TWI709455B - 半導體製程方法 - Google Patents

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Abstract

一種半導體製程方法，包括在一研磨墊上研磨一晶圓，使用一墊修整器的一碟盤對研磨墊進行修整，以及將一熱交換介質導入碟盤。被導入碟盤的熱交換介質的溫度不同於研磨墊的溫度。

Description

半導體製程方法
本發明實施例係關於一種半導體製程方法，特別係關於一種在化學機械研磨(Chemical mechanical Polish，CMP)製程中控制研磨墊的溫度的方法。
化學機械研磨(CMP)是用來形成積體電路的一常見做法。CMP通常用於半導體晶圓的平坦化。CMP可利用物理及化學力的協同效應(synergetic effect)來研磨晶圓。其實施方式包括，當一晶圓被放置於一研磨墊上時，施加一負載力至晶圓的背面，且在研磨墊及晶圓被轉動的同時，使包含磨料(abrasives)及反應性化學品(reactive chemicals)的一研磨漿(slurry)通過兩者之間。CMP是實現晶圓整體平坦化的一有效方法。
本發明一實施例提供一種半導體製程方法，包括在一研磨墊上研磨一晶圓。上述方法亦包括使用一墊修整器的一碟盤對研磨墊進行修整。此外，上述方法還包括將一熱交換介質導入碟盤。其中，被導入碟盤的熱交換介質具有一第一溫度，不同於研磨墊的一第二溫度。
本發明一實施例提供一種半導體製程方法，包括在一研磨墊上研磨一晶圓。上述方法亦包括使用一墊修整器的 一碟盤對研磨墊進行修整。上述方法更包括將一冷卻介質導入及導出碟盤，其中冷卻介質用於降低研磨墊的一頂表面溫度。此外，上述方法還包括將一加熱介質導入及導出碟盤，其中加熱介質用於提高研磨墊的頂表面溫度。
本發明一實施例提供一種半導體製程方法，包括在一研磨墊上研磨一晶圓。上述方法亦包括執行一第一檢測，以檢測研磨墊的一溫度。上述方法更包括基於所檢測到的溫度高於一第一預定溫度的情況，將一冷卻介質導入及導出一墊修整器的碟盤，其中碟盤在冷卻介質被傳導的同時對研磨墊進行修整。此外，上述方法還包括基於所檢測到的溫度低於一第二預定溫度的情況，將一加熱介質導入及導出碟盤，其中碟盤在加熱介質被傳導的同時對研磨墊進行修整。
10‧‧‧化學機械研磨裝置、化學機械研磨系統
12‧‧‧研磨平台
14‧‧‧研磨墊
16‧‧‧晶圓固持器
18‧‧‧研磨漿分配器
20‧‧‧碟盤
22‧‧‧研磨漿
24‧‧‧晶圓
26‧‧‧墊修整器
30、32‧‧‧線
36A、36B‧‧‧通道
38‧‧‧碟盤固持器
40‧‧‧載熱介質、熱交換介質
50‧‧‧晶圓承載組件、承載組件
52‧‧‧空氣通道
54‧‧‧可撓性薄膜
56‧‧‧固持環
58A、58B‧‧‧通道
60‧‧‧熱交換介質
62‧‧‧溫度計
66‧‧‧控制單元、控制器
68、70‧‧‧熱交換介質供應單元
72、74‧‧‧線
t1、t2‧‧‧時間
△t1、△t2‧‧‧時間間隔
T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7‧‧‧溫度
根據以下的詳細說明並配合所附圖式做完整揭露。應注意的是，根據本產業的一般作業，圖示並未必按照比例繪製。事實上，可能任意的放大或縮小元件的尺寸，以做清楚的說明。
第1圖顯示根據一些實施例一化學機械研磨(CMP)裝置/系統的部分的示意圖。
第2圖顯示根據一些實施例研磨墊在CMP期間的一些溫度曲線。
第3圖顯示根據一些實施例一CMP裝置/系統的部分的示意圖，其中一墊修整器的一碟盤被移離一研磨墊。
第4圖顯示根據一些實施例一研磨墊的峰值溫度為被研磨 的晶圓的順序的函數的示意圖。
第5圖顯示根據一些實施例一晶圓固持器的剖視圖。
第6圖顯示根據一些實施例研磨墊在CMP期間的一些溫度曲線。
第7圖顯示根據一些實施例研磨墊在CMP期間的一些溫度曲線。
第8A及8B圖分別顯示根據一些實施例，用於傳導冷卻介質或加熱介質的通道的鋸齒狀配置及螺旋狀配置。
