CN103909474B - Cmp站清洁的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种CMP站清洁系统和方法。一个实施例包括化学机械抛光CMP站，该CMP站包括用于覆盖CMP站不同部件的壳体单元。CMP站进一步包括浆料臂防护罩、浆料喷嘴、衬垫调节臂防护罩、压板防护罩、和载体头的不同表面；以及壳体单元的内部和垂直表面。将清洁液传送系统配置成作为定期向CMP站的不同表面配给清洁液。

Description

CMP站清洁的系统和方法
技术领域
本发明总体上涉及半导体领域，更具体地，涉及CMP站清洁的系统和方法。
背景技术
通常，化学机械抛光(CMP)可以用于半导体器件制造过程中，从而在制造中平坦化元件的各个部分。例如，在器件中形成不同的部件或层可能会引起不均匀外形，并且这种不均匀外形可能影响后续的制造工艺，如光刻工艺。因此，最理想的情况是，在形成不同的部件或层之后，使用已知方法，如CMP，平坦化器件的表面。
通常，CMP包括将器件晶圆放置在载体头中。当向下压力施加给晶圆以压向抛光衬垫时，载体头和晶圆旋转。化学溶液，也称之为浆料，沉积在抛光衬垫的表面上和晶圆的下方，有助于平坦化。因此，通过结合机械(研磨)和化学(浆料)力可以平坦化晶圆的表面。
但是，用浆料研磨晶圆的物理动作可能导致过量的浆料喷射在典型CMP站的不同机械部件、窗、或壁上。经过一段时间后，过量的浆料可能在CMP站的表面上积聚并干燥成结块的残留物。如果无人管理这种残留物，可能引起不同的问题。例如，在后续的CMP工艺中，留在CMP站的机械臂(如浆料臂)上的残留物可能落在抛光衬垫上，并致使晶圆出现刮伤。此外，由于浆料与晶圆中材料的相互作用的特性，残留物本身可能就具有毒性，并引起严重的健康危害。
因此，我们期望周期性地清洁CMP站的表面。传统上，这种清洁由手动操作完成。通常，关闭CMP站，然后工人手动擦洗站的不同表面。在制造过程中，这种维护停工期导致效率变低并出现延期情况。此外，残留物本身可能具有毒性，这样使工人处于一种危害健康的工作环境中。本发明提供了一种新的自清洁CMP站的系统和方法，以解决上述问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种化学机械抛光(CMP)站维护方法，包括：将CMP站设置在封闭区域内，其中，CMP站包括位于封闭区域内的多个部件，每个部件均具有露出的表面；以及配置清洗液输送系统，用于以规律的时间间隔用清洗液来清洗多个露出的表面。
其中，多个部件包括浆料臂盖，并且清洁液传送系统被配置为清洗浆料臂盖的表面。
其中，多个部件包括浆料喷嘴，并且清洁液传送系统被配置为清洗浆料喷嘴的表面。
其中，多个部件包括衬垫调节臂盖，并且清洁液传送系统被配置为清洗衬垫调节臂盖的表面。
其中，衬垫调节臂盖的顶面的形状基本为三角形棱柱。
其中，多个部件包括封闭区域的壁，并且清洁液传送系统被配置为清洗壁的表面。
其中，多个部件包括压板防护罩，并且清洁液传送系统被配置为清洗压板防护罩的表面。
其中，多个露出的表面包括载体头的外表面，并且清洁液传送系统被配置为清洗载体头的露出表面。
其中，清洁液是选自主要由去离子水、酸溶液、碱溶液、及它们的组合所构成的组中的液体。
其中，清洁液传送系统被配置为仅在CMP站没有有效地抛光晶圆时喷洗多个露出的表面。
此外，还提供了一种化学机械抛光(CMP)站，包括：壳体单元，用于封闭CMP站的部件；表面，位于壳体内，表面包括：浆料臂防护罩的表面；浆料喷嘴的外表面；衬垫调节臂防护罩的表面；压板防护罩的表面；载体头的外表面；和壳体单元的内表面和垂直表面；以及清洁液配给系统，被配置为以设置的时间间隔将清洁液配给CMP站的表面。
其中，清洁液配给系统被配置为给壳体单元的内表面和垂直表面提供配给。
其中，清洁液配给系统被配置为：仅当CMP站没有有效地抛光晶圆时，为浆料臂防护罩的表面、浆料喷嘴的外表面、衬垫调节臂防护罩的表面和压板防护罩的表面配给清洁液。
其中，清洁液配给系统被配置为：仅当载体头处于空闲模式时，为载体头的外表面提供配给。
