JP4260251B2

JP4260251B2 - ウエハの研磨装置

Info

Publication number: JP4260251B2
Application number: JP27181898A
Authority: JP
Inventors: 一雄小林; 大和左光; 悟井出; 順行持丸
Original assignee: 株式会社岡本工作機械製作所
Priority date: 1998-09-25
Filing date: 1998-09-25
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2018-09-25
Also published as: JP2000094317A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベアウエハ、デバイスウエハ、ＳＯＩウエハ、磁気ヘッドウエハ、磁気ディスクウエハなどの半導体ウエハの表面を研磨する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の研磨装置として、研磨盤を有する基台の上方に、チャック機構を回動自在に支持するインデックスヘッドを配し、ウエハをチャック機構により保持すると共に、保持されたウエハを研磨盤に押圧し、研磨盤とチャック機構とを相互に回転させてウエハの研磨を行うように構成されたものが知られている。
【０００３】
より詳しくは、図７は我々が特願平１０−２３４８７０号、同１０−２０８５４０号の明細書で示す装置の一例を示し、この研磨装置は、基台１００上に３基の研磨盤（以下、ポリッシャーという）１１０と、１基のウエハＷの受け台１２０とを任意の点Ｏの廻りに当該点に対して互いに９０°の角度をなすように同一円周上に配置し、上記点Ｏを回転軸芯とした回転軸１８０を基台１００に突設し、この回転軸１８０で４基のチャック機構１３０を同じく回転軸１８０の廻りに互いに９０°の角度をなすように配置し、且つこれらを回動自在に支持してなるインデックスヘッド（図中、破線で示す）１４０を回動自在に支持してなり、搬送ロボット１５０により受け台１２０に載せられた５枚のウエハＷを各チャック機構で一括して保持し、これをインデックスヘッド１４０を９０°づつ回動させて各ポリッシャーに導き、各ポリッシャーにおいてウエハＷを押圧し、上記チャック機構及び研磨盤を回転させてウエハＷの表面を研磨するように構成されていた。なお、図中、符号１６０ａ，１６０ｂは研磨前後のウエハＷが装填されるカセット、１７０は各ポリッシャー付設されたパッドコンディショナーである。
【０００４】
そして、全てのポリッシャー１１０を経て表面が研磨されたウエハＷは、再び受け台１２０に載せられてから搬送ロボット１５０によりカセット１６０ｂに移送されていた。
ウエハＷの保持を解除したチャック機構１３０は、その保持面に図示されていない回転ブラシを導き、これを回転させて当該面を掃除し、研磨工程で付着した塵や汚れが拭き取られるようになっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記チャック機構１３０の保持面の回転ブラシによる掃除は、新たなウエハＷを確実に保持し、研磨されたウエハＷの平坦性を確保する上で必要不可欠であるが、回転ブラシをカセット側と平行に位置した場所から進退自在に設けたのでは装置構造が複雑となり、研磨装置全体をコンパクトにできないという問題があった。
【０００６】
