TW509611B - A novel linear CMP tool design with closed loop slurry distribution - Google Patents

Description

509611 _——- 五、發明說明（1) (1) 發明之領域 本發明係有關化學機械拋光的領域。更特別地是，本 發明係有關用於在具有化學和/或物理性研漿之圓柱狀旋 轉拋光墊上之基板（諸如半導體基板）的化學機械拋光， 以及當基板被拋光時使用一個密閉回路研漿供給系統而提 供新鮮研漿於該拋光墊表面上的方法與裝置。 (2) 習知技藝之說明 化學機械拋光係為一種將諸如半導體基板等材料拋光 至高平坦度與均勻度的方法。該製程被使用於在製造半導 體電路於其上之前將半導體晶片平坦化，且亦被使用於移 除微電子電路製造期間產生於該基板上的高凸起特徵。典 型的化學機械拋光製程係使用一個安置於一旋轉平台上的 大型拋光墊（一基板係靠在該拋光墊上被拋光），以及一 個將該基板定位於該旋轉拋光墊上的定位組件。化學研漿 (其亦可包含研料於其中）被維持在該拋光墊上，以改良 抛光墊的拋光特性，而增強對基板的拋光。 ☆使用化學機械拋光將半導體基板平坦化尚未被廣泛的 接文’特別是在該製程被使用於將微電子電路製造期間所 ^生於基板上的高凸起特徵移除時。限制化學機械拋光在 銘導體工業中使用的一個主要問題在於預測該製程自基板 除材料的速率與均勻性的有限能力（較少的控制性）。 盘化學機械拋光為一個勞力密集的製程，因為基板的 二與均勻性必須持續被監視，以避免基板表面的過度拋 光或不一致的拋光。

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助長化學機械拋光製程 勻性的一個因素係為在基板 漿補充。該研漿主要被使用 面移除的速率。由於與基板 基板表面上之經選擇的材料 將變得較不具反應性，且該 性將明顯地降低。克服該問 鮮的研漿至該拋光墊。該方 拋光裝置的實體結構，將新 接觸面係為困難的。提供新 位置則更為困難。所以，當 整體拋光速率係明顯地被影 在該傳統方法中，晶圓 拋光墊被安裝於具有平坦表 旋轉的晶圓將與該旋轉的拋 化學機械拋光製程。研漿通 噴灑至拋光墊上。過量的研 著傳統式的化學機械拋光製 ’因而使用並喷灑過量的研 亦無用於精確控制研漿流量 因為具有平坦表面的被 女袭於一平坦拋光平台上的 光作業期間，晶圓表面存在 異對於整個晶粒與整個晶圓 之不了預期性與抛光速率不均 表面及拋光墊上之不均勻的研 於增強經選擇的材料由基板表 接觸之固定容量的研漿將與該 反應，所以該固定容量的研漿 固定容量之研漿的拋光增強特 題的一種方法為持續地提供新 法至少存在二個問題。因為該 鮮研漿導入基板與拋光墊間的 鮮的研漿補充至該基板的所有 研聚與基板反應時，均勻性及 響。 被固定於旋轉的圓形晶座中。 面並旋轉的一拋光平台上。該 光墊有物理接觸，該動作構成 常係使用一蠕動性的幫浦而被 漿通常將流至排放口，其意味 程具有一開放式回路研漿流動 漿，其明顯地增加加工成本。 的方法。 拋光晶圓以及在傳統方法中被 該拋光墊皆在旋轉’所以在拋 有速度上的差異。該速度的差 的晶圓拋光均勻性及平坦性皆

