JP2008296293A - 研磨部のチャンバ内洗浄装置および洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の研磨後にチャンバ内を洗浄もしくは保湿して、スクラッチの発生を防止する。
【解決手段】研磨ヘッド１３に保持された基板１４を、回転するプラテン１１上の研磨パッド１２に押圧するとともに、研磨パッド１２にスラリを供給して基板１４を研磨する研磨部１０を備え、研磨部１０が密閉されたチャンバ１５内に収容されている研磨装置において、チャンバ１５内の壁面もしくは天井面に複数のノズル２０を配設し、ノズル２０から洗浄水を噴射して、チャンバ１５内の壁面もしくは天井面、ならびにプラテン１１を洗浄できるように形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は研磨部のチャンバ内洗浄装置および洗浄方法に関するものであり、特に、化学的機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）において、研磨部が収納されているチャンバ内にスラリが飛散して壁面やプラテンに固着するのを防止するために、一定間隔で前記チャンバ内を洗浄もしくは保湿する研磨部のチャンバ内洗浄装置および洗浄方法に関するものである。

近年、半導体の微細加工が進んでおり、多層に亘ってパターンを形成することが行われている。パターンを形成した層の表面には、ある程度の凹凸が生じるのが避けられない。従来は、そのまま次の層のパターンを形成していたが、層数が増加するとともに線やホールの幅が小さくなるほど良好なパターンを形成するのが困難となり、欠陥などが生じ易くなっていた。

このため、パターンを形成した層の表面を研磨して平坦にした後に、次の層のパターンを形成することが行われている。このように、半導体などの基板表面を研磨するには、ＣＭＰ工程による研磨装置が使用されている。此種研磨装置は、研磨ヘッドに保持された基板を、回転するプラテン上の研磨パッドに押圧するとともに、研磨パッドにスラリを供給して該基板を研磨する研磨部を備え、該研磨部が密閉されたチャンバ内に収容されている構成が一般的である。

例えば、特許文献１、特許文献２では、研磨装置がインデックス部、ロード・アンロード部、研磨部、洗浄部、電装部の各モジュールから構成されており、インデックス部ではカセットに収納されている加工物を取り出してロード・アンロード部へ運び、さらに加工物は研磨部へ搬送されて研磨された後、洗浄部で洗浄および乾燥が行われて、インデックス部のカセットに収納される工程が開示されている。

図５は従来の研磨部１０を示した説明図であり、円盤状のプラテン１１の上面にプラテン１１と同一形状の研磨パッド１２が貼着されてプラテン１１と一体回転する。該プラテン１１の上方位置には、前記プラテン１１よりも小径の円盤状に形成された研磨ヘッド１３が設けられ、該研磨ヘッド１３の下面に研磨対象物の基板１４を吸着保持して回転駆動される。

また、図示は省略するが、研磨パッド１２の上方位置には、該研磨パッド１２の上面へスラリなどの液体を供給するためのノズルと、研磨パッド１２の中央部から周辺部までの範囲に亘って目立てを行うパッドコンディショナ（パッドドレッサ）が設けられている。これらの部材から構成されている研磨部１０は、チャンバ１５にて密閉されている。

このように、スラリを供給しながら研磨するため、プラテン１１が高速回転して研磨加工を行う際にスラリが飛散して（状態Ａ）、チャンバ１５の内側が汚れてしまったり、温度上昇によりスラリが霧状に気化して（状態Ｂ）、チャンバ１５の内部雰囲気に充満したりしている。これらの異物がチャンバ１５内の壁面や天井面に付着して乾燥すると、スラリが固化して固着物となり（状態Ｃ）、該固着物が研磨中にプラテン１１の上面に落下するとスクラッチの原因となる（状態Ｄ）。
特許第３５１０１７７号 特許第３３６９１４５号

特許文献１および特許文献２では、加工物が研磨部で研磨された後に洗浄部で洗浄および乾燥が行われることは記載されているが、研磨部のチャンバ内に付着したスラリの固着物の洗浄については特に記載されていない。

