CN103878680B - 降低晶圆被刮伤的方法、化学机械研磨机台及清洗器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低晶圆被刮伤的方法、化学机械研磨机台及清洗器。化学机械研磨机台，其包括：研磨盘、研磨头清洗器和研磨液晶体清洗器，研磨头清洗器用于清洗研磨头，研磨液晶体清洗器用于清洗积聚在所述化学研磨机台上下盖板上刮伤晶圆的研磨液晶体。本发明通过设置研磨液晶体清洗器用于清洗积聚在所述化学研磨机台上下盖板上刮伤晶圆的研磨液晶体，该研磨液晶体清洗器可以是基于现有化学研磨机台的研磨头清洗器结构改制而成，也可以是额外配置的结构。由于研磨液晶体清洗器清洗掉了上下盖板上的研磨液晶体，避免了研磨液晶体对晶圆的划伤，提高了产品的良率。

Description

降低晶圆被刮伤的方法、化学机械研磨机台及清洗器
技术领域
本发明属于半导体制造技术领域，具体地说，涉及一种降低晶圆被刮伤的方法、化学机械研磨机台及清洗器。
背景技术
晶圆制造中，随着制程技术的升级、导线与栅极尺寸的缩小，光刻(Lithography)技术对晶圆表面的平坦程度(Non-uniformity)的要求越来越高。化学机械研磨或化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，以下简称CMP)是目前机械加工中唯一可以实现表面全局平坦化的技术，其综合了化学腐蚀作用和机械去除作用。
化学机械研磨技术综合了化学研磨和机械研磨的优势。单纯的化学研磨，表面精度较高，损伤低，完整性好，不容易出现表面/亚表面损伤，但是研磨速率较慢，材料去除效率较低，不能修正表面型面精度，研磨一致性比较差。单纯的机械研磨，研磨一致性好，表面平整度高，研磨效率高，但是容易出现表面层/亚表面层损伤，表面粗糙度值比较低。化学机械研磨吸收了两者各自的优点，可以在保证材料去除效率的同时，获得较完美的表面，得到的平整度比单纯使用这两种研磨要高出1-2个数量级，并且可以实现纳米级到原子级的表面粗糙度。
上述化学机械研磨技术CMP的实施须依赖于大型的操作机台即化学机械研磨机台比如应用材料公司(Applied Materials Inc，以下简称AMAT)LK机台。无论是那种具体的化学机械研磨机台，其大致包括：研磨头、研磨盘、研磨垫(Pad)、研磨头清洗及硅片装卸单元(head clean load/unload，以下简称HCLU)，研磨盘上固定有研磨垫，研磨盘上固定有半导体晶圆，研磨的过程中研磨头被施加一定压力，同时研磨液(slurry)在研磨垫和晶圆之间流动，研磨液slurry与晶圆表面发生摩擦从而起到研磨的效果。而研磨头清洗及晶圆装卸单元head clean load/unload，以下简称HCLU用来清洗研磨头、装(卸)载晶圆。
但是，在现有技术的化学机械研磨过程中，使用的化学研磨液slurry有比较容易结晶的特性，会在机台的上盖板(UPA cover),交错底盖板(Cross bottom cover)上形成大量的研磨液slurry结晶，进一步地，在生产的过程中研磨液slurry结晶脱落会对晶圆造成刮伤scratch。图7为现有技术中具有刮伤缺陷晶圆的扫描示意图，图8-图13为现有技术中晶圆表面刮伤缺陷的放大示意图。如图8-13所示，晶圆表面存在大量、不同形状的刮伤缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种降低晶圆被刮伤的方法、化学机械研磨机台及清洗器，用以解决现有技术中的化学研磨机台对晶圆造成刮伤scratch。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种降低晶圆被刮伤的化学机械研磨机台，其包括：研磨盘、研磨头清洗器、研磨液晶体清洗器以及研磨头清洗及晶圆装载器，研磨头清洗器用于清洗研磨头，研磨液晶体清洗器用于清洗积聚在所述化学研磨机台上下盖板上刮伤晶圆的研磨液晶体，所述研磨头清洗及晶圆装载器在使所述研磨头清洗及晶圆装载器工作于研磨头清洗状态时的驱动信号控制下，所述研磨液晶体清洗器清洗积聚在所述化学研磨机台上下盖板上刮伤晶圆的研磨液晶体。
