JP2006066447A - ワークチャックの洗浄装置、ワークチャックの洗浄方法、及びワークチャックの洗浄装置を備えた研磨装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 多数のピン14が下向きに突設され且つその先端で半導体ウェーハを吸着保持した状態で回転するワークチャック12と、複数の毛束を突設すると共にワークチャック12に毛束の先端が当接した状態で回転する表面ブラシ41と、ワークチャック12又は表面ブラシ41の少なくとも一方をワークチャック12の半径方向に変位させる変位駆動機構とを備える。
【選択図】 図1
Description
その後、研磨装置によりウェーハの表面を粗研磨並びに仕上げ研磨を行い、ウェーハ洗浄を施して鏡面ウェーハとしている。
図20は、このようなワークチャックを洗浄する洗浄装置と研磨装置の一例を示す概念図である(特許文献1参照)。図20(A)は研磨装置および洗浄装置の概略説明図、図20(B)はワークチャックの吸着面の平面図である。
ブラシ4eは、ナイロン,ポリビニルアルコール等の合成樹脂繊維を用いてなる複数本の毛体を洗浄部4aに植毛することにより構成されている。
そして、ブラシ4eは、ワーク吸着面1bに押し付けることによってアルカリ性溶液に直接触れない研磨砥粒の部分に対してアルカリ性溶液を浸透させるものであって、付着した研磨砥粒の全体を軟化させるために用いられており、螺旋吸引溝1cからの掻き出し効果を主とした機能とはなっていなかった。
したがって、洗浄部4aが回転しないこの方式では、図21(A)に示すように、ブラシ4eの当たりが一方向であり、螺旋吸引溝1cの延在方向、即ち、円周方向に沿う溝内を洗浄することはできるが、螺旋吸引溝1cの幅方向、即ち、半径方向は十分に洗浄することができない部分が残る。
上記の発明によれば、直径の小さな表面ブラシとワークチャックの少なくとも一方をワークチャックの半径方向に変位させることにより、表面ブラシがワークチャックのピンの周りを縦と横の方向から洗浄することができ、洗浄残りを少なくしてワークチャックでの異物の残存を低減することができる。
上記の発明によれば、直径の小さい表面ブラシによってワークチャックの全面を洗浄することができ、洗浄残しがなくしかも無駄のない効率的な洗浄を行うことができる。
上記の発明によれば、ワークチャックの異物付着率が高い部分を重点的に洗浄することが可能となり、洗浄残しがなくしかも無駄のない効率的な洗浄を行うことができる。
上記の発明によれば、ワークチャックに対して表面ブラシが外周側に位置してくるほど表面ブラシの相対的な変位速度を遅くすることにより、ワークチャックの中心から外周部にかけて表面ブラシを均等に当てることができ、ムラのない洗浄を行うことができる。
上記の発明によれば、表面ブラシに円周状に毛束を配設することにより、表面ブラシの全面に毛束を設けた場合よりも、効率よく異物を掻き出すことができる。
上記の発明によれば、表面ブラシによる洗浄領域にのみ洗浄水を供給することができるため、洗浄水が無駄になるのを防止することができる。
上記の発明によれば、洗浄水噴射ノズルを表面ブラシの相対変位に連動して変位させることにより、洗浄水を有効利用することができる。
上記の発明によれば、ワークを研磨した後のワークチャックを異物残存率の低い状態に洗浄したうえで、次のワークを保持して研磨加工することができる。
上記の発明によれば、直径の小さな表面ブラシとワークチャックの少なくとも一方をワークチャックの半径方向に変位させることにより、表面ブラシがワークチャックのピンの周りを縦と横の方向から洗浄することができ、洗浄残りを少なくしてワークチャックでの異物の残存を低減することができる。
図18及び図19は、本発明の洗浄装置を備えた半導体ウェーハの研磨装置全体の概略平面図である。
