CN112372509A - 一种将抛光垫的初始状态转变为亲水性的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种将抛光垫的初始状态转变为亲水性的方法和装置；该方法可以包括：将新抛光垫粘贴至抛光机台的下定盘后，将符合设定硬度以及粗糙度材质制成的转换用晶圆置于抛光头的组装式吸附垫中；利用所述新抛光垫对所述转换用晶圆进行抛光作业；当所述新抛光垫对设定数目的转换用晶圆完成抛光作业后，所述新抛光垫的表面状态转变为亲水性状态。

Description

一种将抛光垫的初始状态转变为亲水性的方法和装置
技术领域
本发明实施例涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种将抛光垫的初始状态转变为亲水性的方法和装置。
背景技术
在生产硅晶圆的流程中，为了去除在双面抛光(DSP，Double Side Polishing)工艺中引入的硅晶圆表面损伤，并将硅晶圆制作成镜面同时维持改善平坦度(Flatness)，通常会在DSP工艺之后进行最终抛光(FP，Final Polishing)作业。
在FP作业期间，通常会定期更换抛光垫。被换上的新抛光垫表面初始状态是疏水性的，为了使新抛光垫的表面呈亲水性状态以便于进行后续的FP工艺，需要对其表面的状态进行转变。因此，迅速转变新抛光垫的表面状态可以使得新抛光垫能够尽快地被用于FP作业过程，从而提高生产效率。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例期望提供一种将抛光垫的初始状态转变为亲水性的方法和装置；能够快速地将新抛光垫的表面状态转变为亲水性，降低新抛光垫在使用前的准备时长，提高了硅晶圆的生产效率。
本发明实施例的技术方案是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种将抛光垫的初始状态转变为亲水性的方法，所述方法包括：
将新抛光垫粘贴至抛光机台的下定盘后，将符合设定硬度以及粗糙度材质制成的转换用晶圆置于抛光头的组装式吸附垫中；其中，所述设定硬度以及粗糙度均大于硅晶圆的硬度以及粗糙度；
利用所述新抛光垫对所述转换用晶圆进行抛光作业；
当所述新抛光垫对设定数目的转换用晶圆完成抛光作业后，所述新抛光垫的表面状态转变为亲水性状态。
第二方面，本发明实施例提供了一种将抛光垫的初始状态转变为亲水性的装置，所述装置包括：抛光头、不锈钢定盘、组装式吸附垫、转换用晶圆以及下定盘；其中，所述转换用晶圆由符合设定硬度以及粗糙度材质制成，置于所述不锈钢定盘下的所述组装式吸附垫中；所述下定盘上表面粘贴有新抛光垫，并且当所述新抛光垫粘贴完毕后，基于所述抛光头与所述下定盘之间的相对旋转进行抛光作业；当所述新抛光垫对设定数目的所述转换用晶圆完成抛光作业后，所述新抛光垫的表面状态转变为亲水性状态。
本发明实施例提供了一种将抛光垫的初始状态转变为亲水性的方法和装置；由于转换用晶圆的硬度以及粗糙度均高于通常使用的调试用硅晶圆，因此，无需使用新抛光垫对50至100片的调试用硅晶圆执行抛光作业才能够完成表面状态的改变，完成表面状态改变所使用的转换用晶圆数目将会远小于调试用晶圆，从而快速地将新抛光垫的表面状态转变为亲水性，降低新抛光垫在使用前的准备时长，提高了硅晶圆的生产效率。
附图说明
图1为相关方案提供的一种抛光头结构；
图2为相关方案提供的一种压力示意图；
图3为本发明实施例提供的一种抛光头结构；
图4为本发明实施例提供的抛光垫的表面亲水性状态转换示意图；
图5为本发明实施例提供的抛光垫的表面状态转换示意图；
