JP4052736B2 - ポリッシング装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はポリッシング装置に係り、特にクリーンルーム内に設置する必要がなく、かつ半導体ウエハを外部環境にさらさないで、クリーンな雰囲気中で処理することができるポリッシング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造を行う製造工程においては、空気中に塵埃のような微粒子が存在するだけでも製品の品質および製品の歩留まりに影響を与える。そのため、半導体デバイスの製造工程においては、空気中の塵埃を極めて高いレベルで除去したクリーンルーム中で各種の処理が行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、広大な面積を有するクリーンルームを備えることは、相当な初期コストがかかるばかりでなく、クリーンルーム全体を所定の清浄度に継続的に維持するには相当なランニングコストがかかる。またクリーンルーム自体は、大きな空間を一度に同じ環境のクリーン空間にするには適しているが、各種の処理工程において異なった環境を必要とする場合、クリーン空間内を個別の環境に設定するには不向きであるという問題点があった。
【０００４】
本発明は上述の事情に鑑みなされたもので、クリーンルーム内に設置する必要がなく、半導体ウエハを外部環境にさらさないで、クリーンな雰囲気中で処理することができるポリッシング装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明は、クリーンルームではない外部環境と仕切られた密閉された空間を形成するハウジングと、前記空間を清浄に保つ手段と、前記空間内に設置され半導体ウエハの処理を行う処理装置と、前記空間内の圧力を前記外部環境の圧力より高く保つ手段とを有することを特徴とするものである。
【０００６】
本発明によれば、ハウジングにより装置内部を外部と仕切って装置内部の圧力を装置外部の圧力よりも高く保ち、かつ装置内のみ必要なレベルのクリーン度を持った環境に維持することにより、汚染レベルが通常の室内空間程度の雰囲気である外部環境中に装置全体を設置することが可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。実施の形態としては、半導体ウエハを研磨するポリッシング装置に本発明を適用した場合を説明する。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、配線間距離もより狭くなりつつある。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、この平坦化の一手段として、ポリッシング装置によって、所定成分の研磨液を供給しながら機械的研磨を行う化学的機械的研磨処理（ＣＭＰ）が実用化されている。
【０００８】
次に、本発明の半導体製造装置の一種であるポリッシング装置を説明する。図１はポリッシング装置の斜視図であり、ポリッシング装置の全体はハウジングＨによって覆われており、ポリッシング装置の内部は、清浄化の処置が何ら採られていない通常の環境である外部環境Ｋとは隔離されている。図１に示すように、ポリッシング装置は、研磨部１と、洗浄部１０と、ロードアンロード部２０とから構成されている。研磨部１と洗浄部１０との間には隔壁１０１が設置され、洗浄部１０とロードアンロード部２０との間には隔壁１０２が設置されている。隣接する各部間の半導体ウエハの授受は、隔壁１０１，１０２に設けられた開口（図示せず）を通して行うようになっている。
【０００９】
図２はポリッシング装置の内部を示す平面図である。研磨部１は、ターンテーブル２と、半導体ウエハを保持しつつターンテーブル２に押しつけるトップリング３を有したトップリングユニット４とを具備している。前記ターンテーブル２はモータ（図示せず）に連結されており、矢印で示すようにその軸心回りに回転可能になっている。またターンテーブル２の上面には、研磨クロス５（例えば、ロデール社製のＩＣ−１０００）が貼設されている。
