CN1672876A - 研磨设备与研磨方法 - Google Patents

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Abstract

一种研磨设备(10)，包括：驱动机构(22)，用以在方向(R)上旋转工作台(21)；研磨液供应机构(40)，用以供应浆液(L)到研磨垫(23)上的预定供应位置(P)；研磨头(33)，其在工作台(21)的旋转方向上位于供应位置(P)的下游，并且保持晶片(W)以使晶片W与研磨垫(23)相对；以及遮挡体(52)，其在工作台(21)的旋转方向上位于研磨头(33)的下游，并从工作台(21)移除用过的浆液(L)。

Description

研磨设备与研磨方法
本申请基于2004年3月25日提交之日本专利申请案第2004-089296号并要求其优先权，该申请的全部内容在此引入作为参考。
技术领域
本发明是涉及一种研磨设备与研磨方法，用于研磨形成于基板上的薄膜，更具体而言涉及一种使用化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)的研磨设备与研磨方法。
背景技术
在使用化学机械研磨的研磨设备中的研磨液的公知常规供应方法如图10与11所示。根据图10所示之方法，在储存槽101内的研磨液102是由供应泵103经由供应件104供应至在研磨工作台105上提供的研磨垫106的表面，以研磨晶片(Wafer)W。研磨液从研磨垫106的表面被离心力泼出，并流进漏斗107。此研磨液并不被循环再利用，而作为废液108被排出。
根据图10所示之研磨液的供应方法，提供至研磨垫106的研磨液102只被使用一次就被当成废液108而处理。因此，造成研磨液的使用成本增加的问题。即使研磨液的用量被减少到最低程度，由于弄湿研磨垫106的研磨液是必要的，因此研磨程序的工作成本降低受到限制。
大部分从供应件104被提供至研磨垫106的表面的研磨液102被离心力泼至周围，所以实际被提供至晶片W的研磨液102的量很少。因此，研磨液存在使用效率低的问题，且根据图10所示之研磨方法，大部分昂贵的研磨液未被使用即被当作废液而处理。
于是，根据图11所示之方法，从工作台散开的浆液(slurry)被尽可能多地储存在工作台上，藉此减少浆液量。亦即是，向工作台111的旋转中心移动的板件112被设置在研磨垫的表面上。藉此，从供应喷嘴113供应的浆液被分成例如三份。浆液114a流向晶片W并被用于研磨。浆液114b被朝向工作台111外周边侧而散开但在其径向方向被停在板件112的外侧且被收集，然后向着工作台111的中心部分而返回并且如浆液114a般被用于研磨。浆液114c被朝向工作台111的外周边侧而散开。
发明内容
本发明的目的在于增加提供至工作台表面之研磨液的使用效率，藉此使得有可能以少量的研磨液来研磨晶片。
本发明提供一种研磨设备，其包括：工作台，在其上表面上提供有研磨面；工作台驱动机构，其使工作台沿一预定方向绕垂直于研磨面的旋转轴旋转；研磨合成物供应机构，用以提供研磨合成物至研磨面的预定供应位置；待研磨对象保持机构，其在工作台的旋转方向上位于供应位置的下游，并保持待研磨对象的待研磨面以使该待研磨面与工作台的研磨面相对；以及研磨合成物移除机构，其在工作台的旋转方向上位于待研磨对象保持机构的下游，并从工作台移除被供应来研磨待研磨对象的研磨合成物。
根据本发明，在使用工作台的研磨操作中，研磨垫，即待使用的浆液的量可被减少。
本发明的附加目的和优点将在以下描述中提出，并且一部分从该描述来看将是显然的，或者可通过实施本发明来了解。本发明的目的和优点可借助于在以下具体指出的手段和组合而实现和获得。
