CN100537142C - 化学机械抛光设备的清洗装置和方法 - Google Patents
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Abstract
一种化学机械抛光(CMP)设备的清洗装置和方法，其中清洗装置包括可以与化学机械抛光设备的转到清洗位置的抛光头相接触的刷子；相应的清洗方法是采用去离子水清洗化学机械抛光设备的抛光头的同时采用可以与转到清洗位置的抛光头相接触的刷子进行擦洗。通过在CMP设备的抛光头上增加刷子，能够有效的清除抛光头上以及隐藏在抛光头背面边缘的通槽内的残留物，避免残留物中的颗粒晶化沾污和划伤晶片。
Description
技术领域
本发明涉及化学机械抛光设备的清洗装置和方法，特别涉及化学机械抛光设备的抛光头的清洗装置和方法。
背景技术
化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，简称CMP)技术是机械削磨和化学腐蚀的组合技术，化学机械抛光技术借助超微粒子的研磨作用以及浆料的化学腐蚀作用在被研磨的介质表面上形成光洁平坦平面，现己成为半导体加工行业的主导技术。化学机械抛光是集成电路(IC)向微细化、多层化、薄型化、平坦化工艺发展的产物，也是晶片向200mm、300mm乃至更大直径过渡、提高生产效率、降低制造成本及衬底全局化平坦化必备的工艺技术。举例来说，典型的逻辑器件包括七道内介质层CMP工序，七道金属CMP工序和一道浅沟槽隔离(STI)CMP工序。因此说，CMP工艺已经成为制备集成电路的半导体工艺的中枢技术。
一个完整的CMP工艺主要由抛光、后清洗和计量测量等操作组成。其中后清洗包括对晶片的清洗，也包括对化学机械抛光机各部件的清洗。后清洗工艺的目的是把CMP中的残留颗粒和沾污减少到可接受的水平。目前，CMP工艺的后清洗工艺主要涉及CMP工艺后的晶片以及CMP设备的抛光垫的清洗，例如，公开号为20060040595的美国专利申请公开了一种化学机械抛光工艺后抛光垫的清洗方法和装置，采用化学清洗液对Cu和氧化物抛光后的抛光垫进行清洗，而对于抛光头尤其是抛光头的通槽中的残留物未公开清洗措施。然而，在金属或者介质CMP之后，抛光设备的抛光头和抛光液以及晶圆直接接触，引起抛光液溅污抛光头，在抛光头的背面装螺丝的通槽中会残留很多混合的抛光液。
目前CMP后清洗抛光头工艺仅采用去离子水进行清洗，无法把抛光头的通槽中这些混合的残留物洗净，尤其是CMP工艺中采用的较小的研磨颗粒增加了去除残留物的难度。这些残留物主要由CMP抛光液(直径在0.1到1.0微米或者更大范围内变化)、晶片表面的金属颗粒或者其他外来材料颗粒组成。当这些残留物暴露在空气中会结晶变大，通过两种途径污染下一批抛光的晶片：一是残留物中长大的颗粒直接沾污和刮伤晶片背面；二是在CMP工艺中这些残留物进入抛光盘，刮伤和沾污晶片表面。这些残留物是晶片的CMP工艺的主要缺陷来源，主要形成两类缺陷：一是残留抛光液、晶片表面金属或者其他外来材料的沾污；二是晶片表面的刮痕、通槽或者凹坑，这两类缺陷对器件成品率产生极大负作用。
抛光头上通槽中的残留物不止对单独一个晶片带来问题。在CMP工艺流程中，抛光头上的残留物可能沾污晶片背面和表面，如果残留物得不到及时清理，随着抛光次数增加，残留物也在抛光头上通槽中累积和传播，从而造成晶片的交叉污染。而且在CMP工艺中，晶片采用机械手从工艺腔中取出，残留的抛光液颗粒、金属颗粒或者其他颗粒由抛光头传到晶片背面，这些微粒也可能通过机械手传播，沾污其他晶片。而且，如果这些晶片也已经被沾污，这些残留物会在机械手上聚集，导致沾污累积。
因此需要有效的清洗抛光头通槽中残留物。
发明内容
本发明解决的技术问题是去除抛光头通槽中的残留物，避免抛光头通槽中残留物沾污晶片。
为解决上述问题，本发明提供了一种新的化学机械抛光设备的清洗装置。清洗装置安装有刷子，刷子包括刷柄及安装在刷柄一端的刷毛，刷毛可以与化学机械抛光设备的转到清洗位置的抛光头相接触。
清洗装置设有托盘，所述托盘通过连接杆安装在抛光设备的机器载盘上，刷子的刷柄的另一端可拆卸安装在托盘上。
