JP5829927B2

JP5829927B2 - 加工装置

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Publication number: JP5829927B2
Application number: JP2012009468A
Authority: JP
Inventors: 晃廣瀬
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2012-01-19
Filing date: 2012-01-19
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2032-01-19
Also published as: JP2013148480A

Description

本発明は、複数種類の液体を用いた加工に寄与する装置において、漏液を検出する漏液検出機構を備えた加工装置に関する。

各種加工装置では、加工において冷却や潤滑等々の目的の下、複数の種類の液体を用いる物が多く存在する。例えば、半導体デバイス等の製造において、所定の厚さのシリコンなどからなるウエーハを製造する場合、特に、半導体デバイスが形成される面の平滑さが重要であり、平滑さやシリコン結晶の欠陥に問題が有った場合、超微細な半導体デバイス回路を正確に形成できず、デバイスとしての機能が発揮できなくなる。そのため、平滑で均一な結晶構造の面を形成するためにケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）という研磨方法が採用されている。ＣＭＰという研磨方法では、研磨の進行を調整するために、各種薬液が用いられ、その液体は酸性、アルカリ性どちらも使用する場合がある（特許文献１、２参照）。こうした装置においては、各種液体を供給するための液体供給装置（特許文献３参照）を隣接させ、その中に複数の液体タンクを備え、必要に応じて特定の液体又は複数の液体を混合させた液体を製造し供給させるシステムを構築している事が多い。また、複数の液体を用いる加工としては、他にエッチングがあげられる（特許文献４参照）。

特開２００２−１６０１５５号公報特開２００８−０３６７４４号公報特開２０１１−１４３５０８号公報特願２０１１−０７５０８３号明細書

このように複数の液体、特に酸性、アルカリ性の液体が混在する場合、装置内での漏液を検知するのが重要なことはもちろんであるが、どの液体が漏液していたのかを別途確認する必要があった。実際は、漏液をオペレーターが確認後、漏液発生箇所を視認によって確認し、どの液体が漏れているかを特定する、といった作業が一般的である。しかし、酸性やアルカリ性の液体の場合、取扱に注意を要するため、水のような中性の液体と異なり、防護具や換気等予め注意及び準備が必要であるという問題が有った。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、オペレーターの視認によらなくても、漏液した液体の種類を把握することができる加工装置を提供することである。

上述した課題を解決し目的を達成するために、請求項１記載の本発明に係る加工装置は、複数の液体を供給する加工液供給手段と、被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物に該加工液供給手段からの該液体を供給しながら加工する加工手段と、を備えた加工装置であって、所要位置には漏液した該液体を受ける漏液受け手段と、該漏液受け手段に漏液した該液体に接触して漏液を検出するｐＨ測定用電極を備えた漏液検出機構を備え、該漏液検出機構は、該液体のｐＨ値に対応した信号を出力し、該ｐＨ測定用電極が該液体に接触していない時は不検出信号を出力することを特徴とする。

本発明の加工装置によると、漏液検出機構のｐＨ測定用電極が不検出信号と液体のｐＨ値に対応した信号を出力して、液体の漏液を検出する役割を果たすために、液体の漏液の検出と検出した液体のｐＨ値の検出とを同時に実施することが可能である。このために、本発明の加工装置は、オペレーターの視認によらなくても、漏液の検出時にはどの液体が漏液しているのか迄認識が可能であるという効果を奏する。また、ｐＨ測定用電極一つで二つの役割を果たすため、低コストでの実現が可能であるという効果もある。他にも、近年開発された半導体イオンセンサ（Ion Sensitive Field Effect Transistor：ＩＳＦＥＴ）電極を有するｐＨ測定用電極を用いるのが望ましい。この場合には、非常に微量の液体のｐＨ値の測定が可能であり小型化されていることから、微量な液体の漏液が非常に狭い装置内においても検出可能という効果も併せて発揮する。

