JP2004031960A - ポリッシング装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のウェーハ研磨装置は、ウェーハWとメンブレイン168との間に流体を提供する装置を具備したウェーハ伝達ステージ120を有する。望ましくは、伝達ステージ120はウェーハWが置かれる支柱122と、ウェーハWがポリッシングヘッド162から支柱122にアンローディングされる時に、ウェーハWとメンブレイン168間の表面張力を減らすための流体提供装置を有する。流体提供装置はウェーハとメンブレインとの間に超純水を噴射する噴射ノズル124または不活性ガスを噴射する噴射ノズルからなることができる。
【選択図】 図5
Description
【発明が属する技術分野】
本発明は半導体ウェーハを製造する装置に関するものであり、さらに具体的には、半導体ウェーハの表面を化学的、機械的に研磨する装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
最近、半導体装置が高集積化することによって、配線構造が多層化されて半導体基板上に積層された単位セルの間の表面段差が徐々に増加されており、これら単位セルの間の表面段差を減らすために、多様なウェーハ工程面の研磨方法が提示されている。これらのうちウェーハの化学機械的な研磨を同時に実施してウェーハの工程面を平坦化するCMP(Chemical Mechanical Polishing)装備が広く使われている。
【0003】
通常、CMP工程では、ウェーハは工程面がターンテーブルに向けるようにポリッシングヘッドに装着され、ウェーハの工程面は研磨パッドが設置されたターンテーブル上に置かれる。ポリッシングヘッドはターンテーブルの研磨パッドに対抗してウェーハを押付けるように、ウェーハ上に制御可能な押圧力または圧力を提供する。また、ポリッシングヘッドはウェーハとターンテーブルとの間に追加的な運動を提供するように回転することもできる。
【0004】
特に、CMPポリシャ(polisher)業界での均一性(uniformity)が優れたメンブレイン(membrane)タイプのヘッドの開発/適用が活発に進行されている。
【0005】
このようなメンブレインタイプのポリッシングヘッドは、ウェーハとメンブレインとの間の真空/エアブロー(air blow)を利用してウェーハを固定(chuck)、または非固定(release)する方式を用いている。しかし、このような方式のポリッシングヘッドでは、ウェーハを伝達ステージにアンローディングする過程でエラーが多発する問題点がある。
【0006】
図1乃至図3に、ウェーハアンローディング過程を示す。図面を参照すると、ウェーハアンローディングは、ポリッシングヘッド10が伝達ステージ20に移動されれば、伝達ステージ20のペデスタル22が上昇する準備段階と(図1)、空気圧によってメンブレイン12が膨脹され、ウェーハwがペデスタル22に置かれるメンブレインブローイング段階と(図2)、最後に、ウェーハがペデスタル22に置かれてから、メンブレイン12が収縮されるメンブレインベント段階(図3)が行われる。ここで、ウェーハアンローディングエラーは、前記メンブレイン12のブローイング段階でウェーハがメンブレインから完全に離れない状態(ウェーハのエッジ部分はメンブレインから離れるが、ウェーハのセンタ部分はメンブレインに付着されている)でメンブレインベント(メンブレイン収縮)が進行し、ウェーハが前記メンブレイン12に付いて上がることによって発生する。特に、ウェーハの表面が疎水性(Hydropohobic)の場合には、ウェーハとメンブレインとの接触面の表面張力によってウェーハアンローディングエラーが多発する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ウェーハを安定的にアンローディングすることができるポリッシング装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための本発明の特徴によると、ウェーハを研磨するための装置は、ウェーハとメンブレインとの間に流体を提供する装置を含むウェーハ伝達ステージを具備する。望ましくは、前記伝達ステージは、ウェーハが置かれる支柱と、ウェーハが前記ポリッシングヘッドから前記支柱にアンローディングされる時に、前記ウェーハとメンブレイン間の表面張力を減らすための流体提供装置を有する。前記流体提供装置は、前記ウェーハとメンブレインとの間に超純水を噴射する噴射ノズルまたは不活性ガスを噴射する噴射ノズルからなることができる。
