TW201431646A - 保持環及用於研磨一晶圓之方法 - Google Patents

Abstract

一種環，具有一預定旋轉方向，其中該環具有一上側、一下側、一外周緣、一內周緣及複數個凹槽，其中前述凹槽係位於該環之下側。每一凹槽具有位於該外周緣之一入口點以及位於該內周緣之一出口點，該入口點係連接於該出口點，以產生一開口通過該環。每一凹槽係被定位以使得每一凹槽之一角度係為鈍角的，每一凹槽之前述角度係被定義為一夾角介於一第一向量與一第二向量之間，其中第一向量具有位於前述入口點之一初始點以及具有沿著前述凹槽朝向前述出口點之一方向，前述第二向量具有位於前述入口點之一初始點且正切於該環於前述入口點，其中前述第二向量相反於該預定旋轉方向。

Description

保持環及用於研磨一晶圓之方法

本發明是有關於一種化學機械研磨站，特別是有關於一種用於研磨一晶圓之方法。

一般來說，半導體裝置包括有主動元件，例如，成型於一底材上之電晶體。任何數目之內連層可以被成型於底材之上，以連接主動元件於彼此以及至外部裝置。內連層可以典型地是由低k值介電材料所製成，而此低k值介電材料包括有金屬溝渠/通孔。

當一裝置之層是被成型時，使裝置平坦化有時是必要的。舉例來說，在底材中或一金屬層中之金屬特徵之形成可以造成不均勻的地形。此不均勻的地形會產生困難於後續層之形成。舉例來說，不均勻的地形可能會干涉普遍被使用去形成各種特徵於一裝置中之微影製程。因此，在各種特徵或層被形成之後，使裝置之表面平坦化是需要的。

平坦化之一種被普遍使用之方法是藉由化學機械研磨(CMP)。典型地，化學機械研磨包含放置一晶圓於一載體頭之中，其中，晶圓是藉由一保持環而被固持。載體頭與晶圓然後是被旋轉，當向下壓力是被施加於晶圓抵抗一研磨墊時。一化學溶液(亦即，一研漿)是被沉積於研磨墊之表面上，以輔助平坦化。較佳的是，保持環包括有複數個凹槽以促進研漿均 勻分佈於晶圓表面之上。當不具有任何凹槽之保持環是被使用於化學機械研磨過程之中時，由於不規律之研漿沉積之故，所產生之晶圓會傾向於遭受地形不均勻性。因此，一晶圓之表面可以利用機械(研磨)與化學(研漿)力之結合而被平坦化。

做為平坦化製程之一部分，使用一墊調節碟去調節研磨墊亦是必要的。一典型之墊調節碟包括有連結於一底材之一列研磨微粒。調節裝置會從研磨墊移除累積之廢屑建立以及過多之研漿。調節裝置亦會調理研磨墊之表面。研磨墊典型地是由平坦的化合物(例如，橡膠)所製成。因此，調節研磨墊以提供一較粗糙表面於較好的研漿分佈與研磨是較佳的。

然而，此種調節製程會導致損壞的晶圓。墊調節碟之研磨微粒能從調節碟逐出以及進入至保持環之中。當一晶圓是接著利用該保持環被研磨時，研磨微粒會造成剝離之邊緣、刮痕或破裂於晶圓之中。此問題會因一典型保持環之凹槽而加重，因為凹槽會促進研磨微粒移動至保持環之內周緣。然而，由於凹槽是一保持環之設計的一部份，故一新的設計對於凹槽之定位是必要的。

本發明基本上採用如下所詳述之特徵以為了要解決上述之問題。

本發明之一實施例提供一種保持環，其包括一環，具有一預定旋轉方向，其中該環具有一上側、一下側、一外周緣、一內周緣及複數個凹槽，其中前述凹槽係位於該環之下側。每一凹槽具有位於該外周緣之一入口點以及位於該內周 緣之一出口點，該入口點係連接於該出口點，以產生一開口通過該環。每一凹槽係被定位以使得每一凹槽之一角度係為鈍角的，每一凹槽之前述角度係被定義為一夾角介於一第一向量與一第二向量之間，其中第一向量具有位於前述入口點之一初始點以及具有沿著前述凹槽朝向前述出口點之一方向，前述第二向量具有位於前述入口點之一初始點且正切於該環於前述入口點，其中前述第二向量相反於該預定旋轉方向。

