CN105500208A

CN105500208A - Cmp工艺抛光垫的修整装置

Info

Publication number: CN105500208A
Application number: CN201610041652.9A
Authority: CN
Inventors: 夏秋良
Original assignee: Suzhou Nanosecond Science And Technology Co Ltd Of New Micron Technology
Current assignee: Suzhou Nanosecond Science And Technology Co Ltd Of New Micron Technology
Priority date: 2016-01-21
Filing date: 2016-01-21
Publication date: 2016-04-20

Abstract

本发明提供了一种CMP工艺抛光垫的修整装置，其包括：修整器和修整器边缘的高压水枪或高压***，所述修整器包括转轮，转轮表面有磨粒排布，转轮安装在能提供动力的外壳上，在外壳边缘或者外侧设有空洞、喷嘴或缝隙，或者在磨粒跟磨粒之间空隙中设置空洞、喷嘴或缝隙，所述空洞、喷嘴或缝隙通过管路连接到高压水枪或高压***。对于环形的转轮，还可以在转轮中间设置所述空洞、喷嘴或缝隙。本发明通过对修整器边缘添加高压水枪（或***），在修整器磨轮对抛光垫表面进行修整的同时，从不同角度对修整位置进行高压冲洗，其工艺非常容易控制，且压力较小不会损伤抛光垫表面，并且高压水枪（或***）可以附加在修整器周围。

Description

CMP工艺抛光垫的修整装置

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种CMP工艺抛光垫的修整装置。

背景技术

化学机械抛光（CMP）技术是半导体晶片表面加工的关键技术之一，在集成电路制造过程的各阶段表面平整化工艺和大尺寸裸晶圆的表面抛光工艺中得到广泛应用。化学机械抛光的过程，主要是通过抛光垫、抛光液和任选地化学试剂的作用从晶片基板去除材料的过程，其中抛光垫和抛光液是CMP工艺中主要的耗材。

抛光垫（polishingpad）具有储存、运输抛光液、去除加工残余物质、传递机械载荷及维持抛光环境等功能，抛光垫的使用寿命严重影响CMP的成本。典型的抛光垫材质分为聚氨酯抛光垫，无纺布抛光垫等，其表面有一层多孔层，该层的暴露表面包含开孔，其可在CMP过程中存储抛光液并捕获由废抛光浆料组成的磨粉浆和从晶片去除的材料。

但是随着化学机械抛光过程的不断进行，抛光垫的物理及化学性能会发生变化，表现为抛光垫表面产生残余物质，微孔的体积缩小、数量减少，表面粗糙度降低，表面发生分子重组现象，形成一定厚度的釉化层，导致抛光速率和抛光质量的降低。因此，必须对抛光垫进行适当的修整，磨蚀该抛光垫的表面并开孔，并在抛光垫的表面上创建微凸物，即以物理方式穿透该垫表面的多孔层。

典型的修整器一般是金刚石修整器，包含树脂材质的基体及固结在基体研磨面上的金刚石研磨颗粒，其中研磨面为平面，在进行修整时该平面与抛光垫表面平行。在利用修整器对抛光垫进行修整的过程中，修整器同时作转动及往复运动，且修整器以一定压力压在抛光垫表面，使得金刚石研磨颗粒与抛光垫表面接触并对抛光垫进行切削，从而实现对抛光垫表面进行研磨修整，使抛光垫表面得到所需粗糙度。

但是目前来看，只用修整器来进行修正的抛光垫在后续的抛光过程中不能达到之前的功效，并且随着修正次数的增加，抛光效果会越来越差，晶圆在抛光过程中被刮伤的程度增大。这主要是由于抛光垫上面的空洞非常密集，且孔径较小，修整器上面的金刚石可以对抛光垫表面进行修整，恢复抛光垫表面的粗糙度，同时对有害物质如抛光生成物和固结的研磨液颗粒进行去除，而对于较深空洞里面的有害物质则不能有效去除。随着抛光次数增加，藏在深孔里面的有害物质越来越多，严重影响了抛光垫储存和输运抛光液的能力，并且藏在深孔里的有害物质还会对晶圆表面造成刮伤。

针对修整器的这一缺点，业界又发明了另一种方式对抛光垫进行处理，即每次抛光完成后都会利用高压水刀对抛光垫表面进行冲洗。高压水刀的力量可以把藏在抛光垫深孔里面的有害物质冲出来，同时对抛光垫表面进行修整，效果较好。但是高压水刀的工艺成本非常高，一般用于价格昂贵的前道大马士革工艺CMP机台，且工艺参数非常难控制，对于不同厂家的抛光垫要匹配不同的冲洗工艺，因为压力控制不好很容易造成抛光垫表面某些区域受损，进而造成整个抛光垫报废。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种CMP工艺抛光垫的修整装置，在修整的同时，用水枪（或***）对被从孔里修整出来的有害物质进行冲洗，并改变修整器的结构。

