JP3662526B2

JP3662526B2 - 基板の受け渡し方法および機械化学的研磨装置

Info

Publication number: JP3662526B2
Application number: JP2001226581A
Authority: JP
Inventors: 知彦北島
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2001-07-26
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2005-06-22
Anticipated expiration: 2021-07-26
Also published as: JP2003048157A

Description

【０００１】
【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

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。