磨时，调节刷36会以箭头方向38做来回反复的运动，用以刮平研磨垫30的表面。又，请参照图2C和图2D，其绘示现有第二种化学机械研磨机台的俯视图与侧视图。此机台的型号为AMAT-Mirra，其中有一研磨垫40，其位于研磨台42上，而在研磨垫40上有晶片44与调节刷46等结构。当晶片44被研磨时，调节刷46会以箭头方向48做来回反覆的运动，用以刮平研磨垫40的表面。然后，再参照图2E，其绘示上述两种化学机械研磨机台调节刷的刮平轨迹示意图。可以看到，刮平的轨迹分布得并不均匀，有些部分几乎没有被刮磨，容易产生弱刮的现象(underconditioning)，例如在空白轨迹54处。有些部分则因容易重复刮磨，而产生过刮的现象(over conditioning)，例如在轨迹交点56处。只有少数地方才有正常的刮平情形(normal conditionin)，例如在轨迹52处。

综上所述，现有的调节刷结构，因为刮平轨迹结果分布都不均匀(如图2E所示)，因此具有刮磨不均匀的缺点。只要使用一段时间，就会使研磨垫的剖面很差，高低落差非常明显。如此一来，晶片的研磨也会跟着不均匀，严重降低化学机械研磨的质量与效果。

本发明的目的在于提供一种化学机械研磨装置，此装置具有多组不同研磨表面的调节刷(dressing pad)，用以对机台的研磨垫进行不同程度的研磨与清洗，以达到使研磨垫更加平整化的功效，进而确保制作工艺的稳定性。

本发明的目的是这样实现的，即提供一种化学机械研磨装置，应用于一化学研磨机台，该机台包括以固定方向旋转的一研磨台，且位于该研磨台上具有一研磨垫，该化学机械研磨装置至少包括：一第一调节刷，具有一第一表面可与该研磨垫接触，用以将该研磨垫进行粗磨；一第二调节刷，具有一第二表面可与该研磨垫接触，用以将该研磨垫进行细磨；以及一第三调节刷，具有一第三表面可与该研磨垫接触，用以将该研磨垫上的残余物去除。通过三组调节刷的研磨，可以将研磨垫加以磨平并且清洗干净。

本发明还提供一种化学机械研磨的方法，应用于一化学机械研磨机台上，该机台上具有多个调节刷以及一研磨垫，该方法是以该各调节刷同时与不同时两种情况选择一对该研磨垫进行研磨的。

上述三组可调节刷的各表面可以分别为钻石颗粒、钻石薄膜以及刷子等，并且由一可编程的控制模组件来控制这些调节刷，用一依序或同时对研磨垫加以研磨。

本发明装置及方法的优点在于，其设有三组调节刷，能将研磨垫更加平整干净，使晶片具有较好的平坦度，该研磨方法快速、便捷。

下面结合附图，详细说明本发明的实施例，其中：

图1A为现有一种化学机械研磨机台整体结构的俯视图；

图1B为现有一种化学机械研磨机台整体结构的侧视图；

图2A和图2B为现有第一种化学机械研磨机台的俯视图与侧视图；

图2C与图2D为现有第二种化学机械研磨机台的俯视图与侧视图；

图2E为现有第一种与第二种化学机械研磨机台调节刷的刮平轨迹示意图；

图3A为本发明化学机械研磨机台整体结构的俯视图；

图3B为本发明化学机械研磨机台整体结构的侧视图。

本发明提出一种关于可应用于化学机械研磨机台的化学机械研磨装置。请参考图3A与图3B，化学机械研磨机台至少包括以固定方向旋转的一研磨台60，且位于研磨台60上具有一研磨垫62，研磨垫用来对晶片64表面加以平坦化。本发明的化学机械研磨装置包括第一调节刷70，具有一表面可对研磨垫62进行粗磨；第二调节刷72，用以将研磨垫62进行细磨；以及第三调节刷74，其表面可以将研磨垫62上研磨后的残余物加以去除。

此外还包括一可编程控制模组件80与第一调节刷、第二调节刷72以及第三调节刷74耦接，用以控制各调节刷的动作程序。

上述的第一调节刷70与研磨垫62接触的表面70a具有钻石颗粒，可以先对研磨垫62进行大体上的研磨。调节刷70通过曲柄70b的移动，可以沿图中的A方向来运动，以此将研磨垫62进行研磨。此一步骤与现有技术相同。

之后，在由控制模组件80选择第二调节刷进行对研磨垫62的研磨。第二调节刷72与研磨垫62接触的表面可以为一层钻石镀膜(diamondfilm)。第二调节刷72仍可以如同第一调节刷70的方式运动，来对研磨垫62加以磨平。因为钻石镀膜的颗粒比第一调节刷70的钻石颗粒还细，所以研磨垫62在经过此步骤的研磨后，便可以更加地将研磨垫62细磨，以此达到更平整的效果。

