TW523442B

TW523442B - Abrasive free polishing in copper damascene applications

Info

Publication number: TW523442B
Application number: TW091100713A
Authority: TW
Inventors: Saket Chadda; Stephen C Schultz; Timothy S Dyer
Original assignee: Speedfam Ipec Corp
Priority date: 2001-01-19
Filing date: 2002-01-18
Publication date: 2003-03-11
Also published as: WO2002057052A1; US20020098784A1

Description

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五、發明說明 ⑴ 發明領域本發明係關於化學機械式平整（CMP)工具，尤指CMP工具所用之拋光裝置。背景 CMP工具典型上是用來把半導體晶圓表面平整，以除去半導體晶圓所形成層的上部（例如金屬鑲嵌法），或除去半導體晶圓所形成障壁層。有些習用CMP工具包含載體（可有或無賦予的拋光運動）以持有晶圓，和具有拋光墊片之平枱〇 CMP工具使·拋光墊片和晶圓表面接觸，典型上在拋光墊片和晶圓表面之間施加特定壓力。此外，CMP典型上在抛光墊片和晶圓表面之間引進漿液。漿液有磨粒懸浮在化學溶液内，與晶圓表面上之選擇物料反應。壓力、磨料 Λ 化學溶液和拋光運動’遂行拋光。習用 CMP工具在對半導體晶圓上的銅拋光時，有若干缺點例如，標準CMP漿液典型上含有磨粒。此等磨粒用來除銅時 y 會造成無法接受量的金屬坑洞和微刮痕氧化物― Ο 再者來自漿液的磨粒在淨室環境内可能造成污染問題〇所以 9 亟需有簡單而廉價的替代方法，進行無磨劑拋光 > 以可接受的除去率，減少淨室的負荷，又可大大減少坑洞和微刮痕〇概述按昭本發明要旨 ’提供金屬鑲嵌應用上的無磨劑拋光 UFP)裝置。在本發印 3 —要旨中，AFP裝置含控制器、工件固定具 Λ 拭刷總成、高流量流體分配器，可分配AFP化學 523442 五、發明說明（2) 溶液。與習用漿液不同的是，Afp化學溶液不含磨粒。高流量流體分配器把AFP化學溶液以充分容量，施加於拭刷總成與要拋光的工件表面接觸的界面（在此亦稱為活性面積），以達成所需去除率。 —，AFP過程中，工件是裝載於AFp裝置内，利用工件固疋具定位’使要拋光的表面與拭刷總成接觸。A pp裝置賦予工件和拭刷總成間的拋光運動，而流體分配器則施加 AFP化學溶液於活性面積。本發明此目的有益於在工件拋光中消除磨粒，因而在金屬鑲嵌應用中，可減少氧化物冲餘，氧化物層的微刮痕和金屬層的坑洞。工件之拋光是因為AFP化學溶液與金屬層反應，加上拭刷總成把金屬層的反應部份從工件磨掉。按照本發明此要旨，AF P裝置控制引進活面積的AFP化學溶液容量，以達成所需去除率。在一具體例中，流體分配器以約3〇〇ffll/fflin流量提供AFP化學溶液，以達成大於約5000A /min的去除率。在本發明另一要旨中，AFP裝置包含平台，具有複數貫穿孔，以直接提供AF P化學溶液至活性面積（即拭刷總成與待拋光工件表面接觸之界面）。貫穿孔更容易直接提供 AFP化學溶液至活性面積，而且容許流體分配器以較高的流量，直接提供A F P化學溶液至活性面積。在本發明再一要旨中，AFP裝置控制AFP製程之溫度。雖然AFP可在大溫度範圍進行，但較佳溫度區域是使AFP達成最適去除率。在一具體例中，AFP化學溶液本身用來協助控制製程溫度。再者，在此具體例中，化學溶液可用與

523442 五、發明說明（3) 工件上累積的瑣屑反應和/或加以冲走，並有助於保持反應溫度在特定溫度範圍内。在本發明又一要旨中，澱積在工件上的金屬層可由銅、銀或鈕製成。在本發明又一要旨中，裝置包含保存AFP 化學溶液之槽。在此要旨中，工件固定具可轉動自如地把工件定位在直立位置。在進一步精製中，工件至少一部份浸入AFP化學溶液内，因而在AFP製程中，工件轉動通過流體。此要旨容許提供高容量的AFP化學溶液至活性面積，並協助控制反應溫度。. 圖式簡單說明第1圖係按照本發明一具體例，表示AFP裝置之簡化方塊圖；第2圖係按照本發明一具體例，表示第1圖所示AFP裝置操作之總體流程圖；第2 A圖係按照本發明一具體例，表示決定工件是否在 AFP裝置内所用方法之流程圖；第3圖係表示第1圖中AFP裝置一具體例之圖；第3A圖係表示第1圖中AFP裝置另一具體例之圖；第4圖係表示第1圖中AFP裝置另一具體例之圖；第5圖係表示第1圖中AFP裝置又一具體例之圖；第6圖係使用本發明陶瓷平枱的CMP裝置斷面之簡略部份側視圖；第7圖係使用陶瓷平枱的另一裝置斷面之簡略部份側視圖；