以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本案的不同特徵。以下的揭露內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以簡化說明。當然，這些特定的範例並非用以限定。例如，若是實施例中敘述了一第一特徵形成於一第二特徵之上或上方，即表示其可能包含上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的情況，亦可能包含了有附加特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使上述第一特徵與第二特徵可能未直接接觸的情況。另外，以下不同範例可能重複使用相同的參考符號及/或標記。這些重複是為了簡化與清晰的目的，並非用以限定所討論的不同實施例及/或結構之間有特定的關係。
此外，一些空間相關用詞。例如“在...下方”、“下方”、“較低的”、“上方”、“較高的”及類似的用詞，是為了便於描述圖示中一個元件或特徵與另一個(些)元件或特徵之間的關係。除了在圖式中繪示的方位外，這些空間相關用詞意欲包含 使用中或操作中的裝置的不同方位。裝置可能被轉向不同方位(旋轉90度或其他方位)，則在此使用的空間相關詞也可依此相同解釋。
以下根據各個示例性實施例，提供一種在化學機械研磨(CMP)製程中控制研磨墊的溫度的方法以及控制溫度的裝置，並根據一些實施例說明實現溫度控制的步驟。另外，一些實施例的變形也會討論到。在以下說明的各個視圖與實施例中，相同的參考符號用於指定相同的元件。以下描述中，當一晶圓被稱為正”被研磨”時，表示正在晶圓上進行一CMP製程。
第1圖顯示根據本揭露一些實施例一CMP裝置/系統的部分的示意圖。CMP系統10包括研磨平台12、在研磨平台12上方的研磨墊14、以及在研磨墊14上方的晶圓固持器16。研磨漿分配器18具有直接位在研磨墊14上方的一出口，用於將研磨漿22分配到研磨墊14上。墊修整器(pad conditioner)26的碟盤(disk)20亦被置於研磨墊14的頂表面上。在本揭露中，碟盤20亦可稱作一修整碟盤。
在CMP期間，研磨漿22由研磨漿分配器18分配到研磨墊14上。研磨漿22包括一(些)反應性化學品，其可與要被研磨的晶圓的表層進行反應。此外，研磨漿22包括用於機械地研磨晶圓的磨粒(abrasive particles)。
研磨墊14由一硬度足夠允許研磨漿22中的磨粒對晶圓進行機械性研磨的材料所形成，其中晶圓被固持於晶圓固持器16中(參照第5圖)。另一方面，研磨墊14也足夠軟，使其基本上不會刮傷晶圓。在CMP期間，研磨平台12由一機構(圖未 示)旋轉，且固定於其上的研磨墊14也隨著轉動的研磨平台12一起旋轉。用於旋轉研磨墊14的機構(例如馬達及驅動部件)並未被繪示。
另一方面，在CMP期間，晶圓固持器16的一部分也會旋轉，並造成固定於晶圓固持器16中的晶圓24(第5圖)的轉動。根據本揭露一些實施例，晶圓固持器16及研磨墊14沿著相同方向旋轉(從CMP裝置10的頂部觀察時，皆為順時針或逆時針方向)。或者，根據本揭露一些實施例，晶圓固持器16及研磨墊14沿著相反方向旋轉。用於旋轉晶圓固持器16(或者稱作研磨頭)的機構並未被繪示。隨著研磨墊14及晶圓固持器16的轉動，且進一步由於晶圓固持器16在研磨墊14上方的移動(擺動)，研磨漿22被分配到晶圓24和研磨墊14之間。透過研磨漿22中的反應性化學品與晶圓24的表層之間的化學反應，且進一步透過機械性研磨，晶圓24的表層被平坦化。
墊修整器26用於研磨墊14的修整。在第1圖中，為墊修整器26的一部分的碟盤20被置於研磨墊14上。碟盤20可包括一金屬板及固定於金屬板上的磨粒(未分開顯示)。在一些實施例中，金屬板可由不銹鋼製成，磨粒可由例如鑽石形成。碟盤20的功能為清潔及移除在CMP製程中生成在研磨墊14上的不需要的副產物。此外，當與研磨墊14接觸及研磨時，碟盤20上的磨粒具有保持研磨墊14的粗糙度的功能，使得研磨墊14可具有用於執行機械研磨功能的足夠的粗糙度。根據本揭露一些實施例，當研磨墊14要被修整時，將碟盤20和研磨墊14的頂表面接觸。在修整期間，研磨墊14及碟盤20皆旋轉，使得碟盤20 的磨粒摩擦研磨墊14的頂表面，因而可重新紋理化(re-texturize)研磨墊14的頂表面。此外，在CMP期間，碟盤20及晶圓固持器16可在研磨墊14的中心與研磨墊14的邊緣之間擺動。
