TW491746B - Projected gimbal point drive - Google Patents

Description

Η-^1 /Η-υ 五、發明說明（1) 【發明背景】 1 ·發明之領域 發明係關於一種半導體晶圓 研磨環境中之水平自由平衡突出系：：驅= 2 ·相關技術之描述 (cmA半上體襄置的製造中，係有需要進行化學機械研磨 :r，v:，其包含研磨、軟皮抛光、及晶圓清洗。业 且2電路裝置係由多層的結構形成。在基板層，將 形成八有擴散區域的電晶體裝置。而在盆後的層中， 金屬，線並電連接至該電晶體裝置；定義期i 戶斑= 由如二氧化秒等介電材料將圖案化之導電 t开;：ί導電層絕緣。而當更多之金屬化層及相關的介 -層”；：則平坦化該介電材料的需要即增加。 由於卜之金屬化層的製造將 應用*，將金屬困難。在其它之 J r, CMP ## 含先於該金屬化處理的沉穑人带 進/之應用包 渠溝隔離或用於多層金屬隔離平坦化，如用於淺 在CMP處理中，CMP Α知：莽士 鍵性的要素。基板载部：須使：：：：：：：：：】-關 正以確保-致平坦的研磨；精確地對 載部會產出具有異常平扭^日^别蜂夕已知的CMP基板 度的晶囡。而在該研磨表面上方

第5頁 五、發明說明（2) 之樞接點的 則對於研磨 越大所致。 的問題為： 無法調整晶 舉例而 知為「俯衝 頭對其以產 接地被上述 研磨頭的運 為晶圓與研 這導致其位 磨且比晶圓 晶圓上 研漿導入晶 除量相關的 載部的前緣 到達晶圓中 載部的前緣 步地經歷減 除試圖 以改善前述 衡穿過位在 於基板載部 垂直高 期間時 存在於 晶圓中 圓邊緣 言，許 」的現 生相當 之水平 動方向 磨材表 在基板 中心更 的材料 圓與研 化學物 (即， 心時研 處（即 少的化 改造基 關於「 基板載 之有效 二：ί :㈤75由於該垂直高度越大， 點而$，被感應生成的力矩將 二Ϊ:圓研磨設備中的兩個普遍 :的研磨不足’及當製程變數改變時， 排外之控制量的問題。 :可^之CMP機器上的基板載部經歷熟 象。在研磨期研磨作用力將使研磨 矩之方式反應之，而該力矩則直 由平衡點的鬲度所影響。該力矩沿著 :致-壓力差。該壓力差則將造成其作 面之界面的化學研漿駐波形成的結果。 載部前緣之晶圓的邊緣變成㉟更快 過度地被研磨。 移除量係相關於研漿的化學作用。备 f塾之間並起反應時，與晶圓材料二移 將逐漸地耗盡。因此，當相較於在基板 晶圓邊緣）處的化學作用時，由於當其 漿中之化學物所減少的活性，故從^反 ，晶圓中心）被移除的晶圓材料量進一 學移除率。 板栽部的冠狀部之外，已嘗試其它方法 俯衝」的問題。在一習知的水平自由平 部上端處之單軸承的基板載部中，將由 的水平自由平衡點存在於距研磨塾表面

491746 五、發明說明（3) 之一顯著非零的距離處而產生相當大的力矩。因此，作用 在研磨墊表面上的摩擦力，將乘上此距離而產生不良力 矩。 又’扭力驅動機構將水平自由平衡連接至該驅動軸的 需要已被證明在降低「俯衝」效應的效果上是失敗的。尤 其，使用單一或其它直接驅動裝置將導致在晶圓上方產生 再次引起「俯衝」效應的力矩。又，由於驅動銷在孔部内 必須是不受限的以允許樞轉，所以驅動銷為背隙的來源。 如上所述，需要一種水平自由平衡基底的扭力驅動機 構，其能在不會引起晶圓邊緣被臨近的研磨墊挖入的情況 下驅動晶圓。該驅動機構應除了允許晶圓被旋轉地驅動 後，尚能樞轉以允許旋轉軸與被驅動之晶圓的接觸表面之 間的不對正。 【發明的綜合說明】 概括 被傳遞至 地垂直於 滿足上述 該晶圓表 施例中， 該突出之 施加一扭 動軸的一 而言， 被研磨 該驅動 需求。 面上之 揭露一 水平自 矩，該 下部上 的晶圓 軸的旋 因此， 水平自 種突出 由平衡 驅動轴 藉由提供一 ，而不必忍 轉軸所產生 該驅動機構 由平衡點而 之水平自由 點驅動機構 設有一凹狀 受5亥晶圓的平面不 的問題之驅動機構 允許該晶圓對於— 言’係傾斜的。在 平衡點驅動機構系 系統包含一驅動轴 的球面，其形成在 部地配置在該驅動

