JP2014130881A

JP2014130881A - 研磨装置

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Publication number: JP2014130881A
Application number: JP2012287119A
Authority: JP
Inventors: Tomoatsu Ishibashi; 知淳石橋
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2014-07-10
Also published as: US20140187122A1; KR20140086839A; US9162337B2; KR101604519B1; TWI564112B; TW201436946A

Abstract

【課題】装置内の洗浄処理において、本来の洗浄効果を十分に発揮できる、最適な条件で超音波洗浄を行うことができるようにする。
【解決手段】脱気された純水を装置内に供給する純水供給ライン３０と、純水供給ラインに接続され該純水供給ラインを通して供給される脱気された純水に気体を溶在させる気体溶在ユニット３２と、気体溶在ユニットに接続され該気体溶在ユニットで気体を溶在させた気体溶在純水を搬送する気体溶在純水搬送ライン３４と、気体溶在純水搬送ラインに接続され該気体溶在純水搬送ラインを通して搬送される気体溶在純水に超音波振動エネルギを与えて噴出させる超音波洗浄ユニット４０ａ〜４０ｄ、４２ａ，４２ｂ、４４ａ〜４４ｃと、気体溶在ユニットと超音波洗浄ユニットを制御する制御部５６を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、研磨装置に係り、特に半導体ウエハなどの基板の表面を、研磨装置の内部に配置される処理機能を備えた機構部等に付着した研磨液等のパーティクルによってディフェクトが発生することを防止しつつ、研磨して平坦化する研磨装置に関する。

半導体ウエハの表面を研磨する研磨装置は、一般に、研磨パッドからなる研磨面を有する研磨テーブルや、半導体ウエハを保持する研磨ヘッド（トップリング）等の種々の処理機能を備えた機構部を内部に備えている。そして、研磨ヘッドで保持した半導体ウエハを研磨パッドの研磨面に対して所定の圧力で押圧しつつ、研磨テーブルと研磨ヘッドとを相対運動させることにより、半導体ウエハを研磨面に摺接させて、半導体ウエハの表面を平坦かつ鏡面に研磨するようにしている。化学的機械研磨（ＣＭＰ）にあっては、研磨時に、微粒子を含む研磨液（スラリー）が研磨面に供給される。研磨後の基板は、搬送ユニットによって、洗浄・乾燥ユニットに搬送され、この洗浄・乾燥ユニットで洗浄・乾燥された後、研磨装置から搬出される。

このように、研磨液を供給しながら半導体ウエハ等の基板の表面を研磨すると、研磨テーブルの研磨面には、研磨液や研磨かす等の多量のパーティクルが残留する。また、研磨時に研磨液が研磨テーブルの周辺に飛散し、研磨テーブルの周囲に配置されている処理機能を備えた機構部の表面に飛散した研磨液が付着する。更に、研磨後の基板を搬送する搬送ユニットや、研磨後の基板を洗浄する洗浄ユニットの洗浄具等にも研磨液が付着する。このように、研磨テーブルの研磨面に研磨液や研磨かす等が残留したり、研磨テーブルの周囲に配置されている処理機能を備えた機構部の表面や洗浄ユニットの洗浄具等に研磨液が付着したりすると、研磨後の基板にディフェクトを発生させる要因となる。

一般に、研磨装置内部の所定位置には、種々の洗浄ユニットが配置されており、この洗浄ユニットの噴射口から研磨装置の所定の部位に向けて洗浄液を定期的に噴射することで、研磨テーブル及びその周辺に配置される各機構部等の表面に付着した研磨液を洗浄液で洗い流すことが広く行われている。この洗浄液として、研磨装置の内部に工場から供給される脱気された純水が一般に使用されている。

研磨装置内の洗浄機構として、研磨装置の内部に、キャビテーションを有する高圧水を利用して洗浄を行う超音波洗浄ユニットを搭載することが知られている。この超音波洗浄ユニットの高圧水として、工場から装置内に供給されて洗浄に使用される脱気された純水（洗浄液）が一般に使用されている。

