CN115246099A - 在化学机械平坦化期间移除杂质的方法 - Google Patents

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Abstract

一种化学机械平坦化系统，包括在化学机械平坦化制程期间旋转的一化学机械平坦化垫。在制程期间，一化学机械平坦化头将半导体晶圆放置与化学机械平坦化垫接触。在制程期间，一研磨浆供给系统将研磨浆供给至垫上。在制程期间，一垫调节件调节上述垫。一杂质去除系统从研磨浆去除碎屑及杂质。

Description

在化学机械平坦化期间移除杂质的方法
技术领域
本公开实施例是有关于化学机械平坦化的技术领域。
背景技术
对包括智能手机、平板电脑、台式电脑、膝上型电脑和许多其他类型的电子设备的计算能力的提高有不断的需求。集成电路为这些电子设备提供计算能力。增加集成电路中的计算能力的其中一种方法是增加晶体管的数量和可以包括在半导体基板的既定面积中的其他集成电路特征的数量。因此，已经开发了许多半导体制程和技术来减小集成电路中特征的尺寸。
化学机械平坦化是一种能够使用薄膜材料的制程，上述薄膜材料能够实现相对较小尺寸的特征。化学机械平坦化可以在薄膜沉积和图案化制程之后平坦化半导体晶圆的表面。化学机械平坦化利用化学和机械制程来平坦化半导体晶圆。虽然非常有益，但化学机械平坦化也容易受到设备故障的影响，从而导致半导体晶圆损坏。
发明内容
在一实施例中，一种在化学机械平坦化期间移除杂质的方法，包括：借由放置与旋转的一化学机械平坦化垫接触的一半导体晶圆，执行一化学机械平坦化制程，且在化学机械平坦化制程期间，用一垫调节件调节化学机械平坦化垫。上述方法包括：在化学机械平坦化制程期间，用一研磨浆供给系统供给一研磨浆至化学机械平坦化垫上，且借由执行一带电粒子分离制程，从研磨浆移除碎屑。
在一实施例中，一种在化学机械平坦化期间移除杂质的系统，包括：一化学机械平坦化设备，配置以在一晶圆上执行化学机械平坦化相关制程。上述系统包括：一杂质去除系统，定位邻接化学机械平坦化设备，且配置以从邻接晶圆的一流体去除带电杂质。上述杂质去除系统包括：一第一电极、一第二电极以及一电源，电源配置以在第一电极与第二电极之间施加一电压。上述系统包括：一控制系统，配置以控制化学机械平坦化设备及电源。
在一实施例中，一种在化学机械平坦化期间移除杂质的方法，包括：在一晶圆上执行一化学机械平坦化相关制程；在化学机械平坦化相关制程期间，在一第一电极与一第二电极之间施加一电压；以及用第一电极及第二电极，从涉及化学机械平坦化相关制程的一流体吸附带电杂质。
附图说明
图1A为根据一实施例，化学机械平坦化系统的方框图。
图1B为根据一实施例，化学机械平坦化系统的示意图。
图2A及图2B为根据一实施例，化学机械平坦化系统的主研磨站的示意图。
图2C及图2D为根据一实施例，杂质去除系统的示意图。
图3为根据一实施例，化学机械平坦化系统的清洗槽的示意图。
图4为根据一实施例，化学机械平坦化系统的预清洁站的示意图。
图5为根据一实施例，化学机械平坦化系统的刷盒的示意图。
图6为根据一实施例，化学机械平坦化系统的蒸汽干燥器的示意图。
图7为根据一实施例，用于操作化学机械平坦化系统的方法的流程图。
图8为根据一实施例，用于操作化学机械平坦化系统的方法的流程图。
其中，附图标记说明如下：
100：化学机械平坦化系统
102：化学机械平坦化设备
103：研磨器
104：杂质去除系统
104a，104b，104c：杂质去除系统
105：清洁器
106：控制系统
107：晶圆运输单元
108：第一电极
109：机器手臂
110：第二电极
112：电源
120：主研磨站
124：清洗槽
126：预清洁站
128：刷盒
130：蒸汽干燥器
132：蒸汽干燥器
140：化学机械平坦化垫
142：化学机械平坦化头
144：研磨浆供给系统
146：垫调节件
152：研磨浆
154：碎屑
156：带正电粒子
158：带负电粒子
160：口孔
164：晶圆
166：滚轮
168：超音波换能器
170：入口
172：化学品喷杆
172a，172b：化学品喷杆
174：滚轮系统
175：喷嘴或口孔
176：清洁手臂
177：清洁化学品
179：清洁化学品
180a，180b：滚轮刷
183：抬升件
184：液体化学品
186：加热器
188：蒸汽
700，800：方法
702，704，706，708，802，804，806：操作
H：高度
L：长度
W：宽度
具体实施方式
在以下的实施方式中，描述了许多集成电路晶粒内各种层及结构的厚度及材料。对于各种实施例，给定特定的尺寸及材料作为范例。本领域技术人员将理解到，基于本公开实施例，在许多情况下可使用其他尺寸及材料而不超出本公开实施例的范畴。
以下的公开内容提供许多不同的实施例或范例以实施本案的不同特征。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限定。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。这些重复是为了简化与清晰的目的，并非用以限定所讨论的不同实施例及/或结构之间有特定的关系。
