JPH07508685A - ウェーハの研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ウェーハの研磨方法及び装置 発明の背景 本発明は、研磨方法及び装置に関し、より具体的には、高速度で、しかも半導体 の処理を行うクリーンルームの環境に適合可能な方法にて半導体材料のウェーハ を正確に研磨する方法及び装置に関する。

集積回路の製造は、高品質の半導体ウェーハを製造することがら開始される。

その製造に精密な加工を必要とすることがら、ウェーハの各々は、比較的高コス トである。集積回路の製造工程中、ウェーハの少な（とも−面は極めて平坦な面 であることが望まれる。がかる平坦面を得るためにウェーハを研磨することは公 知の技術である。

かかる研磨は、一般に、ウェーハの一側部をウェーハキャリヤ及びチャックの平 坦面に取り付ける段階と、そのウェーハを平坦な研磨面に押し付ける段階とを含 む。研磨面はウェーハの下方で動がし、また、ウェーハは、研磨動作を促進し得 るようにその垂直軸線の周りで前後に揺動させることが出来る。この研磨面は堅 固で平坦なテーブルに取り付けたパッドであり、このテーブルは、動作をさせる ために回転させ、また、その上に研磨材及び／又は化学スラリーが送出される。

このパッド、スラリーの複合機能及び構成要素の相対的動作は、ウェーハの表面 に複合した機械的及び化学的作用を生じさ也その結果、表面の凹凸が例えば０゜ ５μｍ以下に維持された非常に平坦な面がウェーハ上に形成される。

研磨は、典型的に、集積回路の製造前に行われ、その上に回路を製造することが 出来る平坦面が半導体上に形成される。集積回路の複雑さが増すに伴ない、導電 線の幅も著しく狭（なり、像形成工程の焦点及び深度は、基板の表面の凹凸によ る影響を受け易くなる。その結果、表面が改善されたウェーハの要望が増すに至 っている。更に、集積回路の製造工程中、例えば、導体及び絶縁体の層がウェー ハ上に形成され、その層の頂部に別の層が形成される。このため、単に集積回路 を製造する前ではなく、その集積回路を実際に製造する間に、ウェーハの表面を 「再度平担化」することが必要となっている。この再度平坦化の工程は、平坦化 （ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）と称されている。幾つかの平坦化工程の連続す る一つの工程において、ウェーハは著しく高価なものとなる。半導体の加工コス トを考慮するならば、その一部を加工した一枚の８インチウェーハの価格は、平 坦化を行ったとき、＄　１０．０００以上にもなる。当然、各ウェーハの取り扱 いには細心の注意が必要とされる。

ウェーハの研磨速度は常に関心の対象であるが、平坦化が必要とされる連続的な 加工工程の１つであるとき、一層、重要なものとなる。従来の技術は、典型的に 、一枚又は二枚のウェーハを研磨するがら、ウェーハの装填及び排出のための相 当な待ち時間が必要となる。研磨装置の処理速度を速くするための方法及び装置 が必要とされている。

研磨するウェーハの価値が増す結果、平坦化方法の精度の必要性が著しく増大し た。１枚＄１００の価値のウェーハの研磨が不適切であることは、１枚が＄１０ ．０００のものを不適切に研磨する場合と全く事情が異なる。特に、高速度の製 造環境にて研磨を改善する方法及び装置がめられている。

これらの課題は本発明によって達成される。

発明の概要 本発明によるウェーハの研磨装置は、複数のウェーハ材料を研磨面に略同時に係 合させる複数のウェーハキャリヤを有する研磨組立体を備えている。該装置は、 研磨すべきウェーハを保持する割り出しテーブルと、研磨面と割り出しテーブル との間にて研磨組立体を動かす研磨装置とを備えている。割り出しテーブルにて 、研磨組立体の全てのウェーハキャリヤには、略同時にウェーハの装填が行われ る。

