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TW201442092A - 研磨裝置及研磨方法 - Google Patents

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TW201442092A
TW201442092A TW103106215A TW103106215A TW201442092A TW 201442092 A TW201442092 A TW 201442092A TW 103106215 A TW103106215 A TW 103106215A TW 103106215 A TW103106215 A TW 103106215A TW 201442092 A TW201442092 A TW 201442092A
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TW
Taiwan
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polishing
wafer
unit
substrate
cleaning
Prior art date
Application number
TW103106215A
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English (en)
Inventor
Hidetaka Nakao
Soichi Isobe
Seiji Katsuoka
Naoki Matsuda
Original Assignee
Ebara Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ebara Corp filed Critical Ebara Corp
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    • B24B37/34—Accessories
    • B24B37/345—Feeding, loading or unloading work specially adapted to lapping
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Abstract

本發明之目的在於提供一種研磨裝置，其不會使晶圓等基板產生刮痕等缺陷，且可進行多階段研磨。為達成上述之目的，本發明之研磨裝置包含：周緣部研磨單元9，研磨該基板W的周緣部；化學機械研磨單元111A，研磨基板W的平坦面；清洗單元70、120，清洗經研磨之基板W；及運送系統121、122、125、128、129、130，運送基板W。運送系統，將周緣部研磨單元9及化學機械研磨單元111A之中的一方所研磨之基板W運送至清洗單元，並將經清洗單元清洗的基板W運送至該周緣部研磨單元9及該化學機械研磨單元111A之中的另一方。

Description

研磨裝置及研磨方法
本發明係關於一種研磨裝置及研磨方法，用以研磨形成有元件的晶圓等基板，特別是關於一種研磨基板之平坦面及周緣部的多段研磨裝置及多段研磨方法。
半導體元件的製造步驟中，為了去除不需要的材料膜，對晶圓的表面及周緣部(亦稱為外周倒角(Bevel)部或緣(Edge)部)進行研磨。該晶圓的研磨步驟大致分為研磨晶圓之平坦表面的步驟與研磨晶圓之周緣部的步驟。晶圓平坦面的研磨，係藉由一邊供給研磨液(Slurry)至研磨墊等研磨工具上，一邊使晶圓的表面與研磨工具滑動接觸來進行。這種使用研磨液的研磨，稱之為化學機械研磨(CMP：Chemical Mechanical Polishing)。晶圓周緣部的研磨，係藉由一邊供給研磨液(通常為純水)至晶圓上，一邊使研磨帶與晶圓的周緣部滑動接觸來進行。
【先前技術文獻】 【專利文獻】
【專利文獻1】日本特許第4655369號公報
【專利文獻2】日本特開2010-141218號公報
【專利文獻3】日本特開2008-42220號公報
如專利文獻1至3所揭示，有人提出了幾種「研磨晶圓的平坦面，並進一步研磨晶圓之周緣部」的多段研磨方法。然而，這種多段研磨中，前段的研磨步驟中所產生的研磨碎屑及/或研磨液可能對後續的研磨步驟產生不良影響。例如，研磨碎屑可能使晶圓產生刮痕。
本發明係鑒於上述情況而完成者，其目的在於提供一種不會使晶圓等基板產生刮痕等缺陷，且可進行多階段研磨的研磨裝置及研磨方法。