优选地，在本发明的一实施例中，所述研磨液晶体清洗器装载有可调节的喷嘴，用于在使所述研磨头清洗及晶圆装载器工作于研磨头清洗状态时的驱动信号控制下，喷洒液体，以清洗积聚在所述化学研磨机台上下盖板上刮伤晶圆的研磨液晶体。
优选地，在本发明的一实施例中，所述研磨液晶体清洗器与研磨机台的研磨头清洗及晶圆装载器直接相邻。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种降低晶圆被刮伤的方法，其在化学机械研磨工艺中，包括：通过研磨头清洗器清洗研磨头；通过研磨液晶体清洗器清洗积聚在所述化学研磨机台上下盖板上的刮伤晶圆的研磨液晶体，所述研磨液晶体清洗器在使研磨头清洗及晶圆装载器工作于研磨头清洗状态时的驱动信号控制下，清洗积聚在所述化学研磨机台上下盖板上刮伤晶圆的研磨液晶体。
优选地，在本发明的一实施例中，在使研磨头清洗及晶圆装载器工作于研磨头清洗状态时的驱动信号控制下，通过所述研磨液晶体清洗器装载的可调节的喷嘴喷洒液体，以清洗积聚在所述化学研磨机台上下盖板上刮伤晶圆的研磨液晶体。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种清洗器，其包括：研磨头清洗器和研磨液晶体清洗器，所述研磨头清洗器用于清洗研磨头，所述研磨液晶体清洗器用于清洗积聚在化学研磨机台上下盖板上的刮伤晶圆的研磨液晶体。
优选地，在本发明的一实施例中，所述研磨液晶体清洗器与化学研磨机台中的研磨头清洗及晶圆装载器直接相邻。
与现有的方案相比，本发明通过设置研磨液晶体清洗器用于清洗积聚在所述化学研磨机台上下盖板上刮伤晶圆的研磨液晶体，该研磨液晶体清洗器可以是基于现有化学研磨机台的研磨头清洗器结构改制而成，也可以是额外配置的结构。由于研磨液晶体清洗器清洗掉了上下盖板上的研磨液晶体，避免了研磨液晶体对晶圆的划伤，提高了产品的良率。
附图说明
图1为本发明实施例一降低晶圆被刮伤的化学机械研磨机台的平面示意图；
图2为本发明实施例一中喷嘴的的示意图；
图3为本发明实施例一中化学研磨机台的控制原理示意图；
图4为本发明实施例二降低晶圆被刮伤的方法流程示意图；
图5为本发明实施例四清洗器的功能模块示意图；
图6为应用本发明上述实施例后产品良率曲线统计示意图。
图7为现有技术中具有刮伤缺陷晶圆的扫描示意图；
图8-图13为现有技术中晶圆表面刮伤缺陷的放大示意图。
具体实施方式
以下将配合图式及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
本发明的核心思想之一：
本发明实施例提供的降低晶圆被刮伤的化学机械研磨机台，其核心思想为：包括研磨盘、研磨头清洗器和研磨液晶体清洗器，研磨头清洗器用于清洗研磨头，研磨液晶体清洗器用于清洗积聚在所述化学研磨机台上下盖板上刮伤晶圆的研磨液晶体。
本发明的核心思想之二：
本发明实施例提供的降低晶圆被刮伤的方法，其核心思想为：在化学机械研磨工艺中，包括：通过研磨头清洗器清洗研磨头；通过研磨液晶体清洗器清洗积聚在所述化学研磨机台上下盖板上的刮伤晶圆的研磨液晶体。
本发明的核心思想之三：
本发明实施例提供的清洗器，其核心思想为：清洗器包括研磨头清洗器和研磨液晶体清洗器，所述研磨头清洗器用于清洗研磨头，所述研磨液晶体清洗器用于清洗积聚在化学研磨机台上下盖板上的刮伤晶圆的研磨液晶体。
本发明上述各核心思想带来的技术效果：
本发明通过设置研磨液晶体清洗器用于清洗积聚在所述化学研磨机台上下盖板上刮伤晶圆的研磨液晶体，该研磨液晶体清洗器可以是基于现有化学研磨机台的研磨头清洗器结构改制而成，也可以是额外配置的结构。由于研磨液晶体清洗器清洗掉了上下盖板上的研磨液晶体，避免了研磨液晶体对晶圆的划伤，提高了产品的良率。
