使用时间份额控制的化学机械抛光的制作方法

1.本公开内容涉及基板的化学机械抛光。


背景技术：

2.通常通过在硅晶片上依序沉积导电层、半导体层或绝缘层来在基板上形成集成电路。一个制造步骤涉及将填料层沉积到非平面的表面之上，并将填料层平坦化。对于某些应用，填料层被平坦化，直到暴露出图案化层的顶表面。例如，可在图案化绝缘层上沉积导电填料层，以填充绝缘层中的沟槽或孔。在平坦化之后，剩余在绝缘层的突出图案之间的导电层的部分形成在基板上的薄膜电路之间提供导电路径的通孔、插塞和线。对于其他应用(诸如氧化物抛光)，将填料层平坦化，直到在非平面表面上留下预定厚度。另外，光刻法通常需要平坦化基板表面。
3.化学机械抛光(cmp)是一种被接受的平坦化方法。此平坦化方法通常需要将基板安装在承载头或抛光头上。基板的暴露表面通常被放置为抵靠旋转抛光垫。承载头在基板上提供可控制的负载以将基板推靠在抛光垫上。通常将研磨抛光浆料供应到抛光垫的表面。
4.抛光中的一个问题是整个基板上抛光速率的不均匀性。例如，基板的边缘部分可以相对于基板的中央部分以更高的速率抛光。


技术实现要素：

5.在一个方面中，一种化学机械抛光的方法包括：围绕旋转轴旋转抛光垫；将基板定位成抵靠抛光垫；在第一持续时间内使基板跨抛光垫横向振荡，使得基板的中央部分和基板的边缘部分定位在抛光垫的抛光表面之上，以使基板的中央部分和基板的边缘部分在第一持续时间内被抛光；以及在第二持续时间内将基板基本上横向地保持为固定在一定位置，使得基板的中央部分定位在抛光垫的抛光表面之上，并且基板的边缘部分定位在抛光控制槽之上，以使基板的中央部分在第二持续时间内被抛光。
6.在另一方面中，一种抛光系统包括：用于支撑抛光垫的可旋转平台；用于将基板保持抵靠抛光垫的承载头，承载头可跨抛光垫径向移动；用于移动承载头的致动器；以及耦接至致动器的控制器。控制器被配置成使承载头：在第一持续时间内，使基板跨抛光垫横向振荡，使得基板的中央部分和基板的边缘部分定位在抛光垫的抛光表面之上；以及在第二持续时间内，将基板基本上横向地保持为固定在一定位置，使得基板的中央部分定位在抛光垫的抛光表面之上，并且基板的边缘部分定位在抛光控制槽之上。
7.在另一方面中，一种抛光垫包括抛光层，所述抛光层具有中央区域和外区域，中央区域具有形成在其中的多个浆料供给槽，外区域具有形成在其中的抛光控制槽，抛光控制槽比浆料供给槽更宽。
8.在另一方面中，一种用于确定停留时间的方法包括：确定由抛光垫的抛光表面抛光的测试基板的中央区域的抛光速率；确定由抛光垫的抛光表面抛光的基板的边缘部分的
边缘抛光速率；确定基板的边缘部分的抛光速率的期望降低量，以减少基板的中央部分与基板的边缘部分之间的抛光不均匀性；以及计算第一持续时间与第二持续时间以提供抛光速率的期望降低量。第一持续时间是用于使装置基板跨抛光垫横向振荡，使得装置基板的中央部分和基板边缘的边缘部分定位在抛光垫上，并且第二持续时间是用于将装置基板基本上横向地保持为固定在一定位置，使得基板的中央部分定位在抛光垫的抛光表面上，并且基板的边缘部分定位在槽之上。
9.实施方式可包括下列特征中的一者或多者。
10.可将第二持续时间与第二持续时间的比率选择为提供对边缘部分的期望抛光速率。
11.抛光垫可包括浆料供给槽。浆料供给槽可比抛光控制槽更窄。浆料供给槽可与抛光控制槽同心。抛光控制槽可围绕浆料供给槽。抛光控制槽可靠近抛光垫的边缘定位。抛光控制槽可为5mm至30mm宽。
12.可使用槽的半径、基板的半径以及从抛光垫中心到基板中心的距离来计算停留时间。
