JP2003529929A

JP2003529929A - ウエハ処理装置

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Publication number: JP2003529929A
Application number: JP2001573525A
Authority: JP
Inventors: ジョンズ・オリバー・デイビッド; フロスト・デイビッド・ティ．; デウィット・ジョン・ジー．
Original assignee: Lam Research Corp
Current assignee: Lam Research Corp
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2001-03-29
Publication date: 2003-10-07
Anticipated expiration: 2021-03-29
Also published as: EP1269522B1; WO2001075942A1; EP1269522A1; AU2001251178A1; KR20020087438A; ATE352865T1; TW492119B; KR100770186B1; CN1225769C; DE60126254T2; DE60126254D1; CN1422438A; JP4846165B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ウエハ処理装置【解決手段】ウエハを処理するための装置は、ウエハ処理駆動アセンブリ（１７）と、可変高さエッジ駆動アセンブリ（２７を含む）と、セルフアライメントマンドレルアセンブリとを含む。一実施形態において、装置は、半導体ウエハを実質的に鉛直方向に支持するように設けられた１対の駆動ローラ（６）を含む。駆動ローラ（６）の各々は、駆動ローラを回転させるための駆動ベルトに連結されている。１対のウエハ処理アセンブリ（２１２）の各々は、第１および第２のウエハ処理部材（１０，１２）を有しており、向かい合うように移動可能に設けられる。これらのアセンブリ（２１２）は、第１および第２のウエハ処理部材（１０，１２）がそれぞれ第１および第２のウエハ処理動作を実施できるように位置決めされた第１および第２の位置に移動することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の背景】

本発明は、一般に、半導体の製造に関し、より具体的には、鉛直方向のウエハ
に対してウエハ処理動作を実施する、半導体ウエハを処理するための装置に関す
る。

【０００２】半導体デバイスの製造では、様々なウエハ処理動作が実施される。これらのウ
エハ処理動作は、例えば、洗浄動作および化学機械平坦化（ＣＭＰ）などの研磨
／平坦化動作を含む。既知の研磨／平坦化技術では、プラテンがプラネタリ研磨
運動（planetary polishing motion）で使用される。この技術の欠点の１つは、
手間がかかり且つ比較的高価な多段階の処理を要することである。この技術のも
う１つの欠点は、作成されるウエハの表面が比較的大きな形状変化を生ずる傾向
にあることである。

【０００３】別の既知の研磨／平坦化技術は、全周研磨（circumferential polishing）を
ともなう。とある既知の全周研磨システムでは、ウエハは、ウエハ駆動ローラに
よって鉛直方向に回転される。ウエハの回転とともに、１対の円周研磨パッドが
ウエハの相対する二面と接触する。研磨パッドは、処理しているウエハの両側に
設けられた二重反転マンドレルの上に搭載される。マンドレルは、ウエハの中心
を通過できるように、ウエハの直径に沿って移動する。マンドレルの回転は、ウ
エハの直径に鉛直な円周方向に、パッドを回転運動させる。研磨動作の際には、
例えば研磨スラリ、化学溶液、またはリンス溶液などの液体スプレが、ウエハの
相対する二面に向かうように、ノズルによって方向付けられる。

【０００４】この既知の全周研磨システムの欠点の１つは、全周研磨の運動しか提供できな
いことにある。このように、各パッドの相対速度は各ウエハ表面全体に渡って均
一ではなく、ウエハの端近くの速度はウエハの中心近くの速度よりも大きい。し
たがって、各ウエハ表面上に円周方向のスクラッチが残留するだけでなく、ウエ
ハの中心部分の方がウエハの周囲付近よりも多くのウエハ材料を除去される結果
となり、問題を生じる。これは、ウエハの中心部分の滞留時間が長いために生じ
る問題である。このように材料の除去率が不均一である結果、ウエハの相対する
二面のそれぞれは、フレア形状、すなわち中心部分が端部分と比べて圧縮された
形状を有するようになる。このようなフレア形状は、半導体産業が例えば０．１
８μｍ以下の特徴サイズを使用するようになるにつれ、ますます望ましくなくな
る。

【０００５】以上から、円周方向の残留スクラッチが形成されるのを最小限に抑え、所望の
表面形状を有した処理済みウエハを用意し、ウエハをステーション間で移動させ
ることなくウエハに対して複数のウエハ処理動作を実施することができる、全周
ウエハ処理のための方法および装置が必要とされていることがわかる。

【０００６】

【発明の概要】

本発明は、概して、鉛直方向の半導体ウエハを処理するための装置を用意する
ことによって、このニーズを満たすものである。

【０００７】本発明の一態様にしたがって、半導体ウエハを処理するための装置を用意する
。装置は、半導体ウエハを実質的に鉛直方向に支持するように設けられた１対の
駆動ローラを含む。駆動ローラのそれぞれは、駆動ローラを回転させる駆動ベル
トと連結するように構成される。装置は、さらに、対向関係を構成するように移
動可能なかたちで設けられた１対のウエハ処理アセンブリを含む。各ウエハ処理
アセンブリは、第１のウエハ処理部材と第２のウエハ処理部材とをそれぞれ有す
る。ウエハ処理アセンブリは、第１のウエハ処理部材のそれぞれが、ウエハに対
して第１のウエハ処理動作を実施するように位置決めされる第１の位置と、第２
のウエハ処理部材のそれぞれが、ウエハに対して第２のウエハ処理動作を実施す
るように位置決めされる第２の位置と、に移動することが可能である。

【０００８】本発明の別の一態様にしたがって、半導体ウエハを処理するための別の装置を
開示する。装置は、第１のローラアームの上に回転可能なかたちで設けられ、ウ
エハを鉛直方向に回転させるように方向付けられている、第１のウエハ駆動ロー
ラを含む。装置は、また、第２のローラアームの上に回転可能なかたちで設けら
れ、ウエハを鉛直方向に回転させるように方向付けられている、第２のウエハ駆
動ローラを含む。第１および第２のローラアームは、それぞれ、その上に設けら
れたウエハ駆動ローラに回転動力を伝達するように構成され、その上に設けられ
たウエハ駆動ローラの高さを調整するために、第１の位置と第２の位置とのあい
だで旋回することが可能である。

【０００９】本発明のさらに別の一態様にしたがって、セルフアライメントマンドレルアセ
ンブリを用意する。アセンブリは、円筒内核と、円筒内核の外表面の上に設けら
れた支点とを含む。マンドレルシェルは、円筒内核を取り囲む。マンドレルシェ
ルは、その外表面にウエハ処理材料を取り付けられており、ウエハ処理材料が基
板の表面と接触するときに、マンドレルシェルが基板の表面と整合するように、
支点によって旋回可能なかたちで支持されている。

【００１０】なお、上述した発明の概要および以下の詳細な説明は、例示的で且つ説明的な
ものであり、特許請求の範囲に記載した発明を限定するものではない。

【００１１】明細書の一部を構成するものとして組み込まれた添付の図面は、本発明の代表
的な実施形態を例示するものであり、発明の説明とともに本発明の原理を説明す
る役割を担うものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】

以下では、添付の図面を参照にしながら、本発明のいくつかの代表的な実施形
態を詳細に説明する。

【００１３】以下の実施形態では、基板の処理に使用できる装置および方法の説明を行う。
このような基板は、例えば２００ｍｍウエハおよび３００ｍｍウエハ（およびそ
れよりも小さいまたは大きいウエハ）など、任意のサイズの半導体ウエハを含む
ことができる。以下の説明では、ウエハの処理との関連において本発明による処
理装置を説明する。なお、処理装置は、ハードディスクなどの他の基板を処理す
るために使用することもできる。処理動作は、例えば、バフ研磨、化学機械研磨
（ＣＭＰ）、（ウエハの洗浄において行われるような）スクラブ、エッチング、
および脱イオン水などの流体によるリンスを含む。各種の実施例において、高精
度および制御処理を達成する手助けとなる、いくつかの方法および装置を開示す
る。例えば、システムおよび装置のかたちで達成される処理は、基板上の所望の
表面位置において、統制されたスクラブ、バフ研磨、および研磨を行うことを可
能にする。すなわち、囲いの中の様々な制御位置に基板を移動させることによっ
て、異なった時間に異なった表面位置で処理を行うことが可能になる。開示され
た装置による処理は、また、様々な処理部材（例えばブラシやパッドなど）との
接触を含むことができる。したがって、以下の説明は、様々な代替形態を考慮に
入れて読む必要がある。

【００１４】ウエハ処理装置：図１および図２は、本発明の一実施形態にしたがったウエハ
処理装置の前面および右面の断面図である。図に示すように、ウエハ処理装置１
は、後ほど詳述するように、装置中の様々な要素の支持構造として機能するハウ
ジング２を含む。図１では端を前面にして、そして図２では表面を前面にして（
点線で）示した半導体ウエハＷは、ウエハ駆動ローラ６，６’の上に鉛直方向に
設けられている。

【００１５】図１に示すように、ウエハＷは、右側パッド８がウエハの右面Ｗ１に、そして
左側パッド８’がウエハの左面Ｗ２に接触した状態で、上方の研磨パッド対８，
８’と接触している。下方の研磨パッド対１２，１２’は、ウエハの右面Ｗ１お
よび左面Ｗ２からそれぞれ離れている。ウエハ処理装置１は、左右対称である必
要はないが、多数のアセンブリおよびサブアセンブリは、ハウジング２内に鉛直
方向に支持されたウエハＷの対称面の右側と左側とに、対を成した状態で対称的
に配置されることが好ましい。このため、「右側」および「左側」という呼び方
は、一般に、図１に示したようにウエハＷに対しての意味で使用する。あるいは
、図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように、パッド対はもちろんブラシ対１２ｂを
有することも可能である。この実施例では、ブラシをブラシ１２ｂとして特定し
、ギア４４，４６の一方に直接的に接続されたマンドレルまたはブラシコアの上
に搭載することができる。