晶圓載部，局

第7頁 /外Ο 五、發明說明（4) 名下4之内’該晶圓载部設一 向於該驅動轴之該凹狀的面在相 配置；該驅動轴與該晶圓載部之間；ΐ動二；動杯， 的内表面及一凸妝 又間該驅動杯叹有一凹狀 部對於一預先—蓋夕 二’其中該驅動杯允許該晶圓載 將該水平自由平衡點=f由平衡點而言，係傾斜的。可 之一晶圓的—矣而夕„ ;研磨墊與由該晶圓載部所夹持 可將該水平自：：：的一界面上…若有需求的話， 部所夹持：！=點Ϊ意地置於-研磨塾與由該晶圓载 衝」）或下方之間的-界面的上方（「俯 動杯。該突出之j二自2 =二種突出之水平自由平衡點驅 的槽部’位於該驅動杯之二==包含：第-組細長 組細長的槽部，位於該 卜表面之中，及—第二 中該驅動杯允許一晶圓載的内表面之中，其 衡點而言’係傾斜的。突於、=先疋義之水平自由平 外的—第一I且驅動鍵ΐ於一驅動轴之—凹狀的球面之 組槽部之内。同樣地：上亥驅動杯之孩第-之外的一第二組驅動鍵邱3载部之一凸狀的球面 部之内。任意i也“亥第一 f犬出驅動杯之該第二組槽 以繞著該驅動杯的；圓；Π包存含兩個細長的槽部，並 含兩個細長的槽部，】π同；地第二組槽部包 度的間隔，亦將該第:’以的該圓周大約18〇 乐一、、且槽部的該兩個細長的槽部分開。

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又，以 一組槽 本 點系統 的一驅 凹狀的 的該下 相向於 動轴至 間的一 一凸狀 先定義 由平衡 一表面 I平自 持之一 具 之下部 對於位 可確保 磨墊界 則將使 大於作 不良的 、繞著該 部與該 發明之 的驅動 動車由， 球面； 部之内 該驅動 該晶圓 驅動杯 的外表 之水平 點置於 之間的 由平衡 晶圓的 優點地 的表面 在該晶 該晶圓 面之上 將該晶 用在正 影響。 2區動杯的對稱轴大約9 0度的間隔，使該第 第二組細長的槽部隔開。 另^實施例則揭露一種突出之水平自由平衡 方法。其包含以下步驟··設置可施加一扭矩 該驅動轴設有形成在該驅動軸之一下部的一 配置一晶B1载部，使其局部地位在該驅動轴 ，該晶圓載部設有一凸狀的球面，其形成在 軸之該凹狀的球面之一表面上；及耦合該驅 載部，利用配置在該驅動軸與該晶圓載部之 使其耦合，該驅動杯設有一凹狀的内表面及 面，其中該驅動杯允許該晶圓載部對於一預 自由平衡點而言，係傾斜的。可將該水平自 一研磨墊與由該晶圓載部所夾持之—晶圓的 一界面上。任意地，若有需求的話，可將該 點故意地置於一研磨墊與由該晶圓載部所^ 一表面之間的一界面的上方或下方。 :可將本發明白勺纟實施例設成俾使該驅動軸 /、該晶圓載部之表面係球面狀且共中心， 研磨墊界面之平面上的一軸線而言，便 僅可對其係為傾斜的。#對位在㉟曰曰曰圓1 方或下方的該軸線而言，該晶圓係傾斜時， 圓之一部分推入到該研磨墊之内的作用 t相反於該晶圓之一部分的作用力，而導ΐ 本發明的各實施例便允許該等作用力被減

