TW202306696A - 用於在化學機械研磨（ｃｍｐ）期間減少漿料的噴塗系統 - Google Patents

用於在化學機械研磨（ｃｍｐ）期間減少漿料的噴塗系統 Download PDF

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Abstract

本文揭露了用於將研磨流體分配到化學機械研磨(CMP)系統內的研磨墊上的方法和設備。具體言之，本文的實施例係關於一種CMP研磨方法，該方法包括以下步驟：使用載體組件將基板推抵研磨系統的墊的表面。流體以可變流速從流體輸送組件分配到墊上，且可變流速的第一流速以一頻率和一工作週期脈衝。該頻率是指墊每一旋轉在第一流速下的流體的脈衝數。術語工作週期是指墊每旋轉一圈暴露於流體的墊的百分比。當載體組件繞一旋轉軸旋轉的同時，使載體組件橫跨在墊的表面上平移。

Description

用於在化學機械研磨(CMP)期間減少漿料的噴塗系統
本揭露的實施例總體上係關於用於製造半導體元件的化學機械研磨(CMP)系統和方法。具體言之，本文的實施例係關於用於使用減少的研磨流體量來均勻地分配研磨流體的系統和方法。
化學機械研磨（CMP）通常用於半導體元件的製造中，以平坦化或研磨沉積在基板表面上的一層材料。在典型的CMP製程中，基板固持在基板載體中，該基板載體在存在研磨流體的情況下將基板的背面壓向旋轉的研磨墊。一般來說，研磨流體包括一個或多個化學成分的水溶液和懸浮在水溶液中的奈米級磨粒。透過由研磨流體及基板和研磨墊的相對運動所提供的化學和機械活動（activity）的結合，將與研磨墊接觸的橫跨過基板的材料層表面去除材料。
研磨流體大體從第一臂向研磨墊的中心分配到研磨墊上，使得研磨流體隨著研磨墊的旋轉而向研磨墊的外邊緣遷移。研磨流體經常積聚在基板載體下方的基板邊緣附近。研磨流體在基板邊緣附近的積聚導致不均勻的基板材料去除分佈，並導致邊緣附近的去除速率增加或降低。典型的流體分配漿料管或漿料輸送硬體在低流速下不能均勻地分配流體。如此一來，使用高流速的連續流體，這在操作期間浪費了流體。
因此，工業中需要用於均勻地分佈研磨流體的系統和方法，該系統和方法減少了流體消耗，同時對墊壽命的影響最小。
在一些實施例中，提供了一種研磨基板的方法，包括以下步驟：使用載體組件將基板推抵研磨系統的墊的表面及以一可變流速將流體從流體輸送組件分配到墊上。該可變流速的第一流速以一頻率和一工作週期脈衝，其中該頻率是該墊的每一旋轉在第一流速下的流體的脈衝數以及該工作週期是該墊的每一旋轉該墊暴露於流體的百分比（percentage）。該方法包括以下步驟：當該載體組件繞一旋轉軸旋轉的同時，使該載體組件橫跨在該墊的一表面上平移。
在一些實施例中，提供了一種用於處理基板的設備。該設備包括設置在平臺（platen）上的墊。墊具有墊半徑和中心軸，該墊半徑從該中心軸延伸。載體組件經配置設置在該墊的一表面上並且具有從該載體組件的一旋轉軸延伸的一載體半徑。提供了一種流體輸送組件，其包括一個或多個噴嘴，每個噴嘴耦接到快速致動閥。
在一些實施例中，提供了一種流體輸送組件，其包括臂、耦接到臂的板及一個或多個扇形（fan）噴嘴，該一個或多個扇形噴嘴經配置分配具有扁平扇形（flat fan）噴流形狀的加壓流體。每個噴嘴耦接到板的一部分及耦接到快速啟動閥。 噴嘴之間的間距可沿板的長度調整。
本揭露的實施例一般係關於用於藉由控制研磨流體輸送到CMP系統內的研磨墊上來減少化學機械研磨(CMP)處理中的研磨流體使用的設備和方法。使用一個或多個具有可變流體流速的流體噴嘴輸送研磨流體，例如開和關脈衝。流體噴嘴定位在研磨系統上靠近旋轉載體組件的平移路徑的前緣，使得在流體分配後不久，設置在旋轉載體組件上的基板通過流體。流體噴嘴沿組件的不同徑向位置定位在組件上，並且能夠將扁平的研磨流體噴流分配到研磨墊的不同區域。例如藉由控制脈衝的工作週期和分配的頻率獨立控制扁平噴流的各者。如本文所用的術語「工作週期」是指墊的每個完整旋轉時墊暴露於來自流體噴嘴的流體之百分比，術語「頻率」是指墊的每個完整旋轉時流體噴嘴切換到開啟位置的次數。
習知的流體分配系統使用從噴嘴分配到研磨墊上的連續流速的研磨流體。研磨流體的連續流導致在基板到達流體之前研磨流體的一部分損失掉。此外，習知的流體分配系統通常使用單個噴嘴來分配流體。如此一來，需要大量的流體以在基板的某些區域實現期望的流體積聚。相比之下，本文提供的設備和方法能夠控制在基板的不同區域分配流體並且使流體脈衝化（pulse），使得在操作期間分配更少的流體。取決於研磨流體的化學成分和應用，實現減少大於10％的研磨流體的量，例如相對於習知製程減少約30％至約50％。在一些習知流體分配製程中，習知系統以200mL/min或更大的速率分配研磨流體。相較之下，本文所述之設備和方法以約80mL/min至約190mL/min（如約100mL/min至約140mL/min）分配研磨流體。藉由使一個或多個指向墊的不同區域的噴嘴產生脈衝，可以降低速率。
