專利名稱：：用于化學(xué)機械平面化的多步驟、原位墊修整系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于修整使用于化學(xué)機械平面化(CMP)系統(tǒng)中的研磨墊的系統(tǒng)，尤其涉及一種原位修整技術(shù)，其允許在單臺順次的(使用不同的化學(xué)性質(zhì)和/或電解質(zhì))多個研磨操作。
背景技術(shù)：
：電子業(yè)繼續(xù)依賴半導(dǎo)體制造技術(shù)的進步來實現(xiàn)較高功能的器件，同時改善可靠性和成本。對于許多應(yīng)用，這樣的器件的制造是復(fù)雜的，且保持節(jié)省成本的制造過程同時保持或改善生產(chǎn)質(zhì)量是難于實現(xiàn)的。由于對器件性能和成本的要求變得更苛求，因此實現(xiàn)成功的制造過程變得更困難。實際上，隨著電路集成水平的提高，器件變得更小且更密集堆積，這需要更多的光刻級別和更多的處理步驟。當(dāng)在起始硅晶片上形成更多的層時，由表面非平面化引起的問題變得越來越嚴(yán)重且能夠影響生產(chǎn)和芯片性能。實際上，在普通稱作平面化(或有時“研磨”)的制程中，從晶片去除過多的材料變得越來越必要。用于使硅晶片的表面平面化的普遍技術(shù)為化學(xué)機械平面化(CMP)。CMP涉及使用附加到研磨桌的研磨墊，和分離支持器(holder)，其用于使硅晶片相對墊表面面向下。包含磨料和化學(xué)添加劑的研磨漿分配在研磨墊的表面上，且用于通過機械和化學(xué)手段從表面去除不平整的事物。此CMP制程的擴展稱作為ECMP，其涉及使用電能來通過電介液陰極地去除不需要的材料。一般選擇研磨墊本身，因為其能夠用作漿(或電解質(zhì))的載具，以及其能夠?qū)φ心サ木砻嫣峁┢谕臋C械力。晶片和研磨墊一般彼此相對旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)運動隨同研磨漿的磨料和化學(xué)添加劑一起導(dǎo)致從晶片的表面去除材料的研磨操作。表面上的突出部比凹入?yún)^(qū)更有效磨蝕，這導(dǎo)致晶片表面的變平或平面化。隨著晶片研磨的時間長度增加，和/或已研磨的晶片數(shù)量增加，研磨墊充滿著由于去除的晶片材料、化學(xué)反應(yīng)副產(chǎn)物和自漿的磨料積聚導(dǎo)致的碎屑。此沉積的碎屑引起研磨墊無光澤和/或不均勻磨損，其還稱作為“拋光效應(yīng)(glazingeffect)0因此，有必要使研磨墊恢復(fù)到適合晶片繼續(xù)研磨的狀態(tài)?！皦|修整”或“墊整修(paddressing)”是本領(lǐng)域已知的制程，其用于通過從墊移去顆粒和用過的研磨漿來恢復(fù)研磨墊的表面和去除拋光。墊調(diào)整還通過選擇性地去除墊材料來使墊平面化，且使研磨墊的表面變得粗糙。墊修整可“離位(ex-situ)”(即，在晶片研磨周期之間修整研磨墊)執(zhí)行，或“原位(in-sitU)”(g卩，在晶片研磨周期時或在晶片研磨周期期間)執(zhí)行。在典型的現(xiàn)有技術(shù)“原位”墊修整制程中，沿墊表面刷固定的磨盤以去除少量的墊材料和碎屑，因此產(chǎn)生新的粗糙，使得研磨漿自由流動。去除的墊材料和碎屑然后與研磨制程的研磨漿流結(jié)合，且被被動地帶離墊，以及晶片通過標(biāo)準(zhǔn)的研磨漿傳送機構(gòu)研磨。最后，在研磨周期結(jié)束，這些材料用沖洗水沖洗，且收集在磨光器的中央排水管。由于不同的材料開始應(yīng)用于集成電路制造，因此CMP制程必須跟上使其能夠?qū)@些不同的材料起作用且使其平面化。例如，銅已成為互連金屬的越來越普遍的選擇，其在某些應(yīng)用中已開始取代鋁和/或鎢。銅比這些其它金屬更導(dǎo)電，允許具有較低阻抗損耗的較細(xì)線的形成。盡管銅提供了優(yōu)于鋁的優(yōu)點，然而其具有至少一個主要缺點銅特別對硅不禾IJ，這是因為其容易擴散到硅，且導(dǎo)致深能級缺陷。