JPH0699348A - ウェーハ研磨装置 - Google Patents

ウェーハ研磨装置

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JPH0699348A
JPH0699348A JP25012592A JP25012592A JPH0699348A JP H0699348 A JPH0699348 A JP H0699348A JP 25012592 A JP25012592 A JP 25012592A JP 25012592 A JP25012592 A JP 25012592A JP H0699348 A JPH0699348 A JP H0699348A
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polishing
surface plate
plate
platen
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幸雄 堤
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Mitsubishi Materials Corp
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 ウェーハの研磨面を全面に亙って高平坦度か
つ均一に仕上研磨する。 【構成】 ユニバーサルジョイントを介してトップリン
グを回転する上定盤６を、ウェーハＷを吸着後リニアガ
イドで研磨位置に走行し、研磨後予備洗浄機構９に走行
してウェーハＷを離脱する搬送機構４を具備する。下定
盤の内部には上面に開口する通液路を形成し、上面に
は、多数の連通気孔を有する厚さ０．５〜３ｍｍの発泡
樹脂製のシートを介して研磨布を固定して、外部から冷
却水を循環する冷却水供給手段を設ける。上定盤の内部
には、下面に開口する真空路を形成し、多数の透孔９０
を有する平板状のセラミックスチャックを下面に固定
し、さらにバックパッドにてウェーハＷを保持し、この
バックパッドの洗浄手段を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウェーハを１枚
づつ片面仕上研磨するためのウェーハ仕上研磨装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】ウェーハ研磨装置としては、従来一般
に、複数のウェーハを同一のキャリアプレートに接着
し、あるいはキャリアプレートの孔にはめ込んで同時に
研磨処理する片面研磨機または両面研磨機が使用されて
いる。しかし、最近の超ＬＳＩデバイスではより高い平
坦度が要求されるため、一次研磨から仕上研磨まで研磨
条件を変えて数次の研磨が必要となり、複数のウェーハ
を同時に研磨処理する方式では、キャリアプレートの径
が大きくなり均一に加圧したり、また取り扱いが困難に
なり、しかも研磨装置が大型化している。
【０００３】そこで最近では、大径ウェーハの仕上研磨
においては枚葉研磨機と称されるウェーハ１枚用の片面
研磨機が一部で使用されている。この種の枚葉研磨機
は、平坦度の高い下定盤と、この下定盤を軸線回りに回
転駆動する下定盤回転機構と、回動可能なウェーハ保持
機構を有する上定盤を、前記下定盤の上面の中心部を含
まない研磨位置に対向して平行かつ回動自在に配置され
たアームの先端の上定盤と、前記上定盤を下定盤に押圧
する上定盤加圧機構と、ウェーハを待機位置で保持し前
記研磨位置に回動する機構と、研磨の完了したウェーハ
を前記研磨位置から回動しウェーハを離脱する機構とを
具備するものである。
【０００４】前記下定盤ベースプレートは低膨張合金を
用いるか、または内部に下定盤の研磨熱を吸収する冷却
水の通液路が形成され、下定盤の上面には、フェルト等
の研磨布が直接固定されている。一方、上定盤の内部に
は、上定盤の下面に開口する真空路が形成されるととも
に、真空路に接続された減圧手段が設けられている。
【０００５】この研磨機を使用するには、研磨面を下に
向けてウェーハを所定位置に運んだ上、上定盤を降下さ
せてウェーハの非研磨面を吸着固定し、軸を回転して下
定盤上に移動降下し、研磨布にメカノケミカル研磨液等
を滴下させつつ、下定盤を回転させる。すると、上定盤
およびウェーハが摩擦力で従動回転するとともに、研磨
布とウェーハ研磨面との相対摩擦により、ウェーハ研磨
面が研磨される。
【０００６】このような枚葉研磨機によれば、ウェーハ
一枚毎に高精度な仕上研磨が個別に行えるため、８イン
チ等の大径ウェーハでは管理が容易になり、検査の結果
仕上研磨が不足のウェーハを仕上げることができる。
【０００７】また、このような研磨は鏡面ウェーハの製
造だけでなく、エピタキシャル膜、埋め込み層を有する
エピタキシャル膜、ＣＶＤ膜、さらにはデバイス製造の
途中工程での微小な段差や膜積みの際の膜厚を均一にす
る高平坦化研磨にも応用することが試みられるようにな
ってきた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来の仕上研磨では加
