专利名称：用于cmp垫调节的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造，具体而言，涉及半导体制造中的衬底抛光和平坦化工艺期间所用的抛光垫的调节。
背景技术：
在半导体制造期间，可以对衬底进行抛光或者平坦化以从衬底去除层或者其部分。一种这样的工艺被称为化学机械抛光(CMP)。在典型的CMP工艺中，衬底由一种装置承载，该装置将衬底压在抛光垫(例如，转动垫)上。通常该抛光垫在抛光浆液、水、或其他流体的存在下抛光衬底。在抛光期间，抛光垫的性质可能改变，例如改变抛光速率或者质量 (例如，均匀性)。因此，实施垫调节以通过重新调节抛光期间与衬底相接触的抛光垫的表面来恢复抛光垫。期望改进这种垫调节。发明内容
为了解决现有技术中的所存在的缺陷，根据本发明的一个方面，提供了一种方法， 包括提供用于调节化学机械抛光(CMP)装置的抛光垫的调节盘，其中所述调节盘具有第一部分和第二部分；提供连接至所述调节盘的修整器头，其中所述修整器头包括第一器件和第二器件；使用所述修整器头的所述第一器件向所述调节盘的所述第一部分施加第一作用力；使用所述修整器头的所述第二器件向所述调节盘的所述第二部分施加第二作用力， 同时施加所述第一作用力，所述第二作用力与所述第一作用力不同。
在该方法中，施加所述第一作用力包括提供第一负荷，以及施加所述第二作用力包括提供与所述第一负荷不同的第二负荷。
在该方法中，施加所述第一作用力包括提供第一角速度，以及施加所述第二作用力包括提供第二角速度，其中所述第一角速度和所述第二角速度不同。
在该方法中，所述第一角速度和所述第二角速度具有相同的方向。
该方法进一步包括提供设置在所述调节盘下方的抛光垫；以及使用所述调节盘的所述第一部分向所述抛光垫施加第三作用力，同时使用所述调节盘的所述第二部分向所述抛光垫施加第四作用力。
该方法进一步包括基于所述抛光垫的使用年龄确定所述第一作用力和所述第二作用力。
该方法进一步包括在向所述抛光垫施加所述第三作用力和所述第四作用力后， 使用所述抛光垫实施半导体晶圆的化学机械抛光。
在该方法中，所述调节盘的所述第一部分的至少一个线速度与所述调节盘的所述第二部分的至少一个线速度基本上相似。
在该方法中，所述调节盘的所述第一部分和所述第二部分同心。
根据本发明的另一方面，提供了一种化学机械抛光(CMP)装置，包括压盘和抛光垫，所述抛光垫被设置在所述压盘上方；修整器臂；和修整器头，连接至所述修整器臂；以及调节盘，用于调节连接至所述修整器臂的所述抛光垫，其中，所述调节盘包括第一子系统盘和同心的第二子系统盘，所述第一子系统盘连接至所述修整器头的第一部分，以及所述第二子系统盘连接至所述修整器头的第二部分。
在该CMP装置中，所述第一子系统盘和所述第二子系统盘提供用于施加给所述抛光垫的基本上连续的共平面的表面。
该CMP装置进一步包括第三子系统盘，所述第三子系统盘连接至所述修整器头的第三部分。
在该CMP装置中，所述修整器头的所述第一部分和所述第二部分可操作地对相应的所述第一子系统盘和所述第二子系统盘施加不同的作用力。
在该CMP装置中，所述施加的作用力包括角速度和外加负荷中的至少一个。
该CMP装置进一步包括控制器，所述控制器连接至所述修整器头，其中所述控制器可操作地向所述修整器头的所述第一部分和所述第二部分中的每一部分提供不同的工艺参数。
根据本发明的又一方面，提供了一种调节CMP垫的方法，包括提供抛光垫；提供调节盘；以及使用所述调节盘调节所述抛光垫，其中，所述调节包括以第一角速度转动所述盘的第一部分，并且同时以第二角速度转动所述盘的第二部分。
在该方法中，所述调节包括对所述盘的所述第一部分施加第一作用力，并且同时对所述盘的所述第二部分施加第二作用力。