用於CMP製程的典型研磨流體包括一個或多個化學成分的水溶液以及懸浮在水溶液中的奈米級磨粒。CMP處理期間靠近基板邊緣的流體積聚和流體成分濃度（如研磨流體積聚和研磨顆粒和/或研磨流體的化學成分的濃度）的增加或減少可以加速或減速靠近基板的邊緣之去除速率。
已經發現，對習知系統使用低於200mL/min的低流速會降低去除速率或增加缺陷的發生。相比之下，本文提供的製程和設備能夠減少流體流量並增加墊表面的均勻覆蓋，而不會影響去除速率和/或不會增加缺陷的發生。在可以與本文所述之其他實施例結合的一些實施例中，複數個噴嘴定位在組件上並且被引導為相對於墊的中心徑向向內對準的扁平噴流噴塗。在一些配置中，該製程考慮了墊和/或平臺的幾何形狀以及流體如何沿著研磨墊行進以及在基板載體和基板下方以將流體輸送到基板的期望部分（如研磨的邊緣），而實質上不會影響基板的其他區域（如基板的中心）上的濃度和/或流量。在可以與本文所述之其他實施例結合的一些實施例中，基板載體旋轉速度和平臺旋轉速度變化。平臺和基板載體組件的旋轉速度都會影響到研磨流體對研磨製程的影響。這可能會改變製程結果及用於獲得預定結果。
在可以與本文所述之其他實施例結合的一些實施例中，基板載體以每分鐘約30轉(rpm)至約165rpm，例如約50rpm至約150rpm的速度旋轉。在可以與本文所述之其他實施例結合的一些實施例中，可在平臺旋轉時固持住（held）基板載體組件。平臺可以以約20rpm至約150rpm（如約35rpm至約120rpm）的速度旋轉。
在一些實施例中，基板載體和平臺可以以比本文列出的那些更高或更低的轉速範圍旋轉，並且可經調整以適應不同的研磨應用。雖然在一些實施例中，基板載體和平臺都以相似的速度旋轉，但在其他實施例中，基板載體和平臺以不同的速度旋轉，使得基板載體的旋轉速度比平臺快，或者平臺的旋轉速度比基板載體快。在本文揭露的實施例中，將基板的邊緣定義為基板的最外側10mm，使得基板的中心部分是直徑為300mm的基板的半徑的最內側140mm。
圖1是根據一些實施例的可與本文提供的方法一起使用的研磨系統100的示意性側視圖。研磨系統100包括框架(未圖示)和複數個面板101，框架和複數個面板101界定基板處理環境103。研磨系統100包括設置在基板處理環境103內的複數個研磨站102(表示了一個)和複數個基板載體組件104(表示了一個)。
如圖1所示，研磨站102包括平臺106、安裝在平臺106上並固定到其上的研磨墊105、用於清洗和/或復原（rejuvenating）研磨墊的墊調節器組件138、用於分配一種或多種流體（如研磨流體和/或水）到研磨墊105上的流體輸送組件112、經配置被設置在研磨墊105上的旋轉基板載體組件104、及控制器160。在一些實施例中，研磨站102除了簡化的（reduced）流體輸送組件112之外，進一步包括用於將一種或多種流體（如研磨流體和/或水）分配到研磨墊105上的輔助（secondary）流體輸送組件110。在一些實施例中，研磨站102包括單個簡化的流體輸送組件112。控制器160連接到平臺106、墊調節器組件138和流體輸送組件112中的各者。此處，平臺106設置在基底板114上方並由平臺屏蔽件120(均以橫截面表示)繞接（circumscribe），平臺106、基底板114與平臺屏蔽件120共同地界定排出集中區（drainage basin）116。排出集中區116用於收集從平臺106徑向向外旋轉的流體，以及透過與之流體連通的排出口118排出流體。
墊調節器組件138用於藉由用刷子（未圖示）將研磨副產物自其掃除以及／或藉由透過推動研磨墊調節盤124（如鑽石浸漬盤）與其抵靠來清洗和/或復原研磨墊105。墊調節操作可在研磨基板之間進行（即非原位（ex-situ）調節），與研磨基板同時進行（即原位調節），或在兩者進行。
這裡，墊調節器組件138包括設置在基底板114上的第一調節器致動器126、耦接到第一調節器致動器126的調節器臂128、以及具有固定地耦接到其上的調節器盤124的調節器安裝板130。調節器臂128的第一端耦接到第一調節器致動器126，及安裝板130耦接到調節器臂128遠離第一端的第二端。第一調節器致動器126用於繞軸C掃動調節器臂128，從而使調節器盤124掃動，使得調節器盤124在研磨墊105的內半徑和研磨墊105的外半徑之間擺動而研磨墊105在下方旋轉。在一些實施例中，墊調節器組件138進一步包括第二調節器致動器132，第二調節器致動器132設置在調節器臂128的第二端處並耦接至調節器臂128的第二端，第二調節器致動器132用於使調節器盤124繞軸D旋轉。通常，安裝板130使用設置在其間的軸133耦接到第二調節器致動器132。
大體上，旋轉基板載體組件104來回掃過平臺106的期望區域，同時研磨墊105繞其下方的平臺軸B旋轉。在一些配置中，基板載體組件104相對於研磨墊105和平臺106在徑向方向上旋轉和移動，使得基板載體組件104可以沿著旋轉研磨墊105的半徑移動。在其他配置中，基板載體組件104相對於CMP研磨系統(未圖示)的中心在一弧形路徑上旋轉和移動，以及因此在橫跨過研磨墊105和平臺106的一非徑向方向上旋轉和移動。使用第一致動器170旋轉和移動基板載體組件104。第一致動器170在軸處連接到基板載體組件104，且可包括一軌道或一組軌道(未圖示)以使基板載體組件104能夠在徑向路徑或在橫跨過研磨墊105表面的弧形路徑中的一者上移動。
