專利名稱：化學(xué)機械研磨設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種化學(xué)機械研磨設(shè)備，且特別是有關(guān)于一種具有至少一個細長壓板的化學(xué)機械研磨設(shè)備。
在非常大尺寸集成電路(VLSI)制作工藝甚至是極大尺寸集成電路(ULSI)的制作工藝中，化學(xué)機械研磨(CMP)是唯一可以提供全面平坦化的技術(shù)，基本上CMP是架構(gòu)在與機械研磨的“磨砂輪(grinding wheel)”相似的原理下，以及化學(xué)物質(zhì)的輔助，所以利用此技術(shù)可以將晶圓的粗糙表面變的光滑。


圖1繪示為公知的CMP設(shè)備。CMP設(shè)備100的核心單元是一個自動旋轉(zhuǎn)的研磨壓板102以及一個晶圓握把104，通常研磨壓板102會被設(shè)計成一種圓形板以方便跟安裝在研磨壓板102上的研磨墊106一起旋轉(zhuǎn)，提供的晶圓110會被晶圓握把104抓住，而晶圓握把104的位置是可以調(diào)整的，晶圓握把104可以施力在晶圓110上，且可以單獨旋轉(zhuǎn)研磨壓板102來轉(zhuǎn)動晶圓110，在研磨期間，晶圓握把104會確定晶圓110有接觸到研磨墊106。在研磨壓板上方放置有一個研漿供應(yīng)線路108，可以提供研磨用的研漿112，研磨晶圓110的動作會透過研磨墊以及由膠狀的硅土組成的研漿來進行，研磨的動作包括機械性與化學(xué)性，在CMP設(shè)備100中通常會有一個調(diào)節(jié)器114用來調(diào)節(jié)研磨墊。
由上述圖1的裝置中，可以很清楚的看出因為其它單元，像是調(diào)節(jié)器以及/或研漿供應(yīng)線路是被裝設(shè)在壓板上或上方，圓形研磨壓板的尺寸必須要比晶圓還要大；換句話說，CMP設(shè)備的大小受限于壓板的尺寸，必須要比晶圓的尺寸還要大，當(dāng)晶圓的尺寸持續(xù)提升時，傳統(tǒng)CMP設(shè)備的設(shè)計便無法進一步的縮小尺寸。
此外，在形成銅插塞結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)制作工藝中，至少需要兩個具有不同選擇比研磨墊來分別研磨銅層與阻障層，因此無可避免要在CMP過程進行期間交換研磨墊或是在不同的研磨壓板之間傳遞晶圓，這是增加產(chǎn)能會遇到的瓶頸，且因此會導(dǎo)致產(chǎn)線管理的效能不佳。
本發(fā)明提供一種CMP設(shè)備，在進行不同制作工藝的CMP時，透過選擇不同的研磨墊以及/或研漿，可以提供較大的彈性。
接下來舉例并更進一步的說明，本發(fā)明提供的CMP設(shè)備包括一個晶圓握把用來抓住提供的晶圓；至少一個細長研磨壓板，此細長研磨壓板可以沿著固定端的一個約略旋轉(zhuǎn)軸，用一個小于360度的旋轉(zhuǎn)角度旋轉(zhuǎn)；一個裝設(shè)在研磨壓板上的研磨墊；一個機械手臂耦接到細長的研磨壓板上；以及一個研漿供應(yīng)系統(tǒng)，結(jié)合在研磨壓板內(nèi)，以提供研漿供研磨用。
依照制作工藝的需求或其它考慮，本發(fā)明的CMP設(shè)備可以包括一或多個晶圓握把，對CMP設(shè)備的每一個晶圓握把來說，可以用一或多個細長壓板來達到區(qū)域或全面性的平坦化，細長壓板的長度與研磨墊的尺寸可以調(diào)整，以進行不同程度的平坦化。另外，壓板相對于晶圓握把的位置，以及研磨墊相對于晶圓握把或是在壓板內(nèi)的位置也都可以納入考慮。
請注意之前的一般描述以及接下來詳細的敘述都只是舉例式的說明，是為了進一步的說明本發(fā)明主張的范圍。
圖5是一種有固定的晶圓握把的CMP設(shè)備的上視圖；以及圖6是一種有內(nèi)部轉(zhuǎn)換握把的CMP設(shè)備的上視圖。標(biāo)示說明100，200，500，600CMP設(shè)備102，202，300，302，400，S研磨壓板104，204，304，501～504，601～604晶圓握把106，206，301，303，402研磨墊110，210，306晶圓108，208研漿供應(yīng)線路112，212研漿114，214調(diào)節(jié)器202a壓板固定端202b壓板活動端Z旋轉(zhuǎn)軸203機械手臂211承載薄膜本發(fā)明的設(shè)計可以透過使用細長壓板來縮小CMP設(shè)備，細長壓板是被用來作為研磨壓板，設(shè)計的原則是作成細長狀或是長方形。