CN111515863A

CN111515863A - 研磨方法、研磨垫修整系统

Info

Publication number: CN111515863A
Application number: CN202010364469.9A
Authority: CN
Inventors: 杨一凡; 高志强
Original assignee: Wuhan Xinxin Semiconductor Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Wuhan Xinxin Semiconductor Manufacturing Co Ltd; Wuhan Xinxin Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2020-04-30
Filing date: 2020-04-30
Publication date: 2020-08-11

Abstract

本发明提供了一种研磨方法、研磨垫修整系统。研磨方法，包括：厚度检测装置测量研磨垫实时形貌的同时，修整器从所述研磨垫中心沿径向向所述研磨垫边缘实时修整所述研磨垫；其中，将所述研磨垫的实时形貌与目标形貌做比较；根据比较的结果实时调整所述修整器的工作模式。将研磨垫修整变粗糙保证抛光效率的同时，测量研磨垫实时形貌并根据实时形貌与目标形貌的比较结果实时调整所述修整器的工作模式，修整研磨垫在不同区域的高度差异，以确保研磨垫的整体平整度，从而保证抛光均匀性。

Description

研磨方法、研磨垫修整系统

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种研磨方法、研磨垫修整系统。

背景技术

半导体集成电路制造的硅晶片通常经过许多工序，包括：沉积、图案形成以及蚀刻步骤。在每个制造步骤中，经常需要或者期望修改或精修晶圆的暴露面，以便为晶片后续加工或制造步骤作准备。

一种修改或者精修晶圆的暴露面的方法为化学机械抛光(CMP)工艺，使用包含多个分散在液体中的松散磨粒的抛光浆液处理晶片表面。通常将此浆液涂敷到研磨垫，随后用研磨垫来研磨晶圆表面或者使晶片表面紧靠研磨垫移动，以从晶片表面移除材料。

随着时间的推移，研磨垫表面由于夹带抛光工艺的副产物和磨损等因素，研磨垫的形貌(研磨表面)发生了较大变化，一方面整体平整度变差，例如研磨垫中心区域比边缘区域薄，导致研磨垫中心区域和边缘区域对晶圆的研磨量差异较大，从而影响了抛光均匀性；另一方面，研磨表面变得光滑，进而影响了抛光效率(晶圆的移除速率)，因此需要对研磨垫定期修整。定期将研磨垫暴露于具有工业金刚石表面的研磨垫修整器上，并以指定的速度旋转研磨垫以使研磨垫表面变得毛糙，同时研磨垫也被去除一定厚度，试图减少研磨垫形貌变化对研磨晶圆时的影响。但在不知道研磨垫实时形貌的情况下，只能按照既定的程式做修整，即对整个研磨垫的修整厚度均一致，相当于不平整的研磨表面整体修整去除大约同一厚度，那么剩余的研磨表面还是不平整，无法彻底修整研磨垫在不同区域的高度差异。

发明内容

本发明的目的在于提供一种研磨方法、研磨垫修整系统，将研磨垫修整变粗糙以保证抛光效率的同时，还修整研磨垫在不同区域的高度差异。

本发明提供一种研磨方法，包括：

厚度检测装置测量研磨垫实时形貌的同时，修整器从所述研磨垫中心沿径向向所述研磨垫边缘实时修整所述研磨垫；

其中，将所述研磨垫的实时形貌与目标形貌做比较；

根据比较的结果实时调整所述修整器的工作模式；

以上步骤循环进行。

进一步的，调整所述修整器的工作模式包括：调整所述修整器在所述研磨垫不同区域的移动速度。

进一步的，所述移动速度范围为：0.2μm/s～2μm/s。

进一步的，调整所述修整器的工作模式包括：调整所述修整器施加到所述掩模垫的压力和/或修整时间。进一步的，所述修整器从所述研磨垫中心沿径向向所述研磨垫边缘实时修整所述研磨垫的过程中，所述研磨垫自转，且所述研磨垫的中心轴位置不变。

