CN1611326A - 化学机械抛光机台的晶片载具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种化学机械抛光机台的晶片载具，其包括抛光头、调整器以及控制器。其中，抛光头具有一底部以及固放在底部的压覆环，用来固持晶片于抛光头的底部。且调整器装设在抛光头的底部，并位于压覆环的外围。而控制器则与调整器的顶部连接，用来控制调整器的高度。此外，调整器还可以是装设在抛光头的侧边。本发明还涉及一种化学机械抛光机台的操作方法。

Description

化学机械抛光机台的晶片载具

技术领域

本发明涉及一种化学机械抛光工艺的设备及操作方法，且特别是有关于一种化学机械抛光机台的晶片载具以及化学机械抛光机台的操作方法。

背景技术

在半导体工艺中，随着元件尺寸持续缩减，微影曝光分辨率也相对增加，且伴随着曝光景深的缩减，对于晶片表面的高低起伏程度的要求更为严苛。因此，目前晶片的平坦化(Planarization)都是依赖化学机械抛光(ChemicalMechanical Polishing，CMP)工艺来完成，它独特的各向异性抛光性质除了用于晶片表面轮廓的平坦化之外，也可应用于垂直及水平金属内连线(Interconnects)的镶嵌结构的制作、前段工艺中元件浅沟槽隔离制作及先进元件的制作、微机电系统平坦化和平面显示器制作等。

现有的化学机械抛光机台通常分为旋转式平台(Rotational Platen)抛光机或是线性移动式(Linear)抛光机。其中旋转式平台抛光装置大多使用晶片载具(Carrier)承载晶片，并且将晶片的正面压在铺有一层供有研浆(Slurry)的抛光垫(Polish Pad)的旋转式抛光台(Polishing Table)上进行抛光(Polishing)；另外，线性移动式抛光机装置也是使用晶片载具承载晶片，且将晶片的正面压在藉由两滑轮传动的循环式抛光垫上进行抛光。

在经过一段时间的抛光工艺之后，上述两种化学机械抛光机台的抛光垫上都会有残留颗粒(Particle)堆积，这些颗粒有的来自研浆中的抛光微粒，有的则可能是来自晶片上被抛光去除的薄膜。因此，为保持抛光垫的清洁，必须使用一调整器(Conditioner)来去除抛光垫上的残留颗粒，以增加抛光垫的使用寿命及效能。

以旋转式平台抛光机为例，图1A及图1B显示现有旋转式平台抛光机的抛光垫上，晶片载具与调整器的配置示意图。请参照图1A，晶片载具102与调整器104a分别配置在抛光垫100上，而晶片载具102与抛光垫100在晶片的化学机械抛光工艺中，均具有一旋转运动，且晶片载具102与抛光垫100的旋转方向可相同(如标记106与标记108所示)也可不同。此外，调整器104a在抛光过程中的运动方式是藉由机械手臂110带动其在抛光垫100上作小幅度的左右摆动，如标记112a所示，以便于清除抛光垫100上的残留颗粒。

然而，由于抛光垫100上的空间有限，因此在配置晶片载具102与机械手臂110以及调整器104a的位置时，必须非常谨慎小心，因为只要稍有误差，很可能就会导致调整器104a在抛光过程中擦撞晶片载具102，而造成晶片载具102中的晶片(未显示)的损坏。

为了解决上述的问题，现有调整器尚有另一种配置方式。请参照图1B，晶片载具102与调整器104b分别配置在抛光垫100上，且在抛光过程中，调整器104b与抛光垫100以及晶片载具102同样是具有一旋转运动，而三者的旋转方向可相同(如标记106、标记108以及标记112b所示)也可不同。

然而，虽然依照图1B所示来配置调整器可降低其与晶片载具碰撞的机率，但图1B中的调整器104b的配置位置若与晶片载具102的位置过于接近，也有可能会在运作过程中与晶片载具102产生碰撞。而且，图1A以及图1B仅是以简单的表示方法显示出晶片载具与调整器的配置，但实际情况中，抛光垫上尚配置有许多模块，例如抛光液供应装置等等，所以抛光垫上能够配置调整器的空间有限，无论是图1A或是图1B的配置方法，都必须在极小的允许误差范围内将调整器配置在预定位置上，以避免调整器在动作过程中与晶片载具产生碰撞，进而损坏晶片。

