JP5493633B2 - 研磨方法及びその装置 - Google Patents
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Description
本発明は、例えばシリコンウェーハのポリッシング加工等に好適な研磨方法及びその装置に関する。
半導体デバイスの素材であるシリコンウェーハは、シリコン単結晶のインゴットから切り出された後にラッピング加工を施され、さらにポリッシング加工と称される研磨処理を施されて鏡面状態に仕上げられる。この鏡面仕上げは、従前、デバイス形成面のみに実施されていたが、ウェーハ径が８インチを超える、例えば１２インチの大径ウェーハにおいては、デバイスが形成されない裏面についても鏡面状態に仕上げることが要求されるようになっている。
例えば、シリコンウェーハの両面研磨は、通常、遊星歯車方式の両面研磨装置が使用されている。この種の両面研磨装置としては、例えば特許文献１に複数枚を同時に処理する装置が記載されている。すなわち、この両面研磨装置は、図１および図２に示すように、一対の回転可能の上定盤１および下定盤２と、これら上定盤１および下定盤２間の回転中心回りに遊星歯車として配置された複数枚のキャリア３と、上定盤１および下定盤２間の回転中心部に配置された太陽ギヤ４と、上定盤１および下定盤２間の外周部に配置された環状のインターナルギヤ５とを備えている。
上定盤１は昇降可能であり、その回転方向は下定盤２の回転方向と逆になる。上定盤１および下定盤２の各対向面には研磨布（図示せず）が装着されている。また、キャリア３は、偏心配置された円形のホール（収容孔）３ａを有し、このホール３ａ内に、シリコンウェーハを典型例とする円形のワーク６を保持する。太陽ギヤ４及びインターナルギヤ５は、複数のキャリア３に内側及び外側から噛み合い、通常は下定盤２と同方向に回転駆動される。
ポリッシング加工は、上定盤１を上昇させて、下定盤２上にキャリア３を複数セットした後、ワーク６を下定盤２上に移送し、各キャリア３内にワーク６をそれぞれ供給して行う。ワーク６を供給したならば、上定盤１を降下させ、上定盤１および下定盤２間、具体的には上下の研磨布間にワーク６を挟む。この状態で、上定盤１および下定盤２間に研磨液を供給しつつ上定盤１および下定盤２、太陽ギヤ４及びインターナルギヤ５を回転駆動する。
この回転駆動により、複数のキャリア３は、逆方向に回転する上定盤１および下定盤２間で自転しつつ太陽ギヤ４の回りを公転する。これにより、複数のワーク６が同時に両面研磨される。
以上のポリッシング加工において、従来は下定盤２を固定し、その上にセットされた複数のキャリア３内にワーク６を吸着式の移載ロボットにより搬送していたが、ワークの大型化に伴う定盤周囲のインターナルギヤ等の大型化や、これによる公差の増大の結果として、下定盤上に載置されたキャリアの位置が不正確になる場合がある。その一方、キャリア３の内径とワーク６の外径との間の公差がより厳しく制限される傾向にある。これらのため、回転定盤上のキャリア内にワークを機械的に搬送する方法では、キャリア内にワークが完全に嵌合しない危険性があり、このため、作業員による監視及び手直しが必要となり、このことが完全な自動化を阻害する大きな要因になっていた。
そこで、特許文献１では、下定盤上へワークを供給する前に、該ワークをキャリアと分離自在な合体状態に組み合わせてから、該ワークをキャリアと合体状態のまま下定盤上に供給することが提案されている。
この提案によって、作業員による監視及び手直しが不要になり、下定盤上へのワークの完全自動供給を実現することができる。
この提案によって、作業員による監視及び手直しが不要になり、下定盤上へのワークの完全自動供給を実現することができる。
上記の手法では、ワークをキャリアと予め合体することが必須であり、従前の移載ロボットによる搬送工程に先立つ合体工程が必要であり、工程が増加することは避けられない。従って、生産効率の向上や省エネルギー化が求められる中、従前の搬送工程によっても、上記した研磨装置へのワークの適切な供給を実現する方途の提案が希求されていた。
