说明一种用于化学机械平坦化处理的新型抛光机。该抛光机设计可以具有许多变化。对于处理过程和消耗品评价，可以在单个管芯或者部分晶片上进行ＣＭＰ处理。试验晶片的尺寸可以小到２″以及大到１８″。此外，在单次实验中，多个变量可以表现浆料的如下特征：静态蚀刻速率、动态蚀刻速率、材料去除速率以及粘度。对于制作层面的晶片处理，通过使用多臂抛光头或者在抛光头的底部具有小块的垫的单个抛光头来实现对晶片表面上的所有管芯进行化学机械抛光。可以容易地控制晶片内的均匀性，并且可以容易地成比例增加或者成比例缩小设备。在制作层面上，本发明专利技术的设计可以显著降低晶片处理的成本，在研究和研制层面上，本发明专利技术的设计可以进行消耗品的评价。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及应用于微电子领域的化学机械抛光(CMP)的方法。具体地，本专利技术涉及用于对大尺寸的有图案/无图案晶片进行抛光、允许每次抛光单个管芯(die)的处理的化学机械抛光装置、以及化学机械抛光浆料和处理评价的方法。
技术介绍
化学机械抛光已经成为处理半导体器件和硬盘驱动器用的记录头的必要技术。在典型的化学机械抛光(CMP)工艺中，由转动承载件或者抛光头保持将被抛光的晶片，将垫安装在转动台板(platen)或者工作台上，并且将浆料输送到晶片与垫之间的空间中。通常，无图案或者有图案的晶片具有金属、氧化物、多晶硅或者其它材料的薄膜。表面上具有槽和凹凸不平的聚氨酯垫使浆料与晶片接触，并且从抛光区域带走被去除的残留物。含有研磨剂、氧化剂、配位剂、抑制剂、钝化剂、表面活性剂并且具有适当的PH值的浆料提供软化晶片表面的化 学反应并且提供由磨粒去除反应层的机械去除。无研磨剂的浆料也是已知的(美国专利No.6，800，218和6，451，697 )，其中，去除用来稳定胶体系统的磨粒和表面活性剂。CMP装置或者CMP抛光机是实现CMP工艺的设备。典型 的CMP抛光机主要由承载件、台板和浆料输送系统三部分组 成。除了保持晶片之外，承载件还提供使晶片转动以及调节向 下的力及背压(backpressure)的功能。台板使垫转动以对晶 片进行抛光，该垫通常位于将被抛光的晶片的下面。在轨道 (orbital) CMP抛光机中，垫具有轨道运动从而垫上的每个点 沿轨道描绘圆。晶片与垫之间的相对运动对于从晶片表面上的 每一点均匀去除材料是重要的。理想地，期望晶片上的每一点 相对于垫实现相同的或者类似的速度，这可以通过在转动抛光 机中保持承载件和台板的相同的或者类似的转动速度以及相同 的转动方向来实现。典型的抛光机被设计成对整个晶片进行抛 光。通常可以接受的是，在制造环境下对整个晶片进行均匀抛 光是实现期望的整体平坦化的先决条件。为了简单评价CMP处 理或者如浆料等消耗品，期望仅抛光晶片的一小部分，以便削 减单一评价时用掉整个晶片的成本。这通常通过使用小的长形 上抛光机和从大晶片(例如8〃直径)切掉的小的有图案的晶片 (例如2"直径)来实现。由于制作具有光滑边缘的2"的晶片存 在实际困难，因此，由单 一 的8"的晶片仅可以制作4至5个2" 的晶片。此外，在由该方法制作的2〃的晶片上仅可以使用一个 管芯。适用该方法的另 一动机是整个晶片或者制造抛光机的不 断增加的成本和复杂性。因此，能够对晶片的小部分进行抛光 而无需将晶片切割成小块的抛光机当然是用于CMP处理和消耗品的评价的有价值的工具。本专利技术利用独创的抛光机设计解决该问题。当化学机械抛光首先被半导体工业用于晶片处理时，晶片的直径尺寸是2〃至6〃。在无需太多的修正的情况下，主要采用 传统的硅研磨机/抛光机设计。事实上，在自从将CMP适用于 如电介质、金属及铜平坦化等晶片处理的过去二十年中，基本 的平台几乎未变。广泛认可的是，随着晶片尺寸不断增加，许 多成比例增加的问题越来越明显。已经付出巨大努力，对于大 于200mm的晶片，必须适当保持晶片内非均匀性的复杂设计。 由于浆料停留时间增加，因此抛光期间晶片下方的温度分布图 与小晶片下方的温度分布图显著不同。在不会在一些局部平面 处出现严重的过抛光的情况下使整个平面的平坦性最佳越来越 困难。此外，如果小尺寸晶片的抛光工艺存在已知的问题，则 当尝试将该工艺应用于大尺寸晶片时很可能产生更大的问题。 这仅对于450mm和更大的晶片将变得更加严重。换句话说，随 着晶片尺寸显著增加并且要求保持晶片内的均匀性和缺陷性， 传统的设计不再是最佳选择。本专利技术利用 一组新的抛光机设计 解决该问题，该组新抛光机设计可以满足大晶片处理的要求同 时保持对局部和整体平坦性的控制。
技术实现思路
本专利技术所述的新设计与传统抛光机的设计的不同之处在于 需要被处理的每个单独管芯。换句话说，至少这些设计中的一 种存在在对不同的各个管芯并行作业的许多小臂。根据本专利技术， 由以下部件^旦不限于以下部件来实现上述方面及其它方面保 持晶片的台板、具有保持垫的抛光头的多臂系统、浆料输送系 统、压力控制系统、独立的垫调整盘、收集用过的浆料的部件、7由驱动抛光头的电动机组成的系统以及用过的浆料的排出管。 作为上述设计的变化，可以对包括多个管芯的小部分晶片 一起 进行抛光。当同时对多个这样的部分进行抛光时，同时处理了 整个晶片。作为上述设计的另 一个变型，可以使用尺寸与晶片 的尺寸类似的垫对更大部分的晶片进行抛光。该装置包括记录 如浆料粘度、静态蚀刻速率、动态蚀刻速率、低的向下力时的 抛光速率、开始接触时垫与晶片之间的摩擦等信息所需的传感 器。该装置的主要应用是提供关于如浆料和垫等消耗品的特性 和性能的有用信息。本专利技术的另一方面是制造半导体器件的方法。通过使用本专利技术和浆料从而由CMP使晶片上的如电介质层上的Cu或者Cu 合金膜、氧化物、阻挡层等薄膜平坦化、或者使晶片表面上的 低材料平坦化来实现该方法。本专利技术的第三方面是在晶片表面上的选定区域或者整个晶 片上实现平坦化的有效的和高效的方法。在图l所示的本专利技术的实施例中，晶片保持在台板上，该 台板被固定并定位在具有抛光头的多个臂的下方，将垫安装到 这些抛光头。主要基于将被抛光的膜(铜、电介质、阻挡物 (barrier)、金属等)选择垫。存在多组这样的抛光头。因此， 在一组抛光头处于抛光作业的同时，其它组可以被调整或者更 换。这将消除或者显著减少工具停工时间。只要需要，可以由 具有与晶片上的管芯的数量相同数量的窗口的特别设计的掩模 (图2)覆盖该晶片。如果位于窗口处的管芯将被 抛光，则这 些窗口可以是打开的；或者这些窗口被关闭从而由遮盖物保护 薄膜。应注意，在该公开内容中并且特别地在权利要求书及/或段 落中，如"包括"等术语可以具有与美国专利法相同的含义；例如，它们可以表示"包含"等；如"主要由…组成"等术语 具有与美国专利法相同的含义，例如，它们允许包括未明确列 举的元件，但是不包括在现有技术中发现的元件或者影响本发 明的基本特征或新颖性的元件。通过以下详细说明，本专利技术的其它方面对本领域的技术人 员是显而易见的，其中，仅借助于示出的实现本专利技术的最佳方 式说明本专利技术的实施例。正如我们所意识到的，本专利技术能够具 有其它不同的实施例，并且其多个细节能够在各种显而易见的 方面具有变型，所有这些变型不会偏离本专利技术。因此，附图和 说明本质上被认为是示例性的，而非限制性的。附图说明图l示出了具有多个抛光头的抛光机的总体设计。 图2示出了抛光头的示意图。图3示出了有图案晶片用的晶片保持件和掩模的示意图。 图4示出了典型管芯上的带臂的单个垫的示意图。 图5示出了浆料输送系统的示意图。图6示出了具有单个抛光头的抛光机的总体设计(俯视图)。图7示出了具有单个抛光头的抛光机的总体设计(侧视图)。图8示出了单个抛光头的示意图。图9示出了保持抛光垫的盘的示意图。图l()示出了驱动抛光垫保持件的凸轮的示意图。图ll示出了 8"的晶片保持件的示意图。图12示出了浆料评价器的示意图。图13示出了为光刻(photolithographic )应用而i殳计的六轴；兹悬浮(magneti本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种对基板的表面进行化学机械抛光以去除所述基板的所述表面的选定部分的方法，该方法包括： （ｉ）使所述基板的至少部分表面与抛光垫保持滑动摩擦接触，直到去除所述基板的所述表面的所述选定部分； （ｉｉ）使用具有小块商业ＣＭＰ垫或仍未商 业化使用的ＣＭＰ垫的单个抛光头对包括一个以上的管芯的无图案／有图案的晶片上的一个区域进行抛光；以及 （ｉｉｉ）使用每个抛光臂与有图案的晶片上的管芯对应的多臂抛光头对所述有图案的晶片进行抛光。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：奎格伯克哈德，李玉卓，秦庆军，
申请(专利权)人：圣劳伦斯纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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