CN100385632C - 避免研磨浆料残留的化学机械研磨方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种CMP装置，其中该装置具有至少一设于其底座周边的喷孔，以便于将去离子水喷洒至该研磨浆料喷孔，进而避免研磨浆料结晶堵塞该喷孔。

Description

避免研磨浆料残留的化学机械研磨方法及设备
技术领域
本发明提供一种化学机械研磨(chemical mechanical polishing，CMP)方法及设备，特别是一种避免供应器喷孔为研磨浆料结晶堵塞的化学机械研磨方法及设备。
背景技术
随着芯片上组件朝小而密集的趋势发展，微影曝光焦深(depth of focus)的要求亦渐趋严苛。因为在超大规模集成电路(very large scale integration，VLSI)和极超大规模集成电路(ultra large scale integration，ULSI)制作工艺中，大量形成在半导体芯片上的各式组件以及多层金属内联机层等对象，会在半导体芯片上形成陡峭地势(severe topography)，进而造成后续沉积或图案转移(pattem transfer)制作工艺的困难。因此在进行后续程序前，必须先在芯片表面进行一平坦化(planarization)制作工艺。
传统的平坦化技术以旋涂玻璃(spin on glass，SOG)和阻剂填平后蚀刻(resist etch back，REB)技术为主，然而SOG与REC无法在250纳米(nm)以下的制作工艺中进行全面平坦化(global planarization)。因此目前在VLSI和ULSI制作工艺中主要采取化学机械研磨(chemical mechanical polishing，CMP)技术进行平坦化。
一般而言，CMP技术是利用适当的研磨浆料以及机械研磨的方式，来均匀地去除一半导体芯片上具有不规则表面的目标薄膜层(target thin film)，以使半导体芯片在经过CMP处理后能够具有一平坦且规则(regular andplanar)的表面。其中，研磨浆料一般由化学助剂以及研磨粉体所构成，而化学助剂可能为pH值缓冲剂、氧化剂或界面活性剂等，至于研磨粉体则可能为硅土或铝土等成分。借由化学助剂所提供的化学反应，以及研磨粉体和晶圆与研磨垫间产生的机械研磨效应，可有效平坦化晶圆表面。
其中该研磨浆料一般由化学助剂以及研磨粉体所构成，而该化学助剂可能为pH值缓冲剂、氧化剂或界面活性剂等，至于该研磨粉体则可能为硅土、铝土或氧化锆等成分。而该化学助剂所提供的化学反应，以及该研磨粉体和芯片与研磨垫间产生的机械研磨效应，可有效平坦化芯片表面。
然而，该些研磨浆料残余物，以及被磨除的芯片表面碎屑将会残留在装置组件上以及芯片上造成污染。例如：残留的微粒子可能造成氧化物易崩溃，多晶硅和金属会造成接面漏电或桥接，从而降低芯片的良率以及可靠度。因此，必须在CMP工艺后进行一洗净程序，避免上述污染。目前传统的洗净方法包括湿式化学槽、超声波(megasonic，ultrasonic，supersonic或finesonic)和刷洗机(brush scrubber)清洗等。该些洗净程序可去除晶圆上的污染物，避免该些污染物在造成芯片表面缺陷。
然而，该些清洗方式无法清除研磨浆料供应器、研磨头等装置组件上的污染物。例如，研磨浆料供应器的喷孔即可能因研磨浆料结晶而受到堵塞，该些结晶物亦可能落在芯片上造成芯片的刮伤(scratch)。因此需要有效的方法解决上述问题。
发明内容
因此，本发明的主要目的在于提供一种CMP方法，以改善传统CMP工艺中CMP装置组件上残留污染物的问题。
本发明的另一目的在于提供一种CMP装置，以进行上述的CMP方法。
根据本发明，提供一CMP装置，其包括一具有一中央区域与一周边区域的底座，其中在该中央区域设有一平台，在该平台上置有一研磨垫，并在该周边区域设有至少一喷嘴。此外，该装置还包括一设在该研磨垫上方的一供应器，该供应器上具有至少一喷孔，并可用于将研磨浆料或去离子水喷洒在该研磨垫上。利用该装置进行一研磨工艺，在该制作工艺中，利用一芯片承载器承载一芯片，并使该芯片与该研磨垫接触。并在该研磨工艺完成后，进行一清洗工艺，利用该供应器将去离子水经由该喷孔喷洒在研磨垫上，同时利用该周边区域上的该喷嘴将去离子水喷洒至该供应器上的该喷孔，以避免研磨浆料结晶堵塞该喷孔。
本发明提供的CMP方法与装置可有效清除供应器喷孔、以及其它组件上残留的研磨浆料或其它污染物，防止喷孔的堵塞以及避免该些污染物在其后的制作工艺中造成芯片的刮伤。
附图说明
图1为根据本发明的具体实施例的的化学研磨装置的示意图。
主要组件符号说明
210    CMP装置   222    平台
212    芯片      230    供应器
214    承载器    231    喷孔
216    底座      232    喷嘴
218    轴        A      中央区域
220    研磨垫    B      周边区域