基板載具組件104的特徵在於承載頭146、承載環組件149及彈性膜150，承載環組件149耦接到承載頭146，彈性膜150設置在載體環組件149的徑向向內以在處理期間固持基板148和使基板148推抵研磨墊105。承載環組件149包括下環形部分和上環形部分，例如分別為基板固持環149a和墊環149b。基板固持環149a通常由聚合物形成，該聚合物使用設置在其中的接合層(未圖示)接合到墊環149b。墊環149b由諸如金屬或陶瓷的剛性材料形成，且使用複數個緊固件(未圖示)固定到承載頭146。用於分別形成基板固持環149a和墊環149b的合適材料的實例包括本文所述之研磨流體耐化學腐蝕聚合物、金屬和/或陶瓷中的任何一者或組合。彈性膜150通常使用一個或多個環形膜夾耦接到承載頭146，彈性膜150與承載頭146一起界定空間151。
在基板處理期間，基板固持環149a圍繞基板148以防止基板148從基板載體組件104下方滑落。通常，在研磨期間空間151被加壓以使彈性膜150在基板148上施加向下的力，同時基板載體組件104繞承載軸A旋轉，從而將基板148推抵研磨墊105。承載軸A在本文中也可被稱為旋轉軸，基板載體組件104在處理期間繞其旋轉。在研磨之前和之後，對空間151施加真空，使得彈性膜150向上偏轉以在彈性膜150和基板148之間形成低壓袋（low pressure pocket），從而將基板148真空吸附到基板載體組件104。
流體輸送組件112包括一個或多個輸送噴嘴144。一個或多個輸送噴嘴144經配置在靠近基板載體組件104的前緣的研磨墊105上提供流體（如研磨流體或水）。在一些實施例中，流體輸送組件112耦接到墊調節器組件（如圖2A-D的組件238中所示）。在一些實施例中，流體輸送組件112與墊調節器組件分離並且靠近墊調節器組件(如圖1、3A和3B中的墊調節器組件128和流體輸送組件112所示)。
控制器160連接到平臺106、墊調節器組件138、流體輸送組件112和基板載體組件104中的各者。在可以與本文所述之其他實施例結合的一些實施例中，控制器160協調平臺106的旋轉以及藉由流體輸送組件112將研磨流體或水分配到研磨墊105上。在一些實施中，控制器160藉由第二流體輸送組件110來協調將研磨流體或水分配到研磨墊105上。在可以與本文所述之其他實施例結合的一些實施例中，第二流體輸送組件110將冷卻流體分配到研磨墊105上以降低研磨墊105的溫度。隨著平臺轉速降低，控制器160可以增加來自第二流體輸送組件110的冷卻流體。冷卻流體可以是去離子水、氮氣或其組合。控制器160控制基板載體組件104的移動並且可以增加或減少由基板載體組件104施加到基板148上的壓力量。控制器160包括脈衝寬度調變控制面板（PWM面板（PWM panel））161或通訊地耦接到PWM面板161。PWM面板161控制流體輸送組件112的每個輸送噴嘴144。
圖2A和2B是根據一些實施例的類似於研磨系統100的研磨系統的示意性平面圖，不同之處在於流體輸送組件112耦接到墊調節器組件138並且一起被繪示為墊調節器、流體輸送組件238。
墊調節器、流體輸送組件238、第二流體輸送組件110和基板載體組件104設置在研磨墊105上方。在一個實例中，研磨墊105藉由耦接到平臺106的旋轉致動器(未圖示)繞平臺軸B(圖1)沿逆時針方向202旋轉。當從上方觀察時，調節器安裝板130和基板載體組件104通常也沿逆時針方向204旋轉。在圖2A和2B的實施例中，研磨墊105、調節器安裝板130和基板載體組件104中的各者都沿相同方向旋轉。在一些實施例中，研磨墊105、平臺106、調節器安裝板130和基板載體組件104沿順時針方向旋轉。在一些實施例中，研磨墊105、平臺106、調節器安裝板130和基板載體組件104中的一個或多個沿順時針方向旋轉，而其他部件沿逆時針方向旋轉。墊調節器、流體輸送組件238包括可移動臂220、一個或多個延伸器（extender）222A、222B和流體噴嘴板224，可移動臂220從支點230樞轉，一個或多個延伸器222A、222B耦接到可移動臂220。可移動臂220可沿路徑212移動。流體噴嘴板224包括一個或多個噴流噴塗噴嘴144a、144b、144c。每個噴嘴耦接到對應的快速致動閥228a、228b、228c，如電磁閥。快速致動閥228a、228b、228c由PWM面板161控制。類似於流體輸送組件138，PWM面板161控制墊調節器、流體輸送組件238的噴流噴塗噴嘴144a、144b、144c的各者。調節器安裝板130設置在可移動臂220的遠端（distal end）上，與支點230相對。