【００１６】図１〜３に示すように、上方の研磨パッド８，８’は、上方の円筒マンドレル
１０，１０’の周辺に搭載され、下方の研磨パッド１２，１２’は、下方の円筒
マンドレル１４，１４’の周辺に搭載される。水平に設けられた上方および下方
のマンドレルは、上方マンドレル１０と下方マンドレル１４とがウエハＷの右側
にくるように、そして上方マンドレル１０’と下方マンドレル１４’とがウエハ
Ｗの左側にくるように配置される。上方および下方のマンドレル対１０，１０’
および１４，１４’は、選択可能な鉛直方向の距離によってそれぞれ隔てられて
いる。一実施形態において、上方および下方のマンドレル対は、ウエハ半径の一
部に相当する距離だけ隔てられており、好ましくはウエハ半径の約４分の１から
約３分の１の範囲の距離だけ隔てられている。上方マンドレル１０，１０’およ
び下方マンドレル１４，１４’のそれぞれの一端は、回転可能なかたちで駆動ケ
ーシング１６，１６’の中に搭載され、駆動ケーシング１６，１６’のそれぞれ
は、回転可能なかたちでウエハ処理駆動アセンブリ１７と連結したギアリングを
収容する。ウエハ処理駆動アセンブリ１７のさらなる詳細に関しては、「ウエハ
処理駆動アセンブリ」の表題のもとで後ほど詳述する。一実施形態において、ウ
エハ処理駆動アセンブリ１７は、マンドレル１０，１０’および１４，１４’に
回転トルクを伝達するパッド回転機構１３と、研磨パッド８，８’および１２，
１２’を制御可能なかたちで移動させ、ウエハＷに接触させたりウエハＷから離
したりするパッド係合機構１５と、の両方を含む。

【００１７】図１を参照すると、右側および左側の駆動ケーシング１６，１６’は、ウエハ
Ｗの平面から小距離ずつ隔てて設けられた旋回点１８，１８’を中心として旋回
する。右側の駆動ケーシング１６が旋回し、その上端が内向きに移動してウエハ
Ｗの平面に近づくと、マンドレル１０の上に搭載された上方の研磨パッド８はウ
エハの右面Ｗ１と接触する方向に移動し、マンドレル１４の上に搭載された下方
の研磨パッド１２はウエハの右面Ｗ１から遠ざかる。反対に、右側の駆動ケーシ
ング１６が旋回し、その下端が内向きに移動してウエハＷの平面に近づくと（図
３を参照のこと）、下方の研磨パッド１２はウエハの右面Ｗ１と接触する方向に
移動し、上方の研磨パッド８はウエハの右面Ｗ１から遠ざかる。当業者ならば明
らかなように、上述した説明は、旋回することによって上方および下方の研磨パ
ッド８’および１２’をウエハの左面Ｗ２とそれぞれ接触させる左側の駆動ケー
シング１６’にも適用される。

【００１８】したがって、駆動ケーシング１６，１６’を適度な角度Ａ，Ａ’だけ旋回させ
ることによって、上方の研磨パッド８，８’を（または旋回角が反対である場合
は下方のパッド１２，１２’を）ウエハの面Ｗ１，Ｗ２と接触させ、相対する研
磨パッドによってウエハＷを「挟む」ことができるように、旋回点１８，１８’
は、ウエハＷの平面から十分に近い位置に設けられる。角度Ａは、なかでも特に
、パッドの直径に依存する。一実施形態では、角度Ａは約１５度から約２５度の
範囲である。しかしながら、図３に示すように、駆動ケーシング１６，１６’を
一般的な鉛直位置まで旋回させたときに、上方のパッド８，８’および下方のパ
ッド１２，１３’の両方が、相当な距離だけウエハＷから離れたウエハＷと接触
しない中立位置にくるように、旋回点１８，１８’は、ウエハＷの平面から十分
に離れた位置に設けられる。

【００１９】駆動ケーシング１６，１６’の旋回作用によって、各マンドレル対の上方マン
ドレルまたは下方マンドレルの一方がそれぞれ内向きに押し付けられ、その上に
搭載された研磨パッドがウエハの一方の表面と接触される。このように、ウエハ
は、異なった２つの研磨動作をウエハ処理装置の中で受けて良い。１つの研磨動
作は、上方の研磨パッドによって「挟まれた」ウエハに対して実施され、もう１
つの研磨動作は、下方の研磨パッドによって「挟まれた」ウエハに対して実施さ
れる。

【００２０】再び図１〜３を参照すると、ウエハＷは、ウエハ駆動アセンブリ２３によって
回転駆動されつつ支持されることがわかる。一実施形態では、ウエハ駆動アセン
ブリ２３は可変高さエッジ駆動アセンブリである。図２は、上昇位置Ｗａおよび
下降位置ＷｂにあるウエハＷを、ともに（点線で）示している。上述したように
、ウエハ駆動ローラ６，６’はウエハＷを支持している。図２では、対応する上
昇位置６ａ，６ａ’および下降位置６ｂ，６ｂ’にあるウエハ駆動ローラ６，６
’を、（点線で）示してある。ウエハ駆動ローラ６，６’は、ウエハの外周Ｗｐ
に係合し、ローラアーム２０，２０’の端に搭載される。そして、ローラアーム
２０，２０’は、旋回可能なかたちでフレーム部材に搭載される。フレーム部材
は、例えばハウジング２の右壁４またはハウジングの床５など、適切な支持構造
の上に支持されて良い。

【００２１】可変高さエッジ駆動アセンブリ２３は、駆動ローラ６，６’に回転動力を伝達
するローラ駆動機構２１を含む。可変高さエッジ駆動アセンブリ２３は、また、
旋回点２２，２２’を中心としてローラアーム２０，２０’を旋回させることに
よって、ローラアーム２０，２０’の旋回運動を制御する、ウエハ並進機構２７
を含む。ローラアーム２０，２０’は、相対する対称的な方向にそれぞれが旋回
運動できるように、１対に纏められる。ローラ駆動機構２１およびウエハ並進機
構２７を含む可変高さエッジ駆動アセンブリ２３のさらなる詳細に関しては、「
可変高さエッジ駆動アセンブリ」の表題のもとで後ほど詳述するものとする。

【００２２】ウエハトップアライメントローラ２４は、アライメントアーム２５の上に搭載
されており、アライメントアーム２５は、右壁４の上方部分に搭載されたアライ
メントテンショナ２６に、旋回可能なかたちで搭載されている。アライメントロ
ーラ２４は、ウエハＷの頂部付近においてウエハの外周Ｗｐと係合し、ウエハＷ
のアライメントを維持するのと、研磨パッド（８，８’、１２，１２’）が離れ
たときすなわち中立位置にあるときに水平支持を提供するのと、の両方の役割を
果たす。アライメントアーム２５の旋回運動は、位置Ｗａ，Ｗｂ（図２を参照の
こと）で示したように、ウエハが上向きおよび下向きに移動するときに、トップ
ローラ２４が、係合を維持しつつウエハの外周Ｗｐを辿ることを可能にする。図
２では、トップローラの上方位置を２４として、そして下方位置を（点線で）２
４’として示した。もし必要ならば、エッジローラを追加で使用し、ウエハを支
持し、安定させ、回転させ、またはロード／アンロードする手助けとしても良い
。

【００２３】図２では、ローラアーム２０，２０’および駆動ローラ６，６’を中間の角位
置で示した。ローラアーム２０，２０’の旋回運動の代表的な動作範囲は、点線
で示した駆動ローラ６，６’の上方位置および下方位置によって示される。これ
は、旋回運動の範囲を角度Ｂとして規定している。ローラアーム２０，２０’の
上昇運動は、対を成す駆動ローラ６，６’を上向きに移動させて互いに近づけさ
せる。主には駆動ローラが高い位置にくるため、そして一部には駆動ローラ間の
距離が縮まるため、ウエハＷは上向きに移動する結果となる。反対に、ローラア
ーム２０，２０’が下向きに旋回すると、ウエハＷはそれに応じて下降する。駆
動ローラ６，６’が角度Ｂだけ移動すると、ウエハの中心Ｗｏは、双頭の矢印Ｃ
（図２を参照のこと）で示した対応する鉛直移動距離だけ上昇するまたは下降す
る。駆動ローラ６，６’の運動は、ウエハの鉛直運動を制御するために制御して
良い。例えば、駆動ローラを内向きまたは外向きに旋回させることによって、ウ
エハＷを研磨パッド（８，８’および１２，１２’）に対して上向きまたは下向
きに振動させて良い。

【００２４】図１〜３に示すように、ウエハＷは実質的に鉛直方向に設けられ、研磨パッド
は実質的に水平面方向に設けられる。なお、当業者ならば明らかなように、ウエ
ハＷは、必要に応じて異なった方向に設けて良い。さらに、当業者ならば明らか
なように、もし必要ならば、研磨パッドは、鉛直方向に対して一角度を成すよう
に設けて良い。この場合でも、パッドに対するウエハの運動は、やはりマンドレ
ルの軸に対して概して鉛直である必要がある。実質的に鉛直方向のウエハＷが好
ましいのは、こうすると、装置内の各種の支持および駆動アセンブリを簡略化す
ることができ、研磨スラリ、処理溶液、およびリンス溶液を研磨パッドおよびウ
エハから容易に切ることができるためである。

【００２５】ウエハ処理駆動アセンブリ：ウエハ処理駆動アセンブリ１７を、図２（断面図
）と、図４Ａおよび図４Ｂ（外側の端壁３から見た立面図）と、図５（図２に示
した駆動ケーシングおよびマンドレルの詳細な断面図）とに示した。図２に示す
ように、駆動ケーシング１６は、端壁３を通って延びる二重の同軸シャフトアセ
ンブリ１９と接続している。同軸シャフトアセンブリ１９は、ウエハを処理する
ため、内側シャフトを通してマンドレルに回転動力を伝え、ウエハの面に対して
パッドを係合／分離させるため、外側シャフトを通して駆動ケーシングに旋回動
作と制御を伝える。したがって、同軸シャフトアセンブリ１９は、パッド回転機
構１３およびパッド係合機構１５に共通して組み込まれた要素である。一実施形
態において、ウエハ処理駆動アセンブリ１７は、それぞれの駆動ケーシング１６
，１６’のために別々の同軸シャフト構成１９，１９’を含む。右側の駆動ケー
シング１６の運動に関する説明は、左側の駆動ケーシング１６’に対しても適用
することが可能である。

【００２６】同軸シャフトアセンブリ１９は、内側の伝達シャフト２８と外側の中空旋回シ
ャフト３０とを含む。伝達シャフト２８は、マンドレル（１０，１０’，１４，
１４’）に回転動力を伝達し、ベアリング４３ａ，４３ｂにジャーナル軸受けさ
れる。ベアリング４３ａ，４３ｂは、外側の旋回シャフト３０の内側に、その両
端にそれぞれ隣接した状態で搭載される。外側の旋回シャフト３０は、ベアリン
グ３１ａ，３１ｂによってウエハ処理駆動アセンブリ搭載フレーム３２にジャー
ナル軸受けされ、研磨パッド対のうちの１対（８，８’または１２，１２’）が
ウエハＷと接触するように、駆動ケーシング１６，１６’に対して旋回制御を供
給する。

