CN104416466A

CN104416466A - 一种用于化学机械抛光工艺的抛光垫修整方法

Info

Publication number: CN104416466A
Application number: CN201310376775.4A
Authority: CN
Inventors: 胡平; 张健
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2013-08-26
Filing date: 2013-08-26
Publication date: 2015-03-18

Abstract

本发明提供一种用于化学机械抛光工艺的抛光垫修整方法，所述抛光垫修整方法至少包括步骤：提供修整器，以设定的压力将所述修整器压于抛光垫上；提供抛光头，所述抛光头夹持晶圆与所述抛光垫接触；完成每片晶圆抛光工艺的时间内，所述修整器修整抛光垫至少两次。本发明提供的用于化学机械抛光的抛光垫修整方法能够使晶圆在抛光过程中保持稳定的抛光率，提高产品良率。本发明方案简单，便于工业化应用。

Description

一种用于化学机械抛光工艺的抛光垫修整方法

技术领域

本发明涉及半导体工艺领域，特别是涉及一种用于化学机械抛光工艺的抛光垫修整方法。

背景技术

在半导体工艺流程中，化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing，CMP）是非常重要的一道工序，有时也称之为化学机械平坦化（Chemical Mechanical Planarization，CMP）。所谓化学机械抛光，它是采用化学与机械综合作用从半导体硅片上去除多余材料，并使其获得平坦表面的工艺过程。现有的化学机械抛光装置如图1所示。具体来说，这种抛光方法通常是在抛光头2的夹持下将晶圆3压于一高速旋转的抛光垫1上，并在包含有抛光液5和抛光颗粒的抛光浆料的作用下通过抛光垫1与晶圆3的相互摩擦达到平坦化的目的，由此看来，抛光垫1表面性能的好坏直接会影响抛光的质量。在化学机械抛光过程中，被抛光下来的碎屑以及抛光垫1表面的抛光浆料会慢慢地填入抛光垫中，时间一长，抛光垫1表面将发硬发亮，形成釉面，变得打滑，无法再进行抛光。因而，对抛光垫1表面的保养是抛光工艺中必不可少的步骤，否则会影响晶片抛光的质量。

一般，晶圆要经过三步抛光才能完成抛光工艺，分别为粗抛、第一次精抛、第二次精抛。其中，第二次精抛是形成高质量平坦表面的一个至为关键的步骤。在第二次精抛（简称抛光）工艺中，为了使抛光工艺顺利进行，需使用修整器4对抛光垫的表面进行梳理调整，如图1所示修整器4。现有对抛光垫的修整方法是在进行每一片晶圆抛光时，修整器4对抛光垫仅进行一次修整，并且修整时间一般在整个抛光时间的前半部分，如图2所示为现有的对抛光垫进行修整时的时序图。但是，利用这种修整方法来修整抛光垫后发现，随着越来越多的晶圆抛光工艺的进行，对于某些材料的抛光，抛光率会升高，而对于另一些材料的抛光，其抛光率又会降低，总之，晶圆的抛光率会变得不稳定，这对整个工艺的稳定性和可靠性将会造成很大的影响。目前，技术人员采用延长或缩短修整器的修整时间来解决抛光的抛光率问题，但是结果显示抛光率不稳定的问题仍然存在。

因此，提供一种改进的用于化学机械抛光光工艺的抛光垫修整方法是本领域技术人员需要解决的课题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于化学机械抛光工艺的抛光垫修整方法，用于解决现有技术中晶圆抛光率不稳定的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于化学机械抛光工艺的抛光垫修整方法，所述抛光垫修整方法至少包括：

提供修整器，以设定的压力将所述修整器压于抛光垫上；

提供抛光头，所述抛光头夹持晶圆并使晶圆与所述抛光垫接触；

完成每片晶圆抛光工艺的时间内，所述修整器修整抛光垫至少两次。

作为本发明的用于化学机械抛光工艺的抛光垫修整方法的一种优选方案，修整器修整抛光垫的总时间为T1，时间T1的范围为5～400秒。

作为本发明的用于化学机械抛光工艺的抛光垫修整方法的一种优选方案，修整器每次修整抛光垫的平均时间为T2，时间T2的范围为5～50秒。

作为本发明的用于化学机械抛光工艺的抛光垫修整方法的一种优选方案，所述修整器修整抛光垫的总时间T1占晶圆抛光总时间的百分比范围为5%～80%。

作为本发明的用于化学机械抛光工艺的抛光垫修整方法的一种优选方案，所述设定的压力范围为0.1～20磅。

作为本发明的用于化学机械抛光工艺的抛光垫修整方法的一种优选方案，所述抛光垫覆盖于一抛光平台上，所述抛光平台带动抛光垫以设定的转速旋转，所述抛光平台的转速的范围为20～200转/分钟。

