JP3060032B2 - 研磨機の研磨布交換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は研磨機の研磨布交換
装置に係り、特に半導体ウェーハの表面を研磨加工する
ＣＭＰ（Chemical-Mechano-Polishing）マシンに適用さ
れる研磨機の研磨布交換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェーハの研磨機に採用されるＣ
ＭＰマシンは、ポリシング粒子（スラリ）として半導体
ウェーハよりも軟質の粒子を使用し、粒子と半導体ウェ
ーハの間に固相反応を生じさせ、両者の接触界面の反応
によって異質な物質を生成し、その部分を除去しながら
研磨を行う装置であり、鏡面度が高く加工変質が少ない
という利点がある。

【０００３】このような研磨機は研磨布を吸着保持する
研磨定盤と、半導体ウェーハを吸着保持するヘッドとを
備え、前記半導体ウェーハを前記研磨布に押し付けると
共に研磨定盤とヘッドとを相対的に回転させて半導体ウ
ェーハの表面を研磨する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の研磨機は、研磨
布を交換する場合、先ず研磨機の本体ケースを取り外し
て前記研磨布を外部に露出させた後、研磨定盤による吸
着保持を解除して研磨布を研磨定盤から取り外し、そし
て未使用の研磨布を研磨定盤に取り付けて吸着保持させ
るようにしている。

【０００５】このように従来の研磨機は、研磨布の交換
作業を人手によって行っているので、研磨布の交換作業
に長時間かかり研磨機の稼働効率が向上しないという欠
点がある。また、前記研磨機がクリーンルームに設置さ
れている場合には、前記研磨布の交換時にポリシング粒
子が研磨機の外部に飛散してしまうので、クリーンルー
ムのクリーン度を低下させてしまうという欠点がある。

【０００６】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、研磨機の稼働効率を向上させることができると
共に、研磨機の外部雰囲気に悪影響を与えることなく研
磨布を交換可能な研磨機の研磨布交換装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決する為の手段】本発明は、前記目的を達成
するために、研磨布を着脱自在に保持する研磨定盤と、
研磨対象物を着脱自在に保持するヘッドとを備え、前記
研磨定盤及び／又は前記ヘッドを相対的に近づく方向に
移動させて前記研磨布に前記研磨対象物を押し付けると
共に、研磨定盤及び／又はヘッドを相対的に回転させて
該研磨対象物を研磨する研磨機に於いて、前記研磨定盤
から離脱された使用済みの研磨布を保持すると共に、未
使用の研磨布を保持して前記研磨定盤に供給する研磨布
交換ロボットと、前記研磨布交換ロボットに保持された
前記使用済みの研磨布に対して進退移動可能に配置さ
れ、進出移動されることにより使用済みの研磨布をその
内部に収容し、退出移動されることにより使用済みの研
磨布を前記研磨機から排出する排出用カセットと、前記
研磨布交換ロボットに対して進退移動可能に配置され、
進出移動されることにより、その内部に収容した未使用
の研磨布を前記研磨布交換ロボットに供給する交換用カ
セットと、を備えたことを特徴とする。

【０００８】本発明によれば、先ず、研磨定盤に保持さ
れている使用済みの研磨布を研磨布交換ロボットで保持
した後、研磨定盤による研磨布の保持を解除して、前記
使用済みの研磨布を研磨布交換ロボットのみで保持す
る。次に、前記使用済みの研磨布に向けて排出用カセッ
トを進出移動させ、この排出用カセットに前記使用済み
の研磨布を収容する。次いで、排出用カセットを退避移
動させて、前記使用済みの研磨布を排出用カセットごと
研磨機の外部に排出する。

【０００９】次に、未使用の研磨布を収容した交換用カ
セットを、前記研磨布交換ロボットに向けて進出移動さ
せて、前記未使用の研磨布を研磨布交換ロボットに供給
し、この未使用の研磨布を研磨布交換ロボットで保持す
る。そして、空の交換用カセットを研磨機から退避移動
させた後、未使用の研磨布を研磨布交換ロボットで研磨
定盤に供給し、この未使用の研磨布を研磨定盤で保持す
る。これにより、研磨布の交換作業が終了する。

