CN110153872B - 研磨系统、晶片夹持装置及晶片的研磨方法 - Google Patents

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Abstract

一种研磨系统，包含一研磨平台、一研磨垫、一晶片夹持装置、一检测装置、一控制装置以及一推动机构。研磨垫连接研磨平台并被研磨平台驱动旋转。晶片夹持装置配置以夹持一晶片。检测装置配置以检测晶片的厚度以产生一厚度信息。厚度信息包含对应晶片的一第一区域的一第一厚度以及对应于晶片的一第二区域的一第二厚度。控制装置配置以根据第一厚度与第二厚度的差值以产生一驱动信号。推动机构配置以根据驱动信号提供一推力，以使晶片接触研磨垫以削减至目标厚度。

Description

研磨系统、晶片夹持装置及晶片的研磨方法
技术领域
本公开涉及一种研磨系统以及晶片的研磨方法，具体涉及一种可根据晶片不同区域的厚度进行研磨处理的研磨系统以及研磨方法。
背景技术
近年来，半导体集成电路(semiconductor integrated circuits)经历了指数级的成长。在集成电路材料以及设计上的技术进步下，产生了多个世代的集成电路，其中每一世代较前一世代具有更小更复杂的电路。在集成电路发展的过程中，当几何尺寸(也就是，工艺中所能产出的最小元件或者线)缩小时，功能密度(也就是，每一芯片区域所具有的互连装置的数目)通常会增加。一般而言，此种尺寸缩小的工艺可以提供增加生产效率以及降低制造成本的好处，然而，此种尺寸缩小的工艺也会增加制造与生产集成电路的复杂度。
在半导体元件制造中，化学机械研磨(CMP)扮演了相当重要的角色，化学机械研磨是一种集成电路成形的普遍施行方式。一般来说，化学机械研磨是应用于半导体晶片的平坦化工艺。化学机械研磨是同时利用物理及化学力来对晶片进行研磨。当晶片位于一研磨垫上时，一夹持装置施加一下压力于一晶片的背面。接着，当含有腐蚀性及反应性化学药品的一研磨浆通过晶片下方时，研磨垫与晶片可相对旋转，以对晶片进行研磨。化学机械研磨是一种达成整个晶片平坦化的有效方法。
虽然现有的半导体制造机台(包括晶片研磨系统)已经可符合上述一般的目的，但这些半导体制造机台及过滤方法仍不能在各方面令人满意。
发明内容
本公开一些实施例提供一种研磨系统，包含一研磨平台、一研磨垫、一晶片夹持装置、一检测装置、一控制装置以及一推动机构。研磨垫连接研磨平台并被研磨平台驱动旋转。晶片夹持装置配置以夹持一晶片。检测装置配置以检测晶片的厚度以产生一厚度信息，其中厚度信息包含对应晶片的一第一区域的一第一厚度以及对应于晶片的一第二区域的一第二厚度。控制装置配置以根据第一厚度与一目标厚度的差值以及根据第二厚度与目标厚度的差值以产生一驱动信号。推动机构配置以根据驱动信号提供对应于第一区域的一第一推力以及对应于第二区域的一第二推力，并且驱使晶片接触研磨垫以削减至目标厚度。其中，第一推力不同于第二推力。
本公开实施例另提供一种晶片夹持装置，包含一推动机构、多个驱动元件以及一气体控制模块。气体控制模块是连通于驱动元件，被配置以提供一气体至驱动元件以推动一晶片。驱动元件具有环形结构，驱动元件彼此连接并径向地排列，并且驱动元件的每一者于径向上的宽度皆相等。
本公开实施例提供一种晶片的研磨方法，包含检测一研磨垫上所设置的一晶片的厚度以产生一厚度信息，其中厚度信息包含对应晶片的一第一区域的一第一厚度以及对应于晶片的一第二区域的一第二厚度。再者，晶片的研磨方法还包含根据第一厚度以及一目标厚度的差值以及根据第二厚度与目标厚度的差值，以产生一驱动信号。另外，晶片的研磨方法还包含根据驱动信号产生一推力，以使晶片接触研磨垫，以削减至目标厚度。
附图说明
图1为根据本公开一些实施例的一研磨系统的示意图。
图2与图3为根据本公开一实施例的晶片夹持装置由一晶片承载座夹持半导体晶片的作动示意图。
图4与图5为根据本公开一实施例的晶片夹持装置夹持半导体晶片至研磨垫上的作动示意图。
图6为根据本公开一些实施例的研磨平台的俯视图。
图7为根据本公开一些实施例的研磨系统的部分元件示意图。
图8为根据本公开一实施例由检测装置所获得的半导体晶片的厚度分布图。
图9为根据本公开一实施例的图5中的夹持件由Z轴方向观看的仰视图。
图10为根据本公开另一实施例的研磨平台的俯视图。
图11为根据本公开另一实施例的图10中沿着A-A’剖线的研磨平台的剖面示意图。
图12为根据本公开一实施例的推动机构推动研磨垫的示意图。
图13为根据本公开实施例的研磨方法的流程图。
其中，附图标记说明如下：
100 研磨系统
102 晶片承载座
200 处理腔室
202 研磨平台
2021 第一窗口
2023 第二窗口
2025 容置槽
202A 研磨平台
204 研磨垫
206 晶片夹持装置
2061 控制阀门
207 晶片载具
2071 气体沟道
208 研磨浆提供器
2081 旋转手臂
2083 喷嘴
209 气体控制模块
210 研磨浆
212 研磨垫调节器
214 夹持件
216 挡环
2161 内环面
218 推动机构
2181 连接杆
2183 抵接部
2185 推动器
300 半导体晶片
302 背表面
304 研磨表面
400 检测装置
