CN110962040A

CN110962040A - 清洁方法以及清洁系统

Info

Publication number: CN110962040A
Application number: CN201910925854.3A
Authority: CN
Inventors: 刘志文; 郑皓云; 涂哲豪; 陈科维
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2020-04-07
Anticipated expiration: 2039-09-27
Also published as: CN110962040B; US10800004B2; US20200101582A1; TW202012109A; TWI748253B; US20210023678A1

Abstract

本公开实施例提供一种清洁方法以及清洁系统，清洁系统以控制化学机械研磨浆料流入腔室以在腔室内形成浆料储存池。一旦在腔室内形成浆料储存池，所述清洁系统就将研磨头移动到位置并迫使附接到研磨头的晶片的表面与附接到腔室内的平台的研磨垫接触。晶片/垫的界面形成在被迫与研磨垫接触的晶片表面上，并且晶片/垫的界面设置在浆料储存池的上表面下方。在CMP工艺期间，所述清洁系统控制压板的水平和力和旋转以及抛光头的位置和力和旋转中的一或多者，以在晶片/垫的界面处进行晶片表面的CMP工艺。

Description

清洁方法以及清洁系统

技术领域

本公开实施例涉及一种清洁方法以及清洁系统。

背景技术

化学机械研磨(Chemical mechanical polish，CMP)工艺可用于制造集成电路。举例来说，CMP工艺可用于使将集成电路中的各种电路层分开的层间介电层的金属间介电层、金属特征和半导体材料平坦化。CMP工艺也常用于形成使集成电路元件互连的铜线及/或接点插件。

CMP工艺广泛用于制造集成电路。在半导体晶片的表面上逐层构建集成电路之后，CMP工艺用于平坦化最顶部的一或多层，以为后续的制造步骤提供水平的表面。然而现今的CMP工艺仍然需要改进。

发明内容

本公开实施例的其中一个目的在于提供一种清洁方法，以解决上述至少一个问题。

本公开实施例的其中另一个目的在于提供一种清洁系统，以解决上述至少一个问题。

在一些实施例中提供一种清洁方法，包括：在腔室中将半导体晶片附接到研磨头；将研磨垫放置在腔室中的平台上；将浆料流动到腔室中以形成浆料储存池；以及在半导体晶片以及研磨垫的界面进行化学机械研磨工艺，且界面位于浆料储存池的上表面下方。

在一些实施例中提供一种清洁方法，包括：将基板固定到腔室中的研磨头的晶片承载座；将研磨垫附接到室中的平台，研磨垫的上表面是在第一高度；在腔室中形成浆料储存池，浆料储存池的上表面是在低于第一高度的水平；降低平台以将研磨垫浸没到浆料储存池中；以及在低于浆料储存池的上表面的基板的表面上进行化学机械研磨工艺。

在一些实施例中提供一种清洁系统，包括腔室、平台以及研磨垫。腔室包括浆料进料口；平台容纳在腔室中；研磨垫容纳在腔室中，其中研磨垫的上表面位于腔室的底表面上方，且浆料进料口的输送口位于研磨垫的上表面下方。

附图说明

以下将配合所附附图详述本公开的实施例。应注意的是，依据在业界的标准做法，多种特征并未按照比例示出且仅用以说明例示。事实上，可能任意地放大或缩小元件的尺寸，以清楚地表现出本公开的特征。

图1示出根据一些实施例的CMP工艺系统和方法。

图2示出根据一些实施例CMP工艺的准备方法和腔室的细节。

图3示出根据一些实施例的使用图2的腔室执行工件的CMP工艺的方法。

图4示出根据一些实施例的使用图2的腔室执行工件的CMP工艺的方法。

图5示出根据一些实施例的从腔室清除浆料储存池的操作。

图6示出根据一些实施例的使用图2的腔室执行工件的清洁处理的方法。

附图标记如下：

90 浆料分配系统

100 CMP工艺系统

101 控制单元

103 CMP浆料

105 供应线

107 供应槽

108 搅拌器

109 导管

111 进料口

112 输送口

113 腔室

115 浆料储存池

123 工件

125 输出口

127 使用过的浆料

129 浆料过滤器

131 过滤过的浆料

133 补偿溶液

150 浆料恢复系统

151 补偿槽

153 流动释放阀

157 多重输入岐管

200 浆料废物处理系统

201 晶片载具

203 研磨头

205 研磨垫

207 平台

215 弃置管线

301 晶片/垫的界面

600 清洁溶液供应槽

601 晶片/垫的清洁界面

603 清洁溶液

605 清洁垫

609 清洁溶液进料线

615 清洁溶液储存池

657 第二多端口歧管

D1 第一距离

D2 第二距离

H1 第一高度

H2 第二高度

H3 第三高度

In1 第一入口

In2 第二入口

In3 第三入口

L1 第一水平

L2 第二水平

L3 第三水平

P1 第一帮浦

P2 第二帮浦

P3 第三帮浦

P4 第四帮浦

P5 第五帮浦

S1 第一传感器

S2 第一传感器

S3 第一传感器

V1 第一阀

V2 第二阀

V3 第三阀

V4 第四阀

具体实施方式

以下公开许多不同的实施方法或是范例来实行所提供的不同特征，以下描述具体的元件及其排列的实施例以阐述本公开。当然这些实施例仅用以例示，且不该以此限定本公开的范围。举例来说，在说明书中提到第一特征部件形成于第二特征部件之上，其包括第一特征部件与第二特征部件是直接接触的实施例，另外也包括于第一特征部件与第二特征部件之间另外有其他特征的实施例，也就是说，第一特征部件与第二特征部件并非直接接触。此外，在不同实施例中可能使用重复的标号或标示，这些重复仅为了简单清楚地叙述本公开，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间有特定的关系。

此外，其中可能用到与空间相关用词，例如“在…下方”、“下方”、“较低的”、“上方”、“较高的”及类似的用词，这些空间相关用词是为了便于描述图示中一个(些)元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系，这些空间相关用词包括使用中或操作中的装置的不同方位，以及附图中所描述的方位。当装置被转向不同方位时(旋转90度或其他方位)，则其中所使用的空间相关形容词也将依转向后的方位来解释。