根據上述之實施例，該等凹槽係不穿透該環之該上側。

根據上述之實施例，每一凹槽具有大約3mm之一深度。

根據上述之實施例，每一凹槽之該角度係為大約135度。

根據上述之實施例，18個凹槽係以等距離之方式被定位繞著該環。

根據上述之實施例，每一凹槽係實質上均勻於寬度。

根據上述之實施例，每一凹槽具有小於大約3mm之一寬度。

根據上述之實施例，該環係實質上均勻於寬度。

本發明之另一實施例提供一種化學機械研磨站，其包括一旋轉平台；一研磨墊，安置於該旋轉平台之上；一旋轉載體，具有用於固持一晶圓之一保持環，其中，該保持環具有：一圓形環，具有一上側、一下側、一外周緣及一內周緣； 以及複數個凹槽，係位於該圓形環之該下側之中，其中，每一凹槽係形成一開口於該外周緣以及一開口於該內周緣，以及每一凹槽係以一傾斜角被定位；其中，在該旋轉載體之每一旋轉過程中，對於具有一初始點於該保持環之中心處之任何徑向線段而言，在位於該外周緣處之一凹槽之該開口移動經過該徑向線段之前，該旋轉載體之旋轉係導致位於該內周緣處之該凹槽之該開口先移動經過該徑向線段；以及一研漿臂，係透過該等凹槽傳遞一研漿至該研磨墊之上以及該晶圓之上。

根據上述之實施例，該化學機械研磨站更包括一墊調節臂，係用以清掃位於該研磨墊之一部份之上之一墊調節碟。

根據上述之實施例，該墊調節碟具有結合於一底材之上之一列鑽石。

根據上述之實施例，成型於一凹槽之該傾斜角與正切於位於該凹槽處之該保持環之該外周緣之一線之間之一鈍角係為大約135度。

根據上述之實施例，該保持環具有沿著該圓形環以均等間隔定位之18個凹槽。

根據上述之實施例，每一凹槽具有小於大約3mm之一寬度。

根據上述之實施例，該等凹槽係不延伸通過該圓形環之該上側。

本發明之又一實施例提供一種用於研磨一晶圓之方法，其包括：提供具有一表面欲被研磨之一晶圓；安置該晶 圓於一載體頭之一內部之中，其中，該載體頭具有用於固持該晶圓之一保持環，以及該保持環具有：一圓形環，具有一第一表面、一第二表面、一外邊緣及一內邊緣；以及複數個凹槽，係位於該圓形環之該第二表面之中，其中，每一凹槽係以一傾斜角被定位；安置具有該保持環之該載體頭朝向一研磨墊；施加一向下壓力於該載體頭，以使該晶圓接觸該研磨墊；透過該等凹槽施加一研漿於該研磨墊之上以及該晶圓之上；以及以一方向旋轉該載體頭抵抗該研磨墊，以使任何研漿之路徑形成一鈍角。

根據上述之實施例，由任何研漿之路徑所形成之該鈍角係為大約135度。

根據上述之實施例，該保持環具有以每20度繞著該圓形環定位之18個凹槽。

根據上述之實施例，該用於研磨一晶圓之方法更包括：以一墊調節碟調節該研磨墊。

根據上述之實施例，調節該研磨墊以及旋轉該載體頭抵抗該研磨墊之步驟係被同時執行。

為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例並配合所附圖式做詳細說明。

100‧‧‧化學機械研磨站

102‧‧‧旋轉平台

104‧‧‧研磨墊

106‧‧‧保持環

108‧‧‧載體頭

110‧‧‧旋轉載體

112‧‧‧研漿臂

114‧‧‧研漿

116‧‧‧墊調節臂

118‧‧‧墊調節頭

120‧‧‧墊調節碟

122、124、131、136、131A、131B、131C‧‧‧箭頭

126‧‧‧弧形線

128‧‧‧區域

130‧‧‧研磨微粒

132、700、702‧‧‧晶圓

134、134A、134B、134C‧‧‧凹槽

136’‧‧‧第一向量

R1‧‧‧第二向量

θ‧‧‧角度

P1、A、B、C‧‧‧點

AB‧‧‧線

W1、W2‧‧‧距離

第1圖係顯示根據本發明之一實施例之一化學機械研磨站之立體示意圖；第2圖係顯示根據本發明之一實施例之一化學機械研磨站 之俯視示意圖；第3圖係顯示根據本發明之一實施例之一化學機械研磨站之俯視示意圖；第4圖及第4A圖係顯示根據本發明之一實施例之一化學機械研磨站之上下示意圖，其中，化學機械研磨站係顯示對於一保持環之設計；第5圖、第5A圖、第5B圖及第5C圖係顯示根據本發明之一實施例之一化學機械研磨站之上下示意圖，其中，化學機械研磨站係顯示研磨微粒之移動路徑；第6圖係顯示根據本發明之一實施例之一保持環之仰視示意圖；以及第7圖係顯示兩個晶圓利用一習知之保持環以及根據本發明之一實施例之一保持環被研磨。

