化學機械研磨工藝的返工方法
2023-09-16 21:56:25
專利名稱：化學機械研磨工藝的返工方法
技術領域：
本發明涉及集成電路製造領域，特別是涉及一種化學機械研磨工藝的返工方法。
背景技術：
隨著超大規模集成電路的飛速發展，集成電路製造工藝變得越來越複雜和精細， 為了提高集成度，降低製造成本，半導體器件的尺寸日益減小，平面布線已難以滿足半導體器件高密度分布的要求，只能採用多層布線技術，進一步提高半導體器件的集成密度。由於多層互連或填充深度比較大的沉積過程導致了晶片表面過大的起伏，引起光刻工藝聚焦的困難，使得對線寬的控制能力減弱，降低了整個晶片上線寬的一致性。為此，需要對不規則的晶片表面進行平坦化處理。目前，化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing,CMP) 是達成全局平坦化的最佳方法，尤其是在半導體製作工藝進入亞微米領域後，化學機械研磨已成為一項不可或缺的製作工藝技術。目前，通常採用化學機械研磨設備，也稱為研磨機臺或拋光機臺來進行化學機械研磨工藝。所述化學機械研磨設備包括第一研磨平臺(Platen 1)、第二研磨平臺(Platen 2)、第三研磨平臺(Platen 3)以及用於裝卸晶片的中轉平臺(也稱為初始位)。所有進入到化學機械研磨設備的晶片必須先經所述中轉平臺傳送至第一研磨平臺，再傳送至第二研磨平臺，之後才能傳送至第三研磨平臺，最後經中轉平臺移出所述化學機械研磨設備。所述第一研磨平臺、第二研磨平臺和第三研磨平臺上分別粘貼有第一研磨墊、第二研磨墊以及第三研磨墊。目前，通常將化學機械研磨工藝分為三個階段進行所述化學機械研磨工藝的第一階段在所述化學機械研磨設備的第一研磨平臺上進行，所述第一階段也稱為粗加工研磨，所述第一階段利用較大的研磨速率(Removal Rate, RR)去除介質層上方的大部分的金屬層，形成初步平坦化；所述化學機械研磨工藝的第二階段在第二研磨平臺上進行，所述第二階段也稱為精加工研磨，為了精確控制研磨終點，所述第二階段用較小的研磨速率去除介質層上方的全部金屬層；所述化學機械研磨工藝的第三階段在第三研磨平臺上進行，所述第三階段也稱為過研磨(over polish)階段，所述第三階段是為了確保介質層上方的金屬層被完全去除，並去除阻擋層(barrier)和一定量的介質層，以進一步提高平坦化程度。 其中，第一階段和第二階段可使用相同的研磨液，該研磨液的主要目的是去除金屬層(例如銅)；而第三階段與前兩個階段使用的研磨液的成分有所不同，第三階段使用的研磨液的主要目的是去除阻擋層和介質層。有關化學機械研磨工藝的更多信息還可參見申請號為 200810226330. 7的中國專利申請。但是，在實際生產中還經常遇到另外一種情況，即已經進行完化學機械研磨工藝的晶片，由於等待時間to-time)過長或晶片表面附著有顆粒(particle)等原因需要返工(rework)，即需要重新進行一次化學機械研磨工藝，以去除晶片表面部分厚度的金屬層和介質層，從而將晶片表面的缺陷去除掉，避免出現金屬腐蝕缺陷(metal corrosion defect)。一般的，在化學機械研磨工藝的返工過程中，無需在所述第一研磨平臺和第二研磨平臺上進行研磨工藝，只需在所述第三研磨平臺上對返工的晶片進行研磨，並採用第三階段使用的研磨液(該研磨液的主要目的是去除介質層)，以去除返工晶片表面部分厚度的金屬層和部分厚度的介質層。