TW471999B - System for chemical mechanical planarization - Google Patents

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James V Tietz
Shijian Li
Manoocher Birang
John M White
Lawrence M Rosenberg
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Applied Materials Inc
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4?1999 A7 B7 五、發明說明（ 發明領域：_. 本發明係有關於一種研磨基板之處理系統 發明背景：_. 在半導體晶圓的製程中，化學機械乎坦法或是化學機 械研磨法逐漸受到重用，因為其可以增加工件或是基板 (例如一晶圓）上,的元件密度《當半導體製程中晶圓上之膜 層的平坦化需求增加時’晶圓受損較少、平坦性增加且產 量較大之系統（例如製程工具）的需求亦隨之增加。 兩種強調上述議題之化學機械研磨系統見於1 998年 9月8曰核發給Per Ιον等人之美國專利第5,804,507號及 於1·998年4月15日核發給Toliest等人之美國專利第 5,738,574號中。Perlov及T〇Uest等人揭露一種具有平坦 化系統之化學機械研磨系統，該化學機械研磨系統自相鄰 液體填充室之晶盒供給晶圓。一移轉機構或是一機械臂， 將晶圓移轉至一移轉台。該移轉台通常包含一載坏，該載
A 钚將晶圓置入固定於一旋轉台之四個處理頭之一。該移轉 台依序移動每一處理頭至載杯之上,以接收一晶圓。當該處 理頭載入時，該移轉台經由平坦化機台移動該處理頭及晶 圓以進行研磨。藉由使晶圓相對於一具研漿或其他研磨液 媒介之研磨墊相對地移動，可以使該晶圓平坦化。該研磨 墊包含一研磨表面。該研漿典型同時包含有助於自晶圓移 除物質之化學物及研磨物。在完成十坦化製程之後’該晶 圓經由移轉台回到適當的晶盒。 第3頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） f請先閲諫背面之注意事項再填寫本頁) -- 裝------ 訂---------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 471999 A7 B7 五、發明說明（） 通常，含研磨顆粒之研漿具有數種不想要的特性。例 如，進入研漿中之研磨顆粒可能會沈澱，因此研漿中研磨 顆粒的濃度會改變。並且，因研漿中之研磨顆粒會磨損及 侵蝕抽氣機構及相關之管線而必須定期維護及更換，同時 會簡短系統及元件之使用壽命。此外，機具表面之乾化研 漿很難移除，其會變成不想之微粒來源而乾影響運作或傷 及晶圓表面。 一種解決研漿研磨顆粒問題之方法係引入數種研磨 墊中之固定研磨物。通常，固定研磨元件包含固定於膠合 劑中之研磨顆粒，且該膠合劑係位於一網狀的支撐材料 上。在預處理時，部份該膠合劑會被移除以曝露出某些研 磨顆•粒。所曝露之研磨顆粒可補充此研磨製程中的機械成 份。由於預處理之方法並未完全發展出來，所以必須注意 不可過度移除研磨墊物質。此固定研磨物的範例見於 Rutherford等人之美國專利第5,692,950號（199 7年12月 2曰窄發）以及Hass等人之美國專利第5,692,950號中 ( 1 995年9月26日核發）中。典型地，以一研磨液（不含研 磨顆粒）接觸固定研磨墊以提供研磨製程之化學成份。 典型上固定研磨墊之磨損（例如研磨中之耗損）會較傳 統使用研漿的研磨墊為慢，典型的固定研磨墊具有約為 0.4 0微米高之研磨元件。因為固定研磨墊之外形較薄，所 以預處理時必須小心地使用以免不必要之消耗。固定研磨 墊調節好且磨損至一研磨均勻性無法維持的狀態時，此固 定研磨鲁就必須更換。為更換研磨塾，此研磨系統在維護 第4頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） {請先閱·讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂----- 線 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 471999 五、 發明說明（） ==:由於研磨塾之更換频率會直接對應於該研 *、 ®此，在調節設備中入調節設備及研 磨墊最小耗損之製程是吾人想要的。 因此，蓋需-種在化學機械研磨系統中可使固 墊之消耗最少的系統β θ 發明目的及概述： 通常，本發明提供一種用以使基板平坦化之系統及方 法。在-實施例申，本發明提供一研磨平台，具有至少部 份置於其上之研磨材料。其中一第一研磨液輸送臂及第二 研磨液輸送臂，第-研磨液輸m加_第_研磨液於該 研磨•材料之上游部份；第二研磨液輸送臂施加一第二研磨 液於該研磨材料之下游部份。 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在另一時實施例中，具有一研磨站之基板研磨設備， 該研磨站具有至少部份置於其上之研磨材料，該基板在該 研磨f料上進行研磨製程，及一感測器，產生一指示該研 磨製程之溫度的訊號，該訊號選擇性地調整研磨狀態，例 如’藉由改變平台或研磨頭中之熱”傳導液體的溫度，或是 調整該研磨液之化學組成。 在其他實施例中’ 一種基板研磨設備至少包含一網狀 研磨材料，該網狀研磨材料具有至少一個置於研磨平台上 之第一部分；一分析儀’用以由該研磨材料上之研磨液判 定一研磨狀態。 · 依據另一觀點’本發明亦揭露一種處理工件之方法。 第5頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4現格（210 X 297公釐） 471999 Α7 Β7 五、發明說明（ 在一貫筢例中 之指示；調節材料移除之速率。在某歧f妳你丨士 二Τ施例中，該調幹 材料移除之速率的步驟更包含某些步驟，例如，改變循轉 於一研磨頭中之流體的溫度；改變循環於一研磨平台中泛 流體的溫度；改變該研磨液之化學藥劑。該偵測指示步场 可包含分析流出物及感測溫度。 