其中，清洁液是选自主要由去离子水、酸溶液、碱溶液、及它们的组合所构成的组中的液体。
此外，还提供了一种化学机械抛光(CMP)站，包括：多个机械部件的露出的表面；以及清洁液喷洗系统，被配置为以预定的时间间隔使用清洁液覆盖露出的表面。
该CMP站进一步包括环绕CMP站的壳体单元，机械部件包括壳体单元的内壁和垂直壁。
其中，机械部件包括浆料臂盖、浆料喷嘴和载体头。
其中，机械部件包括压板防护罩。
其中，机械部件包括衬垫调节臂盖。
附图说明
为了更全面地理解实施例及其优势，现将结合附图所进行的描述作为参考，其中：
图1示出了现有技术中的多衬垫CMP站的一部分的透视图；
图2示出了现有技术中的典型CMP抛光衬垫的一部分的透视图；
图3示出了根据一个实施例的CMP衬垫调节臂；
图4示出了根据一个实施例的CMP浆料臂；
图5示出了根据一个实施例的CMP压板；
图6示出了根据一个实施例的CMP封闭壳体；以及
图7示出了根据一个实施例的CMP载体传送带。
具体实施方式
下面，详细讨论本发明各实施例的制造和使用。然而，应该理解，本发明提供了许多可以在各种具体环境中实现的可应用的发明的概念。所讨论的具体实施例仅仅示出了制造和使用本发明的具体方式，而不用于限制本发明的范围。
参见图1，其示出了现有技术中的示例性多衬垫化学机械抛光(CMP)站，例如，可向美国加利福尼亚州的圣克拉拉应用材料公司购买的MIRRATM系统。但是，不同的实施例可以应用于其他制造商生产的其他CMP设备，也可以应用于其他的平坦化系统。CMP站100包括多个抛光衬垫102和传送带106。传送带106支撑众多的载体104，这样可以容纳几个晶圆(未示出)同时进行抛光。在一个实施例中，CMP站100位于封闭区域内，如封闭区108。封闭区108用于限制外部污染影响CMP工艺，也用于限制在CMP工艺中可能暴露给飞溅残留物的表面的数量。虽然图1示出了包括四个载体104和三个抛光衬垫102的CMP站，但是在其他实施例中，计划示出包括不同数量的载体头和抛光衬垫的CMP站。在其他实施例中也可以考虑将CMP站100配置成单衬垫CMP站。
图2示出了抛光站200的透视图，该抛光站200可以是图1所示的多衬垫CMP站100的一部分。抛光站200包括旋转压板202，其中，抛光衬垫208已经设置在旋转压板202的上方。抛光衬垫208可以与图1所示的特定抛光衬垫102相对应。压板防护罩(platen shield)220(为了说明，只示出了一部分)通常环绕压板202的大部分，并且压板防护罩220用于保护抛光衬垫不受外部污染以及有助于容纳CMP工艺产生的飞溅残留物。
旋转载体204可以与图1所示的特定载体104相对应，且设置在抛光衬垫208的上方。旋转载体204包括保持环206。在CMP过程中，晶圆(未示出)可设置在载体204内并且由保持环206将其控制在原位。这样设置晶圆，使得要平面化的表面向下朝向抛光衬垫208。载体204加载向下压力使晶圆与抛光衬垫208相接触。
衬垫调节臂210以清扫的动作方式使旋转衬垫调节头212移动跨过抛光衬垫208的一部分。调节头212控制衬垫调节器214与抛光衬垫208相接触。衬垫调节器214通常包括基板，其中，例如，通过电镀技术将磨料颗粒阵列(例如，金刚石)接合在该基板的上方。衬垫调节器214从抛光衬垫208上去除形成的晶圆碎片和多余的浆料。衬垫调节器214也可用作抛光衬垫208的研磨剂，以产生一种合适的结构，借助该合适的结构，可以适当地平坦化晶圆。
浆料臂216将浆料218沉积在抛光衬垫208上。压板202的旋转运动使得浆料218分散在晶圆的上方。然后，通过将载体204对抛光衬垫208的物理研磨以及晶圆材料与浆料218之间的化学反应相结合，以共同对晶圆进行抛光。同时，旋转载体204和旋转压板202的组合可使浆料喷溅在CMP站的不同露出表面上。这些露出的表面可以包括浆料臂216的表面、浆料喷嘴(未示出)、衬垫调节臂210、载体204和压板防护罩220。露出区域可以进一步包括图1所示的传送带104的表面和封闭区域108的内壁和窗。如果无人管理，一段时间后，飞溅浆料可能集结成残留物，该残留物可能引起各种问题，如晶圆刮伤。
