TW201324600A - 化學機械研磨製程及化學機械研磨系統 - Google Patents

Abstract

一種化學機械研磨製程及化學機械研磨系統。化學機械研磨製程包括下列步驟。於化學機械研磨系統中對晶圓進行研磨步驟。在進行研磨步驟之後，於化學機械研磨系統中對晶圓進行原位檢測步驟。

Description

化學機械研磨製程及化學機械研磨系統

本發明是有關於一種半導體製程，且特別是有關於一種化學機械研磨(chemical mechanical polishing，CMP)製程及化學機械研磨系統。

隨著半導體製程技術的快速發展，為了增進元件的速度與效能，整個電路元件的尺寸必須不斷縮小，因此對於晶圓表面之高低起伏程度的要求也隨之更為嚴苛。在現今趨向縮小電路元件以提升積集度的設計發展下，為了避免元件性能之退化及低效，晶圓表面的高度平坦化便佔有非常重要的地位。

在半導體製程中，化學機械研磨製程已經是全面平坦化(global planarization)的關鍵技術。一般而言，化學機械研磨製程主要是在研磨墊上供應具有化學品混合物之研磨液，並對被研磨物件施加一壓力以將其壓置於研磨墊上。藉由使被研磨物件與研磨墊彼此進行相對運動，在相對運動所產生的機械摩擦及研磨液的化學作用下，移除被研磨物件的部分表層，而使其表面逐漸平坦，來達成平坦化的目的。

本發明提供一種化學機械研磨製程及化學機械研磨系統，能夠在研磨之後對晶圓進行原位(in-situ)檢測。

本發明提出一種化學機械研磨製程，其包括下列步驟。於化學機械研磨系統中對晶圓進行研磨步驟。在進行研磨步驟之後，於化學機械研磨系統中對晶圓進行原位檢測步驟。

在本發明之一實施例中，上述之原位檢測步驟包括直接觀察晶圓的表面影像，或者將晶圓的表面影像與基礎影像(golden image)進行比對。

在本發明之一實施例中，化學機械研磨製程更包括根據原位檢測步驟的結果判斷晶圓表面是否出現異常。在一實施例中，當晶圓被偵測到表面出現異常時，停止化學機械研磨製程。在另一實施例中，當晶圓未被偵測到表面出現異常時，繼續進行化學機械研磨製程。

在本發明之一實施例中，在進行研磨步驟之後且進行原位檢測步驟之前，化學機械研磨製程更包括於化學機械研磨系統中對晶圓進行清洗步驟。

在本發明之一實施例中，在進行原位檢測步驟之後，化學機械研磨製程更包括將晶圓自化學機械研磨系統中移出，以及對晶圓進行精密檢測步驟。

本發明另提出一種化學機械研磨系統，其具有相連通之研磨區以及晶圓裝載區。化學機械研磨系統包括化學機械研磨裝置以及表面檢測裝置。化學機械研磨裝置配置於研磨區，用以對晶圓進行研磨步驟。表面檢測裝置用以對晶圓進行原位檢測步驟。

在本發明之一實施例中，上述之表面檢測裝置配置於晶圓裝載區。

在本發明之一實施例中，上述之表面檢測裝置包括攝影機、照相機或顯微鏡。

基於上述，本發明之化學機械研磨製程在進行研磨步驟之後對晶圓進行原位檢測步驟，因此一旦偵測到晶圓表面出現缺陷即能夠立刻停機，以有效減低機台異常的影響層面。此外，本發明之化學機械研磨系統藉由在系統中內建表面檢測裝置，而能夠直接對研磨後的晶圓表面進行原位檢測，因此可以立即得知是否檢驗出異常情形。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是依照本發明之一實施例之化學機械研磨系統的上視示意圖。

請參照圖1，化學機械研磨系統100包括化學機械研磨裝置110以及表面檢測裝置120。舉例而言，化學機械研磨系統100具有相連通之研磨區100a以及晶圓裝載區100b。在一實施例中，化學機械研磨系統100更可包括多個機械手臂(未繪示)，用以執行晶圓102在化學機械研磨系統100中的操作及移動。

化學機械研磨裝置110配置於研磨區100a，用以對晶圓102進行研磨步驟。在一實施例中，化學機械研磨裝置110至少包括多個研磨台112、研漿供應單元(未繪示)以及調節器(未繪示)，而固持在研磨頭上的晶圓102被壓置於研磨台112上，使得晶圓102的待研磨表面與研磨台112上的研磨墊相接觸而進行研磨。

