專利名稱：改善化學機械拋光的均勻性的制作方法
技術領域：
本發明涉及半導體的工藝，特別涉及改善CMP的均勻性。
在半導體的處理中，需要形成均勻平坦的表面用于如平板印刷等的隨后處理。通常，使用化學機械拋光(CMP)在襯底上上形成平坦的表面。
一般來說，CMP系統在控制的向下的壓力下使半導體材料的薄平坦的晶片接觸相對于半導體晶片移動的拋光墊。半導體晶片靜止或也可以在保持晶片的載架上旋轉。背膜可選地設置在晶片載架和晶片之間。拋光壓板(platen)通常由如吹制的聚氨酯等較軟的潤濕墊料覆蓋。
液體化合物或漿料經常提供在半導體晶片和拋光墊之間以幫助拋光晶片。漿料用于潤滑半導體晶片和拋光墊之間移動的界面，同時輕微研磨和拋光半導體晶片的表面。通常的漿料包括例如溶液中的硅石或鋁土(氧化硅或氧化鋁)。
由于正常的使用，墊的表面變得不平整。墊的不均勻表面產生不均勻拋光，導致較不平整的襯底表面。不均勻的襯底表面是不希望的，是由于它會負面地影響隨后的工藝，降低制造成品率。通常，要消除不均勻墊的負面影響，需要周期性地調節以使它的表面平滑。然而，即使周期性地調節墊，CMP之后襯底表面仍會不均勻。
鑒于此，需要改善CMP的均勻性，以提高制造成品率。
本發明涉及半導體的制造，特別涉及改善晶片的拋光。在一個實施例中，本發明改善了拋光期間對漿料分布的控制。通過提供漿料分送器，將漿料從多個位置或地點分送到墊上改善漿料分布的控制。在一個實施例中，從拋光墊的多個徑向位置分送漿料。在另一實施例中，從拋光墊的多個角位置分送漿料。在又一實施例中，由墊的多個徑向和角位置分送漿料。分送漿料的徑向和角位置可以隨時間變化或調節以改變條件。
在另一實施例中，擠壓桿(squeeze bar)提供在漿料和襯底之間的路徑中。使用擠壓桿使漿料分布成形。在漿料分送器和襯底之間擠壓桿可以有多個位置，以形成需要的漿料分布。擠壓桿提供有附加的參數，以改善漿料分布的控制。
圖1示出了常規CMP系統的俯視圖；圖2示出了根據本發明的一個實施例的CMP系統；圖3示出了根據本發明的另一實施例的CMP系統；以及圖4示出了本發明的又一實施例。
本發明通常涉及半導體工藝，特別涉及改善的CMP均勻性。根據本發明，通過在CMP期間控制漿料的分布可以改善CMP的均勻性。
現在參考圖1，示出了常規CMP系統40的俯視圖。CMP系統包括漿料分送器42。漿料分送器將漿料44送到拋光墊46上。分送器包括分送漿料的單個出口48。拋光墊安裝在旋轉墊的壓板上。
提供襯底支架或載架49安裝襯底，例如半導體晶片。襯底支架支撐與拋光墊對置的襯底。在一些實施例中，載架可以旋轉以旋轉襯底。
拋光期間加在襯底表面上的壓力可以根據需要改變。通過改變壓板相對于載架的位置、改變載架相對于壓板的位置、或同時改變這兩個位置可以調節襯底表面上的壓力。此外，通過移動載架、移動壓板或同時移動這兩者，可以根據需要改變襯底相對于墊的徑向位置。墊和載架的位置可以根據需要改變，以在墊上形成更均勻的損耗，延長墊的壽命。
隨著漿料從出口送出，由于旋轉墊產生的離心力使它向墊的外周邊移動。當它分送在墊上時，漿料的形狀初始由離心力確定。很難通過離心力控制漿料的分布，經常導致襯底和墊之間漿料的不均勻分布。這在CMP工藝中產生不均勻性，負面地影響了制造成品率。
根據本發明的一個實施例，通過提供漿料分送器改善對漿料分布的控制，減少了CMP工藝中的不均勻性。由此漿料分送器在CMP工藝中形成漿料分布，例如改善均勻性。
參考圖2，示出了根據本發明的一個實施例的CMP系統。CMP系統240通常包括安裝在可旋轉的壓板(未示出)上的拋光墊246。襯底載架249安裝例如半導體晶片等的襯底260。襯底的主表面例如通過真空壓力安裝在載架的下表面上。也可以使用例如利用靜電吸盤將襯底安裝在載架上的其它技術。襯底的另一主表面相對于拋光墊246保持在對置的位置。
