JP2004022940A - 研磨装置、研磨方法、ウェーハ待避プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ウェーハ表面を研磨するウェーハ研磨装置10又はウェーハの洗浄装置において、ウェーハを外界の空気から遮断する搬送洗浄室82と、搬送洗浄室82内に不活性ガスを充填する不活性ガス供給手段69とを備えた。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は研磨装置及び研磨方法に関し、 特に不活性ガス雰囲気中におけるウェーハの研磨装置及び研磨方法に関する。
【0002】
また本発明は研磨装置、研磨方法並びにウェーハ待避プログラムに関し、 特にウェーハ加工中に何らかのトラブルが発生した場合にウェーハを待避する研磨装置、研磨方法並びにウェーハ待避プログラムに関する。
【0003】
【従来の技術】
近年、半導体技術の発展により、デザインルールの微細化、多層配線化が進んでいる。通常半導体ウェーハの表面に形成されているCuダマシン構造は、表面には配線膜であるCu膜が形成されており、その下にはバリア膜であるTaN膜又はTa膜が形成され、更にバリア膜の下は酸化膜になっている。そのためCuのCMP(化学的機械研磨:Chemical Mechanical Polishing )においては、最初にCu膜を研磨除去し、次にTaN膜等のバリア膜を研磨して除くという2段階の工程にて研磨を行っている。
【0004】
研磨対象となるウェーハは、専用のカセットからインデックス用ロボット等のハンドリング手段によって取り出され、膜厚測定工程を経由した後に、Cu膜とTaN膜を除去する研磨工程に移される。Cu膜を除去する工程を第1ステップとし、TaN膜を除去する工程を第2ステップとすると、第1ステップのCu除去工程ではCuを除去してTaNが出てきたところで研磨を終了し第2ステップに移る。一般に第2ステップのTaN除去工程ではTaNが比較的良く研磨されるスラリーが使用されるために、第1ステップと第2ステップとが同一の研磨パッドで処理されることはなく、別々の研磨手段で処理される。第2ステップの研磨が行われた後には、研磨スラリーと研磨粉を除去する粗洗浄工程、精密洗浄工程、リンス工程と、乾燥工程とを経由して再び膜厚測定工程を経由した後に専用のカセットに収納する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
この研磨工程後におけるウェーハの搬送工程や、粗洗浄工程、精密洗浄工程、リンス工程、乾燥工程、膜厚測定工程の途中で、研磨後のウェーハ表面が酸化してしまったり改質してしまうことが問題となる。特に配線材料の導体として用いているCuやAl、Wなどの金属材料は、外気と接触している部分が酸化しやすいという性質がある。近年では配線部分が微細化されているために断面積の割に表面積が多い。この配線材料表面の酸化は配線の導電率や高周波特性の大幅な低下につながり、最終製品の品質に大きく影響する。例えばCuの配線幅及び配線深さは、0.1μmのオーダーであるが、今後さらに配線が微細化すれば、更に配線材料表面の酸化の度合いが大きな問題になってくると考えられる。
【0006】
また、ウェーハの研磨工程において、装置又はワークの何らかのトラブルによって製品が滞留した際には、ウェーハ表面の酸化や改質が進み、ウェーハの品質を悪化させるという不具合を生じている。
【0007】
ウェーハ表面の研磨工程では、研磨対象膜であるCuなどの配線材料に化学的に反応して微細なエッチングを行う研磨スラリーが使用されている。また、洗浄薬液もCuなどの配線材料に化学的に反応して微細なエッチングを行う洗浄薬液が使用されている。このような研磨スラリーや洗浄薬液がウェーハ表面に作用している時間は、本来非常に厳密に管理する必要がある。仮に、このような液体に長期侵された状態で放置された場合には、銅がエッチングされるなどウェーハ表面が化学的に改質され、配線の導電率低下や、場合によっては配線破断などの故障を起こし、不良品となってしまうという不具合を生じていた。
【0008】
このように従来のCMPシステムでは研磨後の酸化や改質という問題が発生しており、その一例が以下の文献などに紹介されている。
参考資料:最新CMPプロセスと材料技術 土肥俊郎、木下正治監修 技術情報協会 257頁、261頁、272頁等
参考資料:電子材料 VOL.40 No.3 96頁等
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、研磨加工後の搬送工程、洗浄工程、乾燥工程、検査工程、収納工程等の各工程において、ウェーハ表面の酸化や改質を防止することが可能な研磨装置並びに研磨方法を提供することを目的としている。
【0009】
また本発明は、研磨装置においてトラブルが発生した場合であっても、研磨加工工程や研磨加工直後、研磨加工後の搬送工程、洗浄工程、乾燥工程、検査工程、収納工程等における大気暴露状態でのウェーハ滞留を防止し、ウェーハ表面の酸化や改質を防止することが可能となる。
【0010】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、ウェーハを研磨パッドに接触させてウェーハ表面を研磨する研磨装置において、ウェーハを外界の空気から遮断する格納室と、前記格納室内に不活性ガスを充填する不活性ガス供給手段とを備えたことを特徴としている。
【0011】
本発明によれば研磨装置の搬送工程部、洗浄工程部、検査工程部に、ウェーハを外界の空気から遮断する格納室(搬送洗浄室)と、前記格納室内に不活性ガスを充填する不活性ガス供給手段とを備えたので、研磨加工後の搬送工程、洗浄工程、乾燥工程、検査工程、又は収納工程等の各工程において、ウェーハ表面の酸化や改質を改善することが可能となる。
【0012】
