TW200301177A - Methods and apparatus for conditioning and temperature control of a processing surface - Google Patents

Description

2〇〇3〇xf77 五、發明說明（1) 一、【發明所屬之技術領域】 本發明大體上係關於半導體晶圓上之結構製程，尤有 關於化學機械平坦化之方法與設備、以及化學機械平坦化 設備之處理表面。 一、【先前技術】

在半導體裝置的製程中，半導體晶圓上之積體電路的 疋義、乃其具有藉由形成彼此覆蓋的複數個疊層而產生之 多層架構。·由於不同的疊層係彼此沈積而覆蓋，晶圓之表 面形貌可能變得不規則，且此未經修正之不規則性將隨著 其後的疊層而增加。化學機械平坦化（CMp)已發展成一種 用於晶圓表面之平坦化的製程、並用以實行包括研磨、拋 光、晶圓清洗、與触刻處理等附加製程。

一般而言，CM P製程乃涉及在一受控壓力下、對一處 理表面進行晶圓的支撐與旋轉。典型的CMP設備包括了 $ 性研磨帶處理系統，其中具.有一處理表面之研磨帶係支撐 於兩個以上的鼓輪或滾筒·之間、後者係經由一旋轉路徑^ 推動研磨帶、以展露出一平坦的處理表面、藉以鋪放曰^ 圓。^型的晶圓係由一晶圓載具加以支撐與旋轉，而在自 身之環形轨道中前進的研磨帶下側則配置有一研磨機台。 該機台提供一個使研磨帶於其上前進的穩定表面，且曰 係鋪放在機台所提供之穩定表面的研磨帶處理表面上。 其他的CMP設備則包括了具有用於處理表面之環形 磨片配置的旋轉式CMP處理機具，一類似於環形⑽處理工

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五、發明說明（2) 具1執道式CMP處理工具、一次窗孔CMP處理工具、以及 他提供複數個設備與配置、且一般來說係利用摩擦力來對 用以製造積體電路或其他結構之半導體晶圓的表面進行平 坦化、研磨、拋光、清洗、或別種不同處理的CMP處理糸 統。 矛、 CMP處理係可包括使用不同程度的研磨料、化學 品、液體等等來達到摩擦力的最有效利用、以作曰 面之準備，且亦包括提供晶圓的就地沖洗、以i = CMI^處理之殘餘物，以及在處理期間提供處理表面的次主移除 ^调整、以維持處理過程之可控制性與穩定狀態的幾月種設 十為了達成並維持處理過程之可控制性與 例來二，例如溫度、壓力、與清潔狀態(例如微粒狀:生成舉 Ϊ過ί等裱严條件皆受到嚴格地監視與操縱、以達到最 佳的处理狀態。其他的製程變數、例如處理表面之 其度、支撐晶圓之載具的旋轉速度、用以將 晶圓鋪放於處理表面之堡力★、及處理時間等等， 相^ &視與細縱。在應用摩擦力的處理環境、例如、c^p 中，處理溫度係顯著地影響了 此影=達到精準程度之材料移除的處』::速；例：因

說’=準確的材料移除時間點終止處理作举S t導 致過度研磨、刮痕、凹碟頦參、，Ώ ^ 忭菜將可能V 結構製程之缺陷。 、 ^ /、他此類晶圓表面與 I表面上之/皿度差異係依照處理程序及設備而大有 第7頁 200301177

不同。舉例杳# 處理過程之摩捧力帶CMP工具之處理表面便藉由 研磨片與圓由；以調整並啟動研磨帶之調整 劑、沖洗劑、以及二2ΐ°冷卻的要素係包括處理用 境之周遭旧# 研磨▼裱繞著滾筒移動時、其處理環 ::時：:r;以：他區域傳遞較多溫度變 一 、體日日®之不同區域有不同的影響。 二s试維持處理表面之溫度的習帛# $ 水蒸氣以將處理表面加熱至符合包含丨入 了其他缺點以夕卜，水蒸氣亦無法對付理=除 溫度變化。線性研磨帶系統之調整：；；！：；=面之 :-移動於整個處理表面之掃動調整研磨：包 正研磨器並無法補償研冑帶系 &—^動凋 額外的溫度變化。 7夜動現象，且會引起 产之κ需：:系為cmp工具中用以操縱及控制處理表面、-度之方法、製程、與設備，藉以使 衣面胍 維持最佳及可控制的處理狀態。㈣日日圓的整個表面 三、【發明内容】 大體而言，本發明係藉由提供方法、製輕 達成、維持、並操縱用於CMP處理作業之声 與设備以 度、來滿足這些需求。本發明可利用很多&種表面的溫 現，包括例如一種製程、一種設備、一 式加以實 置、以及一種方法。本發明的幾個實施例將、一種裝 、被迷如下。 200301177 五、發明說明（4) 第f」固貝!:例中’係揭示了-種CMP系統内、且有 弟一滾同、一第二滾筒、及環繞^具有一 研磨帶的溫度控制^ C Μ P系統之後弟:研、之線性 一邊緣及第二邊緣之間。溫产扣^線^性研磨▼係橫跨於第 陣列。陣列中的每個熱能元二；二“係包括-熱能元件之 元件之陣列係位於第—滾筒盥^到獨立的控制。該熱能 與線性研磨帶之背面表’面接觸。：：：：間、且係配置成 伸於線性研磨帶之寬度的第一邊緣：第：：：之陣列係延 在另-個實施例中，係揭示了二二:邊緣之間。 控制線性研磨帶之溫度的方法。種内、用以 筒、一第二滾筒、及環繞著第―盥第、二係宵已括一第一滾 帶。該線性研磨帶係具有橫跨第一 j;及n:研磨 寬度，且更具有一外部處理表面及的 控制線性研磨帶之溫度的方法、係包。用以 研磨帶之内部表面的一排線性陣列的位：、月“:：於線性

