专利名称：化学机械抛光设备的清洗装置和方法
技术领域：
本发明涉及化学机械抛光设备的清洗装置和方法，特别涉及化学机械抛 光设备的抛光头的清洗装置和方法。
背景技术：
化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing ,简称CMP)技术是机械削 磨和化学腐蚀的组合技术，化学机械抛光技术借助超微粒子的研磨作用以及浆料的化学腐蚀作用在被研磨的介质表面上形成光洁平坦平面，现己成为半 导体加工行业的主导技术。化学机械抛光是集成电路(IC)向微细化、多层化、 薄型化、平坦化工艺发展的产物，也是晶片向200mm、 300mm乃至更大直径 过渡、提高生产效率、降低制造成本及衬底全局化平坦化必备的工艺技术。 举例来说，典型的逻辑器件包括七道内介质层CMP工序，七道金属CMP工序 和一道浅沟槽隔离(STI)CMP工序。因此说，CMP工艺已经成为制备集成电 路的半导体工艺的中枢技术。一个完整的CMP工艺主要由抛光、后清洗和计量测量等操作组成。其中 后清洗包括对晶片的清洗，也包括对化学机械抛光机各部件的清洗。后清洗 工艺的目的是把CMP中的残留颗粒和沾污减少到可接受的水平。目前，CMP 工艺的后清洗工艺主要涉及CMP工艺后的晶片以及CMP设备的抛光垫的清 洗，例如，公开号为20060040595的美国专利申请公开了一种化学机械抛光工 艺后抛光垫的清洗方法和装置，采用化学清洗液对Cu和氧化物抛光后的抛光 垫进行清洗，而对于抛光头尤其是抛光头的通槽中的残留物未公开清洗4晉施。 然而，在金属或者介质CMP之后，抛光设备的抛光头和抛光液以及晶圓直接 接触，引起抛光液溅污抛光头，在抛光头的背面装螺丝的通槽中会残留很多 混合的抛光液。 目前CMP后清洗抛光头工艺^又采用去离子水进^亍清洗，无法^巴抛光头的通槽中这些混合的残留物洗净，尤其是CMP工艺中采用的较小的研磨颗粒增 加了去除残留物的难度。这些残留物主要由CMP抛光液(直径在0.1到1.0微米 或者更大范围内变化)、晶片表面的金属颗粒或者其他外来材料颗粒组成。 当这些残留物暴露在空气中会结晶变大，通过两种途径污染下一批抛光的晶 片 一是残留物中长大的颗粒直接沾污和刮伤晶片背面；二是在CMP工艺中 这些残留物进入抛光盘，刮伤和沾污晶片表面。这些残留物是晶片的CMP工 艺的主要缺陷来源，主要形成两类缺陷 一是残留抛光液、晶片表面金属或 者其他外来材料的沾污；二是晶片表面的刮痕、通槽或者凹坑，这两类缺陷 对器件成品率产生极大负作用。抛光头上通槽中的残留物不止对单独一个晶片带来问题。在CMP工艺流 程中，抛光头上的残留物可能沾污晶片背面和表面，如果残留物得不到及时 清理，随着抛光次数增加，残留物也在抛光头上通槽中累积和传播，从而造 成晶片的交叉污染。而且在CMP工艺中，晶片釆用机械手从工艺腔中取出， 残留的抛光液颗粒、金属颗粒或者其他颗粒由抛光头传到晶片背面，这些微 粒也可能通过机械手传播，沾污其他晶片。而且，如果这些晶片也已经被沾 污，这些残留物会在机械手上聚集，导致沾污累积。因此需要有效的清洗抛光头通槽中残留物。 发明内容本发明解决的技术问题是去除抛光头通槽中的残留物，避免抛光头通槽 中残留物沾污晶片。为解决上述问题，本发明提供了 一种新的化学机械抛光设备的清洗装置。 清洗装置安装有刷子，刷子包括刷柄及安装在刷柄一端的刷毛，刷毛可以与 化学机械抛光设备的转到清洗位置的抛光头相接触。
