TWI443000B - 化學機械研磨系統 - Google Patents

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Description

化學機械研磨系統
本發明是關於一種晶圓處理系統，特別是有關一種整合式化學機械研磨系統，該系統包含一晶圓研磨單元以及研磨後清洗單元，研磨後清洗單元與晶圓研磨單元互相連結。本發明之目的在於避免晶圓研磨單元之排放管路的阻塞。
在半導體工業中，化學機械研磨(chemical mechanical polishing,CMP)技術常被用來平坦化晶圓上的材料層。在化學機械研磨操作過程中，漿料係被分散在研磨墊的表面，且研磨墊表面以及晶圓表面間彼此進行相對運動及摩擦，此相對運動會對晶圓表面造成機械以及化學的研磨作用力，透過這樣的程序，可以獲得一相當平整之晶圓表面。經過化學機械研磨的處理程序後，晶圓會被移送至清洗單元，並以聚乙烯醇(PVA)材質之滾軸清洗刷進行刷洗。在清洗的過程中，一鹼性化學物，例如四甲基氫氧化銨，同時會被噴灑至晶圓表面，用以清洗晶圓之表面。
目前的化學機械研磨處理程序常要面臨到廢棄漿料排放管路阻塞的問題。造成阻塞的原因，可能是研磨顆粒、鹼性的化學物晶體、以及/或研磨墊碎片的聚集結塊。因為阻塞排放管路的物質非常難以去除，因此清洗該阻塞的排放管路相當廢時。為了確保排放管路的清潔，往往需要延長機台維護時間，使得化學機械研磨設備的停工時間拉長，因而增加製造成本。
尤有甚者，許多阻塞物會積留在排放管路的遠端位置，而找出位於遠端排放管路的阻塞位置是非常困難且近乎不可行的。在某些情況下，即便才結束化學機械研磨機台的維護程序或排放管路清潔程序，排放管路仍會出現滲漏的現象。因此，有必要提供一種改良式的化學機械研磨系統及方法，用以因應廢棄漿料排放管路的阻塞以及化學機械研磨機台滲漏的問題。
本發明目的之一在提供一種改良式的化學機械研磨系統，包括一晶圓研磨單元及一研磨後清洗單元，此研磨後清洗單元與晶圓研磨單元相結合，用以解決上述之習知技術之缺失。
根據本發明之化學機械研磨系統包括有一晶圓研磨單元，此晶圓研磨單元包含一廢液底槽，用來接受使用過的漿料，以及一廢棄漿料排放管路，用來排放使用過的漿料。一研磨後清洗單元，與該晶圓研磨單元連結，並且將該研磨後清洗單元的一使用過的鹼性化學物，如四甲基氫化銨，導入該晶圓研磨單元，俾使該使用過的鹼性化學物能即時的清洗該廢棄漿料排放管路，避免該廢棄漿料排放管路阻塞。本發明之晶圓研磨單元包含一研磨平台、一研磨墊，設於該研磨平台上、一研磨頭，用來固定並旋轉一晶圓，以及一漿料供應裝置。研磨後清洗單元可能包含複數個滾軸，用來支撐並轉動一晶圓、一清洗刷，用來刷洗該晶圓、以及一清洗劑噴灑棒，位於該清洗刷附近。
為讓本發明之上述目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施方式，並配合所附圖式，作詳細說明如下。然而如下之較佳實施方式與圖式僅供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
第1圖繪示的是本發明第一較佳實施例之化學機械研磨系統1。如第1圖所示，化學機械研磨系統1包含至少一晶圓研磨單元10以及一研磨後清洗單元20，晶圓研磨單元10以及研磨後清洗單元20可以為一化學機械研磨機台的一部份，但不限於此。一般而言，晶圓研磨單元10可能包括一連接於轉軸101之研磨平台100，在化學機械研磨過程中，研磨平台100會繞著轉軸101的軸心旋轉。一研磨墊110設於研磨平台100之上。一研磨頭120，用來固定並轉動一晶圓122。在研磨的過程中，一漿料供應裝置130會噴灑漿料S於研磨墊上110，研磨頭120會施壓於轉動的晶圓122，使晶圓122與研磨墊110相接觸，並在研磨的過程中，使研磨墊110之表面與晶圓122產生相對運動及摩擦，此相對運動會對晶圓122表面造成機械以及化學的研磨作用力。使用過的漿料S’可被廢液底槽140接收，並且經由廢棄漿料排放管路144排放至一廢液桶150中。