図18において研磨装置20は、研磨加工前の半導体ウェーハ11を搬入するウェーハ搬入装置21と、ウェーハ搬入装置21から搬入された半導体ウェーハ11のロード・アンロードを行うロード・アンロードステージ22と、第1〜第3研磨加工ステージ23,24,25と、各ステージ22〜25の上方に配置された研磨ヘッド支持部26と、研磨加工後の半導体ウェーハ11を搬出するウェーハ搬出装置27と、洗浄装置28とを備えている。
ウェーハ搬入装置21は、多数の半導体ウェーハ11を収納したカセット34を、2個備えている。カセット34には、前工程であるスライス工程において半導体インゴットからスライス加工された多数の半導体ウェーハ11が充填されている。各カセット34はウェーハ搬入装置21から取り外し可能であり、カセット34が空になったら、未研磨の半導体ウェーハ11が充填された新たなカセットと交換を行う。ウェーハ搬入装置21は他に回転伸縮アーム機構33を備え、カセット34に収納された未研磨の半導体ウェーハ11を各カセットの最上位に位置するものから順次取り出して、ロード・アンロードステージ22へと供給する。
ロード・アンロードステージ22は、図示左右にスライドするスライドテーブル70を有する。スライドテーブル70は、2枚の半導体ウェーハ11を載置可能な載置部70aを図示右側に2箇所有し、さらに2枚の半導体ウェーハ11を載置可能な載置部70bを図示左側に2箇所有する。カセット34に収納された未研磨の半導体ウェーハ11を搬入するときには、スライドテーブル70は図18に示すように図示右側にスライドした位置に配置される。
2枚の半導体ウェーハ11が研磨ヘッド31に吸着保持されたら、図18に示すように、スライドテーブル70は図示右側にスライドする。
研磨ステージは第1〜第3の研磨加工ステージに分かれており、第1研磨加工ステージ23と第2研磨加工ステージ24は粗研磨工程を行い、第3研磨加工ステージ25は仕上げ研磨工程を行う。粗研磨工程ではスライス加工工程等で半導体ウェーハ11の表面に入った加工ダメージの除去とウェーハ平坦度の作り込みを行い、仕上げ研磨工程では粗研磨工程における加工ダメージの除去と更なるウェーハ平坦度の向上のための研磨を行う。各研磨加工ステージ22,23,24には、各ステージ22,23,24上の2個の研磨ヘッド31に対して一つの研磨クロス32が設けられている。粗研磨工程と仕上げ研磨工程の相違点は、研磨に使用する研磨クロス32の質(面粗さ・硬度)の違いや、研磨時の回転数および加圧力,スラリー等の違いである。
研磨ヘッド支持部26は平面視で略十字形状を呈し、垂直軸26aを中心に水平面内で270°旋回自在に設置されている。研磨ヘッド支持部26の各先端には、それぞれ研磨ヘッド31を垂直下向きに2個ずつ、合計8個の研磨ヘッド31を備えている。各研磨ヘッド31は研磨ヘッド支持部26に対して昇降自在に支持されており、その昇降によって半導体ウェーハ11の研磨時の加圧力を調整する。8個の研磨ヘッド31はそれぞれ独立して昇降可能であり、各研磨加工ステージに位置する研磨ヘッド31は常に同期して昇降する必要があるわけではない。
さらに、研磨ヘッド支持部26は垂直軸26aを中心に反時計回りに90°回転する。すると、2枚の半導体ウェーハ11は第3研磨加工ステージ25に搬送される。ここでは、2枚の半導体ウェーハ11に所定時間の仕上げ研磨加工を行う。
第3研磨加工ステージ25で仕上げ研磨加工が終わったら、研磨ヘッド支持部26は垂直軸26aを中心に時計回りに270°回転する。すると、2枚の研磨後の半導体ウェーハ11はロード・アンロードステージ22に搬送される。
