201027612 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本文揭露之實施例大致關於化學機械研磨之方法。 【先前技術】 化學機械平坦化或化學機械研磨（CMP)係一種常用來 平坦化基板的技術。CMP利用兩種方式來平坦化基板。 ® 一種方式係利用化學組成物（通常係漿料或其他流體媒 介）自基板移除材料之化學反應而另一種方式則係機械 力量。傳統CMP技術中，基板載具或研磨頭係裝設於载 具組件上並經配置以接觸CMP設備中之研磨墊。載具組 件提供受控之壓力至基板以推進基板抵靠研磨墊。藉由 外在驅動力量以讓墊相對基板而移動。因此，CMP設備 造成基板表面與研磨墊間之研磨或摩擦移動，同時分配 研磨組成物以圍繞化學與機械兩者之活動。 參一 商度樂見利用CMP基板的産量提高。然則，藉由提高 施加於基板表面之壓力來提高基板産量之嘗試會導致平 坦化效率的降低並相應地提高中空金屬與腐蝕缺陷。以 沉積材料之步階高度（step height)的減小來定義平坦化 效率。CMP處理中，平坦化效率係施加於基板表面與研 磨塾間之壓力與平臺速度兩者的函數。壓力越高，研磨 速率越高’則平坦化效率越差。雖然較低的研磨速率造 就了較佳的平坦化效率，但亦造成産量的減少。 201027612 因此’需要-種改良的化學機械處理材料之方法與机 備，其提高基板産量且同時維持改善之平坦化效率厂 【發明内容】 本文所述之實施例提供研磨基板表面之方法。方法大 彡包括在處理過程十儲存多種處理成分於多個儲存單 元，並在將處理成分流向研磨墊時組合處理成分以產生 〇 漿料。利用漿料來研磨基板，並载配置於基板上之材 料層的厚度。接著則—或多種處理成分之流率以影響 配置於基板上之材料層的移除速率。 ， —實施例中，處理半㈣基板表面之方法包括在處理 賴中儲存第一處理成分於第一儲存單元中，並在處理 過程中儲存第二處理成分於第二儲存單元中。在將第一 處理成分與第二處理成分流向研磨墊時將其組合。以研 磨墊研磨基板好移除配置於基板上之材料層的至少一部 ® & °測定配置於基板上之材料層的厚度或均勾性，並因 應測定之材料層厚度或均勻性而調節第一處理成分或第 二處理成分之流率以影響材料層的研磨速率。 另一實施例中，處理半導體基板表面之方法包括將研 磨漿流向研磨墊。研磨漿包括儲存於第一儲存單元中之 第一處理成分與儲存於第二儲存單元中之研磨粒。研磨 漿係用來研磨基板並移除配置於基板上之材料層的至少 一部分。測定配置於基板上之材料層的厚度或均勻性， 201027612 並因應測定之材料層厚度或均勻性而調節第一處理成分 之流率或研磨粒之流率以影響研磨速率。 另一實施例中，處理半導體基板表面之方法包括在處 理過程中分別儲存二或多種處理成分，並在處理過程中 組合二或多種處理成分以形成研磨漿。研磨漿流向研磨 墊’並以研磨墊研磨基板好移除配置於基板上之材料層 的至少一部分。測定配置於基板上之材料層的厚度或均 勻性，並因應測定之材料層厚度或均勻性而調節二或多 種處理成分至少一者之流率以影響材料層的研磨速率。 【實施方式】 ' 本文所述之實施例提供研磨基板表面之方法。銅與阻 障層CMP通常需要不同的漿料，其分別最有效於促進研 磨速率並&供膠狀穩定性。一但漿料配方固定後便難 以在不同處理步驟調整處理靈活度。舉例而言，主體材 ® 料移除、材料清除、阻障層與介電層研磨均需要不同的 漿料配方。處理成分之雙線混合搭配終點偵測藉由利用 便宜的主體原始材料提供處理靈活度並最小化高速研磨 的成本。 本文所述之方法大致包括在處理過程中儲存處理成分 於多個儲存單元中，並在將處理成分流向研磨墊時組合 處理成分以產生漿料。利用漿料研磨基板，並測定配置 於基板上之材料層的厚度。接著調節一或多種處理成分 201027612 的流率以影響配置於基板上之材料層的移除速率。 本文所述之實施例特別有利於矽穿孔（TSV)應用。本文 所述之方法實施例亦適合於標準基板上之CMP應用。 TSV應用包括電連接完整地穿過矽基板，諸如3d封裝 與3D積體電路。TSV應用通常包括多個配置於彼此之 上的積體電路。舉例而言’3D積體電路可包括多個垂直 堆叠於彼此上之石夕基板。多個基板之堆疊通常造成需要 φ 研磨或移除的相對厚金屬或介電材料層。一實施例中， 配置於基板上之材料層係在約2微米至約1〇微米範圍之 間。舉例而言，約8微米❶另一實施例中，厚度範圍約 ‘ 1微米至約3微米之介電層係配置於厚度範圍約2微米 至約8微米之金屬層上。 控制流向研磨墊之多種處理成分流率之能力可在研磨 處理開始時高速移除配置於基板上之材料。影響處理成 分流率以提高研磨速率之能力特別有利於因為可能發生 ® 之傷害而施加最大向下壓力的低介電常數材料。此外， 影響處理成分流率之能力可在不同階段研磨多種膜（諸 如’金屬與介電膜）時調節與/或選擇。 