CN1362907A - 双重cmp垫调节器 - Google Patents

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Abstract

按照实施例,本发明旨在提供一种CMP抛光装置,它具有至少两个用来调节抛光垫的调节臂。该抛光装置包括一第一垫调节器,将其构形并配置成能来分配砂浆和对该垫进行调节的。将第二个垫调节器构形并配置成能清洁一部分抛光垫和分配清洁试剂的。采用该实施例的好处包括改善了垫的清洁,更好地分配砂浆,改善了晶片的质量,和更快地进行生产。

Description

双重CMP垫调节器
                 发明领域
本装置总的涉及半导体器件及其制备，更具体的说，涉及半导体器件和与化学-机械抛光(CMP)有关的半导体器件的制备工具。
                 发明背景
电子工业不断地依靠半导体制造技术的进步来获得更高级功能的器件和提高它们的可靠性及降低其成本。对于很多应用来说，这种器件的制造是很复杂的，因而要保持费用低廉的制造工艺并同时维持或提高产品质量是很难实现的。由于对器件性能和成本的这些要求变得更加的需要，因而实现一种成功的制造方法变得更加困难。
半导体器件复杂性增加的附带结果包括不平的器件表面，当在多层互连结构中加入附加层和线路构造缩小到微米以下的线度时，这种表面不平就变得更加突出。一般来说，在该器件中的每一层都被制成图案，这就产生了一个具有各种“台阶高度”的表面，形成该图案的金属就在这些台阶的地方保留在该表面上。
平面化是一描述半导体器件的表面几何形状的术语。当绝缘介质表面平整得如平面时，就出现完全平面化。当绝缘介质表面直接模仿该下面层中的金属图案的“台阶高度”高低不平时，就出现非平面化。这种平面化程度指的是可使该多变的表面几何形状平整或研磨成平面的程度。变化的表面几何形状通常是不希望的。因而在器件中形成一些附加层时，要求的平面化程度就会增大。
在半导体器件制造中通常使用的新的平面化方法是化学-机械抛光法，或CMP。在不同的制造过程之间的硅片和超大规模集成电路的平面化中CMP都是很有用的。CMP是一种流行的平面化方法，这部分是由于它在半导体器件的整体平面化中的实用性。传统的平面化方法被局限于实现局部的平面化或小尺度的形貌变化，而CMP通常是用在大于10微米的大尺度的平面化上。
在一应用中，CMP过程包括将半导体晶片固定到晶片夹具上，使该晶片面朝下地安放在抛光垫上。该抛光垫和晶片夹都转动。将稀的砂浆应用与该过程，一般来说该砂浆就是SiO2粒子悬浮体的胶体氧化硅。该粒子的大小通常为100～3μm。一般都是利用一馈送杆来将砂浆施加到晶片夹具和抛光垫上。从该晶片除去材料的速度为化学和机械速度的总和。该机械除去材料的速度大致与晶片的压力和相对速度成比例。该化学除去材料的速度是砂浆粒子尺寸和溶液的pH值的函数，其中最大的去除速度一般是利用pH值为大约11.5的砂浆获得的。
在该CMP过程中除了利用砂浆之外，还常常利用一调节器来调节该抛光垫。该调节器有助于CMP过程和有助于延长该抛光垫的使用寿命。在该CMP过程中还需要充分而有效地对该垫和晶片自身进行清洁处理。在洁净室环境中，保持一能尽量少地产生污染的CMP过程是很重要的。由于该砂浆粒子的尺寸是在3μm以下，因而要将它清洁干净是很困难的，因而也就变得很重要。此外，防止由每块晶片抛光产生的副产物累积在抛光垫上进到另外的晶片中也是有益的。
调节该抛光垫和分配砂浆的传统方法是利用两个分立的机械部件：砂浆分配杆和抛光垫调节器。利用两个分立部件存在一些缺点。例如，分立的两部件在该设备中占据了较大的空间。而且，砂浆不能均匀地横向分布在抛光垫上，还可能累积在该垫的调节头上。砂浆的不均匀分布妨碍了该抛光过程。此外，该反应的副产物不能从该抛光垫上彻底的清除。当一次不只抛光一块晶片时，抛光垫清洁不充分就会导致反应副产物和来自某一晶片的其它物质与其它晶片接触。这些缺点，例如，可导致长的弧线状划痕、浅的微划痕、内模的厚度变化、以及残存砂浆粒子。这些缺点最终导致明显的产量损失和可靠性下降的问题，这部分是由于在浅划痕区中可能的金属夹层(stringer)和周围的残留砂浆粒子所致。
