化学机械研磨后晶圆清洗方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种化学机械研磨后晶圆清洗方法及系统，包括如下步骤：1）确定清洗参数和清洗刷电机扭矩的变化关系；2）确定最佳清洗效果时段内清洗刷电机扭矩的变化范围；3）使用清洗刷对晶圆表面进行清洗，并量测晶圆清洗过程中清洗刷电机扭矩；4）将晶圆清洗过程中清洗刷电机扭矩与最佳清洗效果时段内清洗刷电机扭矩的范围进行比对，并依据比对结果及清洗参数与清洗刷电机扭矩的对应关系调整更新清洗参数。本发明专利技术通过故障检测分类模块收集清洗刷电机扭矩数据，动态调节清洗刷与晶圆表面的距离，减少了晶圆表面缺陷数，增加了清洗刷使用寿命，提高了良品率。

【技术实现步骤摘要】
化学机械研磨后晶圆清洗方法及系统
本专利技术涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种化学机械研磨后晶圆清洗方法及系统。
技术介绍
化学机械研磨(ChemicalMechanicalPolishing,CMP)是实现半导体晶圆面内平坦化的重要工艺。在化学机械研磨的过程中，需要使用研磨液对晶圆表面进行研磨。研磨液一般由亚微米或纳米级的研磨颗粒、化学腐蚀剂和去离子水等混合后组成。在化学机械研磨完成后，晶圆表面会残留大量的研磨颗粒和研磨副产物等污染物。这些污染物如残留在晶圆表面，会对后续工艺产生不良影响，并可能导致晶圆良率损失。因此，在晶圆进行化学机械研磨后，需要对晶圆进行清洗，以去除晶圆表面残留的污染物。对于化学机械研磨后的晶圆清洗，一般使用清洗刷对晶圆进行清洗。主要包括如下步骤：先将化学机械研磨后的晶圆放入清洗槽中，如图1所示，使用一对由清洗刷电机160带动的并列设置的滚动式清洗刷100对晶圆110的正反两面同步进行清洗，同时由喷头120喷洒清洗液130对晶圆110表面进行冲洗，清洗液130由清洗液供给源150通过供液管路170供给，之后使用去离子水冲洗晶圆110表面，最后对晶圆110进行干燥。上述滚动式清洗刷由电机带动转动，且转动方向相反。图2是图1中A方向正视图，其中，第一清洗刷101顺时针转动，第二清洗刷102逆时针转动。在所述清洗刷转动的同时，所述晶圆由其下的支撑滚轮140支撑并带动旋转，从而使得所述清洗刷100的清洗范围覆盖整个晶圆110。在上述清洗过程中，清洗刷与晶圆表面的距离(以下简称距离值)决定了清洗刷对晶圆表面的接触压力和接触面积，对于清洗效果有直接影响。如图3所示，距离值200代表清洗刷100和晶圆110表面的距离，当距离值200为正数时，清洗刷100不接触晶圆110；如图4所示，当距离值200为0时，表明清洗刷100外缘和晶圆110表面刚好相切；如图5所示，当距离值200为负数时，表明清洗刷100压在晶圆110表面并产生形变。其中，实线部分为清洗刷100形变后的实际形状，虚线部分为表示清洗刷100与晶圆110表面距离为负数的假想状态。当距离值200为负数时，其绝对值越大，清洗刷100在晶圆110表面的接触压力和接触面积越大。当清洗刷在晶圆表面的接触压力和接触面积变大时，带动清洗刷转动的电机的扭矩也会随之变大。图6是在一次清洗过程中不同的距离值下的电机扭矩随清洗时间的变化曲线。除去作业开始时的电机扭矩上升阶段301和作业结束时的电机扭矩下降阶段302，在稳定作业阶段303，电机扭矩的变化稳定保持在一定范围内。其中，曲线304表示距离值为-a时的电机扭矩随清洗时间的变化曲线；曲线305表示距离值为-b时的电机扭矩随清洗时间的变化曲线；曲线306表示距离值为0时的电机扭矩随清洗时间的变化曲线。距离值-a和-b都是负数，且-a的绝对值大于-b。由图6可知，距离值为负数时的电机扭矩高于距离值为0时的电机扭矩，且其绝对值越大，电机扭矩越大。这是由于距离值的绝对值越大，清洗刷在晶圆表面的接触压力和接触面积越大，从而增加了清洗刷的转动阻力，进而使得清洗刷电机扭矩随之变大。在现有的清洗方法中，在清洗刷的一个完整使用寿命周期内，通常会设定一个固定的距离值，使清洗刷对晶圆表面保持合适的接触压力和接触面积，以获得最佳的清洗效果。