CN101898327A - 使用多个调节盘调节化学机械抛光设备的***和方法 - Google Patents

Abstract

一种化学机械抛光(CMP)设备，用于抛光半导体晶片，并用于同时使用多个调节盘调节CMP设备的抛光垫。调节盘可以沿抛光垫的表面一起或独立地移动以调节旋转的抛光垫的整个表面。

Description

使用多个调节盘调节化学机械抛光设备的***和方法

技术领域

本发明一般地涉及半导体器件制造设备。更具体地，本发明涉及化学机械抛光(CMP)设备和半导体晶片的化学机械抛光方法和调节CMP设备的方法。

背景技术

在目前快速进步的半导体制造产业中，化学机械抛光(CMP)是平坦化和抛光半导体衬底以从半导体衬底的表面之上移除过量材料的先进和有利的方法。以这种方式，镶嵌技术可以用于在形成于绝缘层中的开口如沟槽、通孔或接触孔内形成导电构型，然后使用化学机械抛光从绝缘层的顶表面之上移除。在过量的导电材料从绝缘层的顶部移除之后，形成的结构包括导体材料填充不同的开口，并向上延伸到绝缘层的顶表面。

化学机械抛光涉及抛光垫，并包括机械和化学组件。抛光垫旋转，需要抛光的晶片表面在晶片抛光位置与旋转的抛光垫相接触。晶片，如衬底，优选地旋转以促进抛光。分配头将抛光液配送到抛光垫上。抛光垫通常由聚亚安酯制成，垫表面通常渗透包括亚微米磨料和化学品的抛光液。抛光垫表面的品质和均匀性对于对被抛光的晶片提供均匀的抛光是关键性的。特别地，在使用设备对几个晶片连续抛光时，抛光垫的表面粗糙度必须维持相同的状态。

调节工艺用于调节抛光垫表面以维持其处于所需要的和均匀的状态。调节复原抛光垫表面，从抛光垫上移除碎屑，并维持稳定的去除率。调节构件一般为具有金刚石表面的盘，在调节期间相对旋转的抛光垫被上压。调节操作可以发生在晶片抛光操作的同时，或晶片抛光操作之前或之后。

因为抛光垫一般大于传统的调节盘，所以调节盘一般在抛光垫旋转时沿抛光垫表面滑动，这样整个抛光垫表面能够通过相对较小的传统的调节盘进行调节，该传统的调节盘的直径可以是大约4英寸或更小。一般地，期望在给定的时间范围中确定穿过抛光垫的径向的具体的扫描或掠过的数目，以提供所需要的调节级别。由于抛光垫的尺寸增加了，扫描穿过抛光垫表面的调节盘的扫描速度必须增加以维持给定的每分钟扫描数目。然而，随着穿过表面滑动的调节盘的速度增加了，调节操作的质量降低了。

随着半导体晶片尺寸的增加，调节整个抛光垫表面变得更加有挑战性。半导体晶片尺寸的增加导致了抛光垫的尺寸的相应增加。例如，晶片尺寸现在直径达到450毫米，这样的晶片使用直径可能达到1米到45英寸的抛光垫进行抛光。在调节工艺期间，如上所述，该增加的尺寸需要覆盖更大的表面积。由于制造大尺寸的调节盘的金刚石表面的难度，调节整个抛光垫表面尤其具有挑战性。维持直径大于大约四英寸的金刚石调节盘的均匀性和质量是困难的，因为这样的盘必须基本完全是平坦的，平面度的任何偏差将导致金刚石脱离表面，导致抛光垫和晶片表面上的污染和划痕。

因此，随着抛光垫的尺寸增加，提供一种调节CMP抛光垫的***和方法是重要的。本发明解决了这些缺点和难题。

发明内容

为了解决这些以及其他的需求，并针对其目的，在一个方面，本发明提供了一种用于在衬底上进行化学机械抛光(CMP)的方法。该方法包括在CMP设备的抛光垫上同时抛光衬底或形成在衬底之上的材料，使用多于一个独立的可控调节构件通过促使每个调节构件的金刚石表面压住抛光垫而调节抛光垫。

