專利名稱：用于研磨機(jī)臺(tái)的晶圓壓力調(diào)整系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種研磨機(jī)臺(tái)，且特別是有關(guān)于一種用于研磨機(jī)臺(tái)的壓力調(diào)整系統(tǒng)。
當(dāng)進(jìn)行微影蝕刻借此以定義一層沉積在基底上的層時(shí)，一個(gè)不平坦的上表面會(huì)造成問(wèn)題，舉例來(lái)說(shuō)，在曝光期間沉積層會(huì)散布光線，圖案轉(zhuǎn)移到沉積層的精準(zhǔn)度與沉積層的上比面的平坦度有相當(dāng)?shù)年P(guān)聯(lián)，且其精準(zhǔn)度僅有在沉積層表面沒(méi)有變動(dòng)下可以被確定，因此基底的表面需要定期的進(jìn)行平坦化，以提供相當(dāng)平坦的表面結(jié)構(gòu)，像是化學(xué)機(jī)械研磨制作工藝等研磨方法就是公知的方式。
請(qǐng)參照

圖1，其繪示為一公知研磨機(jī)臺(tái)的簡(jiǎn)示圖，此公知研磨機(jī)臺(tái)的結(jié)構(gòu)包括可旋轉(zhuǎn)與滑動(dòng)的一個(gè)晶圓承載頭10，一個(gè)旋轉(zhuǎn)的壓板18，以及一個(gè)研磨墊22，固定于壓板18上。為了進(jìn)行研磨，比如為一晶圓的基底會(huì)透過(guò)比如一附著層20的對(duì)象，被固定于晶圓承載頭10上，利用產(chǎn)生壓力P1與P2的對(duì)象，壓板18與晶圓承載頭10會(huì)相對(duì)于彼此按壓晶圓，此時(shí)晶圓欲被研磨的表面會(huì)面對(duì)研磨墊22，晶圓承載頭10與/或壓板18會(huì)相對(duì)于彼此移動(dòng)，以使晶圓與研磨墊22之間產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)移動(dòng)。在研磨期間，研漿是一種懸浮有研磨顆粒以及至少有一化學(xué)反應(yīng)試劑的液體，借此以可以進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨，此研漿會(huì)被提供到研磨墊22上，以在晶圓研磨墊的界面上提供一研磨顆粒與化學(xué)反應(yīng)的混合物。
為了使晶圓得到一個(gè)適當(dāng)?shù)难心?，許多因素，像是研磨墊與晶圓之間的相對(duì)速度、整體的研磨時(shí)間、以及在研磨期間施加的壓力都必須被考慮到，根據(jù)研磨期間對(duì)于壓力的控制，公知中使用了各種特定結(jié)構(gòu)的晶圓承載頭。
在Kobayashi等人的美國(guó)專利第5,584,751號(hào)專利中公開(kāi)一種晶圓承載頭，利用在晶圓承在頭上施加各種壓力可以改善研磨的均勻度，在此專利中，施加在一隔膜的第一壓力會(huì)相對(duì)于研磨墊壓住握有晶圓的晶圓承載器，其中在護(hù)圈上施加有第二壓力，會(huì)相對(duì)于研磨墊按壓晶圓的外部周圍。
而在Robinson等人的美國(guó)專利第6,143,123號(hào)中公開(kāi)了一種研磨機(jī)臺(tái)，包括一壓力感應(yīng)器埋藏在研磨墊中，以量測(cè)晶圓研磨時(shí)表面各區(qū)域的壓力，透過(guò)感應(yīng)壓力復(fù)數(shù)個(gè)調(diào)節(jié)器會(huì)在研磨期間調(diào)整適當(dāng)?shù)膲毫Α?br> 利用各種技術(shù)設(shè)置，這些專利均透過(guò)強(qiáng)調(diào)一個(gè)方面來(lái)增進(jìn)研磨就是在研磨期間施加的壓力。但是，公知的參考資料不是沒(méi)有揭露就是沒(méi)有解決當(dāng)晶圓按壓在研磨墊與晶圓承載頭之間時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生的過(guò)度研磨的問(wèn)題，其問(wèn)題如后所述。仍舊參考圖1與上面的敘述，進(jìn)行一個(gè)平坦化制作工藝，分別在壓板18與晶圓承載頭10上施加第一壓力P1與第二壓力P2，將晶圓按壓在晶圓承載頭10與壓板18之間，且特別是將晶圓上條件維持在第一壓力P1在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)大于第二壓力P2，換句話說(shuō)壓力差ΔP＝P2-P1＜0。