JP3662526B2 - 基板の受け渡し方法および機械化学的研磨装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の表面を研磨する際に、基板をロードカップから研磨ヘッドに受け渡す基板の受け渡し方法および機械化学的研磨装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に機械化学的研磨装置(CMP装置)は、ベース部上に設けられた研磨パッドと、ベース部上に設けられ、ウェハ(基板)を支持するペデスタルを有するロードカップと、ベース部の上面に回転可能に支持され、ウェハを保持して研磨パッドに対して加圧する研磨ヘッドを有するヘッドユニットとを備えている。このようなCMP装置によりウェハの研磨を行う場合、まずペデスタル上に置かれたウェハを研磨ヘッドに保持させる。続いて、ヘッドユニッを回転させて研磨パッドの上方にウェハを移動させる。そして、研磨パッドの上面に研磨剤(スラリー)を供給すると共に、研磨ヘッドを下降させて研磨パッドの上面にウェハを加圧密着させ、ウェハの表面を研磨する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術において、研磨ヘッドにウェハを保持させる際には、研磨ヘッドの下面に設けられたゴム製のメンブレンにウェハの裏面を真空吸着させる。しかし、ペデスタル上に置かれたウェハの裏面は乾いているため、ウェハの裏面とメンブレンとの密着性が悪く、ウェハの吸着不良が発生しやすい。
【0004】
本発明の目的は、基板の裏面と研磨ヘッドとの吸着不良を低減することができる基板の受け渡し方法および機械化学的研磨装置を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ベース部上に設けられた研磨パッドと、ベース部上に設けられ、基板を支持する支持部を有するロードカップと、ベース部の上方に配置され、メンブレンにより基板を保持して研磨パッドに対して加圧する研磨ヘッドとを備えた機械化学的研磨装置を用いて基板の表面を研磨する際に、支持部に支持された基板を研磨ヘッドに受け渡す基板の受け渡し方法であって、支持部に支持された基板の裏面に液体を直接かけるとともに液体を研磨ヘッドの下面で反射させて基板の裏面にかけることにより基板の裏面を濡らし、その状態で基板を研磨ヘッドに保持させることを特徴とするものである。
【0006】
このようにロードカップの支持部に支持された基板を研磨ヘッドに保持させる前に、基板の裏面に液体をかけて基板の裏面を濡らすことにより、研磨ヘッドの下面に設けられたゴム製のメンブレンに基板の裏面を吸着保持させる際に、基板の裏面とメンブレンとの密着性が良くなるため、基板の吸着不良が低減される。また、基板の裏面を濡らすことで、基板の研磨時において基板の裏面とメンブレンとの間で熱放出がされやすくなる。このため、熱自体によりメンブレンが溶け出したり、研磨剤の侵入によりメンブレンが化学反応を起こして溶け出すことが防止されるので、基板が溶け出したメンブレンに張り付いたままの状態になることが防止される。
【0007】
好ましくは、支持部に支持された基板を研磨ヘッドに対して位置決めした後に、基板の裏面に液体をかける。これにより、基板を研磨ヘッドの適正な位置に保持させることができる。
【0008】
また、好ましくは、支持部に基板を支持させる前に、研磨ヘッドの下面に液体をかけて研磨ヘッドの下面を洗浄する。これにより、基板が研磨ヘッドに保持されたときに、研磨ヘッドの下面に残留した汚染物質が基板に付着することが防止される。
【0009】
さらに、好ましくは、液体として水を使用する。この場合には、取扱性やコスト面で非常に有利である。
【0010】
また、本発明の機械化学的研磨装置は、ベース部と、ベース部上に設けられた研磨パッドと、ベース部上に設けられ、基板を支持する支持部を有するロードカップと、ベース部の上方に配置され、基板を保持して研磨パッドに対して加圧する研磨ヘッドと、支持部に支持された基板の裏面に液体をかけて基板の裏面を濡らす基板リンス手段とを備えることを特徴とするものである。
【0011】