再者，在CMP工艺中，由于调整器与晶片均必须持续保持在湿润的状态下，因此在等待进行抛光的期间，通常会将调整器与晶片连同晶片载具浸泡至液体中，使其保持湿润状态。然而，由于现有CMP机台上的调整器与晶片载具是分别设置的，因此也必须分别设置浸泡调整器与浸泡晶片的设备，而无法将两者浸泡于同一设备中，不但较为浪费成本，也使整体工艺设备较为繁杂。

发明内容

因此，本发明的目的就是提供一种化学机械抛光机台的晶片载具及化学机械抛光机台的操作方法，可使晶片在化学机械抛光工艺中不容易因调整器的配置不当而被损伤。

本发明的再一目的就是提供一种化学机械抛光机台的晶片载具，可简化化学机械抛光工艺的设备，并降低成本。

本发明提出一种化学机械抛光机台的晶片载具，其包括抛光头、调整器以及控制器。其中，抛光头具有一底部以及固放在底部的压覆环，用来固持晶片于抛光头的底部。且调整器装设在抛光头的底部，并位于压覆环的外围。而控制器则与调整器的顶部连接，用来控制调整器的高度。

此外，在本发明的另一优选实施例中，调整器还可以是装设在抛光头的侧边，且此调整器的顶部也配置有一控制器与其连接，用来控制调整器的高度。

本发明还提出一种化学机械抛光机台的操作方法，其先将抛光头压覆在抛光垫上，其中抛光头的底部已固持有晶片，且抛光头的底部设计有一调整器，而调整器的高度位置是可以加以控制的。然后使抛光头与抛光垫进行旋转运动，以抛光晶片。在此同时，可以依照实际工艺所需，对调整器的高度加以控制，即可在抛光晶片的过程中同时进行抛光垫的调整。

在本发明的另一实施例中，倘若调整器配置在抛光头的侧边，则此调整器除了可以藉由控制其高度以决定是否在抛光晶片的同时一并进行抛光垫的调整外，更可以有独立的旋转运动，换言之，其可依实际工艺所需而控制调整器的旋转方向，使其与抛光头的旋转方向相反或相同。更可依实际工艺所需而控制调整器的转速，使其与抛光头的转速相同或不同。

由于本发明的化学机械抛光机台的晶片载具中设计有一调整器，因此抛光垫上不必再另外配置调整器，可节省抛光垫上的空间，以使工艺设备较为简洁。而且，更可以避免调整器容易因配置位置的小误差而在动作中损伤晶片。

此外，为了使晶片与调整器持续保持湿润状态，本发明还可以同时将晶片与调整器浸泡于同一设备中，因此可简化机台的耗材，而节省维护所需的成本与人力。

为让本发明的上述和其它目的、特征以及优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1A及图1B显示现有旋转式平台抛光机的抛光垫上，晶片载具与调整器的配置示意图；

图2A是显示本发明一优选实施例的一种化学机械抛光机台的晶片载具配置在抛光垫上的示意图；

图2B是显示本发明另一优选实施例的一种化学机械抛光机台的晶片载具配置在抛光垫上的示意图；

图3A是图2A中的晶片载具的局部剖面示意图；

图3B是图2B中的晶片载具的局部剖面示意图。

附图标记说明

100、200                  抛光垫

102、202a、202b           抛光头

104a、104b、204a、204b    调整器

106、220                  抛光头的旋转方向    108、222    抛光垫的旋转方向

110                       机械手臂            112a、112b  调整器的旋转方向

206                       压覆环              208         晶片

210a、210b                控制器              212         抛光头的底部

214                       调整部              216         固定部

具体实施方式

图2A是显示本发明一优选实施例的一种化学机械抛光(ChemicalMechanical Polishing，CMP)机台的晶片载具配置在抛光垫上的示意图，而图3A则是图2A中的晶片载具的局部剖面示意图。

请同时参照图2A及图3A，化学机械抛光机台的晶片载具包括抛光头202a、调整器204a以及控制器210a。其中，抛光头202a具有一底部212，且在底部212固放有压覆环206，用来将晶片208固持在抛光头202a的底部。

而调整器204a则配置在抛光头202a的底部212，并位于压覆环206的外围。其包括调整部214以及固定部216。其中，调整部214由多个坚硬物质的颗粒所构成，例如是由多个钻石颗粒所构成。而固定部216的材料例如是合金材料。且构成调整部214的坚硬物质的颗粒部分地嵌在固定部216中，用来调整CMP机台的抛光垫200，使其维持优选的效能。

