拋光系統(tǒng)和拋光方法
【專利摘要】一種用于拋光半導(dǎo)體晶圓的拋光系統(tǒng)包括用于保持半導(dǎo)體晶圓的晶圓支撐件以及用于拋光半導(dǎo)體晶圓的區(qū)域的第一拋光墊。半導(dǎo)體晶圓具有第一直徑，而第一拋光墊具有短于第一直徑的第二直徑。本發(fā)明還提供了拋光方法。
【專利說明】拋光系統(tǒng)和拋光方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般地涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地來說，涉及拋光系統(tǒng)和拋光方法。
【背景技術(shù)】
[0002]通常在半導(dǎo)體晶圓上制造集成電路，并且在同一晶圓上同時(shí)制造多個(gè)獨(dú)立管芯。加工步驟用于在半導(dǎo)體晶圓上形成金屬層和介電層從而限定互連結(jié)構(gòu)以及有源和無源電子器件。許多加工步驟產(chǎn)生非平面層。然而，通常期望集成電路的層具有均勻的厚度。因此，需要拋光來提供均勻的厚度以及光滑的層表面，這不僅能確保器件性能還有助于后續(xù)的加工步驟。
[0003]拋光技術(shù)包括機(jī)械平坦化(MP)和化學(xué)機(jī)械平坦化/拋光(CMP)。典型的CMP系統(tǒng)包括大的拋光墊，在該拋光墊上引入化學(xué)研磨液以便于晶圓拋光；以及拋光頭。為了拋光半導(dǎo)體晶圓，通過拋光頭保持半導(dǎo)體晶圓，并且拋光頭同時(shí)施加作用力以將半導(dǎo)體晶圓按壓到旋轉(zhuǎn)拋光墊上，同時(shí)還旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體晶圓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種用于拋光半導(dǎo)體晶圓的拋光系統(tǒng)，包括:晶圓支撐件，用于保持所述半導(dǎo)體晶圓，所述半導(dǎo)體晶圓具有第一直徑；以及第一拋光墊，用于拋光所述半導(dǎo)體晶圓的區(qū)域，所述第一拋光墊的第二直徑小于所述第一直徑。
[0005]在該拋光系統(tǒng)中，所述晶圓支撐件是晶圓工作臺。
[0006]在該拋光系統(tǒng)中，所述晶圓支撐件是拋光頭。
[0007]該拋光系統(tǒng)還包括:墊定位機(jī)構(gòu)，用于相對于所述半導(dǎo)體晶圓的表面在三個(gè)維度上移動所述第一拋光墊。
[0008]該拋光系統(tǒng)還包括:研磨液供給系統(tǒng)，用于將研磨液引入所述半導(dǎo)體晶圓的所述區(qū)域。
[0009]在該拋光系統(tǒng)中，所述第一拋光墊是斜面拋光墊，并且所述區(qū)域是所述半導(dǎo)體晶圓的斜面。
[0010]在該拋光系統(tǒng)中，所述區(qū)域是與所述半導(dǎo)體晶圓近似同心的環(huán)狀區(qū)域，并且所述區(qū)域的外半徑小于所述半導(dǎo)體晶圓的外半徑。
[0011]該拋光系統(tǒng)還包括:第二拋光墊，用于拋光所述半導(dǎo)體晶圓的第二區(qū)域，所述第二拋光墊的第三直徑小于或等于所述第一直徑的大約四分之一；其中，所述第一拋光墊的第二直徑小于或者等于所述第一直徑的大約四分之一。
[0012]在該拋光系統(tǒng)中，所述區(qū)域是與所述半導(dǎo)體晶圓近似同心的第一環(huán)狀區(qū)域；所述第二區(qū)域是與所述半導(dǎo)體晶圓近似同心的第二環(huán)狀區(qū)域；以及所述第一環(huán)狀區(qū)域和所述第二環(huán)狀區(qū)域不重疊。
[0013]該拋光系統(tǒng)還包括用于清潔所述半導(dǎo)體晶圓的所述區(qū)域的清潔系統(tǒng)。[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種拋光方法，包括:在晶圓支撐件上提供具有第一直徑的半導(dǎo)體晶圓；以及使用具有小于所述第一直徑的第二直徑的至少一個(gè)拋光墊拋光所述半導(dǎo)體晶圓的區(qū)域。
[0015]該拋光方法還包括:在拋光所述區(qū)域的步驟之前，使用具有大于所述第一直徑的第三直徑的第二拋光墊拋光所述半導(dǎo)體晶圓。
[0016]在該拋光方法中，使用所述至少一個(gè)拋光墊拋光所述半導(dǎo)體晶圓的所述區(qū)域的步驟包括:通過至少兩個(gè)拋光墊拋光所述半導(dǎo)體晶圓的所述區(qū)域。
[0017]該拋光方法還包括:通過所述至少一個(gè)拋光墊將研磨液輸送到所述區(qū)域。
[0018]該拋光方法還包括:清潔位于所述晶圓支撐件上的所述半導(dǎo)體晶圓。
[0019]在該拋光方法中，提供所述半導(dǎo)體晶圓的步驟包括:在拋光頭上提供所述半導(dǎo)體晶圓。
[0020]在該拋光方法中，當(dāng)所述半導(dǎo)體晶圓保持靜止時(shí)執(zhí)行拋光所述半導(dǎo)體晶圓的所述區(qū)域的步驟。
[0021]在該拋光方法中，拋光所述半導(dǎo)體晶圓的所述區(qū)域的步驟包括:拋光所述半導(dǎo)體晶圓的環(huán)狀區(qū)域，所述環(huán)狀區(qū)域的外徑小于所述第一直徑。
[0022]在該拋光方法中，拋光所述區(qū)域的步驟包括:使用外徑小于所述第一直徑的大約一半的至少一個(gè)拋光墊拋光所述半導(dǎo)體晶圓的所述區(qū)域。
[0023]該拋光方法還包括:清潔位于所述晶圓支撐件上的所述半導(dǎo)體晶圓；以及使用具有小于所述第一直徑的第三直徑的至少一個(gè)第二拋光墊拋光位于所述晶圓支撐件上的所述半導(dǎo)體晶圓。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]為了更充分地理解本發(fā)明實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在將結(jié)合附圖所進(jìn)行的以下描述作為參考，其中:
[0025]圖1是根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例的拋光系統(tǒng)的示圖；
[0026]圖2是根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例的能夠平移和旋轉(zhuǎn)的拋光墊的俯視圖；
[0027]圖3A和圖3B是根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例的在拋光系統(tǒng)中所使用的多個(gè)拋光墊的俯視圖；
[0028]圖4是根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例的包括清潔子系統(tǒng)的拋光墊的俯視圖；
[0029]圖5是根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例的拋光工藝的流程圖；
[0030]圖6是根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例的拋光系統(tǒng)的示圖；
[0031]圖7是根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例的拋光系統(tǒng)的拋光頭的示圖；
[0032]圖8至圖13示出了根據(jù)本發(fā)明多個(gè)實(shí)施例的在完成第一拋光工藝之后的晶圓輪廓；
[0033]圖14是根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例的圖1的輔助拋光系統(tǒng)的詳視圖；
[0034]圖15是根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例的全拋光工藝的流程圖；
[0035]圖16是根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例的第二拋光工藝的流程圖；以及
[0036]圖17至圖20是根據(jù)本發(fā)明多個(gè)實(shí)施例的執(zhí)行斜面拋光的輔助斜面拋光單元的示圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0037]在下面詳細(xì)討論本發(fā)明的實(shí)施例的制造和使用。然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明提供了許多可以在各種具體環(huán)境中實(shí)現(xiàn)的可應(yīng)用的發(fā)明構(gòu)思。所討論的具體實(shí)施例僅是制造和使用所公開的主題的示例性具體方式，而不用于限制不同實(shí)施例的范圍。
[0038]參照具體環(huán)境描述了實(shí)施例，即，拋光系統(tǒng)等。然而，其它實(shí)施例也可以應(yīng)用于用來拋光材料表面的其它拋光系統(tǒng)。
[0039]在所有各個(gè)附圖和論述中，相同的參考標(biāo)號是指相同的部件。然而，雖然在一些附圖中示出了單個(gè)部件，但這是為了簡化描述和便于論述的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將很容易理解這種論述和描述能夠并且通?？蓱?yīng)用于結(jié)構(gòu)內(nèi)的許多部件。
[0040]拋光頭通過使用保持器環(huán)(retaining ring)保持在圓形半導(dǎo)體晶圓上并且將半導(dǎo)體晶圓壓在自旋拋光墊上以平坦化和/或拋光半導(dǎo)體晶圓的面。當(dāng)半導(dǎo)體晶圓自旋時(shí)，由于角動量的性質(zhì)，切向速度從半導(dǎo)體晶圓的中心向其邊緣增加。因此，如果通過均勻的壓力將半導(dǎo)體晶圓壓到拋光墊上，則半導(dǎo)體晶圓的邊緣將會比中心區(qū)域拋光得更厲害。為了解決這個(gè)問題，在拋光頭中弓I入涂料器(appI icator)以改變拋光期間半導(dǎo)體晶圓的曲率，從而補(bǔ)償了切向速率相對于半導(dǎo)體晶圓半徑的差異。涂料器可以包括機(jī)械部件，諸如彈簧或活塞，將涂料器壓到半導(dǎo)體晶圓上從而造成其暫時(shí)彎曲。出于包括老化、缺陷和損傷的多種原因，并未按預(yù)期實(shí)施涂料器。結(jié)果，半導(dǎo)體晶圓在完成拋光工藝之后可能表現(xiàn)出不均勻的拋光，從而影響收益和產(chǎn)量。
[0041]在以下公開內(nèi)容中，介紹了一種新型拋光系統(tǒng)，其使用直徑小于半導(dǎo)體晶圓的直徑的拋光墊，從而當(dāng)拋光半導(dǎo)體晶圓時(shí)實(shí)現(xiàn)高均勻性。在本文所公開的拋光系統(tǒng)中，半導(dǎo)體晶圓可以是正面朝上地位于工作臺上，而拋光墊使用適當(dāng)?shù)难心ヒ?slurry)和向下壓力的組合來拋光半導(dǎo)體晶圓。小于半導(dǎo)體晶圓的拋光墊可以以可編程的或者甚至基于在線計(jì)量數(shù)據(jù)可適應(yīng)的圖案掃過半導(dǎo)體晶圓的表面?？梢砸来?、同時(shí)或者以這兩種的組合使用多個(gè)拋光墊來提高靈活性和產(chǎn)量。
[0042]拋光系統(tǒng)還提供了可以在不將半導(dǎo)體晶圓移動到單獨(dú)的清潔站的情況下實(shí)施的清潔操作。舉例來說，在任何拋光操作之后，可以實(shí)施清潔操作以去除多余的研磨液。在本文所公開的拋光系統(tǒng)中，舉例來說，可以通過滾筒刷結(jié)合蒸餾水或清潔劑來實(shí)施清潔操作。由于半導(dǎo)體晶圓仍正面朝上地位于工作臺上，將滾筒刷降低到半導(dǎo)體晶圓上來清潔半導(dǎo)體晶圓。在清潔操作之后，可以使用本文所公開的拋光墊在不從工作臺上去除半導(dǎo)體晶圓的情況下實(shí)施進(jìn)一步的拋光操作。
[0043]在一些實(shí)施例中，拋光墊還用作返工操作中的輔助拋光墊來拋光某些區(qū)域中的半導(dǎo)體晶圓，同時(shí)使半導(dǎo)體晶圓的其它區(qū)域不受影響。拋光墊小于半導(dǎo)體晶圓，并且可進(jìn)行三維控制。采集關(guān)于直徑大于半導(dǎo)體晶圓的直徑的主拋光墊的第一拋光工藝之后的計(jì)量數(shù)據(jù)，可以在拋光系統(tǒng)中對第二拋光輪廓進(jìn)行編程，并且可以結(jié)合拋光頭使用輔助拋光墊以在工藝進(jìn)行中返工半導(dǎo)體晶圓，而無需使半導(dǎo)體晶圓從拋光系統(tǒng)離線?？梢越Y(jié)合拋光頭使用多個(gè)小輔助拋光墊，以提供甚至更大的拋光輪廓靈活性和產(chǎn)量。在一些實(shí)施例中，也可以結(jié)合拋光頭使用斜面拋光墊以拋光半導(dǎo)體晶圓的斜面區(qū)域。
[0044]圖1是根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例的拋光系統(tǒng)10的示圖。晶圓工作臺120支持并任選地旋轉(zhuǎn)待拋光的半導(dǎo)體晶圓200(或簡稱“晶圓200”)。拋光頭110的拋光墊111拋光半導(dǎo)體晶圓200的正面201。拋光墊111的寬度w2(例如，外直徑)短于半導(dǎo)體晶圓200的寬度wl (例如，外直徑)。在一些實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)121控制晶圓200的旋轉(zhuǎn)，并且研磨液輸送機(jī)構(gòu)122混合、儲存化學(xué)研磨液和/或?qū)⒒瘜W(xué)研磨液輸送到晶圓200的正面201，從而啟動化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)。在通過拋光系統(tǒng)10拋光晶圓200之前、期間和/或之后，計(jì)量工具130讀取晶圓200的參數(shù)。系統(tǒng)控制器140控制通過拋光系統(tǒng)10所實(shí)施的拋光工藝的變量。
[0045]在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體晶圓200包括:元素半導(dǎo)體，包括晶體形式的硅或鍺、多晶硅或非晶結(jié)構(gòu)；化合物半導(dǎo)體，包括碳化硅、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化銦和銻化銦；合金半導(dǎo)體,包括 SiGe、GaAsP> AlInAs、AlGaAs> GaInAs> GaInP 和 GaInAsP ;任何其它合適的材料；或它們的組合。在一些實(shí)施例中，合金半導(dǎo)體具有梯度SiGe部件，其中，Si和Ge組成從梯度SiGe部件的一個(gè)位置的一個(gè)比值變化到另一位置的另一比值。在一些實(shí)施例中，在硅襯底上方形成梯度SiGe部件。在一些實(shí)施例中，梯度SiGe部件產(chǎn)生應(yīng)變。而且，在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體晶圓200是絕緣體上半導(dǎo)體，諸如絕緣體上硅(SOI);或者是薄膜晶體管(TFT)。在一些實(shí)例中，半導(dǎo)體晶圓200包括摻雜外延層或掩埋層。在其它實(shí)例中，化合物半導(dǎo)體晶圓200具有多層結(jié)構(gòu)，或者晶圓200可以包括多層化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體晶圓200包括外延層。例如，晶圓200具有位于塊狀半導(dǎo)體上方的外延層。而且，在一些實(shí)施例中，晶圓200包括諸如掩埋介電層的絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)結(jié)構(gòu)?？蛇x地，晶圓200包括掩埋介電層，諸如通過被稱為注氧隔離(SIMOX)技術(shù)、晶圓接合、選擇性外延生長(SEG)的方法或其它適當(dāng)?shù)姆椒ㄐ纬傻穆裱?BOX)層。
[0046]在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體晶圓200包括在其上以及在其中形成的有源和/或無源器件。例如，在半導(dǎo)體晶圓200中形成摻雜區(qū)以限定晶體管。在一些實(shí)施例中，限定介電層和多晶硅層以形成晶體管的柵極。在一些實(shí)施例中，圖案化附加金屬層和多晶硅層以在半導(dǎo)體晶圓200中和在半導(dǎo)體晶圓200上形成位于有源器件和/或無源器件之間互連件。在一些實(shí)施例中，在半導(dǎo)體晶圓200上還形成諸如襯底通孔(TSV)、鈍化后再分布層(PPIRDL)等的其它結(jié)構(gòu)。主要可以在半導(dǎo)體晶圓200的正面201上形成各種器件和互連結(jié)構(gòu)。在拋光系統(tǒng)10中，正面201可以面向拋光頭110,而半導(dǎo)體晶圓200的背面可以背對拋光頭110并且與晶圓工作臺120接觸。
[0047]晶圓工作臺120支撐晶圓200，以及在一些實(shí)施例中，具有由諸如硅膠的材料形成的晶圓接觸表面。對于具有寬度wl的晶圓200，例如，晶圓工作臺120可以具有比寬度wl大至少20cm的寬度。在一些實(shí)施例中，寬度wl在約25毫米至約450毫米的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，寬度wl大于450毫米。寬度wl的實(shí)例包括300毫米和450毫米。
[0048]晶圓工作臺120可以使半導(dǎo)體晶圓200在第一方向上以第一速率自旋?？梢杂尚D(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)121控制半導(dǎo)體晶圓200的自旋變量(諸如速度和方向)。在一些實(shí)施例中，由系統(tǒng)控制器140控制旋轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)121。在一些實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)121通過電動機(jī)使半導(dǎo)體晶圓200旋轉(zhuǎn)。在一些實(shí)施例中，電動機(jī)是交流(AC)電動機(jī)、直流(DC)電動機(jī)、交直流兩用電動機(jī)等，且具有固定或可變的速度。在一些實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)121包括用于設(shè)定電動機(jī)的速度的電子設(shè)備。在一些實(shí)施例中，這些電子設(shè)備接收來自系統(tǒng)控制器140的控制信號并響應(yīng)于控制信號控制電動機(jī)的速度。在一些實(shí)施例中，控制信號是指出在整個(gè)拋光工藝期間半導(dǎo)體晶圓200隨時(shí)間的旋轉(zhuǎn)速度的實(shí)時(shí)速度指示信號和/或自旋速率曲線。例如，當(dāng)半導(dǎo)體晶圓200在拋光期間不僅不旋轉(zhuǎn)而且在晶圓工作臺120上是靜止時(shí)，旋轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)121是可選的實(shí)施例也在本發(fā)明的預(yù)期范圍內(nèi)。
[0049]拋光頭110保持拋光墊111并且可通過系統(tǒng)控制器140進(jìn)行控制以將壓力通過拋光墊111施加給晶圓200。系統(tǒng)控制器140也能夠通過如圖2所示三個(gè)維度平移拋光墊111，以及使拋光墊111在第二方向上以第二速率旋轉(zhuǎn)?？赏ㄟ^系統(tǒng)控制器140 (例如)控制拋光頭110以在三個(gè)維度上相對于正面201進(jìn)行平移。用圖2中的交叉箭頭顯示二個(gè)維度，而第三維度在附圖內(nèi)外的方向上，并與交叉箭頭所示的軸向垂直。在一些實(shí)施例中，拋光墊111在第二方向(順時(shí)針或逆時(shí)針)上以第二速度自旋，第二速度和第二方向與晶圓200的第一速率和第一方向相同或者不同。在一些實(shí)施例中，第二速率是固定的或可變的，并且基于計(jì)量工具130提供的在線計(jì)量反饋可對該第二速率進(jìn)行編程和/或調(diào)節(jié)。在一些實(shí)施例中，通過系統(tǒng)控制器140和/或按照在整個(gè)拋光工藝期間指出拋光墊111隨時(shí)間的旋轉(zhuǎn)速率和方向的預(yù)定曲線來實(shí)時(shí)設(shè)置第二速率。
[0050]拋光墊111的拋光表面面向半導(dǎo)體晶圓200的正面201。在一些實(shí)施例中，拋光墊111通過層材料的機(jī)械和化學(xué)去除的組合來拋光半導(dǎo)體晶圓200。在一些實(shí)施例中，拋光墊111由聚合物制成。拋光墊111的寬度W2短于半導(dǎo)體晶圓200的寬度《I。在一些實(shí)施例中，寬度w2小于寬度wl的一半。在一些實(shí)施例中，寬度w2介于寬度wl的1/4和1/3之間。在一些實(shí)施例中，拋光墊111的形狀為圓柱形并且相對于晶圓200的正面的平面具有圓形截面。包括橢圓形、長方形、正方形等的拋光墊111的截面的其它形狀也在本發(fā)明的預(yù)期范圍內(nèi)。
[0051]在一些實(shí)施例中，研磨液輸送機(jī)構(gòu)122混合、儲存化學(xué)研磨液和/或?qū)⒒瘜W(xué)研磨液輸送到晶圓200的正面201從而啟動化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)。在圖1中，研磨液輸送機(jī)構(gòu)122被示出為晶圓工作臺120的一部分。在一些實(shí)施例中，研磨液輸送機(jī)構(gòu)122是拋光頭110的一部分。在一些實(shí)施例中，通過晶圓工作臺120和/或通過拋光墊111將化學(xué)研磨液施加給晶圓200。例如，通過管道將化學(xué)研磨液通過拋光頭110供應(yīng)到拋光墊111。在一些實(shí)施例中，通過管道也將化學(xué)研磨液通過晶圓工作臺120的管道供應(yīng)到晶圓200的正面201上。在一些實(shí)施例中，通過研磨液輸送機(jī)構(gòu)122根據(jù)系統(tǒng)控制器140所生成的控制信號來控制化學(xué)研磨液的組成。在一些實(shí)施例中，控制信號提供實(shí)時(shí)組成控制參數(shù)和/或相對于拋光工藝的持續(xù)時(shí)間調(diào)度(schedule)的預(yù)定組成曲線。在一些實(shí)施例中，還通過研磨液輸送機(jī)構(gòu)122根據(jù)系統(tǒng)控制器140所生成的控制信號以實(shí)時(shí)和/或預(yù)定曲線來控制(諸如流速)的其它研磨液變量。在一些實(shí)施例中，作為預(yù)設(shè)值和/或鑒于在拋光工藝期間通過計(jì)量工具130所采集的在線計(jì)量數(shù)據(jù)生成與研磨液組成和其它研磨液變量有關(guān)的各種控制信號。
[0052]例如，計(jì)量工具130向系統(tǒng)控制器140提供包括半導(dǎo)體晶圓200的正面201的形貌(topography)的計(jì)量信息。半導(dǎo)體晶圓200的面上的膜和材料的厚度和輪廓由計(jì)量工具130進(jìn)行測量，并被傳送給系統(tǒng)控制器140。例如，計(jì)量工具130包括激光干涉儀。在一些實(shí)施例中，基于提供給系統(tǒng)控制器140的計(jì)量信息，系統(tǒng)控制器140在拋光工藝期間控制各種工藝變量?？赏ㄟ^系統(tǒng)控制器140控制的工藝變量的實(shí)例包括晶圓200和拋光墊111的旋轉(zhuǎn)速度和方向、拋光頭110在晶圓200上方的位置、拋光頭110對晶圓200施加的作用力以及研磨液輸送機(jī)構(gòu)122的研磨液泵送率和/或研磨液組成。如上所述使用計(jì)量工具130被稱為內(nèi)部計(jì)量閉環(huán)控制(IMCLC)。
[0053]在一些實(shí)施例中，如圖3A和圖3B所示，在拋光系統(tǒng)10中使用第二拋光墊112以提高產(chǎn)量。在圖3A中，根據(jù)一些實(shí)施例，第二拋光墊112和拋光墊111沿著它們的中心線是共線的并且間隔距離dl (例如，如從墊112的中心到墊111的中心測量的)，該距離dl是半導(dǎo)體晶圓200的直徑wl的大約一半。圖3B示出一般情況，其中以半徑坐標(biāo)限定拋光墊
111、112的位置。這樣，拋光墊111相對于晶圓200的中心位于半徑rl處，而拋光墊112相對于晶圓200的中心位于半徑r2處。半徑rl、r2進(jìn)一步以偏移角Θ成角度地分離。在圖3A所示的實(shí)例中，偏移角Θ為180度。變量dl、rl、r2和Θ全都可通過系統(tǒng)控制器140進(jìn)行控制，并且在一些實(shí)施例中，以預(yù)定拋光曲線和/或?qū)崟r(shí)響應(yīng)于由計(jì)量工具130所提供的在線計(jì)量數(shù)據(jù)來設(shè)定變量dl、rl、r2和Θ。
[0054]在一些實(shí)施例中，在拋光階段之間實(shí)施清潔，清潔包括使用刷子和清潔劑(例如，化學(xué)物質(zhì)、去離子(DI)水)。在圖4中示出了根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例的清潔單元400。在一些實(shí)施例中，例如，清潔單元400是滾筒刷或盤形刷，并且如圖4中位于清潔單元400右側(cè)和上方的箭頭所示，清潔單元400被配置成在至少一個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)和平移。在一些實(shí)施例中，通過晶圓工作臺120保持半導(dǎo)體晶圓200正面朝上，并在清潔單元400從半導(dǎo)體晶圓200的面上清除化學(xué)研磨液和顆粒的同時(shí)進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)該半導(dǎo)體晶圓200。
[0055]基于上面所述，在圖5中示出了一般拋光方法50的中間步驟。根據(jù)圖1、圖2、圖3A和圖3B以及圖4所述的，拋光方法50包括在框500中實(shí)施的第一拋光工藝、在框501中實(shí)施的第一清潔工藝、在框502中實(shí)施的第二拋光工藝以及在框503中實(shí)施的第二清潔工藝?？梢岳斫猓谝恍?shí)施例中，第二拋光和清潔工藝或第一拋光和清潔工藝是可選的?？?00至框503的順序也可以發(fā)生改變以形成各種實(shí)施例，所有這些實(shí)施例均在本發(fā)明的預(yù)期范圍內(nèi)。例如，在一些實(shí)施例中，在框500和框501之前實(shí)施框502和框503。
[0056]在框500中，使用一個(gè)拋光頭來拋光晶圓200。在一些實(shí)施例中，拋光頭具有第一類型(例如，類型I)并且與第一化學(xué)研磨液(例如，類型A) —起使用。在一些實(shí)施例中，使用第一輪廓Pl來限定如上所述的拋光速度、拋光壓力、拋光位置、持續(xù)時(shí)間、研磨液組成和流速等。
[0057]在框500之后，在框501中，實(shí)施第一清潔工藝。諸如刷子(例如，刷子I)的第一清潔器與第一清潔劑(例如，試劑M) —起使用以通過框501中的第一清潔工藝清潔晶圓200的拋光表面。在一些實(shí)施例中，根據(jù)在框500中所使用的化學(xué)研磨液來選擇清潔劑。在一些實(shí)施例中，清潔輪廓Cl限定旋轉(zhuǎn)速度、位置、持續(xù)時(shí)間、流速等以提供充分和/或最佳清潔的晶圓200。
[0058]在框502中使用兩個(gè)拋光頭。在一些實(shí)施例中，拋光頭具有相同的或不同的類型(例如，類型2和類型3)，并且可以與在框500中所使用的化學(xué)研磨液的類型相同或者不同的化學(xué)研磨液類型一起使用。在一些實(shí)施例中，定義通過框502的拋光頭和研磨液使用的第二拋光輪廓P2，從而限定拋光速率、流速、拋光頭的拋光位置(例如，半徑間距和角間距)、持續(xù)時(shí)間、壓力等。
[0059]在框503中，實(shí)施第二清潔工藝以清除來自框502中的拋光工藝的殘留研磨液。在一些實(shí)施例中，根據(jù)第二清潔輪廓C2，第二清潔器(例如，刷子2)與第二清潔劑(例如，試劑N) —起使用以去除殘留的研磨液。在一些實(shí)施例中，第二清潔器與第一清潔器相同或者不同，除了刷子以外的清潔器也在本發(fā)明的預(yù)期范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，第二清潔劑與第一清潔劑相同或者不同并且可以根據(jù)框502中所使用的化學(xué)研磨液來選擇第二清潔劑。清潔輪廓C2可以限定旋轉(zhuǎn)速度、位置、持續(xù)時(shí)間、流速等以提供充分和/或最佳清潔的晶圓200。
[0060]在一些實(shí)施例中，上文所述的在框501和框503中的清潔工藝?yán)们鍧崋卧?00。在一些實(shí)施例中，使清潔單元400自旋并使其降低到半導(dǎo)體晶圓200的表面上，朝向半導(dǎo)體晶圓200的面對清潔單元400施加壓力。舉例來說，在一些實(shí)施例中，清潔單元400從半導(dǎo)體晶圓200的邊緣(諸如圖4所示的底部邊緣)開始清潔并且在單方向上向相對邊緣進(jìn)行平移。清潔單元400從其一端樞軸旋轉(zhuǎn)以成角度地掃過半導(dǎo)體晶圓200的整個(gè)面的實(shí)施例也在本發(fā)明預(yù)期范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，在半導(dǎo)體晶圓200的面上沉積清潔化學(xué)溶液和/或DI水以輔助從半導(dǎo)體晶圓200去除全部的殘留物。
[0061]使用拋光頭110的拋光系統(tǒng)10相對于傳統(tǒng)的拋光系統(tǒng)節(jié)省空間。拋光頭111、112允許使用多個(gè)拋光輪廓，并且在一些實(shí)施例中，它們與計(jì)量工具130提供的在線計(jì)量數(shù)據(jù)適當(dāng)配合以在無需使拋光晶圓200離線的情況下提供自動化輪廓調(diào)整。拋光系統(tǒng)10中的清潔單元400也節(jié)省時(shí)間，消除了對離線清潔站的需要。在一些實(shí)施例中，在同一工作站中拋光和清潔半導(dǎo)體晶圓200，從而節(jié)省空間且大大地減少了晶圓轉(zhuǎn)移時(shí)間。拋光系統(tǒng)10節(jié)省空間和時(shí)間并具有靈活的拋光輪廓控制，從而轉(zhuǎn)換為收益和產(chǎn)量的增加。
[0062]在圖6中示出了根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例的拋光系統(tǒng)60。用于拋光晶圓的主拋光墊600具有拋光面，例如，該主拋光墊由聚氨酯制成。主拋光墊600以恒定速度或者以系統(tǒng)控制器620確定的可變速度旋轉(zhuǎn)。舉例來說，由驅(qū)動主拋光墊600的電動機(jī)605控制轉(zhuǎn)動?；趶南到y(tǒng)控制器620發(fā)送到電動機(jī)605的信號622來控制可變速度,并且響應(yīng)于該信號，電動機(jī)605可以改變主拋光墊600的旋轉(zhuǎn)速度。主拋光墊600可以以順時(shí)針方向或者以逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。例如，主拋光墊600是圓形的并具有大于待拋光的半導(dǎo)體晶圓的直徑。在一些實(shí)施例中，主拋光墊600的直徑(Dpad)是半導(dǎo)體晶圓的直徑(Dwafek)的長度的至少兩倍。用于450mm的半導(dǎo)體晶圓的示例性主拋光墊的直徑為約1094mm(Dpad/Dwafee為約2.43)，相比之下，用于300mm的晶圓的主拋光墊的直徑為約762mm(Dpad/Dwafek為約2.54)，而用于200mm的晶圓的主拋光墊的直徑為約508_(Dpad/Dwafek為約2.54)。
[0063]在圖7中詳細(xì)示出的拋光頭610將晶圓700(諸如半導(dǎo)體晶圓)按壓到主拋光墊600上。如上所述，半導(dǎo)體晶圓700的寬度wl通常短于主拋光墊600的寬度w3的一半。拋光頭610具有安裝在其框架612中的保持器環(huán)614。保持器環(huán)614由聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)或其他合適的聚酰亞胺或熱塑性材料制成，并且通過半導(dǎo)體晶圓700的邊緣/斜面(bezel)區(qū)域保持半導(dǎo)體晶圓700。在一些實(shí)施例中，拋光頭610朝向主拋光墊600對半導(dǎo)體晶圓700施加的一般力。涂料器615至618在半導(dǎo)體晶圓700的各個(gè)區(qū)域提供局部壓力以改變半導(dǎo)體晶圓700的輪廓并且控制半導(dǎo)體晶圓700的各個(gè)區(qū)域的拋光速率。如圖7所示,涂料器615向半導(dǎo)體晶圓700的中心區(qū)帶施加壓力,涂料器616向紋波區(qū)帶(ripplezone)施加壓力，涂料器617向半導(dǎo)體晶圓的外側(cè)區(qū)帶施加壓力，以及涂料器618向半導(dǎo)體晶圓700的邊緣區(qū)帶施加壓力。施加的壓力是機(jī)械的、氣動的、流動的等，并且可由系統(tǒng)控制器620進(jìn)行控制。
[0064]在一些實(shí)施例中，除了將半導(dǎo)體晶圓700按壓到主拋光墊600上，拋光頭610還以與主拋光墊600相同或相反的方向旋轉(zhuǎn)。舉例來說，在一些實(shí)施例中，主拋光墊600順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，而拋光頭610逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。在一些實(shí)施例中，主拋光墊600順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，而拋光頭610也順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。在一些實(shí)施例中，由驅(qū)動拋光頭610的電動機(jī)670控制拋光頭610的旋轉(zhuǎn)。在一些實(shí)施例中，電動機(jī)670以恒定速度或者以可通過系統(tǒng)控制器620控制的可變速度旋轉(zhuǎn)拋光頭610。在一些實(shí)施例中，拋光頭610還可以在與主拋光墊600的面共面的平面中平移。在一些實(shí)施例中，可通過系統(tǒng)控制器620控制平移，并在拋光系統(tǒng)60中對該平移進(jìn)行編程作為預(yù)定的拋光輪廓的一部分。
[0065]舉例來說，在一些實(shí)施例中，拋光系統(tǒng)60是化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)系統(tǒng)。在一些實(shí)施例中，研磨液輸送系統(tǒng)640以恒定速度或者通過系統(tǒng)控制器620確定的可變速度將化學(xué)研磨液釋放到主拋光墊600的表面上。在一些實(shí)施例中，研磨液輸送系統(tǒng)640包括泵和安裝在主拋光墊600中的管道。在一些實(shí)施例中，化學(xué)研磨液包括二氧化硅固體、化學(xué)分散齊U、表面劑等。在一些實(shí)施例中，也可通過系統(tǒng)控制器620來控制化學(xué)研磨液的組成。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)控制器620通過信號623控制研磨液輸送參數(shù)，諸如輸送速率和研磨液組成。
[0066]例如，計(jì)量工具630向系統(tǒng)控制器620提供包括半導(dǎo)體晶圓700的面的形貌的計(jì)量信息。半導(dǎo)體晶圓700的面上的膜和材料的厚度和輪廓由計(jì)量工具630進(jìn)行測量，并且被傳送到系統(tǒng)控制器620。計(jì)量工具630包括例如激光干涉儀。在一些實(shí)施例中，基于提供給系統(tǒng)控制器620的計(jì)量信息，系統(tǒng)控制器620控制主拋光墊600和拋光頭610的旋轉(zhuǎn)速度、拋光頭610在主拋光墊600上方的位置、拋光頭610施加的作用力、涂料器615至618的壓力水平以及研磨液輸送系統(tǒng)640的研磨液泵送率和/或研磨液組成。如上所述使用計(jì)量工具630被稱為內(nèi)部計(jì)量閉環(huán)控制(IMCLC)。
[0067]系統(tǒng)控制器620控制主拋光墊600、拋光頭610和研磨液輸送系統(tǒng)640以執(zhí)行第一拋光工藝。在一些實(shí)施例中，第一拋光工藝基于第一預(yù)定的拋光輪廓，從而限定拋光時(shí)間以及作為時(shí)間的函數(shù)的拋光變量(包括但不限于主拋光墊600和拋光頭610的旋轉(zhuǎn)速度、拋光頭610的平移、拋光頭610的作用力、涂料器615至618的局部壓力水平以及研磨液輸送系統(tǒng)640的研磨液速率和組成變量)。在一些實(shí)施例中，拋光頭610的旋轉(zhuǎn)速度隨著在第一拋光工藝的整個(gè)持續(xù)期間而改變。舉例來說，在一些實(shí)施例中，設(shè)置用于拋光頭610的路徑以通過第一拋光工藝使用主拋光墊600的整個(gè)區(qū)域。在一些實(shí)施例中，第一拋光工藝是自適應(yīng)的，響應(yīng)于包括但不限于層厚度和層光滑度的計(jì)量指標(biāo)，利用IMCLC來控制拋光變量。
[0068]當(dāng)完成第一拋光工藝時(shí)，通過計(jì)量工具630所提供的計(jì)量數(shù)據(jù)可以表明在工藝進(jìn)行中的半導(dǎo)體晶圓700的面的至少一個(gè)區(qū)域是不均勻拋光的。圖8至圖13示出在完成第一拋光工藝之后的晶圓輪廓711至716。在圖8中，半導(dǎo)體晶圓700的中心區(qū)域拋光較少，例如，具有比半導(dǎo)體晶圓700的外部區(qū)域和邊緣區(qū)域更大的層厚度。這可以表明涂料器615是有缺陷的、損壞的、老化的或者需要維修。在圖9中，半導(dǎo)體晶圓輪廓712可以表明半導(dǎo)體晶圓700的環(huán)狀區(qū)帶相對于半導(dǎo)體晶圓700的其它區(qū)帶拋光不足。例如，涂料器616是有缺陷的、損壞的、老化的或者需要維修。圖10和圖11中的半導(dǎo)體晶圓輪廓713和714分別表明在外側(cè)區(qū)帶和邊緣區(qū)帶中拋光不足，從而可以對應(yīng)于涂料器617和618的異常功能。圖12中的半導(dǎo)體晶圓輪廓715對應(yīng)于兩個(gè)區(qū)帶的拋光不足，諸如環(huán)狀區(qū)帶和邊緣區(qū)帶。其它的兩個(gè)區(qū)帶的輪廓可以包括中心區(qū)帶和外側(cè)區(qū)帶的拋光不足以及中心區(qū)帶和邊緣區(qū)帶的拋光不足。例如，圖13所示的晶圓輪廓716對應(yīng)于半導(dǎo)體晶圓700的至少一個(gè)區(qū)域的厚度大于最初在拋光系統(tǒng)60中進(jìn)行編程的用于第一拋光工藝的厚度。在圖13中局部化的管芯具有大厚度，例如，會影響位于與半導(dǎo)體晶圓700非同心的大致圓形區(qū)域或其它形狀區(qū)域中的單個(gè)管芯或至少兩個(gè)鄰近的管芯。
[0069]在圖6中示出了安裝在拋光系統(tǒng)60中的輔助拋光系統(tǒng)650，在圖14中示出其具體不圖。在一些實(shí)施例中，拋光頭610在拋光系統(tǒng)60中具有雙重用途。在第一拋光工藝(主拋光工藝)中，拋光頭610保持在半導(dǎo)體晶圓700，將半導(dǎo)體晶圓700按壓到主拋光墊600上，使半導(dǎo)體晶圓700自旋，在主拋光墊600的面上方平移半導(dǎo)體晶圓700以及通過涂料器615至618實(shí)施區(qū)帶拋光控制。在第二拋光工藝(輔助拋光工藝)中，作為輔助拋光系統(tǒng)650的一部分，拋光頭610用作朝向輔助拋光單元651和652保持半導(dǎo)體晶圓700的工作臺，而至少一個(gè)輔助拋光單元651、652拋光半導(dǎo)體晶圓700的至少一個(gè)區(qū)帶和/或至少一個(gè)區(qū)域。在第二拋光工藝中，拋光墊610保持半導(dǎo)體晶圓700，使半導(dǎo)體晶圓700自旋和/或在三個(gè)維度上平移半導(dǎo)體晶圓700。
[0070]在圖14中不出兩個(gè)輔助拋光單兀651、652。包括僅一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)或多于三個(gè)的輔助拋光單元的實(shí)施例也在本發(fā)明的預(yù)期范圍內(nèi)。輔助拋光單元651的輔助拋光墊653附接至軸654，軸654又附接至輔助控制器655。在一些實(shí)施例中，輔助拋光墊653的拋光表面包括與主拋光墊600的材料類似的材料，諸如聚氨酯。例如，輔助拋光墊653的拋光表面是圓形。在圖14中表示輔助拋光墊653的拋光表面的寬度(其也可以是用于圓形的直徑)作為寬度w2。輔助拋光墊653的拋光表面的寬度《2短于半導(dǎo)體晶圓700的寬度《I。舉例來說，寬度《2短于寬度wl的大約一半。寬度《2介于寬度wl的約1/4至約1/3之間，或者甚至短于寬度wl的約4。在圖14中表示輔助拋光單元652的第二輔助拋光墊657的拋光面的寬度(其也可以是用于圓形的直徑)作為寬度w4。寬度《4短于半導(dǎo)體晶圓700的寬度wl，以及在一些實(shí)施例中，與寬度w2大致相同。在一些實(shí)施例中，寬度w4與輔助拋光墊653的寬度w2不同。在一些實(shí)施例中，輔助拋光墊657具有與輔助拋光墊653相同的形狀或不同的形狀。在一些實(shí)施例中，輔助拋光墊653、657的拋光表面(其受拋光材料和/或紋理的影響)相同或不同。
[0071]在一些實(shí)施例中，控制輔助拋光單元651、652執(zhí)行第二拋光工藝的輔助控制器655包括在第二拋光工藝之前、期間和之后，用于控制軸654、658和輔助拋光墊653、657的旋轉(zhuǎn)以及用于控制軸654、658和輔助拋光墊653、657在三個(gè)維度中的平移的電子設(shè)備以及電氣系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)。在一些實(shí)施例中，輔助控制器655包括用于使輔助拋光單元651、652自旋的電動機(jī)。在一些實(shí)施例中，電控制電動機(jī)以在第二拋光工藝之前、期間和之后以可變速度和/或恒定速度自旋。在一些實(shí)施例，輔助控制器655還包括用于對輔助拋光單元651、652施加向下的作用力的杠桿和/或活塞以在第二拋光工藝中對待拋光的區(qū)帶和/或區(qū)域施加壓力。
[0072]信號線(或總線)661將輔助控制器655電連接至計(jì)量工具630，使得輔助控制器655自動將半導(dǎo)體晶圓700的計(jì)量數(shù)據(jù)(層厚度、輪廓特性)轉(zhuǎn)換為第二拋光工藝的拋光步長(st印)。輔助控制器655電連接至系統(tǒng)控制器620的結(jié)構(gòu)也在本發(fā)明預(yù)期范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)控制器620解釋來自計(jì)量工具630的計(jì)量數(shù)據(jù)并將拋光指令發(fā)送到輔助控制器655，使得輔助控制器655不需要直接電連接至計(jì)量工藝630來執(zhí)行第二拋光工藝。在這種結(jié)構(gòu)中，在一些實(shí)施例中，輔助控制器655不包括用于智能處理來自計(jì)量工具630的反饋數(shù)據(jù)的解釋器硬件和/或軟件，但依賴于用于拋光變量的系統(tǒng)控制器620，諸如，輔助拋光單元651、652的自旋速度、壓力、掃描速率和/或位移和路徑。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)控制器620包括硬件(例如，處理器、存儲器、邏輯電路等)。
[0073]對于化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)系統(tǒng)，第二拋光工藝包括在工藝進(jìn)行中將諸如上面所述的化學(xué)研磨液的化學(xué)研磨液引導(dǎo)至半導(dǎo)體晶圓700的面上。以各種方式引入化學(xué)研磨液。作為一個(gè)實(shí)例，在圖14中以虛線示出的輔助研磨液輸送系統(tǒng)670可以將化學(xué)研磨液通過管道和泵輸送到半導(dǎo)體晶圓700的面上。在一些實(shí)施例中，輔助研磨液輸送系統(tǒng)670被安裝在拋光頭610中并且穿過拋光頭610，并且例如沿著拋光頭610的面的半徑具有均勻間隔的出口。舉例來說，另一研磨液輸送系統(tǒng)集成到輔助拋光單元651、652，其中，化學(xué)研磨液通過管道656、659輸送到輔助拋光墊653、657。在一些實(shí)施例中，單獨(dú)地或者結(jié)合地使用兩個(gè)輸送系統(tǒng)以在第二拋光工藝中拋光區(qū)帶和/或區(qū)域期間將化學(xué)研磨液引入到半導(dǎo)體晶圓700的面上。在一些實(shí)施例中，輔助控制器655被配置成控制研磨液變量，包括通過本文所述的輸送系統(tǒng)670、656和659中的任何一個(gè)或者所有的輸送系統(tǒng)所輸送的化學(xué)研磨液的輸送速率、研磨液混合比例等。舉例來說，在一些實(shí)施例中，由系統(tǒng)控制器620控制研磨液變量。
[0074]在一些實(shí)施例中，拋光頭610被配置成旋轉(zhuǎn)的，使得在工藝進(jìn)行中的半導(dǎo)體晶圓700的面可以在第二拋光工藝期間背對主拋光墊600。例如，拋光頭610旋轉(zhuǎn)180度，使得相對于其在第一拋光工藝期間的原始位置翻轉(zhuǎn)拋光頭610。其它的旋轉(zhuǎn)角度也是預(yù)期的，諸如順時(shí)針或逆時(shí)針90度。舉例來說，在一些實(shí)施例中，第一定位機(jī)構(gòu)680(圖6)將拋光頭610遠(yuǎn)離主拋光墊600旋轉(zhuǎn)，使得拋光頭610正面朝上。在一些實(shí)施例中，在將拋光頭610遠(yuǎn)離主拋光墊600旋轉(zhuǎn)之后，半導(dǎo)體晶圓700的面具有與主拋光墊600的面基本上相同的定向。舉例來說，在一些實(shí)施例中，拋光頭610的面以使拋光頭610的表面法線(法向矢量)與重力的方向基本平行且相反的方式進(jìn)行定向。從平行略微傾斜的方向也是預(yù)期的，從而可以輔助從半導(dǎo)體晶圓700排除化學(xué)研磨液。
[0075]在一些實(shí)施例中，拋光頭610還遠(yuǎn)離主拋光墊600旋轉(zhuǎn)和/或平移，使得拋光頭610沒有位于主拋光墊600的正上方。舉例來說，在一些實(shí)施例中，通過第一定位機(jī)構(gòu)680來實(shí)施平移，而通過連接至第一定位機(jī)構(gòu)680的第二定位機(jī)構(gòu)690根據(jù)信號621來進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。當(dāng)在第二拋光工藝中包括拋光頭610時(shí)，遠(yuǎn)離主拋光墊600移動拋光頭610允許主拋光墊600在精確的研磨液體積控制下繼續(xù)加工后面的晶圓而不會使多余的研磨液從上面滴落到主拋光墊600上。其中在拋光系統(tǒng)60中包括多個(gè)拋光頭610以在工藝進(jìn)行中容納更多數(shù)量的晶圓的結(jié)構(gòu)也在本發(fā)明的預(yù)期范圍內(nèi)。然而傳統(tǒng)的拋光系統(tǒng)可以包括例如3個(gè)拋光墊和3個(gè)拋光頭，類似于拋光系統(tǒng)60的拋光系統(tǒng)可以包括3個(gè)拋光墊和6個(gè)拋光頭，以當(dāng)每個(gè)晶圓都被拋光兩次時(shí)減低產(chǎn)量。
[0076]輔助拋光系統(tǒng)650包括圖4所示的清潔子系統(tǒng)400的實(shí)施例也在本發(fā)明的預(yù)期范圍內(nèi)。
[0077]在圖15和圖16中分別示出了根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例的全拋光工藝1500和第二拋光工藝1600的流程圖。在框1510中首先采用第一拋光輪廓拋光半導(dǎo)體晶圓700，從而被視為通過寬度大于半導(dǎo)體晶圓700的第一拋光墊所實(shí)施的第一拋光工藝。如上所述，采用拋光頭610和主拋光墊600完成第一拋光工藝。然后，在框1520中，將半導(dǎo)體晶圓700轉(zhuǎn)移到輔助拋光系統(tǒng)，諸如圖6和圖14所示的輔助拋光系統(tǒng)650。在框1530中，根據(jù)第二拋光輪廓使用輔助拋光墊(諸如圖14所示的輔助拋光單元651的輔助拋光墊653)來拋光半導(dǎo)體晶圓700，從而被視為通過寬度小于半導(dǎo)體晶圓700的輔助拋光墊所實(shí)施的第二拋
光工藝。
[0078]在一些實(shí)施例中，圖16所示的第二拋光工藝1600與圖15的框1530相同。舉例來說，在一些實(shí)施例中，在完成第一拋光工藝，并且在框1520中將半導(dǎo)體晶圓700轉(zhuǎn)移到輔助拋光系統(tǒng)650之后，圖16所不的第二拋光工藝1600開始。在一些實(shí)施例中，在框1610中，通過系統(tǒng)控制器620和/或輔助控制器655接收計(jì)量數(shù)據(jù)，諸如由圖6所示的計(jì)量工具630所生成的計(jì)量數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施例中，在完成第一拋光工藝之后，接收計(jì)量數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例，諸如在第一拋光工藝期間的在全拋光工藝1500期間的任何時(shí)間，或者在將半導(dǎo)體晶圓700轉(zhuǎn)移到輔助拋光系統(tǒng)650期間接收計(jì)量數(shù)據(jù)。如上所述，在一些實(shí)施例中，計(jì)量數(shù)據(jù)包括特性，該特性包括層厚度輪廓和/或?qū)哟植诙葦?shù)據(jù)。在一些實(shí)施例中，將這些特征映射為半導(dǎo)體晶圓700的坐標(biāo)。
[0079]在框1620中，分析所接收的計(jì)量數(shù)據(jù)以確定半導(dǎo)體晶圓700的不適當(dāng)拋光的區(qū)域。在一些實(shí)施例中，不適當(dāng)拋光的區(qū)域呈現(xiàn)與被編程為第一預(yù)定拋光輪廓的預(yù)期厚度和/或紋理不同的厚度和/或表面紋理。在一些實(shí)施例中，使用諸如邊緣檢測的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)來確定半導(dǎo)體晶圓700的不適當(dāng)拋光的區(qū)域。在一些實(shí)施例中，計(jì)量數(shù)據(jù)是像素級數(shù)據(jù)，使得以最細(xì)粒度確定不適當(dāng)拋光的區(qū)域的像素大小。在一些實(shí)施例中，使用圖像處理技術(shù)，將確定像素大小的區(qū)域分組成更大的區(qū)域，諸如參照圖8至圖12所述的環(huán)狀區(qū)域或圖13所示的局部區(qū)域。作為實(shí)例，通過內(nèi)半徑和外半徑來寬松地限定環(huán)狀區(qū)域。然后，例如，通過計(jì)算內(nèi)半徑和外半徑的平均值來獲得中心半徑或軌道。例如，通過外半徑減去內(nèi)半徑來獲得軌道的寬度。因此，僅作為一個(gè)實(shí)例，在300mm晶圓上，對應(yīng)于約70mm的內(nèi)半徑和約IlOmm的外半徑，得出約40mm的軌道寬度和約90mm的中心半徑。在一些實(shí)施例中，舉例來說，軌道對應(yīng)于涂料器615至618中的一個(gè)或多個(gè)，諸如外區(qū)帶涂料器617。
[0080]在一些實(shí)施例中，不適當(dāng)拋光的區(qū)域限定形狀和輪廓，而在框1630中相應(yīng)地生成第二預(yù)定的拋光輪廓以改進(jìn)半導(dǎo)體晶圓700表面上的平面性和/或表面光滑均勻性。再次以環(huán)狀區(qū)域作為實(shí)例，已獲知環(huán)狀區(qū)域的軌道寬度和中心半徑，生成限定輔助拋光墊的位置、施加的壓力和/或拋光時(shí)間等的第二拋光輪廓以使不適當(dāng)拋光的環(huán)狀區(qū)域平坦化和/或變光滑。
[0081]根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例，輔助拋光系統(tǒng)650的輔助拋光墊具有不同的大小。例如，輔助拋光墊的寬度介于約25mm至約IOOmm的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，當(dāng)選擇輔助拋光墊時(shí)，考慮軌道寬度。使用40mm軌道寬度上述實(shí)例,手動地或者自動地選擇寬度大于40mm且小于約70mm的輔助拋光墊作為第二拋光輪廓的一部分。在一些實(shí)施例中，輔助拋光系統(tǒng)650的輔助拋光墊全都具有相同的尺寸，并且不需要自動地或者手動地執(zhí)行基于墊大小的選擇。輔助拋光墊具有不同的拋光表面(諸如不同的拋光材料)以及可根據(jù)期望的第二拋光輪廓限定的拋光材料選擇的實(shí)施例也在本發(fā)明的預(yù)期范圍內(nèi)。
[0082]在一些實(shí)施例中，在框1640中，利用根據(jù)圖16的框1630生成的第二拋光輪廓，輔助拋光系統(tǒng)650拋光未適當(dāng)拋光的區(qū)域。為了拋光半導(dǎo)體晶圓700，輔助拋光系統(tǒng)650使半導(dǎo)體晶圓700自旋以及使輔助拋光墊653、657自旋。輔助拋光系統(tǒng)650還在未適當(dāng)拋光的區(qū)域上方定位輔助拋光墊653、657，并降低輔助拋光墊653、657直到與半導(dǎo)體晶圓700接觸。施加化學(xué)研磨液，和/或在輔助拋光墊653、657和半導(dǎo)體晶圓700之間改變壓力。不一定按照所述的順序執(zhí)行上面的步驟。在一些實(shí)施例中，輔助拋光系統(tǒng)650保持半導(dǎo)體晶圓700同時(shí)輔助拋光墊653、657拋光半導(dǎo)體晶圓700。對于圖13所示的局部區(qū)域，保持半導(dǎo)體晶圓700靜止是優(yōu)選的，并且將輔助拋光墊653、657定位在局部區(qū)域的中心上方或者按照圖案進(jìn)行平移以在該局部區(qū)域上方提供均勻的拋光覆蓋。對于兩個(gè)或更多個(gè)未適當(dāng)拋光的區(qū)域，同時(shí)、依次或者這兩者的結(jié)合(用于三個(gè)或更多個(gè)未適當(dāng)拋光的區(qū)域)拋光未適當(dāng)拋光的區(qū)域。
[0083]在一些實(shí)施例中，在半導(dǎo)體晶圓700自旋的同時(shí)拋光圖13中的局部區(qū)域。已知半導(dǎo)體晶圓700的自旋速率、對應(yīng)于局部區(qū)域的中心的半徑以及局部區(qū)域的半徑長度，計(jì)算斷續(xù)移動頻率(stutter frequencies),使得輔助拋光墊651、652保持大部分不動,而在輔助拋光墊651、652經(jīng)過局部區(qū)域時(shí)施加短脈沖的壓力(burst of pressure)。例如，如果未適當(dāng)拋光的區(qū)域具有位于自半導(dǎo)體晶圓700的中心距離80mm的半徑處的中心，平均半徑為15_，并且半導(dǎo)體晶圓700以約每分鐘60轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)自旋，則未適當(dāng)拋光的區(qū)域每秒鐘經(jīng)過輔助拋光墊651 (例如)一次。然后采用IHz的斷續(xù)移動頻率降低或升高輔助拋光墊
651。以各種方式設(shè)定輔助拋光墊651施加壓力以拋光半導(dǎo)體晶圓700的面的每個(gè)脈沖的接觸時(shí)間，該接觸時(shí)間包括經(jīng)過輔助拋光墊651的區(qū)域的未適當(dāng)拋光的區(qū)域所需的時(shí)間。如果輔助拋光墊651的半徑為約25mm，未適當(dāng)拋光的區(qū)域通過輔助拋光墊的長度的時(shí)間接近于大約DPAD/VeENTEK，其中，Ds是輔助拋光墊651的直徑(在給定的實(shí)例中為50mm)，而Vcentek是未適當(dāng)拋光的區(qū)域的中心的線速度。在給定的實(shí)例中，Dpad為50mm(25mm*2),而Vcmtek為約503mm/s (2* n *80mm/s),從而脈沖寬度為大約1/10秒或100毫秒。
[0084]如上所述,執(zhí)行第二拋光工藝1600作為全拋光工藝1500的一部分。根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例，例如，單獨(dú)地執(zhí)行第二拋光工藝1600，作為批量返工系統(tǒng)的一部分，其中，例如，計(jì)量數(shù)據(jù)保存在服務(wù)器或便攜式存儲介質(zhì)中，并在半導(dǎo)體晶圓700的返工(第二拋光工藝)期間從服務(wù)器下載該計(jì)量數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施例中，輔助拋光系統(tǒng)650是拋光系統(tǒng)60的一部分。在一些實(shí)施例中，舉例來說，輔助拋光系統(tǒng)650是諸如返工站(rework station)的獨(dú)立的拋光系統(tǒng)。在這種獨(dú)立的拋光系統(tǒng)中，類似于拋光頭610的拋光頭用于保持半導(dǎo)體晶圓700。在一些實(shí)施例中，晶圓工作臺用于保持半導(dǎo)體晶圓而類似于輔助拋光單元651、652的輔助拋光單元對半導(dǎo)體晶圓700實(shí)施第二拋光工藝。當(dāng)半導(dǎo)體晶圓700在進(jìn)行第二拋光工藝之前呈離線狀態(tài)時(shí)，這種結(jié)構(gòu)是合適的。
[0085]在圖6和圖14中，示出了拋光頭610正面朝上，而輔助拋光單元651、652正面朝下。拋光頭610正面朝下而輔助拋光單元651、652正面朝上的實(shí)施例也在本發(fā)明的預(yù)期范圍內(nèi)。在這種結(jié)構(gòu)中，拋光頭610從主拋光墊600舉升半導(dǎo)體晶圓700，將半導(dǎo)體晶圓700平移到輔助拋光單元651、652上方的位置，以及降低半導(dǎo)體晶圓700和/或升高輔助拋光單元651、652以與半導(dǎo)體晶圓700形成接觸并通過上面所述的第二拋光工藝拋光半導(dǎo)體晶圓700。在這種結(jié)構(gòu)中不需要拋光頭610旋轉(zhuǎn)。
[0086]拋光系統(tǒng)60不包括主拋光墊600而輔助拋光系統(tǒng)650拋光半導(dǎo)體晶圓700的整個(gè)面的實(shí)施例在本發(fā)明的預(yù)期范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，例如，輔助拋光墊651的寬度類似于半導(dǎo)體晶圓700的寬度。然后，修改圖15的框1510以使用具有與半導(dǎo)體晶圓700的寬度類似的寬度的輔助拋光墊651。從全拋光工藝1500去除框1520，并且采用第二預(yù)定的拋光輪廓，使用具有比半導(dǎo)體晶圓700的寬度更短的寬度的第二輔助拋光墊(諸如輔助拋光墊652)來拋光半導(dǎo)體晶圓700。
[0087]在一些實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例，輔助拋光系統(tǒng)650也用作斜面拋光器。在圖17至圖20中示出了輔助斜面拋光單元1700和斜面拋光方案。輔助斜面拋光單元1700包括斜面拋光墊1701。為了拋光半導(dǎo)體晶圓700的斜面區(qū)域701，如圖17所示，輔助斜面拋光單元1700使斜面拋光墊1701自旋。如圖18所示，朝向半導(dǎo)體晶圓700平移自旋斜面拋光墊1701以與斜面區(qū)域701形成接觸。在一些實(shí)施例中，相對于半導(dǎo)體晶圓700的面具有第一角度Θ I的斜面拋光墊1701的下傾斜部分首先拋光斜面區(qū)域701。隨后，如圖19所示，向下平移斜面拋光墊1701，使得相對于半導(dǎo)體晶圓700的面具有第二角度Θ 2的斜面拋光墊1701的上傾斜部分拋光斜面區(qū)域701。在一些實(shí)施例中，向半導(dǎo)體晶圓700的中心移動斜面拋光墊1701以使半導(dǎo)體晶圓700的斜面區(qū)域701返回到上傾斜部分和下傾斜部分的交會點(diǎn)，然后向上移動以再次通過下傾斜部分拋光斜面區(qū)域701。在一些實(shí)施例中，如圖20所示，在遠(yuǎn)離半導(dǎo)體晶圓700平移斜面拋光墊1701之前重復(fù)這些步驟。斜面拋光墊1701和輔助拋光墊651是相同的墊的實(shí)施例也在本發(fā)明的預(yù)期范圍內(nèi)。例如，輔助拋光墊651的向下表面拋光半導(dǎo)體晶圓700的面，而同一輔助拋光墊651的側(cè)表面拋光半導(dǎo)體晶圓700的斜面。
[0088]包括輔助拋光系統(tǒng)650的拋光系統(tǒng)60相對于傳統(tǒng)的拋光系統(tǒng)通過使用拋光頭610作為便攜式晶圓工作臺節(jié)省空間和返工時(shí)間。輔助拋光系統(tǒng)650的輔助拋光單元651、652允許使用多個(gè)拋光輪廓，并且可以與計(jì)量工具630提供的計(jì)量數(shù)據(jù)結(jié)合以提供自動的在線返工而無需使半導(dǎo)體晶圓700離線。輔助拋光系統(tǒng)650中的輔助斜面拋光單元1700和清潔單元400也節(jié)省時(shí)間，消除了對離線斜面拋光和清潔站的需要?？梢栽谕还ぷ髡局袙伖?、斜面拋光和清潔半導(dǎo)體晶圓700，從而節(jié)省了空間并大大減少了晶圓轉(zhuǎn)移時(shí)間。拋光系統(tǒng)60節(jié)省空間和時(shí)間，并具有靈活的拋光輪廓控制，從而轉(zhuǎn)換為收益和產(chǎn)量的提高。
[0089]根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例，用于拋光半導(dǎo)體晶圓的拋光系統(tǒng)包括用于保持半導(dǎo)體晶圓的晶圓支撐件，該半導(dǎo)體晶圓具有第一直徑；以及用于拋光半導(dǎo)體晶圓的區(qū)域的第一拋光墊，該第一拋光墊具有短于第一直徑的第二直徑。
[0090]根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例，一種拋光方法包括在晶圓支撐件上提供具有第一直徑的半導(dǎo)體晶圓，以及通過具有短于第一直徑的第二直徑的至少一個(gè)拋光墊拋光半導(dǎo)體晶圓的區(qū)域。
[0091]盡管已經(jīng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明實(shí)施例及其優(yōu)勢，但應(yīng)該理解，可以在不背離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，進(jìn)行各種改變、替換和更改。而且，本申請的范圍并不僅限于本說明書中描述的工藝、機(jī)器、制造、材料組分、裝置、方法和步驟的特定實(shí)施例。作為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明應(yīng)很容易理解，根據(jù)本發(fā)明可以利用現(xiàn)有的或今后開發(fā)的用于執(zhí)行與本文所述相應(yīng)實(shí)施例基本上相同的功能或者獲得基本上相同的結(jié)果的工藝、機(jī)器、制造、材料組分、裝置、方法或步驟。因此，所附權(quán)利要求預(yù)期在其范圍內(nèi)包括這樣的工藝、機(jī)器、制造、材料組分、裝置、方法或步驟。
【權(quán)利要求】
1.一種用于拋光半導(dǎo)體晶圓的拋光系統(tǒng)，包括: 晶圓支撐件，用于保持所述半導(dǎo)體晶圓，所述半導(dǎo)體晶圓具有第一直徑；以及 第一拋光墊，用于拋光所述半導(dǎo)體晶圓的區(qū)域，所述第一拋光墊的第二直徑小于所述第一直徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光系統(tǒng)，其中，所述晶圓支撐件是晶圓工作臺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光系統(tǒng)，其中，所述晶圓支撐件是拋光頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光系統(tǒng)，還包括: 墊定位機(jī)構(gòu)，用于相對于所述半導(dǎo)體晶圓的表面在三個(gè)維度上移動所述第一拋光墊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光系統(tǒng)，還包括: 研磨液供給系統(tǒng)，用于將研磨液引入所述半導(dǎo)體晶圓的所述區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光系統(tǒng)，其中，所述第一拋光墊是斜面拋光墊，并且所述區(qū)域是所述半導(dǎo)體晶圓的斜面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光系統(tǒng)，其中，所述區(qū)域是與所述半導(dǎo)體晶圓近似同心的環(huán)狀區(qū)域，并且所述區(qū)域的外半徑小于所述半導(dǎo)體晶圓的外半徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光系統(tǒng)，還包括: 第二拋光墊，用于拋光所述半導(dǎo)體晶圓的第二區(qū)域，所述第二拋光墊的第三直徑小于或等于所述第一直徑的大約四分之一； 其中，所述第一拋光墊的第二直徑小于或者等于所述第一直徑的大約四分之一。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的拋光系統(tǒng)，其中: 所述區(qū)域是與所述半導(dǎo)體晶圓近似同心的第一環(huán)狀區(qū)域； 所述第二區(qū)域是與所述半導(dǎo)體晶圓近似同心的第二環(huán)狀區(qū)域；以及 所述第一環(huán)狀區(qū)域和所述第二環(huán)狀區(qū)域不重疊。
10.一種拋光方法,包括: 在晶圓支撐件上提供具有第一直徑的半導(dǎo)體晶圓；以及 使用具有小于所述第一直徑的第二直徑的至少一個(gè)拋光墊拋光所述半導(dǎo)體晶圓的區(qū)域。
【文檔編號】B24B29/02GK103846770SQ201310182347
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月6日
【發(fā)明者】林士琦, 吳坤泰, 周友華, 李志聰, 洪敏皓, 吳志仁, 黃振銘, 黃循康, 詹金祥, 楊智淵 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司