TWI303594B - Apparatus and method for conditioning polishing pad for chemical mechanical polishing apparatus - Google Patents

Description

1303594 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本务明係關於一種調節用於化學機械研磨裝置之研磨塾 的裝置及方法，且更特定言之，係關於一種能夠減少用於 調節研磨墊之金剛石碟之尺寸的調節用於化學機械研磨裝 置之研磨墊的裝置及方法。 【先前技術】

般而&，化學機械研磨裝置在研磨墊與半導體晶圓之 間機械地產生摩擦且使用研磨劑化學且機械地研磨半導體 晶圓之表面。 在藉由在研磨墊與半導體晶圓之間產生摩擦而研磨半導 體晶圓表面中，研磨墊之表面同樣受到研磨，因而降低其 耐磨效能。 為防止研磨墊之耐磨效能降低，將工業金剛石碟附著於 調節載具以調節研磨墊之表面。下文將參考附圖描述調節 化學機械研磨裝置之研磨墊的習知裝置。 圖1為化學機械研磨裝置之習知研磨裝置的示意圖，且圖 2為調節化學機械研磨裝置之研磨塾的習知裝置的示意圖。 參考圖1與圖2,習知化學機械研磨裝置之研磨裝置包括 -用於固定半導體晶圓且在該半導體晶圓與一研磨墊5之 間產生摩擦以研磨半導體晶圓的研磨载具！用於固定一 調節研磨墊5之環形金剛石碟的調節載具2,及一用於旋轉 研磨載具1及調節載具2的轉轴4。 在此，附著於調節載具2之金剛石碟3具有相當於研磨塾5 113223.doc 1303594 之半徑的直徑，且藉由棘 ^ 田褥軸4而轉動且旋轉以調節研磨墊5 之整個表面。 由於金剛石碟3隨調節研磨 換金剛石碟磨塾5而同時磨抽，故應時常替 ::，習：化學機械研磨裝置使用具有相當於研磨塾5 之半徑之直徑的金剛石碑点 系3以凋即研磨墊5。因此，使用如 此大型且中貝之金剛石磾 理成本提高。 〃使化子機械研磨裝置之維護及管 【發明內容】 [技術問題] 小：：决：：及’或其他問題’本發明之一態樣提供使用較 及方法,至剛石碟調節化學機械研磨裝置之研磨墊的裝置 [技術解決方案] :發明之一態樣提供一種用於調節化 研磨墊的裝置，其包括:―安置於 == 轡苴始絲4曰今从& 疋丹罕*甲且週期地改 艾其凝轉才干之旋轉方向的臂驅動馬達；— 轉軸之下表面之偏心仞罢态 1 女置於该 地的方疋轉桿且一端藉由該臂驅動 馬達之驅動力沿一路 ”、’動 的臂·及… 半徑之半圓形執道往復運動 的’，及-可轉動地與該臂之 其中-小尺寸之金剛石磾附著”下：表面相响合且於 該f詈可…碟附者於该下表面的固持器。 口口 、 ^包括—可轉動地與臂相嚙合且容納固捭 益之固持器固定部件’·—用於旋轉該固 杜口持 驅動馬達；及一用於斗^ ° Q疋。卩件之碟 用於升局/降低容納於固持器固定部件中之 I13223.doc 1303594 固持器的調壓器。 該碟驅動馬達可控制固持器w部件之旋轉速度。 该调壓器可改變在固持器下降以使金剛石碟與研磨墊相 接觸之狀恶下金剛石碟與研磨墊之間的接㈣力。 虽臂在-個方向旋轉時，臂驅動馬達可改變臂在不同部 分中之旋轉速度。 臂驅動馬達可使用帶向臂傳輸驅動力，且其進_步包括 一用於谓測帶是否正常運作的帶谓測部件。 金剛石碟可具有相當於研磨墊半徑的1〇_4〇%之直徑。 本發明之另—態樣提供—種在半導體晶圓研磨處理期間 稭由在研磨墊與金剛石碟之間產生摩擦來㈣化學機械研 磨裝置之研磨塾的方法·，該方法包括沿—跨研磨墊之半徑 的半圓形軌道往復運動具有相#於研磨塾半徑的⑷娜之 直徑的金剛石碟以調節該研磨塾。 金剛石碟之半圓形移動軌道可分為至少兩部分，且其移 動速度在每一部分中皆可改變。 金剛石碟可以最高速度移動經過研磨墊之邊緣部分，以 最低速移動經過中_ ’且以中等速度移動經過中心部 分。 金剛石碟之半圓形移動軌道可分為至少兩部分，且金剛 石碟與研磨墊之間的接觸壓力在每一部分。▲ Τ白可改變。 金剛石碟在研磨墊之邊緣部分可具有最高接觸壓力，在 中間部分可具有最低接觸壓力且在中心部分可具二中等接 113223.doc 1303594 金剛石碟之半圓形移動軌道至少可分為兩部分，且金剛 石碟之旋轉速度在每一部分中皆可改變。 玉 金剛石碟在研磨塾之邊緣部分中可具有最高速度，在中 間部分中可具有最低旋轉速度且在中心部分中可： 旋轉速度。 〃 [有利效應]

