化学机械研磨后晶圆清洗设备的制作方法

本实用新型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设备。

背景技术：

化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing,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(dummy wafer)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。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种化学机械研磨后晶圆清洗设备，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，本实用新型提供了一种化学机械研磨后晶圆清洗设备，所述化学机械研磨后晶圆清洗设备包括：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；

用于获取所述清洗刷电机的清洗刷电机扭矩的所述电机扭矩量测模块，与所述清洗装置相连接；

用于将所述电机扭矩量测模块量测得到的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变化范围进行对比，并根据对比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节更新清洗参数的所述故障检测分类模块，与所述电机扭矩量测模块相连接；及，

用于依据所述故障检测分类模块更新后的清洗参数控制所述清洗装置对晶圆进行清洗所述清洗控制模块，与所述故障检测分类模块及所述清洗装置相连接。

作为本实用新型的一种优选方案，所述清洗装置至少还包括：用于在所述清洗刷对所述晶圆表面进行刷洗时向所述晶圆表面喷洒清洗液的清洗液供给装置，包括清洗液供给源、喷头及连接所述清洗液供给源至所述喷头的供液管路，以及用于支撑所述晶圆并带动所述晶圆进行清洗时自旋转动的支撑滚轮。

作为本实用新型的一种优选方案，所述电机扭矩量测模块包括：用于将当前批次清洗作业时的所述清洗刷电机扭矩的电信号进行放大，并传输至所述数据处理单元的信号放大器，与所述清洗装置相连接；以及用于依据放大后的电信号得到所述清洗刷电机扭矩的数据处理单元，与所述信号放大器相连接。

作为本实用新型的一种优选方案，所述故障检测分类模块包括：用于设定最佳清洗效果时段内所述清洗刷电机扭矩的变化范围的第一设定单元，用于设定清洗参数与所述清洗刷电机扭矩的变化关系的第二设定单元，用于将所述电机扭矩量测模块量测到的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变化范围进行对比的第一对比单元，以及用于根据对比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节更新清洗参数并传至所述清洗控制模块的清洗参数更新单元；所述第一对比单元与所述电机扭矩量测模块、所述第一设定单元、所述第二设定单元及所述清洗参数更新单元相连接，所述清洗参数更新单元与所述第一对比单元及所述清洗控制模块相连接。

作为本实用新型的一种优选方案，所述故障检测分类模块还包括：用于设定所述清洗刷报废极限扭矩的第三设定单元，用于将所述电机扭矩量测模块量测到的所述清洗刷电机扭矩与所述清洗刷报废极限扭矩进行比对的第二对比单元，以及用于在量测到的所述清洗刷电机扭矩小于所述清洗刷报废极限扭矩时，向所述清洗控制模块发送停止信号，由所述清洗控制模块控制所述清洗装置停止工作的第一控制单元；所述第二对比单元与所述电机扭矩量测模块、所述第一控制单元及所述第三设定单元相连接，所述第一控制单元与所述第二对比单元及所述清洗控制模块相连接。

作为本实用新型的一种优选方案，所述化学机械研磨后晶圆清洗设备还包括用于对每批次清洗后的所述晶圆的缺陷数进行检测的缺陷检测模块，与所述清洗装置相连接；所述故障检测分类模块还包括用于设定所述晶圆的极限缺陷数的第四设定单元，用于将所述缺陷检测模块检测到的当前作业批次的所述晶圆的缺陷数与所述极限缺陷数进行比对的第三对比单元 (647a)，以及用于在所述缺陷检测模块检测到的当前作业批次的所述晶圆的缺陷数超过所述极限缺陷数时，向所述清洗控制模块发送停止信号，由所述清洗控制模块控制所述清洗装置停止工作的第二控制单元；所述第三对比单元与所述缺陷检测模块、所述第四设定单元及所述第二控制单元相连接，所述第二控制单元与所述第三对比单元及所述清洗控制模块相连接。

本实用新型还提供了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。

作为本实用新型的一种优选方案，步骤4)之后还包括重复步骤3)～步骤4)至少一次的步骤。

作为本实用新型的一种优选方案，所述清洗参数包括所述清洗刷与所述晶圆表面的距离。

作为本实用新型的一种优选方案，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。

作为本实用新型的一种优选方案，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。

作为本实用新型的一种优选方案，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。

作为本实用新型的一种优选方案，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。

作为本实用新型的一种优选方案，所述清洗刷电机扭矩的相对扭矩强度范围介于 3％～20％。

作为本实用新型的一种优选方案，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％。

作为本实用新型的一种优选方案，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述清洗刷报废极限扭矩则更换所述清洗刷。

