WO1999011433A1 - Vorrichtung und verfahren zum reinigen von polierpads, beispielsweise poliertüchern, insbesondere für das polieren von wafern - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum reinigen von polierpads, beispielsweise poliertüchern, insbesondere für das polieren von wafern Download PDF

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WO1999011433A1
WO1999011433A1 PCT/DE1998/002493 DE9802493W WO9911433A1 WO 1999011433 A1 WO1999011433 A1 WO 1999011433A1 DE 9802493 W DE9802493 W DE 9802493W WO 9911433 A1 WO9911433 A1 WO 9911433A1
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WO
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polishing
gas
water
nozzles
pressure
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Application number
PCT/DE1998/002493
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Inventor
Stephan Bradl
Olaf Heitzsch
Olaf Kühn
André RICHTER
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B53/00—Devices or means for dressing or conditioning abrasive surfaces
    • B24B53/017—Devices or means for dressing, cleaning or otherwise conditioning lapping tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
    • B08B3/02—Cleaning by the force of jets or sprays
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for cleaning polishing pads, in particular polishing cloths.
  • polishing wafers for example, certain materials are removed by a polishing agent over previously structured surfaces.
  • the resulting abrasion is deposited in the polishing pad - for example a polishing cloth.
  • these deposits can have a negative effect on the polishing of subsequent wafers, for example through the formation of scratches on the surface of the wafers.
  • the polishing pad In order to reduce contamination of subsequent wafers by abrasion of previously polished wafers and to limit the loading of the polishing pad with abrasion, the polishing pad has so far been replaced very often. This is particularly disadvantageous since the costs and changeover times caused thereby have a considerable influence on the performance of the polishing process.
  • the object of the present invention is therefore to provide a device and a method for cleaning polishing pads with which abrasion residues can be effectively removed, so that the disadvantages described above do not occur.
  • a device for cleaning polishing pads in particular polishing cloths, which is characterized by a distributor for dispensing a gas-water mixture under high pressure, on the output side of which a plurality of nozzles is formed, and at least one radiation nozzle for blasting a directed one Water jet onto the polishing pad to be cleaned.
  • the abrasion particles on the polishing pad can be easily rinsed off the polishing pad.
  • polishing pads can thus be used for much longer, which leads to the elimination of the disadvantages described above. Furthermore, the inventive design of the device ensures that the polishing pad can be cleaned without damaging the very sensitive polishing pad surface.
  • the device can be used, for example, for cleaning polishing cloths, such as those used in chemical mechanical polishing (CMP) of wafers.
  • CMP chemical mechanical polishing
  • the device can also be used for any other form of polishing element.
  • polishing pad was chosen in the present invention, which clarifies that the invention is not limited to the cleaning of certain polishing cloths.
  • At least one jet nozzle is provided for the directed water jet.
  • more than one radiation nozzle is provided.
  • the gas-water mixture can have a pressure of 172.3 to 689.5 kPa (25 to 100 psi). In a preferred embodiment, the pressure is 413.7 kPa (60 psi). Atomization of the gas-water mixture is facilitated by the high pressure.
  • a gas supply line and a water supply line are arranged on the inlet side of the distributor.
  • the individual components of the gas-water mixture are fed into the distributor from various sources through the water and gas supply lines. It is possible that the correspondingly high pressure is already set for the individual components in the gas and water supply lines. However, it is also conceivable that the corresponding pressure is already set in the gas source and the water source. Of course, it is also possible that the pressure of the gas-water mixture is only set in the distributor itself. In all the cases described above, however, the gas is mixed with the water in the distributor.
  • the mixing of the gas and water components can take place before the distributor.
  • only a single feed line would be required in which the gas-water mixture is fed to the distributor.
  • the setting of the required pressure can be done through the options described above.
  • the generation of the gas-water mixture and the location at which the required pressure is set is not an essential feature of the invention. It is only important that a gas-water mixture with the correspondingly high pressure is available in the distributor can be sprayed through the nozzles.
  • the gas supply line and / or the water supply line can be connected to a compressed air source or the source of another inert gas.
  • a compressed air source or the source of another inert gas can be connected to a compressed air source or the source of another inert gas.
  • the gas-water mixture is atomized in the nozzles.
  • atomization advantageously takes place within the nozzles before it emerges.
  • the individual channels for supplying the gas and water into the nozzle are aligned with one another in such a way that mixing occurs when the two components exit the two components emerge at high pressure, they are subject to an expansion effect in the nozzle edge area due to the prevailing atmospheric pressure, which leads to atomization of the gas-water mixture.