在平坦化制作工藝進(jìn)行期間，操作者因此設(shè)定第一壓力P1與第二壓力P2，使其壓力差可以等于一個(gè)預(yù)定的負(fù)值，但是在達(dá)到一個(gè)ΔP為定值的穩(wěn)定狀態(tài)以前，在ΔP的一個(gè)瞬間響應(yīng)期間通常會(huì)有一個(gè)相當(dāng)高峰的過(guò)度產(chǎn)生，過(guò)度的意識(shí)表示有一個(gè)非常明顯的壓力差ΔP產(chǎn)生，可能會(huì)損害晶圓并造成壓力調(diào)整系統(tǒng)的不穩(wěn)定。
為了達(dá)到本發(fā)明的上述與其它目的，本發(fā)明提供一種控制壓力的調(diào)整系統(tǒng)，包括一個(gè)晶圓承載頭、一第一壓力調(diào)整器及一第二壓力調(diào)整器。其中此晶圓承載頭會(huì)抓住一個(gè)晶圓，借此以使其對(duì)一個(gè)壓板進(jìn)行研磨。此第一壓力調(diào)整器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)第一壓力于壓板上，以及第二壓力調(diào)整器產(chǎn)生一個(gè)第二壓力到晶圓承載頭上，以將晶圓按壓在押板與晶圓承載器之間進(jìn)行研磨。在第一回饋控制回路中有第一控制器連接到第一壓力調(diào)整器，以控制產(chǎn)生在壓板上的第一壓力。在第二回饋控制回路中有第二控制器與第二調(diào)整連接器相連接，以根據(jù)第一壓力與第二壓力之間的差異來(lái)控制產(chǎn)生在晶圓承載頭上的第二壓力。第一與第二壓力產(chǎn)生的控制較佳是利用對(duì)稱整合控制器來(lái)達(dá)成，以避免第一壓力與第二壓力之間的壓力差有過(guò)度的現(xiàn)象產(chǎn)生，借此以因此避免研磨時(shí)晶圓的損害。
本發(fā)明進(jìn)一步提供一種在研磨期間調(diào)整壓力的方法，以將晶圓按壓在壓板與晶圓承載頭之間進(jìn)行研磨，此方法包括在第一壓力會(huì)產(chǎn)生于壓板上，產(chǎn)生于壓板上的第一壓力透過(guò)第一控制回路來(lái)控制。在第二壓力會(huì)產(chǎn)生于晶圓承載頭上，利用第二控制回路透過(guò)第一壓力與第二壓力之間的壓力差來(lái)加以控制。
為讓本發(fā)明的上述目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說(shuō)明。
請(qǐng)參照?qǐng)D2，其繪示為根據(jù)本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種使用于研磨機(jī)臺(tái)的控制壓力的調(diào)整系統(tǒng)的方塊圖。為了按壓晶圓進(jìn)行研磨(未顯示)，第一壓力調(diào)整器G1會(huì)透過(guò)一個(gè)壓力命令信號(hào)Cs1，在壓板118上產(chǎn)生第一壓力P1，此時(shí)第二壓力調(diào)整器G2會(huì)透過(guò)一個(gè)壓力命令信號(hào)Cs2，在晶圓承載頭上110上產(chǎn)生第一壓力P1，壓力命令信號(hào)Cs1與Cs2比如為輸入到壓力調(diào)整器G1與G2的適當(dāng)張力。
在第一控制回饋回路中，第一轉(zhuǎn)換器H1與第一控制器130會(huì)連續(xù)排列，借此以控制第一壓力調(diào)整器G1產(chǎn)生第一壓力P1的程序，第一轉(zhuǎn)換器H1會(huì)將壓板118上的第一壓力P1轉(zhuǎn)換成一個(gè)傳送到第一控制器130上的電子信號(hào)。
在第二控制回饋回路中，第二轉(zhuǎn)換器H2與第二控制器132會(huì)連續(xù)排列，借此以控制第一壓力調(diào)整器G2產(chǎn)生第一壓力P2的程序，第二壓力P2的產(chǎn)生透過(guò)第一壓力P1與第二壓力P2之間的壓力差值ΔP來(lái)加以控制，透過(guò)比如將第二轉(zhuǎn)換器H2連接到第一轉(zhuǎn)換器H1上可以計(jì)算出壓力差ΔP，而代表壓力差ΔP的電子信號(hào)會(huì)由第二轉(zhuǎn)換器H2被傳送到第二控制器132上。
