研磨頭清洗裝置、研磨設(shè)備及清洗方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種研磨頭清洗裝置及清洗方法，通過在對(duì)應(yīng)研磨頭上膜片與扣環(huán)之間縫隙的位置設(shè)置傾斜的噴頭，在保持清洗條件不變的情況下，增強(qiáng)了局部清洗能力，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于較難清洗的縫隙區(qū)域的重點(diǎn)清洗，提高了清洗效率，縮短了生產(chǎn)周期。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、適于工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】研磨頭清洗裝置、研磨設(shè)備及清洗方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種新的研磨頭清洗裝置、研磨設(shè)備及清洗方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著超大規(guī)模集成電路ULSI (Ultra Large Scale Integrat1n)的飛速發(fā)展,集成電路制造工藝變得越來越復(fù)雜和精細(xì)。為了提高集成度，降低制造成本，元件的特征尺寸(Feature Size)不斷變小，芯片單位面積內(nèi)的元件數(shù)量不斷增加，平面布線已難以滿足元件高密度分布的要求，只能采用多層布線技術(shù)，利用芯片的垂直空間，進(jìn)一步提高器件的集成密度。但多層布線技術(shù)的應(yīng)用會(huì)造成硅片表面起伏不平，對(duì)圖形制作極其不利。為此，需要對(duì)不規(guī)則的晶片表面進(jìn)行平坦化(Planarizat1n)處理。目前,化學(xué)機(jī)械研磨法(CMP,ChemicalMechanical Polishing)是達(dá)成全局平坦化的最佳方法,尤其在半導(dǎo)體制作工藝進(jìn)入亞微米(sub-micron)領(lǐng)域后,化學(xué)機(jī)械研磨已成為一項(xiàng)不可或缺的制作工藝技術(shù)。
[0003]化學(xué)機(jī)械研磨法(CMP)是一個(gè)復(fù)雜的工藝過程，它是通過晶片和研磨墊之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)平坦化晶片表面的，其所用設(shè)備常稱為研磨機(jī)或拋光機(jī)。研磨時(shí)，將要研磨的晶片的待研磨面向下附著在研磨頭上，晶片的待研磨面接觸相對(duì)旋轉(zhuǎn)的研磨墊，研磨頭提供的下壓力將晶片緊壓到研磨墊上，當(dāng)表面貼有研磨墊在電機(jī)的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)時(shí)，研磨頭也進(jìn)行相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)，研磨液通過研磨液供應(yīng)管(tube)輸送到研磨墊上，并通過離心力均勻地分布在研磨墊上，該研磨液中的化學(xué)成分與被研磨晶片發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將不溶物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易溶物質(zhì)(化學(xué)反應(yīng)過程)，然后通過機(jī)械摩擦將這些易溶物從被拋光片表面去掉，實(shí)現(xiàn)結(jié)合機(jī)械作用和化學(xué)反應(yīng)將晶片的表面材料去除，達(dá)到全局平坦化效果?；瘜W(xué)機(jī)械研磨(CMP)帶來的一個(gè)顯著質(zhì)量問題是表面擦痕(Scratch)，經(jīng)CMP處理后地薄層往往會(huì)在表面存有擦痕，這些小而難發(fā)現(xiàn)的擦痕易在金屬間引起短路或開路現(xiàn)象，大大降低產(chǎn)品的成品率。
[0004]申請(qǐng)?zhí)枮?2120608.2的中國專利中公開了一種可減少刮痕的鎢金屬的化學(xué)機(jī)械研磨方法，該方法通過在研磨的前段和后段分別采用了標(biāo)準(zhǔn)的酸性鎢研磨液和氧化物研磨液進(jìn)行研磨，實(shí)現(xiàn)了鎢金屬研磨表面刮痕的減少。但是因?yàn)槠湮唇鉀Q在新的研磨階段需完全清洗去除前一研磨階段的研磨液的問題，使用該方法后晶片表面仍可能會(huì)存在研磨后的表面刮痕。