浆料218的成分取决于经过CMP处理后的晶圆表面的材料类型。例如，磷化铟(InP)的CMP工艺可以使用含有盐酸(HCl)的浆料。但遗憾地是，晶圆上的材料和浆料218之间的反应可能产生有毒的副产品。在给出的InPCMP实例中，InP和HCl之间的反应可生成副产品三氢化磷(PH3)和可燃的有毒气体。在其他CMP工艺中，会产生其他有毒副产品。由于有毒副产品的存在，使得进入CMP站清洁飞溅残留物的不同表面的工人处于一种危害健康的工作环境中。
在本发明的实施例中，公开了一种自清洁CMP站。CMP站可以配备有包括一系列管的清洁液传送系统。该系列管传送用于保持CMP站的不同表面清洁的清洁液，这样无需工人手动擦洗CMP站的不同表面。该系列管可以包括位于CMP站内的表面上方的溢出歧管(dripmanifold)，该溢出歧管用于定期地溢出清洁液。也可以考虑这些管中包括位于CMP部件的表面上方的喷嘴，该喷嘴用于定期地喷射出清洁液。
在一个实施例中，清洁液可以是去离子水(DIW)。DIW呈化学中性且不会影响CMP工艺。通过定期地清洗CMP站的不同表面，可以避免浆料残留物的集结。通过典型CMP站中的排水系统，处理清洗掉的残留物。例如，如图1所示，排水系统(未示出)可位于封闭108的底板中心位置。封闭区域108的底板可以稍微向下倾斜于该中心，这样有助于排水。
在可选的实施例中，清洁液可包括酸或碱。酸或碱溶液可以非常稀释，这样不会损坏CMP站的任何部件或对CMP工艺产生不良影响。例如，可以考虑使用浓度仅在0.1％和10％之间的溶液。使用酸或碱溶液的好处是，可以防止形成可能在特定的CMP工艺中产生的有毒的副产品。例如，在InPCMP过程中引入稀释的过氧化氢(H2O2)可以防止有毒的副产品(如PH3)的形成。InP、HCl和H2O2共同反应产生可溶性氢离子、H+和磷酸盐离子和PO4 +，而未产生PH3。因此，通过在CMP工艺之前或其中，向CMP站中喷溅稀释的化学溶液，可以避免产生有毒副产品。
现参见图3，其示出了根据一个实施例的包含衬垫调节臂的清洁液传送系统的一部分。衬垫调节装置300与图2中的衬垫调节臂210、衬垫调节头212和衬垫调节器214相对应。装置300的衬垫调节臂可以包括臂盖302。在一个实施例中，臂盖302可以包括倾斜的顶面，这样有助于排水。例如，如图3所示，盖302的顶面类似三角形棱柱。在其他实施例中，可以考虑将倾斜顶面配置成不同的形状或将盖302配置为不包括倾斜顶面。
当装置300处于空闲状态时(例如，当衬垫调节器没有积极地扫过抛光衬垫时)，清洁液传送管304设置在衬垫调节装置300的位置的上方。如箭头306所示，管304使用清洁液清洗臂盖302。图3的阴影部分示出了分开的清洁液传送管308。管308可以设置在臂盖302的内部，且如箭头310所示，管308使用清洁液清洗臂盖302的内部。管304和308定期地清洗臂盖302，例如，如果装置300处于空闲状态，则可以持续地清洗臂盖302。
图4示出了根据一个实施例的包含浆料臂的清洁液传送系统的一部分。浆料臂400对应于图2中的浆料臂216。浆料臂400包括浆料臂盖404和浆料传送管402。阴影部分示出了封闭在盖404中的浆料传送管402的一部分，同时可以露出管402的喷嘴部分。如箭头408所示，清洁液传送管406使用清洁液清洗浆料臂盖404。如阴影部分所示，分开的清洁液传送管410可以设置在盖404的内部，以使用清洁液清洗盖404的内表面。箭头412指出清洗动作。在一个实施例中，如箭头418所示，喷嘴416可以使用清洁液喷射管402的浆料喷嘴。喷嘴416可以接收来自管414的清洁液。例如，当CMP站处于空闲状态且不积极地抛光晶圆时，可以定期地清洗浆料臂盖404和浆料喷嘴。
图5示出了根据一个实施例的包括压板防护罩的清洁液传送系统的一部分。压板防护罩500与图2中的压板防护罩220相对应。如箭头504和506分别所示，清洁液传送管502和508(如阴影所示)使用清洁液清洗压板防护罩500的外部和内部。为了说明，只示出了压板防护罩500的一部分和管502和508。在一个实施例中，压板防护罩500环绕压板的大部分，管502和508清洗整个压板防护罩500。例如，如果CMP站处于空闲模式，管502和508定期地清洗压板防护罩500。
