JP2015082586A - 研磨装置および研磨方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図11(a)は、トップリング100が搬送機構120の上方に移動した状態を示す。すなわち、ウエハの研磨工程の終了後、研磨後のウエハWをメンブレン101により真空吸着し、その状態でトップリング100は搬送機構120の上方に移動する。
図11(b)は、メンブレン101が膨らんだ状態を示す。すなわち、真空破壊をしてメンブレン101によるウエハWの真空吸着を解除すると同時に、圧力室に圧縮空気等の圧力流体を供給してメンブレン101の内側を加圧することによりメンブレン101を膨らませる。
図11(c)は、噴射ノズル121から流体を噴射した状態を示す。すなわち、噴射ノズル121から流体FをウエハWとメンブレン101との接触部分(境界部分)に噴射することにより、ウエハWはメンブレン101から剥がれる。
図11(d)は、ウエハWが搬送機構120上に受け渡された状態を示す。すなわち、メンブレン101から剥がれたウエハWは搬送機構120に受け渡され、搬送機構120上に着座する。このとき、ウエハWにより投光部130aから受光部130bへ投光される光が遮られるため、ウエハWの搬送機構120上への着座を検知することができる。
本発明によれば、研磨後の基板を基板保持装置から基板搬送機構に確実に受け渡すことができる。
本発明の好ましい態様は、前記基板受け渡し位置において、前記噴射ノズルは、前記基板を保持している前記弾性膜を囲むように複数個設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、高さ位置決め手段を上昇させた時に、膨らんだ弾性膜によって保持された基板の高さを規定し、規定された高さ位置で離脱した基板を受け取って支持し、高さ位置決め手段を下降させて基板を基板搬送装置に着座させることができる。
本発明の好ましい態様は、前記基板の前記基板搬送機構への着座を検知する着座検知センサを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、基板を基板保持装置から基板搬送機構に受け渡した時に、基板の基板搬送機構への着座を検知することができる。
本発明によれば、弾性膜とリテーナリングとの間のすきまを洗浄することができ、残留スラリー等を効率よく除去することが出来る。
本発明によれば、研磨後の基板を基板保持装置から基板搬送機構に確実に受け渡すことができる。
本発明の好ましい態様は、前記基板受け渡し位置において、前記噴射ノズルは、前記基板を保持している前記弾性膜を囲むように複数個設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、噴射ノズルの先端は、弾性膜の基板保持面と基板との間の空間にあって、垂直方向において基板の面内に入り込んでいるため、噴射ノズルを弾性膜の直近まで近づけることができる。したがって、流体噴射による圧力が基板と弾性膜との境界部に到達する際における圧力伝達の低下を抑制することができる。
本発明によれば、弾性膜を着座検知センサが動作するまで膨らませることにより、弾性膜が膨らんだ際の基板の高さを規定することができる。
本発明によれば、基板を基板保持面から離脱させた後に、噴射ノズルを基板から離間させる方向に退避させることにより、次の基板の受け渡し工程等の際に、噴射ノズルが邪魔になって作業の支障になることがない。
本発明によれば、高さ位置決め手段を上昇させた時に、膨らんだ弾性膜によって保持された基板の高さを規定し、規定された高さ位置で離脱した基板を受け取って支持し、高さ位置決め手段を下降させて基板を基板搬送装置に着座させることができる。
本発明の好ましい態様は、前記噴射ノズルは、前記弾性膜とリテーナリングの間を洗浄する洗浄用ノズルを有することを特徴とする。
本発明によれば、弾性膜とリテーナリングとの間のすきまを洗浄することができ、残留スラリー等を効率よく除去することが出来る。
