CN1590024A - 预热装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种应用于化学机械研磨装置之中的预热装置。化学机械研磨装置至少包含转盘和研磨垫，而转盘的上表面紧密地结合此研磨垫。本发明所揭露的预热装置至少包含一摩擦组件，此摩擦组件通过悬吊组件而置于该研磨垫的上方。当摩擦组件与研磨垫摩擦生热时，使得研磨垫的表面温度到达一预定温度。

Description

预热装置与方法
技术领域
本发明涉及一种预热装置及方法，尤其涉及一种为使化学机械研磨装置中所使用的研磨垫达到预定温度的预热装置及方法。
背景技术
随着半导体制程不断精进，半导体组件的线宽进入次微米，甚至更细微的领域时，集成电路制作所需的制程步骤就越来越多。然而也就是因为如此，使得晶圆表面的平坦度产生剧烈的变化。为了提高产品的可靠性，而提高晶圆表面的平坦度，使得化学机械研磨(chemical mechanical polish，CMP)已成为先进半导体制程中平坦化的关键技术。化学机械研磨装置在进行研磨晶圆表面之前，通常都会利用摩擦生热的原理，用3或4片尚未沉积任何材料的晶圆片与研磨垫接触摩擦，而使得研磨垫的表面温度达到预定温度。这样做的原因是，已达到预定温度的研磨垫在研磨晶圆时，化学机械研磨装置可以产生稳定的研磨质量。
然而，由于晶圆片成本并不算低，尤其现今在12时的制程中需使用12时晶圆片来进行研磨垫的预热，成本更是大幅提高。因此，以晶圆片摩擦研磨垫，而使其表面温度达到预定温度的方法，是种高成本的方法。也由于现有方法需要采用若干个晶圆片，需要更换若干个晶圆片摩擦研磨垫，所以，此种方法也颇耗费时间。因此，有必要提供一种新的方法，以较低成本且快速的方法达成提高研磨垫的表面温度的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低成本且快速的方法，使得研磨垫的表面温度达到预定温度，进而使得化学机械研磨装置在研磨晶圆时可以产生稳定的研磨质量。
本发明的目的在于使化学机械研磨装置进行研磨时，研磨浆已稳定地被供应。
为达成上述目的，本发明提供一种应用于化学机械研磨装置之中的预热装置。前述化学机械研磨装置至少包含转盘和研磨垫，其中转盘的上表面紧密地结合此研磨垫，并且化学机械研磨用于研磨晶圆表面。
本发明所揭露的预热装置至少包含一摩擦组件，此摩擦组件通过悬吊组件而置于该研磨垫的上方。摩擦组件的材料选用与晶圆上待研磨材料相同的材料，例如，若欲研磨铜材料时，则选用铜材料的摩擦组件，而欲研磨氧化硅时则选用氧化硅材料的研磨锭。
本发明所揭露的预热装置其实施方法为，在进行研磨制程之前，将研磨锭置于研磨垫的表面，使摩擦组件与研磨垫摩擦来取代使用晶圆片进行研磨垫的预热，进而使得研磨垫的表面温度到达一预定温度，以利后续化学机械研磨制程的进行。另外，由于研磨锭可以持续使用，在预热过程中无须更换，相较现有需更换两至三次晶圆片来进行研磨垫的预热，可以大幅减少预热研磨垫所需的时间而能提高产出(Throughput)。
附图说明
图1为本发明第一实施例的预热装置侧视示意图。
图2为本发明第一实施例的预热装置与研磨垫的相对位置的示意图。
图3为本发明第一实施例的预热装置俯视示意图。
图4A～4B为本发明第一实施例的研磨垫与摩擦组件相对运动方向的示意图。
图5为本发明第二实施例的预热装置侧视的示意图。
图6为本发明第二实施例的预热装置与研磨垫的相对位置的示意图。
图7为本发明第二实施例的预热装置俯视的示意图。