また、従前の移載ロボットによる搬送は、ワークをいわゆる真空吸着で扱うことから、特に研磨後のワークの排出は該ワークの鏡面を真空吸着することになり、吸着面側に付着した研磨液や、塵および埃が研磨済のワーク表面に付着し、製品不良の原因になることから、その取り扱いに注意を要していた。
また、従前の移載ロボットによる搬送は、ワークをいわゆる真空吸着で扱うことから、特に研磨後のワークの排出は該ワークの鏡面を真空吸着することになり、吸着面側に付着した研磨液や、塵および埃が研磨済のワーク表面に付着し、製品不良の原因になることから、その取り扱いに注意を要していた。
そこで、本発明は、上記した問題を解消し、従前の搬送工程においてキャリアへのワークの適切な供給を実現する方途について提案することを目的とする。
発明者らは、研磨装置の定盤上のキャリア内にワークを適切に搬送する手法について鋭意究明したところ、該ワークの端部を把持して移送してキャリア内にワークを適切に導く手段を確立し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の要旨構成は、次のとおりである。
（１）研磨に供するワークを保持する少なくとも１つのキャリアを、上定盤と下定盤との間に配置し、該キャリアのホールに前記ワークを挿入し、該上定盤と下定盤との間にキャリアおよびワークを挟み、上定盤と下定盤との間に研磨液を供給しつつ上定盤および下定盤の少なくともいずれか一方を回転させて、該キャリアに保持されたワークを研磨する方法において、
前記ワークを端面側から少なくとも３点で支持する相互に進退可能の把持用爪と、前記キャリアに前記ホールとは別に設けた少なくとも２個の位置決め孔に合致する、少なくとも２本の位置決めピンとを有する、移送機構によって、前記キャリアのホールにワークを挿入するに当たり、該ワークの端部を前記把持用爪にて把持してワークを下定盤の上方まで運び、前記移送機構の前記少なくとも２本の位置決めピンを前記キャリアの前記少なくとも２個の位置決め孔に挿入することにより、該下定盤上のキャリアのホールに対してワークを位置決めし、該ワ−クの把持を開放してワークを前記ホールに向けて、ガイドによる案内を介して緩やかに落下させることを特徴とする研磨方法。
すなわち、本発明の要旨構成は、次のとおりである。
（１）研磨に供するワークを保持する少なくとも１つのキャリアを、上定盤と下定盤との間に配置し、該キャリアのホールに前記ワークを挿入し、該上定盤と下定盤との間にキャリアおよびワークを挟み、上定盤と下定盤との間に研磨液を供給しつつ上定盤および下定盤の少なくともいずれか一方を回転させて、該キャリアに保持されたワークを研磨する方法において、
前記ワークを端面側から少なくとも３点で支持する相互に進退可能の把持用爪と、前記キャリアに前記ホールとは別に設けた少なくとも２個の位置決め孔に合致する、少なくとも２本の位置決めピンとを有する、移送機構によって、前記キャリアのホールにワークを挿入するに当たり、該ワークの端部を前記把持用爪にて把持してワークを下定盤の上方まで運び、前記移送機構の前記少なくとも２本の位置決めピンを前記キャリアの前記少なくとも２個の位置決め孔に挿入することにより、該下定盤上のキャリアのホールに対してワークを位置決めし、該ワ−クの把持を開放してワークを前記ホールに向けて、ガイドによる案内を介して緩やかに落下させることを特徴とする研磨方法。
（２）前記ワークの前記ホールに向かう落下過程において、上方からワークに向けて流体を噴射することを特徴とする前記（１）に記載の研磨方法。
（３）前記研磨後に、前記上定盤と下定盤との間隔を拡げてから、下定盤から前記ワークに向けて流体を噴射して前記キャリアのホールからワークを浮上させ、該ワークの端面を把持してワークを排出することを特徴とする前記（１）または（２）に記載の研磨方法。
（４）前記キャリアのホールにワークを挿入するに当たり、該ワークをその端面側から少なくとも３点で支持する、相互に進退可能の把持用爪により、該ワークの端部を把持してワークを下定盤の上方まで運び、前記把持用爪とは別のガイドを前記ワークの周縁に配置し、前記把持用爪による該ワークの把持を開放してワークを前記ホールに向けて、前記別のガイドによる案内を介して緩やかに落下させることを特徴とする前記（１）に記載の研磨方法。