按照本发明提供的技术方案，所述的CMP工艺抛光垫的修整装置包括：修整器和修整器边缘的高压水枪或高压***，所述修整器包括转轮，转轮表面有磨粒排布，转轮安装在能提供动力的外壳上，在外壳边缘或者外侧设有空洞、喷嘴或缝隙，或者在磨粒跟磨粒之间空隙中设置空洞、喷嘴或缝隙，所述空洞、喷嘴或缝隙通过管路连接到高压水枪或高压***。

具体的，所述转轮通过轴承或者直接卡在外壳上。

所述外壳可以跟转轮平行分布，或外壳直径大于转轮，且对转轮有一包边。

所述空洞、喷嘴或缝隙可以为一层或多层。

所述空洞或喷嘴可以按不同高度排布，所述高度低于、高于或者平行于磨粒表面。

所述空洞、喷嘴或缝隙的直径或宽度在1um~5000um。

所述空洞、喷嘴或缝隙的喷射方向可以不同，可以平行于转轮平面，或者跟转轮平面有夹角。

所述外壳上还可以设置有用于感应抛光垫转动速度的光学感应器。

所述外壳上还可以设置有3个或3个以上用于调节转轮跟抛光垫之间的距离的高度控制凸起，作业时所述高度控制凸起顶端接触到抛光垫表面，高度控制凸起本身或顶部能够自由旋转。

对于环形的转轮，还可以在转轮中间设置所述空洞、喷嘴或缝隙。

本发明设计出一种新的修整装置，通过对修整器边缘添加高压水枪（或***），在修整器磨轮对抛光垫表面进行修整的同时，从不同角度对修整位置进行高压冲洗，这样的好处有两个：

1）普通修整器修整完抛光垫后，只是恢复了抛光垫表面粗糙度，把抛光垫表层孔洞里的有害物质清理出来，但是清理出来的有害物质并没有完全被移除到抛光垫外，只是从孔里面被移到抛光垫外表面，后续抛光时还有可能重新进入到抛光垫孔里面。本发明在修整的同时，水枪（或***）对被从孔里修整出来的有害物质进行冲洗，先把这些物质冲洗到抛光垫沟槽里并最终冲到抛光垫外面，大大减小了有害物质对抛光垫进行二次伤害的可能。

2）在修整器修整抛光垫表面，重新构成表面孔洞的同时，从不同方向加入高压水枪（或***）对孔洞进行冲洗，可以在抛光垫表面被金刚石掀起来的同时，用水（或气）对空洞深处的有害物质进行冲洗，其作用可以代替甚至超过高压水刀，其工艺则非常容易控制，且压力较小不会损伤抛光垫表面，并且高压水枪（或***）可以附加在修整器周围。

附图说明

图1是CMP工艺的实施状态示意图。

图2是抛光垫修整器工作时的状态图。

图3是现有技术修整器正面示意图。

图4是修整器剖视图一。

图5是修整器剖视图二。

图6是修整器剖视图三。

图7是本发明实施例修整器正面示意图一。

图8是本发明实施例修整器正面示意图二。

图9是本发明实施例修整器正面示意图三。

图10是本发明实施例修整器正面示意图四。

图11是图10的仰视图。

图12是本发明外壳上设置的高度控制凸起示意图。

图13是环形的修整转轮示意图。

图14是对环形转轮本发明实施例修整器正面示意图一。

图15是对环形转轮本发明实施例修整器正面示意图二。

图16是在磨粒与磨粒之间空隙中设置空洞或喷嘴示意图。

图17是在磨粒与磨粒之间空隙中以及外壳上设置空洞或喷嘴示意图。

图18是在磨粒与磨粒之间空隙中设置空洞或喷嘴以及外壳上设置三个不同方向空洞或喷嘴示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示为正常CMP工艺过程，其中晶圆的夹持装置101通过吸附法或者黏贴法固定住晶圆，用一定的压力将晶圆压在抛光垫102上，同时大盘103转动，此时晶圆相对抛光垫102就会形成围绕晶圆中心自转和围绕抛光垫中心公转的状态，同时在抛光垫102上喷淋抛光液，晶圆表面就会被抛光。

