【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）装置、特に洗浄装置を内蔵したコンパクトなＣＭＰ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来のＣＭＰ装置３０の主要部斜視図である。定盤３１の上に研磨パッド３２が貼り付けられている。定盤３１は熱膨張率の低いセラミック製、研磨パッド３２は数μｍ〜数十μｍの微細孔が無数にある発泡ポリウレタン製である。定盤３１の上方にはスラリーノズル３３があり、そこからスラリー３４が研磨パッド３２上に滴下されている。研磨ヘッド３５の下面にはバッキング材３６を介して半導体のウェハー３７が貼り付けられている。ウェハー３７は研磨ヘッド３５により一定の荷重で研磨パッド３２に押し付けられている。定盤３１は一定の速さで回転している。一方研磨ヘッド３５は一定の速さで回転しながら左右に往復運動をしている。したがってウェハー３７は研磨パッド３２の上で複雑な軌跡を描いて運動する。
【０００３】
研磨パッド３２上に滴下されたスラリー３４はウェハー３７と研磨パッド３２の間に入り込み薄く引き延ばされる。ウェハー３７表面の凸部分はスラリー３４の化学的・機械的研磨作用により削られていく。ウェハー３７の研磨くずは研磨パッド３２の微細孔に溜まっていく。そして最終的にウェハー３７の表面が平坦になる。
【０００４】
ＣＭＰが完了したウェハー３７の表面にはスラリー３４残り、研磨パッド３２くず、ウェハー３７の研磨くず、金属不純物（図示せず）などのコンタミネーションが付着している。そこでウェハー３７を図５の洗浄装置４０（主要部の斜視図）に移してコンタミネーションを洗い落とす。洗浄ヘッド４１の上にウェハー３７を載せ、洗浄ノズル４２から洗浄液４３をウェハー３７にかけながら、ＰＶＡスポンジのブラシ４４でこすってウェハー３７をきれいにする。洗浄ヘッド４１もブラシ４４も一定の速さで回転し、洗い残しがないようにする。洗浄液４３はコンタミネーションの種類により純水、アルカリまたは酸が使われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＣＭＰ装置３０ではウェハー３７にスクラッチ（線状の傷）が入ることがある。スクラッチの原因はスラリー３４ではなく、研磨パッド３２に付着したウェハー３７のかけらと考えられる。従来のＣＭＰ装置３０では研磨パッド３２が上向きのため、ウェハー３７のかけらがいつまでも研磨パッド３２の上に載ったままになる。したがってＣＭＰを進めても古いスクラッチは消えるが、新しいスクラッチが現われ、いつまでたってもスクラッチがなくならない。これが従来のＣＭＰ装置３０の第一の問題である。
【０００６】
図６は従来のＣＭＰ装置３０と洗浄装置４０の平面的なレイアウト図である。ＣＭＰ装置３０と洗浄装置４０がインターフェース５０をはさんで平面的に並んでいる。インターフェース５０の働きは、ＣＭＰ装置３０でＣＭＰの終わったウェハー３７を洗浄装置４０に送り込むことである。ＣＭＰ装置３０、洗浄装置４０の両方とも大きな装置であるため、このようなレイアウトにより高価なクリーンルームの床を大きく占有してしまう。これが従来のＣＭＰ装置３０の第二の問題である。
【０００７】
従来のＣＭＰ装置３０は洗浄装置４０と連結されているため、ＣＭＰ装置３０の故障・点検のさいは洗浄装置４０が遊んでしまい、洗浄装置４０の故障・点検のさいはＣＭＰ装置３０が遊んでしまう。そのため装置の稼動率が高くならない。これが従来のＣＭＰ装置３０の第三の問題である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のＣＭＰ装置では、従来上向きだった研磨パッドを下向きにした。これによりウェハーのかけらは研磨パッドから容易に脱落し、研磨パッドに長く残らないようになった。このためウェハーにスクラッチが付きにくくなり、たとえ付いても容易に消失するようになった。これが本発明のＣＭＰ装置の第一の特徴である。
【０００９】
また本発明のＣＭＰ装置ではＣＭＰ後のウェハーの洗浄機構を内蔵した。そしてウェハーの載せ替えをしないで洗浄・乾燥ができるようにした。これにより専用の洗浄装置とインターフェースが要らなくなった。その結果装置の占有する床面積が従来の約１／２になった。これが本発明のＣＭＰ装置の第二の特徴である。
【００１０】
本発明のＣＭＰ装置は各装置が単独で稼動するため、故障・点検で、ある装置が止まっても他の装置に何も影響しない。また複雑なインターフェースがないため故障が少ない。そのため設備管理がやりやすく装置の稼動率が高くできる。これが本発明のＣＭＰ装置の第三の特徴である。
【００１１】
請求項１記載の発明は、スラリーを付着させた研磨パッドにウェハーをこすりつけて、ウェハーを化学的・機械的に研磨するＣＭＰ装置において、研磨パッドが下向きで、ウェハーが上向きの配置であることを特徴とするＣＭＰ装置である。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のＣＭＰ装置において、ウェハーのＣＭＰ後の洗浄装置が内蔵されていることを特徴とするＣＭＰ装置である。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項２記載のＣＭＰ装置において、洗浄装置の主要部が洗浄ノズル、洗浄水、ブラシであることを特徴とするＣＭＰ装置である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明のＣＭＰ装置１０の主要部斜視図である。ヘッド１１の上面にはバッキング材１２を介して半導体のウェハー１３が貼り付けられている。定盤１４の下面には研磨パッド１５が貼り付けられている。定盤１４は熱膨張率の低いセラミック製、研磨パッド１５は数μｍ〜数十μｍの微細孔が無数にある発泡ポリウレタン製である。定盤１４の下方にはスラリーノズル１６があり、そこからスラリー１７が研磨パッド１５上に吹き付けられる。ヘッド１１は一定の力で上昇し、その結果ウェハー１３は一定の圧力で研磨パッド１５に押し付けられる。定盤１４は一定の速さで回転する。一方ヘッド１１は一定の速さで回転しながら左右に往復運動をする。したがってウェハー１３は研磨パッド１５の上で複雑な軌跡を描いて運動する。
