JP3862435B2 - ポリッシング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の被研磨物の表面を平坦且つ鏡面に研磨するポリッシング装置に係り、特にポリッシング装置の内部を排気する排気設備を備えたポリッシング装置に関する。ポリッシング装置は、被研磨物の表面を研磨する研磨部に加えて研磨後の被研磨物を洗浄する洗浄部を具備してもよい。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、配線間距離も狭くなりつつある。特に０．５μｍ以下の光リソグラフィの場合、焦点深度が浅くなるためステッパーの結像面の平坦度を必要とする。そこで、半導体ウエハの表面を平坦化することが必要となるが、この平坦化法の一つの手段としてポリッシング装置により研磨することが行われており、このプロセスは化学的、機械的研磨と称されている。
【０００３】
従来、ポリッシング装置は、個別の回転速度で回転するターンテーブルとトップリングとを備えており、ターンテーブルの上面には研磨布が取り付けられている。被研磨物である半導体ウエハは研磨布上に配置され、トップリングとターンテーブルとの間に保持される。研磨剤を含む研磨砥液は研磨布上に供給される。研磨中、回転しているトップリングは回転しているターンテーブルに所定の圧力を加え、研磨布に接触した半導体ウエハの表面は化学的研磨と機械的研磨の組み合わせによって平坦かつ鏡面に研磨される。
【０００４】
半導体ウエハを研磨する研磨部と研磨された半導体ウエハを洗浄する洗浄部とをハウジング等の収容部に収容したポリッシング装置が提案されている。このポリッシング装置は、収容部と、半導体ウエハを研磨する研磨部と、研磨前または研磨後に半導体ウエハを洗浄する洗浄部と、研磨前の半導体ウエハまたは研磨後の半導体ウエハを搬送する搬送ロボットとを備えている。
【０００５】
被研磨物である複数の半導体ウエハを収容したウエハカセットがポリッシング装置の所定の位置にセットされると、搬送ロボットのハンドがウエハカセットから１枚の半導体ウエハを取り出し、研磨部にある受け渡し部まで搬送する。半導体ウエハは、受け渡し部からトップリングに受け渡され、真空吸着によりトップリングに保持される。トップリングはターンテーブルの上方に移動した後、研磨砥液をターンテーブルの研磨面に供給しつつ、トップリングが半導体ウエハをターンテーブルの研磨面に押し付け、半導体ウエハは平坦かつ鏡面に研磨される。
【０００６】
研磨が終了すると、半導体ウエハは受け渡し部に戻され、その後、搬送ロボットによって洗浄部に搬送される。洗浄部では、研磨された半導体ウエハは、その表面に付着した研磨剤等を除去するための洗浄がなされ、清浄な表面を有した半導体ウエハが得られる。半導体ウエハは、その後、搬送ロボットによってスピン乾燥機に搬送され、ここで乾燥される。洗浄され乾燥した半導体ウエハは搬送ロボットによってウエハカセットに戻される。
【０００７】
研磨部においては、研磨中、研磨砥液のミストや研磨粉が飛散するので、研磨部内を排気することで研磨砥液のミストや研磨粉をポリッシング装置が設置されているクリーンルーム等の部屋の外部に排出している。同様に、洗浄部においても、有機溶剤または酸系の洗浄液等が蒸発するので、これらを排気により外部に排出するようにして、清浄な雰囲気のクリーンルーム内に流出しないようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述の構成からなるポリッシング装置においては、ウエハカセットの装填または取り出し、運転状態の監視、または種々の装置の点検等のために扉が設けられている。このため、扉を開けたとき、ポリッシング装置内のミストや粒子がクリーンルーム内に流出しないように、ポリッシング装置の内部をダクトおよび排気ファンを備えた排気設備によって排気することが必要である。この排気の条件として、扉を開けた状態で、例えば０．４ｍ／ｓｅｃ以上の排気速度を保つように排気を行っている。
【０００９】
