TW411298B - Wafer polishing machine - Google Patents

Description

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411298 五、發明說切（ <技術领域> 本發明係關於晶圓研磨裝置，特別是關於在晶圓上形成 I c圆案之步驟途中，使用於使表面平坦化之化學性機械研 磨（Chemical Mechanical Polishing : C Μ P )法之晶圓研磨裝 置。 <背景技術> 近年ic之微細加工演進，進行跨多層形成IC圖案之加 工。在形成有圖案之層之表面上難以避免會產生某程度之 凹凸。以往雖係直接形成下一層之圖案，但隨著層數增 加’線或洞之寬幅變小，則難叹形成良好之圖案，而易產 生缺陷。此處’在形成有圖案之層之表面予以研磨將表面 平坦化後’再進行下一層之圖案形成步驟。又，為了形成 _連接層間之金屬層，在形成孔後，藉由電鍍等形成金屬 層’將表面之金屬層予以研磨去除，並保留孔之部分之金 屬層。在此種形成1C圖案之步驟途中，在晶圓研磨上，使 用CMP法之晶圓研磨裝置（CMP裝置）。 圖1 A與圖1B係說明1C製造步騾之CMP法之加工之圖。 圖1 A表示將層間絕緣膜之表面予以研磨，進行平坦化之處 理；圖1B表示保留孔之部分之金屬層而進行表面研磨處 理。如圖1A所示’若在基板上形成金屬層等之圖案2後.再 形成層間絕緣膜3，則圖案2之鄞分會變成比其他部分高， 表面便產生凹凸。此處，以CMP:裳置研磨表面，似成如右 側之狀態後，形成下一個圖案。又，在形成連接層間之金 屬層之情況下，如圖1B所示，在下層之圖案2上形成連接 ___-_4-___ \纸張尺度iS用中關家標準（CNS)A.l規格⑵ϋ x洗.公楚) " ----------- II - ^--------訂- 广請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟钉智慧財產局員工消費合作社印裂 ^»-"-5|智.«-財1局員工消費合作^印〃^ 411298 Λ7 ---- H7 五、發明說明（2 ) 孔後，藉由鍍錫等全面形成金屬層4。其後，由CMp裝置 將表面之金屬層4研磨至全部去除為止- 圆2為CMP裝置之基本構造表示圖。如圖所示，CMp裝 置具有研磨盤1 1及晶圓支持頭2丨。研磨盤i !表面貼裝有 具彈性之研磨布1 3，以旋轉軸1 2為中心進行旋轉。在旋轉 之研磨盤1 1之研磨布丨3上，自未圖示之噴嘴供給研磨材漿 液。晶圓支持頭2 1 —面支持所研磨之晶圓丨〇〇，對研磨布 1 3施以特定之壓力’ 一面以旋轉軸2 2為中心進行旋轉。藉 此研磨所支持之晶圓之表面。在上述研磨布丨3上，為了使 漿液易於被供給至與晶圓之接組面上，一般係設有溝。圖 中雖係表示有1個晶圓支持頭2丨之情況’但如此則未使用 到研磨盤1 1之右側等部分，生產效率不充足。故，—般係 -設置2個或4個等之複數之晶圓支持頭21，同時研磨複數片 晶圓α 在以CMP裝置進行研磨之情況下，首先進行晶圓之對齊 (alignment)搬送至載入部。晶圓支持頭2 j係以吸附機構將 載入部之晶圓予以支持而在研磨盤U上移動，將晶圓按壓 於研磨盤1 1上進行研磨。研磨結束後，同樣的以吸附機構 支持晶圓支持頭2 1，搬送至卸載部。被搬送至卸載部之.晶 圓100上附著著研磨漿液之故，由洗淨機洗淨後予以乾 燥，搬送至卡匣等晶圓回收部。晶圓在研磨後，依光蝕術 進一步形成1C圖案之故’若殘留—有研磨粒或研磨屑，會造 成I C圖案之缺陷之故，洗淨需4行到非常乾淨的程度，洗 淨後之晶圓亦需注意不使塵埃附著β 本纸張及度这用中因0家標準（CJVS)AJ規格（210*297公发） ------：-----，裝--------訂. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) Λ7 411298 ---iH______ 五、發明卿（3 ) " --- CMP裝置不僅要求需可進行高精密度之研磨，希望其 磨品質方面能有高性能之外，尚被要求改善生產率等處理 效率或要求其設置面積之縮小化。此處，&置複數台研磨 盤，將對複數台研磨盤進行晶圓供給之晶圓載入部，與自 複數台研磨盤搬出晶圓之晶圓卸載部，予以變通化。若爲 此種構造，則對複數台研磨盤亦僅各需丨個晶圓載入部及 晶圓卸載部之故，可使設置面積縮小。又，與研磨所需之 時間相比，自晶圓載入部將晶圓搬送至研磨盤，或自研磨 盤將晶圓搬送至晶圓卸載部所需之時間較短之故，做成此 種構造並不會造成處理效率降色。又，在晶圓研磨中，雖 可將研磨速度快但精度不夠之粗研，與研磨速度慢但精度 高之精研予以组合進行，但依上述構造，亦可將複數台研 _磨盤中之其中一台用於精研，用其他研磨盤進行粗研而予 以運用。 上述具備複數台研磨盤之CMP裝置雖係各設有晶圓載入 部及晶圓卸載部，但將晶圓搬送至晶圓載入部及自晶圓卸 載部搬送晶圓，係以相同之搬送機構進行。因此，搬送研 磨結束之晶圓之搬送機構上附著了研磨粒或研磨屑等塵 屑’在搬送至晶圓卸載部之研磨前之晶圓上亦會附著上此 種塵屑。雖附著在研磨面上之此種塵屑大致不會造成問 述’但附著在晶圓裏面的塵埃-則會引起研磨塵力不均之問 題’ ·而使研磨品質降低3 一 〈發明之揭示> - 本發明係解決此種問題者之故，在設置複數台研磨盤， -6- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A·!規格（2〗G X 297公釐） . '-裝--------訂---------策 f靖先閱讀背面之·注項再填寫本頁} 經濟部智窆財產局員工消費合作社印製 411298 Α7 Β7 五、發明說明（4 將對複數台研磨盤進行晶圓供給之晶圓載入部與自複數台 研磨盤進行晶圓搬出之晶圓卸载部係共通化之CMp裝置 中，目的在於實現可降低研磨前晶圓之塵埃附著之配置。 爲實現上述目的，本發明之CMP裝置中，其配置關係 爲-2台研磨盤係鄰接，晶圓載入部與晶圓卸載部係鄰 接’第1研磨盤與晶圓載入部係位於對角線上，第2研磨盤 與晶圓卸載部係位於對角線上；對晶圓載入部之晶圓搬送 以及自晶圓卸載部進行之晶圓搬送，係以相異之系統予以 進行。 % 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 μ 即，本發明之CMP裝置，其^徵在於：具備第】及第2研 磨盤，其係於表面設置研磨布，旋轉該研磨布者；第1及 第2晶圓支持頭’其係支持晶圓’一面將該晶圓表面壓附 _於前述研磨布一面旋轉者；晶圓載入部，其係載置研磨前 之前述晶圓者；晶圓卸載部，其係載置研磨後之前述晶圊 者；第1頭旋轉機構，其係使前逑第丨晶圓支持頭，以各位 於前述第I研磨盤及前述晶圓載入部及前述晶圓卸載部之 上足方式旋轉者；第2頭旋轉機構，其係以使前述第2晶圓 支持頭’以各位於前述第2研磨盤及前述晶圓載入部及前 述晶圓卸載部之上之方式旋轉者；第1歡送機構，其係將 研磨前之前述晶圓搬送至前述晶圓載入部者；及第2搬送 機構’其係將研磨後之前述晶圓自前述晶圓卸載部搬送 者：其配置關係爲：前述第1及_第2研磨盤係鄰接，前述晶 圓載入部與前述晶圓卸載部係鄰接，前述第1研磨盤與前 述晶圓載入部係位於對角線上’前述第2研磨盤與前述晶 本纸狀度適用中@國㈣準（CNS)A4規格⑽χ撕公爱 411298 a? --— B7 五、發明說明（5 ) 圆卸載部係位於對角線上。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 口依本發明’因係設有第i搬送機構及第2搬送機構，將對 晶圓載入部進行之晶圓搬送，及自晶圓却載部進行之晶圓 搬送由不同《搬送機構進行之故，可降低研磨前之 塵埃附著。 若第1及第2晶圓支持頭可各支持2片圓獨立旋轉，則 可有效利用研磨盤表面。