一種固定磨料化學機械研磨裝置的製作方法
2023-06-23 01:09:51
專利名稱：一種固定磨料化學機械研磨裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體集成電路製造領域，且特別涉及一種固定磨料化學機械研磨裝置。
背景技術：
晶圓製造中，隨著製程技術的升級、導線與柵極尺寸的縮小，光刻(Lithography) 技術對晶圓表面的平坦程度(Non-uniformity)的要求越來越高。化學機械研磨 (Chemical-Mechanical Polishing, CMP)，是半導體器件製造工藝中的一種技術，使用化學腐蝕及機械力對加工過程中的矽晶圓或其它襯底材料進行平坦化處理。平坦化後的矽片表面使得幹法刻蝕中的圖樣的成型更加容易，平滑的矽片表面還使得使用更小的金屬圖樣成為可能，從而能夠提高集成度。FA(Fixed Abrasive)固定磨料是近年來研發出的一種不需要研磨液(slurry)的 CMP磨料。它是利用微複製(Microreplication)技術將研磨顆粒(二氧化鈰)與樹脂固結，精確地分布於高分子基材上。同時磨料之間有一些空白區域，方便化學試劑和工藝副產物的傳送。和傳統的研磨液不斷地將新鮮研磨顆粒輸送到需要拋光的區域不同，Fixed Abrasive可以不需要進行專門的傳統Slurry CMP中的Pad修整(conditioning)就能實現拋光，節省了人力，提高了設備利用率。Fixed Abrasive的特性是在CMP進行過程中，通過自身固結的磨料與矽片的接觸，不斷地將新鮮的磨料暴露出來，從而保持穩定的研磨性能。 它具有良好的研磨選擇性、較寬的工藝窗口、最小的臺階高度變化，不需要傳統的研磨液， 也不用面對傳統的研磨液顆粒乾燥或者懸浮方面引起的問題，實現了工藝簡化。在Fixed Abrasive CMP(FA CMP)工藝即固定磨料化學機械研磨工藝過程中，帶狀固定研磨微粒FAweb是有一定的使用長度的。FAweb類似兩端裝有滾軸的傳送帶，為了保證 FA web的研磨效果，每片晶圓(wafer)在FA web上研磨完後，FA web都會相應的向前移動一段長度(一般若干個毫米每片wafer)，使得每片晶圓都是在具有有效研磨顆粒的web上研磨。當FAweb上有研磨顆粒的主要部分被耗盡後，由於機臺運作需要，捲軸仍然會輸出web之後的透明膜狀材料(transparent)，此時的」web」上是沒有研磨顆粒的。當晶圓在沒有研磨顆粒的」 web」上進行CMP研磨時，CMP機臺無法自動檢測到wafer已經處於沒有研磨顆粒的非正常web上研磨。而在非正常web上研磨後的晶圓表面會產生大量的嚴重刮傷(Killer scratches)，最終導致晶圓良率不達標，需要報廢。本方法用於探測FA web的使用終點，以防止晶圓在FA web使用過程中接觸到FA web研磨帶耗盡後的近終點處的透明膜狀材料，造成不必要的嚴重刮傷而需要報廢。同時節省了晶圓通過FA CMP之後通過良率檢測步驟檢測出被刮傷晶圓的時間和成本，並且由於本方法檢測的實時性，避免了後續晶圓也受到同樣影響的風險，因此提供了生產效率，降低了生產成本。
發明內容
