CN103100964A - 金属研磨保护装置及保护方法、化学机械研磨系统 - Google Patents

Abstract

一种金属研磨保护装置及保护方法、化学机械研磨系统。所述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。本发明在采用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。

Description

金属研磨保护装置及保护方法、化学机械研磨系统

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。

可选地，所述金属研磨保护装置还包括：设置在所述喷淋头的喷淋面边缘的挡环，所述挡环的内直径大于所述晶圆的直径，所述挡环的高度大于所述喷淋头与所述晶圆之间的距离。

可选地，所述挡环的边缘与所述晶圆的相对应边缘的距离大于或等于0.5cm且小于或等于2cm。

可选地，所述金属研磨保护装置还包括：废物管路，所述挡环的侧面设置有1个或多个开口，所述开口连接所述废物管路，用于排出挡环中的保护物质。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种采用上述金属研磨保护装置的金属研磨保护方法，包括：

当CMP设备停机但可控制晶圆进行上升和旋转时，所述控制器控制所述CMP设备，使所述晶圆上升；

移动所述喷淋管，使所述喷淋头位于CMP设备中所述晶圆的待研磨面的下方；

所述控制器控制所述CMP设备，使所述晶圆的旋转速度为第一速度；

所述控制器控制所述喷淋管为所述喷淋头提供等离子水，所述喷淋头向所述晶圆的待研磨面上喷洒等离子水。

可选地，所述第一速度的取值范围包括：5rpm(revolutions per minute，每分钟转数)～20rpm。

可选地，所述金属研磨保护方法还包括：当所述CMP设备的预计停机的时间等于或大于第一时间时，在向所述晶圆的待研磨面上喷洒等离子水达到第二时间之后，所述控制器控制所述喷淋管停止为所述喷淋头提供等离子水，且控制所述CMP设备使所述晶圆的旋转速度为第二速度，所述第二速度大于所述第一速度；经过第三时间后，所述控制器控制所述CMP设备使所述晶圆的旋转速度降为第一速度，且控制所述喷淋管为所述喷淋头提供保护气体，所述喷淋头向所述晶圆的待研磨面上喷洒保护气体。

可选地，所述第一时间的取值范围包括：20分钟～40分钟。

可选地，所述第二时间的取值范围包括：0.5分钟～5分钟。

可选地，所述第二速度的取值范围包括：50rpm～500rpm。

可选地，所述保护气体包括：氮气或惰性气体。

可选地，所述第三时间的取值范围包括：1分钟～10分钟。

可选地，所述金属研磨保护方法还包括：当向所述晶圆上喷洒保护气体达到第四时间之后，所述控制器控制所述CMP设备使所述晶圆停止旋转，保持向所述晶圆上喷洒保护气体直至CMP设备恢复正常。

可选地，所述第四时间的取值范围包括：0.5分钟～2分钟。

可选地，在所述控制器控制所述喷淋管停止为所述喷淋头提供等离子水之后，且控制所述CMP设备使所述晶圆的旋转速度为第二速度之前还包括：所述控制器控制喷淋管为喷淋头提供缓蚀气体，所述喷淋头向所述晶圆待研磨面喷洒缓蚀气体；经过第五时间后，所述控制器控制所述喷淋管停止为所述喷淋头提供缓蚀气体而重新提供等离子水，经过第六时间后，所述控制器重新控制所述喷淋管停止提供等离子水。

可选地，所述第五时间的取值范围包括：5秒～60秒。

可选地，所述第六时间的取值范围包括：30秒～60秒。

可选地，所述晶圆的待研磨面的材料包括铜，所述缓蚀气体包括：BTA(Benzotrialole，苯骈三氮唑)。

可选地，所述晶圆的待研磨面的材料包括：铜、铝、钨或GST(锗锑碲)。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种包括上述金属研磨保护装置的化学机械研磨系统。

可选地，所述化学机械研磨系统还包括1个或多个CMP设备，所述金属研磨保护装置的数目小于或等于所述CMP设备的数目。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)当CMP设备在研磨金属而中途停机时，向晶圆的待研磨面喷洒等离子水，从而通过等离子水可以将晶圆上的研磨液清洗干净，最终可以避免研磨液与晶圆上的金属发生反应而导致的金属腐蚀，保证了晶圆的研磨良率，且成本低、效率高，很好地杜绝了晶圆被金属腐蚀。