圖式簡軍說明： 本發明之教導在伴隨圖示閱讀下列詳細說明之後可 輕易地了解，其中： 第1圖係本發明之化學機械平坦化系統的平面圖； 第2·圖係一研磨站沿著線2-2之剖面圖； 第3圖係一研磨站之平面圖； 第4圖係研磨站之另一實施例的部份剖面圖； 第5圖係研磨站之囊袋物背墊之另一圖；及 第6 ^係一具有光學監控系統之研磨站的部份剖面圖； 為便於了解故使用相同之圖號來標示這些圖中相同 的元件》 ('請先閱讓背面之注S事項再填寫本頁) 裝--------訂---------線〆 經濟耶智慧財產局員工消費合作社印製 圖號對照說明： 100 化學機械平坦化系統102 ί〇4 載入機械臂 106 [〇8 控制器 no 112 記憶體 114 麻·房界面 研磨模組 中央處理單元 支援電路 第6頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 471999 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（） 116 清潔模組 1 18 晶盒 120 界面機械臂 122 基板 124 輸入模組 126 鉸接臂 128 轉動器 130 握爪 13 1 研磨表面 132 研磨站 134 旋轉台 136 移轉台 138 第一侧 140 機台座 142 輸入緩衝台 144 輸出緩衝台 146 移轉機械臂 148 載入杯组 150 臂件 152 研磨頭组件 154 第一輸送管線 155 第二輸送管線 156 喷嘴 157 喷嘴 190 調節裝置 192 調節元件 202 驅動系統 203 流體供給管線線 208 載台 2 10 軌道 212 ;螺桿 214 外殼 216 螺桿 218 凹陷 220 囊袋 22 1 ~阻質元件 222 流體源 224 固定環 226 感測器 228 流體供應管線 230 平台 236 上部 238 袖承 252 研磨材料 252 研磨材料 260 上表面 · 276 凹陷 278 背墊 第7頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------ 裝--------訂---------線· -請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 471999 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ ) 280 底 板 286 流 體 通 道 288 感 測 器 290 分 析 儀 292 光 源 294 偵 測 器 296 管 線 302 研 磨 部 份 304 上 游 部 份 306 下 游 部 份 401 流 體 源 402 研 磨 網 403 流 體 供 給管線 430 平 台 430 平 台 436 上 部 440 展 開 站 442 抓 取 站 444 短 側 邊 446 短 侧 邊 450 展 開 捲 筒 452 研 磨 材 料 453 1 拉 緊 裝 置 460 上 表 面 468 網 狀指 示裝置 478 背 墊 486 流 體 通 道 488 感 測 器 500 流 體 通 道 502 背 囊 袋 504 ，，感 測 器 506 流 體 供 應 源 508 阻 質 元 件 602 光 學 監 測 系統 608 窗 σ 630 ,,平 台 640 基 板 652 研 磨 材 料 發明詳細說明： 第1圖係一化學機械平坦化系統1 00之平面圖。該系 統100至少包含一廠房界面102、一載入機械臂丨04以及 一研磨模組106»該載入機械臂104 —般係緊鄰於廠房界 第8頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱涑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製 471999 A7 !-—__ B7 五、發明說明（） 面102及該研磨模組1〇6設置，以便於其中移轉基板122。 it供一控制器1 〇 8以便於控制及整合包含系統1 〇 〇之 模組。該控制器108至少包含一中央處理單元（CPU)IIO、 一記憶體112及一支援電路114。該控制器1〇8係耦合於 系統1 0 0之不同元件以控制（例如）研磨、清潔以及移轉。 該廠房界面102通常包含一清潔模組116以及一或多 個晶盒1 1 8 »使用一界面機械臂丨20於晶盒丨丨8、清潔模 組1 16與輸入模組124之間移轉基板122»該輸入模組124 藉由該載入機械臂104於研磨模組1〇6與廠房界面i 〇2之 間移轉基板1 22。例如，以界面機械臂12〇自晶盒1 1 8抽 回之未研磨基板122可移轉至輸入模組124(在該處基板 122可以載入機械臂1〇4抓取之），同時自研磨模組1〇6返 還之已研磨基板122可以載入機械臂104置於輸入模组 124中。典型上已研磨基板122在廠房界面102返還已清 潔之基板122至晶盒118之前，自輸入模組124通過清潔 模組丨1 6。此廠房界面丨〇2之一實施例的優點揭露於1 999 年6月15日申請之美國專利第60/139,222號暫時申請案 中。 1 v 載入機械臂104通常緊鄰於廠房界面102與研磨模組 1 06設置’使載入機械臂1 〇4之移動範圍以便於其間移轉 基板122。一種載入機械臂1〇4的範例是一 4鏈機械臂， 其係由位於加州 Richmond 之 Kensington Labortories，Inc 所製作。 ” 範例之載入機械臂1〇4具有一末端含轉動器128之鉸 第9頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ί請先閱•讀背面之注意事項再填寫本頁) -----I--訂----1----線 471999 A7 B7 五、發明說明（） 接臂126。一邊緣接觸式握爪130’棋合於該轉動器128。 該轉動器128使握爪130抓取之基板122朝向水平或垂直 方向而不會觸及基板122之特徵側120且不會對曝露之特 徵結構造成可能之刮痕及損傷。並且，在移轉該邊緣接觸 式握爪130可時牢固地抓取基板122以減少基板122脫離 的機率。亦可以其他形式之握爪（例如靜電吸盤、真空吸 盤或是機械夹具）選擇性地替代。 