如同先前所述，研磨粒子、鹼性的化學物晶體、以及/或研磨墊的碎片所產生的聚集、結塊或沉積現象，造成廢棄漿料排放管路144或是漿料排放出口142的阻塞。因為阻塞住廢棄漿料排放管路144的物質非常難以去除，因此清洗該阻塞的排放管路144是曠日廢時的。為了確保廢棄漿料排放管路144的清潔，往往需要更多的機台維護時間，進而拉長了化學機械研磨設備的停工時間，導致製造成本增加。尤有甚者，許多阻塞物會積留在廢棄漿料排放管路144的遠端位置，而找出位於遠端廢棄漿料排放管路144的阻塞位置是非常困難且近乎不可行的。在某些情況下，即便是才剛結束化學機械研磨機台的維護程序或廢棄漿料排放管路144清潔程序，廢棄漿料排放管路144仍會出現滲漏的現象。因此，有必要提供一種改良式的化學機械研磨系統及方法，用以因應廢棄漿料排放管路144的阻塞以及化學機械研磨機台滲漏的問題。
仍參閱第1圖，本發明研磨後清洗單元20可以是單面式或雙面式晶圓刷洗清潔器。在研磨之後，晶圓122會被移送至研磨後清洗單元20。在研磨後清洗單元20中，包含複數個滾軸252，用來支撐並轉動一晶圓122，此時，晶圓122的待清潔面會朝向滾軸清洗刷12。在刷洗的過程中，留在晶圓122表面的漿料殘留物會被滾軸清洗刷210移除。上述的刷洗以及清潔過程中，一鹼性化學物B，如四甲基氫化銨(tetramethyl ammonium hydroxide,TMAH)，會同時施加於晶圓122之待清潔表面。鹼性化學物B可增進清潔能力並協助移除附著或吸附於晶圓122表面之漿料研磨物或顆粒。通常，鹼性化學物B可藉由位於滾軸清洗刷210附近的噴灑棒200噴灑出。而使用過的鹼性化學物B’可以被廢液底槽240承接。
根據本發明之第一最佳實施例，研磨後清洗單元20中的廢液底槽240與晶圓研磨單元10中的廢液底槽140經由一連接導管310相連通。因此，在刷洗晶圓的122的過程中，使用過的鹼性化學物B’可以在重力的作用下，由研磨後清洗單元20中的廢液底槽240排放至晶圓研磨單元10中的廢液底槽140。藉由這樣的結構配置，每次當研磨後清洗單元20進行運作，廢液底槽140以及廢棄漿料排放管路144即可被使用過的鹼性化學物B’清洗，如此可避免研磨漿料中的研磨顆粒、鹼性的化學物晶體、以及/或研磨墊的碎片在廢棄漿料排放管路144或排放出口142聚集、結塊或沉積。
簡言之，本發明的優點在於晶圓研磨單元10的廢液底槽140以及廢棄漿料排放管路144可以即時的在線上被清潔乾淨，並且在清潔的過程中，化學機械研磨程序仍可繼續運作，而無需停機。除此之外，因為廢棄漿料排放管路144可維持在潔淨的狀態，因此可以大幅縮短化學機械研磨系統的預防性維修時間，並且可避免滲漏的風險。
第2圖顯示本發明第二較佳實施例之部分化學機械研磨系統結構示意圖。如同第2圖所示，化學機械研磨系統1a包含至少一晶圓研磨單元10以及一研磨後清洗單元20，晶圓研磨單元10以及研磨後清洗單元20可以整合在同一化學機械研磨機台，但不限於此。一般而言，晶圓研磨單元10可包括一連接在轉軸101之研磨平台100。在化學機械研磨的過程中，研磨平台100會繞著轉軸101的軸心旋轉。一研磨墊110設於研磨平台100之上。一研磨頭120用來固定並轉動一晶圓122。在研磨的過程中，一漿料供應裝置130會噴灑漿料S於研磨墊上110。研磨頭120會壓抵住轉動的晶圓122，使晶圓122與研磨墊110相接觸，並在研磨的過程中，使研磨墊110之表面與晶圓122產生相對運動及摩擦，此相對運動會對晶圓122表面造成機械以及化學的研磨作用力。使用過的漿料S’可被廢液底槽140接收，並且經由廢棄漿料排放管路144排放至一廢液桶150中。