2)可选方案中，在喷洒等离子水之后，在晶圆上喷洒缓蚀气体，进而通过提高晶圆的旋转速度为第二速度以将等离子水甩干，以进一步保证晶圆上的金属不被研磨液、水或空气等腐蚀。

3)可选方案中，在将晶圆上的等离子水甩干之后，然后在晶圆上喷洒保护气体，且在CMP设备修复之前，始终将保护气体喷洒在晶圆上，从而进一步杜绝了晶圆被金属腐蚀的可能性。

附图说明

图1是现有技术一种CMP设备的剖面结构示意图；

图2是图1中CMP设备的立体结构示意图；

图3是本发明一实施方式中金属研磨保护装置不工作时的结构示意图；

图4是图3所示金属研磨保护装置工作时的结构示意图；

图5是本发明金属研磨保护装置中喷嘴的一种分布示意图；

图6是本发明金属研磨保护装置中喷嘴的另一种分布示意图；

图7是CMP设备停机时喷淋管的结构示意图；

图8是CMP设备工作时喷淋管的结构示意图；

图9是本发明金属研磨保护方法一实施例的流程示意图；

图10是本发明金属研磨保护方法又一实施例的流程示意图；

图11是本发明金属研磨保护方法再一实施例的流程示意图。

具体实施方式

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。

正如背景技术部分所述，现有技术的CMP设备中只有研磨液管道，从而当CMP设备研磨金属因为故障(如：图1和图2中的抛光头10的故障、传动件15的故障、管道17的故障等)而中途停机时，可能有大量的研磨液仍然停留在晶圆表面，研磨液可能会与晶圆上的金属发生反应，从而导致金属腐蚀。

为克服上述缺陷，本发明提供了一种金属研磨保护装置及保护方法、化学机械研磨系统。由于现有技术中CMP设备中控制晶圆升降和旋转的部件一般不出现故障，因此当CMP设备在研磨金属而中途停机时，通过控制晶圆的升降和旋转，可以使金属研磨保护装置向晶圆的待研磨面喷洒等离子水，从而通过等离子水可以将晶圆上的研磨液清洗干净，最终可以避免研磨液与晶圆上的金属发生反应而导致的金属腐蚀，保证了晶圆的研磨良率，且成本低、效率高，很好地杜绝了晶圆被金属腐蚀。

下面结合附图进行说明。

参考图3和图4所示，本实施例提供了一种金属研磨保护装置，所述金属研磨保护装置设置在CMP设备旁边，本实施例中所述CMP设备具体可参考图1和图2所示，需要说明的是，在本发明的实施例中，所述CMP设备还可以为其他具体结构，其在此不限制本发明的保护范围。

所述金属研磨保护装置包括：

喷淋头21，所述喷淋头21包括多个喷嘴24；

喷淋管22，连接所述喷淋头21，用于为所述喷淋头21提供对晶圆13的保护物质；

控制器(图中未示出)，连接所述CMP设备和所述喷淋管22，当所述CMP设备停机但仍可控制晶圆13进行上升和旋转时，所述控制器控制CMP设备，使晶圆13进行上升；且移动所述喷淋管22，使所述喷淋头21位于CMP设备中晶圆13待研磨面的下方，并控制所述喷淋管22的开启和关闭。

其中，所述喷嘴24用于将喷淋管22中的保护物质喷洒在晶圆13的待研磨面上，其形状可以为圆形或其他形状。本实施例中喷嘴24为圆形，所述喷嘴24的直径范围可以包括：0.5mm～5mm，如：0.5mm、1.8mm、2.5mm、4mm或5mm等。所述喷嘴24的直径越小，喷淋头24上的喷嘴24个数可以越多。

优选地，所述多个喷嘴24可以均匀地分布在所述喷淋头21上，从而可以保证喷洒在晶圆13上的保护物质比较均匀。具体地，参考图5所示，所述多个喷嘴24的分布可以呈辐射形，如：对于圆形的喷淋头21，从喷淋头21圆心处沿直径方向上分布的喷淋头数目相同，且与喷淋头21圆心距离相同的喷淋头数目相同。参考图6所示，所述多个喷嘴24的分布还可以呈方格形，如：所有喷嘴24呈平行排列的阵列，且相邻行之间两个相对应喷嘴24之间的距离相同，相邻列之间两个相对应喷嘴24之间的距离也相同。图5和图6中喷嘴24的个数和具体形状仅为举例，其不限制本发明的保护范围。