因此，銅必須在集成電路器件的形成期間，通常通過使用合適的“阻障”層金屬來與硅隔離。因此，金屬CMP制程需要使用不同研磨漿和/或參數(shù)來去除不同表面材料的多步驟平面化制程的實施。例如，在銅CMP中，需要一化學(xué)性質(zhì)來去除非平面的銅，和另一化學(xué)性質(zhì)來去除阻障材料。過去，已建立第一研磨臺可用于去除大量的銅，第二研磨臺用于去除阻障材料，以及第三研磨臺用于執(zhí)行最后的磨光操作，這是因為只要使用單個臺，那么總是會出現(xiàn)不同研磨劑的交叉污染。對于傳統(tǒng)的電介質(zhì)CMP，一些制造業(yè)建議使用多個研磨臺，在每一臺執(zhí)行“部分研磨”。例如，第一臺用于執(zhí)行初始平面化(可能是時間依賴的)以去除大量不需要的材料，第二臺用于完成平面化，以及第三臺用于執(zhí)行磨光操作。這些臺的每一個可使用相同的研磨化學(xué)性質(zhì)，但要使用用于制程控制(向下的力、速度、終點檢測等)的不同技術(shù)。在這種情況下，多個臺的使用改善了CMP系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，這是因為每一研磨步驟更短，但是以需要在制程過程中同時包括三個分離晶片/研磨提供/臺的風(fēng)險來實現(xiàn)生產(chǎn)能力的改善。因此，盡管多個研磨臺的使用可提供CMP系統(tǒng)的制程改善，然后這樣的設(shè)備是非常耗時、耗費資金和昂貴的。因此，本領(lǐng)域仍存在對一種設(shè)備的需要，該設(shè)備用于在執(zhí)行CMP系統(tǒng)執(zhí)行多步驟研磨制程，其需要使用僅單個研磨臺。
發(fā)明內(nèi)容仍存在于現(xiàn)有技術(shù)中的要求由本發(fā)明解決，本發(fā)明涉及用于修整使用于化學(xué)機械平面化(CMP)系統(tǒng)中的研磨墊的系統(tǒng)，尤其涉及一種原位修整技術(shù)，其允許多研磨漿在單研磨臺順次使用。根據(jù)本發(fā)明，CMP系統(tǒng)使用具有開口結(jié)構(gòu)的磨蝕修整盤，當(dāng)碎屑離開晶片表面且沉積在研磨墊的上表面內(nèi)時，其用于實時移去所述碎屑。真空源連結(jié)到所述修整盤，且用于從研磨墊拉出自修整移去的碎屑(或，如果不使用磨料，則液體存在于墊表面的孔)。因此在修整制程結(jié)束，產(chǎn)生干凈均勻的墊表面，其中可增加另外的沖洗能力以輔助修整制程。已發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的修整制程完全清理所有材料(即，研磨漿和碎屑)的墊表面，允許可選的研磨材料引到單研磨臺上，而不會引起交叉污染。此外，所有廢材料從墊表面的直接去除使過多的水的量最小化，所述過多的水作為研磨制程副產(chǎn)物產(chǎn)生，其中如果允許所述過多的水保留在墊表面，那么其則引起研磨漿的不期望的稀釋。本發(fā)明的設(shè)備的優(yōu)點在于，實時、原位墊修整制程的使用允許在“運行中(onthefly)，，的平面化制程的化學(xué)性質(zhì)中進行多種改變，而不需要任何研磨臺重組的或?qū)⒄心サ木苿拥搅硗獾难心ヅ_。例如，可順序應(yīng)用不同的研磨化學(xué)物質(zhì)(例如，以順序地去除不同的材料)，在研磨漿中可使用不同的顆粒尺寸或濃度(例如，隨研磨制程繼續(xù)，降低固體的百分比濃度)，或修整制程可使用不同的修整流體溫度(例如以改變?nèi)コ俾?、不同的絡(luò)合劑(例如保持溶液中的銅)、或化學(xué)中和劑、表面活性劑和/或清潔劑以管理化學(xué)條件(chemicalregime)。由于使用原位修整設(shè)備，因此所有的這些改變和其它是可能的。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，提供了一種提供原位制程的方法，其用于修整化學(xué)機械平面化(CMP)制程中所使用的研磨墊的表面，所述原位修整制程包括下列步驟a)處理研磨墊的表面以移去與化學(xué)機械平面化制程有關(guān)的污染物；b)抽出離開研磨墊的移去的污染物，以準(zhǔn)備清潔的研磨墊表面；及c)提供所清潔的研磨墊表面，用于隨后的平面化制程。