JP3604546B2 - 処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板例えば半導体ウエハに対して研磨処理を行う処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）の製造プロセスの中に、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）と呼ばれる研磨プロセスがある。このＣＭＰプロセスは、研磨布の表面に粒子を含む研磨液を滴下し、この研磨布の表面をウエハに押し付けて、当該ウエハの表面の一部を機械的かつ化学的研磨により除去する方法であり、例えば多層配線形成工程中のエッチバックと呼ばれる工程に適用されている。
【０００３】
従来のＣＭＰプロセスでは、例えば図８に示すＣＭＰ装置において、表面に研磨層である研磨布１１が形成された回転テ−ブル１２に、ウエハ保持機構１３に保持させたウエハ１０を所定の圧力で圧接させ、ノズル１４から研磨液を前記研磨布１１の表面に供給しながら、回転テ−ブル１２を回転させると共にウエハ保持機構１３をモ−タ１５により回転させて、こうしてウエハ１０を回転テ−ブル１２上で自転させ、かつ相対的に公転させることによってウエハ１０の表面を研磨していた。
【０００４】
このようにしてＣＭＰ処理されたウエハ１０は次工程の洗浄装置に搬送され、ウエハ表面に残存する研磨液や削り滓が洗浄される。この際ウエハの搬送を大気中で行うと、研磨液等は乾燥しやすいので、搬送中に前記スラリ等が乾燥してしまうが、これらは乾燥するとウエハ表面から落ちにくくなって、洗浄処理にかなり時間がかかってしまう。このためウエハ１０はＣＭＰ装置から洗浄装置までウェット搬送されている（図９参照）。つまりウエハ１０は水中搬送されるか、または水の入った容器内に収納されて搬送されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述のＣＭＰ装置では、ウエハ１０より大きい研磨布１１が用いられており、しかもこの研磨布１１は回転テ−ブル１２により回転するように構成されているので、装置がかなり大型化してしまうという問題がある。また大きい研磨布１１全体に研磨液を供給しているので、研磨液の消費量がかなり多くなってしまい、研磨液は高価であることからコスト的な問題もある。
【０００６】
またＣＭＰ処理と洗浄処理という一連の処理全体について見ると、ＣＭＰ装置と洗浄装置とが別ユニットになっており、さらにウエハ１０はこれらの装置の間をウェット搬送されるので、装置全体がかなり大型化してしまうという問題もある。ここで近年のウエハ１０の大型化に伴って、ＣＭＰ装置は益々大きくなっていることから、これらの問題の解決が望まれている。
【０００７】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は基板を研磨するにあたり、研磨層の研磨面に供給される研磨液の消費量を少なくすることができる処理装置を提供することにある。また本発明の他の目的は基板を研磨してから洗浄するにあたり、装置全体の小型化を図ることができる処理装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため本発明の処理装置は、基板を保持し、基板の面方向に沿って回転する基板保持部と、研磨面が基板の被処理面よりも小さい研磨層と、前記研磨面が前記基板保持部に保持されている基板の被処理面に対向するようにかつ基板の面方向に沿って回転するように前記研磨層を保持する保持部と、前記基板の被処理面に研磨液を供給する研磨液供給部と、前記基板保持部に保持されている基板の被処理面を、前記研磨層による研磨後に洗浄するために前記保持部に保持された洗浄ブラシと、前記基板の被処理面に洗浄液を供給する洗浄液ノズルと、を備え、前記研磨層と前記洗浄ブラシは前記保持部により基板の外側の待機位置と前記基板を処理する処理位置との間で移動され、研磨層は洗浄ブラシよりも移動方向の先方側に位置して基板の被処理面上を移動することを特徴とする
【０００９】
このような構成によれば、基板を基板保持部に保持して回転させながら研磨層を基板の中心部と周縁部との間で移動させるようにしているので、研磨層は基板よりも小さくて済む。従って研磨層の研磨面に研磨液を供給するにあたり、従来のように大きな研磨層を保持して基板側を移動させていた場合に比べ、コストの高い研磨液の消費量が少なくなり、研磨層を基板より小さくできることからコストアップを抑えることができる。