本発明の好ましい態様は、前記基板を前記基板保持面から離脱させた後に、前記噴射ノズルを前記基板から離間させる方向に退避させることを特徴とする。
(1)基板を弾性膜(メンブレン)から離脱させるために弾性膜を膨らませる際に、弾性膜の個体バラツキや弾性膜の経時変化等によって、弾性膜の膨らみ代が変化しても、噴射ノズルと、基板と弾性膜の境界部分との間に高さ方向のずれが発生することはなく、噴射ノズルから流体を基板と弾性膜との境界部分に噴射させることができる。したがって、基板を基板保持装置から速やかにかつ確実に離脱させることができる。
(2)基板を弾性膜から離脱させるために、弾性膜を膨らませた状態で、噴射ノズルの先端を弾性膜の直近の位置まで移動させた後に、流体を弾性膜に向けて噴射することができ、流体噴射による基板の引き剥がし力を増加させることができる。したがって、基板を基板保持装置から速やかにかつ確実に離脱させることができる。
図1は、本発明に係る研磨装置の全体構成を示す概略斜視図である。研磨装置は、研磨テーブル20と、研磨対象物であるウエハ(基板)Wを保持して研磨テーブル上の研磨パッドに押圧するトップリング1とを備えている。研磨テーブル20は、テーブル軸を介してその下方に配置される研磨テーブル回転モータ(図示せず)に連結されており、テーブル軸の回りに回転可能になっている。研磨テーブル20の上面には研磨パッド21が貼付されており、研磨パッド21の表面がウエハWを研磨する研磨面21aを構成している。研磨パッド21には、ロデール社製のSUBA800、IC−1000、IC−1000/SUBA400(二層クロス)等が用いられており、IC−1000は、その表面に多数の微細な孔を有したパッドであり、パーフォレートパッドとも呼ばれている。研磨テーブル20の上方には研磨液供給ノズル23が設置されており、この研磨液供給ノズル23によって研磨テーブル20上の研磨パッド21に研磨液(スラリー)が供給されるようになっている。
図2に示すように、トップリング1は、ウエハWを研磨パッド21に対して押圧するメンブレン(弾性膜)4と、メンブレン4を保持するトップリング本体(キャリアとも称する)2と、研磨パッド21を直接押圧するリテーナリング3とから基本的に構成されている。トップリング本体2は概略円盤状の部材からなり、リテーナリング3はトップリング本体2の外周部に取り付けられている。トップリング本体2は、エンジニアリングプラスティック(例えば、PEEK)などの樹脂により形成されている。トップリング本体2の下面には、ウエハWの裏面に当接するメンブレン4が取り付けられている。メンブレン4は、エチレンプロピレンゴム(EPDM)、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度および耐久性に優れたゴム材によって形成されている。
トップリング1は基板受渡し位置でウエハWを受け取り、真空吸着により保持する。ウエハWの真空吸着は真空源39により複数の孔4h内に真空を形成することによって行われる。ウエハWを保持したトップリング1は、予め設定したトップリング1の研磨設定位置まで下降する。この研磨設定位置では、リテーナリング3は研磨パッド21の研磨面21aに接触しているが、研磨前は、トップリング1でウエハWを保持しているので、ウエハWの下面(被研磨面)と研磨パッド21の研磨面21aとの間には、わずかな間隙(例えば、約1mm)がある。このとき、研磨テーブル20およびトップリング1は、ともに回転駆動されている。この状態で、ウエハWの裏面側にあるメンブレン4を膨らませ、ウエハWの下面を研磨パッド21の研磨面21aに当接させ、研磨パッド21とウエハWとを相対運動させることにより、ウエハWの表面が研磨される。
図3は、本発明の第1の態様を示す図であり、メンブレン4が膨らんだ際のウエハWの高さを規定する手段を備えた搬送機構50を示す模式的断面図である。図3に示すように、搬送機構50は、トップリング1からリリースされたウエハWが着座するステージ51と、ステージ51へのウエハWの着座を検知する着座検知センサ52とを備えている。着座検知センサ52は、投光部52aと受光部52bとからなり、ウエハWがステージ51上に着座した時に投光部52aから受光部52bへ投光される光が遮られるため、ウエハWの着座を検知できるようになっている。