根據本發明之調節化學機械研磨裝置之研磨墊的裝置及 方法包括一沿半圓形軌道驅動之臂及一附著於該臂… =ΓΓ之小尺寸金剛石碟。該裝置及方法可均勻地調 即研磨墊且降低與管理、維護及替換金剛石碟有關 【實施方式】 [本發明之模式] 現將參考附圖詳細描述本發 所有參考數字係指相同之元件 圖3為根據本發明之示範性實施例的調節化學機械研磨 j之研磨墊的裝置的透視圖，且圖4為圖3之剖面圖。 ，考圖3及圖4，根據本發明之調節化 研磨墊的桊晉白杯· 扃置之 、置匕括·-週期地改變轉子之旋轉方向的臂驅 繞 ，一！由一帶11接受臂驅動馬達10之旋轉力以環 疑轉桿沿半11形執道往復運動的臂20;-安置在臂2(] 、古半口P刀處且固定_用於調節一研磨墊7〇之金剛石碟31 m 及女置在臂20之旋轉桿中且經由一帶4 1向 」3〇傳輸旋轉力的碟驅動馬達40。 口持严30係藉由一可轉動地與臂2。之一端的下部相嚙 113223.doc 1303594 合的固持器固定部件60予以固定，且係藉由㈣器5〇之壓 力調節而沿固持器、固定部件6〇垂直地移動。 參考數字12表示用於偵測帶11是否正常運作的帶侧部 件，且翏考數字21表示用於伯測固持器固定部件60是否下 P牛而使至剛石碟31與研磨墊7G接觸的研磨墊仙部件。 在下文中將詳細描述根據本發明之調節化學機械研磨裝 置之研磨墊的裴置的構造與運作。 變=轉=達:可控制其旋轉方向及速度且一 σ由此經由帶11向臂20傳輸驅動力。 2〇Γ動馬達1G之驅動力係經由帶11向臂20傳輪，因此，臂 20% I其旋轉桿沿半圓形執道旋轉。 臂包括-直接連接帶n以藉 的旋轉桿，及一白兮#絲1 U疋位置旋轉 .^ ^疋轉桿之下端伸出且在其突出端之下 表面處與固持器嚙合的突出部件。 ‘之下 臂2〇之旋轉桿以與驅動馬達 件自旋轉桿下端伸出之末端… 向凝轉，且突出部 此時，臂2〇m 道往復運動。 固持器，藉由ΐΓ〇弓tr置在研磨塾70之半徑的中間，且 圓形軌道移動。 研磨塾70的邊緣與中心之間的半 碟願動馬達40安妒 轉桿中。另外”4: 道往復運動之臂2。的旋 給流體至用於升“:：管穿過碟驅動馬達4。之側表面供 與臂，驅動馬達二门持器固定部件6°之調屋器5。。 傳輸旋轉力。該旋轉二Γ:動馬達4。在一個方向以勻速 曰由V41傳輸至安置於臂2〇之突出 113223.doc -10· 1303594 件—側的下表面的固持器固定部件60 固持器固定部件6〇可在預定之位置相料 於供給流體至固持器固定部件6〇之^目對於臂2〇旋轉，用 連接以防止流體供給管扭曲。调堡器5。藉由旋轉接頭 藉由傳輸至固持器固定 力，與固持㈣定部件6G相#碟㈣馬達4G之旋轉 * ^ . 嗦&之固持器30與固定於：ϋ下 表面之小尺寸金剛石碟31 一同旋轉。 下 徑金剛石碟31可具有相當於研磨，。半徑的之直 固持器3 0可藉由調壓 調節研磨墊70時，降 金剛石碟3 1與研磨塾 在此，固定於固持器固定部件6〇之 器5〇之運作來升高或降低。亦即，告 低固持器30以允許附著於其下表面： 70之研磨表面接觸。 晶圓時，同時調節研磨墊7〇，且 升同固持器3 0以允許金剛石碟3 j δ化學機械研磨半導體 當化學機械研磨完成時， 空間上遠離研磨墊7〇。 之金剛石碟3 1以跨研磨墊之半徑畫 旋轉與研磨墊70接觸 圓弧。 j此，由於轉轴（未顯示）以句速旋轉，所以整個研磨墊70 可精由以此方式移動金剛石碟31來調節。 圖5為根據本發明之化學機械研磨裝置之透視圖。 參考圖5’在根據本發明之調節化學機械研磨裝置之研磨 塾的裝置中’包括臂驅動馬達1G及碟驅動馬達4q之臂狀 旋轉桿的-部分安裝於轉軸丨⑽中，之其他部件及金 113223.doc 1303594 剛石碟31暴露於外部。 的^石碟31具有小於用於固W導體晶圓之研磨載且8〇 ^轉Γ金剛石碟31可藉由旋轉轉軸⑽自身、驅動臂20及 疋轉i剛石碟而相繼調節整個研磨墊％。 現將詳細描述金剛石碟3 1之移動。 二為比較根據本發明之調節化學機械研磨裝置之研磨 μ置與調節研磨墊之習知裝置的平面圖。

