TW202348354A - 面朝上晶圓之電化學平坦化設備 - Google Patents

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Abstract

範例基板電化學平坦化設備可包括界定基板支撐表面的夾盤主體。此設備可包括從夾盤主體延伸的擋壁。此設備可包括安置在擋壁的徑向之內的電解質傳遞埠。此設備可包括可定位在夾盤主體上方的心軸。此設備可包括與心軸的下端耦接的端效器。此端效器可為導電的。此設備可包括從夾盤主體或擋壁延伸的電接觸。此設備可包括電流源。此電流源可被設置以提供電流至由擋壁所界定的開放內部之內的電解質。

Description

面朝上晶圓之電化學平坦化設備
本案主張2022年6月6日提出的標題為「FACE-UP WAFER ELECTROCHEMICAL PLANARIZATION APPARATUS」之美國專利申請案第17/833,422號的優先權權益，其全文藉由引用方式在此併入。
本發明關於半導體系統、處理、及設備。更明確地，本發明關於平坦化被沉積在基板上的膜。
積體電路通常藉由在矽晶圓上的導電層、半導體層、及/或絕緣層的依序沉積而被形成在基板上。各種製造處理使用在處理步驟之間之在基板上的層的平坦化。例如，對於特定應用，例如，金屬層的平坦化以在圖案化層的溝槽中形成通孔、栓塞、及/或線段，覆蓋層被平坦化直到圖案化層的頂表面被暴露。在其他應用中，例如，用於光微影術的介電層的平坦化，覆蓋層被拋光直到期望的厚度保留在下方層上方。
化學機械拋光(CMP)是一種普遍的平坦化方法。此平坦化方法通常需要基板被安裝在承載頭或拋光頭上。基板的暴露表面通常被放置抵靠旋轉的拋光墊。承載頭提供在基板上的可控制負載以將基板推向抵靠拋光墊。研磨拋光漿料通常被供給拋光墊的表面。
CMP中的一個問題為均勻地拋光基板的整個表面。時常地，在CMP操作期間施加的機械力可相較於第二材料的暴露部分以更快的速率移除第一材料的暴露部分，其會導致不均勻的拋光。因此，遍佈此基板的膜厚度是不均勻的，及一些材料(諸如金屬材料)相較於例如介電材料會被更快地移除，造成金屬材料的凹陷(dishing)。此膜不均勻性會致使微影術問題及會致使來自給定基板的裸晶產量的損失。
因此，有著對於可用以拋光或平坦化基板以產生遍佈基板的整個表面區域的均勻膜的改善系統與方法的需求。本發明解決這些與其他需求。
範例基板電化學平坦化設備可包括界定基板支撐表面的夾盤主體。此設備可包括從夾盤主體延伸的擋壁。此設備可包括安置在擋壁的徑向之內的電解質傳遞埠。此設備可包括可定位在夾盤主體上方的心軸。此設備可包括與心軸的下端耦接的端效器。此端效器可為導電的。此設備可包括從夾盤主體或擋壁延伸的電接觸。此設備可包括電流源。此電流源可被設置以提供電流至由擋壁界定的開放內部內的電解質。
在一些實施例中，端效器可以小於或約150 mm的直徑為特徵。心軸可為可旋轉的及相對於夾盤主體可橫向地移位。面向基板支撐表面的端效器的表面可為平坦的。擋壁可為環形的。端效器的直徑可小於擋壁的內直徑。此設備可包括定位在夾盤主體與擋壁中的一者或兩者內的電解質排放埠。此設備可包括座落在夾盤主體上的邊緣環。
本發明的一些實施例包含基板電化學平坦化設備。此設備可包括界定基板支撐表面的夾盤主體。此設備可包括可定位在夾盤主體上方的心軸。此設備可包括與心軸耦接的旋轉驅動機構。此設備可包括與心軸的下端耦接的端效器。此設備可包括從夾盤主體延伸的電接觸。此設備可包括電流源。此電流源可被設置以提供電流至由從夾盤主體延伸的擋壁界定的開放內部內的電解質。
在一些實施例中，端效器包含導電材料。此設備可包括座落在夾盤主體上的邊緣環。邊緣環的內直徑可小於約5%大於基板支撐表面的直徑。此設備可包括安置在夾盤主體的徑向之外的擋壁。擋壁可為環形。端效器的直徑可小於擋壁的內直徑。此設備可包括電解質源。此設備可包括與電解質源流體地耦接的電解質傳遞埠。電解質傳遞埠被安置在擋壁的徑向之內。此基板電化學平坦化設備可被安置在拋光腔室內，此拋光腔室包含面朝下拋光站。
本發明的一些實施例包含平坦化基板的方法。此方法可包括將基板以面朝上定位在開放內部內的夾盤主體的基板支撐表面的頂上，開放內部由從夾盤主體延伸的擋壁所界定。此方法可包括將基板夾住至夾盤主體。此方法可包括傳遞電解質至基板的頂表面。此方法可包括將基板的頂表面與端效器接合，端效器與心軸的下端耦接。此方法可包括施加電流至電解質。
在一些實施例中，此方法可包括橫向移位心軸，同時旋轉抵靠基板的頂表面的端效器。此方法可包括相對於基板移動端效器。在旋轉抵靠基板的頂表面的端效器的同時，小於或約2.0 psi的向下力被施加至端效器。在旋轉抵靠基板的頂表面的端效器的同時，端效器的中央軸從基板的中央軸偏移。此方法可包括經由電解質排放埠從開放內部排出電解質，電解質排放埠定位在夾盤主體與擋壁中的一者或兩者內。
本發明可提供相較於習知系統與技術的許多益處。例如，本文所述的電化學平坦化設備會能夠在平坦化操作期間平坦化基板，而不會以相較於暴露材料的其他部分以更快的速率移除暴露材料的一些部分。經常地，本文所述的平坦化技術可在習知的CMP操作之前及/或之後被使用。此會使膜厚度及金屬特徵均勻性能夠被改善遍佈基板的表面，其可造成增加的裸晶產量。這些與其他的實施例及它們的優點和特徵聯合之後的說明書與隨附圖示而被更詳細地說明。
