专利名称：具有温度控制的化学机械研磨装置的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种化学机械研磨制作过程的温度控制装置。
在极大规模集成电路(ULSI)或液晶显示器(LCD)，或硅晶片研磨制作过程中，所使用的平坦化技术中，常用化学机械研磨法。它使用了如第1图所示的方式，使ULSI的半导体基板、硅晶片(或LCD的透明基板)12的表面，与有加研磨液11的研磨垫13表面接触，利用机械切削力与化学研磨液的化学作用，来削平基板12表面因电路图形所造成的高低起伏。
然而传统的化学机械研磨设备，皆着重在研磨垫片13、托盘14的几何形状设计、以及化学研磨液11化学成份做改进研究，对于影响化学反应速率相当重要的「温度控制」部份，皆无重要的改善。对化学机械研磨制作过程而言，化学反应的控制为决定制作过程结果的重要因素，其中关于被研磨物的温度与均匀度的控制，将影响化学反应的活性，因而导致不同的反应速率。
本发明的目的在于对化学机械研磨装置作精确的全系统温度控制，提高与被研磨物相接触的系统温度的控制能力，以提高研磨制作过程的平坦度、速率、及均匀度，进而全面提高研磨制作过程的品质与产量，以得到最好的化学机械研磨结果。
本发明的具有温度控制的化学机械研磨装置包括研磨垫、托盘及加热装置；研磨垫上设有研磨液；托盘固持一被研磨物，并使该被研磨物在研磨垫上以化学机械法研磨；加热装置将托盘加热至一设定温度，使研磨垫、托盘及被研磨物维持在摄氏温差二度内的恒温状态。
本发明的具有温度控制的化学机械研磨装置或者是包括研磨垫、托盘、加热装置及中央温控仪；在研磨垫上设有研磨液；托盘固持一被研磨物，并使该被研磨物在研磨垫上以化学机械法研磨；加热装置将该托盘加热至一设定温度；中央温控仪连接于研磨垫、托盘、研磨液及加热装置，用于控制加热装置将研磨垫及托盘加热至设定温度。
本发明的具有温度控制的化学机械研磨装置或者是包括研磨、垫托盘及加热装置；研磨垫上设有研磨液；托盘固持一被研磨物，并使该被研磨物在研磨垫上以化学机械法研磨；加热装置，直接或间接对研磨垫、托盘及被研磨物加热，使研磨垫、托盘及被研磨物维持在摄氏温差二度内的恒温状态。
本发明的具有温度控制的化学机械研磨装置还包括储存装置及传送装置。
本发明的具有温度控制的化学机械研磨装置使用过程中，被研磨物储存在储存装置内，而传送装置将被研磨物从储存装置取出并送至研磨垫上，在研磨垫上涂有研磨液，托盘固持着被研磨物，并使被研磨物在研磨垫上以化学机械法研磨；而加热装置可将储存装置、研磨垫、传送装置及托盘加热至一设定温度，以改善化学机械研磨结果。
本发明的中央温控仪连接于上述储存装置、传送装置、研磨垫、托盘、研磨液、及加热装置，用于控制加热装置，而将储存装置、传送装置、研磨垫、研磨液、及托盘准确的加热并保持在设定温度。
本发明所采用温度范围，取决于机台零件温度许可度、及研磨液有效使用温度，故0~100℃皆适用，但主要着重以下要点[1].较高的温度，可提高化学反应速率，进而提高研磨速率，因为依据亚伦尼尔斯(Arrhenius)化学反应方程式化学反应速率K正比于e-Q/RT，其中Q代表反应的活化能的常数，R为理想气体常数，T为绝对温度。.必须使基板输入研磨系统的所有部分，保持在恒温状态，避免因温度差造成的降温效应不均匀，而破坏研磨速率及均匀度。.利用各种机械及几何设计方法尽可能提高温度分布均匀度。
综合以上因素，本发明所采用的较佳温度大约在20~80℃。
本发明可适用于极大规模集成电路(ULSI)的半导体基板、硅晶片以及液晶显示器(LCD)的透明基板的研磨。由于使用化学机械研磨法且对基板储存、基板传送、及基板研磨等过程实施温度控制，因此提高了研磨制作过程的平坦度、速率、及均匀度，进而全面提高研磨制作过程的品质与产量。
图式的简单说明第1图是化学机械研磨设备的示意图；第2图中A图显示本发明的热控制的储存装置的第一应用例；第2图中B图显示本发明的热控制的储存装置的第二应用例；第2图中C图显示本发明的热控制的储存装置的第三应用例；第3图中A图显示本发明的热控制的机械手臂；第3图中B图显示本发明的热控制传送路线的第一应用例；第3图中C图显示本发明的热控制传送路线的第二应用例；第4图中A图显示本发明的热控制研磨垫的第一应用例；第4图中B图显示本发明的热控制研磨垫的第二应用例；第4图中C图显示本发明的热控制研磨垫的第三应用例；第4图中D图显示本发明的热控制研磨垫的第四应用例；第4图中E图显示本发明的热控制研磨垫的第五应用例。
第5图显示本发明以一中央温控仪作全系统温度控制。
图中标号说明11研磨液12基板13研磨垫14托盘21基板 22晶舟室23红外线加热源 24热气管路25输送皮带 26预热槽27输送槽31机械手臂32热线圈36研磨垫37管线 38研磨垫39管线 40转盘41研磨垫401内本体402外本体 403隔板现配合图面结合较佳实施例对本发明的具有温度控制的化学机械研磨装置作详细说明。
现将化学机械研磨装置应用过程的温控分述如下
1.热控制的储存装置请参阅第2图中A-C图，当基板21放入晶舟室22后，即利用升温的恒温控制装置，使基板提高至适当温度与均匀度，以提高在化学机械研磨时的化学活性。
第2图中A图显示热控制的储存装置的第一应用例，在晶舟室22四周装设数个红外线加热源23，用以对晶舟室22内的基板21照射，使基板21温度上升，晶舟室22可以石英制成，使红外线能穿透。
第2图中B图显示热控制的储存装置的第二应用例，在晶舟室22四周装设管路24，且在管路24上开设数个孔洞，用以对晶舟室22喷出热气，使晶舟室22内的基板21在热气氛下，达到预定的温度。
第2图中C图显示热控制的储存装置的第三应用例，此例是直接将装有基板的晶舟室浸于热液体中，使基板21达到并保持在预定的温度，该热液体可为研磨时所使用的研磨液(slurry)或去离子水。
2.热控制的传送路线热系统基板传送到研磨托盘的路线，必须保持恒温控制，其传递方式有机械传递法、或经以高压液体为载体来传送等方式，唯一是必须确保基板传送到研磨托盘的路线的恒温控制，此可透过热气氛，热液体，热线圈，红外线加热源等方式精确控制温度及均匀度，以提高化学机械研磨制作过程的化学活性与均匀度。
