CN1661780A - 化学机械研磨装置以及研磨方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于研磨半导体晶圆基材的化学机械研磨装置及研磨方法,该装置适用于研磨一晶圆上的一材料层,其包括一底座、数个研磨头、数个研磨垫、一度量器以及一控制器。该研磨头是设置于该底座之上;该研磨垫是设置于该底座之上;该度量器是设置于该底座之上,并且是位于该研磨垫中的两个相邻研磨垫之间,用以量测该材料层的厚度。该控制器是连接于该研磨垫以及该度量器;该研磨方法是在该研磨垫中的至少一个第一个研磨垫上研磨该材料层;以该度量器量测该材料层的厚度;以及在该研磨垫中的至少一个第二个研磨垫上将该材料层研磨成一目标厚度。本发明可以较大幅度的节省研磨的时间,提高生产效率。

Description

化学机械研磨装置以及研磨方法
技术领域
本发明是关于一种用于研磨半导体晶圆基材的化学机械研磨装置及研磨方法,特别是有关于一种在各研磨步骤间整合有化学机械研磨度量的化学机械研磨装置及研磨方法。
背景技术
在来自一硅晶圆的半导体装置的制造中,多个半导体制程设备或机台会被使用。其中一种半导体制程机台即是用来研磨薄型及平坦的半导体晶圆,以获得一平坦化的表面。在需经常被使用于逻辑与记忆装置中的一浅沟绝缘(shallow trench isolation,STI)层、内层介电材料(inter-layer dielectric,ILD)层或一内金属介电(inter-metal dielectric,IMD)层上,一平坦化的表面特别重要。由于关系到后续的高分辨率微影制程以制造下一阶段的电路,故平坦化制程更显重要。高分辨率微影制程只有当其在一很平坦的表面上进行时才能获致高精确度。因此,平坦化制程在半导体装置的制造中是属于一个非常重要的制程步骤。
一总体的平坦化制程可通过已知的化学机械研磨法来进行。在现代的半导体装置的制造中,化学机械研磨法已广泛地被应用于内层介电材料或内金属介电层上。化学机械研磨制程是以一转盘(rotating platen)与一研磨头来进行。化学机械研磨制程主要是用于研磨一半导体晶圆的正面,以达成平坦化的目的以及为下一个阶段的制程做准备。一晶圆通常会被平坦化处理一次或好几次,以使其上的表面尽可能的平坦。晶圆可以在一化学机械研磨装置中被研磨,其乃是通过将晶圆放置于一载具上,并将晶圆的正面朝下压在覆以研浆(slurry)的一研磨垫上来进行。上述的研浆可以是内含胶状的硅土、CeO2或铝化物等。
在一转盘上的研磨垫(polishing pad)通常是以一弹性层做为其外层,此弹性层可以是由一聚合材料(例如聚氨酯)所制成,并且具有一填充料来控制其尺寸稳定性。在传统的化学机械研磨制程中,晶圆本身亦会旋转,以避免晶圆表面产生锥状外形。晶圆的旋转轴乃是刻意地不与研磨垫的旋转轴同轴,但晶圆的旋转轴是与研磨垫的旋转轴平行。众所周知,以化学机械研磨制程所处理的晶圆均匀度是压力、速度及研浆浓度所组成的函数关系。
化学机械研磨制程是经常地应用于使一半导体装置上的浅沟绝缘层、内层介电材料层或内金属介电层平坦化,而浅沟绝缘层、内层介电材料层或内金属介电层传统上是由介电材料所组成。同时,上述的介电材料大多是采用氧化硅或其它低介电质。在研磨一介电层的制程中,其目的是要移除印刷样式(typography),而却使得整个晶圆维持良好的均匀度。介电材料的移除量一般是介于2000埃与20000埃之间。内层介电材料层或内金属介电层研磨的均匀度要求是非常严格的,此乃因为不均匀的介电薄膜会造成不良的微影结果,以及导致接触窗蚀刻(contact or via etching)或插塞形成(plug-formation)的困难性。
在化学机械研磨制程中通常会使用到一旋转研磨转盘以及一晶圆承载器,旋转研磨转盘以及晶圆承载器皆会施加一压力于晶圆上,并且使晶圆旋转。晶圆表层的研磨或移除可搭配利用一研浆来达成,而该研浆主要是由内含胶状的硅土或由悬浮于去离子水或碱性溶液中的CeO2所组成。研浆可由一自动研浆供应系统来供给,以确保均匀的研磨垫湿度以及适当的研浆传递与回复。
化学机械研磨制程是以化学及机械的方式来执行精微的研磨作用。虽然化学机械研磨制程比起传统的机械磨耗式研磨制程具有诸多优点,但化学机械研磨制程仍具有难以在一晶圆表面上的不同位置处控制研磨速率的缺点。由于研磨速率通常是正比于研磨垫的相对旋转速度,故在晶圆表面上的一特定点处的研磨速率是取决于旋转轴的距离。换言之,在晶圆边缘部(最靠近研磨垫的旋转轴)所得到的研磨速率是小于在晶圆的相对边缘所得到的研磨速率。尽管上述的研磨速率差异可通过旋转晶圆表面而获得补偿,但在化学机械研磨制程中,晶圆表面仍就会遭受到多变研磨速率的影响。
目前有一种线性化学机械研磨制程可使研磨垫以线性的方式来对一旋转晶圆表面做相对移动。在整个平坦化过程中,此种线性研磨方式可提供一较均匀的研磨速率于一晶圆表面上。此外,应用线性研磨方式的一线性研磨系统还可具有结构简单的优点,亦即,线性研磨系统不仅具有低制造成本,其还可使得占用空间较为减小。
请参阅图1,一种已知的化学机械研磨装置90主要包括有一底座100、数个研磨垫210a、210b及210c、一研磨头清洁装载/卸载站(head clean load/unload station)360以及一研磨头旋转单元(he ad rotation unit)400。研磨垫210a、210b及210c是设置于底座100之上。研磨头清洁装载/卸载站360更包括有一承载杯(load cup)300,承载杯300可用来将晶圆(未显示)装载至研磨头410a,410b,410c,410d上,以及用来从研磨头410a,410b,410c,410d上卸载晶圆。研磨头旋转单元400更包括有数个研磨头410a、410b、410c及410d,研磨头410a、410b、410c及410d可用以支承与转动晶圆。
