加工半导体晶圆的方法、清洗方法及加工系统与流程

本公开部分实施例提供一种加工一半导体晶圆的方法。上述方法包括自一介面工具传送半导体晶圆至一化学机械研磨工具。上述方法还包括在化学机械研磨工具中研磨半导体晶圆。上述方法还包括自化学机械研磨工具将半导体晶圆传送回介面工具。另外，上述方法包括转换一混合液成为一喷雾，并在半导体晶圆通过化学机械研磨工具进行研磨后，将喷雾排出至位于介面工具中的半导体晶圆上。

背景技术：

集成电路(integratedcircuit，ic)产业成长迅速，材料与设计等技术不断地进步，使得每一新一世代产品的电路愈趋微缩复杂。在ic演进过程中，功能密度(functionaldensity，即每芯片面积中所连接的元件数量)大体是逐步增加，而几何尺寸(即工艺制作出的最小组件或线路尺寸)则是逐步下降。尺度降低可带来增加生产效率及降低成本的好处，但也因此增加ic工艺的复杂度。

集成电路通常通过一是列晶圆制造工具(即“加工设备”)加工半导体晶圆。每个加工设备通常在半导体晶圆上执行一单片晶圆制造任务。例如，化学机械研磨(chemicalmechanicalpolishing，简称cmp)设备用于平坦化半导体晶圆的研磨工艺。举例而言，研磨工艺可在晶圆的介电层、半导体层和导电材料层上形成平坦表面。

尽管现有的cmp系统通常已经足够用于他们预期的目的，但并非在所有方面都完全令人满意的。因此，提供一种改良的cmp系统的解决方案是受到期待的，以减少或避免由于研磨工艺中形成的缺陷而产生过量的报废晶圆。

技术实现要素：

本公开部分实施例提供一种加工一半导体晶圆的方法。上述加工半导体晶圆的方法包括自一介面工具传送半导体晶圆至一化学机械研磨工具。上述加工半导体晶圆的方法还包括在化学机械研磨工具中研磨半导体晶圆。上述加工半导体晶圆的方法还包括自化学机械研磨工具将半导体晶圆传送回介面工具。另外，上述加工半导体晶圆的方法包括转换一混合液成为一喷雾，并在半导体晶圆通过化学机械研磨工具进行研磨后，将喷雾排出至位于介面工具中的半导体晶圆上。

本公开部分实施例还提供一种在cmp工艺后清洗一半导体晶圆的方法。上述在cmp工艺后清洗一半导体晶圆的方法包括自一研磨头卸载一半导体晶圆并移至一晶圆座。研磨头配置用于在化学机械研磨工艺中夹持半导体晶圆。上述在cmp工艺后清洗一半导体晶圆的方法还包括转换一混合液成为一喷雾，并排出喷雾至由晶圆座所支撑的半导体晶圆。上述在cmp工艺后清洗一半导体晶圆的方法还包括自晶圆座传送半导体晶圆至一清洁工具。另外，上述在cmp工艺后清洗一半导体晶圆的方法包括在清洁工具中清洁半导体晶圆。

本公开部分实施例还提供一种适用于执行一化学机械研磨工艺的加工系统。上述加工系统包括一化学机械研磨工具，配置用于研磨一半导体晶圆。上述加工系统还包括一晶圆座，配置用于支撑半导体晶圆以便于将半导体晶圆送入化学机械研磨工具中并后续从化学机械研磨工具中移除。上述加工系统还包括多个喷雾喷嘴，相对晶圆座放置。此外，上述加工系统包括一喷雾产生器，连结喷雾喷嘴并配置用于将一混合液转换成一喷雾。上述加工系统还包括一控制器，配置用于启动喷雾自喷雾产生器至喷雾喷嘴的流动，以将喷雾排出至由晶圆座所支撑的半导体晶圆。

附图说明

根据以下的详细说明并配合说明书附图做完整公开。应注意的是，根据本产业的一般作业，附图并未必按照比例绘制。事实上，可能任意的放大或缩小元件的尺寸，以做清楚的说明：

图1显示根据本公开的部分实施例的一加工系统的示意图。

图2显示根据部分实施例的一介面工具的示意图。

图3a显示根据部分实施例中具有凸面状的液体分布的扁平扇状喷嘴的示意图。

图3b显示根据部分实施例中具有均匀液体分布的扁平扇状喷嘴的示意图。

图3c显示根据部分实施例中具有凸面状的液体分布的全椎形喷嘴的示意图。

图3d显示根据部分实施例中具有均匀液体分布的全椎形喷嘴的示意图。

图3e显示根据部分实施例中具有凸面状的液体分布的中空椎形喷嘴的示意图。

图3f显示根据部分实施例中具有单点液体分布的直线形喷嘴的示意图。

图4显示根据部分实施例中一介面工具的上视图。

图5显示根据部分实施例中一介面工具的上视图。

图6显示根据部分实施例的cmp工具的示意图。

图7显示根据部分实施例中利用加工系统1加工半导体晶圆5的一方法的一流程图。

图8显示根据部分实施例中用于加工半导体芯片的方法的一个阶段的示意图，其中喷雾沿一横轴方向供应。

图9显示根据部分实施例中用于加工半导体芯片的方法的一个阶段的示意图，其中喷雾在半导体晶圆下方供应。

图10显示根据部分实施例由喷雾覆盖的一半导体晶圆的剖面图。

图11显示根据部分实施例的一加工系统的示意图。

附图标记列表

1、1'～加工系统

5～半导体晶圆

8～承载容器

10～传送工具

11～壳体

13～装载端

15～传送器

20～介面工具

21～腔体

211～侧壁

212～驱动组件

22、22a、22b、22c、22d、22e、22f～晶圆座

221～叶片

225～固定元件

23～液体源模块

231～存储槽

233、236～原料供应管线

234、237～阀

239～酸碱量计

235～原料槽

238～出口

24～液体供应模块

240～喷雾产生器

241～入口管道

242～出口管道

25～加热模块

260～平台

261、262、263～喷雾喷嘴

264～侧边喷雾喷嘴

265～追踪组件

271、272、273、274～流体管线

281、282、283、284～流体控制元件

29～控制器

30、30a、30b、30c～化学机械研磨工具(cmp工具)

