JP2007189258A - ポリッシング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置のブロック化に適合し、生産性、拡張性、メンテナンス性、ユーザ対応性が優れ、しかも付帯設備との連携効率のよいポリッシング装置を提供することを目的とする。
【解決手段】カセット２の受け渡しをするロード・アンロードブロック５と、ウエハ１を移動させる搬送ブロック６と、ウエハ１を研磨するポリッシングブロック７と、研磨後のウエハ１を洗浄する洗浄ブロック８と、ロード・アンロードブロック５のカセット２と搬送ブロック６のロボット１５の相対位置をティーチングにより記憶し、かつ、カセット内のウエハの数とカセット２の収納棚１３の位置情報をセンシングセンサ１２の計測によって記憶し、カセット２の棚から半導体ウエハ１を取り出し、かつ、研磨され洗浄および乾燥された半導体ウエハ１を収納棚１３に戻す動作をロボット１５に指令する制御ブロック９を備える。
【選択図】図５

Description

本発明はポリッシング装置に係り、特に、半導体ウエハ等のポリッシング対象物を平坦かつ鏡面状に研磨するポリッシング装置に関するものである。

近年、半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭くなりつつある。特に０．５μｍ以下の光リソグラフィの場合、焦点深度が浅くなるためにステッパの結像面の平坦度を必要とする。
そこで、半導体ウエハの表面を平坦化することが必要となるが、この平坦化法の１手段としてポリッシング装置により研磨することが行われている。

従来、この種のポリッシング装置は、大きく分けると、ウエハを収納したカセットの受け渡しをするロード・アンロード機能、ウエハを移動させる搬送機能、ウエハを研磨するポリッシング機能、最近では研磨後のウエハを洗浄する洗浄機能、そして装置の運転をコントロールする制御機能を備え、これらの機能を発揮すべく多数の機器とそれを取り付ける部材が個々に組み付けられて装置が構成されていた。また、これら機器の運転及び制御するシステムとして、電源や信号は、該機器と個別に装置の制御盤内の電源及び制御機器とを接続する方法をとっていた。

これまでのポリッシング装置は、以下のような問題が有った。
（１）対象物である半導体ウエハの種類が多く、またポリッシングのプロセス条件がウエハの種類によって異なるため、使用する機器の構成も異なり、装置の標準化が難しく、標準化によるコストの低減および納期の短縮が望めなかった。
（→装置製造の生産性）
（２）半導体ウエハは世代交代が速く、合わせて装置の機能の高度化を必要とするが、装置の改造は容易ではなく、装置更新のコストが多大であった。
（→拡張性）
（３）ポリッシング装置は通常クリーンルームに設置されるので、修理における機器の分解や部品交換時の発塵はできるだけ抑えなければならないが、装置の組立構成上限界があった。 （→メンテナンス性）
（４）装置の大きさ及びウエハカセットのロード・アンロードの位置および操作パネル位置などのレイアウトが固定されているため、使用場所の都合によっては装置へのアクセスが不便であった。 （→ユーザ対応性）

このような問題を回避する手段の１つとして、装置の機能ごとのブロック化を行い、さらに制御機器もブロックごとに配置して装置のブロック化に適応させることが考えられる。
しかし、前記ブロック化の特徴を最大限に生かし、かつ装置の運転に必要となるユーティリティの状態を監視したり、同じく装置の運転に欠かせない付帯設備である砥液供給装置、廃液処理装置、場合によっては冷却水供給装置、温水供給装置を連動させて装置全体を最適に運転するには、制御システムも従来とは異なる新しいシステムの構築が必要であった。

