TW483061B - Chemical-mechanical polishing apparatus, polishing pad, and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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483061 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ 【技術領域】 本發明係關於一種可使得所製造出的基板的厚度分布 均一性佳之化學機械硏磨裝置、硏磨墊，以及運用前述化 學機械硏磨裝置以製造半導體元件的方法。 【背景技術】 習知的硏磨裝置，係利用由心軸（spindle)作軸支承的 硏磨墊，在該硏磨墊面上邊供給硏磨材漿邊壓接由夾頭所 保持的晶圓，使硏磨墊與晶圓朝同一方向或相反方向旋轉 ，以對晶圓施以硏磨或CMP硏磨（Chemical Mechanical Polishing 或 Chemical Mechanical Planarization)的硏磨裝 置（特開平6-21028，特開平7-266219號公報，特開平8-I92353號公報，特開平8·293477號公報，特開平1〇_ Π3715號公報，特開平1 1-15671 1號公報，英國公開專利 第2331948號公報等）。 就硏磨墊的素材而言，係使用硬質發泡聚氨酯薄片、 聚酯纖維不織布、毛氈、聚乙烯醇纖維不織布、尼龍纖維 不織布等不織布’或在這些不織布上流延發泡性聚氨酯樹 脂溶液，接著進行發泡、硬化所得之物。 以往，墊的形狀爲和待硏磨基板形狀相同的圓形，係 將厚度1〜7mm者貼附在鋁板或不銹鋼板等的安裝板上來 使用。 使用該圓形硏磨墊來對具有金屬膜的基板進行

CMP 硏磨’例如特開平10-173715號公報、特開平u_15671 1 I , ； Aw--------訂---------線—·---c_ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 483061

五、發明說明 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5虎公報所示，係將具有金屬膜的基板以金屬膜面朝上的方 式由夾頭平台（Chuck table)所保持，安裝板係由軸心朝鉛 直方向的心軸所軸支承，使貼附於安裝板的硏磨墊面透過 游離硏磨粒壓向前述基板，滑動該基板與硏磨墊，且使硏 磨墊在基板表面以20-50mm朝左右搖動，以至少去除一部 分基板表面的金屬膜而進行化學機械硏磨。 此硏磨墊的直徑，係覆有金屬膜的基板直徑的1/2左 右’當硏磨墊在基板表面以20-50mm朝左右搖動同時使硏 磨墊以150-80〇rpm作高速旋轉來進行硏磨時，雖然能滿足 直徑300mm基板之CMP硏磨上所要求的高速加工，但由 於採高速硏磨，所得基板的金屬層之凹陷(dishing)達200〜 32〇nm之巨，且當相對絕緣層之金屬層密度高時，磨損 (erosion)亦達60〜lOOnm之譜，在市場要求上，當元件晶 圓的元件層達到5〜10層之高集積化時，凹陷値爲60nm 以下，磨損値爲80nm以下。 【發明之揭示】 本發明之目的，是提供一種能滿足前述市場要求之化 學機械硏磨裝置，其在硏磨液介於硏磨墊與基板之間的狀 態下，使前述硏磨墊與前述基板相對移動，藉以硏磨前述 基板。 又，本發明之目的在於提供一種硏磨墊，其係運用於 前述化學機械硏磨裝置，且能滿足前述市場要求。 再者，本發明之目的係在於提供一種半導體元件之製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I - ^ --------^---------^ (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 483061 A7 -—--- B7 五、發明說明（1 ) ， 造方法，藉滿足硏磨製程中凹陷及磨損的相關市場要求， 以提升良率，藉以使半導體元件之製造成本較習知之半導 體元件之製造成本爲低。 以下說明本發明的內容。 申請專利範圍第1項之發明係一種化學機械硏磨裝置 ’係於硏磨墊與基板之間介入硏磨液之狀態下，使前述硏 磨墊與前述基板相對移動，藉以硏磨前述基板；其特徵在 於： 前述硏磨墊的形狀爲環狀體，係將圓或橢圓的中央部 控穿成一直徑較小的圓形或橢圓形而得。 