研磨墊105的墊半徑266為約5英吋(127mm)至約15英吋(381mm)，例如約6英吋(152mm)至約10英吋(154mm)，例如約7英吋( 178 毫米）至約 8 英吋（203 毫米）。如圖2A和2B所示，墊調節器、流體輸送組件238可以是可移動的，例如從圖2A所示的第一位置移動到圖2B所示的第二位置。在一些實施例中，來自墊調節器、流體輸送組件238的流體分配在圖2B所示的第二位置中。在墊調節期間或在不調節墊時，至少部分地分配流體。
在一些實施例中，例如當流體輸送組件238處於第一位置時，流體輸送組件238的至少一部分經配置輸送在研磨墊105的墊半徑266的至少50％（如超過研磨墊105的墊半徑266的至少60%，如超過墊半徑266的至少80%）的一位置處的流體。噴流噴塗噴嘴144a、144b、144c相對於彼此對準且/或沿著噴嘴板224的長度對準，如圖2A和2B所示。噴嘴板224定位成第一主表面相對於從支點230測量的墊的半徑以角度θ1定向。在一些實施例中，噴嘴板224的長度設置為與沿著研磨墊105的半徑的軸實質垂直，如約80度至約110度。在一些實施例中，例如當流體輸送組件238處於第二位置時，流體輸送組件238的至少一部分經配置在墊半徑的約40％至約60％的位置處輸送流體266。或者或甚者，流體輸送組件238的至少一部分經配置在小於墊半徑266的50％（如約10％至約30％）的位置處輸送流體。在一些實施例中，流體輸送組件238經配置沿整個墊半徑266輸送流體。每個噴嘴（如144a、144b、144c）對應於研磨墊105的區域（如內部區域、中間區域和外部區域）。在一些實施例中，噴嘴板224的長度與墊半徑實質對準。噴嘴板224定位成第一主表面相對於從支點230測量的墊的半徑以角度θ2定向，角度θ2小於10度，如約0度到5度。在可以與其他實施例結合的一些實施例中，噴嘴板224的位置在操作期間被固定在第二位置。在可以與其他實施例結合的一些實施例中，流體噴嘴144a、144b、144c中的各者距基板載體組件104約70mm至約120mm，如約80mm至約100mm。在可以與其他實施例結合的一些實施例中，流體噴嘴144a、144b、144c中的各者距墊約10mm至約50mm，如約20mm至約30mm。
圖2C是圖2B的研磨系統100的立體圖（如在第二位置）。每個噴嘴144a、144b、144c經配置分別分配噴流噴塗236a、236b、236c。儘管圖2A-2C將延伸器222A繪示成比延伸器222B短，但也可以設想其他相對長度。圖2D繪示具有墊調節器、流體輸送組件238的研磨系統的示意性平面圖，墊調節器、流體輸送組件238具有長度實質相同的延伸器222A、222B。流體噴嘴板224實質上平行於可移動臂220。
圖3A是根據一些實施例的類似於研磨系統100且其中流體輸送組件112與墊調節器組件138分離的研磨系統的示意性平面圖。流體輸送組件112包括與墊調節器組件138的支點230相鄰的基部302。基部302耦接到致動器304，如線性致動器。致動器304在一個或多個位置(如322A、322B)處耦接到流體噴嘴板324。在操作期間，致動器304能夠沿著路徑306從縮回位置移動到延伸位置。流體噴嘴144a、144b、144c在延伸位置被噴塗。在一些實施例中，隨著致動器在縮回位置和延伸位置之間移動，流體噴嘴144a、144b、144c被噴塗。流體噴嘴板324類似於圖2A-2D中繪示的流體噴嘴板224並且包括快速致動閥328a、328b、328c，例如電磁閥。快速致動閥328a、328b、328c與快速致動閥228a、228b、228c實質相同，不同之處在於它們平行於流體噴嘴板324定向而不是與其垂直定向。亦可以設想快速致動閥的任何定向。在一些實施例中，在操作期間，流體輸送組件112在用墊調節器組件138調節期間處於縮回位置。
圖3B是根據一些實施例的圖3A的研磨系統的立體圖。線性致動器304所示為耦接到可沿軌道308移動的塊310。塊310耦接到延伸器322A、322B，延伸器322A、322B耦接到流體噴嘴板324。儘管流體噴嘴板324所示為垂直於墊定向，但也可設想其他定向和配置。在一些實施例中，線性致動器304耦接到平行於墊定向的板。水平定向的板直接耦接到流體噴嘴144a、144b、144c，使得流體噴嘴144a、144b、144c定位在流體噴嘴板324和墊之間。在具有水平定向板的實施例中不使用延伸器322A、322B。儘管圖 2A、2B、2C、2D、3A和3B繪示在噴嘴板224的面向臂220的一側上的流體噴嘴 144a、144b、144c，但也可以設想額外的流體噴嘴以及/或可以設想流體噴嘴144a、144b、144c中的一個或多個設置在噴嘴板224的相對側上。