523442 五、發明說明（4) 第8圖係對本發明旋動陶瓷平枱賦予擺動所需第7圖裝置之透視圖；第9圖係對本發明旋動陶瓷平枱提供擺動的第8圖CMP 工具機械性止動細部之簡略部份分解圖；第1 0圖係表示另一 C MP工具細部之部份斷面簡略側視圖，其中晶圓載體裝設成對本發明無論是靜止或轉動安裝於陶瓷平枱的拋光墊片又擺動又旋動，又轉動又旋動；第1 1圖係按照本發明一具體例，表示AFP裝置操作流程圖；第1 2圖係按照本發明一具體例，表示AFP裝置佈置圖。詳細說明本發明一要旨是使用化學溶液，以高流量施加於活性面積，配合拭刷總成’以比使用無磨粒漿液的習知CMp工具更高的去除率，達成工件上所形成體積金屬層（例如銅）之無磨劑拋光（AFP)。與傳統CMP拋光不同的是，AFP在拋光過程中不遵照標準動力學，因其反應是化學性質。CMp 拋光工具遵循標準Pres ton型關係。此關係界定為提高壓力或速度’以致相對應或直線增加去除率。反之，A f p在動力學上的不靈敏’會κ質降低準確控制運動或接觸的要求。然而，AFP去除率會比CMP低。本發明人等藉提供高流量AFP化學溶液至活性面積（即待拋光的工件表面與拭刷總成接觸之界面），大為提高去除率。又，一如在若干其他 AFP系統’把溶液滴到拋光墊片未被工件覆蓋的一部份，

523442 五、發明說明（5) 不易提供高流量至活性面積’達成約4 Ο Ο A或以上之去除率（在超過3 psi臨限壓力之後）。另外，AFP有溫度依賴性，會受到工件與AFP裝置的拭刷總成間摩擦引起溫度升高的影響。使用低熱質量的拭刷總成，加上施加於活性面積的AF P化學溶液容量或流量，可達成所需反應溫度。又，AFP化學溶液本身溫度可以控制，以助控制反應溫度。第1圖表示A F P裝置1 0，按照本發明一具體例，可將工件上的銅層（例如半導體晶圓）拋光。此具體例包含工件固定具1 1、拭刷總成1 2、高流量流體分配器1 3 (以下稱流體分配器13)，和控制器14。工件固定具在AFP製程中用來操縱和/或定位工件。拭刷總成1 2提供磨光表面。流體分配器1 3構成在AFP製程中提供AFP化學溶液至活性面積（如前所述，是找刷總成的磨光表面與待拋光表面接觸的界面）。再者’流體分配器13構成以較兩流量提供a d p化學溶液至活性面積。控制器14連接至工件固定具n、拭刷總成12 和流體分配器1 3，並構成提供控制信號至工件固定具1 1、拭刷總成1 2和流體分配器1 3。雖然圖示只有一流體分配器 1 3和工件固疋具1 1 ’可視用途使用若干流體分配器或工件固定具。在一具鱧例中，化學溶液包含有機酸、銅複合物形成劑、氧化劑，可促進鋼反應過程。有機酸可例如為草酸。銅複合物形成劑可例如為2 -喹啉甲酸。氧化物可例如為過氧化氫。銅以外的金屬可用做不同的金屬性複合物形成劑