また研磨液の消費量を少なくしてコストアップを抑えることができると共に、研磨と洗浄とを１つの処理装置で行うことができるので、処理装置全体を小型化することができる。
【００１０】
この場合前記研磨液供給部は、例えば研磨層の研磨面の反対側の面から、研磨層に設けられた孔を介して研磨面側に供給するものである。また前記基板保持部は、例えば基板の下面を水平な状態で保持して水平な方向に回転させるように構成され、前記研磨層は、研磨面が水平な状態で下を向くようにかつ水平な方向に回転可能に研磨層保持部に保持される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の処理装置の実施の形態の一例について説明するが、図１は処理装置の平面図であり、図２はその断面図である。図中２は処理室であり、内部には基板であるウエハＷを、被処理面が上を向くようにほぼ水平な状態で保持すると共に、当該ウエハＷを水平な方向に回転させるための基板保持部をなすウエハ保持部３が設けられている。当該ウエハ保持部３は例えば真空チャック機構を備え、例えばウエハＷの下面側全体を吸着保持すると共に、モ−タ３２により鉛直な回転軸３１を介して水平な方向に回転できるように構成されている。
【００１５】
このようなウエハ保持部３の周囲には、当該ウエハ保持部３とウエハＷの周辺を囲むように筒状のカップ４が設けられている。このカップ４は処理室２の底部に配設された底板２２上に起立するように設けられた筒状の外カップ部４１と、外カップ部４１の内側に設けられ、昇降可能な筒状の内カップ部４２とを有している。
【００１６】
内カップ部４２は上部側が内側に傾斜し、さらに上端部が内側に水平に伸び出すように形成されている。また下縁の一部に取り付けられた昇降ロッド４３を介して昇降機構４４により昇降できるように構成されており、こうして内カップ部４２は上端部がウエハＷの上方側に位置する処理位置と上端部がウエハ保持部３の表面より下方側に位置する載置位置との間で昇降されるようになっている。さらに前記外カップ部４１と内カップ部４２とは、内カップ部４２が前記処理位置に位置しているときに、互いに高さ方向に重なり合うように構成されている。
【００１７】
カップ４の外側には研磨機構５が設けられており、この研磨機構５は、研磨体５０と、研磨体５０を支持する研磨層保持部をなす研磨ア−ム５１と、研磨ア−ム５１を垂直方向及び水平方向に移動させるための研磨ア−ム駆動部６とを備えている。
【００１８】
研磨体５０は例えば図３及び図４に示すように、筒状の研磨体本体５２の下端側に、例えば発泡ウレタンや不織布等からなる研磨層をなす研磨パッド５３を取り付けて構成されており、研磨パッド５３の下面が研磨面を構成している。またこの研磨パッド５３にはスラリが通過可能な大きさの多数のスラリ供給孔５３ａが垂直方向に連通するように形成されている。さらに研磨パッド５３は前記研磨面の直径がウエハＷよりも小さくなるように形成され、例えば直径はウエハＷの１／４程度になるように設定されている。
【００１９】
前記研磨パッド５３の上面の回転中心には回転軸５４の先端側が取り付けられており、この回転軸５４の基端側は例えば研磨ア−ム５１の下面の先端側に取り付けられている。また回転軸５４は支持杆５５を介して研磨体本体５２の内壁面の研磨体本体５２の上端部から下がった位置に接続されている。
【００２０】
一方回転軸５４の基端側は、例えば研磨ア−ム５１の内部に設けられた従動プ−リ５６ａ、駆動プ−リ５６ｂ、タイミングベルト５６ｃを介して、研磨ア−ム５１の基端側に取り付けられたモ−タ５７の駆動軸５７ａに接続されており、こうして研磨体５０はモ−タ５７の駆動により水平方向に回転できるようになっている。
【００２１】
さらに研磨体本体５２の上部側には、研磨体本体５２の内部に研磨液をなす粒子を含むスラリＳを供給するための研磨液供給部をなすスラリノズル５８が、先端側が前記支持杆５５の上方側に位置して研磨体本体５２の内部に開口するように、研磨体本体５２と支持杆５５に緩衝しない位置に設けられている。このスラリノズル５８の基端側は研磨ア−ム５１の下面に取り付けられていて、研磨ア−ム５１の内部に設けられた図示しないスラリ供給管から当該スラリノズル５８にスラリが供給されるようになっている。こうして研磨体本体５２、研磨パッド５３及びスラリノズル５８は夫々研磨ア−ム５１に支持されるが、この際スラリノズル５８は固定され、研磨体本体５２及び研磨パッド５３が水平方向に回転できるように支持されることになる。
