JP2014167996A - 研磨装置および研磨方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】ウェハなどの基板にスクラッチなどのディフェクトを生じさせることなく、多段階研磨を行うことができる研磨装置を提供する。
【解決手段】研磨装置は、基板Ｗの周縁部を研磨する周縁部研磨ユニット９と、基板Ｗの平坦面を研磨するＣＭＰユニット１１１Ａと、研磨された基板Ｗを洗浄する洗浄ユニット７０，１２０と、基板Ｗを搬送する搬送システム１２１，１２２，１２５，１２８，１２９，１３０とを備える。搬送システムは、周縁部研磨ユニット９およびＣＭＰユニット１１１Ａのうちの一方で研磨された基板Ｗを洗浄ユニットに搬送し、洗浄ユニットで洗浄された基板Ｗを周縁部研磨ユニット９およびＣＭＰユニット１１１Ａのうちの他方に搬送する。
【選択図】図１２

Description

本発明は、デバイスが形成されたウェハなどの基板を研磨する研磨装置および研磨方法に関し、特に基板の平坦面および周縁部を研磨する多段研磨装置および多段研磨方法に関する。
半導体デバイスの製造工程においては、不要な材料膜を除去するために、ウェハの表面および周縁部（ベベル部またはエッジ部ともいう）が研磨される。このウェハの研磨工程は、ウェハの平坦な表面を研磨する工程と、ウェハの周縁部を研磨する工程に大別される。ウェハの平坦面の研磨は、研磨パッドなどの研磨具上に研磨液（スラリー）を供給しながら、ウェハの表面を研磨具に摺接させることにより行われる。このようなスラリーを用いた研磨は、化学機械的研磨（ＣＭＰ）と呼ばれる。ウェハ周縁部の研磨は、ウェハに研磨液（通常は純水）を供給しながら、研磨テープをウェハの周縁部に摺接させることにより行われる。
特許第４６５５３６９号公報 特開２０１０−１４１２１８号公報 特開２００８−４２２２０号公報
特許文献１乃至３に開示されているように、ウェハの平坦面を研磨し、さらにウェハの周縁部を研磨する多段研磨方法がいくつか提案されている。しかしながら、このような多段研磨では、先の研磨工程で生じた研磨屑および／またはスラリーが次の研磨工程に悪影響を及ぼすことがある。例えば、研磨屑がウェハにスクラッチを生じさせることがある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、ウェハなどの基板にスクラッチなどのディフェクトを生じさせることなく、多段階研磨を行うことができる研磨装置および研磨方法を提供することを目的とする。
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、基板を研磨する研磨装置であって、前記基板の周縁部を研磨する周縁部研磨ユニットと、前記基板の平坦面を研磨するＣＭＰユニットと、研磨された前記基板を洗浄する洗浄ユニットと、前記基板を搬送する搬送システムとを備え、前記搬送システムは、前記周縁部研磨ユニットおよび前記ＣＭＰユニットのうちの一方で研磨された前記基板を前記洗浄ユニットに搬送し、前記洗浄ユニットで洗浄された前記基板を前記周縁部研磨ユニットおよび前記ＣＭＰユニットのうちの他方に搬送するように動作することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記搬送システムは、前記周縁部研磨ユニットおよび前記ＣＭＰユニットのうちの前記他方で研磨された前記基板を前記洗浄ユニットに搬送するように動作することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記周縁部研磨ユニットと前記ＣＭＰユニットとの間に配置され、前記基板を反転させる反転機をさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記洗浄ユニットで洗浄された前記基板を乾燥させる乾燥ユニットをさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記洗浄ユニットは、前記周縁部研磨ユニットで研磨された前記基板を洗浄するための第１洗浄ユニットと、前記ＣＭＰユニットで研磨された前記基板を洗浄するための第２洗浄ユニットとから構成されることを特徴とする。
本発明の他の態様は、基板を研磨する研磨方法であって、前記基板を研磨する第１研磨工程を行い、前記第１研磨工程の後に前記基板を洗浄し、前記洗浄された基板を研磨する第２研磨工程を行い、前記第１研磨工程は、前記基板の周縁部および平坦面のうちの一方を研磨する工程であり、前記第２研磨工程は、前記基板の周縁部および平坦面のうちの他方を研磨する工程であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第２研磨工程の後に前記基板を洗浄する工程をさらに含むことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第２研磨工程の後に前記基板を洗浄し、さらに前記基板を乾燥させる工程をさらに含むことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１研磨工程の後に前記基板を洗浄する工程と、前記第２研磨工程の後に前記基板を洗浄する工程は、別々の洗浄ユニットで行われることを特徴とする。
