CN106141905A - 一种晶圆研磨头清洗装置及清洗方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶圆研磨头清洗装置及清洗方法,通过在传统采用清洗液体对研磨头进行清洗的同时,增加对研磨头进行超声波清洗,以及在清洗后增加对研磨头底部进行高压气体吹扫,依靠超声波的超强清洗能力和气体的高压净化能力,能够更彻底地清洁研磨头,从而在研磨过程中不会产生因研磨头带来异物所导致的晶圆刮伤现象,因此能够提高产品良率和企业利润。

Description

一种晶圆研磨头清洗装置及清洗方法
技术领域
本发明涉及一种晶圆化学机械研磨装置,更具体地,涉及一种晶圆化学机械研磨装置的晶圆研磨头清洗装置及清洗方法。
背景技术
随着晶圆加工工艺集成度越来越高,晶圆制作成本也越来越高。在晶圆的集成电路制造过程中,化学机械研磨起着越来越重要的作用。但是,在晶圆研磨的过程中最容易出现、同时也是最难解决的问题,就是晶圆会有刮伤问题产生。其中,刮伤包括对晶圆伤害比较大、和破坏得较深的大刮伤(macro scratch),以及伤害比较浅的小刮伤(microscratch)。当大、小刮伤达到一定的比率时,就会造成晶圆良率的降低,从而造成晶圆的报废,由此提高了生产成本。
晶圆在化学机械研磨装置中进行研磨过程中,是被研磨头(head)压着在研磨垫上进行研磨的。所以,研磨头会接触到研磨化学液体(slurry)和研磨时掉落的异物,需要放入化学机械研磨装置的晶圆研磨头清洗装置中进行清洗。
请参阅图1,图1是现有的一种化学机械研磨装置的晶圆研磨头清洗装置示意图。如图1所示,其显示一种业界标准的HCLU(研磨头清洗和装载卸载晶圆装置)装置结构。该HCLU的清洗槽10下方装有去离子水(D.I water)进液管路14和排液管路13,进液管路14用于向清洗槽中通入去离子水11,对可旋转的研磨头12进行清洗,清洗后的废液从排液管路13排放出HCLU。
在上述的HCLU装置中,由于其只具有去离子水清洗方式,而很多slurry和研磨异物会进入到研磨头底部的死角中,光用去离子水清洗很难清洗干净,使得该装置的清洗能力严重不足。
因此,业界急需发明一种新型晶圆研磨头清洗装置及清洗方法,以提高清洗能力,减少对晶圆的刮伤现象,从而大大减少晶圆报废成本,提高企业利润。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷,提供一种晶圆研磨头清洗装置及清洗方法,能够更彻底地清洁研磨头,减少对晶圆的刮伤现象。
为实现上述目的,本发明的技术方案如下:
一种晶圆研磨头清洗装置,包括:
清洗槽,用于容纳清洗液体,并在其中清洗研磨头;
第一-第三管路,连通清洗槽;其中,所述第一管路用于向清洗槽内快速罐装清洗液体,第二管路用于通过设于清洗槽底部的若干喷嘴向清洗槽内充入清洗液体,及以切换方式通入气体向上喷射,第三管路用于排放清洗槽内的清洗废液;
超声波发生单元,设于清洗槽内,用于提供超声波能量;
其中清洗时,通过所述第一、第二管路同时向清洗槽内装入清洗液体,并打开超声波发生单元,对浸入并旋转的研磨头进行超声波清洗;清洗完毕后,通过所述第三管路排出清洗废液,并通过第二管路切换通入高压气体,经喷嘴向上喷射,对研磨头底部进行进一步清洁。
优选地,所述第一、第三管路采用大于第二管路管径的大口径管路,以分别快速罐装清洗液体、排放清洗废液。
优选地,所述第二管路设有三通阀,所述三通阀分别连通清洗液体支路和气体支路,用于向第二管路切换通入清洗液体或气体。
优选地,所述超声波发生单元设于清洗槽的底部或侧部内壁。
优选地,所述清洗槽的侧部内壁设有液位侦测单元。
优选地,所述液位侦测单元包括上、下液位传感器,所述上液位传感器用于限定通入清洗液体时在清洗槽内的最高液位,所述下液位传感器用于在排放清洗废液时触发第二管路切换通入高压气体。