圧力が小さく、魔鏡検査で見られるような長周期のうね
りはそのまま維持されていた。また、高平坦化研磨で
０．１μｍ以下の研磨で０．０１μｍの精度で研磨する
方法としては、特開平２ー３６０６９号公報に示される
ような固い研磨プレート上で直接研磨する剛性体研磨が
提案され、実用化している。
【０００９】ところで本発明者らは最近、スライス後ラ
ップおよびエッチング加工し、このウェーハの裏面にポ
リシリコン層を形成し、このポリシリコン層の表層部を
０．０５μｍ以下に軽くメカノケミカル研磨した後（以
下、便宜上ライトポリッシュと称する）、このポリシリ
コン層を研磨盤のキャリアプレートに接着し、ウェーハ
の表面をメカノケミカル研磨する方法を発案した。
【００１０】この方法によれば、ウェーハ裏面に形成し
たポリシリコン層によって重金属原子を吸着することに
より、ウェーハの素子形成領域から汚染物質を除去する
効果が得られる。また、ライトポリッシングにより気相
成長した膜ではしばしば存在するポリシリコン層の異常
成長による突起を除去して平坦度を高めることにより、
このポリシリコン層のリップルに起因して研磨時のウェ
ーハ表面に転写することを防ぎ、製品ウェーハ表面の平
坦度の向上が図れるから、８インチ以上の大径ウェーハ
の製造においても、半導体素子製造上の厳しい平坦度要
求に応えることが可能となる利点を有する。
【００１１】本発明者らは、剛性体研磨で突起のように
部分的に突き出している膜面を研磨除去しようとすると
突起が破損してパーティクルとなり、これにより研磨傷
がつき製品とならなかった。また、前記突起除去研磨で
は従来の仕上げ研磨より軟質で沈み込みの大きい研磨条
件で突起を優先研磨し高平坦化することを試みた。これ
によりウェーハの凸部分は強く加圧されメカノケミカル
反応が促進して平坦化が進行する。しかしながら、その
結果、ウェーハを吸着した上定盤が研磨布に沈み込むこ
とによりウェーハの周縁部が強く研磨されてしまい、周
縁部が数ｍｍ幅に亙って光沢が生じ、１０００オングス
トーム以下の均一研磨が行われないという問題があっ
た。また真空吸着孔が研磨面に転写されるという問題も
あった。
【００１２】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、ウェーハの研磨面を全面に亙ってきわめて高精度か
つ均一にカセットツウカセットで全自動仕上研磨するこ
とを課題としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明に係るウェーハ研
磨装置は、研磨すべきウェーハの２倍以上の外径を有す
る下定盤と、この下定盤を軸線回りに回転駆動する下定
盤回転機構と、前記下定盤の上面の中心部を含まない研
磨位置に対向して平行に配置された上定盤と、この上定
盤を傾動可能に支持する支持手段を介して上定盤を軸線
回りに回転駆動する上定盤回転機構と上定盤揺動機構、
前記上定盤を下定盤に押圧する上定盤加圧機構と、ウェ
ーハを前記研磨位置に搬入する搬入機構と、研磨の完了
したウェーハを前記研磨位置から搬出する搬出機構とを
具備し、前記下定盤の上面には、多数の連通気孔を有す
る厚さ０．５〜３ｍｍの発泡樹脂製のシートを介して研
磨布が固定されるとともに、下定盤のベースプレート内
部に冷却水の通液路が形成され、さらに前記通液路に外
部から冷却水を供給する冷却水循環手段が設けられ、前
記上定盤の内部には、上定盤の下面に開口する真空路が
形成されるとともに、この真空路に連通する多数の透孔
を有するチャックとバックパッドが上定盤の下面に固定
され、前記真空路に接続された減圧手段とバックパッド
とウェーハの間にパーティクルが介在するとディンプル
不良となるためバックパッド面の洗浄を行うと共に研磨
時には真空を解放して水張り状態で研磨するための気体
を含む純水を噴出する手段を設けたことを特徴としてい
る。
【００１４】なお、前記上定盤の下面に固定されたチャ
ックの下面は、その中央部が下方に向けて凸となるよう
に曲面で構成され、この曲面の曲率半径は、１００〜
１，０００ｍとされていてもよい。
【００１５】
【作用】本発明に係るウェーハ研磨装置では、多数の連
通気孔を有する厚さ０．５〜３ｍｍの発泡樹脂製のシー
トを介して下定盤の上面に研磨布が固定されているた
め、このシートがウェーハに圧迫されて弾性変形する。
発泡樹脂製のシートは、ウェーハとの対向部が凹むとと
もに、ウェーハの外周縁との対向部から外方へ一定幅の
部分がなだらかな凹曲面状に凹むから、研磨布を下定盤
の上面に直接貼付した場合よりウェーハの沈み込みが大
きくなり、なだらかなウェーハの凸部分でも研磨圧力に
差が出て、メカノケミカル反応によりウェーハの平坦化
が進行する。
【００１６】一方、上定盤の下面に固定されたチャック
の下面が、その中央部が下方に向けて凸となるように曲
面で構成された場合には、ウェーハ周辺部での研磨布の
当接圧力とウェーハ中央部での研磨布当接圧力をいっそ
う均等化することが可能で、ウェーハの外周縁における
