CN108237467B - 一种研磨垫的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种研磨垫的处理方法，包括以下步骤：将待处理的研磨垫固定于研磨装置的研磨台上；提供晶圆保护液对所述研磨垫表面进行处理，以在所述研磨装置的研磨垫和研磨盘表面形成钝化层。根据本发明的处理方法，采用晶圆保护液处理所述研磨垫，以在研磨垫和研磨盘表面形成钝化层，在研磨盘的不锈钢板材表面形成的钝化层可以避免不锈钢板材被研磨液或去离子水腐蚀，从而降低不锈钢板材表面的金刚石颗粒脱落的风险，同时在研磨垫表面形成的钝化层可防止晶圆在研磨中被腐蚀；通过优化研磨垫处理工艺，在不影响研磨盘初始切削速率和使用寿命的情况下，有效地改善金刚石划痕缺陷，从而有效提高研磨垫使用初期的晶圆良率，并延长工具正常使用时间。

Description

一种研磨垫的处理方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体而言涉及一种研磨垫的处理方法。

背景技术

随着超大规模集成电路(ULSI，Ultra Large Scale Integration)的飞速发展，集成电路制造工艺变的越来越复杂和精细。为了提高集成度，降低制造成本，元件的特征尺寸不断变小，芯片单位面积内的元件数量不断增加，平面布线已难以满足元件高密度分布的要求，只能采用多层布线技术利用芯片的垂直空间，并在多层布线之间实现金属互连，以进一步提高器件的集成密度。但多层布线技术的应用会造成衬底表面起伏不平，对图形制作极其不利，因此需要采用化学机械研磨(CMP，Chemical Mechanical Polishing)的方式平坦化晶圆表面。化学机械研磨是利用混有极小磨粒的化学溶液与加工表面发生化学反应来改变其表面的化学键，生成容易以机械方式去除的产物，再经机械摩擦去除化学反应物获得超光滑无损伤的平坦化表面的。根据研磨制程中研磨对象的不同，化学机械研磨法主要分为：硅研磨(Silicon CMP)、硅氧化物研磨(Silicon oxide CMP)、碳化硅研磨(Siliconcarbide CMP)、钨研磨(W-CMP)和铜研磨(Cu-CMP)。

在化学机械研磨过程中，晶圆表面与研磨垫的表面接触，然后，通过晶圆表面与研磨垫的摩擦使原来凹凸不平的晶圆表面变得平坦，研磨盘的作用在于使研磨垫在研磨的过程中始终保持粗糙度，以保持研磨速率的稳定，目前所用的研磨盘是在不锈钢板材上黏附细小的金刚石颗粒的方法制备的，在与研磨垫接触研磨的过程中有掉落的风险，掉落在研磨垫上的金刚石颗粒与晶圆表面接触，容易在晶圆表面形成刮伤，严重的会形成宏观刮伤缺陷，最终导致短路和良率下降，并且通常会造成产品的报废，而这也成为化学机械研磨工艺中最具挑战性的问题之一。

因此，有必要提出一种新的研磨垫的处理方法，以解决上述技术问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

针对现有技术的不足，本发明提供一种研磨垫的处理方法，包括以下步骤：将待处理的研磨垫固定于研磨装置的研磨台上；提供晶圆保护液对所述研磨垫表面进行处理，以在所述研磨装置的研磨垫和研磨盘表面形成钝化层。

进一步，在提供所述晶圆保护液对所述研磨垫表面进行处理的步骤之前，所述方法还包括提供化学机械研磨液对所述研磨垫表面进行研磨的步骤。

进一步，在提供晶圆保护液对所述研磨垫表面进行处理的步骤之后，所述方法还包括提供去离子水对所述研磨垫表面进行清洗的步骤。

进一步，所述晶圆保护液包括三唑甲基苯。

进一步，所述三唑甲基苯的浓度为1wt.％-3wt.％。

进一步，所述三唑甲基苯的流量为140ml/min-160ml/min。

进一步，所述晶圆保护液的处理时间为90秒-110秒。

进一步，所述化学机械研磨液的流量为140ml/min-160ml/min。

进一步，所述化学机械研磨液为铜化学机械研磨液。

进一步，所述研磨垫为未使用过的新研磨垫。

综上所述，根据本发明的方法，采用晶圆保护液处理所述研磨垫，以在研磨垫和研磨盘表面形成钝化层，在研磨盘的不锈钢板材表面形成的钝化层可以避免所述不锈钢板材被研磨液或去离子水腐蚀，从而降低不锈钢板材表面的金刚石颗粒脱落的风险，同时在研磨垫表面形成的钝化层可以防止晶圆在研磨过程中被腐蚀；通过优化研磨垫处理工艺，在不影响研磨盘初始切削速率和使用寿命的情况下，有效地改善了金刚石划痕缺陷、减少划痕问题，从而有效提高所述研磨垫使用初期的晶圆良率，并延长工具正常使用时间。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1为用于化学机械研磨的研磨装置的示意图；

