CN103846770B - 抛光系统和抛光方法 - Google Patents

抛光系统和抛光方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103846770B
CN103846770B CN201310182347.8A CN201310182347A CN103846770B CN 103846770 B CN103846770 B CN 103846770B CN 201310182347 A CN201310182347 A CN 201310182347A CN 103846770 B CN103846770 B CN 103846770B
Authority
CN
China
Prior art keywords
polishing
semiconductor crystal
wafer
crystal wafer
region
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
CN201310182347.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103846770A (zh
Inventor
林士琦
吴坤泰
周友华
李志聪
洪敏皓
吴志仁
黄振铭
黃循康
詹金祥
杨智渊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Original Assignee
Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
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 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd filed Critical Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Publication of CN103846770A publication Critical patent/CN103846770A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103846770B publication Critical patent/CN103846770B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B24B37/07—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool
    • B24B37/10—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool for single side lapping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11—Lapping tools
    • B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02002—Preparing wafers
    • H01L21/02005—Preparing bulk and homogeneous wafers
    • H01L21/02008—Multistep processes
    • H01L21/0201—Specific process step
    • H01L21/02021—Edge treatment, chamfering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02002—Preparing wafers
    • H01L21/02005—Preparing bulk and homogeneous wafers
    • H01L21/02008—Multistep processes
    • H01L21/0201—Specific process step
    • H01L21/02024—Mirror polishing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/32115—Planarisation
    • H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/673—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere using specially adapted carriers or holders; Fixing the workpieces on such carriers or holders
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/677—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations
    • H01L21/67703—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations between different workstations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/20—Sequence of activities consisting of a plurality of measurements, corrections, marking or sorting steps
    • H01L22/26—Acting in response to an ongoing measurement without interruption of processing, e.g. endpoint detection, in-situ thickness measurement
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

一种用于抛光半导体晶圆的抛光系统包括用于保持半导体晶圆的晶圆支撑件以及用于抛光半导体晶圆的区域的第一抛光垫。半导体晶圆具有第一直径，而第一抛光垫具有短于第一直径的第二直径。本发明还提供了抛光方法。