(1)エアシリンダ57を作動させることにより、高さ位置決めピン55が規定高さまで上昇する。ここでいう高さ位置決めピン55の規定高さは、上述の「ウエハの規定高さ」にウエハWの厚さを考慮した高さである。
(2)トップリング1の圧力室に圧縮空気等の圧力流体を供給してメンブレン4を内側から加圧することにより、メンブレン4がウエハの規定高さ(高さ位置決めピン55の上面とほぼ同じ高さ)まで膨らむ。
メンブレン4が規定高さまで膨らんだことを検知するセンサを設けても良い。センサとは、例えば高さ位置決めピン55の上面にメンブレン4に密着したウエハWが接触したことを検知するセンサとする。
(3)規定の高さ(ウエハの規定高さと同じ高さ)に配置された複数の噴射ノズル53から、ウエハWとメンブレン4が密着している境界部に流体を噴射し、ウエハWの引き剥がし動作を開始する。
(4)メンブレン4がウエハWから剥がれるまで、噴射ノズル53から流体を噴射し続ける。
(5)ウエハWを複数の高さ位置決めピン55により支持した状態で、エアシリンダ57を作動させて高さ位置決めピン55を下降させ、ウエハWをステージ51に着座させる。ウエハWの着座が着座検知センサ52により検知される。
図4(a)は、トップリング1が搬送機構50の上方に移動した状態を示す。すなわち、ウエハの研磨工程の終了後、研磨後のウエハWをメンブレン4により真空吸着し、その状態でトップリング1は搬送機構50の上方に移動する。このとき、高さ位置決めピン55は規定高さまで上昇している。
図4(b)は、メンブレン4が膨らんだ状態を示す。すなわち、真空破壊をしてメンブレン4によるウエハWの真空吸着を解除すると同時に、圧力室に圧縮空気等の圧力流体を供給してメンブレン4を内側から加圧することによりメンブレン4を膨らませる。メンブレン4は規定高さまで膨らみ、ウエハWの下面は高さ位置決めピン55により支持される。
図4(c)は、噴射ノズル53から流体を噴射した状態を示す。すなわち、噴射ノズル53から流体FをウエハWとメンブレン4との境界部分に噴射することにより、メンブレン4がウエハWから剥がれる。メンブレン4が剥がれるまで流体噴射を続ける。
図4(d)は、ウエハWが搬送機構50上に受け渡された状態を示す。すなわち、ウエハWを位置決めピン55により支持した状態で位置決めピン55を下降させ、ウエハWをステージ51に着座させる。このとき、ウエハWにより投光部52aから受光部52bへ投光される光が遮られるため、ウエハWの搬送機構50上への着座を検知することができる。
図5は、本発明の第2の態様を示す図であり、噴射ノズル53を移動させる手段を備えた搬送機構50を示す模式的断面図である。図5に示すように、ステージ51の周囲に設けられた複数の噴射ノズル53は、エアシリンダ58によりウエハ中心方向に往復移動可能に構成されており、ウエハリリース時に噴射ノズル53をメンブレン4に接近させるようにしている。また、メンブレン4が膨らんだ際のウエハWの高さを規定する手段として、一定位置(着座検知位置)までメンブレン4を膨らませる動作を行うようにしている。
(1)トップリング1の圧力室に圧力流体を供給してメンブレン4を内側から加圧することにより、メンブレン4を着座検知センサ52による着座検知が動作するまで膨らませる。
(2)エアシリンダ58を作動させることにより、複数の噴射ノズル53をウエハWの中心方向に移動させる。このとき、各噴射ノズル53の先端は、メンブレン4の基板保持面4bとウエハWとの間の空間にあって、垂直方向においてウエハWの面内に入り込んでいる。
(3)複数の噴射ノズル53からメンブレン4に向けて流体を噴射し、ウエハWの引き剥がし動作を開始する。
(4)メンブレン4がウエハWから剥がれるまで、噴射ノズル53から流体を噴射し続ける。