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2台研磨盤，例如一者爲粗研用，另一者爲精研用亦可。 此處，設置將晶圓載入部與晶圓卸載部依旋轉或平行移 動予以移開之機構，藉由使晶^載入部與晶圓卸载部之任 一者選擇性的移動至與晶圓支持頭之受讓位置，以使晶圓 載入部與晶圓卸載部可相異的於相同位置進行受讓。若利 —用此機構，設3台研磨盤，將3台研磨盤分爲粗研用與精研 用’將處理時間長者使用2台以提升生產率。惟，該構造 中，第1及第2搬送機構需自相異方向接近晶圓載入部與晶 圓卸載部之共同的受讓位置。因此，雖需將進行研磨前之 調整（Alignment)之部分或進行研磨後之洗淨之部分設於相 異方向’但此會增大CMP裝置之設置面積，特別是會使向 CMP裝置進行晶圓之搬送。搬出之正面寬度變大之故，在 自動化工程之構築上並不理想。 <圖式之簡單説明> — 圖1 A與圖I B係依CMP法處毘之説明圖。 圖2爲CMP裝置之基本構造表示圖。 圖3爲本發明之實施例之CMP装置之配置表示圖。 -8 本纸張反度適用中國國家標準（CNSM4規格（210 X 297公釐） A7 B7 411298 五、發明說?月（6 ) 闽4爲贫施例之晶圓支持頭之構造表示圖。 < t施發明之最佳形態> 圖3爲本發明之實施例之CMP裝置之配置之上面圖。如圖 所示，設有2個研磨盤丨4及1 5 ;於其上設有2個晶圓支持 頭3 1及3 2，將晶圓予以支持壓貼。晶圓支持頭3 i、3 2各 具有晶圓支持旋轉機構33、34及35、36。各晶圓支持旋 轉機構可將晶圓予以吸附支持，於研磨時藉由空氣壓力將 其壓貼於設於研磨盤14及15之研磨布上。晶圓支持頭3 ! 及3 2係懸吊於旋轉桿3 7及3 8上，該旋轉桿3 7、3 8係一端 由旋轉抽40’另一端由環狀之土軌39支持者’晶圓支持頭 31、32係可對應於旋轉桿37、38之旋轉而旋轉者。藉 此’晶圓支持頭3 1、3 2可在晶圓載入部4 1與晶圓卸載部 _ 4 2上移動》 收容於複數個晶圓卡匣6 2内之研磨前之未研磨晶圓，係 被可移動的由移動機構61支持之搬送臂60取出，載置於交 換台5 9上。搬送臂5 8係將載置於交換台5 9上之晶圓搬送 至厚度測定器57，其係將晶圓之研磨層之厚度予以測定確 認者。層厚確認後之晶圓由搬送臂5 8載置於晶圓載入部4 1 上之承受構件43及44上。 ‘ 載置於晶園卸載部42上之承受構件45及46上之研磨結束 之研磨完畢之晶圓，由搬送臂48載置於第1洗淨器51上。 第1洗淨器5 1所洗淨之晶圓，iij般送臂5 4載置於相鄰之第 2洗淨器5 2上。此種研磨完畢之晶圓之洗淨後以2階段進 行。搬送臂4 8因係搬送剛研磨完之晶圓之故，髒得很厲 -9- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公釐） 11 —i JI.---N-裝 -------訂--------*京 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印- 411298 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說?月（ 雀’但搬送臂5 4係搬送第i階段洗淨完畢之晶圓之故，辨 污得沒搬送臂4 8嚴重。於第2洗淨器5 2完成第2階段之洗 淨之晶圓’由搬送臂55載置於乾燥器53上予以乾燥。搬送 臂5 4及5 5係於移動機構5 6上可移動的被支持。第2階段洗 淨冗畢之晶圓之髒污比第1階段洗淨結束之晶圓少之故， 另外設置了搬送臂5 5，其係與搬送第1階段洗淨完畢之晶 圓之搬送臂5 4不同者。於乾燥器5 3乾燥之晶圓，係由搬送 臂6 0送回晶圓卡匣6 2。 2台研磨盤14及丨5之研磨係相差半周期而進行。在研磨 盤1 4及1 5進行研磨期間，已確認層厚之晶圓被載置於晶圓 載入邵41上之承受構件43及44上。