本発明は従来技術の有するこのような問題点に鑑み、半導体ウエハを研磨する装置において、回転ブラシを受け台に一体化させて装置構成のコンパクト化を図り、且つ効率的な研磨加工処理を行えるようにすることを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明のウエハの研磨装置は、複数（ｎ基；但し、ｎは２〜４の整数）の研磨盤を同一の円周上に配してなる基台と、この基台の上方で複数（ｎ＋１基）のチャック機構を回動自在に回転軸に支持してなるインデックスヘッドと、カセットから移送される研磨前のウエハ及びチャック機構により移送される研磨後のウエハが載置されるウエハ受け台とを備え、ウエハを裏面からチャック機構で保持し、その表面を研磨盤に押し付けてウエハ表面の研磨を行うウエハの研磨装置において、上記複数のチャック機構の回転軸の中心線を結ぶ円周は上記円周上に在り、上記受け台はウエハの受け板とチャック機構掃除用の回転ブラシとを直線上に一体に並設したもので、且つ、受け板と回転ブラシとを並設した受け台を直線方向に進退自在に設け、受け台の進退する直線方向の垂直面が上記インデックスヘッドの下方であって、上記円周上に交差するように上記受け台が直線方向に進退自在に設けられたことを特徴とするものである。
【０００８】
上記構成において、適宜長さのレールを基台に配し、このレールに沿って往復直線移動自在に設けたフレームに、ウエハが載せられる受け板と回転ブラシとを当該直線移動方向に直列に並べて受け台を形成する。
【０００９】
また、上記構成において、上記円周と受け台とが交差する位置において受け台に載せられたウエハをチャック機構に保持させ、当該交差部を挟んだレールの一側において研磨前のウエハをカセットから受け台に移送し、他側において研磨後のウエハを受け台からカセットに移送するように構成する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図示した実施形態に基づき本発明を詳述する。
図１は本発明の研磨装置の一実施形態の構成を示しており、図中、符号１は基台、２ａ，２ｂ，２ｃはポリッシャー、３，３，３は各ポリッシャーに付設されたパッドコンディショナー、４はウエハを受ける受け台、５はインデックスヘッド、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄはチャック機構、７ａ，７ｂはウエハＷが装填されるカセット、８ａ，８ｂは搬送ロボット、９はウエハ洗浄機構、Ｗはウエハである。
【００１１】
基台１は、その上面に３基のポリッシャー２ａ〜２ｃとパッドコンディショナー３とが設置されている。
各ポリッシャーは、基台１の上面の任意の点Ｏを中心とする円Ｃの円周上に配され、ポリッシャー２ａとポリッシャー２ｃは点Ｏを挟んだ対向位置に、ポリッシャー２ｂは上記両ポリッシャーから等間隔離れた位置、すなわち点Ｏに対して互いに９０°の角度なす位置に配置してある。
なお、後述の受け台４が円Ｃの円周上に位置したときに、ポリッシャー２ｂと受け台４とは点Ｏを挟んで１８０°の角度をなす対向位置となる。
【００１２】
各ポリッシャーは、それぞれポリッシャー２ａが粗研磨、ポリッシャー２ｂは中仕上研磨、ポリッシャー２ｃが仕上研磨を行うものであり、図２に示されているように、その下部が回転軸１０により支持されて回転自在に設けられ、その表面には研磨布１１が貼付してある。各ポリッシャーには、研磨布１１の上面に直線上に進退し、回転して研磨布１１を修復するパッドコンディショナー３が付設してある。
【００１３】
受け台４は、研磨前後のウエハＷが載せられる２基の受け板１２，１２とチャック機構の吸着面を掃除する１基の回転ブラシ１３とが一体化されてなり、且つ上記ポリッシャーの側方で直線的にスライド移動し得るように設けてある。
より詳しくは、図４〜図６に示されているように、受け台４は、受け板１２，１２、回転ブラシ１３及びこれらを支持するフレーム１４よりなり、これを、基台１の下部に設置された駆動機構１５に連結板１５ｅ介して連結して構成されている。
【００１４】
受け板１２，１２は、周縁に係止部材１２ａが突設された円形の板材により、その上面にウエハＷを載置できるように形成してある。
回転ブラシ１３は、上方に向けてブラシ１３ａが突設された略々十字形の円板１３ｂを、モータ１３ｃの駆動軸と連結した回転軸に固着して回転自在に設けてある。