本発明によれば、第１の研磨工程が行われた後に基板が洗浄され、その後第２の研磨工程が行われる。したがって、第１の研磨工程で発生した研磨屑および／または第１の研磨工程で使用されたスラリーなどは基板から除去され、第２の研磨工程でのスクラッチなどのディフェクトの発生が防止される。
図１（ａ）および図１（ｂ）は、基板の一例であるウェハを示す拡大断面図である。 本発明の実施形態に係る研磨装置を示す平面図である。 周縁部研磨ユニットの一例を示す模式図である。 周縁部研磨ユニットの平面図である。 研磨ヘッドの拡大図である。 図６（ａ）乃至図６（ｃ）は、チルト機構によって研磨ヘッドの角度を変えながら、研磨テープをウェハの周縁部に押し当てている様子を示す図である。 第１洗浄ユニットを示す斜視図である。 乾燥ユニットを示す斜視図である。 純水ノズルおよびＩＰＡノズルをウェハの半径方向に沿ってウェハの中心から外側に移動させる状態を示す平面図である。 第１ＣＭＰユニットを示す斜視図である。 第３洗浄ユニットを示す斜視図である。 第１の実施形態に係る研磨方法を示すウェハ搬送ルートを示す図である。 第２の実施形態に係る研磨方法を示すウェハ搬送ルートを示す図である。 第３の実施形態に係る研磨方法を示すウェハ搬送ルートを示す図である。 第４の実施形態に係る研磨方法を示すウェハ搬送ルートを示す図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１（ａ）および図１（ｂ）は、基板の一例であるウェハを示す拡大断面図である。より詳しくは、図１（ａ）はいわゆるストレート型のウェハの断面図であり、図１（ｂ）はいわゆるラウンド型のウェハの断面図である。ウェハの表面には多層膜（例えばデバイス）または単層膜からなる構造体が形成されている。ウェハの周縁部は、ウェハの最も外側の周面である。この周縁部は、ベベル部またはエッジ部とも呼ばれる。
図２は、本発明の実施形態に係る研磨装置を示す平面図である。この研磨装置は、ウェハを多段研磨し、洗浄し、乾燥させる一連の工程を行うことができる多段研磨装置である。図２に示すように、研磨装置は、略矩形状のハウジング２を備えており、ハウジング２の内部は隔壁２ａ，２ｂ，２ｃによってロード／アンロード部１と、周縁部研磨部３と、ＣＭＰ部８と、洗浄部１０とに区画されている。研磨装置は、処理動作を制御する動作制御部４を有している。ロード／アンロード部１、周縁部研磨部３、およびＣＭＰ部８は、この順に直列に配列されており、周縁部研磨部３は、ロード／アンロード部１とＣＭＰ部８との間に配置されている。
ロード／アンロード部１は、多数のウェハ（基板）を内部に収容したウェハカセットが載置される複数のロードポート５を備えている。このロード／アンロード部１には、ロードポート５の並びに沿って移動可能なローダー（搬送ロボット）６が設置されている。ローダー６はロードポート５に搭載されたウェハカセット内のウェハにアクセスできるようになっている。
周縁部研磨部３は、ウェハの周縁部を研磨する領域である。この周縁部研磨部３は、ウェハの周縁部を研磨する周縁部研磨ユニット９と、ウェハの上下面を洗浄する第１洗浄ユニット７０と、ウェハを乾燥させる乾燥ユニット９０と、ウェハが一時的に載置される第１仮置き台１２３と、これらユニット９，７０，９０および第１仮置き台１２３の間でウェハを搬送する第１搬送ロボット１２５とを備えている。
図３は、周縁部研磨ユニット９の一例を示す模式図であり、図４は図３に示す周縁部研磨ユニット９の平面図である。この周縁部研磨ユニット９は、ウェハＷを水平に保持し、回転させる基板保持機構１３を備えている。基板保持機構１３は、ウェハＷを真空吸着により保持する保持ステージ１４と、保持ステージ１４を回転させるモータ（図示せず）とを備えている。
基板保持機構１３に保持されたウェハＷの周縁部の近傍には研磨ヘッド組立体１１が配置されている。研磨ヘッド組立体１１の背面側には研磨テープ供給機構１２が設けられている。研磨ヘッド組立体１１と研磨テープ供給機構１２とは隔壁２０によって隔離されている。隔壁２０の内部空間は研磨室２１を形成し、研磨ヘッド組立体１１および保持ステージ１４は研磨室２１内に配置されている。一方、研磨テープ供給機構１２は隔壁２０の外側（すなわち、研磨室２１の外）に配置されている。
研磨テープ供給機構１２は、研磨テープ１５を研磨ヘッド組立体１１に供給する供給リール２４と、ウェハＷの研磨に使用された研磨テープ１５を巻き取る巻取リール２５とを備えている。供給リール２４および巻取リール２５にはカップリング２７を介してモータＭ２がそれぞれ連結されている（図４には供給リール２４に連結されるカップリング２７とモータＭ２のみを示す）。これらのモータＭ２によって研磨テープ１５には所定のテンションが付与されている。
研磨ヘッド組立体１１は研磨テープ供給機構１２から供給された研磨テープ１５をウェハＷの周縁部に当接させるための研磨ヘッド３０を備えている。研磨テープ１５は砥粒が固定された研磨面を有しており、研磨テープ１５は、その研磨面がウェハＷに向いた状態で研磨ヘッド３０に支持される。研磨テープ１５は、隔壁２０に設けられた開口部２０ａを通して供給リール２４から研磨ヘッド３０へ供給され、使用された研磨テープ１５は開口部２０ａを通って巻取リール２５に巻き取られる。基板保持機構１３の上方には、研磨水供給ノズル４０が配置されている。この研磨水供給ノズル４０からは、研磨水としての純水がウェハＷの中心に供給されるようになっている。