491746 五、發明說明（6) 小、消除、或謹慎地採用可控制的方式俾以產生期望之会士 果。本發明之其他目的及優點由隨後之詳細說明及隨附之 申請專利範圍當可更加明白。 【較佳實施例之詳細說明】 本發明揭露一種突出之水平自由平衡點驅動機構。為 此目的，本發明提供一驅動隔離杯狀部，其容許扭矩及軸 向作用力被傳遞至被研磨的晶圓，而不必忍受該晶圓的平 面不完全地垂直於該驅動軸的旋轉軸所產生的問題。在以 下說明中，為了提供對本發明的徹底理解，因此將提出許 多具體之細節。然而，其可理解為熟悉本項技藝者係可在 不需某些或所有具體之細節的情況下據以實施:發明。 =情況下，將不詳細地說明熟知之製程操作以避免模糊本 圖1係依據本發明之一 貝施例的示範化學機械平坦化 (CMP )系統的簡化示意圖。如圖丨所示，c 固定研磨材之CMP系統，而由於準備表面為严為一 麻妊々+册K A 、千W衣®马ί衣狀的固定研 ^皮忝45〇，故以此表示該系統。將固定研磨材之虔 I 〇安裝在兩個滾筒212上，而該等滾筒 頭214表示的方向上進行轉動運動。 動該皮π在前 將晶圓414安裝在晶圓失持機構4〇〇上，复 上旋7、在/-丁， μ $ 〆、在'方向2 0 6 疋轉為了進仃平坦化處理，以作用 414施加靠於該轉動之固定研 疋轉之日日固 理之需求。研磨平台2101以二ί:!平坦化處 了 °又置於固疋研磨材之皮帶

第10頁 491746 五、發明說明（7) 了方，可穩定該皮帶並提供一堅固的平面以供晶圓 才她加在其上。而由於使用該固定研磨材之 將會啟動晶圓4U的輪廓特徵縮小地複製自固 皮帶45^的特徵。將晶圓夾持機構4〇〇設成為夾持住晶 ^ ^11 ¥ ^ ^ ^ ^/j> ^ ^ t ^ ® 材之皮常450的特徵，以下將更詳細說明。因此，备 圓414的輪摩特徵平坦化後，將不會有殘餘的輪^徵^曰 啟動縮小地複製自固定研磨材之皮帶45〇的特徵。所二， 材料移除速率以一次方或更高次方的大 止」。 圖I為依據本發明之一實施例的晶圓夾持機構4〇〇的視 圖，其設有突出之水平自由平衡點驅動機構。在一每 中，該突出之水平自由平衡點驅動機構為配置二=的 下部426之内的一驅動隔離杯狀部，‘其容許扭矩及軸軸作 用力㈣遞至被研磨的晶圓。本發明的驅動隔離杯 j遞扭矩及轴向作用力至該晶圓，並能不必忍受該 平面可能不完全地垂直於驅動軸的旋轉軸，且該不完全 垂直延伸至該晶圓載部所引起之問題。 如以下之更詳細的說明中’該驅動隔離杯狀部的幾何 形狀係如此般以使該晶圓對位在該研磨墊與該被研磨晶 表面之間的界面上的水平自由平衡點的任何方向上傾' 依此方式，本發明之各實施例能避免不宜垂直地施加於該 晶圓的作用力，而此乃由於將水平自由平衡點置於其心