图2为按照现有工艺的研磨垫的处理方法的流程图；

图3为根据本发明的研磨垫的处理方法的流程图；

图4为按照本发明实施例的方案处理研磨垫的流程图；

图5为分别采用经现有技术的方法和本发明实施例的方法处理的研磨垫，完成化学机械研磨后的刮伤缺陷的对比图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便阐释本发明提出的一种研磨垫的处理方法。显然，本发明的施行并不限定于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

如图1所示，用于化学机械研磨的研磨装置包括研磨台(Platen)、固定在所述研磨台表面的研磨垫(Polish Pad)101、固定所述晶圆并将所述晶圆按压在所述研磨垫上的研磨头(Polish Head)102，对研磨垫进行修整、使研磨垫在研磨的过程中始终保持粗糙度的研磨盘(Condition Disk)103，供应研磨液(Slurry)的研磨液供应管(Slurry Tube)104和向研磨垫的表面喷洒清洗液的清洗装置。

按照现有工艺中的一种研磨垫使用前处理方法的流程图如图2所示，其包括以下主要步骤：

在步骤S201中，将待处理的研磨垫固定于研磨装置的研磨台上。

在步骤S202中，提供化学机械研磨液，以对研磨垫表面进行研磨。示例性地，化学机械研磨液在研磨垫上的流量为200ml/min；研磨台的转速为103rpm/min，加速度为50rpm/min/s；研磨盘下压至研磨垫以施加7磅力的压力，以对研磨垫进行修整，研磨盘与研磨台进行同方向转动，研磨盘的转速为101rpm/min，研磨盘的加速度为50rpm/min/s；研磨盘在旋转的同时相对于研磨垫在水平方向做往复运动，从研磨垫的1.75英寸到9.30英寸以每分钟12次往复运动的速度共做10次往复运动；处理时间为900秒。

在步骤S203中，打开高压水流，以对研磨垫表面进行清洗。

使用经现有技术的这种方法处理的研磨垫进行研磨，会出现宏观刮伤缺陷，严重时会使晶圆报废。产生刮伤缺陷的原因是在与研磨垫接触研磨的过程中，研磨盘的不锈钢板材上黏附的细小金刚石颗粒掉落在研磨垫上，与晶圆表面接触，在晶圆表面形成刮伤。

鉴于以上问题，本发明提出了一种研磨垫的处理方法，如图3所示，其包括以下主要步骤：

在步骤S301中，将待处理的研磨垫固定于研磨装置的研磨台上。

在步骤S302中，提供晶圆保护液对所述研磨垫表面进行处理，以在所述研磨装置的研磨垫和研磨盘表面形成钝化层。

根据本发明的处理方法，采用晶圆保护液处理所述研磨垫，以在研磨垫和研磨盘表面形成钝化层，在研磨盘的不锈钢板材表面形成的钝化层可以避免所述不锈钢板材被研磨液或去离子水腐蚀，从而降低不锈钢板材表面的金刚石颗粒脱落的风险，同时在研磨垫表面形成的钝化层可以防止晶圆在研磨过程中被腐蚀；通过优化研磨垫处理工艺，在不影响研磨盘初始切削速率和使用寿命的情况下，有效地改善了金刚石划痕缺陷、减少划痕问题，从而有效提高所述研磨垫使用初期的晶圆良率，并延长工具正常使用时间。

示例性实施例

示例性地，本实施例提供对铜化学机械研磨的研磨垫进行处理的流程，本实施例为其它研磨对象的化学机械研磨工艺中所用的研磨垫的处理方法提供参考。图4所示为按照本发明实施例的方案对研磨垫进行处理的流程图，其包括以下主要步骤：

在步骤S401中，将待处理的研磨垫固定于研磨装置的研磨台上。示例性地，所述研磨垫为未使用过的新研磨垫。所述研磨垫的表面设有若干个沟槽，因此在所述研磨垫旋转时，研磨产生的废液能够很容易被排出。所述研磨垫包括研磨区域及透光区域的研磨层，所述研磨区域上具有沟槽，所述研磨垫的材料包括氨基甲酸酯类、无纺布类、仿鹿皮类等。研磨垫可以通过粘贴的方式固定在所述研磨台上。

