JP4065650B2 - 化学機械的研磨装置及び研磨ヘッド内部の汚染物質洗浄方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子の製造に用いられる化学機械的研磨装置に係り、詳細には化学機械的研磨装置の研磨ヘッド及び汚染物質洗浄方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子は高集積化に従ってウェーハに対する積層構造の多層化が要求される。これにより半導体素子の製造工程中には半導体ウェーハの各層の平坦化のための研磨工程が必須的に含まれる。このような研磨工程では主に化学機械的研磨（CMP、ChemicalMechanicalPolishing）プロセスが適用されている。このプロセスによれば狭い領域だけでなく広い領域の平坦化においても優れた平坦度を得られるのでウェーハが大口径化される時勢に適している。
【０００３】
化学機械的研磨プロセスは、タングステンや酸化物などがコーティングされたウェーハの表面を機械的摩擦により研磨すると同時に化学的研磨剤により研磨するプロセスであって、とても微細な研磨を可能にする。機械的研磨は、回転する研磨パッド上にウェーハを上げた状態でウェーハに所定の荷重を加えながら回転させることによって、研磨パッドとウェーハ表面との摩擦によりウェーハ表面を研磨することである。化学的研磨は研磨パッドとウェーハとの間に供給される化学的研磨剤としてのスラリーによりウェーハ表面の研磨を成させることである。
【０００４】
以下、従来の化学機械的研磨装置に対して図面を参照しながら具体的に説明する。
【０００５】
図１は従来の化学機械的研磨装置の構成を示す概略的斜視図である。
図１に示すように、従来の化学機械的研磨システムは化学機械的研磨装置１００と、これに隣接したウェーハ移送装置１７０よりなる。
【０００６】
化学機械的研磨装置１００は、ベース１１０と、ベース１１０の上部に設けられる研磨パッド１２０と、ウェーハ１０のローディング／アンローディングを行なうロードカップ１３０と、ウェーハ１０をホルディングして研磨パッド１２０の上面に密着回転させる複数の研磨ヘッドを有するヘッド回転部１４０とを含む。そして、ベース１１０の上部には研磨パッド１２０、ロードカップ１３０及びヘッド回転部１４０を取り囲んで保護する保護カバー１５０が設けられる。保護カバー１５０の側面は通常その内部が見られるように透明な材料で作られる。保護カバー１５０の上面にはその内部のホコリやその他の汚染物質などを排気させるための排気口１５１が備えられ、排気口１５１は排気管１５２を通して排気ポンプ（図示せず）に連結される。
【０００７】
ウェーハ移送装置１７０はウェーハ１０を化学機械的研磨装置１００の内部に投入し、研磨が終わったウェーハ１０を排出して後続工程へ移送する役割をする。ウェーハ移送装置１７０は、ウェーハ１０を積載するチューブ１７１と、チューブ１７１からウェーハ１０をホルディングして化学機械的研磨装置１００のロードカップ１３０にローディングするホルダ１７４と、ホルダ１７４を昇降させ回転させる昇降アーム１７３と、昇降アーム１７３を支持しながら所定方向に往復移動させるトラック１７２とを具備する。
【０００８】
一方、保護カバー１５０の一側面には、ウェーハ移送装置１７０によりロードカップ１３０にローディング／アンローディングされるウェーハ１０が出入するためのウェーハ出入口１５３が備えられている。
【０００９】
図２は図１に示す化学機械的研磨装置の分離斜視図である。
図２に示すように、ベース１１０の上面には短時間に多数のウェーハを処理するために通常三つの研磨パッド１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃが設けられる。研磨パッド１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃの各々は回転テーブル（図示せず）の上面に密着されるように装着される。そして、研磨パッド１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃの各々に隣接して研磨パッド１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃの表面状態を調節するためのパッドコンディショナ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃと研磨パッド１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃの表面にスラリーを供給するスラリー供給アーム１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃが設けられる。
【００１０】
また、ベース１１０の上面にはウェーハのローディング／アンローディングのための一つのロードカップ１３０が備えられる。ロードカップ１３０の内部にはウェーハがその上面に安着される円板状のペデスタル１３１が設けられる。一方、ロードカップ１３０では後述するようにウェーハをホルディングする研磨ヘッド１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃ、１４１ｄ及びペデスタル１３１の洗浄が行なわれる。
【００１１】
ヘッド回転部１４０は、４つの研磨ヘッド１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃ、１４１ｄと、４つの回転軸１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃ、１４２ｄとを具備する。研磨ヘッド１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃ、１４１ｄはウェーハをホルディングして研磨が行なわれる間研磨パッド１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃの上面に所定の圧力を加えて密着させる。回転軸１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃ、１４２ｄの各々は４つの研磨ヘッド１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃ、１４１ｄの各々を回転させるためのものであって、ヘッド回転部１４０のフレーム１４３に装着される。ヘッド回転部１４０のフレーム１４３内部には回転軸１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃ、１４２ｄを回転させるための駆動機構が設けられる。ヘッド回転部１４０は中心軸１４４により支持され、また中心軸１４４を中心として回転できるように設けられる。
【００１２】
前述したように構成される従来の化学機械的研磨装置での工程進行順序を図２と図３を参照しながら説明する。先ずウェーハ移送装置によりロードカップ１３０へ移送されたウェーハ１０はロードカップ１３０のペデスタル１３１の上面に安着される。この時、ウェーハ１０はその位置が動かないようにペデスタル１３１の上面に真空吸着される。その後、ウェーハ１０はペデスタル１３１の上昇により上昇してその上部に位置した研磨ヘッド１４１の底面に真空吸着される。研磨ヘッド１４１の底面に真空吸着されたウェーハ１０はヘッド回転部１４０の回転によりロードカップ１３０に隣接した研磨パッド１２０ａ上に移る。そして研磨ヘッド１４１が下降して研磨パッド１２０ａの上面にウェーハ１０を加圧密着させスラリーを供給しながら研磨を行なう。この時研磨パッド１２０ａとウェーハ１０は同じ方向、通常的には時計逆回り方向に回転する。このようにウェーハ１０は三つの研磨パッド１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃを順次に経た後再びロードカップ１３０に到達してペデスタル１３１に安着する。その後、ウェーハ移送装置がペデスタル１３１に安着したウェーハ１０を化学機械的研磨装置１００の外部に移送する。
