CN111113270A

CN111113270A - 用于清洁研磨垫的方法

Info

Publication number: CN111113270A
Application number: CN201911054011.7A
Authority: CN
Inventors: 张智桀; 陈彦廷; 黄惠琪; 陈科维
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2019-10-31
Publication date: 2020-05-08
Also published as: TW202017700A; US11850704B2; US11446785B2; US20220362907A1; US20200130138A1

Abstract

本文提供用于清洁研磨垫的方法。本文提供减少修整盘及研磨垫上的金属颗粒污染的化学机械平坦化系统及方法。所述方法可包括将修整盘及至少一导电元件接触电解液接触，并施加直流功率到修整盘及所述至少一导电元件。

Description

用于清洁研磨垫的方法

技术领域

本公开实施例涉及一种用于清洁研磨垫(polishing pad)的方法、用于在化学机械平坦化系统中去除金属沉积物的方法及化学机械平坦化系统。

背景技术

化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)为形成集成电路的一种常见做法。典型地，化学机械研磨可用于半导体晶圆的平坦化(planarization)。化学机械研磨利用物理力及化学力(physical and chemical forces)的共同作用来研磨晶圆。通过在晶圆停留在研磨垫上的同时对晶圆背面施加负载力来执行化学机械研磨。然后使研磨垫及晶圆反向旋转，同时使包含磨料及/或反应性化学物质的浆料在两者之间通过。化学机械研磨为实现晶圆整体平坦化的有效方法。

发明内容

本公开一些实施例提供一种用于清洁一研磨垫的方法，包括：将研磨垫的一研磨表面接触一修整盘及一第一导电元件、将研磨垫、修整盘、及第一导电元件接触一第一电解液、以及施加直流功率到修整盘及第一导电元件，从而通过在第一电解液中的电解而从研磨垫去除多个金属颗粒并将金属颗粒沉积到修整盘上。

本公开一些实施例提供一种用于在一化学机械平坦化系统中去除一金属沉积物的方法，包括：将一研磨垫接触一修整盘、旋转研磨垫、将修整盘定位在具有一第一导电元件的一储槽中、将修整盘及第一导电元件接触一第一电解液、以及施加直流功率到修整盘及第一导电元件，从而通过在第一电解液中的电解而从修整盘去除多个金属颗粒。

本公开一些实施例提供一种化学机械平坦化系统，包括：一研磨垫、一修整盘、一第一导电元件、一第一电解液以及一直流电源。研磨垫具有一研磨表面。修整盘接触研磨表面。第一导电元件接触研磨表面。第一电解液接触修整盘及第一导电元件。直流电源电性耦接到修整盘及第一导电元件，配置以施加一直流功率到修整盘及第一导电元件。

附图说明

当结合附图阅读时，可从以下详细描述中最佳地理解本公开的各个方面。应注意的是，根据工业上的标准实践，各种特征未按比例绘制。实际上，为了清楚起见，可任意增加或减少各种特征的尺寸。

图1A及图1B为根据一些实施例的化学机械研磨系统的示意图。

图2A到图2C为根据一些实施例的化学机械研磨系统的一部分的示意图。

图3为根据一些实施例的化学机械研磨系统的一部分的示意图。

图4为根据一些实施例的用于控制化学机械研磨系统的操作的控制系统的示意图。

图5A及图5B分别为根据一些实施例的清洁研磨垫及修整盘(dressing disk)的方法的流程图。

附图标记说明：

10 平台

12 平台轴

20 研磨垫

25 研磨表面

30 晶圆承载器

32 保持环

34 承载器膜

36 晶圆承载器轴

40 晶圆

50 浆料输送系统、浆料分配器

52 浆料臂

54 出口

60 浆料

70 修整盘

75 金属沉积物

80、80a、80b、80c 导电杆

82 导电条

87、89 电解液

90 直流电源

95 储槽

100 化学机械研磨系统

110 控制系统

111 处理器

112 输入/输出装置/接口

113 存储器

114 网络接口

115 总线

116 网络

117 指令

120、130 方法

122、124、126、132、134 操作

D1 方向、箭头

具体实施方式

以下的公开内容描述许多不同的示例性的实施例以实施本公开的不同特征。以下的公开内容叙述各个构件及其排列方式的特定范例，以简化说明。当然，这些特定的范例并非用以界定。例如，若是本公开书叙述了一第一特征形成于一第二特征之上或上方，即表示其可能包含上述第一特征与上述第二特征是直接接触的实施例，亦可能包含了有额外特征形成于上述第一特征与上述第二特征之间，而使上述第一特征与第二特征可能未直接接触的实施例。另外，以下公开书不同范例可能重复使用相同的参考符号及/或标记。这些重复为了简化与清晰的目的，并非用以界定所讨论的不同实施例及/或结构之间有特定的关系。

此外，本文中所使用的与空间相关用词，例如“在…下方”、“下方”、“较低的”、“上方”、“较高的”及类似的用词，为了便于描述图示中一个元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系。除了在附图中示出的方位外，这些空间相关用词意欲包含使用中或操作中的装置的不同方位。设备可能被转向不同方位(旋转90度或其他方位)，则在此使用的空间相关词也可依此相同解释。

