整合型化學機械式研磨的製作方法

2023-06-04 22:15:41

專利名稱：整合型化學機械式研磨的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種使用多組分研磨和/或清潔組合物(polishing and/orcleaning composition)研磨和/或清潔基材(substrate)的方法及裝置。
背景技術：
基材的有效平面化或研磨一般涉及使用一種或多種多組分組合物。例如，化學-機械研磨(chemical-mechanical polishing，CMP)過程涉及使用研磨組合物及視情況地使用清潔組合物，以自研磨基材的表面去除漿液及基材殘留物。
常規的CMP過程使用預混的松體積組合物。購買研磨組合物和/或清潔組合物且儲存在大型容器中，並且在需要時經適當的裝置輸送至所需的使用點。這種常規的方式具有許多缺點。特別地，必須製造松體積組合物使得其可在使用前以穩定的方式長時間儲存。結果，常規多組分組合物的效果有時為了利於製造更穩定而削弱，但是組分的組合的最佳性較低。此外，使用預混得多組分組合物，對組合物化學的動態變化較不適合。特別地，在研磨或清潔過程時無法改變研磨組合物和/或清潔組合物的配方。
因此，仍有一種提供使基材製造(例如，半導體裝置及內存或硬碟)最適的動態、整合型研磨和/或清潔過程的方法和/或裝置的需求。本發明尋求提供此方法及裝置。本發明的這些及其它優點由在此提供的發明說明而更清楚。

發明內容
本發明提供一種使用多組分研磨和/或清潔組合物研磨和/或清潔基材的方法，其中研磨和/或清潔組合物的組分在使用點或恰在輸送至使用點之前混合。本發明還提供一種使用單一裝置(apparatus)同時研磨和/或清潔超過一個基材的方法，其中將不同的研磨或清潔組合物輸送至各基材。
具體實施例方式
本發明提供一種使用多組分研磨和/或清潔組合物研磨和/或清潔基材的方法。本發明還提供一種使用單一裝置同時研磨和/或清潔超過一個基材的方法。研磨和/或清潔組合物的組分可在使用點或恰在輸送至使用點之前混合。或者，或另外的，將不同的研磨或清潔組合物輸送至各基材。
術語＂研磨(polish)＂及＂平面化(planarize)＂交換地使用以指自基材去除材料。在此使用的術語＂組分(component)＂包括可分別地儲存的各個成分(例如，酸、鹼、氧化劑、水等)或任何成分的組合(例如，氧化劑、酸、鹼、複合劑等的水性組合物、磨料漿液、混合物及溶液)，而且它們在使用點或恰在使用點之前組合，以形成研磨或清潔組合物。術語＂使用點(poing-of-use)＂指將組合物塗布於基材表面(例如，研磨墊或基材表面本身)時的位置。以下討論結合在本發明中使用的基材、研磨或清潔組合物的成分、研磨或清潔組合物及裝置。
基材本發明可結合任何適合的基材使用。適合的基材包含，例如，金屬、金屬氧化物、金屬複合物或其混合物。基材可包含任何適合的金屬，或由任何合適的金屬組成或基本組成。適合的金屬包括，例如，銅、鋁、鈦、鎢、鉭、金、鉑、銥、釕及其混合(例如，合金或混合物)。基材還可以包含任何適合的金屬氧化物或由它們組成或基本組成。適合的金屬氧化物包括，例如，氧化鋁(alumina)、二氧化矽(silica)、氧化鈦(titania)、氧化鈰(ceria)、氧化鋯(zirconia)、氧化鍺(germania)、氧化鎂(magnesia)及其共形成產物，以及它們的混合物。此外，基材可包含任何適合的金屬複合物和/或金屬合金或由它們組成或基本組成。適合的金屬複合物及金屬合金包括，例如，金屬氮化物(例如氮化鉭(tantalum nitride)、氮化鈦(titanium nitride)及氮化鎢(tungsten nitride))、金屬碳化物(例如，碳化矽與碳化鎢)、鎳-磷、硼矽酸鋁、硼矽酸鹽玻璃、磷矽酸鹽玻璃(PSG)、硼磷矽酸鹽玻璃(BPSG)、矽/鍺合金以及矽儲/碳合金。基材亦可包含任何適合的半導體基本材料(base matedal)或由它們組成或基本組成。適合的半導體基本材料包括單晶矽、多晶矽、非晶矽、絕緣體上的矽及砷化鎵。玻璃基材亦可結合本發明使用，包括本領域已知的各種型式的技術級玻璃、光學級玻璃及陶瓷。
特別地，本發明可結合內存(memory)或硬碟(rigid disk)、金屬(例如，貴重金屬)、ILD層、集成電路、半導體元件(semiconductor device)、半導體晶片、微電子機械系統、電磁鐵、磁頭、聚合膜、低與高介電常數膜以及技術級或光學級玻璃使用。本方法特別適用於研磨和/或將半導體元件平面化，例如，具有約0.25微米或更小(例如，0.18微米或更小)的元件特點幾何學的半導體元件。在此使用的術語＂元件特點(device feature)＂指單功能組件，如電晶體、電阻、電容器、集成電路等。隨著半導體裝置的元件特點逐漸變小，平面化程度變成更嚴格。在最小元件特點的尺寸(例如，0.25微米或更小的元件特點，如0.18微米或更小的元件特點)可經照相平版術在表面上解析時，半導體元件的表面視為充分平的面。基材表面的平面度亦可表示為表面上地形最高與最低點間的距離量測。在半導體基材方面，表面上高與低點間的距離希望小於約2000埃，較佳為小於約1500埃，更佳為小於約500埃，而且最佳為小於約100埃。
本發明可用於在基材製造的任何階段將基材(例如，半導體裝置)的任何部份研磨。例如，本發明可用以結合淺渠隔離(STI)處理，例如，如美國專利5,498,565、5,721,173、5,938,505與6,019,806所述，或結合層間介電體的形成，研磨半導體裝置。
研磨及清潔組分本發明可結合使用本領域已知的任何合適的組分(或成分)，例如，磨料、氧化劑、催化劑、膜形成劑、複合劑、流變控制劑、表面活性劑(即，表面活化劑)、聚合穩定劑、pH調整劑及其它適合的成分。
任何適合的磨料可結合本發明使用。適合的磨料包括，例如，金屬氧化物磨料。適合的金屬氧化物磨料包括，例如，氧化鋁、氧化矽、氧化鈦、氧化鈰、氧化鋯、與氧化鎂、它們的共形成產物、它們的混合物及它們的化學摻合物。術語＂化學摻合物＂指包括經原子混合或塗覆金屬氧化物磨料混合物的顆粒。適合的磨料亦包括經熱處理的磨料及經化學處理的磨料(例如，化學地結合有機官能基的磨料)。
磨料可通過本領域普通技術人員已知的任何適合技術製造。例如，磨料可源自如美國專利6,015,506所述的任何方法，其包括火焰法、溶膠-凝膠法、熱液法、等離子法、氣溶膠法、發煙法、沈澱法、開礦及其方法的組合。此外，磨料可為縮合聚合的金屬氧化物，例如，縮合聚合的二氧化矽，如美國專利案09/440,525所揭示。適合的磨料亦可包含氧化鋁(包括γ、ξ、δ與α-氧化鋁)的高溫結晶相，和/或氧化鋁(包括所有非高溫結晶氧化鋁相)的低溫相，或由它們組成或基本組成。亦適合結合本發明使用的為依照美國專利5,230,833製備的磨料及各種商業可得產品，如Akzo-Nobel Bindzil50/80產品，及Nalco 1050、2327與2329產品，及得自DuPont、Bayer、Applied Research、Nissan Chemical與Clariant公司的其它類似產品。
磨料可組合有任何適合的載體(例如，水性載體)以形成＂分散液＂(即＂漿液＂)。適合的分散液可具有任何適合的磨料濃度。
視所需研磨效果而定，磨料可具有任何適合的磨料顆粒特徵。特別地，磨料可具有任何適合的表面積。例如，適合的磨料表面積為範圍為約5平方米/克至約430平方米/克的表面積，如由S.Brunauer、P.H.Emmet、與I.Teller的J.Am.Chemical Society，60，309(1938)的方法所計算。此外，結合本發明使用的組合物中的磨料可以磨料粒度分布單分散，例如，如美國專利5,993,685所述。或者，磨料粒度分布本質上為雙型亦為適合的，例如，如美國專利申請案09/440,525所述。結合本發明使用的磨料特徵為任何適合的填充密度。例如，適合的磨料填充密度敘述於如美國專利申請案09/440,525。結合本發明使用的具有特定表面羥基密度特徵的磨料亦為適合的，例如美國專利申請案60/172,540所述。
任何適合的氧化劑可結合本發明使用。適合的氧化劑包括，例如，氧化滷化物(例如，氯酸鹽、溴酸鹽、碘酸鹽、高氯酸鹽、過溴酸鹽、過碘酸鹽、含氟化合物及其混合物等)。適合的氧化劑亦包括，例如，過硼酸、過硼酸鹽、過碳酸鹽、硝酸鹽(例如，硝酸鐵(III)及硝酸羥基胺)、過硫酸(例如，過硫酸銨)、過氧化物、過氧酸(例如，過乙酸、過苯甲酸、間-氯過苯甲酸、其鹽、其混合物等)、過錳酸鹽、鉻酸鹽、鈰化合物、氰化鐵(例如，鉀氰化鐵)、其混合物等。結合本發明使用的組合物含，例如，如美國專利6,015,506所述的氧化劑，亦為適合的。
任何適合的催化劑可結合本發明使用。適合的催化劑包括金屬催化劑、非金屬催化劑及其組合。催化劑可選自具有多氧化狀態的金屬化合物，例如但不限於Ag、Co、Cr、Cu、Fe、Mo、Mn、Nb、Ni、Os、Pd、Ru、Sn、Ti及V。術語＂多氧化狀態＂指隨著損失一個或多個電子形式的負電荷而價數增加的原子和/或化合物。鐵催化劑包括但不限於鐵的無機鹽，如硝酸鐵(II或III)、硫酸鐵(II或III)、滷化鐵(II或III)，其包括氟化物、氯化物、溴化物與碘化物，以及過氯酸鹽、過溴酸鹽與過碘酸鹽，鐵有機鐵(II或III)化合物如但不限於乙酸鹽、乙醯醋酮酸鹽、檸檬酸鹽、葡糖酸鹽、草酸鹽、苯二甲酸鹽、琥珀酸鹽及其混合物。
任何適合的膜形成劑(film-forming agent)(即，腐蝕抑制劑)可結合本發明使用。適合的膜形成劑包括，例如，雜環有機化合物(例如，具有一或更多個反應性官能基的有機化合物，如雜環，特別是含氮雜環)。適合的膜形成劑包括，例如，苯並三唑、三唑、苯並咪唑及其混合物，如美國專利申請案09/442,217所述。
任何適合的複合劑(complexing agent)(即，螯合劑或選擇性增強劑)可結合本發明使用。適合的複合劑包括，例如，羰基化合物(例如，乙醯醋酮酸鹽等)、簡單羧酸鹽(例如，乙酸鹽、芳基羧酸鹽等)、含一或多個羥基的羧酸鹽(例如，羥乙酸鹽、乳酸鹽、葡糖酸鹽、五倍子酸及其鹽等)、二-、三-與多-羧酸鹽(例如，草酸鹽、苯二甲酸鹽、檸檬酸鹽、琥珀酸鹽、酒石酸鹽、蘋果酸鹽、乙二胺四乙酸鹽(例如，EDTA二鈉)、其混合物等)、含一或更多個磺酸基和/或磷酸基的羧酸鹽、及如美國專利申請案09/405,249所述的羧酸鹽。適合的螯合或複合劑亦可包括，例如，二-、三-或多元-醇(例如，乙二醇、焦兒茶酚、焦五倍子酚、單寧酸等)，以及含磷酸基的化合物，例如，鱗鹽及磷酸，例如，如美國專利申請案09/405,249所述。複合劑亦可包括含胺化合物(例如，胺基酸、氨基醇、二-、三-及多元-胺等)。含胺化合物的實例包括甲胺、二甲胺、三甲胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、乙醇胺、二乙醇胺、二乙醇胺可可鹽、三乙醇胺、異丙醇胺、二異丙醇胺、三異丙醇胺、亞硝基乙醇胺及其混合物。適合的含胺化合物還包括銨鹽(例如，TMAH及四級銨化合物)。含胺化合物亦可為任何適合的陽離子性含胺化合物，例如，氫化的胺與四級銨化合物，其吸收至存在於被研磨基材上的氮化矽，而且在研磨時降低，實質上降低，或甚至抑制(即，阻礙)氮化矽的去除。
任何適合的表面活性劑和/或流變控制劑可結合在本發明中使用，其包括粘度增強劑及凝聚劑(coagulant)。適合的流變控制劑包括，例如，聚合流變控制劑。此外，適合的流變控制劑包括，例如，氨基甲酸酯聚合物(例如，具有大於約100,000道耳頓的分子量的氨基甲酸酯聚合物)，包含一或多個丙烯酸類次單位的丙烯酸酯(例如，丙烯酸乙烯酯與苯乙烯丙烯酸酯)，以及它們的聚合物、共聚物、寡聚物和鹽。適合的表面活性劑包括，例如，陽離子性表面活性劑、陰離子性表面活性劑、陰離子性多電解質、非離子性表面活性劑、兩性表面活性劑、氟化表面活性劑及其混合物等。
結合在本發明中使用的組合物可含任何適合的聚合物穩定劑或其它的表面活性分散劑，例如，如美國專利申請案序號09/440,401所述。適合的聚合穩定劑包括，例如，磷酸、有機酸、氧化錫、有機磷酸鹽以及它們的混合物等。
應了解，許多上述化合物可以鹽(例如，金屬鹽、銨鹽等)、酸或部份鹽的形式存在。例如，檸檬酸鹽包括檸檬酸，及其單-、二-與三-鹽；苯二甲酸鹽包括苯二甲酸，及其單-鹽(例如，苯二甲酸氫鉀)與其二-鹽；過氯酸鹽包括對應酸(即，過氯酸)及其鹽。此外，在此所列的化合物已為了描述性目的而分類；但是在本發明中並無限制這些化合物的用途的意圖。如本領域普通技術人員所了解的，特定化合物可表現超過一種功能。例如，一些化合物可作為螯合及氧化劑(例如，特定的硝酸鐵等)。
結合在本發明中使用的任何組分可以在適合的載體液體或溶劑(例如，水或適合的有機溶劑)中的混合物或溶液的形式提供。此外，如已經描述過的，可使用化合物單獨或以任何組合的形式作為研磨或清潔組合物的組分。然後可將二種或多種組分個別地儲存，繼而在使用點或恰在到達之前混合形成研磨或清潔組合物。就儲存及意圖的最終用途而言，組分可具有任何適合的pH，如本領域普通技術人員所了解的。此外，結合在本發明中使用的組分的pH可以任何適合的方式調整，例如，通過加入pH調整劑、調節劑或緩衝劑。適合的pH調整劑、調節劑或緩衝劑包括酸，例如，氫氯酸、如無機酸的酸(例如，硝酸、硫酸、磷酸)、有機酸(例如，乙酸、檸檬酸、丙二酸、琥珀酸、酒石酸、草酸)。適合的pH調整劑、調節劑或緩衝劑亦包括鹼，例如，無機氫氧化物鹼(例如，氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銨等)及碳酸鹼(例如，碳酸鈉等)。
研磨及清潔組合物在此敘述的研磨及清潔組合物可以任何方式及比例組合，以提供一或更多種適合研磨或清潔基材(例如，半導體基材)的組合物。適合的研磨組合物敘述於，例如，美國專利5,116,535，5,246,624，5,340,370，5,476,606，5,527,423，5,575,885，5,614,444，5,759,917，5,767,016，5,783,489，5,800,577，5,827,781，5,858,813，5,868,604，5,897,375，5,904,159，5,954,997，5,958,288，5,980,775，5,993,686，6,015,506，6,019,806，6,033,596，與6,039,891，及WO 97/43087，WO 97/47030，WO 98/13536，WO 98/23697，WO 98/26025。適合的清潔組合物敘述於，例如，美國專利5,837,662與美國專利申請案09/405,249。
組分儲存本發明利用至少2種，而且較佳為超過2種(例如，3或更多種、4或更多種或甚至5或更多種)儲存裝置，其中儲存研磨或清潔組合物的組分直到使用。因此，各儲存裝置含一種用以研磨基材的研磨或清潔組合物的組分。如前所述，此使用的術語，研磨或清潔組合物的＂組分＂，可為研磨或清潔組合物的任何單一化合物或成分，或多於一種的這類化合物或成分的任何組合。例如，用以輸送包含過氧化氫、複合劑、膜形成劑與磨料的研磨或清潔組合物的儲存裝置，可以許多方式設計。一種設計包括含過氧化氫的一個儲存裝置、含複合劑與膜形成劑的第二儲存裝置、含磨料漿液的第三儲存裝置。替代的設計可包含含過氧化氫、複合劑與膜形成劑的一個儲存裝置以及含磨料漿液的第二儲存裝置。而另一種設計包括各成分的分別儲存裝置。
儲存裝置可為用於儲存組分(例如，液態組分)的任何適當大小及形狀。使用的裝置可為不同程度的剛性、撓性或甚至彈性。此外，儲存裝置可具有等於大氣壓力的內壓，或者儲存裝置可以在組分充填之前或之後加壓或抽氣。此儲存裝置的實例包括圓柱形、球形或長方形容器、活塞、汽球、加壓或抽氣槽、袋子、封包、口袋，或者本領域中已知的其它適當成形的容器。
儲存裝置可由本領域中已知的任何適當材料製造。如熟悉本領域的普通技術人員所了解的，使用的材料視其中所含的特定組分而定。特別地，儲存裝置(例如，儲存裝置的暴露內表面)必須由在其中所含的特定組分存在下不反應(例如，軟化、腐蝕、溶解等)的材料製造。優選，使用的材料與研磨或清潔組合物中超過一種組分相容。適合的材料包括各種塑料、金屬、金屬合金以及本領域中已知的其它材料。
組分流動路徑本發明利用一或更多個由各儲存裝置引導至研磨漿液使用點(例如，平臺、研磨墊或基材表面)的流動管線。術語＂流動管線＂表示由個別儲存容器至其中儲存的組分的使用點的流動路徑。一或更多個流動管線可直接引導至使用點，或在使用超過一個流動管線時，二個或多個流動管線可在任何點組合成為引導至使用點的單一流動管線。此外，任何一或更多個流動管線(例如，個別流動管線或組合的流動管線)可在到達組分的使用點之前，首先引導至一或更多個其它裝置(例如，泵取裝置、測量裝置、混合裝置等)。
因此，一或更多個流動管線可由儲存裝置引導至二個或多個使用點(例如，二個或多個平臺、二個或多個研磨墊或二個或多個基材表面)。關於此點，例如，對於輸送至至少兩個基材的多組分研磨和/或清潔組合物，合適的是相同或不同的研磨和/或清潔組合物，並且具有由相同儲存裝置輸送的至少一種共同組分。類似地，對於輸送至至少兩個基材的研磨和/或清潔組合物，合適的是為相同或不同的研磨和/或清潔組合物，並且必須具有至少2種(例如，至少3種，至少4種，或甚至至少5種)由相同儲存裝設輸送的共同組分。
流動管線可包含管、管道、渠或容器的任何組合。優選，流動管線包含管或管道，或由它們組成或基本組成。此管或管道可具有適合將組分輸送至使用點的任何橫切面大小(例如，任何橫切面直徑)或形狀(例如，圓形、橢圓形或多角形)。流動管線的橫切面直徑部份地視其運輸的特定組分而定。例如，磨料組分(例如，固/液混合物)可能需要比純液態組分大的流動管線直徑。此外，流動管線的大小部份地視其運輸的材料量而定。例如，對於需較大量磨料組分的研磨過程，磨料組分可使用較大的流動管線。因此，流動管線的大小與形狀可不同。
流動管線可用任何適合將組分輸送至使用點的材料製造。如熟悉本領域的普通技術人員所了解的，使用的材料部份地視其中輸送的特定組分而定。特別地，流動管線(例如，流動管線的暴露內表面)必須由在其所運輸的特定組分存在下不反應(例如，軟化、溶解、腐蝕、硬化等)的材料製造。優選，使用的材料與超過一種的研磨或清潔組合物的組分兼容(例如，與研磨或清潔組合物的所有組分兼容)。更優選，流動管線的內表面可包含利於其中運輸組分的快速和/或順利流動的材料。適合的材料包括各種塑料、聚矽氧烷、金屬、金屬合金及本領域中已知的其它材料。
組分流動控制本發明優選利用一或更多個流動閥，控制組分由儲存裝置至使用點的流動。流動閥可為儲存裝置的一部份，或位於由儲存裝置至使用點的流動路徑的任何地方。流動閥可調整(例如，開放或關閉)成任何不同的程度，而且可手動地操作，或者優選是，連接至控制裝置(下述)(例如，通過電或電機械方式連接)，其使流動閥集中地或甚至自動地操作。因此，可作業系統以對使用點連續地，或通過定期地中斷流動而提供組分。例如，組分可連續地輸送至混合裝置，混合的組分由此連續地輸送至使用點。或者，組分可定期地輸送至混合裝置，混合的組分由此定期地輸送至使用點，如分批或半分批混合及輸送過程。使用此系統將組分輸送至使用點的其它替代方法同樣地明顯，例如，通過如連續或斷續流動使用點直接提供任何一或更多種組分，其中組分在使用點混合。流動閥可使單向流動或雙向流動，而且可具有此技藝已知的任何適合的閥型式。
泵取裝置可無需泵取裝置(pumping device)進行由儲存容器至使用點的研磨漿液組分的輸送，例如，通過使用重力進料機理的輸送(例如，通過將儲存槽置於高於使用點)。然而，本發明優選利用至少一個泵取裝置以利於經流動管線由儲存容器至使用點的組分運輸。可使用任何適合的泵取裝置，例如，膜片泵(diaphragm pump)、真空泵(例如，將系統抽氣及經流動管線自儲存槽＂拉出＂組分)、空氣泵(例如，對系統加壓或驅動Ventura流動機理)、蠕動泵、推進器或流體-渦輪型泵、液壓泵(例如，活塞或設計製造和/或維持系統中壓力的其它裝置)或本領域中已知的其它適合的泵取裝置。泵取裝置可以分離組件的形式提供，或可為一或更多個現存組件的一部份的形式提供。例如，包含活塞或加壓儲存容器(例如，加壓槽或汽球)的儲存裝置可作為研磨或清潔組合物的組分的儲存裝置及泵取裝置。此外，本發明可利用超過一個泵取裝置(例如，超過一型的泵取裝置和/或各組分的分別泵取裝置)。
組分計量本發明優選利用至少一個計量或測量裝置控制提供至使用點的各組分的量(例如，控制個別組分的比例)。可使用單一測量裝置個別地測量組分，或可使用許多個測量裝置(例如，各組分一個單一測量裝置)。除了一或更多個用以測定各輸送組分的量的測量裝置，設備中還可包含一個單獨的測量裝置以測定提供至使用點的任何二或更多種組分的量，和/或漿液(例如，所有組分的合併物)的總量。
測量裝置可為本領域中已知的能在本發明中使用的任何適合的測量裝置。例如，測量裝置可為容器，或優選為，流動計，由其可計算流經流動管線的組分量。可使用本領域中已知的任何適合的流動計，如飛輪及轉子型流動計。非接觸流動計對於測量可能腐蝕或磨耗接觸流動計的組分(例如，磨料組分)的流動較佳。此非接觸流動計包括電磁流動計、超音波流動計、熱分散流動計、振動滴流計、具有Hall效應電子訊號轉換器的轉動計及科氏質量流動計。
組分混合研磨或清潔組合物的組分可獨立地輸送至使用點(例如，在研磨過程中將組分輸送至基材表面時組分在此點混合)，或組分可恰在輸送至使用點之前組合。如果在到達使用點之前少於10秒，優選在到達使用點之前少於5秒，更優選在到達使用點之前少於1秒或甚至在組分輸送至使用點時同時組合(例如，組分在分配器組合)，則組分＂恰在輸送至使用點之前＂組合。如果其在使用點的5米內組合，如在使用點的1米內或甚至在使用點的10釐米內(例如，在使用點的1釐米內)，則組分亦＂恰在輸送至使用點之前＂組合。
在二或更多種組分在到達使用點之前組合時，組分在流動管線中組合且輸送至使用點而無需使用混合裝置。或者，一或更多個流動管線可引導至混合裝置中，以利於二或更多種組分的組合。可使用任何適合的混合裝置。例如，混合裝置可為二或更多種組分經其流動的噴嘴或噴射器(例如，高壓噴嘴或噴射器)。或者，混合裝置可為包含一或更多個研磨漿液的二或更多種組分藉其引入混合器的入口，及至少一個混合組分經其離開混合器而直接或經裝置的其它組件(例如，經一或更多個流動管線)輸送至使用點的出口的容器型混合裝置。此外，混合裝置可包含超過一個槽，各槽具有至少一個入口及至少一個出口，其中二或更多種組分在各槽組合。如果使用容器型混合裝置，則混合裝置較佳為包含混合機構以更利於組分的組合。混合機構通常在此技藝為已知的，並且包括攪拌器、摻合器、攪動器、槳型擋板、換氣系統、振動器等。
過程感應器本發明優選利用感應器監測研磨過程的參數。此感應器的實例包括本領域中已知的各種型式的pH感應器、流動監測器、溫度感應器、壓力感應器、速度感應器、紅外線光譜計、螢光光譜計及終點檢測感應器。本發明優選利用至少一個可監測輸送至使用點的各組分流動的流動監測器，更優選為各組分的獨立的流動監測器。本發明還優選利用感應器以動態(例如，實時)監測，及因此動態控制所使用的基材表面及研磨或清潔溶液。以此方式，通過隨過程進行(例如，排除凹陷及模內不均勻性)或在過程到達終點時(例如，得到適當研磨深度的終點偵測)檢測研磨或清潔條件的變化，可得到較高的研磨性能。例如，感應器可測定基材或其任何部份的厚度(例如，使用輻射線、雷射或光型偵測裝置)，測定研磨或清潔組合物的pH變化(例如，藉由使用pH感應器)，檢測研磨墊與基材間的磨擦或力矩變化(例如，通過檢測平臺或載體驅動馬達上的電流變化)，和/或檢測基材的導電度變化(例如，經電極測量通過基材的電流)。
組分分配器本發明利用至少一個分配器，其同時或依序將一或更多種組分由流動管線分配至研磨表面(例如，基材表面或研磨墊)上。可使用單一分配器，由其分配單一組分或研磨和/或清潔組合物組分的任何組合。或者，本發明可利用超過一個分配器，由其獨立地分配研磨和/或清潔組合物的組分(例如，每種組分一個分配器)。然而，優選，本發明利用超過一個分配器，由其分配不同的組分組合或比例。例如，可利用二個或多個分配器，其各同時或依序將稍微或完全不同的組分或組分的組合輸送至相同的研磨表面。更優選，各獨立地控制這些分配器(例如，可獨立地控制各流動的速率)。
研蘑站本發明的裝置優選包含至少一個研磨站(polishing station)，更優選為二個或多個研磨站(例如，四或多個研磨站)。
本發明優選利用超過一個研磨站(即，研磨工具)，使得各研磨站具有分配器的任何組合。研磨站可平行地控制(例如，對各研磨站提供相同的參數)，或研磨站可獨立地控制(例如，對各研磨站提供不同的參數)。因此，例如，三站系統可同時或依序在一站提供ILD研磨、在第二站為STI研磨並在第三站為清潔操作。因此，本發明優選可將不同的研磨或清潔組合物輸送至各研磨站。除了本領域中已知的其它組件，各研磨站一般包含平臺與平臺用驅動馬達、載體與載體用驅動馬達及研磨墊。可使用任何適合的平臺、載體及驅動馬達。優選，驅動馬達可連接控制裝置以在研磨過程時集中地或自動地控制(例如，反映研磨過程時的變化條件)。
任何適合的研磨墊可在本發明中結合使用。特別地，研磨墊可為紡織物或非織物，而且可包含不同密度、硬度、厚度、壓縮性、壓縮時回復的能力及壓縮模量的任何適合的聚合物。結合在本發明中使用的研磨墊優選具有約0.6-0.95克/立方米的密度、小於約100的Shore A硬度比(hardnessrating)(例如，約40-90)、至少約0.75毫米的厚度(例如，約0.75-3毫米)、約0-10％(體積比)的壓縮性、在約35kPa的壓縮後至少約25％(體積比)的回覆能力(例如，25-100％)，以及至少約1000kPa的壓縮模量。適合聚合物的實例包括聚氨基甲酸酯、聚三聚氰胺、聚乙烯、聚酯、聚碸、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯酸類、聚丙烯醯胺類、聚氯乙烯類、聚氟乙烯類、聚碳酸酯類、聚醯胺類、聚醚類、聚苯乙烯類、聚丙烯類、尼龍、氟化烴等及其混合物、共聚物及其接枝物。優選，研磨墊包含聚氨基甲酸酯研磨表面。研磨墊和/或表面可使用本領域中已知的適合技術由這類材料形成，例如，使用熱燒結技術。此外，由這類材料形成的研磨墊可為實質上多孔性(即，具有開放或封閉的孔)或實質上非多孔性。多孔性墊優選為具有約1-1000微米的孔徑及約15-70％的孔體積。研磨墊和/或表面亦可穿孔或未穿孔至任何程度。優選，研磨墊包含穿孔的研磨表面。
研磨墊的研磨表面可包含多個孔穴，其可包括前述任何孔或穿孔和/或除這些孔之外另外包含。孔穴包括墊表面的凹痕或凹口，以在墊表面的突起部份間形成凹痕的方式配置的突起，或凹痕與突起的任何組合。凹痕或突起可為任何適合的大小或形狀。多個孔穴在研磨墊的研磨表面上形成巨觀紋路，其更可包括施加於巨觀紋路的凹痕和/或突起部份的微觀紋路。形成巨觀紋路和/或微觀紋路的多個孔穴可具有任何尺寸及配置。例如，孔穴可隨機地或如一種圖樣而配置。
研磨墊視情況地(任選地)包含襯墊。襯墊部份可包含本領域中已知的任何適合的襯墊材料。例如，襯墊可為不同程度的撓性或剛性，如熟悉本領域普通技術人員所了解的。例如，典型襯墊材料包括聚合膜、金屬箔、布、紙、粉碎纖維及其組合。
研磨墊可包含在研磨墊的研磨表面上或的內的固定磨料顆粒，或者研磨墊可實質上無固定磨料顆粒。回定磨料研磨墊包括磨料顆粒藉黏著劑、黏合劑、陶瓷、樹脂等固定於研磨墊的研磨表面的墊，或磨料已浸漬於研磨墊內以形成研磨墊的整體部份，例如，以含磨料聚胺甲酸酯分散液浸漬的纖維毛層。固定磨料墊可排除在研磨或清潔組合物中提供磨料組分的需求。
系統控制本發明優選利用控制裝置，由此可集中地或自動地控制輸送過程的參數。可通過該裝置控制的參數的實例包括組分的流速、組分的組合比率、任何一或更多種組分(單獨或組合)至研磨站的輸送速率(例如，組分比例)、輸送至使用點的組合物的pH、在使用點的任何組分或漿液的溫度、系統的壓力及平臺和/或載體的轉動速度與方向。
優選，控制裝置包含與一或更多個用於本發明的其它裝置(例如，感應器、泵取裝置、流動閥、平臺驅動馬達、載體驅動馬達等)連接(例如，經電或電機械連接)的集成電路(例如，專用或外部微電腦)。例如，控制裝置可接受來自位於本發明過程的任何點或全程的感應器的信號或數據。這些信號或數據可用以監測系統的參數(例如，對系統操作員顯示參數)。操作員然後可藉由經控制裝置調整流動閥、泵取裝置、混合裝置、平臺或載體驅動馬達或系統的其它各種組件，而調整各種過程參數。或者，控制裝置可自動地調整這些過程參數或系統組件以維持或得到特定的預設參數(例如，組分比例或濃度的範圍)。
控制裝置可在研磨和/或清潔基材時手動地或自動地調整各組分的量(例如，反映研磨和/或清潔過程的一或更多個參數)。例如，控制裝置可預先設計成輸送特定比例或濃度的用於此系統的組分，如對應任何一或更多種在此所述的研磨或清潔組合物的任何特定比例或濃度。藉由經感應器和/或流動閥、泵取裝置、混合裝置等連接系統，控制裝置可維持預先設計的設定，或者控制裝置可視研磨或清潔過程的特定需求改變設定，如由經感應器連接的信號或數據所決定。例如，控制裝置可調整一或更多種輸送至研磨站的組分的流動。
此外，如以上所討論，控制裝置可對於超過一個研磨站監測及控制系統的參數，以在各研磨站使用相同或不同的研磨和/或清潔組合物，以單一裝置同時研磨或清潔二個或多個基材。例如，如果同時使用2個研磨站，則在各研磨站實行的研磨過程可具有不同的需求(例如，需要不同的研磨或清潔組合物)。控制裝置可獨立地監測及控制各研磨站的參數，以在各站利於不同的研磨或清潔操作的性能(例如，在各站研磨不同的基材和/或使用不同的研磨和/或清潔組合物)。
系統(例如，在此所述系統的各種組件及對照物)優選設計成化學上(例如，研磨和/或清潔溶液)可快速、不昂貴轉變。例如，對於其中使用相同的工具(即，研磨站)實行不同的研磨或清潔過程的應用而言，裝置可設計成提供衝洗系統，藉其在改變研磨或清潔組合物的配方前，以適合的流體衝洗系統的各種組件(例如，流動管線、混合裝置、分配器等)和/或被研磨的基材。用於此用途的適合流體通常在本領域中是已知的，並且包括去離子水及各種有機與無機溶劑。
例示設備用於本發明的適合的設備(apparatus)及其組件(例如，儲存裝置、流動管線、閥、泵取裝置、測量裝置、混合裝置、感應器、分配器和/或研磨站)包括敘述於美國專利4,059,929、5,148,945、5,330,072、5,407,526、5,478,435、5,540,810、5,664,990、5,679,063、5,750,440、5,803,599、5,874,049、5,994,224、與6,040,245，以及國際專利申請案PCT/US99/00291(WO 99/34956專利)與PCT/US97/17825(WO 98/14305專利)中的那些。
在此所列的所有參考文件，包括專利、專利申請以及公開文件，在此全部併入本文作為參考。雖然本發明已基於優選的具體實施例著重進行了敘述，但是很明顯本領域普通技術人員可使用本發明所描述的優選的具體實施例的變化，而且本發明並不只限於所描述的具體實時方式。因此，本發明包括如本發明權利要求書所界定的本發明的精神與範圍內的所有方式。
權利要求
1.一種同時研磨和/或清潔二個或多個基材的方法，包含(i)提供二個或多個基材，(ii)提供二個或多個儲存裝置，每個儲存裝置含有為多組分研磨和/或清潔組合物的組分，(iii)將研磨和/或清潔組合物的組分由二個或多個儲存裝置輸送至各基材，及(iv)同時研磨和/或清潔二個或多個基材，其中輸送至至少兩個基材的研磨和/或清潔組合物不同，而且具有至少一種由相同的儲存裝置輸送的共同組分。
2.根據權利要求1的方法，其中各基材是不同的。
3.根據權利要求1的方法，其中各基材是相同的。
4.根據權利要求1-3中任一項的方法，其中至少一個基材為半導體元件。
5.根據權利要求4的方法，其中至少兩個基材為在不同製造階段的半導體元件。
6.根據權利要求1-5中任一項的方法，其中至少一個基材為硬碟或內存檔。
7.根據權利要求1-6中任一項的方法，其中不同研磨和/或清潔組合物的組分在使用點或恰在輸送至使用點之前混合。
8.根據權利要求1-7中任一項的方法，其中連續地提供不同的研磨和/或清潔組合物的組分。
9.根據權利要求1-7中任一項的方法，其中在研磨或清潔過程中調整組分的量。
10.根據權利要求9的方法，其中響應研磨和/或清潔過程中的一個或多個參數的變化而調整組分的量。
11.根據權利要求10的方法，其中一個或多個參數包含至少一個選自基材厚度、研磨組合物的pH、基材的均勻性、研磨墊與基材間的磨擦以及基材的導電度的參數。
12.根據權利要求1-11中任一項的方法，其中各研磨或清潔組合物的配方彼此獨立地調整。
13.根據權利要求1-12中任一項的方法，其中將至少一種研磨組合物輸送至至少一個基材。
14.根據權利要求1-13中任一項的方法，其中至少一個基材包含金屬、金屬合金或金屬複合物。
15.根據權利要求1-14中任一項的方法，其中至少一個基材包含銅或銅合金。
16.根據權利要求1-15中任一項的方法，其中至少一個基材包含鉭或氮化鉭。
17.根據權利要求1-16中任一項的方法，其中至少一個基材包含半導體基材。
18.根據權利要求1-17中任一項的方法，其中至少一個基材包含介電膜。
19.根據權利要求1-18中任一項的方法，其中至少一個基材包含金屬氧化物。
20.根據權利要求1-19中任一項的方法，其中將至少兩種研磨組合物輸送至至少兩個基材。
21.根據權利要求1-20中任一項的方法，其中將至少一種清潔組合物輸送至至少一個基材。
22.根據權利要求1-21中任一項的方法，其中將至少兩種清潔組合物輸送至至少兩個基材。
全文摘要
本發明提供了一種使用多組分研磨和/或清潔組合物研磨和/或清潔基材的方法，其中研磨和/或清潔組合物的組分在使用點或恰在輸送至使用點之前混合。本發明還提供了一種使用單一裝置同時研磨和/或清潔超過一個基材的方法，其中將不同的研磨或清潔組合物輸送至各基材。
文檔編號B24B37/04GK1422200SQ01807599
公開日2003年6月4日 申請日期2001年4月5日 優先權日2000年4月7日
發明者布拉德利·J·斯塔利, 格雷戈裡·H·博古什, 傑弗裡·P·張伯倫, 保羅·M·菲尼, 艾麗西亞·F·沃爾特斯, 史蒂文·K·格魯比恩, 布賴恩·L·米勒, 戴維·J·施洛德 申請人:卡伯特微電子公司