舉例而言，當材料厚度範圍係約4,〇〇〇埃至約8微米 時樂見相對高的研磨速率。隨著配置於基板上之材料的 厚度減少，可調節移除速率以避免凹陷。一實施例中， 藉由降低包括研磨粒之處理成分的流率來降低移除速 率〇 此外’控冑流向研磨|之處理成分流率的能力在多個 201027612 膜或層沉積於基板上時係有利的。舉例而言，對將介電 層配置於基板之主體金屬層上之TSV應用而言，樂見以 不同的研磨速率或利用不同的處理成分組合研磨該些 層。 參照利用化學機械研磨處理裝置實行之平坦化處理與 成分於下描述本文所述之實施例，裝置諸如得自Applied Materials，Inc.(Santa Clara, California)的 MIRRA®、 MIRRA MESA®、REFLEXION®、REFLEXION LKTM 與 REFLEXION LK ECMPtm化學機械平坦化系統。本文所 述之實施例亦可施行於頂上圓形軌道研磨系統。其他平 坦化模組（包括那些應用處理墊、平坦化網或其之組合的 模組以及那些相對平坦化表面以旋轉、線性或其他平面 移動來移動基板的模組）亦可受惠於本文所述之實施 例。此外’可有利地應用任何能夠應用本文所述之方法 或組成物來進行化學機械研磨的系統。隨後之設備描述 瘳 係用以說明，不應被推論或理解成本文所述實施例之範 圍的限制因素》 第1圖係化學機械平坦化系統的示意圖。化學機械平 坦化系統100大致包括工廠接合部102、負載機器人1〇4 與平坦化模組100。負載機器人104係經配置以促進基 板122在工廠接合部102與平坦化模組1〇6之間的傳輸。 控制器108係設以促進系統1〇〇之模組的控制與整 合。控制器108包括中央處理單元（cpu) 11〇、記憶髋ιΐ2 與支援電路I14。控制器108係箱接至系統1〇〇之不同 201027612 部件以促進平坦化、清潔與傳輸處理的控制。 工廠接合部102通常包括測量模組丨9〇、清潔模組116 及或多種基板匡118»接合部機器人〗2〇係用來在基 板匣11 8、清潔模組丨丨6與輸入模組〗24之間傳送基板 122。輸入模組124係經配置以藉由夹具（諸如，真空夾 或機械夹）在平坦化模組1〇6與工廠接合部1〇2之間促進 基板122之傳送。 φ 測量模組190可為適合提供基板厚度剖面之公制度量 的非破壞性測量裝置。測量模組丨9〇可包括渦電流感測 器、干涉計、電容感測器與其他適當裝置。適當測量模 組的實施例包括得自Applied Materials, Inc的ISCANtm 與IMAPTK1基板測量模組。測量模組19〇提供公制度量 至控制器108 ’於其中自基板量測之特定厚度剖面確定 目標移除剖面。 平坦化模組106包括至少一第一化學機械平坦化 ® (CMP)站128，配置於環境受控之封圍件188中。第1圖 所述之實施例中，平坦化模組1 〇6包括第一 CMP站128、 第二CMP站130與第三CMP站132。可透過第一 CMP 站128上之化學機械研磨處理執行配置於基板122上之 材料的主體移除。一實施例中，材料的主體移除可為多 步驟處理。在第一 CMP站128處移除材料主體後，可在 第二CMP站130處以單一步驟或多步驟化學機械研磨處 理自基板清除剩餘材料或殘餘材料，其中多步驟處理的 部分係設以移除配置於基板上之殘餘材料。第三CMP站 9 201027612 m可用以研磨阻障層…實施例中，主體材料移除與 殘餘材料移除兩者可執行於單一站上。上述實施例中， 僅需要兩個平臺。或者，在不同站執行主體移除處理後 可應用超過一個CMP站來執行多步驟移除處理。 第1圖之實施例中，平坦化模組106亦包括傳送站136 與旋轉架134配置於機器基部14〇之上侧或第一側。一 實施例中，傳送站136包括輸入緩衝站142、輸出緩衝 站144、傳送機器人146與負載杯組件148。輸入緩衝站 142藉由負載機器人1〇4自工薇接合部1〇2接收基板。 負載機器人104亦用來將研磨基板自輸出緩衝站144返 回工廠接合部102。傳送機器人146係用來在緩衝站 142、144與負載杯組件148之間移動基板。 傳送機器人146包括兩個夾持組件，各自具有氣動式 夾持指於基板邊緣固持基板。傳送機器人146可同時自 輸入緩衝站142傳送欲被處理之基板至負載杯組件148 _ 且自負載杯組件148傳送經處理之基板至輸出緩衝站 144。 旋轉架134係中心配置於基部140上。旋轉架134通 常包括複數個臂部150,各自支撐承載頭組件152。第1 圖中顯示之兩個臂部150為虛線以致可看見傳送站Π6 與第一 CMP站128之平坦表面129 »旋轉架134係可標 記以致可在CMP站128、130與132及傳送站136之間 移動承載頭組件152。調整裝置182係鄰近各個CMP站 128、130與132配置於基部140上。