在此發明中，藉由使用將中央部挖空的環狀硏磨墊來 進行化學機械硏磨，即使在高速硏磨加工時，亦可降低凹 陷及磨損。 申請專利範圍第2項之發明係一種化學機械硏磨裝置 ，係將覆有金屬膜的基板以金屬膜面朝上的方式保持於夾 頭平台，安裝板係由軸心朝鉛直方向的心軸作軸支承，使 貼附於安裝板的硏磨墊面透過游離硏磨粒壓向前述基板， 滑動該基板與硏磨墊，以至少去除一部分基板表面的金屬 膜；其特徵在於： 具備前述硏磨墊的昇降機構、以及使前述硏磨墊朝左 右方向往復移動的移送機構； 前述硏磨墊的形狀爲環狀體，係將圓或橢圓的中央部 挖穿成一直徑較小的圓形或橢圓形而得；且硏磨墊的直徑 較基板的直徑小。 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮） - -----；------眷--------訂---------線 —1·——一---βί. (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 483061 A7 B7 五、發明說明（tv ) , 在此發明中，係使用將中央部挖空的環_狀硏磨墊’且 ^—一----- 硏磨時係邊使該硏磨墊朝左右方向往復搖動邊進行化學機 械硏磨，藉此，即在高速硏磨加工時亦可抑制凹陷在60nm 以下，磨損在80nm以下。 申請專利範圍第3項之發明係一種化學機械硏磨裝置 ，係將覆有P-TEOS膜之STI基板以P-TEOS膜面朝上的 方式保持於夾頭平台，安裝板係由軸心朝鉛直方向的心軸 作軸支承，使貼附於安裝板的硏磨墊面透過游離硏磨粒壓 向前述基板，滑動該基板與硏磨墊，以至少去除一部分基 板表面的P-TEOS膜；其特徵在於： 具備前述硏磨墊的昇降機構、以及使前述硏磨墊朝左 右方向往復移動的移送機構； 前述硏磨墊的形狀爲環狀體，係將圓或橢圓的中央部 挖穿成一直徑較小的圓形或橢圓形而得；且硏磨墊的直徑 較基板的直徑小。 申請專利範圍第4項之發明係一種化學機械硏磨裝置 ，係將在金屬膜的圖案上覆有絕緣層膜之基板以絕緣層膜 面朝上的方式保持於夾頭平台，安裝板係由軸心朝鉛直方 向的心軸作軸支承，使貼附於安裝板的硏磨墊面透過游離 硏磨粒壓向前述基板，滑動該基板與硏磨墊，以至少去除 一部分基板表面的絕緣層膜；其特徵在於： 具備前述硏磨墊的昇降機構、以及使前述硏磨墊朝左 右方向往復移動的移送機構； 前述硏磨墊的形狀爲環狀體，係將圓或橢圓的中央部 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^ --- I.0^ —-----^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 483061 A7 B7 五、發明說明（吟） 挖穿成一直徑較小的圓形或橋圓形而得，且硏磨塾的直徑 較基板的直徑小。 , -- -------f ! (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 於申請專利申請範圍第3頁及申請專利範圍第4項之 發明中，並非僅限於金屬膜的去除，即使在去除絕緣層、 STI之P-TEOS膜時亦可抑制凹陷及磨損。 申請專利範圍第5項之發明係一種化學機械硏磨裝置 ，係在申請專利範圍第2項至申請專利範圍第4項之任一 項的發明中，前述之移送機構，可根據前述硏磨墊相對於 前述基板之的位置，來變化前述硏磨墊朝左右方向的移動 速度。 根據本發明，可更有效抑制凹陷、磨損。 -·線. 申請專利範圍第6項係一種化學機械硏磨裝置，係基 板的最大外徑尺寸較硏磨墊的最大外徑尺寸小或大致相等 ，將硏磨液介於硏磨墊與基板之間，使前述硏磨墊與前述 基板作相對移動以硏磨前述基板；其特徵在於： 前述硏磨墊的形狀爲環狀體。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 申請專利範圍第7項係一種化學機械硏磨裝置，係於 申請專利範圍第6項之化學機械硏磨裝置中，前述硏磨墊 的形狀爲環狀體，係將圓或橢圓的中央部挖穿成一直徑較 小的圓形或橢圓形而得。 專利申請範圍第6項及第7項之發明中，係使用環狀 體硏磨墊來進行化學機械硏磨，藉此，即使在高速硏磨加 工時亦可抑制凹陷、磨損。 