CN112885753B - 抛光垫修整器、化学机械抛光装置及用其抛光晶圆的方法 - Google Patents

抛光垫修整器、化学机械抛光装置及用其抛光晶圆的方法 Download PDF

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Abstract

本揭示公开一种抛光垫修整器，其包括壳体、修整盘及抽吸器件。所述壳体包括底壁及围绕所述底壁的侧壁。所述底壁设有开口。所述修整盘设置在所述侧壁上远离所述底壁的一端。所述修整盘设有多个通孔。所述修整盘与所述壳体共同构成一个与所述多个通孔连通的腔室。所述抽吸器件的一端通过所述底壁的开口抽吸所述腔室内的气体，以使所述修整盘的多个通孔内产生真空吸力。本揭示还公开一种包括所述抛光垫修整器的化学机械抛光装置，以及一种使用所述化学机械抛光装置抛光晶圆的方法。

Description

抛光垫修整器、化学机械抛光装置及用其抛光晶圆的方法
技术领域
本发明涉及化学机械抛光装置的技术领域，特别是涉及一种抛光垫修整器、一种包括所述抛光垫修整器的化学机械抛光装置，以及一种使用所述化学机械抛光装置抛光晶圆的方法。
背景技术
在半导体产业中，晶圆(wafer)必须先经过化学机械抛光(chemical mechanicalpolishing，CMP)以使其表面平坦，再于其上进行制作芯片(chip)的制程，以提升制作芯片的良率。
化学机械抛光包括：将晶圆压置于抛光垫(polishing pad)上，在抛光垫上加入含有抛光颗粒的抛光浆(slurry)，以及通过旋转抛光垫来抛光所述晶圆。在完成一片晶圆的抛光之后，通常会以去离子水(deionized water，DIW)清洗(rinse)抛光垫及晶圆。在清洗抛光垫及晶圆之后，通常会有大量的去离子水残留在抛光垫的表面上。在下一片晶圆抛光时，残留的去离子水会稀释抛光浆，从而降低抛光初期的抛光速度。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种抛光垫修整器，其包括壳体、修整盘及抽吸器件；所述壳体包括底壁及围绕所述底壁的侧壁，所述底壁设有开口；所述修整盘设置在所述侧壁上远离所述底壁的一端，所述修整盘设有多个通孔，所述修整盘与所述壳体共同构成一个与所述多个通孔连通的腔室；所述抽吸器件的一端通过所述底壁的开口抽吸所述腔室内的气体，以使所述修整盘的多个通孔内产生真空吸力。
在一方面，所述多个通孔仅设置在所述修整盘的周缘。
在一方面，所述抽吸器件为抽吸管，所述抽吸管的一端通过所述底壁的开口设置于所述腔室内。
在一方面，所述抛光垫修整器还包括转动轴，所述转动轴包括连接于所述底壁远离所述修整盘的表面上的第一端，以及与所述底壁的开口连通且容纳所述抽吸管的一部分的第一通道；所述转动轴用于使所述壳体及设置于所述壳体内的修整盘转动。
在一方面，所述抛光垫修整器还包括机械手臂，所述机械手臂用于使所述修整盘相对于所述抛光垫待修整的表面进行垂直移动或水平移动；所述机械手臂包括第二通道以及连接至所述转动轴的第二端的终端；所述第二端与所述第一端相对；所述终端设有终端开口；所述第二通道通过所述终端开口与所述第一通道连通，用以容纳所述抽吸管的一部分。
在一方面，所述抛光垫修整器还包括输水管，所述输水管的一端通过所述底壁的所述开口设置于所述腔室内，且配置成向所述腔室内输出清洗液，以清洗所述修整盘的多个通孔。
在一方面，所述修整盘包括基盘及抛光颗粒；所述多个通孔沿所述基盘的边缘排成一圈；所述抛光颗粒设置在所述基盘远离所述底壁的表面上，用以修整抛光垫待修整的表面。