為了達成上述目的，本發明之一態樣為研磨基板之研磨裝置，其特徵為包含：周緣部研磨單元，研磨該基板的周緣部；化學機械研磨單元，研磨該基板的平坦面；清洗單元，清洗經研磨之該基板；及運送系統，運送該基板；該運送系統係以下述方式運作：將在該周緣部研磨單元及該化學機械研磨單元中的一方所研磨之該基板運送至該清洗單元，並將經該清洗單元清洗之該基板運送至該周緣部研磨單元及該化學機械研磨單元中的另一方。
本發明之較佳態樣，其特徵為：該運送系統，以將在該周緣部研磨單元及該化學機械研磨單元中的該另一方所研磨之該基板運送至該清洗單元的方式運作。
本發明之較佳態樣，其特徵為更包含：反轉機構，配置於該周緣部研磨單元與該化學機械研磨單元之間，使該基板反轉。
本發明之較佳態樣，其特徵為更包含：乾燥單元，使經該清洗單元清洗之該基板乾燥。
本發明之較佳態樣，其特徵為：該清洗單元係由第一清洗單元及第二清洗單元所構成；第一清洗單元係用於清洗在該周緣部研磨單元所研磨的該基板，第二清洗單元係用於清洗在該化學機械研磨單元所研磨的該基板。
本發明之另一態樣為研磨基板之研磨方法，其特徵為：進行研磨該基板的第一研磨步驟，在該第一研磨步驟之後清洗該基板，進行研磨該經清洗之基板的第二研磨步驟；該第一研磨步驟，研磨該基板的周緣部及平坦面中的一方；該第二研磨步驟，研磨該基板的周緣部及平坦面中的另一方。
本發明之較佳態樣，其特徵為更包含：在該第二研磨步驟之後清洗該基板的步驟。
本發明之較佳態樣，其特徵為更包含：在該第二研磨步驟之後清洗該基板，並進一步使該基板乾燥的步驟。
本發明之較佳態樣，其特徵為：該第一研磨步驟之後清洗該基板的步驟，與該第二研磨步驟之後清洗該基板的步驟，係分別在不同的清洗單元中進行。
根據本發明，在進行第一研磨步驟後清洗基板，之後進行第二研磨步驟。因此，藉由將第一研磨步驟中所產生之研磨碎屑及/或是第一研磨步驟中所使用的研磨液等從基板上去除，而可防止在第二研磨步驟中 產生刮痕等的缺陷。
1‧‧‧加載/卸載部
2‧‧‧殼體
2a‧‧‧分隔壁
2b‧‧‧分隔壁
2c‧‧‧分隔壁
3‧‧‧周緣部研磨部
4‧‧‧動作控制部
5‧‧‧裝載埠
6‧‧‧裝載機
8‧‧‧化學機械研磨部
9‧‧‧周緣部研磨單元
10‧‧‧清洗部
11‧‧‧研磨頭組合體
12‧‧‧研磨帶供給機構
13‧‧‧基板保持機構
14‧‧‧保持載臺
15‧‧‧研磨帶
20‧‧‧分隔壁
21‧‧‧研磨室
24‧‧‧供給捲盤
25‧‧‧捲收捲盤
27‧‧‧連結器
30‧‧‧研磨頭
42‧‧‧研磨帶運送機構
43‧‧‧導引滾子
44‧‧‧導引滾子
45‧‧‧導引滾子
46‧‧‧導引滾子
47‧‧‧導引滾子
48‧‧‧導引滾子
49‧‧‧導引滾子
50‧‧‧加壓墊
52‧‧‧氣壓缸(致動器)
60‧‧‧臂部
61‧‧‧移動臺
62‧‧‧導引構件
63‧‧‧軌條
65‧‧‧底板
66‧‧‧連結板
67‧‧‧線性致動器
68‧‧‧接頭
70‧‧‧第一清洗單元
71‧‧‧保持滾子
72‧‧‧保持滾子
73‧‧‧保持滾子
74‧‧‧保持滾子
77‧‧‧輥狀海綿
78‧‧‧輥狀海綿
80‧‧‧旋轉機構
81‧‧‧旋轉機構
82‧‧‧升降驅動機構
85‧‧‧純水供給噴嘴
86‧‧‧純水供給噴嘴
87‧‧‧藥液供給噴嘴
88‧‧‧藥液供給噴嘴
89‧‧‧導引軌條
90‧‧‧乾燥單元
91‧‧‧基板保持部
92‧‧‧IPA噴嘴
93‧‧‧純水噴嘴
94‧‧‧臂部
95‧‧‧夾頭
98‧‧‧馬達
100‧‧‧迴旋軸
101‧‧‧馬達
111A‧‧‧化學機械研磨單元
111B‧‧‧化學機械研磨單元
111C‧‧‧化學機械研磨單元
111D‧‧‧化學機械研磨單元
112‧‧‧研磨墊
114A‧‧‧研磨工作臺
114B‧‧‧研磨工作臺
114C‧‧‧研磨工作臺
114D‧‧‧研磨工作臺
115‧‧‧工作臺軸
116A‧‧‧頂環
116B‧‧‧頂環
116C‧‧‧頂環
116D‧‧‧頂環
117‧‧‧工作臺馬達
118A‧‧‧研磨液供給噴嘴
118B‧‧‧研磨液供給噴嘴
118C‧‧‧研磨液供給噴嘴
118D‧‧‧研磨液供給噴嘴
120‧‧‧第二清洗單元
121‧‧‧第一線性輸送器
122‧‧‧第二線性輸送器
123‧‧‧第一暫置臺
124‧‧‧反轉機構
125‧‧‧第一運送機械手臂
127‧‧‧第三清洗單元
128‧‧‧第二運送機械手臂
129‧‧‧第三運送機械手臂
130‧‧‧擺動輸送器
131‧‧‧第二暫置臺
133‧‧‧緩衝站
141‧‧‧基板保持部
142‧‧‧筆狀海綿
144‧‧‧臂部
145‧‧‧夾頭
146‧‧‧純水供給噴嘴
147‧‧‧藥液供給噴嘴
148‧‧‧馬達
150‧‧‧迴旋軸
151‧‧‧馬達
b1‧‧‧帶子
Ct‧‧‧軸
M2‧‧‧馬達
M3‧‧‧馬達
M4‧‧‧馬達
TP1‧‧‧第一運送位置
TP2‧‧‧第二運送位置
TP3‧‧‧第三運送位置
TP4‧‧‧第四運送位置
TP5‧‧‧第五運送位置
TP6‧‧‧第六運送位置
TP7‧‧‧第七運送位置
p1‧‧‧帶輪
p2‧‧‧帶輪
W‧‧‧基板