調整裝置182周期 201027612 性地調整配置於CMP站128、130與132上之平坦化材 料以維持均勻的平坦化結果。 '月晰窗口 170係包含於研磨墊208中（參見第2圖）並 絰配置以致其在平臺旋轉一部分過程中穿過基板122下 方（不論承栽頭之轉變位置）。清晰窗口 17〇可由測量裝 置所用，舉例而言，可將渦電流感測器置於清晰窗口 17〇 下方。某些實施例中，窗口 17()與相關感測方法可用於 ® 終點偵測或剖面偵測處理。 研磨處理過程中，可發展出基板之即時剖面控制 (RTPC)模式。可在基板不同區域處測量導電材料之厚 度舉例而言，可監測基板不同區域處之金屬層厚度以 確保處理橫跨基板均勻地進行。接著可應用基板區域之 厚度資訊（可整體稱為基板之「刳面」）以即時調節處理 參數以得到所欲之橫跨-基板均勻性。舉例而言，化學機 械研磨處理中，可監測基板不同區域處之材料層厚度， _ 而測得之厚度或非均勻性會造成CMP系統即時調整研 磨參數。上述剖面控制可稱為即時剖面控制（RTPC)。 RTPC過程中採取之測量可用於處理之終點偵測。
一實施例中，調整之研磨參數包括一或多種處理成分 的流率《RTPC可藉由調整研磨過程中一或多種處理成分 之流率來控制殘餘之材料剖面。一實施例中，因應RTPC 處理過程中測量之材料層厚度的測量值來調整一或多種 處理成分的流率。適當RTPC技術與設備的實施例係描 述於丑awawof等人且名稱為「METHOD AND APPARATUS 11 201027612 FOR MONITORING A METAL LAYER DURING CHEMICAL MECHANICAL POLISHING」的美國專利 7,229,340、以及2003年7月31曰申請的美國申請案 10/633,276 且名稱為「EDDY CURRENT SYSTEM FOR IN-SITU PROFILE MEASUREMENT」的美國專利 7，112,960 » 一實施例中，可利用光譜式終點偵測技術來確定終 點。光譜式終點技術包括在研磨次序中不同時間點自基 ® 板上不同區域取得光譜，匹配光譜與資料庫中的索引、 並利用索引以自索引測定各個不同區域的研磨速率。另 一實施例中，利用儀表提供之第一處理公制量測來測定 終點。儀表可提供應用之電荷、電壓或電流資訊來測定 基板上之導電材料（例如，銅層）的殘餘厚度》另一實施 例中，可應用光學技術，例如利用感測器之干涉計。可 直接測量或藉由扣除自預定起始薄膜厚度移除之材料量 φ 測量殘餘厚度。一實施例中，藉由比較自基板移除之電 荷與基板預定區域的目標電荷量來測定終點。可應用之 終點技術實施例係描述於2007年6月 5日核發給 Benvegnu 等人且名稱為「SPECTRUM BASED ENDPOINTING FOR CHEMICAL MECHANICAL POLISHING」的美國專利7,226,339、2007年5月15申 請的美國申請案 11/748,825且名稱為「SUBSTRATE THICKNESS MEASURING DURING POLISHING」的美國 公開案 2007/0224915、以及//⑽awo[等人且名稱為 12 201027612 METHOD AND APPARATUS FOR MONITORING A METAL LAYER DURING CHEMICAL MECHANICAL POLISHING」的美國專利 6,924,641。 第2圖係第一 CMP站128之一實施例的剖面示意圖， 其包括流體輸送臂組件126。參照第1圖，第一 CMP站 128包括承載頭組件152與平臺2〇4。承載頭組件152通 常保持基板122抵靠配置於平臺204上之研磨墊208。 ❹ 旋轉或以其他方式移動承載頭組件152或平臺204至少 一者以提供基板122與研磨墊208間之相對移動。第2 圖描述之實施例中，承載頭組件152係耦接至致動器或 馬達216,其提供至少旋轉移動給基板ι22。馬達216亦 可擺動承載頭組件152，以致基板122往復地橫向移動 橫跨研磨塾208表面。 研磨塾208可包括如墊般配置於平臺2〇4上之傳統材 料（例如，泡綿聚合物）^ 一實施例中，傳統研磨材料係 ❹ 泡綿聚氨酿。一實施例中，墊係得自Rodel Inc.(Newark， Del)的IC1010聚氨酯墊。Icl〇1〇聚氨酯墊通常具有約 2.05 mm的厚度及約2.01%的壓縮性。可應用的其他墊包 括在IC1000墊下方具有或不具有額外可壓縮底層之 IC1000墊、在IC1010墊下方具有額外可壓縮底層之 IC1010墊及得自其他製造商之研磨墊。本文所述之組成 物係置於墊之表面上以促進基板的化學機械研磨。 