在研磨过程中，先将待研磨晶圆的待研磨面向下附着在研磨头上，通过在研磨头上施加向下的压力，使晶圆紧压到研磨垫上；然后，表面固定有研磨垫的研磨台在电机的带动下旋转，研磨头也进行同向转动，实现机械研磨；同时，研磨液通过研磨液供应管输送到研磨垫上，并利用研磨台旋转的离心力均匀地分布在研磨垫上，在待研磨晶圆和研磨垫之间形成一层液体薄膜，该薄膜与待研磨晶圆的表面发生化学反应，生成易去除的产物。这一过程结合机械作用和化学反应将晶圆表面的材料去除。

在步骤S402中，提供化学机械研磨液，以对所述研磨垫表面进行研磨。示例性地，化学机械研磨液在所述研磨垫上流动的同时，使研磨台旋转，并使研磨盘下压至研磨垫以对所述研磨垫施加压力，研磨盘与研磨台进行同方向转动，研磨盘在旋转的同时相对于研磨垫在水平方向做往复运动，同时打开高压水流，以对研磨垫表面进行清洗。这一步骤的目的是对研磨垫进行初步处理，以使研磨垫上的沟槽的深度差大体一致。

所述化学机械研磨液由所述研磨装置的第一研磨液供应管提供。示例性地，所述化学机械研磨液为铜化学机械研磨液。

所述铜化学机械研磨液由多种成分构成，主要包括研磨颗粒、氧化剂、腐蚀抑制剂以及其他一些化学添加物质等。所述铜化学机械研磨液在所述研磨垫上的流量为140ml/min-160ml/min，优选150ml/min；所述铜化学机械研磨液的处理时间为490秒-510秒，优选500秒；所述研磨台的转速为100rpm/min-105rpm/min，优选103rpm/min；所述研磨台的加速度为45rpm/min/s-55rpm/min/s，优选50rpm/min/s；所述研磨盘对所述研磨垫施加的压力为6磅力-8磅力，以对研磨垫进行修整，优选7磅力；所述研磨盘的转速为75rpm/min-85rpm/min，优选80rpm/min；所述研磨盘的加速度为45rpm/min/s-55rpm/min/s，优选50rpm/min/s；所述研磨盘相对于所述研磨垫在水平方向做往复运动的运动范围为：从所述研磨垫的1.7英寸-1.8英寸运动到9.25英寸-9.35英寸，优选从所述研磨垫的1.75英寸运动到9.3英寸；往复运动的频率为每分钟11-13次，优选12次；往复运动的总数为8-12次，优选10次。该数值是为了举例说明的目的，本领域技术人员可以根据具体情况进行调整。

与现有技术相比，在研磨液处理中，研磨盘的转速降低，研磨液的流量降低、处理时间缩短，降低了研磨盘与研磨垫之间的摩擦力和摩擦时间，进而可以降低研磨盘上的金刚石颗粒因与研磨垫之间的摩擦而掉落在研磨垫上的风险。

在步骤S403中，提供晶圆保护液对所述研磨垫表面进行处理，以在所述研磨装置的研磨垫和研磨盘表面形成钝化层。示例性地，晶圆保护液在所述研磨垫上流动的同时，使研磨台旋转，将研磨盘升高，以使研磨盘对研磨垫施加的压力降低，使研磨盘与研磨台进行同方向转动，研磨盘在旋转的同时相对于研磨垫在水平方向做往复运动。这一步骤的目的是对研磨垫进行再处理，以使研磨垫上的沟槽的深度差一致，达到使用要求。

进一步，所述晶圆保护液由研磨装置的第二研磨液供应管提供；所述晶圆保护液为三唑甲基苯(BTA,Benzotriazole)，也可以是其他具有唑基团的有机化合物，所述BTA的浓度为1wt.％-3wt.％。在这个步骤中加入三唑甲基苯，可以在研磨盘上金刚石颗粒所粘附的不锈钢板材表面形成钝化层，以避免再被研磨液或去离子水腐蚀，从而降低金刚石颗粒脱落的风险，以降低刮伤缺陷，从而有效提高所述研磨垫使用初期的晶圆良率；同时还可以在研磨垫表面形成钝化层，以防止晶圆在研磨过程中被腐蚀。同时，在这一步骤中，所述研磨装置的高压水流处于关闭状态，以及使所述研磨盘对所述研磨垫施加的压力降低的目的是，使所述晶圆保护液与所述研磨盘和研磨垫充分接触，形成钝化保护。