【0009】
本発明の実施形態によると、前記伝達ステージは、前記ウェーハが前記ポリッシングヘッドから前記支柱にアンローディングされる時に、ウェーハを真空吸着するための真空ホールが前記支柱に形成されることができる。
【0010】
また、前記伝達ステージは、前記ウェーハが前記ポリッシングヘッドから前記支柱にアンローディングされる時に、前記支柱に置かれたウェーハが前記メンブレインに付着された状態で前記メンブレインに付いて上がることを防止するためのストッパ部材をさらに具備することができる。ここで、前記ストッパ部材は、前記ウェーハと前記メンブレインとの間に挿入されてウェーハが前記メンブレインに付いて持ち上げられることを防止するインタセプタと、このインタセプタを前記ウェーハと前記メンブレインとの間に位置、または位置させないための移動装置を有する。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面4乃至図9に基づいて詳しく説明する。また図面で同一の機能を実行する構成要素に対しては同一の参照番号を併記する。
【0012】
図4を参照すると、本発明によるCMP装置100は、大きくポリッシングステーション110とポリッシングヘッドアセンブリ160からなる。前記ポリッシングステーション110は、研磨パッド112が附着された回転可能なターンテーブル114とウェーハ伝達ステージ120を有する。
【0013】
前記ターンテーブル114は、ターンテーブルを回転させるための手段(図示せず)に連結され、前記回転手段は前記ターンテーブル114を一番良好な回転数で回転させる。前記研磨パッド112は、荒いポリッシング面を有する複合材料である。
【0014】
前記ポリッシングステーション110は、通常のパッドコンディショニング手段(図示せず)及び反応試薬(例えば、酸化ポリッシング用脱イオン水)と摩擦粒子(例えば、酸化ポリッシング用二酸化珪素)と化学反応触媒(例えば、酸化ポリッシング用水酸化カリウム)を含むスラリーを研磨パッドの表面に供給するためのスラリー供給手段(図示せず)を含むことができることは勿論である。ここで、前記パッドコンディショニング手段及びスラリー供給手段は、この発明の要旨に該当しないだけでなく、公知技術なので、ここではそれに対する説明を略する。
【0015】
前記ポリッシングヘッドアセンブリ160は、四つのポリッシングヘッド162を有する。前記ポリッシングヘッドアセンブリ160は前記伝達ステージ120の構成要素を示すために一部破断に示している。前記ポリッシングヘッドアセンブリ160は、前記研磨ヘッド162うちいずれか一つがターンテーブル114または伝達ステージ120に位置するように、中心軸に対して回転される。前記研磨ヘッド162は、研磨パッド112に対向してウェーハwを維持し、ウェーハwの後面に下向き圧力を均一に分布させる。
【0016】
図5に示したように、前記研磨ヘッド162は、キャリア164、リテイナリング166、及び柔軟な材質のメンブレイン168を有するメンブレインタイプからなる。前記メンブレイン168はウェーハwと直接的に面接触する薄いゴム膜であり、圧力を受ければ膨脹してウェーハwに均一な圧力をかける。
【0017】
前記研磨ヘッド162はウェーハwとメンブレイン168の間の真空/エアブロー(air blow)を利用してウェーハwを固定(chuck)、または非固定(release)し、ウェーハは前記伝達ステージを通じて前記研磨ヘッドにローディング、または研磨ヘッド162からアンローディングされる。
【0018】
前記伝達ステージ120は、ウェーハを前記ポリッシングヘッドにローディングさせ、または、前記ポリッシングヘッドからアンローディングさせる。図5を参照すると、前記伝達ステージ120は、支柱(pedestal:122)、超純水噴射ノズル124、ストッパ装置(126:図8に示している)及びキャッチカップ121を含む。
【0019】
