CN102371532B - 化学机械研磨工艺的返工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种化学机械研磨工艺的返工方法，所述化学机械研磨工艺的返工方法包括：提供化学机械研磨设备，所述化学机械研磨设备包括第一研磨平台、第二研磨平台以及第三研磨平台，所述第三研磨平台上设置有第一晶片，所述第二研磨平台上方设置有第二晶片，所述第一研磨平台上方设置有第三晶片；向所述第一晶片的表面喷洒研磨液以去除第一晶片表面的缺陷，同时，分别向第二晶片和第三晶片的表面喷吹气体或去离子水。本发明可防止第二研磨平台和第一研磨平台上等待的晶片被污染，提高了半导体器件的良率。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路制造领域，特别是涉及一种化学机械研磨工艺的返工方法。
背景技术
随着超大规模集成电路的飞速发展，集成电路制造工艺变得越来越复杂和精细，为了提高集成度，降低制造成本，半导体器件的尺寸日益减小，平面布线已难以满足半导体器件高密度分布的要求，只能采用多层布线技术，进一步提高半导体器件的集成密度。由于多层互连或填充深度比较大的沉积过程导致了晶片表面过大的起伏，引起光刻工艺聚焦的困难，使得对线宽的控制能力减弱，降低了整个晶片上线宽的一致性。为此，需要对不规则的晶片表面进行平坦化处理。目前，化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)是达成全局平坦化的最佳方法，尤其是在半导体制作工艺进入亚微米领域后，化学机械研磨已成为一项不可或缺的制作工艺技术。
目前，通常采用化学机械研磨设备，也称为研磨机台或抛光机台来进行化学机械研磨工艺。所述化学机械研磨设备包括第一研磨平台(Platen 1)、第二研磨平台(Platen 2)、第三研磨平台(Platen 3)以及用于装卸晶片的中转平台(也称为初始位)。所有进入到化学机械研磨设备的晶片必须先经所述中转平台传送至第一研磨平台，再传送至第二研磨平台，之后才能传送至第三研磨平台，最后经中转平台移出所述化学机械研磨设备。所述第一研磨平台、第二研磨平台和第三研磨平台上分别粘贴有第一研磨垫、第二研磨垫以及第三研磨垫。
目前，通常将化学机械研磨工艺分为三个阶段进行：所述化学机械研磨工艺的第一阶段在所述化学机械研磨设备的第一研磨平台上进行，所述第一阶段也称为粗加工研磨，所述第一阶段利用较大的研磨速率(Removal Rate，RR)去除介质层上方的大部分的金属层，形成初步平坦化；所述化学机械研磨工艺的第二阶段在第二研磨平台上进行，所述第二阶段也称为精加工研磨，为了精确控制研磨终点，所述第二阶段用较小的研磨速率去除介质层上方的全部金属层；所述化学机械研磨工艺的第三阶段在第三研磨平台上进行，所述第三阶段也称为过研磨(over polish)阶段，所述第三阶段是为了确保介质层上方的金属层被完全去除，并去除阻挡层(barrier)和一定量的介质层，以进一步提高平坦化程度。其中，第一阶段和第二阶段可使用相同的研磨液，该研磨液的主要目的是去除金属层(例如铜)；而第三阶段与前两个阶段使用的研磨液的成分有所不同，第三阶段使用的研磨液的主要目的是去除阻挡层和介质层。有关化学机械研磨工艺的更多信息还可参见申请号为200810226330.7的中国专利申请。
但是，在实际生产中还经常遇到另外一种情况，即已经进行完化学机械研磨工艺的晶片，由于等待时间(Q-time)过长或晶片表面附着有颗粒(particle)等原因需要返工(rework)，即需要重新进行一次化学机械研磨工艺，以去除晶片表面部分厚度的金属层和介质层，从而将晶片表面的缺陷去除掉，避免出现金属腐蚀缺陷(metal corrosion defect)。一般的，在化学机械研磨工艺的返工过程中，无需在所述第一研磨平台和第二研磨平台上进行研磨工艺，只需在所述第三研磨平台上对返工的晶片进行研磨，并采用第三阶段使用的研磨液(该研磨液的主要目的是去除介质层)，以去除返工晶片表面部分厚度的金属层和部分厚度的介质层。
