TWI598184B

TWI598184B - 包括高強度合金的cmp裝置的拋光頭

Info

Publication number: TWI598184B
Application number: TW104115452A
Authority: TW
Inventors: 元鐘洙; 姜文求
Original assignee: 元鐘洙; 姜文求
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2015-05-14
Publication date: 2017-09-11
Also published as: WO2015182882A1; CN106663618A; TW201620671A; KR20140092273A

Description

包括高強度合金的CMP裝置的拋光頭

本發明涉及半導體元件製造用化學機械拋光(CMP，Chemical Mechanical Polishing)裝置的拋光頭，更具體地涉及一種包括高強度合金的CMP裝置的拋光頭，改善形成拋光頭的圓形多孔板的結構，將材質用高強度特殊合金代替，從根本上防止發生陶瓷材質的龜裂(crack)，由此，延長產品的壽命，同時，極大化地提高設備的運轉率，由此，極大提高生產效率。

近來隨著半導體裝置高集成化，配線結構形成多層化，層疊於半導體基板上的單位單元之間的表面斷層增加，因此探索用於對所述表面斷層平坦化處理的技術非常重要。

在將所述半導體基板表面進行平坦化處理的技術中，CMP為對半導體基板表面進行物理性及化學性拋光，在拋光頭吸附晶片之後，在供給附著於拋光台的上部的拋光墊和拋光液(漿)的狀態下，接觸並高速旋轉。

參照圖1至圖3對現有的CMP裝置的拋光頭進行說明。

首先，如圖1所示，CMP裝置包括：拋光頭(10)，真空吸附固定晶片(W)，而移動至拋光台(20)的拋光墊(21)之後，施加壓力接觸並以預定速度旋轉，執行平坦化作業；拋光台(20)，在上部具有拋光墊(21)，以預定的速度旋轉，直接與晶片(W)的拋光面接觸。

並且，所述拋光頭(10)包括：壓力調節裝置(11)，在執行CMP工藝時執行抽氣(Pumping)動作；吸附部(12)，位於所述壓力調節裝置(11)的下方，利用所述壓力調節裝置(11)的抽氣而產生的真空，直接吸附晶片(W)；卡環(13)，防止在對所述晶片(W)拋光的過程中，所述晶片(W)從吸附部(12)脫離。

並且，拋光外殼(14)與所述壓力調節裝置(11)連接，所述拋光外殼(14)與高速旋轉的旋轉軸(15)連接。

而且，在所述壓力調節裝置(11)的下部還形成有在表面形成有多個貫通孔的圓形的多孔板(30)，執行將因所述壓力調節裝置(11)而產生的壓力傳輸至吸附部(12)的功能。

在此，對所述多孔板(30)的結構進行具體說明。

所述多孔板(30)如圖2及圖3所示，包括：圓盤形狀的主體(31)；邊緣部(32)，圍繞固定所述主體(31)的邊緣；定位銷(33)，突出形成於所述主體(31)的上部中央；多個孔(34)，形成於所述主體(31)；多孔凹槽(35)，形成於所述主體(31)的一側，形成有四個孔；中央凹槽部(36)，形成所述主體(31)的後面中央；球(37)，其一部分插入固定在所述中央凹槽部(36)的中央；平衡銷(38)，為多個，插入固定於所述中央凹槽部(36)的周圍。

對於如上所述構成的圓形的多孔板(30)，突出形成於所述主體(31)的上部中央的定位銷(33)起到中央定位，執行防止因安裝在下面的中央凹槽部(36)的球(37)的觸摸或晃動(Vibration)而產生的龜裂的作用，反而根據所述定位銷(33)而發生了降低晶片工藝上平坦均勻度的問題。

另外，因與所述球(37)的相互晃動，由此，以中央凹槽部(36)的中央部分和中央為中心發生非方向性龜裂，在進行工藝時，發生不應當發生的洩漏(Leak)，陶瓷粉對半導體晶片(W)表面造成影響而成為了嚴重降低收益率(Yield)的原因。

因該原因，非正常性發生設備停止、運轉率低下的問題，而對生產率低下造成嚴重影響。

並且，安裝在所述中央凹槽部(36)的邊緣部的多個平衡銷(38)用於拋光頭整體的平衡而設置，執行防止該六個平衡銷(38)在工藝中偏向一側，或傾斜度歪曲的功能。

但，現有的平衡銷(38)如圖3(b)所示，通過特殊粘合劑將平衡銷(38)下端的固定部(38a)附著固定在中央凹槽部(36)，隨著時間流逝，所述粘合劑固化，而發生粉末亂飛的現象，對該拋光工藝造成了嚴重惡劣的影響。

註冊專利文獻10-0416808、公開專利文獻10-2000-0008534、註冊專利文獻10-04191135、公開專利文獻10-2010-0079165、註冊專利文獻10-0600231、註冊專利文獻10-0814068。

