CN112518572A - 化学机械研磨的方法 - Google Patents

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CN112518572A CN202010977945.4A CN202010977945A CN112518572A CN 112518572 A CN112518572 A CN 112518572A CN 202010977945 A CN202010977945 A CN 202010977945A CN 112518572 A CN112518572 A CN 112518572A
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Abstract

一种化学机械研磨的方法包括将研磨头放置在平台上，此研磨头包括第一磁铁组，以及控制第二磁铁组以在平台上旋转研磨头，其中控制第二磁铁组包括反转第二磁铁组中的至少一个第二磁铁的极性，以在第一磁铁组的至少一个第一磁铁上产生磁力，其中第二磁铁组在研磨头的外部。

Description

化学机械研磨的方法
技术领域
本公开实施例涉及一种研磨的方法，特别涉及一种化学机械研磨的方法。
背景技术
通常，半导体装置包括形成在基板上的主动构件，例如晶体管。可以在基板上方形成任意数量的内连线层(interconnect layer)，内连线层将主动构件彼此连接并与外部装置连接。内连线层典型由包括金属沟槽/导孔(trenches/vias)的低k介电材料制成。
随着装置的各层的形成，有时期望使装置平坦化。例如，在基板或金属层中金属特征的形成可能导致不均匀的形貌。此不均匀的形貌在随后的层的形成中造成困难。例如，不均匀的形貌可能会干扰用于形成装置中各种特征的光刻工艺。因此，期望在形成各种特征或层之后使装置的表面平坦化。平坦化的一种方法是化学机械研磨(chemical mechanicalpolishing,CMP)。
发明内容
根据本公开的一些实施例，提供一种化学机械研磨的方法，包括将研磨头放置在平台上，研磨头包括第一磁铁组，以及控制第二磁铁组以旋转平台上的研磨头，其中控制第二磁铁组包括反转第二磁铁组中的至少一个第二磁铁的极性，以在第一磁铁组的至少一个第一磁铁上产生磁力，其中第二磁铁组在研磨头的外部。
根据本公开的一些实施例，提供一种化学机械研磨的方法，包括将晶圆附接到研磨头，其中研磨头包括多个第一磁铁，将研磨头放置在平台上，其中平台包括多个第二磁铁，其中每个第二磁铁包括耦接至控制器的电磁铁，以及使用控制器，控制传递到每个第二磁铁的电功率以产生多个磁场，磁场在多个第一磁铁上施加横向力，以使研磨头相对于平台旋转。
根据本公开的一些实施例，提供一种化学机械研磨的研磨设备，包括研磨头、平台、保持器、控制器。研磨头包括多个第一磁铁，平台包括多个第二磁铁，保持器配置为将研磨头放置在平台上，其中保持器被配置为在将研磨头放置在平台上之后释放研磨头，控制器耦接至多个第二磁铁，控制器被配置为在保持器释放研磨头之后，控制每个第二磁铁的极性以旋转研磨头。
附图说明
从以下的详细描述并阅读说明书附图以最佳理解本公开的各方面。应注意的是，不同特征并未一定按照比例绘制。事实上，可能任意的放大或缩小不同特征的大小及几何尺寸，以做清楚的说明。
图1示出了根据一些实施例的化学机械研磨设备的立体图。
图2示出了根据一些实施例的化学机械研磨设备的俯视图。
图3A以及图3B示出了根据一些实施例的化学机械研磨设备的侧视图。
图4示出了根据一些实施例的化学机械研磨设备的构件。
图5A以及图5B示出了根据一些实施例的化学机械研磨设备的俯视图。
图6示出了根据一些实施例的化学机械研磨设备的侧视图。
图7示出了根据一些实施例的研磨头的磁性基座。
图8示出了根据一些实施例的化学机械研磨设备的俯视图。
图9示出了根据一些实施例的化学机械研磨工艺的流程图。
符号说明
100、200、300：化学机械研磨设备
101、201：平台
102、104：双向箭头
103：研磨垫
105：研磨头
106：卡孔
107：承载座
108：吸盘
109：晶圆
110：磁性基座
111：浆料分配器
113：浆料
120、120A、120B、120C、120D：磁铁
130、130A、130B、330、330A、330B：定子
132：控制器
150：保持器
152：卡勾
332：定位
400：工艺流程
402、404、406、408、410、412、414、416、418、420：操作
具体实施方式
