CN114286736A - 化学机械抛光校正工具 - Google Patents

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Abstract

化学机械抛光修整工具包括：基座，配置成支撑基板；多个夹爪，配置成使基板在基座上居中；加载环，用以将压力施加到基座上的基板的背侧上的环形区域；抛光环，用以使抛光材料与基板的前侧上的环形区域接触，基板的前侧上的环形区域与基板的背侧上的环形区域对齐；以及抛光环致动器，用以使抛光环旋转以引起在抛光环和基板之间的相对运动。

Description

化学机械抛光校正工具
技术领域
本公开关于一种在化学机械抛光(CMP)中使用的抛光工具。
背景技术
通常通过在半导体晶片上顺序沉积导电层、半导电层或绝缘层而在基板上形成集成电路。各种制造处理需要平坦化基板上的层。例如，一个制造步骤涉及在非平坦表面上沉积填料层并平坦化填料层。对于某些应用而言，将填料层平坦化，直到暴露出图案化层的顶表面。例如，可在图案化的绝缘层上沉积金属层以填充绝缘层中的沟槽和孔。在平坦化之后，图案化层的沟槽和孔中的金属的剩余部分形成通孔、插塞和线，以在基板上的薄膜电路之间提供导电路径。作为另一示例，可在图案化的导电层上沉积介电层，并接着将其平坦化以实现后续的光刻步骤。
化学机械抛光(CMP)是一种已接受的平坦化方法。这种平坦化方法通常需要将基板安装在承载头上。基板的暴露表面通常抵靠旋转抛光垫放置。承载头在基板上提供可控制的负载，以将其推抵抛光垫。通常将具有磨料颗粒的抛光浆料供应至抛光垫的表面。
发明内容
在一个方面中，一种化学机械抛光修整工具包括：基座，配置成支撑基板；多个夹爪，配置成使基板在基座上居中；加载环，用以将压力施加到基座上的基板的背侧上的环形区域；抛光环，用以使抛光材料与基板的前侧上的环形区域接触，基板的前侧上的环形区域与基板的背侧上的环形区域对齐；以及抛光环致动器，用以使抛光环旋转以引起在抛光环和基板之间的相对运动。
在另一方面中，一种化学机械抛光修整工具包括：基座，配置成支撑基板；不对称校正环，包括多个可独立地垂直移动的区段，以将可独立控制的压力施加到基座上的基板的背侧上的环形区域的多个成角度设置的区；抛光环，用以使抛光材料与基板的前侧上的环形区域接触，基板的前侧上的环形区域与基板的背侧上的环形区域对齐；以及抛光环致动器，用以使抛光环旋转以引起在抛光环与基板之间的相对运动。
在另一方面中，一种用于化学机械抛光修整的方法包含：将基板支撑在基座上；使基板的前侧与抛光环接合；使基板的背侧与不对称校正环接合；将基板的背侧保持到不对称校正环；以及用抛光环对基板的前侧进行抛光。
实施方式可以包括以下中的一项或多项。
分区段的抛光环可具有四个至十二个区段。基板的背侧可以被抽吸到不对称校正环。基板可被保持静止。浆料可被分配到基板的前侧上。可使用用于将基板在基座上居中的夹爪上的调节垫来调节抛光环。
前述优点可包括(但不限于)以下一个或多个。可校正整体抛光操作之后基板的一个或多个区域的抛光不足。也可校正不对称抛光。因此，可提高晶片内的均匀性和晶片间的均匀性。
在附随的附图和以下描述中阐述了一种或多种实施方式的细节。其他方面、特征和优点将由描述和附图以及权利要求而显而易见。
附图说明
图1是抛光系统的示意性横截面图。
图2-7是抛光修整工具的示意性横截面图。
图8是不对称校正环的示意性仰视图。
图9是不对称校正环的示意性透视图。
图10是抛光修整操作的流程图。
具体实施方式
一些抛光处理会导致跨基板的表面的厚度不均匀。例如，整体抛光处理可能导致基板上的抛光不足的区域。为了解决这个问题，在整体抛光之后，有可能执行“修整”抛光处理，其着重于基板的抛光不足的部分。
在整体抛光处理中，抛光在基板的整个前表面上进行，尽管在前表面的不同区域中可能以不同的速率抛光。在整体抛光处理中，并非基板的所有表面在给定的瞬间都可进行抛光。例如，由于抛光垫中存在凹槽，因此基板表面的一些部分可能不与抛光垫接触。然而，在整体抛光处理的过程中，由于在抛光垫和基板之间的相对运动，这个部分未被局部化，从而基板的所有前表面都进行了一定量的抛光。