402 光发射器
404 光接收器
406 光谱仪
4061 光谱信号
408 处理器
410 存储电路
500 控制装置
Ax1 中心轴
D1 第一距离
D2 第二距离
Gp 间隔
IL 光束
P 检测位置
PSA 研磨区域
R 平台半径
Rh 半径
RL 反射光束
Rw 晶片半径
T1 第一厚度
T2 第二厚度
T3 目标厚度
A1～A10 区域
S1～S10 驱动元件
S100、S102、S104、S106、S108 操作
具体实施方式
以下公开的实施方式或实施例是用于说明或完成本公开的多种不同技术特征，所描述的元件及配置方式的特定实施例是用于简化说明本公开，使公开得以更透彻且完整，以将本公开的范围完整地传达予同领域熟悉此技术者。当然，本公开也可以许多不同形式实施，而不局限于以下所述的实施例。
在下文中所使用的空间相关用词，例如“在…下方”、“下方”、“较低的”、“上方”、“较高的”及类似的用词，是为了便于描述图示中一个元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系。除了在附图中绘示的方位之外，这些空间相关用词也意欲包含使用中或操作中的装置的不同方位。例如，装置可能被转向不同方位(旋转90度或其他方位)，而在此所使用的空间相关用词也可依此相同解释。此外，若实施例中叙述了一第一特征形成于一第二特征之上或上方，即表示其可能包含上述第一特征与上述第二特征是直接接触的情况，也可能包含了有附加特征形成于上述第一特征与上述第二特征之间，而使得上述第一特征与第二特征未直接接触的情况。
以下不同实施例中可能重复使用相同的元件标号和/或文字，这些重复是为了简化与清晰的目的，而非用以限定所讨论的不同实施例和/或结构之间有特定的关系。另外，在附图中，结构的形状或厚度可能扩大，以简化或便于标示。必须了解的是，未特别图示或描述的元件可以本领域普通技术人员所熟知的各种形式存在。
在半导体装置制造过程中，化学机械研磨是一种用于制造半导体装置的工艺。具体而言，化学机械研磨是使用化学物质与机械力的组合方式来对半导体装置(如晶片)的表面进行均匀化与平坦化的工艺。具有集成电路(Integrated circuit，IC)管芯的晶片是被放置在化学机械研磨系统的一处理腔室中，并且可在不同的工作站(stage)进行平坦化或研磨处理。化学机械研磨处理例如可使晶片的介电层、半导体层和/或导电材料层的表面平坦化。
化学机械研磨系统一般具有一可旋转的研磨平台，并且研磨平台上具有一研磨垫附着于其上。在某些化学机械研磨工艺中，一半导体晶片是颠倒放置于一夹持装置，并且半导体晶片是被夹持装置施加一下压力朝向研磨垫。另外，在研磨工艺中，当半导体晶片被夹持以朝向旋转中的研磨垫时，化学机械研磨系统中的一液体供应器可提供具有化学物质以及微研磨粒子的研磨浆至研磨垫上。在某些实施例中，研磨垫也可相对于研磨垫旋转。在某些实施例中，半导体晶片是与研磨垫沿着同方向旋转。在其他实施例中，半导体晶片是与研磨垫沿着不同方向旋转。
图1为根据本公开一些实施例的一研磨系统100的示意图。如图1所示，研磨系统100包含一处理腔室200，以形成一个封闭空间来容置在接下来将介绍的研磨系统100中的元件。一或多个载入端口(load port，图中未表示)是耦接于处理腔室200以允许一半导体晶片300或多个半导体晶片进入或退出研磨系统100。举例来说，进入或退出的半导体晶片可为产品晶片(production wafer)或测试晶片。在某些实施例中，半导体晶片的半径大约在200mm至600mm之间。另外，在某些实施例中，半导体晶片的半径可以约为300mm至450mm之间。半导体晶片的半径不限于此实施例。
根据一些实施例，半导体晶片300可由硅、锗或其他半导体材料所制成。根据一些实施例，半导体晶片300可由复合半导体所制成，如碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)、砷化铟(InAs)或磷化铟(InP)。根据一些实施例，半导体晶片300可由合金半导体所制成，如硅锗(SiGe)、硅锗碳(SiGeC)、磷砷化镓(GaAsP)或磷化铟镓(GaInP)。根据一些实施例，半导体晶片300可为硅绝缘体(silicon-on-insulator；SOI)或锗绝缘体(germanium-on-insulator；GOI)基板。
再者，如图1所示，研磨系统100可包含设置于处理腔室200中的一研磨平台202、一研磨垫204、一晶片夹持装置206以及一研磨浆提供器208。研磨垫204是设置于研磨平台202上并连接于研磨平台202，使得研磨平台202旋转时可带动研磨垫204绕着中心轴Ax1同步旋转。晶片夹持装置206是设置于研磨垫204上方，被配置以夹持一半导体晶片300沿着平行于中心轴Ax1的方向移动。研磨浆提供器208具有一液体出口，位于研磨垫204上方，配置以施加一研磨浆210到研磨垫204上。