Description

抛光系统和抛光方法
技术领域
本发明一般地涉及半导体技术领域，更具体地来说，涉及抛光系统和抛光方法。
背景技术
通常在半导体晶圆上制造集成电路，并且在同一晶圆上同时制造多个独立管芯。加工步骤用于在半导体晶圆上形成金属层和介电层从而限定互连结构以及有源和无源电子器件。许多加工步骤产生非平面层。然而，通常期望集成电路的层具有均匀的厚度。因此，需要抛光来提供均匀的厚度以及光滑的层表面，这不仅能确保器件性能还有助于后续的加工步骤。
抛光技术包括机械平坦化(MP)和化学机械平坦化/抛光(CMP)。典型的CMP系统包括大的抛光垫，在该抛光垫上引入化学研磨液以便于晶圆抛光；以及抛光头。为了抛光半导体晶圆，通过抛光头保持半导体晶圆，并且抛光头同时施加作用力以将半导体晶圆按压到旋转抛光垫上，同时还旋转半导体晶圆。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本发明的一方面，提供了一种用于抛光半导体晶圆的抛光系统，包括：晶圆支撑件，用于保持所述半导体晶圆，所述半导体晶圆具有第一直径；以及第一抛光垫，用于抛光所述半导体晶圆的区域，所述第一抛光垫的第二直径小于所述第一直径。
在该抛光系统中，所述晶圆支撑件是晶圆工作台。
在该抛光系统中，所述晶圆支撑件是抛光头。
该抛光系统还包括：垫定位机构，用于相对于所述半导体晶圆的表面在三个维度上移动所述第一抛光垫。
该抛光系统还包括：研磨液供给系统，用于将研磨液引入所述半导体晶圆的所述区域。
在该抛光系统中，所述第一抛光垫是斜面抛光垫，并且所述区域是所述半导体晶圆的斜面。
在该抛光系统中，所述区域是与所述半导体晶圆近似同心的环状区域，并且所述区域的外半径小于所述半导体晶圆的外半径。
该抛光系统还包括：第二抛光垫，用于抛光所述半导体晶圆的第二区域，所述第二抛光垫的第三直径小于或等于所述第一直径的大约四分之一；其中，所述第一抛光垫的第二直径小于或者等于所述第一直径的大约四分之一。
在该抛光系统中，所述区域是与所述半导体晶圆近似同心的第一环状区域；所述第二区域是与所述半导体晶圆近似同心的第二环状区域；以及所述第一环状区域和所述第二环状区域不重叠。
该抛光系统还包括用于清洁所述半导体晶圆的所述区域的清洁系统。
根据本发明的另一方面，提供了一种抛光方法，包括：在晶圆支撑件上提供具有第一直径的半导体晶圆；以及使用具有小于所述第一直径的第二直径的至少一个抛光垫抛光所述半导体晶圆的区域。
该抛光方法还包括：在抛光所述区域的步骤之前，使用具有大于所述第一直径的第三直径的第二抛光垫抛光所述半导体晶圆。
在该抛光方法中，使用所述至少一个抛光垫抛光所述半导体晶圆的所述区域的步骤包括：通过至少两个抛光垫抛光所述半导体晶圆的所述区域。
该抛光方法还包括：通过所述至少一个抛光垫将研磨液输送到所述区域。
该抛光方法还包括：清洁位于所述晶圆支撑件上的所述半导体晶圆。
在该抛光方法中，提供所述半导体晶圆的步骤包括：在抛光头上提供所述半导体晶圆。
在该抛光方法中，当所述半导体晶圆保持静止时执行抛光所述半导体晶圆的所述区域的步骤。
在该抛光方法中，抛光所述半导体晶圆的所述区域的步骤包括：抛光所述半导体晶圆的环状区域，所述环状区域的外径小于所述第一直径。
在该抛光方法中，抛光所述区域的步骤包括：使用外径小于所述第一直径的大约一半的至少一个抛光垫抛光所述半导体晶圆的所述区域。
该抛光方法还包括：清洁位于所述晶圆支撑件上的所述半导体晶圆；以及使用具有小于所述第一直径的第三直径的至少一个第二抛光垫抛光位于所述晶圆支撑件上的所述半导体晶圆。
附图说明
为了更充分地理解本发明实施例及其优点，现在将结合附图所进行的以下描述作为参考，其中：
图1是根据本发明的多个实施例的抛光系统的示图；
图2是根据本发明的多个实施例的能够平移和旋转的抛光垫的俯视图；
图3A和图3B是根据本发明的多个实施例的在抛光系统中所使用的多个抛光垫的俯视图；
图4是根据本发明的多个实施例的包括清洁子系统的抛光垫的俯视图；
图5是根据本发明的多个实施例的抛光工艺的流程图；
图6是根据本发明的多个实施例的抛光系统的示图；
图7是根据本发明的多个实施例的抛光系统的抛光头的示图；
图8至图13示出了根据本发明多个实施例的在完成第一抛光工艺之后的晶圆轮廓；
图14是根据本发明的多个实施例的图1的辅助抛光系统的详视图；
图15是根据本发明的多个实施例的全抛光工艺的流程图；
图16是根据本发明的多个实施例的第二抛光工艺的流程图；以及
图17至图20是根据本发明多个实施例的执行斜面抛光的辅助斜面抛光单元的示图。
具体实施方式
在下面详细讨论本发明的实施例的制造和使用。然而，应该理解，本发明提供了许多可以在各种具体环境中实现的可应用的发明构思。所讨论的具体实施例仅是制造和使用所公开的主题的示例性具体方式，而不用于限制不同实施例的范围。
参照具体环境描述了实施例，即，抛光系统等。然而，其它实施例也可以应用于用来抛光材料表面的其它抛光系统。
在所有各个附图和论述中，相同的参考标号是指相同的部件。然而，虽然在一些附图中示出了单个部件，但这是为了简化描述和便于论述的目的。本领域普通技术人员将很容易理解这种论述和描述能够并且通常可应用于结构内的许多部件。
抛光头通过使用保持器环(retaining ring)保持在圆形半导体晶圆上并且将半导体晶圆压在自旋抛光垫上以平坦化和/或抛光半导体晶圆的面。当半导体晶圆自旋时，由于角动量的性质，切向速度从半导体晶圆的中心向其边缘增加。因此，如果通过均匀的压力将半导体晶圆压到抛光垫上，则半导体晶圆的边缘将会比中心区域抛光得更厉害。为了解决这个问题，在抛光头中引入涂料器(applicator)以改变抛光期间半导体晶圆的曲率，从而补偿了切向速率相对于半导体晶圆半径的差异。涂料器可以包括机械部件，诸如弹簧或活塞，将涂料器压到半导体晶圆上从而造成其暂时弯曲。出于包括老化、缺陷和损伤的多种原因，并未按预期实施涂料器。结果，半导体晶圆在完成抛光工艺之后可能表现出不均匀的抛光，从而影响收益和产量。
在以下公开内容中，介绍了一种新型抛光系统，其使用直径小于半导体晶圆的直径的抛光垫，从而当抛光半导体晶圆时实现高均匀性。在本文所公开的抛光系统中，半导体晶圆可以是正面朝上地位于工作台上，而抛光垫使用适当的研磨液(slurry)和向下压力的组合来抛光半导体晶圆。小于半导体晶圆的抛光垫可以以可编程的或者甚至基于在线计量数据可适应的图案扫过半导体晶圆的表面。可以依次、同时或者以这两种的组合使用多个抛光垫来提高灵活性和产量。
抛光系统还提供了可以在不将半导体晶圆移动到单独的清洁站的情况下实施的清洁操作。举例来说，在任何抛光操作之后，可以实施清洁操作以去除多余的研磨液。在本文所公开的抛光系统中，举例来说，可以通过滚筒刷结合蒸馏水或清洁剂来实施清洁操作。由于半导体晶圆仍正面朝上地位于工作台上，将滚筒刷降低到半导体晶圆上来清洁半导体晶圆。在清洁操作之后，可以使用本文所公开的抛光垫在不从工作台上去除半导体晶圆的情况下实施进一步的抛光操作。
在一些实施例中，抛光垫还用作返工操作中的辅助抛光垫来抛光某些区域中的半导体晶圆，同时使半导体晶圆的其它区域不受影响。抛光垫小于半导体晶圆，并且可进行三维控制。采集关于直径大于半导体晶圆的直径的主抛光垫的第一抛光工艺之后的计量数据，可以在抛光系统中对第二抛光轮廓进行编程，并且可以结合抛光头使用辅助抛光垫以在工艺进行中返工半导体晶圆，而无需使半导体晶圆从抛光系统离线。可以结合抛光头使用多个小辅助抛光垫，以提供甚至更大的抛光轮廓灵活性和产量。在一些实施例中，也可以结合抛光头使用斜面抛光垫以抛光半导体晶圆的斜面区域。
图1是根据本发明的各个实施例的抛光系统10的示图。晶圆工作台120支持并任选地旋转待抛光的半导体晶圆200(或简称“晶圆200”)。抛光头110的抛光垫111抛光半导体晶圆200的正面201。抛光垫111的宽度w2(例如，外直径)短于半导体晶圆200的宽度w1(例如，外直径)。在一些实施例中，旋转控制机构121控制晶圆200的旋转，并且研磨液输送机构122混合、储存化学研磨液和/或将化学研磨液输送到晶圆200的正面201，从而启动化学机械抛光(CMP)。在通过抛光系统10抛光晶圆200之前、期间和/或之后，计量工具130读取晶圆200的参数。系统控制器140控制通过抛光系统10所实施的抛光工艺的变量。
在一些实施例中，半导体晶圆200包括：元素半导体，包括晶体形式的硅或锗、多晶硅或非晶结构；化合物半导体，包括碳化硅、砷化镓、磷化镓、磷化铟、砷化铟和锑化铟；合金半导体，包括SiGe、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInAs、GaInP和GaInAsP；任何其它合适的材料；或它们的组合。在一些实施例中，合金半导体具有梯度SiGe部件，其中，Si和Ge组成从梯度SiGe部件的一个位置的一个比值变化到另一位置的另一比值。在一些实施例中，在硅衬底上方形成梯度SiGe部件。在一些实施例中，梯度SiGe部件产生应变。而且，在一些实施例中，半导体晶圆200是绝缘体上半导体，诸如绝缘体上硅(SOI)；或者是薄膜晶体管(TFT)。在一些实例中，半导体晶圆200包括掺杂外延层或掩埋层。在其它实例中，化合物半导体晶圆200具有多层结构，或者晶圆200可以包括多层化合物半导体结构。在一些实施例中，半导体晶圆200包括外延层。例如，晶圆200具有位于块状半导体上方的外延层。而且，在一些实施例中，晶圆200包括诸如掩埋介电层的绝缘体上半导体(SOI)结构。可选地，晶圆200包括掩埋介电层，诸如通过被称为注氧隔离(SIMOX)技术、晶圆接合、选择性外延生长(SEG)的方法或其它适当的方法形成的埋氧(BOX)层。
在一些实施例中，半导体晶圆200包括在其上以及在其中形成的有源和/或无源器件。例如，在半导体晶圆200中形成掺杂区以限定晶体管。在一些实施例中，限定介电层和多晶硅层以形成晶体管的栅极。在一些实施例中，图案化附加金属层和多晶硅层以在半导体晶圆200中和在半导体晶圆200上形成位于有源器件和/或无源器件之间互连件。在一些实施例中，在半导体晶圆200上还形成诸如衬底通孔(TSV)、钝化后再分布层(PPI RDL)等的其它结构。主要可以在半导体晶圆200的正面201上形成各种器件和互连结构。在抛光系统10中，正面201可以面向抛光头110，而半导体晶圆200的背面可以背对抛光头110并且与晶圆工作台120接触。
晶圆工作台120支撑晶圆200，以及在一些实施例中，具有由诸如硅胶的材料形成的晶圆接触表面。对于具有宽度w1的晶圆200，例如，晶圆工作台120可以具有比宽度w1大至少20cm的宽度。在一些实施例中，宽度w1在约25毫米至约450毫米的范围内。在一些实施例中，宽度w1大于450毫米。宽度w1的实例包括300毫米和450毫米。