茲配合圖式說明本發明之較佳實施例。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。

第1圖係顯示根據本發明之一實施例之一化學機械研磨站100之立體示意圖，其中，化學機械研磨站100可以被使用於一化學機械研磨製程之中。化學機械研磨站100包括有一旋轉平台102。一研磨墊104已被安置於旋轉平台102之上。 一旋轉載體110是被安置於研磨墊104之上。旋轉載體110具有一載體頭108及一保持環106。一晶圓(未顯示)可以被安置於載體頭108之內，並且晶圓是被保持環106所固持。保持環106一般是環形的，而具有一中空中心。晶圓是被安置於保持環106之中空中心，如此一來，在化學機械研磨過程之中，保持環106便能固持晶圓。晶圓是被定位以使得要被平坦化之表面向下朝向研磨墊104。旋轉載體110會施加一向下壓力以及造成晶圓與研磨墊104接觸。

一研漿臂112係沉積一研漿114至研磨墊104之上。旋轉平台102之旋轉運動會造成研漿114透過保持環106中之複數個凹槽134被分佈於晶圓之上。研漿114之組成係取決於受到化學機械研磨之晶圓表面上之材料形式。舉例來說，氧化物薄膜會比銅薄膜具有較高之硬度。因此，相較於銅化學機械研磨研漿，氧化物化學機械研磨研漿組成典型地具有一較高之移除率。

凹槽134會產生從保持環106之外周緣延伸至晶圓之一開口，其會允許研漿114均勻分佈於晶圓之上。較佳的是，凹槽134可以具有小於大約3mm之一寬度以及大約3mm之一深度。然而，在其他實施例之中，凹槽134可以具有不同之尺寸。因此，藉由凹槽134之配置，可在腐蝕微粒是被移除於晶圓的同時，使研漿114均勻地分佈至晶圓之上。

一墊調節臂116係使一旋轉之墊調節頭118以一清掃運動方式移動跨過研磨墊104之一區域。墊調節頭118係固持一墊調節碟120與研磨墊104接觸。墊調節碟120典型地具有一 底材，其中，一列之研磨微粒(例如，鑽石)是利用電鍍方是被結合於底材之上。墊調節頭118係從研磨墊104移除堆積之晶圓廢屑以及過多之研漿114。墊調節頭118亦是做為對於研磨墊104之一研磨料，以產生一適當之質地於晶圓。

第2圖係顯示根據本發明之一實施例之一化學機械研磨站100之俯視示意圖。旋轉平台102係使研磨墊104以逆時針方向旋轉，如箭頭122所示。旋轉載體110係以獨立方式旋轉於相同之逆時針方向之中，如箭頭124所示。墊調節臂116係以一弧形清掃墊調節碟120，如弧形線126所示。當旋轉平台102旋轉時，研磨墊104之不同區域係被進給於旋轉載體110之下，並且是被使用去平坦化晶圓。同時地，旋轉平台102會移動已與晶圓接觸之研磨墊104的區域至墊調節碟120。墊調節臂116會清掃墊調節碟120跨過先前被使用去研磨晶圓之區域，並且會調節這些區域。旋轉平台102然後會使這些區域移動朝後於旋轉載體110與晶圓之下。以此種方式，當一晶圓被研磨時，研磨墊104可以被同時調節。

弧形線126之範圍是與旋轉載體110之尺寸對應。舉例來說，旋轉載體110可以具有12英吋之直徑。如上所述，弧形線126將會從旋轉平台102之周緣延伸至向內從該周緣之至少13英吋之一距離。此可確保研磨墊104任何部分可以接觸旋轉載體110，以及因此晶圓是被適當地調節。旋轉載體110之實際尺寸以及弧形線126之對應範圍可以根據被研磨之晶圓尺寸而變化。

