一种清洗化学机械研磨设备的系统和化学机械研磨系统的制作方法

本发明涉及半导体制造领域，具体而言涉及一种清洗化学机械研磨设备的系统和化学机械研磨系统。

背景技术：

随着集成电路制造过程中特征尺寸的缩小和金属互联的增加，对晶圆表面平整度的要求也越来越高。化学机械研磨(cmp)是将机械研磨和化学腐蚀结合的技术，是目前最有效的晶圆平坦化方法，其广泛应用于半导体工业制造生产中。

然而，随着半导体产品种类，制程的不断增加，化学机械研磨设备上涉及的半导体晶圆种类如硅晶圆、soi晶圆等，和研磨工艺也不断增加，如应用于背面照射(bsi)型cmos传感器工艺，集成cmos工艺+mems技术的cmems工艺等。不断变化的晶圆种类和工艺类型，使得化学机械研磨设备需要面临各种研磨液的切换、ph值的变化，从而形成这种研磨液结晶残留物，对设备造成污染。而一旦对设备里面残留或结晶的研磨液处理不充分，将对下一类型晶圆或工艺产生污染。当前生产中主要通过在工艺转换过程中设置各种检验单，通过在工艺转换过程中进行设备中流过研磨液的管路以及设备内的环境进行不同时间的冲洗，以使设备进入下一工艺使用所需的环境。这种方法对工业生产控制要求高，人为因素影响较高，控制过程复杂，需要定期追踪，不利于生产控制。

为此有必要提出一种清洗化学机械研磨设备的系统。

技术实现要素：

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明提供了一种清洗化学机械研磨设备的系统，所述化学机械研磨设备包括传动装置，用于在所述化学机械研磨设备的研磨台上方转动以传送晶圆，所述系统包括：

清洗装置，所述清洗装置包括设置在所述传动装置上的清洗喷头，所述清洗喷头随着所述传动装置的转动而移动以清洗所述化学机械研磨设备；以及

控制模块，所述控制模块配置为基于外部的指令信号控制所述清洗装置的清洗参数，所述清洗参数至少包括清洗开始时间和清洗结束时间；其中，

在所述清洗开始时间下，所述控制模块控制所述清洗装置自动开启对所述化学机械研磨设备的清洗；

在所述清洗结束时间下，所述控制模块控制所述清洗装置自动停止对所述化学机械研磨设备的清洗。

示例性的，所述化学机械研磨设备包括若干由所传动装置间隔的所述研磨台，所述传动装置用于在不同所述研磨台之间传送晶圆；

所述传动装置包括设置在研磨台上方的十字传动手臂和驱动所述十字传动手臂旋转的驱动装置，其中所述研磨台由所述十字传动手臂间隔；

所述清洗喷头设置为若干个设置在所述十字传动手臂之上的清洗喷头，可随着所述十字传动手臂在不同研磨台之间移动以对每个研磨台进行清洗。

示例性的，所述控制模块包括控制板、气阀控制板和/或气阀；

所述控制板接受所述外部的指令信号，并将所述指令信号转化成控制控制所述清洗装置清洗所述化学机械研磨设备的清洗参数的控制信号发送至所述气阀控制板，其中，所述清洗参数的控制信号至少包括所述清洗开始时间的控制信号和所述清洗结束时间的控制信号；

在所述清洗开始时间的控制信号下，所述气阀控制板控制所述气阀开启所清洗装置的对所述化学机械研磨设备的清洗；

在所述清洗结束时间的控制信号下，所述气阀控制板控制所述气阀停止所清洗装置的对所述化学机械研磨设备的清洗。

示例性的，所述清洗喷头包括设置在所述十字传动手臂上对应清洗所述化学机械研磨设备的研磨头、研磨台、研磨盖的清洗喷头。

示例性的，所述清洗喷头还包括设置在所述十字传动手臂上对应清洗所述传动装置下方的清洗喷头。

示例性的，所述清洗装置还包括设置在研磨液输出管道上的清洗切换阀，所述清洗切换阀用于切换在所述研磨液输出管道中通过的液体，其中所述液体包括研磨液和清洗液。

示例性的，所述清洗装置还包括设置在所述化学机械研磨设备的研磨台上方的研磨垫清洗装置。

示例性的，所述研磨垫清洗装置包括高压清洗控制环。

示例性的，所述清洗开始时间设置在第一化学机械研磨工艺完成后，所述清洗结束时间设置在第二化学机械研磨工艺开始前，所述第一化学机械研磨工艺和所述第二化学机械研磨工艺为同一半导体晶圆在所述化学机械研磨设备上不同研磨台上进行的前后相邻两次化学机械研磨工艺，所述清洗装置在所述传动装置将所述半导体晶圆由执行所述第一化学机械研磨工艺的第一研磨台传送至执行所述第二化学机械研磨工艺的第二研磨台的过程中对所述化学机械研磨设备进行清洗。