一實施例中，承載頭組件152包括環繞基板接收穴部 212之固定環21〇β囊部214係配置於基板接收穴部212 13 201027612 中且可被排空以夹持基板至承載頭組件152並在抵靠研 磨墊208按壓時加壓以控制基板122的向下力量。一實 施例中，承載頭可為多區域承載頭。一適當承載頭組件 152 係得自 Applied Materials，Inc.(Santa Clara, California)的TITAN HEADTM承載頭。可自本文所述之 實施例受惠之承載頭的其他實例係描述於2001年12月 12曰核發之美國專利6,159,079與2004年7月29曰核 發之美國專利6,764,389。 第2圖之實施例中，平臺204係由轴承258(促進平臺 204的旋轉）支撐於基部256上。馬達26〇係耦接至平臺 204並旋轉平臺204以致研磨墊208相對承載頭組件152 而移動。 流體輸送臂組件126係用來自第一與第二處理成分供 應器228a與228b輸送一或多種處理成分至研磨墊2〇8 的頂表面或作用表面。處理成分供應器228a與228b包 ® 括個別的儲存單元’其包含不同的處理成分。來自處理 成分供應器228a與雇之處理成分可經組合以產生研 磨漿。實施例中，第一處理成分供應器228a包括第一 儲存單疋，其在CMp處理過程中儲存第一處理成分；而 第二處理成分供應器228b包括第二儲存單元，其在cMp 處理過程中儲存第二處理成分。 第2圖所述之實施例中，流體輸送臂組件126包括自 支柱32延伸之臂部230。馬達234係設以控制臂部230 圍繞支柱232之中绐热接 ^ T線旋轉。調整機構236可設以控制臂 201027612 部230之末端238相對研磨墊208之作用表面的高度。 調整機構236可為致動器，其耦接至臂部230或支柱232 之至少一者以控制臂部230之末端238相對平臺204的 高度》可自本文所述之實施例受惠之適當流體輸送系統 臂部的某些實例係描述於2005年12月8日申請的美國 申請案 11/298,643 且名稱為 「METHOD AND APPARATUS FOR PLANARIZING A SUBSTRATE WITH LOW FLUID CONSUMPTION」 的美國公開案 2007/0131562、2001年8月 2日申請的美國申請案 09/921,588 且名稱為「MULTIPORT POLISHING FLUID DELIVERY SYSTEM」的美國公開案 2003/0027505、2003 年5月2曰申請的美國申請案10/428,914且名稱為 「SLURRY DELIVERY ARM」的美國專利 6,939,210 ' 2002年4月22日申請的美國申請案10/131,638且名稱 為「FLEXIBLE POLISHING FLUID DELVERY SYSTEM」 的美國專利7,086,933 » 處理成分供應器228a與228b的分隔可讓貨架壽命相 當短的處理成分在處理之前個別地儲存。將研磨漿的某 些成分儲存在一起會不利地影響特性，諸如研磨漿之膠 狀特性、化學穩定性或pH範圍。舉例而言，將這些成分 分隔直到逼近處理之前可將貨架壽命由數天延長至數個 月。 喷嘴組件248係配置於臂部230之末端。喷嘴組件248 係透過管242(配置通過流體輸送臂組件226)耦接至處理 15 201027612 成分供應器228a與228b。喷嘴組件248包括喷嘴240， 其可相對臂而選擇性調整，以致離開喷嘴240之流體可 選擇性導向研磨墊208的特定區域。 管242耦接處理成分供應器228a與228b至喷嘴組件 248。處理成分供應器228a與228b透過互連器265提供 個別處理成分至管242。閥263a與263b係個別配置於 處理成分供應器22 8a與228b之間，其可準確地控制流 向管242之處理成分。閥263a與263b係連接至控制器 108好即時自動控制通過閥263a與263b之處理成分的 流率。 一實施例中，喷嘴240係設以產生處理成分的喷霧。 另一實施例中，喷嘴240係適以提供處理成分流。另一 實施例中，喷嘴240係設以約20至約120 ml/秒間之流 率提供處理成分流與/或喷霧至研磨表面。一實施例中， 以約200 ml/分至約500 ml/分範圍間之流率輸送處理成 分至研磨表面。 第3A-C圖係雙線互連器365a-c之示意圖。第3A圖與 第3B圖顯示不同雙線互連器365a與365b的實施例，其 可用來在流向研磨墊208時組合來自第一處理成分供應 器228a之第一處理成分與來自第二處理成分供應器 228b之第二處理成分。第一處理成分與第二處理成分的 流率係分別由閥363a與363b所調控（未顯示於第3B圖 或第3C圖）。閥363a與3 63b係耦接至控制器108 (未顯 示於第3B圖或第3C圖）以提供即時流率控制。 