具有可移動的漿液分配器的化學機械拋光機及方法

專利名稱：具有可移動的漿液分配器的化學機械拋光機及方法
技術領域：
本發明的實施例涉及具有可移動的漿液分配器的化學機械拋光機和相關方法。
背景技術：
在集成電路(IC)和顯示器的制造中，為了后續的蝕刻和沉積過程，使用化學機械 拋光(CMP)來使襯底的表面形貌平整。通常的CMP拋光機包括拋光頭，所述拋光頭振蕩并 將襯底壓在拋光墊上，同時將磨料顆粒的漿液提供到拋光墊，以拋光襯底。CMP可以用于平 整化電介質層、填充有多晶硅或氧化硅的深溝槽或淺溝槽、和金屬膜。可以認為，CMP拋光 是化學和機械作用的結果，例如，化學變化層重復形成于被拋光的材料的表面，然后被拋光 去除。例如，在金屬拋光中，在CMP拋光過程中，金屬氧化物可以重復的從金屬層的表面形 成和被去除。在氧化物拋光中，氧化物層通過拋光漿液同時被化學和物理磨蝕。一種通常的漿液分配器包括固定臂，所述固定臂具有單個漿液分配噴嘴，所述漿 液分配噴嘴從拋光墊上方的固定點釋放漿液。由于拋光墊和/或襯底載具的旋轉或振蕩， 漿液噴灑到整個拋光墊。但是，因為漿液是從臺板上的單個位置分配的，所述單個位置通 常位于臺板的半徑的中點處，由此產生的遍布臺板的表面的漿液的分布不一定是非常均勻 的。下方的拋光臺板的旋轉和由此產生的離心力引起漿液從中心點徑向向外散布。但是， 由于上述離心力，優先的更高濃度的漿液形成從中間分配點向外輻射的圓形帶，更低漿液 濃度區域形成于分配點和徑向內部區域之間。這能引起被拋光的襯底的整個直徑上不均勻 的拋光率。還已經研發了多點漿液分配，以為拋光單個襯底提供更加均勻的漿液分配，例如 題為 “CMP Slurry Atomization Slurry Dispense System” 的美國專利 No. 6，沘4，092 所述。大范圍多點漿液分配器已經用于在整個墊上噴灑漿液，例如題為“Multipurpose Slurry Delivery Arm for Chemical Mechanical Polishing” 的美國專利 No. 7，052，374 所述。但是，雖然這些漿液分配系統為單個襯底拋光機提供了更好的漿液分布，但是其沒有 為更新一代的CMP拋光機提供有效地漿液分布，所述更新一代的CMP拋光機使用多個載具 頭來同時拋光多個襯底或用于拋光大襯底。因此，希望獲得用于同時拋光多個襯底或用于 拋光大襯底的、具有在整個拋光墊的表面上提供更均勻的漿液分布的漿液分配系統的化學 機械拋光機。

發明內容
化學機械拋光機包括拋光臺板，其能夠支承拋光墊；第一和第二襯底載具，其各 自能夠將襯底固定在所述拋光墊上；和第一和第二漿液分配器。第一和第二漿液分配器各 自包括(i)臂，其包括旋轉端和遠端；(ii)至少一個漿液分配噴嘴，其位于所述遠端上；和 (iii)分配器驅動器，其能夠使所述臂圍繞所述旋轉端旋轉，以使得處于所述遠端處的所述 漿液分配噴嘴擺動，以在所述拋光臺板上分配漿液。化學機械拋光方法包括使第一和第二襯底在拋光墊上摩擦，并且在所述第一和第二襯底中的每一個的前面分配拋光漿液。使用漿液拋光襯底的化學機械拋光機包括用于支承拋光墊的拋光臺板、能夠將 襯底固定在所述拋光墊上的襯底載具、和包括鉸接臂的漿液分配器，所述鉸接臂具有在一 個或多個鉸接頭處連接的多個部分、旋轉端和遠端、和位于所述遠端處或附近的至少一個 漿液分配噴嘴。化學機械拋光方法包括使襯底在安裝在拋光臺板上的拋光墊上摩擦；提供鉸接 漿液分配器臂，所述鉸接漿液分配器臂包括在鉸接點彼此連接的第一部分和第二部分、旋 轉端、遠端、和在所述遠端處或附近至少一個漿液分配噴嘴；和使所述第一部分相對于所述 第二部分移動，以在所述拋光墊上的分布圖案上分配拋光漿液。


參考下面的描述、所述權利要求書、和附圖將更好的理解本發明的上述特征、方面 和優點，附圖示出了本發明的示例。但是，應當理解，每個特征一般的用于本發明中，而不僅 僅是特定附圖的情況，本發明包括這些特征的任意組合，其中圖1是處于準備位置的拋光臺板組件的透視圖，所述拋光臺板組件包括拋光臺 板、可移動的漿液分配器和拋光墊調節器；圖2是圖1的拋光臺板組件的透視圖，示出了可移動的漿液分配器將拋光漿液分 配在拋光墊上；圖3是圖2的漿液分配器臂的實施例的截面側視圖；圖4A是化學機械拋光機的實施例的透視圖；圖4B是圖4A的拋光機的部分分解透視圖；圖4C是圖4A的拋光機的臺面的示意俯視圖；圖5A是示出可移動漿液分配器的另一實施例的拋光臺板組件的俯視圖；圖5B和圖5C是圖5A的可移動漿液分配器的截面圖和截面俯視圖；圖6A是安裝在化學機械拋光機的拋光臺的臺面上的漿液分配器的另一實施例的 透視圖；圖6B是示出具有管狀部分的圖6A的漿液分配器的截面圖，所述管狀部分具有從 其中穿過的供應管；和圖7是示出圖6A的漿液分配器的兩個不同臂位置的透視圖。
