CN1981991A

CN1981991A - 一种化学机械抛光设备的抛光头的清洗装置

Info

Publication number: CN1981991A
Application number: CN 200510111388
Authority: CN
Inventors: 李强; 李福洪; 姚宇; 李宁
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2005-12-12
Filing date: 2005-12-12
Publication date: 2007-06-20

Abstract

本发明公开一种化学机械抛光设备的抛光头的清洗装置，包括清洗剂供给设施、支架和支架喷嘴；还包括抛光头间隙清洗喷嘴；该间隙清洗喷嘴喷出的清洗剂的喷射方向对准抛光头的定位环和膜层之间的间隙。优选地，该清洗装置还包括挠性连接器件，其一端连接该间隙清洗喷嘴，另一端连接至支架或清洗剂供给设施。本发明能够有效地对化学机械抛光设备的抛光头的间隙处残留的颗粒进行清洗。

Description

一种化学机械抛光设备的抛光头的清洗装置

技术领域

本发明涉及集成电路制造工艺中的设备清洗技术，尤其是涉及一种化学机械抛光设备的抛光头的清洗装置。

背景技术

在半导体工艺中，随着元件尺寸持续减小，微影曝光分辨率也相对增加，且伴随着曝光景深的缩减，对于晶片表面的高低起伏程度的要求更为严格。因此，需要对晶片进行平坦化(Planarization)处理。目前的半导体制造工艺中，平坦化程序已成为晶片制造时不可缺少的步骤。在深次微米甚至纳米的时代中，化学机械抛光技术已逐渐取代传统的回蚀(Etching Back)或旋涂式玻璃(Spin-On Glass，SOG)披覆技术，而成为半导体平坦化处理的主流技术。

目前，晶片的平坦化通常采用化学机械抛光(Chemical MechanicalPolishing，CMP)工艺来完成，其独特的各向异性抛光性质除了用于晶片表面轮廓的平坦化之外，也可应用于垂直及水平金属内连线(Interconnects)的镶嵌结构的制作、前段工艺中元件浅沟槽隔离制作及先进元件的制作、微机电系统平坦化和平面显示器制作等。

CMP是在硅晶片镜面抛光方法的基础上发展而来，其可以使用如图1所示类型的CMP设备来执行(参照中国专利第02805974.3号)。

在图1中，该CMP设备用于抛光作为抛光对象的硅晶片37，其包括抛光元件35、保持抛光对象的元件(以下简称“抛光头”)36、抛光剂供给部件38。

其中，抛光元件35包含抛光台40和固定至抛光台40表面的抛光垫41。目前，抛光垫41广泛采用薄板状泡沫聚氨酯制作。抛光剂供给部件38用于供给抛光剂39。

请参阅图2，是抛光头36的结构示意图。

抛光头36包括晶片定位环(Retainer Ring)361和位于定位环361之间的膜层(Membrane)362。其中，定位环361环绕于抛光对象37的外围，以避免抛光对象37在抛光时滑出该抛光头36而毁损。膜层362则用于吸附作为抛光对象37的晶片。

该定位环361和膜层362之间具有间隙(Gap)363，约为1mm左右。该间隙363的存在是必须的。这是因为，膜层362在吸附和释放抛光对象37时，会产生一定的膨胀和收缩现象。

该CMP设备的工作过程如下所述：

抛光头36保持抛光对象37，因此在抛光头36旋转时导致抛光对象37摆动，并以一定的压力压向抛光元件35的抛光垫41。抛光元件35也旋转，因此在抛光元件35和抛光对象37间形成相对运动。在此种状态下，抛光剂供给部件38将抛光剂39施加至抛光垫41的表面。抛光剂39沿抛光垫41的表面扩散，并在抛光元件35和抛光对象37相对运动时进入抛光垫41和抛光对象37间的区域，因此待抛光的抛光目标37的表面被抛光。

也就是说，通过抛光元件35和抛光对象37间的相对运动以及抛光剂39的化学反应所导致的机械抛光协同效应，完成良好的抛光工序。

在经过一段时间的抛光工艺之后，上述抛光台40的抛光垫41上会有残留颗粒(Particle)堆积，这些颗粒有的来自抛光机39中的抛光微粒，有的则可能是来自晶片上被抛光去除的薄膜。因此，为保持抛光垫的清洁，必须使用调整器(Conditioner)来去除抛光垫上的残留颗粒，以增加抛光垫的使用寿命及效能(参照中国专利第200310102668.9号)。

