化學機械拋光機臺的晶片載具的製作方法
2023-05-01 08:40:16 2
專利名稱：化學機械拋光機臺的晶片載具的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種化學機械拋光工藝的設備及操作方法，且特別是有關於一種化學機械拋光機臺的晶片載具以及化學機械拋光機臺的操作方法。
背景技術：
在半導體工藝中，隨著元件尺寸持續縮減，微影曝光解析度也相對增加，且伴隨著曝光景深的縮減，對於晶片表面的高低起伏程度的要求更為嚴苛。因此，目前晶片的平坦化(Planarization)都是依賴化學機械拋光(ChemicalMechanical Polishing，CMP)工藝來完成，它獨特的各向異性拋光性質除了用於晶片表面輪廓的平坦化之外，也可應用於垂直及水平金屬內連線(Interconnects)的鑲嵌結構的製作、前段工藝中元件淺溝槽隔離製作及先進元件的製作、微機電系統平坦化和平面顯示器製作等。
現有的化學機械拋光機臺通常分為旋轉式平臺(Rotational Platen)拋光機或是線性移動式(Linear)拋光機。其中旋轉式平臺拋光裝置大多使用晶片載具(Carrier)承載晶片，並且將晶片的正面壓在鋪有一層供有研漿(Slurry)的拋光墊(Polish Pad)的旋轉式拋光臺(Polishing Table)上進行拋光(Polishing)；另外，線性移動式拋光機裝置也是使用晶片載具承載晶片，且將晶片的正面壓在藉由兩滑輪傳動的循環式拋光墊上進行拋光。
在經過一段時間的拋光工藝之後，上述兩種化學機械拋光機臺的拋光墊上都會有殘留顆粒(Particle)堆積，這些顆粒有的來自研漿中的拋光微粒，有的則可能是來自晶片上被拋光去除的薄膜。因此，為保持拋光墊的清潔，必須使用一調整器(Conditioner)來去除拋光墊上的殘留顆粒，以增加拋光墊的使用壽命及效能。
以旋轉式平臺拋光機為例，圖1A及圖1B顯示現有旋轉式平臺拋光機的拋光墊上，晶片載具與調整器的配置示意圖。請參照圖1A，晶片載具102與調整器104a分別配置在拋光墊100上，而晶片載具102與拋光墊100在晶片的化學機械拋光工藝中，均具有一旋轉運動，且晶片載具102與拋光墊100的旋轉方向可相同(如標記106與標記108所示)也可不同。此外，調整器104a在拋光過程中的運動方式是藉由機械手臂110帶動其在拋光墊100上作小幅度的左右擺動，如標記112a所示，以便於清除拋光墊100上的殘留顆粒。
然而，由於拋光墊100上的空間有限，因此在配置晶片載具102與機械手臂110以及調整器104a的位置時，必須非常謹慎小心，因為只要稍有誤差，很可能就會導致調整器104a在拋光過程中擦撞晶片載具102，而造成晶片載具102中的晶片(未顯示)的損壞。
為了解決上述的問題，現有調整器尚有另一種配置方式。請參照圖1B，晶片載具102與調整器104b分別配置在拋光墊100上，且在拋光過程中，調整器104b與拋光墊100以及晶片載具102同樣是具有一旋轉運動，而三者的旋轉方向可相同(如標記106、標記108以及標記112b所示)也可不同。
然而，雖然依照圖1B所示來配置調整器可降低其與晶片載具碰撞的機率，但圖1B中的調整器104b的配置位置若與晶片載具102的位置過於接近，也有可能會在運作過程中與晶片載具102產生碰撞。而且，圖1A以及圖1B僅是以簡單的表示方法顯示出晶片載具與調整器的配置，但實際情況中，拋光墊上尚配置有許多模塊，例如拋光液供應裝置等等，所以拋光墊上能夠配置調整器的空間有限，無論是圖1A或是圖1B的配置方法，都必須在極小的允許誤差範圍內將調整器配置在預定位置上，以避免調整器在動作過程中與晶片載具產生碰撞，進而損壞晶片。
再者，在CMP工藝中，由於調整器與晶片均必須持續保持在溼潤的狀態下，因此在等待進行拋光的期間，通常會將調整器與晶片連同晶片載具浸泡至液體中，使其保持溼潤狀態。然而，由於現有CMP機臺上的調整器與晶片載具是分別設置的，因此也必須分別設置浸泡調整器與浸泡晶片的設備，而無法將兩者浸泡於同一設備中，不但較為浪費成本，也使整體工藝設備較為繁雜。
發明內容
因此，本發明的目的就是提供一種化學機械拋光機臺的晶片載具及化學機械拋光機臺的操作方法，可使晶片在化學機械拋光工藝中不容易因調整器的配置不當而被損傷。