具體實施例方式化學機械拋光機100用于拋光襯底的表面。例如，拋光機100可以用于拋光包括 銅互連線或過孔的襯底的表面。在另一實施方式中，拋光機可以用于拋光襯底上的二氧化 硅層的表面。對于本領域普通技術人員顯而易見的許多其他的拋光實施方式和應用也處于 本發明的范圍內。適合于拋光包括半導體晶片、顯示設備、或面板的襯底的表面的拋光機100的實 施例在圖1中示出。拋光機100包括臺面106，所述臺面106固定有一個或多個拋光臺108， 所述拋光臺108可以同時和單獨的運行。每個拋光臺108包括拋光臺板110，所述拋光臺板 110支承拋光墊112。在臺板110旋轉、振蕩或擺動時，第一和第二襯底載具120a、b各自將襯底140a、b分別壓在拋光墊112上。在一種形式中，通過用驅動軸連接到臺板110的下側 的臺板電機117，臺板110旋轉。在一種形式中，臺板電機117是變速直流電機，例如伺服電 機，所述變速直流電機可以在拋光過程中選擇性的提供可變的襯底旋轉速度。臺板110可 以是鋁板或不銹鋼板。安裝在臺板110上的拋光墊112通常包括平面圓盤，所述平面圓盤具有尺寸足夠 大的半徑，以提供至少兩個襯底140a、b的覆蓋范圍。拋光墊112接觸襯底140a、b并緊靠 著襯底140a、b旋轉(所述襯底140a、b自身也可以旋轉、振蕩或擺動)，以拋光每個襯底 140a、b。拋光墊112包括由足夠粗糙的材料制成的拋光表面113，以從襯底140a、b拋光和 去除不需要的材料，而不會過度劃傷或損壞襯底表面。例如，拋光表面113可以由聚合物、 氈制品、紙、布、陶瓷或其他類似的材料制成。拋光表面113還可以包括附加的凹槽(未示 出)，以增強拋光漿液在拋光表面113上的流動。例如，適合的拋光墊112包括由St. Paul, Minnesota 的 3M Superabrasives and Microfinishing Systems Division 制造的固結磨 料拋光墊，所述固結磨料拋光墊包含嵌入樹脂中的磨料顆粒，例如二氧化硅。在一種形式 中，使用壓敏膠粘劑，將拋光墊112粘結到臺板110，所述臺板110與拋光墊112大約直徑相 同。第一和第二襯底載具120a、b各自適合于分別將襯底140a、b固定在拋光墊112 上。用真空或表面張力，將襯底140a、b固定在每個襯底載具120a、b上。每個襯底載具 120a、b施加壓力，同時在整個拋光墊112上獨立的旋轉或來回振蕩，以實現襯底140a、b上 均勻的拋光表面。在拋光過程中，氣動系統(未示出)將襯底載具120a、b降低到拋光墊 112上，以用預定的加載力將襯底140a、b壓在拋光墊112上。臺板電機117使臺板110和 拋光墊112旋轉。同時，每個襯底載具120a、b使襯底140a、b旋轉，同時滑塊(未示出)側 向的來回驅動襯底載具120a、b，以使襯底140a、b在拋光墊112的表面上側向振蕩。襯底 載具120a、b由一個或多個載具電機(未示出)所驅動，所述載具電機也可以是變速直流電 機，例如伺服電機，所述變速直流電機可以提供可變的襯底旋轉速度并且還可以使襯底來 回直線移動。襯底載具120a、b通過使襯底在拋光墊112的兩個不同區域摩擦來磨蝕襯底 140a、b的表面。在拋光過程中、之前或之后，第一和第二漿液分配器122a、b向拋光墊112的表面 提供拋光漿液、中和溶液和/或水。在一種形式中，第一和第二漿液分配器122a、b定位于 緊靠拋光臺板110。分配器12h、b還可以定位成穿過臺板110并在直徑上彼此相對。相對 的一對漿液分配器12h、b各自定位成使得其可以旋轉并位于第一和第二襯底載具120a、b 之間。在一種形式中，分配器122a、b穿過拋光臺板110在弧線上延伸，同時分配漿液。每 個漿液分配器12h、b向拋光墊112的緊鄰安裝在襯底載具120a、b上的襯底140a、b中的 一個襯底前面的不同區域供應新的拋光漿液。以這種方式，根據拋光臺板110的旋轉方向， 第一漿液分配器12 向第二襯底載具120b上的襯底120b提供新的漿液，第二漿液分配器 122b向第一襯底載具120a上的襯底120a提供新的漿液。有利的，因為在各自位于第一和 第二襯底載具120a、b之間的在拋光墊112上的不同的圓周區域處分配新的拋光漿液，這使 得拋光機100能夠以大致相同的拋光率拋光兩個襯底140a、b。第一和第二漿液分配器12h、b各自包括分配器臂123a、b，所述分配器臂123a、b 分別具有旋轉端126a、a，和遠端U6b、b，。漿液分配器臂123a、b的每個旋轉端U6a、a，被安裝在旋轉軸127a、b上。分配器驅動器U8a、b為旋轉軸127a、b提供動力，以使每個 分配器臂123a、b圍繞其旋轉端U6a、a’旋轉，以使在臂123a、b的遠端處的各個漿液分配 噴嘴擺動，以在整個拋光臺板110上分配漿液。可以操作分配器驅動器128a、b以使分配器 臂123a、b旋轉，從而旋轉端U6a、a’在拋光臺板110的不同區域上沿著固定弧線旋轉。分 配器驅動器128a、b能夠使每個臂123a、b旋轉，以在分配漿液的同時使每個臂在拋光臺板 110上的弧線中掃過。在一個實施例中，每個弧線覆蓋跨越從約0°到約45°的弧形距離。 第一和第二固定弧線可以沿著拋光墊112的直徑彼此相對。如圖2所示，至少一個漿液分配噴嘴IMa、b分別設置在每個分配器臂123a、b的 旋轉端U6a、a，和遠端U6b、b，之間。當分配器驅動器128a使特定的分配器臂123a沿 著弧線旋轉時，漿液分配噴嘴12 也沿著固定弧線1 擺動，以在弧形區域133a中的拋光 墊112上分配漿液。分配器驅動器U8a、b各自能夠使一個分配器臂123a、b圍繞旋轉端 126a,a'旋轉，從而噴嘴12^、b各自沿著固定弧線129a、b擺動。固定弧線129a、b可以與 臺板110的直徑交叉。