表面檢測裝置120例如是配置於晶圓裝載區100b，用以對晶圓102進行原位(in-situ)檢測步驟。在一實施例中，表面檢測裝置120可以是攝影機、照相機或顯微鏡。在此說明的是，所謂的「原位檢測」是指晶圓102在離開化學機械研磨系統100之前，就利用裝設於化學機械研磨系統100內的表面檢測裝置120對晶圓102進行表面檢測，而非習知所採用在晶圓102被移出化學機械研磨機台後才在化學機械研磨機台外進行表面檢測。

當然，在其他實施例中，表面檢測裝置120也可以配置在化學機械研磨系統100內的其他區域，只要能夠使晶圓102完成研磨步驟之後且移出化學機械研磨系統100之前，能夠利用表面檢測裝置120對晶圓102進行原位檢測步驟皆為本發明所欲保護之範圍。另外，晶圓102及研磨台112的數量、配置等並不限於圖1所繪示的形式。在其他實施例中，可以同時在化學機械研磨系統100中裝載多片晶圓102，以使各晶圓102分別在不同的研磨台112及區域進行不同處理步驟。

接下來將利用圖1所示之化學機械研磨系統100為例來繼續說明本發明之化學機械研磨製程。須注意的是，以下所述之流程主要是為了詳細說明本發明之化學機械研磨製程實際應用於化學機械研磨系統中對晶圓進行原位檢測步驟，以使熟習此項技術者能夠據以實施，但並非用以限定本發明之範圍。換言之，除化學機械研磨系統100之外，本發明亦可應用於其它類型的化學機械研磨系統或機台，而不限於下述實施例所述。圖2是依照本發明之一實施例之化學機械研磨製程的流程示意圖。

請參照圖1及圖2，進行步驟S202，將晶圓102裝載至化學機械研磨系統100中。在一實施例中，當一批次(lot)的晶圓完成沈積製程或其他製程之後，將待平坦化之批次的晶圓由晶圓裝載區100b送入化學機械研磨系統100中，並等待機械手臂的操控。

進行步驟S204，於化學機械研磨系統100中對晶圓102進行研磨步驟。具體而言，利用機械手臂移動晶圓102至研磨區100a的化學機械研磨裝置110中，以進行研磨步驟。上述之研磨步驟例如將晶圓102壓在研磨台112上，使晶圓102的待研磨表面與研磨台112上的研磨墊相接觸，同時由研漿供應單元輸送研漿至研磨台112上，並使研漿均勻分佈於研磨台112與晶圓102之間，接著利用研磨頭帶動晶圓102旋轉，而研磨台112則以相反的方向旋轉對晶圓102進行研磨。

進行步驟S206，選擇性地於化學機械研磨系統100中對晶圓102進行清洗步驟。在進行研磨步驟之後，利用機械手臂移動晶圓102，以使晶圓102離開研磨台112上。一般而言，在進行長時間的化學機械研磨製程之後，容易有來自研漿中的研磨顆粒及/或來自晶圓表面上被研磨去除的材料所生成的副產品(by-product)等殘留顆粒堆積聚集。在一實施例中，清洗步驟例如是使用液體或氣體來移除研磨過程中殘留在晶圓102表面上的顆粒及研漿，以避免顆粒於晶圓102表面造成微刮痕(micro-scratch)，進而嚴重影響後續製程。

進行步驟S208，於化學機械研磨系統100中對晶圓102進行原位檢測步驟。當化學機械研磨系統100中的表面檢測裝置120配置於晶圓裝載區100b時，則可利用機械手臂將晶圓102自研磨區100a移動至晶圓裝載區100b，以使用表面檢測裝置120對晶圓102進行表面檢測。

在一實施例中，原位檢測步驟可以是使用表面檢測裝置120直接觀察批次中每片晶圓102的表面影像，以得知晶圓102的表面狀況。在另一實施例中，原位檢測步驟也可以是使用表面檢測裝置120預先建立一基礎影像(golden image)，並將量測到的晶圓102表面影像與此基礎影像進行比對或重疊，而獲得晶圓102表面狀況的資料，其中與基礎影像相比對的步驟可以針對批次中的每片晶圓進行比對或者以跳行、挑片等抽樣機制對批次中的部分晶圓進行比對。

進行步驟S210，根據原位檢測步驟(S208)的結果判斷晶圓表面是否出現異常。在步驟S210中，可以採用肉眼觀察直接量測到的晶圓102表面影像，或者藉由檢視將晶圓102表面影像與基礎影像進行比對或重疊後的資料，而判斷晶圓102的表面是否有缺陷或刮痕產生。