  • the atomization shortly before it emerges from the spray nozzle produces the smallest, highly effective water drops , whose high kinetic energy leads to loosening and knocking out of fixed particles from the polishing pad.
  • the nozzles are advantageously aligned substantially perpendicular to the polishing pad to be cleaned.
  • the nozzles can have a diameter of 0.5 mm to 3 mm, preferably 1.5 mm.
  • the use of flat nozzles is particularly advantageous.
  • the arrangement of the nozzles in the distributor can be designed differently depending on the application. Among other things, regular or irregular arrangement patterns are conceivable.
  • the number of nozzles can also vary.
  • the blasting nozzle is aligned at a flat angle to the polishing pad to be cleaned, preferably at an angle of less than or equal to 45 °. The flat blasting of the directed water jet further reduces the possibility of damage to the sensitive polishing pad surface.
  • the directed water jet exits the jet nozzle at high pressure.
  • the pressure can range from 172.3 to 689.5 kPa (25 to 100 psi). In a preferred embodiment, the pressure is 413.7 kPa (60 psi). The cleaning of the polishing pad is further improved by the high pressure.
  • the water can be deionized water.
  • the gas can advantageously be nitrogen or compressed air.
  • any gas is basically conceivable as a suitable component. The only prerequisite for the selection of the components is that they are in particular compatible with the cleanliness and contamination requirements in the semiconductor industry and that in particular they do not react with the components of the wafers to be polished.
  • the device according to the invention provides a powerful and safe option for cleaning polishing pads, so that the service life of the polishing pads can be greatly increased.
  • a gas-water mixture in atomized state from the nozzles, small water droplets are generated, the kinetic energy of which is suitable for knocking off and detaching particles from the surface of the polishing pad.
  • the detached particles are over the directed water jet rinsed off the surface of the polishing pad.
  • the flat alignment of the water jet with respect to the polishing pad surface prevents damage to the sensitive polishing pad surface.
  • a method for cleaning polishing pads, in particular polishing cloths is provided.
  • the method can in particular be carried out using a device according to the invention as described above.
  • the method is characterized by the following steps in order to achieve the object: 1) Mixing water and gas under high pressure; 2) atomizing the gas-water mixture with the high pressure in a distributor and spraying the atomized gas-water mixture via nozzles formed on the outlet side of the distributor onto the polishing pad to be cleaned; and 3) blasting a directed water jet from at least one blasting nozzle onto the polishing pad to be cleaned.
  • the method according to the invention enables simple and efficient cleaning of the polishing pads without the disadvantages mentioned in the prior art.
  • the advantages, effects, effects and functions of the individual steps and features of the method reference is made in full and reference to the above statements regarding the device according to the invention.
  • the gas-water mixture and the directed water jet can be sprayed off simultaneously.
  • gas-water mixture and / or the directed water jet can be applied to the above-described pressure values can be set.
  • an orientation of the nozzles in the distributor and / or the blasting nozzle is advantageously selected as in the device described above.
  • the device according to the invention for cleaning a polishing pad as described above and the method according to the invention for cleaning a polishing pad can be used in a particularly advantageous manner in chemical mechanical polishing (CMP).
  • CMP chemical mechanical polishing
  • the tungsten CMP process consists of two sub-processes.
  • metal layers are removed using a tungsten polishing agent, the main components of which are iron nitrate Fe (N0 3 ) 3 and finely divided aluminum oxide Al 2 0 3 .
  • This polishing step is selectively stopped on the underlying layer.
  • a pure oxide polishing step the scratches or microscratches in the oxide which have arisen in the first polishing step are largely removed.
  • A1 2 0 3 is used as a grinding component in the polishing agent, which is much harder than the oxide on which the first polishing step is stopped. This involves many scratches in the oxide, which can, however, be polished out using the oxide polishing step.
  • the barrier lying directly on the oxide re slaughter is also very hard and consists of titanium and titanium nitride, for example. The size and shape of the separated barrier particles depends, among other things, on the quality of the Al 2 0 3 . However, residues of the polishing agent and the removed material, if they are only incompletely removed from the polishing pad, can increase the number and depth of scratches when polishing subsequent wafers. Therefore minimizing these scratches is one of the main problems in the tungsten CMP process in order to avoid the risk of yield losses.
  • Fig.l the schematic structure of the device according to the invention for cleaning polishing pads
  • FIG. 2 shows a graph in which the number of defects is plotted on a wafer surface over an absolute number of wafers polished with a polishing pad.