図１は、実施形態に係る研磨装置の構成を示す外観斜視図である。図２は、実施形態に係る研磨装置の洗浄ユニットの斜視図である。図３は、実施形態に係る研磨装置の洗浄ユニットの側断面図である。図４は、実施形態に係る研磨装置の洗浄ユニットの漏液検出機構の構成を示す図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

図１は、実施形態に係る研磨装置の構成を示す外観斜視図であり、図２は、実施形態に係る研磨装置の洗浄ユニットの斜視図であり、図３は、実施形態に係る研磨装置の洗浄ユニットの側断面図であり、図４は、実施形態に係る研磨装置の洗浄ユニットの漏液検出機構の構成を示す図である。

本実施形態にかかる研磨装置１は、チャックテーブル４に保持された半導体ウエーハ２（被加工物に相当する）の被研磨面２ａに研磨加工を施して、被研磨面２ａを高精度に平坦化するものである。研磨装置１は、図１に示すように、半導体ウエーハ２を搬送する搬送ユニット３と、チャックテーブル４と、半導体ウエーハ２に研磨加工を施す研磨ユニット５と、研磨加工後の半導体ウエーハ２を洗浄する洗浄ユニット（加工装置に相当する）６などを含んで構成されている。

搬送ユニット３は、研磨加工前の半導体ウエーハ２をチャックテーブル４上に供給するとともに、研磨加工後の半導体ウエーハ２を回収するためのものである。搬送ユニット３は、研磨加工前の半導体ウエーハ２を複数収容する搬入カセット７と、搬送機構８と、仮置き部９と、搬入アーム１０と、搬出アーム１１と、研磨加工後の半導体ウエーハ２を複数収容する搬出カセット１２などを含んで構成されている。

搬入カセット７と搬出カセット１２は、同一の構成であり、研磨装置１の装置本体１３の所定位置に載置される。搬送機構８は、搬入カセット７内の半導体ウエーハ２を１枚ずつ取り出して、仮置き部９上に載置するとともに、研磨ユニット５により研磨加工が施されて洗浄ユニット６により洗浄された半導体ウエーハ２を搬出カセット１２内に収容するものである。搬入アーム１０及び搬出アーム１１は、例えば、回転動作及び昇降動作が可能な搬送用のアームである。搬入アーム１０は、仮置き部９上の半導体ウエーハ２をチャックテーブル４上に載置するとともに、搬出アーム１１は、チャックテーブル４上の研磨加工後の半導体ウエーハ２を洗浄ユニット６に搬送する。チャックテーブル４上に載置された半導体ウエーハ２は、研磨ユニット５により研磨加工が施された後、搬出アーム１１により洗浄ユニット６まで搬送され、洗浄ユニット６により洗浄された後、搬送機構８により搬出カセット１２に収容される。

チャックテーブル４は、装置本体１３上にＸ軸方向に移動可能に設けられ、かつ搬入アーム１０により載置された半導体ウエーハ２を吸着・保持してＺ軸回りに回転させるものである。チャックテーブル４は、半導体ウエーハ２を吸着・保持して、Ｘ軸方向に移動されることにより、研磨加工前の半導体ウエーハ２を搬送ユニット３から研磨ユニット５の下方まで搬送し、研磨加工後の半導体ウエーハ２を研磨ユニット５の下方から搬送ユニット３まで搬送する。チャックテーブル４は、研磨ユニット５の下方において、半導体ウエーハ２とともにＺ軸回りに回転する。

研磨ユニット５は、チャックテーブル４に保持されている半導体ウエーハ２の被研磨面２ａに対して、研磨パッド１４をＺ軸回りに回転させながら押圧させるとともに、研摩液を供給することで、研磨加工を施すものである。研磨ユニット５が研磨加工に用いる研摩液は、純水、酸・アルカリ溶液などの液体と、SiO₂、Al₂O₃、CeO₂、Mn₂O₃、ダイヤモンド粒子などの研磨剤（砥粒ともいう）とが混合されて構成されている。研摩液は、被加工物の半導体ウエーハ２の材質などに応じて、適切な液体と研磨剤とが混合されて構成される。このように、研磨装置１は、前述した酸・アルカリ溶液などの液体を含んだ研摩液を研磨加工に用いるので、所謂ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学機械研磨）研磨装置である。

