JP2908025B2 - ウェーハの研磨装置 - Google Patents

ウェーハの研磨装置

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、研磨方法及び装置に関し、より具体的に
は、高速度で、しかも半導体の処理を行うクリーンルー
ムの環境に適合可能な方法にて半導体材料のウェーハを
正確に研磨する方法及び装置に関する。
集積回路の製造は、高品質の半導体ウェーハを製造す
ることから開始される。その製造に精密な加工を必要と
することから、ウェーハの各々は、比較的高コストであ
る。集積回路の製造工程中、ウェーハの少なくとも一面
は極めて平坦な面であることが望まれる。かかる平坦面
を得るためにウェーハを研磨することは公知の技術であ
る。
かかる研磨は、一般に、ウェーハの一側部をウェーハ
キャリヤ及びチャックの平坦面に取り付ける段階と、そ
のウェーハを平坦な研磨面に押し付ける段階とを含む。
研磨面はウェーハの下方で動かし、また、ウェーハは、
研磨動作を促進し得るようにその垂直軸線の周りで前後
に揺動させることが出来る。この研磨面は堅固で平坦な
テーブルに取り付けたパッドであり、このテーブルは、
動作をさせるために回転させ、また、その上に研磨材及
び／又は化学スラリーが送出される。このパッド、スラ
リーの複合機能及び構成要素の相対的動作は、ウェーハ
の表面に複合した機械的及び化学的作用を生じさせ、そ
の結果、表面の凹凸が例えば0.5μｍ以下に維持された
非常に平坦な面がウェーハ上に形成される。
研磨は、典型的に、集積回路の製造前に行われ、その
上に回路を製造することが出来る平坦面が半導体上に形
成される。集積回路の複雑さが増すに伴ない、導電線の
幅の著しく狭くなり、像形成工程の焦点及び深度は、基
板の表面の凹凸による影響を受け易くなる。その結果、
表面が改善されたウェーハの要望が増すに至っている。
更に、集積回路の製造工程中、例えば、導体及び絶縁体
の層がウェーハ上に形成され、その層の頂部に別の層が
形成される。このため、単に集積回路を製造する前では
なく、その集積回路を実際に製造する間に、ウェーハの
表面を「再度平坦化」することが必要となっている。こ
の再度平坦化の工程は、平坦化（planarization）と称
されている。幾つかの平坦化工程の連続する一つの工程
において、ウェーハは著しく高価なものとなる。半導体
の加工コストを考慮するならば、その一部を加工した一
枚の８インチウェーハの価格は、平坦化を行ったとき、
＄10,000以上にもなる。当然、各ウェーハの取り扱いに
は細心の注意が必要とされる。
ウェーハの研磨速度は常に関心の対象であるが、平坦
化が必要とされる連続的な加工工程の１つであるとき、
一層、重要なものとなる。従来の技術は、典型的に、一
枚又は二枚のウェーハを研磨するから、ウェーハの装填
及び排出のための相当な待ち時間が必要となる。研磨装
置の処理速度を速くするための方法及び装置が必要とさ
れている。
研磨するウェーハの価値が増す結果、平坦化方法の精
度の必要性が著しく増大した。１枚＄100の価値のウェ
ーハの研磨が不適切であることは、１枚が＄10,000のも
のを不適切に研磨する場合と全く事情が異なる。特に、
高速度の製造環境にて研磨を改善する方法及び装置が求
められている。
これらの課題は本発明によって達成される。
発明の概要 本発明によるウェーハの研磨装置は、複数のウェーハ
材料を研磨面に略同時に係合させる複数のウェーハキャ
リヤを有する研磨組立体を備えている。該装置は、研磨
すべきウェーハを保持する割り出しテーブルと、研磨面
と割り出しテーブルとの間にて研磨組立体を動かす研磨
装置とを備えている。割り出しテーブルにて、研磨組立
体の全てのウェーハキャリヤには、略同時にウェーハの
装填が行われる。キャリヤに装填した後、研磨組立体は
研磨面と係合状態となるように配置される。割り出しテ
ーブルを装置内に組み込むことによって、複数のウェー
ハをウェーハキャリヤに同時に装填するための準備とし
て、研磨前の複数のウェーハを割り出しテーブルに装填
することができ、効率上の利点を得ることが可能とな
る。
割り出しテーブルは、研磨前のウェーハが装填される
とき、累進的に割り出しして、多数のウェーハがカセッ
トから引き出されるとき、一度に一枚ずつその上に載せ
ることが出来るようにする。研磨前のウェーハが装填カ
ップまで動くことは、研磨組立体が別の複数のウェーハ
を研磨する研磨ステーションにある間に行われることが
望ましい。研磨が完了すると、組立体は割り出しテーブ
ルに戻って、研磨すべき別の組みのウェーハを略同時に
受け取る。
また、割り出しテーブルは、装填カップと同様の方法
で使用されて、研磨後にその研磨したウェーハをウェー
ハキャリヤから略同時に排出する複数の排出カップを備
えることも出来る。次に、研磨組立体によって他のウェ
ーハが研磨される間に、排出カップからの研磨後のウェ
ーハの排出を行うことが出来る。
研磨組立体、割り出しテーブル及び研磨面の整合状態
は、装置内に安定的な骨組みを提供することによって維
持される。この目的のため、研磨組立体を動かす直線状
の軌道が研磨面と割り出しテーブルとの間を伸長してい
る。この直線状の軌道は、割り出しテーブルと研磨面と
の間で研磨組立体が制御された動きをするのを許容する
一方で、安定的な堅固なフレームを提供する。
また、該装置は、ウェーハが割り出しテーブルから排
出されるときに、各ウェーハを洗浄する自動装置を備え
ることも出来る。かかる洗浄は、装置から排出した研磨
後のウェーハがクリーンルームの環境に適したものであ
ることを確実にする。
この装置は、工程の精度を保つために多くの別個のフ
ィードバックループを処理するコンピュータによって制
御される。例えば、研磨圧力は、空気シリンダによって
各ウェーハキャリヤに付与され、また、その付与した圧
力は各ウェーハキャリヤの圧力センサによって検出され
る。各ウェーハキャリヤの揺動及び回転は、別個のサー
ボモータによって行われ、その位置及び回転速度も検出
される。操作者の入力に基づいて、所望の圧力範囲及び
ウェーハキャリヤの動きの値が設定される。次に、コン
ピュータは、センサによって読み取った実際の作動因子
を読み取り、空気圧力及びサーボモータを調節して、実
際の因子を所望の範囲に保つ。
操作者は、使用中の各ウェーハキャリヤに対する作動
因子を表示するデータを入力する。このとき、これらの
因子は、所望の範囲の基礎を形成し、これが次にコンピ
ュータに別個に記憶される。操作者は、各ウェーハキャ
リヤに対して同一又は異なる因子を設定可能であること
が望ましい。各ウェーハキャリヤは、そのウェーハキャ
リヤに記憶させた因子に従ってコンピュータによって制
御されるから、装置は、別個のウェーハキャリヤに対し
て異なる加工を行うことが出来る。
好適な実施例の各ウェーハキャリヤは、圧力を中心軸
線に沿って伝達し、及び回転力をその中心軸線の周りで
伝達する、中心軸線を有する上方の力伝達部材を備えて
いる。ウェーハキャリヤの研磨部材は、研磨軸線を有す
る平坦な下面を備えている。力伝達部材の中心軸線の周
りで対称に配置された第一のレース部材と、ウェーハキ
ャリヤの研磨軸線の周りで対称に配置された第二のレー
ス部材と、該第一及び第二のレース部材の間に保持され
たボール軸受とを有する力結合部材によって、力伝達部
材と研磨部材との間に圧力が結合されている。これらの
第一のレース部材、ボール軸受、第二のレース部材は、
協働して、力結合部材を通じて圧力の力を研磨軸線上の
一点に集中させる。更に、回転力は、研磨部材上の軸受
面に当接して回転力を結合する力伝達部材の外周の周り
に配置させた、複数のカム従動子によって伝達される、
力伝達部材を研磨部材の円筒形の開口部内に挿入した
後、該力伝達部材は、カラーによって所定位置に弾性的
に保持され、該カラーは、力伝達部材を研磨部材の円筒
形の開口部内に保持して、ボール軸受に対する圧力を維
持する複数のばねを備えている。
研磨部材の下方の平坦面は、力伝達部材内への中央通
路と連通する複数の貫通穴を有している。この中空の通
路は、可撓性手段によって密封され、略流体密の連通路
を提供する一方で、研磨部材と力伝達部材との相対的な
動きを許容する。
また、該研磨部材は、該部材によって支持されたウェ
ーハを更に支持するため、その研磨面の周りに張出し部
を備えている。好適な実施例において、この張出し部
は、その内面にねじを有する材料のリングを備えてお
り、該リングは、研磨部材の外面の周りのねじに係合す
る。形成されたこの張出し部の高さは、リング及び研磨
部材のねじが係合する深さを調節することによって、慎
重に調節することが出来る。リングの上にカラーを配置
し、該カラーがリングに摩擦可能に係合して、該リング
の回転を防止して、非調節状態となるのを阻止し得るよ
うにすることが望ましい。
図面の簡単な説明 添付図面において、同様の参照符号は同様の構成要素
を示し、これらの図面において、 図１は、本発明を具体化するウェーハ研磨装置の斜視
図、 図２は、その頂部を取り除いた図１の装置の平面図、 図３は、その割り出しテーブルに沿ったウェーハ研磨
装置の断面図、 図４及び図５は、ウェーハ研磨工程の異なる部分を示