之門2廑在自知技射’用於在半導體晶81與研磨塾70 生摩擦以研磨晶圓之表面的研磨載具8。具有大體上 =2固定調節研磨㈣之表面之金剛石碟的調節載具 的尺寸，且與調節載且 八 下表面相嗜合的金剛石碟亦 具有大體上等於調節載具90之尺寸。 依賴於轉軸之旋轉，研磨載具80及調節載具9〇可轉動地 與轉軸相喃合以在研磨塾70之上表面上轉動。在此，旋轉 :磨載具80以研磨半導體晶圓，且亦旋轉調節載具90以調 卽研磨塾70之表面。 另一方面，旋轉桿其一端安置在研磨墊70之半徑的中 間且在另一端包括在研磨墊70之中心與邊緣之間沿半圓 形軌道往復運動的臂20。另外，一小尺寸之金剛石碟”以 固持器30之媒體固定於臂2〇之另一端的下表面。因此，有 可能調節研磨墊70且減少金剛石碟3〗之維護與管理成本。 圖7為根據本發明之金剛石碟之執道的平面圖。 參考圖7,在根據本發明之示範性實施例的調節化學機械 研磨裝置之研磨墊的裝置中使用之金剛石碟的執道為半圓 113223.doc 12 1303594 形圖案，使得在轉軸旋轉時可調節整個研磨墊7〇。 在驅動小尺寸之金剛石碟3丨且調節研磨墊7〇的過程期間 之調節程度與金剛石碟31與研磨墊7〇之間的接觸壓力/、金 剛石碟31之線速度及接觸時間成比例。 亦即，§金剛石碟3 1與研磨墊7〇之間的接觸壓力保持均 勻且自研磨墊70之中心向邊緣以勻速線性地移動金剛石碟 31時，可均勻地調節研磨墊7〇之整個表面。 然而，金剛石碟31得以旋轉而非線性地移動，因此引起 不規則地調節研磨墊7〇。 為彌補研磨墊70之不規則調節，可在不同之部分70不同 地設定例如金剛石碟31之速度之其他參數。 在圖7中，研磨塾7〇可分為一邊緣部分a、—巾間部分b 及中心部分C，以便可控制臂驅動馬達1〇之速度來改變金 剛石碟31在每一部分中之速度。 ” 分為三部分（意即邊緣部分八、中間部分B及中心部分q 僅為-實例。調節之均勾性可隨研磨墊7〇之速度差異部分 的數量的增加而改良。 刀 為便於控制及有效調節，速度差異部分之數量較佳為約 中間部分B較邊緣部分a及中心部分c經受更多之研磨。 因此’為減少研磨中間部分B，與其他部分相比，金剛石碟 3 1緩慢地行進通過中間部分b。 ’、 作為實驗之結果，在根據勾速驅動臂2G使用小尺寸之金 剛石碟川周節研磨墊对，邊緣部分a所受研磨最少，中心 113223.doc -13 - 1303594 部分C所受研磨中等且中間部分3所受研磨最多。 因此，金剛石碟3!應藉由臂2G最迅速地移動經過邊緣部 分A ’且按財心部分c及中間部分B之順序而減慢。 下式1給出金剛石碟31在每-部分中之最佳移動速度比。 [式1] A : B : C = 5v ·· 1·3ν ·· 1·6 v (v 為速度） 在上述實例中，臂驅動馬達1〇之驅動速度受控制且臂汕 之每一部分之速度亦受控制。另一方面，對於每一部分， 金剛石碟31與研磨墊70之間的接觸壓力可不同地設定。 在此，邊緣部分Α設定為具有最高壓力，且中心部分c及 中間部分B設定具有相繼降低之壓力。 在金剛石碟3 1與研磨墊7〇之上表面相接觸的狀態下，可 藉由由調壓器50降低固持器30來調節接觸壓力。 另外，碟驅動馬達40之旋轉速度在每一部分中皆可改 變，使得金剛石碟3 1之旋轉速度受不同地控制以均勻地調 節研磨墊70。 [工業適用性] 由上文可見，根據本發明之調節化學機械研磨裝置之研 磨墊的裝置及方法包括一沿半圓形執道驅動之臂及一附著 於該臂之用於調節研磨墊之小尺寸金剛石碟。該裝置及方 法可均勻地調節研磨墊且降低與管理、維護及替換金剛石 碟有關之成本。 【圖式簡單說明】 圖1為化學機械研磨裝置之習知研磨裝置的示意圖； 113223.doc -14- 1303594 θ為凋節化學機械研磨裝置之研磨墊 意圖； ;白夭哀置的示 圖3為根據本發明之示範性實施例的 裝晋夕m 也 丨子機械研磨 忒置之研磨墊的裝置的透視圖； m 圖4為圖3之剖面圖； =根據本發明之化學機械研磨裝置之透視圖、 墊的二根广本發明之調節化學機械研磨裝置之研磨