前記キャッチカップ121の内部には、前記支柱122と超純水噴射ノズル124及びストッパ装置126が位置する。前記支柱122は、支柱122の軸122aと連結された昇降装置130によって昇降される。前記昇降装置130は通常の油圧シリンダ132からなる。前記支柱122は、ウェーハwを安定的に保有するために、多数の真空ホール122aが端部に形成されている。前記真空ホール122aは、前記支柱122の内部に形成された真空通路122bと連通され、この真空通路122bは、外部の真空ポンプ(図示せず)と連通されることは勿論である。
【0020】
図6に示したように、前記超純水噴射ノズル124はウェーハwが前記研磨ヘッド(162から前記支柱122にアンローディングされる時に、前記ウェーハwとメンブレイン168との間に超純水を噴射する。前記ウェーハwとメンブレイン168との間に超純水を噴射する理由は、前記ウェーハwとメンブレイン168間の表面張力を減らし、ウェーハの重さの上昇効果を得るためである。このように、前記研磨ヘッド162から前記支柱122にウェーハwをアンローディングする過程で(図6参照)、前記ウェーハwと前記メンブレイン168間の表面張力を減らし、ウェーハwを重くすることによって、ウェーハアンローディング時に発生するアンローディングエラー(支柱に置かれず、メンブレインに付着された状態でメンブレインに付いて上がる問題)を減らすことができる。例えば、本発明の伝達ステージ120は、超純水噴射ノズル124に代えて前記ウェーハと前記メンブレインとの間に不活性ガスを噴射するガス噴射ノズルを具備することもできる。ここで使う“”不活性”というのはガスが半導体ウェーハにどのような相当の物理的または化学的な変化を惹起させないことを意味する。一般的に不活性ガスには主に窒素ガスが使われる。
【0021】
アンローディングエラーが生じないので、図7に示すように、ウェーハを安定的にアンローディングすることができる。
【0022】
図8及び図9を参照すると、前記ストッパ装置126は、前記超純水噴射ノズルと同一の目的を達成するためものである。すなわち、前記ストッパ装置126は、ウェーハwが前記研磨ヘッド162から前記支柱122にアンローディングされる時に、ウェーハが前記支柱122に置かれずに、メンブレイン168に付着された状態で付いて上がることを遮断する。このために、前記ストッパ装置126は、前記ウェーハwとメンブレイン168との間に挿入されてウェーハwが前記メンブレイン168に付いて持ち上げられることを防止するためのインタセプタ(interceptor:126a)と、前記インタセプタ126aを前記ウェーハとメンブレインとの間に挿入させるための駆動部126bを有する。前記インタセプタ126aは前記駆動部126bによって待機位置(点線で表示される)と遮断位置(ウェーハとメンブレインとの間)に移動される。前記インタセプタ126aはウェーハwとメンブレイン168との間に位置されることができる位の長さを有することが望ましく、ウェーハとの接触時に、摩擦面積を最小化することができる構造を有することが望ましい。
【0023】
上述のような構成を有する伝達ステージ120でのウェーハアンローディングは次の通りである。前記伝達ステージ120に研磨ヘッド162が移動し、前記伝達ステージ120の支柱122が上昇する。(準備段階)空気圧によってメンブレイン168が膨脹すれば、ウェーハが支柱122に置かれる(メンブレインブローイング段階)。この状態で、前記超純水噴射ノズル124は、前記ウェーハwと前記メンブレイン168との間の空間に超純水を噴射し、前記支柱122ではウェーハwを真空吸着する。また、前記ストッパ装置126は駆動部126bを作動させ、待機位置にあるインタセプタ126aをウェーハとメンブレイとの間に(遮断位置)移動させる。その次に、膨れているメンブレインを収縮(メンブレインベント段階)させる。前記支柱122にアンローディングされたウェーハは移送ロボット(図示せずによって他の装備(例えば、洗浄装備)に移送される。
【0024】
上述のように、本実施形態によるCMP装置の伝達ステージでは、ウェーハをアンローディングする過程で発生するエラーを防止するための多様な手段(ウェーハを真空で吸着する手段、ウェーハとメンブレインとの間の表面張力を減少させ、ウェーハの重さを上昇させる手段、ウェーハがメンブレインに付いて上がることを遮断するための手段)によってウェーハアンローディングエラーを防止することができる。
