CN113199393A - 研磨系统及研磨方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种研磨系统和研磨方法。所述研磨系统包括研磨装置和清洗液供给装置，所述研磨装置具有研磨垫，所述清洗液供给装置用于提供清洗研磨垫的清洗液；其中，清洗液供给装置包括加热控制单元，所述加热控制单元用于调控清洗液的温度，使得注入到研磨垫上的清洗液的温度在高于室温的设定温度范围内。利用该清洗液供给装置提供的高于室温的清洗液清洗研磨垫，可以有效去除研磨垫表面的残留物，有助于提高清洁效果和研磨质量。所述研磨方法采用上述的研磨系统，在清洗前将清洗液的温度调控到高于室温的设定温度范围内，可以有效去除研磨垫表面的残留物，有助于提高清洁效果和研磨质量。

Description

研磨系统及研磨方法
技术领域
本发明涉及化学机械研磨技术领域，特别涉及一种研磨系统及研磨方法。
背景技术
在半导体元器件的制作工艺中，常需用到化学机械研磨(Chemical MechanicalPolishing，CMP)设备对晶片表面进行平坦化处理。CMP设备在进行平坦化处理时，将研磨液供给到研磨垫上，晶片通过研磨头的压力与研磨垫表面接触，通过晶片、研磨液与研磨垫的相互作用，能够实现对晶片的化学机械研磨(即平坦化)。
以制作金属接触插塞的工艺为例，在接触插塞制作过程中，首先在晶片上制作介质层，并刻蚀介质层以形成露出介质层下方的导电层的通孔，然后在通孔内填充导电材料(例如钨或铜)，接着利用化学机械研磨设备对晶片上表面进行研磨，去除高出介质层上表面的导电材料，经过该平坦化处理后，剩余的位于通孔内的导电材料形成金属接触插塞。
在化学机械研磨设备对晶片的研磨操作完成以后，在研磨垫上会存在残留的研磨液以及研磨垫消耗导致的残留物等。目前使用室温的去离子水清洗研磨垫(Pad Rinse)以及通过修整器打磨研磨垫(Ex-situ)来去除研磨垫上的各种残留物。对于研磨完成的晶片，另外使用室温的去离子水冲洗(Wafer rinse)。
但是，研究发现，使用室温的去离子水清洗研磨垫时，对残留物的去除效果不好(即清洗效果差)，残留物的存在还容易导致以下问题：
(1)研磨垫上残留的研磨液(例如酸性研磨液)会腐蚀修整器(图1所示为被腐蚀的修整器表面)，影响修整器的使用寿命；
(2)研磨后研磨垫上的各种残留物容易造成后续研磨的晶片表面出现划伤(图2所示为因研磨垫上残留物导致的晶片表面划伤)；
(3)利用清洗后的研磨垫研磨下一晶片时，晶片研磨初期研磨垫温度从室温上升到最高研磨温度，温度变化大，进而导致研磨速率不稳定。
发明内容
本发明提供一种研磨系统和研磨方法，可以提高研磨垫的清洗效果以及提高研磨质量。
为达到上述技术效果，本发明一方面提供一种研磨系统，所述研磨系统包括：
研磨装置，所述研磨装置具有研磨垫；以及
清洗液供给装置，用于提供清洗所述研磨垫的清洗液；
其中，所述清洗液供给装置包括加热控制单元，所述加热控制单元用于调控所述清洗液的温度，使得注入到所述研磨垫上的清洗液的温度在高于室温的设定温度范围内。
可选的，所述加热控制单元包括：
加热器，用于加热所述清洗液；
温度传感器，用于探测所述清洗液的温度；以及
温度控制器，用于接收所述温度传感器探测到的温度以及控制所述加热器将所述清洗液到所述设定温度范围。
可选的，所述清洗液供给装置包括蓄液槽以及连通所述蓄液槽的出液管路，所述出液管路的出液口朝向所述研磨垫；其中，所述温度传感器设置于所述清洗液供给装置的出液口处；所述加热器设置在所述清洗液供给装置的出液管路上，或者，所述加热器设置在所述清洗液供给装置的蓄液槽中。
可选的，所述清洗液为酸性清洗液、碱性清洗液、中性清洗液中的一种。
可选的，所述清洗液为去离子水。
可选的，所述去离子水的出水压力为0.1MPa～0.5MPa。