第11頁 491746 五、發明說明（8) 置上所產生。 圖3為沿著驅動軸的旋轉軸而橫斷過該晶圓夾持機構 f 側剖視圖A — A。吾人應注意到圖3所示之該驅動轴的 軸的狀態為一理想情況，其中旋轉軸舆一穿過該晶圓 的中心而垂直於該晶圓的線重疊。 該晶圓夾持機構40 0包含該驅動軸41 2的下部426，其 隔著驅動杯428而與晶圓載部422結合。驅動鍵;446及448 用以傳遞扭矩，而隨後關於圖4所說明之驅動鍵部438及 440亦同。配置在該晶圓載部422之下的 ㈣處理期間時用以研磨該曰曰曰圓414的表面。中在 该驅動軸41 2施加一扭矩及一向下的作用力以便將該晶圓 414的下表面推靠於該研磨墊45〇。 儘管盡力達成完全對準，但垂直於該晶圓的垂直線 4、^ 4仍了此與元全平行於驅動轴41 2的旋轉轴4 5 2有所偏 差。而本發明的各實施例則具優點地容納該偏差。為此目 的’本發明的各實施例將該晶圓4 1 4置於一高度上，其可 使該晶圓414從其垂直於驅動軸452的位置上所產生的任何 傾斜將大約發生在位於該晶圓—研磨墊界面4丨6上的直線 上。此外，某些實施例可將晶圓41 4置於一高度上，其可 使該晶圓41 4從其垂直於驅動軸4 5 2的位置上所產生的任何 傾斜將大約發生在平行於該晶圓一研磨墊界面4丨6的直線" 上，即以一預選定的距離與該界面隔開在其上方或下方。 如圖3所示，將凸狀的球面4 2 0形成在該晶圓栽部4 2 2 上。該凸狀的球面420具有一半徑R1，而該半徑係從該曰

491746 五、發明說明（9) 圓一研磨墊界面416上之晶圓414的中心處之點418算起。 而從相同的點418算起，將一半徑R2之凹狀的球面424形成 該驅動轴412的下部426上。吾人應注意到，取決於設計的 需求，則該半徑R1及半徑R2將可擇一地從位在該晶圓一研 磨墊界面416上方，或位在該晶圓一研磨墊界面416下方的 晶圓41 4的中心處的點算起。 ' 配置在該晶圓載部422的該凸狀的球面420與該驅動轴 412之下部426的該凹狀的球面424之間者係一驅動杯428。 該驅動杯4 2 8通常為環形，並具有半徑R1之凹狀的内球面 430及半徑R2之凸狀的外球面432。形成於該驅動杯428之 該凸狀的外球面432之内者係兩個垂直細長的槽部442及 444 ’而該等槽部則以間隔大約18〇度地位於該驅動杯428 的圓周上。兩個驅動鍵部446及448則突出於該驅動軸412 之下部426的凹狀的球面424之外。該等驅動鍵部446及448 並分別地突出到該驅動杯428的槽部442及444之内，俾傳 遞扭矩。該等槽部442及444係長於該等驅動鍵部446及448 俾能容納該驅動軸412的下部426與該驅動杯428之間的傾 斜移動。 圖4為沿著驅動軸的旋轉軸而橫斷過該晶圓夾持機構 4 0 0的侧剖視圖b — B。如圖3般，吾人應注意到圖4所示之 該驅動軸的旋轉軸的狀態為一理想情況，其中旋轉軸與一 穿過該晶圓的中心而垂直於該晶圓的線重疊。 如圖4所示，將兩個垂直細長的槽部4 3 4及4 3 6形成在 該驅動杯428之該凹狀的内球面430之内。類似於該等槽部

第13頁 491746 五、發明說明（ίο) 442及444，該等槽部434及436係以間隔大約180度地位於 該驅動杯428的圓周上。兩個驅動鍵部438及440則突出於 該晶圓載部4 2 2之該凸狀的球面4 2 0之外。該等驅動鍵部 43 8及440並分別地突出到該驅動杯428之該等細長的槽部 434及436之内，俾傳遞扭矩。又，該等驅動鍵部438及440 以環繞著該驅動杯428的對稱轴大約90度地與該等驅動鍵 部446及448隔開。如前所述，該等槽部434及436係長於該 等驅動鍵部438及440俾以容納該晶圓載部422與該驅動杯 4 2 8之間的傾斜移動。 可將本發明的各實施例設成俾使該 具優點地 412之下部426的表面420與該晶圓載部之表面424係球面狀 且共中心，則對於位在該晶圓一研磨墊界面dig之平面上 的一軸線而言，便可確保該晶圓414僅可對其係為傾斜 的。若對位在該晶圓一研磨墊界面416之上方或下方的該 轴線而言，該晶圓414係傾斜時，則將使將該晶圓414之^ 部分推入到該研磨墊450之内的作用力遠大於作用在正 相反於該晶圓414之一部分的作用力，而導致不良 U!明的各實施例便允許該等作用力被減小、消?除、 或谨t、地採用可控制的方式俾以產生期望之結果。’、 例，： = 發= = 較佳實施 發明所做的任何變圍二本 此，本貫施例應被視為舉例性而非限 因 非狹義地限制於該較佳實：J本發明並 J你个離開本發明之範圍内