接着，在启动第三调节刷74来对研磨垫62加以清洗。第三调节刷74可以是一刷子(brush)或具有可喷出高压去离子水柱(high pressure deionizedwater jet)的装置。研磨垫62在通过第一调节刷70的粗磨以及第二调节刷72的细磨之后，会产生一些残余碎屑于研磨垫62的表面。此时，第三调节刷74可以由控制模组件80的控制而启动，由刷子来刷除研磨垫62表面的残余碎屑，或是喷出高压去离子水柱来去除残余碎屑。经过此步骤后，研磨垫62不仅被研磨得很平整，而且可以将残余碎屑完全清除干净。因此，下次晶片64便可以获得更高的平坦化。

本发明的第一调节刷70至第三调节刷74最佳的操作顺序是，先以第一调节刷70的钻石颗粒对研磨垫62进行粗磨，接着以第二调节刷72的钻石薄膜来对研磨垫62进行细磨，以达到最佳的研磨效果。最后，再以第三调节刷74，以刷子或高压去离子水柱将经过第一与第二调节刷70、72研磨后产生的残余碎屑加以清除干净，以获得更平整的研磨垫62表面。

此三个调节刷的动作是由可编程控制模组件80来控制的。如以第一、第二与第三调节刷70、72与74的最佳顺序来进行对研磨垫62的研磨。然而，也可以使第一、第二与第三调节刷70、72与74同时(in-situ)对研磨垫62进行研磨工作，一面粗磨、一面细磨且同时将残余碎屑加以清除，以此更快速达到将研磨垫62平整化的速度，以节省时间。

此外，上述三个调节刷70～74的尺寸大小可以相同也可以相异，根据实际实施的情形来选择确定。而在某些情况下，如研磨垫62经过第一调节刷70的研磨及可以达到，也可以省略第二研磨刷72的功能，或者也可以再增加新的调节刷。因此本发明的调节刷至少要有两个，但前述以三个调节刷为例的实施例，仅为一例子，可以按实际需求来增加或减少调节刷的数目。

因此，本发明的特点是以数个不同的研磨表面来将研磨垫平整化，其顺序可先以具有钻石颗粒的调节刷来研磨，再以具有钻石薄膜的研磨刷来细磨，最后再以刷子或可喷出高压去离子水柱的调节刷来去除研磨后所留下的残余物。

本发明的特点是以多个不同的研磨表面来将研磨垫平整化，各个调节刷可以同时运作或个别运作。

综上所述，虽然以上结合一较佳实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围应视为所附的权利要求而界定的为准。

Claims (11)

1.一种化学机械研磨装置，应用于一化学研磨机台，该机台包括以固定方向旋转的一研磨台，且位于该研磨台上具有一研磨垫，其特征在于，该化学机械研磨装置至少包括：

一第一调节刷，具有一第一表面与该研磨垫接触，用以将该研磨垫进行粗磨；

一第二调节刷，具有一第二表面与该研磨垫接触，用以将该研磨垫进行细磨；以及

一第三调节刷，具有一第三表面与该研磨垫接触，用以将该研磨垫上的残余物去除。

2.如权利要求1所述的化学机械研磨装置，其特征在于，该第一调节刷的第一表面是由钻石颗粒所构成。

3.如权利要求1所述的化学机械研磨装置，其特征在于，该第二调节刷的第二表面是由钻石镀膜所构成。

4.如权利要求1所述的化学机械研磨装置，其特征在于，该第三调节刷的第三表面具有一刷子。

5.如权利要求1所述的化学机械研磨装置，其特征在于，该第三调节刷的该第三表面具有可喷出高压去离子水的装置。

6.如权利要求1所述的化学机械研磨装置，其特征在于，还包括一可编程控制模组件与该第一、该第二以及该第三调节刷耦接，用以控制各该第一、该第二以及该第三调节刷的动作程序。

7.如权利要求6所述的化学机械研磨装置，其特征在于，各该第一、该第二以及该第三调节刷按一固定顺序动作。

8.如权利要求6所述的化学机械研磨装置，其特征在于，各该第一、该第二以及该第三调节刷同时动作。

9.如权利要求1所述的化学机械研磨装置，其特征在于，各该第一、该第二以及该第三调节刷的尺寸为各不相同。

10.如权利要求1所述的化学机械研磨装置，其特征在于，各该第一、该第二以及该第三调节刷的尺寸为相同。

11.一种化学机械研磨的方法，应用于一化学机械研磨机台上，该机台上具有多个调节刷以及一研磨垫，其特征在于，该方法是以该各调节刷同时与不同时两种情况选择一对该研磨垫进行研磨的。

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