CN113105865A - 晶圆研磨颗粒、抛光液及清洗系统 - Google Patents

晶圆研磨颗粒、抛光液及清洗系统 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种晶圆研磨颗粒、抛光液及清洗系统，以使研磨颗粒得以回收利用，降低成本，提升清洗效果，该晶圆研磨颗粒包括颗粒核和包裹所述颗粒核的壳体；其中，所述颗粒核包括磁性材料，使所述晶圆研磨颗粒可通过磁力进行回收。在正常使用时磨损研磨颗粒的外壳，可通过定期对回收的研磨颗粒进行外壳生成的工艺，即可实现磨损外壳的修补，使研磨颗粒可实现长期的回收利用。进一步地，本发明中的清洗系统中额外加入了可生成磁场的磁力装置，由于研磨颗粒的颗粒核具有磁性，可实现磁力与物理清扫的结合，以提供更强的清扫强度，从而对晶圆进行更彻底的清洗，提高晶圆的产品良率。

Description

晶圆研磨颗粒、抛光液及清洗系统
技术领域
本发明涉及晶圆的研磨抛光及清洗，更具体地，涉及一种晶圆研磨颗粒、抛光液及清洗系统。
背景技术
在由晶圆制造出半导体组件的过程中，可利用许多半导体制程设备与工具，这些制程机台里，通常会有一种用于研磨晶圆以得到平坦表面的设备，平坦的表面对于半导体器件的制备十分重要，全面性平坦化制程可藉由化学机械研磨(Chemical MechanicalPolishing，简称CMP)技术得以实现，此制程在现代半导体器件中已广泛应用。
化学机械研磨中，除去研磨垫，研磨抛光液也是CMP的关键要素之一，其性能直接影响抛光后晶圆表面的质量。如图1所示，抛光液110中通常都具有超细固体颗粒，以提供研磨作用。CMP主要是在晶圆和研磨台的相对运动中，向研磨垫上供应抛光液110，抛光液110中含有超细固体颗粒(研磨颗粒111)和化学物质，晶圆表面与抛光液110中的化学物质发生化学反应，生成一层相对容易去除的表面层，在研磨头的下压力及抛光液中的研磨颗粒111的作用下，在与研磨垫的相对运动中被机械地磨掉，以实现晶圆表面的平坦化。
在CMP工艺中，抛光液中的研磨颗粒是CMP工艺后晶圆表面缺陷的重要来源之一。抛光液中的研磨颗粒不仅可能会对晶圆表面造成划伤，在CMP工艺过程中，如果研磨头对晶圆施加的下压力过大，如图2所示，可能会导致抛光液中的研磨颗粒111嵌入晶圆200表面或在表面堆积，在后续清洗时也无法处理，从而导致晶圆200部分区域受损，形成凸点缺陷210，造成良率降低，进一步地，一旦研磨颗粒嵌入晶圆表面的导电结构中，还会对由此晶圆生产的芯片的电性能造成影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种晶圆研磨颗粒、抛光液及清洗系统，以使研磨颗粒得以回收利用，降低成本，进一步地，抛光液及清洗系统还可减少CMP工艺对晶圆造成的损伤，实现更好的清洗效果。
本发明提供一种晶圆研磨颗粒，其特征在于，包括颗粒核和包裹所述颗粒核的壳体；其中，所述颗粒核包括磁性材料，使所述晶圆研磨颗粒可通过磁力进行回收。
优选地，所述颗粒核包括Fe3O4。
优选地，所述颗粒核采用共沉淀法制成。
优选地，所述壳体包括SiO2。
优选地，采用水热合成法形成包裹所述颗粒核的所述壳体。
优选地，所述晶圆研磨颗粒为球形或椭球形。
本发明还提供一种晶圆抛光液，其特征在于，包括：
去离子水；
如上所述的晶圆研磨颗粒。
优选地，该晶圆抛光液还包括：抑制剂、表面活性剂、催化剂和稳定剂。
本发明还提供一种晶圆清洗系统，其特征在于，包括：
超声波清洗装置，包含装有清洗液的腔体及超声波发生器；
刷洗装置，包含喷淋头和清洗刷；
干燥装置，用于对晶圆进行烘干；
其中，所述超声波清洗装置和所述刷洗装置中均设置有用于产生磁场的磁力装置，通过控制磁力装置以回收如上所述的研磨颗粒。
优选地，所述磁力装置的磁场方向与所述晶圆的表面相垂直。
本发明实施例提供的晶圆研磨颗粒、抛光液及清洗系统，其研磨颗粒的颗粒核包括磁性材料，使得抛光液中的研磨颗粒得以通过磁力实现回收利用，由于研磨颗粒采用内核与外壳的双层构造，在正常使用时磨损研磨颗粒的外壳，可通过定期对回收的研磨颗粒进行外壳生成的工艺，即可实现磨损外壳的修补，使研磨颗粒可实现长期的回收利用。