在一方面，所述基盘远离所述底壁的表面包括叶轮状通道区，所述叶轮状通道区包括中心区、环状区及多个从所述中心区延伸至所述环状区的肋状区，所述叶轮状通道区内未设置所述抛光颗粒。
在一方面，所述多个通孔设置在所述环状区内。
本发明还提供一种化学机械抛光装置，其特征在于，包括：抛光垫；
载台，被配置成承载并旋转所述抛光垫；抛光浆注入器，被配置成将抛光浆注入到所述抛光垫上；冲洗器，被配置成释出冲洗液，以冲洗所述抛光垫；以及前述抛光垫修整器，被配置成在修整所述抛光垫时，移动到所述抛光垫的上方，使得所述抛光垫修整器的修整盘面向并接触所述抛光垫待修整的表面。
本发明还提供一种使用前述化学机械抛光装置抛光晶圆的方法，其包括：将一片晶圆置于所述抛光垫上；通过所述抛光浆注入器将所述抛光浆注入到所述抛光垫上；通过所述载台旋转所述抛光垫，以通过所述经旋转的抛光垫及所述抛光浆对所述晶圆进行抛光；在完成所述晶圆的抛光后，通过所述冲洗器以所述冲洗液冲洗所述抛光垫及所述晶圆；移除所述晶圆；以及通过所述抛光垫修整器吸除残留在所述抛光垫上的冲洗液。
在一方面，所述抛光垫修整器还包括输水管，所述输水管的一端通过所述底壁的所述开口设置于所述腔室内且配置成向所述腔室内输出清洗液；以及所述方法还包括：通过所述输水管向所述腔室内输出清洗液；以及通过所述抽吸器件抽吸进入所述腔室的清洗液，以对所述抽吸器件进行冲洗。
在本发明所提供的抛光垫修整器中，所述修整盘的周缘设有多个通孔，所述修整盘与所述壳体共同构成一个与所述多个通孔连通的腔室，所述抽吸器件的一端通过所述底壁的开口抽吸所述腔室内的气体，以使所述腔室转变成真空状态，进而使所述修整盘的多个通孔内产生真空吸力。当所述抛光垫修整器置于抛光垫表面上时，所述多个通孔内的真空吸力可将残留在抛光垫表面上的液体吸入所述腔室，接着所述抽吸器件吸除被吸入所述腔室内的所述液体。
再者，所述抛光垫修整器可应用于化学机械抛光装置及使用其抛光晶圆的方法。在化学机械抛光装置以去离子水清洗一片晶圆之后，且在抛光下一片晶圆之前，可通过所述抛光垫修整器吸除残留在抛光垫表面上的去离子水，以避免化学机械抛光装置在抛光下一片晶圆时所注入于抛光垫表面上的抛光浆被去离子水稀释，使得下一片晶圆在抛光初期的抛光速度更加稳定及提高抛光浆的利用效率，进而减少了每片晶圆的抛光时间、提高化学机械抛光装置每小时抛光的晶圆数量及减少抛光浆的用量，从而节约成本。
附图说明
为了更清楚地说明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的抛光垫修整器的示意图。
图2是图1的抛光垫修整器的剖面图。
图3是图1的抛光垫修整器的修整盘的示意图。
图4是含有图1的抛光垫修整器的化学机械抛光装置的示意图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附加的图示，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如[上]、[下]、[顶部]、[底部]、[左]、[右]、[内]、[外]、[侧面]等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。
请参阅图1及图2。图1是本发明实施例的抛光垫修整器100的示意图。图2是图1的抛光垫修整器100的剖面图。本发明提供一种抛光垫修整器100，其包括壳体10、修整盘(conditioning disk)20及抽吸器件。所述壳体10包括底壁12及围绕所述底壁12的侧壁14。所述底壁12及所述侧壁14可一体成形。即，所述侧壁14可从所述底壁12的周缘延伸而出。所述底壁12设有开口121。所述壳体10可为云台。所述壳体10的材质可为具有高硬度的金属材料(例如镍铬合金、铬合金或钛合金)或高硬度非金属材料(例如陶瓷或高分子材料)，但不限于此。
