CN201410642Y - 半导体研磨清洁装置 - Google Patents

Abstract

一种半导体研磨清洁装置，应用于化学机械研磨制程中，借以清洁晶圆的表面，而该研磨清洁装置包括有一底座体以及三个设置于该底座体上的刷头元件，该底座体的两端接合所述刷头元件，而该底座体两端之间接合有一个刷头元件，其中该三个刷头元件位于同一平面，且接合于该底座体两端的刷头元件的排列方向垂直于位于该底座体两端之间的刷头元件的排列方向。本实用新型在化学机械研磨制程中，提供清洁的功能且能与目前业界使用的化学机械研磨设备互相组装结合，故更方便使用；对于不同尺寸晶圆皆可应用本实用新型的半导体研磨清洁装置来加以清洁晶圆平坦研磨中的表面。

Description

半导体研磨清洁装置

技术领域

本实用新型涉及研磨清洁装置，尤指一种应用于化学机械研磨制程的半导体研磨清洁装置。

背景技术

20世纪，多层金属化技术被引入到集成电路(Integrated Circuit，IC)制程中，该多层金属化技术使得芯片的垂直空间得以有效的被利用，因此提高了芯片上电子元件的集成度，但这项技术使得晶圆的表面不平整度加剧，由此引发的一系列问题(例如：引起光阻厚度不均，进而导致光微影受限)严重影响了大规模集成电路(ULSI)的发展。

针对上述的问题，业界先后开发了多种平坦化晶圆表面的技术，例如：回蚀刻、玻璃回流或旋涂膜层等技术，然而这些技术效果并不理想，直至80年代末，IBM公司将化学机械研磨(ChemicalMechanical Planarization，CMP)技术进行了发展，并应用此化学机械研磨技术于晶圆表面的平坦化，其在表面平坦化上的效果较传统的平坦化技术有了极大的改善，从而使之成为了大规模集成电路制造中有关键地位的平坦化技术。

化学机械研磨技术是晶圆表面全部平坦化技术中的一种，其可以认为是化学增强型机械抛光，也可以认为是机械增强型化学湿刻蚀，于化学机械研磨技术使用具有研磨性和腐蚀性的研磨液(Slurry)，并配合使用抛光垫(Pad)和支撑环，其中抛光垫的尺寸通常比晶圆要大，且抛光垫和晶圆被一个可活动的抛光头压在一起，而支撑环则用于保持晶圆的位置，晶圆和抛光垫同时转动(通常是以同向同速转)，但是它们的中心并不重合。在这个过程中晶圆表面的材料和不规则结构都被除去，从而达到平坦化的目的。

而平面化后的晶圆表面使得干式蚀刻(Dry Etching)中的图样的成型更加容易，且平滑的晶圆表面还使得使用更小的金属图样成为可能，从而能够提高集成度。

然而，目前化学机械研磨技术却有以下缺点：

1、化学机械研磨技术是在一预定的时间中，持续对晶圆表面进行平坦化，此时，平坦化的过程中，晶圆的表面可能会被过度研磨，而导致晶圆表面上的电路受破坏；亦或研磨程度不够，晶圆表面上的电路仍然被包覆，使得晶圆无法进行下一道制程。

2、在化学机械研磨的过程中，由于受化学机械研磨机台与抛光垫设计的影响，大约只有2％至25％的研磨液可以进入晶圆与抛光垫所接触的区域来进行化学蚀刻，而无法对晶圆进行化学蚀刻的剩余75％的研磨液则自抛光垫上流失，如此造成了制程成本的提升。

3、持续化学机械研磨的过程中，研磨下来的废弃物也须以研磨液清除，使研磨和清除须配合的同时，也使晶圆平坦化程度的控制更不容易，而无法进一步提升良率及先进制程的须求。

于是，本实用新型发明人有感上述缺陷的可改善之处，且依据多年来从事此方面的相关经验，悉心观察且研究，并配合学理的运用，而提出一种设计合理且有效改善上述缺陷的本实用新型。

