CN1426343A - 采用上游和下游流体分配装置的化学机械抛光方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及到一种用来对晶片表面进行化学机械抛光的化学机械抛光设备的装置，它包含抛光垫(4)、驱动单元(9)、加压装置(6)、晶片支持器(5)、第一分配装置(7)、以及第二分配装置(8)；用来支持晶片(W)的晶片支持器被安置在支持器位置(L0)处；加压装置(6)被安排来将晶片支持器(5)压向抛光垫(4)；用来将第一流体分配到抛光垫(4)上的第一分配装置(7)，被安排在第一分配装置位置(L1)处；用来将第二流体分配到抛光垫(4)上的第二分配装置(8)，被安排在第二分配装置位置(L2)处；抛光垫(4)包含用来抛光晶片(W)的抛光表面，且抛光垫(4)还被连接到用来沿第一方向(ω1)相对于支持器位置(L0)移动抛光表面的驱动单元(9)；其中的第一分配装置(7)的第一分配装置位置(L1)相对于支持器位置(L0)被安置在下游方向第一下游距离(d1)处，其下游方向相对于第一方向(ω1)选取；而第二分配装置(8)的第二分配装置位置(L2)相对于支持器位置(L0)被安置在上游方向第一上游距离(d3)处，其上游方向相对于第一方向(ω1)选取。本发明还涉及到采用这一装置的化学机械抛光方法。
Description
本发明涉及到权利要求1前序部分所述的装置和方法。
在半导体工业中，镶嵌工艺被广泛地用作铜基互连的主流技术。如本技术领域熟练人员所知，在镶嵌工艺中，首先，满铺金属(铜)层被淀积在图形化的介质层顶部，其对介质层中诸如沟槽和通孔之类的凹陷区域具有充分的覆盖。随后，用化学机械抛光(CMP)来从表面清除金属层，同时在凹陷区域留下金属，以便构成(部分)互连图形。
金属层的常规CMP工艺使用基本上含有3种组分的悬浮液，此3种组分是：研磨颗粒(例如SiO2和Al2O3)、腐蚀剂(例如酸)、以及钝化剂。钝化剂借助于生长钝化层而钝化金属的表面。研磨组分从金属机械地清除钝化层。腐蚀剂被用来腐蚀未被钝化的金属。在常规工艺中，此3种组分以混合物的形式被分配在抛光布上。不利的是，常规CMP工艺所用的悬浮液的稳定期比较短(亦即，各个化学组分随时间而分解)。
从US 5478435可知用来在CMP设备中分配悬浮液的分配装置，此装置通过二个(在某些情况下是3个或更多个)分配管，将悬浮液各组分分配到抛光垫。借助于使悬浮液的各个组分在被用于抛光垫之前保持分开，US 5478435的分配装置缓解了悬浮液稳定性的问题。分配管将分开的组分输运到抛光垫上的使用位置，在该处分配管喷嘴紧靠在一起。于是，在使用点处或其附近，各个组分发生混合以形成CMP悬浮液。在一个变通实施方案中，各个分配管在其末端处被相互连接成一个紧靠使用点的单一喷嘴。在这种单一喷嘴中，各个组分在刚要到达使用点之前，发生混合。
从US 5981394可知一种分配装置，此装置也利用二个分开的分配管来将悬浮液各组分分配到抛光垫上使用点处或紧靠使用点进行混合。此处，第二分配管被设置成向第一管分配的悬浮液提供额外的化学组分，以便改善CMP工艺，在金属表面上形成保护性表面活化剂。
CMP工艺的另一缺点是系统中悬浮液颗粒的处置，这些颗粒引起被加工晶片的不良洁净度，还可能引起对泵的损伤和废物管的阻塞。因此，已经开发了新的无悬浮液的CMP工艺，其中悬浮液中的研磨颗粒已经被固定的研磨垫代替，研磨颗粒被嵌在研磨垫中。于是可望得到简单而洁净的CMP工艺，其中仅仅需要将抛光液体加入到研磨垫。例如，从Matsumoto等的论文，“Evaluation of Cu CMP forInterconnects Using a New Slurry-Free Process”，proceedingsof the 1999 Chemical-mechanical polishing for ULSI multilevelinterconnection conference CMP-MIC 1999，February 1999，SantaClara，pp.176-183可知对于铜互连的这种无悬浮液的CMP工艺。