ここで、研磨ユニット５が研磨加工を施す半導体ウエーハ２は、シリコン、サファイヤ、ガリウムなどを母材とするものである。また、半導体ウエーハ２は、研磨装置１による研磨加工の前工程において、研削装置などによって平面研削加工が施されて、例えば、数十μｍ程度の厚さにまで薄型化されている。

本実施形態に係る研磨装置１は、搬入カセット７内の研磨加工前の半導体ウエーハ２を、搬送ユニット３によりチャックテーブル４に搬送して、チャックテーブル４に吸引・保持する。その後、研磨装置１は、研磨ユニット５により研磨加工（本実施形態では、化学機械研磨加工）を施す。そして、研磨装置１は、搬送ユニット３により、研磨加工が施された半導体ウエーハ２を、洗浄ユニット６に搬送し、洗浄ユニット６で洗浄した後、搬出カセット１２内に収容する。

次に、研磨加工が施された半導体ウエーハ２を洗浄する洗浄ユニット６を、図面に基づいて説明する。洗浄ユニット６は、高速回転させた半導体ウエーハ２に対して、純水、酸・アルカリ溶液などの洗浄液（液体に相当する）及び加圧された空気を噴射することによって、半導体ウエーハ２の被研磨面２ａを洗浄し、乾燥させる装置である。なお、洗浄ユニット６は、図１に示すように、装置本体１３の上面に開口した開口部１５内に設けられている。また、開口部１５の上方には、装置本体１３の上面と平行な覆い壁１６が設けられている。

洗浄ユニット６は、図２及び図３に示すように、液体としての洗浄液を供給する薬液供給手段（図１及び図３に示し、加工液供給手段に相当する）２０と、カバー手段２１と、保持手段２２と、洗浄液噴射ノズル（加工手段に相当する）２４と、図示しないエアー供給ノズルと、水受け手段２３と、漏液検出機構２５（図４に示す）などを含んで構成されている。

薬液供給手段２０は、洗浄液を貯留し、洗浄液噴射ノズル２４に洗浄液を供給するものである。また、薬液供給手段２０は、液体としての研摩液を貯留し、研磨ユニット５に研摩液を供給するものである。薬液供給手段２０は、洗浄液と研摩液に対応した貯留タンク２６を含んでおり、貯留タンク２６内の洗浄液と研摩液を洗浄液噴射ノズル２４及び研磨ユニット５に供給する。本実施形態では、薬液供給手段２０は、複数の液体としての第１の洗浄液Ａと第２の洗浄液Ｂを洗浄液噴射ノズル２４に供給する。なお、本発明では、洗浄液Ａ，Ｂとして、純水、酸性、アルカリ性の溶液が用いられる。酸性の溶液としては、例えば、過酸化水素水、フッ酸（ＨＦ）、クエン酸が用いられ、アルカリ性の溶液としては、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）が用いられる。

洗浄ユニット６は、一種類の酸性の溶液と一種類のアルカリ性の溶液、または純水と一種類の酸性またはアルカリ性の溶液を洗浄液Ａ，Ｂとして用いることが望ましい。このために、本実施形態では、第１の洗浄液ＡのｐＨ値と、第２の洗浄液ＢのｐＨ値とは異なる。なお、洗浄ユニット６は、二種類の酸性の溶液を洗浄液Ａ，Ｂとして用いたり、二種類のアルカリ性の溶液を洗浄液Ａ，Ｂとして用いることは殆どない。

カバー手段２１は、前述した開口部１５内に設けられ、開口部１５を開閉するものである。カバー手段２１は、昇降用のシリンダ２７（図２に示す）により、上昇されることで覆い壁１６とともに開口部１５を塞ぎ、降下されることで開口部１５を開放する。