一可用以突顯本發明之優點的研磨模組丨〇6係 REF LEXI ON (其為註冊商標）化學機械研磨機台，該機台係 由位於加州Santa Clara的應用材料公司所製造。其他研 磨模組102包含亦可使用研磨墊研磨網或其結合之形式。 其他•系統包含以旋轉、線性或其他平面運動方式使基板相 對移動於研磨表面之系統》 示範之研磨模組106具有一移轉台136、複數個研磨 站132以及一設置於機台座14〇之上方或第一側138上之 旋轉今34»在一實施例中，該移轉台丨36包含至少一輸入 緩衝台142、一輸出緩衝台144、一移轉機械臂146以及 一載入杯.組148。該載入機械臂1〇/4將基板122置於輸入 緩衝台1 42上。該移轉機械臂丨46具有兩個抓取組件，每 一該抓取組件具有以抓取基板邊緣之方式來抓取基板丨2 2 的指狀物。該移轉機械臂146將基板122自輸入緩衝台142 舉起並旋轉該姐爪及基板，以將基板丨22置於載入杯組 148之上。然後’將基板下放至該載入杯组丄。可突 顯該移轉台優點的範例之一揭露於T〇bin於1 999年1 0月 第10頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝.-------訂---------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
471999 五、發明說明（） 6曰申請之美國專利申請案第〇9/314,771號中。 旋轉台134已在前述美國專利第5,8〇4,5〇7號中由 Tolies所揭露。通常該旋轉台係中置於機台座ι4〇之上。 該旋轉台134典型包含複數個用以支撐研磨頭組件152之 臂件1 50。第1圖所示之兩個臂件1 5〇係以虚線表示以便 使每一研磨站132之研磨表面131及移轉台136均能被看 見。該旋轉台1 3 4可標示以便使研磨頭組件i 5 2可於研磨 站132與移轉台136之間移動。 一調節裝置190鄰接於研磨站丨32設置，該調節裝置 190通常包含一可作動接觸該研磨表面1；H之調節元件 192。 第2圖係描述以研磨站132支撐於其上之研磨頭2〇4 組件1 5 2的剖面。該研磨頭2 〇 4組件1 5 2通常至少包含一 偶合至該研磨頭204之驅動系統202。該驅動系統2〇2可 提供該研磨頭204 —旋轉運動。該研磨頭204可朝向研磨 站延伸以便使研磨頭204所固持之基板132可置於研 磨表面1 3 1上》 該驅動系統202偶合於一於軌道210上移動之載台 208’且該載台208位於旋轉台134之臂件150上。一螺 桿或其他線性運動裝置2 1 2使該載台208偶於該旋轉台 1 34，並且使驅動系統202及研磨頭204沿著軌道2 1 0移 動。 在一實施例中，該研磨頭2 04係一” TIT AN ftEAD"晶 圓攜帶頭，其係由加州Santa Clara之應用材料公司所製 第11頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4规格（210 X 297公釐） -I----------I ^ ------I — —--I ---1 f請先吼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製 471999 A7 ____B7 五、發明說明（） 造。通常，該研磨頭204至少包含一具延伸唇部216之外 殼214’該延伸唇部216定義出一其中置有囊袋22〇之中 央凹陷218»該囊袋220至少包含彈性物質或是熱塑性彈 性物’例如乙埽，丙烯（ethylene pr〇pylene)、矽化物及 HYTREL(其為一註冊商標）。該囊袋22〇係偶合至一流體 源2 2 2所以可以控制其張大或是。當接觸基板1 2 2時，該 囊袋220縮小以固持該基板1 22於研磨頭2〇4中，因為可 於該研磨頭204與該囊袋220中產生一真空。一流體源（未 顯示）置於該中央凹陷218以對該囊袋220供應流體。藉 由當真空產生時增強基板122與囊袋220之間的密合，該 流體有助於將基板122固持囊袋220上。並且該流體可在 囊袋22 0與基板122之間形成一有助於將基板122固持囊 袋220上之表面張力。 一固定環224，環繞於研磨頭204以固持該基板122 於研磨頭204之中。一研磨液可藉由一與研磨頭204偶合 之通道（未顯示）選擇性地施加於囊袋220與固定環224之 間。 為增加囊袋220與基板122之間的熱傳導，該囊袋220 可選擇性地具有一含填充物質之彈性體’該填充物質可促 進導熱，例如炭黑或是電石氣黑（acetylene black)。電石氣 黑可由Gu[f Oil取得。或者是該囊袋220可包含一置於（例 如以鑲嵌方式）該彈性體中且偶合於電源（未顯示）以加熱 該囊袋220之阻質元件221 ’且該阻質元件221二般包含 金屬薄片。 第12頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公爱） ~請先閱•讀背面之注专？事項再填寫本頁) · — I I I I I I 訂---------· · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 471999 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（） 為進一步增加囊袋220與基板122之間的熱傳導，該 囊袋220中之流體可於囊袋220與流體源222之間循環。 該流體源222可控制供應至囊袋220之流體的溫度，該流 體可為空氣水或是其他熱傳導流體。一感測器226 ,置於 該研磨頭204、該囊袋220或是一流體供應管線228(偶合 至囊袋220及流體源222)中，以便對該控制器1 08提供流 體溫度、囊袋溫度、其他表示基板122之溫度或是研磨製 程溫度》因此該控制器1 08可判定流體溫度或是囊袋22〇 中之流速是否需要調整，以便將基板1 22或是製程調節於 一預設之溫度。或者是，可提供熱能以加速或是移除熱能 以減緩部分研磨期間之化學機械研磨之化學成分。 可選擇性地施加某些化學藥劑於囊袋220與固定環 224之間，且數個固定環224中之儲槽（未顯示）將化學藥 劑滴在固定環224之内表面上。該化學藥劑係滴加於最佳 位置，例如晶圓之前緣》其優點是化學藥劑不會流失，不