す装置の異なる平面図、 図6a及び図6bは、ウェーハの装填状態を示す断面図、 図7a及び図7bは、ウェーハの排出状態を示す断面図 図８は、ウェーハ研磨組立体及び装置内でのウェーハ
の動きを示す側面図、 図９は、ウェーハ研磨組立体の平面図、 図10は、ウェーハ研磨組立体内に設けた研磨アーム組
立体の断面図、 図11及び図12は、ウェーハ洗浄組立体の側面図及び平
面図、 図13は、ウェーハ研磨組立体の一部であるウェーハキ
ャリヤの断面図、 図14は、図13のウェーハキャリヤの一部である下方力
伝達部材の斜視図、 図15は、ウェーハ研磨装置用の制御装置のブロック
図、 図16は、その研磨テーブルに沿ったウェーハ研磨装置
の断面図、 図17乃至図22は、図１のウェーハ研磨装置の工程制御
フロー図である。
好適な実施例の詳細な説明 図１は、本発明を具体化するウェーハ研磨装置100の
斜視図である。ウェーハ研磨装置100は、ウェーハ入力
／出力モジュール101と、ウェーハ処理モジュール102と
を備えている。該ウェーハ研磨装置100の構造は、処理
モジュール102をクラス1000のクリーンルーム環境内で
隣接する壁を越えて配置する一方、入力／出力モジュー
ル101は、例えば、クラス10のクリーンルーム環境内に
配置可能であるようにしてある。特別には図示しない手
段により、研磨装置内に空気流が発生され、クラス10の
クリーンルームの環境が悪影響を受けないようにその空
気圧が調節される。
図２は、理解し易いように斜視図の頂部及び特定のそ
の他の構造体は省略したウェーハ研磨装置100の平面図
である。更に、図２において、入力／出力モジュール10
1及び処理モジュール102を分離する壁104が示してあ
る。ウェーハは多数ウェーハのカセットによって入力／
出力モジュール101に供給され且つ該モジュールから除
去され、図１及び図２には、上記のカセットの内、２つ
の入力カセット106、107及び２つ出力カセット108、109
が示してある。カセット106乃至109は、25個以内の所定
の直径のウェーハを略水平方向に格納する当該技術分野
で公知の型式のものである。本明細書において、８イン
チのウェーハについて説明する。これらのカセット106
乃至109の各々は、閉じた側部分及び後方部分と、ウェ
ーハの装填及び排出を行う開放した前面部分とを備えて
いる。また、入力／出力モジュール101は、３軸の装填
ロボット111を備えており、該ロボットは当該技術分野
で公知の手段により、一度に一枚ずつカセット106、107
からウェーハを取り出し、そのウェーハを整合装置113
の上に置く。装填ロボット111は、例えば、ADEによるモ
デル351とし、また整合装置113は、例えば、ADEによる
モデル428とすることが出来る。整合装置113は、ロボッ
ト111により該装置に呈示されたウェーハを中心決め
し、ウェーハ上のバーコードを読み取り得るように該ウ
ェーハを配置する。ウェーハの整合後、整合されたウェ
ーハの縁部を入力グリッパ115が把持する。
処理モジュール102は、入力／出力装置101からウェー
ハを受け取り、またウェーハを該装置に供給するために
使用される割り出しテーブル117を備えている。割り出
しテーブル117は、５つのウェーハ排出カップ119乃至12
3と、５つのウェーハ装填カップ124乃至128とを有する
回転可能な環状リング118を備えている。排出カップ119
乃至123は、割り出しテーブル117の垂直中心軸線の周り
で72°の増分角度位置に配置され、同様に、装填カップ
124乃至128も排出カップに対する交互の位置にて垂直軸
線の周りで72°の増分角度位置に配置されている。この
ため、ウェーハカップは、回転可能な部材118の周りで3
6°の増分角度位置に呈示され、また、装填及び排出カ
ップは交互に配置されている。
割り出しテーブル117は、360°の角度を回転可能であ
り、主として、反時計方向（図２）に36°の整数倍の角
度で回転されて、ウェーハカップ119乃至128を入力／出
力工程のために位置決めし、又ウェーハを５つの群毎
に、研磨組立体132に対する装填及び排出を行う。時計
方向への割り出しは全て、本明細書に特に記載されてい
る。図２には、割り出しテーブル117の２つの位置が示
してある。入力位置と称する一方の位置129は、テーブ
ル117が入力グリッパ115に隣接する入力カップを有する
の位置である。図２において、装填ウェーハカップ124
は、入力位置129にある。出力位置と称する第二の位置1
31は、テーブル117が出力グリッパ116に隣接する排出カ
ップを有するときの位置である。図２において、カップ
120は、排出位置131にある。本実施例において、研磨組
立体132に対するウェーハの装填及び排出は、全て上記
型式のウェーハカップが入力位置にあるときに行われ
る、即ち、組立体132の装填機能は、装填カップが入力
位置129にあるときに行われ、排出機能は排出カップが
入力位置129にあるときに行われる。ウェーハカップの
装填及び排出を行うため、入力位置129にてウェーハカ
ップに係合する位置の割り出しテーブル117の下方に
は、空気シリンダ159が配置されている。同様に、更に
４つの空気シリンダ159が入力位置から72°の増分角度
にて割り出しテーブル117の下方に配置されている。図
３は、断面線３−３に沿った処理モジュール102の図で
あり、割り出しテーブル117及び特定の関連する装置の
断面図が示してある。
ウェーハが整合装置113により整合され、空の装填カ
ップ124が入力位置129に呈示されると、入力グリッパ11
5が整合したウェーハを把持し、該ウェーハを垂直方向
に180°回転させ、図４に示すように、新たに整合した
ウェーハを入力カップ124内に配置する。カップ124がウ
ェーハを受け取った後、交流サーボモータ131（図３）
により駆動される割り出し駆動装置130の制御により、
割り出しテーブル117を72°反時計方向に回転させ、例
えば128のような次に利用可能な装填カップを入力位置1
29に配置して、整合したウェーハを受け取る。割り出し
テーブルの駆動装置130は、コンピュータ103の制御の下
に作動して、その割り出し機能を果たす。装填カップの
装填及び割り出しテーブル117の割り出しを交互に行う
ことにより、５つの装填カップ124乃至128は全て装填さ
れて、ウェーハが研磨を持ち、装填カップ124は、再
度、入力位置124となる。以下に説明するように、５つ
の装填カップが空になるまで、それ以上の入力操作は行
われない。
この実施例において、ウェーハは、回転する研磨テー
ブル134と共に作動する多数ヘッドのウェーハ研磨組立
体により、一度に５つずつ研磨される。この多数ヘッド
研磨組立体132は、図１の切欠き図に示してあり、図
２、図４及び図５には、透明な十角形として示してあ
る。この研磨組立体132の構造の詳細については後で説
明する。研磨組立体132は、５つのウェーハキャリヤ139
乃至143を備えており、各ウェーハを回転させ、且つ、
回転する研磨テーブル134上の２つの異なる径の外周間
で各ウェーハを前後に揺動させると同時に、５つのウェ
ーハを、回転する研磨テーブル134上に同時に押しつけ
ることができる。図２、図４及び図５において、ウェー
ハキャリヤ139乃至143は、外周を広くして白黒のまだら
の円で示してある。その間をウェーハキャリヤ139乃至1
43が揺動し得る２つの径が異なる外周は、図２に示した
元の位置（ホーム・ポジション）の外周と、図４に示し
た最大の外方揺動位置の外周とからなっている。ウェー
ハの研磨が完了し、又はウェーハキャリヤ139乃至143が
空になったとき、これらのウェーハキャリヤは、研磨テ
ーブル134から上方に相当な距離まで持ち上げられる。
ウェーハキャリヤ139乃至143が持ち上げられるとき、こ
れらのウェーハキャリヤは元の位置に戻っている。
割り出しテーブルの装填カップ124乃至128の各々が研
磨すべき１つのウェーハを保持しているとき、これらの
ウェーハは、研磨が開始する前にウェーハキャリヤ139
乃至143に搬送しなければならない。研磨組立体132が研
磨テーブル134の上方の位置から割り出しテーブル117の
上方の位置まで動くと、ウェーハキャリヤ136乃至143内
へのウェーハの装填が開始する。図３、図８に示すよう
に、研磨組立体132は、回転する研磨テーブル134と割り
出しテーブル117との間で処理モジュール102の長さに沿
って伸長する、一対の搬送レール137により、処理モジ
ュール102の主構造体板136に取り付けられている。研磨
組立体132は、THK軸受NO.HSR 35CB2UUのような４つの搬
送線形軸受によりレール137に接続された搬送フレーム1
44によってレール137に接続されている。レール137に沿
って線形動作は、交流サーボモータ165により駆動され
るTHK NO. BLK 3232EZZのようなモータ被動の搬送ボー
ルスクリューにより制御される。図５には、研磨テーブ
ル134からの線形動作が完了したとき、搬送ヘッド研磨
組立体132が割り出しテーブル117の上方にある位置が示
してある。装填工程は、５つのウェーハキャリヤ139乃
至143が環状リング118の中心に形成されたタブ133内に