  • FIG. 1 shows a device 10 for cleaning a polishing cloth 12 arranged on a polishing table 11.
  • the cleaning device 10 consists of a distributor 20 which has a plurality of nozzles 23 on its outlet side 22.
  • a gas supply line 40 and a water supply line 41 are arranged on the input side 21 of the distributor 20.
  • the gas feed line 40 is connected to a nitrogen source (not shown).
  • the water supply line 41 is connected to a water source (not shown).
  • the flow rates in the lines 40, 41 can be set via corresponding valves 42, 43 —here manually operated valves.
  • a compressed air source or another inert gas source (not shown) is provided, which is connected via a compressed air control 44 and in particular via a compressed air control 44a and a valve 45 with the water supply line 41 and a compressed air control 44b and a valve 46 is connected to the gas supply line 40.
  • the cleaning device 10 has a radiation nozzle 10, from which a directed water jet 31 is directed onto the polishing cloth 12 at a flat angle of less than 45 °.
  • the directed water jet 31 also has an increased pressure.
  • a defined position of the valves 42 and 43 is used to set a defined nitrogen inflow in the gas feed line 40 and a defined water inflow of de-ionized water in the water feed line 41.
  • the components in lines 40 and 41 are pressurized with compressed air via compressed air control 44, 44a, 44b and a corresponding position of valves 45, 46, so that the components each have a pressure of 413.7 kPa (60 psi) when entering the distributor. exhibit.
  • the components After entering the distributor 20 on its inlet side 21, the components are mixed to form a gas-water mixture under the high pressure of 413.7 kPa (60 psi).
  • the mixture is then sprayed through the flat nozzles 23 onto the polishing cloth 12 to be cleaned.
  • the atomization of the de-ionized water and the nitrogen shortly before it emerges from the spray nozzles 23 produces the smallest, highly effective drops whose high kinetic energy for loosening and knocking out stuck particles from the polishing cloth 12 leads.
  • the released particles are rinsed off the polishing cloth 12 with the aid of the directed water jet 31, which is emitted from the blasting nozzle 30 at a pressure of 413.7 kPa (60 psi). Both the spraying out of the nozzles 23 and the spraying out of the spraying nozzle 30 take place simultaneously. This ensures a particularly thorough cleaning of the polishing cloth. Furthermore, the flat orientation of the blasting nozzle ensures that the particles are effectively rinsed off and that the sensitive polishing cloth 12 is prevented from being damaged.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Cleaning Or Drying Semiconductors (AREA)

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Reinigen eines Polierpads, beispielsweise eines Poliertuchs für das Polieren von Wafern beschrieben. Die Vorrichtung ist gekennzeichnet durch einen Verteiler (20) zur Abgabe eines Gas-Wasser-Gemischs mit einem hohen Druck. Das Gas-Wasser-Gemisch wird zerstäubt und über Düsen (23), die an der Ausgangsseite (22) des Verteilers (20) angeordnet sind, auf das zu reinigende Polierpad (12) abgesprüht. Weiterhin ist eine Abstrahldüse (30) zum Abstrahlen eines gerichteten Wasserstrahls (31) - vorzugsweise in einem flachen Winkel - auf das zu reinigende Polierpad (12) vorgesehen. Der gerichtete Wasserstrahl (31) tritt ebenfalls mit einem hohen Druck aus der Abstrahldüse (30) aus. Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Reinigen von Polierpads beschrieben.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Reinigen von Polierpads, beispielsweise Poliertüchern, insbesondere für das Polieren von Wafern
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Reinigen von Polierpads, insbesondere Poliertüchern .
In der Halbleiterindustrie führt die Forderung nach immer kleineren Strukturen und steigender Ausbeute bei Wafern dazu, daß neben der Prozeßbeherrschung die Reduktion der Defektdichte auf den Wafern einen zunehmenden Einfluß gewinnt. Beim Polieren von Wafern werden beispielsweise bestimmte Materialien durch ein Poliermittel über vorher strukturierten Flä- chen abgetragen. Der dabei entstehende Abrieb wird in dem Polierpad - beispielsweise einem Poliertuch - abgelagert. Diese Ablagerungen können sich jedoch beim Polieren nachfolgender Wafer negativ auswirken, beispielsweise durch Bildung von Kratzern auf der Oberfläche der Wafer.