また請求項4に記載の発明は、ウェーハを一時的に格納するとともにウェーハを外界の空気から遮断するウェーハ格納室と、ウェーハ格納室内に不活性ガス又は不活性液体等の不活性物質を充填する不活性物質充填手段と、ウェーハ格納室内にウェーハを搬入するウェーハ搬入手段とを備えたことを特徴としている。
【0013】
本発明によれば、ウェーハを一時的に格納するとともにウェーハを外界の空気から遮断するウェーハ格納室と、ウェーハ格納室内に不活性ガス又は不活性液体等の不活性物質を充填する不活性物質充填手段と、ウェーハ格納室内にウェーハを搬入するウェーハ搬入手段とを備えたので、研磨加工工程中や研磨加工直後、研磨加工後の搬送工程、洗浄工程、乾燥工程、検査工程、収納工程等において、ウェーハ表面の酸化や改質を防止することが可能となる。
【0014】
また請求項6に記載の発明は、請求項4又は請求項5に記載の研磨装置に加えて、当該研磨装置において発生したトラブルを検出する検出手段を備え、前記ウェーハ搬入手段は、前記検出手段が研磨装置に発生したトラブルを検出すると前記ウェーハ格納室内にウェーハを搬入することを特徴としている。
【0015】
本発明によれば研磨装置は、当該研磨装置において発生したトラブルを検出する検出手段を備え、前記ウェーハ搬入手段は、前記検出手段が研磨装置に発生したトラブルを検出すると前記ウェーハ格納室内にウェーハを搬入するようにしたので、当該研磨装置においてトラブルが発生した場合であっても、研磨加工工程中や研磨加工直後、研磨加工後の搬送工程、洗浄工程、乾燥工程、検査工程、収納工程等における大気暴露状態でのウェーハ滞留を防止し、ウェーハ表面の酸化や改質を防止することが可能となる。
【0016】
また請求項7に記載の発明は、請求項4、請求項5又は請求項6に記載の研磨装置に用いる不活性液体として、溶存酸素0.1ppm以上且つ1ppm以下の超純水、又は、比抵抗が16Mオーム以上且つ30MΩ以下の超純水を用いたことを特徴としている。
【0017】
本発明によれば、研磨装置に用いる不活性液体として、溶存酸素0.1ppm以上且つ1ppm以下の超純水、又は、比抵抗が16Mオーム以上且つ30MΩ以下の超純水を用いたので、安価にてウェーハ表面の酸化や改質を防止することが可能となる。
【0018】
また請求項8に記載の発明は、ウェーハを研磨パッドに接触させてウェーハ表面を研磨する研磨装置において、当該研磨装置において発生したトラブルを検出する検出手段と、ウェーハを一時的に格納する格納室であるとともにウェーハを外界の空気から遮断するウェーハ格納室と、前記ウェーハ格納室内に不活性ガス又は不活性液体等の不活性物質を充填する不活性物質充填手段と、ウェーハ格納室内にウェーハを搬入するウェーハ搬入手段と、前記検出手段が研磨装置に発生したトラブルを検出すると前記ウェーハ搬入手段に対してウェーハをウェーハ格納室内に搬入する指示を出力する制御手段とを備えたことを特徴としている。
【0019】
本発明によれば、研磨装置において発生したトラブルを検出する検出手段と、ウェーハを一時的に格納する格納室であるとともにウェーハを外界の空気から遮断するウェーハ格納室と、前記ウェーハ格納室内に不活性ガス又は不活性液体等の不活性物質を充填する不活性物質充填手段と、ウェーハ格納室内にウェーハを搬入するウェーハ搬入手段と、前記検出手段が研磨装置に発生したトラブルを検出すると前記ウェーハ搬入手段に対してウェーハをウェーハ格納室内に搬入する指示を出力する制御手段とを備えたので、当該研磨装置においてトラブルが発生した場合であっても、研磨加工工程中や研磨加工直後、研磨加工後の搬送工程、洗浄工程、乾燥工程、検査工程、収納工程等における大気暴露状態でのウェーハ滞留を防止し、ウェーハ表面の酸化や改質を防止することが可能となる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係る研磨装置、研磨方法並びにウェーハ待避プログラムの好ましい実施の形態について詳説する。尚各図において、同一の部材については同一の番号又は記号を付している。
【0021】
図1に、本発明に係る研磨装置の外観斜視図を示す。
【0022】
同図に示すようにウェーハ研磨装置10内の搬送工程部や洗浄工程部等は壁、窓、扉で覆われており、ウェーハWの搬送中並びに洗浄処理中は外界とウェーハ研磨装置10の内部とは遮断された状態に保たれ、例えばウェーハ研磨装置10の内部には不活性ガスが充填されている。なお、ウェーハ研磨装置10の側面には、不活性ガス供給手段の格納部の扉が設けられており、不活性ガスのボンベ交換時や不活性ガス供給装置のメンテナンス時に作業者が開けて作業をするように構成されている。
【0023】
図2は、 本発明に係る研磨装置の第1の実施形態を示す平面断面図である。
【0024】
図2に示すようにウェーハ研磨装置10は、ウェーハ収納部20、搬送手段14、研磨手段16、16、16、洗浄・乾燥手段18、膜厚測定手段29、不活性ガス供給手段69とから構成されている。
【0025】
ウェーハ収納部20は、製品用ウェーハ収納部20A、ダミーウェーハ収納部20B、第1モニターウェーハ収納部20C、第2モニターウェーハ収納部20Dとからなり、各収納部にはカセット24に収納されたウェーハWが収納される。製品用ウェーハ収納部20Aは2個並んで設けられている。また第1モニターウェーハ収納部20Cはカセット24の下段を使用し、同じカセット24の上段は第2モニターウェーハ収納部20Dになっている。
【0026】
