CN1267903A - 改善化学机械抛光的均匀性 - Google Patents

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Abstract

通过提高对浆料分布的控制改善了CMP的均匀性。通过例如使用浆料分送器将浆料从多个分送点分送浆料改善了浆料分布。在浆料和衬底之间提供挤压杆以重新分布浆料,也提高了对浆料分布的控制。

Description

改善化学机械抛光的均匀性
本发明涉及半导体的工艺，特别涉及改善CMP的均匀性。
在半导体的处理中，需要形成均匀平坦的表面用于如平板印刷等的随后处理。通常，使用化学机械抛光(CMP)在衬底上上形成平坦的表面。
一般来说，CMP系统在控制的向下的压力下使半导体材料的薄平坦的晶片接触相对于半导体晶片移动的抛光垫。半导体晶片静止或也可以在保持晶片的载架上旋转。背膜可选地设置在晶片载架和晶片之间。抛光压板(platen)通常由如吹制的聚氨酯等较软的润湿垫料覆盖。
液体化合物或浆料经常提供在半导体晶片和抛光垫之间以帮助抛光晶片。浆料用于润滑半导体晶片和抛光垫之间移动的界面，同时轻微研磨和抛光半导体晶片的表面。通常的浆料包括例如溶液中的硅石或铝土(氧化硅或氧化铝)。
由于正常的使用，垫的表面变得不平整。垫的不均匀表面产生不均匀抛光，导致较不平整的衬底表面。不均匀的衬底表面是不希望的，是由于它会负面地影响随后的工艺，降低制造成品率。通常，要消除不均匀垫的负面影响，需要周期性地调节以使它的表面平滑。然而，即使周期性地调节垫，CMP之后衬底表面仍会不均匀。
鉴于此，需要改善CMP的均匀性，以提高制造成品率。
本发明涉及半导体的制造，特别涉及改善晶片的抛光。在一个实施例中，本发明改善了抛光期间对浆料分布的控制。通过提供浆料分送器，将浆料从多个位置或地点分送到垫上改善浆料分布的控制。在一个实施例中，从抛光垫的多个径向位置分送浆料。在另一实施例中，从抛光垫的多个角位置分送浆料。在又一实施例中，由垫的多个径向和角位置分送浆料。分送浆料的径向和角位置可以随时间变化或调节以改变条件。
在另一实施例中，挤压杆(squeeze bar)提供在浆料和衬底之间的路径中。使用挤压杆使浆料分布成形。在浆料分送器和衬底之间挤压杆可以有多个位置，以形成需要的浆料分布。挤压杆提供有附加的参数，以改善浆料分布的控制。
图1示出了常规CMP系统的俯视图；
图2示出了根据本发明的一个实施例的CMP系统；
图3示出了根据本发明的另一实施例的CMP系统；以及
图4示出了本发明的又一实施例。
本发明通常涉及半导体工艺，特别涉及改善的CMP均匀性。根据本发明，通过在CMP期间控制浆料的分布可以改善CMP的均匀性。
现在参考图1，示出了常规CMP系统40的俯视图。CMP系统包括浆料分送器42。浆料分送器将浆料44送到抛光垫46上。分送器包括分送浆料的单个出口48。抛光垫安装在旋转垫的压板上。
提供衬底支架或载架49安装衬底，例如半导体晶片。衬底支架支撑与抛光垫对置的衬底。在一些实施例中，载架可以旋转以旋转衬底。
抛光期间加在衬底表面上的压力可以根据需要改变。通过改变压板相对于载架的位置、改变载架相对于压板的位置、或同时改变这两个位置可以调节衬底表面上的压力。此外，通过移动载架、移动压板或同时移动这两者，可以根据需要改变衬底相对于垫的径向位置。垫和载架的位置可以根据需要改变，以在垫上形成更均匀的损耗，延长垫的寿命。
随着浆料从出口送出，由于旋转垫产生的离心力使它向垫的外周边移动。当它分送在垫上时，浆料的形状初始由离心力确定。很难通过离心力控制浆料的分布，经常导致衬底和垫之间浆料的不均匀分布。这在CMP工艺中产生不均匀性，负面地影响了制造成品率。
根据本发明的一个实施例，通过提供浆料分送器改善对浆料分布的控制，减少了CMP工艺中的不均匀性。由此浆料分送器在CMP工艺中形成浆料分布，例如改善均匀性。