数个研磨垫210a、210b及210c可在较短的时间内同时对数个晶圆进行处理。每一个研磨垫皆是固定于一旋转机构(rotatablecarousel,未显示)上。数个研磨垫调节器(pad conditioner)211a、211b及211c是设置于底座100之上,并且可分别扫过对应的研磨垫表面,以进行研磨垫表面的调节。研浆供给臂212a、212b及212c亦是设置于底座100之上,并可分别供应研浆至每一个研磨垫表面上。
研磨头旋转单元400的研磨头410a、410b、410c及410d是分别固定于转轴420a、420b、420c及420d之上,而转轴420a、420b、420c及420d皆是由位于研磨头旋转单元400的框架401内的一驱动机构(未显示)所驱使转动。研磨头410a、410b、410c及410d可分别地支承晶圆(未显示),并且可分别将晶圆压向研磨垫210a、210b及210c的上表面,如此一来,各晶圆上的材料层即可被移除。在化学机械研磨制程中,研磨头旋转单元400是通过一旋转轴承402而被支撑于底座100之上。
如图1A所示,承载杯300包括有一支撑柱312,支撑柱312可支撑一圆形底座310。晶圆可被放置于圆形底座310上。圆形底座310可将晶圆承载至研磨头410a,410b,410c,410d上,以及圆形底座310可从研磨头410a,410b,410c,410d上卸载晶圆。在圆形底座310的上表面上还具有一底座薄膜313,而底座薄膜313是与晶圆的图案表面(集成电路所在的表面)所接触。数个流体开口314是穿设于圆形底座310与底座薄膜313上。通过使清洁流体从流体开口314喷出,研磨头410a、410b、410c及410d的下表面与底座薄膜313的上表面即可在承载杯300处被清洗。
在化学机械研磨装置90的操作中,每一个晶圆皆是固定于每一个研磨头410a、410b、410c及410d上,并且每一个晶圆皆是依序地被每一个研磨垫210a、210b及210c所研磨。如图2所示,S1表示晶圆在研磨垫210a上所进行的第一个研磨步骤;S2表示晶圆在研磨垫210b上所进行的第二个研磨步骤;S3表示晶圆在研磨垫210c上所进行的第三个研磨步骤;S4表示晶圆在被研磨后可被清洗的步骤;而S5表示对晶圆进行同轴度量的步骤。
同轴度量的步骤(S5)经常还指出经研磨过的晶圆还需进行额外的研磨步骤来从晶圆上移除额外的材料。换句话说,在进行同轴度量的步骤后,晶圆还需进行另一系列的研磨步骤。此种完善研磨制程乃是根据同轴度量步骤的结果来执行,以期使晶圆具有一材料层目标厚度,而此材料层目标厚度可利于后续的制程。
虽然上述研磨制程中的实际材料移除速率约为第一个研磨制程的材料移除速率的1/5至1/25,但两个制程的总处理时间是大约相同的。此种晶圆的双重制程实质上会延长制程周期时间,进而会降低制程设备利用率以及制程生产率。如上所述,一种改良的化学机械研磨装置及其制程方法是迫切需要的来解决上述的问题,亦即,此改良的化学机械研磨装置及其制程方法可在不需进行额外制程的情形下,来达成在晶圆上获得具有一目标厚度的材料层。
有鉴于此,本发明的目的是要提供一种改良的化学机械研磨装置及其研磨方法,在本发明的化学机械研磨装置中,一(同轴)度量器是设置于连续的研磨垫之间,而本发明的研磨方法则可增进晶圆在化学机械研磨制程中的产量。
发明内容
本发明基本上采用如下所详述的特征以解决上述的问题。
本发明的一目的是要提供一种化学机械研磨装置,其适用于研磨一晶圆上的一材料层,并且包括一底座;数个研磨头,设置于该底座之上,是用以支承该晶圆;数个研磨垫,设置于该底座之上,是用以研磨该材料层;一度量器,设置于该底座之上,并且是位于该研磨垫中的两个相邻研磨垫之间,用以量测该材料层的厚度;以及一控制器,连接于该研磨垫以及该度量器,是用以根据从该度量器所输入的材料层的厚度来使至少一个研磨垫运作。
又根据上述目的,该研磨头包括至少四个研磨头。
又根据上述目的,该研磨垫包括一第一研磨垫、一第二研磨垫以及一第三研磨垫,该第一研磨垫、该第二研磨垫以及该第三研磨垫是以转动方式设置于该底座之上。
又根据上述目的,其更包括一装载/卸载站,是设置于该底座之上,该装载/卸载站是将该晶圆装载至该研磨头上以及从该研磨头上卸载该晶圆。
又根据上述目的,该度量器是设置于该第二研磨垫与该第三研磨垫之间。
本发明的另一目的是要提供一种研磨方法,其适用于研磨一晶圆上的一材料层,并且包括下列步骤:提供数个研磨垫以及一度量器,其中,该研磨垫是用以研磨该材料层,以及该度量器是位于该研磨垫中的两个相邻研磨垫之间,用以量测该材料层的厚度;在该研磨垫中的至少一第一个研磨垫上研磨该材料层;以该度量器量测该材料层的厚度;以及在该研磨垫中的至少一第二个研磨垫上将该材料层研磨成一目标厚度。
又根据上述目的,该研磨垫包括一第一研磨垫、一第二研磨垫以及一第三研磨垫,该度量器是设置于该第二研磨垫与该第三研磨垫之间,在该研磨垫中至少一个第一个研磨垫上研磨该材料层的步骤包括在第一研磨垫以及第二研磨垫上研磨该材料层,以及在该研磨垫中至少一第二个研磨垫上将该材料层研磨成一目标厚度的步骤包括在该第三研磨垫上将该材料层研磨成一目标厚度。