このように基板リンス手段を設けることにより、上述した基板の受け渡し方法を実施することができる。従って、研磨ヘッドの下面に設けられたゴム製のメンブレンに基板の裏面を吸着保持させる際に、基板の裏面とメンブレンとの密着性を良くし、基板の吸着不良を低減することができる。また、基板の研磨時においてメンブレンが溶け出すことを防止できるので、基板が溶け出したメンブレンに張り付いたままの状態になることを防止できる。
【0012】
好ましくは、基板リンス手段は、ロードカップに設けられ、液体を噴射するノズル手段と、ノズル手段に液体を供給する液体供給手段とを有する。これにより、基板を研磨ヘッドに保持させるべく、ロードカップを上昇させた場合でも、支持部に支持された基板の裏面に液体を確実にかけることができる。
【0013】
このとき、好ましくは、ノズル手段は、液体を基板の裏面に向けて噴射させる第1ノズルと、第1ノズルの下方に設けられ、研磨ヘッドに向けて液体を噴射させる第2ノズルとを有する。この場合には、第2ノズルから噴射された液体は研磨ヘッドで反射して基板の裏面に向かうため、基板の裏面全体に効果的に液体をかけることができる。
【0014】
また、好ましくは、ロードカップは、基板を研磨ヘッドに対して位置決め保持する位置決め手段を有し、基板リンス手段は、位置決め手段により基板を研磨ヘッドに対して位置決め保持した後に、基板の裏面に液体をかける手段である。これにより、基板を研磨ヘッドの適正な位置に保持させることができる。
【0015】
さらに、好ましくは、液体供給手段は、液体源と、液体源とノズル手段との間に設けられた液体導入路と、液体導入路に設けられた開閉バルブと、開閉バルブを制御する手段とを有する。これにより、液体供給手段を簡単な構成で実現できる。
【0016】
また、好ましくは、研磨ヘッドの下面に液体をかけて研磨ヘッドの下面を洗浄するヘッド洗浄手段を更に備え、基板リンス手段の一部がヘッド洗浄手段の一部を兼ねている。これにより、基板が研磨ヘッドに保持されたときに、研磨ヘッドの下面に残留した汚染物質が基板に付着することが防止される。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る基板の受け渡し方法および機械化学的研磨装置の好適な実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明に係る機械化学的研磨装置(CMP装置)の一実施形態を概略的に示した分離斜視図である。同図において、本実施形態のCMP装置1はベース部2を有し、このベース部2の上面には、複数(ここでは3つ)の研磨パッド3と1つのロードカップ4とが設けられている。ベース部2の上面における各研磨パッド3に隣接した位置には、研磨パッド3の表面状態を調節するパッドコンディショナー5と、研磨パッド3の表面にスラリー(研磨剤)Sを供給するスラリー供給アーム6とが設けられている。
【0018】
ベース部2の上面には、ヘッドユニット7が回転自在に支持されている。このヘッドユニット7は、ウェハWを吸着保持して研磨パッド3に対して加圧する複数(ここでは4つ)の研磨ヘッド8と、各研磨ヘッド8を回転させるための回転軸9とを有し、各回転軸9は、駆動機構(図示せず)により回転駆動される。研磨ヘッド8の下面には、ウェハWを真空吸着するためのゴム製のメンブレン10が設けられている(図2参照)。このメンブレン10は、空気の供給および真空ポンプによるバキューム(図示せず)により膨張・収縮可能である。
【0019】
図2はロードカップ4の断面図であり、図3はロードカップ4の平面図である。これらの図において、ロードカップ4はカップ本体11を有し、このカップ本体11内には、ウェハWを吸着支持するペデスタル12が配置されている。このペデスタル12の内部には通路13が形成されている。また、ペデスタル12の上面部には、通路13と連通した複数の開口部14が形成されている。通路13は、ウェハWをペデスタル12に吸着支持する時に吸引したり、N2ガスや純水を流すのに用いられる。
【0020】
また、カップ本体11内には、ペデスタル12の下方をカップ本体11の中心部から外側に延びる3本の流路形成部材15が配置され、各流路形成部材15の先端部には上方に突出した突部15aが設けられている。流路形成部材15の内部には、純水を流すための通路16が形成されている。また、流路形成部材15の突部15aには、通路16と連通したノズル17,18が設けられている。ノズル17は、純水をウェハWの裏面(上面)に向けて噴射させるように設けられ、ノズル18は、純水を研磨ヘッド8の下面に向けて噴射させるようにノズル17の下方に設けられている(図4参照)。