【００１３】
ウェーハ１０がアンローディングされれば研磨ヘッド１４１がロードカップ１３０の内部に下降する。この状態で脱イオン水を噴射して研磨ヘッド１４１の底面とペデスタル１３１を洗浄する。洗浄が終われば、研磨ヘッド１４１とペデスタル１３１が再び上昇し、ウェーハ移送装置により新たなウェーハが移送されてペデスタル１３１の上面に安着する。
【００１４】
このために図４と図５に示すように、ロードカップ１３０の洗浄槽１３２の内部には脱イオン水を噴射する第１ノズル１３５と第２ノズル１３６が備えられる。第１ノズル１３５は脱イオン水をペデスタル１３１の上面に向けて噴射するように設けられ、第２ノズル１３６は脱イオン水を研磨ヘッド１４１の底面に設けられたメンブレン１４１１に向けて噴射するように設けられる。メンブレン１４１１はウェーハを真空吸着する用途として使われる。第１ノズル１３５と第２ノズル１３６は、ペデスタル１３１の周りに同じ間隔で各々三つが設けられる。一方、ロードカップ１３０の洗浄槽１３２の内部には、ペデスタル１３１に安着するウェーハを整列させるためにこれをガイドするウェーハアライナ１３３がペデスタル１３１の周りに等間隔で三つが設けられている。
【００１５】
洗浄槽１３２は円筒形状の支持台１３４により支持され、支持台１３４の内部には第１ノズル１３５と第２ノズル１３６に脱イオン水を供給するためのフレキシブルホース１３５２が設けられる。洗浄槽１３２の内部には、フレキシブルホース１３５２と第１ノズル１３５及び第２ノズル１３６を連結するための洗浄水通路１３５１が備えられる。
【００１６】
また、ペデスタル１３１にもメンブレン１４１１を洗浄するために脱イオン水を上向き噴射する多数の噴射口１３１１が備えられる。ペデスタル１３１の内部には噴射口１３１１と連結される側方向水通路１３１２が備えられ、側方向水通路１３１２はペデスタル１３１を支持する管状のペデスタル支持台１３８の内部に形成された垂直方向水通路１３１３と連結される。
【００１７】
前述したように、ロードカップ１３０はウェーハのローディング／アンローディングだけでなく、研磨ヘッド１４１の底面に設けられたメンブレン１４１１とペデスタル１３１を洗浄する役割をする。このような洗浄段階はウェーハの化学機械的研磨工程において非常に重要である。化学機械的研磨工程の特性上、スラリーカスや研磨されたシリコン粒子などの汚染物質が発生し、汚染物質中一部はメンブレン１４１１やペデスタル１３１の表面に残留する。メンブレン１４１１やペデスタル１３１に残留した汚染物質は、次にローディングされるウェーハに移されて研磨工程中にウェーハの表面上にマイクロスクラッチを発生させうる。このようなマイクロスクラッチは、半導体素子のゲート酸化膜の電流漏れまたはゲートラインブリッジのような欠陥を誘発して半導体素子の収率と信頼性を落とす要因になる。従って、研磨工程進行中にはメンブレン１４１１やペデスタル１３１に残留した汚染物質を脱イオン水で洗浄して除去することによって、前述した問題点を未然に防止する必要がある。
【００１８】
ところが、従来の化学機械的研磨装置の構造上、前述した洗浄手段によっては汚染物質を完全に除去できない問題点がある。この問題点を図６と図７を参照して説明する。
【００１９】
図６は従来の化学機械的研磨装置の研磨ヘッドを概略的に示す断面図であり、
図７は図６に表示されたA部位をより詳細に示す部分詳細図である。
化学機械的研磨装置の研磨ヘッド１４１は、ウェーハをホルディングして研磨パッド上に所定の圧力を加えて密着回転させる役割をする。この時、研磨ヘッド１４１はウェーハの上面を真空吸着する。このために研磨ヘッド１４１の内部には真空ライン１４１９が備えられ、研磨ヘッド１４１の下部には真空ライン１４１９と連通する多数の穴１４１５が形成されたメンブレン支持板１４１４が設けられる。メンブレン支持板１４１４の底面にはメンブレンパッド１４１６が密着されており、メンブレンパッド１４１６の底面とメンブレン支持板１４１４の外周面は、ウェーハと直接接触する柔軟な材質でなったメンブレン１４１１が取り囲んでいる。メンブレン１４１１はメンブレンクランプ１４１７によりメンブレン支持板１４１４に固定される。そして、研磨ヘッド１４１の下部縁部、即ちメンブレン１４１１の周りには研磨中にウェーハが外側に離脱することを防止するためのリテーナリング１４１２が設けられる。リテーナリング１４１２には、メンブレン１４１１によるウェーハの真空吸着時、メンブレン支持板１４１４とリテーナリング１４１２との間に形成された狭い空間１４１８の内部空気が流出入するパージホール１４１３とがその外周面に沿って等間隔で４つが備えられている。
【００２０】
このような構成を有する研磨ヘッド１４１において、メンブレン１４１１とリテーナリング１４１２との間にはウェーハに荷重を加える時メンブレン１４１１が昇降できるように約０.２５mmの狭い間隔Dが存在する。ところが、この間隔Dを通して研磨中に供給されたスラリー及び他の汚染物質が狭い空間１４１８に流入される。空間１４１８に流入されたスラリーなどのような汚染物質は前述した従来の洗浄手段によっては除去されないので、時間が経つにつれて段々累積され、また水分が蒸発して固まる。
【００２１】
このように固まったスラリーのような汚染物質は、メンブレン１４１１の上下移動や研磨時発生する微少な振動により研磨途中で研磨パッドの表面に落ちる。この時研磨パッドの表面に落ちる汚染物質の大きさは数mm以上で、ウェーハの表面にマイクロスクラッチとマクロスクラッチを発生させる要因になる。
【００２２】
一方、従来の化学機械的研磨装置にはその内部のパーチクル、スラリーカス、研磨されたシリコンなどの汚染物質が清浄室内部に広がることを防止し、また装置内部を汚してウェーハに欠陥を発生させることを防止するために、このような汚染物質を排出するための排気手段が備えられている。
【００２３】
図１に示すように、排気手段として保護カバー１５０の上面に備えられた排気口１５１と、排気ポンプ（図示せず）と、排気口１５１と排気ポンプを連結する排気管１５２とが備わる。ところが、装置内部の汚染物質は主に空気中のパーチクルより大きくて重いスラリーカスや研磨されたシリコン粒子であって、これらは排気口１５１から遠く離れた研磨パッド１２０上で発生する。これにより従来の排気口１５１を通じては装置内部の汚染物質を効果的に排出できなくて装置内部に残留する。このように装置内部に残留した汚染物質はウェーハ表面上にスクラッチを発生させる要因になる。
【００２４】
前述したように従来の化学機械的研磨装置においては、その構造上問題点によってパーチクル、スラリーカスなどの汚染物質を完全に除去できないので、これらがウェーハ表面上にスクラッチを発生させて半導体素子の収率と信頼性を落とす短所がある。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前述のような従来技術の問題点を解決するために案出されたもので、特にウェーハ表面にスクラッチを発生させる汚染物質を効果的に除去する化学機械的研磨装置と汚染物質洗浄方法を提供することにその目的がある。
【００２６】
詳細には、本発明の第１目的は、研磨ヘッド内部に固着されたスラリーカスなどの汚染物質を効果的に除去できる洗浄手段を具備した化学機械的研磨装置を提供することである。
【００２７】
本発明の第２目的は、装置内部のスラリーカスなどの汚染物質を効果的に排出できる排気手段を具備した化学機械的研磨装置を提供することである。
【００２８】
本発明の第３目的は、研磨ヘッド内部に固着されたスラリーカスなどの汚染物質を効果的に洗浄できる洗浄方法を提供することである。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
