多平臺(tái)多頭的研磨架構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本揭示案是關(guān)于化學(xué)機(jī)械研磨(chemical mechanical polishing ；CMP)系統(tǒng)的架構(gòu)，及關(guān)于在CMP系統(tǒng)中的測量。
【背景技術(shù)】
[0002]集成電路通常是通過在硅晶圓上循序沉積導(dǎo)電層、半導(dǎo)體層，或絕緣層而形成于基板上。一個(gè)制造步驟涉及在非平面表面上沉積填料層及使填料層平坦化。在某些應(yīng)用中，填料層經(jīng)平坦化，直至圖案化層的頂表面曝露為止。例如，導(dǎo)電填料層可沉積在圖案化絕緣層上以填充絕緣層中的溝槽或孔洞。在平坦化之后，在絕緣層的凸起圖案之間剩余的金屬層部分形成通孔、栓塞及接線，上述各者在基板上的薄膜電路之間提供導(dǎo)電路徑。在諸如氧化研磨的其他應(yīng)用中，填料層經(jīng)平坦化，直至在非平面表面上剩余預(yù)定厚度為止。此外，基板表面的平坦化對光微影技術(shù)而言通常為必需的。
[0003]化學(xué)機(jī)械研磨(chemical mechanical polishing ；CMP)是一種可接受的平坦化方法。此平坦化方法通常需要將基板安裝在承載頭或研磨頭上?；宓钠芈侗砻嫱ǔＥc旋轉(zhuǎn)的研磨墊相抵放置。承載頭在基板上提供可控負(fù)載以推動(dòng)該基板抵住研磨墊。磨料研磨漿通常經(jīng)供應(yīng)至研磨墊的表面。
[0004]漿分布、研磨墊狀態(tài)、研磨墊與基板之間的相對速度，及基板上的負(fù)載的變化可導(dǎo)致材料移除速率的變化。該等變化及基板層的初始厚度的變化導(dǎo)致達(dá)到研磨終點(diǎn)所需時(shí)間的變化。因此，僅將研磨終點(diǎn)決定為研磨時(shí)間的函數(shù)可能導(dǎo)致基板的研磨過度或研磨不足。諸如光學(xué)或渦電流監(jiān)測的多種現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)可用以檢測研磨終點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一些系統(tǒng)中，基板在一連串研磨站上得以研磨。一些系統(tǒng)在研磨站中的單個(gè)研磨墊上同時(shí)研磨多個(gè)基板。然而，協(xié)調(diào)終點(diǎn)控制及交叉污染可能成為問題。可適應(yīng)眾多不同研磨情況的一種引起關(guān)注的架構(gòu)包括四個(gè)平臺(tái)，每一平臺(tái)研磨一個(gè)基板。
[0006]在一些系統(tǒng)中，基板在研磨期間受現(xiàn)場監(jiān)測，例如，經(jīng)由光學(xué)或渦電流技術(shù)。然而，現(xiàn)有監(jiān)測技術(shù)可能無法可靠地在所需時(shí)刻暫停研磨?？赏ㄟ^循序測量站自基板中測得光譜。換言之，光譜可在基板仍由承載頭固持之時(shí)，但在定位于研磨站之間的測量站處測得。可自光譜計(jì)算得出值，該值可用于在該等研磨站中的一或更多者處控制研磨操作。
[0007]在一個(gè)方面中，研磨設(shè)備包括N個(gè)研磨站、由支撐結(jié)構(gòu)固持及可循序移動(dòng)至該等N個(gè)研磨站的偶數(shù)個(gè)承載頭、傳送站，及控制器。N是等于或大于4的偶數(shù)。每一研磨站包括一平臺(tái)以支撐研磨墊。控制器經(jīng)配置以在傳送站中將兩個(gè)基板裝載入承載頭中的兩者內(nèi)、將承載頭中的該等兩者移至N個(gè)研磨站中的第一對研磨站、在第一研磨步驟中在N個(gè)研磨站中的第一對研磨站處同時(shí)研磨兩個(gè)基板、將承載頭中的該等兩者移至N個(gè)研磨站中的第二對研磨站、在第二研磨步驟中在N個(gè)研磨站中的第二對研磨站處同時(shí)研磨兩個(gè)基板、將承載頭中的該等兩者移至傳送站，及自承載頭中的該等兩者卸載兩個(gè)基板。
