TW202401548A - 凝結氣體墊調節器 - Google Patents

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Abstract

拋光系統包括：一平台，該平台支撐一拋光墊；一載體頭，該載體頭維持一基板抵靠該拋光墊；乾冰顆粒的一源；及一墊調節器。該墊調節器包括：一壓縮器、一混合器、及一噴嘴，該壓縮器產生一壓縮的氣體流，該混合器耦合至該源及該壓縮器以混合該等乾冰顆粒與該壓縮的氣體流以形成具有夾帶乾冰顆粒的一壓縮氣體流，該噴嘴耦合至該混合器而以足夠的速度引導具有夾帶乾冰顆粒的該壓縮氣體流至該拋光墊的一拋光表面上，以調節該拋光墊。

Description

凝結氣體墊調節器
本揭示案相關於化學機械拋光，且更具體地相關於拋光墊調節器。
通常藉由在矽晶圓上依序沉積導電層、半導體層、或絕緣層而在基板上形成積體電路。一個製造步驟涉及在非平面表面上沉積填充層並平面化填充層。對於某些應用，導電填充層被平面化，直到暴露圖案化層的頂部表面。對於其他應用，例如氧化物拋光，填充層被平面化，直到在非平面表面上留下預定的厚度。此外，光刻通常需要基板表面的平坦化。
化學機械拋光(CMP)是一種公認的平面化方法。這種平坦化方法通常需要將基板安裝在載體或拋光頭上。基板的暴露表面通常被放置抵靠旋轉的拋光墊。載體頭在基板上提供可控制的負載，以將其推動抵靠拋光墊。通常將拋光液供應到拋光墊的表面。
拋光系統通常包括調節器系統以調節拋光墊。拋光墊的調節使拋光表面保持一致的粗糙度，以確保從晶圓到晶圓均勻的拋光條件。傳統的調節器系統具有調節器頭以維持具有研磨下表面的調節器盤(例如具有金剛石顆粒)，該研磨下表面被放置成與拋光墊接觸。
在一個態樣中，拋光系統包括：一平台，該平台支撐一拋光墊；一載體頭，該載體頭維持一基板抵靠該拋光墊；乾冰顆粒的一源；及一墊調節器。該墊調節器包括：一壓縮器、一混合器、及一噴嘴，該壓縮器產生一壓縮的氣體流，該混合器耦合至該源及該壓縮器以混合該等乾冰顆粒與該壓縮的氣體流以形成具有夾帶乾冰顆粒的一壓縮氣體流，該噴嘴耦合至該混合器而以足夠的速度引導具有夾帶乾冰顆粒的該壓縮氣體流至該拋光墊的一拋光表面上，以調節該拋光墊。
在另一態樣中，調節一拋光墊的方法包括以下步驟：混合乾冰顆粒與一壓縮空氣流以形成具有夾帶乾冰顆粒的一壓縮氣體流；及經由一噴嘴以足夠的速度引導具有夾帶乾冰顆粒的該壓縮氣體流至該拋光墊的一拋光表面上，以調節該拋光墊。
可選地，實作可包括但不限於以下優點之其中一者或更多者。
冷的凝結氣體在調節及/或清潔上可能比金剛石研磨盤更有效。例如，凝結氣體的昇華可將碎屑從拋光墊提起，且可提供增加的清潔度。作為另一範例，凝結氣體顆粒對墊的衝擊可更快地達到期望的粗糙度。拋光墊的整個徑向長度可被一次性調節，從而減低避免需要清掃調節區域並改善調節均勻性。可減低墊調節及/或清潔時間，從而改善系統工作週期。避免了對磨損的可更換調節盤的需求，從而減低了拋光系統針對更換調節盤而進行維護的停機時間。可避免乾燥研磨顆粒在調節盤上的累積，這可藉由減低刮痕和缺陷來改善拋光品質。可改善拋光系統的生產率，因為用於墊調節器清潔處理的時間更少。
在附圖和以下說明書中闡述了一個或更多個實作的細節。由說明書和圖式及由請求項，其他態樣、特徵、和優點將是顯而易見的。