在进行研磨工艺中，研磨浆提供器208会施加研磨浆210至研磨垫204上。在某些实施例中，研磨浆提供器208是连接于容置有研磨浆210的一槽体或一存储器(图中未表示)。在某些实施例中，研磨浆提供器208可包含一旋转手臂2081以及一喷嘴2083(例如可作为前述的液体出口)，喷嘴2083设置于旋转手臂2081的一端，并且旋转手臂2081可控制喷嘴2083靠近或远离研磨垫204。研磨浆210包含有反应化学物质(reactive chemicals)，此种反应化学物质会与半导体晶片300的研磨表面产生反应。另外，研磨浆210中也可包含研磨粒子，以对半导体晶片300进行机械式研磨。
在某些实施例中，研磨垫204是以足够硬的物质制成，以允许在研磨浆210中的研磨粒子可以机械式地对半导体晶片300进行研磨。另一方面，研磨垫204也要够软，以避免刮伤半导体晶片300。在某些实施例中，研磨垫204是以可拆卸并可粘贴的方式附着于研磨平台202上，举例来说，研磨垫204可通过一粘接膜(adhesive film)或胶水等连接至研磨平台202上。在研磨过程中，研磨平台202可通过一第一驱动机构(例如一马达，图中未表示)驱动而旋转，使得固定于其上的研磨垫204可随着研磨平台202旋转。
在研磨工艺中，晶片夹持装置206也可带动其上的半导体晶片300进行旋转。在某些实施例中，如图1所示，晶片夹持装置206与研磨垫204是以相同方向旋转(顺时针方向或逆时针方向)。在其他实施例中，晶片夹持装置206与研磨垫204是可以相反方向旋转。在研磨垫204与晶片夹持装置206旋转时，研磨浆210可流到半导体晶片300与研磨垫204之间。通过机械力以及研磨浆210中化学物质与半导体晶片300的研磨表面产生的化学反应，半导体晶片300的研磨表面可以被平坦化。在某些实施例中，晶片夹持装置206是由一第二驱动机构(图中未表示)所驱动。
再者，如图1所示，研磨系统100可进一步包含设置于处理腔室200中的一研磨垫调节器(pad conditioner)212，设置于研磨垫204上方，研磨垫调节器212配置以去除在研磨工艺中所产生不需要的副产物。在某些实施例中，研磨垫调节器212为一钻石盘(diamonddisk)，具有一基板以及嵌入或封装的切割钻石粒子于基板上。当研磨垫204需要被调整时，研磨垫调节器212可接触研磨垫204的表面，并且研磨垫204与研磨垫调节器212进行旋转，使得钻石盘上的凸出物或边缘相对于研磨垫204的表面移动，从而对研磨垫204进行抛光以及组织更新(re-texturizing)。研磨垫调节器212是可被一第三驱动机构(图中未表示)所驱动以进行移动与旋转。
另外，在某些实施例中，研磨垫调节器212上也可设置有尼龙(Nylon)材质的毛刷，用以清洁并去除在研磨工艺后在研磨垫204上残留的残渣物质。在去除残留的残渣物质后，研磨垫204可以恢复原有的粗糙度，以再次对相同或另一半导体晶片进行研磨处理。
再者，如图1所示，研磨系统100可还包含有一检测装置400以及一控制装置500。检测装置400是配置以检测半导体晶片300的厚度以产生一厚度信息。在某些实施例中，检测装置400是于研磨工艺中来检测半导体晶片300的厚度，而在某些实施例中，检测装置400是于相邻两次研磨工艺之间来检测半导体晶片300的厚度。举例而言，半导体晶片300的厚度可为半导体晶片300的研磨表面与半导体晶片的背表面沿着中心轴Ax1的距离。在某些实施例中，半导体晶片300的研磨表面是指半导体晶片300朝向研磨垫204的表面，而半导体晶片300的背表面是指半导体晶片300朝向晶片夹持装置206的表面。
控制装置500是配置以根据厚度信息产生一驱动信号，并且将此驱动信号提供至一驱动机构(例如前述的第一或第二驱动机构)，以使驱动机构根据驱动信号进行相对应的操作，从而获得更好的半导体晶片300的平坦化效果。于某些实施例中，控制装置500可为研磨系统100中的一电脑装置，例如可包含有一处理器以及一存储电路(图中未表示)。处理器可为一微处理器或一中央处理器。存储电路可为一存储器，存储有多个程式或指令，借以控制研磨系统100中某些元件的操作。
值得注意的是，图1中的研磨系统100仅为本公开实施例中的一举例，并非用以限定其范围。在不同实施例中，图1中的研磨系统100中的元件可根据实际需求增加或删减。举例而言，研磨系统100可还包含一液体分布器(图中未表示)，配置以分布一清洗液体，例如去离子水(de-ionized water)至研磨垫204的表面，使得在研磨工艺后残留在研磨垫204的表面上的粒子与研磨浆210可以被清洗干净。再者，研磨系统100也可包含其他工作站(station)，例如一清洁站、一干燥站或其他类型的工作站。因此，在化学研磨工艺(CMPprocess)之后，半导体晶片可以在清洁站执行清洁处理以及在干燥站进行干燥处理。
请参考图2与图3，图2与图3为根据本公开一实施例的晶片夹持装置206由一晶片承载座102夹持半导体晶片300的作动示意图。如图2所示，晶片夹持装置206包含一晶片载具207，配置以在研磨工艺中夹持以及固定半导体晶片300。于此实施例中，晶片载具207具有多个气体沟道2071，连通于一气体控制模块209。另外，晶片载具207下方可设置有一夹持件214，夹持件214可为一薄膜结构并且由可挠曲且可延伸的材料制成。举例来说，在某些实施例中，夹持件214可由乙烯丙烯橡胶，氯丁橡胶，丁腈橡胶等材料制成。如图2所示，夹持件214包含有多个区段的驱动元件，并且每一驱动元件中皆具有一沟道(图中未表示)，分别连通于气体沟道2071与气体控制模块209。夹持件214的驱动元件的结构与详细的作动方式将配合图9于后续加以说明。