研磨布との摩擦力が他の部分よりも高くなることがな
く、ウェーハ周縁部のみが強く研磨されることがない。
【００１７】
【実施例】以下、図面を参照して本発明に係るウェーハ
研磨装置の一実施例を詳細に説明する。図１はウェーハ
研磨装置全体を示す平面図であり、初めに各部を簡単に
説明する。符号１はウェーハカセットであり、このウェ
ーハカセット１にはこれから研磨を行う多数のウェーハ
Ｗが上下一定間隔毎に水平に収容されている。ウェーハ
カセット１内のウェーハＷは、ウェーハ取り出し機構２
により１枚づつ抜き出され、移動機構４に待機している
上定盤６により真空吸着保持される。
【００１８】上定盤６は、ウェーハＷを真空吸着により
保持した後研磨機構８内に移動する。この研磨機構８は
下定盤を備え、ウェーハＷはこれら定盤に挟まれて片面
研磨される。研磨を終えた上定盤はウェーハＷを真空吸
着して予備洗浄機構９と対向する位置に移動し、ウェー
ハの真空吸着を解放し、回転搬送機構１０のウェーハ受
けに降ろす。この予備洗浄機構９および回転搬送機構の
ウェーハ保持部は研磨液および研磨生成物で汚れたウェ
ーハと共に洗浄水により洗浄している。
【００１９】洗浄後、回転搬送機構１０はウェーハＷを
挟持して裏返し、ブラシ洗浄を行うブラッシング機構１
４を含むスピニング機構１２上に搬送する。洗浄および
スピニング機構１２はその回転台上にウェーハＷの非研
磨面を吸着する。吸着されたウェーハＷ上にブラッシン
グ機構１４が迫り出し、ノズルから洗剤あるいは洗浄水
をウェーハＷに順次吹き付ける。ブラッシング機構１４
はまた、下向きに一対のブラシを有し、これらブラシを
ウェーハＷの研磨面に順次当てて回転させ、研磨面のパ
ーティクルを除去する。
【００２０】ブラシによる洗浄が完了したら、洗浄およ
びスピニング機構１２はウェーハＷを高速回転させ、洗
浄水を振り切り除去して乾燥させる。乾燥したウェーハ
Ｗは、搬出ロボット１６に持ち上げられてウェーハカセ
ット１８内に順次収容される。
【００２１】次に、上述した各機構を個別に説明する。
図２ないし図４は、前記ウェーハ取り出し機構２を示
し、図２は平面図、図３は側面図、図４はウェーハ取り
出し機構２のウェーハセンタリング位置決め手段を示す
側面図である。図３に示すように、基台３０の下面には
一対のレール２０が固定され、これらレール２０に沿っ
て移動台３２が取り付けられている。この移動台３２に
は基台３０の上方に達する垂直な昇降軸２８が昇降可能
に取り付けられるとともに、この昇降軸２８を上下動さ
せるためのモータ３４が取り付けられている。
【００２２】昇降軸２８の上端には、水平にカセット台
２２が固定されている。このカセット台２２は、図２に
示すように２基のウェーハカセット１を直立して載置で
きる大きさを有し、各ウェーハカセット１と係合する係
合突起２６を有する。各ウェーハカセット１の一側面は
ウェーハＷを水平に出し入れ可能に開放されており、こ
れら開放された側に対応して、カセット台２２には一対
の切欠部２４が形成されている。
【００２３】一方、切欠部２４の一方と向かい合う位置
において、一対の搬送ベルト４６が図２に示すように設
置されている。これら搬送ベルト４６は、図３に示すよ
うに基台３０上に固定された支持部材４０に回転自在に
水平に取り付けられており、支持部材４０に固定された
モータ４４により、搬送ベルト４６の上縁がウェーハカ
セット１からウェーハＷを引き出す方向へ回転される。
これにより、搬送ベルト４６を回転させつつ、ウェーハ
カセット１を段階的に降下させると、ウェーハカセット
１内に収容されたウェーハＷが搬送ベルト４６に順次触
れ、搬送ベルト４６に乗ってウェーハカセット１から次
々と引き出される。
【００２４】搬送ベルト４６の末端位置には、図２に示
すように、搬送されてきたウェーハＷを止めるストッパ
５８が設置されている。ストッパ５８に止められたウェ
ーハＷの中央の下方には、突き上げ部材５２が昇降可能
に配置されている。この突き上げ部材５２は、図３およ
び図４に示すように、支持部材４０に対し昇降自在に取
り付けられたガイドロッド５０に支持されるとともに、
支持部材４０に固定されたシリンダ４８により昇降され
る。
【００２５】一方、ストッパ５８により停止したウェー
ハＷの両側には、図２に示すように互いに開閉可能な挟
持爪５４が対称に配置されている。これら挟持爪５４
は、図４に示すように、支持部材４０に水平固定された
ツインシリンダ５６の両ロッドに取り付けられ、ツイン
シリンダ５６を作動させると閉じてウェーハＷを水平に
挟みセンタリングを行う。
【００２６】次に図５は、移動機構４および研磨機構８
を示す断面図である。移動機構４から説明すると、基台
３０上には、一対の平行なリニヤガイド６０が設置さ
れ、これらリニヤガイド６０に沿って走行可能にＬ字状
の上定盤６が取り付けられている。上定盤６の先端部に
は、スリーブ７４が回転自在に取り付けられ、さらにこ
のスリーブ７４を介して上定盤軸６６が垂直に支持され
ている。
【００２７】スリーブ７４と上定盤軸６６は、上下に相