此外，经过一段时间的抛光工艺之后，在抛光头36上，特别是在间隙363处也会残留一些颗粒，需要进行清洗。

现有技术中，一种抛光头的清洗装置如图3所示。

该清洗装置包括支架210、设置在支架210上的多个喷嘴220。该支架210包括竖直管211和水平管212。喷嘴220固定在水平管212上。

在抛光工序后，抛光头36移动到清洗装置上方，由喷嘴220向上喷水，对抛光头36进行清洗，此种状态下抛光头36以一定的转速旋转。

但是，此种现有技术的清洗装置存在一些缺陷：无法有效地对抛光头36的间隙363处残留的颗粒清洗干净。

这是因为，该清洗装置的喷嘴220喷水时的方向性不佳，喷出的水雾的角度比较分散，难以针对间隙363产生特别的水柱来进行清洗，所以对间隙363处的残留颗粒清洗效果不佳。

当结束抛光工艺后，如果抛光头没有，则残留的颗粒会固化。一旦重新开始新的抛光过程，残留颗粒会从间隙363处掉出，在抛光过程中引起或大或小的擦痕(Scratches)。

此外，由于不佳的清洗效果还会使得抛光头36在运行一段时间(约抛光400片晶片后)必须从设备中拆下作彻底的清洗，从而导致成本的增加和效率的降低。

有鉴于此，需要研发一种新型的抛光头的清洗装置。

发明内容

针对上述缺陷，本发明要解决的问题是提供一种化学机械抛光设备的抛光头的清洗装置，能够有效地对抛光头的间隙处残留的颗粒进行清洗。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：提供一种化学机械抛光设备的抛光头的清洗装置，包括清洗剂供给设施、支架和支架喷嘴；还包括抛光头间隙清洗喷嘴；该间隙清洗喷嘴喷出的清洗剂的喷射方向对准抛光头的定位环和膜层之间的间隙。

优选地，清洗装置还包括挠性连接器件，其一端连接该间隙清洗喷嘴，另一端连接至支架。

优选地，清洗装置还包括挠性连接器件，其一端连接该间隙清洗喷嘴，另一端连接至清洗剂供给设施。

优选地，清洗装置还包括挠性连接器件，其一端连接该间隙清洗喷嘴，另一端连接至支架喷嘴。

优选地，该挠性连接器件是蛇管；该间隙清洗喷嘴是蛇管喷嘴。

优选地，该蛇管包括连接管、喷嘴管和位于连接管和喷嘴管之间的多个中间管。

优选地，该蛇管的材质是塑胶或金属。

优选地，该挠性连接器件是软管；该间隙清洗喷嘴是软管喷嘴。

优选地，该软管的材质是塑胶或金属。

优选地，该间隙清洗喷嘴是液柱形喷嘴或圆形喷嘴。

优选地，该支架包括互相连接的竖直支架和水平支架，该间隙清洗喷嘴设置在水平支架上对应抛光头的间隙的位置处。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：由于本发明在清洗装置中设置间隙清洗喷嘴，并且其喷出的清洗剂的喷射方向对准抛光头的定位环和膜层之间的间隙，从而可以有效地对间隙处残留的颗粒进行清洗，避免在以后的抛光过程中在晶片上产生擦痕。并且可以提高抛光头的工作时间，实验证实，采用本发明的清洗装置后，抛光头的工作时间得以上升，在抛光2000片晶片后才需要进行更进一步的处理。

