JP6726591B2 - 加工装置 - Google Patents

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Description

本発明は、被加工物を搬送する搬送機構を備えた加工装置に関する。
例えば、ウエーハを研磨する研磨装置においては、CMP(Chemical Mechanical Polishing)研磨を実施するものが提案されている。このような研磨装置では、研磨砥粒とスラリとを用いて研磨が実施される。具体的には、研磨砥粒を含むスラリを研磨パッドとウエーハの間に定着させ、当該スラリを研磨パッドでウエーハに押し付けることにより、ウエーハの表面が研磨される。
研磨後のウエーハは洗浄手段に搬送される。しかしながら、搬送途中にウエーハの表面(被研磨面)が乾燥し、ウエーハの表面に付着したスラリが固化してしまうおそれがある。固化したスラリは洗浄手段で除去し難いため、ウエーハの表面が乾燥することはあまり好ましくない。
そこで従来では、ウエーハの表面に水を供給しながら搬送する搬送機構が提案されている(特許文献1参照)。特許文献1の搬送機構は、エッジクランプ式の搬送機構であり、ウエーハを保持している間は、ウエーハの表面に常時水が供給されている。これにより、ウエーハの乾燥が防止されている。
特許第5930196号公報
しかしながら、特許文献1に記載の搬送機構は、ウエーハの表面から水がこぼれることを想定して、絶えずウエーハに水を供給し続けている。このため、水の消費量が増加してしまうという問題がある。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、水の消費量を抑えつつも、ウエーハの表面を濡らした状態で搬送することができる加工装置を提供することを目的の1つとする。
本発明の一態様の加工装置は、ウエーハとウエーハより面積の広いサブストレートとを中心を一致させ貼り合わせてウエーハの外周外側にサブストレートがはみ出したはみ出し部を備えた板状ワークのサブストレートを吸引保持する保持テーブルと、保持テーブルに保持された板状ワークのウエーハの上面を加工する加工手段と、加工手段により加工されたウエーハの被加工面を洗浄する洗浄手段と、保持テーブルから洗浄手段へウエーハを搬送する搬送機構とを備える加工装置であって、搬送機構は、はみ出し部を保持する保持部と、保持部で保持した板状ワークのウエーハの上面に対して同一以上の面積で対面する下面を備える搬送パッドと、搬送パッドの下面から水を供給する水供給手段とを備え、保持部が保持した板状ワークの上面と搬送パッドの下面とに隙間を備え、隙間に水供給手段で水を供給して隙間が水で満たされると水供給手段から供給する水を遮断して隙間が水で満たされた状態で保持テーブルから洗浄手段に板状ワークを搬送する。
この構成によれば、搬送パッドの下面は、ウエーハの上面と同一以上の面積を有するため、ウエーハを搬送する際に、搬送パッドの中心とウエーハの中心とが一致することで、ウエーハの上面全体が搬送パッドで覆われる。そして、水供給手段から水が供給されることにより、搬送パッドの下面とウエーハの上面との隙間に水の層が形成される。これにより、ウエーハの上面全体が水の層で覆われる。このとき、搬送パッドとウエーハとの間の表面張力により、上記隙間内で水の層が保持されるため、水を供給し続ける必要がない。すなわち、所定量の水でウエーハの上面のウェット状態を維持することができる。よって、水の消費量を抑えつつも、ウエーハの上面を濡らした状態で搬送することができる。
本発明によれば、水の消費量を抑えつつも、ウエーハの表面を濡らした状態で搬送することができる。
本実施の形態に係るCMP研磨装置の斜視図である。 本実施の形態に係る搬送機構の模式図である。 本実施の形態に係る搬送機構の保持工程の一例を示す図である。 本実施の形態に係る搬送機構の水供給工程の一例を示す図である。 本実施の形態に係る搬送機構の離間工程の一例を示す図である。