相反地，在“修整”抛光处理中，抛光垫可接触少于基板的整个前表面。另外，抛光垫相对于基板的运动的范围被配置成使得在修整抛光处理的过程中，抛光垫仅接触基板的局部区域，且基板的前表面的大部分(如，至少50％、至少75％或至少90％)永远不会接触抛光垫，并因此根本不会进行抛光。
如上所述，一些整体抛光处理导致不均匀抛光。特别是，一些整体抛光处理会导致抛光不足的局部非同心和不均匀斑点。假设而言，可使用在抛光不足的区域上移动的很小的垫执行抛光“修整”。但是，由于低产出，这可能是不切实际的。
解决局部不均匀性的一种解决方案是使用单独的抛光“修整”工具，其包括可向基板的局部环形区域施加压力的加载环。加载环的较大接触面积允许同时抛光更多的抛光不足区域，从而提高产出。特别地，这种环能够解决基板的边缘附近的环形抛光不足区域的常见问题。
为了解决局部不对称性，可将加载环分区段，并对环的不同区段施加不同的压力。基板可在基座上居中，而分区段的不对称校正环可以以角度不对称的方式在基板的背表面上施加压力。另外，抛光环可向基板的前表面施加压力并相对于基板的前表面旋转以抛光基板。因为抛光速率与来自不对称校正环的压力成比例，所以可减少不均匀性并且可校正不对称。
图1显示了包括整体抛光设备104的抛光系统100的示例。待抛光的基板10可在用于整体抛光的整体抛光设备104和用于校正抛光不均匀性(如，边缘修整)的抛光修整工具200之间转移(参见图2-7)。例如，可在抛光设备104处对基板10进行整体抛光的同时或之后，将基板输送到抛光修整工具200。可使用机构(例如装载/卸除组件或机械臂)在站102和设备104之间转移基板10。在一些实施方案中，修整站102是独立系统。在这种情况下，修整站102可位于整体抛光设备104附近，如，在同一处理室中。
抛光设备104包括一个或多个承载头140(仅显示一个)。每个承载头140可操作以将基板10(诸如晶片)保持抵靠抛光垫110。每个承载头140可具有与每个相应基板相关联的抛光参数(例如压力)的独立控制。每个承载头140包括保持环142，以将基板10保持在抛光垫110上并且在柔性膜144下方的适当位置。
每个承载头140可任选地包括由膜限定的多个可独立控制的可加压腔室，如，三个腔室146a-146c，其可将可独立地控制的加压施加到柔性膜144上的相关区域，从而施加到基板10上。
每个承载头140从支撑结构150(如转盘或轨道)悬挂下来，并由驱动轴152连接到承载头旋转电动机154，使得承载头可绕轴线155旋转。任选地，每个承载头140可通过转盘本身的旋转振动，或通过支撑承载头140的滑动架沿轨道的运动(例如在转盘150上的滑动器上)横向振动。
包括在抛光设备104中的压板120是可旋转的碟形压板，抛光垫110位于其上。压板可操作以绕轴线125旋转。例如，电动机121可转动驱动轴124以使压板120旋转。抛光垫110可以是两层抛光垫，其具有外部抛光层112和较软的背衬层114。
抛光设备104可包括端口130，以将抛光液体132(诸如浆料)分配到抛光垫110上至垫。抛光设备还可包括抛光垫调节器以研磨抛光垫110，以将抛光垫110维持在始终如一的研磨状态。
在操作中，压板绕其中心轴线125旋转，并且每个承载头绕其中心轴线155旋转，并跨抛光垫的顶表面横向平移。
尽管仅显示了一个承载头140，但是可提供更多的承载头以保持另外的基板，使得可有效地使用抛光垫110的表面积。因此，适以保持基板以同时进行抛光处理的承载头组件的数量可至少部分地基于抛光垫110的表面积。
在一些实施方案中，抛光设备包括原位监视系统160。原位监视系统可以是光学监视系统(如，光谱监视系统)，其可用以测量来自经历抛光的基板的反射光的光谱。通过包括孔洞(即，穿过垫的孔)或实心窗118来提供通过抛光垫的光学通路。原位监视系统可替代地或另外地包括涡流监视系统。
在一些实施方案中，光学监视系统160是按序光学监视系统，其具有定位在两个抛光设备之间或在抛光设备与转移站之间的探针(未显示)。监视系统160可在抛光期间连续地或周期性地监视基板的区域的一个或多个特征。例如，一个特征是基板的每个区域的厚度。
在原位或顺序实施例的任一种中，光学监视系统160可包括光源162、光检测器164以及用于在远程控制器190(如，计算器)与光源162和光检测器164之间发送和接收信号的电路166。一根或多根光纤170可用以将来自光源162的光传输到抛光垫中的光学通路，并将从基板10反射的光传输到检测器164。