勺凌置與调節研磨墊之習知 、 我置的平面圖；及 圖7為根據本發明之金剛石碑 r ^ 朱之軌道的平面圖。 【主要元件符號說明】 t ® α 1 研磨載具 2 調節載具 3 金剛石碟 4 轉車由 5 研磨墊 10 臂驅動馬達 11 帶 12 帶偵測部件 20 臂 21 研磨墊偵測部件 30 固持器 31 金剛石碟 40 碟驅動馬達 41 帶

113223.doc -15. 1303594 50 調壓器 60 固持器固定部件 70 研磨墊 80 研磨載具 100 轉軸 A 邊緣部分 B 中間部分 C 中心部分 113223.doc -16-

Claims (1)

1303594 十、申請專利範圍·· —> 1 · 一種調節一化學 化子機械研磨裝置之一研磨墊的裝置，包 一安置於一旋韓鉍士 匕各· 方向的臂驅動馬:中且週期地改變其-旋轉桿之旋轉 料置於該轉軸之τ表面之—偏'讀置處的旋 ^ ^ μ #驅動馬達之驅動力沿一跨該研n 之“之半圓形軌道往復運動㈣；及 研磨塾 ::動地與该臂之該一端的下表面相嚙合且 一 ^寸金剛石碟附著於該下表面的固持器。-處 •如凊求項1之裝置，進一步包含·· 一可轉動地與該臂相响合 定部件； “亥固持杰之固持器固 =用於旋轉該固持器固定部件之碟驅動馬達；及 用於升尚/下降容納於該固持器固定 器的調壓器。 1千τ之该固持 3. ^::項2之裝置’其中該碟驢動馬達能夠 固定部件之旋轉速度。 ϋ持益 4. :請求項2之裝置，其中該㈣器能夠改變在 〜以使該金剛石碟與該研磨墊相接觸之狀態下該八下 碟與該研磨墊之間的接觸壓力。 X走剛石 5. 如請求項！之裝置，其中當該臂在—個 時 驅動馬達能夠改變該臂在不同部分中之旋轉速 ^该臂 6· Π求項5之裝置’其中該臂驅動馬達使用—帶：朴 動力至s亥臂，且進一步包含—用 勒驅 /匕3用於偵测該帶是否正常 113223.doc 1303594 作的帶偵測部件。 7 •如請求項6之裝置，纟中該金剛石碟具有相當於該研磨塾 半徑的10-40%的直徑。 ，8. 一種在半導體晶圓研磨處理期間藉由在一化學機械研磨 裝置之-研磨墊與一金剛石碟之間產生摩擦來調節該研 磨墊的方法，該方法包含： 使具有相#於該研磨墊半徑之1G··之直徑的該金剛 :碟沿-跨該研磨塾半徑之半圓形執道往復運動，以調 節該研磨墊。 9. t請求項8之方法’其中該金剛石碟之該半圓形移動軌道 分為至少兩部分’且在每—部分中其移動速度皆受不同 地控制。 10· ^月求項9之方法，其中該金剛石碟以最高速度移動經過 研磨墊之邊緣部分’以最低速移動經過一中間部分， 且以中等速度移動經過中心部分。 項8之方法’其中該金剛石碟之該半圓形 分為至少兩都八 罕几道 墊 刀’且在每-部分中該金剛石碟與該研磨 曰1的接觸壓力皆受不同地控制。 12.如請求項1J 部 、 u該金剛石碟在該研磨墊之邊緣 力且：— 觸麼力，在一中間部分具有最低接觸麼 中心部分具有_等接觸壓力。 1 3 ·如請求項$ 分為至少金剛石碟之該半圓形移動軌道 ^ tb. 邛刀，且在每一部分中該金剛石碟之旋韓、# 度皆雙e 疋轉速 】I3223.doc 1303594 14.如請求項13之方法，其中該金剛石碟在該研磨墊之邊緣 部分具有最高速度，在一中間部分具有最低旋轉速度且 在一中心部分具有中等旋轉速度。

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