本發明提出一種固定磨料化學機械研磨裝置，能夠實時的探測到帶狀固定研磨微粒快被消耗殆盡的長度點，避免晶圓由於接觸到沒有研磨顆粒的研磨帶而被嚴重刮傷。同時節省了通過良率檢測步驟檢測出被刮傷晶圓的時間和成本，並且由於本方法檢測的實時性，避免了後續晶圓也受到同樣影響的風險。為了達到上述目的，本發明提出一種固定磨料化學機械研磨裝置，包括研磨機臺；固定研磨微粒帶，設置於所述研磨機臺上；供料滾軸和回料滾軸，分別設置於所述固定研磨微粒帶兩端，所述固定研磨微粒帶卷設於所述供料滾軸和回料滾軸上；雷射器，設置於所述供料滾軸的內部；光學感應器，設置於卷設有固定研磨微粒帶的供料滾軸外側，並且處於所述雷射器發出的光線路徑上。進一步的，所述研磨機臺兩端分別設置有傳送軸，所述固定研磨微粒帶通過所述傳送軸設置於所述研磨機臺上。進一步的，所述研磨機臺上設置有警報器，當所述光學感應器接收到雷射信號後發出警報。進一步的，所述警報器在發出警報後控制所述研磨機臺在完成當前晶圓研磨後停止運行。進一步的，所述固定研磨微粒帶為二氧化鈰與樹脂固結，分布於高分子基材上。為了達到上述目的，本發明還提出一種固定磨料化學機械研磨裝置，包括研磨機臺；固定研磨微粒帶，設置於所述研磨機臺上；供料滾軸和回料滾軸，分別設置於所述固定研磨微粒帶兩端，所述固定研磨微粒帶卷設於所述供料滾軸和回料滾軸上；雷射器和光學感應器，相對設置於所述固定研磨微粒帶的兩側，並且位於所述供料滾軸和研磨機臺之間，其中所述光學感應器處於所述雷射器發出的光線路徑上。進一步的，所述研磨機臺兩端分別設置有傳送軸，所述固定研磨微粒帶通過所述傳送軸設置於所述研磨機臺上。進一步的，所述研磨機臺上設置有警報器，當所述光學感應器接收到雷射信號後發出警報。進一步的，所述警報器在發出警報後控制所述研磨機臺在完成當前晶圓研磨後停止運行。進一步的，所述固定研磨微粒帶為二氧化鈰與樹脂固結，分布於高分子基材上。本發明提出的固定磨料化學機械研磨裝置，在保持固定研磨微粒帶原有技術指標的前提下，與原有固定磨料化學機械研磨工藝融合，實時的檢測到固定研磨微粒帶在機臺研磨端快被耗盡的長度點，降低晶圓在固定磨料化學機械研磨過程中被透明膜狀材料研磨造成大量刮傷以至於最後被報廢的機率，提高固定磨料化學機械研磨工藝穩定性，降低相
4關工作人員的操作難度，同時節省了其他工序-如良率檢測部門檢測晶圓狀態的時間以及成本。
圖1和圖2所示為本發明第一較佳實施例的固定磨料化學機械研磨裝置結構圖。圖3和圖4所示為本發明第二較佳實施例的固定磨料化學機械研磨裝置結構圖。
具體實施例方式為了更了解本發明的技術內容，特舉具體實施例並配合所附圖式說明如下。在FA CMP工藝過程中，FA web是有一定的使用長度的。當FA web耗盡後，由於機臺硬體需要，捲軸仍然會輸出新的」 web」-透明的膜狀材料，此時的」 web」上是沒有研磨顆粒的。當晶圓在沒有研磨顆粒的 eb」上進行CMP研磨的話，晶圓表面會有大量的刮傷， 最終導致晶圓良率不達標，需要報廢。本方法用於探測FA web的使用終點，以防止晶圓在 FA web使用過程中接觸到FA web終點處透明的膜狀材料，造成不必要的刮傷以至於需要報廢。同時節省了晶圓通過FA CMP之後通過良率檢測步驟檢測出被刮傷晶圓的時間和成本， 並且由於本方法檢測的實時性，避免了後續晶圓也受到同樣影響的風險。請參考圖1和圖2，圖1和圖2所示為本發明第一較佳實施例的固定磨料化學機械研磨裝置結構圖。本發明提出一種固定磨料化學機械研磨裝置，包括研磨機臺10 ；固定研磨微粒帶20，設置於所述研磨機臺10上；供料滾軸30和回料滾軸40，分別設置於所述固定研磨微粒帶20兩端，所述固定研磨微粒帶20卷設於所述供料滾軸30和回料滾軸40上；雷射器50，設置於所述供料滾軸30的內部；光學感應器60，設置於卷設有固定研磨微粒帶20 的供料滾軸30外側，並且處於所述雷射器50發出的光線路徑上。