TW201935542A - 研磨系統、晶圓夾持裝置及晶圓的研磨方法 - Google Patents

Abstract

一種研磨系統，包含一研磨平台、一研磨墊、一晶圓夾持裝置、一檢測裝置、一控制裝置以及一推動機構。研磨墊連接研磨平台並被研磨平台驅動旋轉。晶圓夾持裝置配置以夾持一晶圓。檢測裝置配置以檢測晶圓之厚度以產生一厚度資訊。厚度資訊包含對應晶圓之一第一區域的一第一厚度以及對應於晶圓之一第二區域的一第二厚度。控制裝置配置以根據第一厚度與第二厚度之差值以產生一驅動訊號。推動機構配置以根據驅動訊號提供一推力，以使晶圓接觸研磨墊以削減至目標厚度。

Description

研磨系統、晶圓夾持裝置及晶圓的研磨方法

本發明實施例係關於一種研磨系統以及晶圓的研磨方法，特別係關於一種可根據晶圓不同區域的厚度進行研磨處理的研磨系統以及研磨方法。

近年來，半導體積體電路(semiconductor integrated circuits)經歷了指數級的成長。在積體電路材料以及設計上的技術進步下，產生了多個世代的積體電路，其中每一世代較前一世代具有更小更複雜的電路。在積體電路發展的過程中，當幾何尺寸(亦即，製程中所能產出的最小元件或者線)縮小時，功能密度(亦即，每一晶片區域所具有的互連裝置的數目)通常會增加。一般而言，此種尺寸縮小的製程可以提供增加生產效率以及降低製造成本的好處，然而，此種尺寸縮小的製程亦會增加製造與生產積體電路的複雜度。

在半導體元件製造中，化學機械研磨(CMP)扮演了相當重要的角色，化學機械研磨是一種積體電路成形之普遍施行方式。一般來說，化學機械研磨是應用於半導體晶圓之平坦化製程。化學機械研磨是同時利用物理及化學力來對晶圓進行研磨。當晶圓位於一研磨墊上時，一夾持裝置施加一下壓力於一晶圓之背面。接著，當含有腐蝕性及反應性化學藥品之一研 磨漿通過晶圓下方時，研磨墊與晶圓可相對旋轉，以對晶圓進行研磨。化學機械研磨是一種達成整個晶圓平坦化之有效方法。

雖然現有的半導體製造機台(包括晶圓研磨系統)已經可符合上述一般之目的，但這些半導體製造機台及過濾方法仍不能在各方面令人滿意。

本發明一些實施例提供一種研磨系統，包含一研磨平台、一研磨墊、一晶圓夾持裝置、一檢測裝置、一控制裝置以及一推動機構。研磨墊連接研磨平台並被研磨平台驅動旋轉。晶圓夾持裝置配置以夾持一晶圓。檢測裝置配置以檢測晶圓之厚度以產生一厚度資訊，其中厚度資訊包含對應晶圓之一第一區域的一第一厚度以及對應於晶圓之一第二區域的一第二厚度。控制裝置配置以根據第一厚度與一目標厚度之差值以及根據第二厚度與目標厚度之差值以產生一驅動訊號。推動機構配置以根據驅動訊號提供對應於第一區域之一第一推力以及對應於第二區域之一第二推力，並且驅使晶圓接觸研磨墊以削減至目標厚度。其中，第一推力不同於第二推力。

本發明實施例另提供一種晶圓夾持裝置，包含一推動機構、複數個驅動元件以及一氣體控制模組。氣體控制模組是連通於驅動元件，被配置以提供一氣體至驅動元件以推動一晶圓。驅動元件具有環形結構，驅動元件彼此連接並徑向地排列，並且驅動元件之每一者於徑向上之寬度皆相等。

本發明實施例提供一種晶圓的研磨方法，包含檢 測一研磨墊上所設置的一晶圓之厚度以產生一厚度資訊，其中厚度資訊包含對應晶圓之一第一區域的一第一厚度以及對應於晶圓之一第二區域的一第二厚度。再者，晶圓的研磨方法更包含根據第一厚度以及一目標厚度之差值以及根據第二厚度與目標厚度之差值，以產生一驅動訊號。另外，晶圓的研磨方法更包含根據驅動訊號產生一推力，以使晶圓接觸研磨墊，以削減至目標厚度。