进一步地，由于常规的清洗系统对于嵌入晶圆表面或在晶圆表面堆积严重的研磨颗粒难以实现有效的清洁，本发明中的清洗系统中额外加入了可生成磁场的磁力装置，由于研磨颗粒的颗粒核具有磁性，可实现磁力与物理清扫的结合，以提供更强的清扫强度，从而对晶圆进行更彻底的清洗。还可通过控制磁场方向和磁场强度及早的对从晶圆表面脱落的研磨颗粒进行吸附，避免清洗过程中研磨颗粒对晶圆表面造成损伤，提高晶圆的产品良率。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
图1示出研磨抛光液及其中的研磨颗粒的示意图。
图2示出研磨后晶圆的示意图。
图3示出本发明的研磨颗粒及抛光液的制作示意图。
图4示出本发明的清洗系统的示意图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。为了简明起见，可以在一幅图中描述形态变换后的结构。
应当理解，在描述结构关系时，当将一个结构、一个区域称为位于另一结构、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一结构、另一个区域上面，或者在其与另一结构、另一个区域之间还包含其它的结构或区域。并且，如果将产品翻转，该结构、区域将位于另一结构、另一个区域“下面”或“下方”。
如果为了描述直接位于另一结构、另一个区域上面的情形，本文将采用“直接在……上面”或“在……上面并与之邻接”的表述方式。
在本申请中，术语“半导体结构”指在制造存储器件的各个步骤中形成的整个半导体结构的统称，包括已经形成的所有层或区域。在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
本发明可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。
图3示出了本发明的研磨颗粒及抛光液的制作示意图，研磨颗粒310包括颗粒核311和壳体312，颗粒核311例如包括磁性材料，以便在使用过后通过磁力进行回收和再利用，具体地，颗粒核311例如由Fe3O4通过共沉淀法制成，颗粒核311例如为球形或椭球形，再通过水热合成法，在颗粒核311的外部制备壳体312，以形成研磨颗粒310，壳体312例如包括二氧化硅，壳体312包裹颗粒核311，在CMP工艺中研磨颗粒310中的壳体312进行磨损消耗，由于颗粒核311包括磁性材料，可通过磁力在研磨及清洗过程中对研磨颗粒310进行回收实现再利用，在研磨颗粒310循环利用若干次后，可再通过水热合成法填补壳体312的磨损。研磨颗粒310同样例如为球形或椭球形，其粒径例如为10-1000nm。研磨颗粒310中颗粒核311的质量占比不低于总质量的60％。进一步地，将研磨颗粒310与抑制剂、表面活性剂、催化剂和稳定剂等进行一定比例的混合可形成CMP工艺所需的抛光液300，在CMP工艺中，通过研磨垫与抛光液300的共同作用，实现对晶圆表面的研磨。
图4示出了本发明的清洗系统的示意图，该清洗系统400包括超声波清洗装置410、刷洗装置和干燥装置440，其中，刷洗装置例如包括一级刷洗装置420和二级刷洗装置430，晶圆在经过清洗系统400后可置于承片台450上由机械手取出。为了实现对上述抛光液300中的研磨颗粒310进行回收，在超声波清洗装置410、一级刷洗装置420和二级刷洗装置430中设置有用于产生磁场的磁力装置(图中未示出)，通过控制磁力装置的磁场，配合上述清洗系统中的各级清洁装置实现对研磨颗粒310的回收，进一步地，在各装置中，磁力装置的磁场方向与晶圆表面相垂直，以避免回收过程中对晶圆表面的刮伤，还可通过控制磁场的强度，采用物理清扫加磁力吸附共同处理晶圆上的研磨颗粒310，提升清洁效果及产品良率。