参考图2，示出了根据本发明的一个实施例的CMP系统。CMP系统240通常包括安装在可旋转的压板(未示出)上的抛光垫246。衬底载架249安装例如半导体晶片等的衬底260。衬底的主表面例如通过真空压力安装在载架的下表面上。也可以使用例如利用静电吸盘将衬底安装在载架上的其它技术。衬底的另一主表面相对于抛光垫246保持在对置的位置。
抛光垫施加在衬底表面上的压力可以根据需要改变。通过改变压板和载架之间的距离可以改变压力。通过例如相对于载架移动压板、相对于压板移动载架、或两者相互移动改变所述距离。
要延长垫的寿命，可以沿垫的半径移动衬底的位置。通过移动压板、载架或两者可以获得。
在一个实施例中，载架包括旋转要抛光的衬底的可旋转支架。载架可以在与垫相同或相反的方向旋转衬底。所述结构能在抛光期间使衬底和垫都旋转，控制晶片和垫上各点之间的相对速度。也可以使用不能旋转的载架。
根据本发明的一个实施例，提供多点浆料分送器，以改善浆料分布中的均匀性。多点浆料分送器包括由多个位置将浆料分送到垫上的多个出口。
在一个实施例中，多点浆料分送器242包括其中形成有多个出口248的排放管。排放管例如可以为圆柱形。也可以使用如弯曲的排放管等的其它形状或结构。如图所示，沿管的长度设置出口。相邻出口之间的距离例如可以相等。也可以使用具有不等间距的相邻出口。在另一实施例中，可以调节相邻出口之间的距离形成需要的浆料分布。在一个实施例中，基本上沿垫的半径设置排放管。通过出口将浆料分送到抛光垫246上。通过多个出口，浆料分送到垫的不同部分，从而更好地控制的浆料分布，改善了CMP工艺。
在一个实施例中，浆料以均匀的速率多个出口送出。通常出口的总流速约100-300ml/min。也可以使用其它的流速，可以优选用于具体的应用。
在另一实施例中，可以调节各出口的浆料流速。调节各出口流速的能力增加了根据操作参数控制抛光垫246上的浆料分布或分布曲线的能力。能影响浆料分布曲线的操作参数包括例如抛光垫的旋转速度、浆料的类型以及垫的类型。
可以使用各种技术控制各出口的浆料流速。在一个实施例中，通过为各出口提供流速控制器可以控制各出口处的流速。流速控制器例如包括控制阀。控制阀以产生需要的浆料流速。可以电或手工控制阀。也可以使用如改变各出口的尺寸或为出口提供不同尺寸的孔等控制浆料流速的其它技术。也可以分别控制一些出口的流速或多个出口的分出口的流速。在抛光期间出口的流速可以随时间调节，以改变条件，例如晶片表面的图形。
根据本发明，使用多点分送器可以提高垫上浆料分布的控制能力。根据操作参数组和/或消耗，例如抛光垫的外形、抛光垫速度、以及负载(例如，晶片图形)，可以优化浆料分送器，以产生浆料分布，形成需要的抛光特性。例如，可以形成晶片和垫之间均匀的浆料分布，以改善晶片上抛光速率的均匀性。也可以形成不均匀的浆料分布，获得需要的抛光特性。
本发明在金属CMP中特别有用。现已证实在金属CMP中，浆料分布对嵌入结构的凹陷有直接的影响，由此直接影响了金属线的所得电阻。提高浆料分布的控制能力减少了与嵌入金属结构的凹陷/磨损有关的问题。
图3示出了本发明的另一实施例。如图所示，CMP系统340包括安装在可旋转压板(未示出)上的抛光垫346。提供衬底载架349使衬底360相对于抛光垫对置地设置。衬底可通过载架顺时针或逆时针方向旋转。根据需要通过改变压板和载架之间的距离，可以改变抛光垫施加在衬底表面上的压力。可以改变相对于垫衬底的径向位置，以延长垫的寿命。
CMP系统包括含有多个分送器372的分送系统。如图所示，分送器包括由出口348分送浆料的排放管。出口例如设置在排放管的一端。也可以使用其它类型的分送器。设置分送器从抛光垫的不同角度位置分送浆料。例如，分送系统包括六个分送器。分送器例如在它们占据的垫的部分内等间距地隔开。此外，部分垫内的分送器的角位置可以变化，相应地产生需要的浆料分布。可以一组或分组地分别控制分送器的浆料流速，以进一步控制浆料分布。例如，不同的分送器可以有不同的流速，或者关闭一个或多个以产生需要的浆料分布。提供具有多个分送器的分送系统可以提高对浆料分布的控制。