图1示出根据一些实施例的CMP工艺系统100。CMP工艺系统100包括多个不同的元件，包括：供应槽107、腔室113、浆料过滤器129、浆料恢复系统150、控制单元101、多个帮浦P1-P5、多个阀V1-V4以及多个传感器S1-S3。CMP工艺系统100的各种元件互相连接，并且控制单元101控制帮浦P1-P5和阀V1-V4，以在操作CMP工艺系统100的期间使CMP浆料及/或溶液流过导管109。(例如管线(pipeline)、管道(tubing)、通道(channel)、馈线(feedline)、其组合等)。根据一些实施例，是由图1中的一组指向箭头来指示CMP工艺系统100内的CMP浆料103大致上的分布和流动。

在准备执行CMP工艺时，CMP工艺系统100从浆料分配系统90的供应线105接收CMP浆料103，并通过第一入口In1将CMP浆料103输送到供应槽107。CMP浆料103可为例如根据用于工件123(例如半导体基板、半导体晶片等)的CMP工艺的一期望CMP工艺配方而制备的浆料。

在一些实施例中，在将准备好的CMP浆料103输送到供应槽107之前，准备好的CMP浆料103可包含与一种或多种浆料稀释剂混合(例如在浆料分配系统的混合槽中混合)的基础浆料(例如包含胶体二氧化硅(colloidal silica)的未稀释的浆料)，以稀释基础浆料，并且还将所述基础浆料与一或多种浆料添加剂混合。在一些实施例中，供应槽107包括搅拌器108，其提供连续的搅拌给供应槽107的成分，以确保基础浆料、浆料稀释剂和浆料添加剂充分混合，并确保从供应槽107中抽出的CMP浆料103的特性具有一致的品质。浆料稀释剂和浆料添加剂可包括但不限于一种或多种以下的成分：研磨剂(abrasives)、水溶液(例如去离子水、氨水)、溶剂、氧化剂、pH值调节剂、错合剂(complexing agents)、螯合剂(chelating agents)、腐蚀抑制剂(corrosion inhibiting agents)等。适合于期望CMP工艺的所有这些浆料稀释剂和浆料添加剂及其组合可包括在且被认为是在本说明书公开的实施例的范围内，但并不限于此。

在准备执行工件123的期望CMP工艺的初始步骤可包括将工件123放置在腔室113中，以及在腔室113内形成浆料储存池115。在一些实施例中，控制单元101控制第一帮浦P1和第一阀V1以允许CMP浆料103流过进料口111并在腔室113的底部汇集，从而形成浆料储存池115。进料口111是CMP浆料103进入腔室113并与腔室113的环境混合的点(例如通过第一阀V1的下游端口或腔室113的主入口)。举例来说，CMP浆料103经由进料口111的输送口(delivery orifice)112流入腔室113并与腔室113的环境混合。根据一些实施例，进料口111的输送口112布置在腔室113的底表面处或附近。然而，可以使用任何合适的方式布置在腔室113内的进料口111的输送口112。在一些实施例中，输送口112将受控的CMP浆料103流提供到腔室113的环境中。然而，输送口112可以允许CMP浆料103自由地流入腔室113的环境中。然而，可以使用任何合适的布置方式以布置输送口112。

在一些实施例中，根据期望CMP工艺配方，控制单元101控制第一帮浦P1以及第二帮浦P2，且还控制第一阀V1以及第二阀V2，以控制CMP浆料103进出腔室113的流量。在一些实施例中，根据期望CMP工艺配方，控制单元101控制第一帮浦P1以及第二帮浦P2，且还控制第一阀V1以及第二阀V2，以调整浆料储存池115的水平。

一旦形成了浆料储存池115，工件123的期望CMP工艺可以开始使工件123的表面平坦化。在期望CMP工艺期间，工件123的表面材料可以与CMP浆料103的一或多种浆料添加剂反应，并且可以在浆料储存池115中收集废物和杂质。因此浆料储存池115中的CMP浆料103的一或多种浆料添加剂的所需浓度水平可能会耗尽、可能会降低至无效水平、或者一或多种浆料添加剂和其他浆料添加剂之间的比例可能会变得不平衡。因此，浆料储存池115的CMP浆料103的品质和特性可能会受损，使得一或多种浆料添加剂的浓度水平可能超出期望CMP工艺配方所规定的容忍度水平。举例来说，由于浆料储存池115的CMP浆料103的成分(例如氧化剂)与工件123的材料之间的化学反应会消耗或以其他方式改变CMP浆料103的成分，因此浆料储存池115的CMP浆料103可能会受损。此外，在CMP工艺期间，由于在去除工件123的表面材料期间留下的废物和杂质，浆料储存池115的CMP浆料103可能会被污染。因此，当浆料储存池115的CMP浆料103的品质或特性已经受损或已经被污染时(在此另外称为“使用过的浆料127”)，控制单元101可以开始清除浆料储存池115，以让使用过的浆料127流出腔室113。

在一些实施例中，控制单元101可以基于使用过的浆料127的耗尽、不平衡、受损或污染的程度，来确定是否所有使用过的浆料127或一些使用过的浆料127可重复使用或可再进行回收。控制单元101还可以确定何时所有的或一些使用过的浆料127可能会受损，并且无法在期望CMP工艺再进行利用或回收。因此，控制单元101可以从腔室113开始清除全部或一些使用过的浆料127。

根据一些实施例，一旦从腔室113中清除使用过的浆料127，则使用过的浆料127可以被过滤、恢复并回收到CMP浆料103的原始条件(condition)及/或状态(state)。举例来说，控制单元101可以基于浆料储存池115的使用过的浆料127中的废物和杂质的浓度而从腔室113开始清除使用过的浆料127。一旦开始清除操作，控制单元101控制第二帮浦P2和第三帮浦P3通过浆料过滤器129抽取使用过的浆料127，以从使用过的浆料127中去除废物和杂质，并在浆料过滤器129的输出处产生过滤过的浆料131。因此可以重复使用或回收过滤过的浆料131。

浆料过滤器129去除尺寸过大的大浆料颗粒或聚集的颗粒群(cluster)或丛(clump)，否则这些颗粒可能在CMP工艺期间刮伤和损坏工件123的表面。在一些实施例中，浆料过滤器129可具有约0.02μm至约0.10μm的孔径。