之位置係由線性研磨帶之第-邊緣横跨至i第邊H 方法且更包括在各線性陣列之位f 其弟一邊緣。该 能的程度。 、控制其所施加之熱 在又一個實施例中，係揭示了一 準備表面調整器係在一CMP系統中，準備表面調整器。 帶。該線性研磨帶係具有橫跨第性研磨 部表面。該準備表面調整器係包括一的一内 。周整圓盤之陣列、用

第9頁 200301177 五、發明說明（5) 以調整線性研磨帶之 獨立的控制。該調整部準備表面。每個調整圓盤皆受到 的第一邊緣與第二、喜2盤之陣列係延伸於線性研磨帶寬度 七"/ — 緣之間。 在又另一個實施 磨帶之外部處理表面 、’係揭不了 一種用以調整線性研 係在一 CMP系統中，德、方，法。線性研磨帶之外部處理表面 筒。該線性研磨帶係綠係具有一第一滾筒及一第二滾 内部表面。用以續敕I 9寬度。且該線性研磨帶亦包括一 第一邊緣盥第-、嘉@ & 正兀件^口者延伸於線性研磨帶之 將各複數個而散佈。該方法更包括 處理表面上9 α正凡/口著5亥線性路徑而鋪放在外部 及優ί發多優Γ 一個本發明中值得注意的益處 受之缺陷問ϊίΐΐ 溫度的控制及操縱、而使所遭 曰問喊及處理之不規則性變少。 另 個显處係為可藉由降低虛搜τ Η ^ 降低或消除各曰η - . _处里工具之熱機時間、及 巧丨牙、田日日圓稞片（wafer blank、紗、任…么 上 段所需之預熱動作、而獲得較佳):、線上處理階 圓處理製程擁有更大的生產能力。、”文率，並因而使晶 另一個額外的益處係為較準確 於較複雜之姓；^ M ^ iu R ^之處理作業控制將有助 曰 隹 < …構的製造、u及由一晶圓至曰 日日0至另一批晶圓的〆貫化製造。 日日口或批 發明說明（6) 讲再另一個優點則係個的 :里時間，且處理工具之消耗品、；=具可擁有較長的處 ::長的壽命。*發明之經過改良：：研磨帶亦可擁有 維持較習用技術之時間週期為長的面調整系統乃可 及啟動之處理表面在維修保養之間使被調整 本發明之其他優點將將可藉由=車父ΐ的處理時間。 口及對本發明之理念範例的說明、 < 埂冋 向更加清楚。 四、【 此 發明。 跨於處 符合期 調整圓 使處理 持。在 發明之 發明可 其他例 熟知的 實施方 處所揭 在較佳 理表面 望之處 盤之陣 表面達 以下的 徹底瞭 在未使 子中， 製程作 式】 示者係為用 的實施例中 之個別加熱 理表面的溫 列及其相關 到有效的、 敘述中，提 解。然而， 用這些詳述 為不使本發 業進行詳細 於處理，處理 元件、 度曲線 的沖洗 可控制 出了許 熟悉本 之部分 明受到 描述。 表面 表面 用以 。處 與薊 的、 多具 技術 或全 不必 之溫 之溫 控制 理表 頭刷 以及 體詳 之人 部的 要的 度控制 度控制 、操縱 面之調 單元所 完整的 述、以 士當可 情況下 混淆、 與調整的 係包括橫 、及維持 整則由一 提供、以 調整與維 提供對本 瞭解，本 實施。在 將不對已 圖1係顯示典型之C Μ Ρ處理系統的一線性研磨帶處理表 面1 0。處理研磨帶1 2係包括以方向1 4環繞著滾筒（未圖示） 而移動之剛性及撓性處理研磨帶1 2。一晶圓1 6通常係以一 壓力而鋪放在處理研磨帶1 2之中央區域上、且舉例來說係

五、發明說明（7) 自 向1 8作旋轉。在圖1中，所示之處理研磨帶1 2乃被分 ^成跨越整個處理研磨帶12之表面的1 〇個區段2 〇a至2〇 j， 而所示之晶圓1 6則被分割成由晶圓1 6之邊緣區域2 2 a至晶 圓之中心區域22d的4個區域22a至22d。處理區段20a至 20 j以及晶圓區域2 2a至2 2d乃僅供示範，並且在使用其他 ^衣程配置 '處理設備、及半導體晶圓尺寸等等之時，可 藉由較多或較少的區段及區域來表示。 當晶圓1 6以方向18作旋轉時，晶圓區域22a至22d的旋 轉將穿過複數個處理研磨帶區段2 〇 a至2 〇 j。由圖1可察 知’邊緣區域2 2 a相較於中心區域2 2 d而言、其移動將較穿 過更多的處理研磨帶區段2 〇 a至2 〇 j。當中心區域移經處理 研磨帶區段2 0e與2 Of時，邊緣區域2 2a之移動已穿過處理 研磨帶區段2〇b、20c、20d、20e、20f、20g、20h、與 2〇i °中間部分的處理研磨帶區段2〇e與2〇士接觸到晶圓表 面區域之次數將比處理研磨帶區段20b與20i大上三倍。再 者’跨越處理研磨帶區段2〇a至2〇 j的溫度變化、其對移經 較多處理研磨帶區段2 〇b至2〇i之晶圓邊緣區域2 2a的影 響、比起僅移經處理研磨帶區段2〇e與2(^之晶圓中心區域 2 2 d來得更為顯著。 本，明的一個實施例提出了至少兩種處理表面之溫度 控制的實施態樣。在處理工具之熱機階段，一相當冰冷的 處理表面將被旋轉或者作其他方式之移動，且相當冰冷的 處=用研漿、化學物品、或其他的處理液體將被引入處理 的壞境中。當最初欲處理之晶圓被鋪放於處理表面上時，