如图2所示，半导体晶片300具有一背表面302以及一研磨表面304，并且晶片夹持装置206被移动到晶片承载座102上方以使夹持件214靠近半导体晶片300的背表面302。接着，气体控制模块209使气体沟道2071与夹持件214内的多个沟道形成真空状态。因此，如图3所示，半导体晶片300的背表面302会吸附于夹持件214的底部，并且半导体晶片300会随着晶片夹持装置206离开晶片承载座102。要注意的是，于此实施例中，晶片承载座102是设置于处理腔室200内承载座(未于图1中表示)。然而在其他实施例中，晶片承载座102也可以是研磨系统100中其他腔室的承载座。
如图3所示，晶片夹持装置206可还包含有一挡环216，设置于晶片载具207的底部并环绕夹持件214。在某些实施例中，在晶片夹持装置206夹持半导体晶片300时，晶片夹持装置206的中心轴是对位于半导体晶片300的中心，使得半导体晶片300的边缘与挡环216的一内环面2161之间具有相同的一间隔Gp。
接着请参考图4与图5，图4与图5为根据本公开一实施例的晶片夹持装置206夹持半导体晶片300至研磨垫204上的作动示意图。如图4所示，研磨垫204位于研磨平台202上，并且晶片夹持装置206是移动到研磨垫204的上方。本公开实施例的图4中仅表示研磨垫204与研磨平台202的部分结构，意即图4中的研磨垫204的结构并非是研磨垫204的中心部分。仔细而言，如图1所示，研磨垫204的中心轴Ax1可作为研磨垫204的旋转轴，并且图4所示的研磨垫204的结构是偏离研磨垫204的中心轴Ax1。举例来说，图4所示的研磨垫204的结构可为图1中的研磨垫204的左侧部分或右侧部分。
如图5所示，晶片夹持装置206朝研磨垫204方向移动并抵接于研磨垫204。接着，气体控制模块209停止气体沟道2071内的真空状态，使得半导体晶片300不被夹持件214所吸住。之后，气体控制模块209可经由气体沟道2071提供气体至夹持件214内，使得夹持件214中的各驱动元件充气后膨胀，进而抵接半导体晶片300的背表面302，以提供推力下压半导体晶片300，并且半导体晶片300的研磨表面304抵接研磨垫204以进行研磨处理。
于此实施例中，晶片夹持装置206可包含多个控制阀门2061，配置以控制气体控制模块209与各个驱动元件之间的连通。举例来说，控制阀门2061可控制夹持件214中的各驱动元件个别地被气体控制模块209充气或者是一起被气体控制模块209充气。于此实施例中，控制阀门2061是可通过无线方式连接至控制装置500，并且控制装置500可发送控制信号至控制阀门2061，以使控制阀门2061开启或关闭。再者，在某些实施例中，气体控制模块209以及夹持件214可定义为晶片夹持装置206中的一推动机构。在某些实施例中，推动机构也可定义包含有气体控制模块209、气体沟道2071、控制阀门2061以及夹持件214。
值得注意的是，挡环216朝向研磨垫204的底部具有一或多个沟槽(未显示于图中)，因此当晶片夹持装置206抵接研磨垫204旋转并且挡环216直接接触研磨垫204时，研磨浆210可以经由挡环216底面的沟槽流入或流出。在某些实施例中，挡环216可由耐磨材料制成，如塑料、陶瓷或聚合物制成。举例来说，挡环216可由聚硫化苯(polyphenylenesulfide，PPS)、聚二醚酮树脂(polyetheretherketone，PEEK)或其混合制成。另外，挡环216也可由聚胺甲酸酯(polyurethane)、共聚酯(polyester)、聚醚酯(polyether)或聚碳酸酯(polycarbonate)等聚合物制成，挡环216的材质不限于此实施例。
此外，在化学机械研磨工艺(CMP process)中，挡环216可用来维持半导体晶片300的位置，以避免半导体晶片300在旋转过程中偏移晶片夹持装置206的中心轴，进而旋转脱离研磨垫204。如图5所示的实施例，通过晶片夹持装置206带动半导体晶片300旋转并抵接旋转中的研磨垫204，可以实现半导体晶片300的化学机械研磨工艺，以达到半导体晶片300的平坦化的目的。
然而，送入研磨系统100中的半导体晶片300可能于前一道工艺中就产生了半导体晶片300厚度不均的问题，例如于先前的光刻工艺或沉积工艺中造成半导体晶片300的中心区域的厚度较小而边缘区域的厚度较大的问题。本公开实施例提供检测装置400，当半导体晶片300在同一处理腔室中进行研磨工艺时，检测装置400可以监控半导体晶片300上各区域的厚度，并且控制装置500可根据各区域的厚度调整提供给半导体晶片300的推力(下压力)，借以使半导体晶片300在研磨工艺中可以获得更好的平坦化效果。检测装置400与控制装置500的详细结构与作动将配合附图于后续加以说明。
