TW201436946A

TW201436946A - 研磨裝置

Info

Publication number: TW201436946A
Application number: TW102147895A
Authority: TW
Inventors: Tomoatsu Ishibashi
Original assignee: Ebara Corp
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2013-12-24
Publication date: 2014-10-01
Also published as: US9162337B2; US20140187122A1; JP2014130881A; TWI564112B; KR20140086839A; KR101604519B1

Abstract

【課題】在裝置內之洗淨處理中，可以可充分發揮原本洗淨效果之最佳條件進行超音波洗淨。【解決手段】本發明具有：純水供給管路30，其係將脫氣之純水供給至裝置內；氣體溶解單元32，其係連接於純水供給管路，並使氣體溶解於通過該純水供給管路而供給之脫氣的純水中；氣體溶解純水搬送管路34，其係連接於氣體溶解單元32，並搬送以該氣體溶解單元32使氣體溶解之氣體溶解純水；超音波洗淨單元40a~40d、42a、42b、44a~44c，其係連接於氣體溶解純水搬送管路34，並對通過該氣體溶解純水搬送管路34而搬送之氣體溶解純水賦予超音波振動能，而向被洗淨物噴出；及控制部56，其係控制氣體溶解單元與超音波洗淨單元。

Description

研磨裝置

本發明係關於一種研磨裝置，特別是關於防止因附著於配置在研磨裝置內部而具備處理功能之機構部等的研磨液等微粒子產生瑕疵，來研磨晶圓等基板表面加以平坦化之研磨裝置。

研磨晶圓表面之研磨裝置，通常內部具備機構部，其具備具有由研磨墊構成之研磨面的研磨台、及保持晶圓之研磨頭(上方環形轉盤)等各種處理功能。而後，對研磨墊之研磨面以指定壓力按壓由研磨頭所保持之晶圓，並使研磨台與研磨頭相對運動。藉此，使晶圓滑動接觸於研磨面，而將晶圓表面研磨成平坦且鏡面。在化學機械研磨(CMP)中，於研磨時，係將包含微粒子之研磨液(泥漿)供給至研磨面。研磨後之基板藉由搬送單元搬送至洗淨、乾燥單元，以該洗淨、乾燥單元洗淨及乾燥後，從研磨裝置搬出。

如此，供給研磨液並研磨晶圓等基板表面時，會在研磨台之研磨面上殘留研磨液及研磨渣等大量微粒子。此外，研磨時研磨液飛散於研磨台周邊，該飛散之研磨液會附著於配置在研磨台周圍而具備處理功能的機構部表面。再者，研磨液也會附著於搬運研磨後之基板的搬送單元、及洗淨研磨後之基板的洗淨單元之洗淨具等。如此，在研磨台之研磨面上殘留研磨液及研磨渣等，或是研磨液附著於配置在研磨台周圍之機構部表面及洗淨單元的洗淨具等時，成為研磨後之基板產生瑕疵的主要原因。

一般而言，在研磨裝置內部之指定位置配置有各種洗淨單元。藉由從該洗淨單元之噴射口朝向研磨裝置之指定部位定期噴射洗淨液，以洗淨液沖洗附著在研磨台及配置於其周邊之各機構部等表面的研磨液。該洗淨液通常使用從工廠供給至研磨裝置內部之脫氣後的純水。

研磨裝置內之洗淨機構，習知在研磨裝置內部搭載利用具有孔蝕之高壓水進行洗淨的超音波洗淨單元。該超音波洗淨單元之高壓水，通常使用從工廠供給至裝置內之脫氣後的純水(洗淨液)。

從工廠供給至研磨裝置而使用於洗淨之脫氣後的純水(洗淨液)，係保持在幾乎不含溶解氣體之狀態。例如脫氣後之純水的溶解氧濃度(DO值)通常為20ppb以下，亦有管理在5ppb以下者。最尖端元件之製造中，甚至要求使用溶解氧濃度為1ppb之純水來洗淨等。

利用孔蝕之超音波洗淨，係採用使超音波作用於包含溶解氣體之液體的物理洗淨處理。供給至超音波洗淨單元之液體中要求的溶解氣體規格例，例如舉出「液體中溶解氣體濃度為1ppm~15ppm」等。此外，亦明瞭將過多溶解氣體之液體使用於超音波洗淨時，無法獲得充分之超音波洗淨特性。