第一(a)圖及第一(b)圖，係顯示基板之一例、即晶圓的放大剖面圖。
第二圖係顯示本發明之實施態樣之研磨裝置的俯視圖。
第三圖係顯示周緣部研磨單元之一例的示意圖。
第四圖係周緣部研磨單元的俯視圖。
第五圖係研磨頭的放大圖。
第六(a)圖至第六(c)圖係顯示一邊藉由傾斜機構改變研磨頭的角度，一邊將研磨帶壓附於晶圓周緣部之態樣的圖。
第七圖係顯示第一清洗單元的立體圖。
第八圖係顯示乾燥單元的立體圖。
第九圖係顯示使純水噴嘴及異丙醇噴嘴(以下稱「IPA噴嘴」)沿著晶圓的半徑方向，從晶圓的中心往外側移動之狀態的俯視圖。
第十圖係顯示第一化學機械研磨單元的立體圖。
第十一圖係顯示第三清洗單元的立體圖。
第十二圖係顯示晶圓運送路徑的圖，其表示第一實施態樣的研磨方法。
第十三圖係顯示晶圓運送路徑的圖，其表示第二實施態樣的研磨方法。
第十四圖係顯示晶圓運送路徑的圖，其表示第三實施態樣的研磨方法。
第十五圖係顯示晶圓運送路徑的圖，其表示第四實施態樣的研磨方法。
以下參照圖式，對本發明之實施態樣進行說明。
第一(a)圖及第一(b)圖係顯示基板之一例、即晶圓的擴大剖面圖。更詳細而言，第一(a)圖係所謂的斜角型晶圓(Straight Wafer)的剖面圖，而第一(b)圖係所謂的圓角型晶圓(Round Wafer)的剖面圖。晶圓的表面上形成有結構體，該結構體係由多層膜(例如元件)或單層膜所構成。晶圓的周緣部，為晶圓最外側的圓周面。該周緣部亦稱為外周倒角部或緣部。
第二圖係顯示本發明之實施態樣之研磨裝置的俯視圖。該研磨裝置，係可對晶圓進行多段研磨、清洗、乾燥之一系列步驟的多段研磨裝置。如第二圖所示，研磨裝置具有略呈矩形的殼體2，藉由分隔壁2a、2b、2c將殼體2的內部劃分為加載/卸載部1、周緣部研磨部3、化學機械研磨部8及清洗部10。研磨裝置更具有控制處理動作的動作控制部4。加載/卸載部1、周緣部研磨部3及化學機械研磨部8以此順序串聯排列，且周緣部研磨部3配置於加載/卸載部1與化學機械研磨部8之間。
加載/卸載部1具備載置晶圓匣盒的複數個裝載埠5，該晶圓匣盒內部收納有多片晶圓(基板)。該加載/卸載部1上設置有裝載機構(運送機械手臂：transfer robot)6，該裝載機構6可沿著裝載埠5的並排方向移動。裝載機6可收送裝載於裝載埠5之晶圓匣盒內的晶圓。
周緣部研磨部3係研磨晶圓周緣部的區域。該周緣部研磨部3包含：周緣部研磨單元9，研磨晶圓的周緣部；第一清洗單元70，清洗晶圓 的頂面及底面；乾燥單元90，使晶圓乾燥；第一暫置臺123，暫時載置晶圓；及第一運送機械手臂125，在該等單元9、70、90及第一暫置臺123之間運送晶圓。
第三圖係顯示周緣部研磨單元9之一例的示意圖，而第四圖係第三圖所示之周緣部研磨單元9的俯視圖。該周緣部研磨單元9具備使晶圓W保持水平，並使之旋轉的基板保持機構13。基板保持機構13具備藉由真空吸附保持晶圓W的保持載臺(holding stage)14，以及使保持載臺14旋轉的馬達(圖中未顯示)。
在基板保持機構13所保持的晶圓W之周緣部附近，配置有研磨頭組合體11。在研磨頭組合體11的背面側，設有研磨帶供給機構12。藉由分隔壁20隔離研磨頭組合體11與研磨帶供給機構12。分隔壁20的內部空間形成研磨室21，且研磨頭組合體11及保持載臺14配置於研磨室21內。另一方面，研磨帶供給機構12配置於分隔壁20的外側(亦即研磨室21外)。
研磨帶供給機構12包含：供給捲盤24，將研磨帶15供給至研磨頭組合體11；及捲收捲盤25，捲收已用於晶圓W之研磨的研磨帶15。供給捲盤24及捲收捲盤25分別透過連結器(coupling)27與馬達M2連接(第四圖僅顯示供給捲盤24所連接之連結器27與馬達M2)。藉由該等馬達M2賦予研磨帶15既定的拉力。
研磨頭組合體11具有研磨頭30，用於將研磨帶供給機構12所供給之研磨帶15抵接於晶圓W的周緣部。研磨帶15具備其上固定有研磨粒的研磨面，研磨帶15以該研磨面對著晶圓W的狀態被研磨頭30所支撐。通過設於分隔壁20的開口部20a，將研磨帶15從供給捲盤24供給至研磨頭 30，且通過開口部20a將已使用之研磨帶15捲收到捲收捲盤25。基板保持機構13的上方，配置有研磨液供給噴嘴40。從該研磨液供給噴嘴40，將作為研磨液的純水供給至晶圓W的中心。
第五圖係研磨頭30的放大圖。該研磨頭30具備研磨帶運送機構42，其將研磨帶15從供給捲盤24送到捲收捲盤25。該研磨帶運送機構42係以下述方式構成：以兩個滾子(roller)夾住研磨帶15，同時藉由馬達M3使一方的滾子旋轉，藉此使研磨帶15往其長邊方向前進。更進一步，研磨頭30具有複數的導引滾子(guide roller)43、44、45、46、47、48、49，該等導引滾子，係以使研磨帶15往與晶圓W之切線方向正交的方向前進的方式，導引研磨帶15。