透過(guò)分別連接到第一與第二壓力調(diào)整器G1與G2的第一與第二控制器130與132的適當(dāng)設(shè)計(jì)，在第一壓力P1與第二壓力P2的壓力差ΔP過(guò)度的現(xiàn)象可以被降低。
請(qǐng)參照?qǐng)D3與圖4繪示為根據(jù)本發(fā)明一較佳實(shí)施例，使用于圖2的控制壓力調(diào)整系統(tǒng)中的第一與第二控制器130、132的電路圖。第一與第二控制器較佳為對(duì)稱整合(proportional integral，PI)控制器。在圖3中，第一PI控制器130在整合結(jié)構(gòu)中包括一個(gè)第一操作放大器202，以及在反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)中有一個(gè)第二操作放大器204，在整合結(jié)構(gòu)中的第一操作放大器202的正輸入與負(fù)輸入分別接地與一個(gè)第一電阻R1，其中電容器C1與連接到回饋回路中的負(fù)輸入的輸出的第二電阻R2并聯(lián)；第二操作放大器204的正輸出與負(fù)輸出分別接地以及連接一個(gè)第三電阻R3，此時(shí)有一個(gè)第四電阻R4會(huì)連接到回饋回路中的負(fù)輸入的輸出端，其中第三電阻R3會(huì)將反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)中的第二操作放大器204的負(fù)輸入連接到整合結(jié)構(gòu)中的第一操作放大器202的輸出端，第一PI控制器130的輸入會(huì)連接到第一電阻R1，此時(shí)第一PI控制器130的輸出連接到反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)中的第二操作放大器204的輸出端。
PI控制器的轉(zhuǎn)換方程式通常表示為[KP+KI/s]，其中KP與KI分別為對(duì)稱比率與整合比率，而s為復(fù)變量，在本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)應(yīng)用范例中，比較器C1與第一PI控制器130上不同的電阻被設(shè)定如下R1＝100KΩ；R2＝15KΩ；R3＝R4＝10KΩ；
C1＝0.2μF。
因此，KP＝(-R2/R1)(-R4/R3)＝0.15，且KI＝(-1/R1C1)(-R4/R3)＝50在圖4中，第二PI控制器132在整合結(jié)構(gòu)中包括一個(gè)第三操作放大器206，以及在反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)中有一個(gè)第四操作放大器208，在整合結(jié)構(gòu)中的第三操作放大器206的正輸入與負(fù)輸入分別接地與一個(gè)第五電阻R5，其中第二電容器C2與連接到回饋回路中的負(fù)輸入的輸出端；第四操作放大器208(或是另外的第五操作放大器210)的正輸出與負(fù)輸出分別接地以及連接一個(gè)第六電阻R6(或連接到第八電阻R8)，此時(shí)有一個(gè)第七電阻R7(或是第九電阻R9)會(huì)連接到回饋回路中的負(fù)輸入的輸出端，其中第六電阻R6會(huì)進(jìn)一步將反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)中的第四操作放大器208的負(fù)輸入連接到整合結(jié)構(gòu)中的第三操作放大器206的輸出端，第二PI控制器132的輸入會(huì)將第五電阻R5連接到第八電阻R8上，此時(shí)第二PI控制器132的輸出將反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)中的第四操作放大器208的輸出端連接到反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)中的第五操作放大器210的輸出端。在本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)應(yīng)用范例中，比較器C2與第二PI控制器132上不同的電阻被設(shè)定如下R5＝R6＝R7＝R8＝10KΩ；R9＝5KΩ；C2＝0.285μF。