此外，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，是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。除了在图式中绘示的方位外，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。装置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。
在以下的实施方式中，阐述了某些特定的细节，以提供本公开各种实施例更完整的了解。然而，本领域技术人员将理解到本公开实施例可在没有此等特定细节的情况下实施。在其他例子中，与电子构件及制造技术相关的为人熟知的结构未被详细叙述，以避免不必要地混淆本公开实施例的描述。
除非前后文另有要求，在整体说明书及随附的权利要求书中，用语“包括”及其变体，例如：“包含”及“具有”，应以开放且涵盖的方式解释，即，如“包括但不限于”的意义。
序数的使用(例如：第一、第二及第三)不一定暗示排列的顺序，反而可仅用以分辨多个动作或结构范例。
本说明书通篇提及的“一个实施例”或“一实施例”意指所描述为与此实施例相关联的特定特征、结构或特性包括在至少一个实施例中。因此，在通篇说明书各处出现的用语“在一个实施例中”或“在一实施例中”不一定都指同一实施例。此外，特定特征、结构或特性可以在一或多个实施例中以任何合适的方式结合。
除非内容另有明确规定，在本说明书和所附权利要求书中使用的单数形式用语“一”、“一个”及“该”包括复数指示对象。亦应注意的是，除非内容另有明确规定，用语“或”通常以其包括“及/或”的含义使用。
本公开的实施例提供超越现有化学机械平坦化系统的许多优点。本公开的实施例运用一杂质去除系统以防止对半导体晶圆及化学机械平坦化设备的损坏。因此，本公开的实施例提高半导体晶圆的产率且减少技术人员或专家修缮或替换损坏设备的需求。反而，杂质去除系统防止模块防止了危险的碎屑损坏晶圆及化学机械平坦化垫。结果，不会浪费时间和资源来替换设备及报废的半导体晶圆。
图1A为根据一实施例，化学机械平坦化(chemical mechanical planarization，CMP)系统100的方框图。化学机械平坦化系统100包括化学机械平坦化设备102。化学机械平坦化设备102在一晶圆上执行化学机械平坦化制程。化学机械平坦化设备102在化学机械平坦化制程之后亦执行各种清洁及干燥操作。
化学机械平坦化系统100包括一杂质去除系统104。杂质去除系统104在化学机械平坦化制程期间执行一带电粒子分离制程。碎屑、磨料粒子及杂质可在化学机械平坦化制程及与化学机械平坦化制程相关联的各种清洁制程期间出现。碎屑、磨料粒子及杂质经常包括离子及带电粒子。通常，带电粒子为电子。一些离子可带有净负电荷。一些离子可带有净正电荷。带电粒子分离制程带出且去除带电粒子及离子，借此排除可在化学机械平坦化制程及与化学机械平坦化制程相关联的各种清洁制程期间出现的大部分碎屑、磨料粒子及杂质。
在一实施例中，杂质去除系统104包括一第一电极108、一第二电极110及一电源112。电源112可为电压源，在第一电极108与第二电极110之间施加电压。第一电极108及第二电极110放置在与化学机械平坦化制程或清洁制程相关联的流体中。施加在第一电极108及第二电极110之间的电压导致其中一电极吸引且获得带正电离子，且另一电极吸引且获得带负电离子及电子。因此，带净电压的碎屑、磨料粒子及杂质借由第一电极108及第二电极110从流体移除。关于杂质去除系统104的进一步细节将参照后续图示提供。
化学机械平坦化系统100包括一控制系统106。控制系统106可控制杂质去除系统104及化学机械平坦化设备102。控制系统106可启动及关闭化学机械平坦化设备102，且可启动及关闭杂质去除系统104。
图1B为根据一实施例，化学机械平坦化系统100的示意图。化学机械平坦化系统100包括一研磨器103。研磨器103包括两个主研磨站120及两个化学抛光站122。主研磨站120及两个化学抛光站122在晶圆上执行化学机械平坦化制程。
研磨器103包括两个化学机械平坦化头142。每一化学机械平坦化头142承载一面向下的晶圆(图未示)，使得晶圆的顶部表面可在主研磨站120及化学抛光站122被研磨。当晶圆被装载至两个化学机械平坦化头142时，化学机械平坦化头142移动至主研磨站且降低直到晶圆的顶部表面(在此情况中面向下)与研磨垫的顶部表面接触。主研磨化学机械平坦化制程在主研磨站120执行，如将参照图2A及图2B进一步详述。在主研磨制程已在主研磨站120执行之后，化学机械平坦化头142移动至化学抛光站122且降低直到晶圆的顶部表面与化学抛光站122的各自研磨垫的顶部表面接触。化学抛光化学机械平坦化制程在化学抛光站122执行，如将参照图2A及图2B进一步详述。一或多个杂质去除系统104定位在每一化学抛光站122及主研磨站120，如将参照图2A、图2B及图2C进一步详述。
在主研磨及化学抛光制程已在研磨器103执行之后，化学机械平坦化头142回到图1B所示的位置。晶圆运输单元107的机器手臂109将从化学机械平坦化头142拿取晶圆，并将晶圆运输到清洁器105。晶圆运输单元107可包括多个机器手臂及传输装置，以在清洁器105的各种清洁站之间搬运晶圆。
