CN112476231B - 化学机械研磨工艺的研磨头清洗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及化学机械研磨工艺的研磨头清洗方法，包括S1：在初始状态下研磨头压向一外部装置，使外部装置与研磨头形成一封闭的腔体；S2：将研磨头抬起，使腔体与外界大气压相通，而使台阶处的膜片区域向远离固定腔体装置的方向下耷，提供清洗装置，清洗装置喷出清洗液对研磨头进行清洗；S3：对腔体进行抽真空，使台阶处的膜片区域向靠近固定腔体装置的方向上移，清洗装置喷出清洗液继续对研磨头进行清洗；停止抽真空，使台阶处的膜片区域再次向远离固定腔体装置的方向下耷，清洗装置喷出清洗液继续对研磨头进行清洗，多次重复该操作直至将台阶处的副产物清洗掉；以及S4：将研磨头压向外部装置，进行研磨工艺，而可彻底清洗副产物。
Description
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造设备清洗技术，尤其涉及一种化学机械研磨工艺的研磨头清洗方法。
背景技术
化学机械研磨(chemical metal planarization，简称CMP)是半导体集成电路制造过程中的常用工艺。化学机械研磨法(CMP)是一个复杂的工艺过程，它是通过晶片和研磨垫之间的相对运动平坦化晶片表面的，其所用设备常称为研磨机或抛光机。研磨时，将要研磨的晶片的待研磨面向下附着在研磨头上，晶片的待研磨面接触相对旋转的研磨垫，研磨头提供的下压力将晶片紧压到研磨垫上，当表面贴有研磨垫在电机的带动下旋转时，研磨头也进行相对转动。同时，研磨液通过研磨液供应管(tube)输送到研磨垫上，并通过离心力均匀地分布在研磨垫上，该研磨液中的化学成分与被研磨晶片发生化学反应，将不溶物质转化为易溶物质(化学反应过程)，然后通过机械摩擦将这些易溶物从被抛光片表面去掉，实现结合机械作用和化学反应将晶片的表面材料去除，达到全局平坦化效果。化学机械研磨(CMP)带来的一个显著质量问题是表面擦痕(Scratch)，经CMP处理后地薄层往往会在表面存有擦痕，这些小而难发现的擦痕易在金属间引起短路或开路现象，大大降低产品的成品率。
研磨过程中产生的副产物，如残留的研磨液和研磨残渣，如果没有及时清洗去除，就会影响到之后的研磨工艺，而在晶片表面造成上述擦痕。因此需要对研磨用研磨头进行清洗。
发明内容
本发明在于提供一种化学机械研磨工艺的研磨头清洗方法，其中研磨头包括研磨头支撑盘、扣环区域、膜片区域以及固定腔体装置，其中扣环区域设置在研磨头支撑盘的边缘以形成腔体，膜片区域位于研磨头支撑盘的中间区域且位于腔体内，固定腔体装置位于研磨头支撑盘与膜片区域之间，并膜片区域的边缘超出固定腔体装置的边缘，而在膜片区域与固定腔体装置之间形成台阶，该台阶处在研磨过程中积累副产物，包括：S1：在初始状态下研磨头压向一外部装置，使外部装置与研磨头形成一封闭的腔体；S2：将研磨头抬起，使腔体与外界大气压相通，而使台阶处的膜片区域向远离固定腔体装置的方向下耷，提供清洗装置，清洗装置喷出清洗液对研磨头进行清洗；S3：对腔体进行抽真空，使台阶处的膜片区域向靠近固定腔体装置的方向上移，清洗装置喷出清洗液继续对研磨头进行清洗；停止抽真空，使台阶处的膜片区域再次向远离固定腔体装置的方向下耷，清洗装置喷出清洗液继续对研磨头进行清洗，多次重复该操作直至将台阶处的副产物清洗掉；以及S4：将研磨头压向外部装置，进行研磨工艺。
更进一步的，S2中在对研磨头进行清洗过程中研磨头同时自转。
更进一步的，S3中在对腔体进行抽真空，使台阶处的膜片区域向靠近固定腔体装置的方向上移，清洗装置喷出清洗液继续对研磨头进行清洗的过程中研磨头停止自转。
更进一步的，S3中在停止抽真空使台阶处的膜片区域向远离固定腔体装置的方向下耷，清洗装置喷出清洗液继续对研磨头进行清洗过程中研磨头进行自转。
更进一步的，膜片区域包括从边缘向中间排布的两个第一压力区域P1、两个第二压力区域P2、两个第三压力区域P3、两个第四压力区域P4以及一个第五压力区域P5，两个第一压力区域P1、两个第二压力区域P2、两个第三压力区域P3、两个第四压力区域P4分别沿第五压力区域P5对称设置，台阶位于第一压力区域P1处。