研磨頭30更包含：背墊(加壓墊)50，配置於研磨帶15背面側；及氣壓缸(致動器)52，使該背墊50向晶圓W移動。藉由供給至氣壓缸52的空氣壓，來控制研磨帶15壓附於晶圓W的壓力。
如第四圖所示，研磨頭30固定於臂部60的一端，臂部60以可繞著與晶圓W的切線平行的軸Ct自由旋轉的方式所構成。臂部60的另一端通過帶輪p1、p2及帶子b1與馬達M4連接。馬達M4以順時針及逆時針旋轉既定角度，臂部60藉此繞著軸Ct旋轉既定角度。本實施態樣中，藉由馬達M4、臂部60、帶輪p1、p2及帶子b1，構成使研磨頭30相對晶圓W表面傾斜的傾斜機構。藉由該傾斜機構，可以研磨點(研磨帶15與晶圓W的相接點)為中心，使研磨頭30旋轉既定角度，藉此改變研磨帶15與晶圓W的接觸角度。
研磨頭30透過傾斜機構與移動臺61連接。移動臺61透過導引構件62及軌條(rail)63活動地連接於底板65。軌條63沿著保持於基板保持機 構13之晶圓W的半徑方向直線延伸，且移動臺61可沿著晶圓W的半徑方向直線移動。移動臺61上安裝有貫穿底板65的連結板66，線性致動器67透過接頭(joint)68安裝於連結板66。線性致動器67直接或間接地固定於底板65。可採用氣壓缸或、馬達與滾珠螺桿的組合等作為線性致動器67。
藉由線性致動器67、軌條63及導引構件62，構成使研磨頭30在晶圓W的半徑方向上直線移動的研磨頭移動機構。亦即，研磨頭移動機構，係以沿著軌條63使研磨頭30接近及離開晶圓W的方式動作。另一方面，研磨帶供給機構12固定於底板65。
以下述方式進行晶圓W的周緣部的研磨。基板保持機構13使晶圓W繞著其軸心旋轉，且研磨液供給噴嘴40將作為研磨液的純水供給至晶圓W的中心部。該狀態下，藉由研磨頭30將研磨帶15壓附於晶圓W的周緣部。藉由與研磨帶15的滑動接觸，來研磨晶圓W的周緣部。如第六(a)圖至第六(c)圖所示，亦可藉由傾斜機構一邊改變研磨頭30的角度，一邊將研磨帶15壓附於晶圓W的周緣部。
第七圖係顯示第一清洗單元70的立體圖。如第七圖所示，第一清洗單元70包含：四個保持滾子71、72、73、74，保持晶圓W並使之旋轉；輥狀海綿(清洗工具)77、78，接觸晶圓W頂面及底面；旋轉機構80、81，使該等輥狀海綿77、78旋轉；純水供給噴嘴85、86，供給純水至晶圓W的頂面及底面；及藥液供給噴嘴87、88，供給藥液至晶圓W的頂面及底面。保持滾子71、72、73、74藉由圖中未顯示之驅動機構(例如氣壓缸)，可在接近及離開晶圓W的方向上移動。
使上側的輥狀海綿77旋轉的旋轉機構80，安裝於引導其上下 方向之動作的導引軌條(guide rail)89。又，該旋轉機構80由升降驅動機構82所支撐，且旋轉機構80及上側的輥狀海綿77可藉由升降驅動機構82在上下方向上移動。此外，雖圖中未顯示，用於使下側的輥狀海綿78旋轉的旋轉機構81亦由導引軌條所支撐，且旋轉機構81及下側的輥狀海綿78亦可藉由升降驅動機構上下移動。此外，係使用例如具有滾珠螺桿的馬達驅動機構或是氣壓缸作為升降驅動機構。清洗晶圓W時，輥狀海綿77、78在互相接近的方向上移動並接觸晶圓W的頂面及底面。
以下述方式進行晶圓W的清洗。保持滾子71、72、73、74保持晶圓W並使之旋轉。接著，從藥液供給噴嘴87、88供給藥液至晶圓W的頂面及底面。此狀態下，輥狀海綿77、78繞著其水平延伸的軸心旋轉並與晶圓W的頂面及底面滑動接觸，藉此擦洗晶圓W的頂面及底面。擦洗後，使輥狀海綿77、78往上方及下方移動，從純水供給噴嘴85、86分別對晶圓W的頂面、底面供給純水，以沖洗晶圓W的頂面及底面。
第八圖係顯示乾燥單元90的立體圖。乾燥單元90包含：基板保持部91，保持晶圓W並使之旋轉；IPA噴嘴92及純水噴嘴93；以及臂部94，保持該IPA噴嘴92及該純水噴嘴93。IPA噴嘴92係用於供給IPA蒸氣(異丙醇與N2氣體的混合氣體)至晶圓W的表面，而純水噴嘴93係為了防止晶圓W的表面乾燥而供給純水。該等IPA噴嘴92及純水噴嘴93係以可沿著晶圓W的半徑方向移動的方式所構成。
基板保持部91具備多個保持晶圓W之周緣部的夾頭(chuck)95(在第八圖中為四個)，以該等夾頭95使晶圓W保持水平。夾頭95與馬達98連接，夾頭95所保持之晶圓W藉由馬達98繞著其軸心旋轉。
臂部94配置於晶圓W的上方。臂部94的一端上配置有互相鄰接的純水噴嘴93及IPA噴嘴92，臂部94的另一端與迴旋軸100連接。該迴旋軸100與馬達101連接，以作為使臂部94迴旋的臂部旋轉機構。臂部旋轉機構，除了馬達101，亦可具備減速齒輪等。馬達101使迴旋軸100旋轉既定角度，藉此使臂部94在與晶圓W平行的平面內迴旋。因此，藉由臂部94的迴旋，使固定於其上的純水噴嘴93及IPA噴嘴92移動至晶圓W的半徑方向外側。