【００１５】
図２（ａ）は本発明のＣＭＰ装置１０でＣＭＰをおこなうときの主要部正面図、図２（ｂ）は本発明のＣＭＰ装置１０で、内蔵の洗浄機構で洗浄をおこなうときの主要部正面図である。研磨パッド１５に吹き付けられたスラリー１７はウェハー１３と研磨パッド１５の間に入り込み薄く引き延ばされる。ウェハー１３表面の凸部分はスラリー１７の化学的・機械的研磨作用により削られていく。ウェハー１３の研磨くずは研磨パッド１５の微細孔に溜まっていく。そして最終的にウェハー１３の表面が平坦になる。
【００１６】
研磨中にウェハー１３が欠けて、そのかけらが研磨パッド１５に付着することがある。従来のＣＭＰ装置３０ではウェハー３７のかけらがいつまでも研磨パッド３２上に残っていて、ウェハー３７の表面にスクラッチをつけていた。しかし本発明のＣＭＰ装置１０は従来と異なり研磨パッド１５が下向きである。そのためウェハー１３のかけらは容易に脱落し、研磨パッド１５に長く残らない。このためウェハー１３にスクラッチが付きにくく、たとえ付いても容易に消失する。これが本発明のＣＭＰ装置１０の第一の特徴である。
【００１７】
ＣＭＰが完了したウェハー１３の表面にはスラリー１７残り、研磨パッド１５くず、ウェハー１３の研磨くず、金属不純物（図示せず）などのコンタミネーションが付着している。そこでウェハー１３を洗浄しなければならない。このとき従来は専用の洗浄装置４０にウェハー３７を移していたが、本発明のＣＭＰ装置１０は洗浄機構を内蔵している。内蔵の洗浄機構の主要部は図２（ｂ）の洗浄ノズル１８、洗浄液１９、ブラシ２０である。したがって本発明のＣＭＰ装置１０では、別の洗浄装置４０にウェハー１３を移す必要がなく、ＣＭＰから洗浄完了まで一つの装置の中で一貫して自動的におこなえる。そのため専用の洗浄装置４０だけでなく、ウェハー１３の載せ替えのための複雑なインターフェース５０も要らない。このような複雑なインターフェース５０に故障・誤動作が多いことは周知のとおりである。
【００１８】
図２（ｂ）により本発明のＣＭＰ装置１０におけるウェハー１３の洗浄方法を説明する。ＣＭＰが終わったらウェハー１３の載ったヘッド１１を下げる。次に横から洗浄ノズル１８とブラシ２０がウェハー１３の上に出て来る。洗浄ノズル１８から洗浄液１９をウェハー１３にかけながら、ＰＶＡスポンジのブラシ２０でこすってウェハー１３をきれいにする。ヘッド１１もブラシ２０も一定の速さで回転し、洗い残しがないようにする。洗浄液１９はコンタミネーションの種類により純水、アルカリまたは酸が使われる。洗浄が終わったらヘッド１１を高速回転させてウェハー１３を遠心乾燥させる。
【００１９】
図３は本発明のＣＭＰ装置１０の平面的なレイアウト図である。ＣＭＰ装置の中に洗浄機構１８、１９、２０が内蔵されているため高価なクリーンルームの占有面積が従来の約１／２になる。これが本発明のＣＭＰ装置１０の第二の特徴である。
【００２０】
本発明のＣＭＰ装置１０は一台ずつ単独で稼動するため、故障・点検で、あるＣＭＰ装置１０が止まっても他のＣＭＰ装置１０に何も影響しない。また複雑なインターフェースがないため故障が少ない。そのため設備管理がやりやすく装置の稼動率が高くできる。これが本発明のＣＭＰ装置１０の第三の特徴である。
【００２１】
【発明の効果】
本発明のＣＭＰ装置は研磨パッドが下向きであるため、ウェハーのかけらが容易に脱落し研磨パッドに残らない。このためウェハーにスクラッチが付きにくく、たとえ付いても容易に消失する。また洗浄機構が内蔵されているためクリーンルームの占有面積が従来の約１／２になる。さらに各装置が単独で稼動するため、故障・点検で、ある装置が止まっても他の装置に何も影響しない。また複雑なインターフェースがないため故障が少ない。そのため設備管理がやりやすく装置の稼動率を高くできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＣＭＰ装置１０の主要部斜視図
【図２】本発明のＣＭＰ装置１０のＣＭＰ主要部正面図と内蔵の洗浄機構の主要部正面図
【図３】本発明のＣＭＰ装置１０の平面的なレイアウト図
【図４】従来のＣＭＰ装置３０の主要部斜視図
【図５】従来の洗浄装置４０の主要部の斜視図
【図６】従来のＣＭＰ装置３０と洗浄装置４０の平面的なレイアウト図
【符号の説明】
１０ 本発明のＣＭＰ装置
１１ ヘッド
１２ バッキング材
１３ ウェハー
１４ 定盤
１５ 研磨パッド
１６ スラリーノズル
１７ スラリー
１８ 洗浄ノズル
１９ 洗浄液
２０ ブラシ
３０ 従来のＣＭＰ装置
３１ 定盤
３２ 研磨パッド
３３ スラリーノズル
３４ スラリー
３５ 研磨ヘッド
３６ バッキング材
３７ ウェハー
４０ 従来の洗浄装置
４１ 洗浄ヘッド
４２ 洗浄ノズル
４３ 洗浄液
４４ ブラシ
５０ 従来のインターフェース[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a CMP (Chemical Mechanical Polishing) apparatus, and particularly to a compact CMP apparatus having a built-in cleaning apparatus.
[0002]
[Prior art]