図５は研磨ヘッド３０の拡大図である。この研磨ヘッド３０は、研磨テープ１５を供給リール２４から巻取リール２５に送るテープ送り機構４２を備えている。このテープ送り機構４２は、研磨テープ１５を２つのローラで挟みつつ、一方のローラをモータＭ３により回転させることにより、研磨テープ１５をその長手方向に進ませるように構成されている。さらに、研磨ヘッド３０は複数のガイドローラ４３，４４，４５，４６，４７，４８，４９を有しており、これらのガイドローラはウェハＷの接線方向と直交する方向に研磨テープ１５が進行するように研磨テープ１５をガイドする。
研磨ヘッド３０は、研磨テープ１５の裏面側に配置されたバックパッド（加圧パッド）５０と、このバックパッド５０をウェハＷに向かって移動させるエアシリンダ（アクチュエータ）５２とをさらに備えている。エアシリンダ５２へ供給する空気圧によって、研磨テープ１５をウェハＷに対して押圧する圧力が制御される。
図４に示すように、研磨ヘッド３０はアーム６０の一端に固定され、アーム６０は、ウェハＷの接線に平行な軸Ｃｔまわりに回転自在に構成されている。アーム６０の他端はプーリーｐ１，ｐ２およびベルトｂ１を介してモータＭ４に連結されている。モータＭ４が時計回りおよび反時計回りに所定の角度だけ回転することで、アーム６０が軸Ｃｔまわりに所定の角度だけ回転する。本実施形態では、モータＭ４、アーム６０、プーリーｐ１，ｐ２、およびベルトｂ１によって、研磨ヘッド３０をウェハＷの表面に対して傾斜させるチルト機構が構成されている。このチルト機構により、研磨点（研磨テープ１５とウェハＷとの接点）を中心として研磨ヘッド３０を所定の角度だけ回転させることで、研磨テープ１５とウェハＷとの接触角度を変えることが可能となっている。
研磨ヘッド３０はチルト機構を介して移動台６１に連結されている。移動台６１は、ガイド６２およびレール６３を介してベースプレート６５に移動自在に連結されている。レール６３は、基板保持機構１３に保持されたウェハＷの半径方向に沿って直線的に延びており、移動台６１はウェハＷの半径方向に沿って直線的に移動可能となっている。移動台６１にはベースプレート６５を貫通する連結板６６が取り付けられ、連結板６６にはリニアアクチュエータ６７がジョイント６８を介して取り付けられている。リニアアクチュエータ６７はベースプレート６５に直接または間接的に固定されている。リニアアクチュエータ６７としては、エアシリンダや、モータとボールネジとの組み合わせなどを採用することができる。
リニアアクチュエータ６７、レール６３、ガイド６２によって、研磨ヘッド３０をウェハＷの半径方向に直線的に移動させる研磨ヘッド移動機構が構成されている。すなわち、研磨ヘッド移動機構はレール６３に沿って研磨ヘッド３０をウェハＷへ近接および離間させるように動作する。一方、研磨テープ供給機構１２はベースプレート６５に固定されている。
ウェハＷの周縁部の研磨は次のようにして行われる。基板保持機構１３はウェハＷをその軸心周りに回転させ、研磨水供給ノズル４０は研磨水としての純水をウェハＷの中心部に供給する。この状態で、研磨ヘッド３０により研磨テープ１５をウェハＷの周縁部に押し当てる。ウェハＷの周縁部は、研磨テープ１５との摺接により研磨される。図６（ａ）乃至図６（ｃ）に示すように、チルト機構によって研磨ヘッド３０の角度を変えながら、研磨テープ１５をウェハＷの周縁部に押し当ててもよい。
図７は、第１洗浄ユニット７０を示す斜視図である。図７に示すように、第１洗浄ユニット７０は、ウェハＷを保持して回転させる４つの保持ローラ７１，７２，７３，７４と、ウェハＷの上下面に接触するロールスポンジ（洗浄具）７７，７８と、これらのロールスポンジ７７，７８を回転させる回転機構８０，８１と、ウェハＷの上下面に純水を供給する純水供給ノズル８５，８６と、ウェハＷの上下面に薬液を供給する薬液供給ノズル８７，８８とを備えている。保持ローラ７１，７２，７３，７４は図示しない駆動機構（例えばエアシリンダ）によって、ウェハＷに近接および離間する方向に移動可能となっている。
上側のロールスポンジ７７を回転させる回転機構８０は、その上下方向の動きをガイドするガイドレール８９に取り付けられている。また、この回転機構８０は昇降駆動機構８２に支持されており、回転機構８０および上側のロールスポンジ７７は昇降駆動機構８２により上下方向に移動されるようになっている。なお、図示しないが、下側のロールスポンジ７８を回転させる回転機構８１もガイドレールに支持されており、昇降駆動機構によって回転機構８１および下側のロールスポンジ７８が上下動するようになっている。なお、昇降駆動機構としては、例えばボールねじを用いたモータ駆動機構またはエアシリンダが使用される。ウェハＷの洗浄時には、ロールスポンジ７７，７８は互いに近接する方向に移動してウェハＷの上下面に接触する。