第14頁 491746 五、發明說明（11) 所做的任何變更，皆屬本發明申請專利之範圍。

lim 第15頁 491746 圖式簡單說明 圖1為依據本發明之一實施例的示範之化學機械平坦 化（CMP )系統的簡化示意圖。 圖2為顯示依據本發明之一實施例的設有一突出之水 平自由平衡點驅動機構之一晶圓載部機構的視圖。 圖3為沿著該驅動轴的旋轉軸而橫斷過該晶圓載部機 構的侧剖視圖A — A。 v 圖4為沿著該驅動軸的旋轉轴而橫斷過該晶圓載部機 構的侧剖視圖B — B。 【符號說明】 20 0 CMP系統 2 0 6，2 1 4旋轉方向 210 研磨平台 212 滚筒 4 0 0 晶圓爽持機構 ‘ 412 驅動軸 414 晶圓 414a 晶圓414的前緣 416 晶圓一研磨墊界面 418 點 420 凸狀的球面 422 晶圓載部 424 凹狀的球面 42 6 驅動軸412的下部

491746 圖式簡單說明 428 驅動杯 430 凹狀的内球面 432 凸狀的外球面 434，436，442，444 槽部 438，440，446，448 驅動鍵部 45 0 固定研磨材之皮帶 4 5 2 驅動轴4 1 2的旋轉轴 4 5 4 晶圓的垂直線

Rl，R2 半徑

第17頁

Claims (1)

1. 491746

   六、申請專利範圍 1. 一種突出之 一驅動轴 面’其形成在 一晶圓載 該晶圓载部設 之該凹狀的球 一驅動杯 動杯設有一凹 杯允許該晶圓 言，係傾斜的 2 ·如申請專利 構糸統，其中 圓載部所夾持 水平自由平衡點驅動機 ，能施加一扭矩，兮 系統，包含·· 該驅動軸的一下部上· W袖設有一凹狀的球 部，局部地配置在該驅 有一凸狀的球面，其步輪的該下部之内， 面的一表面上·，及/、y 相向於該驅動軸 __ 丨 〇 J ' 馬區 公狀的外表面，其中該驅動 定義之水平自由平衡點而 ，配置在該驅動軸與該晶圓载部之間 狀的内表面及-m # & & *二# 载部對於一預 範圍第1項之突出之水平自由平衡點驅動機 表面之間的一界面上 將該水平自由平衡點置於一研磨墊與由該晶 之一晶圓的 ^ e, ΛΛ ^ 3 ·如申請專利範圍第1項之突出之水平自由平衡點驅動機 ΐ ί統’其中將該水平自由平衡點置於一研磨墊與由該晶 3 表面之間的一界面之下方 圓载部所夾持之 a曰 圓的 構，申請專利範圍第1項之突出之水平自由平衡點驅動機 圓5純’其中將該水平自由平衡點置於一研磨墊與由該晶 、°卩所夾持之一晶圓的一表面之間的一界面之上方。 申睛專利範圍第1項之突出之水平自由平衡點驅動機