又根据上述目的,该研磨垫包括一第一研磨垫、一第二研磨垫以及一第三研磨垫,该度量器是设置于该第一研磨垫与该第二研磨垫之间,在该研磨垫中的该至少一第一个研磨垫上研磨该材料层的该步骤包括在该第一研磨垫上研磨该材料层,以及在该研磨垫中的该至少一第二个研磨垫上将该材料层研磨成一目标厚度的该步骤包括在该第二研磨垫以及该第三研磨垫上将该材料层研磨成一目标厚度。
又根据上述目的,该材料层包括有一介电材料,以及该目标厚度是介于300与20000埃之间。
又根据上述目的,该材料层是为一金属层,以及该目标厚度是介于500埃与5微米(μm)之间。
又根据上述目的,其更包括一步骤:以一内部研磨清洁器来使该晶圆进行一后化学机械研磨清洁程序。
又根据上述目的,其更包括一步骤:以一外部研磨清洁器来使该晶圆进行一后化学机械研磨清洁程序。
又根据上述目的,其更包括一控制器,是连接于该研磨垫以及该度量器,以及其更包括下列步骤:将来自于该度量器的对应于该材料层的厚度的一回授讯号传送至该控制器;以及将来自于该控制器的一调整讯号传送至该研磨垫中的该至少一第二个研磨垫,其中,该至少一第二个研磨垫是根据该调整讯号来将该材料层研磨成该目标厚度。
又根据上述目的,其更包括一控制器,是连接于该研磨垫以及该度量器,以及其更包括下列步骤:将来自于该度量器的对应于该材料层的厚度的一回授讯号传送至该控制器;以及将来自于该控制器的一调整讯号传送至该研磨垫中的该至少一第一个研磨垫,其中,该至少一第一个研磨垫是根据该调整讯号来将该材料层研磨成一中间目标厚度。
又根据上述目的,其更包括下列步骤:提供数个晶圆,其中,该晶圆分别具有数个材料层;依序地在该研磨垫中的该至少一第一个研磨垫上研磨该材料层;以该度量器分别量测该材料层的厚度;以及在该研磨垫中的该至少一第二个研磨垫上分别将该材料层研磨成一目标厚度。
又根据上述目的,其更包括一步骤:通过使该材料层进行一后化学机械研磨厚度量测来验证该材料层的该目标厚度。
本发明的上述技术方案可以较大幅度的节省研磨的时间,提高生产效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例并配合所附图式做详细说明。
附图说明
图1是显示一已知的化学机械研磨装置的立体示意图;
图1A是显示根据图1的一圆形底座的立体示意图;
图2是显示根据图1的化学机械研磨装置的制程流程图;
图3是显示本发明的一实施例的化学机械研磨装置的俯视示意图;
图3A是显示具有一材料层的晶圆的部份剖面示意图;
图4是显示本发明的另一实施例的化学机械研磨装置的俯视示意图;以及
图5是显示根据本发明的化学机械研磨装置的制程流程图。
具体实施方式
兹配合图式说明本发明的较佳实施例。
请参阅图3,本实施例的化学机械研磨装置(CMPapparatus)10主要包括有底座12、装载/卸载站22、第一研磨垫(带)28a、第二研磨垫(带)28b、第三研磨垫(带)28c、研磨头旋转单元14、五个研磨头20a、20b、20c、20d、20e、三个研浆分配臂30a、30b、30c、三个研磨垫调节器(pad conditioner)32a、32b、32c、同轴度量器(in-line metrology tool)34、制程控制器(CLCprocess controller)36、内部清洁器(in-situ clean tool)50以及一外部清洁器(ex-situ clean tool)51。
装载/卸载站22是设置于底座12之上,并且可从一机械手臂24处承接一晶圆26。第一研磨垫28a、第二研磨垫28b以及第三研磨垫28c皆是分别设置于一转动的滚轴(未显示,以可转动的方式设置于底座12上)上,并且第一研磨垫28a、第二研磨垫28b以及第三研磨垫28c是用来依序地研磨晶圆26。研磨头旋转单元14是设置于一轴16之上,并且是悬设于底座12的上方。此外,在本实施例之中,研磨头旋转单元14还包括有五个向外延伸的臂杆18,而五个研磨头20a、20b、20c、20d及20e则是分别设置于五个向外延伸的臂杆18上。
三个研浆分配臂30a、30b、30c亦是设置于底座12之上,并且是分别邻接于第一研磨垫28a、第二研磨垫28b以及第三研磨垫28c。在依序研磨每一个晶圆26的过程中,研浆分配臂30a、30b、30c可分别将研浆(未显示)分配到第一研磨垫28a、第二研磨垫28b以及第三研磨垫28c上。三个研磨垫调节器32a、32b、32c亦是设置于底座12,而可分别用来调节第一研磨垫28a、第二研磨垫28b以及第三研磨垫28c。
同轴度量器34亦是设置于底座12之上,并且是位于第二研磨垫28b与第三研磨垫28c之间。同轴度量器34可以是任何已知的度量器形式,而可用来量测在每一个晶圆26上的一材料层(未显示于图3中)。制程控制器36是(电性)连接于一些功能性机件,例如,研磨头旋转单元14、第一研磨垫28a、第二研磨垫28b以及第三研磨垫28c。制程控制器36可具有控制晶圆26的自动传送以及控制同轴度量器34等功能,而其详细的运作方式将在以下的叙述中说明。制程控制器36亦可用来控制晶圆26在第一研磨垫28a、第二研磨垫28b以及第三研磨垫28c上的每一个研磨步骤的研磨时间。同轴度量器34是(电性)连接于制程控制器36,同轴度量器34可在最后的研磨步骤中,驱使制程控制器36修正或调整对于晶圆26在第三研磨垫28c上的研磨时间,如此即可在晶圆26上得到一所需的材料层目标厚度。此外,同轴度量器34亦可以与第一研磨垫28a、第二研磨垫28b、第三研磨垫28c以及制程控制器36整合成一个单元。内部清洁器50是整合于化学机械研磨装置10中,其可在化学机械研磨制程后清洁晶圆26。另外,外部清洁器51亦可以用来清洁晶圆26。
