專利名稱：研磨設備與研磨方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明是涉及一種研磨設備與研磨方法，用于研磨形成于基板上的薄膜，更具體而言涉及一種使用化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)的研磨設備與研磨方法。
背景技術(shù)：
在使用化學機械研磨的研磨設備中的研磨液的公知常規(guī)供應方法如圖10與11所示。根據(jù)圖10所示之方法，在儲存槽101內(nèi)的研磨液102是由供應泵103經(jīng)由供應件104供應至在研磨工作臺105上提供的研磨墊106的表面，以研磨晶片(Wafer)W。研磨液從研磨墊106的表面被離心力潑出，并流進漏斗107。此研磨液并不被循環(huán)再利用，而作為廢液108被排出。
根據(jù)圖10所示之研磨液的供應方法，提供至研磨墊106的研磨液102只被使用一次就被當成廢液108而處理。因此，造成研磨液的使用成本增加的問題。即使研磨液的用量被減少到最低程度，由于弄濕研磨墊106的研磨液是必要的，因此研磨程序的工作成本降低受到限制。
大部分從供應件104被提供至研磨墊106的表面的研磨液102被離心力潑至周圍，所以實際被提供至晶片W的研磨液102的量很少。因此，研磨液存在使用效率低的問題，且根據(jù)圖10所示之研磨方法，大部分昂貴的研磨液未被使用即被當作廢液而處理。
于是，根據(jù)圖11所示之方法，從工作臺散開的漿液(slurry)被盡可能多地儲存在工作臺上，藉此減少漿液量。亦即是，向工作臺111的旋轉(zhuǎn)中心移動的板件112被設置在研磨墊的表面上。藉此，從供應噴嘴113供應的漿液被分成例如三份。漿液114a流向晶片W并被用于研磨。漿液114b被朝向工作臺111外周邊側(cè)而散開但在其徑向方向被停在板件112的外側(cè)且被收集，然后向著工作臺111的中心部分而返回并且如漿液114a般被用于研磨。漿液114c被朝向工作臺111的外周邊側(cè)而散開。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于增加提供至工作臺表面之研磨液的使用效率，藉此使得有可能以少量的研磨液來研磨晶片。
本發(fā)明提供一種研磨設備，其包括工作臺，在其上表面上提供有研磨面；工作臺驅(qū)動機構(gòu)，其使工作臺沿一預定方向繞垂直于研磨面的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；研磨合成物供應機構(gòu)，用以提供研磨合成物至研磨面的預定供應位置；待研磨對象保持機構(gòu)，其在工作臺的旋轉(zhuǎn)方向上位于供應位置的下游，并保持待研磨對象的待研磨面以使該待研磨面與工作臺的研磨面相對；以及研磨合成物移除機構(gòu)，其在工作臺的旋轉(zhuǎn)方向上位于待研磨對象保持機構(gòu)的下游，并從工作臺移除被供應來研磨待研磨對象的研磨合成物。
根據(jù)本發(fā)明，在使用工作臺的研磨操作中，研磨墊，即待使用的漿液的量可被減少。
本發(fā)明的附加目的和優(yōu)點將在以下描述中提出，并且一部分從該描述來看將是顯然的，或者可通過實施本發(fā)明來了解。本發(fā)明的目的和優(yōu)點可借助于在以下具體指出的手段和組合而實現(xiàn)和獲得。


其中所結(jié)合并構(gòu)成說明書一部分的

了本發(fā)明的實施例，并且與以上給出的概述和以下給出的實施例的詳述一起用來說明本發(fā)明的原理。
圖1所示為本發(fā)明的研磨設備的示意圖。
圖2所示為結(jié)合在所述研磨設備中的工作臺上漿液的量以及其運動的示意圖。
圖3所示為遮擋體之角度的定義的示意圖。
圖4所示為漿液之PH與研磨速率的關系曲線圖。
圖5所示為漿液之PH因研磨而產(chǎn)生的變化的曲線圖。
圖6所示為漿液之流動速率與研磨速率的關系曲線圖。
圖7所示為所述研磨設備的修改的示意圖。
圖8所示為所述研磨設備的另一個修改的示意圖。
圖9所示為所述研磨設備的又一個修改的示意圖。
圖10所示為常規(guī)研磨設備的示意性側(cè)視圖。
