TWM588350U - 再生晶圓低磨耗之均質化研磨系統 - Google Patents

Abstract

本創作提供一種再生晶圓低磨耗之均質化研磨系統，供以針對一再生晶圓進行平坦化研磨，包含一前段研磨機，具有一霧面磨光墊，供以將該再生晶圓表面與該霧面磨光墊進行旋轉接觸並執行霧面磨光；及一後段研磨機，設於該前段研磨機之一側並具有一亮面拋光墊，將霧面磨光後之該再生晶圓傳送至該後段研磨機，並再次與該亮面拋光墊進行旋轉接觸並執行亮面拋光。或使用一研磨機台並電性連接驅動電源，該研磨機台具有一霧面磨光模式及一亮面拋光模式，該霧面磨光模式執行於該亮面拋光模式之前，供該再生晶圓先執行霧面磨光，後執行亮面拋光。藉此達到大幅降低晶圓研磨耗損厚度即可去除刮痕之功效。

Description

再生晶圓低磨耗之均質化研磨系統

本創作係與化學機械研磨領域相關，尤其是一種可大幅降低晶圓研磨耗損厚度即可去除刮痕之再生晶圓低磨耗之均質化研磨系統。

化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing)為現今最為廣泛使用之晶圓平坦化方式。顧名思義地，此製程原理主要係利用研磨的機械原理，搭配研磨用之化學藥劑，進一步將晶圓表面因製程長晶過程所造成之高低輪廓，例如半導體製程中於正面金屬化後之晶背研磨需求，進一步加壓研磨輪至晶圓，使之呈現平坦化並符合終端產品之電性需求。簡單來說，化學機械研磨之目的係為將製作完成之積體電路表面磨平，以方便下一層金屬導線具有較佳之成長良率。

傳統來說，化學機械研磨設備大致由設有研磨墊之高速旋轉基台上，搭配一晶圓乘載座將晶圓固定，而使晶圓由上而下地加壓至該研磨墊，並輔以一側之研磨漿料噴嘴將研磨液噴至研磨墊上，反覆旋轉、加壓、噴料，直至預定晶圓厚度。因此，影響化學機械研磨之功效者不外乎上述之各種設備條件。其中任一條件之設定差異，都將可能導致晶圓破片進而影響良率表現。是以，為避免犧牲過多已部分完成金屬化之晶圓因製程參數不佳導致破片，進而衍生有利用將使用過後之晶圓予以再生利用之需求，據此將研磨後之再生晶圓作為測試片之用。

進一步地，具有刮痕或使用過後之晶圓欲再次作為測試片，必須先將其表面拋光成亮面且厚度不可過薄，據此以符合半導體廠實際製程標準。惟，現今之晶圓再生工法若欲去除刮痕，至少需研磨犧牲10至60µm晶圓厚度。然而如此一來，該再生晶圓之厚度根本不符半導體製程之使用標準，而無從達到「測試片」之目的。

有鑑於此，本創作人竭其心智苦心研究，並憑其從事該項產業多年之累積經驗，進而提出一種再生晶圓低磨耗之均質化研磨系統，以利有效改善習知技術之缺失。

本創作之一目的，旨在提供一種可大幅降低晶圓研磨耗損厚度而可去除刮痕之再生晶圓的均質化研磨系統。

為達上述目的，本創作揭露一種再生晶圓低磨耗之均質化研磨系統，供以針對一再生晶圓進行平坦化研磨，包含：一前段研磨機，具有一霧面磨光墊，供以將該再生晶圓表面與該霧面磨光墊進行旋轉接觸並執行霧面磨光；及一後段研磨機，設於該前段研磨機之一側並具有一亮面拋光墊，將霧面磨光後之該再生晶圓傳送至該後段研磨機，並再次與該亮面拋光墊進行旋轉接觸並執行亮面拋光。

為達上述目的，本創作另揭露一種再生晶圓低磨耗之均質化研磨系統，供以針對一再生晶圓進行平坦化研磨，包含：一驅動電源；一研磨機台，電性連接該驅動電源，該研磨機台具有一霧面磨光模式及一亮面拋光模式，該霧面磨光模式執行於該亮面拋光模式之前，供該再生晶圓先執行霧面磨光，後執行亮面拋光。