申請專利範圍第8項之發明，係在申請專利範圍第1 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 切061 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作钍印製 五、發明說明（W ) 項至第7項之發明中，前述硏磨墊之挖穿的內徑長，爲前 述硏磨墊外徑的5〜75%。 本發明中’藉由採前述硏磨墊的控穿比例，將能有效 的抑制凹陷、磨損。 申請專利範圍第9項係一種硏磨墊，其特徵在於：其 形狀爲環狀體’其最大尺寸較待硏磨基板的最大尺寸小， 或大致相等。 申請專利範圍第10項的發明，是在申請範圍第9項之 硏磨墊中，硏磨墊形狀爲環狀體，係將圓或橢圓的中央部 挖穿成一直徑較小的圓形或橢圓形而得。 根據於申請專利範圍之第9項或第10項之硏磨墊，在 化學機械硏磨裝置中，即在高速硏磨加工時亦可抑制凹陷 、磨損。 申請專利範圍第41項之發明，係在申請專利範圍第 1〇項之硏磨墊中，硏磨墊之前述挖穿的部分的直徑，係前 述硏磨墊外徑之5〜75%。 在本發明中，藉由採用前述硏磨墊之挖穿比例，將能 有效的抑制凹陷、磨損。 申請專利範圍第12項係一種半導體元件的製造方法， 其特徵在於： 運用申請專利範圍第.1項至申請專利範圍第8項中任 一項之化學機械硏磨裝置於半導體晶圓的表面平坦化製罕呈 〇 藉由使用申請專利範圍第1項至申請專利範圍第8 I貞 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I . ^ --------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 483061 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（彳） ， 中任一項的化學機械硏磨裝置，由於能滿足市場對凹陷及 磨損的相關要求，可提升良率，與習知的半導體元件的製 造方法相較，能以較低成本來製造出半導體元件。 如同以上之說明，藉由使用具備本發明的環狀硏磨墊 之硏磨裝置、本發明之硏磨裝置來進行化學機械硏磨，可 抑制凹陷、磨損，而獲致圖案的厚度均一性佳的元件晶圓 。又’在絕緣層上被覆有金屬膜的基板上，按照硏磨墊相 對於基板的位置來改變朝左右方面搖動的速度，藉以進行 化學機械硏磨，故能更進一步抑制凹陷、磨損。 此外，在金屬圖案上形成有絕緣層膜的基板之絕緣層 膜去除方面、以及STI的P-TEOS膜層去除方面，亦可抑 制凹陷、磨損。 又，本發明提供了一種半導體元件的製造方法，能滿 足市場對CMP製程的凹陷及磨損之相關要求而提昇良率， 故’與習知的半導體元件的製造方法相較，可製造出成本 較低的半導體元件。 【圖式之簡單說明】 圖1爲硏磨裝置的立體圖。 圖2爲硏磨裝置的立體圖。 圖3爲硏磨頭與調節機構(conditioning)的位置關係之 截面圖。 圖4爲朋1磨頭之截面圖。 圖5爲硏磨墊的立體圖。 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I ^ --------^------—線—AW. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 483061 A7 B7 五、發明說明（9 ) . 圖6爲製造半導體元件的流程圖。 圖7爲硏磨墊的轉數與凹陷的相關圖。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖8爲基板的圖案密度與磨損的相關圖。 圖9爲基板的圖案寬與凹陷的相關圖。 圖10爲STI的溝渠(trench)寬與磨損的相關圖。 圖11爲STI的溝渠密度與磨損的相關圖。 【實施發明之最佳形態】 以下，將參照附面以更詳細說明本發明，所說明之內 容雖被視爲本發明之最佳實施形態，但本發明之範圍並不 侷限於所說明內容，此點應不說自明。 首先，運用圖1〜圖4，以槪要圖示出適用本發明之一 般化學機械硏磨裝置之例。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在圖1、圖2及圖3所示的分度型(index)化學機械硏 磨裝置1中，2爲硏磨頭，2a爲粗磨用硏磨頭，2b爲精硏 磨用硏磨頭；3、3爲轉軸，3a爲馬達，3b爲齒輪，3c爲 滑車，3d爲齒輪；4、4爲硏磨墊；5、5爲硏磨墊調節機 構，5a爲修整台(dressing desk)、5b爲噴射嘴、5c爲保護 罩；在6中，6爲可旋轉洗淨刷，7爲硏磨頭之移送機構， 7a爲軌道，7b爲送進螺桿，7c是螺合於送進螺桿之移動 體(具備硏磨頭2)。