根据各种示例性实施例，本公开的方法减少了化学机械平坦化(chemical-mechanical planarization，CMP)系统中的修整盘及研磨垫上的金属颗粒污染。本公开的实施例还包括在制造集成电路的过程中使用根据各种实施例的方法的范围。举例来说，方法包括使用本文中的化学机械研磨系统来平坦化在其上或其中形成集成电路的晶圆。

图1A示意性地示出化学机械研磨系统100的立体图。化学机械研磨系统100包括平台(platen)10、在平台10顶部的研磨垫20、以及晶圆承载器30，晶圆承载器30配置以支持晶圆40以使用化学机械研磨系统100处理。化学机械研磨系统100还包括浆料输送系统50，配置以将浆料60输送到研磨垫20，以促进从晶圆40去除金属或非金属特征。控制系统110配置以控制化学机械研磨系统100的操作。化学机械研磨系统100还包括修整盘(未表示)，配置以恢复研磨垫20的粗糙度。

在化学机械研磨过程期间，平台10由一个机构(例如以一个方向旋转的马达(未表示))所旋转。平台10配置以在至少一第一方向(例如，方向D1上)旋转。在一些实施例中，平台10配置以在多于一个方向上旋转。在一些实施例中，平台10配置以具有恒定的旋转速度。在一些实施例中，平台10配置以具有可变的旋转速度。在一些实施例中，平台10由马达经由平台轴12旋转。在一些实施例中，马达为交流(alternating current，AC)马达、直流(direct current，DC)马达、通用马达(universal motor)或任何其他合适的马达。在其他实施例中，平台10配置以保持静止。

平台10及平台轴12各自由对浆料60具有良好耐化学性(chemical resistance)的材料所制成。在一些实施例中，平台10及平台轴12各自由不锈钢或聚醚醚酮(polyetheretherketone，PEEK)所制成。

在一些实施例中，平台10配置以沿一或多个方向平移，使得其可在化学机械研磨过程期间在晶圆40的表面上施加压力。在其它实施例中，晶圆承载器30可将晶圆40沿抵靠研磨垫20的方向推动，使得与研磨垫20接触的晶圆40的表面可由浆料60研磨。

当平台10旋转时，研磨垫也旋转。平台10、研磨垫20中、或两者配置以使得研磨垫20以与平台10相同的速度在相同方向上旋转。在一些实施例中，研磨垫20可移除地耦接到(例如，经由黏着剂)平台10。在平台10为静止的一些实施例中，研磨垫20保持静止。

研磨垫20具有带纹理(textured)的表面，此带纹理的表面配置以在化学机械研磨系统100的操作期间从晶圆40去除材料。研磨垫20由足够硬的材料所形成，以允许在浆料中的磨料颗粒机械地研磨晶圆40，晶圆40位于晶圆承载器30及研磨垫20之间。在另一方面，研磨垫20为足够柔软的，使得研磨垫20实质上不刮伤其在研磨过程期间所接触的晶圆40的表面。此外，研磨垫20由对浆料60具有良好的耐化学性的材料所制成。在一些实施例中，研磨垫20由聚氨酯(polyurethane)所制成。

晶圆承载器30配置以在化学机械研磨系统100的操作期间将晶圆40固持在研磨垫20附近。在一些实施例中，晶圆承载器30包括保持环32。保持环32内侧的承载器膜(carrierfilm)34将晶圆40附着到晶圆承载器30。

为了进一步平坦化晶圆40，晶圆承载器30可旋转(例如，沿所示的方向D1、或相反的方向)，使晶圆40发生旋转，并在研磨垫20上同时移动，但是本公开的各种实施例不限于此。换句话说，晶圆承载器30配置以沿第二方向旋转。在一些实施例中，第二方向与第一方向相同。换句话说，晶圆承载器30及研磨垫20以相同的方向(例如，顺时针或逆时针)旋转。在一些实施例中，第二方向与第一方向相反。换句话说，晶圆承载器30及研磨垫20以相反方向旋转。在一些实施例中，晶圆承载器30配置以恒定旋转速度旋转。在一些实施例中，晶圆承载器30配置以可变旋转速度旋转。在一些实施例中，晶圆承载器30由马达经由晶圆承载器轴36而旋转。在一些实施例中，马达为交流马达、直流马达、通用马达、或另一种合适的马达。在其他实施例中，晶圆承载器30保持静止。在一些实施例中，晶圆承载器30相对于研磨垫20平移。晶圆承载器30、承载器膜34及晶圆承载器轴36各自由对浆料60具有良好耐化学性的材料所制成。在一些实施例中，晶圆承载器30及晶圆承载器轴36各自由不锈钢或聚醚醚酮所制成，且承载器膜34由聚氨酯所制成。

当在操作化学机械研磨系统100时，浆料60在晶圆40及研磨垫20之间流动。浆料60可包括与晶圆40的表面层反应的反应性化学物质，以及用于机械研磨晶圆40的表面的磨料颗粒。经由浆料60中的反应性化学物质及晶圆40的表面层之间的化学反应、及机械研磨，晶圆40的表面层被去除。