参照图2，配置成执行抛光修整(即，抛光校正)操作的抛光修整工具200包括位于基底212上的基座210。基座210配置成支撑基板10的前侧11。可使用承载头(如，承载头140)将基板10装载到抛光修整工具200中。基底212可包括带有一个或多个浆料分配器216的一个或多个浆料通道214。
抛光修整工具200还包括多个(如，三个或更多个)夹爪220，其配置成朝向基板10径向向内闭合。这用于使基板10的中心与标准轴线250对准。每个夹爪220可由单独的夹爪致动器222驱动，或者公共致动器可驱动所有夹爪222。夹爪致动器222可以是(例如)电动机、液压腔室、气动腔室、螺纹驱动器或其他类似的致动器。调节垫224可连接到夹爪220。
抛光修整工具200还包括与轴线250同轴的抛光环230。抛光环230可以是具有多个弓形区段的环形抛光环。例如，抛光环230可由四到十二个区段构成。抛光环致动器232可配置成移动抛光环230以接合基板10的前侧11。
抛光修整工具200还包括加载环240(也参见图8)。加载环240可以是配置成接触基板10的背侧12的环形部分的环形环，该环形部分对应于由抛光环230抛光的基板10的前侧11的环形部分。加载环240的宽度可比抛光环230的宽度宽。加载环230也可与轴线250同轴。
加载环240可包括配置成接合并吸附基板10的背侧12的吸盘242。例如，多个真空通道246可从真空源260(如，泵、具有控制阀的设施真空管线等)延伸通过加载环240并到达吸盘242。这允许吸盘242将基板10保持(如，抽吸安装)在加载环240上。
在一些实施方案中，加载环240是配置成解决基板10的不对称性的不对称校正环。参照图8-9，加载环240可以是具有多个弓形区段244的分区段环形环。可控制每个区段244上的向下压力，以校正基板10的前侧11上的不对称性(如，由于先前的抛光操作所导致的基板不对称性)。可存在有四个到十二个区段244。加载环240中的每个区段244可具有相应的可独立加压腔室248。可使用通道252将可独立加压区腔室248连接到压力源260，并使用压力源260对可独立加压区腔室248加压。这允许不对称校正环配置成将不同的压力施加到基板10上的多个弓形区。
参照图3，在将基板10装载到基座210上之后，多个夹爪220可接合基板10的边缘。夹爪220可用以使基板10在基座210上居中。特别地，夹爪220可径向向内闭合，以将基板10推动到基板10与轴线250同轴的位置。
(多个)夹爪致动器222可使夹爪220在基板10上向内闭合，直到夹爪220从与基板10接合遇到一些阻力。(多个)夹爪致动器222可接着使夹爪220与基板10脱离(如，打开)，以允许在夹爪220和基板10之间的一些间隙。例如，夹爪致动器222可使夹爪220在夹爪220和基板10之间留有小间隙(如，0.1至3mm)。
参照图4，一旦基板10在基座上居中，则抛光环230移动以接合基板10的前侧11的环形区域。抛光环致动器232可引起抛光环的多个弓形区段244径向移动，并使抛光环230抛光基板10的前侧11的不同部分(箭头A)。因此，抛光环230可抛光基板10的前侧11的不同部分，如，在边缘与距边缘5mm之间的环形区域，或在距基板的边缘20mm与50mm之间的环形区域。
抛光环致动器232可使抛光环230垂直地朝向或远离基板10移动，并升高或降低基板10。任选地，抛光环致动器232可使抛光环230的区段向内和向外移动，(例如)以抛光基板10的不同半径。抛光环230可接合基板10，并接着将基板10升离基座210。
参照图5，加载环240可接合基板10的背侧12的环形区域。在一些实施方式中，当基板10被加载环240接合时，基板10可座落于基座210上。在一些实施方式中，可将基板10吸附到加载环240，并通过加载环210的垂直运动将其升离基座210。在一些实施方式中，可通过抛光环230的垂直运动将基板10升离基座210，并接着接合(如，吸附)到加载环240。
在加载环接合基板10之后(如，在吸盘242将基板10吸附到加载环240之后)，抛光环致动器232可使抛光环230旋转并抛光基板10的前侧11的一部分(如，边缘)。在抛光环230旋转的同时，加载环240可以是固定的，从而使基板10是固定的。浆料通道214(如上所讨论的)可在边缘控制操作期间使用浆料分配器216将浆料输送到基板10的前侧11。