16 201027612 第3C圖係雙線互連器365(:之示意圖。雙線互連器365〇 具有入口 367a與367b，其分別耦接至第一處理成分供 應器228a與第二處理成分供應器228b。入口 367a與Μ% 係偏離中央以致第一處理成分與第二處理成分在雙線互 連器365C中產生螺旋或螺線流動。在第一處理成分與第 二處理成分組合以輸送至研磨墊肖，螺㉟或螺㈣動引 發混合以產生均勻組成物。 ❹ 此外，雙線互連器365a-c可包括超過兩個輸入管線。 舉例而言，可在互連器中組合三、四、五或更 分；各個成分流自不同儲存單元^額外或替代地，互連 器亦可提供用於研磨墊清洗流體的輸入。 適合用於CMP系統100的處理成分通常包括下列一或 多種：酸、氧化劑、腐蝕抑制劑、pH緩衝劑、研磨粒與 上述之組合。舉例而言，包括酸、氧化劑、腐蝕抑制劑、 PH緩衝劑之第一處理成分可儲存於第一處理成分儲存 單元中，而包括研磨粒之第二處理成分可儲存於第二處 理成分儲存單元中。在處理過程中組合處理成分以產生 研磨聚’其係被輸送至研磨墊2〇 8。 研磨聚所用之適當酸包括有機或無機酸。舉例而言 稀釋之有機睃，包括醋酸、檸檬酸、草酸、蘋果酸、 石酸、上述之衍生物與上述之組合；或稀釋之無機酸 包括HN〇3、HC卜HA、·、氣、上述之衍 物與上述之組合。此外，可應用—或多種有機酸與一 多種無機酸之組合。 17 201027612 研磨漿所用之適當氧化劑包括過氧化氫、單過硫酸化 〇物（例如，過硫酸銨）、過醋酸、上述之衍生物與上述 之組合。研磨漿所用之適當腐蝕抑制劑包括芳香族有機 化合物，諸如苯并三唑與其之衍生物（諸如，5氣苯并三 坐5甲基本并二唾、5 -硝苯并三唾）、三嗤與其之衍生 物（諸如’ 1，2,4-三唑_3_硫醇；12,3_三唾[451)]吼啶）、 %胺四唑'三口井（triazine)、上述之衍生物與上述之組合。 _ 研磨漿所用之適當PH緩衝劑包括弱酸與其共軛鹼之 混合物、或弱鹼與其共軛酸之混合物。舉例而言，pH緩 衝劑可包括醋酸、檸檬酸、磷酸、銨與其個別之共輛鹼。 研磨漿所用之適當研磨粒化合物包括礬土、氧化鈽 (ceda)、氧化銅、氧化鐵 '氧化鎳氧化錳矽土、氮 化砍、碳化梦、氧化錫、：氧化欽、碳化欽、氧化鶴、 氧化釔、氧化錯、上述之衍生物與上述之組合。為了讓 研磨粒取得高移除速率且不造成過度到除或表面缺陷， 春研磨粒的平均直徑較佳係在約1G奈米至約^米範圍 之間。一實施例中，平均直徑係在約5〇奈米至約5〇〇奈 米範圍之間。一實施例中，研磨粒的最大直徑係小於約 10微米。 可將上述之處理成分以濃縮溶液或稀釋溶液加以儲 存。一實施例中，在將處理成分以研磨漿施加至研磨墊 208之前，組合處理成分以產生研磨漿其之配方中： 酸係在約2克/升至約40克/升範圍之間；氧化劑係在約 4克/升至約80克/升範圍之間；腐蝕抑制劑係在約〇.3 18 201027612 克/升至約5克/升範圍之間；pH緩衝劑係在〇克/升至約 1〇0克/升範圍之間；而研磨粒係在、約（M克/升至約50 克’升範圍之間。一實施例中’研磨漿之pH係在約2至 約5或約8至約u範圍之間。 第4A_B圖係比較配置於基板上之材料層厚度與已經 研磨材料層之時間量的圖示。圖示描纷調整一或多種處 理成分之㈣如何影響配置於基板上之材料層的移除速 φ #。利用兩個處理成分來進行第4A圖之基板研磨，在處 理過程中將兩個處理成分組合以產生研磨漿。第一處理 成分包括酸、pH緩衝劑、氧化劑與腐蝕抑制劑。第二處 理成分包括研磨粒。利用三個處理成分來進行第4B圖之 基板研磨’在處理過程中將三個處理成分組合以產生研 磨聚。第一處理流體包括酸、氧化劑與pH緩衝劑。第二 處理流鳢包括腐蝕抑制劑。第三處理流體包括研磨粒。 因應配置於基板上之材料層厚度或均勻性的測量調整 ® 4理成分之流率° —實施例中，藉由終點傾測（例如上述 所述那些方法）測定材料層之厚度或均勻性。可利用偵測 系統谓測終點’偵測系統諸如iScanTM厚度監控器與 FullScanTM光學終點系統，兩者均可得自
Materials, Inc.(Santa Clara，California) 〇 再度參照第4A圖，顯示材料層厚度相對時間之圖示。 A點代表配置於基板上之材料層的初始厚度。a與b點 之間，以約3.7微米/分之速率開始移除材料層。利用上 述研磨漿的多種濃度，可取得高達約6微米/分或較低之 201027612 移除速率。舉例而言’移除速率可為約4微米/分或更低、 或約1·5微米/分或更低。八與B點間之移除速率係線性 的且並沒有發生處理流體的流率改變（例如，處理流體 的流率在第一 120秒過程中維持恆定）。 Β點處，利用終點偵測確定配置於基板上之材料層的