请配合参阅图3A,化学机械研磨装置10主要是用来研磨或减少已在晶圆26上所沉积的一材料层27的厚度。在整个化学机械研磨制程中,材料层27会从一前化学机械研磨厚度(pre-CMPthickness)42减少成一目标厚度(target thickness)44。传统上,材料层27可以是包括有一介电材料的金属层。举例来说,金属层可以是钨、铜、铝或其合金,金属层及介电层可以物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)或电化学电镀(ECP)等方式沉积于晶圆26上。此外,材料层27亦可以完全是介电层。
在材料层27沉积于晶圆26的上后,其前化学机械研磨厚度42通常会大于目标厚度44,而其为在材料层27中制作沟渠所需。当材料层27是一介电层时,其目标厚度44通常需介于300埃与20000埃之间,而对应于介电沟渠深度。另外,化学机械研磨制程亦可在一金属层中的浅沟隔离(Trench)结构的制作过程中进行,此时,材料层27的沟渠深度或目标厚度44通常需介于500埃与5微米(μm)之间。
如图3、图3A及图5所示,在化学机械研磨装置10的运作过程中,材料层27的前化学机械研磨厚度42、目标厚度44以及材料层27被研磨至目标厚度44的总估算研磨时间会先被输入制程控制器36中,如图5的制程步骤S1所示。接着,每一个晶圆26是分别且依序地被机械手臂24传送至装载/卸载站22上。然后,每一个晶圆26会依序地从装载/卸载站22被放到研磨头20a、20b、20c、20d上,如图5的制程步骤S2所示。
在晶圆26被放置于研磨头20a、20b、20c或20d上后,研磨头旋转单元14即会旋转而使得研磨头20a、20b、20c或20d旋转至第一研磨垫28a处。在第一个研磨步骤中,研磨头20a、20b、20c或20d还会使晶圆26旋转,并且将晶圆26的材料层27压向第一研磨垫28a,如图5的制程步骤S3所示。接着,制程控制器36会将制程讯号37及37a传送至化学机械研磨装置10中,如图5所示。然后,研磨头旋转单元14会迫使研磨头20a、20b、20c或20d将晶圆26的材料层27对着第一研磨垫28a旋转一段时间,在此,该一段时间是取决于总估算研磨时间、前化学机械研磨厚度42及目标厚度44。第一个研磨步骤通常为一粗研磨步骤(coarse polish step),而其可以在不接触到衬层(underlying layer)的情形下移除盖层(cap layer)。在一些情形中,过程研磨步骤可以移除深度达20000埃的盖层。
在第一个研磨步骤完成后,研磨头旋转单元14会使晶圆26从第一研磨垫28a旋转至第二研磨垫28b,并且使其材料层27对着第二研磨垫28b旋转,而此第二个研磨步骤中是如图5的制程步骤S4所示。制程控制器36会将一制程讯号37b传送至化学机械研磨装置10中,如图5所示。接着,研磨头旋转单元14会迫使研磨头20a、20b、20c或20d将晶圆26的材料层27对着第二研磨垫28b旋转一段时间,在此,该一段时间是取决于先前于制程步骤S1时输入至制程控制器36中的总估算研磨时间、前化学机械研磨厚度42及目标厚度44。如同第一个研磨步骤,第二个研磨步骤亦通常是一过程研磨步骤,而材料可从材料层27上被移除,在此,材料层27的移除厚度可介于0埃与20000埃之间。第二个研磨步骤可以在不接触到衬层的情形下移除盖层。在一些情形中,过程研磨步骤可以移除深度达20000埃的盖层。
在第二个研磨步骤完成后,研磨头旋转单元14会将晶圆26从第二研磨垫28b传送至同轴度量器34。如图5的制程步骤S5所示,材料层27的厚度是被同轴度量器34所量测。此外,其它的参数,例如,薄膜密度(film density)及片电阻(sheetresistance,Rs)等亦可以为同轴度量器34所量测。如图3及图5所示,同轴度量器34会将对应于所量测到的材料层27的厚度的一回授讯号(feedback signal)46传送至制程控制器36,以调整对于后续晶圆的过程研磨条件(course polish condition),例如,研磨时间、下压力、研磨头旋转速度以及研浆流动等。根据材料层27的量测厚度(透过回授讯号46),制程控制器36会计算将材料层27从量测厚度研磨至一中间目标厚度所需的时间,并将此时间信息以一调整讯号48分别传送至第一研磨垫28a及第二研磨垫28b,以减小对于后续晶圆的研磨变异。
在另一方面,根据材料层27的量测厚度(透过回授讯号46),制程控制器36会计算将材料层27从量测厚度研磨至目标厚度44所需的时间,并将此时间信息以一调整讯号48传送至第三研磨垫28c。如图5的制程步骤S6所示,第三研磨垫28c即可根据通过调整讯号48所传送的时间信息来将材料层27从量测厚度研磨至目标厚度44。最后,在材料层27被清洁之前或之后,其后化学机械研磨厚度可被量测,以验证其目标厚度44。如图5的制程步骤S7所示,在后续的半导体制造进行前,晶圆26可以进行一后化学机械研磨清洁程序以清除其上所残留的粉尘(particle),而后化学机械研磨清洁程序可以利用内部清洁器50或外部清洁器51来进行。在另一方面,当材料层27的后化学机械研磨厚度偏离于目标厚度44时,晶圆26就必须被重新处理,并再透过化学机械研磨装置10来进行研磨循环。
