KR19990066788A - 반도체웨이퍼의 표면평탄화장치 - Google Patents

반도체웨이퍼의 표면평탄화장치 Download PDF

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시게토 이즈미
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오바라 히로시
스피드팜 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 연마패드 및 연마액을 사용해서 반도체웨이퍼의 표면을 화학적 기계적으로 연마하여 평탄화시키는 반도체웨이퍼의 표면평탄화장치에 관한 것으로서, 작은 푸트프린트에 의해 높은 스루풋을 유지하면서, 안정된 연마특성을 얻을 수 있는 반도체웨이퍼의 표면평탄화장치를 제공하는 것을 과제로 한 것이며, 그 해결수단에 있어서, 반도체웨이퍼는, 인덱스테이블(22)의 회전위치가 산출되므로써, 어느 하나의 플래튼(23∼25)의 근처위치로 이동하게 된다. 이 반도체웨이퍼는, 그 플래튼에 대해서 설치된 어느 하나의 캐리어(46∼48)에 의해서 유지되고, 그 플래튼으로 반송되어서 연마가 행하여 진다. 이 연마가 행하여지고 있는 동안, 인덱스테이블(22)에 다음의 새로운 연마전의 반도체웨이퍼가 공급되고, 이 반도체웨이퍼도, 인덱스테이블(22)의 회전위치가 산출되므로써, 다른 플래튼의 근처 위치로 이동하게 된다. 그후, 이 반도체웨이퍼도, 그 플래튼에 대해서 설치된 캐리어에 의해서 유지되고, 그 플래튼으로 반송되어서 순차적으로 연마가 행하여 지는 것을 특징으로 한 것이다.

Description

반도체웨이퍼의 표면평탄화장치
본 발명은, 연마패드 및 연마액을 사용해서 반도체웨이퍼의 표면을 화학적기계적으로 연마하여 평탄화시키는 반도체웨이퍼의 표면평탄화장치에 관한 것이다.
종래, 이런 종류의 반도체웨이퍼의 표면평탄화장치로서는, 예를 들면, 1997년 5월 21일에 공개된 유럽특허출원(공개번호: EPO 774323 A2, 발명의 명칭: apparatus and method for polishing substrates)에 개시된 장치이다. 동장치는 일반적으로 CMP(Chemical Mechanical Polish)장치라고 호칭되고 있으며, 그 구조는 도 12의 사시도에 표시된다.
베이스(1)에는 회전하는 3개의 플래튼(platon)(2),(3),(4) 및 하나의 로우드·언로우드·스테이션(load·unload·station)(5)이 설치되어 있다. 각 플래튼(2),(3),(4)의 표면에는 연마패드가 붙여져 있고, 이 연마패드의 표면을 연마하는 드레서(Dresser)(6),(7),(8)가 각 플래튼(2),(3),(4)마다 배설되어 있다. 베이스(1)위에 세트되는 카로우젤(carousel)(9)는 회전자재로 구성되어 있고, 이 카로우젤(9)에는 반도체웨이퍼를 유지하는 4개의 캐리어(10),(11),(12),(13)가 지지되고 있다. 카로우젤(9)이 소정각도 회전하므로써, 캐리어(10∼13)에 유지된 반도체웨이퍼의 위치가 산출된다.
인라인모드라고 호칭되는 CMP 장치의 동작모드에서는, 예를 들면, 다음과 같이 해서 1차연마가 3개의 각 플래튼(2∼4)에 의해 분할해서 행하여지고, 반도체웨이퍼의 표면이 연마된다.
먼저, 도시하지 않은 로봇에 의해서 웨이퍼카세트로부터 스테이션(5)위에 1매째의 반도체웨이퍼W가 로우드되고, 도 13(a)에 표시한 바와 같이, 캐리어(10)에 이 반도체웨이퍼W가 유지된다. 다음에, 카로우젤(9)이 시계반대방향으로 90°회전하고, 동도면(b)에 표시한 바와 같이, 1매째의 반도체웨이퍼가 플래튼(2)위로 반송된다. 그리고, 캐리어(10)에 의해서 반도체웨이퍼가 플래튼(2)위의 연마패드에 소정압력에 의해 압압되면서 연마액(슬러리)이 공급되면서, 플래튼(2) 및 캐리어(10)가 각각 회전해서 1매째의 반도체웨이퍼가 1분동안 화학적 기계적으로 연마된다. 이 동안에, 스테이션(5)에는 2매째의 반도체웨이퍼W가 로우드되고, 로우드된 반도체웨이퍼는 캐리어(11)에 유지된다.
플래튼(2)에서의 최초의 연마가 종료하면, 다음에, 카로우젤(9)이 또 시계반대방향으로 90°회전하고, 동도면(C)에 표시한 바와 같이, 캐리어(10)는 플래튼(3), 캐리어(11)는 플래튼(2)으로 이동한다. 그리고, 플래튼(3)에서 1매째의 반도체웨이퍼의 2회째의 화학적기계연마가 1분동안 행하여지고, 플래튼(2)에서 2매째의 반도체웨이퍼의 최초의 화학적 기계연마가 1분동안 행하여 진다. 이 동안에, 스테이션(5)에는 3매째의 반도체웨이퍼W가 로우드되고, 로우되된 반도체웨이퍼는 캐리어(12)에 유지된다.
다음에, 칼로우젤(9)이 시계반대방향으로 90°회전하고, 동 도면(d)에 표시한 바와 같이, 캐리어(10)는 플래튼(4), 캐리어(11)는 플래튼(3), 캐리어(12)는 플래튼(2)으로 이동한다. 그리고, 플래턴(4)에서 1매재의 반도체웨이퍼의 마지막의 화학적기계연마, 플래튼(3)에서 2매째의 반도체웨이퍼의 2회째의 화학적 기계연마, 플래튼(2)에서 3매째의 반도체웨이퍼의 1회째의 화학적 기계연마가 각각 1분동안 행하여 진다. 이 동안에, 스테이션(5)에는 4매째의 반도체웨이퍼W가 로우드되고, 로우드된 반도체웨이퍼는 캐리어(13)에 유지된다.
다음에, 카로우젤(9)이 시계방향으로 270°회전하고, 동도면(e)에 표시한 바와 같이, 캐리어(10)가 로우드·언로우드·스테이션(5)으로 복귀되어, 캐리어(10)에 유지된 1매째의 반도체웨이퍼가 스테이션(5)에 얹어 놓여지고 언로우드 된다. 언로우드된 반도체웨이퍼는 로봇에 의해서 웨이퍼카세트에 수납된다. 이와 동시에, 플래튼(4)에서 2매째의 반도체웨이퍼의 마지막의 화학적 기계연마, 플래튼(3)에서 3매째의 반도체웨이퍼의 2회째의 화학적 기계연마, 플래튼(2)에서 4매째의 반도체웨이퍼의 1회째의 화학적 기계연마가 각각 1분동안 행하여 진다. 이 동안에, 동도면(f)에 표시한 바와 같이, 스테이션 (5)에 5매째의 반도체웨이퍼가 로우드되고, 로우드된 반도체웨이퍼는 캐리어(10)에 유지된다.
그 후, 상기한 동작이 반복되고, 각 반도체웨이퍼가 순차적으로 연마되어 간다.
또, 배치모드라고 호칭되는 CMP장치의 동작모드에서는, 예를 들면, 다음과 같이해서 1차연마가 각 플래튼(2∼4)에서 병행하여 행하여지고, 각 반도체웨이퍼의 표면이 동시에 연마된다. 이 배치모드에서는 각 반도체웨이퍼는 각각 하나의 플래튼에서 연마되고, 인라인모드와 같이 복수의 플래튼에서 분할해서 연마되지 않는다.
즉, 먼저 도 14(a)에 표시한 바와 같이, 로우드·언로우드·스테이션(5)에 로봇에 의해서 공급되는 반도체웨이퍼W가 캐리어(10)에 유지된다. 계속해서, 카로우젤(9)이 시계반대방향으로 90°회전한다. 다음에, 동도면(b)에 표시한 바와 같이, 스테이션(5)에 새로 공급되는 반도체웨이퍼W가 캐리어(11)에 유지되고, 그 후, 카로우젤(9)이 또 시계반대방향으로 90°회전한다. 다음에, 동 도면(C)에 표시한 바와 같이, 스테이션(5)에 새로 공급되는 반도체웨이퍼 W가 캐리어(12)에 유지되고, 그후, 카로우젤(9)이 또 시계반대방향으로 90°회전한다.