                      发明概述
本发明旨在提供一种用于改善该CMP工艺的方法和装置，该改善所包括的不只限于增强抛光垫的清洁和调节作用，而且还包括更好地分配砂浆、提高晶片品质、以及快速生产等。本发明以很多实施和应用为例证，现将其中的一些概述于下。
按照一实施例，本发明包括一CMP抛光装置，它至少具有两个调节臂，两调节臂的用途包括抛光垫的调节。该抛光装置包含有垫的第一调节器，它被配置和安排来分配砂浆和调节该垫。第二调节器被配置和安排来清洁部分抛光垫和分配清洁用的化学药品。
按照另一实施例，本发明旨在提供一种在CMP抛光装置中用来调节CMP抛光垫的方法。该CMP装置至少包括两个调节臂。利用与一调节臂相连的第一垫调节器来分配砂浆和进行垫的调节。利用与另一调节臂相连的第二垫调节器来清洁该抛光垫的一部分。
按照再一实施例，本发明旨在提供一种CMP的方法，其中该CMP装置包括一抛光垫和对于每块处理的半导体晶片至少两个调节臂。将第一半导体晶片与该CMP装置耦合。利用与第一调节臂耦合的第一垫调节器来调节该抛光垫。通过该第一垫调节器来供给砂浆。利用与第二调节臂耦合的第二垫调节器来供给第一清洁用材料和清洁部分该抛光垫。
按照再另一实施例，本发明旨在提供具有一抛光垫的CMP装置。该装置包括调节该抛光垫并供应砂浆的部件和一调节该垫并供应清洁用材料的装置。
本发明的上述概述并没打算对本发明的每个图示的实施例或每种实施加以描述。下面这些附图和详细描述更具体地举例说明了这些实施例。
                    附图简述
结合附图考虑下面详细描述可更完全地理解本发明，其中：
图1表示按照本发明的一实施例，用于半导体晶片抛光的CMP工艺的装置。
图2表示按照本发明的另一实施例，用于两块半导体晶片抛光的CMP工艺的装置。
图3表示按照本发明的另一实施例，用于半导体晶片抛光的CMP工艺的装置。
尽管可对本发明进行对各种改进和变形进行修改，但其细节已通过附图中例子表示出来并将加以详细描述。但是，应该明白，本发明并不限于这些描述的具体实施例。相反，本发明应涵盖所有属于由附录的权利要求所规定的本发明的精神和范围的改进、等效装置和替代。
                   发明详述
按照一实施例，本发明能在CMP工艺中利用一单一装置来供应砂浆和调节抛光垫。此外，单一装置还可在该CMP工艺中用来供应清洁用材料和调节该抛光垫。这些装置的利用代替了对分配包括砂浆和清洁材料在内的材料分配杆的需要，如去离子水和在通常CMP工艺中使用的其它物质都属于这些分配材料。
参考图1，按照另一实施例，本发明旨在提供一种用于CMP的装置100。该装置100至少具有两条调节臂110和120，其用途包括抛光垫150的调节在内。配置该抛光垫150并设法让其转动。此外，配置调节臂110和120并让其沿抛光垫150转动的一般切线方向移动。该CMP抛光装置100包括一配置来分配砂浆和调节抛光垫的第一垫调节器130。配置一第二垫调节器140并利用它来清洁部分该抛光垫和分配清洁用材料。配置一晶片夹具160并利用它来将晶片面朝下地保持在抛光垫150上。
第一垫调节器130和第二垫调节器140都可以很多方式配置来进行这种调节和清洁。例如，该垫调节器可以包括轴承、转动轮。轴瓦之类的转动部件。为了进行转动，该转动部件可以与齿轮、皮带、滑轮以及直接的驱动器之类的器件耦合。此外，该垫调节器还可包括一喷头型结构，使材料能均匀地加在该CMP垫上。该垫调节器也可包含一些如刷子或篦子之类的东西以便与该垫接触，从而有助于抛光垫的调节、清洁，以及清洁用品或砂浆之类材料的分配。
