TW202300281A - 在化學機械平坦化期間移除雜質的方法及系統 - Google Patents

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Abstract

一種化學機械平坦化系統，包括在化學機械平坦化製程期間旋轉的一化學機械平坦化墊。在製程期間，一化學機械平坦化頭將半導體晶圓放置與化學機械平坦化墊接觸。在製程期間，一研磨漿供給系統將研磨漿供給至墊上。在製程期間，一墊調節件調節上述墊。一雜質去除系統從研磨漿去除碎屑及雜質。

Description

在化學機械平坦化期間移除雜質的方法及系統
本揭露實施例係有關於化學機械平坦化的技術領域。
對包括智慧型手機、平板電腦、桌上型電腦、膝上型電腦和許多其他類型的電子設備的計算能力的提高有不斷的需求。積體電路為這些電子設備提供計算能力。增加積體電路中的計算能力的其中一種方法是增加電晶體的數量和可以包括在半導體基板的既定面積中的其他積體電路特徵的數量。因此，已經開發了許多半導體製程和技術來減小積體電路中特徵的尺寸。
化學機械平坦化是一種能夠使用薄膜材料的製程，上述薄膜材料能夠實現相對較小尺寸的特徵。化學機械平坦化可以在薄膜沉積和圖案化製程之後平坦化半導體晶圓的表面。化學機械平坦化利用化學和機械製程來平坦化半導體晶圓。雖然非常有益，但化學機械平坦化也容易受到設備故障的影響，從而導致半導體晶圓損壞。
在一實施例中，一種在化學機械平坦化期間移除雜質的方法，包括：藉由放置與旋轉的一化學機械平坦化墊接觸的一半導體晶圓，執行一化學機械平坦化製程，且在化學機械平坦化製程期間，用一墊調節件調節化學機械平坦化墊。上述方法包括：在化學機械平坦化製程期間，用一研磨漿供給系統供給一研磨漿至化學機械平坦化墊上，且藉由執行一帶電粒子分離製程，從研磨漿移除碎屑。
在一實施例中，一種在化學機械平坦化期間移除雜質的系統，包括：一化學機械平坦化設備，配置以在一晶圓上執行化學機械平坦化相關製程。上述系統包括：一雜質去除系統，定位鄰接化學機械平坦化設備，且配置以從鄰接晶圓的一流體去除帶電雜質。上述雜質去除系統包括：一第一電極、一第二電極以及一電源，電源配置以在第一電極與第二電極之間施加一電壓。上述系統包括：一控制系統，配置以控制化學機械平坦化設備及電源。
在一實施例中，一種在化學機械平坦化期間移除雜質的方法，包括：在一晶圓上執行一化學機械平坦化相關製程；在化學機械平坦化相關製程期間，在一第一電極與一第二電極之間施加一電壓；以及用第一電極及第二電極，從涉及化學機械平坦化相關製程的一流體吸附帶電雜質。
在以下的實施方式中，描述了許多積體電路晶粒內各種層及結構的厚度及材料。對於各種實施例，給定特定的尺寸及材料做為範例。本領域技術人員將理解到，基於本揭露實施例，在許多情況下可使用其他尺寸及材料而不超出本揭露實施例的範疇。
以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本案的不同特徵。以下的揭露內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以簡化說明。當然，這些特定的範例並非用以限定。例如，若是本揭露書敘述了一第一特徵形成於一第二特徵之上或上方，即表示其可能包含上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的實施例，亦可能包含了有附加特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使上述第一特徵與第二特徵可能未直接接觸的實施例。另外，以下揭露書不同範例可能重複使用相同的參考符號及/或標記。這些重複係為了簡化與清晰的目的，並非用以限定所討論的不同實施例及/或結構之間有特定的關係。
此外，與空間相關用詞，例如「在…下方」、「下方」、「較低的」、「上方」、「較高的」及類似的用詞，係為了便於描述圖示中一個元件或特徵與另一個(些)元件或特徵之間的關係。除了在圖式中繪示的方位外，這些空間相關用詞意欲包含使用中或操作中的裝置之不同方位。裝置可能被轉向不同方位(旋轉90度或其他方位)，則在此使用的空間相關詞也可依此相同解釋。
在以下的實施方式中，闡述了某些特定的細節，以提供本揭露各種實施例更完整的瞭解。然而，本領域技術人員將理解到本揭露實施例可在沒有此等特定細節的情況下實施。在其他例子中，與電子構件及製造技術相關的為人熟知的結構未被詳細敘述，以避免不必要地混淆本揭露實施例的描述。
除非前後文另有要求，在整體說明書及隨附的申請專利範圍中，用語「包括」及其變體，例如：「包含」及「具有」，應以開放且涵蓋的方式解釋，即，如「包括但不限於」的意義。
序數的使用(例如：第一、第二及第三)不一定暗示排列的順序，反而可僅用以分辨多個動作或結構範例。
本說明書通篇提及的「一個實施例」或「一實施例」意指所描述為與此實施例相關聯的特定特徵、結構或特性包括在至少一個實施例中。因此，在通篇說明書各處出現的用語「在一個實施例中」或「在一實施例中」不一定都指同一實施例。此外，特定特徵、結構或特性可以在一或多個實施例中以任何合適的方式結合。
除非內容另有明確規定，在本說明書和所附申請專利範圍中使用的單數形式用語「一」、「一個」及「該」包括複數指示對象。亦應注意的是，除非內容另有明確規定，用語「或」通常以其包括「及/或」的含義使用。