晶圆工作台120可以使半导体晶圆200在第一方向上以第一速率自旋。可以由旋转控制机构121控制半导体晶圆200的自旋变量(诸如速度和方向)。在一些实施例中，由系统控制器140控制旋转控制机构121。在一些实施例中，旋转控制机构121通过电动机使半导体晶圆200旋转。在一些实施例中，电动机是交流(AC)电动机、直流(DC)电动机、交直流两用电动机等，且具有固定或可变的速度。在一些实施例中，旋转控制机构121包括用于设定电动机的速度的电子设备。在一些实施例中，这些电子设备接收来自系统控制器140的控制信号并响应于控制信号控制电动机的速度。在一些实施例中，控制信号是指出在整个抛光工艺期间半导体晶圆200随时间的旋转速度的实时速度指示信号和/或自旋速率曲线。例如，当半导体晶圆200在抛光期间不仅不旋转而且在晶圆工作台120上是静止时，旋转控制机构121是可选的实施例也在本发明的预期范围内。
抛光头110保持抛光垫111并且可通过系统控制器140进行控制以将压力通过抛光垫111施加给晶圆200。系统控制器140也能够通过如图2所示三个维度平移抛光垫111，以及使抛光垫111在第二方向上以第二速率旋转。可通过系统控制器140(例如)控制抛光头110以在三个维度上相对于正面201进行平移。用图2中的交叉箭头显示二个维度，而第三维度在附图内外的方向上，并与交叉箭头所示的轴向垂直。在一些实施例中，抛光垫111在第二方向(顺时针或逆时针)上以第二速度自旋，第二速度和第二方向与晶圆200的第一速率和第一方向相同或者不同。在一些实施例中，第二速率是固定的或可变的，并且基于计量工具130提供的在线计量反馈可对该第二速率进行编程和/或调节。在一些实施例中，通过系统控制器140和/或按照在整个抛光工艺期间指出抛光垫111随时间的旋转速率和方向的预定曲线来实时设置第二速率。
抛光垫111的抛光表面面向半导体晶圆200的正面201。在一些实施例中，抛光垫111通过层材料的机械和化学去除的组合来抛光半导体晶圆200。在一些实施例中，抛光垫111由聚合物制成。抛光垫111的宽度w2短于半导体晶圆200的宽度w1。在一些实施例中，宽度w2小于宽度w1的一半。在一些实施例中，宽度w2介于宽度w1的1/4和1/3之间。在一些实施例中，抛光垫111的形状为圆柱形并且相对于晶圆200的正面的平面具有圆形截面。包括椭圆形、长方形、正方形等的抛光垫111的截面的其它形状也在本发明的预期范围内。
在一些实施例中，研磨液输送机构122混合、储存化学研磨液和/或将化学研磨液输送到晶圆200的正面201从而启动化学机械抛光(CMP)。在图1中，研磨液输送机构122被示出为晶圆工作台120的一部分。在一些实施例中，研磨液输送机构122是抛光头110的一部分。在一些实施例中，通过晶圆工作台120和/或通过抛光垫111将化学研磨液施加给晶圆200。例如，通过管道将化学研磨液通过抛光头110供应到抛光垫111。在一些实施例中，通过管道也将化学研磨液通过晶圆工作台120的管道供应到晶圆200的正面201上。在一些实施例中，通过研磨液输送机构122根据系统控制器140所生成的控制信号来控制化学研磨液的组成。在一些实施例中，控制信号提供实时组成控制参数和/或相对于抛光工艺的持续时间调度(schedule)的预定组成曲线。在一些实施例中，还通过研磨液输送机构122根据系统控制器140所生成的控制信号以实时和/或预定曲线来控制(诸如流速)的其它研磨液变量。在一些实施例中，作为预设值和/或鉴于在抛光工艺期间通过计量工具130所采集的在线计量数据生成与研磨液组成和其它研磨液变量有关的各种控制信号。
例如，计量工具130向系统控制器140提供包括半导体晶圆200的正面201的形貌(topography)的计量信息。半导体晶圆200的面上的膜和材料的厚度和轮廓由计量工具130进行测量，并被传送给系统控制器140。例如，计量工具130包括激光干涉仪。在一些实施例中，基于提供给系统控制器140的计量信息，系统控制器140在抛光工艺期间控制各种工艺变量。可通过系统控制器140控制的工艺变量的实例包括晶圆200和抛光垫111的旋转速度和方向、抛光头110在晶圆200上方的位置、抛光头110对晶圆200施加的作用力以及研磨液输送机构122的研磨液泵送率和/或研磨液组成。如上所述使用计量工具130被称为内部计量闭环控制(IMCLC)。
在一些实施例中，如图3A和图3B所示，在抛光系统10中使用第二抛光垫112以提高产量。在图3A中，根据一些实施例，第二抛光垫112和抛光垫111沿着它们的中心线是共线的并且间隔距离d1(例如，如从垫112的中心到垫111的中心测量的)，该距离d1是半导体晶圆200的直径w1的大约一半。图3B示出一般情况，其中以半径坐标限定抛光垫111、112的位置。这样，抛光垫111相对于晶圆200的中心位于半径r1处，而抛光垫112相对于晶圆200的中心位于半径r2处。半径r1、r2进一步以偏移角θ成角度地分离。在图3A所示的实例中，偏移角θ为180度。变量d1、r1、r2和θ全都可通过系统控制器140进行控制，并且在一些实施例中，以预定抛光曲线和/或实时响应于由计量工具130所提供的在线计量数据来设定变量d1、r1、r2和θ。
在一些实施例中，在抛光阶段之间实施清洁，清洁包括使用刷子和清洁剂(例如，化学物质、去离子(DI)水)。在图4中示出了根据本发明的多个实施例的清洁单元400。在一些实施例中，例如，清洁单元400是滚筒刷或盘形刷，并且如图4中位于清洁单元400右侧和上方的箭头所示，清洁单元400被配置成在至少一个方向上旋转和平移。在一些实施例中，通过晶圆工作台120保持半导体晶圆200正面朝上，并在清洁单元400从半导体晶圆200的面上清除化学研磨液和颗粒的同时进一步旋转该半导体晶圆200。
基于上面所述，在图5中示出了一般抛光方法50的中间步骤。根据图1、图2、图3A和图3B以及图4所述的，抛光方法50包括在框500中实施的第一抛光工艺、在框501中实施的第一清洁工艺、在框502中实施的第二抛光工艺以及在框503中实施的第二清洁工艺。可以理解，在一些实施例中，第二抛光和清洁工艺或第一抛光和清洁工艺是可选的。框500至框503的顺序也可以发生改变以形成各种实施例，所有这些实施例均在本发明的预期范围内。例如，在一些实施例中，在框500和框501之前实施框502和框503。
在框500中，使用一个抛光头来抛光晶圆200。在一些实施例中，抛光头具有第一类型(例如，类型1)并且与第一化学研磨液(例如，类型A)一起使用。在一些实施例中，使用第一轮廓P1来限定如上所述的抛光速度、抛光压力、抛光位置、持续时间、研磨液组成和流速等。
在框500之后，在框501中，实施第一清洁工艺。诸如刷子(例如，刷子1)的第一清洁器与第一清洁剂(例如，试剂M)一起使用以通过框501中的第一清洁工艺清洁晶圆200的抛光表面。在一些实施例中，根据在框500中所使用的化学研磨液来选择清洁剂。在一些实施例中，清洁轮廓C1限定旋转速度、位置、持续时间、流速等以提供充分和/或最佳清洁的晶圆200。
在框502中使用两个抛光头。在一些实施例中，抛光头具有相同的或不同的类型(例如，类型2和类型3)，并且可以与在框500中所使用的化学研磨液的类型相同或者不同的化学研磨液类型一起使用。在一些实施例中，定义通过框502的抛光头和研磨液使用的第二抛光轮廓P2，从而限定抛光速率、流速、抛光头的抛光位置(例如，半径间距和角间距)、持续时间、压力等。
在框503中，实施第二清洁工艺以清除来自框502中的抛光工艺的残留研磨液。在一些实施例中，根据第二清洁轮廓C2，第二清洁器(例如，刷子2)与第二清洁剂(例如，试剂N)一起使用以去除残留的研磨液。在一些实施例中，第二清洁器与第一清洁器相同或者不同，除了刷子以外的清洁器也在本发明的预期范围内。在一些实施例中，第二清洁剂与第一清洁剂相同或者不同并且可以根据框502中所使用的化学研磨液来选择第二清洁剂。清洁轮廓C2可以限定旋转速度、位置、持续时间、流速等以提供充分和/或最佳清洁的晶圆200。
在一些实施例中，上文所述的在框501和框503中的清洁工艺利用清洁单元400。在一些实施例中，使清洁单元400自旋并使其降低到半导体晶圆200的表面上，朝向半导体晶圆200的面对清洁单元400施加压力。举例来说，在一些实施例中，清洁单元400从半导体晶圆200的边缘(诸如图4所示的底部边缘)开始清洁并且在单方向上向相对边缘进行平移。清洁单元400从其一端枢轴旋转以成角度地扫过半导体晶圆200的整个面的实施例也在本发明预期范围内。在一些实施例中，在半导体晶圆200的面上沉积清洁化学溶液和/或DI水以辅助从半导体晶圆200去除全部的残留物。
使用抛光头110的抛光系统10相对于传统的抛光系统节省空间。抛光头111、112允许使用多个抛光轮廓，并且在一些实施例中，它们与计量工具130提供的在线计量数据适当配合以在无需使抛光晶圆200离线的情况下提供自动化轮廓调整。抛光系统10中的清洁单元400也节省时间，消除了对离线清洁站的需要。在一些实施例中，在同一工作站中抛光和清洁半导体晶圆200，从而节省空间且大大地减少了晶圆转移时间。抛光系统10节省空间和时间并具有灵活的抛光轮廓控制，从而转换为收益和产量的增加。
在图6中示出了根据本发明的多个实施例的抛光系统60。用于抛光晶圆的主抛光垫600具有抛光面，例如，该主抛光垫由聚氨酯制成。主抛光垫600以恒定速度或者以系统控制器620确定的可变速度旋转。举例来说，由驱动主抛光垫600的电动机605控制转动。基于从系统控制器620发送到电动机605的信号622来控制可变速度，并且响应于该信号，电动机605可以改变主抛光垫600的旋转速度。主抛光垫600可以以顺时针方向或者以逆时针方向旋转。例如，主抛光垫600是圆形的并具有大于待抛光的半导体晶圆的直径。在一些实施例中，主抛光垫600的直径(DPAD)是半导体晶圆的直径(DWAFER)的长度的至少两倍。用于450mm的半导体晶圆的示例性主抛光垫的直径为约1094mm(DPAD/DWAFER为约2.43)，相比之下，用于300mm的晶圆的主抛光垫的直径为约762mm(DPAD/DWAFER为约2.54)，而用于200mm的晶圆的主抛光垫的直径为约508mm(DPAD/DWAFER为约2.54)。
在图7中详细示出的抛光头610将晶圆700(诸如半导体晶圆)按压到主抛光垫600上。如上所述，半导体晶圆700的宽度w1通常短于主抛光垫600的宽度w3的一半。抛光头610具有安装在其框架612中的保持器环614。保持器环614由聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)或其他合适的聚酰亚胺或热塑性材料制成，并且通过半导体晶圆700的边缘/斜面(bezel)区域保持半导体晶圆700。在一些实施例中，抛光头610朝向主抛光垫600对半导体晶圆700施加的一般力。涂料器615至618在半导体晶圆700的各个区域提供局部压力以改变半导体晶圆700的轮廓并且控制半导体晶圆700的各个区域的抛光速率。如图7所示，涂料器615向半导体晶圆700的中心区带施加压力，涂料器616向纹波区带(ripple zone)施加压力，涂料器617向半导体晶圆的外侧区带施加压力，以及涂料器618向半导体晶圆700的边缘区带施加压力。施加的压力是机械的、气动的、流动的等，并且可由系统控制器620进行控制。