请参考图6，图6为根据本公开一些实施例的研磨平台202的俯视图。如图6所示，研磨平台202具有一平台半径R，并且研磨平台202上设置有一第一窗口2021与一第二窗口2023。于某些实施例中，第一窗口2021与第二窗口2023例如为透明材质制成，以利光线可由研磨平台202的一侧经由第一窗口2021或第二窗口2023至研磨平台202的另一侧。如图6所示，第一窗口2021与研磨平台202的中心之间具有一第一距离D1，并且第二窗口2023与研磨平台202的中心之间具有一第二距离D2。在某些实施例中，第一距离D1可为0.4R至0.6R之间，而第二距离D2可为0.8R至R之间，其中R为研磨平台202的平台半径。
请同时参考图6与图7，图7为根据本公开一些实施例的研磨系统100的部分元件示意图。如图7所示，半导体晶片300的底面是在研磨平台202上的研磨垫204进行研磨。于此实施例中，检测装置400可为一光学检测系统，包含一光发射器402、一光接收器404、一光谱仪406、一处理器408以及一存储电路410。于此实施例中，光发射器402与光接收器404可为一光纤，但不限于此实施例。如图7所示，光发射器402是配置以发射一光束IL经由第一窗口2021至半导体晶片300底面的一检测位置P，并且光接收器404是配置以经由第二窗口2023接收由半导体晶片300上的检测位置P反射的一反射光束RL(第一窗口2021与第二窗口2023未于图7中表示)。另外，值得注意的是，研磨垫204对应于第一窗口2021与第二窗口2023也可以开设有窗口或透明物质以利光线通过。
值得注意的是，光发射器402可调整光束IL的入射角度以及强度，以使光束IL射到半导体晶片300上不同的位置。举例来说，光发射器402可具有一可旋转的发射头，以调整光束IL的发射角度。另外，反射光束RL的行进方向以及强度也会受到检测位置P的形状以及半导体晶片300与研磨平台202之间的距离的影响。
光谱仪406是配置以根据反射光束RL进行分析以产生一光谱信号4061。处理器408是配置以将光谱信号4061与存储于存储电路410的一光谱资料库比较，以获得关于检测位置P的厚度信息。在某些实施例中，反射光束RL的行进方向、强度以及半导体晶片300与研磨平台202之间的距离也可作为计算检测位置P的厚度信息的依据。处理器408在获得厚度信息后，可将厚度信息传送至控制装置500，接着控制装置500根据厚度信息产生一驱动信号至晶片夹持装置206，以调整晶片夹持装置206对半导体晶片300的推力(下压力)。
在某些实施例中，处理器408与存储电路410可整合于控制装置500，例如处理器408可与控制装置500的处理器整合，并且存储电路410可与控制装置500的存储电路整合。在某些实施例中，控制装置500是以有线方式提供驱动信号至晶片夹持装置206。在另一些实施例中，控制装置500是通过无线网络以无线方式提供驱动信号至晶片夹持装置206。
于某些实施例中，处理器408可为一微处理器或一中央处理器。存储电路410可为一随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(flash memory)、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、可抹除可规划只读存储器(EPROM)、电子抹除式可复写只读存储器(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、暂存器、硬盘、可携式硬盘、光碟只读存储器(Compact Disc Read-Only Memory，CD-ROM)或在本领域公知技术中任何其它电脑可读取的存储媒体格式。于此实施例中，存储电路410可被配置以存储关于半导体晶片300的不同材料以及厚度的多个光谱资料以作为光谱资料库。
请参考图8，图8为根据本公开一实施例由检测装置400所获得的半导体晶片300的厚度分布图。于此实施例中，检测装置400是由半导体晶片300中心沿着一径向朝边缘来测量半导体晶片300的厚度，意即图8为同一径向上不同位置的厚度图。然而，于其他实施例中，检测装置400也可任意地对半导体晶片300的不同径向上的不同位置测量厚度。另外，值得注意的是，检测装置400可于半导体晶片300未进行研磨处理前进行检测，或者是半导体晶片300进行第一次研磨处理时检测，又或者是半导体晶片300进行两次研磨处理之间时检测。检测装置400检测半导体晶片300厚度的时间点不限于此实施例。
如图8与图2所示，半导体晶片300可于半径Rw上相对于其中心定义有多个区域A1～A10。于此实施例中，区域A2～区域A10中每一区域的大小皆相等，而区域A1为区域A2大小的一半。接着，由图8可知，半导体晶片300于区域A6(第一区域)具有一第一厚度T1，而在其他区域，例如区域A8(第二区域)具有一第二厚度T2，并且第一厚度T1是大于第二厚度T2。因此可知，半导体晶片300在区域A6相较于其他区域凸出而不平整。半导体晶片300的厚度变化不限于此实施例，举例来说，在某些实施例中，半导体晶片300在区域A6～A10相较于区域A1～A5凸出而不平整，也就是其厚度高于区域A1～A5的厚度。在某一实施例中，区域A1至区域A10的厚度是逐渐增加，也就是半导体晶片300中心的厚度最小，而边缘的厚度最大。