图6为本发明实施例提供的一种将抛光垫的初始状态转变为亲水性的方法流程示意图；
图7为本发明实施例提供的水滴扩散示意图；
图8为本发明实施例提供的一种将抛光垫的初始状态转变为亲水性的装置结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
硅晶圆在经过DSP工艺流程后，通常会在表面遗留有细微损伤。为了去除损伤，并且将硅晶圆制作成镜面并持续地改善平坦度，通常会进行FP作业。常规的FP作业是将装载有硅晶圆的抛光头(Polishing Head)与粘贴在下定盘上的抛光垫表面相接触，硅晶圆表面通过研磨液管道(slurry Tube)供给的胶质研磨液(Colloidal slurry)和化学品(chemical)发生化学反应并且因机械加压所引发的物理反应的影响进行抛光。
具体来说，完成DSP工艺的硅晶圆会被放入清洗机，随后从清洗机出料后需立即开始FP作业，完整的FP作业流程包括三次抛光操作，具体如下：首先，将从清洗机取出的硅晶圆进行第一次FP步骤，也可被称之为粗抛光(Stock Polishing)步骤，该步骤用于将硅晶圆在等待时所形成的氧化硅(SiO2)膜轻微去除并制作成镜面状态；本步骤是用于调整作业过程中的研磨颗粒(Particle)以及整个硅晶圆表面的平坦度。在粗抛步骤后进行第二次FP步骤，该步骤调整研磨颗粒，通过使用最小的研磨量以调整硅晶圆表面的粗糙度。在完成第二次FP步骤，就接着进行第三次FP步骤，该步骤用于调整硅晶圆表面的微观粗糙度(microroughness)及细小颗粒(fine particle)并完成收尾工作。硅晶圆在完成以上3个步骤的FP作业后，会在设备内进行简单的表面清洗，最后放置到下料片盒(unloading cassette)中，直到下料片盒内装满硅晶圆后则进行等待的工序。
对于以上作业流程中的第一次FP步骤，即粗抛光步骤来说，在作业的过程中，抛光头在旋转的同时，研磨液管道还向粘贴有抛光垫的抛光机台喷洒抛光液和化学品来进行硅晶圆表面去除。此时使用的二氧化硅胶质研磨液的细微粒子会同时研磨去除抛光垫和硅晶圆，由此，抛光垫的毛发状态则会变成凹凸不平的状态。随着抛光垫的形貌变化，由于抛光产生的抛光垫碎屑也会积累在抛光垫上形成硅晶圆的颗粒污染源，这也是导致硅晶圆平坦度恶化的原因之一。参见图1所示的抛光头结构对硅晶圆进行FP作业，抛光头与橡胶定盘均通过紧固件与旋转驱动连接，借助旋转驱动进行绕轴心旋转，橡胶定盘下方为组装式吸附垫(TA)，通过真空/空气管将橡胶定盘内的空间抽成真空，从而通过负压将硅晶圆吸附在TA中。
在进行FP作业过程中，如图2所示，处于组装式吸附垫(TA)中的硅晶圆会因为研磨液以及如箭头所示的抛光垫被施加的压力，同时施加的与抛光垫的相对旋转来进行平坦度作业以及镜面加工。但为了研磨硅晶圆，通常会在中心部施加压力，另外由于硅晶圆具有软性的特性，硅晶圆在受到的压力后，会出现靠向硅晶圆边缘而降低的现象，由此导致硅晶圆中心部被研磨较多，而边缘部研磨较少，从而形成不均一研磨以致使平坦度恶化形成凹面形貌(Concave shape)。
需要说明的是，因为抛光机台(Polishing Table)的旋转加速和机械压力导致局部的抛光垫磨损，也会使其形貌变化，更严重导致成为形成颗粒污染源和区域平坦度恶化的原因。
为防止以上现象发生，本发明实施例将在抛光设备的抛光头的定盘的材质由橡胶更换成316型号不锈钢(Stainless Steel)材质，如图3所示结构，从而使在进行硅晶圆单面抛光作业的过程中，能够将压力的影响力从中心部扩散至边缘部，将抛光垫内部的平坦度变化降到最低，使得抛光加工趋于稳定，从而将平整度(GBIR)以及区域平坦度受到的外部影响最小化。