較佳者，該再生晶圓低磨耗之均質化研磨系統，更包含：一漿料噴嘴，供以提供研磨液至該再生晶圓欲研磨之一面。

較佳者，其中，該再生晶圓霧面磨光後之表面粗糙度Ra最小達0.1µm；該再生晶圓亮面拋光後之表面粗糙度Ra最大達1.5nm。

綜上所述，鑒於半導體製程之終端產品例如MOSFET等元件，可先行考量其物性或電性進而決定其預訂晶圓厚度，據此可進一步製作與製程晶圓正式片相同厚度的再生晶圓測試片，以測試片進機台取代正式片，避免製程過程之參數設定條件不佳影響良率或發生破片等現象。由於該再生晶圓通常已經使用或具有瑕疵，故至少須將其表面刮痕磨除及拋光，因此利用本創作之再生晶圓低磨耗之均質化研磨系統，功效上可大幅降低晶圓研磨耗損厚度即可去除刮痕，且使再生晶圓之再利用率提高，同時亦可滿足半導體元件製造商之成本降低考量。

為使貴審查委員能清楚了解本創作之內容，謹以下列說明搭配圖式，敬請參閱。

請參閱第1及2圖，其係為本創作第一實施例之均質化研磨系統結構示意圖及應用示意圖。本創作係提出一種再生晶圓低磨耗之均質化研磨系統，供以針對一再生晶圓8進行平坦化研磨，包含一前段研磨機1及一後段研磨機2。

該前段研磨機1具有一霧面磨光墊10，供以將該再生晶圓8表面與該霧面磨光墊10進行旋轉接觸並執行霧面磨光。該後段研磨機2設於該前段研磨機1一側並具有一亮面拋光墊20，將霧面磨光後之該再生晶圓8傳送至該後段研磨機2，並再次與該亮面拋光墊20進行旋轉接觸並執行亮面拋光。據此，藉由該前段研磨機1與該後段研磨機2之先霧面磨光再亮面拋光之研磨處理，係可於低磨損厚度下，有效地將該再生晶圓8上的瑕疵刮痕加以去除，並形成符合半導體元件製造商所需的測試片要求。

進一步地，本創作之均質化研磨系統，係可更包含至少一漿料噴嘴3，其係設於前段研磨機1與該後段研磨機2之一側，供以提供研磨液至該再生晶圓8與該霧面磨光墊10之間；以及提供研磨液至該再生晶圓8與該亮面拋光墊20之間。藉此，係可於研磨製程中快速地提供所需研磨液至該再生晶圓8與該霧面磨光墊10之間，以及該再生晶圓8與該亮面拋光墊20之間，而有利於該前段研磨機1及該後段研磨機2對該再生晶圓8進行所需的研磨處理。於本實施例中，係以均質化研磨系統包含一個該漿料噴嘴3為例說明，當然亦可於該前段研磨機1及該後段研磨機2處分別設置該漿料噴嘴3。

此外，較佳者，該再生晶圓8磨光後之表面粗糙度Ra最小達0.1µm，該再生晶圓8亮面拋光後之表面粗糙度Ra最大達1.5nm，以確實地去除該再生晶圓8之表面刮痕與瑕疵，並使該再生晶圓8研磨後形成可符合半導體製程條件之測試片。

應用時，該再生晶圓8係先與該前段研磨機1之該霧面磨光墊10進行旋轉接觸，以將該再生晶圓8表面之刮痕與瑕疵去除，而後再將霧面磨光後的該再生晶圓8傳送至該後段研磨機2處，使該再生晶圓8再次與該亮面拋光墊20進行旋轉接觸而完成亮面拋光處理。經該前段研磨機1之霧面磨光處理再經該後段研磨機2之亮面拋光處理後之該再生晶圓8，即可在極低的磨耗下達到符合作為半導體製程測試片之條件。於此並以該前段研磨機1及該後段研磨機2皆對應設置於該再生晶圓8上方之加工應用方式為例，於研磨時該前段研磨機1及該後段研磨機2下壓而使該霧面磨光墊10及該亮面拋光墊20分別與該再生晶圓8旋轉接觸，以進行研磨處理。當然，也可使該前段研磨機1及該後段研磨機2係對應設於該再生晶圓8下方，使該再生晶圓8朝該前段研磨機1及該後段研磨機2下壓而分別與該霧面磨光墊10及該亮面拋光墊20旋轉接觸，進行研磨處理。

