TWI505345B - 化學機械研磨裝置及方法 - Google Patents

Description

化學機械研磨裝置及方法

本發明係關於一種化學機械研磨(chemical mechanical polishing)技術或者一種化學機械平坦化(chemical mechanical planarization)技術，特別是指一種改良的化學機械研磨裝置及其製造方法，可在化學機械研磨製程中精密控制研磨均勻度。

機械研磨或化學機械研磨(chemical mechanical planarization,CMP)為現今的半導體製程中用以高度平坦化半導體晶圓表面的不可或缺的技術。在化學機械研磨製程中，晶圓係被按壓至一旋轉的研磨墊。此外，晶圓可同時於覆蓋漿料的研磨墊的表面上旋轉及來回擺動，以增加其研磨效率。

第1圖繪示一種習知化學機械研磨單元之示意圖。如第1圖所示，化學機械研磨單元30可包含一平台300，連接一機台軸301，用以在研磨時沿機台軸301的中央軸旋轉平台300。一研磨墊310設置於平台300上。一研磨頭320固定並旋轉晶圓322。在研磨時，漿料由一漿料供應裝置330噴灑至研磨墊310上。研磨頭320將旋轉的晶圓322壓至研磨墊310上以使研磨墊310的研磨表面及晶圓322產生相對運動，如此以於晶圓的表面上產生機械結合化學的效應。研磨墊310的尺寸可以是晶圓322直徑的數倍，且在研磨時，晶圓322通常是偏離研磨墊310的旋轉中心。

習知之化學機械研磨技術的其中一問題在於：在一晶圓表面的不同位置上難以控制其研磨率。由於在一晶圓表面上之研磨率一般正比於研磨墊的相對旋轉速度，因此在晶圓上之特定點之研磨率係與旋轉軸之距離有關。然而，為能在後續的高解析度微影製程中可靠的製造出下一層的電路，在化學機械研磨製程中有效的控制研磨均勻度顯得非常重要。換言之，高解析度微影製程只有在平坦的晶圓表面上才可達到高精密度。

本發明提出一種改良的化學機械研磨裝置，用以解決上述問題。

本發明提供一種化學機械研磨裝置，包含一殼體；一平台設置於殼體中，其中平台係由一中央圓形部分以及一周圍環形部分所組成，其中周圍環形部分環繞中央圓形部分，且周圍環形部分與中央圓形部分之間具有一間隙；一研磨頭用以固定並旋轉一晶圓；一第一研磨墊設置於中央圓形部分上；以及第二研磨墊設置於周圍環形部分上。一第一噴嘴用以供應一第一漿料於第一研磨墊上。一第二噴嘴用以供應一第二漿料於第二研磨墊上。第一漿料以及第二漿料係以不同流速提供。

雖然本發明以實施例揭露如下，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準，且為了不致使本發明之精神晦澀難懂，部分習知結構與製程步驟的細節將不在此揭露。

同樣地，圖示所表示為實施例中的裝置示意圖但並非用以限定裝置的尺寸，特別是，為使本發明可更清晰地呈現，部分元件的尺寸係可能放大呈現於圖中。再者，多個實施例中所揭示相同的元件者，將標示相同或相似的符號以使說明更容易且清晰。

第2圖繪示為本發明之一實施例的化學機械研磨裝置之剖面示意圖。如第2圖所示，化學機械研磨裝置10可包含一殼體100，一平台110設置於殼體100中，且一研磨頭220固定並旋轉一晶圓222。平台110連接一機台軸101以使平台110在研磨時依機台軸101的中央軸旋轉。在本發明一實施例中，平台110係由一中央圓形部分110a以及一周圍環形部分110b所組成，其中，周圍環形部分110b環繞中央圓形部分110a且周圍環形部分110b與中央圓形部分110a之間具有一間隙113。中央圓形部分110a及周圍環形部分110b具有共同圓心。在一較佳實施例中，間隙113的寬度d約0.5-5mm。

根據本發明之實施例，於中央圓形部分110a上設置一第一研磨墊112a，於周圍環形部分110b上設置一第二研磨墊112b。第一研磨墊112a的材質與第二研磨墊112b的材質可相同或不同。根據本發明之實施例，一第一漿料S1經由一第一噴嘴230a噴灑於第一研磨墊112a上，一第二漿料S2經由一第二噴嘴230b噴灑於第二研磨墊112b上。第一漿料S1的流速及濃度設定可與第二漿料S2的流速及濃度設定相同或不同。