清洁器105包括清洗槽124。晶圆运输单元107将晶圆沿着边缘降下至清洗槽124中。清洗槽124填充有去离子水。晶圆在去离子水中被清洗并从清洗槽124移除。一或多个杂质去除系统104定位在清洗槽124中，以协助从清洗槽124去除杂质。关于清洗槽124及杂质去除系统的细节将参照图3提供。
清洁器105包括一预清洁站126。晶圆运输单元107将晶圆沿着边缘降下至预清洁站126中。在预清洁站126有一化学品喷杆将化学品喷洒至晶圆上，同时一滚轮旋转晶圆。一或多个杂质去除系统104提供在预清洁站126以协助去除杂质。关于预清洁站126的细节将参照图4提供。
清洁器105包括一刷盒128。晶圆运输单元107将晶圆沿着边缘降下至刷盒128中。刷盒包括旋转的刷子，上述刷子清洁晶圆的表面。刷盒128亦包括化学品喷杆将化学品喷洒至晶圆上，同时刷子清洁晶圆。一或多个杂质去除系统104提供在刷盒128以协助去除杂质。关于刷盒128的细节将参照图5提供。
清洁器105包括一蒸汽干燥器130。晶圆运输单元107将晶圆沿着边缘降下至蒸汽干燥器中。蒸汽干燥器使用蒸汽动力以从晶圆表面推动水、接着推动剩余的化学品。蒸汽干燥器130包括一或多个杂质去除系统104以协助去除杂质。关于蒸汽干燥器130的细节将参照图6提供。
主研磨站120、化学抛光站122、晶圆运输单元107、清洗槽124、预清洁站126、刷盒128及蒸汽干燥器130全部皆为化学机械平坦化设备102的范例，如参照图1A所描述。可在参照图1B所描述的每一化学机械平坦化制程及清洁设备中执行杂质去除系统104。控制系统106可控制化学机械平坦化设备102及杂质去除系统104的操作。
图2A为根据一实施例，化学机械平坦化系统的主研磨站120的上视图。图2A的主研磨站120为参照图1B所描述的主研磨站120的一个范例。化学机械平坦化系统100包括一化学机械平坦化垫140、一化学机械平坦化头142、一研磨浆供给系统144、一垫调节件146及杂质去除系统104。主研磨站120的的构件配合以提供有效率的化学机械平坦化制程，减少对化学机械平坦化设备或半导体晶圆造成损伤的可能。尤其，如将在以下详述的，杂质去除系统104协助防止对化学机械平坦化设备及半导体晶圆的损伤。
在一实施例中，化学机械平坦化垫140放置在一平台上。因为此平台在化学机械平坦化垫140下方，在图2A的上视图中平台是不可见的。通常，平台为一扁平、圆形且刚性的表面。平台配置以在化学机械平坦化制程期间旋转。平台可用20每分钟转数至40每分钟转数之间的旋转速度旋转，但可用其他旋转速度而不超出本公开实施例的范畴。在图2A的范例中，平台及化学机械平坦化垫140在逆时针方向上旋转。平台可耦接至驱动平台旋转的轴。平台可具有约50公分至75公分的直径，但可用其他尺寸的平台而不超出本公开实施例的范畴。
化学机械平坦化垫140定位在平台顶部。化学机械平坦化垫140可为圆形且可具有实质上与平台直径相同的直径。化学机械平坦化垫140可借由固定件、吸力(即，压力差)、静电力、或任何适合的方式而耦接至平台。当平台旋转时，化学机械平坦化垫140亦旋转。化学机械平坦化垫140的旋转为平坦化半导体晶圆的其中一个因素，如将在以下详述的。
化学机械平坦化垫140可由多孔材料制成。在一范例中，化学机械平坦化垫140由具有孔隙大小在20微米至50微米之间的聚合材料制成。化学机械平坦化垫140可具有约50微米的粗度。可用其他材料、尺寸及结构的化学机械平坦化垫140而不超出本公开实施例的范畴。化学机械平坦化垫140可为实质上刚性的。
在化学机械平坦化制程期间，研磨浆供给系统144供给研磨浆152至化学机械平坦化垫140上。尤其，研磨浆供给系统144可具有多个喷嘴或口孔(aperture)，每一喷嘴或口孔输出研磨浆152至化学机械平坦化垫140上。研磨浆152可包括水溶液及一或多种腐蚀性化合物。选择腐蚀性化合物以化学蚀刻或去除半导体晶圆表面上的一或多种材料。因此，基于待平坦化的半导体晶圆的表面特征的一或多种材料来选择研磨浆152中的化合物。研磨浆供给系统144可包括一槽，此槽承载研磨浆及一管或软管，上述管或软管在化学机械平坦化制程期间将研磨浆运送至旋转的化学机械平坦化垫140上。
在化学机械平坦化制程期间，垫调节件146调节旋转的化学机械平坦化垫140。在化学机械平坦化制程期间，旋转的化学机械平坦化垫140顶部表面从平坦化制程经受磨耗。化学机械平坦化垫140的顶部表面可不均匀地被磨耗，使得化学机械平坦化垫140可形成凹陷、谷部及峰部。垫调节件146包括旋转的垫调节件头，向下压在旋转的化学机械平坦化垫140上。旋转的垫调节件头包括或被硬的、耐受性高的材料涂布，上述材料可有效地打磨化学机械平坦化垫140的表面。在一范例中，垫调节件146的表面包括钻石材料。在化学机械平坦化制程期间，垫调节件146的旋转头以一选择的规律扫过旋转的化学机械平坦化垫140表面，以维持化学机械平坦化垫140的顶部表面实质上均匀。因此，垫调节件146去除或防止旋转的化学机械平坦化垫140表面上形成凹陷、脊部、峰部、或不均匀的特征。