下降し、ブラシ146に対して回転したときに開始し、こ
れと同時に、複数のノズル147から水のような溶剤が噴
霧される。次に、ウェーハキャリヤ139乃至143はその最
高の上方位置まで持ち上げられ、また、その最大の外方
位置まで外方に揺動される。ウェーハキャリヤ139乃至1
43を研磨組立体132の上に予め整合させ、割り出しテー
ブル117の回転を適正に割り出すことにより、ウェーハ
キャリヤ139乃至143の各々が割り出しテーブル117の一
つのカップの上方になり且つ該カップと略垂直に整合す
る。装填工程を行うべきとき、装填カップ124乃至128が
ウェーハキャリヤ139乃至143と垂直に整合するようにテ
ーブル117を位置決めする（図４）一方、排出工程を行
うべきとき（図５）、割り出しテーブル117は、排出カ
ップ119乃至123とウェーハキャリヤ139乃至143とを垂直
方向に整合させ得るように位置決めする。
ここでは、ウェーハキャリヤ139乃至143は、丁度、研
磨工程を完了し、その各々が排出すべきウェーハを保持
しているもとの仮定して説明する。図４には、入力／出
力モジュール101からウェーハを受け取った後の割り出
しテーブル117の相対的位置が示してある。排出工程の
ため、排出カップをウェーハキャリヤ139乃至143に整合
させるためには、割り出しテーブル117は36°の割り出
し角度だけ時計方向に割り出され、その結果、装填カッ
プ及び排出カップの位置は図５に示した位置となる。か
かる適正な位置決めをしたとき、ウェーハ排出操作は、
排出カップ119乃至123とウェーハキャリヤ139乃至143の
それぞれの一つとの間で略同時に行われる。かかる排出
操作が完了したならば、ウェーハキャリヤ139乃至143
は、元の位置に戻り、再度、下降して、ブラシ146及び
ノズル147により更に洗浄される。研磨のため、キャリ
ヤ139−143に新たなウェーハを装填するとき、これらの
キャリヤを、再度、持ち上げて、その最大位置まで揺動
させ、又、割り出しテーブル117は36°の増分角度だけ
反時計方向に回転させ、それにより、装填カップ124乃
至128はウェーハキャリヤ139乃至143と垂直方向に整合
状態となる。かかる整合状態が達成されたならば、キャ
リヤの装填操作を行って、５つのウェーハキャリヤを全
て略同時に装填する。また、図５に示すように、装填及
び排出操作中の多数ヘッドの研磨組立体が割り出しテー
ブル117の上方で係合する一方、回転研磨テーブル134
は、研磨パッド処理装置149によって修復することが出
来る。パッド処理装置149は、その下面に研磨材を有す
る回転ヘッド150から成っている。回転ヘッドは、研磨
テーブル134を横断して前後に揺動して次の研磨工程用
の表面を用意する。研磨パッド処理装置149は、枢着点1
52にて支持された揺動部材151上で回転ヘッド150を保持
している。
一例としてのウェーハキャリヤ139に関するウェーハ
キャリヤの装填操作は、図6a及び図6bに示してある。例
えば装填カップ124のような各カップは、可動インサー
ト154と、該インサート用の支持部材155とから成ってい
る。支持部材155は、主として、カップインサート154が
上方及び下方に移動するのを許容する貫通孔を有する回
転部材118の平坦な支持面から成っている。このカップ
インサート154は、取り扱うウェーハに傷を付けないよ
うデルリン（Delrin（登録商標））のような材料で形成
され、ウェーハキャリヤ139の最下方点の外径よりも僅
かに大きい最上部の内径と、ウェーハキャリヤ139の外
径に略等しい下方内径とを有する斜面156を備えてい
る。ウェーハカップのこの斜面156は、装填及び排出操
作中、ウェーハカップとウェーハキャリヤの底部とを自
然案内式に整合させる。また、装填カップ124乃至128の
各々は、空気シリンダ159のピストン158に係合する底部
材157を備えている。この底部材157の厚さ、及びピスト
ン158の移動は、次のようにしてある。即ち、ピストン
が図6bに示すように作動されたとき、カップインサート
は、ウェーハキャリヤ139の下面まで上方に駆動され、
このため、カップインサート154によって保持されたウ
ェーハがウェーハキャリヤ139の下方の平坦面261と略接
触するようにする。ピストン158がその上方の移動位置
にあるとき、ウェーハキャリヤ139の平坦な下面261の穴
を通じて真空圧が付与され、該ウェーハをその面に固着
する。その後、空気シリンダ159を不作動にし、カップ
インサート154をカップ支持部材155内に下降させる。カ
ップインサート154を下降させる前に、各カップインサ
ート154内のウェーハがウェーハキャリヤ139に固着され
ていることを確認するため、真空試験を行うことが望ま
しい。
図7a及び図7bには、一例としてのウェーハキャリヤ13
9からウェーハを排出する同様の工程が示してある。排
出カップ120は、装填カップ124のカップインサート154
と略同一の上方の特性及び寸法を有するカップインサー
ト161を備えている。しかしながら、排出カップインサ
ート161の底部材162は、空気シリンダ159のピストン158
の頂部から僅かに離れた位置に配置されている。この装
填カップよりも間隔が僅かに広い結果、カップインサー
ト161はウェーハキャリヤ139の下方の僅かに下方の位置
まで上方に動かされる。上方の位置にあるとき、ウェー
ハキャリヤ139の面261に対する真空が停止し、ウェーハ
はウェーハキャリヤ139から分離することが可能とな
る。ウェーハをキャリヤ139の面から付勢させるため、
空気又は水のような確実な流体流を提供することが望ま
しい。カップインサート161の設定位置によりウェーハ
はカップインサートにより捕獲される前に、符号163で
示した僅かな距離だけ落下することが可能になる。この
距離は、ウェーハがウェーハキャリヤ139の面261から分
離することを確実にする。ウェーハがウェーハキャリヤ
139の面から実際に分離したことを確認するため、真空
試験を行うことが出来る。排出工程が完了したならば、
空気シリンダ159を不作動にし、インサート161は割り出
しテーブル117の面155の上におけるその静止位置に復帰
する。
研磨済みのウェーハが排出カップ119乃至123の上に置
かれ、研磨前のウェーハがウェーハキャリヤ139乃至143
内に装填された後、ウェーハ研磨組立体132はレール137
に沿って回転研磨テーブル134の上方の位置まで動かさ
れる。図８には、側部レール137に沿った動きが側面図
で示してある。図８には、左側、即ち割り出し位置にあ
る搬送フレーム144′が破線で示してある一方、右側、
即ち研磨位置にある搬送フレーム144が第二の実線で示
してある。この実施例では、かかる搬送フレームが一つ
しか示していないが、両方の線は、研磨組立体132の線
形の動作範囲を示すために示したものであることを理解
すべきである。研磨位置にあるとき、搬送フレーム144
によって保持された４つの楔166が主板136に取り付けら
れた関係する支持部材168に形成されたそれぞれのスロ
ット167に係合する。図８には、かかる楔が２つ示して
あり、その他の２つは搬送フレーム144の反対側に保持
されている。楔166とスロット167とが係合すると、４つ
のソレノイド169が作動して、端部にローラが設けられ
たレバーアーム171が回転して楔166と係合し、楔166と
スロット167との間に堅固な取り付け関係を保つ。楔166
及び支持部材168の作用の結果、ウェーハキャリヤ139乃
至143の圧力によりテーブル134に対して付与される上向
きの力は、軸受145ではなく、支持部材168によって支承
される。研磨組立体132は、コンピュータ103からの命令
に応答して交流サーボモータ165により駆動される搬送
ボールスクリュー163の回転に応答して、レール137に沿
って動かされる。
ウェーハの研磨は、研磨組立体132のウェーハキャリ
ヤ139乃至143の動作と研磨及び／又は化学的スラリーの
存在下で機能する研磨テーブル134の動作との複合作用
により行われる。図16には、研磨ケーブル134を通る断
面線16−16に沿った処理モジュール102の断面図が示し
てある。研磨ケーブル134は、軸受部材281により主構造
体板136の上方で中央シャフト282の上に回転可能に支持
されている。シャフト282は、板136を通って伸長し、
又、駆動ベルト283及びプーリー284によって研磨テーブ
ルモータ280の出力プーリー285に接続されている。モー
タ280は、当該技術分野で周知の型式のインターフェー
ス442の命令に応答して作動し、研磨テーブル134の回転
速度を正確に調節する。又、図16には、コンピュータ10
3の制御の下で作動して、スラリーをスラリーポンプ223
（図15）からテーブル134上に分配する一対のスラリー
ノズル221が示してある。
テーブル134は、上面286を支持し且つ少なくとも一つ
の冷却流体チャンバ293を形成する支持フレーム288によ
って支持されたディスク状の上面286を備えている。シ
ャフト282は、その中心軸線に沿って中空の通路291を備
え、又、２つの流体通路を形成し得るようその内部に配
