TWI465316B - 化學機械研磨系統 - Google Patents

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TWI465316B TW100121260A TW100121260A TWI465316B TW I465316 B TWI465316 B TW I465316B TW 100121260 A TW100121260 A TW 100121260A TW 100121260 A TW100121260 A TW 100121260A TW I465316 B TWI465316 B TW I465316B
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Yi Nan Chen
Hsien Wen Liu
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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一研磨後清洗單元，其中研磨後清洗單元與晶圓研磨單元互相連結。
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。
在化學機械研磨處理程序中，研磨漿料(以下亦稱漿料)是主要的成分，而且扮演重要的角色。一般而言，在化學機械研磨處理程序中，所使用的漿料主要成分是懸浮在去離子水(deionized water)或是氫氧化鉀(KOH)水溶液中的二氧化矽膠體顆粒(colloidal silica)。漿料通常以自動化漿料供應裝置來提供，以確保其能被均勻的分散漿料於研磨墊上。在習知技術中，使用過的漿料首先會被排放至於廢液接收器，此廢液接收器位於化學機械研磨機台內，接著該使用過的漿料會被儲存於廢液桶中，最後被棄置。
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(polyvinyl alcohol，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(tetramethyl ammonium hydroxide，TMAH)，同時會被噴灑至晶圓表面，用以清洗晶圓之表面。然而，由於清洗晶圓過程中，四甲基氫氧化銨的用量龐大，使得此清洗步驟的平均單片晶圓耗費金額約為1.3至1.5美元。因此，有必要加以改進化學機械研磨系統，降低晶圓研磨成本。
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，用以降低整體晶圓研磨成本。
根據本發明之化學機械研磨系統包括有一晶圓研磨單元，此晶圓研磨單元用以產生使用過的漿料、一漿料處理系統，用來接受並處理使用過的漿料，藉以提取出一鹼液、以及一研磨後清洗單元，使用提取出的鹼液來清洗一經過研磨的晶圓表面。研磨後清洗單元包含有複數個滾軸，用來支撐並轉動一晶圓、一清洗刷，用來刷洗晶圓、以及一噴灑棒，設置在清洗刷附近，用來將提取出的鹼液噴灑至經過研磨的晶圓表面。
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圖為依據本發明一較佳實施例所繪示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或一研磨單元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可以為同一化學機械研磨機台的一部份，但不限於此。第2圖例示一研磨單元10之組態。一般而言，晶圓研磨單元10可以包括一連接於轉軸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。此轉軸101可以被一馬達(圖未示)所驅動。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110上，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。
前述之漿料S，通常呈鹼性，可包含有研磨粒子、具有反應性之化學試劑，如過渡金屬錯合物鹽類或、氧化劑、以及一輔助劑，如溶劑、緩衝溶液、或安定試劑。含有鹽類或其他試劑的漿料可以提供化學蝕刻的功能，而研磨顆粒在研磨墊的輔助下，則可以提供機械研磨的功能。根據本發明之較佳實施例，前述之漿料S可以是氧化物型，如陶瓷，或金屬研磨顆粒型。舉例而言，在氧化物型的漿料中，顆粒可包含二氧化矽(SiO2)、氧化鈰(CeO2)、碳化矽(SiC)、氮化矽(Si3N4)、氧化鐵(Fe2O3)、氧化鋁(Al2O3)、或其他合適的氧化物。而金屬顆粒可包含鎢或銅等等。此漿料之組成可含有高重量百分比的固體成分，如大約40% wt.或以上，且固體成分中的研磨顆粒具有一平均粒徑，此粒徑呈常態分佈且被限定在一定之範圍內。舉例而言，對於氧化物形式漿料，其粒徑限制在0.05至5微米，對於鎢金屬漿料，其粒徑限制在20至35微米。
仍參照第1圖所示，使用過的漿料S’可以被廢液底槽140接收(第2圖)，並且經由廢棄漿料排放管路144排放至一廢液桶150中。使用過的漿料S’可以透過一泵浦P1(第1圖)，加壓運送至一漿料處理系統30。在另一實施例中，可以不以泵浦加壓運送使用過的漿料S’，而僅透過重力作用，令使用過的漿料S’自然流至漿料處理系統30。根據本發明之較佳實施例，漿料處理系統30可以將使用過的漿料S’中的懸浮顆粒，如研磨顆粒或研磨墊碎片，從鹼性水溶液(如氫氧化鉀或氨水)分離出來。
根據本發明之較佳實施例，舉例而言，漿料處理系統可包含一離心分離裝置302以及一過濾裝置304。首先，使用過的漿料S’被加壓運送至離心分離裝置302，透過由離心分離裝置302提供的離心力，使大部分位於使用過的漿料S’內的懸浮顆粒使溶液分離，進而形成澄清的液態漿料S”，此漿料內僅含非常微量之懸浮固體成分。在泵浦P2的加壓下，澄清漿料S”會經由一連接導管312被運送至一過濾裝置304。殘留的懸浮顆粒會完全被過濾裝置移除，因此會形成一提取出的鹼液S’’’。根據本發明之最佳實施例，過濾裝置304可以為表面過濾式或曲徑垂直過濾式。舉例而言，過濾裝置304可包含薄膜或纖維介質，此薄膜或纖維介質足以過濾存在於使用過的漿料S’內的最小粒徑的研磨顆粒。上述提取出的鹼液S’’’實質上不含固體成分，且此提取出的鹼液S’’’會經由連接導管322被輸送至研磨後清洗單元20，用以清潔晶圓之表面。另可分別設置一閥件342和一閥344於連接導管312以及連接導管322內，用以控制流體流量，或於管線維修時使用。當然，除上述的過濾裝置外，其他相類似的過濾裝置或過濾器也可以被設置於前述之漿料處理系統30內，而達到本發明之目的。
第3圖顯示一研磨後清洗單元20。如第3圖所示，一研磨後清洗單元20可以是單面式或雙面式晶圓刷洗清潔器，用以移除殘留在晶圓122表面的漿料。在研磨之後，晶圓122會被機械臂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的待清潔面會朝向滾軸清洗刷212，且清洗時，晶圓122、滾軸252、滾軸清洗刷212均位於一腔體202內。留在晶圓122表面的漿料殘留物會被滾軸清洗刷212移除乾淨。在刷洗以及清洗的過程中，提取出的鹼液S’’’同時會被施加於晶圓122之待清潔面(如箭頭所示)。一般而言，提取出的鹼液S’’’可藉由設置於清洗刷212附近之噴灑棒214噴灑出。噴灑棒214之入口端214a可以與前述之連接導管322相連接，且此連接導管322與第2圖所示之過濾裝置304之出口端相連接。
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
10．．．晶圓研磨單元
20．．．研磨後清洗單元
100．．．研磨平台
30．．．漿料處理系統
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
144．．．廢棄漿料排放管路
150．．．廢液桶
202．．．腔體
212．．．滾軸清洗刷
214．．．噴灑棒
214a．．．入口端
252．．．滾軸
302．．．離心分離裝置
304．．．過濾裝置
312‧‧‧連接導管
322‧‧‧連接導管
342、344‧‧‧閥件
P1‧‧‧泵浦
P2‧‧‧泵浦
S‧‧‧漿料
S’‧‧‧使用過的漿料
S”‧‧‧液態漿料
S'''‧‧‧提取出的鹼液
第1圖為依據本發明一較佳實施例所繪示之部分化學機械研磨系統之示意圖。
第2圖例示一化學機械研磨單元之各組成構件。
第3圖例示一研磨後清洗單元之各組成構件。
1．．．化學機械研磨系統
10．．．晶圓研磨單元
20．．．研磨後清洗單元
30．．．漿料處理系統
144．．．廢棄漿料排放管路
150．．．廢液桶
302．．．離心分離裝置
304．．．過濾裝置
312．．．連接導管
322．．．連接導管
342、344．．．閥件
P1．．．泵浦
P2．．．泵浦
S’．．．使用過的漿料
S”．．．液態漿料
S’’’．．．提取出的鹼液