31～加工腔

34～研磨台

35～研磨垫

351～研磨表面

36～研磨头

361～保持环

37～研浆配送器

38～垫片调节器

381～调节盘

40～清洁工具

60～混合液

61～喷雾

a1～箭头

b～倾斜角度

c1、c2～化学溶液

e～延伸方向

h～距离

l1～能量束

l2～反射能量束

n～喷雾喷嘴组

p1～第一传送位置

p2～第二传送位置

p3～第三传送位置

p4～第四传送位置

p5～第五传送位置

p6～第六传送位置

p7～第七传送位置

r～区域

s～研磨浆

s10～方法

s11-s15～操作

具体实施方式

以下公开内容提供许多不同的实施例或优选范例以实施本公开的不同特征。当然，本公开也可以许多不同形式实施，而不局限于以下所述的实施例。以下公开内容配合附图详细叙述各个构件及其排列方式的特定范例，为了简化说明，使公开得以更透彻且完整，以将本公开的范围完整地传达予同领域熟悉此技术者。

在下文中所使用的空间相关用词，例如“在…下方”、“下方”、“较低的”、“上方”、“较高的”及类似的用词，为了便于描述图示中一个元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系。除了在附图中示出的方位之外，这些空间相关用词也意欲包含使用中或操作中的装置的不同方位。装置可能被转向不同方位(旋转90度或其他方位)，而在此所使用的空间相关用词也可依此相同解释。

必须了解的是，未特别图示或描述的元件可以本领域技术人士所熟知的各种形式存在。此外，若实施例中叙述了一第一特征形成于一第二特征的上或上方，即表示其可能包含上述第一特征与上述第二特征是直接接触的情况，亦可能包含了有附加特征形成于上述第一特征与上述第二特征之间，而使得上述第一特征与第二特征未直接接触的情况。

以下不同实施例中可能重复使用相同的元件标号及/或文字，这些重复为了简化与清晰的目的，并非用以限定所讨论的不同实施例及/或结构之间有特定的关系。在附图中，结构的形状或厚度可能扩大，以简化或便于标示。

图1显示根据本公开的部分实施例的一加工系统1的示意图。加工系统1配置用于在半导体晶圆5上执行一化学机械研磨(mechanicalchemicalpolishing，以下简称cmp)工艺。

半导体晶圆5一般可使用硅或其他半导体原料制作，且半导体晶圆5可额外包括其他基础半导体材料，如锗(ge)。部分实施例中，可改以半导体化合物或半导体合金制作半导体晶圆5，前者举例为碳化硅(sic)、砷化镓(gaas)、砷化铟(inas)或磷化铟(inp)，后者举例为硅锗合金(sige)、硅锗碳合金(sigec)、砷化镓磷合金(gaasp)或铟化镓磷合金(gainp)。部分实施例的半导体晶圆5包括一外延层(epitaxiallayer)，如：半导体晶圆5的外延层重叠于半导体基材上。在其他实施例中，半导体晶圆5可为一绝缘层上硅(silicon-on-insulator,soi)基板或绝缘层上锗(germanium-on-insulator,goi)基板。

半导体晶圆5可包括多种元件，例如金属氧化物半导体场效晶体管(metaloxidesemiconductorfieldeffecttransistor,mosfet)、互补金属氧化物半导体(complementarymetaloxidesemiconductor,cmos)晶体管，双载子接面晶体管(bipolarjunctiontransistor,bjt)、高压晶体管(high-voltagetransistor)，高压晶体管(high-frequencytransistor)、p通道场效晶体管(p-channelfield-effecttransistor,pfet)及/或n通道场效晶体管(n-channelfield-effecttransistor,nfet)等晶体管、二极管(diode)及/或其他类型的元件。施用多道工艺来形成此些元件，如沉积、蚀刻、布植、光刻、退火及/或其他适合的工艺。

在部分实施例中，加工系统1包括一传送工具10、一介面工具20、一或多个cmp工具(例如，cmp工具30和30a－、以及一清洁工具40。加工系统1的元件可以增加或省略，并不局限于本发明实施例。

传送工具10配置用于从一承载容器8搬运半导体晶圆5。根据部分实施例，传送工具10包括一壳体11、一或多个装载端13、及一或多个传送器15。在部分实施例中，传送工具10包括一设备前端模块(equipmentfrontendmodule，efem)。多个装载端13连接到壳体11并配置成装载用于存储一或多个半导体晶圆5的承载容器8。

举例而言，传送器15包括一机械手臂并设置在壳体11内。传送器15配置用于物理性传送半导体晶圆5。举例而言，传送器15可以将半导体晶圆5从承载容器8传送到壳体11，或者传送器15可以将半导体晶圆5传送到介面工具20，或者传送器15可以从清洁工具40中取出半导体晶圆5。然而，传送器15传送半导体晶圆5的位置不受本实施例的限制。

介面工具20配置用于支撑和停靠半导体晶圆5，以便于将半导体晶圆5送入cmp工具30中并后续从cmp工具30中移除。此外，介面工具20配置用于停靠半导体晶圆5，以便于将半导体晶圆5插入清洁工具40中。在部分实施例中，如图1所示，介面工具20位于传送工具10、cmp工具30与清洁工具40之间。

图2显示根据部分实施例的介面工具20的示意图。在部分实施例中，介面工具20包括一腔体21、一晶圆座22、一液体源模块23、一液体供应模块24、及一加热模块25。

晶圆座22放置在腔体21中并配置在半导体晶圆5位于介面工具20时用于支撑半导体晶圆5。在部分实施例中，晶圆座22连接到腔体21的侧壁211，并且晶圆座22连接到驱动组件212。驱动组件212可包括线性马达，以沿着图2中所示的箭头a1所示的方向水平移动晶圆座22。然而，应当理解的是可以对本公开的实施例进行许多变化和修改。在另一些实施例中，晶圆座22固定在腔体21中。

