TWI573660B - 基板拋光模組以及基板拋光的方法 - Google Patents

Description

基板拋光模組以及基板拋光的方法 【相關申請案】

本申請案根據專利法主張於2012年4月28日提出申請的美國專利申請案序號第13/459,177的優先權益，該美國專利申請案的標題為「用於預化學機械平坦化拋光模組之方法與設備」(代理人案號17259)，該美國專利申請案之全部內容在此以引用的方式併入本文中。

本發明大體上與化學機械平坦化(CMP)系統有關，更明確地為係針對於執行CMP製程前用於基板拋光之方法與設備。

現存的化學機械平坦化(CMP)系統有時可以接收用於製程的基板，該基板具有相當大的碎片顆粒黏在基板的表面上。頻繁地預CMP清洗系統不能夠有效地移除這些較大的顆粒，並且當使用傳統CMP系統來研磨基材時，顆粒可以在基材的表面上造成深的刮痕。為了解決使用傳統CMP系統所產生的問題，基板有時會使用不同的膜壓力來研磨兩次。然而，此解決方法有減慢生產率的缺點。因此，需要的是可以 移除大碎片顆粒但不會減慢CMP製程生產率的方法與裝置。

本發明的方法與裝置係提供給用於CMP系統的預CMP拋光模組。在一些具體例中，拋光模組包括一研磨墊組件，該研磨墊組件適於對著基板的主表面旋轉；一夾盤，當研磨墊組件旋轉時，該夾盤適於托住基板且對著研磨墊組件旋轉基板；以及一側向移動馬達，當研磨墊組件對著旋轉的基板旋轉時，該側向移動馬達適於側向地並橫跨該基板的該主表面地振盪研磨墊組件。

在一些具體例中，本發明提供一基板拋光的方法。該方法包括對著基板的主表面旋轉研磨墊組件；當研磨墊組件旋轉時，旋轉一托住基板的夾盤以對著研磨墊組件來旋轉基板；以及當研磨墊組件對著旋轉的基板旋轉時，側向地並橫跨該基板的該主表面地振盪研磨墊組件。

而在其他的具體例中，本發明提供一使用拋光模組的方法。該方法包括提供一拋光模組；在拋光模組中裝載一基板；在基板上使用拋光模組之研磨墊組件來施加一向下的力；以及藉由同時地旋轉研磨墊組件，旋轉基板與側向地振盪研磨墊組件來拋光基板。

眾多其他方面被提供。本發明的其他特徵與面向將從接下來的實施方式、附加的申請專利範圍與伴隨的圖式而變得更為顯而易見。

100‧‧‧預CMP拋光模組

102‧‧‧研磨墊組件

104‧‧‧起重台

106‧‧‧基板

108‧‧‧基板夾盤

110‧‧‧槽

112‧‧‧第二馬達

113‧‧‧中空軸

114‧‧‧第一馬達

115‧‧‧中空軸

116‧‧‧基板固持件

118‧‧‧基板固持件上升致動器

120‧‧‧研磨墊上升致動器

122‧‧‧起重台豎立支撐器

124‧‧‧基底平板

126‧‧‧連接件

128‧‧‧硬停機

130‧‧‧側向移動馬達

132‧‧‧控制器

圖1為根據本發明一些具體例所描繪之用於CMP系 統的一預CMP拋光模組範例的方框示意圖。

圖2為根據本發明一些具體例所描繪之使用預CMP拋光模組來拋光基板的範例方法的流程圖。

本發明提供在CMP製程前自基板的表面移除大碎片顆粒之用於預處理半導體基板之改良的方法與設備。該發明包括一預CMP半導體基板拋光模組，該拋光模組包括一懸吊在一機動式起重台的旋轉的研磨墊組件，當基板藉由旋轉的研磨墊組件來拋光時，該起重台可讓研磨墊組件側向地並橫跨基板表面地移動。該基板在旋轉的基板夾盤上被支撐，該夾盤牢固地在拋光時托住與旋轉該基板。該模組包含於一槽內並且透過研磨墊組件可以將一清洗/研磨漿施加在基板的表面上。用於旋轉研磨墊組件的馬達與用於旋轉基板夾盤的馬達兩者可以是中空軸的馬達。通過用於旋轉研磨墊組件的馬達的中空軸可以將研磨漿施加在研磨墊組件的背部。使用過的研磨漿可以通過用於旋轉基板夾盤的馬達的中空軸以自槽內排出。

在一些具體例中，預CMP拋光模組可以是CMP系統的部分，其中要用來進行CMP製程的基板首先在預CMP拋光模組中被拋光。拋光模組包括一基板固持件，該基板固持件適於自基板夾盤升起基板來藉由使用一端效器而幫助裝載與卸載模組。此外，拋光模組可以包括一研磨墊上升致動器來抬高起重台以有能力(例如，為機器提供更多的空隙(clearance))更佳地裝載與卸載基板。