更进一步的，S3中在对腔体进行抽真空时两个第一压力区域P1、两个第二压力区域P2和两个第三压力区域P3向靠近固定腔体装置的方向上移。
更进一步的，S3中在对腔体停止抽真空时两个第一压力区域P1、两个第二压力区域P2和两个第三压力区域P3向远离固定腔体装置的方向下耷。
更进一步的，清洗液为去离子水。
更进一步的，台阶处的膜片区域向靠近固定腔体装置的方向上移为上移至膜片区域处于平整状态。
更进一步的，台阶处的膜片区域向靠近固定腔体装置的方向上移为上移至膜片区域处于平整状态。
附图说明
图1为本发明一实施例的化学机械研磨工艺的研磨头清洗方法流程图。
图2为本发明一实施例的化学机械研磨工艺的研磨头示意图。
图3为本发明一实施例的化学机械研磨工艺的研磨头清洗过程之一的状态示意图。
图4为本发明一实施例的化学机械研磨工艺的研磨头清洗过程之另一的状态示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，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。
本发明一实施例中，提出一种化学机械研磨工艺的研磨头清洗方法，请参阅图1所示的化学机械研磨工艺的研磨头清洗方法流程图，以及图2的化学机械研磨工艺的研磨头示意图。如图2所示化学机械研磨工艺的研磨头包括研磨头支撑盘110、扣环区域120、膜片区域130以及固定腔体装置140，其中扣环区域120设置在研磨头支撑盘110的边缘以形成腔体150，膜片区域130位于研磨头支撑盘110的中间区域且位于腔体150内，固定腔体装置140位于研磨头支撑盘110与膜片区域130之间，并膜片区域130的边缘超出固定腔体装置140的边缘，而在膜片区域130与固定腔体装置140之间形成台阶160，该台阶160处在研磨过程中易积累副产物170，且清洗液很难到达该台阶160区域而很难清洗台阶160处的副产物，通常研磨头通过膜片区域130向位于研磨头下方的待研磨的晶圆200的不同区域施加不同的压力，通常膜片区域130包括从边缘向中间排布的两个第一压力区域P1、两个第二压力区域P2、两个第三压力区域P3、两个第四压力区域P4以及一个第五压力区域P5，两个第一压力区域P1、两个第二压力区域P2、两个第三压力区域P3、两个第四压力区域P4分别沿第五压力区域P5对称设置，通常台阶160位于第一压力区域P1处。
具体的，本发明一实施例的化学机械研磨工艺的研磨头清洗方法，包括：
S1：参阅图2，在初始状态下研磨头压向一外部装置300，使外部装置300与研磨头100形成一封闭的腔体150；
如图2所示，在该状态下膜片区域130处于初始的平整状态，无形变。
S2：请参阅图3，将研磨头抬起，使腔体150与外界大气压相通，而使台阶160处的膜片区域130向远离固定腔体装置140的方向下耷，提供清洗装置，清洗装置喷出清洗液对研磨头进行清洗；
图3为化学机械研磨工艺的研磨头清洗过程之一的状态示意图，如图3所示，由于台阶160处的膜片区域130向远离固定腔体装置140的方向下耷，清洗液更易到达台阶160处而将积累在台阶160处的副产物清洗掉。
在本发明一实施例中，在对研磨头进行清洗过程中研磨头同时自转。
在本发明一实施例中，清洗液为去离子水。
S3：如图4所示，对腔体150进行抽真空，使台阶160处的膜片区域130向靠近固定腔体装置140的方向上移，清洗装置喷出清洗液继续对研磨头进行清洗；停止抽真空，如图3所示，使台阶160处的膜片区域130再次向远离固定腔体装置140的方向下耷，清洗装置喷出清洗液继续对研磨头进行清洗，多次重复该操作直至将台阶160处的副产物清洗掉；
图4为化学机械研磨工艺的研磨头清洗过程之另一的状态示意图。
在多次重复步骤S3的操作，可使台阶160处的膜片区域130多次发生形变，而使积累的副产物松动易于清洗或可在台阶160处的膜片区域130再次向远离固定腔体装置140的方向下耷时带出积累的副产物，另在台阶160处的膜片区域130向远离固定腔体装置140的方向下耷时，更多清洗液可到达台阶160处而将积累的副产物清洗掉。
