CN107414664A - 一种化学机械研磨设备及化学机械研磨的方法 - Google Patents

一种化学机械研磨设备及化学机械研磨的方法 Download PDF

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CN107414664A CN201610345152.4A CN201610345152A CN107414664A CN 107414664 A CN107414664 A CN 107414664A CN 201610345152 A CN201610345152 A CN 201610345152A CN 107414664 A CN107414664 A CN 107414664A
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Abstract

本发明涉及一种化学机械研磨设备及化学机械研磨的方法。所述方法包括:在第一研磨盘上对基片进行第一研磨,其中所述基片划分为五个以上的研磨区域,研磨至所述研磨区域中的任何一个的基片厚度达到第一预定值,并比较所述研磨区域的基片厚度;在第二研磨盘上对所述基片进行第二研磨,根据比较的结果调节对所述研磨区域施加的压力比,直到所述研磨区域的基片厚度相等;以及在所述第二研磨步骤之后在所述第二研磨盘上对所述基片进行第三研磨,在所述第三研磨过程中所述基片往复移动。所述方法可以保证所述晶圆的边缘轮廓的性能,从而使整个晶圆具有更为均一的厚度,使得晶圆的良率进一步提高。

Description

一种化学机械研磨设备及化学机械研磨的方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域,具体而言涉及一种化学机械研磨设备及化学机械研磨的方法。
背景技术
化学机械研磨是一种常用的实现表面全局平坦化的方法,其是化学腐蚀作用和机械去除作用相结合的加工技术。现有的化学机械研磨的方法一般是将基片夹持在研磨头上,并通过研磨头向基片施加一定的压力,使其在研磨头的带动下在研磨盘上旋转而研磨。在该过程中,可能会存在基片的中心区域和边缘区域研磨速率不一致,影响基片的片内均匀性。
因此,有必要提出一种化学机械研磨设备及化学机械研磨的方法,以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念,这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征,更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
为了克服目前存在的问题,本发明提供了一种化学机械研磨的方法,所述方法包括:
在第一研磨盘上对基片进行第一研磨,其中所述基片划分为五个以上的研磨区域,研磨至所述研磨区域中的任何一个的基片厚度达到第一预定值,并比较所述研磨区域的基片厚度;
在第二研磨盘上对所述基片进行第二研磨,根据比较的结果调节对所述研磨区域施加的压力比,直到所述研磨区域的基片厚度相等;以及
在所述第二研磨盘上对所述基片进行第三研磨,在所述第三研磨过程中所述基片往复移动。
可选地,在所述第二研磨过程中,当所述研磨区域中的任何一个的基片厚度大于所述第一预定值时,则增加该研磨区域的压力,同时降低厚度达到所述第一预定值的研磨区域的压力。
可选地,所述基片划分为五个研磨区域,其中第五研磨区域为到所述基片的中心的距离为0-30mm范围内的区域,第四研磨区域为到所述基片的中心的距离为30-50mm范围内的区域,第三研磨区域为到所述基片的中心的距离为50-80mm范围内的区域,第二研磨区域为到所述基片的中心的距离为80-95mm范围内的区域,第一研磨区域为到所述基片的中心的距离为95-100mm范围内的区域。
可选地,所述第一研磨包括:
对所述基片进行初研磨,直到所述基片上任何一个位置处的基片厚度达到大于所述第一预定值的预定厚度,在所述初研磨过程中所述基片往复移动;以及
对所述基片进行再研磨,直到所述研磨区域的任何一个的基片厚度达到所述第一预定值,其中在所述再研磨过程中所述基片的中心位置不变且使所述基片旋转。
可选地,所述初研磨和所述再研磨过程中对所述研磨区域施加的压力保持不变。
可选地,所述第二研磨过程中所述基片的中心位置不变且使所述基片旋转。
可选地,在每个所述研磨区域中均包含一个独立的研磨头。
可选地,在每个所述研磨区域中均包含一个检测器,用于检测所述研磨区域的基片厚度。
本发明还提供了一种化学机械研磨设备,其包括:
研磨盘;
研磨头,所述研磨头可移动地且可旋转地设置在所述研磨盘的上方,用于将基片卡持在所述研磨头的下表面并在研磨过程中向所述基片施加压力;
