專利名稱：一種研磨方法和研磨裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體制造工藝，特別是涉及一種研磨方法和研磨裝置。
背景技術：
在半導體制造工藝中，平坦化晶圓是形成半導體器件的重要步驟之一。目前平坦化晶圓的方法一種是采用化學機械研磨法，利用研磨液與晶圓表面產生化學反應及機械研磨力平坦化晶圓表面；另一種是固結磨料研磨法，所述固結磨料研磨法如美國專利 20010044271中所公開的將磨料顆粒制成磨料層，并固定粘結在剛性層上制成研磨墊，， 然后將研磨墊放置于研磨臺上，使其表面與晶圓表面接觸，進行研磨。然而，化學機械研磨法，由于在研磨過程中研磨液隨機分布，導致密度不均勻，研磨效果差，而且研磨液利用率低，研磨液廢液容易污染環(huán)境。因此，固結磨料研磨法由于磨料利用率高、研磨精度高的特點，逐漸被取代化學機械研磨法，在半導體制造工藝中被廣泛應用。圖Ia和圖Ib是現(xiàn)有技術的固結磨料研磨法研磨晶圓示意圖。如圖Ia所示，固結磨料研磨墊102固定在研磨臺101上，所述固結磨料研磨墊102磨料層具有由磨料固結形成的小突起；晶圓103吸附固定在研磨頭104上，其表面與固結磨料研磨墊102的磨料層相接觸；研磨的時候，固結磨料研磨墊102在承載臺101的旋轉帶動下旋轉，晶圓103也在旋轉的研磨頭104帶動下旋轉,其與固結磨料研磨墊102作相對運動,使得晶圓103表面不斷與磨料層摩擦而被研磨。如圖Ib所示，由于固結磨料研磨墊102的磨料層110材料主要是二氧化鈰、二氧化硅等固體顆粒，因此在研磨過程中，固結磨料研磨墊102的磨料層110與晶圓103表面不斷摩擦，在機械力的作用下會產生大量固體顆粒，如二氧化硅顆粒201、二氧化鈰顆粒202，這些固體不僅影響研磨效果，而且很容易造成晶圓103表面刮傷，導致晶圓報廢?，F(xiàn)有的處理方法，只是在晶圓研磨完成后，用去離子水沖洗固結磨料研磨墊102表面去除研磨過程產生的固體顆粒，以便減小固體顆粒刮傷下一片晶圓。但是這種方法并不能防止固體顆粒在研磨過程中刮傷晶圓。

發(fā)明內容
本發(fā)明解決的問題是提供一種減少晶圓研磨刮傷的方法，避免用固結磨料研磨法研磨晶圓過程中，因產生固體顆粒，刮傷晶圓，導致晶圓報廢，影響生產良率和效率。為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術方案一種研磨方法，包括以下步驟將晶圓放置在位于研磨臺上的固結磨料研磨墊上； 向固結磨料研磨墊上加入研磨液，研磨晶圓；用電極吸附研磨過程產生的固體顆粒，所述電極的極性與固體顆粒所帶電荷相反。優(yōu)選的，其特征在于，所述研磨液為脯氨酸、丙胺酸和氨基乙酸的一種或多種。優(yōu)選的，所述研磨液的pH值為10 11。優(yōu)選的，所述固體顆粒包含二氧化硅、二氧化鈰。
一種的研磨裝置，包括研磨臺、位于研磨臺上的固結磨料研磨墊、工作時將研磨液輸送至固結磨料研磨墊上的溶液輸送管，還包括帶有電極的電極修正器，研磨時位于固結磨料研磨墊上方且與固結磨料研磨墊具有間隙，所述電極工作時與固結磨料研磨墊上的研磨液接觸。優(yōu)選的，還包括清洗裝置和電源，所述清洗裝置通過底座固定于研磨臺一側，并通過開關與電源一端連接；所述電源另一端通過開關與所述電極修整器連接。優(yōu)選的，所述電源電壓為O 30伏。優(yōu)選的，所述電極材料為不導電材料優(yōu)選的，所述電極表面覆有金屬膜。優(yōu)選的，所述電極材料為導電材料。優(yōu)選的，所述電極表面覆有絕緣薄膜。優(yōu)選的，所述電極為圓柱形或長條形。優(yōu)選的，所述溶液輸送管輸送的研磨液為堿性溶液。優(yōu)選的，所述電極工作時，所述電源一端通過開關與電極修整器連接，電源另一端通過開關與研磨臺連接。