前述の目的を達成するために本発明に関わる化学機械的研磨装置は、半導体ウェーハの表面を平坦化するための化学機械的研磨装置において、ベースと、ベースに位置する研磨パッドと、ベース上部に位置し、ウェーハをホルディングし研磨パッドに対して加圧するもので、底面にメンブレンを具備する真空チャックと、メンブレンの周辺に延びてメンブレンと所定のギャップを介して設けられ、放射状で貫通して形成されてギャップと連結される複数個のパージホールを有する環状リテーナリングを含む研磨ヘッドと、ベース上に支持され、研磨ヘッドを収容するだけの大きさの洗浄槽、洗浄槽下部に位置するペデスタル、ペデスタルの上部面に脱イオン水を噴射できるように配置された第１ノズル、洗浄槽の上部穴の中心部に向かって上方向に脱イオン水を噴射できるように配置された第２ノズルと、ロードカップの側面に洗浄槽の内側方向に放射状で脱イオン水を噴射できるように配置された第３ノズルを含むロードカップとを具備し、研磨ヘッドが下降してロードカップの洗浄槽内に位置する時、第２ノズルから噴射された脱イオン水が研磨ヘッドの底面を洗浄し、第３ノズルからリテーナリングのパージホールを貫通して脱イオン水が噴射されてギャップ内に流入された汚染物質を除去できる構造を有する。
【００３０】
望ましい実施例として、第３ノズルは、洗浄槽の内周面に沿って等間隔で少なくとも３個設けられる。
【００３１】
他の実施例として、ロードカップの内周面に沿ってリング状の脱イオン水供給ラインが設けられ、第３ノズルは脱イオン水供給ラインに所定間隔を介して多数個が設けられうる。
ここで、第３ノズルの個数は、リテーナリングに形成されたパージホールの個数と同一であることが望ましい。
【００３２】
さらに他の実施例として、化学機械的研磨装置の保護カバー内部の汚染物質を排出するために排気口と、排気ポンプと、排気口と排気ポンプを連結する排気管とを含む排気手段をさらに具備し、排気口は保護カバーの側面下部に設けられることが望ましい。
ここで、排気口は保護カバーの４つの側面に設けられることが望ましいし、排気口の開口部は、その高さに比べて長い長方形でなることが望ましい。
【００３３】
一方、目的を達成するために本発明に係る洗浄方法は、化学機械的研磨装置において、底面にメンブレンを具備する真空チャックと、メンブレンの周辺に延びてメンブレンと所定のギャップを介して設けられ、放射状で貫通して形成されてギャップと連結される複数個のパージホールを有する環状リテーナリングとを含む研磨ヘッド内に流入された汚染物質を洗浄する方法であって、洗浄槽内に研磨ヘッドを位置させる段階と、研磨ヘッドが洗浄槽に位置された状態でリテーナリングのパージホールを貫通してギャップ内に放射状で脱イオン水を噴射する段階とを含み、ギャップ内の汚染物質が脱イオン水によって洗浄され、メンブレンとリテーナリングとのギャップを通じて排出されることを特徴とする。
【００３４】
望ましい実施例として、洗浄槽はウェーハがロードされる時及び化学機械的研磨装置からウェーハがアンロードされる時にウェーハを支持するロードカップの一部分であり、そしてロードカップの洗浄槽に研磨ヘッドを下降させる段階をさらに含むことが望ましい。
【００３５】
このような本発明によれば、装置内部及び研磨ヘッド内部のスラリーカスなどウェーハ表面上にスクラッチを発生させる汚染物質を効果的に洗浄または排出できるようになって、半導体素子の収率と信頼性が向上する。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３７】
図８は本発明の実施例に係る洗浄手段が備わった化学機械的研磨装置のロードカップを示す斜視図であり、図９は図８に示した洗浄手段により研磨ヘッド底面と研磨ヘッド内部及びペデスタルを洗浄する状態を示すロードカップの断面図である。
【００３８】
図８および図９に示すように、化学機械的研磨装置のロードカップ２３０ではウェーハのローディング／アンローディングがなされ、また研磨ヘッド２４１及びペデスタル２３１に残留したパーチクル、スラリーカス、研磨されたシリコン粒子などの汚染物質を洗浄する作業が行なわれる。これにより、図８と図９に示すように、ロードカップ２３０の洗浄槽２３２内部には、汚染物質を洗浄するために脱イオン水を噴射する第１ノズル２３５、第２ノズル２３６及び第３ノズル２３７を具備する洗浄手段が備えられる。第１ノズル２３５は、脱イオン水をウェーハが安着するペデスタル２３１の上面に向かって噴射するように設けられて、第２ノズル２３６は、脱イオン水をウェーハを真空吸着するために研磨ヘッド２４１の底面に装着されたメンブレン２４１１に向かって噴射するように設けられる。そして、本発明の特徴部の第３ノズル２３７は、メンブレン２４１１の外周面と研磨ヘッド２４１の下部縁部に設けられたリテーナリング２４１２の内周面との間に形成された空間２４１８に、リテーナリング２４１２に形成されたパージホール２４１３に向かって脱イオン水を噴射できるように設けられる。第３ノズル２３７により噴射された脱イオン水は、空間２４１８に流入された汚染物質を洗浄して研磨ヘッド２４１の外部に排出することによって空間２４１８内に汚染物質が累積して固着されることを防止する。
【００３９】
第１ノズル２３５、第２ノズル２３６及び第３ノズル２３７は、ペデスタル２３１の周りに同じ間隔で三つ設けられる。ノズル２３５、２３６、２３７の個数は適当に変更でき、特に第３ノズル２３７の個数はパージホール２４１３の個数に従ってこれと同一に変更できる。即ち、パージホール２４１３の個数が従来の場合のように４個の場合には、第３ノズル２３７の個数もこれに応じて４個になることが望ましい。
【００４０】
一方、図８に示すウェーハアライナ２３３は、ペデスタル２３１に安着するウェーハを整列させるためにこれをガイドする役割をする。
【００４１】
洗浄槽２３２は円筒形状の支持台２３４により支持され、支持台２３４の内部には第１ノズル２３５、第２ノズル２３６及び第３ノズル２３７に脱イオン水を供給するためのフレキシブルホース２３５２が設けられる。フレキシブルホース２３５２は洗浄槽２３２の内部に設けられた洗浄水通路２３５１の一端部と連結され、洗浄水通路２３５１の他端部は第１ノズル２３５、第２ノズル２３６及び第３ノズル２３７に連結される。
【００４２】
また、ペデスタル２３１にもメンブレン２４１１を洗浄するために脱イオン水を上向き噴射する多数の噴射口２３１１が備えられる。ペデスタル２３１の内部には噴射口２３１１と連結される側方向水通路２３１２が備えられ、側方向水通路２３１２はペデスタル２３１を支持する管状のペデスタル支持台２３８の内部に形成された垂直方向水通路２３１３と連結される。
【００４３】
このように、本発明に係る化学機械的研磨装置の洗浄手段は、第１ノズル２３５と第２ノズル２３６によっては洗浄し難い研磨ヘッド２４１内部の狭い空間２４１８に流入された汚染物質も第３ノズル２３７により洗浄できるようになる。
【００４４】
図１０は図９に示したリテーナリングの斜視図である。図１０に示すようにリテーナリング２４１２に形成されたパージホール２４１３は溝形状であることが望ましい。従って、第３ノズル２３７から噴射される脱イオン水をより容易に汚染物質が流入された空間２４１８に流入できるので、空間２４１８内の汚染物質をより効果的に洗浄できる。一方、図１０に示したリテーナリング２４１２は三つのパージホール２４１３を具備しているが、これは第３ノズル２３７の個数に応じたことであって、パージホール２４１３は４つまたはそれ以上になりうる。
【００４５】
図１１は、本発明の他の実施例に係る洗浄手段が備わった化学機械的研磨装置のロードカップを示す斜視図である。