在習知的化學機械拋光(CMP)操作中，通常難以均勻地拋光基板的表面。習知的CMP拋光包括被定位面朝下在拋光墊上的基板，帶有將基板固持抵靠旋轉的拋光墊的載具。然而，拋光墊與基板之間的壓力通常施予造成的非均勻膜厚度拋光後操作的機械力。例如，此機械力會致使被暴露在基板的表面上之在溝槽內的金屬材料的凹陷(dishing)。這些問題會造成非均勻性問題，其造成較低的裸晶產量。此外，在溝槽內的金屬材料的磨損會造成在被損壞及/或過薄的最終積體電路或其他裝置上的電氣連接，其當電流通過此電氣連接時會導致增加的熱及此連接的後續破壞。
本發明藉由提供電化學平坦化設備來克服習知的CMP系統的問題，此電化學平坦化設備可用於平坦化基板上的金屬特徵(例如，銅、鈷、鉬、鎢、及/或釕特徵)，同時最小化非均勻性及避免形成在膜的區域之間的溝槽或其他凹部內的金屬材料的凹陷或其他侵蝕。尤其，電化學處理可被提供使得能夠僅有與導電端效器的表面接觸的金屬材料被選擇性移除，及可避免在非金屬膜的表面之下(例如，在溝槽或其他凹部內)的任何材料被移除，由於此類材料將不接觸端效器的表面。這些技術可與習知的CMP系統(其可平坦化非金屬特徵)聯合地使用以產生具有改善厚度均勻性的基板。此外，實施例可包括在平坦化期間可助於使基板平坦的夾緊機構，其可進一步改善在平坦化操作期間所達成均勻性。實施例可使得端效器能夠相對於基板橫向地移位，其可使得電化學平坦化設備能夠改善非均勻性問題。
雖然剩餘的說明書將例行地辨明利用所揭示技術的特定膜測量處理，但將輕易地理解到此系統與方法可被等效地應用於各種其他半導體處理操作與系統。因此，本發明不應被當作如此侷限於用於以被所述的電化學平坦化系統或處理而單獨地使用。在說明根據本發明的一些實施例的範例處理序列的系統及方法或操作之前，本說明書將論述可用於本發明的一種可能的系統。將理解到本發明並不受限於所述的設備，及所論述的處理可以任何數目的處理腔室及系統和任何數目的修改而被執行，其中的一些修改將在之後指明。
第 1 圖顯示根據本發明的一些實施例之範例拋光系統100的圖解剖面視圖。拋光系統100包括平臺組件102，其包括下平臺104與上平臺106。下平臺104可界定內部體積或空腔，透過此內部體積或空腔可製造連接，及在此內部體積或空腔中可包括終點偵測設備或其他感測器或裝置，諸如渦流(eddy current)感測器、光學感測器、或用於監測拋光操作或部件的其他部件。例如，及在之後進一步說明的，流體耦接可以延伸穿過下平臺104的線段來形成，及流體耦接可透過上平臺的背側而進出上平臺106。平臺組件102可包括安置在上平臺的第一表面上的拋光墊110。基板載具108，或承載頭，可安置在拋光墊110之上及可面向拋光墊110。平臺組件102可繞著軸A而旋轉，而基板載具108可繞著軸B而旋轉。基板載具也可被設置以沿著平臺組件從內半徑至外半徑而來回地掃掠，其可部分地降低拋光墊110的表面的不均勻磨損。拋光系統100也可包括定位在拋光墊110之上的流體傳遞臂118，及流體傳遞臂118可用以傳遞拋光流體，諸如拋光漿料，至拋光墊110上。此外，墊調節組件120可安置在拋光墊110之上，及可面向拋光墊110。
在執行化學機械拋光處理的一些實施例中，旋轉及/或掃掠的基板載具108可施加向下力抵靠基板112，基板112以虛線顯示且可安置在基板載具之內或與基板載具耦接。當拋光墊110繞著平臺組件的中央軸旋轉時，施加的向下力可將基板112的材料表面壓低抵靠拋光墊110。在有著藉由流體傳遞臂118所傳遞的一或多種拋光流體的存在下，基板112抵靠拋光墊110的交互作用會發生。一種典型拋光流體可包括由水性溶液所形成的漿料，研磨顆粒可懸浮在此水性溶液中。通常，拋光流體含有pH調節體及其他化學活性成分，諸如氧化劑，其可使得能夠化學機械拋光基板112的材料表面。
墊調節組件120可被操作以將固定的研磨調節盤122應用抵靠拋光墊110的表面，拋光墊110可如前述地被旋轉。在基板112的拋光之前、之後、或期間，調節盤可被操作抵靠此墊。藉由研磨、回春(rejuvenating)、及從拋光墊110的拋光表面移除拋光副產物和其他碎屑，以調節盤112來調節拋光墊110可將拋光墊110維持在期望的狀態。上平臺106可安置在下平臺104的安裝表面上，且可使用複數個扣件138而與下平臺104耦接，諸如延伸穿過下平臺104的環狀凸緣形部分。
拋光平臺組件102，及因此上平臺106，可被合適地定制尺寸用於任何期望的拋光系統，及可被定制尺寸用於任何直徑的基板，包括200 mm、300 mm、450 mm、或更大。例如，設置以拋光300 mm直徑基板的拋光平臺組件可以大於約300 mm的直徑為特徵，諸如在約500 mm與約1000 mm之間，或大於約500 mm。平臺可被調整直徑以容納特徵為更大或更小直徑的基板，或用於拋光平臺106，拋光平臺106被定制尺寸用於同時拋光多個基板。上平臺106可以約20 mm與約150 mm之間的厚度為特徵，及可以小於或約100 mm的厚度為特徵，諸如小於或約80 mm、小於或約60 mm、小於或約40 mm、或更小。在一些實施例中，拋光平臺106的直徑對於厚度的比例可為大於或約3:1、大於或約5:1、大於或約10:1、大於或約15:1、大於或約20:1、大於或約25:1、大於或約30:1、大於或約40:1、大於或約50:1、或更大。