在化学机械平坦化制程期间，化学机械平坦化头142将半导体晶圆面向下的表面放置与旋转的化学机械平坦化垫140接触。在化学机械平坦化制程期间，化学机械平坦化头142亦可旋转半导体晶圆。在化学机械平坦化制程期间，半导体晶圆面向下的表面的表面特征被平坦化。平坦化借由机械及化学制程而达成。平坦化的机械方面借由化学机械平坦化垫140磨掉半导体晶圆面向底部的表面的物理效果而达成。平坦化的机械方面类似于非常细致的砂磨制程。平坦化的化学方面借由在半导体晶圆表面特征的材料上的研磨浆而达成。研磨浆溶液中的化合物蚀刻或与其反应，并移除半导体晶圆表面特征的材料。化学机械平坦化制程的结果是，半导体晶圆所显露的面向底部的表面变得实质上平坦。
在图2A的范例中，研磨浆供给系统144定位在化学机械平坦化头142的上游。随着新鲜的研磨浆152从研磨浆供给系统144供给至化学机械平坦化垫140上，化学机械平坦化垫140的旋转带着新鲜的化学机械平坦化头142接触借由化学机械平坦化头142承载的晶圆。研磨浆152与晶圆的交互作用导致研磨浆152中的碎屑及杂质。在碰到借由化学机械平坦化头142承载的晶圆之后，研磨浆152不再新鲜。
在图2A的范例中，垫调节件146定位在化学机械平坦化头142的下游。因此，化学机械平坦化垫140的旋转带着研磨浆从化学机械平坦化头142至垫调节件146。垫调节件的动作可产生粒子及碎屑154与使用过的研磨浆152混合。化学机械平坦化垫140的旋转带着一些使用过的研磨浆152回到与借由化学机械平坦化头142承载的晶圆接触。因此，一些杂质及碎屑和研磨浆可与借由化学机械平坦化头142承载的晶圆接触。虽然在图2A中未显示，在化学机械平坦化制程期间，化学机械平坦化垫140的整个表面被研磨浆152覆盖。研磨浆152大致跟着一螺旋图案，且因为化学机械平坦化垫140的旋转运动，被推动到化学机械平坦化垫140的边缘。在化学机械平坦化制程期间，研磨浆供给系统144持续地供给新的研磨浆152。因为旋转运动，在流下化学机械平坦化垫140的边缘之前，一些研磨浆152可碰到晶圆数次。
使用过的研磨浆152中的各种杂质及碎屑的接触可导致晶圆的损伤。举例来说，在晶圆中可产生刮伤。上述刮伤可归咎于被研磨浆152带着与晶圆接触的磨料粒子、研磨垫碎屑及刷子剥落的薄片。当两种不同的金属在各种pH值的溶液(例如：水、化学品及研磨浆中的杂质)中接触时可发生腐蚀。若半导体晶圆被碎屑、杂质或化学反应损伤，则半导体晶圆可能需要被报废。此外，当垫调节件碎屑来到化学机械平坦化垫140的表面与半导体晶圆之间时，化学机械平坦化垫140亦会损伤。这可导致化学机械平坦化垫140需要被报废或修复。为了修补半导体晶圆或化学机械平坦化垫140的损伤或报废，上述任一种情况导致时间上、资源上及金钱上的高成本。此外，当进行修复时，化学机械平坦化制程会被中断一段时间。
化学机械平坦化系统100用杂质去除系统104以防止半导体晶圆及化学机械平坦化垫140受到研磨浆所带的碎屑及杂质的损伤。在化学机械平坦化制程期间，杂质去除系统104从研磨浆152去除杂质及碎屑。
化学机械平坦化垫140包括一第一电极108、一第二电极110及电源112。电源112可对应至一电压源或一电流源。在一范例中，电源112在第一电极108与第二电极110之间施加一电压。可施加一正电压至第一电极108，且可施加一负电压至第二电极110。当研磨浆通过第一电极108及第二电极110之间或靠近时，杂质去除系统104在研磨浆152上执行一带电粒子分离制程。
研磨浆152中的碎屑及杂质包括带正电粒子156及带负电粒子158。带正电粒子156可包括正离子。带正电粒子156可包括带净正电荷的化合物或材料。带负电粒子158可包括负离子。带负电粒子158可包括带净负电荷的化合物或材料。带负电粒子亦可包括自由电子。因此，在本文中使用的用语“带电粒子”并不限于可带净电荷的电子、质子或次原子粒子，而亦可包括带净电荷的离子、分子、化合物或材料。
在一实施例中，杂质去除系统104借由吸附作用从研磨浆152去除带电粒子。在吸附作用制程期间，随着带正电粒子156及带负电粒子158被吸附至第一电极108及第二电极110上，研磨浆被去离子化。上述制程称为带电离子分离。在化学机械平坦化制程之后，第一电极108及第二电极110可在解吸阶段中操作。在解吸阶段中，第一电极108及第二电极110可从化学机械平坦化垫140的表面移除且放置在一流体中，例如：去离子水。第一电极108及第二电极110的极性可颠倒使得第一电极108接收正电压且第二电极110接收负电压。结果使得带正电粒子156及带负电粒子158从第一电极108及第二电极110解吸至流体中。第一电极108及第二电极110此时不带有带电粒子。第一电极108及第二电极110可接着被放置在化学机械平坦化垫140上以对另一化学机械平坦化制程执行带电粒子分离。
在一实施例中，在数个化学机械平坦化制程期间，第一电极108及第二电极110可在执行解吸制程之前用于带电粒子分离或带电粒子吸附。第一电极108及第二电极110可在执行解吸制程之前用于多达20个化学机械平坦化制程的吸附。在执行解吸制程之前，可执行其他数量的吸附制程而不超出本公开实施例的范畴。
因为杂质去除系统104从研磨浆152去除大部分的碎屑及杂质，晶圆被研磨浆152中的碎屑及杂质损伤的可能性大幅减小。因此，杂质去除系统104防止晶圆的刮伤及腐蚀。结果，晶圆产率提升，且化学机械平坦化设备的寿命增加。