本实施例中的喷淋管22可以折叠。具体地，参考图7和图8所示，图7是CMP设备停机时喷淋管的结构示意图；图8是CMP设备工作时喷淋管的结构示意图。所述喷淋管22包括：开关(图中未示出)、固定管31和位于所述固定管31上表面的旋转管32，所述固定管31的一端和所述旋转管32的一端通过转轴33固定连接，所述喷淋头21固定在所述旋转管32上表面的另一端，所述开关设置在固定管31的另一端且与所述控制器相连，所述固定管31和所述旋转管32内设置有一个或多个软管(图中未示出)，所述软管用于承载所述保护物质，所述软管与所述喷淋头21相连；当所述CMP设备停机时，参考图7所示，所述旋转管32绕所述转轴33旋转，使所述喷淋头21位于CMP设备中晶圆13待研磨面的下方，此时喷淋管22处于伸展状态；当所述CMP设备工作时，参考图8所示，所述旋转管32绕所述转轴33旋转至相反的方向，即使所述喷淋头21远离所述CMP设备，此时喷淋管22处于折叠状态。

其中，所述控制器可以通过控制所述开关实现对喷淋管开启和关闭的控制。

所述固定管31始终固定不动，其可以是L型，也可以为其他结构。

再次结合参考图7所示，为了防止喷淋管22处于伸展状态时，旋转管32发生旋转，还可以在所述固定管31和旋转管32对应的位置设置一个安装孔，当旋转管32绕所述转轴33旋转至所述喷淋头21位于CMP设备中晶圆13待研磨面的下方的方向时，就在所述安装孔中放置一个螺钉34，所述螺钉34就可以固定所述旋转管32。

再次结合参考图8所示，为了防止喷淋管22处于折叠状态时，旋转管32也发生旋转，还可以在旋转管32上设置另一个安装孔35，当所述喷淋管22折叠后，所述安装孔35与固定管31上的安装孔相对应，此时将螺钉34放入安装孔35和固定管31的安装孔中，所述螺钉34就可以固定所述旋转管32。

需要说明的是，本实施例还可以采用其他结构的可折叠的喷淋管。

在本发明的其他实施例中，所述喷淋管22不能折叠，当CMP设备停机时，直接控制喷淋管22的移动实现喷淋头21与晶圆13相对应。

如图1所示，所述保护物质至少包括等离子水，还可以包括：保护气体或/和缓蚀气体。具体地，所述喷淋管22至少包括等离子水管路23，所述等离子水管路23用于为所述喷淋头提供等离子水。此外，所述喷淋管还可以包括：1个或多个气体管路，所述气体管路用于为所述喷淋头21提供气体，如：缓蚀气体或/和保护气体等。本实施例中所述等离子水管路23和所述气体管路就是喷淋管22中的软管。

为了保证喷淋头21可以通过喷嘴24将喷淋管22中的保护物质喷洒到晶圆13的待研磨面上，所述喷淋头21的喷淋嘴24与晶圆13的待研磨面之间的距离与喷淋嘴24的尺寸有关，喷淋嘴24的尺寸越小，则喷淋嘴24中保护物质能够达到的高度越高，从而所述距离可以越大。当喷嘴24的直径范围为0.5mm～5mm时，所述喷淋头21的喷淋嘴24与晶圆13的待研磨面之间的垂直距离范围可以包括：1cm～5cm，如：1cm、2.5cm或5cm等。

在保证喷淋头21可以通过喷嘴24将喷淋管22中的保护物质喷洒到晶圆13上的前提下，还应尽可能将保护物质喷洒到晶圆13的整个待研磨面上，优选地，所述喷嘴24的覆盖面积可以大于或等于所述晶圆13待研磨面的面积。