请同时参考图5以及图8至图9。图9为根据本公开一实施例的图5中的夹持件214由Z轴方向观看的仰视图。如图9所示，夹持件214可具有多个驱动元件S1～S10。于此实施例中，驱动元件S2～S10可具有环形结构，并且驱动元件S1～S10是彼此连接且径向地排列。于此实施例中，夹持件214具有一半径Rh，大致上相等于晶片半径Rw，并且驱动元件S1～S10中的每一驱动元件沿着径向上的宽度皆相等。于其他实施例中，驱动元件S1～S10中的每一驱动元件的宽度也可设计为不相等。
在某些实施例中，驱动元件S1～S10是可分别对应于图8中半导体晶片300上定义的区域A1～A10。举例而言，驱动元件S1的半径与区域A1相等，驱动元件S2的宽度与区域A2相等，以此类推。于是，当控制装置500由处理器408得到如图8的厚度信息后，控制装置500可根据第一厚度T1与一目标厚度T3之间的差值以及第二厚度T2与目标厚度T3之间的差值产生一驱动信号，接着气体控制模块209根据驱动信号对驱动元件S1～S10充气，使得驱动元件S1～S10抵接半导体晶片300上的相对应区域并沿着垂直于半导体晶片300的背表面302的一垂直方向(如图5中的-Z轴方向)移动以提供推力(下压力)至半导体晶片300，使半导体晶片300于研磨垫204进行研磨。
于此实施例中，气体控制模块209是根据驱动信号提供较大的气体压力至驱动元件S6，使得驱动元件S6的膨胀率相较于其他区域大，借以使驱动元件S6于图5中沿着-Z轴方向提供较大的一第一推力至区域A6，而气体控制模块209可提供其他驱动元件相同的气体压力，使其他驱动元件的膨胀率相等并提供相同的一第二推力至半导体晶片300上相对应的区域。因此，控制装置500可控制半导体晶片300上的区域A6由第一厚度T1削减至目标厚度T3，并且其余的区域A1～A5以及区域A7～A10由第二厚度T2削减至目标厚度T3。在某些实施例中，第一推力对应于第一厚度T1与目标厚度T3之间的差值，而第二推力对应于第二厚度T2与目标厚度T3之间的差值。
气体控制模块209控制夹持件214的方式不限于上述实施例。在某些实施例中，当半导体晶片300上在区域A1～A10具有不同厚度时，气体控制模块209可根据控制装置500的驱动信号提供不同的气体压力至夹持件214上的驱动元件S1～S10，使得驱动元件S1～S10作为驱动元件并于垂直方向(如图5中的-Z轴方向)上移动不同的距离，以分别对应于区域A1～A10并提供不同的推力(下压力)，使得半导体晶片300上的区域A1～A10的厚度可削减至区域A1～A10中的最小厚度或一目标厚度T3。
另外，要注意的是，夹持件214上的驱动元件数目以及半导体晶片300上定义的区域数目不限于上述实施例。于其他实施中，夹持件214可具有更多的驱动元件，以对应于半导体晶片300上定义的不同区域。
请参考图10与图11，图10为根据本公开另一实施例的研磨平台202A的俯视图，而图11为根据本公开另一实施例的图10中沿着A-A’剖线的研磨平台202A的剖面示意图。如图10所示，研磨平台202A可定义一研磨区域PSA，研磨区域PSA的宽度可大于半导体晶片300的直径，并且控制装置500可控制晶片夹持装置206夹持半导体晶片300于研磨区域PSA内进行研磨。另外，于此实施例中第一窗口2021与第二窗口2023是设置于研磨区域PSA外。当检测装置400要对半导体晶片300进行厚度检测时，晶片夹持装置206可夹持半导体晶片300沿着Z轴方向移动，以使图7中的光发射器402所发射的光束IL可以照射到半导体晶片300的研磨表面304的每个位置。
再者，如图10与图11所示，研磨区域PSA内可形成有一容置槽2025，配置以容置一推动机构218。推动机构218可被控制装置500所控制，并且推动机构218包含多个驱动元件，朝向研磨垫204设置。在某些实施例中，驱动元件可由一油压缸、气压缸或是电动缸来实现，但不限于此。于此实施例中，驱动元件径向地排列(例如沿着Y轴方向)，并且每一驱动元件具有一连接杆2181以及一抵接部2183。于此实施例中，每一抵接部2183于径向(例如沿着Y轴方向)上的宽度可设计为相等。于其他实施例中，连接杆2181与抵接部2183可整合为一体成形的一推杆，并且每一推杆具有相同的宽度。
如图11所示，每一连接杆2181连接于一推动器2185，推动器2185可驱动连接杆2181与抵接部2183沿着Z轴方向移动以提供推力至研磨垫204。于此实施例中，推动器2185可提供不同的推力至不同的连接杆2181，以于研磨垫204的不同位置提供不同的推力。再者，于此实施例中，推动器2185可单独地或共同地提供推力至不同的连接杆2181。
请参考图11与图12，图12为根据本公开一实施例的推动机构218推动研磨垫204的示意图。举例来说，当控制装置500由厚度信息得知半导体晶片300的区域A7具有较大的厚度时(例如第一厚度T1)，而其他区域的厚度是相等时(例如是第二厚度T2)，控制装置500发送驱动信号至推动机构218，接着推动器2185驱动对应于区域A7的抵接部2183推动研磨垫204，使研磨垫204于Z轴方向产生形变，以提供推力至半导体晶片300的研磨表面304，如图12所示。因此，区域A7便可由第一厚度T1削减至第二厚度T2，或可使区域A1～10一起削减至目标厚度T3，以达成半导体晶片300平坦化的目的。