工場から研磨装置に供給されて洗浄に使用される脱気された純水（洗浄液）は、極めて溶在気体を含まない状態になっている。例えば脱気された純水の溶存酸素量（ＤＯ値）は、通常１０ｐｐｂ以下であり、５ｐｐｂ以下で管理されていることもある。最先端デバイスにおいては、溶存酸素量が１ｐｐｂの純水を洗浄等に使用することも要求されるようになってきている。

キャビテーションを利用した超音波洗浄は、溶在気体を含む液体に超音波を作用させることによる物理洗浄処理であり、超音波洗浄ユニットに供給される液体に要求される溶存気体の仕様例として、例えば「液体中に溶在気体量が例えばＤＯ値にて１ｐｐｍ〜１５ｐｐｍ」であることなどが挙げられる。また、気体を過剰に溶存させた液体を超音波洗浄に使用すると、十分な超音波洗浄特性が得られないことも知られている。

しかしながら、前述のように、例えばＤＯ値を１０ｐｐｂ以下に脱気された純水を超音波洗浄に使用すると、純水中の溶在気体が極めて少なく、このため、十分な超音波洗浄特性を得ることが困難となる。すなわち、研磨装置のように、研磨液などでパーティクル汚染が懸念される装置内の洗浄処理において、脱気された純水を使用した超音波洗浄では、超音波洗浄本来の洗浄効果を十分に発揮できないと考えられる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、装置内の洗浄処理において、本来の洗浄効果を十分に発揮できる、最適な条件で超音波洗浄を行うことができるようにした研磨装置を提供することを目的とする。

本発明の研磨装置は、脱気された純水を装置内に供給する純水供給ラインと、前記純水供給ラインに接続され該純水供給ラインを通して供給される脱気された純水に気体を溶在させる気体溶在ユニットと、前記気体溶在ユニットに接続され該気体溶在ユニットで気体を溶在させた気体溶在純水を搬送する気体溶在純水搬送ラインと、前記気体溶在純水搬送ラインに接続され該気体溶在純水搬送ラインを通して搬送される気体溶在純水に超音波振動エネルギを与えて噴出させる超音波洗浄ユニットと、前記気体溶在ユニットと前記超音波洗浄ユニットを制御する制御部を有する。

これにより、気体溶在ユニットで純水に十分な量の気体を溶在させた気体溶在純水を生成し、この気体溶在純水に超音波振動エネルギを与えて超音波洗浄ユニットから噴出させることで、本来の洗浄効果を十分に発揮できる、最適な条件で超音波洗浄を行うことができる。

本発明の好ましい一態様において、前記気体溶在純水搬送ラインから前記超音波洗浄ユニットに搬送される気体溶在純水の溶在気体量をモニタして前記制御部に送るセンサを更に有する。
これにより、気体溶在純水搬送ラインから超音波洗浄ユニットに搬送される気体溶在純水の溶在気体量をセンサで測定し、この測定値を基に気体溶在ユニットを制御することで、超音波洗浄ユニットに搬送される気体溶在純水の溶在気体量を所定の範囲内に制御することができる。

本発明の好ましい一態様において、前記気体溶在純水搬送ラインから前記超音波洗浄ユニットに搬送される気体溶在純水の温度を調整する温度調整ユニットを更に有する。
装置内に供給される脱気された純水の温度は、一般に２１℃〜２５℃程度に制御されるが、気体溶在純水の温度を、例えば１８°〜４０℃程度まで温度調整ユニットで制御できるようにすることで、高い洗浄効果を得ることができる。

本発明によれば、気体溶在ユニットで十分な量の気体を溶在させた気体溶在純水を生成し、この気体溶在純水に超音波振動エネルギを与えて超音波洗浄ユニットから噴出させることで、例えば装置内の研磨液等によるパーティクルが懸念される機構部に対して、本来の洗浄効果を十分に発揮できる、最適な条件で超音波洗浄を行うことができる。