在一實施方式中，在每一平面化操作后執(zhí)行所述步驟a)和所述步驟b)，以去除污染物和防止平面化操作間的交叉污染。在一實施方式中，在執(zhí)行所述步驟a)時，磨蝕研磨墊的表面以移去污染物。在一實施方式中，所述步驟b)進一步包括將修整試劑引入到研磨墊的表面以幫助修整制程。在一實施方式中，超純水(UPW)作為修整試劑應(yīng)用。在一實施方式中，控制引入的修整試劑的溫度，以影響研磨墊的表面的溫度。在一實施方式中，選擇引入的修整試劑的化學(xué)性質(zhì)，以中和任何先前應(yīng)用的化學(xué)機械平面化制程材料與晶片表面的反應(yīng)。在一實施方式中，先前應(yīng)用的化學(xué)機械平面化制程材料包括研磨漿。在一實施方式中，在執(zhí)行所述步驟b)時，施加真空力以抽出移去的污染物。在一實施方式中，在提供所清潔的研磨墊之后，研磨漿引入到所清潔的研磨墊上，而不會導(dǎo)致與在先應(yīng)用的化學(xué)機械平面化材料的化學(xué)性質(zhì)的交叉污染影響。在一實施方式中，在先應(yīng)用的化學(xué)機械平面化材料包括在先應(yīng)用的研磨漿。在一實施方式中，與在先應(yīng)用的研磨漿相比，隨后的研磨漿顯示出不同的化學(xué)特性。在一實施方式中，與在先應(yīng)用的漿相比，隨后的研磨漿顯示出不同的磨料顆粒濃度。在一實施方式中，與在先應(yīng)用的研磨漿相比，隨后的研磨漿顯示出不同的磨料顆粒尺寸。在一實施方式中，在先應(yīng)用的化學(xué)機械平面化材料包括在先應(yīng)用的修整試劑。在一實施方式中，在執(zhí)行所述步驟a)時，鉆石表面修整盤在研磨墊的表面旋轉(zhuǎn)，以從研磨墊的表面移去污染物。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，提供了一種用于在單研磨臺執(zhí)行多步驟研磨的化學(xué)機械平面化(CMP)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括研磨墊，其用于與半導(dǎo)體晶片表面相互作用，以從其表面去除不需要的材料；修整裝置，其布置在研磨墊的至少一個部分的上方，所述修整裝置包括磨蝕、有縫隙的修整盤和真空輔助部件，磨蝕、有縫隙的修整盤用于磨蝕研磨墊以移去碎屑，真空輔助部件用于當(dāng)產(chǎn)生移去的碎屑時去除其；以及分配器，其用于以受控的方式將多種研磨液引入到清潔的研磨墊上，其中由修整裝置執(zhí)行的修整用于在每一研磨操作期間從研磨墊去除污染物，因此提供清潔的研磨墊表面用于每一平面化操作，且防止研磨漿間的交叉污染。在一實施方式中，分配器進一步能夠?qū)⒍喾N修整試劑引入到修整裝置，以幫助在研磨墊表面的清潔操作。在一實施方式中，分配器包括至少一中和修整試劑，其用于阻止不同化學(xué)性質(zhì)的研磨漿間的交叉污染。在一實施方式中，分配器包括修整試劑，其顯示出與保持在研磨墊表面的期望的操作溫度有關(guān)的預(yù)定溫度。在一實施方式中，分配器包括修整試劑，修整試劑包括表面活性劑元素，以降低碎屑微粒和研磨墊表面間的電引力。在一實施方式中，分配器從多源引入研磨漿。根據(jù)本發(fā)明的又一實施方式，提供了一種用于在單研磨臺執(zhí)行多步驟研磨化學(xué)機械平面化(CMP)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括研磨墊，其用于與半導(dǎo)體晶片表面相互作用，以從其表面去除不需要的材料；修整裝置，其布置在研磨墊的至少一個部分的上方，所述修整裝置包括分配器，其用于以受控的方式將研磨材料或修整材料引入到研磨墊的表面；磨蝕、有縫隙的修整盤，其用于磨蝕研磨墊以移去碎屑和清理研磨墊的表面；和真空輔助部件，其用于當(dāng)產(chǎn)生碎屑時，通過有縫隙的修整盤去除所移去的碎屑，其中修整裝置在各研磨操作期間去除污染物。