作为本实用新型的一种优选方案，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。

如上所述，本实用新型提供一种化学机械研磨后晶圆清洗设备，具有以下有益效果：

本实用新型所提供的化学机械研磨后晶圆清洗设备通过故障检测分类模块收集每批次清洗作业时的电机扭矩数据，并结合设定的清洗刷电机扭矩规格更新清洗刷与晶圆表面的距离，将其用于下一批次的清洗作业，通过批次控制的方法，稳定了清洗刷在不同使用时间下的清洗效果，增加了清洗刷的使用寿命，减少了化学机械研磨清洗后晶圆表面的缺陷数，提高了晶圆良品率。

附图说明

图1显示为现有技术中化学机械研磨后使用清洗装置对晶圆清洗的示意图。

图2显示为现有技术中化学机械研磨后晶圆清洗的图1中A方向正视图。

图3显示为现有技术中的清洗装置对晶圆清洗时清洗刷与晶圆表面的距离为正数时的示意图。

图4显示为现有技术中的清洗装置对晶圆清洗时清洗刷与晶圆表面的距离为0时示意图。

图5显示为现有技术中的清洗装置对晶圆清洗时清洗刷与晶圆表面的距离为负数时的示意图。

图6显示为一次清洗过程中不同的距离值下的电机扭矩随时间的变化关系图。

图7显示为电机扭矩和晶圆表面缺陷数与清洗刷使用时间的变化关系图。

图8显示为本实用新型实施例一中提供的化学机械研磨后晶圆清洗方法的流程示意图。

图9显示为清洗刷刚更换后的磨合阶段，一次清洗作业过程中，清洗刷电机扭矩随时间的变化关系图。

图10显示清洗刷最佳清洗效果时段，一次清洗作业过程中，清洗刷电机扭矩随时间的变化关系图。

图11显示清洗刷使用寿命末期，一次清洗作业过程中，清洗刷电机扭矩随时间的变化关系图。

图12显示清洗刷最佳清洗效果时段，清洗刷与晶圆表面距离和清洗刷电机扭矩的对应关系图。

图13显示为本实用新型实施例二中提供的化学机械研磨后晶圆清洗设备的框图。

元件标号说明

100 清洗刷

110 晶圆

120 喷头

130 清洗液

140 支撑滚轮

150 清洗液供给源

160 清洗刷电机

170 供液管路

101 第一清洗刷

102 第二清洗刷

200 清洗刷与晶圆表面的距离

301 电机扭矩上升阶段

302 电机扭矩下降阶段

303 稳定作业阶段

304 距离值为-a时的电机扭矩随时间的变化曲线

305 距离值为-b时的电机扭矩随时间的变化曲线

306 距离值为0时的电机扭矩随时间的变化曲线

401 清洗刷刚更换后的磨合阶段

402 清洗刷使用寿命末期

403 清洗刷最佳清洗效果时段

404 晶圆表面缺陷数曲线

405 清洗刷电机扭矩数据曲线

T1 现有技术中清洗刷更换时间点

T2 本实用新型中清洗刷更换时间点

Ya 最佳清洗效果时段清洗刷电机扭矩最大值

Yb 最佳清洗效果时段清洗刷电机扭矩最小值

Yc 最佳清洗效果时段清洗刷电机扭矩平均值

Yd 清洗刷报废极限扭矩

Y1 清洗刷刚更换后的磨合阶段清洗刷电机扭矩的平均值

y1 清洗刷刚更换后的磨合阶段清洗刷电机扭矩的变化幅度的二分之一

Y2 清洗刷最佳清洗效果时段清洗刷电机扭矩的平均值

y2 清洗刷最佳清洗效果时段清洗刷电机扭矩的变化幅度的二分之一

Y3 清洗刷使用寿命末期清洗刷电机扭矩的平均值

y3 清洗刷使用寿命末期清洗刷电机扭矩的变化幅度的二分之一

Xa 最佳清洗效果时段清洗刷电机扭矩最大值所对应的距离值

Xb 最佳清洗效果时段清洗刷电机扭矩最小值所对应的距离值

Xc 最佳清洗效果时段清洗刷电机扭矩平均值所对应的距离值

501 规格区间的上控制线

502 规格区间的下控制线

503 规格区间的控制中心线

504 清洗刷报废极限扭矩控制线

61 清洗装置

62 电机扭矩量测模块

621 信号放大器

622 数据处理单元

63 清洗控制模块

64 故障检测分类模块

641 第一设定单元

642 第二设定单元

643a 第一对比单元

643b 清洗参数更新单元

644 第三设定单元

645a 第二对比单元

645b 第一控制单元

646 第四设定单元

647a 第三对比单元

647b 第二控制单元

65 缺陷检测模块

S1～S4 步骤1)～4)

