CN104308720A - 研磨头清洗装置、研磨设备及清洗方法 - Google Patents

研磨头清洗装置、研磨设备及清洗方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种研磨头清洗装置及清洗方法，通过在对应研磨头上膜片与扣环之间缝隙的位置设置倾斜的喷头，在保持清洗条件不变的情况下，增强了局部清洗能力，实现了对于较难清洗的缝隙区域的重点清洗，提高了清洗效率，缩短了生产周期。本发明结构简单、安装方便、适于工业化生产。

Description

研磨头清洗装置、研磨设备及清洗方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种新的研磨头清洗装置、研磨设备及清洗方法。
背景技术
随着超大规模集成电路ULSI(Ultra Large Scale Integration)的飞速发展，集成电路制造工艺变得越来越复杂和精细。为了提高集成度，降低制造成本，元件的特征尺寸(FeatureSize)不断变小，芯片单位面积内的元件数量不断增加，平面布线已难以满足元件高密度分布的要求，只能采用多层布线技术，利用芯片的垂直空间，进一步提高器件的集成密度。但多层布线技术的应用会造成硅片表面起伏不平，对图形制作极其不利。为此，需要对不规则的晶片表面进行平坦化(Planarization)处理。目前，化学机械研磨法(CMP，ChemicalMechanical Polishing)是达成全局平坦化的最佳方法，尤其在半导体制作工艺进入亚微米(sub-micron)领域后，化学机械研磨已成为一项不可或缺的制作工艺技术。
化学机械研磨法(CMP)是一个复杂的工艺过程，它是通过晶片和研磨垫之间的相对运动平坦化晶片表面的，其所用设备常称为研磨机或抛光机。研磨时，将要研磨的晶片的待研磨面向下附着在研磨头上，晶片的待研磨面接触相对旋转的研磨垫，研磨头提供的下压力将晶片紧压到研磨垫上，当表面贴有研磨垫在电机的带动下旋转时，研磨头也进行相对转动。同时，研磨液通过研磨液供应管(tube)输送到研磨垫上，并通过离心力均匀地分布在研磨垫上，该研磨液中的化学成分与被研磨晶片发生化学反应，将不溶物质转化为易溶物质(化学反应过程)，然后通过机械摩擦将这些易溶物从被抛光片表面去掉，实现结合机械作用和化学反应将晶片的表面材料去除，达到全局平坦化效果。化学机械研磨(CMP)带来的一个显著质量问题是表面擦痕(Scratch)，经CMP处理后地薄层往往会在表面存有擦痕，这些小而难发现的擦痕易在金属间引起短路或开路现象，大大降低产品的成品率。
申请号为02120608.2的中国专利中公开了一种可减少刮痕的钨金属的化学机械研磨方法，该方法通过在研磨的前段和后段分别采用了标准的酸性钨研磨液和氧化物研磨液进行研磨，实现了钨金属研磨表面刮痕的减少。但是因为其未解决在新的研磨阶段需完全清洗去除前一研磨阶段的研磨液的问题，使用该方法后晶片表面仍可能会存在研磨后的表面刮痕。
在第一阶段的研磨结束后，研磨头和晶片上会残留本次研磨的研磨液和研磨残渣，如果不将这些研磨液及残渣清洗去除，就会影响到第二阶段的研磨，在晶片表面造成划痕。为此，CMP设备内一般均设置有在线清洗装置，以实现在研磨头移动期间对研磨头和晶片的清洗。图1为现有的研磨头中途清洗示意图，如图1所示，研磨头通过真空管路105利用真空吸附着晶片100经过清洗区，当研磨头与清洗管101上的清洗喷头102对齐时，喷头102喷出去离子水对其进行清洗，以去除晶片和研磨头上所附着的研磨液及残渣。然而，因现有清洗装置的清洗力度不够，对于研磨头内一些难以清洗的凹凸区域，如位于研磨头支撑盘106下表面的晶片边缘压覆环(retaining ring，又称扣环)103和缓冲膜(membrane，又称膜片)104间的缝隙108内存在的研磨液及残渣，在一般的清洗条件下是难以去除的，常需要花费较长的清洗时间，仍不能确保清洗干净，造成整体清洗效率和效果的降低，影响下一次的研磨。
申请号为200610030021.3的中国专利提供了一种研磨头的清洗装置，该清洗装置中对应研磨头中心位置的喷头高度小于对应研磨头边缘区域的喷头高度，来对边缘区域的缝隙进行清洗。该专利虽然一定程度上能够提高对缝隙的清洗效果，但喷头所喷射出水的方向仍然是垂直于研磨头，导致扣环和膜片之间的缝隙并没有被水柱完全接触，尤其是缝隙的侧壁不能被很好地清洗，因此，该技术方案的清洗效果仍有限。
发明内容
为了实现本发明的发明目的，本发明提供一种研磨头清洗装置、研磨设备及清洗方法，用来解决现有技术中垂直方向喷射水无法完全清洗扣环和膜片之间缝隙的技术问题。
本发明提供的研磨头清洗装置，该研磨头具有中间的膜片区域和边缘的扣环区域，该膜片区域与扣环区域之间具有缝隙，该清洗装置包括与总管路相连的清洗管和由清洗管上引出的多个清洗喷头，其中，该清洗喷头包括对应于研磨头膜片区域的多个第一喷头以及对应于研磨头缝隙区域的多个第二喷头，该第二喷头在清洗管上倾斜而设，以使其喷射出的介质以非垂直方向射向该缝隙。