在另一实施例中，清洁和抛光用材料都是利用与该垫调节器相耦合的供应管路来提供给该垫调节器的。这样的供应管路可以包括，例如，由塑料、金属或其它合适材料制备的软管。该供应管路可以以适当的方式，如利用固定的或灵活的连接器与该垫调节器耦合。此外，还可向单个的垫调节器提供多种液体。例如，这样的多种液体可以单个地提供，可以预先混合后提供，也可在调节器内自行混合提供，还可利用混合管之类的装置在供应管路中混合的方式提供。
图2表示出本发明的另一实施例的一CMP装置200。图2包括图1所示的实施例的全部并增加了对另一半导体晶片进行CMP处理的能力。该装置200至少具有两个另外的调节臂210和220它们是用来完成包括对抛光垫150进行调节在内的工作。配置另外的调节臂210和220并安排它们沿该抛光垫150转动的一般切线方向移动。该CMP抛光装置200包括一第三垫调节器230，这第三垫调节器是配置来分配砂浆和调节该抛光垫的。第四垫调节器是配置来清洁部分该抛光垫和分配清洁用化学药品。还配置有一第二晶片夹具260，它是备来夹持第二半导体晶片，使晶片面朝下地置于该抛光垫150上。此外，可进一步配置至少一个垫调节器和该晶片夹具，使其可转动。
图3画出本发明的另一实施例的一CMP装置300。该装置300至少具有两个调节臂310和320，它们是用来完成包括对抛光带350进行调节在内的工作。该抛光带350被配置来使其能进行相对于该调节臂的移动。此外，该调节臂被配置来使其能沿抛光带移动的通常垂直方向移动。该CMP抛光装置300包括一第一带调节器330，配置它是用来分配砂浆和调节该抛光带。配置一第二带调节器340来清洁部分抛光带和分配清洁用品。配置一晶片夹具360来夹持晶片，使该晶片面朝下地置于该抛光带350上，此外，还可进一步配置至少一个带调节器和该晶片夹具，使它们能转动。
按照另一实施例，本发明旨在提供一种在CMP抛光装置中用来调节CMP抛光垫的方法。该CMP装置至少具有两个调节臂。利用与一个调节臂耦合的第一垫调节器来分配砂浆和调节该垫。利用与另一个调节臂耦合的第二垫调节器来清洁部分该抛光垫。
例如，参考图1，将一半导体晶片附着在晶片夹具160上，并使其面朝下地贴靠在抛光垫150上。使该抛光垫按箭头170所示方向转动。使调节臂110大约沿该抛光垫150转动的通常切线方向移动，这由图1的箭头180表明。垫调节器130被用来为在晶片上进行的CMP工艺分配砂浆和对该抛光垫150进行调节。也使调节臂120大约沿该抛光垫150转动的通常切线方向移动，这由图1的箭头190表明。垫调节器140被用来分配清洁用品，清除任何过多的砂浆、用过的砂浆、以及反应副产物，和对该抛光垫进行调节。此外，还可进一步配置至少一个垫调节器和该晶片夹具，使它们能转动。
在另一实施例中，参考图2，在一CMP装置中处理两块半导体晶片。将第二块半导体晶片附着在晶片夹具260上，并使其面朝下地贴靠在抛光垫150上。使该抛光垫按箭头170所示方向转动。与在前述实施例中一样，使调节臂110大约沿该抛光垫150转动的通常切线方向移动，这由图1的箭头180表明。垫调节器130被用来为在晶片上进行的CMP工艺分配砂浆和对该抛光垫150进行调节。也使调节臂120大约沿该抛光垫150转动的通常切线方向移动，这由图1的箭头190表明。垫调节器140被用来分配清洁用品，清除过多的砂浆、用过的砂浆、以及反应副产物，和对该抛光垫进行调节。例如，垫调节器140可以除去这些材料，因而防止几乎所有这些材料到达附着在晶片夹具260上的第二块晶片上。
第二块半导体晶片与第一块同样处理。使调节臂210大约沿该抛光垫150转动的通常切线方向移动，这由图2的箭头280表明。垫调节器230被用来为在晶片上进行的CMP工艺分配砂浆和对该抛光垫150进行调节。也使调节臂220大约沿该抛光垫150转动的通常切线方向移动，这由图2的箭头290表明。垫调节器240被用来分配清洁用品，清除过多的砂浆、用过的砂浆、以及反应副产物，和对该抛光垫进行调节。垫调节器140可以除去这些材料，从而防止几乎所有这些材料到达附着在晶片夹具160上的第一块晶片上。此外，还可进一步配置至少一个垫调节器和该晶片夹具，使它们能转动。
