JP2009212459A - Ｃｍｐ装置及びウェハーの洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェハー研磨機とウェハー洗浄機とを備えたＣＭＰ装置において、ウェハー洗浄機による洗浄後にも残存する残存スラリーを低減することを課題とする。
【解決手段】ウェハーホルダーと、ウェハー研磨機と、ウェハー洗浄機とを備えたＣＭＰ装置であって、前記ウェハー洗浄機は、洗浄容器と、前記洗浄容器内に洗浄液を導入する洗浄液導入装置とを備え、前記洗浄容器は、前記ウェハーの研磨面に対応する前記ウェハーホルダーのウェハー担持面より大きな上部開口部を備え、かつその上端が洗浄時に前記ウェハーホルダーの少なくとも側面に位置することを特徴とするＣＭＰ装置により上記課題を解決する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＭＰ装置及びウェハーの洗浄方法に関する。更に詳しくは、本発明は、残存スラリーを低減しうるウェハー洗浄機を備えたＣＭＰ装置及びウェハーの洗浄方法に関する。

例えば、多層配線を有する集積回路を製造するに際して、下層配線を絶縁膜で覆った後、絶縁膜上に上層配線が積層されるが、断線や短絡等の不具合を防ぐため絶縁膜の上面を平坦化することが行われている。この平坦化は、種々の方法により行いうるが、化学的機械研磨（ＣＭＰ）法による平坦化が最も一般的である。

ＣＭＰ法に使用されるＣＭＰ装置の概略平面図を図７に示す。図７中、１０１はＣＭＰ装置、１０２はウェハー、１０３はウェハーホルダー、１０４はウェハー搬送ステーション、１０５ａ〜ｃは研磨機、１０６ａ〜ｄは洗浄機を意味する。また、図中の矢印はウェハーの移送経路を意味する。この装置では、まず、ウェハー１０２がウェハー搬送ステーション１０４に移送され、ウェハーホルダー１０３に担持される。担持されたウェハー１０２は、洗浄機１０６ａで洗浄された後、研磨機１０５ａで所定の研磨スラリーを用いて研磨される。次いで、研磨されたウェハー１０２は、研磨スラリーを除去するために洗浄機１０６ｂで洗浄される。この研磨及び洗浄を研磨機１０５ｂ〜ｃ及び洗浄機ｂ〜ｄを用いて繰り返すことで、所望の程度にウェハー１０２を平坦化できる。

図７のＣＭＰ装置を構成する洗浄機のＡ−Ａ断面の概略図を図８に示す。図８中、２０１はウェハー担持手段、２０２は駆動シャフト、２０３は洗浄機、２０４は洗浄容器、２０５は洗浄液吐出装置を意味する。
例えば、洗浄前の研磨がアルカリ性の研磨スラリーで行われ、洗浄後の研磨が酸性のスラリーで行われる場合、アルカリ性の研磨スラリーが残存すると、洗浄後の研磨に悪影響を与えることがある。この観点から、上記洗浄機では、洗浄能力が不十分であり、より洗浄能力の高い洗浄機が求められている。洗浄能力を高めた洗浄機が、特開２００２−５１０８７５号公報（特許文献１）で報告されている。図９にこの公報の洗浄機の概略断面図を示す。図９中、３０１は洗浄ブラシ、３０２は薬液滴下手段を意味する。この公報では、洗浄ブラシを備えること、及び洗浄前の研磨に使用される研磨スラリーの種類に応じた除去用の薬液を使用することで、洗浄能力を向上できるとされている。
特開２００２−５１０８７５号公報

上記公報の洗浄機は、図８に示す洗浄機より、洗浄能力が向上していることが理解される。
しかしながら、洗浄機による洗浄後にも残存する研磨スラリー（以下、残存スラリーと称する）は、洗浄が所望されるウェハーの表面だけでなく、ウェハーの側面、ウェハーホルダーの側面、駆動シャフト等にも存在している。そのため、残存スラリーの更なる低減（洗浄能力の更なる向上）が望まれている。加えて、洗浄液はウェハー研磨機内に飛散すると研磨に影響するため、洗浄液の飛散を低減することも望まれている。

