DE10195157B4 - Reinigungsvorrichtung zum Reinigen von für das Polieren von Halbleiterwafern verwendeten Poliertüchern - Google Patents
Reinigungsvorrichtung zum Reinigen von für das Polieren von Halbleiterwafern verwendeten Poliertüchern Download PDFInfo
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Abstract
– einem ersten Reinigungssystem (5), welches eine Schleifscheibe (50) mit einem Haltearm (51) aufweist,
– einem zweiten Reinigungssystem (2), welches einen Verteiler (20) zur Abgabe eines Gas-Wasser-Gemischs unter hohem Druck aufweist, und
– einer Flüssigkeitsdüse (30), wobei
– an dem Haltearm (51) der Schleifscheibe (50) eine Sprühdüse (52) zum Abspülen von durch die Schleifscheibe (50) aus der Oberfläche des Polierpads (12) herausgelösten Schleifpartikel befestigt ist,
– die Flüssigkeitsdüse (30) derart angeordnet ist, daß durch sie ein Abschnitt der Oberfläche des Polierpads (12) mit einer Flüssigkeit, beaufschlagbar ist,
– das Polierpad (12) um eine Hauptachse drehbar gelagert ist, und
– die Komponenten (2, 5, 30) der Reinigungsvorrichtung derart angeordnet sind, dass ein zu reinigender Abschnitt der Oberfläche des Polierpads (12) während einer Drehung des Polierpads (12) zuerst den Wirkungsbereich des ersten Reinigungssystems (5), anschließend den Wirkungsbereich des...
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Reinigungsvorrichtung und ein mit der Reinigungsvorrichtung durchgeführtes Verfahren zum Reinigen von Polierpads, insbesondere von Poliertüchern, welche für das chemisch-mechanische Polieren von Halbleiterwafern im Verlaufe eines Herstellungsprozesses verwendet werden.
- In der Halbleiterindustrie führt die Forderung nach immer kleineren Strukturen und steigender Ausbeute bei Halbleiterwafern dazu, daß neben der Prozeßbeherrschung die Reduktion der Defektdichte auf den Wafern einen zunehmenden Einfluß gewinnt. Im Verlaufe eines Strukturierungs- und Bearbeitungsprozesses einer Halbleiteroberfläche kann vorgesehen sein, daß bestimmte Materialien durch ein Polierpad, beispielsweise ein Poliertuch durch chemisch-mechanisches Polieren oder dergleichen abgetragen werden. Bekannte Einrichtungen hierfür sind beispielsweise die sogenannte IPEC/Westech 472, welche eine Einrichtung speziell zum chemisch-mechanischen Polieren von Silizium-Wafern ist. Der mit dieser Einrichtung durchgeführte Polierprozeß ist ein Einzelscheibenprozeß, bei welchem die Produktseite des Wafers chemisch-mechanisch poliert wird. Der bei diesem Polierprozeß auftretende Materialabrieb wird jedoch in dem Polierpad abgelagert. Diese Ablagerungen können sich beim Polieren nachfolgender Wafer negativ auswirken, beispielsweise indem sich auf der Oberfläche dieser Wafer Kratzer bilden. Das Problem stellt sich besonders bei Cu-Prozessen, da eine Kontamination eines nachfolgend polierten Siliziumwafers zum Ausfall von Bauelementen auf diesem Siliziumwafer führen kann.
- Um eine Kontamination nachfolgender Wafer durch Abrieb vorher polierter Wafer zu verringern und um die Belastung des Polierpads mit Abrieb zu begrenzen, wird das Polierpad bisher sehr oft ausgewechselt. Dies ist jedoch generell von Nachteil, da die dadurch verursachten Kosten und Umrüstzeiten die Leistungsfähigkeit des Polierprozesses in beträchtlicher Weise beeinflussen.