示例性的，所述清洗开始时间设置在所述化学机械研磨设备停止工艺后的预定时间之后。

示例性的，所述预定时间为4～6小时。

示例性的，所述清洗结束时间设置在所述化学机械研磨设备开始工艺之前。

示例性的，所述清洗参数还包括清洗液种类、研磨液流量。

本发明还提供了一种化学机械研磨系统，所述系统包括化学机械研磨设备和上述任意一项所述的清洗化学机械研磨设备的系统。

综上所述，根据本发明的化学机械研磨设备的清洗系统和化学机械研磨系统，一方面可实现设备清洗的完全自动化，完全避免了人为的操作，大大减小了误操作的可能性，另一方面实现了设备清洁的量化，从而提高了设备的清洁程度，减少化学机械研磨工艺缺陷，提升了产品质量。同时，实现了在传送晶圆的过程中，对化学机械研磨设备进行清洗，从而增加了清洗覆盖面积，避免研磨液结晶，提升了清洗质量，减少清洗时间，提高了产量。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1为根据本发明的实施例的清洗装置中设置在传动装置上的清洗喷头和高压清洗控制环的示意图；

图2为根据本发明的清洗化学机械研磨设备的系统清洗化学机械研磨设备与未采用本发明的清洗系统清洗的化学机械研磨设备上，半导体晶圆在进行化学机械研磨工艺后表面的缺陷密度对比图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的描述，以说明本发明所述半导体器件制造方法。显然，本发明的施行并不限于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

现在，将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。在附图中，为了清楚起见，夸大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的元件，因而将省略对它们的描述。

不断变化的晶圆种类和工艺类型，使得化学机械研磨设备需要面临各种研磨液的切换、ph值的变化，从而形成这种研磨液结晶残留物，对设备造成污染。而一旦对设备里面残留或结晶的研磨液处理不充分，将对下一类型晶圆或工艺产生污染。当前生产中主要通过在工艺转换过程中设置各种检验单，通过在工艺转换过程中进行设备中流过研磨液的管路以及设备内的环境进行不同时间的冲洗，以使设备进入下一工艺使用所需的环境。这种方法对工业生产控制要求高，人为因素影响较高，控制过程复杂，需要定期追踪，不利于生产控制。

为此，本发明提供了一种清洗化学机械研磨设备的系统，所述化学机械研磨设备包括传动装置，用于在所述化学机械研磨设备的研磨台上方转动以传送晶圆，所述系统包括：

清洗装置，所述清洗装置包括设置在所述传动装置上的清洗喷头，所述清洗喷头随着所述传动装置的转动而移动以清洗所述化学机械研磨设备；以及

控制模块，所述控制模块配置为基于外部的指令信号控制所述清洗装置的清洗参数，所述清洗参数至少包括清洗开始时间和清洗结束时间；其中，

在所述清洗开始时间下，所述控制模块控制所述清洗装置自动开启对所述化学机械研磨设备的清洗；

在所述清洗结束时间下，所述控制模块控制所述清洗装置自动停止对所述化学机械研磨设备的清洗。

根据本发明的化学机械研磨设备的清洗系统，一方面可实现设备清洗的完全自动化，完全避免了人为的操作，大大减小了误操作的可能性，另一方面实现了设备清洁的量化，从而提高了设备的清洁程度，减少化学机械研磨工艺缺陷，提升了产品质量。同时，实现了在传送晶圆的过程中，对化学机械研磨设备进行清洗，从而增加了清洗覆盖面积，避免研磨液结晶，提升了清洗质量，减少清洗时间，提高了产量。

实施例一

下面参看图1和图2对本发明的一种清洗化学机械研磨设备的系统进行描述；其中，图1为根据本发明的实施例的清洗装置中设置在传动装置上的清洗喷头和高压清洗控制环的示意图；图2为根据本发明的清洗化学机械研磨设备的系统清洗化学机械研磨设备与未采用本发明的清洗系统清洗的化学机械研磨设备上，半导体晶圆在进行化学机械研磨工艺后表面的缺陷密度对比图。