在一個實施例中，當從第一位置開始、沿著弧線移動到第二位置并返 回相同的第一位置時，每個固定弧線^9a、b至少兩次與臺板110的固定徑向軸134交叉。 以這種方式，通過使分配器臂123a、b圍繞沿著拋光墊112彼此相對的兩個不同的旋轉點旋 轉，來分配拋光漿液。因此，從沿著拋光墊112彼此分離、甚至能夠沿著共同的軸對齊的兩 個點，同時分配漿液，所述共同的軸是臺板的特定直徑。適合的分配器驅動器U8a、b可以 是電機，例如，使用齒輪減速的伺服電機、或直接驅動電機、或可以伸縮以使分配器臂123a、 b移動的液壓系統。第一和第二弧線可以是固定弧線，其還可以沿著拋光臺板110在直徑上 彼此相對。弧線位于第一和第二襯底載具120a、b之間，并向第一和第二襯底載具120a、b 中的每一個提供新的拋光漿液。漿液分配器12h、b還可以分別至少包括第一噴嘴lMa、a，和第二噴嘴124b、b，。 第一和第二噴嘴lMa、a’和124b、b’中的每一個都相互分隔開，并且還可以沿著共同的軸 對齊，所述共同的軸沿著臂123a、b的縱向。分配噴嘴lMa、a’和lMb、b’將流體(例如， 拋光漿液)引導至拋光墊112上，以在所期望的噴灑覆蓋區域133a、b中沿著拋光墊112的 更大表面分配拋光漿液。參考圖3，分配器臂123包括空心殼體135，所述空心殼體135沿著分配器臂123 的長度環繞并保護多個供應管12fe-c，每個供應管提供用于拋光漿液、中和流體、 或水的通路。例如，供應管12 可以用于向管狀儲存器137提供拋光漿液，所述管狀儲存 器137供應噴嘴12^-e。每個噴嘴12^-e通過通常的方法連接到供應管12fe。例如，使 用外螺紋和內螺紋或使用橡膠密封墊，可以將預制的噴嘴12^-e連接到流體供應管125a。 流體供應管由抗所期望的供應流體腐蝕或化學反應的材料制成，或者甚至包括能 夠減少在流體接觸表面上沉積物的聚積的材料。還期望流體供應管是柔性的，從而其可以 在漿液臂旋轉時承受彎曲和屈曲。例如，流體供應管的示例性實施例可以是THV管，例如可 從Minnesota的Dyneon of Oakdale購得的THV x50 UHP。通過位于拋光機100外部的流 體供應源(未示出)向每個流體供應管提供流體。流體供應源可以包括加壓罐、化 學輸送單元或具有泵的圓筒，并且可以供應漿液、化學品或水。在流體供應源和供應臂之間 還可以使用一個或多個閥、壓力傳感器和容積式流量計，以控制流體的供應。圖3中所示的漿液分配器122的實施例包括多個噴嘴12^-e。每個噴嘴從約0. 03”到約0. 05”的末端開口。噴嘴12^-e還可以具有圓錐形狀的橫截面，用于以傘 狀噴灑方式輸出加壓流體。適合的圓錐形狀包括從約40°到約120°的角寬度。可以通過 在由耐所期望的拋光漿液成分腐蝕和化學反應的材料制成的管中鉆孔制成噴嘴IMa-e。噴 嘴12^-e還可以由抵抗沉積物在噴嘴的流體接觸表面上聚積的材料形成。在一個實施例 中，噴嘴12^-e由PVDF制成。在可選的實施例中，噴嘴單獨制成，并通過螺紋或密 封粘結劑連接到分配器臂123。示例性的預制噴嘴12^-e是可從Carol Stream, Illinois 的 Spray System Co.購得的 VeeJet Spray Nozzle。多個噴嘴12^-e還可以位于漿液分配管道137中，所述漿液分配管道137沿著分 配器臂123的長度固定，以沿著拋光墊112分散漿液。分配器管道137包括沿著分配器臂 123的下側設置的空心矩形主體，使得管道的縱軸大致平行于空心主體的縱軸。分配器管道 137包括一個或多個集成的漿液分配噴嘴12^-e，所述漿液分配噴嘴12^-e例如可以通過 在分配器管道137中機械加工或鉆出噴嘴形狀開口來形成。例如，每個成形噴嘴12^-e具 有向外逐漸變細的圓錐形狀，較小的第一開口面向通道137的內部體積，較大的第二開口 位于管道137的外表面處(未示出)。例如，成形開口可以具有小于Imm的第一開口直徑， 和大于約1. Imm的第二開口直徑。成形開口開向臺板表面，包括從約Imm到約2mm的直徑。 分配器管道的第一開口還可以足夠大，以裝在流體供應管12 的相應開口的直徑上，所述 流體供應管12 向分配器管道供應拋光漿液。隨著襯底140和拋光墊112彼此緊靠著旋轉，根據所選的漿液配方所供應的拋光 漿液的測定量通過噴嘴12^-e被噴灑在拋光墊上。拋光漿液包含反應劑和化學反應催化 劑。例如，可以用包括去離子水(用作反應劑)和氫氧化鉀(用作催化劑)的拋光漿液來拋 光氧化物襯底。例如，適合的拋光漿液還可以包括磨料顆粒，所述磨料顆粒包括氧化鋁、氧 化硅、碳化硅或其他陶瓷粉末中的至少一種；并且所述磨料顆粒懸浮在例如包括水、乙醇、 緩沖劑和懸浮化學品中的一種或多種的溶液中。漿液分配器122的分配器臂123還包括單獨的一組清洗噴嘴138a_g，在拋光過程 之后，所述清洗噴嘴138a-g提供清洗液，用于清洗襯底140。清洗噴嘴138a_g彼此分隔開， 并且可以在每次拋光和/或規定循環結束時提供對拋光墊112的高壓流體清洗。通過供應 管125c向清洗噴嘴138a-g提供清洗液。諸如去離子水之類的清洗液可以用于在襯底從一 個拋光臺傳輸到另一拋光臺時清潔襯底140。在襯底140被傳送回到固定臺時，清洗噴嘴 138a-g還可以朝向緩慢旋轉的拋光墊112引導水流，以從拋光墊上清洗漿液。在處理多個 襯底140之間，還可以將水供應到拋光墊112的表面，以從墊表面清洗顆粒和化學物質。