在该方法中，所述第一作用力大于所述第二作用力，以及所述盘的所述第二部分围绕所述盘的所述第一部分。
该方法进一步包括使用所述调节盘继续调节所述抛光垫，其中，所述继续调节包括以第三角速度转动所述盘的所述第一部分，并且同时以所述第四角速度转动所述盘的所述第二部分。
在该方法中，所述第一角速度大于所述第二角速度，并且所述盘的所述第二部分围绕所述盘的所述第一部分。
当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本发明的各方面。 应该强调的是，根据工业中的标准实践，对各种部件没有按比例绘制。实际上，为了清楚讨论起见，各种部件的尺寸可以被任意增大或减小
图I是化学机械抛光(CMP)工具的任意实施例的俯视图。
图2a是包括常规调节盘的调节装置的实施例的俯视图。图2b是常规调节盘的运动的表示法。图2c是图2a的实施例的剖面图。
图3a是根据本发明的一个或者多个方面的调节装置的实施例的俯视图。图3b是图3a的实施例的剖面图。
图4是图3的调节盘的运动的表示法。
图5是根据本发明的一个或者多个方面的调节盘和抛光垫的实施例的剖面图。
图6是示出外加压力的根据本发明的一个或者多个方面的调节装置(例如，修整器头(dresser head))的一部分的实施例的剖面图。
图7a和图7b是根据本发明的一个或者多个方面的调节盘的实施例的俯视图和剖面图。
图8是示出根据本发明的一个或者多个方面的方法的实施例的流程图。
具体实施方式
应当了解为了实施本发明的不同部件，以下公开内容提供了许多不同的实施例或实例。在下面描述元件和布置的特定实例以简化本发明。当然这些仅仅是实例并不打算限定。再者，在下面的描述中第一部件在第二部件上或者上方的形成可以包括其中第一部件和第二部件以直接接触形成的实施例，并且也可以包括其中可以形成介入第一部件和第二部件中的额外的部件，使得第一部件和第二部件可能不直接接触的实施例。为了简明和清楚，可以任意地以不同的比例绘制各种部件。注意到本文中所用的术语“盘”是用于调节和 /或再生抛光垫的调节盘。组成盘的部分(例如，部件)可以被称为子系统盘。如下面进一步详细描述的，子系统盘(或者调节盘的部分)可以是分立的元件，这些分立的元件连接在一起形成单个调节圆盘。
图1中示出了 CMP装置(工具)100的实施例。CMP工具100包括调节器件102。 调节器件102包括修整器臂104，该修整器臂可操作地移动调节盘106。调节器件102还包括修整器头122，其可操作地为调节盘106提供转动和/或外加负荷。在美国专利第 6，200, 199号(Gurusamy等人)中描述了示例性修整器头，其全文内容结合于此作为参考。 CMP工具100包括转动压盘108，该转动压盘108具有设置在其上的抛光垫110。
晶圆臂112可操作地将半导体晶圆114保持在臂112上。在晶圆114置于转动压盘108上方(面向下)，并提供晶圆114针对垫110的向下力，从而实施抛光工艺。CMP工具100进一步包括处理系统116，该处理系统116包括阶段性区域118，用于在抛光工艺之前和之后定位晶圆114 ;以及器件120，用于从晶圆盒向工具转移晶圆114。CMP工具100包括各种控制系统，包括终点检测监控器、压盘温度控制器、浆液传送和控制系统、和/或本领域中常用的其他系统。
现在参考图2a、图2b和图2c，示出了调节器件200的一部分。调节装置200包括修整器臂(或机械手)202和修整器头204。调节器件200可以与上面参考图1所述的CMP 工具100的调节器件102基本上相似。调节器件200的修整器臂202和修整器头204持有常规盘208。 常规盘208可以是集成盘、单盘、圆盘。盘208通过绕着轴以单角速度ω I转动来运行，该单角速度可以通过修整器头204施加于盘208。使用恒力(例如，通过修整器头204在盘208之间施加均匀负荷)，向抛光垫206施加盘208。
