專利名稱：：化學(xué)機械研磨機臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種化學(xué)機械研磨(chemical-mechanicalpolishing-CMP)機臺，特別是涉及一種具有提高晶片表面研磨均勻度(uniformity)的化學(xué)機械研磨機臺。當半導(dǎo)體元件的集成度(integration)愈來愈高后，為了配合金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管(MOS)縮小后所增加的內(nèi)連線需求，兩層以上的金屬層設(shè)計，便逐漸地成為許多集成電路所必須采用的方式。而金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)中，通常都具有層間介電層(inter-layerdielectrics-ILD)或金屬層間的介電層(inter-metaldielectrics-IMD)等，用作金屬線間的絕緣。所以，當元件的設(shè)計原則(designrules)趨于高密度化時，對這些層間介電層(ILD)或?qū)娱g金屬層間介電層(IMD)的質(zhì)量要求如平坦化要求也會隨之提高。然而，為了使多重金屬內(nèi)連線的制作較容易進行，且經(jīng)轉(zhuǎn)移的道線圖案較為精確，因此如何使晶片(wafer)高低起伏的表面加以平坦化是非常重要的。此外，晶片平坦化是影響對準系統(tǒng)準確度的主要因素，假若晶片平坦化做不好，那么不僅對準系統(tǒng)無法準確地使光掩模(mask)對準晶片，而且會增加制造中的錯誤機會。在半導(dǎo)體的制造技術(shù)中，表面平坦化是處理高密度光刻的一項重要技術(shù)，因沒有高低落差的平坦表面才能避免曝光散射，而達到精密的圖案轉(zhuǎn)移(pattemtransfer)。平坦化技術(shù)主要有旋涂式玻璃法(spin-onglass-SOG)與化學(xué)機械研磨法(以下簡稱CMP)等兩種；但在半導(dǎo)體制作工藝技術(shù)進入毫微米(sub-half-micron)之后，旋涂式玻璃法已無法滿足所需求的平坦度，所以CMP是現(xiàn)在唯一能提供超大規(guī)模集成電路(very-largescaleintegration-VLSI)和極大規(guī)模集成電路(ultra-largescaleintegration-ULSI)的制作工藝，“全面平坦化(globalplanarization)”的一種技術(shù)。CMP主要就是利用類似“磨刀”這種機械式研磨的原理，配合適當?shù)幕瘜W(xué)試劑(reagent)，來把晶片表面高低起伏不一的輪廓，一同時加以“磨平”的一種平坦化技術(shù)。在CMP的制作工藝上，我們通常以研漿或研磨液來稱呼所使用的化學(xué)試劑。CMP所使用的研漿，主要是由呈膠體狀(colloidal)的硅土(silica)，或呈分散狀(dispersed)的鋁土(alumina)，和堿性的氫氧化鉀(KOH)或氫氧化銨(M4OH)等溶液所混合而成的。這些硬度極高的研磨顆粒，在研漿內(nèi)的大小分布，約在0.1～2.0μm之間?；旧希覀兙褪抢醚袧{內(nèi)的這些研磨性極高的微粒，來進行晶片的表面研磨。此外，研漿在輸送至CMP機臺的研磨墊(polishingpad)上進行晶片表面研磨制作工藝前，通常會先通過一過濾裝置將其過濾，以避免研漿內(nèi)的雜質(zhì)刮傷晶片，甚至造成制作工藝的失敗。請同時參照圖1A與圖1B，其分別繪出一種現(xiàn)有化學(xué)機械研磨機臺的俯視與側(cè)視圖。其中包括一研磨臺10(polishingtable)；一握柄11(holder)，用以抓住被研磨的晶片12；一研磨墊13，鋪在研磨臺10上；一管件14(tube)，用以輸送研漿15(slurry)到研磨墊13上；一液泵16，用以將研漿15抽送到管件14中；以及一調(diào)節(jié)器17(conditioner)，用以刮平研磨墊13的表面。當進行化學(xué)機械研磨時，研磨臺10與握柄11分別沿一定的方向旋轉(zhuǎn)，如圖中的箭號18a與18b所示，且握柄11抓住晶片12的背面19，將晶片12的正面20壓在研磨墊13上。管件14將液泵16所打進來的研漿15，持續(xù)不斷地供應(yīng)到研磨墊13上。所以，CMP程序就是利用研漿15中的化學(xué)試劑，在晶片12的正面20上產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使之形成一易研磨層，再配合晶片12在研磨墊13上由研漿15中的研磨粒(abrasiveparticles)輔助的機械研磨，將易研磨層的凸出部分研磨，重復(fù)上述化學(xué)反應(yīng)與機械研磨，即可形成平坦的表面?；旧希瘜W(xué)機械研磨技術(shù)是利用機械拋光的原理，配合適當?shù)幕瘜W(xué)試劑與研磨粒，將表面高低起伏不一的輪廓，同時加以“拋光”的平坦化技術(shù)。其中，研磨臺10沿著18a的方向，以一角速度進行旋轉(zhuǎn)。但是，晶片12在研磨墊13上所接受的切線研磨速度，會隨著距離研磨臺10圓心的不同而改變。因為，切線研磨速度的大小為角速度與半徑的乘積值，由研磨臺10的圓心沿著一半徑向外，所計算的切線研磨速度將越來越大，直至研磨臺10的圓周外緣處出現(xiàn)最大值。