可选的，所述研磨系统用于在金属接触插塞制程中去除多余的金属材料；所述设定温度范围为50摄氏度～60摄氏度。
可选的，所述金属接触插塞的材料为铜或钨。
本发明的另一方面还提供一种研磨方法，采用上述的研磨系统，所述研磨方法包括：先利用所述清洗液供给装置的加热控制单元将所述清洗液的温度调控到高于室温的设定温度范围内，再将所述设定温度范围内的清洗液注入到所述研磨垫上以清洗所述研磨垫。
可选的，所述设定温度范围根据所述研磨垫研磨时的温度设置，使注入到所述研磨垫的清洗液与所述研磨垫结束研磨时的温差不超过最大设定温差。
本发明的研磨系统包括研磨装置和清洗液供给装置，所述研磨装置具有研磨垫，所述清洗液供给装置用于提供清洗所述研磨垫的清洗液；其中，所述清洗液供给装置包括加热控制单元，所述加热控制单元用于调控所述清洗液的温度，使得注入到所述研磨垫上的清洗液的温度在高于室温的设定温度范围内。在所述研磨装置完成研磨后(例如完成单片晶片的研磨或是完成设定数量的晶片研磨后)，所述清洗液供给装置将处在高于室温的设定温度范围内的清洗液注入到研磨垫上，可以有效的清洗去除所述研磨垫表面的残留物，提高研磨垫的清洗效果，减少后续研磨的晶片由于残留物残留而引起的表面划伤，有助于提高研磨质量；而且，使用处在高于室温的设定温度范围内的清洗液清洗研磨垫，可以使得清洗后的研磨垫具有高于室温的温度，与研磨垫的温度从室温上升到最高研磨温度的情况相比，有助于减小下一次研磨(或下一片晶片研磨)时研磨垫在研磨初期的温度变化量(即从高于室温的温度上升到最高研磨温度的温度变化量)，进而有助于提高研磨速率的稳定性以及提高研磨质量。
本发明的研磨方法中，先利用所述清洗液供给装置的加热控制单元将所述清洗液的温度调控到高于室温的设定温度范围内，再将所述设定温度范围内的清洗液注入到所述研磨垫上以清洗所述研磨垫，可以有效清洗去除所述研磨垫的表面的残留物，提高研磨垫的清洗效果，减少后续研磨的晶片由于残留物残留而引起的表面划伤；而且，与研磨垫的温度从室温上升到最高研磨温度的情况相比，有助于减小下一次研磨(或下一片晶片研磨)时研磨垫在研磨初期的温度变化量，进而有助于提高研磨速率的稳定性以及提高研磨质量。
附图说明
图1是被腐蚀的修整器表面的示意图。
图2为因研磨垫上残留物导致的晶片表面划伤的示意图。
图3为本发明一实施例的研磨系统的示意图。
图4为本发明一实施例中研磨垫的温度变化图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的研磨系统和研磨方法作进一步详细说明。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均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
为了提高研磨垫的清洗效果和提高研磨质量，本实施例提供一种研磨系统，所述研磨系统包括研磨装置和清洗液供给装置，所述研磨装置具有研磨垫，所述清洗液供给装置用于提供清洗所述研磨垫的清洗液；其中，所述清洗液供给装置包括加热控制单元，所述加热控制单元用于调控所述清洗液的温度，使得注入到所述研磨垫上的清洗液的温度在高于室温的设定温度范围内。
图3为本发明一实施例的研磨系统的示意图。如图3所示，所述研磨系统包括研磨装置和清洗液供给装置200，所述研磨装置具有研磨垫100，所述清洗液供给装置200用于提供清洗所述研磨垫100的清洗液，所述清洗液供给装置200包括加热控制单元201，所述加热控制单元201用于调控所述清洗液的温度，使得注入到所述研磨垫100上的清洗液的温度达到高于室温的设定温度范围内。其中，图3中的箭头表示所述清洗液流动的方向。