在部分实施例中，液体源模块23包括一存储槽231。存储槽231具有相对大的体积并且可操作以存储等待转变为喷雾61的混合液60。在液体源模块23中，液体源模块23还包括连接到液体处理系统(图未示)的出口238，以从存储槽231排出废弃的混合液60。存储在存储槽231中的混合液60可包括两种或多种物质的聚合体。举例而言，混合液60可包括来自原料槽232的化学溶液c1和来自原料槽235的化学溶液c2的聚合体。

原料槽232用于存储化学溶液c1。化学溶液c1通过原料供应管线233供应到存储槽231。阀234连接到原料供应管线233以控制化学溶液c1的流动。原料槽235用于存储化学溶液c2。化学溶液c2通过原料供应管线236供应到存储槽231。阀237连接到原料供应管线236以控制化学溶液c2的流动。

在部分实施例中，化学溶液c1包括去离子水(diw)，化学溶液c2包括nh4oh溶液或苯并三唑(benzotriazole，bta)溶液。通过控制流入存储槽231的化学溶液c1和化学溶液c2的量，可以改变混合液60的酸碱值。

在部分实施例中，一酸碱量计239放置在存储槽231中。为了形成具有预设浓度的混合液60，控制器29可以控制阀234和/或237以根据所检测到的信号改变化学溶液c1和化学溶液c2的流量。如此一来，即可控制混合液60的酸碱值。

预设浓度是根据在半导体晶圆5上欲形成的材料而确定。举例而言，为了防止在半导体晶圆5上形成腐蚀的铜薄膜，混合液60的酸碱值保持在约8.5至约11.5的范围内。在另一个实例中，为了防止在半导体晶圆5上形成腐蚀的钨薄膜，混合液60的酸碱值保持在约1.5至约3.5的范围内。其他材料，例如钴薄膜或钌薄膜，可以使用具有不同酸碱值(例如在约9.5至约12的范围内)的混合液60以避免其腐蚀。化学浓度可以在约4％至约67％的范围内，误差约为0.01％。

应当理解的是，原料槽的数量不应限于上述实施例。原料槽的数量可以根据所需混合物中的物质的数量而变化。

液体供应模块24包括一喷雾产生器240。来自存储槽231的混合液60通过入口管道241传送到喷射器240。喷射器240将混合液60转换成变形状态，以便于产生液体喷雾。在部分实施例中，喷雾产生器240包括超音波振荡器。混合液60通过超音波的能量转换成喷雾61。具体而言，超音波振荡器减少混合液60的体积至一大群的小液滴。在另一些实施例中，喷雾产生器240使用高压空气将混合液60转换成喷雾61。高压空气朝向混合液60喷射，以减少混合液60的体积至一大群的小液滴。

在部分实施例中，喷雾产生器240电性连接到控制器29。控制器29可以控制喷雾器240的功率和/或频率，以控制喷雾(或雾)的发生。在喷雾产生器240是超音波振荡器的情况下，功率可以保持在约10w至约500w的范围内。

液体供应模块24还包括一喷雾喷嘴组n。喷雾喷嘴组n中的喷雾喷嘴的数量可以在1至20的范围内。为简化说明，图2中仅示出喷雾喷嘴组n中的三个喷雾喷嘴261、262、263。

在部分实施例中，喷雾喷嘴261、262、263放置在平台260上，平台260连接到驱动组件212。驱动组件212可包括线性马达，以使平台260沿着如图2中所示的箭头a2所示的方向垂直移动。于是，可对喷雾喷嘴261、262、263与晶圆座22之间的一距离h进行调整。喷雾喷嘴261、262、263与晶圆座22之间的距离h可以在约5cm至约30cm的范围内。然而，应当理解的是可以对本公开的实施例进行许多变化和修改。在另一些实施例中，平台260固定在腔体21中。在另一些实施例中，省略设置平台260，并且喷雾喷嘴261、262、263位于腔体21的底壁上。

喷雾喷嘴261、262、263可以由氯化聚氯乙烯(chlorinatedpolyvinylchloride，cpvc)，超高分子量聚乙烯(ultra-highmolecularweightpolyethylene，upe)，聚四氟乙烯(polyethyleneterephthalate，ptee)，聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneterephthalate，pet)，聚丙烯(polypropylene，pp)，聚芳醚酮(polyaryletherketone，peek)或任何其他防腐材料。喷雾喷嘴261、262、263的开口的宽度w1可以在约1mm至约5mm的范围内。喷雾喷嘴261、262、263的构造可以根据预定的喷雾分布进行修改。举例而言，喷雾喷嘴261、262、263可以，如第3a-3f图所示，形成为扇形、锥形或雾状。

再次参照图2，在另一些实施例中，混合液60通过喷雾喷嘴261、262、263而非喷雾产生器240而转换成喷雾61。在此情况下，喷雾产生器240可包括一泵，并且喷雾喷嘴261、262、263包括允许液体通过的多个小孔。混合液体60通过泵加压以形成例如约80bar至约150bar的高压，以产生液体喷雾。接着，当混合液60流过喷雾喷嘴261、262、263时，喷雾喷嘴261、262、263上相当小的孔将混合液60改变为小液滴。

在部分实施例中，喷雾喷嘴261、262、263中的至少一个可绕与平台260平行的轴线旋转，以允许喷雾沿着相对于垂直方向倾斜的路径排出。举例而言，用于在半导体晶圆5的边缘区域提供喷雾的喷雾喷嘴261和263是可旋转的。喷雾喷嘴261和263相对于垂直方向的倾斜角度b(图2)可在约30度至约150度的范围内。喷雾喷嘴261和263的倾斜角度b可以在喷雾提供期间动态地改变。