根据另一个方面，本发明提供了一种用于调节CMP设备的抛光垫的方法，包括同时促使多于一个独立的可控的调节构件的调节表面抵到CMP设备的旋转的抛光垫上。

根据又一个方面，本发明提供了一种化学机械抛光设备。该设备包括固定设置在可旋转的台板上的抛光垫。该设备还包括载体，其固定待抛光的半导体晶片，压到抛光垫上。化学机械抛光设备还包括多于一个分离的，独立的可控调节装置，每个包括与抛光垫相接触的调节盘。

附图说明

本发明通过以下的详细描述结合附图进行阅读能够得到更好的理解。需要强调的是，根据常规实际做法，附图的不同特征不需要按比例绘制。正相反，为了清楚，不同特征的尺寸可以任意增大或减小。说明书和附图中相同的数字指示相同的特征。

图1为根据本发明的化学机械抛光设备的方面的透视图；

图2为根据本发明的多调节盘CMP设备的另一个方面的透视图；

图3为根据本发明的一个方面的多个调节构件的示例性的配置的顶视图；以及

图4为根据本发明的一个方面的多个调节构件的另一个示例性的配置的顶视图。

具体实施方式

本发明提供了使用多个调节盘同时调节CMP设备中的抛光垫。调节可以发生在原位，如与进行晶片抛光操作的同时，或其可以发生于在半导体晶片上进行晶片抛光操作之前或之后。本发明公开了对于不同尺寸的抛光垫和用于抛光不同尺寸的半导体晶片的应用。多个调节盘的设置和方法可以结合CMP设备的不同方向和设置使用。调节盘可以是独立可控的。

图1为具有抛光垫3的可旋转台板1的透视图，所述抛光垫3包括表面7并固定在台板1上。台板1以任何不同的适合的速度沿旋转方向5旋转。晶片载体9置于晶片11(单独示出)抛光垫3的抛光位置上。力F沿力方向15施加，促使晶片载体9朝向并相对抛光垫3向下。虽然没有在图1中示出，但是晶片11将置于晶片载体9和抛光垫3之间的分界面13处的晶片载体9之下。晶片载体9有利地沿方向29旋转。该旋转可以发生在台板1沿方向5旋转的同时。液分配器19在分配位置21配送液体19。由于旋转，新的液体23在晶片载体9之下扩散，从而晶片11和废液25退出抛光位置。

图1也示出了两个调节构件31。在示出的实施例中虽然没有示出置于抛光垫3上，但是应当理解的而且随后将示出的是，调节构件31都可以同时置于抛光垫3的表面7上的不同的位置，彼此设置不同的距离。附加的调节构件31，如，多余两个，也可以同时置于抛光垫3的表面7上。调节构件31每个包括调节盘33，其形成图1示出的调节构件的底部。调节盘33的暴露的调节表面35优选地由公知的金刚石材料形成，有利地用于调节抛光垫3。在其他示例性的实施例中，调节表面35可以由其他适合的材料如冲刷(scouring)材料形成，或其可以包括刚毛如刷子。在一个示例性的实施例中，调节盘33可以具有大约4英寸或100mm的直径，但是在其他示例性的实施例中也可以使用其他尺寸。当压到抛光垫3上时，调节盘33和调节构件31可以围绕轴37沿旋转方向39旋转。在一些示例性的实施例中，调节盘33可以不旋转。可以使用不同的传统方法促使调节盘33和调节表面35抵到抛光垫3的表面7，并导致旋转。

当调节盘33置于与抛光垫3相抵时，相关的调节构件31可以沿抛光垫3移动，优选为滑动，这样旋转的抛光垫的整个表面7可以得到调节。调节盘33和调节构件31可以是独立可控的，可以以相同或不同的速度旋转，可以独立或一致地沿抛光垫3的表面7移动。