所述清洗液可以为酸性清洗液、碱性清洗液、中性清洗液中的一种。本实施例中，所述清洗液可以为中性清洗液中的去离子水。另一实施例中，所述清洗液可以为中性清洗液中的氧化剂。在其它实施例中，所述清洗液可以包括酸性清洗液、碱性清洗液和中性清洗液，所述酸性清洗液、碱性清洗液和中性清洗液可以分别由相应的清洗液供给装置提供，且相应的清洗液供给装置可以将提供的清洗液的温度调控到高于室温的设定温度范围内。
以下以清洗液为去离子水为例对所述研磨系统进行说明。
本实施例中，所述清洗液供给装置提供的清洗液还可以用于清洗研磨后的晶片，由于所述清洗液的温度处在高于室温的设定温度范围内，可以有效的去除研磨后残留在晶片表面的残留物，提高晶片的清洗效果，减小晶片表面划伤的概率。
本实施例中，在每片晶片研磨结束后，所述清洗液供给装置200可以将处在高于室温的设定温度范围内的清洗液注入到所述研磨垫100上，对研磨垫100的表面进行清洗，在清洗结束后可以进行下一片晶片的研磨，也即所述清洗液供给装置200可以在每片晶片研磨结束后提供清洗液以清洗所述研磨垫100的表面。但不限于此，还可以根据生产需要调整清洗液清洗所述研磨垫的频率。
本实施例中，所述研磨系统可以用于在金属接触插塞制程中去除多余的金属材料。所述金属接触插塞的材料可以为铜或钨。在其它实施例中，所述研磨系统还可以用于研磨或抛光金相试样等其它工件。
图4为本发明一实施例中研磨垫的温度变化图。如图4所示，所述研磨系统在钨接触插塞制程中用于研磨去除多余的钨金属材料时，研磨垫100的最高温度约在50摄氏度～60摄氏度的范围内。为了减小研磨垫100在连续生产(连续研磨)时的温度变化，所述高于室温的设定温度范围可以设置为50摄氏度～60摄氏度。但不限于此，所述设定温度范围可以根据工艺需要进行调整。
在使用室温(例如为20℃±5℃)的去离子水清洗研磨后的研磨垫100时，如图4中a曲线的后段所示，会大幅度降低所述研磨垫100的温度，从而在进行下一片晶片的研磨时，研磨初期研磨垫100的温度变化量大，影响了研磨速率的稳定性，进而影响了研磨质量；而使用本实施例的清洗液供给装置200提供的高于室温的去离子水清洗研磨后的研磨垫100时，如图4中b曲线的后段所示，研磨垫100的温度变化量较a曲线小，从而在进行下一片晶片的研磨时，研磨垫100可以具有一定的温度(例如至少高于室温)，有助于减小研磨初期研磨垫的温度变化量，进而可以提高研磨速率的稳定性和提高研磨质量。
在研磨完成以后，研磨垫100和晶片表面上的残留物黏附力较大，为了增强清洗液去除残留物的能力，可以适当地增加所述清洗液供给装置200提供的清洗液的出液压力。例如，所述清洗液供给装置200提供的去离子水可以为高压水。所述去离子水的出水压力可以为0.1MPa～0.5MPa。但不限于此，所述去离子水的出水压力可以根据需要调整，只要在不损伤所述晶片的前提下能够有效去除所述晶片和所述研磨垫表面的残留物即可。
如图3所示，所述清洗液供给装置200可以包括蓄液槽202以及连通所述蓄液槽的出液管路，所述出液管路的出液口可以朝向所述研磨垫100。
需要说明的是，本实施例中，所述清洗液供给装置200的蓄液槽202中的清洗液可以不调控到所述设定温度范围内，只要使得所述清洗液供给装置200注入到所述研磨垫100上的清洗液(例如清洗液供给装置200的出液口处的清洗液)的温度达到高于室温的设定温度范围内即可。
本实施例中，所述加热控制单元201可以包括加热器、温度传感器、和温度控制器；所述加热器可以用于加热所述清洗液；所述温度传感器可以用于探测所述清洗液的温度；所述温度控制器可以用于接收所述温度传感器探测到的温度以及控制所述加热器将所述清洗液加热到设定温度范围内。
所述温度传感器的数量可以为一个或者多个。所述温度传感器可以设置于所述清洗液供给装置200的出液口处，以便于准确的获得所述清洗液供给装置200的出液温度，进而有助于精确的控制注入到所述研磨垫100上的清洗液的温度。