キャリヤに装填した後、研磨組立体は研磨面と停台状態となるように配置される 。

割り出しテーブルを装置内に組み込むことによって、ウェーハ上に同時に装填す ることに備えて、研磨前のウェーハを割り出しテーブルに装填し、効率上の利点 を得ることが可能となる。

割り出しテーブルは、研磨前のウェーハが装填されたとき、増分的に割り出しし て、ウェーハが多数ウェーハのカセットから引き出されたとき、一度に一枚ずつ その上に載せることが出来るようにする。研磨前のウェーハが装填カップまで動 くことは、研磨組立体が別の複数のウェーハを研磨する研磨ステーションにある 間に行われることが望ましい。研磨が完了すると、組立体は割り出しテーブルに 戻って、研磨すべき別の組みのウェーハを略同時に受け取る。

また、割り出しテーブルは、装填カップと同様の方法で使用されて、研磨後にそ の研磨したウェーハをウェーハキャリヤから略同時に排出する複数の排出カップ を備えことも出来る。次に、研磨組立体によって他のウェーハが研磨される間に 、排出カップからの研磨後のウェーハの排出を行うことが出来る。

研磨組立体、割り出しテーブル及び研磨面の整合状態は、装置内に安定的な骨組 みを提供することによって維持される。この目的のため、研磨組立体を動かす直 線状の軌道が研磨面と割り出しテーブルとの間を伸長している。この直線状の軌 道は、割り出しテーブルと研磨面との間で研磨組立体が制御された動きをするの を許容する一方で、安定的で堅固なフレームを提供する。

・また、該装置は、ウェーハが割り出しテーブルから排出されるときに、各ウェ ーハを洗浄する自動装置を備えることも出来る。かかる洗浄は、装置から排出し た研磨後のウェーハがクリーンルームの環境に適したものであることを確実にす る。

この装置は、工程の精度を保つために多くの別個のフィードバックループを処理 するコンピュータによって制御される。例えば、研磨圧力は、空気シリンダによ って各ウェーハキャリヤに付与され、また、その付与した圧力は各ウェーハキャ リヤの圧力センサによって検出される。各ウェーハキャリヤの揺動及び回転は、 別個のサーボモータによって行われ、その位置及び回転速度も検出される。操作 者の入力に基づいて、所望の圧力範囲及びウェーハキャリヤの動きの値が設定さ れる。次に、コンピュータは、センサによって読み取った実際の作動因子を読み 取り、空気圧力及びサーボモータを調節して、実際の因子を所望の範囲に保つ。

操作者は、使用中の各ウェーハキャリヤに対する作動因子を表示するデータを入 力する。このとき、これらの因子は、所望の範囲の基礎を形成し、これが次にコ ンピュータに別個に記憶される。操作者は、各ウェーハキャリヤに対して同−又 は異なる因子を設定可能であることが望ましい。各ウェーハキャリヤは、そのウ ェーハキャリヤに記憶させた因子に従ってコンピュータによつて制御されるから 、装置は、別個のウェーハキャリヤに対して異なる加工を行うことが出来る。

好適な実施例の各ウェーハキャリヤは、圧力を中心軸線に沿って伝達し、及び回 転力をその中心軸線の周りで伝達する、中心軸線を有する上方の力伝達部材を備 えている。ウェーハキャリヤの研磨部材は、研磨軸線を有する平坦な下面を備え ている。力伝達部材の中心軸線の周りで対称に配置された第一のレース部材と、 ウェーハキャリヤの研磨軸線の周りで対称に配置された第二のレース部材と、該 第−及び第二のレース部材の間に保持されたボール軸受とを有する力結合部材に よって、力伝達部材と研磨部材との間に圧力が結合されている。これらの第一の レース部材、ボール軸受、第二のレース部材は、協働して、力結合部材を通じて 圧力の力を研磨軸線上の一点に集中させる。更に、回転力は、研磨部材上の軸受 面に当接して回転力を結合する力伝達部材の外周の周りに配置された、複数のカ ム従動子によって伝達される。力伝達部材を研磨部材の円筒形の開口部内に挿入 した後、該力伝達部材は、カラーによって所定位置に弾性的に保持され、該カラ ーは、力伝達部材を研磨部材の円筒形の開口部内に保持して、ボール軸受に対す る圧力を維持する複数のばねを備えている。

