TWI547348B - 化學機械研磨裝置與方法 - Google Patents

Description

化學機械研磨裝置與方法

本發明是有關於一種化學機械研磨裝置與方法，且特別是有關於一種具有分離器的化學機械研磨裝置與方法。

化學機械研磨（Chemical Mechanical Polish）製程主要為利用研磨液中所含的微小研磨顆粒與晶片表面進行摩擦產生機械應力，並根據不同的晶片表面在研磨液中加入相對應的化學添加劑， 以移除晶片表面上的待移除部分， 從而達到增強研磨和選擇性研磨的效果。

隨著半導體元件尺寸微縮，對於缺陷及研磨品質要求日益嚴苛。現行化學機械研磨裝置的研磨液供應裝置僅能夠將研磨液單點注入在研磨墊上，並藉由研磨平台旋轉的離心力，將研磨液塗佈在研磨墊上。然而，經研磨過的舊研磨液僅能憑藉研磨平台旋轉的離心力被甩離研磨平台。如此一來，研磨過的部分舊研磨液將會與新研磨液混合，而再次進行研磨步驟。由於現行化學機械研磨裝置無法有效地將新、舊研磨液分離，因此，如何提供一種化學機械研磨裝置與方法，其能有效分離新、舊研磨液，進而減少缺陷並提升研磨效率與品質將成為重要的一門課題。

本發明提供一種具有分離器的化學機械研磨裝置與方法，其能有效分離新、舊研磨液，進而減少缺陷並提升研磨效率與品質。

本發明提供一種化學機械研磨裝置包括：研磨台、研磨墊、研磨頭、調節器、研磨液供應裝置以及分離器。研磨墊配置於研磨台上，用以研磨晶圓。研磨頭配置於研磨墊上，用以承載晶圓使其與研磨墊接觸。調節器配置於研磨墊上，用以調節研磨墊。研磨液供應裝置用以提供研磨液。分離器配置於研磨頭與調節器之間的研磨墊上。分離器的第一端靠近研磨墊的圓心，分離器的第二端靠近研磨墊的圓周。分離器包括注入部以及開口部。注入部靠近分離器的第一端，且與研磨液供應裝置連接。開口部配置於注入部與研磨墊之間，用以塗佈研磨液於研磨墊上。

在本發明的一實施例中，上述開口部為條狀開口。條狀開口自分離器的第一端延伸至分離器的第二端。

在本發明的一實施例中，上述研磨液從注入部注入條狀開口中，並從條狀開口沿著第一方向連續分布在研磨墊上。

在本發明的一實施例中，上述研磨液靠近第一端的厚度大於靠近第二端的厚度。

在本發明的一實施例中，上述分離器平貼在研磨墊的頂面上。

在本發明的一實施例中，上述化學機械研磨裝置更包括高壓液體清洗裝置配置於研磨墊上，用以輸送高壓液體至研磨墊上，以去除研磨墊上的研磨液與雜質。

本發明提供一種化學機械研磨方法用以研磨晶圓。上述化學機械研磨方法的步驟如下。提供研磨墊於研磨台上。藉由配置在研磨墊上的研磨頭，以承載晶圓使其與研磨墊接觸。藉由配置於研磨墊上的調節器，以調節研磨墊。藉由研磨液供應裝置提供第一研磨液。藉由配置於研磨頭與調節器之間的研磨墊上的分離器，以分離經研磨過的部分第一研磨液與未經研磨過的第二研磨液。上述分離器的第一端靠近研磨墊的圓心，分離器的第二端靠近研磨墊的圓周。上述分離器包括注入部以及開口部。注入部靠近分離器的第一端，且與研磨液供應裝置連接。開口部配置於注入部與研磨墊之間。

在本發明的一實施例中，分離經研磨過的部分第一研磨液與未經研磨過的第二研磨液的步驟如下。將第一研磨液從注入部注入開口部中。旋轉研磨台，使得研磨台上的研磨墊沿著第一方向旋轉。同時第一研磨液自分離器的第一表面沿著第一方向連續分布在研磨墊上。將晶圓與研磨墊接觸，以進行研磨。經研磨過的部分第一研磨液被阻擋在分離器的第二表面，並藉由研磨台旋轉的離心力移除經研磨過的部分第一研磨液。將第二研磨液從注入部注入開口部中，使得第二研磨液自分離器的第一表面沿著第一方向連續分布在研磨墊上。