CMP製程可以利用化學效應及機械效應來達到晶圓的平坦化。如第1圖所示，為了執行CMP，包含化學性反應品及磨料的研磨漿22被分配。化學效應來自於研磨漿22中的反應性化學品和晶圓的表面材料之間的反應。機械效應來自於研磨漿22中的磨料對晶圓的研磨。化學效應及機械效應皆可能導致晶圓的溫度隨著時間增加。例如，化學反應可能導致熱量被釋放，而機械效應亦會產生摩擦熱。由於上述化學效應及機械效應，研磨墊14及晶圓的溫度在CMP期間可能增加及改變。
舉例來說，第2圖顯示研磨墊的溫度為時間的函數。”開始”時間表示一晶圓被研磨的開始時間。”結束”時間表示在同一晶圓上執行CMP的結束時間。線30則表示晶圓在其上被研磨的研磨墊的一實際溫度。在CMP的初始階段，晶圓的溫度T1低，其可以為室溫(例如，約21℃)或略高。在低溫下，藉由量測每單位時間由於CMP所造成晶圓厚度的減少而得到的CMP速率低，導致CMP製程的產能差。
如第2圖中的線30所示，研磨墊的溫度會隨著CMP處理時間增加，直到研磨墊的溫度達到一峰值溫度。當溫度增加時，化學反應可以加速，而研磨墊會變軟。例如，研磨墊可包括有機材料，其在升高的溫度下會變軟，此可能是因為較高的溫度更接近研磨墊中的材料的相應的玻璃轉化溫度(glass transition temperature)造成。因此，機械效應降低，而化學效應則得到加強。若溫度太高時，被研磨的晶圓可能發生凹陷(dishing)，並使得晶圓的一些部分可能比其他部分更加凹陷。在未移除晶圓的凹陷部分的情況下，設定用來移除晶圓的突起部分的機械效應將被減弱，而無法消除凹陷。此原因在於硬的研磨墊將接觸及研磨晶圓的突起部分，而不會接觸及研磨晶圓的凹陷部分。具有減弱的機械性能的研磨墊則較軟，故在研磨期間被壓在晶圓上時其形狀可能發生改變。如此一來，軟的研磨墊亦可與晶圓的凹陷部分接觸及研磨。
基於上述，因研磨墊14(第1圖)的低溫會造成CMP製程的產能差，而研磨墊14的高溫則會造成被研磨的晶圓的凹陷，故期望在CMP期間，研磨墊14的溫度可以維持在一期望範圍內，其被表示為溫度T3與T4之間的範圍。理想上，研磨墊14的溫度被維持在一最佳溫度(例如第2圖中所示的溫度T2)附近。在期望溫度範圍內，CMP製程的產能將足夠高，並且可將凹陷效應控制在一可接受的程度。根據一些實施例，線32表示研磨墊14的一期望溫度曲線。線32指出，期望在CMP製程的至少部分期間，研磨墊14的溫度可以被維持在最佳溫度T2。
也要瞭解的是，由於不同的CMP情況，例如不同的研磨漿/化學品、不同的晶圓轉速等，CMP製程可包括具有不同的最佳溫度的多個子階段(sub-stages)。例如，在第2圖所示的一例示(如線32所示)中，在研磨墊14被控制在具有溫度T2的階段之後，研磨墊14的最佳溫度為T5。在其他例示中，在一晶圓的CMP期間，可能存在單一個期望溫度或兩個以上的期望 溫度。
除了在CMP期間產生的熱量外，研磨墊(例如第1圖中的研磨墊14)的溫度也會受其他因素的影響。例如，晶圓通常被分組為多個批次(batches or lots)，各批次包括複數個晶圓。研磨墊在每個晶圓的研磨期間具有一峰值溫度，且第4圖顯示研磨墊的溫度為被研磨的晶圓的順序的函數。在相同批次中晶圓之間的間隔與在不同批次之間的間隔不同，導致研磨墊的溫度波動。在相同批次(例如批次1和批次2)中的晶圓之間，時間間隔為△t1。在同一批次中，研磨墊的峰值溫度隨著前幾個晶圓的研磨逐漸增加，並在後續的晶圓最終達到穩定。而在批次之間，時間間隔為△t2，其是在前一批次(例如批次1)的最後一個晶圓(例如晶圓#12)的結束時間與後續批次(例如批次2)的第一個晶圓(例如晶圓#13)的開始時間之間的一期間。時間間隔△t2明顯長於時間間隔△t1，因此研磨墊在此期間冷卻更多。當晶圓#13被研磨時，研磨墊的溫度必須重新開始上升。因此，難以控制會受到各種因素影響的研磨墊的溫度。