- Es ist daher bereits vorgeschlagen worden, die bei dem Polierprozeß verwendeten Polierpads anschließend von dem abgelagerten Materialabrieb sowie von Resten des beim chemisch-mechanischen Polieren verwendeten Slurry's zu reinigen. In der deutschen Patentanmeldung
DE 197 37 854 A1 , die hiermit in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung aufgenommen wird, wird eine Vorrichtung zum Reinigen eines Polierpads, beispielsweise eines Poliertuchs für das Polieren von Wafern beschrieben. Diese Vorrichtung wird im wesentlichen durch einen Verteiler zur Abgabe eines Gas-Wasser-Gemischs mit einem hohen Druck gebildet. Das Gas-Wasser-Gemisch wird zerstäubt und über Düsen, die an der Ausgangsseite des Verteilers angeordnet sind, auf das zu reinigende Polierpad abgesprüht. Weiterhin ist eine Abstrahldüse zum Abstrahlen eines gerichteten Wasserstrahls auf das zu reinigende Polierpad vorgesehen. Der gerichtete Wasserstrahl tritt ebenfalls mit einem hohen Druck aus der Abstrahldüse aus. Mit dieser Reinigungsvorrichtung ist zwar im Prinzip eine gründliche Reinigung der Oberfläche des Polierpads möglich. Es hat sich jedoch gezeigt, daß der Reinigungsprozeß ineffektiv ist, da insbesondere in dem Polierpad festgesetzte Materialpartikel nur unter einem relativ hohen Verbrauch des Gas-Wasser-Gemischs entfernt werden können. - Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Reinigungsvorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zur Reinigung von Polierpads, insbesondere Poliertüchern, anzugeben, durch welche eine ebenso gründliche wie effektive Reinigung der Oberfläche der Polierpads ermöglicht werden kann.
- Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Reinigungsvorrichtung und des Reinigungsverfahrens sind in den entsprechenden Unteransprüchen angegeben.
- Der vorliegenden Erfindung liegt der wesentliche Gedanke zugrunde, daß zum Reinigen der Polierpads im wesentlichen zwei Reinigungssysteme verwendet werden, bei welchen ein erstes Reinigungssystem eine Vor- oder Grobreinigung der Oberfläche des Polierpads vornimmt, und ein zweites Reinigungssystem eine Nachreinigung der Oberfläche vornimmt. Dabei weist das erste Reinigungssystem im wesentlichen eine rotierende Schleifscheibe auf, durch die die Oberfläche des Polierpads abgeschliffen wird. Das zweite Reinigungssystem besteht dagegen im wesentlichen aus dem an sich im Stand der Technik bekannten, und in der oben genannten Druckschrift
DE 197 37 854 A1 beschriebenen Verteiler zur Abgabe eines Gas-Wasser-Gemischs auf die Oberfläche des Polierpads. - Ein entsprechendes Reinigungsverfahren der Oberfläche des Polierpads kann so erfolgen, daß in einem ersten Reinigungsschritt zuerst die gesamte Oberfläche des Polierpads abgeschliffen wird, und anschließend in einem zweiten Reinigungsschritt die Oberfläche mit dem Gas-Wasser-Gemisch unter hohem Druck beaufschlagt wird. Gegebenenfalls können beide Reinigungsschritte mehrmals im Wechsel nacheinander durchgeführt werden.
- In einer vorteilhaften Ausführungsart des Reinigugsverfahrens werden jedoch beide Reinigungsschritte gleichzeitig ausgeführt, wobei gleichzeitig verschiedene Abschnitte der Oberfläche entweder abgeschliffen oder mit dem Gas-Wasser-Gemisch beaufschlagt werden, und das Polierpad in eine Drehbewegung um eine Hauptachse versetzt wird, so daß im wesentlichen jeder Abschnitt der Oberfläche mindestens einmal beiden Reinigungsschritten unterzogen wird.