五个以上的检测器,设置在所述研磨盘的不同研磨区域中,用于检测对应的所述研磨区域的基片厚度;
比较器,所述比较器用于当所述基片的所述研磨区域中的任何一个的基片厚度达到第一预定值时,比较所述检测器的检测结果;以及
控制器,所述控制器用于根据所述比较器输出的比较结果调节所述研磨区域施加的压力比,直到所有的所述研磨区域的基片厚度相等。
可选地,所述检测器为终点检测器。
可选地,所述研磨盘划分为五个研磨区域,其中第五研磨区域为到所述基片的中心的距离为0-30mm范围内的区域,第四研磨区域为到所述基片的中心的距离为30-50mm范围内的区域,第三研磨区域为到所述基片的中心的距离为50-80mm范围内的区域,第二研磨区域为到所述基片的中心的距离为80-95mm范围内的区域,第一研磨区域为到所述基片的中心的距离为95-100mm范围内的区域。
本发明为了解决现有技术中存在的问题,提供了一种化学机械研磨的方法,在所述方法中将所述基片划分为五个以上的研磨区域,并对所述五个以上的研磨区域的基片厚度进行实时监控,并根据实施监控结果调节所述研磨压力,直到所述五个以上的所述研磨区域的基片厚度相等。通过对所述基片中研磨区域更为细致的划分,可以保证所述晶圆的边缘轮廓的性能,从而使整个晶圆具有更为均一的厚度,使得晶圆的良率进一步提高。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述,用来解释本发明的原理。
附图中:
图1是根据本发明的一个实施例的化学机械研磨的方法的流程图;
图2A-2D是图1中示出的化学机械研磨的方法的各个步骤的示意图;
图3是根据本发明的一个实施例的化学机械研磨设备的示意图;
图4是根据本发明的一个实施例的基片内的各个区域的剖面示意图;
图5是根据本发明的一个实施例的基片内的各个区域的俯视示意图;以及
图6示出了根据本发明一实施方式的电子装置的示意图。
具体实施方式
在下文的描述中,给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而,对于本领域技术人员而言显而易见的是,本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中,为了避免与本发明发生混淆,对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
应当理解的是,本发明能够以不同形式实施,而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地,提供这些实施例将使公开彻底和完全,并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中,为了清楚,层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当明白,当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时,其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层,或者可以存在居间的元件或层。相反,当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时,则不存在居间的元件或层。应当明白,尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分,这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此,在不脱离本发明教导之下,下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等,在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白,除了图中所示的取向以外,空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如,如果附图中的器件翻转,然后,描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此,示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时,单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式,除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”,当在该说明书中使用时,确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在,但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时,术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