附图说明
其中所结合并构成说明书一部分的附图说明了本发明的实施例，并且与以上给出的概述和以下给出的实施例的详述一起用来说明本发明的原理。
图1所示为本发明的研磨设备的示意图。
图2所示为结合在所述研磨设备中的工作台上浆液的量以及其运动的示意图。
图3所示为遮挡体之角度的定义的示意图。
图4所示为浆液之PH与研磨速率的关系曲线图。
图5所示为浆液之PH因研磨而产生的变化的曲线图。
图6所示为浆液之流动速率与研磨速率的关系曲线图。
图7所示为所述研磨设备的修改的示意图。
图8所示为所述研磨设备的另一个修改的示意图。
图9所示为所述研磨设备的又一个修改的示意图。
图10所示为常规研磨设备的示意性侧视图。
图11所示为结合在该研磨设备中的工作台上的浆液运动的示意图。
具体实施方式
图1所示为本发明一实施例之研磨设备10的整个结构的示意图。研磨设备10包括工作台机构20，以及待研磨对象保持机构30、研磨液供应机构40与研磨液排出机构50，它们都绕着工作台机构20而设置。研磨设备10也包括控制单元60，其控制这些机构相互之间的联系。
工作台机构20包括盘状工作台21以及将工作台21绕着旋转轴C旋转的驱动机构22。研磨垫23被贴在工作台21的上表面。
待研磨对象保持机构30包括第一臂31、由第一臂31支撑的驱动机构32以及被驱动机构32旋转并保持诸如晶片的待研磨基板的研磨头33。研磨头33与工作台21相对。研磨头33可藉由第一臂31在工作台21上沿工作台21的表面移动。
研磨液供应机构40包括第二臂41以及由第二臂41支撑的供应喷嘴(研磨液提供部)42。供应喷嘴42提供浆液(研磨合成物)L至工作台21上。供应喷嘴42与工作台21相对，且可藉由第二臂41在工作台21上沿工作台21的表面移动。
研磨液排出机构50包括第三臂51以及由第三臂51支撑且防止工作台21上的浆液L被再使用的遮挡体(shuttering body)52。遮挡体52与工作台21相对，且可藉由第三臂51在工作台21上沿工作台21的表面移动。遮挡体52被保持在如稍后所述而确定的预定角度与预定位置。
遮挡体52之优选材料为聚碳酸酯、特氟隆树脂与抗碱材料。当遮挡体52在使用中磨损时，它可被换成新的。
将说明具有上述结构之研磨设备10的操作。就是说，驱动机构22被操作以旋转工作台21与研磨垫23(以图1之方向R)。研磨液从供应喷嘴42被供应至研磨垫23上的浆液供应位置P。第三臂51将遮挡体52定位于研磨垫23上的预定位置。
接着，第一臂31将保持晶片W的研磨头33定位于工作台21上的一个位置，而驱动机构32旋转研磨头33(以图1之方向S)。藉此，晶片W的待研磨面、研磨垫23与浆液L互相摩擦，而晶片W的待研磨面被研磨。
图2所示为在工作台21上浆液L运动以及浆液L的量的示意图。亦即是，在提供浆液L后，浆液L进入研磨头33下面(图2之箭头L1)，而被用于研磨的浆液L从工作台21沿遮挡体52靠近研磨头33的一侧A被排放(排出)。在提供浆液L后，未进入研磨头33下面而未被用于研磨的浆液L碰撞于遮挡体52靠近浆液供应位置P的一侧B，且浆液L再次在研磨垫23上移动(图2之箭头L2)。在工作台21上的浆液的量被分入如图2所示之小区域(Q1)与大区域(Q2)。遮挡体52可由一个刷子取代，以大致将用过与未用过的浆液L分开。
接着，研磨垫23相对于遮挡体52的位置将被定义。如图3所示，如果连接工作台21的旋转中心与研磨头33的旋转中心33c的基准线K被设定为0°，且若工作台21与研磨头33的旋转方向被定义为正向的角度，则倾斜角度θ被设置为-10°至-90°。如果工作台21被基准线K分为两个区域，则遮挡体52的纵向长度在与浆液供应位置P相对的区域中较长。