【００２２】
前記研磨ア−ム駆動部６は、研磨ア−ム５１を水平方向に移動させるための例えばモ−タからなる回転機構６１と、研磨ア−ム５１を昇降させるための例えばボ−ルネジ機構からなる昇降機構６２とを組み合わせて構成されている。こうして研磨ア−ム５１はカップ４の外側の待機位置とウエハＷ表面上の研磨位置との間で水平方向に移動可能、昇降可能に構成され、研磨体５０はウエハＷの回転中心と周縁部近傍位置との間で移動されるようになっている。
【００２３】
さらに研磨機構５の外側には洗浄機構７が設けられており、この洗浄機構７は、洗浄ブラシ７０と、洗浄ブラシ７０を支持するための洗浄ア−ム７１と、洗浄ア−ム７１を垂直方向及び水平方向に移動させるための洗浄ア−ム駆動部７２とを備えている。洗浄ブラシ７０は例えば支持部７０ａの下方側に例えばナイロンやモヘヤなどにより構成されたブラシ部７０ｂを備えて構成され、ブラシ部７０ｂのウエハＷと対向する面の大きさはウエハＷよりも小さくなるように形成されている。
【００２４】
この洗浄ブラシ７０は、洗浄ア−ム７１の下面の先端側に、前記研磨パッド５３と同様に図示しない回転軸を介して図示しないモ−タにより水平方向に回転可能に取り付けられている。また洗浄ア−ム駆動部７２は前記研磨ア−ム駆動部６と同様に、回転機構と昇降機構（いずれも図示せず）とを組み合わせて構成されている。これにより洗浄ア−ム７１は研磨機構５の外側の待機位置とウエハＷ表面上の洗浄位置との間で水平方向に移動可能、昇降可能に構成され、洗浄ブラシ７０はウエハＷの回転中心と周縁部近傍位置との間で移動されるようになっている。
【００２５】
さらにまたカップ４の研磨機構５と反対側の外側には、洗浄液ノズル機構７３が設けられており、この洗浄液ノズル機構７３は、洗浄液をウエハ表面に供給するための洗浄液ノズル７４と、洗浄液ノズル７４を支持するためのノズルア−ム７５と、ノズルア−ム７５を垂直方向及び水平方向に移動させるためのノズルア−ム駆動部７６とを備えている。
【００２６】
前記洗浄液ノズル７４は例えばノズルア−ム７５の下面の先端側に取り付けられている。またノズルア−ム駆動部７６は前記研磨ア−ム駆動部６と同様に回転機構と昇降機構とを（いずれも図示せず）組み合わせて構成されており、これによりノズルア−ム７５はカップ４の外側の待機位置とウエハＷの上方側の供給位置との間で水平方向に移動可能、昇降可能に構成される。
【００２７】
このような処理室２の側壁部の一部にはウエハＷの搬出入口２ａが形成されていて、この搬出入口２ａは常時は開閉部材２１により閉じられている。この開閉部材２１は例えば内カップ部４２の昇降機構４４により昇降されて、搬出入口２ａを開閉するように構成されている。また処理室２の天井部のほぼ中央には多数の空気供給孔２３が同心円状に穿設されると共に、底板２２には多数の通気孔２４が同心円状に穿設されており、この通気孔２４は処理室２の底部に設けられた排気口２５を介して図示しない排液・排気手段に連通されている。図１中２０は搬送ア−ムである。
【００２８】
続いて上述の処理装置の作用について図５に基づいて説明する。先ず開閉手段２１を開けて、ウエハＷを搬送ア−ム２０により処理室２内に搬入する。処理室２内では、図５（ａ）に示すように、内カップ部４２を載置位置まで下降させ、ウエハ保持部３の表面を内カップ部４２の上端部より上方側に位置させた状態で、ウエハ保持部３に設けられた図示しない突出ピンと搬送ア−ム２０との協動作用により、ウエハ保持部３にウエハＷを載置し、ウエハ保持部３上にウエハＷを真空吸着させる。一方搬送ア−ム２０は処理室２の外へ退出させる。
【００２９】
次いでウエハＷに対して研磨処理を行うが、この研磨処理では先ず図５（ｂ）に示すように、回転機構６１により研磨ア−ム５１を介して研磨体５０を待機位置から処理位置まで水平方向に移動させて、当該研磨体５０を例えば図６に示すように、図中ウエハＷの下部側の周縁部近傍位置（Ａ位置）の上方側に位置させた後、図５（ｃ）に示すように昇降機構６２により下降させて、研磨パッド５３をウエハＷの表面（被処理面）に所定の圧力で接触させる。一方内カップ部４２は処理位置まで上昇させ、これによりウエハ保持部３とウエハＷとの周辺がカップ４により囲まれると共に、搬出入口２ａが開閉手段２１により閉じられる。
