TWI233859B - Slurry arm automatic control apparatus and method - Google Patents

Description

1233859 五、發明說明α) 發明所屬之技術領域： 本發明係有關於一種研磨漿臂（Slurry Arm)自動控制裝置 及方法’特別是有關於一種可在化學機械研磨（Chemicai Mechanic Polishing ; CMP)過程中改善晶圓研磨表面地形 之研磨漿臂自動控制裝置及方法。 先前技術： 隨著半導體製程技術的蓬勃 趨勢下，不僅加快了積體電 也促使元件不斷地朝更高之 發展。在製程技術進入深次 元件獲得更高的積集度，對 求也變得更為嚴苛。 發展’在電子元件短小輕薄的 路之線寬尺寸微縮化的腳步， 積集度（Integratiori)的方向 微米世代後’為了使積體電路 元件之待處理表面的平坦度要 在所有平坦化技術中，化學機械研磨法是一種全面性 化（Global Planarization)技術，可同時運用具有旦 物質的機械式研磨與酸鹼溶液的化學式研磨兩種 1性 除晶圓表面的材質，讓晶圓表面達到全面性的平坦用，移 薄膜沉積、或蝕刻等步驟之進行。由於全；平= 化疋多層内連線金屬化最基本的一個要求，且化風=垣 磨製程為目前公認達到全面性平坦化唯一最可―予、械研 因此已廣泛地運用在現今的半導體製程中。行的方去， 請參照第1圖，第1圖係繪示習知化學機械研磨之 圖。在化學機械研磨製程中，研磨漿1〇8藉不意 的輸送而施放在化學機械研磨機台1〇〇之研磨墊1水’106

第6頁 1233859 五、發明說明（2) ' ^ (Polishing Pad)l 02上，以進行晶圓1〇4之研磨步驟。 ， 然而，由於研磨漿臂1 〇 6係固定不動，因此每次進行研磨 時，研磨漿108都會從相同位置施放到研磨墊1〇2上，而 生研磨漿108在研磨墊丨02上分布不均的現象。如此一來， 受到研磨漿108分布不均的影響，將導致整個晶圓1〇4上 研磨之材料層，例如氧化矽等介電材料層，的移.除率不一 致，進而造成研磨表面不平整。 而由於研磨時移除率的不一致所引發之研磨表面不平整的 現象，更不利於後續製程之進行。舉例而言，在完成氧化 層之研磨時，常會產生晶圓中間之氧化層厚度大於晶圓邊 緣之氧化層厚度，以及晶圓中間之氧化層厚度小於晶圓邊 緣之氧化層厚度兩種不同情形。當晶圓中間之氧化層厚产 大於晶圓邊緣之氧化層厚度時，後續之介層窗蝕刻步^ $ 在晶圓邊緣發生過度蝕刻（Over Etching)的現象，而使^ 底下之金屬層的厚度變薄，嚴重的話可能會產生不正常$ 通，而造成短路；而當晶圓中間之氧化層厚度小於晶圓邊 緣之氧化層厚度時，介層窗蝕刻步驟會在晶圓邊緣發生餘 刻不足（Under Etching)的現象，嚴重的話甚至會使介芦 窗無法貫穿氧化層，進而造成斷路。 9 發明内容： 蓉於上述之發明背景中，氧化層在化學機械研磨時，由於 整體研磨速率不一致的影響，使得整片晶圓上之氧化層的 移除率不盡相同，而導致氧化層之研磨表面地形不平

1233859 五、發明說明（3) 如此一來，將嚴重影響狳钵i办丨_ 下降。 mu，蝕刻製程之控制，導致可靠度 因此，本發明的主要目的之一就 動控制裝置，*有計算單元盘供-種研磨漿臂自 圓研磨後之厚度分布1算出、根據測試晶 如π也胳辟π 异出研磨聚臂之適當位置，並移 動研磨水#至此適當位置。故 度’獲得高平整度之研磨表面。 》所應之勺勾 ^發明：另-目的就是在提供一種研磨漿臂自動控制方 法，可透過現有之電腦整合製造（c〇mputer lntegrated