研磨部材の下方の平坦面は、力伝達部材内への中央通路と連通ずる複数の貫通穴 を有している。この中空の通路は、可撓性手段によって密封され、略流体密の連 通路を提供する一方で、研磨部材と力伝達部材との相対的な動きを許容する。

また、該研磨部材は、該部材によって支持されたウェーハを更に支持するため、 その研磨面の周りに張出し部を備えている。好適な実施例において、この張出し 部は、その内面にねじを有する材料のリングを備えており、該リングは、研磨部 材の外面の周りのねじに係合する。形成されたこの張出し部の高さは、リング及 び研磨部材のねじが係合する深さを調節することによって、慎重に調節すること が出来る。リングの上にカラーを配置し、該カラーがリングに摩擦可能に係合し て、該リングの回転を防止して、非調節状態となるのを阻止し得るようにするこ とが望ましい。

添付図面において、同様の参照符号は同様の構成要素を示し、これらの図面にお いて、 図１は、本発明を具体化するウェーハ研磨装置の斜視図、図２は、その頂部を取 り除いた図１の装置の平面図、図３は、その割り出しテーブルに沿ったウェーハ 研磨装置の断面図、図４及び図５は、ウェーハ研磨工程の異なる部分を示す装置 の更なる平面図、図６ａ及び図６ｂは、ウェーハの装填状態を示す断面図、図７ ａ及び図７ｂは、ウェーハの排出状態を示す断面図、図８は、ウェーハ研磨組立 体及び装置内でのウェーハの動きを示す側面図、図９は、ウェーハ研磨組立体の 平面図、図１０は、ウェーハ研磨組立体内に設けた研磨アーム組立体の断面図、 図１１及び図１２は、ウェーハ洗浄組立体の側面図及び平面図、図１３は、ウェ ーハ研磨組立体の一部であるウェーハキャリヤの断面図、図１４は、図１３のウ ェーハキャリヤの一部である下方力伝達部材の斜視図、図１５は、ウェーハ研磨 装置用の制御装置のブロック図、図１６は、その研磨テーブルに沿ったウェーハ 研磨装置の断面図、図１７乃至図２２は、図１のウェーハ研磨装置の工程制御フ ロー図である。

好適な実施例の詳細な説明 図１は、本発明を具体化するウェーハ研磨装置１００の斜視図である。ウェーハ 研磨装置１００は、ウェーハ入力／出力モジュール１０１と、ウェーッ１処理モ ジュール１０２とを備えている。該ウェーハ研磨装置１００の構造は、処理モジ ュール１０２をクラス１０００のクリーンルーム環境内で隣接する壁を越えて配 置する一方、入力／出力モジュール１０１は、例えば、クラス１０のクリーンル ーム環境内に配置可能であるようにしである。特別には図示しない手段により、 研磨装置内に空気流が発生され、クラス１０のクリーンルームの環境が悪影響を 受けないようにその空気圧が調節される。

図２は、理解し易いように斜視図の頂部及び特定のその他の構造体は省略したウ ェーハ研磨装置１００の平面図である。更に、図２において、入力／出力モジュ ール１０１及び処理モジュール１０２を分離する壁１０４が示しである。ウェー ハは多数ウェーハのカセットによって入力／出力モジュール１０１に供給され且 つ該モジュールから除去され、図１及び図２には、上記のカセットの内、２つの 入力カセット１０６．１０７及び２つ出力カセット１０８．１０９が示しである 。