可 以在拋光預定數量的襯底140之后或在拋光操作開始時作為預處理步驟、在從墊表面去除 反應物的操作結束時、或根據需要從墊表面清洗顆粒或化學物質時，來執行清洗步驟。清洗 噴嘴138a-g還可以包括圓錐橫截面，以向拋光墊112提供水或其他清洗液的傘狀噴灑區 域。可以使用清洗液防護物(未示出)來覆蓋清洗噴嘴138a-g的側面，以將清洗液噴霧控 制在襯底上方。清洗液防護物可以由Delaware的DuPont de Nemours Co.的iTeflon制 成。漿液分配器122的分配器臂123還可以包括化學清洗噴嘴139，在完成一個或多 個襯底140的拋光之后，所述化學清洗噴嘴139在整個拋光墊112上分散化學劑，以中和拋 光漿液的反應劑。雖然化學清洗噴嘴139描述成與漿液分配噴嘴IM分開的噴嘴，但是其也可以是相同的噴嘴結構。在一個實施例中，化學清洗噴嘴139位于分配器臂123的遠端 126b處。化學清洗的成分被選擇用以終止拋光漿液的化學反應成分與被拋光的襯底140的 反應，并且可以用于中和反應漿液成分的蝕刻劑或腐蝕特性。例如，在一個實施例中，化學 清洗包括酸或氨基中和劑。如圖4A所示，控制器188包括適合的程序代碼190，以控制CMP裝置100和其各 種組件，包括漿液分配器122。控制器188是可編程計算機，其包括CPU、輸入設備192(例 如，鼠標、鍵盤和光筆)和輸出設備194(例如顯示器)。控制器188用于計算和測量拋光參 數，并保存任一拋光臺108的流程。在一個實施例中，程序代碼190包括用于控制分配器臂 123的電機的代碼。例如，代碼可以控制為旋轉軸127提供動力的分配器驅動器128，以使 得每個分配器臂123圍繞其旋轉端1 旋轉，以使在臂123的遠端處的各個漿液分配噴嘴 擺動，以在拋光墊112上分配漿液。控制器188可以操作分配器臂123的電機，以獲得所期 望的臂123的移動。控制該移動，以控制臂123的遠端1 處的漿液分配噴嘴12^-c的運 動，以將漿液分配在拋光墊112上的在所期望的圖案或區域中。例如，控制188可以控制程 序代碼，以控制電機，來使分配器臂123在拋光墊112上移動，以在墊112上獲得所期望形 狀的漿液分布區域。如圖5A至5C所示，在漿液分配器122的可選實施例中，所述漿液分配器122的特 征可以單獨存在或與在此描述的其他特征結合，分配器臂123包括遠端131，所述遠端131 可相對于近端141以直線運動來移動。遠端131相對于近端141直線移動，例如前后擺動。 以這種方式，位于分配器臂122的可移動部分上的分配噴嘴12^-c可以沿著徑向長度向拋 光墊112供應拋光漿液，以覆蓋墊的更大的表面積。在這種方式中，分配臂123的包括遠端131的部分連接到分配器驅動器143，所述 分配器驅動器143可以使遠端131沿著直線路徑朝向和遠離分配器臂123的近端141而移 動。分配器驅動器143使臂的近端沿著直線路徑移動，以將漿液分配在拋光臺板上的線中。 直線移動可以匹配與分配器臂123的縱軸相對應的線。由控制器188來控制分配器驅動器 143，所述控制器188包括用于控制分配器臂123的直線運動的程序代碼。遠端131可以移 動未伸長的分配器臂123的長度的從約20%到90%的直線距離。如圖5B和5C所示，卷曲供應管145a、b延伸通過分配器臂123的長度，以向噴嘴 124a-c供應拋光漿液、懸浮液或其他流體。卷曲供應管145a、b使得臂123的長度能夠改 變，而不用改變向噴嘴12^-c的流體供應。卷曲供應管145a、b可以由耐所期望的供應流 體腐蝕或化學反應的材料制成，或者甚至可以包括能夠減少在流體接觸表面上沉積物的聚 積的材料。還期望流體供應管是柔性的，從而其可以承受彎曲和屈曲。例如，供應管例可以 是THV管，例如可從Dyneon購得的THV x50 UHP。通過位于拋光機100外部的流體供應源 (未示出)來向每個卷曲供應管14fe、b提供流體。在可能的實施例中，控制器188包括程序代碼190，以控制分配器臂123的遠端 131的與襯底載具120的移動相關的移動。例如，襯底140由襯底載具120(未示出)所固 定，分配器臂123的遠端131可以移動到位，并在接觸拋光墊112的襯底接觸區域147之前， 漿液可以被分配到拋光墊112的襯底接觸區域147。分配器臂123的遠端131可以被定位 于襯底載具120的路徑之外，以避免與載具組件碰撞。與不移動的臂相比，使用經過臺板或 墊的整個長度、或徑向長度的大致部分的直線擺動，分配器臂123可以將拋光漿液供應到拋光墊112的更大區域。直線擺動臂可以被構造成沿著穿過從拋光墊112的中心區域到墊的周界的直線 路徑供應拋光漿液。此外，因為位于拋光臂123的遠端131附近的噴嘴12^-c可以移動到 拋光墊120上方的徑向供應位置中，所以對拋光漿液的流動要求不是很嚴格。例如，噴嘴 12^-c的部分堵塞和從分配器噴嘴噴濺漿液(這將導致拋光漿液的不均勻分布)并沒有 多少影響，這是因為噴嘴12^-c被放置的更靠近目標區域并且噴嘴分配的漿液(盡管不均 勻)仍將落在拋光墊112上的襯底接觸區域147中。拋光系統可以包括例如如圖5A所示的第一和第二分配器臂123a、123b。第一和 第二分配器臂123a、b可以被構造成彼此相對，例如，第一分配器臂123a的近端141a可以 位于臺板的與第二分配器臂12 的近端141b相對的一側上。