在一實施方式中，修整裝置用于對多步驟研磨制程中的各順序步驟提供清潔的研磨墊表面，因此防止分配到研磨墊的表面的研磨材料或修整材料間的交叉污染。在下面的討論中且通過參照附圖，本發(fā)明的其它和另外的優(yōu)點以及方面將變得明Mo現(xiàn)在參照附圖，圖1包括多步驟研磨制程所需要的過重的銅和阻障金屬的去除速率的曲線圖，此特定步驟包括四個分離的步驟(階段)；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的用于實現(xiàn)多源CMP研磨的示例性設(shè)備；圖3是圖2的設(shè)備的一部分的俯視圖；和圖4包括受到本發(fā)明的步驟研磨/修整制程的多晶片的表面質(zhì)量圖像。具體實施例方式如上所述，本發(fā)明的修整制程旨在通過從研磨墊去除不需要的剩余物來原位產(chǎn)生干凈均勻的研磨墊表面，其一被移去，真空輔助去除就可使用另外的沖洗能力，下面會詳細(xì)地描述。本發(fā)明的設(shè)備除了其傳統(tǒng)的清潔/修整功能外，還發(fā)現(xiàn)其減少了表面缺陷在研磨的晶片表面上的出現(xiàn)，降低了“大”的廢流體積(通過收集與其它制程的水分離的研磨和修整制程的殘余流)，以及簡化了銅和阻障金屬的平面化制程。盡管本發(fā)明的系統(tǒng)可應(yīng)用于任何CMP制程，然而其特別適合于金屬CMP制程，其中外來金屬(例如銅)和其它阻障金屬材料需要從晶片表面清除。因此，盡管下面的討論集中在金屬CMP，但是需要記住本發(fā)明更廣泛應(yīng)用到所有的CMP制程。實際上，推測修整制程可同等應(yīng)用于電化學(xué)CMP(ECMP)系統(tǒng)，其中修整制程一完成，用于去除表面材料的電解質(zhì)液可從研磨墊表面抽出，因此允許通過電解質(zhì)原位化學(xué)性質(zhì)的改善的管理來改善電化學(xué)控制。關(guān)于金屬CMP，存在本領(lǐng)域已知的許多平面化方案，其用于從已處理額硅晶片去除過重的銅和阻障金屬。這些方案之一要求使用具有對銅的高去除速率的初始研磨漿、用于化學(xué)軟著陸的具有適度銅去除速率的過渡研磨漿、以及用于去除阻障金屬的(不同化學(xué)成分的)阻障研磨漿。在圖1的曲線圖中示出了這些不同的速率。實際上，圖1與涉及化學(xué)軟著陸的一種可能的平面化方案有關(guān)，其可分成幾個階段。例如，階段1和階段2與大量的銅去除(分別為7000A/min和3000A/min的去除速率)有關(guān)。階段3與銅清除(僅2000A/min的去除速率)有關(guān)，以及階段4與阻障去除(約200-500A/min的銅去除速率，以及以約500A/min的阻障去除)有關(guān)。如上所述，此多步驟平面化方案的實施的實際困難在于，最直接的方法需要使用多個研磨臺，在每一臺使用不同的研磨漿。另外，由于在晶片表面上的較軟的銅區(qū)產(chǎn)生缺陷的可能性，因此阻障去除和/或磨光制程通常需要使用較軟的研磨墊。另外，只要使用單個研磨臺，不同研磨方案間的交叉污染(和較不可控的去除速率、選擇性和缺陷性)的可能性仍存在極大的關(guān)注。根據(jù)本發(fā)明，多個研磨步驟合并為少為一個操作，且在少為單個研磨臺上執(zhí)行，因此取消了提升載具且移動到另外的臺以更換研磨漿的需要。此外，需要使用僅一個墊來用于所有的研磨步驟，這是因為在研磨期間，直接的碎屑去除降低了墊表面引起晶片缺陷的機會。由于本發(fā)明使用多位置閥和原位真空輔助修整系統(tǒng)，因此控制采用不同研磨漿材料的能力被認(rèn)為提供了本領(lǐng)域狀態(tài)的重要進步。圖2包括根據(jù)本發(fā)明的示例性CMP系統(tǒng)10的側(cè)視圖，圖3為其的俯視圖，示例性CMP系統(tǒng)可用于執(zhí)行多步驟平面化制程，其具有原位真空輔助修整。參照圖2，大體示出CMP系統(tǒng)10包括研磨墊12，其固定到機臺(platen)13。