請續參閱第3及4圖，其係為本創作第二實施例之均質化研磨系統結構示意圖及應用示意圖。於先霧面磨光再亮面拋光之技術特徵下，本實施例揭示供以針對一再生晶圓9進行平坦化研磨之再生晶圓低磨耗之均質化研磨系統，係包含一驅動電源4及一研磨機台5。該驅動電源4係用以提供驅動電力予該研磨機台5，該研磨機台5電性連接該驅動電源4，且該研磨機台5具有一霧面磨光模式及一亮面拋光模式，該霧面磨光模式執行於該亮面拋光模式之前，供該再生晶圓9先執行霧面磨光，後執行亮面拋光。於本實施例中，該再生晶圓9之先霧面磨光再亮面拋光之研磨處理，係可透過該研磨機台5之該霧面磨光模式及該亮面拋光模式予以完成。具體地說，該研磨機台5係可透過如調整各項研磨相關參數或研磨液種類等，而以該霧面磨光模式驅動及該亮面拋光模式驅動，以針對該再生晶圓9進行先霧面磨光再亮面拋光之研磨處理。

為利於輸出研磨液至該再生晶圓9欲研磨之一面，本創作之均質化研磨系統可更包含一漿料噴嘴6，其係設於該研磨機台5一側以提供研磨液至該再生晶圓9欲研磨之面，利於研磨製程的進行。

同樣地，於本實施例中，亦可使該再生晶圓9磨光後之表面粗糙度Ra最小達0.1µm，該再生晶圓9亮面拋光後之表面粗糙度Ra最大達1.5nm，以確實地去除該再生晶圓9之表面刮痕與瑕疵，並使該再生晶圓9研磨後形成可符合半導體製程條件之測試片。

應用時，該研磨機台5係先以該霧面磨光模式驅動，以對該再生晶圓9之表面進行霧面研磨，而後，再使該研磨機台5以該亮面拋光模式驅動，以針對已經霧面磨光之該再生晶圓進行亮面拋光，最後即可取得符合作為測試片之晶圓。於本實施例中，亦以該研磨機台5係對應設置於該再生晶圓9上方，以向下壓而進行研磨製程。當然，也可使該研磨機台5係對應設於該再生晶圓9下方，使該再生晶圓9向該研磨機台5下壓以研磨該再生晶圓9。

特別一提的是，半導體製程中所使用的晶圓正式片表面係需為亮面狀態，始能進行相關製程處理，因此作為應用於半導體製程的再生晶圓測試片，在去除其上的刮痕後，其表面亦須為亮面狀態，才能進入機台取代正式片進行測試，以確認各項加工參數應用於相同尺規條件之晶圓正式片時，是否有需調整的部分，避免參數條件造成後續正式晶圓製程良率下降或是破片等現象。基於須使再生晶圓測試片去除刮痕後為亮面狀態之要求，過往對於再生晶圓測試片的直覺處理方式，皆是對其直接進行亮面拋光研磨製程。惟，亮面拋光研磨製程在去除再生晶圓表面刮痕同時，會一併研磨到原存於晶圓表面之刮痕凹槽，因此刮痕凹槽之深度會隨亮面拋光研磨而增加，且其增加幅度比例相當大。為了將隨亮面拋光研磨而增加深度之刮痕凹槽完全去除，使再生晶圓測試片表面形成平坦亮面狀態，必須經過相當多次的亮面拋光研磨處理，是以該方式會使再生晶圓測試片至少需要犧牲10～60µm之厚度，其表面才能達到平坦亮面狀態。因此在習知的晶圓再生工法下，無法使研磨後的晶圓符合半導體製程所需條件，尤其針對於某部分欲作為測試片的已使用晶圓，由於已經過半導體製程中的研磨加工而具有極薄厚度，在習知晶圓再生工法的極高研磨犧牲厚度，根本無法針對該種晶圓進行處理而使其再生利用。

本創作之均質化研磨系統，係克服本技術領域中的技術偏見，採用於前段研磨為霧面磨光處理，再將霧面磨光後的該再生晶圓進行後段亮面拋光研磨，而可有效解決過往皆使用亮面拋光研磨造成的過多晶圓厚度犧牲問題。霧面磨光在去除刮痕時，雖也會讓原存於晶圓表面之刮痕凹槽深度增加，但其深度增加幅度相當地微小，是以經過霧面磨光後，該再生晶圓表面之刮痕凹槽深度會變得相當淺，淺至肉眼無法辨識之狀態。此時再進行亮面拋光研磨，即可非常大幅度地降低該再生晶圓於去除刮痕時所需犧牲的研磨厚度，透過本創作之均質化研磨系統，該再生晶圓僅需犧牲約2～3µm之厚度即可形成符合作為測試片之亮面需求。是以，本創作之均質化研磨系統，實利用了特殊設計思維而克服該技術領域中的技術偏見，以先霧面磨光再亮面拋光之研磨機制，有效地大幅降低該再生晶圓去除刮痕時所需犧牲的研磨厚度，達到低磨耗之效能，讓各類已使用過或具有刮痕之晶圓皆可透過本創作進行再生處理，並在處理後保有符合半導體製程使用標準。亦即，本創作之精神在於需先霧面磨光再亮面拋光處理，以解決現有之晶圓再生工法的缺失，整體為密不可分之技術特徵，不得任意將其分開單獨檢視。