Um eine Kontamination nachfolgender Wafer durch Abrieb vorher polierter Wafer zu verringern und um die Beladung des Polierpads mit Abrieb zu begrenzen, wird das Polierpad bisher sehr oft ausgewechselt. Dies ist besonders nachteilig, da die da- durch verursachten Kosten und Umrüstzeiten die Leistungsfähigkeit des Polierprozesses in beträchtlicher Weise beeinflussen.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu- gründe, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Reinigen von Polierpads bereitzustellen, mit der/dem Abrieb-Rückstände effektiv beseitigt werden können, so daß es nicht zu den vorstehend beschriebenen Nachteilen kommt.
Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung durch eine Vorrichtung zum Reinigen von Polierpads, insbesondere Poliertüchern gelöst, die gekennzeichnet ist durch einen Verteiler zur Abgabe eines Gas-Wasser-Gemischs unter hohem Druck, an dessen Ausgangsseite eine Vielzahl von Düsen ausge- bildet ist, und wenigstens eine Abstrahldüse zum Abstrahlen eines gerichteten Wasserstrahls auf das zu reinigende Polierpad.
Dadurch können die auf dem Polierpad befindlichen Abriebs- Partikel auf einfache Weise vom Polierpad gespült werden.
Gleichzeitig wird die Gefahr einer Kontamination nachfolgender Wafer durch Abrieb zuvor polierter Wafer stark reduziert. Die Polierpads können somit wesentlich länger verwendet werden, was zu einer Beseitigung der oben beschriebenen Nach- teile führt. Weiterhin wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorrichtung erreicht, daß das Polierpad ohne Beschädigungen der sehr empfindlichen Polierpad-Oberflache gereinigt werden kann.
Die Vorrichtung ist beispielsweise für die Reinigung von Poliertüchern verwendbar, wie sie unter anderem beim chemisch mechanischen Polieren (CMP) von Wafern verwendet werden. Jedoch ist die Vorrichtung auch für jede andere Form von Polierelementen verwendbar. Aus diesem Grund wurde in der vor- liegenden Erfindung der allgemeine Begriff Polierpad gewählt, was verdeutlicht, daß die Erfindung nicht nur auf die Reinigung bestimmter Poliertücher beschränkt ist.
Erfindungsgemäß ist wenigstens eine Abstrahldüse für den ge- richteten Wasserstrahl vorgesehen. Es sind jedoch auch Anordnungen denkbar, in denen mehr als eine Abstrahldüse vorgesehen ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrich- tung ergeben sich aus den rückbezogenen Unteransprüche . Erfindungsgemäß kann das Gas-Wasser-Gemisch einen Druck von 172.3 bis 689.5 kPa (25 bis 100 psi) aufweisen. In bevorzugter Ausgestaltung beträgt der Druck 413.7 kPa (60 psi). Durch den hohen Druck wird eine Zerstäubung des Gas-Wasser-Gemischs erleichtert.
In weiterer Ausgestaltung ist an der Eingangsseite des Verteilers eine Gaszuleitung und eine Wasserzuleitung angeord- net.
Durch die Wasser- und die Gaszuleitung werden die einzelnen Komponenten des Gas-Wasser-Gemischs aus verschiedenen Quellen in den Verteiler eingespeist. Dabei ist es möglich, daß der entsprechend hohe Druck bereits für die einzelnen Komponenten in der Gas- und Wasserzuleitung eingestellt wird. Es ist jedoch auch denkbar, daß der entsprechende Druck bereits in der Gasquelle und der Wasserquelle eingestellt wird. Natürlich ist auch möglich, daß der Druck des Gas-Wasser-Gemischs erst in dem Verteiler selbst eingestellt wird. In allen vorbeschriebenen Fällen erfolgt jedoch die Vermischung des Gases mit dem Wasser in dem Verteiler.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das Mi- sehen der Gas- und Wasserkomponente bereits vor dem Verteiler erfolgen. In diesem Fall würde nur eine einzige Zuleitung benötigt, in der das Gas-Wasser-Gemisch dem Verteiler zugeführt wird. Wiederum kann die Einstellung des erforderlichen Drucks durch die vorstehend beschriebenen Möglichkeiten erfolgen.
Wie ersichtlich wird, ist die Erzeugung des Gas-Wasser-Gemischs sowie der Ort, an dem der erforderliche Druck eingestellt wird, kein wesentliches Merkmal der Erfindung. Wichtig ist lediglich, daß in dem Verteiler ein Gas-Wasser-Gemisch mit dem entsprechend hohen Druck zur Verfügung steht, daß über die Düsen abgesprüht werden kann.