盡管在此示出機臺13為圓形，然而應(yīng)該理解，其它的系統(tǒng)可使用線性機臺、軌道式機臺或適合于對半導(dǎo)體晶片表面執(zhí)行平面化制程的任何其它幾何形狀。晶片料盒(wafercarrier)(未示出)用于將要研磨的晶片11“面向下”固定到系統(tǒng)10上，研磨磨頭(也未示出)用于當(dāng)其接觸研磨墊12的上表面12A時對晶片11的表面IlA施加受控、向下的壓力。研磨漿流通過分配設(shè)備(dispensingarrangement)14引入到研磨墊表面12A，其中所分配的研磨漿一般包括氧化齊U、磨料和/或超純水(UPW)。在可選的設(shè)備中，在第一研磨步驟使用電解質(zhì)流，其中電化學(xué)輔助CMP(ECMP)用于大量的銅去除，接下來為傳統(tǒng)CMP用于阻障和隨后的步驟。在一實施例中，分配設(shè)備14可被合并為修整裝置的一部分。可選地，分配設(shè)備14可以為分離的、獨立的模塊或結(jié)合成機械研磨單元的一部分。任何設(shè)備同等適合用于執(zhí)行本發(fā)明的任務(wù)。返回參照圖2，本發(fā)明的修整制程由修整裝置15執(zhí)行，其也相對研磨墊12的表面12A定位。通常，修整裝置15用于去除在晶片研磨制程期間積聚的多種碎屑，例如研磨漿、晶片碎屑、研磨材料、研磨操作的化學(xué)副產(chǎn)物等。如轉(zhuǎn)讓給當(dāng)前的受讓人的共同未決的申請所述，修整裝置15內(nèi)的修整盤由磨料形成，且包括通過其形成的多個縫隙/開口。當(dāng)碎屑收集在研磨墊表面12A上時，該磨料用于移去該碎屑。修整“流體”例如水或其它沖洗試劑(以及特別選擇的化學(xué)物質(zhì))可從分配設(shè)備14然后通過修整裝置15分配到研磨墊表面12A上，以幫助碎屑去除與墊表面管理和/或中和制程。如圖3最佳所示，修整裝置15可安裝在機動應(yīng)變器臂(motorizedeffectorarm)16以允許修整裝置15來回掃過研磨墊12的表面(由圖3的弧AB示出)，以移去所收集的碎屑，同時還將預(yù)定的向下的力和旋轉(zhuǎn)運動傳遞給修整盤。在此具體實施例中，電動機17用于使端應(yīng)變器臂16繞固定軸18沿弧AB(或通過任何其它合適的平移運動)轉(zhuǎn)動，同時對修整盤提供旋轉(zhuǎn)運動并施加向下的力?？蛇x地，裝置15內(nèi)的墊調(diào)節(jié)裝置可形成用于覆蓋整個墊的半徑范圍，且不需要使用電動機或端應(yīng)變器臂16的繞軸旋轉(zhuǎn)來提供跨墊(across-pad)的修整。根據(jù)本發(fā)明，示出第一軟管21，其連接到修整裝置15上的真空排出口22，其中一產(chǎn)生所施加的真空力(或可選地，在修整制程的某一其它預(yù)定的控制點)，其可用于從研磨墊12拉出碎屑、用過的研磨流體和任何修整試劑(一般稱作為“流出物)且拉入真空設(shè)備(未示出)。可存在這樣的情況，其中沖洗試劑和真空去除的組合足以清潔研磨墊，而不需要向墊表面施加磨料來移去碎屑。在這種情況下，磨蝕修整盤相對于研磨墊12的表面12A保持在升高的位置(或維持在“零”向下力)。參照圖3，第二軟管23連接到修整裝置15的入口19，其中該第二軟管23通過修整裝置15的頂部，將另外的修整材料注射到研磨墊12的表面12A。如所示，可通過多位置閥24控制到第二軟管23的輸入，該多位置閥24連結(jié)到分配設(shè)備14內(nèi)的多個不同的研磨和修整源25-1到25-1。源25-1到25-1的多個源可包括多種不同的研磨漿，其中特定的研磨漿的應(yīng)用通過多位置閥24控制，以被引導(dǎo)到供給軟管27。分配設(shè)備14內(nèi)的多個其它源可包括修整試劑，如所示，其通過多位置閥24連結(jié)到第二軟管23，然后到修整裝置15。因此，通過控制多位置閥24的位置，不遭受任何停機時間(例如，如現(xiàn)有技術(shù)所需的，將晶片轉(zhuǎn)移到不同的研磨臺)就可改變研磨源(以及可能的任何修整流體試劑)。此外，可計量分配裝置14，以隨著晶片表面的平面化進行來調(diào)整研磨漿的流速。