在部分实施例中，液体供应模块24还包括一追踪组件265。追踪组件265配置用于测量喷雾喷嘴261、262、263与晶圆座22之间的距离。在部分实施例中，追踪组件265利用信号源元件(图未示)向晶圆座22(或半导体晶圆5)发射能量束l1(例如，激光、声波或微波)，并通过信号接收元件(图未示)接收来自晶圆座22(或半导体晶圆5)的反射能量束l2。接着，追踪组件265将能量束的速度乘上能量束的行进时间以计算喷雾喷嘴261、262、263与晶圆座22之间的距离h。接着，在提供喷雾之前或提供喷雾的期间追踪距离h。

在另一些实施例中，追踪组件265更配置用于检测晶圆座22上的半导体晶圆5的存在。具体而言，追踪组件265将能量束l1发射到放置半导体晶圆5的两个延伸叶片221之间之间隙(图4更清楚显示)，并在接收反射能量束l2后测量能量束的行进时间。当行进时间小于预定值时，表示半导体晶圆5位于晶圆座22上方。接着，追踪组件265向控制器29发送信号，并且控制器29可以向加工系统1的其他元件发送信号以进行其他操作。举例而言，控制器29发送信号到液体供应模块24，以在半导体晶圆5上提供喷雾61。

如图4所示，当从上视图观察时，喷雾喷嘴组n排列成阵列。然而，应当理解的是可以对本公开的实施例进行许多变化和修改。在图5中，喷雾喷嘴组n是以放射形式排列，其中当半导体晶圆5放置在晶圆座22时，喷嘴262与半导体晶圆5对齐。

在部分实施例中，如图4或图5所示，由喷雾喷嘴组n占据的区域r的宽度w2是充分大于半导体晶圆5的直径。于是，当半导体晶圆5放置在晶圆座22上时，半导体晶圆5的一投影位于由喷雾喷嘴组n所占据的区域r上。

在部分实施例中，如图4或图5所示，放置在晶圆座22上的半导体晶圆5的外缘被多个(例如，四个)固定元件225固定。于是，面向喷雾喷嘴组n的半导体晶圆5的表面未受晶圆座22覆盖，并且来自喷雾喷嘴组n的喷雾可以提供至半导体晶圆5的整个研磨表面。

再次参照图2，喷雾喷嘴261、262、263经由对应的多个流体管线271、272、273连接到出口管道242。在部分实施例中，液体供应模块24还包括连接到多个流体管线271、272、273的多个流体控制元件281、282、283。多个流体控制元件281、282、283配置用于分别控制喷雾61的流动。多个流体管线271、272、273可以包括液体闭环控制(closed-loopcontrol,clc)流量计。多个流体控制元件281、282、283电连接到控制器29，并根据来自控制器29的控制信号调节喷雾61的流动。

在部分实施例中，液体供应模块24还包括一侧边喷雾喷嘴264。侧边喷雾喷嘴264放置在腔体21的侧壁211上并且位于高于晶圆座22的位置。侧边喷雾喷嘴264是以在卸载半导体晶圆5时，侧边喷雾喷嘴264的喷雾可以施加在研磨头36(将于后方进一步描述)或半导体晶圆5上的方式进行放置。

在部分实施例中，侧边喷雾喷嘴264经由流体管线274连接到出口管道242，并且流体控制元件284连接到流体管线274。流体控制元件284配置用于控制流体管线274中的喷雾61的流动。流体控制元件284可以包括液体clc流量计，并且电性连接到控制器29并且根据于来自控制器29的控制信号调节喷雾61的流量。

在部分实施例中，加热模块25连接到液体供应模块24，以加热喷雾器61从喷雾产生器240。在部分实施例中，加热模块25包括一加热器并围绕出口管道242。加热模块25加热来自喷雾产生器240的喷雾61至预定温度。预定温度可以由喷雾61的组成而决定。在部分实施例中，喷雾61加热至约25℃至约150℃的温度。

图6显示根据部分实施例的cmp工具30的示意图。cmp工具30配置用于在半导体晶圆5上执行cmp工艺。根据部分实施例，cmp工具30包括一加工腔31、一研磨台34，一研磨垫35，一研磨头36，一研浆配送器37和一垫片调节器38。

加工腔31为以下所述的cmp工具30的部件提供密封与容纳的系统。研磨垫35由足够硬的材料形成，以允许研磨浆s中的磨料颗粒对cmp工艺过程中放置在研磨头36下面的半导体晶圆5进行机械研磨。另一方面，研磨垫35也足够柔软，而基本上不至于刮伤半导体晶圆5。

根据一些实施例，研磨垫35通过例如粘膜、粘剂或胶贴附至研磨台34。在cmp工艺中，研磨台34通过诸如连接旋转马达(图未示)的轴的机构旋转，因此固定在研磨台34上的研磨垫35也沿研磨台34旋转。

研磨头36配置用于在cmp工艺的各个阶段中保持并移动半导体晶圆5。举例而言，当待研磨的半导体晶圆5转移至加工腔31时，研磨头36由诸如可枢转的臂和马达(图未示)的机构进行驱动，以移动至半导体晶圆5上方。然后由研磨头36提取半导体晶圆5。

根据一些实施例，研磨头36包括多个空气通道(图未示)，空气通道可以产生真空。通过对多个空气通道抽真空，以吸起半导体晶圆5并将半导体晶圆5保持在研磨头36的底部，以将半导体晶圆5输送到研磨垫35。在研磨垫35上的半导体晶圆5的研磨完成之后，研磨头36从研磨垫35进一步移动以研磨的半导体晶圆5，以将半导体晶圆5输送出加工腔31。

在cmp工艺过程中，研磨头36还可操作以提供预定量的压力以将半导体晶圆5压靠在研磨垫35上以进行机械研磨。举例而言，在研磨头36在研磨垫35上移动并抵压研磨垫35之后，关闭多个空气通道中的抽真空，因此半导体晶圆5不再被吸起。接着，对设置在研磨头36的底部和半导体晶圆5之间的一个柔性膜(图未示)充气(例如，将空气泵入弹性膜的区域内)，于是膨胀的弹性膜按压半导体晶圆5以抵靠研磨垫35。