上平臺及/或下平臺可由合適地堅固、輕量、及抗拋光流體腐蝕的材料所形成，諸如鋁、鋁合金、或不鏽鋼，然而可使用任何數目的材料。拋光墊110可由任何數目的材料所形成，包括聚合材料，諸如聚胺酯(polyurethane)、聚碳酸酯(polycarbonate)、氟聚合物(fluoropolymers)、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)、聚苯硫醚(polyphenylene sulfide)、或任何的這些或其他材料的組合。額外材料可為或包括開放式或封閉式泡沫聚合物(foamed polymer)、彈性體、氈、浸漬氈、塑料、或可與處理化學品相容的任何其他材料。將理解到拋光系統100被包括以提供適合的參照之後論述的部件，其可被併入在系統100中，然而拋光系統100的說明不意於以任何方式限制本發明，由於本發明的實施例可被併入在任何數目的拋光系統中，此拋光系統可從之後進一步敘述的部件及/或功能而獲益。
第 2 圖繪示根據本發明的一些實施例之範例電化學平坦化設備200的圖解剖面視圖。設備200可被使用以執行平坦化操作。設備200可顯示被論述及可被併入在半導體處理系統中的部件的部分視圖。設備200可包括基板支撐件205。基板支撐件205可在一或多個處理操作期間接收及支撐基板210。在一些實施例中，基板支撐件205可包括夾盤主體215，其可界定基板支撐表面217。夾盤主體215可包括相關的通道或部件以操作作為真空夾盤、靜電夾盤、及/或任何其他類型的夾緊系統。例如，夾盤主體215可界定一數目的通道220，其與真空源225耦接。真空源225可在通道220內創造負壓，其將基板210夾住至夾盤主體。
在其他實施例中，夾盤主體215可包括靜電夾盤。在此實施例中，夾盤主體215可包括相關的通道或部件以操作作為靜電夾盤。例如，靜電夾盤主體215可由導電材料(諸如類金屬鋁或可為熱傳導及/或電氣傳導的任何其他材料)所形成及可透過濾波器與電源的來源(諸如DC電源、脈衝式DC電源、RF偏壓電源、脈衝式RF電源或偏壓電源、或這些電源或其他電源的組合)耦接，濾波器可為阻抗匹配電路以使得靜電夾盤主體215能夠操作作為電極。在其他實施例中，靜電夾盤主體215的頂部分可由介電材料所形成。在此實施例中，靜電夾盤主體215可包括分開的電極，其可被嵌入在夾盤主體215內鄰近基板支撐表面。各電極可與DC電源電氣耦接，DC電源提供能量或電壓至電極。在操作中，基板210可至少部分接觸夾盤主體的基板支撐表面，其可產生接觸間隙，及其可基本上在台座的表面與基板之間產生電容性效應。電壓可被施加至接觸間隙，其產生用於夾緊的靜電力。
複數個升舉銷227可延伸通過形成在夾盤主體215中的複數個孔洞。當升舉銷227在一般位置時(即，相對於夾盤主體215被縮回)，升舉銷227具有與夾盤主體215的頂表面實質上齊平或稍微凹陷的第一端。第一端可呈喇叭形或者被擴大(未示出)以避免升舉銷227掉落通過形成在夾盤主體215中的孔洞。此外，升舉銷227具有延伸超過夾盤主體215的下側的第二端。
邊緣環230可座落在夾盤主體215的頂上。例如，邊緣環230可被定位繞著基板支撐表面217，使得基板210放置在邊緣環230的開放內部之內。當端效器245相對於基板210的頂表面移動時，邊緣環230可助於將基板210維持在期望的位置。邊緣環230的內直徑可小於或約5%大於基板210的直徑、小於或約4%大於基板210的直徑、小於或約3%大於基板210的直徑、小於或約2%大於基板210的直徑、小於或約1%大於基板210的直徑、小於或約0.5%大於基板210的直徑、或更小。例如，對於具有300 mm的直徑的基板210，邊緣環230可具有內直徑的範圍從至少300 mm至約315 mm，然而內直徑通常可在300.5 mm與305 mm之間或約300.5 mm與305 mm。邊緣環230的厚度可實質上匹配基板210的厚度。例如，邊緣環230的厚度可在基板210的厚度的約3%或3%之內、在基板210的厚度的約2%或2%之內、在基板210的厚度的約1%或1%之內、在基板210的厚度的約0.5%或0.5%之內、或更小。例如，對於具有厚度為1 mm的基板210，邊緣環230的厚度可在約0.970 mm與1.030 mm之間或約0.970 mm與1.030 mm、在約0.980 mm與1.020 mm之間或約0.980 mm與1.020 mm、在約0.990 mm與1.010 mm之間或約0.990 mm與1.010 mm、在約0.995mm與1.005 mm之間或約0.995 mm與1.005 mm、或約1 mm。在一些實施例中，其上座落有邊緣環230的夾盤主體215的頂表面可被升高或降低。在此實施例中，邊緣環230的厚度可被調整，使得邊緣環230的頂表面在基板210的頂表面的高度的約3%或3%之內、在頂表面的高度的約2%或2%之內、在頂表面的高度的約1%或1%之內、在頂表面的高度的約0.5%或0.5%之內、或更小。