上述托盘设有不同的螺口安装位或刷子的刷柄具有不同的螺口安装位，托盘和刷子采用螺栓穿过刷子的刷柄和托盘的螺口安装位进行连接。当刷子使用一段时间后，刷毛有所磨损，可以通过不同的螺口安装位前后移动刷子；需要更换刷子时，通过拆卸螺栓进行拆换。
装载刷子的托盘和连接托盘和机器载盘的连接杆均采用PVC聚氯乙烯材料。
刷子的刷毛采用聚酰胺尼龙-6号或者10号材料，刷毛直径范围为0.15-3mm，刷毛高度为5-7cm，面积为3×3-5×5cm2。
刷子的刷柄采用PVC聚氯乙烯材料，面积为5×5-7×7cm2，宽度为3-5cm。
清洗抛光头工艺完成后，刷子采用去离子水进行清洗，然后自然晾干。
相应地，本发明提供一种新的化学机械抛光设备的清洗方法，包括采用去离子水清洗化学机械抛光设备的抛光头的同时采用可以与转到清洗位置的抛光头相接触的刷子进行刷洗，所述的刷子包括刷柄及安装在刷柄一端的刷毛。
在采用去离子水和可以与化学机械抛光设备的转到清洗位置的抛光头相接触的刷子同时清洗抛光头步骤之前和之后均采用去离子水冲洗抛光头
上述清洗方法所用的清洗装置设有托盘，所述托盘通过连接杆安装在抛光设备的机器载盘上，刷子的刷柄的另一端可拆卸安装在托盘上。
上述托盘设有不同的螺口安装位或刷子的刷柄具有不同的螺口安装位，托盘和刷子采用螺栓穿过刷子的刷柄和托盘的螺口安装位进行连接。当刷子使用一段时间后，刷毛有所磨损，可以通过不同的螺口安装位前后移动刷子；需要更换刷子时，通过拆卸螺栓进行拆换。。
上述装载刷子的托盘和连接托盘和机器载盘的连接杆均采用PVC聚氯乙烯材料。
采用刷子和去离子水清洗抛光头的时候，抛光头的转速为10-30rpm。
刷子的刷毛采用聚酰胺尼龙-6号或者10号材料，刷毛直径范围为0.15-3mm，刷毛高度为5-7cm，面积为3×3-5×5cm2。
刷子的刷柄采用PVC聚氯乙烯材料，面积为5×5-7×7cm2，宽度为3-5cm。
清洗抛光头工艺完成后，刷子采用去离子水进行清洗，然后自然晾干。
与现有技术相比，本发明的优点主要表现在：在CMP工艺完成以后，采用包括去离子水和刷子同时清洗CMP抛光头的装置和方法，可以避免溅污在抛光头上的通槽中的抛光液中一些残留物中的颗粒结晶长大，对以后进行抛光的晶片造成划痕和沾染，同时防止造成沾污积累和交叉污染。
附图说明
图1是现有的化学机械抛光设备结构示意图。
图2是图1中化学机械抛光设备的抛光头的放大结构示意图。
图3是本发明清洗装置实施例1的结构示意图。
图4A是图3中刷子的放大剖面示意图。
图4B是图4A中刷子的刷毛的安装位示意图。
图5是本发明清洗方法实施例2的流程图。
图6A是仅采用去离子水清洗抛光头后装载晶片抛光后表面的划痕601。
图6B是仅采用去离子水清洗抛光头后装载晶片抛光后表面的另一划痕602。
具体实施方式
以下通过依据附图详细地描述具体实施例，本发明清洗装置和方法的优点将更加清楚：
参照图1所示，化学机械抛光设备100包括抛光台110，以及对应的抛光头120和高压去离子水装置130。当进行CMP工艺时候，被抛晶片附在抛光头120上，同时，机械压力通过抛光头120将被抛晶片压在浸满抛光液的抛光台110上，抛光头120以一定角速度转动，转向于抛光台110相同。利用抛光液所提供的化学反应，以及晶片在抛光台110上所承受的机械研磨，将晶片表面凸出的介质层或者金属层渐渐地加以去除。高压去离子水装置130提供去离子水清洗抛光台110和抛光头120。
图2是化学机械抛光设备100的抛光头120的放大结构示意图，抛光头120主要由夹持头122和卡盘组成，在抛光头120背面圆周边缘分布12个通槽202，螺栓121穿过通槽202把夹持头122和卡盘进行连接。
图3是本发明清洗装置的实施例1的结构示意图，其中包括抛光头120和虚线框内的清洗装置，清洗装置包括添加的刷子和高压去离子水供给装置130。刷子包括刷柄340及安装在刷柄340一端的刷毛341，刷子的刷毛可以与化学机械抛光设备的转到清洗位置的抛光头120相接触。