本発明はこの新たなシステムを考案することにより、装置のブロック化に適合し生産性、拡張性、メンテナンス性、ユーザ対応性が優れ、しかも付帯設備との連携効率のよいポリッシング装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明のポリッシング装置の第１の態様は、クリーンルームに設置され、半導体ウエハを研磨するポリッシング装置であって、前記ポリッシング装置は、半導体ウエハを収納したカセットを載せるステージを備えたロード・アンロードブロックと、ロボットを備え半導体ウエハを移動させる搬送ブロックと、回転テーブルとトップリングを備え半導体ウエハを研磨するポリッシングブロックと、洗浄槽を備え研磨後の半導体ウエハを洗浄する洗浄ブロックとを備え、前記各ブロック内に制御機器が配備され、前記各ブロックは、ポリッシング装置の機能ごとにブロック化された機能別ブロックとして機械的に各ブロック単位で独立して設置および組立ができるように構成され、前記ポリッシング装置は、さらに前記ロード・アンロードブロックのカセットと前記搬送ブロックのロボットの相対位置及び前記洗浄ブロックと前記ロボットの相対位置をティーチングにより記憶し、かつ、前記カセットに収納されたウエハの数と該カセットの収納棚の位置情報を前記ロード・アンロードブロックに設けられたセンシングセンサの計測によって記憶し、前記カセットの棚から半導体ウエハを取り出し、かつ、研磨され洗浄および乾燥された該半導体ウエハを前記収納棚に戻す動作を前記ロボットに指令する制御ブロックを備えることを特徴とするものである。

本発明のポリッシング装置の第２の態様は、クリーンルームに設置され、半導体ウエハを研磨するポリッシング装置であって、前記ポリッシング装置は、半導体ウエハを収納したカセットを載せるステージを備えたロード・アンロードブロックと、ロボットを備え半導体ウエハを移動させる搬送ブロックと、回転テーブルとトップリングを備え半導体ウエハを研磨するポリッシングブロックと、洗浄槽を備え研磨後の半導体ウエハを洗浄する洗浄ブロックとを備え、前記各ブロック内に制御機器が配備され、前記各ブロックは、ポリッシング装置の機能ごとにブロック化された機能別ブロックとして機械的に各ブロック単位で独立して設置および組立ができるように構成され、前記ポリッシング装置は、さらに、前記洗浄ブロックと前記搬送ブロックのロボットの相対位置をティーチングにより記憶し、かつ、前記カセットに収納されたウエハの数と該カセットの収納棚の位置情報を前記ロード・アンロードブロックに設けられたセンシングセンサの計測によって記憶し、前記カセットの棚から半導体ウエハを取り出し、かつ、研磨され洗浄および乾燥された該半導体ウエハを前記収納棚に戻す動作を前記ロボットに指令する制御ブロックを備えることを特徴とするものである。

本発明の一態様は、前記ポリッシング装置には、砥液供給装置、廃液処理装置、冷却水供給装置、温水供給装置のいずれかひとつが付帯されていることを特徴とする。
本発明の一態様は、前記砥液供給装置、廃液処理装置、冷却水供給装置、温水供給装置のいずれかひとつがポリッシング装置に付帯される装置であり、該付帯される装置には、前記制御ブロックと連絡するための制御装置が設けられていることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、ウエハを収納したカセットの受け渡しをするロード・アンロードブロックと、ウエハを移動させる搬送ブロックと、ウエハを研磨するポリッシングブロックと、研磨後のウエハを洗浄する洗浄ブロックと、装置の運転をコントロールする制御ブロックからなるポリッシング装置において、前記ロード・アンロードブロック、搬送ブロック、ポリッシングブロック及び洗浄ブロックを制御ブロックとそれぞれ電源線と信号線によって接続し、制御ソフトを前記ロード・アンロードブロック、搬送ブロック、ポリッシングブロック及び洗浄ブロックの各ブロックごとに構成する。

本発明の好ましい態様は、前記制御ソフトに、ユーティリティを監視するソフトを付加する。
本発明の好ましい態様は、砥液供給装置、廃液処理装置、冷却水供給装置、温水供給装置の各装置と前記制御ブロックとを信号線で接続する。
本発明の好ましい態様は、前記制御ソフトに、前記砥液供給装置、廃液処理装置、冷却水供給装置、温水供給装置の各装置とポリッシング装置との連動を制御するソフトを付加する。