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點在研磨過程中，將電極修整器置于固結磨料研磨墊上方且與固結磨料研磨墊具有間隙，電極修整器上的電極與固結磨料研磨墊上的研磨液接觸，并使電極極性與固體顆粒所帶電荷相反，吸附固體顆粒。由于所述固體顆粒主要為二氧化鈰、二氧化硅，其等電點比較低，在堿性溶液，所述固體顆粒帶有負電荷；而所述電極帶有正電荷，因此當二者接觸時， 根據電荷的異性相吸原理，固體顆粒會被吸附到電極上。本發(fā)明的方法可以去除研磨過程中產生的固體顆粒，防止固體顆粒在研磨過程中刮傷晶圓，提高了生產的良率和效率。


圖Ia和圖Ib是現(xiàn)有技術的固結磨料研磨法研磨晶圓示意圖；圖2是本發(fā)明提供的研磨方法的具體實施例流程圖；圖3a和圖3b是本發(fā)明的提供的研磨裝置結構示意圖；圖4至圖8是本發(fā)明的研磨方法具體實施例示意圖。
具體實施例方式發(fā)明人在現(xiàn)有固結磨料研磨法中，固結磨料研磨墊的磨料層是由二氧化硅、二氧化鈰等固體顆粒粘結組成，在研磨過程中，由于與晶圓表面不斷摩擦、擠壓，在橫向和縱向剪切力的作用下，二氧化硅、二氧化鈰等固體顆粒逐漸游離出來；隨著研磨的進行，產生的固體顆粒越來越多，越來越容易將晶圓表面刮傷?，F(xiàn)有的做法，只是在晶圓研磨結束后，用去離子水沖洗固結磨料研磨墊，去除研磨過程中產生的固體顆粒，盡量減少下次研磨時，晶圓表面被固體顆粒刮傷。但是這種方法作用有限，特別是對于研磨過程中晶圓表面的刮傷無法避免。針對上述問題，發(fā)明人提出一種解決方案，具體為如圖2所示，執(zhí)行步驟SllJf 晶圓放置在位于研磨臺上的固結磨料研磨墊上；執(zhí)行步驟S12，向固結磨料研磨墊上加入研磨液，研磨晶圓；執(zhí)行步驟S13，用電極吸附研磨過程產生的固體顆粒，所述電極的極性與所述固體顆粒所帶電荷相反。本發(fā)明的研磨方法，利用固結磨料研磨法中研磨產生的固體顆粒，主要為二氧化硅、二氧化鈰，其等電點比較小，在堿性研磨液中帶負電荷的特性，在研磨過程中，使用帶有正電荷的電極與研磨液接觸，根據電荷的異性相吸原理，使固體顆粒吸附在電極上，從而可以在研磨過程中去除固體顆粒，減少固體顆粒對研磨中晶圓的刮傷，提高晶圓研磨的良率和效率。本發(fā)明還提供了應用于上述研磨方法的研磨裝置。圖3a和圖3b為本發(fā)明提供的研磨裝置俯視示意圖。如圖3a所示,研磨裝置包括研磨臺(未示出)、固結磨料研磨墊102、 溶液輸送管108以及電極修整器105 ;其中，所述固結磨料研磨墊102放置于研磨臺上，通過固定于與研磨臺同一底座的輸入和輸出滾筒(未示出)進行移動，研磨過程中，固結磨料研磨墊102與研磨臺相對靜止；所述溶液輸送管108通過連接裝置(未示出)固定于這個研磨裝置的側壁或底部，所述溶液輸送管108出口位于固結磨料研磨墊102上方，靠近所述固結磨料研磨墊102中心；所述電極修整器105通過支撐結構(未示出)固定于研磨臺旁邊，所述電極修整器105與所述支撐結構活動連接，使得電極修整器105能夠旋轉移動于固結磨料研磨墊102上方,并與固結磨料研磨墊102表面形成一定間隙；所述電極修整器105 一端為電極1051。進一步地，所述研磨裝置還包括電源200、開關2001和清洗裝置106 ;所述電源 200、開關2001和清洗裝置106通過底座(未示出)固定于研磨臺旁邊；所述電源200 —端通過開關2001與電極修整器105連接，電源200另一端通過開關2001與研磨臺相連接；所述電極修整器105可以旋轉移動至所述清洗裝置106中。繼續(xù)參考圖3a，研磨時，將所述電極修整器105移至固結磨料研磨墊102上方，并使電極修整器105的電極1051與固結磨料研磨墊102上的溶液接觸；所述電源200向電極修整器105提供電源，使電極修整器105的電極1051帶上電荷，所述電荷極性和固體顆粒所帶電荷相反。