[发明专利]用于化学机械平面化的多步骤、原位垫修整系统

说明书

本申请是申请日为2005年1月25日，申请号为200580003213.9，发明名称为“用于化学机械平面化的多步骤、原位垫修整系统和方法”的申请的分案申请。

相关申请的相互参照

本申请要求于2004年1月26日提交的美国临时申请号60/539,162的利益。

技术领域

本发明涉及一种用于修整使用于化学机械平面化(CMP)系统中的研磨垫的系统，尤其涉及一种原位修整技术，其允许在单台顺次的(使用不同的化学性质和/或电解质)多个研磨操作。

背景技术

电子业继续依赖半导体制造技术的进步来实现较高功能的器件，同时改善可靠性和成本。对于许多应用，这样的器件的制造是复杂的，且保持节省成本的制造过程同时保持或改善生产质量是难于实现的。由于对器件性能和成本的要求变得更苛求，因此实现成功的制造过程变得更困难。

实际上，随着电路集成水平的提高，器件变得更小且更密集堆积，这需要更多的光刻级别和更多的处理步骤。当在起始硅晶片上形成更多的层时，由表面非平面化引起的问题变得越来越严重且能够影响生产和芯片性能。实际上，在普通称作平面化(或有时“研磨”)的制程中，从晶片去除过多的材料变得越来越必要。

用于使硅晶片的表面平面化的普遍技术为化学机械平面化(CMP)。CMP涉及使用附加到研磨桌的研磨垫，和分离支持器(holder)，其用于使硅晶片相对垫表面面向下。包含磨料和化学添加剂的研磨浆分配在研磨垫的表面上，且用于通过机械和化学手段从表面去除不平整的事物。此CMP制程的扩展称作为ECMP，其涉及使用电能来通过电介液阴极地去除不需要的材料。一般选择研磨垫本身，因为其能够用作浆(或电解质)的载具，以及其能够对正研磨的晶片表面提供期望的机械力。

晶片和研磨垫一般彼此相对旋转。旋转运动随同研磨浆的磨料和化学添加剂一起导致从晶片的表面去除材料的研磨操作。表面上的突出部比凹入区更有效磨蚀，这导致晶片表面的变平或平面化。

随着晶片研磨的时间长度增加，和/或已研磨的晶片数量增加，研磨垫充满着由于去除的晶片材料、化学反应副产物和自浆的磨料积聚导致的碎屑。此沉积的碎屑引起研磨垫无光泽和/或不均匀磨损，其还称作为“抛光效应(glazing effect)。因此，有必要使研磨垫恢复到适合晶片继续研磨的状态。

“垫修整”或“垫整修(pad dressing)”是本领域已知的制程，其用于通过从垫移去颗粒和用过的研磨浆来恢复研磨垫的表面和去除抛光。垫调整还通过选择性地去除垫材料来使垫平面化，且使研磨垫的表面变得粗糙。垫修整可“离位(ex-situ)”(即，在晶片研磨周期之间修整研磨垫)执行，或“原位(in-situ)”(即，在晶片研磨周期时或在晶片研磨周期期间)执行。在典型的现有技术“原位”垫修整制程中，沿垫表面刷固定的磨盘以去除少量的垫材料和碎屑，因此产生新的粗糙，使得研磨浆自由流动。去除的垫材料和碎屑然后与研磨制程的研磨浆流结合，且被被动地带离垫，以及晶片通过标准的研磨浆传送机构研磨。最后，在研磨周期结束，这些材料用冲洗水冲洗，且收集在磨光器的中央排水管。

由于不同的材料开始应用于集成电路制造，因此CMP制程必须跟上使其能够对这些不同的材料起作用且使其平面化。例如，铜已成为互连金属的越来越普遍的选择，其在某些应用中已开始取代铝和/或钨。铜比这些其它金属更导电，允许具有较低阻抗损耗的较细线的形成。尽管铜提供了优于铝的优点，然而其具有至少一个主要缺点：铜特别对硅不利，这是因为其容易扩散到硅，且导致深能级缺陷。因此，铜必须在集成电路器件的形成期间，通常通过使用合适的“阻障”层金属来与硅隔离。因此，金属CMP制程需要使用不同研磨浆和/或参数来去除不同表面材料的多步骤平面化制程的实施。例如，在铜CMP中，需要一化学性质来去除非平面的铜，和另一化学性质来去除阻障材料。过去，已建立第一研磨台可用于去除大量的铜，第二研磨台用于去除阻障材料，以及第三研磨台用于执行最后的磨光操作，这是因为只要使用单个台，那么总是会出现不同研磨剂的交叉污染。