第9頁 523442 五、發明說明（6) 、一… 。AFP銅溶液之一例為日立化學公司製品HSC 430。其他可接受的化學溶液包含美國亞里桑那州鳳凰城Rode 1公司製品 RS 3125。在一具體例中，拭刷總成1 2包含有充分剛性的材料製成的拭刷，施以所需壓力磨光反應之金屬性層，而不致刮傷氧化物層。聚丙烯酸乙烯醋（PVA)和聚胺酯是其中之二，但其他具體例亦可使用具有適合用途的剛性和磨光性能之任何材料。此種材料又一優點是，拭刷總成1 2可由較便宜而輕量元件製成。在進一步精製中，拭刷總成1 2的拭刷具有低熱質量特性。如前所述，AFP化學溶液與金屬反應，再加上拭刷總成1 2的拭刷與工件表面間的摩擦，會提高反應溫度，而不利地降低去除率。工件與拭刷總成1 2的拭刷間之接觸面積，加上A F P化學溶液施加至活性面積的容量和/或流量，係設計成保留反應溫度在所需水準。溫度可在5至4 〇 °C的範圍，惟以1 0至3 (TC為佳。第2圖表示按照本發明一具體例，AFp裝置i 〇 (第i圖）之操作。參見第1和2圖，AFP裝置1〇操作如下。在操作2〇之際，具有厚銅層需要拋光（例如應用金屬鑲嵌法）的工件，裝入AFP裝置10内。裝載可由任何方式達成，限於經由機器人手臂裝載，由人員協助，或一些合併方式。工件移到工件固定具1 1，把至少一部份工件定位於與拭 2成1 2的磨光表面接觸。在此具體例中，工件導體晶圓。

523442 五、發明說明（7) 與#於操作2 1中，控制器1 4促使流體分配器1 3提供AFP化子=液至活性面積。在一具體例中，控制器1 4造成流體分酉己” 1 3以預定流量提供a ρ p化學溶液，以達成所需反應溫度和去除率。例如，提高流量傾向於使更多無磨劑化學溶，到達活性面積，因而與待拋光的銅反應。此外，提高流量也傾向於除去更多在拋光過程中產生的熱，由此控制反應溫度。在一具體例中，流體分配器丨3以大於約〉3 〇〇 m丄/ min的流量提供afP溶液。 •於操作2 2當中，控制器1 4促使工件和拭刷總成1 2以所需壓力接觸。此外，控制器1 4促使AFP裝置，在工件和拭刷總成1 2的磨光表面之間賦以拋光運動。所賦拋光運動可以轉動、旋動、擺動、直線運動，及其組合，或有助於達成所需拋光形態之任何其他運動。雖然操作21，22是依序說明，但精於CMP工具技藝之士均知，在檢討本案内容後，可以同時、不同順序，或與其他操作組合，進行操作2 1和2 2。再者，拋光運動和速度、壓力、AFP化學溶液和AFP化學溶液流量，對特定拭刷類型和AFP用途，可達最適化。例如，在單一拋光操作中，可以最適方式改變此等參變數一次或多次，視用途而定。製程進行操作23，AFP製程到此為止。在一具體例中，操作23是在工件經AFP製程大約180秒後進行。一般而言，拋光製程期間是由到達終點所需時間（即終點時間），和拋光製程繼續到通過終點時間的時間（即過度拋光時間）之和來決定。然而，AFP製程可用到容許達標準CMP製程過度

第11頁 523442 m糊⑻ 二間的兩倍，而無使用標準CMP製程可能發 d化物㈣。afp製程期間在其他具體例内▼能！異 -φ=用拭刷類別及其附帶熱質量、所用afp化學溶液、' 如前所述，以較高流量的AFP化學溶液施加於活性面二扒i提高去除率至更適於製造環境。再者，此具體例有二^;、少微刮痕、氧化物層冲蝕、銅層坑洞，因為製程内衣—置減少序·至巧染之虞，因為AFP化學溶液内無磨粒。，第2A圖表示操作20(第2圖）之—具體例。在操作2〇中 =行操作24，其中AFP裝置1〇檢核是否有晶圓裝入Αρρ裝 ^ 〇内。此項操作可由使用者目視為之，或使用探測器裝置C圖上未不），構成提供信號至控制器i 4 (見第1圖）。有銓於此，凡精於CMP工具技藝之士，均可實施適當探測器，而無不當實驗。若AFP裝置10内有工件存在，進行操作 25 ’停止清理操作。另外，操作25可從AFp裝置1〇除去工件、，以代替停止製程。若AFP裝置1〇已空，或操作25已進行過’則進行操作2 6。於操作2 6當中，把工件裝入工件固定具内。第3圖表示本發明具體例之aFP裝置1 〇 (第1圖）。在此具體例内’拭刷總成1 2包含波發生器3 1、刷墊3 2和貫穿孔 33 ’而工件固定具π包含載體總成34, 34a。波發生器31用來對抛光墊賦予旋動的動力式運動，在約1〇〇至約1 〇〇〇rpffl