此外，控制分送浆料的角位置和径向位置可以改变浆料子系统的径向位置。也可以使用具有多个口的分送器，如图2所示。可以使用多个多口分送器进一步增强对浆料分布的控制能力。
使用由多个角位置和/或径向位置分送浆料的多个分送器可以提高对垫上浆料分布的控制能力。例如，可以根据已知的一组操作参数和/或损耗，例如抛光垫外形、抛光垫速度、以及负载(例如晶片图形)等，优化浆料分布器的位置和流速，以便形成需要抛光特性的浆料分布。也可以随时间调节位置和流速，如果需要，考虑在抛光期间改变条件，例如晶片表面图形。这样例如可以改善晶片上抛光速率的均匀性，从而提高成品率。
参考图4，示出了CMP装置(tool)440的另一实施例。CMP装置包括由旋转压板(未示出)支撑的抛光垫446。提供衬底或晶片支架449以安装晶片460。半导体晶片的第一表面通常通过真空力保持在晶片支架的下表面，半导体晶片的相对的第二表面用晶片支架和抛光垫之间施加的压力相对于抛光垫对置的保持。
抛光期间，压板例如顺时针地旋转抛光垫。晶片载架也旋转，以便每一个旋转时，半导体晶片的表面接触抛光垫。晶片支架也可以在抛光垫的相同方向(即，顺时针)旋转，或者它可以在与抛光垫相反的方向旋转。浆料分送器442分送需要量的浆料，以覆盖抛光垫。旋转力与垫的抛光表面的性质、润滑以及抛光半导体晶片的浆料的研磨性质的结合。
根据本发明的一个实施例，在浆料分送器和半导体晶片之间的浆料路径中沿压板/抛光垫的半径460与抛光垫的表面相邻地设置挤压杆471。挤压杆优选包括有助于分布或重新分布浆料的擦拭型装置。也可以使用其它便于分布浆料的其它挤压杆。在一个实施例中，挤压杆的长度基本上等于抛光垫的半径。根据需要也可以采用便于浆料分布的其它长度。
半径的角度位置β可以由0°改变到D°，其中0°为垫上衬底的角位置，D°为相对于垫上衬底分布器的角位置。例如通过提供在抛光垫上延伸的可移动挤压杆的支撑臂可以设置挤压杆。也可以使用沿抛光垫的半径可以改变挤压杆位置的其它类型的挤压杆支架。
挤压杆提供附加参数以控制浆料分布。挤压杆的角度位置β可在0°到D°之间改变，以形成浆料分布，产生需要的抛光特性。例如，接触衬底之前在垫上形成更均匀的浆料分布，可以在晶片上得到较高的抛光均匀性。
沿半径的挤压杆的位置可以有额外的自由度，以提供额外的参数控制或进一步精确浆料分布。在一个实施例中，挤压杆可以沿半径β设置在多个位置中。要便于沿半径移动挤压杆，可以修改挤压杆支架以包括滑动挤压杆的轨或滑道。挤压杆支架可以提供有旋转挤压杆的旋转机。这可使挤压杆按相对于抛光垫的半径β的多个角度α定位。
可以调节挤压杆和抛光垫之间的压力，以进一步控制浆料分布。通过控制挤压杆相对于抛光垫的高度调节压力。增加压力可以在抛光垫的表面上形成更薄更均匀的薄浆料膜。这可以通过例如提供调节挤压杆高度的挤压杆支架和/或改变抛光垫高度的压板的高度获得。
也可以调节挤压杆相对于垫的角度以及它的高度。可改变挤压杆的角度，以控制浆料分布。可以例如通过提供可以倾斜挤压杆的挤压杆支架和/或可以倾斜的压板调节挤压杆的角度。
由此，可以改变挤压杆的不同参数以控制浆料分布，产生需要的抛光特性。可以根据一组操作参数和/或损耗，例如抛光垫外形、抛光垫速度、以及负载(例如晶片图形)等，优化参数，以根据需要形成浆料分布，在晶片和垫之间形成均匀的分布。
挤压杆可以与多点分送器组合，额外地增加对浆料分布的控制。可以随时间调节一个或多个参数以考虑抛光期间改变条件。