进一步地，该第二喷头喷射出的介质射向该缝隙的侧壁。
进一步地，该第二喷头包括向左倾斜的喷头和向右倾斜的喷头，以使其喷射出的介质射向该缝隙的两侧侧壁。
进一步地，该第二喷头的高度大于第一喷头的高度。
进一步地，该第二喷头的喷口小于第一喷头的喷口。
进一步地，该第二喷头的数量大于第一喷头的数量。
进一步地，该清洗管上还包括对应于研磨头缝隙区域的至少一个垂直方向射向该缝隙的第三喷头。
进一步地，该总管路为水管路、气管路或真空管路。
本发明还提供一种具有上述研磨头清洗装置的化学机械研磨设备，其包括多个研磨垫、多个研磨头以及多个固定于相邻研磨垫之间的用于清洗研磨头的清洗装置，该研磨头具有中间的膜片区域和边缘的扣环区域，该膜片区域与扣环区域之间具有缝隙，该清洗装置包括与总管路相连的清洗管和由清洗管上引出的多个清洗喷头，其中，该清洗喷头包括对应于研磨头膜片区域的多个第一喷头以及对应于研磨头缝隙区域的多个第二喷头，该第二喷头在清洗管上倾斜而设，以使其喷射出的介质以非垂直方向射向该缝隙。
本发明还提供一种利用上述研磨头清洗装置的研磨头清洗方法，其包括：利用该第一喷头对研磨头中间的膜片区域进行清洗，利用该第二喷头对研磨头边缘的缝隙进行清洗。
本发明的研磨头清洗装置、研磨设备及清洗方法，通过在对应研磨头上膜片与扣环之间缝隙的位置设置倾斜的喷头，在保持清洗条件不变的情况下，增强了局部清洗能力，实现了对于较难清洗的缝隙区域的重点清洗，提高了清洗效率，缩短了生产周期。本发明结构简单、安装方便、适于工业化生产。
附图说明
为能更清楚理解本发明的目的、特点和优点，以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细描述，其中：
图1是现有研磨头清洗装置对研磨头进行清洗的示意图；
图2是本发明研磨头清洗装置的结构示意图。
具体实施方式
第一实施例
请参阅图2，本实施例的研磨头清洗装置，该研磨头具有中间的膜片区域21和边缘的扣环区域22，该膜片区域21与扣环区域22之间具有缝隙23，该清洗装置包括与总管路相连的清洗管31和由清洗管31上引出的多个清洗喷头，其中，该清洗喷头包括对应于研磨头膜片区域21的多个第一喷头32以及对应于研磨头缝隙区域22的多个第二喷头33，该第二喷头33在清洗管31上倾斜而设，以使其喷射出的介质以非垂直方向射向该缝隙23，对缝隙23进行更好地清洗，尤其是缝隙23内难以清洗的侧壁。
本实施例通过在对应研磨头上膜片与扣环之间缝隙的位置设置倾斜的喷头，在保持清洗条件不变的情况下，增强了局部清洗能力，实现了对于较难清洗的缝隙区域的重点清洗，提高了清洗效率，缩短了生产周期，采用本实施例的清洗装置，清洗时间可缩短一半以上。
为了提高对缝隙23的清洗效果，第二喷头33包括向左倾斜的喷头和向右倾斜的喷头，如图2所示，以使其喷射出的介质射向缝隙23的两侧侧壁。同时，为了兼顾缝隙23底部的清洗效果，第二喷头33处，即对应于研磨头缝隙区域，较佳地在对应于缝隙23的正下方，设置至少一个垂直的第三喷头，以垂直方向射向缝隙23的底部深处。此外，对应研磨头膜片区域的位置还可以设置倾斜的喷头，以对膜片区域增加清洗角度，提高对膜片区域的清洗能力。
为了提高本清洗装置对缝隙区域的局部清洗能力，可以采取以下三种方式：a.设置第二喷头33的高度大于第一喷头32的高度，使第二喷头33与研磨头中难以清洗的缝隙区域的距离减小，在不改变压力等清洗条件的情况下，加强了对缝隙区域的清洗能力；b.设置第二喷头33的喷口小于第一喷头32的喷口，使同样介质流量下第二喷头33的喷射压力更大、喷射更集中，对缝隙区域的清洗效果更好；c.设置第二喷头33的数量大于第一喷头32，对难以清洗的缝隙区域加以更多的局部清洗能力。
本实施例中，第二喷头33与清洗管31之间的倾斜角度为40°，实际应用中可根据需要进行调整，较佳地角度范围为30-60°，角度过小清洗不到缝隙的深处，角度过大则会降低对缝隙侧壁的清洗效果。
实际应用中，可以按需要设置比本实施例更多或更少的喷头。
实际应用中，所述总管路可以是水管路、气管路或真空管路，喷头喷射出的可以是去离子水、清洗液、氮气、氩气等介质，也可以利用真空吸力去除研磨头表面残渣。
第二实施例
本实施例提供具有上述第一实施例研磨头清洗装置的化学机械研磨设备，其包括多个研磨垫、多个研磨头以及多个固定于相邻研磨垫之间的用于清洗研磨头的清洗装置，该研磨头具有中间的膜片区域和边缘的扣环区域，该膜片区域与扣环区域之间具有缝隙，该清洗装置包括与总管路相连的清洗管和由清洗管上引出的多个清洗喷头，其中，该清洗喷头包括对应于研磨头膜片区域的多个第一喷头以及对应于研磨头缝隙区域的多个第二喷头，该第二喷头在清洗管上倾斜而设，以使其喷射出的介质以非垂直方向射向该缝隙。
方法实施例
本实施例提供一种利用上述第一实施例研磨头清洗装置的研磨头清洗方法，其包括：利用该第一喷头对研磨头中间的膜片区域进行清洗，利用该第二喷头对研磨头边缘的缝隙进行清洗。