綜上所述，鑒於半導體製程之終端產品例如MOSFET等元件，可先行考量其物性或電性進而決定其預訂晶圓厚度，據此可進一步製作與製程晶圓正式片相同厚度的再生晶圓測試片，以測試片進機台取代正式片，避免製程過程之參數設定條件不佳影響良率或發生破片等現象。由於該再生晶圓通常已經使用或具有瑕疵，故至少須將其表面刮痕磨除及拋光，因此利用本創作之再生晶圓低磨耗之均質化研磨系統，功效上可大幅降低晶圓研磨耗損厚度即可去除刮痕，且使再生晶圓之再利用率提高，同時亦可滿足半導體元件製造商之成本降低考量。

以上所述者，僅為本創作之較佳實施例而已，並非用以限定本創作之權利範圍；故在不脫離本創作之均等範圍下所做之變化、修飾或替換相同功能之元件，仍皆應涵蓋於本創作之專利範圍內。

1‧‧‧前段研磨機
10‧‧‧霧面磨光墊
2‧‧‧後段研磨機
20‧‧‧亮面拋光墊
3‧‧‧漿料噴嘴
4‧‧‧驅動電源
5‧‧‧研磨機台
6‧‧‧漿料噴嘴
8‧‧‧再生晶圓
9‧‧‧再生晶圓

第1圖，為本創作第一實施例之均質化研磨系統結構示意圖。
第2圖，為本創作第一實施例之均質化研磨系統應用示意圖。
第3圖，為本創作第二實施例之均質化研磨系統結構示意圖。
第4圖，為本創作第二實施例之均質化研磨系統應用示意圖。

Claims (8)

1. 一種再生晶圓低磨耗之均質化研磨系統，供以針對一再生晶圓進行平坦化研磨，包含：
   一前段研磨機，具有一霧面磨光墊，供以將該再生晶圓表面與該霧面磨光墊進行旋轉接觸並執行霧面磨光；及
   一後段研磨機，設於該前段研磨機之一側並具有一亮面拋光墊，將霧面磨光後之該再生晶圓傳送至該後段研磨機，並再次與該亮面拋光墊進行旋轉接觸並執行亮面拋光。
2. 如申請專利範圍第1項所述之再生晶圓低磨耗之均質化研磨系統，更包含：至少一漿料噴嘴，設於該前段研磨機與該後段研磨機之一側，供以提供研磨液至該再生晶圓與該霧面磨光墊之間；以及提供研磨液至該再生晶圓與該亮面拋光墊之間。
3. 如申請專利範圍第2項所述之再生晶圓低磨耗之均質化研磨系統，其中，該再生晶圓霧面磨光後之表面粗糙度Ra最小達0.1µm。
4. 如申請專利範圍第3項所述之再生晶圓低磨耗之均質化研磨系統，其中，該再生晶圓亮面拋光後之表面粗糙度Ra最大達1.5nm。
5. 一種再生晶圓低磨耗之均質化研磨系統，供以針對一再生晶圓進行平坦化研磨，包含：
   一驅動電源；
   一研磨機台，電性連接該驅動電源，該研磨機台具有一霧面磨光模式及一亮面拋光模式，該霧面磨光模式執行於該亮面拋光模式之前，供該再生晶圓先執行霧面磨光，後執行亮面拋光。
6. 如申請專利範圍第5項所述之再生晶圓低磨耗之均質化研磨系統，更包含：一漿料噴嘴，設於該研磨機台之一側而供以提供研磨液至該再生晶圓欲研磨之一面。
7. 如申請專利範圍第6項所述之再生晶圓低磨耗之均質化研磨系統，其中，該再生晶圓霧面磨光後之表面粗糙度Ra最小達0.1µm。
8. 如申請專利範圍第7項所述之再生晶圓低磨耗之均質化研磨系統，其中，該再生晶圓亮面拋光後之表面粗糙度Ra最大達1.5nm。