請參照圖2A與圖2B介紹本發(fā)明較佳實施例的一種CMP設(shè)備的剖面圖與上視圖，CMP設(shè)備200的核心單元包括一個細長研磨壓板202以及一個自動旋轉(zhuǎn)的晶圓握把204，細長研磨壓板202最好是細長狀，研磨壓板202的一端202a最好是固定在晶圓握把204周圍的一個位置上，細長壓板202可以繞著在壓板的固定端202a的一個旋轉(zhuǎn)軸Z，用小于360度的角度旋轉(zhuǎn)。通常，壓板202可以透過機械手臂203，在不活動的時候可以用晶圓握把204固定，或是在研磨期間定位在晶圓握把的上方。在研磨壓板202上會裝設(shè)有一個研磨墊206，且較適當(dāng)?shù)氖窃趬喊宓牧硪欢?02b，機械手臂203可以施力以確定壓板202的研磨墊206在研磨期間可以接觸到提供的晶圓210；此外機械手臂203可以控制旋轉(zhuǎn)(移動)的速度，壓板的旋轉(zhuǎn)角度與方向，以及在晶圓上研磨墊上的壓力。
研漿供應(yīng)系統(tǒng)208會結(jié)合在研磨壓板202內(nèi)，以提供一研漿212供研磨用，自動的研漿供應(yīng)系統(tǒng)208會被用來確保研漿212有正確的被提供，且均勻的潤濕研磨墊206，晶圓210的研磨可以透過研磨墊與研漿的協(xié)助來達成。
晶圓握把204會握住晶圓210，并旋轉(zhuǎn)晶圓這跟研磨壓片202的旋轉(zhuǎn)不同，除了直接研磨晶圓210以外，可以在晶圓210與晶圓握把204之間放置一層承載薄膜211用以增加彈性。
通常會將一個調(diào)節(jié)器214與CMP設(shè)備200作結(jié)合，以恢復(fù)研磨墊206的表面粗糙狀態(tài)，調(diào)節(jié)器214的位置可以放置在研磨墊202不活動的位置下方。在此情況中，不需要額外的空間來安裝調(diào)節(jié)器，而且假如有需要的話在不活動期間可以調(diào)整研磨壓板，但是在實際運用上調(diào)節(jié)器可以依照設(shè)計放在任何其它位置上，操作時自動的晶圓負載系統(tǒng)(未顯示)以及一個晶舟對晶舟處理機(未顯示)也可以整合在CMP設(shè)備200中。
根據(jù)制作工藝的需要或其它的考慮，本發(fā)明的CMP設(shè)備可以包括一或多個晶圓握把，對CMP設(shè)備的每一個握把來說，可以用一或多個細長壓板來完成局部或全面的平坦化。
如圖3所示，兩個細長壓板300，302被裝設(shè)在晶圓握把304的相對端，以相反的方向旋轉(zhuǎn)，這些細長壓板300，302可以分別有相同或不同的研磨墊以及/或不同與相同的研漿。舉例來說，研磨壓板300具有一個第一研磨墊301，且供應(yīng)第一研漿，此時研磨壓板302具有一第二研磨墊303，且供應(yīng)第二研漿；再舉例來說，第一研磨墊301是一個硬墊而第二研磨墊303是一個軟墊，因此硬墊302與第一研漿的結(jié)合是負責(zé)主要的研磨，而軟墊303與第二研漿的結(jié)合是負責(zé)次要的研磨或緩沖，研磨的步驟依序進行比如為在晶圓306上運用第一研磨墊，然后接著用第二研磨墊，另一方面研磨動作也可以用相反順序來進行。
細長壓板300，302的長度跟第一與第二研磨墊301，303的尺寸相同，可以是平坦化的程度來加以調(diào)整，假如要用單一個細長壓板進行全面平坦化，壓板上的研磨墊的尺寸需要較大，或至少要等于晶圓的半徑；考慮到細長壓板的長度與研磨墊的尺寸，仔細的計算是必要的，另外，壓板相對于晶圓握把的位置以及研磨墊相對于晶圓握把的位置或在壓板內(nèi)的相對位置也可以納入考慮。
研磨墊402可以是裝置在壓板400上的平板墊，如圖4A所示，但是研磨墊的設(shè)計不需要是平板墊，反之圓柱狀的滾輪(一個圓柱體)也是作為研磨墊的可能設(shè)計。如圖4B所示，研磨墊402是裝設(shè)在研磨壓板400上的圓柱研磨滾輪。
在這些情況下，各種研磨墊以及/或研漿的選擇可以提供針對不同制作工藝進行CMP時較大的彈性。在銅插塞結(jié)構(gòu)的CMP制作工藝中，至少要使用兩種具有不同選擇比的研磨墊來分別研磨銅層以及阻障層，但是根據(jù)較佳實施例的上述說明，被晶圓握把抓住的特定晶圓首先會被第一研磨墊研磨以移除銅層，然后接著被第二研磨墊研磨以移除阻障層，在此不需要在CMP制作工藝進行期間交換研磨墊，或是在不同研磨壓板之間傳遞晶圓，因此可以透過本發(fā)明的設(shè)計達到高產(chǎn)能以及有效率的產(chǎn)線管理。