所述加热器可以是电阻丝加热器，但不限于此，所述加热器也可以以其它方式对所述清洗液进行加热。所述加热器可以设置在所述清洗液供给装置200的出液管路中，或者，所述加热器可以设置在所述清洗液供给装置200的蓄液槽202中。
所述温度控制器可以根据所述温度传感器探测到的温度打开或关闭所述加热器，还可以调整所述加热器的加热功率，以将所述清洗液的温度调控到所述高于室温的设定温度范围内。
当研磨垫100在研磨一定数量的晶片之后，研磨垫100表面会变得光滑，粗糙度降低，这将会降低所述研磨垫100的研磨速率。为了确保研磨垫100表面具有一定的粗糙度，本实施例中，所述研磨系统还可以包括修整器，所述修整器可以用于打磨所述研磨垫100的表面，使得研磨垫100的表面变得粗糙并恢复研磨速率，提高研磨工艺的稳定性和研磨质量。一实施例中，所述修整器可以在所述研磨垫100研磨设定数量的晶片后打磨所述研磨垫100的表面。另一实施例中，所述修正器可以在所述研磨垫100研磨晶片的同时打磨所述研磨垫100的表面。
本实施例中，所述研磨系统还可以包括研磨液供给装置。所述研磨液供给装置可以用于向所述研磨垫100提供研磨液。作为示例，所述研磨液供给装置可以包括多个出液口，当所述研磨垫100为圆盘形时，所述研磨液供给装置的多个出液口可以沿所述研磨垫100的径向排列，使得研磨液可以均匀的分布在研磨垫上。
在钨接触插塞的制程中，所述研磨液供给装置提供的研磨液可以为酸性研磨液。由于酸性研磨液在研磨后会残留或黏附在研磨垫100表面，本实施例中，所述修整器可以在所述清洗液清洗所述研磨垫100的表面后，对所述研磨垫100的表面进行打磨，以减少残留的酸性研磨液反粘到所述修复器上而腐蚀所述修整器的概率；而且，使用处在高于室温的设定温度范围内的清洗液清洗研磨垫100，可以提高研磨垫100的清洗效果，进而有助于提高修整器的使用寿命。在其它实施例中，所述研磨液还可以为碱性研磨液等其它性质的研磨液。
所述研磨装置还可以包括研磨头。所述研磨头可以在研磨过程中固定所述晶片，并向所述晶片施加压力，使所述晶片的表面与所述研磨垫100的表面接触。所述研磨头向所述晶片施加的压力大小可以根据工艺需求设定，在此不作限定。
在研磨过程中，所述研磨垫100可以沿研磨垫上表面的中心轴自转，通过晶片、研磨液与研磨垫之间的相互作用，能够实现晶片表面的平坦化处理。一实施例中，所述晶片在所述研磨头的带动下，可以在研磨垫表面沿与所述研磨垫转动方向相反的方向转动，可以加快化学机械研磨的效率。
本实施例的研磨系统包括研磨装置和清洗液供给装置200，所述研磨装置具有研磨垫100，所述清洗液供给装置200用于提供清洗所述研磨垫100的清洗液；其中，所述清洗液供给装置200包括加热控制单元201，所述加热控制单元201用于调控所述清洗液的温度，使得注入到所述研磨垫100上的清洗液的温度在高于室温的设定温度范围内。在所述研磨装置完成研磨后(例如完成单片晶片的研磨或是完成设定数量的晶片研磨后)，所述清洗液供给装置200将处在高于室温的设定温度范围内的清洗液注入到研磨垫100上，可以有效的清洗去除所述研磨垫100表面的残留物，提高研磨垫100的清洗效果，减少后续研磨的晶片由于残留物残留而引起的表面划伤，有助于提高研磨质量；而且，使用处在高于室温的设定温度范围内的清洗液清洗研磨垫100，可以使得清洗后的研磨垫100具有高于室温的温度，与研磨垫的温度从室温上升到最高研磨温度的情况相比，有助于减小下一次研磨(或下一片晶片研磨)时研磨垫100在研磨初期的温度变化量(即从高于室温的温度上升到最高研磨温度的温度变化量)，进而有助于提高研磨速率的稳定性以及提高研磨质量。
本实施例还提供一种研磨方法，所述研磨方法可以采用上述的研磨系统。具体的，所述研磨方法包括：先利用所述清洗液供给装置的加热控制单元将所述清洗液的温度调控到高于室温的设定温度范围内，再将所述设定温度范围内的清洗液注入到所述研磨垫上以清洗所述研磨垫。