具体的说，当有多个晶片需要返工时，由于所有需返工的晶片必须经中转平台传送至第一研磨平台，再传送至第二研磨平台，最后才能传送至第三研磨平台，因此，现有的化学机械研磨工艺的返工方法通常包括以下过程：首先，将第一晶片传送至第一研磨平台上；然后，将第一晶片由第一研磨平台传送至第二研磨平台，同时将第二晶片传送至第一研磨平台；接着，将所述第一晶片由第二研磨平台传送至第三研磨平台，同时将第二晶片由第一研磨平台传送至第二研磨平台，同时将第三晶片传送至第一研磨平台上。也就是说，所述第一晶片在第三研磨平台上进行研磨处理时，所述第二晶片和第三晶片分别在第二研磨平台和第一研磨平台上等待，只有等第一晶片在第三研磨平台上进行完研磨处理过程去除了第一晶片表面的缺陷后，并且将第一晶片从第三研磨平台上移走时，第二晶片才能从第二研磨平台上移到第三研磨平台上进行研磨处理。
然而，在现有的化学机械研磨返工方法中，第二晶片和第三晶片在等待时，未向所述第二晶片和第三晶片喷洒去离子水或气体，也就是说，所述第二晶片和第三晶片未进行任何隔离处理，所述化学机械研磨平台上的各种污染物(例如腐蚀性的液体或各种颗粒)极有可能溅落到第二晶片和第三晶片表面，从而污染第二晶片和第三晶片，导致半导体器件的良率下降。
发明内容
本发明提供一种化学机械研磨工艺的返工方法，以解决现有的化学机械研磨工艺的返工方法中，在第一研磨平台和第二研磨平台上的晶片容易被污染，而导致半导体器件的良率下降的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种化学机械研磨工艺的返工方法，包括：提供化学机械研磨设备，所述化学机械研磨设备包括第一研磨平台、第二研磨平台以及第三研磨平台，所述第三研磨平台上设置有第一晶片，所述第二研磨平台上方设置有第二晶片，所述第一研磨平台上方设置有第三晶片；向所述第一晶片的表面喷洒研磨液以去除所述第一晶片表面的缺陷，同时，分别向所述第二晶片和第三晶片的表面喷吹气体或去离子水。
可选的，在所述化学机械研磨工艺的返工方法中，所述气体或去离子水以自下向上的方向喷吹所述第二晶片和第三晶片的表面。
可选的，在所述化学机械研磨工艺的返工方法中，向所述第二晶片和第三晶片的表面喷吹气体时，所述气体为氮气或氦气。
可选的，在所述化学机械研磨工艺的返工方法中，所述气体的流量为100～200sccm，所述气体的压力为5～20Torr。
可选的，在所述化学机械研磨工艺的返工方法中，向所述第二晶片和第三晶片的表面喷吹去离子水时，所述去离子水的流量为300～1000mL/min。
可选的，在所述化学机械研磨工艺的返工方法中，向所述第一晶片的表面喷洒研磨液的时间为3～20sec。
可选的，在所述化学机械研磨工艺的返工方法中，向所述第二晶片和第三晶片的表面喷吹气体或去离子水的时间为3～20sec。
可选的，在所述化学机械研磨工艺的返工方法中，向所述第一晶片的表面喷洒研磨液以去除第一晶片表面的缺陷的步骤之后，还包括：将所述第一晶片移出化学机械研磨设备；同时，将第二晶片传送至第三研磨平台并向第二晶片的表面喷洒研磨液以去除第二晶片表面的缺陷；同时，将所述第三晶片传送至第二研磨平台并向第三晶片的表面喷吹气体或去离子水。
可选的，在所述化学机械研磨工艺的返工方法中，将所述第三晶片传送至第二研磨平台并向第三晶片的表面喷吹气体或去离子水的同时，还包括：将第四晶片传送至所述第一研磨平台并向第四晶片的表面喷吹气体或去离子水。
可选的，在所述化学机械研磨工艺的返工方法中，所述化学机械研磨设备还包括设置于所述第一研磨平台上方的第一研磨液手臂，利用所述第一研磨液手臂向所述第三晶片的表面喷吹气体或去离子水。
可选的，在所述化学机械研磨工艺的返工方法中，所述化学机械研磨设备还包括设置于所述第二研磨平台上方的第二研磨液手臂，利用所述第二研磨液手臂向所述第二晶片的表面喷吹气体或去离子水。
可选的，在所述化学机械研磨工艺的返工方法中，所述化学机械研磨设备还包括设置于所述第三研磨平台上方的第三研磨液手臂，利用所述第三研磨液手臂向所述第一晶片的表面喷洒研磨液。