在本發明的一實施例中，上述開口部為條狀開口。條狀開口自分離器的第一端延伸至分離器的第二端。

在本發明的一實施例中，在進行研磨時，上述分離器為固定不動。

基於上述，本發明可藉由分離器以分離經研磨過的部分第一研磨液與未經研磨過的第二研磨液，其能有效分離新、舊研磨液，進而減少缺陷並提升研磨效率與品質。另外，本發明之分離器具有注入部以及開口部。由於注入部與研磨液供應裝置連接，因此，上述分離器可用以塗佈研磨液於研磨墊上。而且開口部為條狀開口，相較於習知研磨液的單點注入，本發明亦可提升研磨液塗佈的均勻度，且減少研磨液的使用量，以降低製程成本。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1為本發明之一實施例的一種化學機械研磨裝置的上視示意圖。圖2為圖1之A-A’線的剖面示意圖。圖3為圖1 之分離器的立體透視示意圖。圖4 為圖3 之第二表面的透視示意圖。

請參照圖1與圖2，本實施例提供一種化學機械研磨裝置10包括：研磨台100、研磨墊102、研磨頭104、調節器106、研磨液供應裝置116以及分離器110。研磨墊102配置於研磨台100上，用以研磨晶圓W。研磨台100是透過一旋轉軸（未繪示）而帶動研磨墊102沿著第一方向D1旋轉，並搭配各種研磨液，以對晶圓W或是半導體製程中需要平坦化（Plantation）的結構，進行化學機械研磨製程。在一實施例中，研磨墊102的材料可例如是聚合材料。

研磨頭104配置於研磨墊102上，用以承載晶圓W使其與研磨墊102接觸。詳細地說，如圖2所示，研磨頭104可吸附晶圓W，使得晶圓W的正面朝下，以接觸研磨墊102的表面來進行研磨。在一實施例中，研磨頭104可沿著第二方向D2旋轉，進而帶動晶圓W本身旋轉，以避免晶圓W表面產生錐狀外形。在一實施例中，第一方向D1與第二方向D2可例如是相同的逆時鐘方向或順時鐘方向。此外，研磨頭104亦會沿著相對於研磨墊102半徑方向來回擺動（sweep），以提升研磨後的晶圓W表面的平坦度。

調節器106配置於研磨墊102上，用以調節研磨墊102表面的纖維結構保持在直立狀態（亦即活化）並盡可能具有彈性，以維持研磨墊102對晶圓W的研磨速率與穩定度。在一實施例中，調節器106亦會沿著相對於研磨墊102半徑方向來回擺動。在一實施例中，研磨頭104與調節器106並不會干擾彼此的擺動。

分離器110配置於研磨頭104與調節器106之間的研磨墊102上。在一實施例中，分離器110的位置以不影響研磨頭104與調節器106的擺動為主，其可依使用者需求來設計。詳細地說，如圖1所示，分離器110的第一端E1靠近研磨墊102的圓心，分離器110的第二端E2靠近研磨墊102的圓周。

請參照圖1至圖4，從第二表面S2的視角來看，分離器110包括注入部112以及開口部114。注入部112靠近分離器110的第一端E1，且與研磨液供應裝置116連接（如圖1、2所示）。在一實施例中，注入部112可例如是一中空管路，其配置在分離器110中，用以連接研磨液供應裝置116與開口部114（如圖3所示）。開口部114配置於注入部112與研磨墊102之間。開口部114的底面暴露研磨墊102的表面。在一實施例中，開口部114可例如是條狀開口，其配置在分離器110中。所述條狀開口自分離器110的第一端E1延伸至分離器110的第二端E2（如圖4所示）。在一實施例中，開口部114可例如是一中空腔體，用以容置研磨液供應裝置116所提供的研磨液200。

舉例來說，研磨液供應裝置116所提供的研磨液200可藉由注入部112注入開口部114中，並填入開口部114中。接著，從開口部114底部流出的研磨液202可從分離器110的第一表面S1沿著第一方向D1連續分布（或塗佈）在研磨墊102上。因此，相較於習知研磨液的單點注入，本實施例之開口部114可例如是線狀注入或面狀注入，其可提升研磨液塗佈的均勻度，且減少研磨液的使用量，以降低製程成本。詳細的化學機械研磨方法的流程步驟將於後續段落說明，於此便不再詳述。值得注意的是，研磨台100旋轉的離心力使得研磨墊102的圓周的角速度大於圓心的角速度，因此，從第一表面S1延伸的研磨液202可呈扇形，並均勻分布在研磨墊102上。在一實施例中，研磨液202靠近第一端E1的厚度大於靠近第二端E2的厚度。