100‧‧‧研磨系統

102‧‧‧晶圓承載座

200‧‧‧處理腔室

202‧‧‧研磨平台

2021‧‧‧第一窗口

2023‧‧‧第二窗口

2025‧‧‧容置槽

202A‧‧‧研磨平台

204‧‧‧研磨墊

206‧‧‧晶圓夾持裝置

2061‧‧‧控制閥門

207‧‧‧晶圓載具

2071‧‧‧氣體通道

208‧‧‧研磨漿提供器

2081‧‧‧旋轉手臂

2083‧‧‧噴嘴

209‧‧‧氣體控制模組

210‧‧‧研磨漿

212‧‧‧研磨墊調節器

214‧‧‧夾持件

216‧‧‧擋環

2161‧‧‧內環面

218‧‧‧推動機構

2181‧‧‧連接桿

2183‧‧‧抵接部

2185‧‧‧推動器

300‧‧‧半導體晶圓

302‧‧‧背表面

304‧‧‧研磨表面

400‧‧‧檢測裝置

402‧‧‧光發射器

404‧‧‧光接收器

406‧‧‧光譜儀

4061‧‧‧光譜訊號

408‧‧‧處理器

410‧‧‧儲存電路

500‧‧‧控制裝置

Ax1‧‧‧中心軸

D1‧‧‧第一距離

D2‧‧‧第二距離

Gp‧‧‧間隔

IL‧‧‧光束

P‧‧‧檢測位置

PSA‧‧‧研磨區域

R‧‧‧平台半徑

Rh‧‧‧半徑

RL‧‧‧反射光束

Rw‧‧‧晶圓半徑

T1‧‧‧第一厚度

T2‧‧‧第二厚度

T3‧‧‧目標厚度

A1~A10‧‧‧區域

S1~S10‧‧‧驅動元件

S100、S102、S104、S106、S108‧‧‧操作

第1圖為根據本發明一些實施例之一研磨系統之示意圖。

第2圖與第3圖為根據本發明一實施例之晶圓夾持裝置由一晶圓承載座夾持半導體晶圓之作動示意圖。

第4圖與第5圖為根據本發明一實施例之晶圓夾持裝置夾持半導體晶圓至研磨墊上之作動示意圖。

第6圖為根據本發明一些實施例之研磨平台之上視圖。

第7圖為根據本發明一些實施例之研磨系統的部分元件示意圖。

第8圖為根據本發明一實施例由檢測裝置所獲得之半導體晶圓的厚度分布圖。

第9圖為根據本發明一實施例之第5圖中之夾持件由Z軸方向觀看的下視圖。

第10圖為根據本發明另一實施例之研磨平台之上視圖。

第11圖為根據本發明另一實施例之第11圖中沿著A-A剖線的研磨平台的剖面示意圖。

第12圖為根據本發明一實施例之推動機構推動研磨墊之示意圖。

第13圖為根據本發明實施例之研磨方法的流程圖。

以下揭露之實施方式或實施例是用於說明或完成本發明之多種不同技術特徵，所描述之元件及配置方式的特定實施例是用於簡化說明本發明，使揭露得以更透徹且完整，以將本揭露之範圍完整地傳達予同領域熟悉此技術者。當然，本揭露也可以許多不同形式實施，而不局限於以下所述之實施例。

在下文中所使用的空間相關用詞，例如“在...下方”、“下方”、“較低的”、“上方”、“較高的”及類似的用詞，是為了便於描述圖示中一個元件或特徵與另一個(些)元件或特徵之間的關係。除了在圖式中繪示的方位之外，這些空間相關用詞也意欲包含使用中或操作中的裝置之不同方位。例如，裝置可能被轉向不同方位(旋轉90度或其他方位)，而在此所使用的空間相關用詞也可依此相同解釋。此外，若實施例中敘述了一第一特徵形成於一第二特徵之上或上方，即表示其可能包含上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的情況，亦可能包含了有附加特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使得上述第一特徵與第二特徵未直接接觸的情況。

以下不同實施例中可能重複使用相同的元件標號及/或文字，這些重複是為了簡化與清晰的目的，而非用以限定所討論的不同實施例及/或結構之間有特定的關係。另外， 在圖式中，結構的形狀或厚度可能擴大，以簡化或便於標示。必須了解的是，未特別圖示或描述之元件可以本領域技術人士所熟知之各種形式存在。

在半導體裝置製造過程中，化學機械研磨是一種用於製造半導體裝置的製程。具體而言，化學機械研磨是使用化學物質與機械力的組合方式來對半導體裝置(如晶圓)的表面進行均勻化與平坦化的製程。具有積體電路(Integrated circuit，IC)晶粒的晶圓是被放置在化學機械研磨系統的一處理腔室中，並且可在不同的工作站(stage)進行平坦化或研磨處理。化學機械研磨處理例如可使晶圓的介電層、半導體層及/或導電材料層的表面平坦化。

化學機械研磨系統一般具有一可旋轉的研磨平台，並且研磨平台上具有一研磨墊附著於其上。在某些化學機械研磨製程中，一半導體晶圓是顛倒放置於一夾持裝置，並且半導體晶圓是被夾持裝置施加一下壓力朝向研磨墊。另外，在研磨製程中，當半導體晶圓被夾持以朝向旋轉中的研磨墊時，化學機械研磨系統中的一液體供應器可提供具有化學物質以及微研磨粒子的研磨漿至研磨墊上。在某些實施例中，研磨墊也可相對於研磨墊旋轉。在某些實施例中，半導體晶圓是與研磨墊沿著同方向旋轉。在其他實施例中，半導體晶圓是與研磨墊沿著不同方向旋轉。

第1圖為根據本發明一些實施例之一研磨系統100之示意圖。如第1圖所示，研磨系統100包含一處理腔室200，以形成一個封閉空間來容置在接下來將介紹的研磨系統100中 的元件。一或多個載入端口(load port，圖中未表示)是耦接於處理腔室200以允許一半導體晶圓300或多個半導體晶圓進入或退出研磨系統100。舉例來說，進入或退出的半導體晶圓可為產品晶圓(production wafer)或測試晶圓。在某些實施例中，半導體晶圓的半徑大約在200mm至600mm之間。另外，在某些實施例中，半導體晶圓的半徑可以約為300mm至450mm之間。半導體晶圓的半徑不限於此實施例。

根據一些實施例，半導體晶圓300可由矽、鍺或其他半導體材料所製成。根據一些實施例，半導體晶圓300可由複合半導體所製成，如碳化矽(SiC)、砷化鎵(GaAs)、砷化銦(InAs)或磷化銦(InP)。根據一些實施例，半導體晶圓300可由合金半導體所製成，如矽鍺(SiGe)、矽鍺碳(SiGeC)、磷砷化鎵(GaAsP)或磷化銦鎵(GaInP)。根據一些實施例，半導體晶圓300可為矽絕緣體(silicon-on-insulator；SOI)或鍺絕緣體(germanium-on-insulator；GOI)基板。