具體的說，當有多個晶片需要返工時，由於所有需返工的晶片必須經中轉平臺傳送至第一研磨平臺，再傳送至第二研磨平臺，最後才能傳送至第三研磨平臺，因此，現有的化學機械研磨工藝的返工方法通常包括以下過程首先，將第一晶片傳送至第一研磨平臺上；然後，將第一晶片由第一研磨平臺傳送至第二研磨平臺，同時將第二晶片傳送至第一研磨平臺；接著，將所述第一晶片由第二研磨平臺傳送至第三研磨平臺，同時將第二晶片由第一研磨平臺傳送至第二研磨平臺，同時將第三晶片傳送至第一研磨平臺上。也就是說，所述第一晶片在第三研磨平臺上進行研磨處理時，所述第二晶片和第三晶片分別在第二研磨平臺和第一研磨平臺上等待，只有等第一晶片在第三研磨平臺上進行完研磨處理過程去除了第一晶片表面的缺陷後，並且將第一晶片從第三研磨平臺上移走時，第二晶片才能從第二研磨平臺上移到第三研磨平臺上進行研磨處理。然而，在現有的化學機械研磨返工方法中，第二晶片和第三晶片在等待時，未向所述第二晶片和第三晶片噴灑去離子水或氣體，也就是說，所述第二晶片和第三晶片未進行任何隔離處理，所述化學機械研磨平臺上的各種汙染物(例如腐蝕性的液體或各種顆粒) 極有可能濺落到第二晶片和第三晶片表面，從而汙染第二晶片和第三晶片，導致半導體器件的良率下降。
發明內容
本發明提供一種化學機械研磨工藝的返工方法，以解決現有的化學機械研磨工藝的返工方法中，在第一研磨平臺和第二研磨平臺上的晶片容易被汙染，而導致半導體器件的良率下降的問題。為解決上述技術問題，本發明提供一種化學機械研磨工藝的返工方法，包括提供化學機械研磨設備，所述化學機械研磨設備包括第一研磨平臺、第二研磨平臺以及第三研磨平臺，所述第三研磨平臺上設置有第一晶片，所述第二研磨平臺上方設置有第二晶片，所述第一研磨平臺上方設置有第三晶片；向所述第一晶片的表面噴灑研磨液以去除所述第一晶片表面的缺陷，同時，分別向所述第二晶片和第三晶片的表面噴吹氣體或去離子水。可選的，在所述化學機械研磨工藝的返工方法中，所述氣體或去離子水以自下向上的方向噴吹所述第二晶片和第三晶片的表面。可選的，在所述化學機械研磨工藝的返工方法中，向所述第二晶片和第三晶片的表面噴吹氣體時，所述氣體為氮氣或氦氣。可選的，在所述化學機械研磨工藝的返工方法中，所述氣體的流量為100 2OOsccm,所述氣體的壓力為5 2OiTorr15可選的，在所述化學機械研磨工藝的返工方法中，向所述第二晶片和第三晶片的表面噴吹去離子水時，所述去離子水的流量為300 1000mL/min。可選的，在所述化學機械研磨工藝的返工方法中，向所述第一晶片的表面噴灑研磨液的時間為3 20sec。可選的，在所述化學機械研磨工藝的返工方法中，向所述第二晶片和第三晶片的表面噴吹氣體或去離子水的時間為3 20seC。可選的，在所述化學機械研磨工藝的返工方法中，向所述第一晶片的表面噴灑研磨液以去除第一晶片表面的缺陷的步驟之後，還包括將所述第一晶片移出化學機械研磨設備；同時，將第二晶片傳送至第三研磨平臺並向第二晶片的表面噴灑研磨液以去除第二晶片表面的缺陷；同時，將所述第三晶片傳送至第二研磨平臺並向第三晶片的表面噴吹氣體或去離子水。可選的，在所述化學機械研磨工藝的返工方法中，將所述第三晶片傳送至第二研磨平臺並向第三晶片的表面噴吹氣體或去離子水的同時，還包括將第四晶片傳送至所述第一研磨平臺並向第四晶片的表面噴吹氣體或去離子水。可選的，在所述化學機械研磨工藝的返工方法中，所述化學機械研磨設備還包括設置於所述第一研磨平臺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噴吹氣體或去離子水。可選的，在所述化學機械研磨工藝的返工方法中，所述化學機械研磨設備還包括設置於所述第二研磨平臺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噴吹氣體或去離子水。