CN112497048A - 化学机械研磨设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种化学机械研磨设备，包括：抛光台，用于对晶圆进行研磨；在抛光台外侧设置有晶圆保湿装置，晶圆保湿装置包括晶圆放置部件以及去离子水喷洒部件；控制装置在晶圆需要进行等待时将晶圆从抛光台上移动到晶圆保湿装置中并控制去离子水喷洒部件喷洒实现对晶圆保湿，以防止晶圆上的膜层被残留在晶圆表面上残留的研磨液腐蚀。本发明还公开了一种化学机械研磨方法。本发明能防止晶圆在抛光台上等待过久带来的研磨液对晶圆膜层的腐蚀问题，从而能避免由于膜层腐蚀而产生的凹陷，特别能消除钨膜层的化学机械研磨时晶圆等待时间过长产生的钨凹陷缺陷。

Description

化学机械研磨设备和方法
技术领域
本发明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(CMP)设备。本发明还涉及一种铜化学机械研磨方法。
背景技术
在半导体集成电路制造中，除了进行各种膜层如介质层和金属层的生长所用的机台如化学气相沉积(CVD)设备和物理气相沉积(PVD)设备，用于对膜层进行平坦化的CMP设备也被广泛使用。
CMP设备通过物理研磨和化学反应的双重作用实现对膜层的平坦化，研磨时，研磨台上会设置研磨垫，晶圆会固定在研磨头上，包括了研磨颗粒和研磨浆料(Slurry)的研磨液会从研磨液管输送到研磨液手臂上并通过研磨液手臂流动到研磨垫上，研磨头会将晶圆和研磨垫接触并施加压力以及转动，之后实现对晶圆膜层的研磨。
晶圆的膜层也通常分为介质层和金属层，介质层比较常用的有氧化硅层和氮化硅层；金属层比较常用的由钨层、铝层和铜层。通常，CMP的研磨台上能设置多个研磨垫，运行晶圆在多个研磨垫上分步进行研磨，如实现粗细不同的研磨，多层膜层时实现不同膜层的研磨；也能实现多片晶圆在同一研磨台上进行并行研磨。
CMP设备容易出现故障而报警(alarm)即会产生alarm信号，alarm信号发出时，CMP设备会停止研磨。现有CMP设备当出现alarm报警时很容易出现膜层凹陷(recess)，特别是在钨层CMP时容易出现钨凹陷并形成钨凹陷缺陷，最后会使产品良率降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种化学机械研磨设备，能防止晶圆在抛光台上等待过久带来的研磨液对晶圆膜层的腐蚀问题，从而能避免由于膜层腐蚀而产生的凹陷，特别能消除钨膜层的化学机械研磨时晶圆等待时间过长产生的钨凹陷缺陷。为此，本发明还提供一种化学机械研磨方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的化学机械研磨设备包括：
抛光台，用于对晶圆进行研磨。
在所述抛光台外侧设置有晶圆保湿装置，所述晶圆保湿装置包括晶圆放置部件以及去离子水喷洒部件。
控制装置，所述控制装置在所述晶圆需要进行等待时将所述晶圆从所述抛光台上移动到所述晶圆保湿装置中并控制所述去离子水喷洒部件喷洒实现对所述晶圆保湿，以防止所述晶圆上的膜层被残留在所述晶圆表面上残留的研磨液腐蚀。
进一步的改进是，化学机械研磨设备包括装载杯，所述抛光台包括研磨头，所述研磨头从所述装载杯上取放所述晶圆。
进一步的改进是，所述装载杯包括晶圆托架，所述晶圆托架设置在底座上，在所述底座上设置有第一碰嘴，所述第一碰嘴用于从底部向上喷洒清洗液并实现对所述研磨头的清洗。
进一步的改进是，所述晶圆保湿装置设置在所述装载杯上，所述晶圆托架作为所述晶圆放置部件，所述去离子水喷洒部件设置在所述晶圆托架上。