対移動可能とされているがキー７５により相対回転不能
となっている。スリーブ７４の上端はベルト７２を介し
てモータ７０の回転軸に連結され、このモータ７０によ
りスリーブ７４および上定盤軸６６が強制回転される。
上定盤軸６６の内部には真空路７８が形成され、この真
空路７８内は上定盤軸６６の上端に連結される減圧手段
（図示略）により減圧されるようになっており、この真
空路７８はチャック８４とバックパッド８４Ｂを洗浄す
るエアを含む洗浄水を噴出させる通路ともなる。
【００２８】一方、上定盤軸６６の下端には、図６に示
すように、円板状のトップリング７６が水平に取り付け
られている。このトップリング７６は移動機構４の一部
であるとともに、研磨機構８の一部も兼ねている。トッ
プリング７６は、上定盤本体８２およびその下面に固定
された円板状のチャック８４とバックパッド８４Ａから
なり、上定盤本体８２が、ユニバーサルジョイント８０
を介して、上定盤軸６６の下端に傾動可能に取り付けら
れている。
【００２９】上定盤本体８２の下面には、ウェーハＷと
ほぼ同径の浅い円形の凹部８８が形成されるとともに、
この凹部８８から上定盤本体８２の上面へ連通する孔８
９が形成され、この孔８９と上定盤軸６６の下端との間
には、弾性を有するチューブ８６が挿入されて、このチ
ューブ８６を介し真空路７８と凹部８８とが気密的に連
通している。
【００３０】また、上定盤本体８２の上面には、ストッ
パリング９２が同軸に固定されており、このストッパリ
ング９２の上端には、複数の滑車９４が回転可能に取り
付けられている。これにより、上定盤軸６６を上昇させ
ると、滑車９４がアーム６の一部に回転自在に当接し、
トップリング７６を位置規制するようになっている。
【００３１】チャック８４には、前記凹部８８と対向す
る位置に、多孔質セラミックス製で多数の細孔９０が互
いに分散して形成されている。チャック８４の下面すな
わちバックパッド８４Ｂと接触する面８４Ａは、その中
央部が下方に向けて凸となるように曲面で構成され、こ
の曲面の曲率半径は、１００〜１，０００ｍ，８インチ
結晶で中心部の高さが５〜２０μｍとされている。この
範囲であると、ウェーハ研磨時に、後述する研磨布１０
０の沈み込み率とほぼ同じになり、ウェーハＷの研磨量
が均一化される利点を有する。
【００３２】チャック８４の下には、通常ワックスレス
研磨に用いられる厚さ１ｍｍの高摩擦係数をもつ多孔質
ポリウレタン製のバックパッド８４Ｂが取り付けられ、
この下面にウェーハが真空吸着され、また研磨時には真
空を解放し水張り状態で研磨され、研磨終了後には再び
真空吸着される。この研磨は仕上研磨のため荷重が小さ
く水張りでウェーハが回転することはない。
【００３３】次に、研磨機構８の下定盤１００の周辺の
構成を説明する。下定盤１００は下定盤ベースプレート
１０２と、この下定盤ベースプレート１０２の上面に固
定されたシート１０４と、このシート１０４上に貼付さ
れた研磨布１０６とから構成されている。下定盤１００
の外径はウェーハＷの２倍以上とされ、トップリング７
６は研磨位置にある際に、下定盤の中央部を除く部分と
平行に対向するようになっている。
【００３４】下定盤ベースプレート１０２の中央には中
心孔１０８が形成されるとともに、下定盤ベースプレー
ト１０２の上面には、中心孔１０８から渦巻状に外周へ
広がる溝１１０が全面に亙って等ピッチで形成されてい
る。また、下定盤本体１０２の内部には、渦巻溝１１０
の外周端から前記中心孔１０８へ戻る復路１１１が形成
されている。
【００３５】下定盤ベースプレート１０２の下面には中
空の下定盤軸１１２が固定され、さらにこの下定盤軸１
１２の内部には、より細い冷却水パイプ１１４が同軸に
配置され、下定盤軸１１２の内壁面と冷却水パイプ１１
４の外壁面との間には、中心孔１０８を介して復路１１
１に連通する復路１１８が形成されている。一方、冷却
水パイプ１１４の内部の冷却水路１１６は、下定盤本体
１０２の上面の渦状溝１１０の内周端にのみ連通してい
る。これにより、恒温冷却水槽より冷却水路１１６を通
って送り込まれた冷却水は、シート１０４と研磨布１０
６に蓄積される研磨熱を除去し一定温度に維持し、研磨
条件の変化を防止する。
【００３６】下定盤軸１１２の下方には、図５に示すよ
うに、基台３０に固定されたスペーサ１２０により支持
された変速器１２２が連結されている。この変速器１２
２の入力軸はベルト１２４を介してモータ１２６により
回転されるようになっており、これにより下定盤１００
が回転駆動される。
【００３７】変速器１２２の下方には、前記復路１１８
に連通する排出管１２６、および冷却水路１１６に連通
する冷却水管１２８がそれぞれ回転シール（図示略）を
介して取り付けられ、冷却水管１２８から恒温冷却水が
導入されるとともに、排出管１２６から冷却水が排出さ
れ、図示されていない恒温冷却水槽に戻る。
【００３８】再び図６に戻る。下定盤１００の上面を構
成する研磨布１０６は、従来のウェーハ研磨装置に使用
されていた研磨布と同様でよく、具体的には、不織研磨
布（商品名シーガル７３５５）等が好ましい。一方、本