但是在清洗刷的一个完整使用寿命周期内，由于清洗刷自身的磨损变形和交叉污染等原因，固定的距离值并不能确保清洗刷对晶圆表面的接触压力和接触面积始终维持在合适的水平。如图7所示是所述电机扭矩和晶圆表面缺陷数与所述清洗刷的使用时间的变化关系图。在固定的距离值下，在清洗刷刚更换后的磨合阶段401及清洗刷使用寿命末期402时，电机扭矩都会和清洗刷最佳清洗效果时段403的平均水平产生较大偏差，这表明清洗刷对晶圆表面的接触压力和接触面积也已偏离了最佳清洗效果时段的平均水平。这就导致了这两个阶段所清洗的晶圆表面的缺陷数较高。为了保证清洗效果并减少晶圆表面缺陷数，固定距离值时的清洗作业就必须避开这两个区间，在刚更换清洗刷后的磨合阶段用假片(dummywafer)进行磨合，并在清洗刷累计使用时间达到使用寿命末期402前就更换新的清洗刷。这虽然确保了清洗效果，并减少了晶圆表面缺陷数，但却大大减少了清洗刷的实际使用寿命。此外，在清洗刷的最佳清洗效果时段403，清洗刷的性能也会由于自身的磨损变形和交叉污染等原因逐渐衰减。如图7中最佳清洗效果时段403所示，电机扭矩随清洗刷使用时间增加呈缓慢下降趋势，这表明清洗刷对晶圆表面的接触压力和接触面积也会随使用时间增加而偏离合适的水平，并造成晶圆表面的缺陷数增加。因此，有必要提出一种新的化学机械研磨后晶圆清洗方法用于提高化学机械研磨后的晶圆清洗效果，增加清洗刷使用寿命，解决上述问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种化学机械研磨后晶圆清洗方法及系统，用于解决现有技术中使用固定的清洗刷和晶圆表面距离导致清洗效率不稳定，且所述清洗刷使用寿命较短的问题。为实现上述目的及其它相关目的，本专利技术提供一种化学机械研磨后晶圆清洗方法，所述化学机械研磨后晶圆清洗方法使用清洗刷对化学机械研磨后的晶圆表面进行清洗，包括如下步骤：1)确定清洗参数和清洗刷电机扭矩的变化关系；2)确定最佳清洗效果时段内所述清洗刷电机扭矩的变化范围；3)使用清洗刷对所述晶圆表面进行清洗，并量测所述晶圆清洗过程中所述清洗刷电机扭矩；及，4)将所述晶圆清洗过程中所述清洗刷电机扭矩与最佳清洗效果时段内所述清洗刷电机扭矩的范围进行比对，并依据比对结果及所述清洗参数与所述清洗刷电机扭矩的变化关系调整更新清洗参数。作为本专利技术的一种优选方案，步骤4)之后还包括重复步骤3)～步骤4)至少一次的步骤。作为本专利技术的一种优选方案，所述清洗参数包括所述清洗刷与所述晶圆表面的距离。作为本专利技术的一种优选方案，所述清洗刷与所述晶圆表面的距离X与所述清洗刷电机扭矩Y的变化关系符合：Y＝kX+b，其中，k为小于0的常数，b为大于0的常数。作为本专利技术的一种优选方案，步骤4)中，当所述清洗刷电机扭矩偏离最佳清洗效果时段内所述清洗刷电机扭矩的范围时，根据所述清洗刷与所述晶圆表面的距离与所述清洗刷电机扭矩的变化关系，调整所述清洗刷与所述晶圆表面的距离，使实际清洗刷电机扭矩回到最佳清洗效果时段内所述清洗刷电机扭矩的范围内。作为本专利技术的一种优选方案，步骤2)中，通过收集若干个同类型清洗刷在最佳清洗效果时段内的刷电机扭矩变化数据，确定最佳清洗效果时段内所述清洗刷电机扭矩的变化范围。作为本专利技术的一种优选方案，步骤3)中，在使用所述清洗刷对所述晶圆表面进行清洗时，同步使用清洗液对所述晶圆表面进行清洗。作为本专利技术的一种优选方案，所述清洗刷电机扭矩的相对扭矩强度范围介于3％～20％。作为本专利技术的一种优选方案，按照扭矩相对强度计算，单次清洗作业的所述清洗刷电机扭矩的变化幅度介于0.5％～4％。作为本专利技术的一种优选方案，步骤3)之前还包括设定所述清洗刷报废极限扭矩的步骤；步骤4)中，所述晶圆清洗过程中得到的所述清洗刷电机扭矩同时与所述最佳清洗效果时段内所述清洗刷电机扭矩的范围及所述清洗刷报废极限扭矩进行比对，当所述清洗刷电机扭矩低于所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种化学机械研磨后晶圆清洗方法，其特征在于，所述化学机械研磨后晶圆清洗方法使用清洗刷对化学机械研磨后的晶圆表面进行清洗，包括如下步骤：1)确定清洗参数和清洗刷电机扭矩的变化关系；2)确定最佳清洗效果时段内所述清洗刷电机扭矩的变化范围；3)使用清洗刷对所述晶圆表面进行清洗，并量测所述晶圆清洗过程中所述清洗刷电机扭矩；及，4)将所述晶圆清洗过程中所述清洗刷电机扭矩与最佳清洗效果时段内所述清洗刷电机扭矩的范围进行比对，并依据比对结果及所述清洗参数与所述清洗刷电机扭矩的变化关系调整更新清洗参数。