本揭露的實施例提供超越習知化學機械平坦化系統的許多優點。本揭露的實施例運用一雜質去除系統以防止對半導體晶圓及化學機械平坦化設備的損壞。因此，本揭露的實施例提高半導體晶圓的產率且減少技術人員或專家修繕或替換損壞設備的需求。反而，雜質去除系統防止模組防止了危險的碎屑損壞晶圓及化學機械平坦化墊。結果，不會浪費時間和資源來替換設備及報廢的半導體晶圓。
第1A圖為根據一實施例，化學機械平坦化(chemical mechanical planarization，CMP)系統100的方塊圖。化學機械平坦化系統100包括化學機械平坦化設備102。化學機械平坦化設備102在一晶圓上執行化學機械平坦化製程。化學機械平坦化設備102在化學機械平坦化製程之後亦執行各種清潔及乾燥操作。
化學機械平坦化系統100包括一雜質去除系統104。雜質去除系統104在化學機械平坦化製程期間執行一帶電粒子分離製程。碎屑、磨料粒子及雜質可在化學機械平坦化製程及與化學機械平坦化製程相關聯的各種清潔製程期間出現。碎屑、磨料粒子及雜質經常包括離子及帶電粒子。通常，帶電粒子為電子。一些離子可帶有淨負電荷。一些離子可帶有淨正電荷。帶電粒子分離製程帶出且去除帶電粒子及離子，藉此排除可在化學機械平坦化製程及與化學機械平坦化製程相關聯的各種清潔製程期間出現的大部分碎屑、磨料粒子及雜質。
在一實施例中，雜質去除系統104包括一第一電極108、一第二電極110及一電源112。電源112可為電壓源，在第一電極108與第二電極110之間施加電壓。第一電極108及第二電極110放置在與化學機械平坦化製程或清潔製程相關聯的流體中。施加在第一電極108及第二電極110之間的電壓導致其中一電極吸引且獲得帶正電離子，且另一電極吸引且獲得帶負電離子及電子。因此，帶淨電壓的碎屑、磨料粒子及雜質藉由第一電極108及第二電極110從流體移除。關於雜質去除系統104的進一步細節將參照後續圖示提供。
化學機械平坦化系統100包括一控制系統106。控制系統106可控制雜質去除系統104及化學機械平坦化設備102。控制系統106可啟動及關閉化學機械平坦化設備102，且可啟動及關閉雜質去除系統104。
第1B圖為根據一實施例，化學機械平坦化系統100的示意圖。化學機械平坦化系統100包括一研磨器103。研磨器103包括兩個主研磨站120及兩個化學拋光站。主研磨站120及兩個化學拋光站在晶圓上執行化學機械平坦化製程。
研磨器103包括兩個化學機械平坦化頭142。每一化學機械平坦化頭142承載一面向下的晶圓(圖未示)，使得晶圓的頂部表面可在主研磨站120及化學拋光站被研磨。當晶圓被裝載至兩個化學機械平坦化頭142時，化學機械平坦化頭142移動至主研磨站且降低直到晶圓的頂部表面(在此情況中面向下)與研磨墊的頂部表面接觸。主研磨化學機械平坦化製程在主研磨站120執行，如將參照第2A圖及第2B圖進一步詳述。在主研磨製程已在主研磨站120執行之後，化學機械平坦化頭142移動至化學拋光站且降低直到晶圓的頂部表面與化學拋光站的各自研磨墊的頂部表面接觸。化學拋光化學機械平坦化製程在化學拋光站執行，如將參照第2A圖及第2B圖進一步詳述。一或多個雜質去除系統104定位在每一化學拋光站及主研磨站120，如將參照第2A圖、第2B圖及第2C圖進一步詳述。
在主研磨及化學拋光製程已在研磨器103執行之後，化學機械平坦化頭142回到第1B圖所示的位置。晶圓運輸單元107的機器手臂109將從化學機械平坦化頭142拿取晶圓，並將晶圓運輸到清潔器105。晶圓運輸單元107可包括複數個機器手臂及傳輸裝置，以在清潔器105的各種清潔站之間搬運晶圓。
清潔器105包括清洗槽124。晶圓運輸單元107將晶圓沿著邊緣降下至清洗槽124中。清洗槽124填充有去離子水。晶圓在去離子水中被清洗並從清洗槽124移除。一或多個雜質去除系統104定位在清洗槽124中，以協助從清洗槽124去除雜質。關於清洗槽124及雜質去除系統的細節將參照第3圖提供。
清潔器105包括一預清潔站126。晶圓運輸單元107將晶圓沿著邊緣降下至預清潔站126中。在預清潔站126有一化學品噴桿將化學品噴灑至晶圓上，同時一滾輪旋轉晶圓。一或多個雜質去除系統104提供在預清潔站126以協助去除雜質。關於預清潔站126的細節將參照第4圖提供。
清潔器105包括一刷盒128。晶圓運輸單元107將晶圓沿著邊緣降下至刷盒128中。刷盒包括旋轉的刷子，上述刷子清潔晶圓的表面。刷盒128亦包括化學品噴桿將化學品噴灑至晶圓上，同時刷子清潔晶圓。一或多個雜質去除系統104提供在刷盒128以協助去除雜質。關於刷盒128的細節將參照第5圖提供。
清潔器105包括一蒸氣乾燥器130。晶圓運輸單元107將晶圓沿著邊緣降下至蒸氣乾燥器中。蒸氣乾燥器使用蒸氣動力以從晶圓表面推動水、接著推動剩餘的化學品。蒸氣乾燥器130包括一或多個雜質去除系統104以協助去除雜質。關於蒸氣乾燥器130的細節將參照第6圖提供。
主研磨站120、化學拋光站、晶圓運輸單元107、清洗槽124、預清潔站126、刷盒128及蒸氣乾燥器130全部皆為化學機械平坦化設備102的範例，如參照第1A圖所描述。可在參照第1B圖所描述的每一化學機械平坦化製程及清潔設備中執行雜質去除系統104。控制系統106可控制化學機械平坦化設備102及雜質去除系統104的操作。
