[发明专利]化学机械研磨元件、晶圆的研磨方法及晶圆研磨系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体基材研磨设备，特别是涉及一种化学机械研磨(CMP)设备，可进行面朝上的晶圆化学机械研磨工艺的化学机械研磨元件、晶圆的研磨方法及晶圆研磨系统。

背景技术

半导体集成电路工业历经快速成长。集成电路材料与设计上的科技进步已产生数个世代，其中每个世代具有较前个世代小且更复杂的电路。然而，这些进步已增加处理与制造集成电路的复杂度，且为实现这些进步，集成电路的处理与制造系统需要相似的发展。

在集成电路的发展过程中，功能密度(即每晶片面积的互连元件的数量)通常已增加，而几何尺寸[即利用一工艺可产生的最小构件(或线)]已减小。此尺寸缩减通常可提供增加生产效率与降低相关成本的优势。这样的尺寸缩减也要求半导体制造与处理设备的相关改进。

随着电子产品的发展，半导体科技已广泛地应用来制造存储器、中央处理单元(CPUs)、显示元件、发光二极管(LEDs)、激光二极管与其他元件或晶片组。为了实现高积集度与高速度，已缩减半导体集成电路的尺寸，且已提出各种材料与技术来达到这些目标，并克服制造过程中的障碍。由于半导体集成电路的高积集度，在基材上的半导体集成电路的地形变得粗糙不平，而应将基材的表面予以平坦化或研磨，以利后续层的沉积。为了解决此问题，已使用化学机械研磨(CMP)科技。为了本发明的目的，基材与晶圆等用语在本技术领域中已为人所熟知，且在此可交换使用。

传统上，化学机械研磨工艺已应用在面朝下的晶圆上。对于超低介电常数的化学机械研磨工艺而言，在薄膜上需要低压力。不幸地，传统的化学机械研磨设备通常无法符合这样在薄膜上的低压力的需求。

此外，应用来研磨的下压力可能造成晶圆收缩，而在晶圆的表面上产生碟形缺陷或不均匀/非平坦外形[非平坦百分比(non-U％)。而且，这样的基材收缩可能在晶圆上引发侵蚀。

与传统面朝下的晶圆处理有关的其他问题包含没有原位(in-situ)晶圆监视的事实；无法进行晶圆的后化学机械研磨清洁(Post CMP Cleaning)；难以量测终点侦测(Endpoint Detection；EPD)；以及需要大量的研磨浆(例如研磨化合物)来散布并润湿研磨垫。

因此，需要一种改进的化学机械研磨元件及应用这样的化学机械研磨元件的方法，以解决上述问题。

由此可见，上述现有的化学机械研磨工艺在方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品及方法又没有适切的结构及方法能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的化学机械研磨元件、晶圆的研磨方法及晶圆研磨系统，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。

有鉴于上述现有的化学机械研磨工艺存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的化学机械研磨元件、晶圆的研磨方法及晶圆研磨系统，能够改进一般现有的化学机械研磨工艺，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有的化学机械研磨工艺存在的缺陷，而提供一种新的化学机械研磨元件，所要解决的技术问题是使其可进行面朝上的晶圆的化学机械研磨工艺。因此，可降低晶圆弯折，而可产生较佳的全域平坦度，进而可节省扫描机工艺窗时间，非常适于实用。

本发明的另一目的在于，克服现有的化学机械研磨工艺存在的缺陷，而提供一种新的晶圆的研磨方法，所要解决的技术问题是使其缩减化学反应时间，而可缩减微影处理的碟状化或侵蚀。此外由于晶圆为面朝上，因此有较简单的原位晶圆表面监控，而具有精确研磨控制，从而更加适于实用。

本发明的再一目的在于，克服现有的化学机械研磨工艺存在的缺陷，而提供一种新的晶圆研磨系统，所要解决的技术问题是使其具有嵌入式清洁器，因此有较高的每小时产出的晶圆片数处理速率，从而更加适于实用。

本发明的还一目的在于，克服现有的化学机械研磨工艺存在的缺陷，而提供一种新的晶圆研磨系统，所要解决的技术问题是使其提供精确的下压力负载元监控，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。

本发明的另外还一目的在于，提供一种晶圆研磨系统，所要解决的技术问题是使其具有较小表面积的环型研磨垫，而可降低研磨浆的使用，并使得溢流研磨浆可回收再利用，从而更加适于实用。