発明の特徴点の一つであるシート１０４は、多数の連通
気孔を有する厚さ０．５〜３ｍｍの発泡樹脂製のシート
であり、具体的にはポリウレタンフォームや発泡ゴムな
どが好適である。シート１０４の厚さが０．５ｍｍ未満
では、このシート１０４によりウェーハＷの凸部分と凹
部分の研磨量の差が出ず、３ｍｍより厚いと研磨布の沈
み込み量が大きくなりすぎ、ウェーハＷへの研磨布１０
６の当接力が安定しなくなり、研磨量の不均一さが生じ
る。
【００３９】また、図１に示すように、予備洗浄機構９
の側方には、特開平３ー１０７６９９号公報で示される
上定盤７６が上昇した状態で研磨布を高圧水で異物や研
磨生成物を除去すると共に研磨布をドレスして安定した
研磨条件を維持するための高圧水ノズル１２７が設置さ
れている。
【００４０】次に、図７および図８を用いて予備洗浄機
構９および回転搬送機構１０を説明する。研磨機構８に
隣接して箱型の水受け１３０（図１参照）が基台３０上
に設置されている。水受け１３０に隣接して、図７に示
すように一対のガイドレール１３２が平行に設置されて
おり、これらガイドレール１３２に沿って移動台１３６
が移動可能に取り付けられるとともに、ロッドレスシリ
ンダ１３４によって駆動される。
【００４１】移動台１３６上には、支柱１３８が直立し
て取り付けられ、この支柱１３８の側面には、一対のガ
イドレール１４０が鉛直方向へ向けて固定されている。
そしてこれらガイドレール１４０に沿って昇降可能に、
昇降板１４２が取り付けられている。昇降板１４２の上
端部には支持体１４４が固定され、この支持体１４４を
昇降させるシリンダ１４６が移動台１３６に固定されて
いる。
【００４２】昇降板１４２および支持体１４４には、反
転軸１４８が水平かつ回転自在に取り付けられている。
この反転軸１４８は水受け１３０の上方まで伸び、その
先端には矩形板状をなすウェーハ保持部１５６が水平に
固定されている。反転軸１４８の基端部には図８に示す
ようにピニオン１５０が固定されており、このピニオン
１５０には図７に示すようにラック１５４が噛合してい
る。さらに昇降板１４２には、このラック１５４を長手
方向に動かすシリンダ１５２が固定されており、シリン
ダ１５２を作動させると、ウェーハ保持部１５６が半回
転して表裏逆転するようになっている。
【００４３】ウェーハ保持部１５６の片面には、図８に
示すように、ウェーハＷが入る大きさの円形のウェーハ
凹部１６０が形成されている。また、ウェーハ保持部１
５６の内部には、空洞部１５８が形成され、この空洞部
１５８とウェーハ凹部１６０は多数の細孔（図示略）に
より連通されている。そして空洞部１５８は、反転軸１
４８内部に形成された洗浄水路（図示略）、および反転
軸１４８に接続されたチューブ１６２を介して洗浄水噴
出手段に接続されており、ウェーハの予備洗浄とウェー
ハ凹部１６０および係止爪１６４を洗浄し、研磨液によ
る汚れを防止する。
【００４４】さらに、ウェーハ保持部１５６の左右両端
部には、図７に示すように一対の係止爪１６４が対称に
取り付けられている。これら係止爪１６４はそれぞれ、
スプリング１６８により互いに開く方向へ付勢されると
ともに、シリンダ１６６により閉じる方向へ駆動可能と
されており、各シリンダ１６６を作動させると、これら
係止爪１６４が閉じてウェーハＷの外周を水平に挟むよ
うになっている。
【００４５】予備洗浄機構９は、図８に示すようにウェ
ーハ保持部１５６の下面に向けて配置された円形の洗浄
水噴出口９Ａを有する。この洗浄水噴出口９Ａはウェー
ハ保持部１５６とほぼ同径の開口径を有し、降下位置に
あるウェーハ保持部１５６との間に一定の間隔が空くよ
うに位置決めされている。そして、この洗浄水噴出口９
Ａから洗浄水を溢れさせることにより、ウェーハ保持部
１５６に水平保持されたウェーハＷを洗うようになって
いる。ウェーハＷを洗った洗浄水は、水受け１３０に落
ちて排出される。
【００４６】また、図１に示すように、回転搬送機構１
０の側方には、ウェーハ保持部１５６を洗浄するための
ブラシ１５７が退避可能に設置されている。
【００４７】図９ないし図１１は、ブラッシング機構１
４を有するスピニング機構１２を示し、図９は平面図、
図１０は側面図、図１１は正面図である。ブラッシング
機構１４は、一端側がスピニング機構１２の直上を通る
水平かつ互いに平行な一対のガイドレール１７０を有
し、これらガイドレール１７０に沿って移動可能に移動
台１７２が取り付けられている。
【００４８】移動台１７２には、シリンダ１７４が水平
に固定され、そのロッドはガイドレール１７０に固定さ
れたシリンダ１７６のロッドと直線状に連結されてい
る。これにより、両シリンダ１７４，１７６を作動させ
るとガイドロッド１７０の全長に亙って移動台１７２が
移動できる。
【００４９】移動台１７２を垂直に貫通して、図１１に
示すように２組のガイドロッド１７８が上下動可能に取
り付けられ、各対をなすガイドロッド１７８の上端間、
および下端間はそれぞれ取付板１７７，１７９により互
いに連結されている。取付板１７７には、移動台１７２