将基板由前述晶舟室取出，或者是将基板放在研磨机台上，皆利用机械手臂来完成，请参阅第3图中A图，机械手臂31内设有热线圈32，用以加热机械手臂31，在与基板接触时能保持基板的温度。
请参阅第3图中B图，其显示热控制传送路线的第一应用例，机械手臂将基板21由晶舟室22取出，然后放于输送皮带25上输送，输送皮带25可用前述的热气氛或红外线加热源预热。
第3图中C图显示热控制传送路线的第二应用例，其中晶舟室22是浸于含热液体的预热槽26中，一输送槽27与预热槽26顶部相接，使输送槽27中亦装有热液体，而输送皮带25设置在输送槽27中，用以输送浸泡于热液体中的基板21。
3.热控制的研磨垫由于基板研磨部位与研磨垫直接接触，因此这方面的温控尤为重要，须精确控制整个研磨垫面均匀温度。请参阅第4图中A图，其显示本发明的热控制研磨垫的第一应用例，其中，在研磨垫36底下设置放射状的管线37，此管线37可为热气管路或热线圈，用以均匀加热研磨垫36。第4图中B图显示本发明的热控制研磨垫的第二应用例，其中，在研磨垫38底下设置的管线39为同心圆状，此种同心圆的配置方式亦能均匀加热研磨垫。第4图中C图显示本发明的热控制研磨垫的第三应用例，其中，在研磨垫底下设置放射状加上同心圆状的管线而成。第4图中D图显示本发明的热控制研磨垫的第四应用例，其中，在研磨垫底下设置格状加上同心圆状的管线而成。以上管线的配置形状皆可使加热均匀。
请参阅第4图中E图，其显示本发明的热控制研磨垫的第五应用例，其是在转盘40内部引进热流体，用以均匀加热设在上面的研磨垫41。转盘40具有中空的内本体401及外本体402，内本体401的内部以数个隔板403隔开，且在每一隔板403上开设有数个孔洞，图中箭头显示前述热流体的流动状态，热流体被引入内本体401后，由孔洞通过层层的隔板403使热分布较为均匀，热流体在流出内本体401后便接触于外本体402，并将热传给研磨垫41，然后反折向下流动，最后由外本体402的底部引出。而该研磨垫41上，得视情况加入适量的润湿液。
4.热控制的托盘由于基板与托盘亦直接接触，故而因此这方面的温控同样重要，须精确控制整个研磨垫面均匀温度，可透过热线圈方式预热，其设计与前项热控制研磨垫相同，如第4图中A~E图所示，可采用放射状、同心圆状、放射状加上同心圆状、或格状加上同心圆状的管线等。
5.整体的基板接触系统热控制将化学机械研磨CMP系统中与基板接触部分视为一全系统的概念，利用精确的热温控仪使整个研磨系统维持恒温，由中央温控仪(如第5图)输入与调整研磨系统的温度设定值，保持输入系统的物质温差必须愈小愈好(例如≤2℃)，并视系统的许可度而提高整个系统温度以提高化学反应的活性，增快反应速率，同时由于温差的降低可使系统的热平衡维持较稳定，而得以产生最好的化学机械研磨结果。
由中央温控仪输入与调整研磨系统的温度设定值，可得到最佳效率，最快速的温度设定值，避免过分的温度失衡及升温速率不均等造成的干扰，由此整体控制的热平衡系统，可以提高化学机械研磨制作过程的控制精确度，减少温度梯度差，以得到最佳的制作过程结果。本发明所揭示的化学机械研磨装置，其研磨标的(被研磨物)可为晶片、集成电路(VLSI)或是液晶显示器(LCD)..等。常用于集成电路的平坦化制作过程中。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此项技艺者，在不脱离本发明精神和范围内，当可作些许更动与润饰，因此本发明保护范围当视所附申请专利范围所界定者为准。
权利要求
1.一种具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征是包括研磨垫，在该研磨垫上设有研磨液；托盘，固持一被研磨物，并使该被研磨物在研磨垫上以化学机械法研磨；及加热装置，将托盘加热至一设定温度，使研磨垫、托盘及被研磨物维持在摄氏温差二度内的恒温状态。
2.根据权利要求1所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于还包括一用以储存被研磨物的储存装置、以及一用以将被研磨物从该储存装置取出并传送至研磨垫上的传送装置，且加热装置还包括将储存装置及传送装置加热至设定温度。
3.根据权利要求1或2所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于设定温度为20~80℃。
4.根据权利要求2所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于储存装置为石英制成，加热装置为红外线加热源，设置于该储存装置的周围，用于加热储存于该储存装置内的被研磨物。
5.根据权利要求2所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置为热气管线，设置于储存装置的周围，用于喷出热气以加热储存于该储存装置内的被研磨物。
6.根据权利要求2所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置为储有热液体的预热槽，而储存装置浸于该预热槽中，用于加热储存于该储存装置内的被研磨物。
7.根据权利要求2所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于传送装置包括一机械手臂，而加热装置为加热线圈，设置于该机械手臂内以加热该机械手臂。
8.根据权利要求2所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于传送装置包括一输送皮带，加热装置为红外线加热源，设置于该输送皮带的周围，用于加热输送被研磨物的输送皮带。
9.根据权利要求2所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于传送装置包括一输送皮带，加热装置为热气管线，设置于该输送皮带的周围，用于喷出热气以加热输送该被研磨物的输送皮带。
10.根据权利要求2所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置为一储有热液体的输送槽，传送装置包括一设于该输送槽中的输送皮带。