以下述方式進行晶圓W的乾燥。藉由基板保持部91使晶圓W旋轉，並使純水噴嘴93及IPA噴嘴92移動至晶圓W之中心部的上方位置。接著，如第九圖所示，一邊從IPA噴嘴92將IPA蒸氣、從純水噴嘴93將純水供給至晶圓W的表面，一邊沿著晶圓W的半徑方向使純水噴嘴93及IPA噴嘴92從晶圓W的中心往外側移動。純水噴嘴93位於IPA噴嘴92的前方。因此，IPA噴嘴92沿著與純水噴嘴93相同的軌跡，緊接在純水噴嘴93之後移動。以此方式乾燥晶圓W的表面。之後，使晶圓W高速旋轉，以將附著於晶圓W背面的純水甩乾。此時，可從氣體噴嘴(圖中未顯示)對晶圓W的背面吹出乾燥氣體。
上述乾燥單元90雖係使用IPA的乾燥機，但亦可使用其他類型的清洗機。例如，亦可使用使晶圓高速旋轉之旋乾(spin dry)類型的乾燥機。
化學機械研磨部8，係化學機械式地研磨晶圓之平坦面(以下僅稱為表面)的區域。該化學機械研磨部8包含第一化學機械研磨單元111A、第二化學機械研磨單元111B、第三化學機械研磨單元111C及第四化 學機械研磨單元111D。第一化學機械研磨單元111A包含：第一研磨工作臺114A，安裝有具備研磨面的研磨墊112；第一頂環116A，用於保持晶圓且將晶圓壓附於第一研磨工作臺114A上的研磨墊112；及第一研磨液供給噴嘴118A，用於將研磨液(Slurry)供給至研磨墊112。
同樣地，第二化學機械研磨單元111B包含安裝有研磨墊112的第二研磨工作臺114B、第二頂環116B及第二研磨液供給噴嘴118B，第三化學機械研磨單元111C包含安裝有研磨墊112的第三研磨工作臺114C、第三頂環116C及第三研磨液供給噴嘴118C，第四化學機械研磨單元111D包含安裝有研磨墊112的第四研磨工作臺114D、第四頂環116D及第四研磨液供給噴嘴118D。
第一線性輸送器121，與第一化學機械研磨單元111A及第二化學機械研磨單元111B鄰接配置。該第一線性輸送器121係在四個運送位置(第一運送位置TP1、第二運送位置TP2、第三運送位置TP3、第四運送位置TP4)之間運送晶圓的機構。又，第二線性輸送器122，與第三化學機械研磨單元111C及第四化學機械研磨單元111D鄰接配置。該第二線性輸送器122係在三個運送位置(第五運送位置TP5、第六運送位置TP6、第七運送位置TP7)之間運送晶圓的機構。
反轉機構124與第一運送位置TP1鄰接配置，用於從裝載機構6接收晶圓。通過該反轉機構124，將晶圓從裝載機構6傳送到第一線性輸送器121。位於反轉機構124與裝載機構6之間，在分隔壁2b上設有閘門(圖中未顯示)，運送晶圓時閘門開啟，從裝載機6將晶圓傳遞反轉機構124。
晶圓被反轉機構124反轉成研磨面朝下的態樣。從反轉機構 124將經反轉之晶圓傳遞到第一線性輸送器121，接著藉由第一線性輸送器121運送至化學機械研磨單元111A、111B。第一化學機械研磨單元111A的頂環116A，藉由其擺動的動作在第一研磨工作臺114A的上方位置與第二運送位置TP2之間移動。因此，係在第二運送位置TP2將晶圓往頂環116A傳遞。
同樣地，第二化學機械研磨單元111B的頂環116B在研磨工作臺114B的上方位置與第三運送位置TP3之間移動，係在第三運送位置TP3將晶圓往頂環116B傳遞。第三化學機械研磨單元111C的頂環116C在研磨工作臺114C的上方位置與第六運送位置TP6之間移動，係在第六運送位置TP6將晶圓往頂環116C傳遞。第四化學機械研磨單元111D的頂環116D在研磨工作臺114D的上方位置與第七運送位置TP7之間移動，係在第七運送位置TP7將晶圓往頂環116D傳遞。
第一線性輸送器121、第二線性輸送器122及清洗部10之間配置有擺動輸送器(swing transporter)130。藉由擺動輸送器130從第一線性輸送器121將晶圓運送至第二線性輸送器122。藉由第二線性輸送器122將晶圓運送至第三化學機械研磨單元111C及/或第四化學機械研磨單元111D。
擺動輸送器130的側邊，配置有緩衝站(buffer station)133，緩衝站33設置於圖中未顯示的支架。該緩衝站133在第一線性輸送器121與清洗部10之間與第一線性輸送器121鄰接配置。擺動輸送器130在第四運送位置TP4、第5運送位置TP5及緩衝站133之間運送晶圓。
第一化學機械研磨單元111A、第二化學機械研磨單元111B、第三化學機械研磨單元111C及第四化學機械研磨單元111D彼此具有相同構成。因此，以下對第一化學機械研磨單元111A進行說明。第十圖係 顯示第一化學機械研磨單元111A的立體圖。如第十圖所示，第一化學機械研磨單元111A包含：研磨工作臺114A，支撐研磨墊112；頂環116A，將晶圓W壓附於研磨墊112；及研磨液供給噴嘴118A，用於對研磨墊112供給研磨液(Slurry)。