이 결과, 동도면(d)에 표시한 바와 같이, 캐리어(10)에 유지된 1매째의 반도체웨이퍼는 플래튼(4)위, 캐리어(11)에 유지된 2매째의 반도체웨이퍼는 플래튼(3)위, 캐리어(12)에 유지된 3매째의 반도체웨이퍼는 플래튼(2)위로 이동한다. 그 후, 각 캐리어(10),(11),(12)가 강하하고, 각 반도체웨이퍼는 각 플래튼(4),(3),(2)에서 각각 3분동안 화학적 기계연마된다. 이 동안, 스테이션(5)에는 4매째의 반도체웨이퍼W가 로우드되고, 캐리어(13)에 유지된다.
다음에, 카로우젤(9)이 시계방향으로 90°회전하고, 동도면(e)에 표시한 바와 같이, 캐리어(12)에 유지된 3매째의 반도체웨이퍼가 스테이션(5)위로 이동되고, 로봇에 의해서 웨이퍼카세트에 언로우드된다. 다음에, 카로우젤(9)이 시계방향으로 90°회전하고, 동도면(f)에 표시한 바와 같이, 캐리어(11)에 유지된 2매째의 반도체웨이퍼가 스테이션(5)위로 이동되어서 마찬가지로 언로우드된다. 그 후, 또 카로우젤(9)이 시계방향으로 90°회전하고, 도 15(g)에 표시한 바와 같이, 캐리어(10)에 유지된 1매째의 반도체웨이퍼가 스테이션(5)위로 이동되어서 언로우드된다.
다음에, 동도면(h)에 표시한 바와 같이, 스테이션(5)에 5매째의 반도체웨이퍼가 새로 공급되고, 이 반도체웨이퍼가 캐리어(10)에 유지된다. 계속해서 카로우젤(9)이 시계반대방향으로 90°회전하고, 동도면(ⅰ)에 표시한 바와 같이, 스테이션(5)에 새로 공급되는 6매째의 반도체웨이퍼가 캐리어(11)에 유지된다. 그 후, 카로우젤(9)이 시계반대방향으로 90˚회전하고, 캐리어(13)에 유지된 4매째의 반도체웨이퍼, 캐리어(10)에 유지된 5매째의 반도체웨이퍼, 캐리어(11)에 유지된 6매째의 반도체웨이퍼가 각각 각 플래튼(4),(3),(2)에서 병행하여 3분동안 화학적 기계연마된다.
그 후는, 상기한 처리가 반복해서 행하여 진다.
CMP장치를 평가하는 지침에는, 연마특성외에, 푸트프린트나 스루풋이라는 지표가 있다. 연마특성이 뛰어나고 있는 것은 말할 것도 없으나, 푸트프린트나 스루풋이라는 지표도 중요한 지표로 되어 있으며, 어느쪽의 지표도 반도체웨이퍼의 생산코스트, 나아가서는 LSI의 제품코스트에 큰 영향을 부여한다. 푸트프린트는 장치면적을 의미하고 있고, 클리인룸내에서 CMP장치가 점유하는 면적은 작은 쪽이 바람직하다. 또, 스루풋은 CMP장치가 단위시간 당으로 처리할 수 있는 반도체웨이퍼의 매수를 의미하고 있으며, 이 스루풋은 높은 쪽이 바람직하다.
상기한 인라인모드에서는, 3개의 플래튼(2∼4)위에서 3매의 반도체웨이퍼가 연마되고 있는 동안에, 나머지의 하나의 캐리어에 다음의 반도체웨이퍼가 준비된다. 이 때문에, 연마중에 연마패드의 드레싱(컨디셔닝)이 동시에 행하여지는 동시 드레스시에는 카로우젤(9)이 회전위치의 산출동작을 하고 있는 시간만을 제외하고, 3개의 캐리어는 항상 연마를 반복하고 있다. 따라서, 캐리어의 미연마시간이 적고, 캐리어의 가동율이 높기 때문에, 장치의 효율은 좋아지고 있다. 연마시간이 상기한 바와 같이 3분으로 설정되고, 각 플래튼(2∼4)에서 1분(=60[sec]씩의 분할연마가 행하여지는 경우, 1996년 VMIC(VLSI Multilevel Interconnection)컨퍼렌스(conforence)의 자료(문헌번호:Library of congress No. 89-644090)에 의하면, 상기 종래의 CMP장치의 스루풋은 다음의 ①식에 의해서 45매/시로 된다. 즉, 1시간당의 CMP장치의 연마처리매수는 45매로 된다. 여기서 20[sec]는, 카로우셀(9)에 의한 반도체웨이퍼의 회전위치 산출시간이다.
3600/(60+20)=45 …①
그러나, 인라인모드에 의해 동작하는 상기 종래의 CMP장치는, 스루풋은 높으나, 연마의 안정성, 재현성이라는 연마특성이 안정되지 않는다.
즉, CMP프로세스에 있어서는, 장치의 스루풋과 함께 연마성능 소위 공정성능이 뛰어나고, 안정되어 있는 것이 매우 중요하다. 예를 들면, 1롯 100매의 반도체웨이퍼의 화학적기계연마를 행하는 경우, 10매째의 반도체웨이퍼의 연마특성과, 100매째의 반도체웨이퍼의 연마특성이 동등한 것이 요구된다. 이 연마특성은 특히 연마패드의 성능에 크게 의존하고 있다. 그러나, 연마패드는, 동일한 제조조건하에서 제조된 것이라도, 그 두께나 탄성회복률 등의 물성치가 미묘하게 달라지는 일이 있다. 또, 복수의 플래튼사이에서, 동등한 조건의 패드드레싱을 실시해도, 이것을 반복하므로써, 연마패드의 특성이 차츰차츰 달라져 가는 현상이 있다.
이 때문에, 큰 롯수에 의해 반도체웨이퍼를 연마할때에는, 예를 들면 20매에 1매의 비율로 연마후의 반도체웨이퍼의 막두께 등을 측정기로 측정하고, 프로세스파라미터를 재설정해서 연마특성을 동등하게 유지하는 작업이 필요하게 된다. 이 프로세스파라미터의 재설정을 행할때, 인라인모드에 의해 동작하는 상기 종래의 CMP장치에서는, 복수의 연마패드에 의해 반도체웨이퍼가 연마되기 때문에, 어느 플래튼상의 연마패드의 악영향이 프로세스파라미터의 악화에 결부되어 있는지, 특정하는 것은 곤란하다. 따라서, 상기 종래의 CMP장치를 인라인모드에 의해 동작시키고 분할해서 1차연마를 행하는 것은 현실적으로 곤란하다.
한편, 상기한 배치모드에서는, 3개의 플래튼에서 화학적 기계연마가 동시에 진행하게 되고, 각 반도체웨이퍼는 각각 하나의 플래튼에서 마지막까지 처리된다. 따라서, 이 배치모드에 의해 동작하는 상기 종래의 CMP장치에서는 상기의 분할연마의 문제는 발생하지 않고, 연마특성은 안정된다. 그러나, 1매째, 2매째, 3매째의 각 반도체웨이퍼의 병행연마가 종료한 후에, 5매째, 6매째의 2매의 반도체웨이퍼를 새로 세트할 필요가 있다. 또한, 4매째의 반도체웨이퍼는 3매의 반도체웨이퍼의 병행연마시에 캐리어에 이미 세트되어 있다.
이 때문에, 이 2매의 반도체웨이퍼를 도입하고 있는 동안은, 각 플래튼(2∼4)위에서 전혀 연마를 행할 수 없다. 1996년 VMIC(VLSI Multilevel Inter- connection)컨퍼렌스의 자료(문헌번호: Library of Congress No.89-644090)의 203페이지에 의하면, 이 시간은 1.25분(=75[sec])∼1.75분(=105[sec]) 필요하게 된다. 따라서, 배치모드에 의해 동작하는 상기 종래의 CMP장치의 스루풋은, 상기한 바와 같이 연마시간을 3분(=180[sec])으로 하면, 다음의 ②식, ③식으로부터 37.9매/시∼42.4매/시로 된다.
{3600/(180+75)}×3 = 42.4 …②
{3600/(180+105)}×3 = 37.9 …③
따라서, 배치모드에 의해 동작하는 상기 종래의 CMP장치에서는, 인라인모드시에 있어서의 45매/시라고 하는 높은 스루풋을 달성할 수는 없다.
