CN102513917A

CN102513917A - 化学机械抛光预处理方法

Info

Publication number: CN102513917A
Application number: CN2011104363797A
Authority: CN
Inventors: 李儒兴; 李志国; 陈海蓉; 朱华
Original assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2031-12-22
Also published as: CN102513917B

Abstract

一种化学机械抛光预处理方法，用于在化学机械抛光设备更换消耗品后，对挡片进行化学机械抛光，包括：提供挡片；利用化学机械研磨装置对挡片进行化学机械研磨；通过喷嘴喷淋化学清洗剂以清洗研磨后的挡片，且在清洗挡片的过程中使刷子不接触挡片；对清洗后的挡片进行干燥。在更换新的消耗品后的预处理过程中，挡片表面会吸附大量的来自新的消耗品上的沾污颗粒，如果采用刷子清洗挡片会造成刷子表面沾污过载的问题，从而使刷子成为产品的污染源。使用新的清洗挡片的方法可避免刷子在机器日常保养复机时被污染，从而保证复机后产品晶圆进行化学机械抛光时，不会因为刷子问题而造成二次污染，而影响芯片的性能。

Description

化学机械抛光预处理方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及化学机械抛光工艺中，在化学机械抛光机器更换消耗品后，化学机械抛光预处理方法。

背景技术

化学机械抛光(CMP)工艺是一种平坦化工艺，在1990年被引入集成电路制造工艺以来，经过不断实践和发展，已成为推动集成电路技术节点不断缩小的关键工艺。目前CMP已经广泛应用在浅沟槽隔离结构平坦化，多晶硅平坦化，栅电极平坦化，钨塞平坦化，铜互连平坦化等工艺中。CMP工艺也被应用于基底表面上的其他薄膜层的抛光。

由于CMP工艺是整个半导体制程中经常使用的一个工艺步骤，因此对化学机械抛光设备的使用频率很高，日常保养中化学机械抛光设备的消耗品如研磨垫，钻石修整器，抛光头等更换频繁。

图1为现有技术的化学机械抛光设备的示意图，参考图1，现有技术的化学机械抛光设备包括：置片装置11，化学机械研磨装置12，兆声波清洗装置13，清洗装置14，干燥装置15。在该置片装置11内具有若干晶舟盒(cassette)111，晶圆20放置于晶舟盒111；化学机械研磨装置12包括抛光垫(polishing pad)121和抛光头(polishing head)122，抛光头122吸住待抛光的晶圆(正面朝下)，抛光时抛光头122提供向下的压力使晶圆的正面在抛光垫121上进行抛光；兆声波清洗装置13用于对化学机械研磨装置12研磨后的晶圆进行兆声波清洗；清洗装置14用于对经兆声波清洗装置13清洗过的晶圆进行再次清洗；干燥装置15用于对清洗装置14清洗后的晶圆进行干燥，干燥后再将晶圆送回晶舟盒111。

图2为清洗装置14对晶圆20进行清洗的示意图，结合参考图1和图2，清洗装置14包括相对设置的刷子141以及置于刷子上方的喷嘴142，晶圆20置于相对设置的刷子141中间，喷嘴142向晶圆20喷淋化学清洗剂30，刷子141接触晶圆20，通过旋转刷子141对经晶圆20进行刷洗。

在实际应用中发现，每次更换化学机械抛光设备中的消耗品后，经化学机械抛光后的产品晶圆经常会附着大量的污染颗粒。

现有技术中有许多关于化学机械抛光的专利以及专利申请，例如2009年6月17日公开的公开号为CN101456150A的中国专利申请，然而，均没有解决以上技术问题。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术中化学机械抛光设备日常保养复机后，经化学机械抛光后的产品晶圆表面经常会附着大量的沾污颗粒。

为解决上述问题，本发明提供一种化学机械抛光预处理方法，用于在化学机械抛光设备更换消耗品后，对挡片进行化学机械抛光，所述化学机械抛光设备包括：化学机械研磨装置，包括刷子和喷嘴的清洗装置，包括：