Manufacturing ;CIM)系統，將測試晶圓研磨後之厚度資 訊直接傳輸至研磨漿臂自動控制裝置，以自動進行計算以 及研磨襞臂之位置的調整。因此，可節省人力資源，並可 避免人工錯誤。 本發明之再一目的就是在提供一種研磨漿臂自動控制方 $ ’可根據測試晶圓之厚度資訊自動將研磨漿臂調整至適 當位置。因此，可改善研磨表面之平整度，進而提升後續 蝕刻製程的可靠度。 根據以上所述之目的，本發明更提供了一種研磨漿臂自動 控制裝置’設置於一化學機械研磨機台中，且此研磨漿臂 自動控制裝置至少包括：一研磨漿臂；一計算單元，其中 此計算單元至少包括一訊號處理控制板，且此訊號處理控 制板中建置有一移除率接收器程式用以計算經一化學機械 研磨步驟後之一测試晶圓之一厚度資訊，並藉以獲得上述 之研磨漿臂之一位置調整值；以及一移動單元，其中此移 1233859

動單70至少包括-移動馬達以及一傳動裝置，且此移 達之一端與上述之訊號處理控制板接合，此移動馬: -端則與傳動裝置之—端接合，而傳動裝置之另： 上述之研磨漿f連接，此移動馬達可用以根據從訊 ς 控制板傳來之研磨漿臂的位置調整值，來帶動傳動理 進而移動研磨漿臂。 根據以上所 自動控制方 研磨步驟後 中此研磨漿 算單元，其 此訊號處理 一移動單元 傳動裝置， 接合.，此移 動裝置之另 單元之訊號 驟，藉以獲 上述之移動 臂的位置調 移動研磨漿 可藉由例如 接傳輸至研 度資訊自動 述之目的， 法，至少包 之一厚度資 臂自動控制 中此計算單 控制板中至 ，其中此移 且此移動馬 動馬達之另 一端則與上 處理控制板 得上述之研 單元的移動 整值，並根 臂。 電腦整合製 磨漿臂自動 進行計算以 本發明另外 括：提供一 訊至一研磨 裝置至少包 元至少包括 少包括一移 動單元至少 達之一端與 一端與傳動 述之研磨漿 對所提供之 磨漿臂之一 馬達接收從 據此位置調 造系統，將 控制裝置， 及研磨漿臂 更提供了一 測試晶圓經 漿臂自動控 括：一研磨 一訊號處理 除率接收器 包括一移動 上述之訊號 裝置之一端 臂連接；利 厚度資訊進 位置調整值 計算單元傳 整值移動傳 測試晶圓之 並可根據測 的位置調整 種研磨漿臂 一化學機械 制裝置，其 漿臂；一計 控制板，且 程式；以及 馬達以及一 處理控制板 連接，而傳 用上述計算 行一計算步 ;以及利用 來之研磨聚 動裝置藉以 厚度資訊直 試晶圓之厚 。因此，不

第9頁 1233859 ----- 五、發明說明（5) 程Ίϊ:有效…磨“之平整度，達 實施方式： 士發明揭露一種研磨漿臂自動控 有之電腦整合贺拌会姑收、丨上 及方法’可猎由現 漿臂自動試晶圓之厚度資訊傳輸至研磨 所傳來之厚度資訊自動進行算 :U 了根據 位罟。m山 _ , 异I將研磨襞臂調整至適當 因此’可大幅改善研磨表面之平整 的目的。為了使本發明之 ^凡備，可參照下列描述並配合第2圖與第3圖之圖示。 =照第2 ϋ，第2圖係繪示本發明之一較佳實施例之研磨 ^自動控制裝置的示意圖。研磨漿臂自動控制裝置206 係位於化學機械研磨機台2〇〇中之研磨墊2〇2的一侧，而待 研磨之晶圓2 0 4則位於此研磨墊2 〇 2上。研磨漿臂自動控制 裳置206至少包括研磨漿臂2〇8、計算單元、以及移動單 凡，其中研磨漿臂208之開口位於研磨墊202上方，用以施 放研磨漿220於研磨墊202上。上述之計算單元更具有移除 率接收器程式之訊號處理控制板2 1 〇，移動單元則至少包 括移動馬達212以及傳動裝置214。其中，訊號處理控制板 210可例如為中央處理單元（Central processing Unit ; CPU)，且訊號處理控制板21 0内可包含例如可程式邏輯控 制電路（Programmable Logical Circuit ;PLC)。此外， 移動馬達212可例如為步進馬達（Step Motor)，而傳動裝 第10頁 1233859