図18に示すようにウェーハ搬出装置27は、ロード・アンロードステージ22から研磨加工後の半導体ウェーハ11を取り出す回転伸縮アーム機構30と、この回転伸縮アーム機構30で取り出された半導体ウェーハ11を収納する回収カセット29とを備えている。回収カセット29は第3研磨加工ステージ25で仕上げ研磨された各半導体ウェーハ11を、それぞれが貼り付かないように枚葉化した状態で収納する。また、回収カセット29は水で満たされた水槽に浸っている。回収カセット29はウェーハ搬出装置27から取り外し可能であり、回収カセット29が研磨済み半導体ウェーハで一杯になったら、空の新たな回収カセット29と交換を行う。
図3〜図6は、本発明のワークチャックの洗浄装置を示し、図3はブラシ格納状態の洗浄装置の平面図、図4はブラシ使用状態の洗浄装置の平面図、図5は表面ブラシ格納状態の洗浄装置の側面図、図6は表面ブラシ使用状態の洗浄装置の側面図である。
図5に示すように洗浄装置28は、基台35の上端に固定された基板36と、基板36の上に固定されて洗浄装置内部を覆う筐体37を有する。筐体37は図示右側に表面用開口37aを有し、ワークチャック12の吸着面を洗浄する表面ブラシ41を有する表面ブラシユニット40と、表面ブラシ41でワークチャック12の表面を洗浄する際に洗浄水を供給する表面用給水部38とを備える。
表面ブラシユニット40は、基板36に固定された第1ガイドレールユニット42と、第1ガイドレールユニット42に沿って進退動する第2ガイドレールユニット43と、先端に表面ブラシ41を回転可能に支持すると共に第2ガイドレールユニット43に沿って進退動する支持フレーム44を備える。支持フレーム44は、基端寄りに駆動モータ45を固定して有しており、また、図3に示すように支持フレーム44の先端寄りで表面ブラシ41の側方に配置された表面側洗浄水噴射ノズル46を有する。
図9及び図10は本発明の洗浄装置28に用いられる表面ブラシ41の一例を示し、図9は表面ブラシ41とその周辺の拡大縦断面図、図10(A)は表面ブラシ41の平面図、図10(B)は表面ブラシ41の縦断面図である。
図11(B)に示すように、ピン14の直径D=0.5mm、中心間距離P=1mmとした場合、隣接するピン14の離間距離は0.5mmとなる。ここで、ブラシ毛71のブラシ毛径W3をピン14の直径Dの1/2以上とした場合、ブラシ毛71が隣接するピン14の間に引っ掛かってしまい、ピン14の間を適切に洗浄することができない。
そのため、毛束41bを構成するブラシ毛71のブラシ毛径W3はピン14の直径Dの1/2以下が良く、より好ましくは1/3以下とするのが良い。
図12(A)はブラシ毛径W3を0.1〜0.4mmの間で0.1mmずつ変化させて各毛径でワークチャック12を洗浄した後、各毛径について半導体ウェーハ11を研磨加工した際のディンプルの発生率を示す図表である。この実験において、ピン14の直径D=0.5mm,中心間距離P=1mm,ブラシの毛束径W2は2mmとし、ブラシの毛長Lは10mmとしている。このディンプルの発生率は、100枚の半導体ウェーハ11を研磨加工した際にディンプルが発生した半導体ウェーハの枚数である。
図13(A)は、表面ブラシ41でワークチャック12を洗浄している際に、表面側洗浄水噴射ノズル46により洗浄水をワークチャックに向けて吹き付けている状態を示す底面図、図13(B)はその側面図である。
図7は側面ブラシ格納状態の洗浄装置の側面図、図8は側面ブラシ使用状態の洗浄装置の側面図である。図7に示すように、筐体37は図示右側に側面用開口37bを有し、ワークチャック12の側面を洗浄する側面ブラシ51を有する側面ブラシユニット50と、側面ブラシ51でワークチャック12の側面を洗浄する際に洗浄水を供給する側面用給水部39とを備える。
図14及び図15は、本発明の洗浄装置に用いられる側面ブラシの一例を示す。図14は側面ブラシ51とその周辺の拡大縦断面図、図15(A)は側面ブラシ51の平面図、図15(B)は側面ブラシ51の縦断面図である。