7d，7.e爲齒輪，7f爲馬達，8是作爲硏 磨昇降機構的氣缸(air cylinder)。9爲晶圓（基板）w的收 置匣，10爲載置用的搬送手臂，Π爲晶圓暫置台；12之 分度平台，係具備以軸12e爲軸心而等間隔設於同一圓周 10 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） 483061 作 A7 B7 上之可旋轉的4個晶圓夾頭機構12a，12b，12c，12d，將 分度平台12分爲si之晶圓載置區，S2之粗硏磨區，S3之 晶圓精硏磨區，s4之晶圓卸載區。 13爲卸載用搬送手臂，i4a爲夾頭修整器，14b爲夾 頭洗淨機構，I5爲晶圓暫置台，16爲輸送帶，17爲晶圓 洗淨機構。 在圖4所示之硏磨頭2中，基板21的突出緣21a由加 壓氣缸20的凸緣部分2〇a所支撐，硏磨墊（環狀硏磨布） 4透過硏磨布安裝板22來保持於基板21。在加壓氣缸20 內的加壓室20b內張設隔膜23，壓縮空氣通過心軸3來壓 入加壓室20b內，藉由此氣壓支撐，使基板21朝3次元（ X，Y，Z)方向搖動自如，以使硏磨墊4相對晶圓表面保持平 行。 在硏磨頭的中央設置有硏磨液或洗淨液的供給管24， 管的前端避開硏磨墊的中央挖穿部4a而面對硏磨墊環狀體 裏面’經由環狀體供給硏磨液或触刻液至基板的金屬層表 面。 接著，圖示本發明之硏磨墊之一例。在圖5所示之硏 磨墊4之中，（a)爲用於本發明之圓環狀硏磨墊，（b)爲用於 本發明之橢圓環狀硏磨墊，環狀硏磨墊的挖穿內徑Η，係 硏磨墊外徑10的長度之5〜75%，較佳的是30〜5〇%。 相較於覆有被硏磨金屬膜的基板w的外徑，在圓環狀 硏磨墊的情形，硏磨墊的外徑爲w之〇·5〇〜0.75倍，在橢 圓環狀的情形，短徑爲w之0·35〜0.40倍，長徑爲w之 11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公髮一 I . 1 --------訂---------線—·---· (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 483061 A7 ____ _ B7 五、發明說明（vo ) , 0.7 〜〇·75 倍。 以硏磨墊的素材而言，係使用硬質發泡聚氨酯薄片、 聚酯纖維不織布、毛氈、聚乙烯醇纖維不織布、尼龍纖維 不織布等不織布，或在這些不織布上流延發泡性聚氨酯樹 脂溶液，接著進行發泡、硬化所得之物。其厚度爲1〜 7mm。又，亦可利用此等之積層體。 以硏磨劑液而言，係使用含下列物質的漿料：（a)膠體 氧化鋁、二氧化矽、氧化鈽、二氧化鈦等之固態磨粒0.01-20%重量％ ; (b)硝酸銅、檸檬酸鐵、過氧化錳、乙二胺四 乙酸、六氰合鐵、氫氟酸、氟鈦酸、雙過硫酸鹽、氟化銨 、二氟化氫銨、過硫酸銨、過氧化氫等之氧化劑卜15%重 量％ ;⑷界面活性劑0.3-3重量％ ; (d)pH調整劑，⑷防腐 劑等（參照特開平6-313 164號公報、特開平8-197414號 公報、特表平8-510437號公報，特開平10-67986號公報 、特開平10-226784號公報等）。 適用於銅、銅一鈦、銅一鎢、鈦一鋁等之金屬硏磨的 硏磨劑漿料，可由富士米股份有限公司，羅德·尼塔股份 有限公司，美國的加伯公司、及美國的羅德公司等取得。 運用前述之化學機械硏磨裝置來硏磨在絕緣層上覆有 金屬膜的晶圓，其製程如以下所述。 1)藉搬送手臂10將晶圓W1由收置匣9取出，以金屬 膜面朝上的方式載置於暫置台Π，在此處將內面洗淨，之 後藉搬送用手臂移送至分度平台12的晶圓載置區S1，藉 夾頭機構12a吸附之。 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I. ^ ^ --------II---------線— (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 483061 A7 __________ B7 五、發明說明（丨丨） ， 2)使分度平台I2朝順時針方向轉動90度而將晶圓W 導至第一硏磨區s2，使心軸3下降將裝置於硏磨頭2a的 硏磨墊4壓接於晶圓wl，藉旋轉心軸3及夾頭機構的軸來 進行晶圓的化學機械硏磨。在此過程中，使新的晶圓w2 載置於暫置台之上，移送至晶圓載置區si，由夾頭機構 12b所吸附。 