專利名稱：研磨設(shè)備與研磨方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及一種研磨設(shè)備與研磨方法，用于研磨形成于基板上的薄膜，更具體而言涉及一種使用化學(xué)機(jī)械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)的研磨設(shè)備與研磨方法。
背景技術(shù)：
在使用化學(xué)機(jī)械研磨的研磨設(shè)備中的研磨液的公知常規(guī)供應(yīng)方法如圖10與11所示。根據(jù)圖10所示之方法，在儲(chǔ)存槽101內(nèi)的研磨液102是由供應(yīng)泵103經(jīng)由供應(yīng)件104供應(yīng)至在研磨工作臺(tái)105上提供的研磨墊106的表面，以研磨晶片(Wafer)W。研磨液從研磨墊106的表面被離心力潑出，并流進(jìn)漏斗107。此研磨液并不被循環(huán)再利用，而作為廢液108被排出。
根據(jù)圖10所示之研磨液的供應(yīng)方法，提供至研磨墊106的研磨液102只被使用一次就被當(dāng)成廢液108而處理。因此，造成研磨液的使用成本增加的問(wèn)題。即使研磨液的用量被減少到最低程度，由于弄濕研磨墊106的研磨液是必要的，因此研磨程序的工作成本降低受到限制。
大部分從供應(yīng)件104被提供至研磨墊106的表面的研磨液102被離心力潑至周圍，所以實(shí)際被提供至晶片W的研磨液102的量很少。因此，研磨液存在使用效率低的問(wèn)題，且根據(jù)圖10所示之研磨方法，大部分昂貴的研磨液未被使用即被當(dāng)作廢液而處理。
于是，根據(jù)圖11所示之方法，從工作臺(tái)散開(kāi)的漿液(slurry)被盡可能多地儲(chǔ)存在工作臺(tái)上，藉此減少漿液量。亦即是，向工作臺(tái)111的旋轉(zhuǎn)中心移動(dòng)的板件112被設(shè)置在研磨墊的表面上。藉此，從供應(yīng)噴嘴113供應(yīng)的漿液被分成例如三份。漿液114a流向晶片W并被用于研磨。漿液114b被朝向工作臺(tái)111外周邊側(cè)而散開(kāi)但在其徑向方向被停在板件112的外側(cè)且被收集，然后向著工作臺(tái)111的中心部分而返回并且如漿液114a般被用于研磨。漿液114c被朝向工作臺(tái)111的外周邊側(cè)而散開(kāi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于增加提供至工作臺(tái)表面之研磨液的使用效率，藉此使得有可能以少量的研磨液來(lái)研磨晶片。
本發(fā)明提供一種研磨設(shè)備，其包括工作臺(tái)，在其上表面上提供有研磨面；工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其使工作臺(tái)沿一預(yù)定方向繞垂直于研磨面的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；研磨合成物供應(yīng)機(jī)構(gòu)，用以提供研磨合成物至研磨面的預(yù)定供應(yīng)位置；待研磨對(duì)象保持機(jī)構(gòu)，其在工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)方向上位于供應(yīng)位置的下游，并保持待研磨對(duì)象的待研磨面以使該待研磨面與工作臺(tái)的研磨面相對(duì)；以及研磨合成物移除機(jī)構(gòu)，其在工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)方向上位于待研磨對(duì)象保持機(jī)構(gòu)的下游，并從工作臺(tái)移除被供應(yīng)來(lái)研磨待研磨對(duì)象的研磨合成物。
根據(jù)本發(fā)明，在使用工作臺(tái)的研磨操作中，研磨墊，即待使用的漿液的量可被減少。
本發(fā)明的附加目的和優(yōu)點(diǎn)將在以下描述中提出，并且一部分從該描述來(lái)看將是顯然的，或者可通過(guò)實(shí)施本發(fā)明來(lái)了解。本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)可借助于在以下具體指出的手段和組合而實(shí)現(xiàn)和獲得。