第2A圖為根據一實施例，化學機械平坦化系統的主研磨站120的上視圖。第2A圖的主研磨站120為參照第1B圖所描述的主研磨站120的一個範例。化學機械平坦化系統100包括一化學機械平坦化墊140、一化學機械平坦化頭142、一研磨漿供給系統144、一墊調節件146及雜質去除系統104。主研磨站120的的構件配合以提供有效率的化學機械平坦化製程，減少對化學機械平坦化設備或半導體晶圓造成損傷的可能。尤其，如將在以下詳述的，雜質去除系統104協助防止對化學機械平坦化設備及半導體晶圓的損傷。
在一實施例中，化學機械平坦化墊140放置在一平台上。因為此平台在化學機械平坦化墊140下方，在第2A圖的上視圖中平台是不可見的。通常，平台為一扁平、圓形且剛性的表面。平台配置以在化學機械平坦化製程期間旋轉。平台可用20每分鐘轉數至40每分鐘轉數之間的旋轉速度旋轉，但可用其他旋轉速度而不超出本揭露實施例的範疇。在第2A圖的範例中，平台及化學機械平坦化墊140在逆時針方向上旋轉。平台可耦接至驅動平台旋轉的軸。平台可具有約50公分至75公分的直徑，但可用其他尺寸的平台而不超出本揭露實施例的範疇。
化學機械平坦化墊140定位在平台頂部。化學機械平坦化墊140可為圓形且可具有實質上與平台直徑相同的直徑。化學機械平坦化墊140可藉由固定件、吸力(即，壓力差)、靜電力、或任何適合的方式而耦接至平台。當平台旋轉時，化學機械平坦化墊140亦旋轉。化學機械平坦化墊140的旋轉為平坦化半導體晶圓的其中一個因素，如將在以下詳述的。
化學機械平坦化墊140可由多孔材料製成。在一範例中，化學機械平坦化墊140由具有孔隙大小在20微米至50微米之間的聚合材料製成。化學機械平坦化墊140可具有約50微米的粗度。可用其他材料、尺寸及結構的化學機械平坦化墊140而不超出本揭露實施例的範疇。化學機械平坦化墊140可為實質上剛性的。
在化學機械平坦化製程期間，研磨漿供給系統144供給研磨漿152至化學機械平坦化墊140上。尤其，研磨漿供給系統144可具有複數個噴嘴或口孔(aperture)，每一噴嘴或口孔輸出研磨漿152至化學機械平坦化墊140上。研磨漿152可包括水溶液及一或多種腐蝕性化合物。選擇腐蝕性化合物以化學蝕刻或去除半導體晶圓表面上的一或多種材料。因此，基於待平坦化的半導體晶圓的表面特徵的一或多種材料來選擇研磨漿152中的化合物。研磨漿供給系統144可包括一槽，此槽承載研磨漿及一管或軟管，上述管或軟管在化學機械平坦化製程期間將研磨漿運送至旋轉的化學機械平坦化墊140上。
在化學機械平坦化製程期間，墊調節件146調節旋轉的化學機械平坦化墊140。在化學機械平坦化製程期間，旋轉的化學機械平坦化墊140頂部表面從平坦化製程經受磨耗。化學機械平坦化墊140的頂部表面可不均勻地被磨耗，使得化學機械平坦化墊140可形成凹陷、谷部及峰部。墊調節件146包括旋轉的墊調節件頭，向下壓在旋轉的化學機械平坦化墊140上。旋轉的墊調節件頭包括或被硬的、耐受性高的材料塗佈，上述材料可有效地打磨化學機械平坦化墊140的表面。在一範例中，墊調節件146的表面包括鑽石材料。在化學機械平坦化製程期間，墊調節件146的旋轉頭以一選擇的規律掃過旋轉的化學機械平坦化墊140表面，以維持化學機械平坦化墊140的頂部表面實質上均勻。因此，墊調節件146去除或防止旋轉的化學機械平坦化墊140表面上形成凹陷、脊部、峰部、或不均勻的特徵。
在化學機械平坦化製程期間，化學機械平坦化頭142將半導體晶圓面向下的表面放置與旋轉的化學機械平坦化墊140接觸。在化學機械平坦化製程期間，化學機械平坦化頭142亦可旋轉半導體晶圓。在化學機械平坦化製程期間，半導體晶圓面向下的表面的表面特徵被平坦化。平坦化藉由機械及化學製程而達成。平坦化的機械方面藉由化學機械平坦化墊140磨掉半導體晶圓面向底部的表面的物理效果而達成。平坦化的機械方面類似於非常細緻的砂磨製程。平坦化的化學方面藉由在半導體晶圓表面特徵的材料上的研磨漿而達成。研磨漿溶液中的化合物蝕刻或與其反應，並移除半導體晶圓表面特徵的材料。化學機械平坦化製程的結果是，半導體晶圓所顯露的面向底部的表面變得實質上平坦。
在第2A圖的範例中，研磨漿供給系統144定位在化學機械平坦化頭142的上游。隨著新鮮的研磨漿152從研磨漿供給系統144供給至化學機械平坦化墊140上，化學機械平坦化墊140的旋轉帶著新鮮的化學機械平坦化頭142接觸藉由化學機械平坦化頭142承載的晶圓。研磨漿152與晶圓的交互作用導致研磨漿152中的碎屑及雜質。在碰到藉由化學機械平坦化頭142承載的晶圓之後，研磨漿152不再新鮮。
在第2A圖的範例中，墊調節件146定位在化學機械平坦化頭142的下游。因此，化學機械平坦化墊140的旋轉帶著研磨漿從化學機械平坦化頭142至墊調節件146。墊調節件的動作可產生粒子及碎屑154與使用過的研磨漿152混合。化學機械平坦化墊140的旋轉帶著一些使用過的研磨漿152回到與藉由化學機械平坦化頭142承載的晶圓接觸。因此，一些雜質及碎屑和研磨漿可與藉由化學機械平坦化頭142承載的晶圓接觸。雖然在第2A圖中未顯示，在化學機械平坦化製程期間，化學機械平坦化墊140的整個表面被研磨漿152覆蓋。研磨漿152大致跟著一螺旋圖案，且因為化學機械平坦化墊140的旋轉運動，被推動到化學機械平坦化墊140的邊緣。在化學機械平坦化製程期間，研磨漿供給系統144持續地供給新的研磨漿152。因為旋轉運動，在流下化學機械平坦化墊140的邊緣之前，一些研磨漿152可碰到晶圓數次。