[0008]實(shí)施可包括以下特征中的一或更多者。承載頭的數(shù)目可等于N或N+2。N可為4。傳送站可包括兩個(gè)裝載罩。控制器可經(jīng)配置以使兩個(gè)基板中的第一基板被裝載在兩個(gè)裝載罩中的第一裝載罩處、移動(dòng)經(jīng)過第一對研磨站的第一研磨站至第一對研磨站的第二研磨站、在第一對研磨站的第二研磨站處經(jīng)研磨、移動(dòng)經(jīng)過第二對研磨站的第一研磨站至第二對研磨站的第二研磨站，及在第一對研磨站的第二研磨站處經(jīng)研磨。研磨站及傳送站可在平臺(tái)上得以支撐，及以大體相等的角度間隔定位在平臺(tái)中心周圍?？刂破骺山?jīng)配置以在數(shù)個(gè)模式中之一者下操作。在該等數(shù)個(gè)模式中的第一模式下，控制器可將承載頭中的兩者移至N個(gè)研磨站中的第一對研磨站。在該等數(shù)個(gè)模式中的第二模式下，控制器可使一承載頭循序移至N個(gè)研磨站中的每一者，及在N個(gè)研磨站中的每一者處研磨基板。
[0009]設(shè)備可包括兩個(gè)循序測量站。兩個(gè)循序測量站的第一探針可定位在第二對研磨站的第一站與第二站之間，及兩個(gè)循序測量站的第二探針可定位在第二站與傳送站之間。兩個(gè)循序測量站的第一探針可定位在第一對研磨站的第一站與傳送站之間，及兩個(gè)循序測量站的第二探針可定位在第一對研磨站的第一站與第二站之間。
[0010]在另一方面中，研磨設(shè)備包括:五個(gè)站，該等五個(gè)站在平臺(tái)上得以支撐，及以大體相等的角度間隔定位在平臺(tái)中心周圍；及數(shù)個(gè)承載頭，該等承載頭自軌道懸置并可沿此軌道移動(dòng)，使得每一研磨站可選擇性地定位于該等站處。該等五個(gè)站中包括四個(gè)研磨站及一傳送站，每一研磨站包括一平臺(tái)以支撐研磨墊。
[0011]在另一方面中，研磨設(shè)備包括在平臺(tái)上得以支撐的數(shù)個(gè)站，該等數(shù)個(gè)站包括至少兩個(gè)研磨站及一傳送站，每一研磨站包括一平臺(tái)以支撐研磨墊；數(shù)個(gè)承載頭，該等承載頭自軌道懸置及可沿此軌道移動(dòng)，使得每一研磨站可選擇性地定位在該等站處；及控制器，該控制器經(jīng)配置以控制承載頭沿軌道的運(yùn)動(dòng)，使得在研磨期間，每一研磨站處僅有單一承載頭在研磨站中經(jīng)研磨。
[0012]實(shí)施可包括以下特征中的一或更多者。控制器可經(jīng)配置以在數(shù)個(gè)模式中之一者下操作。在該等數(shù)個(gè)模式中的第一模式下，控制器可經(jīng)配置以在傳送站中將兩個(gè)基板裝載入承載頭中的兩者內(nèi)、將承載頭中的該等兩者移至數(shù)個(gè)研磨站中的第一對研磨站，及在第一研磨步驟中在第一對研磨站處同時(shí)研磨兩個(gè)基板。在第一模式下，控制器可經(jīng)配置以將承載頭中的該等兩者移至數(shù)個(gè)研磨站中的第二對研磨站、在第二研磨步驟中在數(shù)個(gè)研磨站中的第二對研磨站處同時(shí)研磨兩個(gè)基板、將承載頭中的該等兩者移至傳送站，及自承載頭中的該等兩者卸載兩個(gè)基板。在數(shù)個(gè)模式中的第二模式下，控制器可經(jīng)配置以使承載頭循序移至數(shù)個(gè)研磨站中的每一者，及使基板在該每一研磨站處經(jīng)研磨。
[0013]在另一方面中，研磨設(shè)備包括:五個(gè)站，該等五個(gè)站在平臺(tái)上得以支撐及以大體相等的角度間隔定位在平臺(tái)中心周圍，該等五個(gè)站包括三個(gè)研磨站、一傳送站及一測量站，每一研磨站包括一平臺(tái)以支撐研磨墊；數(shù)個(gè)承載頭，該等承載頭自軌道懸置及可沿此軌道移動(dòng)，使得每一研磨站可選擇性地定位在該等站處；及循序測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有位于測量站中的探針。
[0014]實(shí)施可包括以下特征中的一或更多者。測量站可包括來自循序測量系統(tǒng)的單一探針。測量站可包括來自數(shù)個(gè)循序測量系統(tǒng)的數(shù)個(gè)探針。