かくして本発明によれば、ウェハーホルダーと、ウェハー研磨機と、ウェハー洗浄機とを備えたＣＭＰ装置であって、前記ウェハー洗浄機は、洗浄容器と、前記洗浄容器内に洗浄液を導入する洗浄液導入装置とを備え、前記洗浄容器は、前記ウェハーの研磨面に対応する前記ウェハーホルダーのウェハー担持面より大きな上部開口部を備え、かつその上端が洗浄時に前記ウェハーホルダーの少なくとも側面に位置することを特徴とするＣＭＰ装置が提供される。

更に、本発明によれば、上記ＣＭＰ装置を使用してウェハーをＣＭＰ法に付すに際して、前記洗浄容器の上端が前記ウェハーホルダーの少なくとも側面に位置するように前記洗浄容器を移動させた後、前記ウェハーホルダーに担持されたウェハーをウェハーホルダーの側面と共に洗浄することを特徴とするウェハーの洗浄方法が提供される。

本発明のＣＭＰ装置及びそれを利用したウェハーの洗浄方法によれば、ウェハーの側面及びウェハーホルダーの側面の残存するスラリーを洗浄できるため、従来技術より残存スラリーを低減できる。加えて、洗浄液が飛散することも防止できるため、洗浄液が研磨に与える影響を低減できる。
洗浄容器の上端が洗浄時にウェハーホルダーの少なくとも側面に位置するように洗浄容器を移動させる移動装置を更に備えることで、残存スラリーの低減及び洗浄液の飛散をより容易に防止できる。

洗浄容器が、その上部開口部からウェハーホルダーの側面に向かって、洗浄液飛散防止カバーを上部開口部に備えることで、ウェハーの側面及びウェハーホルダーの側面に残存するスラリーの洗浄能力をより向上できると共に、洗浄液が洗浄容器外へ飛散することをより防止できる。

ウェハーホルダーが、ウェハー担持手段と駆動シャフトとを備え、洗浄容器の上端が、洗浄時に駆動シャフトの側面に位置し、洗浄液導入装置が、洗浄容器を洗浄液で満たしうる装置であるか、又はウェハーの研磨面、前記ウェハー担持手段及び駆動シャフトに洗浄液を噴霧しうるスプレーであることで、ウェハーの側面及びウェハーホルダーの側面だけでなく、駆動シャフトに残存するスラリーを洗浄できるため、残存するスラリーの洗浄能力をより向上できる。

ウェハーが、ウェハーホルダーにより、ＣＭＰ装置内を、円又は直線に移動し、ウェハー研磨機とウェハー洗浄機が、円又は直線に沿って配置されることで、ウェハーの研磨及び洗浄をより効率よく行うことができる。

本発明のＣＭＰ装置は、ウェハーホルダーと、ウェハー研磨機と、ウェハー洗浄機とを備える。ウェハーホルダーとウェハー研磨機は、特に限定されず、公知の構成を使用できる。ウェハーホルダーは、例えばウェハー担持手段と駆動シャフトとを備えている。更に、駆動シャフトは、モータと接続されていてもよい。また、ウェハーホルダーは、ウェハー研磨機とウェハー洗浄機に順次移動可能な駆動手段に接続されていてもよい。

ウェハー研磨機とウェハー洗浄機は、少なくともそれぞれ１つ備えていればよく、複数備えていてもよい。複数備える場合、ウェハー研磨機とウェハー洗浄機とは、交互にウェハーが移動しうるように配置されていることが好ましい。本発明において、ウェハー洗浄機は、ウェハー研磨機で使用される研磨スラリーの洗浄能力が高いため、先のウェハー研磨機で使用された研磨スラリー及びウェハー洗浄機の洗浄液が、後のウェハー研磨機による研磨に与える影響を低減できる。

また、ウェハーをウェハーホルダーにより、ＣＭＰ装置内で、円又は直線に移動させ、ウェハー研磨機とウェハー洗浄機を、その円又は直線に沿って配置すれば、ウェハーの研磨と洗浄を連続で行うことができる。
ウェハー洗浄機は、洗浄容器及び洗浄液導入装置を備える。