使用過的研磨漿152中的各種雜質及碎屑的接觸可導致晶圓的損傷。舉例來說，在晶圓中可產生刮傷。上述刮傷可歸咎於被研磨漿152帶著與晶圓接觸的磨料粒子、研磨墊碎屑及刷子剝落的薄片。當兩種不同的金屬在各種pH值的溶液(例如：水、化學品及研磨漿中的雜質)中接觸時可發生腐蝕。若半導體晶圓被碎屑、雜質或化學反應損傷，則半導體晶圓可能需要被報廢。此外，當墊調節件碎屑來到化學機械平坦化墊140的表面與半導體晶圓之間時，化學機械平坦化墊140亦會損傷。這可導致化學機械平坦化墊140需要被報廢或修復。為了修補半導體晶圓或化學機械平坦化墊140的損傷或報廢，上述任一種情況導致時間上、資源上及金錢上的高成本。此外，當進行修復時，化學機械平坦化製程會被中斷一段時間。
化學機械平坦化系統100用雜質去除系統104以防止半導體晶圓及化學機械平坦化墊140受到研磨漿所帶的碎屑及雜質的損傷。在化學機械平坦化製程期間，雜質去除系統104從研磨漿152去除雜質及碎屑。
化學機械平坦化墊140包括一第一電極108、一第二電極110及電源112。電源112可對應至一電壓源或一電流源。在一範例中，電源112在第一電極108與第二電極110之間施加一電壓。可施加一正電壓至第一電極108，且可施加一負電壓至第二電極110。當研磨漿通過第一電極108及第二電極110之間或靠近時，雜質去除系統104在研磨漿152上執行一帶電粒子分離製程。
研磨漿152中的碎屑及雜質包括帶正電粒子156及帶負電粒子158。帶正電粒子156可包括正離子。帶正電粒子156可包括帶淨正電荷的化合物或材料。帶負電粒子158可包括負離子。帶負電粒子158可包括帶淨負電荷的化合物或材料。帶負電粒子亦可包括自由電子。因此，在本文中使用的用語「帶電粒子」並不限於可帶淨電荷的電子、質子或次原子粒子，而亦可包括帶淨電荷的離子、分子、化合物或材料。
在一實施例中，雜質去除系統104藉由吸附作用從研磨漿152去除帶電粒子。在吸附作用製程期間，隨著帶正電粒子156及帶負電粒子158被吸附至第一電極108及第二電極110上，研磨漿被去離子化。上述製程稱為帶電離子分離。在化學機械平坦化製程之後，第一電極108及第二電極110可在解吸階段中操作。在解吸階段中，第一電極108及第二電極110可從化學機械平坦化墊140的表面移除且放置在一流體中，例如：去離子水。第一電極108及第二電極110的極性可顛倒使得第一電極108接收正電壓且第二電極110接收負電壓。結果使得帶正電粒子156及帶負電粒子158從第一電極108及第二電極110解吸至流體中。第一電極108及第二電極110此時不帶有帶電粒子。第一電極108及第二電極110可接著被放置在化學機械平坦化墊140上以對另一化學機械平坦化製程執行帶電粒子分離。
在一實施例中，在數個化學機械平坦化製程期間，第一電極108及第二電極110可在執行解吸製程之前用於帶電粒子分離或帶電粒子吸附。第一電極108及第二電極110可在執行解吸製程之前用於多達20個化學機械平坦化製程的吸附。在執行解吸製程之前，可執行其他數量的吸附製程而不超出本揭露實施例的範疇。
因為雜質去除系統104從研磨漿152去除大部分的碎屑及雜質，晶圓被研磨漿152中的碎屑及雜質損傷的可能性大幅減小。因此，雜質去除系統104防止晶圓的刮傷及腐蝕。結果，晶圓產率提升，且化學機械平坦化設備的壽命增加。
在一實施例中，控制系統106控制化學機械平坦化系統100的各種構件。控制系統106可包括一或多個電腦記憶體儲存軟體指令，用於控制化學機械平坦化系統100。控制系統106可包括一或多個處理器，配置以執行軟體指令。控制系統106可經由有線或無線連接而電性連接至化學機械平坦化系統100的各種構件。控制系統106可啟動、關閉及調整化學機械平坦化系統100各種構件的操作。控制系統106可散布在化學機械平坦化系統100一或多個構件之間。
在一實施例中，控制系統106在化學機械平坦化製程開始時，馬上啟動雜質去除系統104。在此情況下，雜質去除系統104不論化學機械平坦化系統100各種構件的使用年份或累積使用量，在整個化學機械平坦化製程皆開啟。控制系統106在化學機械平坦化製程結束時關閉雜質去除系統104。
在一實施例中，控制系統106基於各種條件選擇性地啟動雜質去除系統104。舉例來說，控制系統106可基於墊調節件146的使用年份或累積使用量來啟動雜質去除系統。在墊調節件被大量使用之前，粒子從墊調節件146剝落的可能性不大。因此，在一些情況下，當墊調節件是新的或僅稍微使用過時，最好不要啟動雜質去除系統104。在墊調節件146使用年份增加或使用更多時，控制系統106可啟動雜質去除系統104，因為粒子(例如：鑽石粒子)可從墊調節件掉落的可能性增加。控制系統106亦可基於化學機械平坦化墊140的使用年份或累積使用量，選擇性地啟動雜質去除系統104。選擇性地啟動雜質去除系統104可延長雜質去除系統104的壽命。尤其，選擇性地啟動雜質去除系統104可延長過濾器的壽命。此外，控制系統106可在化學機械平坦化製程期間間歇地啟動雜質去除系統104。舉例來說，控制系統106可在化學機械平坦化墊140隔次的旋轉、化學機械平坦化墊140每三次旋轉、或其他選擇的間歇性規律啟動雜質去除系統104。
在一實施例中，主研磨站120在用於電晶體的閘極的金屬沉積之後，執行化學機械平坦化製程。舉例來說，鎢可沉積在用於電晶體的閘極的溝槽中。在閘極鎢的沉積之後，晶圓可轉移至主研磨站120。主研磨站120可接著執行化學機械平坦化製程，移除多餘的鎢且平坦化閘極的表面。主研磨站120可在多種半導體製程之後，用以執行平坦化操作。此等半導體製程可包括用於金屬塞的金屬沉積、用於金屬線的金屬沉積、用於溝槽隔離或其他目的的氧化矽沉積、及其他半導體製程。