邊緣環230可與夾盤主體215可拆開地耦接。例如，一或多個夾鉗、扣具、及/或其他耦接機制可被使用以將邊緣環230固定至夾盤主體215的頂表面。此可使邊緣環230能夠被移除以用於修復、清洗、及/或替換。
設備200可包括可被可定位在夾盤主體215上方的心軸235。儘管在此顯示為具有中空圓柱主體，心軸235在各種實施例中可形成為其他形狀及/或可為實心的。心軸235可為可旋轉的及相對於夾盤主體215可為縱向及/或橫向可移位。例如，心軸235可與臂240耦接。儘管在此顯示為具有中空圓柱主體，臂240在各種實施例中可形成為其他形狀及/或可為實心的。臂240可為相對於夾盤主體215縱向及/或橫向可移位。心軸235及/或臂240可與一或多個馬達及/或其他驅動機構耦接，驅動機構可驅使心軸235的旋轉及/或移位。心軸235的底端可包括端效器245。端效器245可被可移除地與心軸235的底端耦接，其可使得端效器245當需要時被整修、清洗、及/或替換。例如，端效器245可使用黏著劑(諸如壓敏黏著劑)、扣合連接器(snap connector)、壓合帶連接器(hook and loop connector)、及/或其他耦接機構與心軸235的底端耦接，耦接機構可使端效器245能夠被可移除地與心軸235耦接。電流源275可施加電流至電接觸270、夾盤主體215、及/或擋壁260至心軸235、臂240、及/或端效器245。電路可被完成在電接觸270、電解質、基板210上的金屬材料及傳遞電流至金屬材料的端效器245之間以執行基板210的電化學平坦化。
端效器245可包括實質上平面的暴露(例如，下)接觸表面，其可由導電材料所形成及/或或者包括導電材料。例如，暴露的接觸表面可為至少或約95%的平面、至少或約97%的平面、至少或約99%的平面、或更大。此種設計可確保暴露的表面可在平坦化期間維持與基板210的表面的均勻接觸，以確保金屬材料被高度精確地平坦化。端效器245可為網格材料，諸如導電網格(諸如金屬)，其被覆蓋在聚合材料中。在一些實施例中，端效器245可包括導電聚合材料及/或由導電聚合材料所形成。導電材料可經由一或多個電線或其他導體與電流源275電氣耦接，電線或其他導體可延伸穿過、耦接至、及/或形成心軸235的部分。聚合材料的使用可降低或消除基板膜的刮痕，否則若使用諸如金屬的材料時會發生刮痕。
端效器245可具有圓形、多邊形、環形、或任何其他形狀，其可被定制尺寸，使得端效器245可僅平坦化基板210的特定區域。例如，端效器245的直徑可小於基板210的直徑(及小於邊緣環230的內直徑)。例如，端效器245的直徑可小於或約90%的基板210的直徑、小於或約80%的基板210的直徑、小於或約70%的基板210的直徑、小於或約60%的基板210的直徑、小於或約50%的基板210的直徑、小於或約40%的基板210的直徑、小於或約30%的基板210的直徑、小於或約20%的基板210的直徑、小於或約15%的基板210的直徑、或小於或約10%的基板210的直徑、小於或約8%的基板210的直徑、或小於或約6%的基板210的直徑、小於或約4%的基板210的直徑、 或小於或約2%的基板210的直徑、或更小。例如，對於300 mm的基板210，端效器245的直徑可小於或約270 mm、小於或約240 mm、小於或約210 mm、小於或約180 mm、小於或約150 mm、小於或約120 mm、小於或約90 mm、小於或約60 mm、小於或約45 mm、小於或約30 mm、小於或約24 mm、小於或約18 mm、小於或約12 mm、小於或約6 mm、或更小。然而，也料想到端效器245的直徑可大於或約100%的基板210的直徑。例如，對於300 mm的基板210，端效器245的外直徑可大於或約300 mm。
在實施例中，設備200可包括複數個端效器245。例如，設備200可包括至少或約1個端效器、至少或約2個端效器、至少或約3個端效器、至少或約4個端效器、或更多。複數個端效器245的每一者可與心軸235的底端耦接，及心軸235可與臂240耦接，如先前所述。帶有多個端效器245，處理時間可被減少，其可增加整體產量。帶有多個端效器245，電流密度可在特定位置處被增加，其可容許金屬材料的更有效移除。
設備200可包括電解質傳遞埠250。電解質傳遞埠250可與電解質源255耦接及在平坦化操作期間可從電解質源255傳遞電解質至基板210的表面。電解質可包括含有離子的水性溶液，其透過離子的移動而為導電的。例如，電解質可為或包括硫酸、檸檬酸、乙二胺、己二胺、胺基酸、草酸銨、檸檬酸銨、丁二酸銨(ammonium succinate)、單鹼檸檬酸鉀(monobasic potassium citrate)、雙鹼檸檬酸鉀(dibasic potassium citrate)、三鹼檸檬酸鉀(tribasic potassium citrate)、酒石酸、酒石酸鉀、酒石酸銨、丁二酸、丁二酸鉀、草酸、草酸鉀、蘋果酸、水楊酸、苯并三唑(benzotriazole)、巰基苯并三唑(mercaptobenzotriazole)、5-甲基-1-苯并三唑(5-methyl-1-benzotriazole)、羥苯并三唑(Hydroxybenzotriazol)、氫氧化鉀、氫氧化銨、及前述物的組合、或任何其他合適的電解材料。