509611 五、發明說明（3) :土：的衝擊。此舉將對於傳統化學機械拋光方法的應用 =义制，特別是在次四分之一微米模式中所包含的淺溝 渠應用、銅鑲埋等。

，$ 1表不習知技藝的化學機械拋光裝置。一拋光墊20 被固定於一圓形的拋光平台22上，該平台22係以^ 1〇〇m RPM級的速率，以箭號24所示的方向旋轉。一晶座26被使 用於固定晶圓1 8面向下靠著拋光墊2〇。藉由施加於晶圓背 面，真空（未表示於圖中），晶圓18被固定在適當的位置 。晶座2 6亦如箭號3 2所示旋轉，其旋轉方向通常與拋光平 台2 2同方向，以1至100 RPM等級的速率。基於拋光平台22 的旋轉’晶圓1 8在拋光墊2 0上行經一圓形的拋光路徑。一 力量2 8亦以向下或垂直方向被施加於晶圓1 8，並在晶圓J 8 被拋光時將其壓緊靠向拋光墊2〇。該力量28通常為每平方 英叶0至1 5碎的等級，並藉由固著於晶座2 6背面的轴心3 0 構件而被施加。研漿2 1被沈積於該拋光墊2 〇的頂端上。 第2表示一種典型的習知技藝研漿傳輸系統。均勻化 學與機械組成的研漿21被容納於研漿桶3 4中，研漿係藉由 隔膜幫滤3 6而以方向3 8被抽出。該蠕動式幫浦4 0將沈積經 控制及間歇數量的研漿21於拋光墊20上，而已為隔膜幫浦

36所抽取的剩餘44研漿將回到研漿桶34。為二個幫浦36， 40所提供之研漿2丨的速率可為作業與環境的條件所控制， 諸如被拋光的表面種類、晶圓18和/或拋光平台2 2的旋轉 速率等。 美國專利第5, 775, 983號（Shendon等人）表示一種錐

第6頁 509611 五、發明說明（4) 狀滾輪式襯墊。 美國專利第5, 70 9, 5 93號（Guthrie等人）表示一種用 於研漿散佈的方法。然而，該參考文獻係與本發明不同。 美國專利第5，791，97 0號（Yueh)表示一種研漿循環 系統。 美國專利第5, 750, 440號（Vane 1 1等人）教導一種混 合化學機械拋光用之研漿的方法。 美國專利第5, 30 5, 554號（Emken等人）表示一種用於 振動大量加工系統（vibratory mass finishing system)

的”密閉回路"蒸汽控制系統。 美國專利第5, 688, 360號（Jai rath)表示一種圓柱狀 調整襯墊，以及研漿散佈系統。 【發明之概要】 本發明教導一種密閉回路研漿散佈系統。本發明新穎 之處在於拋光墊被安裝於由一襯墊/軸心裝置所組成的一 旋轉圓柱狀平台上，而非拋光墊被安置於其上的傳統式平 口 該圓柱狀概墊具有χ — γ —2；方向的運動；該圓柱狀襯墊 更具有旋轉運動。被拋光晶圓除了旋轉運動以外 且有 X - Y-Z方向的運動。

本设計新穎之處在於拋光墊被安裝於一圓柱狀軸心表 面上之獨特的襯墊/轴心設計。該研漿係以傳統的方法被 抽取/彳列如使用隔膜幫浦），並流經一線狀儲存槽，該儲 存乎與該圓柱狀襯墊接觸並平行.於該襯墊。該裝置確 保一平坦的研槳層被維持在整個拋光墊上。使用本方法將

第7頁 509611 五、發明說明（5) = : = 條件下所產…達拋 其在 本 發 明 的 主 要 S 的在 於提 :供 一 種 化 學機 械 拋 晶 粒 與 晶 圓 的 整 個表 面具 有 均 勻 的 抛光 速 率 系統 本 發 明 的 另 個 目的 在於 提 供 一 種 密閉 回 路 而 降 低 化 學 機 械拋 光製 程 的 成 本 〇 本 發 明 的 另 一 個 目的 在於 消 除 蠕 動 式幫 浦 的 提供 一 穩 定 且 可 靠 的 研漿 供給 至 該 拋 光 塾。 本 發 明 的 另 — 個 目的 在於 消 除 研 漿 的過 量 使 低化 學 機 械 拋 光 製 程 的成 本。 本 發 明 的 另 一 個 目的 在於 消 除 該 晶 粒或 晶 圓 的執 道 運 動 ， 而 消 除 整個 該表 面 不 均 勻 性與 平 垣 題。 【圖 號 之 簡 要 說 明 元 件表 ] 18 晶 圓 20 拋 光 墊 21 研 漿 22 拋 光 平 台 24 箭 號 26 晶 座 32 箭 號 34 研 漿 桶 36 隔 膜 幫 浦 38 方 向 40 蠕 動 式 幫 浦 44 剩 餘 50 橫 剖 面 圖 52 晶 圓 51 圖 式 52 晶 圓 54 晶 座 56 襯 墊 /軸'C ▲、組件 57 旋 轉 運 動 58 神 心 Φ