上に上向きに固定されたシリンダ１８０のロッドが固定
され、このシリンダ１８０によりガイドロッド１７８が
昇降されるようになっている。
【００５０】一方、各取付板１７９には、それぞれ下向
きにモータ１８２が固定され、各モータ１８２の回転軸
には、それぞれ十字状のブラシ１８４Ａ，１８４Ｂが水
平に固定されている。ブラシ１８４Ａ，Ｂは人工海綿な
どで形成されたもので、ブラシ１８４Ａは洗剤用、ブラ
シ１８４Ｂは純水用として使い分けられる。そして、移
動台１７２を移動させることにより、両ブラシ１８４
Ａ，Ｂのいずれもスピニング機構１２から退避させる
か、あるいは一方のブラシ１８４ＡまたはＢのみをスピ
ニング機構１２の上方に配置することが可能となってい
る。各ブラシ１８４Ａ，Ｂの退避位置の下方には、図１
０に示すように、これらから滴る洗浄液を水受け１３０
内に排出するための樋部１８６が形成されている。
【００５１】スピニング機構１２は、基台３０の上面に
固定された軸受部１９０と、この軸受部１９０により回
転自在に水平支持された円板状の回転台１８８と、この
回転台１８８を高速回転させるモータ１９２とを具備し
ている。回転台１８８の内部には上面中央に開口する真
空路（図示略）が形成され、図示しない減圧手段に接続
されており、減圧手段を作動させることにより、その上
面にウェーハＷを吸着固定できる。
【００５２】回転台１８８の外径はウェーハＷの外径よ
りやや小さく、図９および図１０に示すように、回転台
１８８の外周に隣接して周方向等間隔に計３本の突き上
げピン１９４が配置されている。これら突き上げピン１
９４は、図１０に示すようにいずれも軸受部１９０およ
び基台３０を上下動可能に貫通して下方に伸び、基台３
０に部材１９８を介して固定されたシリンダ１９６のロ
ッドに結合されている。これら突き上げピン１９４は、
通常は回転台１８８の上面よりも下方に退いており、シ
リンダ１９６を作動すると回転台１８８上に吸着された
ウェーハＷの外周部を突き上げて、回転台１８８からウ
ェーハＷを剥離させる。
【００５３】回転台１８８を同心状に包囲して、円筒状
のカバー２００が図１１に示すように配置され、ガイド
部材２１０により昇降可能に支持されるとともに、シリ
ンダ２０８により上下動可能とされている。また、カバ
ー２００の外周には、回転台１８８へ向けて計３基のシ
リンダ２０６が放射状に固定され、これらシリンダ２０
６のロッドには押圧部材２０４がそれぞれ固定されてい
る。各シリンダ２０６を同時に作動させることにより、
回転台１８８に載置されたウェーハＷのセンタリングが
行える。
【００５４】図１２は搬出ロボット１６およびウェーハ
収容機構１８を示す側面図である。搬出ロボット１６は
基台３０に固定されているもので、水平な薄い板状をな
すアーム２２０を具備し、このアーム２２０をＮＣ制御
により水平面内で動かす。アーム２２０の内部には、ウ
ェーハＷを吸着するためアーム上面に開口する真空路
（図示略）が形成され、この真空路は減圧手段に接続さ
れている。そして搬出ロボット１６は、突き上げピン１
９４により回転台１８８から持ち上げられたウェーハＷ
の下面に沿ってアーム２２０を差入れ、ウェーハＷをア
ーム２２０上に吸着して、後述するウェーハ収容機構の
ウェーハカセット１内に１枚づつ移送するようにプログ
ラムされている。
【００５５】一方、ウェーハ収容機構１８は、ウェーハ
カセット１を載せるカセット台２２２を備え、このカセ
ット台２２２は垂直な複数のロッド２２４により昇降可
能に支持されるとともに、基台３０の下方に設けられた
シリンダ２２８により段階的に昇降できるようになって
いる。
【００５６】次に、上記構成からなるウェーハ研磨装置
の使用方法を説明する。まず、ウェーハカセット１に研
磨すべきウェーハＷを研磨面を下にして最大２５枚セッ
トし、これをカセット台２２上に固定する。図２に示す
ようにウェーハ取り出し機構２の搬送ベルト４６を回転
しつつ、カセット台２２を漸次降下させると、搬送ベル
ト４６がウェーハＷに触れてウェーハＷを一枚つづ引き
出す。
【００５７】引き出されたウェーハＷは搬送ベルト４６
に乗って送られ、ストッパ５８に当たる。係止爪５４を
閉じてウェーハＷを挟み、搬送ベルト４６を一次停止
し、係止爪５４を開くとともに、突き上げ部材５２によ
りウェーハＷを持ち上げる。
【００５８】持ち上げられたウェーハＷの上方に上定盤
６を動かし、トップリング７６を降ろしてあらかじめエ
アを含む純水で洗浄し、水を含むバックパッドの下面を
ウェーハＷの上面に当接させ、真空路７８を介してウェ
ーハＷを吸引固定する。上定盤６はトップリング７６に
ウェーハＷを吸着させた状態で、図５に示すように研磨
機構８の下定盤１００上に搬送し、ウェーハＷをトップ
リング７６と下定盤１００の間に支持する。この後は上
定盤６による吸着は止め、水張りにてウェーハを保持
し、真空吸着口によるディンプル不良の発生を防止す
る。
【００５９】研磨は、メカノケミカル研磨法で行われ、
コロイダルシリカ（商品名コンポールＳ）を１／３０に
希釈したｐＨ９．８に調整したアルカリ研磨液を１００