（４）前記キャリアのホールにワークを挿入するに当たり、該ワークをその端面側から少なくとも３点で支持する、相互に進退可能の把持用爪により、該ワークの端部を把持してワークを下定盤の上方まで運び、前記把持用爪とは別のガイドを前記ワークの周縁に配置し、前記把持用爪による該ワークの把持を開放してワークを前記ホールに向けて、前記別のガイドによる案内を介して緩やかに落下させることを特徴とする前記（１）に記載の研磨方法。
（５）研磨に供するワークを保持する少なくとも１つのキャリアを載置する下定盤および該下定盤と対をなす上定盤を有し、該上定盤および下定盤の少なくともいずれか一方を回転可能とした研磨装置であって、
該移送機構は、ワークを端面側から少なくとも３点で支持する相互に進退可能の把持用爪と、前記キャリアに前記ホールとは別に設けた少なくとも２個の位置決め孔に合致する、少なくとも２本の位置決めピンと、を有し、
前記把持用爪のワーク把持側に、該把持用爪から開放されたワークがキャリアのホールに向けて案内される傾斜ガイド面を設けた研磨装置。
該移送機構は、ワークを端面側から少なくとも３点で支持する相互に進退可能の把持用爪と、前記キャリアに前記ホールとは別に設けた少なくとも２個の位置決め孔に合致する、少なくとも２本の位置決めピンと、を有し、
前記把持用爪のワーク把持側に、該把持用爪から開放されたワークがキャリアのホールに向けて案内される傾斜ガイド面を設けた研磨装置。
（６）研磨に供するワークを保持する少なくとも１つのキャリアを載置する下定盤および該下定盤と対をなす上定盤を有し、該上定盤および下定盤の少なくともいずれか一方を回転可能とした研磨装置であって、
前記キャリアのホールに向けて前記ワークを供給するための移送機構をそなえ、
該移送機構は、ワークを端面側から少なくとも３点で支持する相互に進退可能の把持用爪と、前記キャリアに前記ホールとは別に設けた少なくとも２個の位置決め孔に合致する、少なくとも２本の位置決めピンと、前記把持用爪から開放されたワークをキャリアのホールに向けて案内する、前記把持用爪とは別のガイドとを有することを特徴とする研磨装置。
前記キャリアのホールに向けて前記ワークを供給するための移送機構をそなえ、
該移送機構は、ワークを端面側から少なくとも３点で支持する相互に進退可能の把持用爪と、前記キャリアに前記ホールとは別に設けた少なくとも２個の位置決め孔に合致する、少なくとも２本の位置決めピンと、前記把持用爪から開放されたワークをキャリアのホールに向けて案内する、前記把持用爪とは別のガイドとを有することを特徴とする研磨装置。
本発明によれば、従前の搬送工程を大きく変更することなしに、ワークの研磨面ではない端部、例えばウェーハにおける周端面を把持し、研磨面とは非接触のままワークをキャリア内に確実に供給することができる。また、研磨後のワークの排出も、研磨面への接触がない状態において実現されるから、異物付着などを回避することができる。
以下、本発明の研磨方法について、図３〜７を参照して、ワークがウェーハの場合を例に詳しく説明する。なお、図３〜７では、１枚のウェーハを研磨する装置に本発明を適用した事例について示し、研磨の機構は図１および２に示した装置と基本的に同じであることから、この研磨機構については図示並びに説明を省略し、ウェーハの移送機構について主に示してある。すなわち、上定盤１および下定盤２間に研磨液を供給しつつ上定盤１および下定盤２を回転駆動する機構は同様である。その際、キャリアの回転は、太陽ギヤ４及びインターナルギヤ５ではなく、例えばキャリアの外周等分４点位置で噛み合う小ギヤを介して駆動する。
さて、本発明の研磨装置では、上記した研磨機構に加えて、前記キャリア３のホール３ａ内に向けて、ワークであるウェーハ６を供給するための移送機構７をそなえる。該移送機構７は、例えばロボットアーム（図示せず）の先端に取り付けられるベース板８と、該ベース板８の、同一円周上の少なくとも等分３点位置、図示例では４点位置に設けた、相互に進退可能の把持用爪９とを備える。各把持用爪９は、中間部から内側に向かって傾斜する傾斜ガイド面９ａを有する。