虽然参考各种实施例具体地显示和介绍了本发明，但本领域的技术人员可以根据以上教导进行修改和变形而不脱离本发明的范围。因此本发明的范围不是参考以上的说明书确定，而是参考附带的权利要求书及等效的全部范围界定。

Claims (35)

1.在半导体晶片的抛光期间控制浆料分布的方法，包括：
旋转抛光垫；以及
由多个浆料分送出口将浆料分送到抛光垫上。
2.根据权利要求1的方法，其中多个分送器出口位于分送器上。
3.根据权利要求2的方法，其中多个分送器出口沿分送器的长度设置。
4.根据权利要求1的方法，其中基本上沿垫的半径设置分送器。
5.根据权利要求1的方法，其中分送器出口包括控制浆料流速的可控分送出口。
6.根据权利要求5的方法，其中可控分送出口分别地控制分送出口。
7.根据权利要求1的方法，其中浆料由具有多个分送出口中的至少一个的多个分送器分送浆料。
8.根据权利要求7的方法，其中多个分送器在不同的角位置将浆料分送到垫上。
9.根据权利要求7的方法，包括控制流速的可控分送器。
10.根据权利要求9的方法，包括控制浆料流速的分别可控的分送器。
11.根据权利要求7的方法，其中多个分送器中的至少一个包括多个分送出口。
12.一种在抛光期间控制浆料分布的方法，包括：
旋转抛光垫；
由浆料分送器将浆料分送到抛光垫上；
用挤压杆使垫上的浆料成型。
13.根据权利要求12的方法，其中挤压杆位于浆料分送器和晶片之间的浆料的垫上。
14.根据权利要求12的方法，其中基本上沿抛光垫的半径在分送器和晶片之间设置挤压杆。
15.根据权利要求14的方法，其中挤压杆按相对于半径的多个角度定向。
16.根据权利要求15的方法，其中挤压杆沿半径有多个位置。
17.根据权利要求16的方法，其中可以控制挤压杆和抛光垫之间的压力。
18.根据权利要求17的方法，其中挤压杆具有相对于抛光垫的主平面的多个角度。
19.一种抛光系统，包括：
抛光垫，安装在构成为支撑并旋转所述抛光垫的可旋转的压板上；
浆料分送系统，将浆料分送到抛光垫上，浆料分送系统包括分送浆料的多个出口。
20.根据权利要求19的抛光装置，其中浆料分送系统包括具有多个出口的分送器。
21.根据权利要求20的抛光装置，其中多个出口沿分送器的长度设置。
22.根据权利要求21的抛光装置，其中多个出口包括控制浆料流速的可控出口。
23.根据权利要求22的抛光装置，其中多个出口包括控制浆料流速的各可控出口。
24.根据权利要求19的抛光装置，其中分送系统包括具有多个出口中的至少一个的多个分送器。
25.根据权利要求24的抛光装置，其中多个分送器从抛光垫的不同角位置分送浆料。
26.根据权利要求24的抛光装置，其中多个分送器从抛光垫的不同径向位置分送浆料。
27.根据权利要求26的抛光装置，其中多个出口包括控制浆料流速的可控出口。
28.根据权利要求26的抛光装置，其中多个出口包括控制流速的各可控出口。
29.一种抛光系统，包括：
抛光垫，安装在构成为支撑并旋转所述抛光垫可旋转的压板上；
支撑衬底的衬底支架；
将浆料分送到抛光垫上的浆料分送器；
支撑挤压杆的挤压杆安装支架，用于重新分布浆料。
30.根据权利要求29的抛光系统，其中挤压杆安装支架将挤压杆设置在衬底支架和浆料分送器之间的路径中。
31.根据权利要求30的抛光系统，其中挤压杆安装支架基本上在衬底支架和浆料分送器之间的抛光垫的半径定位挤压杆。
32.根据权利要求31的抛光系统，其中挤压杆安装支架进一步按相对于半径的多个角度定位挤压杆。
33.根据权利要求32的抛光系统，其中挤压杆安装支架进一步沿半径的多个位置定位挤压杆。
34.根据权利要求33的抛光系统，其中挤压杆安装支架还调节挤压杆和抛光垫之间的压力。
35.根据权利要求31的抛光系统，其中挤压杆安装支架还按相对于抛光垫的主平面的多个角度定位挤压杆。
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