【００１０】
トップリングユニット４は揺動可能になっており、トップリング３を半導体ウエハを受け渡すためのプッシャー６の上方の受渡し位置とターンテーブル２上の研磨位置と待機位置とに配置させるようになっている。トップリング３は、モータ及び昇降シリンダ（図示せず）に連結されている。これによって、トップリング３は昇降可能かつその軸心回りに回転可能になっており、半導体ウエハを研磨クロス５に対して任意の圧力で押圧できるようになっている。また半導体ウエハはトップリング３の下端面に真空等によって吸着されるようになっている。ターンテーブル２の上方には砥液供給ノズル（図示せず）が設置されており、砥液供給ノズルによってターンテーブル２上の研磨クロス５に研磨砥液が供給されるようになっている。
【００１１】
研磨部１は、さらにドレッサー７を有したドレッシングユニット８を備えている。ドレッシングユニット８は揺動可能になっており、ドレッサー７をターンテーブル２上のドレッシング位置と待機位置とに配置させるようになっている。ドレッサー７は回転用のモータと昇降用のシリンダ（図示せず）とに連結されており、昇降可能かつその軸心回りに回転可能になっている。
【００１２】
上述の構成の研磨部１において、トップリング３に保持された半導体ウエハを研磨クロス５上に押圧し、ターンテーブル２およびトップリング３を回転させることにより、半導体ウエハの下面（研磨面）が研磨クロス５と擦り合わされる。この時、同時に研磨クロス５上に砥液供給ノズルから砥液を供給することにより、半導体ウエハの研磨面は、砥液中の砥粒の機械的研磨作用と砥液の液体成分であるアルカリまたは酸による化学的研磨作用との複合作用によってポリッシングされる。
【００１３】
半導体ウエハの所定の研磨量を研磨した時点でポリッシングを終了する。このポリッシングが終了した時点では、ポリッシングによって研磨クロス５の特性が変化し、次に行うポリッシングの研磨性能が劣化するので、ドレッシングユニット８によって研磨クロス５のドレッシングを行う。
【００１４】
洗浄部１０は、中央部に設置された２基の搬送装置１１Ａ，１１Ｂと、１次洗浄機１２と、２次洗浄機１３と、スピン乾燥機１４と、半導体ウエハを反転させる反転機１５，１６とを備えている。また洗浄部１０に隣接して設置されたロードアンロード部２０には、ウエハーカセット２２が載置されるようになっている。上述の構成において、ウエハーカセット２２内の半導体ウエハＷは、搬送装置１１Ａによって受け取られ、反転機１５に移送され、ここで反転された後に、搬送装置１１Ｂによって研磨部１のプッシャー６に移送される。
【００１５】
研磨部１で研磨された半導体ウエハＷは、搬送装置１１Ｂによって反転機１６に移送され、ここで反転された後に１次洗浄機１２、２次洗浄機１３、スピン乾燥機１４に順次移送され、半導体ウエハの洗浄および乾燥が行われる。そして研磨および洗浄が終了した半導体ウエハＷは、ロードアンロード部２０のウエハーカセット２２に戻される。
【００１６】
図３は、ポリッシング装置の清浄化システムを示す図であり、図３（ａ）は清浄化システムの全体構成を示す模式図、図３（ｂ）は清浄化システムのフィルタユニットの斜視図である。なお、図３（ａ）においては、ロードアンロード部２０の図示を省略している。
フィルタユニット３０は洗浄部１０の天井に設けられており、その機能は、洗浄部１０内の空気を清浄化する機能と、洗浄部１０内にダウンフロー気流を作る機能との２つに分けられる。
【００１７】
洗浄部１０内の空気は、モータ３１により駆動されるファン３２により、フィルタユニット３０内のフィルタ３３を通過して浄化される。ファン３２の回転数は、必要空気量に応じて変更することができる。洗浄機１２，１３、スピン乾燥機１４および反転機内の空気は常時排気されており、洗浄部１０内から排気される空気量はハウジングＨの隔壁に設置されたダンパ４０によって調節される。そして、排気した量より少し多い量の空気を空気取り入れ口３５より取り込むことにより、洗浄部１０の内部圧力を大気圧より若干高くなるように調整している。空気取り入れ口３５より取り込まれた空気は、フィルタ３３を通過して清浄化され、洗浄部１０内に供給される。なお、薬液洗浄を行う場合には、フィルタ３３にケミカルフィルタを付加してもよい。
