CN110834267A - 化学机械研磨方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

一种化学机械研磨方法及其装置。化学机械研磨方法包括以下步骤。固持一载体中的一晶圆于研磨垫之上。分配一第一浆料至载体中，第一浆料包括多个第一打磨微粒。旋转载体、研磨垫或其组合。暂停分配第一浆料。在暂停分配第一浆料之后，分配第二浆料至载体中，其中第二浆料包括小于第一打磨微粒的多个第二打磨微粒。

Description

化学机械研磨方法及其装置
技术领域
本揭露是有关于一种化学机械研磨方法及其装置。
背景技术
化学机械研磨(CMP)系统使半导体晶圆与相对于半导体晶圆移动的研磨垫接触。半导体晶圆可静止或其亦可在固持晶圆的载体上旋转。在半导体晶圆与研磨垫之间，CMP系统可使用浆料。浆料为具有润滑半导体晶圆与研磨垫之间的移动界面同时通过研磨剂温和地打磨及研磨半导体晶圆表面的能力的液体。
发明内容
在一些实施方式中，一种化学机械研磨方法包括以下步骤。固持一载体中的一晶圆于研磨垫之上。分配一第一浆料至载体中，第一浆料包括多个第一打磨微粒。旋转载体、研磨垫或其组合。暂停分配第一浆料。在暂停分配第一浆料之后，分配第二浆料至载体中，其中第二浆料包括小于第一打磨微粒的多个第二打磨微粒。
在一些实施方式中，一种化学机械研磨方法包括以下步骤。固持一晶圆载体中的一晶圆于一研磨垫之上。分配一第一浆料至晶圆载体中。在分配第一浆料至晶圆载体中之后，侦测晶圆载体中的一第一压力。比较经侦测的该第一压力与一第一预定压力。回应经侦测的第一压力高于或等于第一预定压力时，旋转晶圆载体、研磨垫或其组合。
在一些实施方式中，一种化学机械研磨装置包括一研磨垫、一晶圆载体、一第一喷嘴及一第二喷嘴以及一第一浆料源及一第二浆料源。晶圆载体在研磨垫之上，晶圆载体包括一承载头、在承载头下方的一背膜，以及围绕背膜的一扣环。第一喷嘴及第二喷嘴设置于扣环上。第一浆料源及第二浆料源分别流体地连接于第一喷嘴及第二喷嘴。
附图说明
当结合附图进行阅读时得以自以下详细描述最佳地理解本揭露的态样。应注意，根据工业上的标准实务，各种特征并未按比例绘制。实际上，为了论述清楚可任意地增大或减小各种特征的尺寸。
图1为根据本揭露的一些实施例的化学机械研磨(chemical mechanicalpolishing；CMP)工具10的侧视图；
图2为根据一些实施例的CMP方法的流程图；
图3至图8说明根据一些实施例的在各种阶段的CMP方法。
具体实施方式
以下揭示内容提供用于实施所提供标的物的不同特征的许多不同实施例或实例。以下描述部件及布置的特定实例以简化本揭露。当然，此等仅为实例且并不意欲为限定性的。举例而言，在如下描述中第一特征在第二特征之上或在第二特征上的形成可包括其中第一及第二特征直接接触形成的实施例，且亦可包括其中额外特征可在第一及第二特征之间形成而使得第一及第二特征可不直接接触的实施例。另外，本揭露可在各种实例中重复元件符号及/或字母。此重复是出于简化及清楚目的，且其本身并不指示所论述的各种实施例及/或配置之间的关系。
另外，为了描述简单起见，可在本文中使用诸如“在……之下”、“在……下方”、“下方”、“在……上方”、“上方”以及其类似术语的空间相对术语，以描述如诸图中所说明的一个元件或特征相对于另一(其他)元件或特征的关系。除了诸图中所描绘的定向以外，所述空间相对术语意欲亦涵盖在使用中或操作中部件的不同定向。装置可以其他方式定向(旋转90度或在其他定向上)，且本文中所使用的空间相对描述词可同样相应地作出解释。
现详细描述的本申请案的实施例提供用于制造半导体部件的新颖方法及装置，其包括在层上执行化学机械研磨而同时在CMP处理中即时侦测研磨条件并回应于即时侦测结果来调节浆料配方。以此方式，改良研磨效能。
半导体处理时常使用化学机械研磨(chemical mechanical polishing；CMP)制程。在不限制实施例的情况下，例如，CMP的实例处理步骤为移除材料，平坦化经沉积的层或甚至晶圆表面，以及在镶嵌制程中图案化并移除过剩的电镀金属导体。在一个实例CMP制程中，可通过将沟槽蚀刻至半导体基板中而形成浅沟槽隔离(shallow trench isolation；STI)区域。介电质可沉积在沟槽中以形成STI区域。在形成STI区域当中，介电质被沉积直至沟槽被充满且接着溢出为止，使得过剩的介电质在基板之上形成层。接着执行CMP研磨步骤以平坦化STI区域及基板；且结果是STI区域的顶部与半导体基板的表面共面。