洗浄容器は、ウェハーの研磨面に対応するウェハーホルダーのウェハー担持面より大きな上部開口部を備えている。洗浄容器の上部開口部の大きさは、ウェハーホルダーのウェハー担持面の１０％以上大きいことが好ましい。１０％以上大きいことで、洗浄容器内へウェハーホルダーを容易に出し入れできる。１０〜２０％の範囲で大きいことがより好ましい。但し、この範囲は機械精度により規定されるものであり、特に限定されず、この範囲より小さくてもよい。

更に、洗浄容器は、その上端が洗浄時に前記ウェハーホルダーの少なくとも側面に位置している。上端は、側面を越えて、ウェハーホルダーのほぼ全体（駆動シャフトも含む）を含む位置にあってもよい。このことで、より研磨スラリーの洗浄能力を高めることができる。

また、洗浄容器は、その上部開口部からウェハーホルダーの側面に向かって、洗浄液飛散防止カバーを備えてもよい。このカバーを備えることで、洗浄液の飛散をより防止できる。カバーの形状及び材質は、カバーが上記構成を有する限り限定されない。但し、使用する洗浄液に耐性を有している材料を使用することが好ましい。また、より洗浄液の飛散を防止するために、カバーを例えば樹脂シートで形成することにより、ウェハーホルダーの側面と接触させてもよい。

更に、洗浄時に洗浄容器の上端を少なくともウェハーホルダーの側面に位置させるために、洗浄容器を移動させるための移動装置を更に設けてもよい。また、移動装置を設けず、ウェハーホルダーを洗浄容器の上端をウェハーホルダーの側面に位置させるように洗浄容器内に移動させてもよい。
また、洗浄液導入装置は、洗浄容器内に洗浄液を導入することができさえすれば、その構成は特に限定されない。例えば、ノズルから洗浄液をウェハーに噴霧やスプレーしうる構成が挙げられる。更に、洗浄容器に洗浄液を満たしうる構成が挙げられる。

ノズルは複数設けてもよい。複数のノズルからは、同じ種類の洗浄液が吐出されてもよく、異なる種類の洗浄液が吐出されてもよい。ノズルは少なくとも１つがウェハーの研磨面に洗浄液を吐出しうるように設置されていることが好ましい。また、複数のノズルを有する場合、ウェハーの研磨面に洗浄液を吐出しうるように設置されているノズルに加えて、ウェハーホルダーの側面に洗浄液を吐出しうるように設置されていてもよい。
ウェハー洗浄機は、洗浄ブラシを備えてもよい。洗浄ブラシには、それが洗浄液により湿潤するように、洗浄ブラシに洗浄液を吐出しうるように設置されたノズルを備えていてもよい。

洗浄液としては、特に限定されず、当該分野で公知の洗浄液をいずれも使用できる。例えば、水（純水を含む）、ＨＦ、アンモニア過酸化水素水混合液、アンモニア水、還元水（純水電解カソード水）等が挙げられる。これら洗浄液は、複数組み合わせて使用できる。また、ノズルの数に応じて、複数種用意してもよい。

（実施の形態１）
図１及び２を用いて実施の形態１を説明する。
図１は、実施の形態１のＣＭＰ装置の概略平面図である。図１中、１はＣＭＰ装置、２はウェハー、３はウェハーホルダー、４はウェハー搬送ステーション、５ａ及び５ｂは研磨機、６は洗浄機を意味する。また、図中の矢印はウェハーの移送経路を意味する。この装置では、まず、ウェハー２がウェハー搬送ステーション４に移送され、ウェハーホルダー３に担持される。担持されたウェハー２は、研磨機５ａで所定の研磨スラリーを用いて研磨される。次いで、研磨されたウェハー２は、研磨スラリーを除去するために洗浄機６で洗浄される。次いで、洗浄されたウェハー２は、研磨機５ｂで所定の研磨スラリーを用いて研磨され、所望の程度に平坦化される。この後、ウェハー２はウェハー搬送ステーション４によりＣＭＰ装置外に搬出される。このＣＭＰ装置では、ウェハー２は紙面に対して平行で、図１中の点線の経路で移動する。なお、研磨を２回望まない場合は、研磨機５ｂでの研磨を割愛してもよい。