在一些实施例中，除了将半导体晶圆700按压到主抛光垫600上，抛光头610还以与主抛光垫600相同或相反的方向旋转。举例来说，在一些实施例中，主抛光垫600顺时针旋转，而抛光头610逆时针旋转。在一些实施例中，主抛光垫600顺时针旋转，而抛光头610也顺时针旋转。在一些实施例中，由驱动抛光头610的电动机670控制抛光头610的旋转。在一些实施例中，电动机670以恒定速度或者以可通过系统控制器620控制的可变速度旋转抛光头610。在一些实施例中，抛光头610还可以在与主抛光垫600的面共面的平面中平移。在一些实施例中，可通过系统控制器620控制平移，并在抛光系统60中对该平移进行编程作为预定的抛光轮廓的一部分。
举例来说，在一些实施例中，抛光系统60是化学机械抛光(CMP)系统。在一些实施例中，研磨液输送系统640以恒定速度或者通过系统控制器620确定的可变速度将化学研磨液释放到主抛光垫600的表面上。在一些实施例中，研磨液输送系统640包括泵和安装在主抛光垫600中的管道。在一些实施例中，化学研磨液包括二氧化硅固体、化学分散剂、表面剂等。在一些实施例中，也可通过系统控制器620来控制化学研磨液的组成。在一些实施例中，系统控制器620通过信号623控制研磨液输送参数，诸如输送速率和研磨液组成。
例如，计量工具630向系统控制器620提供包括半导体晶圆700的面的形貌的计量信息。半导体晶圆700的面上的膜和材料的厚度和轮廓由计量工具630进行测量，并且被传送到系统控制器620。计量工具630包括例如激光干涉仪。在一些实施例中，基于提供给系统控制器620的计量信息，系统控制器620控制主抛光垫600和抛光头610的旋转速度、抛光头610在主抛光垫600上方的位置、抛光头610施加的作用力、涂料器615至618的压力水平以及研磨液输送系统640的研磨液泵送率和/或研磨液组成。如上所述使用计量工具630被称为内部计量闭环控制(IMCLC)。
系统控制器620控制主抛光垫600、抛光头610和研磨液输送系统640以执行第一抛光工艺。在一些实施例中，第一抛光工艺基于第一预定的抛光轮廓，从而限定抛光时间以及作为时间的函数的抛光变量(包括但不限于主抛光垫600和抛光头610的旋转速度、抛光头610的平移、抛光头610的作用力、涂料器615至618的局部压力水平以及研磨液输送系统640的研磨液速率和组成变量)。在一些实施例中，抛光头610的旋转速度随着在第一抛光工艺的整个持续期间而改变。举例来说，在一些实施例中，设置用于抛光头610的路径以通过第一抛光工艺使用主抛光垫600的整个区域。在一些实施例中，第一抛光工艺是自适应的，响应于包括但不限于层厚度和层光滑度的计量指标，利用IMCLC来控制抛光变量。
当完成第一抛光工艺时，通过计量工具630所提供的计量数据可以表明在工艺进行中的半导体晶圆700的面的至少一个区域是不均匀抛光的。图8至图13示出在完成第一抛光工艺之后的晶圆轮廓711至716。在图8中，半导体晶圆700的中心区域抛光较少，例如，具有比半导体晶圆700的外部区域和边缘区域更大的层厚度。这可以表明涂料器615是有缺陷的、损坏的、老化的或者需要维修。在图9中，半导体晶圆轮廓712可以表明半导体晶圆700的环状区带相对于半导体晶圆700的其它区带抛光不足。例如，涂料器616是有缺陷的、损坏的、老化的或者需要维修。图10和图11中的半导体晶圆轮廓713和714分别表明在外侧区带和边缘区带中抛光不足，从而可以对应于涂料器617和618的异常功能。图12中的半导体晶圆轮廓715对应于两个区带的抛光不足，诸如环状区带和边缘区带。其它的两个区带的轮廓可以包括中心区带和外侧区带的抛光不足以及中心区带和边缘区带的抛光不足。例如，图13所示的晶圆轮廓716对应于半导体晶圆700的至少一个区域的厚度大于最初在抛光系统60中进行编程的用于第一抛光工艺的厚度。在图13中局部化的管芯具有大厚度，例如，会影响位于与半导体晶圆700非同心的大致圆形区域或其它形状区域中的单个管芯或至少两个邻近的管芯。
在图6中示出了安装在抛光系统60中的辅助抛光系统650，在图14中示出其具体示图。在一些实施例中，抛光头610在抛光系统60中具有双重用途。在第一抛光工艺(主抛光工艺)中，抛光头610保持在半导体晶圆700，将半导体晶圆700按压到主抛光垫600上，使半导体晶圆700自旋，在主抛光垫600的面上方平移半导体晶圆700以及通过涂料器615至618实施区带抛光控制。在第二抛光工艺(辅助抛光工艺)中，作为辅助抛光系统650的一部分，抛光头610用作朝向辅助抛光单元651和652保持半导体晶圆700的工作台，而至少一个辅助抛光单元651、652抛光半导体晶圆700的至少一个区带和/或至少一个区域。在第二抛光工艺中，抛光垫610保持半导体晶圆700，使半导体晶圆700自旋和/或在三个维度上平移半导体晶圆700。
在图14中示出两个辅助抛光单元651、652。包括仅一个、两个、三个或多于三个的辅助抛光单元的实施例也在本发明的预期范围内。辅助抛光单元651的辅助抛光垫653附接至轴654，轴654又附接至辅助控制器655。在一些实施例中，辅助抛光垫653的抛光表面包括与主抛光垫600的材料类似的材料，诸如聚氨酯。例如，辅助抛光垫653的抛光表面是圆形。在图14中表示辅助抛光垫653的抛光表面的宽度(其也可以是用于圆形的直径)作为宽度w2。辅助抛光垫653的抛光表面的宽度w2短于半导体晶圆700的宽度w1。举例来说，宽度w2短于宽度w1的大约一半。宽度w2介于宽度w1的约1/4至约1/3之间，或者甚至短于宽度w1的约4。在图14中表示辅助抛光单元652的第二辅助抛光垫657的抛光面的宽度(其也可以是用于圆形的直径)作为宽度w4。宽度w4短于半导体晶圆700的宽度w1，以及在一些实施例中，与宽度w2大致相同。在一些实施例中，宽度w4与辅助抛光垫653的宽度w2不同。在一些实施例中，辅助抛光垫657具有与辅助抛光垫653相同的形状或不同的形状。在一些实施例中，辅助抛光垫653、657的抛光表面(其受抛光材料和/或纹理的影响)相同或不同。
在一些实施例中，控制辅助抛光单元651、652执行第二抛光工艺的辅助控制器655包括在第二抛光工艺之前、期间和之后，用于控制轴654、658和辅助抛光垫653、657的旋转以及用于控制轴654、658和辅助抛光垫653、657在三个维度中的平移的电子设备以及电气系统和机械系统。在一些实施例中，辅助控制器655包括用于使辅助抛光单元651、652自旋的电动机。在一些实施例中，电控制电动机以在第二抛光工艺之前、期间和之后以可变速度和/或恒定速度自旋。在一些实施例，辅助控制器655还包括用于对辅助抛光单元651、652施加向下的作用力的杠杆和/或活塞以在第二抛光工艺中对待抛光的区带和/或区域施加压力。
信号线(或总线)661将辅助控制器655电连接至计量工具630，使得辅助控制器655自动将半导体晶圆700的计量数据(层厚度、轮廓特性)转换为第二抛光工艺的抛光步长(step)。辅助控制器655电连接至系统控制器620的结构也在本发明预期范围内。在一些实施例中，系统控制器620解释来自计量工具630的计量数据并将抛光指令发送到辅助控制器655，使得辅助控制器655不需要直接电连接至计量工艺630来执行第二抛光工艺。在这种结构中，在一些实施例中，辅助控制器655不包括用于智能处理来自计量工具630的反馈数据的解释器硬件和/或软件，但依赖于用于抛光变量的系统控制器620，诸如，辅助抛光单元651、652的自旋速度、压力、扫描速率和/或位移和路径。在一些实施例中，系统控制器620包括硬件(例如，处理器、存储器、逻辑电路等)。
对于化学机械抛光(CMP)系统，第二抛光工艺包括在工艺进行中将诸如上面所述的化学研磨液的化学研磨液引导至半导体晶圆700的面上。以各种方式引入化学研磨液。作为一个实例，在图14中以虚线示出的辅助研磨液输送系统670可以将化学研磨液通过管道和泵输送到半导体晶圆700的面上。在一些实施例中，辅助研磨液输送系统670被安装在抛光头610中并且穿过抛光头610，并且例如沿着抛光头610的面的半径具有均匀间隔的出口。举例来说，另一研磨液输送系统集成到辅助抛光单元651、652，其中，化学研磨液通过管道656、659输送到辅助抛光垫653、657。在一些实施例中，单独地或者结合地使用两个输送系统以在第二抛光工艺中抛光区带和/或区域期间将化学研磨液引入到半导体晶圆700的面上。在一些实施例中，辅助控制器655被配置成控制研磨液变量，包括通过本文所述的输送系统670、656和659中的任何一个或者所有的输送系统所输送的化学研磨液的输送速率、研磨液混合比例等。举例来说，在一些实施例中，由系统控制器620控制研磨液变量。
在一些实施例中，抛光头610被配置成旋转的，使得在工艺进行中的半导体晶圆700的面可以在第二抛光工艺期间背对主抛光垫600。例如，抛光头610旋转180度，使得相对于其在第一抛光工艺期间的原始位置翻转抛光头610。其它的旋转角度也是预期的，诸如顺时针或逆时针90度。举例来说，在一些实施例中，第一定位机构680(图6)将抛光头610远离主抛光垫600旋转，使得抛光头610正面朝上。在一些实施例中，在将抛光头610远离主抛光垫600旋转之后，半导体晶圆700的面具有与主抛光垫600的面基本上相同的定向。举例来说，在一些实施例中，抛光头610的面以使抛光头610的表面法线(法向矢量)与重力的方向基本平行且相反的方式进行定向。从平行略微倾斜的方向也是预期的，从而可以辅助从半导体晶圆700排除化学研磨液。
在一些实施例中，抛光头610还远离主抛光垫600旋转和/或平移，使得抛光头610没有位于主抛光垫600的正上方。举例来说，在一些实施例中，通过第一定位机构680来实施平移，而通过连接至第一定位机构680的第二定位机构690根据信号621来进行旋转。当在第二抛光工艺中包括抛光头610时，远离主抛光垫600移动抛光头610允许主抛光垫600在精确的研磨液体积控制下继续加工后面的晶圆而不会使多余的研磨液从上面滴落到主抛光垫600上。其中在抛光系统60中包括多个抛光头610以在工艺进行中容纳更多数量的晶圆的结构也在本发明的预期范围内。然而传统的抛光系统可以包括例如3个抛光垫和3个抛光头，类似于抛光系统60的抛光系统可以包括3个抛光垫和6个抛光头，以当每个晶圆都被抛光两次时减低产量。
辅助抛光系统650包括图4所示的清洁子系统400的实施例也在本发明的预期范围内。
