一种晶圆研磨方法与流程

1.本发明涉及半导体工艺领域，具体涉及一种晶圆研磨方法。


背景技术：

2.半导体元件的制造过程中，需要以蚀刻工艺形成所需图案，蚀刻导致的表面不平整由化学机械研磨(chemical mechanical planarization，cmp)进行处理。晶圆表面形貌的平整与否，直接影响后续工艺制程，因此有效改善晶圆表面形貌是cmp设备性能优化的重要目标之一。实践表明，在化学机械研磨过程中，由于研磨垫的高速旋转的同时受到研磨头和研磨垫调整器的双重压力，研磨垫在生命周期(lifetime)中后期会形成表面粗糙度不均匀的状况，这样对晶圆的去除率和不均匀度有着直接的影响。
3.现有研磨垫调整器在工作中只单独进行研磨垫的修整，在研磨垫生命周期的末期，研磨垫的工作面被一定程度磨平导致研磨液难以分布均匀，进而导致不同批次晶圆表面不同区域的去除率不同，影响了晶圆制品的表面形貌。另外，相关工艺的研磨液副产物会由于研磨垫调整器的调整不够而出现各种缺陷、颗粒、残留物等。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有不同批次晶圆表面去除率不同的缺陷，进而提供一种晶圆研磨方法。
5.本发明提供一种晶圆研磨方法，包括：提供研磨垫和研磨垫调整器；获取所述研磨垫的寿命已使用时间；根据所述研磨垫的寿命已使用时间调节所述研磨垫调整器的下压力的压强至特征压强，所述特征压强随着所述研磨垫的寿命已使用时间的增加而增加；获取所述研磨垫的寿命已使用时间之后，采用所述研磨垫对特征数量的晶圆进行研磨；采用所述研磨垫对特征数量的晶圆进行研磨的过程中，所述研磨垫调整器采用特征压强作用在所述研磨垫上对所述研磨垫进行表面修整。
6.可选的，当寿命已使用时间为第一寿命已使用时间时，特征压强为第一特征压强；当寿命已使用时间为第n寿命已使用时间时，特征压强为第n特征压强，n为大于或等于2的整数；当寿命已使用时间为第k寿命已使用时间时，特征压强为第k特征压强；k为大于或等于1且小于或等于n的整数；第k2寿命已使用时间大于第k1寿命已使用时间时，第k2特征压强大于第k1特征压强，k1为大于或等于1且小于或等于n-1的整数，k2为大于k1且小于或等于n的整数。
7.可选的，所述特征压强随着研磨垫的寿命已使用时间的增加而线性增加。
8.可选的，当第k2寿命已使用时间与第k1寿命已使用时间之差为1h～30h时，第k2特征压强大于第k1特征压强，且第k2特征压强与第k1特征压强之差为0.01psi-3.0psi。
9.可选的，n为大于或等于3的整数，第i2寿命已使用时间大于第i1寿命已使用时间，第i3寿命已使用时间大于第i2寿命已使用时间，第i2寿命已使用时间与第i1寿命已使用时间之差等于第i3寿命已使用时间与第i2寿命已使用时间之差，i1为大于或等于1且小于或等
于n-2的整数，i2为大于i1且小于或等于n-1的整数，i3为大于i2且小于或等于n的整数；第i3特征压强与第i2特征压强的比值与第i2特征压强与第i1特征压强的比值为相同阈值倍数。
10.可选的，当第i2寿命已使用时间与第i1寿命已使用时间之差为1h-30h时，所述阈值倍数为1.01-2。
11.可选的，当k2与k1之差等于1时，第k2寿命已使用时间与第k1寿命已使用时间之差为1h-20h。
12.可选的，第一特征压强为4.5psi-7.0psi。
13.可选的，获取研磨垫的第j2寿命已使用时间的时刻和获取第j1寿命已使用时间的时刻之间对晶圆的研磨速率为第一速率；获取研磨垫的第j3寿命已使用时间的时刻和获取第j2寿命已使用时间的时刻之间对晶圆的研磨速率为第二速率，j1为大于或等于1且小于或等于n-2的整数，j2为大于j1且小于或等于n-1的整数，j3为大于j2且小于或等于n的整数；所述第二速率小于所述第一速率。