電解質可包括約1重量%至約0.01重量%之間的氧化矽、氧化鋁、或氧化鋯研磨顆粒。此氧化矽、氧化鋁、或氧化鋯研磨顆粒可以約50 nm的D50為特徵。在實施例中，電解質可包括各種添加物，諸如螯合劑、潤滑劑、氧化劑、腐蝕抑制劑、pH調節劑、及/或催化劑。螯合劑可助於接合經移除金屬材料以避免其再沉積。潤滑劑可避免未從基板210被移除的金屬材料的刮痕。為了助於保持電解質不被散佈離開基板210，設備200可包括擋壁260。擋壁260可為從夾盤主體215延伸的環形主體。擋壁260可定位在邊緣環230與電解質傳遞埠250兩者的徑向之外，使得經由電解質傳遞埠250傳遞至基板210的任何電解質被保持鄰近於基板210。儘管顯示電解質傳遞埠250被定位在擋壁260之上，在一些實施例中的電解質傳遞埠250可延伸通過擋壁260及/或夾盤主體215的一部分。為了助於最小化需要用於給定平坦化操作的電解質的量，擋壁260的內表面可被定位鄰近於及可接觸邊緣環230的外表面(雖然在一些實施例中在邊緣環230與擋壁260之間會有著間隙)。擋壁260可與夾盤主體215整合地形成及/或可為分開的部件，其之後與夾盤主體215耦接。擋壁260可如在此所繪示的與夾盤主體215的外表面耦接及/或在其他實施例中可座落在夾盤主體215的頂上(類似於邊緣環230)。即，擋壁260可從夾盤主體215延伸。設備200可包括電解質排放埠265，其可用於在給定的平坦化操作之前、期間、及/或之後將電解質被動地排出及/或主動地泵出擋壁260內的區域。例如，電解質排放埠265可延伸通過擋壁260及/或夾盤主體215。在一些實施例中，電解質排放埠265也可延伸通過邊緣環230。在此實施例中，邊緣環230可包括一或多個對準特徵(諸如銷)，其確保邊緣環230被適當地定位在夾盤主體215之上以將邊緣環230上的電解質排放埠265的部分對齊夾盤主體215及/或擋壁260上的電解質排放埠265的部分。儘管被顯示僅帶有單一電解質排放埠265，將領會到在各種實施例中可使用多個電解質排放埠。例如，一或多個電解質排放埠265可定位在基板支撐表面217的徑向之外(諸如邊緣環230之外、通過邊緣環230、及/或邊緣環230之下)及/或一或多個電解質排放埠265可延伸通過基板支撐表面217。此組態可較佳地使得電解質能夠從夾盤主體215的所有區域被移除。在多個電解質排放埠265被定位在夾盤主體215的給定區域內處，電解質排放埠可繞著夾盤主體215以有規律及/或無規律的間隔被定位。
在實施例中，電解質可被傳遞至基板210。電解質可含有離子，離子可透過離子的移動而為導電的。當施加電流時，電解質的陽離子被拉引至具有豐富電子的電極，而電解質的陰離子被拉引至缺乏電子的電極。溶液內的相反方向的陰離子與陽離子的移動集成為電流。電解質可為沒有任何的研磨顆粒，研磨顆粒會提供粗粒，粗粒造成端效器245機械地移除基板上的膜。電解質經由電解質傳遞埠250可被連續地及/或週期地傳遞至基板210及可經由電解質排放埠265被移除。在操作中，可提供接觸基板210的上表面的合適的量至設備200。例如，可提供大於或約500立方公分(cc)的電解質。在一些實施例中，可提供更少量的電解質，諸如小於或約500 cc、小於或約450 cc、小於或約400 cc、小於或約350 cc、小於或約300 cc、小於或約250 cc、小於或約200 cc、小於或約150 cc、小於或約100 cc、小於或約50 cc、或更小。
設備200可包括電接觸270。電接觸270可從夾盤主體215及/或擋壁260延伸。在操作中，電接觸270可提供電流至由擋壁260所界定的開放內部內的電解質。當導電端效器245接觸基板210的金屬特徵時，施加至電解質的電流275可促進在平坦化操作期間的材料的移除。電流275可從電接觸270、夾盤主體215、及/或擋壁260被施加至心軸235、臂240、及/或端效器245。電流275可完成執行基板210的電化學平坦化所必要的電路。儘管被顯示僅有單一電接觸270，將領會到在各種實施例中可使用多個電接觸。例如，一或多個電接觸270可被定位圍繞擋壁260。此組態可較佳地使電流能夠被施加至電解質。在多個電接觸270被定位圍繞擋壁260處，電接觸270可圍繞擋壁260以規律及/或不規律的間隔被定位。
為了監測材料的移除，設備可包括光學感測器280。光學感測器280可為例如相機、深度感測器、光學干涉儀、渦流感測器、能夠機器學習的影像感測器(例如，以偵測金屬材料殘留物)、或任何其他設備以監測材料的移除。光學干涉儀可偵測金屬材料的表面形貌。渦流感測器可監測過載金屬材料厚度(例如，延伸在特徵之上及/或延伸出特徵的金屬材料)。光學感測器280可定位在基板210之上。在操作中，視野285可從光學感測器280延伸朝向基板210。光學感測器可監測期望材料的移除。額外的設備，諸如處理器及/或控制器，可仰賴關於從基板210的材料的移除的資訊。額外的設備可指示心軸235以移動至及接觸材料將被移除處的基板210的區域。例如，在一或多個感測器決定溝槽的外部的銅(或其他金屬材料)將被移除的地方，光學感測器280可引導端效器245至經偵測地點，直到沒有金屬材料保留在基板210中的溝槽或特徵之上。在一些實施例中，可偵測用於移除的金屬的相對高度或其他數量。基於此測量，端效器245的時間量可被設定以確保所有的過量金屬材料被移除。儘管被顯示僅有單一光學感測器280，將領會到在各種實施例中可使用多個光學感測器。例如，一或多個光學感測器280可定位在基板210之上的不同位置處。此組態可較佳地能夠從基板210移除材料，由於當心軸235及/或端效器245被安置在給定光學感測器280及基板210之間時，可提供不同的視角/感測角而助於避免問題。在多個光學感測器280被定位在基板210之上處，光學感測器280可在基板210之上以規律及/或不規律的間隔被定位。