在一些实施例中，基于使用过的浆料127中的废物和杂质的浓度水平，控制单元101可以确定是否应该弃置使用过的浆料127。因此控制单元101开始从腔室113中清除使用过的浆料127，并指示开启第二阀V2，以允许使用过的浆料127流过弃置管线215，而到达浆料废物处理系统200，以废弃使用过的浆料127。

在一些实施例中，基于使用过的浆料127中废物和杂质的浓度水平，控制单元101可以确定使用过的浆料127的一部分可以保留在浆料储存池115以作为使用过的浆料127的剩余部分，并且可与供应的过滤过的浆料131混合。在一些实施例中，基于使用过的浆料127中的废物和杂质的浓度，控制单元101可以确定使用过的浆料127的剩余部分是否可与来自供应槽107的新鲜的CMP浆料103混合。在一些实施例中，基于使用过的浆料127中的废物和杂质的浓度，控制单元101可以确定使用过的浆料127的剩余部分是否可与过滤过的浆料131和来自供应槽107的新鲜的CMP浆料103的组合进行混合。

在一些实施例中，基于使用过的浆料127的耗尽程度，控制单元101可以确定是否应该恢复和回收使用过的浆料127。因此控制单元101开始从腔室113中清除使用过的浆料127，并指示第二阀V2打开以允许使用过的浆料127流出腔室113，且指示第二帮浦P2和第三帮浦P3通过浆料过滤器129抽取使用过的浆料127，以过滤使用过的浆料127。一旦进行了过滤，控制单元101控制第三阀V3和第四帮浦P4以将过滤过的浆料131转移到供应槽107的第二入口In2。当过滤过的浆料131被转移到供应槽107时，可以通过补充任何耗尽的浆料稀释剂、补充任何耗尽的添加剂、校正任何受损的浓度水平、调节pH水平等以恢复过滤过的浆料131。

根据一些实施例，为了将过滤过的浆料131恢复至与CMP浆料103的原始成分和原始状态一致的成分和状态，控制单元101指示浆料恢复系统150产生补偿溶液133以与过滤过的浆料131混合。在一些实施例中，浆料恢复系统150包括多个补偿槽151，分别通过多个流动释放阀153耦接到多重输入岐管(multi-input manifold)157。每个补偿槽151包含CMP浆料103的原始成分中所使用的浆料稀释剂或浆料添加剂。根据一些实施例，控制单元101基于使用过的浆料127的耗尽的程度、不平衡程度或受损程度，指示一或多个流动释放阀153释放容纳在一或多个相应的补偿槽151中的适当量的浆料稀释剂或浆料添加剂。举例来说，浆料恢复系统150可以释放补偿溶液133，其包括适当量的酸性溶液或碱性溶液(例如乙酸(acetic acid)、KOH、NaOH)以调节使用过的浆料127的pH值，而将使用过的浆料127的pH值恢复到CMP浆料103的原始成分的pH值。

根据一些实施例，多重输入岐管157可以结合释出的浆料稀释剂或释出的浆料添加剂以提供补偿溶液133。在一些实施例中，多重输入岐管157可以单独地提供每种释出的浆料稀释剂或释出的浆料添加剂，以作为一系列将要与使用过的浆料127混合的溶液，而所述的一系列溶液形成补偿溶液133。因此控制单元101指示多重输入岐管157、第四阀V4和第五帮浦P5以将补偿溶液133输送到供应槽107的第三入口In3。因此可以回收从腔室113中清除的使用过的浆料127，以让使用过的浆料127恢复到其原始成分和其原始状态。

在一些实施例中，CMP工艺系统100可以提供连续的流动系统，使得CMP浆料103连续地流入腔室113以连续地补充浆料储存池115，并让使用过的浆料127连续地流出腔室113，然后连续过滤使用过的浆料127，并使用补偿溶液133以让使用过的浆料127恢复到CMP浆料103的原始组成和原始状态。对使用过的浆料127进行恢复可允许在浆料储存池115中重复利用使用过的浆料127，同时在单个工件的CMP工艺期间和在一批工件的一系列CMP期间保持CMP浆料103的品质。

根据一些实施例，在供应槽107中，补偿溶液133与经由第二入口In2释放到供应槽107的过滤过的浆料131混合，并且还与任何剩余体积的CMP浆料103直接混合。供应槽107的搅拌器108连续地搅拌供应槽107的内容物，使得使用过的浆料127在与补偿溶液133混合时恢复到其原始成分和其原始状态。因此CMP浆料103的品质和一致性在工件123的CMP工艺过程中以及在一批工件的一系列CMP工艺期间得以维持。

根据其他实施例，过滤过的浆料131和补偿溶液133可以在被释放到供应槽107中之前进行混合。举例来说，可以将过滤过的浆料131和补偿溶液133提供到混合罐中，以产生具有和CMP浆料103的原始成分和原始状态一致的恢复的CMP浆料。一旦进行混合，恢复的CMP浆料可以返回到供应槽107。

此外，控制单元101可以在不同时间如期望CMP工艺配方所指示以开始清除浆料储存池115。举例来说，控制单元101可以从腔室113开始清除浆料储存池115，以准备工件123的后续工艺，或者在处理另一个工件之前清除浆料储存池115。后续处理步骤的范例可包括但不限于：在CMP去除工艺之间改变浆料的磨料(abrasive)或改变磨料浓度的步骤(例如在大量CMP去除和抛光(buffing)CMP去除之间，或在使用另一种CMP浆料以对另一工件执行CMP去除之间)、过滤CMP浆料103的步骤、清洁工件123的步骤、以及冲洗腔室113的步骤(例如在完成工件123的CMP工艺之后冲洗)。然而可以由控制单元101启动浆料储存池115的清除，以准备任何合适的工艺步骤。

根据一些实施例，图1还示出可以将多个传感器S1-S3布置或一体成形在CMP工艺系统100的一或多个元件内，并且还可以布置在连接元件之间的导管109内(in-line)。当CMP浆料103流过多个传感器S1-S3中的相应传感器时，多个传感器S1-S3即刻确定各个元件的一或多个状态或即刻确定CMP浆料103的特性。多个传感器S1-S3可以通信地(communicatively)耦接到控制单元101，以通过控制单元101评估在多个传感器S1-S3的各个位置处的各个元件确定的状态和CMP浆料103确定的特性。

