JPH0632886B2 - 水中ベルヌイピックアップを有する研磨システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は一般に半導体ウェーハ処理設備に関し、更に詳
細には半導体装置の製作に使用するシリコンまたはその
他の材料から成る半導体ウェーハを研磨する装置に関す
る。

半導体装置は通常シリコンなどから作られる基板上に製
造される。基板すなわちウェーハは種々な大きさのイン
ゴットから薄切りされる。この薄切り工程で表面損傷が
生じ、得られるウェーハには厚さの変動や平行からのず
れが生ずる。ウェーハの平坦度と平行度とを改善し、の
こぎり跡や表面損傷が無いようにするには、ウェーハを
ラッピングあるいは研削、およびエッチングや研磨の工
程を通す。

ラップしたウェーハの粗面は通常エッチして下層面の損
傷を除去し、次いで研磨して平らな鏡面仕上げにしてか
ら半導体装置の処理を行うのに好適になる。研磨したウ
ェーハは欠陥があってはならず、特にウェーハをサブミ
クロンの装置に使用するときは、極度に平坦でなければ
ならない。

ウェーハの研磨は普通２部工程から成り、第１部、すな
わち１次研磨は、切り株（stock）の除去である。１次
研磨中、約１７μｍの材料が各ウェーハから取り去られ
る。次のステップすなわち最終研磨中には、非常にわず
かな量の材料しか除去されない。１次研磨と最終研磨と
は同じ形式の機械で行われるが用いるスラリーとパッド
とは異なる。最終研磨にかかる時間は１次研磨にかかる
時間の約２０％に過ぎないから、最終研磨に使用される
機械１台について４または５台の１次研磨機が存在す
る。

現存する研磨機械は複雑な集積回路の始原材料として必
要な高品質の平坦仕上げ作り出すことができないことが
わかった。２％を超すウェーハが、１次研磨機からの取
外し中、ウェーハの輸送中、および最終研磨機への取付
け中に、ウェーハの人手による取扱いのために損傷する
ということもわかった。

したがって、１次研磨と最終研磨とを共に行うことがで
き、更にオペレータの取扱う量を最小限にして、大きな
直径の、極端に平らな、欠陥の無いウェーハを作ること
ができる自動研磨システムの必要性が存在する。

発明の概要 したがって、半導体ウェーハあるいは加工物を研磨する
改良された装置を提供するのが本発明の目的である。

本発明の他の目的は欠陥また破壊のため除却されるウェ
ーハを減らし、あるいは皆無にすることである。

本発明の更に他の目的は高精度、高確度、および優秀な
平坦度に半導体ウェーハを研磨することである。

前述の、およびその他の目的と利点とは、その一部とし
てロボットと付属のベルヌイピックアップとを活用する
本発明により達成される。ロボットとベルヌイピックア
ップとはウェーハをウェーハカセット処理システムの取
付け(load)および取外し(unload)ステーションから複数
のウェーハ研磨機の取付けおよび取外しステーションに
移すのに使用される。

少なくとも前記ウェーハカセット処理装置の取付けステ
ーションおよび前記ウェーハ研磨機の取外しステーショ
ンは水中に配置できるよう構成され、それによって研磨
されたウェーハの損傷がさらに的確に防止される。

図面の簡単な説明 第１図は本発明によるウェーハ研磨システムの上面図を
示す。

第２図は第１図のウェーハ研磨システムに使用するウェ
ーハカセット処理システムの上面図を示す。

第３図は第２図のウェーハカセット処理システムに設置
されている水中ロードステーションの側面図を示す。

第４図は第１図のウェーハ研磨システムに使用するベル
ヌイピックアップの側面図を示す。

実施例の詳細な説明 第１図は半導体ウェーハあるいは同様な加工物を自動的
に研磨する研磨機の上面図である。研磨システム１０は
ウェーハをカセットウェーハ処理装置４０から６台の単
頭ウェーハ研磨機６０に移すのにベルヌイピックアップ
(Bernoulli pickup)３０を有するロボット２０を使用し
ている。

ロボット２０はペンシルバニヤ州プルシャのU.S.Robot
of King 社から市販されているメーカ１００／２型ロボ
ットでよい。ロボット２０はロボット制御卓２１により
ウェーハを個々の研磨機の取付けステーション６１まで
運び、取外しステーション６２から拾い上げるようにプ
ログラムされる。制御卓２１はウェーハ処理装置４０に
設置されている受取り部すなわち取付けステーションの
所定位置で、ロボット２０がいつでも拾い上げることが
できるようになっているウェーハを見分ける。