搬送手段14は、インデックス用ロボット22とトランスファーロボット30及び搬送ユニット36A、36Bとから構成されている。インデックス用ロボット22は、旋回自在かつ屈曲自在なアームを2本備えており、図2の矢印Y方向に沿って移動自在に設けられている。このインデックス用ロボット22は、各ウェーハ収納部に載置されたカセット24から研磨対象のウェーハWを取り出して膜厚測定手段29及び受渡しポート26、28に搬送するとともに、洗浄が終了したウェーハWを洗浄・乾燥手段18から受け取ってカセット24に収納する。トランスファーロボット30は、屈曲自在かつ旋回自在なロード用アーム30Aとアンロード用アーム30Bとを備えており、図2の矢印X方向に沿って移動自在に設けられている。ここで、ロード用アーム30Aは、研磨前のウェーハWの搬送に使用され、その先端部に備えられた図示しないパッドで研磨前のウェーハWを受渡しポート26、28から受け取り、搬送ユニット36A、36Bに搬送する。一方、アンロード用アーム30Bは、研磨後のウェーハWの搬送に用いられ、その先端に備えられた図示しないパッドで研磨後のウェーハWを搬送ユニット36A、36Bから受け取り、洗浄・乾燥手段18又はアンロードカセット32へと搬送する。搬送ユニット36A、36Bは、どちらも図2の矢印Y方向に沿って移動自在に設けられ、夫々受取り位置SA 、SB と受渡し位置TA 、TB の間を移動する。受取り位置SA 、SB でトランスファーロボット30のロード用アーム30Aから研磨対象のウェーハWを受取り、受渡し位置TA 、TB に移動して研磨ヘッド38A、38Bに受け渡す。また研磨後のウェーハWを受渡し位置TA 、TB で受取り、受取り位置SA 、SB に移動してトランスファーロボット30のアンロード用アーム30Bに受け渡す。この搬送ユニット36A、36Bは夫々が別々の2個の受け台を持っており、この2個の受け台は研磨前のウェーハW用と研磨後のウェーハW用とに使い分けられる。洗浄・乾燥手段18の隣にはアンロードカセット32が設けられ、研磨後のウェーハWを一時収納する場合に使用される。たとえば洗浄・乾燥手段18の運転中止中に研磨後のウェーハWがトランスファーロボット30に搬送されて一時収納される。
【0027】
研磨手段16、16、16は、ウェーハWの研磨を行い、図2に示すように、研磨定盤34A、34B、34C、研磨ヘッド38A、38B、スラリー供給ノズル37A、37B、37C及びキャリア洗浄ユニット40A、40Bを備えている。研磨定盤34A、34B、34Cは、円盤状に形成されており、3台が並列して配置されている。各研磨定盤34A、34B、34Cの上面には、それぞれ研磨パッド(図示せず)が貼付されており、この研磨パッド上にスラリー供給ノズル37A、37B、37Cからスラリーが供給される。また、各研磨定盤34A、34B、34Cは、図示しないモータで駆動されて回転し、この回転する研磨定盤34A、34B、34CにウェーハWが押し付けられることで、ウェーハWが研磨される。
【0028】
ここで、この3つの研磨定盤34A、34B、34Cのうち左右の研磨定盤34A、34Bは第1の研磨対象膜の研磨に用いられ、中央の研磨定盤34Cは第2の研磨対象膜の研磨に用いられる。両者の研磨においては、供給するスラリーの種類、研磨ヘッドの回転数や研磨定盤の回転数、また、研磨ヘッドの押付力や研磨パッドの材質等が変更されている。なお、この研磨定盤34A、34B、34Cの近傍には、それぞれドレッシング装置35A、35B、35Cが設けられている。ドレッシング装置35A、35B、35Cは、旋回自在なアームを備えており、このアームの先端に設けられたドレッサによって研磨定盤34A、34B、34C上の研磨パッドをドレッシングする。研磨ヘッドは38A、38Bと2台設置されており、それぞれ図2の矢印X方向に沿って移動自在に設けられている。
【0029】
研磨ヘッド38Aは、保持したウェーハWを研磨定盤34A上の研磨パッドに押し付けて、研磨定盤34Aと研磨ヘッド38Aとをそれぞれ回転させながら、研磨パッド上にスラリーを供給することにより、ウェーハWが研磨される。他方側の研磨ヘッド38Bも同様に構成される。
【0030】
また図2に示すように、研磨定盤34A、34B、34Cの間にはキャリア洗浄ユニット40A、40Bが2台設置されており、それぞれ搬送ユニット36A、36Bの所定の受渡位置TA 、TB に配置されている。このキャリア洗浄ユニット40A、40Bは、研磨終了後の研磨ヘッド38A、38Bのキャリアを洗浄する。
【0031】
洗浄・乾燥手段18は、研磨が終了したウェーハWを洗浄する。この洗浄・乾燥手段18は、洗浄装置68Aと乾燥装置68Bとを備えている。洗浄装置68Aは3個の洗浄槽を有し、粗洗浄、精密洗浄及びリンスの順に配置されている。粗洗浄部では、ウェーハWに対してアルカリ溶液を流し、ダブルサイドブラシによりウェーハW表面の洗浄を行う。また、精密洗浄部では、ウェーハWに対して酸性薬液を流し、ダブルサイドブラシによりウェーハW表面の洗浄を行う。また、リンス部では、超音波水を供給しながらペンブラシによる精密洗浄を行う。研磨手段16、16、16で研磨されたウェーハWは、トランスファーロボット30によって洗浄・乾燥手段18へと搬送され、この洗浄・乾燥手段18の洗浄装置68Aで粗洗浄、精密洗浄及びリンスされた後、乾燥装置68Bで乾燥される。乾燥されたウェーハWは、搬送手段14のインデックス用ロボット22によって乾燥装置68Bから取り出され、必要に応じて膜厚測定手段29にて膜厚測定を実施した後に、ウェーハ収納部20にセットされたカセット24の所定の位置に収納される。
【0032】
膜厚測定手段29は、ウェーハWのセンタリング機構と膜厚測定機とを有している。膜厚測定機では、研磨対象膜が酸化膜である場合には、光干渉式の膜厚測定機等が用いられ、研磨対象膜がメタル膜の場合には4探針比抵抗測定器等が用いられる。
【0033】
また、本発明に係る研磨装置の不活性ガス供給手段69には、ヘリウムやアルゴン、ネオン等の希ガス、又は窒素や二酸化炭素その他の反応性の乏しい不活性ガスが充填されている不活性ガスボンベ70と、不活性ガスの供給及び供給停止を制御するバルブ72と、液体として貯蔵されている不活性ガスを気化させる気化器74と、不活性ガスの供給圧力を大気圧と同圧力、又は大気圧より少し高めに調節するガバナ76とが設けられている。
【0034】
