CN102672595A

CN102672595A - 抛光方法

Info

Publication number: CN102672595A
Application number: CN2011100544774A
Authority: CN
Inventors: 蒋莉
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Corp
Priority date: 2011-03-07
Filing date: 2011-03-07
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2031-03-07
Also published as: CN102672595B

Abstract

一种抛光方法，包括：每完成预定数量晶圆的抛光操作后，对固结磨料抛光垫的表面进行检测；获取检测所得到的所述固结磨料抛光垫上磨料块的检测数据，所述检测数据反映出所述磨料块的磨损状况；基于所述检测数据设定对应的抛光参数进行后续的抛光操作。本发明能够提高固结磨料抛光法进行抛光操作时的稳定性。

Description

抛光方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种抛光方法。

背景技术

在半导体制备工艺中，平整的晶圆表面对于器件的小型化和高密度化极其重要，传统平坦化晶圆表面的方法为化学机械抛光法(CMP，ChemicalMechanical Polishing)。该方法在晶圆表面与抛光垫之间加入抛光液，利用机械力的作用和抛光液与晶圆表面产生的化学反应，平坦化晶圆表面。传统化学机械抛光法为游离磨料抛光法，包含于抛光液中的磨料在抛光垫上随机分布，其分布密度不均匀，抛光效果比较差，而且抛光液利用率低，抛光液废液容易污染环境等，因此逐渐被固结磨料抛光法(Fixed Abrasive Polishing)取代。

固结磨料抛光法，是将磨料和抛光垫结合起来，形成表面具有规则凹凸形状的固结磨料抛光垫(Fixed Abrasive Pad)。现有的固结磨料抛光法的抛光过程，如图1所示，输入滚筒105a和输出滚筒105b将抛光垫102输送到抛光台101上，并用抛光液润湿抛光垫102表面；将晶圆103吸附固定在抛光头104上，并使其表面与抛光垫102的磨料层相接触；启动动力驱动，抛光台101在轴承100的旋转带动下旋转，晶圆103也在旋转的抛光头104带动下旋转，其与抛光垫102作相对运动，使得晶圆103表面不断与抛光垫102表面的磨料层摩擦而被研磨。由于在抛光过程中，只有固结在抛光垫102的磨料层上突出部位(磨料块)才与晶圆103表面的相接触部位发生作用，相对于传统的游离磨料抛光法，由于接触区域的减小，微小接触区域产生局部较大的压力，抛光速率有较大程度的提高；还能够获得很好的抛光效果以及扩大过抛的工艺窗口，大大减少晶圆过抛光时的凹陷(Dishing)和过蚀(Erosion)，提高了产品的良率；另外，抛光速率对于晶圆表面形貌有很高的选择性，而对材质无选择性，因而，只需较少的去除量，即可达到平坦化的目的，降低了生产成本。随着半导体制造工艺的不断发展，集成电路中的半导体器件的特征尺寸(CD，CriticalDimension)越来越小，固结磨料抛光法已显得越来越重要。

但是，采用固结磨料抛光法时，随着抛光操作的进行，固结于抛光垫上的磨料块将不断被磨损直至报废，所述磨料块的质量将很大程度影响抛光操作的质量，磨料块的消耗或损坏将产生明显的去除速率的降低以及刮伤程度的增加，从而使抛光过程的稳定性变差，因此，如何获得稳定的抛光性能已经成为固结磨料抛光法的一个至关重要的问题。

相关技术还可参考专利号为US20020049027的美国专利，但是该专利对于解决上述问题并未涉及。

发明内容

本发明要解决的问题是现有技术中采用固结磨料抛光法时因磨料块的不断消耗或损坏而使抛光的稳定性变差。

为解决上述问题，本发明提供一种抛光方法，包括：

每完成预定数量晶圆的抛光操作后，对固结磨料抛光垫的表面进行检测；

获取检测所得到的所述固结磨料抛光垫上磨料块的检测数据，所述检测数据反映出所述磨料块的磨损状况；

基于所述检测数据设定对应的抛光参数进行后续的抛光操作。

可选的，所述预定数量晶圆为5～10片。

可选的，所述抛光参数为抛光的时间。

可选的，所述检测数据为磨料块的面积，所述基于所述检测数据设定对应的抛光参数进行后续的抛光操作包括：所述磨料块的面积每减少预设比例a，所述抛光的时间的设定为面积减少前所设定的抛光的时间的1/(1-a)倍。