此外,当第一片晶圆在第一研磨垫28a上被研磨时,第二片晶圆即会被装载至装载/卸载站22上。接着,当第一片晶圆被传送至第二研磨垫28b上而被研磨时,第二片晶圆即会被传送至第一研磨垫28a上而被研磨,同时,第三片晶圆会被装载至装载/卸载站22上。当第一片晶圆在同轴度量器34处进行量测时,第二片晶圆会被传送至第二研磨垫28b上而被研磨,以及第三片晶圆会被传送至第一研磨垫28a上而被研磨。当第一片晶圆在第三研磨垫28c上进行最后的研磨步骤时,第二片晶圆即会在同轴度量器34处受到量测,以及第三片晶圆会被传送至第二研磨垫28b上而被研磨。如上所述,所有的晶圆皆会依序地透过研磨程序来被研磨。
如图4所示,在本发明的另一实施例的一化学机械研磨装置40中,其同轴度量器34是设置于底座12上的第一研磨垫28a与第二研磨垫28b之间。晶圆26在第一研磨垫28a上被研磨后,即会被传送至同轴度量器34处,接着同轴度量器34便会量测晶圆26上的材料层27的厚度。然后,根据材料层27的量测厚度,制程控制器36便会计算晶圆26后续分别在第二个研磨步骤(在第二研磨垫28b上)及第三个研磨步骤(在第三研磨垫28c上)所需被研磨的时间,进而可使材料层27具有目标厚度44。
虽然本发明已以较佳实施例揭示于上,然其并非用以限定本发明,任何熟悉此项技艺者,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当视后附的权利要求书所界定的范围为准。
符号说明
10、90:化学机械研磨装置
12、100:底座
14:研磨头旋转单元
16:轴
18:臂杆
22:装载/卸载站
24:机械手臂
26:晶圆
27:材料层
28a:第一研磨垫
28b:第二研磨垫
28c:第三研磨垫
30a、30b、30c:研浆分配臂
34:同轴度量器
36:制程控制器
37、37a、37b:制程讯号
42:前化学机械研磨厚度
44:目标厚度
46:回授讯号
48:调整讯号
50:内部清洁器
51:外部清洁器
210a、210b、210c:研磨垫
32a、32b、32c、211a、211b、211c:研磨垫调节器
212a、212b、212c:研浆供给臂
300:承载杯
310:圆形底座
312:支撑柱
313:底座薄膜
314:流体开口
360:研磨头清洁装载/卸载站
400:研磨头旋转单元
401:框架
402:旋转轴承
20a、20b、20c、20d、20e、410a、410b、410c、410d:研磨头
420a、420b、420c、420d:转轴

Claims (16)

1、一种化学机械研磨装置,适用于研磨一晶圆上的一材料层,其特征在于包括:
一底座;
数个支承该晶圆的研磨头,设置于该底座之上;
数个研磨该材料层研磨垫,设置于该底座之上;
一量测该材料层厚度的度量器,设置于该底座之上,并且是位于该研磨垫中的两个相邻研磨垫之间;以及
一控制器,连接于该研磨垫以及该度量器,是用以根据从该度量器所输入的材料层的厚度来使至少一个研磨垫运作。
2、根据权利要求1所述的化学机械研磨装置,其特征在于该研磨垫包括第一研磨垫、第二研磨垫以及第三研磨垫,该第一研磨垫、该第二研磨垫以及该第三研磨垫是以转动方式设置于该底座之上。
3、根据权利要求1所述的化学机械研磨装置,其特征在于该研磨头包括至少四个研磨头,该研磨垫包括第一研磨垫、第二研磨垫以及第三研磨垫,该第一研磨垫、该第二研磨垫以及该第三研磨垫是以转动方式设置于该底座之上。
4、根据权利要求1所述的化学机械研磨装置,其特征在于还包括一将该晶圆装载至该研磨头上以及从该研磨头上卸载该晶圆装载/卸载站,是设置于该底座之上。
5、根据权利要求2所述的化学机械研磨装置,其特征在于该度量器是设置于该第二研磨垫与该第三研磨垫之间。
6、一种研磨方法,适用于研磨一晶圆上的一材料层,其特征在于包括下列步骤:
提供数个研磨垫以及一度量器,其中,该研磨垫是用以研磨该材料层,以及该度量器是位于该研磨垫中的两个相邻研磨垫之间,用以量测该材料层的厚度;
在该研磨垫中的至少一个第一个研磨垫上研磨该材料层;
以该度量器量测该材料层的厚度;以及
在该研磨垫中的至少一个第二个研磨垫上将该材料层研磨成一目标厚度。
7、根据权利要求6所述的研磨方法,其特征在于该研磨垫包括第一研磨垫、第二研磨垫以及第三研磨垫,该度量器是设置于该第二研磨垫与该第三研磨垫之间,在该研磨垫中至少一个第一研磨垫上研磨该材料层的步骤包括在第一研磨垫以该第二研磨垫上研磨该材料层,以及在该研磨垫中至少一个第二研磨垫上将该材料层研磨成一目标厚度的步骤包括在第三研磨垫上将该材料层研磨成一目标厚度。
8、根据权利要求6所述的研磨方法,其特征在于该研磨垫包括第一研磨垫、第二研磨垫以及第三研磨垫,该度量器是设置于该第一研磨垫与该第二研磨垫之间,在该研磨垫中至少一个第一研磨垫上研磨该材料层的步骤包括在第一研磨垫以及第二研磨垫上研磨该材料层,以及在该研磨垫中至少一个第二研磨垫上将材料层研磨成一目标厚度的步骤包括在第二研磨垫以及第三研磨垫上将材料层研磨成一目标厚度。
9、根据权利要求6所述的研磨方法,其特征在于该材料层包括有一介电材料,以及该目标厚度是介于300与20000埃之间。
10、根据权利要求6所述的研磨方法,其特征在于该材料层是为一金属层,以及该目标厚度是介于500埃与5微米(μm)之间。
11、根据权利要求6所述的研磨方法,其特征在于还包括一步骤:
以一内部研磨清洁器来使该晶圆进行一后化学机械研磨清洁程序。
12、根据权利要求6所述的研磨方法,其特征在于还包括一步骤:
以一外部研磨清洁器来使该晶圆进行一后化学机械研磨清洁程序。
13、根据权利要求6所述的研磨方法,其特征在于还包括一控制器,是连接于该研磨垫以及该度量器,以及还包括下列步骤:
将来自于该度量器的对应于该材料层的厚度的一回授讯号传送至该控制器;以及
将来自于该控制器的一调整讯号传送至该研磨垫中的该至少一第二个研磨垫,其中,该至少一第二个研磨垫是根据该调整讯号来将该材料层研磨成该目标厚度。
14、根据权利要求6所述的研磨方法,其特征在于还包括一控制器,是连接于该研磨垫以及该度量器,以及还包括下列步骤:
将来自于该度量器的对应于该材料层的厚度的一回授讯号传送至该控制器;以及
将来自于该控制器的一调整讯号传送至该研磨垫中的该至少一第一个研磨垫,其中,该至少一第一个研磨垫是根据该调整讯号来将该材料层研磨成一中间目标厚度。
15、根据权利要求6所述的研磨方法,其特征在于还包括下列步骤:
提供数个晶圆,其中,该晶圆分别具有数个材料层;
依序地在该研磨垫中的该至少一第一个研磨垫上研磨该材料层;
以该度量器分别量测该材料层的厚度;以及
在该研磨垫中的该至少一第二个研磨垫上分别将该材料层研磨成一目标厚度。
16、根据权利要求6所述的研磨方法,其特征在于还包括一步骤:
通过使该材料层进行一后化学机械研磨厚度量测来验证该材料层的该目标厚度。
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Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102233544A (zh) * 2010-05-06 2011-11-09 无锡华润上华半导体有限公司 化学机械研磨的方法
CN102371533A (zh) * 2010-08-24 2012-03-14 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 利用化学机械研磨设备对晶片返工的方法
CN102476349A (zh) * 2010-11-30 2012-05-30 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 一种化学机械研磨装置
CN102658519A (zh) * 2012-05-09 2012-09-12 上海宏力半导体制造有限公司 化学机械研磨机台
CN101722469B (zh) * 2008-10-13 2013-01-02 台湾积体电路制造股份有限公司 对晶圆进行化学机械研磨工艺的方法
CN102922400A (zh) * 2012-11-09 2013-02-13 昆山市大金机械设备厂 抛光装置
CN103909474A (zh) * 2012-12-28 2014-07-09 台湾积体电路制造股份有限公司 Cmp站清洁的系统和方法
CN104802071A (zh) * 2014-01-24 2015-07-29 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 化学机械抛光方法
CN105983890A (zh) * 2015-01-30 2016-10-05 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 化学机械研磨设备及方法
CN106584214A (zh) * 2016-11-09 2017-04-26 石长海 一种大尺寸晶片单面抛光的方法
CN107443174A (zh) * 2016-05-31 2017-12-08 无锡华润上华科技有限公司 利用研磨机台研磨异常晶圆片的方法
CN107639528A (zh) * 2016-07-21 2018-01-30 快递股份有限公司 研磨装置
CN107984375A (zh) * 2017-11-27 2018-05-04 德淮半导体有限公司 晶圆加工装置及其加工方法
US10099339B2 (en) 2016-06-02 2018-10-16 Semiconductor Manufacturing International (Shanghai) Corporation Chemical mechanical polishing (CMP) apparatus and method
CN109664199A (zh) * 2019-01-11 2019-04-23 北京半导体专用设备研究所(中国电子科技集团公司第四十五研究所) 一种化学机械抛光的优化方法及装置
CN117140236A (zh) * 2023-10-25 2023-12-01 苏州博宏源机械制造有限公司 一种晶圆厚度在线测量装置及方法

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7118451B2 (en) * 2004-02-27 2006-10-10 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. CMP apparatus and process sequence method
US20060105558A1 (en) * 2004-11-18 2006-05-18 Harry Chuang Inter-metal dielectric scheme for semiconductors
US20070145538A1 (en) * 2005-12-28 2007-06-28 Tsang-Jung Lin Cmp apparatus for polishing dielectric layer and method of controlling dielectric layer thickness