根據本揭露一些實施例，如第1圖所示，墊修整器26內建有通道36A。通道36A包括用於傳導載熱介質的一中空通道。載熱介質流入通道36A、接著與碟盤20進行熱交換、之後流出通道36A。由於碟盤20與研磨墊14的頂表面接觸，故在碟盤20與研磨墊14之間可以傳導熱量。因此，載熱介質40可以用於加熱或冷卻研磨墊14。如第8A圖及第8B圖所示，從碟盤20的頂部觀察時，通道36A可具有但不限定於，從一鋸齒狀(第8A圖)及一螺旋狀(第8B圖)中所選擇的一頂視形狀。
墊修整器26包括與碟盤20連接的碟盤固持器38。根據本揭露一些實施例，通道36A具有內建在碟盤固持器38中的一部分，且通道36A不延伸到碟盤20中。由於碟盤固持器38及碟盤20在研磨墊14的修整期間會旋轉，故通道36A可以由旋轉接頭(rotary union)所形成，使得通道36A能夠被引導到旋轉碟盤固持器38中。旋轉接頭的設計屬於本領域的習知技術，故在此不做贅述。
根據本揭露一些實施例，熱交換介質40包括一冷卻介質(coolant)，其溫度低於研磨墊14的溫度。冷卻介質可以是油、去離子水、或氣體等。冷卻介質的溫度也可以高於、等於或低於室溫(例如約21℃)。根據本揭露一些實施例，熱交換介質40(冷卻介質)的溫度是在約0℃至約18℃的範圍內。因此，當熱交換介質40流過通道36A時，熱量可從研磨墊14傳遞到碟盤20，接著進入碟盤固持器38，之後被熱交換介質40帶走。如此一來，研磨墊14可被冷卻。
根據本揭露一些實施例，熱交換介質40包括一加熱介質(heating media)，其溫度高於研磨墊14的溫度。加熱介質也可以是油、去離子水、或氣體等。根據本揭露一些實施例，熱交換介質40(加熱介質)的溫度是在約25℃至約45℃的範圍內。因此，當熱交換介質40流過通道36A時，熱量可從熱交換介質40經由碟盤固持器38及碟盤20傳遞到研磨墊14。如此一來，研磨墊14可被加熱。
根據本揭露一些實施例，通道36A用於冷卻及加熱研磨墊14。例如，當研磨墊14需要被加熱時，一加熱介質通過 通道36A被傳導，而研磨墊14需要被冷卻時，一冷卻介質通過同一通道36A被傳導。
在研磨墊14的修整期間，碟盤20在研磨墊14的中心與邊緣之間來回擺動。結合碟盤20的擺動及研磨墊14的轉動，使得碟盤20能夠加熱或冷卻研磨墊14的整個頂表面。此外，研磨墊14的加熱及冷卻可以在每個晶圓的研磨之前、期間及/或之後進行。
如第3圖所示，藉由將碟盤20移離研磨墊14可以停止熱交換，其能夠快速地停止熱傳遞。根據本揭露一些實施例，藉由傳導與研磨墊14具有相同或相似溫度的一熱交換介質40可以停止熱交換。例如，當熱交換介質40的溫度與研磨墊14的溫度的差值小於約3℃時，在兩者之間的熱交換會變慢，並可視為停止。也可以不將任何熱交換介質通過通道36A傳導來停止熱交換。這些實施例可以在需要繼續修整研磨墊時使用，且此時研磨墊14的溫度已經在期望範圍內。
根據本揭露一些實施例，墊修整器26具有如前面段落中討論過的單一通道36A，故被稱作一單通道墊修整器。根據本揭露一些替代實施例，墊修整器26具有一雙通道設計，其可透過兩個通道來實現。例如，第1圖中繪示出除了通道36A以外的通道36B，其中通道36B亦延伸到碟盤固持器38中。通道36A及36B為獨立的通道，可以被獨立操作而不相互影響。根據本揭露一些實施例，通道36A及36B中的一者(例如通道36A)用於傳導一冷卻介質，而另一通道(例如通道36B)則用於傳導一加熱介質。當研磨墊14要被冷卻時，一冷卻介質被導入通道 36A中，且通過通道36B的加熱介質的傳導被停止。反之，當研磨墊14要被加熱時，一加熱介質被導入通道36B中，且通過通道36A的冷卻介質的傳導被停止。適用於冷卻介質及加熱介質的材料可類似於上述用於單通道(一個通道)的材料。當研磨墊14既不需要被加熱也不需要被冷卻時，例如，當研磨墊14的溫度在期望範圍T3~T4(第2圖)內時，可將冷卻介質及加熱介質的傳導皆停止，或者將兩傳導皆採用具有與研磨墊14的溫度相同或實質上相同(例如，差值小於約3℃)的溫度的介質來實施。在第1圖中，使用虛線繪示通道36B表示通道36B可能存在或可能不存在。