承上述，當晶圓102未被偵測到表面出現異常時(亦即表面未有缺陷、刮痕產生或是表面缺陷、刮痕的程度在可容忍範圍內)，則化學機械研磨系統100可繼續進行化學機械研磨製程。具體而言，在根據原位檢測步驟的結果判斷晶圓102表面未出現異常之後，可選擇性地重複步驟S204至S210，以對批次中的其他晶圓進行研磨製程；或者，可進行步驟S212，將完成研磨製程之批次的晶圓自化學機械研磨系統100中的晶圓裝載區100b移出，並等待進行後續的製程。在晶圓102離開化學機械研磨系統100之後且進行後續製程之前，可選擇性地再對晶圓102進行精密檢測步驟(步驟S214)。

另一方面，當晶圓102被偵測到表面出現異常時(亦即表面有缺陷、刮痕產生或是表面缺陷、刮痕的程度超出可容忍範圍)，則可以立即停止化學機械研磨製程(S216)。換言之，一旦在化學機械研磨系統100內的表面檢測裝置120檢驗到晶圓102在進行研磨步驟之後的表面出現異常，即可立即停止化學機械研磨系統100的機台運作，而避免製程對整批次的其他晶圓繼續造成不良影響。相較於將整批次晶圓移出化學機械研磨系統之後才在外部對晶圓進行檢測步驟，本發明實施例於化學機械研磨系統中直接對晶圓進行原位檢測步驟並可立即判斷是否應停機，耗費的時間較短且造成異常影響的層面更小。

綜上所述，本發明之化學機械研磨製程及化學機械研磨系統利用在系統內同時整合化學機械研磨裝置以及表面檢測裝置，而能夠對完成化學機械研磨之晶圓進行原位檢測，而及時獲得晶圓表面狀況是否出現異常的資訊。如此一來，一旦在化學機械研磨系統內進行製程步驟的晶圓被檢驗出異常，就能夠立即停機而不需等到整批次晶圓都完成化學機械研磨製程並送出機台後才發現缺陷，因而可有助於縮短耗費時間並減少異常材料的產生。此外，本發明之化學機械研磨系統可藉由在化學機械研磨機台內加掛檢測裝置，因而能夠輕易地與現有的機台相整合。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．化學機械研磨系統

100a．．．研磨區

100b．．．晶圓裝載區

102．．．晶圓

110．．．化學機械研磨裝置

112．．．研磨台

120．．．表面檢測裝置

S202、S204、S206、S208、S210、S212、S214、S216．．．步驟

圖1是依照本發明之一實施例之化學機械研磨系統的上視示意圖。

圖2是依照本發明之一實施例之化學機械研磨製程的流程示意圖。

100．．．化學機械研磨系統

S202、S204、S206、S208、S210、S212、S214、S216．．．步驟

Claims (10)

1. 一種化學機械研磨製程，包括：於一化學機械研磨系統中對一晶圓進行一研磨步驟；以及在進行該研磨步驟之後，於該化學機械研磨系統中對該晶圓進行一原位(in-situ)檢測步驟。
2. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨製程，其中該原位檢測步驟包括直接觀察該晶圓的表面影像，或者將該晶圓的表面影像與一基礎影像進行比對。
3. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨製程，更包括根據該原位檢測步驟的結果判斷該晶圓表面是否出現異常。
4. 如申請專利範圍第3項所述之化學機械研磨製程，當該晶圓被偵測到表面出現異常時，停止該化學機械研磨製程。
5. 如申請專利範圍第3項所述之化學機械研磨製程，當該晶圓未被偵測到表面出現異常時，繼續進行該化學機械研磨製程。
6. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨製程，在進行該研磨步驟之後且進行該原位檢測步驟之前，更包括於該化學機械研磨系統中對該晶圓進行一清洗步驟。
7. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨製程，在進行該原位檢測步驟之後，更包括：將該晶圓自該化學機械研磨系統中移出；以及對該晶圓進行一精密檢測步驟。
8. 一種化學機械研磨系統，具有相連通之一研磨區以及一晶圓裝載區，包括：一化學機械研磨裝置，配置於該研磨區，以對一晶圓進行一研磨步驟；以及一表面檢測裝置，以對該晶圓進行一原位(in-situ)檢測步驟。
9. 如申請專利範圍第8項所述之化學機械研磨系統，其中該表面檢測裝置配置於該晶圓裝載區。
10. 如申請專利範圍第8項所述之化學機械研磨系統，其中該表面檢測裝置包括攝影機、照相機或顯微鏡。