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摩擦力的接觸會開始暖化處理表面。由圖1可察知，由於 中央處理區段20 e與2〇f與晶圓16之間發生摩擦力接觸的表 面區域較大、其暖化的速度將比外部的處理區段2〇a至2〇d 與2 0 g至2 0 j更快。因此，溫度變化在最初處理時便已開 始，且在處理工具之運作期間、溫度變化仍持續發生於處 理研磨帶21的整個表面上。由於邊緣區域22a在處理研磨 帶區段20b與20c内與處理研磨帶12有最小的接觸表面區 f、故，所產生之溫度增加量亦為最小，且邊緣區域22a 牙越了最多區段、故其移動過程將經過為數最多的溫度變 化0 圖 處理工 3 0示係 跨越整 中，平 非線性 大約在 均處理 最 達到了 動。將 初始之 後、將 顯示了 2A顯示 具最初 吕兄明平 個已識 均處理 的上f 第五片 溫度36 初的溫 所期望 例如研 平均處 反映在 在最初 了溫度32 的熱機作 均處理表 別之處理 溫度3 6在 ，並繼續 晶圓4 2時 將大致維 度上升乃 之處理溫 漿或其他 理溫度， 溫度波動 的晶圓處 對晶圓數3 4的圖表3 〇、其係代表在 業時、處理表面之平均溫度。圖表 面溫度36之範例，且其尚未反映出 區段（見圖1)的溫度變化。在圖2A 第一片晶圓4 0期間係顯示出穩定、 提升至所期望之處理溫度3 8，而且 達到所期望之處理溫度3 8。之後平 持在所期望之處理溫度3 8。 為非性線，且如同圖2A所示，即使 度3 8、平均處理溫度3 6仍會持續波 製程用化學物品等要素引入將降低 並且在達到所期望的處理溫度3 8之 中。圖2B係為—更詳細的圖表5〇、 理期間内所發生之非線性溫度上升

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五、發明說明（9) 現象。 圖表50係ΰ同圖2A—般、描繪了溫度52對晶圓數“間 的關係。所不之平均處理溫度56在第一片晶圓6〇期間係為 上升階段，之後於第二片晶圓62期間的再度上升之前下. 降。同樣地，之後=均處理溫度56又再度於第三片晶圓64 之前下降，旅在第三片晶圓64期間穩定地上升，在接下來 的晶圓之前下降，並繼續著這種上升與下降的線圖、直至 達到所期望的處理溫度5 8。 典型的處理作業導致平均處理溫度56在最初之晶圓處 理期間的上升與下降，以及達到所期望的處理溫度58之後 的持續波動現象。在處理完成時，晶圓乃由處理表面取 出，並移除了由摩擦力所產生之熱量。當下一片晶圓鋪放 於處理表面上時，由摩擦力所產生之熱量係反映於相對庫 的溫度上升。另外，在某些製程之配置中，係在晶圓表面 上實施製程後之就地沖洗，且沖洗之液體乃用以冷卻處理 表面。通常，因為在處理工具最初的熱機作業期間内、其 溫度波動十分劇烈，故基本上不可能達到一致且精準的晶 圓處理，也因此直到更多可接受之處理條件達到以前、^ 幾片晶圓之處理皆使用晶圓裸片、或又稱為虛設晶圓。然 而^說明所述，亦僅達到平均處理溫度，而溫度變化則仍 持績存在於整個處理表面之複數個處理區段（見圖丨）上。 圖3A為一側視圖、其係根據本發明的一個實施例來說 月 月面加熱單元7 0。背面加熱單元7 〇係配置有一調整器 支撐板72、一加熱元件外箱76、以及包含於加熱元件外箱

第14頁 20030117? 五、發明說明（ίο)

