TWI693122B - 化學機械平坦化系統和方法以及研磨晶圓的方法 - Google Patents

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Abstract

本揭示內容描述基於由研磨頭的氣室接收的空氣的溫度來調整晶圓研磨速率的方法和設備。方法包括供應加壓空氣至溫度模組，溫度模組耦合到研磨頭。溫度模組調整供應至研磨頭的加壓空氣的溫度。方法更包括向研磨頭的一或多個氣室供應來自溫度模組的控溫的加壓空氣，並經由使晶圓相對於研磨墊旋轉來研磨晶圓。

Description

化學機械平坦化系統和方法以及研磨晶 圓的方法
本揭示內容係關於化學機械研磨的設備和方法。
化學機械平坦化(chemical mechanical planarization(CMP))製程是表面平坦化技術，經由移除晶圓上相對於凹陷特徵的較高特徵，而研磨和平坦化晶圓的表面。
本揭示內容之一態樣提供了一種化學機械平坦化(CMP)系統，包含：研磨工具以及一或多個溫度模組。研磨工具具有一或多個研磨機，其中所述一或多個研磨機中的每個研磨機包含：研磨墊、研磨頭、和漿料分配器。研磨頭配置為將晶圓保持抵靠研磨墊，其中研磨頭包含一或多個氣室。漿料分配器配置為分配在研磨墊上的漿料。一或多個 溫度模組耦合至研磨頭並且配置為向所述一或多個氣室供應控溫的空氣。
本揭示內容之另一態樣提供了一種化學機械平坦化的方法，包含：將晶圓裝載至研磨頭，其中研磨頭包含一或多個氣室；供應加壓空氣至耦合到研磨頭的溫度模組，其中溫度模組配置為調整加壓空氣的溫度；向所述一或多個氣室供應來自溫度模組的加壓空氣；以及經由使晶圓相對於研磨墊旋轉來研磨晶圓。
本揭示內容之又一態樣提供了一種研磨晶圓的方法，包含：將晶圓傳送至研磨工具，研磨工具具有研磨頭，研磨頭配置為將晶圓保持抵靠研磨墊，其中研磨頭包含第一研磨區域和第二研磨區域，每個第一研磨區域和第二研磨區域包含氣室，這些氣室配置為接收控溫的空氣；供應具有第一溫度的第一控溫的空氣至第一研磨區域；供應具有第二溫度的第二控溫的空氣至第二研磨區域，其中第一溫度不同於第二溫度；分配在研磨墊上的漿料；以及用研磨頭將晶圓相對於研磨頭旋轉，以研磨晶圓。
100:研磨機
102:研磨墊
104:平台
106:研磨頭
108:調理輪
110:漿料進給器
112:晶圓
112b:後表面
112f:前表面
114:漿料
200:膜
210:保持環
220:氣室
230:壁
240:分隔壁
250:入口
300:設施空氣供應單元
320:溫度模組
320C、320H:氣體管線
330:氣體管線
340、400:研磨工具
500:方法
510、520、530、540:操作
本揭示內容的各方面，可由以下的詳細描述，並與所附圖式一起閱讀，而得到最佳的理解。值得注意的是，根據產業界的普遍慣例，各個特徵並未按比例繪製。事實上，為了清楚地討論，各個特徵可能任意地增加或減小。
第1圖是根據一些實施方式的研磨機的剖面圖。
第2A圖是根據一些實施方式，具有一或多個氣室的研磨頭的剖面圖。
第2B圖是根據一些實施方式，具有一或多個氣室的研磨頭的平面圖和剖面圖。
第3圖是根據一些實施方式的研磨系統，具有安裝在研磨工具之外的溫度模組。
第4圖是根據一些實施方式的研磨系統，具有安裝在研磨工具之內的溫度模組。
第5圖是根據一些實施方式的研磨方法的流程圖，研磨方法使用在研磨頭中的控溫的空氣以調整晶圓的研磨速率。
以下的揭示內容提供了許多不同的實施方式或實施例，以實現所提供的標的的不同的特徵。以下描述組件和配置的具體實施例，以簡化本揭示內容。當然，這些僅是實施例，並不旨在造成限制。例如，在隨後的描述中，形成第一特徵，其高於第二特徵，可能包括第一和第二特徵以直接接觸形成的實施方式，且也可能包括附加的特徵形成於第一和第二特徵之間，因此第一和第二特徵不是直接接觸的實施方式。
此外，為了便於描述一個元件或特徵與其他的元件或特徵之間，如圖式中所繪示的關係，在此可能使用空間上的相對用語，諸如「之下」、「下方」、「低於」、「之 上」、「高於」、和類似用語。除了圖式中所繪示的方向以外，空間上的相對用語旨在涵蓋使用中或操作中之裝置的不同方向。設備可能有其他方向(旋轉90度或其他方向)，並且此處所使用的空間上相對用語也可相應地進行解釋。
本文所用的術語「額定的」(nominal)指的是在產品或製程的設計階段期間設定的組件或製程操作的特徵或參數的期望值或目標值，以及加上高於和/或低於此期望值的範圍值。值的範圍通常是由於在製造製程或公差的微小變化。