进一步的改进是，所述晶圆托架包括第一圆环和多个辐条。
所述第一圆环的内径小于所述晶圆的半径，所述第一圆环的外径大于所述晶圆的半径。
各所述辐条设置在所述第一圆环的圆心和内径之间。
在所述辐条上设置有多个第二碰嘴，所述第二碰嘴和去离子水供应管相连并作为所述去离子水喷洒部件。
进一步的改进是，所述控制装置将所述晶圆从所述抛光台上移动到所述晶圆保湿装置中进行保湿的控制条件包括：
化学机械研磨设备发生故障报警而停止研磨。
进一步的改进是，所述抛光台包括多个研磨垫，各所述研磨垫都能对所述晶圆进行研磨；
所述控制装置将所述晶圆从所述抛光台上移动到所述晶圆保湿装置中进行保湿的控制条件包括：
当所述晶圆在一个研磨垫上研磨完成，所述晶圆的下一步研磨工艺对应的研磨垫没有空时，所述晶圆需要等待，所述控制装置计算所述晶圆的等待时间，将等待时间大于预设值作为将所述晶圆从所述抛光台上移动到所述晶圆保湿装置中进行保湿的条件。
进一步的改进是，化学机械研磨设备实现对钨层的研磨。
为解决上述技术问题，本发明还提供的化学机械研磨方法包括如下步骤：
步骤一、在抛光台对晶圆进行研磨。
步骤二、控制装置监控所述晶圆湿法需要进行等待，在所述晶圆需要进行等待时将所述晶圆从所述抛光台上移动到晶圆保湿装置对所述晶圆保湿，以防止所述晶圆上的膜层被残留在所述晶圆表面上残留的研磨液腐蚀。
所述晶圆保湿装置设置在所述抛光台外侧，所述晶圆保湿装置包括晶圆放置部件以及去离子水喷洒部件；所述控制装置通过控制所述晶圆保湿装置的去离子水喷洒部件喷洒实现所述晶圆保湿。
进一步的改进是，化学机械研磨设备包括装载杯，所述抛光台包括研磨头，所述研磨头从所述装载杯上取放所述晶圆。
进一步的改进是，所述装载杯包括晶圆托架，所述晶圆托架设置在底座上，在所述底座上设置有第一碰嘴，所述第一碰嘴用于从底部向上喷洒清洗液并实现对所述研磨头的清洗。
进一步的改进是，所述晶圆保湿装置设置在所述装载杯上，所述晶圆托架作为所述晶圆放置部件，所述去离子水喷洒部件设置在所述晶圆托架上。
进一步的改进是，所述晶圆托架包括第一圆环和多个辐条。
所述第一圆环的内径小于所述晶圆的半径，所述第一圆环的外径大于所述晶圆的半径。
各所述辐条设置在所述第一圆环的圆心和内径之间。
在所述辐条上设置有多个第二碰嘴，所述第二碰嘴和去离子水供应管相连并作为所述去离子水喷洒部件。
进一步的改进是，所述控制装置将所述晶圆从所述抛光台上移动到所述晶圆保湿装置中进行保湿的控制条件包括：化学机械研磨设备发生故障报警而停止研磨。
所述抛光台包括多个研磨垫，各所述研磨垫都能对所述晶圆进行研磨。
所述控制装置将所述晶圆从所述抛光台上移动到所述晶圆保湿装置中进行保湿的控制条件还包括：当所述晶圆在一个研磨垫上研磨完成，所述晶圆的下一步研磨工艺对应的研磨垫没有空时，所述晶圆需要等待，所述控制装置计算所述晶圆的等待时间，将等待时间大于预设值作为将所述晶圆从所述抛光台上移动到所述晶圆保湿装置中进行保湿的条件。
进一步的改进是，步骤一实现对所述晶圆上的钨层进行研磨。
本发明在化学机械研磨设备的抛光台附近设置了晶圆保湿装置，且通过控制装置的控制，能在晶圆进行等待即不做研磨时将晶圆转移到晶圆保湿装置中进行保湿，这样就能防止晶圆在等待过程中被研磨液腐蚀，并避免由于研磨液对晶圆的膜层的腐蚀所产生的凹陷。
现有技术中，钨膜层特别容易在晶圆等待时产生钨凹陷，本发明特别适用于钨膜层的研磨中防止晶圆等待造成的钨凹陷，最后能提高研磨质量以及产品良率。
