化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備及方法
【專利說明】化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備及方法
[0001]相關(guān)申請案
[0002]本申請案主張公元2013年I月11日申請、名稱為“化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備及方法(CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS AND METHODS) ” 的美國臨時專利申請案第61/751，688號的優(yōu)先權(quán)，該臨時專利申請案全文內(nèi)容為所有目的以引用方式并入本文中。
[0003]領(lǐng)域
[0004]本發(fā)明大體關(guān)于半導(dǎo)體裝置制造，且更特別關(guān)于適于拋光基板表面的方法和設(shè)備。
[0005]背景
[0006]在半導(dǎo)體基板制造中，化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝可用于移除各種層，例如硅、氧化物、銅等。拋光(例如平坦化)可藉由使支架(例如拋光頭或載具)托住的旋轉(zhuǎn)基板壓抵著旋轉(zhuǎn)拋光墊，同時施加漿料至基板(例如圖案化晶圓)前而達(dá)成。漿料通常由氧化劑、金屬氧化物磨粒、蝕刻劑、錯合劑和腐蝕抑制劑的混合物組成。故在拋光期間，漿料與拋光工藝將進(jìn)行由氧化劑氧化及由磨粒與蝕刻劑移除材料的連續(xù)工藝。在此拋光工藝期間，期望能精確控制自基板移除的材料量。然因現(xiàn)有工藝的限制，達(dá)到均勻度很難，特別是移除少量層厚度時。
[0007]因此，期望改良拋光設(shè)備、系統(tǒng)和方法。
[0008]概要
[0009]在第一方面中，提供基板拋光設(shè)備?；鍜伖庠O(shè)備包括拋光平臺，拋光平臺具有兩個或更多個區(qū)域，每一區(qū)域適于含有不同的漿料組分。
[0010]在另一方面中，提供基板拋光系統(tǒng)?；鍜伖庀到y(tǒng)包括適于托住基板的基板支架、和拋光平臺，拋光平臺具有可移動拋光墊，可移動拋光墊具有兩個或更多個區(qū)域，每一區(qū)域可操作以接收不同的漿料組分。
[0011]在又一方面中，提供處理基板的方法。方法包括提供基板于基板支架、提供具可移動拋光墊的拋光平臺，及分配不同的漿料組分至拋光墊上的兩個或更多個區(qū)域。
[0012]在再一方面中，提供基板拋光系統(tǒng)。基板拋光系統(tǒng)包括適于托住基板的基板支架、具拋光墊的拋光平臺，拋光墊可相對基板移動、和分配系統(tǒng)，分配系統(tǒng)適于按時序分配至少兩種不同的漿料組分，漿料組分選自由氧化漿料組分、材料移除漿料組分和腐蝕抑制漿料組分所組成的群組。
[0013]在另一方面中，提供處理基板的方法。方法包括提供基板于基板支架、提供具可移動拋光墊的拋光平臺，及按時序在拋光墊與基板之間分配兩種或更多種漿料組分，各漿料組分具有不同的化學(xué)成分。
[0014]本發(fā)明的其它特征和方面在參閱以下詳細(xì)的示例性實施例說明、后附權(quán)利要求和附圖后，將變得更清楚易懂。
[0015]附圖簡述
[0016]圖1A圖標(biāo)根據(jù)實施例，直線型基板拋光設(shè)備的示意上視圖。
[0017]圖1B圖示根據(jù)實施例，沿著圖1A剖面線1B-1B截切的直線型基板拋光設(shè)備的示意截面?zhèn)纫晥D。
[0018]圖1C圖示根據(jù)實施例，沿著圖1A剖面線1C-1C截切的直線型基板拋光設(shè)備的示意截面?zhèn)纫晥D。
[0019]圖2A圖示根據(jù)實施例，旋轉(zhuǎn)式基板拋光設(shè)備的示意上視圖。
[0020]圖2B圖示根據(jù)實施例，旋轉(zhuǎn)式基板拋光設(shè)備的示意側(cè)視圖。
[0021]圖3A圖示根據(jù)實施例，漿料分配器的上視圖。
[0022]圖3B圖示根據(jù)實施例，漿料分配器的側(cè)視圖。
[0023]圖3C圖示根據(jù)實施例，漿料分配器的第一端視圖。
[0024]圖3D圖示根據(jù)實施例，漿料分配器的第二端視圖。
[0025]圖3E至圖3G圖示根據(jù)實施例，漿料分配器的不同截面圖。
[0026]圖4圖示根據(jù)實施例，拋光基板的方法流程圖。
[0027]圖5圖示根據(jù)實施例，拋光基板的方法流程圖。
[0028]圖6圖示根據(jù)實施例，拋光基板的方法的階段(例如脈沖)圖。