其中所結(jié)合并構(gòu)成說(shuō)明書一部分的

了本發(fā)明的實(shí)施例，并且與以上給出的概述和以下給出的實(shí)施例的詳述一起用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的原理。
圖1所示為本發(fā)明的研磨設(shè)備的示意圖。
圖2所示為結(jié)合在所述研磨設(shè)備中的工作臺(tái)上漿液的量以及其運(yùn)動(dòng)的示意圖。
圖3所示為遮擋體之角度的定義的示意圖。
圖4所示為漿液之PH與研磨速率的關(guān)系曲線圖。
圖5所示為漿液之PH因研磨而產(chǎn)生的變化的曲線圖。
圖6所示為漿液之流動(dòng)速率與研磨速率的關(guān)系曲線圖。
圖7所示為所述研磨設(shè)備的修改的示意圖。
圖8所示為所述研磨設(shè)備的另一個(gè)修改的示意圖。
圖9所示為所述研磨設(shè)備的又一個(gè)修改的示意圖。
圖10所示為常規(guī)研磨設(shè)備的示意性側(cè)視圖。
圖11所示為結(jié)合在該研磨設(shè)備中的工作臺(tái)上的漿液運(yùn)動(dòng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1所示為本發(fā)明一實(shí)施例之研磨設(shè)備10的整個(gè)結(jié)構(gòu)的示意圖。研磨設(shè)備10包括工作臺(tái)機(jī)構(gòu)20，以及待研磨對(duì)象保持機(jī)構(gòu)30、研磨液供應(yīng)機(jī)構(gòu)40與研磨液排出機(jī)構(gòu)50，它們都繞著工作臺(tái)機(jī)構(gòu)20而設(shè)置。研磨設(shè)備10也包括控制單元60，其控制這些機(jī)構(gòu)相互之間的聯(lián)系。
工作臺(tái)機(jī)構(gòu)20包括盤狀工作臺(tái)21以及將工作臺(tái)21繞著旋轉(zhuǎn)軸C旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)22。研磨墊23被貼在工作臺(tái)21的上表面。
待研磨對(duì)象保持機(jī)構(gòu)30包括第一臂31、由第一臂31支撐的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)32以及被驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)32旋轉(zhuǎn)并保持諸如晶片的待研磨基板的研磨頭33。研磨頭33與工作臺(tái)21相對(duì)。研磨頭33可藉由第一臂31在工作臺(tái)21上沿工作臺(tái)21的表面移動(dòng)。
研磨液供應(yīng)機(jī)構(gòu)40包括第二臂41以及由第二臂41支撐的供應(yīng)噴嘴(研磨液提供部)42。供應(yīng)噴嘴42提供漿液(研磨合成物)L至工作臺(tái)21上。供應(yīng)噴嘴42與工作臺(tái)21相對(duì)，且可藉由第二臂41在工作臺(tái)21上沿工作臺(tái)21的表面移動(dòng)。
研磨液排出機(jī)構(gòu)50包括第三臂51以及由第三臂51支撐且防止工作臺(tái)21上的漿液L被再使用的遮擋體(shuttering body)52。遮擋體52與工作臺(tái)21相對(duì)，且可藉由第三臂51在工作臺(tái)21上沿工作臺(tái)21的表面移動(dòng)。遮擋體52被保持在如稍后所述而確定的預(yù)定角度與預(yù)定位置。
遮擋體52之優(yōu)選材料為聚碳酸酯、特氟隆樹(shù)脂與抗堿材料。當(dāng)遮擋體52在使用中磨損時(shí)，它可被換成新的。
將說(shuō)明具有上述結(jié)構(gòu)之研磨設(shè)備10的操作。就是說(shuō)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)22被操作以旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)21與研磨墊23(以圖1之方向R)。研磨液從供應(yīng)噴嘴42被供應(yīng)至研磨墊23上的漿液供應(yīng)位置P。第三臂51將遮擋體52定位于研磨墊23上的預(yù)定位置。