I 會分布在整個平台或是不想要之處，並且該化學藥劑在與
A 晶圓反應之前不會蒸發。 該研磨站132通常至少包含一,，以轉動方式置於機台座 140上之平台230。該平台230通常為鋁或是其他抗腐蝕 材質。該平台230具有一上部236，該上部236係以一偶 合於機台座140之軸承238支撐，且該軸承238使平台230 可相對於機台座140旋轉。通常，該上部236至少具有一 研磨材料252之部分以定義出該研磨表面131。’ 軸承238之内部區域係為開放，且具有傳遞電子、機 第13頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------; 裝--------訂---------線 、Ί ~請先閱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製 471999 A7 ------— B7____ 五、發明說明（） ' '"—- 械、氣動控制訊號之導管及平台230與機台座14〇間之連 結。亦具有傳統軸承 '轉動單元及滑動環(未顯示)以便使 電子、機械、氣動控制訊號之導管及平台230與機合座14〇 間之連結可偶合於機台座140與平台23 0之間。 孩研磨材料2 52至少包含研磨塾或網，其具有平滑表 面、特定結構表面、含固定研磨物或結合上述之表面。該 研磨材料252可為滾筒或是薄片形式，且以可釋敌之方= 藉由黏著、真空、機械式夾、取靜電吸力、螺絲鎖合及= 他固定裝置等固定於該平台230上。研磨時該研磨材料 252可選擇性地橫越該平台23〇β 在一實施例中，該平台23〇之上部236係為圓形該 研磨材料252係以可釋放之方式置於上部236之上。該研 磨材料252可藉由研磨材料252與平台23〇間之真空吸力 固持於平台230之上部236上。 平台230之上表面26〇具有一中央凹陷276，_背塾 278气一底板280置於該凹陷276中，該背墊278典型為 塑膠（例如含durometer之泡沫聚氨酯）以得到特定的研磨 結果。該背墊278通常與研磨頭2Q4上之基板122的平面 一致’並且有助於基板之全面性平坦化。該底板28〇係置 於背墊278與凹陷276之底面之間，以便使背墊278之上 表面平貼於平板230之上表面260。該背墊278及該底板 2 8 0可選擇性地包含貫穿之對準孔以便以真空吸附該研磨 材料2 5 2 » * 為增進基板122與平台230間之熱傳導，該背墊278 第η頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210 X 297公釐） -- ---— — — — — — —l· — 1111--訂- — — — I —II - r Λ请先閱1*·背面之注意事項再填寫本頁} 471999 A7 -----------—___B7 _ 五、發明說明（） 可填无增加導熱之物質，例如炭黑或是電石氣黑（acetylene black)，並且該平台230可包含一或多個低於平台23〇之 凹陷276的流髏通道286。一流體供給管線線2〇3 ,使該 通道286偶合至一提供導熱流體（例如水）之流體源2〇1。 一感測器288，置於該平台23〇與該背墊278或是該流體 供給管線線203之中，以便對該控制器1〇8提供流體溫 度、其他表示基板122、研磨材料252或是研磨製程之溫 度。因此該控制器108可據此判定流體溫度或是流體通道 286中之流速是否需要調整，以便將基板122或是製程調 節於一預設之溫度。或者是，可以通道286中乏流體提供 熱能以加速部分研磨期間之化學機械研磨的化學成分。 通常’可以使用具有或不含固定研磨材料之研磨塾。 不含固定研磨材料之研磨墊通常是由聚氨酯所組成的，且 配合含研磨材料之研磨液使用。傳統研磨墊（不含固定研 磨材料之研磨整）可自Newark, Delaware之R〇del，Inc取 得。； 在一實施例中該研磨材料252包含成網狀之支撐材 料，其上具有複數個研磨元件。該，支撐物質通常是彈性物 質’例如密拉（mylar) »每一研磨元件更包含複數個膠合於 膠合物中之研磨顆粒《當此膠合物以調節裝置移除後或是 在研磨過程中’此研磨顆粒會曝露出來以作為此研磨過程 之機械元件。一種研磨網的實施例見於前述Rutherford等 人之美國專利第5,692,950號及Haas等人之美_專利第 5,453,3 12 號。 第15頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） {請先閱*讀背面之注意事項再填貧本頁) .裝--------訂---------線' 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 471〇99 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明說明（ 每您衣囟 -，碉節元侔 通常係自較膠合物硬但較研磨顆粒軟之物質（典刑午 中所選出。亦可使用其他不存於研磨物本身之、材太料全有鈽） 破化矽或是鑽石，其較鈽(ceria)為硬故可調節鈽。在：如 實施例中，使用-種較研磨顆粒為軟但較網狀矩陣聚八： 為硬之材料以選擇性地調節該聚合物而非該研磨顆粒:數 種不同實施例包含塊狀之碳化矽、塊妝 ^ 尾狀^硬性材料、塊狀 之軟性材料或是複合材料。 以最佳方式處理該調節元件# = 开<表面以調節該研磨 網之表面，例如調節一調節墊。上述 ^ 上埏了措由光阻及微影製 程形成蝕刻圖案於調節材料之类 矸竹芝表面上。另外的觀點包含在 升溫下僅調節研磨塾未使用之部分，例如預調節；或是使 用滾輪以破壞矩陣中的某些化學鍵結，㈣以不同之方式 磨損。 :該調節元件192可為碟形、桿狀或是滾輪狀。該調節 兀件|92可在（例如預調節）之前接觸研磨表面m或是研 磨晶圓之中以消除研磨表面之碟形效應。 該研磨表面131可選擇性地分超音波震盪（例如以百 萬級音波，其與液體媒介中之超音波運動有關）調節之。 靠近研磨表面131之超音波會產生微氣穴 (microcaviUtion)，其為—高破壞性製程，藉此產生一微 觀且高能之破壞或是使研磨表面131粗糙化。 研磨網材料或是平台上之超音波可在使用前提供預 調節’當其不在晶圓之下環繞時。 '裝--------訂---------線 '锖先閱t#'背面之注*事項再填寫本頁) 第16頁