请参照图2，所述修整盘20设置在所述壳体10内。具体地，所述修整盘20设置在所述侧壁14上远离所述底壁12的一端，用于修整抛光垫的表面。所述修整盘20为可拆卸地连接于所述壳体10，以便于更换所述修整盘20。在一实施例中，所述修整盘20亦可固定连接于所述壳体10。所述修整盘20与所述壳体10共同构成一个与所述多个通孔22连通的腔室16。所述修整盘20设有多个通孔22。在一实施例中，所述多个通孔22仅设置在所述修整盘20的周缘。
具体地，请参照图3，所述修整盘20可包括基盘24及抛光颗粒28。在一实施例中，所述多个通孔22可沿所述基盘24的边缘排成一圈。所述抛光颗粒28设置在所述基盘24远离所述底壁12的表面上，用以修整所述抛光垫待修整的表面。所述抛光颗粒28可通过黏合层黏附于所述基盘24，亦可通过焊料焊接于所述基盘24，但不限于此。在化学机械抛光的过程中，所述抛光垫的表面会堆积从晶圆磨除掉的晶圆颗粒及抛光浆中的抛光颗粒等杂质，使所述抛光垫的表面变得平滑而失去抛光能力。所谓「修整抛光垫」是通过将所述修整盘20的抛光面压在所述抛光垫的表面上并进行旋转，使得所述抛光颗粒28移除堆积在所述抛光垫的表面上的杂质，以及适度地刮除所述抛光垫的表面，以维持所述抛光垫的表面的粗糙度，进而维持所述抛光垫的抛光效率。抛光颗粒28的材质可为钻石或立方氮化硼，但不限于此，只要是硬度足以移除堆积在所述抛光垫的表面上的杂质及刮除所述抛光垫的表面的材质即可。所述基盘24的材质可为具有高硬度的金属材料(例如镍铬合金、铬合金或钛合金)或高硬度非金属材料(例如陶瓷或高分子材料)，但不限于此。在一实施例中，所述基盘24可与所述壳体10可一体成形。
请参照图3，在一实施例中，所述基盘24远离所述底壁12的表面可包括叶轮状通道区210及多个扇形修整区220。具体地，所述叶轮状通道区210包括中心区212、环状区214及多个肋状区216。所述中心区212位于所述基盘24的中心。所述环状区214位于所述基盘24的周缘。每一个肋状区216从所述中心区212延伸至所述环状区214。每两个肋状区216与所述中心区212及所述环状区214界定出一个扇形修整区220。所述抛光颗粒28仅设置于所述多个扇形修整区220内，而未设置于所述叶轮状通道区210内。所述多个肋状区216可沿所述基盘24的圆周均匀分布，使各个扇形修整区220的形状均相同，以保证各个扇形修整区220的修整效果基本相同。所述多个通孔22可设置在所述环状区214内。所述叶轮状通道区210的设置是为了提升修整液进入所述扇形修整区220的效率，以及将所述扇形修整区220从所述抛光垫移除的微粒子排出所述扇形修整区220的效率，从而提高所述抛光垫修整器100的修整效果。所述微粒子包括所述扇形修整区220从所述抛光垫的表面刮除的物质及前述杂质。请参图3，在一实施例中，所述多个肋状区216整体的弯曲方向，可与所述修整盘20的旋转方向N(例如逆时钟方向)相同，以利于所述修整液进入所述肋状区216，亦有利于所述微粒子排出所述肋状区216。