本発明の実施形態の研磨装置全体の概要を示す平面図ある。純水供給ライン、気体溶在ユニット、気体溶在純水搬送ライン、センサ、温度調整ユニット及び超音波洗浄ユニットの関係を示す図である。超音波洗浄ユニットの断面図である。実施例１，２及び比較例１における超音波洗浄後に残る１００ｎｍ以上のディフェクト数を測定した結果を、比較例１を１００％とした百分率（ディフェクト率）で示すグラフである。研磨ユニットと研磨ユニットに備えられて超音波洗浄に使用される超音波洗浄ユニットの関係を示す図である。搬送ユニットに基板を受け渡した後の研磨ヘッドと、搬送ユニットに備えられて超音波洗浄に使用される超音波洗浄ユニットの関係を示す図である。図６の一部拡大図である。洗浄・乾燥ユニットと洗浄・乾燥ユニットに備えられて超音波洗浄に使用される超音波洗浄ユニットの関係を示す図である。洗浄・乾燥ユニットと洗浄・乾燥ユニットに備えられて超音波洗浄に使用される他の超音波洗浄ユニットの関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態の研磨装置全体の概要を示す平面図ある。図１に示すように、この研磨装置は、略矩形状のハウジング１０を備えており、ハウジング１０の内部は、ロード／アンロード部１２及び処理部１４に区画され、処理部１４の内部に、処理機能を備えた機構部としての複数（図示では４つ）の研磨ユニット１６ａ〜１６ｄ、搬送ユニット１８及び洗浄・乾燥ユニット２０が配置されている。複数の研磨ユニット１６ａ〜１６ｄは、研磨装置の長手方向に沿って配列されている。

ロード／アンロード部１２は、多数の半導体ウエハ等の基板をストックする基板カセットが載置されるフロントロード部２２を備えている。このフロントロード部２２は、ハウジング１０に隣接して配置されている。フロントロード部２２には、オープンカセット、ＳＭＩＦ（Standard Manufacturing Interface）ポッド、またはＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）を搭載することができる。ここで、ＳＭＩＦ、ＦＯＵＰは、内部に基板カセットを収納し、隔壁で覆うことにより、外部空間とは独立した環境を保つことができる密閉容器である。

これにより、ロード、アンロード部１２に配置された搬送ロボット（図示せず）は、フロントロード部２２に搭載された基板カセットから１枚の基板を取り出して搬送ユニット１８に搬送する。搬送ユニット１８は、研磨ユニット１６ａ〜１６ｄのいずれかに一つに基板を搬送し、この研磨ユニット１６ａ〜１６ｄのいずれか一つで研磨された基板を受け取って、洗浄・乾燥ユニット２０に搬送する。そして、洗浄・乾燥ユニット２０で洗浄され乾燥された基板は、ロード、アンロード部１２の搬送ロボットによって、フロントロード部２２に搭載された基板カセットに戻される。

ハウジング１０の内部には、例えばＤＯ値が１０ｐｐｂ以下に脱気された純水を工場から研磨装置に供給する純水供給ライン３０が延びている。そして、純水供給ライン３０には、例えば透過膜またはバブリングによって、純水中に気体を溶在させて気体溶在量を増加させた気体溶在純水を生成する気体溶在ユニット３２が接続されている。この気体溶在ユニット３２で生成される気体溶在純水の溶在気体量は、ＤＯ値で、一般には１〜１５ｐｐｍ、例えば３〜８ｐｐｍである。これにより、気体溶在ユニット３２で純水に十分な量の気体を溶在させた気体溶在純水を生成し、この気体溶在純水に超音波振動エネルギを与えて下記の各超音波洗浄ユニット４０ａ〜４０ｄ、４２ａ，４２ｂ、４４ａ〜４４ｃから噴出させることで、本来の洗浄効果を十分に発揮できる、最適な条件で超音波洗浄を行うことができる。

この純水中に溶存させる気体としては、例えば、Ｎ_２ガスやアルゴンガス等の不活性ガスが好ましく使用される。クリーンルーム環境の大気中などの気体（酸素）も、研磨装置の洗浄に影響がなければ使用できる。また、炭酸ガスや水素などの気体を使用し、純水に炭酸ガスや水素などの気体を溶在させた炭酸ガス水や水素水等の機能水を気体溶在純水として使用してもよい。