US7366575B2 (en) * 2005-12-30 2008-04-29 Intel Corporation Wafer polishing control
CN101484979A (zh) * 2006-05-03 2009-07-15 圣劳伦斯纳米科技有限公司 能够抛光单个管芯的用于对大尺寸晶片进行化学机械抛光的方法及装置
DE102007035833B3 (de) * 2007-07-31 2009-03-12 Advanced Micro Devices, Inc., Sunnyvale Fortgeschrittene automatische Abscheideprofilzielsteuerung und Kontrolle durch Anwendung von fortgeschrittener Polierendpunktsystemrückkopplung
US7851234B2 (en) 2007-11-29 2010-12-14 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. System and method for enhanced control of copper trench sheet resistance uniformity
US20110195636A1 (en) * 2010-02-11 2011-08-11 United Microelectronics Corporation Method for Controlling Polishing Wafer
CN102689266A (zh) * 2011-03-23 2012-09-26 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 一种抛光装置及晶片抛光方法
JP6046933B2 (ja) 2012-07-10 2016-12-21 株式会社荏原製作所 研磨方法
US20140141694A1 (en) * 2012-11-21 2014-05-22 Applied Materials, Inc. In-Sequence Spectrographic Sensor
US9227293B2 (en) * 2012-11-21 2016-01-05 Applied Materials, Inc. Multi-platen multi-head polishing architecture
US20140242877A1 (en) * 2013-02-26 2014-08-28 Applied Materials, Inc. Spectrographic metrology with multiple measurements
US9056383B2 (en) * 2013-02-26 2015-06-16 Applied Materials, Inc. Path for probe of spectrographic metrology system
TWI672191B (zh) * 2013-10-16 2019-09-21 美商應用材料股份有限公司 帶有裝設樞紐手臂之化學機械拋光機的系統及方法
JP6374169B2 (ja) * 2014-01-23 2018-08-15 株式会社荏原製作所 研磨方法および研磨装置
US20230032146A1 (en) * 2021-07-27 2023-02-02 Applied Materials, Inc. Simultaneous in process metrology for cluster tool architecture
CN115229645B (zh) * 2022-08-31 2023-12-19 广东正嘉智能科技有限公司 一种全自动激光测厚干磨砂带抛光机

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3231659B2 (ja) * 1997-04-28 2001-11-26 日本電気株式会社 自動研磨装置
US6422927B1 (en) * 1998-12-30 2002-07-23 Applied Materials, Inc. Carrier head with controllable pressure and loading area for chemical mechanical polishing
US6776692B1 (en) * 1999-07-09 2004-08-17 Applied Materials Inc. Closed-loop control of wafer polishing in a chemical mechanical polishing system
US6623333B1 (en) * 1999-12-14 2003-09-23 Texas Instruments Incorporated System and method for controlling a wafer polishing process
US6540595B1 (en) * 2000-08-29 2003-04-01 Applied Materials, Inc. Chemical-Mechanical polishing apparatus and method utilizing an advanceable polishing sheet