由于物理和/或化学稳定性的原因，这些悬浮液的混合比以及常规CMP工艺的温度必须在一定的范围内，这可能以某种形式损害这种CMP工艺的性能。在CMP工艺过程中，在晶片表面上同时发生3个相互竞争的过程(亦即钝化、研磨、以及腐蚀)。由于混合比的影响，难以控制各个过程的相对影响。因此，在与例如图形密度、特征尺寸、以及均匀性的依赖关系方面，CMP工艺可能得不到最佳的结果。
而且，CMP工艺中的一个重要问题涉及到CMP金属清除速率，此速率被发现依赖于镶嵌结构的图形密度。如本技术领域所知，比之较小的特征，图形中大的特征倾向于被过度抛光，并倾向于加重凹陷效应。
而且，CMP工艺中观察到的另一个问题是聚集在抛光垫上的被研磨材料的清除。若不从抛光垫清除被研磨的材料，则会降低抛光垫的研磨作用，且将明显地降低CMP工艺的材料清除速率。如本技术领域熟练人员所知，可以用刷子进行异地清洗来再生抛光垫。但由于磨损高，故此过程明显地缩短了抛光垫的寿命。
本发明的目的是提供一种CMP设备的装置和一种采用此CMP设备来改善CMP工艺的方法。
本发明涉及到用来对晶片表面进行化学机械抛光的化学机械抛光设备的装置，此装置包含抛光垫、驱动单元、加压装置、晶片支持器、第一分配装置、以及第二分配装置；用来支持晶片的晶片支持器被安置在支持器位置处；加压装置被设置成将晶片支持器压向抛光垫；用来将第一流体分配到抛光垫的第一分配装置，被安排在第一分配装置位置处；用来将第二流体分配到抛光垫的第二分配装置，被安排在第二分配装置位置处；抛光垫包含用来抛光晶片的抛光表面，且抛光垫还被连接到用来沿第一方向相对于支持器位置移动抛光表面的驱动单元；其特征在于，第一分配装置的第一分配装置位置相对于支持器位置被安置在下游方向第一下游距离处，其下游方向相对于第一方向选取；第二分配装置的第二分配装置位置相对于支持器位置被安置在上游方向第一上游距离处，其上游方向相对于第一方向选取。
本发明还涉及到用来对晶片表面进行化学机械抛光的化学机械抛光设备的装置，如上所述，其特征在于，在第一分配装置位置处，第一分配装置将腐蚀剂分配到抛光垫上，用来从抛光垫的抛光表面溶解来自晶片表面的被研磨的材料，且在第二分配装置位置处，第二分配装置将研磨颗粒与钝化剂的混合物分配到抛光垫上，用来钝化晶片表面。
而且，本发明涉及到一种在化学机械抛光设备的装置中进行的对晶片表面进行化学机械抛光的方法，此装置包含抛光垫、驱动单元、加压装置、晶片支持器、第一分配装置、以及第二分配装置，用来支持晶片的晶片支持器被安置在支持器位置处；加压装置被设置成将晶片支持器压向抛光垫；用来将第一流体分配到抛光垫的第一分配装置被安排在第一分配装置位置处；用来将第二流体分配到抛光垫的第二分配装置，被安排在第二分配装置位置处；
抛光垫包含用来抛光晶片的抛光表面，且抛光垫还被连接到用来沿第一方向相对于支持器位置移动抛光表面的驱动单元；
其特征在于下列步骤：
●将第一分配装置的第一分配装置位置相对于支持器位置安置在下游方向第一下游距离处，其下游方向相对于第一方向选取，以及
●将第二分配装置的第二分配装置位置相对于支持器位置安置在上游方向第一上游距离处，其上游方向相对于第一方向选取。
本发明还涉及到一种在化学机械抛光设备的装置中进行的对晶片表面进行化学机械抛光的方法，如上所述，其特征在于下列步骤：
●利用第一分配装置，在第一分配装置位置处，将腐蚀剂分配到抛光垫上，用来从抛光垫的抛光表面溶解来自晶片上金属表面的被研磨的材料，以及
●利用第二分配装置，在第二分配装置位置处，将钝化剂分配到抛光垫上，用来钝化晶片上的金属表面。
于是，根据本发明的CMP工艺的材料清除速率比现有技术的更稳定。并能够在比现有技术更宽的范围内选择抛光液中的腐蚀剂相对钝化剂的比率。这将提供对钝化和腐蚀工艺的更好的控制。结果，清除速率将变得更稳定；亦即较少依赖于特征尺寸和图形密度，这就减轻了过度抛光和凹陷效应。