気体溶在ユニット３２には、気体溶在ユニット３２で生成された気体溶在純水を搬送する気体溶在純水搬送ライン３４が接続され、この気体溶在純水搬送ライン３４には、気体溶在純水搬送ライン３４に沿って流れる気体溶在純水の溶在気体量を測定するセンサ３６と、気体溶在純水搬送ライン３４に沿って流れる気体溶在純水の温度を調整する温度調整ユニット３８が設置されている。

この例では、図２に示すように、研磨ユニット１４ｄに４つの超音波洗浄ユニット４０ａ〜４０ｄが、搬送ユニット１８に２つの超音波洗浄ユニット４２ａ，４２ｂが、洗浄・乾燥ユニット２０に３つの超音波洗浄ユニット４４ａ〜４４ｃがそれぞれ備えられている。なお、図示しないが、他の研磨ユニット１４ａ〜１４ｃにも、研磨ユニット１４ｄと同様に４つの超音波洗浄ユニットが備えられている。そして、気体溶在純水搬送ライン３４は、温度調整ユニット３８の下流側で複数に複数の分岐ライン４６に分岐し、この各分岐ライン５０の先端に超音波洗浄ユニット４０ａ〜４０ｄ、４２ａ，４２ｂ、４４ａ〜４４ｃがそれぞれ接続されている。

超音波洗浄ユニット４０ａは、図３に示すように、本体５０の内部の流体流路５２に、超音波振動子としての圧電素子５４を配置して構成されている。これにより、圧電素子５４を起動し、注入口５２ａから高圧の気体溶在純水を注入することにより、この気体溶在純水には超音波振動エネルギが付与され、この超音波振動エネルギを付与された気体溶在純水が噴射口５２ｂから噴射される。

なお、他の超音波洗浄ユニット４０ｂ〜４０ｄ、４２ａ，４２ｂ、４４ａ〜４４ｃも、超音波洗浄ユニット４０ａと同様な構成を有している。

更に、気体溶在ユニット３２，温度調整ユニット３８及び各超音波洗浄ユニット４０ａ〜４０ｄ、４２ａ，４２ｂ、４４ａ〜４４ｃを制御する制御部５６が備えられている。そして、センサ３６からの信号は、制御部５６に入力される。

これにより、気体溶在純水搬送ライン３４に沿って流れて各超音波洗浄ユニット４０ａ〜４０ｄ、４２ａ，４２ｂ、４４ａ〜４４ｃに搬送される気体溶在純水の溶在気体量をセンサ３６で測定し、この測定値を基に気体溶在ユニット３２を制御することで、各超音波洗浄ユニット４０ａ〜４０ｄ、４２ａ，４２ｂ、４４ａ〜４４ｃに搬送されて噴出される気体溶在純水の溶在気体量を所定の範囲内に制御することができる。

図４は、溶在気体量をＤＯ値で１．０ｐｐｍ以下（ＤＯ値≦１．０ｐｐｍ）とした気体溶在純水を使用して超音波洗浄を行った時に洗浄後に残る１００ｎｍ以上のディフェクト数を測定した結果を実施例１として、溶在気体量をＤＯ値で１．５ｐｐｍ以上（ＤＯ値≧１．５ｐｐｍ）とした気体溶在純水を使用して超音波洗浄を行った時に洗浄後に残る１００ｎｍ以上のディフェクト数を測定した結果を実施例２として示している。図４では、ＤＯ値で１．０ｐｐｂ以下（ＤＯ値≦１．０ｐｐｂ）の脱気された純水を使用して超音波洗浄を行った時に洗浄後に残る１００ｎｍ以上のディフェクト数を測定した結果を比較例１として示している。なお、図４においては、ディフェクト数を比較例１のディフェクト率を１００％とした百分率（ディフェクト率）で示している。