以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係るCMP研磨装置について説明する。図1は、本実施の形態に係るCMP研磨装置の斜視図である。なお、本実施の形態に係るCMP研磨装置は、図1に示すように研磨加工専用の装置構成に限定されず、例えば、研削加工、研磨加工、洗浄等の一連の動作が全自動で実施されるフルオートタイプの加工装置に組み込まれてもよい。また、本実施の形態では、加工装置としてCMP研磨装置を用いた場合について説明するが、これに限定されず、加工装置は、例えば研削装置であってもよい。
図1に示すように、CMP研磨装置1は、被加工物である板状ワークWに対して搬入処理、研磨加工、洗浄処理、搬出処理からなる一連の作業を全自動で実施するように構成されている。板状ワークWは、略円板状に形成されており、カセットCに収容された状態でCMP研磨装置1に搬入される。
なお、板状ワークWは、ウエーハW1より面積の広いサブストレートW2の上面にウエーハW1をそれぞれの中心を一致させて張り合わせた、張り合わせワークで構成される。このため、ウエーハW1の外周外側には、サブストレートW2がはみ出したはみ出し部Waが形成される。なお、ウエーハW1は、半導体基板にIC、LSI等の半導体デバイスが形成された半導体ウエーハでもよいし、無機材料基板にLED等の光デバイスが形成された光デバイスウエーハでもよい。また、ウエーハW1は、その他にデバイス形成後の半導体基板や無機材料基板でもよい。
CMP研磨装置1の基台11の前側には、複数の板状ワークWが収容された一対のカセットCが載置されている。一対のカセットCの後方には、カセットCに対して板状ワークWを出し入れするカセットロボット16が設けられている。カセットロボット16の両斜め後方には、加工前の板状ワークWを位置決めする位置決め機構21と、加工済みの板状ワークWを洗浄する洗浄手段26とが設けられている。位置決め機構21と洗浄手段26の間には、加工前の板状ワークWを保持テーブル41に搬入する搬送機構31と、保持テーブル41から加工済みの板状ワークWを搬出する搬送機構36(本発明に係る搬送機構に相当)とが設けられている。
カセットロボット16は、多節リンクからなるロボットアーム17の先端にハンド部18を設けて構成されている。カセットロボット16では、カセットCから位置決め機構21に加工前の板状ワークWが搬送される他、洗浄手段26からカセットCに加工済みの板状ワークWが搬送される。
位置決め機構21は、仮置きテーブル22の周囲に、仮置きテーブル22の中心に対して進退可能な複数の位置決めピン23を配置して構成される。位置決め機構21では、仮置きテーブル22上に載置された板状ワークWの外周縁に複数の位置決めピン23が突き当てられることで、板状ワークWの中心が仮置きテーブル22の中心に位置決めされる。
搬送機構31では、搬送パッド33によって仮置きテーブル22から板状ワークWが持ち上げられ、搬送アーム32によって搬送パッド33が旋回されることで保持テーブル41に板状ワークWが搬入される。搬送機構36では、搬送パッド38によって保持テーブル41から板状ワークWが持ち上げられ、搬送アーム37によって搬送パッド38が旋回されることで保持テーブル41から板状ワークWが搬出される。搬出された板状ワークWは、洗浄手段26に搬送される。
洗浄手段26は、スピンナーテーブル27に向けて洗浄水及び乾燥エアーを噴射する各種ノズル(不図示)を設けて構成される。洗浄手段26では、板状ワークWを保持したスピンナーテーブル27が基台11内に降下され、基台11内で洗浄水が噴射されて板状ワークW(ウエーハW1の被加工面)がスピンナー洗浄された後、乾燥エアーが吹き付けられて板状ワークWが乾燥される。
搬送機構31及び搬送機構36の後方には、ターンテーブル40が設けられている。ターンテーブル40の搬送機構31及び搬送機構36側は、板状ワークWが搬送される搬送エリアを構成する。一方、ターンテーブルの後側(後述する加工手段51側)は、板状ワークWが研磨加工される加工エリアを構成する。
