CN104175211A - 一种防止化学机械研磨时微观刮伤的研磨方法 - Google Patents

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Abstract

一种防止化学机械研磨时微观刮伤的研磨方法，该方法中对晶圆依次进行第一研磨平台的第一道次粗磨、第二研磨平台依次进行的第二道次粗磨和精磨的流水研磨处理，并通过增加一套研磨液供给系统，以在晶圆表面上还剩下总的需研磨厚度的1/3～1/4时，开始进行精磨的研磨处理，并开始投入使用该增加的研磨液供给系统，该研磨液供给系统只在该精磨中使用，且该研磨液中的粒度不到粗磨过程中使用的粒度的一半；使用本发明的方法，能在不影响化学机械研磨效率的前提下，而通过小直径研磨颗粒的精磨以修复在粗磨中大直径研磨颗粒在晶圆表面造成的刮伤，能提高晶圆的质量和使用寿命。

Description

一种防止化学机械研磨时微观刮伤的研磨方法
技术领域
本发明涉及集成电路制造技术领域，更具体地说，涉及一种防止晶圆微观刮伤的化学机械研磨方法。
背景技术
在集成电路的晶圆生产过程中，需要使用化学机械研磨机台对晶圆进行研磨处理，以使晶圆表面整体平坦化。如图1，图1为具有不同研磨平台的研磨机的俯视图；图1中,晶圆承载器13以真空负压的方式吸附住晶圆载入装置21载入的晶圆，晶圆承载器的转轴12可把晶圆承载器13及其夹持的晶圆从载入位依次转移到第一研磨平台11上进行研磨，然后转移到第二研磨平台10上进行研磨，再然后转移到晶圆后处理平台22上经过后处理，则晶圆即可取出研磨台了；晶圆承载器的转轴12每转动90度的角度，就会从晶圆载入装置21处载入一个晶圆，并依次完成上述的循环研磨和后处理流程，以提高研磨平台的利用率，其中，第一研磨平台的研磨垫平整器7和第二研磨平台的研磨垫平整器6对第一研磨平台的研磨垫和第二研磨平台的研磨垫进行整理，另外还有第一槽到第一研磨平台的研磨液输送管5和第一槽到第二研磨平台的研磨液输送管4，以分别为第一研磨平台11和第二研磨平台10提供研磨液。
请参阅图2，图2为现有技术中在化学机械研磨机台的第一研磨平台和第二研磨平台上进行晶圆研磨的示意图；第一研磨平台和第二研磨平台转动的传动机构20带动第一研磨平台11和第二研磨平台10转动，第一研磨平台的研磨垫平整器7和第二研磨平台的研磨垫平整器6对第一研磨平台的研磨垫9和第二研磨平台的研磨垫8进行整理，晶圆承载器13以真空负压的方式吸附住第一晶圆14，并以一定的压力把第一晶圆14压在第一研磨平台的研磨垫9上转动，并晶圆承载器13以真空负压的方式吸附住第一晶圆14，并以一定的压力把第一晶圆的前一块晶圆24压在第二研磨平台的研磨垫8上转动，第一槽1的第一槽到第一研磨平台的控制阀3打开，原第一槽的研磨液15通过第一槽到第一研磨平台的研磨液输送管5，输送到第一研磨平台的研磨垫9上，第一槽到第二研磨平台的控制阀2打开，原第一槽的研磨液15通过第一槽到第二研磨平台的研磨液输送管4，输送到第二研磨平台的研磨垫8上；如图3，图3为现有技术中在化学机械研磨机台的第一研磨平台和第二研磨平台上进行晶圆转换位置的示意图；图3中，晶圆承载器的转轴12把晶圆承载器13及其夹持的晶圆转动了90度，此时，第一晶圆14在第二研磨平台10上，第二晶圆25在第一研磨平台11上，第一槽到第二研磨平台的控制阀2和第一槽到第一研磨平台的控制阀3仍处于打开状态；因为原第一槽的研磨液15中的研磨颗粒为大直径的颗粒，所以用原第一槽的研磨液15进行的研磨称为粗磨；通过上述第一研磨平台和第二研磨平台的研磨，以使晶圆表面整体平坦化。