研磨工作臺114A透過工作臺軸115與配置於其下方的工作臺馬達117連接，研磨工作臺114A藉由該工作臺馬達117，依照箭號所示的方向旋轉。研磨墊112貼於研磨工作臺114A的頂面，研磨墊112的頂面構成研磨晶圓W的研磨面112a。頂環116A固定於頂環軸119的下端。頂環116A係以可藉由真空吸附將晶圓W保持於其底面的方式所構成。
以下述方式進行晶圓W表面的研磨。使頂環116A及研磨工作臺114A分別依照箭號所示的方向旋轉，並從研磨液供給噴嘴118A供給研磨液(Slurry)到研磨墊112上。此狀態下，藉由頂環116A將晶圓W壓附於研磨墊112的研磨面112a上。藉由研磨液所含有的研磨粒的機械作用與研磨液所含有之化學成分的化學作用，研磨晶圓W的表面。
如第二圖所示，第二清洗單元120、第三清洗單元127及第二暫置臺131與化學機械研磨單元111A~111D鄰接配置。第二清洗單元120與第三清洗單元127之間，配置有第二運送機械手臂128，第三清洗單元127與第二暫置臺131之間配置有第三運送機械手臂129。該等第二清洗單元120、第二運送機械手臂128、第三清洗單元127及第二暫置臺131，依此順序串聯排列。第二清洗單元120具有與第一清洗單元70相同的構成，故省略其說明。
可使用筆狀海綿類型的清洗機構或雙流體噴射清洗機構作為第三清洗單元127。第十一圖係顯示筆狀海綿類型的第三清洗單元127的 立體圖。如第十一圖所示，該第三清洗單元127包含：基板保持部141，保持晶圓W並使其旋轉；筆狀海綿142；臂部144，保持筆狀海綿142；純水供給噴嘴146，供給純水至晶圓W的頂面；及藥液供給噴嘴147，供給清洗液(藥液)至晶圓W的頂面。筆狀海綿142與配置於臂部144內的旋轉機構(圖中未顯示)連接，且筆狀海綿142繞著在鉛直方向上延伸的中心軸線旋轉。
基板保持部141具備保持晶圓W之周緣部的複數個夾頭145(第十一圖中為四個)，以該等夾頭145使晶圓W保持水平。夾頭145上連接有馬達148，夾頭145所保持之晶圓W藉由馬達148繞著其軸心旋轉。
臂部144配置於晶圓W的上方。臂部144的一端與筆狀海綿142連接，而臂部144的另一端與迴旋軸150連接。該迴旋軸150與馬達151連接，以作為使臂部144迴旋的臂部旋轉機構。臂部旋轉機構，除了馬達151，亦可具備減速齒輪等。馬達151，藉由使迴旋軸150旋轉既定角度，來使臂部144在與晶圓W平行的平面內迴旋。因此，藉由臂部144的迴旋，可使其所支撐的筆狀海綿142移動至晶圓W的半徑方向外側。
以下述方式進行晶圓W的清洗。首先，使晶圓W繞著其軸心旋轉。接著，從藥液供給噴嘴147供給清洗液至晶圓W的頂面。此狀態下，筆狀海綿142一邊繞著該鉛直延伸的軸心旋轉，一邊與晶圓W的頂面滑動接觸，並進一步沿著晶圓W的半徑方向擺動。在清洗液的存在下，藉由使筆狀海綿142與晶圓W的頂面滑動接觸，來擦洗晶圓W。擦洗後，從純水供給噴嘴146供給純水至晶圓W，藉此沖洗晶圓W。
如上所述，亦可使用雙流體噴射清洗機構作為第三清洗單元127。雙流體噴射清洗機構，係混合溶解有少量CO2氣體(二氧化碳氣體)的純 水(DIW：deionized water)與N2氣體，並將該混合流體噴射至晶圓表面。此類型的清洗機構，可以微小的液滴與衝撃能量去除晶圓上的微小粒子。特別是藉由適當調整N2氣體的流量及純水的流量，可實現無損傷的晶圓清洗。更進一步，藉由使用溶解有二氧化碳氣體的純水，來緩和因靜電所造成的晶圓腐蝕的影響。
第二運送機械手臂128，以將緩衝站133上所載置的晶圓(經研磨之晶圓)運送至第二清洗單元120，再將經第二清洗單元120清洗之晶圓運送至第三清洗單元127的方式動作。第三運送機械手臂129，以將經第三清洗單元127清洗之晶圓運送至第二暫置臺131的方式運作。
上述第一運送機械手臂125、第二運送機械手臂128、第三運送機械手臂129、第一線性輸送器121、第二線性輸送器122及擺動輸送器130，構成運送晶圓的運送系統。該運送系統及上述各單元的動作，係藉由動作控制部4來控制。
接著，參照第十二圖，說明使用上述研磨裝置研磨晶圓(基板)之方法的第一實施態樣。第十二圖係顯示晶圓運送路徑的圖，其表示第一實施態樣的研磨方法。裝載機構6從晶圓匣盒取出一片晶圓，並將晶圓載置於第一暫置臺123上。第一運送機械手臂125，從第一暫置臺123將晶圓運送至周緣部研磨單元9。周緣部研磨單元9依照上述研磨動作研磨晶圓的周緣部。藉由第一運送機械手臂125，將經研磨之晶圓運送至第一清洗單元70，並在此處清洗晶圓。藉由第一運送機械手臂125，將經清洗之晶圓從第一清洗單元70取出，並運送至反轉機構124。