ウェーハカセット処理装置４０は、第２図に示すよう
に、カリフォルニヤ州サンホセのシリコンバレーグルー
プから得られる変形スクラバである。スクラバパネル４
１、カセットホルダ４２、およびブラッシスクラバ４３
だけが本来の機器の部分である。スクラバパネル４１は
元来キャビネット４５の側面に取付けられていたが、第
２図に示す位置に移動された。スラリフェイル装置４８
は研磨機６０がスラリー無しでウェーハを研磨しようと
することがないようにするものである。スラリーが無け
ればウェーハが損傷したり破壊したりする。フェイル装
置４８はフェイル灯、リセットボタン、および主スラリ
ーおよび仕上げスラリー用の消音ボタンを備えている。
また圧力スイッチおよび各研磨機コンピュータとの接続
部を備えている。

ゲージ・パネル４７はブラッシスクラバ４３の圧力設定
値を示す。リセットパネルアセンブリ４６はオペレータ
にロードアセンブリ４９に設置されているカセットがウ
ェーハで満杯になっていることを知らせる。これにより
ロボット２０がウェーハを更にカセットに入れるのを止
める。満杯のカセットを空のものに替えるとパネル４６
のリセットボタンが作動して動作を開始する。ロードア
センブリ４９を一層詳細に第３図に示す。

第３図は傾斜底５１とあふれ井戸(well)５２とを有する
ステンレス鋼の水槽５０を備えたロードアセンブリ４９
を示す。底５１に案内棒５３が取付けられている。ハン
ドルアセンブリ５４と滑動台アセンブリ５５とが案内棒
５３にその長さを自由に滑るように取付けられている。
ウェーハカセットはウェーハをロボット２０から受取る
ように滑動台アセンブリ５５に載せられている。水槽５
０には水面５６まで脱イオン水（Ｄ．Ｉ．）が満たされ
ていて滑動台アセンブリ５５を沈めている。Ｄ．Ｉ．水
はろ過され、水槽５０の下に設置されたポンプで再循環
される。

摩擦研磨機６０（第１図）はキャビネットに取付けられ
ているサーボ駆動研磨アームを使用している。研磨アー
ムに接続されて加工物ホルトダがあり、これをウェーハ
チャックと呼ぶことがある。研磨アームに隣接して取付
けステーション６１があり、これは加工物すなわちウェ
ーハを研磨アームおよび付属ウェーハチャックが拾い上
げるように位置ぎめする。取付けステーションの次にブ
ラッシステーションがあり、これは次のウェーハを拾い
上げる前にウェーハチャックの溝を自動的に掃除する。
ブラッシステーションの次に、キャビネットに取付けら
れているのは粗い材料の大部分を除去するのに使用され
る１次研磨ステーションである。１次研磨ステーション
と並んでウェーハの表面を仕上げるのに使用される最終
研磨ステーションがある。研磨サイクルの完了時に、研
磨アームは研磨したウェーハを最終研磨ステーションの
次に設置されている取外しステーション６２に排出す
る。

第４図はベルヌイピックアップ３０を示すが、これはロ
ボット２０の腕に取付けられ、ロボット２０と協同して
ウェーハをステーションからステーションへ移すのに使
用される。可撓管路がユニオン３１によりピックアップ
３０に接続されている。この管路は低圧空気に使用され
る。ステンレス鋼の管３２は真空、低容積のＤ．Ｉ．水
および高容積のＤ．Ｉ．水を運ぶのに使用される。

提示した発明の形態では、１つまたは２つのウェーハカ
セットがカセットホルダ４２（第２図）に載置されてお
り、ここでウェーハはウェーハの裏側を掃除するブラッ
シスクラバ４３を通して自動的に送り込まれる。スクラ
バ４３は次にウェーハを取外しステーション４４に送
る。ステーション４４の底にファイバ光学センサが組込
まれていて、ウェーハがいつでも拾い上げ得る状態にな
っているという信号をロボット２０に送る。ロボット２
０は真空とベルヌイピックアップ３０（第１図）とを使
用してウェーハを拾い上げる。いずれかの方法に動い
て、ロボット２０はウェーハを働いている研磨機６０の
最初の空の取付けステーション６１に置く。ロボット２
０を働かせるには１台の研磨機が働いているだけでよ
い。いったんロボット２０がウェーハを取付けステーシ
ョン６１に引渡すと、研磨機６０は、それ自身の独立の
コンピュータ装置を用いて、ウェーハの裏側を清掃し、
１次および最終研磨パッドを用いてウェーハの前面を研
磨し、ウェーハを取外しステーション６２に引渡す。