進一步的，所述研磨機臺10兩端分別設置有傳送軸70，80，所述固定研磨微粒帶 20通過所述傳送軸70，80設置於所述研磨機臺10上。根據本發明較佳實施例，所述研磨機臺10上設置有警報器，當所述光學感應器60 接收到雷射信號後發出警報，所述警報器在發出警報後控制所述研磨機臺10在完成當前晶圓研磨後停止運行，所述固定研磨微粒帶20為二氧化鈰與樹脂固結，分布於高分子基材上。固定研磨微粒帶20 (FA web)是通過兩端的供料滾軸30和回料滾軸40來完成web 的新舊更換的。當具有研磨顆粒的web耗盡後，供料滾軸30繼續運作時就會輸出FA web 末端的透明膜狀材料。FA web末端的透明膜狀材料透光，而含有研磨顆粒的FA web是不透光的。根據不同材料是否透光這一特性，在供料滾軸30的內部安裝一個雷射器50，卷設有固定研磨微粒帶20的供料滾軸30外側附近安裝一個光學感應器60，形成一個光學探測系統。當FA web使用到了後期，包覆供料滾軸30的web已經完全是透明膜狀材料時，光學傳感器60能夠探測到雷射器50發出的光信號時，研磨機臺10就會自動報警並在處理完當前晶圓(wafer)後停止新的晶圓進入機臺研磨。此時說明FA web不透光的含有研磨顆粒的web已經消耗完畢，FA web末端的透明膜狀材料不能遮擋雷射器50發出的光，此時含有研磨顆粒的FA web剛剛在供料滾軸30端輸送完畢，距離FA CMP研磨端還有一定的有效FA web長度，此時機臺報警起到了預警的作用。當工作人員收到機臺報警後，工作人員可以及時處理機臺上的wafer並更換FA web。再請參考圖3和圖4，圖3和圖4所示為本發明第二較佳實施例的固定磨料化學機械研磨裝置結構圖。本發明還提出一種固定磨料化學機械研磨裝置，包括研磨機臺100 ； 固定研磨微粒帶200，設置於所述研磨機臺100上；供料滾軸300和回料滾軸400，分別設置於所述固定研磨微粒帶200兩端，所述固定研磨微粒帶200卷設於所述供料滾軸300和回料滾軸400上；雷射器500和光學感應器600，相對設置於所述固定研磨微粒帶200的兩側， 並且位於所述供料滾軸300和研磨機臺100之間，其中所述光學感應器600處於所述雷射器500發出的光線路徑上。進一步的，所述研磨機臺100兩端分別設置有傳送軸700，800， 所述固定研磨微粒帶200通過所述傳送軸700，800設置於所述研磨機臺100上。當FA web使用到了後期，包覆供料滾軸的web已經完全是透明膜狀材料時，光學傳感器600能夠探測到web對面一側雷射器500發出的光信號時，研磨機臺100就會自動報警並在處理完當前晶圓(wafer)後停止新的晶圓進入機臺研磨。此時說明FA web不透光的含有研磨顆粒的web已經消耗完畢，FA web末端的透明膜狀材料不能遮擋雷射器500 發出的光，此時含有研磨顆粒的FA web已經接近在研磨機臺100上輸送完畢，同時距離FA CMP研磨機臺100還有一定的有效FA web長度，此時機臺報警起到了預警的作用。當工作人員收到機臺報警後，工作人員可以及時處理機臺上的wafer並更換FA web。在此實施例下，可以更加有效地利用FA web上含有研磨顆粒的web部分，節約生產成本。綜上所述，本發明提出的固定磨料化學機械研磨裝置，在保持固定研磨微粒帶原有技術指標的前提下，與原有固定磨料化學機械研磨工藝融合，實時的檢測到固定研磨微粒帶在機臺研磨端快被耗盡的長度點，降低晶圓在固定磨料化學機械研磨過程中被透明膜狀材料研磨造成大量刮傷以至於最後被報廢的機率，提高固定磨料化學機械研磨工藝穩定性，降低相關工作人員的操作難度，同時節省了其他工序-如良率檢測部門檢測晶圓狀態的時間以及成本。雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾。因此，本發明的保護範圍當視權利要求書所界定者為準。