本発明の好ましい態様においては、ロード・アンロードブロック、搬送ブロック、ポリッシングブロック及び洗浄ブロックが制御ブロックとそれぞれ電源線と信号線によって接続されているので、前４つのブロックが機械的に、電気的にブロック単位で設置され、組み立てられ、かつ運転時には制御ブロックによりそれぞれのソフトを介して制御操作がなされる。

本発明の好ましい態様においては、前記制御ソフトに付加されたユーティリティ監視ソフトにより、装置の運転に必要となる電源、純水、圧縮空気などのユーティリティの受け状態が監視される。
本発明の好ましい態様においては、装置の運転に欠かせない付帯設備である砥液供給装置、廃液処理装置、冷却水供給装置、温水供給装置の各装置が、前記制御ブロックから出力される信号により制御される。
本発明の好ましい態様においては、前記制御ソフトに付加された、砥液供給装置、廃液処理装置、冷却水供給装置、温水供給装置の各装置の連動制御ソフトにより、ポリッシング装置との連携動作が制御される。

機能別ブロックごとに制御機器を配備した構成の本発明によれば、装置を構成するブロック毎の制御が、ハードおよびソフトの両面に渡ってなされているので、これらのオプションへの対応も容易であり、装置のブロック化が完全に達成される。
そして、制御盤の標準化が可能であり、同時にブロック単位での事前動作チェックが可能で、コストの低減及び納期の短縮、信頼性の向上が望め、装置製造の生産性が向上する。
また、機能の変更に伴う制御の変更があった場合でもブロック内の制御機器の変更と係わるブロックの最小限のソフトの変更で対応でき、従って制御盤はそのまま使用できるので、ブロック化の目的の１つである将来の装置の拡張性が制御においても実現される。

また、ユーティリティ及び付属装置を加えたポリッシング装置全体の制御が可能となる。
また、通信に省配線システムを導入することにより配線量を大幅に減らすことができ、装置生産コストの低減に効果がある。
そして、ポリッシング装置に付帯設備を含んだポリッシングシステムが構築でき、ポリッシング効率を最大にする制御システムの設定が可能となる。

以下、本発明に係るポリッシング装置の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明のポリッシング装置の外観図であり、装置本体Ａには受け渡し口３が設けられ、研磨未処理のウエハ１を収納したカセット２をカセット受け渡し口３に投入した後、操作パネル４のスイッチをＯＮにすると、カセット２中のウエハ１は自動的に一枚づつ抜き出され、研磨された後に、洗浄されて元のカセット２に戻され収納されるようになっている。すべてのウエハ１の研磨処理が終了した後、カセット２は取り出されて次工程に回される。

図２は装置本体Ａの内部を示すものであり、ウエハ１を収納したカセットの受け渡しをするロード・アンロードブロック５と、ウエハ１を移動させる搬送ブロック６と、ウエハ１を研磨するポリッシングブロック７と、研磨後のウエハ１を洗浄する洗浄ブロック８及びこれらの各ブロックを制御する制御ブロック９が共通ベース１０の上にそれぞれ独立して配置されている。

ロード・アンロードブロック５は、カセット２を載せるステージ１１と、収納されたウエハ１ａ〜ｚの数と収納棚１３ａ〜ｚの位置を計測（ウエハのマッピング）するセンシングセンサ１２とを備えており、その情報は制御ブロック９内のコンピュータ１４に記憶される。

搬送ブロック６には、レール６ａの上にロボット１５が移動自在に搭載されており、このフィンガー１６によって、各ブロック間でのウエハ１ａの受け渡しが行われるようになっている。このロボット１５はユニットとして機能し、レール６ａの上に複数設置可能である。