可選的，在所述化學機械研磨工藝的返工方法中，所述化學機械研磨設備還包括設置於所述第三研磨平臺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噴灑研磨液。由於採用了以上技術方案，與現有技術相比，本發明具有以下優點本發明向第三研磨平臺上的第一晶片的表面噴灑研磨液以去除第一晶片表面的缺陷時，還向第二研磨平臺等待的第二晶片和第一研磨平臺上等待的第三晶片表面噴吹氣體或去離子水，以確保化學機械研磨設備上的各種汙染物不會濺落到第二晶片和第三晶片表面，防止第二研磨平臺和第一研磨平臺上等待的晶片被汙染，提高了半導體器件的良率。
圖1為本發明實施例所提供的化學機械研磨工藝的返工方法的流程圖；圖2為本發明實施例所採用的化學機械研磨設備的俯視圖；圖3為圖2中第一研磨平臺的立體示意圖；圖4為圖2中第二研磨平臺的立體示意圖；圖5為圖2中第三研磨平臺的立體示意圖。
具體實施例方式根據背景技術所述，在現有的化學機械研磨返工方法中，第三研磨平臺上的第一晶片進行研磨處理時，未向第二研磨平臺和第一研磨平臺上等待的第二晶片和第三晶片進行任何隔離處理，使得化學機械研磨平臺上的各種汙染物極有可能濺落到第二晶片和第三晶片表面，從而汙染第二晶片和第三晶片，導致半導體器件的良率下降。因此，本發明提供一種化學機械研磨工藝的返工方法，該方法向第三研磨平臺上的第一晶片的表面噴灑研磨液以去除第一晶片表面的缺陷時，還向第二研磨平臺上等待的第二晶片和第一研磨平臺上等待的第三晶片表面噴吹氣體或去離子水，以確保各種汙染物不會濺落到第二晶片和第三晶片表面，防止第二研磨平臺和第一研磨平臺上等待的晶片被汙染，有利於提高半導體器件的良率。下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。請參考圖1，其為本發明實施例所提供的化學機械研磨工藝的返工方法的流程圖， 結合該圖2，該方法包括以下步驟步驟Si，並結合圖2至圖5，首先，提供化學機械研磨設備100，所述化學機械研磨設備100包括第一研磨平臺110、第二研磨平臺120以及第三研磨平臺130，所述第三研磨平臺130上設置有第一晶片10，所述第二研磨平臺120上方設置有第二晶片20，所述第一研磨平臺110上方設置有第三晶片30。所述化學機械研磨設備100還包括用於裝卸晶片的中轉平臺140，所有需返工的晶片必須先經中轉平臺140傳送至第一研磨平臺110，再傳送至第二研磨平臺120，之後才能傳送至第三研磨平臺130，最後經中轉平臺140移出化學機械研磨設備100。其中，第一研磨平臺110、第二研磨平臺120和第三研磨平臺130上分別粘貼有第一研磨墊112、第二研磨墊122以及第三研磨墊132。此外，所述化學機械研磨設備100還包括研磨頭支架150， 所述研磨頭支架150是可旋轉的，其大致呈十字形，所述研磨頭支架150具有四個支臂，每個支臂的下方連接有一個研磨頭。如圖2所示，所述化學機械研磨設備100還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設置於第一研磨平臺110的上方，第二研磨液手臂123設置於第二研磨平臺120的上方，第三研磨液手臂133設置於第三研磨平臺130的上方。可利用第一研磨液手臂113向第一研磨平臺110上的第三晶片30 表面噴吹氣體或去離子水，利用第二研磨液手臂123向第二研磨平臺120上的第二晶片20 表面噴吹氣體或去離子水，利用第三研磨液手臂133向第三研磨液平臺130上的第一晶片 10表面噴灑研磨液。