本发明提供了一种清洗化学机械研磨设备的系统，所述系统包括设置在化学机械研磨设备上的传动装置。所述化学机械研磨设备可以是现有技术中任何进行化学机械研磨的设备。示例性的，所述化学机械研磨设备包括研磨台和固定在所述研磨台表面的研磨垫，所述研磨台可使所述研磨垫旋转；研磨头，所述研磨头可以夹持晶圆并使所述晶圆待研磨表面向下接触研磨垫，并与所述研磨垫之间相对运动；以及研磨液供给装置，所述研磨液供给装置设置有研磨液喷嘴，用以喷洒所述研磨液至研磨垫。

示例性的，所述化学机械研磨设备包括若干由所传动装置间隔的所述研磨台，所述传动装置用于在不同所述研磨台之间传送晶圆；所述传动装置包括设置在研磨台上方的十字传动手臂和驱动所述十字传动手臂旋转的驱动装置，其中所述研磨台由所述十字传动手臂间隔；所述清洗喷头设置为若干个设置在所述十字传动手臂之上的清洗喷头，可随着所述十字传动手臂在不同研磨台之间移动以对每个研磨台进行清洗。

参看图1，化学机械研磨设备上包含有三个研磨台101-1、101-2、101-3，分别对对应于支撑晶圆的三个研磨头100-1、100-2、100-3，传动装置设置在所述三个研磨台之间，将所述三个研磨台间隔，所述传动装置用于在所述三个研磨台之间传送晶圆。所述传动装置包括十字传动手臂102和驱动所述十字传动手臂102旋转的驱动装置(未示出)。所述驱动装置可以是任何给所述十字传动手臂102提供转动动力的动力装置，如驱动马达。所述三个研磨台101-1、101-2、101-3由所述十字传动手臂102间隔。需要理解的是，本实施例以具有三个研磨台的化学机械研磨设备为示例进行说明，仅仅是示例性的，任何化学机械研磨设备，具有在研磨台上方转动以传动晶圆的传动装置，均适用于本发明。同时，需要理解的是，本实施例将传动装置设置为十字传动手臂和驱动装置也仅仅是示例性的，任何用于在化学机械研磨设备上传动晶圆的传动装置均适用于本发明。

所述清洗化学机械研磨设备的系统还包括清洗装置，所述清洗装置包括设置在所述传动装置上的清洗喷头，所述清洗喷头随着所述传动装置的转动而移动以清洗所述化学机械研磨设备。继续参看图1，在传动装置的十字传动手臂102上设置有清洗喷头103，从而清洗喷头103可随十字传动手臂102的传动而转动，以实现对所述化学机械研磨设备的清洗。所述清洗喷头随着所述传动装置的传动而移动，一方面增加清洗装置清洗的灵活性，增加清洗的覆盖面积。另一方面，实现了在工艺转换过程中、在晶圆在不同研磨平台之间传动过程中，对化学机械研磨设备进行清洗，使设备内部、盖板环境等等被清洁与保持湿润，避免研磨液结晶影响下一个工艺，提升了清洗质量，减少清洗时间，提高了产量。

示例性的，所述清洗喷头包括设置在所述十字传动手臂上对应清洗所述化学机械研磨设备的研磨头、研磨台、研磨盖的清洗喷头。继续参看图1，设置在十字传动手臂102上的清洗喷头103对应清洗研磨台101-1、101-2、101-3，以及各研磨台上的研磨头100-1、100-2、100-3，以及研磨盖(未示出)等化学机械研磨设备，以实现对各个研磨台和研磨头的同时清洗。同时，清洗喷头103还包括设置在所述十字传动手臂102上对应清洗所述传动装置下方的清洗喷头，以实现对传动装置的清洗。需要理解的是，所述清洗喷头的设置形式可以使任何形式，包括将清洗喷头固定在所述十字传动手臂上，将清洗喷头设置为方向可调、角度可调的多种喷头等，清洗喷头也可以设置成雾化喷头等各种可以喷洒清洗液，对化学机械研磨设备的各个部件对应清洗的喷头，本领域技术人员可以根据需要进行设置。同时，清洗喷头的设置可以通过十字传动手臂外部或内部进行清洗液供给装置和清洗液供给管道设置。示例性的，十字传动手臂设置为中空管道，用以流通清洗液；在所述十字传动手臂上设置清洗喷头，以将流经十字传动手臂的清洗液喷洒至化学机械研磨设备的各个部件以实现对化学机械研磨设备的清洗。