在研磨盤14之研磨完 畢後’晶圓支持頭3 1係將晶圓支持於晶圓支持機構3 3及 34上’以順時針方向於晶圓載入部42上移動，將研磨完畢 之晶圓載置於承受構件45及46上。次之，晶圓支持頭31 係於晶圓載入部41上移動，將載置於承受構件43及44上 之未研磨之晶圓’吸附於晶圓支持旋轉機構33及34 β此時 搬送臂48將承受部件45上之研磨完畢之晶圓搬送至第1洗 淨器51。晶圓支持頭31支持未研磨之晶圓，在研磨盤 上移動，開始研磨。此時，未研磨之晶圓被載置於晶圓載 入部4 1上之承受構件43及44上，搬送臂48將承受構件46 上之研磨完畢之晶圓搬送至第丨洗淨器51，在此同時，第1 洗淨器5 1所洗淨完畢之晶圓被移動至第2洗淨器。 次之，研磨盤15之研磨結束後’晶圓支持頭32係將晶圓 支持於晶圓支持旋轉機構35及36，以逆時針方向在晶圓卸 -10- 本纸張&度财關家標準（CNS)A彳賴⑵Gx 297公爱） . . r— Μ-------11^.------J!^, {請先閱讀背面之注膏¥項再填寫本頁) 411296 A7 五、發明說?月（8 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 載部42上移動’將研磨完畢之晶圓載置於承受構件45及 4 6上。次之’晶圓支持頭3 2在晶圓載入部4 1上移動，將 載置於承受構件4 3及4 4上之未研磨之晶圓吸附於晶圓支持 旋轉機構3 3及3 4 ^其他的動作則與上述相同。 研磨盤14、15 ’及晶圓支持頭3丨、32之晶圓支持旋轉 機構33、34及35、36雖可使用與習知相同之構造者， 惟，此處係使用利用空氣壓力，以特定之壓力將晶圓按壓 於研磨布之構造之晶圓支持旋轉機構。圖4係表示晶圓支 持頭31之晶圓支持旋轉機構33之構造圖β 經濟部智慧財產局員工消費合作社印*1^' 如圖所不’晶圓支持旋轉機構33具有載體構件7i、研磨 面調整環74、導引環75、旋轉基板77、旋轉導引板80、 具軸套之旋轉軸82、齒輪83、84，及馬達85。於載體構 -件71上設有噴出空氣之空氣口 72及被施加負壓之吸附口 73 °藉由自空氣口72所喷出之空氣壓力，將晶圓ι〇0按壓 於研磨布1 3，藉由在吸附口 7 3施加負壓，將晶圓ι〇〇吸附 支持於載體構件71。研磨面調整環74以特定之壓力接觸研 磨布1 3 ’使内部之研磨布丨3之狀態維持爲一樣，以防止產 生研磨之不均。又，在晶圓支持頭31向上方移動之情沉 下’支持载體構件71 ;在將晶圓1〇〇按壓於研磨布13之情 況下’則係對載體構件7 1成相互不拘束之狀態^導引環7 5 在晶圓支持頭向上方移動之情況下，支持研磨面調整環 7 4 ;在將晶圓10〇按壓於研磨布丨3之情況下，則係對研磨 面調整環7 4成相互不拘束之狀態。 旋轉基板77與載體構件71及研磨面調整環74之間，設有 -11 本紙狀度賴中國國家標jjL(CNS)A4規格（21〇χ 297公爱 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 411298 A7 —_______B7__ 五、發明說_明（9 )

橡膠墊7ό，藉由施加來自空氣口 78之特定壓力之空氣壓 力，將載體構件7丨以特定之壓力壓下，藉由施加來自空氣 口 79之特定壓力之空氣壓力，將研磨面調整環74以特定之 壓力壓下。以來自空氣口78之空氣壓力將載體構件71壓下 悛，載體構件7 1與晶圓1〇〇之間之間隙變化，即使由空氣 孔7 2所噴出之空氣壓力係相同，亦可使晶圓1〇〇被按壓於 研磨布1 3之壓力產生變化Q 旋轉基板7 7係經由軸承8 1可旋轉的支持於旋轉導引梭 80 ’其馬達85旋轉’則經由齒輪84及旋轉軸82之齒輪83 旋轉。 晶圓支持旋轉機構34、35、36亦具有與上述相同之構 造。 .如上述’ CMP裝置上必需要有未研磨晶圓之膜厚測定器 或研磨完畢之晶圓之洗淨器及乾燥器。