这里参考作为本发明的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述发明的实施例。这样,可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的从所示形状的变化。因此,本发明的实施例不应当局限于在此所示的区的特定形状,而是包括由于例如制造导致的形状偏差。例如,显示为矩形的注入区在其边缘通常具有圆的或弯曲特征和/或注入浓度梯度,而不是从注入区到非注入区的二元改变。同样,通过注入形成的埋藏区可导致该埋藏区和注入进行时所经过的表面之间的区中的一些注入。因此,图中显示的区实质上是示意性的,它们的形状并不意图显示器件的区的实际形状且并不意图限定本发明的范围。
为了彻底理解本发明,将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构,以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下,然而除了这些详细描述外,本发明还可以具有其他实施方式。
化学机械研磨是一种常用的实现表面全局平坦化的方法,其是化学腐蚀作用和机械去除作用相结合的加工技术。现有的化学机械研磨的方法一般是将基片夹持在研磨头上,并通过研磨头向基片施加一定的压力,使其在研磨头的带动下在研磨盘上旋转而研磨。在化学机械研磨过程中晶圆的边缘(90-100mm)区域的轮廓非常难以控制。
其中,晶圆的后化学机械研磨轮廓与晶圆的预化学机械研磨轮廓相关。若增加机械研磨时间,则晶圆边缘蚀刻速率高,晶圆边缘的厚度会比晶圆中心的厚度小,另一方面,若减小机械研磨时间,则晶圆边缘的厚度会比晶圆中心的厚度大。
为了解决该问题发明人曾尝试通过改变研磨平台和研磨速率,以及将晶圆分区,例如将晶圆分为中心区域和边缘区域,并将边缘区域再次分为第一边缘区域和第二边缘区域,并且改变第一边缘区域和第二边缘区域的压力,但是无论增加边缘区域的压力还是降低边缘区域的压力均不能得到均一的厚度,使得晶圆的良率降低。
本发明为了解决现有技术中存在的问题,本发明提供了一种化学机械研磨的方法,所述方法包括:
在第一研磨盘上对基片进行第一研磨,其中所述基片划分为五个以上的研磨区域,研磨至所述研磨区域中的任何一个的基片厚度达到第一预定值,并比较所述研磨区域的基片厚度;
在第二研磨盘上对所述基片进行第二研磨,根据比较的结果调节对所述研磨区域施加的压力比,直到所述研磨区域的基片厚度相等;以及
在所述第二研磨之后在所述第二研磨盘上对所述基片进行第三研磨,在所述第三研磨过程中所述基片往复移动。
其中,在所述第二研磨过程中,当所述研磨区域的厚度大于所述第一预定值时,则增加该研磨区域的压力,同时降低厚度达到所述第一预定值的研磨区域的压力。
为了实现上述目的,本发明将所述基片划分为五个研磨区域,其中第五研磨区域为到所述基片的中心的距离为0-30mm范围内的区域,
第四研磨区域为到所述基片的中心的距离为30-50mm范围内的区域,
第三研磨区域为到所述基片的中心的距离为50-80mm范围内的区域,
第二研磨区域为到所述基片的中心的距离为80-95mm范围内的区域,
第一研磨区域为到所述基片的中心的距离为95-100mm范围内的区域。其中,需要说明的是在本发明中为了获得更加平整的表面而人为的将所述基片划分为若干研磨区域,但是研磨区域之间不是严格区分的,而是过渡的,即研磨区域之间有可能重合;并且研磨区域厚度不可能是台阶式分布的,而是从中心开始(比如正余弦)曲线分布的,因此所述研磨区域的划分并非要严格按照上述数值范围进行划分。
在本发明所述方法中将所述基片划分为五个以上的研磨区域,并对所述五个以上的研磨区域的厚度进行实时监控,并根据实施监控结果调节所述研磨压力,直到所述五个以上的所述研磨区域的厚度相等。通过对所述基片中研磨区域更为细致的划分,可以保证所述晶圆的边缘轮廓的性能,从而使整个晶圆具有更为均一的厚度,使得晶圆的良率进一步提高。
实施例一
下面,参照图1以及图2A-图2D来描述本发明实施例提出的化学机械掩膜方法一个示例性方法的详细步骤。其中,图1是根据本发明的一个实施例的化学机械研磨的方法的流程图,具体地包括:
步骤S1:在第一研磨盘上对基片进行第一研磨,其中所述基片划分为五个以上的研磨区域,研磨至所述研磨区域中的任何一个的基片厚度达到第一预定值,并比较所述研磨区域的基片厚度;