Claims (10)

1.一种研磨头清洗装置，该研磨头具有中间的膜片区域和边缘的扣环区域，该膜片区域与扣环区域之间具有缝隙，该清洗装置包括与总管路相连的清洗管和由清洗管上引出的多个清洗喷头，其特征在于：该清洗喷头包括对应于研磨头膜片区域的多个第一喷头以及对应于研磨头缝隙区域的多个第二喷头，该第二喷头在清洗管上倾斜而设，以使其喷射出的介质以非垂直方向射向该缝隙。
2.根据权利要求1所述的研磨头清洗装置，其特征在于：该第二喷头喷射出的介质射向该缝隙的侧壁。
3.根据权利要求2所述的研磨头清洗装置，其特征在于：该第二喷头包括向左倾斜的喷头和向右倾斜的喷头，以使其喷射出的介质射向该缝隙的两侧侧壁。
4.根据权利要求1至3任一项所述的研磨头清洗装置，其特征在于：该第二喷头的高度大于第一喷头的高度。
5.根据权利要求1至3任一项所述的研磨头清洗装置，其特征在于：该第二喷头的喷口小于第一喷头的喷口。
6.根据权利要求1至3任一项所述的研磨头清洗装置，其特征在于：该第二喷头的数量大于第一喷头的数量。
7.根据权利要求1至3任一项所述的研磨头清洗装置，其特征在于：该清洗管上还包括对应于研磨头缝隙区域的至少一个垂直方向射向该缝隙的第三喷头。
8.根据权利要求1至3任一项所述的研磨头清洗装置，其特征在于：该总管路为水管路、气管路或真空管路。
9.一种具有权利要求1所述研磨头清洗装置的化学机械研磨设备，其包括多个研磨垫、多个研磨头以及多个固定于相邻研磨垫之间的用于清洗研磨头的清洗装置，该研磨头具有中间的膜片区域和边缘的扣环区域，该膜片区域与扣环区域之间具有缝隙，该清洗装置包括与总管路相连的清洗管和由清洗管上引出的多个清洗喷头，其特征在于：该清洗喷头包括对应于研磨头膜片区域的多个第一喷头以及对应于研磨头缝隙区域的多个第二喷头，该第二喷头在清洗管上倾斜而设，以使其喷射出的介质以非垂直方向射向该缝隙。
10.一种利用权利要求1所述研磨头清洗装置的研磨头清洗方法，其特征在于：其包括利用该第一喷头对研磨头中间的膜片区域进行清洗，利用该第二喷头对研磨头边缘的缝隙进行清洗。
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