[0005]在第一階段的研磨結(jié)束后，研磨頭和晶片上會(huì)殘留本次研磨的研磨液和研磨殘?jiān)?，如果不將這些研磨液及殘?jiān)逑慈コ?，就?huì)影響到第二階段的研磨，在晶片表面造成劃痕。為此，CMP設(shè)備內(nèi)一般均設(shè)置有在線清洗裝置，以實(shí)現(xiàn)在研磨頭移動(dòng)期間對(duì)研磨頭和晶片的清洗。圖1為現(xiàn)有的研磨頭中途清洗示意圖，如圖1所示，研磨頭通過真空管路105利用真空吸附著晶片100經(jīng)過清洗區(qū)，當(dāng)研磨頭與清洗管101上的清洗噴頭102對(duì)齊時(shí)，噴頭102噴出去離子水對(duì)其進(jìn)行清洗，以去除晶片和研磨頭上所附著的研磨液及殘?jiān)Ｈ欢?，因現(xiàn)有清洗裝置的清洗力度不夠，對(duì)于研磨頭內(nèi)一些難以清洗的凹凸區(qū)域，如位于研磨頭支撐盤106下表面的晶片邊緣壓覆環(huán)(retaining ring,又稱扣環(huán))103和緩沖膜(membrane,又稱膜片)104間的縫隙108內(nèi)存在的研磨液及殘?jiān)?，在一般的清洗條件下是難以去除的，常需要花費(fèi)較長的清洗時(shí)間，仍不能確保清洗干凈，造成整體清洗效率和效果的降低，影響下一次的研磨。
[0006]申請(qǐng)?zhí)枮?00610030021.3的中國專利提供了一種研磨頭的清洗裝置，該清洗裝置中對(duì)應(yīng)研磨頭中心位置的噴頭高度小于對(duì)應(yīng)研磨頭邊緣區(qū)域的噴頭高度，來對(duì)邊緣區(qū)域的縫隙進(jìn)行清洗。該專利雖然一定程度上能夠提高對(duì)縫隙的清洗效果，但噴頭所噴射出水的方向仍然是垂直于研磨頭，導(dǎo)致扣環(huán)和膜片之間的縫隙并沒有被水柱完全接觸，尤其是縫隙的側(cè)壁不能被很好地清洗，因此，該技術(shù)方案的清洗效果仍有限。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種研磨頭清洗裝置、研磨設(shè)備及清洗方法，用來解決現(xiàn)有技術(shù)中垂直方向噴射水無法完全清洗扣環(huán)和膜片之間縫隙的技術(shù)問題。
[0008]本發(fā)明提供的研磨頭清洗裝置，該研磨頭具有中間的膜片區(qū)域和邊緣的扣環(huán)區(qū)域，該膜片區(qū)域與扣環(huán)區(qū)域之間具有縫隙，該清洗裝置包括與總管路相連的清洗管和由清洗管上引出的多個(gè)清洗噴頭，其中，該清洗噴頭包括對(duì)應(yīng)于研磨頭膜片區(qū)域的多個(gè)第一噴頭以及對(duì)應(yīng)于研磨頭縫隙區(qū)域的多個(gè)第二噴頭，該第二噴頭在清洗管上傾斜而設(shè)，以使其噴射出的介質(zhì)以非垂直方向射向該縫隙。
[0009]進(jìn)一步地，該第二噴頭噴射出的介質(zhì)射向該縫隙的側(cè)壁。
[0010]進(jìn)一步地，該第二噴頭包括向左傾斜的噴頭和向右傾斜的噴頭，以使其噴射出的介質(zhì)射向該縫隙的兩側(cè)側(cè)壁。
[0011]進(jìn)一步地，該第二噴頭的高度大于第一噴頭的高度。
[0012]進(jìn)一步地，該第二噴頭的噴口小于第一噴頭的噴口。
[0013]進(jìn)一步地，該第二噴頭的數(shù)量大于第一噴頭的數(shù)量。
[0014]進(jìn)一步地，該清洗管上還包括對(duì)應(yīng)于研磨頭縫隙區(qū)域的至少一個(gè)垂直方向射向該縫隙的第三噴頭。
[0015]進(jìn)一步地，該總管路為水管路、氣管路或真空管路。
[0016]本發(fā)明還提供一種具有上述研磨頭清洗裝置的化學(xué)機(jī)械研磨設(shè)備，其包括多個(gè)研磨墊、多個(gè)研磨頭以及多個(gè)固定于相鄰研磨墊之間的用于清洗研磨頭的清洗裝置，該研磨頭具有中間的膜片區(qū)域和邊緣的扣環(huán)區(qū)域，該膜片區(qū)域與扣環(huán)區(qū)域之間具有縫隙，該清洗裝置包括與總管路相連的清洗管和由清洗管上引出的多個(gè)清洗噴頭，其中，該清洗噴頭包括對(duì)應(yīng)于研磨頭膜片區(qū)域的多個(gè)第一噴頭以及對(duì)應(yīng)于研磨頭縫隙區(qū)域的多個(gè)第二噴頭，該第二噴頭在清洗管上傾斜而設(shè)，以使其噴射出的介質(zhì)以非垂直方向射向該縫隙。
[0017]本發(fā)明還提供一種利用上述研磨頭清洗裝置的研磨頭清洗方法，其包括:利用該第一噴頭對(duì)研磨頭中間的膜片區(qū)域進(jìn)行清洗，利用該第二噴頭對(duì)研磨頭邊緣的縫隙進(jìn)行清洗。
