专利名称：化学机械研磨系统及化学机械研磨方法
技术领域：
本发明涉及一种集成电路制造设备，特别涉及一种化学机械研磨系统及 化学机械研磨方法。
背景技术：
化学机械研磨(CMP)是一种集成电路成形的普遍实施方式。 一般来说， 化学机械研磨是一种应用于半导体晶片的平坦化工艺。化学机械研磨同时利 用物理及化学力来研磨晶片。当晶片位于研磨垫上时，将负载力施加于一晶 片的背面。接着，当含有腐蚀性及反应性化学药品的研浆通过下方时，研磨 垫与晶片会反转。化学机械研磨是一种实现整个晶片平坦化的有效方法。
图1是示出一种公知的上研浆分配化学机械研磨系统，其包括研磨头2、 薄膜4、晶片6及研磨垫8。晶片6附着于薄膜4，而研磨垫8在研磨过程中 与晶片6接触。研磨垫8附着于平台10，而平台10以固定转速旋转。研浆 分配系统12可分配研浆至研磨垫8的上表面。研磨头2会在研磨垫8的中 心与边缘之间前后移动。由于研磨头2及研磨垫8的移动，研浆会经由研磨 垫8中的沟槽(未示出)分布于晶片6与研磨垫8之间。研浆中的化学药品及 腐蚀物质即可在晶片6上产生作用。
然而，公知的上研浆分配化学机械研磨系统会具有一些缺点。首先，并 非所有的研浆都会分配于晶片6与研磨垫8之间。因此，大部分的研浆将会 被浪费掉。其次，研桨常会从晶片6的边缘流至其下方，因而会使得晶片6 边缘处的研磨多于晶片6中心处的研磨。
图2示出了一种公知的下研浆分配化学机械研磨系统。除了研桨是经由 下分配系统14来被分配之外，下研浆分配化学机械研磨系统类似于上研浆 分配化学机械研磨系统。下分配系统14以类似喷泉的方式穿透研磨垫8及 分配研浆。由于研浆能够直接被分配到晶片6与研磨垫8之间，故下研浆分 配化学机械研磨系统的浪费情形较小。然而，要将使用过的研浆移除却会是
相当困难的。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是要提供一种化学机械研磨系统，其可利用现 存化学机械研磨系统的优点，以克服公知的化学机械研磨系统的缺点。
为了要解决上述问题，本发明基本采用如下所述的特征。也就是说，本 发明的目的是要提供一种化学机械研磨系统，其包括研磨垫；上研浆分配系 统，用以分配研浆的至少第一研浆成分至该研磨垫上，并且具有第一研浆储 存器；以及下研浆分配系统，用以从该研磨垫的底部并经由位于该研磨垫中 的开口分配该研浆的至少第二研浆成分，并且具有第二研浆储存器。
根据上述目的，本发明的化学机械研磨系统还包括清洁系统，该清洁系 统从该研磨垫的底部连接，其中，该清洁系统执行至少下列功能射出清洁 溶液至该研磨垫上；以及从该研磨垫上去除研浆。
根据上述目的，本发明的化学机械研磨系统还包括附加的研浆分配系 统，用以分配研浆至该研磨垫上。
本发明的另一目的是要提供一种化学机械研磨方法，其包括提供研磨 垫；提供平台，以支撑该研磨垫及使该研磨垫旋转；将上研浆分配器设置于 该研磨垫之上，其中，该上研浆分配器分配研浆的至少第一研浆成分至该研 磨垫上；以及将下研浆分配器设置于该研磨垫之下，其中，该下研浆分配器 从该研磨垫的底部并经由位于该研磨垫中的开口分配该研桨的至少第二研 浆成分至该研磨垫上。
根据上述目的，该上研浆分配器和该下研浆分配器同步或异步地分配该 第一研浆成分及该第二研浆成分。
根据上述目的，该第一研衆成分为较便宜的研浆成分，而该第二研浆成 分为较昂贵的研浆成分。
根据上述目的，该第一研浆成分和该第二研浆成分无法被预混。
根据上述目的，该第一研浆成分为该研浆的非关键成分，而该第二研浆 成分为该研浆的关键成分。
根据上述目的，该第一研浆成分为该研浆的非阻塞成分，而该第二研浆 成分为该研桨的阻塞成分。
根据上述目的，该第一研桨成分和该第二研浆成分为相同的研浆成分。 本发明的有益技术效果在于可以实现显著的灵活性以及可以满足对于 不同研磨工艺的定做需求，其不仅能改善研磨质量，而且还可降低成本。由 于研浆中的成分可以被分类成不同的群体，并可从不同的研浆分配系统分配 出去，所以能够在化学机械研磨过程中充分地发挥各种不同成分的作用。同 时，能加快化学机械研磨的速率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施 例并配合附图做详细说明。