浆料60通常包括在水溶液中的磨料颗粒。在一些实施例中，浆料60还包括一或多种化学添加剂，例如氧化剂、螯合剂、腐蚀抑制剂、或pH调节剂。化学添加剂有助于对将被研磨的金属表面进行适当的改质，这有助于提高研磨效率。

磨料颗粒机械地研磨晶圆40的表面。磨料颗粒的范例包括二氧化硅(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、二氧化铈(CeO₂)、二氧化钛(TiO₂)、氧化锆(ZrO₂)、氧化镁(MgO)、及氧化锰(MnO₂)。在一些实施例中，浆料60包括单一类型的磨料颗粒。在一些实施例中，浆料60包括两种或更多种类型的磨料颗粒的混合物。举例来说，在一些实施例中，浆料60包括为二氧化铈的一些磨料颗粒、及为二氧化钛或氧化铝(Al₂O₃)的一些磨料颗粒。在一些实施例中，为了有助于获得良好的分散稳定性并最小化刮伤的发生，浆料60包括胶体二氧化硅、胶体氧化铝、胶体二氧化铈、或其组合。

为了有助于获得有利的研磨速率，磨料颗粒具有约20纳米(nm)至约500纳米的平均颗粒尺寸(例如，平均粒径)。如果磨料颗粒的尺寸太小，则研磨速率变得太低而不能使化学机械研磨过程有效。如果磨料颗粒的尺寸太大，则由于刮伤而在晶圆40表面上产生缺陷的机会增加。在一些实施例中，浆料60包括相似尺寸的磨料颗粒。在一些实施例中，浆料60包括不同尺寸的磨料颗粒的混合物。举例来说，在一些实施例中，浆料60包括具有聚集在较小值(例如，小于约50纳米)附近的尺寸的一些磨料颗粒、以及具有聚集在较大值(例如，约100纳米或更大)附近的尺寸的其他磨料颗粒。

浆料60包括任何合适量的磨料颗粒。在一些实施例中，浆料60包括约10％重量百分比或更少的磨料颗粒。在一些实施例中，浆料60包括约0.01％重量百分比至约10％重量百分比的磨料颗粒。在浆料60中较高的磨料颗粒重量百分比通常提供较高的研磨速率。然而，如果磨料颗粒的浓度太高，则磨料颗粒会聚结成大颗粒，而从溶液中掉出，使浆料不适合用于研磨。因此，在浆料60中的磨料颗粒的浓度被设定为尽可能地高而不造成磨料颗粒的聚结。

可选地，将氧化剂掺入浆料60中，以促进有效率的去除及更好的平坦化。氧化剂可促进在障壁层(barrier layer)及导电材料层中的金属氧化成对应的金属氧化物，且金属氧化物随后通过机械研磨(mechanical grinding)去除。举例来说，使用氧化剂将钨氧化成氧化钨；之后，氧化钨被机械研磨并去除。作为另一个范例，氧化剂能够将铜氧化成氧化亚铜(cuprous oxide)或氧化铜(cupric oxide)；之后，氧化亚铜或氧化铜被机械研磨并去除。氧化剂的范例包括过氧化氢(hydrogen peroxide)、过硫酸盐(peroxosulfates)、硝酸(nitric acid)、高碘酸钾(potassium periodate)、次氯酸(hypochlorous acid)、臭氧(ozone)、硝酸铁(ferric nitrate)(Fe(NO₃)₃)、硝酸钾(potassium nitrate)(K(NO₃))、及其组合。如果有的话，浆料60包括任何合适量的氧化剂，以确保金属层的快速氧化同时平衡化学机械研磨的性能。在一些实施例中，浆料包括约10％重量百分比或更少的氧化剂。在一些实施例中，浆料包括约0.01％重量百分比至约10％重量百分比的氧化剂。

可选地，将螯合剂掺入浆料60中，以改善金属表面的平坦化或研磨。螯合剂能够与金属离子(例如铜或钨离子)形成错合物，使得氧化的金属能够从被研磨的金属表面上去除。螯合剂的范例包括例如磷酸的无机酸、例如乙酸(acetic acid)、草酸(oxalic acid)、丙二酸(malonic acid)、酒石酸(tartaric acid)、柠檬酸(citric acid)、马来酸(maleicacid)、邻苯二甲酸(phthalic acid)、或琥珀酸(succinic acid)的有机酸、以及例如乙醇胺(ethanol amine)或丙醇胺(propanol amine)的胺类。浆料60包括任何合适量的螯合剂(如果有的话)。在一些实施例中，浆料60包括约10％重量百分比或更少的螯合剂。在一些实施例中，浆料60包括约0.01％重量百分比至约10％重量百分比的螯合剂。

可选地，将腐蚀抑制剂掺入浆料60中，以有助于防止在化学机械研磨过程期间的金属的腐蚀。在一些实施例中，腐蚀抑制剂包括与螯合剂一样的材料。如果有的话，浆料包括任何合适量的一腐蚀抑制剂。在一些实施例中，浆料60包括约10％重量百分比或更少的腐蚀抑制剂。在一些实施例中，浆料60包括约0.01％重量百分比至约10％重量百分比的腐蚀抑制剂。