所化学机械研磨设备的清洗系统还包括控制模块，所述控制模块配置为基于外部的指令信号控制所述清洗装置清洗所述化学机械研磨设备的清洗参数，所述清洗参数至少包括清洗开始时间和清洗结束时间；其中，在所述清洗开始时间下，所述控制模块控制所述清洗装置自动开启对所述化学机械研磨设备的清洗；在所述清洗结束时间下，所述控制模块控制所述清洗装置自动停止对所述化学机械研磨设备的清洗。所述控制模块控制所述清洗装置自动开启对所述化学机械研磨设备的清洗所述一方面可实现设备清洗的完全自动化，完全避免了人为的操作，大大减小了误操作的可能性，另一方面实现了设备清洁的量化，从而提高了设备的清洁程度，减少化学机械研磨工艺缺陷，提升了产品质量。

示例性的，控制模块包括控制板、气阀控制板和/或气阀。示例性的，所述控制板接受所述可操作的计算机程序指令发出的指令信号，并将所述指令信号转化成控制控制所述清洗装置清洗所述化学机械研磨设备的清洗参数的控制信号，所述清洗参数包括清洗开始时间和清洗结束时间。所述控制板将所述控制所述清洗参数的控制信号发送至气阀控制板，在所述清洗开始时间的控制信号下，所述气阀控制板控制所述气阀开启所清洗装置的对所述化学机械研磨设备的清洗；在所述清洗结束时间的控制信号下，所述气阀控制板控制所述气阀停止所清洗装置的对所述化学机械研磨设备的清洗。需要理解的是，所述控制模块采用控制板、气阀控制板和/或气阀对所述清洗装置的控制仅仅是示例性的，任何可将可操作的计算机程序指令的指令信号转化为控制信号，并通过控制信号对清洗装置进行控制的控制模块均适用于本发明。

示例性的，所述清洗装置还包括设置在研磨液输出管道上的清洗切换阀，所述清洗切换阀用于切换在所述研磨液输出管道中通过的液体，其中所述液体包括研磨液和清洗液。所述清洗切换阀在控制模块的控制下，可以实现在研磨液和清洗液之间的切换，在清洗开始时间下，控制模块控制清洗切换阀切换，以使研磨液输出管道中流通清洗液，从而对研磨液输出管道进行清洗；在清洗结束时间下，控制模块控制清洗切换阀切换，以使研磨液输出管道中流通研磨液，以进入化学机械研磨工艺。

示例性的，所述清洗装置还包括设置在所述化学机械研磨设备的研磨台上方的研磨垫清洗装置，以对研磨垫进行单独清洗，研磨垫上的污染和颗粒往往是化学机械研磨缺陷的重要来源，对研磨垫进行单独重点清洗可以进一步保证研磨垫的清洁度。示例性的，所述研磨垫清洗装置包括高压清洗控制环，所述高压清洗控制环将清洗液高压雾化后喷出，扩大研磨垫清洗面积和力度，从而实现对易形成残留的研磨垫进行全面清洗，进一步提升清洗的质量。继续参看图1，所述清洗装置还包括高压清洗控制环104-1、104-2，以对研磨台101-1和研磨台101-2上的研磨垫进行重点清洗。需要理解的是，所述化学机械研磨设备的清洗系统中的清洗装置中的清洗切换阀和高压清洗环的设置仅仅是示例性的，任何可实现对化学机械研磨设备进行全面清洗的清洗装置均适用于本发明。

需要理解的是，本实施例中，将清洗装置设置为研磨手臂上对应清洗化学机械研磨设备的研磨头、研磨台、研磨盖的清洗喷头，对应清洗传动装置下方的清洗喷头，设置在研磨液输出管道上的清洗切换阀以及研磨垫清洗装置，以对所述化学机械研磨设备的各个部件进行为设置目的，本领域技术人员可以根据需要设置清洗喷头的位置和数量，以及设置其他清洗装置的形式。

示例性的，所述清洗开始时间设置在第一化学机械研磨工艺完成后，所述清洗结束时间设置在第二化学机械研磨工艺开始前，所述第一化学机械研磨工艺和所述第二化学机械研磨工艺为同一半导体晶圆在所述化学机械研磨设备上不同研磨台上进行的前后相邻两次化学机械研磨工艺，所述清洗装置在所述传动装置将所述半导体晶圆由执行所述第一化学机械研磨工艺的第一研磨台传送至执行所述第二化学机械研磨工艺的第二研磨台的过程中对所述化学机械研磨设备进行清洗。