フレーム１４は箱形をなし、その上面に、受け台４の移動方向に沿って、受け板１２，１２と回転ブラシ１３とを直列に並べて取り付け、その内部に回転ブラシ１３の駆動モータ１３ｃを固定してある。
【００１５】
駆動機構１５は、基台１内に適宜長さのレール１５ａを横設し、このレール上に摺動自在に移動体１５ｂを取り付け、移動体をサーボモータ１５ｃ及びボールネジ棒１５ｄによりレールに沿って往復移動し得るように設けてある。レール１５ａは、上記円Ｃの円周の若干外側を横切る位置に設置してある（図４参照）。
【００１６】
上記フレーム１４は、連結板１５ｅを介して駆動機構１５の移動体１５ｂに一体に連結されており、受け台４は、レール１５ａの側方で、移動体１５ｂと共に当該レールに沿って往復直線移動し、図４に示されているように、受け台４がレール１５ａの略中央部にあるときは、上記円Ｃの外周と交差して、受け板１２，１２がチャック機構を構成する２基の吸着機構２３，２３の下方に位置し、受け台４がレール１５ａの両端側にあるときは、上記円Ｃの略外側に位置するようになっている。
また、受け台４がレール１５ａのカセット７ｂ側の端部（図４中の右側端部）まで移動したとき、回転ブラシ１３が一側の吸着機構２３の下方に位置するようになっている。
【００１７】
インデックスヘッド５は、上記円Ｃの中心点Ｏを回転軸芯とし、基台１の上方に突設された中空な回動軸１６により回動自在に支持されており（図２参照）、その下部であって円Ｃの略円周に沿った位置に、４組のチャック機構６ａ〜６ｄを互いに等間隔離して、すなわち点Ｏに対して互いに９０°づつ位置をずらして配置してある。
回転軸１６の中空部内には、図２に示されているように、真空ポンプ１７、コンプレッサー１８及び洗浄液タンク１９と、開閉バルブ２０の切替えにより接続する８本の剛性の用役管２１ａが挿通されており、後述の可撓性管２２を介して各チャック機構に減圧空気、加圧空気、洗浄液などの必要な用役を供給できるようになっている。
前記円Ｃは、図１に示すように、複数のチャック機構６ａ〜６ｄの吸着機構２３の回転軸２４の中心線を結ぶ円Ｃでもある。
【００１８】
各チャック機構は、２基の吸着機構２３を一組として一体に作動するように構成されている。
各々の吸着機構２３は、インデックスヘッド５の縁部付近に下向きに取り付けられ、図３に示されるように、内部に剛性の用役管２１ｂが挿通された中空の回転軸２４の先端に円形枠材よりなるヘッド２５が取り付けられ、このヘッド２５の枠内に多数の小孔２６ａが穿設された吸着板２６が装着され、インデックスヘッド５の上部に配置されたモータ２７により垂直軸廻りの回転運動が、同じくエアシリンダー２８により垂直軸方向の進退運動が与えられ、上記用役管２３が可撓性管２２を介してインデックスヘッド５の用役管２１に接続されてヘッド内に必要な用役を供給できるように形成されており、用役管２１ａ，２１ｂ及び可撓性管２２を通じて真空ポンプ１７と接続し、真空ポンプによりヘッド内部を減圧してウエハＷを吸着板２６に吸着し、これを保持し得るように設けてある。
また、開閉バルブ２０の切替えにより上記コンプレッサー１８及び洗浄液タンク１９とも接続している。洗浄液は吸着板２６の小孔２６ａを洗浄し、加圧気体はウエハＷの吸着板２６からの剥離を容易とする。
【００１９】
カセット７ａは研磨前のウエハＷが装填されるものであり、受け台４が当該カセット側に位置しているときに、カセット内のウエハＷが搬送ロボット８ａにより順次受け台４に移送されようになっている。
また、カセット７ｂは、研磨後のウエハＷが装填されるものであり、受け台４が当該カセット側に位置しているときに、研磨工程を経たウエハＷが、搬送ロボット８ｂにより受け台４から移送されるようになっている。
【００２０】
ウエハ洗浄機構９は、ウエハＷに洗浄液を噴出して、研磨されたウエハＷの洗浄を行うものである。