本发明还提供一种研磨垫修整系统，包括：

研磨盘；

设置于所述研磨盘上的研磨垫；

与所述研磨垫相向设置的修整单元；

所述修整单元包括修整器和位于所述修整器一侧的厚度检测装置。

进一步的，所述厚度检测装置包括电涡流传感器或者光学传感器。

进一步的，所述修整单元还包括压力传感器，所述压力传感器用于测量所述修整器施加到所述掩模垫的压力。

进一步的，所述修整单元还包括驱动装置，所述驱动装置带动所述修整器在水平方向和竖直方向移动。

进一步的，所述修整单元还包括控制器，所述控制器分别与所述厚度检测装置和所述修整器电连接。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

附图说明

图1为本发明实施例的研磨方法的流程示意图；

图2为本发明实施例的研磨垫修整系统的结构示意图；

图3为本发明实施例的研磨垫修整系统在不同区域的修整示意图。

其中，附图标记如下：

10-研磨盘；20-研磨垫；A-修整单元；30-修整器；40-厚度检测装置；50-驱动装置；60-安装板。

具体实施方式

基于上述研究，本发明实施例提供了一种研磨方法、研磨垫修整系统。以下结合附图和具体实施例对本发明进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明实施例提供了一种研磨方法，如图1所示，包括：

厚度检测装置测量所述研磨垫实时形貌的同时修整器从研磨垫中心沿径向向研磨垫边缘实时修整研磨垫；

其中，将所述研磨垫的实时形貌与目标形貌做比较；

根据比较的结果实时调整修整器的工作模式；

以上步骤循环进行。

所述修整器修整所述研磨垫的形貌的过程中，所述修整器朝向研磨垫运动，修整器的修整面接触研磨垫，使研磨垫变粗糙提高抛光效率，且使研磨垫不同区域的高度趋于相同，以确保研磨垫的整体平整度，从而保证抛光均匀性。

如图2所示，研磨盘10上设置有研磨垫20，修整单元A包括修整器30和位于所述修整器30一侧的厚度检测装置40。厚度检测装置40测量研磨垫20实时形貌的同时，修整器30从所述研磨垫中心沿径向向所述研磨垫边缘实时修整所述研磨垫。研磨垫20旋转用于研磨晶圆一段时间后，研磨垫的形貌在不同区域会存在不同程度的损伤，导致研磨垫形貌不一致,整体平整度变差，例如研磨垫20中心区域比边缘区域薄。所述厚度检测装置40测量所述研磨垫20的实时形貌，用来采集所述研磨垫在研磨晶圆后不同时刻、不同位置的厚度值，所述厚度值是指研磨垫中心沿径向向研磨垫边缘在不同区域的相对高度差值。示例性的，研磨盘10与研磨垫20的接触面BB’设置为基准平面，所述厚度检测装置40测量研磨垫20的研磨表面到基准平面的距离h，即为研磨垫的厚度。

将采集到的所述研磨垫研磨晶圆后不同时刻、不同位置的厚度值传输至控制器，比较所述研磨垫的实时形貌与目标形貌的差值，如果，实时形貌与目标形貌的差值的绝对值小于等于误差允许值，则调整修整器的工作模式时，应使修整器按照既有的工作模式继续工作；如果实时形貌与目标形貌的差值绝对值大于误差允许值，则通过调整修整器的工作模式，使实时形貌趋向于目标形貌，一方面使研磨垫由于夹带抛光工艺的副产物而已经变得光滑的表面变得毛糙，使得研磨垫表面得到所需的粗糙度；另一方面，修整研磨垫在不同区域的高度差异，从而保持研磨垫形貌的一致性，以确保研磨垫的整体平整度，从而保证抛光均匀性。其中，所述目标形貌是指能够使晶圆研磨均一的研磨垫形貌，例如研磨垫表面整体平整度达到预设要求值(针对研磨垫表面整个平面而言)，以及研磨垫表面粗糙度达到预设要求值(针对研磨垫表面每个局部位置而言)。