ウェハＷの洗浄は次のようにして行われる。ウェハＷは保持ローラ７１，７２，７３，７４に保持され、回転される。次いで、薬液供給ノズル８７，８８からウェハＷの上面及び下面に薬液が供給される。この状態で、ロールスポンジ７７，７８がその水平に延びる軸心周りに回転してウェハＷの上下面に摺接することによって、ウェハＷの上下面をスクラブ洗浄する。スクラブ洗浄後、ロールスポンジ７７，７８を上方及び下方に移動させ、純水供給ノズル８５，８６からそれぞれウェハＷの上面、下面に純水を供給し、ウェハＷの上下面をリンスする。
図８は、乾燥ユニット９０を示す斜視図である。乾燥ユニット９０は、ウェハＷを保持して回転させる基板保持部９１と、ＩＰＡノズル９２および純水ノズル９３と、これらＩＰＡノズル９２および純水ノズル９３を保持するアーム９４とを備えている。ＩＰＡノズル９２は、ウェハＷの表面にＩＰＡ蒸気（イソプロピルアルコールとＮ２ガスとの混合気）を供給するためのものであり、純水ノズル９３はウェハＷの表面の乾燥を防ぐために純水を供給するものである。これらＩＰＡノズル９２および純水ノズル９３はウェハＷの半径方向に沿って移動可能に構成されている。
基板保持部９１は、ウェハＷの周縁部を保持する複数の（図８では４つの）チャック９５を備えており、これらチャック９５でウェハＷを水平に保持する。チャック９５にはモータ９８が連結されており、チャック９５に保持されたウェハＷはモータ９８によってその軸心まわりに回転する。
アーム９４はウェハＷの上方に配置されている。アーム９４の一端には純水ノズル９３およびＩＰＡノズル９２が互いに隣接して配置され、アーム９４の他端には旋回軸１００が連結されている。この旋回軸１００にはアーム９４を旋回させるアーム回転機構としてのモータ１０１が連結されている。アーム回転機構は、モータ１０１に加えて、減速ギヤなどを備えてもよい。モータ１０１は、旋回軸１００を所定の角度だけ回転させることにより、アーム９４をウェハＷと平行な平面内で旋回させるようになっている。したがって、アーム９４の旋回により、これに固定された純水ノズル９３およびＩＰＡノズル９２がウェハＷの半径方向外側に移動する。
ウェハＷの乾燥は次のようにして行われる。基板保持部９１によりウェハＷを回転させ、純水ノズル９３およびＩＰＡノズル９２をウェハＷの中心部の上方位置に移動させる。そして、ＩＰＡノズル９２からＩＰＡ蒸気を、純水ノズル９３から純水をウェハＷの表面に向かって供給しながら、図９に示すように、２つの純水ノズル９３およびＩＰＡノズル９２をウェハＷの半径方向に沿ってウェハＷの中心から外側に移動させる。純水ノズル９３はＩＰＡノズル９２の前方に位置している。したがって、ＩＰＡノズル９２は純水ノズル９３と同じ軌跡を描いて純水ノズル９３の後を追って移動する。このようにしてウェハＷの表面が乾燥される。その後、ウェハＷを高速回転させ、ウェハＷの裏面に付着している純水を振り落とす。このとき、ガスノズル（図示せず）から乾燥気体をウェハＷの裏面に吹き付けてもよい。
上述した乾燥ユニット９０はＩＰＡを用いた乾燥機であるが、他のタイプの洗浄機を用いてもよい。例えば、ウェハを高速で回転させるスピンドライタイプの乾燥機を使用することもできる。
ＣＭＰ部８は、ウェハの平坦面（以下、単に表面という）を化学機械的に研磨する領域である。このＣＭＰ部８は、第１ＣＭＰユニット１１１Ａ、第２ＣＭＰユニット１１１Ｂ、第３ＣＭＰユニット１１１Ｃ、および第４ＣＭＰユニット１１１Ｄを備えている。第１ＣＭＰユニット１１１Ａは、研磨面を有する研磨パッド１１２が取り付けられた第１研磨テーブル１１４Ａと、ウェハを保持しかつウェハを第１研磨テーブル１１４Ａ上の研磨パッド１１２に押圧するための第１トップリング１１６Ａと、研磨パッド１１２に研磨液（スラリー）を供給するための第１研磨液供給ノズル１１８Ａとを備えている。
同様に、第２ＣＭＰユニット１１１Ｂは、研磨パッド１１２が取り付けられた第２研磨テーブル１１４Ｂと、第２トップリング１１６Ｂと、第２研磨液供給ノズル１１８Ｂとを備えており、第３ＣＭＰユニット１１１Ｃは、研磨パッド１１２が取り付けられた第３研磨テーブル１１４Ｃと、第３トップリング１１６Ｃと、第３研磨液供給ノズル１１８Ｃとを備えており、第４ＣＭＰユニット１１１Ｄは、研磨パッド１１２が取り付けられた第４研磨テーブル１１４Ｄと、第４トップリング１１６Ｄと、第４研磨液供給ノズル１１８Ｄとを備えている。
第１ＣＭＰユニット１１１Ａおよび第２ＣＭＰユニット１１１Ｂに隣接して、第１リニアトランスポータ１２１が配置されている。この第１リニアトランスポータ１２１は、４つの搬送位置（第１搬送位置ＴＰ１、第２搬送位置ＴＰ２、第３搬送位置ＴＰ３、第４搬送位置ＴＰ４）の間でウェハを搬送する機構である。また、第３ＣＭＰユニット１１１Ｃおよび第４ＣＭＰユニット１１１Ｄに隣接して、第２リニアトランスポータ１２２が配置されている。この第２リニアトランスポータ１２２は、３つの搬送位置（第５搬送位置ＴＰ５、第６搬送位置ＴＰ６、第７搬送位置ＴＰ７）の間でウェハを搬送する機構である。
第１搬送位置ＴＰ１に隣接して、ローダー６からウェハを受け取るための反転機１２４が配置されている。ウェハはこの反転機１２４を介してローダー６から第１リニアトランスポータ１２１に渡される。反転機１２４とローダー６との間に位置して、シャッタ（図示せず）が隔壁２ｂに設けられており、ウェハの搬送時にはシャッタが開かれてローダー６から反転機１２４にウェハが渡されるようになっている。
