TW553802B - Carrier head for chemical mechanical polishing - Google Patents

Description

本發明 是一種能有 係關於一種用於化學機械 效增加研磨均勻度的用於 研磨之研磨頭，特別 化學機械研磨之研磨 5〜2發明背景： 積體電敗、S A γ 、· 沈積而形成於j吊糸以導體層、半導體層與介電層的依序 積之後，這此:底材上’特別U晶圓上。在這些薄膜沈· 導體層、半=缚膜接著又被蝕刻以形成電路。當一連串的 的邊緣、卮从體層.與”電層的沈積與餘刻製程之後，底材 分不平垣。-曝露的部份或是最上層的薄膜表面卻變得十 擾。因此在坦的薄膜表面會造成積體電路製造上的困 母次的薄膜沈積後必須將薄膜表面平坦化。 化勢p 1 ，研磨為當今被接受的方法中最常使用的平坦 1§ 學機械研磨係將欲平坦化的晶圓固定在一研磨 頌上 ° ^ [S 66 ,7~. 、衣面則接觸相對旋轉的研磨墊。 磨頭提赢 可控制的倉恭十两、 響 aL J貝戰或壓力於晶圓上以將晶圓壓在研磨墊上。 此外研磨& 貝」疑轉以提供晶圓與研磨墊之間的相對轉動。 包S研磨粒與至少一種化學反應劑的研漿則施加於研

第5頁 553802 五、發明說明（2) 磨ί ^以提供一具研磨性的化學液於研磨墊與晶圓界面。 =子機械研磨貫際上為十分複雜的製程，與溼式研磨大異 其趣。在化學機械研磨製程中，研漿的反應劑與晶圓表面 反應、以开> 成反應點。研磨墊與研磨顆粒及反應點的交互作 用導致晶圓表面的研磨效果。 也伏表壓坦平， ，起圓的平之後 率的晶上當需數 速上、墊適所參 磨觀漿磨不依等。 研巨研研於須漿能 高與、及由必研產 供糙墊圓。漿與高 提粗磨晶間研墊最 要的研於時與磨的 僅上由加之墊研置 不觀係施需磨定裝 程微度與所研選磨 製無坦度磨，。研 磨面平速研陷定械 研表與對定缺而機 械圓度相決的料學 機晶糙的率面材化 學的粗間速表之定 化後、之磨磨磨決 的磨率墊研研研便 效研速磨。成欲率 有得磨研定造與速 使研與決會度磨 要。面力度坦研

化子指:械研磨製程的一個持續存在問題為晶圓研磨表 面的不均勾度。造成晶圓研磨表面的不均勻度的一個原因 為所謂的邊緣效應（Edge〜Effect)，亦即晶圓表面邊緣的 研磨速率與晶圓表面中央的研磨速率不同。造成晶圓研磨 表面的不均勻度的另外一個原因為所謂的中央效應（< Centef S10W Ef fect)，亦即晶圓表面中央的研磨度不足 。造成晶圓研磨表面的不均句度的另一個原因為晶圓邊緣 帶狀區研磨速率較快的現象（Fast Band Effect)。快帶 效應即距晶圓表面邊緣約丨5毫米至約2 〇毫米處有一環狀過

553802 五、發明說明（3) 度研磨的區域。此環狀過度研磨的區域的寬度為約2 〇毫米 。上述造成研磨均勻度不佳的效應會降低晶圓表面的整體 平坦度，因而增加積體電路製程的困難度並降低製程的良 率〇 第一圖顯示用於化學機械研磨之傳統研磨頭。研磨頭 100包含一研磨頭主體102、一固定環（Retaining Ring )104、一邊緣加壓環（Edge Load Ring) 106、一 包含刀 口 （ Incision) 110之支撐板 1〇 8與一彈性膜（Fiexibie Membrane) 112。研磨頭1〇〇裝載一晶圓於研磨墊上並將 ί二ί 1刀口 π 0與支撐板1 〇 8為剛性材料如不銹鋼製成。 遝^牯，支撐板1 0 8之刀口 1 1 〇被研磨頭主體1 〇 2施壓而 緣力…使彈性膜112接觸晶圓亦即造成晶 :强Π 密接觸。不過在研磨時刀口 "Ο的剛性 及彈性膜11 2幫曲的現象；gp合、生屮办 的研珩％里二 象部㈢以成例如快帶效應等不均勻 的研磨效果，而增加積髀带 制 p率 檟體私路衣耘的困難度並降低製程的 因此有必要發展出一 而本發明正能符合這· 有4a於上述傳統研磨頭的缺點 種新的研磨頭結構以克服這些缺點 樣的需求。 5 - 3發明目的及概述：