可选地，将pH调节剂掺入浆料60中，以维持浆料的pH水平在从约2至约11的范围内。浆料60的pH值变化取决于存在于将被研磨的表面的金属。举例来说，浆料60的pH值为通常从约2至7，以用于研磨钨及铝，而浆料的pH值为通常从约7至11，以用于研磨铜、钴、及钌。在一些实施例中，采用例如盐酸(hydrochloric acid)、硝酸(nitric acid)、硫酸(sulfuric acid)、乙酸(acetic acid)、酒石酸(tartaric acid)、琥珀酸(succinicacid)、柠檬酸(citric acid)、苹果酸(malic acid)、丙二酸(malonic acid)、各种脂肪酸(fatty acids)、及各种多元羧酸(polycarboxylic acids)的酸来降低浆料的pH值。在一些实施例中，采用例如氢氧化钾(potassium hydroxide)(KOH)、氢氧化铵(ammoniumhydroxide)(NH₄OH)、三甲基胺(trimethyl amine)(TMA)、三乙基胺(triethyamine)(TEA)、及四甲基氢氧化铵(tetramethylammounium hydroxide)(TMAH)的碱来增加浆料的pH值。如果有的话，浆料60包括任何合适量的pH调节剂。在一些实施例中，浆料60包括约10％重量百分比或更少的pH调节剂。在一些实施例中，浆料60包括约0.01％重量百分比至约10％重量百分比的pH调节剂。

某些上述化合物能够施行多于一个功能。举例来说，例如有机酸的一些化合物能够作为氧化剂、螯合剂、以及pH调节剂。

浆料分配器50具有在研磨垫20上方的出口54，浆料分配器50用于将浆料60分配到研磨垫20上。浆料输送系统50还包括浆料臂52，配置以相对于研磨垫20的表面而平移出口54的位置。浆料臂52由对浆料60具有良好的耐化学性的材料所制成。在一些实施例中，浆料臂52由不锈钢或聚氨酯所制成。

排液杯(drain cup)(未表示)可设置成围绕平台10的周围。排液杯能够在化学机械研磨过程期间收集被分配到研磨垫20上的过量的浆料60。

总而言之，当操作化学机械研磨系统100时，浆料臂52将浆料60分配到研磨垫20的研磨表面上。如箭头D1所示，在控制系统110的控制下的马达经由平台轴12使平台10及研磨垫20围绕研磨垫轴而旋转。如箭头D1所示，也在控制系统110的控制下的另一马达经由晶圆承载器轴36使容纳在晶圆承载器30内的晶圆40围绕晶圆轴而旋转。在发生这种双重旋转的同时，通过将向下的力施加到晶圆承载器30而将晶圆40“压”入浆料60及研磨垫20的研磨表面中。结合的机械力及化学交互作用研磨晶圆40的表面，直到达到化学机械研磨操作的终点为止。

图1B表示替代的化学机械研磨系统100的示意图。如以上关于图1A所描述的，化学机械研磨系统100包括平台10、研磨垫20、晶圆承载器30、及浆料分配器50。研磨垫20布置在平台10上，且在研磨垫20上方存在有浆料分配器50及晶圆承载器30。此外，修整盘70被布置在研磨垫20上方。

修整盘70配置以调整(condition)研磨垫20，并去除在化学机械研磨过程期间所产生的不想要的副产物。修整盘70通常至少部分地由导电材料(例如金属或合金(例如，镍铬合金))所制成，且通常具有可用于在修整过程期间通过策略性地损坏研磨表面来研磨及重新纹理化研磨垫的表面的凸起或削边(cutting edges)。根据本公开的一些实施例，当要调整研磨垫20时，修整盘70接触研磨垫20的顶部表面。在调整过程期间，旋转研磨垫20及修整盘70，使得修整盘70的突起或削边相对于研磨垫20的表面移动，以研磨及重新纹理化研磨垫20的表面。在各种实施例中，在修整过程之前、期间、或之后用去离子水清洗研磨垫20、修整盘70、或二者。

在化学机械研磨过程期间，金属颗粒(例如，从被研磨垫平坦化的表面、从修整盘等去除的金属颗粒)倾向于积聚在研磨垫、修整盘、或二者之上。当使用研磨垫时，研磨垫表面上的孔变得被金属颗粒堵塞。这急剧地降低研磨垫的研磨表面的材料去除能力(例如，去除速率及整体效率)。

在施加调整过程到研磨垫的期间，金属(例如，镍、钴、铁、镁等)溶解在浆料中及/或用于清洗修整盘70及/或研磨垫20的去离子水中。然后，溶解的金属沉积在研磨垫20的孔中、修整盘70的表面上、或二者中。除非去除，否则这些金属沉积物可在化学机械研磨过程期间通过水所吸附，从而提供晶圆上的缺陷来源。另外，如果不去除金属沉积物，则金属沉积物会不利地影响修整盘70及研磨垫20的性能。