但是，如前述，將脫氣成DO值為20ppb以下之純水使用於超音波洗淨時，因為純水中之溶解氣體極少，所以獲得充分之超音波洗淨特性困難。亦即，如研磨裝置，在研磨液等有微粒子污染顧慮之裝置內的洗淨處理中，使用脫氣後之純水的超音波洗淨，仍無法充分發揮超音波洗淨原本之洗淨效果。

本發明係鑑於上述情形而創者，其目的為提供一種在裝置內之洗淨處理中，可以可充分發揮原本洗淨效果之最佳條件進行超音波洗淨的研磨裝置。

本發明之研磨裝置具有：純水供給管路，其係將脫氣之純水供給至裝置內；氣體溶解單元，其係連接於前述純水供給管路，並使氣體溶解於通過該純水供給管路而供給之前述脫氣的純水中；氣體溶解純水搬送管路，其係連接於前述氣體溶解單元，並搬送以該氣體溶解單元使氣體溶解之氣體溶解純水；超音波洗淨單元，其係連接於前述氣體溶解純水搬送管路，並對通過該氣體溶解純水搬送管路而搬送之氣體溶解純水賦予超音波振動能，而向被洗淨物噴出；及控制部，其係控制前述氣體溶解單元與前述超音波洗淨單元。

藉此，藉由以氣體溶解單元生成使充分量之氣體溶解於純水的氣體溶解純水，藉由超音波洗淨單元對氣體溶解純水賦予超音波振動能，而從超音波洗淨單元向被洗淨物噴出，可以可充分發揮原本洗淨效果之最佳條件進行超音波洗淨。

本發明適合之一種樣態中，進一步具有感測器，其係測定從前述氣體溶解純水搬送管路搬送至前述超音波洗淨單元之氣體溶解純水的溶解氣體濃度，並將其測定值送至前述控制部。

本發明適合之一種樣態中，前述控制部係以前述溶解氣體濃度維持在指定範圍內之方式，依據前述溶解氣體濃度之測定值來控制前述氣體溶解單元。

藉此，以感測器測定從氣體溶解純水搬送管路搬送至超音波洗淨單元之氣體溶解純水的溶解氣體濃度，可依據該測定值控制氣體溶解單元，並可將搬送至超音波洗淨單元之氣體溶解純水的溶解氣體濃度控制在指定範圍內。

本發明適合之一種樣態中，進一步具有溫度調整單元，其係調整從前述氣體溶解純水搬送管路搬送至前述超音波洗淨單元之氣體溶解純水的溫度。

本發明適合之一種樣態中，前述控制部係以氣體溶解純水之溫度維持在指定範圍內的方式，依據前述溫度之測定值來控制前述溫度調整單元。

供給至裝置內之脫氣的純水溫度，一般而言控制在21℃~25℃程度。溫度調整單元藉由將氣體溶解純水之溫度，例如控制在18℃~40℃程度之範圍，可獲得高洗淨效果。

根據本發明，以氣體溶解單元生成使充分量之氣體溶解的氣體溶解純水，藉由超音波洗淨單元對氣體溶解純水賦予超音波振動能，從超音波洗淨單元向被洗淨物噴出。藉此，例如對裝置內因研磨液等而有微粒子顧慮之機構部，可以可充分發揮原本洗淨效果之最佳條件進行超音波洗淨。

