專利名稱：雙重cmp墊調(diào)節(jié)器的制作方法
技術(shù)領域：
本裝置總的涉及半導體器件及其制備，更具體的說，涉及半導體器件和與化學-機械拋光(CMP)有關(guān)的半導體器件的制備工具。
背景技術(shù)：
電子工業(yè)不斷地依靠半導體制造技術(shù)的進步來獲得更高級功能的器件和提高它們的可靠性及降低其成本。對于很多應用來說，這種器件的制造是很復雜的，因而要保持費用低廉的制造工藝并同時維持或提高產(chǎn)品質(zhì)量是很難實現(xiàn)的。由于對器件性能和成本的這些要求變得更加的需要，因而實現(xiàn)一種成功的制造方法變得更加困難。
半導體器件復雜性增加的附帶結(jié)果包括不平的器件表面，當在多層互連結(jié)構(gòu)中加入附加層和線路構(gòu)造縮小到微米以下的線度時，這種表面不平就變得更加突出。一般來說，在該器件中的每一層都被制成圖案，這就產(chǎn)生了一個具有各種“臺階高度”的表面，形成該圖案的金屬就在這些臺階的地方保留在該表面上。
平面化是一描述半導體器件的表面幾何形狀的術(shù)語。當絕緣介質(zhì)表面平整得如平面時，就出現(xiàn)完全平面化。當絕緣介質(zhì)表面直接模仿該下面層中的金屬圖案的“臺階高度”高低不平時，就出現(xiàn)非平面化。這種平面化程度指的是可使該多變的表面幾何形狀平整或研磨成平面的程度。變化的表面幾何形狀通常是不希望的。因而在器件中形成一些附加層時，要求的平面化程度就會增大。
在半導體器件制造中通常使用的新的平面化方法是化學-機械拋光法，或CMP。在不同的制造過程之間的硅片和超大規(guī)模集成電路的平面化中CMP都是很有用的。CMP是一種流行的平面化方法，這部分是由于它在半導體器件的整體平面化中的實用性。傳統(tǒng)的平面化方法被局限于實現(xiàn)局部的平面化或小尺度的形貌變化，而CMP通常是用在大于10微米的大尺度的平面化上。
在一應用中，CMP過程包括將半導體晶片固定到晶片夾具上，使該晶片面朝下地安放在拋光墊上。該拋光墊和晶片夾都轉(zhuǎn)動。將稀的砂漿應用與該過程，一般來說該砂漿就是SiO2粒子懸浮體的膠體氧化硅。該粒子的大小通常為100?！?μm。一般都是利用一饋送桿來將砂漿施加到晶片夾具和拋光墊上。從該晶片除去材料的速度為化學和機械速度的總和。該機械除去材料的速度大致與晶片的壓力和相對速度成比例。該化學除去材料的速度是砂漿粒子尺寸和溶液的pH值的函數(shù)，其中最大的去除速度一般是利用pH值為大約11.5的砂漿獲得的。
在該CMP過程中除了利用砂漿之外，還常常利用一調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)該拋光墊。該調(diào)節(jié)器有助于CMP過程和有助于延長該拋光墊的使用壽命。在該CMP過程中還需要充分而有效地對該墊和晶片自身進行清潔處理。在潔凈室環(huán)境中，保持一能盡量少地產(chǎn)生污染的CMP過程是很重要的。由于該砂漿粒子的尺寸是在3μm以下，因而要將它清潔干凈是很困難的，因而也就變得很重要。此外，防止由每塊晶片拋光產(chǎn)生的副產(chǎn)物累積在拋光墊上進到另外的晶片中也是有益的。
調(diào)節(jié)該拋光墊和分配砂漿的傳統(tǒng)方法是利用兩個分立的機械部件砂漿分配桿和拋光墊調(diào)節(jié)器。利用兩個分立部件存在一些缺點。例如，分立的兩部件在該設備中占據(jù)了較大的空間。而且，砂漿不能均勻地橫向分布在拋光墊上，還可能累積在該墊的調(diào)節(jié)頭上。砂漿的不均勻分布妨礙了該拋光過程。此外，該反應的副產(chǎn)物不能從該拋光墊上徹底的清除。當一次不只拋光一塊晶片時，拋光墊清潔不充分就會導致反應副產(chǎn)物和來自某一晶片的其它物質(zhì)與其它晶片接觸。這些缺點，例如，可導致長的弧線狀劃痕、淺的微劃痕、內(nèi)模的厚度變化、以及殘存砂漿粒子。這些缺點最終導致明顯的產(chǎn)量損失和可靠性下降的問題，這部分是由于在淺劃痕區(qū)中可能的金屬夾層(stringer)和周圍的殘留砂漿粒子所致。
發(fā)明概述本發(fā)明旨在提供一種用于改善該CMP工藝的方法和裝置，該改善所包括的不只限于增強拋光墊的清潔和調(diào)節(jié)作用，而且還包括更好地分配砂漿、提高晶片品質(zhì)、以及快速生產(chǎn)等。本發(fā)明以很多實施和應用為例證，現(xiàn)將其中的一些概述于下。
按照一實施例，本發(fā)明包括一CMP拋光裝置，它至少具有兩個調(diào)節(jié)臂，兩調(diào)節(jié)臂的用途包括拋光墊的調(diào)節(jié)。該拋光裝置包含有墊的第一調(diào)節(jié)器，它被配置和安排來分配砂漿和調(diào)節(jié)該墊。第二調(diào)節(jié)器被配置和安排來清潔部分拋光墊和分配清潔用的化學藥品。
按照另一實施例，本發(fā)明旨在提供一種在CMP拋光裝置中用來調(diào)節(jié)CMP拋光墊的方法。該CMP裝置至少包括兩個調(diào)節(jié)臂。利用與一調(diào)節(jié)臂相連的第一墊調(diào)節(jié)器來分配砂漿和進行墊的調(diào)節(jié)。利用與另一調(diào)節(jié)臂相連的第二墊調(diào)節(jié)器來清潔該拋光墊的一部分。
按照再一實施例，本發(fā)明旨在提供一種CMP的方法，其中該CMP裝置包括一拋光墊和對于每塊處理的半導體晶片至少兩個調(diào)節(jié)臂。將第一半導體晶片與該CMP裝置耦合。利用與第一調(diào)節(jié)臂耦合的第一墊調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)該拋光墊。通過該第一墊調(diào)節(jié)器來供給砂漿。利用與第二調(diào)節(jié)臂耦合的第二墊調(diào)節(jié)器來供給第一清潔用材料和清潔部分該拋光墊。
按照再另一實施例，本發(fā)明旨在提供具有一拋光墊的CMP裝置。該裝置包括調(diào)節(jié)該拋光墊并供應砂漿的部件和一調(diào)節(jié)該墊并供應清潔用材料的裝置。
本發(fā)明的上述概述并沒打算對本發(fā)明的每個圖示的實施例或每種實施加以描述。下面這些附圖和詳細描述更具體地舉例說明了這些實施例。
附圖簡述結(jié)合附圖考慮下面詳細描述可更完全地理解本發(fā)明，其中

圖1表示按照本發(fā)明的一實施例，用于半導體晶片拋光的CMP工藝的裝置。
圖2表示按照本發(fā)明的另一實施例，用于兩塊半導體晶片拋光的CMP工藝的裝置。
圖3表示按照本發(fā)明的另一實施例，用于半導體晶片拋光的CMP工藝的裝置。
盡管可對本發(fā)明進行對各種改進和變形進行修改，但其細節(jié)已通過附圖中例子表示出來并將加以詳細描述。但是，應該明白，本發(fā)明并不限于這些描述的具體實施例。相反，本發(fā)明應涵蓋所有屬于由附錄的權(quán)利要求所規(guī)定的本發(fā)明的精神和范圍的改進、等效裝置和替代。
發(fā)明詳述按照一實施例，本發(fā)明能在CMP工藝中利用一單一裝置來供應砂漿和調(diào)節(jié)拋光墊。此外，單一裝置還可在該CMP工藝中用來供應清潔用材料和調(diào)節(jié)該拋光墊。這些裝置的利用代替了對分配包括砂漿和清潔材料在內(nèi)的材料分配桿的需要，如去離子水和在通常CMP工藝中使用的其它物質(zhì)都屬于這些分配材料。
參考圖1，按照另一實施例，本發(fā)明旨在提供一種用于CMP的裝置100。該裝置100至少具有兩條調(diào)節(jié)臂110和120，其用途包括拋光墊150的調(diào)節(jié)在內(nèi)。配置該拋光墊150并設法讓其轉(zhuǎn)動。此外，配置調(diào)節(jié)臂110和120并讓其沿拋光墊150轉(zhuǎn)動的一般切線方向移動。該CMP拋光裝置100包括一配置來分配砂漿和調(diào)節(jié)拋光墊的第一墊調(diào)節(jié)器130。配置一第二墊調(diào)節(jié)器140并利用它來清潔部分該拋光墊和分配清潔用材料。配置一晶片夾具160并利用它來將晶片面朝下地保持在拋光墊150上。
第一墊調(diào)節(jié)器130和第二墊調(diào)節(jié)器140都可以很多方式配置來進行這種調(diào)節(jié)和清潔。例如，該墊調(diào)節(jié)器可以包括軸承、轉(zhuǎn)動輪。軸瓦之類的轉(zhuǎn)動部件。為了進行轉(zhuǎn)動，該轉(zhuǎn)動部件可以與齒輪、皮帶、滑輪以及直接的驅(qū)動器之類的器件耦合。此外，該墊調(diào)節(jié)器還可包括一噴頭型結(jié)構(gòu)，使材料能均勻地加在該CMP墊上。該墊調(diào)節(jié)器也可包含一些如刷子或篦子之類的東西以便與該墊接觸，從而有助于拋光墊的調(diào)節(jié)、清潔，以及清潔用品或砂漿之類材料的分配。
在另一實施例中，清潔和拋光用材料都是利用與該墊調(diào)節(jié)器相耦合的供應管路來提供給該墊調(diào)節(jié)器的。這樣的供應管路可以包括，例如，由塑料、金屬或其它合適材料制備的軟管。該供應管路可以以適當?shù)姆绞?，如利用固定的或靈活的連接器與該墊調(diào)節(jié)器耦合。此外，還可向單個的墊調(diào)節(jié)器提供多種液體。例如，這樣的多種液體可以單個地提供，可以預先混合后提供，也可在調(diào)節(jié)器內(nèi)自行混合提供，還可利用混合管之類的裝置在供應管路中混合的方式提供。
圖2表示出本發(fā)明的另一實施例的一CMP裝置200。圖2包括圖1所示的實施例的全部并增加了對另一半導體晶片進行CMP處理的能力。該裝置200至少具有兩個另外的調(diào)節(jié)臂210和220它們是用來完成包括對拋光墊150進行調(diào)節(jié)在內(nèi)的工作。配置另外的調(diào)節(jié)臂210和220并安排它們沿該拋光墊150轉(zhuǎn)動的一般切線方向移動。該CMP拋光裝置200包括一第三墊調(diào)節(jié)器230，這第三墊調(diào)節(jié)器是配置來分配砂漿和調(diào)節(jié)該拋光墊的。第四墊調(diào)節(jié)器是配置來清潔部分該拋光墊和分配清潔用化學藥品。還配置有一第二晶片夾具260，它是備來夾持第二半導體晶片，使晶片面朝下地置于該拋光墊150上。此外，可進一步配置至少一個墊調(diào)節(jié)器和該晶片夾具，使其可轉(zhuǎn)動。
圖3畫出本發(fā)明的另一實施例的一CMP裝置300。該裝置300至少具有兩個調(diào)節(jié)臂310和320，它們是用來完成包括對拋光帶350進行調(diào)節(jié)在內(nèi)的工作。該拋光帶350被配置來使其能進行相對于該調(diào)節(jié)臂的移動。此外，該調(diào)節(jié)臂被配置來使其能沿拋光帶移動的通常垂直方向移動。該CMP拋光裝置300包括一第一帶調(diào)節(jié)器330，配置它是用來分配砂漿和調(diào)節(jié)該拋光帶。配置一第二帶調(diào)節(jié)器340來清潔部分拋光帶和分配清潔用品。配置一晶片夾具360來夾持晶片，使該晶片面朝下地置于該拋光帶350上，此外，還可進一步配置至少一個帶調(diào)節(jié)器和該晶片夾具，使它們能轉(zhuǎn)動。
按照另一實施例，本發(fā)明旨在提供一種在CMP拋光裝置中用來調(diào)節(jié)CMP拋光墊的方法。該CMP裝置至少具有兩個調(diào)節(jié)臂。利用與一個調(diào)節(jié)臂耦合的第一墊調(diào)節(jié)器來分配砂漿和調(diào)節(jié)該墊。利用與另一個調(diào)節(jié)臂耦合的第二墊調(diào)節(jié)器來清潔部分該拋光墊。
例如，參考圖1，將一半導體晶片附著在晶片夾具160上，并使其面朝下地貼靠在拋光墊150上。使該拋光墊按箭頭170所示方向轉(zhuǎn)動。使調(diào)節(jié)臂110大約沿該拋光墊150轉(zhuǎn)動的通常切線方向移動，這由圖1的箭頭180表明。墊調(diào)節(jié)器130被用來為在晶片上進行的CMP工藝分配砂漿和對該拋光墊150進行調(diào)節(jié)。也使調(diào)節(jié)臂120大約沿該拋光墊150轉(zhuǎn)動的通常切線方向移動，這由圖1的箭頭190表明。墊調(diào)節(jié)器140被用來分配清潔用品，清除任何過多的砂漿、用過的砂漿、以及反應副產(chǎn)物，和對該拋光墊進行調(diào)節(jié)。此外，還可進一步配置至少一個墊調(diào)節(jié)器和該晶片夾具，使它們能轉(zhuǎn)動。
在另一實施例中，參考圖2，在一CMP裝置中處理兩塊半導體晶片。將第二塊半導體晶片附著在晶片夾具260上，并使其面朝下地貼靠在拋光墊150上。使該拋光墊按箭頭170所示方向轉(zhuǎn)動。與在前述實施例中一樣，使調(diào)節(jié)臂110大約沿該拋光墊150轉(zhuǎn)動的通常切線方向移動，這由圖1的箭頭180表明。墊調(diào)節(jié)器130被用來為在晶片上進行的CMP工藝分配砂漿和對該拋光墊150進行調(diào)節(jié)。也使調(diào)節(jié)臂120大約沿該拋光墊150轉(zhuǎn)動的通常切線方向移動，這由圖1的箭頭190表明。墊調(diào)節(jié)器140被用來分配清潔用品，清除過多的砂漿、用過的砂漿、以及反應副產(chǎn)物，和對該拋光墊進行調(diào)節(jié)。例如，墊調(diào)節(jié)器140可以除去這些材料，因而防止幾乎所有這些材料到達附著在晶片夾具260上的第二塊晶片上。
第二塊半導體晶片與第一塊同樣處理。使調(diào)節(jié)臂210大約沿該拋光墊150轉(zhuǎn)動的通常切線方向移動，這由圖2的箭頭280表明。墊調(diào)節(jié)器230被用來為在晶片上進行的CMP工藝分配砂漿和對該拋光墊150進行調(diào)節(jié)。也使調(diào)節(jié)臂220大約沿該拋光墊150轉(zhuǎn)動的通常切線方向移動，這由圖2的箭頭290表明。墊調(diào)節(jié)器240被用來分配清潔用品，清除過多的砂漿、用過的砂漿、以及反應副產(chǎn)物，和對該拋光墊進行調(diào)節(jié)。墊調(diào)節(jié)器140可以除去這些材料，從而防止幾乎所有這些材料到達附著在晶片夾具160上的第一塊晶片上。此外，還可進一步配置至少一個墊調(diào)節(jié)器和該晶片夾具，使它們能轉(zhuǎn)動。
在另一實施例中，按照圖3，本發(fā)明旨在提供一種在CMP拋光裝置中用來調(diào)節(jié)CMP拋光帶的方法。將一半導體晶片附著在晶片夾具360上，并使其面朝下地貼靠在一拋光帶350上。使該拋光帶按圖3箭頭370所示方向移動。使調(diào)節(jié)臂310大約沿與該拋光帶350垂直的方向移動，這由圖3的箭頭380表明。墊調(diào)節(jié)器330被用來為在晶片上進行的CMP工藝分配砂漿和對該拋光帶350進行調(diào)節(jié)。也使調(diào)節(jié)臂320大約沿與該拋光帶350移動的通常垂直的方向移動，如圖3的箭頭390表明的那樣。墊調(diào)節(jié)器340被用來分配清潔物品，清除任何過多的砂漿、用過的砂漿、以及反應副產(chǎn)物，和對該拋光帶進行調(diào)節(jié)。此外，還可進一步配置至少一個墊調(diào)節(jié)器和該晶片夾具，使它們能轉(zhuǎn)動。
該公開的CMP方法具有很多的優(yōu)點。例如，該砂漿的分布可做到很均勻。此外過多的砂漿、用過的砂漿、以及反應的副產(chǎn)物都可從該拋光墊上完全清除。這些物質(zhì)的清除是特別有益的，因為當這過程用于多塊半導體晶片時，就可在這些材料到達另一晶片之前將它們清除掉。
利用這里描述的本發(fā)明的各種實施例還會獲得其它的一些有益結(jié)果。例如，結(jié)果可以包括在拋光過程完結(jié)之后更徹底的調(diào)節(jié)和清潔該拋光墊。該拋光墊和調(diào)節(jié)器的蓖字的壽命可被延長，這就導致模具成本的下降和利潤的上升。該拋光速率變得更均勻。長弧型劃痕和淺的微劃痕之類的劃傷減少。此外，殘留的砂漿減少，從而減少了由于這些殘留物質(zhì)所造成的粒子缺陷，其結(jié)果是降低了缺陷密度，提高了模具類的效率，以及改善了模具的可靠性。還提供了一些額外的能力，包括將多種化學藥品用于各單個調(diào)節(jié)墊。
熟練技工都會知道，上述討論的實施例都可采用改進的市售的設備來實施。這些設備的例子包括分別由Applied Material和Strausbaugh公司制造的產(chǎn)品MIRRA和6DS SP。
盡管本發(fā)明是借助幾個具體的實施例來進行描述的，但業(yè)內(nèi)人士都會知道還可對本發(fā)明進行很多改變。例如，上述實施例的很多特點都可組合在一單一的調(diào)節(jié)器裝置和/或調(diào)節(jié)工藝中。這些改變都不偏離在下面權(quán)利要求書中所闡述的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種CMP拋光裝置，它具有至少兩個調(diào)節(jié)臂和一拋光墊，該CMP拋光裝置包括一第一拋光墊調(diào)節(jié)器，將其構(gòu)形并配置成能分配砂漿和對該拋光墊進行調(diào)節(jié)，一第二拋光墊調(diào)節(jié)器，將其構(gòu)形并配置成能清潔和調(diào)節(jié)一部分拋光墊和分配清潔用材料。
2.按照權(quán)利要求1所述的CMP拋光裝置，其特征在于使用該第一調(diào)節(jié)器來代替材料分配桿，這些材料包括砂漿和清潔用材料
3.按照權(quán)利要求1所述的CMP拋光裝置，其特征在于該拋光墊調(diào)節(jié)器包括一噴頭，它適于通過該頭上的噴孔來噴灑上述材料。
4.按照權(quán)利要求1所述的CMP拋光裝置，其特征在于至少有一個拋光墊調(diào)節(jié)器含有轉(zhuǎn)動裝置。
5.按照權(quán)利要求1所述的CMP拋光裝置，其特征在于至少有一個拋光墊調(diào)節(jié)器含有清潔裝置。
6.按照權(quán)利要求5所述的CMP拋光裝置，其特征在于該清潔裝置含有至少一個刷子。
7.按照權(quán)利要求5所述的CMP拋光裝置，其特征在于該清潔裝置含有至少一個蓖子調(diào)節(jié)器。
8.按照權(quán)利要求1所述的CMP拋光裝置，其特征在于至少有一個調(diào)節(jié)臂包含有用來供應液體或氣體試劑的裝置。
9.按照權(quán)利要求1所述的CMP拋光裝置，其特征在于至少有一個調(diào)節(jié)臂包含有用來供應至少兩種不同液體或氣體試劑的裝置。
10.按照權(quán)利要求1所述的CMP拋光裝置，其特征在于該拋光墊包括一拋光帶。
11.按照權(quán)利要求1所述的CMP拋光裝置，其特征在于該拋光墊包括一拋光盤。
全文摘要
按照實施例,本發(fā)明旨在提供一種CMP拋光裝置,它具有至少兩個用來調(diào)節(jié)拋光墊的調(diào)節(jié)臂。該拋光裝置包括一第一墊調(diào)節(jié)器,將其構(gòu)形并配置成能來分配砂漿和對該墊進行調(diào)節(jié)的。將第二個墊調(diào)節(jié)器構(gòu)形并配置成能清潔一部分拋光墊和分配清潔試劑的。采用該實施例的好處包括改善了墊的清潔,更好地分配砂漿,改善了晶片的質(zhì)量,和更快地進行生產(chǎn)。
文檔編號B24B53/12GK1362907SQ00800898
公開日2002年8月7日 申請日期2000年3月29日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月1日
發(fā)明者A·H·劉, L·瓦因斯 申請人:皇家菲利浦電子有限公司