在化學機械拋光處理期間，由於摩擦和壓縮，拋光墊表面可變得更光滑，拋光碎屑可被壓迫進入拋光墊。拋光系統通常包括調節器系統，調節器系統具有調節器頭和具有研磨下表面的調節器盤，以調節拋光墊並將拋光墊從基板到基板保持在一致的粗糙度並移除拋光碎屑。然而，調節盤本身會磨損且需要定期更換。這需要將拋光系統關機以進行維護。此外，研磨漿可飛濺並黏至調節盤。隨著時間的推移，拋光墊上的乾燥或凝固拋光液的積聚具有多種有害效應。例如，較大的顆粒可能會被移出並返回拋光表面，從而產生刮痕和缺陷的危險。清潔調節頭和調節盤需要大量的非生產時間，以防止乾燥的拋光液積聚。
替代的調節技術是將冷的凝結氣體射流(例如乾冰顆粒，亦即固體CO 2)引導到拋光墊上。如果以足夠高的速度噴射，顆粒的衝擊可研磨拋光表面並鬆動碎屑。此外，顆粒的昇華產生可帶走碎屑的氣體。
儘管已提出使用乾冰以用於拋光墊表面的溫度控制，執行調節處理的操作方式應是完全不同的，例如，更高的速度和更大的顆粒尺寸。簡而言之，使用乾冰進行溫度控制不會固有地導致調節操作。
圖1展示可操作以拋光基板10的拋光系統20。拋光系統20包括可旋轉的平台24，拋光墊30位於平台24上。可操作平台24以繞著軸25旋轉(參見圖2中的箭頭A)。例如，馬達22可轉動驅動軸件28以旋轉平台24。拋光墊30可為具有外拋光層34的兩層拋光墊，外拋光層34具有拋光表面36和較軟的背層32。
拋光系統20包括供應端口64(例如在漿供應臂62的末端處)以將拋光液60(例如研磨漿)分配到拋光墊30上。
拋光系統20包括載體頭70，可操作載體頭70以將基板10保持抵靠拋光墊30。載體頭70可包括具有基板安裝表面以接觸基板10背側的撓性膜80，及複數個可加壓腔室82以將不同的壓力施加到基板10上的不同區，例如不同的徑向區。載體頭70從支撐結構72(例如轉盤或軌道)懸掛，並藉由載體驅動軸件74連接到載體頭旋轉馬達76，使得載體頭可繞著軸71旋轉。另外，載體頭70可橫向地跨拋光墊30擺動，例如，藉由在被致動器驅動的轉盤72中的徑向槽中移動、藉由馬達驅動的轉盤的旋轉、或藉由致動器驅動沿著軌道來回移動。在操作中，平台24繞著其中心軸25旋轉，且載體頭70繞著其中心軸71旋轉並橫向跨拋光墊30的頂部表面平移。
參照圖2，在一些實作中，拋光系統20包括溫度控制系統40以控制拋光墊30及/或拋光墊上的漿38的溫度。溫度控制系統40可提供冷卻系統及/或加熱系統。溫度控制系統40可藉由從源48輸送溫度控制的媒體(例如液體、蒸汽或噴霧)到拋光墊30的拋光表面36上(或到已存在於拋光墊上的拋光液上)。
範例的溫度控制系統40包括臂42，臂42在平台24和拋光墊30上從拋光墊的邊緣延伸到或至少靠近(例如，在拋光墊的總半徑的5%內)拋光墊30的中心。臂42可由底座44支撐，且底座44可被支撐在與平台24相同的框架40上。底座44可包括一個或更多個致動器(例如線性致動器)以升高或降低臂42，及/或旋轉致動器以使臂42在平台24上橫向擺動。將臂42定位成避免與其他硬體部件(例如拋光頭70和漿分配臂62)碰撞。
臂42可包括或支撐一個或更多個孔46(例如噴嘴)，溫度***體經由孔46噴灑到拋光墊上。雖然圖2圖示了單個臂，可有多個臂，例如，一個專用於加熱的臂和一個專用於冷卻的臂。
針對冷卻，冷卻媒體可為氣體，例如空氣，或液體，例如水。媒體可處於室溫或冷卻至低於室溫，例如，在攝氏5至15度。在一些實作中，冷卻系統使用空氣和液體的噴霧，例如，液體(例如水)的霧化噴霧。特別地，冷卻系統可具有產生被冷卻至低於室溫的水的霧化噴霧的噴嘴。在一些實作中，固體材料可與氣體及/或液體混合。固體材料可為冷卻材料，例如冰，或當溶解在水中時例如藉由化學反應吸收熱的材料。
針對加熱，加熱媒體可為氣體，例如蒸汽或加熱的空氣，或液體，例如加熱的水，或氣體和液體的組合。媒體高於室溫，例如在攝氏40至120度，例如在攝氏90至110度。媒體可為水，例如實質純的去離子水，或包含添加劑或化學物質的水。在一些實作中，溫度控制系統使用蒸汽噴霧。蒸汽可包括添加劑或化學物質。