置された管290を備えている。一つの流体通路が管290内
にあり、第二の通路は作動中、管290と通路291の内面と
の間の環状スペース内にある。冷却流体は中央管290及
び接続部297を介して通路293内に送出される。通路293
からの温水は管290の周りの環状通路を通って流動し、
接続部297を通じて熱交換器295（図２）に戻される。流
体ポンプ（図示せず）を備える熱交換器295は、作動流
体の循環及び冷却を続行して、研磨テーブル134を低い
温度に維持する。
図９は平面図で示した研磨組立体132は、その各々が
研磨組立体内に形成された独立的な領域内にある５つの
独立した研磨装置を備えている。組立体132の構造体
は、図９の平面図に示すように、中央の鋼製支持部材17
4により下方の平行な鋼板十面体172から分離された上方
の鋼板十面体170と、５つの領域を形成する鋼板175とを
備えている。支持部材174は、上方板170及び下方板172
に溶接されて、又、領域を形成する板175の各々は、一
本の支持部材174に及び上方板170並びに下方板172に溶
接されている。揺動する研磨アーム180は、研磨組立体1
32の各領域内に枢動可能に取り付けられて、点176を通
る垂直軸線の周りを水平方向に揺動する。コンピュータ
103からの制御信号に応答して、揺動する研磨アーム180
は、例えばウェーハキャリヤ139のような一つのウェー
ハキャリヤの位置、回転する研磨テーブル134に対する
その圧力及びウェーハキャリヤ139の回転速度を調節す
る。
一つの揺動型研磨アーム180の詳細が図10に示してあ
る。研磨アーム180は、上方の水平支持部材182が溶接さ
れた垂直の枢動柱181と、下方の水平支持Ｉビーム183と
を備えている。部材182及びＩビーム183の自由端は端部
材184により接続されている。枢動柱181の上端は、上方
板170の穴を通って伸長する回転速度の減速装置186の回
転面にボルト止めされている。本実施例において、速度
減速装置186は、ドージェン（Dojen）速度減速装置シリ
ーズII、モデルNo.04である。速度減速装置186の静止部
分は板170の上面にボルト止めされている。枢動柱181の
下端はハウジング132の下方板172に取り付けられた軸受
187及び軸受支持ピン188により支持されている。交流サ
ーボモータ190が速度減速装置186に接続され且つ該速度
減速装置を駆動する。サーボモータ190を時計方向又は
反時計方向に回転するように選択的に励起させることに
より、枢動柱181により画成された垂直軸線の周りを揺
動する研磨アーム180は容易に制御可能となる。
研磨アーム180は、例えば、ウェーハキャリヤ139のよ
うな一つのウェーハの機能を制御する装置を支持してい
る。ウェーハキャリヤに加わる持ち上げ、下降及び下向
きの力は研磨アームの上方部材182の上面に取り付けら
れた複動空気シリンダ192により制御される。例えば、S
MCシリーズNCA1とすることの出来る空気シリンダ192は
上方板170に形成された円弧状スロット195を通って伸長
し、このため、アーム180の自由な揺動が妨害されるこ
とはない。空気シリンダ192の出力シャフト194はカップ
状部材197に接続された円形フランジ196に取り付けられ
ている。カップ状部材197は、該カップ状部材の円形穴1
99を通じて軸受カラー198を受け取る。フランジ196及び
カップ状部材197の組み合わせ体は、軸受カラー198のフ
ランジ付き頂部分よりも寸法の大きい円筒形チャンバを
形成し、このため、軸受カラー198の下方から空気シリ
ンダ192に横方向力が伝達されることはない。軸受カラ
ー198の底面は、センセテル（Sensetel）モデル41ロー
ドセルのような力センサ202の上面に取り付けられ、そ
の底面は中空円筒形の力伝達部材204に取り付けられ
る。力伝達部材204は、スラスト軸受208によりその下面
が中空のキャリヤ駆動シャフト206の外周に接続されて
いる。中空の力伝達部材204の内部には、流体継手210が
あり、この継手は、力伝達部材204の穴209を介してキャ
リヤ駆動シャフト206の中空の中心部に流体接続部211を
通じて流体及び真空を連通させる。
キャリヤの駆動シャフト206は、ボールスプライン及
び軸受組立体212によりＩビーム183に支持されており、
該組立体はシャフト206を横方向に動かないように保持
しているが、シャフトの回転のみならずその上方及び下
方への動きを許容する。組立体212は、トーリングトン
（Torrington）9120Kのような軸受216により所定位置に
保持されたTHK LBST50のようなボールスプラインカラ
ー214を備えている。駆動シャフト206の下端は、組立体
132の板172の底部の円弧状スロット219を貫通して伸長
する円形のフランジ218に取り付けられている。円弧状
スロット219は、円弧状スロット195と略同一であり、シ
ャフト206とキャリヤ139の揺動を許容するために設けら
れている。ボールスプライン214の頂部は、速度減速装
置222の出力シャフト227に取り付けられた歯車226によ
り回転可能に駆動させる歯車224に接続されている。交
流サーボモータ220がコンピュータ103の制御の下、速度
減速装置222、従ってシャフト206に回転力を付与する。
図13は、シャフト206からの下向きの力及び回転力を
ウェーハキャリヤにより保持されたウェーハまで均一に
分配する構造ちしたウェーハキャリヤ139の断面図であ
る。ウェーハキャリヤ139は、フランジ218の下面119に
ボルト止めした円形横断面の上方力伝達部材251を備え
ている。また、上方部材251は、図14に斜視図で示した
下方力伝達部材253の円筒形の上方開口部に受け入れら
れる。上方部材251の外径は、下方部材253の受け入れ円
筒体の内径よりも小さく、駆動シャフト206の軸線とウ
ェーハキャリヤ139の回転軸線との整合状態が変化する
ことを許容する。上方部材251と下方部材253との継手部
分は、整合状態が変化したとき、キャリヤ139の平坦面2
61の全体の圧力を均一に保つ軸受付きの遊動環を備えて
いる。
下向きの圧力の力は、下方レース255により支持され
且つリテーナ257により保持された複数のボール軸受258
を含むボール軸受組立体により伝達される。図13に示す
ように、下方レース255はその中央の垂直軸線の周りで
下方力部材253に取り付けられ、又、該下方レース255は
ボール軸受258を整合させる溝260を備えている。圧力
は、上方力伝達部材251の下面の垂直軸線の周りに対称
に取り付けられた上方レース256によりボール軸受258に
加えられる。上方レース256の軸受接触面は、図示する
ような断面形状であり、下方部材253の中央垂直軸線上
の所定の点まで略等しい距離の半径Ｒを有する。本実施
例において、この所定の点は、ウェーハキャリヤ139の
面を画成する面261にあり、符号262で示してある。この
形態は、加えられた圧力を面261の中に集中させて、力
を均一に分配する。レース255、256の形態は、力の集中
点を図示した位置から上方又は下方に移動させるように
選択可能であるが、力の垂直軸線に集中させることが最
も望ましい。
上方部材251の円筒形が外周の周りで90°の間隔で取
り付けられた４つのカム従動子263により、回転力は上
方部材251から下方部材253に伝達される。カム従動子26
3の外側リングは、下方部材253の直立の円筒形部分の周
りで90°の角度に離間されたスロット265（図14）内に
配置されている。自由度が得られるようにカム従動子26
3の外側リングの直径よりも僅かに幅を広くしたスロッ
トは、予想可能な所望の動作範囲を許容し得るように垂
直方向に十分な長さをしている。カム従動子263がスロ
ット265の側面（軸受面）に当接したときに、回転力は
下方部材253に伝達される。上方部材251は、該上方部材
251を挿入した後、下方部材253に締結されたカラー267
により、下方部材253内に保持されている。ボール軸受2
58の圧力を保ち且つ部材251、253間の自由度を許容する
ため、カラー267は、該カラー267から上方部材251に可
撓性の下向けの圧力を保つ複数のばね269を備えてい
る。
下方部材253は、２つの部分に分けて製造され、この
ため、流体及び真空を面261に連通させることが出来
る。下方部材253の上方部分271は、中心穴272に連通す
るようにフライス加工した複数の通路273を備えてい
る。下方部材253の面を画成する下方部分274は、画261
とフライス加工した通路273との間で流体及び真空を連
通させ得るように穿孔した複数の穴275を備えている。
上方部材251とフランジ218との間には、キャビティ274
が形成されており、該キャビティは、その下面が可撓性
ガスケット276により密封されている。駆動部材206の中
空中央部で連通された流体又は真空は、キャビティ274
を介して、通路277、穴272、フライス加工した通路273
及び画部材274の穴275により、面261の穴に伝達され
る。また、ウェーハキャリヤ139は、面261の外側張出し
部270を形成し得るように面部材274上に配置された、デ