举例而言，层间介电质(interlevel dielectric；ILD)层可形成于设置在基板上的平面晶体管之上。保形地沉积ILD介电质，且因此形成于较高结构之上(诸如，在栅极导体之上)的ILD的部分将导致经沉积的ILD的对应的较高部分。可再次执行CMP制程以研磨ILD层且移除高的部分，因此平坦化ILD层；形成需要或希望用于额外处理步骤的平坦表面。
在单一或双镶嵌处理步骤中形成用于导体的金属层。第一层级金属(M1层导体)可由单一的镶嵌铜或铜合金、铝或其他导体形成。铜被电镀至介电层内的沟槽中。在电镀期间，铜充满沟槽且接着溢出沟槽。因为化学蚀刻剂及其他蚀刻制程在图案化铜方面是低效的，所以使用另一化学机械研磨制程连同打磨浆料及衬垫以机械地移除过剩的铜。结果是嵌入导体形成于沟槽内且由介电层环绕。所完成的导体具有经研磨的上表面，其与环绕的介电质的表面共面。
因此，在半导体处理中重复使用CMP处理以在半导体基板上形成集成电路。首先参考图1，绘示根据本揭露的一些实施例的CMP工具(或装置)10的图。说明与本揭露有关的CMP工具100的部件。CMP工具100亦可包括未经绘示的其他部件。CMP工具100亦可包括除了研磨站以外的其他站，例如，诸如清洗站、干燥站或其他类型的站。
举例而言，在一些实施例中CMP工具10包括外壳110，其为CMP工具10的部件提供密封的所含系统。装载端口120耦接至外壳110，此允许晶圆W或晶圆插入至CMP工具10中。CMP工具10亦可包括耦接至外壳102的多个装载端口120。
在一些实施例中，晶圆W包含生产晶圆或经图案化的晶圆。晶圆W亦可包含其他类型的晶圆W，诸如，测试晶圆。晶圆W可为半导体晶圆，其包含例如半导体基板(例如，包含硅，尽管亦可使用其他III-V半导体材料)、设置在半导体结构的顶表面处的主动部件(例如，晶体管)，及/或各种互连结构。互连结构可包括导电特征，其电性连接主动部件以便形成功能电路。在各种实施例中，CMP处理可以在制造的任何阶段期间应用于晶圆W，以便平坦化、减少或移除晶圆W的特征(例如，介电材料、半导体材料和/或导电材料)。因此，被处理的晶圆W可包括以上特征的任何子集以及其他特征。
CMP工具10包括适用于支撑研磨垫(polishing pad)140的平台130。在CMP制程期间，例如，研磨垫140及平台130可围绕轴杆150的中心轴线CA1旋转，轴杆150通过耦接至轴杆150的平台控制器540连接至平台130。在一些实施例中，平台130及研磨垫140大于晶圆W。在一些实施例中，研磨垫140可移除且通过粘合膜、粘合剂或胶水附接至平台130。研磨垫140亦可通过其他构件耦接至平台130。一加热器或多个加热器(未绘示)可设置于平台130之下，以在CMP制程期间增加平台130的温度。
CMP工具10包括耦接至可移动臂170的钻石碟(diamond disk)160。钻石碟160包括在基板上的内嵌或囊封的切割金刚石微粒。钻石碟160包括或耦接至适用于旋转钻石碟160的机构(未经绘示)。钻石碟160用以修整研磨垫140表面，例如，以移除研磨副产物。举例而言，在一些实施例中，钻石碟160是亦使研磨垫140成形并影响研磨垫140的表面粗糙度及研磨垫140的寿命的金刚石调节工具。
CMP工具10包括晶圆载体200，其适用于例如在CMP制程期间保持晶圆W。晶圆载体200可通过耦接至晶圆载体200的载体控制器530围绕晶圆载体200的中心轴线CA2旋转。晶圆载体200可包括用于真空的接线、软管或管，其可用于拾取及保持晶圆W而同时将晶圆W移动至CMP工具10的各个站并且是在CMP制程期间。举例而言，晶圆W包含设置在其上的经图案的材料层，此层需要平坦化、光滑化或减小厚度。可以使用来自装载端口120的真空通过晶圆载体200拾取晶圆W，且第一载体200将晶圆W移动至研磨垫140，并且降低晶圆W并将晶圆W压靠在研磨垫140上用于CMP制程。在CMP制程完成之后，晶圆W通过真空再次升高，且晶圆W返回至装载端口120或返回至CMP工具10中的另一站。