拋光系統20還可包括高壓清洗系統50。高壓清洗系統50包括複數個噴嘴54，例如三個至二十個噴嘴，以將清潔流體(例如水)以高強度引導到拋光墊30上，以清滌墊30並移除用過的漿、拋光碎屑等。
如圖2中所展示，範例的清洗系統50包括臂52，臂52在平台24和拋光墊30上從拋光墊的邊緣延伸到或至少靠近(例如，在拋光墊的總半徑的5%內)拋光墊30的中心。
臂52可由底座54支撐，且底座54可被支撐在與平台24相同的框架40上。底座52可包括一個或更多個致動器(例如線性致動器)以升高或降低臂52，及/或旋轉致動器以在平台24上橫向擺動臂52。
將臂52定位成避免與其他硬體部件(例如拋光頭70、漿分配臂62、和溫度控制系統40)碰撞。沿著平台24的旋轉方向，高壓清洗系統50的臂可位於漿輸送臂62和調節器系統的臂之間。
在一些實作中，拋光系統20包括擦拭器刀片或主體66以將拋光液38均勻地跨拋光墊30分佈。沿著平台24的旋轉方向，擦拭器刀片66可位於漿輸送臂62和載體頭70之間。
拋光系統20還可包括高壓清洗系統50。高壓清洗系統50包括複數個噴嘴54，例如三個至二十個噴嘴，以將清潔流體(例如水)以高強度引導到拋光墊30上，以清滌墊30並移除用過的漿、拋光碎屑等。
參考圖1和2，拋光系統20包括調節系統100，調節系統100使用冷的凝結氣體射流來調節拋光墊30的拋光表面36。範例的調節系統100包括在平台24及拋光墊30上從拋光墊邊緣延伸到或至少靠近(例如，在拋光墊的總半徑的5%內)拋光墊30的中心的臂102。
臂102可由底座104支撐，且底座104可被支撐在與平台24相同的框架40上。底座104可包括一個或更多個致動器(例如線性致動器)以升高或降低臂102，及/或旋轉致動器以在平台24上橫向擺動臂104。
將臂104定位成避免與其他硬體部件(例如清洗系統52、溫度控制系統40、漿分配臂62、和拋光頭70)碰撞。沿著平台24的旋轉方向，調節系統100的臂102可位於載體頭70和溫度控制系統的臂42(如果存在)或漿分配臂62之間。沿著平台24的旋轉方向，部件可按以下順序排列：調節系統100的臂102、清洗系統50的臂52(可選的)、溫度控制系統40的臂42(可選的)、漿分配臂62、擦拭器刀片66(可選的)、和拋光頭70。
調節系統100經配置以引導冷的凝結氣體經過一個或更多個開口106(例如在一個或更多個噴嘴108中)，在臂102中形成或從臂102懸掛該等開口。特別地，調節系統可具有複數個開口106。噴嘴108可為收斂-發散噴嘴，例如Venturi噴嘴。每個噴嘴108可恰好提供一個開口106。在操作中，臂110可由底座104支撐，使得噴嘴108藉由間隙126與拋光墊30分開。間隙126可為1到10 cm。
各種開口106可將冷的凝結氣體的射流122引導到拋光墊30上的不同徑向區124上。相鄰的徑向區可重疊。可選地，一些開口106可經定向以使得來自該開口的噴霧的中心軸(D)相對於拋光表面36呈斜角。可從一個或更多個開口106引導射流以在由於平台24的旋轉而在衝擊區域中具有與拋光墊30的運動方向(E)相反的方向上的水平分量(D)。
雖然圖1和2圖示了以均勻間隔隔開的開口106和噴嘴108，這不是必需的。開口(例如噴嘴)可徑向地或成角度地(或兩者)非均勻地分佈。例如，開口106可朝著拋光墊30的外邊緣更密集地聚集(以補償在外半徑處被覆蓋的更大區域)。此外，雖然圖1和2圖示了九個開口，開口的數量可更多或更少。
