在抛光垫中使用沟槽的晶片边缘不对称校正的制作方法

1.本公开内容涉及化学机械抛光。


背景技术：

2.通常通过在硅晶片上顺序沉积导电、半导电或绝缘层而在基板上形成集成电路。一个制造步骤涉及在非平面表面之上沉积填充剂层并使填充剂层平面化。对于某些应用而言，将填充剂层平面化，直到暴露出图案化层的顶表面。例如，可将导电填充剂层沉积在图案化的绝缘层上以填充绝缘层中的凹槽或孔。在平面化之后，保留在绝缘层的凸起图案之间的部分导电层形成通孔、插塞和线，这些通孔、插塞和线在基板上的薄膜电路之间提供导电路径。对于其他应用(诸如氧化物抛光)而言，将填充层平面化，直到在非平面表面之上留下预定厚度为止。另外，光刻通常需要基板表面的平面化。
3.化学机械抛光(cmp)是一种可接受的平面化方法。这种平面化方法通常需要将基板安装在载体头或抛光头上。基板的暴露表面通常抵靠旋转抛光垫放置。载体头在基板上提供可控制的负载，以将其推抵抛光垫。通常将研磨抛光浆料供应至抛光垫的表面。
4.抛光中的一个问题是整个基板上抛光速率的不均匀性。例如，基板的边缘部分可能相对于基板的中心部分以更高的速度被抛光。


技术实现要素：

5.在一个方面中，一种化学机械抛光系统包括：可旋转的压板，用以保持抛光垫；可旋转的载体头，用以在抛光工艺期间将基板保持抵靠抛光垫的抛光表面；以及控制器。压板通过电机而可旋转，且抛光垫具有与抛光垫的旋转轴线同心的抛光控制沟槽。载体通过第一致动器而可跨抛光垫横向移动，并且通过第二致动器而可旋转。控制器配置成控制第一致动器和第二致动器，以使载体头的横向振动与载体头的旋转同步，使得在载体头的多个连续的振动上，使得当基板的边缘部分的第一角度幅面在围绕载体头的旋转轴线的方位角位置处时，第一角度幅面覆盖抛光表面，并且当基板的边缘部分的第二角度幅面在方位角位置处时，第二角度幅面覆盖抛光控制沟槽。
6.实施方案可包括以下特征中的一个或多个。
7.抛光垫可具有包括浆料供应沟槽，且浆料供应沟槽可比抛光控制沟槽窄。抛光垫可具有：围绕浆料供应沟槽的单个抛光控制沟槽；被浆料供应沟槽围绕的单个抛光控制沟槽；或者恰好两个抛光控制沟槽，其中浆料供应沟槽位于两个抛光控制沟槽之间。控制器可配置为控制第一致动器和第二致动器，使得载体头的第一旋转频率等于载体头的横向振动的第二频率的整数倍。
8.在另一方面中，一种化学机械抛光系统包括：可旋转的压板，用以保持抛光垫；可旋转的载体头，用以在抛光工艺期间将基板保持抵靠抛光垫的抛光表面；以及控制器。压板通过电机而可旋转，并且抛光垫具有与抛光垫的旋转轴线同心的抛光控制沟槽，抛光沟槽具有多个弓形段。载体头通过致动器而可旋转。控制器配置为控制电机和致动器，以使压板
的旋转与载体头的旋转同步，使得在载体头的多个连续的旋转上，当基板的边缘部分的第一角度幅面在围绕载体头的旋转轴线的方位角位置处时，第二角度幅面覆盖在弓形段之间的抛光表面的区域上，并且当基板的边缘部分的第二角度幅面在方位角位置处时，第二角度幅面覆盖抛光控制沟槽的弓形段。
9.实施方案可包括以下特征中的一个或多个。
10.弓形段可围绕压板的旋转轴线以相等的角度间隔而隔开。弓形段可具有相等的长度。每个弓形段可对着(subtend)10-45
°
的弧线。存在四到二十个弓形段。抛光垫可进一步具有浆料供应沟槽，且浆料供应沟槽可比抛光控制沟槽窄。控制器配置为控制电机和致动器，使得载体头的第一旋转频率是压板的第二旋转频率的整数倍。
11.改进可包括(但不限于)以下项中的一项或多项。可减少基板边缘附近的不均匀，且特别是角度不对称的不均匀。