在操作中，基板210可面朝上被定位在基板支撐表面217頂上的邊緣環230的開放內部內。藉由將基板210面朝上定位在基板支撐表面217頂上，帶有基板210頂上的電解質，被捕捉在基板210表面上的氫氣泡可被減少或消除。再者，在操作期間的基板210的拱起及/或曲折可被減少。面朝上組態也可降低或避免在操作期間的基板210的表面上的殘留物，諸如經移除金屬材料的殘留物集結。夾緊力，諸如真空力及/或靜電夾緊力，可被施加至基板210以將基板210夾住至基板支撐表面217。在一些例子中，除了將基板210夾住至基板支撐表面217之外，夾緊力可降低及/或消除基板210的任何曲折，使得基板210在任何的平坦化操作的起始之前是實質上平的。心軸235及端效器245可定位在基板210的上方。端效器245可定位抵靠基板210的表面及可被旋轉以平坦化基板210上的膜。通常，心軸235及端效器245被旋轉在速率為60 rpm與200 rpm之間或約60 rpm與200 rpm、在80 rpm與180 rpm之間或約80 rpm與180 rpm、100 rpm與160 rpm之間或約100 rpm與160 rpm、或120 rpm與140 rpm之間或約120 rpm與140 rpm，然而其他速率在各種實施例中是可能的。藉由基於特定平坦化操作的需求的驅動機構，可調整端效器245的向下力。為了避免材料的凹陷或非均勻移除，向下力可為可忽略的。例如，此力可被調整在約0.1 psi與約2.0 psi之間，及可小於或約1.5 psi、小於或約1.0 psi、小於或約0.8 psi、小於或約0.6 psi、小於或約0.4 psi、小於或約0.2 psi、或更小，然而在各種實施例中可利用其他程度的力。端效器245可與基板210同軸地對齊，其可用於產生基板210的對稱平坦化。在其他實施例中，端效器245可從基板210的中央軸偏移，其可使得能夠執行非對稱平坦化。在一些實施例中，端效器245(及心軸235)在端效器245的旋轉期間可橫向地移位(或掃掠)以控制端效器245的偏心度(eccentricity)以改變設備200的平坦化圖案。通常，在掃掠期間的橫向距離覆蓋可小於或約10 mm、小於或約9 mm、小於或約8 mm、小於或約7 mm、小於或約6 mm、小於或約5 mm、小於或約4 mm、小於或約3 mm、小於或約2 mm、小於或約1 mm、或更小。基於起始及/或期望的膜厚度輪廓可調整掃掠移動的速率。
設備200的此操作可以能夠均勻或接近均勻移除基板210的表面上的暴露材料。此外，藉由使用可橫向移位的心軸235，設備200可被掃掠及/或或者被移位以解決不對稱的非均勻問題。本文所述的平坦化可與習知的CMP拋光操作聯合使用以均勻地拋光基板的整個膜表面。例如，可在習知的面朝下CMP拋光之前及/或之後執行平坦化。
儘管所論述的主要關於改善遍佈基板的膜均勻度，但將領會到本文所述的技術在一些實施例中也可用於產生其他膜厚度輪廓，藉由提供能力以修改平坦化操作，而不影響基板的其餘部分的平坦化。
第 3 圖繪示根據本發明的一些實施例之拋光腔室300的圖解頂部平面視圖。腔室300可包括任何數目的站305，其可用於執行一或多個拋光操作。例如，腔室300可包括至少或約1個站、至少或約2個站、至少或約3個站、至少或約4個站、或更多。每個站305可包括一或多個拋光系統。例如，站305可包括一或多個習知CMP系統305a(諸如系統100)及/或一或多個電化學平坦化設備305b(諸如設備200)、面朝上邊緣平坦化設備，還有其他的整修站305c。各種站可被提供為任何的數目、佈置、及/或組合。就如同一實例，腔室300可包括兩個CMP站305a、一個電化學平坦化設備305b、及一個整修站305c。腔室300可包括一或多個機器人310，其可用於將基板從一個站305移動至另一個站。例如，機器人310可在CMP站305a中的一者及電化學平坦化設備305b之間移送基板。
第 4 圖顯示根據本發明的一些實施例之在用於平坦化基板的方法400中的範例操作。方法400可使用電化學平坦化設備來執行，諸如本文所述的電化學平坦化設備200。方法400在一些實施例中可包括在基板平坦化之前的操作。例如，在平坦化之前，基板可具有已被執行一或多個沉積及/或蝕刻操作，及被執行任何的平坦化或其他處理操作。方法400可包括若干操作，其可在系統內被自動地執行以限制手動互動，及提供相較於手動操作增加的效率及精確度。方法400可與習知的CMP拋光處理聯合地執行。例如，習知的CMP拋光處理可在方法400之前及/或之後執行。