しかしながら、排気設備の排気の運転状態は固定であり、すなわち扉が閉まっているときでも運転状態は変更されないため、排気設備の排気能力は同じであり、必要以上に排気を行っていた。扉が閉まっているときには、ポリッシング装置内がクリーンルームの雰囲気に対して負圧であれば、ポリッシング装置内の空気がクリーンルームに流出することがなくこれで充分である。しかしながら、排気設備は常に同一の排気能力で運転されているため、排気設備のランニングコストが高くなってしまうという問題がある。
【００１０】
また、クリーンルームからポリッシング装置に供給される清浄な空気は排気設備によってプラント（工場）の外部に排出される。クリーンルームで使用されている清浄な空気は比較的高価であり、ポリッシング装置から排出される清浄な空気の量が減少すれば、クリーンルームに供給される清浄な空気の量が減少するので、工場全体としてのランニングコストは低下する。
本発明は上述の事情に鑑みなされたもので、扉の開閉に応じて必要量だけの排気が可能であり、省エネルギーが達成できるポリッシング装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の１態様は、被研磨物の表面を研磨するポリッシング装置において、外壁と少なくとも１つの扉とを有した収容部と、研磨面を有したターンテーブルと被研磨物を保持し前記研磨面に対して押圧するトップリングとを備え前記収容部内に配置された研磨部と、前記扉の開閉を検知するセンサと、前記収容部の内部を排気するための排気設備と、前記収容部の内部を排気する際の排気量を調整する調整機構とを備え、前記排気設備は、前記扉の開閉にかかわらず作動する第１排気装置と、前記扉が開いているときのみ作動する第２排気装置とからなり、前記調整機構は、前記扉が閉じられているときには前記収容部の内部からの排気量を低減し、前記扉が開いているときには前記収容部の内部からの排気量を増大させることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の他の態様は、第１排気装置は研磨面の位置または研磨面より下方の位置に排気用の開口を有することを特徴とするものである。また、第２排気装置は研磨面より上方に排気用の開口を有することを特徴とするものである。
【００１３】
本発明によれば、扉の開閉を検知するセンサが設けられており、扉が閉じられているときには、この状態がセンサによって検知される。そして、扉が閉じられているときには、センサからの信号に基づいてポリッシング装置の内部、即ち収容部の内部から排気される排気量が低減するように排気設備は制御される。すなわち、ポリッシング装置の内部から排気される排気量は、ポリッシング装置内を負圧にするのに充分な値に低減される。扉が開かれているときには、この状態がセンサによって検知され、ポリッシング装置の内部から排気される排気量が増大するように排気設備は制御される。すなわち、ポリッシング装置の内部から排気される排気量は、０．４ｍ／ｓｅｃ以上の排気速度が維持されるように増加される。これ故、扉の開閉状態にかかわらず、それぞれの場合に必要な排気量にすることができる。これによって、ポリッシング装置の内部から排気される排気量は、扉が閉じているときには減少するので、排気設備のランニングコストを低減することができる。また、ポリッシング装置の内部から排気される平均の排気量が減少するので、工場全体の排気容量および給気容量の低減にも貢献できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るポリッシング装置の一実施形態を図面を参照して説明する。
図１に示すように、ポリッシング装置１０は研磨部１０Ａと洗浄部１０Ｂとを備えている。図１および図２に示すように、研磨部１０Ａは、中心に配置された研磨面１７ａを有するターンテーブル１７と、ターンテーブル１７の一側に配置されかつトップリング１６ａを有したトップリングユニット１６と、ターンテーブル１７の他側に配置されかつドレッシングツール１９ａを有したドレッシングユニット１９と、トップリングユニット１６の側方に位置する受け渡し部１５とを備えている。研磨面１７ａは研磨布または砥石からなっている。
【００１５】