此外，为了防止喷淋头21喷洒出的保护物质溅射到晶圆13待研磨面以外的区域，本实施例还可以在喷淋头21的喷淋面边缘设置一个挡环25，所述挡环25不接触晶圆13和CMP设备，所述挡环25的直径可以大于所述晶圆13的直径，所述挡环25的高度可以大于所述喷淋头21与所述晶圆13之间的距离。具体地，所述挡环25的边缘与所述晶圆13的相对应边缘的距离可以大于或等于0.5cm且小于或等于2cm，如：0.5cm、1cm、1.5cm或2cm。

喷洒到晶圆13的待研磨面上的保护物质最终会落到挡环25内，经过一段时间内挡环25内便会积聚大量的保护物质。为了避免保护物质对CMP设备和晶圆13的影响，需要将挡环25内的保护物质排出，因此可以在挡环25上设置一个或多个开口。相应的，所述金属研磨保护装置还包括：废物管路26，所述开口连接所述废物管路26，用于排出挡环25中的保护物质。所述废物管路26可以比较长，以保证其排出物不影响CMP设备或金属研磨保护装置。

本实施例中所述开口设置在挡环25的底部，在本发明的其他实施例中，所述开口还可以设置在挡环25的其他地方，只要该开口的位置低于晶圆13待研磨面的位置即可。

为解决上述问题，本发明还提供了一种采用上述金属研磨保护装置的金属研磨保护方法，至少在CMP设备停机但仍可控制晶圆进行上升和旋转时，采用上述金属研磨保护装置始终向晶圆的待研磨面上喷洒等离子水，通过等离子水保护晶圆不受金属腐蚀。

只要CMP设备中控制晶圆升降和旋转的部件没有发生故障，就可以使用上述金属研磨保护装置实现对晶圆的保护。而在实际生产中，CMP设备中控制晶圆升降和旋转的部件极少出现故障，从而充分保证了本发明技术的实施。

参考图9所示，作为一个实施例，所述金属研磨保护方法包括：

步骤S11，当CMP设备停机但仍可控制晶圆进行上升和旋转时，所述控制器控制所述CMP设备，使所述晶圆上升；移动所述喷淋管，使所述喷淋头位于CMP设备中所述晶圆的待研磨面的下方；

步骤S12，所述控制器控制所述CMP设备，使所述晶圆的旋转速度为第一速度；所述控制器控制所述喷淋管为所述喷淋头提供等离子水，所述喷淋头向所述晶圆的待研磨面上喷洒等离子水。

其中，CMP设备停机前正在研磨晶圆上的金属，所述金属可以包括：铜、铝、钨或GST中的一种或多种，其不限制本发明的保护范围。

首先执行步骤S11，当CMP设备停机时，启动控制器，所述控制器控制CMP设备使晶圆上升，并控制金属研磨保护装置由图3所示的状态调整为图4所示的状态，即所述喷淋管22由折叠状态调整为张开状态，使喷淋头21正好位于CMP设备中晶圆待研磨面的下方。

接着执行步骤S12，控制器使所述晶圆的旋转速度为第一速度，向所述晶圆的待研磨面上喷洒等离子水。

在喷洒等离子水时可以保持晶圆为低速旋转，具体地，所述第一速度的取值范围包括：5rpm～20rpm。如：5rpm、9rpm、15rpm或20rpm；还可以保持晶圆不旋转，即第一速度始终为0；还可以先使晶圆为低速旋转，经过一段时间(如：1分钟～10分钟)后，控制器使所述晶圆不旋转。

本实施例通过向晶圆的待研磨面上始终喷洒等离子水以去除晶圆上的研磨液，直至CMP设备修复正常，以保证研磨液不会腐蚀晶圆上的金属，从而降低了成本，提高了生产效率。

参考图10所示，作为另一个实施例，所述金属研磨保护方法包括：

步骤S21，当CMP设备停机但仍可控制晶圆进行上升和旋转时，所述控制器控制所述CMP设备，使所述晶圆上升；移动所述喷淋管，使所述喷淋头位于CMP设备中所述晶圆的待研磨面的下方；

步骤S22，所述控制器控制所述CMP设备，使所述晶圆的旋转速度为第一速度；所述控制器控制所述喷淋管为所述喷淋头提供等离子水，所述喷淋头向所述晶圆的待研磨面上喷洒等离子水；