在一實施例中，分離器110的底面平貼在研磨墊102的頂面上。具體來說，可利用連桿機構將分離器110固定，並在分離器110上方進行適當配重，使得分離器110的底面平貼在研磨墊102的頂面上，以避免因研磨台100旋轉時分離器110與研磨墊102摩擦導致跳動。在一實施例中，分離器110的材料可例如是工程塑膠。在一實施例中，在進行研磨時，分離器110為固定不動。

此外，本實施例之化學機械研磨裝置10更包括高壓液體清洗裝置108配置於研磨墊102上，用以輸送高壓液體至研磨墊102上，以去除研磨墊102上的研磨液與雜質。詳細地說，當進行化學機械研磨製程之後，殘留下來的研磨液會固化結晶而留在研磨墊102的表面，造成晶圓的損害。因此，配置於研磨墊102上方的高壓液體清洗裝置108，可噴出的液體來對研磨墊102進行清洗。在一實施例中，高壓液體可例如是水。可視情況需求將高壓液體以高壓的水柱、水霧或水刀的方式，來清除研磨墊102上的研磨液與雜質。

圖5為本發明之一實施例的一種化學機械研磨方法的流程步驟圖。

在本實施例中，將利用上述化學機械研磨裝置10來進行化學機械研磨方法，其配置關係已於上述段落詳細說明過，於此便不再贅述。

請同時參考圖1至圖5，先進行步驟S001，將研磨液供應裝置116所提供的研磨液200從注入部112注入開口部114中。此時，研磨液200填入開口部114中的空間。

接著，進行步驟S002，旋轉研磨台100，使得研磨台100上的研磨墊102沿著第一方向D1旋轉。由於分離器110為固定不動，因此，從開口部114底部流出的研磨液202亦會隨著研磨墊102沿著第一方向D1旋轉。此時，研磨液202自分離器110的第一表面S1沿著第一方向D1連續分布在研磨墊102上。

然後，進行步驟S003，利用研磨頭104吸附晶圓W，將晶圓W的正面朝下與研磨墊102接觸，以進行研磨。

之後，進行步驟S004，上述研磨液202在經過研磨並旋轉一周後，形成經研磨過的部分研磨液204。如圖1、2所示，經研磨過的部分研磨液204被阻擋在分離器110的第二表面S2，因此，經研磨過的部分研磨液204便不會與第一表面S1的未經研磨過的研磨液202混合。如此一來，分離器110便可以有效地分離經研磨過的部分研磨液204與未經研磨過的研磨液202，以減少缺陷並提升研磨效率與品質。此外，經研磨過的部分研磨液204不僅被阻擋在分離器110的第二表面S2，亦可藉由研磨台100旋轉的離心力而被移除。需注意的是，為求圖式簡潔起見，在圖1、2中並未繪示出研磨液202、204之間的研磨液。基本上，在進行化學機械研磨方法的過程中，研磨液會塗佈在整個研磨墊102的表面上。在一實施例中，靠近第一表面S1的研磨液202可視為未經研磨過的研磨液；而靠近第二表面S2的研磨液204可視為經研磨過的研磨液。

然後，進行步驟S005，將新的（即未經研磨過的）研磨液200從注入部112注入開口部114中。如此一來，新的（即未經研磨過的）研磨液202繼續從分離器110的第一表面S1沿著第一方向D1連續分布在研磨墊102上，來進行研磨。

綜上所述，本發明可藉由分離器以分離經研磨過的部分第一研磨液與未經研磨過的第二研磨液，其能有效分離新、舊研磨液，進而減少缺陷並提升研磨效率與品質。另外，本發明之分離器具有注入部以及開口部。由於注入部與研磨液供應裝置連接，因此，上述分離器可用以塗佈研磨液於研磨墊上。而且開口部為條狀開口，相較於習知研磨液的單點注入，本發明亦可提升研磨液塗佈的均勻度，且減少研磨液的使用量，以降低製程成本。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧化學機械研磨裝置
100‧‧‧研磨台
102‧‧‧研磨墊
104‧‧‧研磨頭
106‧‧‧調節器
108‧‧‧高壓液體清洗裝置
110‧‧‧分離器
112‧‧‧注入部
114‧‧‧開口部