ポリッシングブロック７は、回転テーブル１８とこれに対向するトップリング１７を有し、回転テーブル１８の表面には研磨布が貼り付けられ、また、この研磨布面上に砥液を供給する装置が設けられている。
洗浄ブロック８は、純水により洗浄を行う洗浄槽１９と乾燥槽２０とを備えており、これらの槽１９，２０が洗浄ブロック８を構成するユニットである。

図３は、ブロックの制御部の構成の一例として、洗浄ブロック８の制御機器を収納したシャーシ２１を引き出したところを示すものである。シャーシ２１には、洗浄用ブラシのモータに駆動用の電流を送るドライバ２２、このドライバ２２に電気を供給する電気端子台２３、洗浄用ブラシをウエハ１上に移動させるエアーシリンダ及び洗浄純水を送るバルブを駆動する制御バルブ２４、制御バルブ２４にエアーを供給するエアー供給キット２５、ドライバ２２と制御バルブ２４への制御信号を送るインターフェース２７、及び制御信号を受け入れる通信端子台２６が取り付けられている。

図４は、制御ブロック９の内部を示す図であり、各ブロックに電気を供給する電源部２８及び電気端子台２９と、制御指令を出すコンピュータ１４と、制御信号を送り出す通信端子台３０と、外部から電気の供給を受け入れる電源端子台３１と、運転を指令する操作パネル４とが備えられている。
前記洗浄機８の制御機器とは、電源は洗浄機の電気端子台２３と制御ブロック９の電気端子台２９との間の電源線Ｌによって、信号は洗浄機の通信端子台２６と制御ブロックの通信端子台３０との間の通信線Ｃによって接続されている。

図５は、制御システムのハードウェアの構成を示す図である。各ブロック５〜９は電源は制御盤内の電源部と接続しており、制御機器は制御盤内の主コントローラであるコンピュータ１４と通信で接続している。付帯設備である砥液供給装置３１、廃液処理装置３２、冷却水供給装置３３及び温水供給装置３４などはそれぞれ個別に制御装置を持っており、これらの装置への起動や停止の指令、及び故障の連絡はポリッシング装置のコンピュータ１４と信号をやりとりして行われる。

図６は、制御システムのソフトウェアの構成を示す図である。装置全体のシステムタスク４０は、操作パネルタスク４１、各ブロックの管理タスク４１〜４６及びユーティリティ監視のタスク４７から構成されている。また、各管理タスクは各ブロックの機器制御タスク４２Ａ〜４６Ａをサポートしている。

このように構成された本発明のポリッシング装置の動作を説明する。
図１で受け渡し口３から投入されたカセット２は、ロード・アンロードブロック５のステージ１１に置かれ、センシングセンサ１２によって収納されたウエハ１ａ〜ｚの数と収納棚１３ａ〜ｚの位置が計測（ウエハのマッピング）され、その情報が制御ブロック９内のコンピュータ１４に記憶される。マッピングを終了すると、搬送ブロック６に搭載されたロボット１５のフィンガー１６がカセット２の棚１３ａ内のウエハ１ａを取り出してくる。

ロボット１５とカセット２の相対位置は各ブロック配置後のティーチングにより予めコンピュータ１４に記憶されている。つまり、ロボット１５の動作や位置設定はコンピュータ１４からの指令によってなされるのであって、カセット２が置かれるロード・アンロードブロック５とロボット１５が搭載されている搬送ブロック６との間の構造的拘束によって得られる寸法の取り合いによって決められているのではない。

カセット２から取り出されたウエハ１ａは、ロボット１５によってポリッシングブロック７のトップリング１７に装着され、回転テーブル１８上で研磨される。回転テーブル１８の表面には研磨布が貼り付けられ、砥液が流下された状態で研磨される。