【００１８】
また、洗浄部１０内は清浄空気でダウンフローを作る必要があり、洗浄機１２，１３、スピン乾燥機１４およびウエハ搬送領域の上面はフィルタ３３の空気吹き出し口で覆われている。洗浄部１０内の空気は装置底部にあるベース内リターンダクトから吸い込まれ、リターンダクト３６を経由し、フィルタ３３に戻され循環するようになっている。
【００１９】
図５および図６は、それぞれロードアンロード部２０、研磨部１の内部圧力をポリッシング装置外よりも高くし、内部空間の清浄度を保つための清浄化システムを示す。図５および図６において、図３の洗浄部１０における清浄化システムとほぼ同様であり、図３と対応する部分には図３における符号にそれぞれａ，ｂを付している。即ち、符号３０ａ，３０ｂはフィルタユニット、符号３２ａ，３２ｂはファン、符号３３ａ，３３ｂはフィルタ、符号３５ａ，３５ｂは空気取り入れ口、符号３６ａ，３６ｂはリターンダクトをそれぞれ示す。図３の洗浄部１０における装置についての説明と重複するため、構成、作用等の説明を省略するが、ロードアンロード部２０、研磨部１から排気される空気量がダンパ（図示せず）により調節されるのも図３と同様である。
洗浄部１０、ロードアンロード部２０、研磨部１の内部圧力はロードアンロード部２０が一番高く、次に洗浄部１０が高く、研磨部１が最も低い。これは、ロードアンロード部２０、洗浄部１０、研磨部１の順に清浄度を高く保つことが必要だからである。
【００２０】
洗浄部１０、ロードアンロード部２０、研磨部１が連通したときでも、高圧側から低圧側にのみ空気が流れる。したがって、清浄度の低い側から高い側への空気の流れがないので相互の汚染が防止される。研磨部の内部圧力は大気圧より０．００１kg/cm2程度高く設定されている。これにより、研磨部１、洗浄部１０、ロードアンロード部２０にポリッシング装置外から空気が侵入しないので、汚染された環境にポリッシング装置を設置しても研磨部１、洗浄部１０、ロードアンロード部２０が外部環境により汚染されない。
【００２１】
また、洗浄部１０、ロードアンロード部２０、研磨部１とも清浄度が保たれているので、このポリッシング装置を仮にクリーンルーム内に設置してもクリーンルームを汚染することがないため、クリーンルームに設置することも可能である。また、研磨部１では内部空気の清浄度をそれほど要しないので、図６のリターンダクト３６ｂによる空気循環による積極的な清浄化は省略してよい場合もある。
【００２２】
また、図６に示す研磨部１において、場合によっては排気量を多くしたり、空気取り入れ口３５ｂからの空気取り入れ量を少なくしたりして、内部圧力をポリッシング装置外の圧力よりも低くすることも考えられる。これにより、ポリッシング装置外より研磨部１へ空気が流入する可能性があるが、研磨部１では内部空気の清浄度をそれほど要しないので問題ない場合もあるためである。このときは、洗浄部１０の内部圧力を大気圧より０．００１kg/cm2程度高く設定する。
【００２３】
本ポリッシング装置においては、ハウジングＨ内の気密性を充分に確保するために、ハウジングＨに設けられた扉等の開閉部にパッキンを設けるとともに、各部間の合わせ面にパッキンを設けている。
【００２４】