另外，本发明的晶圆保湿装置直接设置在装载杯即可实现，仅需增加相应的DIW喷嘴即可实现，例如在装载杯的晶圆托架上设置DIW喷嘴即可实现，所以，本发明并不会影响设备的主体结构且容易实现，这使得本发明能适用于各种化学机械研磨设备，例如本发明能很好的适用于华海清科的化学机械研磨设备。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明实施例化学机械研磨设备的结构示意图；
图2是本发明实施例化学机械研磨设备的装载杯的俯视图。
具体实施方式
如图1所示，是本发明实施例化学机械研磨设备1的结构示意图；如图2所示是本发明实施例化学机械研磨设备1的装载杯3的俯视图；本发明实施例化学机械研磨设备1包括：
抛光台2，用于对晶圆进行研磨。
在所述抛光台2外侧设置有晶圆保湿装置，所述晶圆保湿装置包括晶圆放置部件以及去离子水喷洒部件。
控制装置，所述控制装置在所述晶圆需要进行等待时将所述晶圆从所述抛光台2上移动到所述晶圆保湿装置中并控制所述去离子水喷洒部件喷洒实现对所述晶圆保湿，以防止所述晶圆上的膜层被残留在所述晶圆表面上残留的研磨液腐蚀。
本发明实施例中，化学机械研磨设备1包括装载杯3，所述抛光台2包括研磨头，所述研磨头从所述装载杯3上取放所述晶圆。
所述装载杯3包括晶圆托架101，所述晶圆托架101设置在底座上，所述晶圆托架101的外周为杯壳。
在所述底座上设置有第一碰嘴103，所述第一碰嘴103用于从底部向上喷洒清洗液并实现对所述研磨头的清洗。
所述晶圆保湿装置设置在所述装载杯3上，所述晶圆托架101作为所述晶圆放置部件，所述去离子水喷洒部件设置在所述晶圆托架101上。
所述晶圆托架101包括第一圆环101a和多个辐条101b。
所述第一圆环101a的内径小于所述晶圆的半径，所述第一圆环101a的外径大于所述晶圆的半径。
各所述辐条101b设置在所述第一圆环101a的圆心和内径之间。
在所述辐条101b上设置有多个第二碰嘴102，所述第二碰嘴102和去离子水供应管相连并作为所述去离子水喷洒部件。
，所述控制装置将所述晶圆从所述抛光台2上移动到所述晶圆保湿装置中进行保湿的控制条件包括：
化学机械研磨设备1发生故障报警而停止研磨。
所述抛光台2包括多个研磨垫，各所述研磨垫都能对所述晶圆进行研磨；也即通常，晶圆会依次在各研磨垫上进行研磨以实现多次研磨；同时，在所述抛光台2上能实现多片晶圆的并行研磨。
所述控制装置将所述晶圆从所述抛光台2上移动到所述晶圆保湿装置中进行保湿的控制条件包括：
当所述晶圆在一个研磨垫上研磨完成，所述晶圆的下一步研磨工艺对应的研磨垫没有空时，所述晶圆需要等待，所述控制装置计算所述晶圆的等待时间，将等待时间大于预设值作为将所述晶圆从所述抛光台2上移动到所述晶圆保湿装置中进行保湿的条件。
化学机械研磨设备1实现对钨层的研磨。
图1中，所述化学机械研磨设备1还包括研磨液手臂4，用于将研磨液流到研磨垫上。研磨液包括了研磨颗粒和研磨浆料。如果晶圆研磨完成后，晶圆上残留有研磨液，则研磨液会对晶圆的膜层产生化学腐蚀。
所述化学机械研磨设备1还包括修整器5，用于对研磨垫表面进行修整，以提高研磨垫表面的粗糙度和去除研磨垫表面用过的研磨液。
本发明实施例在化学机械研磨设备1的抛光台2附近设置了晶圆保湿装置，且通过控制装置的控制，能在晶圆进行等待即不做研磨时将晶圆转移到晶圆保湿装置中进行保湿，这样就能防止晶圆在等待过程中被研磨液腐蚀，并避免由于研磨液对晶圆的膜层的腐蚀所产生的凹陷。
现有技术中，钨膜层特别容易在晶圆等待时产生钨凹陷，本发明实施例特别适用于钨膜层的研磨中防止晶圆等待造成的钨凹陷，最后能提高研磨质量以及产品良率。