- Die Reinigungsvorrichtung ist vorzugsweise zu diesem Zweck so ausgebildet, daß das zu reinigende Polierpad derart positionierbar ist, daß die zu reinigende Oberfläche des Polierpads der Schleifscheibe und der Austrittsseite des Gas-Wasser-Gemischs aus dem Verteiler zugewandt ist, und Schleifscheibe und Verteiler jeweils an Haltearmen derart befestigt sind, daß sie verschiedenen Abschnitten der Oberfläche des Polierpads gegenüber stehen, und das Polierpad um eine Hauptachse drehbar gelagert ist. Dabei kann mindestens einer der Haltearme für die Schleifscheibe und den Verteiler verschwenkbar angeordnet sein. An dem Haltearm der Schleifscheibe ist erfindungsgemäß zusätzlich eine Sprühdüse zum Abspülen von durch die Schleifscheibe aus der Oberfläche des Polierpads herausgelösten Schleifpartikeln befestigt.
- Die Reinigungsvorrichtung kann zusätzlich eine Flüssigkeitsdüse aufweisen, durch die ein weiterer Abschnitt der Oberfläche des Polierpads mit einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser, beaufschlagbar ist. Dadurch kann die Oberfläche des Polierpads, insbesondere ein Oberflächenabschnitt, der kurz zuvor mit dem Gas-Wasser-Gemisch beaufschlagt worden war, mit einem gerichteten Wasserstrahl aus der Flüssigkeitsdüse abgespült werden.
- Da die für die chemisch-mechanischen Polierprozesse in der Halbleiter-Prozeßtechnik verwendeten Polierpads in vielen Fällen eine kreisrunde Form im wesentlichen in der Form des Halbleiterwafers aufweisen, ist die Reinigungsvorrichtung vorzugsweise so ausgelegt, daß in ihr ein kreisrunder Polierpad für einen Reinigungsprozeß auf einer vorzugsweise drehbar gelagerten Unterlage gelagert werden kann. In diesem Fall können dann die Schleifscheibe, der Verteiler und gegebenenfalls die Flüssigkeitsdüse an verschiedenen Umfangsabschnitten des kreisrunden Polierpads angeordnet sein. Die Anordnung dieser Glieder und die Drehbewegung des Polierpads sind vorzugsweise derart, daß die Oberflächenabschnitte einer Reinigungsbehandlung durch die Schleifscheibe unterzogen werden, anschließend mit dem Gas-Wasser-Gemisch beaufschlagt werden und schließlich von dem gerichteten Wasserstrahl aus der Flüssigkeitsdüse abgespült werden.
- Sowohl Schleifscheibe als auch Verteiler können an ihren jeweiligen Haltearmen derart befestigt sein, daß sie entlang dem Haltearm verschiebbar sind.
- Der Verteiler zur Abgabe eines Gas-Wasser-Gemischs kann so ausgeführt sein, wie er in der bereits genannten Druckschrift
DE 197 37 854 A1 beschrieben wurde. Der Gesamtinhalt dieser Druckschrift, insbesondere jedoch die Abschnitte, die sich auf den Aufbau des Verteilers für das Gas-Wasser-Gemisch und die Bereitstellung des Gas-Wasser-Gemischs in dem Verteiler beziehen, werden hiermit in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung einbezogen. Insbesondere ist an der Eingangsseite des Verteilers eine Gaszuleitung und eine Wasserzuleitung angeordnet. Durch die Wasser- und die Gaszuleitung werden die einzelnen Komponenten des Gas-Wasser-Gemischs aus verschiedenen Quellen in den Verteiler eingespeist. An einer Ausgangsseite des Verteilers ist eine Vielzahl von Düsen ausgebildet, durch die das Gas-Wasser-Gemisch nach außen abgegeben, bzw. zerstäubt wird. - Durch die erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung und das entsprechende Reinigungsverfahren können auf dem Polierpad befindliche Abriebspartikel somit auf gleichzeitig gründliche und effektive Weise von dem Polierpad entfernt werden. Gleichzeitig wird die Gefahr einer Kontamination nachfolgend zu bearbeitender Wafer durch Abrieb zuvor polierter Wafer stark reduziert. Dadurch