根据本公开的实施例，为了清洁研磨垫20(例如，从研磨垫20去除金属沉积物75)，在调整过程其中采用电解方法。如图2A及图5A中的流程图的操作122所示，修整盘70及导电元件(例如，导电杆80)接触研磨垫20的研磨表面25。如上方所进一步描述的，在化学机械研磨过程期间，在研磨垫20旋转时，修整盘70向下压在研磨垫20的研磨表面25上。在调整过程期间，修整盘70向下的力足以维持与存在研磨垫20的表面上的电解液87电性接触，但不会大到造成研磨垫不必要的损伤。在一些实施例中，修整盘70的向下力为至少约15牛顿(Newtons，N)。在一些实施例中，修整盘70的向下力不大于约30牛顿。在一些实施例中，修整盘70的向下力在从约15牛顿至约30牛顿的范围内。

如图2A所示，根据本公开的一些实施例，在调整过程期间，研磨垫20的研磨表面25也与导电元件(例如，导电杆80)接触。在一些实施例中，导电元件为导电的且为杆状。在这样的实施例中，在调整过程期间，当研磨垫20围绕以虚线所示的轴旋转时，导电杆80配置以旋转/滚动。在各种实施例中，研磨垫20以从每分钟20转(revolutions per minute，rpm)到每分钟120转的范围的速度旋转。

当导电杆80旋转/滚动时，导电杆80也向下压(亦即，朝向平台10)在研磨垫20上。导电杆压在研磨垫上的向下的压力为足够强，以维持导电杆及电解液之间的电性接触，而不抑制研磨垫的移动、或造成研磨垫的损坏。当选择适当的向下力时，可考虑研磨垫20的压缩性。举例来说，如果研磨垫20是软的，则可通过少量的力(例如1百帕斯卡(hectopascal，hpa)的向下力)实现导电杆80及研磨垫20之间的良好接触。在一些实施例中，导电杆80以1百帕斯卡至100百帕斯卡的范围的压力向下压。在特定实施例中，导电杆80以1百帕斯卡至30百帕斯卡的范围的压力向下压。在一些实施例中，导电杆80以足够的力与研磨垫20接触，使得导电杆80通过研磨垫20的旋转而旋转。在替代实施例中，导电杆80由除了研磨垫20之外的其他东西(例如马达)驱动。

导电元件(例如，导电杆80)可为任何合适的尺寸且由任何合适的导电材料所形成。在各种实施例中，导电杆80具有从150毫米(millimeters，mm)至300毫米的范围的长度。在一些实施例中，导电杆80具有从10毫米至30毫米的范围的直径。在特定实施例中，导电棒具有从200毫米至300毫米的范围的长度及从10毫米至30毫米的范围的直径。

在各种实施例中，导电元件(例如，导电杆80)为由导电材料(例如金属)所形成。举例来说，导电元件可包括铜(Cu)、镍(Ni)、银(Ag)、铂(Pt)或其合金。在其他实施例中，导电元件包括石墨(graphite)。根据本文所描述的实施例中所使用的导电元件不限于上述的特定尺寸及特定材料。根据本文所描述的实施例中所使用的导电元件可具有落在上述特定的范围之外的尺寸，且可由不同于上述具体描述的那些导电材料的其他导电材料所形成。

根据本公开的实施例，当导电元件(例如，导电杆80)及修整盘70被布置在研磨表面25上时，电解液87被施加到研磨垫20的研磨表面25上(图5A的流程图的操作124)。在一些实施例中，用电解液87清洗研磨垫20。可使用任何合适的电解液87。在一些实施例中，合适的电解液具有与在化学机械研磨过程中所使用的浆料60实质上相同的pH值。在此使用的用语“实质上”指电解液的pH值是在所使用的浆料60的pH值的±20％内。在一些实施例中，实质上指电解液的pH值是在所使用的浆料60的pH值的±10％内。在一些实施例中，实质上指电解液的pH值是在所使用的浆料60的pH值的±5％内。在特定实施例中，电解液的pH值在所使用的浆料60的pH值的±1％内。

在各种实施例中，电解液87包括金属盐。在特定实施例中，金属盐为氯化钠(NaCl)、硫酸锌(Zn₂SO₄)、硫酸铜(CuSO₄)或其组合。在一些这样的实施例中，金属盐的莫耳浓度是在从0.05莫耳/公升(Molar，M)至5莫耳/公升的范围。在一些实施例中，电解液还包括可溶性酸。在某些实施例中，可溶性酸包括硫酸(H₂SO₄)。在另外的实施例中，电解液包括可溶性碱。在特定实施例中，可溶性碱包括氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、或二者。根据本文所描述的实施例所使用的电解液不限于具有上述特定范围内的pH值或上述特定的金属盐、可溶性酸、及可溶性碱。本公开的一些实施例包括pH值落在上述特定范围之外的电解液、以及除上述特定金属盐、可溶性酸、或可溶性碱以外的金属盐、可溶性酸、或可溶性碱。