76内之複數個個別的可控制加熱元 + ♦私找M 熱元件係為傳授熱能之單。^使用的加 钏暑、、w洚 .,^ 用以立日加、減少、或維持一 測里/皿度。在本發明的一個實施例北 。 位置乃沿著處理研磨帶丨2 (見圖丨） 月$ 口…、早兀之 面、藉以在整個處理研磨帶12(見或又可稱為底 制加熱元件78、後者二=上設置個別的可控 g,9n „〇n. 交有你T用於如圖1所示之複數個處理區 航2 0 a至2 0 ：|的溫度控制與管理。 圖3B為一俯視圖、其係根據本發 明圖3A所示之背面加埶罝分7n北工 丨口貝她例木况 裡观府背面加熱單元70係橫跨處 研磨π12(見圖1)上、由處理研磨帶之第一 至處理研磨帶之第二邊緣區域74b的寬度、其二並“含3 個，的可控制加熱元件789至78]的加熱元件外箱Μ。 個貫施例中’ I周整器支樓板72係附著於加熱元件外㈣。 以下將參考圖5 B與6對調整器支撐板7 2作更詳細的描述。 如圖3A與3B所說明，本發明的一個實施例係包括嵌入 於加熱元件外箱76之個別的可控制加熱元件78&至78〕·，後 者係橫跨於處理研磨帶12(見圖丨）上。在一個實施例中， 個別=y控制加熱元件78a至78 j係裝設於加熱元件外箱Μ 内的壞氧化物或類似媒介物中、以使個別的可控制加熱元 ^78a至78 j具備加熱元件外箱76之表面的外露表面高^。 背面加熱單元7 〇之位置係緊鄰處理研磨帶丨2 (見圖丨）的底 面、以便使處理研磨帶1 2(見圖1 )之背面在個別的可控制 加熱元件78a至78j之外露表面上移動。之後由個別的二可控 制加熱7L件7 8 a至7 8 j至處理區段2 0 a至2 0 j之熱能傳輸便藉 第15頁 200301177 五、發明說明（11) 由熱傳導加以完成。在所說明的實施例中，係顯示了丨0 個別的可控制加熱元件78a至78 j、以分別對應圖工所說 之10個處理區段20a至2〇j。在其他的實施例中，可根據乃 定之處理表面上經過測量與校準的處理區段2〇a至2 、 圖1 )、來配置較多或較少之摘別的可控制加熱元件至 78 j。所說明的實施例則係為複數個處理區段之範例。 外，應可瞭解個別的可控制加熱元件78a至78 j乃可藉由於 置-用於監視、管ί里、與控制每個個別的可控制加‘元： 7 8 a至7 8 j之系統控制器（未圖示）來加以控制。 回到圖3A與3B，所示之研磨帶行進方向8〇(圖3A與⑽ 兩者共用）係跨越調整器支撐板72與其中嵌入了個別^可 控制加熱元件78a至78j之加熱元件外箱76而移動。在业 的處理工具中，處理研磨帶12(見圖1}係以每分鐘5〇英尺 至每分鐘40 0英尺之範圍内的研磨帶速度而移動，且處理 研磨，12(見圖1)乃由各種材料包括鋼、合金、與胺甲酸 乙酯等所構成。在本發明的一個實施例中，個別的可控制 力口熱元件78a至78j之校準、係根據使用於特定處理研磨帶 之y見結圖D之材料、以及處理研磨帶12(見圖丨）在處理期間 μ =轉速度。在一個實施例中，於例如2〇a至2〇〗（見圖〇 :斤有已標示之處理區段内、將處理表面提升至符合期望 』Ϊ ί度、#所期望的時間為20秒，但實際的時間乃可 乂嚴所載明之製程戀數央士冃敕 士 » ^ 枉蔓数爪凋整。且在一個貫施例中，製程 ]9( σ处理研磨帶12(見圖1)之組成成分、處理研磨帶 Q見圖1)之旋轉速度、與製程之種類（例如金屬CMP、介

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五、發明說明（12) 電質CMP、阻障移除、研磨、 他變數等皆經過事务 、先、及 洗等等）、以及其 #78a ^78 j ^ ^ # ^ ^ "，J ^ ^ ^ f，J ^ ^ ^ 個別的可控制加埶 1 /不）能夠操縱或者管理每個 整個處理表面所期Ϊ:7處 溫度。 .又亚於處理期間内維持該 圖4係根據本發明的一傰告# / 帶1 2之處理區段2 〇至2 〇 · /也列、而對整個處理研磨 至Ζ 〇 J所4田繪^的ί西痒同Q Π %W7 . 示了每個處理區段2〇a至2〇 i巾斛凰又回〇、酿度圖90顯 為經由晶圓處理之2摩°;= 個別的可控制加埶元件78 ^之”、、此、以及經由 :在:卜：的處理區段(例如20a、20b、2〇i與 ：熱勿 :升而=的處理區段(例如20e與20f)則有相當幅= 所述、關於晶圓表面區域乃與處理研磨 可=中央部分之處理表面有最大數量的摩擦力接觸 相付。線條9 6係根據本發明的一個實施例山 制加熱元〜川見圖⑻所加： 解的疋’有較多數量的熱能施加於外部的處理區段（例如 2〇a、2 0b、2 Oi與20 j)，而有較少數量的熱能施加於内部 的處理區段(·例如2〇e與20f)。由此所產生之有效溫度係 反映每個處理區段20a至20 j的溫度，而非整個處=^面之 平均溫度。 & 在本發明的一個實施例中，比由摩擦力接觸所產生者

第17頁 200301177 五、發明說明（13)

較高或較低之溫度、係符合特定製程作業之期望。根據 定之製程與處理材料、由摩擦力接觸所產生的溫度可由圖 4所示之94而獲得暸解。在一個實施例中，所期望的是較" 南的處理溫度。線條1 〇 2顯示了理論上由每個個別的可押 制加熱元件7 8 a至7 8 j (見圖3 A )所施加、用以達成如線條 100所示之有效處理溫度的熱能。同樣地，可產生一張>圖 (未顯不）來說明用以達成較低之有效處理溫度所需要施曰 的熱能。在此實施例中，可藉由實現一較小的或類似:^ 卻元件來進行表面之冷卻。 7 一般而言，處理溫度的 除之速率增加，且在某些應 對生產能力增加之期望。然 準度係為最主要的考量，也 所期望的目標。根據本發明 所產生之處理溫度的增加， 理溫度的降低，兩者皆可藉 件7 8 a至7 8 j所施加熱能之操 此外，本發明 上相同的熱能 的一個實施例 分佈，並且根 熱能變化。在一個實施例中 用於結構製程 邊緣區域内。 一致性與可控 效地使用整個 其是在關鍵的 圓表面處理的 定度。 增加將使 用中，移 而，在某 因而整體 的一個實 以及由摩 由對每個 縱與管理 亦在整個 本地消除 ’根本地 的晶圓表 相同的熱 制性，從 除速率 些應用 處理溫 施例， 擦力接 個別的 來加以 處理表 了以上 消除熱 面而言 能分佈 而增加 的增加係符合 中，移除的精 度之降低乃是 由摩擦力接觸 觸所產生之處 可控制加熱元 建立並維持。 面上提供實質 如圖1所述之 能變化對於有 特別有用，尤 可增加整個晶 晶圓處理的穩

