[发明专利]双重CMP垫调节器

说明书

                 发明领域

本装置总的涉及半导体器件及其制备，更具体的说，涉及半导体器件和与化学-机械抛光(CMP)有关的半导体器件的制备工具。

                 发明背景

电子工业不断地依靠半导体制造技术的进步来获得更高级功能的器件和提高它们的可靠性及降低其成本。对于很多应用来说，这种器件的制造是很复杂的，因而要保持费用低廉的制造工艺并同时维持或提高产品质量是很难实现的。由于对器件性能和成本的这些要求变得更加的需要，因而实现一种成功的制造方法变得更加困难。

半导体器件复杂性增加的附带结果包括不平的器件表面，当在多层互连结构中加入附加层和线路构造缩小到微米以下的线度时，这种表面不平就变得更加突出。一般来说，在该器件中的每一层都被制成图案，这就产生了一个具有各种“台阶高度”的表面，形成该图案的金属就在这些台阶的地方保留在该表面上。

平面化是一描述半导体器件的表面几何形状的术语。当绝缘介质表面平整得如平面时，就出现完全平面化。当绝缘介质表面直接模仿该下面层中的金属图案的“台阶高度”高低不平时，就出现非平面化。这种平面化程度指的是可使该多变的表面几何形状平整或研磨成平面的程度。变化的表面几何形状通常是不希望的。因而在器件中形成一些附加层时，要求的平面化程度就会增大。

在半导体器件制造中通常使用的新的平面化方法是化学-机械抛光法，或CMP。在不同的制造过程之间的硅片和超大规模集成电路的平面化中CMP都是很有用的。CMP是一种流行的平面化方法，这部分是由于它在半导体器件的整体平面化中的实用性。传统的平面化方法被局限于实现局部的平面化或小尺度的形貌变化，而CMP通常是用在大于10微米的大尺度的平面化上。

在一应用中，CMP过程包括将半导体晶片固定到晶片夹具上，使该晶片面朝下地安放在抛光垫上。该抛光垫和晶片夹都转动。将稀的砂浆应用与该过程，一般来说该砂浆就是SiO₂粒子悬浮体的胶体氧化硅。该粒子的大小通常为100～3μm。一般都是利用一馈送杆来将砂浆施加到晶片夹具和抛光垫上。从该晶片除去材料的速度为化学和机械速度的总和。该机械除去材料的速度大致与晶片的压力和相对速度成比例。该化学除去材料的速度是砂浆粒子尺寸和溶液的pH值的函数，其中最大的去除速度一般是利用pH值为大约11.5的砂浆获得的。

在该CMP过程中除了利用砂浆之外，还常常利用一调节器来调节该抛光垫。该调节器有助于CMP过程和有助于延长该抛光垫的使用寿命。在该CMP过程中还需要充分而有效地对该垫和晶片自身进行清洁处理。在洁净室环境中，保持一能尽量少地产生污染的CMP过程是很重要的。由于该砂浆粒子的尺寸是在3μm以下，因而要将它清洁干净是很困难的，因而也就变得很重要。此外，防止由每块晶片抛光产生的副产物累积在抛光垫上进到另外的晶片中也是有益的。

调节该抛光垫和分配砂浆的传统方法是利用两个分立的机械部件：砂浆分配杆和抛光垫调节器。利用两个分立部件存在一些缺点。例如，分立的两部件在该设备中占据了较大的空间。而且，砂浆不能均匀地横向分布在抛光垫上，还可能累积在该垫的调节头上。砂浆的不均匀分布妨碍了该抛光过程。此外，该反应的副产物不能从该抛光垫上彻底的清除。当一次不只抛光一块晶片时，抛光垫清洁不充分就会导致反应副产物和来自某一晶片的其它物质与其它晶片接触。这些缺点，例如，可导致长的弧线状划痕、浅的微划痕、内模的厚度变化、以及残存砂浆粒子。这些缺点最终导致明显的产量损失和可靠性下降的问题，这部分是由于在浅划痕区中可能的金属夹层(stringer)和周围的残留砂浆粒子所致。

                      发明概述

本发明旨在提供一种用于改善该CMP工艺的方法和装置，该改善所包括的不只限于增强抛光垫的清洁和调节作用，而且还包括更好地分配砂浆、提高晶片品质、以及快速生产等。本发明以很多实施和应用为例证，现将其中的一些概述于下。

按照一实施例，本发明包括一CMP抛光装置，它至少具有两个调节臂，两调节臂的用途包括抛光垫的调节。该抛光装置包含有垫的第一调节器，它被配置和安排来分配砂浆和调节该垫。第二调节器被配置和安排来清洁部分抛光垫和分配清洁用的化学药品。

按照另一实施例，本发明旨在提供一种在CMP抛光装置中用来调节CMP抛光垫的方法。该CMP装置至少包括两个调节臂。利用与一调节臂相连的第一垫调节器来分配砂浆和进行垫的调节。利用与另一调节臂相连的第二垫调节器来清洁该抛光垫的一部分。