【0025】
以上、望ましい実施形態を例示し、それを通じて本発明を説明したが、本発明はここに限定されないことを留意しなければならない。本発明の思想と技術的範囲を逸脱しない範囲内で多様な実施形態及び変形例があるということをよく理解しなければならない。
【0026】
【発明の効果】
以上のような本発明によると、伝達ステージでウェーハを安定的にアンローディングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一般的なCMP装備でのウェーハアンローディング過程を示す図面である。
【図2】一般的なCMP装備でのウェーハアンローディング過程を示す図面である。
【図3】一般的なCMP装備でのウェーハアンローディング過程を示す図面である。
【図4】本発明の望ましい実施形態によるCMP装備の平面構成図である。
【図5】図4に示したポリッシングヘッドと伝達ステージを示す部分側断面図である。
【図6】伝達ステージでのウェーハアンローディング過程を示す図面である。
【図7】伝達ステージでのウェーハアンローディング過程を示す図面である。
【図8】図5に表示された6−6線に沿って切断した断面図である。
【図9】図8に表示された7−7線に沿って切断した断面図である。
【符号の説明】
110…ポリッシングステーション、
112…研磨パッド、
114…ターンテーブル、
120…伝達ステージ、
122…支柱、
124…超純水噴射ノズル、
126…ストッパ装置、
160…ポリッシングヘッドアセンブリ、
162…研磨ヘッド、
168…メンブレイン。
Claims (8)
- ウェーハを研磨するための装置において、
上部面上に研磨パッドが装着されているターンテーブルを有する研磨ステーションと、
ウェーハと面接触するメンブレインを有し、かつウェーハを維持し、前記ウェーハを前記ターンテーブル上に加圧するポリッシングヘッドとを含み、
前記研磨ステーションは、ウェーハを前記ポリッシングヘッドにローディングさせ、または、前記ポリッシングヘッドからアンローディングさせるためのウェーハ伝達ステージを具備し、
前記伝達ステージは、ウェーハが置かれる支柱と、
ウェーハが前記ポリッシングヘッドから前記支柱にアンローディングされる時に、前記ウェーハとメンブレイン間の表面張力を減らすために、前記ウェーハとメンブレインとの間に流体を提供する装置をさらに具備することを特徴とするポリッシング装置。 - 前記流体提供装置は、前記ウェーハとメンブレインとの間に超純水を噴射する噴射ノズルからなることを特徴とする請求項1に記載のポリッシング装置。
- 前記流体提供装置は、前記ウェーハとメンブレインとの間に不活性ガスを噴射する噴射ノズルからなることを特徴とする請求項1に記載のポリッシング装置。
- 前記伝達ステージは、前記ウェーハが前記ポリッシングヘッドから前記支柱にアンローディングされる時に、ウェーハを真空吸着するための真空ホールが前記支柱に形成されることを特徴とする請求項1に記載のポリッシング装置。
- 前記伝達ステージは、前記ウェーハが前記ポリッシングヘッドから前記支柱にアンローディングされる時に、前記支柱に置かれたウェーハが前記メンブレインに付着された状態で前記メンブレインに付いて上がることを防止するためのストッパ部材をさらに含むことを特徴とする請求項1または請求項4に記載のポリッシング装置。
- 前記ストッパ部材は、前記ウェーハと前記メンブレインとの間に挿入されてウェーハが前記メンブレインに付いて持ち上げられることを防止する棒と、
前記棒を前記ウェーハと前記メンブレインとの間に位置させるか、または位置させないように前記棒を移動させるための移動装置を含むことを特徴とする請求項5に記載のポリッシング装置。 - 前記支柱は、昇降装置によって昇降されることを特徴にするポリッシング装置。
- 前記伝達ステージは、前記支柱を取り囲むキャッチカップをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のポリッシング装置。
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