CN102672613B - 一种研磨垫清洗方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种研磨垫清洗方法和装置。其中，所述方法包括：对每片晶圆执行化学机械平坦化操作之后，利用加热后的离子水冲洗研磨垫；同时，利用研磨垫修正器对所述研磨垫表面执行打磨操作。通过本发明实施例，可以改善研磨垫表面的清洗效果。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种研磨垫清洗方法和装置。
背景技术
CMP(ChemicalMechanicalPlconalization，化学机械平坦化)工艺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工艺已经广泛应用在浅沟槽隔离平坦化、氧化物平坦化、钨塞平坦化及铜互连平坦化等工艺中。CMP工艺过程是化学和机械过程复合的研磨过程，研磨液的化学作用非常重要，它通常使得被研磨表面发生钝化或其他化学反应，而后通过研磨中的研磨颗粒将改性过的表面研磨掉。
由于研磨垫表面是多孔的聚合物表面，因此在研磨过程中孔洞很容易被研磨产物及研磨颗粒堵塞，如果不及时清理，会大大降低材料移除速率和研磨均匀性，并造成多种缺陷，比如晶圆表面微划伤，颗粒沾污等。因此在每片晶圆研磨后，即在相邻两片晶圆在执行CMP操作的间隔，需要对研磨垫进行有效清洗。通常，在CMP工艺中，主要通过将去离子水高速喷到旋转的研磨垫上，以清除在上一片晶圆研磨过程中在研磨垫上残留的研磨产物；并通过研磨垫修正器进行短时间打磨，使研磨垫表面快速达到工作状态。由此可见，对于研磨垫的有效清洗对下一片晶圆的执行CMP操作的关键步骤。
然而，在现有CMP工艺中，在片与片清洗过程中，清洗研磨垫表面的时间不能过长，否则会影响整个机台的生产效率；同时，清洗研磨垫表面的时间又不能太短，否则不能有效清洗干净研磨垫表面。因此，如何改善研磨垫表面的清洗效果是本领域技术人员面临的一个难题。
发明内容
本发明提供一种研磨垫清洗方法和装置，以改善研磨垫表面的清洗效果。
本发明提供了一种研磨垫清洗方法，包括：
对每片晶圆执行化学机械平坦化操作之后，利用加热后的离子水冲洗研磨垫；同时，利用研磨垫修正器对所述研磨垫表面执行打磨操作。
进一步，所述方法还包括：
利用常温去离子水冲洗研磨垫；同时，利用所述研磨垫修正器对所述研磨垫表面执行打磨操作。
优选的，所述加热后的离子水温度不高于60℃。
优选的，所述加热之后的去离子水或常温去离子水的输出方式为高压喷射方式。
优选的，当利用加热后的离子水冲洗研磨垫时，所述研磨垫修正器的工作时间为5～30s。
优选的，当利用常温去离子水冲洗研磨垫时，所述研磨垫修正器的工作时间为5～30s。
一种研磨垫清洗装置，包括：
加热单元，用于对冲洗研磨垫的去离子水进行加热；
去离子水供应单元，用于输出加热之后的去离子水或常温去离子水，利用所述去离子水冲洗研磨垫；
研磨垫修正单元，用于在利用所述去离子水冲洗研磨垫的同时，对所述研磨垫表面执行打磨操作；
控制单元，用于向所述加热单元、去离子水供应单元及研磨垫修正单元输出工作控制指令。
优选的，所述加热单元对去离子水加热后的温度不高于60℃。
优选的，所述加热之后的去离子水或常温去离子水的输出方式为高压喷射方式。
优选的，当利用加热后的离子水冲洗研磨垫时，所述控制单元控制所述研磨垫修正器的工作时间为5～30s。
优选的，当利用常温去离子水冲洗研磨垫时，所述控制单元控制所述研磨垫修正器的工作时间为5～30s。与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明实施例中，利用加热后的离子水清洗研磨垫，利用去离子水的热量，可增强残留产物的化学活性，同时能够降低研磨垫的硬度，使得研磨垫硬度稍微变软，二者都可降低残留产物与研磨垫表面的黏附性能，从而更有利于残留的研磨产物在研磨垫修正器的打磨下快速脱离孔洞，进而大大加快清洗速度和增强清洗效果。
附图说明
图1为本发明实施例提供的利用热、常温去离子水清洗研磨垫的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种研磨垫清洗装置结构示意图；