在此，将说明浆液L的PH值与研磨速率的关系。如图5所示，可发现这样的关系，即当浆液L的PH值较高时，研磨速率变得较高。图4示出浆液L之PH值在研磨前最高，被引入研磨设备10之研磨头33的浆液L的PH值次高，而被重复使用之浆液L的PH值最低。图5示出若浆液L的PH值较高，则研磨速率较高。因此，可发现被研磨设备10所使用之浆液L的研磨速率高于被重复使用的浆液L。因此，如果所使用的浆液L未被再使用，则研磨效率可被提高。
接着，将说明浆液L的流动速率与研磨速率之间的关系。图6示出曲线G1与曲线G2。曲线G1示出当用过的浆液L被遮挡体52从研磨设备10移除时浆液L的流动速率与研磨速率之间的关系。曲线G2示出当未使用遮挡体52时浆液L的流动速率与研磨速率之间的关系。从图6可发现与未使用遮挡体52时的流动速率相比，若使用遮挡体52，浆液L的流动速率的大约30％是足够的。
根据具有上述结构的研磨设备10，若已被用于研磨且研磨效率较低的浆液L被遮挡体52从工作台21排出时，只有未被用于研磨且研磨效率较高的浆液L可被提供至保持晶片W的研磨头33。因此，研磨效率较低的浆液L不会与研磨效率较高的浆液L混合，可提高研磨效率，且晶片W可以以小量的浆液L来研磨。
虽然在本实施例中用过的浆液L被确定地排出且未再使用，仍有可能允许排出件做为分隔件，以使未使用的浆液L被引入以便于再使用。在第一实施例中，遮挡体52具有这样的功能。
虽然研磨设备10使用板状件做为遮挡体52，遮挡体52也可为多个环状壁、螺旋壁或直壁。
图7所示为根据研磨设备10的第一修改的研磨设备70的示意图。在图7中，相同功能部分被以如图1之相同标号标示。虽然上述研磨设备10使用遮挡体52，研磨设备70藉由诸如海绵之多孔透气吸收材料来吸收用过的浆液L。
提供在工作台21上的是海绵辊71，其由能吸收浆液L之吸收材料所制成，和压辊72，其与海绵辊71相对并将海绵辊71所吸收之浆液L挤出，以及沟槽73，用以将挤出之浆液L从工作台21排出。海绵辊71与压辊72以彼此相反的方向旋转。
在具有上述结构之研磨设备70中，压辊72将海绵辊71所吸收之浆液L挤出。所挤出之浆液L通过沟槽73从工作台21排出。因此，即使是研磨设备70，仍可获得与研磨设备10相同之效果。
图8所示为根据研磨设备10的第二修改的研磨设备80的示意图。在图8中，相同功能部分被以如图1之相同标号标示。虽然上述研磨设备10使用遮挡体52，在研磨设备80中用过的浆液L被吸出并移除。在研磨设备80的工作台21上，设置有能够吸出浆液L的抽吸喷嘴81。
根据具有上述结构之研磨设备80，用过的浆液L被抽吸喷嘴81吸出并移除。因此，即使是研磨设备80，仍可获得与研磨设备10相同之效果。
图9所示为根据研磨设备10的第三修改的研磨设备90的示意图。在图9中，相同功能部分被以如图1之相同标号标示。虽然上述研磨设备10使用遮挡体52，在研磨设备90中用过的浆液L被高压空气吹离并移除。用于以高压空气E来吹动浆液L的空气喷嘴91被设置于研磨设备90之工作台21上。
根据具有上述结构之研磨设备90，用过的浆液L被空气喷嘴91吹离并移除。因此，即使是研磨设备90，仍可获得与研磨设备10相同之效果。
遮挡体52、海绵辊71及其他能够防止用过的浆液L被再使用的相似者可由另一个构件替换。
本领域的技术人员将容易想到附加的优点和修改。因此，处于其较广泛方面的本发明并不局限于在此示出和描述的特定细节和代表性实施例。因此，可在如所附权利要求及其等效形式所限定的一般性发明概念的精神和范围内进行各种修改。
101：储存槽
102：抛光液
103：供应泵
104：供应件