可选的，所述预设比例a为9％～11％。

可选的，所述检测数据为磨料块的宽度，所述基于所述检测数据设定对应的抛光参数进行后续的抛光操作包括：所述磨料块的宽度小于108微米且大于等于103微米，所述抛光的时间设定为基准抛光时间；所述磨料块的宽度小于103微米且大于等于98微米，所述抛光的时间设定为基准抛光时间的n倍；所述磨料块的宽度小于98微米且大于等于93微米，所述抛光的时间设定为基准抛光时间的n²倍；所述磨料块的宽度小于93微米且大于等于88微米，所述抛光的时间设定为基准抛光时间的n³倍；所述磨料块的宽度小于88微米且大于等于83微米，所述抛光的时间设定为基准抛光时间的n⁴倍；其中，n的范围为1.099～1.124。

可选的，所述抛光参数还包括：过抛百分比、抛光时的压力、抛光台的转速、抛光液的流速中的一种或多种组合。

可选的，所述检测数据为磨料块的宽度，当所述磨料块的宽度小于预设的宽度临界值时，更换固结磨料抛光垫。

可选的，所述宽度临界值为78～82微米。

可选的，所述检测数据为磨料块的高度，当所述磨料块的高度小于预设的高度临界值时，更换固结磨料抛光垫。

可选的，所述高度临界值为8～12微米。

可选的，所述磨料块的形状为规则形状。

可选的，所述磨料块的形状为正六边形、圆形、正方形和正三角形的其中一种。

可选的，所述检测为光学扫描检测。

可选的，所述光学扫描检测的扫描宽度为1～2厘米。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

在每完成预定数量晶圆的抛光操作后，通过对固结磨料抛光垫的表面进行检测，获取到所述固结磨料抛光垫上磨料块的检测数据(磨料块的面积、宽度、高度等)，并基于所述检测数据设定对应的抛光参数，由此实现根据固结磨料抛光垫上磨料块的状况以相适应的抛光方式进行后续的抛光操作，从而提高了固结磨料抛光法进行抛光操作时的稳定性。

通过对抛光的时间这一抛光参数进行调整设定以适应不同的固结磨料抛光垫的状况，既便于实现，又能保证抛光的精度与质量。

附图说明

图1是现有固结磨料抛光法的抛光装置示意图；

图2是固结磨料抛光垫的磨料块磨损的俯视示意图；

图3是图2所示单个磨料块的放大示意图；

图4是图3所示磨料块沿A-A方向的剖面示意图；

图5是本发明实施方式提供的抛光方法的流程示意图；

图6是固结磨料抛光垫的光学扫描检测的示意图；

图7是磨料块的高度和宽度检测的示意图。

具体实施方式

现有技术的固结磨料抛光法中，随着抛光操作的进行，固结于抛光垫上的磨料块将不断被磨损直至报废，磨料块的消耗或损坏将产生明显的抛光速率的下降以及刮伤程度的增加，从而使抛光过程的稳定性变差。本技术方案通过实时监测磨料块的磨损状况，即磨料块的形状尺寸(如面积、宽度、高度)或尺寸变化情况，并据此调整抛光工艺的抛光参数，具体地，在每完成预定数量晶圆的抛光操作后，对固结磨料抛光垫的表面进行检测，获取到所述固结磨料抛光垫上的磨料块的检测数据(磨料块的面积、宽度、高度等)，并基于所述检测数据设定对应的抛光参数，由此实现根据固结磨料抛光垫上磨料块的状况以相适应的抛光方式进行后续的抛光操作，从而能够提高固结磨料抛光法进行抛光操作时的稳定性。