提供挡片；

利用所述化学机械研磨装置对所述挡片进行化学机械研磨；

通过所述喷嘴喷淋化学清洗剂以清洗研磨后的挡片，且在清洗挡片过程中使所述刷子不接触挡片；

对所述清洗后的挡片进行干燥。

可选的，所述刷子的材料为聚乙烯醇。

可选的，所述清洗剂为去离子水、氨水或者氢氟酸溶液。

可选的，对所述挡片进行化学机械研磨之后，喷淋清洗剂之前，还包括：利用兆声波对所述挡片进行清洗。

可选的，对所述清洗后的挡片进行干燥的方法包括：边清洗所述挡片边旋转所述挡片进行甩干，并对所述挡片进行吹干或烘干。

可选的，利用氮气对所述挡片进行吹干或烘干。

可选的，利用去离子水边清洗所述挡片边旋转所述挡片进行甩干。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本技术方案在化学机械抛光设备更换消耗品后，利用挡片进行化学机械抛光预处理，即，利用化学机械抛光设备中的化学机械研磨装置对挡片进行研磨，之后，利用化学清洗剂对挡片进行喷淋以清洗挡片，在清洗挡片过程中通过设定程式使刷子不接触挡片；再对所述清洗后的挡片进行干燥。在更换新的化学机械抛光设备的消耗品后，利用挡片进行化学机械抛光预处理过程中，挡片表面会吸附大量的来自新的消耗品上的沾污颗粒，如果采用刷子清洗挡片会造成刷子表面沾污过载的问题，从而使刷子成为产品的污染源。本技术方案，在对研磨后的挡片进行清洗时，不让刷子接触挡片，这样可避免刷子在机器日常保养复机时被污染，从而保证复机后产品晶圆进行化学机械抛光时，不会因为刷子问题而造成二次污染，而影响芯片的性能。

附图说明

图1为现有技术的化学机械抛光设备的示意图；

图2为现有技术的清洗装置对晶圆进行清洗的示意图；

图3为本发明具体实施例的化学机械抛光预处理方法的流程示意图；

图4为本发明具体实施例的化学机械抛光设备的示意图；

图5为本发明具体实施例的清洗装置对挡片进行清洗的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

现有技术中，每次更换化学机械抛光设备中的消耗品后，经化学机械抛光后的产品晶圆经常会被杂质颗粒污染。结合参考图1和图2，发明人经过研究发现：现有技术中使用的刷子141的材料通常为聚乙烯醇(PVA)，刷子141柔软且为多孔状，容易吸附杂质颗粒，且在吸附的颗粒过载后该刷子很难再被清理干净，反而会对后续的产品晶圆产生二次污染。在化学机械抛光设备中的消耗品例如抛光垫被更换时，新更换的消耗品上通常会附带有很多杂质颗粒(particle)；另外，更换新的消耗品时，需要打开化学机械抛光设备的盖板，外界空气中的杂质颗粒也会进入到化学机械抛光设备的微环境(mini-environment)中。在更换好消耗品后，需要利用挡片(dummy wafer)对更换消耗品后的化学机械抛光设备进行预处理，以保证设备达到稳定状态。由于刷子141容易吸附杂质颗粒，因此在刷子141刷洗挡片时，刷子141会吸附更换新的消耗品时引入的杂质颗粒，造成刷子141被污染，之后对产品晶圆进行化学机械抛光时，产品晶圆容易被污染，特别是晶圆上的一些薄膜层例如多晶硅(Poly)、氮化硅(Si3N4)对碳基颗粒(carbon based particle)具有极强的吸附作用，从而影响芯片的性能。

为了解决刷子被污染而造成的对产品晶圆进行化学机械抛光时，产品晶圆被杂质颗粒污染的问题，本技术方案提供了一种更换消耗品后，化学机械抛光预处理方法，在对挡片进行研磨后，采用化学清洗剂喷淋清洗挡片，在此过程中通过设定程式不使刷子接触挡片，也就是说，在此过程中刷子被设定为不接触挡片，这样可以避免挡片表面附着的大量的沾污颗粒对刷子造成污染。而且，由于是对挡片进行化学机械抛光，不是实际的产品，因此不会产生任何影响。