かような移送機構７をそなえる研磨装置において、まず、図３に示すように、ウェーハ６の待機場所までロボットアームを介して移送機構７を移動し、把持用爪９を開いてウェーハ６を把持用爪９群の内側空間に取り込み、把持用爪９を閉じることによって、把持用爪９の中間部、つまり傾斜ガイド面９ａの起点部にて、ウェーハ６の端面６ａを保持する。ここで、ウェーハ６の端面６ａを保持するに当たり、把持用爪９がウェーハ６の端面６ａに押し付けられることがないように、好ましくは傾斜ガイド面９ａの起点部に載置される形で把持用爪９にてウェーハ６を保持する。
一方、研磨装置の下定盤２上には、予めキャリア３を定位置に載置しておく。
一方、研磨装置の下定盤２上には、予めキャリア３を定位置に載置しておく。
次いで、図３に示すように、ウェーハ６が傾斜ガイド面９ａの起点部にて保持された状態の移送機構７を、下定盤２の上方まで運び、その際、該下定盤２上のキャリア３のホール３ａに対してワーク６の位置決めを行う。具体的には、図４に示すように、移送機構７をキャリア３に向けて下降させる際に、ベース板８に設けた少なくとも２本、図示例で３本の位置決めピン８ａを、キャリア３に設けた少なくとも２個、図示例で３個の位置決め用孔３ｂに挿入することによって、ホール３ａの直上にウェーハ６を正確に配置する。
その後、図５（ａ）に示すように、把持用爪９を開いて把持用爪９の相互間隔（径）をウェーハ６の径を僅かに超える（ほぼ同径の範囲）まで拡大する。この把持用爪９を開いていく過程において、ウェーハ６は自重によって傾斜ガイド面９ａによる案内を介して緩やかにホール３ａに向けて落下する（図５（ｂ）参照）。
この落下の途上または落下後に、図５（Ｃ）に示すように、ベース板８からウェーハ６に向けて流体、例えば純水１０を吹き付けて、ホール３ａにウェーハ６を押し付け固定することが好ましい。
ホール３ａ内にウェーハ６を正確に挿入したならば、図６に示すように、下定盤２の真空吸着穴２ａから、いわゆる真空引きを行って、ウェーハ６をホール３ａ内に強固に固定する。なお、その際の真空引き中の圧力を測定すれば、ウェーハ６をホール３ａ内に正しく挿入されているかの確認が容易に行える。
最後に、図６に示すように、移送機構７を上、下定盤１および２の間から退避させ、ウェーハ６に対して研磨を行う。
最後に、図６に示すように、移送機構７を上、下定盤１および２の間から退避させ、ウェーハ６に対して研磨を行う。
なお、上記した事例では、把持用爪９に傾斜ガイド面９ａを設けて該傾斜ガイド面９ａにてウェーハ６をキャリア３のホール３ａに向けて案内しているが、図７（ａ）に、把持用爪９にて保持されたウェーハ６をその下面側から視た状態を示すように、移送機構７に把持用爪９とは別にガイド９０を設け、このガイド９０にて傾斜ガイド面９ａと同様に、ウェーハ６の落下を適切に案内する。すなわち、等分３点位置に設けた把持用爪９の間にガイド９０を設け、図７（ａ）に示すように、把持用爪９にてウェーハ６を保持したまま移送機構７を上、下定盤１および２の間へ移動し、図７（ｂ）に示すように、ガイド９０をウェーハ６に向けて閉じて該ウェーハ６の周縁に近接配置する。この状態において図７（ｃ）に示すように、把持用爪９を開いてウェーハ６を自重によってガイド９０による案内を介して緩やかにホール３ａに向けて落下させる。その後、図７（ｄ）に示すように、ガイド９０を開いてから、移送機構７を上、下定盤１および２の間から退避させ、ウェーハ６に対して研磨を行う。
研磨処理が終了したならば、上定盤１と下定盤２との間隔を拡げてから、図８（ａ）に示すように、移送機構７を下定盤２の上方に移動する。このとき、把持用爪９の相互間隔はウェーハ６の径より大きくしておく。そして、図８（ｂ）に示すように、下定盤２の真空吸着穴２ａからの真空引きを停止するとともに、該穴２ａからウェーハ６に向けて流体、例えば純水１０を噴射してキャリア３のホール３ａからウェーハ６を浮上させる。
次に、図８（ｃ）に示すように、この浮上状態のウェーハ６の端面を、把持用爪９を閉じて相互間隔を狭めて把持する。この段階においても、把持用爪９がウェーハ６の端面６ａに押し付けられることがないように、好ましくは傾斜ガイド面９ａの起点部に載置される形で把持用爪９にてウェーハ６を保持する。その後は、移送機構７を上下定盤１および２の間から退避させれば、研磨後のウェーハ６の排出が完了する。
