CN1197687C

CN1197687C - 化学机械研磨机台

Info

Publication number: CN1197687C
Application number: CN 98115180
Authority: CN
Inventors: 林必窕; 牛保刚; 黄文忠; 李森楠
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 1998-06-29
Filing date: 1998-06-29
Publication date: 2005-04-20
Anticipated expiration: 2018-06-29
Also published as: CN1240695A

Abstract

一种化学机械研磨机台，包括一研磨台，以一方向旋转；一研磨垫，设于研磨台上；一调节器，置于研磨垫上，用以刮平研磨垫的表面；一研浆分送管，置于研磨垫上方，其包括分送管柄与分送管面两部分，且在研浆分送管面上具有多个孔洞，每个孔洞的尺寸大小比研浆的颗粒大，而其形状则无限制，可为圆形、椭圆形或多角形；该多孔的研浆分送管可以增加研浆的输送效率与均匀性，提高研磨率，节省研浆的用量，减低制程的花费。

Description

化学机械研磨机台

技术领域

本发明涉及一种化学机械研磨(Chemical-Mechanical Polishing；CMP)机台，特别涉及一种具有多孔(porous)分送管(dispensing tube)的化学机械研磨机台。

背景技术

在半导体制程技术中，表面平坦化是处理高密度微影的一项重要技术，因没有高低落差的平坦表面才能避免曝光散射，而达成精密的图案转移(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)两种，但在半导体制程技术进入毫微米(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型积体电路(Very-Large Scale Integration；VLSD，甚至极大型积体电路(Ultra-Large Scale Integration；ULSI)制程，“全面性平坦化(global planarization)”的一种技术。

请同时参照图1A与图1B所示一种现有化学机械研磨机台的俯视与侧视图。其包括：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；以及一调节器17(conditioner)，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中的化学助剂，在晶片12的正面20上产生化学反应，使之形成一易研磨层，再配合晶片12在研磨垫13上藉由研浆15中的研磨粒(abrasive particles)辅助的机械研磨，将易研磨层的凸出部分研磨，反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，配合适当的化学助剂(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，管件14输入研浆15于研磨垫13上的效率太差，而研浆15又是控制化学机械研磨法中关键的制程参数，假若研浆15在研磨垫13上的分布不够均匀的话，或是流量不够的话，研磨率(polishing rate)会降低。且研浆15的价格非常昂贵，研磨率太低的话，会更浪费研浆15的用量。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种化学机械研磨机台，引进一种改良的管件结构，其具有多个孔洞(hole)，可以大大增加研浆的输送效率与均匀性，提高研磨率，且节省研浆的用量，减低制程的花费(cost)，并提高研磨晶片表面的均匀度及平坦度。

本发明的目的是这样实现的，即提供一种化学机械研磨机台，它包括：一研磨台，以一方向旋转；一研磨垫，设于所述研磨台上；一晶片，置于所述研磨垫上，其具有一背面与一正面，所述正面与所述研磨垫相接触；一调节器，置于所述研磨垫上，其刮平所述研磨垫的表面且去除研磨垫上的杂质；一研浆分送管，置于所述研磨垫上方而未与研磨垫相接触，所述研浆分送管包括一分送管柄与一分送管面，且所述研浆分送管面上具有数个孔洞而输送研浆至所述研磨垫上。研浆分送管的孔洞至少包括第一孔洞，分布于所述分送管面上且接近所述分送管柄处；第二孔洞，分布于所述分送管面上且较所述第一孔洞远离所述分送管柄处，所述第二孔洞的直径大于所述第一孔洞的直径。

本发明也提供一种研浆分送管，设于一化学机械研磨机台中，所述化学机械研磨机台包括一研磨垫，所述研浆分送管置于所述研磨垫上方而未与所述研磨垫相接触，所述研浆分送管包括：一分送管柄；一分送管面，与所述分送管柄相连接；数个孔洞，设于所述分送管面上而输送研浆至所述研磨垫上。所述孔洞至少包括第一孔洞，分布于所述分送管面上且接近所述分送管柄处；第二孔洞，分布于所述分送管面上且较所述第一孔洞远离所述分送管柄处，所述第二孔洞的直径大于所述第一孔洞的直径。

本发明的优点在于，其研浆分送管具有扁平的管面，且在管面上具有多个孔洞(hole)。孔洞的尺寸大小只要比研浆的颗粒大即可，较佳的是约在0.4～3mm之间，且其形状无任何限制，可为圆形、椭圆形或多角形等等。可以大大增加研浆的输送效率与均匀性，提高研磨率，以及节省研浆的用量，减低制程的花费(cost)，且提高研磨晶片表面的均匀度及平坦度。