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其它优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图7至图13。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，虽图示中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

实施例一

请参阅图8，本实用新型提供了一种基于所述化学机械研磨后晶圆清洗设备的清洗方法，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。

在步骤1)中，请参阅图8中的S1步骤，确定清洗参数和清洗刷电机扭矩的变化关系。

作为示例，所述清洗参数包括所述清洗刷与所述晶圆表面的距离。

作为示例，可以使用故障检测分类(Fault Detection and Classification,FDC)模块收集多组同类型所述清洗刷在其不同使用寿命区间内的所述清洗刷电机扭矩数据。

请参阅图9至11，需要指出的是，此处为了方便表述，假定清洗刷电机扭矩的平均值与中程数相等。其中，图9为在所述清洗刷刚更换后的磨合阶段，一次清洗作业过程中，所述清洗刷电机扭矩随时间的变化关系图，其中Y1为稳定作业阶段所述清洗刷电机扭矩的平均值，y1为稳定作业阶段所述清洗刷电机扭矩的变化幅度的二分之一；图10为在所述清洗刷最佳清洗效果时段，一次清洗作业过程中，所述清洗刷电机扭矩随时间的变化关系图，其中 Y2为稳定作业阶段所述清洗刷电机扭矩的平均值，y2为稳定作业阶段所述清洗刷电机扭矩的变化幅度的二分之一；图11为在所述清洗刷使用寿命末期，一次清洗作业过程中，所述清洗刷电机扭矩随时间的变化关系图，其中Y3为稳定作业阶段所述清洗刷电机扭矩的平均值， y3为稳定作业阶段所述清洗刷电机扭矩的变化幅度的二分之一。即以上三个所述清洗刷使用寿命区间的所述清洗刷电机扭矩的变化区间分别为：Y1±y1、Y2±y2和Y3±y3。比较图9 至11可知，三个区间中的所述清洗刷电机扭矩间的关系为：Y1>Y2>Y3,y1>y2>y3。以上三组数据都是在固定所述清洗刷与所述晶圆表面的距离的条件下获得的。

固定所述清洗刷与所述晶圆表面的距离，通过收集不同所述清洗刷使用时间下的所述清洗刷电机扭矩数据，可以得到所述清洗刷电机扭矩随所述清洗刷使用时间的变化关系图，如图7所示。由图7可知，在区间403范围内，电机扭矩的变化范围稳定在一定区间内，不同于清洗刷刚更换的磨合阶段及清洗刷使用寿命末期阶段电机扭矩会出现剧烈变化，可以将该区间定义为清洗刷的最佳清洗效果时段。在所述最佳清洗效果时段403区间内，所述清洗刷电机扭矩数据曲线405基本保持平稳，且其对应的晶圆表面缺陷数曲线404也维持在较低的水平。因此，对于处于最佳清洗效果时段403的所述清洗刷，可以收集此区间内的所述清洗刷使用时间下的多个不同所述清洗刷电机扭矩数据，并将其平均值作为该所述清洗刷与所述晶圆表面的距离下的所述清洗刷电机扭矩。

为了确定所述清洗刷与所述晶圆表面的距离和所述清洗刷电机扭矩的对应关系，可以通过实验设计，使用故障检测分类模块收集在不同的所述清洗刷与所述晶圆表面的距离下的所述清洗刷电机扭矩数据。如图12所示，是所述清洗刷处于最佳清洗效果时段时，所述清洗刷与所述晶圆表面的距离和所述清洗刷电机扭矩的对应关系图。由图12可知，所述清洗刷与所述晶圆表面的距离和清洗刷电机扭矩的对应关系呈线性关系。通过确定的清洗刷电机扭矩可以得出确定的所述清洗刷与所述晶圆表面的距离。作为示例，所述清洗刷与所述晶圆表面的距离X与清洗刷电机扭矩Y的变化关系符合：Y＝kX+b，k为小于0的常数，b为大于0的常数。由图12可知，随着距离X的减小，清洗刷电机扭矩Y随之增大。这是由于随着清洗刷接近所述晶圆，其形变导致的摩擦力使清洗刷电机扭矩随之增大。其中，当所述清洗刷电机扭矩为Yc时，其变化幅度为2yc，其变化区间为：Yc±yc。

