化学机械研磨制作工艺的假制作工艺与研磨垫调节方法

摘要

一种化学机械研磨制作工艺的假制作工艺与研磨垫调节方法。其假制作工艺适于利用具有研磨头、研磨台及研磨垫的化学机械研磨机台，其中研磨头包括护座、基座、维持环以及基板支撑组件。基座位于护座下、维持环则固定于基座外缘、基板支撑组件位于基座下方，且维持环内壁与基板支撑组件界定出一个基板接收凹槽。这个假制作工艺是将一个基板贴附于基板接收凹槽中，再上移基板支撑组件，以使维持环较基板突出。然后，将研磨头移至研磨台上，再下压基座，以使固定于基座外缘的维持环与研磨垫接触，并使基板不与研磨垫接触。之后，转动研磨台以进行研磨。

说明书

技术领域

本发明涉及一种化学机械研磨(chemical mechanical polishing，简称CMP)制作工艺，特别是涉及一种化学机械研磨制作工艺的假制作工艺(dummyprocess)与研磨垫调节方法(conditioning method)。

背景技术

在半导体制作工艺中，随着组件尺寸持续缩减，光刻曝光分辨率也相对增加，且伴随着曝光景深的缩减，对于晶片表面的高低起伏程度的要求更为严苛。因此，目前晶片的平坦化制作工艺(planarization)都是依赖化学机械研磨制作工艺来完成，它独特的各向异性磨除性质除了用于晶片表面轮廓的平坦化之外，也可应用于垂直及水平金属内联机(interconnects)的镶嵌结构的制作、前段制作工艺中组件浅沟渠隔离结构制作及先进组件的制作、微机电系统平坦化和平面显示器制作等。

基本上，化学机械研磨制作工艺必须将晶片架在研磨头(polishing head)上。然后，将晶片的待研磨面与旋转的研磨垫(polishing pad)对向配置。此时，在研磨垫上可提供由研磨粒(abrasive particles)与化学助剂所构成的研浆(slurry)。接着，研磨头提供晶片可控制的负载如压力，而将晶片紧压于研磨垫上。因此当晶片表面凸出的部分和研磨垫接触时，利用研浆中的化学助剂，在晶片的正面上产生化学反应，再配合晶片在研磨垫上通过研浆中的研磨粒辅助的机械研磨，移除与研磨垫相接触的凸出部分，反复上述化学反应与机械研磨，即可形成平坦的表面。

图1显示现有进行化学机械研磨制作工艺期间研磨头与晶片之间的作用关系剖面示意图。请参照图1，现有的研磨头100通常包括一个护座102、一个基座104、一个维持环(retaining ring)106以及一个晶片支撑组件108。基座104位于护座102下，而晶片支撑组件108位于基座104下方，以及维持环106被牢系于基座104的外缘，其中晶片支撑组件108至少包括一支撑板110以及连接于支撑板110的薄膜(membrane)112，而薄膜112连接并延伸至支撑板110下方，以提供晶片10一依附面114。

请继续参照图1，当晶片10被置于依附面114下时，可通过对基座104加压，使其下的晶片支撑组件108向下移动，进而与晶片10贴紧。接着，利用整个研磨头100抓住晶片10并移至研磨台120上。然后，再把研磨头100贴着研磨垫122放置，并施加一向下的力130至维持环106与基座104。于是，位于基座104与晶片支撑组件108间的腔室116会被施压，以对基座104产生一向上的力132及对晶片支撑组件108产生一下压力134。此时，作用于晶片支撑组件108的下压力134会将晶片10压制于研磨垫122上。之后，可转动研磨台120进行研磨制作工艺。

通常，化学机械研磨机台在闲置时需要进行假制作工艺(dummyprocess)，使研磨垫保持在稳定的状态，以维持研磨率(polishing rate)的稳定性。此假制作工艺与一般化学机械研磨制作工艺相同(如图1所示)，不同点只在将被研磨的晶片换成控片(dummy wafer)。因此，一般化学机械研磨制作工艺需要大量的控片，而这种控片在使用前必须先在晶片上长一层薄膜，再去进行假制作工艺的研磨。

然而，在传统的化学机械研磨的假制作工艺中的控片的使用次数有限，这无疑是在昂贵的化学机械研磨制作工艺上更是雪上加霜。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种化学机械研磨制作工艺的假制作工艺，以大幅度降低假制作工艺的成本。