此外，常规盘208以单角速度ω I转动。(垫206也以单角速度ωρ转动。)以单角速度ω I运行实现了沿着常规盘208的半径rO的各点具有不同的速度Via、Vlb、Vic、 Vld(图2b)。切向速度随着接近圆盘的边缘而增加，例如，Vld大于Vlc等。常规盘208的缺点可能在于盘的线形速度的变化能够影响盘的“切削速率”。而且，垫206可能不是均匀的，并可能受益于可控的调节，这不用于解释包括常规盘208的装置200。
现在参考图3a、图3b、和图4，示出了调节装置300。可以在CMP装置100中包括调节装置300。在实施例中，调节装置300用于代替上面参考图1所述的调节器件102，和/ 或用于与该调节器件102相结合。调节装置包括修整器臂(或机械手)302，修整器臂302随着轨线304穿过抛光垫306。调节装置300还包括修整器头314。修整器臂302提供持有盘308的修整器头314。盘308用于重新调节并再生抛光垫306。示例性抛光垫306是基于聚氨酯的CMP垫。盘308可以调节抛光垫306以提供平坦面，从垫去除釉(glazing)， 恢复粗糙度(asperities),和/或其他合适的调节。盘308可以是金刚石CMP调节器。如下面所述的，修整器头314可操作地对盘308施加负荷和/或转速。
盘308包括多个子系统盘(或盘308的一部分)，不出为310和312。尽管不出的盘308具有两个子系统盘(或部分)，但任何数量的子系统盘都是可能的，并都在本发明的范围内。例如，参见图7a和图7b的讨论。子系统盘310和312连接在一起形成盘308 的一部分(或区)。子系统盘310和312包括基本上共平面的表面(即，其与抛光垫306形成界面)。子系统盘310和312是同心的，因为它们共享相同的转动中心轴。虽然子系统盘 310和312 —起作用形成盘308，该盘308通过修整器臂302根据运动304穿过垫306进行清扫，但是子系统盘310和312可操作地独立起作用，因为它们可以以不同的速度转动，并施加不同的压力(或者具有通过修整器头314施加给它们的不同负荷或者转速)，如下面进一步所讨论的。
子系统盘310包括半径rl。子系统盘312包括宽度r2。半径rl和宽度r2的和可以基本上实现盘308的总半径。换句话说，在子系统盘之间基本上没有间隙。在实施例中，盘308的总半径基本上等于常规盘208的半径r0。子系统盘310和子系统盘312是同心的，因为它们绕着相同的中心轴(点A)转动。
就角速度和/或外加负荷而言,子系统盘310和312每一个都是可独立控制的。外加负荷是指在任何给定点对盘施加(例如，通过修整器头)的力。因此，外加负荷是指通过子系统盘向垫306施加的压力。子系统盘310和312可以通过信息处理系统(例如，计算机)是可控的，该信息处理系统包括在CMP工具中或者与该CMP工具相关联，例如，上面参考图1所述的CMP工具100。例如，信息处理系统可以可操作地连接至修整器头和/或调节装置的其他部分。提供给子系统盘310和/或312的负荷和/或速率可以通过修整器头 314提供。修整器头314的部分可以基本上与上面参考图1所述的相似。另外，不管怎样修整器头314是多区修整器头，可操作地向每一个子系统盘提供不同的力、扭矩、转动、外加负荷等。
如图4中所示出的,在实施例中，第一子系统盘310以角速度ω2运行，以及第二子系统盘312以角速度ω3运行。角速度ω2可以不同于角速度ω3。在实施例中，可以控制角速度ω 2和角速度ω 3 ，从而在盘308的给定点提供期望的线速度(例如,切向速度) (按照角速度ω *半径r =线速度V计算)。