ウェーハWの搬送工程中又は洗浄工程中等においては、バルブ72を開いて不活性ガスボンベ70から不活性ガス、又はその液体が気化器74に流出させ、気化器74にて気化された不活性ガスをガバナ76にて所定の圧力に設定した後に、ギャラリーを介して搬送洗浄室82(ウェーハWを外界の空気から遮断する搬送室や洗浄室を含む格納室)内に流出する。このようにして、搬送洗浄室82内は大気圧と略同圧力若しくは外界よりも少し高めの圧力に設定されているために、外部から酸素を含む空気が流入することなく、搬送洗浄室82内を不活性ガスで充填することが可能となる。図2に示す搬送洗浄室82では、搬送工程、洗浄工程、検査工程、並びに収納工程までに存在するウェーハWを、外界の空気から遮断することが可能となっている。
【0035】
また、搬送洗浄室82には、搬送洗浄室82内の気体の排出口となるダンパ80が設けられている。ダンパ80は、搬送洗浄室82内の圧力が外界の大気圧よりも高くなると、その圧力差に応じた流量の気体を搬送洗浄室82の外部に流出させることが可能となっている。また、ダンパ80を設ける代わりにブロワ78を設けて、搬送洗浄室82内の気体を外部に排出するようにしてもよい。
【0036】
上記の説明では、ガバナ76の働きによって、一定の圧力で不活性ガスを流出する例で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、搬送洗浄室内の圧力を圧力計にて測定し、その測定した圧力に基づいて不活性ガスの流量や排出圧力を調節する構成であっても本発明の目的を達成することが可能である。
【0037】
また、搬送洗浄室82には、ウェーハWの搬入及び搬出用の扉や、研磨ヘッド38A等やドレッシング装置35A等のメンテナンス用の扉等の開口部が設けられているが、その開口部の扉にはパッキンが設けられており、外界の雰囲気と略遮断する構造を採用している。
【0038】
また、ウェーハ表面の酸化や改質が問題となるのは主に研磨加工後のウェーハWであることから、ウェーハWを外界の空気から遮断する格納室は、加工後の搬送工程部、粗洗浄工程部、精密洗浄工程部、リンス工程部、検査工程部、又は加工後のウェーハ収納部にそれぞれ独立して設けるようにしてもよい。また研磨手段16とは別の筐体に、搬送手段14や洗浄装置68A、乾燥装置68B、膜厚測定手段29(検査工程)等を備えたウェーハの洗浄装置を設け、その洗浄装置の格納室内を不活性ガスで充填した状態でウェーハWの搬送工程、洗浄工程、リンス工程、乾燥工程、検査工程又は収納工程等を実施するようにしても、本発明の目的を達成することが可能である。
【0039】
図3に、本発明に係る研磨装置における格納室の他の実施の形態を示す。
【0040】
同図は、ウェーハ研磨装置10における研磨手段16と、洗浄装置68Aと、乾燥装置68Bとに設けたモジュール格納室を、当該研磨装置10の側面から見た断面図である。不活性ガスはウェーハ研磨装置10の上部、及び、研磨手段16、洗浄装置68A、乾燥装置68B等の各モジュール格納室の上部から流出しており、各モジュール格納室内をダウンフローで通過した後に各モジュール格納室の下部から排気される。
【0041】
図2に示した例では、ウェーハ研磨装置10のほぼ全体を1つの格納室とした実施例で示したが、図3に示すように洗浄工程部、乾燥工程部、また、必要に応じてリンス工程部、又は検査工程部にそれぞれウェーハWを外気と遮断するモジュール格納室を設け、不活性ガスを充填するようにしても本発明の目的を達成することが可能となる。
【0042】
図4は、本発明に係る研磨装置の第1実施形態の信号処理系ブロック図である。
【0043】
図4に示すようにウェーハ研磨装置10の信号処理系には、記憶手段11、検出手段12、研磨性能指標計算部13、研磨状況判断部15、研磨条件設定部17、第1制御手段19等の各種制御ブロックが設けられている。記憶手段11は膜厚測定手段29で測定したウェーハWの膜厚データを記憶し、検出手段12はウェーハ研磨装置10にて発生する種々のトラブルを検出し、研磨性能指標計算部13では前記膜厚データや研磨に要した加工時間等から研磨均一性、研磨レート、研磨形状等の研磨性能指標を演算することか可能となっている。研磨状況判断部15では、研磨性能指標計算部13によって求められた研磨均一性、研磨レート、研磨形状等の研磨性能指標から製品用ウェーハWの研磨を行うかモニターウェーハによるモニター研磨を行うかを判断する手段を有している。また研磨条件設定部17では研磨性能指標計算部13によって求められた研磨均一性、研磨レート、研磨形状等の研磨性能指標から、研磨条件や研磨形状制御パラメータの設定を行う。第1制御手段19は前述の各部における判断信号や、設定信号を受けて装置の動きを制御するコントローラであり、表示手段19Aは研磨性能指標や研磨条件等を表示するディスプレイである。
【0044】
以上のように構成されたウェーハ研磨装置10は、次のようにウェーハWを処理する。
【0045】
先ず研磨加工に際して、搬送洗浄室82内を不活性ガスで充填する。搬送洗浄室82内では不活性ガスの割合が徐徐に増加して、搬送洗浄室82内に含まれる酸素の量が相対的に減少する。搬送洗浄室82内を不活性ガスで充填することによって、CMP加工後の搬送工程、洗浄工程、乾燥工程、検査工程等の各工程において、ウェーハ表面の酸化や改質を改善することが可能となる。
【0046】
搬送洗浄室82内が不活性ガスで充填されると、ウェーハWのCMP加工を開始する。カセット24に収納されたウェーハWがインデックス用ロボット22によって取り出され、膜厚測定手段29に搬送される。そして、この膜厚測定手段29でセンタリングと必要に応じて膜厚測定が行われる。センタリングされたウェーハWはインデックス用ロボット22によって取り出され受渡しポート26又は28に載置される。次にトランスファーロボット30のロード用アーム30Aによって受渡しポート26又は28から取り出され、搬送ユニット36Aへと搬送される。搬送ユニット36Aでは、あらかじめロード用受け台が所定の受取位置SA に待機しており、この受取位置SA に位置したロード用受け台にロード用アーム30AからウェーハWが受け渡される。ウェーハWが受け渡されたロード用受け台は、前進して所定の受渡位置TA へと移動する。この受渡位置TA の上方には、あらかじめ研磨ヘッド38Aが待機しており、この研磨ヘッド38Aにロード用受け台からウェーハWが受け渡される。