圖4是根據一些實施例的噴嘴114和快速致動閥228的截面圖。噴流噴塗236是具有約15度至約110度（如約30度至約90度、如約40度至約60度）的角度θ3的扁平噴流噴塗。在一些實施例中，選擇每個噴嘴直徑以控制扁平噴流噴塗角度θ3。噴嘴直徑的範圍從約0.005英吋到約0.2英吋，如約0.007到約0.15英吋。噴流噴塗佈置成覆蓋研磨墊105的不同區域，例如墊半徑266的不同徑向位置。每個噴嘴 144藉由配接器402耦接到對應的快速致動閥228。快速致動閥的入口404接收流體，如研磨流體和/或水。流體流過配接器402並透過出口406流過噴嘴144。每個噴嘴144具有出口406半徑，該出口406半徑是可移除的並且能夠根據研磨流體和/或製程的類型與具有不同出口半徑的其他噴嘴交換。儘管在圖中繪示三個噴嘴，但可以設想任何數量的噴嘴，例如1個至5個噴嘴。選擇噴嘴出口406尺寸以產生扇形霧而不改變分配流體的化學性質。選擇太小的出口尺寸會導致化學變化，例如懸浮在研磨介質中的奈米材料（如磨料）的百分比降低。此外，出口尺寸太小導致霧不會在研磨墊105上產生期望的噴流圖案或期望的流體壓力。在一些實施例中，噴嘴144a、144b、144c與快速致動閥228a、228b、228c耦接，使得流體僅接觸從漿料管線到每個噴嘴的出口的非腐蝕性表面。
圖5是流體噴嘴板224的第一主表面224a的平面圖。噴嘴板224包括從噴嘴板224的第一主表面到第二主表面穿過其中設置的一個或多個孔502。孔502經配置接收緊固件508，該緊固件508用於將一個或多個調整板504耦接在其上。每個調整板504包括穿過其中的孔506以接收緊固件508。每個調整板504可沿噴嘴板224的長度512和/或沿噴嘴板224的高度510調整。每個調整板504耦接到對應的快速致動閥228和噴嘴144，使得噴嘴144在研磨墊105上方的徑向位置是可調整的且/或墊和噴嘴之間的距離是可調整的。研磨墊105與噴嘴144之間的距離為約50mm至約80mm，例如約60mm至約70mm。A返回參考圖4，藉由改變噴嘴出口尺寸和/或從噴嘴到研磨墊105的距離可以控制噴流噴塗的跨度（span）408。在一些實施例中，每個相鄰噴流噴塗的跨度408是重疊的。跨度408可為約80mm至約130mm，例如約90mm至約100mm，或約110mm至約120mm。
圖6和7是根據一些實施例的示例性流體輸送系統的示意圖。如流體輸送系統600所示，每個快速致動閥228a、228b、228c(如統稱為228)流體耦接到單個研磨流體供應容器606。此外，每個快速致動閥228與氣體源602和/或水源604（如去離子水(DIW)源）流體耦接。由氣體源602提供的氣體是乾淨乾燥空氣(CDA)或雙原子氮，並且可以用於對研磨流體供應容器606加壓以控制噴嘴的總液體流速。在一些實施例中，來自氣體源602的氣體用於控制一種或多種流體的溫度。來自單個研磨流體供應容器606的研磨流體經由循環流620連續循環，以防止研磨流體在管線內沉降（settling）。每個快速致動閥228通訊地耦接到PWM面板161的對應PWM板（PWM board）161a、161b、161c。PWM板向對應的快速致動閥228提供打開和關閉信號，使得每個閥以研磨墊105每一旋轉的預定頻率和預定工作週期打開和關閉，該預定工作週期是研磨墊105的每一旋轉研磨墊105暴露於流體的百分比。PWM板通訊地耦接到流量計608、610、612，流量計608、610、612監控在每個閥144a、144c、144d的入口上游的每個管線的流量。如本文所用，術語「上游」是相對於流體的流動方向。
在流體輸送系統700中，每個快速致動閥228流體耦接到對應的研磨流體供應容器706a、706b、706c。由氣體源602提供的氣體是雙原子氮或乾淨乾燥空氣，並且可用於對每個研磨流體供應容器706a、706b、706c加壓，以控制每個對應的快速致動閥228的液體流速。PWM面板161的PWM板通訊地耦接到流量計708、710、712，流量計708、710、712監控在每個閥144a、144c、144d的入口上游的每個管線的流量。
圖8是根據本揭示案的一些態樣的研磨基板的方法800的流程圖。方法800包括以下步驟：將基板推802抵研磨系統的研磨墊105的表面，以一可變流速將流體從流體輸送組件分配804到研磨墊105上，及當該載體組件繞一旋轉軸旋轉的同時，使該載體組件橫跨在該研磨墊105的表面上平移806。分配804流體的步驟包括以下步驟：以該可變流速的第一流速分配來自一個或多個噴嘴的流體。第一流速對應於快速致動閥在一頻率和一工作週期下的打開（OPEN）位置。每個噴嘴在與設置在噴嘴下方的研磨墊105上方的徑向位置相對應的區域處分配流體。分配804流體的步驟包括以下步驟：針對DIW淨化將工作週期針對至少一個墊旋轉的至少一個噴嘴設置為100%或針對以研磨流體起動注給（priming）研磨墊來獲取一連續流。針對至少一個噴嘴的將工作週期降低到小於100%的工作週期。每個噴嘴的工作週期設置為約10％至約90％，例如約25％至約75％，例如約50％至約60％。分配的步驟進一步包括以下步驟：設置脈衝流體的頻率。在一些實施例中，用DIW淨化噴嘴144a、144b、144c中的一個或多個以防止噴嘴堵塞（clogging）。