以下的公开提供各种许多不同的实施例或范例以实行本公开的不同特征。以下叙述各个构件以及排列方式的特定范例，以简化本公开。当然，这些仅为范例且非意图作为限制。例如，若说明书叙述了第一特征形成于第二特征之上，即表示可包括上述第一特征与上述第二特征是直接接触的实施例，亦可包括有附加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未直接接触的实施例。除此之外，在各种范例中，本公开可能使用重复的参考符号及/或字母。这样的重复为了简化以及清楚的目的，并不表示所讨论的各种实施例及/或配置之间的关联。
此外，空间相关用词，如：“在…下方”、“下方”、“较低的”、“上方”、“较高的”等等的类似用词，可在这里使用以便于描述附图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图涵盖使用中或运算中的装置的不同方位。设备可被转向不同方位(旋转90度或其他方位)，且在此使用的空间相关用词亦可依此相同解释。
针对特定内文描述了各种实施例，即化学机械研磨设备以及使用化学机械研磨设备研磨半导体晶圆的方法。各种实施例包括在研磨头内使用磁铁以及定子磁铁(statormagnet)以在化学机械研磨工艺期间移动研磨头。定子磁铁可以位于例如平台内或平台外。可以控制定子磁铁的极性以及强度以旋转研磨头。通过使用磁性相互作用以移动研磨头，可以改善研磨均匀性。此外，可以减少化学机械研磨设备的维护成本。
图1至图3A以及图3B示出了根据一些实施例的化学机械研磨设备100的视图。图1示出了立体图，图2示出了平面图，图3A以及图3B示出了侧视图。图1至图3A以及图3B所示的图示也示意性地反映在图9所示的工艺流程400中。
在一些实施例中，化学机械研磨设备100包括平台101，在平台101上放置研磨垫103。在一些实施例中，研磨垫103可以是材料的单层或复合层，例如毡(felt)、浸有聚合物的毡、微孔聚合物膜(microporous polymers film)、微孔合成皮革、填充的聚合物膜、未填充的纹理化(textured)聚合物膜等。聚合物可以包括聚氨酯(polyurethane)、聚烯烃(polyolefin)等。
在一些实施例中，将研磨头105放置在研磨垫103上方。研磨头105包括承载座107、磁性基座110以及吸盘108。承载座107包括一个或多个卡孔106，以有助于通过保持器150放置研磨头105，这将在下面的图3A以及图3B中更详细地描述。在化学机械研磨工艺中，使用吸盘108将晶圆109附接到研磨头105。图9所示的工艺流程400中，相应的操作被示为操作402。吸盘108可以是例如弹性膜(flexible membrane)，弹性膜使用压差以牢固地保持晶圆109。吸盘108可以被用于例如通过将晶圆109以及吸盘108一起按压以从晶圆以及吸盘108所包围的体积中排出空气来产生压力差。在一些实施例中，可以使用接着剂(例如，胶水等)代替吸盘108，或是除了吸盘108将晶圆109附接到研磨头105以外还可以使用接着剂。晶圆109被定位使得要研磨的表面向下朝向研磨垫103。研磨头105的磁性基座110包括多个磁铁120，配置成与定子磁铁(例如，分别在下面的图4以及图6中描述的定子130或定子330)相互作用，以便在晶圆109与研磨垫103接触时在晶圆109上施加向下的力或压力。磁性基座110也被配置为与定子磁铁相互作用以在化学机械研磨工艺期间平移或旋转研磨头105。在一些实施例中，研磨头105在化学机械研磨工艺期间是独立的(freestanding)(例如，没有机械地附接到另一构件)。
在一些实施例中，化学机械研磨设备100包括浆料分配器111，配置成将浆料113沉积到研磨垫103上。在一些实施例中，平台101配置成旋转，这可以使浆料113在晶圆109以及研磨垫103之间分布。在一些实施例中，平台101在化学机械研磨工艺期间保持固定。浆料113的组成取决于待研磨的材料的类型。例如，浆料可以包含反应物、研磨料、界面活性剂、以及/或溶剂。反应物可以是化学品，例如氧化剂或水解器(hydrolyzer)，其将与晶圆109的材料发生化学反应以帮助研磨垫103研磨掉前述材料。在其中材料是钨的一些实施例中，反应物可以是过氧化氢，尽管可以可替代地使用有助于去除材料的任何其他合适的反应物，例如羟胺(hydroxylamine)、过碘酸(periodic acid)、过硫酸铵(ammonium persulfate)、其他过碘酸盐(periodate)、碘酸盐(iodate)、过氧单硫酸盐(peroxomonosulfate)、过氧单硫酸(peroxymonosulfuric acid)、过硼酸盐(perborate)、丙二酰胺(malonamide)、这些的组合等。例如，可以将钨沉积为替换栅极工艺的一部分，其中替换栅极包括钨，并且例如本文所述的化学机械研磨工艺可以用于去除过量的钨以及/或使钨平坦化。