專利名稱：Cmp工藝中的靈活沖洗步驟的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化學(xué)機械拋光(CMP)工具和工藝，更具體地，涉及其中在平面化和沖洗(rinsing)的后續(xù)步驟之間晶片暴露到空氣中最小化的CMP工具和工藝，還涉及已經(jīng)由CMP工具或方法進(jìn)行拋光的中間半導(dǎo)體產(chǎn)品或最終半導(dǎo)體產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
化學(xué)機械拋光(CMP)已經(jīng)發(fā)展為例如電氣或電子部件的設(shè)計、開發(fā)和處理中的重要工藝。CMP技術(shù)對于成本有效且前沿產(chǎn)品的制造是不可缺少的。CMP對于制作微電子工業(yè)中的先進(jìn)多層面集成電路的制造是關(guān)鍵的。今天，CMP工藝通常由半導(dǎo)體工業(yè)使用，以拋光掉晶片上或在晶片上沉積薄膜上的凸起點，那樣，使膜或晶片變平，達(dá)到表面所需的局部和/或整體平面化。因此，這種CMP工藝通常簡稱為平面化工藝。
在CMP工藝中，利用機械和化學(xué)力兩者來產(chǎn)生材料(例如，晶片或膜材料)的合理的所需機械去除率，以及去除率的精確可控性。一種材料相對于另一種材料的去除率的選擇性是化學(xué)和機械力的結(jié)果。因此，通過調(diào)整這些化學(xué)和機械力，可以依賴于所需應(yīng)用，實現(xiàn)良好的選擇性或沒有選擇性。
在J.M.Steigerwald，S.P.Murarka和R.J.Gutman 1997年，紐約，John Wiley & Sons的“Chemical Mechanical Planarization ofMicroelectronic Materials”中已經(jīng)全面地描述和說明了CMP工藝。CMP工藝包括靠著拋光墊移動待平面化或拋光的樣品表面，所述拋光墊用于提供對樣品表面的支撐，并且在樣品表面和拋光墊之間攜帶漿料以影響導(dǎo)致平面化的拋光。在CMP期間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)通過產(chǎn)生表面層(例如，氧化物層)，改變正在進(jìn)行拋光的材料表面性質(zhì)。該表面層包括與體材料的化學(xué)和機械性質(zhì)不同的化學(xué)和機械性質(zhì)，并且通常該表面層可以通過研磨顆粒和摩擦樣品的拋光墊的磨損來容易地去除。因此，化學(xué)力用作兩個主要目的。首先，形成使材料易于去除并且使得能夠精確控制去除率的表面層。其次，通過溶解研磨材料或用表面活性劑包圍研磨材料，防止將研磨材料再次沉積到樣品表面上，來去除研磨材料。
圖1示出了通常公知的拋光工具的示意性表示。將待平面化的晶片1壓在拋光表面2(也稱作拋光墊2)上，使晶片1和拋光墊2開始彼此相對運動，優(yōu)選地旋轉(zhuǎn)運動。在優(yōu)選實施例中，晶片1和拋光墊2兩個都經(jīng)歷旋轉(zhuǎn)運動。將包括懸浮在包括化學(xué)試劑的水介質(zhì)中的精細(xì)研磨顆粒的拋光漿料3分配到拋光墊2上的位置，例如拋光墊2的中央。由旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生的離心力和與拋光墊2非常接近的晶片1的存在，將拋光漿料3分布在拋光墊2上，形成拋光墊2上的薄片液體。圖2詳細(xì)地示出了待拋光晶片1、拋光墊2和拋光漿料3。來自施加到漿料3中的研磨顆粒的力和速度的機械作用和來自拋光漿料3中的水和化學(xué)試劑的化學(xué)作用的組合，導(dǎo)致晶片1表面上的材料去除。
針對特定的應(yīng)用，CMP工具可以包括多于一個的拋光平臺，每一個均包括根據(jù)圖1的拋光墊2。因此，CMP工藝可以包括多于一個拋光步驟。在連續(xù)的拋光步驟之間，將晶片用去離子(DI)水沖洗，DI水是在半導(dǎo)體處理中使用的超純水，更一般地，用洗液沖洗。洗液的示例可以是具有0.0001至0.1M之間濃度的苯并三唑(BTA)。在沖洗步驟期間，將已拋光的晶片浸到去離子水中，以便停止在前一個操作期間開始的化學(xué)反應(yīng)，并且從晶片表面上去除該操作的產(chǎn)物。在沖洗步驟之后，將晶片1從拋光平臺上提起來(lifted up)，并且移動到下一個拋光平臺上用于隨后的拋光階段。在最佳調(diào)整的拋光順序中，應(yīng)該使晶片1直接開始連續(xù)的拋光階段，而沒有任何等待時刻。
然而，公知系統(tǒng)的缺點在于在兩個連續(xù)拋光步驟之間的沖洗步驟具有固定的持續(xù)時間。因此，如果不同的拋光步驟具有不同的持續(xù)時間，首先將已經(jīng)經(jīng)過最短持續(xù)時間的拋光步驟的晶片浸入去離子水中，在固定的沖洗持續(xù)時間之后將所述晶片從去離子水中移開，并且在將所述晶片傳送到隨后的拋光步驟之前，所述晶片不得不在空氣中等待(仍然是濕的)，因為將全部晶片同時地移到下一步驟。包括來自漿料的化學(xué)殘留痕跡的濕晶片暴露到空氣中，在CMP工具的高度化學(xué)活性的環(huán)境中，增加了晶片表面損壞(例如，侵蝕)的可能性，可以導(dǎo)致具有差質(zhì)量的產(chǎn)品和器件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出了一種CMP工具和工藝，使諸如半導(dǎo)體晶片或部分處理過的半導(dǎo)體襯底之類的襯底表面侵蝕或損壞的可能性最小化，還提出通過該工藝獲得的中間或最終半導(dǎo)體產(chǎn)品。