553802 五、發明說明（4) 本發明之一目的為提供一種可有效提高研磨均勻度的 改良的研磨頭。 本發明之另一目的為提供一種可有效克服快帶效應的 研磨頭。 本發明之另一目的為提供一種可增加晶圓表面的整體 平坦度、降低積體電路製程的困難度提高製程的良率的研 磨頭。 | 為了達成上述之目的，本發明利用一種用於化學機械 研磨之研磨頭，該研磨頭至少包含：一主體；一支撐板， 該支撐板於該主體内並具有一非剛性刀口環，該非剛性刀 口環固定於該支撐板外緣，該非剛性刀口環具有向下凸出 的一非剛性刀口；及一彈性膜位於該支撐板下且該彈性膜 之外緣延伸至該支撐板之外緣，其中該彈性膜係用於施加 壓力於一欲研磨的底材使該欲研磨的底材緊密接觸一研磨 墊。

I 上述有關發明的簡單說明及以下的詳細說明僅為範例 並非限制。其他不脫離本發明之精神的等效改變或修飾均 應包含在的本發明的專利範圍之内。

第8頁 553802 五、發明說明（5) 5-4發明的詳細說明： 在此必須說明的是以下描述之結構並不包含完整之f 程。本發明可以藉各種製程技術來實施，在此僅提^瞭解 本發明所需之製程與結構。以下將根據本發明所附圖示做 詳細的說明’請注意圖示均為簡單的形式且未依照比例描 繪’而尺寸均被誇大以利於瞭解本發明。 參考第二圖所示，顯示本發明之用於化學機械研磨之 研磨頭2 0 0。研磨頭2 0 0包含一主體2 0 2、一固定環（ ·

Retaining Ring) 204、一邊緣加壓環（£dge Load Ring: 206、一支撐板208、一包含刀口（Incision) 21 2之刀口環

Incision Ring) 210與一彈性膜（Flexible Membrane 2 1 4。在實際研磨時，研磨頭2 〇 〇上裝有欲研磨的底材例 ^ 一沈積有多種薄膜的晶圓，並將其欲研磨的底材的表面 壓在研磨墊上。研磨頭2 0 0亦將來自驅動轉軸（未圖示）之 轉動力矩傳遞至欲研磨的底材。主體2 0 2通常為圓形對應 於名人研磨的底材。通常有一圓柱狀的軸襯（未圖示）裝入 主體2 0 2的垂直中心，另外有兩條或更多用於提供氣動控鲁 制之管路（未圖示）貫穿主體2〇2。 主體 2 0 2連接至驅動轉軸並在研磨時隨驅動轉軸沿一 垂直於研磨墊之轉軸中心旋轉。主體2 0 2包含一加壓艙（

第9頁 5538〇2 五、發明說明（6)

Loading Chamber)，此加壓艙位於支撐板20 8上方並可用 來對支撐板2 0 8施加一向下壓力。支撐板2 0 8相對於研磨墊 的垂直位置亦可由加壓艙控制。 固定環2 0 4為一以螺拴固定於主體2 〇 2外緣的環帶。當 流體如氣體被幫浦送入加壓艙中時，固定環2 〇 4則被向下 推以對研磨墊加壓。固定環2〇4的底面為大致平坦，或呈 有複數個通道以促進研漿自固定環2〇4外導入欲研磨的底 材。固定環2 0 4之内面緊密接合欲研磨的底材以防止直自 研磨頭2 0 0下方脫離。 ”

邊緣加麼壤2 0 6為一位於[51中ϊ班9 Π /1咖从^成 m y、固疋％ 2 04内緣的環狀體。嘉 緣加壓壤2 0 6包含一大致平土曰沾本 m 遺 圍邊緣部份加壓。邊緣加壓璟？ η β赍皂 -周 1衣2 b通书為一相對於彈柯 214之剛性材料例如不銹鋼所製成。一 11膜 位於邊緣加壓環2〇6大致平料通常 材一固定表面。 十-的下表面以提供欲研磨的底 支樓板2 0 8為一碟狀剛性έ 土 * 士々 具有向下凸出…心ί 固定於支撐板208外緣。刀口淨 /、人彖的刀口環21· 一膠體環。刀口 212至少包含二=包含 2 1 0的相同材料形成。 &成刀口環