可以使用其他反应物以去除其他材料。例如，在其中材料是氧化物的一些实施例中，反应物可以包括硝酸(HNO3)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化铵(NH4OH)等。例如，可以沉积氧化物以形成浅沟槽隔离(shallow trench isolation,STI)区域、层间介电质(inter-layer dielectric,ILD)区域、金属间介电质(inter-metal dielectric,IMD)区域等，并且例如本文所述的化学机械研磨工艺可用于去除过量的氧化物以及/或使氧化物平坦化。
研磨料可以是与研磨垫103结合有助于晶圆109的研磨的任何合适的颗粒。在一些实施例中，研磨料可以包括二氧化硅(silica)、氧化铝(aluminum oxide)，氧化铈(ceriumoxide)，多晶金刚石(polycrystalline diamond)、聚合物颗粒(例如聚甲基丙烯酸盐(polymethacrylate)或聚甲基丙烯酸(polymethacryclic))、这些的组合等。
界面活性剂可用于帮助将反应物以及研磨料分散在浆料113内，并防止(或至少减少)研磨料在化学机械研磨过程期间团聚(agglomerate)。在一些实施例中，界面活性剂可包括聚丙烯酸(polyacrylic acid)的钠盐、油酸钾(potassium oleate)、磺基琥珀酸酯(sulfosuccinate)、磺基琥珀酸酯衍生物、磺化胺(sulfonated amine)、磺化酰胺(sulfonated amide)、乙醇的硫酸盐(sulfates of alcohol)、烷基戊基磺酸盐(alkylanylsulfonate)、羧化醇(carboxylated alcohol)、烷基氨基丙酸(alkylamino propionicacid)、烷基亚氨基二丙酸(alkyliminodipropionic acid)、其组合等。然而，这些实施例不旨在限于这些界面活性剂，因为任何合适的界面活性剂可以替代地被使用为界面活性剂。
浆料113的其余部分可以是溶剂，溶剂可以用于结合反应物、研磨料、以及/或界面活性剂，并允许混合物移动并且分散到研磨垫103上。在一些实施例中，浆料113的溶剂可以是例如去离子(deionized,DI)水或乙醇的溶剂。然而，可以替代地使用任何其他合适的溶剂。
进一步参考图1，在所示的实施例中，化学机械研磨设备100具有单个研磨头(例如研磨头105)以及单个研磨垫(例如研磨垫103)。然而，在其他实施例中，化学机械研磨设备100可以具有多个研磨头以及/或多个研磨垫。在其中化学机械研磨设备100具有多个研磨头以及单个研磨垫的一些实施例中，可以同时研磨多个晶圆。在其中化学机械研磨设备100具有单个研磨头以及多个研磨垫的其他实施例中，化学机械研磨工艺可以是多操作工艺。在这样的实施例中，第一研磨垫可以用于从晶圆去除块状材料，第二研磨垫可以用于晶圆的整体平坦化，并且第三研磨垫可以用于磨光(buff)晶圆的表面。在一些实施例中，不同的浆料可以用于不同的化学机械研磨阶段。在其他实施例中，相同的浆料可以用于所有化学机械研磨阶段。
图2示出了根据一些实施例的化学机械研磨设备100的平面图。在一些实施例中，研磨头105被配置为如双向箭头102所示的顺时针方向或逆时针方向旋转。在一些实施例中，如双向箭头104所示的，研磨头105被配置为在研磨垫103的表面上方横向平移。在一些实施例中，研磨头105可以同时旋转以及平移。
图3A以及图3B示出了根据一些实施例的化学机械研磨设备100的侧视图。除了化学机械研磨设备的平台101以及研磨头105(如图1以及图2所示)之外，图3A以及图3B示出了根据一些实施例的保持器150。保持器150保持研磨头105，并且用于将研磨头105放置在研磨垫103上，并且也可以用于从研磨垫103去除研磨头105。图3A示出了未保持研磨头105时的保持器150，而图3B示出了保持研磨头105时的保持器150。化学机械研磨设备100可以包括保持器定位设备(未示出)，保持器定位设备附接到保持器150并且被配置为提高、降低、平移、旋转或以其他方式定位保持器150。
如图3B所示，保持器150包括配置成装配在研磨头105的承载座107的卡孔106内的卡勾152。卡勾152配置成在卡孔106内移动一次，使得卡勾152能够保持研磨头105。在图9所示的工艺流程400中，相应的操作被示为操作404。以此方式，保持器150可以将研磨头105放置在研磨垫103上，然后移动卡勾152以释放研磨头105(如图3A所示)。在图9所示的工艺流程400中，相应的操作被示为操作406以及408。在一些实施例中，在研磨头105通过保持器150保持的同时，晶圆109被附接到吸盘108。从研磨垫103移除研磨头105(例如，在完成化学机械研磨工艺之后)，保持器150可以将卡勾152对准卡孔106上方，将卡勾152插入卡孔106中，然后提起研磨头105(如图3B所示)。在图9所示的工艺流程400中，相应的操作被示为操作416以及418。