根据本文描述的实施例，直流功率通过直流电源90被施加到修整盘70及导电元件(例如，导电杆80)上(图5A的流程图的操作126)。当施加直流电源，修整盘70作为阴极(负偏压)且导电元件(例如，导电杆80)作为阳极(正偏压)，以在电解液中施行电解。因此，研磨垫20上的金属沉积物75被氧化并溶解到溶液中。换句话说，研磨垫20上的金属沉积物75中的金属失去电子，导致阳离子与电解液中的阴离子结合。然后，随着阳离子在修整盘处被还原，来自金属沉积物75的金属可以零价态(zero valence state)沉积在修整盘上。

可使用可提供在所需范围内的电压及电流的直流功率的任何合适的直流电源。在一些实施例中，所施加的直流功率具有从0.5伏特(volts，V)至60伏特的范围的电压。在一些实施例中，所施加的直流功率具有从0.5伏特至20伏特的范围的电压。在特定实施例中，所施加的直流功率具有约4伏特的电压。在一些实施例中，所施加的直流功率具有从0.1安培(amperes，A)至20安培的范围的工作电流。在一些实施例中，所施加的直流功率具有从0.1安培至10安培的范围的工作电流。在特定实施例中，所施加的直流功率具有约3安培的工作电流。根据本文描述的实施例所使用的直流电源包括能够在上述特定电压范围及特定电流范围内操作的直流电源。根据本文描述的实施例所使用的直流电源也包括能够在上述特定电流范围内的特定电压范围之外操作的直流电源。

因此，本公开的方法包括用于清洁研磨垫的方法120，此方法包括：将研磨垫的研磨表面接触修整盘及导电元件(操作122)；将研磨垫、修整盘、及导电元件接触电解液(操作124)；以及施加直流功率到修整盘及导电元件(操作126)。

图2B中所示的为图2A中所示的系统的替代视图。虽然描绘有晶圆承载器30，但是在调整过程期间，晶圆承载器30不与研磨垫20接触。

在本公开的进一步实施例中，存在有多于一个的导电元件。举例来说，如图2C所示，导电杆80a、80b、80c与研磨垫20的研磨表面接触，且当研磨垫20旋转时，导电杆80a、80b、80c也旋转。导电杆80a、80b、80c耦接到直流电源，直流电源将直流功率施加到导电杆80a、80b、80c及修整盘70。尽管在本实施例中示出三个导电杆，但是可存在有任何合适数量的导电元件。在一些实施例中，导电元件的数量在从1到6的范围中。

如图5B所示，本公开的其他实施例包括用于清洁修整盘70的方法。如图3所示，在一些实施例中，当修整盘70返回到起始位置(home position)时使用这种方法。根据一些实施例，修整盘70及导电元件(例如，导电条82)被布置在容纳电解液89的储槽95中。

导电元件(例如，导电条82)可形成为任何合适的形状。在一些实施例中，导电元件为导电杆。在其它实施例中，导电元件为导电条82。在一些实施例中，导电元件(例如，导电条82)包括金属。举例来说，导电元件可包括铜、镍、银、铂、或其合金。在特定实施例中，导电元件为不锈钢。在其他实施例中，导电元件可包括石墨。

电解液89接触在储槽95中的修整盘70及导电元件(例如，导电条82)(图5B的流程图的操作132)。在一些实施例中，修整盘70及导电元件(例如，导电条82)至少部分地浸没在电解液89中。

可使用任何合适的电解液89。在一些实施例中，合适的电解液89具有与化学机械研磨过程中所使用的浆料60实质上相同的pH值。在电解(由电解液)与研磨(由浆料)分离的其他实施例中，在化学机械研磨过程中所使用的浆料60的pH值为与电解液89的pH值实质上不同。

在一些实施例中，电解液89包括盐。在一些实施例中，盐包括碳酸钠(NaCO₃)、氯化钠(NaCl)、硫酸锌(Zn₂SO₄)、硫酸铜(CuSO₄)、或其组合。在特定实施例中，盐包括碳酸钠。在各种实施例中，莫耳浓度在从0.05莫耳/公升至5莫耳/公升的范围中。在一些实施例中，电解液89包括可溶性酸。在某些实施例中，可溶性酸包括硫酸。在另外的实施例中，电解液89包括可溶性碱。在特定实施例中，可溶性碱包括氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、或二者。根据本文所描述的实施例所使用的电解液包括上述特定的金属盐、可溶性酸及可溶性碱。本公开的一些实施例也包括除了包含上述特定金属盐、可溶性酸或可溶性碱以外的金属盐、可溶性酸或可溶性碱的电解液。

根据本文所描述的一些实施例，当修整盘70及导电元件(例如，导电条82)被布置在储槽95并与电解液89接触时，通过直流电源90将直流功率施加到修整盘70及导电元件(例如，导电条82)(图5B的流程图的操作134)。

因此，本公开的方法包括用于清洁修整盘的方法130，此方法包括：将修整盘及导电元件接触在储槽中的电解液(操作132)；以及施加直流功率到修整盘及导电元件(操作134)。

当施加直流功率时，修整盘70作为阳极(正偏压)，而导电元件(例如，导电条82)作为阴极(负偏压)。在这样的实施例中，修整盘上的金属颗粒被氧化并释放到电解液89中，从而清洁修整盘70。换句话说，修整盘上的金属失去电子，导致产生与在电解液中的阴离子结合的阳离子。