在图15和图16中分别示出了根据本发明的各个实施例的全抛光工艺1500和第二抛光工艺1600的流程图。在框1510中首先采用第一抛光轮廓抛光半导体晶圆700，从而被视为通过宽度大于半导体晶圆700的第一抛光垫所实施的第一抛光工艺。如上所述，采用抛光头610和主抛光垫600完成第一抛光工艺。然后，在框1520中，将半导体晶圆700转移到辅助抛光系统，诸如图6和图14所示的辅助抛光系统650。在框1530中，根据第二抛光轮廓使用辅助抛光垫(诸如图14所示的辅助抛光单元651的辅助抛光垫653)来抛光半导体晶圆700，从而被视为通过宽度小于半导体晶圆700的辅助抛光垫所实施的第二抛光工艺。
在一些实施例中，图16所示的第二抛光工艺1600与图15的框1530相同。举例来说，在一些实施例中，在完成第一抛光工艺，并且在框1520中将半导体晶圆700转移到辅助抛光系统650之后，图16所示的第二抛光工艺1600开始。在一些实施例中，在框1610中，通过系统控制器620和/或辅助控制器655接收计量数据，诸如由图6所示的计量工具630所生成的计量数据。在一些实施例中，在完成第一抛光工艺之后，接收计量数据。根据本发明的多个实施例，诸如在第一抛光工艺期间的在全抛光工艺1500期间的任何时间，或者在将半导体晶圆700转移到辅助抛光系统650期间接收计量数据。如上所述，在一些实施例中，计量数据包括特性，该特性包括层厚度轮廓和/或层粗糙度数据。在一些实施例中，将这些特征映射为半导体晶圆700的坐标。
在框1620中，分析所接收的计量数据以确定半导体晶圆700的不适当抛光的区域。在一些实施例中，不适当抛光的区域呈现与被编程为第一预定抛光轮廓的预期厚度和/或纹理不同的厚度和/或表面纹理。在一些实施例中，使用诸如边缘检测的标准技术来确定半导体晶圆700的不适当抛光的区域。在一些实施例中，计量数据是像素级数据，使得以最细粒度确定不适当抛光的区域的像素大小。在一些实施例中，使用图像处理技术，将确定像素大小的区域分组成更大的区域，诸如参照图8至图12所述的环状区域或图13所示的局部区域。作为实例，通过内半径和外半径来宽松地限定环状区域。然后，例如，通过计算内半径和外半径的平均值来获得中心半径或轨道。例如，通过外半径减去内半径来获得轨道的宽度。因此，仅作为一个实例，在300mm晶圆上，对应于约70mm的内半径和约110mm的外半径，得出约40mm的轨道宽度和约90mm的中心半径。在一些实施例中，举例来说，轨道对应于涂料器615至618中的一个或多个，诸如外区带涂料器617。
在一些实施例中，不适当抛光的区域限定形状和轮廓，而在框1630中相应地生成第二预定的抛光轮廓以改进半导体晶圆700表面上的平面性和/或表面光滑均匀性。再次以环状区域作为实例，已获知环状区域的轨道宽度和中心半径，生成限定辅助抛光垫的位置、施加的压力和/或抛光时间等的第二抛光轮廓以使不适当抛光的环状区域平坦化和/或变光滑。
根据本发明的多个实施例，辅助抛光系统650的辅助抛光垫具有不同的大小。例如，辅助抛光垫的宽度介于约25mm至约100mm的范围内。在一些实施例中，当选择辅助抛光垫时，考虑轨道宽度。使用40mm轨道宽度上述实例，手动地或者自动地选择宽度大于40mm且小于约70mm的辅助抛光垫作为第二抛光轮廓的一部分。在一些实施例中，辅助抛光系统650的辅助抛光垫全都具有相同的尺寸，并且不需要自动地或者手动地执行基于垫大小的选择。辅助抛光垫具有不同的抛光表面(诸如不同的抛光材料)以及可根据期望的第二抛光轮廓限定的抛光材料选择的实施例也在本发明的预期范围内。
在一些实施例中，在框1640中，利用根据图16的框1630生成的第二抛光轮廓，辅助抛光系统650抛光未适当抛光的区域。为了抛光半导体晶圆700，辅助抛光系统650使半导体晶圆700自旋以及使辅助抛光垫653、657自旋。辅助抛光系统650还在未适当抛光的区域上方定位辅助抛光垫653、657，并降低辅助抛光垫653、657直到与半导体晶圆700接触。施加化学研磨液，和/或在辅助抛光垫653、657和半导体晶圆700之间改变压力。不一定按照所述的顺序执行上面的步骤。在一些实施例中，辅助抛光系统650保持半导体晶圆700同时辅助抛光垫653、657抛光半导体晶圆700。对于图13所示的局部区域，保持半导体晶圆700静止是优选的，并且将辅助抛光垫653、657定位在局部区域的中心上方或者按照图案进行平移以在该局部区域上方提供均匀的抛光覆盖。对于两个或更多个未适当抛光的区域，同时、依次或者这两者的结合(用于三个或更多个未适当抛光的区域)抛光未适当抛光的区域。
在一些实施例中，在半导体晶圆700自旋的同时抛光图13中的局部区域。已知半导体晶圆700的自旋速率、对应于局部区域的中心的半径以及局部区域的半径长度，计算断续移动频率(stutter frequencies)，使得辅助抛光垫651、652保持大部分不动，而在辅助抛光垫651、652经过局部区域时施加短脉冲的压力(burst of pressure)。例如，如果未适当抛光的区域具有位于自半导体晶圆700的中心距离80mm的半径处的中心，平均半径为15mm，并且半导体晶圆700以约每分钟60转数(rpm)自旋，则未适当抛光的区域每秒钟经过辅助抛光垫651(例如)一次。然后采用1Hz的断续移动频率降低或升高辅助抛光垫651。以各种方式设定辅助抛光垫651施加压力以抛光半导体晶圆700的面的每个脉冲的接触时间，该接触时间包括经过辅助抛光垫651的区域的未适当抛光的区域所需的时间。如果辅助抛光垫651的半径为约25mm，未适当抛光的区域通过辅助抛光垫的长度的时间接近于大约DPAD/VCENTER，其中，D垫是辅助抛光垫651的直径(在给定的实例中为50mm)，而VCENTER是未适当抛光的区域的中心的线速度。在给定的实例中，DPAD为50mm(25mm*2)，而VCENTER为约503mm/s(2*π*80mm/s)，从而脉冲宽度为大约1/10秒或100毫秒。
如上所述，执行第二抛光工艺1600作为全抛光工艺1500的一部分。根据本发明的多个实施例，例如，单独地执行第二抛光工艺1600，作为批量返工系统的一部分，其中，例如，计量数据保存在服务器或便携式存储介质中，并在半导体晶圆700的返工(第二抛光工艺)期间从服务器下载该计量数据。在一些实施例中，辅助抛光系统650是抛光系统60的一部分。在一些实施例中，举例来说，辅助抛光系统650是诸如返工站(rework station)的独立的抛光系统。在这种独立的抛光系统中，类似于抛光头610的抛光头用于保持半导体晶圆700。在一些实施例中，晶圆工作台用于保持半导体晶圆而类似于辅助抛光单元651、652的辅助抛光单元对半导体晶圆700实施第二抛光工艺。当半导体晶圆700在进行第二抛光工艺之前呈离线状态时，这种结构是合适的。
在图6和图14中，示出了抛光头610正面朝上，而辅助抛光单元651、652正面朝下。抛光头610正面朝下而辅助抛光单元651、652正面朝上的实施例也在本发明的预期范围内。在这种结构中，抛光头610从主抛光垫600举升半导体晶圆700，将半导体晶圆700平移到辅助抛光单元651、652上方的位置，以及降低半导体晶圆700和/或升高辅助抛光单元651、652以与半导体晶圆700形成接触并通过上面所述的第二抛光工艺抛光半导体晶圆700。在这种结构中不需要抛光头610旋转。
抛光系统60不包括主抛光垫600而辅助抛光系统650抛光半导体晶圆700的整个面的实施例在本发明的预期范围内。在一些实施例中，例如，辅助抛光垫651的宽度类似于半导体晶圆700的宽度。然后，修改图15的框1510以使用具有与半导体晶圆700的宽度类似的宽度的辅助抛光垫651。从全抛光工艺1500去除框1520，并且采用第二预定的抛光轮廓，使用具有比半导体晶圆700的宽度更短的宽度的第二辅助抛光垫(诸如辅助抛光垫652)来抛光半导体晶圆700。
在一些实施例中，根据本发明的多个实施例，辅助抛光系统650也用作斜面抛光器。在图17至图20中示出了辅助斜面抛光单元1700和斜面抛光方案。辅助斜面抛光单元1700包括斜面抛光垫1701。为了抛光半导体晶圆700的斜面区域701，如图17所示，辅助斜面抛光单元1700使斜面抛光垫1701自旋。如图18所示，朝向半导体晶圆700平移自旋斜面抛光垫1701以与斜面区域701形成接触。在一些实施例中，相对于半导体晶圆700的面具有第一角度θ1的斜面抛光垫1701的下倾斜部分首先抛光斜面区域701。随后，如图19所示，向下平移斜面抛光垫1701，使得相对于半导体晶圆700的面具有第二角度θ2的斜面抛光垫1701的上倾斜部分抛光斜面区域701。在一些实施例中，向半导体晶圆700的中心移动斜面抛光垫1701以使半导体晶圆700的斜面区域701返回到上倾斜部分和下倾斜部分的交会点，然后向上移动以再次通过下倾斜部分抛光斜面区域701。在一些实施例中，如图20所示，在远离半导体晶圆700平移斜面抛光垫1701之前重复这些步骤。斜面抛光垫1701和辅助抛光垫651是相同的垫的实施例也在本发明的预期范围内。例如，辅助抛光垫651的向下表面抛光半导体晶圆700的面，而同一辅助抛光垫651的侧表面抛光半导体晶圆700的斜面。
包括辅助抛光系统650的抛光系统60相对于传统的抛光系统通过使用抛光头610作为便携式晶圆工作台节省空间和返工时间。辅助抛光系统650的辅助抛光单元651、652允许使用多个抛光轮廓，并且可以与计量工具630提供的计量数据结合以提供自动的在线返工而无需使半导体晶圆700离线。辅助抛光系统650中的辅助斜面抛光单元1700和清洁单元400也节省时间，消除了对离线斜面抛光和清洁站的需要。可以在同一工作站中抛光、斜面抛光和清洁半导体晶圆700，从而节省了空间并大大减少了晶圆转移时间。抛光系统60节省空间和时间，并具有灵活的抛光轮廓控制，从而转换为收益和产量的提高。
根据本发明的多个实施例，用于抛光半导体晶圆的抛光系统包括用于保持半导体晶圆的晶圆支撑件，该半导体晶圆具有第一直径；以及用于抛光半导体晶圆的区域的第一抛光垫，该第一抛光垫具有短于第一直径的第二直径。
根据本发明的多个实施例，一种抛光方法包括在晶圆支撑件上提供具有第一直径的半导体晶圆，以及通过具有短于第一直径的第二直径的至少一个抛光垫抛光半导体晶圆的区域。
尽管已经详细地描述了本发明实施例及其优势，但应该理解，可以在不背离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，进行各种改变、替换和更改。而且，本申请的范围并不仅限于本说明书中描述的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法和步骤的特定实施例。作为本领域普通技术人员根据本发明应很容易理解，根据本发明可以利用现有的或今后开发的用于执行与本文所述相应实施例基本上相同的功能或者获得基本上相同的结果的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法或步骤。因此，所附权利要求预期在其范围内包括这样的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法或步骤。