【００２７】図２および図４Ａに示すように、パッド回転機構１３は、ウエハ処理モータ３
４，３４’と、駆動プーリ３６，３６’と、ベルト３８，３８’と、シャフトプ
ーリ４０，４０’とを、右側と左側とに含む。駆動プーリ３６，３６’は、フレ
ーム３２の下に搭載されたモータ３４，３４’の上に、回転可能なかたちで搭載
される。ベルト３８，３８’は、駆動プーリ３６，３６’の上と、フレーム３２
の外側に延びる伝達シャフト２８，２８’の端にそれぞれ搭載されたシャフトプ
ーリ４０，４０’の上とに設けられる。図２および図５に示すように、伝達シャ
フト２８は端壁３を通って延び、伝達ピニオンギア４２と固く接続する。伝達シ
ャフト２８は、シャフトベアリング４３ａによってジャーナル軸受けされ、シャ
フトベアリング４３ａは、旋回点１８と整合した状態で駆動ケーシング１６の中
に搭載される。伝達シャフト２８’（図２および図５では不図示）は、伝達シャ
フト２８に関して説明したのと同様に接続されジャーナル軸受けされる。

【００２８】図５Ａに詳細に示したように、伝達シャフト２８および旋回シャフト３０の内
側部分は、端壁３を通って延びる。伝達ピニオンギア４２は、上方および下方の
マンドレル１０および１４（図１および図２を参照のこと）の端にそれぞれ固定
して搭載された上方のおよび下方のマンドレルギア４４および４６と係合するこ
とによって、マンドレル軸と整合する。なお、後ほど詳述する代替の一実施形態
にしたがって、ブラシコア１２ａおよびブラシ１２ｂを明確に示すため、図５Ａ
では、図１および図２に示した下方のマンドレル１４を省略した。したがって、
伝達ギア４２およびマンドレルギア４４，４６は、マンドレルボディへのトルク
の伝達を、上方および下方のマンドレル１０および１４が同時に同じ方向に回転
するように行う。

【００２９】上方および下方のマンドレル１０および１４は、従来のジャーナルベアリング
によって、回転可能なかたちで駆動ケーシング１６に搭載し、マンドレルギア４
４，４６による駆動と、ウエハＷの表面と平行した支持とを同時に行って良い。
一実施形態において、マンドレル１０および１４は、研磨パッド８，１２がウエ
ハの表面と接触するときに、パッドをウエハＷの表面と自動的に整合させること
によって、パッドの接触圧をウエハＷの表面上に均一に分布させる、セルフアラ
イメントマンドレルアセンブリ４８によって支持される。セルフアライメントマ
ンドレルアセンブリ４８のさらなる詳細に関しては、「セルフアライメントマン
ドレルアセンブリ」の表題のもとで後ほど詳述する

【００３０】図４Ａを参照すると、ウエハ処理駆動アセンブリ１７は、それぞれの駆動ケー
シング１６，１６’のために個々の駆動モータ３４，３４’を含む。モータ３４
，３４’は、従来の動力供給、制御、およびフィードバックセンサ（不図示）に
よって、互いに反対方向に回転するように動作させることによって、ウエハＷの
両側にくるパッド（８，８’または１２，１２’のいずれか）を、やはり実質的
に同じ回転速度で反対方向に回転させて良い。パッドの回転は、パッドがウエハ
に対して下向きの摩擦力を及ぼし、それによってウエハとウエハ駆動ローラ６，
６’との係合を維持するように、選択されることが好ましい。モータ３４，３４
’は、手動で制御しても良いし、あるいは、従来のモータコントローラ（不図示
）を作動させる適切にプログラムされたコンピュータシステムによって順序付け
て制御しても良い。当業者には明らかなように、もし必要ならば、ベルトまたは
歯車伝動装置などの適切な動力伝達装置とともに単一のモータを使用し、両方の
駆動ケーシングに対して回転動力を供給して良い。

【００３１】パッド係合機構１５は、駆動ケーシング１６，１６’の旋回運動を制御するこ
とによって、上方の研磨パッド８，８’または下方の研磨パッド１２，１２’の
いずれかを、ウエハＷの相対する二面と接触させる。図４Ａに示すように、外側
の旋回シャフト３０，３０’上には、レバー５２，５２’が、ウエハの対称面Ｗ
ｐに向かって概して内向きに方向付けられるように搭載される。各レバー５２，
５２’の端部分は、それぞれギア部分として形成される。これらのギア部分５４
，５４’は、互いに同一の半径を有し、外側の旋回シャフト３０，３０’とそれ
ぞれ同心である。ギア部分５４，５４’は、ギア部分５４，５４’と連結したレ
バー５２，５２’および旋回シャフト３０，３０’を連結し、連係し合った状態
で反対方向に旋回するように、互いに噛み合わされる。

【００３２】線形アクチュエータ５６は、従来のエアシリンダまたはそれと同等の他のアク
チュエータで良く、フレーム３２（図２および図４Ａを参照のこと）の下方に搭
載されており、そのアクチュエータ出力ロッド５８は、レバー５２の端部分に隣
接して設けられた旋回接続５９に向けて、上向きに延びている（図４Ａおよび図
４Ｂを参照のこと）。したがって、ロッド５８が上向きに伸張すると、レバー５
２が（図４Ａの透視図に示した状態から）反時計回りに旋回するので、相対する
レバー５２’は、噛み合わされたギア部分５４，５４’を通して同じ角度分だけ
時計回りに旋回する。図４Ｂに示すように、ロッド５８は、（図４Ａに示した位
置から）上向きに延びることによって、レバー５２，５２’をこのように旋回さ
せる。当業者ならば理解できるように、ロッド５８（不図示）が下向きに退行す
るときは、図４Ｂに示した場合と反対の旋回作用が生じる。つまり、ロッド５８
が下向きに退行するときは、レバー５２が時計回りに旋回し、レバー５２’が反
時計回りに旋回する。

【００３３】図２および図５Ａに示すように、外側の旋回シャフト３０は駆動ケーシング１
６と固く接続しているので、旋回シャフト３０のあらゆる回転は駆動ケーシング
を同様に回転させる。そして、駆動ケーシング１６の回転は、上方および下方の
マンドレル１０および１４（またはブラシ１２ａ／１２ｂ）を、ウエハＷの平面
に近づく方向またはウエハＷの平面から遠ざかる方向に、それぞれ対応して移動
させる。アクチュエータロッド５８の可動範囲は、外側の旋回シャフト３０，３
０’の旋回範囲が、上方および下方の研磨パッド８および１２のそれぞれをウエ
ハＷと選択的に係合させるのに十分であるように、選択され制御されることが好
ましい。上述したように、旋回範囲は、なかでも特に研磨パッドの直径に依存す
る。線形アクチュエータ５６の運動は、従来のアクチュエータ制御および電源（
不図示）によって手動で制御しても良いし、あるいは、従来のコントローラ（不
図示）を作動させる適切にプログラムされたコンピュータシステムによって順序
付けて制御しても良い。もし必要であれば、従来のフィードバックセンサまたは
負荷調整器を含ませ、線形アクチュエータ５６に供給される力をウエハ処理駆動
アセンブリ１７を通して制御し、ウエハＷに対して研磨パッドが及ぼす接触力お
よび表面圧力の一方または両方を制御して良い。

【００３４】当業者ならば明らかなように、駆動ケーシング１６，１６’への回転および旋
回の動力ならびに制御の供給は、代替の動力伝達システムを使用して行っても良
い。やはり当業者ならば明らかなように、駆動ケーシング１６，１６’およびウ
エハ処理駆動アセンブリ１７として、代替の構成を使用しても良い。例えば、駆
動ケーシング１６，１６’に駆動モータを直接搭載し、同軸シャフトを使用せず
に研磨パッド８，８’および１２，１２’に回転動力を供給して良い。さらには
、駆動ケーシング１６，１６’を、例えば、ウエハの相対する二面の一方に向け
て方向付けられたテレスコーピング線形アクチュエータに搭載することによって
、駆動ケーシング１６，１６’を、旋回運動ではなく線形運動によってウエハに
近づけるまたはウエハから遠ざけても良い。

【００３５】可変高さエッジ駆動アセンブリ：可変高さエッジ駆動アセンブリ２３は、ロー
ラ駆動機構２１およびウエハ並進機構２７に共通する要素として同軸シャフトア
センブリ６１を含む（図１および図２を参照のこと）。同軸シャフトアセンブリ
６１は、ウエハを回転させるために、ウエハ駆動ローラ６，６’に回転動力を伝
達するとともに、研磨パッド８，８’および１２，１２’に対するウエハＷの鉛
直位置を調整するために、ローラアーム２０，２０’に旋回発動および制御を伝
達する。可変高さエッジ駆動アセンブリ２３は、前方および後方のローラアーム
２０，２０’のそれぞれのために、別々の同軸シャフトアセンブリ６１，６１’
を含む。したがって、同軸シャフトアセンブリ６１および前方のローラアーム２
０の構造と動作とに関する説明は、一般に、同軸シャフトアセンブリ６１’およ
び後方のローラアーム２０’の構造と動作とに関する説明にも適用される。

【００３６】図１に示すように、同軸シャフト構成６１は、内側の伝達シャフト６０と外側
の中空ローラ旋回シャフト６２とを含む。伝達シャフト６０は、ローラ駆動機構
２１の一要素であり、伝達ベルト６４を通してローラ６に回転動力を伝達する。
伝達シャフト６０は、ベアリング６３ａ，６３ｂにジャーナル軸受けされ、ベア
リング６３ａ，６３ｂは、ローラ旋回シャフト６２の内側に、その両端にそれぞ
れ隣接して搭載される。そして、ローラ旋回シャフト６２は、ベアリング６５ａ
，６５ｂによって、例えば右壁４などの支持構造物にジャーナル軸受けされる。
ローラ旋回シャフト６２は、ローラアーム２０を旋回制御することによって、図
２に示すように、上方／内向きの位置６ａと下方／外向きの位置６ｂとのあいだ
でローラ６を移動させる。

【００３７】図１および図２に示すように、ローラ駆動機構２１は、右壁４の下方にそれぞ
れ搭載された左側および右側のローラモータ６６，６６’を含む。モータ６６，
６６’は、回転可能なかたちで、駆動ベルト７０，７０’と係合する駆動プーリ
６８，６８’とそれぞれ連結する。伝達シャフトプーリ７２，７２’は、右壁４
を通って延びる伝達シャフト６０，６０’の端にそれぞれ搭載されており、駆動
ベルト７０，７０’とも係合する。

【００３８】図１を参照すると、右壁４を通って延びる伝達シャフト６０の端は、ローラア
ームケーシング７６内の内側伝達プーリ７４に固く搭載されることによって、ロ
ーラアームの旋回点２２と整合している。内側のプーリ７４は、ローラアームケ
ーシング７６内で延びてローラプーリ７８と係合するローラ伝達ベルト６４と係
合する。ローラプーリ７８は、ローラアームケーシング７６の外端に隣接してジ
ャーナル軸受けされたローラシャフト８０の端に搭載される。そして、ローラシ
ャフト８０は、ローラアームケーシング７６を通ってウエハＷの平面に向かって
延び、ケーシングの外側においてウエハ駆動ローラ６を支持する。