10‧‧‧殼體

12‧‧‧載入/卸載部

14‧‧‧處理部

16a~16d‧‧‧研磨單元

18‧‧‧搬送單元

20‧‧‧洗淨、乾燥單元

22‧‧‧前載入部

30‧‧‧純水供給管路

32‧‧‧氣體溶解單元

34‧‧‧氣體溶解純水搬送管路

36‧‧‧感測器

38‧‧‧溫度調整單元

40a~40d、42a、42b、44a~44c‧‧‧超音波洗淨單元

46‧‧‧分歧管路

50‧‧‧本體

52‧‧‧流體流路

52a‧‧‧注入口

52b‧‧‧噴射口

54‧‧‧壓電元件

56‧‧‧控制部

60‧‧‧研磨頭

62‧‧‧研磨墊

64‧‧‧修整器

66‧‧‧霧化器

68‧‧‧隔膜

70‧‧‧固定環

72‧‧‧滾筒洗淨構件

74‧‧‧洗淨板

76‧‧‧筆型洗淨構件

78‧‧‧洗淨板

第一圖係顯示本發明之實施形態的研磨裝置之全體概要平面圖。

第二圖係顯示純水供給管路、氣體溶解單元、氣體溶解純水搬送管路、感測器、溫度調整單元及超音波洗淨單元之關係圖。

第三圖係超音波洗淨單元之剖面圖。

第四圖係將比較例1之瑕疵率設為100%，以百分率(瑕疵率)來顯示測定實施例1,2及比較例1中超音波洗淨後留下之100nm以上的瑕疵數之結果圖表。

第五圖係顯示研磨單元、與研磨單元中具備之使用於超音波洗淨的超音波洗淨單元之關係圖。

第六圖係顯示對搬送單元送交基板後之研磨頭、與搬送單元具備之使用於超音波洗淨的超音波洗淨單元之關係圖。

第七圖係第六圖之一部分放大圖。

第八圖係顯示洗淨、乾燥單元、與洗淨、乾燥單元具備之使用於超音波洗淨的超音波洗淨單元之關係圖。

第九圖係顯示洗淨、乾燥單元、與洗淨、乾燥單元具備之使用於超音波洗淨的其他超音波洗淨單元之關係圖。

以下，參照圖式說明本發明之實施形態。

第一圖係顯示本發明之實施形態的研磨裝置之全體概要平面圖。如第一圖所示，該研磨裝置具備概略矩形狀之殼體10，殼體10之內部劃分成載入/卸載部12及處理部14。在處理部14之內部配置作為具備處理功能之機構部的複數個(圖示係4個)研磨單元16a~16d、搬送單元18及洗淨、乾燥單元20。複數個研磨單元16a~16d係沿著研磨裝置之長度方向而排列。

載入/卸載部12具備放置可收容多數個晶圓等基板之基板匣盒的前載入部22。該前載入部22鄰接於殼體10而配置。前載入部22中可搭載開放式匣盒、SMIF(標準製造介面(Standard Manufacturing Interface))密閉容器(Pod)或FOUP(前開統一密閉容器(Front Opening unified Pod))。此處，SMIF、FOUP係內部收納基板匣盒，藉由以分隔壁覆蓋，可保持與外部空間獨立之環境的密閉容器。

配置於載入/卸載部12之搬送機器人(無圖示)從搭載於前載入部22之基板匣盒取出1片基板而搬送至搬送單元18。搬送單元18搬送基板至研磨單元16a~16d之其中一個上，該研磨單元16a~16d之其中一個接收研磨後之基板，並搬送至洗淨、乾燥單元20。而後，經洗淨、乾燥單元20洗淨而乾燥後之基板，藉由配置於載入/卸載部12之搬送機器人，送回搭載於前載入部22之基板匣盒中。

例如將DO值為20ppb以下脫氣之純水，從工廠供給至研磨裝置之純水供給管路30延伸於殼體10的內部。純水供給管路30連接有例如藉由透過膜或發泡使氣體溶解於純水中，生成使溶解氣體濃度增加之氣體溶解純水的氣體溶解單元32。該氣體溶解單元32生成之氣體溶解純水的溶解氣體濃度，一般而言係1~15ppm，例如係3~8ppm。氣體溶解單元32生成使純水中溶解充分量之氣體的氣體溶解純水，下述之各超音波洗淨單元40a~40d、42a、42b、44a~44c對氣體溶解純水賦予超音波振動能。藉此，可以可充分發揮原本洗淨效果之最佳條件進行超音波洗淨。

溶解於純水中之氣體，例如宜使用氮(N₂)氣或氬氣等惰性氣體。只要不影響研磨裝置之洗淨，亦可使用潔淨室環境下之空氣中的氣體(氧)。此外，亦可使用碳酸氣或氫等氣體，而使用純水中溶解了碳酸氣或氫等氣體之碳酸氣水或氫水等功能水，作為氣體溶解純水。

氣體溶解單元32連接搬送氣體溶解單元32所生成之氣體溶解純水的氣體溶解純水搬送管路34。該氣體溶解純水搬送管路34中設置有測定流入氣體溶解純水搬送管路34內之氣體溶解純水的溶解氣體濃度之感測器36，以及調整流入氣體溶解純水搬送管路34內之氣體溶解純水的溫度之溫度調整單元38。