利用現有的研磨設備自帶的三個研磨液手臂即可完成本發明實施例提供的化學研磨工藝的返工過程，無需額外購置設備，降低了生產成本。當然，本發明本不局限於此，根據實際需要，也可採用其它方式向第二研磨平臺120和第一研磨平臺110上的晶片的表面噴吹氣體或去離子水。接著執行步驟S2，向第一晶片10的表面噴灑研磨液以去除第一晶片10表面的缺陷；同時，向第二晶片20的表面噴吹氣體或去離子水；同時，向第三晶片30的表面噴吹氣體或去離子水。具體的說，如圖3所示，向第一晶片10的表面噴灑研磨液時，可將要研磨的第一晶片10附著在化學機械設備的第三研磨頭131上，該第一晶片10的待研磨麵向下並接觸相對旋轉的第三研磨墊132，第三研磨頭131提供的下壓力將該第一晶片10緊壓到第三研磨墊132上，當該第三研磨平臺130旋轉時，第三研磨頭131也進行相對運動。同時，第三階段使用的研磨液(該研磨液的主要目的是去除介質層)通過第三研磨液手臂133輸送到第三研磨墊132上，並通過離心力均勻地分布在第三研磨墊132上，返工過程所使用的研磨液包含有化學腐蝕劑和研磨顆粒，通過化學腐蝕劑和所述待研磨表面的化學反應生成較軟的容易被去除的材料，然後通過機械摩擦將這些較軟的物質從被研磨的第一晶片10的表面去掉，從而去除返工的第一晶片10表面部分厚度的金屬層和部分厚度的介質層，以將第一晶片10表面的缺陷去除掉，避免出現金屬腐蝕缺陷(metal corrosion defect)，提高半導體器件的可靠性。在進行圖3所示步驟的同時，如圖4所示，第二晶片20被設置在第二研磨平臺120 的上方，第二晶片20附著在化學機械設備的第二研磨頭121上，並向第二晶片20的表面噴吹氣體或去離子水，以確保第二晶片20的表面不會被汙染。較佳的，所述第二晶片20是處於升起狀態，即第二晶片20是位於第二研磨平臺120上方，使第二晶片20不接觸第二研磨墊122，所述氣體或去離子水以自下向上的方向噴吹第二晶片20的表面。可利用所述化學機械研磨設備100自帶的第二研磨液手臂123，向第二晶片20的表面噴吹氣體或去離子水。在進行圖3和圖4所示步驟的同時，如圖5所示，第三晶片30被設置在第一研磨平臺110的上方，第三晶片30附著在化學機械設備的第一研磨頭111上，並向第三晶片30 的表面噴吹氣體或去離子水，以確保第三晶片30的表面不會被汙染。較佳的，所述第三晶片30是處於升起狀態，即第三晶片30不接觸第一研磨墊112，所述氣體或去離子水自下向上的方向噴吹第三晶片30的表面。可利用所述化學機械研磨設備100自帶的第一研磨液手臂113，向第三晶片30的表面噴吹氣體或去離子水。在本實施例中，向第一晶片10的表面噴灑研磨液的同時，向第二晶片20的表面噴吹的是氣體，所述氣體優選為氮氣或氦氣，所述氮氣和氦氣較為純淨，不會汙染第二晶片20 的表面；所述氣體的流量優選為100 200sCCm，所述氣體的壓力優選為5 20Torr，上述流量和壓力的氣體噴吹到第二晶片20的表面時，既不會由於壓力和流量太大對第二晶片 20上的圖形造成損傷，又可確保將第二晶片20隔離起來，防止化學機械研磨設備上的汙染物附著到第二晶片20表面。當然，在本發明的其它實施例中，向第一晶片10的表面噴灑研磨液的同時，也可向第二晶片20的表面噴吹去離子水，所述去離子水同樣可將第二晶片20 隔離開來，避免其被汙染。若向第二晶片20的表面噴吹去離子水時，所述去離子水的流量優選為300 lOOOmL/min，該流量可確保第二晶片20的圖形不會被損傷，又可確保將第二晶片20隔離起來。