本發明為了解決上述所述問題而研發，本發明的目的為提供一種包括高強度合金的CMP裝置的拋光頭，改善形成拋光頭的圓形多孔板的結構，將材質用高強度特殊合金代替，從根本上防止發生陶瓷材質的龜裂(crack)，由此，延長產品的壽命，同時極大化地提高設備的運轉率，因而極大提高生產效率。

為了實現如上所述目的，本發明的CMP裝置的拋光頭，包括：壓力調節裝置，在執行CMP工藝時，執行抽氣動作；吸附部，位於所述壓力調節裝置的下方，利用所述壓力調節裝置的抽氣而產生的真空，直接吸附晶片；圓形的多孔板，位於所述壓力調節裝置的下部，在表面形成有多個貫通孔，將因所述壓力調節裝置而產生的壓力傳輸至所述吸附部；卡環，防止在對所述晶片拋光的過程中所述晶片從吸附部脫離，該CMP裝置的拋光頭的特徵在於，所述多孔板包括：圓盤形狀的主體；定位凹槽，為一對，兩側對稱形成於所述主體的上部中央；孔，為多個，形成於所述主體；多孔凹槽，形成於所述主體的一側，形成有四個孔；中央凹槽部，形成於所述主體的後面中央；球，一部分插入固定於所述中央凹槽部的中央；圓形的金屬板，插入固定設置於所述中央凹槽部的中央部位，形成有裸露孔，以使露出所述球的一部分；平衡銷，為多個，插入固定於所述中央凹槽部的周圍；上部及下部邊緣部，圍繞固定所述主體的邊緣，其中，所述金屬板由包含鋯、鈦、鎳及鉻的特殊合金構成。

並且，本發明的特徵在於，所述主體、上部邊緣部及下部邊緣部由包含鋯、鈦、鎳及鉻的特殊合金材質構成。

並且，本發明的特徵在於，所述特殊合金包含40至60重量%鋯，30至70重量%鈦，5至15重量%鎳及鉻。

並且，本發明的特徵在於，所述金屬板、主體、上部及下部邊緣部由包含不銹鋼(SUS)的金屬材質構成。

並且，本發明的特徵在於，所述多個平衡銷的固定部形成為螺旋形狀，以螺絲結合方式固定在中央凹槽部。

並且，本發明的特徵在於，通過形成於所述主體的多孔傳輸的空氣供給線由一體式的相同金屬材質構成。

並且，本發明的特徵在於，所述金屬板由鈦構成。

另外，本發明的特徵在於，所述金屬板、主體、上部及下部邊緣部全部由鈦構成。

10‧‧‧拋光頭

11‧‧‧壓力調節裝置

12‧‧‧吸附部

13‧‧‧卡環

100‧‧‧多孔板

110‧‧‧主體

111‧‧‧定位凹槽

112‧‧‧孔

113‧‧‧多孔凹槽

114‧‧‧中央凹槽部

115‧‧‧球

116‧‧‧金屬板

116a‧‧‧裸露孔

117‧‧‧平衡銷

117a‧‧‧固定部

120‧‧‧上部邊緣部

130‧‧‧下部邊緣部

圖1為普通CMP裝置的簡略結構圖；圖2為現有的圓形多孔板的側面結構圖；圖3(a)(b)為現有圓形多孔板的上面及下面剖視圖；圖4為本發明的圓形多孔板的側面結構圖；圖5(a)(b)為本發明圓形多孔板的上面及下面剖視圖；圖6為本發明圓形多孔板的分解剖視圖。

首先，對各個附圖的構成要素附加參照符號，對於相同的結構要素，即使在不同的附圖上，也盡可能的使用了相同的符號。並且，在說明本發明時，判斷相關的公知功能或結構的具體說明為非本發明的要旨所必需的或混淆本發明時，省略其具體說明。

下面，參照附圖，對本發明的優選的實施例進行更具體地說明。

圖4為本發明的圓形多孔板的側面結構圖，圖5(a)(b)為本發明圓形多孔板的上面及下面剖視圖，圖6為本發明圓形多孔板的分解剖視圖。

如圖所示，本發明的CMP裝置的拋光頭，包括：壓力調節裝置(11)，在執行CMP工藝時，執行抽氣動作；吸附部(12)，位於所述壓力調節裝置(11)的下方，利用借助所述壓力調節裝置(11)的抽氣而產生的真空而直接吸附晶片(W)；圓形的多孔板(100)，位於所述壓力調節裝置(11)的下部，表面形成有多個貫通孔，借助因所述壓力調節裝置(11)而產生的壓力傳輸至所述吸附部(12)；卡環(13)，在拋光所述晶片(W)的過程中，防止所述晶片(W)從吸附部(12)脫離，其中，所述多孔板(100)包括：圓盤形狀的主體(110)；定位凹槽(111)(111)，為一對，兩側對稱形成於所述主體(110)的上部中央；多個孔(112)，形成於所述主體(110)；多孔凹槽(113)，形成於所述主體(110)的一側，形成有四個孔；中央凹槽部(114)，形成於所述主體(110)的後面中央；球(115)，一部分插入固定於所述中央凹槽部(114)的中央；圓形的金屬板(116)，插入固定設置在所述中央凹槽部(114)的中央部位，使得所述球(115)的一部分裸露；平衡銷(117)，為多個，插入固定在所述中央凹槽部(114)的周圍；上部及下部邊緣部(120)(130)，圍繞固定所述主體(110)的邊緣。