圖11所示為結(jié)合在該研磨設備中的工作臺上的漿液運動的示意圖。
具體實施例方式
圖1所示為本發(fā)明一實施例之研磨設備10的整個結(jié)構(gòu)的示意圖。研磨設備10包括工作臺機構(gòu)20，以及待研磨對象保持機構(gòu)30、研磨液供應機構(gòu)40與研磨液排出機構(gòu)50，它們都繞著工作臺機構(gòu)20而設置。研磨設備10也包括控制單元60，其控制這些機構(gòu)相互之間的聯(lián)系。
工作臺機構(gòu)20包括盤狀工作臺21以及將工作臺21繞著旋轉(zhuǎn)軸C旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動機構(gòu)22。研磨墊23被貼在工作臺21的上表面。
待研磨對象保持機構(gòu)30包括第一臂31、由第一臂31支撐的驅(qū)動機構(gòu)32以及被驅(qū)動機構(gòu)32旋轉(zhuǎn)并保持諸如晶片的待研磨基板的研磨頭33。研磨頭33與工作臺21相對。研磨頭33可藉由第一臂31在工作臺21上沿工作臺21的表面移動。
研磨液供應機構(gòu)40包括第二臂41以及由第二臂41支撐的供應噴嘴(研磨液提供部)42。供應噴嘴42提供漿液(研磨合成物)L至工作臺21上。供應噴嘴42與工作臺21相對，且可藉由第二臂41在工作臺21上沿工作臺21的表面移動。
研磨液排出機構(gòu)50包括第三臂51以及由第三臂51支撐且防止工作臺21上的漿液L被再使用的遮擋體(shuttering body)52。遮擋體52與工作臺21相對，且可藉由第三臂51在工作臺21上沿工作臺21的表面移動。遮擋體52被保持在如稍后所述而確定的預定角度與預定位置。
遮擋體52之優(yōu)選材料為聚碳酸酯、特氟隆樹脂與抗堿材料。當遮擋體52在使用中磨損時，它可被換成新的。
將說明具有上述結(jié)構(gòu)之研磨設備10的操作。就是說，驅(qū)動機構(gòu)22被操作以旋轉(zhuǎn)工作臺21與研磨墊23(以圖1之方向R)。研磨液從供應噴嘴42被供應至研磨墊23上的漿液供應位置P。第三臂51將遮擋體52定位于研磨墊23上的預定位置。
接著，第一臂31將保持晶片W的研磨頭33定位于工作臺21上的一個位置，而驅(qū)動機構(gòu)32旋轉(zhuǎn)研磨頭33(以圖1之方向S)。藉此，晶片W的待研磨面、研磨墊23與漿液L互相摩擦，而晶片W的待研磨面被研磨。
圖2所示為在工作臺21上漿液L運動以及漿液L的量的示意圖。亦即是，在提供漿液L后，漿液L進入研磨頭33下面(圖2之箭頭L1)，而被用于研磨的漿液L從工作臺21沿遮擋體52靠近研磨頭33的一側(cè)A被排放(排出)。在提供漿液L后，未進入研磨頭33下面而未被用于研磨的漿液L碰撞于遮擋體52靠近漿液供應位置P的一側(cè)B，且漿液L再次在研磨墊23上移動(圖2之箭頭L2)。在工作臺21上的漿液的量被分入如圖2所示之小區(qū)域(Q1)與大區(qū)域(Q2)。遮擋體52可由一個刷子取代，以大致將用過與未用過的漿液L分開。
接著，研磨墊23相對于遮擋體52的位置將被定義。如圖3所示，如果連接工作臺21的旋轉(zhuǎn)中心與研磨頭33的旋轉(zhuǎn)中心33c的基準線K被設定為0°，且若工作臺21與研磨頭33的旋轉(zhuǎn)方向被定義為正向的角度，則傾斜角度θ被設置為-10°至-90°。如果工作臺21被基準線K分為兩個區(qū)域，則遮擋體52的縱向長度在與漿液供應位置P相對的區(qū)域中較長。
在此，將說明漿液L的PH值與研磨速率的關系。如圖5所示，可發(fā)現(xiàn)這樣的關系，即當漿液L的PH值較高時，研磨速率變得較高。圖4示出漿液L之PH值在研磨前最高，被引入研磨設備10之研磨頭33的漿液L的PH值次高，而被重復使用之漿液L的PH值最低。圖5示出若漿液L的PH值較高，則研磨速率較高。因此，可發(fā)現(xiàn)被研磨設備10所使用之漿液L的研磨速率高于被重復使用的漿液L。因此，如果所使用的漿液L未被再使用，則研磨效率可被提高。