同樣，在本實施例中，向第一晶片10的表面噴灑研磨液的同時，向第三晶片30的表面噴吹的是氣體，所述氣體優選為氮氣或氦氣，所述氮氣和氦氣較為純淨，不會汙染第三晶片30的表面；所述氣體的流量優選為100 200sCCm，所述氣體的壓力優選為5 20ΤΟΠ·，上述流量和壓力的氣體噴吹到第三晶片30的表面時，既不會由於壓力和流量太大對第三晶片30上的圖形造成損傷，又可確保將第三晶片30隔離起來，防止化學機械研磨設備上的汙染物附著到第三晶片30表面。當然，在本發明的其它實施例中，向第一晶片10的表面噴灑研磨液的同時，也可向第三晶片30的表面噴吹去離子水，所述去離子水同樣可將第三晶片30隔離開來，避免其被汙染。向第三晶片30的表面噴吹去離子水時，所述去離子水的流量優選為300 lOOOmL/min，該流量可確保第三晶片30的圖形不會被損傷，又可確保將第三晶片30隔離起來。在本實施例中，向第一晶片10的表面噴灑研磨液的時間、向第二晶片20的表面噴吹氣體或去離子水的時間、以及向第三晶片30的表面噴吹氣體或去離子水的時間是相同的，即第一研磨平臺110、第二研磨平臺120以及第三研磨平臺130上的晶片的工藝時間相同。優選的，向第一晶片10的表面噴灑研磨液的時間、向第二晶片20的表面噴吹氣體或去離子水的時間、以及向第三晶片30的表面噴吹氣體或去離子水的時間均為3 20sec。該時間可確保第一晶片10上的部分金屬層和部分介質層被去除，該第一晶片10表面的缺陷被全部去除掉，提高半導體器件的可靠性，並可避免由於該時間過長而影響化學機械研磨設備的產能。當然，本領域技術人員也可根據實際需要去除的金屬層和介質層的厚度，相應的調整向第一晶片10的表面噴灑研磨液的時間。特別的，執行步驟S2之後，即向第一晶片10的表面噴灑研磨液以去除第一晶片10 表面的缺陷之後，將第一晶片10經中轉平臺140移出化學機械研磨設備，放進存儲晶片的晶片盒內；同時，將第二晶片20傳送至第三研磨平臺130並向第二晶片20的表面噴灑研磨液以去除第二晶片20表面的缺陷；同時，將第三晶片30傳送至第二研磨平臺120並向第三晶片30的表面噴吹氣體或去離子水，以在第三晶片30等待研磨的過程中，將第三晶片30 的表面隔離起來，防止化學機械研磨設備上的汙染物附著到第三晶片30表面。當需要返工的晶片的數量僅為三片時，去除第二晶片20表面的缺陷之後，即可將第二晶片20經中轉平臺140移出化學機械研磨設備，放進存儲晶片的晶片盒內；同時，將第三晶片30傳送至第三研磨平臺130並向第三晶片30的表面噴灑研磨液，以去除第三晶片 30表面的缺陷。在去除第三晶片30表面的缺陷之後，即可將第三晶片30經中轉平臺140 移出所述化學機械研磨設備，放進存儲晶片的晶片盒內。在本發明的其它實施例中，若需要返工的晶片的數量多於三片時，將第三晶片30 傳送至第二研磨平臺並向第三晶片30的表面噴吹氣體或去離子水的同時，還包括將待返工的第四晶片傳送至第一研磨平臺110並向第四晶片40的表面噴吹氣體或去離子水，以防止化學機械研磨設備上的汙染物附著到第四晶片40表面。接下來，即可重複進行傳遞晶片以及研磨晶片的過程，該過程和上述描述類似，本領域技術人員根據上述描述可以得知其它晶片的處理過程，在此不再贅述。顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種化學機械研磨工藝的返工方法，包括提供化學機械研磨設備，所述化學機械研磨設備包括第一研磨平臺、第二研磨平臺以及第三研磨平臺，所述第三研磨平臺上設置有第一晶片，所述第二研磨平臺上方設置有第二晶片，所述第一研磨平臺上方設置有第三晶片；向所述第一晶片的表面噴灑研磨液以去除所述第一晶片表面的缺陷，同時，分別向所述第二晶片和第三晶片的表面噴吹氣體或去離子水。