본 발명은 이와 같은 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 작은 푸트프린트로 높은 스루풋을 유지하면서, 안정된 연마특성을 얻을 수 있는 반도체웨이퍼의 표면평탄화장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 의한 반도체웨이퍼의 표면평탄화장치(CMP장치)의 구조를 표시한 사시도
도 2는 도 1에 표시한 CMP장치의 베이스에 캐리어지지기구가 덮여진 상태를 표시한 사시도
도 3은 본 실시형태에 의한 CMP장치를 구성하는 캐리어지지기구의 구조를 표시한 사시도
도 4는 도 3에 표시한 캐리어지지기구가 3개 조합된 평면도,
도 5는 본 실시형태의 CMP장치에 의해서 반도체웨이퍼가 동시에 1차 연마되는 동작모드의 제 1처리의 흐름을 표시한 평면도
도 6은 본 실시형태의 CMP장치에 의해서 반도체웨이퍼가 동시에 1차 연마되는 동작모드의 제 2처리의 흐름을 표시한 평면도
도 7(a)는 본 실시형태의 CMP장치에 의해서 반도체웨이퍼가 동시에 1차 연마되는 동작모드의 타임차트이고, (b)는 종래의 CMP장치에 의해서 반도체웨이퍼가 동시에 1차 연마되는 동작모드의 타이밍차트
도 8은 본 실시형태의 CMP장치에 의해서 반도체웨이퍼의 1차연마와 2차연마가 병행처리되는 동작모드의 제 1처리의 흐름을 표시한 평면도
도 9는 본 실시형태의 CMP장치에 의해서 반도체웨이퍼의 1차연마와 2차연마가 병형처리되는 동작모드의 제 2처리의 흐름을 표시한 평면도
도 10은 본 실시형태의 CMP장치에 의해서 반도체웨이퍼의 1차연마와 2차연마가 병행처리되는 동작모드의 제 3처리의 흐름을 표시한 평면도
도 11(a)는 본 실시형태의 CMP장치에 의해서 반도체웨이퍼의 1차연마와 2차연마가 병행처리되는 동작모드의 타임차트이고, (b)는 종래의 CMP장치에 의해서 반도체웨이퍼의 1차연마와 2차연마가 병행처리되는 동작모드의 타임차트
도 12는 종래의 CMP장치의 구조를 표시한 사시도
도 13은 종래의 CMP장치에 의해서 반도체웨이퍼의 1차연마가 분할연마되는 동작모드의 처리의 흐름을 표시한 평면도
도 14는 종래의 CMP장치에 의해서 반도체웨이퍼가 동시에 1차연마되는 동작모드의 제 1처리의 흐름을 표시한 평면도
도 15는 종래의 CMP장치에 의해서 반도체웨이퍼가 동시에 1차연마되는 동작모드의 제 2처리의 흐름을 표시한 평면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
21: 베이스 22: 인덱스테이블
23, 24, 25: 플레튼(platon)(定盤)
26, 27: 컵 28: 웨이퍼카세트
29: 로봇 30, 31, 32: 드레서(dresser)
41, 42, 43: 캐리어지지기구 44: 하부프레임
45: 상부프레임 46, 47, 48: 캐리어
이 때문에 본 발명은, 표면에 연마패드가 설치된 정반(定盤)과, 반도체웨이퍼를 유지해서 반송하고, 유지한 반도체웨이퍼의 피연마면을 연마패드에 소정의 압압력으로 가압하는 캐리어와, 이 캐리어의 동작을 제어하는 제어장치를 구비하고, 반도체웨이퍼의 표면을 연마패드에 의해서 기계적으로 연마하는 동시에, 연마액을 공급해서 동시에 화학적으로 연마하는 반도체웨이퍼의 표면평탄화장치에 있어서 복수의 반도체웨이퍼가 얹어 놓여지고, 회전하므로써 이들 각 반도체웨이퍼의 위치를 산출하는 인덱스테이블을 구비하고, 상기 정반을 이 인덱스테이블의 주위에 복수배치하고, 이들 각 정반마다 상기 캐리어를 설치하고, 이들 캐리어에 의해서 각 정반과 인덱스테이블과의 사이에서 반도체웨이퍼를 반송하고, 상기 제어장치가 이들 각 캐리어의 동작 및 인덱스테이블의 회전위치의 산출을 제어하도록 구성하였다.
본 구성에 의하면, 인덱스테이블에 공급되는 연마전의 반도체 웨이퍼는, 인덱스테이블의 회전위치가 제어장치에 제어되어서 산출되므로써, 정반의 근처위치로 이동하게 된다. 이 반도체웨이퍼는, 그 정반에 대해서 설치된 캐리어에 의해서 유지되고, 그 정반에 반송되어서 연마가 행하여진다. 이 연마가 행하여지고 있는 동안, 인덱스테이블에 다음의 새로운 연마전의 반도체웨이퍼가 공급되고, 이 반도체웨이퍼도, 인덱스테이블의 회전위치가 제어장치에 의해 제어되어서 산출되므로써, 다른 정반의 근처위치로 이동하게 된다. 그 후, 이 반도체웨이퍼도, 그 정반에 대해서 설치된 캐리어에 의해서 유지되고, 그 정반에 반송되어서 연마가 행하여 진다.
종래의 장치에서는, 각 캐리어가 카로우젤에 일체로 지지되고, 칼로우젤이 회전해서 위치의 산출이 행하여지고 있었다. 이 때문에, 캐리어에 의해서 반도체웨이퍼가 정반위의 연마패드에 압압되어서 연마가 개시되면, 그 연마가 종료될때까지, 칼로우젤을 회전시키고 새로운 반도체웨이퍼를 다른 정반으로 이동시킬 수 없었다.
이에 대해서 본 구성에 있어서는, 각 반도체웨이퍼는 인덱스테이블에 의해서 각 캐리어의 작업범위로 이동하게 되고, 또, 각 캐리어는 상호 독립적으로 동작한다. 이 때문에, 캐리어에 의해서 반도체웨이퍼가 정반위의 연마패드에 압압되어서 연마가 행하여지고 있는 중에 있어서도, 새로운 반도체웨이퍼는 인덱스테이블 및 다른 캐리어에 의해서 다른 정반으로 이동하게 되고, 반도체웨이퍼의 연마는 순차적으로 진행하게 된다.
(발명의 실시형태)
다음에, 본 발명에 의한 반도체웨이퍼의 표면평탄화장치를 CMP장치에 적용한 일실시형태에 대해서 설명한다.
도 1은 본 실시형태에 의한 CMP장치의 구조를 표시한 사시도이다.
본 실시형태에 의한 CMP장치에서는, 베이스(21)위에 인덱스테이블(22)이 설치되어 있으며, 이 인덱스테이블(22)의 주위에는 3개의 플래튼(23),(24),(25)이 배치되어 있다. 원반형상을 한 인덱스테이블(22)위에는 2개의 컵(26),(27)이 설치되어 있고, 이들 각 컵(26),(27)에는 각각 반도체웨이퍼가 얹어 놓여진다. 반도체웨이퍼는 웨이퍼카세트(28)에 수납되어 있으며, 로봇(29)에 의해서 1매씩 웨이퍼카세트(28)로부터 꺼내지고, 컵(26) 또는 (27)에 반송된다. 인덱스테이블(22)은 베이스(21)내에 수납된 도시생략한 모터에 의해서 회전하게 되고, 각 컵(26),(27)에 얹어 놓여진 반도체웨이퍼가 이동하게 된다.
마찬가지로 원반형상을 한 각 플래튼(23∼25)의 표면에는 연마패드가 붙여져 있다. 본 실시형태에서는, 1차연마에 로델닛타회사제의 IC 1000(제품명)이라는 경질연마패드가 사용되고, 2차연마에 로델닛타회사제의 SUPREME(제품명)이라는 연질연마패드가 사용된다. 이들 각 플래튼(23∼25)도, 베이스(21)내에 수납된 도시 생략한 각 모터에 의해서 회전하게 된다. 또, 각 플래튼(23),(24),(25)위의 연마패드를 연마하는 드레서(30),(31),(32)가 각 플래튼(23),(24),(25)마다 설치되어 잇다.
베이스(21)위에는 3개의 캐리어지지기구(41),(42),(43)가 세트된다. 각 캐리어지지기구(41),(42),(43)는 동일한 구성을 하고 있으며, 각각 하부프레임(44)과 상부프레임(45)과의 속에 구성되어 있다. 각 하부프레임(44)의 아래쪽에는, 상호 독립적으로 동작하는 3개의 캐리어(46),(47),(48)가 임하고 있다. 도 2는 각 캐리어지지기구(41),(42),(43)가 베이스(21)위에 세트된 상태를 표시하고 있다. 또한, 동도면에 있어서 도 1과 동일부분에는 동일부호를 부여하고 그 설명은 생략한다.