Claims (17)

1.一种用于抛光半导体晶圆的抛光系统，包括：
晶圆支撑件，用于保持所述半导体晶圆，所述半导体晶圆具有第一直径；以及
第一抛光垫，用于抛光所述半导体晶圆的区域，所述第一抛光垫的第二直径小于所述第一直径；
垫定位机构，用于将第一抛光工艺采用的抛光头远离所述第一抛光垫旋转；
其中，用于第一抛光工艺的晶圆支撑件是晶圆工作台，旋转后的抛光头用于第二抛光工艺的晶圆支撑件。
2.根据权利要求1所述的抛光系统，
所述垫定位机构还用于相对于所述半导体晶圆的表面在三个维度上移动所述第一抛光垫。
3.根据权利要求1所述的抛光系统，还包括：
研磨液供给系统，用于将研磨液引入所述半导体晶圆的所述区域。
4.根据权利要求1所述的抛光系统，其中，所述第一抛光垫是斜面抛光垫，并且所述区域是所述半导体晶圆的斜面。
5.根据权利要求1所述的抛光系统，其中，所述区域是与所述半导体晶圆近似同心的环状区域，并且所述区域的外半径小于所述半导体晶圆的外半径。
6.根据权利要求1所述的抛光系统，还包括：
第二抛光垫，用于抛光所述半导体晶圆的第二区域，所述第二抛光垫的第三直径小于或等于所述第一直径的四分之一；
其中，所述第一抛光垫的第二直径小于或者等于所述第一直径的四分之一。
7.根据权利要求6所述的抛光系统，其中：
所述区域是与所述半导体晶圆近似同心的第一环状区域；
所述第二区域是与所述半导体晶圆近似同心的第二环状区域；以及
所述第一环状区域和所述第二环状区域不重叠。
8.根据权利要求1所述的抛光系统，还包括用于清洁所述半导体晶圆的所述区域的清洁系统。
9.一种抛光方法，包括：
在晶圆支撑件上提供具有第一直径的半导体晶圆；以及
使用具有小于所述第一直径的第二直径的至少一个第一抛光垫抛光所述半导体晶圆的区域；
其中，在抛光所述区域的步骤之前，执行第一抛光工艺，即使用具有大于所述第一直径的第三直径的第二抛光垫抛光所述半导体晶圆；
通过辅助抛光系统抛光第一抛光工艺后的半导体晶圆的未适当抛光的区域，其中，将第一抛光工艺采用的抛光头远离所述第一抛光垫旋转以用作所述辅助抛光系统的晶圆支撑件。
10.根据权利要求9所述的抛光方法，其中，使用所述至少一个第一抛光垫抛光所述半导体晶圆的所述区域的步骤包括：通过至少两个第一抛光垫抛光所述半导体晶圆的所述区域。
11.根据权利要求9所述的抛光方法，还包括：
通过所述至少一个第一抛光垫将研磨液输送到所述区域。
12.根据权利要求9所述的抛光方法，还包括：
清洁位于所述晶圆支撑件上的所述半导体晶圆。
13.根据权利要求9所述的抛光方法，其中，提供所述半导体晶圆的步骤包括：在抛光头上提供所述半导体晶圆。
14.根据权利要求9所述的抛光方法，其中，当所述半导体晶圆保持静止时执行抛光所述半导体晶圆的所述区域的步骤。
15.根据权利要求9所述的抛光方法，其中，抛光所述半导体晶圆的所述区域的步骤包括：抛光所述半导体晶圆的环状区域，所述环状区域的外径小于所述第一直径。
16.根据权利要求9所述的抛光方法，其中，抛光所述区域的步骤包括：使用外径小于所述第一直径的一半的至少一个第一抛光垫抛光所述半导体晶圆的所述区域。
17.根据权利要求9所述的抛光方法，还包括：
清洁位于所述晶圆支撑件上的所述半导体晶圆；以及
使用具有小于所述第一直径的第四直径的至少一个第三抛光垫抛光位于所述晶圆支撑件上的所述半导体晶圆。
CN201310182347.8A 2012-12-06 2013-05-16 抛光系统和抛光方法 Active CN103846770B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/706,506 2012-12-06
US13/706,506 US9718164B2 (en) 2012-12-06 2012-12-06 Polishing system and polishing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103846770A CN103846770A (zh) 2014-06-11
CN103846770B true CN103846770B (zh) 2018-02-27