ターンテーブル１７は、ターンテーブルに連結されたモータ（図示せず）によって、図２の矢印に示すように自身の軸のまわりに回転可能になっている。トップリング１６ａはモータ（図示せず）に連結されるとともに、昇降シリンダ（図示せず）に連結されている。トップリング１６ａは、モータおよび昇降シリンダによって矢印に示すように昇降可能であり、かつ自身の軸のまわりに回転可能になっている。これによって、トップリング１６ａは半導体ウエハＷを研磨面１７ａに対して所定の圧力で押圧することができる。半導体ウエハＷは真空吸着等によってトップリング１６ａの下面に保持される。ガイドリング１６ｄは、半導体ウエハがトップリング１６ａから外れることを防止するためにトップリング１６ａの下部外周部に設けられている。研磨砥液は供給管３０から研磨面１７ａ上に供給される。
【００１６】
トップリングヘッド１６ｂによって支持されたトップリング１６ａは、モータ等の揺動機構によって支持軸１６ｃのまわりに揺動可能になっている。これによって、トップリング１６ａは、ターンテーブル１７、受け渡し部１５、および図１に示す待機位置の上方に位置できるようになっている。
ドレッシングユニット１９は、トップリング１６ａに対してターンテーブル１７の直径方向の反対の位置で、ターンテーブル１７の上方に位置することができるドレッシングツール１９ａを備えている。ドレッシング液は供給管３１から研磨面１７ａ上に供給される。ドレッシングツール１９ａはモータ（図示せず）および昇降シリンダ（図示せず）に連結されている。ドレッシングツール１９ａは、モータおよび昇降シリンダによって矢印で示されるように昇降可能であり、かつ自身の軸のまわりに回転可能になっている。ドレッシングツール１９ａは、下面に、ナイロンブラシ、またはダイヤモンド粒を有したダイヤモンド粒子層からなるドレッシングエレメントを備えている。ドレッシングヘッド１９ｂによって支持されたドレッシングツール１９ａはモータ等の揺動機構によって支持軸１９ｃのまわりに揺動可能になっている。これによって、ドレッシングツール１９ａは、ターンテーブル１７、および図１に示す待機位置の上方に位置できるようになっている。
【００１７】
洗浄部１０Ｂは、中心部にあり矢印Ｇで示す方向に可動になっている二台の搬送ロボット１２，１４と、搬送ロボット１２，１４の一側に並列して配置された１次洗浄機２０，２次洗浄機２１，スピン乾燥機（または洗浄機と一体になった乾燥機）２２と、搬送ロボット１２，１４の他側に並列して配置された２つのワーク反転機１３，１８とを備えている。
【００１８】
ウエハカセット１１は、ロード・アンロード部２３に載置される。被研磨物である複数の半導体ウエハはウエハカセット１１に収容されている。搬送ロボット１２，１４の各々は、半導体ウエハを保持する２つのハンド１２ａ，１４ａをそれぞれ備えている。被研磨物である半導体ウエハは、搬送ロボット１２のハンド１２ａによってウエハカセット１１の一方から取り出され、搬送ロボット１２，１４によって研磨部１０Ａに搬送され、ここで研磨される。研磨後の半導体ウエハは、搬送ロボット１２，１４によって洗浄部１０Ｂに搬送され、１次洗浄機２０および２次洗浄機２１によって洗浄され、スピン乾燥機２２によって乾燥される。その後、洗浄され乾燥した半導体ウエハは、搬送ロボット１２によってウエハカセット１１の一方に戻される。半導体ウエハは、研磨前後にワーク反転機１３，１８によって反転される。
【００１９】
ポリッシング装置１０は外壁を有したハウジングからなる箱状の収容部を備えており、研磨部１０Ａおよび洗浄部１０Ｂは収容部内に収容されている。また研磨部１０Ａと洗浄部１０Ｂとの間に仕切壁が設けられており、この仕切壁は半導体ウエハを通過させる開口を有している。研磨部１０Ａの天井部には、排気口２７ａが形成されている。そして、排気口２７ａにはダクト２７が接続されており、ポリッシング装置の内部、即ち収容部の内部の空気は、ポリッシング装置を設置したクリーンルーム等の部屋の外部に排出されるようになっている。ダクト２７には排気ファン２８およびダンパ２９が設置されており、これによって排気風量が制御可能になっている。ダンパ２９は、排気風量が制御可能なようにコントローラ３５によって制御されるようになっている。
【００２０】