具体实施方式
相较于传统的CMP方法与装置，本发明的CMP方法与装置能在每一次润洗程序中对研磨浆料供应器等装置组件进行清洗，从而有效避免该些组件上残留的污染物影响后续CMP工艺的质量。
请参考图1，其显示本发明CMP装置的优选实施例的结构示意图。如图1所示，本发明CMP装置210包括一底座216，底座216上有一平台222。以平台222的边缘为界线，可将底座216分为中央区域A与周边区域B两部分。在该底座的中央区域A中，平台222上有一研磨垫220；特别的是，本发明在底座216的周边区域B中，设有多个可调整喷洒角度的喷嘴232，以进行去离子水的喷洒。而在研磨垫220上方有一用于承载芯片212且可旋转的芯片承载器214，以及一个用于提供研磨浆料或去离子水等的供应器230。其中供应器230内含一研磨浆料管线以及一去离子水管线(未显示)，且具有至少一个的喷孔231，以分别依需要自喷孔提供研磨浆料或去离子水。
此外，平台222中央有一连至该研磨装置底座的轴218，且轴218由该底座内的马达(未显示)驱动，从而转动该平台222与该研磨垫220。
根据本发明的方法的一优选具体实施例，以芯片承载器214承载芯片212，而使其与研磨垫220接触。接着以具有喷孔231的供应器230提供研磨垫220研磨浆料，同时使芯片212与研磨垫220产生相对运动。例如，利用该马达所驱动的轴218使该平台222顺时针转动，并使该承载器214承载芯片212以逆时针方向转动。同时，由研磨浆料供应器230在研磨垫220上提供研磨浆料，例如：悬浮在氢氧化钾水溶液中的胶质硅，以促进对芯片212的研磨。而在研磨工艺结束后，进行一清洗工艺。
在该清洗工艺中，由供应器230提供去离子水在芯片212上，并由该些喷嘴232提供去离子水至供应器喷孔231上，其中喷嘴232的角度可调整，以使去离子水以适当的角度喷向喷孔231。此外，由于供应器230的去离子水管线与喷嘴232的去离子管线(未显示)连向同一去离子水源，因此两者可一同开启并同时洒水。
在本发明的另一具体实施例中，该些喷嘴232为角度固定的喷嘴，只是喷嘴232以一预定角度向喷孔231洒水。其中预定角度指喷嘴232喷洒出的去离子水可冲洗喷孔231的情况下，喷嘴232与喷孔231所形成的角度。
相较于传统技术，本发明在CMP装置210上特别提供至少一喷嘴232，该喷嘴232可在同一清洗工艺中进行研磨浆料供应器230及其上喷孔231的清洗，因此，无须额外的清洗步骤，即可清洗残留的研磨浆料结晶，以避免该些残留物影响后续制作工艺的质量。此外，由于该喷嘴232设在装置210现有的周围空间(周边区域B)，亦即以现有的机台可直接加装，易于实施应用。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种化学机械研磨方法，该方法至少包括以下步骤：
提供一化学机械研磨装置，其包括一具有一中央区域与一周边区域的底座，其中于该中央区域设有一平台，在该平台上置有一研磨垫，并在该周边区域设有至少一喷嘴；该装置还包括一设在该研磨垫上方的一供应器，该供应器上具有至少一喷孔用于将研磨浆料或去离子水喷洒在该研磨垫上；
进行一研磨工艺，其中利用一芯片承载器承载一芯片，并使该芯片与该研磨垫接触；以及
完成该研磨工艺后，进行一清洗工艺，利用该供应器将去离子水经由该喷孔喷洒在研磨垫上，同时利用该周边区域上的该喷嘴将去离子水喷洒至该供应器上的该喷孔，以避免研磨浆料结晶堵塞该喷孔。
2.根据权利要求1所述的方法，其中上述的平台中央有一连至该研磨装置底座的轴，且该轴系由该底座内的马达驱动，从而转动该平台与该研磨垫。
3.根据权利要求1所述的方法，其中上述的供应器中内含一研磨浆料管线，和一连至一去离子水供应源的第一去离子水管线。
4.根据权利要求3所述的方法，其中上述的喷嘴由一第二去离子水管线连至该去离子水供应源。
5.根据权利要求1所述的方法，其中上述的喷嘴可调整角度。
6.一种化学机械研磨装置，该装置至少包括以下组件：
一具有一中央区域与一周边区域的底座，其中在该中央区域设有一平台，在该平台上置有一研磨垫，并在该周边区域设有至少一喷嘴；
一设在该研磨垫上方的一供应器，该供应器上具有至少一喷孔用于将研磨浆料或去离子水喷洒在该研磨垫上；以及
一芯片承载器以承载一芯片，并使该芯片与该研磨垫接触；
其中该喷嘴在一清洗工艺中，将去离子水喷洒至该供应器上的该喷孔，以避免研磨浆料结晶堵塞该喷孔。
7.根据权利要求6所述的装置，其中上述的平台中央有一连至该研磨装置底座的轴，且该轴由该底座内的马达驱动，从而转动该平台与该研磨垫。
8.根据权利要求6所述的装置，其中上述的供应器中内含一研磨浆料管线，和一连至一去离子水供应源的第一去离子水管线。
9.根据权利要求8所述的装置，其中上述的喷嘴由一第二去离子水管线连至该去离子水供应源。
10.根据权利要求6所述的装置，其中上述的该喷嘴可调整角度。
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