本發明的再一目的就是提供一種化學機械拋光機臺的晶片載具，可簡化化學機械拋光工藝的設備，並降低成本。
本發明提出一種化學機械拋光機臺的晶片載具，其包括拋光頭、調整器以及控制器。其中，拋光頭具有一底部以及固放在底部的壓覆環，用來固持晶片於拋光頭的底部。且調整器裝設在拋光頭的底部，並位於壓覆環的外圍。而控制器則與調整器的頂部連接，用來控制調整器的高度。
此外，在本發明的另一優選實施例中，調整器還可以是裝設在拋光頭的側邊，且此調整器的頂部也配置有一控制器與其連接，用來控制調整器的高度。
本發明還提出一種化學機械拋光機臺的操作方法，其先將拋光頭壓覆在拋光墊上，其中拋光頭的底部已固持有晶片，且拋光頭的底部設計有一調整器，而調整器的高度位置是可以加以控制的。然後使拋光頭與拋光墊進行旋轉運動，以拋光晶片。在此同時，可以依照實際工藝所需，對調整器的高度加以控制，即可在拋光晶片的過程中同時進行拋光墊的調整。
在本發明的另一實施例中，倘若調整器配置在拋光頭的側邊，則此調整器除了可以藉由控制其高度以決定是否在拋光晶片的同時一併進行拋光墊的調整外，更可以有獨立的旋轉運動，換言之，其可依實際工藝所需而控制調整器的旋轉方向，使其與拋光頭的旋轉方向相反或相同。更可依實際工藝所需而控制調整器的轉速，使其與拋光頭的轉速相同或不同。
由於本發明的化學機械拋光機臺的晶片載具中設計有一調整器，因此拋光墊上不必再另外配置調整器，可節省拋光墊上的空間，以使工藝設備較為簡潔。而且，更可以避免調整器容易因配置位置的小誤差而在動作中損傷晶片。
此外，為了使晶片與調整器持續保持溼潤狀態，本發明還可以同時將晶片與調整器浸泡於同一設備中，因此可簡化機臺的耗材，而節省維護所需的成本與人力。
為讓本發明的上述和其它目的、特徵以及優點能更明顯易懂，下文特舉一優選實施例，並配合附圖，作詳細說明如下。
圖1A及圖1B顯示現有旋轉式平臺拋光機的拋光墊上，晶片載具與調整器的配置示意圖；圖2A是顯示本發明一優選實施例的一種化學機械拋光機臺的晶片載具配置在拋光墊上的示意圖；圖2B是顯示本發明另一優選實施例的一種化學機械拋光機臺的晶片載具配置在拋光墊上的示意圖；圖3A是圖2A中的晶片載具的局部剖面示意圖；圖3B是圖2B中的晶片載具的局部剖面示意圖。
附圖標記說明100、200 拋光墊102、202a、202b 拋光頭104a、104b、204a、204b調整器106、220 拋光頭的旋轉方向108、222拋光墊的旋轉方向110 機械手臂112a、112b 調整器的旋轉方向206 壓覆環 208 晶片210a、210b控制器 212 拋光頭的底部214 調整部 216 固定部具體實施方式
圖2A是顯示本發明一優選實施例的一種化學機械拋光(ChemicalMechanical Polishing，CMP)機臺的晶片載具配置在拋光墊上的示意圖，而圖3A則是圖2A中的晶片載具的局部剖面示意圖。
請同時參照圖2A及圖3A，化學機械拋光機臺的晶片載具包括拋光頭202a、調整器204a以及控制器210a。其中，拋光頭202a具有一底部212，且在底部212固放有壓覆環206，用來將晶片208固持在拋光頭202a的底部。
而調整器204a則配置在拋光頭202a的底部212，並位於壓覆環206的外圍。其包括調整部214以及固定部216。其中，調整部214由多個堅硬物質的顆粒所構成，例如是由多個鑽石顆粒所構成。而固定部216的材料例如是合金材料。且構成調整部214的堅硬物質的顆粒部分地嵌在固定部216中，用來調整CMP機臺的拋光墊200，使其維持優選的效能。
控制器210a配置在拋光頭202a內部，且與調整器204a的頂部相連接，用來控制調整器204a的高度。其中，控制器210a例如是一氣壓控制器或是液壓控制器。而且，在本發明一優選實施例中，控制器210a可以運用拋光頭202a內原有的壓力控制器(未顯示)作適當的機構設計改良即可。