daß zunächst bei jedem zu reinigenden Oberflächenabschnitt eine Vorreinigung mittels Abschleifen durch die Schleifscheibe durchgeführt wird und erst anschließend eine Nachreinigung mittels des Verteilers erfolgt, kann der gesamte Reinigungsprozeß sehr effizient ausgeführt werden und der Verbrauch des Gas-Wasser-Gemischs für den Verteiler kann reduziert werden. Im folgenden wird ein einziges Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung anhand der Zeichnungsfiguren näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung in einer schematischen Querschnittsansicht; -
2 eine Draufsicht auf die Reinigungsvorrichtung gemäß1 . - In der
1 ist ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung zum Reinigen eines auf einem Poliertisch11 angeordneten Poliertuchs12 schematisch in einem Querschnitt dargestellt.2 zeigt die Reinigungsvorrichtung in einer Draufsicht, wobei die einzelnen Reinigungselemente in ihrer relativen Anordnung zueinander und zu der Oberfläche des zu reinigenden Poliertuchs12 dargestellt sind. - Die Reinigungsvorrichtung besteht im wesentlichen aus einem ersten Reinigungssystem
5 für eine Vorreinigung der Oberfläche des Polierpads12 und einem zweiten Reinigungssystem2 für die Durchführung einer Nachreinigung. Das erste Reinigungssystem5 weist eine kreisförmige Schleifscheibe50 auf, die während des Reinigungsvorgangs in eine Drehbewegung versetzt wird. Die Schleifscheibe50 ist auf einem schwenkbaren Haltearm51 befestigt und ist entlang des Haltearms51 verschiebbar (s.2 ). Zu Beginn eines Reinigungsvorgangs mit dem ersten Reinigungssystem5 wird der Haltearm51 eingeschwenkt, so daß die Schleifscheibe50 oberhalb der Oberfläche des Polierpads12 positioniert ist, worauf die Schleifscheibe50 mit einem definierten Druck auf das Polierpad12 aufgesetzt wird. Die Schleifscheibe50 ist eine kreisrunde Scheibe, die mit einer speziellen rauhen diamantbeschichteten Oberfläche versehen ist und durch ihre Drehbewegung die Oberfläche des Polierpads12 aufrauht. Zusätzlich ist an dem Haltearm51 eine Sprühdüse52 befestigt, welche die durch die Schleifscheibe50 herausgelösten Schleifpartikel, die durch das Aufrauhen aus dem Polierpad12 gelockert werden, mit einem Flüssigkeitsstrahl52A von der Oberfläche spült. - Das zweite Reinigungssystem
2 besteht im wesentlichen aus einem Verteiler20 , welcher an einem Haltearm25 befestigt ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Haltearm25 unbeweglich angeordnet. Es kann jedoch ebenso vorgesehen sein, daß auch der Haltearm25 des zweiten Reinigungssystems2 schwenkbar ist. Der Verteiler20 weist an seiner Ausgangsseite22 eine Vielzahl von Düsen23 auf. An der Eingangsseite21 des Verteilers20 ist eine Gaszuleitung40 und eine Wasserzuleitung41 angeordnet. Die Gaszuleitung40 ist mit einer Stickstoffquelle (nicht dargestellt) verbunden, während die Wasserzuleitung41 mit einer Wasserquelle (nicht dargestellt) verbunden ist. Die Durchflußraten in den Leitungen40 ,41 können über entsprechende Ventile42 ,43 beispielsweise handbetätigte Ventile eingestellt werden. Zur Erzeugung eines geeigneten Drucks in der Gaszuleitung40 und der Wasserzuleitung41 ist eine Druckluftquelle oder eine andere Inertgasquelle (nicht dargestellt) vorgesehen, die über eine Druckluftansteuerung44 und insbesondere über eine Druckluftansteuerung44a und ein Ventil45 mit der Wasserzuleitung41 und eine Druckluftansteuerung44b und ein Ventil46 mit der Gaszuleitung40 verbunden ist. - In dem Verteiler