【００３９】一実施形態において、ローラ駆動機構２１は、図２に示すように、それぞれの
ローラ駆動アーム２０，２０’のために別々の駆動モータ６６，６６’を含む。
ウエハ駆動ローラ６，６’が、実質的に等しい回転速度で同じ方向に回転される
ように、モータ６６，６６’は、従来の電源、制御、およびフィードバックセン
サ（不図示）によって、同じ方向に回転するように動作して良い。モータ６６，
６６’は、手動で制御しても良いし、あるいは、従来のモータコントローラ（不
図示）を作動させる適切にプログラムされたコンピュータシステムによって順序
付けて制御しても良い。別の一実施形態では、ベルトまたは歯車伝達装置などの
適切な動力伝達装置とともに単一のモータを使用し、両方のローラ駆動アームに
回転動力を供給する。

【００４０】図１〜３に示すように、ローラ駆動アーム６，６’の旋回発動および制御を提
供するウエハ並進機構２７は、右壁４を越えてすなわち右壁４の外側に一定距離
だけ延びた右側および左側のローラ旋回シャフト６２，６２’（図１〜３では左
側のローラ旋回シャフト６２’は不図示である）をそれぞれ含む。各ローラ旋回
シャフト６２，６２’の外端は、共平面性の１対のギアリング８２，８２’の一
方に取り囲まれて固定されており、各ギアリングの有効外径は、前側および後側
のギアリング８２，８２’のそれぞれがローラアーム旋回点２２と２２’とのあ
いだの中間地点において噛み合うように、これら旋回点間の距離の約２分の１で
あることが好ましい。ギアリング８２，８２’の噛み合いは、ローラ旋回シャフ
ト６２，６２’を連結し、互いに連係し合った状態で反対方向に旋回させる。ロ
ーラ旋回シャフト６２，６２’は、シャフトの旋回運動が、ローラ駆動アーム２
０，２０’およびウエハ駆動ローラ６，６’においても類似の旋回運動を生じる
ように、ローラケーシングアーム７６，７６’にそれぞれ固く接続される。

【００４１】図２に示すように、線形ステップモータまたはそれと同等の他のアクチュエー
タで良い線形アクチュエータ８４は、右壁４の外側の下方に、概して水平に搭載
される。アクチュエータ出力ロッド８６は、アクチュエータレバー８８の端部に
隣接する旋回接続８７に向かって側方に延びている。そして、アクチュエータレ
バー８８は、ギアリング８２，８２’のうちの１つの側面に固定される。ロッド
８６が外向きに伸張すると、レバー８８と、ギアリング８２（または８２’）と
、ローラ旋回シャフト６２とが、（図２の透視図に示した状態から）反時計回り
に旋回し、対峙して噛み合わされたギアリング８２’（または８２）と、旋回シ
ャフト６２’とが、等しい角度分だけ時計回りに旋回する。この旋回運動は、ウ
エハ駆動ローラ６，６’を、下方の外向きの位置６ｂ，６ｂ’に向かって移動さ
せる。ロッド８６を内向きに後退させると、それに対応し、ウエハ駆動ローラ６
，６’を上方の内向きの位置６ａ，６ａ’に向かって移動させる旋回運動が相対
して生じる。

【００４２】アクチュエータロッド８６のスロー範囲は、シャフト６２，６２’の旋回範囲
が十分であり、ウエハが矢印Ｃで示した規定の鉛直範囲（図２を参照のこと）だ
け移動するように、選択され制御されることが好ましい。後ほど詳述するように
、この規定の鉛直範囲は、ウエハの所望部分が研磨パッド８，８’または１２，
１２’と係合する位置に配置されるように構成される。ウエハ駆動ローラ６，６
’の直径およびローラ駆動アーム２０，２０’の長さは、２００ｍｍウエハおよ
び３００ｍｍウエハなど、所定範囲のウエハ直径に適合するように、予め選択し
て良い。もし必要ならば、ローラ駆動アームケーシング７６，７６’と、ローラ
伝達ベルト６４，６４’と、ウエハ駆動ローラ６，６’とを、都合良く装着でき
るサイズ範囲で用意することによって、ローラ駆動機構２１の形状寸法を、さら
に広範囲のウエハ直径に適合できるように調整して良い。同様に、様々な長さ範
囲の代替のアクチュエータレバー８８を用意する（あるいはレバー８８の長さを
機械的に調整できるようにする）ことによって、線形アクチュエータ８４の機械
的倍率を調整して良い。線形アクチュエータ８４の運動は、従来のアクチュエー
タ制御および電源（不図示）によって手動で制御しても良いし、あるいは、従来
のコントローラ（不図示）を作動させる適切にプログラムされたコンピュータシ
ステムによって順序付けて制御しても良い。

【００４３】当業者ならば明らかなように、代替の動力伝達システムを使用することによっ
て、ウエハ駆動ローラ６，６’およびローラ駆動アーム２０，２０’に、回転お
よび旋回の動力ならびに制御を提供しても良い。また、当業者ならば明らかなよ
うに、可変高さエッジ駆動アセンブリは、図示したものと異なる構成を有しても
良い。例えば、ある代替の可変高さエッジ駆動アセンブリは、可変高さ支持台に
搭載された、非旋回型のウエハ駆動ローラおよびそれに関連のモータを含んで良
い。

【００４４】セルフアライメントマンドレルアセンブリ：図５Ａに示すように、研磨パッド
８が取り付けられた上方マンドレル１０は、セルフアライメントマンドレルアセ
ンブリ４８によって支持される。マンドレルアセンブリ４８は、マンドレル１０
を片持ち支持するためにウエハ処理駆動ケーシング１６に固く接続された、円筒
状で且つロッド状である剛性のスパイン９０を含む。スパイン９０は、概してウ
エハＷと平行に延びて、マンドレルの中心線９１を超えた一点において終結する
。中空である上方マンドレルギア４４は、スパイン９０を取り囲み、ギアベアリ
ング９２によってスパインにおいてジャーナル軸受けされるので、マンドレルギ
ア４４は、固定されたスパインとは無関係に回転することが可能である（スパイ
ン９０は、駆動ケーシング１６に対して固定される）。上方マンドレルギア４４
は、マンドレルコア９４に接続することによって、コア９４に回転トルクを伝達
する。中空の円筒として構成され隙間を空けた状態でスパイン９０を取り囲むマ
ンドレルコア９４は、マンドレルの中心線９１に隣接したコアベアリング９６に
ジャーナル軸受けされるので、コアは、マンドレルギア４４によって駆動される
にあたり、スパインとは無関係に回転することが可能である。シール９７ａ，９
７ｂは、マンドレルギア４４の中空シャフト９８の外側および内側にそれぞれ配
置される。シール９７ａ，９７ｂは、流体および／またはスラリを駆動ケーシン
グ１６から締め出すように構成される。

【００４５】中空の円筒として構成され、少なくとも研磨パッド８として所望される長さに
達するマンドレルシェル１００は、マンドレルコア９４を、隙間を空けた状態で
取り囲む。マンドレルシェル１００は、マンドレルの中心線９１に隣接した地点
において、シェル中心支点１０２によって支持される。シェル中心支点１０２は
、コア９４を取り囲む任意の適切な構造であって良い。一実施形態において、シ
ェル中心支点１０２は、マンドレルコア９４の外表面に形成された溝１０４の中
に設けられた弾性のＯリングである。シェル中心支点１０２は、マンドレルシェ
ル１００に対して中心支持を提供するとともに、コア９４と平行な状態からシェ
ルを小角度だけ傾けることを可能にする。マンドレルコア９４とマンドレルシェ
ル１００とのあいだの隙間は、シェルを所定の傾斜範囲だけ傾けられるように選
択される。研磨パッド８は、マンドレルシェル１００の外表面に取り付けられる
。一実施形態において、研磨パッド８は、マンドレル中心線９１に対して実質的
に対称的に配置されるように、マンドレルシェル１００を螺旋状に包み込む。

【００４６】トルクコネクタ１０６は、マンドレルコア９４とマンドレルシェル１００との
あいだに搭載される。トルクコネクタ１０６は、コアからシェルへと回転トルク
を伝達し、さらに、コアに対する軸運動に対してシェルを固定するとともに、所
定の傾斜範囲内でシェルを傾けることをも可能にする。一実施形態において、ト
ルクコネクタ１０６は、マンドレルコア９５およびマンドレルシェル１００に設
けられた整合スロットの中に配置されるバネ付きのキー構造である。別の一実施
形態において、トルクコネクタ１０６は駆動ピンである。

【００４７】駆動ケーシング１６の旋回作用によって、研磨パッド８がウエハＷ（図５Ａで
は不図示）の表面の１つに押し付けられて接触すると、ウエハに対する研磨パッ
ドの接触圧は、研磨パッドがウエハ表面の１つと平行になるように整合され且つ
接触圧が接触線に沿って均一に分配されるまで、マンドレルシェル１００を傾け
る。これと同時に、トルクコネクタ１０６は、マンドレルシェル１００に回転ト
ルクを伝達し、研磨パッド８を回転させることによって、ウエハの表面に対して
研磨作用を及ぼす。

【００４８】図５Ｂは、図５Ａに示したセルフアライメントマンドレルアセンブリ４８を、
シェル中心支点１０２に近い領域に焦点を当てて、より詳細に示した図である。
上述したように、シェル中心支点１０２はＯリングとして示される。一実施形態
において、Ｏリングは、約７０〜８０のデュロメータ硬さ（ショアＡスケール）
を有する。Ｏリングは、マンドレルコア９４の中に設けられた溝１０４の中に嵌
め込まれる。マンドレルコア９４は、プラスチック材料で形成して良い。当業者
ならば明らかなように、図５Ｂは、図面の簡略化のためスパイン９０を省略して
示した。溝１０４は、マンドレルシェル１００の中心線に設けられる。マンドレ
ルシェルは、ステンレス鋼で形成して良い。駆動ピンとして示されたトルクコネ
クタ１０６は、マンドレルシェル１００およびマンドレルコア９４に設けられた
、対応する穴の中に設けられる。マンドレルシェル１００の穴は、図５Ｂに示す
ように駆動ピンよりも大きいので、マンドレルシェルは、上述したようにＯリン
グを中心として自由に旋回することができる。一実施形態において、マンドレル
シェル１００の両端は、最大で約０．０６０インチだけ移動することができる。
研磨パッド材料８は、包みのあいだに僅かに隙間を設けた状態で、マンドレルシ
ェル１００を螺旋状に包み込む。この構成によって、研磨動作に悪影響を及ぼし
えるあらゆる研磨パッド材料の重複が回避される。一実施形態において、研磨パ
ッド材料はポリウレタンフォームである。