在步骤2)中，请参阅图8中的S2步骤，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。

作为示例，由图7可知，所述清洗刷在刚更换后的磨合阶段401及清洗刷使用寿命末期 402时，晶圆表面缺陷数曲线404都会大幅升高。这是由于新换清洗刷处于磨合阶段或清洗刷随使用时间增加因自身的磨损变形和交叉污染等原因导致即使设置了相同的所述清洗刷与所述晶圆表面的距离，也会由于所述清洗刷对晶圆表面的接触压力和接触面积不同而导致所述清洗刷的清洗效果出现不同。这也和所述清洗刷电机扭矩相关。因此，决定所述清洗刷清洗效果的所述清洗刷对晶圆表面的接触压力和接触面积可以由所述清洗刷电机扭矩来表征。

对于同类型所述清洗刷，存在一个特定的最佳清洗刷电机扭矩以获得合适的所述清洗刷对晶圆表面的接触压力和接触面积，以达到最佳的所述清洗刷清洗效果并使得所述晶圆表面的缺陷数较少。由图7可知，在所述清洗刷的最佳清洗效果时段403，是所述晶圆表面的缺陷数较少的区间。如图7及图12所示，将该区间对应的所述清洗刷电机扭矩的变化区间定义为所述清洗刷电机扭矩的规格区间，其最大值Ya和最小值Yb分别为规格区间的上控制线501 和下控制线502，其平均值Yc为规格区间的控制中心线503。在所述清洗刷与所述晶圆表面的距离和所述清洗刷电机扭矩的对应关系图中，所述清洗刷电机扭矩的最大值Ya、最小值 Yb和平均值Yc分别对应了各自的所述清洗刷与所述晶圆表面的距离。

作为示例，通过收集大量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。可以使用故障检测分类模块收集记录多组同类型所述清洗刷在其最佳清洗效果时段内的所述清洗刷电机扭矩数据。

作为示例，按照扭矩相对强度计算，所述清洗刷电机扭矩的相对扭矩强度范围介于 3％～20％。作为优选方案，可以设置所述清洗刷电机扭矩的上控制线为20％，所述清洗刷电机扭矩的下控制线为3％。在每批次的清洗作业过程中，收集所述清洗刷电机扭矩数据。当所述清洗刷电机扭矩数据超出上控制线20％，或低于下控制线3％时，通过调节所述清洗刷与所述晶圆表面的距离，使所述清洗刷电机扭矩恢复到上控制线与下控制线所定义的规格区间内。

作为示例，按照扭矩相对强度计算，单一批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％。对于所述清洗刷电机扭矩是否超出上控制线20％，或低于下控制线3％，除了需要判断每批次的所述清洗刷电机扭矩的平均值是否超上述规格外，还需要将每批次的所述清洗刷电机扭矩的变化幅度纳入考量。如图12所示，当一批次清洗作业的所述清洗刷电机扭矩的平均值为Yc时，其变化幅度为2yc，其变化区间为Yc±yc。当Yc+yc<Ya且Yc-yc>Yb 时，判定该批次清洗作业的所述清洗刷电机扭矩在规格内，反之，则超规格，需要调整所述清洗刷与所述晶圆表面的距离。

作为示例，可在步骤3)之前的任意步骤中，设定所述清洗刷报废极限扭矩，即可以在执行步骤1)之前执行设定所述清洗刷报废极限扭矩的步骤，也可以在执行步骤1)之后且执行步骤2)之前执行设定所述清洗刷报废极限扭矩的步骤，还可以在执行步骤2)之后执行设定所述清洗刷报废极限扭矩的步骤。在所述清洗刷电机扭矩低于所述清洗刷报废极限扭矩时，更换所述清洗刷。由于所述清洗刷的清洗性能会随着其自身的磨损变形和交叉污染等原因而衰退，随着使用时间的增长，其所述清洗刷电机扭矩会不断偏离设定的所述清洗刷电机扭矩的规格。虽然在本实用新型中使用批次循环反馈的方法，不断更新每批次所使用的所述清洗刷与所述晶圆表面的距离，以提升所述清洗刷使用寿命末期的清洗性能，以延长所述清洗刷的使用寿命，但随着使用时间的增加，所述清洗刷的性能衰退速度会不断加剧，最后导致在一次清洗过程中，所述清洗刷电机扭矩就会大幅下降，并使得清洗效果急剧恶化。如图7和图12所示，为了防止所述清洗刷性能的急速衰退对所述晶圆表面缺陷数的影响，有必要设定一个所述清洗刷报废极限扭矩Yd及其清洗刷报废极限扭矩控制线504，当一次清洗作业后，所测得的所述清洗刷电机扭矩低于所述清洗刷报废极限扭矩时，及时对所述清洗刷进行报废处理，并更换新的所述清洗刷。