【００１０】このように本発明では、研磨布交換ロボッ
ト、排出用カセット及び交換用カセットの動作によって
研磨布の交換を自動で行えるようにしたので、研磨機の
稼働効率を向上させることができる。また、本発明で
は、使用済みの研磨布を排出用カセットに収容したまま
研磨機から排出するようにしたので、研磨機の外部雰囲
気に悪影響を与えることなく研磨布を交換することがで
きる。

【００１１】請求項２記載の発明は、前記研磨布交換ロ
ボットにドレッシングヘッドを設け、このドレッシング
ヘッドによって、前記研磨定盤に保持された研磨布をド
レッシング及び洗浄するようにした。これにより、本発
明では、研磨布のドレッシングと洗浄を自動化すること
ができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下添付図面に従って本発明に係
る研磨機の研磨布交換装置の好ましい実施の形態につい
て詳説する。図１は、本発明の実施の形態に係る研磨機
の研磨布交換装置が、半導体ウェーハのＣＭＰマシンに
適用された構造図である。同図に示すＣＭＰマシン１０
はクリーンルーム１２に設置され、そのＣＭＰマシン１
０の図中右側には、研磨布の排出用カセットと交換用カ
セットとが装備されたカセットボックス１４が並設され
ている。

【００１３】前記ＣＭＰマシン１０の本体ケース１５内
には、研磨定盤１６、ヘッド１８及び研磨布交換ロボッ
ト２０が設置されている。前記研磨定盤１６は図示しな
いバキューム装置に連結され、このバキューム装置を駆
動することにより、その下面で研磨布２２を着脱自在に
真空吸着する。また、研磨定盤１６は、その上面中央部
にモータ２４の回転軸２６が固着され、モータ２４から
伝達される回転力によって所定の速度で回転する。更
に、研磨定盤１６には図示しないスラリ供給孔が形成さ
れ、このスラリ供給孔から研磨布２２にスラリが供給さ
れるようになっている。

【００１４】前記ヘッド１８は、その上面で半導体ウェ
ーハ２８を吸着保持するもので、その下面にモータ３０
の回転軸３２が連結されてモータ３０からの回転力によ
り所定の速度で回転する。また、前記モータ３０は、モ
ータハウジング３４に収容されている。モータハウジン
グ３４は、その下面に油圧シリンダ３６のロッド３８が
固着され、ロッド３８の伸縮動作によって図中実線で示
す位置と点線で示す位置との範囲内で昇降移動される。
前記モータ３０の回転軸３２は、前記モータハウジング
３４に軸受４０を介して回転自在に支持されている。

【００１５】従って、前記ＣＭＰマシン１０は、前記モ
ータ３０でヘッド１８を回転させると共に、油圧シリン
ダ３６のロッド３８を伸長させて半導体ウェーハ２８を
回転中の研磨布２２に押し付けることにより、半導体ウ
ェーハ２８の表面を研磨布２２で研磨することができ
る。一方、研磨布交換ロボット２０は、前記研磨定盤１
６の下方で前記ヘッド１８の図中右側に隣接配置されて
いる。研磨布交換ロボット２０は、研磨定盤１６の下面
に対して平行な水平アーム４２を有し、この水平アーム
４２の図中右端部にモータ４４の回転軸４６が片持ちで
連結されている。従って、モータ４４を駆動すると前記
水平アーム４２は、前記研磨定盤１６の下面に対して平
行に旋回することができる。

【００１６】また、水平アーム４２の図中左端部には回
動ヘッド４８が回動自在に取り付けられている。前記回
動ヘッド４８は図示しないモータの回転力によって、水
平アーム４２の軸心を中心に回動する。この回動ヘッド
４８には、吸着パッド５０とドレッシングヘッド５２と
が回動ヘッド４８を挟んで設けられている。前記吸着パ
ッド５０には図示しないバキューム装置が連結され、前
記ドレッシングヘッド５２にはドレッシング砥石が固着
されると共に洗浄水噴射孔が形成されている。従って、
前記回動ヘッド４８を半回転させることにより、吸着パ
ッド５０又はドレッシングヘッド５２を選択的に研磨布
２２に向けることができる。