도 3은 하나의 캐리어지지기구(43)의 상부프레임(45)을 떼어내고 내부를 본 상태를 표시하고 있다. 캐리어(48)는 잘라낸 구멍(65)으로부터 아래쪽으로 돌출한 속이 빈 원통축(51)의 선단부에 장착되어 있고, 이 축(51)이 모터(52)에 의해서 회전하게 되면, 캐리어(48)가 이 축(51)의 회전과 동시에 회전한다. 또, 프레임(53)에 고정된 에어실린더(54)에 의해서 축(51)이 상하 움직이게 되고, 캐리어(48)는 이 축(51)의 상하움직임에 수반해서 상하 움직인다. 또, 속이 빈 원통형상축(51)의 내부에는 공기통로가 형성되어 있고, 이 공기통로내의 공기가 도시 생략한 펌프에 의해서 흡인되므로써, 캐리어(48)의 유지면에 반도체 웨이퍼가 흡착된다. 캐리어(48)에 유지된 반도체웨이퍼는 연마시에 연마패드에 소정압력에 의해 가압되나, 이 압력은 로우드셀(55)에 의해서 측정된다.
프레임(53)의 하부는 보올나사(61)에 나사맞춤되어 있고, 이 보올나사(61)에는 벨트(62)를 개재해서 모터(63)의 회전구동력이 전달된다. 모터(63)에 의해서 보올나사(61)가 회전하게 되면, 직동(直動)레일(64)에 안내되어서 프레임(53)이 보올나사(61)의 긴쪽방향을 따라서 슬라이딩하고, 캐리어(48)가 플래튼(25)과 인덱스테이블(22)과의 사이를 왕복운동한다.
도 4는 각 캐리어지지기구(41),(42),(43)가 조합된 상태의 평면도이다. 또한, 동도면에 있어서 도 3과 동일 부분에는 동일부호를 부여하고 그 설명은 생략한다. 캐리어지지기구(41),(42)도 도 3에 표시한 캐리어지지기구(43)와 동일한 구조를 하고 있다. 이와 같이 각 캐리어지지기구(41),(42),(43)가 조합하게 되므로써, 캐리어(46),(47),(48)에 유지되는 각 반도체웨이퍼는, 각각 독립적으로 각 플래튼(23),(24),(25)과 인덱스 테이블과의 사이를 이동한다.
각 캐리어(46∼48) 및 각 드레서(30∼32)의 동작, 인덱스테이블(22)의 회전위치의 산출 및 각 플래튼(23∼25)의 회전은 베이스(21)내에 수납된 도시생략한 제어장치에 의해서 제어되고 있다. 이 제어장치 마이크로컴퓨터를 사용한 전자회로에 의해서 구성되어 있다.
다음에, 이와 같은 구성의 본 실시형태에 의한 CMP장치의 동작에 대해서 설명한다. 먼저, 1차연마가 각 플래튼(23∼25)에서 동시에 행하여지는 동작모드에 대해서 설명한다. 이때, 각 플래튼(23∼25)의 표면에는 동일한 경질연마패드(IC1000)가 각각 붙여진다.
먼저, 로봇(29)에 의해서 웨이퍼카세트(28)로부터 연마전의 1매째의 반도체웨이퍼가 꺼내지고, 도 5(a)에 표시한 바와 같이, 꺼내진 1매째의 반도체웨이퍼(71)는 인덱스테이블(22)의 컵(26)에 얹어 놓여진다. 이하에 설명하는 각 도면에 있어서 연마전의 반도체웨이퍼에는 비스듬히 우측으로 올라간 사선이 부여되고 있다. 다음에, 제어장치에 있어서 인덱스테이블(22)이 시계반대방향으로 90°회전하게 되고, 동도면(b)에 표시한 바와 같이 반도체웨이퍼(71)가 플래튼(23)의 근처로 이동하게 된다. 그리고, 캐리어(46)가 강하하여, 반도체웨이퍼(71)의 이면(기판쪽)이 캐리어(46)에 흡착되어서 유지된다.
이때, 드레서(30)가 플래튼(23)위로 이동하고, 플래튼(23)이 회전해서 플래튼(23)위의 연마패드가 드레서(30)에 의해서 조절된다. 다음에 동도면(c)에 표시한 바와 같이, 드레서(30)가 본래의 위치로 복귀되고, 계속해서 반도체웨이퍼(71)가 캐리어(46)에 의해서 인덱스테이블(22)로부터 플래튼(23)위로 반송되어, 반도체웨이퍼(71)의 표면(디바이스형성면)이 플래튼(23)의 표면에 대향하게 된다.
그후, 캐리어(46)가 회전하면서 강하하고, 반도체웨이퍼(71)의 디바이스형성면이, 회전하고 있는 플래튼(23)위의 연마패드에 소정압력에 의해 압압되고, 기계적으로 연마된다. 이 기계적인 연마와 동시에, 도시생략한 슬러리공급 노즐로부터 슬러리가 반도체웨이퍼(71)의 피연마면에 공급되고, 피연마면에 화학적연마작용이 가해진다. 슬러리는 일반적으로 알칼리성(또는 산성)의 액체에 연마입자가 분산되어서 얻게 된다. 플래튼(23)의 회전수 캐리어(46)의 회전수, 캐리어(46)에 의해서 반도체웨이퍼의 이면에 가해지는 압력, 슬러리의 유량 등은, 미리 프로세스가 행하여지기 전에 제어장치에 설정되어 있다.
1매째의 반도체웨이퍼(71)의 화학적 기계연마가 플래튼(23)에서 이와 같이 행하여지고 있는 동안, 인덱스테이블(22)은 시계반대방향으로 90°회전하게 되고, 동도면(d)에 표시한 바와 같이, 로봇(29)에 의해서 웨이퍼카세트(28)로부터 컵(27)에 2매째의 반도체웨이퍼(72)가 얹어 놓여진다. 그 후, 인덱스테이블(22)이 시계반대방향으로 180°회전하게 되고, 동도면(e)에 표시한 바와 같이, 2매째의 반도체웨이퍼(72)가 플래튼(24)의 근처로 이동하게 된다.
이때, 드레서(31)가 플래튼(24)위로 이동하고, 플래튼(24)이 회전해서 플래튼(24)위의 연마패드가 드레서(31)에 의해서 조절된다. 다음에, 동도면(f)에 표시한 바와 같이, 드레서(31)가 본래의 위치로 복귀되고, 계속해서 반도체웨이퍼(72)가 캐리어(47)에 의해서 인덱스테이블(22)로부터 플래튼(24)위로 반송되고, 반도체웨이퍼(72)의 디바이스 형성면이 플래튼(24)의 표면에 대향하게 된다. 그 후, 캐리어(47)가 회전하면서 강하하고, 2매째의 반도체웨이퍼(72)의 디바이스형성면이, 회전하고 있는 플래튼(24)위의 연마패드에 소정압력에 의해 압압되어, 슬러리가 공급되어서 화학적기계연마가 행하여 진다.
1매째, 2매째의 반도체웨이퍼(71),(72)의 화학적기계연마가 플래튼(23),(24)에서 행하여지고 있는 동안, 동도면(g)에 표시한 바와 같이, 로봇(29)에 의해서 웨이퍼카세트(28)로부터 컵(26)에 3매째의 반도체웨이퍼(73)가 얹어 놓여진다. 그 후, 인덱스테이블(22)이 시계반대방향으로 270°회전하게 되고, 동도면(h)에 표시한 바와 같이, 반도체웨이퍼(73)가 플래튼(25)의 근처로 이동하게 된다.
이때, 드레서(32)가 플래튼(25)위로 이동하고, 플래튼(25)이 회전하여 플래튼(25)위의 연마패드가 드레서(32)에 의해서 조절된다. 다음에, 동도면(i)에 표시한 바와 같이, 드레서(31)가 본래의 위치로 복귀되고, 계속해서 반도체웨이퍼(73)가 캐리어(48)에 의해서 인덱스테이블(22)로부터 플래튼(25)위로 반송되고, 반도체웨이퍼(73)의 디바이스형성면이 플래튼(25)의 표면에 대향하게 된다. 그 후, 캐리어(48)가 회전하면서 강하하고, 3매째의 반도체웨이퍼(73)의 디바이스 형성면이, 회전하고 있는 플래튼(25)위의 연마패드에 소정압력에 의해 압압되어, 슬러리가 공급되어서 화학적기계연마가 행하여진다.
다음에, 1매째, 2매째, 3매째의 반도체웨이퍼(71),(72),(73)이 화학적 기계연마가 각 플래튼(23),(24),(25)에서 행하여지고 있는 동안, 인덱스테이블(22)이 시계반대방향으로 90°회전하게 되고, 도 6(j)에 표시한 바와 같이, 로봇(29)에 의해서 웨이퍼카세트(28)로부터 컵(26)에 4매째의 반도체웨이퍼(74)가 얹어 놓여진다. 그 후, 인덱스테이블(22)이 시계반대방향으로 270°회전하게 되고, 빈컵(27)이 동도면(K)에 표시한 바와 같이 플래튼(23)의 근처로 이동하게 된다.