接著，第一臂31將保持晶片W的研磨頭33定位于工作臺(tái)21上的一個(gè)位置，而驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)32旋轉(zhuǎn)研磨頭33(以圖1之方向S)。藉此，晶片W的待研磨面、研磨墊23與漿液L互相摩擦，而晶片W的待研磨面被研磨。
圖2所示為在工作臺(tái)21上漿液L運(yùn)動(dòng)以及漿液L的量的示意圖。亦即是，在提供漿液L后，漿液L進(jìn)入研磨頭33下面(圖2之箭頭L1)，而被用于研磨的漿液L從工作臺(tái)21沿遮擋體52靠近研磨頭33的一側(cè)A被排放(排出)。在提供漿液L后，未進(jìn)入研磨頭33下面而未被用于研磨的漿液L碰撞于遮擋體52靠近漿液供應(yīng)位置P的一側(cè)B，且漿液L再次在研磨墊23上移動(dòng)(圖2之箭頭L2)。在工作臺(tái)21上的漿液的量被分入如圖2所示之小區(qū)域(Q1)與大區(qū)域(Q2)。遮擋體52可由一個(gè)刷子取代，以大致將用過(guò)與未用過(guò)的漿液L分開(kāi)。
接著，研磨墊23相對(duì)于遮擋體52的位置將被定義。如圖3所示，如果連接工作臺(tái)21的旋轉(zhuǎn)中心與研磨頭33的旋轉(zhuǎn)中心33c的基準(zhǔn)線K被設(shè)定為0°，且若工作臺(tái)21與研磨頭33的旋轉(zhuǎn)方向被定義為正向的角度，則傾斜角度θ被設(shè)置為-10°至-90°。如果工作臺(tái)21被基準(zhǔn)線K分為兩個(gè)區(qū)域，則遮擋體52的縱向長(zhǎng)度在與漿液供應(yīng)位置P相對(duì)的區(qū)域中較長(zhǎng)。
在此，將說(shuō)明漿液L的PH值與研磨速率的關(guān)系。如圖5所示，可發(fā)現(xiàn)這樣的關(guān)系，即當(dāng)漿液L的PH值較高時(shí)，研磨速率變得較高。圖4示出漿液L之PH值在研磨前最高，被引入研磨設(shè)備10之研磨頭33的漿液L的PH值次高，而被重復(fù)使用之漿液L的PH值最低。圖5示出若漿液L的PH值較高，則研磨速率較高。因此，可發(fā)現(xiàn)被研磨設(shè)備10所使用之漿液L的研磨速率高于被重復(fù)使用的漿液L。因此，如果所使用的漿液L未被再使用，則研磨效率可被提高。
接著，將說(shuō)明漿液L的流動(dòng)速率與研磨速率之間的關(guān)系。圖6示出曲線G1與曲線G2。曲線G1示出當(dāng)用過(guò)的漿液L被遮擋體52從研磨設(shè)備10移除時(shí)漿液L的流動(dòng)速率與研磨速率之間的關(guān)系。曲線G2示出當(dāng)未使用遮擋體52時(shí)漿液L的流動(dòng)速率與研磨速率之間的關(guān)系。從圖6可發(fā)現(xiàn)與未使用遮擋體52時(shí)的流動(dòng)速率相比，若使用遮擋體52，漿液L的流動(dòng)速率的大約30％是足夠的。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的研磨設(shè)備10，若已被用于研磨且研磨效率較低的漿液L被遮擋體52從工作臺(tái)21排出時(shí)，只有未被用于研磨且研磨效率較高的漿液L可被提供至保持晶片W的研磨頭33。因此，研磨效率較低的漿液L不會(huì)與研磨效率較高的漿液L混合，可提高研磨效率，且晶片W可以以小量的漿液L來(lái)研磨。
雖然在本實(shí)施例中用過(guò)的漿液L被確定地排出且未再使用，仍有可能允許排出件做為分隔件，以使未使用的漿液L被引入以便于再使用。在第一實(shí)施例中，遮擋體52具有這樣的功能。
雖然研磨設(shè)備10使用板狀件做為遮擋體52，遮擋體52也可為多個(gè)環(huán)狀壁、螺旋壁或直壁。
圖7所示為根據(jù)研磨設(shè)備10的第一修改的研磨設(shè)備70的示意圖。在圖7中，相同功能部分被以如圖1之相同標(biāo)號(hào)標(biāo)示。雖然上述研磨設(shè)備10使用遮擋體52，研磨設(shè)備70藉由諸如海綿之多孔透氣吸收材料來(lái)吸收用過(guò)的漿液L。
提供在工作臺(tái)21上的是海綿輥71，其由能吸收漿液L之吸收材料所制成，和壓輥72，其與海綿輥71相對(duì)并將海綿輥71所吸收之漿液L擠出，以及溝槽73，用以將擠出之漿液L從工作臺(tái)21排出。海綿輥71與壓輥72以彼此相反的方向旋轉(zhuǎn)。
在具有上述結(jié)構(gòu)之研磨設(shè)備70中，壓輥72將海綿輥71所吸收之漿液L擠出。所擠出之漿液L通過(guò)溝槽73從工作臺(tái)21排出。因此，即使是研磨設(shè)備70，仍可獲得與研磨設(shè)備10相同之效果。