(5)複数の噴射ノズル53をウエハWから遠ざかる方向に退避させる。
図7(a)は、トップリング1が搬送機構50の上方に移動しメンブレン4が膨らんだ状態を示す。すなわち、ウエハの研磨工程の終了後、研磨後のウエハWをメンブレン4により真空吸着し、その状態でトップリング1は搬送機構50の上方に移動する。そして、真空破壊をしてメンブレン4によるウエハWの真空吸着を解除すると同時に、圧力室に圧縮空気等の圧力流体を供給してメンブレン4を内側から加圧することによりメンブレン4を着座検知センサ52による着座検知が動作するまで膨らませる。
図7(b)は、噴射ノズル53がウエハの中心方向に移動した状態を示す。すなわち、エアシリンダ58を作動させて噴射ノズル53をウエハWの中心方向に移動させる。これにより、噴射ノズル53の先端はメンブレン4の直近の位置まで移動する。このとき、各噴射ノズル53の先端は、メンブレン4の基板保持面4bとウエハWとの間の空間にあって、垂直方向においてウエハWの面内に入り込んでいる。
図7(c)は、噴射ノズル53から流体を噴射した状態を示す。すなわち、噴射ノズル53の先端をメンブレン4の直近の位置まで近づけた状態で噴射ノズル53から流体Fをメンブレン4に向けて噴射することにより、メンブレン4がウエハWから剥がれる。メンブレン4が剥がれるまで流体噴射を続ける。メンブレン4から剥がれたウエハWは搬送機構50のステージ51上に着座する。噴射ノズル53がメンブレン4に接近しているため、流体噴射による境界部到達時の圧力伝達の低下を抑制できる。
図7(d)は、ウエハWが搬送機構50上に受け渡された後に噴射ノズル53を退避させる状態を示す。すなわち、ウエハWがステージ51上に着座した後に、エアシリンダ58を作動させて噴射ノズル53をウエハWから遠ざかる方向に退避させる。
図8(a)は、トップリング1が搬送機構50の上方に移動した状態を示す。すなわち、ウエハの研磨工程の終了後、研磨後のウエハWをメンブレン4により真空吸着し、その状態でトップリング1は搬送機構50の上方に移動する。このとき、高さ位置決めピン55は規定高さまで上昇している。
図8(b)は、メンブレン4が膨らんだ状態を示す。すなわち、真空破壊をしてメンブレン4によるウエハWの真空吸着を解除すると同時に、圧力室に圧縮空気等の圧力流体を供給してメンブレン4を内側から加圧することによりメンブレン4を膨らませる。メンブレン4は規定高さ(ウエハの高さ)まで膨らみ、ウエハWの下面は高さ位置決めピン55により支持される。
図8(c)は、噴射ノズル53がウエハの中心方向に移動して噴射ノズル53から流体を噴射した状態を示す。すなわち、エアシリンダ58を作動させて噴射ノズル53をウエハWの中心方向に移動させる。これにより、エアシリンダ58の先端はメンブレン4の直近の位置まで移動する。このとき、各噴射ノズル53の先端は、メンブレン4の基板保持面4bとウエハWとの間の空間にあって、垂直方向においてウエハWの面内に入り込んでいる。そして、噴射ノズル53から流体FをウエハWとメンブレン4との境界部分に噴射することにより、メンブレン4がウエハWから剥がれる。噴射ノズル53がメンブレン4に接近していること及び流体噴射をウエハWとメンブレン4の境界部に行うことから、引き剥がし力を増加させることができる。
図8(d)は、ウエハWが搬送機構50上に受け渡された状態を示す。すなわち、噴射ノズル53をウエハWから遠ざかる方向に退避させるとともに、ウエハWを位置決めピン55により支持した状態で位置決めピン55を下降させ、ウエハWをステージ51に着座させる。ウエハの着座が着座検知センサ52により検知される。
図1乃至図8に示す実施形態においては、基板搬送機構として搬送機構50を説明したが、基板搬送機構は、基板受け渡し位置に設置されたプッシャ等の基板受け渡し装置であってもよい。
2 トップリング本体
3 リテーナリング
4 メンブレン
4a 隔壁
4b 基板保持面
4h 孔
5 センター室
6 リプル室
7 アウター室
8 エッジ室
9 リテーナリング加圧室