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五、發明說明（6) 76 70 74 國式 旋轉運動 方向 研漿供給儲存槽 6 〇 抛光塾裝置 62研漿儲存槽 6 8 研漿幫浦 72研漿重力溢流 【較佳貫施例之細節說明_ 現在特別地參考第3，所示 統的透視圖。在第3左上角的橫剖面圖g之=漿散佈；

座54除了旋轉運動57以外，更具式51表系該E 由度。 、畀AYZ方向上的運動自 該襯塾/轴心組件5 6被更 分。一拋光墊裝置6 0被安裝於 。以本方法所設置的拋光塾數 襯墊數目皆可被使用，該數目 求。 在該襯墊/軸心5 6正下方 動自由度（如圖式6 6所示）的 墊/軸心組件5 6具有旋轉運動 研漿儲存槽6 2被安裝於一共用 心組件5 6與研漿儲存槽6 2二者 傳統式的研漿幫浦6 8係以方向 62中，來自研漿儲存槽62的研 漿傳輸至研漿供給儲存槽74。 一旋轉驅動器（未表示於 詳細地說明於第3的中心部 軸心58外圍並與該軸心平行 目並不被限制，任何其他的 應適合並滿足特定應用的要 所示係為具有X-Y-Z方向運 研漿儲存槽62。此外，該襯 7 6。該襯墊/軸心組件5 6與 的平台，而使得該襯墊/轴 具有一致且相同的運動。一 7 0將研漿抽取至研漿儲存槽 漿重力溢流7 2將回流並將研 圖中）將該概塾/轴心組件

第9頁 509611 五、發明說明（7) 5 6環繞其中心軸旋轉。該旋轉驅動器可為傳統式的設計， 而該旋轉驅動器的設計並非本發明的部分。被拋光的晶圓 5 2被定位於以方向5 7旋轉的晶座5 4上。該晶座5 4係極鄰近 於該襯墊/軸心組件5 6，以使得該晶圓5 2與該拋光墊6 0接 觸。該拋光墊6 0與晶圓5 2的接觸結合晶座5 4與襯墊/軸心 組件5 6的個別旋轉運動5 7，7 6將組成該化學機械拋光製程 ' 〇 由前述說明可清楚瞭解地是，雖然本發明的一特殊實 施例已被說明於此而用於作為舉例，惟本發明的各種改良 可於不違背本發明之精神與範疇下為之。因此，除了所附 Φ 申請專利範圍以外，本發明並不為所限。

第10頁 509611 圖式簡單說明 第1圖表示一種習知技藝的化學機械拋光系統 第2圖表示一種習知技藝的研漿傳輸系統。 第3圖表示本發明之裝置的概觀。 Φ

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Claims (1)