清洗装置:&有4毛盘，所述4毛盘通过连4妾4干安装在抛光:&备的纟几器栽盘上， 刷子的刷柄的另 一端可拆卸安装在托盘上。上述托盘设有不同的螺口安装位或刷子的刷柄具有不同的螺口安装位， 托盘和刷子采用螺栓穿过刷子的刷柄和托盘的螺口安装位进行连接。当刷子 使用一段时间后，刷毛有所磨损，可以通过不同的螺口安装位前后移动刷子； 需要更换刷子时，通过拆卸螺栓进行拆换。装载刷子的托盘和连接托盘和机器栽盘的连接杆均采用PVC聚氯乙烯材料。刷子的刷毛采用聚酰胺尼龙-6号或者10号材料，刷毛直径范围为0.15-3 mm，刷毛高度为5-7cm，面积为3 x 3-5 x 5cm2。刷子的刷柄采用PVC聚氯乙烯材料，面积为5x5-7x7 cm2,宽度为3-5cm。清洗抛光头工艺完成后，刷子采用去离子水进行清洗，然后自然晾干。 相应地，本发明提供一种新的化学机械抛光设备的清洗方法，包括采用 去离子水清洗化学机械抛光设备的抛光头的同时采用可以与转到清洗位置的 抛光头相接触的刷子进行刷洗，所述的刷子包括刷柄及安装在刷柄一端的刷毛。在采用去离子水和可以与化学机械抛光设备的转到清洗位置的抛光头相 接触的刷子同时清洗抛光头步骤之前和之后均采用去离子水冲洗抛光头上述清洗方法所用的清洗装置设有托盘，所述托盘通过连接杆安装在抛 光设备的机器载盘上，刷子的刷柄的另一端可拆卸安装在托盘上。上述托盘设有不同的螺口安装位或刷子的刷柄具有不同的螺口安装位， 托盘和刷子采用螺栓穿过刷子的刷柄和托盘的螺口安装位进行连接。当刷子 使用一段时间后，刷毛有所磨损，可以通过不同的螺口安装位前后移动刷子； 需要更换刷子时，通过拆卸螺栓进行拆换。。
上述装载刷子的托盘和连接托盘和机器载盘的连接杆均采用PVC聚氯乙烯材料。采用刷子和去离子水清洗抛光头的时候，抛光头的转速为10-30rpm。 刷子的刷毛采用聚酰胺尼龙-6号或者10号材料，刷毛直径范围为0.15-3 mm,刷毛高度为5-7 cm,面积为3 x 3 -5 x 5cm2。刷子的刷柄采用PVC聚氯乙烯材料，面积为5x5-7x7 cm2，宽度为3-5cm。清洗抛光头工艺完成后，刷子采用去离子水进行清洗，然后自然晾干。与现有技术相比，本发明的优点主要表现在在CMP工艺完成以后，采 用包括去离子水和刷子同时清洗CMP抛光头的装置和方法，可以避免'賊污在 抛光头上的通槽中的抛光液中 一些残留物中的颗粒结晶长大，对以后进行抛 光的晶片造成划痕和沾染，同时防止造成沾污积累和交叉污染。
图1是现有的化学机械抛光设备结构示意图。图2是图1中化学机械抛光设备的抛光头的放大结构示意图。图3是本发明清洗装置实施例1的结构示意图。图4A是图3中刷子的放大剖面示意图。图4B是图4A中刷子的刷毛的安装位示意图。图5是本发明清洗方法实施例2的流程图。图6A是仅采用去离子水清洗抛光头后装载晶片抛光后表面的划痕601。 图6B是仅采用去离子水清洗抛光头后装载晶片抛光后表面的另一划痕 602。
具体实施例方式
以下通过依据附图详细地描述具体实施例，本发明清洗装置和方法的优点将更加清楚参照图1所示，化学机械抛光设备100包括抛光台110,以及对应的抛光头 120和高压去离子水装置130。当进行CMP工艺时候，被抛晶片附在抛光头120 上，同时，机械压力通过抛光头120将被抛晶片压在浸满抛光液的抛光台110 上，抛光头120以一定角速度转动，转向于抛光台110相同。利用抛光液所提 供的化学反应，以及晶片在抛光台110上所承受的机械研磨，将晶片表面凸出 的介质层或者金属层渐渐地加以去除。高压去离子水装置13O提供去离子水清 洗抛光台110和抛光头120。