そこで、基板の研磨後にチャンバ内を洗浄もしくは保湿して、スクラッチの発生を防止するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、研磨ヘッドに保持された基板を、回転するプラテン上の研磨パッドに押圧するとともに、研磨パッドにスラリを供給して該基板を研磨する研磨部を備え、該研磨部が密閉されたチャンバ内に収容されている研磨装置において、前記チャンバ内の壁面もしくは天井面に複数のノズルを配設し、該ノズルから洗浄水を噴射して、前記チャンバ内の壁面もしくは天井面ならびに前記プラテンを洗浄できるように形成されたことを特徴とする研磨部のチャンバ内洗浄装置を提供する。

この構成によれば、基板の研磨時にスラリの飛散でチャンバ内が汚染されている場合、基板の研磨後に、複数のノズルからチャンバ内の壁面もしくは天井面ならびにプラテンに向けて洗浄水を噴射することにより、チャンバ内に付着したスラリが洗浄される。

請求項２記載の発明は、研磨ヘッドに保持された基板を、回転するプラテン上の研磨パッドに押圧するとともに、研磨パッドにスラリを供給して該基板を研磨する研磨部を備え、該研磨部が密閉されたチャンバ内に収容されている研磨装置において、前記チャンバ内の壁面もしくは天井面に複数のノズルを配設し、該ノズルから霧状の洗浄水を噴霧して、前記チャンバ内の壁面もしくは天井面を保湿させるとともに、前記チャンバ内の雰囲気中の異物を捕捉できるように形成されたことを特徴とする研磨部のチャンバ内洗浄装置を提供する。

この構成によれば、基板の研磨時にスラリの気化でチャンバ内の雰囲気が汚染されている場合、複数のノズルから噴霧された霧状の洗浄水により、前記雰囲気中の異物が捕捉される。霧状の洗浄水に捕捉された異物は、他のノズルから噴射された洗浄水で洗い流される。また、前記霧状の洗浄水により、チャンバ内の壁面もしくは天井面が保湿されて、研磨時に付着したスラリの乾燥固化を防止する。

請求項３記載の発明は、上記ノズルは、個々もしくは複数個ずつ、異なる形状であることを特徴とする請求項１または２記載の研磨部のチャンバ内洗浄装置を提供する。

この構成によれば、ノズルの形状は個々もしくは複数個ずつ異なっており、洗浄箇所の形状や汚れ具合によって、予めノズルの形状を決めておく。

請求項４記載の発明は、密閉されたチャンバ内で、研磨ヘッドに保持された基板を、回転するプラテン上の研磨パッドに押圧するとともに、研磨パッドにスラリを供給して該基板を研磨する研磨部における洗浄方法において、基板の研磨後に、前記チャンバ内に配設された複数のノズルから洗浄水を噴射して、前記チャンバ内の壁面もしくは天井面ならびに前記プラテンに付着したスラリを洗い流すとともに、任意のノズルから霧状の洗浄水を噴霧して、前記チャンバ内の壁面もしくは天井面を保湿させるようにした研磨部のチャンバ内洗浄方法を提供する。

この構成によれば、基板の研磨時にスラリが飛散して、チャンバ内の壁面もしくは天井面ならびにプラテンに付着したり、もしくはスラリが気化してチャンバ内の雰囲気中に異物として浮遊したりして、チャンバ内が汚染されている場合、基板の研磨後に、複数のノズルからチャンバ内の壁面もしくは天井面ならびにプラテンに向けて洗浄水を噴射することにより、チャンバ内の壁面もしくは天井面ならびにプラテンに付着したスラリが洗浄される。また、任意のノズルから噴霧された霧状の洗浄水により、チャンバ内の雰囲気中に浮遊した異物が捕捉される。霧状の洗浄水に捕捉された異物は、他のノズルから噴射された洗浄水で洗い流される。さらに、前記霧状の洗浄水により、チャンバ内の壁面もしくは天井面が保湿されて、付着したスラリの乾燥固化を防止する。

請求項５記載の発明は、上記複数のノズルのうち任意のノズルは、他のノズルよりも高圧の洗浄水を噴射して、局所的に洗浄を行うことを特徴とする請求項４記載の研磨部のチャンバ内洗浄方法を提供する。

この構成によれば、任意のノズルから噴射する洗浄水の圧力を、他のノズルの洗浄水よりも高圧にして、局所的に洗浄を行うことにより、特にスラリが飛散しやすい箇所を重点的に洗浄してスラリを洗い流す。