在进行FP工序过程中，定期会对抛光垫进行更换，新抛光垫表面的初始状态呈疏水性，为了使其呈亲水性化，常规方案会采用50至100片的调试用硅晶圆(Dummy Wafer)执行抛光工序来转换抛光垫的表面状态为亲水性状态，如图4所示，图4左侧为疏水性状态示意图，图4右侧为亲水性状态示意图。
由于硅晶圆具有软性的特性，因此转换抛光垫的表面状态需要很长的时间。此外，如图5所示，由于硅晶圆表面通过胶质二氧化硅和化学品以及抛光垫连续抛光作业，会导致抛光垫的形貌也会在抛光作业前后发生变化，硅晶圆的表面形貌也会通过这种形态而形成；并且根据抛光头施加的压力程度会导致平坦度发生变化，因抛光垫碎屑形成的颗粒会导致平坦度较差；另外，在单面抛光作业过程中，还可能还会发生因摩擦热导致抛光垫不均一的形貌变化以及因为脱胶的抛光垫表面而导致的平坦度异常。
为了避免目前常规方案所出现的上述问题，本发明实施例期望提供一种将抛光垫的初始状态转变为亲水性的方法，参见图6，该方法可以应用于图3所示的抛光头结构，该方法可以包括：
S61：将新抛光垫粘贴至抛光机的下定盘后，将符合设定硬度以及粗糙度材质制成的转换用晶圆置于抛光头的组装式吸附垫中；
其中，所述设定硬度以及粗糙度均大于硅晶圆的硬度以及粗糙度；
S62：利用所述新抛光垫对所述转换用晶圆进行抛光作业；
S63：当所述新抛光垫对设定数目的转换用晶圆完成抛光作业后，所述新抛光垫的表面状态转变为亲水性状态。
需要说明的是，通过图6所示的技术方案，由于转换用晶圆的硬度以及粗糙度均高于通常使用的调试用硅晶圆，因此，无需使用新抛光垫对50至100片的调试用硅晶圆执行抛光作业才能够完成表面状态的改变，完成表面状态改变所使用的转换用晶圆数目将会远小于调试用晶圆，从而快速地将新抛光垫的表面状态转变为亲水性，降低新抛光垫在使用前的准备时长，提高了硅晶圆的生产效率。
在一些示例中，由于碳化硅属于晶圆制造流程中常用的材质，其具有高硬度、耐电压、耐热的特性，不会受到自身污染或周边污染的影响，即使厚度较薄也不会破碎，具有与硅Si材质不同的坚硬的特性。因此，在本发明实施例中，所述转换用晶圆的材质优选为碳化硅材质。
基于上述示例，由于同样需要对转换用晶圆执行抛光作业，因此，所述转换用晶圆的尺寸与实际执行FP作业时，置于抛光头的组装式吸附垫中的硅晶圆尺寸一致，举例来说，设定实际的FP作业针对直径300毫米mm的硅晶圆执行；那么在换上新抛光垫后，考虑尺寸误差，首先使用直径299.00mm至300.04mm以下的转换用晶圆执行抛光作业以便换抛光垫的表面状态。所述转换用晶圆的厚度优选为775至778微米um。
基于上述示例以及针对碳化硅材质的阐述，当新抛光垫使用碳化硅材质制成的转换用晶圆执行抛光作业以转变表面状态时，执行抛光作业时抛光头施加的压力值比采用调试用硅晶圆执行抛光作业时抛光头施加的压力值大1.3至1.5倍，优选数值为15千帕Kpa至20Kpa。
基于以上材质以及作业压力条件，相比于常规方案采用调试用硅晶圆执行抛光作业以转变抛光垫表面状态，本发明实施例所阐述的技术方案能够利用较少数量的转换用晶圆执行抛光作业，就可以将新抛光垫的表面状态由疏水性转变为亲水性；如图7所示的水滴扩散示意图，当使用4片碳化硅材质的转换用晶圆执行抛光作业后，新抛光垫表面的水滴扩散较宽，且形成小于80度角的债接触角。由此可知，本发明实施例提供的将抛光垫的初始状态转变为亲水性的方法，降低了新抛光垫的准备时间；而且碳化硅的上述特性，也可以使得转换用晶圆能够被多次的重复使用，从而降低了成本，节省了生产资源，提高了生产效率。
