专利名称：化学机械抛光的方法、用于化学机械抛光的清洗装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种化学机械抛光的方法、用于化学机械抛光的清洗装置。
背景技术：
在半导体制造中，化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing, CMP)技术可以实现整个晶片的平坦化，成为芯片制造工艺中重要的步骤之一。化学机械抛光技术是机械削磨和化学腐蚀的组合技术，具体地，是借助超微粒子的抛光作用以及浆料(Slurry)的化学腐蚀作用，以形成光洁平坦的表面。在现有技术中，发展了多种关于化学机械抛光的方法。例如，在公开号为 CN101459124A的中国专利申请中公开了一种化学机械抛光的方法和晶片方法，参考图1， 示出了所述专利申请中化学机械抛光方法的流程示意图。所述化学机械抛光方法及晶片清洗方法包括以下步骤步骤601，将待抛光的晶片放置于化学机械抛光设备中；步骤602，对所述晶片进行第一抛光；步骤603，对所述晶片进行第二抛光；步骤604，形成氢氟酸溶液，形成浓度在0.03%至0.08%之间的氢氟酸溶液；步骤605，利用步骤604中所形成的氢氟酸溶液清洗抛光后的晶片。本发明提供的化学机械抛光方法及晶片清洗方法，可以有效减少晶片表面的颗粒缺陷数。然而化学机械抛光之后容易在晶片表面形成有机残留物，所述有机残留物可以是由苯并三唑(BTA)造成的。所述BTA通常在化学机械抛光中用作抑制剂(inhibitor)，但是 BET材料因具有不易清洗的特点，容易在残留在晶片表面，造成晶片的不良。为了去除晶圆表面的有机残留物，通常需对晶圆表面进行多次清洗，但是，如果对晶圆表面清洗过度，会造成晶圆表面的损伤。如何在有效去除晶圆表面残留物的同时避免晶圆表面的损伤，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种化学机械抛光的方法与装置，以在有效去除晶圆表面残留物的同时避免晶圆表面的损伤。为解决上述问题，一种化学机械抛光方法，包括将待抛光的晶片放置于化学机械抛光设备中，对所述晶片进行化学机械抛光，还包括通过清洗溶液对晶片进行清洗，实时测量清洗晶片后形成的处理溶液的开路电位，在处理溶液的开路电位达到开路电位阈值时，停止清洗。所述开路电位阈值等于清洗溶液的开路电位。所述开路电位阈值为清洗溶液开路电位的1倍或0. 9倍。
实时测量清洗晶片后形成的处理溶液的开路电位的步骤包括对处理溶液进行取样；测量处理溶液样品的开路电位。通过清洗溶液对晶片进行清洗的同时，还通过毛刷清洗晶片。包括清洗单元、取样单元、实时测量单元、阈值测量单元和控制单元，其中清洗单元包括通过清洗溶液对晶片进行清洗的清洗溶液喷淋器，清洗过晶片后的清洗溶液成为处理溶液；取样单元包括获取少量处理溶液的微流器；实时测量单元接收微流器移送来的少量处理溶液，测量所述处理溶液的开路电位；阈值测量单元测量清洗溶液的开路电位，以得到开路电位阈值；控制单元，连接于实时测量单元和阈值测量单元，同时，还连接于清洗溶液喷淋器，所述控制单元比较处理溶液的开路电位与开路电位阈值的相对大小，在处理溶液的开路电位达到开路电位阈值时，控制清洗溶液喷淋器停止清洗。所述清洗单元还包括位于清洗溶液喷淋器下方的毛刷清洗器，包括两个并列放置的毛刷，晶片放置于两个毛刷之间，所述两个毛刷反向转动以清除晶片表面的有机残留物。所述取样单元还包括位于毛刷清洗器下方的处理溶液收集器，在清洗单元对晶片进行清洗的过程中，对清洗过晶片的清洗溶液进行收集；所述微流器从处理溶液收集器中获取处理溶液的样品。所述微流器为一端连接于处理溶液收集器，另一端连接于实时测量单元的管道。控制单元还连接于毛刷清洗器，在处理溶液开路电位达到开路电位阈值时，控制毛刷清洗器的毛刷停止转动、同时控制清洗溶液喷淋器停止喷淋清洗溶液。与现有技术相比，本发明具有以下优点所述清洗装置可实时监控晶片表面的清洗情况，直至晶圆表面的有机残留物去除才停止清洗过程，可提高晶圆表面有机物的清除效果；同时，所述清洗装置可实时监控晶片表面的清洗情况，在晶圆表面的有机残留物去除后即停止清洗，避免过度清洗造成的晶圆表面的损伤。