在一实施例中，控制系统106控制化学机械平坦化系统100的各种构件。控制系统106可包括一或多个电脑存储器存储软件指令，用于控制化学机械平坦化系统100。控制系统106可包括一或多个处理器，配置以执行软件指令。控制系统106可经由有线或无线连接而电性连接至化学机械平坦化系统100的各种构件。控制系统106可启动、关闭及调整化学机械平坦化系统100各种构件的操作。控制系统106可散布在化学机械平坦化系统100一或多个构件之间。
在一实施例中，控制系统106在化学机械平坦化制程开始时，马上启动杂质去除系统104。在此情况下，杂质去除系统104不论化学机械平坦化系统100各种构件的使用年份或累积使用量，在整个化学机械平坦化制程皆开启。控制系统106在化学机械平坦化制程结束时关闭杂质去除系统104。
在一实施例中，控制系统106基于各种条件选择性地启动杂质去除系统104。举例来说，控制系统106可基于垫调节件146的使用年份或累积使用量来启动杂质去除系统。在垫调节件被大量使用之前，粒子从垫调节件146剥落的可能性不大。因此，在一些情况下，当垫调节件是新的或仅稍微使用过时，最好不要启动杂质去除系统104。在垫调节件146使用年份增加或使用更多时，控制系统106可启动杂质去除系统104，因为粒子(例如：钻石粒子)可从垫调节件掉落的可能性增加。控制系统106亦可基于化学机械平坦化垫140的使用年份或累积使用量，选择性地启动杂质去除系统104。选择性地启动杂质去除系统104可延长杂质去除系统104的寿命。尤其，选择性地启动杂质去除系统104可延长过滤器的寿命。此外，控制系统106可在化学机械平坦化制程期间间歇地启动杂质去除系统104。举例来说，控制系统106可在化学机械平坦化垫140隔次的旋转、化学机械平坦化垫140每三次旋转、或其他选择的间歇性规律启动杂质去除系统104。
在一实施例中，主研磨站120在用于晶体管的栅极的金属沉积之后，执行化学机械平坦化制程。举例来说，钨可沉积在用于晶体管的栅极的沟槽中。在栅极钨的沉积之后，晶圆可转移至主研磨站120。主研磨站120可接着执行化学机械平坦化制程，移除多余的钨且平坦化栅极的表面。主研磨站120可在多种半导体制程之后，用以执行平坦化操作。此等半导体制程可包括用于金属塞的金属沉积、用于金属线的金属沉积、用于沟槽隔离或其他目的的氧化硅沉积、及其他半导体制程。
图2A中第一电极108及第二电极110的定向称为流过(flow by)配置。在流过配置中，研磨浆152首先以多少平行于第一电极108及第二电极110的方向，流到第一电极108与第二电极110之间。然而，如将参照图2B进一步描述的，第一电极108及第二电极110可用其他定向而不超出本公开实施例的范畴。
图2B为根据一实施例，主研磨站120的上视图。主研磨站120实质上相似于图2A的主研磨站，除了第一电极108及第二电极110排列在流通(flow-through)模式。在流通模式中，第一电极108及第二电极110排列实质上垂直于研磨浆152流动的方向。虽然在图2B未显示，第一电极108及第二电极110包括间隙、槽、孔洞或其他口孔，容许研磨浆152流通第一电极108及第二电极110。因此，当用化学机械平坦化垫140带着研磨浆152至第一电极108及第二电极110时，研磨浆152流通第一电极108及第二电极110的间隙孔洞、孔洞、口孔或槽。带负电粒子158借由被施加正电压的第二电极110吸附。带正电粒子借由被施加负电压的第一电极108吸附。如此一来，当研磨浆152流通第一电极108及第二电极110时，从研磨浆152去除碎屑及杂质。
参照图2A及图2B，可在化学抛光站122中执行杂质去除系统104，如主研磨站120一样。化学抛光站122包括实质上与主研磨站120相同的构件且以相同的方式操作。其中一个差异在于，研磨浆供给系统144在化学抛光站122供给的研磨浆152包括了与在主研磨站120的研磨浆152不同的化学品。但化学抛光站122构件的位置及操作实质上与主研磨站120的位置及操作相同。因此，图2A及图2B的杂质去除系统104可在化学抛光站122中执行。当研磨浆被带着流过或流通第一电极108及第二电极110时，第一电极108及第二电极110在研磨浆上执行带电粒子分离制程。
图2C为根据一实施例，杂质去除系统104的立体图。第一电极108及第二电极110可由导电材料制成。导电材料可包括金、银、铂、钯、钛、铜、锡、镍、铁、钴、铝、铬或锰中的一或多者。导电材料可包括上述一或多种材料的合金。第一电极108及第二电极110可包括与上述不同的其他材料成分而不超出本公开实施例的范畴。
第一电极108及第二电极110具有一宽度W，如图2C所示。在一范例中，宽度W介于0.01公分及30公分之间。第一电极108及第二电极110可具有此范围之外的宽度而不超出本公开实施例的范畴。
第一电极108及第二电极110具有一长度L，如图2C所示。在一范例中，长度L介于0.5公分及80公分之间。第一电极108及第二电极110可具有此范围之外的长度L而不超出本公开实施例的范畴。