第12頁 523442 五、發明說明（9) ^ ^ 範圍，旋動半徑在約0· 25至約L 00忖範圍，並提供AFP化學溶液分配器。載體總成3 4和3 4 a構造在於分別保持個工件3 5和3 5 a。拭刷總成1 2附設於波發生器3 1。貫穿孔3 3分佈於拭刷總成1 2的刷墊3 2内，容許AFP化學溶液從波發生器3 1傳送至拭刷總成1 2表面。此具體例有益於容許AF P化學溶液直接施加於所需位置（即活性面積或工件3 5，3 5 a與刷墊3 2間之界面）。在一具體例中，拭刷總成1 2的拭刷以約1 · 〇 pS i的壓力與工件接觸。在其他具體例中，壓力可在0· 5psi至5psi或以上之範圍，視用途而定。又，在此具體例中，工件3 5和 35a是以l〇- 2 00 rpm速度轉動，而刷墊33以10〇-l〇〇〇rpm轉動。雖然拋光運動有助於除去反應材料，刷墊3 2與工件3 5 ，3 5 a間的摩擦發熱，傾向於提高反應溫度，因此減少去除率，已如前述。然而，A F P化學溶液以較高流量經由貫穿孔3 3直接提供至活性面積，以除去此熱。又，與習用系統不同的是’把溶液滴在抛光墊片不被工件蓋住位置的頂部 ’貫穿孔3 3容許A F P化學溶液以較高流量直接提供至活性面積。此外，AFP化學溶液的較高流量，維持反應劑在活性面積的AFP化學溶液内更均勻濃度，因而使去除率達最大。意即反應劑與銅層反應時，較低流量傾向於使在活性面積的AFP化學溶液内之反應劑濃度降低，因而有降低除率的傾向。在本發明其他具體例中，銅以外的金屬可經此法處理。金屬例包含钽和銀，雖然此等不同金屬需要不同的Αρρ

第13頁 523442 五、發明說明（10) -- 化學溶液加以反應。不同的金屬需要另外複合化學和氧化物，以便利用AFP拋光。浸於比聚胺酯墊片為軟的AFp溶液内時，需要材料形成複合物。AFP可應用於上述金屬，因為可形成複合物和氧化物。另外，本發明其他具體例容許平枱施加變異運動（見第6_1 0圖和附帶討論）配合轉動載體。例如，平枱可旋動、平彳口可擺動，或平_ 口可疑動和擺動組合轉動或不轉動載體，或組合若干不同類別的載體運動，以達成所需拋光形態。

第3A圖表示本發明另一具體例之AFP裝置1〇 (第1圖）。此具體例類似第3圖之具體例，加上溫度控制系統。在此具體例中’冷卻流體經由冷卻凹溝36循環通過拭刷總成12 的平枱。冷卻流體經進口 37進入冷卻凹溝36，經出口 38出去。此具體例除前述方法外，可進行溫度控制。任何流體可用於拭刷總成1 2的冷卻，只要流體適於熱交換過程，且不會損壞構成拭刷總成的材料即可。在一具體 A 流體係脫離子水。〃 7 第4圖表示另一具體例之AFP裝置1〇。在此且體例中，拭刷總成12包含薄餅狀拭刷41，41a。拭刷41，41 a係直立構型，工件35設於其間。工件固定具U實施成自由轉動支持構件43，位於拭刷41，41 a下方中間。此直立構型較標準水平CMP裝置，減少/寶貴的.樓板空間要求（在此亦稱為足印），故可潛在減少淨室成本。在本發明此具體例中，裝置10含有AFP化學溶液貯槽，至少工件35 一部份浸入，使

第14頁 523442 五、發明說明（11) 工件35轉動通過AFP化學溶液。轉動工件35通過AFp溶液，實際上賦予工件35表面相對於AFP化學溶液的高度剪力。士前所述，AFP化學溶液至活性面積的高流量，傾向於提咼去除率，除去AFP溶液與待拋光金屬摩擦和化學反應發生的熱。直立構型在工件35轉動通過槽42時，除AFP化學溶液外，可供高容量AFP化學溶液施於工件35和拭刷41， 4 1 a之^間。應用高容量AF P化學溶液，可得所需拋光形態。第5圖表示又一具體例之afp裝置1 〇。在此具體例中，拭刷總成1 2以圓筒形拭刷5 1和5 1 a實施，晶圓3 5設在其間。第5圖為取自沿圓筒形拭刷5 1，51 a縱軸線之側視圖。圓筒形拭刷5 1和5 1 a繞其縱軸線轉動，因而拋光工件頂面和底面。此具體例容許高容量AF P化學溶液施加於工件3 5表面’容許所需去除，以致較佳拋光形態。其他具體例可利用適當修飾的商業化緩衝單位或晶圓清理單位實施。在一具體例中，AvantGaard 6 7 6 CMP工具用之緩衝單位，經修飾具有適當刷墊和AFP化學溶液分配器。具體而言，單位經修飾提供卜3psi拋光壓力，以約 1 0 0-3 0 0m 1/m in分配AFP化學溶液。其他具體例包含改變拭刷類別和/或流體分配器，與AFP化學溶液的化學補充相容。此等具體例係無載體，一般比使用載體者較大複雜，且成本較低。無載體AFP裝置降低成本，可在連續製程中使用若干無載體AF P裝置而實施系統。材料去除率係局部溶液化學活力之強因數。各AFP滾輪組除去定量材料，與 A F P溶液拭刷流量成比例。