11 トップリングシャフト
12 トップリングヘッド
13 トップリングヘッドシャフト
20 研磨テーブル
21 研磨パッド
21a 研磨面
23 研磨液供給ノズル
25 流路
26 流路
27 流路
28 流路
29 流路
30 ドレッシングユニット
31 ドレッサヘッド
32 ドレッサ
32a ドレッシング部材
33 圧力制御部
34 真空源
35 気水分離槽
36 ロータリージョイント
39 真空源
40 制御装置
41 流路
43 流路
44 流路
45 流路
50 搬送機構
51 ステージ
52 着座検知センサ
52a 投光部
52b 受光部
53 噴射ノズル
55 高さ位置決めピン
56 支持板
57 エアシリンダ
58 エアシリンダ
59 洗浄用ノズル
100 トップリング
101 メンブレン
101a 基板保持面
120 搬送機構
121 噴射ノズル
130 着座検知センサ
130a 投光部
130b 受光部
F 流体
F1,F2,F3,F4,F5 流量センサ
P1,P2,P3,P4,P5 圧力センサ
R1,R3,R4,R5 圧力レギュレータ
V1−1〜V1−3,V2−1〜V2−3,V3−1〜V3−3,V4−1〜V4−3,V5−1〜V5−3 バルブ
W ウエハ
Claims (22)
- 研磨パッドを支持するための研磨テーブルと、
弾性膜で構成された基板保持面および圧力室を有し、該基板保持面で基板を保持して前記圧力室内の圧力により前記基板を前記研磨パッドに押圧する基板保持装置と、
基板受け渡し位置において、前記圧力室に圧力流体を供給して前記基板を保持している前記弾性膜を膨らませた時に前記基板の高さを規定する高さ位置決め手段と、
前記高さ位置決め手段によって高さが規定された前記基板と、該基板に密着している前記弾性膜との境界部分に流体を噴射して前記基板を前記基板保持面から離脱させる噴射ノズルとを備えたことを特徴とする研磨装置。 - 前記基板受け渡し位置に、前記基板保持装置から基板を受け取る基板搬送機構を備えたことを特徴とする請求項1記載の研磨装置。
- 前記基板受け渡し位置において、前記噴射ノズルは、前記基板を保持している前記弾性膜を囲むように複数個設けられていることを特徴とする請求項1または2記載の研磨装置。
- 前記高さ位置決め手段は上下動可能に構成され、上昇時に前記基板の高さを規定し、下降時に前記基板保持面から離脱させた前記基板を支持して前記基板搬送機構に着座させることを特徴とする請求項2記載の研磨装置。
- 前記高さ位置決め手段は、上下動機構により上下動可能な複数の高さ位置決めピンからなることを特徴とする請求項4記載の研磨装置。
- 前記基板の前記基板搬送機構への着座を検知する着座検知センサを備えたことを特徴とする請求項4記載の研磨装置。
- 前記噴射ノズルは、前記弾性膜とリテーナリングの間を洗浄する洗浄用ノズルを有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の研磨装置。
- 研磨パッドを支持するための研磨テーブルと、
弾性膜で構成された基板保持面および圧力室を有し、該基板保持面で基板を保持して前記圧力室内の圧力により前記基板を前記研磨パッドに押圧する基板保持装置と、
基板受け渡し位置において、前記圧力室に圧力流体を供給して前記基板を保持している前記弾性膜を膨らませた状態で前記基板保持面に流体を噴射して前記基板を前記基板保持面から離脱させる噴射ノズルと、
前記噴射ノズルを前記基板の中心方向と前記基板から離間させる方向とで往復移動させる移動手段とを備え、
前記移動手段により前記噴射ノズルを前記基板の中心方向に移動させて該噴射ノズルを前記基板保持面に接近させた後に、前記噴射ノズルから前記基板保持面に流体を噴射して前記基板を前記基板保持面から離脱させるようにしたことを特徴とする研磨装置。 - 前記基板受け渡し位置に、前記基板保持装置から基板を受け取る基板搬送機構を備えたことを特徴とする請求項8記載の研磨装置。
- 前記基板受け渡し位置において、前記噴射ノズルは、前記基板を保持している前記弾性膜を囲むように複数個設けられていることを特徴とする請求項8または9記載の研磨装置。