471999 Α7 _______Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（） 其他目的包含選擇性移除聚合膠合劑（例如藉由加熱 或是溶劑’其對膠合劑之影響更大於研磨物），以得到更 高之膠合劑消耗率並曝露更多之研磨物，或是一種可調節 均勻高度之雷射。上述可藉由預調節研磨網達成之，所以 可以研磨不位於該研磨網部份上之晶圓。 請回到第1圖，在鄰接每一研磨站處設置一第一輸送 管線154及第二輸送管線155，每一第一輸送管線154及 第二輸送管線155個別地鄰接鄰接。該第一輸送管線154 通常包含至少一個補給管線（未顯示），該補給管線輸送研 磨液至複數個沿該第一輸送管線154所設置之喷嘴156。 或者是該複數個喷嘴156可以單一喷嘴取代。每一該喷嘴 1 5 6可輸送研磨液、清潔液或是此兩者。亦可選擇性地使 用單一輸送管線。 通常，該研磨液可提供研磨過程所需的化學組成（例 如化學活性劑），在該研磨液或固定研磨墊中之可提供研 磨過释所需的機械成份。該研磨液至少包含漿液或是流 Λ 體，並且包含化學研磨劑、去離子水或其結合。或者是， 研磨顆粒可選擇性地包含在該研聲液中。通常該研磨液包 含例如氧化劑、複合劑、溶劑、緩衝劑、去離子水或其結 合之化學藥劑。 同樣地，該第二輸送管線155通常包含至少一個補給 管線（未顯示），該補給管線輸送研磨液至複數個沿該第二 輸送管線155所設置之噴嘴157。或者是該複數個•嘴嘴157 可以單一喷嘴取代。每一該喷嘴157可輸送研磨液 '清潔 第17頁 i — — !! — — — — — ' · 1111 I — I 訂—----I I 、 ~請先"-讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 471999 A7 B7 五、發明說明（） 液或是此兩者。亦可選擇性地使用單一輸送管線。 請參閱第3圖’在研磨時該基板122係置於研磨材料 252之一研磨部份302上。當該平台230旋轉時’該研磨 材料252之上游部份3〇4定義為研磨材料252約於基板 1 2 2下移動之區域’例如當時間增加時變成直接位於基板 122之下。同樣地’該研磨材料252之下游部份306定義 為研磨材料252上剛自基板122下移出之區域，例如當上 次時間增加時直接位於基板122之下。該第一輸送管線 154係置於當其旋轉時喷嘴156可輸送研磨液至該研磨材 料252之上游部份304的位置；該第二輸送管線155係置 於當其旋轉時噴嘴157可輸送研磨液至該研磨材料252之 下游部份3 0 6的位置°熟知該項技藝者極易認知該上游及 下游之指定係相對於研磨媒介與基板之間的運動。亦可使 用其他形式之研磨系統來將研磨液導引至研磨製程中的 上游及下游’包含可x/y或線性運動之研磨系統’例如研 磨媒兮之移動皮帶。單一輸送管線之改良範例的優點見於 Bira/g等人之美國專利申請案第〇9/244,456號（_請曰為 1999年2月4日），以及Shijianfi等人之美國專利申請 案第09/5 1 2,745號（申請曰為2000年2月24曰）。 在一實施例中，該第一輸送管線154輸送一至少包含 氧化劑之第一研磨液至研磨表面1 3 1之上游部份304 ;或 者是，該第一輸送管線154所輸送之第一研磨液更可包含 抗化劑（inhibitor)及緩衝物。該第二輸送管線155檢送 至少包含溶劑之第二研磨液至研磨表面丨31之下游部份 第18頁 ___一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------l!v. 裝！| 訂--------* 綠 、 ~請先吼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製 471999 A7 ------ B7 五、發明說明（） 3〇6;或者是’該第二輸送管線155所輸送之第二研磨液 更了包含清潔液（例如去離子水）及氧化物。 例如’當使用一固定研磨墊研磨銅時，該第一研磨液 通常包含一可形成氧化銅於銅表面之氧化物。並且該第一 研磨液包含一抗化劑（例如BTA)，其與氧化铜結合然後於 銅的表面上形成可維持相對穩定之化合物。該第二研磨液 通常包含一溶劑（例如氨），其與氧化銅結合形成 Cu(NH4)x，其中x為i-6。當Cu(nH4)x相對穩定時，該化 合物可輕易地自銅的表面移至溶液中。因為抗化劑及溶劑 會在銅的表面上相互卡位，在表面上銅的化學移除速率可 以控制抗化劑及溶劑之比例的方式控制之。研磨材料之研 磨顆粒提供機械研磨成份。通常，因為氧化銅較該研磨顆 粒為硬’所以該研磨墊僅可移除與抗化劑反應之氧化銅或 疋形成其他化合物之複合劑。藉由將氧化劑及抗化劑導引 至上游部份及將溶劑導引至下游部份，化學機械研磨製程 之化f部份可藉由迅速移除磨耗物質（例如研磨副產物）及 控制第一研磨液及第二研磨液於反應區（例如基板與研磨 表面之研磨部份）間的相對濃度來措強之。藉由有效地研 磨基板’每線性英尺研磨材料可研磨更多的基板（例如該 研磨材料可以相對於基板數目較慢之速度消耗）。 在另一實施例中，該研磨液包含至少一種酒石酸 (tartaric acid) '氨基乙酸（giyCine)或是EDTA。在其他實
施例中，將酒石酸、氨基乙酸或其結合物施加於研磨材料 252之上游部份304以氧化基板122上之一銅層。EDTA 第19頁 本紙張尺度適用中國國未標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） i：請先閱•讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂---------線 471999 A7 B7 經濟部智慧財產局3工消費合作杜印製 五、發明說明（ 可選擇性地施加於研磨材料2 Z52又下游部份306。 在每一基板研磨之後，衂士 . ^ . 左由一或兩個輸送管線154及 1 5 5施加清潔液至該研磨材料 何料以清除該研磨材料。通常， 在每次研磨時（例如研磨I , V傲每—基板之間）經由輸送管線 154、輸送管線155或是輸送管 深154及155將壓力至少 200psi之清潔液施加於研磨好 ± ^ 唧厝材科上。