第15頁 523442 五、發明說明（12) " ""1 本發明AFP化學溶液可用於廣範圍的CMP工具，包含但不2於旋動拋光器，例如美國專利第5，5 5 4，0 6 4號「旋動化學機械式拋光裝置及製法」揭示一種旋動化學機械式抛光裝置，於此列入參玫至恰當程度。本申請人在1998年9 月17曰提出的美國專利申請案09/153, 993號揭示的改進 CMP機器，對裝置的拋光墊片增加另一種運動：即在較佳具體例中’以輪流順時鐘和反時鐘方向，藉拋光墊片轉動平枱達成之轉動或擺動。在CMP中平枱以拋光墊片轉動或擺動，較只用到旋動所得表面，因減少拋光變異而增進抛光晶圓表面。參見第6-1 0圖，抛光墊片可由聚丙烯酸乙烯醋（PVA) 和聚胺酯等材料製成，但凡顯示適合用途的所需剛性和磨光性能之任何材料均可用。拋光墊片具有一種磨光表面: 容許高容量A F P化學溶液到達活性面積（即拋光墊片與工件表面接觸之界面）。在此具體例中所用平枱可為第6圖所示實體型（平抬 1 0 2 )，更好是第3圖所示類型（拭刷總成1 2 )，容許a FP化學溶液以高容量經由貫穿孔3 3施加於工件表面，達成所需抛光形態。 @ 擺動式旋動CMP裝置如第6圖所示，以增加AFP化學溶液和分配器修飾之。因此，裝置包含本發明機架1〇〇，上面裝設平枱102，設備拋光墊片104。裝置包含一對轉動轴承，上轉動軸承106固定安裝於平枱102底側，以及轉動式波發生器110，含有實質上圓筒形套筒111，在平抬102下

第16頁 523442 發明說明（13) "~ 方朝下延伸。波發生器11〇的上轉動軸承1〇6之第一中心軸線Co，偏離下轉動軸承i 〇8的第二中心軸線Cc，下轉動軸承108固疋安裝於套筒in下部，和裝置之機架1〇〇。因此 ’當波發生裔110帶進旋轉運動，上轉動軸承1〇6的第一中心軸線Co等於在第一中心軸線c〇和第二中心軸線Cc間之平行偏離。此舉造成平枱1〇2和拋光墊片ι〇4旋動。如第6圖所示，=波發生器110賦予旋轉運動是利用驅動皮帶112, 包圍套筒11 1，並延伸越過聯結於驅動馬達丨丨6的滑輪丨i 4 。旋動的進一步細節可參見美國專利5, 5 54, 〇64號，於此列入參玫。傳動軸118從其固定附設的平枱1〇2下方伸出，穿過波發生裔110的套甸111之環形空間，向下到對平枱賦予轉動或擺動的機制。傳動軸118含有支架12〇，固定附設於平才口102下方。從上支架120向下延伸，傳動軸jig含上萬向接頭122a和下萬向接頭122b，與上萬向接頭i22a隔開。可用來賦予轉動或擺動的各種機制，凡精於此道之士閱讀和明白本案内容後即可清楚。在第6圖較佳具體例中 ’驅動軸124在一端聯結於下萬向接頭i22b，另一端聯結於齒輪柏126。驅動軸124的軸線是沿下轉動軸承1Q8第二中心軸承C的同樣轉動軸線，利用馬達控制器1 3 8控制的步進馬達136驅動齒輪箱126。馬達控制器138控制馬達136賦予驅動軸1 2 4的轉動度。因此，調節馬達控制器丨3 8，即可在約-360至約+ 360度擺動範圍内變化弧度。為了轉動，容許馬達連續轉動驅動軸124，因而造成拋光墊片1〇4的連續