可使用可提供具有在所需范围内的电压及电流的直流功率的任何合适的直流电源。在一些实施例中，直流电源90为与上述相同的电源。在其他实施例中，直流电源90为(第二)不同的电源。在一些实施例中，施加的直流功率具有从0.5伏特至20伏特的范围的电压。在一些实施例中，施加的直流功率具有从0.1安培至10安培范围的工作电流。在特定实施例中，所施加的直流功率具有约3A的工作电流。根据本文所描述的实施例所使用的直流电源包括能够在上述特定电压范围及特定电流范围内操作的直流电源。根据本文所描述的实施例所使用的直流电源也包括能够在上述特定电流范围中的特定电压范围之外操作的直流电源。

图4为根据一或多个实施例的用于控制化学机械研磨系统的操作的控制系统110的方框图。根据一些实施例，控制系统110产生用于控制化学机械研磨系统的一或多个组件的操作的输出控制信号。根据一些实施例，控制系统110从化学机械研磨系统的一或多个组件接收输入信号。在一些实施例中，控制系统110邻近化学机械研磨系统。在一些实施例中，控制系统110远离化学机械研磨系统。

控制系统110包括经由总线115或其它互连通信机构彼此通信地耦接的处理器111、输入/输出(inpout/output，I/O)设备/接口112、存储器113、以及网络接口114。

处理器111布置为执行及/或解读(interpret)存储在存储器113中的指令117。在一些实施例中，处理器111为中央处理单元(central processing unit，CPU)、多元处理器(multi-processor)、分散式处理系统(distributed processing system)、特殊应用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)、及/或合适的处理单元。

输入/输出接口112耦接到外部电路。在一些实施例中，输入/输出接口112包括用于将信息及命令传达给处理器111的键盘、小键盘(keypad)、鼠标、轨迹球(trackball)、触控板(trackpad)及/或游标方向键(cursor direction keys)。

存储器113(也称为电脑可读媒体)包括通信地耦接到总线115的随机存取存储器或其他动态存储装置，以存储供处理器111执行的数据及/或指令。在一些实施例中，存储器113用于在执行要由处理器111所执行的指令的期间存储临时变数(temporary variables)或其他中间信息(intermediate information)。在一些实施例中，存储器113也包括耦接到总线115的只读存储器或其他静态存储设备，以存储供处理器111的静态信息及指令。在一些实施例中，存储器113为电性的、磁性的、光学的、电磁的、红外线的及/或半导体系统(或设备或装置)。举例来说，存储器113包括半导体或固态存储器、磁带、可移除电脑磁片、随机存取存储器(random access memory，RAM)、只读存储器(read-only memory，ROM)、硬磁盘(rigid magnetic disk)及/或光盘。在使用光盘的一些实施例中，存储器113包括只读光盘(compact disk-read only memory，CD-ROM)、读/写光盘(compact disk-read/write，CD-R/W)及/或数字视频光盘(digital video disc，DVD)。

存储器113编码(亦即，存储)有电脑程序码(即，可执行指令117组)，以控制化学机械研磨系统的一或多个组件并使控制系统110执行化学机械研磨过程。在一些实施例中，存储器113还存储用于施行化学机械研磨过程所需的信息以及在施行化学机械研磨过程期间所生成的信息。

网络接口114包括用于连接到网络116的机构，而一或多个其他电脑系统连接到网络。在一些实施例中，网络接口114包括有线及/或无线连接机构。网络接口114包括例如蓝牙(BLUETOOTH)、无线热点(WIFI)、全球互通微波存取(WIMAX)、通用封包无线服务(GPRS)、或宽频分码多重进接(WCDMA)的无线网络接口；或例如以太网络(ETHERNET)、通用序列总线(USB)、或IEEE-1394的有线网络接口。在一些实施例中，控制系统110经由网络接口114耦接到化学机械研磨系统的一或多个组件。在一些实施例中，控制系统110直接耦接到化学机械研磨系统的一或多个组件(例如，组件耦接到总线115而不是经由网络接口114)。

在各个实施例中，控制系统110使化学机械研磨系统周期性地施行清洁协定(protocol)(例如，如上所述并在图5A及图5B中所示的)。举例来说，在预定数量(例如，5、10、20、50、100等)的化学机械研磨过程之后，控制系统110可开始清洁研磨垫、修整盘、或二者。在其他实施例中，控制系统110以预定的时间间隔(例如，每天、每周、每月等)开始清洁研磨垫、修整盘、或二者。在另外的实施例中，使用者输入可导致控制系统110开始清洁研磨垫、修整盘、或二者，

由于减少了金属沉积，本公开的清洁研磨垫及/或修整盘的方法延长了研磨垫的寿命。此外，此方法在被研磨的晶圆上导致较少的缺陷。

因此，以所述的方法所清洁的研磨垫比没有以所述的方法清洁的研磨垫具有更长的垫寿命(例如，使用相同材料且具有相同绒毛(nap)厚度的研磨垫)。因此，本公开的研磨垫可用于以与未用所述的方法清洁的研磨垫实质上相同的研磨效率来研磨更多的工件(pieces)。