ルリンのようなプラスチック材料から成る中空の円筒形
リング268を備えている。取り付けられたウェーハが面2
61の上で摺動しないように保持するために張出し部270
を使用し、又、この張出し部270の好適な高さは、ウェ
ーハの厚さ及びその他の工程因子に依存して異なる。図
14に示すように、下方部材253の外側フランジ262は、リ
ング268の円筒形内面のねじ264′に係合する、その外面
に設けられるねじ264を備えている。リング268をフラン
ジ262の上にねじ込むことにより、リングを回転させる
ことで張出し部270の高さの微調整が可能となる。張出
し部270の所望の高さが得られたならば、該張出し部に
は、下方部材253にボルト止めした保持リング266を摩擦
可能に係合させる。保持リング266の周りには、罫書き
マーク259を配置し、張出し部270の高さを調節する間、
このマークをリング268の基準線254と比較することが出
来る。
研磨組立体132が研磨ケーブル134にあるとき、例え
ば、研磨後のウェーハを割り出しテーブル117の排出カ
ップ119乃至123から出力ウェーハカセット108に移動さ
せるウェーハの排出工程を行うことが出来る。このウェ
ーハの排出工程は、排出カップ120が排出位置131となる
位置に割り出しテーブル117を配置することで開始され
る。排出位置にあるウェーハカップ117を空気シリンダ1
60により持ち上げ、排出グリッパ116の縁部が排出カッ
プ120内のウェーハ235を把持し、該カップを垂直方向に
回転させ、該カップをウェーハ洗浄装置230内に配置し
たときに、排出工程が開始する。ウェーハ洗浄装置230
は、図11の側面図及び図12の平面図に詳細に示してあ
る。排出ウェーハ235は、その各々がボール軸受を介し
て取り付けたキャップ233を有する４つのスピンドル232
の上にグリッパ116により配置される。これらのスピン
ドル232及びキャップ233は、排出ウェーハ235の外周を
４つの全てのキャップの棚状突起236上に支持し得るよ
うに配置される。次に、６つの回転ブラシ238を有する
洗浄組立体237がガイドシャフト240に沿ってウェーハ23
5に向け任意の方向に駆動して、ウェーハの上方及び下
方の位置に配置する、かかる位置決めのとき、洗浄組立
体237の底部のブラシ保持部分241は空気シリンダ239に
より上方に動かされて、上方及び下方組みのブラシ238
の間でウェーハ235に係合する。次に、ブラシは、洗浄
組立体237の上方部材244の複数のノズル243及びウェー
ハ235の下方に取り付けられた複数のノズル245により、
脱イオン水が供給される間に、ステッパーモータ247、2
46及びベルト（図示ぜす）により回転される。ブラシ23
8を非対称に配置する結果、ウェーハ235は水中で回転
し、それによりその面を洗浄する。洗浄が終了する所定
の時間の経過後、洗浄組立体237をその最左側の位置に
戻し、ウェーハ235は、エレベータ／アーム装置249によ
り水洗浄組立体230の上方の位置に持ち上げる。次に、
エレベータ／アーム組立体249をガイド部材248に沿って
水スライド250（図１）まで動かし、ここで、ウェーハ2
35を排出ウェーハカセット108内への水流により摺動さ
れる。ウェーハカセット108は、操作者が排出するまで
水中に没していることが望ましい。
本明細書に記載した方法及び装置は、製造工程を制御
し且つ検出するインテル（INTEL）486主プロセッサ、記
憶装置及び適当な入力／出力インターフェースを備える
コンピュータ103によって制御される。VMEバスシステム
とすることの出来るコンピュータ組立体、及びその製造
工程へのインターフェースは、当該技術分野で周知であ
るから、本明細書では詳細に説明しない。また、上述の
サーボ及びステッパモータの各々は、関係する位置及び
／又は速度センサを備えており、モータ回転及び位置を
閉ループにてフィードバック制御するときに、コンピュ
ータ103がこのセンサを使用する。かかる位置及び速度
センサも又当該技術分野で周知である。更に、コンピュ
ータ103は、ウェーハの全製造工程を制御することの出
来る工程管理マスターコンピュータ（図示せず）に連通
可能であるが、かかるマスターコンピュータ又は連通
は、本発明の方法及び装置には不要であり、このため、
本明細書ではこれらについては記述していない。
図15は、コンピュータ103により行われる制御を示す
本発明の装置の電気ブロック図である。殆んどの制御
は、コンピュータ103から作動装置に母線450、450′を
通じて命令を送り、及びコンピュータにより母線451、4
51′を介してセンサを点検して、命令された行為が正確
に実行され、所望の結果を得ることを保証することによ
って、閉フィードバックループにて行われる。図15にお
いて、例えば、空気シリンダ192のような各種の作動装
置と、例えばセンサ202、407のような一又は複数のセン
サとの間が破線で示してある。これらの破線は、フィー
ルドバックループの構成部品である構成要素を関係付け
る。例えば、一又は複数の空気シリンダ192を制御し
て、命令で指定された圧力を加えるアナログ空気圧力制
御装置401のインターフェースにコンピュータ103から命
令を伝達することによってウェーハと研磨テーブル134
との間に圧力が維持される。例えば、キャリア139のよ
うな各キャリアにより研磨テーブルに付与された実際の
圧力は、次にインターフェース408を介して圧力センサ2
02から読み取り、コンピュータ103により空気圧力制御
装置401へと調節命令が送られて、圧力を所望のレベル
に保つ。
図17乃至図22は、コンピュータ103により制御される
システム100によって実行するウェーハの研磨工程のフ
ロー図である。ウェーハの研磨工程は、フロー線図に示
し且つ以下に詳細に説明する６つの基本的なルーチンを
含む。これらの６つの基本的なルーチンは、開始、入
力、出力、装填、排出及び研磨である。開始ルーチン
（図17）は、新たな工程因子を入力するときに「電源オ
ン」にして行われる。入力ルーチンは、研磨前のウェー
ハを入力カセット106から割り出しテーブル117に装填す
るときに使用される。この入力ルーチンは、入力ウェー
ハが利用可能であるとき、割り出しテーブル117の装填
カップ124乃至128が利用可能であるとき、及び研磨組立
体132が割り出しテーブルを使用しないときに行うこと
が出来る。排出ルーチンは、研磨後のウェーハが排出カ
ップ119乃至123内で利用可能であるとき、排出カセット
108が利用可能であるとき、及び研磨組立体132が割り出
しテーブル117を使用していないときに行われる。装填
ルーチン（図19）は、装填カップ124乃至128が満杯であ
り、ウェーハキャリヤ139乃至143が空であるときに行わ
れる。この装填ルーチンの直後に、図20の研磨ルーチン
が行われる。図21の排出ルーチンがキャリヤ139乃至143
が研磨後のウェーハを保持し、排出カップ119乃至123が
空であるときに行われる。上記の説明から明らかである
ように、同時に一又は複数のルーチンを行うことが可能
である。例えば、研磨ルーチン中、研磨組立体132が割
り出しテーブル117を必要としないとき、テーブル117の
割り出しを調和させるならば、入力ルーチン及び出力ル
ーチンの双方を行うことが可能である。
この工程は、操作者が装置を作動させ、ウェーハを有
する少なくとも一つの入力カセット106及び少なくとも
一つ空の出力カセット108を入力／出力モジュール101内
に挿入したときに開始ルーチン（図17）により開始され
る。コンピュータ103は、周知の型式の内部初期化ルー
チンを行い、又、段階303にてシステムを初期化するこ
とにより段階301にて「電源オン」に応答する。かかる
システムの初期化は、全てのセンサを読み取り、装置が
作動可能であるか否かを判断することを含む。次に、段
階304が実行されて、操作者により工程因子が入力され
る。
この実施例において、ビデオモニタ105（図１）がタ
ッチスクリーン装置として機能し、工程因子の入力を可
能にする。また、コンピュータのキーボードのようなそ
の他の入力装置を使用することも出来る。操作者が入力
した工程因子はウェーハキャリヤ139乃至143の各々に対
する特定の研磨条件を特定する。例えば、操作者は、ウ
ェーハキャリヤ139乃至143の各々に、研磨テーブル134
に加えるべき圧力、ウェーハキャリヤの回転速度、研磨
アーム180が付与する揺動距離、及びかかる圧力を研磨
テーブル上で維持する時間を入力することが出来る。
又、操作者は、段階304にて、研磨テーブル134の回転速
度及びテーブルに送出すべきスラリーの量を指定する。
一つの研磨アーム180に指定された因子は、その他のア
ームに指定される因子と異なるが、以下の実施例におい
て、５つのウェーハキャリヤ139乃至143は、全てが同一
の工程因子に従って機能するものと仮定する。コンピュ
ータ103は、該コンピュータ内の異なる記憶位置に各研
磨アーム180の工程因子を記憶させる。コンピュータ103
は、入力された工程因子を利用して、その工程の物理的
因子を測定するセンサからの実際に検出される値の範囲
を設定する。
工程因子を設定し且つ記憶させたならば、段階305を