实施例一
图1为本发明实施例一降低晶圆被刮伤的化学机械研磨机台的平面示意图；如图1所示，本实施例中，以AMAT LK机台为例，其可以包括三个研磨盘101、两个研磨头清洗器102和两个研磨液晶体清洗器103，研磨头清洗器102用于清洗研磨头，研磨液晶体清洗器103用于清洗积聚在所述化学研磨机台上下盖板上刮伤晶圆的研磨液晶体。研磨盘101上固定有研磨垫(图1中未示出)，研磨盘101上固定有半导体晶圆(图1中未示出)，研磨的过程中研磨头被施加一定压力，同时研磨液(slurry)在研磨垫(图1中未示出)和晶圆之间流动，研磨液slurry与晶圆表面发生摩擦从而起到研磨的效果。
本实施例中，为了充分利用现有AMAT LK化学机械研磨机台设计，尽可能的降低成本，本实施例中对原有AMAT LK机台四个研磨头清洗器进行改进，即可使实施例一中的化学研磨机台配置所述研磨液晶体清洗器。本领域普通技术人员知晓现技术中的AMATLK机台设置有四个研磨头清洗器，全部用于在机台不跑产品的时候清洗研磨头清洗研磨头，具体地，是在wet idle信号的驱动下工作清洗研磨头。本实施例中，申请人借用其中的两个研磨头清洗器用来作为研磨液晶体清洗器，即使机台上跑产品的时候也可以工作，而另外两个研磨头清洗器不变，仍然用来在机台不跑产品的时候清洗研磨头头。
需要说明的是，对于本领域普通技术人员来说，如果不考虑沿用现有AMAT LK机台的结构以降低机台成本的前提下，也可以在保持现有AMAT LK机台四个研磨头清洗器不变，而额外增加一研磨液晶体清洗器。由于同样是作为清洗用，该研磨液晶体清洗器的结构可以参考研磨头清洗器的结构进行设计，比如清洗用的液体来自同一容器，而是通过不同的管道分支分别输送到研磨头清洗器、研磨液晶体清洗器。
为了避免清洗用的液体不会掉到研磨盘上影响研磨速率，本实施例将现有AMATLK机台中与研磨头清洗及晶圆装载直接相邻的两个研磨头清洗器作为研磨液晶体清洗器，即本实施中，所述研磨液晶体清洗器103与机台的研磨头清洗及晶圆装载器104直接相邻，具体如图1所示。
需要说明的是，对于本领域普通技术人员来说，如果不考虑沿用现有AMAT LK机台的结构以降低机台成本的前提下，保持现有AMAT LK机台四个研磨头清洗器不变，而额外增加研磨液晶体清洗器的话，额外配置的研磨液晶体清洗器与所述研磨头清洗及晶圆装载器104的位置关系不限于直接相邻，只要可以实现对机台上下盖板上结晶清洗液的清洗即可。
本实施例中，在使所述研磨头清洗及晶圆装载器104工作于研磨头清洗状态时的驱动信号控制下，所述研磨液晶体清洗器103清洗积聚在所述化学研磨机台上下盖板上(图1中未示出)刮伤晶圆的研磨液晶体。换言之，如前所述，为了充分利用现有AMAT LK化学机械研磨机台设计，尽可能的降低成本，本实施例中AMATLK机台中与研磨头清洗及晶圆装载直接相邻的两个研磨头清洗器作为研磨液晶体清洗器103，因此，在驱动所述研磨液晶体清洗器103方面，则是利用使所述研磨头清洗及晶圆装载器工作于清洗研磨头的状态时用的wash head驱动信号来驱动与研磨头清洗及晶圆装载直接相邻的两个研磨头清洗器工作，以清洗所述化学研磨机台上下盖板上研磨液晶体。
需要说明的是，对于本领域普通技术人员来说，如果不考虑沿用现有AMAT LK机台的结构以降低机台成本的前提下，保持现有AMAT LK机台四个研磨头清洗器不变，而额外增加研磨液晶体清洗器的话，则可以设置一不同于wet idle驱动信号和wash head驱动信号的驱动信号，单独驱动额外配置的研磨液晶体清洗器启动工作。