而且能够提高晶片上清除速率的均匀性。
利用本发明的装置和方法，还改善了CMP工艺的晶片之间可重复性。
而且，利用本发明，极大地减轻了抛光垫机械调整的要求。因此，本发明能够提高抛光垫的寿命。而且，利用本发明的装置，大为缩短了由抛光垫的替换和调整造成的CMP设备停机时间。
下面参照附图来解释本发明，这些附图仅仅是为了说明的目的而不是为了限制所附权利要求所定义的保护范围。
图1a和1b示意地分别示出了根据现有技术的抛光垫表面在被研磨材料沾污之前和之后的剖面图；
图2示出第一优选实施方案中的根据本发明的安置在CMP设备中的分配装置的例子；
图3A-3D示意地示出了利用本发明的装置和方法进行的CMP工艺的相继步骤；
图4a和4b示出了示例性实验结果，其中在采用和不采用本发明的情况下分别测量了台阶高度降低与CMP工艺抛光时间之间的关系。
为了改进CMP工艺，本发明提供了如下所述的一种装置和方法。在图1a和1b中，示意地示出了根据现有技术的抛光垫表面的剖面图。图1a示出了清洁的抛光垫的表面，而图1b示出了被被研磨的材料沾污了的抛光垫表面。
在图1a中，示意地示出了包含多个掩埋在抛光垫表面中的研磨颗粒(直径约为0.1微米)的抛光垫表面1的剖面图。此抛光垫由聚合物层组成，其稍许起伏的表面具有小丘(宽度约为10微米)。当此处示为实心点的研磨颗粒在CMP过程中通过晶片下方时，就被部分地埋置并固定在聚合物层中。
如本技术领域熟练人员所知，这种抛光垫的研磨作用主要由使用时位于小丘顶部或其附近的与晶片表面接触的研磨颗粒执行。
在半导体衬底上的金属层的CMP工艺过程中，与抛光垫中突出的研磨颗粒相接触的钝化层，被机械地清除，并淀积在抛光垫表面上。被研磨的材料2积累在抛光垫的表面上，如图1b中抛光垫表面灰色区域示意地示出的那样。由于被研磨的材料积累在抛光垫上(更确切地说是在小丘处)，抛光垫的研磨作用减弱。
本发明提供了一种装置和方法来防止抛光垫表面的沾污。如本技术领域所知，机械地清除被研磨的材料不是很有效的，并可能产生沾污晶片表面的游离颗粒。
因此，采用借助于溶解被研磨材料的化学清除方法。典型地说，为此必须采用(酸性)腐蚀剂。但如现有技术所知，抛光液必须不明显地具有腐蚀剂的特征，因为在这种情况下，晶片上的铜层将被各向同性腐蚀而不具有平整性。如本技术领域熟练人员所知，其结果是晶片表面上的金属结构被严重腐蚀。
在本发明中，利用图2所示的装置，解决了上述的现有技术问题。图2示意地示出了第一优选实施方案的根据本发明安置在CMP设备中的分配装置的例子。此CMP设备3包含抛光垫4、晶片支持器5、加压装置6、腐蚀剂分配管7、钝化剂分配管8、以及驱动单元9。
抛光垫4是一种结构如图1a所示的衬垫。抛光垫4配备有旋转驱动单元9，用来在抛光过程中进行旋转。抛光垫4绕旋转中心R自旋。旋转方向如箭头ω1所示。在位于离旋转中心R有一径向距离的支持器位置L0处，安置晶片支持器5，以便在抛光过程中支持晶片W。加压装置6被连接到晶片支持器5。在抛光工艺过程中，加压装置6以预定的力F，将晶片支持器5中的晶片W压向抛光垫4的表面。加压装置6设置成带有旋转单元9，以便在抛光过程中旋转晶片支持器5。旋转方向如箭头ω2所示。CMP设备3的分配装置包含二个分配管7和8，用来将抛光液的各个组分分配到抛光垫4。腐蚀剂分配管7将腐蚀剂分配到抛光垫上第一管位置L1处。第一管位置L1位于支持器位置L0附近，沿箭头ω1所示旋转方向的下游方向偏离一个第一下游距离d1。如参照图1b所述，腐蚀剂含有能够溶解积累在衬垫表面上的被研磨材料的化合物。钝化剂分配管8将由钝化剂和研磨颗粒组成的混合物分配到抛光垫4上第二管位置L2处。第二管位置L2位于支持器位置L0附近，沿箭头ω1所示旋转方向的上游方向偏离一个第一上游距离d3。由于抛光垫上位置的运动描出一个封闭环，故第一上游距离d3等效于沿下游方向测得的第二下游距离d2。在本发明中，用来定位第二管位置L2的第一上游距离d3，被选择成使第二下游距离d2大于第一下游距离d1。借助于以这种方式来安置分配管7和8，第一分配管7与第二分配管8之间的轨迹(沿旋转方向从第一管位置L1到第二管位置L2测得的)，比第二分配管8与第一分配管7之间的轨迹(沿旋转方向从第二管位置L2到第一管位置L1测得的)大得多。在这种装置中，在抛光垫上有利地产生了在CMP工艺中各具有不同功能的二个区域，下面将要更详细地加以解释。