ウェハは、研磨される面が下を向くように反転機１２４によって反転される。反転されたウェハは、反転機１２４から第１リニアトランスポータ１２１に渡され、そして第１リニアトランスポータ１２１によってＣＭＰユニット１１１Ａ，１１１Ｂに搬送される。第１ＣＭＰユニット１１１Ａのトップリング１１６Ａは、そのスイング動作により第１研磨テーブル１１４Ａの上方位置と第２搬送位置ＴＰ２との間を移動する。したがって、トップリング１１６Ａへのウェハの受け渡しは第２搬送位置ＴＰ２で行われる。
同様に、第２ＣＭＰユニット１１１Ｂのトップリング１１６Ｂは研磨テーブル１１４Ｂの上方位置と第３搬送位置ＴＰ３との間を移動し、トップリング１１６Ｂへのウェハの受け渡しは第３搬送位置ＴＰ３で行われる。第３ＣＭＰユニット１１１Ｃのトップリング１１６Ｃは研磨テーブル１１４Ｃの上方位置と第６搬送位置ＴＰ６との間を移動し、トップリング１１６Ｃへのウェハの受け渡しは第６搬送位置ＴＰ６で行われる。第４ＣＭＰユニット１１１Ｄのトップリング１１６Ｄは研磨テーブル１１４Ｄの上方位置と第７搬送位置ＴＰ７との間を移動し、トップリング１１６Ｄへのウェハの受け渡しは第７搬送位置ＴＰ７で行われる。
第１リニアトランスポータ１２１と、第２リニアトランスポータ１２２と、洗浄部１０との間にはスイングトランスポータ１３０が配置されている。ウェハは、スイングトランスポータ１３０によって第１リニアトランスポータ１２１から第２リニアトランスポータ１２２に搬送される。ウェハは、第２リニアトランスポータ１２２によって第３ＣＭＰユニット１１１Ｃおよび／または第４ＣＭＰユニット１１１Ｄに搬送される。
スイングトランスポータ１３０の側方には、図示しないフレームに設置されたバッファステーション１３３が配置されている。このバッファステーション１３３は、第１リニアトランスポータ１２１に隣接して配置されており、第１リニアトランスポータ１２１と洗浄部１０との間に位置している。スイングトランスポータ１３０は、第４搬送位置ＴＰ４、第５搬送位置ＴＰ５、およびバッファステーション１３３の間でウェハを搬送する。
第１ＣＭＰユニット１１１Ａ、第２ＣＭＰユニット１１１Ｂ、第３ＣＭＰユニット１１１Ｃ、および第４ＣＭＰユニット１１１Ｄは互いに同一の構成を有している。したがって、以下、第１ＣＭＰユニット１１１Ａについて説明する。図１０は、第１ＣＭＰユニット１１１Ａを示す斜視図である。図１０に示すように、第１ＣＭＰユニット１１１Ａは、研磨パッド１１２を支持する研磨テーブル１１４Ａと、ウェハＷを研磨パッド１１２に押し付けるトップリング１１６Ａと、研磨パッド１１２に研磨液（スラリー）を供給するための研磨液供給ノズル１１８Ａとを備えている。
研磨テーブル１１４Ａは、テーブル軸１１５を介してその下方に配置されるテーブルモータ１１７に連結されており、このテーブルモータ１１７により研磨テーブル１１４Ａが矢印で示す方向に回転されるようになっている。研磨パッド１１２は研磨テーブル１１４Ａの上面に貼付されており、研磨パッド１１２の上面がウェハＷを研磨する研磨面１１２ａを構成している。トップリング１１６Ａはトップリングシャフト１１９の下端に固定されている。トップリング１１６Ａは、その下面に真空吸着によりウェハＷを保持できるように構成されている。
ウェハＷの表面の研磨は次のようにして行われる。トップリング１１６Ａおよび研磨テーブル１１４Ａをそれぞれ矢印で示す方向に回転させ、研磨液供給ノズル１１８Ａから研磨パッド１１２上に研磨液（スラリー）を供給する。この状態で、トップリング１１６ＡによりウェハＷを研磨パッド１１２の研磨面１１２ａに押し付ける。ウェハＷの表面は、研磨液に含まれる砥粒の機械的作用と研磨液に含まれる化学成分の化学的作用により研磨される。
図２に示すように、ＣＭＰユニット１１１Ａ〜１１１Ｄに隣接して、第２洗浄ユニット１２０、第３洗浄ユニット１２７、および第２仮置き台１３１が配置されている。第２洗浄ユニット１２０と第３洗浄ユニット１２７との間には第２搬送ロボット１２８が配置され、第３洗浄ユニット１２７と第２仮置き台１３１との間には第３搬送ロボット１２９が配置されている。これら第２洗浄ユニット１２０、第２搬送ロボット１２８、第３洗浄ユニット１２７、および第２仮置き台１３１は、この順に直列に並んでいる。第２洗浄ユニット１２０は第１洗浄ユニット７０と同一の構成を有しているので、その説明を省略する。
第３洗浄ユニット１２７としては、ペンスポンジタイプの洗浄機または２流体ジェット洗浄機を使用することができる。図１１は、ペンスポンジタイプの第３洗浄ユニット１２７を示す斜視図である。図１１に示すように、この第３洗浄ユニット１２７は、ウェハＷを保持して回転させる基板保持部１４１と、ペンスポンジ１４２と、ペンスポンジ１４２を保持するアーム１４４と、ウェハＷの上面に純水を供給する純水供給ノズル１４６と、ウェハＷの上面に洗浄液（薬液）を供給する薬液供給ノズル１４７とを備えている。ペンスポンジ１４２は、アーム１４４内に配置された回転機構（図示せず）に連結されており、ペンスポンジ１４２は鉛直方向に延びる中心軸線まわりに回転されるようになっている。
基板保持部１４１は、ウェハＷの周縁部を保持する複数の（図１１では４つの）チャック１４５を備えており、これらチャック１４５でウェハＷを水平に保持する。チャック１４５にはモータ１４８が連結されており、チャック１４５に保持されたウェハＷはモータ１４８によってその軸心まわりに回転する。