例如，如图4中所示出的，可以以更相似于或者甚至基本上相似于由子系统盘310 提供的线速度(例如，V2a、V2b、V2c)的速率提供子系统盘312的线速度V3a、V3b、V3c。在实施例中，这可以通过适当地选择角速度ω2和/或角速度ω 3来实施，从而使得角速度ω 乘以沿着盘308的给定半径提供基本上相似的速度V。在实施例中，角速度ω2大于角速度ω3。因此，盘308可可操作地向抛光垫306提供更均匀的环境。这与常规盘208的单角速度ω I形成对比，盘308提供了不同的线速度。盘的线速度的这种变化可以影响盘的 “切削速率”。在其他实施例中，可以对角速度《2和角速度ω3进行编程从而达到不同的线速度。对角速度ω 2和角速度ω3的控制可以实现对垫306的修整速率和修整均匀性的改进控制。因此，反过来允许垫306在抛光半导体晶圆期间具有改进的性能(例如，改善均勻性，减少划痕，提闻塾使用寿命，降低成本等)。
对于给定的垫类型、垫使用年龄、垫均匀性、和/或其它变量可以设定对角速度 ω2和角速度ω3的控制。在实施例中,在调节工艺期间,可以更改角速度ω2和/或角速度ω3(例如当对垫进行调节时，角速度ω可以改变)。
现在参考图5，示出了修整盘502。修整盘502可以与上面参考图3和图4所述的修整盘308基本上相似。盘502包括子系统盘504和子系统盘506 ;然而，任意多个子系统盘都是可能的。子系统盘504和506可以与上面参考图3和图4所述的子系统盘310和 312基本上相似。例如，子系统盘504和506可以是基本上共平面的并且是同心的。如上面参考盘308所述的，子系统盘504和506可操作地以不同角速度转动。在其他实施例中，子系统盘504和506以相同的角速度运行。
子系统盘504和506中的每一个可可操作地对垫306提供不同的外加压力(例如，力)。如通过参考子系统盘504的外加力(压力)P1和对于子系统盘506的外加力(压力)P2所示出的，可以通过在子系统盘504和506中的每一个上提供不同的外加负荷，来实现由子系统盘504和506所施加的不同压力。参考子系统盘504的外加力P1和对于子系统盘506的外加力P2可以通过连接至盘502的修整器头或其部分来施加。在下面将参考图6 描述实施例。因此，在实施例中，位于子系统盘504下面的垫306的区域受到与位于子系统盘506下面的垫306的区域不同的压力。在实施例中，外加负荷P1大于外加负荷Ρ2。
对于给定的垫类型、垫使用年龄、垫均匀性、和/或其他变量，可以设定对外加负荷P1和外加负荷P2的控制。在实施例中，在调节工艺期间外加负荷P1和外加负荷P2可以进行更改(例如，当对垫进行调节时，外加负荷P1和外加负荷P2可以发生改变)。可以确定外加负荷P1和P2，从而为垫306提供更均匀的环境(例如，恒压力)。可选地，外加负荷P1 和己可以实现例如不同的环境(不同的压力)，从而负责垫306的不一致性(例如，磨损)。
可以一起或者彼此单独地设定和/或更改外加负荷和角速度。在实施例中， 盘的子系统提供相同的角速度，并具有不同的外加负荷。在另一个实施例中，盘的子系统具有相同的外加负荷并具有不同的角速度。在又一个实施例中，盘的子系统具有不同的外加负荷和不同的角速度。修整器头(例如多区修整器头)可以提供不同的外加负荷和/或不同的角速度。
现在参考图6，示出了可操作地对盘602提供角速度和/或外加负荷的调节器件 600的一部分的实施例。包括子系统盘604和606的盘602可以与上面分别参考图3、图4 和图5所述的盘308或盘502基本上相似。调节器件600可以是修整器头(或调节头)或其部分。调节器件600可以与上面参考图3a和3b所讨论的修整器头314基本上相似。器件600的内部子系统控制器件608为内部子系统盘604提供给定的角速度ω 2和外加负荷 Piq器件600的外部子系统控制器件610为外部子系统盘606提供给定的角速度ω 3和外加负荷Ρ2。此外，尽管示出了两个子系统，但是可以提供任意多个子系统盘或区。子系统控制器件610和/或608可以可操作地连接至CMP工具的控制系统，该控制系统允许使用者在每个子系统中独立地改变角速度和外加压力。在实施例中，子系统控制器件610和/或 608可以是具有各自的子系统盘的完整部件。