厚度係6000埃。藉由降低研磨粒處理成分之流率將移除 速率降低至約2000埃/分。此外，值得注意的是可在a 點〃 B點之間進行厚度測量，但直到達到層之預定厚度 前不需改變處理成分之流率。額外或替代地，可因應層 厚度測量值藉由提高研磨粒處理成分之流率或降低包括 腐蝕抑制劑之處理成分的流率來提高A點與B點之間的 移除速率。 C點處，利用終點偵測確定配置於基板上之層的厚度 係2000埃。藉由降低研磨粒處理成分之流率將移除速率 降低至約1500埃/分^ d點處，再度利用終點偵測確定 厚度並進一步降低研磨粒處理成分之流率來降低移除速 率至最終點Ε»另一實施例中，b、C與D點沒有造成處 理成分流率的改變，且可在B與E點之間發現線性的移 除速率。一實施例中，自研磨處理開始保持處理成分之 流率恆定直到配置於基板上之層的厚度在約4〇〇〇埃至 小於約2000埃範圍之間。因應配置於基板上之層的厚度 測量’調整一或多種處理成分的流率並完成研磨處理。 第4B圖代表配置於基板上之材料層的研磨。第4B囷 中之材料層移除速率隨著配置於基板上之材料層之厚度 20 201027612 接近W時逐漸降低料速率。移料率在主體層移除 始時相對較高一實施例中，移除逮率係在約！ 5 微求/分至約4微米/分範圍之間。當RTpc處理過程中镇 測之主體層厚度達到約2，_埃至約6,〇〇〇埃範圍之間 時’控制器改變一或容接未畑> α 次多種處理成分的流率。RTPC可持續 地在研磨過程中監控配置於基板上之層的厚度，並因應 測量而調整一或多種處理成分的流率。
第4B圖之實施例中，當配置於基板上之層的厚度為約 6’〇〇〇埃時開始改變處理成分。可藉由逐漸地降低研磨粒 處理成分之流率與/或逐漸地提高腐蝕抑制劑處理成分 之流率來取得第4B圖之逐漸變化的移除速率。一實施例 中這係與RTPC處理結合而加以完成。一實施例中， 提咼或降低第三處理成分之流率以補償另一處理成分流 率的變化以保持組合之處理成分的整體流率恆定。另一 實施例中，整體流率並沒有在處理過程中保持恆定。 改變一或多種處理成分之流率可準確地控制配置於基 板上之材料層的移除逮率。舉例而言，可藉由提高或維 持包括研磨粒之處理成分相對高的流率至研磨墊而在處 理開始時取得高移除速率。當配置於基板上之材料層的 厚度減少時’可降低包括研磨粒之處理成分流率或可提 高包括腐蝕抑制劑之處理成分流率以降低移除速率其 在基板上產生更均勻之表面並有助於避免凹陷。此外， 因為可因應終點偵測以流向研磨墊之處理成分流率來準 確地控制移除速率，主體層移除步驟與清除步驟兩者可 21 201027612 執行於單一平臺而不會造成過度凹陷。一實施例中，在 單—平臺上研磨厚度大於2微米且配置於基板上之材料 層直到顯露阻障層為止。另一實施例中，在單—平臺上 研磨厚度大於M00埃且配置於基板上之銅層直到顧露 阻障層為止》
第5圓顯不化學機械研磨基板之方法500的實施例， 基板具有配置於其上之暴露材料層與下阻障層。可在上 述之系統1GG上執行方法5⑽。亦可在其他化學機械處 理系統上執行方法5〇〇β方法5〇〇通常儲存於控制器 »己隐體112巾，通常為軟體程序。軟體程序亦可由第 - CPU (未顯不）儲存與/純行，第三cpu係位於 no所控制之硬體遠端。 雖然以軟體程序實行來討論本文所述之實施例，但亦 可以硬體及軟體控制器方式來執行本文所揭露之某些方 法步帮。Θ此，本文所述之實施例可以下財式執行， 電腦系統執行之軟體、特定積體電路或其他類型之硬趙 實施方式的硬體、或軟體與硬體之組合。 方法500開始於步驟5〇2 ’其將包含配置於下阻障層 材料上之材料的基板置於含有第一研磨塾之第一平臺 上。材料層可包括鶴、銅、上述之組合等等。或者，材 料層可包括介電材料，諸如氧切或氮切。額外或替 代地’可將介電層配置於主體鋼層上。材料層可為導電 或非導電的。阻障層可包括釘、鈕、氮化鉅、鈦、氮化 氮化鶴鶴、上述之組合等等。介電層（通常為氧化 22 201027612 物）通常位於阻障層下方。 步驟502 ’將固持於承載頭組件152中之基板122移 動越過配置於第—CMP站128中之研磨塾208。將承載 頭組件152向下降低朝向研磨塾208以讓基板122接觸 研磨墊208之頂表面。 步驟504’在主體材料上執行化學機械研磨處理。步 驟506’以第一移除速率在第一平臺上研磨基板好移除 〇 材料的主要部分。一實施例中，材料層為初始厚度在約