図１のＣＭＰ装置を構成する洗浄機のＢ−Ｂ断面の概略図を図２（ａ）〜（ｃ）に示す。図２（ａ）〜（ｃ）中、１１はウェハー担持手段、１２は駆動シャフト、１３は洗浄機、１４は洗浄容器、１５ａ及び１５ｂは洗浄液吐出装置、１６は洗浄ブラシ、１７は洗浄液飛散防止カバーを意味する。また、図２（ａ）〜（ｃ）は、ウェハーホルダー３と洗浄機６の洗浄時の挙動を説明する図でもある。

図２（ａ）に示されているように、研磨機５ａで研磨されたウェハーは、ウェハーホルダー３に担持されたまま洗浄機６上に移動する。次に、図２（ｂ）に示されているように、ウェハー２が洗浄ブラシ１６と接するように、ウェハーホルダー３を洗浄機６に向けて下降させる。更に、図２（ｃ）に示されているように、洗浄容器１４を、その上端がウェハーホルダー３の側面に位置するように上昇させる。より具体的には、洗浄容器１４に備え付けられた洗浄液飛散防止カバー１７が、ウェハーホルダー３の側面と接するように、洗浄容器１４を上昇させる。この後、洗浄液吐出装置１５ａ及び１５ｂから洗浄液を吐出させ、洗浄ブラシ１６をウェハー２の研磨面内方向に回転させることで、洗浄が行われる。洗浄液吐出装置１５ａは主としてウェハー２の研磨面の洗浄に使用され、洗浄液吐出装置１５ｂは主としてウェハー２及びウェハーホルダー３の側面の洗浄に使用される。
洗浄液吐出装置１５ｂの吐出口は、少なくともウェハーホルダー３の下面以上となるように洗浄容器１４を上昇させることが望まれる。

（実施の形態２）
図３は、実施の形態２のＣＭＰ装置の概略平面図である。図３中、１はＣＭＰ装置、２はウェハー、３はウェハーホルダー、４はウェハー搬送ステーション、５ａ及び５ｂは研磨機、６は洗浄機を意味する。また、図中の矢印はウェハーの移送経路を意味する。この装置では、まず、ウェハー２がウェハー搬送ステーション４に移送され、ウェハーホルダー３に担持される。担持されたウェハー２は、研磨機５ａで所定の研磨スラリーを用いて研磨される。次いで、研磨されたウェハー２は、研磨スラリーを除去するために洗浄機６で洗浄される。洗浄工程は図２（ａ）〜（ｃ）と同様である。次いで、洗浄されたウェハー２は、研磨機５ｂで所定の研磨スラリーを用いて研磨され、所望の程度に平坦化される。更に、研磨されたウェハー２は、研磨スラリーを除去するために洗浄機６で再度洗浄される。この後、ウェハー２はウェハー搬送ステーション４によりＣＭＰ装置外に搬出される。このＣＭＰ装置では、ウェハー２は紙面に対して平行で、図３中の点線の経路で移動する。なお、研磨を２回望まない場合は、研磨機５ｂでの研磨を割愛してもよい。更に、研磨及び洗浄を２回望まない場合は、研磨機５ｂでの研磨及び洗浄機６による再洗浄を割愛してもよい。

（実施の形態３）
図４は、実施の形態３のＣＭＰ装置の概略平面図である。図４は、ウェハー搬送ステーションを、洗浄機と兼用すること以外、図３のＣＭＰ装置と同じ構成を有している。図４では、ウェハー搬送ステーションを洗浄機と兼用しているので、ＣＭＰ装置をコンパクトにできる。図４中、４ａは、洗浄機と兼用したウェハー搬送ステーションを意味する。

（実施の形態４）
図５は、実施の形態５に使用する洗浄容器の概略図である。図５では、洗浄液吐出装置を洗浄容器の上部まで設け、ウェハーだけでなく、駆動シャフトに付着した研磨スラリーの除去も可能である。