图1是现有技术化学机械抛光的方法和晶片方法的流程示意图；图2是本发明化学机械抛光方法的流程示意图；图3是图2所示步骤Sl所述的化学机械抛光设备一实施例的示意图；图4是图2所示步骤S3 —实施例的流程示意图；图5是图2所示步骤S3所述处理溶液一实施例的开路电位随清洗时间的变化曲线示意图；图6是本发明化学机械抛光装置一实施例的示意图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。正如背景技术所述，现有技术中，在CMP的过程中用作抑制剂的BTA容易在晶片表面形成不易清洗的残留物，造成晶片表面缺陷，从而造成晶片的不良。针对上述问题，本发明的发明人提供一种化学机械抛光方法，对经过化学机械抛光后的晶片清洗步骤进行监控和测量。参考图2，示出了本发明化学机械抛光方法一实施方式的流程示意图，具体地，所述化学机械抛光方法包括以下步骤步骤Si，将待抛光的晶片放置于化学机械抛光设备中；步骤S2，对晶片进行化学机械抛光；步骤S3，对晶片进行清洗，并实时测量清洗晶片后形成的处理溶液的开路电位 (Open Circuit Potential, 0CP)，在处理溶液的开路电位达到开路电位阈值时，停止清洗。下面结合附图对各步骤进行详细说明。本实施例中，待抛光的晶片上包括多个MOS管，所述MOS管的栅极上方形成有介质层、形成于介质层中的连接插塞、以及位于连接插塞和氧化层之间的衬里层，其中介质层为氧化层、连接插塞的材料为铜、所述衬里层为钽/氮化钽的叠层。执行步骤Si，如图3所示，示出了步骤Sl所述的化学机械抛光设备一实施例的示意图。化学机械抛光设备200包括三个抛光平台第一抛光平台201、第二抛光平台202和第三抛光平台203，每一个抛光平台上均设置有抛光头和抛光液喷淋头，所述抛光头以一定压力放置于抛光平台上晶片的抛光表面上，并以一定速率旋转对晶片进行机械抛光；在机械抛光过程中，抛光液喷淋头中流出的抛光液涂覆到抛光平台上的晶片表面。晶片表面在抛光头的机械作用和抛光液的化学作用下形成平整表面。在本实施例中，化学机械抛光设备200需对一片晶片进行三次抛光，具体地，首先将晶片放置于化学机械抛光设备200的第一抛光平台201上，以进行第一次抛光。执行步骤S2，继续参考图3，化学机械抛光设备200对放置于第一抛光平台201上的晶片进行第一次抛光，具体地，所述第一抛光平台201上的第一抛光头204以较高的速率旋转对晶片进行机械抛光，同时，与第一抛光平台201上的第一抛光液喷淋头210中流出的抛光液的化学作用相配合，对晶片上的铜进行化学机械抛光。之后，晶片移送至第二抛光平台202上，进行第二次抛光，具体地，所述第二抛光平台202上的第二抛光头208以较轻的压力放置在晶片上、以较低的速率旋转对晶片进行机械抛光，同时，与第二抛光平台上的第二抛光液喷淋头211中流出的抛光液的化学作用相配合，对晶片进行化学机械抛光，本实施例中，所述第二次抛光以钽/氮化钽作为停止层。在化学机械抛光露出钽/氮化钽时，第二次抛光结束。随后，晶片移送至第三抛光平台203上，进行第三次抛光，具体地，所述第三抛光平台203上的第三抛光头209对晶片进行机械抛光，同时，与第三抛光平台203上的第三抛光液喷淋头212中流出停止层抛光液相配合，对以钽/氮化钽以及氧化层进行化学机械抛光。在获得符合设计规格厚度的晶片时，所述第三次抛光停止。至此化学机械抛光步骤结束，晶片表面上会形成有化学抛光液的残留物、化学机械抛光产生的颗粒等缺陷，需对晶片进行清洗处理，具体地，晶片由移送设备206移至清洗装置中进行清洗处理。对于步骤S3，参考图4，示出了步骤S3 —实施例的流程示意图，具体地，包括以下分步骤