控制器210a配置在抛光头202a内部，且与调整器204a的顶部相连接，用来控制调整器204a的高度。其中，控制器210a例如是一气压控制器或是液压控制器。而且，在本发明一优选实施例中，控制器210a可以运用抛光头202a内原有的压力控制器(未显示)作适当的机构设计改良即可。

以下将对上述的化学机械抛光机台的操作方法加以详细叙述。请继续参照图3A，首先利用一抛光液供应装置(未显示)提供抛光液于抛光垫200上，并将抛光头202a压覆在抛光垫200上，而抛光头202a的底部212已固持有晶片208，且抛光头202a的底部212设计有调整器204a。接着使抛光头202a与抛光垫200进行旋转运动，藉由抛光垫200与抛光液中的粒子与晶片208表面产生摩擦，以及晶片208表面与抛光液间的化学蚀刻作用，以致使晶片208的表面平坦化。其中，抛光头202a与抛光垫200的旋转方向例如是分别为标记220及标记222所示，或是与标记220及标记222所示的方向相反。而且，抛光头202a与抛光垫200的旋转方向可以相同也可以不同。

此外，在进行抛光晶片208的过程中，可藉由控制器210a以例如是气压或液压的方式，对调整器204a的高度加以控制，来进行同步(in-situ)或异步(extra-situ)的抛光垫调整。

所谓同步的抛光垫调整，即是在抛光晶片208的过程中，藉由控制器210a施予调整器204a较大的压力，使得调整器204a的调整部214接触到抛光垫200的表面。且由于抛光头202a带动着调整器204a作旋转运动，因此构成调整部214的坚硬物质颗粒便能够与抛光垫200的表面产生摩擦，进而除去在抛光晶片208的过程中，残留于抛光垫200表面的颗粒，使抛光垫200维持优选的效能。

相反地，异步的抛光垫调整即是在抛光晶片208的过程中，减少控制器210a施予调整器204a的压力，使调整器204a的调整部214不会接触到抛光垫200的表面。也就是说，在抛光晶片208的过程中，仅单纯对晶片208作抛光，等晶片208抛光完成后才开始对抛光垫200作调整。

此外，本发明的化学机械抛光机台的晶片载具还可以是在抛光头的侧边装设有调整器，使调整器具有独立于抛光头的运动，其详细说明如下。

图2B是显示本发明另一优选实施例的一种化学机械抛光机台的晶片载具配置在抛光垫上的示意图，而图3B则是图2B中的晶片载具的局部剖面示意图。

请同时参照图2B及图3B，化学机械抛光机台的晶片载具包括抛光头202b、调整器204b以及控制器210b。其中，抛光头202b具有一底部212，且在底部212固放有压覆环206，用来将晶片208固持在抛光头202b的底部。

调整器204b装设在抛光头202b的侧边，其包括调整部214以及固定部216。其中，调整部214与固定部的材料及其功用均如上述实施例中所述，此处不再赘述。

而控制器210b则配置在抛光头202b的外部，并与调整器204b的顶部相连接，用来控制调整器204a的高度。其中，控制器210b例如是一气压控制器或是液压控制器。

以下将对上述的化学机械抛光机台的操作方法加以详细叙述。请继续参照图3B，首先利用一抛光液供应装置(未显示)提供于抛光垫200上，并将抛光头202b压覆在抛光垫200上，而抛光头202b的底部212已固持有晶片208，且抛光头202b的侧边设计有调整器204b。接着使抛光头202b与抛光垫200进行旋转运动，藉由抛光垫200以及抛光液中的粒子与晶片208表面产生摩擦，以及晶片208表面与抛光液间的化学蚀刻作用，以致使晶片208的表面平坦化。其中，抛光头202b与抛光垫200的旋转方向例如是分别为标记220及标记222所示，或是与标记220及标记222所示的方向相反。而且，抛光头202b与抛光垫200的旋转方向可以相同也可以不同。

特别是，由于调整器204b与抛光头202b为独立设置，因此调整器204b在进行抛光晶片208的过程中具有独立的旋转运动，其旋转的方向可以是与抛光头202b相同或是相反，且其旋转的速度也可与抛光头202b相同或是不同。

另外，在进行抛光晶片208的过程中，可藉由控制器210b以例如是气压或液压的方式，对调整器204b的高度加以控制，来进行同步或异步的抛光垫调整。以同步的抛光垫调整为例，控制器210b若在抛光晶片208的过程中对调整器204b施予较大的压力，使得调整器204b的调整部214接触到抛光垫200的表面，则由于调整器204b与抛光垫200均具有一旋转运动，因此调整器204b的调整部214会与抛光垫200表面产生摩擦，进而除去在抛光晶片208的过程中残留于抛光垫200表面的颗粒，使抛光垫200维持优选的效能。

