[发明专利]化学机械研磨装置以及执行氧化铈基化学机械研磨的方法

说明书

本公开提供了一种执行氧化铈基化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，简称CMP)过程的方法。方法包括步骤S401至S404。在步骤S401中，将包含氧化铈颗粒的浆料提供至研磨垫上。在步骤S402中，通过浆料在研磨垫上研磨晶圆的氧化物层。在步骤S403中，将温度在0℃至5℃范围内的冷却水提供至研磨垫上。在步骤S404中，通过冷却水在研磨垫上研磨晶圆以从晶圆的氧化物层上去除氧化铈颗粒。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年12月13日提交的第62/778909号美国临时专利申请的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及一种执行氧化铈基化学机械研磨(Chemical MechanicalPolishing，简称CMP)过程的方法及其CMP装置。更具体而言，本公开涉及一种执行氧化铈基CMP过程的方法，该方法提供冷却水以减小在CMP工艺之后氧化铈颗粒与晶圆的表面之间的粘着力。

背景技术

化学机械研磨(CMP)过程是通过在受控的温度、压力和化学成分条件下，将半导体晶圆抵靠在旋转研磨表面上或者以其他方式将晶圆相对于研磨表面移动来完成的。研磨表面可以是由相对柔软的多孔材料(例如发泡聚氨酯)形成的平面状的垫，并用具有化学活性和研磨性的水性浆料润湿。水性浆料可以是酸性或碱性的，通常包括磨料颗粒，诸如过渡金属螯合盐或氧化剂之类的反应性化学试剂，以及诸如溶剂、缓冲剂和钝化剂之类的助剂。在这种浆料中，盐或其他试剂提供化学蚀刻作用，而磨料颗粒与研磨垫配合提供机械研磨作用。

图1示出了CMP装置的示例性示意图。CMP装置100包括用于固定住半导体晶圆W的研磨头120。膜130设置在研磨头120与晶圆W之间，晶圆W可利用部分真空或者粘合剂抵靠在膜130上。研磨头120设置成通过驱动马达140沿一方向141持续旋转，并且可选地沿一方向142横向往复运动。因此，晶圆W的旋转和横向的组合运动旨在降低晶圆W表面上的材料去除速率的差异。CMP装置100还包括沿着方向112旋转的平台110。研磨垫111安装在平台110上。浆料供应管151安装在平台110上方，以输送研磨浆153流，研磨浆153从浆料管151的喷嘴152滴到研磨垫111的表面上。如果浆料153中的颗粒形成不需要的大颗粒的聚集，则对晶圆W进行研磨时，晶圆表面会被划伤。因此，需要对浆料153进行过滤，以去除不需要的大颗粒。通常，过滤器组件154联接至浆料供应管151，以分离聚结或过大的颗粒。

通常，在晶圆上的氧化物层的CMP过程中使用包括氧化硅(Silica，化学式为SiO₂)基磨料或氧化铈(Ceria，化学式为CeO₂)基磨料的浆料。为了研磨晶圆的二氧化硅(SiO₂)层，通常采用氧化铈基CMP，因为其硬度好，研磨速率较高，并且氧化能力独特。然而，CeO₂颗粒对SiO₂表面的粘合力很强。难以通过实时过程破坏CeO₂颗粒与SiO₂表面之间的粘合力。CMP过程之后，需要在单独的湿式清洗室中通过强酸性化学物质进行额外的清洗过程，以去除SiO₂表面上残留的CeO₂颗粒。额外的清洗过程会引起各种问题，包括成本以及废水处理量增加。

因此，仍然需要提供一种执行氧化铈基CMP过程的方法以克服上述问题。

发明内容

鉴于上述内容，本公开的目的在于提供一种执行氧化铈基CMP过程的方法及其CMP装置以降低半导体晶圆的制造成本。