ｍｌ／分の割合で滴下しつつ、下定盤回転数１００回／
分，上定盤回転数９０回／分、またレール上を上定盤が
１５０ｍｍ揺動し、研磨圧３００ｇｒ／ｃｍ2で行う。
【００６０】この時、このウェーハ研磨装置では、多数
の連通気孔を有する厚さ０．５〜３ｍｍの発泡樹脂製の
シート１０４を介して下定盤本体１０２の上面に研磨布
１０６が固定されているため、このシート１０４がウェ
ーハＷに圧迫されて弾性変形し、ウェーハＷとの対向部
が凹むだけでなく、ウェーハの外周縁に対応する部分か
ら外方へ向け一定幅の部分がなだらかな凹面状に凹む。
【００６１】したがって、研磨布１０６を下定盤本体１
０２の上面に直接貼付した場合より沈み込みが大きくな
り、ウェーハＷの凸部分が研磨布により強く押し込まれ
メカノケミカル反応が促進されて平坦度が向上する。し
たがって、例えばＣＶＤで成膜したポリシリコン層をラ
イトポリッシュの際に、メカノケミカル研磨され易い異
常突起部分は研磨布に強く押し込まれ研磨除去される。
【００６２】また、トップリング７６の下面に固定され
たチャック８４の下面が、その中央部が下方に向けて凸
となるように曲面で構成されているから、ウェーハ周辺
部に対する研磨布１０６の当接圧力と、ウェーハ中央部
での研磨布１０６の当接圧力とを均等化することによ
り、周辺部までのウェーハ研磨が均一に行われる。
【００６３】トップリング７６の回転は、ウェーハを研
磨布に沈み込まして研磨するため摩擦力が大きくなるた
め強制回転とし、モータ７０によりベルト７２を介して
上定盤軸６６を回転する。
【００６４】ウェーハＷの所定時間の研磨が完了した
ら、再びトップリング７６にウェーハＷを吸着し、トッ
プリング７６を上昇させ、上定盤６を走行させて反転機
構９上に走行し真空吸着を解放しウェーハＷをウェーハ
凹部１６０を有するウェーハ保持部に離脱させる。
【００６５】上定盤６はウェーハを離脱させた後、バッ
クパッド８４Ｂの洗浄をエアと純水を真空路７８を通り
多孔質セラミックチャック８４を通過して行う。バック
パッド面に異物があれば傷の原因となり、またディンプ
ル不良となる。バックパッド８４Ｂの洗浄後上定盤６は
ウェーハ取り出し機構２の所定待機位置に戻る。
【００６６】予備洗浄機構９の洗浄水噴出口９Ａからは
洗浄水が溢れているので、その洗浄水噴出口９Ａ上にウ
ェーハＷを接触させ、ウェーハ保持部１５６、係止爪１
６４とウェーハＷを洗浄水噴出口９Ａ上に載せる。する
とウェーハＷは搖れつつ全面が洗浄される。
【００６７】ウェーハＷの予備洗浄を終えたら、ウェー
ハ保持部１５６を下向きにした状態でウェーハＷ上に移
動させ、係止爪１６４でウェーハＷを挟んで固定する。
そしてウェーハ保持部１５６をスピニング機構１２上に
移動させ、係止爪１６４を開いてウェーハＷをスピニン
グ機構１２の回転台１８８に載置する。この時、ウェー
ハＷの研磨面は上向きである。
【００６８】回転台１８８内の真空路を減圧し、ウェー
ハＷを回転台１８８に吸着固定する。次いで、図１０に
示すブラッシング機構１４の洗剤用ブラシ１８４Ａをウ
ェーハＷ上に移動し、図示しないノズルからウェーハＷ
に洗剤を吹き付けつつ、洗剤用ブラシ１８４Ａをウェー
ハＷの研磨面に当てて回転させる。洗剤による洗浄が完
了したら、洗剤用ブラシ１８４Ａを引き上げ、続いて純
水用ブラシ１８４ＢをウェーハＷに当てて回転させつ
つ、ノズルから純水をウェーハＷに吹き付ける。
【００６９】純水による濯ぎが終わったら、各ブラシ１
８４Ａ，Ｂを退避させたうえ、回転台１８８を高速回転
させ、水分を除去する。回転が停止したら、回転台１８
８によるウェーハＷの吸着を停止し、突き上げピン１９
４を上昇させて、ウェーハＷを回転台１８８から引き離
して押し上げる。
【００７０】図１２に示す搬出ロボット１６を作動さ
せ、そのアーム２２０を突き上げピン１９４により持ち
上げられているウェーハＷの下面に沿って差入れ、アー
ム２２０の先端にウェーハＷの下面を吸着する。そして
ウェーハＷをウェーハ収容機構１８のウェーハカセット
１に順次挿入し、ウェーハカセット１を一段階上昇させ
る。上記の動作を繰り返すことにより、自動的にカセッ
ト内のウェーハＷを効率よくかつ高平坦度に研磨するこ
とが可能で、条件は設定されれば人手で行うのは研磨す
るカセットの交換と研磨されたカセットの取り出しのみ
である。カセットの装入と搬出をカセットローディング
・アンローディング装置を用いれば長時間自動運転が可
能である。
【００７１】なお、本発明のウェーハ仕上研磨装置は上
記実施例のみに限定されるものではなく、必要に応じて
適宜変形してよいのは勿論である。
【００７２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るウェ
ーハ仕上研磨装置は、カセットに入ったウェーハをウェ
ーハ取り出し機構で取り出しセンタリング後リニアガイ
ド上を走行可能な上定盤が真空吸着し、研磨機構に移動
して揺動研磨した後、予備洗浄機構でウェーハを離脱さ
せ反転後ブラシ洗浄しスピンニング乾燥してカセットに