在本发明的优选方案中，间隙清洗喷嘴通过绕行连接器件连接至清洗剂供给设施，可以采用更高的液压来进行喷射，且获得更大的流量，从而进一步改善清洗效果。

附图说明

图1是一种现有技术的化学机械抛光设备的示意图；

图2是一种现有技术的抛光头的结构示意图；

图3是一种现有技术的抛光头清洗装置的示意图；

图4是本发明化学机械抛光设备的抛光头的清洗装置的第一实施例的示意图；

图5是图4中所示的蛇管得一实施例的示意图；

图6是本发明化学机械抛光设备的抛光头的清洗装置的第二实施例的示意图；

图7是本发明化学机械抛光设备的抛光头的清洗装置的第三实施例的示意图；

图8是本发明化学机械抛光设备的抛光头的清洗装置的第四实施例的示意图；

图9是本发明化学机械抛光设备的抛光头的清洗装置的第五实施例的示意图。

具体实施方式

请参阅图4，是本发明的化学机械抛光设备的抛光头的清洗装置的第一实施例的示意图。

该实施例中，清洗装置包括支架410、多个支架喷嘴420、蛇管430和蛇管喷嘴440以及清洗剂供给设施(图未示)。

该支架410用于连接其它部件，包括竖直支架管411和水平支架管412。该竖直支架管411和水平支架管412大致呈圆柱状。该竖直支架管411和水平支架管412相互连接。

多个支架喷嘴420设置在该水平支架管412上，用于在抛光工序后，抛光头36移动到清洗装置上方时向其喷出清洗剂以对其进行清洗。

该蛇管430的一端连接在该水平支架412上，另一端连接到蛇管喷嘴440。蛇管430和蛇管喷嘴440进行配合，同样用于在抛光工序后，抛光头36移动到清洗装置上方时向其喷出清洗剂以针对该抛光头36的间隙363处进行清洗。

由于蛇管430具有一定的柔韧性，可以根据需要进行挠曲以弯曲到任意的方向，因此连接到蛇管430的蛇管喷嘴440喷出的清洗剂的方向可以根据实际情况进行调节，一个原则是使蛇管喷嘴440喷出的清洗剂直接针对抛光头36的间隙363进行清洗。

请参阅图5，是第一实施例中使用的蛇管430的示意图。

该蛇管430包括一端的连接管431、另一端的喷嘴管432和多个中间管433。中间管433的一端有球体，另一端有球窝；喷嘴管432的一端有球窝；依序将连接管431、中间管432和喷嘴管433上的球窝套在球体上，则形成可任意挠曲的蛇管430。

其中，该连接管431用于将蛇管连接到水平支架管412上，该喷嘴管432用于连接蛇管喷嘴440。

由于蛇管430可任意变形，因此可以将蛇管喷嘴440指向任意的目标方位，方便调节。

为保证球体和球窝之间的密封性能良好，蛇管430的材质通常选用具有弹性的塑胶材质。

当然，本发明中，蛇管430的材质并不受限制，任何本领域的技术人员易于思及且适合于喷注抛光头清洗剂的材质，例如金属等均可以应用于本发明中。

此外，为了改善对抛光头36的间隙363处的清洗效果，该蛇管喷嘴440的选用的原则是：在喷射的液柱的形状方面，希望能够喷射出比较集中的清洗剂液柱；产生的射流希望尽量比较密实，即紊流小；希望产生的液柱的喷射角度比较集中；并且喷射的流量较大等等。

根据上述原则，本领域的技术人员理解，现有技术的多种喷嘴(例如液柱形喷嘴、圆形喷嘴等等)均可使用于本发明，此不赘述。

请参阅图6，是本发明化学机械抛光设备的抛光头的清洗装置的第二实施例的示意图。

该实施例与第一实施例大致相同，清洗装置包括支架410、多个支架喷嘴420、蛇管430和蛇管喷嘴440。

该支架410包括竖直支架管411和水平支架管412。该竖直支架管411和水平支架管412相互连接。

多个支架喷嘴420设置在该水平支架管412上。

蛇管430和蛇管喷嘴440进行配合，用于针对该抛光头36的间隙363处进行清洗。

与第一实施例不同的是，该蛇管430的一端并不是直接连接在该水平支架412上，而是连接在某一支架喷嘴420上。这样做的好处是，可以尽量利用现有的清洗装置进行改进，从而节省成本。