13.实施方式可以可选地包括但不限于以下优点中的一个或多个。可以控制和校正例如由在基板的不同部分处的不同抛光速率引起的抛光不均匀性。例如，控制基板相对于非抛光槽的位置可以提供边缘校正。另外，对产量的影响最小，因为对抛光的调节可以在抛光站中进行，而不是作为单独模块的部分。此外，不需要第二站来执行边缘校正，从而减少了抛光站洁净室所需的占地面积。
14.在附图与下面的说明中阐述一个或多个实施方式的细节。根据说明与附图以及根据权利要求，其他的方面、特征与优点将为显而易见的。
附图说明
15.图1是具有抛光垫的化学机械抛光系统的示意性截面图，所述抛光垫具有槽。
16.图2是具有浆料供给槽和抛光控制槽两者的抛光垫的示意性截面图。
17.图3a是具有与旋转轴同心的槽的抛光垫的示意性俯视图。
18.图3b是具有与旋转轴同心的槽的抛光垫的另一实施方式的示意性俯视图。
19.图3c是具有与旋转轴同心的两个槽的抛光垫的另一实施方式的示意性俯视图。
20.图4a是平台上的基板位置相对于时间的示例性曲线图。
21.图4b是对于另一实施方式的平台上的基板位置相对于时间的示例性曲线图。
22.图4c是对于另一实施方式的平台上的基板位置相对于时间的示例性曲线图。
23.图5是示出来自基线去除和时间份额控制去除的晶片边缘均匀性的比较的示例性曲线图。
24.在各种附图中，相同的附图标号和标记指示相同的元件。
具体实施方式
25.如上所述，当通过抛光垫抛光基板时，基板的边缘部分可以比基板的中央部分以更高的速率抛光，从而导致不均匀抛光的基板。然而，将基板定位并保持在抛光控制槽之上可以减少抛光基板的不均匀性。抛光控制槽可位于较靠近抛光垫的周边或较靠近抛光垫的
中心的位置，或者抛光垫可包括较靠近周边的第一抛光控制槽和较靠近中心的第二抛光控制槽。
26.图1示出了化学机械抛光系统20的抛光站的示例。抛光系统20包括可旋转式碟形平台24，抛光垫30位于平台24上。平台24可操作用于围绕轴25旋转。例如，电机26可转动驱动轴28以旋转平台24。抛光垫30可为具有外部抛光层32与较软的背托层34的双层抛光垫。外部抛光层32具有抛光表面36。
27.抛光系统20可以包括供应端口或组合式供应
‑
冲洗臂92，以将诸如研磨浆料之类的抛光液体94分配到抛光垫30上。抛光系统20可以包括具有调节盘42的垫调节器设备40，以保持抛光垫30的抛光表面36的表面粗糙度。调节盘42可以定位在臂44的末端处，臂44可以摆动以便将盘42径向扫过抛光垫30。
28.承载头70可操作用于将基板10固持抵靠抛光垫30。承载头70由支撑结构50(例如转盘或轨道)悬吊，并且由驱动轴58连接至承载头旋转电机56，使得承载头可围绕轴55旋转。可选的，承载头70可通过沿着轨道移动来、或通过转盘自身的旋转摆荡(例如在旋转料架上的滑动件上)横向振荡。
29.承载头70包括壳体72、基板背衬组件74(包括基座76和柔性膜78，柔性膜78限定多个可加压腔室80)、万向架(gimbal)机构82(可以被视为组件74的部分)、装载腔室84、固定环组件100和致动器122。
30.壳体72通常可以是圆形形状的，并且可以连接到驱动轴58以在抛光期间与驱动轴58一起旋转。可以存在穿过壳体72延伸的通道(未示出)以用于气动控制承载头100。基板背衬组件74是位于壳体72下方的可垂直移动的组件。万向架机构82允许基座76相对于壳体72万向移动，同时防止基座76相对于壳体72的横向运动。装载腔室84位于壳体72与基座76之间，以向基座76并进而向基板背衬组件施加负载，即向下的压力或重量。基板背衬组件74相对于抛光垫的垂直位置也由装载腔室84控制。柔性膜78的下表面提供用于基板10的安装表面。