在進行晶圓的CMP加工時，藉由設置在心軸的中空 部的供給管24以HMOOml/分的速度對環狀體4的內面供 給硏磨劑液，由夾頭平台所吸附的晶圓的轉數係200〜 800rpm，較佳爲300〜SOOrpm，硏磨墊的轉數爲400〜 3000rpm，較佳爲 600〜lOOOrpm。 在CMP加工之中，藉滾珠螺桿，使硏磨墊在晶圓的 中心點的左側1〇〜60mm距離、以及至晶圓外周的右側10 〜60mm距離之間，朝左右方面（X軸方向）往復搖動。 硏磨墊之往復搖動的速度，若以硏磨墊外周位於晶圓的中 心點與外周間位置時爲基準速度，則將硏磨墊在晶圓中心 點部位的搖動速度放慢、在晶圓外周部的搖動速度加快， 以使凹陷平均。例如，以40mm的搖動幅度，當硏磨墊外 周位於晶圓的中心點與外周之間位置時的搖動速度爲 300mm/分，在晶圓中心點部位的硏磨墊的搖動速度爲 260mm/分，在晶圓外周部的硏磨墊的搖動速度爲320mm 〇 硏磨墊對晶圓面的壓接係50〜150g/cm2。 在第一硏磨區s2所進行的化學機械硏磨到達預定時 13 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I. — --------訂---------線— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 483061 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 五、發明說明（丨，） 間後’使心軸上昇、朝右向倒退，導入硏磨墊洗淨機構5 ’在此處藉噴嘴5b由高壓噴水沖洗並同時藉可旋轉洗淨刷 6去除附著於硏磨墊表面的磨粒、金屬硏磨屑，再將硏磨 墊朝右移送，於硏磨區S2上待機。 3) 朝順時針方向使分度平台轉動90度，將已硏磨的晶 圓導入弟—硏磨區S3， 下降心軸3使裝置於硏磨頭2b的硏磨墊壓接於粗硏磨 後的晶圓wl，藉旋轉心軸3與夾頭機構的軸以進行晶圓的 化學機械精硏磨。精硏磨結束後，上昇心軸3，朝右倒退 ’將裝置於硏磨頭2b的硏磨墊藉洗淨機構5洗淨，再朝右 移送，於第二硏磨區S3上待機。 在此過程中，將新的晶圓w3載置於暫置台之上，移 送至晶圓載置區S1，由夾頭機構12c所吸附。又，在第一 硏磨區s2係進行晶圓2的化學機械粗硏磨。 4) 朝順時針方向將分度平台轉動90度，將已硏磨的晶 圓W1導入晶圓卸載區S4。之後，藉卸載用搬送手臂13 將完成精硏磨的晶圓搬送至暫置台15，洗淨內面後，再藉 搬送手臂13以輸送帶導至移送機構，藉噴嘴17以洗淨液 沖洗，將完成硏磨的晶圓之圖案面予以洗淨，再將晶圓導 入次一製程。 在此過程中，將新的晶圓w4載置於暫置台之上，移 送至晶圓載置區si，由夾頭機構12d所吸附。又，第一硏 磨區s2進行晶圓w3的化學機械粗硏磨，第二硏磨區s3進 行晶圓w2的化學機械精硏磨。 14 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I --------^---------^-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 483061 A7 -—_ B7 五、發明說明（ο) , 5)朝順時針方向將分度平台轉動90度，反覆操作和前 述2)至4)相同的步驟，以進行晶圓的化學機械硏磨。 在前述例中，將化學機械硏磨加工分爲第一粗硏磨及 第二精硏磨的原因，係了縮短生產時間之故，但是，亦可 進行單階段的CMP加工，且，亦可分爲粗硏磨、中段加工 硏磨、精硏磨之三個階段，以再縮短生產時間。用於三階 段的CMP加工製程時，、將si倂用爲晶圓載置區及晶圓卸 載區，以s2爲第一硏磨區，S3爲第二硏磨區，s4爲第三 硏磨區。 又，在硏磨素材使用上，亦可改變第一硏磨墊及第二 硏磨墊的素材。 當然，本發明之化學機械硏磨裝置之用途，亦可用於 金屬圖案上形成有絕緣膜層之基板絕緣層膜的除去，以及 STI的P-TEOS膜層之除去。 圖6係製造半導體元件之流程圖。半導體元件製造流 程起始後，首先爲步驟200，之後再由所舉的步驟S201至 S204之中選擇適當的處理製程。根據所選項目，進入步驟 S201〜S204之任一項。 步驟S201係使晶圓表面氧化的氧化製程。步驟S202 係藉CVD等方式在晶圓表面形成絕緣膜的CVD製程。步 驟S203係是以蒸鍍等製程在晶圓上形成電極。步驟S204 係是將離子植入晶圓的離子植入製程。 