钝化剂(或减活剂)是一种能够借助于形成保护金属表面免受腐蚀剂影响的钝化层而钝化晶片上的金属表面的试剂。钝化剂可以含有氧化剂(例如H2O2)，它在金属表面上形成金属氧化层作为钝化层。钝化剂也可以是在金属表面上形成不可溶解的金属盐的试剂(例如铜基金属化情况下的酞酸)。还可以设想是在表面上形成单层涂层的其它钝化剂或具有表面活化性质的钝化剂。
在图2所示的装置中，抛光垫4的表面在其整个旋转一周的过程中被暴露于各种条件。例如，在抛光垫的一周旋转中，抛光垫表面处特定位置L4首先在第二管位置L2处通过钝化剂分配管8下方。此处，表面接收大量与研磨颗粒混合的钝化剂。
接着，位置L4在支持器位置L0处通过固定到晶片支持器5的晶片W下方。此时，埋置在抛光垫表面中的研磨颗粒从晶片W的金属表面清除钝化层。分配在位置L4处衬垫表面上的钝化剂现在处于与金属紧密接触，并再次钝化金属的表面。研磨材料被淀积在衬垫的表面上，并积累在衬垫上(图1b)。在晶片与抛光垫的接触区处，钝化和清除过程同时继续发生。要指出的是，由于在衬垫上存在腐蚀剂，故在清除钝化层之后，可能发生金属层的一些腐蚀。
而且，在本发明中，少量的腐蚀剂可以被加入到钝化剂分配管处分配的(钝化剂与研磨颗粒的)混合物中。以这种方式，提供了对CMP工艺特性的进一步控制。
由于抛光垫4的旋转，被研磨的材料被输运出支持器位置L0处晶片与抛光垫之间的接触区。
随后，位置L4在第一管位置L1处通过腐蚀剂分配管7下方。此时表面接收大量腐蚀剂。此腐蚀剂能够利用化学反应来溶解被研磨的材料。由于离心力的作用，含有被溶解的被研磨材料的溶液在抛光垫周边处从抛光垫流出。因此，在溶解步骤之后，抛光垫的表面是清洁的，并基本上无研磨材料。
由于分别通过第一管位置L1处的腐蚀剂分配管7和第二管位置L2处的钝化剂分配管8分别地提供腐蚀剂和钝化剂，故腐蚀剂和钝化剂的浓度随抛光垫上相对于支持器位置L0的相对位置而变化。在衬垫上位置L4的轨迹上，分别在分配管7与8的第一和第二管位置L1与L2之间，衬垫表面上的腐蚀剂浓度比钝化剂浓度更高，抛光液主要具有腐蚀剂的特性。但在衬垫上位置L4的轨迹上，在第二和第一管位置L2与L1之间，情况相反：衬垫表面上的腐蚀剂浓度比钝化剂浓度更低，抛光液主要具有钝化剂的特性。因此，固定到晶片支持器5的晶片W在第一和第二管位置L1和L2之间的固定支持器位置L0处，被暴露于主要具有钝化剂特性的抛光液。由于在位置L1和L2之间仍然可得到腐蚀剂(其浓度可控制且比较低)，故在晶片W表面处也可能进行CMP工艺的腐蚀步骤。但由于钝化剂的浓度和晶片W表面的钝化程度比较高，故腐蚀速率低。要指出的是，虽然腐蚀速率低，但CMP工艺的清除速率不受影响。在根据本发明的铜金属化的CMP工艺中，清除速率为300-500nm/min。
而且，要指出的是，在CMP工艺过程中，腐蚀剂和钝化剂的分配是连续的。于是，在CMP工艺过程中，腐蚀剂和钝化剂在衬垫上的浓度分布可以被认为是稳态条件。旋转着的抛光垫4包含位置L1与L2之间轨迹中的第一稳态区，其中，此第一区中的衬垫区主要经历腐蚀和洁净步骤。在位置L2与L1之间轨迹中的第二稳态区中，此第二区中的衬垫区主要含有钝化剂，它与晶片W上的金属表面发生反应。
还要指出的是，可以用变通的方式来完成分配管7和8对腐蚀剂和钝化剂的分配：管7和8可以各被安排成任何适当的形状，例如安排成具有密布开口的莲蓬头。
在图2所示的实施方案中，腐蚀剂和钝化剂的流量、浓度、以及温度等基本参数，能够各自独立地被控制，在本发明中，这使得能够得到比常规CMP工艺更宽的工艺窗口。