圖8所示為根據(jù)研磨設(shè)備10的第二修改的研磨設(shè)備80的示意圖。在圖8中，相同功能部分被以如圖1之相同標(biāo)號(hào)標(biāo)示。雖然上述研磨設(shè)備10使用遮擋體52，在研磨設(shè)備80中用過(guò)的漿液L被吸出并移除。在研磨設(shè)備80的工作臺(tái)21上，設(shè)置有能夠吸出漿液L的抽吸噴嘴81。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)之研磨設(shè)備80，用過(guò)的漿液L被抽吸噴嘴81吸出并移除。因此，即使是研磨設(shè)備80，仍可獲得與研磨設(shè)備10相同之效果。
圖9所示為根據(jù)研磨設(shè)備10的第三修改的研磨設(shè)備90的示意圖。在圖9中，相同功能部分被以如圖1之相同標(biāo)號(hào)標(biāo)示。雖然上述研磨設(shè)備10使用遮擋體52，在研磨設(shè)備90中用過(guò)的漿液L被高壓空氣吹離并移除。用于以高壓空氣E來(lái)吹動(dòng)漿液L的空氣噴嘴91被設(shè)置于研磨設(shè)備90之工作臺(tái)21上。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)之研磨設(shè)備90，用過(guò)的漿液L被空氣噴嘴91吹離并移除。因此，即使是研磨設(shè)備90，仍可獲得與研磨設(shè)備10相同之效果。
遮擋體52、海綿輥71及其他能夠防止用過(guò)的漿液L被再使用的相似者可由另一個(gè)構(gòu)件替換。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易想到附加的優(yōu)點(diǎn)和修改。因此，處于其較廣泛方面的本發(fā)明并不局限于在此示出和描述的特定細(xì)節(jié)和代表性實(shí)施例。因此，可在如所附權(quán)利要求及其等效形式所限定的一般性發(fā)明概念的精神和范圍內(nèi)進(jìn)行各種修改。
101儲(chǔ)存槽102拋光液103供應(yīng)泵104供應(yīng)件105拋光工作臺(tái)106拋光墊107漏斗108廢液111工作臺(tái)112板件113供應(yīng)噴嘴114a、114b、114c漿液10、70、80、90拋光設(shè)備20工作臺(tái)機(jī)構(gòu)21工作臺(tái)22、32驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)23拋光墊30待拋光對(duì)象保持機(jī)構(gòu)31第一臂33拋光頭33c旋轉(zhuǎn)中心40拋光液供應(yīng)機(jī)構(gòu)41第二臂42供應(yīng)噴嘴50拋光液排出機(jī)構(gòu)51第三臂52遮擋體
60控制單元71；海綿輥72壓輥73溝槽81抽吸噴嘴91空氣噴嘴R、S方向W晶片L漿液C旋轉(zhuǎn)軸P供應(yīng)位置Q1小區(qū)域Q2大區(qū)域A、B側(cè)L1、L2箭頭K基準(zhǔn)線θ傾斜角度G1、G2曲線E高壓空氣。
權(quán)利要求
1.一種研磨設(shè)備(10)，其特征在于包括工作臺(tái)(21)，其上表面上提供有研磨面；工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(22)，其使工作臺(tái)(21)沿預(yù)定方向(R)繞垂直于該研磨面的旋轉(zhuǎn)軸(C)旋轉(zhuǎn)；研磨合成物供應(yīng)機(jī)構(gòu)(40)，用以提供研磨合成物(L)至該研磨面的預(yù)定供應(yīng)位置(P)；待研磨對(duì)象保持機(jī)構(gòu)(30)，其在工作臺(tái)(21)的旋轉(zhuǎn)方向(R)上位于供應(yīng)位置(P)的下游，并保持待研磨對(duì)象(W)的待研磨面以使該待研磨面與工作臺(tái)(21)的研磨面相對(duì)；以及研磨合成物移除機(jī)構(gòu)(50)，其在工作臺(tái)(21)的旋轉(zhuǎn)方向(R)上位于待研磨對(duì)象保持機(jī)構(gòu)(30)的下游，并從該工作臺(tái)(21)移除被供應(yīng)來(lái)研磨該待研磨對(duì)象(W)的研磨合成物(L)。