基于图3所示的结构和图6所示的技术方案，以及其相关阐述，参见图8，本发明实施例还可以提供一种将抛光垫的初始状态转变为亲水性的装置80，该装置80可应用于抛光设备中，所述装置80包括：抛光头81、不锈钢定盘82、组装式吸附垫83、转换用晶圆84以及下定盘85；其中，转换用晶圆84由符合设定硬度以及粗糙度材质制成，置于不锈钢定盘82下的组装式吸附垫83中；所述下定盘85上表面粘贴有新抛光垫9，并且当新抛光垫9粘贴完毕后，基于所述抛光头91与所述下定盘85之间的相对旋转进行抛光作业；当所述新抛光垫9对设定数目的转换用晶圆84完成抛光作业后，所述新抛光垫9的表面状态转变为亲水性状态。
可以理解地，所述装置80的具体阐述可以参照图6所示的技术方案的示例阐述，本发明实施例在此不作赘述。
需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种将抛光垫的初始状态转变为亲水性的方法，其特征在于，所述方法包括：
将新抛光垫粘贴至抛光机台的下定盘后，将符合设定硬度以及粗糙度材质制成的转换用晶圆置于抛光头的组装式吸附垫中；其中，所述设定硬度以及粗糙度均大于硅晶圆的硬度以及粗糙度；
利用所述新抛光垫对所述转换用晶圆进行抛光作业；
当所述新抛光垫对设定数目的转换用晶圆完成抛光作业后，所述新抛光垫的表面状态转变为亲水性状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转换用晶圆的材质为碳化硅材质。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转换用晶圆的尺寸与实际执行最终抛光FP作业时，置于抛光头的组装式吸附垫中的硅晶圆尺寸一致。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转换用晶圆的厚度为775至778微米um。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在利用所述新抛光垫对所述转换用晶圆进行抛光作业时，抛光头施加的压力值比采用调试用硅晶圆执行抛光作业时抛光头施加的压力值大1.3至1.5倍。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述新抛光垫对4片转换用晶圆完成抛光作业后，所述新抛光垫的表面状态转变为亲水性状态。
7.一种将抛光垫的初始状态转变为亲水性的装置，其特征在于，所述装置包括：抛光头、不锈钢定盘、组装式吸附垫、转换用晶圆以及下定盘；其中，所述转换用晶圆由符合设定硬度以及粗糙度材质制成，置于所述不锈钢定盘下的所述组装式吸附垫中；所述下定盘上表面粘贴有新抛光垫，并且当所述新抛光垫粘贴完毕后，基于所述抛光头与所述下定盘之间的相对旋转进行抛光作业；当所述新抛光垫对设定数目的所述转换用晶圆完成抛光作业后，所述新抛光垫的表面状态转变为亲水性状态。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述转换用晶圆的材质为碳化硅材质。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述转换用晶圆的尺寸与实际执行最终抛光FP作业时，置于抛光头的组装式吸附垫中的硅晶圆尺寸一致；
所述转换用晶圆的厚度为775至778微米um。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，在利用所述新抛光垫对所述转换用晶圆进行抛光作业时，所述抛光头施加的压力值比采用调试用硅晶圆执行抛光作业时抛光头施加的压力值大1.3至1.5倍。
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