图3A-3D以方框图示意地示出了根据本发明的无悬浮液的CMP工艺的相继步骤。在左列中，以剖面图示意地示出了晶片W的相继阶段。在右列中，以剖面图示意地示出了位置L4处部分抛光垫表面的相继阶段。
图3A示出了CMP工艺之前的晶片W。在CMP工艺之前，晶片W包含衬底层301、绝缘层302、以及金属层303。在绝缘层302中，有被金属层303填充的图形化区304。在金属层的表面上，示出了凹陷区305，勾画出了图形化区304的轮廓。
图3B-3D示出了被执行的CMP工艺。在图3B中，晶片W被示为具有由金属与钝化剂的反应生长的钝化(金属氧化物或金属盐)层306。在抛光过程中，顶层307处的钝化层被清除，而凹陷区305中的钝化层保留在表面上。
图3C示出了这种情况：在晶片W上存在着自由金属表面308的突出区，此处的钝化层被清除。
在CMP工艺过程中，抛光垫4以研磨颗粒埋置在表面中的新鲜而洁净的状态出现在位置L2处，与图1a所示的情况相同。在支持器位置L0处通过晶片之后，衬垫的位置L4到达位置L1处。由于被研磨的材料积累在抛光垫的表面上，故抛光垫的研磨功能被降低。在此L1处，抛光垫4上的位置L4处于图1b所示的状态。
在位置L1处，腐蚀剂被加入到抛光垫表面。此时，抛光液具有比较高的腐蚀剂浓度。在从位置L1转移到位置L2的过程中，被研磨的材料被腐蚀剂溶解。由于离心力的作用，在从位置L1转移到位置L2的过程中，含有被溶解的被研磨材料的溶液在抛光垫周边处从抛光垫流出。在到达具有晶片W的支持器位置L0之前，抛光垫4呈现为清洁的(再次如图1a所示)。
在位置L2处，钝化剂与研磨颗粒的混合物被分配到衬垫上。
在CMP工艺过程中，金属层被清除，直至达到图3D所示的情况。在图3D中，留下的金属层仅仅存在于图形化区域中作为互连309。而且，在此阶段，抛光垫4由于在位置L1与L2之间暴露于腐蚀剂而仍然洁净(如图1a剖面图所示)。
由于抛光垫4在CMP工艺过程中始终洁净，故材料清除速率保持在稳定的高水平上。
为了说明CMP工艺的特性，用现有技术抛光设备进行了一些实验。自配的酸性缓冲剂(pH＝3)被用作腐蚀剂。H2O2(水中35％，作为氧化剂)被用作钝化剂。要指出的是，此处腐蚀剂和钝化剂的浓度是作为例子。其它的试剂和/或浓度也可以产生相似的满意结果。
利用根据本发明的CMP工艺，对淀积厚度为1.2微米的铜层所覆盖的满铺和图形化(SiO2)的晶片进行了抛光。图形化晶片上的测试镶嵌结构具有各种线宽和各种图形密度。线宽为0.2-100微米的线条/间隔图形被用作测试图形。图形密度在大约25％-80％之间变化。在所有的测试结构中，沟槽的深度为600nm。
图4a和4b示出了上述实验的示例性结果，其中分别测量了根据现有技术所知的常规工艺进行的以及根据本发明进行的无悬浮液的CMP工艺的整平速率。在图4a的曲线中，具有各种线宽的沟槽的台阶高度下降，被绘制成作为根据现有技术的CMP工艺中抛光时间的函数。为了清楚起见，仅仅示出了图形密度为50％的结果。用实心圆、空心圆、实心三角形、以及空心三角形，分别标注了线宽为100、50、20、以及10微米的线上的结果。(对于在大约25％-80％之间变化的其它图形密度，得到了相似的结果。)
在图4b的曲线中，具有各种线宽的沟槽的台阶高度下降，被绘制成根据本发明的CMP工艺中抛光时间的函数。用实心正方形、空心正方形、实心菱形、以及空心菱形，分别标注了线宽为100、50、20、以及10微米的线上的结果。图形密度仍然是50％。
从图4a和4b显见，根据本发明的CMP工艺的整平速率高于常规CMP工艺的。(依赖于抛光条件，根据本发明的CMP工艺的清除速率为300-500nm/min。)而且，根据本发明的CMP工艺的台阶下降几乎对各种图形线宽几乎相同。于是，根据本发明的CMP工艺的整平速率看来(几乎)与实际图形线宽无关。这清楚地表明，根据本发明的CMP工艺减小了过度抛光过程中较宽沟槽的凹陷。由于靠近晶片W位置的抛光垫上的钝化剂浓度更高，故在CMP工艺的整个过程中，在晶片表面处稳定地形成轮廓分明的钝化层。如图3A1-3C2所示，钝化层的形成有效地保护了晶片表面的下方凹陷区305，导致仅仅表面突出区域307和308处的材料被清除。因此，获得了很少依赖于图形密度和图形特征尺寸的高而稳定的整平速率。