研磨後のウエハ１ａはロボット１５によって洗浄ブロック８に移送され、同ブロック内の洗浄槽１９に装着される。洗浄が終了すると、ウエハ１ａは、同ブロック内の乾燥槽２０に装着されて水切りが行われ、その後にロボット１５によって洗浄ブロック８から取り出され、カセット２の収納棚１３ａに戻される。ロボット１５と洗浄ブロックの相対位置は、前記同様に予めコンピュータ１４に記憶されている。
このようにして一枚のウエハ１ａの研磨が終了し、引き続き残りのウエハ１ｂ〜１ｚが研磨され、全枚数が処理終了したところでカセットが交換される。

この装置では、例えば、洗浄性能を高めるために洗浄ブロック８に洗浄槽１９を増設したり、搬送ブロック６にスループットを上げるためにロボット１５を増設することがあり、また、ブロックを修理のために取り外すこともある。この場合、分解修理の作業は、専用台車で移動させられて別室で行われるため、装置設置場所での発塵は最小限に食い止められる。このような更新や、代替ブロックとの交換した場合、相対位置の決定はティーチングで行われる。

ここにおいて、ロード・アンロードブロック５、搬送ブロック６、ポリッシングブロック７及び洗浄ブロック８が制御ブロック９とそれぞれ電源線と信号線によって接続されており、前４つのブロックが機械的に、電気的にブロック単位で設置や、組み立てができるとともに、運転時には制御ブロック９により、それぞれのソフトである管理タスク４２〜４６及びこれにサポートされた機器制御タスク４２Ａ〜４６Ａを介して制御操作がなされる。

また、この装置では、ユーティリティ監視タスク４７により、装置の運転に必要となるユーティリティ、例えば、電源、純水、圧縮空気などの受け状態が監視され、これらの状況が変化したときには、それに対応する措置が素早く採られる。
さらに、装置の運転に欠かせない付帯設備である砥液供給装置３１、廃液処理装置３２、冷却水供給装置３３、温水供給装置３４の各装置が、前記制御ブロック９から出力される信号により、制御ソフトに付加された連動制御ソフトにより、それぞれの装置の制御装置を介して連携動作が制御される。

ウエハ１を最適に研磨するためのプロセス条件として、ウエハ１の表面の被研磨膜に応じたトップリング１７の回転速度と押し付け力、回転テーブル１８の回転速度と表面のクロス材料の種類のほかに砥液の種類があり、ウエハ表面の膜の種類によってこれらが適切に設定・選択される。ここで、砥液は種類によって化学的性質が大きく異なり、例えばウエハの膜がＳｉＯ_２の場合は砥液は中性に近いが、膜が金属の場合は酸性またはアルカリ性である。従って、砥液に触れるポリッシング関連の部材の材料は耐食性のある特殊なものが使用される。また、後工程の洗浄もウエハの膜によって洗浄機器のメカニズムが異なる。

このような条件から、本装置は、ロード・アンロードブロック５と搬送ブロック６及び制御ブロック９の３ブロックについては完全に標準化が可能であり、ブロックに組上がった状態でストックされている。ポリッシングブロック７と洗浄ブロック８は、一部の部品がウエハ１の種類によって異なるため、半完成品の状態に組み立てられ、該部品はオプションでストックされている。この場合でも、装置を構成するブロック毎の制御が、ハードおよびソフトの両面に渡ってなされているので、これらのオプションへの対応も容易であり、装置のブロック化が完全に達成される。