步骤S2:在第二研磨盘上对所述基片进行第二研磨,根据比较的结果调节对所述研磨区域施加的压力比,直到所述研磨区域的基片厚度相等;以及
步骤S3:在所述第二研磨之后在所述第二研磨盘上对所述基片进行第三研磨,在所述第三研磨过程中所述基片往复移动。
本实施例的化学机械研磨方法,具体包括如下步骤:
执行步骤一:在第一研磨盘上对基片进行第一研磨,其中所述基片划分为五个以上的研磨区域,研磨至所有的所述研磨区域中的任何一个的基片厚度达到第一预定值,并比较所有的所述研磨区域的基片厚度。
如图2A-2B所示,对基片210进行第一研磨。基片210可以是任何待研磨的基片,例如,半导体基片、石英片、玻璃片或上述材料的复合片等,半导体基片可以为以下所提到的材料中的任何一种:硅片、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)等等。
其中,为了解决现有技术中边缘轮廓难以控制以及基片厚度不均一的问题,本发明对所述基片进行了进一步的划分,将将所述基片划分为五个或以上的研磨区域,在本发明中以将所述基片划分为五个研磨区域为例进行分析,例如由内向外依次为第一研磨区域、第二研磨区域、第三研磨区域、第四研磨区域和第五研磨区域。
具体地,如图4和图5所示,其中,图4是根据本发明的一个实施例的基片内的各个区域的剖面示意图;图5是根据本发明的一个实施例的基片内的各个区域的俯视示意图;
其中第五研磨区域215(Z5)为到所述基片的中心的距离为0-30mm范围内的区域;
第四研磨区域214(Z4)为到所述基片的中心的距离为30-50mm范围内的区域;
第三研磨区域213(Z3)为到所述基片的中心的距离为50-80mm范围内的区域;
第二研磨区域212(Z2)为到所述基片的中心的距离为80-95mm范围内的区域;
第一研磨区域211(Z1)为到所述基片的中心的距离为95-100mm范围内的区域。
其中,需要说明的是在本发明中为了获得更加平整的表面而人为的将所述基片划分为若干研磨区域,但是研磨区域之间不是严格区分的,而是过渡的,即研磨区域之间有可能重合;并且研磨区域厚度不可能是台阶式分布的,而是从中心开始(比如正余弦)曲线分布的,因此所述研磨区域的划分并非要严格按照上述数值范围进行划分。
其中基片210的所述五个研磨区域的划分与研磨过程中的研磨速率有关,具体地,其中位于中心的第五研磨区域215内各处的研磨速率基本相等,而随着时间的延长,第一掩膜区域211内的研磨速率会大于中心区域的研磨速率。而基片210上各处的研磨速率与研磨设备等有很大关系。例如,在使用TITAN-I型研磨设备的研磨直径为8英寸(203.2mm)的基片210的情况下,第五研磨区域可以定义为包括距离基片的中心点0-30mm的区域。
本领域的技术人员可以理解的是,在使用不同的研磨设备研磨不同的基片时,上述五个掩膜的划分可能会改变,并且研磨参数的改变也可能会影响基片上各处的研磨速率的分布,因此,在使用本发明提供的方法之前,最好针对所使用的研磨设备以及待研磨基片能够通过实验来确定基片上的区域划分情况。
在本发明所述方法中将所述基片划分为五个以上的研磨区域,并对所述五个以上的研磨区域的基片厚度进行实时监控,通过将所述基底划分为多个研磨区域,每一个研磨区域的面积更小,在每一个研磨区域中的研磨速率差别会变的更小,进而更加容易控制,可以保证所述晶圆的边缘轮廓,从而使整个晶圆具有更为均一的厚度,使得晶圆的良率进一步提高。
其中,第一研磨可以在第一研磨盘上进行。其中,该第一研磨盘上设置有检测器330,该检测器可以为任何能够测量基片210的厚度的检测器,如图3所示,例如终点检测器(endpoint detected system)。
其中,第一研磨盘上可以设置有研磨垫220。检测器可以设置在研磨盘之内。研磨垫220上对应的部分可以使用透光材料制作,从而形成能够透光的窗口。用于化学机械研磨的研磨垫220可以是固结研磨浆料的研磨垫,此时,研磨浆料被固定于研磨垫220上。
可选地,用于化学机械研磨的研磨垫220还可以是非固结研磨浆料的研磨垫220,此时,研磨浆料可以呈颗粒状态并悬浮于液体载剂中,并通过专门的研磨浆料传输装置输送至研磨垫220上。
当基片210的所述研磨区域中的任何一个的厚度达到第一预定值时,停止第一研磨,并比较基片210的五个所述研磨区域的厚度。
其中,第一预定值以及在第一研磨过程中对基片210的各个研磨区域施加的压力比可以根据实际情况确定,在根据本发明的一个实施例中,第一预定值可以为3μm~5μm,例如4μm。
可选地,对基片210的第五研磨区域和第一研磨区域施加的压力比为60%~80%,例如62.5%。在根据本发明的一个实施例中,在第一研磨过程中,对基片210的第五研磨区域施加的压力可以为130~220g/cm2,例如175g/cm2。对基片210的第一研磨区域施加的压力可以为210~350g/cm2,例如280g/cm2,其中所述第二研磨区域至第四研磨区域施加的压力在第一和第五研磨区域之间,由内向外依次增加。