該清潔液可移除任何 碎屑、磨耗物質、鬆脫物質或县1 只斯*疋其他來自研磨元件或研磨 材料之上表面的汙染物。 為增加對研磨液與基板間之化學反應速率的控制，可 控制該研磨液之溫度。例如，可以感測器（226、228及 之一對控制器108提供位於或是靠近該研磨表面之反應溫 度的指標。該控制器108可調整研磨液之溫度以調節（例 如加速或減緩）化學機械研磨之化學組成在一研磨過程中 之所需時間。 第4圖係描述一平台430之另一實施例，該平台43〇 包含了具有相反短側邊444及446之矩形上部436。一展 開站440及一抓取站442分別設置於該短侧邊444及短侧 邊446。一研磨材料452之研磨網j〇2，置於該展開站440 與該抓取站442間之平台430之上部436的上表面460。 通常該研磨材料452未使用之部份在使用前係儲存於—展 開捲筒450。 該研磨材料452橫跨於平台430之上部436的部份以 —網狀指示裝置468指示之，典型是在研磨期間•中（例如 在每一基板研磨之後）。因為該研磨材料會消耗或是捲 第20頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公爱）
請 先 閱. 讀 背 之 注 意 事 項 再 頁I ^ I I I I I I 訂 « I I %
五、發明說明（） 繞’所以當需要維持研磨製程之均勻性時，該網狀指示裝 置468將未使用之研磨材料452自展開捲筒45〇拉動一可 調整之預設長度（例如約介於〇.〇5至1_〇英叶之間）。一拉 緊裝置453(耦合於該抓取站442中之一抓取滾筒451)在該 抓取滾筒451上使該已使用之研磨材料452捲動一對應長 度’藉此維持該展開站440與該抓取站442間之研磨網402 的張力。上述研磨站及研磨平台之範例係見於美國專利申 請案第60/132,177號中。或者是，該研磨材料252可逐漸 或是連續地於研磨過程中改進。 為增進基板122與平台430上之研磨網402間的熱傳 導’研磨網402下層之背墊478填充可增進背墊478導熱 之物質，例如炭黑或是電石氣黑（acetylene black)，並且該 平台430可包含一或多個低於平台430之背墊478的流體 通道486。一流體補給管線403，使該通道486偶合至一 提供導熱流體（例如水）之流體源40 1。一感測器488，置於 該平台430與該背墊478或是該流體供給管線403之中， / 4 以便對該控制器1 08提供流體溫度、其他表示基板122、 研磨材料452或是研磨製程之溫久。因此該控制器108可 據此判定流體溫度或是流體通道486中之流速是否需要調 整，以便將基板1 22或是製程調節於一預設之溫度。或蚩 是，所提供之熱能可加速在部份研磨期間化學機械研磨之 化學成分。 第5圖係描述研磨站500之另一實施例，除了研磨螯 及底板以背墊囊袋502取代之外，該研磨站500類似於第 第21頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 《請先閱·讀背面之注意事項再填寫本頁) ------ 訂--------•線 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 471卿 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明說明（） 4圖所述之平台430。該背墊囊袋502係耦合於一流體供 應源506。一感測器504係耦合於該背墊囊袋502，或是 一使背墊囊袋502及流體供應源5〇6耦合之補給管線 7 1 0。該感測器504提供該控制器1 〇8 —囊袋壓力指示。 可調節背墊囊袋502之壓力以控制背墊囊袋502之硬度及 研磨表面之均勻性。通常’該背墊囊袋502係以彈性物或 是熱塑彈性物所製成’例如乙稀，丙缔（ethy 1 ene propylene)、矽化物及HYTREL(其為註冊商標）。該背整囊 袋5 02可選擇性地以可增強背墊囊袋502與基板122間熱 傳導之材料的彈性物製成。這些材料包含炭黑或是電石氣 黑。壓迫該背墊囊袋502之壓力可循環及溫控以調節基板 1 22之壓力及研磨製程。為有效調節溫度，該感測器504(或 是所設其他的類似感測器）提供該控制器1 0 8流體溫度指 示。或者是’該囊袋5 02可包含裝於一彈性材料中之阻質 元件5 0 8 »該阻質元件5 0 8 (通常係一金屬箔片）係耦合於一 提供f源以加熱該囊袋502之電源（未顯示）。 & 第6圖係研磨材料652之部份，該研磨材料652係置 於一具有光學監測系統602之平台,630上，且該光學監測 系統602耦合於該控制器1 〇8。該光學監測系統602基本 上是一雷射’經由該研磨材料652照射於基板640上然後 反射回去。當基板上薄膜變厚或變薄時，該反射強度會以 具特徵之方式改變並提供給感測器以精確地量測研磨時 的膜厚。本發明之平台630具有一密封窗口 608 *。該光學 監測系統之描述見於Birang等人之美國專利申請案第 第22頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱ί#·背面之注意事項再填寫本頁) '裝--------訂---------線 471999 A7 _ B7 五、發明說明（） 08/689,930號中（1996年8月16曰申請）。 請回到第2圖，研磨製程之優點（例如研磨速率）可以 一耦合於控制器1 0 8之分析儀2 9 0監測之。通常該分析儀 290具有一分光鏡，該分光鏡可藉由自光源292照射—光 束由該研磨液穿透至一偵測器2 9 4的方式分析流出所磨液 之組成。典型是分析該流出物以判定流出物中磨耗物質 (例如以化學或是機械方式移除自基板1 22上的物質）之 量。或者是’該分析儀290可包含一顆粒量測裝置。該顆 粒量測裝置可判定通過光源292及偵測器294間之顆粒的 數目及尺寸。顆粒偵測器可自科羅拉多州之B〇ulder的 Particle Measuring System公司取得。顆粒可選擇性地以 分析導電性、黏性、磁性、折射係數及顏色（例如光譜吸 收）的方式偵測之。 例如，流出物中銅（例如磨耗自基板上的銅）的含量可 光譜偵測之方式以分析儀292監測之。大量的銅則表示 开磨蟀率過高。