In der Halbleiterindustrie führt die Forderung nach immer kleineren Strukturen und steigender Ausbeute bei Wafern dazu, daß neben der Prozeßbeherrschung die Reduktion der Defekt- dichte auf den Wafern einen zunehmenden Einfluß gewinnt. Beim Polieren von Wafern werden beispielsweise bestimmte Materia- lien durch ein Poliermittel über vorher strukturierten Flä- chen abgetragen. Der dabei entstehende Abrieb wird in dem Po- lierpad-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 Polier- pads mit Abrieb zu begrenzen, wird das Polierpad bisher sehr oft ausgewechselt. Dies ist besonders nachteilig, da die da- durch verursachten Kosten und Umrüstzeiten die Leistungsfä- higkeit des Polierprozesses in beträchtlicher Weise beein- flussen.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu- grunde, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Reinigen von Polierpads bereitzustellen, mit der/dem Abrieb-Rückstände ef- fektiv beseitigt werden können, so daß es nicht zu den vor- stehend beschriebenen Nachteilen kommt.

Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung

durch eine Vorrichtung zum Reinigen von Polierpads, insbeson- dere 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 Polier- pad.

Dadurch können die auf dem Polierpad befindlichen Abriebs- Partikel auf einfache Weise vom Polierpad gespült werden.

Gleichzeitig wird die Gefahr einer Kontamination nachfolgen- der Wafer durch Abrieb zuvor polierter Wafer stark reduziert.

Die Polierpads können somit wesentlich länger verwendet wer- den, was zu einer Beseitigung der oben beschriebenen Nach- teile führt. Weiterhin wird durch die erfindungsgemäße Ausge- staltung der Vorrichtung erreicht, daß das Polierpad ohne Be- schädigungen der sehr empfindlichen Polierpad-Oberfläche ge- reinigt werden kann.

Die Vorrichtung ist beispielsweise für die Reinigung von Po- liertüchern verwendbar, wie sie unter anderem beim chemisch mechanischen Polieren (CMP) von Wafern verwendet werden. Je- doch ist die Vorrichtung auch für jede andere Form von Po- lierelementen verwendbar. Aus diesem Grund wurde in der vor- liegenden Erfindung der allgemeine Begriff Polierpad gewählt, was verdeutlicht, daß die Erfindung nicht nur auf die Reini- gung bestimmter Poliertücher beschränkt ist.

Erfindungsgemäß ist wenigstens eine Abstrahldüse für den ge- richteten Wasserstrahl vorgesehen. Es sind jedoch auch Anord- nungen denkbar, in denen mehr als eine Abstrahldüse vorgese- hen ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrich- tung ergeben sich aus den rückbezogenen Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß kann das Gas-Wasser-Gemisch einen Druck von 172.3 bis 689.5 kPa (25 bis 100 psi) aufweisen. In bevorzug- ter 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 Ver- teilers 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 je- doch 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 vorbe- schriebenen Fällen erfolgt jedoch die Vermischung des Gases mit dem Wasser in dem Verteiler.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das Mi- schen der Gas-und Wasserkomponente bereits vor dem Verteiler erfolgen. In diesem Fall würde nur eine einzige Zuleitung be- nötigt, 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-Ge- mischs sowie der Ort, an dem der erforderliche Druck einge- stellt 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 Wasserzu- leitung 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 vorteil- haft vor dem Austritt noch innerhalb der Düsen. In diesem Zu- sammenhang kann beispielsweise vom"Venturi-Prinzip"Gebrauch gemacht werden. Dabei werden die einzelnen Kanäle für die Zu- leitung des Gases und des Wassers in die Düse derart gegen- einander ausgerichtet, daß es beim Austritt der beiden Kompo- nenten zu einer Durchmischung kommt. Da die beiden Komponen- ten 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 Was- sertropfen 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 vorteil- haft ist die Verwendung von Flachdüsen. Die Anordnung der Dü- sen im Verteiler kann je nach Anwendungsfall unterschiedliche ausgebildet sein. So sind unter anderem regelmäßige oder un- regelmäßige Anordnungsmuster denkbar. Ebenso kann die Anzahl der Düsen variieren.