由于采用了以上技术方案，与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明向第三研磨平台上的第一晶片的表面喷洒研磨液以去除第一晶片表面的缺陷时，还向第二研磨平台等待的第二晶片和第一研磨平台上等待的第三晶片表面喷吹气体或去离子水，以确保化学机械研磨设备上的各种污染物不会溅落到第二晶片和第三晶片表面，防止第二研磨平台和第一研磨平台上等待的晶片被污染，提高了半导体器件的良率。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的化学机械研磨工艺的返工方法的流程图；
图2为本发明实施例所采用的化学机械研磨设备的俯视图；
图3为图2中第一研磨平台的立体示意图；
图4为图2中第二研磨平台的立体示意图；
图5为图2中第三研磨平台的立体示意图。
具体实施方式
根据背景技术所述，在现有的化学机械研磨返工方法中，第三研磨平台上的第一晶片进行研磨处理时，未向第二研磨平台和第一研磨平台上等待的第二晶片和第三晶片进行任何隔离处理，使得化学机械研磨平台上的各种污染物极有可能溅落到第二晶片和第三晶片表面，从而污染第二晶片和第三晶片，导致半导体器件的良率下降。因此，本发明提供一种化学机械研磨工艺的返工方法，该方法向第三研磨平台上的第一晶片的表面喷洒研磨液以去除第一晶片表面的缺陷时，还向第二研磨平台上等待的第二晶片和第一研磨平台上等待的第三晶片表面喷吹气体或去离子水，以确保各种污染物不会溅落到第二晶片和第三晶片表面，防止第二研磨平台和第一研磨平台上等待的晶片被污染，有利于提高半导体器件的良率。
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
请参考图1，其为本发明实施例所提供的化学机械研磨工艺的返工方法的流程图，结合该图2，该方法包括以下步骤：
步骤S1，并结合图2至图5，首先，提供化学机械研磨设备100，所述化学机械研磨设备100包括第一研磨平台110、第二研磨平台120以及第三研磨平台130，所述第三研磨平台130上设置有第一晶片10，所述第二研磨平台120上方设置有第二晶片20，所述第一研磨平台110上方设置有第三晶片30。
所述化学机械研磨设备100还包括用于装卸晶片的中转平台140，所有需返工的晶片必须先经中转平台140传送至第一研磨平台110，再传送至第二研磨平台120，之后才能传送至第三研磨平台130，最后经中转平台140移出化学机械研磨设备100。其中，第一研磨平台110、第二研磨平台120和第三研磨平台130上分别粘贴有第一研磨垫112、第二研磨垫122以及第三研磨垫132。此外，所述化学机械研磨设备100还包括研磨头支架150，所述研磨头支架150是可旋转的，其大致呈十字形，所述研磨头支架150具有四个支臂，每个支臂的下方连接有一个研磨头。
如图2所示，所述化学机械研磨设备100还包括第一研磨液手臂113、第二研磨液手臂123以及第三研磨液手臂133，其中，第一研磨液手臂113设置于第一研磨平台110的上方，第二研磨液手臂123设置于第二研磨平台120的上方，第三研磨液手臂133设置于第三研磨平台130的上方。可利用第一研磨液手臂113向第一研磨平台110上的第三晶片30表面喷吹气体或去离子水，利用第二研磨液手臂123向第二研磨平台120上的第二晶片20表面喷吹气体或去离子水，利用第三研磨液手臂133向第三研磨液平台130上的第一晶片10表面喷洒研磨液。利用现有的研磨设备自带的三个研磨液手臂即可完成本发明实施例提供的化学研磨工艺的返工过程，无需额外购置设备，降低了生产成本。当然，本发明本不局限于此，根据实际需要，也可采用其它方式向第二研磨平台120和第一研磨平台110上的晶片的表面喷吹气体或去离子水。
接着执行步骤S2，向第一晶片10的表面喷洒研磨液以去除第一晶片10表面的缺陷；同时，向第二晶片20的表面喷吹气体或去离子水；同时，向第三晶片30的表面喷吹气体或去离子水。
具体的说，如图3所示，向第一晶片10的表面喷洒研磨液时，可将要研磨的第一晶片10附着在化学机械设备的第三研磨头131上，该第一晶片10的待研磨面向下并接触相对旋转的第三研磨垫132，第三研磨头131提供的下压力将该第一晶片10紧压到第三研磨垫132上，当该第三研磨平台130旋转时，第三研磨头131也进行相对运动。同时，第三阶段使用的研磨液(该研磨液的主要目的是去除介质层)通过第三研磨液手臂133输送到第三研磨垫132上，并通过离心力均匀地分布在第三研磨垫132上，返工过程所使用的研磨液包含有化学腐蚀剂和研磨颗粒，通过化学腐蚀剂和所述待研磨表面的化学反应生成较软的容易被去除的材料，然后通过机械摩擦将这些较软的物质从被研磨的第一晶片10的表面去掉，从而去除返工的第一晶片10表面部分厚度的金属层和部分厚度的介质层，以将第一晶片10表面的缺陷去除掉，避免出现金属腐蚀缺陷(metal corrosion defect)，提高半导体器件的可靠性。