多个传感器S1-S3的范例包括但不限于流量计(flow meters)、电声传感器(electro-acoustic sensors)、超声磨料浓度传感器(ultra-sonic abrasiveconcentration sensors)、pH传感器(pH sensors)、电导率传感器(conductivitysensors)、温度传感器(temperature sensors)、压力传感器(pressure sensors)及其组合等。然而可以使用任何合适的传感器。可以由多个传感器S1-S3确定的CMP浆料103的特性和元件的条件的范例包括但不限于pH水平(pH levels)、温度水平(temperature levels)、容积水平(volume levels)、电导率水平(conductivity levels)、超声衰减光谱(ultrasonicattenuation spectrums)、粒径分布(particle size distributions)、动态迁移光谱(dynamic mobility spectrums)、颗粒ζ电位(particle zeta potentials)、浆料压力(slurry pressures)、磨料颗粒浓度(abrasive particle concentrations)等。然而，可以由多个传感器S1-S3确定CMP浆料103的任何合适的特性，并由控制单元101所利用。

因此，多个传感器S1-S3在CMP工艺系统100中的传感器的各自的位置处即刻检测CMP浆料103的各个特性或元件的条件。可以将即刻检测到的条件或特性提供给控制单元101，以监视和分析在多个传感器S1-S3的每个相应位置的每个相应元件和CMP浆料103。因此，可以即时地(real-time)或接近即时地执行由控制单元101执行的监控和分析。根据一些实施例，由控制单元101执行的分析包括将CMP工艺期间每个相应元件的相对条件(例如在腔室113内检测到的条件)与某些条件的容差(tolerances)进行比较。举例来说，可以根据期望CMP工艺配方来确定条件的容差。此外，由控制单元101执行的分析还可以包括在CMP工艺期间在多个传感器的每个相应位置处将CMP浆料103的即刻特性与某些浆料特性容差进行比较。举例来说，可以根据所需的CMP加工配方确定浆料特性的容差。

基于元件的即刻条件或CMP浆料103的即刻特性的分析，控制单元101可以启动一或多个系统工艺。启动一或多个系统工艺可以包括例如以下操作的一或多者：启动或停用元件的部件以修改元件的一或多个条件、操作阀V1-V4并启动帮浦P1-P3以允许浆料从一个元件流到另一个元件、以及启动浆料恢复系统150以提供补偿溶液133。

如图1中进一步所示，第一传感器S1可与腔室113一体成型或布置在腔室113内，以即刻确定腔室113的状况(例如腔室温度、腔室压力、在腔室113内的浆料储存池115的水平等)。在一些实施例中，第一传感器S1包括用来测量腔室113内的浆料储存池115的深度的水平传感器。在这种实施例中，水平传感器可以包括从研磨头下方的水平延伸到研磨头上方的水平的第一部分，以为浆料储存池115的水平提供合适的读数。

第一传感器S1还可以即刻确定浆料储存池115的CMP浆料103的特性(例如pH水平、温度水平、颗粒ζ电位、磨料颗粒浓度、废物浓度、杂质浓度等)。如图1所示，第二传感器S2可以例如布置在连接第二帮浦P2和浆料过滤器129的导管109内，以在第二传感器S2的位置检测CMP浆料103的特性。此外，第三传感器S3可以例如布置在连接浆料过滤器129和第三帮浦P3的导管109的内部，以在第三传感器S3的位置检测CMP浆料103的特性。因此，控制单元101监视和分析第一、第二和第三传感器S1-S3的每个相应位置处的元件(例如腔室113)的即刻状况和浆料的特性(例如浆料储存池115内的CMP浆料103、从腔室113中清除的使用过的浆料127、或者在浆料过滤器129的输出处提供的过滤过的浆料131)。

图2示出准备用来执行工件123的期望CMP工艺的腔室113的方法以及图1的腔室113的细节。根据所需的CMP配方，腔室113包括研磨头203和平台207，所述研磨头203和平台207是在工件123的期望CMP工艺期间在腔室113内与第一传感器S1和浆料储存池115一起由控制单元101操纵。

根据一些实施例，为了准备工件123的期望CMP工艺，工件123通过晶片载具201(例如固定环(retaining ring))附接到研磨头203。晶片载具201适用于保持工件123并提供约2psi至约3psi的向下力，以防止工件123在期望CMP工艺期间滑动。研磨头203可旋转并适于上下移动，且可包括用于真空的管线(line)、软管(hose)或管道(tube)，所述真空可用于在期望CMP工艺期间拾起和固定工件123。工件123通常包括例如设置在半导体晶片上需要平坦化、平滑化或降低厚度的图案化材料层。可以例如通过使用CMP工具内的CMP站点的负载端口的真空而由研磨头203拾起工件123。根据期望CMP工艺配方，真空可在当研磨头203在腔室113内上下移动工件123时用来提升工件123。在CMP工艺完成之后，当研磨头203在腔室113内上下移动工件123时，工件123再次被真空提升，并且工件123例如返回到CMP站点或CMP工具内的其他站点的装载端口。

如上所述，在准备期望CMP工艺期间，控制单元101引导CMP浆料103从供应槽107通过进料口111流入腔室113中，从而允许CMP浆料103在腔室113的底部形成浆料储存池115。在一些实施例中，进料口111布置在腔室113的底表面处或附近。然而，可以使用在腔室113内的任何合适的进料口111的布置方式。

在一些实施例中，控制单元101控制第一帮浦P1和第一阀V1以继续使CMP浆料103流入腔室113，直到浆料储存池115的上表面到达在腔室113内的期望水平L1或直到已经有期望体积的CMP浆料103流入腔室113为止。根据一些实施例，浆料储存池115的期望水平L1可以在约130mm和约190mm之间，例如约160mm。然而，任何合适的水平可用作浆料储存池115的期望水平L1。根据一些实施例，所述浆料储存池115的期望体积可以介于约32500mL至约47500mL之间，例如约40000mL。然而，任何合适的体积可用作浆料储存池115的期望体积。

腔室113还包括平台207，平台207具有固定到平台207的顶表面的研磨垫205。平台207适于在工件123的期望CMP工艺期间旋转研磨垫205。在一些实施例中，平台207适于升高和降低腔室113内的研磨垫205。当研磨垫205固定到平台207时，研磨垫205的上表面可以布置在腔室113的底表面上方的第一高度H1处。根据一些实施例，第一高度H1可以介于约200mm和约220mm之间，例如约210mm。