經過化學機械研磨的處理程序後，晶圓122會被移送至研磨後清洗單元20。研磨後清洗單元20包含複數個滾軸252，用來支撐並轉動一晶圓122，此時，晶圓122之待清潔面會朝向滾軸清洗刷210。在刷洗的過程中，留在晶圓122表面的漿料殘留物會被滾軸清洗刷210移除乾淨。在清洗的過程中，一鹼性化學物B，例如四甲基氫氧化銨，同時會被噴灑至晶圓122待清潔之表面。通常，鹼性化學物B可藉由位於滾軸清洗刷210附近的噴灑棒220噴灑出。根據本發明之第二最佳實施例，而使用過的鹼性化學物B’可以被廢液底槽240承接，並透過排放管路244，儲存於收集桶250。收集桶250與晶圓研磨單元10中的廢液底槽140透過一連接導管410相連接。一幫浦420設置於連接導管410內，用以加壓使用過的鹼性化學物B’，使其由收集桶250被運送至晶圓研磨單元10之廢液底槽140。一控制閥402可選擇性地被設置於連接導管410中，用以控制使用後鹼性化學物B’的進入。於晶圓研磨單元10中，廢液底槽140以及廢棄漿料排放管路144可以被使用過的鹼性化學物B’清洗，因此，可避免存在於研磨漿料中的研磨顆粒、鹼性的化學物晶體、以及或研磨墊的碎片在廢棄漿料排放管路144或排放出口142聚集、結塊或沉積。
第3圖顯示本發明第三較佳實施例之部分化學機械研磨系統結構示意圖。如同第3圖所示，化學機械研磨系統1b包含至少一晶圓研磨單元10以及一研磨後清洗單元20，晶圓研磨單元10以及研磨後清洗單元20可能整合在同一化學機械研磨機台，但不限於此。一般而言，晶圓研磨單元10可包括一連接在轉軸101之研磨平台100，在化學機械研磨的過程中，研磨平台100會繞著轉軸101的軸心旋轉。一研磨墊110設於研磨平台100之上。一研磨頭120用來固定並轉動一晶圓122。在研磨的過程中，一漿料供應裝置130會噴灑漿料S於研磨墊上110。研磨頭120會壓抵住轉動的晶圓122，使晶圓122與研磨墊110相接觸。在研磨的過程中，研磨墊110之表面與晶圓122會產生相對運動及摩擦，此相對運動會對晶圓122表面造成機械以及化學的研磨作用力。使用過的漿料S’可能被廢液底槽140接收，並且經由廢棄漿料排放管路144排放至一廢液桶150中。
經過化學機械研磨的處理程序後，晶圓122會被移送至研磨後清洗單元20。研磨後清洗單元20包含複數個滾軸252，用來支撐並轉動一晶圓122。此時，晶圓122之待清潔面會朝向滾軸清洗刷210。在刷洗的過程中，留在晶圓122表面的漿料殘留物會被滾軸清洗刷210移除乾淨。並且，一鹼性化學物B，例如四甲基氫氧化銨，同時會被噴灑至晶圓122待清潔之表面。通常，鹼性化學物B可藉由位於滾軸清洗刷210附近的噴灑棒220噴灑出。
根據本發明之第三最佳實施例，研磨後清洗單元20之廢液底槽240不直接與晶圓研磨單元10之廢液底槽140相連接。使用過的鹼性化學物B’會在重力的作用下，經由連接導管510，由研磨後清洗單元20之廢液底槽240排放至晶圓研磨單元10之廢棄漿料排放管路144。藉由這樣的結構，在每次研磨後清洗單元20的運作下，使用過的鹼性化學物B’僅會清洗晶圓研磨單元10之廢棄漿料排放管路144。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
1‧‧‧化學機械研磨系統
1a‧‧‧化學機械研磨系統
1b‧‧‧化學機械研磨系統
10‧‧‧晶圓研磨單元
13‧‧‧漿料供應裝置
20‧‧‧研磨後清洗單元
100‧‧‧研磨平台
101‧‧‧轉軸
110‧‧‧研磨墊
120‧‧‧研磨頭
122‧‧‧晶圓
130‧‧‧漿料供應裝置
140‧‧‧廢液底槽
142‧‧‧排放出口
144‧‧‧廢棄漿料排放管路
150‧‧‧廢液桶
210‧‧‧滾軸清洗刷
220‧‧‧噴灑棒
240‧‧‧廢液底槽
244‧‧‧排放管路