本文所使用的術語「基本上」表示給定量的值，其可以基於與主題半導體裝置相關聯的特定技術節點而變化。在一些實施方式中，基於特定的技術節點，用語「基本上」可以表示一給定量的值在例如目標值(或預期值)的±5%之內變化。
本文所使用的「約」表示一給定量的數值，其可以基於與主題半導體裝置相關聯的特定技術節點而變化。在一些實施方式中，根據特定的技術節點，用語「約」可以表示一給定量的數值在例如數值的5-30%之內變化(例如，數值的±5%、±10%、±20%、或±30%)。
本文所使用的術語「垂直」指的是名義上垂直於基板的表面。
化學機械平坦化(CMP)是一種全晶圓表面平坦化技術，其經由晶圓和研磨墊之間的相對運動來平坦化晶圓的前表面(例如，在製造期間在其上形成另外的層和結構的 表面)，在向晶圓施加壓力(下壓力)的同時存在漿料。化學機械平坦化模組稱為「研磨機」。在研磨機中，晶圓面朝下放置在晶圓保持器或「研磨頭」上，其表面保持抵靠研磨墊，研磨墊位於稱為「平台」(platen)的平坦表面上。研磨機可以在研磨過程中使用旋轉或軌道運動。化學機械平坦化經由移除晶圓前表面上相對於凹陷特徵的較高特徵，來實現晶圓平面性。漿料和研磨墊是「消耗品」，因為它們有不斷使用和更換的需要。
漿料是細磨料顆料和化學品的混合物，在化學機械平坦化製程期間從晶圓表面移除特定的材料。精確的漿料混合和一致的批料混合對於達到晶圓對晶圓(wafer-to-wafer(WtW))和批次對批次(lot-to-lot(LtL))的研磨的重複性(例如，一致的研磨速率、整個晶圓和整個晶粒的一致的研磨均勻性等)至關重要。漿料的質量對於在化學機械平坦化製程期間避免晶圓表面上的刮痕或其他缺陷是重要的。
研磨墊附著在平台的頂表面上。由於聚氨酯的機械特性和孔隙率，墊可以由例如聚氨酯製成。此外，墊可以具有小的穿孔，以幫助沿晶圓的前表面傳送漿料並促進均勻的研磨。墊也將反應的產物從晶圓的前表面移除。隨著墊研磨越多的晶圓，墊的表面變得平坦和光滑，導致稱為「釉化」(glazing)的狀態。釉化的墊不能保持研磨漿料，這顯著降低了晶圓的研磨速率。
研磨墊需要定期調理以延緩釉化的影響。調理 的目的是延長墊的使用壽命，並且在墊的整個使用壽命期間提供一致的研磨性能。墊可以經由機械磨蝕或去離子水射流噴霧(deionized(DI)water jet spray)來調理，去離子水射流噴霧可以攪動(活化)墊的表面並增加墊的粗糙度。活化墊的表面的另一種方式是使用調理輪(「盤」)，調理輪的特徵是具有底部鑽石表面，在調理輪旋轉時底部鑽石表面與墊接觸。調理過程不可避免地移除墊表面的材料，這是墊的使用壽命的重要因素。調理可以用化學機械平坦化模組的原位(in-situ)(內部)或非原位(ex-situ)(外部)執行。在原位的調理中，調理過程是即時(real-time)進行的，其中將墊調理輪或盤施加到墊的一部分上，而晶圓研磨同時在墊的另一部分上進行。在非原位的調理中，在研磨期間不執行調理，並且可以在研磨預定數量的晶圓之後執行調理。在任何一種情況下，都將必須替換研磨墊。例如，在替換研磨墊之前可以處理3000個或更多個晶圓。
如上所述，研磨墊在化學機械平坦化製程期間將晶圓保持在研磨墊上。同時，研磨頭向晶圓的後表面施加壓力或下壓力(downforce)。下壓力以及研磨頭相對於平台的旋轉運動可以影響晶圓前表面的平坦度。在研磨製程期間，固定環將晶圓固定在研磨頭上。此外，膜(例如，柔性膜)插入在介於研磨頭和晶圓的後表面之間，以作為向晶圓的後表面提供均勻壓力或下壓力的手段。介於研磨頭和膜之間的空間充滿空氣，以向晶圓的後表面提供壓力。取決於研磨頭的設計，介於研磨頭和膜之間的空間可以分成兩個或更 多個隔離的氣室，這些氣室可以獨立地膨脹並且對晶圓的不同區域施加相等或不同的下壓力。氣室可以同心圓般地排列在晶圓的後表面上，以形成一或多個「研磨區域」或「區域」。
作為實施例而非限制，研磨頭可以具有2個研磨區域(例如，對應於晶圓中心區的第一區域，和對應於晶圓邊緣區的第二區域)；3個研磨區域(例如，對應於晶圓中心區的第一區域，對應於晶圓環形區的第二區域，和對應於晶圓邊緣區的第三區域)；4個研磨區域(例如，對應於晶圓中心區的第一區域，對應於晶圓環形區的第二區域和第三區域，和對應於晶圓邊緣區的第四區域)；或更多的研磨區域。經由控制施加到每個研磨區域的壓力，研磨機控制晶圓的每個相應區域上的下壓力，並且因此控制在晶圓前表面上的移除速率。例如，如果要在晶圓的前表面上移除的層是邊緣厚的，在研磨製程期間，與晶圓的中心相比，可以將更大的下壓力施加至晶圓的邊緣，以確保均勻的層移除。