再者，如第1圖所示，研磨系統100可包含設置於處理腔室200中之一研磨平台202、一研磨墊204、一晶圓夾持裝置206以及一研磨漿提供器208。研磨墊204是設置於研磨平台202上並連接於研磨平台202，使得研磨平台202旋轉時可帶動研磨墊204繞著中心軸Ax1同步旋轉。晶圓夾持裝置206是設置於研磨墊204上方，被配置以夾持一半導體晶圓300沿著平行於中心軸Ax1之方向移動。研磨漿提供器208具有一液體出口，位於研磨墊204上方，配置以施加一研磨漿210到研磨墊204上。

在進行研磨製程中，研磨漿提供器208會施加研磨漿210至研磨墊204上。在某些實施例中，研磨漿提供器208是連接於容置有研磨漿210的一槽體或一儲存器(圖中未表示)。在某些實施例中，研磨漿提供器208可包含一旋轉手臂2081以及一噴嘴2083(例如可作為前述之液體出口)，噴嘴2083設置於旋轉手臂2081的一端，並且旋轉手臂2081可控制噴嘴2083靠近或遠離研磨墊204。研磨漿210包含有反應化學物質(reactive chemicals)，此種反應化學物質會與半導體晶圓300的研磨表面產生反應。另外，研磨漿210中也可包含研磨粒子，以對半導體晶圓300進行機械式研磨。

在某些實施例中，研磨墊204是以足夠硬的物質製成，以允許在研磨漿210中的研磨粒子可以機械式地對半導體晶圓300進行研磨。另一方面，研磨墊204也要夠軟，以避免刮傷半導體晶圓300。在某些實施例中，研磨墊204是以可拆卸並可黏貼之方式附著於研磨平台202上，舉例來說，研磨墊204可藉由一黏接膜(adhesive film)或膠水等連接至研磨平台202上。在研磨過程中，研磨平台202可藉由一第一驅動機構(例如一馬達，圖中未表示)驅動而旋轉，使得固定於其上的研磨墊204可隨著研磨平台202旋轉。

在研磨製程中，晶圓夾持裝置206也可帶動其上的半導體晶圓300進行旋轉。在某些實施例中，如第1圖所示，晶圓夾持裝置206與研磨墊204是以相同方向旋轉(順時針方向或逆時針方向)。在其他實施例中，晶圓夾持裝置206與研磨墊204是可以相反方向旋轉。在研磨墊204與晶圓夾持裝置206旋 轉時，研磨漿210可流到半導體晶圓300與研磨墊204之間。透過機械力以及研磨漿210中化學物質與半導體晶圓300的研磨表面產生的化學反應，半導體晶圓300的研磨表面可以被平坦化。在某些實施例中，晶圓夾持裝置206是由一第二驅動機構(圖中未表示)所驅動。

再者，如第1圖所示，研磨系統100可進一步包含設置於處理腔室200中之一研磨墊調節器(pad conditioner)212，設置於研磨墊204上方，研磨墊調節器212配置以去除在研磨製程中所產生不需要的副產物。在某些實施例中，研磨墊調節器212為一鑽石盤(diamond disk)，具有一基板以及嵌入或封裝的切割鑽石粒子於基板上。當研磨墊204需要被調整時，研磨墊調節器212可接觸研磨墊204的表面，並且研磨墊204與研磨墊調節器212進行旋轉，使得鑽石盤上的凸出物或邊緣相對於研磨墊204的表面移動，從而對研磨墊204進行拋光以及組織更新(re-texturizing)。研磨墊調節器212是可被一第三驅動機構(圖中未表示)所驅動以進行移動與旋轉。

另外，在某些實施例中，研磨墊調節器212上也可設置有耐隆(Nylon)材質的毛刷，用以清潔並去除在研磨製程後在研磨墊204上殘留的殘渣物質。在去除殘留的殘渣物質後，研磨墊204可以恢復原有的粗糙度，以再次對相同或另一半導體晶圓進行研磨處理。

再者，如第1圖所示，研磨系統100可更包含有一檢測裝置400以及一控制裝置500。檢測裝置400是配置以檢測半導體晶圓300的厚度以產生一厚度資訊。在某些實施例中， 檢測裝置400是於研磨製程中來檢測半導體晶圓300的厚度，而在某些實施例中，檢測裝置400是於相鄰兩次研磨製程之間來檢測半導體晶圓300的厚度。舉例而言，半導體晶圓300的厚度可為半導體晶圓300之研磨表面與半導體晶圓之背表面沿著中心軸Ax1之距離。在某些實施例中，半導體晶圓300之研磨表面係指半導體晶圓300朝向研磨墊204的表面，而半導體晶圓300之背表面係指半導體晶圓300朝向晶圓夾持裝置206的表面。

控制裝置500是配置以根據厚度資訊產生一驅動訊號，並且將此驅動訊號提供至一驅動機構(例如前述之第一或第二驅動機構)，以使驅動機構根據驅動訊號進行相對應的操作，從而獲得更好的半導體晶圓300的平坦化效果。於某些實施例中，控制裝置500可為研磨系統100中的一電腦裝置，例如可包含有一處理器以及一儲存電路(圖中未表示)。處理器可為一微處理器或一中央處理器。儲存電路可為一記憶體，儲存有多個程式或指令，藉以控制研磨系統100中某些元件的操作。

值得注意的是，第1圖中之研磨系統100僅為本發明實施例中的一舉例，並非用以限定其範圍。在不同實施例中，第1圖中的研磨系統100中的元件可根據實際需求增加或刪減。舉例而言，研磨系統100可更包含一液體分布器(圖中未表示)，配置以分布一清洗液體，例如去離子水(de-ionized water)至研磨墊204的表面，使得在研磨製程後殘留在研磨墊204的表面上的粒子與研磨漿210可以被清洗乾淨。再者，研磨系統100也可包含其他工作站(station)，例如一清潔站、一 乾燥站或其他類型的工作站。因此，在化學研磨製程(CMP process)之後，半導體晶圓可以在清潔站執行清潔處理以及在乾燥站進行乾燥處理。