在一些实施例中，晶圆载体200包括承载头(carrier head)210、在承载头下方的背膜(backing film)220，以及围绕背膜110的扣环(retaining ring)230。使用诸如螺钉的机械固件或通过任何其他合适构件将扣环230安装至承载头210。在一些实施例中，背膜220为可挠性膜，以提供用于将晶圆W紧固至承载头210的大体上平坦的表面。
经由承载头210将正压力提供至可挠性膜30的背侧表面，以便帮助维持用于支撑晶圆W的大体上平坦的表面并均匀地分配施加至晶圆W的压力。能够经由承载头210将真空施加至可挠性膜220的后表面以便帮助拾取晶圆W。晶圆W被紧固在承载头210中，使得扣环环绕晶圆W。在一些实施例中，扣环230与研磨垫140接触，但允许扣环230与研磨垫140之间有小的间隙G。
CMP工具10包括设置在扣环230上的第一喷嘴(nozzle)312及第二喷嘴322以及分别流体连接至第一喷嘴312及第二喷嘴322的第一浆料源(slurrysource)314及第二浆料源324。举例而言，第一浆料源314经由第一管316流体连接至第一喷嘴312，且第二浆料源324经由第二管326流体连接至第二喷嘴322。以此方式，第一喷嘴312可将自第一浆料源314接收的第一浆料S1分配至晶圆载体200中并分配至研磨垫140上，且第二喷嘴322可将自第二浆料源324接收的第二浆料S2分配至晶圆载体200中并分配至研磨垫140上。
在一些实施例中，例如第一浆料源314为含有第一浆料S1的浆料箱，第一浆料S1包括具有第一打磨微粒(abrasive particle)P1的悬浮液的液体，且例如第二浆料源324为含有第二浆料S2的浆料箱，第二浆料S2包括具有第二打磨微粒P2的悬浮液的液体。第一打磨微粒P1大于第二打磨微粒P2。亦即，第一打磨微粒P1的尺寸大于第二打磨微粒P2的尺寸。举例而言，第一打磨微粒P1具有自约5nm至约50nm的平均直径，且第二打磨微粒P2具有自约51nm至约100nm的平均直径。因此，大的打磨微粒P1可用以执行粗略研磨，且小的打磨微粒P2可用以执行精细研磨。在一些实施例中，第一打磨微粒P1及第二打磨微粒P2包含相同材料，诸如，SiO2或Al2O3。在一些实施例中，第一打磨微粒P1的材料不同于第二打磨微粒P2的材料。举例而言，第一打磨微粒P1可为SiO2，且第二打磨微粒P2可为Al2O3。在一些实施例中，第一打磨微粒P1悬浮在第一浆料供应器S1上的过氧化氢与硝酸的水溶液中，且第二打磨微粒P2悬浮在第二浆料供应器S2上的过氧化氢与硝酸的水溶液中。过氧化氢可氧化正研磨的表面，借此形成易于被悬浮的打磨微粒驱除的脆性氧化物层。
在一些实施例中，CMP工具10包括分别热耦接至第一管316及第二管326的第一加热器410及第二加热器420。因此，当第一浆料S1流经第一管316时第一浆料S1可由第一加热器410加热。类似地，当第二浆料S2流经第二管326时第二浆料S2可由第二加热器420加热。独立地控制第一加热器410及第二加热器420。以此方式，经加热的第一浆料S1的温度可独立于经加热的第二浆料S2中的温度。更详细而言，第一加热器410及第二加热器420可加热各别第一浆料S1及第二浆料S2，以此方式使得经加热的第一浆料S1及第二浆料S2具有不同温度。在一些实施例中，经加热的第一浆料S1具有高于经加热的第二浆料S2的温度。在其他实施例中，经加热的第一浆料S1具有低于经加热的第二浆料S2的温度。
在一些实施例中，CMP工具10包括在各别管316及326中的第一及第二阀318及328。第一阀318可用于调节第一浆料S1的流动速率及/或用于接通/断开第一浆料S1的流动。类似地，第二阀328可用于调节第二浆料S2的流动速率及/或用于接通/断开第二浆料S2的流动。通过使用对第一阀318及第二阀328的控制，可在分配第一浆料S1之后执行分配第二浆料S2。因此，可达成在同一晶圆载体200中执行粗略CMP制程继的以精细CMP制程。