【００４９】流体の注入：図１に示すように、ハウジング２の壁には複数のノズル１１０が
搭載される。ノズル１１０は、ウエハＷの相対する二面または研磨パッド８，８
’および１２，１２’に流体を吹き付けるように方向付けられる。マニホールド
１１２によってノズル１１０に供給される適切な流体は、研磨スラリ、化学処理
溶液、乳濁液、洗浄溶液、リンス溶液、冷却溶液、脱イオン（ＩＤ）水、および
これらの混合を含む。もし必要ならば、異なるノズルから同時に複数の流体を注
入しても良いし、あるいは同一のまたは異なるノズルから順に複数の流体を注入
しても良い。スロープ式フロア５のドレイン１１４は、使用済みの流体をハウジ
ング２の内部から容易に除去するために用意される。１つまたはそれ以上のウエ
ハ処理動作の完了時に、研磨パッドおよびブラシなどのウエハ処理部材ならびに
マンドレル、駆動ケーシング、ローラ、およびローラアームなどの支持要素から
スラリまたは溶液を洗い流すため、ハウジング２の内部には、ノズルおよびマニ
ホールドを追加で設けても良い。流体は、流体をやり取りできるかたちでマニホ
ールドに結合された従来のコンジット、バルブ、ポンプ、貯蔵タンク、フィルタ
、および液だめ（不図示）によって、マニホールド１１２に供給して良い。流体
を注入する順序および率は、手動で制御しても良いし、あるいは従来のバルブ、
ポンプ、およびアクチュエータを作動させる適切にプログラムされたコンピュー
タによって自動的に制御しても良い。

【００５０】パッドコンディショナ：図１および図３に示すように、光学的に引き込み可能
なパッドコンディショナ１１６は、ハウジング２の内壁に、各研磨パッドに隣接
する旋回可能なかたちで搭載される。各コンディショナ１１６は、近接して設け
られた研磨パッドの全長に実質的に及ぶ概して水平なブレード１１８を含む。各
ブレード１１８は、ブレード上方の旋回軸１２０において旋回するので、アクチ
ュエータ１２２の衝突によって、隣接する研磨パッドに向かって延びることが可
能である。アクチュエータ１２２は、出力ロッド１２４をブレード１１８の外側
部分に衝突させ、ブレードを角度Ｄだけ内向きに旋回させるように搭載された、
従来の電磁アクチュエータであって良い。パッド駆動ケーシング１６，１６’は
、角度Ｅ（マッド８）または角度Ｅ’（パッド１０）だけ同時に移動することに
よって、調整のために、それぞれの研磨パッドを対応するブレード１１８と接触
させて良い。角度Ｄ，Ｅおよびコンディショナの形状寸法は、それぞれの研磨パ
ッド８，１０を、どのパッドもウエハＷの表面に接触していない状態で調整でき
るように、選択されることが好ましい。つまり、パッドの調整は、調整のために
ウエハを取り出す必要がないように、中立位置にある研磨パッドに対して行われ
ることが好ましい。パッド調整動作の完了時には、各ブレード１１８を、アクチ
ュエータ１２２の動作を停止することによって引き戻して良い。

【００５１】図１０は、本発明の一実施形態にしたがったウエハ処理ステーション２００の
立体図である。ウエハ処理ステーション２００は、ウエハ処理装置２１０を収容
するように構成されたハウジング２を含む。ハウジング２の上部は、必要に応じ
てウエハを取り出し別の処理ステーションに移すことができる開口部２０４を含
む。あるいは、開口部２０４を省略し、ウエハ処理装置２１０を完全に閉じ込め
ることもできる。ハウジング２は、また、スクラブブラシまたは研磨パッドとそ
の関連のマンドレルを取り替えるまたは挿入するなどのメインテナンスの際に、
ウエハ処理装置にアクセスできるように構成された、ドア２０２を含む。

【００５２】動作中は、ドア２０２を閉じることによって、環境の清浄度を維持し、微粒子
および異物に対する露出を減らすことが好ましい。好ましい一実施形態では、ド
ア２０２にスロット２０６を設けることによって、ウエハ処理ステーション２０
０へのウエハＷの挿入を可能にする。ウエハは同様に、スロット２０６を通して
ウエハ処理ステーションから取り出すことができる。さらに別の一実施形態では
、ウエハの処理中はスロット２０６を閉じるようなスライド式のドア（不図示）
を、ドア２０２に含むことができる。

【００５３】ウエハ処理装置２１０は、一般に、パッド８を設けられたマンドレル１０およ
び１４を含む。この実装形態では、対を成したマンドレル１０および１４の両方
にパッド８を設けることによって、必要の際に、下方のマンドレル対または上方
のマンドレル対のいずれかが、ウエハを容易にバフ研磨または研磨できるように
する。上述したように、ウエハは、処理中に上昇したり下降したりできるように
構成され、第１組のマンドレルまたは第２組のマンドレルは、上述したオフセン
タ処理を達成するように位置決めすることができる。また、図中には、パッド１
０８に流体を導くように構成できるノズル１１０が示される。ノズル１１０は、
実施される処理に応じ、流体をやり取りできるかたちで適切なソースと結合し、
脱イオン水、化学剤、またはスラリを供給することができる。図中のウエハ処理
装置２１０は、アライメントテンショナ２６を含むものとして示される。アライ
メントテンショナ２６は、上述したように、ウエハの上端にウエハトップアライ
メントローラ２４を適用できるように構成される。この図には、また、ウエハ表
面上の様々な半径方向位置において、所望の除去率でウエハ材料を除去できるよ
うに計画された、ウエハの移動スケジュールにしたがって、ウエハを上昇または
下降させるために使用される、線形アクチュエータ８４（線形ステップモータで
あることが好ましい）も示される。線形アクチュエータ８４に関しては、図１１
Ａに詳細に示してある。また、各ウエハ駆動ローラ６を回転させるように設計さ
れたローラ駆動機構２１も示してある。

【００５４】図１１Ａは、ウエハ処理装置２１０を詳細に示した図である。ウエハ処理装置
２１０は、一般に、第１対および第２対のウエハ処理アセンブリ２１２を含むよ
うに構成される。各ウエハ処理アセンブリ２１２は、ウエハＷの特定の側に属す
る。例えば、ウエハ処理アセンブリ２１２は、駆動ケーシング１６に接続された
マンドレル１０およびブラシ１２ｂを含むものとして示される。ウエハの反対の
側には、やはり底部にマンドレル１０を、そして頂部にブラシ１２ｂを含んだ、
別のウエハ処理アセンブリ２１２を用意する。

【００５５】この図は、ウエハ処理装置２１０が様々に構成できることを明らかにするため
に示した。例えば、各ウエハ処理アセンブリ２１２は、図１０に示すように、研
磨パッド８を取り付けられたマンドレルを含むように構成することができる。図
１１Ａおよび図１１Ｂに示した実施形態において、ウエハ処理アセンブリ２１２
の底部はマンドレル１０であり、頂部はブラシ１２ｂである。ブラシ１２ｂに関
して、マンドレルは、駆動ケーシング１６に接続した標準的なブラシコア１２ａ
で置き換えられる。一実施形態において、ブラシ１２ｂは、ポリビニルアルコー
ル（ＰＶＡ）ブラシであって良い。ＰＶＡブラシ材料は、ウエハのデリケートな
表面を損傷しないように十分に柔らかく構成されるが、一方では、残留物、化学
剤、および微粒子を除去できるように、ウエハの表面に対して優れた機械的接触
を提供することもできる。ＰＶＡブラシを使用した代表的な洗浄システムとして
は、引用として本明細書に組み込まれる米国特許第５，８７５，５０７号に記載
のものが含まれる。一実施形態では、さらに、ブラシ（ＴＴＢ）を通して流体を
配送するように、標準的なブラシコア１２ａを構成することができる。

【００５６】上述したように、線形アクチュエータ８４は、アクチュエータレバー８８に接
続するアクチュエータ出力ロッド８６を有するように構成される。線形アクチュ
エータ８４と、アクチュエータ出力ロッド８６と、アクチュエータレバー８８と
の組み合わせは、ローラアーム２０を上向きまたは下向きの方向に移動させる手
助けをし、バフ研磨、研磨、またはスクラブしたい位置（すなわちオン中心かま
たはオフ中心か）に応じてウエハＷを上昇または下降させることができるように
構成される。モータ６６は、図１１Ｂに示すように、ローラアーム２０によって
ウエハ駆動ローラ６を回転させるように構成される。

【００５７】再び図１１Ａを参照すると、各ウエハ処理アセンブリ２１２に接続および支持
位置を提供するために、ウエハ処理駆動アセンブリ１７が用意されることがわか
る。図に示すように、ウエハ処理駆動アセンブリ１７はフレーム３２を含む。フ
レーム３２は、１対の外側旋回シャフト３０に支持を提供する。各外側旋回シャ
フト３０は、フレーム３２を通してウエハ処理アセンブリ２１２の１つに接続す
る。各外側旋回シャフト３０は、また、内側伝達シャフト２８を含む。ベルト３
８は、伝達シャフトプーリ４０と駆動プーリ３６とを結合するので、ウエハ処理
駆動モータ３４によって回転を生じる。したがって、伝達シャフトプーリ４０の
回転によって、内側伝達シャフト２８の回転が生じ、内側伝達シャフト２８は、
その回転を駆動ケーシング１６へと伝達する。こうして、内側伝達シャフト２８
の回転が、マンドレル１０およびブラシ１２ｂのそれぞれに伝達される。

【００５８】例えば、内側伝達シャフト２８の回転は、駆動ケーシング１６内においてギア
の回転を生じる。駆動ケーシング１６内のギアの回転は、マンドレル１０はもち
ろんブラシ１２ｂも回転させる。図１１Ａおよび図１１Ｂを参照すると、各ウエ
ハ処理アセンブリ２１２のマンドレル１０は、ウエハの両側から同時にウエハＷ
と接触し、ブラシ１２ｂは、ウエハから遠ざかることがわかる。同様にして、駆
動ケーシング１６を反対の方向に傾かせ、ウエハ処理アセンブリのブラシ１２ｂ
のみを、それぞれの側からウエハと接触させることができる。この状況では、マ
ンドレル１０はウエハから遠ざかるので、ウエハ表面はブラシスクラブすること
のみが可能である。以上では、駆動ケーシング１６を旋回させ、マンドレル１０
またはブラシ１２ｂのいずれか一方のみをウエハの表面と接触させるように構成
された機構に関して、詳細に図示して説明した。