請參考第2圖與第3圖，第2圖與第3圖為根據本發明一實施例之晶圓夾持裝置206由一晶圓承載座102夾持半導體晶圓300之作動示意圖。如第2圖所示，晶圓夾持裝置206包含一晶圓載具207，配置以在研磨製程中夾持以及固定半導體晶圓300。於此實施例中，晶圓載具207具有多個氣體通道2071，連通於一氣體控制模組209。另外，晶圓載具207下方可設置有一夾持件214，夾持件214可為一薄膜結構並且由可撓曲且可延伸的材料製成。舉例來說，在某些實施例中，夾持件214可由乙烯丙烯橡膠，氯丁橡膠，丁腈橡膠等材料製成。如第2圖所示，夾持件214包含有複數個區段的驅動元件，並且每一驅動元件中皆具有一通道(圖中未表示)，分別連通於氣體通道2071與氣體控制模組209。夾持件214的驅動元件的結構與詳細的作動方式將配合第9圖於後續加以說明。

如第2圖所示，半導體晶圓300具有一背表面302以及一研磨表面304，並且晶圓夾持裝置206被移動到晶圓承載座102上方以使夾持件214靠近半導體晶圓300的背表面302。接著，氣體控制模組209使氣體通道2071與夾持件214內的多個通道形成真空狀態。因此，如第3圖所示，半導體晶圓300的背表面302會吸附於夾持件214的底部，並且半導體晶圓300會隨著晶圓夾持裝置206離開晶圓承載座102。要注意的是，於此實施例中，晶圓承載座102是設置於處理腔室200內承載座(未於第 1圖中表示)。然而在其他實施例中，晶圓承載座102也可以是研磨系統100中其他腔室的承載座。

如第3圖所示，晶圓夾持裝置206可更包含有一擋環216，設置於晶圓載具207的底部並環繞夾持件214。在某些實施例中，在晶圓夾持裝置206夾持半導體晶圓300時，晶圓夾持裝置206的中心軸是對位於半導體晶圓300的中心，使得半導體晶圓300的邊緣與擋環216的一內環面2161之間具有相同的一間隔Gp。

接著請參考第4圖與第5圖，第4圖與第5圖為根據本發明一實施例之晶圓夾持裝置206夾持半導體晶圓300至研磨墊204上之作動示意圖。如第4圖所示，研磨墊204位於研磨平台202上，並且晶圓夾持裝置206是移動到研磨墊204的上方。本發明實施例之第4圖中僅表示研磨墊204與研磨平台202的部分結構，意即第4圖中的研磨墊204的結構並非是研磨墊204的中心部分。仔細而言，如第1圖所示，研磨墊204的中心軸Ax1可作為研磨墊204的旋轉軸，並且第4圖所示之研磨墊204的結構是偏離研磨墊204的中心軸Ax1。舉例來說，第4圖所示之研磨墊204的結構可為第1圖中的研磨墊204的左側部分或右側部分。

如第5圖所示，晶圓夾持裝置206朝研磨墊204方向移動並抵接於研磨墊204。接著，氣體控制模組209停止氣體通道2071內的真空狀態，使得半導體晶圓300不被夾持件214所吸住。之後，氣體控制模組209可經由氣體通道2071提供氣體至夾持件214內，使得夾持件214中的各驅動元件充氣後膨脹，進 而抵接半導體晶圓300的背表面302，以提供推力下壓半導體晶圓300，並且半導體晶圓300的研磨表面304抵接研磨墊204以進行研磨處理。

於此實施例中，晶圓夾持裝置206可包含多個控制閥門2061，配置以控制氣體控制模組209與各個驅動元件之間的連通。舉例來說，控制閥門2061可控制夾持件214中的各驅動元件個別地被氣體控制模組209充氣或者是一起被氣體控制模組209充氣。於此實施例中，控制閥門2061是可透過無線方式連接至控制裝置500，並且控制裝置500可發送控制訊號至控制閥門2061，以使控制閥門2061開啟或關閉。再者，在某些實施例中，氣體控制模組209以及夾持件214可定義為晶圓夾持裝置206中的一推動機構。在某些實施例中，推動機構也可定義包含有氣體控制模組209、氣體通道2071、控制閥門2061以及夾持件214。

值得注意的是，擋環216朝向研磨墊204的底部具有一或多個溝槽(未顯示於圖中)，因此當晶圓夾持裝置206抵接研磨墊204旋轉並且擋環216直接接觸研磨墊204時，研磨漿210可以經由擋環216底面的溝槽流入或流出。在某些實施例中，擋環216可由耐磨材料製成，如塑料、陶瓷或聚合物製成。舉例來說，擋環216可由聚硫化苯(polyphenylene sulfide，PPS)、聚二醚酮樹脂(polyetheretherketone，PEEK)或其混合製成。另外，擋環216也可由聚胺甲酸酯(polyurethane)、共聚酯(polyester)、聚醚酯(polyether)或聚碳酸酯(polycarbonate)等聚合物製成，擋環216的材質不限於此實施例。

此外，在化學機械研磨製程(CMP process)中，擋環216可用來維持半導體晶圓300的位置，以避免半導體晶圓300在旋轉過程中偏移晶圓夾持裝置206的中心軸，進而旋轉脫離研磨墊204。如第5圖所示之實施例，藉由晶圓夾持裝置206帶動半導體晶圓300旋轉並抵接旋轉中的研磨墊204，可以實現半導體晶圓300的化學機械研磨製程，以達到半導體晶圓300的平坦化的目的。