第3圖為依據本發明之實施例所繪示的晶圓及研磨墊相對位置之俯視圖。如第3圖所示，中央圓形部分110a與周圍環形部分110b均沿同一方向150旋轉。舉例而言，中央圓形部分110a與周圍環形部分110b可同樣沿一反時針方向旋轉但具有不同轉速。在一實施例中，周圍環形部分110b的轉速較中央圓形部分110a的轉速慢，例如，可設置一差速齒輪(未繪示)以產生不同轉速。

在研磨製程中，旋轉的晶圓222可以一與方向150相反之方向250旋轉，且其藉由研磨頭220按壓至第一及第二研磨墊112a及112b，以使第一及第二研磨墊112a及112b的研磨表面同時與晶圓222產生相對運動。在一實施例中，研磨頭220的位置可沿方向260(見第2圖)調整。在一實施例中，研磨頭220在第一及第二研磨墊112a及112b之間旋轉，如此，晶圓222的一環形邊緣區域E可直接接觸第二研磨墊112b。在一實施例中，環形邊緣區域E的表面積約佔晶圓222的全部面積的三分之一。

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。

10．．．化學機械研磨裝置

30．．．化學機械研磨單元

100．．．殼體

101、301．．．機台軸

110、300．．．平台

110a．．．中央圓形部分

110b．．．周圍環形部分

112a．．．第一研磨墊

112b．．．第二研磨墊

113．．．間隙

150、250、260．．．方向

220、320．．．研磨頭

222、322．．．晶圓

230a．．．第一噴嘴

230b．．．第二噴嘴

310．．．研磨墊

330．．．漿料供應裝置

d．．．寬度

E．．．環形邊緣區域

S1．．．第一漿料

S2．．．第二漿料

第1圖繪示一種習知化學機械研磨單元之示意圖。

第2圖繪示為本發明之一實施例的化學機械研磨裝置之剖面示意圖。

第3圖為依據本發明之實施例所繪示的晶圓及研磨墊相對位置之俯視圖。

10．．．化學機械研磨裝置

100．．．殼體

101．．．機台軸

110．．．平台

110a．．．中央圓形部分

110b．．．周圍環形部分

112a．．．第一研磨墊

112b．．．第二研磨墊

113．．．間隙

150、250、260．．．方向

220．．．研磨頭

222．．．晶圓

230a．．．第一噴嘴

230b．．．第二噴嘴

d．．．寬度

E．．．環形邊緣區域

S1．．．第一漿料

S2．．．第二漿料

Claims (10)

1. 一種化學機械研磨裝置，包含：一殼體；一平台，設置於該殼體中，其中該平台係由一中央圓形部分以及一周圍環形部分所組成，其中該周圍環形部分環繞該中央圓形部分，且該周圍環形部分與該中央圓形部分之間具有一間隙；一研磨頭，用以固定並旋轉一晶圓；提供有一第一漿料之一第一研磨墊，設置於該中央圓形部分上；以及提供有一第二漿料之一第二研磨墊，設置於該周圍環形部分上，其中該第一漿料與該第二漿料係以不同流速提供。
2. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨裝置，其中更包含：一第一噴嘴，用以提供一第一漿料於該第一研磨墊上；以及一第二噴嘴，用以提供一第二漿料於該第二研磨墊上。
3. 如申請專利範圍第2項所述之化學機械研磨裝置，其中該第一漿料與該第二漿料係以不同流速提供。
4. 如申請專利範圍第2項所述之化學機械研磨裝置，其中該第一漿料與該第二漿料具有不同濃度設定。
5. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨裝置，其中該間隙的 寬度約0.5-5mm。
6. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨裝置，其中該中央圓形部分與該周圍環形部分均朝同一方向旋轉。
7. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨裝置，其中該中央圓形部分與該周圍環形部分以不同轉速旋轉。
8. 如申請專利範圍第7項所述之化學機械研磨裝置，其中該周圍環形部分的轉速較該中央圓形部分的轉速慢。
9. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨裝置，其中在研磨時，該研磨頭位於該第一以及第二研磨墊之間旋轉，使得該晶圓的一環形邊緣區域直接接觸該第二研磨墊。
10. 如申請專利範圍第9項所述之化學機械研磨裝置，其中該環形邊緣區域的表面積約佔該晶圓全部面積的三分之一。