在现有技术中，使用化学机械研磨机台对晶圆进行研磨处理时，目前业界的先进方法是，在第一研磨平台和第二研磨平台上研磨晶圆时，共用一个研磨液的槽体，所以其是使用相同的研磨液，且为了减少晶圆进行研磨时的刮伤问题，在研磨液中可使用比粗磨时的研磨颗粒更小的研磨颗粒，用这种比粗磨更小的研磨颗粒进行的研磨称为精磨，但因为第一研磨平台和第二研磨平台共用一个研磨液的槽体，则在第一研磨平台和第二研磨平台上研磨晶圆时，都是用的小颗粒研磨液进行的精磨，所以研磨速度都会减小，所以为了提高研磨的效率，研磨液中普遍使用比较大的研磨颗粒。
然而，本领域技术人员清楚，目前的这种两个研磨平台上共用一种研磨液的化学机械研磨方法，特别是在40nm以下的晶圆制造过程中，其研磨液中含有的比较大的研磨颗粒虽提高了研磨效率，但会造成晶圆表面的微观刮伤问题，降低了晶圆制造的成功率，减小了晶圆的使用寿命。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种防止化学机械研磨时微观刮伤的研磨方法，在不影响化学机械研磨效率的前提下，减少微观刮伤问题，提高晶圆的质量和使用寿命。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于开发一种化学机械研磨方法，在不影响化学机械研磨效率的前提下，减少微观刮伤问题，以提高晶圆的质量和使用寿命。
为实现上述目的，本发明提供了一种防止化学机械研磨时微观刮伤的研磨方法，该方法中对晶圆依次进行第一研磨平台的第一道次粗磨、第二研磨平台依次进行的第二道次粗磨和精磨的流水研磨处理，并通过增加一套研磨液供给系统，以在晶圆表面上还剩下总的需研磨厚度的1/3～1/4时，开始进行精磨的研磨处理，并开始投入使用该增加的研磨液供给系统，该研磨液供给系统只在该精磨中使用，且该研磨液中的粒度不到粗磨过程中使用的粒度的一半；使用本发明的方法，能在不影响化学机械研磨效率的前提下，而通过小直径研磨颗粒的精磨以修复在粗磨中大直径研磨颗粒在晶圆表面造成的刮伤，能提高晶圆的质量和使用寿命。本发明的技术方案如下：
一种防止化学机械研磨时微观刮伤的研磨方法，使用具有至少两个研磨平台的研磨机，依次对晶圆进行流水研磨处理，包括如下步骤：
步骤S01：在第一研磨平台对第一晶圆进行第一道次粗磨；
步骤S02：将所述第一晶圆从所述第一研磨平台移至第二研磨平台继续依次进行第二道次粗磨和精磨，并利用精磨去除粗磨产生的晶圆表面微观刮伤，同时，继续在所述第一研磨平台对第二晶圆进行第一道次粗磨；其中，第二道次粗磨及精磨的合计研磨时间与第一道次粗磨研磨时间相匹配；
步骤S03：将所述第一晶圆从所述第二研磨平台移出，并将所述第二晶圆移至所述第二研磨平台继续依次进行第二道次粗磨和精磨；
步骤S04：重复上述步骤，继续对后续晶圆依次在所述第一研磨平台进行第一道次粗磨、在所述第二研磨平台依次进行第二道次粗磨和精磨的流水研磨处理。
优选地，第二道次粗磨及精磨的合计研磨时间不长于第一道次粗磨研磨时间。
优选地，第一道次粗磨时，当剩余研磨厚度达到总研磨厚度的2/3～1/2时，切换至第二道次粗磨。
优选地，第二道次粗磨时，当剩余研磨厚度达到总研磨厚度的1/3～1/4时，切换至精磨。
此处设计的目的在于，粗磨与精磨时的研磨压力可根据不同研磨速度的需要进行调整，以使第二道次粗磨及精磨的合计研磨时间不长于第一道次粗磨研磨时间；在所述第一晶圆表面上还剩下总的需研磨厚度的2/3～1/2时，再开始进行第二道次粗磨，并且在所述第一晶圆表面上还剩下总的需研磨厚度的1/3～1/4时，再开始进行精磨，以保证不影响化学机械研磨的效率；研磨的厚度是通过研磨的时间进行控制的，针对不同的晶圆，在实践中形成了不同的研磨速度经验值，依据该经验值，可以通过研磨时间来控制具体的总的需研磨厚度。
优选地，研磨时采用的精磨研磨液中的研磨颗粒粒度小于粗磨研磨液中的研磨颗粒粒度。
优选地，所述精磨研磨液中的研磨颗粒粒度至多为所述粗磨研磨液中的研磨颗粒粒度的一半。
优选地，第二道次粗磨后，先用纯水冲洗所述晶圆表面，然后，再进行精磨。