在CVD製程或電極形成的製程之後，進入步驟S205 。步驟S205係CMP製程。在CMP製程上，可將本發明 15 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I . --------IT---------線— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 483061 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（A) . 之硏磨裝置，運用於層間絕緣膜的平坦化，或是硏磨半導 體元件的表面金屬膜以形成金屬鑲嵌(damascene)等。 CMP製程或氧化製程之後進入步驟S206。步驟S206 係微影製程。微影製程之作法’係對晶圓塗布光阻，藉由 曝光裝置之曝光來對晶圓燒上電路圖案，再將曝光後之晶 圓顯影。再之後的步驟S207乃將顯影後之光阻像以外的部 分予以蝕刻去除，之後剝離光阻，將蝕刻完畢後已不需要 的光阻去除，是爲蝕刻製程。 之後，於步驟S208判斷是否已經將必要的製程完成 ，若未完成則回到步驟S200，重複之前的步驟，使晶圓上 形成電路圖案。在步驟S208時若經判斷全部製程已完成則 爲流程之終點。 本發明之半導體元件的製造方法，由於運用本發明之 化學機械硏磨裝置於CMP製程，故能使CMP製程之凹陷 及磨損可滿足相關市場要求而提昇CMP製程的良率。故而 ’與習知之半導體兀件的製造方法相較，此半導體元件之 製造方法之製造半導體兀伴的成本較低。 再者，應用本發明之硏磨裝置於相異於前述半導體元 件製程的CMP製程亦可。 (實施例1) 以一個在直徑300mm的氧化矽絕緣膜上覆有銅膜的矽 基板作爲基板’以A社的銅膜硏磨用漿料作爲硏磨劑，其 量爲50ml/分，將聚氨酯樹脂製之外徑150mm的圓盤之中 16 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） —-------------AW--------訂---------線—. i·· (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 483061 A7 __ B7 五、發明說明（^) · 央部挖穿50mm直徑而得圓環狀硏磨墊，以圖丨所示之自 動化學機械硏磨裝置作爲硏磨裝置而進行基板的硏磨。 使基板夾頭平台的旋轉數爲400rpm，使硏磨墊的旋轉 數爲7〇〇rpm，使硏磨墊對基板的施壓爲i.4pSi(l〇〇g/cm2) ，使左右搖動幅度爲54mm (搖軌開始點在基板外徑起左 內側27mm、基板中心點起右內側27mm)，使搖動速度從 基板外徑之左內側27mm起至基板外周側爲260mm/分，基 板中心點之右內側27mm起至基板中心點爲320mm/分， 在這之間的硏磨速度則爲300mm/分（生產時間爲3.0分 )，得到一圖案寬爲150//m之晶圓，其結果，凹陷爲 18nm 〇 (比較例1) 使用一外徑150mm的圓盤狀聚氨酯樹脂爲硏磨墊素材 ，並未在中央部予以控穿，除此之外，悉與實施例1爲相 同條件來進行基板的硏磨，得到一圖案寬爲150//m之晶 圓，凹陷係241nm，遠較實施例爲大。 (比較例2) 以長徑爲160mm、短徑爲80mm之橢圓盤狀之聚氨酯 樹脂爲硏磨墊素材，並未在中央部予以挖穿，除此之外’ 悉與實旋例1爲相同條件來進行基的硏磨，得到一圖案寬 爲150// m之晶圓。 凹陷係124nm，雖較比較例1爲小，但仍遠較實施例 17 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ' I ---------------------* (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 483061 A7 B7 五、發明說明（4) ， 1爲大。 在實施例1，比較例1及比較例2中，當其他的條件 相同而僅變化硏磨墊的旋轉數來進行硏磨時’所得晶圓的 凹陷與硏磨墊的轉數之關係顯示於圖7。在實施例1之中 ，使硏磨墊的旋轉數約高於350i*pm以上時，則其凹陷符 合市場要求値，但在比較例1、比較例2之中，即使提高 硏磨墊的旋轉數至700rpm，其凹陷仍未符合市場要求値。 在實施例1及比較例1之所示條件下，對相對絕緣層 之圖案密度不同的基板進行硏磨時，將相對絕緣層之圖案 密度與磨損的關係顯示於圖8。 