この発明の一実施例のポリッシング装置の外観を示す斜視図である。 （ａ）はこの発明の一実施例のポリッシング装置の内部を示す斜視図であり、（ｂ）はカセットの構成を示す図である。 この発明の一実施例のポリッシング装置の洗浄ブロックを示す斜視図である。 この発明の一実施例のポリッシング装置の制御ブロックを示す斜視図である。 この発明の一実施例のポリッシング装置の制御システムのハードウェアの構成を示すブロック図である。 この発明の一実施例のポリッシング装置の制御システムのソフトウェアの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ ウエハ
２ カセット
３ 受け渡し口
４ 操作パネル
５ ロード・アンロードブロック
６ 搬送ブロック
７ ポリッシングブロック
８ 洗浄ブロック
９ 制御ブロック
１０ 共通ベース
１１ ステージ
１２ センシングセンサ
１３ 収納棚
１４ コンピュータ
１５ ロボット
１６ フィンガー
１７ トップリング
１８ 回転テーブル
１９ 洗浄槽
２０ 乾燥槽
２１ シャーシ
２２ ドライバ
２３ 電気端子台
２４ 制御バルブ
２５ エアー供給キット
２６ 通信端子台
２７ インターフェース
２８ 電源部
２９ 電気端子台
３０ 通信端子台
３１ 砥液供給装置
３２ 廃液処理装置
３３ 冷却水供給装置
３４ 温水供給装置
Ｌ 電源線
Ｃ 通信線

Claims (4)

1. クリーンルームに設置され、半導体ウエハを研磨するポリッシング装置であって、
   前記ポリッシング装置は、
   半導体ウエハを収納したカセットを載せるステージを備えたロード・アンロードブロックと、
   ロボットを備え半導体ウエハを移動させる搬送ブロックと、
   回転テーブルとトップリングを備え半導体ウエハを研磨するポリッシングブロックと、
   洗浄槽を備え研磨後の半導体ウエハを洗浄する洗浄ブロックとを備え、
   前記各ブロック内に制御機器が配備され、前記各ブロックは、ポリッシング装置の機能ごとにブロック化された機能別ブロックとして機械的に各ブロック単位で独立して設置および組立ができるように構成され、
   前記ポリッシング装置は、さらに前記ロード・アンロードブロックのカセットと前記搬送ブロックのロボットの相対位置及び前記洗浄ブロックと前記ロボットの相対位置をティーチングにより記憶し、かつ、前記カセットに収納されたウエハの数と該カセットの収納棚の位置情報を前記ロード・アンロードブロックに設けられたセンシングセンサの計測によって記憶し、前記カセットの棚から半導体ウエハを取り出し、かつ、研磨され洗浄および乾燥された該半導体ウエハを前記収納棚に戻す動作を前記ロボットに指令する制御ブロックを備えることを特徴とするポリッシング装置。
2. クリーンルームに設置され、半導体ウエハを研磨するポリッシング装置であって、
   前記ポリッシング装置は、
   半導体ウエハを収納したカセットを載せるステージを備えたロード・アンロードブロックと、
   ロボットを備え半導体ウエハを移動させる搬送ブロックと、
   回転テーブルとトップリングを備え半導体ウエハを研磨するポリッシングブロックと、
   洗浄槽を備え研磨後の半導体ウエハを洗浄する洗浄ブロックとを備え、
   前記各ブロック内に制御機器が配備され、前記各ブロックは、ポリッシング装置の機能ごとにブロック化された機能別ブロックとして機械的に各ブロック単位で独立して設置および組立ができるように構成され、
   前記ポリッシング装置は、さらに、前記洗浄ブロックと前記搬送ブロックのロボットの相対位置をティーチングにより記憶し、かつ、前記カセットに収納されたウエハの数と該カセットの収納棚の位置情報を前記ロード・アンロードブロックに設けられたセンシングセンサの計測によって記憶し、前記カセットの棚から半導体ウエハを取り出し、かつ、研磨され洗浄および乾燥された該半導体ウエハを前記収納棚に戻す動作を前記ロボットに指令する制御ブロックを備えることを特徴とするポリッシング装置。
3. 前記ポリッシング装置には、砥液供給装置、廃液処理装置、冷却水供給装置、温水供給装置のいずれかひとつが付帯されていることを特徴とする請求項１または２記載のポリッシング装置。
4. 前記砥液供給装置、廃液処理装置、冷却水供給装置、温水供給装置のいずれかひとつがポリッシング装置に付帯される装置であり、該付帯される装置には、前記制御ブロックと連絡するための制御装置が設けられていることを特徴とする請求項３記載のポリッシング装置。

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