图1示出了一种公知的上研浆分配化学机械研磨系统； 图2示出了一种公知的下研浆分配化学机械研磨系统； 图3示出了具有上研浆分配系统和下研桨分配系统的化学机械研磨系
统；
图4示出了附着于化学机械研磨系统的清洁系统，其中下研浆分配系统 与清洁系统共享一共同导管；
图5示出了附着于化学机械研磨系统的清洁系统，其中下研浆分配系统 与清洁系统具有各自的导管；以及
图6示出了附加的研浆分配系统的不同配置结构。
其中，附图标记说明如下
2研磨头 8研磨垫 14下分配系统 26晶片
122上研浆分配器 220下研浆分配系统 226研桨储存器 320清洁系统 422、 522另一研浆分配器
4薄膜 10平台 22研磨头 30研磨垫 124泵
222下研桨分配器 228阀 324泵
6晶片
12研浆分配系统 24薄膜
120上研浆分配系统 126研浆储存器 224泵 230导管 328阀
具体实施例方式
现配合
本发明的优选实施例。
图3为优选实施例的化学机械研磨系统的示意图。研磨头22置于研磨 垫30上。研磨头22具有薄膜24，而晶片26附着于薄膜24之下。化学机械 研磨系统包括两个分配系统，即上研浆分配系统120及下研浆分配系统220。 上研浆分配系统120具有上研浆分配器122、泵124及研浆储存器126。下 研浆分配系统220具有下研浆分配器222、泵224及研浆储存器226。下研 浆分配器222经由一开口穿过研磨垫30，并将研浆向上分配到研磨垫30上。 下研浆分配器222连接于导管230。导管230延伸于研磨垫30之下，并且导 管230连接于研浆储存器226。下研浆分配系统220可优选地具有阀228， 而阀228可用来调节研浆的流动速率及/或开启/关闭研浆流动。
在将上研浆分配系统120与下研浆分配系统220结合在一起的情形下， 可以实现显著的灵活性以及可以满足对于不同研磨工艺的定做需求，此将不 仅能改善研磨质量，而且还可降低成本。对于具有双分配系统的化学机械研 磨系统而言，其优点是在于研浆中的成分可以被分类成不同的群体，并可从 不同的研浆分配系统分配出去。
在第一实施例中，研浆的成分被分类为关键成分及非关键成分。优选地， 非关键成分包含不会对化学机械研磨的结果产生实质影响的成分，而不论非 关键成分是由上研浆分配器122分配还是由下研浆分配器222分配。举例来
说，非关键成分可包括腐蚀剂，例如Si02或Al203等物质。关键成分优选地
可包括对于化学机械研磨工艺很重要的成分，例如用于增进研磨速率、腐蚀 控制及轮廓控制的成分。在示范的实施例中，铜腐蚀抑制剂苯并三氮唑(BTA) 是被分类为一种关键成分，并因而优选地从下研浆分配器222分配。
在第二实施例中，研浆的成分被分类为昂贵成分及非昂贵成分。优选地, 非昂贵成分(例如腐蚀性物质及11202)从上研浆分配器122分配出，而昂贵成 分(例如BTA)从下研浆分配器222分配出。从下研浆分配器222分配出的研 浆成分在与晶片26接触前是不可能被擦离研磨垫30，因而不会被浪费。在 另一方面，从上研浆分配器122分配出的研浆成分则可能被浪费。
有一些研浆成分无法被预混。举例来说，如果腐蚀剂与添加剂被预混， 则在经过一段时间后，沉积物即会产生于研浆中。在本发明的第三实施例中，
这些形式的研浆(无法预混的)优选地以各自的成分被分配，然后被混合于研
磨垫30上。由于无法预混的研浆会随时间变差，故在无法预混的研浆混合 后，其可优选地在晶片上作用一短暂的时间。然而，如果无法预混的研浆是 由同一个分配器所分配，则在其与晶片26接触前即已过了较长的时间。如 果研浆成分是由不同的分配器所分配，则不同的研浆成分仍会维持未混合的 状态，直到研磨头22擦过不同的研浆成分并将其混合。在研浆成分何时被 混合和研浆成分何时与晶片接触之间的时间期间会因此大幅縮短。