进一步的，所述设定温度范围可以根据所述研磨垫研磨时的温度设置，使注入到所述研磨垫的清洗液与所述研磨垫结束研磨时的温差不超过最大设定温差。
例如，在金属接触插塞制程中，所述研磨垫在研磨去除多余的金属材料时，所述研磨垫100研磨时的高温在50摄氏度～60摄氏度的范围内，研磨垫结束研磨时的温度也在50摄氏度～60摄氏度的范围内可以利用所述加热控制单元将注入到所述研磨垫上的清洗液的温度调控到50摄氏度～60摄氏度，即所述设定温度范围可以为50摄氏度～60摄氏度。
为了减小连续研磨时研磨垫的温度变化，可以使得注入到所述研磨垫的清洗液与所述研磨垫结束研磨时的温差不超过±5摄氏度，即所述最大设定温差可以为±5摄氏度。
本实施例的研磨方法中，先利用所述清洗液供给装置的加热控制单元将所述清洗液的温度调控到高于室温的设定温度范围内，再将所述设定温度范围内的清洗液注入到所述研磨垫上以清洗所述研磨垫，可以有效清洗去除所述研磨垫的表面的残留物，提高研磨垫的清洗效果，减少后续研磨的晶片由于残留物残留而引起的表面划伤；而且，与研磨垫的温度从室温上升到最高研磨温度的情况相比，有助于减小下一次研磨(或下一片晶片研磨)时研磨垫在研磨初期的温度变化量，进而有助于提高研磨速率的稳定性以及提高研磨质量。
本说明书使用的空间关系术语例如“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。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明权利范围的任何限定，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种研磨系统，其特征在于，包括：
研磨装置，所述研磨装置具有研磨垫；以及
清洗液供给装置，用于提供清洗所述研磨垫的清洗液；
其中，所述清洗液供给装置包括加热控制单元，所述加热控制单元用于调控所述清洗液的温度，使得注入到所述研磨垫上的清洗液的温度在高于室温的设定温度范围内。
2.如权利要求1所述的研磨系统，其特征在于，所述加热控制单元包括：
加热器，用于加热所述清洗液；
温度传感器，用于探测所述清洗液的温度；以及
温度控制器，用于接收所述温度传感器探测到的温度以及控制所述加热器将所述清洗液加热到所述设定温度范围。
3.如权利要求2所述的研磨系统，其特征在于，所述清洗液供给装置包括蓄液槽以及连通所述蓄液槽的出液管路，所述出液管路的出液口朝向所述研磨垫；其中，所述温度传感器设置于所述清洗液供给装置的出液口处；所述加热器设置在所述清洗液供给装置的出液管路上，或者，所述加热器设置在所述清洗液供给装置的蓄液槽中。
4.如权利要求1至3任意一项所述的研磨系统，其特征在于，所述清洗液为酸性清洗液、碱性清洗液、中性清洗液中的一种。
5.如权利要求4所述的研磨系统，其特征在于，所述清洗液为去离子水。
6.如权利要求5所述的研磨系统，其特征在于，所述去离子水的出水压力为0.1MPa～0.5MPa。
7.如权利要求1所述的研磨系统，其特征在于，用于在金属接触插塞制程中去除多余的金属材料；所述设定温度范围为50摄氏度～60摄氏度。
8.如权利要求7所述的研磨系统，其特征在于，所述金属接触插塞的材料为铜或钨。
9.一种研磨方法，其特征在于，采用如权利要求1至8任意一项所述的研磨系统，所述研磨方法包括：先利用所述清洗液供给装置的加热控制单元将所述清洗液的温度调控到高于室温的设定温度范围内，再将所述设定温度范围内的清洗液注入到所述研磨垫上以清洗所述研磨垫。
10.如权利要求9所述的研磨方法，其特征在于，所述设定温度范围根据所述研磨垫研磨时的温度设置，使注入到所述研磨垫的清洗液与所述研磨垫结束研磨时的温差不超过最大设定温差。
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