當(dāng)CMP設(shè)備包括幾個晶圓握把時，可以依照制作工藝或其它考慮的要求，以各種型態(tài)設(shè)置復(fù)數(shù)個細長壓板，圖5與圖6提供了兩個范例。如圖5所示，CMP設(shè)備500具有四個固定的晶圓握把501，502，503，504，有復(fù)數(shù)個細長壓板S延著與晶圓握把平行的方向設(shè)置，對這樣的設(shè)計來說，可以同一個時間處理四個晶圓，或是可以利用一個輔助的傳送機器(未顯示)的協(xié)助，將晶圓傳送到另一個晶圓握把上。圖6說明一種有四個晶圓握把601，602，603，604的CMP設(shè)備600，復(fù)數(shù)個細長壓板S可以沿著晶圓握把安置，除了晶圓握把本身旋轉(zhuǎn)以外，四個晶圓握把可以透過一個中心旋轉(zhuǎn)座臺，以順時針或是逆時針的方向作內(nèi)部轉(zhuǎn)換，以在不同的壓板之間傳送晶圓(未顯示)。舉例來說，此設(shè)計一般會用于進行連續(xù)的CMP制作工藝，細長壓板S的設(shè)置可以有很多種變化，只要不碰撞到其它的壓板即可。
當(dāng)晶圓的尺寸持續(xù)增加時，傳統(tǒng)CMP設(shè)備的設(shè)計無法進一步的縮小CMP設(shè)備，但是在本發(fā)明中提到的CMP設(shè)備的大小并不會被壓板的大小給限制住，根據(jù)前述的設(shè)計，可以很清楚的看到本發(fā)明中研磨壓板的尺寸并不需要完全覆蓋晶圓以進行全面性的平坦化，因此可以透過使用比晶圓尺寸要小的研磨壓板來縮小CMP設(shè)備。再者，其它單元，像是調(diào)節(jié)器與研漿供應(yīng)系統(tǒng)可以裝設(shè)在壓板的不活動位置上或是結(jié)合在壓板內(nèi)，所以整體的布局可以被壓縮，空間可以有效的被利用。
雖然本發(fā)明已以一較佳實施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許之更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當(dāng)視權(quán)利要求書界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)機械研磨設(shè)備，其特征在于包括一晶圓握把，以抓住提供的一晶圓；至少一細長研磨壓板，其中該細長研磨壓板的一端是固定的，且該研磨壓板可以繞著該固定端的一旋轉(zhuǎn)軸，以小于360度的一旋轉(zhuǎn)角度旋轉(zhuǎn)；一研磨墊，裝置在該研磨壓板上；一機械手臂，耦接到該細長研磨壓板上，其中該機械手臂控制該細長研磨壓板的旋轉(zhuǎn)，并確定在研磨期間該細長研磨壓板上的該研磨墊有接觸到提供的該晶圓；以及一研漿供應(yīng)系統(tǒng)，結(jié)合在該細長研磨壓板內(nèi)，以在該研磨墊與該晶圓之間提供一研漿以進行研磨，其中，該細長研磨壓板在研磨期間會座落在該晶圓握把的上方，且該細長研磨壓板上的該研磨墊會面對該晶圓握把，此時該晶圓握把會旋轉(zhuǎn)該晶圓，與該細長研磨壓板的旋轉(zhuǎn)獨立，而且其中該細長研磨壓板在不活動期間是會放置在該晶圓握把旁的一不活動位置上。
2.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械研磨設(shè)備，其特征在于該細長研磨壓板是細長狀。
3.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械研磨設(shè)備，其特征在于該細長研磨壓板是長方形的。
4.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械研磨設(shè)備，其特征在于該機械手臂進一步控制施于該研磨墊的一壓力于該晶圓上。
5.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械研磨設(shè)備，其特征在于該細長研磨壓板轉(zhuǎn)動的一轉(zhuǎn)動角度介于0度到90度之間。
6.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械研磨設(shè)備，其特征在于該研磨墊安置在該研磨壓板的一端，相對于該細長研磨壓板的固定端。