此处设计的目的在于，在所述第二研磨平台所进行的第二道次粗磨完成后，用纯水将所述第一晶圆表面的第二道次粗磨研磨液冲洗干净，然后，再进行精磨，以防止所述粗磨时的研磨液中的研磨颗粒对所述精磨时的研磨液的污染；所述粗磨研磨液中的研磨颗粒粒度不小于原第一槽的研磨液中的研磨颗粒粒度，以提高研磨效率；所述精磨的研磨液中的粒度至多为所述粗磨的研磨液中的粒度的一半，以使精磨的研磨液在研磨中能够修复在粗磨中大直径研磨颗粒在晶圆表面造成的刮伤，能提高晶圆的质量和使用寿命。
从上述技术方案可以看出，本发明一种防止化学机械研磨时微观刮伤的研磨方法，该方法中对晶圆依次进行第一研磨平台的第一道次粗磨、第二研磨平台依次进行的第二道次粗磨和精磨的流水研磨处理，并通过增加一套研磨液供给系统，以在晶圆表面上还剩下总的需研磨厚度的1/3～1/4时，开始进行精磨的研磨处理，并开始投入使用该增加的研磨液供给系统，该研磨液供给系统只在该精磨中使用，且该研磨液中的粒度不到粗磨过程中使用的粒度的一半；使用本发明的方法，能在不影响化学机械研磨效率的前提下，而通过小直径研磨颗粒的精磨以修复在粗磨中大直径研磨颗粒在晶圆表面造成的刮伤，能提高晶圆的质量和使用寿命。
以下将结合附图对本发明的构思、具体流程及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1为具有不同研磨平台的研磨机的俯视图；
图2为现有技术中在化学机械研磨机台的第一研磨平台和第二研磨平台上进行晶圆研磨的示意图；
图3为现有技术中在化学机械研磨机台的第一研磨平台和第二研磨平台上进行晶圆转换位置的示意图；
图4为本发明的对晶圆研磨的流程框图；
图5为本发明中晶圆被载入到第一研磨平台后用大颗粒研磨液在第一研磨平台和第二研磨平台上进行粗磨的示意图；
图6为本发明中晶圆被载入到第一研磨平台后用大颗粒研磨液在第一研磨平台粗磨,而第二研磨平台上同时进行小颗粒精磨的示意图；
图7为本发明中晶圆被转换到第二研磨平台后用大颗粒研磨液在第一研磨平台和第二研磨平台上进行粗磨的示意图；
图8为本发明中晶圆被转换到第二研磨平台后用小颗粒研磨液在第二研磨平台精磨,同时第一研磨平台上进行大颗粒粗磨的示意图。
图中，1为第一槽，2为第一槽到第二研磨平台的控制阀，3为第一槽到第一研磨平台的控制阀，4为第一槽到第二研磨平台的研磨液输送管，5为第一槽到第一研磨平台的研磨液输送管，6为第二研磨平台的研磨垫平整器，7为第一研磨平台的研磨垫平整器，8为第二研磨平台的研磨垫，9为第一研磨平台的研磨垫，10为第二研磨平台，11为第一研磨平台，12为晶圆承载器的转轴，13为晶圆承载器，14为第一晶圆，15为原第一槽的研磨液，16为第二槽，17为第二槽的研磨液，18为第二槽到第二研磨平台的控制阀，19为第二槽到第二研磨平台的研磨液输送管，20为第一研磨平台和第二研磨平台转动的传动机构，21为晶圆载入装置，22为晶圆后处理平台，23为改进后第一槽的研磨液，24为第一晶圆的前一块晶圆，25为第二晶圆。
具体实施方式
下面结合附图4～8，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
需要说明的是，在下述实施例中，以铜填充后的晶圆为例进行说明。
请参阅图4，图4为本发明的对晶圆研磨的流程框图；其说明了一种防止化学机械研磨时微观刮伤的研磨方法，包括，第一研磨平台和第二研磨平台转动的传动机构20带动所述第一研磨平台11和所述第二研磨平台10转动，第一研磨平台的研磨垫平整器7和第一研磨平台的研磨垫平整器6对第一研磨平台的研磨垫9和第二研磨平台的研磨垫8进行整理；所述研磨方法包括：