図４は、図１乃至図３に示すポリッシング装置Ｐのレイアウトを示す平面図である。図４（ａ）に示す例においては、ポリッシング装置Ｐが単独で外部環境Ｋにさらされている箇所に設置されている。ポリッシング装置Ｐに対して半導体ウエハの供給、回収をするため、ポリッシング装置Ｐに例えばＡＳＹＳＴ（アシスト）社のＳＭＩＦＰＯＴ（半導体ウエハを収容するクリーンボックスを有する搬送装置）等を連結（図示せず）することにより外部環境Ｋに半導体ウエハをさらさず研磨処理を行うことができる。前記クリーンボックスを有する搬送装置は、未研磨の半導体ウエハをポリッシング装置に供給し、研磨済みの半導体ウエハをポリッシング装置から受けて次工程へ搬送するように構成されている。図４（ｂ）に示す例においては、ポリッシング装置Ｐ，Ｐは、外部環境Ｋにさらされている箇所に設置されているとともにクリーンルームＣの隔壁２００に隣接して設置されている。これによって、研磨すべき半導体ウエハをクリーンルームＣ内から隔壁２００の開口（図示せず）を通してポリッシング装置に供給し、研磨および洗浄の終了した半導体ウエハを隔壁２００の開口を通してクリーンルームＣ内に戻し、半導体ウエハを次の処理工程に供することができる。
【００２５】
なお、上記実施形態では、研磨装置内を清浄に保つ手段として、フィルタユニットと研磨装置内の空気循環システムを用いているが、これに限らず外部から清浄な空気を研磨装置へ供給し、研磨装置から汚れた空気を排気するようにしてもよい。この場合は、研磨装置内の圧力を外部環境の圧力よりも高めるなどの研磨装置内の圧力を調節する手段としては、上述の外部から清浄な空気を研磨装置へ供給する量と、汚れた空気を研磨装置から排気する量とを調節して圧力を調節する。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、クリーンルーム内に設置する必要がなく、半導体ウエハを外部環境にさらさないで、クリーンな雰囲気中で処理することができるポリッシング装置とすることができる。そして、外部環境に設置しても、ポリッシング装置内の空間の環境をクリーンルーム内と同様の清浄度に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体製造装置の一種であるポリッシング装置の斜視図である。
【図２】本発明の半導体製造装置の一種であるポリッシング装置の内部を示す平面図である
【図３】本発明の半導体製造装置の一種であるポリッシング装置の清浄化システムを示す図であり、図３（ａ）は清浄化システムの全体構成を示す模式図、図３（ｂ）は清浄化システムのフィルタユニットの斜視図である。
【図４】図１乃至図３に示すポリッシング装置のレイアウトを示す平面図である。
【図５】本発明の半導体製造装置の一種であるポリッシング装置の清浄化システムを示す模式図である。
【図６】本発明の半導体製造装置の一種であるポリッシング装置の清浄化システムを示す模式図である。
【符号の説明】
１ 研磨部
２ ターンテーブル
３ トップリング
４ トップリングユニット
５ 研磨クロス
６ プッシャー
７ ドレッサー
８ ドレッシングユニット
１０ 洗浄部
１１Ａ，１１Ｂ 搬送装置
１２ １次洗浄機
１３ ２次洗浄機
１４ スピン乾燥機
１５，１６ 反転機
２０ ロードアンロード部
２２ ウエハーカセット
３０ フィルタユニット
３１ モータ
３２ ファン
３３ フィルタ
３５ 空気取り入れ口
３６ リターンダクト
４０ ダンパ
１０１，１０２，２００ 隔壁
Ｃ クリーンルーム
Ｈ ハウジング
Ｋ 外部環境
Ｐ ポリッシング装置
Ｗ 半導体ウエハ

Claims (3)

  1. クリーンルームではない外部環境と仕切られた密閉された空間を形成するハウジングと、前記空間を清浄に保つ手段と、前記空間内に設置され半導体ウエハの処理を行う処理装置と、前記空間内の圧力を前記外部環境の圧力より高く保つ手段とを有することを特徴とするポリッシング装置。
  2. 前記空間を清浄に保つ手段は、前記ハウジングに設けられ、前記空間に清浄な空気を供給するフィルタユニットであ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. 前記空間内の圧力を高く保つ手段は、前記フィルタユニット内のファンと、前記空間内の空気の排気量を調整するダンパとからなることを特徴とする請求項２記載のポリッシング装置。
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