挡板、防溅装置、化学机械研磨机台及研磨废液防溅方法与流程

本发明涉及半导体，特别涉及一种挡板、防溅装置、化学机械研磨机台及研磨废液防溅方法。

背景技术：

1、随着半导体技术的快速发展，半导体器件尺寸不断缩小、集成度不断提高，器件各层表面的平坦程度要求越来越高。化学机械研磨(chemicalmechanicalpolish, cmp)作为一种全局平坦化技术被广泛应用。cmp主要是利用化学药品与晶圆表面的材料发生化学反应及研磨颗粒对晶圆表面的物理摩擦作用共同实现晶圆表面的平坦化。在晶圆的研磨过程中，晶圆被研磨头压合在研磨垫表面，并在研磨头的带动下与研磨垫同向旋转。同时，需供给研磨液以使晶圆在化学和机械的共同作用下完成表面的研磨。但是，由于研磨头和研磨垫等运动部件的旋转，研磨废液（研磨液和研磨产物）会在离心力的作用下从研磨垫表面甩出。研磨废液的随意飞溅会造成研磨腔室的沾污，并且会对金属部件造成腐蚀影响到机台使用寿命。此外，在风干后，飞溅的研磨废液会在研磨腔室内析出大量结晶物，这些结晶物不仅会成为工作空间的颗粒污染源造成晶圆表面的划伤，还会阻碍机台部件的平稳运行，导致产品的良率降低。

2、现有技术中，多采用在研磨台外侧设置防溅挡板的方式以阻止研磨废液的随意飞溅。例如，分别采用在挡板表面设置间隔容纳槽和制备亲水涂层的方法防止研磨废液的飞溅。虽然此类方法通过增加液体在挡板表面的吸附作用较好地实现防飞溅作用，但是亲液的表面存在表面附着力大的问题，这会导致废液在挡板表面富集并难于脱离，进而引起二次飞溅和析出结晶物。此外，聚合物涂层还存在硬度低的问题，在机台维护去除挡板表面附着结晶物的过程中易于被破坏，导致挡板防溅性能变差。

技术实现思路

1、基于上述现有设备仍存在的不足及缺陷，需要本发明提供了一种挡板、防溅装置、化学机械研磨机台及研磨废液防溅方法。一方面，本发明提供了一种用于研磨晶圆过程中防止液体飞溅的挡板，其特征在于，所述挡板可环绕设置于研磨台的外周，所述挡板的上部为亲水区；所述挡板的下部为疏水区。

2、可选的，所述挡板包括第一挡板和第二挡板；所述第一挡板可在驱动组件的驱动下随研磨垫整理器移动进行独立升降；所述第二挡板不随研磨垫整理器移动进行独立升降；所述第一挡板和第二挡板均处于升起状态时，可以在驱动组件的作用下沿圆周方向转动。

3、可选的，静态水在所述挡板的上部表面的接触角低于30度；静态水在所述挡板的下部表面的接触角高于120度、滚动角低于20度；所述上部亲水区面积与所述下部疏水区面积之比为0.25至1。

4、可选的，所述第一挡板的圆心角在5至60度之间；所述第一挡板与第二挡板同心设置且挡板的内侧壁位于同一个圆周上；所述第一挡板的设置位置保证研磨垫整理器的正常运作。

5、可选的，所述挡板的主体材料为不锈钢或耐酸碱性聚合物中的一种。

6、可选的，所述挡板的亲水区为各向同性的微结构表面或各向异性的微结构阵列表面中的一种；所述亲水区表面的制备方法为激光刻蚀、化学刻蚀、纳米压印、3d打印或纳米颗粒复合亲水涂层涂覆中的一种或多种；所述亲水区表面存在羟基、磺酸基、羧酸基、磷酸基或氨基中的一种或多种。

7、可选的，所述挡板的疏水区为各向同性的微结构表面或各向异性的微结构阵列表面中的一种；所述疏水表面的制备方法为激光刻蚀、化学刻蚀、纳米压印、3d打印或纳米颗粒复合疏水涂层涂覆中的一种或多种；所述疏水区表面存在碳氟基、碳原子数大于5的烃基或硝基中的一种或多种。

8、另一方面，本发明提供了一种自清洁型研磨废液防溅装置，包括：挡板、清洗立柱、驱动组件；所述挡板环绕设置于研磨台的外周；所述挡板在驱动组件的驱动下可进行独立升降；所述清洗立柱设置于挡板外侧，所述清洗立柱的清洗喷管可旋转至挡板内侧并对挡板进行喷液清洗。