以下將對上述的化學機械拋光機臺的操作方法加以詳細敘述。請繼續參照圖3A，首先利用一拋光液供應裝置(未顯示)提供拋光液於拋光墊200上，並將拋光頭202a壓覆在拋光墊200上，而拋光頭202a的底部212已固持有晶片208，且拋光頭202a的底部212設計有調整器204a。接著使拋光頭202a與拋光墊200進行旋轉運動，藉由拋光墊200與拋光液中的粒子與晶片208表面產生摩擦，以及晶片208表面與拋光液間的化學蝕刻作用，以致使晶片208的表面平坦化。其中，拋光頭202a與拋光墊200的旋轉方向例如是分別為標記220及標記222所示，或是與標記220及標記222所示的方向相反。而且，拋光頭202a與拋光墊200的旋轉方向可以相同也可以不同。
此外，在進行拋光晶片208的過程中，可藉由控制器210a以例如是氣壓或液壓的方式，對調整器204a的高度加以控制，來進行同步(in-situ)或異步(extra-situ)的拋光墊調整。
所謂同步的拋光墊調整，即是在拋光晶片208的過程中，藉由控制器210a施予調整器204a較大的壓力，使得調整器204a的調整部214接觸到拋光墊200的表面。且由於拋光頭202a帶動著調整器204a作旋轉運動，因此構成調整部214的堅硬物質顆粒便能夠與拋光墊200的表面產生摩擦，進而除去在拋光晶片208的過程中，殘留於拋光墊200表面的顆粒，使拋光墊200維持優選的效能。
相反地，異步的拋光墊調整即是在拋光晶片208的過程中，減少控制器210a施予調整器204a的壓力，使調整器204a的調整部214不會接觸到拋光墊200的表面。也就是說，在拋光晶片208的過程中，僅單純對晶片208作拋光，等晶片208拋光完成後才開始對拋光墊200作調整。
此外，本發明的化學機械拋光機臺的晶片載具還可以是在拋光頭的側邊裝設有調整器，使調整器具有獨立於拋光頭的運動，其詳細說明如下。
圖2B是顯示本發明另一優選實施例的一種化學機械拋光機臺的晶片載具配置在拋光墊上的示意圖，而圖3B則是圖2B中的晶片載具的局部剖面示意圖。
請同時參照圖2B及圖3B，化學機械拋光機臺的晶片載具包括拋光頭202b、調整器204b以及控制器210b。其中，拋光頭202b具有一底部212，且在底部212固放有壓覆環206，用來將晶片208固持在拋光頭202b的底部。
調整器204b裝設在拋光頭202b的側邊，其包括調整部214以及固定部216。其中，調整部214與固定部的材料及其功用均如上述實施例中所述，此處不再贅述。
而控制器210b則配置在拋光頭202b的外部，並與調整器204b的頂部相連接，用來控制調整器204a的高度。其中，控制器210b例如是一氣壓控制器或是液壓控制器。
以下將對上述的化學機械拋光機臺的操作方法加以詳細敘述。請繼續參照圖3B，首先利用一拋光液供應裝置(未顯示)提供於拋光墊200上，並將拋光頭202b壓覆在拋光墊200上，而拋光頭202b的底部212已固持有晶片208，且拋光頭202b的側邊設計有調整器204b。接著使拋光頭202b與拋光墊200進行旋轉運動，藉由拋光墊200以及拋光液中的粒子與晶片208表面產生摩擦，以及晶片208表面與拋光液間的化學蝕刻作用，以致使晶片208的表面平坦化。其中，拋光頭202b與拋光墊200的旋轉方向例如是分別為標記220及標記222所示，或是與標記220及標記222所示的方向相反。而且，拋光頭202b與拋光墊200的旋轉方向可以相同也可以不同。
特別是，由於調整器204b與拋光頭202b為獨立設置，因此調整器204b在進行拋光晶片208的過程中具有獨立的旋轉運動，其旋轉的方向可以是與拋光頭202b相同或是相反，且其旋轉的速度也可與拋光頭202b相同或是不同。
另外，在進行拋光晶片208的過程中，可藉由控制器210b以例如是氣壓或液壓的方式，對調整器204b的高度加以控制，來進行同步或異步的拋光墊調整。以同步的拋光墊調整為例，控制器210b若在拋光晶片208的過程中對調整器204b施予較大的壓力，使得調整器204b的調整部214接觸到拋光墊200的表面，則由於調整器204b與拋光墊200均具有一旋轉運動，因此調整器204b的調整部214會與拋光墊200表面產生摩擦，進而除去在拋光晶片208的過程中殘留於拋光墊200表面的顆粒，使拋光墊200維持優選的效能。
反之，若欲進行異步的拋光墊調整，則在拋光晶片208的過程中，會將控制器210b施予調整器204b的壓力減少，以使調整器204b的調整部214不會接觸到拋光墊200的表面。也就是說，在拋光晶片208的過程中，僅單純對晶片208作拋光，等晶片208拋光完成後才開始對拋光墊200作調整。