根据比较的结果实时调整修整器的工作模式，可以通过调整移动速度、施加到研磨垫的修整压力以及修整时间等方式实时调整修整器的工作模式。调整所述修整器在所述研磨垫不同区域的移动速度，所述移动速度范围为：0.2μm/s～2μm/s。如图3所示，沿研磨垫20的径向方向分为若干区域，例如10个区域。所述修整器30的直径例如为100mm，所述研磨垫20的半径例如为225mm，在修整的过程中，所述研磨垫20自转，且所述研磨垫20的中心轴位置不变，修整器30从研磨垫20的中心沿径向向研磨垫边缘移动以实时修整研磨垫。所述修整器30与所述研磨垫20的相对位移X随研磨垫20的移动发生变化(例如三个不同状态时分别为X＝0、X＝150mm及X＝197mm)。

较佳的，所述控制器还可实时调整所述修整器施加到所述掩模垫的修整压力和修整时间，例如厚度检测装置40测量厚度较大的区域，可加大修整器30施加到所述掩模垫20的压力和/或修整时间。所述修整压力范围例如为：0.6psi～16psi。调整所述修整器的工作模式，采用不同的修整压力、移动速度和修整时间对研磨垫进行修整，以更好的实现研磨垫各区域厚度一致。

本发明实施例还提供一种研磨垫修整系统，如图2所示，包括：

研磨盘10；

设置于所述研磨盘10上的研磨垫20；

与所述研磨垫20相向设置的修整单元A；

所述修整单元A包括修整器30和位于所述修整器30一侧的厚度检测装置40。

具体的，所述厚度检测装置40用于测量所述研磨垫20的厚度，所述厚度检测装置40包括电涡流传感器或者光学传感器。

所述修整单元A还包括压力传感器，所述压力传感器用于测量所述修整器施加到所述掩模垫的压力。压力传感器可设于修整器30中，并与修整器30的修整面连接。修整器30作用于研磨垫20的压力可以通过内置的压力传感器检测。

所述修整单元A还包括驱动装置50，所述驱动装置50、修整器30和厚度检测装置40均安装在安装板60上。所述驱动装置50驱动所述修整器30在水平方向和竖直方向移动。所述驱动装置50例如为流体压驱动装置，包括容器以及流体压缸，所述流体压缸通过活塞以及活塞杆连接修整器30；所述容器通过输送管路连通流体压缸，以将流体通入流体压缸中，致使流体压缸通过压缩流体做功推动活塞运动，从而驱动修整器30运动。所述修整器30在活塞杆的驱动下接触研磨垫20后，进一步在活塞杆的推动下根据预设的修整压力修整研磨垫20。修整结束后，所述修整器30在活塞杆的驱动下远离研磨垫20。

所述修整单元A还包括控制器，所述控制器分别与所述厚度检测装置40和所述修整器30电连接。所述研磨盘10带动所述研磨垫20进行旋转用于研磨晶圆，研磨垫20使用一段时间后，研磨垫的形貌在不同区域会存在不同程度的损伤，导致研磨垫形貌不一致,整体平整度变差。所述厚度检测装置40采集所述研磨垫20不同位置的厚度值，并将采集到的厚度值传输至控制器，所述控制器对各厚度值进行处理后，根据研磨垫的实时形貌和目标形貌的差值，调整所述修整器30在所述研磨垫20不同区域的移动速度，如图3所示，沿研磨垫20的直径方向分为若干区域，例如10个区域。所述修整器30在不同区域的移动速度范围为：0.2μm/s～2μm/s，从而保持研磨垫形貌的一致性。较佳的，所述控制器还可实时调整所述修整器30施加到所述掩模垫20的修整压力和修整时间，所述修整压力范围例如为：0.6psi～16psi，所述修整器采用不同的修整压力、移动速度和修整时间对研磨垫进行修整，以更好的实现研磨垫各区域厚度一致。

需要说明的是，由于所述修整器30对所述研磨垫20进行修整时，通常是对研磨垫20的一个区域进行修整(而非一点)，故所述控制器输出的移动速度、修整时间和修整压力一般为该区域的最优值，即所述控制器会根据该区域多个厚度值所对应的移动速度、修整压力和修整时间，输出一个满足该区域多个厚度值的最优修整压力和最优修整时间。研磨过程中必须小心监测研磨垫的形貌以保持所需的晶圆表面外形。