根據本揭露一些實施例，如第1圖所示，在晶圓固持器16中形成有通道58A/58B。第5圖顯示一示例性晶圓固持器16的剖視圖。晶圓固持器16包括用於固持晶圓24的晶圓承載組件50。晶圓承載組件50包括空氣通道52，可在其中產生真空。藉由對空氣通道52抽真空，可以將晶圓24吸起，並用於將晶圓24傳送至及遠離研磨墊14(第1圖)。空氣通道52亦包括在可撓性薄膜54中的一些部分。可撓性薄膜54用於在晶圓24上施加一均勻的壓力，使得晶圓24在CMP製程期間被壓在研磨墊14上。固持環56用於在CMP期間保持晶圓24在適當位置，並在CMP期間使得晶圓24在研磨墊14上前後擺動。
根據本揭露一些實施例，通道58A內建在晶圓承載組件50中。儘管未顯示在第5圖中，每個通道58A及58B可在晶圓固持器16中形成一環，且每個通道58A及58B包括如圖中所示的一入口及一出口。熱交換介質60被導入及導出通道58A。 因此，研磨墊14透過熱交換介質60的傳導可以被加熱或冷卻。通道58A及58B(以及通道36B)也可具有如第8A圖或第8B圖中所示類似的頂視形狀。
根據本揭露一些實施例，熱交換介質60包括一冷卻介質，其溫度低於研磨墊14的溫度。熱交換介質60(冷卻介質)可以是油、去離子水、或氣體等。溫度也可以高於、等於或低於室溫。根據本揭露一些實施例，熱交換介質60的溫度是在約0℃至約18℃的範圍內。因此，當熱交換介質60流過通道58A時，熱量從研磨墊14傳遞到固持環56及晶圓24，接著進入晶圓承載組件50，之後被熱交換介質60帶走。如此一來，研磨墊14可被冷卻。
根據本揭露一些實施例，熱交換介質60包括一加熱介質，其溫度高於研磨墊14的溫度。熱交換介質60(加熱介質)也可以是油、去離子水、或氣體等。根據本揭露一些實施例，熱交換介質60的溫度是在約25℃至約45℃的範圍內。因此，當熱交換介質60流過通道58A時，熱量從熱交換介質60經由固持環56及晶圓24傳遞到研磨墊14。如此一來，研磨墊14可被加熱。
根據本揭露一些實施例，承載組件50為一單通道組件，且通道58A用於冷卻及加熱研磨墊14。例如，當研磨墊14需要被加熱時，一加熱介質通過通道58A被傳導，而研磨墊14需要被冷卻時，一冷卻介質通過同一通道58A被傳導。根據本揭露一些替代實施例，承載組件50為一雙通道組件，內建有通道58A及通道58B。通道58A及58B為獨立的通道，可以被獨 立操作而不相互影響。根據本揭露一些實施例，通道58A及58B中的一者用於傳導一冷卻介質，而另一通道則用於傳導一加熱介質。在雙通道方案的操作中，當研磨墊14要被冷卻時，一冷卻介質被導入通道58A中，且通過通道58B的加熱介質的傳導被停止。反之，當研磨墊14要被加熱時，一加熱介質被導入通道58B中，且通過通道58A的冷卻介質的傳導被停止。當研磨墊14既不需要被加熱也不需要被冷卻時，例如，當研磨墊14的溫度在期望範圍內時，可將冷卻介質及加熱介質的傳導皆停止，或者將兩傳導皆採用具有與研磨墊14的溫度相同或實質上相同(例如，差值小於約5℃)的溫度的介質來實施。
根據本揭露一些實施例，熱交換通道內建在研磨墊14及晶圓固持器16的任一者中。根據本揭露一些替代實施例，在研磨墊14及晶圓固持器16中皆內建有熱交換通道，以便於實現更快速的熱交換。當研磨墊14需要被加熱或冷卻時，可使用研磨墊14及晶圓固持器16中的一者或兩者。
根據本揭露一些實施例，可以對研磨墊14的溫度執行一即時檢測，例如，使用一非接觸式溫度計。第1圖繪示出溫度計62，以表示用於檢測研磨墊14的溫度的機構。根據一些實施例，溫度計62為一紅外線溫度計。熱交換介質40及/或60的傳導基於(in response to)所檢測到的溫度被控制。例如，當所檢測到的溫度高於期望溫度範圍的上限T4(第2圖)時，冷卻介質被導入如上述的通道36A/36B/58A/58B，以降低研磨墊14的溫度。反之，當所檢測到的溫度低於期望溫度範圍的下限T3(第2圖)時，加熱介質被導入如上述的通道 36A/36B/58A/58B，以提高研磨墊14的溫度。根據本揭露一些實施例，當溫度是在期望範圍T3~T4(第2圖)內時，將冷卻介質及加熱介質的傳導皆停止，或者將具有與研磨墊14的溫度相同或實質上相同(例如，差值小於約3℃)的溫度的熱交換介質導入上述通道。根據本揭露一些實施例，當所檢測到的溫度是在期望範圍內時，碟盤20(第1圖)亦可被移離研磨墊14來停止熱傳遞。