然而，調整在研磨區域中的壓力(例如，下壓力)可能有所限制。例如，向晶圓的一個區域施加下壓力以增加此區域的移除速率，這可以引起機械應力，此機械應力可能對於晶圓上的層、晶圓上的結構完整性、或晶圓本身有害。
本揭示內容涉及一種方法和設備，其在研磨頭中施加控溫的(temperature-controlled)空氣，以調整研磨速率，並改善化學機械平坦化製程的均勻性。在一些實施方式中，除了施加下壓力，空氣溫度也可以提供改善的研磨速率控制。例如，降低在研磨區域中的空氣溫度會降低在此研 磨區域的研磨速率(移除速率)。相反地，增加在研磨區域中的空氣溫度會增加在此研磨區域的研磨速率。在一些實施方式中，用具有相同或不同溫度的控溫的氣體填充研磨頭中的每個研磨區域。在一些實施方式中，溫度模組可以向研磨頭供應控溫的空氣，溫度介在約-50℃至約130℃之間。作為實施例而非限製，溫度模組可以安裝在研磨工具之內或之外。
第1圖是根據一些實施方式的化學機械平坦化研磨機100(「研磨機100」)的等角視圖。研磨機100包括研磨墊102，其裝載在旋轉平台(例如，旋轉台)104上。研磨機100也包括旋轉研磨頭106、旋轉調理輪(或「盤」)108、和漿料進給器110。出於說明目的，第1圖包括研磨機100的選擇的部分，並且可包括其他部分(未繪示)。這些其他部分包括但不限於化學品輸送管線、排放管線、控制單元、傳送模組、幫浦等。
待研磨的晶圓112安置在研磨頭106的底部，使得晶圓的前表面面向研磨墊102的頂表面。研磨頭106旋轉晶圓112並且施加下壓力，使得晶圓112壓靠研磨墊102。包括化學品和研磨顆料的漿料114分配在墊的表面上。漿料114、晶圓112、和研磨墊102之間的化學反應和機械磨蝕的組合導致了材料從晶圓112的前表面移除。同時，調理輪108攪動研磨墊102的頂表面，以恢復墊的粗糙度。然而，這不是限制性的，並且調理輪108可以在晶圓112已經研磨並從研磨機100移除之後，開始調理研磨墊102。
在一些實施方式中，平台104、研磨頭106、和調理輪108以相同方向(例如，順時針或逆時針)旋轉，但具有不同的角速度(例如，旋轉速度)。同時，研磨頭106可以在研磨墊102的中心和邊緣之間擺動。另一方面，調理輪108也可能在研磨墊102的中心和邊緣之間或沿著不同的路徑擺動。在任何情況下，上述各種旋轉組件(諸如調理輪108和研磨頭106)的相對運動不是限制性的。
在一些實施方式中，研磨墊102的物理和機械特性(例如，粗糙度、材料選擇、孔隙率、硬度等)取決於要從晶圓112移除的材料。例如，銅研磨、銅阻障研磨、鎢研磨、淺溝槽隔離研磨、氧化物研磨，或是拋光研磨，須要在材料、孔隙率、和硬度方面上的不同類型的研磨墊。研磨機(例如研磨機100)中使用的研磨墊應展現出均勻研磨晶圓表面的硬度。研磨墊(例如，研磨墊102)可以是軟和硬材料的堆疊，其可以符合晶圓112的局部形貌。作為示例而非限制，研磨墊102可以包括孔徑介在約1和約500微米(μm)之間的多孔聚合物材料。
研磨機100可以是包括多個研磨機的研磨工具(在第1圖中未示出)的一部分。研磨工具內的每個研磨機可以具有相同或不同類型的研磨頭和研磨墊。研磨工具也可以包括附加的組件，諸如晶圓處理設備、晶圓沖洗模組、氣體輸送管線、濕化學輸送管線、電子設備、附加的研磨頭和研磨墊等。
根據一些實施方式，第2A圖是研磨頭106的剖 面圖，研磨頭106將晶圓112保持抵靠在平台104上方的研磨墊102。晶圓的前表面112f面向研磨墊102的頂表面，並且晶圓的後表面112b抵靠膜200(例如，柔性膜)定位。在研磨期間，晶圓112經由保持環(retention ring)210而固定就位。在研磨頭106中，在介於研磨頭106的壁230、保持環210、和膜200之間形成一系列氣室(air chambers)220。氣室220經由分隔壁240彼此隔離。加壓空氣可以經由研磨頭106的頂部處的入口250進入內建的氣室220。