上述目的是通過根據(jù)本發(fā)明的方法、設(shè)備和半導(dǎo)體產(chǎn)品來實現(xiàn)的。
本發(fā)明提出了具有至少兩個拋光平臺的化學(xué)機械平面化設(shè)備，每一個拋光平臺均具有用于同時執(zhí)行處理步驟的裝置，每一個步驟均包括拋光步驟，并且所述處理步驟的至少一個還包括拋光步驟之后的沖洗步驟。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，每一個處理步驟具有總處理步驟時間，以及所述設(shè)備還包括控制裝置，適合于設(shè)置總處理步驟時間，使得每一個拋光平臺上的處理步驟實質(zhì)同時地結(jié)束。實質(zhì)同時地結(jié)束意味著在每一個拋光平臺傷的工藝步驟的結(jié)束時間的差別不大于2秒。
根據(jù)本發(fā)明實施例，所述設(shè)備還可以包括用于通過最慢拋光步驟的結(jié)束時間來確定每一個處理步驟的結(jié)束時間的裝置，并且所述控制裝置可以具有用于通過調(diào)節(jié)所述至少一個沖洗步驟的每一個的持續(xù)時間、來設(shè)定總處理時間的裝置。所述設(shè)備還可以包括終點檢測器，用于確定處理步驟的結(jié)束時間。
在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備中，在可以將晶片移動到下一個拋光平臺之前，所述晶片不必在空氣中等待。因此，根據(jù)本發(fā)明的化學(xué)機械平面化具有這樣的優(yōu)點在兩個拋光或拋光+沖洗步驟之間，不存在或?qū)嵸|(zhì)不存在濕晶片的空氣中等待，因此可以使諸如侵蝕之類的損壞的可能性最小化。
在本發(fā)明實施例中，每一個處理步驟可以包括緊接著沖洗步驟的拋光步驟。控制裝置可以適合于控制每一個沖洗步驟的持續(xù)時間，使得在由前一個拋光步驟的結(jié)束時間和最慢拋光步驟的結(jié)束時間之間的差別確定的時間段期間執(zhí)行沖洗，所述時間段按最小沖洗時間增加。在一個實施例中，控制裝置可以適合于控制最小沖洗時間在1至60秒之間，優(yōu)選地，在8至10秒之間。
在根據(jù)本發(fā)明該實施例的設(shè)備中，優(yōu)點是沒有對工具生產(chǎn)能力的負(fù)作用發(fā)生。這里沒有增加額外的時間，如果設(shè)定例如沖洗步驟的固定結(jié)束時間則將會如此，因為在這種情況下必須包含安全裕度。根據(jù)本發(fā)明該實施例的另一個優(yōu)點是在相同的晶片載體上執(zhí)行拋光和沖洗。在大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)CMP工具中，沖洗可能在不同于執(zhí)行拋光步驟的晶片載體的晶片載體上執(zhí)行。這導(dǎo)致了較大的工具，因為占用例如超凈間的太多地方而是不利的。
在根據(jù)本發(fā)明的實施例中，所述設(shè)備可以包括第一、第二和第三拋光平臺。例如，第一、第二和第三實施例可以適合于分別執(zhí)行銅CMP、阻擋材料CMP和磨光。
本發(fā)明還提出了一種用于襯底的化學(xué)機械平面化的方法。所述方法包括至少兩個同時的處理步驟，每一個處理步驟均包括拋光步驟，并且所述處理步驟的至少一個還包括拋光步驟之后的沖洗步驟，其中，控制全部處理步驟使得它們實質(zhì)同時地結(jié)束。
可以由最慢拋光步驟的結(jié)束時間來確定全部處理步驟的結(jié)束時間，以及可以通過調(diào)節(jié)所述至少一個沖洗步驟的每一個的持續(xù)時間來設(shè)定總處理步驟時間。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，在可以將晶片移動到下一個拋光平臺之前，所述晶片不必在空氣中等待。因此，根據(jù)本發(fā)明用于化學(xué)機械平面化的方法具有以下優(yōu)點不存在或?qū)嵸|(zhì)上不存在兩個拋光步驟或拋光+清洗步驟之間的濕晶片在空氣中的等待，因此可以使諸如侵蝕之類的損壞最小化。
在本發(fā)明的實施例中，每一個處理步驟可以包括拋光步驟之后的沖洗步驟，并且可以在由前一個拋光步驟的結(jié)束時間和最慢拋光步驟的結(jié)束時間之間的差別確定的時間段期間執(zhí)行所述每一個沖洗步驟，所述時間段隨最小沖洗步驟增加。