第1圖亦繪示出控制單元66，其電(及/或訊號)連接至墊修整器26、晶圓固持器16、溫度計62、研磨漿分配器18、及熱交換介質供應單元68和70。熱交換介質供應單元68和70分別配置用於供應具有期望溫度的熱交換介質40及60。僅管未示出，每個熱交換介質供應單元68和70可包括冷卻介質儲存器及/或加熱介質儲存器，且冷卻介質和加熱介質分別儲存於冷卻介質儲存器和加熱介質儲存器中。控制單元66具有操作及同步上述功能元件的運作的功能，上述功能元件包括但不限定於，墊修整器26、晶圓固持器16、溫度計62、研磨漿分配器18、及熱交換介質供應單元68和70。如此一來，可實現檢測及控制研磨墊14的溫度的功能。
第6圖顯示在一晶圓的CMP製程中研磨墊的示例性溫度曲線。線72表示，在使用根據本揭露一些實施例的溫度控制方法時研磨墊14的溫度。線30仍表示，在未使用根據本揭露一些實施例的溫度控制方法時研磨墊的溫度。在”開始”時間(晶圓24(第5圖)在此時間點開始被研磨)之前，熱交換介質40及/或60(加熱介質)(第1圖)被導入墊修整器26及/或晶圓固持器 16，使得溫度被提升至期望範圍T3~T4內。在研磨墊14的溫度在期望範圍內之後，晶圓24開始被研磨。在CMP期間，當需要時，熱交換介質40及/或60(冷卻介質)可在某個時間被導入墊修整器26(第1圖)及/或晶圓固持器16。因此，在化學反應及摩擦期間產生的熱量可被導走，使得研磨墊14的溫度被維持在期望溫度範圍T3~T4內。在需要一較低溫度範圍T6~T7的階段，熱交換介質40及/或60(冷卻介質)被傳導以將研磨墊14的溫度快速地降低至期望溫度範圍T6~T7內。在同一批次的晶圓的CMP的間隔期間，及在不同批次的間隔期間，熱交換介質40及/或60(加熱介質)可被導入墊修整器26及/或晶圓固持器16(第1圖)，使得研磨墊14被維持在適用於下一個晶圓的最佳溫度。
在冷卻及加熱期間，冷卻介質及加熱介質的溫度也可以被控制。例如，當需要快速冷卻時，具有一第一溫度的熱交換介質40/60(冷卻介質)被傳導，而當需要緩慢冷卻時，具有一高於第一溫度的第二溫度(但仍低於研磨墊的溫度)的熱交換介質40/60(冷卻介質)被傳導。類似地，當需要快速加熱時，具有一第一溫度的熱交換介質40/60(加熱介質)被傳導，而當需要緩慢加熱時，具有一低於第一溫度的第二溫度的熱交換介質40/60(加熱介質)被傳導。
在冷卻及加熱期間，流入墊修整器26及/或晶圓固持器16的冷卻介質及加熱介質的流速(量)也可以被控制。例如，當需要快速冷卻時，熱交換介質40/60(冷卻介質)以一第一流速被傳導，而當需要緩慢冷卻時，熱交換介質40/60(冷卻介質)以一低於第一流速的第二速率被傳導。類似地，當需要快 速加熱時，熱交換介質40/60(加熱介質)以一第一流速被傳導，而當需要緩慢加熱時，熱交換介質40/60(加熱介質)以一低於第一流速的第二速率被傳導。
第7圖顯示用於研磨另一晶圓的研磨墊的另一示例性溫度曲線。線74表示研磨墊14的溫度。在”開始”時間(晶圓在此時間點開始被研磨)之前，加熱介質被導入墊修整器26(第1圖)，使得溫度被提升至期望範圍T3~T4內(第2圖)。接著，晶圓開始被研磨。在CMP期間，研磨墊14(第1圖)的溫度被監控，例如，使用溫度計62(第1圖)。假設在時間t1，研磨墊14被檢測到具有高於期望範圍的上限T4的溫度，控制器66(第1圖)將控制熱交換介質分配單元68及/或70以分配冷卻介質至墊修整器26及/或晶圓固持器16中，使得研磨墊14被冷卻，直到研磨墊14的溫度回到期望範圍T3~T4內。假設在時間t2(第7圖)，研磨墊14被檢測到具有低於期望範圍的下限T3(第2圖)的溫度，控制器66(第1圖)將控制加熱介質被導入墊修整器26及/或晶圓固持器16以加熱研磨墊，直到研磨墊14的溫度回到期望範圍內。當所檢測到的溫度在期望範圍T3~T4內時，碟盤20可以被移離研磨墊14，或者一與研磨墊14的溫度接近的熱交換介質可被傳導。亦或者，當所檢測到的溫度在期望範圍T3~T4內時，不再將冷卻介質或加熱介質導入碟盤20及晶圓固持器16。