[0018]本發(fā)明的研磨頭清洗裝置、研磨設(shè)備及清洗方法，通過在對(duì)應(yīng)研磨頭上膜片與扣環(huán)之間縫隙的位置設(shè)置傾斜的噴頭，在保持清洗條件不變的情況下，增強(qiáng)了局部清洗能力，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于較難清洗的縫隙區(qū)域的重點(diǎn)清洗，提高了清洗效率，縮短了生產(chǎn)周期。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、適于工業(yè)化生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]為能更清楚理解本發(fā)明的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，其中:
[0020]圖1是現(xiàn)有研磨頭清洗裝置對(duì)研磨頭進(jìn)行清洗的示意圖；
[0021]圖2是本發(fā)明研磨頭清洗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]第一實(shí)施例
[0023]請(qǐng)參閱圖2，本實(shí)施例的研磨頭清洗裝置，該研磨頭具有中間的膜片區(qū)域21和邊緣的扣環(huán)區(qū)域22，該膜片區(qū)域21與扣環(huán)區(qū)域22之間具有縫隙23，該清洗裝置包括與總管路相連的清洗管31和由清洗管31上引出的多個(gè)清洗噴頭，其中，該清洗噴頭包括對(duì)應(yīng)于研磨頭膜片區(qū)域21的多個(gè)第一噴頭32以及對(duì)應(yīng)于研磨頭縫隙區(qū)域22的多個(gè)第二噴頭33，該第二噴頭33在清洗管31上傾斜而設(shè)，以使其噴射出的介質(zhì)以非垂直方向射向該縫隙23，對(duì)縫隙23進(jìn)行更好地清洗，尤其是縫隙23內(nèi)難以清洗的側(cè)壁。
[0024]本實(shí)施例通過在對(duì)應(yīng)研磨頭上膜片與扣環(huán)之間縫隙的位置設(shè)置傾斜的噴頭，在保持清洗條件不變的情況下，增強(qiáng)了局部清洗能力，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于較難清洗的縫隙區(qū)域的重點(diǎn)清洗，提高了清洗效率，縮短了生產(chǎn)周期，采用本實(shí)施例的清洗裝置，清洗時(shí)間可縮短一半以上。
[0025]為了提高對(duì)縫隙23的清洗效果，第二噴頭33包括向左傾斜的噴頭和向右傾斜的噴頭，如圖2所示，以使其噴射出的介質(zhì)射向縫隙23的兩側(cè)側(cè)壁。同時(shí)，為了兼顧縫隙23底部的清洗效果，第二噴頭33處，即對(duì)應(yīng)于研磨頭縫隙區(qū)域，較佳地在對(duì)應(yīng)于縫隙23的正下方，設(shè)置至少一個(gè)垂直的第三噴頭，以垂直方向射向縫隙23的底部深處。此外，對(duì)應(yīng)研磨頭膜片區(qū)域的位置還可以設(shè)置傾斜的噴頭，以對(duì)膜片區(qū)域增加清洗角度，提高對(duì)膜片區(qū)域的清洗能力。
[0026]為了提高本清洗裝置對(duì)縫隙區(qū)域的局部清洗能力，可以采取以下三種方式:a.設(shè)置第二噴頭33的高度大于第一噴頭32的高度，使第二噴頭33與研磨頭中難以清洗的縫隙區(qū)域的距離減小，在不改變壓力等清洗條件的情況下，加強(qiáng)了對(duì)縫隙區(qū)域的清洗能力；b.設(shè)置第二噴頭33的噴口小于第一噴頭32的噴口，使同樣介質(zhì)流量下第二噴頭33的噴射壓力更大、噴射更集中，對(duì)縫隙區(qū)域的清洗效果更好；c.設(shè)置第二噴頭33的數(shù)量大于第一噴頭32，對(duì)難以清洗的縫隙區(qū)域加以更多的局部清洗能力。
[0027]本實(shí)施例中，第二噴頭33與清洗管31之間的傾斜角度為40°，實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，較佳地角度范圍為30-60°，角度過小清洗不到縫隙的深處，角度過大則會(huì)降低對(duì)縫隙側(cè)壁的清洗效果。
[0028]實(shí)際應(yīng)用中，可以按需要設(shè)置比本實(shí)施例更多或更少的噴頭。
[0029]實(shí)際應(yīng)用中，所述總管路可以是水管路、氣管路或真空管路，噴頭噴射出的可以是去離子水、清洗液、氮?dú)?、氬氣等介質(zhì)，也可以利用真空吸力去除研磨頭表面殘?jiān)?br> [0030]第二實(shí)施例