請求項６記載の発明は、上記複数のノズルからの洗浄水の噴射もしくは霧状の洗浄水の噴霧は、基板の研磨が終了した後に行うことを特徴とする請求項４または５記載の研磨部のチャンバ内洗浄方法を提供する。

この構成によれば、基板の研磨が終了した後に、複数のノズルからの洗浄水の噴射もしくは霧状の洗浄水の噴霧を行うので、研磨終了から次の研磨工程までの一定間隔で、チャンバ内を洗浄もしくは保湿することができる。

請求項１記載の発明は、基板の研磨時にスラリが飛散してチャンバ内が汚染されている場合、基板の研磨後に複数のノズルからチャンバ内の壁面もしくは天井面ならびにプラテンに向けて洗浄水を噴射するので、付着したスラリが洗浄されてスクラッチの発生を防止できる。

請求項２記載の発明は、基板の研磨時にスラリが気化してチャンバ内の雰囲気中に異物が浮遊している場合、基板の研磨後に複数のノズルからチャンバ内の雰囲気中へ霧状の洗浄水を噴霧するので、前記雰囲気中の異物が捕捉されて洗い流される。また、前記霧状の洗浄水により、チャンバ内の壁面もしくは天井面が保湿されるので、研磨時に付着したスラリの乾燥固化を防止でき、次の洗浄時にノズルからの洗浄水で確実に洗い流すことができ、スクラッチの発生を防止できる。

請求項３記載の発明は、ノズルの形状が個々もしくは複数個ずつ異なっているので、請求項１または２記載の発明の効果に加えて、洗浄箇所の形状や汚れ具合に応じて予めノズルの形状を決めておくことにより、効果的な洗浄を行うことができる。

請求項４記載の発明は、基板の研磨時にスラリが飛散してチャンバ内が汚染されている場合、基板の研磨後に複数のノズルからチャンバ内の壁面もしくは天井面ならびにプラテンに向けて洗浄水を噴射するので、付着したスラリが洗浄されてスクラッチの発生を防止できる。また、基板の研磨時にスラリが気化してチャンバ内の雰囲気中に異物が浮遊している場合、基板の研磨後に複数のノズルからチャンバ内の雰囲気中へ霧状の洗浄水を噴霧するので、前記雰囲気中の異物が捕捉されて洗い流される。

さらに、前記霧状の洗浄水により、チャンバ内の壁面もしくは天井面が保湿されるので、研磨時に付着したスラリの乾燥固化を防止できる。したがって、壁面や天井面に付着して固化したスラリが、研磨中に剥離してプラテン上に落下するなどの不慮の事故を未然に防止することができる。前記保湿された壁面もしくは天井面に付着したスラリは、研磨後も湿潤しているので、洗浄水の噴射で容易かつ確実に洗い流すことができ、スクラッチの発生を防止できる。

請求項５記載の発明は、任意のノズルから噴射する洗浄水の圧力を、他のノズルの洗浄水よりも高圧にして局所的に洗浄を行うので、請求項４記載の発明の効果に加えて、特にスラリが飛散しやすい箇所を重点的に洗浄することができる。

請求項６記載の発明は、基板の研磨が終了した後に、ノズルからの洗浄水の噴射もしくは霧状の洗浄水の噴霧を行うので、請求項４または５記載の発明の効果に加えて、研磨終了から次の研磨工程までの一定間隔で、チャンバ内を洗浄もしくは保湿することができ、メンテナンスフリーを実現できる。

以下、本発明に係る研磨部のチャンバ内洗浄装置および洗浄方法について、好適な実施例をあげて説明する。基板の研磨後にチャンバ内を洗浄もしくは保湿して、スクラッチの発生を防止するという目的を達成するために、本発明は、研磨ヘッドに保持された基板を、回転するプラテン上の研磨パッドに押圧するとともに、研磨パッドにスラリを供給して該基板を研磨する研磨部を備え、該研磨部が密閉されたチャンバ内に収容されている研磨装置において、前記チャンバ内の壁面もしくは天井面に複数のノズルを配設し、該ノズルから洗浄水を噴射して、前記チャンバ内の壁面もしくは天井面ならびに前記プラテンを洗浄できるように形成したことにより実現した。