第2A圖中第一電極108及第二電極110的定向稱為流過(flow by)配置。在流過配置中，研磨漿152首先以多少平行於第一電極108及第二電極110的方向，流到第一電極108與第二電極110之間。然而，如將參照第2B圖進一步描述的，第一電極108及第二電極110可用其他定向而不超出本揭露實施例的範疇。
第2B圖為根據一實施例，主研磨站120的上視圖。主研磨站120實質上相似於第2A圖的主研磨站，除了第一電極108及第二電極110排列在流通(flow-through)模式。在流通模式中，第一電極108及第二電極110排列實質上垂直於研磨漿152流動的方向。雖然在第2B圖未顯示，第一電極108及第二電極110包括間隙、槽、孔洞或其他口孔，容許研磨漿152流通第一電極108及第二電極110。因此，當用化學機械平坦化墊140帶著研磨漿152至第一電極108及第二電極110時，研磨漿152流通第一電極108及第二電極110的間隙孔洞、孔洞、口孔或槽。帶負電粒子158藉由被施加正電壓的第二電極110吸附。帶正電粒子藉由被施加負電壓的第一電極108吸附。如此一來，當研磨漿152流通第一電極108及第二電極110時，從研磨漿152去除碎屑及雜質。
參照第2A圖及第2B圖，可在化學拋光站中執行雜質去除系統104，如主研磨站120一樣。化學拋光站包括實質上與主研磨站120相同的構件且以相同的方式操作。其中一個差異在於，研磨漿供給系統144在化學拋光站供給的研磨漿152包括了與在主研磨站120的研磨漿152不同的化學品。但化學拋光站構件的位置及操作實質上與主研磨站120的位置及操作相同。因此，第2A圖及第2B圖的雜質去除系統104可在化學拋光站中執行。當研磨漿被帶著流過或流通第一電極108及第二電極110時，第一電極108及第二電極110在研磨漿上執行帶電粒子分離製程。
第2C圖為根據一實施例，雜質去除系統104的立體圖。第一電極108及第二電極110可由導電材料製成。導電材料可包括金、銀、鉑、鈀、鈦、銅、錫、鎳、鐵、鈷、鋁、鉻或錳中的一或多者。導電材料可包括上述一或多種材料的合金。第一電極108及第二電極110可包括與上述不同的其他材料成分而不超出本揭露實施例的範疇。
第一電極108及第二電極110具有一寬度W，如第2C圖所示。在一範例中，寬度W介於0.01公分及30公分之間。第一電極108及第二電極110可具有此範圍之外的寬度而不超出本揭露實施例的範疇。
第一電極108及第二電極110具有一長度L，如第2C圖所示。在一範例中，長度L介於0.5公分及80公分之間。第一電極108及第二電極110可具有此範圍之外的長度L而不超出本揭露實施例的範疇。
第一電極108及第二電極110具有一高度H，如第2C圖所示。在一範例中，高度H介於0.01公分及30公分之間。第一電極108及第二電極110可具有此範圍之外的高度H而不超出本揭露實施例的範疇。
雜質去除系統可在定電壓模式下操作。在定電壓模式中，電源112在第一電極108及第二電極110之間施加定電壓。當第一電極108及第二電極110定向在流過模式或流通模式時，可用定電壓模式。在一範例中，在定電壓模式中，電源112施加介於0伏特及±50伏特之間的電壓。電源112可施加其他電壓而不超出本揭露實施例的範疇。
雜質去除系統可在定電流模式下操作。在定電流模式中，電源112在第一電極108及第二電極110之間驅動定電流。當第一電極108及第二電極110定向在流過模式或流通模式時，可用定電流模式。在一範例中，在定電流模式中，電源112驅動介於0安培及±30安培之間的電流薄值(thin value)。電源112可供應其他電流而不超出本揭露實施例的範疇。
第2D圖為根據一實施例，雜質去除系統104的立體圖。第2D圖的雜質去除系統104實質上相似於第2C圖的雜質去除系統104，除了第一電極108及第二電極110包括口孔160。口孔160容許研磨漿152或其他實施例中的其他流體流通第一電極108及第二電極110。這尤其適合流通模式。然而，第2D圖的第一電極108及第二電極110亦可在流過模式中運用。第一電極108及第二電極110可包括不同於第2D圖所示的口孔160的間隙、孔洞、槽或其他種類的開口，而不超出本揭露實施例的範疇。
第3圖為根據一實施例，化學機械平坦化系統100的清潔器105的清洗槽124的示意圖。在已藉主研磨站120及化學拋光站執行化學機械平坦化製程之後，清洗槽124為第一清潔階段。晶圓運輸單元107的一機器手臂將晶圓164降下至清洗槽124中。清洗槽124填充有去離子水。晶圓164浸沒在去離子水中。
清洗槽124包括複數個滾輪166，當晶圓164在清洗槽中時旋轉晶圓164。滾輪166接觸晶圓164的邊緣，且藉由摩擦力旋轉晶圓164。在一實施例中，滾輪166以介於5每分鐘轉數至20每分鐘轉數的速率旋轉晶圓，但可用其他旋轉速度而不超出本揭露實施例的範疇。
在一實施例中，清洗槽124包括一或多個超音波換能器168。超音波換能器168接收電子訊號且在清洗槽124的去離子水中產生對應的超音波震動。超音波震動可有助於清潔晶圓164。
在一實施例中，清洗槽124包括一入口170。去離子水經由入口170供給至槽中。實際上，去離子水從清洗槽124溢出至包括排放口的溢流槽中。