因此，第二PI控制器132的KP＝(-R9/R8)＝-0.5，而KI＝(-1/R5C2)(-R7/R6)＝350請(qǐng)參照?qǐng)D5，其繪示為一個(gè)圖表，為公知技術(shù)與本發(fā)明隨著時(shí)間的壓力差ΔP的比較。且特別的是，其縱軸表示壓力差的絕對(duì)值|ΔP|，而橫軸表示時(shí)間，每個(gè)軸的單位是任意的，此圖表表現(xiàn)出利用公知(見(jiàn)曲線301)以及本發(fā)明(見(jiàn)曲線302)的壓力調(diào)整系統(tǒng)得到的壓力差絕對(duì)值|ΔP|對(duì)應(yīng)于時(shí)間的關(guān)系。在圖中，預(yù)定要按壓在晶圓上的壓力|ΔP|比如為150，在時(shí)間6上，壓力命令信號(hào)的輸出會(huì)命令產(chǎn)生第一與第二壓力P1、P2，以按壓位于晶圓承載頭與壓板之間的晶圓。在公知的壓力調(diào)整系統(tǒng)中，在時(shí)間間隔[6；16]的瞬間響應(yīng)時(shí)會(huì)有相當(dāng)高峰的過(guò)度發(fā)生，而預(yù)定值為150的|ΔP|的穩(wěn)定狀態(tài)會(huì)在時(shí)間6以后得到，此公知響應(yīng)|ΔP|的過(guò)度會(huì)高達(dá)500，幾乎是預(yù)定值150的3.5倍。
相反的，利用本發(fā)明的控制壓力調(diào)整系統(tǒng)，過(guò)度的值會(huì)被降低到接近220，僅是預(yù)定值150的1.5倍，因此本發(fā)明控制壓力調(diào)整系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于可以避免瞬間響應(yīng)的過(guò)度壓力差過(guò)大而造成晶圓的損害。
因此，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)至少包括下列幾點(diǎn)本發(fā)明的控制壓力調(diào)整系統(tǒng)包括含有PI控制器的控制回饋回路，PI控制器適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)可以確保穩(wěn)定的控制調(diào)整壓力，并可以避免因?yàn)檫^(guò)度問(wèn)題造成的損害。
雖然本發(fā)明已以一較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書(shū)所界定為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種控制壓力的調(diào)整系統(tǒng)，適用于一個(gè)研磨機(jī)臺(tái)上，其特征在于該控制壓力的調(diào)整系統(tǒng)包括一晶圓承載頭，以握住欲進(jìn)行研磨的一晶圓；一壓板，面對(duì)壓著欲進(jìn)行研磨的該晶圓；一第一壓力調(diào)整器，產(chǎn)生一第一壓力于該壓板上，以相對(duì)于該晶圓承載頭按壓欲進(jìn)行研磨的該晶圓；一第二壓力調(diào)整器，產(chǎn)生一第二壓力于該晶圓承載頭上，以相對(duì)于該壓板按壓欲進(jìn)行研磨的該晶圓；一第一控制器，在一第一回饋回路中連接到該第一壓力調(diào)整器上，借此以控制產(chǎn)生于該壓板上的該第一壓力；一第二控制器，在一第二回饋回路中連接到該第二壓力調(diào)整器上，借此以根據(jù)該第一壓力與該第二壓力之間的一壓力差來(lái)控制產(chǎn)生于該晶圓承載頭上的該第二壓力。
2.如權(quán)利要求1所述的控制壓力的調(diào)整系統(tǒng)，其特征在于其中該第一與第二控制器是相稱的整合控制器。
3.如權(quán)利要求1所述的控制壓力的調(diào)整系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包括復(fù)數(shù)個(gè)將該第一與該第二壓力轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)傳送到該第一與第二控制器的對(duì)象。