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。

现有固结磨料抛光垫上的磨料层一般主要由二氧化铈(CeO₂)、二氧化硅等颗粒和树脂胶粘剂混合压制形成规则的磨料块凸起，所述磨料块凸起构成磨料块阵列形貌，在抛光过程中，由于晶圆和磨料层在压力的作用下，相互摩擦、挤压，磨料块阵列受到不同方向的剪切力，所述树脂胶粘剂在抛光液的作用下被溶解，便逐渐游离出固体颗粒(即磨料，例如二氧化铈)，随着抛光操作的持续进行，固结于抛光垫上的磨料块将逐渐被磨损直至报废。

图2是固结磨料抛光垫的磨料块磨损的俯视示意图。如图2所示，固结磨料抛光垫200上具有多个形状为正六边形的磨料块，这些磨料块构成的磨料块阵列即为固结磨料抛光垫200的磨料层。图2中示出的正六边形201表示未进行抛光操作的磨料块，而经过持续的抛光操作后，磨料块会变得越来越小，如图2中正六边形202所示，图2中的阴影部分表示磨损掉的部分。具体地，发生磨损的磨料块体现在高度以及宽度的减少。图3是图2所示单个磨料块的放大示意图。参阅图3，表示未进行抛光操作的磨料块的正六边形201的宽度(这里以正六边形相对两条边之间的距离作为其宽度)为W1，而表示经过持续的抛光操作后的磨料块的正六边形202的宽度为W2，磨料块宽度的减少即为W1-W2。图4是图3所示磨料块沿A-A方向的剖面示意图。图4中除了示出了磨料块宽度的减少，还示出了磨料块高度的减少，即：未进行抛光操作的磨料块的高度为H1，而经过持续的抛光操作后的磨料块的高度为H2，磨料块高度的减少为H1-H2。

在固结磨料抛光法中，晶圆表面抛光的效果主要取决于抛光垫表面磨料层的质量，磨料层的损伤或表面磨料块阵列的改变都会引起抛光速率下降以及增加晶圆表面被刮伤的程度，从而使抛光过程的稳定性变差。为了改善采用固结磨料抛光法时因磨料块的不断消耗或损坏而使抛光的稳定性变差的问题，本发明实施方式提供了一种抛光方法。

图5是本发明实施方式提供的抛光方法的流程示意图。如图5所示，本发明实施方式提供的抛光方法包括：

步骤S101，每完成预定数量晶圆的抛光操作后，对固结磨料抛光垫的表面进行检测；

步骤S102，获取检测所得到的所述固结磨料抛光垫上磨料块的检测数据，所述检测数据反映出所述磨料块的磨损状况；

步骤S103，基于所述检测数据设定对应的抛光参数进行后续的抛光操作。

下面结合附图以实施例对上述抛光方法作具体说明。

可参阅图1，以固结磨料抛光法对晶圆进行抛光操作时，执行步骤S101，每完成预定数量晶圆的抛光操作后，对固结磨料抛光垫的表面进行检测。具体地，所述预定数量晶圆为5～10片，所述检测为光学扫描检测，即在固结磨料抛光垫上每完成5～10片晶圆的抛光操作后，对所述固结磨料抛光垫作光学扫描检测，测量其磨料块的高度、宽度、面积等并生成检测数据。本实施例中，所述磨料块的形状为正六边形(俯视)，其宽度为正六边形相对两条边之间的距离，在其他实施例中，磨料块的形状也可以为圆形(宽度为直径)、正方形(宽度为边长)、正三角形(宽度为两边中点的连线长度)等其他规则形状，还可以是不规则形状，此时在后续步骤中可通过获取检测到的磨料块的面积的检测数据来设定对应的抛光参数进行后续的抛光操作。图6是固结磨料抛光垫的光学扫描检测的示意图。如图6所示，固结磨料抛光垫200中圆形区域302为需要进行光学扫描的区域(晶圆的抛光区域)，以激光或白光的光束在所述圆形区域302中作扫描运动，其扫描的宽度D为1～2厘米，例如，图6中区域301示出了从圆形区域302的一端到另一端完成的一次扫描，如此直至扫描完所述圆形区域302。