总之，由于改进了对钝化剂分配(以及钝化剂浓度)的控制，故CMP过程中的钝化得到了改善。由于晶片图形中凹陷区域的钝化的改进，故镶嵌结构的整平得到了改善。而且，利用具有不同特征尺寸的凹陷区域更好的钝化，减小了整平对图形密度的依赖。
可以理解的是，本发明不局限于在固定位置L0处具有旋转抛光垫4和加压装置6的CMP设备3。本发明还可以被应用于本技术所知的其它类型的CMP设备：例如具有带状抛光垫或具有相对于(固定的)抛光垫运动的加压装置的CMP设备。本发明还可以被应用于具有固定的研磨衬垫的CMP设备，其中不需要在钝化剂分配管处分配研磨颗粒。
在本发明中，公开了一种用于金属CMP加工的新颖结构。分配管被安排成使抛光液的二种主要组分(腐蚀剂和钝化剂)被分立地提供到抛光垫表面的不同区域上。本发明于是减轻了组成抛光悬浮液的困难，并提供了更好的机会来优化工艺。借助于使腐蚀剂和钝化剂分开地流到抛光垫，改善了表面腐蚀与钝化之间的协调。各个组分的分立，导致组分梯度，引起抛光垫表面不同区域处金属的不同钝化速率和金属氧化物(或金属盐)的不同溶解速率。因此，根据本发明的CMP工艺获得了优异的清除和整平速率。
还可以理解的是，在钝化剂分配管8处分配钝化剂的过程中，可以将少量腐蚀剂可控地加入到钝化剂中，以便在晶片支持器位置L0处对晶片W进行加工的情况下，与抛光和钝化作用同时发生少许的腐蚀作用。
还可以理解的是，根据本发明的CMP工艺不是要排他性地用于铜基金属化，而是也被用于其它的金属化。例如，根据本发明的CMP加工表现出有关钨层图形化的良好结果。
而且，由于借助于腐蚀剂的原位清洗作用而大为降低了对衬垫机械修整的要求，从而提高了抛光垫的寿命。
对于本技术领域的熟练人员来说，本发明的装置和方法显然能够有利地应用于半导体器件的制造。
Claims (37)
1.用来对晶片表面进行化学机械抛光的化学机械抛光设备的装置，它包括抛光垫(4)、驱动单元(9)、加压装置(6)、晶片支持器(5)、第一分配装置(7)、以及第二分配装置(8)；用来支持晶片(W)的晶片支持器被安置在支持器位置(L0)处；加压装置(6)被设置成将晶片支持器(5)压向抛光垫(4)；用来将第一流体分配到抛光垫(4)上的第一分配装置(7)被安排在第一分配装置位置(L1)处；用来将第二流体分配到抛光垫(4)上的第二分配装置(8)被安排在第二分配装置位置(L2)处；
抛光垫(4)包含用来抛光晶片(W)的抛光表面，且抛光垫(4)还被连接到用来沿第一方向(ω1)相对于支持器位置(L0)移动抛光表面的驱动单元(9)；
其特征在于，
第一分配装置(7)的第一分配装置位置(L1)相对于支持器位置(L0)被设置在下游方向第一下游距离(d1)处，其下游方向相对于第一方向(ω1)选取；
第二分配装置(8)的第二分配装置位置(L2)相对于支持器位置(L0)被设置在上游方向第一上游距离(d3)处，其上游方向相对于第一方向(ω1)选取。
2.根据权利要求1的用来对晶片(W)表面进行化学机械抛光的化学机械抛光设备的装置，其特征在于，在第一分配装置位置(L1)处，第一分配装置(7)将腐蚀剂分配到抛光垫(4)上，用来从抛光垫(4)的抛光表面溶解来自晶片(W)表面的被研磨的材料，并
在第二分配装置位置(L2)处，第二分配装置(8)将研磨颗粒与钝化剂的混合物分配到抛光垫(4)上，用来钝化晶片(W)表面。
3.根据前述权利要求中任何一项的装置，其特征在于，分配装置(7，8)包含分配管。
4.根据权利要求1或2的装置，其特征在于，分配装置(7，8)包括具有多个间隔很近的分配开口的分配管。