本例如第二圖所示，分別在研磨單元16d中具備4個超音波洗淨單元40a~40d，在搬送單元18中具備2個超音波洗淨單元42a,42b，在洗淨、乾燥單元20中具備3個超音波洗淨單元44a~44c。另外，其他之研磨單元16a~16c中亦與研磨單元16d同樣地具備4個超音波洗淨單元，不過無圖示。氣體溶解純水搬送管路34在溫度調整單元38之下游側分歧成複數個分歧管路46，在該各分歧管路46之前端分別連接有超音波洗淨單元40a~40d、42a、42b、44a~44c。

如第三圖所示，超音波洗淨單元40a係在本體50內部之流體流路52中配置作為超音波振子的壓電元件54而構成。藉由起動壓電元件54，從注入口52a將高壓之氣體溶解純水注入流體流路52，而對該氣體溶解純水賦予超音波振動能。賦予該超音波振動能之氣體溶解純水從噴射口52b噴射。

另外，其他之超音波洗淨單元40b~40d、42a、42b、44a~44c亦具有與超音波洗淨單元40a同樣之構成。

再者，具備控制氣體溶解單元32、溫度調整單元38及各超音波洗淨單元40a~40d、42a、42b、44a~44c之控制部56。來自感測器36之信號輸入控制部56。

流入氣體溶解純水搬送管路34內而搬送至各超音波洗淨單元40a~40d、42a、42b、44a~44c之氣體溶解純水的溶解氣體濃度藉由感測器36測定。而後，控制部56藉由依據該測定值控制氣體溶解單元32，可將從各超音波洗淨單元40a~40d、42a、42b、44a~44c噴出之氣體溶解純水的溶解氣體濃度控制在指定範圍內。

第四圖係使用溶解氣體濃度為1.0ppm以下之氣體溶解純水進行超音波洗淨時，測定洗淨後留下之100nm以上的瑕疵數之結果作為實施例1來顯示。此外，第四圖係使用溶解氣體濃度為1.5ppm以上之氣體溶解純水進行超音波洗淨時，測定洗淨後留下之100nm以上的瑕疵數之結果作為實施例2來顯示。再者，第四圖係使用DO值為1.0ppb以下(DO值≦1.0ppb)經脫氣之純水進行超音波洗淨時，測定洗淨後留下之100nm以上的瑕疵數之結果作為比較例1來顯示。另外，第四圖中，以比較例1之瑕疵率設為100%的百分率(瑕疵率)來顯示瑕疵數。

從該第四圖瞭解，藉由使用溶解氣體濃度為1.0ppm以下，或是1.5ppm以上之氣體溶解純水進行超音波洗淨，與使用DO值為1.0ppb以下(DO值≦1.0ppb)經脫氣之純水進行超音波洗淨時比較，可減少洗淨後留下之100nm以上的瑕疵數。並瞭解特別是藉由使溶解氣體濃度提高至1.5ppm以上，該減少效果顯著。

從純水供給管路30供給之純水溫度，一般而言控制在21℃~ 25℃程度。超音波洗淨中，藉由使用溫度高達某種程度之液體，可獲得高超音波洗淨特性。因而，本例可將流入氣體溶解純水搬送管路34內而搬送至各超音波洗淨單元40a~40d、42a、42b、44a~44c的氣體溶解純水之溫度，以溫度調整單元38控制在18℃~40℃程度。

本例中，控制部56可使用溶解於氣體溶解純水中之氣體濃度與氣體溶解純水的溫度，作為將超音波洗淨特性予以最佳化的參數來控制此等值。更具體而言，控制部56以氣體溶解純水之溶解氣體濃度維持在指定範圍內的方式，依據溶解氣體濃度之測定值控制氣體溶解單元32，進一步以氣體溶解純水之溫度維持在指定範圍內的方式，依據氣體溶解純水之溫度的測定值來控制溫度調整單元38。氣體溶解純水之溫度藉由內藏於溫度調整單元38之溫度計來測定。溫度計亦可與溫度調整單元38分開設置。

各超音波洗淨單元40a~40d、42a、42b、44a~44c之壓電元件54的頻率(數百Hz~5MHz程度)及動力(Power)係藉由控制部56來控制。

第五圖係顯示研磨單元16d與研磨單元16d具備之使用於超音波洗淨的超音波洗淨單元40a~40c之關係圖。該研磨單元16d係藉由研磨頭60保持基板(無圖示)而旋轉，並藉由研磨頭60按壓於旋轉之研磨墊62上。在研磨墊62上供給研磨液(泥漿)，基板在泥漿存在下藉由與研磨墊62滑動接觸而研磨。