具体地，超声波清洗装置410例如包括一个可容纳整个晶圆的灌满清洗液的腔体以及设置在其中的超声波发生器，将晶圆置入该超声波清洗装置410中，通过超声波发生器带动腔体内的清洗液振动，从而实现对其内晶圆的清洁，超声波清洗装置410中的磁力装置例如设置在晶圆正反面所对的腔体侧壁，通过磁力装置产生磁场将晶圆表面脱落的研磨颗粒310进行吸附，可减小在清洗过程中从晶圆表面脱落的研磨颗粒310对晶圆表面造成损伤。
一级刷洗装置420和二级刷洗装置430的结构相类似，其均包括能喷出清洗液的喷淋头和清洗刷，通过清洗刷与喷出的清洗液共同对晶圆的表面进行刷洗，进一步地，在一级刷洗装置420和二级刷洗装置430中承载晶圆的部件还可使晶圆进行旋转，以更好的对晶圆的各个区域进行刷洗。清洗刷设置在晶圆的正反两个表面，可同时对晶圆的正反面进行刷洗，类似地，一级刷洗装置420和二级刷洗装置430中设置有磁力装置，通过磁力装置制造磁场，利用磁场对从晶圆上刷洗下的研磨颗粒310进行回收。
干燥装置440例如包括通气管路和晶圆垫片，通过通气管路通入清洁气流对晶圆表面进行吹扫干燥，进一步地，晶圆垫片还可带动晶圆旋转以甩去晶圆表面的清洗液，实现晶圆干燥。
清洗液为浓度为30％的柠檬酸溶液或去离子水；清洗刷为圆柱状中部空心外表面具有若干凸起的滚筒状刷子，通气管路通入的气流例如为氮气、氦气等，也可预先将气体进行加热后再由通气管路通入进行吹扫干燥，以更快使晶圆干燥。
本发明实施例提供的晶圆研磨颗粒、抛光液及清洗系统，其研磨颗粒的颗粒核包括磁性材料，使得抛光液中的研磨颗粒得以通过磁力实现回收利用，由于研磨颗粒采用内核与外壳的双层构造，在正常使用时磨损研磨颗粒的外壳，可通过定期对回收的研磨颗粒进行外壳生成的工艺，即可实现磨损外壳的修补，使研磨颗粒可实现长期的回收利用。
进一步地，由于常规的清洗系统对于嵌入晶圆表面或在晶圆表面堆积严重的研磨颗粒难以实现有效的清洁，本发明中的清洗系统中额外加入了可生成磁场的磁力装置，由于研磨颗粒的颗粒核具有磁性，可实现磁力与物理清扫的结合，以提供更强的清扫强度，从而对晶圆进行更彻底的清洗。还可通过控制磁场方向和磁场强度及早的对从晶圆表面脱落的研磨颗粒进行吸附，避免清洗过程中研磨颗粒对晶圆表面造成损伤，提高晶圆的产品良率。
在以上的描述中，对于各结构的具体构图、制造等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的结构、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。
以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种晶圆研磨颗粒，其特征在于，包括颗粒核和包裹所述颗粒核的壳体；其中，所述颗粒核包括磁性材料，使所述晶圆研磨颗粒可通过磁力进行回收。
2.根据权利要求1所述的晶圆研磨颗粒，其特征在于，所述颗粒核包括Fe3O4。
3.根据权利要求1所述的晶圆研磨颗粒，其特征在于，所述颗粒核采用共沉淀法制成。
4.根据权利要求1所述的晶圆研磨颗粒，其特征在于，所述壳体包括SiO2。
5.根据权利要求1所述的晶圆研磨颗粒，其特征在于，采用水热合成法形成包裹所述颗粒核的所述壳体。
6.根据权利要求1所述的晶圆研磨颗粒，其特征在于，所述晶圆研磨颗粒为球形或椭球形。
7.一种晶圆抛光液，其特征在于，包括：
去离子水；
如权利要求1-6任意一项所述的晶圆研磨颗粒。
8.根据权利要求7所述的晶圆抛光液，其特征在于，还包括：抑制剂、表面活性剂、催化剂和稳定剂。
9.一种晶圆清洗系统，其特征在于，包括：
超声波清洗装置，包含装有清洗液的腔体及超声波发生器；
刷洗装置，包含喷淋头和清洗刷；
干燥装置，用于对晶圆进行烘干；
其中，所述超声波清洗装置和所述刷洗装置中均设置有用于产生磁场的磁力装置，通过控制磁力装置以回收如权利要求1-6任一项所述的研磨颗粒。
10.根据权利要求9所述的晶圆清洗系统，其特征在于，所述磁力装置的磁场方向与所述晶圆的表面相垂直。
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