4.一種控制壓力的調(diào)整系統(tǒng)，適用于含有一晶圓承載頭以握住一晶圓，以及一壓板相對(duì)按壓于欲進(jìn)行研磨的該晶圓的一研磨機(jī)臺(tái)中，其特征在于該控制壓力的調(diào)整系統(tǒng)包括一第一壓力調(diào)整器，產(chǎn)生一第一壓力于該壓板上，以相對(duì)于該晶圓承載頭按壓欲進(jìn)行研磨的該晶圓；一第二壓力調(diào)整器，產(chǎn)生一第二壓力于該晶圓承載頭上，以相對(duì)于該壓板按壓欲進(jìn)行研磨的該晶圓；一第一對(duì)稱整合的控制器，在一回饋回路中連接到該第一壓力調(diào)整器上，借此以控制產(chǎn)生于該壓板上的該第一壓力；一第二對(duì)稱整合的控制器，在該回饋回路中連接到該第二壓力調(diào)整器上，借此以根據(jù)該第一壓力與該第二壓力之間的一壓力差來(lái)控制產(chǎn)生于該晶圓承載頭上的該第二壓力；該第一對(duì)稱整合的控制器，包括一第一操作放大器于一整合結(jié)構(gòu)中，以及一第二操作放大器位于一反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)中；該第二對(duì)稱整合的控制器，還包括一第三操作放大器于一整合結(jié)構(gòu)中，以及一第四與一第五操作放大器于一反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)中。
5.如權(quán)利要求4所述的控制壓力的調(diào)整系統(tǒng)，其特征在于其中該第一對(duì)稱整合的控制器的對(duì)稱比率與整合比率分別為0.15與50，而該第二對(duì)稱整合的控制器的對(duì)稱比率與整合比率分別為-0.5與350。
6.如權(quán)利要求4所述的控制壓力的調(diào)整系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包括復(fù)數(shù)個(gè)將該第一與第二壓力轉(zhuǎn)換成傳送到該第一與第二對(duì)稱整合的控制器的電子信號(hào)。
7.一種調(diào)整壓力的方法，用以在研磨期間將晶圓壓在一晶圓承載頭與一壓板之間研磨，其特征在于該方法包括產(chǎn)生一第一壓力于該壓板上；透過(guò)一第一控制回饋回路，控制產(chǎn)生于該壓板上的該第一壓力；產(chǎn)生一第二壓力于該晶圓承載頭上；透過(guò)一第二控制回饋回路，根據(jù)該第一與第二壓力之間的一壓力差，控制產(chǎn)生于該晶圓承載頭上的該第二壓力。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于其中該第一控制回饋回路包括一第一對(duì)稱整控制器，其中的對(duì)稱比率與整合比率分別為0.15與50，而該第二對(duì)稱整合的控制器的對(duì)稱比率與整合比率分別為-0.5與350。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于其中該第一與第二控制回饋回路分別包括分別將該第一與第二壓力轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)的對(duì)象。
全文摘要
一種控制壓力調(diào)整系統(tǒng)，可以在研磨操作期間產(chǎn)生按壓晶圓的壓力。一個(gè)晶圓承載頭會(huì)抓住一個(gè)晶圓，借此以使其對(duì)一個(gè)壓板進(jìn)行研磨，有第一與第二壓力調(diào)整器會(huì)分別產(chǎn)生第一與第二壓力到壓板與晶圓承載頭上，以按壓晶圓進(jìn)行研磨，在一個(gè)回饋控制回路中，有第一與第二控制器會(huì)分別連接到第一與第二壓力調(diào)整器上，以控制第一與第二壓力的產(chǎn)生，此第一與第二壓力會(huì)被控制，以使兩者之間得到一個(gè)預(yù)定的壓力差。
文檔編號(hào)H01L21/304GK1466174SQ0214187
公開(kāi)日2004年1月7日 申請(qǐng)日期2002年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月14日
發(fā)明者賴建興, 謝政琪, 曾榮楠, 林煌益, 游福陽(yáng) 申請(qǐng)人:聯(lián)華電子股份有限公司