【００５９】ウエハを処理する方法：本発明によって提供されるウエハ処理方法の１つは、
研磨動作によって、従来の中心線研磨（centerline polishing）と比べて半径方
向に全体的により均一にウエハ材料を除去することができる、オフ直径研磨方法
（off-diameter polishing）である。ウエハは、研磨に先立って、例えばＣＭＰ
などの従来の平坦化技術を使用して平坦化して良い。一実施形態では、初期の平
坦な表面と大きく異ならない表面が、オフ直径研磨によって研磨され生成される
。図６〜９は、中心線（オン直径）研磨とオフ直径研磨の両方の例を示している
。

【００６０】図６は、従来技術による中心線研磨の４つのサンプルに関し、除去されたウエ
ハ材料の量と、ウエハ表面上の半径方向位置と、の関係を示したグラフである。
除去されたウエハ材料の量は（オングストローム（１０−１０ｍ）の単位で）縦
軸に、そして試験点の半径方向位置（５ｍｍ分の端を除いてウエハの直径を等間
隔に１２１等分した点）は横軸にプロットする。図６に示すように、パッドの接
触線がウエハの中心と交差する中心線研磨は、ウエハの中心領域から除去される
ウエハ材料が、ウエハの周辺領域から除去されるウエハ材料を、大幅に上回る結
果となるのが通常である。

【００６１】全周研磨動作では、研磨パッドの回転速度がウエハの回転速度を上回るのが通
常である。研磨パッドは、パッド表面の回転が接触線において下向きに方向付け
られた状態で、内向きに反転することによってウエハを挟むので、研磨パッドは
、ウエハの両側から等しい圧力で押し付けられることが好ましい。特定の地点に
おいて除去されるウエハ材料の絶対量は、研磨時間、パッドの接触圧、パッドの
組成、パッドの回転速度、ウエハの回転速度、研磨スラリの組成などの要素の関
数で表される。しかしながら、代表的な中心線研磨動作によって除去されるウエ
ハ材料の相対量は、図６の点５０〜７０の範囲において、除去される基板材料の
量のピークとして明瞭に現れるように、ウエハの中心近くでは、桁違いに大きい
可能性がある。このような中心線研磨によって生成されるウエハの形状は、図６
に示した曲線を逆転させたものである。つまり、ウエハの中心近くでのウエハ材
料の除去率が高いので、ウエハの中心近くで凹面の形状すなわち「窪んだ」形状
が生成される。したがって、研磨パラメータの所定の組み合わせに関し、ウエハ
材料の除去率は、研磨パッドがウエハと接触する範囲全体でひどく不均一である
。

【００６２】図７Ａおよび図７Ｂは、ランダム偏差が僅かである範囲内では、中心線研磨に
よるウエハ材料の除去が、実質的に放射形対称であることを示している。図７Ａ
は、中心線研磨の４つの異なるサンプルに関し、４９の試験点の位置を示してい
る。図７Ｂは、４つのサンプルのそれぞれに関し、各点において除去された基板
材料の量を、（平均の厚さ変化率よりも大きいまたは小さいオングストローム単
位で測定して）示したグラフである。図７Ａに示したように、試験点は、ウエハ
の中心（点１）と、半径の約３分の１の地点に等間隔で設けられた同心環（点２
〜９）と、半径の約３分の２の地点に設けられた同様の環（点１０〜２５）と、
ウエハの外周から約５ｍｍの地点に設けられた同様の環（点２６〜４９）とを含
む。上述したように、ウエハの中心近くにおいて除去される基板材料の量は、ウ
エハ表面の大部分において除去される量よりも桁が大きいので、図７Ｂでは、点
２から４９のプロットを詳細に且つ明瞭に示すために、ウエハの中心（点１）が
外れるように尺度を取った。図７Ｂに示すように、除去される基板材料の量は、
試験点からなる３つの同心環に対応する３つの明確な「段階」に区別される。各
段階内での差異は、ランダムな特性を有するので、系統的な角傾向を示さない。

【００６３】本発明によるオフ直径研磨方法では、中心線研磨と同様に、ウエハ表面上の特
定の地点において除去される基板材料の絶対量が、図６、図７Ａ、図７Ｂの説明
に関連して設定された各種のパラメータの関数として表される。しかしながら、
本発明にしたがったオフ直径研磨では、除去される基板材料の量が、研磨パッド
の接触線に対するウエハの運動の関数としても表される。したがって、本発明に
よるウエハ処理装置は、例えば研磨パッドなどのウエハ処理部材に対するウエハ
の移動を制御することを可能にする。これは、ウエハ表面上の様々な位置で除去
される基板材料の量を制御し、平坦なまたは他の所望の形状を得ることを可能に
する。

【００６４】ウエハを研磨パッドに対して上向きまたは下向きに移動させ、ウエハ表面にお
いて所望の形状を得るための、制御されたウエハ移動スケジュールを計画して良
い。ウエハの全表面が研磨されたことを確実にするためには、パッドの接触線が
、研磨動作中のどこかでウエハの中心すなわち半径ゼロ地点と交差しなければな
らない。当業者ならば明らかなように、ウエハ移動スケジュールは、パッドの接
触線が、ウエハの中心からスタートしてウエハの端に向かって移動するように、
またはウエハの端からスタートしてウエハの中心に向かって移動するように、計
画して良い。

【００６５】当業者ならば理解できるように、例えば、パッドの回転速度、ウエハの回転速
度、パッドの軸受圧力、またはこれらのパラメータの組み合わせなど、他の研磨
パラメータを制御することによって、所望の量の基板材料をウエハから除去して
も良い。研磨パッドに対するウエハの移動および他の研磨パラメータは、従来の
制御デバイスを作動させて研磨動作を統御する、コンピュータシステムによって
読み出される適切なソフトウェアコードによって、制御して良い。例えば、制御
デバイスは、ウエハを上昇または下降させるための１つまたはそれ以上の線形ア
クチュエータ８４と、駆動ローラモータ６６，６６’と、駆動ケーシング１６，
１６’を旋回させるための線形アクチュエータ５６と、パッドモータ３４，３４
’と、の動作を統御して良い。

【００６６】本発明によるオフ直径研磨方法は、研磨パッドに対してウエハを移動させるこ
とによって、ウエハ表面から基板材料を除去する率の半径方向の差異を有利に補
償し、平坦なまたは他の所望の形状を有した研磨後のウエハ表面を得る。研磨パ
ッドに対するウエハの移動速度を制御することによって（あるいは他の研磨パラ
メータを制御し、ウエハの速度を制御するのと同様の効果を得ることによって）
、ウエハ表面上の様々な半径方向位置において、所望の除去率で基板材料を除去
することが可能になる。もし必要ならば、研磨パラメータを、基板材料の除去率
がウエハ全体で実質的に均一になるように制御して良い。この制御形態は、表面
が平坦化されたウエハを研磨するのに特に有用である。あるいは、研磨パラメー
タを、ウエハ全体での基板材料の除去率がウエハ全体で変化するように制御して
も良い。この制御形態は、例えば凹面または凸面の表面形状を有したウエハを研
磨し、研磨後に実質的に平坦化された表面のウエハを得るのに、特に有用である
。

【００６７】特定の研磨形態に関し、ウエハ材料の除去率は、試験サンプルを分析すること
によって容易に決定することができる。例えば、図８Ａおよび図８Ｂは、従来の
実務にしたがって中心線のみを研磨された直径が２００ｍｍの試験ウエハに関し
、そのウエハ材料の除去率を、（オングストローム毎分すなわち「Ａ／ｍ」の単
位で）半径方向位置の関数として示した図である。試験ウエハは、研磨スラリと
２００ＲＰＭのパッド回転とを使用し、本明細書で説明した装置によって研磨し
た。ウエハの回転は、３０ＲＰＭ（図８Ａ）から５０ＲＰＭ（図８Ｂ）まで変化
させた。図８Ａおよび図８Ｂに示すように、ウエハ材料の除去率は、ウエハの中
心近くにおいて（尺度を明瞭にするため中心部分（約−５ｍｍから５ｍｍの範囲
）はプロットしていない）急激で非線形的な増大を生じる。

【００６８】図９Ａおよび図９Ｂは、本発明の一実施形態にしたがってオフ直径研磨を受け
た直径が２００ｍｍの試験ウエハに関し、そのウエハ材料の除去率を、（Ａ／ｍ
の単位で）半径方向位置の関数として示した図である。試験ウエハの研磨は、試
験ウエハが研磨パッドに対して（中心付近と端領域とを除いて）一定の速度で移
動したことを除き、図８Ａおよび図８Ｂの説明に関連して上述した場合と類似の
条件のもとで行われた。また、パッドの回転は（両方の試験ウエハに関して）６
００ＲＰＭであって、ウエハの回転は（両方の試験ウエハに関して）３０ＲＰＭ
であった。並進速度（研磨パッドに対するウエハの相対速度）は、１０インチ毎
分（ｉｐｍ）（図９Ａ）から４０ｉｐｍ（図９Ｂ）まで変化させた。

【００６９】オフ直径研磨を使用して得られるウエハ材料の除去率は、従来の中心線研磨を
使用して得られるそれと比べて、半径方向の均一性が大幅に大きい（図９Ａおよ
び図９Ｂに示した曲線と図８Ａおよび図８Ｂに示した曲線とを比較すること）。
しかしながら、図９Ａおよび図９Ｂに示したいくらか傾斜した曲線によって示さ
れるように、オフ直径研磨では、ウエハ材料の除去率が、ウエハの端に近づくに
つれて僅かずつ増大する。また、４０ｉｐｍの並進速度が大きいすなわち４０ｉ
ｐｍである場合は、ウエハ材料の平均除去率は約９０Ａ／ｍであって（図９Ｂを
参照のこと）、並進速度が小さいすなわち１０ｉｐｍである場合は、ウエハ材料
の平均除去率は約１２０Ａ／ｍ（図９Ａを参照のこと）であった。したがって、
並進速度が大きい場合は、並進速度が小さい場合と比べて、ウエハ材料の除去率
が僅かに小さかった。しかしながら、並進速度が４倍に増大しても、ウエハ材料
の除去率が約２５％しか減少しなかったということは、図９Ａおよび図９Ｂは、
並進速度が、ウエハ材料の除去率を決定する際の支配的な要因ではないことを、
示していると考えられる。その代わり、任意の半径方向位置において除去される
ウエハ材料の総量は、主に、研磨暴露の合計すなわち等価な滞留時間の関数であ
ると考えられる。