本发明的再一目的是提供一种化学机械研磨制作工艺的调节方法，以降低化学机械研磨制作工艺之成本。

根据上述与其它目的，本发明提出一种化学机械研磨制作工艺的假制作工艺，适于利用具有至少一个研磨头、一个研磨台以及一个研磨垫的化学机械研磨机台，其中研磨垫覆于研磨台上，且研磨头至少包括一个护座、一个基座、一个维持环以及一个基板支撑组件，而其中的基座位于护座下、维持环则固定于基座外缘、基板支撑组件是位于基座下方一段距离，且维持环的内壁与基板支撑组件界定出一基板接收凹槽。本发明的假制作工艺包括先提供一基板，再将基板贴附于基板接收凹槽中。之后，上移基板支撑组件，以使维持环的底面较基板的底面突出。接着，将研磨头与基板移至研磨台上，再下压基座，以使固定于基座外缘的维持环与研磨垫接触，并使基板不与研磨垫接触。之后，可转动研磨台，以进行研磨。

依照本发明的较佳实施例所述化学机械研磨制作工艺的假制作工艺，上述的基板可以是一般的控片或是其它可保护基板支撑组件的片状体。

本发明再提出一种化学机械研磨制作工艺的研磨垫调节方法，适于利用具有至少一个调节器、一个研磨头、一个研磨台以及一个研磨垫的化学机械研磨机台，其中研磨垫覆于研磨台上，且研磨头至少包括护座、基座、维持环以及基板支撑组件，而基座位于护座下、维持环则固定于基座外缘、基板支撑组件是位于基座下方一段距离，且维持环的内壁与基板支撑组件界定出一基板接收凹槽。本发明的调节方法先将一基板贴附于基板接收凹槽中，再上移基板支撑组件，以使维持环的底面较基板的底面突出。接着，将研磨头与调节器移至研磨台上，再使调节器与研磨垫接触，同时下压研磨头的基座，以使固定于基座外缘的维持环与研磨垫接触，并使基板不与研磨垫接触。然后，转动研磨台，以调节研磨垫的轮廓。

本发明因为在进行假制作工艺或是在进行研磨垫调节方法时，均使固定于基座外缘的维持环与研磨垫接触，并保持基板不与研磨垫接触，因此不需要在进行假制作工艺或是调节研磨垫时消耗大量的控片，所以可省下可观的成本。

附图说明

图1为现有进行化学机械研磨制作工艺期间研磨头与晶片之间的作用关系剖面示意图；

图2A至图2B为本发明的第一实施例的化学机械研磨制作工艺的假制作工艺期间研磨头与基板之间的作用关系剖面流程示意图；

图3为本发明的第二实施例的化学机械研磨制作工艺的调节制作工艺期间研磨头与基板之间的作用关系剖面示意图；

图4为在制作浅沟渠隔离结构期间依照本发明的假制作工艺与一般化学机械研磨制作工艺中的批次数与研磨量的曲线比较图。

具体实施方式

第一实施例

本发明提供一种化学机械研磨(chemical mechanical polishing，简称CMP)制作工艺的假制作工艺(dummy process)，可以应用于半导体组件的各种平坦化制作工艺上，例如制作浅沟渠隔离结构(shallow trench isolation，简称STI)期间的平坦化制作工艺(planarization)，然而本发明可因应各种情况而使用于其它不同结构的平坦化制作工艺，凡符合本发明的精神，都适用于本发明的范畴。

图2A至图2B依照本发明的第一实施例的化学机械研磨制作工艺的假制作工艺期间研磨头与基板之间的作用关系剖面流程示意图。请先参照图2A，本实施例适用于一般具有一个研磨头(polishing head)200、一个研磨台(polishing table)220以及一个研磨垫(polishing pad)222的化学机械研磨机台，其中研磨垫222覆于研磨台220上。研磨头200则至少包括一个护座202、一个基座204、一个维持环(retaining ring)206以及一个基板支撑组件208，而其中的基座204位于护座202下、维持环206则固定于基座204外缘、基板支撑组件208是位于基座204下方一段距离，且维持环206的内壁与基板支撑组件208界定出一基板接收凹槽209。另外，可在化学机械研磨机台中加上一个泵(未绘示)外接于研磨头200，用以将流体(如流质气体)从研磨头200中抽出或灌入研磨头200中。再者请注意，本实施例所绘示的化学机械研磨机台并未按详细的比例绘制，且省略熟悉该项技术者可凭既有的化学机械研磨机台得知的部分细部结构，例如在护座202、基座204、维持环206与基板支撑组件208中都具有一些可抽气或灌气的通道等。

请继续参照图2A，研磨头200中的护座202一般是环状样式，而基座204是位于护座202下的一个环状物体，其中基座202是由刚性材质组成的，如铝合金、不锈钢或强化纤维塑料等，且有通道(未标示)穿透基座204，以便空气被抽离通道时，将晶片吸附于基座204底下的基板支撑组件208。此外，基板支撑组件208譬如包括一个支撑板210以及连接于支撑板210的可挠性薄膜212，如高强度硅胶膜，而支撑板210例如具有数个孔洞(未绘示)垂直延伸穿透支撑板210，且可挠性薄膜212连接并延伸至支撑板210下方，以提供基板一依附面214。