图6示出了根据一个实施例的包括CMP站封闭的清洁液传送系统的一部分。封闭600和图1所示的封闭100相对应。如图6所示，CMP站602设置在封闭600的内部。封闭600可以包括多个壁604和窗606。为了说明，只示出一个壁604和一个窗606。不同的管608和612(阴影部分所示)用于定期地或持续地分别清洁壁604和窗602的内部。如箭头610和614分别所示，管608和612使用清洁液清洗壁604和窗606的内部。
图7示出了根据一个实施例的包括载体传送带的清洁液传送系统的一部分。载体传送带700与图1所示的传送带106相对应。淋浴塔702使用清洁液清洗传送带106。虽然图7中示出两个淋浴塔702，但是，在另一个实施例中，可以考虑设置具有不同数量的淋浴塔。淋浴塔702包括喷嘴704和708。如箭头706所示，喷嘴704主要是水平方向喷出清洁液，以清洗传送带106的垂直表面。同样地，如箭头710所示，喷嘴708以向上的角度喷出清洁液，以清洗传送带106的底面。在一个实施例中，例如，当传送带106处于闲置模式时，喷嘴704和708定期地喷出清洁液。传送带106处于空闲模式时，其既不积极地抛光晶圆也不积极地更换要抛光的晶圆。在可选的实施例中，可以考虑在单衬垫CMP站中直接清洗载体。
尽管已经详细地描述了本发明及其优势，但应该理解，可以在不背离所附权利要求限定的本发明主旨和范围的情况下，做各种不同的改变，替换和更改。例如，在本实施例中已经给出很多特定管和喷嘴。在不同的实施例中，可以考虑具有不同管和/或喷嘴配置或数量的CMP自清洁系统。
此外，本申请的范围并不仅限于本说明书中描述的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法和步骤的特定实施例。作为本领域普通技术人员应理解，通过本发明，现有的或今后开发的用于执行与根据本发明所采用的所述相应实施例基本相同的功能或获得基本相同结构的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法或步骤本发明可以被使用。因此，所附权利要求应该包括在这样的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法或步骤的范围内。

Claims (5)

1.一种化学机械抛光站，包括：
壳体单元，用于封闭化学机械抛光站的部件；
表面，位于所述壳体单元内，所述表面包括：
浆料臂防护罩的表面；
浆料喷嘴的外表面；
衬垫调节臂防护罩的表面；
压板防护罩的表面；
载体头的外表面；和
所述壳体单元的内表面和垂直表面；以及
清洁液配给系统，被配置为以设置的时间间隔将清洁液配给所述化学机械抛光站的表面，其中，所述清洁液配给系统包括：
第一清洁液传送管，在所述浆料臂防护罩上面沿着浆料臂的长度方向设置；
第二清洁液传送管，在所述浆料臂防护罩与浆料传送管之间沿着所述浆料臂的长度方向设置；
其中，所述第一清洁液传送管和所述第二清洁液传送管配置为通过所述第一清洁液传送管和所述第二清洁液传送管的侧壁中的开口输送所述清洁液。
2.根据权利要求1所述的化学机械抛光站，其中，所述清洁液配给系统被配置为给所述壳体单元的内表面和垂直表面提供配给。
3.根据权利要求1所述的化学机械抛光站，其中，所述清洁液配给系统被配置为：仅当所述化学机械抛光站没有有效地抛光晶圆时，为所述浆料臂防护罩的表面、所述浆料喷嘴的外表面、所述衬垫调节臂防护罩的表面和所述压板防护罩的表面配给清洁液。
4.根据权利要求1所述的化学机械抛光站，其中，所述清洁液配给系统被配置为：仅当所述载体头处于空闲模式时，为所述载体头的外表面提供配给。
5.根据权利要求1所述的化学机械抛光站，其中，所述清洁液是选自由去离子水、酸溶液、碱溶液、及它们的组合所构成的组中的液体。
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