然而，送入研磨系統100中的半導體晶圓300可能於前一道製程中就產生了半導體晶圓300厚度不均的問題，例如於先前的微影製程或沈積製程中造成半導體晶圓300的中心區域的厚度較小而邊緣區域的厚度較大的問題。本發明實施例提供檢測裝置400，當半導體晶圓300在同一處理腔室中進行研磨製程時，檢測裝置400可以監控半導體晶圓300上各區域的厚度，並且控制裝置500可根據各區域的厚度調整提供給半導體晶圓300的推力(下壓力)，藉以使半導體晶圓300在研磨製程中可以獲得更好的平坦化效果。檢測裝置400與控制裝置500之詳細結構與作動將配合圖式於後續加以說明。

請參考第6圖，第6圖為根據本發明一些實施例之研磨平台202之上視圖。如第6圖所示，研磨平台202具有一平台半徑R，並且研磨平台202上設置有一第一窗口2021與一第二窗口2023。於某些實施例中，第一窗口2021與第二窗口2023例如為透明材質製成，以利光線可由研磨平台202之一側經由第一窗口2021或第二窗口2023至研磨平台202的另一側。如第6圖所示，第一窗口2021與研磨平台202的中心之間具有一第一距 離D1，並且第二窗口2023與研磨平台202的中心之間具有一第二距離D2。在某些實施例中，第一距離D1可為0.4R至0.6R之間，而第二距離D2可為0.8R至R之間，其中R為研磨平台202之平台半徑。

請同時參考第6圖與第7圖，第7圖為根據本發明一些實施例之研磨系統100的部分元件示意圖。如第7圖所示，半導體晶圓300的底面是在研磨平台202上的研磨墊204進行研磨。於此實施例中，檢測裝置400可為一光學檢測系統，包含一光發射器402、一光接收器404、一光譜儀406、一處理器408以及一儲存電路410。於此實施例中，光發射器402與光接收器404可為一光纖，但不限於此實施例。如第7圖所示，光發射器402是配置以發射一光束IL經由第一窗口2021至半導體晶圓300底面的一檢測位置P，並且光接收器404是配置以經由第二窗口2023接收由半導體晶圓300上之檢測位置P反射之一反射光束RL(第一窗口2021與第二窗口2023未於第7圖中表示)。另外，值得注意的是，研磨墊204對應於第一窗口2021與第二窗口2023也可以開設有窗口或透明物質以利光線通過。

值得注意的是，光發射器402可調整光束IL的入射角度以及強度，以使光束IL射到半導體晶圓300上不同的位置。舉例來說，光發射器402可具有一可旋轉的發射頭，以調整光束IL的發射角度。另外，反射光束RL的行進方向以及強度也會受到檢測位置P的形狀以及半導體晶圓300與研磨平台202之間的距離的影響。

光譜儀406是配置以根據反射光束RL進行分析以 產生一光譜訊號4061。處理器408是配置以將光譜訊號4061與儲存於儲存電路410之一光譜資料庫比較，以獲得關於檢測位置P的厚度資訊。在某些實施例中，反射光束RL的行進方向、強度以及半導體晶圓300與研磨平台202之間的距離也可作為計算檢測位置P的厚度資訊的依據。處理器408在獲得厚度資訊後，可將厚度資訊傳送至控制裝置500，接著控制裝置500根據厚度資訊產生一驅動訊號至晶圓夾持裝置206，以調整晶圓夾持裝置206對半導體晶圓300的推力(下壓力)。

在某些實施例中，處理器408與儲存電路410可整合於控制裝置500，例如處理器408可與控制裝置500的處理器整合，並且儲存電路410可與控制裝置500的儲存電路整合。在某些實施例中，控制裝置500是以有線方式提供驅動訊號至晶圓夾持裝置206。在另一些實施例中，控制裝置500是透過無線網路以無線方式提供驅動訊號至晶圓夾持裝置206。

於某些實施例中，處理器408可為一微處理器或一中央處理器。儲存電路410可為一隨機存取記憶體(Random Access Memory，RAM)、快閃記憶體(flash memory)、唯讀記憶體(Read-Only Memory，ROM)、可抹除可規劃唯讀記憶體(EPROM)、電子抹除式可複寫唯讀記憶體(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、暫存器、硬碟、可攜式硬碟、光碟唯讀記憶體(Compact Disc Read-Only Memory，CD-ROM)或在此領域習知技術中任何其它電腦可讀取之儲存媒體格式。於此實施例中，儲存電路410可被配置以儲存關於半導體晶圓300之不同材 料以及厚度的複數個光譜資料以作為光譜資料庫。

請參考第8圖，第8圖為根據本發明一實施例由檢測裝置400所獲得之半導體晶圓300的厚度分布圖。於此實施例中，檢測裝置400是由半導體晶圓300中心沿著一徑向朝邊緣來測量半導體晶圓300的厚度，意即第8圖為同一徑向上不同位置的厚度圖。然而，於其他實施例中，檢測裝置400也可任意地對半導體晶圓300的不同徑向上的不同位置測量厚度。另外，值得注意的是，檢測裝置400可於半導體晶圓300未進行研磨處理前進行檢測，或者是半導體晶圓300進行第一次研磨處理時檢測，又或者是半導體晶圓300進行兩次研磨處理之間時檢測。檢測裝置400檢測半導體晶圓300厚度的時間點不限於此實施例。