【００３０】
そして研磨体５０及びウエハ保持部３を回転させ、スラリノズル５８から研磨体本体５２内にスラリを供給しながら、研磨体５０を前記Ａ位置からウエハ上部側の周縁部近傍位置（Ｂ位置）まで時計回りと反対方向に水平方向に移動させて研磨処理を行う（図６参照）。ここでスラリノズル５８から供給されたスラリは、図４に示すように研磨パッド５３の上部側に蓄積され、スラリ供給孔５３ａを介して下方側に通過していき、ウエハ表面に供給される。こうしてウエハＷは自転しかつ研磨パッド５３に対して相対的に公転しながら、その被処理面が研磨されていく。
【００３１】
このようにして研磨処理を行ない、研磨体５０を研磨ア−ム駆動部６により処理位置から待機位置まで移動させた後、ウエハＷをウエハ保持部３に保持させたまま、研磨処理に引き続いて洗浄処理を行う。この洗浄処理では、図５（ｄ）に示すように、先ず洗浄ブラシ７０を洗浄ア−ム駆動部７２により待機位置から洗浄位置まで水平方向に移動させ、当該洗浄ブラシ７０を例えばウエハＷの前記Ａ位置の上方側に位置させた後下降させて、洗浄ブラシ７０をウエハＷの表面に所定の圧力で接触させる。
【００３２】
これと同時に洗浄液ノズル７４をノズルア−ム駆動部７６により待機位置から供給位置まで水平方向に移動させ、当該洗浄液ノズル７４を例えばウエハＷの周縁部の内側近傍の上方側に位置させた後下降させて、洗浄液ノズル７４をウエハＷ表面の近傍の所定位置に位置させる。
【００３３】
そして研磨処理と同様に洗浄ブラシ７０及びウエハ保持部３を回転させ、洗浄液ノズル７４から洗浄液を供給しながら、洗浄ブラシ７０を水平方向に移動させて洗浄処理を行い、ウエハＷ表面に残存するスラリや削り滓を洗浄液で洗い流す。この際処理室２では、空気供給孔２３から処理室２内に流れる空気が内カップ部４２の傾斜面及び内側面に沿って流れ、通気孔２４を介して排気口２５から排気されるので、これにより洗浄液のミストはこの空気流によって排気口２５を介して排出される。またウエハＷとウエハ保持部３の周辺はカップ４により囲まれているので、研磨処理や洗浄処理の際、飛散したスラリや洗浄液はカップ４の内側に付着し、こうしてスラリや洗浄液のカップ４の外部への飛散が抑えられる。
【００３４】
このような処理装置では、研磨パッド５３が小さいことから、研磨パッド５３全体に研磨液を供給するとしても、研磨液の必要量が従来に比べてかなり少なくて済む。このため高価な研磨液の消費量が少なくなるので、コスト的にも有効である。また研磨パッド５３がウエハＷよりも小さいので、この研磨パッド５３のウエハＷに対する押圧力等の研磨条件をウエハＷの面内で変えることができ、これによりウエハＷの面内で任意の研磨量をコントロ−ルすることができる。さらにウエハＷよりも小さい研磨パッド５３を用いているので、ウエハよりも研磨布が大きい従来の装置に比べて、研磨体５０自体がかなり小さくなる。またこれに伴い研磨体５０を回転させるモ−タ等も小さくて済むので、研磨処理を行う装置自体を大幅に小型化することができる。
【００３５】
さらに本実施の形態では研磨処理と洗浄処理とを一つの装置で行なうことができる。このためこれらの処理を別のユニットで行なう場合に比べて、別々に装置を用意する必要がないので、処理全体について見ると装置全体が大幅に小型化される。さらにまたウエハ保持部３にウエハＷを保持させたまま、研磨体５０と洗浄ブラシ７０とを移動させれば研磨処理終了後に連続的に洗浄処理を行うことができるので、面倒なウェット搬送が不要となり、処理が簡素化されると共に、処理時間も大幅に短縮される。
【００３６】
この際本実施の形態では、ウエハＷをウエハ保持部３にて保持しておいて、研磨体５０と洗浄パッド７０を移動させれば洗浄処理を行うことができるので、研磨処理から洗浄処理に移行するまでに時間はほとんどかからない。またウエハＷは処理室２内に密閉されているので乾燥しにくい状態にある。これらのことから洗浄処理を開始するまでの間にスラリ等が乾燥してしまうことがないので、洗浄処理においてはウエハＷ表面に残存するスラリや削り滓を短時間で洗い流すことができる。
【００３７】