方法400可包括在操作405，將基板面朝上定位在開放內部內的夾盤主體的基板支撐表面頂上之內，開放內部由從夾盤主體延伸的擋壁所界定。在操作410，基板可被夾住至夾盤主體。例如，夾緊機構可被啟動以提供真空夾緊力及/或靜電夾緊力，其可將基板夾住及/或弄平抵靠基板支撐表面。在操作415，電解質可被提供至藉由夾盤主體及擋壁所界定的開放內部。在實施例中，電解質可被提供至基板的頂表面，及在一些實施例中，可覆蓋整個頂表面。電解質可為含有導電的離子的任何溶液或介質。電解質可促進電化學操作以移除材料。在操作420，基板的頂表面可與環形端效器接合。此接觸可形成封閉電路，其容許在平坦化操作期間的材料的電化學移除。在操作425，電流可被施加至電解質。此電流與合適的電解質聯合可驅動在暴露至電解質的基板的表面上的電化學反應。在操作中，當電流被施加至電解質，導電膜可從基板的表面被移除。此外，在操作中，此電流可變動。取決於相關於基板上的位置之端效器的位置，此電流可被增加或減少，及被維持。例如，取決於沉積方法，金屬輪廓的厚度可為非對稱及基板的一部分可具有較厚的金屬輪廓。因此，此電流可被變動，以補償在基板上的各種區域中的金屬輪廓的厚度。
在操作430，端效器可抵靠基板的頂表面被旋轉以平坦化基板。例如，端效器的中央軸可與基板的中央軸同軸，同時旋轉抵靠基板的頂表面的端效器以均勻地平坦化基板。端效器的中央軸可從基板的中央軸偏移，同時旋轉抵靠基板的頂表面的端效器以平坦化消除非對稱膜厚度非均勻度問題。在一些實施例中，端效器可繞著基板的表面被橫向地移位或掃掠，同時旋轉抵靠基板的頂表面的端效器以將基板平坦化成期望圖案及/或以達成期望膜厚度輪廓。在操作中，端效器可掃掠遍佈基板。取決於被移除的材料及材料的厚度，在一些位置處的端效器的留駐時間相較於在其他位置處的端效器的留駐時間更短或更長。遍佈基板的端效器的掃掠移動可控制金屬材料的徑向移除輪廓。在實施例中，夾盤主體也可旋轉。金屬材料移除輪廓可被徑向地及角度地調整，透過端效器掃掠及夾盤主體旋轉的組合。可忽略的(諸如小於或約2.0 psi)或零的向下力可被施加至端效器，同時旋轉端效器抵靠基板的頂表面。向下力的大小(其可為可忽略的以確保更多的電化學移除而非機械移除)可被調整以控制電化學平坦化設備的平坦化的速率。帶有在電解質的存在下的電流施加的平坦化可作為電鍍的對立物(即，材料的移除對上材料的施加)。
電解質可經由電解質傳遞埠被連續地及/或週期地傳遞至基板。一旦已經完成給定的平坦化操作，電解質可從設備被移除，諸如經由電解質排放埠來排放及/或泵送電解質。
在前面的說明中，為了闡明目的，已說明許多細節以提供理解本發明的各種實施例。然而，在沒有這些細節中的一些細節或帶有額外細節下可實行特定實施例，對於通常知識者是顯而易見的。
已經揭示數個實施例，通常知識者將認知到在不背離實施例的精神下，可使用各種修改、替代架構、及等效物。此外，並未說明若干的周知處理與元件，以避免不必要地混淆本發明。因此，上述說明不應當作限制本發明的範疇。
當提供一數值範圍時，除非上下文明確地另外指明，理解到在範圍的上限值與下限值之間的至下限值的單位的最小部分之每個中介值也被明確地揭示。在敘明範圍中的任何敘明值或未敘明中介值及敘明範圍中的任何其他敘明或中介值之間的任何較窄範圍被涵蓋。彼等較小範圍的上限值與下限值可獨立地在此範圍中被包括或被排除，及受到在敘明範圍中的任何明確排除限值，在較小範圍中任一限值被包括、限值皆不被包括、或限值皆被包括的各範圍也被涵蓋在本發明中。當敘明範圍包括限值的一者或兩者，也包括排除這些被包括限值的任一者或兩者的範圍。
在本文中及隨附申請專利範圍中使用時，除非上下文清楚地另外指明，單數形式的「一(a)」、「一(an)」及「該」包括複數參照物。因此，例如，關於「一加熱器」包括複數個此加熱器，及關於「該凸出」包括關於一或多個凸出及通常知識者所知的其等效物，以此類推。
又，字詞「包含(comprise(s))」、「包含(comprising)」、「含有(contain(s))」、「含有(containing)」、「包括(include(s))」、及「包括(including)」當被使用在本說明書及在之後的申請專利範圍中時，旨在指明敘明特徵、整體、部件、或操作的存在，但它們不排除一或多個其他特徵、整體、部件、操作、動作或群組的存在或添加。
A:軸 B:軸 100:拋光系統 102:平臺組件 104:下平臺 106:上平臺 108:基板載具 110:拋光墊 112:基板 118:流體傳遞臂 120:墊調節組件 122:研磨調節盤 138:扣件 200:電化學平坦化設備 205:基板支撐件 210:基板 215:夾盤主體 217:基板支撐表面 220:通道 225:真空源 227:升舉銷 230:邊緣環 235:心軸 240:臂 245:端效器 250:電解質傳遞埠 255:電解質源 260:擋壁 265:電解質排放埠 270:電接觸 275:電流源 280:光學感測器 285:視野 300:腔室 305a,305b,305c:站 400:方法 405,410,415,420,425,430:操作
藉由參照說明書的剩餘部分及圖式可實現進一步理解所揭示發明的本質與優點。
第1圖顯示根據本發明的一些實施例之範例化學機械平坦化系統的圖解剖面視圖。