本願の側面ブラシ51は垂直に植毛された毛束51bも有するため、リテーナ73の下面も同時に洗浄することができ、側面ブラシ51を回転させることで、リテーナ73の下面に設けられた溝内の洗浄を行うこともできる。
図16(A)は、側面ブラシ51でワークチャック12をブラッシングしている際に側面側洗浄水噴射ノズル55により洗浄水をワークチャック12に向けて吹き付けている状態を示す底面図であり、図16(B)はその側面図である。
図22(B)に示すように、ワークチャック12の表面に設けられた吸着孔16へと続く半導体ウェーハ吸着用の配管72は、真空ポンプ74と純水源75および加圧エア源76に接続されている。半導体ウェーハ11を吸着するときには真空ポンプ74を使用し、半導体ウェーハ11を研磨加工している間も真空吸着を行っている。
次に、本出願の洗浄装置を備えた研磨装置の動作について説明する。
まず、図18に示すように、ロード・アンロードステージ22のスライドテーブル70を図示右側にスライドさせる。この状態で、表面側洗浄水噴射ノズル46と側面側洗浄水噴射ノズル55からそれぞれ洗浄水を噴射させ、表面ブラシ41と側面ブラシ51を回転させる。さらに、研磨ヘッド31のワークチャック12も回転させる。このとき、表面ブラシ41の回転速度は60〜70rpm、側面ブラシ51の回転速度は60〜70rpm、ワークチャック12の回転速度は30〜50rpmに設定する。
次に、図18に示すように、カセット34に充填された未研磨の半導体ウェーハ11を上から順に回転伸縮アーム機構33によって取り出す。最上位の位置の半導体ウェーハ11が取り出されたカセット34は、不図示の昇降機構により次の半導体ウェーハ11が最上位の位置にくるまで上昇する。半導体ウェーハ11を取り出した回転伸縮アーム機構33は、半導体ウェーハ11を保持した状態で約180°旋回し、スライドテーブル70の右側の2箇所の載置部70aに2枚の半導体ウェーハ11を載置する。
上記の一連のロード工程には、約1分程度の時間を要する。
載置部70aに載置された2枚の未研磨の半導体ウェーハ11を吸着したら、研磨ヘッド支持部26は垂直軸26aを中心に反時計回りに90°回転する。すると、2枚の未研磨の半導体ウェーハ11は第1研磨加工ステージ23に搬送される。ここで、2枚の未研磨の半導体ウェーハ11に約4分間の粗研磨加工を行う。
第3研磨加工ステージ25で仕上げ研磨工程が終わった時点では、ロード・アンロードステージ22のスライドテーブル70は、図18に示すように図示右側にスライドした位置に配置されている。仕上げ研磨が終わった2枚の半導体ウェーハ11はワークチャック12での吸着が解かれ、不図示のリフトピンによって載置部70bに静かに載置される。2枚の研磨済み半導体ウェーハ11を載置したら、図19に示すようにスライドテーブル70は図示左側にスライドする。スライドテーブル70が左側にスライドすると、載置部70bに載置された2枚の研磨済み半導体ウェーハ11は、ウェーハ搬出装置27の前に配置される。
上記の一連のアンロード工程には、約1分程度の時間を要する。
アンロード工程が終了したら、上述の<洗浄工程>へと続き、新たな未研磨の半導体ウェーハ11の<ロード工程>へと続く。
2…定盤 2a…研磨クロス 2b…回転軸
3…スラリー供給部3 3a…研磨液
4…洗浄装置 4a…洗浄部 4b…支軸 4c…洗浄液供給路 4d…接触面 4e…ブラシ
11…半導体ウェーハ(ワーク)
12…ワークチャック
13…プレート本体
14…ピン
15…シール部
16…吸着孔
20…研磨装置
21…ウェーハ搬入装置
22…ロード・アンロードステージ
23…第1研磨加工ステージ
24…第2研磨加工ステージ
25…第3研磨加工ステージ
26…研磨ヘッド支持部 26a…垂直軸
27…ウェーハ搬出装置