再者，于其他实施例中，推动机构218也可设计为具有环形结构。举例来说，每一抵接部2183可如驱动元件S2～S10设计为环形结构，并且沿着径向排列。另外，要注意的是，图12中研磨垫204的形变是为了清楚表示而绘示的示意图，研磨垫204实际上于Z轴方向的变化可以小于图12所表示的形变量。
请参考图13，图13为根据本公开实施例的研磨方法的流程图。在操作S100中，通过晶片夹持装置206设置一晶片(半导体晶片300)于一研磨垫204上进行研磨处理。在操作S102中，通过晶片夹持装置206沿着垂直于半导体晶片300的一垂直方向调整半导体晶片300与研磨垫204之间的距离，以使图2中的光发射器402所发射的光束IL可以照射到半导体晶片300的底面的每个位置。在操作S104中，通过检测装置400检测半导体晶片300的厚度以产生一厚度信息。厚度信息可包含对应半导体晶片300的一第一区域的一第一厚度T1以及对应于半导体晶片300的一第二区域的一第二厚度T2。在某些实施例中，第一厚度T1不同于第二厚度T2。
接着，在操作S106中，根据第一厚度T1以及一目标厚度T3的差值以及根据第二厚度T2与目标厚度T3的差值以产生一驱动信号。在操作S108中，控制装置500可根据驱动信号产生一推力，以使半导体晶片300接触研磨垫204以削减至目标厚度T3。要注意的是，前述操作不限于此实施例，操作的顺序可以变化或修正，或加上额外的操作。举例来说，操作S102也可在操作S100之前，或者也可于研磨方法中省略操作S102。
本公开实施例提供一种研磨系统100，研磨系统100可包含一检测装置400，配置以检测半导体晶片300上不同位置的厚度以获得厚度信息。当半导体晶片300上的第一区域的第一厚度T1大于第二区域的第二厚度T2时，控制装置500可控制推动机构以提供对应于第一区域的第一推力以及对应于第二区域的第二推力至半导体晶片300上，以使第一区域的厚度由第一厚度T1削减至第二厚度T2，或者可使第一区域与第二区域都削减至一目标厚度T3。
因此，本公开实施例的研磨系统100可通过监控半导体晶片300的厚度并相对应地调整施加于半导体晶片300上不同区域的推力，以使半导体晶片300在一次研磨工艺中即可获得更好的平坦化的效果，而不需要等到半导体晶片300退出研磨系统100后才检测是否有厚度不均的问题，接着才进行第二次研磨处理的情况产生。
本公开实施例提供一种研磨系统，包含一研磨平台、一研磨垫、一晶片夹持装置、一检测装置、一控制装置以及一推动机构。研磨垫连接研磨平台并被研磨平台驱动旋转。晶片夹持装置配置以夹持一晶片。检测装置配置以检测晶片的厚度以产生一厚度信息，其中厚度信息包含对应晶片的一第一区域的一第一厚度以及对应于晶片的一第二区域的一第二厚度。控制装置配置以根据第一厚度与一目标厚度的差值以及根据第二厚度与目标厚度的差值以产生一驱动信号。推动机构配置以根据驱动信号提供对应于第一区域的一第一推力以及对应于第二区域的一第二推力，并且驱使晶片接触研磨垫以削减至目标厚度。其中第一推力不同于第二推力。
根据一些实施例，推动机构设置于晶片夹持装置上，推动机构包含多个具有环形结构的驱动元件，并且驱动元件系径向地排列并沿着垂直于晶片的一方向移动以提供相对应的推力至晶片。
根据一些实施例，推动机构设置于研磨平台上并朝向研磨垫，推动机构包含多个驱动元件，并且驱动元件系径向地排列。
根据一些实施例，驱动元件的每一者为一推杆，配置以抵接研磨垫，并且驱动元件的每一者于径向上的宽度皆相等。
根据一些实施例，研磨平台具有一第一窗口以及一第二窗口，并且检测装置包含一光发射器、一光接收器以及一光谱仪。光发射器设置于第一窗口，配置以发射一光束至晶片。光接收器设置于第二窗口，配置以接收由晶片反射的一反射光束。光谱仪配置以根据反射光束的一光谱与一光谱资料库比较以产生厚度信息。第一窗口与第二窗口与研磨平台的中心的距离不相等。
本公开一些实施例另提供一种晶片夹持装置，包含一推动机构、多个驱动元件以及一气体控制模块。气体控制模块，连通于驱动元件，被配置以提供一气体至驱动元件以推动一晶片。驱动元件具有环形结构，驱动元件彼此连接并径向地排列，并且驱动元件的每一者于径向上的宽度皆相等。
根据一些实施例，晶片夹持装置还包含至少一控制阀门，配置以控制气体控制模块与驱动元件之间的连通。
根据一些实施例，气体控制模块被配置以提供不同的气体压力至不同的驱动元件，以使各驱动元件于垂直于晶片的一方向上移动不同距离。
本公开实施例提供一种晶片的研磨方法，包含检测一研磨垫上所设置的一晶片的厚度，以产生一厚度信息，其中厚度信息包含对应晶片的一第一区域的一第一厚度以及对应于晶片的一第二区域的一第二厚度。再者，晶片的研磨方法还包含根据第一厚度以及一目标厚度的差值以及根据第二厚度与目标厚度的差值以产生一驱动信号。另外，晶片的研磨方法还包含根据驱动信号产生一推力，以使晶片接触研磨垫，以削减至目标厚度。
根据一些实施例，根据驱动信号产生推力的方法还包含沿着垂直于晶片的一方向提供推力至晶片的一研磨表面或晶片的一背表面。