拋光墊施加在襯底表面上的壓力可以根據需要改變。通過改變壓板和載架之間的距離可以改變壓力。通過例如相對于載架移動壓板、相對于壓板移動載架、或兩者相互移動改變所述距離。
要延長墊的壽命，可以沿墊的半徑移動襯底的位置。通過移動壓板、載架或兩者可以獲得。
在一個實施例中，載架包括旋轉要拋光的襯底的可旋轉支架。載架可以在與墊相同或相反的方向旋轉襯底。所述結構能在拋光期間使襯底和墊都旋轉，控制晶片和墊上各點之間的相對速度。也可以使用不能旋轉的載架。
根據本發明的一個實施例，提供多點漿料分送器，以改善漿料分布中的均勻性。多點漿料分送器包括由多個位置將漿料分送到墊上的多個出口。
在一個實施例中，多點漿料分送器242包括其中形成有多個出口248的排放管。排放管例如可以為圓柱形。也可以使用如彎曲的排放管等的其它形狀或結構。如圖所示，沿管的長度設置出口。相鄰出口之間的距離例如可以相等。也可以使用具有不等間距的相鄰出口。在另一實施例中，可以調節相鄰出口之間的距離形成需要的漿料分布。在一個實施例中，基本上沿墊的半徑設置排放管。通過出口將漿料分送到拋光墊246上。通過多個出口，漿料分送到墊的不同部分，從而更好地控制的漿料分布，改善了CMP工藝。
在一個實施例中，漿料以均勻的速率多個出口送出。通常出口的總流速約100-300ml/min。也可以使用其它的流速，可以優選用于具體的應用。
在另一實施例中，可以調節各出口的漿料流速。調節各出口流速的能力增加了根據操作參數控制拋光墊246上的漿料分布或分布曲線的能力。能影響漿料分布曲線的操作參數包括例如拋光墊的旋轉速度、漿料的類型以及墊的類型。
可以使用各種技術控制各出口的漿料流速。在一個實施例中，通過為各出口提供流速控制器可以控制各出口處的流速。流速控制器例如包括控制閥。控制閥以產生需要的漿料流速。可以電或手工控制閥。也可以使用如改變各出口的尺寸或為出口提供不同尺寸的孔等控制漿料流速的其它技術。也可以分別控制一些出口的流速或多個出口的分出口的流速。在拋光期間出口的流速可以隨時間調節，以改變條件，例如晶片表面的圖形。
根據本發明，使用多點分送器可以提高墊上漿料分布的控制能力。根據操作參數組和/或消耗，例如拋光墊的外形、拋光墊速度、以及負載(例如，晶片圖形)，可以優化漿料分送器，以產生漿料分布，形成需要的拋光特性。例如，可以形成晶片和墊之間均勻的漿料分布，以改善晶片上拋光速率的均勻性。也可以形成不均勻的漿料分布，獲得需要的拋光特性。
本發明在金屬CMP中特別有用。現已證實在金屬CMP中，漿料分布對嵌入結構的凹陷有直接的影響，由此直接影響了金屬線的所得電阻。提高漿料分布的控制能力減少了與嵌入金屬結構的凹陷/磨損有關的問題。
圖3示出了本發明的另一實施例。如圖所示，CMP系統340包括安裝在可旋轉壓板(未示出)上的拋光墊346。提供襯底載架349使襯底360相對于拋光墊對置地設置。襯底可通過載架順時針或逆時針方向旋轉。根據需要通過改變壓板和載架之間的距離，可以改變拋光墊施加在襯底表面上的壓力。可以改變相對于墊襯底的徑向位置，以延長墊的壽命。
CMP系統包括含有多個分送器372的分送系統。如圖所示，分送器包括由出口348分送漿料的排放管。出口例如設置在排放管的一端。也可以使用其它類型的分送器。設置分送器從拋光墊的不同角度位置分送漿料。例如，分送系統包括六個分送器。分送器例如在它們占據的墊的部分內等間距地隔開。此外，部分墊內的分送器的角位置可以變化，相應地產生需要的漿料分布。可以一組或分組地分別控制分送器的漿料流速，以進一步控制漿料分布。例如，不同的分送器可以有不同的流速，或者關閉一個或多個以產生需要的漿料分布。提供具有多個分送器的分送系統可以提高對漿料分布的控制。