200301177 五、發明說明（14) 在本發明的一個實施例中，可對個 件78a至78 j (見圖3B)之使用加以配署Γ 熱元 其他用劑的施加、•晶圓沖洗等等期門二便；處理研渡或 行表面冷卻時所發生的此類變化加以補償 ：：間進 銅的CMP作業中，典型的晶圓後段處理作業係^^^狡，在 之前就地完成。研磨後的沖洗可有效地冷卻處理Ba 除 =些應用中可多至20%。本發明的一個實施例係根據且 2:Ϊ作業之晶圓處理週期加以校準與實現、以補償處理 表面在這種環境下的冷卻。可瞭解的是，晶 ^里 處理研漿或其他用劑的期間、製程後的清洗期間^= =的冷卻補償可相當程度地降低或消除處理溫度：j 3象、以及以上如圖2A與26所描述及說明的溫 土 下降。這種溫度變化的減少或消除，特別在處理工且^ $減少或消除用於工具熱機之裸片晶圓數’:、 亚曰加製造效率與生產能力。 一如上所述，跨越整個處理表面之溫度變化的促成要素 ^二三係為研磨帶或研磨片調整器掃動過整個處理表面的 2 “力接觸所產生的熱能。在典型的習用技術之處理配置 二綠：：整圓盤係掃動過整個處理表面、以刮除多餘的製 二磨”帶調整的典型配置方式。依方向118移動之固處理= 邢U係由面對處理表面、用以支撐晶圓的晶圓載具丨丨〇下 ^通過。為解釋得更清晰，將不對位於處理研磨帶Μ對面 一側的晶圓1 6與晶圓載具11 〇正下方之機台進行說明。

第19頁 20030117? 五、發明說明（15) "—" 圖5A亦顯示了一附著於調整研磨片載具112之調整研 磨片11 4。在典型的配置中，調整研磨片載具j i 2係使調整 研磨片11 4在晶圓處理期間内掃動過整個處理研磨帶丨2， 一般而言係由處理研磨帶丨2的一個邊緣跨越該處理研磨帶 1 2而移動至處理研磨帶丨2的另一個邊緣，並再回到原處、 以於晶圓處理期間内形成連續的循環動作。除了提供有限 的處理表面調整外，產生熱能至處理表面的摩擦力接觸， 係由一個邊緣掃動至另一邊再回到原處、因而在處理表面 上產生了移動的溫度變化。另外，由於處理研磨帶1 2上之 $動效應，調整研磨片114的典型尺寸使其特別容易受到 …、 或間歇性無效的影響。當處理研磨帶1 2移動於滾筒 (未圖示）之間日寺，將有波動效應出現、藉以使研磨帶2 作。在圖ίϊ者研磨帶移動·之下陷與隆起，類似波浪的動 I “，位置點1 1 6係說明一處理研磨帶1 2中的的 ί:!: 波浪靠近並接觸到調整研磨片114時，處 整；磨Ιΐ:、结到靠近調整研磨片之處，然後完全地由調 掉落…生無效的調整、以及不-致的 手I力接觸之熱能施加。 相結合。圖5Ba1_彳之3周正作業係與處理表面之溫度控制 施例之調整研磨；、。其係顯示根據本發明的-個實 I以m圓盤122、出口喷嘴與圓盤沖洗頭 及刻·頭刷出口126。在本發明的一個實施例中，調

第20頁 200301177 五、發明說明（16) 整研磨片單元120係由背面加熱單元7〇以直接面對的方 裝設於處理研磨帶12之對面—側。因此調整研磨片單元 120之位置乃緊鄰且倚靠著處理研磨帶12之處理表面。 根據本發明的一個實施例，調整圓盤122之位置係在 調整器支撐板72的對面。調整圓盤係配置成可在調整時 處理研磨帶12施加壓力，而調整器支撐板72之位置則提供 可施加一致且可控制之力的支撐。為了使處理研磨帶丨2 : 的波浪效應減到最小，並有效率地利用調整圓盤丨2 2的支 撐硬體，調整研磨片單元120亦包括了出口喷嘴與圓盤沖 洗頭1 2 4，後者在一個實施例中之配置係為沖洗掉處理表 面上任何由調整圓盤122鬆脫而產生的殘餘物、同時沖洗 调整圓盤122以防止可能造成調整圓盤122無效的殘餘物之 生成。另外，薊頭刷出口 1 2 6則在調整與沖洗之後提供處 理表面最後的刮除與活化處理。 ^ 圖6顯示了具有調整圓盤1 2 2之配置的線性研磨帶處理 ί 3 2/所示之晶圓16係在處理研磨帶12上，而處理研 磨帶12係依方向130而移動。處理區段2〇a至2〇』之顯示則 係供參考用。在本發明的一個實施例中，調整研磨片單元 1 2 〇包括了複數個配置成棋盤型態的調整圓盤丨2 2、以確保 1理表面獲得充分而完整的調整。在一個實施例中，該棋 ‘型怨基本上係橫跨處理研磨帶1 2、而形成一調整圓盤、 1 一2 2的線性陣列。所示之複數個出口喷嘴與圓盤沖洗頭單 疋124係緊隨在複數個調整圓盤丨22旁（依處理研磨帶之行 進方向1 3 0移動），而複數個薊頭刷出口丨2 6則用以提供處