另外，本发明实施例的晶圆保湿装置直接设置在装载杯3即可实现，仅需增加相应的DIW喷嘴即可实现，例如在装载杯3的晶圆托架101上设置DIW喷嘴即可实现，所以，本发明实施例并不会影响设备的主体结构且容易实现，这使得本发明实施例能适用于各种化学机械研磨设备1，例如本发明实施例能很好的适用于华海清科的化学机械研磨设备1。
本发明实施例化学机械研磨方法包括如下步骤：
步骤一、在抛光台2对晶圆进行研磨。
本发明实施例中，步骤一实现对所述晶圆上的钨层进行研磨。
步骤二、控制装置监控所述晶圆湿法需要进行等待，在所述晶圆需要进行等待时将所述晶圆从所述抛光台2上移动到晶圆保湿装置对所述晶圆保湿，以防止所述晶圆上的膜层被残留在所述晶圆表面上残留的研磨液腐蚀。
所述晶圆保湿装置设置在所述抛光台2外侧，所述晶圆保湿装置包括晶圆放置部件以及去离子水喷洒部件；所述控制装置通过控制所述晶圆保湿装置的去离子水喷洒部件喷洒实现所述晶圆保湿。
本发明实施例中，化学机械研磨设备1包括装载杯3，所述抛光台2包括研磨头，所述研磨头从所述装载杯3上取放所述晶圆。
所述装载杯3包括晶圆托架101，所述晶圆托架101设置在底座上，在所述底座上设置有第一碰嘴103，所述第一碰嘴103用于从底部向上喷洒清洗液并实现对所述研磨头的清洗。
所述晶圆保湿装置设置在所述装载杯3上，所述晶圆托架101作为所述晶圆放置部件，所述去离子水喷洒部件设置在所述晶圆托架101上。
所述晶圆托架101包括第一圆环101a和多个辐条101b。
所述第一圆环101a的内径小于所述晶圆的半径，所述第一圆环101a的外径大于所述晶圆的半径。
各所述辐条101b设置在所述第一圆环101a的圆心和内径之间。
在所述辐条101b上设置有多个第二碰嘴102，所述第二碰嘴102和去离子水供应管相连并作为所述去离子水喷洒部件。
所述控制装置将所述晶圆从所述抛光台2上移动到所述晶圆保湿装置中进行保湿的控制条件包括：化学机械研磨设备1发生故障报警而停止研磨。
所述抛光台2包括多个研磨垫，各所述研磨垫都能对所述晶圆进行研磨。
所述控制装置将所述晶圆从所述抛光台2上移动到所述晶圆保湿装置中进行保湿的控制条件还包括：当所述晶圆在一个研磨垫上研磨完成，所述晶圆的下一步研磨工艺对应的研磨垫没有空时，所述晶圆需要等待，所述控制装置计算所述晶圆的等待时间，将等待时间大于预设值作为将所述晶圆从所述抛光台2上移动到所述晶圆保湿装置中进行保湿的条件。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种化学机械研磨设备，其特征在于，包括：
抛光台，用于对晶圆进行研磨；
在所述抛光台外侧设置有晶圆保湿装置，所述晶圆保湿装置包括晶圆放置部件以及去离子水喷洒部件；
控制装置，所述控制装置在所述晶圆需要进行等待时将所述晶圆从所述抛光台上移动到所述晶圆保湿装置中并控制所述去离子水喷洒部件喷洒实现对所述晶圆保湿，以防止所述晶圆上的膜层被残留在所述晶圆表面上残留的研磨液腐蚀。
2.如权利要求1所述的化学机械研磨设备，其特征在于：化学机械研磨设备包括装载杯，所述抛光台包括研磨头，所述研磨头从所述装载杯上取放所述晶圆。
3.如权利要求2所述的化学机械研磨设备，其特征在于：所述装载杯包括晶圆托架，所述晶圆托架设置在底座上，在所述底座上设置有第一碰嘴，所述第一碰嘴用于从底部向上喷洒清洗液并实现对所述研磨头的清洗。
4.如权利要求3所述的化学机械研磨设备，其特征在于：所述晶圆保湿装置设置在所述装载杯上，所述晶圆托架作为所述晶圆放置部件，所述去离子水喷洒部件设置在所述晶圆托架上。
5.如权利要求4所述的化学机械研磨设备，其特征在于：所述晶圆托架包括第一圆环和多个辐条；
