CN1523461A - 研磨浆臂自动控制装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种研磨浆臂(Slurry Arm)自动控制装置及方法。此研磨浆臂自动控制装置至少包括移动马达、信号处理控制板、以及移除率接收器程序。此研磨浆臂自动控制方法为通过计算机整合制造(Computer Integrated Manufacturing；CIM)系统传输测试晶圆的厚度信息至信号处理控制板，再利用信号处理控制板内的移除率接收器程序计算出研磨浆臂的适当位置，然后利用移动马达将研磨浆臂移动至所计算出的适当位置以进行研磨。

Description

研磨浆臂自动控制装置及方法
技术领域
本发明涉及一种研磨浆臂(Slurry Arm)自动控制装置及方法，特别是涉及一种可在化学机械研磨(Chemical Mechanic Polishing；CMP)过程中改善晶圆研磨表面地形的研磨浆臂自动控制装置及方法。
背景技术
随着半导体制程技术的蓬勃发展，在电子组件短小轻薄的趋势下，不仅加快了集成电路的线宽尺寸微缩化的脚步，也促使组件不断地朝更高的集成度(Integration)的方向发展。在制程技术进入深次微米时代后，为了使集成电路组件获得更高的集成度，对组件的待处理表面的平坦度要求也变得更为严苛。
在所有平坦化技术中，化学机械研磨法是一种全面性平坦化(GlobalPlanarization)技术，可同时运用具有研磨性物质的机械式研磨与酸碱溶液的化学式研磨两种作用，移除晶圆表面的材质，让晶圆表面达到全面性的平坦化，以利于后续薄膜沉积、或蚀刻等步骤的进行。由于全面性平坦化是多层内联机金属化最基本的一个要求，且化学机械研磨制程为目前公认达到全面性平坦化唯一最可行的方法，因此已广泛地运用在现今的半导体制程中。
请参照图1，图1所示为现有化学机械研磨的装置示意图。在化学机械研磨制程中，研磨浆108通过研磨浆臂106的输送而施放在化学机械研磨机台100的研磨垫(Polishing Pad)102上，以进行晶圆104的研磨步骤。
然而，由于研磨浆臂106为固定不动，因此每次进行研磨时，研磨浆108都会从相同位置施放到研磨垫102上，而产生研磨浆108在研磨垫102上分布不均的现象。如此一来，受到研磨浆108分布不均的影响，将导致整个晶圆104上待研磨的材料层，例如氧化硅等介电材料层，的移除率不一致，进而造成研磨表面不平整。
而由于研磨时移除率的不一致所引发的研磨表面不平整的现象，更不利于后续制程的进行。举例而言，在完成氧化层的研磨时，常会产生晶圆中间的氧化层厚度大于晶圆边缘的氧化层厚度，以及晶圆中间的氧化层厚度小于晶圆边缘的氧化层厚度两种不同情形。当晶圆中间的氧化层厚度大于晶圆边缘的氧化层厚度时，后续的介层窗蚀刻步骤会在晶圆边缘发生过度蚀刻(OverEtching)的现象，而使得底下的金属层的厚度变薄，严重的话可能会产生不正常接通，而造成短路；而当晶圆中间的氧化层厚度小于晶圆边缘的氧化层厚度时，介层窗蚀刻步骤会在晶圆边缘发生蚀刻不足(Under Etching)的现象，严重的话甚至会使介层窗无法贯穿氧化层，进而造成断路。
发明内容
鉴于上述的发明背景中，氧化层在化学机械研磨时，由于整体研磨速率不一致的影响，使得整片晶圆上的氧化层的移除率不尽相同，而导致氧化层的研磨表面地形不平整。如此一来，将严重影响后续蚀刻制程的控制，导致可靠度下降。
因此，本发明的主要目的之一就是在提供一种研磨浆臂自动控制装置，具有计算单元与移动单元，而可根据测试晶圆研磨后的厚度分布，计算出研磨浆臂的适当位置，并移动研磨浆臂至此适当位置。因此，可有效改善研磨的均匀度，获得高平整度的研磨表面。
