專利名稱：用于cmp墊調節的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及半導體制造，具體而言，涉及半導體制造中的襯底拋光和平坦化工藝期間所用的拋光墊的調節。
背景技術：
在半導體制造期間，可以對襯底進行拋光或者平坦化以從襯底去除層或者其部分。一種這樣的工藝被稱為化學機械拋光(CMP)。在典型的CMP工藝中，襯底由一種裝置承載，該裝置將襯底壓在拋光墊(例如，轉動墊)上。通常該拋光墊在拋光漿液、水、或其他流體的存在下拋光襯底。在拋光期間，拋光墊的性質可能改變，例如改變拋光速率或者質量 (例如，均勻性)。因此，實施墊調節以通過重新調節拋光期間與襯底相接觸的拋光墊的表面來恢復拋光墊。期望改進這種墊調節。發明內容
為了解決現有技術中的所存在的缺陷，根據本發明的一個方面，提供了一種方法， 包括提供用于調節化學機械拋光(CMP)裝置的拋光墊的調節盤，其中所述調節盤具有第一部分和第二部分；提供連接至所述調節盤的修整器頭，其中所述修整器頭包括第一器件和第二器件；使用所述修整器頭的所述第一器件向所述調節盤的所述第一部分施加第一作用力；使用所述修整器頭的所述第二器件向所述調節盤的所述第二部分施加第二作用力， 同時施加所述第一作用力，所述第二作用力與所述第一作用力不同。
在該方法中，施加所述第一作用力包括提供第一負荷，以及施加所述第二作用力包括提供與所述第一負荷不同的第二負荷。
在該方法中，施加所述第一作用力包括提供第一角速度，以及施加所述第二作用力包括提供第二角速度，其中所述第一角速度和所述第二角速度不同。
在該方法中，所述第一角速度和所述第二角速度具有相同的方向。
該方法進一步包括提供設置在所述調節盤下方的拋光墊；以及使用所述調節盤的所述第一部分向所述拋光墊施加第三作用力，同時使用所述調節盤的所述第二部分向所述拋光墊施加第四作用力。
該方法進一步包括基于所述拋光墊的使用年齡確定所述第一作用力和所述第二作用力。
該方法進一步包括在向所述拋光墊施加所述第三作用力和所述第四作用力后， 使用所述拋光墊實施半導體晶圓的化學機械拋光。
在該方法中，所述調節盤的所述第一部分的至少一個線速度與所述調節盤的所述第二部分的至少一個線速度基本上相似。
在該方法中，所述調節盤的所述第一部分和所述第二部分同心。
根據本發明的另一方面，提供了一種化學機械拋光(CMP)裝置，包括壓盤和拋光墊，所述拋光墊被設置在所述壓盤上方；修整器臂；和修整器頭，連接至所述修整器臂；以及調節盤，用于調節連接至所述修整器臂的所述拋光墊，其中，所述調節盤包括第一子系統盤和同心的第二子系統盤，所述第一子系統盤連接至所述修整器頭的第一部分，以及所述第二子系統盤連接至所述修整器頭的第二部分。
在該CMP裝置中，所述第一子系統盤和所述第二子系統盤提供用于施加給所述拋光墊的基本上連續的共平面的表面。
該CMP裝置進一步包括第三子系統盤，所述第三子系統盤連接至所述修整器頭的第三部分。
在該CMP裝置中，所述修整器頭的所述第一部分和所述第二部分可操作地對相應的所述第一子系統盤和所述第二子系統盤施加不同的作用力。
在該CMP裝置中，所述施加的作用力包括角速度和外加負荷中的至少一個。
該CMP裝置進一步包括控制器，所述控制器連接至所述修整器頭，其中所述控制器可操作地向所述修整器頭的所述第一部分和所述第二部分中的每一部分提供不同的工藝參數。
根據本發明的又一方面，提供了一種調節CMP墊的方法，包括提供拋光墊；提供調節盤；以及使用所述調節盤調節所述拋光墊，其中，所述調節包括以第一角速度轉動所述盤的第一部分，并且同時以第二角速度轉動所述盤的第二部分。
在該方法中，所述調節包括對所述盤的所述第一部分施加第一作用力，并且同時對所述盤的所述第二部分施加第二作用力。
在該方法中，所述第一作用力大于所述第二作用力，以及所述盤的所述第二部分圍繞所述盤的所述第一部分。
該方法進一步包括使用所述調節盤繼續調節所述拋光墊，其中，所述繼續調節包括以第三角速度轉動所述盤的所述第一部分，并且同時以所述第四角速度轉動所述盤的所述第二部分。
在該方法中，所述第一角速度大于所述第二角速度，并且所述盤的所述第二部分圍繞所述盤的所述第一部分。


當結合附圖進行閱讀時，根據下面詳細的描述可以更好地理解本發明的各方面。 應該強調的是，根據工業中的標準實踐，對各種部件沒有按比例繪制。實際上，為了清楚討論起見，各種部件的尺寸可以被任意增大或減小
圖I是化學機械拋光(CMP)工具的任意實施例的俯視圖。
圖2a是包括常規調節盤的調節裝置的實施例的俯視圖。圖2b是常規調節盤的運動的表示法。圖2c是圖2a的實施例的剖面圖。
圖3a是根據本發明的一個或者多個方面的調節裝置的實施例的俯視圖。圖3b是圖3a的實施例的剖面圖。
圖4是圖3的調節盤的運動的表示法。
圖5是根據本發明的一個或者多個方面的調節盤和拋光墊的實施例的剖面圖。
圖6是示出外加壓力的根據本發明的一個或者多個方面的調節裝置(例如，修整器頭(dresser head))的一部分的實施例的剖面圖。
圖7a和圖7b是根據本發明的一個或者多個方面的調節盤的實施例的俯視圖和剖面圖。
圖8是示出根據本發明的一個或者多個方面的方法的實施例的流程圖。
具體實施方式
應當了解為了實施本發明的不同部件，以下公開內容提供了許多不同的實施例或實例。在下面描述元件和布置的特定實例以簡化本發明。當然這些僅僅是實例并不打算限定。再者，在下面的描述中第一部件在第二部件上或者上方的形成可以包括其中第一部件和第二部件以直接接觸形成的實施例，并且也可以包括其中可以形成介入第一部件和第二部件中的額外的部件，使得第一部件和第二部件可能不直接接觸的實施例。為了簡明和清楚，可以任意地以不同的比例繪制各種部件。注意到本文中所用的術語“盤”是用于調節和 /或再生拋光墊的調節盤。組成盤的部分(例如，部件)可以被稱為子系統盤。如下面進一步詳細描述的，子系統盤(或者調節盤的部分)可以是分立的元件，這些分立的元件連接在一起形成單個調節圓盤。
圖1中示出了 CMP裝置(工具)100的實施例。CMP工具100包括調節器件102。 調節器件102包括修整器臂104，該修整器臂可操作地移動調節盤106。調節器件102還包括修整器頭122，其可操作地為調節盤106提供轉動和/或外加負荷。在美國專利第 6，200, 199號(Gurusamy等人)中描述了示例性修整器頭，其全文內容結合于此作為參考。 CMP工具100包括轉動壓盤108，該轉動壓盤108具有設置在其上的拋光墊110。
晶圓臂112可操作地將半導體晶圓114保持在臂112上。在晶圓114置于轉動壓盤108上方(面向下)，并提供晶圓114針對墊110的向下力，從而實施拋光工藝。CMP工具100進一步包括處理系統116，該處理系統116包括階段性區域118，用于在拋光工藝之前和之后定位晶圓114 ;以及器件120，用于從晶圓盒向工具轉移晶圓114。CMP工具100包括各種控制系統，包括終點檢測監控器、壓盤溫度控制器、漿液傳送和控制系統、和/或本領域中常用的其他系統。
現在參考圖2a、圖2b和圖2c，示出了調節器件200的一部分。調節裝置200包括修整器臂(或機械手)202和修整器頭204。調節器件200可以與上面參考圖1所述的CMP 工具100的調節器件102基本上相似。調節器件200的修整器臂202和修整器頭204持有常規盤208。 常規盤208可以是集成盤、單盤、圓盤。盤208通過繞著軸以單角速度ω I轉動來運行，該單角速度可以通過修整器頭204施加于盤208。使用恒力(例如，通過修整器頭204在盤208之間施加均勻負荷)，向拋光墊206施加盤208。
此外，常規盤208以單角速度ω I轉動。(墊206也以單角速度ωρ轉動。)以單角速度ω I運行實現了沿著常規盤208的半徑rO的各點具有不同的速度Via、Vlb、Vic、 Vld(圖2b)。切向速度隨著接近圓盤的邊緣而增加，例如，Vld大于Vlc等。常規盤208的缺點可能在于盤的線形速度的變化能夠影響盤的“切削速率”。而且，墊206可能不是均勻的，并可能受益于可控的調節，這不用于解釋包括常規盤208的裝置200。
現在參考圖3a、圖3b、和圖4，示出了調節裝置300。可以在CMP裝置100中包括調節裝置300。在實施例中，調節裝置300用于代替上面參考圖1所述的調節器件102，和/ 或用于與該調節器件102相結合。調節裝置包括修整器臂(或機械手)302，修整器臂302隨著軌線304穿過拋光墊306。調節裝置300還包括修整器頭314。修整器臂302提供持有盤308的修整器頭314。盤308用于重新調節并再生拋光墊306。示例性拋光墊306是基于聚氨酯的CMP墊。盤308可以調節拋光墊306以提供平坦面，從墊去除釉(glazing)， 恢復粗糙度(asperities),和/或其他合適的調節。盤308可以是金剛石CMP調節器。如下面所述的，修整器頭314可操作地對盤308施加負荷和/或轉速。
盤308包括多個子系統盤(或盤308的一部分)，不出為310和312。盡管不出的盤308具有兩個子系統盤(或部分)，但任何數量的子系統盤都是可能的，并都在本發明的范圍內。例如，參見圖7a和圖7b的討論。子系統盤310和312連接在一起形成盤308 的一部分(或區)。子系統盤310和312包括基本上共平面的表面(即，其與拋光墊306形成界面)。子系統盤310和312是同心的，因為它們共享相同的轉動中心軸。雖然子系統盤 310和312 —起作用形成盤308，該盤308通過修整器臂302根據運動304穿過墊306進行清掃，但是子系統盤310和312可操作地獨立起作用，因為它們可以以不同的速度轉動，并施加不同的壓力(或者具有通過修整器頭314施加給它們的不同負荷或者轉速)，如下面進一步所討論的。
子系統盤310包括半徑rl。子系統盤312包括寬度r2。半徑rl和寬度r2的和可以基本上實現盤308的總半徑。換句話說，在子系統盤之間基本上沒有間隙。在實施例中，盤308的總半徑基本上等于常規盤208的半徑r0。子系統盤310和子系統盤312是同心的，因為它們繞著相同的中心軸(點A)轉動。
就角速度和/或外加負荷而言,子系統盤310和312每一個都是可獨立控制的。外加負荷是指在任何給定點對盤施加(例如，通過修整器頭)的力。因此，外加負荷是指通過子系統盤向墊306施加的壓力。子系統盤310和312可以通過信息處理系統(例如，計算機)是可控的，該信息處理系統包括在CMP工具中或者與該CMP工具相關聯，例如，上面參考圖1所述的CMP工具100。例如，信息處理系統可以可操作地連接至修整器頭和/或調節裝置的其他部分。提供給子系統盤310和/或312的負荷和/或速率可以通過修整器頭 314提供。修整器頭314的部分可以基本上與上面參考圖1所述的相似。另外，不管怎樣修整器頭314是多區修整器頭，可操作地向每一個子系統盤提供不同的力、扭矩、轉動、外加負荷等。
如圖4中所示出的,在實施例中，第一子系統盤310以角速度ω2運行，以及第二子系統盤312以角速度ω3運行。角速度ω2可以不同于角速度ω3。在實施例中，可以控制角速度ω 2和角速度ω 3 ，從而在盤308的給定點提供期望的線速度(例如,切向速度) (按照角速度ω *半徑r =線速度V計算)。
例如，如圖4中所示出的，可以以更相似于或者甚至基本上相似于由子系統盤310 提供的線速度(例如，V2a、V2b、V2c)的速率提供子系統盤312的線速度V3a、V3b、V3c。在實施例中，這可以通過適當地選擇角速度ω2和/或角速度ω 3來實施，從而使得角速度ω 乘以沿著盤308的給定半徑提供基本上相似的速度V。在實施例中，角速度ω2大于角速度ω3。因此，盤308可可操作地向拋光墊306提供更均勻的環境。這與常規盤208的單角速度ω I形成對比，盤308提供了不同的線速度。盤的線速度的這種變化可以影響盤的 “切削速率”。在其他實施例中，可以對角速度《2和角速度ω3進行編程從而達到不同的線速度。對角速度ω 2和角速度ω3的控制可以實現對墊306的修整速率和修整均勻性的改進控制。因此，反過來允許墊306在拋光半導體晶圓期間具有改進的性能(例如，改善均勻性，減少劃痕，提聞塾使用壽命，降低成本等)。
對于給定的墊類型、墊使用年齡、墊均勻性、和/或其它變量可以設定對角速度 ω2和角速度ω3的控制。在實施例中,在調節工藝期間,可以更改角速度ω2和/或角速度ω3(例如當對墊進行調節時，角速度ω可以改變)。
現在參考圖5，示出了修整盤502。修整盤502可以與上面參考圖3和圖4所述的修整盤308基本上相似。盤502包括子系統盤504和子系統盤506 ;然而，任意多個子系統盤都是可能的。子系統盤504和506可以與上面參考圖3和圖4所述的子系統盤310和 312基本上相似。例如，子系統盤504和506可以是基本上共平面的并且是同心的。如上面參考盤308所述的，子系統盤504和506可操作地以不同角速度轉動。在其他實施例中，子系統盤504和506以相同的角速度運行。
子系統盤504和506中的每一個可可操作地對墊306提供不同的外加壓力(例如，力)。如通過參考子系統盤504的外加力(壓力)P1和對于子系統盤506的外加力(壓力)P2所示出的，可以通過在子系統盤504和506中的每一個上提供不同的外加負荷，來實現由子系統盤504和506所施加的不同壓力。參考子系統盤504的外加力P1和對于子系統盤506的外加力P2可以通過連接至盤502的修整器頭或其部分來施加。在下面將參考圖6 描述實施例。因此，在實施例中，位于子系統盤504下面的墊306的區域受到與位于子系統盤506下面的墊306的區域不同的壓力。在實施例中，外加負荷P1大于外加負荷Ρ2。
對于給定的墊類型、墊使用年齡、墊均勻性、和/或其他變量，可以設定對外加負荷P1和外加負荷P2的控制。在實施例中，在調節工藝期間外加負荷P1和外加負荷P2可以進行更改(例如，當對墊進行調節時，外加負荷P1和外加負荷P2可以發生改變)。可以確定外加負荷P1和P2，從而為墊306提供更均勻的環境(例如，恒壓力)。可選地，外加負荷P1 和己可以實現例如不同的環境(不同的壓力)，從而負責墊306的不一致性(例如，磨損)。
可以一起或者彼此單獨地設定和/或更改外加負荷和角速度。在實施例中， 盤的子系統提供相同的角速度，并具有不同的外加負荷。在另一個實施例中，盤的子系統具有相同的外加負荷并具有不同的角速度。在又一個實施例中，盤的子系統具有不同的外加負荷和不同的角速度。修整器頭(例如多區修整器頭)可以提供不同的外加負荷和/或不同的角速度。
現在參考圖6，示出了可操作地對盤602提供角速度和/或外加負荷的調節器件 600的一部分的實施例。包括子系統盤604和606的盤602可以與上面分別參考圖3、圖4 和圖5所述的盤308或盤502基本上相似。調節器件600可以是修整器頭(或調節頭)或其部分。調節器件600可以與上面參考圖3a和3b所討論的修整器頭314基本上相似。器件600的內部子系統控制器件608為內部子系統盤604提供給定的角速度ω 2和外加負荷 Piq器件600的外部子系統控制器件610為外部子系統盤606提供給定的角速度ω 3和外加負荷Ρ2。此外，盡管示出了兩個子系統，但是可以提供任意多個子系統盤或區。子系統控制器件610和/或608可以可操作地連接至CMP工具的控制系統，該控制系統允許使用者在每個子系統中獨立地改變角速度和外加壓力。在實施例中，子系統控制器件610和/或 608可以是具有各自的子系統盤的完整部件。
調節器件600可以包括在上面參考圖1所述的CMP工具100中。例如，調節器件可以連接至修整器臂104，并包括在上面還參考圖I所述的調節器件102中。而且，調節器件600 (例如，修整器頭或其部分)可以與上面參考圖3、圖4、和圖5所述的盤308和/或 502結合使用。調節器件600的修整器頭在本文中可以被稱為多區修整器頭。如上面參考圖I所討論的，多區修整器頭可以進一步包括已知用于修整器頭的元件。
現在參考圖7a和7b，示出了盤700，盤700包括多個子系統盤702、704、706、和 708。與上面的實施例所討論的基本上相似，可以單獨控制多個子系統盤702、704、706、和 708中的每一個以提供不同的角速度和/或外加壓力。因此，盤700包括可以向墊提供的4 個可單獨控制的(例如，通過角速度和/或壓力)區。提供圖7a和圖7b的說明以重申盡管上面的實施例被描述成包括具有兩個子系統盤或部分的盤，但本發明不限于此。
現在參考圖8，示出了調節用于化學機械拋光(CMP)工藝的墊的方法800。方法800 開始于框802，在框802中提供調節器件。該調節器件可以包括在CMP裝置或工具中。在實施例中，調節器件與上面參考圖3所述的器件300基本上相似。調節器件包括調節盤或修整盤。盤可操作地提供第一部分，該第一部分以第一角速度轉動，和/或被施加有第一壓力；并進一步包括第二部分，該第二部分以第二角速度轉動，和/或被施加有第二壓力。第一角速度和第二角速度可以不同。第一壓力和第二壓力可以不同。在一些實施例中，該盤的其他部分提供其他的角速度和/或壓力。
在方法800的框802中提供的盤，該盤可以與上面參考圖3和圖4所述的盤308、 與上面參考圖5所述的盤502、與上面參考圖6所述的盤602、和/或與上面參考圖7a和圖 7b所述的盤700基本上相似。可以將該盤置于修整器臂的末端。
然后方法800繼續到框804，在框804中提供拋光墊。拋光墊與上面所述的墊306 基本上相似。可以將拋光墊置于CMP工具的壓盤上方。
然后方法800繼續到框806，在框806中，使用框802所提供的盤調節框804所提供的墊。在實施例中，盤同時以至少兩個不同的角速度運行。在又一個實施例中，這允許通過盤向墊施加相對一致的切向速度。因此，墊可以經歷更為均勻的切削或修整。在實施例中，在調節工藝期間盤可以同時分別向盤的第一部分和第二部分提供兩種不同的外加負荷。因此，在又一個實施例中，盤可以同時向墊施加至少兩種不同的壓力。
總之，本文所公開的方法和器件實現了可控的調節工藝和盤。該盤包括多個子系統盤，該多個子系統盤可以一起作用以形成調節盤。在實施例中，子系統盤是同心的。每個子系統盤實現了應用不同的外加負荷和/或不同的角速度。因此，本發明的實施例相對于單一調節角速度和壓力是有利的。
如上所述，在實施例中，提供了化學機械拋光(CMP)。CMP裝置包括用于調節CMP 裝置的拋光墊的調節盤。該調節盤具有可操作地以第一角速度轉動的第一部分和可操作地以第二角速度轉動的第二部分。第一角速度和第二角速度不同。在實施例中，CMP裝置進一步包括修整器頭，該修整器頭包括第一器件，該第一器件用于向調節盤的第一部分施加第一負荷；和第二器件，該第二器件用于向調節盤的第二部分施加第二負荷。第一負荷和第二負荷可以不同。
在另一個實施例中，描述了一種化學機械拋光(CMP)裝置，該裝置包括壓盤；和設置在壓盤上的拋光墊；修整器臂；以及用于調節連接至修整器臂的拋光墊的調節盤。該調節盤包括第一子系統盤和第二子系統盤。第一子系統盤和第二子系統盤在角速度和外加負荷中至少一個不同。在實施例中，第二子系統盤圍繞第一子系統盤(例如，第一子系統盤和第二子系統盤共享相同的轉動中心軸)。
還描述了調節CMP墊的方法的實施例。該方法包括提供拋光墊；提供調節盤；以及使用調節盤調節拋光墊。調節包括以第一角速度轉動盤的第一部分，并且同時以第二角速度轉動盤的 第二部分。
權利要求
1.一種方法，包括 提供用于調節化學機械拋光(CMP)裝置的拋光墊的調節盤，其中所述調節盤具有第一部分和第二部分； 提供連接至所述調節盤的修整器頭，其中所述修整器頭包括第一器件和第二器件； 使用所述修整器頭的所述第一器件向所述調節盤的所述第一部分施加第一作用力； 使用所述修整器頭的所述第二器件向所述調節盤的所述第二部分施加第二作用力，同時施加所述第一作用力，所述第二作用力與所述第一作用力不同。
2.根據權利要求I所述的方法，其中，施加所述第一作用力包括提供第一負荷，以及施加所述第二作用力包括提供與所述第一負荷不同的第二負荷。
3.根據權利要求I所述的方法，其中，施加所述第一作用力包括提供第一角速度，以及施加所述第二作用力包括提供第二角速度，其中所述第一角速度和所述第二角速度不同。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，所述第一角速度和所述第二角速度具有相同的方向。
5.根據權利要求I所述的方法，進一步包括 提供設置在所述調節盤下方的拋光墊；以及 使用所述調節盤的所述第一部分向所述拋光墊施加第三作用力，同時使用所述調節盤的所述第二部分向所述拋光墊施加第四作用力。
6.根據權利要求5所述的方法，進一步包括 基于所述拋光墊的使用年齡確定所述第一作用力和所述第二作用力。
7.根據權利要求5所述的方法，進一步包括 在向所述拋光墊施加所述第三作用力和所述第四作用力后，使用所述拋光墊實施半導體晶圓的化學機械拋光。
8.根據權利要求I所述的方法，其中，所述調節盤的所述第一部分的至少一個線速度與所述調節盤的所述第二部分的至少一個線速度基本上相似。
9.一種化學機械拋光(CMP)裝置，包括 壓盤和拋光墊，所述拋光墊被設置在所述壓盤上方； 修整器臂；和 修整器頭，連接至所述修整器臂；以及 調節盤，用于調節連接至所述修整器臂的所述拋光墊，其中，所述調節盤包括第一子系統盤和同心的第二子系統盤，所述第一子系統盤連接至所述修整器頭的第一部分，以及所述第二子系統盤連接至所述修整器頭的第二部分。
10.一種調節CMP墊的方法，包括 提供拋光墊； 提供調節盤；以及 使用所述調節盤調節所述拋光墊，其中，所述調節包括以第一角速度轉動所述盤的第一部分，并且同時以第二角速度轉動所述盤的第二部分。
全文摘要
提供了一種化學機械拋光(CMP)裝置，該裝置包括用于調節CMP裝置的拋光墊的調節盤。該調節盤包括多個子系統盤部分。該部分可以是同心的盤區。該盤的每個部分可操作地以不同的角速度轉動。在一些實施例中，除了不同的角速度之外或者代替不同的角速度，向盤的每個部分提供不同的外加負荷。本發明還提供了用于CMP墊調節的方法和裝置。
文檔編號B24B37/04GK102975120SQ20121004790
公開日2013年3月20日 申請日期2012年2月27日 優先權日2011年9月7日
發明者葉修銘, 巫豐印 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司