Erfindungsgemäß kann die Gaszuleitung und/oder die Wasserzuleitung mit einer Druckluftquelle oder der Quelle eines ande- ren inerten Gases verbunden sein. Eine solche Ausgestaltung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der erforderliche Druck innerhalb der Zuleitungen eingestellt werden soll.
In vorteilhafter Ausgestaltung wird das Gas-Wasser-Gemisch in den Düsen zerstäubt. Hierbei erfolgt die Zerstäubung vorteilhaft vor dem Austritt noch innerhalb der Düsen. In diesem Zusammenhang kann beispielsweise vom „Venturi-Prinzip" Gebrauch gemacht werden. Dabei werden die einzelnen Kanäle für die Zuleitung des Gases und des Wassers in die Düse derart gegen- einander ausgerichtet, daß es beim Austritt der beiden Komponenten zu einer Durchmischung kommt. Da die beiden Komponenten mit hohem Druck austreten, unterliegen sie im Düsenrand- breich aufgrund des dort vorherrschenden atmosphärischen Drucks einer Expansionswirkung, was zu einer Zerstäubung des Gas-Wasser-Gemischs führt. Durch die Zerstäubung kurz vor dem Austritt aus der Sprühdüse werden kleinste hochwirksame Wassertropfen erzeugt, deren hohe kinetische Energie zum Lockern und Herausschlagen festgesetzter Partikel aus dem Polierpad führt .
Vorteilhaft sind die Düsen im wesentlichen senkrecht zu dem zu reinigenden Polierpad ausgerichtet.
Erfindungsgemäß können die Düsen einen Durchmesser 0.5 mm bis 3 mm, vorzugsweise von 1.5 mm aufweisen. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Flachdüsen. Die Anordnung der Düsen im Verteiler kann je nach Anwendungsfall unterschiedliche ausgebildet sein. So sind unter anderem regelmäßige oder unregelmäßige Anordnungsmuster denkbar. Ebenso kann die Anzahl der Düsen variieren. In weiterer Ausgestaltung ist die Abstrahldüse in einem flachen Winkel zum zu reinigenden Polierpad ausgerichtet, vorzugsweise in einem Winkel von kleiner oder gleich 45°. Durch das flache Abstrahlen des gerichteten Wasserstrahls wird die Möglichkeit einer Beschädigung der empfindlichen Polierpad- Oberflache weiter reduziert.
In bevorzugter Ausgestaltung tritt der gerichtete Wasser- strahl mit einem hohen Druck aus der Abstrahldüse aus . Erfindungsgemäß kann der Druck 172.3 bis 689.5 kPa (25 bis 100 psi) betragen. In bevorzugter Ausgestaltung beträgt der Druck 413.7 kPa (60 psi) . Durch den hohen Druck wird die Reinigung des Polierpads weiter verbessert.
Erfindungsgemäß kann das Wasser de-ionisiertes Wasser sein. Es ist jedoch auch möglich, das Wasser bei bestimmten Anwendungsfällen mit chemischen Zusätzen zu versetzen. Weiterhin kann das Gas vorteilhaft Stickstoff oder Druckluft sein. Jedoch ist grundsätzlich jedes beliebige Gas als geeignete Komponente denkbar. Voraussetzung bei der Auswahl der Komponenten ist nur, daß sie insbesondere kompatibel zu den Rein- heits- und Kontaminationsanforderungen in der Halbleiterindu- strie sind und daß sie insbesondere nicht mit den Komponenten der zu polierenden Wafer reagieren.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird eine leistungsstarke und sichere Möglichkeit zur Reinigung von Polierpads geschaffen, so daß die Lebensdauer der Polierpads stark erhöht werden kann. Durch das Absprühen eines Gas-Wasser-Gemischs in zerstäubtem Zustand aus den Düsen werden kleine Wassertrofpen erzeugt, deren kinetische Energie zum Losschlagen und Ablösen von Partikeln aus der Oberfläche des Polier- pads geeignet ist. Die abgelösten Partikel werden über den gerichteten Wasserstrahl von der Oberfläche des Polierpads abgespült. Dabei verhindert die flache Ausrichtung des Wasserstrahls in bezug auf die Polierpad-Oberflache eine Beschädigung der empfindlichen Polierpad-Oberflache .