CN1218369C (zh) * 2002-05-13 2005-09-07 台湾积体电路制造股份有限公司 降低铜制程化学机械研磨的缺陷与研浆残留的方法
US6976907B2 (en) * 2003-01-10 2005-12-20 Intel Corporation Polishing pad conditioning
US7118451B2 (en) * 2004-02-27 2006-10-10 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. CMP apparatus and process sequence method

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101722469B (zh) * 2008-10-13 2013-01-02 台湾积体电路制造股份有限公司 对晶圆进行化学机械研磨工艺的方法
CN102233544B (zh) * 2010-05-06 2013-02-13 无锡华润上华半导体有限公司 化学机械研磨的方法
CN102233544A (zh) * 2010-05-06 2011-11-09 无锡华润上华半导体有限公司 化学机械研磨的方法
CN102371533A (zh) * 2010-08-24 2012-03-14 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 利用化学机械研磨设备对晶片返工的方法
CN102371533B (zh) * 2010-08-24 2013-07-17 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 利用化学机械研磨设备对晶片返工的方法
CN102476349A (zh) * 2010-11-30 2012-05-30 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 一种化学机械研磨装置
CN102658519A (zh) * 2012-05-09 2012-09-12 上海宏力半导体制造有限公司 化学机械研磨机台
CN102922400A (zh) * 2012-11-09 2013-02-13 昆山市大金机械设备厂 抛光装置
CN103909474B (zh) * 2012-12-28 2017-09-26 台湾积体电路制造股份有限公司 Cmp站清洁的系统和方法
CN103909474A (zh) * 2012-12-28 2014-07-09 台湾积体电路制造股份有限公司 Cmp站清洁的系统和方法
US9592585B2 (en) 2012-12-28 2017-03-14 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. System and method for CMP station cleanliness
CN104802071A (zh) * 2014-01-24 2015-07-29 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 化学机械抛光方法
CN105983890A (zh) * 2015-01-30 2016-10-05 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 化学机械研磨设备及方法
CN107443174A (zh) * 2016-05-31 2017-12-08 无锡华润上华科技有限公司 利用研磨机台研磨异常晶圆片的方法
CN107443174B (zh) * 2016-05-31 2019-06-07 无锡华润上华科技有限公司 利用研磨机台研磨异常晶圆片的方法
US10099339B2 (en) 2016-06-02 2018-10-16 Semiconductor Manufacturing International (Shanghai) Corporation Chemical mechanical polishing (CMP) apparatus and method
CN107639528A (zh) * 2016-07-21 2018-01-30 快递股份有限公司 研磨装置
CN106584214A (zh) * 2016-11-09 2017-04-26 石长海 一种大尺寸晶片单面抛光的方法
CN107984375A (zh) * 2017-11-27 2018-05-04 德淮半导体有限公司 晶圆加工装置及其加工方法
CN109664199A (zh) * 2019-01-11 2019-04-23 北京半导体专用设备研究所(中国电子科技集团公司第四十五研究所) 一种化学机械抛光的优化方法及装置
CN117140236A (zh) * 2023-10-25 2023-12-01 苏州博宏源机械制造有限公司 一种晶圆厚度在线测量装置及方法
CN117140236B (zh) * 2023-10-25 2024-01-26 苏州博宏源机械制造有限公司 一种晶圆厚度在线测量装置及方法

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