第一和第二分配器臂123a、 b可以被構造成比單一分配器臂123在更大的區域上向拋光墊112提供拋光漿液或其他流 體。此外，相對的第一和第二分配器臂可以被構造成選擇性的分配拋光介質、清洗液、中和 化學液或其他流體成分。在一個可能的實施例中，第一分配器臂123a被構造為分配拋光漿 液，第二分配器臂12 被構造為分配清洗液和中和化學液。在該可能的實施例中，可以從 腔室拆下第一分配器臂123a，以用于清洗被拋光漿液阻塞的分配器閥，而不需要拆下剩余 的分配器臂12 或拆開其他流體供應線路。第一漿液分配器和分配器臂123a可以設置成向第一襯底接觸區域供應拋光漿液 或其他流體，第二漿液分配器和分配器臂12 設置成向第二襯底接觸區域供應拋光漿液 或其他流體，第一和第二接觸區域互不相同。第一襯底載具使襯底接觸到第一襯底接觸區 域，第二襯底載具使襯底接觸到第二襯底接觸區域。以這種方式，第一和第二漿液分配器臂 123a、b向第一和第二襯底載具供應漿液。如圖6A所示，在另一可能的實施例中，漿液分配器180包括鉸接臂182，所述鉸 接臂182包括多個由一個或多個鉸接頭186a-c所連接的部分。例如，任一部分可相互移 動，第一部分18 可以相對于第二部分184b移動，或者兩個部分可以同時移動。每個部分 l^a-c可以具有兩個、甚至三個移動自由度。多個部分l^a-c可以包括連接在第二鉸接頭 186b的第一和第二部分184a、b，以及可選地連接在第三鉸接頭186c的第三部分1別C。第 一、第二和第三鉸接頭186a-c中每一者均可以是具有兩個自由度的平面鉸接頭、具有三個 自由度的旋轉球接頭、上述接頭的組合、或其他類型的接頭。鉸接臂182還可以具有附加的 或更少的部分。選擇多個部分18如-(3的數量和鉸接頭186a-c的類型，以獲得鉸接臂182 的所期望的移動自由度。此外，通過選擇提供了不同自由度的多個部分的數量和鉸 接頭186a-c的類型的特定組合，鉸接臂182可以適合于提供所期望的漿液分布圖案或成形 區域。此外，一個或多個鉸接頭186a_c可以包含多個電機(未示出)，所述電機能夠實現 連接到特定鉸接頭186a_c的任一部分l^a-c的運動的預制范圍。驅動多個部分
和鉸接臂182的電機可以是位于鉸接頭186a-c內部的微電機、液壓電機和其他電機。在一種形式中，鉸接臂182包括在第一接頭處的連接到臺面的旋轉端190、和遠端 192，在遠端192處或附近具有可以用于將漿液分配在拋光臺板或拋光墊112上的一個或多 個漿液分配噴嘴20h-C。控制器188包括適合的程序代碼以控制漿液分配器122的運動。 控制器188是可編程計算機，其包括可以用于計算和測量拋光參數并存儲任一拋光臺108的流程的一個或多個設備。在一個實施例中，控制器188包括程序代碼，以控制鉸接臂182 的一個或多個各種電機，以獲得由一個或多個鉸接頭186a_c所連接的多個部分l^a-c的 所期望的直線或弧線移動。控制該移動，以控制位于鉸接臂182的遠端192處的漿液分配 噴嘴20h-C的運動，以將漿液分配在拋光墊112上的所期望的圖案或區域中。例如，控制 器188可以包括程序代碼，以控制電機，來使鉸接臂182在拋光墊112上移動，以獲得墊112 上的所期望形狀的漿液分布區域。如圖7中的示例所示，除了水平擺動，鉸接臂182還可以改變分配噴嘴20加-(3在 拋光墊112上方的高度，圖7示出了在第一位置上的鉸接臂182、多個部分184a-c、接頭 186b、c和噴嘴20加-(3，和在第二位置上的鉸接臂182，、多個部分184a，-c，、接頭186b\c' 和噴嘴202a’ -c’。在該形式中，接頭186a位于臂的旋轉端190處，從而當操作鉸接臂182 的接頭時，接頭186a的主體不改變位置。在第一位置上，鉸接臂182的每個噴嘴20h-C具 有傘狀噴灑區域2(Ma_c，加壓流體將分配到拋光墊112。在第二位置上，每個噴嘴2(^a’-c’ 具有不同的傘狀噴灑區域204a’ -c’。在所示示例中，第一噴灑區域2(Ma_c比第二噴灑區 域20 ’-C’大好幾倍。這使得能夠改變噴嘴的噴灑區域，而不用改變流體供應的壓力。此 外，用所分配的流體覆蓋拋光墊112可以適合于匹配拋光墊112和襯底140的接觸面積。例 如，如果拋光墊112相比襯底140足夠大，使得在處理過程中每個襯底140只接觸拋光墊表 面的一小部分，則這是有利的。在一種形式中，第一和第二漿液分配器122a、b放置成緊靠并跨越拋光臺板110， 以從彼此分開并沿著拋光臺板的兩個不同的點同時分配漿液。如圖所示，例如，第一和第二 漿液分配器12h、b可以放置成在直徑上彼此相對。在一種形式中，相對的一對漿液分配器 122a,b位于用于同時拋光兩個襯底140a、b的第一和第二漿液分配器12h、b之間，從而每 個漿液分配器122a、b可以向拋光墊112的位于襯底載具120a、b的當前路徑中的不同區 域提供漿液。例如，可以移動第一和第二襯底載具120a、b，以在位于第一襯底載具10 前 的第一點處和位于第二襯底載具120b前的第二點處分配漿液。以這種方式，根據拋光臺板 110的旋轉的方向，第一漿液分配器12 向第二襯底載具120b提供新的漿液，第二漿液分 配器向第一襯底載具120a提供新的漿液，或者反之亦然。