图2是化学机械抛光设备100的抛光头120的放大结构示意图，抛光头120 主要由夹持头122和卡盘组成，在抛光头120背面圓周边缘分布12个通槽202, 螺栓121穿过通槽202对巴夹持头122和卡盘进行连接。
图3是本发明清洗装置的实施例1的结构示意图，其中包括抛光头120 和虚线框内的清洗装置，清洗装置包括添加的刷子和高压去离子水供给装置 130。刷子包括刷柄340及安装在刷柄340 —端的刷毛341,刷子的刷毛可以 与化学机械抛光设备的转到清洗位置的抛光头120相接触。
清洗装置设有托盘345,托盘345通过连接杆安装在抛光设备的机器载盘 上，托盘上具有不同的螺口安装位。刷子的刷柄340的另一端可拆卸通过螺 栓344穿过刷子的刷柄340和托盘345的螺口安装位安装在托盘345上。
图4A是刷子的放大剖面结构示意图，刷子由刷柄340和刷毛341组成， 刷子上有不同的螺口安装位411和412，图4B给出刷子的刷毛341的安装位 示意图。
刷子的位置可以通过托盘345上不同的螺口安装位或刷子的刷柄340上 不同的螺口安装位342和343前后移动；需要更换刷子时，可以通过拆卸螺 栓344进行拆换。
刷子、高压去离子水装置130以及抛光头120的相对位置如下在CMP工 艺之后清洗抛光头120工艺中，抛光头120转到清洗位置，此时刷子的刷毛341 正好与抛光头120边缘相接触，同时由高压去离子水装置130的喷嘴出来的高 压水流能够对抛光头120进行清洗。旋转抛光头120，抛光头120转速为10到30 rpm， 屌'j子的屌'j毛341进人抛光 头120背面边缘的通槽202中，这是一个机械接触的过程，随着抛光头120的转 动，抛光头120的边缘和刷子的刷毛341之间进行摩擦，同时借助去离子水冲 洗，带走大部分残留粒子。在完成清洗抛光头120之后，采用去离子水对刷子进行清洗，刷子自然晾千。上述清洗装置的装载刷子的托盘345和连接托盘345和机器载盘的连接杆 均采用PVC聚氯乙烯材料，厚度为5到10mm。刷子的刷毛341采用聚酰胺尼龙 -6号或者10号材料，刷毛341的直径在0.15到3 mm范围，比较优选的刷毛341 的直径为0.15到1 mm范围。刷毛341的高度为5到7cm,刷毛341的面积为3x3 到5 x 5 cm2。本发明清洗装置的一个实施例中，刷子的刷毛341的直径为0.3 mm。 本发明清洗装置的另 一个实施例中，刷子的刷毛341的直径为0.8 mm。 上述刷子的刷柄340采用PVC聚氯乙烯材料，面积为5 x 5到7 x 7 cm2。图5为本发明清洗方法的流程图，包括采用去离子水清洗化学机械抛光设 备的抛光头的同时采用可以与转到清洗位置的抛光头相接触的刷子进行刷 洗，所述的刷子包括刷柄及安装在刷柄一端的刷毛。下面就本发明清洗方法 第二实施例进行详细说明。如图5所示，执行步骤S501，把化学机械抛光设备的抛光头转到清洗位置。 执行步骤S502，采用去离子水浸没抛光头，高压水流使得抛光头表面和 背面的部分残留物获得能量，这些有能量的残留物颗粒会阻止自身进行重新 聚集，已经分散开的残留物在水流的冲击下被带走。