FIG. 4 is a perspective view of a main part of a conventional CMP apparatus 30. A polishing pad 32 is attached on a surface plate 31. The platen 31 is made of ceramic having a low coefficient of thermal expansion, and the polishing pad 32 is made of foamed polyurethane having countless micropores of several μm to several tens μm. A slurry nozzle 33 is provided above the surface plate 31, and a slurry 34 is dropped on the polishing pad 32 from the slurry nozzle 33. A semiconductor wafer 37 is attached to the lower surface of the polishing head 35 via a backing material 36. The wafer 37 is pressed against the polishing pad 32 with a constant load by the polishing head 35. The platen 31 is rotating at a constant speed. On the other hand, the polishing head 35 reciprocates right and left while rotating at a constant speed. Therefore, the wafer 37 moves along a complicated trajectory on the polishing pad 32.
[0003]
The slurry 34 dropped on the polishing pad 32 enters between the wafer 37 and the polishing pad 32 and is thinly stretched. The convex portion on the surface of the wafer 37 is scraped by the chemical and mechanical polishing action of the slurry 34. The polishing debris of the wafer 37 accumulates in the fine holes of the polishing pad 32. Finally, the surface of the wafer 37 becomes flat.
[0004]
The slurry 34 remains on the surface of the wafer 37 after the completion of the CMP, and contaminants such as the polishing pad 32 debris, the polishing debris of the wafer 37, and metal impurities (not shown) adhere to the surface. Then, the wafer 37 is transferred to the cleaning device 40 (a perspective view of a main part) of FIG. 5, and the contamination is washed away. The wafer 37 is placed on the cleaning head 41, and while the cleaning liquid 43 is applied to the wafer 37 from the cleaning nozzle 42, the wafer 37 is rubbed with a brush 44 of a PVA sponge to clean the wafer 37. Both the cleaning head 41 and the brush 44 rotate at a constant speed so that no washing is left. As the cleaning liquid 43, pure water, alkali or acid is used depending on the type of contamination.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional CMP apparatus 30, scratches (linear scratches) may be formed on the wafer 37. It is considered that the cause of the scratch is not the slurry 34 but fragments of the wafer 37 attached to the polishing pad 32. In the conventional CMP apparatus 30, since the polishing pad 32 faces upward, the fragments of the wafer 37 remain on the polishing pad 32 forever. Therefore, even if the CMP is advanced, the old scratch disappears, but a new scratch appears and the scratch does not disappear forever. This is the first problem of the conventional CMP apparatus 30.