图3为本发明实施例提供的研磨垫清洗装置应用场景示意图。
有关附图标记如下：
301、热、常温去离子水液流喷口(其内部热、常温去离子水为分离的两路)
302、研磨垫修正器
303、去离子水供应悬臂
304、电控阀件
305、去离子水加热器
306、研磨头
307、研磨垫
308、加热去离子水阀件信号控制线路
309、计算机控制系统
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
本发明的处理方法可以被广泛地应用于各个领域中，并且可利用许多适当的材料制作，下面是通过具体的实施例来加以说明，当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的普通技术人员所熟知的一般的替换无疑地涵盖在本发明的保护范围内。
其次，本发明利用示意图进行了详细描述，在详述本发明实施例时，为了便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，不应以此作为对本发明的限定，此外，在实际的制作中，应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
实施例一
本发明提出了一种新的研磨垫清洗方法，以改善研磨垫表面的清洗效果，该方法实施例具体包括：
对每片晶圆执行CMP操作之后，利用加热后的离子水冲洗研磨垫；同时，利用研磨垫修正器对所述研磨垫表面执行打磨操作。
本发明实施例中，在每片晶圆执行CMP之后，承载晶圆的研磨头从研磨垫上抬起，使得晶圆与研磨垫之间分离，然后，提供加热之后的去离子水，利用加热后的离子水冲洗研磨垫，此时，研磨盘连同研磨垫一直处于旋转状态。
在利用加热后的去离子水冲洗研磨垫的同时，利用研磨垫修正器对所述研磨垫表面执行打磨操作。本发明实施例中，研磨垫修正器包括但不限于钻石盘或毛刷等形式，可以根据具体应用场景进行设置。此外，研磨垫可以包括硬研磨垫或软研磨垫的形式。在利用加热后的去离子水冲洗研磨垫以降低研磨垫上残留产物的同时，利用研磨垫修正器对所述研磨垫表面执行打磨操作，可进一步保持研磨垫表面的粗糙性，使得研磨垫表面能够尽快恢复工作状态。
同现有技术相比，本发明实施例利用加热后的离子水清洗研磨垫，利用去离子水的热量，可增强残留产物的化学活性，同时能够降低研磨垫的硬度，使得研磨垫硬度稍微变软，二者都可降低残留产物与研磨垫表面的黏附性能，从而更有利于残留的研磨产物在研磨垫修正器的打磨下快速脱离孔洞，进而大大加快清洗速度和增强清洗效果。
实施例二
在本发明的另一个实施例中，如图1所示，可以包括以下处理步骤：
步骤101、对每片晶圆执行化学机械平坦化操作之后，利用加热后的离子水冲洗研磨垫；同时，利用研磨垫修正器对所述研磨垫表面执行打磨操作；
步骤102、利用常温去离子水冲洗研磨垫；同时，利用所述研磨垫修正器对所述研磨垫表面执行打磨操作。
同实施例一相比，本发明实施例中，当利用加热后的离子水清洗研磨垫之后，再利用常温去离子水冲洗研磨垫，进一步对研磨垫进行清洗和浸润，同时，仍然保持研磨垫修正器对所述研磨垫表面执行打磨操作。一方面，通过二次清洗，进一步改善了研磨垫的清洗效果；另一方面，使得研磨垫可以快速地降温。通过本发明实施例，可以使研磨垫表面快速达到工作状态，节省进入对下一片晶圆进行CMP操作的时间间隔。
上述实施例中，加热后的去离子水的温度需要控制在如下范围：室温～60℃，防止去离子水的加热温度过高而产生大量水蒸气，这是由于产生的水蒸汽会影响机台内部各机械部件的使用寿命。
为了增加去离子水对研磨垫的冲洗强度，本发明实施例中，所述加热之后的去离子水或常温去离子水的输出方式为高压喷射方式。在具体工艺实施时，可以在喷嘴前方设置喷嘴挡片，以增宽去离子水的喷射范围，提高预热研磨垫的效果。
当利用加热后的离子水冲洗研磨垫时，所述研磨垫修正器的工作时间为5～30s。需要说明的是，在加热后的去离子水的供应过程中，研磨垫修正器同时进行研磨操作，通过热去离子水冲洗，对于研磨垫的清洗时间可以大大缩短，降至5～30s。
当继续利用常温去离子水冲洗研磨垫时，可以控制研磨垫修正器的工作时间为5～30s，即可达到良好的清洗效果。