在一些實施方式中，氣室220是同心圓般排列在介於研磨頭106的中心和邊緣之間的空氣通道，以形成一或多個研磨區域，如第2B圖所示，第2B圖包括研磨頭106的俯視圖(在第2A圖的研磨頭106的剖面圖之上)。例如，在2A圖中的研磨頭106的剖面圖是第2B圖中的研磨頭106沿線AB的剖面圖。在一些實施方式中，單個空氣室220可能對應於單個研磨區域。或者，一組氣室220的群組可能對應於單個研磨區域。氣室220可以用空氣加壓，以經由膜200向晶圓112施加下壓力，以控制每個研磨區域的研磨速率。第2A圖中所繪示的氣室220不是限制性的。因此，可能具有替代性排列，其有較少的氣室220或有額外的氣室220，不同於第2A圖中所示的排列。例如，不同類型的研磨頭可以具有不同數量的氣室220和不同數量的研磨區域。根據一些實施方式，氣室220配備有壓力感測器，壓力感測器配置為提供壓力反饋，壓力反饋用於確定施加至晶圓112的後表面112b的下壓力。
作為實施例而非限制，可以經由在研磨工具之內的氣體管線的網路將來自設施空氣供應單元的空氣分配到活性的研磨頭。此外，研磨工具中的一或多個空氣流量控制器可以控制在研磨頭中介於氣室之間的空氣流動。在一些實施方式中，氣室充滿空氣(例如，加壓的)或被抽空以達到在晶圓上所需的下壓力。在一些實施方式中，將溫度模組插入在介於設施空氣供應單元和研磨工具之間。例如，參看第3圖，設施空氣供應單元300經由氣體管線330將加壓空氣(pressurized air)供應到溫度模組320。溫度模組320經由氣體管線320H和320C將控溫的(temperature-controlled)空氣供應到研磨工具340。研磨工具340可以包括一或多個研磨機(例如，第1圖中所示的研磨機100)，每個研磨機包括一個研磨頭106。作為實施例而非限制，來自溫度模組320的具有第一溫度(例如，介在約24℃和約130℃之間)的空氣可以經由氣體管線320H輸送到研磨工具340，並且具有第二溫度(例如，介在約-50℃和約24℃之間)的空氣可以經由氣體管線320C輸送到研磨工具340。氣體管線的網路(在第3圖中未示出)可以將來自氣體管線320H的空氣和來自氣體管線320C的空氣分配到研磨頭106的入口250。在一些實施方式中，氣體管線320H和320C可以獨立地供給每個入口250或入口250的群組。換句話說，可以經由氣體管線的網路(在第3圖中未示出)獨立地控制在每個氣室220中的溫度。可以基於每個研磨頭106的每個研磨區域的所需研磨速率來控制空氣分佈。可以獨立地 控制每個氣室(例如，在第2A圖中所示的氣室220)中的空氣溫度，以及氣室之內的壓力，並且決定各個研磨區域的研磨速率。
在一些實施方式中，由於每個氣室中的空氣與下方晶圓之間的熱傳導，可冷卻或加熱晶圓的不同區域。由於熱交換過程，因此可以調控整個晶圓的研磨速率。例如，並且假設整個晶圓的下壓力基本上相等，與晶圓的冷卻區域相比，晶圓的加熱區域可以表現出較高的研磨速率。因此，可以在不改變所施加的壓力的情況下控制晶圓的研磨速率。獨立地加熱或冷卻晶圓的各別區域提供了控制晶圓的研磨速率的另一種方式(除了壓力)。例如，基於溫度調整晶圓的研磨速率可以用於控制具有難應付的表面形貌的研磨晶圓區域，諸如在晶圓的周邊、中心、或環形區域。另外，由於可能損壞晶圓上的層、可能損壞晶圓上形成的結構、可能損壞晶圓本身、或這些狀況的組合，當基於壓力的調整是不可行時，可以使用基於溫度控制的研磨速率調整。
參照第2A圖、第2B圖、和第3圖，溫度模組320可以調控供應到研磨工具340的空氣的溫度，並且隨後調控到每個研磨頭106的一或多個氣室220的溫度。在一些實施方式中，由設施空氣供應單元300供應的空氣約為24℃(例如，介在約23℃至約25℃之間；在室溫)。根據一些實施方式，溫度模組320配置為在介於約-50℃至約130℃之間(例如，介在-50℃至約-20℃之間、介在-30℃至約0℃之間、介在-10℃至約24℃之間、介在20℃至約80℃之間、介在50 ℃至約100℃之間、介在70℃至約130℃之間)提供控溫的空氣到研磨工具340。上述溫度範圍不是限制性的，然而，低於-50℃或高於130℃的空氣溫度可能引起對晶圓的熱應力(例如，可能損壞晶圓的熱應力)。將控溫的空氣經由相應的入口250引導到一或多個研磨頭106的一或多個氣室220。因此，根據一些實施方式，研磨頭106的氣室220可以用溫度介在約-50℃和約130℃之間的空氣加壓。根據在每個研磨區域處所需的研磨速率，從溫度模組320，經由入口250，將加熱的空氣(例如，介在約24℃和約130℃之間)或冷卻的空氣(例如，介在約-50℃和約24℃之間)填充至個別的氣室220。在一些實施方式中，研磨頭106可以包括溫度感測器，溫度感測器監測由氣室220接收的控溫的空氣的溫度，並且向研磨工具340提供反饋。在一些實施方式中，研磨工具340可以使用來自溫度感測器的測量，以調整在一或多個氣室220中的空氣壓力、調整由一或多個氣室220所接收的空氣的溫度、或兩者。