1차연마가 3분동안 행하여지고 종료한 플래튼(23)위의 1매째의 반도체웨이퍼(71)는, 캐리어(46)에 의해서 빈컵(27)으로 반송된다. 이하에 설명하는 각 도면에 있어서 1차연마종료후의 반도체웨이퍼에는 격자형상으로 교차하는 사선이 부여되고 있다. 그 후, 인덱스테이블(22)이 시계반대방향으로 180°회전하게 되고, 연마전의 4매째의 반도체웨이퍼(74)가 동도면(1)에 표시한 바와 같이, 빈 플래튼(23)의 근처로 이동하게 된다. 이 동안, 드레서(30)가 플래튼(23)위로 이동하고, 플래튼(23)이 회전하여 플래튼(23)위의 연마패드가 드레서(30)에 의해서 조절된다.
다음에, 동도면(m)에 표시한 바와 같이, 드레서(30)가 본래의 위치로 복귀되고, 계속해서 인덱스테이블(22)위의 반도체웨이퍼(74)가 캐리어(46)에 의해서 플래튼(23)위로 반송된다. 그리고, 반도체웨이퍼(74)의 디바이스형성면이 플래튼(23)의 표면에 대향하게 되어, 캐리어(46)가 회전하면서 강하하고, 4매째의 반도체웨이퍼(74)의 디바이스형성면이, 회전하고 있는 플래튼(23)위의 연마패드에 소정압력에 의해 압압되어, 슬러리가 공급되어서 화학적기계연마가 행하여진다.
그후, 인덱스테이블(22)이 시계반대방향으로 90°회전하게 되고, 1차연마가 종료한 1매째의 반도체웨이퍼(71)가 로봇(29)에 의해서 인덱스테이블(22)위의 컵(27)으로부터 꺼내진다.
다음에, 로봇(29)에 의해서 이 컵(27)에 웨이퍼카세트(28)로부터 5매째의 반도체웨이퍼(75)가 동도면(n)에 표시한 바와 같이 얹어 놓여진다. 1차연마가 3분동안 행하여지고 종료한 플래튼(24)위의 2매째의 반도체웨이퍼(72)는 캐리어(47)에 의해서 컵(26)으로 반송되어, 동도면(0)에 표시한 상태로 된다. 다음에, 드레서(31)가 플래튼(24)위로 이동하여, 플래튼(24)이 회전해서 플래튼(24)위의 연마패드가 드레서(31)에 의해서 조절된다. 그 후, 인덱스테이블(22)이 시계반대방향으로 180°회전하게 되고, 연마전의 5매째의 반도체웨이퍼(75)가 동도면(P)에 표시한 바와 같이, 빈 플래튼(24)의 근처로 이동하게 된다.
다음에, 동도면(q)에 표시한 바와 같이, 드레서(31)가 본래의 위치로 복귀하게 되고, 계속해서 인덱스테이블(22)위의 반도체웨이퍼(75)가 캐리어(47)에 의해서 플래튼(24)위로 반송된다. 그리고, 반도체웨이퍼(75)의 디바이스형성면이 플래튼(24)의 표면에 대향하게 되고, 캐리어(47)가 회전하면서 강하하고, 5매째의 반도체웨이퍼(75)의 디바이스 형성면이 회전하고 있는 플래튼(24)위의 연마패드에 소정압력에 의해 압압되어, 슬러리가 공급되어서 화학적 기계연마가 행하여진다.
그후, 1차연마가 종료한 2매째의 반도체웨이퍼(72)가 로봇(29)에 의해서 인덱스테이블(22)위의 컵(26)으로부터 꺼내진다.
다음에, 로봇(29)에 의해서 이 컵(26)에 웨이퍼카세트(28)로부터 6매째의 반도체웨이퍼(76)가 동도면(r)에 표시한 바와 같이 얹어 놓여진다. 다음에, 인덱스테이블(22)이 시계 반대방향으로 90°회전하게 되고, 빈컵(27)이 플래튼(25)의 근처로 이동하게 된다. 1차연마가 3분동안 행하여지고 종료한 플래튼(25)위의 3매째의 반도체웨이퍼(73)는, 캐리어(48)에 의해서 컵(27)으로 반송되어, 동도면(S)에 표시한 상태로 된다. 다음에, 드레서(32)가 플래튼(25)위로 이동하고, 플래튼(25)이 회전하여 플래튼(25)위의 연마패드가 드레서(32)에 의해서 조절된다. 그 후, 인덱스테이블(22)이 시계반대방향으로 180°회전하게 되고, 연마전의 6매째의 반도체웨이퍼(76)가 동도면(t)에 표시한 바와 같이, 빈 플래튼(25)의 근처로 이동하게 된다.
다음에, 동도면(u)에 표시한 바와 같이, 드레서(32)가 본래의 위치로 복귀되고, 계속해서 인덱스테이블(22)위의 반도체웨이퍼(76)가 캐리어(48)에 의해서 플래튼(25)위로 반송된다. 그리고, 반도체웨이퍼(76)의 디바이스형성면이 플래튼(25)의 표면에 대향하게 되고, 캐리어(48)가 회전하면서 강하하고, 6매째의 반도체웨이퍼(76)의 디바이스 형성면이, 회전하고 있는 플래튼(25)위의 연마패드에 소정압력에 의해 압압되어, 슬러리가 공급되어서 화학적 기계연마가 행하여 진다.
그후, 인덱스테이블(22)이 동도면(V)에 표시한 바와 같이 시계반대방향으로 270°회전하게 되고, 1차연마가 종료한 3매째의 반도체웨이퍼(73)가 로봇(29)에 의해서 인덱스테이블(22)위의 컵(27)으로 부터 꺼내진다.
이와 같은 본 실시형태에 의한 CMP장치에서는, 3개의 각 플래튼(23∼25)에 있어서의 1차연마는, 도 7(a)에 표시한 바와 같이 병행해서 순차적으로 진행하게 된다.
즉, 시간t1에 플래튼(23)에 있어서의 1매째의 반도체웨이퍼(71)의 1차연마가 개시되고, 계속해서 시간t2,t3에 플래튼(24),(25)에 있어서의 2매째, 3매째의 반도체웨이퍼(72),(73)의 1차연마가 각각 개시된다. 그리고, 1매째의 반도체웨이퍼(71)의 1차연마가 3분동안 행하여지고 시간t4에 종료하면, 플래튼(23)위의 연마가 종료한 반도체웨이퍼(71)는 시간t5까지 4매째의 새로운 반도체웨이퍼(74)로 교환된다. 시간t4∼시간t5까지의 이 교환시간은 10초이고, 교환이 종료하면 4매째의 반도체웨이퍼(74)의 1차연마가 플래튼(23)위에서 개시된다.
시간t6이 되면, 2매째의 반도체웨이퍼(72)의 3분동안의 1차연마가 종료한다. 플래튼(24)위의 이 반도체웨이퍼(72)는 시간t7까지의 10초동안에 새로운 5매째의 반도체웨이퍼(75)로 교환되고, 계속해서 이 5매째의 반도체웨이퍼(75)의 1차연마가 플래튼(24)위에서 개시된다. 그 후, 시간t8로 되면, 3매째의 반도체웨이퍼(73)의 3분동안의 1차연마가 종료한다. 플래튼(25)위의 이 반도체웨이퍼(73)는 시간 t9까지의 10초동안에 새로운 6매째의 반도체웨이퍼(76)로 교환되고, 계속해서 이 6매째의 반도체웨이퍼(76)의 1차연마가 플래튼(25)위에서 개시된다.
그 후는 이와 같은 처리가 반복하여 행하여진다. 이와 같은 CMP장치의 스루풋은 다음의 ④식으로부터 56.8매/시가 되고, 높은 스루풋치를 얻을 수 있다.
{3600/(180+10)}×3 = 56.8 …④
도 7(b)는 상기한 종래의 CMP장치에 의한 배치모드 동작시(도 14, 도 15참조)의 연마처리의 진행을 표시하고 있다.
이 종래의 장치에서는, 각 캐리어(10∼13)가 카로우젤(9)에 일체로 지지되고, 칼로우젤(9)이 회전해서 위치의 산출이 행하여 지고 있었다. 이 때문에, 캐리어(10),(11),(12)에 의해서 1매째, 2매째, 3매째의 반도체웨이퍼가 플래튼(2), (3),(4)위의 연마패드에 압압되어서 연마가 개시되면, 그 연마가 종료할때까지, 칼로우젤(9)을 회전시키고 스테이션(5)위의 새로운 반도체웨이퍼를 다른 플래튼으로 이동시킬 수 없었다.