11.根据权利要求1所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置为热气管路或热线圈，设于研磨垫底下，用以均匀加热该研磨垫。
12.根据权利要求11所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置为放射状。
13.根据权利要求11所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置为同心圆状。
14.根据权利要求11所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置为放射状加上同心圆状。
15.根据权利要求11所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置为格状加上同心圆状。
16.根据权利要求1所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置设于研磨垫底下，该加热装置包括中空的内本体及外本体，一热液体由内本体引入该加热装置后再由外本体引出，用以均匀加热该研磨垫。
17.根据权利要求16所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于内本体的内部以隔板隔开，且在每一隔板上开设有孔洞，热液体被引入该内本体后，由孔洞通过隔板使热分布均匀。
18.根据权利要求1所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置为热气管路或热线圈，设于托盘内，用以均匀加热该托盘。
19.根据权利要求8所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置为放射状。
20.根据权利要求18所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置为同心圆状。
21.根据权利要求18所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置为放射状加上同心圆状。
22.根据权利要求18所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置为格状加上同心圆状。
23.根据权利要求1所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于被研磨物为极大规模集成电路的半导体基板。
24.根据权利要求1所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于被研磨物为液晶显示器的透明基板。
25.一种具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征是包括研磨垫，在该研磨垫上设有研磨液；托盘，固持一被研磨物，并使该被研磨物在研磨垫上以化学机械法研磨；加热装置，将托盘加热至一设定温度；中央温控仪，连接于研磨垫、托盘、研磨液及加热装置，用于控制加热装置将研磨垫及托盘加热至设定温度。
26.根据权利要求25所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于设定温度为20~80℃。
27.根据权利要求25所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置为热气管路或热线圈，设于研磨垫底下，用以均匀加热该研磨垫。
28.根据权利要求27所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置为放射状。
29.根据权利要求27所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置为同心圆状。
30.根据权利要求27所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置为放射状加上同心圆状。
31.根据权利要求27所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置为格状加上同心圆状。
32.根据权利要求25所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置设于研磨垫底下，该加热装置包括中空的内本体及外本体，一热液体由内本体引该加热装置后再由外本体引出，用以均匀加热研磨垫。
33.根据权利要求32所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于内本体的内部以隔板隔开，且在每一隔板上开设有孔洞，热液体被引入该内本体后，由孔洞通过隔板使热分布均匀。
34.根据权利要求25所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置为热气管路或热线圈，设于托盘内，用以均匀加热该托盘。
35.根据权利要求34所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置为放射状。
36.根据权利要求34所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置为同心圆状。
37.根据权利要求34所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置为放射状加上同心圆状。
38.根据权利要求34所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置为格状加上同心圆状。
39.根据权利要求25所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于被研磨物为极大规模集成电路的半导体基板。
40.根据权利要求25所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于被研磨物为液晶显示器的透明基板。
