[发明专利]化学机械抛光衬垫调理装置

说明书

本发明涉及半导体元件制造，具体地说涉及到改进的半导体晶片的化学机械抛光(“CMP”)，它带来了半导体元件制造的更大的功效。

电子元件的进展通常包括使形成集成电路的元件尺寸减小，集成电路包括诸如存储芯片，逻辑元件等等。采用较小的电路元件就可以提高半导体晶片每单位面积的价值。这是因为改进了可以使用IC元件的所有晶片面积的能力。为了恰当地形成采用更高的可使用晶片面积的比例的集成电路，关键的问题是在半导体晶片表面上的污染物微粒数必须要减小到先前能接受的水平以下。例如，小于0．2微米的氧化物和金属的细微颗粒对于许多普遍较先进的电路设计来说是不可接受的，这是因为它们会使两条或更多的导线短接。为了清洁半导体晶片并除去不需要的微粒，一种名为化学机械抛光(“CMP”)的工艺已取得了普遍的成功。

通常，CMP系统是把半导体晶片与抛光衬垫相接触，而后者可以相对于半导体晶片运动。半导体晶片可以静止不动或者也可以在固定晶片的载体上转动。在半导体晶片与抛光衬垫之间，CMP系统中常常使用抛光液。抛光液是一种具有润滑在半导体晶片与抛光衬垫之间运动界面能力的液体，它用一种抛光剂诸如二氧化硅或氧化铝来柔和地研磨和抛光半导体晶片表面。

在CMP处理时，由于抛光衬垫与半导体晶片接触，通常使得抛光衬垫的表面最后被不均匀地腐蚀或磨损。因此，抛光衬垫必须定期地用调理部件来加以调理。调理部件一般包括在它的调理表面上的一组金刚石，并横过抛光衬垫以均匀地调理衬垫的表面。

与常用的CMP系统有关联的基本问题之一是在抛光衬垫表面上微粒与碎屑的积聚，它们一般会阻碍抛光过程与调理过程。这些微粒与碎屑由于他们能刮伤半导体晶片的表面，因此会对抛光过程造成不良影响，与污染物一样，他们又能够有害地影响到形成的集成电路的运行。

另一个与常用的CMP系统有关的问题是抛光衬垫的表面会不均匀磨损，由于晶片一般对准在抛光衬垫表面上的一个位置上，由此也有害地影响到抛光均匀度。一种克服这类问题的办法是使常用的衬垫调理装置具有可以横穿衬垫表面移动的能力。但是，它们没有一种可以调整调理元件与衬垫之间相对位置的装置，以使调理强度最佳。

因此就需要一种调理CMP系统的抛光衬垫的改进方法与装置，用以去除衬垫表面上的微粒与碎屑，以能使调理强度达到最优化。

本装置和方法包括一个抛光衬垫调理装置，它克服了常用CMP系统中存在的问题。抛光衬垫调理装置包括：限定一上表面与下表面的主体；在主体下表面上安装的至少一个调理元件，该调理元件包括调理表面和与调理表面邻接的开口；以及在调理元件内与开口工作连通的真空源。抛光衬垫调理装置还可以包括附在主体上表面的撑臂，通过撑臂的通道，真空源可以与调理元件内的开口工作连通。

在另一个实例中，所提供的抛光衬垫调理装置包括：限定一空腔的主体；包围空腔的柔性膜；安装在柔性膜上的至少一个调理元件；以及调整空腔内部压力的装置。调整空腔内部压力的装置可包括一流体源，使得柔性膜的轮廓随着空腔内部压力的减少或增加而变化，以使调理过程最佳。在另一实例中，还提供了调理抛光衬垫的方法，它包括如下一些步骤：固定抛光衬垫调理装置，该调理装置包括调理元件，在其上的调理表面，以及在调理元件内邻近调理表面的开口，其邻近抛光衬垫表面；将真空源施加在衬垫上，真空源与调理元件中的开口工作连通；调理抛光衬垫的表面并同时真空除去其上的微粒。

在又一个实例中，提供复合抛光衬垫调理装置，其把本发明的所有特征包括于一个装置中。

所有种种目的、特征与优点将从参照附图的说明性的实施例的详尽介绍中会更加清晰。

为了进一步了解本CMP衬垫调理装置，结合附图对示范性的实施例作如下介绍，附图中：

图1是化学／机械抛光半导体晶片表面装置的俯视图；

图2是类似于图1所示装置的侧视图，其中显示了本CMP调理装置的部分剖视图；

图3是根据第一实施例抛光衬垫调理装置的部分侧剖视图；

图4是根据另一个实施例的具有内凹柔性膜的抛光衬垫调理装置的侧剖视图；

图5是图4具有外凸柔性膜的抛光衬垫调理装置的侧剖视图；

图6是说明一组调理元件几何结构的仰视图；以及

图7是说明一组调理元件另一种几何结构的仰视图。