따라서, 1매째∼3매째의 각 반도체웨이퍼가 각 플래튼(2∼4)위로 이동할때까지 일체 연마를 개시할 수 없고, 각 반도체웨이퍼는 시간t1에 일제히 연마가 개시되고, 3분후의 시간t2에 일제히 연마가 종료한다. 상기한 바와 같이, 4매째의 새로운 반도체웨이퍼는 이 연마시간중에 스테이션(5)으로부터 나머지의 캐리어(13)에 유지된다. 그리고, 1매째∼3매째의 반도체웨이퍼의 연마종료후의 시간t2∼시간t3의 동안(75초∼105초)에, 5매째, 6매째의 반도체웨이퍼가 스테이션(5)으로부터 각 캐리어(10),(11)에 순차적으로 유지되고, 4매째∼6매째의 반도체웨이퍼가 각 플래튼(2∼4)에 세트된다.
다음에, 이들 3매의 반도체웨이퍼의 연마가 시간t3∼t4의 3분 동안에 일제히 행하여진다. 그 후는 이 처리가 반복해서 행하여 진다. 이 결과, 종래의 CMP장치의 스루풋은 상기한 바와 같이 37.9매/시∼42.4매/시로 낮았었다.
또, 종래의 CMP장치는 인라인모드에 의해 동작하면(도 13참조), 상기한 바와 같이 연마특성의 안정성, 재현성이 열악화하였다. 그러나, 상기한 본 실시형태에 의한 CMP장치는, 상기와 같이 스루풋이 높은 데에, 1차연마가 하나의 프래튼에서 마지막까지 행하여지고, 분할연마가 되지 않기때문에, 연마특성은 매우 안정되어 있다.
다음에, 본 실시형태에 의한 CMP장치에 있어서, 플래튼(23),(24)에서 1차연마, 플래튼(25)에서 2차연마가 행하여지는 동작모드에 대해서 설명한다. 이때, 플래튼(23),(24)의 표면에는 경질연마패드(IC 1000)가 붙여지고, 플래튼(25)의 표면에는 연질연마패드(SUPREME)가 붙여진다.
먼저, 로봇(29)에 의해서 웨이퍼카세트(28)로부터 연마전의 1매째의 반도체웨이퍼가 꺼내지고, 도 8(a)에 표시한 바와 같이, 꺼내진 1매째의 반도체웨이퍼(81)는 인덱스테이블(22)의 컵(26)에 얹어 놓여진다. 다음에, 제어장치에 의해서 인덱스테이블(22)이 시계반대방향으로 90°회전하게 되고, 동도면(b)에 표시한 바와 같이 반도체웨이퍼(81)가 플래튼(23)의 근처로 이동하게 된다. 그 후, 캐리어(46)가 강하하고, 반도체웨이퍼(81)의 기판쪽이 캐리어(46)에 흡착되어서 유지된다.
이때, 드레서(30)가 플래튼(23)위로 이동하고, 플래튼(23)이 회전해서 플래튼(23)위의 연마패드가 드레서(30)에 의해서 조절된다. 다음에, 동도면(C)에 표시한 바와 같이, 드레서(30)가 본래의 위치로 복귀되고, 계속해서 반도체웨이퍼(81)가 캐리어(46)에 의해서 인덱스테이블(22)로부터 플래튼(23)위로 반송되어, 반도체웨이퍼(81)의 디바이스형성면이 플래튼(23)의 표면에 대향하게 된다.
그 후, 캐리어(46)가 회전하면서 강하하고, 반도체웨이퍼(81)의 디바이스형성면이, 회전하고 있는 플래튼(23)위의 연마패드에 소정압력에 의해 압압되어, 슬러리가 공급되어서 화학적 기계연마가 행하여진다.
1매째의 반도체웨이퍼(71)의 화학적기계연마가 플래튼(23)에서 이와 같이 행하여지고 있는 동안, 인덱스테이블(22)은 시계반대방향으로 90°회전하게 되고, 동도면(d)에 표시한 바와 같이, 로봇(29)에 의해서 웨이퍼카세트(28)로부터 컵(27)에 2매째의 반도체웨이퍼(82)가 얹어 놓여진다. 그 후, 인덱스테이블(22)이 시계반대방향으로 180°회전하게 되고, 동도면(e)에 표시한 바와 같이, 2매째의 반도체웨이퍼(82)가 플래튼(24)의 근처로 이동하게 된다.
이때, 드레서(31)가 플래튼(24)위로 이동하고, 플래튼(24)이 회전하여 플래튼(24)위의 연마패드가 도레서(31)에 의해서 조절된다. 다음에, 동도면(f)에 표시한 바와 같이, 드레서(31)가 본래의 위치로 복귀되고, 계속해서 반도체웨이퍼(82)가 캐리어(47)에 의해서 인덱스테이블(22)로부터 플래튼(24)위로 반송되어, 반도체웨이퍼(82)의 디바이스형성면이 플래튼(24)의 표면에 대향하게 된다. 그 후, 캐리어(47)가 회전하면서 강하하고, 2매째의 반도체웨이퍼(82)의 디바이스형성면이, 회전하고 있는 플래튼(24)위의 연마패드에 소정압력에 의해 압압되고, 슬러리가 공급되어서 화학적 기계연마가 행하여진다.
1매째, 2매째의 반도체웨이퍼(81),(82)의 화학적기계연마가 플래튼(23),(24)에서 행하여지고 있는 동안, 동도면(g)에 표시한 바와 같이, 로봇(29)에 의해서 웨이퍼카세트(28)로부터 컵(26)에 3매째의 반도체웨이퍼(83)가 얹어 놓여진다. 그후, 인덱스테이블(22)이 시계반대방향으로 270°회전하게 되고, 도 9(h)에 표시한 바와 같이, 빈 컵(27)이 플래튼(23)의 근처로 이동하게 된다.
1차연마가 3분동안 행하여지고 종료한 플래튼(23)위의 1매째의 반도체웨이퍼(81)는, 캐리어(46)에 의해서 빈컵(27)으로 반송되고, 동도면(i)에 표시한 상태로 된다. 그 후, 인덱스테이블(22)이 시계반대방향으로 180°회전하게 되고, 연마후의 1매째의 반도체웨이퍼(81)가 동도면(j)에 표시한 바와 같이, 빈 플래튼(25)의 근처로 이동하게 된다. 이 동안, 드레서(30)가 플래튼(23)위로 이동하고, 플래튼(23)이 회전해서 플래튼(23)위의 연마패드가 드레서(30)에 의해서 조절된다.
다음에, 동도면(K)에 표시한 바와 같이, 드레서(30)가 본래의 위치로 복귀되고, 계속해서 인덱스테이블(22)위의 3매째의 반도체웨이퍼(83)가 캐리어(46)에 의해서 플래튼(23)위로 반송된다. 그리고, 반도체웨이퍼(83)의 디바이스형성면이 동도면(1)에 표시한 바와 같이 플래튼(23)의 표면에 대향하게 되고, 캐리어(46)가 회전하면서 강하하고, 3매째의 반도체웨이퍼(83)의 디바이스형성면이, 회전하고 있는 플래튼(23)위의 연마패드에 소정압력에 의해 압압되고, 슬러리가 공급되어서 화학적 기계연마가 행하여 진다.
다음에, 동도면(m)에 표시한 바와 같이, 드레서(32)가 플래튼(25)위로 이동하고, 플래튼(25)이 회전하여 플래튼(25)위의 2차연마용 패드가 드레서(32)에 의해서 조절된다. 그리고, 동도면(n)에 표시한 바와 같이, 이 드레서(32)가 본래의 위치로 복귀되고, 플래튼(22)위의 1차연마가 종료한 1매째의 연마패드(81)가 캐리어(48)에 의해서 플래튼(25)위로 반송된다. 계속해서 인덱스테이블(22)이 시계반대방향으로 90°회전하게 된다. 이 결과, 동도면(0)에 표시한 상태로 된다.
이 상태에서 캐리어(48)가 강하하여 반도체웨이퍼(81)의 1차연마종료면이 플래튼(25)위의 2차연마패드에 소정압력에 의해 압압되고, 슬러리가 공급되어서 1매째의 반도체웨이퍼(81)의 2차연마가 행하여진다.