31.在一些实施方式中，基板背衬组件74不是相对于壳体72可移动的单独的部件。在这种情况下，不需要腔室84和万向架82。
32.参考图1，抛光垫30具有形成在抛光表面36中的至少一个抛光控制槽102。每个抛光控制槽102是抛光垫30的凹陷区域。每个抛光控制槽102可以是环形槽，例如圆形，并且可以与旋转轴25同心。每个抛光控制槽102提供了抛光垫30的不有助于抛光的区域。
33.抛光控制槽102的壁垂直于抛光表面36。抛光控制槽102的底表面与抛光表面36平行，尽管在一些实施方式中，抛光控制槽102的底表面可以相对于抛光表面36成角度。抛光控制槽102的底部可以具有矩形或u形横截面。抛光控制槽102的深度可以为10密耳至80密耳，例如10密耳至60密耳。
34.在一些实施方式中，垫30包括位于抛光垫30的外边缘附近的抛光控制槽102a，例如在外边缘的(半径的)15％以内，例如在外边缘的(半径的)10％以内。例如，槽102a可以位于与具有三十英寸直径的平台的中心相距十四英寸的径向距离处。
35.在一些实施方式中，垫30包括位于抛光垫30的中心附近的抛光控制槽102b，例如在中心或旋转轴25的(半径的)15％以内，例如在中心或旋转轴25的(半径的)10％以内。例如，槽102b可以位于与具有三十英寸直径的平台的中心相距一英寸的径向距离处。
36.在一些实施方式中，垫30仅包括位于抛光垫30的外边缘附近的抛光控制槽102a(参见图3a)。在这种情况下，在抛光垫30的外边缘附近可能只有一个控制抛光槽102。在一些实施方式中，垫30仅包括位于抛光垫30的中心附近的抛光控制槽102b(参见图3b)。在这种情况下，在抛光垫30的中心附近可能只有一个控制抛光槽102。在一些实施方式中，垫30包括位于抛光垫30的边缘附近的第一抛光控制槽102a和位于抛光垫30的中心附近的第一抛光控制槽102b(参见图3c)。在这种情况下，在抛光表面上可以恰好有两个抛光槽102。
37.返回图1，抛光控制槽102足够宽，使得通过将基板10的一部分定位在槽之上，此部分的抛光速率将大大降低。特定而言，为了进行边缘校正，槽102足够宽以使得在基板的边缘处的环形带将具有降低的抛光速率，所述环形带例如至少3mm宽的带，例如3
‑
15mm宽的带，例如3
‑
10mm宽的带。抛光控制槽102的宽度可以为三至五十毫米，例如五至五十毫米，例如三至十毫米，例如十至二十毫米。
38.当基板10定位在抛光垫30的抛光表面36之上时，抛光表面36接触并抛光基板10，并且发生材料去除。另一方面，当基板10的边缘定位在抛光控制槽102上方时，基板10的边缘没有接触或抛光以使去除发生。可选地，槽102可以提供用于抛光浆料在不会磨损基板10的情况下通过的导管。
39.现在参考图2，抛光垫30还可以包括一个或多个浆料供给槽112。浆料供给槽112可以是环形槽(例如圆形槽)，并且可以与抛光控制槽102同心。替代地，浆料供给槽可具有另一图案，例如矩形交叉阴影线、三角形交叉阴影线等等。浆料供给槽可具有约0.015英寸与0.04英寸之间(0.381mm与1.016mm之间)的宽度(诸如0.20英寸)，并且节距在约0.09英寸与0.24英寸之间，例如0.12英寸。
40.浆料供给槽112比抛光控制槽102更窄。例如，浆料供给槽112可以变窄至少2/3，例如至少5/6，例如5/6至99/100。浆料供给槽112可以跨抛光垫30均匀地间隔开。抛光控制槽102可具有比浆料供给槽112更小的、相似的或更大的深度。在一些实施方式中，抛光控制槽102是抛光垫上唯一比浆料供给槽112更宽的槽。在一些实施方式中，抛光控制槽102a和102b是抛光垫上仅有的比浆料供给槽112宽的槽。