第3圖係顯示與第1圖及第2圖相同之一化學機械 研磨站100之俯視示意圖。區域128是與研磨墊104之部分對應，其中，研磨墊104之部分是與旋轉載體110及墊調節碟120接觸。研磨微粒130可以從墊調節碟120被逐出，並且研磨微粒130是落至區域128之上。典型地，研磨微粒130之尺寸是介於100微米與250微米之間，但其已被放大顯示於第3圖之中。箭頭131係代表研磨微粒130之潛在移動路徑。腐蝕微粒130是經由旋轉平台102被傳送至旋轉載體110，其可能進入至保持環106之中。倘若這些研磨微粒130進入至保持環106之中，則研磨微粒130很可能會造成刮痕、剝離之邊緣以及破裂於晶圓之中。

第4圖係顯示與第1圖至第3圖相同之一化學機械研磨站100之俯視示意圖。固持一晶圓132之保持環106是以虛線被顯示於旋轉載體110之中。研漿114是透過位於保持環106中之複數個凹槽134而被分佈於晶圓132之上。箭頭136係代表研漿114之各種路徑，當研漿114是透過位於保持環106中之複數個凹槽134而被分佈於晶圓132之上時。凹槽134是以虛線被顯示於第4圖之中，以方便說明起見。凹槽134係接觸研磨墊104之上表面，並且可能不是能從化學機械研磨站100之俯視圖所看見。

第4A圖係顯示根據第4圖之一放大示意圖，其繪示了透過位於保持環106中之一特定凹槽134之研漿114之路徑。保持環106是以逆時針方向旋轉，如箭頭124所示。凹槽134之角度是以角度θ所標示。角度θ是被定義為介於研漿114進入之一路徑(被標示為第一向量136’)與一第二向量R1之間的角度。 第一向量136’具有一初始點位於凹槽134之一入口點處，亦即點P1。第一向量136’更具有一方向隨著研漿之路徑並通過凹槽134而朝向晶圓。第二向量R1具有一初始點位於點P1處，並且第二向量R1是正切於保持環106。第二向量R1之方向相反於保持環106之轉動方向。在第4A圖之中，保持環106向上移動於點P1，而第二向量R1則是朝向下方。相反地，倘若保持環106是旋轉向下於點P1，則第二向量R1則是朝向上方。根據本發明之一實施例，角度θ是一鈍角。值得注意的是，定位每一凹槽於保持環106中於此角度會大幅地降低由研磨微粒130對於晶圓132所造成之損壞程度。應了解的是，若使凹槽134設計為朝向相反於保持環106的旋轉方向延伸時，則研磨微粒130很可能會進入至凹槽134之中。

第5圖係顯示相同之化學機械研磨站100。晶圓132以及具有凹槽134之保持環106是以虛線被顯示。點A、點B及點C是研磨微粒130可以接觸與進入保持環106之三個點。箭頭131是代表這些研磨微粒130之路徑。貫穿點A及點B之一線AB會將旋轉載體110平分為二。對於線AB之左側而言，研磨微粒130是較不可能進入至保持環106之中。此乃是因為旋轉平台102之旋轉(如箭頭122所示)會使研磨微粒130移動遠離於旋轉載體110於那些點處。點C可以是沿著保持環106之任何點以及藉由連接點A與點B所形成之弧形片段。

第5A圖及第5B圖係分別顯示旋轉載體110位於點A及點B處之放大示意圖。凹槽134A及凹槽134B係分別對應於位於點A及點B處之特定凹槽134。在這些點處，研磨微粒130 係移動正切於保持環106，如箭頭131A及箭頭131B所示。由於研磨微粒130之移動路徑之故，研磨微粒130是不可能進入凹槽134A或凹槽134B，並且因此在這些點與旋轉載體110接觸之研磨微粒130是不可能導致晶圓缺陷。

第5C圖係顯示位於點C處之旋轉載體110之放大示意圖。箭頭131C表示研磨微粒130行進至凹槽134C中之潛在移動路徑，其中，凹槽134C係對應於位於點C處之一特定凹槽134。距離W1表示凹槽134C於一典型實施例中之寬度。距離W1可以根據旋轉載體110及晶圓之尺寸而變化，但可以是小於大約3mm。

距離W2係關聯於在凹槽134C附近之保持環106之面積，其含有研磨微粒130移動之最壞情況下的場景。距離W2可以是稍微寬於或大約相同於距離W1。移動於距離W2之範圍外之研磨微粒130將會被保持環106之外壁所轉向，並且不會進入凹槽134C。由於凹槽134C之定位，沒進入凹槽134C之研磨微粒130將會被保持於保持環106之外周緣。這些移動是被箭頭131C所顯示。進入凹槽134A之任何研磨微粒130將會被凹槽134C之內壁所轉向，並且研磨微粒130會保持沿著保持環106之外周緣，其中，研磨微粒130是較不可能去損壞晶圓。凹槽134C之定位會大幅降低停留在保持環106之內周緣上之研磨微粒130之數量，並且因而會降低由研磨微粒130所造成之晶圓缺陷的數目。

