專利名稱：真空輔助墊清理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及半導(dǎo)體制造、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)制造和精密拋光 的領(lǐng)域；尤其涉及用于去除從拋光過程中產(chǎn)生的廢物產(chǎn)品以及用于在化學(xué) 機(jī)械拋光(CMP )與平面化期間注入復(fù)合的、不同的拋光液的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
關(guān)于半導(dǎo)體制造的相關(guān)技術(shù)的描述
集成電路通常由硅晶片襯底構(gòu)成，該硅晶片襯底典型地生產(chǎn)或制造為 具有100至300毫米半徑以及16至40密耳厚度的盤片。形成互連電路的 金屬、電介質(zhì)和絕緣體的淀積物通過一系列產(chǎn)生預(yù)期的電路的工藝，比如 光刻、蒸汽淀積和氧化，而生成在晶片上。然后，厚度達(dá)一個^效米的電絕 緣層淀積在電路層之上。在各層，多種的非預(yù)期不規(guī)則物出現(xiàn)在表面上。 這些不規(guī)則物在0.05至0.5微米級上。將這些不規(guī)則物平面化是極其重要 的，以便電路的新層可以沒有光刻中的焦點損失地產(chǎn)生，由此可以在層間 形成精確的互連。
去除影響這些不規(guī)則物的各種技術(shù)已經(jīng)發(fā)展并應(yīng)用?；瘜W(xué)機(jī)械拋光 (CMP) (平面化)工藝已成為去除不規(guī)則物并獲得微電子設(shè)備的需要 的平面、層和線寬幾何圖形的關(guān)鍵技術(shù)。CMP系統(tǒng)通常包括下列組件1 )安裝在一旋轉(zhuǎn)性的或軌道壓板或帶上的拋光墊；
2) 拋光液(氧化劑和研磨劑)蒸汽，其化學(xué)和研磨介質(zhì)對拋光性能 很重要；
3) 大量超純凈水(UPW),用作潤滑劑或拋光液介質(zhì)/媒介；
4) 拋光液組分和沖洗劑。此外，在過程中調(diào)節(jié)化學(xué)或流動性能
5 )鉆石末端操縱裝置(diamond end effector )，控制拋光墊的表面條 件和粗糙外形；以及
6)拋光晶片，安裝在提供拋光壓力的轉(zhuǎn)頭上的托架中。
拋光液在晶片下的注入以及廢物產(chǎn)品從拋光和清理過程的除去取決 于旋轉(zhuǎn)墊的離心力、末端操控裝置的作用以及拋光液加UPW的流動。
晶片上的不規(guī)則物通過連續(xù)施加到它的表面的氧化藥劑與極細(xì)研磨 微粒的拋光液除去。拋光或平面化通常在晶片朝下安放在拋光墊上的情況 下完成，拋光墊在晶片下旋轉(zhuǎn)，晶片自身繞中心軸旋轉(zhuǎn)。線性和軌道方法 同樣采用，且本發(fā)明適用于那些工藝和工具。
由于用特定拋光液操作，所以當(dāng)前拋光工具和過程包括每一壓板的單 操作步驟。比如銅CMP所要求的支持多步驟拋光操作，要求額外的工具、 壓板和材料處理。
沒有單獨的設(shè)備或拋光設(shè)備的廣泛轉(zhuǎn)變以及/或者手動清理，當(dāng)前不 存在利用不同藥劑和不同材料或孩i粒尺寸的裝置。