7.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械研磨設(shè)備，其中在該晶圓與該晶圓握把之間進一步包括一承載薄膜以提供彈性。
8.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械研磨設(shè)備，其特征在于進一步包括一調(diào)節(jié)器并安置在該研磨壓板下方與該研磨壓板的該不活動位置上。
9.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械研磨設(shè)備，其特征在于該研磨墊為安裝在該細長研磨壓板上的一平板墊。
10.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械研磨設(shè)備，其特征在于該研磨墊為裝設(shè)在該細長研磨壓板上的一圓柱狀研磨滾輪。
11.一種化學(xué)機械研磨設(shè)備，其特征在于包括復(fù)數(shù)個晶圓握把，以抓住一晶圓；復(fù)數(shù)個細長研磨壓板，安裝在該些晶圓握把側(cè)邊，每一細長研磨壓板包括一研磨墊，裝設(shè)在該研磨壓板上；一機械手臂，耦接到該細長研磨壓板上，其中該機械手臂控制該細長研磨壓板的一旋轉(zhuǎn)動作，并確保在該細長研磨壓板上的該研磨墊在研磨期間會接觸到該晶圓；以及一研漿供應(yīng)系統(tǒng)，結(jié)合在該細長研磨壓板內(nèi)，以在研磨墊與該晶圓之間提供一研漿以供研磨，其中該細長研磨壓板的一端是固定的，且該細長研磨壓板可以繞著該固定端的一旋轉(zhuǎn)軸，以小于360度的一角度旋轉(zhuǎn)，其中該細長研磨壓板在研磨期間位于一晶圓握把之上，且該細長研磨壓板上的該研磨墊面對該晶圓握把，該晶圓握把會旋轉(zhuǎn)該晶圓，與該細長研磨壓板的旋轉(zhuǎn)獨立，且其中該細長研磨壓板在不活動期間會停留在該晶圓握把旁邊的一不活動位置。
12.如權(quán)利要求11所述的化學(xué)機械研磨設(shè)備，其特征在于每一細長研磨壓板為細長狀。
13.如權(quán)利要求11所述的化學(xué)機械研磨設(shè)備，其特征在于每一細長研磨壓調(diào)為長方形。
14.如權(quán)利要求11所述的化學(xué)機械研磨設(shè)備，其特征在于該機械手臂進一步控制在該晶圓上施加于該研磨墊的壓力。
15.如權(quán)利要求11所述的化學(xué)機械研磨設(shè)備，其特征在于該細長研磨壓板轉(zhuǎn)動的一轉(zhuǎn)動角度介于0度到90度之間。
16.如權(quán)利要求11所述的化學(xué)機械研磨設(shè)備，其特征在于該研磨墊安置在該研磨壓板的一端，相對于該細長研磨壓板的固定端。
17.如權(quán)利要求11所述的化學(xué)機械研磨設(shè)備，其特征在于在該晶圓與該晶圓握把之間進一步包括一承載薄膜以提供彈性。
18.如權(quán)利要求11所述的化學(xué)機械研磨設(shè)備，其特征在于進一步包括一調(diào)節(jié)器并安置在該研磨壓板下方與該研磨壓板的該不活動位置上。
19.如權(quán)利要求11所述的化學(xué)機械研磨設(shè)備，其特征在于該研磨墊為安裝在該細長研磨壓板上的一平板墊。
20.如權(quán)利要求11所述的化學(xué)機械研磨設(shè)備，其特征在于該研磨墊為裝設(shè)在該細長研磨壓板上的一圓柱狀研磨滾輪。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種化學(xué)機械研磨(CMP)設(shè)備，適用于現(xiàn)存的制作工藝。本發(fā)明的CMP設(shè)備使用小于晶圓尺寸的細長研磨壓板，所以布局可以壓縮且空間可以有效的被利用，以達到高產(chǎn)能以及有效的生產(chǎn)管理，本發(fā)明提供一種CMP設(shè)備，針對不同的制作工藝?yán)眠x擇各種研磨墊以及/或研漿，可以進行較有彈性的CMP制作工藝。
文檔編號B24B37/04GK1471141SQ0310007
公開日2004年1月28日 申請日期2003年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月24日
發(fā)明者胡紹中, 許嘉麟, 陳學(xué)忠, 許仕勛 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司