2微米與約1G微米範圍之中的銅層。另-實施例中，材 料層為初始厚度在約4微米與約7微米範圍之中的銅 層另實施例中，材料層為初始厚度在約6,〇〇〇埃至 約8’000埃範圍之中的銅層。一實施例中，可在第一 CMP 128處執行研磨步驟5G6。可用每平方英寸碎（psi)低 於約4之力量將基板122抵靠研磨墊208。一實施例中， 力量係低於約2.5 psi。另—實施例中，力量係在約i㈣ ® 與2 psi之間，例如約j 8 psi。 步驟506’提供基板122與研磨墊2〇8間之相對移動。 實施例中，以約5〇_1〇〇間（例如，約⑽每分鐘轉數 間）之每分鐘轉數旋轉承載頭組件152，同時以約5〇_1〇〇 間（例如，約7_35每分鐘轉數間）之每分鐘轉數旋轉研磨 塾208。-實施例中，處理的材料層移除速率係約謂入/ 分。另—實施例中，處理的材料層移除速率低於約6微 米/分，例如約2微米/分至約4微米/分範圍之中。 將研磨漿供應至研磨墊。適當的研磨漿包括處理 23 201027612 成分的任意組合，處理成分包括（但不限於）酸、pH緩衝 劑、氧化劑、腐蝕抑制劑與研磨粒。適當研磨組成物與 主體化學機械處理之實施例係描述於本文中及2007年8 月 15日申請之美國申請案 11/839,048且名稱為 「IMPROVED SELECTIVE CHEMISTRY FOR FIXED ABRASIVE CMP」的美國公開案2008/0182413、及美國 專利申請案 1 1/356,352且名稱為「METHOD AND COMPOSITION FOR POLISHING A SUBSTRATE」的美國 公開案US2006/0169597。某些實施例中，基板122在添 加研磨漿之後接觸研磨墊208。某些實施例中，基板122 在添加研磨漿之前接觸研磨墊208。 步驟508，利用終點偵測來測定配置於基板上之材料 層的厚度。一實施例中，在突破材料層之前出現主體部 分移除處理的終點。步驟510，CPU比較配置於基板上 之材料層的測定厚度及預定數值。若層的厚度大於預定 數值，那麼方法500返回步驟506並持續研磨基板。然 而，若配置於基板上之材料層的測定厚度等同或約等同 於預定數值，那麼方法5 00進行至步驟512。 步驟512，調整一或多種處理成分之流率以降低配置 於基板上之材料層的移除速率。一實施例中，藉由降低 包括研磨粒之處理成分的流率來降低移除速率。另一實 施例中，藉由提高包括腐蝕抑制劑之處理成分的流率來 降低移除速率。另一實施例中，藉由維持包括研磨粒之 處理成分的流率並提高另一處理成分之流率導致研磨漿 24 201027612 中之研磨粒濃度降低來降低移除速率。 第5圖實施例中，在主體層移除與殘餘材料移除間之 過渡時期進行處理成分流率的調整。另一實施例中，可 在步驟504之主體材料研磨處理過程中或在步驟514之 殘餘材料研磨處理過程中調整處理成分之流率一或多 次。 步驟514，在殘餘材料上執行化學機械研磨處理。殘 ❹ 餘材料移除處理包括在第二平臺上研磨基板並測定研磨 處理之終點。㈣516，在第二平臺上研磨基板以移除 任何殘餘導電材料。或者，可在單一平臺上進行步驟5〇4 與514。一實施例中，可用約15〇〇·25〇〇 A/分間（例如， 約2400 A/刀）之移除速率研磨基板。步驟jig可為單一 或多步驟化學機械清除處理。可在第二CMp站13〇上或 其他CMP站128、132之一者上執行清除步驟516。 藉由移動固持於承載頭組件152中之基板122越過配 ❹置於第二CMP站130中之研磨墊而開始清除處理步驟 516»將承載頭組件152向下朝向研磨墊好讓基板接 觸研磨墊之頂表面。以小於約2 psi之力量將基板122抵 靠研磨墊。另一實施例中，力量係小於或等於約〇 3 ps卜 接下來，提供基板122與研磨墊208間之相對移動。 將研磨漿供應至研磨墊2〇8之表面。一實施例中，以約 3〇每分鐘轉數至約80每分鐘轉數範圍之間（例如，約5〇 每分鐘轉數）來旋轉承載頭組件152，同時以約7每分鐘 轉數至約90每分鐘轉數範圍之間（例如，約53每分鐘 25 201027612 轉數）來旋轉研磨墊。步驟516處理通常對鎢的移除速率 係約1500 A/分而對銅的移除速率係約2〇〇〇 A/分》 步驟518，測定殘餘材料移除之終點。可利用 FullSeanTM或任何上述之其他技術來測定終點。一實施例 中，針對電化學機械研磨處理（Ecmp),藉由利用儀器感 應電流之第一中斷來測定終點。當下層開始破壞經過導 電層（例如，鋼層）時出現中斷。因為下層的電阻率不同 φ 於銅層，橫跨處理單元（即，基板之導電部分至電極）的 電阻率隨著導電層區域相對下層暴露區域的變化而改 變，藉此造成電流的改變。一實施例中，結合RTpc來 監控配置於基板122上之層的厚度以提供配置於基板 122上之層的厚度的持續測量一實施例中，因應步驟 518調整一《多種處理流體之流率。另—實施例中，因 應步驟518將一或多種處理流體之流率保持恆定。 選擇性地，因應終點债測可執行第二清除處理步驟來 ® 移除殘餘材料層。以小於約2psi之壓力將基板122按塵 抵靠塾組件，而另-實施例中，以小於或等於約〇3㈣ 之壓力將基板m按壓抵靠塾組件。處理步驟通常對銅 與鶴處理之移除速率係約500至約2〇〇〇 A/分（例如，約 500至約1200 A/分之間）。 