이 2차연마의 프로세스는, 일반적으로, 웨이퍼면내의 평탄도의 향상을 목적으로 한 것은 아니고, 반도체웨이퍼의 연마면의 면거칠기를 향상시키거나, 1차연마에 의해서 연마면에 만들어진 미세한 스크래치상처를 제거하기 위하여 행하여진다. 이 때문에, 2차연마의 시간은, 1차연마의 시간에 비교해서 짧게 설정되는 일이 많다. 본 실시형태에서는, 1차연마가 3분동안 행하여지는데 대해서, 2차연마는 40초로 종료한다.
다음에, 동도면(P)에 표시한 바와 같이, 4매째의 새로운 반도체웨이퍼(84)가 로봇(29)에 의해서 인덱스테이블(22)위의 컵(27)에 공급된다. 또, 1차연마가 3분동안 행하여지고 종료한 플래튼(24)위의 2매째의 반도체웨이퍼(82)가, 캐리어(47)에 의해서 컵(26)으로 반송되고, 동도면(q)에 표시한 상태로 된다. 다음에, 드레서(31)가 플래튼(24)위로 이동하고, 플래튼(24)이 회전해서 플래튼(24)위의 연마패드가 드레서(31)에 의해서 조절된다. 또, 인덱스테이블(22)이 시계반대방향으로 180°회전하게 되고, 연마전의 4매째의 반도체웨이퍼(84)가 동도면(r)에 표시한 바와 같이, 빈 플래튼(24)의 근처로 이동하게 된다.
다음에, 드레서(31)가 본래의 위치로 복귀되고, 계속해서 동도면(S)에 표시한 바와 같이, 인덱스테이블(22)위의 반도체웨이퍼(84)가 캐리어(47)에 의해서 플래튼(24)위로 반송된다. 계속해서, 도 10(t)에 표시한 바와 같이, 4매째의 반도체웨이퍼(84)의 디바이스형성면이 플래튼(24)의 표면에 대향하게 된다. 그 후, 캐리어(47)가 회전하면서 강하하고, 4매째의 반도체웨이퍼(84)의 디바이스형성면이, 회전하고 있는 플래튼(24)위의 연마패드에 소정압력에 의해 압압되고, 슬러리가 공급되어서 화학적 기계연마가 행하여진다.
다음에, 인덱스테이블(22)이 시계반대방향으로 90°회전하게 되고, 빈컵(27)이 플래튼(25)의 근처로 이동하게 된다. 그 후, 2차연마가 종료한 플래튼(25)위의 1매째의 반도체웨이퍼(81)가, 캐리어(48)에 의해서 인덱스테이블(22)위의 컵(27)에 얹어 놓여진다. 이 결과, 동도면(u)에 표시한 상태로 된다. 다음에, 드레서(32)가 플래튼(25)위로 이동하고, 플래튼(25)이 회전하여 플래튼(25)위의 연마패드가 드레서(32)에 의해서 조절된다.
다음에, 인덱스테이블(22)이 시계반대방향으로 180°회전하게 되고, 1차연마가 종료한 2매째의 반도체웨이퍼(82)가, 동도면(V)에 표시한 바와 같이, 플래튼(25)의 근처로 이동하게 된다. 다음에, 동도면(W)에 표시한 바와 같이 드레서(32)가 본래의 위치로 복귀된다. 계속해서 반도체웨이퍼(82)가 캐리어(48)에 의해서 인덱스테이블(22)위로부터 플래튼(25)위로 이동하게 되고, 동도면(x)에 표시한 상태로 된다.
이 상태에서 캐리어(48)가 강하하고 반도체웨이퍼(82)의 1차연마종료면이 플래튼(25)위의 2차연마패드에 소정압력에 의해 압압되고, 슬러리가 공급되어서 2매째의 반도체웨이퍼(82)의 2차연마가 행하여진다. 다음에, 인덱스테이블(22)이 시계반대방향으로 270°회전하게 되고, 1차연마 및 2차연마가 종료한 1매째의 반도체웨이퍼(81)가 로봇(29)에 의해서 웨이퍼카세트(28)에 회수된다. 이 결과, 인덴스테이블(22)위의 각 컵(26),(27)은 동도면(y)에 표시한 바와 같이 빈 것으로 된다.
다음에, 로봇(29)에 의해서 동도면(Z)에 표시한 바와 같이 5매째의 새로운 반도체웨이퍼(85)가 컵(27)에 공급된다. 그 후는 상기한 처리가 반복해서 행하여진다.
이와 같은 본 실시형태에 의한 CMP장치에서는, 2개의 플래튼(23),(24)에 있어서의 2매의 반도체웨이퍼의 1차연마 및 플래튼(25)에 있어서의 2차연마는, 도 11(a)에 표시한 바와 같이 병행해서 순차적으로 진행하게 된다.
즉, 시간t1에 플래튼(23)에 있어서의 1매째의 반도체웨이퍼(81)의 1차연마가 개시되고, 계속해서 시간t2에 플래튼(24)에 있어서의 2매째의 반도체웨이퍼(82)의 1차연마가 각각 개시된다. 그리고, 1매째의 반도체웨이퍼(81)의 1차연마가 3분동안 행하여져서 시간t3에 종료하면, 플래튼(23)위의 연마가 종료한 반도체웨이퍼(81)는 시간t4까지의 10초동안에 3매째의 새로운 반도체웨이퍼(83)로 교환된다. 그리고, 이 3매째의 반도체웨이퍼(83)의 1차연마가 개시된다.
이어서 시간t5에, 1차연마가 종료한 1매째의 반도체웨이퍼(81)가 플래튼(25)으로 이동되어, 1매째의 반도체웨이퍼(81)의 2차연마가 개시된다. 이어서 시간 t6에, 플래튼(24)위의 2매째의 반도체웨이퍼(82)의 3분동안의 1차연마가 종료한다. 이 반도체웨이퍼(82)는 시간t7까지의 10초동안에 새로운 4매째의 반도체웨이퍼(84)로 교환되고, 이 4매째의 반도체웨이퍼(84)의 1차연마가 플래튼(24)위에서 개시된다. 그 후, 시간 t8에서, 1매째의 반도체웨이퍼(81)의 40초동안의 2차연마가 종료한다. 플래튼(25)위의 이 반도체웨이퍼(81)는 시간 t9까지의 1O초동안에, 1차연마가 종료한 2매째의 반도체웨이퍼(82)로 교환된다. 이어서 이 2매째의 반도체웨이퍼(82)의 2차연마가 시간t10까지의 40초동안 행하여진다.
그후는 이와 같은 처리가 반복해서 행하여진다. 이와 같은 CMP장치의 스루풋은 다음의 ⑤식으로부터 37.9매/시가 된다.
{3600/(180+10)}×2 = 37.9 …⑤
한편, 도 11(b)는 상기한 종래의 CMP장치에 의해, 1차연마와 2차연마가 병행해서 행하여질때의 처리의 진행을 표시하고 있다.
이 종래의 장치에서는, 상기한 바와 같이, 각 캐리어(10∼13)가 카로우젤(9)에 일체로 지지되고, 카로울젤(9)이 회전해서 위치의 산출이 행하여지기 때문에, 어느 하나의 플래튼(2∼4)에서 연마가 행하여지고 있는 중에는, 카로우젤(9)에 의한 위치의 산출이 행하여 질 수 없다. 이 때문에, 상기한 종래의 CMP장치는, 상기의 본 실시형태에 의한 CMP장치와 동일하게 3개의 플래튼을 가지면서, 동시에 2개의 플래튼에서 병행하여 1차연마를 행할 수 없다.
즉, 본 실시형태와 마찬가지로, 플래튼(2)과 플래튼(3)에 1차연마용 경질패드, 플래튼(4)에 2차연마용 연질패드를 붙이고, 캐리어(10),(11)에 의해서 유지된 1매째, 2매째의 반도체웨이퍼를 먼저 각 플래튼(2),(3)에서 동시에 병행하여 1차연마를 했다고 하자. 그러나, 다음의 스텝에서 카로우젤이 회전하면, 캐리어(10)가 유지하는 1매째의 반도체웨이퍼는 2차연마용 연질패드가 붙여진 플래튼(4)위로 이동하나, 캐리어(11)가 유지하는 2매째의 반도체웨이퍼는 1차연마용경질패드가 붙여진 플래튼(3)위로 이동한다. 따라서, 2매째의 반도체웨이퍼는 재차 1차연마가 행하여지는 것으로 되어 버린다.