另一种方式是双面同时抛光工艺，与图1所不同的是该工艺时晶圆是固定在游星轮里面，上面夹持装置101换成上抛光垫，利用两个大抛光垫夹住晶圆进行转动，从而对晶圆上下两面同时进行抛光。

CMP过程中大盘抛光垫每抛光一批产品后都会有不同程度的磨损，需要利用表面带有金刚石凸起的修整器进行修整，重新构造抛光垫表面的孔洞，凸起或者绒毛，使抛光垫重新恢复储存抛光液和抛光残渣的作用。

如图2所示是一种抛光垫修整器工作时的状态，在本发明的实施例中，该修整器201连接有联通管道202，联通管道202可以提供包括电、风等动力，还可以包括高压水管、高压气管等。该抛光垫修整器201作业时其自转方向可以是顺时针的也可以是逆时针的，也可以是顺时针旋转一段时间再逆时针旋转一段时间。

本发明的实施例一中，如图3所示为修整器201的转轮302，所述转轮302的材料可以是金属、金属合金、塑料材料(Polymer)、陶制品、碳制品及上述材料的混合物，其可为任何形状、厚度，且具有固定磨粒的能力；转轮302表面有磨粒301排布，磨粒301的材料可为人造或非人造钻石、多晶钻石(PCD)、立方晶氮化硼(CBN)、多晶立方氮化硼(PCBN)、最硬结晶体、多晶材料或上述材料的混合材料等所组成。

磨粒301与转轮302之间通过粘结的方式固定，结合剂的材料包含金属、金属合金、塑料材料(Polymer)、陶瓷材料及上述材料的混合物，其中以塑料材料为实施例代表，此外也可包含焊接合金材料。磨粒301凸起可以具有的尺寸是在约1微米与约2000微米之间，如在约5微米与约500微米之间，甚至在约10微米与约250微米之间。该多个微小凸起可以具有基本上同样的尺寸，也可以具有阵列排布不同尺寸。磨粒301在转轮302上的分布可以是整面均匀分布，也可以是阵列均匀分布，或者环状分布；磨粒301的露头可以是尖的，也可以是平的，也可以是尖的和平的平均分布，也可以是分不同阵列，一个阵列是尖的，另一个阵列是平的；磨粒301的高度可以是一样的，也可以是尖的高度大于平的，也可以是平的高于尖的。

如图4～6所示为修整器201的构造，转轮302通过轴承或者直接卡在能提供动力的外壳303上。外壳303材料包含金属、金属合金、塑料材料(Polymer)、陶制品、碳制品、及上述材料的混合物，其可为任何形状、厚度；其主要功能是固定转轮302，在转轮302高速旋转的时候提供动力和拿持点；其动力可以是电动马达，也可以是高压气动马达，其转速可以在1转/分钟~100000转/分钟。该外壳303可以跟转轮302一样平行分布（图4所示），也可以直径大于转轮302，且对转轮302有一定程度的包边（图5所示），也可以是包边跟转轮302的高度一样甚至超过转轮302（图6所示）。

如图7所示，外壳303边缘还设置有空洞或喷嘴303-1，该空洞或喷嘴303-1的作用是把高压水或者气在修整的时候或者修整前后喷射到抛光垫表面；该空洞或喷嘴303-1也可以不在外壳303边缘，而是在外壳303的外侧设置单独的管路，其作用跟设置在外壳边缘一样；该空洞或喷嘴303-1的数量可以是多个，分布在外壳303边缘或者外侧，也可以是一整排分布在外壳303边缘或者外侧，也可以是一个环形的缝隙，通过缝隙代替空洞或喷嘴303-1，该缝隙可以是连续的也可以是一段一段间隔排布的。

该空洞或喷嘴303-1可以是一层也可以是多层，或者按不同高度排布；其高度可以是低于、高于或者平行于磨粒表面，其直径或宽度在1um~5000um，其喷射方向可以平行于转轮302平面，也可以是跟转轮302平面有一定角度。

如图8所示，该空洞或喷嘴303-1还可以设计成对同一点从三个（或多个）方向布置空洞或喷嘴303-1，作业时同时从三个不同的方向喷水或气对修整点进行冲洗。

该修整器尺寸可以是1寸~18寸，其可以直接安装在晶圆载具（夹持装置101）上，或者用其他轴安装于CMP机台上，通过CMP机台来控制修整器的转速，压力和移动方向；还可以是手动的，用人工的方式手持该修整器进行修整。