權利要求
1.一種固定磨料化學機械研磨裝置，其特徵在於，包括研磨機臺；固定研磨微粒帶，設置於所述研磨機臺上；供料滾軸和回料滾軸，分別設置於所述固定研磨微粒帶兩端，所述固定研磨微粒帶卷設於所述供料滾軸和回料滾軸上；雷射器，設置於所述供料滾軸的內部；光學感應器，設置於卷設有固定研磨微粒帶的供料滾軸外側，並且處於所述雷射器發出的光線路徑上。
2.根據權利要求1所述的固定磨料化學機械研磨裝置，其特徵在於，所述研磨機臺兩端分別設置有傳送軸，所述固定研磨微粒帶通過所述傳送軸設置於所述研磨機臺上。
3.根據權利要求1所述的固定磨料化學機械研磨裝置，其特徵在於，所述研磨機臺上設置有警報器，當所述光學感應器接收到雷射信號後發出警報。
4.根據權利要求3所述的固定磨料化學機械研磨裝置，其特徵在於，所述警報器在發出警報後控制所述研磨機臺在完成當前晶圓研磨後停止運行。
5.根據權利要求1所述的固定磨料化學機械研磨裝置，其特徵在於，所述固定研磨微粒帶為二氧化鈰與樹脂固結，分布於高分子基材上。
6.一種固定磨料化學機械研磨裝置，其特徵在於，包括研磨機臺；固定研磨微粒帶，設置於所述研磨機臺上；供料滾軸和回料滾軸，分別設置於所述固定研磨微粒帶兩端，所述固定研磨微粒帶卷設於所述供料滾軸和回料滾軸上；雷射器和光學感應器，相對設置於所述固定研磨微粒帶的兩側，並且位於所述供料滾軸和研磨機臺之間，其中所述光學感應器處於所述雷射器發出的光線路徑上。
7.根據權利要求6所述的固定磨料化學機械研磨裝置，其特徵在於，所述研磨機臺兩端分別設置有傳送軸，所述固定研磨微粒帶通過所述傳送軸設置於所述研磨機臺上。
8.根據權利要求6所述的固定磨料化學機械研磨裝置，其特徵在於，所述研磨機臺上設置有警報器，當所述光學感應器接收到雷射信號後發出警報。
9.根據權利要求8所述的固定磨料化學機械研磨裝置，其特徵在於，所述警報器在發出警報後控制所述研磨機臺在完成當前晶圓研磨後停止運行。
10.根據權利要求6所述的固定磨料化學機械研磨裝置，其特徵在於，所述固定研磨微粒帶為二氧化鈰與樹脂固結，分布於高分子基材上。
全文摘要
本發明提出一種固定磨料化學機械研磨裝置，包括研磨機臺；固定研磨微粒帶，設置於所述研磨機臺上；供料滾軸和回料滾軸，分別設置於所述固定研磨微粒帶兩端，所述固定研磨微粒帶卷設於所述供料滾軸和回料滾軸上；雷射器，設置於所述供料滾軸的內部；光學感應器，設置於卷設有固定研磨微粒帶的供料滾軸外側，並且處於所述雷射器發出的光線路徑上。本發明提出的固定磨料化學機械研磨裝置，能夠實時的探測到帶狀固定研磨微粒快被消耗殆盡的長度點，避免晶圓由於接觸到沒有研磨顆粒的研磨帶而被嚴重刮傷。同時節省了通過良率檢測步驟檢測出被刮傷晶圓的時間和成本，並且由於本方法檢測的實時性，避免了後續晶圓也受到同樣影響的風險。
文檔編號B24B37/34GK102490111SQ20111037952
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月24日 優先權日2011年11月24日
發明者張守龍, 張明華, 白英英, 陳玉文, 黃耀東 申請人:上海華力微電子有限公司