105：抛光工作台
106：抛光垫
107：漏斗
108：废液
111：工作台
112：板件
113：供应喷嘴
114a、114b、114c：浆液
10、70、80、90：抛光设备
20：工作台机构
21：工作台
22、32：驱动机构
23：抛光垫
30：待抛光对象保持机构
31：第一臂
33：抛光头
33c：旋转中心
40：抛光液供应机构
41：第二臂
42：供应喷嘴
50：抛光液排出机构
51：第三臂
52：遮挡体
60：控制单元
71；海绵辊
72：压辊
73：沟槽
81：抽吸喷嘴
91：空气喷嘴
R、S：方向
W：晶片
L：浆液
C：旋转轴
P：供应位置
Q1：小区域
Q2：大区域
A、B：侧
L1、L2：箭头
K：基准线
θ：倾斜角度
G1、G2：曲线
E：高压空气。

Claims (8)

1.一种研磨设备(10)，其特征在于包括：
工作台(21)，其上表面上提供有研磨面；
工作台驱动机构(22)，其使工作台(21)沿预定方向(R)绕垂直于该研磨面的旋转轴(C)旋转；
研磨合成物供应机构(40)，用以提供研磨合成物(L)至该研磨面的预定供应位置(P)；
待研磨对象保持机构(30)，其在工作台(21)的旋转方向(R)上位于供应位置(P)的下游，并保持待研磨对象(W)的待研磨面以使该待研磨面与工作台(21)的研磨面相对；以及
研磨合成物移除机构(50)，其在工作台(21)的旋转方向(R)上位于待研磨对象保持机构(30)的下游，并从该工作台(21)移除被供应来研磨该待研磨对象(W)的研磨合成物(L)。
2.如权利要求第1项所述之研磨设备(10)，其特征在于其中研磨合成物移除机构(50)可调节姿态或位置。
3.如权利要求第1项所述之研磨设备(10)，其特征在于其中研磨合成物移除机构(50)是一引导件(52)，用以径向地向着工作台(21)的外部引导该工作台(21)上的研磨合成物(L)。
4.如权利要求第3项所述之研磨设备(10)，其特征在于其中当旋转方向(R)被定义为正向时，该引导件(52)相对于一基准线(K)倾斜-10°至-90°，该基准线(K)连接该工作台(21)的旋转中心与该待研磨对象(W)的旋转中心，且该引导件(52)被提供于相对于该基准线(K)与供应位置(P)相对的区域中。
5.如权利要求第1项所述之研磨设备(70)，其特征在于其中研磨合成物移除机构是多孔透气吸收材料(71)，其吸收与移除工作台(21)上的研磨合成物(L)。
6.如权利要求第1项所述之研磨设备(80)，其特征在于其中研磨合成物移除机构是抽吸机构(81)，其抽吸并移除工作台(21)上的研磨合成物(L)。
7.如权利要求第1项所述之研磨设备(90)，其特征在于其中研磨合成物移除机构是高压鼓风机(91)，其将高压空气吹送于工作台(21)上的研磨合成物(L)上，并将其沿工作台(21)的外周边方向排出。
8.一种研磨方法，其特征在于包括：
工作台驱动步骤，使工作台(21)沿预定旋转方向(R)绕旋转轴(C)旋转，该旋转轴(C)垂直于在工作台(21)的上表面上提供的研磨面；
研磨合成物供应步骤，供应研磨合成物(L)至该研磨面的预定供应位置(P)；
待研磨对象保持步骤，在工作台(21)的旋转方向上位于供应位置(P)的下游，并且其中待研磨对象(W)的待研磨面被保持以使该待研磨面与该工作台(21)的研磨面相对；以及
研磨合成物移除步骤，在工作台(21)的旋转方向(R)上位于待研磨对象保持机构(30)的下游，并且其中从工作台(21)移除被供应来研磨该待研磨对象(W)的研磨合成物(L)。
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