研磨垫修整系统还包括转轴，所述研磨盘与所述转轴连接，并可绕所述转轴旋转。所述转轴带动所述研磨盘转动，从而带动研磨垫旋转以研磨晶圆。

研磨垫20可以采用多孔的、有弹性的聚合材料制成，例如可采用发泡聚氨酯树脂或无发泡聚氨酯树脂的单层垫主体，但也可以使用在发泡聚氨酯树脂或无发泡聚氨酯树脂的下面贴合软质无纺布的层叠结构。研磨垫20主要的特点有硬度、多孔性。越硬的研磨垫20能容许一个较高的移除速率，而越软的研磨垫20能获得较佳的晶圆均匀性。根据实际需要配置研磨垫20的硬度。研磨垫20具有多孔结构，以吸收研磨液并协助把研磨液送至晶圆的表面。

所述修整器30包括基底以及固结在基底研磨面上的研磨颗粒，所述研磨颗粒可选用金刚石颗粒、人造钻石、天然钻石、多晶钻石或立方氮化硼。所述研磨颗粒的粒径例如介于600μm至1300μm之间。

在进行修整时，修整器30的修整面与研磨垫20的表面平行。在利用修整器对研磨垫进行修整的过程中，修整器30从所述研磨垫中心沿径向向所述研磨垫边缘实时修整所述研磨垫，且修整器30以一定压力压在研磨垫20表面，使得研磨颗粒与研磨垫表面接触并对研磨垫进行研磨，从而实现对研磨垫表面的研磨修整，使得研磨垫表面得到所需的粗糙度。

综上所述，本发明提供了一种研磨方法、研磨垫修整系统。研磨方法，包括：厚度检测装置测量研磨垫实时形貌的同时，修整器从所述研磨垫中心沿径向向所述研磨垫边缘实时修整所述研磨垫；其中，将所述研磨垫的实时形貌与目标形貌做比较；根据比较的结果实时调整所述修整器的工作模式。将研磨垫修整变粗糙保证抛光效率的同时，测量研磨垫实时形貌并根据实时形貌与目标形貌的比较结果实时调整所述修整器的工作模式，修整研磨垫在不同区域的高度差异，以确保研磨垫的整体平整度，从而保证抛光均匀性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于与实施例公开的器件相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims

1.一种研磨方法，其特征在于，包括：

其中，将所述研磨垫的实时形貌与目标形貌做比较；

根据比较的结果实时调整所述修整器的工作模式；

以上步骤循环进行。

2.如权利要求1所述的研磨方法，其特征在于，调整所述修整器的工作模式包括：调整所述修整器在所述研磨垫不同区域的移动速度。

3.如权利要求2所述的研磨方法，其特征在于，所述移动速度范围为：0.2μm/s～2μm/s。

4.如权利要求1所述的研磨方法，其特征在于，调整所述修整器的工作模式包括：调整所述修整器施加到所述掩模垫的压力和/或修整时间。

5.如权利要求1所述的研磨方法，其特征在于，所述修整器从所述研磨垫中心沿径向向所述研磨垫边缘实时修整所述研磨垫的过程中，所述研磨垫自转，且所述研磨垫的中心轴位置不变。

6.一种研磨垫修整系统，其特征在于，包括：

研磨盘；

设置于所述研磨盘上的研磨垫；

与所述研磨垫相向设置的修整单元；

7.如权利要求6所述的研磨垫修整系统，其特征在于，所述厚度检测装置包括电涡流传感器或者光学传感器。

8.如权利要求6所述的研磨垫修整系统，其特征在于，所述修整单元还包括压力传感器，所述压力传感器用于测量所述修整器施加到所述掩模垫的压力。

9.如权利要求6所述的研磨垫修整系统，其特征在于，所述修整单元还包括驱动装置，所述驱动装置带动所述修整器在水平方向和竖直方向移动。

10.如权利要求6所述的研磨垫修整系统，其特征在于，所述修整单元还包括控制器，所述控制器分别与所述厚度检测装置和所述修整器电连接。