參考圖1，在此敘述一預CMP拋光模組100的範例具體例。一旋轉研磨墊組件102懸吊在一機動式起重台104。研磨墊組件102可包括一研磨墊與一滑動架，該滑動架適於牢固地但可釋放地托住該研磨墊。機動式起重台104可讓研磨墊組件102側向地並橫跨基板106的表面地移動。當基板106藉由組件102被拋光時，此旋轉研磨墊組件102的側向振盪移動增強基板106拋光的一致性與確保基板106的整個表面是被拋光的。在一些具體例中，研磨墊組件102具有一小於基板106直徑的一墊直徑。基板106在旋轉的基板夾盤108上被支撐。旋轉的基板夾盤108在拋光時牢固地但可釋放地托住與旋轉基板106。

在一些具體例中，模組100可以包含於一槽110內並且在拋光時可以將研磨漿施加在基板106的表面。研磨漿可以透過研磨墊組件102來分配。在一些具體例中，用於旋轉研磨墊組件102的馬達112可以是中空軸馬達，該中空軸馬達適於允許一條透過中空軸113來以管道運送研磨漿的通道。相似地，用於旋轉基板夾盤108的馬達114可以是中空軸馬達，該中空軸馬達適於允許一條透過中空軸115來以管道運送使用過的研磨漿的通道。因此，在一些具體例中，通過用於旋轉研磨墊組件的馬達112的中空軸113來可以將研磨漿施加在研磨墊組件102的背部。使用過的研磨漿可以通過用於旋轉基板夾盤的馬達114的中空軸以自槽110內排出。

拋光模組100可以包括一基板固持件116，該基板固持件適於自基板夾盤108升起基板106來藉由使用一端效 器而幫助裝載與卸載模組100。一基板固持件上升致動器118可以提供用來抬高或降低基板固持件116。此外，拋光模組100可以包括例如內建在起重台豎立支撐器122之一者的研磨墊上升致動器120。研磨墊上升致動器120可以適於抬高起重台104以有能力更佳地自模組100來裝載與卸載基板106。起重台豎立支撐器122，用於旋轉基板夾盤的馬達114，以及基板固持件上升致動器118可以全部耦接在一基底平板124。

在操作上，預CMP拋光模組100使用研磨墊上升致動器120與基板固持件上升致動器118來分別地抬高起重台104與基板固持件116。一基板106被裝載在基板夾盤108上(例如，一真空夾盤或任何其他能實際使用的夾盤類型)。起重台104與基板固持件116分別地藉由研磨墊上升致動器120與基板固持件上升致動器118來降低。

藉由研磨墊組件102將一先決的向下的壓力量施加在基板106上。為了確保研磨墊組件102與基板106的主表面是維持平行的，在馬達112與研磨墊組件102之間可以使用一可彎曲的連接件126(例如萬向接頭、球接頭等)。在一些具體例中，提供一硬停機128來限制研磨墊組件102在基板106上之向下的壓力。

通過用於旋轉研磨墊組件102的馬達112的中空軸113來將研磨漿施加在研磨墊組件102上。研磨墊組件馬達112旋轉研磨墊組件102，同時地基板夾盤馬達114旋轉基板106。此外，固定在起重台104的側向移動馬達130亦側向地移動研磨墊組件102，該研磨墊組件102來回地橫跨基板106 而振盪。拋光持續一段預定的時間或直到達到一個理想的終點(例如扭矩測量偵測器可以耦接至馬達，並且可以藉由在施加的扭矩中偵測到的改變來決定終點)。使用過的研磨漿透過通過基板夾盤馬達114的中空軸115的一通道流出槽110外。

在拋光完成之後，預CMP拋光模組100停止馬達112、114、130並且使用研磨墊上升致動器120與基板固持件上升致動器118來分別地抬高起重台104與基板固持件116。基板106自夾盤108移除並被攜帶遷移至CMP研磨器來進行CMP製程。在一些具體例中，控制器132(例如電腦)適於執行一程式，該程式電性地耦接至每一個馬達112、114、130，致動器118、120，以及其他可控制的零件(例如研磨漿閥與幫浦等)。控制的程式適於執行本方法與操作本發明的預CMP拋光模組100。

現在參考圖2，一個描述預CMP拋光一基材的一範例方法200的流程圖被提供。在步驟202中，一預CMP拋光模組100被提供。在步驟204中，一基材106被裝載在預CMP拋光模組100中。在步驟206中，研磨墊組件102下降至基材106上以在基材106上施加一向下的力。在步驟208中，基材106的拋光係藉由通過研磨墊組件102施加研磨漿，旋轉研磨墊組件102，旋轉基板106(亦即對著研磨墊組件102)以及來回側向地移動研磨墊組件102來達成。所有這些步驟可能同時地進行。研磨墊組件102與基板106之旋轉的速率與方向可以是不同的以最佳化拋光與確保碎片顆粒被移除。研磨墊組件102側向地移動以重覆地掃過基板106的頻率與 研磨漿流至基板上的速率亦可被最佳化，來增強拋光與確保碎片顆粒被移除。