假设加载环240是不对称校正环，则可将腔室248独立地加压至不同的压力，使得加载环240的不同区段244将压力不同的压力施加到基板10的背侧12的环形区域中的多个成角度设置的区。加载环240施加在基板10上的压力可使基板10的前侧11上的不同区域以不同的速率抛光，这允许抛光修整工具200校正基板的不对称性。
参照图6，在执行了修整操作(如，校正或边缘控制操作)之后，加载环240从基板10脱离(如，停止抽吸吸附基板10)，使得基板10安置在抛光环上230。夹爪220还可从基板10移开。接着，(例如)可使用承载头140将安置于抛光环230上的基板10从抛光修整工具200中升离。
参照图7，一旦从抛光修整工具200移除了基板10，夹爪致动器222就可使夹爪220位于抛光环230上方。具体地说，位于夹爪220上的调节垫224可位于抛光环230上方。抛光环致动器232可使抛光环230接触调节垫224，其中调节垫224可研磨抛光环230以将抛光环230维持在始终如一的研磨状态。抛光环230可绕中心轴线250旋转，以使调节垫224研磨抛光环230。
参照图2-7，抛光修整工具200包括控制器190，控制器190耦合至设备的各种部件，如，压力源260、夹爪致动器222、抛光环致动器232及加载环240的可独立加压区腔室。传感器295可用以检测基板10的前侧11上的不对称性。例如，传感器295可以是测量前侧11的不同部分的光学传感器。传感器295可发送测量值到控制器190，然后控制器190可对加载环240的可独立加压区腔室加压，以调节在边缘控制操作期间每个区244施加到基板10的背侧12的压力。

Claims (15)

1.一种化学机械抛光修整工具，包含：
基座，配置成支撑基板；
多个夹爪，配置成使所述基板在所述基座上居中；
加载环，用于将压力施加到所述基座上的所述基板的背侧上的环形区域；
抛光环，用于使抛光材料与所述基板的前侧上的环形区域接触，所述基板的所述前侧上的所述环形区域与所述基板的所述背侧上的所述环形区域对齐；以及
抛光环致动器，用于使所述抛光环旋转以引起在所述抛光环和所述基板之间的相对运动。
2.如权利要求1所述的工具，进一步包含：夹爪致动器，用于移动所述夹爪中的一个或多个，以使所述基板在所述基座上居中。
3.如权利要求1所述的工具，其中所述多个夹爪包含四个至十二个夹爪。
4.如权利要求1所述的工具，其中所述抛光环的旋转轴线与所述加载环和所述基板同轴。
5.如权利要求1所述的工具，其中所述加载环的宽度比所述抛光环的宽度宽。
6.如权利要求1所述的工具，进一步包含：浆料通道和浆料分配器。
7.如权利要求1所述的工具，其中所述加载环提供吸盘以保持所述基板。
8.如权利要求1所述的工具，进一步包含：调节垫，所述调节垫连接到所述多个夹爪，以研磨在所述抛光环上的所述抛光材料。
9.一种化学机械抛光修整工具，包含：
基座，配置成支撑基板；
不对称校正环，包括多个能独立地垂直移动的区段，以将能独立控制的压力施加到所述基座上的所述基板的背侧上的环形区域的多个成角度设置的区；
抛光环，用于使抛光材料与所述基板的前侧上的环形区域接触，所述基板的所述前侧上的所述环形区域与所述基板的所述背侧上的所述环形区域对齐；以及
抛光环致动器，用于使所述抛光环旋转以引起在所述抛光环与所述基板之间的相对运动。
10.如权利要求9所述的工具，其中所述不对称校正环包括四个至十二个能独立地垂直移动的区段。
11.如权利要求9所述的工具，其中所述不对称校正环包括与所述多个能独立地垂直移动的区段相对应的多个能独立加压区腔室。
12.如权利要求9所述的工具，其中所述抛光环是分区段的抛光环。
13.如权利要求9所述的工具，其中所述抛光环的旋转轴线与所述不对称校正环和所述基板同轴。
14.如权利要求9所述的工具，其中所述不对称校正环提供用于保持所述基板的吸盘。
15.一种用于化学机械抛光修整的方法，包含：
将基板支撑在基座上；
使所述基板的前侧与抛光环接合；
使所述基板的背侧与不对称校正环接合；
将所述基板的所述背侧保持到所述不对称校正环；以及
用所述抛光环对所述基板的所述前侧进行抛光。
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