【００１７】前記モータ４４はモータハウジング５４に
収容されている。モータハウジング５４は、その下面に
油圧シリンダ５６のロッド５８が固着され、ロッド５８
の伸縮動作によって、図中実線で示す位置と点線で示す
位置との範囲内で昇降移動される。モータ４４の回転軸
４６は、前記モータハウジング３４に軸受６０を介して
回転自在に支持されている。

【００１８】従って、前記ＣＭＰマシン１０は、前記吸
着パッド５０を研磨布２２に向けた状態で油圧シリンダ
５６のロッド５８を伸長させると、吸着パッド５０で前
記研磨布２２を吸着保持することができ、また、前記ド
レッシングヘッド５２を研磨布２２に向けた状態でロッ
ド５８を伸長させると、ドレッシングヘッド５２のドレ
ッシング砥石で研磨布２２をドレッシングすることがで
きると共に洗浄水噴射孔から洗浄水を噴射することで研
磨布２２を洗浄することができる。

【００１９】ところで、前記カセットボックス１４は、
カセット出入口６２を介して前記ＣＭＰマシン１０に連
通されている。後述するカセット６４は、カセットボッ
クス１４内でカセット出入口６２の手前に搬送されてセ
ットされ、カセット搬送部６３の駆動によってカセット
ボックス１４とＣＭＰマシン１０との間で出し入れ搬送
される。また、前記カセット出入口６２は、研磨定盤１
６と水平アーム４２との間の間隙に対向する位置に形成
される。これにより、ＣＭＰマシン１０側に搬送された
カセット６４は、研磨定盤１６の下方で水平アーム４２
の上方に位置する。

【００２０】前記カセットボックス１４には、複数個の
空の排出用カセットと、未使用の研磨布２２が収容され
た複数個の交換用カセットとが装備されている。これら
のカセットは、研磨布２２を交換する場合に使用され、
これらのカセットによる研磨布交換作業については後述
する。前記カセット（排出用カセット及び交換用カセッ
ト）６４は、図２に示すように前方に扉６６を有する箱
体に形成され、その内部に使用済みの研磨布２２又は未
使用の研磨布２２が収容される。前記扉６６はヒンジ６
８、６８を介して前面開放部６９に開閉自在に取り付け
られると共に、図示しないクリック機構によって開位置
と閉位置とでその開閉状態が保持されるようになってい
る。また、前記扉６６は、上縁部６７がカセット６４の
上面６５Ａから所定量突出して形成されている。この上
縁部６７は、図１に示したカセット出入口６２からＣＭ
Ｐマシン１０に向けて搬送される途中で、研磨定盤１６
の手前に突設されたピン７０に押されて開放される。そ
して、開放された前記扉６６は、研磨定盤１６の後段側
に設置された図５に示す押さえ部材７２の動作によって
閉じられる。この押さえ部材７２はシリンダ７４のロッ
ド７６の先端に固着され、ロッド７６の伸長動作によっ
て前記扉６６が押さえ部材７２に押されて閉じられる。
従って、前記扉６６は、ＣＭＰマシン１０内で開閉され
る。

【００２１】図２において、前記カセット６４の下面６
５Ｂには図中点線で示すように溝７８が形成される。こ
の溝７８は、カセット６４の搬送方向に沿って形成され
ると共に、前面開放部６９の縁部から下面６５Ｂの略中
央部に向けて形成される。また、溝７８は、図１に示し
た研磨布交換ロボット２０の吸着パッド５０が所定の位
置（図５、図６参照）に位置した時に、吸着パッド５０
が溝７８に沿って通過できる幅に形成されている。

【００２２】図２において前記溝７８の上部には、遮蔽
板８０が配置される。この遮蔽板８０は、前記溝７８を
遮蔽してカセット６４を密閉状態に保持するものであ
る。また、遮蔽板８０は、溝７８の形成方向に沿ってス
ライド移動自在に配置されると共に、カセット６４内に
配設されたスプリング８２によって溝７８の閉位置に保
持される。

【００２３】次に、前記の如く構成された研磨機の研磨
布交換装置の作用について説明する。先ず、図１におい
て研磨定盤１６に保持されている使用済みの研磨布２２
を、研磨布交換ロボット２０を上昇させて吸着パッド５
０により吸着保持する。そして、研磨定盤１６による研
磨布２２の吸着保持を解除して、研磨布２２を吸着パッ
ド５０のみで吸着保持する。