【００７０】一実施形態において、研磨パッドは、どの並進位置においてもウエハの全弦長
に及ぶことができる十分な長さを有することによって、パッドの接触が突然不連
続になる事態を回避している。したがって、ウエハ表面のうちパッドの接触線の
外側に位置する部分、すなわちウエハの中心から遠い部分は、並進中のどの特定
のパッド位置においても研磨作用に曝される。反対に、同じ並進位置にあるとき
でも、ウエハ表面のうちパッドの接触線の内側に位置する部分、すなわちウエハ
の中心に近い部分は、研磨作用に曝されない。図６〜８に示したように、ウエハ
材料の除去率は、必ずしもパッドの接触線全体で均一である必要はない。

【００７１】オフ直径研磨方法は、ウエハの適切な移動すなわち並進スケジュールを計画す
ることによって実現して良い。並進スケジュールは、研磨パッドに対するウエハ
の位置を研磨動作中の時間に対して示した所定のスケジュールである。一実施形
態において、オフ直径研磨方法は、各半径方向位置におけるウエハ材料の除去量
が実質的に同じになるように計画された、すなわち厚さの減少が半径方向で均一
になるように計画された、ウエハの移動スケジュールを使用して実現される。別
の一実施形態において、オフ直径研磨方法は、特定の半径方向位置におけるウエ
ハ材料の除去量が実質的に異なるように計画された、すなわち厚さの減少が半径
方向で変化するように計画された、ウエハの移動スケジュールを使用して実現さ
れる。

【００７２】本発明によるオフ直径ウエハ処理方法の一実施形態では、鉛直方向のウエハの
相対する二面をそれぞれ円筒ウエハ処理部材と接触させることによって、実質的
に線形の接触領域を規定している。ウエハの回転とともに、少なくとも１つのウ
エハ処理パラメータを制御することによって、ウエハ上の接触領域が第１の位置
から第２の位置へと移動するとともに、ウエハ材料の除去率を変化させることが
できる。一実施形態において、可変であるウエハ材料の除去率は、処理後のウエ
ハが実質的に均一の厚さを有するように計画される。制御されるウエハ処理パラ
メータは、ウエハ処理部材によってウエハに印加される圧力、ウエハの回転速度
、ウエハ処理部材の回転速度、そしてウエハの相対する二面上に規定された接触
領域が第１の位置から第２の位置へと移動する速度のうちの１つであって良い。

【００７３】一実施形態において、第１の位置はウエハの中心線であり、第２の位置は、ウ
エハの中心線から例えばウエハの端に向かって一定の距離だけ遠ざかった位置で
ある。ウエハを上昇または下降させることによって、接触領域を第１の位置から
第２の位置へと移動させて良い。一実施形態では、接触領域を第１の位置から第
２の位置へと移動させるためのウエハの鉛直方向への移動速度は、ウエハが実質
的に均一な厚さを有するように制御される。当業者ならば、試験ウエハを分析し
、所定の研磨形態に関してウエハ材料の除去率の半径方向の差異を決定すること
によって、処理後に実質的に均一な厚さのウエハを得られる適切なウエハ移動ス
ケジュールを、容易に計画することができる。あるいは、ウエハを一定の速度で
（上向きまたは下向きのいずれかに）移動させ、圧力、ウエハの回転速度、ウエ
ハ処理部材の回転速度などの他の研磨パラメータの１つまたはそれ以上を制御す
ることができる。したがって、オフ直径ウエハ処理方法は、表面形状が僅かに凹
面または凸面であるウエハを処理し、実質的に平面形状であるウエハを得られる
ように、構成して良い。

【００７４】本発明によって提供される別の方法は、単一の囲いに収容された鉛直方向のウ
エハに対して２つのウエハ処理動作を実施する、半導体ウエハを処理するための
方法である。この方法では、１対のウエハ処理アセンブリすなわち図１１Ａに示
したウエハ処理アセンブリ２１２が、例えばハウジングなどの適切な囲みの中に
おいて対向関係を構成するように配置される。ウエハ処理アセンブリは、それぞ
れ、第１のウエハ処理部材と第２のウエハ処理部材とを含む。例えば、適切なウ
エハ処理部材は、円筒研磨パッドと円筒ブラシとを含む。相対するウエハ処理ア
センブリのあいだに鉛直方向に配置されたウエハは、次いで、適切なウエハ駆動
アセンブリによって回転される。

【００７５】第１のウエハ処理動作を実施するためには、第１のウエハ処理部材が回転ウエ
ハの相対する二面と接触して対向関係を構成するように、ウエハ処理アセンブリ
の方向合わせを行う。一実施形態では、ウエハ処理アセンブリを第１の方向に旋
回させることによって、第１のウエハ処理部材を回転ウエハの相対する二面と接
触させる。第１のウエハ処理動作が完了したら、今度は、第２のウエハ処理部材
が回転ウエハの相対する二面と接触して対向関係を構成するように、ウエハ処理
アセンブリの方向合わせを行う。一実施形態では、ウエハ処理アセンブリを、第
１の方向の逆方向である第２の方向に旋回させることによって、第２のウエハ処
理部材を、回転ウエハの相対する二面と接触させる。

【００７６】ウエハ処理アセンブリは、あらゆる所望の組み合わせのウエハ処理動作を実施
するように構成される。一実施形態では、第１のウエハ処理動作が洗浄動作であ
り、このため第１のウエハ処理部材はそれぞれ円筒ブラシである。この実施形態
では、第２のウエハ処理動作は研磨動作であり、このため第２のウエハ処理部材
はそれぞれ円筒研磨パッドである。もし必要ならば、これらの動作の順序を逆転
し、第１の動作を研磨動作にして第２の動作を洗浄動作にして良い。

【００７７】別の一実施形態では、第１および第２のウエハ処理動作の両方が洗浄動作であ
る。例えば、比較的粗い粒子を除去するように第１の洗浄動作を構成し、比較的
細かい粒子を除去するように第２の洗浄動作を構成して良い。さらに別の一実施
形態では、第１および第２のウエハ処理動作の両方が研磨動作である。例えば、
所望の量のウエハ材料を除去するように第１の研磨動作を構成し、所望の表面仕
上げを提供するように第２の研磨動作を構成して良い。

【００７８】もし必要ならば、本発明によるオフ直径ウエハ処理方法にしたがい、第１のウ
エハ処理部材または第２のウエハ処理部材のいずれかと接触した状態で、ウエハ
を鉛直方向すなわち上下に移動させて良い。ウエハは、適切な可変高さエッジ駆
動アセンブリによって、鉛直方向に移動させて良い。第１および第２のウエハ処
理動作の両方が研磨動作である一実施形態では、ウエハは、少なくとも１つの研
磨動作の最中に鉛直方向に移動する。

【００７９】装置の中で処理された且つ／または開示された方法によって処理されたウエハ
は、他の周知の製造動作による処理を施すことが可能である。これらの動作は、
周知のように、酸化物材料および導体材料（例えばアルミニウム、銅、アルミニ
ウムと銅の混合など）のデポジションまたはスパッタリングを含む。この工程は
「裏面」工程としても知られており、エッチング動作も含む。これらのエッチン
グ動作は、金属配線と、ビアと、集積回路デバイスの相互接続構造を規定するの
に必要な他の幾何学パターンと、からなるネットワークを規定するように設計さ
れる。表面を平坦化し、より効果的な製造を可能にするためには、これらの動作
のあいだに何らかの化学機械研磨（ＣＭＰ）動作も必要とされる。このような動
作の後、集積回路デバイスを作成する工程の次の動作に進む前には、ウエハをバ
フ研磨／研磨して洗浄する必要がある。完了後は、ウエハを複数のダイにカット
する。各ダイは、それぞれが１枚の集積回路チップである。そして、適切なパッ
ケージにチップを収容し、家電などの所望の最終製品に組み込む。

【００８０】要約すると、本発明は、ウエハおよび他の適切な基板を研磨し、バフ研磨し、
リンスするための方法および装置を提供する。以上では、いくつかの代表的な実
施形態に基づいて本発明を説明した。しかしながら、当業者ならば、本発明の説
明および実施を考慮することによって、本発明の他の実施形態を容易に思いつく
ことができる。したがって、上述した実施形態および好ましい特徴は、例示的な
ものだとみなす必要があり、本発明は、添付した特許請求の範囲によって規定さ
れるものとする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にしたがったウエハ処理装置の端面図である。

【図２】図１に示したウエハ処理装置の側面図であり、右側の駆動ケーシングとそれに
関連したマンドレルおよび研磨パッドとを断面で示し、さらに、ウエハ駆動ロー
ラアセンブリによって支持されたウエハを（点線で）示している。

【図３】図１に示したウエハ処理装置の端面図であり、研磨パッドがウエハと接触せず
にハウジングの壁に搭載されたオプションのパッドコンディショナと係合する、
中立位置の範囲にある駆動ケーシングを示している。

【図４Ａ】図１に示したウエハ処理装置の立面図であり、いずれもハウジングの外側に設
けられた、ウエハ処理駆動アセンブリと、ウエハ処理アセンブリを旋回させるた
めのレバーと、旋回レバーを旋回させるための線形アクチュエータとを示してい
る。

【図４Ｂ】図４Ａに示したレバーおよび線形アクチュエータのより詳細な図であり、図中
のアクチュエータロッドは上向きに延びた位置にある。

【図５Ａ】本発明の代替の一実施形態にしたがったウエハ処理アセンブリの断面図であり
、パッドを有したセルフアライメントマンドレルがブラシと組み合わされている
。

【図５Ｂ】図５Ａに示したセルフアライメントマンドレルアセンブリのより詳細な図であ
り、シェル中心支点に近い領域に焦点を当てている。

【図６】除去されたウエハ材料の量と、ウエハ表面上の半径方向位置との関係を、従来
の中心線研磨を実施された４枚の試験ウエハに関して示したグラフである。

【図７Ａ】従来の中心線研磨を実施された４枚の試験ウエハから除去されたウエハ材料の
角分布を示した図である。

【図７Ｂ】従来の中心線研磨を実施された４枚の試験ウエハから除去されたウエハ材料の
角分布を示した図である。

【図８Ａ】従来の実務にしたがってウエハの中心線のみを研磨された試験
ウエハに関して、ウエハ材料の除去率（Ａ／ｍ）とウエハ上の位置との関係を示
したグラフである。

【図８Ｂ】従来の実務にしたがってウエハの中心線のみを研磨された試験
ウエハに関して、ウエハ材料の除去率（Ａ／ｍ）とウエハ上の位置との関係を示
したグラフである。

【図９Ａ】本発明の一実施形態にしたがったオフ直径研磨方法を使用して
研磨された試験ウエハに関して、ウエハ材料の除去率（Ａ／ｍ）とウエハ上の位
置との関係を示したグラフである。