优选地,所述超声波发生单元低于所述上液位传感器设置,所述喷嘴高于所述下液位传感器设置。
一种晶圆研磨头清洗方法,采用上述的晶圆研磨头清洗装置,包括以下步骤:
步骤S01:打开第一、第二管路,并将第二管路的三通阀切换至清洗液体支路,向清洗槽内同时通入清洗液体;
步骤S02:到达设定的清洗液体通入液位时,关闭第一、第二管路,打开超声波发生单元,同时,将研磨头浸入清洗液体中,并使其旋转,对研磨头进行超声波清洗;
步骤S03:清洗完毕后,关闭超声波发生单元,并打开第三管路排出清洗废液;
步骤S04:打开第二管路,并将第二管路的三通阀切换至气体支路,通过喷嘴向研磨头底部喷射高压气体,对研磨头进行进一步清洁。
优选地,还包括步骤S05:保持第三管路的打开状态,再次将第二管路的三通阀切换至清洗液体支路,通过喷嘴向研磨头底部喷洒清洗液体,使研磨头处于晶圆研磨前的保湿准备状态。
一种晶圆化学机械研磨装置,设有上述的晶圆研磨头清洗装置,并通过所述晶圆研磨头清洗装置对研磨头进行超声波清洗,以在进行晶圆研磨时防止研磨头对安装在其底部的晶圆造成刮伤。
从上述技术方案可以看出,本发明通过在传统采用清洗液体对研磨头进行清洗的同时,增加对研磨头进行超声波清洗,以及在清洗后增加对研磨头底部进行高压气体吹扫,依靠超声波的超强清洗能力和气体的高压净化能力,能够更彻底地清洁研磨头,从而在研磨过程中不会产生因研磨头带来异物所导致的晶圆刮伤现象,因此能够提高产品良率和企业利润。
附图说明
图1是现有的一种化学机械研磨装置的晶圆研磨头清洗装置示意图;
图2是本发明一较佳实施例的一种晶圆研磨头清洗装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
需要说明的是,在下述的具体实施方式中,在详述本发明的实施方式时,为了清楚地表示本发明的结构以便于说明,特对附图中的结构不依照一般比例绘图,并进行了局部放大、变形及简化处理,因此,应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
在以下本发明的具体实施方式中,请参阅图2,图2是本发明一较佳实施例的一种晶圆研磨头清洗装置示意图。如图2所示,本发明的一种晶圆研磨头清洗装置,包括一个清洗槽20、连通清洗槽的第一-第三管路32、28、27,以及安装在清洗槽内的超声波发生单元26。本发明的晶圆研磨头清洗装置可以利用现有的HCLU(研磨头清洗和装载卸载晶圆装置)装置。
请参阅图2。清洗槽20用于容纳清洗液体21,并可以在其中清洗研磨头22。第一-第三管路32、28、27可以安装在清洗槽20下方,并可由清洗槽的底部导入清洗槽。其中,所述第一管路32可以安装在靠近清洗槽侧部的位置,用于从清洗槽的底部一侧向清洗槽内快速罐装清洗液体;所述第二管路28可以安装在靠近清洗槽中部的位置,第二管路的上端连通设置在清洗槽底部均匀分布的多个喷嘴24,用于通过喷嘴向清洗槽内充入清洗液体,或者通过切换方式经喷嘴向清洗槽内通入清洁用气体,并可朝向上方进行喷射;因此第二管路属于可以进行介质切换的混合管路;所述第三管路27可以安装在靠近清洗槽相对另一侧部的位置,用于从清洗槽的底部相对第一管路的另一侧排放清洗槽内清洗后的清洗废液21。
请参阅图2。超声波发生单元26可以安装在清洗槽20的底部内壁位置,用于提供超声波振荡能量,并通过清洗液体21向研磨头22进行传导。超声波发生单元也可以安装在清洗槽的侧部内壁位置,并适宜位于清洗液体的液位21’以下。超声波发生单元可利用市售的任意适用型式进行安装,例如可采用小型的MEG sonic(超声波清洗装备)。
在进行研磨头清洗时,可通过所述第一、第二管路32、28同时向清洗槽20内装入清洗液体21,以便加快清洗液体的罐装速度;在将研磨头22浸入清洗液体21中并使研磨头旋转后,即可打开超声波发生单元26,对研磨头进行超声波清洗;清洗完毕后,可通过所述第三管路27排出清洗废液21;然后再通过第二管路28切换通入高压气体,经喷嘴24向上喷射,把研磨头22底部表面残留的异物用高压气体吹下来,从而可对研磨头进行进一步的彻底清洁。