図１は本発明に係る研磨部のチャンバ内を示す斜視図である。なお、説明の都合上、図５に示した説明図と同一構成部分には同一符号を使用するものとする。円盤状のプラテン１１の上面に、プラテン１１と同一形状の研磨パッド１２が貼着されてプラテン１１と一体回転し、該プラテン１１の上方位置に研磨ヘッド１３が設けられ、該研磨ヘッド１３の下面に、研磨対象物の基板１４を吸着保持して回転駆動される。

また、研磨パッド１２の上方位置には、該研磨パッド１２の上面へスラリなどの液体を供給するためのノズル（図示せず）と、研磨パッド１２の中央部から周辺部までの範囲に亘って目立てを行うパッドコンディショナ１６が設けられている。これらの部材から構成されている研磨部１０は、チャンバ１５にて密閉されている。

前記研磨ヘッド１３は、研磨中には二点鎖線で示すように、プラテン１１の上方に位置しており、研磨終了後にメンテナンスを行うときには、実線で示すように、プラテン１１から外れた位置に退避している。

前記チャンバ１５内の壁面および天井面には、複数のノズル２０が配設されている。同図にて天井面の中央部に設けられているノズル２０Ａは、プラテン１１の上面に向けて洗浄水を噴射するように形成されている。そして、他のノズル２０Ｂは、プラテン１１の側部に向けて、あるいはチャンバ１５内の壁面および天井面に向けて洗浄水を噴射するように形成されている。

前記ノズル２０の形状はすべて同一形状であってもよいが、本実施例では個々もしくは複数個ずつ、異なる形状のノズル２０を使用している。例えば図２（ａ）のノズル２０は、扇状に広く拡散して洗浄水を噴射する形状であり、図２（ｂ）のノズル２０は、図２（ａ）よりも拡散範囲を狭めて円錐状に洗浄水を噴射する形状である。また、図２（ｃ）のノズル２０は、図２（ｂ）よりもさらに拡散範囲を狭めて円柱状に洗浄水を噴射する形状である。そして、図２（ｄ）のノズル２０は、霧状の洗浄水を広い範囲に噴霧する形状である。

前記チャンバ１５内で、基板１４の研磨時にスラリが飛散する方向や飛散量は、必ずしも均一ではなく、スラリの付着する位置や付着量は大小の斑が発生する。したがって、洗浄箇所の形状や汚れ具合によって、予めノズル２０の形状を決めておけば、効果的に付着物を洗浄することができる。スラリが多量に付着する箇所は、例えば図２（ｂ）または図２（ｃ）のように、ある程度噴射範囲を狭めたノズル２０を使用し、かつ他のノズルの洗浄水よりも高圧の洗浄水を噴射するように設定して、局所的に打撃力のある洗浄を行うことにより、付着したスラリを効果的に洗い流すことができる。

一方、チャンバ１５内の天井面はスラリの飛散が比較的に少ないため、ノズル２０から噴射する洗浄水は少量でもよく、例えば図２（ａ）または図２（ｄ）のように、広範囲に噴射するノズル２０を使用するのが好ましい。また、チャンバ１５内の壁面は何れの形状のノズル２０を使用してもよいが、ノズル２０から噴射する洗浄水を壁面上部にかかるようにし、壁面上部に噴射された洗浄水が壁面下部へ流れつつ洗浄するように設定すれば、同一のノズル２０から噴射された洗浄水を壁面の上下に亘って利用でき、効率よく広範囲な洗浄を行うことができる。

ここで、基板の研磨時にスラリの気化でチャンバ１５内の雰囲気が汚染されている場合は、図２（ｄ）のノズル２０を使用して、霧状の洗浄水をチャンバ１５内の広い範囲に噴霧することにより、前記雰囲気中の異物が霧状の洗浄水に捕捉される。霧状の洗浄水に捕捉された異物は、他のノズル２０から噴射された洗浄水で洗い流される。

また、図２（ｄ）のノズル２０を使用して、チャンバ１５内の壁面もしくは天井面に霧状の洗浄水を噴霧することにより、該壁面もしくは天井面が保湿される。したがって、基板１４の研磨時にスラリが飛散して壁面もしくは天井面に付着した場合でも、付着したスラリの乾燥固化を防止することができる。したがって、壁面や天井面に付着して固化したスラリが研磨中に剥離してプラテン上に落下するような事故も発生せず、基板の研磨後に、他のノズル２０から前記壁面もしくは天井面に向けて洗浄水を噴射することにより、付着したスラリをきわめて容易かつ確実に洗浄することができる。