如图1所示，示出了根据本发明的一个实施例，示例性的，所述清洗开始时间设置为研磨头100-1加持晶圆在研磨台101-1上进行第一化学机械研磨工艺完成之后，研磨头100-1加持晶圆再传送至研磨台101-2上进行第二化学机械研磨工艺开始之前，从而研磨头100-1加持的晶圆在研磨台101-1上完成第一化学机械研磨工艺之后，在传送至研磨台101-2上的过程中设置在十字传动手臂102上的清洗喷头103开启对研磨台101-1、101-2、101-3的清洗。这样做，一方面，减少清洗等待时间，增加设备清洗的自动化程度，提高设备利用效率；另一方面，在工艺转换过程中、晶圆在不同研磨台之间传动过程中对设备进行清洗，使设备内部、盖板环境等等被清洁与保持湿润，避免研磨液结晶，影响下一个工艺。同时，这种全自动进行的清洗工艺进一步减少人为操作过程中误操作的可能性，实现不同工艺切换过程中自动清洗过程，增加设备清洗的稳定性，减少不同工艺，不同晶圆研磨工艺切换造成的污染，提升化学机械研磨质量。

示例性的，所述清洗开始时间设置在所述化学机械研磨设备停止工艺后的预定时间之后。在干燥环境下，设备不工作状态往往发生研磨液料的结晶，将清洗开始时间设置在所述化学机械研磨设备停止工艺后的预定时间之后，从而可以避免从而避免设备因长时间不工作而环境变差，影响下一次化学机械研磨质量，增加下一次化学机械研磨刮擦概率，影响良率。基于现有研磨液在6小时左右开始结晶，可将预定时间设置为4～6小时，一方面防止研磨液结晶，另一方面避免不必要的浪费。示例性的，所述预定时间为5小时，所清洗结束时间设置在清洗开始后的5min，将预定时间设置为5小时可防止研磨液结晶的同时充分利用清洗液，而不至于对清洗液造成浪费。示例性的，所述清洗化学机械研磨设备的系统清洗化学机械研磨设备的过程持续5min，进一步避免对清洗液造成浪费。

示例性的，所述清洗结束时间设置在化学机械研磨工艺开始之前。从而使化学机械研磨工艺开始前，化学机械研磨设备被清洗干净并保持湿润。示例性的，所述清洗装置在控制模块的控制下停止对所述化学机械研磨设备的清洗，还可以进一步在所述清洗结束时间下，设置化学机械研磨工艺开始，从而化学机械研磨设备从清洗状态自动进入到工艺状态。从而形成化学机械设备的研磨工艺-清洗工艺-研磨工艺-清洗工艺的轮流交替进行。

示例性的，所述清洗参数还包括清洗液种类、清洗液流量用以调整所述清洗装置清洗过程中的清洗液的种类、流量，一方面使化学机械研磨设备清洗充分，提升清洗质量，另一方面减少清洗化学机械研磨设备时造成不必要的浪费，进一步减少生产成本。

图2示出了，根据本发明的清洗化学机械研磨设备的系统清洗化学机械研磨设备与未采用本发明的清洗系统清洗的化学机械研磨设备上，半导体晶圆在进行化学机械研磨工艺后表面的缺陷密度对比图，图中，曲线a为半导体晶圆在采用本发明的清洗化学机械研磨设备的系统清洗的化学机械研磨设备上研磨后的表面缺陷密度，曲线b为半导体晶圆在现有技术中清洗化学机械研磨设备上研磨后的表面缺陷密度，可以看出，采用本发明的清洗化学机械研磨设备的系统清洗的化学机械研磨设备后，半导体晶圆表面的缺陷密度显著降低。

实施例二

本发明还提供了一种化学机械研磨系统，所述系统包括化学机械研磨设备和如实施例一种所述的清洗化学机械研磨设备的系统。根据本发明的化学机械研磨系统，可以实现化学机械研磨工艺和设备清洗的完全自动化。

综上所述，根据本发明的化学机械研磨设备的清洗系统和化学机械研磨系统，一方面可实现设备清洗的完全自动化，完全避免了人为的操作，大大减小了误操作的可能性，另一方面实现了设备清洁的量化，从而提高了设备的清洁程度，减少化学机械研磨工艺缺陷，提升了产品质量。同时，实现了在传送晶圆的过程中，对化学机械研磨设备进行清洗，从而增加了清洗覆盖面积，避免研磨液结晶，提升了清洗质量，减少清洗时间，提高了产量。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。