附图说明

以下结合附图，描述本发明的实施例，其中：

图1A为现有一种化学机械研磨台整体结构的俯视图；

图1B为现有一种化学机械研磨台整体结构的侧视图；

图2A为本发明化学机械研磨机台整体结构的一较佳实施例的俯视图；

图2B为本发明化学机械研磨机台整体结构的一较佳实施例的侧视图；

图3A为本发明化学机械研磨机台中的分送管结构的一较佳实施例的俯视图；

图3B为本发明化学机械研磨机台中的分送管结构的一较佳实施例的侧视图；

图4为本发明化学机械研磨机台中的分送管结构的另一较佳实施例的侧视图。

具体实施方式

请同时参照图2A与图2B所示本发明化学机械研磨机台整体结构的一较佳实施例的俯视图与侧视图。其包括：一研磨台30(polishing table)；一握柄31(holder)，用以抓住被研磨的晶片32；一研磨垫33(polishing pad)，铺在研磨台30上；一研浆分送管34(dispensing tube)，用以输送研浆35(slurry)到研磨垫33上，其置于研磨垫33上方，且未与研磨垫33相接触，在研浆分送管34上具有许多孔洞34a，可以使研浆35更有效率且均匀地输送到研磨垫33上；一液泵36，用以将研浆35抽送到研浆分送管34中；以及一调节器37(conditioner)，置于研磨垫33上，用以刮平研磨垫33的表面，除去研磨完余留在研磨垫33上的杂质，调节器37的材料例如为硬度较高的钻石。

当进行化学机械研磨时，研磨台30与握柄31分别沿一定的方向旋转，如图中箭号38a与38b所示，顺着研磨台33的旋转方向38a，晶片32、调节器37与研浆分送管34在研磨台30上的相对位置例如为依照分布先后顺序先是晶片32、再是调节器37、然后是研浆分送管34，此为本发明的特征之一，用以改进研浆分送管34的输送效率，使输入的研浆35能直接被晶片32所利用，然后才经过调节器37进行处理，因此研浆35不会积存在调节器37上，从而能够节省研浆35的使用量。

该握柄31抓住晶片32的背面39，将晶片32的正面40压在研磨垫33上。研浆分送管34将液泵36所打进来的研浆35持续不断地供应到研磨垫33上。所以，化学机械研磨程序就是利用研浆35中的化学助剂，在晶片32的正面40上产生化学反应，使之形成一易研磨层，再配合晶片32在研磨垫33上藉由研浆35中的研磨粒(abrasive particles)辅助的机械研磨，将易研磨层的凸出部分研磨；反复上述化学反应与机械研磨，即可形成平坦的表面。若各制程参数控制得好，例如研浆的均匀性与用量即是关键的制程参数，化学机械研磨法可以提供被研磨表面高达94％以上的平坦度。研浆分送管34的结构设计为本发明的重要特征，可用以控制研浆的均匀性与用量，详细结构描述如下。

请参照图3A与图3B所示本发明化学机械研磨机台中的研浆分送管55结构的俯视图与侧视图。该研浆分送管55置于研磨垫(未显示)上方，其包括分送管柄50与分送管面51两部分，在分送管面51上具有多个第一孔洞53a和第二孔洞53b，用以输送研浆54至研磨垫上。其中，研浆54沿着方向52由分送管柄50流到分送管面51。孔洞53a和53b的尺寸大小只要比研浆54的研磨颗粒大即可，例如约在0.4～3mm之间。且孔洞53a或53b的分布密度与形状没有限制，可以为任意几何圆形，例如圆形、椭圆形、三角形、长方形或多角形均可。此外，孔洞53a和53b的尺寸大小可以相同，亦可以不同，举例来说，孔洞53a的直径为D1，其分布于分送管面51上接近分送管柄50处。而孔洞53b的直径为D2，分布于分送管面51上，且较孔洞53a远离分送管柄50，其直径D2大于孔洞53a的直径D1。此种不同孔洞尺寸的考虑(例如D1与D2两种直径)是基于流体力学的考虑，其需经过一些更精密的计算才能决定。孔洞53a的直径D1较小，是因为接近分送管柄50处的研浆流速较快，且流量较大。而孔洞53b的直径D2较大，是因为远离分送管柄50处的研浆流速较慢，且流量较小之故。