实用新型内容

本实用新型的一目的是提出一种容易结合于目前化学机械研磨设备内，并于晶圆表面研磨平坦化过程中，达到清洁研磨表面目的的半导体研磨清洁装置。

依据上述的目的，本实用新型提出一种半导体研磨清洁装置，应用于化学机械研磨(Chemical Mechanical Planarization，CMP)制程中，该半导体研磨清洁装置接触一晶圆的表面，以清洁该晶圆平坦研磨中的表面，而该半导体研磨清洁装置包含有：一底座体；以及三个刷头元件，间隔地设置于所述底座体上，且该三个刷头元件皆位于同一平面并接触该晶圆的表面，其中设置于所述底座体上的该三个刷头元件呈现出十字形方向排列。

因此，本实用新型的半导体研磨清洁装置具有以下有益效果：

对于本实用新型的半导体研磨清洁装置，其于化学机械研磨制程中，提供清洁的功能，除上述有益效果外，该半导体研磨清洁装置能与目前业界使用的化学机械研磨设备互相组装结合，故更方便使用。

再者，对于不同尺寸晶圆皆可应用本实用新型的半导体研磨清洁装置来加以清洁晶圆平坦研磨中的表面。

为了能更进一步了解本实用新型为达成既定目的所采取的技术、方法及功效，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图，相信本实用新型的目的、特征与特点，当可由此得一深入且具体的了解，然而所附附图仅提供参考与说明用，并非用来对本实用新型加以限制。

附图说明

图1为本实用新型的半导体研磨清洁装置的立体结构示意图；

图2为本实用新型的半导体研磨清洁装置的侧视示意图；

图3为本实用新型的半导体研磨清洁装置的仰视示意图；

图4为化学机械研磨制程循环渐进研磨清洁平坦化方法的步骤流程示意图。

【主要元件附图标记说明】

1    半导体研磨清洁装置

11   底座体

111  连接部

12   刷头元件

121  本体

1211 刮刷单元

1212 液体喷出口

122  液体输入单元

具体实施方式

本实用新型提出一种半导体研磨清洁装置，该半导体研磨清洁装置1使用于化学机械研磨(Chemical Mechanical Planarization，CMP)制程中，且可轻易的结合组装于目前业界所使用的化学机械研磨设备内，而该半导体研磨清洁装置1于化学机械研磨制程中接触一晶圆的表面，以清洁晶圆平坦研磨制程中的表面。

请参阅图1与图2所示，该半导体研磨清洁装置1包含有一底座体11与三个刷头元件12，其中该三个刷头元件12设置于该底座体11上，且该三个刷头元件12位于同一平面，更具体而言，设置于该底座体11上的刷头元件12接触该晶圆(图未示)的表面，借该三个刷头元件12来清洁平坦研磨制程中晶圆的表面。

请参阅图3并配合图1或图2所示，该底座体11的两端各接合所述刷头元件12，而剩余一个刷头元件12接合于该底座体11上并位于该底座体11两端之间，且其中接合于所述底座体11两端的刷头元件12的排列方向与位于所述底座体11两端之间的刷头元件12的排列方向互相垂直，更具体而言，接合于该底座体11上的所有刷头元件12呈现出十字形方向排列，借此当所述刷头元件12接触晶圆表面，且晶圆随抛光头(图未示)旋转时，如此十字形排列方式将使所述刷头元件12能无死角地清洁晶圆的表面。

该底座体11具有三连接部111，而所述连接部111对应所述刷头元件12，亦即所述连接部111分别设置于该底座体11的两端与两端之间，且所述连接部111与所述刷头元件12彼此互相接合。

值得一提的是，所述刷头元件12设置于该底座体11的方式并不限定，所述刷头元件12可以“一体成型”或“单独设置并彼此连接”的方式接合于该底座体11的连接部111；此外，所述刷头元件12的数量并不限制，其数量的决定是依据是否能达到让所述刷头元件12无死角地清洁晶圆的表面，因此依据使用需求，所述刷头元件12的数量可以为多个，而于本实施例中，所述刷头元件12的数量为三个。

所述刷头元件12包括有一本体121以及设置于该本体121上的液体输入单元122，而该液体输入单元122连接于所述连接部111与该本体121之间，其中该底座体11内设有一液体管道(图未示)，且该液体管道、该液体输入单元122与该本体121彼此连通。