20 des zweiten Reinigungssystems2 wird deionisiertes Wasser unter hohem Druck mit reinstem Stickstoff vermischt und das Gas-Wasser-Gemisch durch die Düsen23 in gerichteter Weise auf die Oberfläche des Polierpads12 gesprüht. Dabei wird über eine entsprechende Stellung der Ventile42 und43 ein definierter Stickstoffzufluß in der Gaszuleitung40 und ein definierter Wasserzufluß an deionisiertem Wasser in der Wasserzuleitung41 eingestellt. Die in den Leitungen40 und41 befindlichen Komponenten werden über die Druckluftansteuerung44 ,44a ,44b und eine entsprechende Stellung der Ventile45 ,46 mit Druckluft beaufschlagt, so daß die Komponenten beim Eintritt in den Verteiler20 jeweils beispielsweise einen Druck von 413,7 kPa (60 psi) aufweisen. Nach Eintritt in den Verteiler20 in dessen Eingangsseite21 werden die Komponenten zu dem Gas-Wasser-Gemisch beispielsweise bei dem genannten Druck vermischt. Danach wird das Gemisch durch die Flachdüsen23 auf das zu reinigende Poliertuch12 gesprüht. Durch die Zerstäubung des deionisierten Wassers und des Stickstoffs kurz vor dem Austritt aus den Sprühdüsen23 werden kleinste hochwirksame Tropfen erzeugt, deren hohe kinetische Energie zum Lockern und Herausschlagen festgesetzter Partikel aus dem Poliertuch12 führt. - Weiterhin weist die Reinigungsvorrichtung eine Abstrahldüse
30 auf, aus der ein gerichteter Wasserstrahl30A in einem flachen Winkel von weniger als 45° auf das Poliertuch12 gerichtet wird. Der gerichtete Wasserstrahl30A weist ebenfalls einen erhöhten Druck auf. Mit Hilfe des gerichteten Wasserstrahls30A können die von dem Verteiler20 gelösten Partikel von der Oberfläche des Polierpads12 gespült werden. Dies hat den Vorteil, daß eine Reinigung ohne Beschädigung der sehr empfindlichen Polierpad-Oberfläche erfolgt. - Um beispielsweise Rückstände eines CMP-Prozesses auf dem Polierpad
12 möglichst effektiv zu beseitigen, können die beiden Reinigungssysteme2 und5 parallel eingesetzt werden. Dabei wird zunächst durch die Schleifscheibe50 eine intensive Vorreinigung ausgeführt. Ein zweiter intensiver Reinigungsschritt wird dann durch den Verteiler20 ausgeführt. Zu diesem Zweck wird das Polierpad12 , das auf dem drehbaren Poliertisch11 angeordnet ist, in eine Drehbewegung entgegen dem Uhrzeigersinn versetzt (s.2 ,12a ). Der Verteiler20 wurde so konstruiert, daß die Sprühfläche über eine Länge von 130 mm das sich drehende Polierpad12 reinigt. Die Drehrichtung des Poliertisches11 ist an die Anordnung der Reinigungselemente, d. h. der Schleifscheibe50 , des Verteilers12 und der Abstrahldüse30 angepaßt. Ein von der Schleifscheibe50 gereinigter Abschnitt wird durch die Drehbewegung bedingt unter der Abstrahlfläche des Verteilers20 hindurchgeführt, bei der der zweite Reinigungsschritt erfolgt, worauf anschließend die gelösten Partikel durch den Wasserstrahl30A der Abstrahldüse30 von der Oberfläche des Polierpads12 gespült werden. - In einer alternativen Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, daß der Haltearm
25 des zweiten Reinigungssytems ebenfalls schwenkbar ist und anfänglich in einer ausgeschwenkten Position ist. Die beiden Reinigungsschritte können separat durchgeführt werden, wobei zuerst in einem ersten Reinigungsschritt im wesentlichen die gesamte Oberfläche des Polierpads12 durch die an dem eingeschwenkten Haltearm51 befestigte Schleifscheibe50 abgeschliffen wird. Nach Durchführen des ersten Reinigungsschritts kann dann der Haltearm51 des ersten Reinigungssytems weggeschwenkt und der Haltearm25 des zweiten Reinigungssytems eingeschwenkt werden, worauf anschließend im wesentlichen die gesamte Oberfläche einem zweiten Reinigungsschritt durch Beaufschlagen der Oberfläche mit dem Gas-Wasser-Gemisch aus dem Verteiler20 gereinigt wird.