接著，將說明漿液L的流動速率與研磨速率之間的關系。圖6示出曲線G1與曲線G2。曲線G1示出當用過的漿液L被遮擋體52從研磨設備10移除時漿液L的流動速率與研磨速率之間的關系。曲線G2示出當未使用遮擋體52時漿液L的流動速率與研磨速率之間的關系。從圖6可發(fā)現(xiàn)與未使用遮擋體52時的流動速率相比，若使用遮擋體52，漿液L的流動速率的大約30％是足夠的。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的研磨設備10，若已被用于研磨且研磨效率較低的漿液L被遮擋體52從工作臺21排出時，只有未被用于研磨且研磨效率較高的漿液L可被提供至保持晶片W的研磨頭33。因此，研磨效率較低的漿液L不會與研磨效率較高的漿液L混合，可提高研磨效率，且晶片W可以以小量的漿液L來研磨。
雖然在本實施例中用過的漿液L被確定地排出且未再使用，仍有可能允許排出件做為分隔件，以使未使用的漿液L被引入以便于再使用。在第一實施例中，遮擋體52具有這樣的功能。
雖然研磨設備10使用板狀件做為遮擋體52，遮擋體52也可為多個環(huán)狀壁、螺旋壁或直壁。
圖7所示為根據(jù)研磨設備10的第一修改的研磨設備70的示意圖。在圖7中，相同功能部分被以如圖1之相同標號標示。雖然上述研磨設備10使用遮擋體52，研磨設備70藉由諸如海綿之多孔透氣吸收材料來吸收用過的漿液L。
提供在工作臺21上的是海綿輥71，其由能吸收漿液L之吸收材料所制成，和壓輥72，其與海綿輥71相對并將海綿輥71所吸收之漿液L擠出，以及溝槽73，用以將擠出之漿液L從工作臺21排出。海綿輥71與壓輥72以彼此相反的方向旋轉(zhuǎn)。
在具有上述結(jié)構(gòu)之研磨設備70中，壓輥72將海綿輥71所吸收之漿液L擠出。所擠出之漿液L通過溝槽73從工作臺21排出。因此，即使是研磨設備70，仍可獲得與研磨設備10相同之效果。
圖8所示為根據(jù)研磨設備10的第二修改的研磨設備80的示意圖。在圖8中，相同功能部分被以如圖1之相同標號標示。雖然上述研磨設備10使用遮擋體52，在研磨設備80中用過的漿液L被吸出并移除。在研磨設備80的工作臺21上，設置有能夠吸出漿液L的抽吸噴嘴81。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)之研磨設備80，用過的漿液L被抽吸噴嘴81吸出并移除。因此，即使是研磨設備80，仍可獲得與研磨設備10相同之效果。
圖9所示為根據(jù)研磨設備10的第三修改的研磨設備90的示意圖。在圖9中，相同功能部分被以如圖1之相同標號標示。雖然上述研磨設備10使用遮擋體52，在研磨設備90中用過的漿液L被高壓空氣吹離并移除。用于以高壓空氣E來吹動漿液L的空氣噴嘴91被設置于研磨設備90之工作臺21上。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)之研磨設備90，用過的漿液L被空氣噴嘴91吹離并移除。因此，即使是研磨設備90，仍可獲得與研磨設備10相同之效果。
遮擋體52、海綿輥71及其他能夠防止用過的漿液L被再使用的相似者可由另一個構(gòu)件替換。
本領域的技術(shù)人員將容易想到附加的優(yōu)點和修改。因此，處于其較廣泛方面的本發(fā)明并不局限于在此示出和描述的特定細節(jié)和代表性實施例。因此，可在如所附權(quán)利要求及其等效形式所限定的一般性發(fā)明概念的精神和范圍內(nèi)進行各種修改。
101儲存槽102拋光液103供應泵104供應件105拋光工作臺106拋光墊107漏斗108廢液111工作臺112板件113供應噴嘴114a、114b、114c漿液10、70、80、90拋光設備20工作臺機構(gòu)21工作臺22、32驅(qū)動機構(gòu)23拋光墊30待拋光對象保持機構(gòu)31第一臂33拋光頭33c旋轉(zhuǎn)中心40拋光液供應機構(gòu)41第二臂42供應噴嘴50拋光液排出機構(gòu)51第三臂52遮擋體
60控制單元71；海綿輥72壓輥73溝槽81抽吸噴嘴91空氣噴嘴R、S方向W晶片L漿液C旋轉(zhuǎn)軸P供應位置Q1小區(qū)域Q2大區(qū)域A、B側(cè)L1、L2箭頭K基準線θ傾斜角度G1、G2曲線E高壓空氣。