[0006]
FIG. 6 is a plan layout diagram of the conventional CMP apparatus 30 and cleaning apparatus 40. The CMP device 30 and the cleaning device 40 are arranged in a plane with the interface 50 interposed therebetween. The function of the interface 50 is to send the wafer 37 that has been subjected to the CMP in the CMP apparatus 30 to the cleaning apparatus 40. Since both the CMP device 30 and the cleaning device 40 are large devices, such a layout greatly occupies the floor of an expensive clean room. This is the second problem of the conventional CMP apparatus 30.
[0007]
Since the conventional CMP apparatus 30 is connected to the cleaning apparatus 40, the cleaning apparatus 40 plays idle when the CMP apparatus 30 fails or checks, and the CMP apparatus 30 idles when the cleaning apparatus 40 fails or checks. I will. Therefore, the operation rate of the apparatus does not increase. This is the third problem of the conventional CMP apparatus 30.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In the CMP apparatus of the present invention, the polishing pad, which was conventionally upward, is now downward. As a result, the pieces of the wafer were easily dropped from the polishing pad and did not remain on the polishing pad for a long time. This makes it difficult for the wafer to be scratched, and even if it is, it is easily lost. This is the first feature of the CMP apparatus of the present invention.
[0009]
The CMP apparatus of the present invention has a built-in mechanism for cleaning a wafer after CMP. Then, cleaning and drying can be performed without replacing the wafer. This eliminates the need for a dedicated cleaning device and interface. As a result, the floor area occupied by the apparatus has been reduced to about half of the conventional area. This is the second feature of the CMP apparatus of the present invention.
[0010]
In the CMP apparatus of the present invention, since each apparatus operates independently, even if one apparatus stops due to a failure or an inspection, the other apparatus has no effect. In addition, there are few failures because there is no complicated interface. Therefore, facility management can be performed easily, and the operation rate of the device can be increased. This is the third feature of the CMP apparatus of the present invention.
[0011]
The invention according to claim 1 is a CMP apparatus for polishing a wafer chemically and mechanically by rubbing a wafer against a polishing pad to which a slurry is attached, wherein the polishing pad is arranged downward and the wafer is arranged upward. This is a feature of the CMP apparatus.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, there is provided the CMP apparatus of the first aspect, further comprising a built-in cleaning device after the wafer is subjected to the CMP.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, in the CMP apparatus according to the second aspect, a main part of the cleaning device is a cleaning nozzle, cleaning water, and a brush.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a perspective view of a main part of a CMP apparatus 10 according to the present invention. A semiconductor wafer 13 is attached to the upper surface of the head 11 via a backing material 12. A polishing pad 15 is attached to the lower surface of the surface plate 14. The platen 14 is made of ceramic having a low coefficient of thermal expansion, and the polishing pad 15 is made of foamed polyurethane having countless micropores of several μm to several tens μm. Below the platen 14 is a slurry nozzle 16 from which a slurry 17 is sprayed onto the polishing pad 15. The head 11 is raised with a constant force, so that the wafer 13 is pressed against the polishing pad 15 with a constant pressure. The platen 14 rotates at a constant speed. On the other hand, the head 11 reciprocates right and left while rotating at a constant speed. Therefore, the wafer 13 moves along a complicated trajectory on the polishing pad 15.
[0015]
FIG. 2A is a front view of a main part when performing CMP by the CMP apparatus 10 of the present invention, and FIG. 2B is a front view of a main part when cleaning is performed by the built-in cleaning mechanism of the CMP apparatus 10 of the present invention. FIG. The slurry 17 sprayed on the polishing pad 15 enters between the wafer 13 and the polishing pad 15 and is thinly stretched. The convex portion on the surface of the wafer 13 is shaved by the chemical and mechanical polishing action of the slurry 17. The polishing debris of the wafer 13 accumulates in the fine holes of the polishing pad 15. Finally, the surface of the wafer 13 becomes flat.