在根据本发明的一个实施例中,第一研磨可以分两步进行。首先,如图2A所示,对基片210进行初研磨,以缩短整个研磨工艺的时间。对基片210进行的初研磨过程直到基片210上任何一个位置处的厚度达到预定厚度时结束。
该预定厚度需大于第一研磨过程结束时的第一预定值,具体数值可以根据实际情况合理地选择。在根据本发明的一个优选实施例中,在第一预定厚度为3μm~5μm的情况下,该预定值可以为3μm~6μm,例如5μm。
申请人发现,当预定值在该范围内时,可以获得较好的初研磨表面质量,同时可以给后期的研磨过程中留出合适的研磨量。需要说明的是,在初研磨过程中,基片210可以在研磨头的带动下如图2A所示地在研磨垫220上以箭头A所示的方向往复移动。初研磨过程中,由于基片210在研磨垫上往复移动,因此检测器在不同时刻检测到的是基片210上的不同区域的基片厚度。
然后,如图2B所示,对基片210进行再研磨,直到五个所述研磨区域中的任何一个区域的基片厚度达到第一预定值。在再研磨过程中,需要分别检测五个研磨区域的基片厚度,因此,在再研磨过程中可以保持基片210的中心位置不变且使基片旋转,在每个所述研磨区域中均包含一个检测器,用于检测所述研磨区域的基片厚度,以使每个研磨区域中不同的检测器330分别检测基片210的五个研磨区域的基片厚度。
由于在初研磨过程中,检测器在不同时刻检测到的是基片210上的不同研磨区域的基片厚度,因此,基片210上的五个研磨区域的基片厚度不能由专门的检测器检测到,从而无法得知初研磨过程结束之后基片210的五个所述研磨区域基片厚度大小关系,因而在接下来的再研磨过程中,无法根据初研磨的结果调整对基片210的研磨区域施加的压力的大小。在根据本发明的一个优选实施例中,初研磨和再研磨过程中对基片210的研磨区域施加的压力保持不变,以避免增加过多的研磨参数修改步骤,从而简化工艺过程。
执行步骤二:在第二研磨盘上对所述基片进行第二研磨,根据比较的结果调节对所述研磨区域施加的压力比,直到所述研磨区域的基片厚度相等。
如图2C所示,对基片210进行第二研磨。如上所述的,第一研磨在第一研磨盘上进行,第一研磨结束时,需要比较基片210的所述五个研磨区域的基片厚度。为了给该比较过程留出足够的时间,在根据本发明的一个优选实施例中,第二研磨可以在第二研磨盘上进行。
第二研磨过程中,需要根据第一研磨过程结束后的比较结果调节对基片210的五个所述研磨区域施加的压力比。
第一研磨过程结束后的比较结果可能存在不同的情况,相应地,在第二研磨过程中应对施加至研磨区域的压力比作出不同的调节。
当靠近中心的研磨区域(例如第五研磨区域)的基片厚度大于边缘的研磨区域(例如第二研磨区域)的基片厚度时,可以增大对第五研磨区域的施加的压力比。
具体地,可以根据实际情况,不同幅度地改变对不同研磨区域施加的压力,使其达到增大对第五研磨区域和第二研磨区域的施加的压力比的目的。也可以只改变对第五研磨区域和第二研磨区域施加的压力中的一个,例如,可以在保持对第五研磨区域施加的压力不变的情况下,减小对第二研磨区域施加的压力,以避免增加过多的研磨参数修改步骤,从而简化工艺过程。
然而,在研磨过程中,为了防止基片210在水平方向上滑出,基片210的外围通常会设置有定位环(retaining ring)340(图3),研磨头320对定位环340施加较大的压力,将研磨垫220(图2A-2D)的位于定位环下方的部分压下去,导致该部分周围的研磨垫220(即位于基片210的最外沿下方的研磨垫220)向上翘。向上翘的研磨垫220会给基片210的最外沿施加一个较大的作用力。一般来说,即使需要减小对基片210的边缘区域211施加的压力时,对基片210的最外沿区域施加的压力也不能太小。
因此,在本发明中在边缘区域部分即使具有较小的面积,也将该较小的面积做进一步的划分,例如第二研磨区域212(Z2)为到所述基片的中心的距离为160-190mm范围内的区域;第一研磨区域211(Z1)为到所述基片的中心的距离为190-199mm范围内的区域。
当需要减小对第二研磨区域212(Z2)和第一研磨区域211施加的压力时,最外沿的一部分的压力通常存在下限,而另一部分(位于该最外沿区域和中心区域之间的区域)可以减小得相对较多,这样既能保证减小了对第二研磨区域212(Z2)和第一研磨区域211施加的压力,而又可以使最外沿区域保持较大的压力而防止基片210跑偏或飞出研磨垫220。