第一电极108及第二电极110具有一高度H，如图2C所示。在一范例中，高度H介于0.01公分及30公分之间。第一电极108及第二电极110可具有此范围之外的高度H而不超出本公开实施例的范畴。
杂质去除系统可在定电压模式下操作。在定电压模式中，电源112在第一电极108及第二电极110之间施加定电压。当第一电极108及第二电极110定向在流过模式或流通模式时，可用定电压模式。在一范例中，在定电压模式中，电源112施加介于0伏特及±50伏特之间的电压。电源112可施加其他电压而不超出本公开实施例的范畴。
杂质去除系统可在定电流模式下操作。在定电流模式中，电源112在第一电极108及第二电极110之间驱动定电流。当第一电极108及第二电极110定向在流过模式或流通模式时，可用定电流模式。在一范例中，在定电流模式中，电源112驱动介于0安培及±30安培之间的电流薄值(thin value)。电源112可供应其他电流而不超出本公开实施例的范畴。
图2D为根据一实施例，杂质去除系统104的立体图。图2D的杂质去除系统104实质上相似于图2C的杂质去除系统104，除了第一电极108及第二电极110包括口孔160。口孔160容许研磨浆152或其他实施例中的其他流体流通第一电极108及第二电极110。这尤其适合流通模式。然而，图2D的第一电极108及第二电极110亦可在流过模式中运用。第一电极108及第二电极110可包括不同于图2D所示的口孔160的间隙、孔洞、槽或其他种类的开口，而不超出本公开实施例的范畴。
图3为根据一实施例，化学机械平坦化系统100的清洁器105的清洗槽124的示意图。在已借主研磨站120及化学抛光站122执行化学机械平坦化制程之后，清洗槽124为第一清洁阶段。晶圆运输单元107的一机器手臂将晶圆164降下至清洗槽124中。清洗槽124填充有去离子水。晶圆164浸没在去离子水中。
清洗槽124包括多个滚轮166，当晶圆164在清洗槽中时旋转晶圆164。滚轮166接触晶圆164的边缘，且借由摩擦力旋转晶圆164。在一实施例中，滚轮166以介于5每分钟转数至20每分钟转数的速率旋转晶圆，但可用其他旋转速度而不超出本公开实施例的范畴。
在一实施例中，清洗槽124包括一或多个超音波换能器168。超音波换能器168接收电子信号且在清洗槽124的去离子水中产生对应的超音波震动。超音波震动可有助于清洁晶圆164。
在一实施例中，清洗槽124包括一入口170。去离子水经由入口170供给至槽中。实际上，去离子水从清洗槽124溢出至包括排放口的溢流槽中。
清洗槽124包括一杂质去除系统104。杂质去除系统104包括一第一电极108、一第二电极110及一电源112。电源112在第一电极108与第二电极110之间施加电压或驱动电流。第一电极108及第二电极110执行带电粒子分离制程，借此，去离子水中带有净电荷的杂质及碎屑被第一电极108及第二电极110吸附。杂质去除系统104的操作方式实质上与参照图1A至图2D所描述的相同。在晶圆164已在清洗槽124中清洁之后，晶圆运输单元107的机器手臂将晶圆164从清洗槽124移除，并带着晶圆164至预清洁站126。
图4为根据一实施例，化学机械平坦化系统100的清洁器105的预清洁站126的示意图。晶圆运输单元107的一机器手臂将晶圆164降下至预清洁站126中。晶圆164安置在滚轮系统174上。滚轮系统174旋转晶圆164。滚轮系统174可用介于5每分钟转数至20每分钟转数之间的旋转速度旋转晶圆164。
预清洁站126包括多个化学品喷杆172。化学品喷杆172包括多个喷嘴或口孔175。喷嘴或口孔175将清洁化学品177喷洒至晶圆164上。选择清洁化学品177以预清洁晶圆164。在一范例中，清洁化学品177包括异丙醇。
预清洁站126包括一清洁手臂176。清洁手臂176可包括一头，具有旋转至晶圆164的刷子，轻轻地刷或擦晶圆164的表面。清洁手臂176的头亦可旋转，使得在清洁晶圆164表面的同时旋转刷子。
预清洁站126包括一杂质去除系统104。杂质去除系统104包括一第一电极108、一第二电极110及一电源112。电源112在第一电极108与第二电极110之间施加电压或驱动电流。第一电极108及第二电极110执行带电粒子分离制程，借此，清洁化学品177中带有净电荷的杂质及碎屑或借由清洁手臂176的动作从晶圆164去除的粒子被第一电极108及第二电极110吸附。杂质去除系统104的操作方式实质上与参照图1A至图3所描述的相同。在晶圆164已在预清洁站126中清洁之后，晶圆运输单元107的机器手臂将晶圆164从预清洁站126移除，并带着晶圆164至刷盒130。
图5为根据一实施例，图1B的化学机械平坦化系统100的清洁器105的刷盒130的示意图。晶圆运输单元107的机器手臂将晶圆164降下至刷盒130中。刷盒130包括滚轮刷180a及滚轮刷180b。晶圆164定位在滚轮刷180a与滚轮刷180b之间。滚轮刷180a及滚轮刷180b旋转且清洁晶圆164表面。刷盒130亦包括滚轮166，在滚轮刷180a及滚轮刷180b清洁晶圆的同时旋转晶圆164。滚轮刷180a及滚轮刷180b借由非磨料的软材料制成，不会损伤晶圆164表面。