根據(jù)本發(fā)明，流出物一產(chǎn)生，就在修整期間從研磨墊表面12A去除其的步驟允許在單個研磨臺使用平面化制程的多種改變。例如，通過切換源可改變研磨漿的化學(xué)性質(zhì)(特別用于金屬CMP系統(tǒng)，其中需要從晶片表面去除不同的材料)，通過從“室溫”源改變到熱源或相反(因此改變化學(xué)去除的速率)，可改變研磨漿(或修整試劑)的溫度，通過切換或計量源可改變漿的顆粒大小(或濃度)等。參照圖1的圖示，因此，在階段4，不必停止平面化制程和移動到另外的研磨臺，就可引入適合于阻障金屬去除的不同漿。根據(jù)本發(fā)明不用去除流出物，由于用過的材料保留在研磨墊表面，因此這些改變是相對無效的。與現(xiàn)有技術(shù)的修整制程和系統(tǒng)比較，本發(fā)明的設(shè)備提供將相當(dāng)更加有效的修整和有關(guān)的平面化制程。具體地講，本發(fā)明的設(shè)備需要使用相當(dāng)少的材料(例如，研磨漿、清除/磨蝕/沖洗修整材料)來執(zhí)行平面化、修整和清除操作。現(xiàn)有技術(shù)的典型晶片平面化制程需要研磨漿的約140毫升/分鐘到250毫升/分鐘的分配，以提供穩(wěn)定的平面化，這是因為反應(yīng)的漿的一部分會保留在研磨墊的似海綿的孔中。使用具有原位、抽出修整的本發(fā)明的多源設(shè)備，研磨墊的孔不斷地被清除掉反應(yīng)的漿，使墊的剛修整的部分呈現(xiàn)出干凈更具吸收性的“海綿”，用于不同的研磨漿的引入。因此在平面化制程中，較少量的研磨漿能夠提供相同的穩(wěn)定性。已進行了研究且已發(fā)現(xiàn)，氧化物研磨的研磨速率保持從75毫升/分鐘到250毫升/分鐘穩(wěn)定的多種漿進給速率。實際上，流出物的直接去除限制了研磨漿稀釋的量，該研磨漿稀釋在現(xiàn)有技術(shù)中不可避免地出現(xiàn)，這是因為標(biāo)準(zhǔn)CMP制程的一副產(chǎn)物是水。此外，與本發(fā)明有關(guān)的相對恒定的碎屑去除導(dǎo)致CMP系統(tǒng)對研磨漿流速的變動較不靈敏，這是因為若有的話，存在很少的制程材料保留在墊表面。在一示例性制程中，多位置閥24的定位可用于將特定化學(xué)性質(zhì)的第一“粗”研磨漿施加到研磨墊12(例如圖1的階段)，其中研磨漿25-1通過閥24和供給軟管27連結(jié)到研磨墊表面12A，因此去除自晶片11的表面IlA的大顆粒。當(dāng)執(zhí)行此研磨步驟的研磨墊12的部分在修整裝置15下面移動時，施加沖洗試劑/真空(例如，沖洗試劑從源25-2通過多位置閥24分配到修整裝置15)，以去除用過的漿和研磨完成的顆粒，且提供清潔的研磨墊表面12A用于下一平面化周期。然后，可包含較低顆粒濃度且存儲在研磨源25-3內(nèi)的不同研磨漿可通過分配設(shè)備14的供給軟管27提供到研磨墊12，且用于在晶片表面IlA執(zhí)行更精細(xì)的研磨制程(例如階段2)，而不用擔(dān)心與先前的漿污染。當(dāng)研磨墊12的表面12A在修整裝置15之下移動時，再次從其抽出去除的晶片材料和用過的研磨試劑(其中源25-2內(nèi)的沖洗試劑可用于幫助碎屑去除制程)。然后，可使用存儲在研磨源25-4的不同化學(xué)性質(zhì)的研磨漿(例如對于階段4)，來執(zhí)行另外的平面化。由于在修整操作期間，先前使用的研磨漿和其它碎屑已完全從研磨墊12的表面12A去除，因此避免了研磨漿間的交叉污染。已開發(fā)本發(fā)明的設(shè)備用于提供一種在每一修整階段在其一起作用或已與平面化制程接觸時去除碎屑和用過的漿的方法。除了提供如上所述的能夠從一研磨漿源改變到另一研磨漿源，本發(fā)明的系統(tǒng)允許“中和”材料作為修整試劑分配，來進一步降低自不同研磨漿源的化學(xué)性質(zhì)的交叉污染的可能性，其中中和試劑可存儲在另外的源25-H中，且通過閥24控制以進入修整裝置15。在另一變化中，一或更多表面活性劑(自另外的源25-1)在本發(fā)明的原位修整制程期間可引到研磨墊的表面。