アーム１４４はウェハＷの上方に配置されている。アーム１４４の一端にはペンスポンジ１４２が連結され、アーム１４４の他端には旋回軸１５０が連結されている。この旋回軸１５０にはアーム１４４を旋回させるアーム回転機構としてのモータ１５１が連結されている。アーム回転機構は、モータ１５１に加えて、減速ギヤなどを備えてもよい。モータ１５１は、旋回軸１５０を所定の角度だけ回転させることにより、アーム１４４をウェハＷと平行な平面内で旋回させるようになっている。したがって、アーム１４４の旋回により、これに支持されたペンスポンジ１４２がウェハＷの半径方向外側に移動する。
ウェハＷは次のようにして洗浄される。まず、ウェハＷをその軸心まわりに回転させる。次いで、薬液供給ノズル１４７からウェハＷの上面に洗浄液が供給される。この状態で、ペンスポンジ１４２がその鉛直に延びる軸心周りに回転しながらウェハＷの上面に摺接し、さらにウェハＷの半径方向に沿って揺動する。洗浄液の存在下でペンスポンジ１４２がウェハＷの上面に摺接することにより、ウェハＷがスクラブ洗浄される。スクラブ洗浄後、純水供給ノズル１４６からウェハＷに純水が供給され、これによりウェハＷがリンスされる。
上述したように、第３洗浄ユニット１２７として２流体ジェット洗浄機を使用してもよい。２流体ジェット洗浄機は、少量のＣＯ２ガス（炭酸ガス）を溶解させた純水（ＤＩＷ）とＮ２ガスとを混合し、その混合流体をウェハの表面に吹き付ける洗浄機である。このタイプの洗浄機は、微小な液滴と衝撃エネルギーでウェハ上の微小なパーティクルを除去することができる。特に、Ｎ２ガスの流量および純水の流量を適切に調整することにより、ダメージのないウェハ洗浄を実現することができる。さらに、炭酸ガスを溶解させた純水を用いることにより、静電気が原因とされるウェハの腐食の影響が緩和される。
第２搬送ロボット１２８は、バッファステーション１３３上に載置されているウェハ（研磨されたウェハ）を第２洗浄ユニット１２０に搬送し、さらに、第２洗浄ユニット１２０によって洗浄されたウェハを第３洗浄ユニット１２７に搬送するように動作する。第３搬送ロボット１２９は、第３洗浄ユニット１２７によって洗浄されたウェハを第２仮置き台１３１に搬送するように動作する。
上述した第１搬送ロボット１２５、第２搬送ロボット１２８、第３搬送ロボット１２９、第１リニアトランスポータ１２１、および第２リニアトランスポータ１２２は、ウェハを搬送する搬送システムを構成する。この搬送システムおよび上述した各ユニットの動作は、動作制御部４によって制御される。
次に、上述した研磨装置を用いてウェハ（基板）を研磨する方法の第１の実施形態について図１２を参照して説明する。図１２は、第１の実施形態に係る研磨方法を示すウェハ搬送ルートを示す図である。ローダー６は、ウェハカセットから１枚のウェハを取り出し、第１仮置き台１２３の上にウェハを載置する。第１搬送ロボット１２５は、第１仮置き台１２３から周縁部研磨ユニット９にウェハを搬送する。周縁部研磨ユニット９は、上述した研磨動作に従ってウェハの周縁部を研磨する。研磨されたウェハは、第１搬送ロボット１２５により第１洗浄ユニット７０に搬送され、ここでウェハが洗浄される。洗浄されたウェハは第１搬送ロボット１２５によって第１洗浄ユニット７０から取り出され、反転機１２４に搬送される。
反転機１２４は、デバイスなどの構造体が形成されている表面が下を向くようにウェハを反転させる。第１リニアトランスポータ１２１は反転されたウェハを受け取り、第２搬送位置ＴＰ２にウェハを搬送する。第１ＣＭＰユニット１１１Ａの第１トップリング１１６Ａはその下面にウェハを保持し、ウェハを第１研磨テーブル１１４Ａの上方位置に搬送し、そして回転する第１研磨テーブル１１４Ａ上の研磨パッド１１２に押し付けてウェハの表面（平坦面）を研磨する。研磨されたウェハは第１リニアトランスポータ１２１によって第２搬送位置ＴＰ２から第３搬送位置ＴＰ３に搬送され、第２ＣＭＰユニット１１１Ｂにより同じようにしてウェハの表面が研磨される。
周縁部研磨ユニット９、第１ＣＭＰユニット１１１Ａ、および第２ＣＭＰユニット１１１Ｂによって研磨されたウェハは、スイングトランスポータ１３０によってバッファステーション１３３の上に載置される。ウェハは、さらに第２搬送ロボット１２８によってバッファステーション１３３から第２洗浄ユニット１２０に搬送され、第２洗浄ユニット１２０によってウェハが洗浄される。
洗浄されたウェハは、第２搬送ロボット１２８により第２洗浄ユニット１２０から取り出され、第３洗浄ユニット１２７に搬送される。ウェハは第３洗浄ユニット１２７によりさらに洗浄される。洗浄されたウェハは、第３搬送ロボット１２９により第３洗浄ユニット１２７から取り出され、第２仮置き台１３１の上に載置される。さらに、ウェハは、第１搬送ロボット１２５により乾燥ユニット９０に搬送され、ここでウェハが乾燥される。乾燥されたウェハは、第１搬送ロボット１２５により乾燥ユニット９０から取り出され、第１仮置き台１２３上に載置される。そして、ウェハは、ローダー６により第１仮置き台１２３からウェハカセットに搬送される。このようにして、ウェハの周縁部研磨（第１研磨工程）、一次洗浄、ウェハの平坦面研磨（第２研磨工程）、二次洗浄、三次洗浄、および乾燥がこの順に行われる。