図１１に示すように、本実施例に係る化学機械的研磨装置の洗浄手段は、ロードカップ２３０の洗浄槽２３２の内周面に沿って設けられたリング状の脱イオン水供給ライン３３８を具備する。脱イオン水供給ライン３３８は図９に示した洗浄水通路２３５１と連結される。そして、脱イオン水供給ライン３３８には所定間隔を介して多数個の第３ノズル３３７が設けられる。この時第３ノズル３３７の個数はパージホール２４１３の個数に従ってこれと同一に設けられうる。第１ノズル２３５と第２ノズル２３６は、前述した実施例のようにペデスタル２３１の周りに同じ間隔で三つが設けられる。
【００４６】
このような実施例は、等間隔で配置された三つの第２ノズル２３６で研磨ヘッド２４１の底面全体を効果的に洗浄するために洗浄途中で研磨ヘッド２４１を回転させる場合に適用できる。この場合にはパージホール２４１３の位置が変わるので、示すようにリング状の脱イオン水供給ライン３３８に多数個の第３ノズル３３７を設けることによって研磨ヘッド２４１の内部空間２４１８により効果的に脱イオン水を流入できる。
【００４７】
図１２は、本発明のさらなる他の実施例として、前述した洗浄手段以外にも排気手段をさらに備えている化学機械的研磨装置を示す。
図１２に示すように、本発明の化学機械的研磨装置２００は、ベース２１０と、ベース２１０の上部に設けられる複数の研磨パッド２２０と、ウェーハのローディング／アンローディングを行なうロードカップ２３０と、ウェーハをホルディングして研磨パッド２２０の上面に密着回転させる複数の研磨ヘッドを有するヘッド回転部２４０とを含む。ベース２１０の上部には研磨パッド２２０、ロードカップ２３０及びヘッド回転部２４０を取り囲んで保護する保護カバー２５０が設けられる。保護カバー２５０の一側面にはウェーハ移送装置によりロードカップ２３０にローディング／アンローディングされるウェーハが出入するためのウェーハ出入口２５３が備えられている。
【００４８】
そして、本発明の化学機械的研磨装置２００は、保護カバー２５０内部のパーチクル、スラリーカス、研磨されたシリコンなどの汚染物質を外部に排出するための排気手段を具備する。排気手段は、排気口２５１と、排気ポンプ（図示せず）と、排気口２５１と排気ポンプを連結する排気管２５２とよりなる。
【００４９】
ここで、本発明の特徴は、排気口２５１が保護カバー２５０の側面下部に設けられることである。このように排気口２５１を汚染物質の主発生場所の研磨パッド２２０に隣接した所に設けることによって、空気中のパーチクルより大きくて重いスラリーカスや研磨されたシリコン粒子が大部分を占める汚染物質をより容易に排出できる。
【００５０】
そして、排気口２５１は保護カバー２５０の４つの側面に設けられることが望ましい。これは保護カバー２５０内部の汚染物質の排出経路を短くして迅速な排出を可能にし、汚染物質の排出経路を装置の中心部から外側に向かわせることによって汚染物質が排出される途中でウェーハや研磨パッドなどに接触することをできるだけ防止する。
【００５１】
また、排気口２５１の開口部２５１１は、その高さに比べて水平方向に長い長方形状であることが望ましい。長方形状の開口部２５１１は他の形状のものに比べて同じ断面積でもより広い部位に散在する汚染物質を吸入できる。
【００５２】
このような排気手段を具備することによって、前述した洗浄手段により除去されない所に散在するスラリーカスなどの汚染物質を装置外部に効果的に排出できる。
【００５３】
【発明の効果】
以上で説明したように、本発明によれば、従来の洗浄手段によっては除去し難い、研磨ヘッド内部に流入されて固着されたスラリーカス、研磨されたシリコン粒子などの汚染物質も効果的に洗浄でき、また、装置内に散在する汚染物質も効果的に排出できる。
【００５４】
従って、このような汚染物質によるウェーハ表面上のスクラッチ発生が抑制されるので、スクラッチによる半導体素子の欠陥が減少して半導体素子の収率及び信頼性が向上する効果がある。
【００５５】
本発明は開示された実施例を参照して説明されたが、これは例示的なことに過ぎなく、当該分野で通常的知識を有する者であればこれより多様な変形及び均等な他の実施例が可能であることを理解するはずである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の化学機械的研磨装置を概略的に示す斜視図である。
【図２】図１に示した化学機械的研磨装置の分離斜視図である。
【図３】研磨工程でウェーハの移動を説明するための概略図である。
【図４】図２に示したロードカップをより詳細に示す斜視図である。
【図５】研磨ヘッドの底面とペデスタルの上面を洗浄する手段を示すロードカップの断面図である。
【図６】図１に示した従来の化学機械的研磨装置の研磨ヘッドを概略的に示す断面図である。
【図７】図６に表示されたA部位をより詳細に示す部分詳細図である。
【図８】本発明の一実施例による化学機械的研磨装置のロードカップを示す斜視図である。
【図９】本発明の一実施例による化学機械的研磨装置のロードカップを示す断面図である。
【図１０】本発明の一実施例による化学機械的研磨装置のリテーナリングの斜視図である。
【図１１】本発明の他の実施例による化学機械的研磨装置のロードカップを示す斜視図である。
【図１２】本発明の他の実施例による化学機械的研磨装置の斜視図である。
【符号の説明】
２００ 化学機械的研磨装置
２１０ ベース
２２０ 研磨パッド
２３０ ロードカップ
２３１ ペデスタル
２３２ 洗浄槽
２３３ ウェーハアライナ
２３４ 支持台
２３５、２３６、２３７ ノズル
２３８ ペデスタル支持台
２４０ ヘッド回転部
２４１ 研磨ヘッド
２５０ 保護カバー
２５１ 排気口
２５２ 排気管
２５３ ウェーハ出入口
３３７ ノズル
３３８ 脱イオン水供給ライン
２３１１ 噴射口
２３１２ 側方向水通路
２３１３ 垂直方向水通路
２３５１ 洗浄水通路
２３５２ フレキシブルホース
２４１１ メンブレン
２４１２ リテーナリング
２４１３ パージホール
２４１８ 空間
２５１１ 開口部
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子の製造に用いられる化学機械的研磨装置に係り、詳細には化学機械的研磨装置の研磨ヘッド及び汚染物質洗浄方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子は高集積化に従ってウェーハに対する積層構造の多層化が要求される。これにより半導体素子の製造工程中には半導体ウェーハの各層の平坦化のための研磨工程が必須的に含まれる。このような研磨工程では主に化学機械的研磨（CMP、ChemicalMechanicalPolishing）プロセスが適用されている。このプロセスによれば狭い領域だけでなく広い領域の平坦化においても優れた平坦度を得られるのでウェーハが大口径化される時勢に適している。
【０００３】
化学機械的研磨プロセスは、タングステンや酸化物などがコーティングされたウェーハの表面を機械的摩擦により研磨すると同時に化学的研磨剤により研磨するプロセスであって、とても微細な研磨を可能にする。機械的研磨は、回転する研磨パッド上にウェーハを上げた状態でウェーハに所定の荷重を加えながら回転させることによって、研磨パッドとウェーハ表面との摩擦によりウェーハ表面を研磨することである。化学的研磨は研磨パッドとウェーハとの間に供給される化学的研磨剤としてのスラリーによりウェーハ表面の研磨を成させることである。
【０００４】
以下、従来の化学機械的研磨装置に対して図面を参照しながら具体的に説明する。
【０００５】
図１は従来の化学機械的研磨装置の構成を示す概略的斜視図である。
図１に示すように、従来の化学機械的研磨システムは化学機械的研磨装置１００と、これに隣接したウェーハ移送装置１７０よりなる。
【０００６】