清洗装置设有托盘345，托盘345通过连接杆安装在抛光设备的机器载盘上，托盘上具有不同的螺口安装位。刷子的刷柄340的另一端可拆卸通过螺栓344穿过刷子的刷柄340和托盘345的螺口安装位安装在托盘345上。
图4A是刷子的放大剖面结构示意图，刷子由刷柄340和刷毛341组成，刷子上有不同的螺口安装位411和412，图4B给出刷子的刷毛341的安装位示意图。
刷子的位置可以通过托盘345上不同的螺口安装位或刷子的刷柄340上不同的螺口安装位342和343前后移动；需要更换刷子时，可以通过拆卸螺栓344进行拆换。
刷子、高压去离子水装置130以及抛光头120的相对位置如下：在CMP工艺之后清洗抛光头120工艺中，抛光头120转到清洗位置，此时刷子的刷毛341正好与抛光头120边缘相接触，同时由高压去离子水装置130的喷嘴出来的高压水流能够对抛光头120进行清洗。
旋转抛光头120，抛光头120转速为10到30rpm，刷子的刷毛341进入抛光头120背面边缘的通槽202中，这是一个机械接触的过程，随着抛光头120的转动，抛光头120的边缘和刷子的刷毛341之间进行摩擦，同时借助去离子水冲洗，带走大部分残留粒子。
在完成清洗抛光头120之后，采用去离子水对刷子进行清洗，刷子自然晾干。
上述清洗装置的装载刷子的托盘345和连接托盘345和机器载盘的连接杆均采用PVC聚氯乙烯材料，厚度为5到10mm。刷子的刷毛341采用聚酰胺尼龙-6号或者10号材料，刷毛341的直径在0.15到3mm范围，比较优选的刷毛341的直径为0.15到1mm范围。刷毛341的高度为5到7cm，刷毛341的面积为3×3到5×5cm2。
本发明清洗装置的一个实施例中，刷子的刷毛341的直径为0.3mm。
本发明清洗装置的另一个实施例中，刷子的刷毛341的直径为0.8mm。
上述刷子的刷柄340采用PVC聚氯乙烯材料，面积为5×5到7×7cm2。
图5为本发明清洗方法的流程图，包括采用去离子水清洗化学机械抛光设备的抛光头的同时采用可以与转到清洗位置的抛光头相接触的刷子进行刷洗，所述的刷子包括刷柄及安装在刷柄一端的刷毛。下面就本发明清洗方法第二实施例进行详细说明。
如图5所示，执行步骤S501，把化学机械抛光设备的抛光头转到清洗位置。
执行步骤S502，采用去离子水浸没抛光头，高压水流使得抛光头表面和背面的部分残留物获得能量，这些有能量的残留物颗粒会阻止自身进行重新聚集，已经分散开的残留物在水流的冲击下被带走。
执行步骤S503，旋转抛光头，抛光头的旋转速率为10-30rpm。
执行步骤S504，采用刷子刷洗抛光头背面边缘通槽，刷子和抛光头之间进行机械摩擦，借助机械摩擦分散开聚集在抛光头背面边缘通槽中的残留物。采用刷子分散开抛光头背面边缘的通槽中聚集的残留物的同时，借助高压去离子水冲洗，带走部分残留物颗粒。
重复执行步骤S502，把抛光头再浸入去离子水中，使得剩余的残留颗粒进一步分散开。
重复执行步骤S503，旋转抛光头。
重复执行步骤S504，利用刷子和抛光头之间的机械摩擦，刷子刷洗抛光头通槽中聚集的残留物，进一步分散开这些残留物颗粒。
执行步骤S505，借助高压去离子水冲洗，带走剩余的残留物颗粒。
在抛光头清洗完成之后，需要对刷子进行清洗，把化学机械抛光设备的抛光头转到平常的位置。执行步骤S506，打开高压去离子水装置，对刷子进行冲洗。
上述清洗方法所用的清洗装置设有托盘，所述托盘通过连接杆安装在抛光设备的机器载盘上，刷子的刷柄的另一端可拆卸安装在托盘上。
上述托盘设有不同的螺口安装位或刷子的刷柄具有不同的螺口安装位，托盘和刷子采用螺栓穿过刷子的刷柄和托盘的螺口安装位进行连接。当刷子使用一段时间后，刷毛有所磨损，可以通过不同的螺口安装位前后移动刷子；需要更换刷子时，通过拆卸螺栓进行拆换。
上述刷子的刷柄、装载刷子的托盘和连接托盘和机器载盘的连接杆均采用PVC聚氯乙烯材料。
采用刷子和去离子水清洗抛光头的时候，抛光头的转速为10到30rpm。
本发明的一个实施工艺中，采用刷子和去离子水清洗抛光头的时候，抛光头的转速为20rpm。
刷子的刷毛采用聚酰胺尼龙-6号或者10号材料，刷毛直径范围为0.15到3mm。