9、可选的，所述挡板的上部为亲水区；所述挡板的下部为疏水区。

10、可选的，所述挡板包括第一挡板和第二挡板；所述驱动组件包括升降驱动单元和旋转驱动单元；所述第一挡板可在驱动组件的驱动下随研磨垫整理器移动进行独立升降；所述第二挡板不随研磨垫整理器移动进行独立升降；所述第一挡板和第二挡板均处于升起状态时，可以在驱动组件的作用下沿圆周方向转动。

11、可选的，所述挡板的上部的静态水接触角低于30度；所述挡板的下部的静态水接触角高于120度、滚动角低于20度；所述上部亲水区面积与下部疏水区面积之比为0.25至1。

12、可选的，所述第一挡板的圆心角在5至60度之间；所述第一挡板与第二挡板同心设置且挡板的内侧壁位于同一个圆周上；所述第一挡板的设置位置保证研磨垫整理器的正常运作。

13、可选的，所述清洗立柱的喷管会在挡板旋转时移动到挡板内侧，并对挡板进行喷液清洗；所述清洗立柱存在去离子水管路、酸性溶液管路或碱性溶液管路中的一种或多种；所述清洗立柱可调节喷管的出液压力、角度和流量。

14、可选的，所述喷液清洗过程会使用去离子水、酸性稀释溶液或碱性稀释溶液中的一种或多种；所述喷液清洗过程挡板中至少旋转一周；所述喷液清洗后，第一挡板仍处于初始位置。

15、可选的，所述挡板的主体材料为不锈钢或耐酸碱性聚合物中的一种。

16、可选的，所述挡板的亲水区为各向同性的微结构表面或各向异性的微结构阵列表面中的一种；所述亲水区表面的制备方法为激光刻蚀、化学刻蚀、纳米压印、3d打印或纳米颗粒复合亲水涂层涂覆中的一种或多种；所述亲水区表面存在羟基、磺酸基、羧酸基、磷酸基或氨基中的一种或多种。

17、可选的，所述挡板的疏水区为各向同性的微结构表面或各向异性的微结构阵列表面中的一种；所述疏水表面的制备方法为激光刻蚀、化学刻蚀、纳米压印、3d打印或纳米颗粒复合疏水涂层涂覆中的一种或多种；所述疏水区表面存在碳氟基、碳原子数大于5的烃基或硝基中的一种或多种。

18、另一方面，本发明还提供了一种化学机械研磨机台，包括所述自清洁型研磨废液防溅装置。

19、另一方面，本发明还提供了一种防止研磨废液飞溅的方法，其特征在于，通过自清洁型研磨废液防溅装置实现；其中，所述自清洁型研磨废液防溅装置包括挡板；所述挡板可环绕设置于研磨台的外周，所述挡板的上部为亲水区；所述挡板的下部为疏水区；其中，挡板的上部用于防止研磨废液的飞溅；挡板的下部用于研磨废液的快速脱附。

20、可选的，所述自清洁型研磨废液防溅装置还包括清洗立柱、驱动组件；所述挡板在驱动组件的驱动下可进行独立升降；所述清洗立柱设置于挡板外侧，所述清洗立柱的清洗喷管可旋转至挡板内侧并对挡板进行喷液清洗；所述挡板包括第一挡板和第二挡板；所述第一挡板可在驱动组件的驱动下随研磨垫整理器移动进行独立升降；所述第二挡板不随研磨垫整理器移动进行独立升降；所述第一挡板和第二挡板均处于升起状态时，可以在驱动组件的作用下沿圆周方向转动；所述第一挡板下降到研磨台以下时，研磨垫调制器可从缺口处进入到研磨台区域，并对研磨垫进行修整。

21、可选的，每研磨25片晶圆至少对所述挡板进行一次清洗。

22、可选的，所述清洗过程中第一挡板与第二挡板围合且顶部齐平；所述清洗过程中驱动组件驱动挡板绕中心轴旋转；所述清洗过程中清洗立柱的喷头旋转到挡板内侧；所述清洗过程中清洗立柱提供去离子水、酸性溶液或碱性溶液中的至少一种对挡板内表面进行清洗。

23、与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

24、（1）通过设置分体的研磨废液防溅挡板，可以根据工艺过程中研磨垫整理器的工作状态，调整挡板的升降进而最大化的阻挡废液的飞溅。

25、（2）在挡板表面设置亲水区和疏水区，利用液滴在不同表面的表面张力差异，实现液滴在亲水区附着以防飞溅、在疏水区快速脱附以防二次飞溅和晶体在挡板表面析出，达到挡板表面自清洁的效果。

26、（3）通过配备清洗立柱，可以及时的去除挡板表面的废液残留，减少结晶物在挡板表面析出，延长挡板的维护周期。同时，利用高压水或化学药品可对表面附着结晶物进行清洗，减少挡板维护时对表面结构及物质的破坏。