TWM504343U - 化學機械研磨固定裝置 - Google Patents

Description

化學機械研磨固定裝置

本創作係關於一種化學機械固定環，特別是一種應用於半導體晶圓研磨之化學機械研磨固定裝置。

在半導體製造過程中，化學機械研磨為不可或缺的一道製程，若是晶圓在化學機械研磨中未研磨至良好的平面或者產生刮痕，將導致後續的曝光、顯影及蝕刻等微影製程產生誤，甚至造成無法挽救的缺陷。

傳統的化學機械研磨裝置大多是直接差將具有一定厚度的固定環面對面直接以黏接貼合的方式黏貼在外觀形狀與其相對應的一個基座上。固定環通常是由高分子材料所製成，用以將待研磨的晶圓框設於其內圈中。在化學機械研磨過程當中，固定環必須承受高速旋轉之研磨墊與其之間的摩擦，也必須承受研磨過程當中化學機械研磨液對其的侵蝕。在半導體晶圓的加工製造過程當中，化學機械研磨裝置之固定環一旦經歷一定數量的晶圓研磨製程後便必須予以更換。

然而在實務上卻發現一個問題，在半導體晶圓之化學機械研磨製程當中，有一定的機率會發生固定環提早失效的情況。經長時間調查發現，原因出自於在化學機械研磨過程當中，化學機械研磨液可能經由固定環與基座相結合的界面處滲入，進而導致固定環與基座之間的 黏膠變成小顆粒而散落至化學機械研磨液中，造成晶圓表面刮傷的缺陷，使整個固定環提前失效。如此一來不僅會增加固定環更換次數，同時也增加生產線停工時間，造成晶圓代工廠的耗材成本與生產成本同時增加。

因此，傳統的化學機械研磨裝置具有化學機械研磨液容易自固定環與基座相結合的界面處滲入，導致固定環提早失效，進而造成耗材成本與生產成本同時增加的問題。

有鑑於此，本創作提出一種化學機械研磨固定裝置，主要包含一環形基座與一固定環。環形基座包含一第一結合面、一第一內環面、一第一銜接面與一第二內環面，第一結合面係平行於環形基座之徑向，第一內環面之直徑大於第二內環面，第一內環面之二側分別連接於第一結合面與第一銜接面，第一銜接面之二側分別連接於第一內環面與第二內環面。固定環包含一第二結合面與一內環凸緣，第二結合面係平行於固定環之徑向，第二結合面結合於環形基座之第一結合面，內環凸緣凸出於第二結合面，內環凸緣具有一外環壁面與一頂面，外環壁面結合於環形基座之第一內環面，頂面結合於第一銜接面。

本創作之其中一概念係上述化學機械研磨固定裝置中，內環凸緣之頂面至固定環之第二結合面的距離係在5mm至15mm之範圍間。

本創作之其中一概念係上述化學機械研磨固定裝置中，內環凸緣沿該固定環之徑向的厚度係在1mm至5mm之範圍間。

本創作之其中一概念係上述化學機械研磨固定裝置中，內環凸緣具有一內環壁面，該內環凸緣之內環壁面與該環形基座之第二內環面齊平。

本創作之其中一概念係上述化學機械研磨固定裝置中，第一銜接面與第一內環面之連接處具有一導角，導角係為半徑1.5mm之圓弧。

本創作之其中一概念係上述化學機械研磨固定裝置中，環形基座更包含一第一外環面、一第二銜接面與一第二外環面，第一外環面之直徑小於第二外環面，第一外環面之二側分別連接於第一結合面與第二銜接面，第二銜接面之二側分別連接於第一外環面與第二外環面。

本創作之其中一概念係上述化學機械研磨固定裝置中，固定環更包含一外環凸緣，外環凸緣凸出於第二結合面，外環凸緣具有一內環壁面與一頂面，內環壁面結合於環形基座之第一內環面，頂面結合於第一銜接面。