化学機械的研磨装置１００は、ベース１１０と、ベース１１０の上部に設けられる研磨パッド１２０と、ウェーハ１０のローディング／アンローディングを行なうロードカップ１３０と、ウェーハ１０をホルディングして研磨パッド１２０の上面に密着回転させる複数の研磨ヘッドを有するヘッド回転部１４０とを含む。そして、ベース１１０の上部には研磨パッド１２０、ロードカップ１３０及びヘッド回転部１４０を取り囲んで保護する保護カバー１５０が設けられる。保護カバー１５０の側面は通常その内部が見られるように透明な材料で作られる。保護カバー１５０の上面にはその内部のホコリやその他の汚染物質などを排気させるための排気口１５１が備えられ、排気口１５１は排気管１５２を通して排気ポンプ（図示せず）に連結される。
【０００７】
ウェーハ移送装置１７０はウェーハ１０を化学機械的研磨装置１００の内部に投入し、研磨が終わったウェーハ１０を排出して後続工程へ移送する役割をする。ウェーハ移送装置１７０は、ウェーハ１０を積載するチューブ１７１と、チューブ１７１からウェーハ１０をホルディングして化学機械的研磨装置１００のロードカップ１３０にローディングするホルダ１７４と、ホルダ１７４を昇降させ回転させる昇降アーム１７３と、昇降アーム１７３を支持しながら所定方向に往復移動させるトラック１７２とを具備する。
【０００８】
一方、保護カバー１５０の一側面には、ウェーハ移送装置１７０によりロードカップ１３０にローディング／アンローディングされるウェーハ１０が出入するためのウェーハ出入口１５３が備えられている。
【０００９】
図２は図１に示す化学機械的研磨装置の分離斜視図である。
図２に示すように、ベース１１０の上面には短時間に多数のウェーハを処理するために通常三つの研磨パッド１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃが設けられる。研磨パッド１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃの各々は回転テーブル（図示せず）の上面に密着されるように装着される。そして、研磨パッド１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃの各々に隣接して研磨パッド１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃの表面状態を調節するためのパッドコンディショナ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃと研磨パッド１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃの表面にスラリーを供給するスラリー供給アーム１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃが設けられる。
【００１０】
また、ベース１１０の上面にはウェーハのローディング／アンローディングのための一つのロードカップ１３０が備えられる。ロードカップ１３０の内部にはウェーハがその上面に安着される円板状のペデスタル１３１が設けられる。一方、ロードカップ１３０では後述するようにウェーハをホルディングする研磨ヘッド１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃ、１４１ｄ及びペデスタル１３１の洗浄が行なわれる。
【００１１】
ヘッド回転部１４０は、４つの研磨ヘッド１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃ、１４１ｄと、４つの回転軸１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃ、１４２ｄとを具備する。研磨ヘッド１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃ、１４１ｄはウェーハをホルディングして研磨が行なわれる間研磨パッド１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃの上面に所定の圧力を加えて密着させる。回転軸１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃ、１４２ｄの各々は４つの研磨ヘッド１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃ、１４１ｄの各々を回転させるためのものであって、ヘッド回転部１４０のフレーム１４３に装着される。ヘッド回転部１４０のフレーム１４３内部には回転軸１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃ、１４２ｄを回転させるための駆動機構が設けられる。ヘッド回転部１４０は中心軸１４４により支持され、また中心軸１４４を中心として回転できるように設けられる。
【００１２】
前述したように構成される従来の化学機械的研磨装置での工程進行順序を図２と図３を参照しながら説明する。先ずウェーハ移送装置によりロードカップ１３０へ移送されたウェーハ１０はロードカップ１３０のペデスタル１３１の上面に安着される。この時、ウェーハ１０はその位置が動かないようにペデスタル１３１の上面に真空吸着される。その後、ウェーハ１０はペデスタル１３１の上昇により上昇してその上部に位置した研磨ヘッド１４１の底面に真空吸着される。研磨ヘッド１４１の底面に真空吸着されたウェーハ１０はヘッド回転部１４０の回転によりロードカップ１３０に隣接した研磨パッド１２０ａ上に移る。そして研磨ヘッド１４１が下降して研磨パッド１２０ａの上面にウェーハ１０を加圧密着させスラリーを供給しながら研磨を行なう。この時研磨パッド１２０ａとウェーハ１０は同じ方向、通常的には時計逆回り方向に回転する。このようにウェーハ１０は三つの研磨パッド１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃを順次に経た後再びロードカップ１３０に到達してペデスタル１３１に安着する。その後、ウェーハ移送装置がペデスタル１３１に安着したウェーハ１０を化学機械的研磨装置１００の外部に移送する。
【００１３】
ウェーハ１０がアンローディングされれば研磨ヘッド１４１がロードカップ１３０の内部に下降する。この状態で脱イオン水を噴射して研磨ヘッド１４１の底面とペデスタル１３１を洗浄する。洗浄が終われば、研磨ヘッド１４１とペデスタル１３１が再び上昇し、ウェーハ移送装置により新たなウェーハが移送されてペデスタル１３１の上面に安着する。
【００１４】
このために図４と図５に示すように、ロードカップ１３０の洗浄槽１３２の内部には脱イオン水を噴射する第１ノズル１３５と第２ノズル１３６が備えられる。第１ノズル１３５は脱イオン水をペデスタル１３１の上面に向けて噴射するように設けられ、第２ノズル１３６は脱イオン水を研磨ヘッド１４１の底面に設けられたメンブレン１４１１に向けて噴射するように設けられる。メンブレン１４１１はウェーハを真空吸着する用途として使われる。第１ノズル１３５と第２ノズル１３６は、ペデスタル１３１の周りに同じ間隔で各々三つが設けられる。一方、ロードカップ１３０の洗浄槽１３２の内部には、ペデスタル１３１に安着するウェーハを整列させるためにこれをガイドするウェーハアライナ１３３がペデスタル１３１の周りに等間隔で三つが設けられている。
【００１５】
洗浄槽１３２は円筒形状の支持台１３４により支持され、支持台１３４の内部には第１ノズル１３５と第２ノズル１３６に脱イオン水を供給するためのフレキシブルホース１３５２が設けられる。洗浄槽１３２の内部には、フレキシブルホース１３５２と第１ノズル１３５及び第２ノズル１３６を連結するための洗浄水通路１３５１が備えられる。
【００１６】
また、ペデスタル１３１にもメンブレン１４１１を洗浄するために脱イオン水を上向き噴射する多数の噴射口１３１１が備えられる。ペデスタル１３１の内部には噴射口１３１１と連結される側方向水通路１３１２が備えられ、側方向水通路１３１２はペデスタル１３１を支持する管状のペデスタル支持台１３８の内部に形成された垂直方向水通路１３１３と連結される。