研磨垫修正器在打磨研磨垫时，在本身做圆周运动的同时，还要沿研磨垫中心做径向运动，提高对研磨垫全局的清洗和打磨效果。本发明实施例中，研磨垫修正器的径向运动方式可以为匀速或变速运动。
实施例三
相应上述方法实施例，本发明实施例还提供了一种研磨垫清洗装置，如图2所示，该装置具体包括：
加热单元201，用于对冲洗研磨垫的去离子水进行加热；
去离子水供应单元202，用于输出加热之后的去离子水或常温去离子水，利用所述去离子水冲洗研磨垫；
研磨垫修正单元203，用于在利用所述去离子水冲洗研磨垫的同时，对所述研磨垫表面执行打磨操作；
控制单元204，用于向所述加热单元、去离子水供应单元及研磨垫修正单元输出工作控制指令。
采用本发明实施例提供的研磨垫清洗装置，在每片晶圆执行CMP之后，承载晶圆的研磨头从研磨垫上抬起，使得晶圆与研磨垫之间分离，然后，通过控制单元204控制去离子水供应单元提供经过加热单元201加热之后的去离子水，利用加热后的离子水冲洗研磨垫。
在利用加热后的去离子水冲洗研磨垫的同时，利用研磨垫修正单元203对所述研磨垫表面执行打磨操作。研磨垫修正单元203通常为研磨垫修正器，包括但不限于钻石盘或毛刷等形式。在利用加热后的去离子水冲洗研磨垫以降低研磨垫上残留产物的同时，利用研磨垫修正器对所述研磨垫表面执行打磨操作，可进一步保持研磨垫表面的粗糙性，使得研磨垫表面能够尽快恢复工作状态。
同现有技术相比，本发明实施例中的研磨垫清洗装置利用加热后的离子水清洗研磨垫，利用去离子水的热量，可增强残留产物的化学活性，同时能够降低研磨垫的硬度，使得研磨垫硬度稍微变软，二者都可降低残留产物与研磨垫表面的黏附性能，从而更有利于残留的研磨产物在研磨垫修正器的打磨下快速脱离孔洞，进而大大加快清洗速度和增强清洗效果。
当利用加热后的去离子水清洗研磨垫之后，还可以通过控制单元204控制去离子水供应单元202提供常温去离子水，具体实施时，为了便于控制，该常温去离子水与加热后的去离子水可以通过分离的两路进行输出。利用常温去离子水冲洗研磨垫，进一步对研磨垫进行清洗和浸润，同时，仍然保持研磨垫修正单元203对所述研磨垫表面执行打磨操作。一方面，通过二次清洗，进一步改善了研磨垫的清洗效果；另一方面，使得研磨垫可以快速地降温。通过本发明实施例，可以使研磨垫表面快速达到工作状态，节省进入对下一片晶圆进行CMP操作的时间间隔。
当利用加热后的离子水冲洗研磨垫时，所述控制单元控制所述研磨垫修正器的工作时间为5～30s。
当利用常温去离子水冲洗研磨垫时，所述控制单元控制所述研磨垫修正器的工作时间为5～30s。
上述实施例中，加热后的去离子水的温度需要控制在如下范围：室温～60℃，防止去离子水的加热温度过高而产生大量水蒸气。
为了增加去离子水对研磨垫的冲洗强度，本发明实施例中，去离子水供应单元输出所述加热之后的去离子水或常温去离子水的方式为高压喷射方式。在具体工艺实施时，可以在喷嘴前方设置喷嘴挡片，以增宽去离子水的喷射范围，提高预热研磨垫的效果。
实施例四
为了便于对本发明技术方案的理解，下面通过一具体的研磨垫清洗装置应用场景，如图3所示，对其进行详细介绍。
在每片晶圆CMP结束后，承载晶圆的研磨头306从研磨垫307上抬起，此时计算机控制系统309通过加热去离子水阀件信号控制线路308，向电控阀件304输出打开的控制信号，打开电控阀件304，将去离子水加热器305加热后的去离子水高速喷到研磨垫307上，同时将研磨垫修正器302按压在研磨垫307上进行打磨，该过程中，研磨垫307一直处于旋转状态；
在清洗时间达到设定要求后，计算机控制系统309控制关闭电控阀件304，同时将研磨垫修正器302抬起，而后将常温去离子水高速喷到研磨垫307上，进一步对研磨垫进行清洗和浸润；同时将研磨垫修正器302再次按压在研磨垫307上进行打磨，使研磨垫307表面快速达到工作状态；达到预定时间后，即可下一片晶圆的CMP过程。
可以理解的是，在具体实施时，去离子水供应悬臂303中除了设置分离的热、常温去离子水输出管路，还可设置研磨液供应管路，以提供研磨垫修正器302在对研磨垫307表面打磨时应用的研磨液。
应用上述研磨垫清洗装置，研磨垫修正器在打磨研磨垫时，在圆周运动的同时，要还要沿研磨垫中心做径向运动，提高对研磨垫全局的清洗和打磨效果。本发明实施例中，研磨垫修正器的径向运动方式可以为匀速或变速运动。