此外，控制分送漿料的角位置和徑向位置可以改變漿料子系統的徑向位置。也可以使用具有多個口的分送器，如圖2所示。可以使用多個多口分送器進一步增強對漿料分布的控制能力。
使用由多個角位置和/或徑向位置分送漿料的多個分送器可以提高對墊上漿料分布的控制能力。例如，可以根據已知的一組操作參數和/或損耗，例如拋光墊外形、拋光墊速度、以及負載(例如晶片圖形)等，優化漿料分布器的位置和流速，以便形成需要拋光特性的漿料分布。也可以隨時間調節位置和流速，如果需要，考慮在拋光期間改變條件，例如晶片表面圖形。這樣例如可以改善晶片上拋光速率的均勻性，從而提高成品率。
參考圖4，示出了CMP裝置(tool)440的另一實施例。CMP裝置包括由旋轉壓板(未示出)支撐的拋光墊446。提供襯底或晶片支架449以安裝晶片460。半導體晶片的第一表面通常通過真空力保持在晶片支架的下表面，半導體晶片的相對的第二表面用晶片支架和拋光墊之間施加的壓力相對于拋光墊對置的保持。
拋光期間，壓板例如順時針地旋轉拋光墊。晶片載架也旋轉，以便每一個旋轉時，半導體晶片的表面接觸拋光墊。晶片支架也可以在拋光墊的相同方向(即，順時針)旋轉，或者它可以在與拋光墊相反的方向旋轉。漿料分送器442分送需要量的漿料，以覆蓋拋光墊。旋轉力與墊的拋光表面的性質、潤滑以及拋光半導體晶片的漿料的研磨性質的結合。
根據本發明的一個實施例，在漿料分送器和半導體晶片之間的漿料路徑中沿壓板/拋光墊的半徑460與拋光墊的表面相鄰地設置擠壓桿471。擠壓桿優選包括有助于分布或重新分布漿料的擦拭型裝置。也可以使用其它便于分布漿料的其它擠壓桿。在一個實施例中，擠壓桿的長度基本上等于拋光墊的半徑。根據需要也可以采用便于漿料分布的其它長度。
半徑的角度位置β可以由0°改變到D°，其中0°為墊上襯底的角位置，D°為相對于墊上襯底分布器的角位置。例如通過提供在拋光墊上延伸的可移動擠壓桿的支撐臂可以設置擠壓桿。也可以使用沿拋光墊的半徑可以改變擠壓桿位置的其它類型的擠壓桿支架。
擠壓桿提供附加參數以控制漿料分布。擠壓桿的角度位置β可在0°到D°之間改變，以形成漿料分布，產生需要的拋光特性。例如，接觸襯底之前在墊上形成更均勻的漿料分布，可以在晶片上得到較高的拋光均勻性。
沿半徑的擠壓桿的位置可以有額外的自由度，以提供額外的參數控制或進一步精確漿料分布。在一個實施例中，擠壓桿可以沿半徑β設置在多個位置中。要便于沿半徑移動擠壓桿，可以修改擠壓桿支架以包括滑動擠壓桿的軌或滑道。擠壓桿支架可以提供有旋轉擠壓桿的旋轉機。這可使擠壓桿按相對于拋光墊的半徑β的多個角度α定位。
可以調節擠壓桿和拋光墊之間的壓力，以進一步控制漿料分布。通過控制擠壓桿相對于拋光墊的高度調節壓力。增加壓力可以在拋光墊的表面上形成更薄更均勻的薄漿料膜。這可以通過例如提供調節擠壓桿高度的擠壓桿支架和/或改變拋光墊高度的壓板的高度獲得。
也可以調節擠壓桿相對于墊的角度以及它的高度。可改變擠壓桿的角度，以控制漿料分布。可以例如通過提供可以傾斜擠壓桿的擠壓桿支架和/或可以傾斜的壓板調節擠壓桿的角度。
由此，可以改變擠壓桿的不同參數以控制漿料分布，產生需要的拋光特性。可以根據一組操作參數和/或損耗，例如拋光墊外形、拋光墊速度、以及負載(例如晶片圖形)等，優化參數，以根據需要形成漿料分布，在晶片和墊之間形成均勻的分布。
擠壓桿可以與多點分送器組合，額外地增加對漿料分布的控制。可以隨時間調節一個或多個參數以考慮拋光期間改變條件。
雖然參考各種實施例具體地顯示和介紹了本發明，但本領域的技術人員可以根據以上教導進行修改和變形而不脫離本發明的范圍。因此本發明的范圍不是參考以上的說明書確定，而是參考附帶的權利要求書及等效的全部范圍界定。
權利要求
1.在半導體晶片的拋光期間控制漿料分布的方法，包括旋轉拋光墊；以及由多個漿料分送出口將漿料分送到拋光墊上。
2.根據權利要求1的方法，其中多個分送器出口位于分送器上。