步骤S23，当所述CMP设备预计停机的时间等于或大于第一时间时，在向所述晶圆的待研磨面上喷洒等离子水等于第二时间之后，所述控制器控制所述喷淋管停止为所述喷淋头提供等离子水，且控制所述CMP设备使所述晶圆的旋转速度为第二速度，所述第二速度大于所述第一速度；

步骤S24，CMP设备以第二速度旋转第三时间后，所述控制器控制所述CMP设备使所述晶圆的旋转速度降为第一速度，且控制所述喷淋管为所述喷淋头提供保护气体，所述喷淋头向所述晶圆的待研磨面上喷洒保护气体。

其中，步骤S21和步骤S22与前述步骤S11和步骤S12相同，在此不再赘述。

为了执行步骤S23，需要先判断CMP设备预计停机的时间(即修复CMP设备可能花费的时间)。具体可以根据技术人员的经验进行推断，对于无法推断的情况可以认为CMP设备预计停机的时间等于或大于第一时间。对于CMP停机时间较短的情况，即当所述CMP设备预计停机的时间小于第一时间时，则控制器始终控制所述喷淋管为所述喷淋头21提供等离子水，所述喷淋头21向所述晶圆的待研磨面上喷洒等离子水，直至CMP设备恢复工作从而在保证晶圆不被金属腐蚀的同时，节省了成本。

其中，所述第一时间的取值范围可以包括：20分钟～40分钟，如：20分钟、30分钟或40分钟。当所述CMP设备预计停机的时间小于第一时间时则与前一实施例相同，在此不再赘述。

其中，所述第二时间小于所述第一时间，具体地，所述第二时间的取值范围可以包括：0.5分钟～5分钟，如：0.5分钟、2分钟或5分钟。在等离子水冲洗晶圆待研磨面第二时间后，晶圆上大部分的研磨液都被冲洗掉了。

其中，所述第二速度的取值范围可以包括：50rpm～500rpm，如：50rpm、200rpm或500rpm。当晶圆以第二速度旋转时，没有任何物质喷洒在晶圆上，此时通过晶圆相对较高的速度旋转，以甩去晶圆上的等离子水。

其中，所述第三时间的取值范围包括：1分钟～10分钟，如：1分钟、6分钟或10分钟。晶圆经过第三时间的高速旋转后就将晶圆上的大部分等离子水去除了。

需要说明的是，由于不向晶圆上喷洒任何保护物质，且晶圆上的等离子水被完全甩干时是晶圆最易被空气或研磨液或水腐蚀的时候，因此应该在未将晶圆上的等离子水全部甩干前，就向晶圆上喷洒保护气体。即：控制器控制CMP设备使晶圆重新进行低速旋转，以向晶圆上喷洒保护气体，如：氮气或惰性气体。所述保护气体不会与晶圆上的金属反应，从而起到对晶圆的保护作用。

本实施例还可以包括：当向所述晶圆上喷洒保护气体达到第四时间之后，所述控制器控制所述CMP设备使所述晶圆停止旋转，保持向所述晶圆上喷洒保护气体直至CMP设备恢复正常，从而节省能源。

其中，所述第四时间的取值范围包括：0.5分钟～2分钟，如：0.5分钟、1分钟或2分钟。

本实施例增加了甩干等离子水和喷洒保护气体的步骤，从而可以进一步防止晶圆被腐蚀。

参考图11所示，作为再一个实施例，所述金属研磨保护方法包括：

步骤S31，当CMP设备停机但仍可控制晶圆进行上升和旋转时，所述控制器控制所述CMP设备，使所述晶圆上升；移动所述喷淋管，使所述喷淋头位于CMP设备中所述晶圆的待研磨面的下方；

步骤S32，所述控制器控制所述CMP设备，使所述晶圆的旋转速度为第一速度；所述控制器控制所述喷淋管为所述喷淋头提供等离子水，所述喷淋头向所述晶圆的待研磨面上喷洒等离子水；