请再参照图2A，研磨头200中的维持环206是一具有平底表面的环状物。当基座204被向下推时，维持环206也会被向下推并在研磨垫222上施加一负荷(load)。而且，维持环206的材质可以是硬质塑料(hard plastic)或是陶瓷材料。

而要进行假制作工艺时，则请参照图2B，先提供一基板20例如是控片(dummy wafer)或是其它可保护基板支撑组件208的片状体。然后，将基板20贴附于原图2A所示的基板接收凹槽209中，其步骤譬如是先将基板20的顶面贴近如图2A所示的依附面214，再下压支撑板210，以导致可挠性薄膜210对着基板造成流体密封(fuild-tight)的效果。

之后，请继续参照图2B，上移基板支撑组件208譬如使基板支撑组件208与基座204之间的腔室216成为负压状态，以使可挠性薄膜212受压向上，而使维持环206的底面比基板20的底面突出，其中使基板支撑组件208与基座204之间的腔室216成为负压状态的方法例如是利用前述外加于研磨头200外的泵(未绘示)，将腔室216中的气体抽出，而产生一向上的力228。

接着，请再参照图2B，将研磨头200移至研磨台220上，再下压基座204，譬如施加一向下的力230至维持环206与基座204，以使固定于基座204外缘的维持环206与研磨垫222接触，并使基板20不与研磨垫222接触。之后，可转动研磨台220，以进行研磨。而在转动研磨台200之前可以在研磨垫222上添加具有研磨粒(abrasive particles)的研浆(slurry)。

本实施例因为在进行假制作工艺时，使固定于基座外缘的维持环与研磨垫接触，并保持基板不与研磨垫接触，因此可长时间使用同一片基板，而不需要消耗大量的控片，所以可降低制造成本。

第二实施例

再者，本发明也可应用于化学机械研磨中的研磨垫调节方法(conditioning method)。

图3依照本发明的一第二实施例的化学机械研磨制作工艺的研磨垫调节制作工艺期间研磨头与基板之间的作用关系剖面示意图。请参照图3，本实施例所适用的化学机械研磨机台与图2A大致相同，其中不同点在于这个实施例还加上一个调节器(conditioner)300。通常进行一段时间的化学机械研磨制作工艺后会对研磨垫222进行一道调节的步骤，而要进行调节方法时，则需先将基板20贴附于基板接收凹槽209中。之后，上移基板支撑组件208，以使维持环206的底面比基板20的底面突出。接着，将研磨头200与调节器300移至研磨台220上，再使调节器300与研磨垫222接触。然后，下压研磨头200的基座204，以使固定于基座204外缘的维持环206与研磨垫222接触，并使基板20不与研磨垫222接触。之后，可转动研磨台220，以进行研磨垫222的调节步骤。而前述各个步骤的示范性步骤可参照第一实施例所描述。

本实施例因为在进行研磨垫的调节时，只以维持环与研磨垫接触，并使基板不与研磨垫接触，因此可长时间使用同一片基板，而不需要消耗大量的控片，而可省下现有耗费于控片的成本。

而为证实本发明的功效，请见图4，其在制作浅沟渠隔离结构期间，在执行本发明的假制作工艺与一般化学机械研磨制作工艺的假制作工艺后，所进行中的批次编号(lot number)与研磨量(polishing amount，P/A)的曲线比较图。在图4中，一个点代表一个批次中第一片晶片的研磨量；即，A1～An是指在执行本发明的假制作工艺后所进行的批次编号，而B1～Bn是指在执行一般化学机械研磨制作工艺的假制作工艺后所进行的批次编号。而且在前述制作工艺中的各种参数的可操作范围譬如是施于维持环的压力在0.5～15psi之间、研浆的流量在50～500ml/min之间以及研磨垫的转速在10～200rpm之间。而由图4可知，经过本发明的假制作工艺后所进行的化学机械研磨制作工艺而获得的晶片的P/A值(以-●-作标示)与现有所得(以-◆-作标示)大致相同，因此证明本发明是可行的。

综上所述，本发明的特点在于进行假制作工艺或是在进行调节方法时，均使固定于基座外缘的维持环与研磨垫接触，并保持基板不与研磨垫接触，以在假制作工艺期间或是在进行调节方法时保护基板支撑组件。因此，本发明不需要在进行假制作工艺或是调节研磨垫时消耗大量的控片，所以可省下可观的成本。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，应可作一些的更动与润饰，因此本发明的保护范围应以权利要求所界定的为准。