圖9繪示根據一些實施例的橫跨研磨墊105的示例性噴塗區域輪廓。水平軸920對應於從研磨墊105的中心到研磨墊105的外邊緣暴露於一個或多個噴嘴的相應噴流噴塗的一位置，且垂直軸922對應於噴流噴塗的流速分佈（如每分鐘毫升）。每個區域對應於通過該區域的基板載體組件104的徑向部分。繪示基板直徑902和基板中心904以說明對應於在噴塗之後通過該區域的基板的區域輪廓。每個區域（如內部區域910、中間區域912和外部區域914）都可以根據製程進行控制。對應於內部區域910的第一噴嘴可以距墊中心約70mm至約80mm，對應於中間區域912的第二噴嘴可以距墊中心約160mm至約180mm，及對應於外部區域914的第三噴嘴可以距墊中心約250至約270mm。圖9中所示的示例性分佈繪示在內部910、中間912和外部區域914之間劃分的每分鐘100mL的總流速。該等區域在內部區域910中具有約30mL/min的流量分佈，在中間區域912中具有約45mL/min，及在外部區域中具有25mL/min。
在一些實施例中，外部區域對應於具有相對於至少一個其他噴嘴更大或更小的出口直徑的噴嘴。在一些實施例中，內部區域對應於具有相對於至少一個其他噴嘴更小或更大的出口直徑的噴嘴。在一些實施例中，外部區域對應於具有相對於至少一個其他區域更高或更低流速的噴嘴。不受理論束縛，咸信在相對於其他區域徑向向外設置的區域處損失了更多流體，因為流體由於離心力而迅速從研磨墊105流出。傳統上，為了解決流體損失，增加分配的總研磨流體。相比之下，本文所述之研磨系統和方法能夠增加目標區域的研磨流體流量，例如增加設置在外部區域914中的噴嘴處的流體流速。增加一個區域可以藉由減少其他區域來代替，使得總流速不受影響。
用於控制一個或多個區域的製程參數包括調整平臺速度、總流速、基板中心位置、跨區域的流速比、研磨流體供應容器壓力、噴塗噴流跨度、噴塗噴流角度、閥門處於打開位置的持續時間、工作週期、頻率、噴嘴和研磨墊之間的距離、每個噴嘴相對於墊半徑的位置或以上的組合。基於每個噴嘴相對於彼此的可變流速來決定橫跨過噴嘴的流體流速比。每個噴嘴在墊的相應區域分配以形成噴塗輪廓。藉由調整分配在每個區域上的流體的流速比來形成該輪廓。平臺速度包括使平臺以約70rpm至約120rpm（如約80rpm至約100rpm）旋轉。在一些實施例中，每個區域具有約20％至約70％的工作週期，如約30％至約50％。在一些實施例中，每個噴嘴具有約10Hz至約40Hz的頻率，如約15Hz至約30Hz。
圖10是研磨墊105上的噴塗圖案1000的示意性頂視圖。噴塗部分1004繪示在平臺的單次旋轉中研磨墊105暴露於流體的部分。對應部分1002繪示研磨墊105的未暴露於流體的部分。在額外旋轉後的後續噴塗圖案可以補充或至少重疊圖10中繪示的圖案1000。如圖10所示，每個噴嘴可以具有相同的噴塗圖案，以使內部區域1040、中間區域1012和外部區域1010對準。或者，每個噴嘴可以有不同的噴塗圖案，使得該等區域沒有對準，如圖11所示。噴塗部分1104繪示在平臺的單次旋轉中研磨墊105暴露於流體的部分。對應部分1102繪示研磨墊105的未暴露於流體的部分。噴塗圖案1100表示在內部區域1140、中間區域1112和內部區域1110中的不同噴塗圖案。還可以設想其他噴塗圖案，例如不同數量的噴塗（如頻率）和不同的噴塗持續時間和墊覆蓋率（如工作週期）。在圖10中繪示的噴塗圖案1000中，噴嘴被噴塗8次，但是可以設想每一旋轉的其他噴塗次數，例如2次至5次，或10次至15次，或20次至25次。
已經發現到，本文所述之流體輸送系統和方法藉由將流體均勻地分佈在墊上而延長了研磨墊的壽命。習知的流體輸送系統在墊上的單個位置分配流體，這會在墊的其他位置（如靠近墊的中心）產生高摩擦和升高的溫度。隨著時間的推移，與習知流體輸送系統一起使用的墊會隨著時間的推移而磨損並以一定的頻率更換。與本文所述之流體輸送系統和方法一起使用的墊經受較少的摩擦和磨損，並且相對於習知系統和方法而言更換頻率較低。
45:內部區域 100:研磨系統 101:面板 102:研磨站 103:基板處理環境 104:基板載體組件 105:研磨墊 106:平臺 110:輔助流體輸送組件 112:流體輸送組件 114:基底板 116:排出集中區 118:排出口 120:平臺屏蔽件 124:研磨墊調節盤 126:第一調節器致動器 128:調節器臂 130:調節器安裝板 132:第二調節器致動器 133:軸 138:墊調節器組件 144:輸送噴嘴 144a:噴流噴塗噴嘴 144b:噴流噴塗噴嘴 144c:噴流噴塗噴嘴 144d:閥 146:承載頭 148:基板 149:承載環組件 149a:基板固持環 149b:墊環 150:彈性膜 160:控制器 161:PWM面板 161a:PWM板 161b:PWM板 161c:PWM板 170:第一致動器 202:逆時針方向 204:逆時針方向 212:路徑 220:可移動臂 222A:延伸器 222B:延伸器 224:流體噴嘴板 224a:第一主表面 228:快速致動閥 228a:快速致動閥 228b:快速致動閥 228c:快速致動閥 230:支點 236:噴流噴塗 236a:噴流噴塗 236b:噴流噴塗 236c:噴流噴塗 