【００２４】次に、研磨布交換ロボット２０を所定量下
降移動させると共に、カセットボックス１４のカセット
出入口６２に排出用カセット６４をセットする。そし
て、この排出用カセット６４を図３に示すように、前記
使用済みの研磨布２２に向けて進出搬送する。搬送中の
前記カセット６４は、研磨定盤１６の手前でピン７０に
より扉６６が開放され、そして、前面開放部６９（図２
参照）が開放された状態で搬送される。これにより、前
記研磨布２２が前面開放部６９からカセット６４に収容
されはじめる。図４は、研磨布２２の略半分が前記カセ
ット６４に収容された状態で、吸着パッド５０がカセッ
ト６４の遮蔽板８０に当接した直後の状態である。

【００２５】図４の状態から更にカセット６４を搬送す
ると図５に示すように、遮蔽板８０が吸着パッド５０に
押され、そして、溝７８が吸着パッド５０に沿って移動
しはじめることによりカセット６４の搬送が続行され
る。そして、カセット６４が図６に示した位置で停止し
た時に、研磨布２２全体が前記カセット６４に収容され
る。

【００２６】研磨布２２がカセット６４に収容される
と、先ず、扉６６を押さえ部材７２で押して閉じると共
に、吸着パッド５０による研磨布２２の吸着保持を解除
する。次に、研磨布交換ロボット２０を下降移動させて
吸着パッド５０をカセット６４から退避させると、吸着
パッド５０の進入で開放されていた溝７８が、スプリン
グ８２の付勢力で元の位置に復帰する遮蔽板８０によっ
て閉じられる。これにより、使用済みの研磨布２２は、
ＣＭＰマシン１０内において前記カセット６４に密封状
態で収容されるので、研磨布２２のポリシング粒子がＣ
ＭＰマシン１０の外部に漏出するのを防止できる。従っ
て、スラリでクリーンルーム１２のクリーン度を低下さ
せるのを防止できる。

【００２７】次に、前記研磨布２２を収容したカセット
６４を図７に示すように、カセットボックス１４に向け
て逆搬送し、カセットボックス１４からクリーンルーム
１２の外部にカセット６４ごと排出する。これにより、
使用済みの研磨布２２の取り外し作業が終了する。次
に、未使用の研磨布２２の取り付け作業について説明す
る。この作業は、先に説明した研磨布２２の取り外し作
業と略逆の手順で作業を行う。

【００２８】先ず、未使用の研磨布２２が収容された交
換用カセット６４を、カセット出入口６２にセットす
る。そして、この交換用カセット６４を研磨布交換ロボ
ット２０に向けて進出搬送する。この時、研磨布交換ロ
ボット２０の吸着パッド５０を、前記カセット６４の遮
蔽板８０に当接する位置に待機させておく。前記搬送中
の前記カセット６４は、研磨定盤１６の手前でピン７０
により扉６６が開放され、そして、前面開放部６９を開
いた状態で搬送されると、前面吸着パッド５０が遮蔽板
８０に当接する。そして、カセット６４を更に搬送する
と、遮蔽板８０が吸着パッド５０に押されることでカセ
ット６４の搬送が続行される。そして、吸着パッド５０
が前記研磨布２２の中央部の下方に位置した位置でカセ
ット６４を停止させた後、吸着パッド５０で研磨布２２
を吸着保持する。

【００２９】次に、カセット６４をカセットボックス１
４に向けて逆搬送すると、未使用の研磨布２２は、吸着
パッド５０の吸着によりカセット６４から取り残されて
研磨定盤１６の下方に位置する。そして、カセット６４
が研磨定盤１６の下方から退避移動した後、研磨布交換
ロボット２０を上昇移動させて研磨布２２を研磨定盤１
６に押し付ける。そして、研磨定盤１６で前記研磨布２
２を吸着保持した後、吸着ヘッド５０による吸着保持を
解除して研磨布交換ロボット２０を研磨加工に邪魔にな
らない位置に下降移動させる。これにより、使用済みの
研磨布２２の取り付け作業が終了し、よって、研磨布２
２の一連の交換作業が終了する。