（実施の形態５）
図６は、実施の形態５に使用する洗浄容器の概略図である。実施の形態１〜４までは、洗浄液吐出装置は洗浄液を噴霧する構成を有していた。実施の形態５では、洗浄を洗浄液の噴霧により行うのではなく、洗浄液が満たされた洗浄容器にウェハーを浸すことにより洗浄を行う。図６では、洗浄効率をより向上させるために、洗浄容器１４の底部に、超音波発信子１８を設けることで、洗浄液に超音波を印加している。また、洗浄液に、駆動シャフトまで浸されているので、駆動シャフトに付着した研磨スラリーをも除去できる。

本発明のＣＭＰ装置の概略平面図である。 図１のＣＭＰ装置の洗浄機のＢ−Ｂ概略断面図である。 本発明のＣＭＰ装置の概略平面図である。 本発明のＣＭＰ装置の概略平面図である。 本発明のＣＭＰ装置の洗浄機の概略図である。 本発明のＣＭＰ装置の洗浄機の概略図である。 従来のＣＭＰ装置の概略平面図である。 図７のＣＭＰ装置の洗浄機のＡ−Ａ概略断面図である。 従来のＣＭＰ装置の洗浄機の概略図である。

符号の説明

１、１０１ ＣＭＰ装置
２、１０２ ウェハー
３、１０３ ウェハーホルダー
４、４ａ、１０４ ウェハー搬送ステーション
５ａ、５ｂ、１０５ａ〜ｃ 研磨機
６、１３、１０６ａ〜ｄ、２０３ 洗浄機
１１、２０１ ウェハー担持手段
１２、２０２ 駆動シャフト
１４、２０４ 洗浄容器
１５ａ、１５ｂ、２０５ 洗浄液吐出装置
１６ 洗浄ブラシ
１７ 洗浄液飛散防止カバー
１８ 超音波発信子
３０１ 洗浄ブラシ
３０２ 薬液滴下手段

Claims (6)

1. ウェハーホルダーと、ウェハー研磨機と、ウェハー洗浄機とを備えたＣＭＰ装置であって、前記ウェハー洗浄機は、洗浄容器と、前記洗浄容器内に洗浄液を導入する洗浄液導入装置とを備え、前記洗浄容器は、前記ウェハーの研磨面に対応する前記ウェハーホルダーのウェハー担持面より大きな上部開口部を備え、かつその上端が洗浄時に前記ウェハーホルダーの少なくとも側面に位置することを特徴とするＣＭＰ装置。
2. 前記洗浄容器の上端が洗浄時に前記ウェハーホルダーの少なくとも側面に位置するように洗浄容器を移動させる移動装置を更に備える請求項１に記載のＣＭＰ装置。
3. 前記洗浄容器が、その上部開口部から前記ウェハーホルダーの側面に向かって、洗浄液飛散防止カバーを前記上部開口部に備える請求項１又は２に記載のＣＭＰ装置。
4. 前記ウェハーホルダーが、ウェハー担持手段と駆動シャフトとを備え、前記洗浄容器の上端が、洗浄時に前記駆動シャフトの側面に位置し、
   前記洗浄液導入装置が、前記洗浄容器を洗浄液で満たしうる装置であるか、又は前記ウェハーの研磨面、前記ウェハー担持手段及び駆動シャフトに洗浄液を噴霧しうるスプレーである請求項１〜３のいずれか１つに記載のＣＭＰ装置。
5. 前記ウェハーが、前記ウェハーホルダーにより、前記ＣＭＰ装置内を、円又は直線に移動し、前記ウェハー研磨機とウェハー洗浄機が、前記円又は直線に沿って配置される請求項１〜４のいずれか１つに記載のＣＭＰ装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載のＣＭＰ装置を使用してウェハーをＣＭＰ法に付すに際して、前記洗浄容器の上端が前記ウェハーホルダーの少なくとも側面に位置するように前記洗浄容器を移動させた後、前記ウェハーホルダーに担持されたウェハーをウェハーホルダーの側面と共に洗浄することを特徴とするウェハーの洗浄方法。

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