反轉機構124，將晶圓反轉，而成為形成有元件等結構體的 表面向下的態樣。第一線性輸送器121接收經反轉之晶圓，並將晶圓運送至第二運送位置TP2。第一化學機械研磨單元111A的第一頂環116A將晶圓保持於其底面，並將晶圓運送至第一研磨工作臺114A的上方位置，接著將晶圓壓附於旋轉中的第一研磨工作臺114A上的研磨墊112，以研磨晶圓的表面(平坦面)。藉由第一線性輸送器121，將經研磨之晶圓從第二運送位置TP2運送至第三運送位置TP3，同樣地藉由第二化學機械研磨單元111B研磨晶圓的表面。
由周緣部研磨單元9、第一化學機械研磨單元111A及第二化學機械研磨單元111B所研磨之晶圓，藉由擺動輸送器130載置到緩衝站133上。進一步藉由第二運送機械手臂128，將晶圓從緩衝站133運送至第二清洗單元120，並藉由第二清洗單元120清洗晶圓。
藉由第二運送機械手臂128，將經清洗之晶圓從第二清洗單元120取出，並運送至第三清洗單元127。更藉由第三清洗單元127清洗晶圓。藉由第三運送機械手臂129，將經清洗之晶圓從第三清洗單元127取出，並載置到第二暫置臺131上。更進一步，藉由第一運送機械手臂125，將晶圓運送至乾燥單元90，在此處乾燥晶圓。藉由第一運送機械手臂125，將經乾燥之晶圓從乾燥單元90取出，並載置到第一暫置臺123上。接著，藉由裝載機構6，將晶圓從第一暫置臺123運送至晶圓匣盒。如此依序進行晶圓的周緣部研磨(第一研磨步驟)、一次清洗、晶圓的平坦面研磨(第二研磨步驟)、二次清洗、三次清洗及乾燥。
第十三圖係顯示晶圓運送路徑的圖，其表示第二實施態樣的研磨方法。第二實施態樣與第一實施態樣不同之處，在於其係藉由第三化 學機械研磨單元111C及第四化學機械研磨單元111D來研磨晶圓。亦即，藉由第一線性輸送器121，將周緣部已被研磨的晶圓運送至第四運送位置TP4，並藉由擺動輸送器130運送至第二線性輸送器122，進一步依序運送至第三化學機械研磨單元111C及第四化學機械研磨單元111D，並依序研磨晶圓的平坦面。經研磨之晶圓，與第一實施態樣相同地進行清洗及乾燥。
第十四圖係顯示晶圓運送路徑的圖，其表示第三實施態樣的研磨方法。裝載機構6從晶圓匣盒取出一片晶圓，並將晶圓載置於第一暫置臺123上。第一運送機械手臂125從第一暫置臺123取出晶圓，並運送至反轉機構124。
反轉機構124，將晶圓反轉，而成為形成有元件等結構體的表面朝下的態樣。經反轉之晶圓，與第一實施態樣相同地，藉由第一化學機械研磨單元111A及第二化學機械研磨單元111B依序進行研磨。藉由第一化學機械研磨單元111A及第二化學機械研磨單元111B所研磨之晶圓，再藉由擺動輸送器130載置到緩衝站133上。藉由第二運送機械手臂128將晶圓從緩衝站133運送至第二清洗單元120，並藉由第二清洗單元120清洗晶圓。
藉由第二運送機械手臂128，將經清洗之晶圓從第二清洗單元120取出，並運送至第三清洗單元127。進一步藉由第三清洗單元127清洗晶圓。藉由第三運送機械手臂129，將經清洗之晶圓從第三清洗單元127取出，並載置於第二暫置臺131上。更進一步，藉由第一運送機械手臂125，將晶圓運送至周緣部研磨單元9。
周緣部研磨單元9，依照上述研磨動作研磨晶圓的周緣部。藉由第一運送機械手臂125，將經研磨之晶圓運送至第一清洗單元70，並在 此處清洗晶圓。藉由第一運送機械手臂125，將經清洗之晶圓從第一清洗單元70取出，並運送至乾燥單元90。藉由乾燥單元90乾燥晶圓。藉由第一運送機械手臂125，將經乾燥之晶圓從乾燥單元90取出，並載置於第一暫置臺123上。接著，藉由裝載機構6將晶圓從第一暫置臺123運送至晶圓匣盒。如此依序進行晶圓的平坦面研磨(第一研磨步驟)、一次清洗、二次清洗、晶圓的周緣部研磨(第二研磨步驟)、三次清洗及乾燥。
第十五圖係顯示晶圓運送路徑的圖，其表示第四實施態樣的研磨方法。第四實施態樣與第三實施態樣不同的點，在於藉由第三化學機械研磨單元111C及第四化學機械研磨單元111D研磨晶圓。亦即，藉由第一線性輸送器121將晶圓運送至第四運送位置TP4，並藉由擺動輸送器130運送至第二線性輸送器122，更依序運送至第三化學機械研磨單元111C及第四化學機械研磨單元111D，依序研磨晶圓的平坦面。與第三實施態樣相同地，將經研磨之晶圓運送至清洗部10，藉由第二清洗單元120及第三清洗單元127進行清洗。更進一步，藉由周緣部研磨單元9研磨晶圓的周緣部，之後清洗、乾燥晶圓。
根據上述第一至第四實施態樣，進行第一研磨步驟後清洗晶圓，之後進行第二研磨步驟。因此，從晶圓上去除第一研磨步驟中所產生的研磨碎屑及/或第一研磨步驟中所使用的研磨液等，以防止在第二研磨步驟中產生刮痕等的缺陷。
根據上述第一至第四實施態樣，可使用四個化學機械研磨單元111A~111D之中的兩個單元，來進行兩個化學機械研磨步驟。可適當變更晶圓的運送路線。例如，可以第一化學機械研磨單元111A、第三化學機械 研磨單元111C的順序運送晶圓，或是亦可以第二化學機械研磨單元111B、第三化學機械研磨單元111C的順序運送晶圓。