238:流體輸送組件 266:墊半徑 302:基部 304:致動器 306:路徑 308:軌道 310:塊 322A:延伸器 322B:延伸器 324:流體噴嘴板 328a:快速致動閥 328b:快速致動閥 328c:快速致動閥 402:配接器 406:出口 408:跨度 502:孔 504:調整板 506:孔 508:緊固件 510:高度 512:長度 600:流體輸送系統 602:氣體源 604:水源 606:單個研磨流體供應容器 608:流量計 610:流量計 612:流量計 620:循環流 700:流體輸送系統 706a:研磨流體供應容器 706b:研磨流體供應容器 706c:研磨流體供應容器 708:流量計 710:流量計 712:流量計 800:方法 802:推 804:分配 806:平移 902:基板直徑 904:基板中心 910:內部區域 912:中間區域 914:外部區域 920:水平軸 922:垂直軸 1000:噴塗圖案 1002:部分 1004:噴塗部分 1010:外部區域 1012:中間區域 1040:內部區域 1100:噴塗圖案 1102:部分 1104:噴塗部分 1110:內部區域 1112:中間區域 1140:內部區域
本揭示案之特徵已簡要概述於前，並在以下有更詳盡之討論，可以藉由參考所附圖式中繪示之本案實施例以作瞭解。然而，值得注意的是，所附圖式只繪示了示範實施例且不會視為其範圍之限制，本揭示案可允許其他等效之實施例。
圖1是根據一些實施例的可與本揭示案的方法一起使用的研磨系統的示意性側視圖。
圖2A是根據一些實施例的研磨系統的示意性平面圖。
圖2B是根據一些實施例的研磨系統的示意性平面圖。
圖2C是根據一些實施例的研磨系統的立體圖。
圖2D是根據一些實施例的研磨系統的示意性平面圖。
圖3A是根據一些實施例的研磨系統的示意性平面圖。
圖3B是根據一些實施例的研磨系統的立體圖。
圖4是根據一些實施例的噴嘴和快速致動閥的截面圖。
圖5是根據一些實施例的流體噴嘴板的主表面的平面圖。
圖6是根據一些實施例的流體輸送系統的示意圖。
圖7是根據一些實施例的流體輸送系統的示意圖。
圖8是根據一些實施例的研磨基板的方法的流程圖。
圖9繪示根據一些實施例的橫跨研磨墊的示例性噴塗區域輪廓。
圖10是根據一些實施例的研磨墊上的噴塗圖案（spray pattern）的示意性頂視圖。
圖11是根據一些實施例的研磨墊上的噴塗圖案的示意性頂視圖。
為便於理解，在可能的情況下，使用相同的數字編號代表圖示中相同的元件。可以預期的是，一個實施例中的元件與特徵可有利地用於其他實施例中而無需贅述。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
102:研磨站
104:基板載體組件
105:研磨墊
110:輔助流體輸送組件
120:平臺屏蔽件
130:調節器安裝板
132:第二調節器致動器
144a:噴流噴塗噴嘴
144b:噴流噴塗噴嘴
144c:噴流噴塗噴嘴
146:承載頭
202:逆時針方向
204:逆時針方向
212:路徑
220:可移動臂
222A:延伸器
222B:延伸器
224:流體噴嘴板
228a:快速致動閥
228b:快速致動閥
228c:快速致動閥
230:支點
238:流體輸送組件
266:墊半徑

Claims (20)

  1. 一種研磨一基板之方法，包括以下步驟： 使用一載體組件將一基板推抵一研磨系統的一墊的一表面； 以一可變流速將流體從一流體輸送組件分配到該墊上，其中該可變流速的一第一流速以一頻率和一工作週期脈衝，其中該頻率是該墊的每一旋轉在該第一流速下的該流體的脈衝數以及該工作週期是該墊的每一旋轉該墊暴露於流體的百分比；及 當該載體組件繞一旋轉軸旋轉的同時，使該載體組件橫跨在該墊的一表面上平移（translating）。
  2. 如請求項1所述之方法，其中將該流體分配到該墊上的步驟包括以下步驟：從一個或多個噴嘴分配該流體，其中每個噴嘴在沿該墊對應的徑向位置處分配該流體。
  3. 如請求項2所述之方法，進一步包括以下步驟：控制每個分配噴嘴以對應的可變流速分配，其中控制每個可變流速的步驟包含以下步驟：以對應的頻率和工作週期打開和關閉每個噴嘴。
  4. 如請求項2所述之方法，其中該流體被分配在該墊上且靠近該載體組件的一平移路徑的一前緣。
  5. 如請求項2所述之方法，其中分配該流體的步驟進一步包括以下步驟： 對於至少一個墊旋轉，針對至少一個噴嘴將一工作週期設置為100%； 針對該至少一個噴嘴減少該工作週期；及 針對至少一個噴嘴設置一頻率和至少一個流速。
  6. 如請求項2所述之方法，其中分配該流體的步驟進一步包括以下步驟：從一單個流體供應容器分配該流體，其中該流體被分流到該等噴嘴的各者。
  7. 如請求項2所述之方法，其中每個噴嘴在該墊的對應區域分配，其中藉由調整橫跨（across）該等噴嘴的一流體流量比來控制分配在每個區域上的流體的一噴塗分佈，其中基於每個噴嘴彼此相對的該可變流速來決定該流體流量比。
