[发明专利]化学机械研磨机台

说明书

本发明涉及一种化学机械研磨机台，特别是涉及一种化学机械研磨机台上的履带式调节刷结构。

在半导体制造工艺技术中，表面平坦化是处理高密度光刻的一项重要技术，因为没有高低落差的平坦表面才能避免曝光散射，而形成精密的图案转移(pattern transfer)。平坦化技术主要有旋涂式玻璃法(Spin-OnGlass-SOG)与化学机械研磨法(CMP)等两种，但在半导体制造工艺技术进入毫微米(sub-half-micron)之后，旋涂式玻璃法已无法满足所需求的平坦度，所以化学机械研磨技术是现在唯一能提供超大型集成电路(Very-LargeScale Integration-VLSI)，甚至极大型集成电路(Ultra-Large ScaleIntegration-ULSI)制造工艺，“全面性平坦化(global planarization)”的一种技术。

请同时参照图1A与图1B，其分别绘出一种现有化学机械研磨机台(Chemical-Mechanical Polishing-CMP)的俯视与侧视图。其中包括：一研磨台(polishing table)10；一握柄(holder)11，用以抓住被研磨的晶片12；一研磨垫13(polishing pad)，铺在研磨台10上；一管件14(tube)，用以输送研磨液15(slurry)到研磨垫13上；一液泵16，用以将研磨液15抽送到管件14中；以及一调节刷(Conditioner)17，用以刮平研磨垫13的表面。当进行化学机械研磨时，研磨台10与握柄11分别沿一定的方向旋转，如图中箭号18a与18b所示，且握柄11抓住晶片12的背面19，将晶片12的正面20压在研磨垫13上。管件14将液泵16所打进来的研磨液15，持续不断地供应到研磨垫13上。所以，化学机械研磨程序就是利用研磨液15中的化学试剂，在晶片12的正面20上产生化学反应，使之形成一易研磨层，再配合晶片12在研磨垫13上由研磨液15中的研磨粒(abrasive particles)辅助的机械研磨，将易研磨层的凸出部分研磨，反覆上述化学反应与机械研磨，即可形成平坦的表面。基本上，化学机械研磨技术是利用机械抛光的原理，配合适当的化学试剂(reagent)与研磨粒，将表面高低起伏不一的轮廓，同时加以“抛光”的平坦化技术。

上述现有化学机械研磨机台的缺点在于，传统的调节刷17无法有效且均匀地刮平研磨垫13的表面。请参照图2A，其绘出现有第一种化学机械研磨机台的俯视图与侧视图。此机台的型号为IPEC-472，其中有一研磨垫30，其位于研磨台32上，在研磨垫30上有晶片34与调节刷36等结构，当晶片34被研磨时，调节刷36会以箭头方向38做来回反覆的运动，用以刮平研磨垫30的表面。又，请参照图3A和图3B，其绘出现有第二种化学机械研磨机台的俯视图与侧视图。此机台的型号为AMAT-Mirra，其中有一研磨垫40，其位于研磨台42上，而研磨垫40上有晶片44与调节刷46等结构。当晶片44被研磨时，调节刷46会以箭头方向48做来回反覆的运动，用以刮平研磨垫40的表面，然后，再参照图4，其绘出上述两种化学机械研磨机台调节刷的刮平轨迹示意图。可以看到，刮平的轨迹分布得并不均匀，有些部分几乎没有被刮磨，容易产生弱刮的现象(under conditioning)，例如在空白轨迹54处。有些部分则因容易重复刮磨，而产生过刮的现象(overconditioning)，例如在轨迹交点56处。只有少数地方才有正常的刮平情形(normal conditioning)，例如在轨迹52处。

接着，请参照图5A和图5B，其绘出现有第三种化学机械研磨机台的俯视图与侧视图。此机台的型号为SpeedFam Auriga，其中有研磨垫60，其位于研磨台62上，而在研磨垫60上有晶片64与调节刷66等结构。此处调节刷66的结构例如为钻石环(diamond ring)。当晶片64被研磨时，调节刷66会在研磨台62的周缘运动，用以刮平研磨垫60的表面。再参照图6，其绘出图5A和图5B调节刷的刮平结果示意图。其中，横轴的单位为公分(cm)，可以看到，调节刷66刮过一段时间之后，在研磨台62上的研磨垫60的剖面(pad profile)高低落差会很大，例如研磨垫60的中央部分较高，边缘部分研磨较低。如此一来，晶片64的研磨也会跟着不均匀，例如晶片64中央部分会被研磨较多，而边缘部分被研磨较少。