图2示出了根据示出了抛光垫3上的多(两)个调节盘33的本发明的多个调节盘CMP设备的另一个方面的透视图。每个调节盘33通过图2中未示出的关联的调节构件31保持。根据一个示例性的实施例，在台板1和抛光垫3沿方向5旋转时，抛光垫3的整个表面7能够通过滑动，如移动进行调节，调节盘33中的任一个或全部沿示例性的半径47的方向。调节盘33中的一个或全部可以邻近朝向和远离抛光垫3的中心点43，例如，沿抛光垫3的半径往返。根据一个示例性的实施例，每个调节盘33可以沿着沿半径47的扫描方向移动。根据一个具体的示例性的实施例，一个调节盘33可以沿半径47的分段46向前和向后，或向后和向前滑动，第二调节盘33可以沿半径47的分段48向前和向后滑动。以这种方式，调节盘33中的一个将扫描抛光垫3的整个半径，从而扫描抛光垫3的全部圆周。调节盘33可以一致地或彼此相关地移动。在沿表面7滑动的调节盘33的扫描速度增加时，调节质量下降。这样，根据多个调节盘的配置，能够达到所需要的每分钟的调节扫描的数目，基本为扫描速度的一半，因为当使用两个调节盘33时，每个调节盘33仅覆盖沿半径47的大约一半的扫描距离。当抛光垫3的尺寸增大到45英寸或更大时，这是尤其有利的。根据不同的示例性的实施例，各自的调节盘33可以沿相同或不同的，角度间隔的半径线移动，以覆盖整个抛光垫3。根据另外的示例性的实施例，调节盘33可以在其他方向移动以扫描整个旋转的抛光垫3。

现在转到图3，置于抛光垫3上的调节构件31通过机械耦合55互相连接，并与调节臂53连接。调节构件31可以间隔不同的适合的距离。机械耦合55可以围绕调节臂53转动，或其可以相对于调节臂53是固定的。机械耦合55可以是刚性的或动态可延伸可收回的，允许调节构件31之间的相对运动。使用传统的方法施加向下的力，促使置于调节构件31之下的调节盘抵到抛光垫3的表面7。调节构件31设置为与抛光垫3相抵时，调节臂53可以完成调节构件31沿抛光垫3的表面7的x-y平面的任何方向的移动，或箭头59所指示的旋转。可以使用传统的机械方法。根据该示例性的实施例，调节构件31的旋转速度可以是独立可控的。

图4示出了另一种示例性的配置，其中调节构件31能够独立移动。每个调节构件31连接到对应的调节臂61，每个调节臂61可以连接到独立的机械移动装置，其在沿抛光垫3的任何方向独立地移动调节臂61和对应的调节构件31，以实现调节操作。在图3和4中，应当理解的是，每个调节构件31可以是围绕其轴可旋转的，该旋转可以发生在移动期间，在该期间调节构件31沿抛光垫3的表面7滑动。

构型特征的尺寸可以根据不同的示例性的实施例而变化。根据一个示例性的实施例，调节盘33的直径可以大约为四英寸或更小，以有利地维持基本平坦和亏自由金刚石或其他的抛光表面35。在不同的示例性的实施例中，晶片11可以包括从100mm到450mm范围内的不同直径，抛光垫3可以具有大到1米或45英寸的直径。

根据本发明的示例性的方法，调节抛光垫3可以发生在晶片抛光操作期间，之前，或之后，在该晶片抛光操作中，晶片保持在晶片载体9之内并被抛光。调节可以包括同时旋转一个或多个调节构件31，沿抛光垫3在任何方向，直线或曲线地移动调节构件31。

根据一个示例性的实施例，调节臂53或调节臂61可以连接到可编程控制器，其控制调节臂的动作，从而控制相关的调节构件31，如调节构件31的旋转速度和沿抛光垫31滑动的调节构件31的位置和移动速度。根据一个示例性的实施例，这样的控制器可以被编程以使得第一调节构件31沿抛光垫3的第一半径段滑动，也使得第二调节构件31沿抛光垫3的另一个半径段滑动，这样每个调节构件31放射状地向内或向外移动，但是每次扫描仅大约为半径距离的一半，同时，抛光垫的整个半径被扫描，从而整个旋转抛光垫被调节。根据另一个示例性的实施例，可以同时使用多于两个的调节构件，他们可以位于抛光垫上的相对于晶片抛光位置的不同位置，例如，接近或远离抛光位置。可编程控制器可以独立地或共同地控制调节构件。

上述仅仅示出了本发明的原理。从而可以理解的是，虽然此处没有明确的描述或示出，但是本领域技术人员能够设计出不同的配置将本发明的原理具体化，其包括在本发明的精神和范围之内。另外，此处描述的所有的例子和调节语言主要用于仅仅教导的目的，是为了理解本发明的原理和发明人提出的概念以促进该技术，应当解释为不受具体描述的例子和条件的限制。另外，此处的所有描述说明了本发明的原理、方面和实施例，也说明了其具体的例子，用于包含其结构和功能上的等同物。另外，这样的等同物包括目前所知的等同物和未来所开发的等同物，例如，实现相同功能，不考虑其结构的所开发的任何元件。