在步驟210中，控制器132監控拋光過程與決定是否達到終點或終點時間。在步驟212中，停止馬達112、114、130以及卸載基板。

因此，當本發明已由那些相關的先前的具體例而揭露，應了解其他具體例可能由於接下來所界定的申請專利範圍而落入本發明的範疇。

100‧‧‧預CMP拋光模組

102‧‧‧研磨墊組件

104‧‧‧起重台

106‧‧‧基板

108‧‧‧基板夾盤

110‧‧‧槽

112‧‧‧第二馬達

113‧‧‧中空軸

114‧‧‧第一馬達

115‧‧‧中空軸

116‧‧‧基板固持件

118‧‧‧基板固持件上升致動器

120‧‧‧研磨墊上升致動器

122‧‧‧起重台豎立支撐器

124‧‧‧基底平板

126‧‧‧連接件

128‧‧‧硬停機

130‧‧‧側向移動馬達

132‧‧‧控制器

Claims (16)

1. 一種基板拋光模組，包含：一研磨墊組件，該研磨墊組件適於對著一基板的一主表面旋轉；一夾盤，當該研磨墊組件旋轉時，該夾盤適於托住該基板且對著該研磨墊組件旋轉該基板；一側向移動馬達，當該研磨墊組件對著該旋轉的基板旋轉時，該側向移動馬達適於側向地並橫跨該基板的該主表面地振盪該研磨墊組件；一第二馬達，該第二馬達適於旋轉該研磨墊組件與進一步適於包括一中空軸；及一可彎曲的連接件，該可彎曲的連接件在該第二馬達與該研磨墊組件之間，其中當該研磨墊組件在旋轉時，該可彎曲的連接件適於使得該研磨墊組件得以與該基板的該主表面維持實質上平行。
2. 如申請專利範圍第1項所述之基板拋光模組，進一步包含一通道，該通道適於運送研磨漿至該研磨墊組件。
3. 如申請專利範圍第1項所述之基板拋光模組，進一步包含一起重台，該起重台用於支撐該側向移動馬達與在該夾盤上的該研磨墊組件。
4. 如申請專利範圍第3項所述之基板拋光模組，進一步包含一致動器，該致動器適於抬高或降低該起重台。
5. 如申請專利範圍第1項所述之基板拋光模組，進一步包含一第三馬達，該第三馬達適於旋轉該夾盤與進一步適於包括 一中空軸。
6. 一種基板拋光的方法，包含以下步驟：對著一基板的一主表面旋轉一研磨墊組件；當該研磨墊組件旋轉時，旋轉一托住該基板的夾盤以對著該研磨墊組件旋轉該基板；及當該研磨墊組件對著該旋轉的基板旋轉時，側向地並橫跨該基板的該主表面地振盪該研磨墊組件；其中旋轉該研磨墊組件包括使用一第二馬達來旋轉該研磨墊組件，該第二馬達包括一中空軸；其中旋轉該研磨墊組件包括使用一可彎曲的連接件耦接該第二馬達至該研磨墊組件，其中當該研磨墊組件在旋轉時，該可彎曲的連接件適於使得該研磨墊組件得以與該基板的該主表面維持實質上平行。
7. 如申請專利範圍第6項所述之方法，進一步包含一通道，該通道適於運送研磨漿至該研磨墊組件。
8. 如申請專利範圍第6項所述之方法，進一步包含使用一起重台來支撐該側向移動馬達與在該夾盤上的該研磨墊組件。
9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，進一步包含使用一致動器來抬高或降低該起重台。
10. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中旋轉該夾盤包括使用一第三馬達來旋轉該夾盤，該第三馬達包括一中空軸。
11. 一種拋光一基板的方法，包含以下步驟：提供一拋光模組，該拋光模組包含一第一馬達，該第一馬達適於旋轉一研磨墊組件與進一步適於包括一中空軸； 將一基板裝載至該拋光模組中；在該基板上使用該拋光模組之該研磨墊組件來施加一向下的力，該研磨墊組件藉由一可彎曲的連接件耦接至該第一馬達；及藉由同時地旋轉該研磨墊組件，旋轉該基板與側向地振盪該研磨墊組件來拋光該基板；其中，當同時地旋轉該研磨墊組件、旋轉該基板與側向地振盪該研磨墊組件時，該可彎曲的連接件適於使得該研磨墊組件得以與該基板的一主表面維持實質上平行。
12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，進一步包含監控該拋光與決定是否已達到一終點。
13. 如申請專利範圍第11項所述之方法，進一步包含監控該拋光與決定是否已達到一終點時間。
14. 如申請專利範圍第11項所述之方法，進一步包含停止該拋光與卸載該基板。
15. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中拋光該基板進一步包含將研磨漿施加至該基板，同時地旋轉該研磨墊組件，旋轉該基板，以及側向地振盪該研磨墊組件。
16. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中將研磨漿施加至該基板包括藉由該研磨墊將研磨漿施加至該基板。