Claims (8)
- Reinigungsvorrichtung zum Reinigen eines Polierpads (
12 ), mit – einem ersten Reinigungssystem (5 ), welches eine Schleifscheibe (50 ) mit einem Haltearm (51 ) aufweist, – einem zweiten Reinigungssystem (2 ), welches einen Verteiler (20 ) zur Abgabe eines Gas-Wasser-Gemischs unter hohem Druck aufweist, und – einer Flüssigkeitsdüse (30 ), wobei – an dem Haltearm (51 ) der Schleifscheibe (50 ) eine Sprühdüse (52 ) zum Abspülen von durch die Schleifscheibe (50 ) aus der Oberfläche des Polierpads (12 ) herausgelösten Schleifpartikel befestigt ist, – die Flüssigkeitsdüse (30 ) derart angeordnet ist, daß durch sie ein Abschnitt der Oberfläche des Polierpads (12 ) mit einer Flüssigkeit, beaufschlagbar ist, – das Polierpad (12 ) um eine Hauptachse drehbar gelagert ist, und – die Komponenten (2 ,5 ,30 ) der Reinigungsvorrichtung derart angeordnet sind, dass ein zu reinigender Abschnitt der Oberfläche des Polierpads (12 ) während einer Drehung des Polierpads (12 ) zuerst den Wirkungsbereich des ersten Reinigungssystems (5 ), anschließend den Wirkungsbereich des zweiten Reinigungssystems (2 ) und anschließend den Wirkungsbereich der Flüssigkeitsdüse (30 ) durchläuft. - Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß – das Polierpad (
12 ) derart positionierbar ist, daß die zu reinigende Oberfläche des Polierpads (12 ) der Schleifscheibe (50 ) und der Austrittsseite (22 ) des Verteilers (20 ) zugewandt ist, und – Schleifscheibe (50 ) und Verteiler (20 ) jeweils an Haltearmen (51 ,25 ) derart befestigt sind, daß sie verschiedenen Abschnitten der Oberfläche des Polierpads (12 ) gegenüberstehen. - Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß – mindestens einer der Haltearme (
25 ,51 ) verschwenkbar ist. - Reinigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß – sie für die Aufnahme eines kreisrunden Polierpads (
12 ) ausgelegt ist, und – die Schleifscheibe (50 ) und der Verteiler (20 ) an verschiedenen Umfangsabschnitten des Polierpads (12 ) angeordnet sind. - Verfahren zum Reinigen eines Polierpads (
12 ) unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß – die Oberfläche des Polierpads (12 ) entweder zeitgleich oder im Wechsel abgeschliffen, mit einem Gas-Wasser-Gemisch unter hohem Druck beaufschlagt oder mit einer Flüssigkeit beaufschlagt wird. - Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß – gleichzeitig verschiedene Abschnitte der Oberfläche entweder abgeschliffen oder mit dem Gas-Wasser-Gemisch beaufschlagt oder mit der Flüssigkeit beaufschlagt werden, und – das Polierpad (
12 ) in eine Drehbewegung um eine Hauptachse versetzt wird, so daß jeder Abschnitt der Oberfläche mindestens einmal allen drei Reinigungsschritten unterzogen wird. - Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß – zuerst die gesamte Oberfläche des Polierpads (
12 ) abgeschliffen, anschließend mit dem Gas-Wasser-Gemisch beaufschlagt und anschließend mit der Flüssigkeit beaufschlagt wird, wobei die drei Reinigungsschritte gegebenenfalls mehrmals im Wechsel nacheinander durchgeführt werden. - Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß – die Oberfläche des Polierpads (
12 ) mit der Flüssigkeit abgespült wird.
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