请参照图2，所述抽吸器件的一端通过所述底壁12的开口121抽吸所述腔室16内的气体，以使所述修整盘20的多个通孔22内产生真空吸力。在一实施例中，所述抽吸器件可为抽吸管30。所述抽吸管30的一端通过所述底壁12的开口121设置于所述腔室16内，另一端与抽吸装置35连接。所述抽吸装置35可包括帮浦。所述抽吸装置35通过所述抽吸管30抽吸所述腔室16内的气体、液体及/或物质。当所述修整盘20置于所述抛光垫的表面上且所述抽吸管30进行抽吸时，所述腔室16转变成真空状态，且在所述修整盘20的多个通孔22内产生真空吸力。当所述抛光垫的表面上残留有液体(诸如去离子水)时，所述多个通孔22内的真空吸力将所述液体吸入所述腔室16，接着通过所述抽吸管30吸除被吸入所述腔室16内的所述液体。据此，在化学机械抛光装置以去离子水清洗一片晶圆之后，且在抛光下一片晶圆之前，所述抛光垫修整器100能真空吸除残留在所述抛光垫的表面上的去离子水。此能避免化学机械抛光装置在抛光下一片晶圆时所注入于抛光垫表面上的抛光浆被去离子水稀释，使得下一片晶圆在抛光初期的抛光速度更加稳定及提高抛光浆的利用效率，进而减少了每片晶圆的抛光时间、提高化学机械抛光装置每小时抛光的晶圆数量及减少抛光浆的用量，从而节约成本。
请参阅图1及图2，在一实施例中，所述抛光垫修整器100还可包括转动轴50。所述转动轴50包括连接于所述底壁12远离所述修整盘20的表面上的第一端51。在一实施例中，所述壳体10为可拆卸地连接于所述转动轴50的第一端51，以便于更换所述壳体10。所述转动轴50还包括与所述底壁12的开口121连通且容纳所述抽吸管30的一部分的第一通道52。所述转动轴50是用于使所述壳体10及设置于所述壳体10内的修整盘20为可转动的。具体地，当所述抛光垫向一个方向(例如逆时钟方向)旋转时，可带动放置于其上的所述修整盘20朝同一个方向旋转。
请参阅图1及图2，在一实施例中，所述抛光垫修整器100还可包括机械手臂60。所述机械手臂60包括连接于所述转动轴50的第二端53的终端62。所述第二端53与所述第一端51为所述转动轴50的相对两端。在一实施例中，所述转动轴50为可拆卸地连接于所述机械手臂60，以便于更换所述转动轴50。所述机械手臂60用于使所述修整盘20相对于所述抛光垫待修整的表面进行垂直移动或水平移动。具体地，所述机械手臂60可与驱动装置(省略图示)连接。所述驱动装置使所述机械手臂60进行垂直移动或水平移动，以带动所述转动轴50、所述壳体10及所述修整盘20相对于所述抛光垫的表面进行垂直移动或水平移动。所述机械手臂60还包含第二通道64。所述终端62设有终端开口66。所述第二通道64通过所述终端开口66与所述第一通道52连通，用以容纳所述抽吸管30的一部分。亦即，所述抽吸管30的一端穿过所述机械手臂60的第二通道64及终端开口66、所述转动轴50的第一通道52及所述底壁12的开口121设置于所述腔室16内，另一端与所述抽吸装置35连接。在一变形例中，所述抽吸器件也可以由所述转动轴50与所述机械手臂60本身构成，亦即所述抽吸装置35可通过所述转动轴50的第一通道52与所述机械手臂60的第二通道64，抽吸所述腔室16内的气体、液体及/或物质。
请参照图2，在一实施例中，所述抛光垫修整器100还可包括输水器件。所述输水器件的一端通过所述底壁12的所述开口121且配置成向所述腔室16内输出清洗液。所述清洗液可为去离子水，但不限于此。在本实施例中所述输水器件为输水管70，但不限于此。所述输水管70的一端通过所述底壁12的所述开口121设置于所述腔室16内，且配置成向所述腔室16内输出清洗液，以清洗所述修整盘20的多个通孔22。具体地，所述输水管70的一端穿过所述机械手臂60的第二通道64及终端开口66、所述转动轴50的第一通道52及所述底壁12的开口121设置于所述腔室16内，另一端用于与输水装置75连接。具体地，所述输水装置75包括帮浦。所述输水装置75通过所述输水管70向所述腔室16输入所述清洗液。所述清洗液从所述腔室16通过所述多个通孔22流出，以将所述多个通孔22内的杂质去除。在另一实施例中，在所述输水管70向所述腔室16内输出清洗液后，可立即通过所述抽吸器件抽吸进入所述腔室16的清洗液，以对所述抽吸器件的内部进行冲洗。