接着请参照图4所示本发明化学机械研磨机台中的研浆分送管65结构的另一实施例的侧视图。该研浆分送管65包括分送管柄60与分送管面61两部分，研浆63沿着方向64由分送管柄60流到分送管面61。且在分送管面61上具有多个延伸管62，用以使研浆63可以有效率且均匀地输送至研磨垫(未显示)上。可以看到的是，在延伸管62与分送管面61之间具有一倾斜角θ，例如为一钝角，使得延伸管62的侧视结构往研磨垫的中心方向倾斜。

综上所述，本发明所提供的化学机械研磨机台具有以下的特点：

(1)本发明所提供的研浆分送管55的结构可以大大增加研浆的输送效率与均匀性，提高研磨率，且提高研磨晶片表面的均匀度及平坦度。

(2)本发明所提供的研浆分送管55的结构可以节省研浆的用量，减低制程的花费(cost)。

(3)本发明还提供另一种研浆分送管65的结构，弹性的搭配与运用延伸管结构，亦可以达到一样的功效。

Claims

1.一种化学机械研磨机台，其特征在于，它包括：一研磨台，以一方向旋转；一研磨垫，设于所述研磨台上；一晶片，置于所述研磨垫上，其具有一背面与一正面，所述正面与所述研磨垫相接触；一调节器，置于所述研磨垫上，其刮平所述研磨垫的表面且去除研磨垫上的杂质；一研浆分送管，置于所述研磨垫上方，且该研浆分送管未与该研磨垫相接触，而所述研浆分送管包括一分送管柄与一分送管面，且所述研浆分送管面上具有数个孔洞而输送研浆至所述研磨垫上，

其特征在于，所述孔洞至少包括：第一孔洞，分布于所述分送管面上且接近所述分送管柄处；第二孔洞，分布于所述分送管面上且较所述第一孔洞远离所述分送管柄处，所述第二孔洞的直径大于所述第一孔洞的直径。

2.如权利要求1所述的化学机械研磨机台，其特征在于更包括一将所述晶片的正面压在所述研磨垫上的握柄，其抓住所述晶片的背面。

3.如权利要求1所述的化学机械研磨机台，其特征在于更包括一将所述研浆抽送到所述研浆分送管中的液泵，连接于所述研浆分送管的分送管柄上。

4.如权利要求1所述的化学机械研磨机台，其特征在于，所述孔洞还包括数个用以使所述研浆可有效率且均匀地输送至所述研磨垫上的延伸管。

5.如权利要求4所述的化学机械研磨机台，其特征在于，所述延伸管与所述研浆分送管面之间具有一倾斜角，即所述延伸管在侧视方向往所述研磨垫的中心方向倾斜。

6.如权利要求1所述的化学机械研磨机台，其特征在于，所述孔洞的尺寸大小比所述研浆的颗粒大，在0.4～3mm之间。

7.如权利要求1所述的化学机械研磨机台，其特征在于，所述孔洞的形状包括圆形。

8.如权利要求1所述的化学机械研磨机台，其特征在于，所述孔洞的形状包括椭圆形。

9.如权利要求1所述的化学机械研磨机台，其特征在于，所述孔洞的形状包括多角形。

10.如权利要求1所述的化学机械研磨机台，其特征在于，顺着所述研磨台的旋转方向，所述晶片、调节器与研浆分送管在所述研磨台上的相对位置为依照分布先后顺序先是所述晶片、再是所述调节器、然后是所述研浆分送管。

11.一种研浆分送管，设于一化学机械研磨机台中，所述化学机械研磨机台包括一研磨垫，所述研浆分送管置于所述研磨垫上方而未与所述研磨垫相接触，其特征在于，所述研浆分送管包括：一分送管柄；一分送管面，与所述分送管柄相连接；数个孔洞，设于所述分送管面上而输送研浆至所述研磨垫上，

12.如权利要求11所述的研浆分送管，其特征在于，所述孔洞还包括数个用以使所述研浆可有效率且均匀地输送至所述研磨垫上的延伸管。

13.如权利要求12所述的研浆分送管，其特征在于，所述延伸管与所述分送管面之间具有一倾斜角，即所述延伸管在侧视方向往所述研磨垫的中心方向倾斜。

14.如权利要求11所述的研浆分送管，其特征在于，所述孔洞的尺寸大小比所述研浆的颗粒大，在0.4～3mm之间。

15.如权利要求11所述的研浆分送管，其特征在于，所述孔洞的形状包括圆形。

16.如权利要求11所述的研浆分送管，其特征在于，所述孔洞的形状包括椭圆形。

17.如权利要求11所述的研浆分送管，其特征在于，所述孔洞的形状包括多角形。