根據(jù)本發(fā)明該實施例的方法具有以下優(yōu)點沒有對工具生產(chǎn)能力的負(fù)作用發(fā)生。這里沒有增加額外的時間，如果例如設(shè)定沖洗步驟的固定結(jié)束時間則將會如此，因為在這種情況下必須包含安全裕度。根據(jù)本發(fā)明該實施例的另一個優(yōu)點是在相同的晶片載體上執(zhí)行拋光和沖洗。在大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)CMP工具中，沖洗可能在不同于執(zhí)行拋光步驟的晶片載體的晶片載體上執(zhí)行。這導(dǎo)致了較大的工具，因為占用例如超凈間的太多地方而是不利的。
在根據(jù)本發(fā)明的實施例中，襯底可以是半導(dǎo)體晶片或部分處理過的半導(dǎo)體襯底。
本發(fā)明還提出了一種計算機程序產(chǎn)品，用于當(dāng)在諸如計算機之類的處理引擎、嵌入式微處理器上，例如在微控制器或諸如FPGA之類的可編程門陣列中執(zhí)行計算機程序產(chǎn)品時，設(shè)定針對襯底的CMP工藝中的處理步驟的時間段，所述計算機程序包含代碼，用于控制包括至少兩個隨后處理步驟的工藝，并且所述處理步驟的至少一個處理步驟還包括拋光步驟之后的沖洗步驟，其中全部處理步驟實質(zhì)同時地結(jié)束。
本發(fā)明還提出了一種對根據(jù)本發(fā)明的計算機程序產(chǎn)品進(jìn)行存儲的機器可讀數(shù)據(jù)存儲設(shè)備。
另外，提出了一種制造電氣或電子器件的方法。所述方法包括執(zhí)行襯底的化學(xué)機械平面化，化學(xué)機械平面化包括至少兩個隨后的處理步驟，每一個處理步驟包括拋光步驟，并且至少一個處理步驟還包括拋光步驟之后的沖洗步驟，其中全部處理步驟實質(zhì)同時地結(jié)束。例如，所述襯底可以是半導(dǎo)體晶片或部分處理過的半導(dǎo)體襯底。
本發(fā)明還提出了一種計算機系統(tǒng)，適用于接收參數(shù)并且將這些參數(shù)發(fā)送到CMP工具，用于根據(jù)本發(fā)明執(zhí)行CMP工藝。
結(jié)合附圖，根據(jù)以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些和其他特性、特征和優(yōu)點將是顯而易見的，通過舉例說明本發(fā)明原理。僅由于舉例的緣故給出該描述，而不是限制本發(fā)明的范圍。以下引用的參考符號參見附圖。


圖1是晶片拋光工具的示意性表示。
圖2是晶片-漿料-拋光墊系統(tǒng)的示意性說明。
圖3是可用于本發(fā)明實施例的CMP工具的示意性說明。
圖4A示出了根據(jù)本發(fā)明實施例連續(xù)處理的、并且不必在CMP工具中等待的晶片。
圖4B示出了在處理期間沒有連續(xù)地進(jìn)行處理并且不得不在CMP工具中等待的晶片。
圖5示出了可以具體實現(xiàn)本發(fā)明的計算機系統(tǒng)的簡化方框圖。
在不同的圖中，相同的參考符號表示相同或相似的元件。
具體實施例方式
將對具體實施例并且參考附圖描述本發(fā)明，但是本發(fā)明不局限于此，因為本發(fā)明僅由權(quán)利要求限制。權(quán)利要求中的任意參考符號不應(yīng)該解釋成限制范圍。所述附圖僅是示意性的，并且是非限制性的。在附圖中，為了說明的目的，可以對一些元件的大小進(jìn)行夸大，并且沒有按比例繪制。在本說明書和權(quán)利要中使用的術(shù)語“包括”不排除其他元件或步驟。除非特別聲明，在提及單數(shù)名詞時使用不定冠詞和定冠詞的情形下，包括多個該名詞。
此外，在說明書和權(quán)利要求中的術(shù)語第一、第二、第三等用于在類似元件之間進(jìn)行區(qū)分，并且不必要描述連續(xù)或時間順序。應(yīng)該理解的是，在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境下這樣使用的術(shù)語是可交換的，并且這里描述的本發(fā)明實施例能夠按照與這里描述或說明的順序不同的順序工作。
應(yīng)該注意的是，權(quán)利要求中使用的術(shù)語“包括”不應(yīng)該解釋為限于隨后所列的裝置，不排除其他元件或步驟。因此，表達(dá)式“設(shè)備包括裝置A和B”的范圍，不應(yīng)該局限于僅由部件A和B組成的設(shè)備。意味著對于本發(fā)明，該設(shè)備的唯一有關(guān)部件是A和B。
本發(fā)明提出了一種CMP工具和CMP工藝，其中，避免工藝中的兩個隨后步驟之間待拋光襯底(例如，半導(dǎo)體晶片)暴露到空氣中，或使其最小化。那么，諸如晶片之類的襯底就較少地、甚至根本不會受到諸如侵蝕之類的可能損壞。該襯底可以是半導(dǎo)體晶片，不管是簡單的還是部分地處理過的。這導(dǎo)致高質(zhì)量產(chǎn)品的生產(chǎn)，例如電氣器件和電子器件。
圖3作為非限制性示例示出了CMP工具10的示意圖，包括具有第一晶片載體12的加載/卸載臺11、具有第二晶片載體14的第一拋光平臺13、具有第三晶片載體16的第二拋光平臺15、以及具有第四晶片載體18的第三拋光平臺17。拋光平臺13、15、17的工藝分配示例如下給出。應(yīng)該理解的是，該示例僅是為了容易解釋和理解，并且不限制本發(fā)明。