1. 509611 六、申請專利範圍 1 · 一種用於半導體晶圓之化學機械拋光平坦化的裝置 包含有： 一個 一個 一個 一個 一個 及 一個 2 ·如申 體晶 3 ·如申 體拋 4 一圓 如申 結構 的外 如申 於該 轴向 與該 如申 於該 軸向 用於安 用於將 用於安 用於將 用於沿 用於控 請專利 圓的平 請專利 光墊的 柱體所 請專利 ，其中 圍表面 請專利 圓柱狀 上，以 圓柱體 請專利 圓柱狀 上，以 裝半導體晶圓的平台； 安裝半導體晶圓用的該平台旋轉的構件； 裝半導體拋光墊的圓柱狀平台； 該圓柱狀平台旋轉的構件； 著該圓柱狀平台均勻散佈研漿的構件；以 制研漿流量的構件。 範圍第1項之裝置，其中該用於安裝半導 台係由一個平坦表面晶座平台所組成。 範圍第1項之裝置，其中該用於安裝半導 圓柱狀平台係由安裝於一圓柱軸或軸心的 組成。 範圍第1項之裝置，其中該拋光墊為内凹 該拋光墊的内凹内表面係與該圓柱狀平台 匹配並具有相同輪廊。 範圍第1項之裝置，其中該拋光墊被安裝 平台的外圍表面上，並在該圓柱狀平台的 及由一個拋光墊所組成，且該拋光墊具有 長度相同或約略相同的長度。 範圍第1項之裝置，其中該拋光墊被安裝 平台的外圍表面上，並在該圓柱狀平台的 及由多數個拋光墊所組成，且該拋光墊具

   第12頁 509611 六、申請專利範圍 有可為或可不為均勻但較該圓柱體長度為短的長度。 7 ·如申請專利範圍第1項之裝置，其中該拋光墊被安裝 於該圓柱狀平台的外圍表面上，並在該圓柱狀平台的 軸向上，以及由多數個拋光墊所組成，且該拋光墊具 有與該圓柱體長度相同或約略相同的長度。 8 ·如申請專利範圍第1項之裝置，其中該諸拋光墊被安 裝於該圓柱狀平台的外圍表面上，並在該圓柱狀平台 的軸向上，以及由多數個拋光墊所組成，且該拋光墊 具有可為或可不為均勻但較該圓柱體長度為短的長度 〇 9 ·如申請專利範圍第1項之裝置，其中沿著該圓柱狀平 台均勻散佈研漿的該構件係由結合有一研漿幫浦及研 漿供給與排放管件的研漿儲存槽所組成。 10如申请專利範圍第1項之裝置，其中該控制研漿流量 的構件係由該研漿儲存槽的重力溢流所組成。 11 ·如申請專利範圍第i項之裝置，其中將旋轉運動傳遞 至該晶座的構件係由一旋轉驅動馬.達所組成。 1 2 ·如申請專利範圍第i項之裝置，其中將旋轉運動傳遞 至該圓柱狀平台的橼件係由一旋轉驅動馬達所組成。 1 3 ·如申請專利範圍第i項之裝置，其中更供給_構件用 於施壓，藉此構件該拋光墊被緊靠半導體晶圓。 14·如申請專利範圍第13項之裝置，其中施該壓力的該構 件係由固著於該軸心（該拋光墊被安裝於此）裝置 端的氣動式圓柱體所組成。

   第13頁 509611 六、申請專利範圍 1 5 · —種用於將一半導體晶圓平坦化的方法，包含有： 提供一個或多個研磨拋光墊，該拋光墊具有一懸浮介 質、多數個固定懸浮於該懸浮介質中的研磨微粒以 及附有多數個暴露研磨微粒的一平坦化表面； 至少移動該固定的研磨拋光墊與該晶座之一，以進行 其間的相對運動； 將在密閉回路研漿供給系統中的研漿供給至該拋光墊 將半導體晶 以及使用 其中該非 廢料，而 微粒。 1 6 ·如申請專利 變施加於晶 的拋光速率 1 7 ·如申請專利 力排放口的 供給幫浦而 研漿儲存槽 圓壓靠研磨微粒，而由該晶圓移除材料； 一非研磨性再刷新元件於該平坦化表面， 研磨性再刷新元件將由該平坦化表面移除 完全無需更換在該平坦化表面的暴露研磨 範圍第1 5項之方法，更包含有以拋光墊改 圓之壓力的步驟，因而控制該半導體晶圓 〇 範圍第1 5項之方法，更包含有藉由改變重 高度而改變研漿供給速率，以及藉由研漿 改變研漿供給的步驟，因而改變該研漿由 排放的速率。

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