【0047】
ウェーハWを受取った研磨ヘッド38Aは、そのウェーハWをキャリアで吸着保持して、所定の研磨位置PA へと移動する。そして、その位置で吸着を解除して、ウェーハWを研磨パッド上に載置してウェーハWを研磨する。研磨は、ウェーハWをキャリアで研磨パッドに押し付けながら、研磨定盤34Aと研磨ヘッド38Aの双方を回転させ、その回転する研磨パッド上にスラリー供給ノズル37Aからスラリーを供給して第1の研磨対象膜を研磨する。
【0048】
研磨終了後のウェーハWは、再びキャリアに吸着保持されて研磨定盤34A上から回収される。この後、第2の研磨対象膜を研磨する場合には、研磨ヘッド38Aは、そのまま中央の研磨定盤34C上の研磨位置PC へと移動する。そして、その中央の研磨定盤34Cで研磨特性を変えて第2の研磨対象膜の研磨を行う。一方、第1の研磨対象膜だけで研磨を終える場合は、研磨ヘッド38Aは所定の受渡位置TA に移動する。そして、その受渡位置TA にあらかじめ位置した搬送ユニット36Aのアンロード受け台にウェーハWを受け渡す。
【0049】
なお、中央の研磨定盤34Cで第2の研磨対象膜の研磨を行った場合も、研磨終了後は、研磨ヘッド38Aが研磨位置PC から受渡位置TA へと移動してアンロード受け台にウェーハWを受け渡す。
【0050】
受渡位置TA で研磨後のウェーハWが受け渡された搬送ユニット36Aのアンロード受け台は、後退して所定の受取位置SA へと移動する。そして、この受取位置SA に位置したアンロード受け台からトランスファーロボット30のアンロード用アーム30BによってウェーハWが取り出され、洗浄・乾燥手段18へと搬送される。
【0051】
洗浄・乾燥手段18に搬送されたウェーハWは、洗浄装置68Aで粗洗浄、精密洗浄及びリンスされたのち、乾燥装置68Bで乾燥される。そして、乾燥装置68Bで乾燥されたウェーハWは、搬送手段14のインデックス用ロボット22によって乾燥装置68Bから取り出され、必要に応じて膜厚測定手段29に搬送され、膜厚が測定された後再びインデックス用ロボット22によってウェーハ収納部20にセットされたカセット24の所定の位置に収納される。以上一連の工程を経て不活性ガスの雰囲気中で一枚のウェーハWの研磨が終了する。
【0052】
図5は、本発明に係る研磨装置の第2の実施形態を示す平面断面図である。
【0053】
同図に示すようにウェーハ研磨装置10Aには、ウェーハの研磨手段16と、アンロードカセット32(後述するウェーハ格納室90の機能を備えていてもよい)と、洗浄装置68Aの各洗浄モジュールと、乾燥装置68Bとが設けられており、それぞれの内部又は近傍にはウェーハ格納室90を備えている。このウェーハ格納室90には、第1制御手段19又は後述する第2制御手段21の指示に基づいて、純水などの反応性の乏しい液体又は不活性ガスなどの反応性の乏しい気体を充填することが可能となっている。
【0054】
図6に、本発明に係る研磨装置の第2実施形態の信号処理系ブロック図を示す。
【0055】
同図に示すブロック図は、図4に示したブロック図に対して独立した第2制御手段21を設けた実施の形態を示す図である。したがって、図4と同一の機能を有するブロックについては説明を省略する。
【0056】
図4に示した実施例と同様に、検出手段12は研磨装置10Aにおける各種のトラブルや第1制御手段19のトラブルを検出することが可能となっている。そしてその検出したトラブル情報は検出手段12から第2制御手段21に伝達される。検出手段12が検出したトラブル情報が、これ以上継続して通常の研磨加工を実施することができないようなトラブルであって第1制御手段19では回避できないような重大なトラブルであると判断した場合には、第2制御手段21は第1制御手段19及び切替手段に対して、研磨装置10Aの制御を、第1制御手段19から第2制御手段21に移行する旨の切替情報を出力する。なお、研磨装置10Aにて発生するトラブルの具体例については後述する。
【0057】
前記切替情報を受信した第1制御手段19は、ウェーハの研磨装置10Aの制御を中断する。また前記切替情報を受信した切替手段は、搬送手段14、研磨手段16、洗浄・乾燥手段18、製品用ウェーハ収納部20A等の制御を従来の第1制御手段19から第2制御手段21に切り換える処理を行う。この制御の切替処理によって、以降第2制御手段21が搬送手段14、研磨手段16、洗浄・乾燥手段18、製品用ウェーハ収納部20A等の制御を実施することが可能となる。
【0058】
研磨装置10Aにてトラブルが発生したことを受けて研磨装置10Aの全体の制御が第1制御手段19から第2制御手段21に移行されると、第2制御手段21は、研磨手段16にて研磨加工中のウェーハW又は研磨加工を終了したウェーハWを、研磨ヘッド38A等を用いてウェーハ格納室90に搬入する「ウェーハ待避プログラム」を実行する。また、ウェーハWをウェーハ格納室90に搬入する代わりに、搬送ユニット36A等、トランスファーロボット30、インデックス用ロボット22等を介してカセット24に搬入するようにしてもよい。
【0059】
またトランスファーロボット30や研磨ヘッド38、搬送ユニット36A、36B、インデックス用ロボット22等のウェーハ搬入手段は、第2制御手段21の指示に基づいて、又は検出手段12がウェーハの研磨装置10Aにトラブルが発生したことを検出すると、加工中や加工後、洗浄中、洗浄後又は移動中のウェーハを待避して格納することが可能となっている。
【0060】
また検出手段12がウェーハの研磨装置10Aにトラブルが発生したことを検出すると、第2制御手段21はそのトラブル情報に基づいて、加工中や加工後、洗浄中、洗浄後又は移動中のウェーハを待避するために、ウェーハWをウェーハ格納室90に搬入する指示を、トランスファーロボット30や研磨ヘッド38、搬送ユニット36A、36B、インデックス用ロボット22等のウェーハ搬入手段に出力することが可能となっている。