【0021】
各流路形成部材15に隣接した位置には、ペデスタル12上に置かれたウェハWの中心が研磨ヘッド8の中心に一致するようにウェハWを研磨ヘッド8に対して位置決めするための3つの位置決め部材19が配置されている。この位置決め部材19は、先端に1対の保持部19aを有し、エアーシリンダ等の駆動機構(図示せず)によりペデスタル12の径方向に揺動可能である。そして、各位置決め部材19を内側に移動(クローズ)させて、保持部19aによりウェハWを研磨ヘッド8に対して位置決め保持し、各位置決め部材19を外側に移動(オープン)させて、ウェハWの保持を解除する。このような位置決め部材19を設けることにより、ウェハWが研磨ヘッド8に保持されたときに、ウェハWの中心を研磨ヘッド8の中心に合致させることが可能となる。
なお、このようなロードカップ4は、駆動機構(図示せず)により上下動可能となっている。
【0022】
図4は、ペデスタル12から研磨ヘッド8にウェハWを受け渡す(ロード)ための構成を示す図である。同図において、流路形成部材15に設けられた通路16(図2参照)は、配管20を介して純水供給源21と接続され、配管20には開閉バルブ22が設けられている。この開閉バルブ22は、通常は閉位置(図示位置)にあり、切換操作部22aがオンになる(空気圧が立つ)と開位置に切り換わる。切換操作部22aには、2入力型のOR回路23の出力部が接続され、このOR回路23の各入力部には電磁弁24,25が接続されている。OR回路23は、電磁弁24,25の少なくとも一方が開状態になるとオンする。
【0023】
ペデスタル12に設けられた通路13(図2参照)は、配管26を介して切換バルブ27と接続され、この切換バルブ27には、配管20と分岐接続された配管28が接続されている。また、切換バルブ27には、配管29を介して水トラップ30が接続されている。切換バルブ27の切換操作部27aには、電磁弁31が接続されている。切換バルブ27は、通常は配管26,29を連通させる位置(図示位置)にあり、電磁弁31が開状態になって切換操作部27aがオンになると、配管26,28を連通させる位置に切り換わる。
【0024】
水トラップ30には、ウェハWをペデスタル12の上面に対して吸引するための真空ポンプ32が接続されている。また、水トラップ30には、当該水トラップ30に溜まった水を排水するためのドレイン管33が接続され、このドレイン管33には逆止弁34が設けられている。
【0025】
配管29には、N2ガスを流すための配管35が分岐接続され、この配管35には開閉バルブ36が設けられている。この開閉バルブ36の切換操作部36aには、電磁弁37が接続されている。開閉バルブ36は、通常は閉位置(図示位置)にあり、電磁弁37が開状態になって切換操作部36aがオンになると、開位置に切り換わる。
【0026】
上記の電磁弁24,25,31,37は、コントローラ38からの制御信号によって開閉位置が切り換えられる。コントローラ38は、そのような電磁弁24,25,31,37の開閉制御に加えて、搬送ロボット(図示せず)によるウェハWの搬送、位置決め部材19の駆動、研磨ヘッド8のメンブレン10の膨張・収縮、ロードカップ4の駆動等といったウェハWのロード処理に関する種々の制御を行う。
【0027】
図5は、コントローラ38によるウェハWのロード処理の制御手順を示すフローチャートである。このフローチャートを用いて、ウェハWを研磨ヘッド8に受け渡す方法について説明する。
同図において、まず研磨ヘッド8の洗浄を行うべく、電磁弁24,31を開状態にするための制御信号を電磁弁24,31に送出する(ステップ101)。すると、開閉バルブ22の切換操作部22aがオンになり、開閉バルブ22が開位置に切り換わる。また、開閉バルブ27の切換操作部27aがオンになり、開閉バルブ27が配管26,28を連通させる位置に切り換わる。これにより、純水供給源21の純水が、配管20を介して各流路形成部材15の通路16に供給され、ノズル17,18から純水が噴射される。これと同時に、純水が配管28,26を介してペデスタル12の通路13に供給され、ペデスタル12の開口部14から上方に向けて純水が噴出される。その結果、研磨ヘッド3の下面部が洗浄される。従って、後でウェハWが研磨ヘッド8に保持されたときに、研磨ヘッド8の下面に残留した汚染物質がウェハWに付着することを防止できる。