116‧‧‧研磨液供應裝置

200、202、204‧‧‧研磨液

D1‧‧‧第一方向

D2‧‧‧第二方向

E1‧‧‧第一端

E2‧‧‧第二端

S1‧‧‧第一表面

S2‧‧‧第二表面

S001~S005‧‧‧步驟

圖1 為本發明之一實施例的一種化學機械研磨裝置的上視示意圖。 圖2 為圖1 之A-A’線的剖面示意圖。 圖3 為圖1 之分離器的立體透視示意圖。 圖4 為圖3 之第二表面的透視示意圖。 圖5 為本發明之一實施例的一種化學機械研磨方法的流程步驟圖。

10‧‧‧化學機械研磨裝置

102‧‧‧研磨墊

104‧‧‧研磨頭

106‧‧‧調節器

108‧‧‧高壓液體清洗裝置

110‧‧‧分離器

112‧‧‧注入部

202、204‧‧‧研磨液

D1‧‧‧第一方向

D2‧‧‧第二方向

E1‧‧‧第一端

E2‧‧‧第二端

S1‧‧‧第一表面

S2‧‧‧第二表面

Claims (8)

1. 一種化學機械研磨裝置，包括：一研磨墊，配置於一研磨台上，用以研磨一晶圓；一研磨頭，配置於該研磨墊上，用以承載該晶圓使其與該研磨墊接觸；一調節器，配置於該研磨墊上，用以調節該研磨墊；一研磨液供應裝置，用以提供一研磨液；以及一分離器，配置於該研磨頭與該調節器之間的該研磨墊上，其中該分離器的一第一端靠近該研磨墊的圓心，該分離器的一第二端靠近該研磨墊的圓周，該分離器包括：一注入部，靠近該分離器的該第一端，且與該研磨液供應裝置連接；以及一開口部，配置於該注入部與該研磨墊之間，用以塗佈該研磨液於該研磨墊上，其中該開口部為一條狀開口，該條狀開口自該分離器的該第一端延伸至該分離器的該第二端。
2. 如申請專利範圍第1項所述的化學機械研磨裝置，其中該研磨液從該注入部注入該條狀開口中，並從該條狀開口沿著一第一方向連續分布在該研磨墊上。
3. 如申請專利範圍第1項所述的化學機械研磨裝置，其中該研磨液靠近該第一端的厚度大於靠近該第二端的厚度。
4. 如申請專利範圍第1項所述的化學機械研磨裝置，其中該分離器平貼在該研磨墊的頂面上。
5. 如申請專利範圍第1項所述的化學機械研磨裝置，更包括一高壓液體清洗裝置，配置於該研磨墊上，用以輸送一高壓液體至該研磨墊上，以去除該研磨墊上的該研磨液與雜質。
6. 一種化學機械研磨方法，用以研磨一晶圓，該化學機械研磨方法包括：提供一研磨墊於一研磨台上；藉由配置在該研磨墊上的一研磨頭，以承載該晶圓使其與該研磨墊接觸；藉由配置於該研磨墊上的一調節器，以調節該研磨墊；藉由一研磨液供應裝置提供一第一研磨液；以及藉由配置於該研磨頭與該調節器之間的該研磨墊上的一分離器，以分離經研磨過的部分該第一研磨液與未經研磨過的一第二研磨液，其中該分離器的一第一端靠近該研磨墊的圓心，該分離器的一第二端靠近該研磨墊的圓周，該分離器包括：一注入部，靠近該分離器的該第一端，且與該研磨液供應裝置連接；以及一開口部，配置於該注入部與該研磨墊之間，其中該開口部為一條狀開口，該條狀開口自該分離器的該第一端延伸至該分離器的該第二端。
7. 如申請專利範圍第6項所述的化學機械研磨方法，其中分離經研磨過的部分該第一研磨液與未經研磨過的該第二研磨液的步驟包括：將該第一研磨液從該注入部注入該開口部中； 旋轉該研磨台，使得該研磨台上的該研磨墊沿著一第一方向旋轉，同時該第一研磨液自該分離器的一第一表面沿著該第一方向連續分布在該研磨墊上；將該晶圓與該研磨墊接觸，以進行研磨；經研磨過的部分該第一研磨液被阻擋在該分離器的一第二表面，並藉由該研磨台旋轉的離心力移除經研磨過的部分該第一研磨液；以及將該第二研磨液從該注入部注入該開口部中，使得該第二研磨液自該分離器的該第一表面沿著該第一方向連續分布在該研磨墊上。
8. 如申請專利範圍第6項所述的化學機械研磨方法，其中在進行研磨時，該分離器為固定不動。