【００１７】
前述したように、ロードカップ１３０はウェーハのローディング／アンローディングだけでなく、研磨ヘッド１４１の底面に設けられたメンブレン１４１１とペデスタル１３１を洗浄する役割をする。このような洗浄段階はウェーハの化学機械的研磨工程において非常に重要である。化学機械的研磨工程の特性上、スラリーカスや研磨されたシリコン粒子などの汚染物質が発生し、汚染物質中一部はメンブレン１４１１やペデスタル１３１の表面に残留する。メンブレン１４１１やペデスタル１３１に残留した汚染物質は、次にローディングされるウェーハに移されて研磨工程中にウェーハの表面上にマイクロスクラッチを発生させうる。このようなマイクロスクラッチは、半導体素子のゲート酸化膜の電流漏れまたはゲートラインブリッジのような欠陥を誘発して半導体素子の収率と信頼性を落とす要因になる。従って、研磨工程進行中にはメンブレン１４１１やペデスタル１３１に残留した汚染物質を脱イオン水で洗浄して除去することによって、前述した問題点を未然に防止する必要がある。
【００１８】
ところが、従来の化学機械的研磨装置の構造上、前述した洗浄手段によっては汚染物質を完全に除去できない問題点がある。この問題点を図６と図７を参照して説明する。
【００１９】
図６は従来の化学機械的研磨装置の研磨ヘッドを概略的に示す断面図であり、
図７は図６に表示されたA部位をより詳細に示す部分詳細図である。
化学機械的研磨装置の研磨ヘッド１４１は、ウェーハをホルディングして研磨パッド上に所定の圧力を加えて密着回転させる役割をする。この時、研磨ヘッド１４１はウェーハの上面を真空吸着する。このために研磨ヘッド１４１の内部には真空ライン１４１９が備えられ、研磨ヘッド１４１の下部には真空ライン１４１９と連通する多数の穴１４１５が形成されたメンブレン支持板１４１４が設けられる。メンブレン支持板１４１４の底面にはメンブレンパッド１４１６が密着されており、メンブレンパッド１４１６の底面とメンブレン支持板１４１４の外周面は、ウェーハと直接接触する柔軟な材質でなったメンブレン１４１１が取り囲んでいる。メンブレン１４１１はメンブレンクランプ１４１７によりメンブレン支持板１４１４に固定される。そして、研磨ヘッド１４１の下部縁部、即ちメンブレン１４１１の周りには研磨中にウェーハが外側に離脱することを防止するためのリテーナリング１４１２が設けられる。リテーナリング１４１２には、メンブレン１４１１によるウェーハの真空吸着時、メンブレン支持板１４１４とリテーナリング１４１２との間に形成された狭い空間１４１８の内部空気が流出入するパージホール１４１３とがその外周面に沿って等間隔で４つが備えられている。
【００２０】
このような構成を有する研磨ヘッド１４１において、メンブレン１４１１とリテーナリング１４１２との間にはウェーハに荷重を加える時メンブレン１４１１が昇降できるように約０.２５mmの狭い間隔Dが存在する。ところが、この間隔Dを通して研磨中に供給されたスラリー及び他の汚染物質が狭い空間１４１８に流入される。空間１４１８に流入されたスラリーなどのような汚染物質は前述した従来の洗浄手段によっては除去されないので、時間が経つにつれて段々累積され、また水分が蒸発して固まる。
【００２１】
このように固まったスラリーのような汚染物質は、メンブレン１４１１の上下移動や研磨時発生する微少な振動により研磨途中で研磨パッドの表面に落ちる。この時研磨パッドの表面に落ちる汚染物質の大きさは数mm以上で、ウェーハの表面にマイクロスクラッチとマクロスクラッチを発生させる要因になる。
【００２２】
一方、従来の化学機械的研磨装置にはその内部のパーチクル、スラリーカス、研磨されたシリコンなどの汚染物質が清浄室内部に広がることを防止し、また装置内部を汚してウェーハに欠陥を発生させることを防止するために、このような汚染物質を排出するための排気手段が備えられている。
【００２３】
図１に示すように、排気手段として保護カバー１５０の上面に備えられた排気口１５１と、排気ポンプ（図示せず）と、排気口１５１と排気ポンプを連結する排気管１５２とが備わる。ところが、装置内部の汚染物質は主に空気中のパーチクルより大きくて重いスラリーカスや研磨されたシリコン粒子であって、これらは排気口１５１から遠く離れた研磨パッド１２０上で発生する。これにより従来の排気口１５１を通じては装置内部の汚染物質を効果的に排出できなくて装置内部に残留する。このように装置内部に残留した汚染物質はウェーハ表面上にスクラッチを発生させる要因になる。
【００２４】
前述したように従来の化学機械的研磨装置においては、その構造上問題点によってパーチクル、スラリーカスなどの汚染物質を完全に除去できないので、これらがウェーハ表面上にスクラッチを発生させて半導体素子の収率と信頼性を落とす短所がある。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前述のような従来技術の問題点を解決するために案出されたもので、特にウェーハ表面にスクラッチを発生させる汚染物質を効果的に除去する化学機械的研磨装置と汚染物質洗浄方法を提供することにその目的がある。
【００２６】
詳細には、本発明の第１目的は、研磨ヘッド内部に固着されたスラリーカスなどの汚染物質を効果的に除去できる洗浄手段を具備した化学機械的研磨装置を提供することである。
【００２７】
本発明の第２目的は、装置内部のスラリーカスなどの汚染物質を効果的に排出できる排気手段を具備した化学機械的研磨装置を提供することである。
【００２８】
本発明の第３目的は、研磨ヘッド内部に固着されたスラリーカスなどの汚染物質を効果的に洗浄できる洗浄方法を提供することである。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
前述の目的を達成するために本発明に関わる化学機械的研磨装置は、半導体ウェーハの表面を平坦化するための化学機械的研磨装置において、ベースと、ベースに位置する研磨パッドと、ベース上部に位置し、ウェーハをホルディングし研磨パッドに対して加圧するもので、底面にメンブレンを具備する真空チャックと、メンブレンの周辺に延びてメンブレンと所定のギャップを介して設けられ、放射状で貫通して形成されてギャップと連結される複数個のパージホールを有する環状リテーナリングを含む研磨ヘッドと、ベース上に支持され、研磨ヘッドを収容するだけの大きさの洗浄槽、洗浄槽下部に位置するペデスタル、ペデスタルの上部面に脱イオン水を噴射できるように配置された第１ノズル、洗浄槽の上部穴の中心部に向かって上方向に脱イオン水を噴射できるように配置された第２ノズルと、ロードカップの側面に洗浄槽の内側方向に放射状で脱イオン水を噴射できるように配置された第３ノズルを含むロードカップとを具備し、研磨ヘッドが下降してロードカップの洗浄槽内に位置する時、第２ノズルから噴射された脱イオン水が研磨ヘッドの底面を洗浄し、第３ノズルからリテーナリングのパージホールを貫通して脱イオン水が噴射されてギャップ内に流入された汚染物質を除去できる構造を有する。
【００３０】
望ましい実施例として、第３ノズルは、洗浄槽の内周面に沿って等間隔で少なくとも３個設けられる。
【００３１】
他の実施例として、ロードカップの内周面に沿ってリング状の脱イオン水供給ラインが設けられ、第３ノズルは脱イオン水供給ラインに所定間隔を介して多数個が設けられうる。
ここで、第３ノズルの個数は、リテーナリングに形成されたパージホールの個数と同一であることが望ましい。
【００３２】
さらに他の実施例として、化学機械的研磨装置の保護カバー内部の汚染物質を排出するために排気口と、排気ポンプと、排気口と排気ポンプを連結する排気管とを含む排気手段をさらに具備し、排気口は保護カバーの側面下部に設けられることが望ましい。
ここで、排気口は保護カバーの４つの側面に設けられることが望ましいし、排気口の開口部は、その高さに比べて長い長方形でなることが望ましい。