步骤S01：请参阅图5，图5为本发明中晶圆被载入到第一研磨平台后用大颗粒研磨液在第一研磨平台和第二研磨平台上进行粗磨的示意图，第一槽11的第一槽到第一研磨平台的控制阀3打开，改进后第一槽的研磨液23通过第一槽到第一研磨平台的研磨液输送管5，输送到所述第一研磨平台的研磨垫9上；晶圆承载器13使载入的第一晶圆14在所述第一研磨平台的研磨垫9上带压力转动，以用所述改进后第一槽的研磨液23在所述第一研磨平台11上对所述第一晶圆14进行第一道次粗磨；并在第二研磨平台10上，先是第二槽到第二研磨平台的控制阀18关闭，第一槽到第二研磨平台的控制阀2打开，改进后第一槽的研磨液23通过第一槽到第二研磨平台的研磨液输送管4，输送到所述第二研磨平台的研磨垫8上；晶圆承载器13使第一晶圆的前一块晶圆24在所述第二研磨平台的研磨垫8上带压力转动，以用所述改进后第一槽的研磨液23在所述第二研磨平台10上对所述第一晶圆的前一块晶圆24进行第二道次粗磨；
然后请参阅图6，图6本发明中晶圆被载入到第一研磨平台后用大颗粒研磨液在第一研磨平台粗磨,而第二研磨平台上同时进行小颗粒精磨的示意图，是第二槽到第二研磨平台的控制阀18打开，第一槽到第二研磨平台的控制阀2关闭，第二槽的研磨液17通过第二槽到第二研磨平台的研磨液输送管19，输送到所述第二研磨平台的研磨垫8上；晶圆承载器13使第一晶圆的前一块晶圆24在所述第二研磨平台的研磨垫8上带压力转动，以用所述第二槽的研磨液17在所述第二研磨平台10上对所述第一晶圆的前一块晶圆24进行精磨；在实施例中，在所述第一晶圆14表面上还剩下总的需研磨厚度的1/2时，再开始进行第二道次粗磨；
步骤S02：请参阅图7，图7为本发明中晶圆被转换到第二研磨平台后用大颗粒研磨液在第一研磨平台和第二研磨平台上进行粗磨的示意图，通过所述晶圆承载器的转轴12把所述晶圆承载器13及其夹持的第一晶圆14从所述第一研磨平台11转移到所述第二研磨平台10上；在第一研磨平台11上进行第二晶圆25的第一道次粗磨；在所述第二研磨平台10上，所述第二槽到第二研磨平台的控制阀18关闭，所述第一槽到第二研磨平台的控制阀2打开，所述改进后第一槽的研磨液23通过第一槽到第二研磨平台的研磨液输送管4，输送到所述第二研磨平台的研磨垫8上；所述晶圆承载器13使所述第一晶圆14在所述第二研磨平台的研磨垫8上带压力转动，以用所述改进后第一槽的研磨液23在所述第二研磨平台10上对所述第一晶圆14进行第二道次粗磨；在实施例中，在所述第一晶圆14表面上还剩下总的需研磨厚度的1/4时，再开始进行精磨；
请参阅图8，图8为本发明中晶圆被转换到第二研磨平台后用小颗粒研磨液在第二研磨平台精磨,同时第一研磨平台上进行大颗粒粗磨的示意图，所述第一槽到第二研磨平台的控制阀2关闭，所述第二槽到第二研磨平台的控制阀18打开，所述第二槽的研磨液17通过所述第二槽到第二研磨平台的研磨液输送管19，输送到所述第二研磨平台的研磨垫8上；所述晶圆承载器13使所述第一晶圆14在所述第二研磨平台的研磨垫8上带压力转动，以用所述第二槽的研磨液17在所述第二研磨平台10上继续对所述第一晶圆14进行精磨；所述第二槽的研磨液17中的研磨颗粒小于所述改进后第一槽的研磨液23中的研磨颗粒；所述第一晶圆14在所述第二研磨平台10上进行第二道次粗磨和精磨的时间之和等于所述第一晶圆14在所述第一研磨平台11上进行粗磨的时间；
步骤S03：将所述第一晶圆14从所述第二研磨平台10移出，并将所述第二晶圆25移至所述第二研磨平台10继续依次进行第二道次粗磨和精磨；
步骤S04：重复上述步骤，继续对后续晶圆依次在所述第一研磨平台11进行第一道次粗磨、在所述第二研磨平台10依次进行第二道次粗磨和精磨的流水研磨处理。
在所述第一晶圆14表面上还剩下总的需研磨厚度的1/2时，再开始进行第二道次粗磨，并且在所述第一晶圆14表面上还剩下总的需研磨厚度的1/4时，再开始进行精磨，并且在实施例中，粗磨与精磨时的研磨压力可根据不同研磨速度的需要进行调整，以使第二道次粗磨及精磨的合计研磨时间不长于第一道次粗磨研磨时间，以保证不影响化学机械研磨的效率；研磨的厚度是通过研磨的时间进行控制的，针对不同的晶圆，在实践中形成了不同的研磨速度经验值，依据该经验值，可以通过研磨时间来控制具体的总的需研磨厚度。