步骤S31，清洗溶液对晶片表面进行清洗，形成包括晶片表面残留物的处理溶液；步骤S32，对处理溶液进行取样，测量处理溶液样品的开路电位；步骤S33，比较所述开路电位与开路电位阈值的相对大小；步骤S34，在处理溶液的开路电位达到开路电位阈值时，停止对晶片表面的清洗。对于步骤S31，所述清洗溶液通常为用于去除晶片表面残留物的化学溶液。所述化学溶液对晶片表面进行清洗后，会将颗粒物、有机残留物(例如BTA)等从晶片表面带走，形成包括晶片表面残留物的处理溶液，具体地，所述清洗溶液为一种包含有机酸化合物的清洗剂。较佳地，在清洗溶液对晶片表面进行清洗的同时，还可通过毛刷等机械方法去除晶片表面的残留物，以改善清洗效果。执行步骤S32，具体地，从处理溶液中取少量样品进行开路电位的测量，所述开路电位为处理溶液中电流密度为0时的电位，所述开路电位的测量方法与现有技术相同，在此不再赘述。清洗溶液对晶片表面进行清洗时，最初所述处理溶液中的残留物的含量较高，由于残留物不断地从晶片表面带走，晶片表面的残留物逐渐减少，相应地，处理溶液中残留物的含量降低。随着处理溶液中组成成分(主要是处理溶液中有机残留物和清洗溶液的组分)的转变，处理溶液的导电性能发生改变，所述处理溶液的开路电位也发生改变。参考图5，示出了处理溶液一实施例的开路电位随清洗时间的变化曲线示意图。在 0 Tl的清洗时间内，晶片表面的有机残留物较多，相应地，处理溶液中有机残留物的含量较高，此时处理溶液的开路电位较大，为VI，随着清洗处理的不断进行，晶片表面的有机残留物逐渐被清洗溶液带走，相应地，处理溶液中有机残留物的含量减小，处理溶液的开路电位在Tl T2时间段内大幅减小，直至T2时刻之后，晶片表面的有机残留物较少，清洗溶液带走的有机残留物非常有限，处理溶液主要由清洗溶液组成，处理溶液的开路电位变化非常小。对于步骤S33，继续参考图5，在T2时刻之后，处理溶液的开路电位基本维持在V2， 处理溶液主要由清洗溶液组成，通过测量清洗溶液的开路电压作为开路电位阈值。实际应用中，如对晶片表面清洁度的要求不高，可设置清洗溶液开位电压的0. 9倍作为开路电位阈值。实时比较步骤S32中处理溶液的开路电位与开路电位阈值，判断处理溶液的开路电位是否达到开路电位阈值。对于步骤S34，当处理溶液的开路电位达到开路电位阈值时，停止对晶片表面进行清洗，避免过度清洗造成的材料浪费，节省成本；同时还可以避免过度清洗造成的工艺时间较长的问题，节约工艺时间。本发明化学机械抛光方法还包括对清洗后的晶片进行干燥处理，例如通过异丙醇 (IPA)对晶片表面进行干燥。至此完成了本发明化学机械抛光的过程。相应地，本发明还提供了一种用于化学机械抛光的清洗装置，参考6，示出了本发明用于化学机械抛光的清洗装置一实施例的示意图。具体地，所述清洗装置包括清洗单元 300、取样单元、实时测量单元304、阈值测量单元305、控制单元306，其中，
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清洗单元300包括毛刷清洗器303、位于毛刷清洗器上的清洗溶液喷淋器302，所述毛刷清洗器303包括两个并列放置的可转动毛刷，待清洗的晶片放置于两个可转动毛刷之间，毛刷在反向转动时可清除晶片表面的有机残留物；所述清洗溶液喷淋器302中放置有清洗溶液，并可将清洗溶液持续地、均勻地喷淋在放置于毛刷清洗器303中的晶片上，所述清洗溶液将有机残留物从晶片表面带走，实现清洗目的。清洗过晶片的清洗溶液中包括晶片表面的有机残留物，成为处理溶液。取样单元获取少量处理溶液的样品，并将所述处理溶液的样品移送至实时测量单元304，具体地，所述取样单元包括位于毛刷清洗器303下方的处理溶液收集器301、连接于处理溶液收集器301的微流器307，所述处理溶液收集器301在清洗单元300对晶片进行清洗的过程中，对清洗过晶片的清洗溶液进行收集，所述微流器307为一端连接于处理溶液收集器301，另一端连接于实时测量单元304的管道，所述管道的直径为微米级，处理溶液收集器301中处理溶液的少量经由所述微米级的管道不断流入实时测量单元304中。实时测量单元304为实时地测量取样单元移送的处理溶液开路电位的探测装置， 同时，所述实时测量单元304还用于将测量到的数据发送至控制单元306。阈值测量单元305为测量清洗溶液开路电位的探测装置，同时，阈值测量单元30 还用于将清洗溶液的开路电位发送至控制单元306，用于确定开路电位阈值，所述开路电位阈值可以与清洗溶液的开路电位相同；如对晶片表面清洁度的要求不高，可设置清洗溶液开路电位的0. 9倍作为开路电位阈值。