本創作之其中一概念係上述化學機械研磨固定裝置中，外環凸緣之頂面至固定環之第二結合面的距離係在4mm至10mm之範圍間。

本創作之其中一概念係上述化學機械研磨固定裝置中，外環凸緣沿該固定環之徑向的厚度係在1mm至4mm之範圍間。

本創作之其中一概念係上述化學機械研磨固定裝置中，外環凸緣具有一外環壁面，該外環凸緣之外環壁面與該環形基座之第二外環面齊平。

1‧‧‧化學機械研磨固定裝置

11‧‧‧環形基座

111‧‧‧第一結合面

112‧‧‧第一內環面

113‧‧‧第一銜接面

114‧‧‧第二內環面

118‧‧‧嵌塊

119‧‧‧鎖孔

12‧‧‧固定環

121‧‧‧第二結合面

128‧‧‧嵌孔

129‧‧‧內環凸緣

129a‧‧‧外環壁面

129b‧‧‧頂面

129c‧‧‧內環壁面

6‧‧‧化學機械研磨設備

7‧‧‧晶圓

8‧‧‧化學機械研磨液

9‧‧‧習知技術的化學機械研磨固定裝置

91‧‧‧基座

92‧‧‧固定環

93‧‧‧接合面

[第1圖]為習知技術之化學機械研磨固定裝置的立體圖。

[第2圖]為沿第1圖之AA剖面線的剖面示意圖。

[第3圖]為本創作一具體實施例之化學機械研磨固定裝置的組合圖。

[第4圖]為本創作之具體實施例之化學機械研磨固定裝置的立體圖。

[第5圖]為沿第4圖之BB剖面線的剖面示意圖。

[第6圖]為本創作之具體實施例的工作狀態示意圖。

請參照第1圖與第2圖，為習知技術之化學機械研磨固定裝置的立體圖與剖面示意圖，揭露一種習知技術的化學機械研磨固定裝置9，其主要包含基座91、固定環92與一接合面93，其中接合面93係位於基座91與固定環92之間。基座91與固定環92之間通常是透過黏膠予以接合在一起，然而在化學機械研磨過程當中，化學機械研磨液容易從接合面93滲入，進而導致由高分子材質(例如PPS，聚苯硫醚)製成的固定環92提早失效。因此，本創作的其中一個重要概念就是提出一種可以在化學機械研磨過程中防止化學機械研磨液滲入到基座91與固定環92之間的技術方案。

請參照第3圖、第4圖與第5圖，分別為本創作一具體實施 例之化學機械研磨固定裝置的組合圖、立體圖與剖面示意圖，揭露一種化學機械研磨固定裝置1，其主要包含一環形基座11與一固定環12。當晶圓在進行化學機械研磨過程時，固定環12係面朝下而將晶圓框在它的內圈中。

環形基座11包含一第一結合面111、一第一內環面112、一第一銜接面113、一第二內環面114、複數個嵌塊118與複數個鎖孔119。環形基座11之第一結合面111係平行於環形基座11之徑向，第一內環面112之直徑大於第二內環面114之直徑。如第3圖所示，第一內環面112沿其上下二側分別連接於第一結合面111與第一銜接面113。第一銜接面113實質上平行於第一結合面111，其二側分別連接於第一內環面112與第二內環面114，且第一銜接面113與第一內環面112的連接處係形成有一導角，所述導角的R值係在1.5mm至2.0mm之範圍間。各個嵌塊118係經由穿過鎖孔119之螺絲而固定在環形基座11的第一結合面上111。

固定環12包含一第二結合面121、多個嵌孔128與一內環凸緣129，第二結合面121係平行於固定環12之徑向。第二結合面121與第一結合面111之間係透過嵌塊118與嵌孔128相互嵌合的方式而結合，也可以進一步在嵌塊118與嵌孔128結合處以外的表面塗設黏膠以增加固定環12與環形基座11之間的結合力。

固定環12之內環凸緣129凸出於第二結合面121，內環凸緣129具有一外環壁面129a與一頂面129b。如第5圖所示，外環壁面129a結合於環形基座11之第一內環面112，頂面129b結合於第一銜接面113。