如第8圖與第2圖所示，半導體晶圓300可於半徑Rw上相對於其中心定義有多個區域A1~A10。於此實施例中，區域A2~區域A10中每一區域的大小皆相等，而區域A1為區域A2大小的一半。接著，由第8圖可知，半導體晶圓300於區域A6(第一區域)具有一第一厚度T1，而在其他區域，例如區域A8(第二區域)具有一第二厚度T2，並且第一厚度T1是大於第二厚度T2。因此可知，半導體晶圓300在區域A6相較於其他區域凸出而不平整。半導體晶圓300的厚度變化不限於此實施例，舉例來說，在某些實施例中，半導體晶圓300在區域A6~A10相較於區域A1~A5凸出而不平整，亦即其厚度高於區域A1~A5之厚度。在某一實施例中，區域A1至區域A10的厚度是逐漸增加，也就是半導體晶圓300中心的厚度最小，而邊緣的厚度 最大。

請同時參考第5圖以及第8圖至第9圖。第9圖為根據本發明一實施例之第5圖中之夾持件214由Z軸方向觀看之下視圖。如第9圖所示，夾持件214可具有多個驅動元件S1~S10。於此實施例中，驅動元件S2~S10可具有環形結構，並且驅動元件S1~S10是彼此連接且徑向地排列。於此實施例中，夾持件214具有一半徑Rh，大致上相等於晶圓半徑Rw，並且驅動元件S1~S10中的每一驅動元件沿著徑向上的寬度皆相等。於其他實施例中，驅動元件S1~S10中的每一驅動元件的寬度也可設計為不相等。

在某些實施例中，驅動元件S1~S10是可分別對應於第8圖中半導體晶圓300上定義之區域A1~A10。舉例而言，驅動元件S1的半徑與區域A1相等，驅動元件S2的寬度與區域A2相等，以此類推。於是，當控制裝置500由處理器408得到如第8圖之厚度資訊後，控制裝置500可根據第一厚度T1與一目標厚度T3之間的差值以及第二厚度T2與目標厚度T3之間的差值產生一驅動訊號，接著氣體控制模組209根據驅動訊號對驅動元件S1~S10充氣，使得驅動元件S1~S10抵接半導體晶圓300上的相對應區域並沿著垂直於半導體晶圓300之背表面302的一垂直方向(如第5圖中的-Z軸方向)移動以提供推力(下壓力)至半導體晶圓300，使半導體晶圓300於研磨墊204進行研磨。

於此實施例中，氣體控制模組209是根據驅動訊號提供較大的氣體壓力至驅動元件S6，使得驅動元件S6的膨脹率 相較於其他區域大，藉以使驅動元件S6於第5圖中沿著-Z軸方向提供較大之一第一推力至區域A6，而氣體控制模組209可提供其他驅動元件相同的氣體壓力，使其他驅動元件的膨脹率相等並提供相同的一第二推力至半導體晶圓300上相對應的區域。因此，控制裝置500可控制半導體晶圓300上的區域A6由第一厚度T1削減至目標厚度T3，並且其餘的區域A1~A5以及區域A7~A10由第二厚度T2削減至目標厚度T3。在某些實施例中，第一推力對應於第一厚度T1與目標厚度T3之間的差值，而第二推力對應於第二厚度T2與目標厚度T3之間的差值。

氣體控制模組209控制夾持件214的方式不限於上述實施例。在某些實施例中，當半導體晶圓300上在區域A1~A10具有不同厚度時，氣體控制模組209可根據控制裝置500的驅動訊號提供不同的氣體壓力至夾持件214上的驅動元件S1~S10，使得驅動元件S1~S10作為驅動元件並於垂直方向(如第5圖中的-Z軸方向)上移動不同的距離，以分別對應於區域A1~A10並提供不同的推力(下壓力)，使得半導體晶圓300上的區域A1~A10的厚度可削減至區域A1~A10中的最小厚度或一目標厚度T3。

另外，要注意的是，夾持件214上的驅動元件數目以及半導體晶圓300上定義的區域數目不限於上述實施例。於其他實施中，夾持件214可具有更多的驅動元件，以對應於半導體晶圓300上定義的不同區域。

請參考第10圖與第11圖，第10圖為根據本發明另一實施例之研磨平台202A之上視圖，而第11圖為根據本發明另 一實施例之第11圖中沿著A-A剖線的研磨平台202A的剖面示意圖。如第10圖所示，研磨平台202A可定義一研磨區域PSA，研磨區域PSA的寬度可大於半導體晶圓300的直徑，並且控制裝置500可控制晶圓夾持裝置206夾持半導體晶圓300於研磨區域PSA內進行研磨。另外，於此實施例中第一窗口2021與第二窗口2023是設置於研磨區域PSA外。當檢測裝置400要對半導體晶圓300進行厚度檢測時，晶圓夾持裝置206可夾持半導體晶圓300沿著Z軸方向移動，以使第7圖中的光發射器402所發射的光束IL可以照射到半導體晶圓300的研磨表面304的每個位置。

再者，如第10圖與第11圖所示，研磨區域PSA內可形成有一容置槽2025，配置以容置一推動機構218。推動機構218可被控制裝置500所控制，並且推動機構218包含複數個驅動元件，朝向研磨墊204設置。在某些實施例中，驅動元件可由一油壓缸、氣壓缸或是電動缸來實現，但不限於此。於此實施例中，驅動元件係徑向地排列(例如沿著Y軸方向)，並且每一驅動元件具有一連接桿2181以及一抵接部2183。於此實施例中，每一抵接部2183於徑向(例如沿著Y軸方向)上的寬度可設計為相等。於其他實施例中，連接桿2181與抵接部2183可整合為一體成形之一推桿，並且每一推桿具有相同之寬度。

如第11圖所示，每一連接桿2181連接於一推動器2185，推動器2185可驅動連接桿2181與抵接部2183沿著Z軸方向移動以提供推力至研磨墊204。於此實施例中，推動器2185可提供不同的推力至不同的連接桿2181，以於研磨墊204的不同位置提供不同的推力。再者，於此實施例中，推動器2185可 單獨地或共同地提供推力至不同的連接桿2181。