保持手段２２は、カバー手段２１内に設けられて、半導体ウエーハ２を吸引・保持するものである。保持手段２２は、多孔性材料から形成された吸着チャック２８を含み、この吸着チャック２８が図示しない吸引手段に連結されている。保持手段２２は、吸着チャック２８上に半導体ウエーハ２を載置し、図示しない吸引手段により負圧が作用されることにより半導体ウエーハ２を吸着・保持する。また、保持手段２２には、装置本体１３に取り付けられた電動モータ２９の駆動軸３０が連結している。保持手段２２は、電動モータ２９の回転駆動力により、Ｚ軸回りに回転される。

洗浄液噴射ノズル２４は、薬液供給手段２０から供給された液体としての洗浄液Ａ，Ｂを保持手段２２に保持された半導体ウエーハ２に供給しながら洗浄（加工に相当する）するものである。洗浄液噴射ノズル２４は、薬液供給手段２０の洗浄液Ａ，Ｂを収容した貯留タンク２６と１対１で対応しているとともに、図示しないモータにより揺動可能に設けられている。洗浄液噴射ノズル２４は、薬液供給手段２０の貯留タンク２６と連結して、貯留タンク２６から洗浄液Ａ，Ｂが供給される。エアー供給ノズルは、図示しないエアー供給に連結して、保持手段２２に保持された半導体ウエーハ２に加圧された空気を吹き付けるものである。

水受け手段２３は、保持手段２２の下方に設けられて、洗浄液噴射ノズル２４から保持手段２２に保持された半導体ウエーハ２に吹き付けられた洗浄液Ａ，Ｂを回収するものである。水受け手段２３は、円環状の受け板３１と、図示しない回収タンクに連結されたドレインホース３２とを含んで構成されている。受け板３１は、中央に電動モータ２９の駆動軸３０を通しかつカバー手段２１の内側に配されている。受け板３１の表面にはドレインホース３２が開口している。

漏液検出機構２５は、例えば、カバー手段２１と水受け手段２３との間などから洗浄液Ａ，Ｂが漏液したか否かを検出するものである。漏液検出機構２５は、図３及び図４に示すように、ドレインパン（漏液受け手段に相当する）３３と、ｐＨ測定用電極３４と、制御手段３５と、表示手段３６と、図示しない報知手段とを含んで構成されている。ドレインパン３３は、カバー手段２１と水受け手段２３との間の下方（所要位置に相当する）に配され、カバー手段２１と水受け手段２３との間などから漏液した洗浄液Ａ，Ｂを受けるものである。ドレインパン３３は、偏平な板状に形成され、当該ドレインパン３３の所定箇所に向かって徐々に下方に傾斜した傾斜面３７が表面に形成されている。本実施形態では、ドレインパン３３の表面の最も窪んだ箇所３８は、カバー手段２１と水受け手段２３との間の下方に配されている。

ｐＨ測定用電極３４は、ドレインパン３３に漏液した洗浄液Ａ，Ｂに接触して漏液を検出するものである。ｐＨ測定用電極３４は、ＩＳＦＥＴ（Ion Sensitive Field Effect Transistor）電極と比較電極とを含む検出部がドレインパン３３の最も窪んだ箇所３８上に設けられている。ｐＨ測定用電極３４は、検出部が洗浄液Ａ，Ｂに接触すると、ＩＳＦＥＴ電極と比較電極との間に洗浄液Ａ，ＢのｐＨ値に対応した電位差が生じる。ｐＨ測定用電極３４は、制御手段３５に接続しており、ＩＳＦＥＴ電極と比較電極との電位差に応じた信号（洗浄液Ａ，ＢのｐＨ値に対応した信号に相当する）を制御手段３５に出力する。ｐＨ測定用電極３４は、ＩＳＦＥＴ電極と比較電極との電位差に応じた信号を制御手段３５に出力することで、ドレインパン３３に漏液した洗浄液Ａ，ＢのｐＨ値を測定する。また、ｐＨ測定用電極３４は、検出部が洗浄液Ａ，Ｂなどの液体に接触していない時は、液体に接触していないことを示す不検出信号を制御手段３５に出力する。なお、不検出信号とは、検出部が何かしらの液体に接触している時に出力する信号と異なる信号である。