   第18頁 491746 六、申請專利範圍 構系統，其中該驅動杯包含一第一組細長的槽部，而該等 槽部則位於該驅動杯之凸狀的外表面之中。 6 ·如申請專利範圍第5項之突出之水平自由平衡點驅動機 構系統，更包含一第一組驅動鍵部，而該等驅動鍵部則突 出於該驅動軸之該凹狀的球面之外。 7. 如申請專利範圍第6項之突出之水平自由平衡點驅動機 構系統，其中該第一組驅動鍵部突出到該驅動杯之該第一 組槽部之中。 8. 如申請專利範圍第1項之突出之水平自由平衡點驅動機 構系統，其中該驅動杯包含一第二組細長的槽部，而該等 槽部則位於該驅動杯的該凹狀的内表面之中。 9. 如申請專利範圍第8項之突出之水平自由平衡點驅動機 構系統，更包含一第二組驅動鍵部，而該等驅動鍵部則突 出於該晶圓載部之凸狀的球面之外。 1 0.如申請專利範圍第9項之突出之水平自由平衡點驅動機 構系統，其中該第二組驅動鍵部突出到該驅動杯之該第二 組驅動槽部之中。 11. 一種突出之水平自由平衡點驅動杯，包含：

   第19頁 491746 六、申請專利範圍 一第一組細長的槽部，位於該驅動杯之一凸狀的外表 面之中；及 一第二組細長的槽部，位於該驅動杯之一凹狀的内表 面之中，其中該驅動杯允許一晶圓載部對於一預先定義之 水平自由平衡點而言，係傾斜的。 1 2.如申請專利範圍第11項之突出之水平自由平衡點驅動 杯，其中突出於一驅動轴之一凹狀的球面之外的一第一組 驅動鍵部係突出到該驅動杯之該第一組槽部之内。

   1 3.如申請專利範圍第1 2項之突出之水平自由平衡點驅動 杯，其中突出於該晶圓載部之一凸狀的球面之外的一第二 組驅動鍵部係突出到該驅動杯之該第二組槽部之内。 1 4.如申請專利範圍第1 3項之突出之水平自由平衡點驅動 杯，其中該第一組槽部包含兩個細長的槽部。

   1 5.如申請專利範圍第1 4項之突出之水平自由平衡點驅動 杯，其中以繞著該驅動杯的該圓周大約1 8 0度的間隔，將 該第一組槽部的該兩個細長的槽部分開。 1 6.如申請專利範圍第1 5項之突出之水平自由平衡點驅動 杯，其中該第二組槽部包含兩個細長的槽部。

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   六、申請專利範圍 1 7 ·如申請專利範圍第1 6項之突出之水平自由平衡點驅動 杯，其中以繞著該驅動杯的該圓周大約丨80度的間隔，將 該第二組槽部的該雨個細長的槽部分開。 、 1 8 ·如申請專利範圍第1 7項之突出之水平自由平衡點驅動 杯，其中以繞著該驅動杯的一對稱轴大約90度的間隔，使 該第一組槽部與該第二組細長的槽部隔開。 1 9. 一種突出之水平自由平衡點系統的驅動方法，包含以 下步驟： 設置可施加一扭矩的一驅動轴’該驅動轴設有形成在 該驅動軸之一下部的一凹狀的球面； 配置一晶圓載部，使其局部地位在該驅動軸的該下部 之内，該晶圓載部設有一凸狀的球面，其形成在相向於該 驅動軸之該凹狀的球面之一表面上；及 耗合該驅動轴至該晶圓載部’利用配置在該驅動轴與 該晶圓载部之間的一驅動杯使其耦合，該驅動杯設有一凹 狀的内表面及一凸狀的外表面，其中該驅動杯允許該晶圓 载部對於一預先定義之水平自由平衡點而言，係傾斜的。 2〇·如申請專利範圍第19項之突出之水平自由平衡點系統 兮曰π方法，其中將該水平自由平衡點置於一研磨墊盥由 呑亥晶圓截邮0匕， ^ 土 /、田 斤失持之一晶圓的/表面之間的一界面上。

   第21頁 491746 六、申請專利範圍 2 1.如申請專利範圍第1 9項之突出之水平自由平衡點系統 的驅動方法，其中將該水平自由平衡點置於一研磨墊舆由 該晶圓載部所夾持之一晶圓的一表面之間的一界面之下 方。 2 2.如申請專利範圍第1 9項之突出之水平自由平衡點系統 的驅動方法，其中將該水平自由平衡點置於一研磨墊與由 該晶圓載部所夾持之一晶圓的一表面之間的一界面之上 方。

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