在cmp工艺过程中，研磨头36也通过诸如连接旋转马达(图未示)的轴的机构旋转，使固定于研磨头36的半导体晶圆5的旋转。根据一些实施例，研磨头36和研磨垫35沿相同方向(顺时针或逆时针)旋转。根据替代实施例，研磨头36和研磨垫35沿相反方向旋转。随着研磨垫35和研磨头36的旋转，研磨浆s通过形成在研磨垫35的研磨表面351上形成的表面凹槽(图未示)而在半导体晶圆5和研磨垫35之间流动。通过研磨浆s中的化学物质与半导体晶圆5的顶表面之间的化学反应，并进一步通过机械研磨(即通过半导体晶圆5的顶表面与研磨表面351之间的接触和摩擦)，将半导体晶圆5的顶面平坦化。

一圆形保持环361沿着研磨头36的底部的周边设置，并且在cmp工艺过程中圆形保持环361压靠在研磨表面351上。保持环361用于保持半导体晶圆5，当半导体晶圆5偏离研磨头36的中心轴线，并使半导体晶圆5在研磨工艺过中，在研磨垫36的中心轴线上不旋转。根据一些实施例，保持环361包括耐磨材料，其可以是塑料、陶瓷、聚合物等。举例而言，保持环361由聚苯硫醚(polyphenylenesulfide，pps)，聚醚醚酮(polyetheretherketone，peek)，或上述材料与其他材料(例如，聚氨酯、聚酯、聚醚或聚碳酸酯)的混合物的聚合物。

研磨配送器37可操作以在cmp工艺过程中将研磨浆s分配到研磨垫35上。研磨浆s包括可以与半导体晶圆5的顶表面反应的反应性化学物质。此外，研磨浆s包括用于机械研磨半导体晶圆5的磨粒。根据一些实施例，研浆配送器37连接到一存储槽(图未示)，存储槽保持研磨浆s的供应。此外，研浆配送器37包括用于分配研磨浆s的喷嘴和可枢转的臂。可枢转的臂通过诸如马达(图未示)的机构驱动耦接到喷嘴。因此研磨配送器37可在cmp工艺期间向研磨垫35移动并在cmp工艺之后自研磨垫35移开。

垫片调节器38受配置并可操作以在cmp工艺过程中执行研磨垫35的研磨表面351去除研磨的碎屑和非期望的副产物的一调节程序。根据一些实施例，垫片调节器38包括调节盘381，调节盘381包括在嵌入或封装于一基板的切割金刚石颗粒。当研磨垫35在如前所述的研磨工艺期间或在研磨工艺之后进行调节时，调节盘381与研磨表面351(用于执行调节程序的表面)接触。

在调节程序中，研磨垫35和调节盘381接进行旋转，并且调节盘381也在研磨表面351上来回扫过，使调节盘381的突起或切割边缘相对研磨表面351移动，进而从研磨表面351上除去研磨的碎屑和非期望的副产物，并重新开启研磨表面351上的表面凹槽(亦即使研磨表面351重新纹理化)。因此，研磨表面351的清洁度得以保持，并且延长研磨垫35的寿命。

再次参照图1，在部分实施例中，待研磨的半导体晶圆5从介面工具20传送到cmp工具30。在cmp工艺完成后，将半导体晶圆5再次送回介面工具20，并将半导体晶圆5传送到清洁工具40进行清洁处理。然而，应当理解的是可以对本公开的实施例进行许多变化和修改。

在另一些实施例中，半导体晶圆5通过两个cmp工具30和30a分两个阶段进行处理。具体而言，来自介面工具20的半导体晶圆5由cmp工具30a进行第一阶段工艺，并送回介面工具20。接着，将半导体晶圆5传送到cmp工具30以进行第二阶段cmp工艺。在完成第二阶段cmp工艺之后，将半导体晶圆5再次送回介面工具20，并且介面工具20将半导体晶圆5传送到清洁工具40以进行清洁处理。

或者，来自介面工具20的半导体晶圆5由cmp工具30和30a连续加工，并且在两个阶段cmp工艺完成之前半导体晶圆5不会送回至介面工具20。在此情况下，半导体晶圆5可在两阶段cmp工艺过程中由相同的研磨头保持。

清洁工具40配置用于执行cmp后段清洁工艺以快速且可重复的方式移除所有研磨研磨浆与残余物。半导体晶圆5可通过传送器(图未示)从介面工具20传送到清洁工具40。半导体晶圆5通过诸如去离子水(diw)的清洁液进行清洁并干燥。接着，由清洁工具40清洁的半导体晶圆5通过传送工具10传送到承载容器8。

图7显示根据部分实施例中利用加工系统1加工半导体晶圆5的一方法的一流程图。为了说明目的，图7的流程图将与图1和第8-10图所示的示意图共同描述。对于不同的实施例，以下所描述的部分操作可以进行替换或删除。

方法s10包括操作s11，在操作s11中半导体晶圆5放置在介面工具20中。在部分实施例中，如图1所示，半导体晶圆5从传送工具10传送到介面工具20。传送工具10还可包括反向机器人(图未示)。反向机器人在从传送器15研磨之前接收半导体晶圆5，并且将半导体晶圆5翻面并将晶圆传送到介面工具20的晶圆座22。

方法s10还包括操作s12，在操作s12中半导体晶圆5从介面工具20传送到cmp工具30以用于cmp工艺。在部分实施例中，在将半导体晶圆5传送到cmp工具30之前，喷雾61从半导体晶圆5下方的喷雾喷嘴组n排出，以便在cmp工艺之前冲洗半导体晶圆5。然而，应当理解的是，可以对本公开的实施例进行许多变化和修改。在另一些实施例中，在cmp工艺之前，没有供应喷雾61至半导体晶圆5。半导体晶圆5可通过cmp工具30的研磨头36自介面工具20移除。