5.根据权利要求1-4中任何一项的用来对晶片(W)表面进行化学机械抛光的化学机械抛光设备的装置，其特征在于，晶片(W)的表面是金属层表面。
6.根据权利要求5的用来对晶片(W)表面进行化学机械抛光的化学机械抛光设备的装置，其特征在于，所述金属层是铜层。
7.根据权利要求5的用来对晶片(W)表面进行化学机械抛光的化学机械抛光设备的装置，其特征在于，所述金属层是钨层。
8.根据权利要求5-7中任何一项的用来对晶片(W)表面进行化学机械抛光的化学机械抛光设备的装置，其特征在于，钝化剂是金属层的一种氧化剂。
9.根据权利要求5-7中任何一项的用来对晶片(W)表面进行化学机械抛光的化学机械抛光设备的装置，其特征在于，钝化剂是一种在金属层上形成不可溶解的金属盐层的试剂。
10.根据权利要求5-7中任何一项的用来对晶片(W)表面进行化学机械抛光的化学机械抛光设备的装置，其特征在于，钝化剂是一种在金属层上形成薄膜覆层的试剂，此薄膜为单层。
11.根据权利要求5-7中任何一项的用来对晶片(W)表面进行化学机械抛光的化学机械抛光设备的装置，其特征在于，钝化剂是一种表面活化剂。
12.根据权利要求8的用来对晶片(W)表面进行化学机械抛光的化学机械抛光设备的装置，其特征在于，氧化剂是H2O2。
13.根据权利要求9的用来对晶片(W)表面进行化学机械抛光的化学机械抛光设备的装置，其特征在于，钝化剂是酞酸。
14.根据权利要求5-7中任何一项的用来对晶片(W)表面进行化学机械抛光的化学机械抛光设备的装置，其特征在于，腐蚀剂是用于被研磨的金属/金属氧化物/金属盐材料的一种溶剂。
15.根据权利要求14的用来对晶片(W)表面进行化学机械抛光的化学机械抛光设备的装置，其特征在于，腐蚀剂是用来溶解被研磨的金属/金属氧化物/金属盐材料的一种酸性缓冲液。
16.根据前述权利要求中任何一项的用来对晶片(W)表面进行化学机械抛光的化学机械抛光设备的装置，还包含用来旋转晶片支持器(5)的旋转装置，其特征在于，连接到旋转装置的晶片支持器(5)被设置成沿第二旋转方向(ω2)旋转。
17.根据前述权利要求中任何一项的用来对晶片(W)表面进行化学机械抛光的化学机械抛光设备的装置，其特征在于，抛光垫(4)的晶片(W)抛光表面被设置成固定的研磨垫，且第二分配装置(8)分配钝化剂。
18.根据前述权利要求中任何一项的用来对晶片(W)表面进行化学机械抛光的化学机械抛光设备的装置，其特征在于，第二分配装置(8)还分配少量的腐蚀剂。
19.一种在用来对晶片表面进行化学机械抛光的化学机械抛光设备的装置中进行的方法，此装置包含抛光垫(4)、驱动单元(9)、加压装置(6)、晶片支持器(5)、第一分配装置(7)、以及第二分配装置(8)；用来支持晶片(W)的晶片支持器被安置在支持器位置(L0)处；加压装置(6)被设置成将晶片支持器(5)压向抛光垫(4)；用来将第一流体分配到抛光垫(4)上的第一分配装置(7)被安排在第一分配装置位置(L1)处；用来将第二流体分配到抛光垫(4)上的第二分配装置(8)被安排在第二分配装置位置(L2)处；
抛光垫(4)包括用来抛光晶片(W)的抛光表面，且抛光垫(4)还被连接到用来沿第一方向(ω1)相对于支持器位置(L0)移动抛光表面的驱动单元(9)；
其特征在于下列各个步骤：
●将第一分配装置(7)的第一分配装置位置(L1)相对于支持器位置(L0)安置在下游方向第一下游距离(d1)处，其下游方向相对于第一方向(ω1)选取，以及
●将第二分配装置(8)的第二分配装置位置(L2)相对于支持器位置(L0)安置在上游方向第一上游距离(d3)处，其上游方向相对于第一方向(ω1)选取。
20.根据权利要求19的在用来对晶片(W)表面进行化学机械抛光的化学机械抛光设备(3)的装置中进行的方法，其特征在于，晶片(W)上的表面是金属层表面。
21.根据权利要求20的在对晶片(W)表面进行化学机械抛光的化学机械抛光设备(3)的装置中进行的方法，其特征在于下列各个步骤：