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Reinigen von Polierpads, insbesondere von Poliertüchern bereitgestellt. Das Verfahren kann insbesondere unter Verwendung einer wie vorstehend beschriebenen erfin- dungsgemäße Vorrichtung durchgeführt werden. Das Verfahren ist zur Lösung der gestellten Aufgabe durch folgende Schritte gekennzeichnet: 1) Vermischen von Wasser und Gas unter einem hohen Druck; 2) Zerstäuben des Gas-Wasser-Gemischs mit dem hohen Druck in einem Verteiler und Absprühen des zerstäubten Gas-Wasser-Gemischs über an der Ausgangsseite des Verteilers ausgebildete Düsen auf das zu reinigende Polierpad; und 3) Abstrahlen eines gerichteten Wasserstrahls aus wenigstens einer Abstrahldüse auf das zu reinigende Polierpad.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine einfache und leistungsfähige Reinigung der Polierpads ermöglicht, ohne das es zu den im Stand der Technik genannten Nachteilen kommt. Im Hinblick auf die Vorteile, Effekte, Wirkungen und Funktionen der einzelnen Schritte und Merkmale des Verfahrens wird auf die vorstehenden Ausführungen zur erfindungsgemäßen Vorrichtung vollinhaltlich Bezug genommen und verwiesen.
Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens ergeben sich aus den rückbezogenen Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß kann das Absprühen des Gas-Wasser-Gemischs und des gerichteten Wasserstrahls gleichzeitig erfolgen.
In weiterer Ausgestaltung können das Gas-Wasser-Gemisch und/oder der gerichtete Wasserstrahl auf die oben beschriebe- nen Druckwerte eingestellt werden.
Weiterhin wird vorteilhaft eine Ausrichtung der Düsen im Verteiler und/oder der Abstrahldüse wie bei der vorstehend be- schriebenen Vorrichtung gewählt.
Die wie vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung zum Reinigen eines Polierpads sowie das erfindungsgemäße Verfahren zur Reinigung eines Polierpads kann insbesondere auf sehr vorteilhafte Weise beim chemisch mechanischen Polieren (CMP) eingesetzt werden.
Bei diesem Polier-Prozeß werden mittels schleifmittelhaltiger Poliermittel bestimmte Materialien über vorher strukturierten Flächen abgetragen. Dabei stellt der Abtrag von Metallschichten - wie beispielsweise Wolfram - und Barrierematerialien über dotierten und damit weichen Oxiden eine besondere Herausforderung dar.
Der Wolfram-CMP-Prozeß besteht aus zwei Teilprozessen. Im ersten Polierschritt werden mittels Wolfram-Poliermittel, dessen Hauptbestandteile Eisennitrat Fe(N03)3 und feinverteiltes Aluminiumoxid Al203 sind, Metallschichten entfernt. Dieser Polierschritt wird selektiv auf der darunterliegenden Schicht gestoppt. Im zweiten Polierschritt - einem reinen Oxid-Polierschritt - werden die im ersten Polierschritt entstandenen Kratzer beziehungsweise Mikrokratzer im Oxid weitestgehend entfernt.
Die Ursachen dieser Kratzer sind verschiedenartig. Zum einen wird als schleifender Bestandteil in dem Poliermittel A1203 verwendet, das wesentlich härter als das Oxid ist, an dem der erste Polierschritt gestoppt wird. Damit verbunden sind viele Kratzer im Oxid, die sich jedoch durch den Oxid-Polierschritt auspolieren lassen. Die direkt auf dem Oxid liegende Barrie- reschicht ist ebenfalls sehr hart und besteht beispielsweise aus Titan und Titannitrid. Die Größe und Form der abgetrennten Barriereteilchen hängt unter anderem von der Qualität des Al203 ab. Jedoch können Rückstände des Poliermittels sowie das abgetragene Material, wenn sie nur unvollständig vom Polierpad entfernt werden, beim Polieren nachfolgender Wafer die Kratzerzahl und -tiefe erhöhen. Deshalb stellt die Minimierung dieser Kratzer beim Wolfram-CMP-Prozeß eines der Hauptprobleme dar, um die Gefahr von Ausbeuteeinbußen zu ver- hindern.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig.l den schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Reinigen von Polierpads; und
Fig.2 eine graphische Darstellung, in der die Anzahl der De- fekte auf einer Waferoberflache über einer absoluten Anzahl von mit einem Polierpad polierten Wafern aufgetragen ist.
In Fig.l ist eine Vorrichtung 10 zum Reinigen eines auf einem Poliertisch 11 angeordneten Poliertuchs 12 dargestellt.