上述の例では、研磨処理終了後研磨体５０を待機位置に移動させてから、洗浄ブラシ７０を洗浄位置に移動させて洗浄処理を行うようにしたが、研磨体５０の後に続いて洗浄ブラシ７０が移動するように、研磨ア−ム５１と洗浄ア−ム７１の移動を制御するようにしてもよい。なお研磨体５０はモ−タ５７により回転する場合に限らず、回転自在に研磨ア−ム５１に支持しておき、ウエハＷの回転により回転力が与えられて自転するように構成してもよい。
【００３８】
また本発明では図７に示すように処理装置を構成してもよい。この例は研磨体５０と洗浄ブラシ７０とを共通の保持部をなす移動ア−ム８１に取り付け、移動ア−ム８を移動ア−ム駆動部８により移動させるようにしたものである。この際研磨体５０と洗浄ブラシ７０は、研磨体５０が洗浄ブラシ７０の先を移動するように、移動ア−ム８１が時計回りと反対方向に移動する場合では、図７に示すように、移動ア−ム８１の右側に研磨体５０が取り付けられ、左側に洗浄ブラシ７０が取り付けられる。また移動ア−ム８１は上述の研磨ア−ム５１と、移動ア−ム駆動部８は上述の研磨ア−ム駆動部６と夫々同様に構成されており、この例では洗浄液ノズル機構７３は移動ア−ム８１の外側に配置されている。その他の構成は上述の実施の形態と同様である。
【００３９】
このような処理装置では、処理の際、研磨体５０と洗浄ブラシ７０とは移動ア−ム駆動部８により移動ア−ム８１を介して一体となってウエハＷ表面上を移動するが（図７（ｂ）参照）、研磨体５０の後に続いて洗浄ブラシ７０が移動するように構成されているので、研磨処理の後に洗浄処理が行われることになる。このような構成では移動ア−ムが共通化されるので、上述の装置に比べてさらに装置の簡易化を図ることができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、基板を研磨するにあたり、研磨層が基板よりも小さくて済むので、研磨層の研磨面に供給する研磨液の消費量を少なくすることができる。また本発明によれば、基板を研磨した後に洗浄するにあたり、処理装置全体を小形化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の処理装置の一実施の形態を示す平面図である。
【図２】本発明の処理装置の一実施の形態を示す断面図である。
【図３】前記処理装置の研磨体の一例を示す斜視図である。
【図４】前記処理装置の研磨体の一例を示す断面図である。
【図５】本発明の処理装置の作用を説明するための工程図である。
【図６】本発明の処理装置の作用を説明するための平面図である。
【図７】本発明の処理装置の他の例を示す平面図と側面図である。
【図８】従来のＣＭＰ処理装置を示す側面図である。
【図９】従来の処理工程を示す説明図である。
【符号の説明】
３ ウエハ保持部
５ 研磨機構
５０ 研磨体
５１ 研磨ア−ム
６ 研磨ア−ム駆動部
７ 洗浄機構
７０ 洗浄ブラシ
７１ 洗浄ア−ム
７２ 洗浄ア−ム駆動部
７４ 洗浄液ノズル
８ 移動ア−ム駆動部
８１ 移動ア−ム
Ｗ 半導体ウエハ
Ｓ スラリ

Claims (3)

1. 基板を保持し、基板の面方向に沿って回転する基板保持部と、
   研磨面が基板の被処理面よりも小さい研磨層と、
   前記研磨面が前記基板保持部に保持されている基板の被処理面に対向するようにかつ基板の面方向に沿って回転するように前記研磨層を保持する保持部と、
   前記基板の被処理面に研磨液を供給する研磨液供給部と、
   前記基板保持部に保持されている基板の被処理面を、前記研磨層による研磨後に洗浄するために前記保持部に保持された洗浄ブラシと、
   前記基板の被処理面に洗浄液を供給する洗浄液ノズルと、を備え、
   前記研磨層と前記洗浄ブラシは前記保持部により基板の外側の待機位置と前記基板を処理する処理位置との間で移動され、研磨層は洗浄ブラシよりも移動方向の先方側に位置して基板の被処理面上を移動することを特徴とする処理装置。
2. 前記研磨液供給部は、研磨層の研磨面の反対側の面から、研磨層に設けられた孔を介して研磨面側に供給するものであることを特徴とする請求項１記載の処理装置。
3. 前記基板保持部は、基板の下面を水平な状態で保持して水平な方向に回転させるように構成され、前記研磨層は、研磨面が水平な状態で下を向くようにかつ水平な方向に回転可能に保持部に保持されていることを特徴とする請求項２記載の処理装置。

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