図１３は、第２の実施形態に係る研磨方法を示すウェハ搬送ルートを示す図である。第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、第３ＣＭＰユニット１１１Ｃおよび第４ＣＭＰユニット１１１Ｄによってウェハが研磨される点である。すなわち、周縁部が研磨されたウェハは、第１リニアトランスポータ１２１によって第４搬送位置ＴＰ４に搬送され、スイングトランスポータ１３０によって第２リニアトランスポータ１２２に搬送され、さらに第３ＣＭＰユニット１１１Ｃおよび第４ＣＭＰユニット１１１Ｄにこの順に搬送され、ウェハの平坦面が順次研磨される。研磨されたウェハは、第１の実施形態と同じように洗浄および乾燥される。
図１４は、第３の実施形態に係る研磨方法を示すウェハ搬送ルートを示す図である。ローダー６は、ウェハカセットから１枚のウェハを取り出し、第１仮置き台１２３の上にウェハを載置する。第１搬送ロボット１２５は、第１仮置き台１２３からウェハを取り出し、反転機１２４に搬送する。
反転機１２４は、デバイスなどの構造体が形成されている表面が下を向くようにウェハを反転させる。反転されたウェハは、第１の実施形態と同様にして、第１ＣＭＰユニット１１１Ａおよび第２ＣＭＰユニット１１１Ｂによって順次研磨される。第１ＣＭＰユニット１１１Ａおよび第２ＣＭＰユニット１１１Ｂによって研磨されたウェハは、スイングトランスポータ１３０によってバッファステーション１３３の上に載置される。ウェハは、第２搬送ロボット１２８によってバッファステーション１３３から第２洗浄ユニット１２０に搬送され、第２洗浄ユニット１２０によってウェハが洗浄される。
洗浄されたウェハは、第２搬送ロボット１２８により第２洗浄ユニット１２０から取り出され、第３洗浄ユニット１２７に搬送される。ウェハは第３洗浄ユニット１２７によりさらに洗浄される。洗浄されたウェハは、第３搬送ロボット１２９により第３洗浄ユニット１２７から取り出され、第２仮置き台１３１の上に載置される。さらに、ウェハは、第１搬送ロボット１２５により周縁部研磨ユニット９に搬送される。
周縁部研磨ユニット９は、上述した研磨動作に従ってウェハの周縁部を研磨する。研磨されたウェハは、第１搬送ロボット１２５により第１洗浄ユニット７０に搬送され、ここでウェハが洗浄される。洗浄されたウェハは第１搬送ロボット１２５によって第１洗浄ユニット７０から取り出され、乾燥ユニット９０に搬送される。ウェハは、乾燥ユニット９０によって乾燥される。乾燥されたウェハは、第１搬送ロボット１２５により乾燥ユニット９０から取り出され、第１仮置き台１２３上に載置される。そして、ウェハは、ローダー６により第１仮置き台１２３からウェハカセットに搬送される。このようにして、ウェハの平坦面研磨（第１研磨工程）、一次洗浄、二次洗浄、ウェハの周縁部研磨（第２研磨工程）、三次洗浄、および乾燥がこの順に行われる。
図１５は、第４の実施形態に係る研磨方法を示すウェハ搬送ルートを示す図である。第４の実施形態が第３の実施形態と異なる点は、第３ＣＭＰユニット１１１Ｃおよび第４ＣＭＰユニット１１１Ｄによってウェハが研磨される点である。すなわち、ウェハは、第１リニアトランスポータ１２１によって第４搬送位置ＴＰ４に搬送され、スイングトランスポータ１３０によって第２リニアトランスポータ１２２に搬送され、さらに第３ＣＭＰユニット１１１Ｃおよび第４ＣＭＰユニット１１１Ｄにこの順に搬送され、ウェハの平坦面が順次研磨される。研磨されたウェハは、第３の実施形態と同じように、洗浄部１０に搬送され、第２洗浄ユニット１２０および第３洗浄ユニット１２７によって洗浄される。さらに、周縁部研磨ユニット９によりウェハの周縁部が研磨され、その後ウェハが洗浄され、乾燥される。
上述した第１乃至第４の実施形態によれば、第１の研磨工程が行われた後にウェハが洗浄され、その後第２の研磨工程が行われる。したがって、第１の研磨工程で発生した研磨屑および／または第１の研磨工程で使用されたスラリーなどはウェハから除去され、第２の研磨工程でのスクラッチなどのディフェクトの発生が防止される。
上述した第１乃至第４の実施形態によれば、４つのＣＭＰユニット１１１Ａ〜１１１Ｄのうちの２つを用いて２ステップＣＭＰが行われる。ウェハの搬送経路は、適宜変更することができる。例えば、ウェハを第１ＣＭＰユニット１１１Ａ、第３ＣＭＰユニット１１１Ｃにこの順に搬送してもよいし、またはウェハを第２ＣＭＰユニット１１１Ｂ、第３ＣＭＰユニット１１１Ｃにこの順に搬送してもよい。
４つのＣＭＰユニット１１１Ａ〜１１１Ｄのすべてを用いて４ステップＣＭＰを行ってもよい。例えば、ウェハをＣＭＰユニット１１１Ａ〜１１１Ｄにこの順に搬送してウェハを連続研磨してもよい。４つのＣＭＰユニット１１１Ａ〜１１１Ｄのうちのいずれか１つにのみウェハを搬送してウェハを研磨してもよい。例えば、第１ＣＭＰユニット１１１Ａにのみウェハを搬送して１ステップＣＭＰを行ってもよい。さらには、４つのＣＭＰユニット１１１Ａ〜１１１Ｄのうちの３つを用いて３ステップＣＭＰを行ってもよい。例えば、ウェハを第１ＣＭＰユニット１１１Ａ、第２ＣＭＰユニット１１１Ｂ、第３ＣＭＰユニット１１１Ｃにこの順に搬送してもよいし、またはウェハを第１ＣＭＰユニット１１１Ａ、第３ＣＭＰユニット１１１Ｃ、第４ＣＭＰユニット１１１Ｄにこの順に搬送してもよい。ＣＭＰのみ、または周縁部研磨のみを実行する搬送ルートでウェハを搬送してもよい。