在一些实施例中，使用个别的阀控制器510及520独立地控制第一及第二阀318及328。以此方式，第一浆料S1的分配持续时间可独立于第二浆料S2的分配持续时间。更详细而言，第一阀318及第二阀328可接通/断开各别第一浆料S1及第二浆料S2的流动，使得第一浆料S1及第二浆料S2具有不同的分配持续时间。在一些实施例中，第一浆料S1具有比第二浆料S2长的分配持续时间。在其他实施例中，第一浆料S1具有比经加热的第二浆料S2短的分配持续时间。
在第一浆料S1及第二浆料S2具有不同大小、独立控制的温度以及独立控制的分配持续时间的情况下，可达成CMP制程的显著灵活性，且可满足对不同CMP制程的定制要求。此不仅仅导致研磨效能的改良，亦可导致成本减少，诸如，浆料浪费。
在一些实施例中，CMP工具10包括压力感测器610及分析器640。压力感测器610设置于晶圆载体200中以侦测晶圆载体200中的压力。分析器640电性连接至压力感测器610并可比较经侦测的压力与预定压力。在一些实施例中，分析器640为计算机中的中央处理单元(CPU)或其类似者。在一些实施例中，预定压力可为针对执行粗略CMP制程或精细CMP制程的可接受压力范围的最小压力或最大压力。粗略CMP制程及/或精细CMP制程回应于自分析器640产生的压力比较结果而开始或暂停，如以下更详细地描述。在一些实施例中，预定压力储存于为非暂时性计算机可读媒体中。非暂时性计算机可读记录媒体的实例包括但不限于外部/可移除及/或内部/内置式储存器或记忆体单元，例如，光盘(诸如，DVD)、磁盘(诸如，硬盘)、半导体记忆体(诸如，ROM、RAM)、记忆卡及其类似者中的一或多者。
在一些实施例中，压力感测器610设置于背膜220上以便使压力感测器610与研磨垫140之间的距离最大化。以此方式，只要晶圆载体200内的内部空间S填充有浆料，压力感测器610就获得浆料压力。
在一些实施例中，CMP工具10包括浆料浓度感测器620。浆料浓度感测器620设置于晶圆载体200中以侦测晶圆载体200中的浆料浓度。分析器640电性连接至浆料浓度感测器620并可比较经侦测的浆料浓度与预定的浆料浓度。在一些实施例中，预定浆料浓度可为针对执行粗略CMP制程或精细CMP制程的可接受浆料浓度的最小浆料浓度或最大浆料浓度。粗略CMP制程及/或精细CMP制程回应于自分析器640产生的浓度比较结果而开始或暂停，如以下更详细地描述。在一些实施例中，预定浆料浓度储存于非暂时性计算机可读媒体中。非暂时性计算机可读记录媒体的实例包括但不限于外部/可移除及/或内部/内置式储存器或记忆体单元，例如，光盘(诸如，DVD)、磁盘(诸如，硬盘)、半导体记忆体(诸如，ROM、RAM)、记忆卡及其类似者中的一或多者。
在一些实施例中，浆料浓度感测器620设置于背膜220上以便使浆料浓度感测器620与研磨垫140之间的距离最大化。以此方式，只要晶圆载体200内的内部空间S填充有浆料，浆料浓度感测器620就获得浆料压力。
在一些实施例中，CMP工具10包括温度感测器630。温度感测器630设置于晶圆载体200中以侦测晶圆载体200中的温度。分析器640电性连接至温度感测器630并可比较经侦测的温度与预定温度。在一些实施例中，预定温度可为针对执行粗略CMP制程或精细CMP制程的可接受温度范围的最小温度或最大温度。粗略CMP制程及/或精细CMP制程回应于自分析器640产生的温度比较结果而开始或暂停，如以下更详细地描述。在一些实施例中，预定温度储存于为非暂时性计算机可读媒体中。非暂时性计算机可读记录媒体的实例包括但不限于外部/可移除及/或内部/内置式储存器或记忆体单元，例如，光盘(诸如，DVD)、磁盘(诸如，硬盘)、半导体记忆体(诸如，ROM、RAM)、记忆卡及其类似者中的一或多者。
在一些实施例中，温度感测器630经设置而邻近浆料分配喷嘴(例如，第一喷嘴312)。以此方式，温度感测器630可获得接近于经加热浆料的初始温度的温度。因为浆料分配喷嘴设置于扣环230的更远离背膜220且更靠近研磨垫140的底部区域上，所以邻近浆料分配喷嘴的温度感测器630设置于扣环230的底部区域上。因而，温度感测器630处在低于附接至背膜220的浆料浓度感测器620及压力感测器610的高度处。
图2为根据一些实施例的CMP方法M的流程图。图3至图8说明根据一些实施例的在各种阶段的CMP方法M。CMP方法M可在晶圆厂中实施用于使晶圆上的表面层平坦化。应理解，额外操作可在方法M之前、在其期间以及在其之后实施，且可被替代、消除或移动一些操作而获得方法M的额外实施例。