作為實施例而非限制，溫度模組320可以是渦流管、空氣冷卻器、或空氣加熱器，溫度模組320配置為提供介在約-50℃至約130℃的溫度範圍內的控溫的空氣。在一些實施方式中，一或多個溫度模組(例如，第3圖的溫度模組320)連接到研磨工具340。例如，單個溫度模組320可以專用於研磨頭106的一或多個入口250。如果研磨區域包括兩個或更多個氣室220，則單個溫度模組320可能專用於研磨頭106的每個研磨區域。此外，如第3圖的實施例所示， 溫度模組320可安裝在研磨工具340之外。例如，溫度模組320可以是獨立模組。然而，這不是限制性的，並且溫度模組320可以安裝在研磨工具340之內，如第4圖所示。
第5圖是根據一些實施方式的方法500，使用具有以控溫的空氣填充的氣室的研磨頭來研磨晶圓。本揭示內容不限於此操作描述。應理解，可能執行額外的操作。此外，執行此處提供的揭示內容，可能不需執行所有的操作。此外，一些操作可以同時執行，或以與第5圖中所示的不同順序執行。在一些實現中，除了目前描述的操作，或代替目前描述的操作，還可以執行一或多個其他操作。由於說明上的目的，參照第1圖至第4圖的實施方式描述方法500。然而，方法500不限於這些實施方式。
方法500開始於操作510，其中將晶圓裝載到具有一或多個氣室的研磨頭上。例如，參照第2A圖，可以將晶圓112裝載到研磨頭106上並放置，使得晶圓112的前表面112f(例如，待研磨的晶圓表面)面對研磨墊102。晶圓112的後表面112b抵靠膜200放置。如第2A圖所示，研磨頭106包括一或多個氣室220，氣室220可以經由入口250填充加壓空氣。當空氣填充氣室220時，所產生的壓力經由膜200向晶圓112的後表面112b施加下壓力。在一些實施方式中，單個氣室或一組氣室群組對應於單個研磨區域。研磨頭106的研磨區域可以具有相同或不同的壓力設置，並且可以共同覆蓋晶圓112的後表面112b。作為實施例而非限制，研磨區域的數量及其位置可以根據研磨頭106的設計而變化。在一 些實施方式中，研磨頭106是研磨機100的部分，研磨機100包括其他的組件。此外，研磨機100可以是研磨工具(例如，分別在第3圖和第4圖中所示的研磨工具340和400)的部分。
參照第5圖，方法500繼續至操作520，其中將加壓空氣供應到溫度模組，溫度模組配置為調整加壓空氣的溫度。在一些實施方式中，供應到溫度模組的加壓空氣源自於設施空氣供應單元(例如，第3圖和第4圖中所示的設施空氣供應單元300)。來自設施空氣供應單元的加壓空氣的溫度可以是約24℃(例如，在室溫下)。在一些實施方式中，溫度模組配置為調整進入的加壓空氣的溫度。此外，溫度模組配置為供應具有第一溫度(例如，介在約24℃和約130℃之間；也可能稱為「加熱的加壓空氣」)或第二溫度(例如，介在約-50℃和約24℃之間；也可能稱為「冷卻的加壓空氣」)的加壓空氣至研磨頭106。例如，參照第3圖，溫度模組320可以經由氣體管線320H供應加熱的加壓空氣至研磨工具340，和經由氣體管線320C供應冷卻的加壓空氣至研磨工具340。作為實施例而非限制，氣體管線的網路(第3圖中未示出)可以將來自氣體管線320H的加熱的加壓空氣和來自氣體管線320C冷卻的加壓空氣分配到研磨工具340中的研磨頭106的個別的或成組的入口250。
參看第5圖，方法500繼續至操作530，其中以經由溫度模組320供應的控溫的空氣填充一或多個氣室220。在一些實施方式中，由於介在氣室中的的控溫的空氣和晶圓之間的熱交換，每個相應的氣室220下方的晶圓區域 被冷卻或加熱(分別地因為冷卻或加熱的加壓空氣)。結果，可以調控晶圓上材料的研磨速率。例如，在相等的下壓力的條件下，高的晶圓溫度(例如，介在約24℃和約130℃之間)可以增加研磨的晶圓表面上的材料的研磨速率，並且較低的晶圓溫度(例如，介在約-50℃和約24℃之間)可以減少研磨的晶圓表面上的材料的研磨速率。然而，對於不同的材料，研磨速率對晶圓溫度的依賴性可以不同。例如，對於給定的晶圓溫度變化，低介電常數介電質(例如，摻雜碳的氧化矽)的研磨速率變化可以小於氧化矽的研磨速率變化。根據一些實施方式，無論待研磨的材料如何，研磨區域中的研磨速率可以經由研磨頭的氣室中的壓力和/或空氣溫度來控制。