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523442 五、發明說明（15) AFP化學溶液供應線（和其他供應線）需供虡轉動式聯結器 ’使供應線不會繞傳動軸扭轉。顯然，為部份轉動或擺動 ’不需此種轉動式聯結器，只要供應線充分長即可。在為抛光標準8忖和1 2忖晶圓而開發的具體例中’平才口和塾片旋動’使墊片中心執跡描圓圈，直控約為晶圓直徑的1/2至約〇· 1吋（2.54mm)，以旋動直授ΐ·25吋（31· 75 mm)為佳。載體旋動中心偏離平枱旋動中心約〇至約1吋（ 25·4επι〇，以偏離約〇375吋（9 5 4随）為隹。典型上’塾片和平枱旋動速·度至少3〇〇rpm，以300 - 犯為佳，但範圍可多達20 0 -2 0 0 0rpin。晶圓載體 150可％其軸線轉動或擺動，或保留靜止。

拗# :2 ί 2在各拋光周期巾，以整數時間轉動或擺動。 ίΐ.ΞίίΪ 若干因數而定，典型上在約1至約4分鐘 Ξ Ξ 2 ΐ 以每拋光周期約1至約20完整擺動為佳，而以母拋先一分鐘掠過約6至丨〇次更好。 #動Ϊ =拋^墊片104轉動或擺動弧度可變化，仍以連續 ^方向）的/"動約-1 80度（反時鐘方向）至約+1 8 0度（順時 1 ^ 更好。擺動在約〜1 3 5。至約+ 1 3 5。區域内有用，但角位轉動較小或較大亦有利。受到具中可知待抛光的半導體基材表面，會，視裝置操作模★而宁應用同合里AFP化子 >谷液外

晶圓載體H ^碎式疋。例如，當平枱又旋動又擺動，而體=時，，曰圓表面會受到旋動、轉動和擺動的拋面’當平抬旋動和轉動時，雖然晶圓載體轉

523442 五、發明說明（16) 動，晶圓表面受到旋動拋光運動，連同兩種轉動拋光運。晶圓載體靜止時，晶圓表面受到旋動和轉動之拋光運，或旋動和擺動之拋光運動，視裝置操作模式而定。按照本說明書的術語用法，「擺動拋光運動」指裝 (載體或平枱）的運動，而非晶圓表面執跡經驗（或追循）的實際運動Γ「直線」「轉動」「掠過」和「旋動拋光、$ 動」均同此。

凡已讀過本文内容的技術專家均知，使用上與第3圖平枱相似的平枱，容許AFP化學溶液分佈於工件表面，: 載體和平枱的運動模式反逆，即晶圓載體可裝設機械式構’以產生旋動和擺動或轉動；而平枱可停留靜止，亦可轉動。因此’經由第1 〇圖所示具體例，平枱亦可用於進行此項「逆反」應用拋光運動之裝置。由於裝置的許多零^ 件與上述具體例相似，可用同樣材料以求簡化。在此^況下’晶圓載體1 5 0聯結於波發生器1 1 〇，和上述波發生器同樣包括二軸承106和108，在直立方向彼此隔開，並偏離轉動中心。下軸承108安裝於支持結構，諸如罩殼154，從而以支持結構1 5 6加以支持。波發生器的一端具有圓筒形套筒111，利用越過電動馬達1 1 6驅動滑輪11 4的皮帶1 1 2驅動，馬達最好有速度控制。中央傳動軸n 8在波發生器的環形空間内延伸，而支架i 2〇下端安裝在晶圓載體丨5 〇的上表面。傳動軸1 18裝有至少二萬向接頭i22a，122b，兩端各二。驅動軸124安裝在傳動轴Π8上端，於上萬向接頭122&之上，利用馬達1 3 6驅動通過齒輪箱丨2 6，從而利用馬達控制

第20頁 523442 五、發明說明（17) 器1#38控制。因此，對晶圓載體1 5〇賦予旋動和轉動式擺動之衣置’與上述賦予本發明拋光墊片平枱該項運動之裝置相似。在此例中’晶圓載體含有晶圓1 5 2時，帶到與墊片1 6 〇 f觸’墊片1 6 0係支持在平枱丨6 6上，可以轉動，亦可保持 =止。平枱轉動時，墊片以「拂掠運動」掠過待拋光的晶圓表面。同時，上述裝置的操作對晶圓載體（也因此對晶圓）賦予旋動，連同載體繞其中心軸線完整轉動，或對此趨向擺動。因此，除對工件表面施加AFP化學溶液外，裝置對晶圓表面提供拋光運動的若干排列組合：（丨）旋動、轉動和拂掠拋光運動，（2)旋動、擺動和拂掠拋光運動，