250‧‧‧收集桶
252‧‧‧滾軸
310‧‧‧連接導管
402‧‧‧控制閥
410‧‧‧連接導管
420‧‧‧幫浦
510‧‧‧連接導管
B‧‧‧鹼性化學物
B’‧‧‧使用過的鹼性化學物
S‧‧‧漿料
S’‧‧‧使用過的漿料
第1圖顯示本發明第一較佳實施例之部分化學機械研磨系統結構示意圖。
第2圖顯示本發明第二較佳實施例之部分化學機械研磨系統結構示意圖。
第3圖顯示本發明第三較佳實施例之部分化學機械研磨系統結構示意圖。
1．．．化學機械研磨系統
13．．．漿料供應裝置
10．．．晶圓研磨單元
20．．．研磨後清洗單元
100．．．研磨平台
101．．．轉軸
110．．．研磨墊
120．．．研磨頭
122．．．晶圓
130．．．漿料供應裝置
140．．．廢液底槽
142．．．排放出口
144．．．廢棄漿料排放管路
150．．．廢液桶
210．．．滾軸清洗刷
220．．．噴灑棒
240．．．廢液底槽
252．．．滾軸
310．．．連接導管
510．．．連接導管
B．．．鹼性化學物
B’．．．使用過的鹼性化學物
S．．．漿料
S’．．．使用過的漿料

Claims (10)

  1. 一種化學機械研磨系統，包含有：一晶圓研磨單元，包含一廢液底槽，用來接受使用過的漿料，以及一廢棄漿料排放管路，用來排放該使用過的漿料；以及一研磨後清洗單元，與該晶圓研磨單元分離設置，其中該研磨後清洗單元包括另一廢液底槽，該另一廢液底槽經由一連接導管與該晶圓研磨單元的該廢液底槽連結，並且將該研磨後清洗單元的一使用過的鹼性化學物導入該晶圓研磨單元，俾使該使用過的鹼性化學物能即時的清洗該廢棄漿料排放管路，避免該廢棄漿料排放管路阻塞。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨系統，其中前述使用過的鹼性化學物包含四甲基氫氧化銨(tetramethyl ammonium hydroxide,TMAH)。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨系統，其中前述使用過的鹼性化學物係被直接導入至該晶圓研磨單元的該廢液底槽中。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨系統，其中前述使用過的鹼性化學物不被導入至該晶圓研磨單元的該廢液底槽中。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨系統，其中前述使用過的鹼性化學物係藉重力流入該晶圓研磨單元。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨系統，其中前述研磨後清洗單元係為一晶圓刷洗機。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨系統，其中前述使用過的漿料係排入一廢液桶。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨系統，其中每次該研磨後清洗單元操作時，該使用過的鹼性化學物就能即時的清洗該廢棄漿料排放管路。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨系統，其中前述晶圓研磨單元包含一研磨平台、一研磨墊，設於該研磨平台上、一研磨頭，用來固定並旋轉一晶圓，以及一漿料供應裝置。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨系統，其中前述該研磨後清洗單元包含複數個滾軸，用來支撐並轉動一晶圓、一清洗刷，用來刷洗該晶圓、以及一清洗劑噴灑棒，位於該清洗刷附近。
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