如图9所示，该修整器的外壳303上还可以设置光学感应器401，该感应器401可以根据抛光垫转动的速度传递信息给转轮302，如果抛光垫转动速度慢，则转轮302会以慢的速度进行修整，如果抛光垫转动速度快，则转轮302会以快的速度进行修整。人工手持的话可以在外壳303上面加装转速控制开关，选择不同转速来适合不同的抛光垫位置。

如图10和图11所示，该修整器的外壳303上还可以设置高度控制凸起402，用来调节转轮302跟抛光垫之间的距离，从而控制转轮302对抛光垫的压力；作业时该高度控制凸起402顶端接触到抛光垫表面。该高度控制凸起402高度可以调节，其可以是固定的顶端光滑的螺丝402-1，螺丝顶部有滚珠402-2，可以自由旋转，如图12所示；也可以是旋转的滚轮，滚轮方向可以自动适应抛光垫旋转的方向。该高度控制凸起402个数不少于3个。

实施例二中，对于如图13所示环形的修整转轮302，其中间还可以加空洞或喷嘴303-1，如图14和15，该空洞或喷嘴303-1的作用是把高压水或者气在修整的时候或者修整前后喷射到抛光垫表面；该空洞或喷嘴303-1的数量可以是多个，可以是一整排分布在环形修整转轮302的中间，也可以是用环形的缝隙代替空洞或喷嘴303-1，该缝隙可以是连续的也可以是一段一段间隔排布的。

如图15所示，该空洞或喷嘴303-1还可以设计成对同一点从三个（或多个）方向布置空洞或喷嘴303-1，作业时同时从三个不同的方向喷水或气对修整点进行冲洗。

实施例三中，对于磨粒301阵列式周期性排布的修整转轮302，其磨粒跟磨粒之间有空隙，该空隙同样可以加空洞或喷嘴303-1，如图16和17，该空洞或喷嘴303-1的作用是把高压水或者气在修整的时候或者修整前后喷射到抛光垫表面；该空洞或喷嘴303-1的数量可以是多个，也可以通过环形的缝隙代替空洞或喷嘴303-1，该缝隙可以是连续的也可以是一段一段间隔排布的。

如图18所示，该空洞或喷嘴303-1还可以设计成对同一点从三个（或多个）方向布置空洞或喷嘴303-1，作业时同时从三个不同的方向喷水或气对修整点进行冲洗。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.CMP工艺抛光垫的修整装置，其特征是，包括：修整器和修整器边缘的高压水枪或高压***，所述修整器包括转轮（302），转轮（302）表面有磨粒（301）排布，转轮（302）安装在能提供动力的外壳（303）上，在外壳（303）边缘或者外侧设有空洞、喷嘴或缝隙，或者在磨粒跟磨粒之间空隙中设置空洞、喷嘴或缝隙，所述空洞、喷嘴或缝隙通过管路连接到高压水枪或高压***。

2.如权利要求1所述的CMP工艺抛光垫的修整装置，其特征是，所述转轮（302）通过轴承或者直接卡在外壳（303）上。

3.如权利要求1所述的CMP工艺抛光垫的修整装置，其特征是，所述外壳（303）跟转轮（302）平行分布，或外壳（303）直径大于转轮（302），且对转轮（302）有一包边。

4.如权利要求1所述的CMP工艺抛光垫的修整装置，其特征是，所述空洞、喷嘴或缝隙为一层或多层。

5.如权利要求1所述的CMP工艺抛光垫的修整装置，其特征是，所述空洞或喷嘴按不同高度排布，所述高度低于、高于或者平行于磨粒（301）表面。

6.如权利要求1所述的CMP工艺抛光垫的修整装置，其特征是，所述空洞、喷嘴或缝隙的直径或宽度在1um~5000um。

7.如权利要求1所述的CMP工艺抛光垫的修整装置，其特征是，所述空洞、喷嘴或缝隙的喷射方向平行于转轮（302）平面，或者跟转轮（302）平面有夹角。

8.如权利要求1所述的CMP工艺抛光垫的修整装置，其特征是，所述外壳（303）上设置有用于感应抛光垫转动速度的光学感应器（401）。

9.如权利要求1所述的CMP工艺抛光垫的修整装置，其特征是，所述外壳（303）上设置有3个或3个以上用于调节转轮（302）跟抛光垫之间的距离的高度控制凸起（402），作业时所述高度控制凸起（303）顶端接触到抛光垫表面，高度控制凸起（303）本身或顶部能够自由旋转。

10.如权利要求1所述的CMP工艺抛光垫的修整装置，其特征是，对于环形的转轮（302），在转轮（302）中间设置所述空洞、喷嘴或缝隙。