本揭露實施例具有一些有利的特徵。冷卻介質可被傳導至研磨墊下方的平台，以降低研磨墊的溫度。然而，研磨墊是由多孔材料製成且為熱絕緣體，故非常難以將研磨墊的頂表面上的熱量通過研磨墊傳遞到平台。已發現當平台被冷卻 降低攝氏20度時，研磨墊的頂表面溫度僅能被降低約攝氏2度。根據本揭露一些實施例，熱交換則直接發生於研磨墊14的頂表面，且熱量不必經過絕熱的研磨墊14。熱傳遞效率可以明顯提升。除此之外，冷卻/加熱機構內建在現有的部件(墊修整器及晶圓固持器)中，因此沒有加入額外的部件來干擾現有的部件的運作。本揭露實施例也提供一種用於加熱研磨墊的機構，以便提升CMP製程的產能。
根據一些實施例，提供一種半導體製程方法，包括在一研磨墊上研磨一晶圓。上述方法亦包括使用一墊修整器的一碟盤對研磨墊進行修整。此外，上述方法還包括將一熱交換介質導入碟盤。其中，被導入碟盤的熱交換介質具有一第一溫度，不同於研磨墊的一第二溫度。
根據一些實施例，傳導熱交換介質包括傳導一冷卻介質，其中冷卻介質的第一溫度低於上述第二溫度。
根據一些實施例，傳導熱交換介質包括傳導一加熱介質，其中加熱介質的第一溫度高於第二溫度。
根據一些實施例，半導體製程方法更包括檢測研磨墊的第二溫度，以及基於第二溫度，從一冷卻介質與一加熱介質中選擇熱交換介質，以及將所選擇的熱交換介質導入碟盤。
根據一些實施例，半導體製程方法更包括執行一第一檢測以檢測研磨墊的一第三溫度，以及基於第三溫度，保持墊修整器的碟盤與研磨墊接觸。
根據一些實施例，熱交換介質被導入碟盤中的一 通道，且通道的一部分具有從螺旋狀及鋸齒狀中所選擇的一頂視形狀。
根據一些實施例，熱交換介質包括一冷卻介質，且半導體製程方法更包括停止傳導冷卻介質，以及將一加熱介質導入墊修整器。
根據一些實施例，半導體製程方法更包括將一熱交換介質導入一晶圓固持器，其將晶圓固持於研磨墊之上。
根據一些實施例，提供一種半導體製程方法，包括在一研磨墊上研磨一晶圓。上述方法亦包括使用一墊修整器的一碟盤對研磨墊進行修整。上述方法更包括將一冷卻介質導入及導出碟盤，其中冷卻介質用於降低研磨墊的一頂表面溫度。此外，上述方法還包括將一加熱介質導入及導出碟盤，其中加熱介質用於提高研磨墊的頂表面溫度。
根據一些實施例，冷卻介質被導入及導出碟盤的一第一通道，加熱介質被導入及導出碟盤的一第二通道，且第一通道與第二通道為獨立的通道。
根據一些實施例，冷卻介質與加熱介質被導入及導出碟盤的一相同的通道，並且在不同的時間被傳導。
根據一些實施例，加熱介質在沒有晶圓在研磨墊上被研磨時被傳導，且冷卻介質在晶圓開始被研磨之後被傳導。
根據一些實施例，半導體製程方法更包括檢測研磨墊的頂表面溫度，以及基於所檢測到的頂表面溫度，選擇冷卻介質與加熱介質的其中一者並將其導入碟盤。
根據一些實施例，半導體製程方法更包括檢測研磨墊的頂表面溫度，以及基於所檢測到的頂表面溫度，將與研磨墊接觸的墊修整器的碟盤移離研磨墊。
根據一些實施例，半導體製程方法更包括將一額外的冷卻介質導入置於研磨墊上方的一晶圓固持器。
根據一些實施例，半導體製程方法更包括將一額外的加熱介質導入置於研磨墊上方的一晶圓固持器。
根據一些實施例，提供一種半導體製程方法，包括在一研磨墊上研磨一晶圓。上述方法亦包括執行一第一檢測，以檢測研磨墊的一溫度。上述方法更包括基於所檢測到的溫度高於一第一預定溫度的情況，將一冷卻介質導入及導出一墊修整器的一碟盤，其中碟盤在冷卻介質被傳導的同時對研磨墊進行修整。此外，上述方法還包括基於所檢測到的溫度低於一第二預定溫度的情況，將一加熱介質導入及導出碟盤，其中碟盤在加熱介質被傳導的同時對研磨墊進行修整。
根據一些實施例，半導體製程方法更包括基於所檢測到的溫度低於第一預定溫度且高於第二預定溫度的情況，將墊修整器的碟盤移離研磨墊。