本发明的另一目的就是在提供一种研磨浆臂自动控制方法，可透过现有的计算机整合制造(Computer Integrated Manufacturing；CIM)系统，将测试晶圆研磨后的厚度信息直接传输至研磨浆臂自动控制装置，以自动进行计算以及研磨浆臂的位置的调整。因此，可节省人力资源，并可避免人工错误。
本发明的再一目的就是在提供一种研磨浆臂自动控制方法，可根据测试晶圆的厚度信息自动将研磨浆臂调整至适当位置。因此，可改善研磨表面的平整度，进而提升后续蚀刻制程的可靠度。
为了实现以上所述的目的，本发明提供一种研磨浆臂自动控制装置，设置于一化学机械研磨机台中，且此研磨浆臂自动控制装置至少包括：一研磨浆臂；一计算单元，其中此计算单元至少包括一信号处理控制板，且此信号处理控制板中建置有一移除率接收器程序用以计算经一化学机械研磨步骤后的一测试晶圆的一厚度信息，并通过这种方法获得上述的研磨浆臂的一位置调整值；以及一移动单元，其中此移动单元至少包括一移动马达以及一传动装置，且此移动马达的一端与上述的信号处理控制板接合，此移动马达的另一端则与传动装置的一端接合，而传动装置的另一端则与上述的研磨浆臂连接，此移动马达可用以根据从信号处理控制板传来的研磨浆臂的位置调整值，来带动传动装置，进而移动研磨浆臂。
为了实现以上所述的目的，本发明另外还提供了一种研磨浆臂自动控制方法，至少包括：提供一测试晶圆经一化学机械研磨步骤后的一厚度信息至一研磨浆臂自动控制装置，其中此研磨浆臂自动控制装置至少包括：一研磨浆臂；一计算单元，其中此计算单元至少包括一信号处理控制板，且此信号处理控制板中至少包括一移除率接收器程序；以及一移动单元，其中此移动单元至少包括一移动马达以及一传动装置，且此移动马达的一端与上述的信号处理控制板接合，此移动马达的另一端与传动装置的一端连接，而传动装置的另一端则与上述的研磨浆臂连接；利用上述计算单元的信号处理控制板对所提供的厚度信息进行一计算步骤，通过这样方法获得上述的研磨浆臂的一位置调整值；以及利用上述的移动单元的移动马达接收从计算单元传来的研磨浆臂的位置调整值，并根据此位置调整值移动传动装置实现移动研磨浆臂。
可通过例如计算机整合制造系统，将测试晶圆的厚度信息直接传输至研磨浆臂自动控制装置，并可根据测试晶圆的厚度信息自动进行计算以及研磨浆臂的位置调整。因此，不仅可节省人力资源，更可有效改善研磨表面的平整度，达到提升制程可靠度的目的。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。
附图中，
图1所示为现有化学机械研磨的装置示意图；
图2所示为本发明的一较佳实施例的研磨浆臂自动控制装置的示意图；以及
图3所示为本发明的一较佳实施例的测试晶圆上量测点的分布图。
具体实施方式
本发明揭露一种研磨浆臂自动控制装置及方法，可通过现有的计算机整合制造系统将测试晶圆的厚度信息传输至研磨浆臂自动控制装置中，而此研磨浆臂自动控制装置可根据所传来的厚度信息自动进行计算并将研磨浆臂调整至适当位置。因此，可大幅改善研磨表面的平整性，进而达到提升制程可靠度及良率的目的。为了使本发明的叙述更加详尽与完备，可参照下列描述并配合图2与图3的标号。
