TW422757B - Chemical mechanical polishing device with ultrasonic slurry supply system - Google Patents

Description

422757 _ 五、發明說明（1) 5 -1發明領域： 本發明係有關於一種半導體製程的裝置，特別有關於 化學機械研磨的裝置。 5-2發明背景： 化學機械研磨（chemical-mechanical polishing， CMP)是一種平坦化的技術，此技術乃用於在晶片與晶圓上 造成一平坦的表面，通常為「全面性平坦（global planarity )」。所使用之元件通常會包含一晶圓載體（ wafer carrier )’用於固定晶片；適當的研漿（siurry ) :一研磨墊（polishing pad) ’其在一特定的壓力下接觸 晶片□此化學機械研磨不限於只能研磨介電層，亦可研磨 多晶矽甚至不同的金屬層。 一化學機械研磨乃藉化學性與物理性的作用而完成的 ，化學反應於研磨表面產生一層生成物，再以機械性的方 式將此生成物移除’且不斷地重覆此程序。舉例來說，當 研磨二氧化矽（S i 02 )時，化學反應會生成水合氧化物（ hydrated oxide )而被移除；當研磨金屬時，則會生成金 屬氧化物而被移除。

42275 7 五、發明說明（2) 研磨速率主要取決於研漿的組成及晶片與研磨墊之間 的壓力。舉例來說，對氧化物（ox i de )層來說，研漿之 ρΗ = 11時的研磨速率為pH = 7時的兩倍。研磨顆粒的硬度（ hardness )應與被研磨層的應度相同，以避免損害此被研 磨層的表面，且研磨顆粒的大小應均一，一般來說，其直 徑約小於0. 1 # m。研漿基本上會含有擔任磨除的成分及 會和被研磨表面起化學反應的成分，一典型的氧化物研磨 之研漿會含有氧化物顆粒形成的膠狀懸浮，其顆粒的平均 大小約0. 0 3以m，且溶於PH 2 1 〇的鹼性溶液中，此溶液的 研磨速率可達到約〇.12ym/niin左右。 研磨墊（polishing pad)也有其差異，一般而言，乃 以其機械性質作為分類。若使用硬式研磨墊（hard pad ) ’則會造成較好的平坦性（P 1 a n a r j t y )，若使用軟式研磨 塾（sof t pad )則會使被研磨層形成較好的一致性（ uni formi ty )且晶片較不容易損傷。研磨墊的選擇乃根據 其所應用而決定’例如，軟性的研磨墊通常用於研磨平面 形的石夕底材（S1 Hc〇n substrate)以避免刮傷，但如此之 車人〖生研磨墊卻不適合用於具有圖案（patterns)的表面。 有關於研磨終點（ρ ο 1 i s h e n d - ρ 〇 i n t )的债測問題， 已有§午多方法已發展出來。其中有些乃利用晶片與研磨墊 之間的磨擦力改變而偵測得到；但大部分的方法乃預先測 良不同時間所研磨掉的不同厚度’求出其研磨速率，再決

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五、發明說明（3) 定所須時間，如此則能磨除掉所須去除的厚度。 ，在進行化學機械研磨的步驟時，在研敬中的一些研 的電（static)或凝膠化作用(geuing) 凝結，…較大的顆粒，這些大顆 粒令易使日日月表面欠損，造成品質的不良。 為了上述之原因，實有須要路s &饥將士〜^ 只央屬蛋發展一 CMP裝置’以能避 免研漿中之研磨顆粒互相凝結β μ 5 - 3發明目的及概述： 研聚景中，傳統的化學機械研磨裝置之 之研磨顆粒凝聚的問題。 研炙中 磨 貯 蠕 與 經 第 根據以上所述之目沾，4_ ηη , at » . _ 的本么明提供了一種化學機械研 ίί:Π rt統，此供應系統包含：將寶： 上幫浦，第一‘管，用來輸送研漿’有一第一末端 m:的：口相連接’研漿係由汲出機 上第—導管内部；-超音波產生器，位於 s之e莖卜側，可產生超音波’此超音波會穿過管

義I IM — — 1 " 五、發明说明（4) 壁而傳送至第一導管内部’作用於研漿，使研漿中的研磨 顆粒無法凝聚，如此能改善研磨品質《還有一第二導管， 連接於第一導管之一第二末端，研漿係由第一導管的内部 流至第二導官的内部而從第二導管的出〇處流出。此研漿 會磨顆粒的凝聚’使化學機械研磨後的晶 片表面無刮傷痕跡，以造成更好的平坦化效果。 5-4圖式簡單說明： 第一圖係表示本發明之化 械研磨裝置 之主要結.構 主要部分之代表符號： 10蠕動式幫浦 11導管 12超音波產生器 13導管 14 研磨塾 15 研磨台 16晶片載體 π 晶片