有利的，因為在拋光墊112上的 各自位于第一和第二襯底載具120a、b之間的在不同的圓周區域處分配新的拋光漿液，這 使得拋光機100能夠以大致相同的拋光率拋光兩個襯底140a、b。在一個實施例中，鉸接臂182包括通過第一和第二中間接頭186b、c連接在一起的 第一、第二和第三部分18如-(3。第一部分18 在第一接頭186a處連接到臺面106，所述第 一接頭186a是旋轉接頭，例如球接頭，以提供能夠使得鉸接臂182圍繞旋轉接頭旋轉的旋 轉端190。第二部分184b位于第一部分18 和第三部分18 中間。一個或多個漿液分配 噴嘴200a、b位于第三部分18 上的鉸接臂182的遠端192處。鉸接臂182的柔性和漿液分配噴嘴200a、b的末端位置能夠實現在最理想的分配 或擺動圖案中分配拋光漿液，這并不依賴于或關系到拋光墊112的形狀或大小。例如，鉸接 臂182可以很容易的適合于在矩形甚至正方形的拋光墊112上分配拋光漿液。此外，鉸接 臂182還可以由控制器188所控制，以實現所期望的直線或弧線圖案，以提供細長的漿液分 布區域。例如，鉸接臂182可以很容易的適合于使分配噴嘴2(^a-c在拋光臺板上沿著直線 路徑移動。在一種形式中，鉸接臂182的電機，使得漿液分配噴嘴2(^a-c在臺板或拋光墊上沿著直線移動。在另一形式中，鉸接臂182的電機使漿液分配噴嘴20h-C在臺板或拋光 墊上沿著弧線路徑移動。例如，弧線路徑可以包括與拋光臺板110的固定徑向軸交叉至少 兩次的固定弧線。例如，弧線路徑還可以設置成覆蓋在拋光臺板110上跨越從約0°到約 45°弧線距離。圖6A中所示的漿液分配器122的實施例包括多個噴嘴20加-(3。每個噴嘴2(^a_c 從約0. 03”到約0. 05”的末端開口。噴嘴20加-(3還可以具有圓錐形狀的橫截面，用于以傘 狀噴灑方式輸出加壓流體。適合的圓錐形狀包括從約40°到約120°的角寬度。可以通過 在由耐所期望的拋光漿液成分腐蝕和化學反應的材料制成的管中鉆孔制成噴嘴20h-C。噴 嘴2(^a-c還可以由抵抗沉積物在噴嘴的流體接觸表面上聚積的材料形成。在一個實施例 中，噴嘴20M-C由PVDF制成。在可選的實施例中，噴嘴20M-C單獨制成，并通過螺紋或密 封粘結劑連接到分配器臂182。示例性的預制噴嘴20加-(3是可從Carol Stream, Illinois 的 Spray System Co.購得的 VeeJet Spray Nozzle (Spray System Co. , North Avenue at Schmale Road, Carol Stream, Illinois)。如圖6B所示，在一種形式中，鉸接臂182的多個部分各自包括管狀部分 208，所述管狀部分208包括空心殼體。管狀部分208沿著鉸接臂182的長度環繞并保護多 個供應管206a_c，每個供應管206a_c提供用于拋光漿液、中和流體、或水的通路。例如，供 應管206a可以用于向漿液分配噴嘴20 提供拋光漿液。每個噴嘴20h-C通過通常的方 法連接到供應管206a-c。例如，使用外螺紋和內螺紋或使用橡膠密封墊，可以將預制的噴嘴 連接到流體供應管206a_c。流體供應管206a_c由抗所期望的供應流體腐蝕或化學反應的 材料制成，或者甚至包括能夠減少在流體接觸表面上沉積物的聚積的材料。還期望流體供 應管是柔性的，從而其可以在鉸接臂旋轉時承受彎曲和屈曲。例如，流體供應管的示例性實 施例可以是THV管，例如可從Dyneon (城市，州)購得的THV x50 UHP。通過位于拋光機100外部的流體供應源(未示出)向每個流體供應管200a_c提 供流體。流體供應源可以包括加壓罐、化學輸送單元或具有泵的圓筒，并且可以供應漿液、 化學品或水。在流體供應源和供應臂之間還可以使用一個或多個閥、壓力傳感器和容積式 流量計，以控制流體的供應。可以操作鉸接臂182的噴嘴，以與拋光過程相關聯的分配流體。噴嘴20h、b可以 用于根據所選擇的配方將漿液的測定量分配到拋光墊。鉸接臂182還可以包括一個或多個 單獨的清洗噴嘴202c，在拋光過程之后，所述清洗噴嘴202c提供清洗液，用于清洗拋光墊 112。甚至可以在每次拋光和/或規定循環結束時執行對拋光墊112的高壓流體清洗。通 過供應管200c向清洗噴嘴提供清洗液。漿液分配器122的鉸接臂182可以包括化學清洗 噴嘴(未示出)，在完成一個或多個襯底140的拋光之后，所述化學清洗噴嘴在拋光墊112 上分配化學劑，以中和拋光漿液的反應劑。雖然化學清洗噴嘴描述成與漿液分配噴嘴分開 的噴嘴，但是其也可以是相同的噴嘴結構。在一個實施例中，化學清洗噴嘴位于鉸接臂182 的遠端192處。參考鉸接漿液分配器180所公開的噴嘴可以由與參考旋轉漿液分配器122 所公開的相應的漿液分配器、清洗和化學清洗噴嘴相同的材料制成，此外，不同形式的漿液 分配器122、180的相應噴嘴所分配的流體或所提供的壓力也可以相同。在此所描述的不同形式的漿液分配器可以用于任一類型的CMP拋光機。例如，可 以用于平坦化半導體晶片襯底的表面的化學機械拋光機100的實施例在圖4A到4C中示出。提供拋光機100以說明漿液分配器的不同實施例中的任一個的使用方法；但是，拋光機 100不應當用于限制本發明的范圍。例如，拋光機100可以是來自Santa Clara, California 的 Applied Materials, Inc.