１ 上定盤
２ 下定盤
３ キャリア
３ａ ホール
３ｂ 位置決め孔
４ 太陽ギヤ
５ インターナルギヤ
６ ワーク（ウェーハ）
７ 移送機構
８ ベース板
８ａ 位置決めピン
９ 把持用爪
９ａ 傾斜ガイド面
９０ ガイド
２ 下定盤
３ キャリア
３ａ ホール
３ｂ 位置決め孔
４ 太陽ギヤ
５ インターナルギヤ
６ ワーク（ウェーハ）
７ 移送機構
８ ベース板
８ａ 位置決めピン
９ 把持用爪
９ａ 傾斜ガイド面
９０ ガイド
Claims (6)
- 研磨に供するワークを保持する少なくとも１つのキャリアを、上定盤と下定盤との間に配置し、該キャリアのホールに前記ワークを挿入し、該上定盤と下定盤との間にキャリアおよびワークを挟み、上定盤と下定盤との間に研磨液を供給しつつ上定盤および下定盤の少なくともいずれか一方を回転させて、該キャリアに保持されたワークを研磨する方法において、
前記ワークを端面側から少なくとも３点で支持する相互に進退可能の把持用爪と、前記キャリアに前記ホールとは別に設けた少なくとも２個の位置決め孔に合致する、少なくとも２本の位置決めピンとを有する、移送機構によって、前記キャリアのホールにワークを挿入するに当たり、該ワークの端部を前記把持用爪にて把持してワークを下定盤の上方まで運び、前記移送機構の前記少なくとも２本の位置決めピンを前記キャリアの前記少なくとも２個の位置決め孔に挿入することにより、該下定盤上のキャリアのホールに対してワークを位置決めし、該ワ−クの把持を開放してワークを前記ホールに向けて、ガイドによる案内を介して緩やかに落下させることを特徴とする研磨方法。 - 前記ワークの前記ホールに向かう落下過程において、上方からワークに向けて流体を噴射することを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
- 前記研磨後に、前記上定盤と下定盤との間隔を拡げてから、下定盤から前記ワークに向けて流体を噴射して前記キャリアのホールからワークを浮上させ、該ワークの端面を把持してワークを排出することを特徴とする請求項１または２に記載の研磨方法。
- 前記キャリアのホールにワークを挿入するに当たり、該ワークをその端面側から少なくとも３点で支持する、相互に進退可能の把持用爪により、該ワークの端部を把持してワークを下定盤の上方まで運び、
前記把持用爪とは別のガイドを前記ワークの周縁に配置し、前記把持用爪による該ワークの把持を開放してワークを前記ホールに向けて、前記別のガイドによる案内を介して緩やかに落下させることを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。 - 研磨に供するワークを保持する少なくとも１つのキャリアを載置する下定盤および該下定盤と対をなす上定盤を有し、該上定盤および下定盤の少なくともいずれか一方を回転可能とした研磨装置であって、
前記キャリアのホールに向けて前記ワークを供給するための移送機構をそなえ、
該移送機構は、ワークを端面側から少なくとも３点で支持する相互に進退可能の把持用爪と、前記キャリアに前記ホールとは別に設けた少なくとも２個の位置決め孔に合致する、少なくとも２本の位置決めピンと、を有し、
前記把持用爪のワーク把持側に、該把持用爪から開放されたワークがキャリアのホールに向けて案内される傾斜ガイド面を設けた研磨装置。 - 研磨に供するワークを保持する少なくとも１つのキャリアを載置する下定盤および該下定盤と対をなす上定盤を有し、該上定盤および下定盤の少なくともいずれか一方を回転可能とした研磨装置であって、
前記キャリアのホールに向けて前記ワークを供給するための移送機構をそなえ、
該移送機構は、ワークを端面側から少なくとも３点で支持する相互に進退可能の把持用爪と、前記キャリアに前記ホールとは別に設けた少なくとも２個の位置決め孔に合致する、少なくとも２本の位置決めピンと、前記把持用爪から開放されたワークをキャリアのホールに向けて案内する前記把持用爪とは別のガイドとを有することを特徴とする研磨装置。
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