第6圖係顯示根據本發明之一保持環106之仰視示意圖。保持環106具有18個間隔20度之凹槽134。每一個凹槽134 之角度是約為135度。保持環106是被設計去以逆時針方向旋轉，如箭頭124所示。值得注意的是，此種結構型態可以使晶圓遭受研磨微粒130損壞之數量最小化。然而，其他實施例亦可以具有不同數目之凹槽。此外，在其他實施例之中，凹槽可以被定位去具有介於91度與179度間之一不同角度。

第7圖係顯示實驗資料，其包含來自於習知之保持環以及顯示於第6圖之保持環之晶圓刮傷。對於晶圓700而言，具有習知凹槽之一保持環是被使用於化學機械研磨製程之中。對於晶圓702而言，具有根據第6圖之凹槽之一保持環是被使用。做為此實驗之部分，1000個研磨微粒是刻意被沉積於兩晶圓之化學機械研磨站之上。在此兩圖上之印記係代表晶圓在化學機械研磨製程之後之任何的刮痕、破裂或剝離。比較此兩圖，很清楚的可以看到由晶圓702所承受之損壞是遠比由晶圓700所承受之損壞來得少。

雖然本發明已以較佳實施例揭露於上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧化學機械研磨站

102‧‧‧旋轉平台

104‧‧‧研磨墊

106‧‧‧保持環

108‧‧‧載體頭

110‧‧‧旋轉載體

112‧‧‧研漿臂

114‧‧‧研漿

116‧‧‧墊調節臂

118‧‧‧墊調節頭

120‧‧‧墊調節碟

134‧‧‧凹槽

Claims (10)

1. 一種保持環，包括：一環，具有一預定旋轉方向，其中，該環具有一上側、一下側、一外周緣及一內周緣；以及複數個凹槽，係位於該環之該下側之中，其中，每一凹槽具有位於該外周緣之一入口點以及位於該內周緣之一出口點，該入口點係連接於該出口點，以產生一開口通過該環，每一凹槽係被定位以使得每一凹槽之一角度係為鈍角的，每一凹槽之該角度係被定義為一夾角介於一第一向量與一第二向量之間，該第一向量具有位於該入口點之一初始點以及具有沿著該凹槽朝向該出口點之一方向，該第二向量具有位於該入口點之一初始點且正切於該環於該入口點，其中該第二向量相反於該預定旋轉方向。
2. 如申請專利範圍第1項所述之保持環，其中，該等凹槽係不穿透該環之該上側。
3. 如申請專利範圍第1項所述之保持環，其中，每一凹槽具有大約3mm之一深度。
4. 如申請專利範圍第1項所述之保持環，其中，每一凹槽之該角度係為大約135度。
5. 如申請專利範圍第1項所述之保持環，其中，18個凹槽係以等距離之方式被定位繞著該環。
6. 一種用於研磨一晶圓之方法，包括：提供具有一表面欲被研磨之一晶圓；安置該晶圓於一載體頭之一內部之中，其中，該載體頭具有 用於固持該晶圓之一保持環，以及該保持環具有：一圓形環，具有一第一表面、一第二表面、一外邊緣及一內邊緣；複數個凹槽，係位於該圓形環之該第二表面之中，其中，每一凹槽係以一傾斜角被定位；安置具有該保持環之該載體頭朝向一研磨墊；施加一向下壓力於該載體頭，以使該晶圓接觸該研磨墊；透過該等凹槽施加一研漿於該研磨墊之上以及該晶圓之上；以及以一方向旋轉該載體頭抵抗該研磨墊，以使任何研漿之路徑形成一鈍角。
7. 如申請專利範圍第6項所述之用於研磨一晶圓之方法，其中，由任何研漿之路徑所形成之該鈍角係為135度。
8. 如申請專利範圍第6項所述之用於研磨一晶圓之方法，其中，該保持環具有以每20度繞著該圓形環定位之18個凹槽。
9. 如申請專利範圍第6項所述之用於研磨一晶圓之方法，更包括：以一墊調節碟調節該研磨墊。
10. 如申請專利範圍第6項所述之用於研磨一晶圓之方法，其中，調節該研磨墊以及旋轉該載體頭抵抗該研磨墊之步驟係被同時執行。