【0028】
そして、所定時間が経過すると、電磁弁24,31を閉状態にするための制御信号を電磁弁24,31に送出する。すると、開閉バルブ22の切換操作部22aがオフになり、開閉バルブ22が閉位置に切り換わると共に、開閉バルブ27の切換操作部27aがオフになり、開閉バルブ27が配管26,29を連通させる位置に切り換わる。これにより、研磨ヘッド8の洗浄プロセスが完了する。
【0029】
このとき、真空ポンプ32を作動させて、ペデスタル12内部をバキュームする。なお、通路13及び配管26,29に残っている水は、水トラップ30に溜められる。
【0030】
次いで、駆動機構(図示せず)を制御してロードカップ4を下降させた後、搬送ロボット(図示せず)を制御して研磨すべきウェハWをペデスタル12の上面に置く(ステップ102)。この時点では、真空ポンプ32によりペデスタル12内が真空引きされた状態となっているため、ウェハWが吸引されてペデスタル12の上面に真空吸着される。
【0031】
次いで、駆動機構(図示せず)を制御してロードカップ4を上昇させた後、N2ガスのブローによりウェハWの吸着を解除すべく、電磁弁37を開状態にするための制御信号を電磁弁37に送出する(ステップ103)。すると、開閉バルブ36の切換操作部36aがオンになり、開閉バルブ36が閉位置から開位置に切り換わる。これにより、N2ガスが配管35,29,26を介してペデスタル12の通路13に供給され、ペデスタル12の開口部14からN2ガスが吹き出され、ウェハWの吸着が解除される。
【0032】
次いで、各位置決め部材19をクローズさせるよう駆動機構(図示せず)を制御する。すると、各位置決め部材19によりウェハWが研磨ヘッド8に対して位置合わせされた状態で保持される(ステップ104)。
【0033】
次いで、ウェハWの裏面(上面)に対して純水によるリンスを行うべく、電磁弁25を開状態にするための制御信号を電磁弁25に送出する(ステップ105)。すると、開閉バルブ22の切換操作部22aがオンになり、開閉バルブ22が閉位置から開位置に切り換わる。これにより、純水供給源21の純水が配管20を介して各流路形成部材15の通路16に供給され、ノズル17,18から純水が噴射される。このとき、ノズル17から噴射された純水は直接ウェハWの裏面にかかり、ノズル18から噴射された純水は研磨ヘッド8で反射してウェハWの裏面にかかる。このように2つのノズル17,18から純水を噴射させるので、純水がウェハWの裏面全体にかかるようになり、ウェハWの裏面全体が濡れた状態となる。
【0034】
そして、所定時間が経過すると、電磁弁25を閉状態にするための制御信号を電磁弁25に送出する。すると、開閉バルブ22の切換操作部22aがオフになり、開閉バルブ22が閉位置に切り換わり、純水によるリンスが終了する。
【0035】
次いで、各位置決め部材19をオープンさせるよう駆動機構(図示せず)を制御する。これにより、各位置決め部材19によるウェハWの保持が解除される(ステップ106)。
【0036】
次いで、ペデスタル12上のウェハWを研磨ヘッド8に保持させる制御を行う(ステップ107)。具体的には、まず研磨ヘッド8のメンブレン10がウェハWの裏面に接触するまでメンブレン10を膨張させる。その状態で、メンブレン10をバキュームし、ウェハWを研磨ヘッド8に吸着保持させる。このとき、N2ガスをペデスタル12の開口部14から吹き出すようにすると、ウェハWが研磨ヘッド8に容易に受け渡される。
【0037】
その後、駆動機構(図示せず)を制御してロードカップ4を下降させる。次いで、ヘッドユニット7を回転させ、研磨ヘッド8に真空吸着されたウェハWをロードカップ4に隣接した研磨パッド3の上方に移動させる。また、スラリー供給アーム6により研磨パッド3の表面にスラリーSを供給する。そして、研磨ヘッド8を下降させて、研磨パッド3の上面にウェハWの表面(下面)を加圧密着させることによって、ウェハWの表面の研磨を行う。
【0038】
以上において、通路16、ノズル17,18、配管20、純水供給源21、開閉バルブ22、OR回路23、電磁弁25及びコントローラ38のステップ105は、支持部12に支持された基板Wの裏面に液体をかけて基板Wの裏面を濡らす基板リンス手段を構成する。また、通路13、開口部14、通路16、ノズル17,18、配管20、純水供給源21、開閉バルブ22、OR回路23、電磁弁24,25、配管26、切換バルブ27、配管28及びコントローラ38のステップ101は、研磨ヘッド8の下面に液体をかけて研磨ヘッド8の下面を洗浄するヘッド洗浄手段を構成する。