權(quán)利要求
1.一種研磨設備(10)，其特征在于包括工作臺(21)，其上表面上提供有研磨面；工作臺驅(qū)動機構(gòu)(22)，其使工作臺(21)沿預定方向(R)繞垂直于該研磨面的旋轉(zhuǎn)軸(C)旋轉(zhuǎn)；研磨合成物供應機構(gòu)(40)，用以提供研磨合成物(L)至該研磨面的預定供應位置(P)；待研磨對象保持機構(gòu)(30)，其在工作臺(21)的旋轉(zhuǎn)方向(R)上位于供應位置(P)的下游，并保持待研磨對象(W)的待研磨面以使該待研磨面與工作臺(21)的研磨面相對；以及研磨合成物移除機構(gòu)(50)，其在工作臺(21)的旋轉(zhuǎn)方向(R)上位于待研磨對象保持機構(gòu)(30)的下游，并從該工作臺(21)移除被供應來研磨該待研磨對象(W)的研磨合成物(L)。
2.如權(quán)利要求第1項所述之研磨設備(10)，其特征在于其中研磨合成物移除機構(gòu)(50)可調(diào)節(jié)姿態(tài)或位置。
3.如權(quán)利要求第1項所述之研磨設備(10)，其特征在于其中研磨合成物移除機構(gòu)(50)是一引導件(52)，用以徑向地向著工作臺(21)的外部引導該工作臺(21)上的研磨合成物(L)。
4.如權(quán)利要求第3項所述之研磨設備(10)，其特征在于其中當旋轉(zhuǎn)方向(R)被定義為正向時，該引導件(52)相對于一基準線(K)傾斜-10°至-90°，該基準線(K)連接該工作臺(21)的旋轉(zhuǎn)中心與該待研磨對象(W)的旋轉(zhuǎn)中心，且該引導件(52)被提供于相對于該基準線(K)與供應位置(P)相對的區(qū)域中。
5.如權(quán)利要求第1項所述之研磨設備(70)，其特征在于其中研磨合成物移除機構(gòu)是多孔透氣吸收材料(71)，其吸收與移除工作臺(21)上的研磨合成物(L)。
6.如權(quán)利要求第1項所述之研磨設備(80)，其特征在于其中研磨合成物移除機構(gòu)是抽吸機構(gòu)(81)，其抽吸并移除工作臺(21)上的研磨合成物(L)。
7.如權(quán)利要求第1項所述之研磨設備(90)，其特征在于其中研磨合成物移除機構(gòu)是高壓鼓風機(91)，其將高壓空氣吹送于工作臺(21)上的研磨合成物(L)上，并將其沿工作臺(21)的外周邊方向排出。
8.一種研磨方法，其特征在于包括工作臺驅(qū)動步驟，使工作臺(21)沿預定旋轉(zhuǎn)方向(R)繞旋轉(zhuǎn)軸(C)旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)軸(C)垂直于在工作臺(21)的上表面上提供的研磨面；研磨合成物供應步驟，供應研磨合成物(L)至該研磨面的預定供應位置(P)；待研磨對象保持步驟，在工作臺(21)的旋轉(zhuǎn)方向上位于供應位置(P)的下游，并且其中待研磨對象(W)的待研磨面被保持以使該待研磨面與該工作臺(21)的研磨面相對；以及研磨合成物移除步驟，在工作臺(21)的旋轉(zhuǎn)方向(R)上位于待研磨對象保持機構(gòu)(30)的下游，并且其中從工作臺(21)移除被供應來研磨該待研磨對象(W)的研磨合成物(L)。
全文摘要
一種研磨設備(10)，包括驅(qū)動機構(gòu)(22)，用以在方向(R)上旋轉(zhuǎn)工作臺(21)；研磨液供應機構(gòu)(40)，用以供應漿液(L)到研磨墊(23)上的預定供應位置(P)；研磨頭(33)，其在工作臺(21)的旋轉(zhuǎn)方向上位于供應位置(P)的下游，并且保持晶片(W)以使晶片W與研磨墊(23)相對；以及遮擋體(52)，其在工作臺(21)的旋轉(zhuǎn)方向上位于研磨頭(33)的下游，并從工作臺(21)移除用過的漿液(L)。
文檔編號H01L21/304GK1672876SQ20051005646
公開日2005年9月28日 申請日期2005年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月25日
發(fā)明者寺田貴洋, 中畑政臣, 中川泰忠 申請人:株式會社東芝