作为示例，可在步骤3)之前的任意步骤中，设定所述晶圆的极限缺陷数，对所述晶圆清洗后的缺陷数进行监控，即可以在执行步骤1)之前执行设定所述清洗刷报废极限扭矩的步骤，也可以在执行步骤1)之后且执行步骤2)之前执行设定所述清洗刷报废极限扭矩的步骤，还可以在执行步骤2)之后执行设定所述清洗刷报废极限扭矩的步骤。在所述缺陷数超过所述极限缺陷数时，更换所述清洗刷。本实用新型通过批次循环反馈动态调节所述清洗刷与所述晶圆表面的距离的目的就是为了保持稳定的清洗效果，从而抑制所述晶圆表面的缺陷数量。因此，监控每批次所述晶圆清洗后的缺陷数，并在缺陷数超出所述极限缺陷数时，更换所述清洗刷，从而使所述晶圆表面的缺陷数量始终维持在较低水平。

在步骤3)中，请参阅图8中的S3步骤，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。

作为示例，由图12可知，在所述清洗刷的最佳清洗效果时段，所述清洗刷电机扭矩的规格区间有一个确定的对应所述清洗刷与所述晶圆表面的距离区间Xb～Xa。在确定了所述清洗刷电机扭矩的规格后，使用所述清洗刷电机扭矩的规格对应的所述清洗刷与所述晶圆表面的距离作为当前批次清洗作业时的所述清洗刷与所述晶圆表面的距离。例如，可使用所述规格区间的控制中心线503的对应值Xc作为当前批次清洗作业时的所述清洗刷与所述晶圆表面的距离。

作为示例，在设定的所述清洗刷与所述晶圆表面的距离下，所述清洗刷对所述晶圆表面的污染物进行清洗，使所述污染物从被所述晶圆表面彻底清除。

作为示例，在使用所述清洗刷对所述晶圆表面进行清洗时，同步以清洗液冲洗所述晶圆表面，所述清洗液至少包括清洗液或去离子水。由于化学机械研磨中所使用的研磨液含有亚微米或纳米级的细小颗粒，且研磨副产物也具有一定粘附性。因此，在使用所述清洗刷对所述晶圆表面进行清洗时，同步以清洗液冲洗所述晶圆表面，改善所述晶圆表面污染物的吸附状态，以提高清洗效果。

同时，在进行当前批次清洗时，量测并收集当前批次清洗时的所述清洗刷电机扭矩。在进行所述晶圆的清洗过程中，使用所述故障检测分类模块实时收集当前批次清洗时的所述清洗刷电机扭矩随时间的变化曲线数据，并在此数据基础上，得出稳定作业阶段所述清洗刷电机扭矩的平均值，及其变化幅度。

在步骤4)中，请参阅图8中的S4步骤，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，并依据比对结果及清洗参数与清洗刷电机扭矩的变化关系调整更新清洗参数。

作为示例，通过比较步骤4)中所收集的当前批次清洗时的所述清洗刷电机扭矩，并将其与所述清洗刷电机扭矩的规格进行比较。请参阅图7及图12，当当前批次清洗时的所述清洗刷电机扭矩高于规格区间的上控制线时，需要调小所述清洗刷与所述晶圆表面的距离的绝对值；当当前批次清洗时的所述清洗刷电机扭矩低于规格区间的下控制线时，需要调大所述清洗刷与所述晶圆表面的距离的绝对值。通过调整所述清洗刷与所述晶圆表面的距离，确保预期的所述清洗刷电机扭矩落在规格区间内，并将该调整后的所述清洗刷与所述晶圆表面的距离用于下一批次的所述晶圆的清洗中。