【００２１】
次に、このように構成された本形態の研磨装置によるウエハＷの研磨工程を説明する。
【００２２】
（１）先ず、搬送ロボット８ａを作動させ、カセット７ａから研磨前のウエハＷを受け台４に移送する。
受け台４をレール１５ａのカセット７ａ側の端部、すなわち図１中で受け台４を実線で示す位置に置き、搬送ロボット８ａでカセット７ａから受け台４の右側の受け板１２にウエハＷを移送し、載せる。続けて、受け台４をウエハ１枚分だけ右側に移動させ、カセット７ａから左側の受け板１２にウエハＷを移送する。
次に、受け台４をインデックスヘッド５の正面までレール１５ａに沿って移動させ、当該位置でチャック機構６ａを下降し、受け台４に載せられた２枚のウエハＷを吸着し保持させた後、当該チャック機構を上昇させる。チャック機構６ａではウエハＷを裏面から保持する。
【００２３】
（２）インデックスヘッド５を図１において時計回りに９０°回動させてチャック機構６ａに保持されたウエハＷを第１のポリッシャー２ａ上に導くと共に、チャック機構６ａを下降させてウエハＷをポリッシャー２ａに押圧し、回転軸１０，２４を回転させてウエハＷの表面を粗研磨する。研磨終了後、チャック機構６ａを上昇させ当該ポリッシャー上に移動しておく。
この間、受け台４をカセット７ａ側の端部位置まで戻し、上記と同様に受け台４の右側の受け板１２と左側の受け板１２とに順次、カセット７ａからウエハＷを載せ、さらに受け台４をインデックスヘッド５の中央までレール１５ａに沿って移動させ、チャック機構６ｂで２枚のウエハＷを吸着し保持させた後、当該チャック機構を受け台４の上方に上昇させておく。
【００２４】
（３）インデックスヘッド５を上記と同方向に９０°回動させてチャック機構６ａに保持されたウエハＷを第２のポリッシャー２ｂ上に、チャック機構６ｂに保持されたウエハＷを第１のポリッシャー２ａ上にそれぞれ導き、両チャック機構６ａ，６ｂを下降させ、それぞれポリッシャー２ｂでウエハＷの中仕上研磨を行い、ポリッシャー２ａでウエハＷの粗仕上研磨を行う。それぞれ研磨が終了したならば、各チャック機構を上昇させ当該ポリッシャー上に移動しておく。
この間、受け台４をカセット７ａ側の端部位置まで戻し、上記と同様にカセット７ａから新たなウエハＷを受け台４に順次載せ、さらに受け台４をインデックスヘッド５の中央まで移動させ、チャック機構６ｃで２枚のウエハＷを吸着し保持させた後、当該チャック機構を受け台４の上方に上昇させておく。
【００２５】
（４）インデックスヘッド５を上記と同様にさらに９０°回動させてチャック機構６ａに保持されたウエハＷを第３のポリッシャー２ｃ上に、チャック機構６ｂに保持されたウエハＷを第２のポリッシャー２ｂ上に、チャック機構６ｃに保持されたウエハＷを第１のポリッシャー２ａ上にそれぞれ導き、各チャック機構６ａ，６ｂ，６ｃを下降させ、それぞれポリッシャー２ｃでウエハＷの仕上研磨を行い、ポリッシャー２ｂでウエハＷの中仕上研磨を行い、ポリッシャー２ａでウエハＷの粗仕上研磨を行う。各ポリッシャーで研磨が終了したならば、各チャック機構を上昇させ当該ポリッシャー上に各々移動しておく。
この間、受け台４をカセット７ａ側の端部位置まで戻し、上記と同様にカセット７ａから新たなウエハＷを受け台４に順次載せ、さらに受け台４をインデックスヘッド５の中央まで移動させ、チャック機構６ｄで２枚のウエハＷを吸着し保持させた後、当該チャック機構を受け台４の上方に上昇させておく。
ウエハＷをチャック機構６ｄに吸着させた後、受け台４はインデックスヘッド５の中央部に固定しておく。
【００２６】
（５）さらにインデックスヘッド５を上記と同様に９０°回動させ、第３のポリッシャー２ｃで研磨したウエハＷを上記受け台４上に導き、チャック機構６ａを下降させ、バキューム吸引を止めると共に回転軸２４内に加圧空気を送って両ウエハＷを受け台４の受け板１２，１２の載せ、ウエハ洗浄機構９から洗浄液を噴出してウエハＷの吸着面（裏面）を洗浄する。