根據電荷的異性相吸原理，固體顆粒被吸附在電極修整器105的電極1051上。如圖3b所示，將吸附固體顆粒的電極修整器105移至清洗裝置106里，并將電源 200 —端通過開關2001與電極修整器105連接，電源200另一端通過開關2001與清洗裝置 106連接，由電源200向電極修整器105提供反向電壓，使電極修整器105的電極1051極性與固體顆粒所帶電荷相同。根據電荷的同性相斥原理，原本吸附在電極修整器105電極 1051上的固體顆粒脫離電極，向清洗裝置106移動，從而使電極修整器105的電極1051表面干凈，以便繼續(xù)進行吸附固體顆粒。本發(fā)明提供的研磨裝置，通過電源200可以方便地是電極修整器105的電極1051 極性帶上與固體顆粒所帶電荷相反，從而快速將固體顆粒吸附在電極1051上；然后將電極修整器I05移至清洗裝置，并利用電源200向電極修整器105提供反向電壓，使其電極1051 極性與固體顆粒所帶電荷一致，快速去除電極吸附的固體顆粒，使電極修整器105的電極 1051表面干凈，以便繼續(xù)使用。下面結合附圖對本發(fā)明的研磨方法具體實施方式
作詳細說明。如圖4所示，將晶圓103放置在位于研磨臺上的固結磨料研磨墊102上，具體過程
5為將晶圓103吸附固定在研磨頭(未示出)上，將固結磨料研磨墊102設置在研磨臺101 上，使晶圓103的待研磨面與固結磨料研磨墊102接觸；通過研磨頭向晶圓103施加向下的壓力，使晶圓103與固結磨料研磨墊102的接觸面產生預期的研磨壓力。本實施例中，所述固結磨料研磨墊102從底層至上層依次為剛性層、粘結層、磨料層，所述固結磨料研磨墊102中的磨料層由二氧化硅、二氧化鈰、三氧化二鋁、碳化硅、碳化硼、氧化鋯、金剛石等固體顆粒固結形成，常用的固體顆粒為二氧化硅和二氧化鈰；所述磨料層表面具有規(guī)則的凹凸形狀，以提高研磨晶圓103的效率。如圖5所示，向固結磨料研磨墊102上加入研磨液104，研磨晶圓103 ；所述研磨液104通過溶液輸送管108輸出到固結磨料研磨墊102表面，使研磨液 104充滿在晶圓103與固結磨料研磨墊102之間。所述研磨液104包括但不限于脯氨酸、 丙胺酸、氨基乙酸中的一種或它們的組合，pH值為10 11，例如，研磨液104選用脯氨酸溶液，pH 為 10.5。本實施例中，本領域技術人員理解，具體的研磨過程是通過動力驅動，使研磨臺作旋轉運動，使得所述固結磨料研磨墊102 —起旋轉；同時，驅動研磨頭轉動，帶動研磨頭上吸附的晶圓103旋轉，從而使晶圓103與固結磨料研磨墊102作相對運動，進行研磨。如圖6所示，研磨過程中，晶圓103和固結磨料研磨墊102之間產生固體顆粒201、 202，并在研磨液104中帶上負電荷。本實施例中，由于在研磨過程中，磨料層與晶圓103表面相互接觸，不斷摩擦、擠壓，在摩擦、擠壓產生的橫向和縱向的剪切力作用下，晶圓103表面不斷被磨平。根據力的相互作用原理，磨料層也同樣受到橫向和縱向的剪切力作用，因此，在研磨過程中，磨料層中的部分固體顆粒201、202，如二氧化硅、二氧化鈰，會逐漸脫離磨料層，游離在晶圓103與固結磨料研磨墊102之間。在持續(xù)的研磨過程中，這些固體顆粒201、202很容易將晶圓103 表面刮傷。本實施例中，所述固體顆粒201、202的等電點比較低，例如二氧化硅的等電點為