方法M开始于步骤S11，其中分配(dispense)第一浆料至晶圆载体中且分配至研磨垫上。参考图3，在步骤S11的一些实施例中，第一阀控制器510接通第一阀318以允许第一浆料S1自第一浆料源314流动至第一喷嘴312，此又允许第一喷嘴312将第一浆料S1分配至晶圆载体200内的内部空间S。
在一些实施例中，在第一阀318处于接通状态期间第二阀328保持断开。亦即，在分配第一浆料S1期间第二喷嘴322不分配第二浆料S2。以此方式，可在随后粗略CMP制程期间防止第一浆料S1与第二浆料S2的不当混合。
在一些实施例中，研磨垫140及晶圆载体200保持静止而不旋转直至晶圆载体200的内部空间S填充有第一浆料S1为止。以此方式，粗略CMP制程可在整个晶圆W浸没于第一浆料S1中之后开始。应理解，若研磨垫140及晶圆载体200在晶圆载体200的内部空间S填充有第一浆料S1之前旋转，则晶圆W的一些区域将经研磨而同时一些区域将不被研磨，因此导致CMP效能差，诸如，晶圆W的表面粗糙度增大。然而，因为研磨垫140及晶圆载体200保持静止而不旋转直至晶圆载体200的内部空间S填充有第一浆料S1为止，所以可改良CMP效能。举例而言，可减小晶圆W的表面粗糙度。
在一些实施例中，第一浆料S1可在分配至晶圆载体200的内部空间S中之前通过第一加热器410加热，此又将导致改良CMP效能。在一些实施例中，经加热的第一浆料S1具有在约10℃至约80℃的范围中的温度。若第一浆料S1的温度高于约80℃，则所得的经研磨晶圆可能缺陷增加。若第一浆料S1的温度低于约10℃，则CMP持续时间可能过长。
方法M接着进行至步骤S12，决定晶圆载体中的空间是否填充有第一浆料。在一些实施例中，使用压力感测器610及分析器640来执行决定晶圆载体200的内部空间S是否经填充。更详细而言，压力感测器610可在分配第一浆料S1期间侦测晶圆载体200的内部空间S中的压力，分析器640接着比较所侦测的压力与预定压力，预定压力为针对执行粗略CMP制程的可接受压力范围的最小压力。当所侦测的压力高于或等于(亦即，不小于)最小可接受压力时，方法M接着进行至步骤S13以执行粗略CMP制程。当所侦测的压力低于最小可接受压力时，方法不进行至步骤S13。亦即，不执行粗略CMP制程直至所侦测的压力高于或等于最小可接受压力为止。
在步骤S13的一些实施例中，参考图4，旋转晶圆载体200及研磨垫140中的至少一者，以使用填充在晶圆载体200的内部空间S中的第一浆料S1来执行粗略CMP制程。在一些实施例中，晶圆载体200及研磨垫140相反地旋转以改良研磨效能，可分别使用控制器530及540来控制晶圆载体200及研磨垫140的旋转。在一些实施例中，控制器530及540电性连接至分析器640，使得控制器530及540可回应于所侦测的压力高于或等于最小可接受压力而开始晶圆载体200及研磨垫140的旋转。
在一些实施例中，在旋转晶圆载体200及研磨垫140(亦即，执行粗略CMP制程)期间，压力感测器610侦测晶圆载体200的内部空间S中的压力，浓度感测器620侦测晶圆载体200的内部空间S中的第一浆料S1的浓度，且温度感测器630侦测晶圆载体200的内部空间S中的第一浆料S1的温度。分析器640可决定所侦测的压力是否在预定的可接受压力范围外，第一浆料S1的所侦测浓度是否在预定的可接受浓度范围外，以及所侦测的温度是否在预定的可接受温度范围外。
只要所侦测的压力、所侦测的温度或所侦测的浆料浓度中的至少一者在针对粗略CMP制程的预定的可接受范围外，则暂停晶圆载体200及研磨垫140的旋转。使用控制器530及540来执行暂停晶圆载体200及研磨垫140的旋转。举例而言，控制器530及540可回应于所侦测的压力、温度或浆料浓度在其针对粗略CMP制程的可接受范围外而暂停晶圆载体200及研磨垫140的旋转。在暂停晶圆载体200及研磨垫140的旋转之后，可以自动地或手动地检测晶圆W以检查是否存在异常条件及/或是否归因于异常CMP条件而刮擦晶圆W。以此方式，可减小晶圆刮擦风险。