3.根據權利要求2的方法，其中多個分送器出口沿分送器的長度設置。
4.根據權利要求1的方法，其中基本上沿墊的半徑設置分送器。
5.根據權利要求1的方法，其中分送器出口包括控制漿料流速的可控分送出口。
6.根據權利要求5的方法，其中可控分送出口分別地控制分送出口。
7.根據權利要求1的方法，其中漿料由具有多個分送出口中的至少一個的多個分送器分送漿料。
8.根據權利要求7的方法，其中多個分送器在不同的角位置將漿料分送到墊上。
9.根據權利要求7的方法，包括控制流速的可控分送器。
10.根據權利要求9的方法，包括控制漿料流速的分別可控的分送器。
11.根據權利要求7的方法，其中多個分送器中的至少一個包括多個分送出口。
12.一種在拋光期間控制漿料分布的方法，包括旋轉拋光墊；由漿料分送器將漿料分送到拋光墊上；用擠壓桿使墊上的漿料成型。
13.根據權利要求12的方法，其中擠壓桿位于漿料分送器和晶片之間的漿料的墊上。
14.根據權利要求12的方法，其中基本上沿拋光墊的半徑在分送器和晶片之間設置擠壓桿。
15.根據權利要求14的方法，其中擠壓桿按相對于半徑的多個角度定向。
16.根據權利要求15的方法，其中擠壓桿沿半徑有多個位置。
17.根據權利要求16的方法，其中可以控制擠壓桿和拋光墊之間的壓力。
18.根據權利要求17的方法，其中擠壓桿具有相對于拋光墊的主平面的多個角度。
19.一種拋光系統，包括拋光墊，安裝在構成為支撐并旋轉所述拋光墊的可旋轉的壓板上；漿料分送系統，將漿料分送到拋光墊上，漿料分送系統包括分送漿料的多個出口。
20.根據權利要求19的拋光裝置，其中漿料分送系統包括具有多個出口的分送器。
21.根據權利要求20的拋光裝置，其中多個出口沿分送器的長度設置。
22.根據權利要求21的拋光裝置，其中多個出口包括控制漿料流速的可控出口。
23.根據權利要求22的拋光裝置，其中多個出口包括控制漿料流速的各可控出口。
24.根據權利要求19的拋光裝置，其中分送系統包括具有多個出口中的至少一個的多個分送器。
25.根據權利要求24的拋光裝置，其中多個分送器從拋光墊的不同角位置分送漿料。
26.根據權利要求24的拋光裝置，其中多個分送器從拋光墊的不同徑向位置分送漿料。
27.根據權利要求26的拋光裝置，其中多個出口包括控制漿料流速的可控出口。
28.根據權利要求26的拋光裝置，其中多個出口包括控制流速的各可控出口。
29.一種拋光系統，包括拋光墊，安裝在構成為支撐并旋轉所述拋光墊可旋轉的壓板上；支撐襯底的襯底支架；將漿料分送到拋光墊上的漿料分送器；支撐擠壓桿的擠壓桿安裝支架，用于重新分布漿料。
30.根據權利要求29的拋光系統，其中擠壓桿安裝支架將擠壓桿設置在襯底支架和漿料分送器之間的路徑中。
31.根據權利要求30的拋光系統，其中擠壓桿安裝支架基本上在襯底支架和漿料分送器之間的拋光墊的半徑定位擠壓桿。
32.根據權利要求31的拋光系統，其中擠壓桿安裝支架進一步按相對于半徑的多個角度定位擠壓桿。
33.根據權利要求32的拋光系統，其中擠壓桿安裝支架進一步沿半徑的多個位置定位擠壓桿。
34.根據權利要求33的拋光系統，其中擠壓桿安裝支架還調節擠壓桿和拋光墊之間的壓力。
35.根據權利要求31的拋光系統，其中擠壓桿安裝支架還按相對于拋光墊的主平面的多個角度定位擠壓桿。
全文摘要
通過提高對漿料分布的控制改善了CMP的均勻性。通過例如使用漿料分送器將漿料從多個分送點分送漿料改善了漿料分布。在漿料和襯底之間提供擠壓桿以重新分布漿料,也提高了對漿料分布的控制。
文檔編號B24B37/04GK1267903SQ0010436
公開日2000年9月27日 申請日期2000年3月20日 優先權日1999年3月18日
發明者C·林, R·范登伯格, S·潘德 申請人:因芬尼昂技術北美公司