平台207可以代表高速平台(high-rate platen)、低速平台(low-rate platen)和抛光平台(buffing platen)中的任何一者。然而，平台207可以代表用于执行工件123的期望CMP工艺的任何合适的平台。研磨垫205可代表适于进行高速研磨、低速研磨和研磨中的任何一种类型的研磨垫。然而，研磨垫205可以代表用于执行工件123的期望CMP工艺的任何合适的垫。在一些实施例中，平台207可为高速平台，其使用具有第一粗糙度并适于执行工件123的高速研磨的研磨垫205，以相对高的研磨速率研磨工件123。根据一些实施例，平台207可为低速平台，其使用具有第二粗糙度并适于执行工件123的低速研磨的研磨垫205，以相对低的研磨速率研磨工件123。在一些实施例中，作为低速平台的平台207也可用于检测工件123是否已达到目标厚度。在一些实施例中，平台207可为抛光平台，其使用具有适于抛光工件123的第三粗糙度的研磨垫205来抛光(例如轻微研磨)工件123。在一些实施例中，作为抛光平台的平台207也可用于修复缺陷和刮痕，并进一步研磨工件123，以达到工件123的最终目标厚度。

控制单元101通信地耦接到平台207、研磨头203和第一传感器S1。在工件123的CMP工艺期间，基于来自第一传感器S1的即时回馈，控制单元101指示平台207的操作、指示研磨头203的操作、并监控和分析腔室113的状况和浆料储存池115的CMP浆料103的特性。

在工件123的CMP工艺期间，研磨垫205固定到平台207，并且由研磨头203来保持工件123。基于所需CMP配方，控制单元101指示研磨头203以操纵腔室113内的工件123。举例来说，根据期望CMP工艺配方，控制单元101可指示研磨头203升高工件123、降低工件123、旋转工件123、以及在工件123的表面的平面内沿水平方向移动工件123。

根据一些实施例，根据期望CMP工艺配方，由控制单元101指示平台207以操纵腔室113内的研磨垫205。举例来说，控制单元101可以指示平台207以使工件123下方的研磨垫205旋转。

在一些实施例中，腔室113的输出口125布置在腔室113的底表面处或附近。然而，可以使用在腔室113内的任何合适输出口125的布置。第二阀V2布置在腔室113的输出口125处，并且第二帮浦P2经由导管109连接到第二阀V2。为了控制来自浆料储存池115的CMP浆料103的流动，控制单元101控制并打开第二阀V2，并控制第二帮浦P2以开始从腔室113将浆料储存池115的CMP浆料103吸取出来。

基于由第一传感器S1确定的一或多个条件和特性，控制单元101可以控制CMP工艺系统100的元件以执行一或多个动作。举例来说，基于所确定的腔室113的条件，根据期望CMP工艺配方，控制单元101可以指示腔室113(例如加热元件、压力阀等)来调节腔室温度及/或腔室压力。在其他范例中，基于所确定的浆料储存池115中的CMP浆料103的特性，并且根据期望CMP工艺配方，控制单元101可以指示第一阀V1、第二阀V2、第一帮浦P1、以及第二帮浦P2，以开始以下一或多者的操作：从腔室113中清除CMP浆料103、使CMP浆料103从供应槽107流入腔室113、使CMP浆料103从浆料储存池115流出腔室113、以及调节腔室113中的浆料储存池115的水平。

在期望CMP工艺期间，第一传感器S1即刻确定一或多种浆料添加剂的浓度，以及浆料储存池115中的废物和杂质的浓度。控制单元101监控和分析由第一传感器S1确定的浆料储存池115的特性。基于对浆料储存池115的特性的分析，控制单元101可以确定浆料储存池115中的CMP浆料103已经耗尽、不平衡、污染、或以其他方式损坏的程度，并且可以确定CMP浆料103是否已经不足以进行如CMP工艺配方所规定的期望CMP工艺。一旦控制单元101确定浆料储存池115的CMP浆料103被认为不再合适，或者在本说明书中另外称为”使用过的浆料”127，则控制单元101可以开始从腔室113清除使用过的浆料127。在一些实施例中，控制单元101可决定从腔室113清除一部分使用过的浆料127，而使用过的浆料127停留在浆料储存池115中的剩余部分。在其他实施例中，控制单元101可以决定从腔室113清除所有使用过的浆料127。

图3示出根据一些实施例的执行工件123的CMP工艺的方法。根据一些实施例，一旦如前述关于图2所讨论的准备了腔室113，则控制单元101可以控制浆料储存池115的水平，并且可以控制研磨头203的一或多个操作以及平台207的一或多个操作。

如图3所示，控制单元101一开始可以决定在工件123的CMP工艺期间要将浆料储存池115的表面升高到的第二水平L2。在一些实施例中，所需CMP配方可以指定一固定水平作为第二水平L2。在其他实施例中，所需CMP配方可以指定研磨垫205的上表面上方的固定高度，以作为第二水平L2。如前述关于图2所讨论的，研磨垫205的上表面的高度是第一高度H1。根据一些实施例，第一高度H1可以是腔室113内固定的高度，而且举例来说，第一高度H1可以是设置为在控制单元101中的已知参数或以其他方式提供给控制单元101的已知参数。在其他实施例中，可以由第一传感器S1测量第一高度H1，并传达到控制单元101。

可以基于研磨垫205的第一高度H1来决定第二水平L2。举例来说，在工件123的期望CMP工艺期间，所需CMP配方可以指示在研磨垫205的上表面的上方的浆料储存池115的上表面至少为第二高度H2。在一些实施例中，第二高度H2可以介于约3mm和约7mm之间，例如约5mm。

在一些实施例中，一旦决定了第二高度H2，控制单元101可以决定CMP浆料103要添加到浆料储存池115的补充体积，以将浆料储存池115的水平从第一水平L1提升到第二水平L2。基于补充体积，控制单元101可指示第一帮浦P1和第一阀V1使一定量的CMP浆料103从供应槽107流入腔室113，直到补充体积的CMP浆料103添加到浆料储存池115为止。因此，平台207浸没在浆料储存池115中，且研磨垫205的上表面在第二水平L2下方至少第二高度H2处。