在設置複數台研磨 盤提升生產率之情況’需防止於未研磨之晶圓之表面附著 研磨粒或研磨屑等塵屑而造成研磨精度劣化，除此之外， 設置面積，特別是CMP處理之自動化生產線進行未研磨晶 圓及研磨完畢之晶圓之供給及回收之正面寬度之大小成爲 問題。因此，如本實施例，將晶圓載入部4 1與.晶圓卸载部 4 2對2台研磨盤設於完全分離的位置，將未研磨晶圓之供 給路徑與研磨完畢之晶圓之回—收路徑做成各別獨立者爲理 想。 一 例如在進行粗研與精研之CMP裝置中，若僅著眼於生產 率’則可在晶圓卸載部42之位置上亦設置其他研磨盤，合 -12- 本纸張尺度適用中®國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） I ---I.--」1"'裝· —------訂----------東 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 411296 五、發明說明（10 計設3台研磨盤分爲粗研用及精研用，將處理時間長者使 用2台’以提升生產率。於該情況下’藉由在晶圓受讓部 設2個載入用承受構件及2個卸載用承受構件等4個承受構 件，做成可依旋轉或平行移動選擇任2個，使載入用承受 構件與卸載用承受構件分別獨立。故，若係此種構造，即 可防止研磨粒或研磨屑等塵屑附著於未研磨之晶圓裏面造 成研磨精度劣化之問題。惟，即使於此種情況下，對載入 用承受構件及卸載用承受構件之晶圓搬送，亦需各由不同 之搬送臂進行。因此，需要以自不同方向接近之方式設置 搬送臂，與其相關之膜厚測定g或洗淨器等亦需設於不同 之方向。如此會造成正面寬度變大。又，此種構造僅在粗 與精研之處理時間約差2倍左右之情況下有效果，若爲 一相同之處理時間，則本實施例亦爲相同之處理時間，不會 提升生產率。故，在此情況下本發明之配置爲佳。 <產業上之可利用性> 依本發明，在進行自動運轉之CMP裝置中，可獲得高生 產率及良好之研磨精度，並且可實現設置面積特別是正面 寬度小之配置。 ------------1.- ----— I I I 訂---------康 (請先閱讀背面之注意事項各填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 13 k纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公釐

Claims (1)

1. Μ A8rac8r)8 六、申請寻利範圍 一？晶圓研磨裝置’其特徵在於：具備 磨:丨者及Μ研磨[其係於表面設置研磨布，旋轉謗砷 第1及第2晶[§]去括· §§ *». _ . '、，其係支持晶圓，一面將該晶菌 表面壓附於前述研磨布一面旋轉者； 间 晶圓載入部’其係載置研磨前之前述晶圓者： 晶圓卸載部，其係載置研磨後之前述晶圓者： ，第1頭旋轉機構，其係使前述第1晶圓支持頭，以各位 於前述第1研磨盤及前述晶圓載入部及前述晶圓卸栽 之上之方式旋轉者； α 第2頭旋轉機構，其係以使爾^述第2晶圓支持頭，以各 位於前述第2研磨盤及前述晶圓載入部及前迷晶圓卸 部之上之方式旋轉者： 第1搬送機構，其係將研磨前之前述晶圓搬送至前迷晶 圓載入部者；及 ^ 第2搬送機構，其係將硏磨後之前述晶圓自前述晶圓卸 載部搬送者·， 其配置關係爲： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印4 前述第1及第2研磨盤係鄰接，前述晶圓載入部與前 述晶圓卸載部係鄰接，前述第1研磨盤與前述晶圓載入 部係位於對角線上，前述第2研磨盤與前述晶圓卸載部 係位於對角線上。 - 2. 如申請專利範圍第I項之晶圓野_磨裝置，其中 前述第1及第2晶圓支持頭各i可支持2片前述晶圓獨 立旋轉者。 -14- 本纸張尺度適用中因國家標準（CNS)AJ規格（210 X 297公釐）