●利用第一分配装置，在第一分配装置位置(L1)处，将腐蚀剂分配到抛光垫上，用来从抛光垫的抛光表面溶解来自晶片(W)上的金属表面的被研磨的材料，以及
●利用第二分配装置，在第二分配装置位置(L2)处，将钝化剂分配到抛光垫上，用来钝化晶片(W)上的金属表面。
22.根据权利要求19-21中任何一项的在对晶片(W)表面进行化学机械抛光的化学机械抛光设备(3)的装置中进行的方法，其特征在于，分配装置(7，8)包含分配管。
23.根据权利要求19-21中任何一项的在装置中进行的方法，其特征在于，分配装置(7，8)包含具有多个间隔很近的分配开口的分配管。
24.根据权利要求20-23中任何一项的在用来对晶片(W)表面进行化学机械抛光的化学机械抛光设备(3)的装置中进行的方法，其特征在于，金属层是铜层。
25.根据权利要求20-23中任何一项的在用来对晶片(W)表面进行化学机械抛光的化学机械抛光设备(3)的装置中进行的方法，其特征在于，金属层是钨层。
26.根据权利要求20-25中任何一项的在用来对晶片(W)表面进行化学机械抛光的化学机械抛光设备的装置中进行的方法，其特征在于，钝化剂是金属层的一种氧化剂。
27.根据权利要求20-25中任何一项的在用来对晶片(W)表面进行化学机械抛光的化学机械抛光设备的装置中进行的方法，其特征在于，钝化剂是一种在金属层上形成不可溶解的金属盐层的试剂。
28.根据权利要求20-25中任何一项的在用来对晶片(W)表面进行化学机械抛光的化学机械抛光设备的装置中进行的方法，其特征在于，钝化剂是一种在金属层上形成薄膜涂层的试剂，此薄膜为单层。
29.根据权利要求20-25中任何一项的在用来对晶片(W)表面进行化学机械抛光的化学机械抛光设备的装置中进行的方法，其特征在于，钝化剂是一种表面活化剂。
30.根据权利要求26的在用来对晶片(W)表面进行化学机械抛光的化学机械抛光设备的装置中进行的方法，其特征在于，氧化剂是H2O2。
31.根据权利要求27的在用来对晶片(W)表面进行化学机械抛光的化学机械抛光设备的装置中进行的方法，其特征在于，钝化剂是酞酸。
32.根据权利要求20-25中任何一项的在用来对晶片(W)表面进行化学机械抛光的化学机械抛光设备的装置中进行的方法，其特征在于，腐蚀剂是用于被研磨的金属/金属氧化物/金属盐材料的一种溶剂。
33.根据权利要求32的在用来对晶片(W)表面进行化学机械抛光的化学机械抛光设备的装置中进行的方法，其特征在于，腐蚀剂是用来溶解被研磨的金属/金属氧化物/金属盐材料的一种酸性缓冲液。
34.根据权利要求19-33中任何一项的在用来对晶片(W)表面进行化学机械抛光的化学机械抛光设备的装置中进行的方法，此装置还包含用来旋转晶片支持器(5)的旋转装置，其特征在于以下步骤：
将旋转装置安排成沿第二旋转方向(ω2)旋转晶片支持器(5)。
35.根据权利要求19-34中任何一项的用对晶片(W)表面进行化学机械抛光的化学机械抛光设备的装置进行的方法，其特征在于下列各个步骤：
●将抛光垫(4)的对晶片(W)进行抛光的抛光表面安置成固定的研磨垫；
●以及利用第二分配装置(8)来分配钝化剂。
36.根据权利要求19-35中任何一项的用对晶片(W)表面进行化学机械抛光的化学机械抛光设备的装置进行的方法，其特征在于以下步骤：
利用第二分配装置(8)来分配少量的腐蚀剂。
37.根据权利要求19-36中任何一项的在用来对晶片(W)表面进行化学机械抛光的化学机械抛光设备的装置中进行的方法，其特征在于，此化学机械抛光处理被用于半导体器件的制造，晶片(W)包括半导体材料的衬底。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| AD01 | Patent right deemed abandoned | ||
| C20 | Patent right or utility model deemed to be abandoned or is abandoned |