请参照图2，图2所示为本发明的一较佳实施例的研磨浆臂自动控制装置的示意图。研磨浆臂自动控制装置206位于化学机械研磨机台200中的研磨垫202的一侧，而待研磨的晶圆204则位于此研磨垫202上。研磨浆臂自动控制装置206至少包括研磨浆臂208、计算单元、以及移动单元，其中研磨浆臂208的开口位于研磨垫202上方，用以施放研磨浆220于研磨垫202上。上述的计算单元还具有移除率接收器程序的信号处理控制板210，移动单元则至少包括移动马达212以及传动装置214。其中，信号处理控制板210可例如为中央处理单元(Central processing Unit；CPU)，且信号处理控制板210内可包含例如可编程逻辑控制电路(Programmable Logical Circuit；PLC)。此外，移动马达212可例如为步进马达(Step Motor)，而传动装置214则可例如为皮带、齿轮、或电磁铁等。经由移动马达212的带动，可驱动传动装置214，实现移动研磨浆臂208。
在研磨浆臂自动控制装置206中，信号处理控制板210的一端与外部的计算机整合制造系统216连接，信号处理控制板210的另一端与移动马达212的一端连接，而移动马达212的另一端则与传动装置214的一端连接，传动装置214的另一端则连接研磨浆臂208。此外，计算机整合制造系统216可与测量机台218连接，实现将测量机台218所获得的测试信息传输至研磨浆臂自动控制装置206的信号处理控制板210。
请一并参照图3，图3所示为本发明的一较佳实施例的测试晶圆上量测点的分布图。本发明的研磨浆臂自动控制方法是利用研磨浆臂自动控制装置206，首先，将测试晶圆300放在化学机械研磨机台200中的研磨垫202上进行化学机械研磨步骤。待测试晶圆300完成研磨后，将测试晶圆300传送至测量机台218上，进行厚度测量，实现获得测试晶圆300经化学机械研磨步骤后的厚度信息。
在本发明的一较佳实施例中，于测试晶圆300的一直径上共设定21点测量点，如图3所示。经测量机台218量测这21点测量点的厚度后，获得测试晶圆300经研磨后的厚度分布信息。再透过计算机整合制造系统216将所获得的厚度分布信息传输至计算单元的信号处理控制板210，并利用信号处理控制板210内的移除率接收器程序进行计算。将测试晶圆300上边缘的测量点a、测量点b、测量点f、以及测量点g的厚度的平均值减去测试晶圆300中央的测量点c、测量点d、以及测量点e的厚度的平均值，所获得的数值若大于250，研磨浆臂208应朝研磨垫202中心移动2厘米(mm)；所获得的数值若大于400，研磨浆臂208应朝研磨垫202中心移动4mm。将测试晶圆300中央的测量点c、测量点d、以及测量点e的厚度的平均值减去测试晶圆300边缘的测量点a、测量点b、测量点f、以及测量点g的厚度的平均值，所获得的数值若大于250，研磨浆臂208应朝研磨垫202边缘移动2mm；所获得的数值若大于400，研磨浆臂208应朝研磨垫202边缘移动4mm。其中，以上所述的测量点数量、所采用的测试晶圆300边缘与中央测量点的数量、以及测量晶圆300的边缘与中央的厚度差异所对应的研磨浆臂208的位置调整值，仅为本发明的较佳实施例，而用以举例说明，本发明并不限于此。也就是，测试晶圆300的测量点的数量可依需求予以增删，计算测试晶圆300的边缘与中央厚度差异所采用的测量点的数量亦可依实际需求予以调整，而测量晶圆300的边缘与中央的厚度差异所对应的研磨浆臂208的位置调整值则依各化学机械研磨机台的个别性质而变化。
在信号处理控制板210中完成测试晶圆300的厚度分布与研磨浆臂208的位置调整值的计算后，将所计算出来的研磨浆臂208位置调整值传输至移动马达212，这样使移动马达212根据研磨浆臂208的位置调整值进行运转。通过移动马达212的运转带动传动装置214，再由传动装置214带动研磨浆臂208，而使研磨浆臂208依照所计算出的位置调整值移动至适当位置。待研磨浆臂208调整至适当位置后，即可利用此研磨浆臂208施放研磨浆220至研磨垫202上，来进行晶圆204的研磨。