冷的凝結氣體的射流122可包括由載體氣體載送的凝結氣體的冷的固體顆粒。特別地，冷的固體顆粒可為乾冰顆粒，亦即固體二氧化碳。載體氣體可為空氣，也可為淨化氣體，例如氮。
參考圖3，範例的調節系統100將空氣吸入壓縮器130。壓縮的空氣被引導經過乾燥器132以從空氣流移除多餘的水。然後，在混合器134中將壓縮的乾燥空氣與乾冰混合，例如，乾冰顆粒被夾帶在壓縮的空氣流中。混合器134可包括饋送器136以接收乾冰粒或乾冰厚塊，及切碎機138(例如一對帶刀片的輥)以將大的乾冰塊切碎成適合夾帶進入壓縮的空氣流的較小顆粒。
顆粒可具有0.05至5 mm的平均直徑，例如0.1至1 mm。在一些實作中，具有至少0.05mm的平均直徑，例如，至少0.1 mm，例如，至少0.2 mm，例如，至少0.3 mm，例如，至少0.5 mm，例如，至少1 mm。在一些實作中，具有至多0.1 mm的平均直徑，例如至多0.2 mm、例如至多0.3 mm、例如至多0.5 mm、例如至多2 mm、例如至多3 mm、例如至多5 mm。
可選地，具有夾帶乾冰顆粒的壓縮的空氣流被引導經過過濾器140以阻擋超過臨界值尺寸的乾冰顆粒。
具有夾帶乾冰顆粒的壓縮的空氣流經過噴嘴108的開口106以形成被引導到拋光墊30的表面36上的乾冰顆粒126的射流122。例如，具有夾帶的乾冰顆粒的壓縮的空氣流可通過絕緣導管(例如由管道、管路等提供)和臂102中的導管140至噴嘴108。雖然圖3圖示了單個噴嘴，可有多個開口和多個噴嘴，如圖1及2中所展示。
當壓縮的氣體通過噴嘴108或離開開口106時，它可膨脹使得乾冰顆粒被高速載送。乾冰顆粒對拋光表面的衝擊和乾冰的昇華可起到研磨拋光墊30及/或移出和帶走黏在拋光墊上的碎屑的作用，從而調節拋光墊30。
在一些實作中，乾冰顆粒以高達Mach 1.5的速度撞擊拋光表面。在一些實作中，乾冰顆粒以至少50 m/s的速度撞擊拋光表面，例如，至少100 m/s，例如，至少150 m/s，例如，至少200 m/s，例如，至少250 m/s，例如，至少300 m/s，例如，至少343 m/s。在一些實作中，乾冰顆粒以至多100 m/s的速度撞擊拋光表面，例如，至多150 m/s，例如，至多200 m/s，例如，至多250 m/s，例如，最多300 m/s，例如，至多343 m/s (Mach 1)，例如，至多Mach 1.25。在一些實作中，乾冰顆粒在噴嘴內或出口處達到超音速，亦即，高於343 m/s。
已描述了許多實施例。然而，應理解，可進行各種修改。據此，其他實施例在以下請求項的範圍內。
10:基板 20:拋光系統 22:馬達 24:平台 25:軸 28:驅動軸件 30:拋光墊 32:背層 34:外拋光層 36:拋光表面 38:漿 40:溫度控制系統 42:臂 44:底座 46:孔 48:源 50:高壓清洗系統 52:臂 54:噴嘴 60:拋光液 62:漿供應臂 64:供應端口 66:擦拭器刀片或主體 70:載體頭 71:軸 72:支撐結構 74:載體驅動軸件 76:載體頭旋轉馬達 80:撓性膜 82:可加壓腔室 100:調節系統 102:臂 104:底座 106:開口 108:噴嘴 110:臂 122:射流 124:徑向區 126:間隙 130:壓縮器 132:乾燥器 134:混合器 136:饋送器 138:切碎機 140:過濾器
圖1是包括墊調節器系統的拋光系統的示意性橫截面視圖。
圖2是拋光系統的示意性頂部視圖。
圖3是調節系統的示意圖。
各圖式中相同的參考數字和標示指示相同的元件。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