清洗槽124包括一雜質去除系統104。雜質去除系統104包括一第一電極108、一第二電極110及一電源112。電源112在第一電極108與第二電極110之間施加電壓或驅動電流。第一電極108及第二電極110執行帶電粒子分離製程，藉此，去離子水中帶有淨電荷的雜質及碎屑被第一電極108及第二電極110吸附。雜質去除系統104的操作方式實質上與參照第1A圖至第2D圖所描述的相同。在晶圓164已在清洗槽124中清潔之後，晶圓運輸單元107的機器手臂將晶圓164從清洗槽124移除，並帶著晶圓164至預清潔站126。
第4圖為根據一實施例，化學機械平坦化系統100的清潔器105的預清潔站126的示意圖。晶圓運輸單元107的一機器手臂將晶圓164降下至預清潔站126中。晶圓164安置在滾輪系統174上。滾輪系統174旋轉晶圓164。滾輪系統174可用介於5每分鐘轉數至20每分鐘轉數之間的旋轉速度旋轉晶圓164。
預清潔站126包括複數個化學品噴桿172。化學品噴桿172包括複數個噴嘴或口孔175。噴嘴或口孔175將清潔化學品177噴灑至晶圓164上。選擇清潔化學品177以預清潔晶圓164。在一範例中，清潔化學品177包括異丙醇。
預清潔站126包括一清潔手臂176。清潔手臂176可包括一頭，具有旋轉至晶圓164的刷子，輕輕地刷或擦晶圓164的表面。清潔手臂176的頭亦可旋轉，使得在清潔晶圓164表面的同時旋轉刷子。
預清潔站126包括一雜質去除系統104。雜質去除系統104包括一第一電極108、一第二電極110及一電源112。電源112在第一電極108與第二電極110之間施加電壓或驅動電流。第一電極108及第二電極110執行帶電粒子分離製程，藉此，清潔化學品177中帶有淨電荷的雜質及碎屑或藉由清潔手臂176的動作從晶圓164去除的粒子被第一電極108及第二電極110吸附。雜質去除系統104的操作方式實質上與參照第1A圖至第3圖所描述的相同。在晶圓164已在預清潔站126中清潔之後，晶圓運輸單元107的機器手臂將晶圓164從預清潔站126移除，並帶著晶圓164至刷盒130。
第5圖為根據一實施例，第1B圖的化學機械平坦化系統100的清潔器105的刷盒130的示意圖。晶圓運輸單元107的機器手臂將晶圓164降下至刷盒130中。刷盒130包括滾輪刷180a及滾輪刷180b。晶圓164定位在滾輪刷180a與滾輪刷180b之間。滾輪刷180a及滾輪刷180b旋轉且清潔晶圓164表面。刷盒130亦包括滾輪166，在滾輪刷180a及滾輪刷180b清潔晶圓的同時旋轉晶圓164。滾輪刷180a及滾輪刷180b藉由非磨料的軟材料製成，不會損傷晶圓164表面。
刷盒130亦包括化學品噴桿172a及化學品噴桿172b。化學品噴桿172a及化學品噴桿172b包括噴嘴或口孔175，將清潔化學品179噴灑至晶圓164表面上。化學品噴桿172可實質上與第4圖的化學品噴桿172相似。清潔化學品179可包括乙二醇。清潔化學品179可包括其他化學品而不超出本揭露實施例的範疇。
刷盒130包括複數個雜質去除系統104a、雜質去除系統104b及雜質去除系統104c。雜質去除系統104a定位鄰接第一化學品噴桿172a。雜質去除系統104a配置以執行帶電粒子分離製程，從噴灑至晶圓164上的清潔化學品179去除帶電的雜質及碎屑。雜質去除系統104b定位鄰接第二化學品噴桿172b。雜質去除系統104b配置以執行帶電粒子分離製程，從第二化學品噴桿172b噴灑至晶圓164上的清潔化學品179去除帶電的雜質及碎屑。
雜質去除系統104c定位鄰接第一滾輪刷180a。雜質去除系統104c配置以執行帶電粒子去除製程，從滾輪刷180a去除帶電的雜質及碎屑。雖然第5圖未顯示，刷盒130可包括第四雜質去除系統104，定位鄰接第二滾輪刷180b，且配置以從第二滾輪刷180b去除帶電的雜質及碎屑。第5圖的雜質去除系統104a、雜質去除系統104b及雜質去除系統104c可包括相同的構件，且可作用實質上相似於參照第1圖至第4圖所描述的雜質去除系統。在刷盒130執行清潔製程之後，晶圓運輸單元107的機器手臂將晶圓164運輸至蒸氣乾燥器132。
第6圖為根據一實施例，第1B圖的化學機械平坦化系統100的清潔器105的蒸氣乾燥器132的示意圖。晶圓164定位在抬升件183上。抬升件183在蒸氣乾燥器132內抬起或降下晶圓164。
蒸氣乾燥器132包括一池液體化學品184。蒸氣乾燥器132亦包括一加熱器186。加熱器186加熱液體化學品184。液體化學品184的加熱從液體化學品184產生蒸氣188。蒸氣188在蒸氣乾燥器132上升。抬升件183將晶圓164降下至蒸氣中。蒸氣188具有將去離子水及其他化學品推下晶圓164表面的效果。這是由於蒸氣與剩餘的去離子水及其他化學品不同的表面張力而實現的。在一範例中，液體化學品184為異丙醇。因此，蒸氣188為異丙醇蒸氣。異丙醇蒸氣藉由將去離子水及其他化學品推下晶圓164表面而乾燥晶圓164的表面。
蒸氣乾燥器132包括一雜質去除系統104。雜質去除系統104包括一第一電極108、一第二電極110及一電源112。電源112在第一電極108與第二電極110之間施加電壓或驅動電流。第一電極108及第二電極110執行帶電粒子分離製程，藉此，蒸氣188及其他流體中帶有淨電荷的雜質及碎屑被第一電極108及第二電極110吸附。雜質去除系統104的操作方式實質上與參照第1A圖至第5圖所描述的相同。在晶圓164已在清洗槽124中清潔之後，晶圓運輸單元107的機器手臂將晶圓164從清洗槽124移除，並帶著晶圓164至預清潔站126。