综上所述，本发明的一优点就是因为本发明的研磨浆臂自动控制装置具有计算单元与移动单元，可根据测试晶圆研磨后的厚度信息，计算出研磨浆臂的位置调整值，并据以移动研磨浆臂。因此，可达到改善研磨均匀度的目的，而获得高平整度的研磨表面。
本发明的又一优点就是因为本发明的研磨浆臂自动控制方法可透过现有的计算机整合制造系统，自动将测试晶圆研磨后的厚度信息直接传输至研磨浆臂自动控制装置，而研磨浆臂自动控制装置还可自动进行计算出研磨浆臂的位置调整值，并可自动调整研磨浆臂的位置。因此，可节省人力资源，并可避免人工错误，进而达到提升制程可靠度的目的。
本发明的一优点就是因为本发明的研磨浆臂自动控制方法可根据测试晶圆的厚度信息自动将研磨浆臂调整至适当位置。因此，不仅可改善研磨表面的平整度，更可提升后续蚀刻制程的可靠度与良率。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明后附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种研磨浆臂(Slurry Arm)自动控制装置，设置于一化学机械研磨机台中，其特征在于，该研磨浆臂自动控制装置至少包括：
一研磨浆臂；
一计算单元，用以计算经一化学机械研磨步骤后的一测试晶圆的一厚度信息，并藉以获得该研磨浆臂的一位置调整值；以及
一移动单元分别接合于该计算单元以及该研磨浆臂，用以接收从该计算单元传来的该研磨浆臂的该位置调整值，并根据该位置调整值移动该研磨浆臂。
2.根据权利要求1所述的研磨浆臂自动控制装置，其特征在于，该计算单元至少包括一信号处理控制板，且该信号处理控制板至少包括一移除率接收器程序。
3.根据权利要求2所述的研磨浆臂自动控制装置，其特征在于，该信号处理控制板至少包括一可编程逻辑控制电路(PLC)。
4.根据权利要求2所述的研磨浆臂自动控制装置，其特征在于，该信号处理控制板为一中央处理单元(CPU)。
5.根据权利要求1所述的研磨浆臂自动控制装置，其特征在于，该移动单元至少包括：
一移动马达，其中该移动马达为一步进马达(Step Motor)；以及
一传动装置，且该传动装置连接该移动马达以及该研磨浆臂，其中该传动装置为选自于由皮带、齿轮、以及电磁铁所组成的一族群。
6.一种研磨浆臂自动控制方法，至少包括：
提供一测试晶圆经一化学机械研磨步骤后的一厚度信息至一研磨浆臂自动控制装置，其中该研磨浆臂自动控制装置至少包括一研磨浆臂、一计算单元、以及一移动单元，且该移动单元分别与该研磨浆臂以及该计算单元接合；
利用该计算单元对该厚度信息进行一计算步骤，藉以获得该研磨浆臂的一位置调整值；以及
利用该移动单元接收从该计算单元传来的该研磨浆臂的该位置调整值，并根据该位置调整值移动该研磨浆臂。
7.根据权利要求6所述的研磨浆臂自动控制方法，其特征在于，提供该测试晶圆的该厚度信息的步骤是利用一计算机整合制造(CIM)系统。
8.根据权利要求6所述的研磨浆臂自动控制方法，其特征在于，该计算单元至少包括一信号处理控制板，且该信号处理控制板至少包括一移除率接收器程序。
9.根据权利要求8所述的研磨浆臂自动控制方法，其特征在于，该信号处理控制板至少包括一可编程逻辑控制电路。
10.根据权利要求6所述的研磨浆臂自动控制方法，其特征在于，该移动单至少包括：
一移动马达，其中该移动马达为一步进马达；以及
一传动装置，且该传动装置连接该移动马达以及该研磨浆臂，其中该传动装置为选自于由皮带、齿轮、以及电磁铁所组成的一族群。
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