超音波洗淨單元40a使用於洗淨水研磨在研磨單元16d之研磨頭60下面保持的基板(無圖示)時之研磨墊62。換言之，該水研磨時，藉由從超音波洗淨單元40a朝向研磨墊62噴出賦予了超音波振動能的氣體溶解純水來洗淨研磨墊62。水研磨係取代研磨液而將純水供給至研磨墊62 上。水研磨中，基板係以比使用泥漿之研磨低的負載按壓於研磨墊62。

超音波洗淨單元40b使用於洗淨以修整器64修整(整形)研磨墊62時之研磨墊62。換言之，該修整時，係藉由從超音波洗淨單元40b朝向研磨墊62噴出賦予了超音波振動能之氣體溶解純水來洗淨研磨墊62。

超音波洗淨單元40c使用於洗淨使用霧化器66之研磨墊62。換言之，係藉由從安裝於霧化器66之超音波洗淨單元40c朝向研磨墊62噴出賦予了超音波振動能之氣體溶解純水來洗淨研磨墊62。

另外，第一圖及第二圖所示之超音波洗淨單元40d配置於洗淨修整器64之洗淨位置，使用於洗淨修整器64，不過第五圖中無圖示。換言之，係藉由從超音波洗淨單元40d朝向修整器64之滑動接觸部噴出賦予了超音波振動能之氣體溶解純水來洗淨修整器64。

另外，其他研磨單元16a~16c中，亦具備與研磨單元16d同樣之構成，不過無圖示。

第六圖及第七圖顯示將基板送交搬送單元18後之研磨頭60、與搬送單元18具備之使用於超音波洗淨的超音波洗淨單元42a,42b之關係。本例中，超音波洗淨單元42a使用於洗淨設於研磨頭60底面而吸著保持基板之隔膜68。換言之，係藉由朝向將基板送交搬送單元18後之研磨頭60的隔膜68，從超音波洗淨單元42a噴出賦予了超音波振動能之氣體溶解純水來洗淨研磨頭60之隔膜68。超音波洗淨單元42b使用於洗淨隔膜68與其外周之固定環70間的間隙。換言之，係朝向將基板送交搬送單元18後之研磨頭60底面的隔膜68與其外周之固定環70間的間隙，從超音波洗淨單元42b噴出賦予了超音波振動能之氣體溶解純水來洗淨隔膜68與固定環70間之間隙。

第八圖係顯示洗淨、乾燥單元20與洗淨、乾燥單元20具備之使用於超音波洗淨的超音波洗淨單元44a之關係圖。本例中，超音波洗淨單元44a使用於洗淨洗淨、乾燥單元20之滾筒洗淨構件72。換言之，係藉由使該滾筒洗淨構件72滑動接觸於洗淨板74，並從超音波洗淨單元44a朝向滾筒洗淨構件72與洗淨板74之滑動接觸部，噴出賦予了超音波振動能之氣體溶解純水來洗淨滾筒洗淨構件72。

第九圖係顯示洗淨、乾燥單元20與洗淨、乾燥單元20具備之使用於超音波洗淨的其他超音波洗淨單元44b之關係圖。本例中，超音波洗淨單元44b使用於洗淨洗淨、乾燥單元20之筆型洗淨構件76。換言之，係藉由使該筆型洗淨構件76滑動接觸於洗淨板78，並從超音波洗淨單元44b朝向筆型洗淨構件76與洗淨板78之滑動接觸部，噴出賦予了超音波振動能之氣體溶解純水來洗淨筆型洗淨構件76。

另外，第二圖所示之超音波洗淨單元44c配置於洗淨使洗淨、乾燥單元20之滾筒洗淨構件旋轉的滾筒旋轉機構部之洗淨位置，而使用於洗淨該滾筒旋轉機構部，不過第八圖及第九圖中無圖示。換言之，係從超音波洗淨單元44c朝向滾筒旋轉機構部噴出賦予了超音波振動能之氣體溶解純水來洗淨滾筒旋轉機構部。

根據本發明，係以氣體溶解單元生成使充分量之氣體溶解的氣體溶解純水，藉由超音波洗淨單元對氣體溶解純水賦予超音波振動能。藉此，例如對於可能因裝置內之研磨液等而產生微粒子的機構部，可以可充分發揮原本洗淨效果之最佳條件進行超音波洗淨。

以上，係說明本發明一種實施形態，不過本發明不限定於上述之實施形態，在其技術性思想之範圍內當然可以各種不同形態來實施。