请参阅图3所示，具体而言，所述刷头元件12是以该本体121来接触晶圆(图未示)的表面，而该本体121接触该晶圆的一面具有一刮刷单元1211与至少一液体喷出口1212，该刮刷单元1211可拆卸地凸设于该本体121上，借该刮刷单元1211来接触晶圆，以刷晶圆的表面，其中该刮刷单元1211的材料可选择使用橡胶(Rubber)、化学机械抛光垫材料(CMP pad material)或化学机械研磨后清洁晶圆用的清洁刷材料(CMP brush material)。

另外，所述液体喷出口1212开设于该本体121，且所述液体喷出口1212位于该刮刷单元1211旁，而所述液体喷出口1212与该本体121互相连通，即该底座体11内的液体管道(图未示)、该液体输入单元122、该本体121与所述液体喷出口1212彼此连通，借此当该底座体11内的液体管道注入有一清洁液(图未示)时，该清洁液能经由该液体输入单元122进入该本体121，并由该本体121的液体喷出口1212喷出至晶圆的表面，在此必须提及的是，该清洁液可选择地使用去离子水(DI Water)、去离子水蒸气或任何具有化学清洁添加物的溶剂，即清洁液的选择并不限定，且其可以为液体形式或气体形式。

此外，所述液体喷出口1212的形状亦不限定，其形状依使用需求来决定，故所述液体喷出口1212的形状可为圆形、三角形或其他任意形状，在本实施例中，为了使该清洁液能强力地喷射出，所述液体喷出口1212的形状选择为狭缝形样式(Narrow Line Type)；另外，所述液体喷出口1212的数量不限定，其数量可为一个、两个、三个亦或多个，而在本实施例中，所述液体喷出口1212的数量为两个，且该二液体喷出口1212位于该刮刷单元1211的两侧。

必须一提的是，该半导体研磨清洁装置1可对不同尺寸的晶圆进行平坦研磨制程中表面的清洁，更具体而言，晶圆的尺寸可为150mm、200mm、300mm或450mm。

于化学机械研磨制程中，该半导体研磨清洁装置1以所述刷头元件12来对晶圆的表面进行清洁，当清洁时，晶圆随抛光头(图未示)开始旋转，而设置于该本体121的刮刷单元1211则开始刮刷移除残留于晶圆表面的废弃物，同时该本体121上的液体喷出口1212喷出清洁液，借助刮刷单元1211与清洁液的交互作用以确实清洁晶圆的表面。

请参阅图4并搭配图1、图2及图3所示，图4为使用该半导体研磨清洁装置1的平坦化方法，其步骤包含如下：

A、预先估计晶圆总平坦化时间，其中晶圆的尺寸可为150mm、200mm、300mm或450mm。

B、然后，依据晶圆总平坦化时间，决定研磨清洁平坦化制程的循环次数，其中所述平坦化制程指以化学机械研磨方式平坦化晶圆的表面，接着以所述半导体研磨清洁装置1的刷头元件12刷晶圆的表面，且该刷头元件12进一步喷出一清洁液来清洁所述晶圆的表面；更具体而言，化学机械研磨方式平坦化晶圆的表面将晶圆压置于一抛光垫(Pad)上，并借着旋转所述晶圆与所述抛光垫来产生机械研磨，同时将一研磨液(Slurry)添加至晶圆与抛光垫之间来产生化学蚀刻，而以化学蚀刻搭配机械研磨来平坦化晶圆的表面；另外需要说明的是，所述抛光垫与研磨液的种类并不限定，其依据使用需求来决定的(例如借助选择抛光垫的粗糙程度、研磨液内研磨颗粒的大小、或研磨液的种类来对晶圆表面进行研磨)。

C、而后，决定每一次研磨清洁平坦化制程的参数，其中平坦化制程的参数为晶圆压置于抛光垫的压力、研磨液的流量、晶圆旋转速度、抛光垫旋转速度、化学机械研磨的时间、清洁晶圆表面的时间或清洁液的流量。

D、接着，开始执行研磨清洁平坦化制程来平坦化晶圆的表面。

E、每一次研磨清洁制程后，得判断晶圆表面平坦化程度是否达到所需程度，其中判断晶圆表面平坦化的方式为终点侦测(End-PointDetection)、电位差检测或UV光光学检测。