第7圖為方法700的流程圖。在操作702，方法700包括：藉由放置與旋轉的化學機械平坦化墊接觸的一半導體晶圓，執行化學機械平坦化製程。半導體晶圓的一個範例為第3圖的晶圓164。旋轉的化學機械平坦化墊的一個範例為第2A圖的化學機械平坦化墊140。在操作704，方法700包括：在化學機械平坦化製程期間，用一墊調節件調節化學機械平坦化墊。墊調節件的一個範例為第2A圖的墊調節件146。在操作706，方法700包括：在化學機械平坦化製程期間，用一研磨漿供給系統供給研磨漿至化學機械平坦化墊上。研磨漿供給系統的一個範例為第2A圖的研磨漿供給系統144。在操作708，方法700包括：藉由執行一帶電粒子分離製程，從研磨漿移除碎屑。
第8圖為根據一實施例，方法800的流程圖。在操作802，方法800包括：在一晶圓上執行一化學機械平坦化相關製程。晶圓的一個範例為第3圖的晶圓164。在操作804，方法800包括：在化學機械平坦化相關製程期間，在第一電極與第二電極之間施加一電壓。第一電極的一個範例為第1A圖的第一電極108。第二電極的一個範例為第1A圖的第二電極110。在操作806，方法800包括：用第一電極及第二電極，從涉及化學機械平坦化相關製程的流體吸附帶電雜質。
在一實施例中，一種在化學機械平坦化期間移除雜質的方法，包括：藉由放置與旋轉的一化學機械平坦化墊接觸的一半導體晶圓，執行一化學機械平坦化製程，且在化學機械平坦化製程期間，用一墊調節件調節化學機械平坦化墊。上述方法包括：在化學機械平坦化製程期間，用一研磨漿供給系統供給一研磨漿至化學機械平坦化墊上，且藉由執行一帶電粒子分離製程，從研磨漿移除碎屑。
在一些實施例中，執行帶電粒子分離製程包括：在鄰接化學機械平坦化墊的一第一電極與一第二電極之間施加一電壓。在一些實施例中，上述方法更包括：將第一電極及第二電極定向在流過定向(flow-by orientation)上。在一些實施例中，上述方法更包括：將第一電極及第二電極定向在流通定向(flow-through orientation)上。在一些實施例中，執行帶電粒子分離製程包括：在第一電極及第二電極之間驅動一定值電流。在一些實施例中，執行帶電粒子分離製程包括：在第一電極及第二電極之間施加一定值電壓。
在一實施例中，一種在化學機械平坦化期間移除雜質的系統，包括：一化學機械平坦化設備，配置以在一晶圓上執行化學機械平坦化相關製程。上述系統包括：一雜質去除系統，定位鄰接化學機械平坦化設備，且配置以從鄰接晶圓的一流體去除帶電雜質。上述雜質去除系統包括：一第一電極、一第二電極以及一電源，電源配置以在第一電極與第二電極之間施加一電壓。上述系統包括：一控制系統，配置以控制化學機械平坦化設備及電源。
在一些實施例中，化學機械平坦化設備包括一主研磨站。主研磨站包括：一化學機械平坦化墊、一研磨漿供給系統以及一墊調節件。研磨漿供給系統配置以將一研磨漿供給至化學機械平坦化墊上。墊調節件配置以調節化學機械平坦化墊。第一電極及第二電極定位鄰接化學機械平坦化墊。在一些實施例中，上述流體為研磨漿，且第一電極及第二電極配置以從研磨漿吸附帶電雜質。在一些實施例中，化學機械平坦化設備包括晶圓清潔設備，配置以在晶圓上執行一清潔相關製程，且上述流體為一清潔流體。在一些實施例中，化學機械平坦化設備包括填充有流體的一清潔槽，且清潔槽配置以在晶圓浸沒在流體中時清潔晶圓，其中第一電極及第二電極定位在流體中。在一些實施例中，上述流體為水。在一些實施例中，上述流體為一清潔化學品，且化學機械平坦化設備包括一噴桿，配置以將清潔化學品噴灑至晶圓上，其中第一電極及第二電極定位鄰接噴桿。在一些實施例中，上述清潔化學品為異丙醇。在一些實施例中，上述清潔化學品為乙二醇。在一些實施例中，化學機械平坦化設備包括一滾輪刷，配置以清潔晶圓，其中第一電極及第二電極定位鄰接滾輪刷。在一些實施例中，上述流體為一蒸氣，其中化學機械平坦化設備包括一蒸氣乾燥器，配置以用蒸氣乾燥晶圓，其中第一電極及第二電極定位在蒸氣中。
在一實施例中，一種在化學機械平坦化期間移除雜質的方法，包括：在一晶圓上執行一化學機械平坦化相關製程；在化學機械平坦化相關製程期間，在一第一電極與一第二電極之間施加一電壓；以及用第一電極及第二電極，從涉及化學機械平坦化相關製程的一流體吸附帶電雜質。
在一些實施例中，化學機械平坦化相關製程為一晶圓清潔製程。在一些實施例中，化學機械平坦化相關製程為一化學機械平坦化製程。
本揭露的實施例提供超越習知化學機械平坦化系統的許多優點。本揭露的實施例運用一雜質去除系統以防止對半導體晶圓及化學機械平坦化設備的損壞。因此，本揭露的實施例提高半導體晶圓的產率且減少技術人員或專家修繕或替換損壞設備的需求。反而，雜質去除系統防止模組防止了危險的碎屑損壞晶圓及化學機械平坦化墊。結果，不會浪費時間和資源來替換設備及報廢的半導體晶圓。
可結合上述的各種實施例以提供進一步的實施例。若有必要，可修飾實施例的型態，以實現各種專利、申請及公開的概念，以提供更進一步的實施例。
可基於以上的詳細說明而對實施例進行這些改變及其他改變。總體來說，在以下的申請專利範圍中，使用的用語不應被解釋為將請求項限制至在說明書及申請專利範圍揭露的特定實施例，而應被解釋為包括所有可能的實施例及此等請求項所主張之均等物的完整範疇。因此，申請專利範圍不被本揭露所限制。