【0039】
以上のように本実施形態にあっては、ウェハWの裏面に純水をかけてウェハWの裏面を濡らした後、ウェハWの裏面を研磨ヘッド8におけるゴム製のメンブレン10に吸着保持させるようにしたので、ウェハWの裏面とメンブレン10との密着性が良くなり、ウェハWの吸着不良が低減される。
【0040】
また、ウェハWの裏面が乾いていると、ウェハWの研磨プロセスを実施したときに、ウェハWとメンブレン10との間に熱が発生しやすく、メンブレン10が溶け出してしまうことがある。また、スラリーの侵入によって、メンブレン10が化学反応を起こして溶け出す可能性もある。このようにメンブレン10が溶け出すと、メンブレン10がウェハWの裏面に張り付いたままとなる虞がある。これに対し本実施形態では、ウェハWの裏面を湿らせることにより、メンブレン10とウェハWの裏面との間で熱放出がされやすくなる。このため、メンブレン10が溶け出してしまうことが抑えられるため、ウェハWがメンブレン10に張り付いてメンブレン10から離れなくなることが防止される。
【0041】
なお、上記実施形態では、ウェハWの裏面に純水をかけてウェハWの裏面を濡らすようにしているが、ウェハWの裏面を濡らすための液体としては、特に純水に限られず、何らかの成分を含んだ水などでもよい。
【0042】
【発明の効果】
本発明によれば、ロードカップの支持部に支持された基板の裏面に液体をかけて基板の裏面を濡らし、その状態で基板を研磨ヘッドに保持させるので、基板の吸着不良を低減できる。また、研磨プロセス時に、基板と研磨ヘッドとが接着されてしまうことを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る機械化学的研磨装置の一実施形態を概略的に示す分離斜視図である。
【図2】図1に示すロードカップの断面図である。
【図3】図1に示すロードカップの平面図である。
【図4】図1に示すペデスタルから研磨ヘッドにウェハを受け渡すための構成を示す図である。
【図5】図4に示すコントローラによるウェハのロード処理の制御手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1…機械化学的研磨装置(CMP装置)、2…ベース部、3…研磨パッド、4…ロードカップ、8…研磨ヘッド、10…メンブレン、12…ペデスタル(支持部)、13…通路、14…開口部、16…通路(液体導入路、液体供給手段)、17…ノズル(第1ノズル)、18…ノズル(第2ノズル)、19…位置決め部材、20…配管(液体導入路、液体供給手段)、21…純水供給源(液体源)、22…開閉バルブ(液体供給手段)、23…OR回路(液体供給手段)、24…電磁弁、25…電磁弁(液体供給手段)、26…配管、27…切換バルブ、28…配管、38…コントローラ、W…ウェハ(基板)。
Claims (4)
- ベース部上に設けられた研磨パッドと、前記ベース部上に設けられ、基板を支持する支持部を有するロードカップと、前記ベース部の上方に配置され、メンブレンにより前記基板を保持して前記研磨パッドに対して加圧する研磨ヘッドとを備えた機械化学的研磨装置を用いて前記基板の表面を研磨する際に、前記支持部に支持された基板を前記研磨ヘッドに受け渡す基板の受け渡し方法であって、
前記支持部に支持された前記基板の裏面に液体を直接かけるとともに前記液体を前記研磨ヘッドの下面で反射させて前記基板の裏面にかけることにより前記基板の裏面を濡らし、その状態で前記基板を前記研磨ヘッドに保持させる基板の受け渡し方法。 - 前記支持部に支持された前記基板を前記研磨ヘッドに対して位置決めした後に、前記基板の裏面に前記液体をかける請求項1記載の基板の受け渡し方法。
- 前記支持部に前記基板を支持させる前に、前記研磨ヘッドの下面に前記液体をかけて前記研磨ヘッドの下面を洗浄する請求項1または2記載の基板の受け渡し方法。
- 前記液体として水を使用する請求項1〜3のいずれか一項記載の基板の受け渡し方法。
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