【0061】
また、検出手段12がウェーハの研磨装置10Aにおける各種のトラブルを直接検出する代わりに、研磨手段16や洗浄・乾燥手段18、ウェーハ収納部20A、20B、20C、トランスファーロボット30や研磨ヘッド38A、38B、搬送ユニット36A、36B、インデックス用ロボット22等のウェーハ搬入手段がそれぞれのモジュールにおけるトラブルやエラーを検出して、その情報を直接第1制御手段19若しくは第2制御手段21に出力するようにしても本発明の目的を達成することが可能となる。
【0062】
なお、ウェーハWを加工後にウェーハ格納室90に待避する場合とは、ウェーハ研磨装置10Aにトラブルが発生した場合であって図4又は図6に示す検出手段12が、加工中又は加工後に精度や品質面でウェーハWに不具合が発生したことを検出した場合、研磨パッドの機能等に不具合が発生したことを検出した場合、研磨定盤34A等に不具合が発生したことを検出した場合、ドレッシング装置35A等に不具合が発生したことを検出した場合、搬送ユニットに不具合が発生したことを検出した場合、供給するスラリーや洗浄水に不具合が発生したことを検出した場合、トランスファーロボット30に不具合が発生したことを検出した場合、インデックス用ロボット22に不具合が発生したことを検出した場合、他の工程で不具合が発生したことを検出した場合などである。
【0063】
また、ウェーハWを洗浄中にウェーハ格納室90に待避する場合とは、検出手段12が洗浄中に品質面でウェーハWに不具合が発生したことを検出した場合、洗浄ブラシ自体若しくは洗浄ブラシの駆動に不具合を生じたことを検出した場合、供給する洗浄液や洗浄水に不足や詰まりなどの不具合が発生したことを検出した場合、トランスファーロボット30に不具合が発生したことを検出した場合、インデックス用ロボット22に不具合が発生したことを検出した場合、他の工程で不具合を検出したことを検出した場合などである。
【0064】
また、ウェーハWを移動中にウェーハ格納室90に待避する場合とは、検出手段12が移動中にウェーハWに割れ落下等の不具合が発生したことを検出した場合、搬送装置に不具合が発生したことを検出した場合、トランスファーロボット30に不具合が発生したことを検出した場合、インデックス用ロボット22に不具合が発生したことを検出した場合、他の工程で不具合を検出した場合などである。
【0065】
なお、上記の例では図6に示した信号処理系ブロック図において検出手段12が研磨装置10Aのトラブルを検出した場合の実施例で説明したが、本発明は図6に示した実施例に限定されるものではなく、図4に示した信号処理系ブロック図を用いたウェーハ研磨装置10であっても本発明の目的を達成することが可能である。その場合には、第2制御手段21が第1制御手段19に代わってウェーハ研磨装置10Aの制御を実施するのではなく、トラブルが発生した場合には、第1制御手段19における通常の研磨処理プログラムに代えてトラブル発生時の「ウェーハ待避プログラム」を起動して、加工中や加工後、洗浄中、洗浄後、又は移動中のウェーハをウェーハ格納室90やカセット24に待避する指示を出力するようにしてもよい。
【0066】
図7(a)及び(b)に、研磨加工後にウェーハ研磨装置10Aにおいて何らかの不具合を検出した場合におけるウェーハWの流れを示す。
【0067】
図7(a)に示すようにウェーハWを加工する場合には、先ず搬送ユニット36A上に存在するウェーハWを研磨ヘッド38Aに設けられているキャリアで吸着保持して、ウェーハの研磨手段16に設けられている研磨定盤34A及び研磨パッド34a上へと移動する。次にその位置で吸着を解除して、ウェーハWを研磨パッド34a上に載置してウェーハWを研磨する。研磨は、ウェーハWを研磨ヘッド38Aに設けられているキャリアによって所定の押圧力で研磨パッド34aに押し付けながら、研磨定盤34Aと研磨ヘッド38Aの双方を回転させ、その回転する研磨パッド34a上にスラリー供給ノズル37Aからスラリーを供給して第1の研磨対象膜及び第2の研磨対象膜を研磨する。
【0068】
通常の研磨加工では、研磨終了後のウェーハWは再び研磨ヘッド38Aに設けられているキャリアに吸着保持されて研磨定盤34A上から回収されて、例えば第2の研磨対象膜を研磨する研磨定盤34Cへ移載したり、搬送ユニット36A上に移載する。ところが、研磨中又は研磨終了後にウェーハ研磨装置10Aにおいて何らかの不具合が発生した場合であって、以降ウェーハWの洗浄や検査を続行することができなくなった場合には、ウェーハWを研磨ヘッド38Aに設けられているキャリアに吸着保持して研磨定盤34A上から回収して、ウェーハ格納室90内に格納する。
【0069】
図7(b)に示すようにウェーハ格納室90の内部は、純水や窒素ガス等の反応性の乏しい液体又は不活性ガス、又は湿度90%以上の気体が不活性物質充填手段88の働きによって充填されているので、加工後のウェーハWをウェーハ格納室90内に待避することによって、ウェーハ研磨装置10Aにおけるトラブル発生時のウェーハWの表面の酸化や改質を防止することが可能となっている。なお、研磨中又は研磨終了直後のウェーハWにはスラリーが付着しているので、ウェーハ格納室90内部に純水を流しておき、スラリーによる化学的研磨の進行を防止するようにしてもよい。また、ウェーハ格納室90の内部に充填する液体は、異種の金属等を含まず、溶存酸素1ppm以下の超純水、又は比抵抗が16MΩ以上の超純水とすることによって、ウェーハ表面の酸化や改質を防止する効果が得られる。なお、溶存酸素が極端に少ない超純水や比抵抗値が極端に高い超純水は非常に高価であるため、溶存酸素0.1ppm以上且つ1ppm以下の超純水、又は比抵抗が16MΩ以上且つ30MΩ以下の超純水を用いるようにしてもよい。
【0070】