以这种方式，可以将研磨头105放置在研磨垫103上，使得在化学机械研磨工艺期间，研磨头105可以自由移动而无需附接至化学机械研磨设备100的另一构件。在一些实施例中，研磨头105被放置在研磨垫103上，并在通过定子130产生的磁场旋转研磨头105之前，通过保持器150释放(例如，通过移动卡勾152)，这将在下面更详细地描述。图3A以及图3B中示出的保持器150为一示例，并且在其他实施例中，卡勾152以及/或卡孔106可以比图1、图2或图3A以及图3B中示出的更多或更少，并且可以具有其他形状或配置。
转至图4，根据一些实施例，示出了磁性基座110以及平台201。图4中所示的磁性基座110以及平台201可以是例如图1至图3A以及图3B中所示的化学机械研磨设备100或图5A以及图5B中所示的化学机械研磨设备200之类的化学机械研磨设备的一部分。为清楚起见，化学机械研磨设备的其他构件未示于图4中。磁性基座110可以是研磨头105的一部分，类似于图1至图3A以及图3B所示，而平台201可以类似于图1至图3A以及图3B中所示的平台101。
图4中所示的磁性基座110包括多个磁铁120。图4示出了十个磁铁120，但是在其他实施例中可以存在更多或更少的磁铁120。尽管在其他实施例中磁铁120可以具有其他排列，但是在一些实施例中，如图4所示，磁铁120被均匀地间隔开围绕磁性基座110的周边。在一些实施例中，磁铁120被排列成使得相邻磁铁120的定向是平行的并且具有相反的极性。作为说明性示例，磁铁120A定向成平行于磁性基座110的轴，磁铁120A的北极(“N”)朝向磁性基座110的底部，并且磁铁120A的南极(“S”)朝向磁铁110A的顶部。磁铁120B与磁铁120A相邻并且平行于磁铁基座110的轴(因此也平行于磁铁120A)，但是磁铁的南极120B朝向磁性基座110的底部，并且磁铁120B的北极朝向磁性基座110的顶部。磁铁120可以是任何合适的磁铁，例如永久磁铁(例如，包括铁氧体、钕铁硼(NdFeB)等)、电磁铁(例如，包括围绕核心等的铜线)、超导磁铁(例如钛化铌(NbTi)、稀土元素钡铜氧((RE)BCO)等)、其他类型的磁铁、相似物、或其组合。
图4所示的平台201与图1至图3B所示的平台101类似，除了平台201包括多个定子130。定子130是设置在平台201内的可控制的磁铁(例如，电磁铁等)。在一些实施例中，定子130在化学机械研磨工艺期间相对于研磨头105是固定的，并且在一些实施例中，平台101以及/或定子130在化学机械研磨工艺期间旋转。定子130被配置为产生与磁性基座110的磁铁120的磁场相互作用的磁场，以移动研磨头105(下面更详细地描述)。图4示出了八个定子130，但是在其他实施例中可以存在更多或更少的定子130。平台201内的定子130的数量可以与化学机械研磨设备100的研磨头105中的磁铁120的数量相同或不同。尽管在其他实施例中定子130可以具有其他排列，但在一些实施例中，如图4所示，定子130被均匀地间隔开围绕平台201的周边。定子130可定向为平行于平台201的轴或平行于平台201的顶表面，或其组合。
在一些实施例中，平台201内的每个定子130连接至控制器132。控制器132被配置为控制每个定子130以控制其磁场强度以及/或极性。例如，控制器132可以控制提供给定子130的电功率以增加或减小由此定子130产生的磁场的强度。例如，为了开始化学机械研磨工艺，控制器132可以向定子提供功率以使用定子130产生磁场，在图9中所示的工艺流程400中，相关的操作被示为操作410。在一些实施例中，控制器132可以向定子130发送信号，信号指示定子130调整其磁场强度以及/或极性。在一些实施例中，定子130可以产生具有大约100高斯至大约20,000高斯之间的磁场，尽管其他磁场也是可能的。在一些情况下，产生更强的磁场可以允许在晶圆109以及研磨垫103之间施加更大的压力。以这种方式，被配置为产生更大范围的磁场强度的定子130可以允许在化学机械研磨工艺期间使用研磨压力的更大的灵活性以及控制。在一些实施例中，控制器132可以控制提供给定子130的电功率的极性(例如，电流的方向或电压的极性)，以便控制由此定子130产生的磁场的极性。例如，控制器132可以控制定子130使其北极或南极定向于定子130的一端，并且控制器132可以控制定子130以反转定子130的极性。在一些情况下，电功率的极性可以被控制为具有时间上的正弦变化。