作为示例，步骤4)之后还包括重复步骤3)～步骤4)至少一次的步骤循环。以上步骤3) ～步骤4)可以循环实施，以通过批次循环反馈的方法，不断更新每批次所使用的所述清洗刷与所述晶圆表面的距离。由图7可知，在所述清洗刷的最佳清洗效果时段403，所述清洗刷的性能会由于自身的磨损变形和交叉污染等原因逐渐衰减，其电机扭矩随清洗刷使用时间增加呈缓慢下降趋势。对此，可以通过批次循环反馈调节距离的方法，对所述清洗刷与所述晶圆表面的距离进行修正，以提高不同批次清洗的工艺稳定性，减少所述晶圆面内缺陷数，获得稳定的良率。此外，现有技术中，在所述清洗刷累计使用时间达到T1，进入使用寿命末期阶段402时，由于此时所述清洗刷的性能已衰退严重，为了控制所述晶圆面内缺陷数，一般在达到T1时，就会进行所述清洗刷的更换。而本实用新型由于不断更新所述清洗刷与所述晶圆表面的距离，在所述清洗刷的使用寿命末期阶段，通过调整所述清洗刷与所述晶圆表面的距离，使所述电机扭矩恢复到规格区间，所述清洗刷的清洗效果恢复到所述清洗刷最佳清洗效果时段的水平。通过本实用新型的循环反馈更新距离参数的方法，在所述清洗刷的累计使用时间超过T1，在T1至T2之间时，仍然保持良好的清洗效果，从而延长了所述清洗刷的实际使用寿命。

作为示例，在步骤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。例如在图7中，所述清洗刷的最佳清洗效果时段，是所述晶圆表面的缺陷数较少的区间。因此，为了将缺陷数控制在较少水平，可将所述清洗刷电机扭矩设定在该区间所对应的扭矩区间。将该区间所述清洗刷电机扭矩的最大值定为上控制线 Ya，该区间所述清洗刷电机扭矩的最小值定为下控制线Yb，该区间的平均值定义为控制中心线Yc。其在图12中都有对应的清洗刷与晶圆表面的距离值。当所述清洗刷电机扭矩偏离上下控制线范围时，通过调整所述清洗刷与晶圆表面的距离值，使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。作为本实用新型的一个优选方案，所述清洗刷与所述晶圆表面的距离介于-2.0～0毫米。根据多组数据收集所得结果，所述清洗刷与所述晶圆表面的距离在所述清洗刷的一个完整使用寿命周期上，其合适的调节值为-2.0～0毫米。其中-2.0毫米是上述清洗刷在其使用寿命末期所使用值，通过批次反馈结果调节所述清洗刷与所述晶圆表面的距离，以获取稳定的清洗效率。

作为示例，在上述各步骤中，所述化学机械研磨后晶圆清洗方法用于所述晶圆在化学机械研磨之后的表面清洗。在化学机械研磨完成后，所述晶圆会残留大量的研磨颗粒和研磨副产物等污染物，这些污染物不但会对化学机械研磨后的工艺造成影响，也会对产品本身产生不良影响，因此需要及时进行清洗。所述清洗刷为可转动的滚动式清洗刷。滚动式清洗刷可以设置在固定的位置上，并在电机的带动下，通过转动的方式对所述晶圆的表面进行刷洗。由于滚动式清洗刷设置在固定的位置上，因此其与所述晶圆的表面的距离可以得到精确控制。在滚动式清洗刷转动的同时，可以同时转动所述晶圆，以实现对所述晶圆不同位置的清洗。所述清洗刷成对并列设置于所述晶圆的两面，并在清洗时对所述晶圆的两面同时进行清洗。对于所述晶圆，在化学机械研磨的过程中，晶圆正反两面都会粘附污染物，因此在后续的清洗过程中，需要同时对所述晶圆的两面同时进行清洗。由于所述清洗刷是成对并列设置的，其在清洗过程中对所述晶圆的两面所施加的压力也相互抵消，不会造成所述晶圆变形碎裂。

实施例二

请参阅图1、图2和图13，本实用新型提供了一种化学机械研磨后晶圆清洗设备，所述化学机械研磨后晶圆清洗设备包括：清洗装置61、电机扭矩量测模块62、清洗控制模块63 及故障检测分类模块64；所述清洗装置61包括：清洗刷100及与所述清洗刷100相连接用以驱动所述清洗刷的清洗刷电机160；所述电机扭矩量测模块62与所述清洗装置61相连接，用于获取所述清洗刷电机160的清洗刷电机扭矩；所述故障检测分类模块64与所述电机扭矩量测模块62相连接，用于将所述电机扭矩量测模块62量测得到的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变化范围进行对比，并根据对比结果及清洗参数与清洗刷电机扭矩的变化关系调节更新清洗参数；所述清洗控制模块63与所述故障检测分类模块64及所述清洗装置61相连接，用于依据所述故障检测分类模块64更新后的清洗参数控制所述清洗装置61对晶圆进行清洗。