28…洗浄装置
29…回収カセット
30…回転伸縮アーム機構
31…研磨ヘッド
32…研磨クロス
33…回転伸縮アーム機構
34…カセット
35…基台
36…基板
37…筐体 37a…表面用開口 37b…側面用開口
38…表面用給水部
39…側面用給水部 39a…給水管 39b…給水管 39c…給水管
40…表面ブラシユニット
41…表面ブラシ 41a…ブラシベース 41b…毛束 41c…ブラケット 41d…ねじ 41e…ねじ穴
42…第1ガイドレールユニット
43…第2ガイドレールユニット
44…支持フレーム 44a…プーリ 44b…ベルト
45…駆動モータ
46…表面側洗浄水噴射ノズル
47…給水管ユニット
50…側面ブラシユニット
51…側面ブラシ 51a…ブラシベース 51b…毛束 51e…ねじ穴
52…ガイドレールユニット
53…支持フレーム 53a…プーリ 53b…ベルト 53c…ブラケット 53d…ねじ
54…駆動モータ
55…側面側洗浄水噴射ノズル
56…給水管ユニット
57…表面ブラシ洗浄ノズル
58…側面ブラシ洗浄ノズル
70…スライドテーブル 載置部70a 載置部70b
71…ブラシ毛
72…配管
73…リテーナ
74…真空ポンプ
75…純水源
76…加圧エア源
W2…毛束径
W3…ブラシ毛径
L…ブラシ毛長 L1…押し当て量。
Claims (9)
- 多数のピンを有し、その先端面でワークを保持するワークチャックの洗浄装置であって、
前記ワークチャックの直径よりも小さい直径を有し、前記ワークチャックに当接した状態で回転する表面ブラシと、
前記表面ブラシが前記ワークチャックの中心を含む半径方向の直線上を相対的に変位するように、前記ワークチャックまたは前記表面ブラシの少なくとも一方を変位させる変位駆動機構と、
を備えたことを特徴とするワークチャックの洗浄装置。 - 前記ワークチャックまたは前記表面ブラシの少なくとも一方の変位は、前記ワークチャックの中心及び外周端を含む前記ワークチャックの半径以上の範囲である
ことを特徴とする請求項1に記載のワークチャックの洗浄装置。 - 前記ワークチャックまたは前記表面ブラシの少なくとも一方の変位速度が一定でない
ことを特徴とする請求項1または2に記載のワークチャックの洗浄装置。 - 前記ワークチャックまたは前記表面ブラシの少なくとも一方の変位は、前記表面ブラシが前記ワークチャックの外周側に位置するほどその変位速度が遅くなる
ことを特徴とする請求項1〜3の何れか1つに記載のワークチャックの洗浄装置。 - 前記表面ブラシは複数の毛束を有し、
前記複数の毛束は、前記表面ブラシに円周状に配置されていることを特徴とする請求項1〜4の何れか1つに記載のワークチャックの洗浄装置。 - 前記表面ブラシが洗浄する領域に向けて洗浄水を噴射する洗浄水噴射ノズルを備えていることを特徴とする請求項1〜5の何れか1つに記載のワークチャックの洗浄装置。
- 前記洗浄水噴射ノズルは前記表面ブラシとともに、相対的に変位することを特徴とする請求項6に記載のワークチャックの洗浄装置。
- 請求項1乃至請求項7の何れか1つに記載されたワークチャックの洗浄装置と、
前記ワークチャックと、
前記ワークチャックに保持されたワークを研磨する研磨クロスと、
前記研磨クロスを回転させる定盤と、
を備えたことを特徴とする研磨装置。 - 多数のピンを有し、その先端面でワークを保持するワークチャックの洗浄方法であって、
前記ワークチャックを回転させた状態で、
前記ワークチャックの直径よりも小さい直径を有し前記ワークチャックに当接した状態で回転する表面ブラシを、前記ワークチャックの中心を含む半径方向の直線上で相対的に変位させる
ことを特徴とするワークチャックの洗浄方法。
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