故而，即使圖案密度變大，對於磨損方面，實施例1 仍較比較例1具備抑制的能力。 在實施例1及比較例1之條件下，對圖案寬各異的基 板硏磨，其圖案寬與凹陷的相關示於圖9。根據圖9所示 ，圖案寬爲150〜600/zm時，實施例1的凹陷均在市場要 求値以下，但是比較例1之凹陷則並未符合市場要求値。 (實施例2) 在晶圓處理上，係採STI基板（溝渠寬250 // m，溝渠 密度50%)，乃是在300mm直徑的矽基板表面被覆15nm 的氧化矽絕緣層，其上方是爲200nm的氮化矽絕緣層，又 再上方具有800nm的P-TEOS層，硏磨劑係採含有B社之 氧化鈽磨料1重量％的硏磨劑，此外的條件與實施例1相 同，實施4分鐘的硏磨。 18 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱) I ------------t---------線--Aewi J - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 483061 A7 B7 五、發明說明（N/p · 其結果爲，溝渠的磨損爲41nm，被去除的SiN爲 12nm。在相同條件下改變溝渠寬以實施硏磨時，其溝渠寬 與磨損的相關示於圖10。在相同條件下改變溝渠密度以實 施硏磨時，其溝渠密與磨損的相關示於圖11。 因之，即使發生溝渠磨損，在溝渠寬250// m、溝渠密 度5〇%的圖案中，不會露出氧化矽膜，係使硏磨動作停止 於氮化矽絕緣層內。又，即使在溝渠磨損更加進展之溝渠 寬度大的區域和溝渠密度小的區域，仍不會露出氧化矽膜 ，而使硏磨動作停止於氮化矽絕緣層內。 【產業上可利用性】 本發明之化學機械硏磨裝置及硏磨墊，可利用於去除 覆於絕緣層之上的金屬膜，可用於去除金屬膜圖案上被覆 有絕緣膜層的基板表面之絕緣層膜，以及可用於去除STI( 淺溝渠隔離 Shallow Trench Insulator)的 P_TEOS 層。再者 ’本發明之半導體元件的製造方法，可用於製造具微細圖 案的半導體元件。 【元件符號說明】 2 硏磨頭 2a粗硏磨用硏磨頭 2b精硏磨用硏磨頭 3 心軸 3a馬達 19 本紙張尺度過用中國國家標準（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· · 丨線_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 483061 A7 B7 五、發明說明（V») 3b齒輪 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 3 c滑輪 3d齒輪 4 硏磨墊 4a中央挖穿部 5 硏磨墊洗淨機構 5a洗淨台 、 5b噴射嘴 5c保護罩 6 可旋轉洗淨刷 7 硏磨頭移送機構 7a軌道 7b送進螺桿 7c移動體 7d齒輪 7e齒輪 7f馬達 8 氣缸

經齊郎智慧財查笱員11肖費^咋i巾糾R 9 收置匣 10搬送手臂 11晶圓暫置台 12分度平台 12a晶圓夾頭機構 12b晶圓夾頭機構 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 483061 A7 __B7 五、發明說明（d ) 12c晶圓夾頭機構 12d晶圓夾頭機構， (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 12e軸心 13卸載用搬送手臂 14a夾頭機構修整區 14b夾頭機構洗淨區 15晶圓暫置台 、 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 16輸送帶 17晶圓洗淨機構 20氣缸 20b加壓室 21a基板邊緣 22 硏磨布安裝板 23隔膜 24 供給管 si 晶圓載置區 s2 晶圓粗硏磨區 S3 晶圓精硏磨區 s4 晶圓卸載區 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. 4^3061 A8 B8 C8 D8