ターンテーブル40の上面には、一対の保持テーブル41が周方向に均等間隔で設けられている。ターンテーブル40は、図示しない回転手段により自転可能となっている。ターンテーブル40が半回転する度に、保持テーブル41に保持された板状ワークWが搬送エリア及び加工エリアに交互に位置付けられる。
保持テーブル41は、ターンテーブル40の回転軸を中心をに均等角度で配置されている。各保持テーブル41の下方には保持テーブルを回転させる回転手段(不図示)が設けられている。各保持テーブル41の上面には、板状ワークW(サブストレートW2)の下面を保持する保持面42が形成されている。保持テーブル41の周囲には、環状の周壁43が形成され、周壁43の内側には、保持テーブル41の隣にエア供給源(不図示)に接続された噴出口44が形成されている。この周壁43の内側には、研磨加工中に保持テーブル41から流れ落ちたスラリーが溜められ、噴出口44からエアが噴出されることで、研磨パッド53にスラリーが供給されて再利用される。
また、ターンテーブル40の後側には、コラム12が立設されている。コラム12には、加工手段51をZ軸方向に加工送りする加工送り手段61が設けられている。加工送り手段61は、コラム12の前面に配置されたZ軸方向に平行な一対のガイドレール62と、一対のガイドレール62にスライド可能に設置されたモータ駆動のZ軸テーブル63とを有している。
Z軸テーブル63の前面には、ハウジング64を介して加工手段51が支持されている。Z軸テーブル63の背面側にはナット部(不図示)が形成され、このナット部にボールネジ(不図示)が螺合されており、ボールネジ(不図示)の一端には駆動モータ66が連結されている。駆動モータ66によってボールネジ(不図示)が回転駆動され、加工手段51がガイドレール62に沿ってZ軸方向に移動される。
加工手段51は、保持テーブル41に保持された板状ワークW(ウエーハW1の上面)を研磨加工する。加工手段51は、ハウジング64を介してZ軸テーブル63の前面に取り付けられており、スピンドル54の下部に研磨パッド53を設けて構成されている。スピンドル54にはフランジ55が設けられ、フランジ55を介してハウジング64に加工手段51が支持される。スピンドル54の下部には、研磨パッド53が装着されるプラテン52が取り付けられている。研磨パッド53の研磨面にはスラリーを定着させる多数の孔が形成されている。
また、スピンドル54の上部には、板状ワークWの上面と研磨パッド53の研磨面との間にスラリを供給するスラリ供給源(不図示)が接続されている。スラリ供給源からスラリが供給されることで、スピンドル54内の流路を通じて研磨面にスラリが定着される。スラリは、砥粒を含むアルカリ性水溶液又は酸性水溶液であり、例えば、グリーンカーボランダム、ダイヤモンド、アルミナ、酸化セリウム、CBN(立方晶窒化ホウ素)の砥粒が含有される。
CMP研磨装置1には、装置各部を統括制御する制御手段90が設けられている。制御手段90は、各種処理を実行するプロセッサやメモリ等により構成される。メモリは、用途に応じてROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等の一つ又は複数の記憶媒体で構成される。
このようなCMP研磨装置1では、カセットC内から板状ワークWが位置決め機構21に搬送されて、位置決め機構21で板状ワークWがセンタリングされる。次に、保持テーブル41上に板状ワークWが搬入され、ターンテーブル40の回転によって、保持テーブル41に保持された板状ワークWがCMP研磨位置に位置づけられる。CMP研磨位置では加工手段51によって板状ワークWが研磨加工される。そして、洗浄手段26で板状ワークWが洗浄され、洗浄手段26からカセットCへ板状ワークWが搬出される。