作为本发明的用于化学机械抛光工艺的抛光垫修整方法的一种优选方案，所述修整器修整抛光垫时，修整器以设定的转速旋转，所述修整器的转速范围为20～200转/分钟。

作为本发明的用于化学机械抛光工艺的抛光垫修整方法的一种优选方案，所述修整器包括基底和通过固定层设置在所述基底上的磨料颗粒，所述磨料颗粒与抛光垫接触。

作为本发明的用于化学机械抛光工艺的抛光垫修整方法的一种优选方案，所述磨料颗粒为金刚石。

如上所述，本发明的用于化学机械抛光的抛光垫修整方法，具有以下有益效果：所述抛光垫修整方法包括：提供修整器，以设定的压力将所述修整器压于抛光垫上；提供抛光头，所述抛光头夹持晶圆与所述抛光垫接触；完成每片晶圆抛光工艺的时间内，所述修整器修整抛光垫至少两次。本发明采用修整器间歇性地修整抛光垫，能够使晶圆在抛光过程中保持稳定的抛光率，提高产品良率。本发明方案简单，便于工业化应用。

附图说明

图1为现有技术的化学机械抛光装置示意图。

图2为现有技术的修整器修整抛光垫的时序图。

图3为本发明的修整器修整抛光垫的时序图。

图4为本发明的用于化学机械抛光工艺的抛光垫修整方法流程图。

图5为本发明与现有的晶圆抛光率比较图。

图6为本发明与现有的晶圆抛光时间对比图。

元件标号说明

S1～S3 步骤

1 抛光垫

2 抛光头

3 晶圆

4 修整器

5 抛光液

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图4所示，本发明提供一种用于化学机械抛光工艺的抛光垫修整方法，该用于化学机械抛光垫的抛光垫的修整方法至少包括步骤：

首先进行步骤S1，提供修整器，以设定的压力将所述修整器压于抛光垫上。

所述抛光垫覆盖于一抛光平台上，所述抛光平台带动抛光垫以设定的转速旋转。所述抛光平台的转速为20～200转/分钟。本实施例中，所述抛光平台的转速为100转/分钟。所述抛光垫可以是单层或双层结构抛光垫，本实施例中，所述抛光垫为双层结构，其上层为硬质抛光垫，与抛光液一起抛光置于其上的晶圆；下层为软质抛光垫，可作为抛光平台和抛光垫的界面。所述抛光垫表面具有分布抛光液的凹槽结构。

所述修整器包括基底和磨料颗粒。所述基底为圆形且由金属材料制成。本实施例中，所述基底的材料为不锈钢。所述磨料颗粒通过一固定层设置在所述基底上。其中，所述固定层可以是粘结剂，也可以是其他任何能将磨料颗粒固定于基底上的材料。所述磨料颗粒与抛光垫接触，用于对抛光垫进行梳理调整。进一步地，所述磨料颗粒为金刚石。另外，所述磨料颗粒在基底上的排布方式不限，以能有效地将抛光垫上的污垢清除为准。

所述修整器以设定的压力压于抛光垫，所述设定的压力范围为0.1～20磅。本实施例中，所述设定的压力为2磅。

然后进行步骤S2，提供抛光头，所述抛光头夹持晶圆并使晶圆与所述抛光垫接触。

所述抛光头上还连接有使抛光头旋转的动力杆，抛光头带动晶圆以相同的转速旋转，从而实现晶圆表面的抛光。

需要说明的是，步骤S1和S2的工艺顺序可以互换，不影响本发明的方案和有益效果。

在晶圆抛光的过程中，为了避免抛光垫上的硬化的抛光液划伤晶圆表面，采用修整器对抛光垫进行修理，修理时，修整器相对于抛光垫高速旋转，并以设定的轨迹在抛光垫上运动，在旋转过程中，修整器下表面的超硬磨料颗粒会嵌入到抛光垫凹槽中以及抛光垫表面，将硬化的抛光液梳理出来，从而去除硬化的抛光液。

最后进行步骤S3，在完成每片晶圆抛光工艺的时间内，所述修整器修整抛光垫至少两次。

所述修整器修整抛光垫时，修整器以设定的转速旋转，所述修整器的转速范围为20～200转/分钟，本实施例中，所述修整器的转速为100转/分钟。

本步骤进行晶圆的抛光工艺的同时，所述修整器是间歇性地修整所述抛光垫。其中，修整器修整抛光垫的总时间为T1，时间T1的范围为5～400秒；修整器每次修整抛光垫的平均时间为T2，时间T2的范围为5～50秒；修整器修整抛光垫的总时间T1占抛光总时间的百分比范围为5%～80%。