不活性物質充填手段88にてウェーハ格納室90に不活性流体を充填する場合には、不活性流体が貯蔵されているタンク84からバルブ86を介してウェーハ格納室90に不活性流体を供給する。
【0071】
また、不活性物質充填手段88にてウェーハ格納室90に不活性ガスを充填する場合には、不活性ガスが貯蔵されている不活性ガスボンベ70からバルブ72、気化器74、ガバナ76等を介してウェーハ格納室90に不活性流体を供給する。
【0072】
なお、上記の例ではウェーハの研磨手段16(研磨モジュール)内に設けられているウェーハ格納室90にウェーハWを格納する実施例について説明したが、ウェーハWがトランスファーロボット30(ロードアンロードロボット)にて搬送中である場合、又はウェーハWがトランスファーロボット30の処理範囲内に存在する場合には、第1制御手段19若しくは第2制御手段21は、搬送手段14に存在するウェーハ格納室90(ロボット用ウェーハ格納室)にウェーハWを格納するように制御してもよい。
【0073】
また、同様にして、検出手段12がウェーハWが洗浄装置68Aの各洗浄モジュールにて洗浄中、又は洗浄後にウェーハ研磨装置10Aにおいて何らかの不具合が発生したことを検出した場合であって、以降ウェーハWの洗浄や乾燥、搬送又は検査を続行することができなくなった場合には、第1制御手段19若しくは第2制御手段21は、ウェーハWを各洗浄モジュール内に設けられているウェーハ格納室90に格納するようにしてもよい。
【0074】
また、検出手段12がウェーハWが乾燥装置68B(ウェーハ乾燥浄モジュール)にて乾燥中、又は乾燥後にウェーハ研磨装置10Aにおいて何らかの不具合が発生したことを検出した場合であって、以降ウェーハWの乾燥や検査、又は搬送を続行することができなくなったと判断した場合には、第1制御手段19若しくは第2制御手段21は、ウェーハWを乾燥モジュール内に設けられているウェーハ格納室90に格納するようにしてもよい。
【0075】
また、搬送ユニット(ウェーハ搬送カップ)36A又は36Bにウェーハ格納室90のように開閉可能な蓋を設けておき、ウェーハWが搬送ユニット36A又は36Bに載っている状態で、且つ、検出手段12がウェーハ研磨装置10Aにおいて何らかの不具合が発生したことを検出した場合であって、以降ウェーハWの搬送や乾燥、又は検査を続行することができなくなった場合には、第1制御手段19若しくは第2制御手段21は、搬送ユニット36A又は36Bに設けられている蓋を閉じる指示を出力するとともに、その格納室内部に不活性ガスや純水等の反応性の乏しい気体又は流体を充填するようにしてもよい。
【0076】
なお、ウェーハ研磨装置10A等にて対処不能な何らかのトラブルが発生した場合には、警告灯を点灯したり警告信号を発生してオペレータにトラブルの解消処理を委託する。そして、ウェーハ研磨装置10A等のオペレータがトラブルを解消する作業を実施してその作業が終了すると、オペレータはウェーハ研磨装置10A等に設けられている操作ボタンやタッチパネルを操作してエラーを解除して、研磨処理の再開を指示する。
【0077】
すると第1制御手段19又は第2制御手段21は、ウェーハ格納室90又はカセット24に格納したウェーハWを、前回処理が終了した工程以降に搬出する処理を行う。なお、第2制御手段がウェーハ研磨装置10Aの制御を担当している場合であって、正常な処理に復帰した場合には、切替手段及び第1制御手段に対して制御の移行を指示する。するとウェーハ研磨装置10Aの制御は第1制御手段に切り換えられて、以降第1制御手段19の指示に基づいてウェーハWの加工や洗浄が継続して実施される。
【0078】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るウェーハの研磨装置、研磨方法並びにウェーハ待避プログラムによれば、ウェーハを外界の空気から遮断する格納室と、前記格納室内に不活性ガスを充填する不活性ガス供給手段とを備えたので、研磨加工工程、研磨加工後の搬送工程、洗浄工程、乾燥工程、検査工程、又は収納工程等の各工程において、ウェーハ表面の酸化や改質を改善することが可能となる。
【0079】
また、他の発明の形態によれば、ウェーハを一時的に格納するとともにウェーハを外界の空気から遮断するウェーハ格納室と、ウェーハ格納室内に不活性ガス又は不活性液体等の不活性物質を充填する不活性物質充填手段と、ウェーハ格納室内にウェーハを搬入するウェーハ搬入手段とを備えたので、研磨加工工程中や研磨加工直後、研磨加工後の搬送工程、洗浄工程、乾燥工程、検査工程、収納工程等において、ウェーハ表面の酸化や改質を防止することが可能となる。
【0080】
また、他の発明の形態によれば、研磨装置において発生したトラブルを検出する検出手段を備え、ウェーハ搬入手段は検出手段が研磨装置において発生したトラブルを検出すると前記ウェーハ格納室内にウェーハを搬入するようにしたので、当該研磨装置においてトラブルが発生した場合であっても、研磨加工工程中や研磨加工直後、研磨加工後の搬送工程、洗浄工程、乾燥工程、検査工程、収納工程等における大気暴露状態でのウェーハ滞留を防止し、ウェーハ表面の酸化や改質を防止することが可能となる。
【0081】
また他の発明の形態によれば、研磨装置に用いる不活性液体として、溶存酸素0.1ppm以上且つ1ppm以下の超純水、又は、比抵抗が16Mオーム以上且つ30MΩ以下の超純水を用いたので、安価にてウェーハ表面の酸化や改質を防止することが可能となる。
【0082】
また他の発明によれば、研磨装置において発生したトラブルを検出する検出手段と、ウェーハを一時的に格納する格納室であるとともにウェーハを外界の空気から遮断するウェーハ格納室と、前記ウェーハ格納室内に不活性ガス又は不活性液体等の不活性物質を充填する不活性物質充填手段と、ウェーハ格納室内にウェーハを搬入するウェーハ搬入手段と、前記検出手段が研磨装置に発生したトラブルを検出すると前記ウェーハ搬入手段に対してウェーハをウェーハ格納室内に搬入する指示を出力する制御手段とを備えたので、当該研磨装置においてトラブルが発生した場合であっても、研磨加工工程中や研磨加工直後、研磨加工後の搬送工程、洗浄工程、乾燥工程、検査工程、収納工程等におけるウェーハ滞留を防止し、ウェーハ表面の酸化や改質を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る研磨装置の外観斜視図