41.现在参考图3a，对于第一持续时间，可以将基板10定位在第一位置或第一位置范围中，使得基板10的中央部分12和基板10的边缘部分14两者都被抛光垫30的抛光表面36抛光。因此，基板10完全不与抛光控制槽102重叠。尽管基板10的部分与浆料供给槽112重叠，但是浆料供给槽112相对紧密地间隔，并且相对运动使对抛光速率的任何影响平均化。
42.对于第二持续时间，可以将基板10定位成使得基板10的中央部分12被抛光表面36抛光，并且基板10的边缘部分14的区域14a在抛光控制槽102上方。在第二持续时间期间，可以将基板10横向保持为固定在第二位置。因此，基板10的中央部分12在第二持续时间期间被抛光，而定位在抛光控制槽102上方的基板10的边缘部分14的区域14a未被抛光。由于边缘部分14中的一些(由14b指示)保留在抛光表面36之上，所以边缘部分14仍将被抛光到一定程度。由于基板10的旋转，边缘部分14应仍以角度上均匀的方式被抛光，但是由于区域14a中缺乏抛光，因此边缘部分14的抛光速率低于中央部分12。此外，尽管基板10的部分与浆料供给槽112重叠，但是浆料供给槽112相对紧密地间隔，并且相对运动使对抛光速率的任何影响平均化。控制器可以使支撑件在第一持续时间期间移动承载头70以使基板10横向振荡，并且在第二持续时间中将基板10横向保持在固定位置达一定时间。
43.为了减少基板10的边缘部分14的去除，并获得更均匀地抛光的基板10，可以确定非抛光区域的时间份额。例如，等式[1]可用于确定非抛光区域时间份额s1：其中α是抛光控制槽102a相对于基板中心的跨基板10的夹角，并且可以使用等式[2]
‑
[3]确定：以及并且其中r1是槽102a的内边缘的半径，r是基板10的半径，并且x是从抛光垫30的中心到基板10的中心的距离。
[0044]
现在参考图3a和图4a，在第一持续时间t1(t0至t1)内，基板10的中央部分12和基板10的边缘部分14定位在抛光垫30的抛光区域之上。在此第一持续时间期间，基板可以以振荡的方式横向移动。在第一持续时间结束时，将基板重新定位。在第二持续时间t2(t1至t2)内，将基板10的中央部分12定位在抛光垫30的抛光区域之上，并且将基板10的边缘部分14定位并保持在抛光控制槽102的非抛光区域之上。
[0045]
可以重复所述过程，使得基板10在第一持续时间内的第一位置与在第二持续时间内的第二位置之间振荡，在第一位置处基板10的中央部分与边缘部分被抛光，在第二位置处基板10的中央部分被抛光而基板10的边缘部分不被抛光，在使用时间份额s所计算出的持续时间内将基板保持在第二位置处。
[0046]
可以将第一持续时间t1与第二持续时间t2的比率选择为以便将边缘部分14的抛光速率降低期望的量。例如，可以将比率t1/t2选择为在边缘处实现期望的抛光速率，例如，实现与中央部分12相同的抛光速率。
[0047]
比率t2/(t1+t2)提供了每个周期中将基板(例如边缘部分14b)定位并保持在槽102上方(也称为停留时间)的时间百分比，其中周期由在一次振荡期间基板返回相同位置所花费的时间量来确定。
[0048]
一般而言，如果p是不使用抛光控制槽的情况下的边缘部分14的抛光速率，而p
des
是期望的抛光速率，则比率t2/(t1+t2)可以设置如下：
[0049]
图5是示出基板的基线抛光120(例如，在没有时间份额控制的情况下的基板抛光)与基板的时间份额控制抛光130的晶片边缘均匀性的比较的示例性曲线图。基板的中央部分的抛光在基线抛光120与时间份额控制抛光130之间是可比的，但是基线抛光120的基板的边缘部分的抛光比时间份额抛光130的基板的边缘部分的抛光高大约9％。也就是说，在基线去除120之后，基板的边缘部分将比基板的中央部分薄大约9％。通过使用时间份额控制，将基板边缘区域定位为在抛光区域之上花费大约91％的时间，且在非抛光区域之上花