某一表面活性劑(某些表面活性劑)的引入用于改變與當(dāng)前PH水平有關(guān)的表面12A的凈表面電荷(“零電勢”)。電荷的改變可導(dǎo)致研磨表面和微粒間引力反轉(zhuǎn)，其又可導(dǎo)致簡化的CMP后的清除制程。S卩，由于一表面活性劑(若干表面活性劑)使研磨墊12(和/或晶片表面11A)能夠排斥保留在其表面上的帶電碎屑微粒，因此實際上除去了所有微粒碎屑。流出物的除去還允許典型多步驟晶片清除化學(xué)應(yīng)用到墊表面和用于原位晶片清洗。本發(fā)明的設(shè)備的優(yōu)點在于允許每一機臺上的多步驟研磨，實際上消除了研磨步驟間的中間產(chǎn)物處理。通過允許更積極的第一研磨步驟，和在接近終點所使用的隨后的“軟著陸”或更精細(xì)的磨料/化學(xué)選擇的漿源，其允許增加的生產(chǎn)能力。此外，因為墊被清除掉上游化學(xué)性質(zhì)不會有交叉污染，多漿源可通過相同的入口系統(tǒng)連接，因此相同的CMP系統(tǒng)可用于銅CMP和阻障金屬CMP。能夠管理修整制程的溫度認(rèn)為是本發(fā)明的另外重要的方面。存在CMP制程的多方面，其導(dǎo)致在研磨墊表面產(chǎn)生熱。例如，研磨漿和晶片表面材料之間的某些化學(xué)反應(yīng)會產(chǎn)生副產(chǎn)物熱。研磨漿、研磨墊和晶片間的磨料作用/摩擦力導(dǎo)致力學(xué)的熱產(chǎn)生。因此，在修整制程期間能夠分配特定溫度的材料(例如UPW)使得研磨墊表面溫度穩(wěn)定。為了說明將去除銅研磨和去除阻障研磨漿并入一個制程的可行性，進行了一組三原位修整實驗。在修整期間以“無真空”和“無沖洗”施加進行使用“現(xiàn)有技術(shù)”參數(shù)的第一修整實驗。銅去除速率設(shè)置為3000A/min。分別以“真空/無沖洗”和“真空/沖洗”進行接下來的兩修整實驗。在這兩種情況下，發(fā)現(xiàn)材料的去除速率分別為3000A/min和2100A/min0這表示具有無沖洗的真空的引入對材料的去除速率的影響若有的話也是甚微的。圖4示出了這些實驗的表面質(zhì)量結(jié)果，其中圖4A示出無真空和無去離子水(DI)沖洗的原位修整，圖4B示出使用具有真空和無DI沖洗的原位修整，以及圖4C示出具有真空和DI沖洗的原位修整。光學(xué)表面輪廓儀(opticalprofilmeter)圖形顯示，在研磨制程期間，通過改變漿化學(xué)性質(zhì)來在單個臺執(zhí)行多步驟研磨制程不會產(chǎn)生任何腐蝕點或明顯的缺陷。實際上，當(dāng)在包括真空和沖洗的修整制程的情況下進行研磨時，觀察到表面質(zhì)量的輕微改善。圖4中的圖像顯示，對于三個不同條件，表面質(zhì)量沒有顯著性改變。基于上述的研究，根據(jù)圖1所示的階段，可建立研磨順序。在此可行性研究中，忽略階段1，且在銅和阻障材料間的過渡階段，建立兩試驗以估計去除速率對目標(biāo)。第一試驗的主要中心在階段2-4，在階段4使用兩不同的條件。進行了對于階段2的研磨，研磨漿的集中度(strength)低于階段1使用的研磨漿的集中度，其采用傳統(tǒng)的原位修整(真空關(guān)，沖洗關(guān))，在階段3結(jié)束，銅漿被關(guān)掉，且阻障漿被引入以開始階段4。在階段4，真空和沖洗都“開啟”。如下表1所示，本發(fā)明的合并方案用于改善研磨結(jié)果。更具體地講，(從階段2到階段4)銅去除的總量幾乎與所組合的所有四個階段的銅去除的總量相同。這清楚地表示，作為總研磨速率的進一步優(yōu)化，銅和阻障去除并入一個制程是可能的。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表1-對于說明合并方案的實驗的銅材料去除盡管已參照若干具體示例性實施例描述了本發(fā)明，然而本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識到，可對其進行許多改變。實際上，本發(fā)明的主題認(rèn)為僅由所附到本文的權(quán)利要求的范圍限制。