Claims (8)

  1. 一種化學機械研磨系統，包含有：一晶圓研磨單元，其產生一使用過的漿料：一漿料處理系統，用來接受並處理該使用過的漿料，藉以提取出一鹼液，該漿料處理系統包含有一離心分離裝置以及一過濾裝置，該使用過的漿料會先經過該離心分離裝置，之後再經過該過濾裝置；以及一研磨後清洗單元，使用該提取出的鹼液來清洗一經過研磨的晶圓表面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨系統，其中該提取出的鹼液實質上不含固體成分。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨系統，其中該研磨後清洗單元包含有複數個滾軸，用來支撐並轉動一晶圓、一清洗刷，用來刷洗該晶圓、以及一噴灑棒，設置在該清洗刷附近，用來將該提取出的鹼液噴灑至該經過研磨的晶圓表面。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之化學機械研磨系統，其中該噴灑棒的一進口係與該漿料處理系統連接。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨系統，其中該研磨後清洗單元係為一刷洗清潔器。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨系統，其中該晶圓研磨單元包含有一研磨平台、一研磨墊，設於該研磨平台上、一研磨頭，用來固定並轉動一晶圓、以及一漿料供應裝置。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨系統，其中該提取出的鹼液包含有氫氧化鉀(KOH)溶液。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨系統，其中該提取出的鹼液包含有氨水(NH4OH)。
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