In weiterer Ausgestaltung ist die Abstrahldüse in einem fla- chen Winkel zum zu reinigenden Polierpad ausgerichtet, vor- zugsweise in einem Winkel von kleiner oder gleich 45°. Durch das flache Abstrahlen des gerichteten Wasserstrahls wird die Möglichkeit einer Beschädigung der empfindlichen Polierpad- Oberfläche weiter reduziert.

In bevorzugter Ausgestaltung tritt der gerichtete Wasser- strahl mit einem hohen Druck aus der Abstrahldüse aus. Erfin- dungsgemäß 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 Anwen- dungsfällen mit chemischen Zusätzen zu versetzen. Weiterhin kann das Gas vorteilhaft Stickstoff oder Druckluft sein. Je- doch ist grundsätzlich jedes beliebige Gas als geeignete Kom- ponente denkbar. Voraussetzung bei der Auswahl der Komponen- ten 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 leistungs- starke und sichere Möglichkeit zur Reinigung von Polierpads geschaffen, so daß die Lebensdauer der Polierpads stark er- höht werden kann. Durch das Absprühen eines Gas-Wasser-Ge- mischs in zerstäubtem Zustand aus den Düsen werden kleine Wassertrofpen erzeugt, deren kinetische Energie zum Losschla- gen 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 Was- serstrahls in bezug auf die Polierpad-Oberfläche eine Beschä- digung der empfindlichen Polierpad-Oberfläche.

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 ei- ner 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 Vorrich- tung 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 Ver- teiler 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 Ver- fahren 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 Metallschich- ten-wie beispielsweise Wolfram-und Barrierematerialien über dotierten und damit weichen Oxiden eine besondere Her- ausforderung dar.

Der Wolfram-CMP-Prozeß besteht aus zwei Teilprozessen. Im er- sten Polierschritt werden mittels Wolfram-Poliermittel, des- sen Hauptbestandteile Eisennitrat Fe (N03) 3 und feinverteiltes Aluminiumoxid A1203 sind, Metallschichten entfernt. Dieser Polierschritt wird selektiv auf der darunterliegenden Schicht gestoppt. Im zweiten Polierschritt-einem reinen Oxid-Po- lierschritt-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 abgetrenn- ten Barriereteilchen hängt unter anderem von der Qualität des A1203 ab. Jedoch können Rückstände des Poliermittels sowie das abgetragene Material, wenn sie nur unvollständig vom Po- lierpad entfernt werden, beim Polieren nachfolgender Wafer die Kratzerzahl und-tiefe erhöhen. Deshalb stellt die Mini- mierung 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 un- ter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt : Fig. 1 den schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrich- tung zum Reinigen von Polierpads ; und Fig. 2 eine graphische Darstellung, in der die Anzahl der De- fekte auf einer Waferoberfläche über einer absoluten Anzahl von mit einem Polierpad polierten Wafern aufgetragen ist.

In Fig. 1 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 darge- stellt) verbunden. Die Wasserzuleitung 41 ist mit einer Was- serquelle (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 Wasserzu- leitung 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 ge- richtet wird. Der gerichtete Wasserstrahl 31 weist ebenfalls einen erhöhten Druck auf.

Nachfolgend wird nun die Funktionsweise der Reinigungs-Vor- richtung 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 Druckluftansteue- rung 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 Polier- tuch 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 Polier- tuchs erreicht. Weiterhin wird durch die flache Ausrichtung der Abstrahldüse erreicht, daß die Partikel zum einen effek- tiv 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 er- sichtlich, die einerseits mit einem erfindungsgemäß gereinig- ten Poliertuch und andererseits mit einem herkömmlch gerei- nigten Poliertuch gereinigt wurden.

Es wurden 75 Wafer in einer Serie auf einem Poliertuch po- liert. Jeder dritte Wafer wurde danach einem definierten Oxid-Polierschritt von 40 nm unterworfen und die Defektdichte wurde auf einem Inspektionsgerät"Surfscan Tencor 6420"ge- messen. 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.