结合图5，以及上述的装置描述，本实施例给出一个清洗抛光头的具体实施工艺，如下：
化学机械抛光设备后清洗工艺中，把化学机械抛光设备的抛光头转到清洗位置。
采用去离子水浸没抛光头，高压水流使得抛光头表面和背面的部分残留物获得能量，这些有能量的残留物颗粒会阻止自身进行重新聚集，已经分散开的残留物在水流的冲击下被带走。
旋转抛光头，抛光头的旋转速率为25rpm。
采用刷子刷洗抛光头背面边缘通槽，借助刷子和抛光头之间进行的机械摩擦分散开聚集在抛光头背面边缘通槽中的残留物，与此同时，借助高压去离子水冲洗，带走部分残留物颗粒。
重复以上步骤，把抛光头再浸入去离子水中，使得剩余的残留颗粒进一步分散开；旋转抛光头，利用刷子和抛光头之间的机械摩擦，刷子刷洗抛光头通槽中聚集的残留物，进一步分散开这些残留物颗粒；借助高压去离子水冲洗，带走剩余的残留物颗粒；最后，把抛光头转到平常的位置，打开高压去离子水装置，对刷子进行冲洗。
在CMP工艺后清洗过程中，仅采用高压去离子水清洗抛光头，然后对下一次抛光的晶片进行表面刮痕扫描检测。结果发现：仅采用高压去离子水清洗抛光头后，抛光后的晶片表面具有高的缺陷密度，主要为刮痕。如图6A表示检测仅用去离子水冲洗抛光头后抛光晶片表面产生的划痕601和图6B表示产生的另一种较大划痕602；当采用刷子辅助去离子水清洗装置以后，抛光的晶片表面没有出现划痕。
虽然本发明己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 (13)
1.一种化学机械抛光设备的清洗装置，其特征在于，所述化学机械抛光设备包括一抛光头，所述抛光头由夹持头和卡盘组成，在抛光头背面圆周边缘分布有通槽，第一螺栓穿过所述通槽把夹持头和卡盘进行连接；所述清洗装置安装有刷子，所述刷子包括刷柄及安装在刷柄一端的刷毛，所述清洗装置还设有托盘，所述托盘通过连接杆安装在所述抛光设备的机器载盘上，所述刷子的刷柄的另一端可拆卸地安装在托盘上；所述刷毛能够与所述化学机械抛光设备的转到清洗位置的所述抛光头相接触，并从径向进入所述抛光头背面边缘用来装所述第一螺栓的所述通槽中。
2.根据权利要求1所述清洗装置，其特征在于：所述的托盘设有不同的螺口安装位或刷柄设有不同的螺口安装位。
3.根据权利要求2所述清洗装置，其特征在于：所述的托盘和刷子采用第二螺栓穿过刷子的刷柄，与托盘上的螺口安装位进行连接。
4.根据权利要求1所述清洗装置，其特征在于：所述的托盘和连接杆以及刷柄采用PVC聚氯乙烯材料。
5.根据权利要求1所述清洗装置，其特征在于：所述的刷子的刷毛采用聚酰胺尼龙-6号或者尼龙-10号材料。
6.根据权利要求1或5所述清洗装置，其特征在于：所述的刷子的刷毛直径具有0.15-3mm范围，刷毛的高度为5-7cm。
7 一种采用权利要求1的化学机械抛光设备的清洗装置的清洗方法，其特征在于，采用去离子水清洗化学机械抛光设备的抛光头的同时采用能够与转到清洗位置的所述抛光头相接触的刷子进行擦洗，所述的刷子包括刷柄及安装在刷柄一端的刷毛，所述刷毛能够从径向进入所述抛光头背面边缘用来装第一螺栓的通槽中。
8.根据要求7所述清洗方法，其特征在于：在采用去离子水和可以与化学机械抛光设备的转到清洗位置的抛光头相接触的刷子同时清洗抛光头的步骤之前和之后均采用去离子水冲洗抛光头。
9.根据权利要求7所述清洗方法，其特征在于：所述的托盘设有不同的螺口安装位或刷柄设有不同的螺口安装位。
10.根据权利要求9所述清洗方法，其特征在于：所述的托盘和刷子采用第二螺栓穿过刷子的刷柄，与托盘的螺口安装位进行连接。
11.根据权利要求7所述清洗方法，其特征在于：所述的托盘和连接杆以及刷柄采用PVC聚氯乙烯材料。
12.根据权利要求7所述清洗方法，其特征在于：所述的刷子的刷毛采用聚酰胺尼龙-6号或者尼龙-10号材料。
13.根据权利要求7所述清洗方法，其特征在于：所述的刷子和所述的去离子水清洗抛光头的时候，抛光头的转速为10-30rpm。
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