在进行图3所示步骤的同时，如图4所示，第二晶片20被设置在第二研磨平台120的上方，第二晶片20附着在化学机械设备的第二研磨头121上，并向第二晶片20的表面喷吹气体或去离子水，以确保第二晶片20的表面不会被污染。较佳的，所述第二晶片20是处于升起状态，即第二晶片20是位于第二研磨平台120上方，使第二晶片20不接触第二研磨垫122，所述气体或去离子水以自下向上的方向喷吹第二晶片20的表面。可利用所述化学机械研磨设备100自带的第二研磨液手臂123，向第二晶片20的表面喷吹气体或去离子水。
在进行图3和图4所示步骤的同时，如图5所示，第三晶片30被设置在第一研磨平台110的上方，第三晶片30附着在化学机械设备的第一研磨头111上，并向第三晶片30的表面喷吹气体或去离子水，以确保第三晶片30的表面不会被污染。较佳的，所述第三晶片30是处于升起状态，即第三晶片30不接触第一研磨垫112，所述气体或去离子水自下向上的方向喷吹第三晶片30的表面。可利用所述化学机械研磨设备100自带的第一研磨液手臂113，向第三晶片30的表面喷吹气体或去离子水。
在本实施例中，向第一晶片10的表面喷洒研磨液的同时，向第二晶片20的表面喷吹的是气体，所述气体优选为氮气或氦气，所述氮气和氦气较为纯净，不会污染第二晶片20的表面；所述气体的流量优选为100～200sccm，所述气体的压力优选为5～20Torr，上述流量和压力的气体喷吹到第二晶片20的表面时，既不会由于压力和流量太大对第二晶片20上的图形造成损伤，又可确保将第二晶片20隔离起来，防止化学机械研磨设备上的污染物附着到第二晶片20表面。当然，在本发明的其它实施例中，向第一晶片10的表面喷洒研磨液的同时，也可向第二晶片20的表面喷吹去离子水，所述去离子水同样可将第二晶片20隔离开来，避免其被污染。若向第二晶片20的表面喷吹去离子水时，所述去离子水的流量优选为300～1000mL/min，该流量可确保第二晶片20的图形不会被损伤，又可确保将第二晶片20隔离起来。
同样，在本实施例中，向第一晶片10的表面喷洒研磨液的同时，向第三晶片30的表面喷吹的是气体，所述气体优选为氮气或氦气，所述氮气和氦气较为纯净，不会污染第三晶片30的表面；所述气体的流量优选为100～200sccm，所述气体的压力优选为5～20Torr，上述流量和压力的气体喷吹到第三晶片30的表面时，既不会由于压力和流量太大对第三晶片30上的图形造成损伤，又可确保将第三晶片30隔离起来，防止化学机械研磨设备上的污染物附着到第三晶片30表面。当然，在本发明的其它实施例中，向第一晶片10的表面喷洒研磨液的同时，也可向第三晶片30的表面喷吹去离子水，所述去离子水同样可将第三晶片30隔离开来，避免其被污染。向第三晶片30的表面喷吹去离子水时，所述去离子水的流量优选为300～1000mL/min，该流量可确保第三晶片30的图形不会被损伤，又可确保将第三晶片30隔离起来。
在本实施例中，向第一晶片10的表面喷洒研磨液的时间、向第二晶片20的表面喷吹气体或去离子水的时间、以及向第三晶片30的表面喷吹气体或去离子水的时间是相同的，即第一研磨平台110、第二研磨平台120以及第三研磨平台130上的晶片的工艺时间相同。优选的，向第一晶片10的表面喷洒研磨液的时间、向第二晶片20的表面喷吹气体或去离子水的时间、以及向第三晶片30的表面喷吹气体或去离子水的时间均为3～20sec。该时间可确保第一晶片10上的部分金属层和部分介质层被去除，该第一晶片10表面的缺陷被全部去除掉，提高半导体器件的可靠性，并可避免由于该时间过长而影响化学机械研磨设备的产能。当然，本领域技术人员也可根据实际需要去除的金属层和介质层的厚度，相应的调整向第一晶片10的表面喷洒研磨液的时间。