在第四实施例中，相同的研浆由上研浆分配器122及下研浆分配器222 分配，并且由上研桨分配器122及下研浆分配器222分配的研浆量可以是相 同或不同的。由下研浆分配器222分配的研浆尽可能地作用于晶片26的中 心上，并因而易于在晶片26的中心产生较好的研磨率。由上研浆分配器122 分配的研浆则尽可能地作用于晶片26的边缘上，并因而易于在晶片26的边 缘产生较好的研磨率。通过预先确定被研磨晶片的轮廓，由上研桨分配器122 及下研浆分配器222分配的研浆量可被调整，以获得较均匀的晶片表面。
化学机械研磨工艺对于金属(例如铜)及非金属(例如氧化物、氮化物及多 孔低k值介电材料)的作用具有取决于不同机构的倾向。金属的化学机械研磨 比较依赖化学效应(例如氧化作用)，而非金属的化学机械研磨比较依赖机械 效应(例如磨耗作用)。如上所述，在第五实施例中，比起具有机械效应的研 浆成分，具有化学效应的研浆成分优选地由不同的分配器分配。在示范的实 施例中，如果H202(使铜氧化并因而软化铜)是由下研浆分配器222分配，则 可获得较快的化学机械研磨速率。而且，不同数量的H202可从下研浆分配 器222及上研桨分配器122分配，以进一步调整晶片的轮廓。
去离子水可以从上研浆分配器122或/及下研浆分配器222分配。优选地， 在先前所述的实施例中，去离子水的分配不会以先前所述的标准来分类。本 领域的技术人员自然可了解去离子水的最佳分配位置。
在第六实施例中，研浆或研浆成分被分类为阻塞成分(其易于阻塞研磨垫 30的沟槽)以及非阻塞成分(其相对易于从研磨垫30上清除)。非阻塞成分的 例子包括，稀释研浆及溶液，但不限于此。阻塞成分的例子包括腐蚀物质， 但不限于此。优选地，阻塞成分由上研浆分配器122分配，而非阻塞成分由 下研浆分配器222分配。因此，研磨垫30不易发生阻塞。
在先前所述的实施例中，上研浆分配器122及下研浆分配器222的分配 可以使用同步或异步模式来进行。在同步模式中，研浆成分同时由上研浆分 配器122及下研浆分配器222分配。在异步模式中，研浆成分在不同的时间 由上研浆分配器122及下研浆分配器222分配。由于存在一个以上分配器， 所采用的模式会影响化学机械研磨工艺的结果。举例来说，为了研磨铜，过 氧化氢(H202)用于氧化，并因而软化铜表面。然后，氧化铜可被腐蚀剂去除。 在另一方面，铜腐蚀抑制剂苯并三氮唑(BTA)会降低化学机械研磨的速率。 因此，在示范的实施例中，BTA由下研桨分配器222分配，而11202由上研 浆分配器122分配。为了使化学机械研磨工艺稳定，BTA及H202可以异步 地分配，其中，在11202由上研浆分配器122分配而降低化学机械研磨的速 率之前，BTA由下研浆分配器222分配并在晶片26上作用一段时间。相反 地，BTA可以由上研浆分配器122分配，而11202可以由下研浆分配器222 分配，以加快化学机械研磨的速率。在此情形下，在BTA与H202分配之间 的时间会决定化学机械研磨的速率。
分配系统需要定期保养，亦即通常指的预防保养。在只具有一个研浆分 配系统的公知化学机械研磨系统中，当研浆分配系统接受预防保养时，整个 化学机械研磨系统必须停止运行。然而，在具有两个或更多个研浆分配系统 的化学机械研磨系统中，当一个研浆分配系统接受预防保养时，其它的研桨 分配系统仍能支持化学机械研磨系统的运行。因此，化学机械研磨系统的利 用率会被提高。
图4示出了具有清洁系统320的化学机械研磨系统。在实施例中，清洁 系统320包括有阀328及泵324，该清洁系统320从该研磨垫的底部连接， 阀328及泵324连接于下研浆分配器222。当下研桨分配系统220运行时， 阀228会开启且阀328会关闭。当清洁系统320运行时，阀328会开启且阀 228会关闭。清洁系统320可执行两种功能。第一，清洁系统320可分配清 洁溶液至研磨垫30上。在具有阀:228和阀328的情形下，研桨储存器226 可不必清空来分配清洁溶液。第二，清洁系统320也可将使用过的研桨从研 磨垫30上去除。在选择性的实施例中，下研浆分配系统220可具有来自于 清洁系统320的一单个导管，以及其相应构造显示于图5中。