請參考第11圖與第12圖，第12圖為根據本發明一實施例之推動機構218推動研磨墊204之示意圖。舉例來說，當控制裝置500由厚度資訊得知半導體晶圓300的區域A7具有較大的厚度時(例如第一厚度T1)，而其他區域的厚度是相等時(例如是第二厚度T2)，控制裝置500發送驅動訊號至推動機構218，接著推動器2185驅動對應於區域A7的抵接部2183推動研磨墊204，使研磨墊204於Z軸方向產生形變，以提供推力至半導體晶圓300的研磨表面304，如第12圖所示。因此，區域A7便可由第一厚度T1削減至第二厚度T2，或可使區域A1~10一起削減至目標厚度T3，以達成半導體晶圓300平坦化的目的。

再者，於其他實施例中，推動機構218也可設計為具有環形結構。舉例來說，每一抵接部2183可如驅動元件S2~S10設計為環形結構，並且沿著徑向排列。另外，要注意的是，第12圖中研磨墊204的形變是為了清楚表示而繪示的示意圖，研磨墊204實際上於Z軸方向的變化可以小於第12圖所表示的形變量。

請參考第13圖，第13圖為根據本發明實施例之研磨方法的流程圖。在操作S100中，藉由晶圓夾持裝置206設置一晶圓(半導體晶圓300)於一研磨墊204上進行研磨處理。在操作S102中，藉由晶圓夾持裝置206沿著垂直於半導體晶圓300之一垂直方向調整半導體晶圓300與研磨墊204之間的距離，以使第2圖中的光發射器402所發射的光束IL可以照射到半導體晶圓300的底面的每個位置。在操作S104中，藉由檢測裝置400 檢測半導體晶圓300之厚度以產生一厚度資訊。厚度資訊可包含對應半導體晶圓300之一第一區域的一第一厚度T1以及對應於半導體晶圓300之一第二區域的一第二厚度T2。在某些實施例中，第一厚度T1不同於第二厚度T2。

接著，在操作S106中，根據第一厚度T1以及一目標厚度T3之差值以及根據第二厚度T2與目標厚度T3之差值以產生一驅動訊號。在操作S108中，控制裝置500可根據驅動訊號產生一推力，以使半導體晶圓300接觸研磨墊204以削減至目標厚度T3。要注意的是，前述操作不限於此實施例，操作的順序可以變化或修正，或加上額外的操作。舉例來說，操作S102也可在操作S100之前，或者也可於研磨方法中省略操作S102。

本發明實施例提供一種研磨系統100，研磨系統100可包含一檢測裝置400，配置以檢測半導體晶圓300上不同位置的厚度以獲得厚度資訊。當半導體晶圓300上的第一區域的第一厚度T1大於第二區域的第二厚度T2時，控制裝置500可控制推動機構以提供對應於第一區域的第一推力以及對應於第二區域的第二推力至半導體晶圓300上，以使第一區域的厚度由第一厚度T1削減至第二厚度T2，或者可使第一區域與第二區域都削減至一目標厚度T3。

因此，本發明實施例之研磨系統100可藉由監控半導體晶圓300的厚度並相對應地調整施加於半導體晶圓300上不同區域的推力，以使半導體晶圓300在一次研磨製程中即可獲得更好的平坦化的效果，而不需要等到半導體晶圓300退出研磨系統100後才檢測是否有厚度不均的問題，接著才進行第 二次研磨處理的情況產生。

本發明實施例提供一種研磨系統，包含一研磨平台、一研磨墊、一晶圓夾持裝置、一檢測裝置、一控制裝置以及一推動機構。研磨墊連接研磨平台並被研磨平台驅動旋轉。晶圓夾持裝置配置以夾持一晶圓。檢測裝置配置以檢測晶圓之厚度以產生一厚度資訊，其中厚度資訊包含對應晶圓之一第一區域的一第一厚度以及對應於晶圓之一第二區域的一第二厚度。控制裝置配置以根據第一厚度與一目標厚度之差值以及根據第二厚度與目標厚度之差值以產生一驅動訊號。推動機構配置以根據驅動訊號提供對應於第一區域之一第一推力以及對應於第二區域之一第二推力，並且驅使晶圓接觸研磨墊以削減至目標厚度。其中第一推力不同於第二推力。

根據一些實施例，推動機構設置於晶圓夾持裝置上，推動機構包含複數個具有環形結構的驅動元件，並且驅動元件係徑向地排列並沿著垂直於晶圓之一方向移動以提供相對應之推力至晶圓。

根據一些實施例，推動機構設置於研磨平台上並朝向研磨墊，推動機構包含複數個驅動元件，並且驅動元件係徑向地排列。

根據一些實施例，驅動元件之每一者為一推桿，配置以抵接研磨墊，並且驅動元件之每一者於徑向上之寬度皆相等。

根據一些實施例，研磨平台具有一第一窗口以及一第二窗口，並且檢測裝置包含一光發射器、一光接收器以及 一光譜儀。光發射器設置於第一窗口，配置以發射一光束至晶圓。光接收器設置於第二窗口，配置以接收由晶圓反射之一反射光束。光譜儀配置以根據反射光束之一光譜與一光譜資料庫比較以產生厚度資訊。第一窗口與第二窗口與研磨平台之中心的距離不相等。

本發明一些實施例另提供一種一種晶圓夾持裝置，包含一推動機構、複數個驅動元件以及一氣體控制模組。氣體控制模組，連通於驅動元件，被配置以提供一氣體至驅動元件以推動一晶圓。驅動元件具有環形結構，驅動元件彼此連接並徑向地排列，並且驅動元件之每一者於徑向上之寬度皆相等。