作为示例，所述清洗装置至少还包括清洗液供给装置和支撑滚轮140；所述清洗液供给装置包括清洗液供给源150、喷头120及连接所述清洗液供给源至所述喷头的供液管路170，用于在所述清洗刷对所述晶圆110表面进行刷洗时由所述喷头向所述晶圆110表面喷洒清洗液130，当所述清洗控制模块63控制所述清洗装置61对所述晶圆110进行清洗作业时，所述清洗刷100对所述晶圆110表面进行刷洗；所述清洗液130由所述喷头120喷洒到所述晶圆110表面；所述支撑滚轮140支撑所述晶圆110，并带动所述晶圆110进行清洗时自旋转动，使清洗范围覆盖整个所述晶圆110。

作为示例，所述电机扭矩量测模块62包括信号放大器621和数据处理单元622，所述信号放大器621连接所述清洗装置61，将当前批次清洗作业时的所述清洗刷电机扭矩的电信号进行放大，并传输至数据处理单元622。所述数据处理单元622连接所述信号放大器621，接收放大后的所述清洗刷电机扭矩的电信号，用于量测并收集所述清洗刷电机扭矩，并将所述清洗刷电机扭矩数据传输至所述故障检测分类模块64；由于所述清洗刷电机所产生的所述清洗刷电机扭矩的电信号相对较弱，其变化幅度也相对不明显，特别是在所述清洗刷使用寿命末期时，由于磨损以及表面污染程度增加，导致所述清洗刷电机扭矩减小。为了加强可识别性，需要通过所述信号放大器621将所述电机扭矩信号放大，以便所述电机扭矩量测模块62 中的所述数据处理单元622量测并收集所述电机扭矩信号。

作为示例，所述故障检测分类(Fault Detection and Classification,FDC)模块64分别连接所述电机扭矩量测模块62和所述清洗控制模块63，将所述电机扭矩量测模块量测得到的所述清洗刷电机扭矩与所述故障检测分类模块64内设定的最佳清洗效果时段内所述清洗刷电机扭矩的变化范围进行对比，并根据对比结果及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节更新所述清洗刷与所述晶圆表面的距离，并用于下一批的晶圆的清洗。所述故障检测分类模块64可以实时收集系统中表征制程稳定性的参数，并在该参数超出所设定的规格值时及时发现异常值，并对异常原因进行分析和归类，通过反馈修正所述表征制程稳定性的参数，使所述制程恢复到正常规格内。通过所述故障检测分类模块64可以及时发现所述表征制程稳定性的参数的异常，并及时对相关工艺参数进行调整，以避免制品产生大规模异常。本实用新型中，通过所述故障检测分类模块64实时监控所述电机扭矩值，当所述电机扭矩值超出规格范围时，通过调整更新所述清洗刷与所述晶圆表面的距离，使其对所述晶圆的清洗效果恢复到正常水平。所述故障检测分类模块64内还设有所述清洗刷报废极限扭矩，当所述电机扭矩量测模块62量测得到的所述清洗刷电机扭矩小于所述清洗刷报废极限扭矩时，由所述故障检测分类模块64挂起所述化学机械研磨后晶圆清洗设备，停止作业，并在更换所述清洗刷后，再进行下一批次的所述晶圆的清洗作业。

作为示例，所述故障检测分类模块64包括第一设定单元641、第二设定单元642、第一对比单元643a和清洗参数更新单元643b。所述第一设定单元641用于设定最佳清洗效果时段内所述清洗刷电机扭矩的变化范围；所述第二设定单元642用于设定清洗参数与所述清洗刷电机扭矩的变化关系；所述第一对比单元643a与所述电机扭矩量测模块62、所述第一设定单元641、所述第二设定单元642及所述清洗参数更新单元643b相连接，用于将所述电机扭矩量测模块62量测到的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变化范围进行对比，并将对比结果传至所述清洗参数更新单元643b。所述清洗参数更新单元643b连接所述第一对比单元643a及所述清洗控制模块63，根据对比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节更新清洗参数，如所述清洗刷与所述晶圆表面的距离。所述清洗控制模块63连接所述清洗参数更新单元643b和所述清洗装置61。所述清洗控制模块63从所述清洗参数更新单元643b获取所述清洗刷与所述晶圆表面的距离，并控制所述清洗装置61进行清洗作业。所述清洗控制模块63可以控制所述清洗装置61的各阶段工艺行为，包括所述晶圆的装载、使用所述清洗刷进行刷洗、使用所述清洗液或去离子水进行冲洗、所述晶圆清洗后的干燥和所述晶圆的卸载。当所述故障检测分类模块64通过对上一批次清洗作业的所述电机扭矩值进行监控，并得出合适的下一批次所述清洗刷与所述晶圆表面的距离后，将该所述清洗刷与所述晶圆表面的距离更新到所述清洗控制模块63中，并由所述清洗控制模块63控制下一批次所述晶圆进行清洗作业。