拋光墊通常由塑料(聚氨酯)材料制成。晶片不規(guī)則物的去除率受施 加到晶片的向拋光墊的壓力、晶片上的拋光液的相對速度、拋光墊表面出 現(xiàn)的新拋光液的數(shù)量以及晶片電路圖形的影響。晶片下拋光液的注入以及 廢物產(chǎn)品從拋光過程的除去取決于旋轉(zhuǎn)墊的離心力、末端操控裝置的作用 以及拋光液和組分及UPW的流動。該類型的沖洗不總能移除廢物。乂人拋 光液沉淀的大研磨粒子以及成團(tuán)的拋光液和廢物形成在墊的孔洞和凹槽 中以及清理裝置上的鉆石粒子之間。商業(yè)應(yīng)用具有用在生產(chǎn)中的大量UPW 以及須處理的大量廢水。晶片拋光率取決于施加到晶片的壓力、拋光液以及在末端操控裝置臂 上用于粗化或清理拋光墊以提供一致的粗糙外形的鉆石頭。在橫截面中， 墊具有峰區(qū)和谷區(qū)，該峰區(qū)和谷區(qū)都承載拋光液并向其內(nèi)的研磨粒子提供 壓力。墊通常包括具有小孔的硬或軟的聚氨酯材料以及/或者分散在整個 活性層的纖維。纖維以及/或者聚氨酯提供墊的剛性，向研磨劑/晶片界 面提供壓力以及促進(jìn)從晶片表面移除材料。小孔作為拋光液存儲池，促進(jìn) 藥劑與晶片表面接觸以及與晶片表面相互作用。藥劑的相互作用相對僅有 研磨劑的拋光條件是重要的"加速器"，并因此對整個加工性能和控制都 很關(guān)鍵。
鉆石末端操控裝置通常包括埋設(shè)在旋轉(zhuǎn)盤形式的金屬基體中的鉆石粒 子。該盤主要用于結(jié)構(gòu)拋光墊，以在晶片上以及晶片與晶片間產(chǎn)生可維持 的平面化率。它還用于從墊上除去用過的拋光液和碎片。用過的拋光液和
碎片經(jīng)常出現(xiàn)在包括二氧化硅(Si02 )、電介質(zhì)和金屬的大硬團(tuán)開始埋設(shè)在 拋光墊中時。這些材料降低去除率或拋光率以及可重復(fù)性，并可以產(chǎn)生破 壞晶片表面和設(shè)備性能(開口，短路)的刮擦形式的缺陷。來自半導(dǎo)體工 業(yè)的數(shù)據(jù)表明，60%的芯片損失因污染造成。據(jù)報道，CMP過程為這一污 染的主要來源。
加工液體失控的傳送和去除(沖洗)還可以造成拋光廢物在裝置內(nèi)的 許多表面上增加。在移除時，這些干燥/成團(tuán)的混合物可以導(dǎo)致附加缺陷。 經(jīng)證明，拋光液"不穩(wěn)定"，易于因傳送系統(tǒng)中的剪切力、熱和時效作用 而成團(tuán)。還存在鉆石粒子從末端操控裝置盤的金屬基體破斷或擲開并刮擦 晶片表面的潛在問題。在典型的拋光時間內(nèi)，從60至600秒，有很多刮 擦的引起機(jī)構(gòu)，更多的過程控制是需要的。
近來，這一碎片通過用UPW和/或拋光液充分沖洗墊而從墊去除。 這一方法取決于移除廢物和團(tuán)塊的液體上的離心力或其它墊運動動力學(xué)。 這是一種非常不易控制的移除方法，因為沖洗不能破壞墊表面的拋光液的 靜態(tài)層，也不能移除墊孔洞中的拋光液。這會導(dǎo)致附加的拋光液團(tuán)塊沉淀 在墊的孔洞和凹槽中。這一拋光液會在后來的時間開始移除，并損傷后來 的晶片。將新拋光液提供到晶片/墊界面的這些"旋轉(zhuǎn)力"的可靠性也比需要的程度難以控制或重復(fù)，導(dǎo)致去除率和均一性的變化。
拋光墊表面典型地包含小孔、孔洞或凹槽，用于在晶片和墊間導(dǎo)通拋 光液，拋光墊表面需要進(jìn)行清理，以生成一致的拋光界面。拋光液和碎片 必須通過連續(xù)地"刮擦"或"清理"墊表面而從晶片去除。另外，有時用 在這一過程中的氧化拋光液通過與設(shè)備層金屬相互作用形成較硬氧化物
而造成墊的污染；或者脫層，造成晶片的潛在污染和刮傷。