[0029]圖7圖示根據(jù)實施例，另一拋光基板的方法的階段(例如脈沖)圖。
[0030]詳細(xì)描述
[0031]本文所述實施例關(guān)于在半導(dǎo)體裝置制造中，用于且適于拋光基板表面的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。
[0032]先前系統(tǒng)采用混合漿料組分的漿料。漿料組分適于達(dá)成各種基板處理，例如由氧化劑氧化基板表面和由磨粒與蝕刻劑移除材料的工藝。在適于移除小于約250埃的典型少量移除工藝中，晶圓各處移除方差可能高達(dá)移除膜厚的50%至100%。利用先進(jìn)技術(shù)，將應(yīng)用及可拋光越來越薄的薄膜。例如，用于形成前端結(jié)構(gòu)(例如鑲嵌金屬柵極等)的薄膜非常薄。當(dāng)該等薄膜提供于裝置結(jié)構(gòu)中時，期望以相當(dāng)高的均勻度及控制移除該等薄膜。故隨著薄膜變得越來越薄，CMP將移除較少的材料，因而期望移除工藝更精確。在原子層沉積(ALD)的極端情況下，膜厚度是按原子層測量(例如埃)，是以材料移除精確度亦期望為原子層等級。
[0033]因此，需要能以非常高的均勻度來移除薄膜的拋光設(shè)備和方法。另外，期望該方法可精確控制移除工藝，即相對移除量。在一方面中，本發(fā)明的實施例物理地分離漿料組分。此可用于更精確地控制材料移除量。藉由物理地(例如空間上)分離漿料組分，可提供在兩種或更多種漿料組分(例如達(dá)成氧化、材料移除和腐蝕抑制)之間具有明顯間斷(例如形成具不同化學(xué)成分的漿料組分物理區(qū)域)的拋光工藝。
[0034]例如，在一個或更多個實施例中，拋光平臺(例如包含墊支撐件和墊)可分隔成具有兩個或更多個區(qū)域，其中每一區(qū)域適于含有不同的漿料組分。各漿料組分可具有不同的化學(xué)成分。拋光期間，基板可線掃(rastered)移動(例如平移)越過這些區(qū)域，其中各鄰接區(qū)域包括不同的漿料組分。依序進(jìn)行一次循環(huán)越過這些區(qū)域例如可用于有效移除一個原子層。藉由管理循環(huán)次數(shù)，可精確控制總體材料移除。移除可控制在原子層級。
[0035]在一個或更多個實施例中，拋光表面分隔(例如分割)成多個區(qū)域，其中每一區(qū)域含有個別漿料組分，以進(jìn)行氧化、材料移除或腐蝕抑制工藝之一。藉由線掃(例如掃描)越過該等分隔區(qū)域，可在合理的總體拋光時間內(nèi)達(dá)到高循環(huán)計數(shù)。例如，在含有氧化漿料組分的氧化區(qū)域中，氧化劑用于氧化基板的表層。因只有表層接觸氧化劑，故此氧化工藝具自限性。在含有如移除與蝕刻漿料組分的材料移除區(qū)域中，磨料和蝕刻劑侵蝕先前氧化的表層。材料移除區(qū)域可鄰接氧化區(qū)域。因只移除氧化層，故此材料移除工藝亦具自限性。含有腐蝕抑制漿料組分(例如包括腐蝕抑制劑)的腐蝕抑制區(qū)域會在先前研磨的表層作用，以限制腐蝕。腐蝕抑制區(qū)域可設(shè)置為鄰接氧化區(qū)域。
[0036]在另一方面中，并非物理分離，而是時間上分開施加漿料組分。故在一方面中，本發(fā)明的實施例揭示拋光工藝(例如薄膜移除工藝)，該工藝采用多步驟反應(yīng)，以均勻移除薄膜。特別地，本發(fā)明的實施例分開且按時序引入漿料組分，以時間上分離漿料組分。此可用于更精確地控制材料移除量。此多步驟拋光工藝可應(yīng)用到CMP涉及競爭反應(yīng)的任何應(yīng)用。
[0037]故在此方面中，拋光工藝將在注入各種用于達(dá)成氧化、材料移除及/或腐蝕抑制工藝的漿料組分之間具有明顯間斷(例如時間上分離)。在一個或更多個實施例中，可先時間上引入氧化漿料組分，然后引入材料移除漿料組分(例如含有磨料及/或蝕刻劑)。在一些實施例中，接著可依序引入腐蝕抑制漿料組分。在一些實施例中，隨后可引入沖洗液(例如去離子(DI)水)。在其它實施例中，可在各種漿料引入階段之間引入沖洗液。在拋光工藝期間，可在基板與拋光墊之間注入該等漿料組分，此將進(jìn)一步說明于后。
[0038]本發(fā)明實施例的上述和其它方面將參照圖1A至圖7加以描述如下。
[0039]圖1A至圖1C圖不基板拋光設(shè)備100和設(shè)備部件的各種視圖。從以下說明可知，基板拋光設(shè)備100適于托住及拋光基板101?；鍜伖庠O(shè)備100包括拋光平臺102，平臺102具有兩個或更多個物理區(qū)域，例如第一區(qū)域104、第二區(qū)域106和第三區(qū)域108。兩個或更多個區(qū)域(例如104、106、108)適于含有具不同化學(xué)性質(zhì)(化學(xué)成分)的不同漿料組