研磨部１０Ａの収容部の前面には扉２５が設けられており、また扉２５の開閉を検知するセンサ２６が設けられている。センサ２６は、扉に設けられたマグネット２６ａと研磨部の壁面に設けられたセンサ本体とを有した磁気近接センサからなり、磁束密度の変化によって扉の開閉を検知することができるようになっている。またセンサからの信号はコントローラ３５に入力される。なお、研磨部の壁面に固定され扉を回転可能に支持する軸に可変抵抗を設けてもよい。この場合、可変抵抗の抵抗値は扉の回転によって変化し、抵抗値の変化はホイートストーンブリッジ回路によって検知され、これによって、扉の開閉度が検知される。
【００２１】
扉２５の開閉に応じて排気量を調整するために、ダンパ２９の開度はコントローラ３５によって制御される。すなわち、扉２５が閉じられているときには、研磨部１０Ａの内部の排気速度は０．４ｍ／ｓｅｃ以下に設定されている。扉が開いたときには、研磨部１０Ａの内部の排気速度は０．４ｍ／ｓｅｃ以上に設定されている。上述したように、研磨部１０Ａと、ワーク反転機１３，１８と、搬送ロボット１２，１４と、洗浄機２０，２１，２２と、ロード・アンロード部２３とを備えた洗浄部１０Ｂとの間に仕切壁を設けてもよい。仕切壁を設ける理由は、研磨部１０Ａは最も汚染されている箇処であるため、洗浄部１０Ｂから隔離する必要があるからである。この場合も、研磨部１０Ａの内部の排気速度は仕切壁を有しないポリッシング装置の場合と同一の速度である。
【００２２】
図３は、扉が閉じられているときのダンパ２９の状態を示している。扉２５が閉じられているとき、ダンパ２９はダクト２７内の流体の流れに直交するように位置しており、これゆえダンパ２９は流体の流れに対して大きな抵抗となり、ポリッシング装置の内部から排気される排気量が減少する。
図４は、扉が開かれているときのダンパ２９の状態を示している。扉２５が開かれているとき、ダンパ２９はダンパの両面がダクト２７内の流体の流れに平行であるように位置しており、これゆえ流路の開口面積が大きくなって流体の流れに対する抵抗が小さくなり、ポリッシング装置の内部から排気される排気量が増加する。ダンパの開閉は、センサ２６によって検知された扉の開閉状態に応じてコントローラ３５によって制御される。すなわち、ダンパ２９は、ダンパ２９に連結されるとともにコントローラ３５からの信号によって制御されるロータリーアクチュエータ２９ａによって開閉される。
【００２３】
次に、ポリッシング装置の動作を図１乃至図４を参照して説明する。
被研磨物である複数の半導体ウエハを収容したウエハカセット１１が図１に示される位置にセットされると、搬送ロボット１２のハンド１２ａがウエハカセット１１の１つから半導体ウエハを取り出し、ワーク反転機１３に搬送する。半導体ウエハはワーク反転機１３によって反転される。反転した半導体ウエハは、搬送ロボット１４のハンド１４ａによって受け取られ、研磨部１０Ａの受け渡し部１５に搬送される。受け渡し部１５に載置された半導体ウエハは、トップリング１６ａに受け渡され、トップリング１６ａの下面に真空吸着される。このとき、トップリング１６ａは一点鎖線Ｐによって示されるように、軸１６ｃのまわりに回転することによって受け渡し部１５の上方に位置している。その後、トップリング１６ａはターンテーブル１７の上方に位置し、トップリング１６ａが下降して半導体ウエハは下降し、半導体ウエハはターンテーブル１７の研磨面１７ａに押圧される。トップリング１６ａとターンテーブル１７が回転している間に、半導体ウエハは研磨される。このとき、研磨砥液が供給管３０を介してターンテーブル１７の研磨面１７ａに供給される。研磨中に多量の研磨粉と研磨砥液のミストが発生するが、これらは排気ファン２８によって生成された空気の流れによりポリッシング装置の天井部に形成された排気口２７ａおよびダクト２７を通して排気される。
【００２４】