収容し、更に研磨布のドレシングと研磨されたウェーハ
と接触するバックパッドおよび治具を自動的に洗浄する
カセットツウカセットの全自動研磨装置である。
【００７３】この下定盤は多数の連通気孔を有する厚さ
０．５〜３ｍｍの発泡樹脂製のシートを介して下定盤の
上面に研磨布が固定されているため、このシートがウェ
ーハに圧迫されて弾性変形する。発泡樹脂製のシート
は、ウェーハとの対向部が凹むとともに、ウェーハとの
対向部の外周縁から外方へ一定幅の部分がなだらかに凹
むから、研磨布を下定盤の上面に直接貼付した場合より
沈み込みを大きく出来、なだらかなうねりのようなウェ
ーハの凸部分でも強く加圧されメカノケミカル反応が促
進して平坦度が向上する。
【００７４】一方、上定盤の下面に固定されたバックパ
ッドの洗浄を真空路にエアを含む洗浄水を多孔質セラミ
ックスチャックを通って噴出して行われ、またこの多孔
質セラミックスチャックの下面が、その中央部が下方に
向けて凸となるように曲面で構成された場合には、ウェ
ーハ周辺部での研磨布の当接圧力とウェーハ中央部での
研磨布当接圧力をいっそう均等化することが可能で、周
辺部の研磨が進行することがなくなるという優れた効果
を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るウェーハ仕上研磨装置の一実施例
の平面図である。
【図２】同装置のウェーハ取り出し機構を示す平面図で
ある。
【図３】同装置のウェーハ取り出し機構を示す側面図で
ある。
【図４】同装置のウェーハ取り出し機構の要部を示す側
面図である。
【図５】同装置の移動機構および研磨機構を示す縦断面
図である。
【図６】同研磨機構の縦断面図である。
【図７】同装置の回転搬送機構を示す平面図である。
【図８】同回転搬送機構の側面図である。
【図９】同装置のブラッシング機構およびスピニング機
構を示す平面図である。
【図１０】同ブラッシング機構およびスピニング機構を
示す側面図である。
【図１１】同ブラッシング機構およびスピニング機構を
示す正面図である。
【図１２】同装置の搬出ロボットおよびウェーハ収容機
構を示す側面図である。
【符号の説明】
Ｗ ウェーハ １ ウェーハカセット ２ ウェーハ取り出し機構 ４ 搬送機構（搬入／搬出機構） ６ 上定盤 ８ 研磨機構 １０ 回転搬送機構 １２ スピニング機構 １４ ブラッシング機構 １６ 搬出ロボット １８ ウェーハ収容機構 ６８ シリンダ（上定盤加圧機構） ７０ モータ（上定盤回転機構） ７６ トップリング ８０ ユニバーサルジョイント ８２ 上定盤本体 ８４ 多孔質セラミックスチャック ８４Ａ 曲率を有するチャックの下面 ８４Ｂ バックパッド １００ 下定盤 １０２ 下定盤ベ−スプレ−ト １０４ 発泡樹脂製のシート １０６ 研磨布 １２６ モータ（下定盤回転機構）
フロントページの続き (72)発明者 高橋 啓介 東京都千代田区岩本町３丁目８番16号 三 菱マテリアルシリコン株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】研磨すべきウェーハの２倍以上の外径を有
    する下定盤と、この下定盤を軸線回りに回転駆動する下
    定盤回転機構と、前記下定盤の上面の中心部を含まない
    研磨位置に対向して平行に配置された上定盤と、この上
    定盤を傾動可能に支持する支持手段を介して上定盤を軸
    線回りに回転駆動する上定盤回転機構と、前記上定盤を
    下定盤に押圧する上定盤加圧機構と、ウェーハを前記研
    磨位置に搬入する搬入機構と、研磨の完了したウェーハ
    を前記研磨位置から搬出する搬出機構とを具備し、 前記下定盤の上面には、多数の連通気孔を有する厚さ
    ０．５〜３ｍｍの発泡樹脂製のシートを介して研磨布が
    固定されるとともに、下定盤のベースプレート内部には
    冷却水槽に連通する通液路が形成され、さらに前記通液
    路に外部から冷却水を供給する冷却水循環手段が設けら
    れ、 前記上定盤の内部には、上定盤の下面に開口する真空路
    が形成されるとともに、この真空路に連通する多数の透
    孔を有する平板状のチャックとバックパッドとが上定盤
    の下面に固定され、前記真空路に接続された減圧手段と
    前記真空路を気体を含む洗浄水を噴出しチャックとバッ
    クパッドを洗浄する手段を設けたことを特徴とするウェ
    ーハ研磨装置。
  2. 【請求項２】前記上定盤は搬送機構の一部であり、リニ
    アガイド上でウェーハ載置部にてウェーハを真空吸着
    し、研磨機構では揺動を行い、研磨後はウェーハ予備洗
    浄部でウェーハを離脱し、前記上定盤のの下面に固定さ
    れたチャックの下面は、その中央部が下方に向けて凸と
    なるように曲面で構成され、この曲面の曲率半径は、１
    ００〜１，０００ｍとされていることを特徴とする請求
    項１記載のウェーハ研磨装置。
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