參照第5圖，方法500繼續至操作540和晶圓研磨操作。如以上所述，研磨頭的每個研磨區域內的溫度和/或壓力的適當組合可以提供改善的整個晶圓的研磨均勻性。控溫的氣體可以用於調整一或多個研磨區域的研磨速率，無論是否需要調整研磨頭內的研磨壓力。
本揭示內容涉及基於由研磨頭的氣室接收的控溫的空氣來調整研磨速率的方法和設備。在一些實施方式中，對於研磨區域的晶圓的研磨速率，除了施加的研磨壓力，在研磨區域中的空氣溫度可以進一步調節。例如，降低在研磨區域中的空氣溫度，可以降低此研磨區域的研磨速率或移除速率。相反地，增加在研磨區域中的空氣溫度，可以增加此研磨區域的研磨速率。在一些實施方式中，以溫度可變的控溫的空氣填充研磨頭的研磨區域。結果，在相同的研 磨壓力下，每個研磨區域的研磨速率可以不同。在一些實施方式中，在研磨區域內的空氣溫度範圍可以為從約-50℃至約130℃。根據一些實施方式，經由控制在研磨頭的每個研磨區域中的空氣溫度，可以對於給定的研磨壓力，微調晶圓的研磨速率。此外，由於研磨速率隨著空氣溫度的升高而增加，因此，使用了較少的漿料，這接著減少消耗品的使用和化學機械平坦化的成本。
在一些實施方式中，化學機械平坦化系統包括具有一或多個研磨機的研磨工具。一或多個研磨機中的每個研磨機包括研磨墊；研磨頭，其具有一或多個氣室，且研磨頭配置為將晶圓保持抵靠研磨墊；以及漿料分配器，配置為分配在研磨墊上的漿料。化學機械平坦化系統更包括一或多個溫度模組，其耦合到一或多個研磨機中的每個研磨機的研磨頭，並且溫度模組配置為向研磨頭的一或多個氣室供應控溫的空氣。
在一些實施方式中的一種方法，包括將晶圓從晶圓傳送模組裝載到具有一或多個氣室的研磨頭，並且將加壓空氣供應到溫度模組，此溫度模組耦合到研磨頭並且配置為調整加壓空氣的溫度。此方法還包括用來自溫度模組的加壓空氣填充一或多個氣室，並且使晶圓相對於研磨墊旋轉來研磨晶圓。
在一些實施方式中的一種方法，包括利用研磨頭將晶圓轉移到研磨工具，研磨頭配置為將晶圓保持抵靠研磨墊，其中研磨頭包括第一研磨區域和第二研磨區域，第一 和第二研磨區域中的每個研磨區域具有氣室，氣室配置為接收控溫的空氣。此方法更包括供應具有第一溫度的第一控溫的空氣至第一研磨區域；供應具有第二溫度(不同於第一溫度)的第二控溫的空氣至第二研磨區域。此方法還包括將漿料分配在研磨墊上，並且用研磨頭將晶圓相對研磨墊旋轉，以研磨晶圓。
本揭示內容的一些實施方式提供了一種化學機械平坦化(CMP)系統，包含：研磨工具以及一或多個溫度模組。研磨工具具有一或多個研磨機，其中所述一或多個研磨機中的每個研磨機包含：研磨墊、研磨頭、和漿料分配器。研磨頭配置為將晶圓保持抵靠研磨墊，其中研磨頭包含一或多個氣室。漿料分配器配置為分配在研磨墊上的漿料。一或多個溫度模組耦合至研磨頭並且配置為向所述一或多個氣室供應控溫的空氣。
在一些實施方式中的化學機械平坦化系統，所述一或多個溫度模組中的每個溫度模組包含渦流管、空氣加熱器、或空氣冷卻器。
在一些實施方式中的化學機械平坦化系統，其中所述一或多個溫度模組配置為供應控溫的空氣，在溫度介於約-50℃至約130℃之間。
在一些實施方式中的化學機械平坦化系統，其中所述一或多個溫度模組配置為向第一氣室供應控溫的空氣，其溫度不同於向第二氣室所供應的控溫的空氣。
在一些實施方式中的化學機械平坦化系統，其中所述一或多個溫度模組配置為接收溫度約24℃的空氣。
在一些實施方式中的化學機械平坦化系統，其中研磨頭更包含一層膜，其插入在介於所述一或多個氣室和晶圓之間，其中所述一或多個氣室配置為在晶圓上施加下壓力。
在一些實施方式中的化學機械平坦化系統，其中所述一或多個溫度模組配置為從空氣供應單元接收空氣，並改變所接收的空氣的溫度。
本揭示內容的一些實施方式提供了一種化學機械平坦化的方法，包含：將晶圓裝載至研磨頭，其中研磨頭包含一或多個氣室；供應加壓空氣至耦合到研磨頭的溫度模組，其中溫度模組配置為調整加壓空氣的溫度；向所述一或多個氣室供應來自溫度模組的加壓空氣；以及經由使晶圓相對於研磨墊旋轉來研磨晶圓。
在一些實施方式中的化學機械平坦化的方法，其中由溫度模組調整的加壓空氣的溫度範圍在從約-50℃至約130℃。
在一些實施方式中的化學機械平坦化的方法，其中研磨晶圓包含在研磨期間，調整所述一或多個氣室中的加壓空氣的溫度。
在一些實施方式中的化學機械平坦化的方法，其中研磨晶圓包含增加晶圓的研磨速率，以回應增加所述一或多個氣室中加壓空氣的溫度。