方法M接着进行至步骤S14，此处暂停(halt)分配第一浆料。在步骤S14的一些实施例中，可通过断开第一阀318来执行暂停分配第一浆料S1。举例而言，第一阀控制器510可断开第一阀318以停止将第一浆料S1分配至晶圆载体200的内部空间S中。在暂停分配第一浆料S1之后，晶圆载体200及研磨垫140继续旋转，使得晶圆载体200的内部体积S无第一浆料S1。更详细而言，晶圆载体200及研磨垫140的旋转可加速第一浆料S1经由扣环230与研磨垫140之间的间隙S排放至晶圆载体200的外部。此结果在图5中进行说明。
方法M接着进行至步骤S15，此处暂停旋转晶圆载体200及研磨垫140。在一些实施例中，使用控制器530及540来执行暂停旋转晶圆载体200及研磨垫140。更详细而言，控制器530及540可在暂停分配第一浆料S1之后，暂停旋转晶圆载体200及研磨垫140。在一些实施例中，在暂停旋转晶圆载体200及研磨垫140与暂停分配第一浆料S1之间存在时间间隔。预定时间间隔以确保晶圆载体200的内部空间S无第一浆料S1。
方法M接着进行至步骤S16，此处将第二浆料S2分配至晶圆载体中且分配至研磨垫上。参考图6，在步骤S16的一些实施例中，第二阀控制器520接通第二阀328以允许第二浆料S2自第二浆料源324流动至第二喷嘴322，此又允许第二喷嘴322将第二浆料S2分配至晶圆载体200内的内部空间S。
在一些实施例中，在第二阀328处于接通状态期间第一阀318保持断开。亦即，在分配第二浆料S2期间第一喷嘴312不分配第一浆料S1。以此方式，可在随后精细CMP制程期间防止第一浆料S1与第二浆料S2的不当混合。
在一些实施例中，研磨垫140及晶圆载体200保持静止而不旋转直至晶圆载体200的内部空间S填充有第二浆料S2为止。以此方式，精细CMP制程可在整个晶圆W浸没于第二浆料S2中之后开始。应理解，若研磨垫140及晶圆载体200在晶圆载体200的内部空间S填充有第二浆料S2之前旋转，则晶圆W的一些区域将经研磨而同时一些区域将不被研磨，因此导致CMP的不良效能，诸如，晶圆W的表面粗糙度增大。然而，因为研磨垫140及晶圆载体200保持静止而不旋转直至晶圆载体200的内部空间S填充有第二浆料S2为止，所以可改良CMP效能。举例而言，可减小晶圆W的表面粗糙度。
在一些实施例中，第二浆料S2可在分配至晶圆载体200的内部空间S中之前，通过第二加热器420加热，此又将导致CMP效能改良。在一些实施例中，经加热的第二浆料S2具有在约10℃至约80℃的范围中的温度。若第二浆料S2的温度高于约80℃，则所得的经研磨晶圆可能具有增加的缺陷。若第二浆料S2的温度低于约10℃，则CMP持续时间可能过长。
方法M接着进行至步骤S17，决定晶圆载体200中的空间S是否填充有第二浆料S2，如图7所绘示。在一些实施例中，使用压力感测器610及分析器640来执行决定晶圆载体200的内部空间S是否经填充。更详细而言，压力感测器610可在分配第二浆料S2期间侦测晶圆载体200的内部空间S中的压力，分析器640接着比较所侦测的压力与预定压力，预定压力为针对执行精细CMP制程的可接受压力范围的最小压力。当所侦测的压力高于或等于(亦即，不小于)最小可接受压力时，方法M接着进行至步骤S18以执行精细CMP制程。当所侦测的压力低于最小可接受压力时，方法不进行至步骤S18。亦即，不执行精细CMP制程直至所侦测的压力高于或等于最小可接受压力为止。
在步骤S18的一些实施例中，参考图8，旋转晶圆载体200及研磨垫140中的至少一者，以使用填充在晶圆载体200的内部空间S中的第二浆料S2来执行精细CMP制程。在一些实施例中，晶圆载体200及研磨垫140相反地旋转以改良研磨效能，可分别使用控制器530及540来控制晶圆载体200及研磨垫140的旋转。在一些实施例中，控制器530及540电性连接至分析器640，使得控制器530及540可回应于所侦测的压力高于或等于最小可接受压力而开始晶圆载体200及研磨垫140的旋转。
在一些实施例中，在旋转晶圆载体200及研磨垫140(亦即，执行粗略CMP制程)期间，压力感测器610侦测晶圆载体200的内部空间S中的压力，浓度感测器620侦测晶圆载体200的内部空间S中的第二浆料S2的浓度，且温度感测器630侦测晶圆载体200的内部空间S中的第二浆料S2的温度。分析器640可决定所侦测的压力是否在预定的可接受压力范围外，第二浆料S2的所侦测浓度是否在预定的可接受浓度范围外，以及所侦测的温度是否在预定的可接受温度范围外。