【図９Ｂ】本発明の一実施形態にしたがったオフ直径研磨方法を使用して
研磨された試験ウエハに関して、ウエハ材料の除去率（Ａ／ｍ）とウエハ上の位
置との関係を示したグラフである。

【図１０】本発明の一実施形態にしたがったウエハ処理ステーションの立体図である。

【図１１Ａ】本発明の一実施形態にしたがったウエハ処理装置を、より詳
細に示した図である。

【図１１Ｂ】本発明の一実施形態にしたがったウエハ処理装置を、より詳
細に示した図である。

【符号の説明】

１…ウエハ処理装置２…ハウジング３…ハウジングの端壁４…ハウジングの右壁５…スロープ式のフロア６，６’…ウエハ駆動ローラ６ａ，６ａ’…ウエハ駆動ローラの上昇位置６ｂ，６ｂ’…ウエハ駆動ローラの下降位置８，８’…上方の研磨パッド１０，１０’…上方の円筒マンドレル１２，１２’…下方の研磨パッド１２ａ…ブラシコア１２ｂ…ブラシ１４，１４’…下方の円筒マンドレル１５…パッド係合機構１６，１６’…駆動ケーシング１７…ウエハ処理駆動アセンブリ１８，１８’…旋回点１９…同軸シャフトアセンブリ２０，２０’…ローラアーム２１…ローラ駆動機構２２，２２’…ローラアームの旋回点２３…可変高さウエハ駆動アセンブリ２４…上方位置にあるウエハトップアライメントローラ２４’…下方位置にあるウエハトップアライメントローラ２５…アライメントアーム２６…アライメントテンショナ２７…ウエハ並進機構２８…内側の伝達シャフト３０…外側の中空旋回シャフト３１ａ，３１ｂ…ベアリング３２…ウエハ処理駆動アセンブリの搭載フレーム３４，３４’…ウエハ処理モータ３６，３６’…駆動プーリ３８，３８’…ベルト４０，４０’…シャフトプーリ４２…伝達ピニオンギア４３ａ，４３ｂ…シャフトベアリング４４，４６…ギア４８…セルフアライメントマンドレルアセンブリ５２，５２’…レバー５４，５４’…レバーのギア部分５６…線形アクチュエータ５８…アクチュエータ出力ロッド５９…旋回接続６０…内側の同軸シャフト６１…同軸シャフトアセンブリ６２，６２’…外側のローラ旋回シャフト６３ａ，６３ｂ…ベアリング６４…伝達ベルト６５ａ，６５ｂ…ベアリング６６，６６’…駆動モータ６８，６８’…駆動プーリ７０，７０’…駆動ベルト７２，７２’…伝達シャフトプーリ７４…内側の伝達プーリ７６，７６’…ローラアームケーシング７８…ローラプーリ８０…ローラシャフト８２，８２’…ギアリング８４…線形アクチュエータ８６…アクチュエータ出力ロッド８７…旋回接続８８…アクチュエータレバー９０…スパイン９１…マンドレルの中心線９２…ギアベアリング９４…マンドレルコア９６…コアベアリング９７ａ，９７ｂ…シール９８…中空シャフト１００…マンドレルシェル１０２…シェル中心支点１０４…溝１０６…トルクコネクタ１０８…パッド１１０…ノズル１１２…マニホールド１１４…ドレイン１１６…パッドコンディショナ１１８…ブレード１２０…旋回軸１２２…アクチュエータ１２４…出力ロッド２００…ウエハ処理ステーション２０２…ドア２０４…開口部２０６…スロット２１０…ウエハ処理装置２１２…ウエハ処理アセンブリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号０９／５４０，１６０ (32)優先日平成12年３月31日(2000．3．31) (33)優先権主張国米国（ＵＳ） (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者フロスト・デイビッド・ティ．アメリカ合衆国カリフォルニア州95134 サン・ホセ，ヴァーディグリス・サークル，4273 (72)発明者デウィット・ジョン・ジー．アメリカ合衆国カリフォルニア州95066 スコッツ・ヴァレー，スコッツ・ヴァレー・ドライブ，4602 Ｆターム(参考） 5F031 CA02 HA24 HA27 HA45 HA59 LA13 MA22 MA23

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体ウエハを処理するための装置であって、半導体ウエハを実質的に鉛直な方向に支持するように配置された１対の駆動ロ
ーラであって、前記駆動ローラの各々が前記駆動ローラを回転させるための駆動
ベルトと連結されるように構成された１対の駆動ローラと、向き合うように移動可能に配置された１対のウエハ処理アセンブリであって、
前記ウエハ処理アセンブリの各々が第１のウエハ処理部材と第２のウエハ処理部
材とを有する１対のウエハ処理アセンブリと、を備え、前記１対のウエハ処理アセンブリは、前記第１のウエハ処理部材の各々が前記
ウエハに対して第１のウエハ処理動作を実施するように位置決めされた第１の位
置と、前記第２のウエハ処理部材の各々が前記ウエハに対して第２のウエハ処理
動作を実施するように位置決めされた第２の位置と、に移動可能であることを特
徴とする半導体処理装置。
【請求項２】請求項１に記載の半導体処理装置であって、前記ウエハ処理アセンブリの各々は、前記第１および第２のウエハ処理部材を
回転させるための駆動アセンブリを備える、半導体処理装置。
【請求項３】請求項１に記載の半導体処理装置であって、前記第１のウエハ処理部材は、前記第２のウエハ処理部材の上方に配置され、前記第１のウエハ処理部材の各々は、円筒型のブラシである、半導体処理装置
。
【請求項４】請求項３に記載の半導体処理装置であって、前記第２のウエハ処理部材の各々は、円筒型の研磨パッドである、半導体処理
装置。
【請求項５】請求項３に記載の半導体処理装置であって、前記第２のウエハ処理部材の各々は、円筒型のブラシである、半導体処理装置
。
【請求項６】請求項４に記載の半導体処理装置であって、前記円筒研磨パッドの各々は、研磨パッドが固定されたマンドレルを備える、
半導体処理装置。
【請求項７】請求項１に記載の半導体処理装置であって、前記ウエハ処理アセンブリの各々は、回転可能な旋回シャフトを含み、前記ウエハ処理アセンブリは、前記旋回シャフトの回転によって、前記第１の
位置と、中立位置と、前記第２の位置との間で移動し、前記中立位置は、前記ウエハのロードあるいはアンロードのために前記ウエハ
処理部材が位置決めされた位置である、半導体処理装置。
【請求項８】請求項１に記載の半導体処理装置であって、前記１対の駆動ローラと前記１対のウエハ処理アセンブリとは、ハウジングの
中に設けられている、半導体処理装置。
【請求項９】請求項８に記載の半導体処理装置であって、さらに、前記駆動ローラの上方に配置されたウエハのアライメントを維持するためのア
ライメントローラであって、アライメントアーム上に回転可能に搭載されている
アライメントローラを備える、半導体処理装置。
【請求項１０】請求項９に記載の半導体処理装置であって、前記アライメントアームは、前記ハウジングの壁上に搭載されたアライメント
テンショナに対して旋回可能に連結されている、半導体処理装置。
【請求項１１】半導体ウエハを処理するための半導体処理装置であって、第１のローラアーム上に回転可能に配置され、半導体ウエハを鉛直方向に回転
させるように方向付けられた第１のウエハ駆動ローラと、第２のローラアーム上に回転可能に配置され、半導体ウエハを鉛直方向に回転
させるように方向付けられた第２のウエハ駆動ローラと、を備え、前記第１および第２のローラアームの各々は、前記各々の上に設けられた前記
ウエハ駆動ローラに回転動力を伝達するように構成され、前記各々の上に設けら
れた前記ウエハ駆動ローラの高さを調整するために第１の位置と第２の位置との
間で旋回することが可能である、半導体処理装置。
【請求項１２】請求項１１に記載の半導体処理装置であって、前記第１および第２のローラアームの各々は、内側の伝達シャフトと外側の中
空旋回シャフトとを有する同軸シャフトアセンブリと連結する、半導体処理装置
。
【請求項１３】請求項１２に記載の半導体処理装置であって、前記第１および第２のローラアームは、前記第１および第２の同軸シャフトア
センブリの前記外側の旋回シャフトを回転させることによって旋回される、半導
体処理装置。
【請求項１４】請求項１２に記載の半導体処理装置であって、前記第１および第２の同軸シャフトアセンブリの前記内側の伝達シャフトは、
前記第１および第２のウエハ駆動ローラに回転動力を伝達するために、それぞれ
回転される、半導体処理装置。
【請求項１５】セルフアライメントマンドレルアセンブリであって、円筒内核と、前記円筒内核の外表面上に設けられた支点と、前記円筒内核を取り囲み、外表面にウエハ処理材料が取り付けられたマンドレ
ルシェルであって、前記ウエハ処理材料が基板の表面と接触するときに、前記マ
ンドレルシェルが前記基板の表面と合うように、前記支点によって旋回可能に支
持されたマンドレルシェルと、を備えるマンドレルアセンブリ。
【請求項１６】請求項１５に記載のマンドレルアセンブリであって、前記支点は、Ｏリングであり、前記円筒内核の前記外表面は、内部に溝が形成され、前記Ｏリングは、前記溝の中に配置される、マンドレルアセンブリ。
【請求項１７】請求項１５に記載のマンドレルアセンブリであって、前記円筒内核は、内部に穴を有し、回転ギアに結合されており、前記マンドレルシェルは、内部を貫通する穴を有しており、前記円筒内核から前記マンドレルシェルへと回転動力を伝達させるために、前
記マンドレルシェルの前記穴と、前記円筒内核の前記穴との中にコネクタが設け
られている、マンドレルアセンブリ。
【請求項１８】請求項１５に記載のマンドレルアセンブリであって、前記マンドレルシェルは、前記マンドレルシェルのほぼ中心線において、前記
支点によって旋回可能に支持されている、マンドレルアセンブリ。
【請求項１９】請求項１７に記載のマンドレルアセンブリであって、前記マンドレルシェルの中の前記穴は、第１の直径を有し、前記コネクタは、第２の直径を有し、前記第１の直径は、前記マンドレルシェルが前記支点を中心に所定の傾斜角の
旋回を許容するのに十分な量だけ前記第２の直径よりも大きい、マンドレルアセ
ンブリ。
【請求項２０】請求項１５に記載のマンドレルアセンブリであって、前記ウエハ処理材料は、研磨パッドである、マンドレルアセンブリ。
【請求項２１】請求項１５に記載のマンドレルアセンブリであって、前記円筒内核は、プラスチック材料からなり、前記マンドレルシェルは、ステンレス鋼よりなる、マンドレルアセンブリ。
【請求項２２】請求項１５に記載のマンドレルアセンブリであって、前記基板は、半導体ウエハである、マンドレルアセンブリ。