另外，由于减少了研磨垫的光滑度(glazing)，本文所描述的方法产生的研磨垫比未使用所述的方法清洁的研磨垫具有更稳定(亦即，更小的可变性)的研磨效率。另外，本公开的方法导致残留在研磨垫及/或修整盘上的来自清洁剂的残留物渐少，这进一步防止了研磨垫变光滑。换句话说，本公开的实施例提供比没有使用所述的方法清洁的研磨垫具有更稳定的去除速率的研磨垫。

因此，相较于没有使用所述的方法清洁的研磨垫，研磨垫的垫寿命(padlifetime)显著增加，且以更长的时间周期维持稳定的、高的去除率。

根据本公开一些实施例，提供一种用于清洁一研磨垫的方法，包括：将研磨垫的一研磨表面接触一修整盘及一第一导电元件、将研磨垫、修整盘、及第一导电元件接触一第一电解液、以及施加直流功率到修整盘及第一导电元件，从而通过在第一电解液中的电解而从研磨垫去除多个金属颗粒并将金属颗粒沉积到修整盘上。

在一实施例中，用于清洁一研磨垫的方法还包括：将修整盘定位在具有一第二导电元件的一储槽中、将修整盘及第二导电元件接触一第二电解液、以及施加直流功率到修整盘及第二导电元件。在一实施例中，将修整盘及第二导电元件接触第二电解液的操作包括将修整盘及第二导电元件浸没在第二电解液中。在一实施例中，第一导电元件为一导电杆。在一实施例中，接触研磨表面的操作包括旋转研磨垫并在研磨垫的研磨表面上滚动导电杆。在一实施例中，将研磨垫、修整盘、及第一导电元件接触第一电解液的操作包括在旋转研磨垫并滚动导电杆的期间供应第一电解液。在一实施例中，供应第一电解液的操作包括将第一电解液喷洒到研磨垫上。在一实施例中，当第一电解液接触研磨垫、修整盘、及第一导电元件时，施加直流功率到修整盘及第一导电元件。

根据本公开另一些实施例，提供一种用于在一化学机械平坦化系统中去除一金属沉积物的方法，包括：将一研磨垫接触一修整盘、旋转研磨垫、将修整盘定位在具有一第一导电元件的一储槽中、将修整盘及第一导电元件接触一第一电解液、以及施加直流功率到修整盘及第一导电元件，从而通过在第一电解液中的电解而从修整盘去除多个金属颗粒。

在一实施例中，第一导电元件为一导电杆。在一实施例中，将修整盘及第一导电元件接触第一电解液的操作包括将修整盘及第一导电元件中的每一者至少部分地浸没在储槽中。在一实施例中，用于在一化学机械平坦化系统中去除一金属沉积物的方法还包括：将研磨垫接触一第二导电元件、将研磨垫、修整盘及第二导电元件接触一第二电解液、以及施加直流功率到修整盘及第二导电元件，从而通过在第二电解液中的电解而从研磨垫去除金属颗粒并将金属颗粒沉积在修整盘上。在一实施例中，第二导电元件为一导电杆，且其中将研磨垫接触第二导电元件的操作包括在研磨垫的一研磨表面上滚动导电杆。

根据本公开又另一些实施例，提供一种化学机械平坦化系统，包括：一研磨垫、一修整盘、一第一导电元件、一第一电解液以及一直流电源。研磨垫具有一研磨表面。修整盘接触研磨表面。第一导电元件接触研磨表面。第一电解液接触修整盘及第一导电元件。直流电源电性耦接到修整盘及第一导电元件，配置以施加一直流功率到修整盘及第一导电元件。

在一实施例中，化学机械平坦化系统还包括：一储槽以及一第二电解液。储槽配置以使得修整盘可至少部分地定位在储槽中。第二电解液容纳在储槽中。在一实施例中，第一电解液包括碳酸钠、氯化钠、硫酸锌、硫酸铜、或其组合。在一实施例中，第一电解液还包括一可溶性酸。在一实施例中，第一电解液还包括一可溶性碱。在一实施例中，第一导电元件包括铜、镍、银、铂、或其合金。在一实施例中，化学机械平坦化系统还包括多个导电元件，其中第一导电元件为导电元件中的一者。

前述内文概述了许多实施例的特征，使本技术领域中技术人员可从各个方面更佳地了解本公开。本技术领域中技术人员应可理解，且可轻易地以本公开为基础来设计或修饰其他工艺及结构，并以此达到相同的目的及/或达到与在此介绍的实施例等相同的优点。本技术领域中技术人员也应了解这些相等的结构并未背离本公开的发明精神与范围。在不背离本公开的发明精神与范围的前提下，可对本公开进行各种改变、置换或修改。

Claims

1.一种用于清洁一研磨垫的方法，包括：

将该研磨垫的一研磨表面接触一修整盘及一第一导电元件；

将该研磨垫、该修整盘、及该第一导电元件接触一第一电解液；以及

施加直流功率到该修整盘及该第一导电元件，从而通过在该第一电解液中的电解而从该研磨垫去除多个金属颗粒并将所述多个金属颗粒沉积到该修整盘上。