图4为本发明具体实施例的化学机械抛光设备的示意图，参考图4，本发明具体实施例的化学机械抛光设备包括：置片装置(FAB)11，化学机械研磨装置12，兆声波清洗装置13，清洗装置14，干燥装置15。具体的细节与现有技术相同，在此不做赘述。置片装置(FAB)11中的晶舟盒111，用于放置所述挡片40；化学机械研磨装置12，在晶舟盒111内的挡片40放置于其上时，用于对所述挡片40进行化学机械研磨；兆声波清洗装置13，用于在化学机械研磨后对所述挡片40进行兆声波清洗；刷子141，在本发明具体实施例中，刷子141为两对，位于两对刷子141上方的喷嘴，经兆声波清洗后的挡片置于两对刷子141中间且设定为不与刷子141接触，所述两个喷嘴用于向挡片喷淋清洗剂，但在清洗产品晶圆时，刷子需要接触产品晶圆进行刷洗；干燥装置15，用于对清洗后的挡片进行干燥。

本发明具体实施例的化学机械抛光预处理方法，用于在化学机械抛光设备更换消耗品后，对挡片进行化学机械抛光，图3为本发明具体实施例的化学机械抛光预处理方法的流程示意图，参考图3，本发明具体实施例的化学机械抛光预处理方法包括：

步骤S11，提供挡片；

步骤S12，利用所述化学机械研磨装置对所述挡片进行化学机械研磨；

步骤S13，通过所述喷嘴喷淋化学清洗剂以清洗研磨后的挡片，且在清洗挡片的过程中使所述刷子不接触挡片；

步骤S14，对所述清洗后的挡片进行干燥。

图5为本发明具体实施例的清洗装置对挡片进行清洗的示意图，结合参考图3和图4、图5，详述本发明具体实施例的化学机械抛光处理方法。

由于CMP工艺是整个半导体制程中经常使用的一个工艺步骤，因此对化学机械抛光设备的使用频率很高，日常保养中化学机械抛光设备的消耗品如研磨垫，钻石修整器，抛光头等在经过一段时间使用后，需要进行更换。

更换消耗品后，结合参考图3和图4，执行步骤S11，提供挡片40。该挡片(dummy wafer)40为空白晶圆，在更换化学机械抛光设备中的消耗品后，利用化学机械抛光设备首先对挡片40进行化学机械抛光，对更换后的消耗品进行预运行，使更换后的消耗品达到使用标准，确保对产品晶圆进行化学机械抛光达到要求。提供的挡片40置于置片装置11的晶舟盒111内。

结合参考图3和图4，执行步骤S12，利用化学机械研磨装置12对所述挡片40进行化学机械研磨。具体到本发明中用到的化学机械抛光设备，对所述挡片40进行化学机械研磨具体实现方式为晶舟盒111内的挡片40传送至化学机械研磨装置12上时，对所述挡片40进行化学机械研磨，具体为将挡片40置于晶舟盒111内后，将挡片40运送到化学机械研磨装置12，并由机械手臂抓取挡片40于抛光垫121上，通过抛光头122对挡片40进行研磨。

本发明具体实施例中，经过步骤S13后，在进行步骤S14之前，即对所述挡片进行化学机械研磨之后，喷淋清洗剂之前，还包括：利用兆声波对所述挡片40进行清洗。具体实现方式为：在化学机械研磨后的挡片40移入所述兆声波清洗装置13时对挡片40进行兆声波清洗，具体为机械手臂抓取研磨后的挡片40于兆声波装置13内，兆声波装置13产生的兆声波对挡片40进行兆声波清洗。该步骤可以去除晶圆上附着的大部分沾污颗粒，在一定程度上可以防止后续清洗步骤中的刷子被污染。