ところで、従来の研磨装置では、研磨加工後のウエーハが上記のようなスピンナ式の洗浄手段によって洗浄される。具体的に洗浄手段は、ウエーハを吸引保持したスピンナテーブルを高速回転させ、ウエーハに洗浄水を噴射して洗浄する。この種の洗浄手段では、遠心力によって洗浄水が外側に吹き飛ぶ力を利用してウエーハの上面の汚れ(研磨屑やスラリ等)を洗い流す。
しかしながら、遠心力を利用してウエーハの上面の汚れを吹き飛ばしたとしても、ウエーハの外周部分にスラリが残留してしまうおそれがあり、十分な洗浄効果が得られるとは限らない。
ウエーハの外周部分に残留したスラリ等の汚れは、乾燥すると固化してしまい、再び水で濡らしたとしても除去し難くなる。それだけでなく、後の工程で装置内にスラリが混入することにより、予期しない不具合が生じるおそれもある。そのため、ウエーハを研磨加工後、洗浄手段までウエーハを搬送する間にウエーハの上面が乾燥しないように常時水を供給する搬送機構が提案されている。しかしながら、水が常時供給されることで水を無駄に使用してしまうという問題がある。
また、近年、ウエーハの更なる薄化が求められており、ウエーハの下面に保護テープを接着する代わりに、サブストレートをワックスで接着するものがある。これは、SiC基板やサファイア基板のように、より大きな押圧荷重(例えば研削荷重)を必要とするウエーハの加工において、保護テープの沈み込みやウエーハの横滑りによる誤差を防止する目的としてなされるものである。
そこで、本発明者は、上記の課題に基づいて、水の消費量を抑えつつも、ウエーハの表面を濡らした状態で搬送することを着想した。
具体的に本実施の形態では、ウエーハW1を搬送する際に、ウエーハW1の上面全体を覆うように搬送パッド38(図2参照)をウエーハW1に対向させ、搬送パッド38の下面とウエーハの上面の間に形成される隙間に所定量の水を供給する構成とした。隙間に供給された水(水の層)は、表面張力によって隙間内に保持されるため、所定量の水を供給するだけでウエーハW1の上面の乾燥を抑制することが可能である。このように、水を節約しつつも、ウエーハW1の上面を濡らした状態で搬送することが可能になった。
次に、図2を参照して、本実施の形態に係る搬送機構の詳細構成について説明する。図2は、本実施の形態に係る搬送機構の模式図である。なお、本実施の形態では、ウエーハの下面にサブストレートが張り合わされた板状ワークを搬送する場合について説明するが、搬送対象はこれに限定されない。
図2に示すように、本実施の形態に係る搬送機構36(搬送機構)は、保持テーブル41から研磨加工済みの板状ワークWを搬出して洗浄手段26(図1参照)に搬送するように構成されている。
保持テーブル41は、板状ワークWの下面を吸引保持する。具体的に保持テーブル41の表面には、ポーラスセラミックス等の多孔質部材によりサブストレートW2を吸引保持する保持面42が形成されている。保持面42は、サブストレートW2の外径より僅かに小さい外径を有している。保持テーブル41には、保持面42に連通する連通孔41aが形成されている。この連通孔41aには、バルブ70を介して吸引源71が接続されると共に、バルブ72を介してエア供給源73に接続されている。なお、保持テーブル41で板状ワークWを保持している間は、バルブ70が開かれる一方、バルブ72は閉じられている。
搬送機構36は、旋回可能な搬送アーム37(図1参照)の先端に軸部36aを介して支持される搬送パッド38を有している。搬送パッド38は、軸部36aを中心とした概略円板形状に形成され、全体として板状ワークWの外径より僅かに大きい外径を有している。搬送パッド38には、下面側に全体外径より僅かに小さい円形の突出部38aが形成されている。
詳細は後述するが、突出部38aの下面は、ウエーハW1の上面に対面した際に、ウエーハW1と略同一又は同一以上の面積を有している。図2では、ウエーハW1の面積より突出部38aの外径が僅かに大きい場合を示しているが、突出部38aの外径はウエーハW1の外径と同一であってもよい。搬送パッド38及び軸部36aの中心には、貫通穴38bが形成されている。この貫通穴38bには、バルブ80を介して水供給源81が接続されている。