이 때문에, 상기한 표에 종래의 CMP장치에 의해 1차연마와 2차연마가 혼합해서 행하여지는 경우에는, 동도면(b)에 표시한 바와 같이 2개의 플래튼(2),(3)이 사용되고, 하나의 플래튼(4)는 사용되지 않고서 쉬어버리는 것으로 된다. 이 구성에서는, 먼저, 캐리어(10)에 유지된 1매째의 반도체웨이퍼가 카로우젤(9)에 의해서 플래튼(2)위로 이동하게 되고, 1매째의 반도체웨이퍼가 플래튼(2)에 붙여진 경질패드에 의해, 시간t1∼t2의 3분동안 1차연마 된다. 이 동안, 로우드·언로우드·스테이션(5)위로부터 캐리어(11)에 2매째의 반도체웨이퍼가 세트된다.
다음에, 시간 t2∼t3까지의 2O초동안에, 카로우젤(9)이 회전해서 위치의 산출이 행하여지고, 1차연마가 종료한 1매째의 반도체웨이퍼는 2차연마용 연질패드가 붙여진 플래튼(3)위로 이동하게 되고, 2매째의 반도체웨이퍼는 플래튼(2)위로 이동하게 된다. 그 후, 각 캐리어(10),(11)가 강하하고, 시간 t3에, 플래튼(3)에서 1매째의 반도체웨이퍼의 2차연마가 개시되고, 플래튼(2)에서 2매째의 반도체웨이퍼의 1차연마가 개시된다. 1매째의 반도체 웨이퍼의 2차연마는 시간t4까지의 40초동안 행하여지고, 2매째의 반도체웨이퍼의 1차연마는 시간t5까지의 3분동안 행하여진다.
그 후는 이와 같은 처리가 반복하여 행하여진다. 이와 같은 종래의 CMP장치의 스루풋은 다음의 ⑥식으로부터 18매/시가 된다.
{3600/(180+20)} = 18 …⑥
즉, 1차연마와 2차연마를 상기와 같이 병행해서 행하는 본 실시형태에 의한 CMP장치도 종래의 CMP장치도, 1차연마 및 2차연마가 각각 분할해서 행하여지지 않기 때문에, 연마특성이 안정되지 않게 된다고 하는 분할연마의 문제는 발생하지 않는다. 그러나, ⑤식, ⑥식에 표시된 바와 같이, 본 실시형태에 의한 CMP장치의 스루풋은 종래의 CMP장치에 비해서 2배이상높다. 즉, 본 실시형태에 의한 CMP장치의 생산성은 매우 높고, 또한, 연마특성이 안정되어 있다.
또한, 상기한 본 실시형태에 의한 CMP장치는, 각 플래튼(23∼25)에 동일한 종류의 연마패드를 붙이고 복수의 반도체웨이퍼를 동시에 1차연마하는 모드, 2종류의 연마패드를 각 플래튼(23∼25)에 붙이고 1차연마 및 2차연마를 병행처리하는 모드에 대해서 설명하였다. 그러나, 본 실시형태에 의한 CMP장치는 이들 동작모드에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 각 플래튼에 동일한 연마패드를 사용하고, 플래튼에 의해서 다른 슬러리를 공급하므로서, 1차연마 및 2차연마를 병행처리하는 것도 가능하다. 이와 같은 동작모드에 의해서도 상기한 실시형태와 마찬가지의 효과가 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 각 반도체웨이퍼는 인덱스테이블에 의해서 각 캐리어의 작업범위로 이동하게 되고, 또, 각 캐리어는 상호 독립적으로 동작한다. 따라서, 캐리어에 의해서 반도체웨이퍼가 정반위의 연마패드에 압압되어서 연마가 행하여지고 있는 중에 있어서도, 새로운 반도체웨이퍼는 인덱스테이블 및 다른 캐리어에 의해서 다른 정반으로 이동하게 되고, 반도체웨이퍼의 연마는 순차적으로 진행하게 된다.
이 결과, 본 발명에 의하면, 작은 푸트프린트에 의해 높은 스루풋을 유지하면서, 안정된 연마특성을 얻을 수 있는 반도체웨이퍼의 표면 평탄화장치가 제공된다.

Claims (6)

  1. 표면에 연마패드가 설치된 정반과, 반도체웨이퍼를 유지해서 반송하고, 유지한 반도체웨이퍼의 피연마면을 상기 연마패드에 소정의 압압력에 의해 가압하는 캐리어와, 이 캐리어의 동작을 제어하는 제어장치를 구비하고, 반도체웨이퍼의 표면을 상기 연마패드에 의해서 기계적으로 연마하는 동시에, 연마액을 공급하고 동시에 화학적으로 연마하는 반도체웨이퍼의 표면평탄화장치에 있어서,
    복수의 반도체웨이퍼가 얹어 놓여지고, 회전하므로써 이들 각 반도체웨이퍼의 위치를 산출하는 인덱스테이블을 구비하고,
    상기 정반은 이 인덱스테이블의 주위에 복수 배치되고,
    상기 캐리어는, 이들 각 정반마다 설치되고, 이들 각 정반과 상기 인덱스테이블과의 사이에서 반도체웨이퍼를 반송하고,
    상기 제어장치는 이들 각 캐리어의 동작 및 상기 인덱스테이블의 회전위치의 산출을 제어하는 것을 특징으로 하는 반도체웨이퍼의 표면평탄화장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제어장치는,
    상기 인덱스테이블의 회전을 제어하고 상기 인덱스테이블에 공급되는 연마전의 반도체웨이퍼를 제 1의 상기 정반의 근처위치로 산출하고, 이 제 1의 정반에 대한 제 1의 상기 캐리어에 의해서 이 반도체웨이퍼를 상기 인덱스테이블위로부터 제 1의 상기 정반위로 반송해서 연마를 개시하고,
    상기 인덱스테이블위로부터 제 1의 상기 정반위로 반도체웨이퍼를 반송하여 종료하면, 상기 인덱스테이블의 회전을 제어해서 상기 인덱스테이블에 새로 공급되는 연마전의 반도체웨이퍼를 제 2의 상기 정반의 근처위치로 산출하고, 이 제 2의 상기 정반에 대한 제 2의 상기 캐리어에 의해서 이 반도체웨이퍼를 상기 인덱스테이블위로부터 제 2의 상기 정반위로 반송해서 연마를 개시하고,
    복수의 반도체웨이퍼를 병행해서 연마하는 것을 특징으로 하는 반도체웨이퍼의 표면평탄화장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제어장치는,
    제 1의 상기 정반위의 반도체웨이퍼의 연마를 종료하면, 제 1의 상기 캐리어에 의해서 제 1의 상기 정반위로부터 상기 인덱스테이블위로 연마후의 반도체웨이퍼를 반송하고, 상기 인덱스테이블의 회전을 제어하고, 상기 인덱스테이블에 새로 공급되는 연마전의 반도체웨이퍼를 제 1의 상기 정반의 근처위치로 산출하고, 제 1의 상기 캐리어에 의해서 연마전의 이 반도체웨이퍼를 상기 인덱스테이블위로부터 제 1의 상기 정반위로 반송해서 연마를 개시하고,
    제 2의 상기 정반위의 반도체웨이퍼의 연마를 종료하면, 제 2의 상기 캐리어에 의해서 제 2의 상기 정반위로부터 상기 인덱스테이블위로 연마후의 반도체웨이퍼를 반송하고, 상기 인덱스테이블의 회전을 제어해서 상기 인덱스테이블에 새로 공급되는 연마전의 반도체웨이퍼를 제 2의 상기 정반의 근처위치로 산출하고, 제 2의 상기 캐리어에 의해서 연마전의 이 반도체웨이퍼를 상기 인덱스테이블위로부터 제 2의 상기 정반위로 반송해서 연마를 개시하고,
    복수의 반도체웨이퍼를 병행해서 연마하는 것을 특징으로 하는 반도체웨이퍼의 표면평탄화장치.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 각 정반위에 설치되는 상기 연마패드는 모두 1차연마용패드이고, 상기 각 정반위에서 반도체웨이퍼의 1차연마가 병행해서 행하여 지는 것을 특징으로 하는 반도체웨이퍼의 표면 평탄화장치.
  5. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 각 정반위에 설치되는 상기 연마패드는 1차연마용 패드와 2차연마용 패드의 2종류가 있고, 상기 각 정반위에서 반도체웨이퍼의 1차연마 및 2차연마가 병행해서 행하여지는 것을 특징으로 하는 반도체웨이퍼의 표면평탄화장치.
  6. 제 1항∼제 5항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 연마패드를 연마하는 드레서가 상기 각 정반마다 설치되고, 상기 캐리어에 의해서 반도체웨이퍼가 정반위로 반송되기 전에 그 정반위의 연마패드가 상기 드레서에 의해서 연마되는 것을 특징으로 하는 반도체웨이퍼의 표면평탄화장치.
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