置2 1 4則可例如 達212的帶動， 208。 為皮 可驅 帶、#輪、或電磁鐵等。經由移動馬 動傳動裝置214 ’藉以移動研磨漿臂 ’訊號處理控制板210之- 210之另一端盥兹製造系統216連接，訊號處理控制板 之另一端則盥值馬達212之一端連接，而移動馬達212 知、h、傳動襞置214之一端連接，傳動裝置214另 與測量機卜電腦整合製造系統216可 ^ 接，藉以將測量機台21 8所獲得之測試資 95ln專輸研磨漿臂自動控制裝置20 6之訊號處理控制板 ^ 1 0 ° 咐 >、併參照第3圖，第3圖係繪示本發明之一較佳實施例之 測4晶圓上量測點的分布圖。本發明之研磨槳臂自動控制 方法係利用研磨漿臂自動控制裝置2G6，f先，將測試晶 圓300放在化學機械研磨機台2〇〇中之研磨墊2〇2上進行化 學機械研磨步驟。待測試晶圓300完成研磨後，將測試晶 圓3 00傳送至測量機台218上，進行厚度測量，藉以獲得測 試晶圓300經化學機械研磨步驟後之厚度資訊。 在本發明之一較佳實施例中，於測試晶圓3 〇 〇之一直徑上 共設定21點測量點，如第3圖所示。經測量機台2丨8量測這 21點測量點之厚度後，獲得測試晶圓3 〇 〇經研磨後之厚度 分布資訊。再透過電腦整合製造系統2丨6將所獲得之厚度 分布資訊傳輸至計算單元之訊號處理控制板21 〇，並利用 訊號處理控制板21 0内之移除率接收器程式進行計算。將

1233859 五、發明說明（7) 測？晶圓300上邊緣之測量點a、測量點b、測量點f、以及 測置點g之厚度的平均值減去測試晶圓3〇〇中央之測量點 c、測量點d、以及測量點e之厚度的平均值，所獲得之數 值若大於250A ，研磨漿臂208應朝研磨墊2〇2中心移動2釐 = (ππη);所獲得之數值若大於4〇〇A ，研磨漿臂2〇8應朝研 ^墊202中心移動4随。將測試晶圓3〇〇中央之測量點c、測 I點d、旦以及測量點e之厚度的平均值減去測試晶圓3〇〇邊 f之測篁點a、測量點b、測量點f、以及測量點§之厚度的 獲得之數值若A^25QA，研磨㈣208應朝研 磨墊202邊緣移動2mm ;所獲得之數值若大於4_ 臂208應朝研磨墊202邊緣移動—。其中，以上所 ””、：採用之測試晶圓3〇〇邊緣與 數 罝、以及測量晶圓300之邊緣與中央之厚 研磨漿臂208的位置調整值，僅孫太麻RS ，、所對應之 300之測量點的數量可依需求予以增 /科1’則忒'圓 之邊緣與中央厚度差異所採用之測曰量的异曰測：晶圓300 ^ ^ ^ ^ 只』里黑占的數置亦可依會際 舄求予以凋五，而測量晶圓3〇〇之邊緣與中里、 所對應之研磨漿臂208的位置調整俏目，丨& & /心序厪差呉 機台之個別性質而變化。θ整值則依各化學機械研磨 在訊號處理控制板210中完成測試晶圓3〇〇 磨漿臂208之位置調整值的計料， 厚度刀布與研 衆臂2。8位置調整值傳輸至移動馬達21鼻出來之研磨 212根據研磨漿臂208之位置調整值進行運二

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五、發明說明（8) 達212的運轉帶動傳動裝置214，再由傳動 磨槳臂208，而使研磨漿臂2〇8依照所計算出之二研 移動至適當位置。#研磨t臂2〇8調整至 广,

可利用此研磨漿臂208施放研磨漿22〇至 P 進行晶圓204之研磨。 唧原蛩上，來 ^上所述，纟發明之-優點就是因為本發明 動控制裝置具有計算單元與移動單元， /^’自 麻尨々/1痒次％ >丄μ ， 早疋可根據測試晶圓研 磨後之厚度貝訊，计鼻出研磨漿臂 移動研磨襞臂。因&，可達到改盖，並據以 獲得高平整度之研磨表面。。研磨均勻度的目的’而 本發明之又一優點就是因為本發明之研磨 法可透過現有之電腦整合製造夺统，=是自動控制方 後之厚度資訊直接傳輸至研磨㈡自試晶圓研磨 整值，並可自動調整研磨出：磨漿臂之位置調 :源，並可避免人工錯誤…達到提升製程;Π:: 為本發明之研磨漿臂自動控制方 位置。因⑯，不僅可改：；===臂調整至適當 續#刻製程的可靠度與良率表面之千整度，1可提升後 瞭解的，以上所述僅為本發明之較 佳貫把例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡 其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之㈣