步骤S33，当所述CMP设备预计停机的时间等于或大于第一时间时，在向所述晶圆的待研磨面上喷洒等离子水等于第二时间之后，所述控制器控制所述喷淋管停止为所述喷淋头提供等离子水，且控制喷淋管为喷淋头提供缓蚀气体，所述喷淋头向所述晶圆待研磨面喷洒缓蚀气体；经过第五时间后，所述控制器控制所述喷淋管停止为所述喷淋头提供缓蚀气体而重新提供等离子水，经过第六时间后，所述控制器重新控制所述喷淋管停止提供等离子水；

步骤S34，控制器控制所述CMP设备使所述晶圆的旋转速度为第二速度，所述第二速度大于所述第一速度；

步骤S35，CMP设备以第二速度旋转第三时间后，所述控制器控制所述CMP设备使所述晶圆的旋转速度降为第一速度，且控制所述喷淋管为所述喷淋头提供保护气体，所述喷淋头向所述晶圆的待研磨面上喷洒保护气体。

其中，步骤S31、步骤S32、步骤34和步骤S35请参考前述步骤S21、步骤S22、步骤S23和步骤S24，在此不再赘述。

与前述实施例相比，本实施例在所述控制器控制所述喷淋管停止为所述喷淋头提供等离子水之后，且控制所述CMP设备使所述晶圆的旋转速度为第二速度之前，所述控制器控制喷淋管为喷淋头提供缓蚀气体，所述喷淋头向所述晶圆待研磨面喷洒缓蚀气体；经过第五时间后，所述控制器控制所述喷淋管为所述喷淋头重新提供等离子水，而停止提供缓蚀气体，所述重新提供等离子水的时间为第六时间。

其中，所述第五时间的取值范围可以包括：5秒～60秒，如：5秒、35秒或60秒。在晶圆上喷洒第五时间的缓蚀气体后，就可以提高晶圆上的金属防腐蚀的能力。

其中，所述第六时间的取值范围可以包括：30秒～60秒，如：30秒、45秒或60秒。当在晶圆上喷洒第六时间的等离子水后，就可以将晶圆上的缓蚀气体冲洗干净。

其中，所述缓蚀气体用于保证晶圆研磨的金属不被研磨液、水或空气等腐蚀。如：当所述CMP设备在研磨铜时，所述缓蚀气体可以包括：BTA(Benzotrialole，苯骈三氮唑)，即铜的缓蚀气体可以为BTA。当晶圆的待研磨面的材料为其他金属时，则选择与所述金属相对应的缓蚀气体即可，其对于本领域的技术人员是熟知的，在此不再赘述。

本发明还提供了一种包括上述金属研磨保护装置的化学机械研磨系统，包括：

1个或多个CMP设备，用于对晶圆进行金属研磨；

1个或多个所述的金属研磨保护装置，用于CMP设备停机时对晶圆的保护；

清洗室，用于对研磨后的晶圆进行清洗。

所述金属研磨保护装置的数目可以小于或等于所述CMP设备的数目，即可以多个CMP设备共用一个金属研磨保护装置，也可以每个CMP设备分别配置一个金属研磨保护装置，以节省金属研磨保护装置的数目，在保证晶圆不被金属腐蚀的同时，节省成本和空间。

虽然本发明已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。

Claims (28)

1.一种金属研磨保护装置，其特征在于，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。

2.如权利要求1所述的金属研磨保护装置，其特征在于，所述多个喷嘴均匀地分布在所述喷淋头上。

3.如权利要求2所述的金属研磨保护装置，其特征在于，所述多个喷嘴呈辐射形或方格形分布。

4.如权利要求1所述的金属研磨保护装置，其特征在于，所述喷嘴的直径范围包括：0.5mm～5mm。

5.如权利要求1所述的金属研磨保护装置，其特征在于，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，所述开关设置在所述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。

6.如权利要求1所述的金属研磨保护装置，其特征在于，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。

7.如权利要求1所述的金属研磨保护装置，其特征在于，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。

8.如权利要求1所述的金属研磨保护装置，其特征在于，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。

9.如权利要求8所述的金属研磨保护装置，其特征在于，还包括：设置在所述喷淋头的喷淋面边缘的挡环；所述挡环的内直径大于所述晶圆的直径，所述挡环的高度大于所述喷淋头与所述晶圆之间的距离。