【図2】本発明に係る研磨装置の第1の実施形態を示す全体平面断面図
【図3】本発明に係る研磨装置の格納室の他の実施の形態を示す図
【図4】本発明に係る研磨装置の第1実施形態の信号処理系ブロック図
【図5】本発明に係る研磨装置の第2の実施形態を示す平面断面図
【図6】本発明に係る研磨装置の第2実施形態の信号処理系ブロック図
【図7】研磨加工後に不具合を検出した場合におけるウェーハの流れを示す図
【符号の説明】
W…ウェーハ、10、10A…ウェーハ研磨装置、11…記憶手段、12…検出手段、13…研磨性能指標計算部、14…搬送手段、15…研磨状況判断部、16…研磨手段、17…研磨条件設定部、18…洗浄・乾燥手段、19…第1制御手段、19A…表示手段、20A…製品用ウェーハ収納部、20B…ダミーウェーハ収納部、20C…第1モニターウェーハ収納部、20D…第2モニターウェーハ収納部、21…第2制御手段、22…インデックス用ロボット、26,28…受渡しポート、29…膜厚測定手段、30…トランスファーロボット、32…アンロードカセット、34A、34B、34C…研磨定盤、36A、36B…搬送ユニット、38A、38B…研磨ヘッド、68A…洗浄装置、68B…乾燥装置、69…不活性ガス供給手段、70…不活性ガスボンベ、72…バルブ、74…気化器、76…ガバナ、78…ブロワ、80…ダンパ、82…搬送洗浄室、84…タンク、86…バルブ、88…不活性物質充填手段、90…ウェーハ格納室
Claims (10)
- ウェーハを研磨パッドに接触させてウェーハ表面を研磨する研磨装置において、
ウェーハを外界の空気から遮断する格納室と、
前記格納室内に不活性ガスを充填する不活性ガス供給手段と、
を備えたことを特徴とする研磨装置。 - 前記格納室は、ウェーハ加工後の搬送工程部、洗浄工程部、リンス工程部、乾燥工程部、検査工程部、又は加工後のウェーハを収納する収納部の少なくともいずれか1部に設けられていることを特徴とする請求項1の研磨装置。
- ウェーハを外界の空気から遮断する格納室と、該格納室内に不活性ガスを充填する不活性ガス供給手段とを備えた研磨装置におけるウェーハの研磨方法であって、
格納室内を不活性ガスで充填する工程と、
前記不活性ガスが充填されている格納室内で加工後のウェーハを搬送する工程、洗浄する工程、リンスする工程、乾燥する工程、又は検査する工程と、
を含むことを特徴とするウェーハの研磨方法。 - ウェーハを研磨パッドに接触させてウェーハ表面を研磨する研磨装置において、
ウェーハを一時的に格納する格納室であって、ウェーハを外界の空気から遮断するウェーハ格納室と、
前記ウェーハ格納室内に不活性ガス又は不活性液体等の不活性物質を充填する不活性物質充填手段と、
前記ウェーハ格納室内にウェーハを搬入するウェーハ搬入手段と、
を備えたことを特徴とする研磨装置。 - 前記ウェーハ格納室は、ウェーハ加工工程部、ウェーハ搬送工程部、洗浄工程部、リンス工程部、乾燥工程部、検査工程部、若しくは加工後のウェーハを収納する収納部の少なくといずれか1部の内部、又はその近傍に設けられていることを特徴とする請求項4の研磨装置。
- 研磨装置において発生したトラブルを検出する検出手段を備え、
前記ウェーハ搬入手段は、前記検出手段が研磨装置に発生したトラブルを検出すると、ウェーハ格納室内にウェーハを搬入することを特徴とする請求項4又は5の研磨装置。 - 前記不活性液体は、溶存酸素0.1ppm以上且つ1ppm以下の超純水、又は、比抵抗が16Mオーム以上且つ30MΩ以下の超純水であることを特徴とする請求項4、5又は6の研磨装置。
- ウェーハを一時的に格納するとともにウェーハを外界の空気から遮断するウェーハ格納室と、ウェーハ格納室内に不活性ガス又は不活性液体等の不活性物質を充填する不活性物質充填手段と、ウェーハ格納室内にウェーハを搬入するウェーハ搬入手段と、前記不活性物質充填手段とウェーハ搬入手段とを制御する制御手段とを備えたウェーハ表面の研磨装置の制御手段において動作するウェーハ待避プログラムであって、
前記制御手段に、
前記不活性物質充填手段が、ウェーハ格納室内に不活性ガス又は不活性液体等の不活性物質を充填する機能と、
前記ウェーハ搬入手段が、ウェーハ格納室内にウェーハを搬入する機能と、
を実現させるためのウェーハ待避プログラム。 - ウェーハを一時的に格納するとともにウェーハを外界の空気から遮断するウェーハ格納室と、ウェーハ格納室内に不活性ガス又は不活性液体等の不活性物質を充填する不活性物質充填手段と、ウェーハ格納室内にウェーハを搬入するウェーハ搬入手段とを備えた研磨装置におけるウェーハ表面の研磨方法であって、
前記不活性物質充填手段が、ウェーハ格納室内に不活性ガス又は不活性液体等の不活性物質を充填する工程と、
前記ウェーハ搬入手段が、ウェーハ格納室内にウェーハを搬入する工程と、
を含むことを特徴とする研磨方法。 - ウェーハを研磨パッドに接触させてウェーハ表面を研磨する研磨装置において、
研磨装置において発生したトラブルを検出する検出手段と、
ウェーハを一時的に格納する格納室であって、ウェーハを外界の空気から遮断するウェーハ格納室と、
前記ウェーハ格納室内に不活性ガス又は不活性液体等の不活性物質を充填する不活性物質充填手段と、
ウェーハ格納室内にウェーハを搬入するウェーハ搬入手段と、
前記検出手段が研磨装置に発生したトラブルを検出すると前記ウェーハ搬入手段に対して、ウェーハをウェーハ格納室内に搬入する指示を出力する制御手段と、
を備えたことを特徴とする研磨装置。
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