【００３３】
一方、目的を達成するために本発明に係る洗浄方法は、化学機械的研磨装置において、底面にメンブレンを具備する真空チャックと、メンブレンの周辺に延びてメンブレンと所定のギャップを介して設けられ、放射状で貫通して形成されてギャップと連結される複数個のパージホールを有する環状リテーナリングとを含む研磨ヘッド内に流入された汚染物質を洗浄する方法であって、洗浄槽内に研磨ヘッドを位置させる段階と、研磨ヘッドが洗浄槽に位置された状態でリテーナリングのパージホールを貫通してギャップ内に放射状で脱イオン水を噴射する段階とを含み、ギャップ内の汚染物質が脱イオン水によって洗浄され、メンブレンとリテーナリングとのギャップを通じて排出されることを特徴とする。
【００３４】
望ましい実施例として、洗浄槽はウェーハがロードされる時及び化学機械的研磨装置からウェーハがアンロードされる時にウェーハを支持するロードカップの一部分であり、そしてロードカップの洗浄槽に研磨ヘッドを下降させる段階をさらに含むことが望ましい。
【００３５】
このような本発明によれば、装置内部及び研磨ヘッド内部のスラリーカスなどウェーハ表面上にスクラッチを発生させる汚染物質を効果的に洗浄または排出できるようになって、半導体素子の収率と信頼性が向上する。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３７】
図８は本発明の実施例に係る洗浄手段が備わった化学機械的研磨装置のロードカップを示す斜視図であり、図９は図８に示した洗浄手段により研磨ヘッド底面と研磨ヘッド内部及びペデスタルを洗浄する状態を示すロードカップの断面図である。
【００３８】
図８および図９に示すように、化学機械的研磨装置のロードカップ２３０ではウェーハのローディング／アンローディングがなされ、また研磨ヘッド２４１及びペデスタル２３１に残留したパーチクル、スラリーカス、研磨されたシリコン粒子などの汚染物質を洗浄する作業が行なわれる。これにより、図８と図９に示すように、ロードカップ２３０の洗浄槽２３２内部には、汚染物質を洗浄するために脱イオン水を噴射する第１ノズル２３５、第２ノズル２３６及び第３ノズル２３７を具備する洗浄手段が備えられる。第１ノズル２３５は、脱イオン水をウェーハが安着するペデスタル２３１の上面に向かって噴射するように設けられて、第２ノズル２３６は、脱イオン水をウェーハを真空吸着するために研磨ヘッド２４１の底面に装着されたメンブレン２４１１に向かって噴射するように設けられる。そして、本発明の特徴部の第３ノズル２３７は、メンブレン２４１１の外周面と研磨ヘッド２４１の下部縁部に設けられたリテーナリング２４１２の内周面との間に形成された空間２４１８に、リテーナリング２４１２に形成されたパージホール２４１３に向かって脱イオン水を噴射できるように設けられる。第３ノズル２３７により噴射された脱イオン水は、空間２４１８に流入された汚染物質を洗浄して研磨ヘッド２４１の外部に排出することによって空間２４１８内に汚染物質が累積して固着されることを防止する。
【００３９】
第１ノズル２３５、第２ノズル２３６及び第３ノズル２３７は、ペデスタル２３１の周りに同じ間隔で三つ設けられる。ノズル２３５、２３６、２３７の個数は適当に変更でき、特に第３ノズル２３７の個数はパージホール２４１３の個数に従ってこれと同一に変更できる。即ち、パージホール２４１３の個数が従来の場合のように４個の場合には、第３ノズル２３７の個数もこれに応じて４個になることが望ましい。
【００４０】
一方、図８に示すウェーハアライナ２３３は、ペデスタル２３１に安着するウェーハを整列させるためにこれをガイドする役割をする。
【００４１】
洗浄槽２３２は円筒形状の支持台２３４により支持され、支持台２３４の内部には第１ノズル２３５、第２ノズル２３６及び第３ノズル２３７に脱イオン水を供給するためのフレキシブルホース２３５２が設けられる。フレキシブルホース２３５２は洗浄槽２３２の内部に設けられた洗浄水通路２３５１の一端部と連結され、洗浄水通路２３５１の他端部は第１ノズル２３５、第２ノズル２３６及び第３ノズル２３７に連結される。
【００４２】
また、ペデスタル２３１にもメンブレン２４１１を洗浄するために脱イオン水を上向き噴射する多数の噴射口２３１１が備えられる。ペデスタル２３１の内部には噴射口２３１１と連結される側方向水通路２３１２が備えられ、側方向水通路２３１２はペデスタル２３１を支持する管状のペデスタル支持台２３８の内部に形成された垂直方向水通路２３１３と連結される。
【００４３】
このように、本発明に係る化学機械的研磨装置の洗浄手段は、第１ノズル２３５と第２ノズル２３６によっては洗浄し難い研磨ヘッド２４１内部の狭い空間２４１８に流入された汚染物質も第３ノズル２３７により洗浄できるようになる。
【００４４】
図１０は図９に示したリテーナリングの斜視図である。図１０に示すようにリテーナリング２４１２に形成されたパージホール２４１３は溝形状であることが望ましい。従って、第３ノズル２３７から噴射される脱イオン水をより容易に汚染物質が流入された空間２４１８に流入できるので、空間２４１８内の汚染物質をより効果的に洗浄できる。一方、図１０に示したリテーナリング２４１２は三つのパージホール２４１３を具備しているが、これは第３ノズル２３７の個数に応じたことであって、パージホール２４１３は４つまたはそれ以上になりうる。
【００４５】
図１１は、本発明の他の実施例に係る洗浄手段が備わった化学機械的研磨装置のロードカップを示す斜視図である。
図１１に示すように、本実施例に係る化学機械的研磨装置の洗浄手段は、ロードカップ２３０の洗浄槽２３２の内周面に沿って設けられたリング状の脱イオン水供給ライン３３８を具備する。脱イオン水供給ライン３３８は図９に示した洗浄水通路２３５１と連結される。そして、脱イオン水供給ライン３３８には所定間隔を介して多数個の第３ノズル３３７が設けられる。この時第３ノズル３３７の個数はパージホール２４１３の個数に従ってこれと同一に設けられうる。第１ノズル２３５と第２ノズル２３６は、前述した実施例のようにペデスタル２３１の周りに同じ間隔で三つが設けられる。
【００４６】
このような実施例は、等間隔で配置された三つの第２ノズル２３６で研磨ヘッド２４１の底面全体を効果的に洗浄するために洗浄途中で研磨ヘッド２４１を回転させる場合に適用できる。この場合にはパージホール２４１３の位置が変わるので、示すようにリング状の脱イオン水供給ライン３３８に多数個の第３ノズル３３７を設けることによって研磨ヘッド２４１の内部空間２４１８により効果的に脱イオン水を流入できる。
【００４７】
図１２は、本発明のさらなる他の実施例として、前述した洗浄手段以外にも排気手段をさらに備えている化学機械的研磨装置を示す。
図１２に示すように、本発明の化学機械的研磨装置２００は、ベース２１０と、ベース２１０の上部に設けられる複数の研磨パッド２２０と、ウェーハのローディング／アンローディングを行なうロードカップ２３０と、ウェーハをホルディングして研磨パッド２２０の上面に密着回転させる複数の研磨ヘッドを有するヘッド回転部２４０とを含む。ベース２１０の上部には研磨パッド２２０、ロードカップ２３０及びヘッド回転部２４０を取り囲んで保護する保護カバー２５０が設けられる。保護カバー２５０の一側面にはウェーハ移送装置によりロードカップ２３０にローディング／アンローディングされるウェーハが出入するためのウェーハ出入口２５３が備えられている。
【００４８】
そして、本発明の化学機械的研磨装置２００は、保護カバー２５０内部のパーチクル、スラリーカス、研磨されたシリコンなどの汚染物質を外部に排出するための排気手段を具備する。排気手段は、排気口２５１と、排気ポンプ（図示せず）と、排気口２５１と排気ポンプを連結する排気管２５２とよりなる。
【００４９】