的 Mirra 或 Sycamore 型 CMP 系統。如圖 4A 所示，通常， 拋光機100包括包含臺面106在內的外殼104、一個或多個拋光臺108a、b、襯底傳送臺111 和可旋轉多頭轉盤116，所述可旋轉多頭轉盤116單獨操作可旋轉襯底載具120。每個拋光 臺108a、b包括其上設置有拋光墊112a、b的可旋轉拋光臺板110a、b。臺板110a、b可以是 連接到臺板電機(未示出)的可旋轉的鋁或不銹鋼板。拋光墊110a、b可以包括固結磨料 或非磨料墊。拋光漿液通過漿液分配器12h、b分配在墊llh、b上。例如，如圖6A所示，每個拋光臺108還可以具有一個或多個墊調節器114，所述墊 調節器114具有固定獨立旋轉的調節器頭119的可旋轉臂118。墊調節器114保持拋光墊 112的狀態，以使得墊能夠有效的拋光襯底40。每個墊調節器頭119包括固定磨料盤(未 示出)的臺板。該臺板是為磨料墊提供結構剛性的支承結構，例如碳鋼板。磨料盤包括金 屬合金(例如鎳或鈷合金)的暴露磨料表面，其具有嵌入在金屬合金中的磨料顆粒。因為 固結磨料墊通常不需要調節，所以具有固結磨料墊的拋光臺108不需要墊調節器。調節器 頭119以與襯底載具120在拋光墊上的運動同步的往復運動在拋光墊112上掃過磨料盤。 圖4C中所示的墊調節器安裝在距離臺面106的第一高度，所述第一高度比第一和第二漿液 分配器的第二高度高。第一高度可以高于第二高度至少約15mm。這種形式使得墊調節器在 漿液臂上方擺動，減少拋光機的所占面積。再參考圖4A，襯底裝置裝置130包括盒架136，所述盒架136容納一批襯底140。 臂144沿著直線軌跡148移動，并支承關節組件152，所述關節組件152包括用于從固定臺 155移動盒架136的盒架鉗154、和用于將襯底140從盒架136傳送到傳送臺111的襯底鏟 156。在操作中，襯底140從盒架136裝載到傳送臺111，襯底被從所述傳送臺111傳送到襯 底載具120，在襯底載具120上襯底最初由真空固定。然后，轉盤116傳送襯底140通過一 個或多個拋光臺108a、b，并最終使拋光的襯底返回到傳送臺111。如圖4B所示，轉盤116 具有支承板160，所述支承板160帶有槽162，襯底載具120的軸172穿過所述槽162延伸。 襯底載具120可以在槽162中獨立的旋轉并來回震蕩，以實現均勻的拋光襯底表面。通過 分別的電機176使襯底載具120旋轉，所述電機176通常隱藏在轉盤116的可移動側壁178 的后面。如圖4B和4C所示，每個拋光臺108a-c分別包括可旋轉的臺板110a_c，每個臺 板IlOa-C支承拋光墊112a_c，所述拋光墊llh-c具有一對在上面的、相對的漿液分配器 122a-c、12h’-c’。雖然示出了漿液分配器12h-c、122a’_c’，但是應當理解，可以使用鉸接 漿液分配器180來代替或與其組合。在拋光過程中，每個襯底載具120固定、旋轉并按壓襯 底140抵靠固定到旋轉拋光臺板llOa-c的拋光墊llh-c。因為襯底140和拋光墊IUa-C 彼此抵靠著旋轉，所以通過拋光漿液分配器12h-c、122a’ _c’，根據所選的漿液配方，供應 測定量的具有例如硅膠或氧化鋁的去離子水的拋光漿液。可以根據處理流程，編程控制臺 板110和襯底載具120，用于以不同的選擇速度和方向旋轉。為了清晰可見，圖4B中未示出 墊調節器，而圖4C中示出了三個墊調節器lHa-c。也可以有六個墊調節器114(未示出)， 每個墊調節器與漿液分配器12h-c、122a’ -c’相關聯。已經參考本發明的一些的優選方式描述了本發明；但是，還能有其他方式。例如，對本領域技術人員顯而易見的，墊調節器可以用于其它類型的實施方式，例如作為固定表 面。也可以使用CMP拋光機的其他結構。此外，對本領域技術人員顯而易見的，根據所述實 施方式的參數，也可以使用與上述等價的可選的管道結構。因此，所附權利要求書的精神和 范圍不應當限制于對包含于此的優選方式的描述。
權利要求
1.一種化學機械拋光機，其包括(a)拋光臺板，其能夠支承拋光墊；(b)第一和第二襯底載具，其各自能夠將襯底固定在所述拋光墊上；和(c)第一和第二漿液分配器，每個漿液分配器包括 (i)臂，其包括旋轉端和遠端；( )至少一個漿液分配噴嘴，其位于所述遠端上；和(iii)分配器驅動器，其能夠使所述臂圍繞所述旋轉端旋轉，以使得處于所述遠端處的 所述漿液分配噴嘴擺動，以在所述拋光臺板上分配漿液。
2.根據權利要求1所述的拋光機，其中所述分配器驅動器能夠具有下列特征的至少一項(a)在分配漿液時，使所述臂旋轉，以使得所述臂在所述拋光臺板上的弧線中擺動；(b)使所述臂旋轉，使得所述漿液分配噴嘴沿著固定弧線擺動，所述固定弧線位于所述 第一和第二襯底載具之間、并且不接觸任一所述襯底載具；(c)使所述臂旋轉，使得所述漿液分配噴嘴沿著固定弧線擺動，所述固定弧線位于所述 第一和第二襯底載具之間、并且不接觸任一所述襯底載具，其中所述固定弧線與所述拋光 墊的徑向軸交叉至少兩次，(d)根據程序，使所述臂沿著從約0°到約45°的固定弧線旋轉。
3.根據權利要求1所述的拋光機，其中所述第一和第二漿液分配器沿著所述拋光臺板 在直徑上彼此相對。
4.根據權利要求1所述的拋光機，其中，所述第一和第二漿液分配器可以旋轉，使得每 個分配器能夠位于第一和第二襯底載具之間，以向所述第一和第二襯底載具中的一個襯底 載具提供新的漿液。