実行し、５つのキャリヤ139乃至143を全て持ち上げ、元
の位置に揺動させ、研磨位置に動かす。段階305は、空
気圧力制御装置401を介して命令を伝達し、５つの空気
シリンダ192の全てを制御し、その接続されたウェーハ
キャリヤ139乃至143を持ち上げることにより行われる。
この持ち上げの完了は、インターフェース408を介して
５つのホール効果限界検出器407により点検する。元の
位置への揺動は、揺動装置のサーボインターフェース40
3に送られる揺動命令により行われ、このインターフェ
ースは、サーボモータ190に電力を付与して、キャリヤ
をその元の位置に回転させる。次に、インターフェース
410を介してモータ190サーボ位置センサ409（各サーボ
モータ190に関係付けられたセンサ）を読み取ることに
より点検する。次に、段階306を実行し、インターフェ
ース442を介して研磨テーブルモータ280に命令を送り、
工程因子にて設定された回転速度を達成する。コンピュ
ータ103は、インターフェース441を介してモータ280の
速度センサ440の出力を読み取り、研磨テーブル134の実
際の回転速度を調節する。最後に、研磨組立体132の位
置をサーボモータ165に関係付けられた位置センサ415か
ら読み取り、研磨組立体が研磨位置に無いときは、イン
ターフェース417を介してサーボモータ165に命令を送
り、研磨組立体を所定位置に動かす。
装置100を既知の位置に配置した後、入力カセット108
が入力／出力装置101内に装填させているかどうかを確
認するため段階307を実行する。かかる点検は、入力／
出力装置101の光電気セルセンサ119をコンピュータ103
により読み取る段階を含めることが出来る。カセットが
存在しない場合、警報又はその他の通告を付与して、操
作者による動作を励起させることが出来る。これと選択
的に、かかるカセットが存在する場合、工程は段階309
にて入力ルーチン（図18）を入力し、このルーチンを実
行して割り出しテーブル117を入力／出力位置に配置
し、この位置にて、装填カップ124は、入力グリッパ115
に隣接する入力位置129にある。段階309は割り出しサー
ボモータ131の位置センサ421を読み取り、割り出しテー
ブル117の位置を特定する段階と、例えば排出カップ119
のような排出カップが入力位置129にある場合、サーボ
モータ131を36°だけ割り出すようにインターフェース4
23を介して命令する段階とを含む。これと選択的に、既
に装填カップ124が入力位置129内にあるとき、何らの割
り出し動作も行われない。入力位置が設定されたなら
ば、段階311にてロボット111に入力して、ウェーハを入
力カセット106から整合装置113に排出する命令が送られ
る。次に、整合装置113によりウェーハの適正な整合状
態をコンピュータ103により読み取って、ウェーハの動
作及び整合動作が良好に完了したか否かを判断すること
が出来る。
適正に整合したならば、段階313を実行し、入力位置1
29にある装填カップ124を持ち上げ、段階315にて、整合
したウェーハを装填カップ内に配置するように入力グリ
ッパ115に命令する。次に、段階317にて装填カップ124
を下降させ、段階318にて、サーボモータ131に72°だけ
割り出すように命令する。割り出し動作後、点検319を
実行して、割り出しテーブル117の上にあるウェーハの
数が５つであることをコンピュータ103が表示するかど
うかを確認する。その配置された数が５つ以下である場
合、段階311にて再度、ウェーハの入力ルーチンが開始
する。
５つの装填カップ124乃至128が研磨するウェーハを収
容しているとき、段階321にてウェーハの装填ルーチン
（図19）が開始し、その後、キャリヤ139乃至143が上昇
した元の位置となる。次に、段階323にて、研磨組立体1
32の移動機能が開始し、この段階は、制御装置425をク
ランプして、楔166を支持部材168からロック解除するコ
ンピュータ103からの命令を含み、その実行は、センサ4
26を読み取ることにより点検される。また、研磨組立体
の移動機能は、研磨組立体132を割り出しテーブルの位
置まで動かすサーボモータ165に対する命令を含み、こ
の動作は、サーボモータ165の位置センサ415を読み取る
ことにより点検する。
キャリヤ139乃至143が割り出しテーブル117の上に配
置された後、これらのキャリヤは、段階325にて、ノズ
ル147から水が噴霧される間に、ブラシ146に対して下降
され且つ回転することにより洗浄が行われる。水の噴霧
の制御は、インターフェース429を介して命令を受け取
る水弁制御装置428により図15に示してある。段階327に
て、キャリヤ139乃至143は、空気シリンダ192に対する
命令により持ち上げられ且つ５つのサーボモータ202に
対する命令によりその最大の外方位置まで揺動される。
キャリヤ139乃至143が適正に持ち上げられ且つ揺動して
いるかどうかは、センサ407、409を読み取ることにより
点検する。
装填カップ124乃至128の位置は、段階328にて点検
し、装填カップ124が入力位置129にあることを確認し、
装填カップがこの位置にあるならば、テーブルを36°だ
け割り出す。装填カップ124乃至128が適正に配置された
ならば、段階329にて、コンピュータ103からインターフ
ェース430を介して空気シリンダ制御装置431に命令を送
ることにより、持ち上げられる。複数のホール効果セン
サ432がコンピュータ103によって読み取られて、空気シ
リンダが適正に作動しているか否かを確認する。カップ
は持ち上げられたときキャリヤと自然整合し、コンピュ
ータ103は、真空制御インターフェース434に命令して、
５つの流体弁435を制御して、真空弁438から流体結合入
力211（図10）へのホースを介してキャリヤ139乃至143
の面261に真空を付与する。付与された真空により、ウ
ェーハはキャリヤ139乃至143に固着され、段階333に
て、装填カップは割り出しテーブル117まで下降され
る。真空センサ436により真空レベルの点検を行い、工
程を継続する前に、各キャリヤ139乃至143に一つのウェ
ーハが存在することを確認することが望ましい。インタ
ーフェース437を介してコンピュータ103によりセンサ43
6の状態が読み取られる。次に、段階335にて、ウェーハ
キャリヤ139乃至143は元の位置まで揺動され、段階337
にて、サーボモータ165は、研磨組立体132を研磨位置ま
で動かす命令を受ける。
研磨位置に達したならば、制御装置425をクランプす
る命令を受けて研磨組立体は所定位置にロックされ、段
階341にて研磨ルーチル（図20）が開始する。この研磨
と同時に、装置100は入力ルーチンを実行し、研磨のた
めに新たなウェーハを準備し且つ／又は以下に説明する
出力ルーチンを自由に実行して、研磨済みのウェーハを
割り出しテーブル117から排出する。
段階341にて、インターフェース441を介して速度セン
サ440を読み取ることにより、研磨テーブルの回転速度
を点検し、インターフェース442を介して研磨テーブル
モータ280に命令することでその回転速度が調節され
る。この時点で、インターフェース405を介してサーボ
モータ202に命令が送られ（段階343）、その入力因子内
にて操作者が指定した速度でその回転を開始する。又、
キャリヤ139乃至143が下降され、所定の圧力にて回転す
る研摩テーブル134に押し付けられ、キャリヤ139乃至14
3の揺動距離及び速度が維持される。研摩中、圧力セン
サ202、位置センサ409、及び回転センサ412は、コンピ
ュータ103により頻繁に読み取り、適正な調節命令を伝
達して、全ての動作及び力を入力因子内で操作者が指定
したレベルに対して設定された範囲内で慎重に維持する
ことが望ましい。又、研磨テーブル134に送出されたス
ラリーの量をスラリーインターフェースに伝達し、熱交
換器295と連通するコンピュータ103により研磨テーブル
の温度を制御して、精密な研磨状態を維持する。
研磨か開始し、ウェーハキャリヤ139乃至143が持ち上
げられ（段階351）たときに、タイミング段階349が開始
し、その動作は、操作者が指定した時間因子が達成され
たときに、停止する。このとき、段階353で判断したよ
うに、排出カップが利用可能であれば、工程フローは、
段階355にて排出ルーチン（図21）に進む。
段階355にて、研磨組立体132は割り出しテーブルの位
置まで動かされ、段階357にてキャリヤが下降されて洗
浄が行われ、又段階359にて持ち上げられ且つその最大
の外方位置まで揺動される。段階361にて、割り出しテ
ーブル117の位置がコンピュータ103により検出され、必
要であれば、排出カップ120が入力位置129となるように
テーブルを回転させる。排出カップが適正な位置にある
とき、段階363にて、これらのカップは持ち上げられ、
キャリヤ139乃至143と整合され、また、真空制御装置43
4は、ウェーハがそのそれぞれの排出カップ内に落下す
るのを許容し得るように、面261にて真空を停止させる
ように命令を受ける。実際には、水のような圧力流体を
真空装置に供給し、ウェーハをそのそれぞれの面261か