(3 )旋動和擺動式拋光運動，以及（4 )旋動和擺動式拋光運第11圖表示本發明具體例例包含三個AFP裝置61，62, 63 CMP裝置64。CMP裝置64除去障於厚金屬層和氧化物層間之層理器65，再到SRD(旋轉/淋^ 宜用在AFP製法期間約為（：肝裝，AFP裝置61，63的組合產能合於本案内容，凡精於此道之1 他作業性組合，以達成所需有而無不當的經驗。第1 2圖表示按照本發明一 AFP系統之流程圖。此具體，除去厚金屬層，並進料於壁層。障壁層係典型上形居 (例如鈕）。工件接著送至清 /乾燥）模組6 6。此具體例置6 4三倍的情況。如此一弟配合CMP裝置64的產能。鑑均可實施此等模組的任何肩效應去除率、產量、成本，具體例A F P裝置7 0的佈署。

第21頁 523442 五、發明說明（18) 在此具體例中，三個AFP單位71，72，73除去厚金屬層的部份，進料到CMP單位74，用以除去障壁層之部份。工件接著送到清理器/ SRD模組75。機器人晶圓傳送器76用來運動工件出入系統之單位71-74。鑑於本案内容，凡熟悉CMP 工具之士均可實施任何其他作業性組合，以達成所需有效性去除率、產量和成本。於此所用工件可為半導體晶圓、有或無活性元件或電路之半導體基材、部份處理過晶圓、矽或絕緣體結構、拼合總成、平板顯示器、微電機結構（MEMS )、硬質驅動記憶體碟片，或具有厚金屬層可得益於平整之任何其他材料。

上述說明書、實施例和資料，提供本發明組成物製造和使用之完整說明。因本發明可有許多具體例不悖本發明精神和範圍，本發明以所附申請專利範圍為準。

第22頁 523442 圖式簡單說明第1圖係按照本發明一具體例，表示AFP裝置之簡化方塊圖；第2圖係按照本發明一具體例，表示第1圖所示AFP裝置操作之總體流程圖；第2 A圖係按照本發明一具體例，表示決定工件是否在 AFP裝置内所用方法之流程圖；第3圖係表示第1圖中AFP裝置一具體例之圖；第3A圖係表示第1圖中AFP裝置另一具體例之圖；第4圖係表·示第1圖中AFP裝置另一具體例之圖；第5圖係表示第1圖中AFP裝置又一具體例之圖；第6圖係使用本發明陶瓷平枱的CMP裝置斷面之簡略部份側視圖；第7圖係使用陶瓷平枱的另一裝置斷面之簡略部份側視圖；第8圖係對本發明旋動陶瓷平枱賦予擺動所需第7圖裝置之透視圖；第9圖係對本發明旋動陶瓷平枱提供擺動的第8圖CMP 工具機械性止動細部之簡略部份分解圖；第1 0圖係表示另一 CMP工具細部之部份斷面簡略側視圖，其中晶圓載體裝設成對本發明無論是靜止或轉動安裝於陶瓷平枱的拋光墊片又擺動又旋動，又轉動又旋動；第1 1圖係按照本發明一具體例，表示AFP裝置操作流程圖；第1 2圖係按照本發明一具體例，表示AFP裝置佈置圖。

Claims

523442 六、申請專利範圍 1. 一種工件金屬層之拋光方法，包括：把工件裝入拋光工具内；以約5 0 c c / m i η至約5 0 0 c c / m i η之流量，對工件金屬層提供無磨劑化學溶液；和把工件上的金屬件拋光者。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中無磨劑化學溶液係經由磨光表面的貫穿孔，提供至工件和磨光表面間之界面者。 3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中方法是在約5 °C 至約4 0 °C間之溫度進行者。 4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中方法是在約10 °C至約3 0它間之溫度進行者。 5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中拋光是以低熱權值刷進行者。 6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中金屬層包括銅者。 7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中金屬層包括銀者。 8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中金屬層包括鈕者。 9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中.以工件呈實質上直立定向進行者。 1 0.如申請專利範圍第1項之方法，又包括控制無磨劑化學溶液與金屬層的金屬反應之溫度者。