由於本發明在晶片載具的內部或其周圍配置調整器，因此可在晶片的CMP工藝中大量節省拋光墊上的空間，以便於其它工藝所需的模塊的配置，並提高空間的利用率。而且還能夠避免現有晶片載具常在晶片的CMP工藝中與調整器產生碰撞，而對晶片造成損傷的問題。
特別的是，在本發明的實施例中，拋光頭底部設計有一調整器，且位於壓覆環的外圍。因此，調整器與拋光頭同步動作，所以不會發生調整器與晶片擦撞的情形，當然也不需要額外的控制器來控制調整器的運動軌跡以避免與晶片發生擦撞，故可降低工藝的複雜性，並節省成本。
此外，由於晶片與調整器均須持續保持溼潤狀態，而通常浸泡晶片會連同晶片載具一同浸泡在液體中。因此，在本發明中，浸泡晶片的同時也可將調整器一同浸泡於同一設備中，而不必分別準備不同的浸泡設備。所以可使工藝的設備較為簡潔而不繁雜。另外，當清洗晶片載具時，也可以同時清洗調整器，以減少清洗液的耗費，並降低工藝的成本。
值得注意的是，在本發明的另一實施例中，晶片載具的側邊設計有一調整器，且此調整器與晶片載具互為獨立設置，因此調整器可具有獨立的運動。而且，雖然調整器與晶片載具獨立設置，但由於其是設置在拋光頭的側邊，並且是以一旋轉運動動作，因此調整器不會與晶片產生擦撞。所以，在本實施例中也不需要額外的控制器來控制調整器的運動軌跡以避免與晶片發生擦撞，故可降低工藝的複雜性，並節省成本。
雖然本發明已結合優選實施例披露如上，然其並非用來限定本發明，任何本領域內的技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍以所附權利要求書所界定的為準。
權利要求
1.一種化學機械拋光機臺的晶片載具，包括一拋光頭，具有一底部以及固放在該底部的一壓覆環，用來固持一晶片於該拋光頭的該底部；一調整器，裝設在該拋光頭的該底部且位於該壓覆環的外圍或裝設在該拋光頭的側邊；以及一控制器，其與調整器的頂部連接，用來控制該調整器的高度。
2.如權利要求1所述的化學機械拋光機臺的晶片載具，其中該控制器為一壓力控制器。
3.如權利要求2所述的化學機械拋光機臺的晶片載具，其中該壓力控制器為一氣壓控制器或一液壓控制器。
4.如權利要求1所述的化學機械拋光機臺的晶片載具，其中該控制器裝設於該拋光頭的內部。
5.一種化學機械拋光機臺的操作方法，包括將一拋光頭壓覆於一拋光墊上，其中該拋光頭的底部已固持有一晶片，且該拋光頭底部設計有一調整器，且該調整器的高度位置可以加以控制；以及使該拋光墊與該拋光頭旋轉，以拋光該晶片，其中藉由該調整器高度的控制，可以同時進行拋光墊的調整。
6.如權利要求5所述的化學機械拋光機臺的操作方法，其中該調整器根據下列方式之一動作將該調整器高度降低，在拋光該晶片的同時可以使該調整器同時進行拋光墊的調整；將該調整器高度提高，則僅單純對該晶片進行拋光。
7.一種化學機械拋光機臺的操作方法，包括將一拋光頭壓覆於一拋光墊上，其中該拋光頭的底部已固持有一晶片，且該拋光頭的側邊設計有一調整器，且該調整器的高度位置以及旋轉方向可以加以控制；以及使該拋光墊與該拋光頭旋轉，以拋光該晶片，其中藉由該調整器高度的控制，可以同時進行拋光墊的調整。
8.如權利要求7所述的化學機械拋光機臺的操作方法，其中該調整器的旋轉方向與該拋光頭的旋轉方向相同或相反。
9.如權利要求7所述的化學機械拋光機臺的操作方法，其中該調整器根據下列方式之一動作將該調整器高度降低，在拋光該晶片的同時可以使該調整器同時進行拋光墊的調整；將該調整器高度提高，僅單純拋光該晶片。
全文摘要
本發明公開了一種化學機械拋光機臺的晶片載具，其包括拋光頭、調整器以及控制器。其中，拋光頭具有一底部以及固放在底部的壓覆環，用來固持晶片於拋光頭的底部。且調整器裝設在拋光頭的底部，並位於壓覆環的外圍。而控制器則與調整器的頂部連接，用來控制調整器的高度。此外，調整器還可以是裝設在拋光頭的側邊。本發明還涉及一種化學機械拋光機臺的操作方法。
文檔編號H01L21/302GK1611326SQ200310102668
公開日2005年5月4日 申請日期2003年10月28日 優先權日2003年10月28日
發明者林青彥, 董人傑, 葉聿華, 董彥廷 申請人:茂德科技股份有限公司