执行步骤S503,旋转抛光头，抛光头的旋转速率为10-30 rpm。 执行步骤S504,釆用刷子刷洗抛光头背面边缘通槽，刷子和抛光头之间 进行机械摩擦，借助机械摩擦分散开聚集在抛光头背面边缘通槽中的残留物。 采用刷子分散开抛光头背面边缘的通槽中聚集的残留物的同时，借助高压去 离子水冲洗，带走部分残留物颗粒。重复执行步骤S502,把抛光头再浸入去离子水中，使得剩余的残留颗粒 进一步分散开。重复执行步骤S503,旋转抛光头。重复执行步骤S504,利用刷子和抛光头之间的机械摩擦，刷子刷洗抛光头通槽中聚集的残留物，进一步分散开这些残留物颗粒。执行步骤S505,借助高压去离子水冲洗，带走剩余的残留物颗粒。 在抛光头清洗完成之后，需要对刷子进行清洗，把化学机械抛光设备的抛光头转到平常的位置。执行步骤S506,打开高压去离子水装置，对刷子进行冲洗。上述清洗方法所用的清洗装置设有托盘，所述托盘通过连接杆安装在抛 光设备的机器载盘上，刷子的刷柄的另一端可拆卸安装在托盘上。上述托盘设有不同的螺口安装位或刷子的刷柄具有不同的螺口安装位， 托盘和刷子采用螺栓穿过刷子的刷柄和托盘的螺口安装位进行连接。当刷子 使用一段时间后，刷毛有所磨损，可以通过不同的螺口安装位前后移动刷子； 需要更换刷子时，通过拆卸螺栓进行拆换。上述刷子的刷柄、装载刷子的托盘和连接托盘和机器载盘的连接杆均采 用PVC聚氯乙烯材料。
采用刷子和去离子水清洗抛光头的时候，抛光头的转速为10到30rpm。 本发明的一个实施工艺中，采用刷子和去离子水清洗抛光头的时候，抛光头的转速为20 rpm。刷子的刷毛采用聚酰胺尼龙-6号或者10号材料，刷毛直径范围为0.15到3 mm。结合图5，以及上述的装置描述，本实施例给出一个清洗抛光头的具体实 施工艺，》口下化学机械抛光设备后清洗工艺中，把化学机械抛光设备的抛光头转到清洗位置。采用去离子水浸没抛光头，高压水流使得抛光头表面和背面的部分残留 物获得能量，这些有能量的残留物颗粒会阻止自身进行重新聚集，已经分散 开的残留物在水流的冲击下被带走。旋转抛光头，抛光头的旋转速率为25rpm。采用刷子刷洗抛光头背面边缘通槽，借助刷子和抛光头之间进行的机械 摩擦分散开聚集在抛光头背面边缘通槽中的残留物，与此同时，借助高压去 离子水冲洗，带走部分残留物颗粒。重复以上步骤，把抛光头再浸入去离子水中，使得剩余的残留颗粒进一 步分散开；旋转抛光头，利用刷子和抛光头之间的机械摩擦，刷子刷洗抛光 头通槽中聚集的残留物，进一步分散开这些残留物颗粒；借助高压去离子水 冲洗，带走剩余的残留物颗粒；最后，把抛光头转到平常的位置，打开高压 去离子水装置，对刷子进行沖洗。在CMP工艺后清洗过程中，仅采用高压去离子水清洗抛光头，然后对下 一次抛光的晶片进行表面刮痕扫描检测。结果发现仅采用高压去离子水清 洗抛光头后，抛光后的晶片表面具有高的缺陷密度，主要为刮痕。如图6A表 示检测仅用去离子水沖洗抛光头后抛光晶片表面产生的划痕601和图6B表示 产生的另一种较大划痕602;当采用刷子辅助去离子水清洗装置以后，抛光的 晶片表面没有出现划痕。虽然本发明己以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定子此。任何本 领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改， 因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