一旦平台207浸没在浆料储存池115中，控制单元101就通过指示研磨头203将工件123降低到浆料储存池115中，且在将工件123的表面按压到研磨垫205的上表面中之时开始旋转工件123，以开始工件123的期望CMP工艺。当工件123通过研磨头203旋转并且研磨垫205在工件123下方旋转时，研磨头203还可以通过沿着研磨垫205的表面径向移动工件123来操纵工件123。在期望CMP工艺期间，当研磨垫205浸没在浆料储存池115内，并且工件123的表面下降到浆料储存池115中并与研磨垫205接触时，CMP浆料103均匀分布在工件123的表面和研磨垫205之间的界面(例如晶片与研磨垫的界面)处。因此，不用像在浆料滴落点(slurry drop point)将CMP浆料103从浆料臂分配到研磨垫上的腔室设计中需要使用的额外时间(例如5秒或更多秒)来均匀地分布CMP浆料103。从而可以节省使用腔室113和浆料储存池115的期望CMP工艺的时间。

如图3所示，在工件123的表面和研磨垫205的表面的一部分之间形成晶片/垫的界面301，所述两个表面在浆料储存池115的上表面下方被压在一起。因此，在工件123的期望CMP工艺期间，浆料储存池115的CMP浆料103均匀地分布在晶片/垫的界面301处。当旋转的工件123被压入研磨垫205的表面时，晶片/垫的界面301保持在浆料储存池115的上表面下方，从而在工件123的CMP期间提供CMP浆料103的均匀分布。在晶片/垫的界面301处，研磨垫205以及工件123的表面的相对运动与CMP浆料103的一或多个浆料添加剂(例如磨料颗粒及/或反应性化学品)的耦合允许CMP工艺通过物理力和化学力来平坦化工件123的表面。通过将CMP浆料103均匀地分布在晶片/垫的界面301处，可以在短的研磨时间内实现工件123的高度受控的平坦化。

此外，根据所需的CMP配方，研磨头203可以向工件123施加向下的力，以在工件123旋转时迫使工件123进入研磨垫205中以保持晶片/垫的界面301。在一些实施例中，施加的向下力在整个晶片/垫的界面301上是均匀的。在其他实施例中，基于所需CMP配方，研磨头203可以施加对应于工件123的局部厚度的局部向下力。施加的局部向下力在晶片/垫的界面301上可以是不均匀的。

根据一些实施例，根据所需的CMP配方，平台207向工件123施加反作用力，以迫使研磨垫205抵靠工件123并防止工件123弯曲，同时在研磨垫205旋转时保持晶片/垫的界面301。在一些实施例中，由平台207施加到研磨垫的反作用力可以在约0.6psi和约6psi之间，例如约3psi。

在一些实施例中，研磨头203和平台207可以根据所需CMP配方执行工件123的表面的高速研磨。当对工件123的表面进行高速研磨时，研磨头203可使工件123以约30rpm至约170rpm的速度旋转，例如约90rpm，并且平台207可使研磨垫205在约30rpm至约170rpm的速度下旋转，例如约90rpm。因此，可以在约0秒至约180秒之间的研磨时间内进行工件123表面的高速研磨，例如约90秒的时间。

图4示出根据一些实施例的执行工件123的CMP工艺的另一实施例。在此实施例中，研磨垫205可以在腔室113内降低，而非提高腔室113内的浆料储存池115的水平。这种相对于浆料储存池115的运动允许了将研磨垫205的表面浸没到浆料储存池115中的另一种方法。

在所述实施例中，一旦如前述关于图2所讨论的准备了腔室113，控制单元101可以决定第二距离D2以将研磨垫205从第一高度H1降低到第三高度H3，第三高度H3是在浆料储存池115的表面下方期望的第一距离D1。根据一些实施例，根据所需的CMP配方，可以基于第一高度H1、浆料储存池115的表面的第一水平L1、和第一水平L1下方的期望第一距离D1来决定第一距离D1。

一旦确定了第二距离D2，控制单元101可以将研磨垫205降低第二距离D2至第三高度H3。一旦研磨垫205降低到第三高度H3，则研磨垫205浸没在浆料储存池115内，且研磨垫205的上表面布置在浆料储存池115的表面下方期望的第一距离D1处。在一些实施例中，第三高度H3可以在约80mm和约120mm之间，例如约100mm。然而，任何合适于执行工件123的期望CMP工艺的高度皆可作为第三高度H3。在一些实施例中，第一距离D2可以在约60mm和约100mm之间，例如约80mm。然而，任何合适于执行工件123的期望CMP工艺的距离皆可作为第二距离D2。

一旦平台207浸没在浆料储存池115中，控制单元101就通过指示研磨头203将工件123降低到浆料储存池115中，且在将工件123的表面按压到研磨垫205的上表面中之时开始旋转工件123来开始工件123的期望CMP工艺。根据所需的CMP配方，当通过以研磨头203旋转工件123并且当研磨垫205在工件123下方旋转时，研磨头203还可以通过沿着研磨垫205的表面径向移动工件123来操纵工件123。

如图4中进一步所示，晶片/垫的界面301形成在工件123的表面和一部分研磨垫205的表面之间，且这两个表面在浆料储存池115的上表面下方被压在一起。因此，在工件123的期望CMP工艺期间，浆料储存池115的CMP浆料103均匀地分布在晶片/垫的界面301处。当旋转的工件123被压入研磨垫205的表面中时，晶片/垫的界面301保持在浆料储存池115的上表面下方，从而在工件123的CMP工艺期间提供CMP浆料103的均匀分布。在晶片/垫的界面301处，研磨垫205以及工件123的表面的相对运动与CMP浆料103的一或多个浆料添加剂(例如磨料颗粒及/或反应性化学品)的耦合允许CMP工艺通过物理力和化学力来平坦化工件123的表面。通过将CMP浆料103均匀地分布在晶片/垫的界面301处，可以在短的研磨时间内实现工件123的高度受控的平坦化。

在一些实施例中，控制单元101监测并分析浆料储存池115的水平。为了保持浆料储存池115的水平并且在CMP工艺期间保持工件123浸没在浆料储存池115内，控制单元101可以控制一或多个阀V1-V3以及一或多个帮浦P1-P3以调节CMP浆料103、过滤过的浆料131、和使用过的浆料127流入和流出腔室113。将工件123维持浸没在浆料储存池115内以确保CMP浆料103在晶片/垫的界面301处保持均匀分布，并避免在CMP工艺期间不均匀的浆料分布，这允许对工件123的表面进行高度控制的晶片内(within wafer，WiW)平整化。在一些实施例中，可以将晶片内平整化控制在大约