30:拋光墊
36:拋光表面
100:調節系統
102:臂
106:開口
108:噴嘴
122:射流
126:間隙
130:壓縮器
132:乾燥器
134:混合器
136:饋送器
138:切碎機
140:過濾器

Claims (19)

  1. 一種拋光系統，包括： 一平台，該平台支撐一拋光墊； 一載體頭，該載體頭維持一基板抵靠該拋光墊； 乾冰顆粒的一源；及 一墊調節器，該墊調節器包括：一壓縮器、一混合器、及一調節器噴嘴，該壓縮器產生一壓縮的氣體流，該混合器耦合至該源及該壓縮器以混合該等乾冰顆粒與該壓縮的氣體流以形成具有夾帶乾冰顆粒的一壓縮氣體流，該調節器噴嘴耦合至該混合器而以足夠的速度引導具有夾帶乾冰顆粒的該壓縮氣體流至該拋光墊的一拋光表面上，以調節該拋光墊。
  2. 如請求項1所述之拋光系統，包括用於乾冰塊的一切碎機並將該等塊切碎以形成該等乾冰顆粒。
  3. 如請求項1所述之拋光系統，其中該切碎機經配置以形成具有0.1至5 mm的一平均直徑的乾冰顆粒。
  4. 如請求項1所述之拋光系統，包括一控制器，該控制器操作該壓縮器，使得具有夾帶乾冰顆粒的該壓縮氣體流以100 m/s及Mach 1.5之間的一速度來衝擊該拋光表面。
  5. 如請求項1所述之拋光系統，其中該墊調節器包括在該平台上延伸的一臂，其中該墊調節器包括耦合至該混合器的複數個噴嘴而以足夠的速度引導具有夾帶乾冰顆粒的該壓縮氣體流至該拋光表面上，以調節該拋光墊。
  6. 如請求項5所述之拋光系統，其中該複數個噴嘴沿著該臂均勻地間隔。
  7. 如請求項5所述之拋光系統，其中該複數個噴嘴沿著該臂非均勻地間隔。
  8. 如請求項7所述之拋光系統，其中該等噴嘴更靠近該平台的一邊緣比該平台的該中心更密集地間隔。
  9. 如請求項5所述之拋光系統，進一步包括一漿供應臂，該漿供應臂具有一端口以分配一拋光液至該拋光墊。
  10. 如請求項9所述之拋光系統，進一步包括一溫度控制系統，該溫度控制系統包括一臂以支撐一噴嘴以引導一溫度***體至該拋光墊上。
  11. 如請求項10所述之拋光系統，其中該載體頭、該調節器系統的該臂、該溫度控制系統的該臂、及該漿供應臂沿著該平台的一旋轉方向以陳述順序排列。
  12. 如請求項10所述之拋光系統，進一步包括一墊清洗系統，該墊清洗系統包括一臂以支撐一噴嘴以引導一清潔媒體至該拋光墊上。
  13. 如請求項12所述之拋光系統，其中該載體頭、該調節器系統的該臂、該墊清洗系統的該臂、該溫度控制系統的該臂、及該漿供應臂沿著該平台的一旋轉方向以陳述順序排列。
  14. 一種調節一拋光墊的方法，包括以下步驟： 混合乾冰顆粒與一壓縮空氣流以形成具有夾帶乾冰顆粒的一壓縮氣體流；及 經由一噴嘴以足夠的速度引導具有夾帶乾冰顆粒的該壓縮氣體流至該拋光墊的一拋光表面上，以調節該拋光墊。
  15. 如請求項14所述之方法，其中該等乾冰顆粒具有0.1至5 mm的一平均直徑。
  16. 如請求項14所述之方法，其中具有夾帶乾冰顆粒的該壓縮氣體流經由該噴嘴以超音速流動。
  17. 如請求項14所述之方法，其中具有夾帶乾冰顆粒的該壓縮氣體流以100 m/s及Mach 1.5之間的一速度來衝擊該拋光表面。
  18. 如請求項14所述之方法，進一步包括以下步驟：經由一第二噴嘴分配一溫度***體至該拋光表面上。
  19. 如請求項14所述之方法，進一步包括以下步驟：經由一第三噴嘴分配一清洗流體至該拋光表面上。
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