调节器件600可以包括在上面参考图1所述的CMP工具100中。例如，调节器件可以连接至修整器臂104，并包括在上面还参考图I所述的调节器件102中。而且，调节器件600 (例如，修整器头或其部分)可以与上面参考图3、图4、和图5所述的盘308和/或 502结合使用。调节器件600的修整器头在本文中可以被称为多区修整器头。如上面参考图I所讨论的，多区修整器头可以进一步包括已知用于修整器头的元件。
现在参考图7a和7b，示出了盘700，盘700包括多个子系统盘702、704、706、和 708。与上面的实施例所讨论的基本上相似，可以单独控制多个子系统盘702、704、706、和 708中的每一个以提供不同的角速度和/或外加压力。因此，盘700包括可以向垫提供的4 个可单独控制的(例如，通过角速度和/或压力)区。提供图7a和图7b的说明以重申尽管上面的实施例被描述成包括具有两个子系统盘或部分的盘，但本发明不限于此。
现在参考图8，示出了调节用于化学机械抛光(CMP)工艺的垫的方法800。方法800 开始于框802，在框802中提供调节器件。该调节器件可以包括在CMP装置或工具中。在实施例中，调节器件与上面参考图3所述的器件300基本上相似。调节器件包括调节盘或修整盘。盘可操作地提供第一部分，该第一部分以第一角速度转动，和/或被施加有第一压力；并进一步包括第二部分，该第二部分以第二角速度转动，和/或被施加有第二压力。第一角速度和第二角速度可以不同。第一压力和第二压力可以不同。在一些实施例中，该盘的其他部分提供其他的角速度和/或压力。
在方法800的框802中提供的盘，该盘可以与上面参考图3和图4所述的盘308、 与上面参考图5所述的盘502、与上面参考图6所述的盘602、和/或与上面参考图7a和图 7b所述的盘700基本上相似。可以将该盘置于修整器臂的末端。
然后方法800继续到框804，在框804中提供抛光垫。抛光垫与上面所述的垫306 基本上相似。可以将抛光垫置于CMP工具的压盘上方。
然后方法800继续到框806，在框806中，使用框802所提供的盘调节框804所提供的垫。在实施例中，盘同时以至少两个不同的角速度运行。在又一个实施例中，这允许通过盘向垫施加相对一致的切向速度。因此，垫可以经历更为均匀的切削或修整。在实施例中，在调节工艺期间盘可以同时分别向盘的第一部分和第二部分提供两种不同的外加负荷。因此，在又一个实施例中，盘可以同时向垫施加至少两种不同的压力。
总之，本文所公开的方法和器件实现了可控的调节工艺和盘。该盘包括多个子系统盘，该多个子系统盘可以一起作用以形成调节盘。在实施例中，子系统盘是同心的。每个子系统盘实现了应用不同的外加负荷和/或不同的角速度。因此，本发明的实施例相对于单一调节角速度和压力是有利的。
如上所述，在实施例中，提供了化学机械抛光(CMP)。CMP装置包括用于调节CMP 装置的抛光垫的调节盘。该调节盘具有可操作地以第一角速度转动的第一部分和可操作地以第二角速度转动的第二部分。第一角速度和第二角速度不同。在实施例中，CMP装置进一步包括修整器头，该修整器头包括第一器件，该第一器件用于向调节盘的第一部分施加第一负荷；和第二器件，该第二器件用于向调节盘的第二部分施加第二负荷。第一负荷和第二负荷可以不同。