12.在附图和以下描述中阐述了一种或多种实现的细节。根据说明书和附图及根据权利要求书，其他方面、特征和优点将是明显的。
附图说明
13.图1是具有抛光垫的化学机械抛光系统的示意性横截面图，抛光垫具有抛光控制沟槽。
14.图2是具有浆料供应沟槽和抛光控制沟槽两者的抛光垫的径向截面的示意性横截面图。
15.图3a和图3b是示例性化学机械抛光设备的示意性俯视图，示出在不同横向位置处的载体头。
16.图4是压板上的基板位置相对于时间的示例性曲线图。
17.图5a和图5b是化学机械抛光设备的示意性俯视图，示出在不同横向位置处的载体头。
18.图6a和图6b是化学机械抛光设备的另一种实现的示意性俯视图，示出在不同横向位置处的载体头。
19.在各个附图中，相同的参考标号和标记表示相同的元素。
具体实施方式
20.在化学机械抛光中，在基板的边缘部分处的移除速率可与在基板的中心部分处的移除速率不同。另外，基板边缘附近的抛光速率不必沿圆周为均匀的。这种效应可称为“边缘不对称”。为了解决所产生的基板厚度的不规则性，可将基板传输到专用的抛光“修整(touch up)”工具，所述工具可抛光基板上的局部区域。这样的工具可用以校正基板边缘不对称性。例如，在抛光工艺完成之后，可局部抛光基板边缘处的较厚区域，以提供均匀厚度的基板。然而，这种修整工具的产量低，并且修整工具在制造设施中增加了额外的成本和占地面积。
21.可解决这个问题的技术是使载体头的旋转与载体头的横向运动或压板的旋转同步，以将基板的过度抛光区域优先定位在抛光控制沟槽之上。这种技术可减少抛光基板中的不均匀性，特别是边缘不对称性。此外，所述技术可应用于化学机械抛光工具本身，从而
避免了可观的资本支出或新工具的安装。
22.图1示出了化学机械抛光系统20的抛光站的示例。抛光系统20包括可旋转的盘形压板24，在可旋转的盘形压板24上设置有抛光垫30。压板24可操作以绕轴线25旋转。例如，电机26可转动驱动轴28以使压板24旋转。抛光垫30可为具有外部抛光层32和较软的背衬层34的两层抛光垫。外部抛光层32具有抛光表面36。
23.抛光系统20可包括供应端口或组合的供应-冲洗臂92，以将抛光液体94(诸如研磨浆料)分配到抛光垫30。抛光系统20可包括具有调节盘42的垫调节器设备40，以保持抛光垫30的抛光表面36的表面粗糙度。调节盘42可定位在臂44的端部处，臂44可摆动，以便将盘42径向扫过抛光垫30。
24.载体头70可操作以将基板10保持抵靠抛光垫30。载体头70从支撑结构50(例如，转盘或轨道)悬挂，并且通过驱动轴58连接至载体头旋转电机56，使得载体头可绕轴线55旋转。载体头70可通过沿着轨道的移动，或通过转盘本身的旋转振动而(例如，在转盘上的滑块上)横向振动。
25.载体头70包括壳体72、基板背衬组件74、万向架机构82(万向架机构82可被视为组件74的一部分)、装载腔室84、固定环组件100和致动器122，基板背衬组件74包括基底76和柔性膜78，柔性膜78界定多个可加压腔室80。
26.壳体72大体可为圆形的，并且可连接到驱动轴58以在抛光期间与其一起旋转。可存在有穿过壳体72的通道(未示出)，用于对载体头100进行气动控制。基板背衬组件74是位于壳体72下方的可垂直移动的组件。万向架机构82允许基底76相对于壳体72的万向运动，同时防止基底76相对于壳体72的横向运动。装载腔室84位于壳体72和基底76之间，以向基底76施加负载(即，向下的压力或重量)，并因此施加到基板背衬组件。基板背衬组件74相对于抛光垫的垂直位置也由装载腔室84控制。柔性膜78的下表面为基板10提供了安装表面。
27.在一些实现中，基板背衬组件74不是相对于壳体72可移动的单独部件。在这种情况下，腔室84和万向架82是不必要的。
28.仍然参考图1，抛光垫30具有形成在抛光表面36中的至少一个抛光控制沟槽102。每个抛光控制沟槽102是抛光垫30的凹入区域。每个抛光控制沟槽102可为环形沟槽(例如，圆形)，并且可与压板24的旋转轴线25同心。每个抛光控制沟槽102提供了抛光垫30的未对抛光产生贡献的区域。
29.抛光控制沟槽102的壁垂直于抛光表面36。抛光控制沟槽102可具有矩形横截面或u形横截面。抛光控制沟槽102的深度可为10至80密耳，例如，10至60密耳。
30.在一些实现中，垫30包括位于抛光垫30的外边缘附近的抛光控制沟槽102a，在外边缘的半径的(例如)15％以内，(例如)10％内，(例如)5％内。例如，沟槽102可位于距具有三十英寸直径的压板的中心十四英寸的径向距离处。
31.在一些实现中，垫30包括位于抛光垫30的中心附近的抛光控制沟槽102b，在中心或旋转轴线25的半径的(例如)15％以内，(例如)10％内。例如，沟槽102b可位于距具有三十英寸直径的压板的中心一英寸的径向距离处。
32.在一些实现中，垫30仅包括位于抛光垫30的外边缘附近的抛光控制沟槽102a(参见图3a和图3b)。在这种情况下，在抛光垫30的外边缘附近可能仅存在有单个控制抛光槽102a。在一些实现中，垫30仅包括位于抛光垫30的中心附近的抛光控制沟槽102b。在这种情
况下，在抛光垫30的中心附近可仅存在有单个控制抛光槽102b。在一些实现中，垫30包括位于抛光垫30的边缘附近的第一抛光控制沟槽102a和位于抛光垫30的中心附近的第一抛光控制沟槽102b(参见图1)。在这种情况下，在抛光表面上可恰好存在有两个抛光沟槽102。
33.抛光控制沟槽102足够宽，以使得通过将基板10的一部分定位在沟槽之上，那个部分的抛光速率将大大降低。特别地，为了进行边缘校正，沟槽102足够宽，以使得在基板的边缘处的环形带(例如至少3mm宽的带、例如3-15mm宽的带、例如3-10mm宽的带3)将具有降低的抛光速率。抛光控制沟槽102可为五至五十毫米宽，例如，十至二十mm宽。
34.当基板10位于抛光垫30的抛光表面36之上时，抛光表面36接触并抛光基板10，并且发生材料移除。另一方面，当基板10的边缘位于抛光控制沟槽102上方时，基板10的边缘没有接触或抛光以引起发生移除。任选地，沟槽102可提供用于抛光浆料通过的导管，而不会磨损基板10。
35.现在参考图2，抛光垫30还可包括一个或多个浆料供应沟槽112。浆料供应沟槽112可为环形沟槽(例如，圆形沟槽)，并且可与抛光控制沟槽102同心。替代地，浆料供应沟槽可具有另一种图案，例如，矩形剖面线、三角形剖面线等。浆料供应沟槽的宽度可在约0.015和0.04英寸之间(在0.381和1.016mm之间)，诸如0.20英寸，并具有间距在约0.09和0.24英寸之间，诸如0.12英寸。
36.浆料供应沟槽112比抛光控制沟槽102窄。例如，浆料供应沟槽112可窄至少3倍，例如，至少6倍，诸如6至100倍。浆料供应沟槽112可在抛光垫30上均匀地间隔开。抛光控制沟槽102可具有比浆料供应沟槽112更小的、相似的或更大的深度。在一些实现中，抛光控制沟槽102是在抛光垫上比浆料供应沟槽112宽的唯一沟槽。在一些实现中，抛光控制沟槽102a和102b是在抛光垫上比浆料供应沟槽112宽的唯一沟槽。
37.现在参考图3a，对于抛光操作的至少某些部分(例如，第一持续时间)而言，可将基板10定位在第一位置或第一位置范围中，使得基板10的中心部分12和基板10的边缘部分14基板10均由抛光垫30的抛光表面36抛光。这样，基板10均不与抛光控制沟槽102重叠。尽管基板10的一部分与浆料供应沟槽112重叠，但是浆料供应沟槽112相对紧密地间隔开，并且相对运动使对抛光速率的任何影响平均化。
38.参照图3b，对于抛光操作的至少某些部分(例如，第二持续时间)而言，可定位基板10，使得基板10的中心部分12被抛光表面36抛光，且基板10的边缘部分的区域14a在抛光控制沟槽102的上方。在第二持续时间期间，基板10可被横向固定在第二位置。因此，在第二持续时间期间，抛光基板10的中心部分12，而未抛光基板10的边缘部分14的位于抛光控制沟槽102上方的区域14a。由于边缘部分14的一些部分(由14b表示)保留在抛光表面36之上，所以边缘部分14仍将被抛光到一定程度，但是由于区域14a中缺乏抛光而以比中心部分12低的速率进行抛光。尽管基板10的一部分与浆料供应沟槽112重叠，但是浆料供应沟槽112相对紧密地间隔开，并且相对运动平均化了对抛光速率的任何影响。
39.边缘部分14的区域14a保留在抛光控制沟槽102之上的特定时间量取决于振动的频率和幅度以及沟槽和基板的尺寸。控制器90(参见图1)可控制电机25、56，以控制压板20和载体头70的旋转速率，并且可控制耦接至支撑件的致动器，以控制载体头70的横向振动的频率和幅度。
40.参照图4，基板可以以振动模式移动，其中基板在第一持续时间t1(t0至t1)内进行
单次扫描。在一些实现中，在第一持续时间结束时，将基板保持在基板10的中心部分12定位在抛光垫30的抛光区域之上且基板10的边缘部分14定位并保持在抛光控制沟槽102之上的位置处长达第二持续时间t2(t1至t2)。在这种情况下，振动频率为1/(t1+t2)。
41.可选择第一持续时间t1与第二持续时间t2的比率，以便将边缘部分14的抛光速率与中心部分12相比降低所期望的量。例如，可选择比率t1/t2，以在边缘处获得期望的平均抛光速率，(例如)以实现与中心部分12相同的平均抛光速率。
42.参照图5a，如上所述，基板可能经受不对称。例如，基板10的边缘部分14可具有第一角度幅面16a和第二角度幅面16b，每个角度幅面具有不同的厚度。为了补偿基板10中的边缘不对称性，控制器90可使载体头70到基板10的边缘部分14的不同幅面的运动在抛光控制沟槽102之上或在抛光垫的抛光区域之上。可通过使载体头70的振动与载体头70的旋转同步来实现这一点。例如，每个第二持续时间t2对应于第二角度幅面16b在抛光控制沟槽102之上的时间。
43.例如，假设第一角度幅面16a比第二角度幅面16b厚，则可使载体头的横向位置和载体头的旋转同步，使得当基板10的第一角度幅面16a在绕载体头70的旋转轴线55的给定方位角位置18处时，载体头70定位成使得第一角度幅面16a覆盖在抛光垫30的抛光部分104上。方位角位置18可定位在载体头70上远离抛光垫的旋转轴线25。类似地，方位角位置18可在穿过抛光垫30的旋转轴线25和载体头70的旋转轴线55的线上。
44.参考图5b，当载体头70旋转时，第二角度幅面16b朝着给定的方位角位置18移动。载体头70的横向位置和载体头70的旋转可被同步，使得在第二角度幅面16b是围绕载体头70的旋转轴线55的给定方位角位置12之前，载体头70已横向移动，使得第二角度幅面16b覆盖在抛光控制沟槽102上。结果，第一角度幅面16a比第二角度幅面16b以更高的速率抛光。这可提供更均匀的基板10，并且尤其可减少边缘不对称性。
45.为了提供同步，控制器90可配置为控制电机26和致动器58，使得载体头的第一旋转频率等于载体头的横向振动的第二频率的整数倍。例如，第一旋转频率可等于第二频率。应当指出，必须相当精确地保持这种同步；不匹配将导致角度幅面相对于给定的方位角位置18进动，并且因此使边缘不对称校正无效。
46.虽然图4示出了将基板保持在第二持续时间t2中的位置，然而这不是必须的。即使载体头70在抛光垫30上来回连续地扫掠(例如，径向位置，此径向位置是时间的三角函数或正弦函数)，也会有当第二角度幅面16b覆盖抛光控制沟槽102时的一段时间。
47.另外，尽管以上讨论集中于在抛光垫的外周边附近具有单个抛光控制沟槽102a的抛光垫，但是若抛光槽120b位于抛光垫的中心附近，仍可应用类似的原理，使得原本过度抛光的第二角度幅面16b放置在抛光控制沟槽102b之上，以便降低那个幅面的抛光速率。
48.参照图6a和图6b，在一些实现中，抛光控制沟槽102可包括多个弓形段132(而不是连续的圆)。可存在有四个到二十个弓形段132。弓形段132可围绕压板的旋转轴线25以相等的角度间隔隔开。弓形段132可具有相等的长度。每个弓形段可对着15-90
°
的弧线。
49.控制器90可使载体头70的旋转与压板24和抛光垫30的旋转(箭头c所示)同步，以便降低在过度抛光的基板的区域上的抛光速率。在这种配置中，为了实现边缘不对称的补偿，不需要载体头70的横向扫掠。
50.例如，若基板10的边缘部分14的第一角度幅面16a比第二角度幅面16b厚，则抛光
可开始于第一角度幅面16a覆盖在沟槽的弓形段132之间的抛光表面36的部分130上。随着抛光垫30和载体头70两者的旋转，第二角度幅面16b朝着弓形段所定位的半径向外移动。控制器90可使载体头70的旋转和抛光垫30的旋转同步，使得当第二角度幅面16b到达沟槽102的径向位置时，第二角度幅面16b覆盖弓形段132中的一个。结果，可以以比第二角度幅面16b更高的速率抛光第一角度幅面16a，并因此可减少边缘不对称性和提高均匀性。
51.为了提供同步，控制器90可配置为控制电机26、56，使得载体头的第一旋转频率等于压板的第二旋转频率的整数倍。例如，第一旋转频率可等于n，其中n是弓形段132的数量的因数。在一些实现中，n等于1。应当指出，必须相当精确地保持这种同步；不匹配将导致角度幅面相对于给定的方位角位置18进动，并因此使边缘不对称校正无效。
52.如在本说明书中使用的，术语基板可包括(例如)产品基板(例如，所述产品基板包括多个存储器或处理器晶粒)、测试基板、裸基板和栅控基板。基板可处于集成电路制造的各个阶段，例如，基板可为裸晶片，或者它可包括一个或多个沉积和/或图案化的层。术语基板可包括圆盘和矩形片。
53.控制器90可包括专用微处理器(例如，asic)或执行存储在非易失性计算机可读介质中的计算机程序的常规计算机系统。控制器90可包括中央处理器单元(cpu)和含有相关联的控制软件的存储器。
54.上述抛光系统和方法可应用于各种抛光系统中。抛光垫或载体头中的任一者或两者都可移动以在抛光表面和基板之间提供相对运动。抛光垫可为固定到压板上的圆形(或一些其他形状)的垫。抛光层可为标准(例如，具有或不具有填料的聚氨酯)抛光材料、软材料或固定研磨材料。使用相对定位的术语；应理解的是，抛光表面和基板可保持在垂直定向或其他定向上。
55.已经描述了本发明的特定实施例。其他实施例在所附的权利要求书的范围内。例如，权利要求书中所记载的动作可以以不同的顺序执行并且仍然实现期望的结果。