在另一实施例中，按照图3，本发明旨在提供一种在CMP抛光装置中用来调节CMP抛光带的方法。将一半导体晶片附着在晶片夹具360上，并使其面朝下地贴靠在一抛光带350上。使该抛光带按图3箭头370所示方向移动。使调节臂310大约沿与该抛光带350垂直的方向移动，这由图3的箭头380表明。垫调节器330被用来为在晶片上进行的CMP工艺分配砂浆和对该抛光带350进行调节。也使调节臂320大约沿与该抛光带350移动的通常垂直的方向移动，如图3的箭头390表明的那样。垫调节器340被用来分配清洁物品，清除任何过多的砂浆、用过的砂浆、以及反应副产物，和对该抛光带进行调节。此外，还可进一步配置至少一个垫调节器和该晶片夹具，使它们能转动。
该公开的CMP方法具有很多的优点。例如，该砂浆的分布可做到很均匀。此外过多的砂浆、用过的砂浆、以及反应的副产物都可从该抛光垫上完全清除。这些物质的清除是特别有益的，因为当这过程用于多块半导体晶片时，就可在这些材料到达另一晶片之前将它们清除掉。
利用这里描述的本发明的各种实施例还会获得其它的一些有益结果。例如，结果可以包括在抛光过程完结之后更彻底的调节和清洁该抛光垫。该抛光垫和调节器的蓖字的寿命可被延长，这就导致模具成本的下降和利润的上升。该抛光速率变得更均匀。长弧型划痕和浅的微划痕之类的划伤减少。此外，残留的砂浆减少，从而减少了由于这些残留物质所造成的粒子缺陷，其结果是降低了缺陷密度，提高了模具类的效率，以及改善了模具的可靠性。还提供了一些额外的能力，包括将多种化学药品用于各单个调节垫。
熟练技工都会知道，上述讨论的实施例都可采用改进的市售的设备来实施。这些设备的例子包括分别由Applied Material和Strausbaugh公司制造的产品MIRRA和6DS SP。
尽管本发明是借助几个具体的实施例来进行描述的，但业内人士都会知道还可对本发明进行很多改变。例如，上述实施例的很多特点都可组合在一单一的调节器装置和/或调节工艺中。这些改变都不偏离在下面权利要求书中所阐述的本发明的精神和范围。

Claims (11)

1.一种CMP抛光装置，它具有至少两个调节臂和一抛光垫，该CMP抛光装置包括：
一第一抛光垫调节器，将其构形并配置成能分配砂浆和对该抛光垫进行调节，
一第二抛光垫调节器，将其构形并配置成能清洁和调节一部分抛光垫和分配清洁用材料。
2.按照权利要求1所述的CMP抛光装置，其特征在于：使用该第一调节器来代替材料分配杆，这些材料包括砂浆和清洁用材料
3.按照权利要求1所述的CMP抛光装置，其特征在于：该抛光垫调节器包括一喷头，它适于通过该头上的喷孔来喷洒上述材料。
4.按照权利要求1所述的CMP抛光装置，其特征在于：至少有一个抛光垫调节器含有转动装置。
5.按照权利要求1所述的CMP抛光装置，其特征在于：至少有一个抛光垫调节器含有清洁装置。
6.按照权利要求5所述的CMP抛光装置，其特征在于：该清洁装置含有至少一个刷子。
7.按照权利要求5所述的CMP抛光装置，其特征在于：该清洁装置含有至少一个蓖子调节器。
8.按照权利要求1所述的CMP抛光装置，其特征在于：至少有一个调节臂包含有用来供应液体或气体试剂的装置。
9.按照权利要求1所述的CMP抛光装置，其特征在于：至少有一个调节臂包含有用来供应至少两种不同液体或气体试剂的装置。
10.按照权利要求1所述的CMP抛光装置，其特征在于：该抛光垫包括一抛光带。
11.按照权利要求1所述的CMP抛光装置，其特征在于：该抛光垫包括一抛光盘。
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