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5-5發明詳細說明： 通常在半導體製程中，超音波用於清洗程序（ )中，其產生高頻率（約850kHz )的音 f震？且能將晶片表面的顆粒鬆脫，㉟而將其移除。同樣 ± 明將超音波用於化學機械研磨的研漿系統中，用 以將那些聚集成大體積的研磨顆粒予以鬆脫，成原來的小 顆粒’且可防止其再聚集。 在本發明中’提供一具有超音波研漿供應系統的化學 機械研磨裝置。此裝置的主要結構圖如第一圖所示，其乃 將 起0波產生器（megasonicgenerator)lO加至傳統化 學機械研磨裝置之研漿供應系統之中。一般而言，研漿中 包含研磨顆粒與化學溶液，且每一研磨顆粒的直徑通常小 於〇. 1微求C # m)，其材質乃視被研磨物體的材質而定，通 常選擇硬度相當者’以避免損傷研磨表面。 於本發明中，一螺動式幫浦（peristalsis pump ) 1 0 將研漿（s 1 urry )從一貯存槽内汲出，且使此研漿流入幫 浦本身内部，進而流入一導管（p i pe ) 1 1内部，此導管11 的一端與此蠕動式幫浦丨0的出口處相連接。一超音波產生 器（mega sonic generator) 12位於此導管（pipe) 11 的中 間段區域，且環套於導管11的外壁上，能產生超音波（

Α2^57 - 五、發明說明（6) megasonic wave ) ’此超音波可穿過導管η的管壁而傳入 導管11内部’當進入導管1 1的研漿流經此處時，超音波的 震盪效果會作用於研漿，使其中之研磨顆粒（poUshing particles)無法凝聚在一起，或使已凝聚在一起的顆粒分 離，如此則防止研漿内形成”大體積”的研磨顆粒，以維持 研漿的品夤，能直接改善此化學機械研磨的效果，避免此 被研磨晶片的損傷發生。 再者，此導管11的另一端乃連接另一導管13 (此導管 1 3可能是一液體分配器），研漿可由此導管1 3或分配器的 出口處而流出研漿供應系統，此流出供應系統之研漿會掉 落至研磨塾14上。研磨塾14係位於導管13出口處之下方且 固定於一可旋轉之研磨台（polishing table)15上，此研 磨台15亦支撐此研磨墊14 ;有一可旋轉的晶片載體（wafer carrier)16位於研磨台15上方，此晶片載體16乃固定一晶 片17，此晶片17之欲研磨面朝向研磨塾14(即下方）。當化 學機械研磨進行時，研磨台15會旋轉，且固定於研磨台15 上之研磨墊1 4亦當然跟著旋轉，晶片載體1 6會將晶片1 7接 觸研磨墊14表面，在此研磨墊上移動，且會旋轉，如此的 動作皆會影響研磨品質與研磨速度，此時從導管1 3流至研 磨墊1 4表面的研漿則會與晶片1 7的研磨面起化學反應，加 上研磨顆粒的”移除作用，而達到平坦化的效果。 以上所述之化學機械研磨過程及原理中，所造成之平

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Claims (1)

1. 六、申請專利範圍 L <種化學機械研磨的裝置，至少包含： 一裝置用以將研漿從一貯存槽汲出，研漿會流入該汲 出裝置内部； 一第一導官’用來輪送研漿，有一第一末端與該汲出 機件的出口相連接，研漿係由該汲出裝置之出口經過該第 一末端流入該第一導管内部： 一超音波產生器，位於該第一導管之管壁外侧，可產 生超音波’此超音波會穿過管壁而傳送至該第一導管内部 ’作用於研漿，使研漿中的研磨顆粒無法凝聚； 一第一導官，連接於該第一導管之一第二末端，研漿 係由該第一導管的内部流至該第二導管的内部而從該第二 導管的出口處流出； .二研磨墊’位於該第二導管之出口處的下方，從該第 二導管出口流出的研漿落至該研磨墊表面上，可將移動且 轉動中之晶片的研磨面朝下且接觸該研磨墊； 一研磨台，位於該研磨墊下，用於固定且支撐該 墊；及 S曰片載體’位於該研磨墊上方，用於固定晶片。 2: ΐ :請專利範圍第1項之裝置，其中上述之汲出裝置至 少包含一幫浦。 項之裝置’其中上述之幫浦至少包 3 _如申請專利範圍第 含蠕動式幫浦。

   第12頁 ，一61__ 六'申請專利範圍 4. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中上述之超音波產生 器係環套於該第一導管之管壁。 5. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中上述之研磨台至少 包含一可旋轉研磨台。 6. 如申請專利範圍第1項之裝置，其令上述之晶片載體至 少包含一可旋轉晶片載體。 7. —化學機械研磨之研漿供應系統，至少包含： 一裝置用以將研漿從一貯存槽汲出，該汲出裝置會將 研漿引入本身内部； 一第一導管，用來輪送研漿，有一第一末端與該汲出 機件的出口相連接，研漿係由該汲出裝置之出口經過該第 一末端流入該第一導管内部； 一超音波產生器，位於該第一導管之管壁外側，可產 生超音波，此超音波會穿過管壁而傳送至該第一導管内部 ，作用於研漿，使研漿中的研磨顆粒無法凝聚；及 一第二導管，連接於該第一導管之一第二末端，研漿 係由該第一導管的内部流至該第二導管的内部而從該第二 導管的出口處流出。 8.如申請專利範圍第7項之裝置，其中上述之汲出裝置至

   第13頁 六、申請專利範圍 少包含一繁浦。 9.如申請專利範圍第8項之裝置，其中上述之幫浦至少包 含螺動式幫浦。 1 0 ·如申請專利範圍第7項之裝置，其中上述之超音波產生 器係環套於該第一導管之管壁。 11.如申請專利範圍第7項之裝置，其中上述之第二導管包 含一液體分配器。 \

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