转至图5A以及图5B，示出了根据一些实施例的化学机械研磨设备200的示例性操作的平面图。化学机械研磨设备200可以类似于化学机械研磨设备100(参见图1至图3A以及图3B)。化学机械研磨设备200包括研磨头105，研磨头105包括磁性基座110，其可以类似于图4中描述的磁性基座110。化学机械研磨设备200也包括平台201，类似于图4中描述的平台201。图5A至图5B示出了与图1以及图3A类似的在化学机械研磨工艺期间放置于研磨垫103(图5A以及图5B中未示出)上的研磨头105。在图5A以及图5B中，最靠近平台201的磁铁120的极性被标记为“N”(表北极)以及“S”(表南极)，并且最靠近研磨头105的定子130的极性也被标记。例如，如图5A以及图5B所示，类似于图4中的磁铁120A、120B，磁铁120A使其北极定向于磁性基座110的底部，并且磁铁120B使其南极定向于磁性基座110的底部。图5A以及图5B中的图示也示意性地反映在图9中所示的工艺流程400中。
在图5A以及图5B中，利用磁铁120的磁场与定子130的磁场之间的相互作用(例如，吸引或排斥)来控制(例如，通过控制器132)定子130的强度以及极性，以平移以及旋转研磨头105。可以基于研磨头105的定位或定向来控制定子130的强度以及极性，以便移动研磨头105。例如，在图5A中，控制定子130A的极性使得定子130A的南极定向于平台201的顶部，并且控制定子130B的极性以使定子130B的北极定向于平台201的顶部。
在将研磨头105放置在研磨垫103上并通过保持器150释放之后(例如，图9中的操作404以及406)，控制器132可用于控制定子130的磁场以通过旋转以及/或平移研磨垫103上的研磨头105来研磨晶圆109。在图9中所示的工艺流程400中，相应的操作被示为操作412。因为研磨头105在被保持器150释放后是独立的，所以研磨头105可以在研磨垫103上旋转或平移，而不受机械连接、电线、管子等的限制。在一些实施例中，为了旋转研磨头105，控制器132可重复地反转定子130的极性。例如，控制器132可以向定子130提供交流电，此交流电具有合适的频率以产生期望的旋转。在图5A所示的时刻，定子130A的南极吸引磁铁120A的北极并排斥磁铁120B的南极。定子130B的北极也吸引磁铁120B的南极。类似地，其他定子130吸引或排斥对应的附近磁铁120。在研磨头105内的磁铁120与围绕研磨头105的定子130之间的相互作用导致研磨头105旋转。参考图5B，研磨头105已经旋转，并且控制器132已经反转定子130的极性。控制器132反转定子130的极性以维持研磨头105的旋转。例如，在图5B中，定子130A的极性已经反转，并且定子130A的北极排斥磁铁120A的北极。定子130B的极性已经反转，并且定子130B的南极吸引磁铁120A的北极并排斥磁铁120A的南极。定子130的极性可以随后被反转以继续旋转研磨头105。以这种方式，可以在化学机械研磨工艺期间旋转研磨头105。
在图5A以及图5B中，研磨头105以逆时针方向旋转，但是在其他情况下，研磨头105可以顺时针方向旋转或可以维持固定的角度定位。在一些实施例中，控制器132可以在化学机械研磨工艺期间不同时反转所有定子130的极性。在一些实施例中，控制器132可以在化学机械研磨工艺期间启动或去启动一些定子130以平移或旋转研磨头105。在一些情况下，控制器132可以控制定子130以增加或减少旋转速度。研磨头105可以绕固定轴旋转或可以绕移动轴旋转。在一些实施例中，研磨头105可以以大约0转每分钟(revolution perminute,RPM)至大约1000转每分钟之间的速度旋转。通过控制旋转速度，可以控制化学机械研磨工艺的一些特性，例如材料去除率。因此，如所描述的，使用通过定子130产生的磁场可以允许化学机械研磨工艺的更大的灵活性以及动态控制。此外，图5A以及图5B示出了偏离平台201的中心的研磨头105，但是在其他情况下，研磨头105可以大致维持在平台201的中心。
在一些实施例中，控制器132可以减少或终止对定子130供电，以停止研磨头105移动。例如，在晶圆109已经被充分研磨之后，可以以这种方式控制定子130以停止由于研磨头105的移动的进一步的研磨。在图9中所示的工艺流程400中，相应的操作被示为操作414。然后，可以通过以下方式控制保持器150：通过将卡勾152对准卡孔106上方，将卡勾152插入卡孔106中，然后将研磨头105从研磨垫103抬起，将研磨头105从研磨垫103移除。在图9中所示的工艺流程400中，相应的操作被示为操作416以及418。在一些实施例中，可以控制定子130以将研磨头105定位在研磨垫103上的特定位置或定向。以助于通过保持器150移除研磨头105。在从研磨垫103移除研磨头105之后，可以将晶圆109从吸盘108释放。在图9中所示的工艺流程400中，相应的操作被示为操作420。在一些情况下，可以在将晶圆109从吸盘108释放之前，从保持器150释放研磨头105。