图8A～8B为本发明第二实施例的研磨垫与摩擦组件相对运动方向的示意图。
具体实施方式
请参阅图1，图1为本发明第一实施例的预热装置侧视示意图。如图1所示，本发明所揭露的预热装置1主要由摩擦组件14、悬吊组件16以及驱动组件18组成，其中驱动组件18于第一实施例中为一旋转柱，并且该旋转柱以旋转的方式驱动摩擦组件14和悬吊组件16。由于悬吊组件16的一端与摩擦组件14水平地结合，悬吊组件16的另一端与驱动组件18垂直地结合，因此当驱动组件18旋转时，驱动组件18会带动摩擦组件14和悬吊组件16。
本发明所揭露的预热装置1应用于化学机械研磨装置中，并且预热装置1与化学机械研磨装置中用来固定晶圆的晶圆固定装置(图未示)分立两处。
请参阅图2，图2为本发明第一实施例的预热装置与研磨垫的相对位置的示意图。如图2所示，化学机械研磨装置至少包含有转盘10和研磨垫12，并且如图1所示的预热装置1的摩擦组件14通过悬吊组件16而置于研磨垫12上方。
请参阅图3，图3为图2的俯视示意图。如图3所示，由于转盘10与研磨垫12紧密结合，因此当转盘10顺着旋转方向21而旋转时，转盘10将会带动研磨垫12一起旋转。在研磨垫12旋转的同时，驱动组件18以固定中心点24为轴心以一适当角度范围(例如：0度～270度)来回转动而带动悬吊组件16于研磨垫12的中心30与研磨垫12的边缘32间往覆摆动，驱动组件悬吊组件并且由于摩擦组件14位于悬吊组件16的摆动端，因此会同时地以箭头22的运动方向来回运动。以下将详细地描述研磨垫12与摩擦组件14相对运动方向，并说明上述驱动组件18所旋转的适当角度范围。
请参阅图4A～4B，其为本发明第一实施例的研磨垫与摩擦组件相对运动方向的示意图。请参照图4A，当驱动组件18旋转而带动悬吊组件16和摩擦组件14时，会使得摩擦组件14由如图3所示的接近研磨垫12中心点30的位置以箭头41的运动方向扫过至如图4A所示的研磨垫12的边缘32，因此，摩擦组件14于研磨垫12上摩擦出如图4A所示的摩擦区块42。于下一瞬间，转盘10持续顺着旋转方向21，请参照图4B，摩擦组件14则以箭头53的运动方向再扫过回接近研磨垫12的中心点30，因此，摩擦组件14于研磨垫12上再摩擦出摩擦区块52以及部分与摩擦区块42重叠的摩擦区块51。
依据以上所描述的研磨垫12与摩擦组件14相对运动方向的说明，不难发现由于转盘10会持续顺着旋转方向21而带动研磨垫12旋转，并且由于驱动组件18持续使摩擦组件14于接近中心点30至研磨垫12的边缘32来回与研磨垫12摩擦，所以摩擦组件14将会于研磨锭12上扫过出更多的摩擦区域，进而完全扫过研磨垫12的上表面。
所以，基于摩擦生热的原理，于第一实施例中，整个研磨垫14的表面温度将会逐渐地升高，直至研磨垫14的表面温度达到约75°F～80°F的预定温度(°F为华氏温度)。不过，由于在开始进行上述程序的同时，化学机械研磨装置于研磨垫14的表面上开始通入研磨浆。现有会将导入研磨垫的研磨浆调整到研磨制程所需的温度，所以在预热程序中所通入的研磨浆会持续和研磨垫14表面进行热交换，待研磨垫表面温度达到预定温度后，将可保持温度的稳定，温度并不会持续上升。
一般而言，转盘10约以60rpm～90rpm的转速与预热装置1进行约60秒至90秒的摩擦，即可将研磨垫14的表面温度达到上述的预定温度。因此，通过本发明以上所揭露的方法，可使化学机械研磨装置中的研磨垫12的表面温度在较短的时间内达到预定温度，而于研磨的后续制程将可获得稳定的研磨质量，并且研磨浆也能于化学机械研磨装置研磨晶圆前被稳定地供应。