反之，若欲进行异步的抛光垫调整，则在抛光晶片208的过程中，会将控制器210b施予调整器204b的压力减少，以使调整器204b的调整部214不会接触到抛光垫200的表面。也就是说，在抛光晶片208的过程中，仅单纯对晶片208作抛光，等晶片208抛光完成后才开始对抛光垫200作调整。

由于本发明在晶片载具的内部或其周围配置调整器，因此可在晶片的CMP工艺中大量节省抛光垫上的空间，以便于其它工艺所需的模块的配置，并提高空间的利用率。而且还能够避免现有晶片载具常在晶片的CMP工艺中与调整器产生碰撞，而对晶片造成损伤的问题。

特别的是，在本发明的实施例中，抛光头底部设计有一调整器，且位于压覆环的外围。因此，调整器与抛光头同步动作，所以不会发生调整器与晶片擦撞的情形，当然也不需要额外的控制器来控制调整器的运动轨迹以避免与晶片发生擦撞，故可降低工艺的复杂性，并节省成本。

此外，由于晶片与调整器均须持续保持湿润状态，而通常浸泡晶片会连同晶片载具一同浸泡在液体中。因此，在本发明中，浸泡晶片的同时也可将调整器一同浸泡于同一设备中，而不必分别准备不同的浸泡设备。所以可使工艺的设备较为简洁而不繁杂。另外，当清洗晶片载具时，也可以同时清洗调整器，以减少清洗液的耗费，并降低工艺的成本。

值得注意的是，在本发明的另一实施例中，晶片载具的侧边设计有一调整器，且此调整器与晶片载具互为独立设置，因此调整器可具有独立的运动。而且，虽然调整器与晶片载具独立设置，但由于其是设置在抛光头的侧边，并且是以一旋转运动动作，因此调整器不会与晶片产生擦撞。所以，在本实施例中也不需要额外的控制器来控制调整器的运动轨迹以避免与晶片发生擦撞，故可降低工艺的复杂性，并节省成本。

虽然本发明已结合优选实施例披露如上，然其并非用来限定本发明，任何本领域内的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围以所附权利要求书所界定的为准。

Claims (9)

1.一种化学机械抛光机台的晶片载具，包括：

一抛光头，具有一底部以及固放在该底部的一压覆环，用来固持一晶片于该抛光头的该底部；

一调整器，装设在该抛光头的该底部且位于该压覆环的外围或装设在该抛光头的侧边；以及

一控制器，其与调整器的顶部连接，用来控制该调整器的高度。

2.如权利要求1所述的化学机械抛光机台的晶片载具，其中该控制器为一压力控制器。

3.如权利要求2所述的化学机械抛光机台的晶片载具，其中该压力控制器为一气压控制器或一液压控制器。

4.如权利要求1所述的化学机械抛光机台的晶片载具，其中该控制器装设于该抛光头的内部。

5.一种化学机械抛光机台的操作方法，包括：

将一抛光头压覆于一抛光垫上，其中该抛光头的底部已固持有一晶片，且该抛光头底部设计有一调整器，且该调整器的高度位置可以加以控制；以及

使该抛光垫与该抛光头旋转，以抛光该晶片，其中藉由该调整器高度的控制，可以同时进行抛光垫的调整。

6.如权利要求5所述的化学机械抛光机台的操作方法，其中该调整器根据下列方式之一动作：将该调整器高度降低，在抛光该晶片的同时可以使该调整器同时进行抛光垫的调整；将该调整器高度提高，则仅单纯对该晶片进行抛光。

7.一种化学机械抛光机台的操作方法，包括：

将一抛光头压覆于一抛光垫上，其中该抛光头的底部已固持有一晶片，且该抛光头的侧边设计有一调整器，且该调整器的高度位置以及旋转方向可以加以控制；以及

使该抛光垫与该抛光头旋转，以抛光该晶片，其中藉由该调整器高度的控制，可以同时进行抛光垫的调整。

8.如权利要求7所述的化学机械抛光机台的操作方法，其中该调整器的旋转方向与该抛光头的旋转方向相同或相反。

9.如权利要求7所述的化学机械抛光机台的操作方法，其中该调整器根据下列方式之一动作：将该调整器高度降低，在抛光该晶片的同时可以使该调整器同时进行抛光垫的调整；将该调整器高度提高，仅单纯抛光该晶片。

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