553802 五、發明說明（7) 彈性膜2 1 4為一由彈性材料形成之圓形片狀組件，彈 性材料為例如尼奥普林（Ne〇prene)、氯丁二烯（ 鱼石 二了乙烯（Ethylene)、丙稀（Propylene) ”矽橡膠（si 1 iCone rubber)等。彈性 板2 〇8外緣，而彈性膜2丨4的外緣則與刀口、 伸至支撐 距離，而以約！公分較佳。研磨時主體2〇 $差一預定 圖不）可推動支撐板2 0 8對彈性膜2 1 4加壓以你—氣囊（未 材貼緊，形成彈性膜214與欲研磨的底材緊二欲研磨的底 彈性膜214的外緣則與刀口 212相差-預定^接觸。由於 為非剛性，使得研磨時欲研磨的的離且刀口 212

度研磨或研磨技I -才的邊緣帶狀F τ I ，所沒戈研原逮率過快且彈性膜214亦不合狀E不會過』 i。因此研磨不均句的現象如快帶效庫/可出現f曲的現 體電路製程的困難度可有效降低並提高J程：，而積 上述有關發明的#,、 脫離本發明之精神的等;^ ^ H ^I非限制。复他不 的專利範圍之内。的4效改變或修錦均應包含在的；：=

553802 圖式簡單說明 為了能讓本發明上述之其他目的、特徵、和優點能更 明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作 詳細說明如下： 第一圖顯示用於化學機械研磨之傳統研磨頭；及 第二圖顯示本發明之用於化學機械研磨之研磨頭。 主要部分之代表符號： 1 0 0研磨頭 1 0 2主體 胃 1 0 4固定環 1 0 6邊緣加壓環 10 8支撐板 110刀口 1 1 2彈性膜 2 0 0研磨頭 2 0 2主體 2 0 4固定環 2 0 6邊緣加壓環 籲 2 0 8支撐板 2 1 0刀口環 2 1 2刀口 2 1 4彈性膜

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Claims (1)

1. 553802 六、申請專利範圍 1. 一種用於化學機械研磨之研磨頭，該研磨頭至少包含： 一主體； 一支撐板，該支撐板於該主體内並具有一非剛性刀口 環，該非剛性刀口環固定於該支撐板外緣，該非剛性刀口 環具有向下凸出的一非剛性刀口；及 . 一彈性膜位於該支撐板下且該彈性膜之外緣延伸至該 支撐板之外緣，其中該彈性膜係用於施加壓力於一欲研磨 的底材使該欲研磨的底材緊密接觸一研磨墊。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之研磨頭，其中上述之該非 剛性刀口環至少包含一膠體刀口環。 1 3. 如申請專利範圍第1項所述之研磨頭，其中上述之該彈 性膜之外緣距離該’非剛性刀口約1公分。 4. 如申請專利範圍第1項所述之研磨頭，其中上述之該支 撐板為不銹鋼製。 5. 如申請專利範圍第1項所述之研磨頭，其中上述之該底 材至少包含一矽晶圓。 6. —種用於化學機械研磨之研磨頭，該研磨頭至少包含： 一主體； 一支撐板，該支撐板於該主體内並具有一非剛性刀口

   第13頁 553802 六、申請專利範圍 環，該非剛性刀口環固定於該支撐板外緣，該非剛性刀口 環具有向下凸出的一非剛性刀口；及 一彈性膜位於該支撐板下且該彈性膜之外緣延伸至該 支撐板之外緣，其中該彈性膜之外緣與該非剛性刀口相距 一預定距離，且該彈性膜係用於施加壓力於一欲研磨的底 材使該欲研磨的底材緊密接觸一研磨墊。 7. 如申請專利範圍第6項所述之研磨頭，其中上述之該非 剛性刀口環至少包含一膠體刀口環。 8. 如申請專利範圍第6項所述之研磨頭，其中上述之該彈® 性膜之外緣與該非剛性刀口相距之該預定距離為約1公分 9.如申請專利範圍第6項所述之研磨頭，其中上述之該支 撐板為不銹鋼製。 1 0 .如申請專利範圍第6項所述之研磨頭，其中上述之該底 材至少包含一石夕晶圓。 1 1. 一種用於化學機械研磨之研磨頭，該研磨頭至少包含 一主體； 一支撐板，該支撐板於該主體内並具有一膠體刀口環

   第14頁 553802 六、申請專利範圍 ，該膠體刀口環固定於該支撐板外緣，該膠體刀口環具有 向下凸出的一膠體刀口；及 一彈性膜位於該支撐板下且該彈性膜之外緣延伸至該 支撐板之外緣，其中該彈性膜之外緣與該膠體刀口相距約 1公分，且該彈性膜係用於施加壓力於一欲研磨的底材使 該欲研磨的底材緊密接觸一研磨墊。 1 2.如申請專利範圍第1 1項所述之研磨頭，其中上述之該 支撐板為不銹鋼製。 1 3.如申請專利範圍第1 1項所述之研磨頭，其中上述之該® 底材至少包含一矽晶圓。

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