10.如权利要求9所述的金属研磨保护装置，其特征在于，所述挡环的边缘与所述晶圆的相对应边缘的距离大于或等于0.5cm且小于或等于2cm。

11.如权利要求9所述的金属研磨保护装置，其特征在于，还包括：废物管路；所述挡环的侧面设置有1个或多个开口，所述开口连接所述废物管路，用于排出挡环中的保护物质。

12.一种采用如权利要求1至11中任一项所述的金属研磨保护装置的金属研磨保护方法，其特征在于，包括：

当CMP设备停机但仍可控制晶圆进行上升和旋转时，所述控制器控制所述CMP设备，使所述晶圆上升；

移动所述喷淋管，使所述喷淋头位于CMP设备中所述晶圆的待研磨面的下方；

所述控制器控制所述CMP设备，使所述晶圆的旋转速度为第一速度；

所述控制器控制所述喷淋管为所述喷淋头提供等离子水，所述喷淋头向所述晶圆的待研磨面上喷洒等离子水。

13.如权利要求12所述的金属研磨保护方法，其特征在于，所述第一速度的取值范围包括：5rpm～20rpm。

14.如权利要求12所述的金属研磨保护方法，其特征在于，还包括：当所述CMP设备的预计停机的时间等于或大于第一时间时，在向所述晶圆的待研磨面上喷洒等离子水达到第二时间之后，所述控制器控制所述喷淋管停止为所述喷淋头提供等离子水，且控制所述CMP设备使所述晶圆的旋转速度为第二速度，所述第二速度大于所述第一速度；经过第三时间后，所述控制器控制所述CMP设备使所述晶圆的旋转速度降为第一速度，且控制所述喷淋管为所述喷淋头提供保护气体，所述喷淋头向所述晶圆的待研磨面上喷洒保护气体。

15.如权利要求14所述的金属研磨保护方法，其特征在于，所述第一时间的取值范围包括：20分钟～40分钟。

16.如权利要求14所述的金属研磨保护方法，其特征在于，所述第二时间的取值范围包括：0.5分钟～5分钟。

17.如权利要求14所述的金属研磨保护方法，其特征在于，所述第二速度的取值范围包括：50rpm～500rpm。

18.如权利要求14所述的金属研磨保护方法，其特征在于，所述保护气体包括：氮气或惰性气体。

19.如权利要求14所述的金属研磨保护方法，其特征在于，所述第三时间的取值范围包括：1分钟～10分钟。

20.如权利要求14所述的金属研磨保护方法，其特征在于，还包括：当向所述晶圆上喷洒保护气体达到第四时间之后，所述控制器控制所述CMP设备使所述晶圆停止旋转，保持向所述晶圆上喷洒保护气体直至CMP设备恢复正常。

21.如权利要求20所述的金属研磨保护方法，其特征在于，所述第四时间的取值范围包括：0.5分钟～2分钟。

22.如权利要求14所述的金属研磨保护方法，其特征在于，在所述控制器控制所述喷淋管停止为所述喷淋头提供等离子水之后，且控制所述CMP设备使所述晶圆的旋转速度为第二速度之前还包括：所述控制器控制喷淋管为喷淋头提供缓蚀气体，所述喷淋头向所述晶圆待研磨面喷洒缓蚀气体；经过第五时间后，所述控制器控制所述喷淋管停止为所述喷淋头提供缓蚀气体而重新提供等离子水；经过第六时间后，所述控制器重新控制所述喷淋管停止提供等离子水。

23.如权利要求22所述的金属研磨保护方法，其特征在于，所述第五时间的取值范围包括：5秒～60秒。

24.如权利要求22所述的金属研磨保护方法，其特征在于，所述第六时间的取值范围包括：30秒～60秒。

25.如权利要求22所述的金属研磨保护方法，其特征在于，所述晶圆的待研磨面的材料包括：铜，所述缓蚀气体包括：BTA。

26.如权利要求12所述的金属研磨保护方法，其特征在于，所述晶圆的待研磨面的材料包括：铜、铝、钨或GST。

27.一种包括1个或多个如权利要求1至11中任一项所述的金属研磨保护装置的化学机械研磨系统。

28.如权利要求27所述的化学机械研磨系统，其特征在于，所述化学机械研磨系统还包括1个或多个CMP设备，所述金属研磨保护装置的数目小于或等于所述CMP设备的数目。

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