可以改變製程（例如改變抗化劑與溶劑之 比例，或是對研磨區域加熱或散熱）以改變自基板上移除 物質的速率，並且因應於研磨速率,,來調整化學藥劑可減少 研磨時研磨液的消耗量。如此將可降低系統100的操作成 本。或者是’可藉由改變其他製程參數（包含上揭）的方式 來改變（例如調整）研磨速率。 該分析儀190可遠端地固定於研磨表面131，然後經 由一管線296接收流出物。典型上該流出物係以二真空或 peristaltic幫浦經由該管線296汲取出。或者是該分析儀 第23頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇x 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 48^ · I I I I I I I 訂·--— — — — — — I · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 471999 A7 五、發明說明（ 190可固定於該旋轉台134上，當固定於旋轉台134上時’ 該光源292可自研磨表面（3 j處反射光束至偵測器！ 過研磨表面131上之流出物）。 請參閱第1圖及第2圖，運作時，該基板122藉由該 界面機械臂I2G自-晶盒118中重新回收。該界面機械臂 120將該基板i 22輸送至輸入模組124，在該處以栽入機 械臂104重新回收。該載入機械臂1〇4將基板122輸送至 移轉β 136，在該處基板i22被載入研磨頭2〇4的其中一 個。 該旋轉台134將基板122置於研磨站Π2之一的上 方。該驅動系統使基板122接觸研磨材料。研磨頭及研磨 材料同時旋轉，並驅動系統沿著旋轉台134之臂件15〇震 動，藉此提供基板122相對於研磨材料252之研磨運動。 研磨時’不同的感測器可提供控制器1 〇 8不同的製程 資訊。例如，感測器226、228及604提供控制器1〇8有 關研1製程或是基板122之溫度資訊。藉由溫度資訊，可 以調節用於囊袋220、囊袋620以及通道286之流體的溫 度以在研磨製程中改變。例如，可> 熱囊袋220中之流體 以增加研磨液與基板122間之化學反應性，藉以增加研磨 速率。換言之’亦可以相反方式降低研磨速率。 並且，該分析儀290可監測研磨時流出物中移除物質 的量。控制器1 08可利用來自分析儀290之訊號調整研磨 速率。該研磨速率亦可藉由改變研磨時所用之化學藥劑的 比例調整之（例如增加cleting劑對抗化劑之比例），以得較 第24頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）
請 先 閲. 讀 背 之 注 意 事 項 再 填 ^ I裝 頁I I 訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 471999 A7 ~ --------- 五、發明說明（） 快之研磨速率。換言之，亦可以相反方式降低研磨速率。 當研磨速率最佳時，每研磨一基板所耗之研磨物質的量是 最少的，如此可延長研磨系統丨00的使用週期並降低成本 消耗》 研磨元成之後’自研磨材料中移除基板122並指示另 一個研磨站或是移回移轉台。已研磨之基板藉由載入機械 臂104自移轉台重新回收’並且移轉至廠房界面模組 102’在該處清潔基板122，最後回到儲存盒1丨8。 雖然本發明之教導已經詳細地說明於此，但是熟悉該 項技藝者仍可輕易地推得其他不脫離本發明之精神與範 疇之變化實施例》 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝 --------—訂--------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第25頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

  1. 471999 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1. 一種半導體基板之研磨設備，至少包含： 一研磨平台； 一研磨材料，具有至少一個置於該研磨平台上之第 一部分，該研磨材料具有一上游部份及一下游部份； 一弟一研磨液輸送管線，施加一第一研磨液於該研 磨材料之上游部份；及 一第二研磨液輸送管線，施加一第二研磨液於該研 磨材料之下游部份。 2. 如申請專利範圍第1項所述之設備’其中上述第一研磨 液包含一或多個自BTA、氧化劑 '抗化劑、去離子水及 緩衝劑所成之族群選出的材料。 3 .如申請專利範圍第丨項所述之設備’其中上述第二研磨 液包含一或多個自溶劑、去離子水及氨所成之族群選出 的材料 A 4.如申請專利範圍第1項所述之設”備’其中上述第一研磨 液之溫度可控制。 5_如申請專利範圍第1項所述之設備’其中上述研磨材料 係相對於上述研磨平台移動。 6_如申請專利範圍第丨項所述之設備’其中上述研磨材料 第26頁 本紙張尺度適用中國國家標单（CNS)A4規格（210 14 297公爱） (請先閱-背面之注意事項再填寫本頁> ‘4 線 471999 产‘侧酿阳編、... 一........ A8 |^TT#iE · 1 第·月修正 六、爭請專利範圍 更C含一固定研磨物〇 含 包 少 至 備 設 磨 研 之 板 基 體 導 半 y.l 方 上 之 台 平 磨 研 該 於 置 頭 ; 磨 台研 平個 磨一 研少 1 至 分 部 第 之 上 厶D 平 磨 研 該 於 置 個 i 少 至 有 具 料 材 磨 研 及 -·- 第.’第 一上一 台 平 磨 研 該 於 液 磨 研 - 第 1 加 施 臂 送 輸 液 磨 研 磨 研 該 於 液 磨 研 二 第 1 加 施 臂 送 輸 液 磨 研 上 台 平 基 體 導 半 • E 種 - 8 平 磨 研 含 包 少 至 備 設 磨 研 之； 板台 之 上 台 ： 平程 磨製 研磨 該研 於行 置進 個上 1 料 少材 至磨 有研 具該 ， 在 料就 材板 磨基 研 該一 l· 分 部 中 ;袋 虎囊 訊 ~ 的節 度調 溫以 程用 製並 磨 、 研器 該測 出感 指該 一 至 生合 產搞 ， 1 器器 測制 感控 及 --------^---------線 (請先閱讀背面之注意事項再洗寫本頁) f豆 *月 流 uy 6 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 9 ·如申請專利範圍第8項所述之設備，其中該囊袋至少包 含該研磨平台的一背墊。 