本实施例中，为了充分利用现有AMAT LK化学机械研磨机台设计，尽可能的降低成本，通过在与研磨头清洗及晶圆装载直接相邻的两个研磨头清洗器上装载可调节的喷嘴113，该喷嘴113可调节、可旋转，使在所述研磨液晶体清洗器103具有可调节的喷嘴113，用于在使所述研磨头清洗及晶圆装载器104工作于研磨头清洗状态时的驱动信号wash head的控制下，喷洒液体，以清洗积聚在所述化学研磨机台上下盖板上刮伤晶圆的研磨液晶体。图2为本发明实施例一中喷嘴的的示意图。喷嘴113安装在液体管道123上。
需要说明的是，对于本领域普通技术人员来说，如果不考虑沿用现有AMAT LK机台的结构以降低机台成本的前提下，保持现有AMAT LK机台四个研磨头清洗器不变，而额外增加研磨液晶体清洗器的话，可以在额外配置的研磨液晶体清洗器上增加与喷嘴等同的结构，只要可以实现将清洗用的液体喷洒到上下盖板上以清洗研磨液结晶即可。
图3为本发明实施例一中化学研磨机台的控制原理示意图；如图3所示，其中两个研磨头清洗器102在接收wet idle驱动信号启动工作，以对研磨头进行清洗，另外两个研磨头清洗器102接收发送给研磨头清洗及晶圆装载器104的wash head驱动信号，喷洒液体以清洗研磨液结晶。
实施例二
图4为本发明实施例二降低晶圆被刮伤的方法流程示意图；如图4所示在化学机械研磨工艺中，其可以包括：
S401、通过研磨头清洗器清洗研磨头；
S402、通过研磨液晶体清洗器清洗积聚在所述化学研磨机台上下盖板上的刮伤晶圆的研磨液晶体。
本实施例中，为了充分利用现有AMAT LK化学机械研磨机台设计，尽可能的降低成本，本实施例中对原有AMAT LK机台四个研磨头清洗器进行改进，即可使实施例一中的化学研磨机台配置所述研磨液晶体清洗器。本领域普通技术人员知晓现技术中的AMAT LK机台设置有四个研磨头清洗器，全部用于清洗研磨头，具体地，是在wet idle信号的驱动下工作清洗研磨头。本实施例中，申请人借用其中的两个研磨头清洗器用来作为研磨液晶体清洗器，而另外两个研磨头清洗器不变，仍然用来清洗研磨头。
需要说明的是，对于本领域普通技术人员来说，如果不考虑沿用现有AMAT LK机台的结构以降低机台成本的前提下，也可以在保持现有AMAT LK机台四个研磨头清洗器不变，而额外增加一研磨液晶体清洗器。由于同样是作为清洗用，该研磨液晶体清洗器的结构可以参考研磨头清洗器的结构进行设计，比如清洗用的液体来自同一容器，而是通过不同的管道分支分别输送到研磨头清洗器、研磨液晶体清洗器。
本实施例中，具体地，所述研磨液晶体清洗器在使研磨头清洗及晶圆装载器工作于研磨头清洗状态时的驱动信号控制下，清洗积聚在所述化学研磨机台上下盖板上刮伤晶圆的研磨液晶体。进一步地，在使研磨头清洗及晶圆装载器工作于研磨头清洗状态时的驱动信号wash head控制下，通过所述研磨液晶体清洗器装载的可调节的喷嘴喷洒液体，以清洗积聚在所述化学研磨机台上下盖板上刮伤晶圆的研磨液晶体。
需要说明的是，对于本领域普通技术人员来说，如果不考虑沿用现有AMAT LK机台的结构以降低机台成本的前提下，也可以在保持现有AMAT LK机台四个研磨头清洗器不变，而额外增加一研磨液晶体清洗器。由于同样是作为清洗用，该研磨液晶体清洗器的结构可以参考研磨头清洗器的结构进行设计，比如清洗用的液体来自同一容器，而是通过不同的管道分支分别输送到研磨头清洗器、研磨液晶体清洗器。
需要说明的是，对于本领域普通技术人员来说，如果不考虑沿用现有AMAT LK机台的结构以降低机台成本的前提下，保持现有AMAT LK机台四个研磨头清洗器不变，而额外增加研磨液晶体清洗器的话，额外配置的研磨液晶体清洗与所述研磨头清洗及晶圆装载器104的位置关系不限于直接相邻，只要可以实现对机台上下盖板上结晶清洗液的清洗即可。
实施例四：
图5为本发明实施例四清洗器的功能模块示意图；如图5所示，清洗器500可以包括：研磨头清洗器501和研磨液晶体清洗器502，所述研磨头清洗器501用于清洗研磨头，所述研磨液晶体清洗器502用于清洗积聚在化学研磨机台上下盖板上的刮伤晶圆的研磨液晶体。