此外，在先前所述的驱动组件18以固定中心点24于一适当角度范围内来回转动而带动悬吊组件16于研磨垫12的中心30与研磨垫12的边缘32间往覆的摆动，其所谓的适当角度范围依据摩擦组件14于接近中心点30至研磨垫12的边缘32来回与研磨垫12摩擦而完全扫过研磨垫12的上表面所定义出。
本发明的另一个特点在于，研磨锭的材料可选用与晶圆片表面待研磨的材料相同或相似的材料，由于预热程序时几乎所有的条件都和接续的研磨制程相同，因此，可以使研磨垫得到最佳的调整，更进一步在接续研磨制程中获得较佳的研磨质量。因此，本发明所提供的摩擦组件14可依据晶圆片表面待研磨的材料而做相对应的更换，例如，若欲研磨铜材料时，则选用铜材料的摩擦组件；欲研磨氧化硅时则选用氧化硅材料的研磨锭；而欲研磨钨时时则选用钨材料的研磨锭，而摩擦组件的材料也可以选用铝。
请参阅图5，图5为本发明第二实施例的预热装置侧视示意图。如图5所示，本发明所揭露的预热装置2主要由摩擦组件14、悬吊组件52以及驱动组件51组成，其中驱动组件51于第二实施例中为一伸缩柱，并且该伸缩柱以伸缩的方式驱动摩擦组件14和悬吊组件52。由于，悬吊组件52的一端与摩擦组件14垂直地结合，悬吊组件52的另一端则与驱动组件51垂直地结合，因此当驱动组件51伸缩时，驱动组件51会带摩擦组件14和动悬吊组件52。
请参阅图6，图6为本发明第二实施例的预热装置与研磨垫的相对位置的示意图。如图6所示，化学机械研磨装置至少包含有转盘10和研磨垫12，并且如图6所示的预热装置2的摩擦组件14通过悬吊组件52而置于研磨垫12上方。
请参阅图7，图7为图6的俯视示意图。如图7所示，由于转盘10与研磨垫12，因此当转盘10顺着旋转方向21而旋转时，转盘10将会带动研磨垫12一起旋转。在研磨垫12旋转的同时，驱动组件51以伸缩运动而驱动悬吊组件52于研磨垫12的中心点30与研磨垫的边缘32间往覆的移动。以下将详细地描述研磨垫12与摩擦组件14相对运动方式。
请参阅图8A～8B，其为本发明第二实施例的研磨垫与摩擦组件相对运动方向的示意图。请参照图8A，当驱动组件51伸缩而带动悬吊组件52和摩擦组件14时，会使得摩擦组件14由如图7所示的接近研磨垫12中心点30的位置以箭头83的运动方向扫过至如图8A所示的研磨垫12的边缘32，因此，摩擦组件14于研磨垫12上摩擦出如图8A所示的摩擦区块81。于下一瞬间，转盘10持续顺着旋转方向21，请参照图8B，摩擦组件14则以箭头89的运动方向再扫回接近研磨垫12的中心点30，因此，摩擦组件14于研磨垫12上再摩擦出摩擦区块85以及部分与摩擦区块81重叠的摩擦区块87。
依据以上所描述的研磨垫12与摩擦组件14相对运动方向的说明，不难发现由于转盘10会持续顺着旋转方向21而带动研磨垫12旋转，并且由于驱动组件51持续使摩擦组件14于接近中心点30至研磨垫12的边缘32来回与研磨垫12摩擦，所以摩擦组件14将会于研磨锭12上扫过出更多的摩擦区域，进而完全扫过研磨垫12的上表面。
所以，同样基于摩擦生热的原理，于第二实施例中，整个研磨垫14的表面温度将会逐渐地升高，直至研磨垫14的表面温度达到约75°F～80°F的预定温度。
综合以上所述，由于本发明预热装置1和2中所采用的摩擦组件14摩擦研磨垫12的方法，并不需要像现有技术需要更换数片晶圆片才能达到相同效果，因此，预热程序所需的时间可以大幅缩短。再者，摩擦组件14的成本远低于晶圆片，因此，预热程序的成本也大幅下降。所以，本发明的预热装置1和2可达成相同效果，特别的是，以低成本且快速的方法实现。