在另一个实施例中，描述了一种化学机械抛光(CMP)装置，该装置包括压盘；和设置在压盘上的抛光垫；修整器臂；以及用于调节连接至修整器臂的抛光垫的调节盘。该调节盘包括第一子系统盘和第二子系统盘。第一子系统盘和第二子系统盘在角速度和外加负荷中至少一个不同。在实施例中，第二子系统盘围绕第一子系统盘(例如，第一子系统盘和第二子系统盘共享相同的转动中心轴)。
还描述了调节CMP垫的方法的实施例。该方法包括提供抛光垫；提供调节盘；以及使用调节盘调节抛光垫。调节包括以第一角速度转动盘的第一部分，并且同时以第二角速度转动盘的 第二部分。
权利要求
1.一种方法，包括 提供用于调节化学机械抛光(CMP)装置的抛光垫的调节盘，其中所述调节盘具有第一部分和第二部分； 提供连接至所述调节盘的修整器头，其中所述修整器头包括第一器件和第二器件； 使用所述修整器头的所述第一器件向所述调节盘的所述第一部分施加第一作用力； 使用所述修整器头的所述第二器件向所述调节盘的所述第二部分施加第二作用力，同时施加所述第一作用力，所述第二作用力与所述第一作用力不同。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，施加所述第一作用力包括提供第一负荷，以及施加所述第二作用力包括提供与所述第一负荷不同的第二负荷。
3.根据权利要求I所述的方法，其中，施加所述第一作用力包括提供第一角速度，以及施加所述第二作用力包括提供第二角速度，其中所述第一角速度和所述第二角速度不同。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一角速度和所述第二角速度具有相同的方向。
5.根据权利要求I所述的方法，进一步包括 提供设置在所述调节盘下方的抛光垫；以及 使用所述调节盘的所述第一部分向所述抛光垫施加第三作用力，同时使用所述调节盘的所述第二部分向所述抛光垫施加第四作用力。
6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括 基于所述抛光垫的使用年龄确定所述第一作用力和所述第二作用力。
7.根据权利要求5所述的方法，进一步包括 在向所述抛光垫施加所述第三作用力和所述第四作用力后，使用所述抛光垫实施半导体晶圆的化学机械抛光。
8.根据权利要求I所述的方法，其中，所述调节盘的所述第一部分的至少一个线速度与所述调节盘的所述第二部分的至少一个线速度基本上相似。
9.一种化学机械抛光(CMP)装置，包括 压盘和抛光垫，所述抛光垫被设置在所述压盘上方； 修整器臂；和 修整器头，连接至所述修整器臂；以及 调节盘，用于调节连接至所述修整器臂的所述抛光垫，其中，所述调节盘包括第一子系统盘和同心的第二子系统盘，所述第一子系统盘连接至所述修整器头的第一部分，以及所述第二子系统盘连接至所述修整器头的第二部分。
10.一种调节CMP垫的方法，包括 提供抛光垫； 提供调节盘；以及 使用所述调节盘调节所述抛光垫，其中，所述调节包括以第一角速度转动所述盘的第一部分，并且同时以第二角速度转动所述盘的第二部分。
全文摘要
提供了一种化学机械抛光(CMP)装置，该装置包括用于调节CMP装置的抛光垫的调节盘。该调节盘包括多个子系统盘部分。该部分可以是同心的盘区。该盘的每个部分可操作地以不同的角速度转动。在一些实施例中，除了不同的角速度之外或者代替不同的角速度，向盘的每个部分提供不同的外加负荷。本发明还提供了用于CMP垫调节的方法和装置。
文档编号B24B37/04GK102975120SQ20121004790
公开日2013年3月20日 申请日期2012年2月27日 优先权日2011年9月7日
发明者叶修铭, 巫丰印 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司