刷盒130亦包括化学品喷杆172a及化学品喷杆172b。化学品喷杆172a及化学品喷杆172b包括喷嘴或口孔175，将清洁化学品179喷洒至晶圆164表面上。化学品喷杆172可实质上与图4的化学品喷杆172相似。清洁化学品179可包括乙二醇。清洁化学品179可包括其他化学品而不超出本公开实施例的范畴。
刷盒130包括多个杂质去除系统104a、杂质去除系统104b及杂质去除系统104c。杂质去除系统104a定位邻接第一化学品喷杆172a。杂质去除系统104a配置以执行带电粒子分离制程，从喷洒至晶圆164上的清洁化学品179去除带电的杂质及碎屑。杂质去除系统104b定位邻接第二化学品喷杆172b。杂质去除系统104b配置以执行带电粒子分离制程，从第二化学品喷杆172b喷洒至晶圆164上的清洁化学品179去除带电的杂质及碎屑。
杂质去除系统104c定位邻接第一滚轮刷180a。杂质去除系统104c配置以执行带电粒子去除制程，从滚轮刷180a去除带电的杂质及碎屑。虽然图5未显示，刷盒130可包括第四杂质去除系统104，定位邻接第二滚轮刷180b，且配置以从第二滚轮刷180b去除带电的杂质及碎屑。图5的杂质去除系统104a、杂质去除系统104b及杂质去除系统104c可包括相同的构件，且可作用实质上相似于参照图1A至图4所描述的杂质去除系统。在刷盒130执行清洁制程之后，晶圆运输单元107的机器手臂将晶圆164运输至蒸汽干燥器132。
图6为根据一实施例，图1B的化学机械平坦化系统100的清洁器105的蒸汽干燥器132的示意图。晶圆164定位在抬升件183上。抬升件183在蒸汽干燥器132内抬起或降下晶圆164。
蒸汽干燥器132包括一池液体化学品184。蒸汽干燥器132亦包括一加热器186。加热器186加热液体化学品184。液体化学品184的加热从液体化学品184产生蒸汽188。蒸汽188在蒸汽干燥器132上升。抬升件183将晶圆164降下至蒸汽中。蒸汽188具有将去离子水及其他化学品推下晶圆164表面的效果。这是由于蒸汽与剩余的去离子水及其他化学品不同的表面张力而实现的。在一范例中，液体化学品184为异丙醇。因此，蒸汽188为异丙醇蒸汽。异丙醇蒸汽借由将去离子水及其他化学品推下晶圆164表面而干燥晶圆164的表面。
蒸汽干燥器132包括一杂质去除系统104。杂质去除系统104包括一第一电极108、一第二电极110及一电源112。电源112在第一电极108与第二电极110之间施加电压或驱动电流。第一电极108及第二电极110执行带电粒子分离制程，借此，蒸汽188及其他流体中带有净电荷的杂质及碎屑被第一电极108及第二电极110吸附。杂质去除系统104的操作方式实质上与参照图1A至图5所描述的相同。在晶圆164已在清洗槽124中清洁之后，晶圆运输单元107的机器手臂将晶圆164从清洗槽124移除，并带着晶圆164至预清洁站126。
图7为方法700的流程图。在操作702，方法700包括：借由放置与旋转的化学机械平坦化垫接触的一半导体晶圆，执行化学机械平坦化制程。半导体晶圆的一个范例为图3的晶圆164。旋转的化学机械平坦化垫的一个范例为图2A的化学机械平坦化垫140。在操作704，方法700包括：在化学机械平坦化制程期间，用一垫调节件调节化学机械平坦化垫。垫调节件的一个范例为图2A的垫调节件146。在操作706，方法700包括：在化学机械平坦化制程期间，用一研磨浆供给系统供给研磨浆至化学机械平坦化垫上。研磨浆供给系统的一个范例为图2A的研磨浆供给系统144。在操作708，方法700包括：借由执行一带电粒子分离制程，从研磨浆移除碎屑。
图8为根据一实施例，方法800的流程图。在操作802，方法800包括：在一晶圆上执行一化学机械平坦化相关制程。晶圆的一个范例为图3的晶圆164。在操作804，方法800包括：在化学机械平坦化相关制程期间，在第一电极与第二电极之间施加一电压。第一电极的一个范例为图1A的第一电极108。第二电极的一个范例为图1A的第二电极110。在操作806，方法800包括：用第一电极及第二电极，从涉及化学机械平坦化相关制程的流体吸附带电杂质。
在一实施例中，一种在化学机械平坦化期间移除杂质的方法，包括：借由放置与旋转的一化学机械平坦化垫接触的一半导体晶圆，执行一化学机械平坦化制程，且在化学机械平坦化制程期间，用一垫调节件调节化学机械平坦化垫。上述方法包括：在化学机械平坦化制程期间，用一研磨浆供给系统供给一研磨浆至化学机械平坦化垫上，且借由执行一带电粒子分离制程，从研磨浆移除碎屑。
在一些实施例中，执行带电粒子分离制程包括：在邻接化学机械平坦化垫的一第一电极与一第二电极之间施加一电压。在一些实施例中，上述方法更包括：将第一电极及第二电极定向在流过定向(flow-by orientation)上。在一些实施例中，上述方法更包括：将第一电极及第二电极定向在流通定向(flow-through orientation)上。在一些实施例中，执行带电粒子分离制程包括：在第一电极及第二电极之间驱动一定值电流。在一些实施例中，执行带电粒子分离制程包括：在第一电极及第二电极之间施加一定值电压。
在一实施例中，一种在化学机械平坦化期间移除杂质的系统，包括：一化学机械平坦化设备，配置以在一晶圆上执行化学机械平坦化相关制程。上述系统包括：一杂质去除系统，定位邻接化学机械平坦化设备，且配置以从邻接晶圆的一流体去除带电杂质。上述杂质去除系统包括：一第一电极、一第二电极以及一电源，电源配置以在第一电极与第二电极之间施加一电压。上述系统包括：一控制系统，配置以控制化学机械平坦化设备及电源。