第13頁 1233859 五、發明說明（9) 飾，均應包含在下述之申請專利範圍内。 im 第14頁 1233859 圖式簡單說明 圖式簡單說明： 本發明的較佳實施例已於前述之說明文字中輔以下列圖形 做更詳細的闡述，其中： 第1圖係繪示習知化學機械研磨之裝置示意圖； 第2圖係繪示本發明之一較佳實施例之研磨漿臂自動控制 裝置的不意圖，以及 第3圖係繪示本發明之一較佳實施例之測試晶圓上量測點 的分布圖。 元件代表符號簡單說明： 100 化 學 機 械 研 磨 機 台 102 研 磨 墊 104 晶 圓 106 研 磨 漿 臂 108 研 磨 漿 200 化 學 機 械 研 磨 機台 202 研 磨 墊 204 晶 圓 206 研 磨 漿 臂 白 動 控 制裝置 208 研 磨 漿 臂 210 訊 號 處 理 控 制 板 212 移 動 馬 達 214 傳 動 裝 置 216 電 腦 整 合 製 造 系 統 218 測 量 機 台 220 研 磨 漿 300 測 試 晶 圓 a 測 量 點 b 測 量 點 C 測 量 點 d 測 量 點 e 測 量 點 f 測 量 點 g 測 量 點

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Claims (1)

1233859 六、申請專利範圍 1· 一種研磨漿臂（Slurry Arm)自動控制裝置，設置於一化 學機械研磨機台中，且該研磨漿臂自動控制裝置至少包 括： 一研磨漿臂； 一計算單元，用以計算經一化學機械研磨步驟後之一測試 晶圓之一厚度資訊，並藉以獲得該研磨漿臂之一位置調整 值；以及 一移動單元分別接合於該計算單元以及該研磨漿臂，用以 接收從該計算單元傳來之該研磨漿臂之該位置調整值，並 根據該位置調整值移動該研磨漿臂。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之研磨漿臂自動控制裝置， 其中該計算單元至少包括一訊號處理控制板，且該訊號處 理控制板至少包括一移除率接收器程式。 3. 如申請專利範圍第2項所述之研磨漿臂自動控制裝置， 其中該訊號處理控制板至少包括一可程式邏輯控制電路 (PLC)。 4. 如申請專利範圍第2項所述之研磨漿臂自動控制裝置， 其中該訊號處理控制板係一中央處理單元（CPU)。 5.如申請專利範圍第1項所述之研磨漿臂自動控制裝置， 其中該移動單元至少包括一移動馬達以及一傳動裝置，且

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六、申請專利範圍 該傳動裝置連接該移動馬達以及該研磨漿臂 6·如申請專利範圍第5項所述之研磨漿臂自動控制裝复， 其中該移動馬達係一步進馬達（Step Motor)。 7 ·如申請專利範圍第5項所述之研磨漿臂自動控制裝薏， 其中該傳動裝置係選自於由皮帶、齒輪、以及電磁 ’ 成之一族群。 斤叙

8· —種研磨漿臂自動控制裝置，設置於一化學機械研磨 台中，且該研磨漿臂自動控制裝置至少包括： 嗎 一研磨漿臂； 一訊號處理控制板，其中該訊號處理控制板至少包括一 除率接收器程式用以計算經一化學機械研磨步驟後之一測 ”曰:圓之-厚㈣m，並#以獲得該研磨漿臂t 一位置調 整值， 一！ϊϋ，且該傳動裝置之-端接合該研磨襞臂；以及 a，:姑’其中該移動馬達之一端與該訊號處理控制板 入了 移動馬達之另一端則與該傳動裝置之另一端接 二麻將i夕f馬達用以根據從該訊號處理控制板傳來之該 胳路4位置調整值，來移動該傳動裝置，進而移動 所述之研磨漿臂自動控制裝置 9 ·如申請專利範圍第8項