到大约

之间的变化范围内，例如大约

本公开的CMP工艺系统100和方法的实施例提供了改进的研磨稳定性和改进的晶片内厚度控制，即使在使用短研磨时间(例如约1-3秒)时也是如此。此外，可以使腔室113内的空间最小化，并且可以基于腔室113的设计实现材料成本，从而允许CMP浆料经由布置在腔室113的底部或附近的进料口111以及输出口125流入和流出腔室113。通过在浆料储存池115的表面下方执行工件123的CMP工艺，而非使用浆料臂和喷嘴将CMP浆料103分配到研磨垫205的顶表面上的浆料滴落点，可以进一步节省空间和成本。此外，在浆料储存池115的表面下方执行工件123的CMP工艺允许CMP浆料103在晶片/垫的界面301处均匀分布。然而，当在研磨垫205的表面上的滴落点处使用浆料臂分配浆料时，在晶片/垫的界面301处会发生浆料的不均匀分布。从浆料臂分配的浆料的不均匀分布是因为浆料滴落点的位置与晶片/垫的界面301的位置之间的差异所引起的。通过在浆料储存池115中重复使用和回收CMP浆料103，也可以进一步的节省成本和增加生产效率。

即使在晶片/垫的界面301存在不同表面型态(topography)的情况下(例如由于研磨垫205的粗糙度及/或由于晶片内表面的粗糙度)，CMP工艺系统100也提供高度均匀的研磨行为以及增加的工艺稳定性。此外，即使在使用会导致研磨垫205弯曲的显着的研磨向下力时或即使在使用短的研磨时间(例如约1-2秒)时，CMP工艺系统100也提供高度均匀的研磨行为以及增加的工艺稳定性。因此，当使用具有浆料储存池115的腔室113时，实现了改进的晶片内厚度控制，从而进一步提高了良率。

图5示出根据一些实施例的浆料储存池115的清除。一旦完成工件123的期望CMP工艺，则CMP工艺系统100控制研磨头203以抬起工件123远离研磨垫205，从而使工件123与研磨垫205不接触，并消除晶片/垫的界面301，如图3和图4所示。如前述关于图1所详细讨论的，一旦工件123被抬起并与研磨垫205不接触，则可以通过腔室113的输出口125从腔室113清除浆料储存池115的使用过的浆料127。

本公开一些实施例是关于经由包括浆料储存池115的腔室113以改善晶片内性能的CMP工艺系统100和CMP研磨方法。在一些实施例中，所述系统包括设计成允许在CMP工艺期间使浆料在晶片/垫的界面301处均匀分布，并且避免浆料在晶片/垫的界面301处由于垫与晶片界面的位置与浆料滴落点的位置之间的差异而发生不均匀分布的腔室113。即使在存在晶片/垫粗糙度的不同表面型态及/或晶片到晶片(wafer-to-wafer，WtW)表面的不同表面型态的情况下、即使在使用会导致研磨垫205弯曲的显着的研磨向下力时、且即使在使用短的研磨时间(例如约1-2秒)时，CMP工艺系统100也提供高度均匀的研磨行为并增加工艺稳定性。由于CMP工艺系统100增加工艺稳定性以及高度均匀的研磨行为，因此可以实现内晶片厚度分布改进的控制。

图6示出根据一些实施例的使用图2的腔室执行工件的清洁处理的方法。如前述关于图5所讨论的，一旦已从腔室113清除所有浆料，控制单元101可以控制工件123的清洁处理。因此，控制单元101可以指示阀V1-V4和帮浦P1-P5从供应槽107供应清洁溶液603，或者例如从浆料分配系统90的清洁溶液供应槽600供应清洁溶液603。根据一些实施例，清洁溶液603可包含例如去离子水、SC-1、NH4OH、HF、柠檬酸(citric acid)或其他化学品中的一或多者。

可以经由连接在浆料分配系统90的第二多端口歧管657之间的清洁溶液进料线609来提供清洁溶液603，以流过腔室113的进料口111。当清洁溶液603继续流入腔室113时，在腔室113中形成清洁溶液储存池615。根据一些实施例，在工件123的清洁处理期间，控制单元101可以控制清洁溶液储存池615的水平、以及研磨头203及/或平台207的操纵。

如图6中所示，控制单元101可以决定一开始在工件123的清洁处理期间清洁溶液储存池615的表面将会被升高到的第三水平L3。在一些实施例中，期望的配方可以指定第三水平L3的固定水平，在清洁垫605的上表面上方的固定高度是用以作为第三水平L3。可以通过控制单元101，并使用上述用于决定研磨垫205的上表面和浆料储存池115的表面的高度的方法，来决定清洁垫605的上表面的高度和清洁溶液储存池615的表面的水平。

一旦平台207浸没在清洁溶液储存池615中，控制单元101通过指示研磨头203将工件123降低到清洁溶液储存池615中，并在将工件123的表面按压到清洁垫605的上表面中同时开始旋转工件123来开始工件123期望的清洁处理。当通过研磨头203旋转工件123并且清洁垫605在工件123下方旋转时，研磨头203还可以通过沿着清洁垫605的表面径向移动工件123来操纵工件123。在期望的清洁处理期间，将清洁垫605浸没在清洁溶液储存池615中并且工件123的表面下降到清洁溶液储存池615中并与清洁垫605接触，清洁溶液603均匀地分布在位于工件123的表面和清洁垫605之间的晶片/垫的界面(例如晶片/垫的清洁界面601)。

如图6所示，在工件123的表面和清洁垫605的表面的一部分之间形成晶片/垫的清洁界面601，而所述两个表面在清洁溶液储存池615的上表面下方被压在一起。因此，清洁溶液储存池615的清洁溶液603在工件123期望的清洁处理期间均匀地分布在晶片/垫的清洁界面601处。当旋转的工件123被压入清洁垫605的表面中时，晶片/垫的清洁界面601保持在清洁溶液储存池615的上表面下方，从而在清洁处理工件123时提供清洁溶液603的均匀分布。清洁垫605和在晶片/垫的清洁界面601处与清洁溶液603耦合的工件123的表面的相对运动允许清洁处理通过物理和化学力从工件123的表面去除废物和杂质。因为清洁溶液603均匀地分布在晶片/垫的清洁界面601处，可以在短的清洁时间内实现对工件123的高度控制的清洁处理。