请参照图2，在一实施例中，所述抛光垫修整器100还可包括密封垫40。所述密封垫40设置在所述底壁12的开口121中。所述密封垫40设有仅允许所述抽吸管穿过的穿孔41，及/或仅允许所述输水管70穿过的穿孔42。所述密封垫40用于使所述腔室16更为密封，以加速所述腔室16转变成真空状态，进而增强多个在通孔22内产生真空吸力。
请参阅图4，本发明还提供一种化学机械抛光装置500，其包括：载台510、抛光垫520、抛光浆注入器530、晶圆夹持器540、冲洗器550及前述抛光垫修整器100。所述抛光垫520设置于所述载台510上。所述载台510被配置成承载并旋转所述抛光垫520。所述抛光浆注入器530被配置成将抛光浆注入到所述抛光垫520上。所述抛光浆包括抛光颗粒及分散液。所述抛光颗粒可为二氧化硅、氧化锆及二氧化铈，但不限于此。所述分散液可为酸性或碱性的蚀刻溶液，例如氢氧化钾水溶液，但不限于此。所述晶圆夹持器540被配置成压置晶圆600于所述抛光垫520上，使所述晶圆600待抛光的表面面对并接触所述抛光垫520。所述冲洗器550被配置成释出冲洗液，以冲洗所述抛光垫520及所述晶圆600。所述冲洗液可为去离子水，但不但于此。
请参阅图4，本发明还提供一种使用前述化学机械抛光装置500抛光晶圆的方法，包括：通过所述晶圆夹持器540将一片晶圆600压置于所述抛光垫520上；通过所述抛光浆注入器530将所述抛光浆注入到所述抛光垫520上；通过所述载台510旋转所述抛光垫520，以通过所述经旋转的抛光垫520及所述抛光浆对所述晶圆600进行抛光；在完成所述晶圆600的抛光后，通过所述冲洗器550以所述冲洗液冲洗所述抛光垫520及所述晶圆600；移除所述晶圆600；以及通过所述抛光垫修整器100吸除残留在所述抛光垫520上的冲洗液。在一实施例中，所述抛光垫修整器100包括有输水管70，所述输水管70的一端通过所述底壁12的所述开口121设置于所述腔室16内且配置成向所述腔室16内输出清洗液；并且所述方法还包括：通过输水管70向所述腔室16内输出清洗液；以及通过所述抽吸器件抽吸进入所述腔室16的清洗液，以对所述抽吸器件进行冲洗。
所述通过所述抛光垫修整器100吸除残留在所述抛光垫520上的冲洗液的步骤包括：将所述抛光垫修整器100移动至所述抛光垫520的上方，使得所述抛光垫修整器100的修整盘20面向并接触所述抛光垫520待修整的表面；通过所述抽吸器件抽吸所述腔室16内的气体，使得所述修整盘20的多个通孔22内产生真空吸力，以吸除残留在所述抛光垫520上的冲洗液。
在本发明所提供的抛光垫修整器中，所述修整盘的周缘设有多个通孔，所述修整盘与所述壳体共同构成一个与所述多个通孔连通的腔室，所述抽吸器件的一端通过所述底壁的开口抽吸所述腔室内的气体，以使所述腔室转变成真空状态，进而使所述修整盘的多个通孔内产生真空吸力。当所述抛光垫修整器置于抛光垫表面上时，所述多个通孔内的真空吸力可将残留在抛光垫表面上的液体吸入所述腔室，接着所述抽吸器件吸除被吸入所述腔室内的所述液体。
再者，所述抛光垫修整器可应于化学机械抛光装置及使用其抛光晶圆的方法。在化学机械抛光装置以去离子水清洗一片晶圆之后，且在抛光下一片晶圆之前，可通过所述抛光垫修整器吸除残留在抛光垫表面上的去离子水，以避免化学机械抛光装置在抛光下一片晶圆时所注入于抛光垫表面上的抛光浆被去离子水稀释，使得下一片晶圆在抛光初期的抛光速度更加稳定及提高抛光浆的利用效率，进而减少了每片晶圆的抛光时间、提高化学机械抛光装置每小时抛光的晶圆数量及减少抛光浆的用量，从而节约成本。
虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种抛光垫修整器，其特征在于，包括：
壳体，包括底壁及围绕所述底壁的侧壁，其中所述底壁的中心设有开口；
修整盘，设置在所述侧壁上远离所述底壁的一端，其中所述修整盘设有多个通孔，且所述修整盘与所述壳体共同构成一个与所述多个通孔连通的腔室；
转动轴，包括连接于所述底壁远离所述修整盘的表面的第一端、与所述第一端相对的第二端，以及与所述底壁的开口连通的第一通道，且配置成使所述壳体及设置于所述壳体内的修整盘转动；
机械手臂，包括第二通道及连接至所述转动轴的第二端的终端，且配置成使所述修整盘相对于所述抛光垫待修整的表面进行垂直移动或水平移动，其中所述终端设有终端开口，且所述第二通道通过所述终端开口与所述第一通道连通；
输水管，所述输水管的一端通过所述机械手臂的第二通道及终端开口、所述转动轴的第一通道及所述底壁的开口设置于所述腔室内，且配置成向所述腔室内输出清洗液，用以清洗所述修整盘的多个通孔；
抽吸管，其中所述抽吸管的一端通过所述机械手臂的第二通道及终端开口、所述转动轴的第一通道及所述底壁的开口设置于所述腔室内，且配置成抽吸所述腔室内的气体，用以使所述修整盘的多个通孔内产生真空吸力；以及
密封垫，设置在所述底壁的开口中，且设有仅允许所述抽吸管穿过的第一穿孔及仅允许所述输水管穿过的第二穿孔。
2.根据权利要求1所述的抛光垫修整器，其特征在于，所述多个通孔仅设置在所述修整盘的周缘。
3.根据权利要求1所述的抛光垫修整器，其特征在于，所述修整盘包括：
基盘，其中所述多个通孔沿所述基盘的边缘排成一圈；以及
抛光颗粒，设置在所述基盘远离所述底壁的表面上，用以修整所述抛光垫待修整的表面。
4.根据权利要求3所述的抛光垫修整器，其特征在于，所述基盘远离所述底壁的表面包括叶轮状通道区，所述叶轮状通道区包括中心区、环状区及多个从所述中心区延伸至所述环状区的肋状区，且所述叶轮状通道区内未设置所述抛光颗粒。
5.根据权利要求4所述的抛光垫修整器，其特征在于，所述多个通孔设置在所述环状区内。
6.一种化学机械抛光装置，其特征在于，包括：
抛光垫；
载台，被配置成承载并旋转所述抛光垫；
抛光浆注入器，被配置成将抛光浆注入到所述抛光垫上；
冲洗器，被配置成释出冲洗液，以冲洗所述抛光垫；以及
根据权利要求1至5中任一项所述的抛光垫修整器，被配置成在修整所述抛光垫时，移动到所述抛光垫的上方，使得所述抛光垫修整器的修整盘面向并接触所述抛光垫待修整的表面。
7.一种使用根据权利要求6所述的化学机械抛光装置抛光晶圆的方法，其特征在于，包括：
将一片晶圆置于所述抛光垫上；
通过所述抛光浆注入器将所述抛光浆注入到所述抛光垫上；
通过所述载台旋转所述抛光垫，以通过所述经旋转的抛光垫及所述抛光浆对所述晶圆进行抛光；
在完成所述晶圆的抛光后，通过所述冲洗器以所述冲洗液冲洗所述抛光垫及所述晶圆；
移除所述晶圆；以及
通过所述抛光垫修整器吸除残留在所述抛光垫上的冲洗液。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述抛光垫修整器还包括输水管，所述输水管的一端通过所述底壁的所述开口设置于所述腔室内且配置成向所述腔室内输出清洗液；以及所述方法还包括：
通过所述输水管向所述腔室内输出清洗液；以及
通过所述抽吸管 抽吸进入所述腔室的清洗液，以对所述抽吸管 进行冲洗。
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