化学机械抛光设备及方法
【专利说明】化学机械抛光设备及方法
[0001]相关申请案
[0002]本申请案主张公元2013年I月11日申请、名称为“化学机械抛光设备及方法(CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS AND METHODS) ” 的美国临时专利申请案第61/751，688号的优先权，该临时专利申请案全文内容为所有目的以引用方式并入本文中。
[0003]领域
[0004]本发明大体关于半导体装置制造，且更特别关于适于抛光基板表面的方法和设备。
[0005]背景
[0006]在半导体基板制造中，化学机械抛光(CMP)工艺可用于移除各种层，例如硅、氧化物、铜等。抛光(例如平坦化)可藉由使支架(例如抛光头或载具)托住的旋转基板压抵着旋转抛光垫，同时施加浆料至基板(例如图案化晶圆)前而达成。浆料通常由氧化剂、金属氧化物磨粒、蚀刻剂、错合剂和腐蚀抑制剂的混合物组成。故在抛光期间，浆料与抛光工艺将进行由氧化剂氧化及由磨粒与蚀刻剂移除材料的连续工艺。在此抛光工艺期间，期望能精确控制自基板移除的材料量。然因现有工艺的限制，达到均匀度很难，特别是移除少量层厚度时。
[0007]因此，期望改良抛光设备、系统和方法。
[0008]概要
[0009]在第一方面中，提供基板抛光设备。基板抛光设备包括抛光平台，抛光平台具有两个或更多个区域，每一区域适于含有不同的浆料组分。
[0010]在另一方面中，提供基板抛光系统。基板抛光系统包括适于托住基板的基板支架、和抛光平台，抛光平台具有可移动抛光垫，可移动抛光垫具有两个或更多个区域，每一区域可操作以接收不同的浆料组分。
[0011]在又一方面中，提供处理基板的方法。方法包括提供基板于基板支架、提供具可移动抛光垫的抛光平台，及分配不同的浆料组分至抛光垫上的两个或更多个区域。
[0012]在再一方面中，提供基板抛光系统。基板抛光系统包括适于托住基板的基板支架、具抛光垫的抛光平台，抛光垫可相对基板移动、和分配系统，分配系统适于按时序分配至少两种不同的浆料组分，浆料组分选自由氧化浆料组分、材料移除浆料组分和腐蚀抑制浆料组分所组成的群组。
[0013]在另一方面中，提供处理基板的方法。方法包括提供基板于基板支架、提供具可移动抛光垫的抛光平台，及按时序在抛光垫与基板之间分配两种或更多种浆料组分，各浆料组分具有不同的化学成分。
[0014]本发明的其它特征和方面在参阅以下详细的示例性实施例说明、后附权利要求和附图后，将变得更清楚易懂。
[0015]附图简述
[0016]图1A图标根据实施例，直线型基板抛光设备的示意上视图。
[0017]图1B图示根据实施例，沿着图1A剖面线1B-1B截切的直线型基板抛光设备的示意截面侧视图。
[0018]图1C图示根据实施例，沿着图1A剖面线1C-1C截切的直线型基板抛光设备的示意截面侧视图。
[0019]图2A图示根据实施例，旋转式基板抛光设备的示意上视图。
[0020]图2B图示根据实施例，旋转式基板抛光设备的示意侧视图。
[0021]图3A图示根据实施例，浆料分配器的上视图。
[0022]图3B图示根据实施例，浆料分配器的侧视图。
[0023]图3C图示根据实施例，浆料分配器的第一端视图。
[0024]图3D图示根据实施例，浆料分配器的第二端视图。
[0025]图3E至图3G图示根据实施例，浆料分配器的不同截面图。
[0026]图4图示根据实施例，抛光基板的方法流程图。
[0027]图5图示根据实施例，抛光基板的方法流程图。
[0028]图6图示根据实施例，抛光基板的方法的阶段(例如脉冲)图。
[0029]图7图示根据实施例，另一抛光基板的方法的阶段(例如脉冲)图。
[0030]详细描述
[0031]本文所述实施例关于在半导体装置制造中，用于且适于抛光基板表面的设备、系统和方法。