只要所侦测的压力、所侦测的温度或所侦测的浆料浓度中的至少一者在针对粗略CMP制程的预定的可接受范围外，则暂停晶圆载体200及研磨垫140的旋转。使用控制器530及540来执行暂停晶圆载体200及研磨垫140的旋转。举例而言，控制器530及540可回应于所侦测的压力、温度或浆料浓度在其针对粗略CMP制程的可接受范围外而暂停晶圆载体200及研磨垫140的旋转。在暂停晶圆载体200及研磨垫140的旋转之后，可以自动地或手动地检测晶圆W以检查是否存在异常条件及/或是否归因于异常CMP条件而刮擦晶圆W。以此方式，可减小晶圆刮擦风险。
基于以上论述，可见本揭露提供了优势。然而，应理解，其他实施例可提供额外优势，且本文中未必揭示了所有优势，且无特定优势为所有实施例所必需。一个优势在于顺序地在单一晶圆中执行的粗略及精细CMP制程导致了CMP制程的经改良的灵活性、针对不同CMP制程的已满足的定制要求，及/或浆料浪费的减少。另一优势在于晶圆载体内部的感测器(例如，压力感测器、温度感测器及/或浓度感测器)导致了对粗略CMP制程及/或精细CMP制程的即时监控，此又将减小晶圆刮擦风险。
在一些实施例中，一种CMP方法包括以下步骤。将载体中的晶圆固持在研磨垫之上。分配包含多个第一打磨微粒的第一浆料至载体中。旋转载体及研磨垫中的至少一者。暂停分配第一浆料。在暂停分配第一浆料之后，分配第二浆料至载体中，其中第二浆料包含小于第一打磨微粒的多个第二打磨微粒。
在一些实施例中，在暂停分配第一浆料之后，继续旋转载体、研磨垫或其组合，以使载体的一内部体积无第一浆料。
在一些实施例中，CMP方法还包括在分配第二浆料之前，暂停旋转载体、研磨垫或其组合。
在一些实施例中，CMP方法还包括以下步骤。在分配第二浆料期间，侦测载体中的一压力。比较经侦测的压力与一预定压力。当经侦测的压力高于或等于预定压力时，恢复旋转载体、研磨垫或其组合。
在一些实施例中，暂停分配第一浆料是在暂停旋转载体、研磨垫或其组合之前执行。
在一些实施例中，CMP方法还包括以下步骤。加热第一浆料至一第一温度。加热第二浆料至一第二温度，且第二温度不同于第一温度。
在一些实施例中，加热第一浆料是在分配第一浆料至载体之前执行。
在一些实施例中，加热第二浆料是在分配第二浆料至载体之前执行。
在一些实施例中，CMP方法还包括以下步骤。在旋转载体、研磨垫或其组合期间，侦测载体中的一温度。当经侦测的温度在一预定温度范围外时，暂停旋转载体、研磨垫或其组合。
在一些实施例中，CMP方法还包括以下步骤。在旋转载体、研磨垫或其组合期间，侦测载体中的一压力。当经侦测的压力在一预定压力范围外时，暂停旋转载体、研磨垫或其组合。
在一些实施例中，CMP方法还包括以下步骤。在旋转载体、研磨垫或其组合期间，侦测载体中的第一浆料的一浓度。当经侦测的第一浆料的浓度在一预定浓度范围外时，暂停旋转载体、研磨垫或其组合。
在一些实施例中，CMP方法还包括以下步骤。在旋转载体、研磨垫或其组合期间，侦测载体中的第二浆料的一浓度。当经侦测的第二浆料的浓度在一预定浓度范围外时，暂停旋转载体、研磨垫或其组合。
在一些实施例中，一种CMP方法包括以下步骤。固持晶圆载体中的晶圆于研磨垫之上。分配第一浆料至晶圆载体中。分配第一浆料至晶圆载体中之后，侦测晶圆载体中的第一压力。比较经侦测的第一压力与第一预定压力。回应经侦测的第一压力高于或等于第一预定压力，旋转晶圆载体及研磨垫中的至少一者。
在一些实施例中，CMP方法还包括以下步骤。在旋转晶圆载体、研磨垫或其组合期间，侦测晶圆载体中的一第二压力。回应经侦测的第二压力低于第一预定压力，暂停旋转晶圆载体、研磨垫或其组合。
在一些实施例中，CMP方法还包括以下步骤。在旋转晶圆载体、研磨垫或其组合期间，侦测晶圆载体中的一第二压力。回应经侦测的第二压力，超过一第二预定压力，且其中第二预定压力高于第一预定压力，暂停旋转晶圆载体、研磨垫或其组合。
在一些实施例中，CMP方法还包括暂停分配第一浆料，以及在暂停分配第一浆料之后，暂停旋转晶圆载体、研磨垫或其组合。