以上虽然详细描述了实施例及它们的优势，但应该理解，在不背离所附权利要求限定的本公开的构思和范围的情况下，对本公开可作出各种变化、替代和修改。此外，本申请的范围不旨在限制于说明书中所述的工艺、机器、制造、物质组成、工具、方法和步骤的特定实施例。作为本领域的普通技术人员将容易地从本公开中理解，根据本公开，可以利用现有的或今后将被开发的、执行与在本公开所述的对应实施例基本相同的功能或实现基本相同的结果的工艺、机器、制造、物质组成、工具、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在将这些工艺、机器、制造、物质组成、工具、方法或步骤包括它们的范围内。此外，每一个权利要求构成一个单独的实施例，且不同权利要求和实施例的组合都在本公开的范围内。

Claims (9)

1.一种研磨系统，包含：
一研磨平台；
一研磨垫，连接该研磨平台并被该研磨平台驱动旋转；
一晶片夹持装置，配置以夹持一晶片；
一检测装置，配置以检测该晶片的厚度以产生一厚度信息，其中该厚度信息包含对应该晶片的一第一区域的一第一厚度以及对应于该晶片的一第二区域的一第二厚度；
一控制装置，配置以根据该第一厚度与一目标厚度的差值以及根据该第二厚度与该目标厚度的差值以产生一驱动信号；以及
一推动机构，配置以根据该驱动信号提供对应于该第一区域的一第一推力以及对应于该第二区域的一第二推力，并且驱使该晶片接触该研磨垫以削减至该目标厚度，其中该第一推力不同于该第二推力；
其中所述推动机构包含多个驱动元件，所述多个驱动元件具有环形结构，所述多个驱动元件彼此连接并径向地排列，并且所述多个驱动元件的每一者于径向上的宽度皆相等；
其中该推动机构设置于该研磨平台的一容置槽内并朝向该研磨垫。
2.如权利要求1所述的研磨系统，其中多个所述驱动元件沿着垂直于该晶片的一方向移动以提供相对应的推力至该晶片。
3.如权利要求1所述的研磨系统，其中所述多个驱动元件的每一者为一推杆，配置以抵接该研磨垫，并且所述多个驱动元件于径向上的宽度皆相等。
4.如权利要求1至3中任一项所述的研磨系统，其中该研磨平台具有一第一窗口以及一第二窗口，并且该检测装置包含：
一光发射器，配置以发射一光束经由该第一窗口至该晶片；
一光接收器，配置以经由该第二窗口接收由该晶片反射的一反射光束；以及
一光谱仪，配置以根据该反射光束产生一光谱信号；
一处理器，配置以将该光谱信号与一光谱资料库比较以获得该厚度信息；
其中该第一窗口与该第二窗口与该研磨平台的中心的距离不相等。
5.一种研磨系统，包含：
一研磨平台；
一研磨垫，连接该研磨平台并被该研磨平台驱动旋转；
一晶片夹持装置，配置以夹持一晶片；
一检测装置，配置以检测该晶片的厚度以产生一厚度信息，其中该厚度信息包含对应该晶片的一第一区域的一第一厚度以及对应于该晶片的一第二区域的一第二厚度；
一控制装置，配置以根据该第一厚度与一目标厚度的差值以及根据该第二厚度与该目标厚度的差值以产生一驱动信号；以及
一推动机构，配置以根据该驱动信号提供对应于该第一区域的一第一推力以及对应于该第二区域的一第二推力，并且驱使该晶片接触该研磨垫以削减至该目标厚度，其中该第一推力不同于该第二推力，该推动机构包含：
多个驱动元件；以及
一气体控制模块，连通于所述多个驱动元件，被配置以提供一气体至所述多个驱动元件以推动所述晶片；
其中所述多个驱动元件具有环形结构，所述多个驱动元件彼此连接并径向地排列，并且所述多个驱动元件的每一者于径向上的宽度皆相等；其中该研磨平台定义有一研磨区域并且具有一第一窗口以及一第二窗口，并且该检测装置包含：
一光发射器，配置以发射一光束经由该第一窗口至该晶片；
一光接收器，配置以经由该第二窗口接收由该晶片反射的一反射光束；
一光谱仪，配置以根据该反射光束产生一光谱信号；以及
一处理器，配置以将该光谱信号与一光谱资料库比较以获得该厚度信息；
其中该第一窗口与该第二窗口与该研磨平台的中心的距离不相等，并且该第一窗口与该第二窗口设置于研磨区域外。
6.如权利要求5所述的研磨系统，其中该晶片夹持装置还包含多个控制阀门，配置以控制该气体控制模块与所述多个驱动元件之间的连通。
7.如权利要求5所述的研磨系统，其中该气体控制模块被配置以提供不同的气体压力至不同的驱动元件，以使各该驱动元件于垂直于该晶片的一方向上移动不同距离。
8.一种晶片的研磨方法，包含：
检测一研磨垫上所设置的一晶片的厚度，以产生一厚度信息，其中该厚度信息包含对应该晶片的一第一区域的一第一厚度以及对应于该晶片的一第二区域的一第二厚度，其中该研磨垫连接一研磨平台并被该研磨平台驱动旋转；
根据该第一厚度以及一目标厚度的差值以及根据该第二厚度与该目标厚度的差值，以产生一驱动信号；
藉由一推动机构根据该驱动信号产生一推力，以使该晶片接触该研磨垫，以削减至该目标厚度；
其中所述推动机构包含多个驱动元件，所述多个驱动元件具有环形结构，所述多个驱动元件彼此连接并径向地排列，并且所述多个驱动元件的每一者于径向上的宽度皆相等；
其中该推动机构设置于该研磨平台的一容置槽内并朝向该研磨垫。
9.如权利要求8所述的晶片的研磨方法，其中根据该驱动信号产生该推力的方法还包含：
沿着垂直于该晶片的一方向提供该推力至该晶片的一研磨表面或该晶片的一背表面。
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