523442 六、申請專利範圍 11 .如申請專利範圍第1項之方法，其中無磨劑化學溶液包括有機酸、金屬性複合物形成劑和氧化劑者。 1 2.如申請專利範圍第1 1項之方法，其中有機酸包括草酸者。 1 3.如申請專利範圍第1 1項之方法，其中金屬性複合物形成劑包括嗤琳甲酸者。 1 4.如申請專利範圍第1 1項之方法，其中氧化劑包括過氧化氫者。 15. —種在工件上所形成金屬層之拋光裝置，包括：把工件裝入裝置内所用機構；以約5 0 c c / m i η至約5 0 0 c c / m i η的流量，提供無磨劑化學溶液至工件金屬層所用機構；和把工件上金屬層加以抛光用之機構者。 1 6.如申請專利範圍第1 5項之裝置，其中拋光機構包含有貫穿孔的磨光表面，而其中提供機構係經由貫穿孔提供無磨劑化學溶液至磨光表面與工件間之界面者。 17.如申請專利範圍第15項之裝置，其中抛光機構包括把工件定向於實質上直立位置用之機構者。 1 8.如申請專利範圍第1 5項之裝置，又包括控制無磨劑化學溶液與金屬層的金屬反應溫度用之機構者。 1 9.如申請專利範圍第1 5項之裝置，其中無磨劑化學溶液包括有機酸、金屬性複合物形成劑和氧化劑者。 20.如申請專利範圍第15項之裝置，其中拋光機構轉動工具通過無磨劑化學溶液貯槽者。

523442 六、申請專利範圍 21·如申請專利範圍第15項之裝置，其中拋光機構含有一對薄餅狀蟄片’在抛光操作當中，工件設置在薄餅狀墊片之間者。 22·如申請專利範圍第15項之裝置，其中拋光機構提供旋動和擺動者。 23· —種工件表面所形成金屬層拋光用之拋光裝置，包括：拭刷總流體分控制器器’其中在工流體供無磨劑化學工件在工 24·如申請又包括平枱， 2 5 ·如申古軎具包杠士括支持構 26·如中；構成轉動自：且27.如申請匕括載體者成；配器，構 ’聯結於件抛光操分配器以溶液至拭與拭刷總件和拭刷專利範圍而平枱具專利範圍件者。專利範圍地支持工專利範圍成儲存和工件固定作中，控約 5〇cc/m 刷總成和成接觸；總成之間第2 3項之有冷卻凹第2 3項之第2 5項夕件於直：第23項之分配無磨劑化學溶液；和具、拭刷總成和流體分配制器構成使： i η至約5 0 〇 c c / m i η流量提工件間之界面；以及靖有拋光運動者， j光裝置，其中拭刷總成屢者。拋光裝置，其中工件固定拋光裝置，其中支持構件位置者。拋光裝置，其中工件固定

523442 >、申請專利範圍 ” 2 8.如申請平枱具有貫穿 2 9.如申請學溶液包括有 30· —種工括：工件固拭刷總流體分晶圓載拋光的基材前以及控制器器，其中在工流體分配無磨劑化工件在工 3 1 .如申請又包括平枱， 32.如申請平枱具有貫穿專利孔，專利機酸件表定具成；配器體，面暴範圍第9 q 乐q項之拋光裝置，又包括平枱，延伸貫穸巫k 1 範 f牙千枱者。广I第2 3項之拋光裝置，其中無磨劑化面、’屬性複合物形成劑和氧化劑者。戶斤形成金屬層拋光用之拋光裝置，包構成儲存和分配無磨劑化學溶液； t &牢固保持至少一半導體基材，使待胃於面向平枱上拋光墊片之載體側面； ’聯結於工件固定具、拭刷總成和流體分配件抛光操作當中，控制器構成使：分配器以約5〇cc/min至約500cc/min流量’ 學溶液至拭刷總成和工件間之界面；與拭刷總成接觸；以及件和拭刷總成之間賦有拋光運動者。專利範圍弟3 0項之抛光裝置，其中拭刷總成有冷卻凹溝，構成可傳導冷卻流體者。專利範圍第3 0項之拋光裝置，又包括平枱’ 孔，延伸穿過平枱，並構成傳導無磨劑化學 >谷液者。 33 ·如申請專利範圍第3 0項之拋光裝置，又包括槽，構

第27頁 523442 六、申請專利範圍成容納無磨劑化學溶液，其中拭刷總成構成轉動工件通過槽内所含無磨劑化學溶液者。 34.如申請專利範圍第3 0項之拋光裝置，其中拭刷總成包含一對薄餅狀墊片，在拋光操作當中，工件係設在薄餅狀墊片之間者。

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