在一些实施例中，CMP方法还包括在暂停旋转晶圆载体、研磨垫或其组合之后，分配一第二浆料至晶圆载体中。
在一些实施例中，CMP方法还包括以下步骤。在分配第二浆料至晶圆载体中之后，侦测晶圆载体中的一第二压力。比较经侦测的第二压力与一第二预定压力。回应经侦测的第二压力高于或等于第二预定压力，恢复旋转晶圆载体、研磨垫或其组合。
在一些实施例中，一种CMP装置包括研磨垫、晶圆载体、第一及第二喷嘴，以及第一及第二浆料源。晶圆载体包括承载头、在承载头下方的背膜，以及围绕背膜的扣环。第一及第二喷嘴设置于扣环上。第一及第二浆料源分别流体地连接至第一及第二喷嘴。
在一些实施例中，CMP装置还包括一第一管、一第二管、一第一加热器及一第二加热器。第一管连接第一喷嘴与第一浆料源。第二管连接第二喷嘴与第二浆料源。第一加热器与第二加热器分别热耦合至第一管与第二管，其中第一加热器与第二加热器为独立地控制。
前文概述了若干实施例的特征，使得熟悉此项技术者可较佳理解本揭露的态样。熟悉此项技术者应了解，其可容易地使用本揭露作为设计或修改用于实现相同目的及/或达成本文中所介绍的实施例的相同优势的其他制程及结构的基础。熟悉此项技术者亦应认识到，此等等效构造不脱离本揭露的精神及范畴，且其可在不脱离本揭露的精神及范畴的情况下于本文中进行各种改变、代替及替换。

Claims (10)

1.一种化学机械研磨(CMP)方法，其特征在于，包含：
固持一载体中的一晶圆于一研磨垫之上；
分配一第一浆料至该载体中，该第一浆料包含多个第一打磨微粒；
旋转该载体、该研磨垫或其组合；
暂停分配该第一浆料；以及
在暂停分配该第一浆料之后，分配一第二浆料至该载体中，其中该第二浆料包含小于所述多个第一打磨微粒的多个第二打磨微粒。
2.根据权利要求1所述的化学机械研磨方法，其特征在于，其中在暂停分配该第一浆料之后，继续旋转该载体、该研磨垫或其组合，以使该载体的一内部体积无该第一浆料。
3.根据权利要求1所述的化学机械研磨方法，其特征在于，还包含：
在分配该第二浆料之前，暂停旋转该载体、该研磨垫或其组合。
4.根据权利要求3所述的化学机械研磨方法，其特征在于，还包含：
在分配该第二浆料期间，侦测该载体中的一压力；
比较经侦测的该压力与一预定压力；以及
当经侦测的该压力高于或等于该预定压力时，恢复旋转该载体、该研磨垫或其组合。
5.根据权利要求1所述的化学机械研磨方法，其特征在于，还包含：
在旋转该载体、该研磨垫或其组合期间，侦测该载体中的一温度；以及
当经侦测的该温度在一预定温度范围外时，暂停旋转该载体、该研磨垫或其组合。
6.根据权利要求1所述的化学机械研磨方法，其特征在于，还包含：
在旋转该载体、该研磨垫或其组合期间，侦测该载体中的一压力；以及
当经侦测的该压力在一预定压力范围外时，暂停旋转该载体、该研磨垫或其组合。
7.一种化学机械研磨(CMP)方法，其特征在于，包含：
固持一晶圆载体中的一晶圆于一研磨垫之上；
分配一第一浆料至该晶圆载体中；
在分配该第一浆料至该晶圆载体中之后，侦测该晶圆载体中的一第一压力；
比较经侦测的该第一压力与一第一预定压力；以及
回应经侦测的该第一压力高于或等于该第一预定压力，旋转该晶圆载体、该研磨垫或其组合。
8.根据权利要求7所述的化学机械研磨方法，其特征在于，还包含：
在旋转该晶圆载体、该研磨垫或其组合期间，侦测该晶圆载体中的一第二压力；以及
回应经侦测的该第二压力低于该第一预定压力，暂停旋转该晶圆载体、该研磨垫或其组合。
9.一种化学机械研磨(CMP)装置，其特征在于，包含：
一研磨垫；
一晶圆载体，于该研磨垫之上，该晶圆载体包含一承载头、在该承载头下方的一背膜，以及围绕该背膜的一扣环；
一第一喷嘴及一第二喷嘴，设置于该扣环上；以及
一第一浆料源及一第二浆料源，分别流体地连接于该第一喷嘴及该第二喷嘴。
10.根据权利要求9所述的化学机械研磨装置，其特征在于，还包含：
一第一管，连接该第一喷嘴及该第一浆料源；
一第二管，连接该第二喷嘴及该第二浆料源；以及
一第一加热器及一第二加热器，分别热耦接至该第一及该第二管，其中该第一加热器及该第二加热器为独立地控制。
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