【００２７】
研磨されたウエハＷが受け台４に載せられたならば、受け台４を、図１及び図４において、インデックスヘッド５の中央からウエハ１枚分右側に移動させ、搬送ロボット８ｂで受け台４の右側の受け板１２に載せられたウエハＷをカセット７ｂに移送し、この間、チャック機構６ａの一側（左側）の吸着機構２３の吸着面に回転ブラシ１３を当接させ、ブラシを回転し摺擦させて汚れを拭き取り、その後、さらに受け台４をウエハ１枚分右側にさらに移動させ、搬送ロボット８ｂで受け台４の左側の受け板１２に載せられたウエハＷをカセット７ｂに移送し、この間、チャック機構６ａの他側（右側）の吸着機構２３の吸着面に回転ブラシ１３を当接させ、ブラシを回転し摺擦させて汚れを拭き取る。このように、研磨されたウエハＷをカセット７ｂに移送している間に、回転ブラシ１３によってチャック機構６ａの吸着面のクリーニングが行われる。
【００２８】
そして、回転ブラシ１３によるチャック機構６ａの掃除完了後、受け台４をカセット７ａ側の端部まで移動させて新たなウエハＷを載せ、再びインデックスヘッド５の中央まで移動させ、新たなウエハＷをチャック機構６ａに吸着させておく。ウエハＷをチャック機構６ａに吸着させた後、受け台４はレール１５ａの中央部に固定しておく。
【００２９】
これらの間、第２のポリッシャー２ｂで研磨されたウエハＷを第３のポリッシャー２ｃに、第１のポリッシャー２ａで研磨されたウエハＷを第２のポリッシャー２ｂに、また、チャック機構６ｄに吸着されたウエハＷを第１のポリッシャー２ａにそれぞれ導き、各々チャック機構を下降させ、各ポリッシャーで上記と同様にウエハＷの研磨を行う。
【００３０】
（６）以降、同様にしてインデックスヘッド５の９０°毎の回動と受け台４の移動に伴うウエハＷのカセット７ａからの移送、カセット７ｂへの移送及びチャック機構の吸着面の回転ブラシ１３による清掃、各ポリッシャーにおける研磨を行いながら、ウエハＷを連続的に研磨処理するように動作する。
【００３１】
なお、上記形態は一例に過ぎず、ポリッシャーやチャック機構の配置及びその数は適宜な構成とすることができる。
例えば、上記（６）の工程のインデックスヘッド５の回動を逆方向（反時計方向）に２７０°回動させて行ってもよい。回転ブラシ１３によるチャック機構のクリーニングは上記とは異なる順序で行ってもよく、ウエハＷの移送とは無関係に受け台４を移動させ、回転ブラシ１３でチャック機構をクリーニングしてもよい。
【００３２】
新たなウエハＷの移送において、受け台４のウエハ１枚分の右側への移動を行わず、搬送ロボット８ａの軸心中心での回動により、左右一対のカセット７ａ，７ａの内、左側のカセット７ａから移送されるウエハＷは受け台４上の右側の受け板１２に、右側のカセット７ａから移送されるウエハＷは受け台４上の左側の受け板１２に載せられるようにしてもよい。搬送ロボット８ａの軸心中心での回動の幅を広げ、先に左側のカセット７ａより左右の受け板１２にウエハＷを載せ、当該カセットが空になったならば、右側のカセット７ａからウエハＷを受け台４に載せるようにしてもよい。
【００３３】
さらに、上記各ポリッシャーにおける研磨は、同時に終了するのが望ましい。従って、比較的研磨時間が短くて済む、第３のポリッシャー２ｃにおける仕上研磨の開始時期を、第１のポリッシャー２ａにおける粗研磨、第２のポリッシャー２ｂにおける中仕上研磨の開始時期よりも遅らせ、全ポリッシャーで同時に研磨が終了するように調節してもよい。
【００３４】
異なる種類のウエハＷをそれぞれのカセット７ａ，７ａに収納し、それぞれ研磨させることもできる。さらにウエハＷの需要が少ないときは、チャック機構を構成する一対の吸着機構の一方のみを作動させ、他方は作動させないようにしてもよい。
【００３５】