第2圖顯示根據本發明的一些實施例之範例電化學平坦化設備的圖解部分剖面視圖。
第3圖顯示根據本發明的一些實施例之範例拋光腔室的圖解部分頂部平面視圖。
第4圖是根據本發明的一些實施例之平坦化基板的範例方法的流程圖。
數個圖示被包括作為主題。將理解到圖示是用於例示目的，且不被當作按比例的，除非有清楚地敘明為按比例的。此外，作為主題，圖示被提供以助於理解且可不包括與現實代表物相比較下的所有態樣或資訊，及可包括誇大的材料以用於例示目的。
在隨附圖示中，類似部件及/或特徵可具有相同的元件符號。再者，相同類型的各種部件可藉由在元件符號之後的字母來區別，此字母區別相似部件。若僅有首要元件符號被使用在說明書中，此敘述可應用於具有相同的首要元件符號的類似部件的任一者，而與字母無關。
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
200:電化學平坦化設備
205:基板支撐件
210:基板
215:夾盤主體
217:基板支撐表面
220:通道
225:真空源
227:升舉銷
230:邊緣環
235:心軸
240:臂
245:端效器
250:電解質傳遞埠
255:電解質源
260:擋壁
265:電解質排放埠
270:電接觸
275:電流源
280:光學感測器
285:視野

Claims (20)

  1. 一種基板電化學平坦化設備，包含： 一夾盤主體，界定一基板支撐表面； 一擋壁，從該夾盤主體延伸； 一電解質傳遞埠，安置在該擋壁的徑向之內； 一心軸，可定位在該夾盤主體上方； 一端效器，與該心軸的一下端耦接，其中該端效器是導電的； 一電接觸，從該夾盤主體或該擋壁延伸；及 一電流源，其中該電流源被設置以提供一電流至由該擋壁界定的一開放內部內的一電解質。
  2. 如請求項1所述之基板電化學平坦化設備，其中： 該端效器以小於或約150 mm的一直徑為特徵。
  3. 如請求項1所述之基板電化學平坦化設備，其中： 該心軸是可旋轉的及相對於該夾盤主體可橫向地移位。
  4. 如請求項1所述之基板電化學平坦化設備，其中： 面向該基板支撐表面的該端效器的一表面是平坦的。
  5. 如請求項1所述之基板電化學平坦化設備，其中： 該擋壁是環形的；及 該端效器的一直徑小於該擋壁的一內直徑。
  6. 如請求項1所述之基板電化學平坦化設備，進一步包含： 一電解質排放埠，定位在該夾盤主體與該擋壁中的一者或兩者內。
  7. 如請求項1所述之基板電化學平坦化設備，進一步包含： 一邊緣環，座落在該夾盤主體上。
  8. 一種基板電化學平坦化設備，包含： 一夾盤主體，界定一基板支撐表面； 一心軸，可定位在該夾盤主體上方； 一旋轉驅動機構，與該心軸耦接； 一端效器，與該心軸的一下端耦接； 一電接觸，從該夾盤主體延伸；及 一電流源，其中該電流源被設置以提供一電流至由從該夾盤主體延伸的一擋壁界定的一開放內部內的一電解質。
  9. 如請求項8所述之基板電化學平坦化設備，其中： 該端效器包含一導電材料。
  10. 如請求項8所述之基板電化學平坦化設備，進一步包含： 一邊緣環，座落在該夾盤主體上，其中該邊緣環的一內直徑小於約5%大於該基板支撐表面的一直徑。
  11. 如請求項8所述之基板電化學平坦化設備，進一步包含： 一擋壁，安置在該夾盤主體的徑向之外，其中該擋壁是環形的；及 該端效器的一直徑小於該擋壁的一內直徑。
  12. 如請求項8所述之基板電化學平坦化設備，進一步包含： 一擋壁，安置在該夾盤主體的徑向之外； 一電解質源；及 一電解質傳遞埠，與該電解質源流體地耦接，該電解質傳遞埠被安置在該擋壁的徑向之內。
  13. 如請求項8所述之基板電化學平坦化設備，進一步包含： 一光學感測器，該光學感測器被引導在該基板支撐表面處。
  14. 如請求項8所述之基板電化學平坦化設備，其中： 該基板電化學平坦化設備被安置在一拋光腔室內，該拋光腔室包含一面朝下拋光站。
  15. 一種平坦化一基板的方法，包含以下步驟： 將一基板以面朝上定位在一開放內部內的一夾盤主體的一基板支撐表面的頂上，該開放內部由從該夾盤主體延伸的一擋壁所界定； 將該基板夾住至該夾盤主體； 傳遞一電解質至該基板的一頂表面； 將該基板的該頂表面與一端效器接合，該端效器與一心軸的一下端耦接；及 施加一電流至該電解質。
  16. 如請求項15所述之平坦化一基板的方法，進一步包含以下步驟： 橫向移位該心軸，同時旋轉抵靠該基板的該頂表面的該端效器。
  17. 如請求項15所述之平坦化一基板的方法，進一步包含以下步驟： 相對於該基板移動該端效器。
  18. 如請求項15所述之平坦化一基板的方法，其中： 在旋轉抵靠該基板的該頂表面的該端效器的同時，小於或約2.0 psi的向下力被施加至該端效器。
  19. 如請求項15所述之平坦化一基板的方法，其中： 在旋轉抵靠該基板的該頂表面的該端效器的同時，該端效器的一中央軸從該基板的一中央軸偏移。
  20. 如請求項15所述之平坦化一基板的方法，進一步包含以下步驟： 經由一電解質排放埠從該開放內部排出該電解質，該電解質排放埠定位在該夾盤主體與該擋壁中的一者或兩者內。
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