需要说明的是，对于本领域普通技术人员来说，如果不考虑沿用现有AMAT LK机台的结构以降低机台成本的前提下，也可以在保持现有AMAT LK机台四个研磨头清洗器不变，而额外增加一研磨液晶体清洗器。由于同样是作为清洗用，该研磨液晶体清洗器的结构可以参考研磨头清洗器的结构进行设计，比如清洗用的液体来自同一容器，而是通过不同的管道分支分别输送到研磨头清洗器501、研磨液晶体清洗器502。
如前所述，如果沿用现有AMAT LK机台的设计，所述研磨液晶体清洗器402与化学研磨机台中的研磨头清洗及晶圆装载器直接相邻。需要说明的是，对于本领域普通技术人员来说，如果不考虑沿用现有AMAT LK机台的结构以降低机台成本的前提下，保持现有AMATLK机台四个研磨头清洗器不变，而额外增加研磨液晶体清洗器的话，额外配置的研磨液晶体清洗与所述研磨头清洗及晶圆装载器104的位置关系不限于直接相邻，只要可以实现对机台上下盖板上结晶清洗液的清洗即可。
图6为应用本发明上述实施例后产品良率曲线统计示意图；如图6所示，产品刮伤报废从1766PPM降到649PPM,产品刮伤从7768PPM降到1622PPM。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种降低晶圆被刮伤的化学机械研磨机台，其特征在于，包括：研磨盘、研磨头清洗器、研磨液晶体清洗器以及研磨头清洗及晶圆装载器，研磨头清洗器用于清洗研磨器，研磨液晶体清洗器用于清洗积聚在所述化学研磨机台上下盖板上刮伤晶圆的研磨液晶体，在使所述研磨头清洗及晶圆装载器工作于研磨头清洗状态时的驱动信号控制下，所述研磨液晶体清洗器清洗积聚在所述化学研磨机台上下盖板上刮伤晶圆的研磨液晶体；所述研磨液晶体清洗器装载有可调节、可旋转的喷嘴，用于在使所述研磨头清洗及晶圆装载器工作于研磨头清洗状态时的驱动信号控制下，喷洒液体，以清洗积聚在所述化学研磨机台上下盖板上刮伤晶圆的研磨液晶体。
2.根据权利要求1所述的研磨机台，其特征在于，所述研磨液晶体清洗器与研磨机台的研磨头清洗及晶圆装载器直接相邻。
3.一种降低晶圆被刮伤的方法，其特征在于，在化学机械研磨工艺中，包括：通过研磨头清洗器清洗研磨头；通过研磨液晶体清洗器清洗积聚在所述化学研磨机台上下盖板上的刮伤晶圆的研磨液晶体，所述研磨液晶体清洗器在使研磨头清洗及晶圆装载器工作于研磨头清洗状态时的驱动信号控制下，清洗积聚在所述化学研磨机台上下盖板上刮伤晶圆的研磨液晶体；所述研磨液晶体清洗器装载有可调节的喷嘴，用于在使所述研磨头清洗及晶圆装载器工作于研磨头清洗状态时的驱动信号控制下，喷洒液体，以清洗积聚在所述化学研磨机台上下盖板上刮伤晶圆的研磨液晶体。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在使研磨头清洗及晶圆装载器工作于研磨头清洗状态时的驱动信号控制下，通过所述研磨液晶体清洗器装载的可调节的喷嘴喷洒液体，以清洗积聚在所述化学研磨机台上下盖板上刮伤晶圆的研磨液晶体。
5.一种清洗器，其特征在于，包括：研磨头清洗器和研磨液晶体清洗器，所述研磨头清洗器用于清洗研磨头，所述研磨液晶体清洗器用于清洗积聚在化学研磨机台上下盖板上的刮伤晶圆的研磨液晶体；所述研磨液晶体清洗器装载有可调节的喷嘴，用于在使所述研磨头清洗及晶圆装载器工作于研磨头清洗状态时的驱动信号控制下，喷洒液体，以清洗积聚在所述化学研磨机台上下盖板上刮伤晶圆的研磨液晶体。
6.根据权利要求5所述的清洗器，其特征在于，所述研磨液晶体清洗器与化学研磨机台中的研磨头清洗及晶圆装载器直接相邻。
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CN109794845A (zh) * 2017-11-17 2019-05-24 台湾积体电路制造股份有限公司 加工半导体晶圆的方法、清洗方法及加工系统

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