本発明の装置の態様として、研磨ステージ（ポリッシャー）がｎ（ｎは２〜５の整数）、ローディング（カセットからの研磨前のウエハの移送）・アンローディング（カセットへの研磨後のウエハの移送）が１ステージで全体が（ｎ＋１）ステージのときはインデッスヘッドの回動は３６０／（ｎ＋１）度、チャック機構は（ｎ＋１）基となる。すなわち、研磨ステージが粗研磨と仕上研磨の２ステージのときはチャック機構は３基、インデックスヘッドの回動は１２０度である。
【００３６】
【発明の効果】
このように、本発明のウエハの研磨装置は、２基の受け板と１基の回転ブラシを受け台に一体に並設し、これらを直線的に往復移動し得るように基台に設けてあるので、回転ブラシを別体としてこれを駆動させる場合と比べて、装置をコンパクトに構成して、ウエハの移送とチャック機構の掃除とを行うことができる。
【００３７】
また、受け台は、ウエハが載せられる受け板と回転ブラシとを、移動方向に沿って直列に並べて形成してあるので、ウエハのカセットへの移送と同時に回転ブラシによるチャック機構の吸着面の掃除を行うことができ、研磨処理が効率化し、全体の処理時間も短縮することができる。
【００３８】
また、受け台は基台に設けたレールに沿ってスライド自在に設け、レールの中央部でチャック機構へのウエハの吸着が行えるようにし、その両側でカセットとのウエハの移送を行うように構成することにより、レールの両側に、研磨前後のウエハを収納するカセットとこれを移送する搬送ロボットを配置して、受け台とカセットとの間のウエハの移送を効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の研磨装置の一実施形態の構成を示す平面図である。
【図２】図１の研磨装置の略断面図である。
【図３】チャック機構の構成を示す図である。
【図４】受け台の構成を示す図である。
【図５】受け台に取り付けられた回転ブラシを示し、（Ａ）はその概略平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
【図６】図４のVI−VI線に沿った概略断面図である。
【図７】従来の研磨装置の構成を示す平面図である。
【符号の説明】
1 基台
2a〜2c ポリッシャー（研磨盤）
4 受け台
5 インデックスヘッド
6a〜6d チャック機構
7a,7b カセット
8a,8b 搬送ロボット
13 回転ブラシ
15 駆動機構
15a レール
Ｏ中心
Ｃ円
Ｗウエハ

Claims

複数（ｎ基；但し、ｎは２〜４の整数）の研磨盤を同一の円周上に配してなる基台と、この基台の上方で複数（ｎ＋１基）のチャック機構を回動自在に回転軸に支持してなるインデックスヘッドと、カセットから移送される研磨前のウエハ及びチャック機構により移送される研磨後のウエハが載置されるウエハ受け台とを備え、ウエハを裏面からチャック機構で保持し、その表面を研磨盤に押し付けてウエハ表面の研磨を行うウエハの研磨装置において、上記複数のチャック機構の回転軸の中心線を結ぶ円周は上記円周上に在り、上記受け台はウエハの受け板とチャック機構掃除用の回転ブラシとを直線上に一体に並設したもので、且つ、受け板と回転ブラシとを並設した受け台を直線方向に進退自在に設け、受け台の進退する直線方向の垂直面が上記インデックスヘッドの下方であって、上記円周上に交差するように上記受け台が直線方向に進退自在に設けられたことを特徴とするウエハの研磨装置。
適宜長さのレールが基台に配され、このレールに沿って往復直線移動自在に設けたフレームに、ウエハが載せられる受け板と回転ブラシとを当該直線移動方向に直列に並べて受け台を設けてなる請求項１に記載のウエハの研磨装置。
上記円周と受け台とが交差する位置において、受け台に載せられたウエハをチャック機構に保持させ、当該交差部を挟んだレールの一側において、研磨前のウエハをカセットから受け台に移送し、他側において、研磨後のウエハを受け台からカセットに移送するように構成された請求項１又は２に記載のウエハの研磨装置。