また、搬送パッド38の突出部38aより外周部分には、板状ワークWのはみ出し部Waを保持する保持部82が設けられている。保持部82は、周方向に均等間隔で複数個(例えば、3つ)設けられている(図2では2つのみ図示)。保持部82は、搬送パッド38の外周近傍を鉛直方向に貫通する軸部83と、軸部83の下端に設けられる吸着部84と、軸部83の上端に設けられるストッパ部85とを含んで構成される。
吸着部84は、下方に向かって拡径する円錐台形状を有し、例えば、ゴム等の弾性体で形成される。ストッパ部85は、軸部83より大径の円板形状を有しており、軸部83及び吸着部84の脱落を防止する役割を果たす。保持部82には、吸着部84に連通する連通路(不図示)が形成されており、当該連通路には、バルブ86を介して吸引源87が接続されている。
また、保持部82は、軸方向に昇降可能に構成されている。詳細は後述するが、所定高さで板状ワークWを保持するように、搬送パッド38に対する吸着部84の高さが制御手段90(図1参照)によって制御される。また、搬送機構36全体としても、図示しない昇降機構によって昇降可能に構成されている。
次に、図3から図5を参照して本実施の形態に係る搬送機構の搬送工程について説明する。図3は、本実施の形態に係る搬送機構の保持工程の一例を示す図である。図4は、本実施の形態に係る搬送機構の水供給工程の一例を示す図である。図4Aは水供給工程の全体模式図を示し、図4Bは図4Aのウエーハ近傍の部分拡大図を示している。図5は、本実施の形態に係る搬送機構の離間工程の一例を示す図である。
本実施の形態に係る搬送工程は、搬送機構36で板状ワークWを吸引保持する保持工程(図3参照)、ウエーハW1の上面に水を供給する水供給工程(図4参照)、板状ワークWを保持テーブル41から離間させる離間工程(図5参照)を経て実施される。
図3に示すように、保持工程では、搬送機構36により板状ワークWが吸引保持される。搬送機構36は、搬送アーム37(図1参照)を旋回させて保持テーブル41上の板状ワークWの中心と搬送パッド38の中心とを一致させる。そして、搬送機構36は、図示しない昇降機構によって降下され、板状ワークWを保持可能な高さに位置付けられる。これにより、板状ワークWの上面は、搬送パッド38によって覆われる。
具体的に搬送機構36は、吸着部84の下端がはみ出し部Waの上面に当接した後、突出部38aの下面とウエーハW1の上面との隙間が所定の隙間Dとなる高さに位置付けられる。このとき、保持部82は、搬送パッド38に対して相対的に上昇されている。上記したように、搬送パッド38に対する吸着部84の高さは、所定の隙間Dを形成するように制御手段90(図1参照)によって制御される。所定の隙間Dが形成されたら、バルブ86が開かれ、吸着部84に負圧が生じる。これにより、はみ出し部Waが吸着部84によって吸引保持される。
図4に示すように、水供給工程では、ウエーハW1の上面に水が供給される。具体的には、図4Aに示すように、バルブ80が開かれ、水供給源81から連通孔41aを通じて搬送パッド38に水が供給される。水は、突出部38aの下面から突出部38aと板状ワークWとの隙間Dに供給される。水は、当該隙間Dを伝ってウエーハW1の外周に向かって流れ込む。この結果、隙間Dが水によって満たされる。すなわち、突出部38aの下面とウエーハW1との間に水の層が形成され、ウエーハW1の上面全体が水によって覆われる。
更に具体的には、図4Bに示すように、突出部38aと板状ワークWとの間の表面張力により、水が突出部38aの外縁部から径方向外側に僅かに膨らむように保持される。すなわち、ウエーハW1の外周部分(側面)も水に覆われた状態となる。隙間Dが水によって満たされると、バルブ80が閉じられ、水供給源81からの水供給が遮断される。このように、本実施の形態では、表面張力で突出部38aとウエーハW1との間に水の層を保持することができるように所定の隙間Dを設定したことで、それ以上水を供給する必要がなく、節水効果を得ることができる。