图7是磨料块的高度和宽度检测的示意图。参阅图7，入射光束400a射向固结磨料抛光垫，射至磨料块后产生的反射光束400b被传感器401所接收，利用激光束的方向性和高能量密度的特性，将光强信号转换为电信号，所述电信号经过放大后由信号处理器进行处理，得出磨料块的高度、宽度、面积等检测数据。之后，执行步骤S102，由抛光控制系统获取检测所得到的所述固结磨料抛光垫上磨料块的检测数据，所述检测数据反映出所述磨料块的磨损状况，例如磨料块高度、宽度、面积等的减少。

然后执行步骤S103，抛光控制系统基于所述检测数据设定对应的抛光参数进行后续的抛光操作。由于经过5～10片晶圆的抛光操作后，固结磨料抛光垫上的磨料块会产生一定的磨损或消耗，其尺寸如高度、宽度、面积等都会有不同程度的减少，发明人经研究发现：磨料块高度的减少会导致抛光垫的损耗，虽然不会对抛光速率造成影响，但是当高度减少到小于某个临界值时，该磨料块就难以继续进行抛光操作了(如果继续抛光则可能会提高晶圆产生刮伤的等级)，说明该抛光垫已经报废；而磨料块宽度的减少则会导致抛光效率的下降，即对晶圆进行抛光操作时的去除速率会大大降低，并且，当磨料块宽度的减少到小于某个临界值时，该磨料块就难以继续进行抛光操作了，同样说明该抛光垫已经报废。于是，发明人考虑基于检测到的磨料块高度、宽度、面积等检测数据来设定对应的抛光参数进行后续的抛光操作，例如对单片晶圆抛光的时间、抛光时的压力等抛光参数的设定调整。

本实施例中，所述抛光参数为抛光的时间。发明人经过研究发现，当所述磨料块的面积每减少预设比例a，所述抛光的时间设定为面积减少前所设定的抛光的时间的1/(1-a)倍，可以达到原先的抛光效果。具体地，所述预设比例a可为9％～11％，即当所述磨料块的面积(本实施例中即为正六边形的面积)每减少9％～11％时，由于抛光速率的降低，所述抛光的时间设定为面积减少前所设定的抛光时间的1.099～1.124倍便可以维持原先的抛光效果。在实际实施时，如果磨料块的形状为不规则形状时(无法或难以确定其宽度)，则可通过测量磨料块的面积减少情况以确定面积减少后的抛光的时间的设定。

通常磨料块的形状为规则形状，此时磨料块的面积的减少也可以体现在磨料块的宽度的减少，因此，本实施例中，以所述磨料块的宽度的变化设定对应的抛光的时间，从而能够便捷地实现稳定的抛光性能，保证了抛光的精度与质量。

一般来说，全新(未经过抛光操作)的固结磨料抛光垫上的磨料块的高度为30微米，其宽度为108微米。当然，根据实际情况，不同的固结磨料抛光垫也会有不同的规格标准。因此，本实施例中采取如下设定方案：

当所述磨料块的宽度小于108微米且大于等于103微米，将所述抛光的时间设定为基准抛光时间；

当所述磨料块的宽度小于103微米且大于等于98微米，将所述抛光的时间设定为基准抛光时间的n倍；

当所述磨料块的宽度小于98微米且大于等于93微米，将所述抛光的时间设定为基准抛光时间的n²倍；

当所述磨料块的宽度小于93微米且大于等于88微米，将所述抛光的时间设定为基准抛光时间的n³倍；

当所述磨料块的宽度小于88微米且大于等于83微米，将所述抛光的时间设定为基准抛光时间的n⁴倍；

其中，n的范围为1.099～1.124。

所述基准抛光时间是采用全新的固结磨料抛光垫完成一片晶圆的抛光操作所需要的时间，该时间根据晶圆的不同抛光需求而有所不同，而对于具有同样抛光需求的晶圆(例如流水线上执行同一步抛光工艺的一批晶圆)，该时间则是相同的。而当所述磨料块的高度小于预设的高度临界值或者其宽度小于预设的宽度临界值时，则说明该抛光垫已经报废，需要更换固结磨料抛光垫。具体更换的方式可参考图1，通过输入滚筒105a和输出滚筒105b，滚动约1米左右长度，将新的固结磨料抛光垫输送到抛光台101上。根据发明人的研究以及实际经验，本实施例中，所述磨料块的高度临界值设定范围为8～12微米，宽度临界值设定范围为78～82微米，在具体实施时，只需分别从高度临界值设定范围和宽度临界值设定范围中选择任意一个数值进行设定即可。