在cmp工艺完成之后，方法s10继续操作s13，在操作s13中半导体晶圆5从cmp工具30或cmp工具30a传送到介面工具20。在部分实施例中，如图8所示，由cmp工具30处理的半导体晶圆5通过研磨头36传送到介面工具20。半导体晶圆5可以通过真空固定在研磨头36上。

在部分实施例中，解除用于将半导体晶圆5固定在研磨头36上的真空，以从研磨头36释放半导体晶圆5，并且研磨头36可以产生气流，以向半导体晶圆5施加朝向晶圆座22的外力。同时，如图8所示，喷嘴264排出喷雾61至保持环361和半导体晶圆5上。喷雾61可包括diw，并且喷雾61的流速为由液体调节构件284控制。

半导体晶圆5可通过喷雾61轻易地从研磨头36卸载并且稳定地放置在晶圆座22上。接着，自腔体21取出空的研磨头36，并用使用研磨头36以提取由介面工具20的另一个晶圆座(图8中未示出)所夹持而即将由cmp工具30进行加工的另一个半导体晶圆5。

在部分实施例中，当由研磨头36保持的半导体晶圆5与晶圆座22接触时，喷嘴264开始供应喷雾61，并且供应喷雾61一预定时间。在部分实施例中，当研磨头36移动到腔体21中时，喷嘴264开始供应喷雾61，并且持续供应直到研磨头36自腔体21移出为止。

方法s10还包括操作s14，在操作s14中通过半导体晶圆5下方的喷雾喷嘴组n排出喷雾61在半导体晶圆5上，而半导体晶圆5停留在介面工具20中，如图9所示。

在部分实施例中，从每个喷嘴261、262、263供应的喷雾61的流速由相应的液体调节构件681、682、683所控制。每一喷雾喷嘴261、262、263供应喷雾61的流速可以在约50sccm至约2000sccm的范围内。液体调节构件681、682、683可提供一致的流速，误差为约±1％至±5％至10％。

在部分实施例中，控制器29独立地控制每一流体管线271、272、273中中的喷雾61的流动。因此，从喷雾喷嘴的一排出的喷雾61可以与从另一个不同喷雾喷嘴排出的喷雾61具有不同的流速。举例而言，喷雾喷嘴261和263可以第一流速排出喷雾61，并且从喷嘴262排出的喷雾61具有第二流速。第二流速可小于第一流速。然而，应当理解的是可以对本公开的实施例进行许多变化和修改。在另一些实施例中，第二流量与第一流量相同。

在部分实施例中，不同喷雾喷嘴的喷雾的流速是根据与半导体晶圆上所形成的缺陷图相关联的历史数据而决定，所述缺陷图由相同的cmp工艺加工。举例而言，对半导体晶圆的一些易受侵蚀的区域提供具有较高流速的喷雾，以提高半导体晶圆5的良率。

排出喷雾61的时间可以在约0.1秒至约60秒的范围内。在部分实施例中，在追踪组件265检测到半导体晶圆5放置在晶圆座22上，就开始排出喷雾61。在另一些实施例中，在检测到晶圆座22上存在半导体晶圆5之后的一预定时间之后，才开始排出喷雾61至半导体晶圆5上。预定时间可以大于约0秒但小于约20秒。

在部分实施例中，在从介面工具20移除半导体晶圆5之前，重复操作s14多次。举例而言，在执行操作s14一预定时间之后暂停排出喷雾61。然后，介面工具20开始计算操作s14结束的时间。如果所计算的时间大于预设的空闲时间，则表示半导体晶圆5没有根据加工参数自介面工具20移除，于是重复操作s14。于是，因为等待cmp工具30或清洁工具40闲置的时间太长而导致半导体晶圆5产生缺陷的情况可以获得避免。

在部分实施例中，由喷雾喷嘴261、262、263其中至少一者排出的喷雾61基本上沿着相对于垂直方向倾斜的路径喷射。举例而言，如图9所示，由喷雾喷嘴261和263供应的喷雾61沿相对于垂直方向倾斜的路径排出。

相反之，由喷嘴262提供的喷雾61沿着与垂直方向平行的路径排出。在部分实施例中，喷雾喷嘴261和263相对于垂直方向的倾斜角度在喷雾排出的期间进行动态改变。在另一些实施例中，在从喷雾喷嘴261、262、263排出喷雾之前调节喷雾喷嘴261和263的倾斜角度。

在部分实施例中，在操作s13之后和操作s14之前，调节喷雾喷嘴261、262、263与晶圆座22之间的距离。举例而言，喷雾喷嘴261、262、263与晶圆座22(或半导体晶圆5)之间的距离h根据从追踪组件265传输的测量距离进行调整。于是，可根据既定分布样态供应喷雾61至半导体晶圆5上。

在cmp工艺步骤分两个阶段进行的情况下，半导体晶圆5可以在两个阶段之间歇期间移动到介面工具20。操作s14可以在该间歇期间执行，以便在随后的cmp工艺之前冲洗半导体晶圆5或者保护在先前cmp工艺中暴露的材料。然而，应当理解的是可以对本公开的实施例进行许多变化和修改。在另一些实施例中，在两个cmp工艺过程之间没有排出喷雾61至半导体晶圆5上。

在一些实施例中，操作s14中使用的喷雾的组成可以与操作s12或上述间歇期间使用的有所不同。举例而言，如图10所示，钴凹槽55在半导体晶圆5研磨之后露出。为了避免钴凹槽55的腐蚀，喷雾61可以包括浓度为100ppm的nh4oh溶液。相较之下，在操作s12中使用的喷雾的组成则包括在cmp工艺中可以提高cmp工艺效率而使用的diw或研磨浆。