上述した実施形態では、周縁部研磨ユニット９は研磨テープを用いてウェハの周縁部を研磨するが、研磨テープに代えて砥石を用いてウェハの周縁部を研磨してもよい。
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。
１ ロード／アンロード部
２ ハウジング
２ａ，２ｂ，２ｃ 隔壁
３ 周縁部研磨部
４ 動作制御部
５ ロードポート
６ ローダー
８ ＣＭＰ部
９ 周縁部研磨ユニット
１０ 洗浄部
１１ 研磨ヘッド組立体
１２ テープ供給機構
１３ 基板保持機構
１４ 保持ステージ
１５ 研磨テープ
２０ 隔壁
２１ 研磨室
２４ 供給リール
２５ 巻取リール
２７ カップリング
３０ 研磨ヘッド
４２ テープ送り機構
４３〜４９ ガイドローラ
５０ 加圧パッド
５２ エアシリンダ（アクチュエータ）
６０ アーム
６１ 移動台
６２ ガイド
６３ レール
６５ ベースプレート
６６ 連結板
６７ リニアアクチュエータ
６８ ジョイント
７０ 第１洗浄ユニット
７１〜７４ 保持ローラ
７７，７８ ロールスポンジ
８０，８１ 回転機構
８２ 昇降駆動機構
８５，８６ 純水供給ノズル
８７，８８ 薬液供給ノズル
８９ ガイドレール
９０ 乾燥ユニット
９１ 基板保持部
９２ ＩＰＡノズル
９３ 純水ノズル
９４ アーム
９５ チャック
９８ モータ
１００ 旋回軸
１０１ モータ
１１１Ａ〜１１１Ｄ ＣＭＰユニット
１１２ 研磨パッド
１１４Ａ〜１１４Ｄ 研磨テーブル
１１５ テーブル軸
１１６Ａ〜１１６Ｄ トップリング
１１７ テーブルモータ
１１８Ａ〜１１８Ｄ 研磨液供給ノズル
１２０ 第２洗浄ユニット
１２１ 第１リニアトランスポータ
１２２ 第２リニアトランスポータ
１２３ 第１仮置き台
１２５ 第１搬送ロボット
１２７ 第３洗浄ユニット
１２８ 第２搬送ロボット
１２９ 第３搬送ロボット
１３１ 第２仮置き台
１３３ バッファステーション
１４１ 基板保持部
１４２ ペンスポンジ
１４４ アーム
１４５ チャック
１４６ 純水供給ノズル
１４７ 薬液供給ノズル
１４８ モータ
１５０ 旋回軸
１５１ モータ

Claims (9)

  1. 基板を研磨する研磨装置であって、
    前記基板の周縁部を研磨する周縁部研磨ユニットと、
    前記基板の平坦面を研磨するＣＭＰユニットと、
    研磨された前記基板を洗浄する洗浄ユニットと、
    前記基板を搬送する搬送システムとを備え、
    前記搬送システムは、前記周縁部研磨ユニットおよび前記ＣＭＰユニットのうちの一方で研磨された前記基板を前記洗浄ユニットに搬送し、前記洗浄ユニットで洗浄された前記基板を前記周縁部研磨ユニットおよび前記ＣＭＰユニットのうちの他方に搬送するように動作することを特徴とする研磨装置。
  2. 前記搬送システムは、前記周縁部研磨ユニットおよび前記ＣＭＰユニットのうちの前記他方で研磨された前記基板を前記洗浄ユニットに搬送するように動作することを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
  3. 前記周縁部研磨ユニットと前記ＣＭＰユニットとの間に配置され、前記基板を反転させる反転機をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の研磨装置。
  4. 前記洗浄ユニットで洗浄された前記基板を乾燥させる乾燥ユニットをさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の研磨装置。
  5. 前記洗浄ユニットは、前記周縁部研磨ユニットで研磨された前記基板を洗浄するための第１洗浄ユニットと、前記ＣＭＰユニットで研磨された前記基板を洗浄するための第２洗浄ユニットとから構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の研磨装置。
  6. 基板を研磨する研磨方法であって、
    前記基板を研磨する第１研磨工程を行い、
    前記第１研磨工程の後に前記基板を洗浄し、
    前記洗浄された基板を研磨する第２研磨工程を行い、
    前記第１研磨工程は、前記基板の周縁部および平坦面のうちの一方を研磨する工程であり、前記第２研磨工程は、前記基板の周縁部および平坦面のうちの他方を研磨する工程であることを特徴とする研磨方法。
  7. 前記第２研磨工程の後に前記基板を洗浄する工程をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の研磨方法。
  8. 前記第２研磨工程の後に前記基板を洗浄し、さらに前記基板を乾燥させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の研磨方法。
  9. 前記第１研磨工程の後に前記基板を洗浄する工程と、前記第２研磨工程の後に前記基板を洗浄する工程は、別々の洗浄ユニットで行われることを特徴とする請求項７または８に記載の研磨方法。
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