请参阅图7，是本发明化学机械抛光设备的抛光头的清洗装置的第三实施例的示意图。

多个支架喷嘴420设置在该水平支架管412上。

与第一实施例不同的是，该蛇管430的一端并不是连接在该水平支架管412上，而是连接在竖直支架411管上。

请参阅图8，是本发明化学机械抛光设备的抛光头的清洗装置的第四实施例的示意图。

该实施例与第一实施例大致相同，不同的是，该实施例中以软管810代替第一实施例中的蛇管430，相应地，该软管810的一端连接有软管喷嘴820。

也就是说，清洗装置包括支架410、多个支架喷嘴420、软管810和软管喷嘴820。

软管810和软管喷嘴820进行配合，用于针对该抛光头36的间隙363处进行清洗。

其中，该软管810的一端连接软管喷嘴820，另一端则连接到支架410上的水平支架管412上。当然，也可以连接至竖直支架管411。

并且，该软管810的一端可以直接连接至水平支架管411上，或者连接至该水平支架管411上的支架喷嘴420。

本领域的技术人员理解，软管810材质并没有特别的限制。选用软管810时的一个原则是具有足够的韧性，可以根据需要进行挠曲以使得软管喷嘴820可以指向抛光头36的间隙363，并且该软管810适合于喷注抛光头清洗剂。例如，软管810的材质可以是塑胶材质、金属等。

此外，蛇管430和软管710也不可以不连接在支架410，而是直接连接至清洗剂供给设施，从而可以获得更大的水压和流量，取得更好的对抛光头的清洗效果。

请参阅图9，是本发明化学机械抛光设备的抛光头的清洗装置的第五实施例的示意图。

该实施例中，用于清洗抛光头36的间隙363的间隙清洗喷嘴900直接设置在支架410上，间隙清洗喷嘴900和支架410之间没有采用蛇管和软管等类似器件。

为了保证间隙清洗喷嘴900能够指向抛光头36的间隙363，需要调节间隙清洗喷嘴900在支架410上的位置，使得其刚好对准间隙363。并且需要调节该间隙清洗喷嘴900的喷射角度足够集中。

综上所述，本发明的核心思想在于：在清洗装置中设置专门针对抛光头的定位环和膜层之间的间隙进行清洗的间隙清洗喷嘴(如蛇管喷嘴、软管喷嘴等)，使得其喷出的清洗剂液柱直接对准间隙，且具有足够的能量。间隙清洗喷嘴可以通过多种方式连接至清洗剂供给设施，例如采用挠性连接器件(如蛇管、软管等)。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种化学机械抛光设备的抛光头的清洗装置，包括清洗剂供给设施、支架和支架喷嘴，其特征在于，还包括抛光头间隙清洗喷嘴；该间隙清洗喷嘴喷出的清洗剂的喷射方向对准抛光头的定位环和膜层之间的间隙。

2.如权利要求1所述的化学机械抛光设备的抛光头的清洗装置，其特征在于，还包括挠性连接器件，其一端连接该间隙清洗喷嘴，另一端连接至支架。

3.如权利要求1所述的化学机械抛光设备的抛光头的清洗装置，其特征在于，还包括挠性连接器件，其一端连接该间隙清洗喷嘴，另一端连接至清洗剂供给设施。

4.如权利要求1所述的化学机械抛光设备的抛光头的清洗装置，其特征在于，还包括挠性连接器件，其一端连接该间隙清洗喷嘴，另一端连接至支架喷嘴。

5.如权利要求2至4任一项所述的化学机械抛光设备的抛光头的清洗装置，其特征在于，该挠性连接器件是蛇管；该间隙清洗喷嘴是蛇管喷嘴。

6.如权利要求5所述的化学机械抛光设备的抛光头的清洗装置，其特征在于，该蛇管包括连接管、喷嘴管和位于连接管和喷嘴管之间的多个中间管。

7.如权利要求6所述的化学机械抛光设备的抛光头的清洗装置，其特征在于，该蛇管的材质是塑胶或金属。

8.如权利要求2至4任一项所述的化学机械抛光设备的抛光头的清洗装置，其特征在于，该挠性连接器件是软管；该间隙清洗喷嘴是软管喷嘴。

9.如权利要求8所述的化学机械抛光设备的抛光头的清洗装置，其特征在于，该软管的材质是塑胶或金属。

10.如权利要求1所述的化学机械抛光设备的抛光头的清洗装置，其特征在于，该间隙清洗喷嘴是液柱形喷嘴或圆形喷嘴。

11.如权利要求1所述的化学机械抛光设备的抛光头的清洗装置，其特征在于，该支架包括互相连接的竖直支架和水平支架，该间隙清洗喷嘴设置在水平支架上对应抛光头的间隙的位置处。