进一步，所述晶圆保护液在所述研磨垫上的流量为140ml/min-160ml/min，优选150ml/min；所述晶圆保护液的处理时间为90秒-110秒，优选100秒；所述研磨台的转速为60rpm/min-70rpm/min，优选65rpm/min；所述研磨台的加速度为25rpm/min/s-35rpm/min/s，优选30rpm/min/s；所述研磨盘对所述研磨垫施加的压力为1磅力-3磅力，优选2磅力；所述研磨盘的转速为55rpm/min-65rpm/min，优选60rpm/min；所述研磨盘的加速度为25rpm/min/s-35rpm/min/s，优选30rpm/min/s；所述研磨盘相对于所述研磨垫在水平方向做往复运动的运动范围为：从所述研磨垫的1.7英寸-1.8英寸运动到9.25英寸-9.35英寸，优选从所述研磨垫的1.75英寸运动到9.3英寸；往复运动的频率为每分钟11-13次，优选12次；往复运动的总数为8-12次，优选10次。该数值是为了举例说明的目的，本领域技术人员可以根据具体情况进行调整。

与上一步骤相比，所述研磨盘压力降低，所述研磨台和所述研磨盘的转速也降低，在这一过程中，所述研磨盘上的金刚石颗粒因与所述研磨垫之间的摩擦而掉落在所述研磨垫上的风险进一步降低；同时所述研磨装置的高压水流由打开状态变为关闭状态。

在步骤S404中，提供高压水流，以对所述研磨垫表面进行清洗。示例性地，所述高压水流为高压去离子水，打开高压水流，并使研磨台旋转，同时下压研磨盘，使研磨盘对所述研磨垫施加的压力增加，并使研磨盘与研磨台进行同方向转动，研磨盘在旋转的同时相对于研磨垫在水平方向做往复运动。这一步骤的目的是去除所述研磨垫表面的残留物。

所述高压水流对所述研磨垫的清洗时间为70秒-90秒，优选80秒；所述研磨台的转速为70rpm/min-90rpm/min，优选80rpm/min；所述研磨台的加速度为25rpm/min/s-35rpm/min/s，优选30rpm/min/s；所述研磨盘对所述研磨垫施加的压力为4磅力-6磅力，优选5磅力，以对研磨垫进行修整；所述研磨盘的转速为45rpm/min-55rpm/min，优选50rpm/min；所述研磨盘的加速度为25rpm/min/s-35rpm/min/s，优选30rpm/min/s；所述研磨盘相对于所述研磨垫在水平方向做往复运动的运动范围为：从所述研磨垫的1.7英寸-1.8英寸运动到9.25英寸-9.35英寸，优选从所述研磨垫的1.75英寸运动到9.3英寸；往复运动的频率为每分钟11-13次，优选12次；往复运动的总数为8-12次，优选10次。该数值是为了举例说明的目的，本领域技术人员可以根据具体情况进行调整。

图5所示为分别采用经现有技术的方法和本发明实施例的方法处理的研磨垫，完成化学机械研磨后的刮伤缺陷的对比图。如图5所示，采用新方法处理的研磨垫进行研磨，晶圆表面的刮伤缺陷得到明显改善。

综上所述，根据本发明的方法，采用晶圆保护液处理所述研磨垫，以在研磨垫和研磨盘表面形成钝化层，在研磨盘的不锈钢板材表面形成的钝化层可以避免所述不锈钢板材被研磨液或去离子水腐蚀，从而降低不锈钢板材表面的金刚石颗粒脱落的风险，同时在研磨垫表面形成的钝化层可以防止晶圆在研磨过程中被腐蚀；通过优化研磨垫处理工艺，在不影响研磨盘初始切削速率和使用寿命的情况下，有效地改善了金刚石划痕缺陷、减少划痕问题，从而有效提高所述研磨垫使用初期的晶圆良率，并延长工具正常使用时间。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (7)

1.一种研磨垫的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

将待处理的研磨垫固定于研磨装置的研磨台上；

提供晶圆保护液对所述研磨垫表面进行处理，以在所述研磨装置的研磨垫和研磨盘表面形成钝化层，其中所述晶圆保护液包括三唑甲基苯，浓度为1wt.％-3wt.％，流量为140ml/min-160ml/min。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在提供所述晶圆保护液对所述研磨垫表面进行处理的步骤之前，所述方法还包括提供化学机械研磨液对所述研磨垫表面进行研磨的步骤。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在提供晶圆保护液对所述研磨垫表面进行处理的步骤之后，所述方法还包括提供去离子水对所述研磨垫表面进行清洗的步骤。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述晶圆保护液的处理时间为90秒-110秒。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述化学机械研磨液的流量为140ml/min-160ml/min。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述化学机械研磨液为铜化学机械研磨液。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述研磨垫为未使用过的新研磨垫。

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