根據一些實施例，當冷卻介質或加熱介質被傳導時，晶圓正在被研磨。
根據一些實施例，半導體製程方法更包括將一額外的冷卻介質導入置於研磨墊上方的一晶圓固持器。
前述內文概述了許多實施例的特徵，使本技術領域中具有通常知識者可以從各個方面更佳地了解本發明。本技 術領域中具有通常知識者應可理解，且可輕易地以本發明實施例為基礎來設計或修飾其他製程及結構，並以此達到相同的目的及/或達到與在此介紹的實施例等相同的優點。本技術領域中具有通常知識者也應了解這些相等的結構並未背離本發明的發明精神與範圍。在不背離本發明的發明精神與範圍的前提下，可對本發明實施例進行各種改變、置換或修改。
10‧‧‧化學機械研磨裝置、化學機械研磨系統
12‧‧‧研磨平台
14‧‧‧研磨墊
16‧‧‧晶圓固持器
18‧‧‧研磨漿分配器
20‧‧‧碟盤
22‧‧‧研磨漿
26‧‧‧墊修整器
36A、36B‧‧‧通道
38‧‧‧碟盤固持器
40‧‧‧載熱介質、熱交換介質
58A、58B‧‧‧通道
60‧‧‧熱交換介質
62‧‧‧溫度計
66‧‧‧控制單元、控制器
68、70‧‧‧熱交換介質供應單元

Claims (8)

  1. 一種半導體製程方法，包括：在一研磨墊上研磨一晶圓；使用一墊修整器的一碟盤對該研磨墊進行修整；檢測該研磨墊的一第一溫度；以及基於該第一溫度，從一冷卻介質與一加熱介質中選擇一熱交換介質，並且將該熱交換介質導入該碟盤，其中被導入該碟盤的該熱交換介質具有一第二溫度，不同於該研磨墊的該第一溫度，其中該熱交換介質為該冷卻介質時，該冷卻介質被導入及導出該碟盤的一第一通道，該熱交換介質為該加熱介質時，該加熱介質被導入及導出該碟盤的一第二通道，且該第一通道與該第二通道為獨立的通道。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之半導體製程方法，其中，該第一通道以及該第二通道的一部分具有從螺旋狀及鋸齒狀中所選擇的一頂視形狀。
  3. 一種半導體製程方法，包括：在一研磨墊上研磨一晶圓；使用一墊修整器的一碟盤對該研磨墊進行修整；將一冷卻介質導入及導出該碟盤，其中該冷卻介質用於降低該研磨墊的一頂表面溫度；以及將一加熱介質導入及導出該碟盤，其中該加熱介質用於提高該研磨墊的該頂表面溫度，其中該冷卻介質被導入及導出該碟盤的一第一通道，該 加熱介質被導入及導出該碟盤的一第二通道，且該第一通道與該第二通道為獨立的通道。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之半導體製程方法，其中，該冷卻介質與該加熱介質在不同的時間被導入及導出。
  5. 一種半導體製程方法，包括：在一研磨墊上研磨一晶圓；執行一第一檢測，以檢測該研磨墊的一溫度；基於所檢測到的該溫度高於一第一預定溫度的情況，將一冷卻介質導入及導出一墊修整器的一碟盤，其中該碟盤在該冷卻介質被傳導的同時對該研磨墊進行修整；以及基於所檢測到的該溫度低於一第二預定溫度的情況，將一加熱介質導入及導出該碟盤，其中該碟盤在該加熱介質被傳導的同時對該研磨墊進行修整，其中該冷卻介質被導入及導出該碟盤的一第一通道，該加熱介質被導入及導出該碟盤的一第二通道，且該第一通道與該第二通道為獨立的通道。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之半導體製程方法，更包括基於所檢測到的該溫度低於該第一預定溫度且高於該第二預定溫度的情況，將該墊修整器的該碟盤移離該研磨墊。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之半導體製程方法，其中，當該冷卻介質或該加熱介質被傳導時，該晶圓正在被研磨。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之半導體製程方法，更包括將一額外的冷卻介質導入置於該研磨墊上方的一晶圓固持 器。
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