Claims (17)

1、一种预热装置，其应用于一化学机械研磨装置之中，对一研磨垫进行预热程序，其特征在于，该装置至少包含：
一驱动组件；
一悬吊组件，该悬吊组件的第一端连接该驱动组件；以及
一摩擦组件，该摩擦组件悬挂于该悬吊组件的第二端并能与该研磨垫表面接触；
其中，该驱动组件驱动该悬吊组件而使该摩擦组件摩擦扫过转动中的该研磨垫表面而使得该研磨垫表面温度到达一预定温度。
2、根据权利要求1所述的预热装置，其特征在于：该摩擦组件的材料可依据该晶圆片表面的待研磨材料而定。
3、根据权利要求1所述的预热装置，其特征在于：该摩擦组件的材料可为二氧化硅、铝、钨、铜。
4、根据权利要求1所述的预热装置，其特征在于：该化学机械研磨装置进一步包含：
一晶圆固定装置，该晶圆固定装置用来于研磨该晶圆时固定该晶圆。
5、根据权利要求1所述的预热装置，其特征在于：该预定温度为75°F～80°F。
6、根据权利要求1所述的预热装置，其特征在于：该驱动组件为一旋转柱，而该旋转柱与该悬吊组件之间呈90度的夹角并该旋转柱以一固定中心点内来回转动而驱动该悬吊组件于该研磨垫的一中心点与该研磨垫的一边缘间往覆的摆动。
7、根据权利要求1所述的预热装置，其特征在于：该驱动组件为一伸缩柱，而该伸缩柱与该悬吊组件之间呈90度的夹角并该伸缩柱以伸缩运动而驱动悬吊组件于该研磨垫的一中心点与该研磨垫的一边缘间往覆的摆动。
8、一种化学机械研磨的研磨垫的预热方法，其应用根据权利要求1所述的预热装置，其特征在于，该方法至少包含下列步骤：
导入一研磨浆至该研磨垫上；以及
来回驱动该驱动组件以带动该摩擦组件摩擦扫过转动中的该研磨垫表面悬吊组件以使该研磨垫表面温度到达一预定温度。
9、根据权利要求8所述的化学机械研磨的研磨垫的预热方法，其特征在于：该悬吊组件的一端与该摩擦组件结合，另一端则与一驱动组件结合，该驱动组件以一固定中心点于一适当角度范围内来回运动而带动该悬吊组件和该摩擦组件。
10、根据权利要求8所述的化学机械研磨的研磨垫的预热方法，其特征在于：该预热装置需60秒至90秒的工作时间而使该研磨垫的表面温度达到该预定温度。
11、根据权利要求8所述的化学机械研磨的研磨垫的预热方法，其特征在于：该摩擦组件的材料可依据一晶圆片表面的待研磨材料而定。
12、根据权利要求8所述的化学机械研磨的研磨垫的预热方法，其特征在于：该摩擦组件的材料可为二氧化硅、铝、钨、铜。
13、根据权利要求8所述的化学机械研磨的研磨垫的预热方法，其特征在于：该预定温度为75°F～80°F。
14、一种化学机械研磨的研磨垫的预热方法，其特征在于，该方法至少包含下列步骤：
转动该研磨垫；
导入一研磨浆至该研磨垫；以及
使一摩擦组件接触该研磨垫表面并于该研磨垫上的中心与边缘间往返运动以摩擦扫过该研磨垫表面以使该研磨垫的表面温度到达一预定温度。
15、根据权利要求14所述的化学机械研磨的研磨垫的预热方法，其特征在于：该摩擦组件的材料可依据一晶圆片表面的待研磨材料而定。
16、根据权利要求14所述的化学机械研磨的研磨垫的预热方法，其特征在于：该摩擦组件的材料可为二氧化硅、铝、钨、铜。
17、根据权利要求14所述的化学机械研磨的研磨垫的预热方法，其特征在于：该预定温度为75°F～80°F。
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