在一些实施例中，化学机械平坦化设备包括一主研磨站。主研磨站包括：一化学机械平坦化垫、一研磨浆供给系统以及一垫调节件。研磨浆供给系统配置以将一研磨浆供给至化学机械平坦化垫上。垫调节件配置以调节化学机械平坦化垫。第一电极及第二电极定位邻接化学机械平坦化垫。在一些实施例中，上述流体为研磨浆，且第一电极及第二电极配置以从研磨浆吸附带电杂质。在一些实施例中，化学机械平坦化设备包括晶圆清洁设备，配置以在晶圆上执行一清洁相关制程，且上述流体为一清洁流体。在一些实施例中，化学机械平坦化设备包括填充有流体的一清洁槽，且清洁槽配置以在晶圆浸没在流体中时清洁晶圆，其中第一电极及第二电极定位在流体中。在一些实施例中，上述流体为水。在一些实施例中，上述流体为一清洁化学品，且化学机械平坦化设备包括一喷杆，配置以将清洁化学品喷洒至晶圆上，其中第一电极及第二电极定位邻接喷杆。在一些实施例中，上述清洁化学品为异丙醇。在一些实施例中，上述清洁化学品为乙二醇。在一些实施例中，化学机械平坦化设备包括一滚轮刷，配置以清洁晶圆，其中第一电极及第二电极定位邻接滚轮刷。在一些实施例中，上述流体为一蒸汽，其中化学机械平坦化设备包括一蒸汽干燥器，配置以用蒸汽干燥晶圆，其中第一电极及第二电极定位在蒸汽中。
在一实施例中，一种在化学机械平坦化期间移除杂质的方法，包括：在一晶圆上执行一化学机械平坦化相关制程；在化学机械平坦化相关制程期间，在一第一电极与一第二电极之间施加一电压；以及用第一电极及第二电极，从涉及化学机械平坦化相关制程的一流体吸附带电杂质。
在一些实施例中，化学机械平坦化相关制程为一晶圆清洁制程。在一些实施例中，化学机械平坦化相关制程为一化学机械平坦化制程。
本公开的实施例提供超越现有化学机械平坦化系统的许多优点。本公开的实施例运用一杂质去除系统以防止对半导体晶圆及化学机械平坦化设备的损坏。因此，本公开的实施例提高半导体晶圆的产率且减少技术人员或专家修缮或替换损坏设备的需求。反而，杂质去除系统防止模块防止了危险的碎屑损坏晶圆及化学机械平坦化垫。结果，不会浪费时间和资源来替换设备及报废的半导体晶圆。
可结合上述的各种实施例以提供进一步的实施例。若有必要，可修饰实施例的型态，以实现各种专利、申请及公开的概念，以提供更进一步的实施例。
可基于以上的详细说明而对实施例进行这些改变及其他改变。总体来说，在以下的权利要求书中，使用的用语不应被解释为将权利要求限制至在说明书及权利要求书公开的特定实施例，而应被解释为包括所有可能的实施例及此等权利要求所主张的均等物的完整范畴。因此，权利要求书不被本公开所限制。

Claims (10)

1.一种在化学机械平坦化期间移除杂质的方法，包括：
借由放置与旋转的一化学机械平坦化垫接触的一半导体晶圆，执行一化学机械平坦化制程；
在该化学机械平坦化制程期间，用一垫调节件调节该化学机械平坦化垫；
在该化学机械平坦化制程期间，用一研磨浆供给系统供给一研磨浆至该化学机械平坦化垫上；以及
借由执行一带电粒子分离制程，从该研磨浆移除碎屑。
2.如权利要求1所述的方法，其中执行该带电粒子分离制程包括：在邻接该化学机械平坦化垫的一第一电极与一第二电极之间施加一电压。
3.如权利要求2所述的方法，其中执行该带电粒子分离制程包括：在该第一电极及该第二电极之间驱动一定值电流。
4.如权利要求2所述的方法，其中执行该带电粒子分离制程包括：在该第一电极及该第二电极之间施加一定值电压。
5.一种在化学机械平坦化期间移除杂质的系统，包括：
一化学机械平坦化设备，配置以在一晶圆上执行化学机械平坦化相关制程；
一杂质去除系统，定位邻接该化学机械平坦化设备，且配置以从邻接该晶圆的一流体去除带电杂质，并包括：
一第一电极；
一第二电极；以及
一电源，配置以在该第一电极与该第二电极之间施加一电压；以及一控制系统，配置以控制该化学机械平坦化设备及该电源。
6.如权利要求5所述的系统，其中该化学机械平坦化设备包括一主研磨站，包括：
一化学机械平坦化垫；
一研磨浆供给系统，配置以将一研磨浆供给至该化学机械平坦化垫上；以及
一垫调节件，配置以调节该化学机械平坦化垫，其中该第一电极及该第二电极定位邻接该化学机械平坦化垫。
7.如权利要求6所述的系统，其中该流体为该研磨浆，且该第一电极及该第二电极配置以从该研磨浆吸附该带电杂质。
8.如权利要求5所述的系统，其中该化学机械平坦化设备包括晶圆清洁设备，配置以在该晶圆上执行一清洁相关制程，且该流体为一清洁流体。
9.如权利要求8所述的系统，其中该流体为一清洁化学品，且该化学机械平坦化设备包括一喷杆，配置以将该清洁化学品喷洒至该晶圆上，其中该第一电极及该第二电极定位邻接该喷杆。
10.一种在化学机械平坦化期间移除杂质的方法，包括：
在一晶圆上执行一化学机械平坦化相关制程；
在该化学机械平坦化相关制程期间，在一第一电极与一第二电极之间施加一电压；以及
用该第一电极及该第二电极，从涉及该化学机械平坦化相关制程的一流体吸附带电杂质。
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