ら付勢させることが必要であることが分かる。装置への
かかる流体の導入は、図15において真空源434及び加圧
水供給源439に接続した状態で示した流体弁435をコンピ
ュータ103で制御して行われる。
ウェーハが排出カップ119乃至123内に落下したとき、
段階367にて、これらのウェーハは割り出しテーブル117
面まで下降する。次に、キャリヤ139乃至143が元の位置
まで揺動し（段階369）、下降し且つ洗浄され（段階37
1）、水洗いが行われる（段階373）。次に、装填カップ
124乃至128内に研磨前のウェーハが存在するか否かを確
認するため、段階375が実行される。装填カップ内にウ
ェーハが存在するとき、段階327にて開始する装填ルー
チン（図19）が実行される。
研磨組立体132が研磨ケーブルに復帰すると、研磨中
のウェーハ及び研磨済みのウェーハが排出カップ119乃
至123内に存在するか否かを問わず、段階381にてウェー
ハの出力ルーチン（図22）が開始される。段階381に
て、割り出しテーブルの位置が点検され且つ必要であれ
ば、制御され、排出カップ120を排出カップの位置131内
に配置する。次に、位置す131にある排出カップ120は、
コンピュータ103から空気シリンダの制御装置431に対す
る命令に応答して、段階383にて排出空気シリンダ160に
より持ち上げられる。次に、段階385にて、排出グリッ
パ116が排出位置131まで回転され、コンピュータ103の
命令を受けてウェーハを把持し、上昇した排出カップか
ら洗浄ステーション230に戻り、ここで、段階387にて空
気シリンダ制御装置431、水制御装置428及びステッパモ
ータの制御装置445に対する命令の組み合わせにより洗
浄が行われる。タイマー段階389で特定されたように洗
浄が終了すると、段階391にて、割り出しテーブル117の
排出カップ119乃至123内でより多くの研磨後のウェーハ
が利用可能であるか否かを確認するための点検が行わ
れ、その結果が是であれば、テーブルは72°割り出さ
れ、段階383にて入力ルーチンが継続する。排出カップ1
19乃至123の全てが空であるならば、排出工程は終了す
る。
本発明の好適な実施例について説明したが、当業者に
は、請求の範囲に記載した本発明の範囲から逸脱せずに
各種の応用例及び変更が可能であることが明らかであろ
う。
例えば、上記の実施例において、操作者が入力した同
一の工程因子に従って一度に５つのウェーハの装填、排
出及び研磨が行われる。各研磨アームに対する工程因子
は、入力するとき、異なるものとなる場合がある。又、
特定の少量のバッチ工程又は試験目的のために、一度に
研磨するウェーハの数を５以下とすることが出来る。デ
ータの入力段階中、一部、例えば２つの研磨アームは休
止しているものと判断し、５つではなく３つのみのウェ
ーハが割り出しテーブルに配置され、装填、研磨及び排
出が行われるようにしてもよい。
本発明において、ウェーハキャリヤの回転速度を測定
するための手段（第１の測定手段）と、研磨面の回転速
度を測定するための手段（第２の測定手段）とを設けた
場合、次のような効果が得られる。すなわち、実際に表
面研磨処理作業を行う多くの場合、研磨ケーブルの回転
と共に、ウェーハキャリヤの回転も重要な意味をもって
くる。例えば、作業中にウェーハ面を横切る表面積は、
回転軸からの半径方向距離によって異なる。そこで、ウ
ェーハキャリヤと研磨テーブルとの回転速度を測定し、
これらの相対関係を慎重に制御することによって、ウェ
ーハの直径を横切る方向に関する研磨の程度をバランス
のとれた良い状態にすることができる。さらに、表面研
磨処理作業中の摩擦によりウェーハ内で上昇する温度の
問題がある。ウェーハ内の温度もまた、回転軸からの半
径方向距離によって異なる。そして、ウェーハキャリヤ
と研磨ケーブルとの回転速度を測定し、これらの相対回
転速度を制御することにより、ウェーハ内の温度分布を
一様に維持することができるのである。また、さらに、
表面研磨処理作業の内容（研磨の程度など）が違えば、
必要とされるスラリーの使用状況も異なる。そこで、ウ
ェーハキャリヤおよび研磨テーブルの双方の回転速度の
相対的関係を制御することにより、スラリーの流れの状
況を調節することができる。
このように、ウェーハキャリヤの回転速度および研磨
ケーブルの回転速度の双方を測定する手段を備えること
により、これらの相対速度関係を制御して、研磨の程
度、ウェーハ内の温度、スラリーの流れの状況などを調
整することが可能になる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２２ Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２２Ｇ ６２２Ｋ (72)発明者 小田桐 茂 神奈川県海老名市中新田22―１ 小田急 コアロード海老名第１―503 (72)発明者 長橋 勲 神奈川県藤沢市長後1313―４ (56)参考文献 特開 昭59−227361（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−199834（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−146666（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B24B 37/04,37/00 H01L 21/304 622

Claims (22)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】薄いウェーハ材料の面の研磨装置にして、 研磨面と、 該研磨面に押し付けるようにしてウェーハを研磨する複
    数のウェーハキャリヤを備える研磨組立体と、 前記ウェーハキャリヤの数に等しい数の複数の装填手段
    を備え、該装填手段の各々が研磨すべき一つのウェーハ
    を保持するようになされた、割り出し装置と、 前記ウェーハキャリヤと前記装填手段の個々の一つひと
    つとが互いに隣接して設置されるように位置決めする第
    一の位置決め手段と、 前記装填手段により保持されたウェーハを前記ウェーハ
    キャリヤの個々の一つひとつと略同時に係合させる係合
    手段と、 前記ウェーハキャリヤを前記研磨面に研磨可能なように
    係合するよう位置決めする第二の位置決め手段と、 前記研磨組立体を前記研磨面の位置から前記割り出し手
    段の位置まで移動させる移動手段と、を備えることを特
    徴とする研磨装置。
  2. 【請求項２】請求の範囲第１項に記載の装置にして、前
    記第一の位置決め手段が、前記ウェーハキャリヤが前記
    装填手段の上方となるように位置決めする手段を備え、 前記係合手段が、前記装填手段を持ち上げて前記ウェー
    ハキャリヤに係合させる持ち上げ手段を備えることを特
    徴とする装置。
  3. 【請求項３】請求の範囲第１項に記載の装置にして、前
    記研磨組立体が前記研磨面に位置決めされたとき、研磨
    すべきウェーハを前記複数の装填手段に自動的に装填す
    る手段を備えることを特徴とする装置。
  4. 【請求項４】請求の範囲第１項に記載の装置にして、前
    記割り出し手段が、前記ウェーハキャリヤから複数の研
    磨後のウェーハを略同時に受け取る複数の排出手段を備
    え、 研磨後のウェーハを前記排出手段から自動的に取り出す
    手段を備えることを特徴とする装置。
  5. 【請求項５】薄いウェーハ材料の面の研磨装置にして、 研磨面と、 該研磨面と研磨状態に接触する各々のウェーハを保持す
    る複数のウェーハキャリヤを備える研磨組立体と、 前記ウェーハキャリヤの数に等しい数の複数の排出手段
    を備える割り出し装置と、 前記研磨組立体手段を前記研磨面における位置から前記
    割り出し手段における位置まで動かす移動手段と、 前記ウェーハキャリヤにより保持されたウェーハを前記
    排出手段に個々の一つひとつに略同時に配置する配置手
    段とを備えることを特徴とする研磨装置。
  6. 【請求項６】請求の範囲第５項に記載の装置にして、前
    記研磨組立体が前記研磨面に位置決めされたとき、研磨
    後のウェーハを前記複数の排出手段から自動的に取り出
    す取り出し手段を備えることを特徴とする装置。
  7. 【請求項７】請求の範囲第６項に記載の装置にして、前
    記取り出し手段が前記ウェーハを一度に一つずつ前記排
    出手段から取り出すようになされていることを特徴とす
    る装置。
  8. 【請求項８】請求の範囲第７項に記載の装置にして、前
    記割り出し装置が前記排出手段を所定の割り出し量だけ
    その中心軸線の周りで回転させ得るように取り付けら
    れ、前記取り出し手段が、前記割り出し手段の回転と同
    期化して作用して前記ウェーハを一度に一つずつ取り出
    す手段を備えることを特徴とする装置。
  9. 【請求項９】請求の範囲第６項に記載の装置にして、ウ
    ェーハを自動的に取り出す前記取り出し手段が、前記排