作为一优选的实施方式,所述第一、第三管路32、27可采用大于第二管路28管径的大口径管路,以通过第一管路32向清洗槽20内快速罐装清洗液体21,以及通过第三管路27快速排放清洗完毕时清洗槽20内的清洗废液21。
请继续参阅图2。可以在所述第二管路28中安装一个三通阀30,将所述三通阀30的另外两端分别连通一个清洗液体支路31和一个气体支路29。这样,通过三通阀30的切换作用,可以由清洗液体支路31向第二管路28通入清洗液体21,或由气体支路29向第二管路28通入高压气体。
上述清洗液体可以采用去离子水(D.I water)或其他液体清洗介质;并可向第二管路通入高压氮气作为吹扫气体。
作为一优选的实施方式,还可以在所述清洗槽20的侧部内壁设置液位侦测单元23和25。例如,所述液位侦测单元可以采用液位传感器23和25,并可在清洗槽20的侧部内壁设置上液位传感器23和下液位传感器25。其中,所述上液位传感器23可用于限定通入清洗液体时在清洗槽内的最高液位21’,所述下液位传感器25可用于触发第二管路切换通入高压气体。当由第一、第二管路通入的清洗液体液面到达上液位传感器位置时,将触发上液位传感器,并发送信号至控制器,控制器将控制停止第一、第二管路继续向清洗槽内通入清洗液体,并打开MEG sonic电源;在排放清洗废液时,当清洗废液的液面到达下液位传感器位置时,将触发下液位传感器,并发送信号至控制器,控制器将控制三通阀向气体支路切换,通过第二管路向清洗槽内通入高压气体,并通过喷嘴向研磨头底部喷射。
作为一优选的实施方式,所述超声波发生单元26应低于所述上液位传感器23设置(当其安装在清洗槽侧部时),使超声波发生单元26完全没入清洗液体21中,以充分发挥出超声波能量。所述喷嘴24应高于所述下液位传感器25设置,以便从喷嘴喷射的高压气体不会被剩余的清洗废液所阻挡。
上述的晶圆研磨头清洗装置,例如HCLU装置,可以设置在晶圆化学机械研磨装置中,构成一种带有晶圆研磨头清洗装置的晶圆化学机械研磨装置。晶圆化学机械研磨装置可以通过所述晶圆研磨头清洗装置对研磨头进行超声波清洗,对研磨头及其底部死角进行彻底清洗和清洁。还可通过在所述HCLU底部设置的升降机构装载和卸载晶圆。经过超声波清洗的研磨头可通过HCLU装载新的晶圆,在进行晶圆研磨时即可防止对安装在其底部的晶圆造成刮伤。
下面通过具体实施方式,对本发明的一种晶圆研磨头清洗方法进行详细说明。
请结合参阅图2。本发明的一种晶圆研磨头清洗方法,采用上述的晶圆研磨头清洗装置,例如HCLU装置,包括以下步骤:
步骤S01:打开第一、第二管路32、28,并将第二管路的三通阀30切换至清洗液体支路31,向清洗槽20内同时并快速地通入大流量的清洗液体21。可通过晶圆化学机械研磨装置的控制系统对本发明的晶圆研磨头清洗装置进行控制。清洗液体可采用例如去离子水。
步骤S02:当清洗液体的液面21’触发上液位传感器23时,说明已到达设定的清洗液体通入液位,此时关闭第一、第二管路32、28;同时打开超声波发生单元26,并将研磨头22从其他工位转移过来,下降浸入清洗液体21中,然后启动研磨头旋转,开始对研磨头进行超声波清洗。
步骤S03:清洗完毕后,关闭超声波发生单元26,并打开第三管路27排出清洗废液21。
步骤S04:当清洗废液的液面到达下液位传感器25位置时,将触发下液位传感器,并发送信号至控制器,控制器将控制三通阀30向气体支路29切换,并通过第二管路28向清洗槽内通入高压气体,例如高压氮气,高压氮气通过喷嘴24向研磨头底部喷射,从而把研磨头底部表面以及死角中的异物吹下来,以对研磨头22进行进一步的彻底清洁。
之后,还可继续进行下一步:
步骤S05:保持第三管路27处于打开状态,再次将第二管路的三通阀30切换至清洗液体支路31,通过第二管路28向清洗槽20内通入清洗液体,并通过喷嘴24向研磨头22的底部喷洒,使研磨头处于晶圆研磨前的保湿准备状态,为进行下片晶圆的研磨做准备。
综上所述,本发明通过在传统采用清洗液体对研磨头进行清洗的同时,增加对研磨头进行超声波清洗,以及在清洗后增加对研磨头底部进行高压气体吹扫,依靠超声波的超强清洗能力和气体的高压净化能力,能够更彻底地清洁研磨头,从而在研磨过程中不会产生因研磨头带来异物所导致的晶圆刮伤现象,因此能够提高产品良率和企业利润。
以上所述的仅为本发明的优选实施例,所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围,因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化,同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种晶圆研磨头清洗装置,其特征在于,包括:
清洗槽,用于容纳清洗液体,并在其中清洗研磨头;
第一-第三管路,连通清洗槽;其中,所述第一管路用于向清洗槽内快速罐装清洗液体,第二管路用于通过设于清洗槽底部的若干喷嘴向清洗槽内充入清洗液体,及以切换方式通入气体向上喷射,第三管路用于排放清洗槽内的清洗废液;
超声波发生单元,设于清洗槽内,用于提供超声波能量;
其中清洗时,通过所述第一、第二管路同时向清洗槽内装入清洗液体,并打开超声波发生单元,对浸入并旋转的研磨头进行超声波清洗;清洗完毕后,通过所述第三管路排出清洗废液,并通过第二管路切换通入高压气体,经喷嘴向上喷射,对研磨头底部进行进一步清洁。
2.根据权利要求1所述的晶圆研磨头清洗装置,其特征在于,所述第一、第三管路采用大于第二管路管径的大口径管路,以分别快速罐装清洗液体、排放清洗废液。
3.根据权利要求1所述的晶圆研磨头清洗装置,其特征在于,所述第二管路设有三通阀,所述三通阀分别连通清洗液体支路和气体支路,用于向第二管路切换通入清洗液体或气体。
4.根据权利要求1所述的晶圆研磨头清洗装置,其特征在于,所述超声波发生单元设于清洗槽的底部或侧部内壁。
5.根据权利要求1所述的晶圆研磨头清洗装置,其特征在于,所述清洗槽的侧部内壁设有液位侦测单元。
6.根据权利要求5所述的晶圆研磨头清洗装置,其特征在于,所述液位侦测单元包括上、下液位传感器,所述上液位传感器用于限定通入清洗液体时在清洗槽内的最高液位,所述下液位传感器用于在排放清洗废液时触发第二管路切换通入高压气体。
7.根据权利要求6所述的晶圆研磨头清洗装置,其特征在于,所述超声波发生单元低于所述上液位传感器设置,所述喷嘴高于所述下液位传感器设置。
8.一种晶圆研磨头清洗方法,采用权利要求1-7任意一项所述的晶圆研磨头清洗装置,其特征在于,包括以下步骤:
步骤S01:打开第一、第二管路,并将第二管路的三通阀切换至清洗液体支路,向清洗槽内同时通入清洗液体;
步骤S02:到达设定的清洗液体通入液位时,关闭第一、第二管路,打开超声波发生单元,同时,将研磨头浸入清洗液体中,并使其旋转,对研磨头进行超声波清洗;
步骤S03:清洗完毕后,关闭超声波发生单元,并打开第三管路排出清洗废液;
步骤S04:打开第二管路,并将第二管路的三通阀切换至气体支路,通过喷嘴向研磨头底部喷射高压气体,对研磨头进行进一步清洁。
9.根据权利要求8所述的晶圆研磨头清洗方法,其特征在于,还包括步骤S05:保持第三管路的打开状态,再次将第二管路的三通阀切换至清洗液体支路,通过喷嘴向研磨头底部喷洒清洗液体,使研磨头处于晶圆研磨前的保湿准备状态。
10.一种晶圆化学机械研磨装置,其特征在于,设有权利要求1-7任意一项所述的晶圆研磨头清洗装置,并通过所述晶圆研磨头清洗装置对研磨头进行超声波清洗,以在进行晶圆研磨时防止研磨头对安装在其底部的晶圆造成刮伤。
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