接着结合参考图3、图4和图5，执行步骤S13，通过所述喷嘴喷淋化学清洗剂以清洗研磨后的挡片，且在清洗挡片的过程中使所述刷子141不接触挡片40。在具体实施中，通过设定程式使刷子141不接触挡片40。图5为清洗装置14对挡片40进行清洗的示意图，结合参考图4和图5，清洗装置14包括两对刷子141以及置于刷子上方的喷嘴142，刷子的材料为聚乙烯酯。经兆声波清洗后的挡片40移至两对刷子141中间且未与所述刷子141接触，所述两个喷嘴142向挡片40喷淋化学清洗剂50，具体为将经兆声波清洗后的挡片由机械手臂抓取后置于两个刷子141中间且未与挡片40接触，保证挡片40和两边的刷子141之间有一定的距离，防止刷子被杂质颗粒污染，喷嘴142向挡片40喷淋化学清洗剂50，刷子141未接触挡片40，也就是不用旋转刷子141对挡片40进行刷洗。其中，化学清洗剂50为去离子水(DIW)、氨水(NH₃·H₂O)或者氢氟酸(HF)溶液，该化学清洗剂50的作用是清除掉化学机械研磨中残留在挡片上的杂质颗粒，清洗后的废液流出化学机械抛光设备。需要说的是，化学清洗剂50不限于氨水(NH₃·H₂O)或者氢氟酸(HF)溶液，可以根据实际的工艺进行调整。由于刷子141没有与挡片40进行接触，因此就不会吸附挡片上杂质颗粒，也就不会被污染。在对产品晶圆进行化学机械抛光时，刷子141要与产品接触对产品晶圆进行刷洗，产品晶圆也就不会被污染而影响器件的性能。

对挡片40进行清洗之后，结合参考图3和图4，执行步骤S14，对所述清洗后的挡片40进行干燥。将经清洗装置14清洗后的挡片40传入干燥装置15，具体为由机械手臂抓取挡片40后置于干燥装置15内，干燥装置15对所述清洗后的挡片进行干燥。具体干燥方法包括：边清洗所述挡片40边旋转所述挡片40进行甩干，并对所述挡片40进行吹干或烘干。干燥装置15对挡片40进行清洗的清洗液通常为去离子水(DI water)，利用去离子水边清洗所述挡片边旋转所述挡片进行甩干，同时利用高纯度的氮气对挡片40进行吹干或烘干。在干燥完之后，挡片40被送回晶舟盒111内。

虽然，本技术方案利用现有的化学机械抛光设备对挡片进行化学机械抛光，并没有对化学机械抛光设备进行更新，但是本技术方案改变了现有技术中对挡片进行化学机械抛光的流程(recipe)，对挡片进行化学机械抛光的方法。在更换新的化学机械抛光消耗品后，利用挡片进行化学机械抛光预处理过程中，挡片表面会吸附大量的来自新的消耗品上的沾污颗粒，如果采用刷子清洗挡片会造成刷子表面沾污过载的问题，从而使刷子成为产品的污染源。本技术方案，在对研磨后的挡片进行清洗时，不让刷子接触挡片，这样可避免刷子在机器日常保养复机时被污染，从而保证复机后产品晶圆进行化学机械抛光时，不会因为刷子问题而造成二次污染，而影响芯片的性能。

需要说明的是，本发明中使用的化学机械抛光设备为现有技术中的化学机械抛光设备，因此在具体实施例中，没有对化学机械抛光设备的各个部件进行详细描述，本领域技术人员根据本发明的教导以及公知技术，可以毫无疑问的推知本发明的化学机械抛光设备对挡片进行化学机械抛光的实施。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种化学机械抛光预处理方法，用于在化学机械抛光设备更换消耗品后，对挡片进行化学机械抛光，所述化学机械抛光设备包括：化学机械研磨装置，包括刷子和喷嘴的清洗装置，其特征在于，包括：

提供挡片；

利用所述化学机械研磨装置对所述挡片进行化学机械研磨；

对所述清洗后的挡片进行干燥。

2.如权利要求1所述的化学机械抛光预处理方法，其特征在于，所述刷子的材料为聚乙烯醇。

3.如权利要求1所述的化学机械抛光预处理方法，其特征在于，所述清洗剂为去离子水、氨水或者氢氟酸溶液。

4.如权利要求1所述的化学机械抛光预处理方法，其特征在于，对所述挡片进行化学机械研磨之后，喷淋清洗剂之前，还包括：利用兆声波对所述挡片进行清洗。

5.如权利要求1所述的化学机械抛光预处理方法，其特征在于，对所述清洗后的挡片进行干燥的方法包括：边清洗所述挡片边旋转所述挡片进行甩干，并对所述挡片进行吹干或烘干。

6.如权利要求5所述的化学机械抛光预处理方法，其特征在于，利用氮气对所述挡片进行吹干或烘干。

7.如权利要求5所述的化学机械抛光预处理方法，其特征在于，利用去离子水边清洗所述挡片边旋转所述挡片进行甩干。