【技术特征摘要】
1.一种化学机械研磨后晶圆清洗方法，其特征在于，所述化学机械研磨后晶圆清洗方法使用清洗刷对化学机械研磨后的晶圆表面进行清洗，包括如下步骤：1)确定清洗参数和清洗刷电机扭矩的变化关系；2)确定最佳清洗效果时段内所述清洗刷电机扭矩的变化范围；3)使用清洗刷对所述晶圆表面进行清洗，并量测所述晶圆清洗过程中所述清洗刷电机扭矩；及，4)将所述晶圆清洗过程中所述清洗刷电机扭矩与最佳清洗效果时段内所述清洗刷电机扭矩的范围进行比对，并依据比对结果及所述清洗参数与所述清洗刷电机扭矩的变化关系调整更新清洗参数。2.根据权利要求1所述的化学机械研磨后晶圆清洗方法，其特征在于：步骤4)之后还包括重复步骤3)～步骤4)至少一次的步骤。3.根据权利要求1所述的化学机械研磨后晶圆清洗方法，其特征在于：所述清洗参数包括所述清洗刷与所述晶圆表面的距离。4.根据权利要求3所述的化学机械研磨后晶圆清洗方法，其特征在于：所述清洗刷与所述晶圆表面的距离X与所述清洗刷电机扭矩Y的变化关系符合：Y＝kX+b，其中，k为小于0的常数，b为大于0的常数。5.根据权利要求3所述的化学机械研磨后晶圆清洗方法，其特征在于：步骤4)中，当所述清洗刷电机扭矩偏离最佳清洗效果时段内所述清洗刷电机扭矩的范围时，根据所述清洗刷与所述晶圆表面的距离与所述清洗刷电机扭矩的变化关系，调整所述清洗刷与所述晶圆表面的距离，使实际清洗刷电机扭矩回到最佳清洗效果时段内所述清洗刷电机扭矩的范围内。6.根据权利要求1所述的化学机械研磨后晶圆清洗方法，其特征在于：步骤2)中，通过收集若干个同类型清洗刷在最佳清洗效果时段内的刷电机扭矩变化数据，确定最佳清洗效果时段内所述清洗刷电机扭矩的变化范围。7.根据权利要求1所述的化学机械研磨后晶圆清洗方法，其特征在于：步骤3)中，在使用所述清洗刷对所述晶圆表面进行清洗时，同步使用清洗液对所述晶圆表面进行清洗。8.根据权利要求1所述的化学机械研磨后晶圆清洗方法，其特征在于：所述清洗刷电机扭矩的相对扭矩强度范围介于3％～20％。9.根据权利要求1所述的化学机械研磨后晶圆清洗方法，其特征在于：按照扭矩相对强度计算，单次清洗作业的所述清洗刷电机扭矩的变化幅度介于0.5％～4％。10.根据权利要求1所述的化学机械研磨后晶圆清洗方法，其特征在于：步骤3)之前还包括设定所述清洗刷报废极限扭矩的步骤；步骤4)中，所述晶圆清洗过程中得到的所述清洗刷电机扭矩同时与所述最佳清洗效果时段内所述清洗刷电机扭矩的范围及所述清洗刷报废极限扭矩进行比对，当所述清洗刷电机扭矩低于所述清洗刷报废极限扭矩则更换所述清洗刷。11.根据权利要求1所述的化学机械研磨后晶圆清洗方法，其特征在于：步骤3)之前还包括设定所述晶圆的极限缺陷数的步骤；步骤4)中，将所述晶圆清洗后的缺陷数与所述极限缺陷数进行比对，当所述缺陷数超过所述极限缺陷数则更换所述清洗刷。12.一种化学机械研磨后晶圆清洗系统，其特征在于，所述化学机械研磨后晶圆清洗系统包括：清洗装置、电机扭矩量测模块、清洗控制模块及故障检测分类模块；其中，所述清洗装置包括：清洗刷及与所述清洗刷相连接用以驱动所述清洗刷的清洗刷电机；所述电机扭矩量测模块与所述清洗装置相连接，用于获取所述清洗刷电机的清洗刷电机扭矩；所述故障检测分类模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄郡，
申请(专利权)人：睿力集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34