方法s10还包括操作s15，其中半导体晶圆5从介面工具20的晶圆座22传送到清洁工具30以进行清洁处理。在部分实施例中，半导体晶圆5通过机械臂(图未示)从晶圆座22传送到清洁工具30。在清洁过程中，研磨研磨浆、研磨残余物、及喷雾通过清洁液除去，以防止在研磨产品中产生缺陷。在清洁过程之后，干燥半导体晶圆并经由传送工具10转移到承载容器8。

图11显示根据部分实施例的一加工系统1'的示意图。在图11所示的实施例中，与第1-2图中所示类似的元件以相同的符号标示，并且为简化内容其特征将不再重复。

在部分实施例中，加工系统1'包括四个cmp工具30a、30、30b、30c。四个cmp工具30a、30、30b、30c位于腔体21的一侧，并按顺序沿腔体21的延伸方向e设置。加工系统1'的清洁工具40还包括依次沿着腔体21的延伸方向e布置的三个清洁模块41、42、43。

另外，介面工具20包括多个晶圆座，例如晶圆座22a、22b、22、22c、22d、22e和22f。晶圆座22a、22b、22、22c、22d、22e和22f位于腔体21中并沿腔体21的延伸方向e配置。晶圆座22d和22f放置的高度与晶圆座22a、22b、22、22d和22e所处的高度不同。如此一来，晶圆座22a、22b、22、22d和22e以及晶圆座22d和22f可以在延伸方向e上自由移动而不会相互干扰。

在部分实施例中，晶圆座22a、22b和22配置用于支撑即将送入cmp工具30和30a加工的半导体晶圆5。具体而言，晶圆座22a在第一传送位置p1和第二传送位置p2之间传送芯片。当半导体晶圆5刚从传送工具10传送而来时，半导体晶圆5放置在第一传送位置p1。cmp工具30a的研磨头36a在第二传送位置p2提取和卸载半导体晶圆5。

晶圆座22b在第二传送位置p2和第三传送位置p3之间传送芯片。半导体晶圆5在第三传送位置p3由cmp工具30的研磨头36提取和卸载。晶圆座22在第三传送位置p3和第四传送位置p4之间传送芯片。在第四传送位置p4处，半导体晶圆5通过传送器45(例如，机械手臂)自清洁工具40或晶圆座22d传送到清洁工具40或晶圆座22d。

另外，晶圆座22c将半导体晶圆5从传送工具10传送到第四传送位置p4，并且晶圆座22d、22e和22f配置用于支撑即将由cmp工具30b和30c加工的半导体晶圆5。具体而言，晶圆座22d在第五传送位置p5和第六传送位置p6之间传送晶圆。在半导体晶圆5通过传送器45从第四传送位置p4传送时，半导体晶圆5放置在第五传送位置p5。cmp工具30b的研磨头36b在第六传送位置p6提取和卸载半导体晶圆5。

晶圆座22e在第六传送位置p6和第七传送位置p7之间传送芯片。cmp工具30c的研磨头36c在第三传送位置p7被提取和卸载半导体晶圆5。晶圆座22f在第七传送位置p7和第五传送位置p5之间传送芯片。

在部分实施例中，半导体晶圆5以下列顺序在加工系统1’传送：

路线1：承载容器8、传送器15、晶圆座22a、研磨头36a、晶圆座22b、研磨头36、晶圆座22、传送器45、清洁模块41、清洁模块42、清洁模块43、传送器15、及承载容器8。

路线2：承载容器8、传送器15、晶圆座22c、传送器45、晶圆座22d、研磨头36b、晶圆座22e、研磨头36c、晶圆座22f、传送器45、清洁模块41、清洁模块42、清洁模块43、传送器15、及承载容器8。

路线3：承载容器8、传送器15、晶圆座22a、研磨头36a、晶圆座22b、研磨头36、晶圆座22、传送器45、晶圆座22d、研磨头36b、晶圆座22e、研磨头36c、晶圆座22f、传送器45、清洁模块41、清洁模块42、清洁模块43、传送器15、及承载容器8。

路线4：承载容器8、传送器15、晶圆座22b、研磨头36、晶圆座22、传送器45、清洁模块41、清洁模块42、清洁模块43、传送器15and承载容器8。

路线5：承载容器8、传送器15、晶圆座22c、传送器45、晶圆座22e、研磨头36c、晶圆座22f、传送器45、清洁模块41、清洁模块42、清洁模块43、传送器15、及承载容器8。

在部分实施例中，在每个传送位置p4和p5有一个液体供应单元24(图11中未示出)，以便在半导体晶圆5移动到这两个传送位置p4和p5时提供喷雾至半导体晶圆5上。在部分实施例中，在每个传送位置p1-p7处有一个液体供应单元24(图11中未示出)，以便在半导体晶圆5移动到这些传送位置p1-p7时提供喷雾至半导体晶圆5上。在传送位置p1-p7处从液体供应单元24供应的喷雾的组成可以是不同的。另外，传送位置p1-p7处的液体供应单元24可以以不同的参数操作。液体供应单元24在传送位置p1-p7可以供应不同组成的喷雾。另外，液体供应单元24在传送位置p1-p7处可以具有不同的参数操作。

在部分实施例中，晶圆座22在第三传送位置p3接收处从研磨头36所卸载的半导体晶圆5，并且将半导体晶圆5移动到第四传送位置p4以等待传送器45进行转移。两组喷雾喷嘴n放置于第三传送位置p3和第四传送位置p4，并且在第三传送位置p3和第四传送位置p4供应喷雾61至半导体晶圆5上。在另一些实施例中，第三传送位置p3没有喷雾喷嘴，并且在cmp工艺之后对半导体晶圆5排出喷雾61的程序是在半导体晶圆5移动到第四传送位置p4时才开始。

上述用于执行cmp工艺的方法和加工系统的实施例使用液体供应模块在加工系统中的传送半导体晶圆的等待期间供应喷雾至半导体晶圆。由于保持半导体晶圆在cmp工艺之后受到冲洗，因此可以减少或避免半导体晶圆上形成的凝聚研磨浆所引起的缺陷。另外，通过选择合适的喷雾组成并控制喷雾的温度，可以适当地保护cmp工艺中所暴露而出的材料层。如此一来，可防止或最小化材料层的腐蚀。