  8. 如請求項2所述之方法，其中每個噴嘴的一工作週期為約25％至約80％。
  9. 如請求項2所述之方法，其中分配該流體的步驟包括以下步驟：從在對應的扇形噴流（fan jet）處的每個噴嘴分配流體，其中每個扇形噴流包括邊緣到邊緣的角度，其中每個角度為約15度至約110度。
  10. 請求項1所述之方法，其中分配該流體的步驟進一步包括以下步驟：分配來自不同流體供應容器的不同流體。
  11. 一種用於處理一基板之設備，包括： 一墊，該墊設置在一平臺上，其中該墊具有一墊半徑和一中心軸，該墊半徑從該中心軸延伸； 一載體組件，該載體組件經配置設置在該墊的一表面上並且具有從該載體組件的一旋轉軸延伸的一載體半徑；及 一流體輸送組件，該流體輸送組件包含一個或多個噴嘴，每個噴嘴耦接到一快速致動閥。
  12. 如請求項11所述之設備，其中該流體輸送組件耦接到一墊調節器臂。
  13. 如請求項11所述之設備，其中該流體輸送組件包括至少兩個噴嘴，每個噴嘴包括對應的出口尺寸，其中每個噴嘴出口尺寸不同於至少一個其他噴嘴。
  14. 一種流體輸送組件，包括： 一臂; 一板，該板耦接到該臂；及 一個或多個扇形噴流噴嘴，該一個或多個扇形噴流噴嘴經配置分配具有一扁平（flat）扇形噴流形狀的加壓流體，其中每個噴嘴耦接到該板的一部分及耦接到一快速致動閥，其中噴嘴之間的一間距沿該板的一長度是可調整的。
  15. 如請求項14所述之流體輸送組件，進一步包括一致動器，該致動器耦接到該板並且經配置在縮回位置和延伸位置之間移動該板。
  16. 如請求項15所述之流體輸送組件，其中該致動器是一線性致動器。
  17. 如請求項14所述之流體輸送組件，其中每個噴嘴的一位置可沿該板的一主表面的一長度和一寬度調整，其中該板的該主表面在實質垂直於該墊的一表面的一平面上。
  18. 如請求項14所述之流體輸送組件，其中該一個或多個噴嘴中的一第一噴嘴從該一個或多個噴嘴中的一第二噴嘴徑向向外設置，其中該第一噴嘴包括相對於該第二噴嘴更大的一出口直徑。
  19. 如請求項14所述之流體輸送組件，其中每個相鄰噴嘴之間的每個空間彼此實質相等。
  20. 如請求項14所述之流體輸送組件，進一步包括一配接器，該配接器包括一噴嘴夾（nozzle clamp），其中該配接器耦接到該快速致動閥，其中該快速致動閥是一電磁閥（solenoid valve）。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5709593A (en) * 1995-10-27 1998-01-20 Applied Materials, Inc. Apparatus and method for distribution of slurry in a chemical mechanical polishing system
JPH1034535A (ja) * 1996-07-24 1998-02-10 Sony Corp 研磨方法及び研磨装置
US6398627B1 (en) * 2001-03-22 2002-06-04 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Slurry dispenser having multiple adjustable nozzles
US7601643B1 (en) * 2001-08-30 2009-10-13 Lsi Logic Corporation Arrangement and method for fabricating a semiconductor wafer
TWI252791B (en) 2002-01-18 2006-04-11 Promos Technologies Inc Slurry supply system disposed above the rotating platen of a chemical mechanical polishing apparatus
JP2005103696A (ja) 2003-09-30 2005-04-21 Disco Abrasive Syst Ltd 研磨装置
JP2006147773A (ja) * 2004-11-18 2006-06-08 Ebara Corp 研磨装置および研磨方法
US8128461B1 (en) * 2008-06-16 2012-03-06 Novellus Systems, Inc. Chemical mechanical polishing with multi-zone slurry delivery
JP2010042487A (ja) 2008-08-14 2010-02-25 Fujitsu Microelectronics Ltd 研磨装置及び研磨方法
JP7152279B2 (ja) * 2018-11-30 2022-10-12 株式会社荏原製作所 研磨装置

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