制御手段３５は、研磨装置１及び洗浄ユニット６を構成する上述した構成要素をそれぞれ制御するものである。制御手段３５は、研磨加工が施された半導体ウエーハ２に対する洗浄動作を洗浄ユニット６に行なわせるものである。また、制御手段３５は、ドレインパン３３に漏液した洗浄液Ａ，ＢのｐＨ値の測定動作を漏液検出機構２５に行なわせるものである。なお、制御手段３５は、例えば、ＣＰＵ等で構成された演算処理装置やＲＯＭ、ＲＡＭ等を備える図示しないマイクロプロセッサを主体として構成されており、漏液した洗浄液Ａ，Ｂ名を表示する表示手段３６、オペレーターに洗浄液Ａ，Ｂが漏液したことを知らせる報知手段と接続されている。

次に、本実施形態に係る研磨装置１の洗浄ユニット６の洗浄動作について説明する。まず、カバー手段２１が降下した状態で、研磨加工が施された半導体ウエーハ２が搬送機構８の搬出アーム１１により保持手段２２の吸着チャック２８上に載置される。すると、制御手段３５が、吸引手段を駆動して、保持手段２２の吸着チャック２８上に半導体ウエーハ２を吸着・保持させるとともに、昇降用のシリンダ２７を駆動して、カバー手段２１を上昇させて、覆い壁１６とカバー手段２１により開口部１５を塞ぐ。その後、制御手段３５が、電動モータ２９を駆動して、保持手段２２と半導体ウエーハ２をＺ軸回りに回転させるとともに、薬液供給手段２０に第１の洗浄液Ａを洗浄液噴射ノズル２４に供給させて、第１の洗浄液Ａを保持手段２２に保持された半導体ウエーハ２に噴射させる。

そして、制御手段３５が、第１の洗浄液Ａの供給が終了した後、薬液供給手段２０に第２の洗浄液Ｂを洗浄液噴射ノズル２４に供給させて、第２の洗浄液Ｂを保持手段２２に保持された半導体ウエーハ２に噴射させる。こうして、第１の洗浄液Ａと第２の洗浄液Ｂとを順に用いて、保持手段２２に吸引・保持した半導体ウエーハ２を洗浄する。そして、制御手段３５が、第２の洗浄液Ｂの供給が終了した後も、電動モータ２９を駆動し続けて、図示しないエアー供給ノズルから加圧された空気を半導体ウエーハ２に吹き付けて、保持手段２２に吸引・保持した半導体ウエーハ２を乾燥させる。なお、半導体ウエーハ２の洗浄に用いられた洗浄液Ａ，Ｂは、受け板３１上を伝わって、ドレインホース３２を介して、研磨装置１の洗浄ユニット６外に排出される。

また、研磨装置１の洗浄動作中又は待機中に、制御手段３５には、ｐＨ測定用電極３４からの信号が入力している。そして、洗浄ユニット６のカバー手段２１と受け板３１との間などから洗浄液Ａ，Ｂが漏液すると、漏液した洗浄液Ａ，Ｂは、ドレインパン３３の表面の傾斜面３７上を伝わって最も窪んだ箇所３８に集まる。すると、ｐＨ測定用電極３４の検出部に漏液した洗浄液Ａ，Ｂが接触する。そして、ｐＨ測定用電極３４が、検出部に接触した洗浄液のｐＨ値に対応した信号を制御手段３５に出力する。すると、制御手段３５は、ｐＨ測定用電極３４から入力したｐＨ値に対応した信号に基づいて、漏液した洗浄液Ａ，Ｂを特定する。制御手段３５は、漏洩した洗浄液Ａ，Ｂ名を表示手段３６に表示し、オペレーターに洗浄液Ａ，Ｂが漏洩したことを報知手段に報知させる。洗浄ユニット６のカバー手段２１と受け板３１との間などから洗浄液Ａ，Ｂが漏液していない状態では、ｐＨ測定用電極３４からの不検出信号が、制御手段３５に入力されている。