ここで、本発明の特徴は、排気口２５１が保護カバー２５０の側面下部に設けられることである。このように排気口２５１を汚染物質の主発生場所の研磨パッド２２０に隣接した所に設けることによって、空気中のパーチクルより大きくて重いスラリーカスや研磨されたシリコン粒子が大部分を占める汚染物質をより容易に排出できる。
【００５０】
そして、排気口２５１は保護カバー２５０の４つの側面に設けられることが望ましい。これは保護カバー２５０内部の汚染物質の排出経路を短くして迅速な排出を可能にし、汚染物質の排出経路を装置の中心部から外側に向かわせることによって汚染物質が排出される途中でウェーハや研磨パッドなどに接触することをできるだけ防止する。
【００５１】
また、排気口２５１の開口部２５１１は、その高さに比べて水平方向に長い長方形状であることが望ましい。長方形状の開口部２５１１は他の形状のものに比べて同じ断面積でもより広い部位に散在する汚染物質を吸入できる。
【００５２】
このような排気手段を具備することによって、前述した洗浄手段により除去されない所に散在するスラリーカスなどの汚染物質を装置外部に効果的に排出できる。
【００５３】
【発明の効果】
以上で説明したように、本発明によれば、従来の洗浄手段によっては除去し難い、研磨ヘッド内部に流入されて固着されたスラリーカス、研磨されたシリコン粒子などの汚染物質も効果的に洗浄でき、また、装置内に散在する汚染物質も効果的に排出できる。
【００５４】
従って、このような汚染物質によるウェーハ表面上のスクラッチ発生が抑制されるので、スクラッチによる半導体素子の欠陥が減少して半導体素子の収率及び信頼性が向上する効果がある。
【００５５】
本発明は開示された実施例を参照して説明されたが、これは例示的なことに過ぎなく、当該分野で通常的知識を有する者であればこれより多様な変形及び均等な他の実施例が可能であることを理解するはずである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の化学機械的研磨装置を概略的に示す斜視図である。
【図２】図１に示した化学機械的研磨装置の分離斜視図である。
【図３】研磨工程でウェーハの移動を説明するための概略図である。
【図４】図２に示したロードカップをより詳細に示す斜視図である。
【図５】研磨ヘッドの底面とペデスタルの上面を洗浄する手段を示すロードカップの断面図である。
【図６】図１に示した従来の化学機械的研磨装置の研磨ヘッドを概略的に示す断面図である。
【図７】図６に表示されたA部位をより詳細に示す部分詳細図である。
【図８】本発明の一実施例による化学機械的研磨装置のロードカップを示す斜視図である。
【図９】本発明の一実施例による化学機械的研磨装置のロードカップを示す断面図である。
【図１０】本発明の一実施例による化学機械的研磨装置のリテーナリングの斜視図である。
【図１１】本発明の他の実施例による化学機械的研磨装置のロードカップを示す斜視図である。
【図１２】本発明の他の実施例による化学機械的研磨装置の斜視図である。
【符号の説明】
２００ 化学機械的研磨装置
２１０ ベース
２２０ 研磨パッド
２３０ ロードカップ
２３１ ペデスタル
２３２ 洗浄槽
２３３ ウェーハアライナ
２３４ 支持台
２３５、２３６、２３７ ノズル
２３８ ペデスタル支持台
２４０ ヘッド回転部
２４１ 研磨ヘッド
２５０ 保護カバー
２５１ 排気口
２５２ 排気管
２５３ ウェーハ出入口
３３７ ノズル
３３８ 脱イオン水供給ライン
２３１１ 噴射口
２３１２ 側方向水通路
２３１３ 垂直方向水通路
２３５１ 洗浄水通路
２３５２ フレキシブルホース
２４１１ メンブレン
２４１２ リテーナリング
２４１３ パージホール
２４１８ 空間
２５１１ 開口部
Claims (11)
- 半導体ウェーハの表面を平坦化するための化学機械的研磨装置において、
ベースと、
前記ベースに位置する研磨パッドと、
前記ベース上部に位置し、前記ウェーハをホルディングし前記研磨パッドに対して加圧するもので、底面にメンブレンを具備する真空チャックと、前記メンブレンの周辺に延びて、前記メンブレンと所定のギャップを介して設けられ、放射状で貫通して形成されて前記ギャップと連結される複数個のパージホールを有する環状リテーナリングを含む研磨ヘッドと、
前記ベース上に支持され、前記研磨ヘッドを収容するだけの大きさの洗浄槽、前記洗浄槽下部に位置するペデスタル、前記ペデスタルの上部面に脱イオン水を噴射できるように配置された第１ノズル、前記洗浄槽の上部穴の中心部に向かって上方向に脱イオン水を噴射できるように配置された第２ノズル、およびロードカップの側面に前記洗浄槽の内側方向に放射状で脱イオン水を噴射できるように配置された第３ノズルを含むロードカップとを具備し、
前記研磨ヘッドが下降して前記ロードカップの洗浄槽内に位置する時、前記第２ノズルから噴射された脱イオン水が前記研磨ヘッドの底面を洗浄し、前記第３ノズルから前記リテーナリングのパージホールを貫通して脱イオン水が噴射されて前記ギャップ内に流入された汚染物質を除去することを特徴とする化学機械的研磨装置。 - 前記第３ノズルは、前記洗浄槽の内周面に沿って等間隔で少なくとも３個設けられることを特徴とする請求項１に記載の化学機械的研磨装置。
- 前記第３ノズルの個数は、前記リテーナリングに形成された前記パージホールの個数と同一であることを特徴とする請求項１に記載の化学機械的研磨装置。
- 前記ロードカップの内周面に沿ってリング状の脱イオン水供給ラインが設けられ、前記第３ノズルは前記脱イオン水供給ラインに所定間隔を介して多数個設けられていることを特徴とする請求項１に記載の化学機械的研磨装置。
- 前記脱イオン水供給ラインに設けられた前記第３ノズルの個数は、前記リテーナリングに形成された前記パージホールの個数と同一であることを特徴とする請求項４に記載の化学機械的研磨装置。
- 前記ベース上に延びる保護カバーと、
前記保護カバーを通じて連結されるもので保護カバーの側面下部に設けられる排気口とをさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の化学機械的研磨装置。 - 前記保護カバーは前記ベースの上方に延びる４つの側面を有し、前記排気口は前記保護カバーの４つの側面に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の化学機械的研磨装置。
- 前記排気口の開口部は、その高さに比べて水平方向に長い長方形状に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の化学機械的研磨装置。
- 請求項１に係る化学機械的研磨装置を用い、底面にメンブレンを具備する真空チャックと、前記メンブレンの周辺に延びて前記メンブレンと所定のギャップを介して設けられ、放射状で貫通して形成され前記ギャップと連結される複数個のパージホールを有する環状リテーナリングとを含む研磨ヘッド内に流入された汚染物質を洗浄する方法であって、
洗浄槽内に前記研磨ヘッドを位置させる段階と、
前記研磨ヘッドが洗浄槽に位置された状態で前記リテーナリングのパージホールを貫通して前記ギャップ内に放射状で脱イオン水を噴射する段階とを含み、
前記ギャップ内の汚染物質が脱イオン水によって洗浄され、前記メンブレンと前記リテーナリングとのギャップを通じて排出されることを特徴とする洗浄方法。 - 前記洗浄槽は前記ウェーハがロードされる時及び前記化学機械的研磨装置からウェーハがアンロードされる時にウェーハを支持するロードカップの一部分であり、前記ロードカップの洗浄槽に前記研磨ヘッドを下降させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の洗浄方法。
- 前記研磨ヘッドを回転させながら前記脱イオン水を噴射することを特徴とする請求項９に記載の洗浄方法。
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