第21頁 20〇3〇ΐΐγγ 五、發明說明（17) " 王审 衣面的最後刮除與表面活化處理。而在一個實施例中， 個別的調整圓盤1 2 2所受之壓力係經過控制而準確地實 現三而其乃根據所使用之製程操作方式與處理用劑。在一 個貫施例中，.每個調整圓盤1 22所受之壓力係控制在大約 〇· 1PSI至大約大於2. OPS I。應注意的是個別的壓力控制乃 為提供較好的處理表面調整、使其調節與改變可符合所期 望者或處理條件之規定。可由圖6瞭解的是，由於有較大 的晶圓1 2之表面區域與處理表面相接觸、中央處理區段 (例如2 Oe與2 Of )可能需要較多或較少的壓力以及/或者處 理表面調整。外部處理區段（例如2〇 a至2〇c、2 Oh至20 j)則 較少或幾乎沒有與晶圓1 2之表面區域接觸，因此導致了不 同的處理表面調整需求。在本發明的一個實施例中，經由 處理區段20a至20 j之不同的處理表面調整需求、乃可藉由 具有跨越整個處理表面之棋盤型態的調整圓盤丨2 2所提供 之元整覆蓋範圍、以及每個調整圓盤丨2 2之個別的可控制 壓力、而加以有效地管理。 一 在本發明的一個實施例中，出口喷嘴與圓盤沖洗頭單 元1 2 4係藉由清水或清潔劑供應器（未圖示）加以供應，且 所分配之噴嘴容量係可個別加以控制。在某些處理作業 中，晶圓12與中央處理區段（例如2〇e與2〇f)之接觸所增加 的表面區域將改變處理表面之調整與清洗需求、而改變相 對應之出口噴嘴與圓盤沖洗頭單元1 2 4的喷嘴容量將可提 供最有政且穩定之晶圓表面清洗。在本發明的一個實施例 中’每個出口喷嘴與圓盤沖洗頭單元1 2 4皆可經由所分配

第22頁 2〇ϋ3〇1|77 五、發明說明（18) 之谷=與/斤分配之喷嘴壓力而加以控制。 熱單=係& 據敫本 的幾個實施例、顯示了具有背面加 理系絲1 4fT 片早元12〇之配置的CMP線性研磨帶處 盘142b上並广如短圖7所示，處理研磨帶12係裝設於滾筒 ^ 上亚裱繞之。處理研磨帶12之旋轉方向係以箭頭 發明加熱單元70與調整研磨片單元120乃根據本 /系說+明了兩個位置的實施例。當研磨帶以所示之方向 。移動時，其中一個實施例之處理表面將在出口喷嘴與 圓盤沖洗頭單元124及薊頭刷出口126作橫向移動之前/、跨 越整個調整圓盤122而移動。因此，背面加熱單元7〇之位 置乃使調整器支撐板72面對調整圓盤122、藉以提供所需 要的支_撐。凋整研磨片單元丨2 〇與背面加熱單元7 〇係位於 圖7所示之CMP線性研磨帶處理系統14〇的底部區域内之兩 個不同位置上，並具有上述之配置情形。 在CMP線性研磨帶處理系統1 4〇的上部區域内，背面加 熱單元70與調整研磨片單元丨2〇之個別零組件配置係根據 本發明的另一個實施例。在所說明的實施例中，其中包含 有複數個個別的加熱元件7 8之加熱元件外箱7 6、其定位恰 在CMP線性研磨帶處理系統丨40的處理區域之前。^度之^ 制與操縱則恰好在此實施例的處理之前生效。調整器支撐 板7 2與調整研磨片單元1 2 0係為於處理研磨帶丨2之對面一 側，並緊隨著CMP線性研磨帶處理系統14〇之處理區域。在 此方式中，係說明了所述之背面加熱單元7〇與調整研磨片

第23頁

五 發明說明（19) 單元1 2 0的個別零組可根據製程之期望與條件來加以定位 與實現。 圖8為一流程圖1 5 0、其係根據本發明的一個實施例來 兒月處理表面之溫度控制方法的插作項目。該方法始於操 作1 5 2、其係設置》用於晶圓處理之處理表面。在一個實 施例中，該4理表面係為晶圓之CMP處理所使用之線性研 磨帶。 該方法繼續進行操作1 5 4、其中係提供複數個熱能元 件進行熱能傳導。在一個實施例中，複數個熱能元件係配 置成一個橫跨處理表面的陣列。而在一個實施例中，該處 理表面則為晶圓之CMP處理所使用之線性研磨帶、且該熱 能單元之陣列係由研磨帶的一個邊緣至線性研磨帶的另一 個邊緣而橫跨於線性研磨帶上。 ，著，在操作156中，該方法係將複數個傳導熱能之 ，能單元配置在用於晶圓處理的表面上。在本發明的一個 實施例中，複數個熱能單元係包含於一加熱元件外箱中， 而後者的配置方式、係為覆蓋一橫跨處理表面的陣列配置 中之各複數個熱能元件。在一個實施例中，複數 件；：個皆裝設於環氧化物或類似之媒介物中、:以： S:: ί 皆i力:熱元件外箱内# ’而熱能轉換表面 =二，且與加熱兀件外箱之表面等高。然後由每個熱能元 件傳遞之熱能係轉換至處夹 ^ ^ 光王蜒理录面的月面、伙而傳遞埶能以 加熱或冷卻處理表面。 I…此从 該方法緊接著繼續進行操作1 58、其中熱能之引入係

20 Ο 3 0117 7 五、發明說明（20) 使用複數個熱 處理區 之引入 並維持 期望的 理區段 以降低 行操縱 處理複 該 整個晶 個熱能 中，處 而熱能 提升或 表面戶斤 之晶圓 告完成 段，且 係使用 所期望 溫度曲 之溫度 處理區 或管理 數個處 方法又 圓處理 元件之 理晶圓 之操縱 降低每 期望的 處理期 :7C :牛二以達到整個晶圓之處理表面所期望 個貫施例中，處理表面係分割成複數個 ::區段皆具有—可識別之溫度曲線。熱能 二忐7C件、以在每個處理區段内準確地控制 j溫度、⑯：在整個晶圓之處理表面達到所 > ' :在例巾’係施加熱能以提升處 二在-個實施例中’則係對熱能進行操縱、 又之溫度。而在一個實施例巾，更對熱能進 、猎以提升、降低、或以其某些組合之方式 理區段的溫度。 f括操作160、於其中晶圓係經過處理、而 期望之溫度曲線的維持、則藉由複數 使用來刼縱所引入的熱能。在一個實施例 之表面在各複數個處理區段内皆受到監視， 則使用複數個熱能單元的每個熱能單元、以 :f:區段之溫度 '從而維持整個晶圓處理 ^度曲線。在一個實施例中，係在處理工具 間内維持所期望的溫度曲線，而整個方法便 節進行ί Γ f瞭解的目的、上述發明係已針對許多 可進行某種萨ϊ1 Ξ易見的是在隨附之申請專利範圍内 舉例性：非：二t 5更與修改。因此，本實施例應被視 述，並；1;制性Γ且本發明不應受限於文中之細節 在隧附之申請專利範圍及其等效範圍内進行修