   夂、申請專利範圍 1一種化學機械硏磨裝置， 係於硏磨墊與基板之間介入硏磨液之狀態下，使前述 --------------------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 硏磨塾與前述基板相對移動，藉以硏磨前述基板；其特徵 在於： 前述硏磨墊的形狀爲環狀體，係將圓或橢圓的中央部 挖穿成一直徑較小的圓形或橢圓形而得。 2·—種化學機械硏磨裝置，係將覆有金屬膜的基板以 金屬膜面朝上的方式保持於夾頭平台，安裝板係由軸心朝 給直方向的心軸作軸支承，使貼附於安裝板的硏磨墊面透 過游離硏磨粒壓向前述基板，滑動該基板與硏磨墊，以至 少去除一部分基板表面的金屬膜；其特徵在於： 具備前述硏磨墊的昇降機構、以及使前述硏磨墊朝左 右方向往復移動的移送機構； 前述硏磨墊的形狀爲環狀體，係將圓或橢圓的中央部 挖穿成一直徑較小的圓形或橢圓形而得；且硏磨墊的直徑 較基板的直徑小。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 3· —種化學機械硏磨裝置，係將覆有Ρ-TEOS膜之STI 基板以P-TEOS膜面朝上的方式保持於夾頭平台，安裝板 係由軸心朝鉛直方向的心軸作軸支承，使貼附於安裝板的 硏磨墊面透過游離硏磨粒壓向前述基板，滑動該基板與硏 磨墊，以至少去除一部分基板表面的Ρ-TEOS膜；其特徵 在於： 具備前述硏磨墊的昇降機構、以及使前述硏磨墊朝左 右方向往復移動的移送機構； 1 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 483061 __JI 六、申請專利範圍 前述硏磨墊的形狀爲環狀體，係將圓或橢圓的中央部 挖穿成一直徑較小的圓形或橢圓形而得；且硏磨墊的直徑 較基板的直徑小。 4.一種化學機械硏磨裝置，係將在金屬膜的圖案上覆 有絕緣層膜之基板以絕緣層膜面朝上的方式保持於夾頭平 台，安裝板係由軸心朝鉛直方向的心軸作軸支承’使貼附 於安裝板的硏磨墊面透過游離硏磨粒壓向前述基板’滑動 該基板與硏磨墊，以至少去除一部分基板表面的絕緣層膜 ;其特徵在於： 具備前述硏磨墊的昇降機構、以及使前述硏磨墊朝左 右方向往復移動的移送機構； 前述硏磨墊的形狀爲環狀體，係將圓或橢圓的中央部 挖穿成一直徑較小的圓形或橢圓形而得；且硏磨墊的直徑 較基板的直徑小。 5·如申請專利範圍第2項至第4項中任一項之化學機 械硏磨裝置，其中前述移送機構，可根據前述硏磨墊相對 於前述基板之位置，變化前述硏磨墊朝左右方向的移動速 度。 6·-種化學機械硏磨裝置，係基板的最大外徑尺寸較 硏磨墊的最大外徑尺寸小或大致相等，將硏磨液介於硏磨 墊與基板之間，使前述硏磨墊與前述基板作相對移動以硏 磨前述基板；其特徵在於： 前述硏磨墊的形狀爲環狀體。 7·如申請專利範圍第6項之化學機械硏磨裝置，其中 ___ 2 本&張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公餐1 '" (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 冒裝--------訂---- 483061 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 前述硏磨墊的形狀爲環狀體，係將圓或橢圓的中央部挖穿 成一直徑較小的圓形或橢圓形而得； (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 8·如申請專利範圍第1項至第4項中任一項之化學機 械硏磨裝置，其中前述硏磨墊之挖穿後的內徑長，係前述 硏磨墊外徑的5〜75%。 9·如申請專利範圍第5項之化學機械硏磨裝置，其中 前述硏磨墊之挖穿後的內徑長，係前述硏磨墊外徑的5〜 75% 〇 1〇·如申請專利範圍第6或第7項之化學機械硏磨裝 置，其中前述硏磨墊之挖穿的內徑長，係前述硏磨墊外徑 的5〜75% 〇 11·一種硏磨墊，係用於化學機械硏磨裝置之硏磨墊， 該化學機械硏磨裝置，係於硏磨墊與基板之間介入硏磨液 之狀態下，使硏磨墊與基板相對移動，藉以硏磨前述基板 者；其特徵在於： 硏磨墊的形狀爲環狀體，其最大尺寸較待硏磨基板的 最大尺寸小或大致相等。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 12·如申請專利範圍第11項之硏磨墊’其形狀爲環狀 體，係將圓或橢圓的中央部挖穿成一直徑較小的圓形或橢 圓形而得。 13.如申請專利範圍第12項之硏磨墊，其中前述挖穿 部分的直徑長’係前述硏磨墊外徑之5〜75%。 3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐）