表面平坦化系統和方法
【專利摘要】提出了一種表面平坦化系統。所述系統包括：外部能源，用于在處理區域內生成局部能量分布；以及控制單元，用于操作所述外部能源，以由所述局部能量分布在所述處理區域內產生預定的溫度模式，使得所述處理區域的不同位置經受不同的溫度。假設與蝕刻材料成分相互作用的樣品(例如，半導體晶片)位于所述處理區域內時，所述樣品的表面的不同位置處的溫度模式通過所述蝕刻材料成分產生不同的材料去除速率(不同的蝕刻速率)。
【專利說明】
表面平坦化系統和方法
技術領域
[0001]本發明在材料去除技術的領域中，并且涉及一種用于表面平坦化的系統和方法。
【背景技術】
[0002]隨著稱為“Moors定律”的微電子裝置的尺寸的縮放，用于制造這種裝置的表面平坦化處理越來越關鍵。高度集成的半導體裝置是晶體管、觸點以及更多數量的金屬層的堆棧。
[0003]使用“雙鑲嵌”(Dual Damscene)DD處理，制造全后端工藝(BEOL)金屬層，該DD處理包括在最后階段的化學/機械拋光(CMP)。該CMP處理不僅使整個晶片的表面平坦化，而且產生金屬線需要的厚度(控制電線的電阻率)。相似的CMP方法用于生成觸點、柵極(代替柵極處理)，并且計劃用于生成代替散熱片。在各種制造階段應用的所有這些表面平坦化處理“停留”在CMP的層類型上，其中，整個處理可以描述為至少兩個階段，其中，在第一階段(成批去除)，通常進行平坦化，直到未到達目標層，并且在第二階段，對第一階段產生的表面應用過度拋光，以便確保整個材料去除并且實現目標層的期望厚度。
[0004]在CMP處理中，基板的裸露表面通常放在旋轉的拋光墊(盤式墊或帶墊)上，該拋光墊可以是標準的墊片(具有牢固的粗糙表面)或固定磨料墊(具有保持在包含介質內的磨料顆粒)。可控地裝載基板，以在拋光墊上推動該基板。將包括至少一個化學反應劑(并且如果使用標準的墊片，則可能包括磨料顆粒)的拋光漿料供應給拋光墊的表面。在幾個連續步驟中實現CMP處理，包括單步驟或多步驟的“成批”材料去除階段，然后單步驟或多步驟的過度拋光和/或磨光材料去除階段。
[0005]圖1A和IB例解了用于執行這種多個連續CMP步驟的常用的CMP工具配置10。如圖1A所示，可旋轉的多頭旋轉轉盤12支撐4個托架頭14A、14B、14C以及14D，每個托架頭被配置為固定樣品(工件)，并且圍繞其軸旋轉以移動托架頭，該托架頭在拋光站壓板1、壓板2、壓板3與傳輸站16之間具有樣品。托架頭可以接收和固定樣品S，并且在拋光墊上按壓該樣品，并且還可以朝著并且遠離壓板表面移動相應的樣品。在拋光期間，托架頭在對應的拋光墊上按壓其各自的樣品，壓板圍繞其中心軸旋轉，并且托架頭圍繞它們各自的中心軸旋轉并且在拋光墊的表面上橫向平移。CMP工具配置可以包括一個或多個現場或整體度量系統，操作所述度量系統以確定在樣品上的薄膜/層的厚度的變化。放置現場度量系統使得可以在薄膜拋光的同時實時進行測量;每個拋光站可以包括獨立的現場測量系統。集成度量工具可以位于相鄰的拋光站之間，使得托架頭使樣品進入集成度量工具的樣品架。如圖所示，樣品S開始/進入CMP工具配置，用于去除頂層(目標層)，并且這由在壓板I執行的“成批”去除步驟以及由壓板2和3執行的兩個連續過度拋光和磨光步驟連續進行。
[0006]因此，如在圖1B示意性所示，傳統的CMP工具配置10包括一組具有壓板14的拋光站，壓板14包括用于“成批”去除步驟的一個或多個站點以及用于過度拋光和/或磨光去除/平坦化的一些站14 ο在CMP工具1內還包括清潔和干燥模塊18以及干燥度量系統20。

【發明內容】

[0007]最近的CMP技術發展(例如，多區域壓力控制、墊片厚度控制、墊片調節、特殊漿料等)將CMP性能提高到某種等級，但是該等級勉強滿足現有制造技術的嚴格要求，并且對技術的任何變化是成問題的。(US8，654，562)提出了氣體聚集離子束技術(GCIB)，用于精細調諧和/或校準和/或提高CMP工具性能。這種技術，雖然目的在于提高CMP處理的晶片內(WIW)厚度均勻性，減少或消除諸如侵蝕和凹陷這種不利的CMP效果，并且減少或消除密度效果，但是該技術難免需要非常昂貴的處理設備，以在整個CMP處理之后“校正”晶片拓撲。
[0008]通常，在應用去除一部分層、以僅僅使晶片表面(“內停止stop-1n”層)平坦化的處理時，達到最佳CMP性能。在這種情況下，通過最佳高平坦化楽料，可以實現單層去除的最佳處理條件。在現有制造處理中，表示絕對多數CMP處理步驟的“停止stop-on”層出現更復雜的情況。所有“上停止stop-on”CMP步驟(包括但不限于具有上停止stop on SiN上的氧化物CMP以及具有上停止stop on氧化物的SiN CMP、或者具有上停止stop on多晶硅的氧化物CMP、具有上停止stop on氧化物的W CMP等)需要成批去除的多階段處理，然后過度拋光和/或磨光。這兩個階段都有問題，但是尤其是需要組合和控制去除多種材料的第二階段。對于在半導體裝置內具有不同密度的所有結構，難以實現該任務。
[0009]因此，在本領域中需要一種用于材料去除技術的新型方法，該方法允許更精確的表面平坦化，其允許在“上停止stop-on”中完全去除層，不需要現有CMP的復雜過度拋光步驟，也不需要上述提出的用于后CMP校正的技術。
[0010]為了簡化理解本發明，應注意以下內容。稱為“粗糙”材料去除的步驟表示去除大部分塊體材料，而非所有塊體材料。對于“上停止stop-on”層，“粗糙” CMP去除在整個晶片上留下一薄層去除材料。通常，留下的材料的量在10-100A的范圍內，并且顯示配方優化處理的結果。“精細”材料去除表示去除剩余材料的最后部分(現有CMP“上停止stop-on”點)以及生成最終數據的過度拋光和/或磨光的所有步驟。
[0011]如上所述，傳統的CMP處理包括粗糙材料去除階段，粗糙材料去除階段隨后的是一系列精細材料去除階段。粗糙和精細CMP程序的差異在于CMP處理的參數、墊片以及漿料材料。然而，在每個CMP階段，將拋光處理應用于樣品的整個表面中，該樣品在各個階段具有相同的拋光參數。
[0012]發明人已經發現，在完成粗糙CMP材料去除階段之后，而非現有精細材料去除CMP階段，可以應用新型材料去除，這大幅簡化了處理并且提高了在晶片變化內產生的局部和總體平坦。
[0013]在粗糙CMP階段之后，可以應用本發明的新型精細材料去除處理，并且該處理基于在樣品(晶片)上的層的剩余厚度的知識，即，樣品圖。該新型精細去除處理使用剩余厚度的選擇性蝕刻(該選擇性蝕刻是通過在晶片的每個點(即，蝕刻圖)上應用外部能量蝕刻速率來局部控制)，基于已知的剩余厚度，計算蝕刻速率，使得同時在整個晶片上從所有不同的密度部位精確地去除剩余層。由此，消除了所有精細材料去除CMP步驟，包括過度拋光和/或磨光。
[0014]本發明的局部選擇性蝕刻還解決這種CMP問題，例如，劃痕，并且可以使后CMP清潔處理更簡單。
[0015]可以在獨立的材料去除系統中，實現本發明的新型材料去除/表面平坦化技術，或者該技術可以與用于“粗糙”材料去除的傳統的CMP系統結合，例如，可以在粗糙CMP階段之后。因此，本發明可以用于在各種可能的配置中精細調諧和/或校正和/或提高CMP工具性會K。
[0016]通常，本發明的新型材料去除(或表面平坦化)技術可以用于從基板(而非半導體晶片)中去除任何目標材料，包括，例如，塑料、玻璃等，并且可以用于各種應用中，例如，用于制造電子元件，例如，LCD屏幕、MEMS、片上系統(S0C)、高級內存和邏輯裝置、電源開關等。
[0017 ]本發明使用局部選擇性材料去除。在該連接中，應注意以下內容。術語“選擇性”表示在其他材料保持完整(目標材料的蝕刻速率遠遠大于其他材料的蝕刻速率)時，目標材料的選擇性蝕刻。術語“局部”表示通過在樣品的表面上的一個或多個選擇/識別的部位(位置)上應用外部場(例如，溫度場)所產生的控制材料去除速率的蝕刻速率的差異。術語“局部”還表示允許產生用戶限定的蝕刻速率圖的外部能量(溫度)樣品(晶片)圖。在光刻用于在僅僅在露出的部位上選擇性蝕刻的樣品上產生圖案時，術語“局部材料去除”與基于“掩膜”的方法本質上不同。本發明的局部材料去除在樣品上的所有部位/位置上使用“蝕刻速率控制”的局部材料去除，即，將蝕刻材料用于整個樣品的表面中，而在選擇/識別的位置上，材料去除比在其他表面位置中更快。
[0018]換言之，根據本發明，通過蝕刻從樣品的表面的選擇性部位去除材料，使用整個樣品的表面與蝕刻材料的相互作用，但是與傳統的方法相反，使用在樣品內的蝕刻速率的模式/數據，即，蝕刻速率根據預定的模式在表面內變化。結果，樣品的表面的不同位置經受不同等級的材料去除。在處理之前，對樣品上的層的厚度的了解允許確定在整個樣品表面上的不同部位實現精確的材料去除的目標所需要的模式。在一些實施方式中，通過給樣品的表面應用影響蝕刻處理(例如，溫度模式)的對應局部能量分布，實現這種蝕刻速率模式(變化的蝕刻速率)。因此，在一些實施方式中，本發明規定在由局部加熱造成的局部樣品溫度限定的樣品上的每個位置，通過可變蝕刻速率在樣品(例如，半導體晶片)上選擇性去除目標材料。通常，通過應用空間變化的外部輻射/場，可以在樣品的表面上的實現期望的溫度模式。
[0019]應理解的是，本發明的材料去除技術可以通過選擇性濕法蝕刻處理應用于樣品中，但是還可以適用于具有高外部能量依賴性(例如，溫度依賴性)的任何其他選擇性去除處理。而且，如上所述，本發明可以用于目標材料的部分去除，直到期望的目標厚度，也用于完全去除這個或這些目標材料。
[0020]因此，根據本發明的一個廣泛方面，提供了一種表面平坦化系統，包括:外部能源，用于在處理區域內生成局部能量分布；以及控制單元，用于操作所述外部能源，以由所述局部能量分布在所述處理區域內產生預定的溫度模式，使得所述處理區域的不同位置經受不同的溫度，假設在樣品與蝕刻材料成分相互作用期間，樣品位于所述處理區域內時，在所述樣品的表面的不同位置處的溫度模式通過所述蝕刻材料成分產生不同的材料去除速率。
[0021]在一些實施方式中，所述外部能源包括一個或多個加熱器。所述一個或多個加熱器可以是生成電磁輻射的類型。在一些實施方式中，所述能源包括在平面內以間隔關系設置的加熱器的矩陣，使得驅動選擇的具有所需工作參數的加熱器在所述處理區域內產生所述局部能量分布。這種工作參數可以包括以下中的一個或多個:加熱溫度、脈沖或CW操作模式、加熱的持續時間、加熱脈沖形狀、脈沖的時間模式(加熱脈沖持續時間和在加熱脈沖之間的延遲)。
[0022]所述控制單元包括能量控制器設施，該能量控制器設施包括數據處理器，所述數據處理器被配置為接收和處理輸入數據并且生成至所述能源的操作數據。該操作數據表示在所述處理區域中將由所述能源產生的溫度模式。在一些實施方式中，所述輸入數據包括對應于在所述樣品上的層的厚度數據(thickness profiIe)的樣品圖，并且所述控制單元的數據處理器被配置為處理所述樣品圖數據，確定對應的蝕刻圖，并且生成至所述能源的對應操作數據。在一些其他實施方式中，所述輸入數據包括對應于樣品圖的蝕刻圖數據，所述樣品圖表示在所述系統要處理的樣品上的層的厚度數據。所述控制單元可以被配置為與外部系統通信，用于接收所述輸入數據。這種外部系統可以是檢查/測量/度量系統或外部儲存裝置，這種外部系統從這種檢查/測量系統中接收數據。這種系統在此有時稱為檢查系統并且有時稱為度量系統。應理解的是，為了本發明的目的，這種系統需要確定樣品的層的厚度數據的能力。度量系統可以被配置為用于光學度量，例如，使用光譜測量、反射測量、橢圓測量以及這些技術的任何合適的組合。
[0023]在一些實施方式中，表面平坦化系統還包括現場檢查模塊，其與所述溫度場源的控制單元數據通信。所述現場檢查模塊被配置為并且可操作為用于測量至少一個參數，作為樣品和蝕刻材料成分的參數，并且生成處理控制數據，以(由所述控制單元)用于控制能源的工作參數，以保持所需溫度模式并且在實現所需結果時，限定平坦化處理的終點。
[0024]根據本發明的另一個廣泛方面，提供了一種表面平坦化系統，包括:外部能源，其能夠在處理區域內生成局部能量分布;支撐單元，用于在所述處理區域中在蝕刻溶液內支撐樣品；以及控制單元，用于接收表示樣品圖的輸入數據，確定對應的蝕刻圖，并且生成操作數據，所述操作數據用于操作所述能源，以在所述樣品中產生預定溫度模式的局部能量分布，從而在樣品內造成溫度相關的蝕刻模式。
[0025]根據本發明的另一個廣泛方面，提供了一種用于處理在生產線上處理的樣品的處理系統，所述系統包括:
[0026]材料去除系統，被配置為將至少一個粗糙材料去除處理應用于樣品的表面；
[0027]上述表面平坦化系統，被配置為在由“粗糙”材料去除系統處理之后，處理所述樣品;
[0028]檢查系統，被配置為檢查樣品并且生成處理控制數據，該處理控制數據能夠生成至所述表面平坦化系統的操作數據。
[0029]檢查系統可以包括集成度量工具，其被配置為用于在由表面平坦化系統處理之前對樣品應用測量(例如，光學測量)，并且生成對應于樣品圖或蝕刻圖的輸出數據。處理系統可以包括現場度量模塊，其與所述表面平坦化系統相關聯并且被配置為及可操作為用于:測量一個或多個參數，包括樣品的至少一個參數和/或蝕刻材料成分的至少一個參數;并且生成處理控制數據，用于控制能源的工作參數，以保持所需溫度模式。
[0030]所述材料去除系統可以被配置為由CMP進行材料去除。
[0031]根據本發明的另一個廣泛方面，提供了一種化學機械拋光(CMP)工具配置，包括:至少一個CMP站，用于將粗糙CMP處理應用于樣品中，以及上述表面平坦化系統，該表面平坦化系統位于CMP站的下游并且可操作為通過所述選擇性蝕刻將精細表面平坦化應用于所述樣品。
[0032]根據本發明的另一個廣泛方面，提供了一種用于處理在生產線上處理的樣品(例如，半導體晶片)的方法，所述方法包括:
[0033]在至少一個CMP步驟中，將粗糙CMP處理應用于樣品中；
[0034]在所述粗糙CMP處理之后，將光學度量測量應用于樣品中，并且生成表示在樣品上的目標層的厚度數據的處理控制數據；
[0035]將精細表面平坦化應用于已測樣品中，所述精細表面平坦化包括:將樣品與蝕刻材料成分相互作用，并且在與蝕刻材料成分的所述相互作用期間，將能量應用于樣品，從而樣品中產生根據所述已測厚度數據確定的溫度模式，所述溫度模式在樣品的表面上產生對應的蝕刻圖，使得樣品的表面的不同位置通過所述蝕刻材料成分經受不同的材料去除速率。
[0036]更具體而言，本發明可用于晶片的表面平坦化的半導體行業中，這通常由CMP完成，因此，下面參考該特定應用來例證。然而，應理解并且上面解釋的是，本發明原理不能也不應限于該特定應用。
【附圖說明】
[0037]為了更好地理解在本文中公開的主題并且例證可以實際上執行的方式，現在，參考附圖，僅僅通過非限制性實例，描述實施方式，其中:
[0038]圖1A和IB示意性示出用于半導體行業的CMP工具配置的配置和操作；
[0039]圖2示意性示出本發明的表面平坦化系統；
[0040]圖3A到3D例證本發明用于樣品的選擇性蝕刻，其中，圖3A示出要通過選擇性蝕刻來經受部分材料去除的樣品的結構以及應用于樣品的材料去除系統的主要結構部件;并且圖3B到3D示出在選擇性蝕刻之前，在選擇性蝕刻時，及在選擇性蝕刻之后這三個連續狀態中的樣品；以及
[0041]圖4示意性示出使用本發明的表面平坦化系統代替傳統的精細CMP階段的修改后的CMP工具配置。
【具體實施方式】
[0042]如上面參考圖1A和IB所述，材料去除處理(傳統上應用于在生產線上處理的半導體晶片)包括CMP粗糙去除，該CMP粗糙去除隨后的是幾個CMP精細階段，其中，每個CMP階段由拋光晶片的整個表面構成。
[0043]現在參考圖2，其示意性示出本發明的通常表示為100的材料去除/表面平坦化系統，該系統應用于與(涂覆/嵌入其內的)蝕刻材料成分11相互作用的樣品S。系統100包括外部能源102并且與控制單元106相關聯。如下面進一步所述，控制單元106可以是系統100或者檢查/測量站的一部分，或者在表面平坦化系統100與檢查站之間互連(例如，通過無線數據通信)的獨立系統的一部分，或者控制單元的軟件設施可以分布在任何兩個或多個這種系統/站之間。
[0044]能源102被配置為及可操作為，在處理區域104內生成局部能量/溫度分布E(x，y)，并且可由控制單元106操作以在處理區域內產生預定的溫度模式，使得處理區域104的不同位置經受不同溫度。因此，在樣品S與蝕刻器11之間的交互界面位于處理區域104內時，受到對應溫度模式T(x，y)的影響，使得在樣品的表面的不同位置處的不同溫度通過蝕刻材料成分產生不同的材料去除速率。
[0045]外部能源可以是任何已知的合適的類型，例如，電氣、光學(燈具、激光等)、磁性，例如，使用脈沖或CW輻射。在非限制性實例中，能源102可以包括被設置成與在樣品的表面內的位置的對應矩陣對準的隔開加熱器的矩陣，使得驅動具有所需工作參數(加熱溫度、操作模式(例如，脈沖)、加熱的持續時間、脈沖形狀、脈沖的時間模式)的選擇性加熱器，在樣品上產生熱分布模式。
[0046]控制單元106被配置為生成能源102的操作數據，以產生局部溫度分布E(x，y)，SP，在處理區域內的溫度場的空間變換，使得在位于處理區域104內時，在樣品的表面S(與蝕刻器的交互界面)上產生對應的溫度模式/數據T(x，y)。在具有這種溫度數據的樣品與合適的蝕刻材料成分相互作用時，沿著交互界面，產生由局部樣品的溫度限定的材料去除參數的對應數據(例如，在樣品上的不同位置的可變蝕刻速率)，因此，在交互區域內的樣品的不同位置受到溫度場的不同影響，該溫度場在不同的樣品位置造成不同程度的材料去除，即，在樣品上的選擇位置上去除材料。產生溫度場模式的能源102的實例可以是燈具、激光以及其他源CW或脈沖源。
[0047]控制單元106通常是電子/計算機系統，其在其他事物之外，包括例如數據輸入和輸出設施108和110以及能量控制器設施112這些設施(硬件和/或軟件)。能量控制器設施112是數據處理器，其包括模式數據發生器模塊114，該模塊處理表示從其中去除材料(所謂的“晶片圖”或“蝕刻圖”)的樣品的位置(坐標)的輸入數據，并且生成表示在樣品的表面所在的處理區域內由能源產生的對應能量分布模式E(x，y)的數據。
[0048]應理解的是，在一些實施方式中，表示從其中去除材料的樣品的位置的輸入數據可以以，例如，樣品(所謂的“晶片圖”)上具有實測層厚度數據的形式，輸入至控制單元內。晶片圖數據可以直接從檢查系統(在線操作模式)或從儲存裝置(離線模式)中接收。控制單元的數據處理器可以被編程為處理樣品圖數據，確定對應的蝕刻圖，并且生成能源的操作數據以產生對應的溫度模式。在一些其他實施方式中，輸入數據包括輸入數據蝕刻圖數據(例如，由檢查系統的控制器確定)，該輸入數據蝕刻圖數據對應于表示在待處理的樣品上的層的厚度數據。在這種情況下，控制單元分析蝕刻圖，并且生成能源的操作數據，該操作數據表示待產生的對應溫度模式。一般而言，用于確定樣品圖和對應的蝕刻圖、將其轉換成匹配的溫度模式的數據處理算法可以由分布在平坦化系統100的控制單元與外部檢查系統(集成或獨立式)的控制單元的控制設施之間的軟件模塊實現。
[0049]如在圖2用虛線進一步所示，本發明的表面平坦化系統100可以與現場度量模塊/系統116相關聯，用于處理控制。在由系統100(即，由能源操作)執行的選擇性蝕刻處理中，這種系統116給樣品應用測量(例如，光學)，并且將更新的輸入數據(例如，根據具體情況，可能是樣品圖或蝕刻圖)供應給控制單元，用于控制能源的工作參數，從而控制選擇性去除處理。在選擇性蝕刻處理中，度量模塊116被配置為用于目標參數的單或多部位/點測量。這種實測參數包括但不限于部分或完全從樣品中去除的層的厚度。還應注意的是，代替或者除了樣品的參數測量以外，用于實時現場去除(選擇性濕法蝕刻)的這種度量模塊116還可以監控蝕刻溶液的成分/濃度。
[0050]如上所述，本發明的選擇性材料去除技術(S卩，在樣品的表面上的不同位置的不同程度的材料去除)可以供具有溫度依賴性的任何材料去除處理使用。在一些實施方式中，在樣品的表面上的不同位置上的這種不同程度的材料去除可以在由不同局部樣品溫度限定的樣品上由材料的可變蝕刻速率構成。例如，這可以通過選擇性濕法蝕刻處理實現。而且，如上所述，由本發明實現的目標材料的去除表示部分去除材料直到目標厚度，和完全去除目標材料。
[0051]還應理解的是，蝕刻模式本身(溫度/持續時間、蝕刻材料成分)可以使用任何合適的技術，這在通常用于光刻(例如，用于半導體行業)中的蝕刻處理的技術中眾所周知。在本領域中選擇蝕刻藥劑和選擇蝕刻微加工處理的溫度依賴性的實例可以從現有技術中獲取，例如，在 K.R Williams 和 R.S Mul I er 的文章 “Etch Rates f or micromachiningprocessing”，Journal of Microelectromechanical Systems，Vol，No4，p256-269，December 1996中所描述的。
[0052]參考圖3A到3D，其例解本發明用于選擇性蝕刻樣品的方式。圖3A例解了通過目標材料的選擇性濕法蝕刻處理經受部分材料去除的樣品的結構S以及應用于樣品中的表面平坦化系統100。如圖所示，樣品的結構S包括基板(單或多層)15和從選擇性位置中部分去除的目標材料的頂層17，例如，要模式化的層17，該模式化的目的在于最終表面平坦化。為此，將蝕刻溶液11應用于樣品中，例如，通過通常表示為120的蝕刻試劑傳輸系統(噴嘴)將蝕刻溶液11放置在頂層17上。
[0053]這種材料傳輸系統的結構和操作本身已知，并且不構成本發明的一部分，因此，不需要特別描述，除了注意可以使用任何材料傳輸系統以外，包括具有用于產生踏板的旋轉機構的材料傳輸系統。系統100包括能夠在與蝕刻材料相互作用的樣品所在的處理區域104中產生局部能量分布E(x，y)的外部加熱源102(構成能源)，并且系統100可由控制單元106操作，使得局部能量場分布在樣品蝕刻界面內產生期望的溫度數據T(x，y)。如圖所示，加熱源102可以包括容納在樣品的表面側上的加熱單元，該加熱單元被隔開并且被配置為朝著樣品的表面引導加熱輻射，和/或可以包括容納在樣品的托盤12 2內部的加熱單元。加熱單元由來自控制單元的模式數據發生器的數據操作，以允許局部加熱樣品的表面的任何部分。如上所述，可以由任何脈沖或CW源完成局部加熱。系統100可以與度量模塊(檢查系統)相關聯，用于實時現場控制材料去除處理。
[0054]圖3B到3D例解了系統100的操作。示出了樣品在系統100選擇性蝕刻之前、在選擇性蝕刻時、以及在選擇性蝕刻之后的三個連續狀態。如圖3B所示，在生產線上處理的樣品S’(例如，由先前的粗糙CMP階段生成)包括基板15和在基板上的目標材料17。目標材料17具有在此處示例為不同厚度的三個區域R^R2以及R3的模式，即，表面凹凸。該樣品經受本發明技術的表面平坦化處理(圖3C):在目標層17之上增加蝕刻材料/層11，并且整個結構經受由外部能源102產生的溫度模式。如上所述，能源102由控制單元106操作，該控制單元使用輸入數據(所使用的蝕刻材料、需要的最終厚度數據以及加熱源的參數)，并且確定表面平坦化系統的工作參數(例如，加熱溫度圖/模式(提供期望的蝕刻圖)、脈沖或CW操作模式的最佳使用、加熱的持續數據、加熱脈沖形狀、加熱脈沖的時間模式)，以確保在加熱應用的界面和持續時間內產生期望的加熱(溫度)分布，以實現可取的蝕刻速率模式/數據。如圖3C所示，這種選擇的能量分布導致材料去除的期望模式，即，樣品S〃具有目標材料層17’的期望的厚度模式，并在一個階段中實現。
[0055]如上所述，本發明的技術可以用于在各種可能的配置中精細調諧和/或校正和/或提高CMP工具性能。例如，在這個壓板或這些壓板之后，或者代替一個壓板，或者代替最后的或磨光壓板，本發明的表面平坦化系統100可以集成或者用作現有CMP處理設備的一部分，作為位于CMP序列內的額外模塊。這在圖4示意性示出。在此處，表面平坦化系統100用作CMP工具配置200的一部分，并且安裝在度量/檢查站18(集成度量工具)的下游，在由粗糙CMP階段12處理之后，該度量/檢查站接收并且檢查樣品。在該實例中，控制單元從檢查系統220中接收輸入數據，并且傳輸輸出數據，該輸出數據用于操作表面平坦化系統100。而且，如上所述，本發明的表面平坦化系統可以用作獨立(SA)工具，用作所謂的“驗證站”，用于在完成標準的CMP處理(例如，圖1A和IB的傳統的多階段材料去除處理)之后校正。
[0056]應注意的是，通過消除或者至少明顯減少一個或多個過度拋光步驟的重做，減少壓板的數量，并且減少不同CMP漿料的選擇性要求，用于精細調諧和/或校正和/或提高CMP工具性能的集成技術允許CMP工具設備具有更好的生產率、成本效率以及更好的吞吐量。而且，這種CMP處理的精細調諧和/或校正和/或提高，允許更好的總體性能，包括提高CMP處理的晶片內(WIW)厚度均勻性，減少或消除諸如侵蝕和凹陷這種不利的CMP效果，減少或消除密度效果，并且減少CMP引起的缺點，例如，劃痕，并且簡化在CMP之后需要的清潔處理。還應注意的是，通過將本發明的技術加入到更簡單的單壓板內停止(stop-1n)層塊體材料去除方法和工具中，可以減少目前需要的多壓板處理(具有成問題的過度拋光步驟和/或磨光)的所有上停止(stop-on)CMP步驟(包括但不限于具有停止在SiN上的氧化物CMP以及具有停止在氧化物上的SiN CMP、或者具有停止在多晶硅上的氧化物CMP、具有停止在氧化物上的WCMP 等)。
[0057]本發明適用于使用已知的選擇性蝕刻劑和已知的溫度依賴性，選擇性去除或蝕刻氧化物、SiN、S1、金屬等。本發明可以用于校正電介質和金屬CMP處理的CMP性能，包括但不限于STI CMP、代替柵極CMP、W CMPXu CMP等。應進一步注意的是，上面示例為供CMP處理使用的本發明的技術也可以用于其他半導體制造處理，例如，模式化處理或材料沉積處理，例如，用于控制/驗證/校正最終材料厚度數據的化學氣相沉積(CVD)。
[0058]下面是適合于將本發明的表面平坦化系統100用作現有CMP處理設備的集成部分時的高級處理控制方案的實例，例如，如在圖4所示并且參考圖4如上所述。根據該處理控制方案，濕潤區域集成度量(頂)工具/站220位于CMP(例如，粗糙CMP)的這個或這些壓板14的下游以及系統100的上游。在由頂工具220檢查時，晶片保持干燥或濕潤。該濕潤區域頂系統220被配置為在粗糙CMP之后由壓板14測量/確定目標參數的晶片圖，并且根據具體情況，限定所需要的材料去除需求，即，厚度變化的這個最終厚度模式或這些最終厚度模式。該晶片圖(例如，表示從該位置去除材料的樣品的位置的數據)用作提出的集成選擇性蝕刻去除系統100的前饋高級處理控制(S卩，確定對應的蝕刻圖)，并且相同的晶片圖用作CMP壓板12的反饋高級處理控制。此外，作為一種選擇，在完成整個材料去除和表面平坦化處理之后，即，在系統100的下游，可以使用額外度量工具20(集成或獨立式)用作總體處理質量控制的方式。
[0059]在表面平坦化系統100用在單獨的獨立站點/工具配置中用于在完成標準CMP處理之后的校正的情況下，獨立度量系統可以用于在應用選擇性濕法蝕刻處理(前饋高級處理控制)之前，預先定義所需的去除/平面化需求的晶片圖(即，所需厚度數據)，并且在選擇性濕法蝕刻處理(后饋高級處理控制)之后，評估總體性能。
[0060]如上面參考圖2所述，還如在圖4所例解的，進程內控制可以可選地用于控制選擇性去除處理。在這種情況下，額外的現場度量模塊116可以用于控制模塊100的輸入。該度量模塊116允許在蝕刻處理中測量目標參數(單個或多個點/區域)，包括但不限于部分或完全去除的層的厚度。如上所述，用于實時現場材料去除(選擇性濕法蝕刻)的度量模塊116可以監控蝕刻溶液的成分/濃度，代替或者除了樣品測量以外。
[0061]例如，使用本發明的STICMP處理可以如下進行:通過高效率氧化物漿料，將晶片制成平面，使得氧化物的薄均勻層保持在拋光的晶片上，并且依然具有薄氧化物層。測量在晶片上的剩余氧化物層的厚度，以限定去除處理的所需溫度分布和熱持續時間模式。執行根據本發明的選擇性去除(蝕刻)，以完全去除剩余的氧化物層，并且在晶片上均勻地露出SiN，沒有凹陷/侵蝕、過量過度拋光等。為此，例如，可以如下修改STI CMP工具:一個拋光壓板用于通過高平坦化效率氧化物漿料平坦化;頂(干/濕)濕潤區域度量模塊220位于拋光階段的下游，以測量剩余晶片圖，然后，本發明的表面平坦化系統100用于選擇性去除剩余層。然后，在清潔和干燥晶片之后，由干度量工具20(集成或獨立式)測量，用于處理的總體質量。
【主權項】
1.一種表面平坦化系統，包括:外部能源，用于在處理區域內生成局部能量分布；以及控制單元，用于操作所述外部能源，以通過所述局部能量分布在所述處理區域內產生預定的溫度模式，使得所述處理區域的不同位置經受不同的溫度，假設與蝕刻材料成分相互作用的樣品位于所述處理區域內時，所述樣品的表面的不同位置處的溫度模式通過所述蝕刻材料成分產生不同的材料去除速率。2.根據權利要求1所述的系統，其中，所述外部能源包括一個或多個加熱器。3.根據權利要求2所述的系統，其中，所述一個或多個加熱器被配置為生成電磁輻射。4.根據權利要求2或3所述的系統，其中，所述外部能源包括在平面內以間隔關系設置的加熱器的矩陣，使得驅動選擇的具有所需工作參數的加熱器在所述處理區域內產生所述局部溫度分布。5.根據權利要求4所述的系統，其中，所述工作參數包括以下至少之一:加熱溫度、脈沖或CW操作模式、加熱的持續時間、加熱脈沖形狀、加熱脈沖的時間模式。6.根據前述權利要求中任一項所述的系統，其中，所述控制單元包括處理控制器設施，所述處理控制器設施包括數據處理器，所述數據處理器被配置為接收和處理輸入數據并且生成至所述能源的操作數據，所述操作數據表示在所述處理區域中將由所述能源產生的所述溫度模式。7.根據權利要求6所述的系統，其中，所述輸入數據包括對應于在所述樣品上的層的厚度數據的樣品圖，所述控制單元的所述數據處理器被配置為處理所述樣品圖數據，確定對應的蝕刻圖，并且生成至所述能源的所述對應操作數據。8.根據權利要求6所述的系統，其中，所述輸入數據包括對應于樣品圖的蝕刻圖數據，所述樣品圖表示在所述系統待處理的樣品上的層的厚度數據。9.根據權利要求6到8中任一項所述的系統，其中，所述控制單元被配置為與外部系統通信以接收所述輸入數據。10.根據前述權利要求中任一項所述的系統，包括現場度量模塊，被配置為與所述外部能源的控制單元進行數據通信，所述現場度量模塊被配置為并且可操作為測量所述樣品和所述蝕刻材料成分的至少一個參數，并且生成將被所述控制單元使用的處理控制數據以用于控制所述能源的工作參數，從而保持所需溫度模式并且為所需結果限定平坦化處理的終點。11.一種表面平坦化系統，包括:外部能源，所述外部能源能夠在處理區域內生成局部能量分布;支撐單元，用于在所述處理區域中在蝕刻溶液內支撐樣品；以及控制單元，用于接收表示樣品圖的輸入數據，確定對應的蝕刻圖，并且生成操作數據，所述操作數據用于操作所述能源，以產生在所述樣品中的預定溫度模式的局部能量分布，從而在所述樣品內造成溫度相關的蝕刻模式。12.—種用于處理在生產線上處理的樣品的處理系統，所述系統包括: 材料去除系統，被配置為將至少一個粗糙材料去除處理應用于樣品的表面； 表面平坦化系統，被配置為處理由所述材料去除系統處理后的所述樣品，所述表面平坦化系統根據權利要求1到11中任一項所述配置;以及 度量系統，被配置為對所述樣品進行測量并且生成處理控制數據，所述處理控制數據能夠生成至所述表面平坦化系統的操作數據。13.根據權利要求12所述的處理系統，包括與所述表面平坦化系統相關聯的現場度量豐旲塊。14.根據權利要求13所述的處理系統，其中，所述現場度量模塊被配置為并且可操作為:測量至少一個參數，所述至少一個參數包括至少一個樣品參數和/或至少蝕刻材料成分參數;并且生成處理控制數據，用于控制所述能源的工作參數，以保持所需溫度模式。15.根據權利要求11到14中任一項所述的處理系統，其中，所述材料去除系統被配置為通過化學機械拋光(CMP)進行材料去除。16.一種化學機械拋光(CMP)工具配置，包括:至少一個CMP站，用于將粗糙CMP處理應用于樣品中，以及權利要求1到11中任一項所述的表面平坦化系統，所述表面平坦化系統位于所述至少一個CMP站的下游，并且可操作為通過所述選擇性蝕刻將精細表面平坦化應用于所述樣品。17.—種用于處理在生產線上處理的樣品的方法，所述方法包括: 在至少一個CMP步驟中，將粗糙CMP處理應用于所述樣品； 在所述粗糙CMP處理之后，將光學度量測量應用于所述樣品，并且生成處理控制數據，所述處理控制數據表示在所述樣品上的目標層的厚度數據； 將精細表面平坦化應用至已測所述樣品，所述精細表面平坦化包括:將所述樣品與蝕刻材料成分相互作用，并且在與所述蝕刻材料成分所述相互作用期間，將能量應用于所述樣品，從而在所述樣品中產生根據所述已測厚度數據確定的溫度模式，所述溫度模式在所述樣品的所述表面上產生對應的蝕刻圖，使得所述樣品的表面的不同位置通過所述蝕刻材料成分經受不同的材料去除速率。
【文檔編號】H01L21/67GK106062930SQ201480076614
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2014年12月31日
【發明人】尹戈爾·蒂羅韋斯
【申請人】諾威量測設備股份有限公司