Family

ID=50855142

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310182347.8A Active CN103846770B (zh) 2012-12-06 2013-05-16 抛光系统和抛光方法

Country Status (3)

Country Link
US (3) US9718164B2 (zh)
KR (1) KR101496539B1 (zh)
CN (1) CN103846770B (zh)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10593554B2 (en) 2015-04-14 2020-03-17 Jun Yang Method and apparatus for within-wafer profile localized tuning
US9970754B2 (en) * 2015-08-26 2018-05-15 Industrial Technology Research Institute Surface measurement device and method thereof
US9835449B2 (en) * 2015-08-26 2017-12-05 Industrial Technology Research Institute Surface measuring device and method thereof
JP6641197B2 (ja) * 2016-03-10 2020-02-05 株式会社荏原製作所 基板の研磨装置および研磨方法
CN110352115A (zh) * 2017-03-06 2019-10-18 应用材料公司 为cmp位置特定研磨(lsp)设计的螺旋及同心圆移动
JP6920849B2 (ja) * 2017-03-27 2021-08-18 株式会社荏原製作所 基板処理方法および装置
JP6986930B2 (ja) * 2017-11-07 2021-12-22 株式会社荏原製作所 基板研磨装置および研磨方法
CN109986456B (zh) * 2017-12-29 2020-11-03 长鑫存储技术有限公司 化学机械研磨方法、系统及金属插塞的制备方法
US11282755B2 (en) * 2019-08-27 2022-03-22 Applied Materials, Inc. Asymmetry correction via oriented wafer loading
TWI797501B (zh) 2019-11-22 2023-04-01 美商應用材料股份有限公司 在拋光墊中使用溝槽的晶圓邊緣不對稱校正
JP2022033603A (ja) * 2020-08-17 2022-03-02 キオクシア株式会社 研磨装置および研磨方法
US20220297258A1 (en) * 2021-03-17 2022-09-22 Applied Materials, Inc. Substrate polishing simultaneously over multiple mini platens