在根据本发明的一个优选实施例中,如图4和图5所示,基片210的可以分成五个区域,其中第五研磨区域215(Z5)为到所述基片的中心的距离为0-30mm范围内的区域;第四研磨区域214(Z4)为到所述基片的中心的距离为30-50mm范围内的区域;第三研磨区域213(Z3)为到所述基片的中心的距离为50-80mm范围内的区域;第二研磨区域212(Z2)为到所述基片的中心的距离为80-95mm范围内的区域;第一研磨区域211(Z1)为到所述基片的中心的距离为95-100mm范围内的区域。
在第二研磨过程中,当需要通过减小对边缘的研磨区域施加的压力来降低边缘的研磨区域和中心的研磨区域的压力比时,对第一区域211施加的压力可以为在第一研磨过程中对第一区域211施加的压力的85%~90%,例如87.5%。在第二研磨过程中对第二区域211施加的压力可以为在第一研磨过程中对第二区域211施加的压力的70%~80%,例如75%。
通过减小对第一区域211施加的压力来降低第一区域211和第二区域212的压力比时,优选地,可以保持对第二区域212施加的压力不变,只减小对第一区域211施加的压力,以避免增加过多的研磨参数修改步骤,从而简化工艺过程。
针对第三研磨区域、第四研磨区域和第五研磨区域中压力的设置和改变可以参照上述示例,在此不再赘述。
此外,研磨基片210时所施加的压力不宜过高,否则会损坏基片210,并且还可能由于研磨速度过快而很难控制去除的厚度,但是设置得过低会影响整个研磨工艺的时间。在该优选实施例中,对第五研磨区域215施加的压力在第一和第二研磨过程中保持不变,可以将整个研磨的初始阶段就将对基片210施加的压力设置得相对较高,这样可以加快研磨工艺所消耗的时间。
例如,在根据本发明的一个优选实施例中,在第一研磨过程中施加至第一研磨区域211、第二研磨区域212、第三研磨区域213、第四研磨区域213和第五研磨区域213的压力分别可以为210~350g/cm2、200~320g/cm2、180~300g/cm2和150~280g/cm2和130~220g/cm2。而在第二研磨过程中,施加至第一研磨区域211、第二研磨区域212、第三研磨区域213、第四研磨区域213和第五研磨区域213的压力分别可以为185~305g/cm2、140~280g/cm2、170~280g/cm2和140~250g/cm2和130~220g/cm2
相反的,当位于中心的研磨区域(例如第五研磨区域)的厚度小于位于边缘的研磨区域(例如第二研磨区域)的厚度时,可以减小对第五研磨区域和第二研磨区域的施加的压力比。
类似地,可以根据实际情况,不同幅度地改变对第五研磨区域和第二研磨区域施加的压力,使其达到增大对第五研磨区域和第二研磨区域的施加的压力比的目的,也可以只改变对第五研磨区域和第二研磨区域施加的压力中的一个,例如,不改变对第五研磨区域施加的压力而增大对第二研磨区域施加的压力,以避免增加过多的研磨参数修改步骤,从而简化工艺过程。
在根据本发明的一个实施例中,当第一研磨过程结束后,基片210的第五研磨区域的基片厚度小于第二研磨区域的基片厚度时,可以在保持对第五研磨区域施加的压力不变的情况下,增大对第二研磨区域施加的压力。其中,对第二研磨区域施加的压力增大为在第一研磨过程中对边缘区域施加的压力的105%~110%。例如,在第一研磨过程中,对基片210的第二研磨区域域施加的压力分别为210~350g/cm2,而在第二研磨过程中,对基片210的第二研磨区域施加的压力可以为225~375g/cm2
而当位于中心的研磨区域(例如第五研磨区域)的基片厚度等于位于边缘的研磨区域(例如第二研磨区域)的基片厚度时,则可以保持对位于中心的研磨区域(例如第五研磨区域)的和位于边缘的研磨区域的施加的压力比不变。
需要说明的是,在第二研磨过程中,由于需要判断基片210的所述五个研磨区域的基片厚度是否相等,因此,在第二研磨过程中基片210的中心位置保持不变,以使专门的检测器分别检测基片210的中心区域和边缘区域的基片厚度。在这个过程中,基片210可以在研磨头的带动下旋转,以提高研磨速率,节省研磨时间。
第二研磨过程直到基片210的五个研磨区域的基片厚度相等时停止。此时,基片210的五个研磨区域具有相等的基片厚度。在根据本发明的一个优选的实施例中,在第二研磨结束时,基片210的五个研磨区域的基片厚度达到2μm~4μm,例如3μm。
为了解决现有技术中边缘轮廓难以控制以及基片厚度不均一的问题,本发明对所述基片进行了进一步的划分,将将所述基片划分为五个研磨区域,由内向外依次为第一研磨区域、第二研磨区域、第三研磨区域、第四研磨区域和第五研磨区域,并对所述五个以上的研磨区域的厚度进行实时监控,并根据实施监控结果调节所述研磨压力,直到所述五个以上的所述研磨区域的厚度相等。通过对所述基片中研磨区域更为细致的划分,可以保证所述晶圆的边缘轮廓的性能,从而使整个晶圆具有更为均一的厚度,使得晶圆的良率进一步提高。