例如，可以在例如電子器件的制造工藝中形成銅互連器件期間使用CMP。銅CMP(Cu-CMP)是形成銅互連的優(yōu)選方式，因為由于在相對較低的溫度下(例如，200℃以下)缺乏銅的揮發(fā)性化合物而導(dǎo)致銅不會被等離子體刻蝕形成圖案，這是等離子體刻蝕工藝的必要特征。在Cu-CMP中，例如，用于互連的銅金屬化可以通過將本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知的鑲嵌技術(shù)與阻擋膜材料等的適當(dāng)選擇(例如，鉭Ta或氮化鉭TaN)進(jìn)行組合來實現(xiàn)。
鑲嵌工藝是一種形成金屬線路的方式，包括沉積絕緣體，例如氧化物；在氧化物中刻蝕溝槽；到處沉積金屬；以及用CMP進(jìn)行回拋光(polishing back)，使得金屬只留在溝槽中。這是傳統(tǒng)順序的相反順序，包括首先沉積金屬，將所述金屬通過刻蝕形成圖案；以及沉積氧化物以設(shè)法填充金屬之間的間隙。鑲嵌處理去除了間隙填充問題(在金屬線路之間獲得氧化物)。鑲嵌處理還導(dǎo)致加工中使用工藝的不同分布，即使用氧化物刻蝕代替金屬刻蝕，以及使用金屬CMP步驟代替氧化物CMP步驟。鑲嵌工藝的另一個優(yōu)點是可以在一個工藝周期中形成金屬線路和通路，使工藝在電性能、電路可靠性和產(chǎn)品成本方面非常有吸引力。
JP-200144201描述了使用阻擋膜的鑲嵌結(jié)構(gòu)及其制造。使用犧牲層作為電介質(zhì)層的修改頂部部分，并且存在于阻擋膜以下。阻擋膜作為銅和下面電介質(zhì)之間的粘合增進(jìn)劑以及擴散阻擋材料兩者。在第一CMP步驟期間去除過量的銅。在第二CMP步驟期間去除阻擋膜。在去除阻擋膜的同時，還進(jìn)一步地去除了銅。在去除阻擋膜之后，以比銅更高的速度(最高到100倍)去除犧牲膜。CMP允許去除過量的銅和阻擋膜兩者，并且實現(xiàn)了所需管芯和晶片規(guī)模的平面化。
對于上述示例，CMP工具100可以使得可以將第一晶片加載到加載/卸載臺11，并且隨后移動到第一拋光平臺13，而將第二晶片通過加載/卸載臺11放入CMP工具10中。在第一拋光平臺13上，在給出的示例中，可以使用諸如從Rohm and Haas Electronic Materials可獲得的EPL2361之類的漿料執(zhí)行銅CMP。這種銅CMP漿料用于以高去除率去除體銅膜。該工藝應(yīng)當(dāng)有效地停止在阻擋膜處。該工藝具有高的銅對阻擋材料/氧化物的選擇性。對于厚度約1微米的銅層，例如，在第一拋光平臺13上的主要處理時間可以在70秒到90秒之間。該步驟的結(jié)束時間可以由終點檢測器觸發(fā)。
隨后，第一晶片移動到第二拋光平臺15，第二晶片移動到第一拋光平臺13，并且將第三晶片通過加載/卸載臺11放入CMP工具10內(nèi)。在第二拋光平臺15中，對于給出的示例，可以使用諸如從Rohm and HaasElectronic Materials可獲得的諸如CUS1351之類的漿料執(zhí)行阻擋材料CMP。阻擋材料工藝的作用是為了去除諸如Ta或TaN之類的阻擋膜材料。用于阻擋膜去除的漿料具有較高的選擇性，并且該工藝停止于犧牲層。對于給出的示例，該第二拋光平臺15上的主要處理時間可以在45秒和60秒之間?？梢杂山K點檢測器來觸發(fā)結(jié)束時間，或者主要處理時間可以具有固定持續(xù)時間。
隨后，將第一晶片移動到第三拋光平臺17，將第二晶片移動到第二拋光平臺15，將第三晶片移動到第一拋光平臺13，以及將第四晶片放入加載/卸載臺11內(nèi)。對于給出的示例，在該第三拋光平臺17上可以去除犧牲層。在替代的半導(dǎo)體處理階段，可以在該第三拋光平臺上執(zhí)行磨光。例如可用于磨光的漿料示例可以是從Rohm and Hass ElectronicMaterials獲得的Klebosol 1501-50。作為機械清洗步驟的磨光步驟用作最后的平面化和缺陷減少步驟。對于給出的示例，該第三拋光平臺17上的主要處理時間在10秒至20秒之間，并且通常具有固定持續(xù)時間。
接下來，將第一晶片移動到加載/卸載臺11以從CMP工具10上取下，將第二晶片移動到第三拋光平臺17，將第三晶片移動到第二拋光平臺15，將第四晶片移動到第一拋光平臺13，以及將第五晶片通過加載/卸載臺11放到CMP工具10中。
可以重復(fù)上述序列，直到全部待處理晶片已經(jīng)離開CMP工具10。
在每一個拋光階段之后執(zhí)行晶片沖洗步驟。在該沖洗步驟期間，使用去離子水或更一般地使用任意合適的清洗溶液，例如具有0.0001至0.1M之間濃度的苯并三唑溶液，對晶片進(jìn)行輕輕地拋光(即以非常低的壓力和較低的速度)，將所述溶液用較高壓力噴射到拋光墊上。通常，在幾秒(典型地10至15秒之間)的固定時間段執(zhí)行沖洗步驟。沖洗步驟的目的是為了去除化學(xué)殘留以及前一個拋光步驟中來自晶片表面的殘渣。在清洗步驟之后，將晶片從拋光墊上提起，并且移動到下一個拋光平臺用于隨后的拋光階段。在最佳調(diào)整的拋光順序中，將晶片直接帶到下一個拋光階段，而無需任何等待時間。然而實際上，并且如上所述，晶片總是等待CMP工具100上的全部拋光平臺13、15、17完成的最長拋光步驟，因為將全部晶片安裝到相同的晶片傳送機構(gòu)上。對于給出的示例，第二拋光平臺15上和第三拋光平臺17上的晶片在移動到下一個步驟之前，必須分別等待第一拋光平臺13上的另外處理結(jié)束，約10至45秒和60至80秒。在沖洗后，空氣中的這種等待是不希望的，并且優(yōu)選地要避免，因為晶片的表面是濕的，并且包括來自在前一個拋光步驟期間已經(jīng)使用的漿料的化學(xué)殘留的痕跡。在CMP工具10的高度化學(xué)活性環(huán)境的氛圍中等待不是希望的選項，因為這在給出的示例中引起晶片上的金屬特征損傷(侵蝕)。已經(jīng)報告了作為處理期間在空氣中等待的結(jié)果的金屬侵蝕的證據(jù)。在圖4A中，示出了連續(xù)處理、并且因此在處理期間不必在CMP工具10中等待的晶片19a。圖4B示出了在處理期間必須在CMP工具10中等待、并且因此不能連續(xù)處理的晶片19b?？梢钥闯?，圖4A中的晶片19a在晶片邊緣21上包括褐斑20。這對如4B所示的晶片19b，CMP工具10中的等待時間大于1分鐘。在這種情況下，褐斑20是裸眼可見的。針對更短的等待時間段，損壞或褐斑20是用顯微鏡可見的。
本發(fā)明建議了CMP工具構(gòu)造和控制軟件的變化，例如用于消除與CMP工具10中濕晶片等待處理相關(guān)的侵蝕問題。該軟件包含用于控制工藝的代碼。該軟件可以在諸如計算機之類的任意合適的處理引擎、諸如微控制器之類的嵌入式微處理器、或在諸如可編程門陣列(例如，F(xiàn)PGA)上執(zhí)行?？梢詫⒃撥浖鎯υ谌我夂线m的存儲介質(zhì)中，例如磁盤、硬盤驅(qū)動器、磁帶存儲器、諸如CD-ROM或DVD-ROM之類的光盤、固態(tài)存儲器等。根據(jù)本發(fā)明，每一個拋光平臺13、15、17上的兩個連續(xù)拋光步驟之間的沖洗時間段不再具有固定持續(xù)時間。取而代之的，全部拋光平臺13、15、17上的沖洗步驟的結(jié)束時間必須由全部拋光平臺13、15、17的最后一個終點信號來觸發(fā)，即由其上拋光步驟花費最長時間的拋光平臺13、15、17的終點信號來觸發(fā)。可以在拋光平臺13、15、17的固定時間段已經(jīng)過去之后、或在終點檢測器已經(jīng)檢測到到達(dá)終點之后，給出該終點信號?？梢酝ㄟ^幾種方法監(jiān)測終點。優(yōu)選的方法是光學(xué)方法，依賴于已拋光表面的光學(xué)性質(zhì)的變化。可以按照許多方式執(zhí)行光學(xué)測量，所有這些方式都包括在本發(fā)明的范圍中。例如，可以使用已拋光表面的反射性質(zhì)變化。在本發(fā)明的一個實施例中，測量來自激光源、在拋光期間在晶片表面上反射、穿過拋光墊中嵌入的窗口的光。當(dāng)從晶片表面上去除材料層、從而暴露出下面的另一個不同層/材料時，由晶片反射的光的量變化。因而到達(dá)終點。第二方法可以是基于已拋光表面的機械性質(zhì)。例如，在本發(fā)明另外實施例中，在拋光期間測量或監(jiān)測晶片和拋光墊之間和摩擦力。當(dāng)從一種材料變化為另一種材料時，摩擦力改變。因此，當(dāng)測量到摩擦力變化時，到達(dá)了終點?？梢园凑赵S多方式進(jìn)行這種摩擦測量，所有這些方式都包括在本發(fā)明范圍中。在另外的實施例中，可以使用聲學(xué)方法確定終點。拋光可以產(chǎn)生可以監(jiān)測的聲學(xué)能。當(dāng)從晶片表面上去除材料層時，從而暴露出下面的另一個不同層/材料時，聲信號將變化?？梢詫⑵溆米鹘K點。在另外的實施例中，使用電學(xué)方法。例如，可以測量晶片的電性能。當(dāng)從晶片表面上去除材料層從而暴露出下面的另一個不同層/材料時，可以將電性能的改變用作終點。
然而，對于這種設(shè)置，可能發(fā)生的是取決于不同拋光平臺13、15、17的主要工藝時間之間的差別，對拋光平臺13、15、17中的一個或更多個沒有執(zhí)行或執(zhí)行很少(即過少)的沖洗。因此，在最慢的拋光平臺13、15、17的終點信號之后，全部拋光平臺13、15、17上的沖洗繼續(xù)有限的時間段是重要的，這需要提供合適和足夠的晶片表面清洗。根據(jù)本發(fā)明用于沖洗步驟的額外時間稱作最小沖洗時間。最小沖洗時間可以在1秒至60秒之間，并且典型地在8秒至10秒之間。需要該最小沖洗時間確?；瘜W(xué)殘留和殘渣的適當(dāng)去除。
那么，沖洗步驟可以在每一個不同的拋光平臺13、15、17開始于時間上的不同第一時刻，但是結(jié)束于時間上相同或?qū)嵸|(zhì)相同的第二時刻，時間上的第二時刻可以由花費最長時間的拋光步驟的拋光平臺13、15、17來確定。通過時間上實質(zhì)相同的第二時刻，意味著在每一個拋光平臺13、15、17處的清洗或沖洗步驟的結(jié)束時間的差別不超過2秒。因此，沖洗步驟在至少兩個拋光平臺上花費不同的時間段，但是可能在多個不同拋光平臺13、15、17的每一個上，并且于現(xiàn)有技術(shù)CMP工具相反，不再具有固定持續(xù)時間。
為了在CMP工具上實現(xiàn)本發(fā)明，可以設(shè)置軟件選項，允許用戶在工藝方案中設(shè)定特定的最小沖洗時間。然后，當(dāng)全部拋光平臺13、15、17的最后終點信號進(jìn)行觸發(fā)時，將該最小沖洗時間添加到?jīng)_洗步驟時間段中，即實際沖洗時間段由CMP工具10的任意拋光平臺13、15、17中的最慢拋光工藝來限定。那么，可以同時或?qū)嵸|(zhì)同時地提起全部拋光平臺13、15、17上的晶片，并且可以立即傳送到下一步拋光步驟中，而無需在大氣中等待。
CMP工具10可以與計算機系統(tǒng)25相連。通過計算機系統(tǒng)25，可以設(shè)定用于CMP工藝的參數(shù)，例如平臺13、15、17的旋轉(zhuǎn)速度，平臺13、15、17上的壓力，每一個處理步驟的持續(xù)時間等?？蛇x地，可以將放大元件定位于CMP工具10和計算機系統(tǒng)25之間，以便對從計算機系統(tǒng)25發(fā)送到CMP工具10的信號進(jìn)行放大。
圖5是計算機系統(tǒng)25的簡化方框圖，其中可以具體實現(xiàn)本發(fā)明的方法。適當(dāng)?shù)鼐幊桃詫崿F(xiàn)本發(fā)明方法的諸如系統(tǒng)25之類的計算機系統(tǒng)是本發(fā)明的一部分。
計算機系統(tǒng)25包括處理器26，所述處理器26可以經(jīng)由總線子系統(tǒng)27與許多外圍設(shè)備通信。例如，處理器26可以是微處理器。處理器26還可以是可編程門陣列，例如可編程邏輯陣列(PLA)、可編程陣列邏輯(PAL)、或現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)等。外圍設(shè)備可以包括存儲器子系統(tǒng)28、用戶輸入工具29(例如，用于輸入?yún)?shù))、以及文件存儲系統(tǒng)30。依賴于具體實現(xiàn)(計算機系統(tǒng)25可以是桌上系統(tǒng)、便攜系統(tǒng)或嵌入式控制器)，計算機系統(tǒng)25還可以包括顯示子系統(tǒng)31、和諸如打印機32之類的輸出設(shè)備。
使用術(shù)語“總線系統(tǒng)”以便包括允許系統(tǒng)的不同部件如所需的那樣彼此數(shù)字通信的任意機制。計算機系統(tǒng)25的不同部件不需要處于相同的物理位置。計算機系統(tǒng)25的各部分可以經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)相連，包括無線傳輸介質(zhì)。
存儲子系統(tǒng)28至少包括一個存儲器，例如包括主要的隨機存取存儲器(“RAM”)33和只讀存儲器(“ROM”)34的許多存儲器，在所述存儲器中存儲了可執(zhí)行計算機程序指令。在一些實施例中，可以包括DMA控制器35，使得能夠無需通過處理器26就進(jìn)行從或向存儲器的傳送。
典型地，用戶輸入工具29包括用戶接口適配器36，用于將鍵盤37和/或定點設(shè)備38與總線子系統(tǒng)27相連。定點設(shè)備38可以是諸如鼠標(biāo)、軌跡球、觸摸板或圖形輸入板之類的間接定點設(shè)備，或諸如結(jié)合到顯示設(shè)備39中的觸摸屏設(shè)備之類的直接定點設(shè)備。
典型地，顯示子系統(tǒng)31包括顯示控制器40，用于將顯示設(shè)備39與總線子系統(tǒng)27相連。顯示設(shè)備39可以是陰極射線管(“CRT”)、諸如液晶顯示器(“LCD”)氣態(tài)等離子體基平板顯示器之類的平板設(shè)備、或投影設(shè)備等。顯示控制器40向顯示設(shè)備39提供控制信號，并且通常包括顯示存儲器41，用于存儲在顯示設(shè)備39上出現(xiàn)的像素。
文件存儲系統(tǒng)30提供用于程序和數(shù)據(jù)文件的永久(非易失性)存儲器，并且包括I/O適配器42，用于將諸如磁盤和磁帶驅(qū)動器之類的外圍設(shè)備與總線子系統(tǒng)27相連。典型地，外圍設(shè)備包括至少一個硬盤驅(qū)動器43和至少一個軟盤驅(qū)動器(“磁盤”)44。硬盤驅(qū)動器43可以包括高速緩沖存儲器子系統(tǒng)45，所述高速緩沖存儲器子系統(tǒng)45包括快速存儲器以加速從或向硬盤驅(qū)動器的傳送。還可以存在諸如CD-ROM驅(qū)動器46和光盤驅(qū)動器之類的其他設(shè)備。此外，系統(tǒng)25可以包括包含可移動介質(zhì)模塊類型的硬盤驅(qū)動器。計算機系統(tǒng)25可以是通過合適的通信適配器和調(diào)制解調(diào)器與諸如因特網(wǎng)之類的廣域網(wǎng)可連接的。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，圖5中所示的硬件可以依賴于具體實現(xiàn)而變化。
可以將例如在計算機系統(tǒng)25的存儲子系統(tǒng)中、或在磁盤、硬盤驅(qū)動器、磁帶存儲器、諸如CD-ROM或DVD-ROM之類的光盤上存儲的軟件，在計算機子系統(tǒng)25的處理器26上執(zhí)行。用戶或者必須例如通過經(jīng)由鍵盤37輸入工藝參數(shù)來設(shè)定諸如定時、速度參數(shù)之類的特定工藝參數(shù)，或者必須從存儲器中得到這些參數(shù)。然后當(dāng)根據(jù)本發(fā)明執(zhí)行CMP工藝時，由控制器將這些參數(shù)用于控制CMP工具的驅(qū)動，即將這些參數(shù)用于控制驅(qū)動CMP平臺13、15、17的每一個采用多長時間、什么旋轉(zhuǎn)速度和壓力。這些參數(shù)使得每一個平臺具有相同的處理時間，任即包括拋光時間和可選地對于每一個平臺的沖洗時間的處理時間。
因此，本發(fā)明建議了在CMP工藝期間兩個連續(xù)拋光步驟之間中的靈活沖洗時間段。已經(jīng)針對例如當(dāng)制造電子器件時在形成銅互連期間使用的CMP工藝描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解的是，還可以將根據(jù)本發(fā)明的CMP工藝和工具可應(yīng)用于在其他制造工藝中使用的CMP工藝。而且，已經(jīng)描述的CMP工具10包括三個拋光平臺13、15、17。然而針對其他應(yīng)用，可選地，CMP工具10可以替代地包括不同數(shù)目的拋光平臺。
在上述實施例中，每一個拋光平臺13、15、17上的每一個處理步驟均包括拋光步驟和沖洗步驟。然而應(yīng)該理解的是，上述實施例并非限制本發(fā)明。例如，根據(jù)本發(fā)明其他實施例的CMP工藝可以包括在不同拋光平臺13、15、17處同時執(zhí)行的兩個處理步驟。每一個處理步驟包括拋光步驟，并且至少一個處理步驟還可以包括沖洗步驟。例如，在CMP工藝中，第一處理步驟可以包括具有第一持續(xù)時間的拋光步驟和沖洗步驟。第二處理步驟可以只包括具有第二持續(xù)時間的拋光步驟。根據(jù)本發(fā)明，第二持續(xù)時間可以大于第一持續(xù)時間。然后可以調(diào)整第一處理步驟的總處理持續(xù)施加，使得第一和第二處理步驟兩者實質(zhì)同時地結(jié)束。通過實質(zhì)同時地結(jié)束，意味著第一處理步驟的結(jié)束時間和第二處理步驟的結(jié)束時間之間的差不大于2秒。因為針對具體CMP工藝的拋光時間具有固定的持續(xù)時間，通過調(diào)節(jié)沖洗步驟的持續(xù)時間來執(zhí)行第一處理步驟的總處理持續(xù)時間的調(diào)整。那么，經(jīng)歷第一處理步驟的第一晶片將不必等待經(jīng)歷第二處理步驟的第二晶片。類似地，在包括多于兩個同時的工藝步驟的CMP工藝中，可以設(shè)定不同處理步驟的持續(xù)時間，使得不同拋光平臺13、15、17上的全部處理步驟實質(zhì)同時結(jié)束，因此，在傳送到下一個拋光平臺13、15、17之前，沒有晶片必須在空氣中等待。
根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備示出了兩個重要優(yōu)點。首先，不存在或?qū)嵸|(zhì)上不存在兩個拋光步驟之間的濕晶片在空氣中等待，因此可以使諸如侵蝕之類的損壞風(fēng)險最小化。第二個優(yōu)點在于沒有對工具生產(chǎn)能力的負(fù)作用發(fā)生，因為在最后完成的CMP階段，已處理過的晶片只經(jīng)受最小沖洗時間期間的沖洗步驟。這里沒有增加額外的時間，如果例如設(shè)定沖洗步驟的固定結(jié)束時間則將會如此，因為在這種情況下必須包含安全裕度。本發(fā)明的另一個優(yōu)點是在相同的晶片載體上執(zhí)行拋光和沖洗。在大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)CMP工具中，沖洗可能在不同于執(zhí)行拋光步驟的晶片載體的晶片載體上執(zhí)行。這導(dǎo)致了較大的工具，因為占用例如超凈間的太多地方而是不利的。
應(yīng)該理解的是，盡管這里已經(jīng)針對根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備討論了優(yōu)選實施例、特定結(jié)構(gòu)和配置、和材料，但在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以做出形式和細(xì)節(jié)上的不同變化和更改。
權(quán)利要求
1.一種具有至少兩個拋光平臺(13、15、17)的化學(xué)機械平面化設(shè)備(10)，每一個所述拋光平臺均具有用于同時執(zhí)行處理步驟的裝置，每一個步驟均包括拋光步驟，并且所述處理步驟的至少一個還包括所述拋光步驟之后的沖洗步驟，每一個處理步驟具有總處理步驟時間，以及所述設(shè)備(10)還包括控制裝置，適合于設(shè)定總處理步驟時間，使得每一個拋光平臺(13、15、17)上的處理步驟實質(zhì)同時地結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(10)，還包括用于通過最慢拋光步驟的結(jié)束時間來確定每一個處理步驟的結(jié)束時間的裝置，并且其中所述控制裝置具有用于通過調(diào)節(jié)所述至少一個沖洗步驟中的每一個的持續(xù)時間來設(shè)定總處理步驟時間的裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備(10)，還包括終點檢測器，用于確定處理步驟的結(jié)束時間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(10)，每一個處理步驟包括緊接著沖洗步驟的拋光步驟，并且其中，控制裝置適合于控制每一個沖洗步驟的持續(xù)時間，使得在由前一個拋光步驟的結(jié)束時間和最慢拋光步驟的結(jié)束時間之間的差別確定的時間段期間執(zhí)行沖洗，所述時間段按最小沖洗時間增加。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，控制裝置適合于控制所述最小沖洗時間在1至60秒之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中，控制裝置適合于控制所述最小沖洗時間在8至10秒之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(10)，其中，所述設(shè)備(10)包括第一、第二和第三拋光平臺(13、15、17)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備(10)，其中，所述第一、第二和第三平臺(13、15、17)適合于分別執(zhí)行銅CMP、阻擋材料CMP和磨光。
9.一種用于襯底的化學(xué)機械平面化的方法，所述方法包括至少兩個同時的處理步驟，每一個處理步驟均包括拋光步驟，并且所述處理步驟的至少一個還包括所述拋光步驟之后的沖洗步驟，并且，其中，控制全部處理步驟使得它們實質(zhì)同時地結(jié)束。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，由最慢拋光步驟的結(jié)束時間來確定全部處理步驟的結(jié)束時間，以及通過調(diào)節(jié)所述至少一個沖洗步驟中的每一個的持續(xù)時間來設(shè)定總處理步驟時間。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，每一個處理步驟包括所述拋光步驟之后的沖洗步驟，并且在由前一個拋光步驟的結(jié)束時間和最慢拋光步驟的結(jié)束時間之間的差別確定的時間段期間執(zhí)行所述每一個沖洗步驟，所述時間段按最小沖洗時間增加。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11任一項所述的方法，其中，襯底是半導(dǎo)體晶片或部分處理過的半導(dǎo)體襯底。
13.一種計算機程序產(chǎn)品，用于當(dāng)在處理引擎上執(zhí)行計算機程序產(chǎn)品時，設(shè)定針對襯底的CMP工藝中的處理步驟的時間段，所述計算機程序包含代碼，用于控制包括至少兩個同時的處理步驟的工藝，每一個處理步驟包括拋光步驟，并且所述處理步驟的至少一個處理步驟還包括所述拋光步驟之后的沖洗步驟，其中全部處理步驟實質(zhì)同時地結(jié)束。
14.一種機器可讀數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，存儲根據(jù)權(quán)利要求13所述的計算機程序產(chǎn)品。
15.一種制造電氣或電子器件的方法，所述方法包括執(zhí)行襯底的化學(xué)機械平面化，化學(xué)機械平面化包括至少兩個同時的處理步驟，每一個處理步驟包括拋光步驟，并且所述處理步驟的至少一個處理步驟還包括所述拋光步驟之后的沖洗步驟，其中全部處理步驟實質(zhì)同時地結(jié)束。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述襯底是半導(dǎo)體晶片或部分處理過的半導(dǎo)體襯底。
17.一種計算機系統(tǒng)(25)，包括用于接收參數(shù)并且向CMP工具發(fā)送所述參數(shù)的輸入裝置，用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求9至12任一項所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及化學(xué)機械平面化(CMP)，并且涉及用于執(zhí)行這種CMP工藝的設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備或者通過調(diào)整沖洗步驟的時間段，使得每一個沖洗步驟實質(zhì)上同時結(jié)束，而至少最小化CMP工藝期間兩個隨后的拋光步驟之間晶片暴露于空氣的時間。從而，可以避免或者至少最小化諸如侵蝕之類的損壞，并且可以獲得高質(zhì)量的器件。
文檔編號B24B37/04GK101065218SQ200580040730
公開日2007年10月31日 申請日期2005年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月27日
發(fā)明者菲特·恩古耶恩霍安 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司