Family Cites Families (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4128968A (en) * 1976-09-22 1978-12-12 The Perkin-Elmer Corporation Optical surface polisher
US4433835A (en) * 1981-11-30 1984-02-28 Tencor Instruments Wafer chuck with wafer cleaning feature
US5486129A (en) 1993-08-25 1996-01-23 Micron Technology, Inc. System and method for real-time control of semiconductor a wafer polishing, and a polishing head
JP2513426B2 (ja) * 1993-09-20 1996-07-03 日本電気株式会社 ウェ―ハ研磨装置
JPH0919862A (ja) * 1995-07-07 1997-01-21 Ebara Corp ポリッシング装置のロード・アンロードユニット
US5792709A (en) * 1995-12-19 1998-08-11 Micron Technology, Inc. High-speed planarizing apparatus and method for chemical mechanical planarization of semiconductor wafers
JP3850924B2 (ja) * 1996-02-15 2006-11-29 財団法人国際科学振興財団 化学機械研磨装置及び化学機械研磨方法
US6179695B1 (en) * 1996-05-10 2001-01-30 Canon Kabushiki Kaisha Chemical mechanical polishing apparatus and method
CN1080620C (zh) * 1998-09-08 2002-03-13 台湾积体电路制造股份有限公司 化学机械研磨机台
CN1086976C (zh) * 1998-09-22 2002-07-03 台湾积体电路制造股份有限公司 化学机械研磨装置与方法
KR100547940B1 (ko) 1998-09-24 2006-04-10 삼성전자주식회사 반도체 웨이퍼 연마장치
US6855030B2 (en) * 1999-10-27 2005-02-15 Strasbaugh Modular method for chemical mechanical planarization
US6527621B1 (en) * 1999-10-28 2003-03-04 Strasbaugh Pad retrieval apparatus for chemical mechanical planarization
US6431959B1 (en) * 1999-12-20 2002-08-13 Lam Research Corporation System and method of defect optimization for chemical mechanical planarization of polysilicon
US20010024877A1 (en) * 2000-03-17 2001-09-27 Krishna Vepa Cluster tool systems and methods for processing wafers
US6622334B1 (en) * 2000-03-29 2003-09-23 International Business Machines Corporation Wafer edge cleaning utilizing polish pad material
WO2002025708A2 (en) * 2000-09-20 2002-03-28 Kla-Tencor-Inc. Methods and systems for semiconductor fabrication processes
JP2002219645A (ja) * 2000-11-21 2002-08-06 Nikon Corp 研磨装置、この研磨装置を用いた半導体デバイス製造方法並びにこの製造方法によって製造された半導体デバイス
US6561881B2 (en) * 2001-03-15 2003-05-13 Oriol Inc. System and method for chemical mechanical polishing using multiple small polishing pads
JP3949941B2 (ja) * 2001-11-26 2007-07-25 株式会社東芝 半導体装置の製造方法および研磨装置
KR20030053980A (ko) 2001-12-24 2003-07-02 동부전자 주식회사 반도체 웨이퍼 연마 방법 및 장치
US6875086B2 (en) * 2003-01-10 2005-04-05 Intel Corporation Surface planarization
US6976907B2 (en) * 2003-01-10 2005-12-20 Intel Corporation Polishing pad conditioning
US7273824B2 (en) * 2004-07-08 2007-09-25 United Microelectronics Corp. Semiconductor structure and fabrication therefor
JP2006147773A (ja) * 2004-11-18 2006-06-08 Ebara Corp 研磨装置および研磨方法
JP4742845B2 (ja) * 2005-12-15 2011-08-10 信越半導体株式会社 半導体ウエーハの面取り部の加工方法及び砥石の溝形状の修正方法
JP4915146B2 (ja) * 2006-06-08 2012-04-11 信越半導体株式会社 ウェーハの製造方法
JP5020603B2 (ja) * 2006-11-15 2012-09-05 ショーダテクトロン株式会社 ガラス基板の面取加工装置
JP5274993B2 (ja) * 2007-12-03 2013-08-28 株式会社荏原製作所 研磨装置
KR20090063804A (ko) * 2007-12-14 2009-06-18 주식회사 실트론 연삭 휠 트루잉 공구 및 그 제작방법, 이를 이용한 트루잉장치, 연삭 휠의 제작방법, 및 웨이퍼 에지 연삭장치
US8129279B2 (en) * 2008-10-13 2012-03-06 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Chemical mechanical polish process control for improvement in within-wafer thickness uniformity
KR101004435B1 (ko) * 2008-11-28 2010-12-28 세메스 주식회사 기판 연마 장치 및 이를 이용한 기판 연마 방법
JP5405979B2 (ja) 2009-10-28 2014-02-05 株式会社ディスコ 研磨ホイール
CN101791779A (zh) * 2009-12-03 2010-08-04 北京有色金属研究总院 半导体硅片制造工艺
JP5649417B2 (ja) * 2010-11-26 2015-01-07 株式会社荏原製作所 固定砥粒を有する研磨テープを用いた基板の研磨方法
WO2013031547A1 (ja) * 2011-08-29 2013-03-07 旭硝子株式会社 ガラス板、およびガラス板の製造方法
US9028296B2 (en) * 2012-08-30 2015-05-12 Corning Incorporated Glass sheets and methods of shaping glass sheets

Also Published As

Publication number Publication date
US20190337116A1 (en) 2019-11-07
US11358252B2 (en) 2022-06-14
CN103846770A (zh) 2014-06-11
US10357867B2 (en) 2019-07-23
US9718164B2 (en) 2017-08-01
US20170312881A1 (en) 2017-11-02
KR20140073382A (ko) 2014-06-16
KR101496539B1 (ko) 2015-02-26
US20140162534A1 (en) 2014-06-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103846770B (zh) 抛光系统和抛光方法
US11780046B2 (en) Polishing system with annular platen or polishing pad
JP4831910B2 (ja) 半導体ウェーハの制御された研磨及びプレーナ化のためのシステム及び方法
KR102344807B1 (ko) 기판의 연마 장치 및 연마 방법
CN205021392U (zh) 用于基板抛光的装置
TWI780114B (zh) 為cmp位置特定研磨設計的螺旋及同心圓移動
CN106463384B (zh) 修改基板厚度轮廓
US9662762B2 (en) Modifying substrate thickness profiles
CN102152237B (zh) 用于化学机械研磨机台的制造程序控制方法及其控制系统
US11890717B2 (en) Polishing system with platen for substrate edge control
CN203245737U (zh) 多功能研磨液供应结构及研磨装置
CN101898327B (zh) 使用多个调节盘调节化学机械抛光设备的系统和方法
US10322493B2 (en) Chemical mechanical polishing apparatus
TW201543563A (zh) 修改基板厚度輪廓
KR101089480B1 (ko) 웨이퍼 연마장치
US20120289131A1 (en) Cmp apparatus and method
KR101723848B1 (ko) 화학 기계적 연마장치 및 그 제어방법
US6620029B2 (en) Apparatus and method for front side chemical mechanical planarization (CMP) of semiconductor workpieces
CN104308744A (zh) 化学机械研磨之研磨液供给装置
US9987724B2 (en) Polishing system with pad carrier and conditioning station
CN103753379A (zh) 研磨速率侦察装置、研磨设备及实时侦察研磨速率的方法
US20220281062A1 (en) Roller for location-specific wafer polishing

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant