專利名稱：化學機械研磨系統(tǒng)及化學機械研磨方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集成電路制造設(shè)備，特別涉及一種化學機械研磨系統(tǒng)及 化學機械研磨方法。
背景技術(shù)：
化學機械研磨(CMP)是一種集成電路成形的普遍實施方式。 一般來說， 化學機械研磨是一種應用于半導體晶片的平坦化工藝?；瘜W機械研磨同時利 用物理及化學力來研磨晶片。當晶片位于研磨墊上時，將負載力施加于一晶 片的背面。接著，當含有腐蝕性及反應性化學藥品的研漿通過下方時，研磨 墊與晶片會反轉(zhuǎn)?；瘜W機械研磨是一種實現(xiàn)整個晶片平坦化的有效方法。
圖1是示出一種公知的上研漿分配化學機械研磨系統(tǒng)，其包括研磨頭2、 薄膜4、晶片6及研磨墊8。晶片6附著于薄膜4，而研磨墊8在研磨過程中 與晶片6接觸。研磨墊8附著于平臺10，而平臺10以固定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。研漿 分配系統(tǒng)12可分配研漿至研磨墊8的上表面。研磨頭2會在研磨墊8的中 心與邊緣之間前后移動。由于研磨頭2及研磨墊8的移動，研漿會經(jīng)由研磨 墊8中的溝槽(未示出)分布于晶片6與研磨墊8之間。研漿中的化學藥品及 腐蝕物質(zhì)即可在晶片6上產(chǎn)生作用。
然而，公知的上研漿分配化學機械研磨系統(tǒng)會具有一些缺點。首先，并 非所有的研漿都會分配于晶片6與研磨墊8之間。因此，大部分的研漿將會 被浪費掉。其次，研槳常會從晶片6的邊緣流至其下方，因而會使得晶片6 邊緣處的研磨多于晶片6中心處的研磨。
圖2示出了一種公知的下研漿分配化學機械研磨系統(tǒng)。除了研槳是經(jīng)由 下分配系統(tǒng)14來被分配之外，下研漿分配化學機械研磨系統(tǒng)類似于上研漿 分配化學機械研磨系統(tǒng)。下分配系統(tǒng)14以類似噴泉的方式穿透研磨墊8及 分配研漿。由于研漿能夠直接被分配到晶片6與研磨墊8之間，故下研漿分 配化學機械研磨系統(tǒng)的浪費情形較小。然而，要將使用過的研漿移除卻會是
相當困難的。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是要提供一種化學機械研磨系統(tǒng)，其可利用現(xiàn) 存化學機械研磨系統(tǒng)的優(yōu)點，以克服公知的化學機械研磨系統(tǒng)的缺點。
為了要解決上述問題，本發(fā)明基本采用如下所述的特征。也就是說，本 發(fā)明的目的是要提供一種化學機械研磨系統(tǒng)，其包括研磨墊；上研漿分配系 統(tǒng)，用以分配研漿的至少第一研漿成分至該研磨墊上，并且具有第一研漿儲 存器；以及下研漿分配系統(tǒng)，用以從該研磨墊的底部并經(jīng)由位于該研磨墊中 的開口分配該研漿的至少第二研漿成分，并且具有第二研漿儲存器。
根據(jù)上述目的，本發(fā)明的化學機械研磨系統(tǒng)還包括清潔系統(tǒng)，該清潔系 統(tǒng)從該研磨墊的底部連接，其中，該清潔系統(tǒng)執(zhí)行至少下列功能射出清潔 溶液至該研磨墊上；以及從該研磨墊上去除研漿。
根據(jù)上述目的，本發(fā)明的化學機械研磨系統(tǒng)還包括附加的研漿分配系 統(tǒng)，用以分配研漿至該研磨墊上。
本發(fā)明的另一目的是要提供一種化學機械研磨方法，其包括提供研磨 墊；提供平臺，以支撐該研磨墊及使該研磨墊旋轉(zhuǎn)；將上研漿分配器設(shè)置于 該研磨墊之上，其中，該上研漿分配器分配研漿的至少第一研漿成分至該研 磨墊上；以及將下研漿分配器設(shè)置于該研磨墊之下，其中，該下研漿分配器 從該研磨墊的底部并經(jīng)由位于該研磨墊中的開口分配該研槳的至少第二研 漿成分至該研磨墊上。
根據(jù)上述目的，該上研漿分配器和該下研漿分配器同步或異步地分配該 第一研漿成分及該第二研漿成分。
根據(jù)上述目的，該第一研衆(zhòng)成分為較便宜的研漿成分，而該第二研漿成 分為較昂貴的研漿成分。
根據(jù)上述目的，該第一研漿成分和該第二研漿成分無法被預混。
根據(jù)上述目的，該第一研漿成分為該研漿的非關(guān)鍵成分，而該第二研漿 成分為該研漿的關(guān)鍵成分。
根據(jù)上述目的，該第一研漿成分為該研漿的非阻塞成分，而該第二研漿 成分為該研槳的阻塞成分。
根據(jù)上述目的，該第一研槳成分和該第二研漿成分為相同的研漿成分。 本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于可以實現(xiàn)顯著的靈活性以及可以滿足對于 不同研磨工藝的定做需求，其不僅能改善研磨質(zhì)量，而且還可降低成本。由 于研漿中的成分可以被分類成不同的群體，并可從不同的研漿分配系統(tǒng)分配 出去，所以能夠在化學機械研磨過程中充分地發(fā)揮各種不同成分的作用。同 時，能加快化學機械研磨的速率。
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實施 例并配合附圖做詳細說明。


圖1示出了一種公知的上研漿分配化學機械研磨系統(tǒng)； 圖2示出了一種公知的下研漿分配化學機械研磨系統(tǒng)； 圖3示出了具有上研漿分配系統(tǒng)和下研槳分配系統(tǒng)的化學機械研磨系
統(tǒng)；
圖4示出了附著于化學機械研磨系統(tǒng)的清潔系統(tǒng)，其中下研漿分配系統(tǒng) 與清潔系統(tǒng)共享一共同導管；
圖5示出了附著于化學機械研磨系統(tǒng)的清潔系統(tǒng)，其中下研漿分配系統(tǒng) 與清潔系統(tǒng)具有各自的導管；以及
圖6示出了附加的研漿分配系統(tǒng)的不同配置結(jié)構(gòu)。
其中，附圖標記說明如下
2研磨頭 8研磨墊 14下分配系統(tǒng) 26晶片
122上研漿分配器 220下研漿分配系統(tǒng) 226研槳儲存器 320清潔系統(tǒng) 422、 522另一研漿分配器
4薄膜 10平臺 22研磨頭 30研磨墊 124泵
222下研槳分配器 228閥 324泵
6晶片
12研漿分配系統(tǒng) 24薄膜
120上研漿分配系統(tǒng) 126研漿儲存器 224泵 230導管 328閥
具體實施例方式
現(xiàn)配合

本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
圖3為優(yōu)選實施例的化學機械研磨系統(tǒng)的示意圖。研磨頭22置于研磨 墊30上。研磨頭22具有薄膜24，而晶片26附著于薄膜24之下?；瘜W機械 研磨系統(tǒng)包括兩個分配系統(tǒng)，即上研漿分配系統(tǒng)120及下研漿分配系統(tǒng)220。 上研漿分配系統(tǒng)120具有上研漿分配器122、泵124及研漿儲存器126。下 研漿分配系統(tǒng)220具有下研漿分配器222、泵224及研漿儲存器226。下研 漿分配器222經(jīng)由一開口穿過研磨墊30，并將研漿向上分配到研磨墊30上。 下研漿分配器222連接于導管230。導管230延伸于研磨墊30之下，并且導 管230連接于研漿儲存器226。下研漿分配系統(tǒng)220可優(yōu)選地具有閥228， 而閥228可用來調(diào)節(jié)研漿的流動速率及/或開啟/關(guān)閉研漿流動。
在將上研漿分配系統(tǒng)120與下研漿分配系統(tǒng)220結(jié)合在一起的情形下， 可以實現(xiàn)顯著的靈活性以及可以滿足對于不同研磨工藝的定做需求，此將不 僅能改善研磨質(zhì)量，而且還可降低成本。對于具有雙分配系統(tǒng)的化學機械研 磨系統(tǒng)而言，其優(yōu)點是在于研漿中的成分可以被分類成不同的群體，并可從 不同的研漿分配系統(tǒng)分配出去。
在第一實施例中，研漿的成分被分類為關(guān)鍵成分及非關(guān)鍵成分。優(yōu)選地， 非關(guān)鍵成分包含不會對化學機械研磨的結(jié)果產(chǎn)生實質(zhì)影響的成分，而不論非 關(guān)鍵成分是由上研漿分配器122分配還是由下研漿分配器222分配。舉例來
說，非關(guān)鍵成分可包括腐蝕劑，例如Si02或Al203等物質(zhì)。關(guān)鍵成分優(yōu)選地
可包括對于化學機械研磨工藝很重要的成分，例如用于增進研磨速率、腐蝕 控制及輪廓控制的成分。在示范的實施例中，銅腐蝕抑制劑苯并三氮唑(BTA) 是被分類為一種關(guān)鍵成分，并因而優(yōu)選地從下研漿分配器222分配。
在第二實施例中，研漿的成分被分類為昂貴成分及非昂貴成分。優(yōu)選地, 非昂貴成分(例如腐蝕性物質(zhì)及11202)從上研漿分配器122分配出，而昂貴成 分(例如BTA)從下研漿分配器222分配出。從下研漿分配器222分配出的研 漿成分在與晶片26接觸前是不可能被擦離研磨墊30，因而不會被浪費。在 另一方面，從上研漿分配器122分配出的研漿成分則可能被浪費。
有一些研漿成分無法被預混。舉例來說，如果腐蝕劑與添加劑被預混， 則在經(jīng)過一段時間后，沉積物即會產(chǎn)生于研漿中。在本發(fā)明的第三實施例中，
這些形式的研漿(無法預混的)優(yōu)選地以各自的成分被分配，然后被混合于研
磨墊30上。由于無法預混的研漿會隨時間變差，故在無法預混的研漿混合 后，其可優(yōu)選地在晶片上作用一短暫的時間。然而，如果無法預混的研漿是 由同一個分配器所分配，則在其與晶片26接觸前即已過了較長的時間。如 果研漿成分是由不同的分配器所分配，則不同的研漿成分仍會維持未混合的 狀態(tài)，直到研磨頭22擦過不同的研漿成分并將其混合。在研漿成分何時被 混合和研漿成分何時與晶片接觸之間的時間期間會因此大幅縮短。
在第四實施例中，相同的研漿由上研漿分配器122及下研漿分配器222 分配，并且由上研槳分配器122及下研漿分配器222分配的研漿量可以是相 同或不同的。由下研漿分配器222分配的研漿盡可能地作用于晶片26的中 心上，并因而易于在晶片26的中心產(chǎn)生較好的研磨率。由上研漿分配器122 分配的研漿則盡可能地作用于晶片26的邊緣上，并因而易于在晶片26的邊 緣產(chǎn)生較好的研磨率。通過預先確定被研磨晶片的輪廓，由上研槳分配器122 及下研漿分配器222分配的研漿量可被調(diào)整，以獲得較均勻的晶片表面。
化學機械研磨工藝對于金屬(例如銅)及非金屬(例如氧化物、氮化物及多 孔低k值介電材料)的作用具有取決于不同機構(gòu)的傾向。金屬的化學機械研磨 比較依賴化學效應(例如氧化作用)，而非金屬的化學機械研磨比較依賴機械 效應(例如磨耗作用)。如上所述，在第五實施例中，比起具有機械效應的研 漿成分，具有化學效應的研漿成分優(yōu)選地由不同的分配器分配。在示范的實 施例中，如果H202(使銅氧化并因而軟化銅)是由下研漿分配器222分配，則 可獲得較快的化學機械研磨速率。而且，不同數(shù)量的H202可從下研漿分配 器222及上研槳分配器122分配，以進一步調(diào)整晶片的輪廓。
去離子水可以從上研漿分配器122或/及下研漿分配器222分配。優(yōu)選地， 在先前所述的實施例中，去離子水的分配不會以先前所述的標準來分類。本 領(lǐng)域的技術(shù)人員自然可了解去離子水的最佳分配位置。
在第六實施例中，研漿或研漿成分被分類為阻塞成分(其易于阻塞研磨墊 30的溝槽)以及非阻塞成分(其相對易于從研磨墊30上清除)。非阻塞成分的 例子包括，稀釋研漿及溶液，但不限于此。阻塞成分的例子包括腐蝕物質(zhì)， 但不限于此。優(yōu)選地，阻塞成分由上研漿分配器122分配，而非阻塞成分由 下研漿分配器222分配。因此，研磨墊30不易發(fā)生阻塞。
在先前所述的實施例中，上研漿分配器122及下研漿分配器222的分配 可以使用同步或異步模式來進行。在同步模式中，研漿成分同時由上研漿分 配器122及下研漿分配器222分配。在異步模式中，研漿成分在不同的時間 由上研漿分配器122及下研漿分配器222分配。由于存在一個以上分配器， 所采用的模式會影響化學機械研磨工藝的結(jié)果。舉例來說，為了研磨銅，過 氧化氫(H202)用于氧化，并因而軟化銅表面。然后，氧化銅可被腐蝕劑去除。 在另一方面，銅腐蝕抑制劑苯并三氮唑(BTA)會降低化學機械研磨的速率。 因此，在示范的實施例中，BTA由下研槳分配器222分配，而11202由上研 漿分配器122分配。為了使化學機械研磨工藝穩(wěn)定，BTA及H202可以異步 地分配，其中，在11202由上研漿分配器122分配而降低化學機械研磨的速 率之前，BTA由下研漿分配器222分配并在晶片26上作用一段時間。相反 地，BTA可以由上研漿分配器122分配，而11202可以由下研漿分配器222 分配，以加快化學機械研磨的速率。在此情形下，在BTA與H202分配之間 的時間會決定化學機械研磨的速率。
分配系統(tǒng)需要定期保養(yǎng)，亦即通常指的預防保養(yǎng)。在只具有一個研漿分 配系統(tǒng)的公知化學機械研磨系統(tǒng)中，當研漿分配系統(tǒng)接受預防保養(yǎng)時，整個 化學機械研磨系統(tǒng)必須停止運行。然而，在具有兩個或更多個研漿分配系統(tǒng) 的化學機械研磨系統(tǒng)中，當一個研漿分配系統(tǒng)接受預防保養(yǎng)時，其它的研槳 分配系統(tǒng)仍能支持化學機械研磨系統(tǒng)的運行。因此，化學機械研磨系統(tǒng)的利 用率會被提高。
圖4示出了具有清潔系統(tǒng)320的化學機械研磨系統(tǒng)。在實施例中，清潔 系統(tǒng)320包括有閥328及泵324，該清潔系統(tǒng)320從該研磨墊的底部連接， 閥328及泵324連接于下研漿分配器222。當下研槳分配系統(tǒng)220運行時， 閥228會開啟且閥328會關(guān)閉。當清潔系統(tǒng)320運行時，閥328會開啟且閥 228會關(guān)閉。清潔系統(tǒng)320可執(zhí)行兩種功能。第一，清潔系統(tǒng)320可分配清 潔溶液至研磨墊30上。在具有閥:228和閥328的情形下，研槳儲存器226 可不必清空來分配清潔溶液。第二，清潔系統(tǒng)320也可將使用過的研槳從研 磨墊30上去除。在選擇性的實施例中，下研漿分配系統(tǒng)220可具有來自于 清潔系統(tǒng)320的一單個導管，以及其相應構(gòu)造顯示于圖5中。
前述的優(yōu)選實施例只以兩個研槳分配器來示出，然而，更多個研漿分配
系統(tǒng)可以被加入，以滿足化學機械研磨工藝的定做需求。附加研漿分配系統(tǒng)
的示范實施例在圖6中示出。在實施例中，另一研漿分配器422置于研磨墊 30之上，并且該研漿分配器422及上研槳分配器122分別將研漿分配至研磨 墊30上的不同位置處。舉例來說，該研漿分配器422與上研漿分配器122 分別設(shè)置于研磨墊30的相對側(cè)邊上。在其它實施例中，另一研漿分配器522 相鄰于下研漿分配器222，但該研漿分配器522與下研漿分配器222所分配 的研漿(非預混)是不相同的。每個研漿分配器422及522可連接于如同上研 漿分配器122或下研漿分配器222所連接的一相同的研漿儲存器，因而可如 同上研漿分配器122或下研槳分配器222那樣分配相同的研漿?？蛇x擇地， 每個研漿分配器422及522可連接于各自的研漿儲存器，并因而可分配不同 于上研漿分配器122及下研漿分配器222所分配的不同研漿。
雖然本發(fā)明己以優(yōu)選實施例揭示于上，然而其并非用以限定本發(fā)明，在 不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍內(nèi)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可作各種改動與變型，因 此本發(fā)明的保護范圍以所附的權(quán)利要求書所限定的范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種化學機械研磨系統(tǒng)，包括研磨墊；上研漿分配系統(tǒng)，用以分配研漿的至少第一研漿成分至該研磨墊上，并且具有第一研漿儲存器；以及下研漿分配系統(tǒng)，用以從該研磨墊的底部并經(jīng)由位于該研磨墊中的開口分配該研漿的至少第二研漿成分，并且具有第二研漿儲存器。
2. 如權(quán)利要求1所述的化學機械研磨系統(tǒng)，其特征在于，該化學機械研 磨系統(tǒng)還包括清潔系統(tǒng)，該清潔系統(tǒng)從該研磨墊的底部連接，其中，該清潔 系統(tǒng)執(zhí)行至少下列功能射出清潔溶液至該研磨墊上；以及 從該研磨墊上去除研漿。
3. 如權(quán)利要求1所述的化學機械研磨系統(tǒng)，其特征在于，該化學機械研 磨系統(tǒng)還包括附加的研漿分配系統(tǒng)，用以分配研漿至該研磨墊上。
4. 一種化學機械研磨方法，包括 提供研磨墊；提供平臺，以支撐該研磨墊及使該研磨墊旋轉(zhuǎn)；將上研漿分配器設(shè)置于該研磨墊之上，其中，該上研漿分配器分配研漿 的至少第一研漿成分至該研磨墊上；以及將下研漿分配器設(shè)置于該研磨墊之下，其中，該下研漿分配器從該研磨 墊的底部并經(jīng)由位于該研磨墊中的開口分配該研漿的至少第二研漿成分至 該研磨墊上。
5. 如權(quán)利要求4所述的化學機械研磨方法，其特征在于，該上研漿分配 器及該下研漿分配器同步或異步地分配該第一研漿成分及該第二研漿成分。
6. 如權(quán)利要求4所述的化學機械研磨方法，其特征在于，該第一研漿成 分為較便宜的研槳成分，而該第二研漿成分為較昂貴的研漿成分。
7. 如權(quán)利要求4所述的化學機械研磨方法，其特征在于，該第一研漿成 分和該第二研漿成分無法被預混。
8. 如權(quán)利要求4所述的化學機械研磨方法，其特征在于，該第一研漿成 分為該研漿的非關(guān)鍵成分，而該第二研漿成分為該研漿的關(guān)鍵成分。
9. 如權(quán)利要求4所述的化學機械研磨方法，其特征在于，該第一研漿成 分為該研漿的非阻塞成分，而該第二研漿成分為該研漿的阻塞成分。
10. 如權(quán)利要求4所述的化學機械研磨方法，其特征在于，該第一研漿成 分和該第二研漿成分為相同的研漿成分。
全文摘要
一種化學機械研磨系統(tǒng)及化學機械研磨方法，其中該化學機械研磨系統(tǒng)包括研磨墊、上研漿分配系統(tǒng)及下研漿分配系統(tǒng)。上研漿分配系統(tǒng)用以分配研漿的至少一第一研漿成分至該研磨墊上，并且具有第一研漿儲存器。下研漿分配系統(tǒng)用以從該研磨墊的底部及經(jīng)由位于該研磨墊中的開口分配該研漿的至少一第二研漿成分，并且具有第二研漿儲存器。本發(fā)明可以實現(xiàn)顯著的靈活性以及可以滿足對于不同研磨工藝的定做需求，其不僅能改善研磨質(zhì)量，而且還可降低成本。
文檔編號B24B1/00GK101112751SQ20071000396
公開日2008年1月30日 申請日期2007年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月26日
發(fā)明者余振華, 黃見翎 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司