作为示例，所述故障检测分类模块64还用于设定清洗刷报废极限扭矩，并在所述电机扭矩量测模块62量测到所述清洗刷电机扭矩小于所述清洗刷报废极限扭矩时控制所述清洗装置停止工作。所述故障检测分类模块64还包括第三设定单元644、第二对比单元645a和第一控制单元645b。所述第三设定单元644用于设定所述清洗刷报废极限扭矩；所述第二对比单元645a与所述电机扭矩量测模块62、所述第一控制单元645b及所述第三设定单元644相连接，用于将所述电机扭矩量测模块62量测到的所述清洗刷电机扭矩与所述清洗刷报废极限扭矩进行比对，并将比对结果传至所述第一控制单元645b。所述第一控制单元645b与所述第二对比单元645a及所述清洗控制模块63相连接，并在量测到的所述清洗刷电机扭矩小于所述清洗刷报废极限扭矩时，向所述清洗控制模块63发送停止信号，由所述清洗控制模块 63控制所述清洗装置61停止工作。在所述清洗刷的使用寿命末期，由于所述清洗刷的性能大幅衰减，通过调节所述清洗刷与所述晶圆表面的距离也无法使所述清洗刷电机扭矩在一批次作业过程中稳定维持在规格区间内。因此，通过设置所述清洗刷报废极限扭矩，当所述清洗刷电机扭矩达到所述清洗刷报废极限扭矩时，即表明已达到所述清洗刷的使用寿命末期，所述清洗刷需要进行更换。

作为示例，所述化学机械研磨后晶圆清洗设备还包括缺陷检测模块65，与所述清洗装置 61相连接，用于对每批次清洗后的所述晶圆的缺陷数进行检测。所述故障检测分类模块64 还包括第四设定单元646、第三对比单元647a及第二控制单元647b。所述第四设定单元646 用于设定所述晶圆的极限缺陷数；所述第三对比单元647a与所述缺陷检测模块65、所述第四设定单元646及所述第二控制单元647b相连接，用于将所述缺陷检测模块检测到的当前作业批次的所述晶圆的缺陷数与所述极限缺陷数进行比对，并将比对结果传至所述第二控制单元647b。所述第二控制单元647b与所述第三对比单元647a及所述清洗控制模块63相连接，并在所述缺陷检测模块65检测到的当前作业批次的所述晶圆的缺陷数超过所述极限缺陷数时，向所述清洗控制模块63发送停止信号，由所述清洗控制模块63控制所述清洗装置61停止工作。本实用新型所述化学机械研磨后晶圆清洗设备的目的是为了使用所述故障检测分类模块64通过调节所述清洗刷与所述晶圆表面的距离，从而保持稳定的清洗效果，进而抑制所述晶圆表面的缺陷数量。因此，为了进一步监控本实用新型所述化学机械研磨后晶圆清洗设备的清洗效果，直接对每批次清洗后所述晶圆的缺陷数进行检测。当所述晶圆的缺陷数超过所设定的所述缺陷数时，表明即使通过所述故障检测分类模块动态64调整更新了所述清洗刷与所述晶圆表面的距离，所述清洗刷的清洗能力也已无法满足清洗的工艺需求。此时需要及时更换新的所述清洗刷，以免更多批次的所述晶圆在清洗后的表面缺陷数超过所述缺陷数值。

综上所述，本实用新型提供了一种化学机械研磨后晶圆清洗设备。所述化学机械研磨后晶圆清洗设备包括清洗装置、电机扭矩量测模块、清洗控制模块及故障检测分类模块。在本实用新型所提供的化学机械研磨后晶圆清洗设备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。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。