第25頁 200301177 五、發明說明（21) 改0

Bill 第26頁 200301177

圖3 Α為一側視圖 明一背面加熱單元； 圖3 B為一俯視圖 明圖3 A所示之背面加 圖式簡單說明 五、【圖式簡單說明】 藉由以下連同附圖之詳細敘述、 瞭解二中，樣的參考數字乃表示同=清楚的 圖1顯不了典型CMP處理系統 r 面； τ凡 < 踝性研磨帶的處理表 圖2 Α顯示了一溫度對晶圓數之圖力 最初的熱機作業時、處理表面之平均溫度^表在處理工肩 圖2B為一更詳細的圖表 ？ 田、 間内所發生之非線性溫度ί升;^取初的晶圓處理期 、其係根據本發明的一個實施例來說 、其係根據本發明的一個實施例 熱單元； 實施例而描繪之整個處理 區 圖4係根據本發明的一個 段的溫度圖； 圖5 A顯示了典型的研磨帶調整之配置情形； 5B為一侧視圖、其係顯示根據本發明的一個實施例 之調整研磨片； 圖6為一俯視圖、顯示了具有調整研磨片單元之配置 的線性研磨帶處理系統； 圖7係根據本發明的幾個實施例、顯示了具有背面加 …单凡與調整研磨片單元之配置的CMp線性研磨帶處理系 統； 圖8為一流程圖、其係根據本發明的一個實施例來說 20030117? 圖式簡單說明 明處理表面之溫度控制方法的操作項目。 元件符號說明： 1 0〜處理表面 1 2〜處理研磨帶 1 4〜方向 1 6〜晶圓 1 8〜方向 20a~20 j〜處理區段

2 2a-22d〜邊緣區域-中心區域 3 0〜圖表 · 3 2〜溫度 3 4〜晶圓數 3 6〜平均處理溫度 3 8〜所期望之處理溫度 40〜第一片晶圓 4 2〜第五片晶圓

5 0〜圖表 5 2〜溫度 54〜晶圓數 5 6〜平均處理溫度 5 8〜所期望之處理溫度 6 0〜第一片晶圓 6 2〜第二片晶圓

第28頁 200301177 圖式簡單說明 6 4〜第三片晶圓 7 0〜背面加熱單元 72〜調整器支撐板 7 4 a〜處理研磨帶之第一邊緣區域 7 4b〜處理研磨帶之第二邊緣區域 7 6〜加熱元件外箱 7 8 a - 7 8 j〜可控制力口熱元件 80〜研磨帶行進方向 9 0〜溫度圖 9 2〜溫度 9 4〜晶圓處理之摩擦力 9 6〜線條 · 9 8〜有效溫度 1 0 0〜線條 I 0 2〜線條 II 0〜晶圓載具 112〜調整研磨片載具 11 4〜調整研磨片 11 6〜位置點 11 8〜方向 120〜調整研磨片單元 1 2 2〜調整盤 1 2 4〜出口喷嘴與圓盤沖洗頭 1 2 6〜薊頭刷

第29頁 20030117? 圖式簡單說明 130〜方向 1 3 2〜線性研磨帶處理系統 140〜CMP線性研磨帶處理系統 142a-1 42b〜滾筒

144 〜方向 150 〜流程圖 152 〜操作 154 〜操作 156 〜操作 158 〜操作 160 〜操作 第30頁

Claims (1)

1. 20030117? 六、申請專利範圍 ，該CMP系統具有一第 帶、該線性研磨帶係 該線性研磨帶的寬度 以及一溫度控制器， 個熱能元件則受到獨 該第一滾筒與該第二 帶之背部表面相接 線性研磨帶寬度的該 機械研磨（CMP)系 接至一系統控制器、 磨帶的處理表面溫度 ^ 一種化學機械研磨（CMp)系統 一澴同、一箆-吞μ 環繞著該第f -線性研磨 Ϊ/μρ/I邊緣與第二邊緣之間， 該CMP糸、、充的特徵為包含： …此元件之陣列，該陣列之每 2 2控制、该熱能元件之陣列係位於 :义闾之^而其配置係與該線性研磨 jf '亥熱能元件之陣列係延伸於該 弟一邊緣與該第二邊緣之間。 2 ·如申睛專利範圍第1項之化學 統」其中該陣列之每嗰熱能元件係連 且該系統控制器之配置係為對線性研 進行管理。 3」如申請專利範圍第1項之化學機械研磨系統， 二:該線性研磨帶係包括複數個跨越整個處理表面的處理 區段且其中该熱能元件陣列之每個熱能元件皆對應於一 個處理f段、而該陣列之熱能元件乃受到獨立的控制、以 對該熱能元件所對應之處理區段的處理溫度進行操縱。 4 ·如申請專利範圍第3項之化學機械研磨（CMP )系 統，其中邊熱能元件陣列之每個熱能元件的配置係為施加 熱能至與該熱能元件所對應之處理區段、以提升該熱能元 件所對應之處理區段的處理溫度。 5 ·如申請專利範圍第3項之化學機械研磨（αρ )系