在此作為參考，美國專利號6508697中描述了一種試圖解決上述問題 的裝置，其中公開了一種用于清理淀積在半導(dǎo)體晶片襯底、微電子和光學(xué) 系統(tǒng)上的可旋轉(zhuǎn)集成電路的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括墊清洗裝置、加工液體和利 用真空性將廢物材料抽出清理墊的、獨立的沖洗裝置以及將振動運動賦予 墊清洗研磨劑或液體的裝置。該墊清洗裝置包括與用于注入加工液體和/ 或UPW的入口以及用于供應(yīng)負(fù)壓的出口成總的圓形構(gòu)造的外室。

發(fā)明內(nèi)容
考慮上述現(xiàn)有技術(shù)的清洗裝置，本發(fā)明的一目的是提供一種系統(tǒng)，利 用該系統(tǒng)用于清洗拋光墊，該拋光墊具有獨立的清潔裝置，用于除去碎片 并當(dāng)其在清理過程中移除時松弛拋光液。
再一 目的是提供用于向不同(多步驟)才喿作注入具有特定拋光液或添 加劑而無需附加工具、壓板以及材料處理的裝置。
另一目的是允許步驟間的拋光液化學(xué)組分的中和。
再一 目的是允許加入可選/附加的拋光液或化學(xué)料劑。
另 一 目的是允許各壓板上的多步驟拋光。
再一 目的是通過使第 一拋光步驟更迅速以及使隨后的平面化端點附 近的研磨劑/藥劑選擇更細(xì)而增加產(chǎn)出率。
另 一 目的是消除中間材料處理并允許銅和隔板金屬膜的單壓板加工。
另一目的是擴(kuò)展單頭和雙頭拋光工具的效用/壽命。
另一目的是經(jīng)由拋光液更換(化學(xué)的或研磨的)通過更多選擇端點控制而減少缺陷。
另 一 目的是通過減少晶片可見的處理/對準(zhǔn)/夾具改變而改善均一性。
用在本發(fā)明中的墊清理系統(tǒng)，如上面所參考的美國專利號6508697所 提出的，采用研磨盤，該研磨盤具有敞開結(jié)構(gòu)，以當(dāng)其從襯底表面刮下時 收集碎片或細(xì)屑。該系統(tǒng)具有墊清理裝置、加工液體、利用真空性將廢物 材料移除清理墊的、獨立的沖洗裝置以及用于振動墊清理研磨劑的壓電裝 置。碎片產(chǎn)生時，經(jīng)由研磨和磁性支撐的孔洞移入支撐后的室中以及通向 處理系統(tǒng)的管道中。水、其它清洗或中和藥劑的射流經(jīng)由研磨劑與廢棄物 一起噴灑。這一沖洗/刮擦/真空清洗完全地清洗拋光墊表面，能使替換 材料加入而沒有交叉污染。所有這些元素在操作中結(jié)合起來，提供一種用 于清理和清洗拋光墊的獨特和有效的系統(tǒng)。它們也能使特定操作拋光液或 其它藥劑加入清理、清洗和拋光過程，而無需額外的再加工、壓板更換及 附加材料處理。
墊清理裝置具有外室，該外室與用于注入加工液體和/或UPW的入 口以及用于加負(fù)壓的出口成總的圓形構(gòu)造。外室容納旋轉(zhuǎn)葉輪組件，其葉 輪葉片從葉輪軸向外成放射狀。葉輪組件的軸經(jīng)由外室的上表面開口伸 出，并連接到裝置的末端操控裝置組件。支撐盤、磁性盤或機(jī)械緊固裝置 以及研磨清理盤以層疊結(jié)構(gòu)連接到葉輪。在此作為參考，如美國專利號 4222204中所述，研磨盤磁性地或機(jī)械地固定就位，提供盤的完全支撐， 原因是它向支撐盤將盤拉平。該組件構(gòu)造為具有對準(zhǔn)孔洞，該孔洞使拋光 墊上的碎片經(jīng)由這些孔洞真空吸上(vacuum up )。
在操作中，外室保持固定，其連接管連接到真空設(shè)備。水或拋光液或 從外室上的入口注入，或經(jīng)由水套從葉輪中心注入。