[0032]先前系统采用混合浆料组分的浆料。浆料组分适于达成各种基板处理，例如由氧化剂氧化基板表面和由磨粒与蚀刻剂移除材料的工艺。在适于移除小于约250埃的典型少量移除工艺中，晶圆各处移除方差可能高达移除膜厚的50%至100%。利用先进技术，将应用及可抛光越来越薄的薄膜。例如，用于形成前端结构(例如镶嵌金属栅极等)的薄膜非常薄。当该等薄膜提供于装置结构中时，期望以相当高的均匀度及控制移除该等薄膜。故随着薄膜变得越来越薄，CMP将移除较少的材料，因而期望移除工艺更精确。在原子层沉积(ALD)的极端情况下，膜厚度是按原子层测量(例如埃)，是以材料移除精确度亦期望为原子层等级。
[0033]因此，需要能以非常高的均匀度来移除薄膜的抛光设备和方法。另外，期望该方法可精确控制移除工艺，即相对移除量。在一方面中，本发明的实施例物理地分离浆料组分。此可用于更精确地控制材料移除量。藉由物理地(例如空间上)分离浆料组分，可提供在两种或更多种浆料组分(例如达成氧化、材料移除和腐蚀抑制)之间具有明显间断(例如形成具不同化学成分的浆料组分物理区域)的抛光工艺。
[0034]例如，在一个或更多个实施例中，抛光平台(例如包含垫支撑件和垫)可分隔成具有两个或更多个区域，其中每一区域适于含有不同的浆料组分。各浆料组分可具有不同的化学成分。抛光期间，基板可线扫(rastered)移动(例如平移)越过这些区域，其中各邻接区域包括不同的浆料组分。依序进行一次循环越过这些区域例如可用于有效移除一个原子层。藉由管理循环次数，可精确控制总体材料移除。移除可控制在原子层级。
[0035]在一个或更多个实施例中，抛光表面分隔(例如分割)成多个区域，其中每一区域含有个别浆料组分，以进行氧化、材料移除或腐蚀抑制工艺之一。藉由线扫(例如扫描)越过该等分隔区域，可在合理的总体抛光时间内达到高循环计数。例如，在含有氧化浆料组分的氧化区域中，氧化剂用于氧化基板的表层。因只有表层接触氧化剂，故此氧化工艺具自限性。在含有如移除与蚀刻浆料组分的材料移除区域中，磨料和蚀刻剂侵蚀先前氧化的表层。材料移除区域可邻接氧化区域。因只移除氧化层，故此材料移除工艺亦具自限性。含有腐蚀抑制浆料组分(例如包括腐蚀抑制剂)的腐蚀抑制区域会在先前研磨的表层作用，以限制腐蚀。腐蚀抑制区域可设置为邻接氧化区域。
[0036]在另一方面中，并非物理分离，而是时间上分开施加浆料组分。故在一方面中，本发明的实施例揭示抛光工艺(例如薄膜移除工艺)，该工艺采用多步骤反应，以均匀移除薄膜。特别地，本发明的实施例分开且按时序引入浆料组分，以时间上分离浆料组分。此可用于更精确地控制材料移除量。此多步骤抛光工艺可应用到CMP涉及竞争反应的任何应用。
[0037]故在此方面中，抛光工艺将在注入各种用于达成氧化、材料移除及/或腐蚀抑制工艺的浆料组分之间具有明显间断(例如时间上分离)。在一个或更多个实施例中，可先时间上引入氧化浆料组分，然后引入材料移除浆料组分(例如含有磨料及/或蚀刻剂)。在一些实施例中，接着可依序引入腐蚀抑制浆料组分。在一些实施例中，随后可引入冲洗液(例如去离子(DI)水)。在其它实施例中，可在各种浆料引入阶段之间引入冲洗液。在抛光工艺期间，可在基板与抛光垫之间注入该等浆料组分，此将进一步说明于后。
[0038]本发明实施例的上述和其它方面将参照图1A至图7加以描述如下。
[0039]图1A至图1C图不基板抛光设备100和设备部件的各种视图。从以下说明可知，基板抛光设备100适于托住及抛光基板101。基板抛光设备100包括抛光平台102，平台102具有两个或更多个物理区域，例如第一区域104、第二区域106和第三区域108。两个或更多个区域(例如104、106、108)适于含有具不同化学性质(化学成分)的不同浆料组