权利要求
1. 一种化学枳4成抛光i殳备的清洗装置，其特征在于，清洗装置安装有刷子，刷子包括刷柄及安装在刷柄一端的刷毛，刷毛可以与化学机械抛光设备的转到清洗位置的抛光头相接触。
2. 根据权利要求1所述清洗装置，其特征在于所述的清洗装置设有托 盘，所述的托盘通过连接杆安装在抛光设备的机器载盘上，所述的刷子的刷 柄的另一端可拆卸安装在托盘上。
3. 根据权利要求2所述清洗装置，其特征在于所述的托盘设有不同的 螺口安装位或刷柄设有不同的螺口安装位。
4. 根据权利要求3所述清洗装置，其特征在于所述的托盘和刷子采用 螺栓穿过刷子的刷柄和托盘的螺口安装位进行连接。
5. 根据权利要求2所述清洗装置，其特征在于所述的托盘和连接杆以 及刷柄采用PVC聚氯乙烯材料。
6. 根据权利要求1所述清洗装置，其特征在于所述的刷子的刷毛采用 聚酰胺尼龙-6号或者尼龙-10号材料。
7. 根据权利要求1或6所述清洗装置，其特征在于所述的刷子的刷毛 直径具有0.15-3 mm范围，刷毛的高度为5-7 cm。
8. —种采用权利要求1的化学机械抛光设备的清洗装置的清洗方法，其 特征在于，采用去离子水清洗化学机械抛光设备的抛光头的同时采用可以与 转到清洗位置的抛光头相接触的刷子进行擦洗，所述的刷子包括刷柄及安装 在刷柄一端的刷毛。
9. 根据要求8所述清洗方法，其特征在于在采用去离子水和可以与化 学机械抛光设备的转到清洗位置的抛光头相接触的刷子同时清洗抛光头步骤 之前和之后均采用去离子水沖洗抛光头。
10. 根据权利要求8所述清洗方法，其特征在于所述的刷子的刷柄另一 端可卸安装在托盘上，所述托盘通过连接杆安装在抛光设备的机器栽盘上。
11. 根据权利要求10所述清洗方法，其特征在于所述的托盘设有不同 的螺口安装位或刷柄有不同的螺口安装位。
12. 根据权利要求10所述清洗方法，其特征在于所述的托盘和刷子采 用螺栓穿过刷子的刷柄和托盘的螺口安装位进行连接。
13. 根据权利要求10所述清洗方法，其特征在于所述的托盘和连接杆 以及刷柄采用PVC聚氯乙烯材料。
14. 根据权利要求8所述清洗方法，其特征在于所述的刷子的刷毛采用 聚酰胺尼龙-6号或者尼龙-10号材料。
15. 根据权利要求8所述清洗方法，其特征在于所述的刷子和所述的去 离子水清洗抛光头的时候，抛光头的转速为10-30rpm。
全文摘要
一种化学机械抛光(CMP)设备的清洗装置和方法，其中清洗装置包括可以与化学机械抛光设备的转到清洗位置的抛光头相接触的刷子；相应的清洗方法是采用去离子水清洗化学机械抛光设备的抛光头的同时采用可以与转到清洗位置的抛光头相接触的刷子进行擦洗。通过在CMP设备的抛光头上增加刷子，能够有效的清除抛光头上以及隐藏在抛光头背面边缘的通槽内的残留物，避免残留物中的颗粒晶化沾污和划伤晶片。
文档编号H01L21/304GK101121241SQ20061002990
公开日2008年2月13日 申请日期2006年8月10日 优先权日2006年8月10日
发明者杰 李, 伟 臧, 莉 蒋 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司