Die Reinigungs-Vorrichtung 10 besteht aus einem Verteiler 20, der an seiner Ausgangsseite 22 eine Vielzahl von Düsen 23 aufweist. An der Eingangsseite 21 des Verteilers 20 ist eine Gaszuleitung 40 und eine Wasserzuleitung 41 angeordnet. Die Gaszuleitung 40 ist mit einer Stickstoffquelle (nicht dargestellt) verbunden. Die Wasserzuleitung 41 ist mit einer Wasserquelle (nicht dargestellt) verbunden. Die Durchflußraten in den Leitungen 40, 41 können über entsprechende Ventile 42, 43 -hier handbetätigte Ventile- eingestellt werden. Zur Erzeugung eines geeigneten Drucks in der Gaszuleitung 40 und der Wasserzuleitung 41 ist eine Druckluftquelle oder eine andere Inertgasquelle (nicht dargestellt) vorgesehen, die über eine Druckluftansteuerung 44 und insbesondere über eine Druckluftansteuerung 44a und ein Ventil 45 mit der Wasserzuleitung 41 und eine Druckluftansteuerung 44b und ein Ventil 46 mit der Gszuleitung 40 verbunden ist.
Weiterhin weist die Reinigungs-Vorrichtung 10 eine Abstrahl- düse 10 auf, aus der ein gerichteter Wasserstrahl 31 in einem flachen Winkel von weniger als 45° auf das Poliertuch 12 gerichtet wird. Der gerichtete Wasserstrahl 31 weist ebenfalls einen erhöhten Druck auf .
Nachfolgend wird nun die Funktionsweise der Reinigungs-Vorrichtung 10 beschrieben.
Über eine entsprechende Stellung der Ventile 42 und 43 wird ein definierter Stickstoffzufluß in der Gaszuleitung 40 und ein definierter Wasserzufluß an de-ionisiertem Wasser in der Wasserzuleitung 41 eingestellt. Die in den Leitungen 40 und 41 befindlichen Komponenten werden über die Druckluftansteuerung 44, 44a, 44b und eine entsprechende Stellung der Ventile 45, 46 mit Druckluft beaufschlagt, so daß die Komponenten beim Eintritt in den Verteiler jeweils einen Druck von 413.7 kPa (60 psi) aufweisen.
Nach Eintritt in den Verteiler 20 an dessen Eingangsseite 21 werden die Komponenten zu einem Gas-Wasser-Gemisch unter dem hohen Druck von 413.7 kPa (60 psi) vermischt. Danach wird das Gemisch durch die Flachdüsen 23 auf das zu reinigende Poliertuch 12 gesprüht. Durch die Zerstäubung des de-ionisierten Wassers und des Stickstoffs kurz vor dem Austritt aus den Sprühdüsen 23 werden kleinste hochwirksame Tropfen erzeugt, deren hohe kinetische Energie zum Lockern und Herausschlagen festgesetzter Partikel aus dem Poliertuch 12 führt.
Die losgeschlagenen Partikel werden mit Hilfe des gerichteten Wasserstrahls 31, der mit einem Druck von 413.7 kPa (60 psi) aus der Abstrahldüse 30 abgestrahlt wird, vom Poliertuch 12 abgespült. Sowohl das Absprühen aus den Düsen 23, als auch das Absprühen aus der Absprühdüse 30 erfolgt gleichzeitig. Dadurch wird eine besonders gründliche Reinigung des Poliertuchs erreicht. Weiterhin wird durch die flache Ausrichtung der Abstrahldüse erreicht, daß die Partikel zum einen effektiv abgespült werden, und daß zum anderen eine Beschädigung des empfindlichen Poliertuchs 12 verhindert wird.
Die Wirkung der erfindungsgemäßen Poliertuch-Reinigung ergibt sich aus Fig.2.
Daraus ist in Diagrammform das Defektniveau auf Wafern ersichtlich, die einerseits mit einem erfindungsgemäß gereinigten Poliertuch und andererseits mit einem herkömmlch gerei- nigten Poliertuch gereinigt wurden.
Es wurden 75 Wafer in einer Serie auf einem Poliertuch poliert. Jeder dritte Wafer wurde danach einem definierten Oxid-Polierschritt von 40 nm unterworfen und die Defektdichte wurde auf einem Inspektionsgerät „Surfscan Tencor 6420" gemessen. Die Resultate sind in Fig.2 dargestllt.