所述第一圆环的内径小于所述晶圆的半径，所述第一圆环的外径大于所述晶圆的半径；
各所述辐条设置在所述第一圆环的圆心和内径之间；
在所述辐条上设置有多个第二碰嘴，所述第二碰嘴和去离子水供应管相连并作为所述去离子水喷洒部件。
6.如权利要求1所述的化学机械研磨设备，其特征在于：所述控制装置将所述晶圆从所述抛光台上移动到所述晶圆保湿装置中进行保湿的控制条件包括：
化学机械研磨设备发生故障报警而停止研磨。
7.如权利要求1所述的化学机械研磨设备，其特征在于：所述抛光台包括多个研磨垫，各所述研磨垫都能对所述晶圆进行研磨；
所述控制装置将所述晶圆从所述抛光台上移动到所述晶圆保湿装置中进行保湿的控制条件包括：
当所述晶圆在一个研磨垫上研磨完成，所述晶圆的下一步研磨工艺对应的研磨垫没有空时，所述晶圆需要等待，所述控制装置计算所述晶圆的等待时间，将等待时间大于预设值作为将所述晶圆从所述抛光台上移动到所述晶圆保湿装置中进行保湿的条件。
8.如权利要求1至7中任一权项所述的化学机械研磨设备，其特征在于：化学机械研磨设备实现对钨层的研磨。
9.一种化学机械研磨方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、在抛光台对晶圆进行研磨；
步骤二、控制装置监控所述晶圆湿法需要进行等待，在所述晶圆需要进行等待时将所述晶圆从所述抛光台上移动到晶圆保湿装置对所述晶圆保湿，以防止所述晶圆上的膜层被残留在所述晶圆表面上残留的研磨液腐蚀；
所述晶圆保湿装置设置在所述抛光台外侧，所述晶圆保湿装置包括晶圆放置部件以及去离子水喷洒部件；所述控制装置通过控制所述晶圆保湿装置的去离子水喷洒部件喷洒实现所述晶圆保湿。
10.如权利要求9所述的化学机械研磨方法，其特征在于：化学机械研磨设备包括装载杯，所述抛光台包括研磨头，所述研磨头从所述装载杯上取放所述晶圆。
11.如权利要求10所述的化学机械研磨方法，其特征在于：所述装载杯包括晶圆托架，所述晶圆托架设置在底座上，在所述底座上设置有第一碰嘴，所述第一碰嘴用于从底部向上喷洒清洗液并实现对所述研磨头的清洗。
12.如权利要求11所述的化学机械研磨方法，其特征在于：所述晶圆保湿装置设置在所述装载杯上，所述晶圆托架作为所述晶圆放置部件，所述去离子水喷洒部件设置在所述晶圆托架上。
13.如权利要求12所述的化学机械研磨方法，其特征在于：所述晶圆托架包括第一圆环和多个辐条；
所述第一圆环的内径小于所述晶圆的半径，所述第一圆环的外径大于所述晶圆的半径；
各所述辐条设置在所述第一圆环的圆心和内径之间；
在所述辐条上设置有多个第二碰嘴，所述第二碰嘴和去离子水供应管相连并作为所述去离子水喷洒部件。
14.如权利要求9所述的化学机械研磨方法，其特征在于：所述控制装置将所述晶圆从所述抛光台上移动到所述晶圆保湿装置中进行保湿的控制条件包括：化学机械研磨设备发生故障报警而停止研磨；
所述抛光台包括多个研磨垫，各所述研磨垫都能对所述晶圆进行研磨；
所述控制装置将所述晶圆从所述抛光台上移动到所述晶圆保湿装置中进行保湿的控制条件还包括：当所述晶圆在一个研磨垫上研磨完成，所述晶圆的下一步研磨工艺对应的研磨垫没有空时，所述晶圆需要等待，所述控制装置计算所述晶圆的等待时间，将等待时间大于预设值作为将所述晶圆从所述抛光台上移动到所述晶圆保湿装置中进行保湿的条件。
15.如权利要求9至14中任一权项所述的化学机械研磨方法，其特征在于：步骤一实现对所述晶圆上的钨层进行研磨。
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