取外しステーション６２に置かれているウェーハはステ
ーション６２の底から放出される水のジェットにより水
中に漂っている。底にはウェーハが拾い上げ準備が完了
していることをロボット２０に知らせるファイバ光学セ
ンサも設置されている。ウェーハは取外しステーション
６２の中に漂っていて、研磨した表面が、これは下向き
になっているが、損傷しないようにしている。引掻き傷
を防止するため、ロボット２０はステーション６２の水
面下、ウェーハのちょうど上でピックアップ３０を停止
するようにプラグラムされている。高圧水流がピックア
ップ３０から６秒間放出される。ベルヌイ効果のため、
低圧域がウェーハとピックアップ３０との間に作られ、
ピックアップ３０に続いてウェーハが引き上げられる。
６秒後水流が遮断され、真空が働く。ウェーハをピック
アップ３０に充分近接して確実に接触する。

ウェーハを取外しステーション６２から回収した後、ロ
ボット２０は自身でウェーハ処理装置４０の前方に戻
り、ウェーハを水中取付けステーション４９の２つのカ
セットのうちの１つに投入する。ロボット２０は入れる
べきスロットの直上約１．５インチにピックアップ３０
を位置ぎめしてカセットを取付ける。ウェーハを解放す
るには、真空を遮断し、ピックアップ３０を通して低圧
水流を送る。ウェーハはピックアップ３０を滑り落ちて
カセットのスロットに入る。ウェーハを数えながら、ロ
ボット２０は最初のカセットに一杯になるまでロード
し、次いで第２のカセットにロードし始める。最初のカ
セットが研磨したウェーハで一杯になると、ロボット２
０はパネルアセンブリ４６の音声および／まはは可視信
号によりオペレータに通知する。ハンドルアセンブリ５
４を使用して満杯のカセットを水から引き上げ、回転乾
燥機(spin dryer)に載置する。空のカセットは滑動台ア
センブリ５５に載置されて水中の低い位置まで戻る。空
のカセットへの取付けを開始するには、リセットパネル
アセンブリ４６のリセットボタンを作動させる。

このようにして、半導体材料を研磨する改良された装置
が提供されたことが明らかである。これは一部にはロボ
ットおよび付属のベルヌイピックアップ、および水中取
付けステーションを有するウェーハカセット処理装置に
より実現される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョーンズ・ジェイムズ エイチ アメリカ合衆国アリゾナ州 85029、フェ ニックス、ウエスト・デザート・コーブ 1621 (72)発明者 パテル・アシット ジー アメリカ合衆国アリゾナ州 85224、チャ ンドラー、ウエスト・チルトン・ストリー ト 607

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】腕を有するロボットと、 該ロボットの腕に装着されたベルヌイピックアップと、 水中に配置された取付けステーションを有するウェーハ
   カセット処理装置と、 水を入れることができる取外しステーションを有しウェ
   ーハが水中で前記取外しステーションから取外すことが
   できるようにした複数のウェーハ研磨機であって、前記
   ベルヌイピックアップはウェーハを該研磨機の取外しス
   テーションから前記ウェーハ処理装置の取付けステーシ
   ョンに移すために使用されるもの、 を具備することを特徴とする半導体ウェーハの研磨装
   置。
2. 【請求項２】前記ウェーハカセット処理装置の取付けス
   テーションは、 傾斜底を有する水槽と、 前記水槽の底に設置された案内棒と、 前記案内棒に装着されたハンドルアセンブリと、 前記ハンドルアセンブリに装着された滑動台アセンブリ
   と、 を具備する請求の範囲第１項に記載の装置。
3. 【請求項３】前記滑動台アセンブリは水を入れることが
   できる、請求の範囲第２項に記載の装置。
4. 【請求項４】取付けステーションと取外しステーション
   との間でウェーハを移動するためのピックアップを有す
   るロボットアームを使用した半導体ウェーハの研磨方法
   であって、 ウェーハのカセットをウェーハ処理装置に取付ける段階
   と、 前記ウェーハを前記ウェーハ処理装置に設置されている
   ブラッシスクラバで掃除する段階と、 前記ウェーハを前記ウェーハ処理装置の水中の取外しス
   テーションに送る段階と、 ウェーハピックアップを使用したロボットアームによっ
   て前記ウェーハをウェーハ処理装置の取外しステーショ
   ンから得る段階であって、前記ウェーハピックアップは
   ウェーハが前記ピックアップの方向に移動するようにベ
   ルヌイ効果によって低圧力領域を生成するための高圧力
   流を与えるものと、 前記ウェーハをウェーハ研磨機の水中の取付けステーシ
   ョンに投入する段階と、 前記ウェーハを前記ウェーハ研磨機で研磨する段階と、 を具備することを特徴とする半導体ウェーハの研磨方
   法。