在一些實施方式中的化學機械平坦化的方法，其中研磨該晶圓包含減少晶圓的研磨速率，以回應減少所述一或多個氣室中加壓空氣的溫度。
在一些實施方式中的化學機械平坦化的方法，其中研磨晶圓包含在研磨期間，調整在所述一或多個氣室中的加壓空氣的溫度和壓力。
在一些實施方式中的化學機械平坦化的方法，其中供應加壓空氣包含在約24℃溫度下供應加壓空氣至溫度模組。
在一些實施方式中的化學機械平坦化的方法，其中由溫度模組調整的加壓空氣的溫度來控制在研磨期間晶圓的研磨速率。
本揭示內容的一些實施方式提供了一種研磨晶圓的方法，包含：將晶圓傳送至研磨工具，研磨工具具有研磨頭，研磨頭配置為將晶圓保持抵靠研磨墊，其中研磨頭包含第一研磨區域和第二研磨區域，每個第一研磨區域和第二研磨區域包含氣室，這些氣室配置為接收控溫的空氣；供應具有第一溫度的第一控溫的空氣至第一研磨區域；供應具有第二溫度的第二控溫的空氣至第二研磨區域，其中第一溫度不同於第二溫度；分配在研磨墊上的漿料；以及用研磨頭將晶圓相對於研磨頭旋轉，以研磨晶圓。
在一些實施方式中的研磨晶圓的方法，更包含經由在第一研磨區域和第二研磨區域的氣室的溫度感測器監測第一溫度和第二溫度。
在一些實施方式中的研磨晶圓的方法，其中旋轉晶圓包含以一速率研磨晶圓，此速率至少部分地由第一溫度和第二溫度控制。
在一些實施方式中的研磨晶圓的方法，其中每個第一控溫的空氣和第二控溫的空氣介在約-50℃至約130℃之間。
在一些實施方式中的研磨晶圓的方法，其中供應每個第一控溫的空氣和第二控溫的空氣包含將每個第一研磨區域和第二研磨區域加壓到相同或不同的壓力。
應當理解，詳細描述的部分(不是揭示內容的摘要)旨在用於解釋請求項。揭示內容的摘要部分可能敘述本揭示內容的發明人所思量的一或多個但不是所有的可能實施方式，因此，並不旨在以任何方式限制所附的請求項。
以上概述了數個實施方式的特徵，以便本領域技術人員可較佳地理解本揭示內容的各方面。本領域的技術人員將理解，他們可能容易地使用本揭示內容，作為其他製程和結構之設計或修改的基礎，以實現與在此介紹的實施方式之相同的目的，或是達到相同的優點。本領域技術人員亦會理解，與這些均等的建構不脫離本揭示內容的精神和範圍，並且他們可能在不脫離本揭示內容的精神和範圍的情況下，進行各種改變、替換、和變更。
500:方法
510、520、530、540:操作

Claims (9)

  1. 一種化學機械平坦化(CMP)系統，包含：一研磨工具，具有一或多個研磨機，其中所述一或多個研磨機中的每個研磨機包含：一研磨墊；一研磨頭，配置為將一晶圓保持抵靠該研磨墊，其中該研磨頭包含多個氣室；和一漿料分配器，配置為分配在該研磨墊上的漿料；以及一或多個溫度模組，耦合至該研磨頭並且配置為向所述多個氣室供應控溫的空氣，其中該控溫的空氣包含加熱的加壓空氣和冷卻的加壓空氣，該加熱的加壓空氣的溫度範圍介在約24℃和約130℃之間，該冷卻的加壓空氣的溫度範圍介在約-50℃和約24℃之間。
  2. 如請求項1所述之化學機械平坦化系統，其中所述一或多個溫度模組中的每個溫度模組包含一渦流管、一空氣加熱器、或一空氣冷卻器。
  3. 如請求項1所述之化學機械平坦化系統，其中所述一或多個溫度模組配置為向一第一氣室供應該控溫的空氣，其溫度不同於向一第二氣室所供應的該控溫的空氣。
  4. 如請求項1所述之化學機械平坦化系統，其中所述一或多個溫度模組配置為從一空氣供應單元接收空氣，並改變所接收的該空氣的溫度。
  5. 一種化學機械平坦化方法，包含： 將晶圓裝載至一研磨頭，其中該研磨頭包含多個氣室；供應加壓空氣至一溫度模組，該溫度模組耦合到該研磨頭，其中該溫度模組配置為調整該加壓空氣的溫度，其中該加壓空氣包含加熱的加壓空氣和冷卻的加壓空氣，其中該加熱的加壓空氣的溫度範圍介在約24℃和約130℃之間，該冷卻的加壓空氣的溫度範圍介在約-50℃和約24℃之間；向所述多個氣室分別地供應來自該溫度模組的該加熱的加壓空氣和該冷卻的加壓空氣；以及經由使該晶圓相對於一研磨墊旋轉來研磨該晶圓。
  6. 如請求項5所述之化學機械平坦化方法，其中由該溫度模組調整的該加壓空氣的溫度來控制在研磨期間該晶圓的一研磨速率。
  7. 一種研磨晶圓的方法，包含：將一晶圓傳送至一研磨工具，該研磨工具具有研磨頭，該研磨頭配置為將該晶圓保持抵靠一研磨墊，其中該研磨頭包含一第一研磨區域和一第二研磨區域，每個該第一研磨區域和該第二研磨區域包含氣室，該些氣室配置為分別地接收控溫的空氣，其中該控溫的空氣包含加熱的加壓空氣和冷卻的加壓空氣，其中該加熱的加壓空氣的溫度範圍介在約24℃和約130℃之間，該冷卻的加壓空氣的溫度範圍介在約-50℃和約24℃之間；供應具有一第一溫度的該加熱的加壓空氣至該第一研磨區域； 供應具有一第二溫度的該冷卻的加壓空氣至該第二研磨區域，其中該第一溫度不同於該第二溫度；分配在該研磨墊上的一漿料；以及用該研磨頭將該晶圓相對於該研磨頭旋轉，以研磨該晶圓。