实时测量单元304和阈值测量单元305测量开路电位的技术与现有技术相同，在此不再赘述。控制单元306，连接于实时测量单元304和阈值测量单元305，同时，还连接于清洗单元300，所述控制单元306比较实时测量单元304测量到的处理溶液开路电位与开路电位阈值的相对大小，在处理溶液开路电位达到开路电位阈值时，控制清洗单元300停止清洗。 在本实施例中，所述控制单元306与清洗单元300的毛刷清洗器303、清洗溶液喷淋器302 均相连，在处理溶液开路电位达到开路电位阈值时，控制单元306控制毛刷清洗器303的毛刷停止转动、同时控制清洗溶液喷淋器302停止清洗溶液的喷淋。本发明提供的用于化学机械抛光的清洗装置，可以有效清洗晶片的有机残留物； 更进一步地，所述清洗装置可实时监控晶片表面的清洗情况，避免过度清洗造成的晶圆表面的损伤。虽然本发明己以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
权利要求
1.一种化学机械抛光方法，其特征在于，包括将待抛光的晶片放置于化学机械抛光设备中，对所述晶片进行化学机械抛光，还包括通过清洗溶液对晶片进行清洗，实时测量清洗晶片后形成的处理溶液的开路电位，在处理溶液的开路电位达到开路电位阈值时，停止清洗。
2.如权利要求1所述的化学机械抛光方法，其特征在于，所述开路电位阈值等于清洗溶液的开路电位。
3.如权利要求1所述的化学机械抛光方法，其特征在于，所述开路电位阈值为清洗溶液开路电位的1倍或0.9倍。
4.如权利要求1所述的化学机械抛光方法，其特征在于，实时测量清洗晶片后形成的处理溶液的开路电位的步骤包括对处理溶液进行取样；测量处理溶液样品的开路电位。
5.如权利要求1所述的化学机械抛光方法，其特征在于，通过清洗溶液对晶片进行清洗的同时，还通过毛刷清洗晶片。
6.一种用于化学机械抛光的清洗装置，其特征在于，包括清洗单元、取样单元、实时测量单元、阈值测量单元和控制单元，其中清洗单元包括通过清洗溶液对晶片进行清洗的清洗溶液喷淋器，清洗过晶片后的清洗溶液成为处理溶液；取样单元包括获取少量处理溶液的微流器；实时测量单元接收微流器移送来的少量处理溶液，测量所述处理溶液的开路电位；阈值测量单元测量清洗溶液的开路电位，以得到开路电位阈值；控制单元，连接于实时测量单元和阈值测量单元，同时，还连接于清洗溶液喷淋器，所述控制单元比较处理溶液的开路电位与开路电位阈值的相对大小，在处理溶液的开路电位达到开路电位阈值时，控制清洗溶液喷淋器停止清洗。
7.如权利要求6所述的清洗装置，其特征在于，所述清洗单元还包括位于清洗溶液喷淋器下方的毛刷清洗器，包括两个并列放置的毛刷，晶片放置于两个毛刷之间，所述两个毛刷反向转动以清除晶片表面的有机残留物。
8.如权利要求7所述的清洗装置，其特征在于，所述取样单元还包括位于毛刷清洗器下方的处理溶液收集器，在清洗单元对晶片进行清洗的过程中，对清洗过晶片的清洗溶液进行收集；所述微流器从处理溶液收集器中获取处理溶液的样品。
9.如权利要求8所述的清洗装置，其特征在于，所述微流器为一端连接于处理溶液收集器，另一端连接于实时测量单元的管道。
10.如权利要求7所述的清洗装置，其特征在于，控制单元还连接于毛刷清洗器，在处理溶液开路电位达到开路电位阈值时，控制毛刷清洗器的毛刷停止转动、同时控制清洗溶液喷淋器停止喷淋清洗溶液。
全文摘要
一种化学机械抛光方法，包括将待抛光的晶片放置于化学机械抛光设备中，对晶片进行化学机械抛光，还包括通过清洗溶液对晶片进行清洗，实时测量清洗晶片后形成的处理溶液的开路电位，在处理溶液的开路电位达到开路电位阈值时，停止清洗。相应地，本发明还提供一种用于化学机械抛光的清洗装置，包括清洗单元、取样单元、实时测量单元、阈值测量单元和控制单元。本发明可以有效减少晶片表面的有机残留物。
文档编号B24B37/34GK102485425SQ20101057321
公开日2012年6月6日 申请日期2010年12月3日 优先权日2010年12月3日
发明者邓武锋 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司