2.如權(quán)利要求第1項(xiàng)所述之研磨設(shè)備(10)，其特征在于其中研磨合成物移除機(jī)構(gòu)(50)可調(diào)節(jié)姿態(tài)或位置。
3.如權(quán)利要求第1項(xiàng)所述之研磨設(shè)備(10)，其特征在于其中研磨合成物移除機(jī)構(gòu)(50)是一引導(dǎo)件(52)，用以徑向地向著工作臺(tái)(21)的外部引導(dǎo)該工作臺(tái)(21)上的研磨合成物(L)。
4.如權(quán)利要求第3項(xiàng)所述之研磨設(shè)備(10)，其特征在于其中當(dāng)旋轉(zhuǎn)方向(R)被定義為正向時(shí)，該引導(dǎo)件(52)相對(duì)于一基準(zhǔn)線(K)傾斜-10°至-90°，該基準(zhǔn)線(K)連接該工作臺(tái)(21)的旋轉(zhuǎn)中心與該待研磨對(duì)象(W)的旋轉(zhuǎn)中心，且該引導(dǎo)件(52)被提供于相對(duì)于該基準(zhǔn)線(K)與供應(yīng)位置(P)相對(duì)的區(qū)域中。
5.如權(quán)利要求第1項(xiàng)所述之研磨設(shè)備(70)，其特征在于其中研磨合成物移除機(jī)構(gòu)是多孔透氣吸收材料(71)，其吸收與移除工作臺(tái)(21)上的研磨合成物(L)。
6.如權(quán)利要求第1項(xiàng)所述之研磨設(shè)備(80)，其特征在于其中研磨合成物移除機(jī)構(gòu)是抽吸機(jī)構(gòu)(81)，其抽吸并移除工作臺(tái)(21)上的研磨合成物(L)。
7.如權(quán)利要求第1項(xiàng)所述之研磨設(shè)備(90)，其特征在于其中研磨合成物移除機(jī)構(gòu)是高壓鼓風(fēng)機(jī)(91)，其將高壓空氣吹送于工作臺(tái)(21)上的研磨合成物(L)上，并將其沿工作臺(tái)(21)的外周邊方向排出。
8.一種研磨方法，其特征在于包括工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)步驟，使工作臺(tái)(21)沿預(yù)定旋轉(zhuǎn)方向(R)繞旋轉(zhuǎn)軸(C)旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)軸(C)垂直于在工作臺(tái)(21)的上表面上提供的研磨面；研磨合成物供應(yīng)步驟，供應(yīng)研磨合成物(L)至該研磨面的預(yù)定供應(yīng)位置(P)；待研磨對(duì)象保持步驟，在工作臺(tái)(21)的旋轉(zhuǎn)方向上位于供應(yīng)位置(P)的下游，并且其中待研磨對(duì)象(W)的待研磨面被保持以使該待研磨面與該工作臺(tái)(21)的研磨面相對(duì)；以及研磨合成物移除步驟，在工作臺(tái)(21)的旋轉(zhuǎn)方向(R)上位于待研磨對(duì)象保持機(jī)構(gòu)(30)的下游，并且其中從工作臺(tái)(21)移除被供應(yīng)來(lái)研磨該待研磨對(duì)象(W)的研磨合成物(L)。
全文摘要
一種研磨設(shè)備(10)，包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(22)，用以在方向(R)上旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)(21)；研磨液供應(yīng)機(jī)構(gòu)(40)，用以供應(yīng)漿液(L)到研磨墊(23)上的預(yù)定供應(yīng)位置(P)；研磨頭(33)，其在工作臺(tái)(21)的旋轉(zhuǎn)方向上位于供應(yīng)位置(P)的下游，并且保持晶片(W)以使晶片W與研磨墊(23)相對(duì)；以及遮擋體(52)，其在工作臺(tái)(21)的旋轉(zhuǎn)方向上位于研磨頭(33)的下游，并從工作臺(tái)(21)移除用過(guò)的漿液(L)。
文檔編號(hào)H01L21/304GK1672876SQ20051005646
公開(kāi)日2005年9月28日 申請(qǐng)日期2005年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月25日
發(fā)明者寺田貴洋, 中畑政臣, 中川泰忠 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