需要说明的是，在其他实施例中，所述抛光参数还可以为过抛百分比、抛光时的压力、抛光台的转速、抛光液的流速中的一种或多种组合，当然，也可以是抛光的时间与上述抛光参数中的一种或多种组合。相应地，可通过实验来确定各抛光参数在实际实施过程中如何进行设定。并且，上述抛光参数的设定，可以通过在抛光控制系统中的控制程序的设置实现自动设定调整。

综上，本发明实施例提供的抛光方法，至少具有如下有益效果：

在每完成预定数量晶圆的抛光操作后，通过对固结磨料抛光垫的表面进行检测，获取到所述固结磨料抛光垫上的磨料块的的检测数据(磨料块的面积、宽度、高度等)，并基于所述检测数据设定对应的抛光参数，由此实现根据固结磨料抛光垫上磨料块的状况以相适应的抛光方式进行后续的抛光操作，从而提高了固结磨料抛光法进行抛光操作时的稳定性。

通过对抛光的时间这一抛光参数进行调整以适应不同的固结磨料抛光垫的状况，既便于实现，又能保证抛光的精度与质量。

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

1.一种抛光方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，所述预定数量晶圆为5～10片。

3.根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，所述抛光参数为抛光的时间。

4.根据权利要求3所述的抛光方法，其特征在于，所述检测数据为磨料块的面积，所述基于所述检测数据设定对应的抛光参数进行后续的抛光操作包括：所述磨料块的面积每减少预设比例a，所述抛光的时间设定为面积减少前所设定的抛光的时间的1/(1-a)倍。

5.根据权利要求4所述的抛光方法，其特征在于，所述预设比例a为9％～11％。

6.根据权利要求3所述的抛光方法，其特征在于，所述检测数据为磨料块的宽度，所述基于所述检测数据设定对应的抛光参数进行后续的抛光操作包括：

所述磨料块的宽度小于108微米且大于等于103微米，所述抛光的时间设定为基准抛光时间；

所述磨料块的宽度小于103微米且大于等于98微米，所述抛光的时间设定为基准抛光时间的n倍；

所述磨料块的宽度小于98微米且大于等于93微米，所述抛光的时间设定为基准抛光时间的n²倍；

所述磨料块的宽度小于93微米且大于等于88微米，所述抛光的时间设定为基准抛光时间的n³倍；

所述磨料块的宽度小于88微米且大于等于83微米，所述抛光的时间设定为基准抛光时间的n⁴倍；

其中，n的范围为1.099～1.124。

7.根据权利要求3所述的抛光方法，其特征在于，所述抛光参数还包括：过抛百分比、抛光时的压力、抛光台的转速、抛光液的流速中的一种或多种组合。

8.根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，所述检测数据为磨料块的宽度，当所述磨料块的宽度小于预设的宽度临界值时，更换固结磨料抛光垫。

9.根据权利要求8所述的抛光方法，其特征在于，所述宽度临界值为78～82微米。

10.根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，所述检测数据为磨料块的高度，当所述磨料块的高度小于预设的高度临界值时，更换固结磨料抛光垫。

11.根据权利要求10所述的抛光方法，其特征在于，所述高度临界值为8～12微米。

12.根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，所述磨料块的形状为规则形状。

13.根据权利要求12所述的抛光方法，其特征在于，所述磨料块的形状为正六边形、圆形、正方形和正三角形的其中一种。

14.根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，所述检测为光学扫描检测。

15.根据权利要求14所述的抛光方法，其特征在于，所述光学扫描检测的扫描宽度为1～2厘米。