[0016]
During polishing, the wafer 13 may be chipped and fragments may adhere to the polishing pad 15. In the conventional CMP apparatus 30, the fragments of the wafer 37 remain on the polishing pad 32 forever, and the surface of the wafer 37 is scratched. However, unlike the conventional CMP apparatus 10, the polishing pad 15 is directed downward. Therefore, the fragments of the wafer 13 easily fall off and do not remain on the polishing pad 15 for a long time. For this reason, the scratch is not easily attached to the wafer 13, and even if it is attached, it easily disappears. This is the first feature of the CMP apparatus 10 of the present invention.
[0017]
Slurry 17 remains on the surface of the wafer 13 after the completion of CMP, and contaminants such as polishing pad 15 debris, polishing debris of the wafer 13 and metal impurities (not shown) adhere to the surface. Therefore, the wafer 13 must be cleaned. At this time, the wafer 37 is transferred to the dedicated cleaning device 40 in the past, but the CMP device 10 of the present invention has a built-in cleaning mechanism. The main parts of the built-in cleaning mechanism are a cleaning nozzle 18, a cleaning liquid 19, and a brush 20 in FIG. Therefore, in the CMP apparatus 10 of the present invention, there is no need to transfer the wafer 13 to another cleaning apparatus 40, and the processing from CMP to completion of cleaning can be performed automatically and consistently in one apparatus. Therefore, not only a dedicated cleaning device 40 but also a complicated interface 50 for replacing the wafer 13 is not required. It is well known that such a complicated interface 50 has many failures and malfunctions.
[0018]
A method for cleaning the wafer 13 in the CMP apparatus 10 according to the present invention will be described with reference to FIG. When the CMP is completed, the head 11 on which the wafer 13 is placed is lowered. Next, the cleaning nozzle 18 and the brush 20 come out on the wafer 13 from the side. While the cleaning liquid 19 is applied to the wafer 13 from the cleaning nozzle 18, the wafer 13 is cleaned by rubbing with a brush 20 of a PVA sponge. Both the head 11 and the brush 20 rotate at a constant speed so that no washing is left. As the cleaning liquid 19, pure water, alkali or acid is used depending on the type of contamination. After the cleaning, the head 11 is rotated at a high speed to centrifugally dry the wafer 13.
[0019]
FIG. 3 is a plan layout diagram of the CMP apparatus 10 of the present invention. Since the cleaning mechanisms 18, 19 and 20 are built in the CMP apparatus, the occupied area of the expensive clean room is reduced to about 1/2 of the conventional area. This is the second feature of the CMP apparatus 10 of the present invention.
[0020]
Since the CMP apparatuses 10 of the present invention operate independently one by one, even if one of the CMP apparatuses 10 stops due to a failure or an inspection, the other CMP apparatuses 10 have no effect. In addition, there are few failures because there is no complicated interface. Therefore, facility management can be performed easily, and the operation rate of the device can be increased. This is the third feature of the CMP apparatus 10 of the present invention.
[0021]
【The invention's effect】
In the CMP apparatus of the present invention, since the polishing pad faces downward, fragments of the wafer easily fall off and do not remain on the polishing pad. For this reason, the wafer is hardly scratched, and even if it is, it is easily lost. Further, since the cleaning mechanism is built in, the occupied area of the clean room is reduced to about half of the conventional area. Further, since each device operates independently, even if one device stops due to a failure or inspection, it does not affect other devices. In addition, there are few failures because there is no complicated interface. Therefore, facility management can be performed easily, and the operation rate of the device can be increased.
[Brief description of the drawings]
1 is a perspective view of a main part of a CMP apparatus 10 of the present invention. FIG. 2 is a front view of a main part of a CMP apparatus 10 of the present invention and a front view of a main part of a built-in cleaning mechanism. FIG. 3 is a CMP apparatus of the present invention. FIG. 4 is a perspective view of a main part of a conventional cleaning apparatus 40. FIG. 6 is a perspective view of a main part of a conventional cleaning apparatus 40. FIG. Planar layout diagram [Description of reference numerals]
Reference Signs List 10 CMP apparatus 11 Head 12 Backing material 13 Wafer 14 Surface plate 15 Polishing pad 16 Slurry nozzle 17 Slurry 18 Cleaning nozzle 19 Cleaning liquid 20 Brush 30 Conventional CMP apparatus 31 Surface plate 32 Polishing pad 33 Slurry nozzle 34 Slurry 35 Polishing head 36 Backing material 37 Wafer 40 Conventional cleaning device 41 Cleaning head 42 Cleaning nozzle 43 Cleaning liquid 44 Brush 50 Conventional interface