前述的优选实施例只以两个研桨分配器来示出，然而，更多个研浆分配
系统可以被加入，以满足化学机械研磨工艺的定做需求。附加研浆分配系统
的示范实施例在图6中示出。在实施例中，另一研浆分配器422置于研磨垫 30之上，并且该研浆分配器422及上研桨分配器122分别将研浆分配至研磨 垫30上的不同位置处。举例来说，该研浆分配器422与上研浆分配器122 分别设置于研磨垫30的相对侧边上。在其它实施例中，另一研浆分配器522 相邻于下研浆分配器222，但该研浆分配器522与下研浆分配器222所分配 的研浆(非预混)是不相同的。每个研浆分配器422及522可连接于如同上研 浆分配器122或下研浆分配器222所连接的一相同的研浆储存器，因而可如 同上研浆分配器122或下研桨分配器222那样分配相同的研浆。可选择地， 每个研浆分配器422及522可连接于各自的研浆储存器，并因而可分配不同 于上研浆分配器122及下研浆分配器222所分配的不同研浆。
虽然本发明己以优选实施例揭示于上，然而其并非用以限定本发明，在 不脱离本发明的构思和范围内，本领域的技术人员可作各种改动与变型，因 此本发明的保护范围以所附的权利要求书所限定的范围为准。
权利要求
1.一种化学机械研磨系统，包括研磨垫；上研浆分配系统，用以分配研浆的至少第一研浆成分至该研磨垫上，并且具有第一研浆储存器；以及下研浆分配系统，用以从该研磨垫的底部并经由位于该研磨垫中的开口分配该研浆的至少第二研浆成分，并且具有第二研浆储存器。
2. 如权利要求1所述的化学机械研磨系统，其特征在于，该化学机械研 磨系统还包括清洁系统，该清洁系统从该研磨垫的底部连接，其中，该清洁 系统执行至少下列功能射出清洁溶液至该研磨垫上；以及 从该研磨垫上去除研浆。
3. 如权利要求1所述的化学机械研磨系统，其特征在于，该化学机械研 磨系统还包括附加的研浆分配系统，用以分配研浆至该研磨垫上。
4. 一种化学机械研磨方法，包括 提供研磨垫；提供平台，以支撑该研磨垫及使该研磨垫旋转；将上研浆分配器设置于该研磨垫之上，其中，该上研浆分配器分配研浆 的至少第一研浆成分至该研磨垫上；以及将下研浆分配器设置于该研磨垫之下，其中，该下研浆分配器从该研磨 垫的底部并经由位于该研磨垫中的开口分配该研浆的至少第二研浆成分至 该研磨垫上。
5. 如权利要求4所述的化学机械研磨方法，其特征在于，该上研浆分配 器及该下研浆分配器同步或异步地分配该第一研浆成分及该第二研浆成分。
6. 如权利要求4所述的化学机械研磨方法，其特征在于，该第一研浆成 分为较便宜的研桨成分，而该第二研浆成分为较昂贵的研浆成分。
7. 如权利要求4所述的化学机械研磨方法，其特征在于，该第一研浆成 分和该第二研浆成分无法被预混。
8. 如权利要求4所述的化学机械研磨方法，其特征在于，该第一研浆成 分为该研浆的非关键成分，而该第二研浆成分为该研浆的关键成分。
9. 如权利要求4所述的化学机械研磨方法，其特征在于，该第一研浆成 分为该研浆的非阻塞成分，而该第二研浆成分为该研浆的阻塞成分。
10. 如权利要求4所述的化学机械研磨方法，其特征在于，该第一研浆成 分和该第二研浆成分为相同的研浆成分。
全文摘要
一种化学机械研磨系统及化学机械研磨方法，其中该化学机械研磨系统包括研磨垫、上研浆分配系统及下研浆分配系统。上研浆分配系统用以分配研浆的至少一第一研浆成分至该研磨垫上，并且具有第一研浆储存器。下研浆分配系统用以从该研磨垫的底部及经由位于该研磨垫中的开口分配该研浆的至少一第二研浆成分，并且具有第二研浆储存器。本发明可以实现显著的灵活性以及可以满足对于不同研磨工艺的定做需求，其不仅能改善研磨质量，而且还可降低成本。
文档编号B24B1/00GK101112751SQ20071000396
公开日2008年1月30日 申请日期2007年1月19日 优先权日2006年7月26日
发明者余振华, 黄见翎 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司