[0015]在另一方面中，研磨設(shè)備包括:數(shù)個(gè)研磨站，每一研磨站包括一平臺(tái)用以支撐研磨墊；數(shù)個(gè)承載頭，該等承載頭由支撐結(jié)構(gòu)固持及可循序移動(dòng)至研磨站；傳送站，該傳送站包括數(shù)個(gè)裝載罩；及數(shù)個(gè)循序測量系統(tǒng)，該等數(shù)個(gè)測量系統(tǒng)中的每一測量系統(tǒng)具有一探針，該探針位于數(shù)個(gè)裝載罩中的不同裝載罩內(nèi)。
[0016]在另一方面中，一種操作研磨系統(tǒng)的方法包括以下步驟:沿一路徑將基板向前輸送經(jīng)過研磨站到達(dá)循序測量系統(tǒng)的探針處，無需在研磨站處研磨基板；利用測量系統(tǒng)量測基板；沿該路徑將基板向后輸送至研磨站；及在研磨站處研磨基板。
[0017]實(shí)施可包括以下特征中的一或更多者。在研磨基板之后，可沿該路徑將基板向前輸送至另一站。該另一站可為另一研磨站或傳送站。沿該路徑輸送基板可包括以下步驟:在軌道上支撐承載頭，及沿軌道移動(dòng)承載頭。
[0018]在另一方面中，控制研磨系統(tǒng)的一種方法包括以下步驟:沿一路徑將基板向前輸送經(jīng)過循序測量系統(tǒng)的探針到達(dá)研磨站，無需利用循序測量系統(tǒng)量測基板；在研磨站處研磨基板；將基板沿該路徑向后輸送至循序測量系統(tǒng)的探針，及利用測量系統(tǒng)量測基板。
[0019]實(shí)施可包括以下特征中的一或更多者?？裳芈窂綄⒒逑蚯拜斔徒?jīng)過研磨站到達(dá)另一站。該另一站可為另一研磨站或傳送站。沿該路徑輸送基板可包括以下步驟:在軌道上支撐承載頭，及沿軌道移動(dòng)承載頭。
[0020]實(shí)施可包括以下潛在優(yōu)勢中的一或更多者。該系統(tǒng)可適應(yīng)于諸多不同的研磨情況的需求，及可為含有兩個(gè)步驟的常用研磨配方提供較高產(chǎn)量。研磨終點(diǎn)可得以更可靠地決定，及可降低晶圓內(nèi)的不均勾性(within-wafer non-uniformity ；WIWNU)及晶圓間不均勾性(wafer-to-wafer non-uniformity ；WTffNU)。
[0021]在附圖及下文的描述中介紹一或更多個(gè)實(shí)施的細(xì)節(jié)。其他方面、特征及優(yōu)勢將自描述、附圖及權(quán)利要求中顯而易見。
【附圖說明】
[0022]圖1是研磨設(shè)備的實(shí)例的平面示意圖。
[0023]圖2是研磨設(shè)備的實(shí)例的橫剖面示意圖。
[0024]圖3A至圖3C圖示研磨設(shè)備的操作方法。
[0025]圖4是循序光學(xué)測量系統(tǒng)的實(shí)例的橫剖面示意圖。
[0026]圖5圖示研磨設(shè)備的另一實(shí)施。
[0027]圖6圖示具有四個(gè)循序測量站的研磨設(shè)備的另一實(shí)施。
[0028]圖7圖示將循序測量站整合至傳送站內(nèi)的研磨設(shè)備的另一實(shí)施。
[0029]圖8圖示研磨設(shè)備的另一實(shí)施，在該研磨設(shè)備中，研磨站被替換為循序測量站。
[0030]圖9圖示一示例性光譜。
[0031]圖10是濕式工藝光學(xué)測量系統(tǒng)的橫剖面示意圖。
[0032]圖11是濕式工藝光學(xué)測量系統(tǒng)的另一實(shí)施的橫剖面示意圖。
[0033]圖12是一基板的頂部示意圖。
[0034]各種附圖中的相同元件符號(hào)指示相同元件。
【具體實(shí)施方式】
[0035]隨著集成電路繼續(xù)發(fā)展，線寬繼續(xù)縮小且積體電路中的層繼續(xù)累積，從而需要更為嚴(yán)格的厚度控制。由此，研磨工藝控制技術(shù)(無論是利用現(xiàn)場監(jiān)測還是批次工藝控制)面對使研磨后的厚度符合規(guī)范的挑戰(zhàn)。
[0036]例如，當(dāng)執(zhí)行多層產(chǎn)品基板的現(xiàn)場光譜監(jiān)測時(shí)，來自光譜監(jiān)測系統(tǒng)的入射光束可先穿透數(shù)個(gè)介電層，再由金屬接線反射。因此，反射的光束可由于多個(gè)層的厚度及關(guān)鍵尺寸而得。由此種復(fù)雜的層堆迭得出的光譜常在決定正在經(jīng)受研磨的最外層的厚度方面顯現(xiàn)出顯著的困難。此外，最外層的厚度是工藝控制的間接參數(shù)。此情況是因?yàn)樵谥T多應(yīng)用中，如若諸如蝕刻深度的其他尺寸或