   第31頁 2〇〇3〇||77 六、申請專利範圍 統’其中該熱能元件陣列之每個熱能元件的配置係為施加 熱能至與該熱能元件所對應之處理區段、以降低該埶此 件所對應之處理區段的處理溫度。 /…此 6. —種線性研磨帶之溫度的控制方法，係用於一 機械研磨（CMP)系統中’該CMP系統具有一第—滾一 ^ 2筒、及-線性研磨，、該線性研磨帶係環繞、著該：一 滾同與该弟二滾筒、該線性研磨帶的寬度係橫 緣與第二邊緣之間、且該線性研磨 ^ 與-内部表面，該控制方法的外部處理表面 置上將= 表面的線性陣列的位 邊緣至該第二邊㈣寬線性研磨帶上由該第- 控制在二個皇線性陣列之位置上所施加的熱能程度。 方法，.Λ Λ /击範s第6項之線性研磨♦之溫度的控制 Γ 4 =線1 生陣列之位置的每個位置皆包括-熱能單 部表面’:、70西己置係為施加熱能於該線性研磨帶的内 ^ ^8' ^ ^ ^ ^ ^ 哭、兮卢#主 白連接至一處理表面溫度控制 ο石由社亩精、准持一符合期望的處理表面溫度。 方法，·/中^^範目第8項之線性研磨帶之溫度的控制 -理表面的-處理區段、且其中每個熱能單元之配置“ Μ 第32頁 200301177 六、申請專利範圍 施加熱能於該線性研磨帶的内部表面、以控制該線性研磨 帶之外部處理表面的處理區段之處理溫度。 V 10·如申請專利範圍第9項之線性研磨帶之溫度的控 制方法’其中每個熱能單元之配置係為施加熱能於^線^生 研磨帶的該内部表面、以增加線性研磨帶之該外部處理表 面的處理區段溫度。 11 ·如申請專利範圍第9項之線性研磨帶之溫度的控 制方法，其中每個熱能單元之配置係為施加熱能於該線^生 研磨帶的該内部表面、以降低線性研磨帶之該外部 面的處理區段溫度。 衣 …一種化學機械研磨（CMP)系統，該CMP系統具有— ::ί闻、一第二滾筒、及-線性研磨帶、該線性研磨帶 係：亥第-滾筒與該第二"、該線性研磨帶的办： 係橫跨於第一邊緣與第二邊绫 、見度 有一外部準備表面及接觸該 常更具 部表面，以及一準備表面衰请與该弟二滾筒之-内 含： 。正态，^CMf>系統的特徵為包 一碉堂圓盤之陣列、用^ ^ ^ m i 4 4 Θ W 5周整該線性研磨帶之#々k 準備表面，該陣列的每個調整比心所熘常之省外 調整圓盤之陣列係延伸於線性=二===獨二的控制， 二邊緣之間。 磨T見度的第一邊緣與 13·如申請專利範圍箆〗9 統，更包含： 、之化學機械研磨（CMP) | 一喷霧喷嘴之陣列、用L、/、、士、丄 冲洗該線性研磨帶之該外

   、申請專利範圍 準備表面與調 =控制、且該 第一邊緣與第 1 4 · 如申 < ’更包含： 一薊頭刷 外部準備表面 的第一邊緣與 1 5. 如申 統，其中該陣 外部處理表面 16· 一種 用於一化學機 滾筒、一第_ 繞著該第一滾 跨於第一邊緣 外部準備表面 面，該調整方 將複數個 該第一邊緣與 將各該複 在該外部處理 17· 如申 表面的調整方 皆該陣列之每個噴霧喷嘴皆 -、邊喙上之陣列係延伸於線性研磨 一遠緣之間。 請專利範圍第13項之化學機械研磨 之·配置係為掃動該線性研 笛§亥1頭刷之陣列係延伸於線性研 弟二邊緣之間。 =範圍第12項之化學機械研磨 二個調整圓盤皆受到獨立的控 ^ 大約〇· 1 PSI至大約2.〇 psi 二磨帶之外部處理表面的調整 ;…MCMP)系統中，該CMP系統具 ^及該線性研磨帶、該線性研 该第二滾筒、該線性研磨帶的 人弟一邊緣之間、且該線性研磨帶 及接觸該第一滾筒與該第二滾筒之 法的特徵為包含： >蜀二的°周整元件沿著延伸於該線性 该第二邊緣的一線性路徑而散佈； 數個獨立的調整元件沿著該線性路 表面上。 請專利範圍第1 6項之線性研磨帶之 法’更包含： 受到獨立 帶寬度的 (CMP)系 磨帶之該 磨帶寬度 (CMP)系 制、以對 的壓力。 方法，係 有一第一 磨帶係環 寬度係橫 更具有一 一内部表 研磨帶之 以及 徑而鋪放 外部處理

   第34頁 20030117? 六、申請專利範圍 」 將複數個喷霧喷嘴沿著延伸於該線性研磨帶之該第一 邊緣與該第二邊緣的一線性路徑而散佈；以及 使用沿著該線性路徑之各該複數個喷霧喷嘴對該線性 研磨帶之該外部準備表面進行冲洗。 18·如申請專利範圍第1 7項之線性研磨帶之外部處理 表面的調整方法，更包含： 將複數個薊頭刷沿著延伸於該線性研磨帶之該第一邊 緣與該第二邊緣的一線性路徑而散佈；以及 使用沿著該線性路徑之各該複數個薊頭刷對該線性研 磨帶之該外部準備表面進行清洗。 19. 如申請專利範圍第1 6項之線性研磨帶之外部處理 表面的調整方法，其中該獨立的調整元件之S己置係為對該 外部準備表面施加由大約0. 1 PSI至大約2. 0 PSI的壓力。

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