2.如權利要求1所述的化學機械研磨工藝的返工方法，其特徵在於，所述氣體或去離子水以自下向上的方向噴吹所述第二晶片和第三晶片的表面。
3.如權利要求1所述的化學機械研磨工藝的返工方法，其特徵在於，向所述第二晶片和第三晶片的表面噴吹氣體時，所述氣體為氮氣或氦氣。
4.如權利要求3所述的化學機械研磨工藝的返工方法，其特徵在於，所述氣體的流量為100 2OOsccm,所述氣體的壓力為5 2OiTorr15
5.如權利要求1所述的化學機械研磨工藝的返工方法，其特徵在於，向所述第二晶片和第三晶片的表面噴吹去離子水時，所述去離子水的流量為300 lOOOmL/min。
6.如權利要求1所述的化學機械研磨工藝的返工方法，其特徵在於，向所述第一晶片的表面噴灑研磨液的時間為3 20sec。
7.如權利要求6所述的化學機械研磨工藝的返工方法，其特徵在於，向所述第二晶片和第三晶片的表面噴吹氣體或去離子水的時間為3 20sec。
8.如權利要求1所述的化學機械研磨工藝的返工方法，其特徵在於，向所述第一晶片的表面噴灑研磨液以去除第一晶片表面的缺陷的步驟之後，還包括將所述第一晶片移出化學機械研磨設備；同時，將所述第二晶片傳送至第三研磨平臺並向第二晶片的表面噴灑研磨液以去除第二晶片表面的缺陷；同時，將所述第三晶片傳送至第二研磨平臺並向第三晶片的表面噴吹氣體或去離子水。
9.如權利要求8所述的化學機械研磨工藝的返工方法，其特徵在於，將所述第三晶片傳送至第二研磨平臺並向第三晶片的表面噴吹氣體或去離子水的同時，還包括將第四晶片傳送至所述第一研磨平臺並向第四晶片的表面噴吹氣體或去離子水。
10.如權利要求1所述的化學機械研磨工藝的返工方法，其特徵在於，所述化學機械研磨設備還包括設置於所述第一研磨平臺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噴吹氣體或去離子水。
11.如權利要求1所述的化學機械研磨工藝的返工方法，其特徵在於，所述化學機械研磨設備還包括設置於所述第二研磨平臺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噴吹氣體或去離子水。
12.如權利要求1所述的化學機械研磨工藝的返工方法，其特徵在於，所述化學機械研磨設備還包括設置於所述第三研磨平臺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噴灑研磨液。
全文摘要
本發明公開了一種化學機械研磨工藝的返工方法，所述化學機械研磨工藝的返工方法包括提供化學機械研磨設備，所述化學機械研磨設備包括第一研磨平臺、第二研磨平臺以及第三研磨平臺，所述第三研磨平臺上設置有第一晶片，所述第二研磨平臺上方設置有第二晶片，所述第一研磨平臺上方設置有第三晶片；向所述第一晶片的表面噴灑研磨液以去除第一晶片表面的缺陷，同時，分別向第二晶片和第三晶片的表面噴吹氣體或去離子水。本發明可防止第二研磨平臺和第一研磨平臺上等待的晶片被汙染，提高了半導體器件的良率。
文檔編號B24B37/27GK102371532SQ20101026156
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月24日 優先權日2010年8月24日
發明者劉俊良, 鄧武鋒 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司