41.根据权利要求25所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于被研磨物为硅晶圆。
42.一种具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征是包括研磨垫，在该研磨垫上设有研磨液；托盘，固持一被研磨物，并使该被研磨物在研磨垫上以化学机械法研磨；及加热装置，直接或间接对研磨垫、托盘及被研磨物加热，使该研磨垫、该托盘及该被研磨物维持在摄氏温差二度内的恒温状态。
43.根据权利要求42所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于还包括一用以储存被研磨物的储存装置、以及一用以将该被研磨物从储存装置取出并传送至研磨垫上的传送装置，且加热装置还包括将储存装置及传送装置加热至＝设定温度。
44.根据权利要求42或43所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于设定温度为20~80℃。
45.根据权利要求43所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于储存装置为石英制成，加热装置为红外线加热源，设置于储存装置的周围，用于加热储存于该储存装置内的被研磨物。
46.根据权利要求43所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置为热气管线，设置于储存装置的周围，用于喷出热气以加热储存于该储存装置内的被研磨物。
47.根据权利要求43所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置为储有热液体的预热槽，而储存装置浸于该预热槽中，用于加热储存于该储存装置内的被研磨物。
48.根据权利要求43所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于传送装置包括一机械手臂，而加热装置为加热线圈，设置于该机械手臂内以加热该机械手臂。
49.根据权利要求43所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于传送装置包括一输送皮带，加热装置为红外线加热源，设置于该输送皮带的周围，用于加热输送被研磨物的输送皮带。
50.根据权利要求43所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于传送装置包括一输送皮带，加热装置为热气管线，设置于该输送皮带的周围，用于喷出热气以加热输送被研磨物的输送皮带。
51.根据权利要求43所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置为一储有热液体的输送槽，传送装置包括一设于该输送槽中的输送皮带。
52.根据权利要求42所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置为热气管路或热线圈，设于研磨垫底下，用以均匀加热该研磨垫。
53.根据权利要求52所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置为放射状。
54.根据权利要求52所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置为同心圆状。
55.根据权利要求52所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置为放射状加上同心圆状。
56.根据权利要求52所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置为格状加上同心圆状。
57.根据权利要求42项所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置设于研磨垫底下，该加热装置包括中空的内本体及外本体，一热液体由内本体引入该加热装置后再由外本体引出，用以均匀加热研磨垫。
58.根据权利要求57所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于内本体的内部以隔板隔开，且在每一隔板上开设有孔洞，热液体被引入该内本体后，由孔洞通过隔板使热分布均匀。
59.根据权利要求42所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置为热气管路或热线圈，设于托盘内，用以均匀加热该托盘。
60.根据权利要求59所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置为放射状。
61.根据权利要求59所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置为同心圆状。
62.根据权利要求59所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置为放射状加上同心圆状。
63.根据权利要求59所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于加热装置为格状加上同心圆状。
64.根据权利要求42所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于被研磨物为极大规模集成电路的半导体基板。
65.根据权利要求42所述的具有温度控制的化学机械研磨装置，其特征还在于被研磨物为液晶显示器的透明基板。
全文摘要
一种具有温度控制的化学机械研磨装置,利用加热装置将被研磨物的储存装置、传送装置、研磨垫、及托盘加热至设定温度,并以中央温控仪作精确的全系统温度控制的方法,以得到最好的化学机械研磨结果。
文档编号B24B7/20GK1381873SQ01110709
公开日2002年11月27日 申请日期2001年4月13日 优先权日2001年4月13日
发明者林啟发 申请人:华邦电子股份有限公司