费大约9％的时间(例如，对于时间份额s)。使用时间份额控制抛光130，减少了抛光不均匀性。
[0050]
尽管图3a示出了使用具有在抛光垫30的周边附近的抛光控制槽102a的抛光垫，但是可以使用具有在抛光垫30的中心附近的抛光控制槽102b的抛光垫来进行类似的处理。参照图3b和图4b，对于具有靠近中心的抛光控制槽的抛光垫，可以以与如上所述类似的方式来计算p
des
，但是使用等式[5]
‑
[8]。
[0051]
具体而言，等式[5]可用于确定非抛光区域时间份额s2：其中，β是抛光控制槽102b相对于基板中心的跨基板10的夹角，并且可以使用等式[6]
‑
[7]确定：以及并且其中r2是抛光控制槽102b的外边缘的半径，r是基板10的半径，并且x是从抛光垫30的中心到基板10的中心的距离。
[0052]
然后，如果p是不使用抛光控制槽的情况下的边缘部分14的抛光速率，而p
des
是期望的抛光速率，则比率t2/(t1+t2)可以设置如下：
[0053]
尽管图3a和3b示出了使用具有单个抛光控制槽102的抛光垫，但是可以使用具有两个抛光控制槽102a、102b的抛光垫来执行类似的处理。现在参考图3c和图4c，在第一持续时间t1(t0至t1)内，基板10的中央部分12和基板10的边缘部分14定位在抛光垫30的抛光区域之上。可以在此第一持续时间期间以振荡的方式横向移动基板，或者简单地跨抛光垫线性移动基板。在第一持续时间结束时，将基板重新定位，使基板10的中央部分12定位在抛光垫30的抛光区域之上，并且基板10的边缘部分14定位在靠近抛光垫周边的抛光控制槽102a的非抛光区域之上。基板可以在第二持续时间t2(t1至t2)内保持在此位置。接下来，在第三持续时间t3(t2至t3)内，基板10的中央部分12和基板10的边缘部分14定位在抛光垫30的抛光区域之上。可以在此第一持续时间期间以振荡的方式横向移动基板，或者简单地跨抛光垫线性移动基板。在第三持续时间结束时，将基板重新定位，使基板10的中央部分12定位在抛光垫30的抛光区域之上，并且基板10的边缘部分14定位在靠近抛光垫中心的抛光控制槽102b的非抛光区域之上。基板可以在第四持续时间t2(t1至t2)内保持在此位置。
[0054]
如果p是不使用抛光控制槽的情况下的边缘部分14的抛光速率，而p
des
是期望的抛光速率，则比率t2/(t1+t2+t3+t4)与t4/(t1+t2+t3+t4)可以设置如下：
其中s1和s2如等式1.‑
[3]和[5]
‑
[7]所述计算。
[0055]
如在本说明书中使用的，术语基板可以包括例如产品基板(例如包括多个存储器或处理器管芯)、测试基板、裸基板和门控基板。基板可以处于集成电路制造的各个阶段，例如，基板可以是裸晶片，或者可以包括一个或多个沉积和/或图案化的层。术语基板可以包括圆形盘和矩形片。
[0056]
上述抛光系统和方法可以应用于各种抛光系统中。抛光垫和承载头中的任一者或两者可移动以提供在抛光表面与基板之间的相对运动。抛光垫可以是固定到平台的圆形(或一些其他形状)的垫。抛光层可以是标准(例如具有或不具有填料的聚氨酯)抛光材料，软材料或固定研磨材料。使用了相对定位的术语；应理解，抛光表面和基板可以保持在垂直定向或一些其他定向。
[0057]
已说明了本发明的特定实施例。其他实施例在所附权利要求的范围内。例如，权利要求中记载的动作可以以不同的顺序执行并且仍实现期望的结果。