1 0 _如申請專利範圍第8項所述之設備’其中該囊袋至少可 第27貫 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公爱） 471999 C8 D8 i!：irli~ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 t、申請專利範圍 為一研磨囊袋。 1 1 ·如申請專利範圍第8項所述之設備，其中該控制器用以 控制該流體通過該囊袋之流率。 12.如申請專利範圍第8項所述之設備，其中該控制器用以 控制該流體之溫度。 1 3 ·如申請專利範圍第8項所述之設備，其中該控制器用以 控制該囊袋之壓力。 1 4.如申請專利範圍第8項所述之設備，其中該囊袋至少包 含一填充劑。 1 5.如申請專利範圍第8項所述之設備，其中上述填充物係 碳黑、電石氣黑或一阻質元件。 16.如申請專利範圍第8項所述之設備，其中該感測器係位 於該平台内。 1 7 _如申請專利範圍第8項所述之設備，其中更包含一研磨 頭，該感測器即位於該研磨頭中。 18.—種半導體基板之研磨設備，至少包含： 第28頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公t ) ---------------------訂·-------I (請先閱讀背面之泛意事項再填寫本頁) 471999 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 t、申請專利範圍 一研磨平台； 一研磨材料，具有至少一置於該研磨平台上之第一 部分，一基材即於該平台上進行研磨製程； 一感測器，用以產生一指出該研磨製程之溫度的訊 號；及 一控制器，耦合至該感測器，用以調節一研磨流體 之溫度。 19. 一種半導體基板之研磨設備，至少包含： 一研磨平台； 一研磨材料，具有至少一置於該研磨平台上之第一 部分，一基材即於該平台上進行研磨製程； 一感測器，用以產生一指出該研磨製程之溫度的訊 號；及 一控制器’耦合至該感測器，用以調節一研磨流體 之化學成份。 20. —種半導體基板之研磨設備，至少包含： 一研磨平台； 一研磨材料，具有至少一置於該研磨平台上之第一 部分，該基材即於該平台上進行研磨製程； 一感測器’用以產生一指出該研磨製程之溫度的訊 號；及 一控制器，耦合至該感測器，用以調節一經加熱之 第29頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） i 1^1 n· n n 1^1 tit It I In In 1 ί tn 一彳V ( n --1 m n m - »- 1 1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 9 9 9 1X 7
    A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 流體》 2 1 ·如申請專利範圍第20項所述之設備，其中該平台更包 含流體通道，用以供該經加熱之流體流動。 22.如申請專利範圍第2 1項所述之設備，其中該平台更包 含： 一背墊，位於該研磨材料及該平台之間，該背墊具 有一填充劑，用以提升熱轉移效率。 2 3 .如申請專利範圍第22項所述之設備，其中該填充劑為 碳黑、電石氣黑或一阻質元件》 2 4 ·如申請專利範圍第2 0項所述之設備，其中更包含一囊 袋，用以容裝該經加熱之流體》 2 5 ·如申請專利範圍第24項所述之設備，其中該囊袋至少 可為該研磨平台之一背墊囊袋。 26.如申請專利範圍第24項所述之設備，其中該囊袋至少 可為一研磨頭囊袋。 2 7.—種半導體基板之研磨設備，至少包含： 一研磨平台；_ 第30頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公t ) -------------裝.-------訂·-------· (請先閱讀背面之.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製 471999
    經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 一研磨材料，具有至少個置於該研磨平台上之第 一部分： 一研磨液，施加於部份该研磨材料；及 一分析儀，用以由該斫磨液中判定一研磨狀態° 28.如申請專利範圍第27項所述之設備’其中上述分析儀 更包含： 一光源；及 一偵測器19 29·如申請專利範圍第27項所述之設備’其中上述光源反 射上述研磨材料上之研磨液。 30.如中請專利範圍第27項所述之設備，其中上述分析儀 係一攝譜儀（spectrograph)。 3 1.如申請專利範圍第27項所述之設備，更包含： 一管線，使上述分析儀與上述研磨液連通。 32.如申請專利範圍第27項所述之設備，其中上述研磨材 料上之研磨液包含被分析之研磨副產物》 3 3.如申請專利範圍第27項所述之設備，其中上述分析儀 係一顆粒量測裝置。 第31頁 1 紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格C 297公餐) '~ (請先閲讀背面之注意事項爯填寫本頁'> 裝 訂‘ -線 471999 A8 B8 C8 D8 a. 申請專利範圍 3 1 .如申請專利範圍第2 7項所述之設備，更包含： 一管線，使上述分析儀與上述研磨液連通。 3 2 .如申請專利範圍第2 7項所述之設備，其中上述研磨材 料上之研磨液包含被分析之研磨副產物。 3 3 .如申請專利範圍第2 7項所述之設備，其中上述分析儀 係一顆粒量測裝置。 (請先閱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製 第32頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）
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