14.可选的，还包括：提供旋转臂，所述研磨垫调整器在旋转臂的带动下进行往复运动；提供电磁阀和比例阀，所述电磁阀适于控制研磨垫调整器的停止和工作，所述比例阀适于调节所述电磁阀控制的下压力的压强大小。
15.本发明技术方案，具有如下优点：
16.本发明的晶圆研磨方法，包括：提供研磨垫和研磨垫调整器；获取所述研磨垫的寿命已使用时间；根据所述研磨垫的寿命已使用时间调节所述研磨垫调整器的下压力的压强至特征压强，所述特征压强随着所述研磨垫的寿命已使用时间的增加而增加；获取所述研磨垫的寿命已使用时间之后，采用所述研磨垫对特征数量的晶圆进行研磨；采用所述研磨垫对特征数量的晶圆进行研磨的过程中，所述研磨垫调整器采用特征压强作用在所述研磨垫上对所述研磨垫进行表面修整。由于不同寿命已使用时间的研磨垫表面磨损情况不同，根据研磨垫的寿命已使用时间调节所述研磨垫调整器的下压力，可以弥补磨损后的研磨垫表面形貌差异，使研磨垫表面始终处于较均匀的磨损状态，保证了研磨液能够均匀的分布在不同寿命已使用时间的研磨垫上，从而实现了不同批次晶圆表面去除率均能够维持在较小的波动范围，极大改善了工艺的稳定性。
17.进一步，由于本发明的晶圆研磨方法能够减小研磨垫的磨损程度，因而能够延长研磨垫的使用寿命，降低更换频率，减少了耗材成本。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本实施例的晶圆研磨方法的流程示意图。
具体实施方式
20.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术
人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
23.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
24.本实施例提供一种晶圆研磨方法，如图1所示，包括以下步骤：
25.步骤s1：提供研磨垫和研磨垫调整器；
26.步骤s2：获取所述研磨垫的寿命已使用时间；
27.步骤s3：根据所述研磨垫的寿命已使用时间调节所述研磨垫调整器的下压力的压强至特征压强，所述特征压强随着所述研磨垫的寿命已使用时间的增加而增加；
28.步骤s4：获取所述研磨垫的寿命已使用时间之后，采用所述研磨垫对特征数量的晶圆进行研磨；采用所述研磨垫对特征数量的晶圆进行研磨的过程中，所述研磨垫调整器采用特征压强作用在所述研磨垫上对所述研磨垫进行表面修整。
29.由于不同寿命已使用时间的研磨垫表面磨损情况不同，根据研磨垫的寿命已使用时间调节所述研磨垫调整器的下压力，可以弥补磨损后的研磨垫表面形貌差异，使研磨垫表面始终处于较均匀的磨损状态，保证了研磨液能够均匀的分布在不同寿命已使用时间的研磨垫上，从而实现了不同批次晶圆表面去除率均能够维持在较小的波动范围，极大改善了工艺的稳定性。此外，由于本发明的晶圆研磨方法能够减小研磨垫的磨损程度，因而能够延长研磨垫的使用寿命，降低更换频率，减少了耗材成本。
30.本实施例中，当寿命已使用时间为第一寿命已使用时间时，特征压强为第一特征压强；当寿命已使用时间为第n寿命已使用时间时，特征压强为第n特征压强，n为大于或等于2的整数；当寿命已使用时间为第k寿命已使用时间时，特征压强为第k特征压强；k为大于或等于1且小于或等于n的整数；第k2寿命已使用时间大于第k1寿命已使用时间时，第k2特征压强大于第k1特征压强，k1为大于或等于1且小于或等于n-1的整数，k2为大于k1且小于或等于n的整数。
31.在一个实施例中，所述特征压强随着研磨垫的寿命已使用时间的增加而线性增加。随着研磨垫使用时间的增长，研磨垫的磨损不可避免，研磨垫表面的沟槽逐渐变浅，研磨效力下降，因此需要增加下压力来维持相近的晶圆去除率，故所述特征压强随着研磨垫的寿命已使用时间的增加而线性增加。具体的，当第k2寿命已使用时间与第k1寿命已使用时间之差为1h～30h时，第k2特征压强大于第k1特征压强，且第k2特征压强与第k1特征压强之差为0.01psi-3.0psi。例如，当第k2寿命已使用时间与第k1寿命已使用时间之差为2h时，第