除了旋转研磨头105的横向力之外，还可控制磁铁120的磁场与定子130的磁场之间的相互作用，以在研磨头105上产生垂直力，垂直力将晶圆109压在研磨垫103上。例如，控制器132可以控制定子130的磁场强度，使得磁铁120以及定子130之间的吸引力的垂直分量大于磁铁120以及定子130之间的排斥力的垂直分量。例如，可以控制每个定子130的极性以及强度，通过增加这些定子130的磁场的强度，以增加通过靠近相反极性的磁铁120的定子130施加的吸引力，并通过减少这些定子130的磁场强度，以减少通过靠近相同极性的磁铁120的定子130施加的排斥力。在一些实施例中，可控制定子130以提供晶圆109抵靠研磨垫103的压力在大约0磅每平方英寸至大约10磅每平方英寸之间。通过控制上述压力，可以控制化学机械研磨工艺的一些特性，例如材料去除率。因此，如所描述的，使用通过定子130产生的磁场可以允许化学机械研磨工艺的更大的灵活性以及动态控制。
以这种方式，可以控制研磨头105中的磁铁120以及平台201中的定子130的相互作用，以在化学机械研磨工艺期间研磨晶圆109。通过在化学机械研磨工艺期间使用磁铁来移动独立的研磨头105，与在化学机械研磨工艺期间通过机构来研磨头105移动相比，机械或电性故障的机会可能更少。在一些情况下，维护成本也可能相对较低。此外，可以控制由定子130产生的磁场，以在晶圆109以及研磨垫103之间产生均匀的压力。在一些情况下，可以将晶圆109相对于研磨垫103维持在更平行的定向，减少晶圆109的不均匀研磨。
转至图6，示出了根据一些实施例的化学机械研磨设备300。化学机械研磨设备300可以类似于化学机械研磨设备100(见图1至图3A以及图3B)或化学机械研磨设备200(见图5A以及图5B)，除了化学机械研磨设备300包括位于平台101外部的定子330之外。化学机械研磨设备300包括研磨头105，研磨头包括磁性基座110，磁性基座可以类似于图4中描述的磁性基座110或者可以类似于下面图7中描述的磁性基座110。类似于图1以及图3A，图6示出了研磨头105在化学机械研磨工艺期间放置在研磨垫103上。图6所示的图示也示意性地反映在图9所示的工艺流程400中。
依旧参考图6，定子330附接到化学机械研磨设备300，使得这些定子330与研磨头105以及平台101横向分开。定子330围绕研磨头105，并配置为产生与磁性基座110的磁铁120的磁场相互作用的磁场，以移动研磨头105(下面更详细地描述)。在一些实施例中，在化学机械研磨工艺期间，定子330相对于研磨头105是固定的。在一些实施例中，每个定子330连接到控制器132，此控制器132可以类似于先前在图4中描述的控制器132。控制器132被配置为控制每个定子330以控制其磁场强度以及/或极性。在一些实施例中，控制器132可以向定子330发送信号，信号指示定子330调整其磁场强度以及/或极性。在一些实施例中，定子330可以产生具有大约100高斯至大约20000高斯之间的磁场。在一些情况下，产生更强的磁场可以允许在晶圆109以及研磨垫103之间施加更大的压力，或者增加在研磨头105上的旋转/平移力。以这种方式，定子330配置成产生更大范围的磁场强度，可以允许在化学机械研磨工艺期间更大的灵活性以及控制研磨压力或研磨头105的移动。在一些实施例中，控制器132可以控制提供给定子330的电功率的极性(例如，电流的方向或电压的极性)，以控制由定子330产生的磁场的极性。例如，控制器132可以控制定子330以使其北极或南极定向于定子330的一端，并且控制器132可以控制定子330以反转定子330的极性。
在一些实施例中，定子330被配置为重新定位以便控制定子330的磁场与研磨头105的磁场之间的相互作用。例如，可以使定子330更靠近研磨头105以增加与研磨头105相互作用的定子330的磁场的强度。作为另一示例，定子330可以倾斜以改变与研磨头105相互作用的定子330的磁场的水平分量以及垂直分量的相对强度。例如，定子330可以相对于平台101的平面倾斜到大约0度到大约90度之间的角度。更大的垂直角度(例如，更接近90度)可施加磁场相对于水平分量更强的垂直分量，并且更大的水平角度(例如，更接近0度)可施加磁场相对于垂直分量更强的水平分量。通过以这种方式调节定子330的位置以及/或倾斜，可以在化学机械研磨工艺期间控制研磨头105的移动。