図5に示すように、離間工程では、板状ワークWが保持テーブル41から離間される。具体的に、バルブ70が閉じられると共にバルブ72が開かれ、板状ワークWは、保持テーブル41から浮上(離間)される。搬送機構36は、図4に示す所定の隙間D及び水の層を保持したまま上昇される。このとき、搬送パッド38に対する保持部82の高さは、図4の状態で保持(固定)されている。そして、搬送機構36は、搬送アーム37を旋回させて板状ワークWを洗浄手段26(共に図1参照)に搬送する。搬送中は、ウエーハW全体(隙間D)が水に覆われている(満たされている)ため、乾燥することがない。
以上のように、本実施の形態によれば、搬送パッド38の下面は、ウエーハW1の上面と同一以上の面積を有するため、板状ワークWを搬送する際に、搬送パッド38の中心とウエーハW1の中心とが一致することで、ウエーハW1の上面全体が搬送パッド38で覆われる。そして、水供給源81から水が供給されることにより、搬送パッド38の下面とウエーハW1の上面との隙間Dに水の層が形成される。このとき、搬送パッド38とウエーハW1との間の表面張力により、上記隙間D内で水の層が保持されるため、水を供給し続ける必要がない。すなわち、所定量の水でウエーハW1の上面のウェット状態を維持することができる。よって、水の消費量を抑えつつも、ウエーハW1の上面を濡らした状態で搬送することができる。
上記実施の形態においては、ウエーハW1とサブストレートW2とを張り合わせた板状ワークWを搬送する構成としたが、これに限定されない。搬送対象となる板状ワークは適宜変更が可能である。
上記実施の形態においては、ウエーハW1の側面も水で覆われる構成としたが、これに限定されない。ウエーハW1の側面は必ずしも水で覆われなくてよい。
また、本発明の実施の形態は上記の各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施態様をカバーしている。
本実施の形態では、本発明をCMP研磨装置1において板状ワークWを搬送する構成としたが、これに限定されない。板状ワークWをウェット状態で搬送したい加工装置であれば、どのような加工装置であってもよい。
以上説明したように、本発明は、水の消費量を抑えつつも、ウエーハの表面を濡らした状態で搬送することができるという効果を有し、特に、サブストレートを張り合わせたウエーハを搬送する搬送機構を備えた加工装置に有用である。
W1 ウエーハ
W2 サブストレート
Wa はみ出し部
W 板状ワーク
D 隙間
1 CMP研磨装置(加工装置)
26 洗浄手段
36 搬送機構
38 搬送パッド
41 保持テーブル
51 加工手段
81 水供給源(水供給手段)
82 保持部

Claims (1)

  1. ウエーハとウエーハより面積の広いサブストレートとを中心を一致させ貼り合わせてウエーハの外周外側に該サブストレートがはみ出したはみ出し部を備えた板状ワークの該サブストレートを吸引保持する保持テーブルと、該保持テーブルに保持された板状ワークのウエーハの上面を加工する加工手段と、該加工手段により加工されたウエーハの被加工面を洗浄する洗浄手段と、該保持テーブルから該洗浄手段へウエーハを搬送する搬送機構とを備える加工装置であって、
    該搬送機構は、該はみ出し部を保持する保持部と、該保持部で保持した板状ワークのウエーハの上面に対して同一以上の面積で対面する下面を備える搬送パッドと、該搬送パッドの該下面から水を供給する水供給手段とを備え、
    該保持部が保持した板状ワークの該上面と該搬送パッドの該下面とに隙間を備え、該隙間に該水供給手段で水を供給して該隙間が水で満たされると該水供給手段から供給する水を遮断して該隙間が水で満たされた状態で該保持テーブルから該洗浄手段に板状ワークを搬送する加工装置。
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