在一实施例中，在对腔体150进行抽真空，使台阶160处的膜片区域130向靠近固定腔体装置140的方向上移，清洗装置喷出清洗液继续对研磨头进行清洗的过程中研磨头停止自转。而在停止抽真空，使台阶160处的膜片区域130向远离固定腔体装置140的方向下耷，清洗装置喷出清洗液继续对研磨头进行清洗过程中研磨头进行自转。
在本发明一实施例中，更具体的，在对腔体150进行抽真空两个第一压力区域P1、两个第二压力区域P2和两个第三压力区域P3向靠近固定腔体装置140的方向上移；停止抽真空时两个第一压力区域P1、两个第二压力区域P2和两个第三压力区域P3向远离固定腔体装置140的方向下耷。
在本发明一实施例中，台阶160处的膜片区域130向靠近固定腔体装置140的方向上移为上移至膜片区域130处于平整状态。
S4：将研磨头压向外部装置300，进行研磨工艺。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种化学机械研磨工艺的研磨头清洗方法，其中研磨头包括研磨头支撑盘、扣环区域、膜片区域以及固定腔体装置，其中扣环区域设置在研磨头支撑盘的边缘以形成腔体，膜片区域位于研磨头支撑盘的中间区域且位于腔体内，固定腔体装置位于研磨头支撑盘与膜片区域之间，并膜片区域的边缘超出固定腔体装置的边缘，而在膜片区域与固定腔体装置之间形成台阶，该台阶处在研磨过程中积累副产物，其特征在于，包括：
S1：在初始状态下研磨头压向一外部装置，使腔体封闭；
S2：将研磨头抬起，使腔体与外界大气压相通，而使台阶处的膜片区域向远离固定腔体装置的方向下耷，提供清洗装置，清洗装置喷出清洗液对研磨头进行清洗；
S3：对腔体进行抽真空，使台阶处的膜片区域向靠近固定腔体装置的方向上移，清洗装置喷出清洗液继续对研磨头进行清洗；停止抽真空，使台阶处的膜片区域再次向远离固定腔体装置的方向下耷，清洗装置喷出清洗液继续对研磨头进行清洗，多次重复该操作直至将台阶处的副产物清洗掉；以及
S4：将研磨头压向外部装置，进行研磨工艺。
2.根据权利要求1所述的化学机械研磨工艺的研磨头清洗方法，其特征在于，S2中在对研磨头进行清洗过程中研磨头同时自转。
3.根据权利要求1所述的化学机械研磨工艺的研磨头清洗方法，其特征在于，S3中在对腔体进行抽真空，使台阶处的膜片区域向靠近固定腔体装置的方向上移，清洗装置喷出清洗液继续对研磨头进行清洗的过程中研磨头停止自转。
4.根据权利要求1或3任一项所述的化学机械研磨工艺的研磨头清洗方法，其特征在于，S3中在停止抽真空使台阶处的膜片区域向远离固定腔体装置的方向下耷，清洗装置喷出清洗液继续对研磨头进行清洗过程中研磨头进行自转。
5.根据权利要求1所述的化学机械研磨工艺的研磨头清洗方法，其特征在于，膜片区域包括从边缘向中间排布的两个第一压力区域P1、两个第二压力区域P2、两个第三压力区域P3、两个第四压力区域P4以及一个第五压力区域P5，两个第一压力区域P1、两个第二压力区域P2、两个第三压力区域P3、两个第四压力区域P4分别沿第五压力区域P5对称设置，台阶位于第一压力区域P1处。
6.根据权利要求5所述的化学机械研磨工艺的研磨头清洗方法，其特征在于，S3中在对腔体进行抽真空时两个第一压力区域P1、两个第二压力区域P2和两个第三压力区域P3向靠近固定腔体装置的方向上移。
7.根据权利要求5所述的化学机械研磨工艺的研磨头清洗方法，其特征在于，S3中在对腔体停止抽真空时两个第一压力区域P1、两个第二压力区域P2和两个第三压力区域P3向远离固定腔体装置的方向下耷。
8.根据权利要求1所述的化学机械研磨工艺的研磨头清洗方法，其特征在于，清洗液为去离子水。
9.根据权利要求1所述的化学机械研磨工艺的研磨头清洗方法，其特征在于，台阶处的膜片区域向靠近固定腔体装置的方向上移为上移至膜片区域处于平整状态。
10.根据权利要求6所述的化学机械研磨工艺的研磨头清洗方法，其特征在于，台阶处的膜片区域向靠近固定腔体装置的方向上移为上移至膜片区域处于平整状态。
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