図３および図４は基板１４の研磨結果を示す説明図であり、チャンバ１５内の洗浄および保湿を実行しない場合は、図３に示すように、基板１４の研磨面にスクラッチが発生した（状態Ｄ）。しかし、チャンバ１５内の洗浄および保湿を実行した場合は、図４に示すように、基板１４の研磨面にスクラッチの発生が皆無もしくは減少したことが分かる。

このように、基板の研磨時にスラリが飛散してチャンバ１５内が汚染されている場合、基板の研磨後に複数のノズル２０からチャンバ１５内の壁面もしくは天井面ならびにプラテン１１に向けて洗浄水を噴射することにより、付着したスラリが容易かつ確実に洗浄されてスクラッチの発生を防止できる。

また、基板の研磨時にスラリが気化してチャンバ１５内の雰囲気中に異物が浮遊している場合、基板の研磨後に複数のノズル２０からチャンバ１５内の雰囲気中へ霧状の洗浄水を噴霧することにより、前記雰囲気中の異物が捕捉されて洗い流される。さらに、前記霧状の洗浄水により、チャンバ１５内の壁面もしくは天井面が保湿されるため、研磨時に付着したスラリの乾燥固化を防止でき、研磨後の洗浄水の噴射で確実に洗い流すことができるので、スクラッチの発生を防止できる。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

本発明に係る研磨部のチャンバ内を示す斜視図。 本発明に係るノズルの異なる形状を示す説明図。 洗浄および保湿を行わない場合の研磨結果を示す説明図。 洗浄および保湿を行った場合の研磨結果を示す説明図。 従来の研磨部を示した説明図。

符号の説明

１０ 研磨部
１１ プラテン
１２ 研磨パッド
１３ 研磨ヘッド
１４ 基板
１５ チャンバ
１６ パッドコンディショナ
２０ ノズル

Claims (6)

1. 研磨ヘッドに保持された基板を、回転するプラテン上の研磨パッドに押圧するとともに、研磨パッドにスラリを供給して該基板を研磨する研磨部を備え、該研磨部が密閉されたチャンバ内に収容されている研磨装置において、
   前記チャンバ内の壁面もしくは天井面に複数のノズルを配設し、該ノズルから洗浄水を噴射して、前記チャンバ内の壁面もしくは天井面ならびに前記プラテンを洗浄できるように形成されたことを特徴とする研磨部のチャンバ内洗浄装置。
2. 研磨ヘッドに保持された基板を、回転するプラテン上の研磨パッドに押圧するとともに、研磨パッドにスラリを供給して該基板を研磨する研磨部を備え、該研磨部が密閉されたチャンバ内に収容されている研磨装置において、
   前記チャンバ内の壁面もしくは天井面に複数のノズルを配設し、該ノズルから霧状の洗浄水を噴霧して、前記チャンバ内の壁面もしくは天井面を保湿させるとともに、前記チャンバ内の雰囲気中の異物を捕捉できるように形成されたことを特徴とする研磨部のチャンバ内洗浄装置。
3. 上記ノズルは、個々もしくは複数個ずつ、異なる形状であることを特徴とする請求項１または２記載の研磨部のチャンバ内洗浄装置。
4. 密閉されたチャンバ内で、研磨ヘッドに保持された基板を、回転するプラテン上の研磨パッドに押圧するとともに、研磨パッドにスラリを供給して該基板を研磨する研磨部における洗浄方法において、
   基板の研磨後に、前記チャンバ内に配設された複数のノズルから洗浄水を噴射して、前記チャンバ内の壁面もしくは天井面ならびに前記プラテンに付着したスラリを洗い流すとともに、任意のノズルから霧状の洗浄水を噴霧して、前記チャンバ内の壁面もしくは天井面を保湿させるようにした研磨部のチャンバ内洗浄方法。
5. 上記複数のノズルのうち任意のノズルは、他のノズルよりも高圧の洗浄水を噴射して、局所的に洗浄を行うことを特徴とする請求項４記載の研磨部のチャンバ内洗浄方法。
6. 上記複数のノズルからの洗浄水の噴射もしくは霧状の洗浄水の噴霧は、基板の研磨が終了した後に行うことを特徴とする請求項４または５記載の研磨部のチャンバ内洗浄方法。