2.2，二氧化鈰等電點為6. 8。所謂的等電點，是指兩性離子所帶電荷因溶液的pH值不同而改變，當兩性離子正負電荷數(shù)值相等時，溶液的PH值即其等電點；當溶液的pH值大于等電點時，離子將帶負電荷；當溶液PH值小于等電點時，離子將帶正電荷。由于加入的研磨液 104為堿性，pH值高于固體顆粒201、202的等電點，因此，浸沒在研磨液104中的固體顆粒 201,202帶上負電荷。如圖7所示，用電極1051吸附研磨過程產生的固體顆粒，所述電極1051的極性與所述固體顆粒201、202所帶電荷相反。本實施例中，所述固體顆粒201、202所帶電荷為負電荷，所述電極1051的極性為正極。具體吸附過程為將所述電極修整器105移至固結磨料研磨墊102上方，與固結磨料研磨墊102具有一定間隙，并使電極1051與固結磨料研磨墊102上的研磨液104接觸；所述電源200正極與電極1051連接，使電極1051帶上正電荷；電源200負極與研磨臺101連接，使研磨臺101帶上負電荷，貝Ij在電極1051與研磨臺101之間形成電場(圖中虛線箭頭所示)，所述電場方向指向研磨臺101。根據電荷的異性相吸原理，所述固體顆粒201、202 向電極1051移動并吸附在電極1051表面上。本實施例中，電源200的電壓為O 30伏，優(yōu)選為8伏。
本實施例中，電極修整器105的電極1051可以由導電材料制成，如銅、鋁、鎢材料，也可以由絕緣材料支撐，并在絕緣材料表面鍍上一層金屬膜，使其具有導電性；或者所述電極1051由導電材料制成，并在導電材料表面形成一層絕緣薄膜，比如特氟龍 (Polytetrafluoroetylene)或碳化娃，以避免引入新的污染源為準。所述電極修整器105 的形狀可以是圓柱形或長條形或其他對稱或不對稱形狀，以方便在研磨液104中吸附固體顆粒201、202為準。例如，作為一實例，電極1051采用銅材制成的長條狀，長度為100毫米。本實施例中，電極修整器105可以穩(wěn)定在研磨液104的某一區(qū)域，利用研磨臺101 的旋轉掃過一定區(qū)域，也可以在研磨液104中來回掃動，以便快速吸附更大區(qū)域中的固體顆粒201、202，但不得與晶圓103相接觸。如圖8所示，將吸附好固體顆粒201、202的電極修整器105從研磨液104中移至清洗裝置106里面，清洗吸附在電極1051上的固體顆粒。具體清洗過程如下將吸附固體顆粒201、202的電極修整器105移到清洗裝置106中，所述清洗裝置106含有堿性溶液107， 例如氫氧化鉀或氨水，所述堿性溶液107的pH值為7 12，以使固體顆粒201、202在清洗裝置中仍帶有負電荷；斷開電源200與電極修整器105的連接以及電源200與研磨臺101 的連接；將電源200的負極與電極修整器105連接，使電極1051帶上負電荷；將電源200正極與清洗裝置106連接，使清洗裝置106帶上正電荷。由于電極修整器105與清洗裝置106 分別帶有負電荷和正電荷，因此在二者之間形成由清洗裝置106指向電極修整器105的電場。根據電荷的異性相斥原理，帶有負電荷的固體顆粒201、202與電極1051相斥，脫離電極1051表面，從而完成電極1051的清洗，以備下一次吸附固結磨料研磨墊102與晶圓103 之間的固體顆粒201、202。本實施例中，通過利用在研磨過程中產生的固體顆粒201、202在堿性研磨液104 中，帶有負電荷；根據電荷的異性相吸原理，將電極修整器105移至固結磨料研磨墊102上， 并僅與研磨液104接觸；同時，將電源200正極與電極修整器105連接，使電極帶正電；電源 200負極連接研磨臺101 ;帶有負電荷的固體顆粒201、202向帶有正電荷的電極1051移動并吸附在電極1051表面上；將吸附固體顆粒201、202的電極修整器105移至清洗裝置106 中，并在電極修整器105和清洗裝置106之間加上反向電壓，使電極修整器105的電極1051 帶上負電荷，清洗裝置106帶上正電荷；固體顆粒201、202在相斥的電荷之間的作用力下， 脫離電極1051，向清洗裝置106移動，使得電極1051表面變干凈，以備繼續(xù)使用。本發(fā)明的方法有效避免了在研磨過程中，產生的固體顆粒刮傷晶圓，導致晶圓報廢，降低生產良率和效率的問題。 本發(fā)明的方法適合于任何利用固結磨料研磨法研磨晶圓的情況，比如研磨淺溝槽隔離、研磨銅金屬層或鎢金屬層。本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，都可以做出可能的變動和修改，因此本發(fā)明的保護范圍應當以本發(fā)明權利要求所界定的范圍為準。