100:化學機械平坦化系統 102:化學機械平坦化設備 103:研磨器 104:雜質去除系統 104a,104b,104c:雜質去除系統 105:清潔器 106:控制系統 107:晶圓運輸單元 108:第一電極 109:機器手臂 110:第二電極 112:電源 120:主研磨站 124:清洗槽 126:預清潔站 128:刷盒 130:蒸氣乾燥器 132:蒸氣乾燥器 140:化學機械平坦化墊 142:化學機械平坦化頭 144:研磨漿供給系統 146:墊調節件 152:研磨漿 154:碎屑 156:帶正電粒子 158:帶負電粒子 160:口孔 164:晶圓 166:滾輪 168:超音波換能器 170:入口 172:化學品噴桿 172a,172b:化學品噴桿 174:滾輪系統 175:噴嘴或口孔 176:清潔手臂 177:清潔化學品 179:清潔化學品 180a,180b:滾輪刷 183:抬升件 184:液體化學品 186:加熱器 188:蒸氣 700,800:方法 702,704,706,708,802,804,806:操作 H:高度 L:長度 W:寬度
第1A圖為根據一實施例，化學機械平坦化系統的方塊圖。 第1B圖為根據一實施例，化學機械平坦化系統的示意圖。 第2A圖及第2B圖為根據一實施例，化學機械平坦化系統的主研磨站的示意圖。 第2C圖及第2D圖為根據一實施例，雜質去除系統的示意圖。 第3圖為根據一實施例，化學機械平坦化系統的清洗槽的示意圖。 第4圖為根據一實施例，化學機械平坦化系統的預清潔站的示意圖。 第5圖為根據一實施例，化學機械平坦化系統的刷盒的示意圖。 第6圖為根據一實施例，化學機械平坦化系統的蒸氣乾燥器的示意圖。 第7圖為根據一實施例，用於操作化學機械平坦化系統的方法的流程圖。 第8圖為根據一實施例，用於操作化學機械平坦化系統的方法的流程圖。
700:方法
702,704,706,708:操作

Claims (20)

  1. 一種在化學機械平坦化期間移除雜質的方法，包括： 藉由放置與旋轉的一化學機械平坦化墊接觸的一半導體晶圓，執行一化學機械平坦化製程； 在該化學機械平坦化製程期間，用一墊調節件調節該化學機械平坦化墊； 在該化學機械平坦化製程期間，用一研磨漿供給系統供給一研磨漿至該化學機械平坦化墊上；以及 藉由執行一帶電粒子分離製程，從該研磨漿移除碎屑。
  2. 如請求項1之方法，其中執行該帶電粒子分離製程包括：在鄰接該化學機械平坦化墊的一第一電極與一第二電極之間施加一電壓。
  3. 如請求項2之方法，更包括：將該第一電極及該第二電極定向在流過定向上。
  4. 如請求項2之方法，更包括：將該第一電極及該第二電極定向在流通定向上。
  5. 如請求項2之方法，其中執行該帶電粒子分離製程包括：在該第一電極及該第二電極之間驅動一定值電流。
  6. 如請求項2之方法，其中執行該帶電粒子分離製程包括：在該第一電極及該第二電極之間施加一定值電壓。
  7. 一種在化學機械平坦化期間移除雜質的系統，包括： 一化學機械平坦化設備，配置以在一晶圓上執行化學機械平坦化相關製程； 一雜質去除系統，定位鄰接該化學機械平坦化設備，且配置以從鄰接該晶圓的一流體去除帶電雜質，並包括： 一第一電極； 一第二電極；以及 一電源，配置以在該第一電極與該第二電極之間施加一電壓；以及 一控制系統，配置以控制該化學機械平坦化設備及該電源。
  8. 如請求項7之系統，其中該化學機械平坦化設備包括一主研磨站，包括： 一化學機械平坦化墊； 一研磨漿供給系統，配置以將一研磨漿供給至該化學機械平坦化墊上；以及 一墊調節件，配置以調節該化學機械平坦化墊，其中該第一電極及該第二電極定位鄰接該化學機械平坦化墊。
  9. 如請求項8之系統，其中該流體為該研磨漿，且該第一電極及該第二電極配置以從該研磨漿吸附該帶電雜質。
  10. 如請求項7之系統，其中該化學機械平坦化設備包括晶圓清潔設備，配置以在該晶圓上執行一清潔相關製程，且該流體為一清潔流體。
  11. 如請求項10之系統，其中該化學機械平坦化設備包括填充有該流體的一清潔槽，且該清潔槽配置以在該晶圓浸沒在該流體中時清潔該晶圓，其中該第一電極及該第二電極定位在該流體中。
  12. 如請求項11之系統，其中該流體為水。
  13. 如請求項10之系統，其中該流體為一清潔化學品，且該化學機械平坦化設備包括一噴桿，配置以將該清潔化學品噴灑至該晶圓上，其中該第一電極及該第二電極定位鄰接該噴桿。
  14. 如請求項13之系統，其中該清潔化學品為異丙醇。
  15. 如請求項13之系統，其中該清潔化學品為乙二醇。
  16. 如請求項13之系統，其中該化學機械平坦化設備包括一滾輪刷，配置以清潔該晶圓，其中該第一電極及該第二電極定位鄰接該滾輪刷。
  17. 如請求項13之系統，其中該流體為一蒸氣，其中該化學機械平坦化設備包括一蒸氣乾燥器，配置以用該蒸氣乾燥該晶圓，其中該第一電極及該第二電極定位在該蒸氣中。
  18. 一種在化學機械平坦化期間移除雜質的方法，包括： 在一晶圓上執行一化學機械平坦化相關製程； 在該化學機械平坦化相關製程期間，在一第一電極與一第二電極之間施加一電壓；以及 用該第一電極及該第二電極，從涉及該化學機械平坦化相關製程的一流體吸附帶電雜質。
  19. 如請求項18之方法，其中該化學機械平坦化相關製程為一晶圓清潔製程。
  20. 如請求項18之方法，其中該化學機械平坦化相關製程為一化學機械平坦化製程。
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