請進一步參照第6圖，為本創作之具體實施例的工作狀態 示意圖。本創作之化學機械研磨裝置1係結合於外部的化學機械研磨設備6而可相對於下方的研磨墊(圖中未示)旋轉，晶圓7係被框設在固定環12之內圈中。在加工過程當中，化學機械研磨液有機會滲透過晶圓7與固定環12之間的縫隙而積累在晶圓7背面。由於本實施例的固定環12新增了內環凸緣129，所以本實施例的固定環12係透過第二結合面121結合於環形基座11的第一結合面111，透過外環壁面129a結合於環形基座的第一內環面112，以及透過頂面129b結合於環形基座11的第一銜接面113。當晶圓7在進行化學機械研磨時，滲透過晶圓7與固定環12之間的縫隙而積累在晶圓7背面的化學機械研磨液8，其唯一能進入環型基座11與固定環12之間的位置只有第一銜接面113與內環凸緣129之頂面129b相結合處。然而，環型基座11之第一銜接面113與內環凸緣129之頂面129b相結合處距離晶圓7背面的距離甚遠，如果跟先前技術相比，本實施例等同於多了內環凸緣129之頂面129b至第二結合面121的距離。因此，化學機械研磨液8難以有機會滲入固定環12與環形基座11之間，確保固定環12在規範的工作壽期內不會提前失效，解決了晶圓廠耗材成本與生產成本同時增加的問題。

經過實驗驗證，當內環凸緣129之頂面129b至固定環12之第二結合面121的距離達5mm以上時可達到顯著避免固定環12提前失效的問題，當達到10mm以上時，實驗驗證結果發現不再發生固定環12提前失效的情況。

此外，內環凸緣129沿固定環12之徑向的厚度在1mm以上時，可提升內環凸緣129的強度，且內環凸緣129不容易破裂，且環型基 座11之第一銜接面113與內環凸緣129之頂面129b相結合處也能具有一定的結合強度，能承受在化學機械研磨過程當中，產生於第一銜接面113與頂面129b相結合處的剪應力。實驗驗證內環凸緣129沿固定環12之徑向的厚度從1mm至5mm均可達到良好的功效。

在本實施例之其中一態樣中，如第5圖所示，內環凸緣129具有一內環壁面129c，內環凸緣129之內環壁面129c與環形基座11之第二內環面114齊平。如果內環凸緣129之內環壁面129c與環形基座11之第二內環面114沒有齊平，例如頂面129b的面積大於第一銜接面113，則在極低的機率之下，少量的化學機械研磨液8可能堆積在內環凸緣129之頂面129b上，此時透過旋轉時的離心力作用下，化學機械研磨液可能從頂面129b與第一銜接面113之間滲透進去。如果內環凸緣129之內環壁面129c與環形基座11之第二內環面114設計成齊平的情況，則縱使少量的化學機械研磨液8可能噴濺到第一銜接面113與頂面129b相結合處，也不用擔心會從該結合處任滲入。

雖然本創作的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本創作，任何熟習此技藝者，在不脫離本創作之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本創作的範疇內，因此本創作之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

11‧‧‧環形基座

112‧‧‧第一內環面

113‧‧‧第一銜接面

114‧‧‧第二內環面

119‧‧‧鎖孔

12‧‧‧固定環

128‧‧‧嵌孔

129‧‧‧內環凸緣

129a‧‧‧外環壁面

129b‧‧‧頂面

129c‧‧‧內環壁面

Claims (5)

1. 一種化學機械研磨固定裝置，包含： 一環形基座，包含一第一結合面、一第一內環面、一第一銜接面與一第二內環面，該第一結合面係平行於該環形基座之徑向，該第一內環面之直徑大於該第二內環面，該第一內環面之二側分別連接於該第一結合面與該第一銜接面，該第一銜接面之二側分別連接於該第一內環面與該第二內環面；及 一固定環，包含一第二結合面與一內環凸緣，該第二結合面係平行於該固定環之徑向，該第二結合面結合於該環形基座之第一結合面，該內環凸緣凸出於該第二結合面，該內環凸緣具有一外環壁面與一頂面，該外環壁面結合於該環形基座之第一內環面，該頂面結合於該第一銜接面。
2. 如請求項1所述之化學機械研磨固定裝置，其中該內環凸緣之頂面至該固定環之該第二結合面的距離係在5 mm至15 mm之範圍間。
3. 如請求項2所述之化學機械研磨固定裝置，其中該內環凸緣沿該固定環之徑向的厚度係在1 mm至 5 mm之範圍間。
4. 如請求項3所述之化學機械研磨固定裝置，其中該內環凸緣具有一內環壁面，該內環凸緣之該內環壁面與該環形基座之該第二內環面齊平。
5. 如請求項4所述之化學機械研磨固定裝置，其中該第一銜接面與該第一內環面之連接處具有一導角，該導角之標稱尺寸係在1.5 mm之2.0 mm之範圍間。