以上のように、本実施形態に係る研磨装置１の洗浄ユニット６は、漏液検出機構２５のｐＨ測定用電極３４が不検出信号と洗浄液Ａ，ＢのｐＨ値に対応した信号を出力して、洗浄液Ａ，Ｂなどの液体の漏液を検出する役割を果たすために、洗浄液Ａ，Ｂの漏液の検出と検出した洗浄液Ａ，ＢのｐＨ値の検出とを同時に実施することが可能である。このために、本実施形態に係る研磨装置１の洗浄ユニット６は、オペレーターの視認によらなくても、漏液の検出時にはどの洗浄液Ａ，Ｂが漏液しているのか迄認識が可能であるという効果を奏する。

また、本実施形態に係る研磨装置１の洗浄ユニット６は、ｐＨ測定用電極３４一つで二つの役割を果たすため、低コストでの実現が可能であるという効果もある。他にも、近年開発されたＩＳＦＥＴ電極を有するｐＨ測定用電極３４を用いている。このために、非常に微量の液体のｐＨ値の測定が可能であり小型化されていることから、微量な洗浄液Ａ，Ｂの漏液が非常に狭い装置内においても検出可能という効果も併せて発揮する。

前述した実施形態では、加工装置としての洗浄ユニット６を示している。しかしながら、本発明では、研磨装置１の研磨ユニット５に適用しても良い。この場合、研磨ユニット５が、加工液供給手段としての薬液供給手段２０と、漏液検出機構２５とを含んで構成され、チャックテーブル４が特許請求の範囲の保持手段に相当し、研磨パッド１４などが特許請求の範囲の加工手段に相当し、研摩液が特許請求の範囲の液体に相当する。また、本発明では、所謂ＣＭＰ研磨装置に限らず、半導体ウエーハ２に種々の液体を供給しながら種々の加工する加工装置や、半導体ウエーハ２以外の種々の被加工物に種々の加工を施す加工装置に適用しても良いことは勿論である。

さらに、前述した実施形態では、洗浄ユニット６がドレインパン３３を備えている。しかしながら、本発明では、研磨装置１全体で一つのドレインパン３３を備えても良く、研磨装置１の研磨ユニット５や洗浄ユニット６毎にドレインパン３３を備えても良い。また、ｐＨ測定用電極３４が、洗浄液Ａ，Ｂなどの液体の漏液箇所の下方に設置することができれば、ドレインパン３３の表面に傾斜面３７や最も窪んだ箇所３８を設けなくても良い。

また、本発明では、カバー手段２１と受け板３１との間に限らず、種々の箇所から漏液する液体を検出しても良いことは勿論である。要するに、本発明では、漏液検出機構２５は、加工装置の構造部材間の継ぎ目やシール不良な箇所から漏液する液体を検出すれば良い。

２半導体ウエーハ（被加工物）
６洗浄ユニット（加工装置）
２０薬液供給手段（加工液供給手段）
２２保持手段
２４洗浄液噴射ノズル
２５漏液検出機構
３３ドレインパン（漏液受け手段）
３４ｐＨ測定用電極
Ａ第１の洗浄液（液体）
Ｂ第２の洗浄液（液体）

Claims

複数の液体を供給する加工液供給手段と、被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物に該加工液供給手段からの該液体を供給しながら加工する加工手段と、を備えた加工装置であって、
所要位置には漏液した該液体を受ける漏液受け手段と、該漏液受け手段に漏液した該液体に接触して漏液を検出するｐＨ測定用電極を備えた漏液検出機構を備え、
該漏液検出機構は、該液体のｐＨ値に対応した信号を出力し、該ｐＨ測定用電極が該液体に接触していない時は不検出信号を出力することを特徴とする加工装置。