Während bei der Prozedur ohne erfindungsgemäße Reinigung (Kurve mit kreisförmigen Kennzeichnungen) ungefähr 2400 De- fekte auf jedem Wafer gezählt wurden, sind es bei Verwendung der erfindungegemäßen Vorrichtung (Kurve mit quadratischen Kennzeichnungen) im Mittel weniger als 50 Defekte. Über die gesamte Versuchsdauer war kein Anstieg der Defektdichte zu erkennen. Dies macht deutlich, daß bei Verwendung der erfin- dungsgemäßen Reinigungs-Vorrichtung die Defektdichte auf den Wafern drastisch reduziert werden kann.

Claims

Patentansprüche
1) Vorrichtung zum Reinigen von Polierpads, insbesondere von Poliertüchern, gekennzeichnet durch einen Verteiler (20) zur Abgabe eines Gas-Wasser-Gemischs unter hohem Druck, an dessen Ausgangsseite (22) eine Vielzahl von Düsen (23) ausgebildet ist, und wenigstens eine Abstrahldüse (30) zum Abstrahlen eines gerichteten Wasserstrahls (31) auf das zu reinigende Polierpad (12).
2) Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Gas-Wasser-Gemisch einen Druck von 172.3 bis 689.5 kPa (25 bis 100 psi), vorzugsweise einen Druck von 413.7 kPa (60 psi) aufweist.
3 ) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an der Eingangsseite (21) des Verteilers (20) eine Gaszulei- tung (40) und eine Wasserzuleitung (41) angeordnet ist.
4) Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Gaszuleitung (40) und/oder die Wasserzuleitung (41) mit einer Druckluftquelle oder einer Stickstoffquelle verbunden ist.
5) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Gas-Wasser-Gemisch in den Düsen (23) zerstäubt wird.
6) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Düsen (23) im wesentlichen senkrecht zum zu reinigenden Polierpad (12) ausgerichtet sind. 7) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Düsen (23) einen Durchmesser von 0.5 bis 3 mm, vorzugs- weise von 1.5 mm aufweisen.
8) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Abstrahldüse (30) in einem flachen Winkel zu dem zu rei- nigenden Polierpad (12) ausgerichtet ist, vorzugsweise in einem Winkel von kleiner oder gleich 45°.
9) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der gerichtete Wasserstrahl (31) mit einem hohen Druck aus der Abstrahldüse (30) austritt, vorzugsweise mit einem Druck von 172.3 bis 689.5 kPa (25 bis 100 psi), vorzugsweise mit einem Druck von 413.7 kPa (60 psi) .
10 ) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Wasser de-ionisiertes Wasser oder mit chemischen Zusätzen versehenes de-ionisiertes Wasser ist.
11) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Gas Stickstoff oder Druckluft oder ein sonstiges inertes Gas ist.
12) Verfahren zum Reinigen von Polierpads, beispielsweise von Poliertüchern, insbesondere unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, g e k e n n z e i c h n e t durch folgende Schritte: 1) Vermischen von Wasser und Gas unter einem hohen Druck; 2) Zerstäuben des Gas-Wasser-Gemischs mit dem hohen Druck in einem Verteiler (20) und Absprühen des zerstäubten Gas- Wasser-Gemischs über an der Ausgangsseite (22) des Verteilers (20) ausgebildete Düsen (23) auf das zu reinigende Polierpad (12); c) Abstrahlen eines gerichteten Wasserstrahls (31) aus wenigstens einer Abstrahldüse (30) auf das zu reinigende Polierpad (12) .
13) Verfahren nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Absprühen des Gas-Wasser-Gemischs aus den Düsen (23) und des gerichteten Wasserstrahls (31) gleichzeitig erfolgt.
14) Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Druck des Gas-Wasser-Gemischs auf einen Wert von 172.3 bis 689.5 kPa (25 bis 100 psi), vorzugsweise einen Druck von 413.7 kPa (60 psi) eingestellt wird.
15) Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Druck des gerichteten Wasserstrahls (31) auf einen Wert von 172.3 bis 689.5 kPa (25 bis 100 psi), vorzugsweise einen Druck von 413.7 kPa (60 psi) eingestellt wird.
16) Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Düsen (23) im wesentlichen senkrecht zu dem zu reinigenden Polierpad ausgerichtet sind.
17) Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der gerichtete Wasserstrahl (31) in einem flachen Winkel auf das zu reinigende Polierpad (12) abgestrahlt wird, vorzugsweise in einem Winkel von kleiner oder gleich 45°. 18) Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Düsen (23) einen Durchmesser von 0.5 bis 3mm, vorzugsweise 1.5 mm aufweisen.
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