所述圓盤形狀的主體(110)由陶瓷材質形成，圍繞固定所述主體(110)的邊緣的上部及下部邊緣部(120)(130)由金屬材質構成。

優選地，所述上部邊緣部(120)及下部邊緣部(130)由不銹鋼(SUS)材質構成。

並且，形成於所述主體(110)的中央的一對定位凹槽(111)為用於定位拋光頭的結構，根據該定位凹槽(111)的結構，防止了因與球(115)的相互晃動，而使以主體(110)下部的中央凹槽部(114)和中央為中心，發生非方向性龜裂，而在拋光工藝時發生的洩漏(leak)。

並且，所述金屬板(116)使球(115)固定在中央，同時還形成一部分裸露的裸露孔(116a)，並借助特殊粘合劑粘合固定於主體(110)的下部中央凹槽部(114)。

根據本發明，所述金屬板(116)由特殊合金構成。

所述特殊合金由包含鋯、鈦、鎳及鉻的金屬合金構成。

其中，所述特殊合金的所述鋯(zirconium，Zr)為用於提高耐腐蝕性，及提高合金的表面強度而使用，所述鈦(titanium，Ti)為用於將合金輕便化，及提高強度而使用。

另外，所述鎳(nickel，Ni)用於合金的製造及加工的容易性而使用，所述鉻(chrome，Cr)用於合金的製造及加工的容易性而使用。

所述特殊合金按各種組成比例，能夠包含鋯、鈦、鎳及鉻，尤其，為了更好地發揮耐腐蝕性、高強度及輕便化特性，也可以按如下組成比例，包含所述成分。

即，在所述特殊合金包含40至60重量%鋯，30至70重量%鈦，5至15重量%鎳及鉻。

包含未滿40重量%所述鋯時，合金的耐腐蝕性及表面強度低下，超過60重量%時，存在因合金的密度變高而難以輕便化的問題。

包含未滿30重量%所述鈦時，難以形成合金的輕便化，超過70重量%時，發生合金的強度低下的問題。

並且，包含未滿5重量%所述鎳及鉻時，造成難以製造合金，所製造的合金的加工性低下的問題，超過15重量%時，相對地，鋯及鈦的含量變低，而存在合金的強度變低而增加重量，耐腐蝕性低下的問題。

如上所述，本發明的所述金屬板(116)由所述特殊合金材質構成。

借助如上所述的金屬板(116)的結構，能夠極大提高強度，由此，防止因使用陶瓷材質而發生的龜裂，從而，極大地改善工藝不良問題。

並且，所述多個，即六個平衡銷(117)用於在拋光工藝中，防止拋光頭偏向一側或傾斜度歪曲，如圖5(b)所示，通過螺絲處理下端的固定部(117a)，固定在中央凹槽部(114)時，使得按螺絲結合方式固定。

因此，如上所述固定的六個平衡銷(117)防止發生因根據現有的粘合劑粘合方式而發生了的問題即因粘合劑固化而粉末亂飛的現象。

並且，通過形成於所述主體(110)的多孔凹槽(113)而傳輸的空氣供給線由現有的螺絲結合方式變更為一體式相同的材質，由此，對因相應部分的龜裂而造成的設備停止及由此產生的費用降到最小化。

並且，根據本發明，與所述金屬板(116)一樣，圓盤形狀的主體(110)、上部邊緣部(120)及下部邊緣部(130)也由上述特殊合金材質構成。

並且，所述金屬板(116)、主體(110)、上部及下部邊緣部(120)(130)由包含不銹鋼(SUS)的金屬材質構成。

並且，根據本發明，金屬板(116)也能夠僅由鈦構成。

並且，所述金屬板(116)、主體(110)、上部及下部邊緣部(120)(130)也能夠全部由鈦構成。

本發明的有益效果在於： 如上所述，本發明具有如下優點，去除形成於現有的圓形多孔板的上部的定位銷，通過兩側對稱地生成中央定位所需的一對定位凹槽，由此，極大改善平坦均勻度。

並且，本發明具有如下優點，將金屬板附著固定於多孔板下部的中央凹槽部，防止因當前使用陶瓷材質而產生的裂痕，極大地改善不良工藝，並且，將設備的停止降到最小化，以提高生產力。

並且，本發明具有如下優點，使用特殊合金及金屬類代替陶瓷，將通過多孔板的四個多孔而傳輸的空氣供給線由現有的螺絲結合方式變更為一體式的金屬材質，由此，將因相應部分的龜裂而造成設備停止及由此產生的費用降到最小化。

另外，本發明具有如下優點，平衡銷通過螺絲結合而固定於中央凹槽部，由此，防止因當前粘合劑固化而產生粉末亂飛的現象。