用于抛光基板的系统和抛光工作台技术方案

本文的实施例总体上涉及用于抛光基板的系统和抛光工作台。在一个实施例中，一种抛光系统包括：基板载体，所述基板载体包括用于在抛光工艺期间包围待处理基板的环形扣环；以及抛光工作台。抛光工作台包括圆柱形金属主体，所述圆柱形金属主体具有垫安装表面。垫安装表面包括多个抛光区，所述多个抛光区包括具有圆形形状或环形形状的第一区、外接第一区的第二区、以及外接第二区的第三区。第二区的表面从与第二区相邻第一区和第三区的表面凹入，并且第二区的宽度小于环形扣环的外径。第二区的宽度小于环形扣环的外径。第二区的宽度小于环形扣环的外径。

System and polishing workbench for polishing substrate

【技术实现步骤摘要】
用于抛光基板的系统和抛光工作台


[0001]本文描述的实施例总体上涉及半导体器件制造，并且更具体地涉及在半导体器件制造中使用的化学机械抛光(CMP)系统和与之相关的基板处理方法。

技术介绍

[0002]化学机械抛光(CMP)通常用于制造高密度集成电路，以平面化或抛光沉积在基板上的材料层。CMP工艺在半导体器件制造中的一种常见的应用是体膜(bulkfilm)的平面化，例如金属前电介质(pre
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metal dielectric；PMD)或层间电介质(interlayer dielectric；ILD)抛光，其中下面的二维或三维特征在待平面化材料表面的表面中形成凹槽和突起。其他常见的应用包括浅沟槽隔离(STI)和层间金属互连形成，其中CMP工艺用于从具有设置在其中的STI或金属互连特征的材料层的暴露表面(场)去除通孔、触点或沟槽填充材料(覆层)。
[0003]在典型的CMP工艺中，抛光垫安装到可旋转抛光工作台。在抛光液的存在下，将基板的材料表面推靠在抛光垫上。典型地，抛光液是悬浮在水溶液中的一种或多种化学活性组分和磨蚀颗粒的水溶液，例如，CMP浆料。使用基板载体来将基板的材料表面推靠在抛光垫上。典型的基板载体包括抵靠基板的背表面设置的膜、囊状物或背板以及外接基板的环形扣环。膜、囊状物或背板用于在基板载体围绕载体轴线旋转时对基板施加下压力。扣环在基板被推靠在抛光垫上时包围基板，并且用于防止基板从基板载体滑落。通过由抛光液、基板与抛光垫的相对运动、以及施加在抵靠在抛光垫上的基板上的下压力提供的化学和机械活动的组合，在基板的与抛光垫接触的表面上去除材料。
[0004]一般来讲，CMP工艺性能是参考从基板的表面的材料去除率和在基板的表面上的材料去除率的均匀性(去除率均匀性)来表征。在介电体膜平面化工艺中，在基板的表面上的不均匀材料去除率可能会导致在CMP后剩余的介电材料的不良的平面度和/或不期望的厚度变化。在金属互连CMP应用中，因不良的局部平面化和/或不均匀材料去除率而造成的金属损失可能会引起金属特征的有效电阻的不期望的变化，由此影响器件性能和可靠性。因此，在基板的表面上的不均匀材料去除率可能不利地影响器件性能和/或导致器件失效，这会造成形成在基板上的可用器件的产量受抑制。
[0005]通常，当与针对从周边边缘径向地向内设置的位置计算的材料去除率的平均值相比时，不均匀材料去除率在基板的周边边缘附近(例如，在300mm直径基板的周边边缘的6mm内)的表面区域中更明显。在基板边缘处的不均匀材料去除率被认为至少部分地是由抛光垫“回弹”效应和跨基板在抛光界面的前缘与后缘之间的不均匀流体分配的组合而引起的。抛光垫回弹效应被认为至少部分地是由用于将扣环施加到抛光垫上的下压力比用于将基板的材料表面推靠在抛光垫上的下压力更高、这引起在抛光垫和基板边缘的界面处的更高的接触压力而引起的。不均匀流体分配也被认为至少部分地是由扣环与抛光垫之间相互作用以在抛光界面的前缘与后缘之间创建不均匀流体厚度而引起的。上述问题的先前和正在进行的解决方案集中在更复杂的基板载体和扣环设计上。不幸的是，此类基板载体和/ 或
扣环设计可能是不期望地昂贵和复杂的。
[0006]因此，本领域中需要解决上述问题的解决方案。

技术实现思路

[0007]本文的实施例总体上涉及用于当与从基板径向地向内的区域相比时减小在所述基板的周边边缘处或附近的不均匀材料去除率的化学机械抛光(CMP)系统和方法。
[0008]在一个实施例中，一种抛光系统包括：基板载体，所述基板载体包括用于在抛光工艺期间包围待处理基板的环形扣环；以及抛光工作台。抛光工作台包括圆柱形金属主体，所述圆柱形金属主体具有垫安装表面。垫安装表面包括多个抛光区，所述多个抛光区包括具有圆形形状或环形形状的第一区、外接第一区的第二区、以及外接第二区的第三区。这里，在第一区和第三区中的垫安装表面的至少部分限定平面，所述平面与抛光工作台的旋转轴线正交，在第二区中的垫安装表面从所述平面凹入，并且第二区的宽度小于环形扣环的外径。
[0009]在另一个实施例中，一种抛光工作台包括圆柱形金属主体，所述圆柱形金属主体具有垫安装表面。垫安装表面包括多个抛光区，所述多个抛光区包括具有圆形形状或环形形状的第一区、外接第一区的第二区、以及外接第二区的第三区。这里，第一区和第三区的垫安装表面的至少部分限定平面，所述平面与抛光工作台的旋转轴线正交，在第二区中的垫安装表面从所述平面凹入，并且第二区的宽度小于环形扣环的外径。
附图说明
[0010]为了可详细地理解本公开内容的上述特征的方式，可参考实施例来得到以上简要地概述的本公开内容的更特定的描述，其中一些实施例在附图中示出。然而，需注意，附图仅示出本公开内容的典型实施例，并且因此不应被视为对其范围的限制，因为本公开内容可允许其他等效实施例。
[0011]图1A示意性地示出了跨基板半径的不均匀材料去除率。
[0012]图1B是抛光界面的一部分的示意性特写截面图。
[0013]图2A
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2C示意性地示出了根据本文描述的实施例形成的抛光系统。
[0014]图3是根据一个实施例的可用于代替图2A
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2C描述的抛光工作台的抛光工作台的示意性剖面图。
[0015]图4是说明根据一个实施例的抛光基板的方法的图。
[0016]为了促进理解，已经尽可能地使用相同的附图标记标示各图共有的相同元素。设想的是，一个实施例中公开的元素可有益地用在其他实施例上，而无需进行特定表述。
具体实施方式
[0017]本公开内容的实施例总体上涉及化学机械抛光(CMP)系统，并且更具体地，涉及用于当与从基板径向地向内的区域相比时减小在该基板的周边边缘处或附近的不均匀材料去除率的抛光工作台和方法。典型地，根据CMP工艺的类型，在基板的周边边缘附近的材料去除率可能小于或大于在从该边缘径向地向内设置的位置的材料去除率的平均值。在基板边缘处所得的不均匀去除率通常分别表征为“慢边缘”或“快边缘”材料去除率分布。慢边缘
和快边缘材料去除率分布被认为至少部分地是由组合的在基板边缘处的抛光垫“回弹”效应和在基板的材料表面与抛光垫的抛光界面处的不均等抛光液分配引起的。图1B中示意性地示出了快边缘材料去除率分布50的示例，其中在基板边缘附近的第一径向位置处的相对更快的材料去除率与在从基板边缘径向地向内的位置处的更慢的材料去除率之间的差异被示出为ΔRR。
[0018]垫回弹效应的示例示意性地示出于图1A中，图1A示出了在抛光垫12与被推靠在其上的基板13之间的抛光界面10的截面图。这里，使用包括柔性膜24 和环形扣环26的基板载体16来将基板13推靠在抛光垫12上。柔性膜24对基板 13施加下压力，同时基板载体16以及因此基板13和抛光垫12围绕它们相应的轴线旋转以提供在它们之间的相对运动。扣环26包围基板13，并且用于容纳基板13和在抛光期间将基板13定位在柔性膜24下方，即，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于抛光基板的系统，包括：基板载体，所述基板载体包括环形扣环，所述环形扣环被配置为在抛光工艺期间包围待处理基板；以及可旋转抛光工作台，所述可旋转抛光工作台包括圆柱形金属主体，所述圆柱形金属主体具有垫安装表面，其中所述垫安装表面包括多个抛光区，所述多个抛光区包括具有圆形形状或环形形状的第一区、外接所述第一区且具有环形形状的第二区、以及外接所述第二区且具有环形形状的第三区，在所述第一区和所述第三区中的所述垫安装表面的至少部分限定平面，所述平面与所述抛光工作台的旋转轴线正交且与所述抛光工作台正交，在所述第二区中的所述垫安装表面从所述平面凹入，并且所述第二区的宽度小于所述环形扣环的外径。2.如权利要求1所述的系统，其中在所述第三区中的所述垫安装表面从与在所述第二区中的所述垫安装表面的相交处向上倾斜到从所述第二区径向地向外设置的半径。3.如权利要求1所述的系统，其中在所述第二区中的所述垫安装表面的至少一部分从所述平面凹入约20μm或更大的距离。4.如权利要求1所述的系统，进一步包括垫调节器组件，所述垫调节器组件包括调节器臂，所述调节器臂用于使调节盘扫过设置在所述抛光工作台上的抛光垫的表面，其中所述调节盘具有小于所述第二区的所述宽度的直径，其中所述垫调节器组件进一步包括传感器，所述传感器耦接到所述调节器臂，并且所述传感器被配置为确定在所述调节器臂与设置在所述调节器臂下方的所述抛光工作台的表面之间的距离。5.一种用于抛光基板的抛光工作台，包括：圆柱形金属主体，所述圆柱形金属主体具有垫安装表面，其中所述垫安装表面包括多个抛光区，所述多个抛光区包括具有圆形形状或环形形状的第一区、外接所述第一区且具有环形形状的第二区、以及外接所述第二区且具有环形形状的第三区，所述第一区和所述第三区的所述垫安装表面的至少部分限定平面，所述平面与所述抛光工作台的旋转轴线正交且与所述抛光工作台正交，并且在所述第二区中的所述垫安装表面从所述平面凹入。6.如权利要求5所述的抛光工作台，其中在所述第三区中的所述垫安装表面从与在所述第二区中的所述垫安装表面的相交处向上倾斜到从所述第二区径向地向外设置的半径。7.如权利要求6所述的抛光工作台，其中在所述第二区中的所述垫安装表面的至少一部分从所述平面凹入约20μm或更大的距离，...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：新型
国别省市：