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六、申請專利範圍 其中該訊號處理控制板至少包括一可程式邏輯控制電路 10.如申請專利範圍第8項所述之研磨漿臂自動控制裝置 其中該訊號處理控制板係一中央處理單元。 1 11.如申請專利範圍第8項所述之研磨漿臂自動控制装置 其中該移動馬達係一步進馬達。 1 2·如申請專利範圍第8項所述之研磨漿臂自動控制装置， 其中該傳動裝置係選自於由皮帶、齒輪、以及電磁^所組 成之一族群。 、 1 3. —種研磨漿臂自動控制方法，至少包括： 提供一測试晶圓經一化學機械研磨步驟後之一厚度資訊至 一研磨漿臂自動控制裝置，其中該研磨漿臂自動控制裝置 至少包括一研磨漿臂、一計算單元、以及一移動單元，且 該移動單元分別與該研磨漿臂以及該計算單元接合； 利用該計算單元對該厚度資訊進行一計算步驟，藉以獲得 該研磨漿臂之一位置調整值；以及 利用該移動單元接收從該計算單元傳來之該研磨漿臂之該 位置5周整值，並根據該位置調整值移動該研磨漿臂。 1 4 ·如申請專利範圍第1 3項所述之研磨漿臂自動控制方 法’其中k供該測試晶圓之該厚度資訊之步驟係利用一電

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六、申請專利範圍 腦整合製造（CIM)系統。 1 5 ·如申請專利範®第1 3項所述之研磨襞臂自動控制方^ 法，其中該計算單元至少包括/訊號處理控制板，且°亥汛 號處理控制板至少包括一移除率接收器程式。 1 6 ·如申請專利範圍第1 5項所述之研磨漿臂自動控制方-法，其中該訊號處理控制板至少包括一可程式邏輯控制電 路。 1 7 ·如申請專利範圍第1 5項所述之研磨漿臂自動控制方 法，其中該訊號處理控制板係一中央處理單元。 1 8 ·如申請專利範圍第1 3項所述之研磨漿臂自動控制方 法，其中該移動單至少包括一移動馬達以及一傳動裝置， 且該傳動裝置連接該移動馬達以及該研磨漿臂。 1 9·如申請專利範圍第1 8項所述之研磨漿臂自動控制方 法，其中該移動馬達係一步進馬達。 2 0 ·如申清專利範園第1 3項所述之研磨漿臂自動控制方 法’其中該傳動裝置係選自於由皮帶、齒輪、以及電磁鐵 所組成之一族群。

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21.—種研磨漿臂自動控制方法，至少包括： 提供一測試晶圓經一化學機械研磨步驟後之一厚度資訊至 —研磨漿臂自動控制裝置，其中該研磨漿臂自動=制^ 至少包括： & 一研磨漿臂； 一计算單元’其中該計算單元至少包括一訊號處理控制 板’且該訊號處理控制板中至少包括一移除率接收器程 式，以及 一移動單元’其中該移動單元至少包括一移動馬達以及一 傳動裝置’且遠移動馬達之一端與該訊號處理控制板接 合’該移動馬達之另一端與該傳動裝置之一端連接，而該 傳動裝置之另一端則與該研磨漿臂連接； ^ 利用該計算單元之 計算步驟，藉以獲 利用該移動單元之 研磨漿臂之該位置 動裝置藉以移動該 該訊號處理控制板對 得該研磨漿臂之一位 該移動馬達接收從該 調整值，並根據該位 研磨漿臂。 該厚度資訊進行一 置調整值；以及 計算單元傳來之該 置調整值移動該傳 22·如申請專利範圍第21項所述之研磨漿臂自動控制方 法’其中k供該測試晶圓之該厚度資訊之步驟係利一 腦整合製造系統。 ’、 23·如申請專利範圍第21項所述之研磨漿臂自動控制方 法，其中該訊號處理控制板至少包括一可程式邏輯控制電

第20頁 1233859 六、申請專利範圍 路0 2 4 ·如申請專利範圍第2 1項所述之研磨漿臂自動控制方 法，其中該訊號處理控制板係一中央處理單元。 2 5 ·如申請專利範圍第2 1項所述之研磨漿臂自動控制方 法，其中該移動馬達係一步進馬達。 動控制方 以及電磁 2 6 ·如申請專利範圍第2 1項所述之研磨漿臂自 法，其中該傳動裝置係選自於由皮帶、齒輪、