执行步骤三:在所述第二研磨步骤之后在所述第二研磨盘上对所述基片进行第三研磨,在所述第三研磨过程中所述基片往复移动。
经过第二研磨过程之后,基片210的五个所述研磨区域已经比较平坦,然而五个所述研磨区域的交界处局部可能还不平坦,因此,在第二研磨过程之后,还可以对基片210进行第三研磨。
如图2D所示,在第三研磨过程中,基片210可以以箭头A所示的方向往复移动,以使基片210整体表面平坦。优选地,第三研磨的时间可以为10秒~30秒,例如15秒。
由于研磨头和研磨垫220从静止状态到旋转状态,需要一个加速的过程,因此如果第三研磨的时间选择过短,例如小于8秒,则在这么短的时间内,研磨头和研磨垫220的转速可能很低,因此,研磨速率很低,研磨量很小,不一定能实现基片210的表面整体平坦化。而如果第三研磨的时间选择过长,例如大于30秒,则可能会导致研磨量过多,又可能导致基片210的表面重现厚度不均匀的情况。在第三研磨过程中,可以仅通过研磨时间来控制第三研磨结束的时间,因此,可以将检测器关闭。
在本发明所述方法中将所述基片划分为五个以上的研磨区域,并对所述五个以上的研磨区域的基片厚度进行实时监控,并根据实施监控结果调节所述研磨压力,直到所述五个以上的所述研磨区域的基片厚度相等。通过对所述基片中研磨区域更为细致的划分,可以保证所述晶圆的边缘轮廓,从而使整个晶圆具有更为均一的厚度,使得晶圆的良率进一步提高。
实施例二
根据本发明的另一个方面,还提供一种化学机械研磨设备。上述的化学机械研磨的方法可以采用该化学机械研磨设备实现。如图3所示,化学机械研磨设备300包括:
研磨盘310;
研磨头320,所述研磨头可移动地且可旋转地设置在所述研磨盘的上方,用于将基片卡持在所述研磨头的下表面并在研磨过程中向所述基片施加压力;
所述五个以上的检测器330,设置在所述研磨盘的不同研磨区域中,用于检测对应的所述研磨区域的厚度;
比较器,所述比较器用于当所述基片的所述研磨区域中的任何一个的厚度达到第一预定值时,比较所述检测器的检测结果;以及
控制器,所述控制器用于根据所述比较器输出的比较结果调节所述研磨区域施加的压力比,直到所有的所述研磨区域的厚度相等。
可选地,研磨盘310上设置有研磨垫(未示出),研磨头320可移动地且可旋转地设置在研磨盘310的上方。研磨头320设置在研磨盘310的上方,用于将基片210卡持在研磨头320的下表面并在研磨过程中向基片210施加压力。研磨头320和其所卡持的基片210之间通常设置有隔膜,以吸附基片210。研磨头320对基片210施加的压力大小可以根据实际情况如上文讨论地进行调整,为了简洁,不再赘述。
检测器330设置在研磨盘310中,分别用于检测基片210的所述五个不同的研磨区域的厚度。
当基片210的研磨区域中的任何一个的厚度达到第一预定值,此时,检测器330将分别检测基片210的研磨区域的厚度的值,并将检测结果输送至比较器。比较器比较所述五个检测器330输出的检测结果,并将比较结果输送至控制器。应当注意,这里所说的“第一预定值”可以是根据实际情况如上文讨论地确定的值,为了简洁,不再赘述。
控制器用于根据比较器输出的比较结果调节对基片210的研磨区域施加的压力比,直到所述五个研磨区域的厚度相等。其中比较器输入的结果可能存在多种情况,相应地,控制器应对施加至研磨区域的压力比作出不同的调节。检测器330可以为任何能够检测基片310的厚度的检测器,检测器330可以为相同类型的检测器,也可以为不同类型的检测器。在根据本发明的一个优选实施例中,检测器330可以为终点检测器。
如上所述地,根据本发明的化学机械研磨方法通过分别检测基片210的所述五个研磨区域的厚度后,比较所述五个研磨区域的厚度,并根据比较的结果在接下来的研磨过程中调节对研磨区域施加的压力比,直到所述五个研磨区域的厚度相等,从而能够使得最终研磨后的基片具有好的片内均匀性。
实施例三
本发明实施例提供一种电子装置,其包括电子组件以及与该电子组件电连接的半导体器件。其中,所述半导体器件包括根据实施例一所述的机械研磨方法制造的半导体器件。
该电子装置,可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、上网本、游戏机、电视机、VCD、DVD、导航仪、照相机、摄像机、录音笔、MP3、MP4、PSP等任何电子产品或设备,也可以是具有上述半导体器件的中间产品,例如:具有该集成电路的手机主板等。
其中,图6示出移动电话手机的示例。移动电话手机400被设置有包括在外壳401中的显示部分402、操作按钮403、外部连接端口404、扬声器405、话筒406等。