亦可使用全部四個化學機械研磨單元111A~111D，來進行四個化學機械研磨步驟。例如，可以化學機械研磨單元111A~111D的順序運送並連續研磨晶圓。亦可僅將晶圓運送至四個化學機械研磨單元111A~111D中的任一個以進行研磨晶圓。例如，可僅將晶圓運送至第一化學機械研磨單元111A並進行一次化學機械研磨。更進一步，亦可使用四個化學機械研磨單元111A~111D之中的三個進行三次化學機械研磨。例如，可依序將晶圓運送至第一化學機械研磨單元111A、第二化學機械研磨單元111B、第三化學機械研磨單元111C，或是亦可依序將晶圓運送至第一化學機械研磨單元111A、第三化學機械研磨單元111C、第四化學機械研磨單元111D。亦可以僅實行化學機械研磨或是僅實行周緣部研磨的運送路徑來運送晶圓。
上述實施態樣中，周緣部研磨單元9係使用研磨帶來研磨晶圓的周緣部，亦可使用研磨石代替研磨帶來研磨晶圓的周緣部。
上述實施態樣，係以可使在本發明所屬的技術領域中具備通常知識者實施本發明為目的而進行記載。只要是本領域具有通常知識者，當然可推知上述實施態樣的各種變化實施例，本發明的技術思想亦可適用於其他的實施態樣。因此，本發明並非限定於已記載之實施態樣，而是可理解為根據申請專利範圍所定義之技術思想的最廣範圍者。
1‧‧‧加載/卸載部
2‧‧‧殼體
2a‧‧‧分隔壁
2b‧‧‧分隔壁
2c‧‧‧分隔壁
3‧‧‧周緣部研磨部
4‧‧‧動作控制部
5‧‧‧裝載埠
6‧‧‧裝載機
8‧‧‧化學機械研磨部
9‧‧‧周緣部研磨單元
10‧‧‧清洗部
70‧‧‧第一清洗單元
90‧‧‧乾燥單元
111A~111D‧‧‧化學機械研磨單元
112‧‧‧研磨墊
114A‧‧‧研磨工作臺
114B‧‧‧研磨工作臺
114C‧‧‧研磨工作臺
114D‧‧‧研磨工作臺
116A‧‧‧頂環
116B‧‧‧頂環
116C‧‧‧頂環
116D‧‧‧頂環
118A‧‧‧研磨液供給噴嘴
118B‧‧‧研磨液供給噴嘴
118C‧‧‧研磨液供給噴嘴
118D‧‧‧研磨液供給噴嘴
120‧‧‧第二清洗單元
121‧‧‧第一線性輸送器
122‧‧‧第二線性輸送器
123‧‧‧第一暫置臺
124‧‧‧反轉機構
125‧‧‧第一運送機械手臂
127‧‧‧第三清洗單元
128‧‧‧第二運送機械手臂
129‧‧‧第三運送機械手臂
130‧‧‧擺動輸送器
131‧‧‧第二暫置臺
133‧‧‧緩衝站
TP1‧‧‧第一運送位置
TP2‧‧‧第二運送位置
TP3‧‧‧第三運送位置
TP4‧‧‧第四運送位置
TP5‧‧‧第五運送位置
TP6‧‧‧第六運送位置
TP7‧‧‧第七運送位置

Claims (9)

  1. 一種研磨裝置，係研磨基板之研磨裝置，其特徵為包含：周緣部研磨單元，研磨該基板的周緣部；化學機械研磨(CMP：Chemical Mechanical Polishing)單元，研磨該基板的平坦面；清洗單元，清洗經研磨之該基板；及運送系統，運送該基板；該運送系統係以下述方式運作：將在該周緣部研磨單元及該化學機械研磨單元中的一方所研磨的該基板運送至該清洗單元，再將經該清洗單元清洗之該基板運送至該周緣部研磨單元及該化學機械研磨單元中的另一方。
  2. 如申請專利範圍第1項之研磨裝置，其中，該運送系統係以下述方式運作：將在該周緣部研磨單元及該化學機械研磨單元中的該另一方所研磨之該基板運送至該清洗單元。
  3. 如申請專利範圍第1項之研磨裝置，其中更包含：反轉機構，配置於該周緣部研磨單元與該化學機械研磨單元之間，使該基板反轉。
  4. 如申請專利範圍第1項之研磨裝置，其中更包含：乾燥單元，使經該清洗單元清洗之該基板乾燥。
  5. 如申請專利範圍第1項之研磨裝置，其中，該清洗單元係由第一清洗單元與第二清洗單元所構成；該第一清洗單元用於清洗在該周緣部研磨單元所研磨的該基板，該第二清洗單元 用於清洗在該化學機械研磨單元所研磨的該基板。
  6. 一種研磨方法，係研磨基板之研磨方法，其特徵為：進行對該基板研磨之第一研磨步驟，在該第一研磨步驟之後清洗該基板，進行對該清洗後之基板研磨之第二研磨步驟；該第一研磨步驟，係研磨該基板的周緣部及平坦面之中的一方的步驟；該第二研磨步驟，係研磨該基板的周緣部及平坦面之中的另一方的步驟。
  7. 如申請專利範圍第6項之研磨方法，其中更包含：在該第二研磨步驟之後清洗該基板的步驟。
  8. 如申請專利範圍第6項之研磨方法，其中更包含：在該第二研磨步驟之後清洗該基板，並進一步使該基板乾燥的步驟。
  9. 如申請專利範圍第7項之研磨方法，其中，該第一研磨步驟之後清洗該基板的步驟，與該第二研磨步驟之後清洗該基板的步驟，係分別在不同的清洗單元之中進行。
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