本公开部分实施例提供一种加工一半导体晶圆的方法。上述加工半导体晶圆的方法包括自一介面工具传送半导体晶圆至一化学机械研磨工具。上述加工半导体晶圆的方法还包括在化学机械研磨工具中研磨半导体晶圆。上述加工半导体晶圆的方法还包括自化学机械研磨工具将半导体晶圆传送回介面工具。另外，上述加工半导体晶圆的方法包括转换一混合液成为一喷雾，并在半导体晶圆通过化学机械研磨工具进行研磨后，将喷雾排出至位于介面工具中的半导体晶圆上。

在上述实施例中，上述加工半导体晶圆的方法还包括在半导体晶圆通过化学机械研磨工具进行研磨前，将喷雾排出至位于介面工具的半导体晶圆。在半导体晶圆通过化学机械研磨工具进行研磨前所排出的喷雾是与在半导体晶圆通过化学机械研磨工具进行研磨后所排出的喷雾相异。

在上述实施例中，喷雾包括nh4oh溶液或苯并三唑溶液。

在上述实施例中，上述加工半导体晶圆的方法还包括将已通过化学机械研磨工具研磨完成的半导体晶圆自化学机械研磨工具的一研磨头卸除并移至介面工具的一晶圆座。喷雾是在半导体晶圆受晶圆座所支承时排出至半导体晶圆。

在上述实施例中，喷雾是通过多个喷雾喷嘴而排出。并且，上述加工半导体晶圆的方法还包括控制来自喷雾喷嘴的一者的喷雾的流速相异于来自喷雾喷嘴的另一者的喷雾的流速；以及通过相对于半导体晶圆位于不同角度的喷雾喷嘴的二者排出喷雾。

在上述实施例中，上述加工半导体晶圆的方法还包括根据暴露于受研磨的半导体晶圆的一材料调整混合液的一酸碱值。

在上述实施例中，上述加工半导体晶圆的方法还包括检测半导体晶圆在介面工具中的存在。喷雾是在检测半导体晶圆存在于介面工具之后的一既定时间才排出至半导体晶圆。

本公开部分实施例还提供一种清洗方法，适用于在cmp工艺后清洗一半导体晶圆。上述清洗方法包括自一研磨头卸载一半导体晶圆并移至一晶圆座。研磨头配置用于在化学机械研磨工艺中夹持半导体晶圆。上述清洗方法还包括转换一混合液成为一喷雾，并排出喷雾至由晶圆座所支撑的半导体晶圆。上述清洗方法还包括自晶圆座传送半导体晶圆至一清洁工具。另外，上述清洗方法包括在清洁工具中清洁半导体晶圆。

在上述实施例中，清洗方法还包括在半导体晶圆自研磨头卸除并移动至晶圆座前，排出另一喷雾至半导体晶圆的一边缘以及研磨头。

在上述实施例中，喷雾包括nh4oh溶液或苯并三唑溶液。

在上述实施例中，喷雾是通过多个喷雾喷嘴而排出。并且，清洗方法还包括控制来自喷雾喷嘴的一者的喷雾的流速相异于来自喷雾喷嘴的另一者的喷雾的流速；以及通过相对于半导体晶圆位于不同角度的喷雾喷嘴的二者排出喷雾。

在上述实施例中，清洗方法还包括在执行一时间过后，暂停排出喷雾至半导体晶圆；以及在一闲置时间后重新排出喷雾至半导体晶圆。

在上述实施例中，清洗方法还包括检测半导体晶圆在晶圆座的存在。喷雾是在检测半导体晶圆存在于晶圆座之后的一既定时间才排出至半导体晶圆。

本公开部分实施例更提供一种适用于执行一化学机械研磨工艺的加工系统。上述加工系统包括一化学机械研磨工具，配置用于研磨一半导体晶圆。上述加工系统还包括一晶圆座，配置用于支撑半导体晶圆以便于将半导体晶圆送入化学机械研磨工具中并后续从化学机械研磨工具中移除。上述加工系统还包括多个喷雾喷嘴，相对晶圆座放置。此外，上述加工系统包括一喷雾产生器，连结喷雾喷嘴并配置用于将一混合液转换成一喷雾。上述加工系统还包括一控制器，配置用于启动喷雾自喷雾产生器至喷雾喷嘴的流动，以将喷雾排出至由晶圆座所支撑的半导体晶圆。

在上述实施例中，喷雾喷嘴以放射形式排列或是以矩阵形式排列。

在上述实施例中，上述加工系统还包括多个流体控制元件，连结至喷雾产生器并配置用于调节来自喷雾产生器至喷雾喷嘴的喷雾的流动。控制器独立控制流体控制元件，使自喷雾喷嘴的一者排出的喷雾的流速相异于自喷雾喷嘴的另一者排出的喷雾的流速。

在上述实施例中，晶圆座可在两个传送位置之间移动，并且喷雾喷嘴放置于两个传送位置。

在上述实施例中，喷雾包括nh4oh溶液或苯并三唑溶液。

以上虽然详细描述了实施例及它们的优势，但应该理解，在不背离所附权利要求限定的本公开的构思和范围的情况下，对本公开可作出各种变化、替代和修改。此外，本申请的范围不旨在限制于说明书中所述的工艺、机器、制造、物质组成、工具、方法和步骤的特定实施例。作为本领域的普通技术人员将容易地从本公开中理解，根据本公开，可以利用现有的或今后将被开发的、执行与在本公开所述的对应实施例基本相同的功能或实现基本相同的结果的工艺、机器、制造、物质组成、工具、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在将这些工艺、机器、制造、物质组成、工具、方法或步骤包括它们的范围内。此外，每一个权利要求构成一个单独的实施例，且不同权利要求和实施例的组合都在本公开的范围内。