この図４から、溶在気体量をＤＯ値で１．０ｐｐｍ以下（ＤＯ値≦１．０ｐｐｍ）、更には１．５ｐｐｍ以上（ＤＯ値≧１．５ｐｐｍ）とした気体溶在純水を使用して超音波洗浄を行うことで、ＤＯ値で１．０ｐｐｂ以下（ＤＯ値≦１．０ｐｐｂ）に脱気された純水を使用して超音波洗浄を行った場合に比較して、洗浄後に残る１００ｎｍ以上のディフェクト数を削減でき、特にＤＯ値を１．５ｐｐｍ以上に上げることで、この削減効果が顕著になることが判る。

純水供給ライン３０から供給される純水の温度は、一般に２１℃〜２５℃程度に制御されている。超音波洗浄においては、ある程度高い温度の液体を噴出ことで、高い超音波洗浄特性が得られることがある。このため、この例では、気体溶在純水搬送ライン３４に沿って流れて各超音波洗浄ユニット４０ａ〜４０ｄ、４２ａ，４２ｂ、４４ａ〜４４ｃに搬送される気体溶在純水の温度を、温度調整ユニット３８で１８°〜４０℃程度まで制御できるようにしている。

このように、この例では、気体溶在純水中に溶在する溶存気体量と気体溶在純水の温度とを、超音波洗浄特性を最適化するパラメーターとして使用し、これらの値を制御できるようにしている。

なお、各超音波洗浄ユニット４０ａ〜４０ｄ、４２ａ，４２ｂ、４４ａ〜４４ｃにあっては、圧電素子５４の周波数（数百Ｈｚ〜１ＭＨｚ程度）及び動力（パワー）等が制御部５６で制御される。

図５は、研磨ユニット１４ｄと研磨ユニット１４ｄに備えられて超音波洗浄に使用される超音波洗浄ユニット４０ａ〜４０ｃの関係を示す。この例において、超音波洗浄ユニット４０ａは、研磨ユニット１４ｄの研磨ヘッド６０の下面で保持した基板（図示せず）を水ポリッシングする時の研磨パッド６２の洗浄に使用される。つまり、この水ポリッシング時に、超音波洗浄ユニット４０ａから超音波振動エネルギを与えた気体溶在純水を研磨パッド６２に向けて噴出することで、研磨パッド６２が洗浄される。超音波洗浄ユニット４０ｂは、研磨パッド６２をドレッサ６４でドレッシング（目立て）する時の研磨パッド６２の洗浄に使用される。つまり、このドレッシング時に、超音波洗浄ユニット４０ｂから超音波振動エネルギを与えた気体溶在純水を研磨ヘッド６２に向けて噴出することで、研磨パッド６２が洗浄される。超音波洗浄ユニット４０ｃは、研磨パッド６２をアトマイザ処理する時の研磨パッド６２の洗浄に使用される。つまり、このアトマイザ処理時に、アトマイザ６６に取付けた超音波洗浄ユニット４０ｃから超音波振動エネルギを与えた気体溶在純水を研磨ヘッド６２に向けて噴出することで、研磨パッド６２が洗浄される。

なお、図５には図示しないが、図１及び図２に示す超音波洗浄ユニット４０ｄは、ドレッサ６４を洗浄する洗浄位置に配置され、ドレッサ６４の洗浄し使用される。つまり、ドレッサ６４の洗浄時に、超音波洗浄ユニット４０ｄから超音波振動エネルギを与えた気体溶在純水をドレッサ６４の摺接部に向けて噴出することで、ドレッサ６４が洗浄される。
なお、図示しないが、他の研磨ユニット１４ａ〜１４ｃにも、研磨ユニット１４ｄと同様な構成が備えられている。

図６及び図７は、搬送ユニット１８に基板を受け渡した後の研磨ヘッド６０と、搬送ユニット１８に備えられて超音波洗浄に使用される超音波洗浄ユニット４２ａ，４２ｂの関係を示す。この例において、超音波洗浄ユニット４２ａは、研磨ヘッド６０の底面に設けられて基板を吸着保持するメンブレン６８の洗浄に使用される。つまり、基板を搬送ユニット１８に受け渡した研磨ヘッド６０のメンブレン６８に向けて、超音波洗浄ユニット４２ａから超音波振動エネルギを与えた気体溶在純水を噴出することで、研磨ヘッド６０のメンブレン６８が洗浄される。超音波洗浄ユニット４２ｂは、研磨ヘッド６０の底面のメンブレン６８とその外周のリテーナリング７０との隙間に生じる隙間の洗浄に使用される。つまり、基板を搬送ユニット１８に受け渡した研磨ヘッド６０の底面のメンブレン６８とその外周のリテーナリング７０との隙間に向けて、超音波洗浄ユニット４２ｂから超音波振動エネルギを与えた気体溶在純水を噴出することで、底面のメンブレン６８とその外周のリテーナリング７０との隙間が洗浄される。