在一些实施例中，定子330的重新定位可以通过控制器132控制。例如，控制器132可以向连接至定子的致动器(未示出)发送信号，信号使定子330平移以及/或倾斜。在一些实施例中，定子330可以被集体地重新定位或分开地重新定位。例如，不同的定子330可以定位在相同的相对高度或倾斜角度，或者不同的定子可以定位在不同的相对高度或倾斜角度。图6示出了将定子330重新定位到定位332的示例，尽管可以将定子330以其他定向或排列重新定位。在一些实施例中，可以在化学机械研磨工艺期间调节个别定子330的定位，例如在研磨头105的特定区域上施加更大或更小的磁场。以这种方式，例如，可以在化学机械研磨工艺期间调节定子330的强度以及/或定位，以维持更水平的研磨。
转至图7，示出了根据一些实施例的磁性基座110。磁性基座110可用作例如图6或图8所示的研磨头105的一部分。除了磁铁120的排列以外，磁性基座110类似于图4所示的磁性基座110。图7示出了八个磁铁120，但是在其他实施例中可以存在更多或更少的磁铁120。在一些实施例中，尽管磁铁120在其他实施例中可以具有其他排列或定向，但是如图7所示，磁铁120被均匀地间隔开以单环围绕磁性基座110的周边。如图7所示，磁铁120被排列成使得磁铁120以环形图案端至端(end-to-end)地定位。磁铁120被排列成使得相邻磁铁的相邻极是相反的极(例如，一个磁铁120的北极与相邻磁铁120的南极相邻)。以这种方式，磁铁120横向地排列在磁性基座110内，其中磁铁120的所有磁极都大致共平面。磁铁120可以是任何合适的磁铁，例如以上在图4中描述的磁铁。图7中所示的图示也示意性地反映在图9中所示的工艺流程400中。
转至图8，示出了根据一些实施例的化学机械研磨设备300的示例操作的平面图。图8示出了与图5A以及图5B类似的在化学机械研磨工艺期间放置于研磨垫103(图8中未示出)上的研磨头105。图8示出了八个定子330以及具有四个磁铁120的研磨头105，但是在其他实施例中可以存在更多或更少的定子330或磁铁120。定子330的数量可以与化学机械研磨设备300的研磨头105中的磁铁120的数量相同或不同。图8示出了定子330均匀地间隔开以圆形排列围绕研磨头105，但是在其他实施例中，定子130可以不均匀地间隔开或者可以不以圆形排列。图8所示的图示也示意性地反映在图9所示的工艺流程400中。
参考图8，利用定子330的磁场与磁铁120的磁场之间的相互作用(例如，吸引或排斥)来控制(例如，通过控制器132)定子330的强度以及极性以平移以及旋转研磨头105。通过图8所示的定子330对研磨头105的移动在操作上可类似于通过图5A以及图5B所示的定子130对研磨头105的移动。例如，在图8所示的时刻，定子330A的南极吸引磁铁120C的北极并排斥磁铁120D的南极。定子330B的北极也吸引磁铁120D的南极并排斥磁铁120D的北极。类似地，其他定子330吸引或排斥对应的附近磁铁120。在研磨头105内的磁铁120与围绕研磨头105的定子330之间的相互作用导致研磨头105旋转。在一些实施例中，为了旋转研磨头105，控制器132可以重复地反转定子330的极性。
在图8中，研磨头105以逆时针方向旋转，但是在其他情况下，研磨头105可以以顺时针方向旋转或可以维持固定的角度定位。在一些实施例中，在化学机械研磨工艺期间，控制器132可以不同时反转所有定子330的极性。在一些实施例中，控制器132可以在化学机械研磨工艺期间启动或去启动一些定子330，以平移或旋转研磨头105。在一些实施例中，控制器132可以在化学机械研磨工艺期间重新定位定子330。在一些情况下，控制器132可以控制定子330以增加或减少旋转速度。研磨头105可以绕固定轴旋转或可以绕移动轴旋转。在一些实施例中，研磨头105可以以大约0转每分钟至大约1000转每分钟之间的速度旋转。通过控制旋转速度，可以控制化学机械研磨工艺的一些特性，例如材料去除率。因此，所描述的通过定子330产生的磁场的使用可以允许化学机械研磨工艺的更大的灵活性以及动态控制。此外，图8示出了示出了偏离平台101的中心的研磨头105，但是在其他情况下，研磨头105可以大致维持在平台101的中心。在一些实施例中，在化学机械研磨工艺期间，平台101可以被旋转(例如通过电动机)。