【００３０】このように本実施の形態では、研磨布交換
ロボット２０、排出用カセット６４及び交換用カセット
６４の動作によって研磨布２２の交換を自動で行えるよ
うにしたので、ＣＭＰマシン１０の稼働効率を向上させ
ることができる。また、本実施の形態では、使用済みの
研磨布２２を排出用カセット６４に密封収容したままＣ
ＭＰマシン１０から排出するようにしたので、ＣＭＰマ
シン１０の外部雰囲気（クリーンルーム１２）に悪影響
を与えることなく研磨布２２を交換することができる。

【００３１】本実施の形態では、研磨布２２の交換にか
かわらず、再生可能な研磨布２２のドレッシングと洗浄
も行うことができる。即ち、ドレッシングヘッド５２を
研磨布２２に向けた状態で油圧シリンダ５６のロッド５
８を伸長させて、ドレッシングヘッド５２のドレッシン
グ砥石を研磨布２２に押し付ければ、研磨布２２をドレ
ッシングすることができ、また、ドレッシングヘッド５
２の洗浄水噴射孔から洗浄水を噴射すれば研磨布２２を
洗浄することができる。

【００３２】これにより、本実施の形態では、研磨布２
２のドレッシングと洗浄も自動化できる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の研磨機の研
磨布交換装置によれば、研磨布交換ロボット、排出用カ
セット及び交換用カセットを備え、これらの動作によっ
て研磨布の交換を自動で行えるようにしたので、研磨機
の稼働効率を向上させることができ、また、使用済みの
研磨布を排出用カセットに収容したまま研磨機から排出
するようにしたので、研磨機の外部雰囲気に悪影響を与
えることなく研磨布を交換することができる。

【００３４】更に、本発明では、研磨布交換ロボットに
ドレッシングヘッドを設け、このドレッシングヘッドに
よって、研磨布をドレッシング及び洗浄するようにした
ので、研磨布のドレッシングと洗浄とを自動化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係る研磨機の研磨布交換装置が
適用されたＣＭＰマシンの構造図

【図２】研磨布のカセットの一部破断を含む斜視図

【図３】カセットによる研磨布の交換動作を示す説明図

【図４】カセットによる研磨布の交換動作を示す説明図

【図５】カセットによる研磨布の交換動作を示す説明図

【図６】カセットによる研磨布の交換動作を示す説明図

【図７】カセットによる研磨布の交換動作を示す説明図

【符号の説明】

１０…ＣＭＰマシン １４…カセットボックス １６…研磨定盤 １８…ヘッド ２０…研磨布交換ロボット ２２…研磨布 ２８…半導体ウェーハ ４２…水平アーム ５０…吸着パッド ５２…ドレッシングヘッド ６４…カセット ６６…扉

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B24B 37/00 H01L 21/304 622

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】研磨布を着脱自在に保持する研磨定盤と、
   研磨対象物を着脱自在に保持するヘッドとを備えて、前
   記研磨定盤及び／又は前記ヘッドを相対的に近づく方向
   に移動させて前記研磨布に前記研磨対象物を押し付ける
   と共に、研磨定盤及び／又はヘッドを相対的に回転させ
   て該研磨対象物を研磨する研磨機に於いて、 前記研磨定盤から離脱された使用済みの研磨布を保持す
   ると共に、未使用の研磨布を保持して前記研磨定盤に供
   給する研磨布交換ロボットと、 前記研磨布交換ロボットに保持された前記使用済みの研
   磨布に対して進退移動可能に配置され、進出移動される
   ことにより使用済みの研磨布をその内部に収容し、退出
   移動されることにより使用済みの研磨布を前記研磨機か
   ら排出する排出用カセットと、 前記研磨布交換ロボットに対して進退移動可能に配置さ
   れ、進出移動されることにより、その内部に収容した未
   使用の研磨布を前記研磨布交換ロボットに供給する交換
   用カセットと、 を備えたことを特徴とする研磨機の研磨布交換装置。
2. 【請求項２】前記研磨布交換ロボットには、前記研磨定
   盤に保持された研磨布をドレッシングすると共に洗浄す
   るドレッシングヘッドが設けられていることを特徴とす
   る請求項１記載の研磨機の研磨布交換装置。