  8. 如請求項7所述之方法，更包含經由在該第一研磨區域和該第二研磨區域的該些氣室的溫度感測器監測該第一溫度和該第二溫度。
  9. 如請求項7所述之方法，其中供應具有該第一溫度的該加熱的加壓空氣至該第一研磨區域以及供應具有該第二溫度的該冷卻的加壓空氣至該第二研磨區域包含：將每個該第一研磨區域和該第二研磨區域加壓到相同或不同的一壓力。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7287987B2 (ja) 2018-06-27 2023-06-06 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 化学機械研磨の温度制御
US11897079B2 (en) 2019-08-13 2024-02-13 Applied Materials, Inc. Low-temperature metal CMP for minimizing dishing and corrosion, and improving pad asperity
CN111251177B (zh) * 2020-03-10 2021-11-16 北京烁科精微电子装备有限公司 承载头及具有其的抛光装置
EP4171873A1 (en) 2020-06-29 2023-05-03 Applied Materials, Inc. Temperature and slurry flow rate control in cmp
CN112405333B (zh) * 2020-12-04 2022-08-16 华海清科(北京)科技有限公司 一种化学机械抛光装置和抛光方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003275948A (ja) * 2002-03-22 2003-09-30 Mitsubishi Electric Corp 半導体基板の研磨装置
TW200831237A (en) * 2007-01-16 2008-08-01 Taiwan Semiconductor Mfg CMP system with temperature-controlled polishing head
TW201210739A (en) * 2010-08-11 2012-03-16 Applied Materials Inc Apparatus and method for temperature control during polishing

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005011977A (ja) * 2003-06-18 2005-01-13 Ebara Corp 基板研磨装置および基板研磨方法
JP2005268566A (ja) * 2004-03-19 2005-09-29 Ebara Corp 化学機械研磨装置の基板把持機構のヘッド構造

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003275948A (ja) * 2002-03-22 2003-09-30 Mitsubishi Electric Corp 半導体基板の研磨装置
TW200831237A (en) * 2007-01-16 2008-08-01 Taiwan Semiconductor Mfg CMP system with temperature-controlled polishing head
TW201210739A (en) * 2010-08-11 2012-03-16 Applied Materials Inc Apparatus and method for temperature control during polishing

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