此外，可以控制磁铁120的磁场与定子330的磁场之间的相互作用，以在研磨头105上产生垂直力，垂直力将晶圆109压到研磨垫103。例如，控制器132可以控制定子330的磁场强度，使得磁铁120与定子330之间的吸引力的垂直分量大于磁铁120与定子330之间的排斥力的垂直分量。例如，可以使靠近相反极性的磁铁120的定子330的磁性强度减少以减少吸引力，并且可以使靠近相同极性的磁铁120的定子330的磁性强度增加以增加排斥力。在一些实施例中，控制器132可以控制定子330的垂直位置、横向位置、径向位置、或倾斜度，以控制在研磨头105上的垂直力。在一些实施例中，可控制定子130以提供晶圆109抵靠研磨垫103的压力在大约0磅每平方英寸至大约10磅每平方英寸之间。
在一些情况下，在化学机械研磨工艺期间使用磁铁移动研磨头可以允许更均匀的研磨。可以在化学机械研磨工艺期间控制磁性相互作用，以平移并且旋转研磨头。此外，可以通过控制磁性相互作用来控制研磨头压在研磨垫上的压力。在一些情况下，研磨头可能是独立的，并且在化学机械研磨工艺期间可能未连接到另一构件。可以使用保持器机构将研磨头放置在研磨垫上或从研磨垫上移除研磨头。在一些情况下，例如，如果使用的磁铁是永久磁铁，或者如果用吸盘而不是主动产生的负压将晶圆保持在适当的位置，则研磨头可以没有机械或电子构件。通过使用磁铁移动研磨头，可以减少化学机械研磨设备中的机械或电子构件(例如，连杆、电动机、管、轴承、配线等)的数量。通过使用更少的这些构件，可以降低构件故障的可能性，并且也可以降低构件维护的成本。化学机械研磨设备的重量或成本也可以降低。
在一些实施例中，一种化学机械研磨的方法包括将研磨头放置在平台上，研磨头包括第一磁铁组，以及控制第二磁铁组以在平台上旋转研磨头，其中控制第二磁铁组包括反转第二磁铁组中的至少一个第二磁铁的极性，以在第一磁铁组中的至少一个第一磁铁上产生磁力，其中，第二磁铁组在研磨头的外部。在一些实施例中，第二磁铁组设置在平台内。在一些实施例中，第二磁铁组在平台的外部。在一些实施例中，控制第二磁铁组还包括使第二磁铁组中的至少一个第二磁铁垂直平移。在一些实施例中，控制第二磁铁组包括控制通过第二磁铁组中的至少一个第二磁铁产生的磁力的强度。在一些实施例中，磁力包括向下的力。在一些实施例中，通过研磨头保持器将研磨头放置在平台上，并且其中在将研磨头放置在平台上之后，将研磨头与研磨头保持器分开。在一些实施例中，研磨头没有与其他构件的电性连接。在一些实施例中，控制第二磁铁组包括同时控制第二磁铁组的每个第二磁铁的极性。在一些实施例中，第一磁铁在研磨头内横向定向。
在一些实施例中，一种化学机械研磨的方法包括将晶圆附接到研磨头，其中研磨头包括多个第一磁铁，将研磨头放置在平台上，其中平台包括多个第二磁铁，其中每个第二磁铁包括电磁铁耦接到控制器，并使用上述控制器，控制传递到每个第二磁铁的电功率以产生磁场，前述磁场在多个第一磁铁上施加横向力，以使研磨头相对于平台旋转。在一些实施例中，多个第一磁铁在研磨头内垂直定向。在一些实施例中，方法还包括控制传递到每个第二磁铁的电功率以产生磁场，前述磁场在多个第一磁铁上施加垂直力以将晶圆压到平台上。在一些实施例中，以0磅每平方英寸至10磅每平方英寸之间的压力将晶圆压到平台上。在一些实施例中，方法还包括控制传递到每个第二磁铁的电功率以产生施加横向力以横向平移研磨头的磁场。在一些实施例中，研磨头包括吸盘，并且其中将晶圆附接到研磨头的操作包括使用吸盘。在一些实施例中，在将研磨头放置在平台上之后，研磨头没有与平台的机械连接。
在一些实施例中，一种化学机械研磨的研磨设备包括研磨头，研磨头包括多个第一磁铁、包括多个第二磁铁的平台、被配置为将研磨头放置在平台上的保持器，其中保持器被配置为在将研磨头放置在平台上的后释放研磨头，并且控制器耦接到多个第二磁铁，控制器被配置为在保持器释放研磨头之后控制每个第二磁铁的极性以旋转研磨头。在一些实施例中，研磨头包括卡孔，并且保持器包括卡勾机构，配置成插入卡孔内。在一些实施例中，第一磁铁包括永久磁铁。
前面概述数个实施例的特征，使得本技术领域中技术人员可更好地理解本公开的各方面。本技术领域中技术人员应理解的是，可轻易地使用本公开作为设计或修改其他工艺以及结构的基础，以实现在此介绍的实施例的相同目的及/或达到相同优点。本技术领域中技术人员亦应理解的是，这样的等效配置并不背离本公开的构思以及范围，且在不背离本公开的构思以及范围的情形下，可对本公开进行各种改变、替换以及更改。

Claims (1)

1.一种化学机械研磨的方法，包括：
将一研磨头放置在平台上，该研磨头包括一第一磁铁组；以及
控制一第二磁铁组以旋转该平台上的该研磨头，其中控制该第二磁铁组包括反转该第二磁铁组中的至少一个第二磁铁的一极性，以在该第一磁铁组的至少一个第一磁铁上产生一磁力，其中该第二磁铁组在该研磨头的外部。
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