研磨が終了すると、トップリング１６ａは上昇するとともに軸１６ｃのまわりに回転し、受け渡し部１５の上方に位置し、研磨された半導体ウエハは受け渡し部１５に戻される。半導体ウエハは搬送ロボット１４のハンド１４ａによって保持され、ワーク反転機１８に搬送される。ワーク反転機１８では、半導体ウエハが反転されるとともに、その間、半導体ウエハが純水等のリンス液によって洗浄される。ワーク反転機１４にある半導体ウエハは搬送ロボット１４のハンド１４ａによって受け取られた後、１次洗浄機２０に搬送される。半導体ウエハは１次洗浄機２０および２次洗浄機２１で洗浄された後、スピン乾燥機２２によってスピン乾燥される。洗浄され乾燥した半導体ウエハは、搬送ロボット１２によってウエハカセット１１に戻される。
【００２５】
半導体ウエハが研磨されターンテーブル１７から取り除かれた後には、ドレッシングユニット１９のドレッシングツール１９ａが一点鎖線Ｒで示すようにターンテーブル１７上に移動し、ドレッシングツール１９ａは回転するターンテーブルの研磨面１７ａに押し付けられ、研磨面１７ａがドレッシングされ再生される。
洗浄が行われている間、有機溶剤または酸系の洗浄液から多量の蒸気が発生するが、これらの蒸気を含む空気は排気口２７ａ、ダクト２７を経て排気ファン２８により外部に排出される。また洗浄部１０Ｂ内の空気は、洗浄部１０Ｂの底部に設けられた排気ダクトおよび各洗浄機２０，２１，２２に設けられた排気ダクトによって排気してもよい。
【００２６】
運転条件が監視され、または点検作業が行われるときに、扉２５が開閉されるが、扉２５の開閉に応じて排気風量が調整されるので、研磨部１０Ａの排気速度は０．４ｍ／ｓｅｃ以上または０．４ｍ／ｓｅｃ以下に維持される。それゆえ、安定した排気条件が作り出され、研磨砥液のミストおよび洗浄液の蒸気がポリッシング装置の外部に漏洩することが防止される。このように、扉の開閉に応じて排気量が調整されるので、ポリッシング装置の内部から排気される排気量は、扉が閉じているときに低減し、これゆえ排気ファンの使用電力量が低減し、省エネルギー運転が可能となる。また、排気風量が低減することから、工場全体の排気量および給気量の低減に寄与する。
【００２７】
上述の実施例においては、ポリッシング装置の内部から排気される排気量をダンパの開閉によって調整したが、図１の仮想線によって示すようにインバータ等の周波数変換器４０を使用して排気ファンの回転速度を制御することによって調整してもよい。またポリッシング装置の内部から排出される排気量は、扉の開状態と閉状態の２通りの排気量を設定したが、排気量は扉の開度に応じて連続的に制御するようにしてもよい。
【００２８】
次に、本発明のポリッシング装置の第２の実施形態を図５および図６を参照して説明する。図５は図６のＶ−Ｖ線断面図であり、ポリッシング装置の研磨部の要部を示している。図６はポリッシング装置の研磨部１０Ａを示す斜視図である。
図５に示すように、ターンテーブル１７の周囲にトラフ５０が設けられており、ターンテーブル１７から飛散した研磨砥液、研磨粉およびドレッシング液を含む廃液を受け入れるようになっている。トラフ５０の底部には、排出管５２が設けられており、ターンテーブル１７から飛散した廃液を排出するようになっている。複数の排気ダクト５４がトラフ５０の側面に設けられている。排気ダクトの開口部５４ａはターンテーブル１７の研磨面１７ａの位置かまたは研磨面１７ａの下方に位置している。
【００２９】
ターンテーブル１７の周囲のミストやダストを含む空気は、トラフ５０および排気ダクト５４によって約０．３ｍ／ｓｅｃの排気速度で排気される。この排気によって、研磨部１０Ａ内の空気が下方に流れるダウンフローが形成される。
また図５および図６に示すように、排気ダクト２７がポリッシング装置の天井部に設けられている。排気ダクト２７は複数の排気口２７ａを有している。そして、排気口２７ａの開度はダンパ６０によって調整されるようになっている。排気口２７ａの開口面積は予めダンパ６０によって調整され、扉２５が開いているときにクリーンルームの空気が研磨部１０Ａに０．２ｍ／ｓｅｃの速度で流入するように設定されている。
【００３０】
また、排気ダクト２７内にはダンパ７０が設けられている。扉２５が閉じているときには、ダンパ７０は閉じるように制御され、このとき排気ダクト２７による排気は行われない。扉２５が開かれたとき、センサ２６（図１参照）が扉２５の開を検知し、センサ２６からの信号によってダンパ７０は開くように制御される。これゆえ、研磨部１０Ａ内の空気は排気ダクト２７を介して排気され、ポリッシング装置内に負圧が形成され、クリーンルーム内の空気は扉２５を開くことによって形成された開口部を通して研磨部１０Ａに流入する。