[0031]本實(shí)施例提供具有上述第一實(shí)施例研磨頭清洗裝置的化學(xué)機(jī)械研磨設(shè)備，其包括多個(gè)研磨墊、多個(gè)研磨頭以及多個(gè)固定于相鄰研磨墊之間的用于清洗研磨頭的清洗裝置，該研磨頭具有中間的膜片區(qū)域和邊緣的扣環(huán)區(qū)域，該膜片區(qū)域與扣環(huán)區(qū)域之間具有縫隙，該清洗裝置包括與總管路相連的清洗管和由清洗管上引出的多個(gè)清洗噴頭，其中，該清洗噴頭包括對(duì)應(yīng)于研磨頭膜片區(qū)域的多個(gè)第一噴頭以及對(duì)應(yīng)于研磨頭縫隙區(qū)域的多個(gè)第二噴頭，該第二噴頭在清洗管上傾斜而設(shè)，以使其噴射出的介質(zhì)以非垂直方向射向該縫隙。
[0032]方法實(shí)施例
[0033]本實(shí)施例提供一種利用上述第一實(shí)施例研磨頭清洗裝置的研磨頭清洗方法，其包括:利用該第一噴頭對(duì)研磨頭中間的膜片區(qū)域進(jìn)行清洗，利用該第二噴頭對(duì)研磨頭邊緣的縫隙進(jìn)行清洗。
【權(quán)利要求】
1.一種研磨頭清洗裝置，該研磨頭具有中間的膜片區(qū)域和邊緣的扣環(huán)區(qū)域，該膜片區(qū)域與扣環(huán)區(qū)域之間具有縫隙，該清洗裝置包括與總管路相連的清洗管和由清洗管上引出的多個(gè)清洗噴頭，其特征在于:該清洗噴頭包括對(duì)應(yīng)于研磨頭膜片區(qū)域的多個(gè)第一噴頭以及對(duì)應(yīng)于研磨頭縫隙區(qū)域的多個(gè)第二噴頭，該第二噴頭在清洗管上傾斜而設(shè)，以使其噴射出的介質(zhì)以非垂直方向射向該縫隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研磨頭清洗裝置，其特征在于:該第二噴頭噴射出的介質(zhì)射向該縫隙的側(cè)壁。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的研磨頭清洗裝置，其特征在于:該第二噴頭包括向左傾斜的噴頭和向右傾斜的噴頭，以使其噴射出的介質(zhì)射向該縫隙的兩側(cè)側(cè)壁。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的研磨頭清洗裝置，其特征在于:該第二噴頭的高度大于第一噴頭的高度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的研磨頭清洗裝置，其特征在于:該第二噴頭的噴口小于第一噴頭的噴口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的研磨頭清洗裝置，其特征在于:該第二噴頭的數(shù)量大于第一噴頭的數(shù)量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的研磨頭清洗裝置，其特征在于:該清洗管上還包括對(duì)應(yīng)于研磨頭縫隙區(qū)域的至少一個(gè)垂直方向射向該縫隙的第三噴頭。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的研磨頭清洗裝置，其特征在于:該總管路為水管路、氣管路或真空管路。
9.一種具有權(quán)利要求1所述研磨頭清洗裝置的化學(xué)機(jī)械研磨設(shè)備，其包括多個(gè)研磨墊、多個(gè)研磨頭以及多個(gè)固定于相鄰研磨墊之間的用于清洗研磨頭的清洗裝置，該研磨頭具有中間的膜片區(qū)域和邊緣的扣環(huán)區(qū)域，該膜片區(qū)域與扣環(huán)區(qū)域之間具有縫隙，該清洗裝置包括與總管路相連的清洗管和由清洗管上引出的多個(gè)清洗噴頭，其特征在于:該清洗噴頭包括對(duì)應(yīng)于研磨頭膜片區(qū)域的多個(gè)第一噴頭以及對(duì)應(yīng)于研磨頭縫隙區(qū)域的多個(gè)第二噴頭，該第二噴頭在清洗管上傾斜而設(shè)，以使其噴射出的介質(zhì)以非垂直方向射向該縫隙。
10.一種利用權(quán)利要求1所述研磨頭清洗裝置的研磨頭清洗方法，其特征在于:其包括利用該第一噴頭對(duì)研磨頭中間的膜片區(qū)域進(jìn)行清洗，利用該第二噴頭對(duì)研磨頭邊緣的縫隙進(jìn)行清洗。
【文檔編號(hào)】B24B53/017GK104308720SQ201410427479
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月27日
【發(fā)明者】丁弋, 朱也方 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司