從葉輪盤中心向外放射的一系列加壓水孔洞能全面覆蓋研磨盤，并有 助于打破拋光墊的小孔中的靜態(tài)層。真空作用將水和碎片經(jīng)由支撐、磁性 和研磨盤直接抽上來，而旋轉(zhuǎn)葉輪葉片則將水和碎片清掃到真空拾取出口 中以及處理系統(tǒng)中。層疊盤中的對準(zhǔn)孔或"敞開結(jié)構(gòu)"在其從墊表面移除 時能收集碎片或細(xì)屑，能進(jìn)行連續(xù)的清理和清洗，而不干涉研磨盤和晶片表面間的碎片。磁性緊固結(jié)構(gòu)能夠快速轉(zhuǎn)變，并提供控制的研磨劑平面度。 還可以采用裝有用于對準(zhǔn)和緩沖的萬向接頭的機(jī)械方法。真空將廢物從加 工中移除，并將拋光墊不平度提升到非壓縮位置中。選擇孔洞也以更加控 制(比如，壓力、位置、次序和墊/晶片表面狀態(tài))的方式向墊注入加工 液體，比如清洗藥劑、拋光液、鈍化劑、復(fù)合劑、表面活性劑和UPW，甚 至清洗氣體。
獨立的沖洗系統(tǒng)提供水，以松弛碎片并將碎片沖洗到盤的孔洞之上， 到葉輪室中，進(jìn)而到處理系統(tǒng)。在外室上部的密封軸承防止水或加工液體
的泄漏。這一沖洗方法還減少當(dāng)前沖洗拋光墊所需的UPW的數(shù)量。這就 節(jié)約了昂貴的拋光液、UPW量以及昂貴的廢物處理。
葉輪向磁性盤或者機(jī)械緊固裝置以及研磨盤提供穩(wěn)固支持。磁體機(jī)械 地或者通過粘結(jié)物固定到支撐盤。研磨盤磁性地或者機(jī)械地固定到支撐 盤。這一系統(tǒng)使墊清理裝置能夠定期清洗以及使磁體和研磨盤能夠定期更 換，而無需將導(dǎo)致額外停機(jī)時間的整個外室以及內(nèi)葉輪組件拆解。
壓電傳感器設(shè)置在末端梯:控裝置臂的自由端或液體流附近。由高頻激 活時，該傳感器將低幅振動賦予墊清理裝置，進(jìn)一步促進(jìn)拋光墊表面上的 拋光液的靜態(tài)層的打破和移除。由末端操控裝置臂在拋光墊上賦予的小的 垂直力也有助于打破拋光液的膜層，并有助于移除釘楔在拋光墊表面中的 粒子。


圖1至5表示美國專利號6508697的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)。
圖1為用于本發(fā)明中并移除了晶片座的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)系統(tǒng)的 主要元件的立體圖。
圖2為用在本發(fā)明中的構(gòu)件的俯視示意圖。
圖3為沿圖2的線6-6的外室的^L圖。
圖4為沿圖2的線7-7的用在本發(fā)明中的清理裝置的截面圖。圖5為表示外室和葉輪組件的用在本發(fā)明中的清理裝置的構(gòu)件的分解圖。
圖6為表示本發(fā)明的方法的框圖。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及用在化學(xué)機(jī)械拋光或平面化(CMP)系統(tǒng)中用于移除半導(dǎo) 體晶片襯底上的不規(guī)則物的清理拋光墊的方法。優(yōu)選實施例的具體說明可 以為本發(fā)明提供充分的理解；而與本發(fā)明共同作用的一些CMP系統(tǒng)元件 因為是公知的而沒有詳述，并可能會淡化本發(fā)明獨特的其它方面。對本發(fā) 明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，很明顯本發(fā)明可以無需這些其它系統(tǒng)元 件而獲得實現(xiàn)。
參見圖1,其大體地示出了典型CMP系統(tǒng)10的立體圖，該典型CMP 系統(tǒng)10包括通過晶片托架和支撐臂(未示出)向拋光墊12對晶片11施加 壓力的拋光頭(未示出)以及拋光墊清洗裝置15。晶片11在拋光墊12上 旋轉(zhuǎn)，拋光墊12固定到旋轉(zhuǎn)的、軌道的或線性的壓板13。(晶片托架、支 撐臂以及電機(jī)沒有示出)。通常包含氧化劑、研磨劑和/或超純水(UPW) 的拋光液流14注入在拋光墊表面12a上，并與晶片11的旋轉(zhuǎn)運動一起作 用，以在集成電路各層制作后去除晶片11上的幾十分之一微米的表面不平 度。墊清理裝置15用于在拋光墊表面12a被拋光作用改變后恢復(fù)和保持拋 光墊表面12a。如圖2中所示，電機(jī)17使末端操控裝置臂16沿圍繞固定 軸18的圓弧轉(zhuǎn)動，同時向墊清理裝置15提供旋轉(zhuǎn)運動和向下的力40。來 自拋光操作的碎片通過出口 41除去。
用在本發(fā)明中的墊清理裝置15表示在圖2的俯視圖中，并構(gòu)造為與 末端操控裝置臂16機(jī)械和電連接。墊清理裝置15設(shè)計為自動分配藥劑、 拋光液和/或UPW,以清理拋光墊表面12a,并將在拋光過程中形成的碎 片真空吸出，而不干預(yù)拋光過程或者導(dǎo)致額外的停機(jī)時間。連接到清理座 20外圍上的真空出口 22的軟管21將碎片移入到真空設(shè)備(未示出)中。 連接到入口 19的軟管23經(jīng)由清理座20的上中心伸出，并為墊表面12a的可靠覆蓋而提供研磨拋光液流，以及/或者為沖洗和潤滑而提供中和
劑、UPW或清洗劑。為促進(jìn)碎片去除，壓電裝置24在其經(jīng)由電連接25 由高頻電壓激發(fā)時向清理裝置15施加低幅振動脈沖，從而攪動清理墊表 面12a上的碎片粒子，導(dǎo)致碎片粒子開始移動，以便于移除。
圖3中所示的清理座20的外室30為沿圖2的線6-6的視圖。當(dāng)前實 施例的外室30的直徑約四英寸，高度約三英寸。很明顯，對本領(lǐng)域技術(shù) 人員來說，本發(fā)明可以不同于所述的尺寸特征實施，達(dá)到并包括墊的整個 工作表面。
圖4為沿圖2的線7-7的橫截面圖，并表示具有連接到葉輪葉片33的 支撐盤34、石茲性盤35以及研磨盤36的葉輪組件32。各盤中的孔洞37對 準(zhǔn)，從而使碎片從拋光盤12移除到真空出口 22。加工液體進(jìn)入貫通管23 并通過孔洞37均勻地分配。外室30與葉輪軸19之間的密封31防止加工 液體泄漏。外室30中的環(huán)形槽40可以裝備向拋光墊12注入加工和沖洗 液體的第二裝置。
圖5為分解視圖，其更清楚地表示清理裝置15的構(gòu)件，其螺絲連接 孔41將支撐盤34固定到葉輪葉片33。盡管本視圖中只表示了四個葉輪葉 片33，包括非旋轉(zhuǎn)"BAR" /室構(gòu)造的其它類型的葉輪葉片構(gòu)造也可以提 供與本實施例相同的功能。
本發(fā)明的供給特定操作拋光液的方法50表示在圖6的框圖中。在加 工中清洗拋光墊51包括至少五個并行、串行或任何組合的操作。這一操 作可以在內(nèi)部或在外部進(jìn)行，并可以支持內(nèi)部過程pH調(diào)節(jié)，以控制去除 率和/或端點選擇。拋光墊12進(jìn)行振動運動52,以去除松弛的拋光液加 工碎片、液體和氣體52A。可能殘留的靜態(tài)層通過真空、水和其它藥劑53A 而被破壞。通過真空、水和藥劑54A清洗拋光墊表面、小孔和凹槽54。進(jìn) 一步的步驟涉及用水和其它藥劑55A中和殘留在墊表面上的拋光液55。最 終步驟為沖洗56,以去除清洗液體和任何殘留碎片56A。隨著清理裝置的 徹底清洗，其它特定操作拋光液57A、 57B和57C可以經(jīng)由清理裝置10 的拋光液進(jìn)料系統(tǒng)或在57注入。
權(quán)利要求
1. 一種清理用在CMP過程中的拋光墊的裝置，該裝置具有包括貫通形成的多個孔洞的研磨清理盤；連接到研磨清理盤用于注入液體和/或氣體清洗劑的入口，該清洗劑經(jīng)由形成在所述清理盤中的多個孔洞，到達(dá)拋光墊表面的部分；用于使所述拋光墊進(jìn)行振動的設(shè)備；以及圍繞研磨清理盤布置并設(shè)有多個孔洞的出口通道的外真空室，該外真空室連接到外真空源，以便通過外真空源的開動，來自清理過程的流出物能夠經(jīng)由清理盤孔洞抽出，并經(jīng)由外真空室排出清理裝置。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述用于使所述拋光墊進(jìn)行振動 的設(shè)備包括壓電傳感器。
3. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述壓電傳感器設(shè)置在液體流附近。
4. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置被設(shè)置成使加工液體進(jìn) 入所述入口并通過所述研磨清理盤的所述孔洞均勻地分配。
5. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該裝置還具有用于支撐研磨清理 盤的磁性盤，該磁性盤包括與貫通研磨清理盤形成的孔洞對準(zhǔn)布置的多個 類似孔洞，以使進(jìn)入清洗劑和排出流出物都經(jīng)由研磨清理盤和所述石茲性盤 的對準(zhǔn)的孔洞。
6. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述磁性盤被設(shè)置成能夠快速轉(zhuǎn) 變，并提供控制的研磨劑平面度。
7. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其中該裝置還包括葉輪件，所述葉輪 件向所述磁性盤以及所述研磨清理盤提供穩(wěn)固支持。
8. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該裝置還具有連接到研磨清理盤 的葉輪件，該葉輪件包括孔洞上表面，連接到入口，用于將液體和/或氣體清洗劑導(dǎo)向清理盤；以及多個葉輪葉片，從葉輪件中心以放射方式朝外，垂直地在葉輪件上表 面與清理盤之間延伸，該多個葉輪葉片用于將排出流出物導(dǎo)向外真空室。
全文摘要
用于清理拋光墊的裝置，采用開孔清理盤用于注入特定操作拋光液，無需附加加工、壓板及材料處理。該裝置采用利用真空性能以將廢材料從清理墊上抽出并經(jīng)由開孔的清理盤，通過一出口排出該裝置，該裝置還可以包括獨立的沖洗裝置以及用于振動墊的壓電裝置。
文檔編號B24B53/02GK101444900SQ200910000069
公開日2009年6月3日 申請日期2004年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月29日
發(fā)明者斯蒂文·J·貝納 申請人:Tbw工業(yè)有限公司