k2特征压强大于第k1特征压强之差为0.1psi；或者，当第k2寿命已使用时间与第k1寿命已使用时间之差为5h时，第k2特征压强大于第k1特征压强之差为0.3psi；或者，当第k2寿命已使用时间与第k1寿命已使用时间之差为10h时，第k2特征压强大于第k1特征压强之差为0.6psi。其中psi为pounds per square inch的缩写，是一种压强计量单位，意为磅力/平方英寸，1psi＝6.895kpa。
32.在一个实施例中，n为大于或等于3的整数，第i2寿命已使用时间大于第i1寿命已使用时间，第i3寿命已使用时间大于第i2寿命已使用时间，第i2寿命已使用时间与第i1寿命已使用时间之差等于第i3寿命已使用时间与第i2寿命已使用时间之差，i1为大于或等于1且小于或等于n-2的整数，i2为大于i1且小于或等于n-1的整数，i3为大于i2且小于或等于n的整数；第i3特征压强与第i2特征压强的比值与第i2特征压强与第i1特征压强的比值为相同阈值倍数。具体的，当第i2寿命已使用时间与第i1寿命已使用时间之差为1h-30h时，所述阈值倍数为1.01-2。例如，当第i2寿命已使用时间与第i1寿命已使用时间之差为5h时，所述阈值倍数为1.05；或者，当第i2寿命已使用时间与第i1寿命已使用时间之差为10h时，所述阈值倍数为1.1。
33.在一个实施例中，当k2与k1之差等于1时，第k2寿命已使用时间与第k1寿命已使用时间之差为1h-20h，例如1h、3h、5h、10h、15h或20h。
34.在一个实施例中，第一特征压强为4.5psi-7.0psi，例如4.5psi、4.8psi、5.2psi、5.5psi、5.8psi、6.0psi、6.3psi、6.6psi或7.0psi。
35.在一个实施例中，获取研磨垫的第j2寿命已使用时间的时刻和获取第j1寿命已使用时间的时刻之间对晶圆的研磨速率为第一速率；获取研磨垫的第j3寿命已使用时间的时刻和获取第j2寿命已使用时间的时刻之间对晶圆的研磨速率为第二速率，j1为大于或等于1且小于或等于n-2的整数，j2为大于j1且小于或等于n-1的整数，j3为大于j2且小于或等于n的整数；所述第二速率小于所述第一速率。
36.在一个具体的实施例中，研磨垫的使用寿命为30h，第一寿命已使用时间的区间为(0，10h]，第二寿命已使用时间的区间为(10h，20h]，第三寿命已使用时间的区间为(20h，30h]。示例性的，第一特征压强为6.2psi-6.4psi，对应的研磨速率为3300埃/分钟-3500埃/分钟，第二特征压强为6.8psi-7.2psi，对应的研磨速率为3100埃/分钟-3300埃/分钟，第三特征压强为7.4psi-8.2psi，对应的研磨速率为2800埃/分钟-3000埃/分钟。当一个研磨垫被加载时，根据当前研磨垫的寿命已使用时间自动获取研磨所需的下压力，这样在研磨垫使用寿命的末期，即使研磨垫变薄，也可以通过适当增加下压力，满足实际所需的研磨效果。
37.进一步地，还可以建立一种数据自动搜集及计算系统，并且在研磨速率产生变化的时候触发下压力自动调节系统，并根据晶圆研磨速率的大小做相应的调节。
38.本实施例中，还包括：提供旋转臂，所述研磨垫调整器在旋转臂的带动下进行往复运动。通过往复运动可以实现均匀地对研磨垫的全域进行研磨。
39.本实施例中，还包括：提供电磁阀和比例阀，所述电磁阀适于控制研磨垫调整器的停止和工作，所述比例阀适于调节所述电磁阀控制的下压力的压强大小。本实施例的晶圆研磨方法适用于6寸、8寸、12寸等各尺寸的研磨设备。
40.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对
于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。