図８は、洗浄・乾燥ユニット２０と洗浄・乾燥ユニット２０に備えられて超音波洗浄に使用される超音波洗浄ユニット４４ａの関係を示す。この例において、超音波洗浄ユニット４４ａは、洗浄・乾燥研磨ユニット２０のロール洗浄部材７２の洗浄に使用される。つまり、このロール洗浄部材７２の洗浄時に、超音波洗浄ユニット４４ａから超音波振動エネルギを与えた気体溶在純水を、ロール洗浄部材７２と洗浄板７４との摺接部に向けて噴出することで、ロール洗浄部材７２が洗浄される。

図８は、洗浄・乾燥ユニット２０と洗浄・乾燥ユニット２０に備えられて超音波洗浄に使用される他の超音波洗浄ユニット４４ｂの関係を示す。この例において、超音波洗浄ユニット４４ｂは、洗浄・乾燥研磨ユニット２０のペンシル型洗浄部材７６の洗浄に使用される。つまり、このペンシル型洗浄部材７６の洗浄時に、超音波洗浄ユニット４４ｂから超音波振動エネルギを与えた気体溶在純水を、ペンシル型洗浄部材７６と洗浄板８８との摺接部に向けて噴出することで、ペンシル型洗浄部材７６が洗浄される。

なお、図８及び図９には図示しないが、図２に示す超音波洗浄ユニット４４ｃは、洗浄・乾燥ユニット２０のロール洗浄部材を回転させるロール回転機構部を洗浄する洗浄位置に配置され、このロール回転機構部の洗浄に使用される。つまり、このロール回転機構部の洗浄時に、超音波洗浄ユニット４４ｃから超音波振動エネルギを与えた気体溶在純水をロール回転機構部に向けて噴出することで、ロール回転機構部が洗浄される。

これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

１０ハウジング
１６ａ〜１６ｄ研磨ユニット
１８搬送ユニット
２０洗浄・乾燥ユニット
３０純水供給ライン
３２気体溶在ユニット
３４気体溶在純水搬送ライン
３６センサ
３８温度調整ユニット
４０ａ〜４０ｄ，４２，４２ｂ，４４ａ〜４４ｃ超音波洗浄ユニット
５２流体流路
５２ｂ噴射口
５４圧電素子
５６制御部
６０研磨ヘッド
６２研磨パッド
６４ドレッサ
６６アトマイザ
６８メンブレン
７０リテーナリング
７２ロール洗浄部材
７６ペンシル型洗浄部材

Claims

脱気された純水を装置内に供給する純水供給ラインと、
前記純水供給ラインに接続され該純水供給ラインを通して供給される脱気された純水に気体を溶在させる気体溶在ユニットと、
前記気体溶在ユニットに接続され該気体溶在ユニットで気体を溶在させた気体溶在純水を搬送する気体溶在純水搬送ラインと、
前記気体溶在純水搬送ラインに接続され該気体溶在純水搬送ラインを通して搬送される気体溶在純水に超音波振動エネルギを与えて噴出させる超音波洗浄ユニットと、
前記気体溶在ユニットと前記超音波洗浄ユニットを制御する制御部を有することを特徴とする研磨装置。
前記気体溶在純水搬送ラインから前記超音波洗浄ユニットに搬送される気体溶在純水の溶在気体量をモニタして前記制御部に送るセンサを更に有することを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
前記気体溶在純水搬送ラインから前記超音波洗浄ユニットに搬送される気体溶在純水の温度を調整する温度調整ユニットを更に有することを特徴とする請求項１または２に記載の研磨装置。