5.根據權利要求1所述的拋光機，其中，所述第一和第二漿液分配器各自包括彼此分 開并沿著共同的軸對準的多個漿液分配噴嘴。
6.根據權利要求1所述的拋光機，其還包括第一和第二墊調節器，其安裝在距離臺面 的第一高度，所述第一高度高于所述第一和第二漿液分配器的第二高度。
7.一種化學機械拋光方法，其包括如下步驟(a)使第一和第二襯底在拋光墊上摩擦；并且(b)在所述第一和第二襯底中的每一個的前面分配拋光漿液。
8.根據權利要求7所述的方法，其包括沿著第一和第二固定弧線分配漿液，所述第一 和第二固定弧線具有下列特征的至少一項(i)所述第一和第二弧線各自向所述第一和第二襯底中的一個襯底提供新的拋光漿液；( )所述第一和第二弧線在直徑上彼此相對；(iii)所述第一和第二弧線分隔開，并且每個弧線都位于所述第一和第二襯底之間；(iv)所述第一和第二弧線處于不同的位置，并且位于所述第一和第二襯底之間； (ν)所述第一和第二弧線與所述拋光墊的徑向軸交叉至少兩次；和(Vi)所述第一和第二弧線各自在從約0°到約45°的范圍。
9.根據權利要求7所述的方法，其包括從彼此分開并沿著共同的軸對準的不同的點同時分配漿液。
10.一種化學機械拋光機，其包括(a)拋光臺板，其能夠支承拋光墊；(b)第一和第二襯底載具，其各自能夠將襯底固定在所述拋光墊上；和 (b)第一和第二漿液分配器，每個漿液分配器包括(i)臂，其包括近端和遠端；( )至少一個漿液分配噴嘴，其位于所述遠端上；和(iii)分配器驅動器，其能夠使所述臂的所述遠端沿著直線路徑移動，以在所述拋光臺 板上的線中分配漿液。
11.根據權利要求10所述的拋光機，其包括下列特征中的至少一項 (i)所述第一和第二漿液分配器在所述拋光臺板上；( )所述分配器驅動器能夠使所述遠端朝向或遠離所述近端而移動；(iii)所述分配器驅動器能夠使所述近端沿著與所述臂的縱軸相對應的線移動；(iv)所述臂的所述遠端移動經過未伸長的臂的長度的約20%到約90%的距離；和 (ν)卷曲供應管，其延伸通過所述臂的長度，以向所述分配噴嘴供應拋光漿液、懸浮液或其他流體。
12.一種使用漿液拋光襯底的化學機械拋光機，所述拋光機包括(a)拋光臺板，其用于支承拋光墊(b)襯底載具，其能夠將襯底固定在所述拋光墊上；和(c)第一漿液分配器，其包括鉸接臂，所述鉸接臂包括 (i)多個部分，其在一個或多個鉸接頭處連接；( )旋轉端和遠端；和(iii)至少一個漿液分配噴嘴，其位于所述遠端處或附近。
13.根據權利要求12所述的拋光機，其中，所述多個部分包括在第一和第二鉸接頭處 連接的、至少第一和第二管狀部分，所述鉸接頭各自提供至少兩個移動自由度。
14.根據權利要求12所述的拋光機，其包括第一和第二襯底載具，并且其中，所述漿液 分配噴嘴可以移動，以在位于所述第一襯底載具前面的第一點處和位于所述第二襯底載具 前面的第二點處分配漿液。
15.根據權利要求12所述的拋光機，其包括電機，所述電機能夠具有下列特征中的至 少一項(a)使所述鉸接臂移動，以使得所述漿液分配噴嘴在所述拋光臺板上沿著直線或弧線 路徑移動；或(b)使所述鉸接臂移動，以使得所述漿液分配噴嘴沿著從約0°到約45°的弧線路徑 移動。
16.根據權利要求12所述的拋光機，其還包括控制器，所述控制器包括程序代碼，以控 制所述電機，以在所述拋光臺板上驅動所述鉸接臂，以獲得在所述拋光墊上的預定漿液分布。
17.一種化學機械拋光方法，其包括(a)使襯底在安裝在拋光臺板上的拋光墊上摩擦；和(b)提供鉸接漿液分配器臂，所述鉸接漿液分配器臂包括在鉸接點彼此連接的第一部 分和第二部分、旋轉端、遠端、和在所述遠端處或附近至少一個漿液分配噴嘴；和(C)使所述第一部分相對于所述第二部分移動，以在所述拋光墊上的分布圖案上分配 拋光漿液。
18.根據權利要求17所述的方法包括下列特征中的至少一項(a)使所述第一部分和所述第二部分都移動；(b)使所述漿液分配噴嘴在所述拋光臺板上沿著直線路徑移動；(c)使所述漿液分配噴嘴在所述拋光臺板上沿著弧線路徑移動；(d)使所述漿液分配噴嘴在所述拋光臺板上沿著從約0°到約45°的弧線路徑移動；(e)使所述漿液分配鉸接臂在所述拋光臺板上移動，以獲得在所述拋光墊上的漿液分布；(f)以至少兩個移動自由度，使所述第一或第二部分移動。(g)在所述拋光臺板上的兩個位置處分配拋光漿液；或(h)從彼此分開并沿著所述拋光臺板的兩個不同點同時分配漿液。
全文摘要
一種化學機械拋光機包括拋光臺板，其能夠支承拋光墊；第一和第二襯底載具，其各自能夠將襯底固定在所述拋光墊上；和第一和第二漿液分配器。第一和第二漿液分配器包括(i)臂，其包括旋轉端和遠端；(ii)至少一個漿液分配噴嘴，其位于所述遠端上；和(iii)分配器驅動器，其能夠使所述臂圍繞所述旋轉端旋轉，以使得處于所述遠端處的所述漿液分配噴嘴擺動，以在所述拋光臺板上分配漿液。在另一形式中，可移動漿液分配器包括具有在一個或多個鉸接頭處連接的多個部分的鉸接臂、旋轉端和遠端、和位于末端處或附近的至少一個漿液分配噴嘴。
文檔編號H01L21/304GK102124545SQ200980131752
公開日2011年7月13日 申請日期2009年8月14日 優先權日2008年8月14日
發明者王玉林, 艾培·伊馬茲 申請人:應用材料公司