因此，晶片12的正面20與研磨墊13的研磨部位不同，所承受的切線研磨速度也不同，至研磨后的平坦度有所差異。甚至晶片12本身在研磨墊13上，因與研磨臺10圓心的距離不同，各部位所承受的切線研磨速度將有差異，造成晶片12在研磨后的平坦均勻度不佳，實為上述現(xiàn)有化學(xué)機械研磨機臺的一大缺點。本發(fā)明的目的在于提供一種化學(xué)機械研磨機臺，能以相同的切線研磨速度，研磨晶片各部位，以提高晶片表面研磨的均勻度。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，即提供一種化學(xué)機械研磨機臺，包括多個研磨臺，呈同心圓環(huán)狀配置，彼此以一間距相鄰，分別設(shè)于一旋轉(zhuǎn)座上，并均以一方向旋轉(zhuǎn)；多個研磨墊，設(shè)于該各研磨臺上；以及一分送管，置于該各研磨墊上方，且該分送管未與該各研磨墊相接觸。該分送管包括一分送管柄與一分送管面，該分送管面上具有多個孔洞，用以輸送一研漿至該各研磨墊上。本發(fā)明裝置的優(yōu)點在于，其利用呈同心圓環(huán)狀的多個研磨臺，以一間距相鄰，并以同一方向旋轉(zhuǎn)，由此提供相同的切線研磨速度，使晶片表面研磨的均勻度提高。下面結(jié)合附圖，詳細說明本發(fā)明的實施例，其中圖1A為現(xiàn)有一種化學(xué)機械研磨臺整體結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖1B為現(xiàn)有一種化學(xué)機械研磨臺整體結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖2A為本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，一種化學(xué)機械研磨機臺整體結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖2B為本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，一種化學(xué)機械研磨機臺整體結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。請同時參照圖2A與圖2B，其為本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，一種化學(xué)機械研磨機臺整體結(jié)構(gòu)的俯視圖與剖面示意圖。其中包括呈同心圓環(huán)狀的多個研磨臺，由內(nèi)而外分別為100a、100b、100c、100d、100e與100f，彼此之間以相同間距105的距離分開，而間距105小于0.1毫米(millimeter)；一握柄110，用以抓住被研磨的晶片120；同心圓環(huán)狀的多個研磨墊，鋪在各形狀大小相同的研磨臺上，由內(nèi)而外分別為130a、130b、130c、130d、130e和130f；一分送管140，用以輸送研漿150到各研磨墊上，其置于各研磨墊上方，且未與各研磨墊相接觸；在分送管140上具有許多的孔洞140a，可以使研漿150更有效率且均勻地輸送到各研磨墊上；一液泵160，用以將研漿150抽送到分送管140中；以及一調(diào)節(jié)器170，置于各研磨墊上，用以刮平各研磨墊的表面，除去研磨完余留在各研磨墊的雜質(zhì)，調(diào)節(jié)器170的材料例如為硬度較高的鉆石。當進行化學(xué)機械研磨時，研磨臺100a、100b、100c、100d、100e和100f與握柄110分別沿一定的方向旋轉(zhuǎn)，如圖中的箭號180a與180b所示。而各研磨臺的旋轉(zhuǎn)角速度均不相同，但是切線研磨速度保持相同。其中，切線研磨速度的大小為角速度與半徑的乘積值，也就是通過各研磨臺的半徑，調(diào)整各適當?shù)慕撬俣龋赃_成此一目的。順著各磨臺的旋轉(zhuǎn)方向180a，晶片120、調(diào)節(jié)器170與分送管140在各研磨臺上的相對位置，例如依照分布先后順序，即先是晶片120、再者是調(diào)節(jié)器170、然后是分送管140，以改進分送管140的輸送效率，讓輸入的研漿150能直接被晶片120所利用，然后才經(jīng)過調(diào)節(jié)器170的處理，因此研漿150不會積存在調(diào)節(jié)器170上，由此可節(jié)省研漿150的使用量。上述握柄110抓住晶片120的背面190，將晶片120的正面200壓在研磨墊130c、130d與130e上。分送管140將液泵160所打進來的研漿150，持續(xù)不斷地供應(yīng)到各研磨墊上。所以，CMP就是利用研漿150中的化學(xué)試劑，在晶片120的正面200上產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使之形成一易研磨層，再配合晶片120在相接觸的各研磨墊上，通過研漿150中研磨粒(abrasiveparticles)輔助的機械研磨，將易研磨層的凸出部分研磨；重復(fù)上述化學(xué)反應(yīng)與機械研磨，即可形成平坦的表面。若各制作工藝參數(shù)控制適當，例如研漿的均勻性與用量即是關(guān)鍵的制作工藝參數(shù)，CMP可以提供被研磨表面高達94％以上的平坦度。分送管140結(jié)構(gòu)設(shè)計，可用以控制研漿的均勻性與用量，詳細結(jié)構(gòu)描述，請參照本人的另一件發(fā)明專利(申請?zhí)?7109281)的說明。