F、当晶圆表面平坦化程度达到所需程度时，停止平坦化制程。

G、当晶圆表面平坦化程度未达到所需程度时，重新依序执行步骤D与步骤E，借此渐进地平坦化晶圆的表面，直至晶圆表面平坦化程度达到所需程度或晶圆总平坦化时间。

此外，除可以上述电位差检测或UV光光学检测等方式来检测晶圆表面平坦化程度外，亦可以晶圆平坦化后所产生的废弃物来进行检测晶圆表面平坦化程度，此即为上述终点侦测(End-Point Detection)方法，具体而言，当对晶圆进行平坦化制程时，晶圆的表面会产生废弃物，而所述废弃物通常为具有金属离子的液体，借此以所述具有金属离子的液体来进行检测，一旦检测到液体内的金属离子改变(即液体内多出另一种金属离子)，此即表示晶圆表面已达所需平坦化的程度，而可停止平坦化制程。

因此，综合以上所述，本实用新型的半导体研磨清洁装置可产生以下有益效果：

1、本实用新型的半导体研磨清洁装置可以轻易的结合组装于目前市售的化学机械研磨设备内，更方便使用。

2、应用本实用新型的半导体研磨清洁装置于化学机械研磨制程中，可使晶圆表面研磨平坦化的同时达到完全清洁晶圆的表面，而不会残留废弃物于晶圆的表面上，进而提升生产良率。

3、本实用新型的半导体研磨清洁装置可以使用于不同尺寸晶圆的平坦研磨中表面的清洁。

4、应用本实用新型于化学机械研磨制程中，能达到以渐进方式进行晶圆表面的平坦化，而精准控制晶圆表面平坦化的程度，同时，使用本实用新型的半导体研磨清洁装置能减少不必要的晶圆材料浪费，进而降低操作控制成本。

但，上述所揭示的附图、说明，仅为本实用新型的实施例而已，凡本领域技术人员当可依据上述的说明作其他种种的改良，而这些改变仍属于本实用新型的创作精神及界定的保护范围中。

Claims (10)

1、一种半导体研磨清洁装置，应用于化学机械研磨制程中，该半导体研磨清洁装置接触一晶圆的表面，以清洁该晶圆平坦研磨中的表面，其特征在于，该半导体研磨清洁装置包含有：

一底座体；以及

三个刷头元件，间隔地设置于所述底座体上，且该三个刷头元件皆位于同一平面并接触该晶圆的表面，其中设置于所述底座体上的该三个刷头元件呈现出十字形方向排列。

2、如权利要求1所述的半导体研磨清洁装置，其特征在于，二个刷头元件接合于所述底座体的两端，而剩余一个刷头元件接合于所述底座体上并位于所述底座体两端之间。

3、如权利要求2所述的半导体研磨清洁装置，其特征在于，接合于所述底座体两端的刷头元件的排列方向垂直于位于所述底座体两端之间的刷头元件的排列方向，以呈现出十字形方向排列。

4、如权利要求1所述的半导体研磨清洁装置，其特征在于，所述刷头元件以一体成型或单独设置并彼此连接的方式连接于所述底座体上。

5、如权利要求1所述的半导体研磨清洁装置，其特征在于，所述底座体设有三连接部，而所述连接部分别对应所述刷头元件，且所述连接部接合所述刷头元件。

6、如权利要求5所述的半导体研磨清洁装置，其特征在于，所述刷头元件包括有一本体与一液体输入单元，而该液体输入单元连接于该本体与所述连接部之间。

7、如权利要求6所述的半导体研磨清洁装置，其特征在于，所述本体接触该晶圆的一面凸设有一刮刷单元，且所述刮刷单元接触该晶圆，以清洁该晶圆的表面。

8、如权利要求7所述的半导体研磨清洁装置，其特征在于，所述刮刷单元由橡胶、化学机械抛光垫材料或化学机械研磨后清洁晶圆用的清洁刷材料所制造而成。

9、如权利要求7所述的半导体研磨清洁装置，其特征在于，该本体设有该刮刷单元的一面进一步开设有至少一液体喷出口，所述液体喷出口位于所述刮刷单元旁，且所述液体喷出口喷出一清洁液。

10、如权利要求9所述的半导体研磨清洁装置，其特征在于：

所述清洁液为去离子水、去离子水蒸气或任何具有化学清洁添加物的溶剂；

所述液体喷出口的形状为圆形样式或狭缝形样式；而

所述晶圆尺寸为150mm、200mm、300mm或450mm。

Images