在一些实施例中提供一种清洁方法，包括：在腔室中将半导体晶片附接到研磨头；将研磨垫放置在腔室中的平台上；将浆料流动到腔室中以形成浆料储存池；以及在半导体晶片以及研磨垫的界面进行化学机械研磨工艺，且界面位于浆料储存池的上表面下方。在一些实施例中，清洁方法还包括在进行化学机械研磨工艺之前提升浆料储存池的表面，以覆盖研磨垫的表面。在一些实施例中，清洁方法还包括将研磨头降低到浆料储存池中以形成界面。在一些实施例中，清洁方法还包括在进行化学机械研磨工艺之前降低研磨头，以通过浆料覆盖研磨垫的表面。在一些实施例中，清洁方法还包括将研磨头降低到浆料储存池中以形成界面。在一些实施例中，清洁方法还包括：从腔室清除浆料；以及将清洁溶液流入腔室中以形成清洁溶液储存池。

在一些实施例中提供一种清洁方法，包括：将基板固定到腔室中的研磨头的晶片承载座；将研磨垫附接到室中的平台，研磨垫的上表面是在第一高度；在腔室中形成浆料储存池，浆料储存池的上表面是在低于第一高度的水平；降低平台以将研磨垫浸没到浆料储存池中；以及在低于浆料储存池的上表面的基板的表面上进行化学机械研磨工艺。在一些实施例中，形成浆料储存池的操作包括在低于平台的一个点将浆料流入腔室中。在一些实施例中，清洁方法还包括：从腔室清除浆料储存池的第一浆料；将第二浆料流入腔室中以在腔室中形成第二浆料储存池；以及在第二浆料储存池的上表面下方进行第二化学机械研磨工艺。在一些实施例中，第二浆料与第一浆料不同。在一些实施例中，清洁方法还包括：过滤从腔室中清除的第一浆料以提供过滤过的浆料；以及使用至少一部分过滤过的浆料作为第二浆料。在一些实施例中，清洁方法还包括：过滤从腔室中清除的第一浆料以提供过滤过的浆料；混合补偿溶液以恢复在过滤过的浆料中的耗尽的浆料添加剂以形成回收浆料；以及使用回收浆料作为第二浆料。在一些实施例中，进行化学机械研磨工艺的操作包括将基板降低到浆料储存池中。在一些实施例中，清洁方法还包括：从腔室清除浆料储存池的浆料；将清洁溶液流入腔室中以在腔室中形成清洁溶液储存池；以及在清洁溶液储存池的上表面下方进行清洁处理。

在一些实施例中提供一种清洁系统，包括腔室、平台以及研磨垫。腔室包括浆料进料口；平台容纳在腔室中；研磨垫容纳在腔室中，其中研磨垫的上表面位于腔室的底表面上方，且浆料进料口的输送口位于研磨垫的上表面下方。在一些实施例中，清洁系统还包括水平传感器，位于腔室中。在一些实施例中，水平传感器至少部分位于研磨垫上方。在一些实施例中，清洁系统还包括浆料储存池，位于腔室中，且浆料储存池覆盖研磨垫。在一些实施例中，清洁系统还包括马达，以在第一方向上移动研磨垫，且第一方向垂直研磨垫的旋转运动。在一些实施例中，清洁系统还包括：过滤器，连接腔室的一出口；以及恢复系统。

上述内容概述许多实施例的特征，因此本领域技术人员可更加理解本公开的各面向。本领域技术人员可能无困难地以本公开为基础，设计或修改其他工艺及结构，以达到与本公开实施例相同的目的及/或得到相同的优点。任何所属技术领域中技术人员也应了解，在不脱离本公开的精神和范围内做不同改变、代替及修改，如此等效的创造并没有超出本公开的精神及范围。

Claims

1.一种清洁方法，包括：

在一腔室中将一半导体晶片附接到一研磨头；

将一研磨垫放置在该腔室中的一平台上；

将一浆料流入该腔室中以形成一浆料储存池；以及

在该半导体晶片以及该研磨垫间的一界面进行一化学机械研磨工艺，且该界面位于该浆料储存池的一上表面下方。

2.如权利要求1所述的清洁方法，还包括在进行该化学机械研磨工艺之前提升该浆料储存池的表面，以覆盖该研磨垫的一表面。

3.如权利要求1所述的清洁方法，还包括将该研磨头降低到该浆料储存池中以形成该界面。

4.一种清洁方法，包括：

将一基板固定到一腔室中的一研磨头的一晶片承载座；

将一研磨垫附接到该腔室中的一平台，该研磨垫的一上表面是在一第一高度；

在该腔室中形成一浆料储存池，该浆料储存池的一上表面是在低于该第一高度的一水平；

降低该平台以将该研磨垫浸没到该浆料储存池中；以及

在低于该浆料储存池的该上表面的该基板的一表面上进行一化学机械研磨工艺。

5.如权利要求4所述的清洁方法，其中形成该浆料储存池的操作包括在低于该平台的一个点将一浆料流入该腔室中。

6.如权利要求4所述的清洁方法，还包括：

从该腔室清除该浆料储存池的一第一浆料；

将一第二浆料流入该腔室中以在该腔室中形成一第二浆料储存池；以及

在该第二浆料储存池的一上表面下方进行一第二化学机械研磨工艺。

7.如权利要求6所述的清洁方法，还包括：

过滤从该腔室中清除的该第一浆料以提供一过滤过的浆料；以及

使用至少一部分该过滤过的浆料作为该第二浆料。

8.如权利要求6所述的清洁方法，还包括：

过滤从该腔室中清除的该第一浆料以提供一过滤过的浆料；

混合一补偿溶液以恢复在该过滤过的浆料中的耗尽的多个浆料添加剂以形成一回收浆料；以及

使用该回收浆料作为该第二浆料。

9.一种清洁系统，包括：

一腔室，包括一浆料进料口；

一平台，容纳在该腔室中；以及

一研磨垫，容纳在该腔室中，其中该研磨垫的一上表面位于该腔室的一底表面上方，且该浆料进料口的一输送口位于该研磨垫的该上表面下方。

10.如权利要求9所述的清洁系统，还包括一水平传感器，位于该腔室中。