特别的，执行步骤S2之后，即向第一晶片10的表面喷洒研磨液以去除第一晶片10表面的缺陷之后，将第一晶片10经中转平台140移出化学机械研磨设备，放进存储晶片的晶片盒内；同时，将第二晶片20传送至第三研磨平台130并向第二晶片20的表面喷洒研磨液以去除第二晶片20表面的缺陷；同时，将第三晶片30传送至第二研磨平台120并向第三晶片30的表面喷吹气体或去离子水，以在第三晶片30等待研磨的过程中，将第三晶片30的表面隔离起来，防止化学机械研磨设备上的污染物附着到第三晶片30表面。
当需要返工的晶片的数量仅为三片时，去除第二晶片20表面的缺陷之后，即可将第二晶片20经中转平台140移出化学机械研磨设备，放进存储晶片的晶片盒内；同时，将第三晶片30传送至第三研磨平台130并向第三晶片30的表面喷洒研磨液，以去除第三晶片30表面的缺陷。在去除第三晶片30表面的缺陷之后，即可将第三晶片30经中转平台140移出所述化学机械研磨设备，放进存储晶片的晶片盒内。
在本发明的其它实施例中，若需要返工的晶片的数量多于三片时，将第三晶片30传送至第二研磨平台并向第三晶片30的表面喷吹气体或去离子水的同时，还包括：将待返工的第四晶片传送至第一研磨平台110并向第四晶片40的表面喷吹气体或去离子水，以防止化学机械研磨设备上的污染物附着到第四晶片40表面。接下来，即可重复进行传递晶片以及研磨晶片的过程，该过程和上述描述类似，本领域技术人员根据上述描述可以得知其它晶片的处理过程，在此不再赘述。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (11)
1.一种化学机械研磨工艺的返工方法，包括：
提供化学机械研磨设备，所述化学机械研磨设备包括第一研磨平台、第二研磨平台以及第三研磨平台，所述第三研磨平台上设置有第一晶片，所述第二研磨平台上方设置有第二晶片，所述第一研磨平台上方设置有第三晶片；
向所述第一晶片的表面喷洒研磨液以去除所述第一晶片表面的缺陷，同时，分别向所述第二晶片和第三晶片的表面喷吹气体或去离子水；
将所述第一晶片移出化学机械研磨设备；同时，将所述第二晶片传送至第三研磨平台并向第二晶片的表面喷洒研磨液以去除第二晶片表面的缺陷；同时，将所述第三晶片传送至第二研磨平台并向第三晶片的表面喷吹气体或去离子水。
2.如权利要求1所述的化学机械研磨工艺的返工方法，其特征在于，所述气体或去离子水以自下向上的方向喷吹所述第二晶片和第三晶片的表面。
3.如权利要求1所述的化学机械研磨工艺的返工方法，其特征在于，向所述第二晶片和第三晶片的表面喷吹气体时，所述气体为氮气或氦气。
4.如权利要求3所述的化学机械研磨工艺的返工方法，其特征在于，所述气体的流量为100～200sccm，所述气体的压力为5～20Torr。
5.如权利要求1所述的化学机械研磨工艺的返工方法，其特征在于，向所述第二晶片和第三晶片的表面喷吹去离子水时，所述去离子水的流量为300～1000mL/min。
6.如权利要求1所述的化学机械研磨工艺的返工方法，其特征在于，向所述第一晶片的表面喷洒研磨液的时间为3～20sec。
7.如权利要求6所述的化学机械研磨工艺的返工方法，其特征在于，向所述第二晶片和第三晶片的表面喷吹气体或去离子水的时间为3～20sec。
8.如权利要求1所述的化学机械研磨工艺的返工方法，其特征在于，将所述第三晶片传送至第二研磨平台并向第三晶片的表面喷吹气体或去离子水的同时，还包括：将第四晶片传送至所述第一研磨平台并向第四晶片的表面喷吹气体或去离子水。
9.如权利要求1所述的化学机械研磨工艺的返工方法，其特征在于，所述化学机械研磨设备还包括设置于所述第一研磨平台上方的第一研磨液手臂，利用所述第一研磨液手臂向所述第三晶片的表面喷吹气体或去离子水。
10.如权利要求1所述的化学机械研磨工艺的返工方法，其特征在于，所述化学机械研磨设备还包括设置于所述第二研磨平台上方的第二研磨液手臂，利用所述第二研磨液手臂向所述第二晶片的表面喷吹气体或去离子水。
11.如权利要求1所述的化学机械研磨工艺的返工方法，其特征在于，所述化学机械研磨设备还包括设置于所述第三研磨平台上方的第三研磨液手臂，利用所述第三研磨液手臂向所述第一晶片的表面喷洒研磨液。
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