[发明专利]金属研磨保护装置及保护方法、化学机械研磨系统

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种金属研磨保护装置及保护方法、化学机械研磨系统。

背景技术

化学机械抛光(Chemical Mechanical Planarization，CMP)工艺是一种平坦化工艺，在1990年被引入集成电路制造工艺以来，经过不断实践和发展，已成为推动集成电路技术节点不断缩小的关键工艺。目前CMP已经广泛应用在浅沟槽隔离结构平坦化、栅电极平坦化、钨塞平坦化和铜互连平坦化等工艺中。CMP工艺也被应用于去除基底表面上的薄膜层。

CMP的相关技术可以参考专利号为US5722875的美国专利，其公开了一种抛光方法和装置(method and appartus for polishing)。

图1示出了现有技术的一种CMP设备的剖面结构示意图，图2示出了该CMP设备的立体结构示意图，结合图1和图2，该CMP设备包括：抛光头10；与抛光头10相连的轴杆11；设置于抛光头10上的用于固定晶圆(wafer)13的夹持环(retaining ring)12；位于抛光头10下方的抛光盘(platen)14；与所述抛光盘14相连的传动件15；固定于抛光盘14上的抛光垫16；用于向抛光垫16上喷淋抛光液(slurry)18的管道17。在进行CMP时，轴杆11对抛光头10提供向下的下压力(down force)，将晶圆13按压在抛光垫16上，轴杆11带动所述抛光头10绕抛光头10的轴线旋转，传动件15带动抛光盘14及抛光垫16绕抛光盘14的轴线旋转，同时管道17向抛光垫16喷淋抛光液18。在CMP过程中，晶圆13的表面部分与抛光液18发生化学反应，反应后的产物在抛光垫16的机械研磨作用下被去除，从而降低了晶圆13的表面部分的台阶高度(step height)，实现了平坦化。

但是当用于金属研磨的CMP设备因为故障而中途停机时，可能有大量的研磨液仍然停留在晶圆表面。如果不及时清除晶圆上的研磨液，将会造成严重的金属腐蚀(Metal Corrosion)，最终使得晶圆报废。尤其是在研磨晶圆上的铜时，对晶圆的腐蚀尤其严重。

为了解决上述问题，现有技术只能采用人工的方式将晶圆从中途停机的CMP设备上取下以进行清洗，防止金属腐蚀。但是此种方式效率低，成本高，由于不能及时对晶圆进行清洗，因此对晶圆的防腐蚀效果也不好，并且还可能存在人为的二次污染。

因此，在采用CMP设备进行金属研磨而中途停机的过程中，如何保护晶圆不受金属腐蚀就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金属研磨保护装置及保护方法、化学机械研磨系统，以在采用CMP设备进行金属研磨而中途停机时，可以有效保护晶圆不受金属腐蚀。

为解决上述问题，本发明提供了一种金属研磨保护装置，用于保护CMP设备中的晶圆，包括：

喷淋头，所述喷淋头包括多个喷嘴；

喷淋管，连接所述喷淋头，用于为所述喷淋头提供对晶圆的保护物质；

控制器，连接所述CMP设备和喷淋管，当所述CMP设备停机但仍可控制晶圆进行上升和旋转时，所述控制器控制CMP设备，使晶圆进行上升；且移动所述喷淋管使所述喷淋头位于CMP设备中晶圆待研磨面的下方，并控制所述喷淋管的开启和关闭。

可选地，所述多个喷嘴均匀地分布在所述喷淋头上。

可选地，所述多个喷嘴呈辐射形或方格形分布。

可选地，所述喷嘴的直径范围包括：0.5mm～5mm。

可选地，所述喷淋管包括：开关、固定管和位于所述固定管上表面的旋转管，所述固定管的一端和所述旋转管的一端通过转轴固定连接，所述喷淋头固定在所述旋转管上表面的另一端，所述开关设置在固定管的另一端且与所述控制器相连，所述控制器控制所述开关以实现对所述喷淋管的开启和关闭的控制，所述固定管和所述旋转管内设置有一个或多个软管，所述软管用于承载所述保护物质，所述软管与所述喷淋头相连；当所述CMP设备停机时，所述旋转管绕所述转轴旋转，使所述喷淋头位于CMP设备中晶圆待研磨面的下方；当所述CMP设备工作时，所述旋转管绕所述转轴旋转，使所述喷淋头远离所述CMP设备。

可选地，所述保护物质至少包括：等离子水，所述喷淋管至少包括等离子水管路，所述等离子水管路用于为所述喷淋头提供等离子水。

可选地，所述保护物质还包括：保护气体或/和缓蚀气体，所述喷淋管还包括1个或多个气体管路，所述气体管路用于为所述喷淋头提供保护气体或/和缓蚀气体。

可选地，所述喷嘴覆盖的面积大于或等于所述晶圆待研磨面的面积。