当利用加热后的离子水冲洗研磨垫时，所述计算机控制系统309控制所述研磨垫修正器302的工作时间为5～30s。
当利用常温去离子水冲洗研磨垫时，所述计算机控制系统309控制所述研磨垫修正器302的工作时间为5～30s。
上述实施例中，加热后的去离子水的温度需要控制在如下范围：室温～60℃，防止去离子水的加热温度过高而产生大量水蒸气。
本发明虽然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，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种研磨垫清洗方法，其特征在于，包括：
对每片晶圆执行化学机械平坦化操作之后，利用加热后的去离子水冲洗研磨垫；同时，利用研磨垫修正器对所述研磨垫表面执行打磨操作；
利用常温去离子水冲洗研磨垫；同时，利用所述研磨垫修正器对所述研磨垫表面执行打磨操作，以改善研磨垫的清洗效果并使得研磨垫快速降温。
2.根据权利要求1所述的研磨垫清洗方法，其特征在于，所述加热后的去离子水温度不高于60℃。
3.根据权利要求1所述的研磨垫清洗方法，其特征在于，所述加热之后的去离子水或常温去离子水的输出方式为高压喷射方式。
4.根据权利要求1所述的研磨垫清洗方法，其特征在于，当利用加热后的去离子水冲洗研磨垫时，所述研磨垫修正器的工作时间为5～30s。
5.根据权利要求1所述的研磨垫清洗方法，其特征在于，当利用常温去离子水冲洗研磨垫时，所述研磨垫修正器的工作时间为5～30s。
6.一种研磨垫清洗装置，其特征在于，包括：
加热单元，用于对冲洗研磨垫的去离子水进行加热；
去离子水供应单元，用于输出加热之后的去离子水和常温去离子水，利用所述加热之后的去离子水和所述常温去离子水冲洗研磨垫；
研磨垫修正单元，用于在利用所述加热之后的去离子水冲洗研磨垫的同时，对所述研磨垫表面执行打磨操作；
控制单元，用于向所述加热单元、去离子水供应单元及研磨垫修正单元输出工作控制指令，所述控制单元控制去离子水供应单元提供经加热单元加热之后的去离子水，以冲洗研磨垫；当利用加热后的去离子水清洗研磨垫之后，所述控制单元控制去离子水供应单元提供常温去离子水，所述常温去离子水用于改善研磨垫的清洗效果并使得研磨垫快速降温。
7.根据权利要求6所述的研磨垫清洗装置，其特征在于，所述加热单元对去离子水加热后的温度不高于60℃。
8.根据权利要求6所述的研磨垫清洗装置，其特征在于，所述加热之后的去离子水或常温去离子水的输出方式为高压喷射方式。
9.根据权利要求6所述的研磨垫清洗装置，其特征在于，当利用加热后的去离子水冲洗研磨垫时，所述控制单元控制所述研磨垫修正器的工作时间为5～30s。
10.根据权利要求6所述的研磨垫清洗装置，其特征在于，当利用常温去离子水冲洗研磨垫时，所述控制单元控制所述研磨垫修正器的工作时间为5～30s。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
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Effective date of registration: 20220511 Address after: 510000 room 710, Jianshe building, No. 348, Kaifa Avenue, Huangpu District, Guangzhou, Guangdong Patentee after: Ruili flat core Microelectronics (Guangzhou) Co.,Ltd. Address before: 510000 601, building a, 136 Kaiyuan Avenue, Huangpu District, Guangzhou City, Guangdong Province Patentee before: AoXin integrated circuit technology (Guangdong) Co.,Ltd. |
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