    出手段から取り出された後に該ウェーハを洗浄する洗浄
    手段を備えることを特徴とする装置。
  10. 【請求項１０】請求の範囲第９項に記載の装置にして、
    前記洗浄手段が、取り出されたウェーハを複数の回転ブ
    ラシの間でこれらに係合させる手段と、前記取り出され
    たウェーハに溶剤を噴霧する手段とを備えることを特徴
    とする装置。
  11. 【請求項１１】請求の範囲第６項に記載の装置にして、
    前記取り出し手段が取り出したウェーハを多数ウェーハ
    用カセット内に配置する手段を備えることを特徴とする
    装置。
  12. 【請求項１２】請求の範囲第５項に記載の装置にして、
    前期ウェーハを前記排出手段内に配置する前に前記ウェ
    ーハキャリヤにより保持されたウェーハを洗浄する洗浄
    手段を備えることを特徴とする装置。
  13. 【請求項１３】薄いウェーハ材料の面の研磨装置にし
    て、 研磨面と、 該研磨面に押し付けるようにしてウェーハを研磨する複
    数のウェーハキャリヤを備える研磨組立体と、 複数のウェーハ保持手段を備え、該ウェーハ保持手段の
    各々が一つのウェーハを保持することができるようにな
    された、割り出し装置と、 前記ウェーハキャリヤと前記ウェーハ保持手段の個々の
    一つひとつとが互いに隣接して配置されるように位置決
    めする第一の位置決め手段と、 前記ウェーハ保持手段と前記ウェーハキャリヤの個々の
    一つひとつとの間で複数のウェーハを略同時に交換する
    交換手段と、 前記ウェーハキャリヤを前記研磨面に研磨可能なように
    係合するよう位置決めする第二の位置決め手段と、 前記研磨組立体を前記研磨面における位置と前記割り出
    し手段における位置との間で移動させる移動手段と、を
    備えることを特徴とする研磨装置。
  14. 【請求項１４】薄いウェーハ材料の面を研磨するコンピ
    ュータ制御による装置にして、 回転する研磨面と、 薄いウェーハ材料をその面に固着するウェーハキャリヤ
    と、 該ウェーハキャリヤに固着されたウェーハを前記研磨面
    に押し付ける押圧手段と、 前記ウェーハキャリヤにより前記研磨面に加えられた圧
    力を測定する圧力検出手段と、 前記ウェーハ材料が前記研磨面に押し付けられる間に前
    記ウェーハキャリヤを回転させる手段と、 前記ウェーハキャリヤの回転速度を測定するための第１
    の測定手段および前記研磨面の回転速度を測定するため
    の第２の測定手段と、 ウェーハキャリヤの圧力範囲、研磨テーブルの回転速度
    及びウェーハキャリヤの回転速度を設定する設定手段
    と、 前記圧力検出手段、前記研磨面の回転速度を測定するた
    めの前記第２の測定手段および前記ウェーハキャリヤの
    回転速度を測定するための前記第１の測定手段に応答し
    て、前記圧力、前記研磨面の回転速度及び前記ウェーハ
    キャリヤの回転速度を前記設定手段により設定された範
    囲内に維持するコンピュータ手段とを備えることを特徴
    とするコンピュータ制御による装置。
  15. 【請求項１５】請求の範囲第14項に記載の装置にして、
    範囲を設定する前記手段が、操作者の相互作用に応答し
    て、ウェーハキャリヤの圧力、研磨面の回転速度及びウ
    ェーハキャリヤの回転速度を設定するデータ入力手段を
    備えることを特徴とする装置。
  16. 【請求項１６】請求の範囲第14項に記載の装置にして、
    前記ウェーハキャリヤを前記研磨面の上で揺動させる手
    段と、 該ウェーハキャリヤの揺動距離及びその速度を測定する
    揺動測定手段とを備え、 前記コンピュータ手段が、該揺動測定手段に応答して、
    前記ウェーハキャリヤの揺動を所定の範囲内に維持する
    手段を備えることを特徴とする装置。
  17. 【請求項１７】薄いウェーハ材料の面を研磨する装置に
    して、 研磨面と、 中心軸線を有する力伝達部材であって、前記中心軸線に
    沿って圧力の力を伝達し且つ前記中心軸線に沿って回転
    力を伝達するようになされた力伝達部材と、 研磨部材であって、前記研磨面と略平行で平坦な下面を
    有し、該平坦な下面が該下面に対して直角な研磨軸線を
    有する研磨部材を備えるウェーハキャリヤと、 前記力伝達部材と前記ウェーハキャリヤとの間に接続さ
    れた圧力の力結合手段であって、該力伝達部材の前記中
    心軸線の周りに対称に配置された第一のレース部材と、
    前記ウェーハキャリヤの研磨軸線の周りに対称に配置さ
    れた第二のレース部材と、前記第一のレース部材と前記
    第二のレース部材との間に保持されたボール軸受手段と
    を備え、前記第一のレース部材、前記第二のレース部材
    及び前記ボール軸受手段が、協働して、前記圧力の力を
    前記圧力の力結合手段を通じて前記研磨軸線の上の一点
    に集中させる圧力の力結合手段と、 前記中心軸線の周りに規則的な角度間隔にて前記力伝達
    部材に接続させた複数のカム従動子手段を備える回転力
    伝達手段とを備え、前記ウェーハキャリヤが、前記カム
    従動子手段に当接し、前記力伝達部材からの回転力を前
    記ウェーハキャリヤに伝達する複数の軸受面と、前記力
    伝達部材と前記ウェーハキャリヤとの係合状態を弾性的
    付勢力によって維持する手段とを備えることを特徴とす
    る装置。
  18. 【請求項１８】前記力伝達部材内に配置された流体連通
    路を備える請求の範囲第17項に記載の装置にして、 前記力伝達部材の前記通路内の流体及び真空を前記ウェ
    ーハキャリヤの前記平坦な下面に連通する手段と、 前記圧力の力結合手段を、前記通路により選ばれた流体
    及び真空にさらされないように封止するための可撓性手
    段とを備えることを特徴とする装置。
  19. 【請求項１９】請求の範囲第17項に記載の装置にして、
    前記ウェーハキャリヤが、前記平坦な下面に対して略直
    角に前記ウェーハキャリヤの円筒形面上の前記研磨軸線
    と同軸状に配置された第一のねじ手段を備え、 前記第一のねじ手段と螺合状態に係合し得るようにその
    内面に設けられた第二のねじ手段を有する環状のウェー
    ハ支持手段を備えることを特徴とする装置。
  20. 【請求項２０】請求の範囲第19項に記載の装置にして、
    前記ウェーハキャリヤに接続され、前記環状のウェーハ
    支持手段に摩擦可能に係合して該支持手段が前記研磨軸
    線の周りで回転するのを阻止する手段を備えることを特
    徴とする装置。
  21. 【請求項２１】薄いウェーハ材料の面を研磨するコンピ
    ュータ制御による装置にして、 回転する研磨面と、 複数のウェーハキャリヤにして、それぞれが薄いウェー
    ハ材料をその面に固着するウェーハキャリヤと、 該複数のウェーハキャリヤに固着されたウェーハを前記
    研磨面に押し付ける押圧手段と、 前記複数のウェーハキャリヤにより前記研磨面に加えら
    れた圧力を測定する圧力検出手段と、 前記ウェーハ材料が前記研磨面に押し付けられる間に前
    記複数のウェーハキャリヤを回転させる手段と、 前記複数のウェーハキャリヤの回転速度を測定するため
    の第１の測定手段および前記研磨面の回転速度を測定す
    るための第２の測定手段と、 ウェーハキャリヤの圧力範囲、研磨テーブルの回転速度
    及びウェーハキャリヤの回転速度を設定する設定手段
    と、 前記圧力検出手段、前記研磨面の回転速度を測定するた
    めの前記第２の測定手段および前記複数のウェーハキャ
    リヤの回転速度を測定するための前記第１の測定手段に
    応答して、前記圧力、前記研磨面の回転速度及び前記複
    数のウェーハキャリヤの回転速度を前記設定手段により
    設定された範囲内に維持するコンピュータ手段とを備え
    ることを特徴とするコンピュータ制御による装置。
  22. 【請求項２２】薄いウェーハ材料の面の研磨装置にし
    て、 研磨面と、 該研磨面に押し付けるようにしてウェーハを研磨する複
    数のウェーハキャリヤを備える研磨組立体と、 複数のウェーハ保持手段を備え、該ウェーハ保持手段の
    各々が一つのウェーハを保持可能となされた、割り出し
    装置と、前記ウェーハキャリヤと前記ウェーハ保持手段
    の個々の一つひとつとが互いに隣接して配置されるよう
    に位置決めする第一の位置決め手段と、 複数のウェーハを、前記ウェーハ保持手段と前記ウェー
    ハキャリヤの個々の一つひとつとの間で略同時に入れ替
    える手段と、 前記ウェーハキャリヤを前記研磨面に研磨可能なように
    係合するよう位置決めする第二の位置決め手段と、 前記研磨組立体を前記研磨面の位置と前記割り出し手段
    の位置との間で移動させる移動手段と、を備えることを
    特徴とする研磨装置。
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