【００３１】
上述したように、第２実施形態においては、扉２５が閉じたときには、ポリッシング装置内の空気はトラフ５０および排気ダクト５４を介して排気され、扉２５が開いたときには、ポリッシング装置内の空気はトラフ５０と排気ダクト５４、および排気ダクト２７によって排気される。これゆえ、扉が閉じているときにはポリッシング装置内からの排気量は低減し、扉が開いているときにはポリッシング装置内からの排気量は増大する。トラフ５０および排気ダクト５４は第１排気装置を構成し、排気ダクト２７およびダンパ７０は第２排気装置を構成している。
図５および図６に示す実施形態において、扉２５の開閉に応じて排気ダクト２７の排気口２７ａの開度がダンパ６０によって制御される場合には、排気ダクト２７に設けられたダンパ７０は省略することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、扉の開閉に応じて、収容部の内部、即ちポリッシング装置の内部から排気される排気量が調整されるので、ポリッシング装置は省エネルギー運転が可能となる。
またポリッシング装置の内部から排気される平均の排気量が低減するので、工場全体の排気量および給気量の低減に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るポリッシング装置の一実施形態を示す平面図である。
【図２】ポリッシング装置の研磨部の断面図である。
【図３】図１で示すポリッシング装置における扉が閉じているときのダンパの状態を示す斜視図である。
【図４】図１で示すポリッシング装置における扉が開いているときのダンパの状態を示す斜視図である。
【図５】図６のＶ−Ｖ線断面図であり、ポリッシング装置の研磨部の要部を示している。
【図６】ポリッシング装置の研磨部を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ ポリッシング装置
１０Ａ 研磨部
１０Ｂ 洗浄部
１１ ウエハカセット
１２，１４ 搬送ロボット
１２ａ，１４ａ ハンド
１３，１８ ワーク反転機
１５ 受け渡し部
１６ トップリングユニット
１６ａ トップリング
１６ｂ トップリングヘッド
１６ｄ ガイドリング
１７ ターンテーブル
１７ａ 研磨面
１９ ドレッシングユニット
１９ａ ドレッシングツール
１９ｂ ドレッシングヘッド
２０ １次洗浄機
２１ ２次洗浄機
２２ スピン乾燥機
２３ ロード・アンロード部
２５ 扉
２６ センサ
２７ ダクト
２７ａ 排気口
２８ 排気ファン
２９，６０，７０ ダンパ
２９ａ アクチュエータ
３０，３１ 供給管
３５ コントローラ
４０ 周波数変換器
５０ トラフ
５２ 排出管
５４ 排気ダクト
５４ａ 開口部
Ｗ 半導体ウエハ

Claims (3)

1. 被研磨物の表面を研磨するポリッシング装置において、外壁と少なくとも１つの扉とを有した収容部と、研磨面を有したターンテーブルと被研磨物を保持し前記研磨面に対して押圧するトップリングとを備え前記収容部内に配置された研磨部と、前記扉の開閉を検知するセンサと、前記収容部の内部を排気するための排気設備と、前記収容部の内部を排気する際の排気量を調整する調整機構とを備え、
   前記排気設備は、前記扉の開閉にかかわらず作動する第１排気装置と、前記扉が開いているときのみ作動する第２排気装置とからなり、
   前記調整機構は、前記扉が閉じられているときには前記収容部の内部からの排気量を低減し、前記扉が開いているときには前記収容部の内部からの排気量を増大させることを特徴とするポリッシング装置。
2. 前記第１排気装置は前記研磨面の位置または前記研磨面より下方の位置に排気用の開口を有することを特徴とする請求項１記載のポリッシング装置。
3. 前記第２排気装置は前記研磨面より上方に排気用の開口を有することを特徴とする請求項１記載のポリッシング装置。

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