在实施例中，所述第二槽的研磨液17中的粒度为所述改进后第一槽的研磨液23中的粒度的一半。
在实施例中，在所述第二研磨平台10上所进行的第二道次粗磨完成后，先用纯水对所述第二研磨平台的研磨垫8上的研磨液和所述第一晶圆14上的研磨液进行清洁冲洗，然后，再进行精磨。
在实施例中，改进后第一槽的研磨液23中的研磨颗粒的粒度不小于原第一槽的研磨液15中的研磨颗粒的粒度，以提高研磨的效率，以尽可能的提高研磨的效率，并且大粒度的研磨颗粒造成的晶圆刮伤，可以通过后续的第二研磨平台10上所进行的精磨进行修复；并且所述第二研磨平台10上所进行的第二道次粗磨完成后，先用纯水对所述第二研磨平台的研磨垫8上的研磨液和所述第一晶圆14上的研磨液进行清洁冲洗，然后再进行精磨，以防止改进后第一槽的研磨液23中的研磨颗粒对第二槽的研磨液17的污染；所述第二槽的研磨液17中的粒度至多为所述改进后第一槽的研磨液23中的粒度的一半，以使第二槽的研磨液17在研磨中能够修复在粗磨中大直径研磨颗粒在第一晶圆14表面造成的刮伤，能提高晶圆的质量和使用寿命。
从上述实施例可以看出，本发明一种防止化学机械研磨时微观刮伤的研磨方法，该方法中对晶圆依次进行第一研磨平台的第一道次粗磨、第二研磨平台依次进行的第二道次粗磨和精磨的流水研磨处理，并通过增加一套研磨液供给系统，以在晶圆表面上还剩下总的需研磨厚度的1/3～1/4时，开始进行精磨的研磨处理，并开始投入使用该增加的研磨液供给系统，该研磨液供给系统只在该精磨中使用，且该研磨液中的粒度不到粗磨过程中使用的粒度的一半；使用本发明的方法，能在不影响化学机械研磨效率的前提下，而通过小直径研磨颗粒的精磨以修复在粗磨中大直径研磨颗粒在晶圆表面造成的刮伤，能提高晶圆的质量和使用寿命。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种防止化学机械研磨时微观刮伤的研磨方法，使用具有至少两个研磨平台的研磨机，依次对晶圆进行流水研磨处理，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S01：在第一研磨平台对第一晶圆进行第一道次粗磨；
步骤S02：将所述第一晶圆从所述第一研磨平台移至第二研磨平台继续依次进行第二道次粗磨和精磨，并利用精磨去除粗磨产生的晶圆表面微观刮伤，同时，继续在所述第一研磨平台对第二晶圆进行第一道次粗磨；其中，第二道次粗磨及精磨的合计研磨时间与第一道次粗磨研磨时间相匹配；
步骤S03：将所述第一晶圆从所述第二研磨平台移出，并将所述第二晶圆移至所述第二研磨平台继续依次进行第二道次粗磨和精磨；
步骤S04：重复上述步骤，继续对后续晶圆依次在所述第一研磨平台进行第一道次粗磨、在所述第二研磨平台依次进行第二道次粗磨和精磨的流水研磨处理。
2.如权利要求1所述的防止化学机械研磨时微观刮伤的研磨方法，其特征在于，第二道次粗磨及精磨的合计研磨时间不长于第一道次粗磨研磨时间。
3.如权利要求1所述的防止化学机械研磨时微观刮伤的研磨方法，其特征在于，第一道次粗磨时，当剩余研磨厚度达到总研磨厚度的2/3～1/2时，切换至第二道次粗磨。
4.如权利要求1所述的防止化学机械研磨时微观刮伤的研磨方法，其特征在于，第二道次粗磨时，当剩余研磨厚度达到总研磨厚度的1/3～1/4时，切换至精磨。
5.如权利要求1所述的防止化学机械研磨时微观刮伤的研磨方法，其特征在于，研磨时采用的精磨研磨液中的研磨颗粒粒度小于粗磨研磨液中的研磨颗粒粒度。
6.如权利要求5所述的防止化学机械研磨时微观刮伤的研磨方法，其特征在于，所述精磨研磨液中的研磨颗粒粒度至多为所述粗磨研磨液中的研磨颗粒粒度的一半。
7.如权利要求1所述的防止化学机械研磨时微观刮伤的研磨方法，其特征在于，第二道次粗磨后，先用纯水冲洗所述晶圆表面，然后，再进行精磨。
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