示例性的实施例的描述用于结合附图进行阅读，附图视为全部说明书的一部分。在说明书中，关系术语如“较低”、“较高”、“水平”、“垂直”、“之上”、“之下”、“向上”、“向下”、“顶部”和“底部”及其派生词(如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等等)应当解释为描述的和/或附图中示出的方向。这些关系术语是为了描述方便，并不需要设备以具体的方向构造或操作。关于固定、连接等等的术语，如“连接”、“互连”，是指连接关系，其中结构直接地或间接地通过中间结构互相连接或固定，可移动的或刚性连接或关系也同样如此，除非另外进行明确描述。

虽然本发明已经根据示例性的实施例进行了描述，但是本发明不限制于此。同时，附加的权利要求应当宽范围地解释，以包括本领域技术人员在不偏离本发明的范围和等同范围的情况下可以做出的本发明的其他变体和实施例。

Claims (15)

1.一种用于在衬底上进行化学机械抛光(CMP)的方法，包括：

在CMP设备的抛光垫上同时抛光所述衬底或置于所述衬底之上的材料，使用多于一个独立的可控制调节构件，通过促使每个所述调节构件的金刚石表面压到所述抛光垫上来调节所述抛光垫。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括旋转每个所述调节构件的每个所述金刚石表面，

其中每个所述调节构件包括盘，其中所述金刚石表面形成所述盘的表面。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述抛光垫置于台板上，并相对于所述台板固定，所述抛光包括旋转所述台板，

所述方法还包括沿所述抛光垫的径向同时滑动每个所述调节构件，包括仅沿所述抛光垫的半径的第一分段滑动第一所述调节构件，以及沿所述抛光垫的所述半径的又一分段滑动第二所述调节构件，这样调节所述抛光垫的所有位置。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括移动每个所述调节构件抵到所述抛光垫的表面，其中所述多于一个调节构件彼此连接。

5.根据权利要求1所述的方法，其中使用多于一个独立可控制的调节构件所述调节所述抛光垫包括相对于彼此移动所述调节构件，抵到所述抛光垫的表面。

6.一种用于调节化学机械抛光(CMP)设备的抛光垫的方法，包括：同时促使多于一个独立可控制的调节构件抵到所述CMP设备的旋转的抛光垫，每个所述调节构件包括接触所述旋转的抛光垫的调节表面。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述同时促使包括独立地沿所述旋转的抛光垫的表面移动每个所述调节表面。

8.根据权利要求6所述的方法，还包括：滑动每个所述调节表面抵到所述抛光垫的表面，其中所述调节构件彼此连接；和/或在所述同时促使时，同时在所述旋转的抛光垫上抛光形成在衬底之上的材料。

9.根据权利要求6所述的方法，还包括同时沿所述旋转的抛光垫的半径的第一分段滑动第一所述调节表面，独立地滑动第二所述调节表面抵到所述旋转的抛光垫的半径的又一分段，这样调节了整个所述抛光垫。

10.一种化学机械抛光(CMP)设备，包括：

固定设置在可旋转的台板上的抛光垫；

载体，其保持待抛光的半导体晶片，抵到所述抛光垫；以及

多于一个分离的调节固定物，每个独立可控，包括与所述抛光垫相接触的调节盘。

11.根据权利要求10所述的CMP设备，其中每个所述调节盘具有金刚石表面，每个所述分离的调节固定物包括用于使得每个所述相关的调节盘滑动穿过所述抛光垫的移动装置。

12.根据权利要求11所述的CMP设备，其中所述分离的调节固定物通过可延伸和可收回的构件彼此连接和/或能够相对于彼此独立地移动。

13.根据权利要求10所述的CMP设备，还包括用于向抵到所述抛光垫的每个所述调节盘施加力的装置。

14.根据权利要求10所述的CMP设备，其中每个所述调节盘包括刚毛和金刚石表面之一，每个所述分离的调节固定物是可旋转的。

15.根据权利要求10所述的CMP设备，其中所述半导体晶片包括大约为450mm的直径，每个所述调节盘为具有直径大约100mm的盘的表面。

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