根據一些實施例，晶圓夾持裝置更包含至少一控制閥門，配置以控制氣體控制模組與驅動元件之間的連通。

根據一些實施例，氣體控制模組被配置以提供不同之氣體壓力至不同的驅動元件，以使各驅動元件於垂直於晶圓的一方向上移動不同距離。

本發明實施例提供一種晶圓的研磨方法，包含檢測一研磨墊上所設置的一晶圓之厚度，以產生一厚度資訊，其中厚度資訊包含對應晶圓之一第一區域的一第一厚度以及對應於晶圓之一第二區域的一第二厚度。再者，晶圓的研磨方法更包含根據第一厚度以及一目標厚度之差值以及根據第二厚度與目標厚度之差值以產生一驅動訊號。另外，晶圓的研磨方法更包含根據驅動訊號產生一推力，以使晶圓接觸研磨墊，以削減至目標厚度。

根據一些實施例，根據驅動訊號產生推力之方法更包含沿著垂直於晶圓的一方向提供推力至晶圓的一研磨表面或晶圓的一背表面。

以上雖然詳細描述了實施例及它們的優勢，但應該理解，在不背離所附申請專利範圍限定的本揭露的精神和範圍的情況下，對本揭露可作出各種變化、替代和修改。此外，本申請的範圍不旨在限制於說明書中所述的製程、機器、製造、物質組成、工具、方法和步驟的特定實施例。作為本領域的普通技術人員將容易地從本揭露中理解，根據本揭露，可以利用現有的或今後將被開發的、執行與在本揭露所述的對應實施例基本相同的功能或實現基本相同的結果的製程、機器、製造、物質組成、工具、方法或步驟。因此，所附申請專利範圍旨在將這些製程、機器、製造、物質組成、工具、方法或步驟包括它們的範圍內。此外，每一個申請專利範圍構成一個單獨的實施例，且不同申請專利範圍和實施例的組合都在本揭露的範圍內。

Claims (10)

1. 一種研磨系統，包含：一研磨平台；一研磨墊，連接該研磨平台並被該研磨平台驅動旋轉；一晶圓夾持裝置，配置以夾持一晶圓；一檢測裝置，配置以檢測該晶圓之厚度以產生一厚度資訊，其中該厚度資訊包含對應該晶圓之一第一區域的一第一厚度以及對應於該晶圓之一第二區域的一第二厚度；一控制裝置，配置以根據該第一厚度與一目標厚度之差值以及根據該第二厚度與該目標厚度之差值以產生一驅動訊號；以及一推動機構，配置以根據該驅動訊號提供對應於該第一區域之一第一推力以及對應於該第二區域之一第二推力，並且驅使該晶圓接觸該研磨墊以削減至該目標厚度，其中該第一推力不同於該第二推力。
2. 如申請專利範圍第1項所述之研磨系統，其中該推動機構設置於該晶圓夾持裝置上，該推動機構包含複數個具有環形結構的驅動元件，並且該些驅動元件係徑向地排列並沿著垂直於該晶圓之一方向移動以提供相對應之推力至該晶圓。
3. 如申請專利範圍第1項所述之研磨系統，其中該推動機構設置於該研磨平台上並朝向該研磨墊，該推動機構包含複數個驅動元件，並且該些驅動元件係徑向地排列。
4. 如申請專利範圍第3項所述之研磨系統，其中該些驅動元件之每一者為一推桿，配置以抵接該研磨墊，並且該些驅動元件於徑向上之寬度皆相等。
5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之研磨系統，其中該研磨平台具有一第一窗口以及一第二窗口，並且該檢測裝置包含：一光發射器，配置以發射一光束經由該第一窗口至該晶圓；一光接收器，配置以經由該第二窗口接收由該晶圓反射之一反射光束；一光譜儀，配置以根據該反射光束產生一光譜訊號；以及一處理器，配置以將該光譜訊號與一光譜資料庫比較以獲得該厚度資訊；其中該第一窗口與該第二窗口與該研磨平台之中心的距離不相等。
6. 一種晶圓夾持裝置，包含：一推動機構，包含：複數個驅動元件；以及一氣體控制模組，連通於該些驅動元件，被配置以提供一氣體至該些驅動元件以推動一晶圓；其中該些驅動元件具有環形結構，該些驅動元件彼此連接並徑向地排列，並且該些驅動元件之每一者於徑向上之寬度皆相等。
7. 如申請專利範圍第6項所述之晶圓夾持裝置，其中該晶圓夾持裝置更包含複數個控制閥門，配置以控制該氣體控制模 組與該些驅動元件之間的連通。
8. 如申請專利範圍第6項所述之晶圓夾持裝置，其中該氣體控制模組被配置以提供不同之氣體壓力至不同的驅動元件，以使各該驅動元件於垂直於該晶圓的一方向上移動不同距離。
9. 一種晶圓的研磨方法，包含：檢測一研磨墊上所設置的一晶圓之厚度，以產生一厚度資訊，其中該厚度資訊包含對應該晶圓之一第一區域的一第一厚度以及對應於該晶圓之一第二區域的一第二厚度；根據該第一厚度以及一目標厚度之差值以及根據該第二厚度與該目標厚度之差值，以產生一驅動訊號；以及根據該驅動訊號產生一推力，以使該晶圓接觸該研磨墊，以削減至該目標厚度。
10. 如申請專利範圍第9項所述之晶圓的研磨方法，其中根據該驅動訊號產生該推力之方法更包含：沿著垂直於該晶圓的一方向提供該推力至該晶圓的一研磨表面或該晶圓的一背表面。