其中所述移动电话手机包括前述机械研磨方法制备得到的半导体器件,所述器件中通过将所述基片划分为五个以上的研磨区域,并对所述五个以上的研磨区域的厚度进行实时监控,并根据实施监控结果调节所述研磨压力,直到所述五个以上的所述研磨区域的厚度相等。通过对所述基片中研磨区域更为细致的划分,可以保证所述晶圆的边缘轮廓,从而使整个晶圆具有更为均一的厚度,使得晶圆的良率进一步提高。
本发明已经通过上述实施例进行了说明,但应当理解的是,上述实施例只是用于举例和说明的目的,而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是,本发明并不局限于上述实施例,根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改,这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (11)

1.一种化学机械研磨的方法,其特征在于,所述方法包括:
在第一研磨盘上对基片进行第一研磨,其中所述基片划分为五个以上的研磨区域,研磨至所述研磨区域中的任何一个的基片厚度达到第一预定值,并比较所述研磨区域的基片厚度;
在第二研磨盘上对所述基片进行第二研磨,根据比较的结果调节对所述研磨区域施加的压力比,直到所述研磨区域的基片厚度相等;以及
在所述第二研磨之后在所述第二研磨盘上对所述基片进行第三研磨,在所述第三研磨过程中所述基片往复移动。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述第二研磨过程中,当所述研磨区域中的任何一个的基片厚度大于所述第一预定值时,则增加该研磨区域的压力,同时降低厚度达到所述第一预定值的研磨区域的压力。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基片划分为五个研磨区域,其中第五研磨区域为到所述基片的中心的距离为0-30mm范围内的区域,第四研磨区域为到所述基片的中心的距离为30-50mm范围内的区域,第三研磨区域为到所述基片的中心的距离为50-80mm范围内的区域,第二研磨区域为到所述基片的中心的距离为80-95mm范围内的区域,第一研磨区域为到所述基片的中心的距离为95-100mm范围内的区域。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第一研磨包括:
对所述基片进行初研磨,直到所述基片上任何一个位置处的基片厚度达到大于所述第一预定值的预定厚度,在所述初研磨过程中所述基片往复移动;以及
对所述基片进行再研磨,直到所述研磨区域的任何一个的基片厚度达到所述第一预定值,其中在所述再研磨过程中所述基片的中心位置不变且使所述基片旋转。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述初研磨和所述再研磨过程中对所述研磨区域施加的压力保持不变。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第二研磨过程中所述基片的中心位置不变且使所述基片旋转。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在每个所述研磨区域中均包含一个独立的研磨头。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在每个所述研磨区域中均包含一个检测器,用于检测所述研磨区域的基片厚度。
9.一种化学机械研磨设备,其特征在于,其包括:
研磨盘;
研磨头,所述研磨头可移动地且可旋转地设置在所述研磨盘的上方,用于将基片卡持在所述研磨头的下表面并在研磨过程中向所述基片施加压力;
五个以上的检测器,设置在所述研磨盘的不同研磨区域中,用于检测对应的所述研磨区域的基片厚度;
比较器,所述比较器用于当所述基片的所述研磨区域中的任何一个的基片厚度达到第一预定值时,比较所述检测器的检测结果;以及
控制器,所述控制器用于根据所述比较器输出的比较结果调节所述研磨区域施加的压力比,直到所有的所述研磨区域的基片厚度相等。
10.根据权利要求9所述的化学机械研磨设备,其特征在于,所述检测器为终点检测器。
11.根据权利要求9所述的化学机械研磨设备,其特征在于,所述研磨盘划分为五个研磨区域,其中第五研磨区域为到所述基片的中心的距离为0-30mm范围内的区域,第四研磨区域为到所述基片的中心的距离为30-50mm范围内的区域,第三研磨区域为到所述基片的中心的距离为50-80mm范围内的区域,第二研磨区域为到所述基片的中心的距离为80-95mm范围内的区域,第一研磨区域为到所述基片的中心的距离为95-100mm范围内的区域。
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