- 前記噴射ノズルを前記基板保持面に接近させて流体を噴射する時には、前記噴射ノズルの先端は、前記基板保持面と前記基板との間の空間内にあって、垂直方向において前記基板の面内に入り込んでいることを特徴とする請求項8乃至10のいずれか一項に記載の研磨装置。
- 前記基板の前記基板搬送機構への着座を検知する着座検知センサを備え、前記噴射ノズルから流体を噴射する前に前記弾性膜を膨らませる時に、該弾性膜を前記着座検知センサが動作するまで膨らませるようにしたことを特徴とする請求項9記載の研磨装置。
- 前記基板を前記基板保持面から離脱させた後に、前記移動手段により前記噴射ノズルを前記基板から離間させる方向に退避させるようにしたことを特徴とする請求項8乃至12のいずれか一項に記載の研磨装置。
- 前記基板受け渡し位置において、前記圧力室に圧力流体を供給して前記基板を保持している前記弾性膜を膨らませた時に前記基板の高さを規定する高さ位置決め手段を備え、
前記噴射ノズルは、前記高さ位置決め手段によって高さが規定された前記基板と、該基板に密着している前記弾性膜との境界部分に流体を噴射して前記基板を前記基板保持面から離脱させることを特徴とする請求項8記載の研磨装置。 - 前記高さ位置決め手段は上下動可能に構成され、上昇時に前記基板の高さを規定し、下降時に前記基板保持面から離脱させた前記基板を支持して前記基板搬送機構に着座させることを特徴とする請求項14記載の研磨装置。
- 前記高さ位置決め手段は、上下動機構により上下動可能な複数の高さ位置決めピンからなることを特徴とする請求項15記載の研磨装置。
- 前記噴射ノズルは、前記弾性膜とリテーナリングの間を洗浄する洗浄用ノズルを有することを特徴とする請求項8乃至16のいずれか一項に記載の研磨装置。
- 弾性膜で構成された基板保持面および圧力室を有する基板保持装置を用いて基板を研磨する方法であって、
前記圧力室内の圧力により前記基板を研磨テーブル上の研磨パッドに押圧し、前記基板と前記研磨パッドとを相対運動をさせながら前記基板の研磨を行い、
研磨後の基板を前記基板保持面上に保持し、
前記基板を基板搬送機構に受け渡す際、前記圧力室に圧力流体を供給して前記基板を保持している前記弾性膜を膨らませた時に高さ位置決め手段により前記基板の高さを規定し、高さが規定された前記基板と、該基板に密着している前記弾性膜との境界部分に噴射ノズルから流体を噴射することで前記基板を前記基板保持面から離脱させることを特徴とする研磨方法。 - 前記高さ位置決め手段は上下動可能に構成され、上昇時に前記基板の高さを規定し、下降時に前記基板保持面から離脱させた前記基板を支持して前記基板搬送機構に着座させることを特徴とする請求項18記載の研磨方法。
- 弾性膜で構成された基板保持面および圧力室を有する基板保持装置を用いて基板を研磨する方法であって、
前記圧力室内の圧力により前記基板を研磨テーブル上の研磨パッドに押圧し、前記基板と前記研磨パッドとを相対運動をさせながら前記基板の研磨を行い、
研磨後の基板を前記基板保持面上に保持し、
前記基板を基板搬送機構に受け渡す際、前記圧力室に圧力流体を供給して前記基板を保持している前記弾性膜を膨らませた状態で噴射ノズルを前記基板の中心方向に移動させて該噴射ノズルを前記基板保持面に接近させた後に、前記噴射ノズルから前記基板保持面に流体を噴射して前記基板を前記基板保持面から離脱させることを特徴とする研磨方法。 - 前記噴射ノズルを前記基板保持面に接近させて流体を噴射する時には、前記噴射ノズルの先端は、前記基板保持面と前記基板との間の空間内にあって、垂直方向において前記基板の面内に入り込んでいることを特徴とする請求項20記載の研磨方法。
- 前記基板を前記基板保持面から離脱させた後に、前記噴射ノズルを前記基板から離間させる方向に退避させることを特徴とする請求項20記載の研磨方法。
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