作为一个例子，若抛光垫抛光一片晶圆总共需要300秒，则可以设置修整器修理抛光垫三次，每次修整抛光垫的时间T2为50秒，那么修整器修整抛光垫的总时间T1为3*50=150秒，修整器修整抛光垫的总时间T2占抛光总时间他的百分比为150/300=0.5，即50%。

作为一个例子，所述修整器修整抛光垫的次数为五次，如图3所示。

作为一个例子，图5所示为13片晶圆抛光时的抛光率变化情况，其中，用于夹持每一片晶圆的抛光头为同一抛光头。图5中上方的三条线是通过本发明的修整方法修整抛光垫得到的晶圆抛光率变化曲线，修整的总时间分别占抛光总时间的25%、37.5%和50%；图5中最下方的曲线是通过现有的修整方法修整抛光垫得到的晶圆抛光率变化曲线。由图5可以看到，通过本发明的修整方法修整的抛光垫，13片晶圆抛光时抛光率基本保持稳定，而通过现有的修整方法修整的抛光垫，13片晶圆的抛光率呈现上升的趋势。因此，本发明提供的用于化学机械抛光工艺的抛光垫的修整方法，能够使晶圆的抛光率保持高稳定性。

作为一个例子，图6所示为本发明与现有技术的25片晶圆的抛光时间对比图，其中，25片晶圆在同等的抛光条件下进行抛光，并且控制每一片晶圆的抛光厚度相同。图6中上方的曲线是通过本发明的修整方法修整抛光垫得到的25片晶圆抛光时间的变化，下方的曲线是通过现有的修整方法修整抛光垫得到的25片晶圆抛光时间的变化。由图6可以看出，通过本发明的修整方法修整的抛光垫，25片晶圆达到相同厚度时所使用的抛光时间较稳定；而通过现有的修整方法修整的抛光垫，25片晶圆达到相同厚度时所使用的抛光时间变化较大，这也从侧面了反映了本发明提供的用于化学机械抛光工艺的抛光垫的修整方法，在同等的抛光条件下，修整后的抛光垫能够使晶圆的抛光速率更加稳定。

综上所述，本发明提供一种用于化学机械抛光工艺的抛光垫修整方法，所述抛光垫修整方法包括：提供修整器，以设定的压力将所述修整器压于抛光垫上；提供抛光头，所述抛光头夹持晶圆与所述抛光垫接触；完成每片晶圆抛光工艺的时间内，所述修整器修整抛光垫至少两次。本发明采用修整器间歇性地修整抛光垫，能够使晶圆在抛光过程中保持稳定的抛光率，提高产品良率。本发明方案简单，便于工业化应用。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种用于化学机械抛光工艺的抛光垫修整方法，其特征在于，所述抛光垫修整方法至少包括步骤：

提供修整器，以设定的压力将所述修整器压于抛光垫上；

2.根据权利要求1所述的用于化学机械抛光工艺的抛光垫修整方法，其特征在于：修整器修整抛光垫的总时间为T1，时间T1的范围为5～400秒。

3.根据权利要求1所述的用于化学机械抛光工艺的抛光垫修整方法，其特征在于：修整器每次修整抛光垫的平均时间为T2，时间T2的范围为5～50秒。

4.根据权利要求2所述的用于化学机械抛光工艺的抛光垫修整方法，其特征在于：所述修整器修整抛光垫的总时间T1占晶圆抛光总时间的百分比范围为5%～80%。

5.根据权利要求1所述的用于化学机械抛光工艺的抛光垫修整方法，其特征在于：所述设定的压力范围为0.1～20磅。

6.根据权利要求1所述的用于化学机械抛光工艺的抛光垫修整方法，其特征在于：所述抛光垫覆盖于一抛光平台上，所述抛光平台带动抛光垫以设定的转速旋转，所述抛光平台的转速的范围为20～200转/分钟。

7.根据权利要求1所述的用于化学机械抛光工艺的抛光垫修整方法，其特征在于：所述修整器修整抛光垫时，修整器以设定的转速旋转，所述修整器的转速范围为20～200转/分钟。

8.根据权利要求1所述的用于化学机械抛光工艺的抛光垫修整方法，其特征在于：所述修整器包括基底和通过固定层设置在所述基底上的磨料颗粒，所述磨料颗粒与抛光垫接触。

9.根据权利要求8所述的用于化学机械抛光工艺的抛光垫修整方法，其特征在于：所述磨料颗粒为金刚石。