本發(fā)明利用呈同心圓環(huán)狀的多個研磨臺，提供相同的切線研磨速度，使晶片表面各部位，達到接近線性研磨(linearpolishing)的目的，使晶片表面研磨的均勻度較好。其中，同心圓環(huán)狀的研磨臺數(shù)目，將隨著實際需要有所改變，而依照多次實驗結(jié)果(數(shù)據(jù)未示出)，以6～12個同心圓環(huán)狀的研磨臺，其研磨效果最好。另一方面，依照本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，各同心圓環(huán)狀的研磨墊材料，可依實際需要加以改變，甚至彼此間略有差異。例如，可在材料的密度、粗糙程度與化學(xué)成份方面，針對所有的研磨墊或其中幾個，做適當?shù)母淖?，以提高研磨的均勻度。此外，本發(fā)明也可在現(xiàn)有的單一研磨臺上，裝設(shè)不同材料或密度的相鄰?fù)膱A環(huán)狀的研磨墊，雖然無法提供各部位相同的切線研磨速度，但是利用研磨墊上的變化，也可改善晶片表面的研磨均勻度。然而此后續(xù)的制作工藝為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，且不是涉于本發(fā)明的特點，故此處不再描述。綜上所述，本發(fā)明的特點在于1.本發(fā)明利用呈同心圓環(huán)狀的多個研磨臺，提供相同的切線研磨速度，使晶片表面各部位，達到接近線性研磨的目標，使晶片表面具有較好的研磨均勻度。2.依照本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，各同心圓環(huán)狀的研磨墊材料，可依實際需要加以改變，甚至彼此間可略有差異，例如，可在材料密度、粗糙程度與化學(xué)成份方面，針對所有的研磨墊或其中幾個，做適當?shù)母淖?，以提高研磨的均勻度?.本發(fā)明還利用在現(xiàn)有的單一研磨臺上，裝設(shè)不同材料或密度相鄰的同心圓環(huán)狀的研磨墊，雖然無法提供各部位相同的切線研磨速度，但是利用研磨墊上的變化，也可改善晶片表面的研磨均勻度。雖然以上結(jié)合一優(yōu)選實施例揭露了本發(fā)明，然而其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作各種的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當由所附的權(quán)利要求來限定。權(quán)利要求1.一種化學(xué)機械研磨機臺，其特征在于，該機臺包括多個研磨臺，呈同心圓環(huán)狀配置，彼此以一間距相鄰，分別設(shè)于一旋轉(zhuǎn)座上，并均以一方向旋轉(zhuǎn)；多個研磨墊，設(shè)于該各研磨臺上；以及一分送管，置于該各研磨墊上方，且該分送管未與該各研磨墊相接觸。2.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械研磨機臺，其特征在于，該分送管包括一分送管柄與一分送管面，該分送管面上具有多個孔洞，用以輸送一研漿至該各研磨墊上。3.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械研磨臺，其特征在于，還包括一握柄，用以抓住一晶片的背面，將該晶片的正面壓在該研磨墊上。4.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械研磨機臺，其特征在于，還包括一液泵，連接于該分送管上，用以將該研漿抽送到該分送管中。5.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械研磨機臺，其特征在于，該各研磨臺具有相同的切線速度。6.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械研磨機臺，其特征在于，該各研磨臺的間距小于0.1毫米。7.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械研磨機臺，其特征在于，該各研磨墊的材料密度不完全相同。8.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械研磨機臺，其特征在于，該各研磨墊的材料表面的粗糙度不完全相同。9.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械研磨機臺，其特征在于，該各研磨墊材料的化學(xué)成份不完全相同。全文摘要一種化學(xué)機械研磨機臺,包括多個研磨臺,呈同心圓環(huán)狀配置,彼此以一間距相鄰,設(shè)于旋轉(zhuǎn)座上,并以同一方向旋轉(zhuǎn);在各研磨臺上,裝有形狀相符的研磨墊;以及一分送管,置于研磨墊上方,分送管未與研磨墊相接觸,分送管包括分送管柄與分送管面,分送管面上有多個孔洞,用以輸送研漿至研磨墊上,各研磨臺具有相同的切線速度,以提高晶片表面的研磨均勻度,各研磨墊材料之間可略有差異,包括材料密度、粗糙程度與化學(xué)成份方面。文檔編號B24B37/04GK1247118SQ98118900公開日2000年3月15日申請日期1998年9月8日優(yōu)先權(quán)日1998年9月8日發(fā)明者劉尹智,李森楠申請人:世大積體電路股份有限公司