選擇性地，步驟520’可執行第三清除處理步驟或「過 度研磨」以自材料層移除任何殘餘碎片。第三清除處理 步驟通常係時間(timed)處理且執行於低壓下一實施例 中，第三清除處理步驟（亦稱為過度研磨步驟）的週期係 26 201027612 約1 〇至約3 〇秒β 殘餘材料移除步驟514之後，可執行阻障層研磨〇 __ 實施例中可在第三CMP站132上執行阻障層研磨，可 也I替代地執行於其他CMP站128、130之一者上。 k供下例以把述調整處理成分（經組合以產生研磨漿） 之流率的作用。帛6圖係比較研磨装之研磨移除速率與 研磨聚中之過氧化氫量的圖示。第6圖中顯示之處理成 ❿ 分組合發現高達4.2微米/分之移除速率。 第6圖中，將包括膠狀矽土研磨粒之處理成分的第一 流率保持恆疋以維持研磨漿中的6%研磨粒（重量）。針對 ELECTRACLEANtm (EC)化學的三種濃度，漿料中存在的 過氧化氮量在3%至9%間變化》ELECTRACLEANTM化 學包括pH值約3之檸檬酸銨。一般而言，配置於基板上 之材料的移除速率隨著EC或過氧化氫百分比提高而增 加。一般而言，EC百分比中的變化比過氧化氳量的變化 參 對移除速率的影響較大。. 第7圖係比較研磨漿之研磨移除速率與研磨漿中之腐 蝕抑制劑量的圖示。針對兩個不同的研磨處理，研磨漿 中之腐兹抑制劑量由〇%變化至〇 4〇%。第一研磨處理 中，施加於研磨墊之向下力量（DF)係約i (psi)。第二研 磨處理中，向下力量係約3 psi。通常趨勢為當施加至研 磨塾之向下力量減少或存在於研磨漿中之腐蚀抑制劑量 提高時配置於基板上之材料的移除速率便降低。 第8圖係比較銅層研磨移除速率與施加至研磨墊之向 27 201027612 下力量的圖示。第8圖之 持怪定。第8圖實施例之研磨，研磨漿的組成物維 克/升至約40克/升範圍之間 括酸’其濃度在約2 升至約80克/升範圍之間.腐 卜其濃度在約4克/ * /fL 5 ^ ，腐蝕抑制劑，其濃度在約0.3 二/圍之間;。H緩衝劑，其漠度小於約 1〇〇克/升，及研磨粒，其澶 ❿ 升範圍之間。-般而言=::1克/升至… 甚认*> 之向下力量提高時，配 置於基板上之材料的移除速率則提高。 雖然上述係針對本發明之實施例，但可在不脖離本發 明之基本脑下設計出本發明之其他與更多實施例，而 本發明之範圍係由下方之申請專利範圍所界定。 【圖式簡單說明】 為了更詳細地了解本發明之上述特徵，可參照實施例 (某些描繪於附圖中）來理解本發明簡短概述於上之特定 描述。然而，需注意附圖僅描繪本發明之典型實施例而 因此不被視為其之範圍的限制因素，因為本發明可允許 其他等效實施例。 第1圖係化學機械平坦化系統之示意圖； 第2圖係第1圖之處理站的剖面示意圖； 第3A-C圖係雙線互連器之示意圖； 第4A-B圊係比較配置於基板上之材料層的厚度與已 經研磨材料層之時間量的圖示； 28 201027612 第5圖係化學機械研磨基板方法之一實施例的流程 rgJ · 圃， 第6圖係比較研磨漿之研磨移除速率與研磨漿中之過 氧化氫量的圖示； 第7圖係比較研磨漿之研磨移除速率與研磨漿中之腐 蝕抑制劑量的圖示；及 第8圖係比較銅層研磨移除速率與施加至研磨墊之向 下力量之圖示。 爲了促進理解，盡可能應用相同的元件符號來標示圖 示中相同的元件。預期一實施例揭露之元件與/或處理步 砰可有利地用於其他實施例而不需特別詳述。 【主要元件符號說明】 100 CMP系統 102 工廠接合部 104 負載機器人 106 平坦化模組 108 控制器 110 CPU 112 記憶體 114 支援電路 116 清潔模組 118 基板匣 120 接合部機器人 122 基板 124 輸入模組 126、 226 流體輸送臂組件 128 第一 CMP站 130 第二CMP站 132 第三CMP站 134 旋轉架 29 201027612 136 傳送站 142 輪入緩衝站 146 傳送機器人 150、 23 〇 臂部 170 窗口 188 環境受控之封固件 204 平臺 210 固定環 214 囊部 228a 第一處理成分供應 228b 第二處理成分供應 232 支柱 238 末端 242 管 258 轴承 265 互連器 365a 、365b、365c 雙線 367a 入口 500 方法 502、 504、506、508、510
140、256 基部 144 輸出緩衝站 148 負载杯組件 152 承載頭組件 182 調整裝置 190 測量模組 208 研磨塾 212 基板接收穴部 216、234、260 馬達 器 器 236 調整機構 240 噴嘴 248 喷嘴組件 263a、263b、363a、363b 閥 互連器 367b 出口 、512、514、516、518、520 步驟 30