權(quán)利要求一種用于在單研磨臺執(zhí)行多步驟研磨的化學(xué)機械平面化系統(tǒng)，所述化學(xué)機械平面化系統(tǒng)包括研磨墊，其用于與半導(dǎo)體晶片表面相互作用，以從其表面去除不需要的材料；修整裝置，其布置在所述研磨墊的至少一個部分的上方，所述修整裝置包括磨蝕、有縫隙的修整盤和真空輔助部件，所述磨蝕、有縫隙的修整盤用于磨蝕所述研磨墊以移去碎屑，所述真空輔助部件用于當(dāng)產(chǎn)生移去的碎屑時去除其；以及分配器，其用于以受控的方式將多種研磨液引入到清潔的研磨墊上，其中，由所述修整裝置執(zhí)行的修整用于在每一研磨操作期間從所述研磨墊去除污染物，因此提供清潔的研磨墊表面用于每一平面化操作，且防止研磨漿間的交叉污染。2.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械平面化系統(tǒng)，其中，所述分配器進一步能夠?qū)⒍喾N修整試劑引入到所述修整裝置，以幫助在所述研磨墊表面進行的清潔操作。3.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械平面化系統(tǒng)，其中，所述分配器包括至少一中和修整試劑，以用于阻止不同化學(xué)性質(zhì)的研磨漿間的交叉污染。4.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械平面化系統(tǒng)，其中，所述分配器包括修整試劑，以顯示出與保持在所述研磨墊表面的期望的操作溫度有關(guān)的預(yù)定溫度。5.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械平面化系統(tǒng)，其中，所述分配器包括修整試劑，所述修整試劑包括表面活性劑元素，以降低碎屑微粒和所述研磨墊表面間的電引力。6.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械平面化系統(tǒng)，其中，所述分配器從多源引入研磨漿。7.一種用于在單研磨臺執(zhí)行多步驟研磨的化學(xué)機械平面化系統(tǒng)，所述化學(xué)機械平面化系統(tǒng)包括研磨墊，其用于與半導(dǎo)體晶片表面相互作用，以從其表面去除不需要的材料；修整裝置，其布置在所述研磨墊的至少一個部分的上方，所述修整裝置包括分配器，其用于以受控的方式將研磨材料或修整材料引入到所述研磨墊的表面；磨蝕、有縫隙的修整盤，其用于磨蝕所述研磨墊以移去碎屑和清理所述研磨墊的表面；和真空輔助部件，其用于當(dāng)產(chǎn)生碎屑時，通過所述有縫隙的修整盤去除所移去的碎屑，其中，所述修整裝置在各研磨操作期間去除污染物。8.如權(quán)利要求7所述的化學(xué)機械平面化系統(tǒng)，其中，所述修整裝置用于對多步驟研磨制程中的各順序步驟提供清潔的研磨墊表面，因此防止分配到所述研磨墊的表面的研磨材料或修整材料間的交叉污染。全文摘要一種用于在單級化學(xué)機械平面化(CMP)裝置上執(zhí)行多步驟研磨制程的設(shè)備，其使用原位修整操作以不斷地從研磨墊的表面清理和抽出碎屑和用過的研磨液。通過在各平面化周期開始，提供清潔的、實際上“新的”研磨墊表面，可使用不同化學(xué)性質(zhì)、形態(tài)、溫度等的研磨試劑，而不需要去除晶片來改變研磨源或?qū)⒕瑐魉偷搅硗獾腃MP研磨臺。多位置閥可用于控制多種制程流體的引入，所述多種制程流體包括多種不同的研磨漿和修整/沖洗試劑。對于不同制程條件，不同修整材料的使用允許研磨墊的表面改變(例如，中和在先的研磨化學(xué)物質(zhì)，改變墊的表面溫度以控制研磨速率，表面活性劑的使用以移去吸引到墊表面的微粒等)。文檔編號B24B53/007GK101817162SQ20101014306公開日2010年9月1日申請日期2005年1月25日優(yōu)先權(quán)日2004年1月26日發(fā)明者斯蒂文·J·貝納申請人:Tbw工業(yè)有限公司