權利要求
1.一種研磨方法，其特征在于，包括以下步驟將晶圓放置在位于研磨臺上的固結磨料研磨墊上；向固結磨料研磨墊上加入研磨液，研磨晶圓；用電極吸附研磨過程產生的固體顆粒，所述電極的極性與固體顆粒所帶電荷相反。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，所述研磨液為脯氨酸、丙胺酸和氨基乙酸的一種或多種。
3.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，所述研磨液的pH值為10 11。
4.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，所述固體顆粒包含二氧化硅、二氧化鈰。
5.一種用于權利要求I所述方法的研磨裝置，包括研磨臺、位于研磨臺上的固結磨料研磨墊、工作時將研磨液輸送至固結磨料研磨墊上的溶液輸送管，其特征在于，還包括帶有電極的電極修正器，研磨時位于固結磨料研磨墊上方且與固結磨料研磨墊具有間隙，所述電極工作時與固結磨料研磨墊上的研磨液接觸。
6.根據權利要求5所述的研磨裝置，其特征在于，還包括清洗裝置和電源，所述清洗裝置通過底座固定于研磨臺一側，并通過開關與電源一端連接；所述電源另一端通過開關與所述電極修整器連接。
7.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述電源電壓為O 30伏。
8.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述電極材料為不導電材料。
9.根據權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述電極表面覆有金屬膜。
10.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述電極材料為導電材料。
11.根據權利要求10所述的裝置，其特征在于，所述電極表面覆有絕緣薄膜。
12.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述電極為圓柱形或長條形。
13.根據權利要求6所述的研磨裝置，其特征在于，所述溶液輸送管輸送的研磨液為堿性溶液。
14.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述電極工作時，所述電源一端通過開關與電極修整器連接，電源另一端通過開關與研磨臺連接。
全文摘要
一種研磨方法和研磨裝置，所述研磨方法包括以下步驟將晶圓放置在位于研磨臺上的固結磨料研磨墊上；向固結磨料研磨墊上加入研磨液，研磨晶圓；用電極吸附研磨過程產生的固體顆粒，所述電極的極性與固體顆粒所帶電荷相反；所述研磨裝置，包括研磨臺、固結磨料研磨墊、溶液輸送管，以及帶有電極的電極修整器。本發(fā)明通過在研磨過程中去除研磨中產生的固體顆粒，避免了晶圓在研磨過程中被刮傷，提高晶圓研磨良率和效率。
文檔編號B24B37/04GK102601722SQ20111002337
公開日2012年7月25日 申請日期2011年1月20日 優(yōu)先權日2011年1月20日
發(fā)明者王慶玲, 蔣莉, 邵群, 黎銘琦 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司