カセット１０６乃至１０９は、２５個以内の所定の直径のウェー７１を略水平方 向に格納する当該技術分野で公知の型式のものである。本明細書において、８イ ンチのウェーハについて説明する。これらのカセット１０６乃至１０９の各々は 、閉じた側部分及び後方部分と、ウェーハの装填及び排出を行う開放した前面部 分とを備えている。また、入力／出力モジュール１０１は、３軸の装填ロボット １１１を備えており、該ロボットは当該技術分野で公知の手段により、一度に一 枚ずつカセット１０６．１０７からウェーハを取り出し、そのウェーッ１を整合 装置１１３の上に置く。装填ロボット１１１は、例えば、ＡＤＥによるモデル３ ５１とし、また整合装置１１３は、例えば、ＡＤＥによるモデル４２８とするこ とが出来る。整合装置１１３は、ロボット１１１により該装置に呈示されたウェ ー７１を中心法めし、ウェーハ上のバーコードを読み取り得るように該ウェー／ ％を配置する。

ウェーハの整合後、整合されたウェーハの縁部を入カグマルｙ’Ｑ１５が把持す る。

処理モジュール１０２は、入力／出力装置１０１からウェーッ＼を受け取り、ま たウェーハを該装置に供給するために使用される割り出しテーブル１１７を備え ている。割り出しテーブル１１７は、５つのウェーッ１排出カップ１１９乃至１ ２３と、５つのウェーハ装填カップ１２４乃至１２８とを有する回転可能な環状 リング１１８を備えている。排出カップ１１９乃至１２３は、割り出しテーブル １１７の垂直中心軸線の周りで７２°の増分角度位置に配置され、同様に、装填 カップ１２４乃至１２８も排出カップに対する交互の位置にて垂直軸線の周りで ７２゜の増分角度位置に配置されている。このため、ウェー７％力・ツブは、回 転可能な部材１１８の周りで３６°の増分角度位置に呈示され、また、装填及び 排出かノブは交互に配置されている。

割り出しテーブル１１７は、３６０°の角度を回転可能であり、主として、反時 計方向（図２）に３６°の整数倍の角度で回転されて、ウェー／１カツプ１１９ 乃至１２８を入力／出カニ程のために位置決めし、又ウェー／　’を５つの群毎 に、研磨組立体１３２に対する装填及び排出を行う。時計方向への割り出しは全 て、本明細書に特に記載されている。図２には、割り出しテーブル１１７の２つ の位置が示しである。入力位置と称する一方の位置１２９は、テーブル１１７が 入力グリツバ１１５に隣接する入力カップを有するの位置である。図２において 、装填ウェーハカップ１２４は、入力位置１２９にある。出力位置と称する第二 の位置１３１は、テーブル１１７が出力グリッパ１１６に隣接する排出カップを 有するときの位置である。図２において、カップ１２０は、排出位置１３１にあ る。本実施例において、研磨組立体１３２に対するウェーッ＼の装填及び排出は 、全て上記型式のウェーハカップが入力位置にあるときに行われる、即ち、組立 体１３２の装填機能は、装填カップが入力位置１２９にあるときに行われ、排出 機能は排出カップが入力位置１２９にあるときに行われる。ウェー／％７’７ツ ブの装填及び排出を行うため、入力位置１２９にてウェーハカップに係合する位 置の割り出しテーブル１１７の下方には、空気シリンダ１５９が配置されている 。同様に、更に４つの空気シリスタ１５９が入力位置から７２°の増分角度にて 割り出しテーブル１１７の下方に配置されている。図３は、断面線３−３に沿っ た処理モジュール１０２の図であり、割り出しテーブル１１７及び特定の関連す る装置の断面図が示しである。

ウェーハが整合装置１１３により整合され、空の装填カップ１２４が入力位置１ ２９に呈示されると、入力グリッパ１１５が整合したウェー７１を把持し、該つ 工−ハを垂直方向に１８０°回転させ、図４に示すように、新たに整合したウェ ー／％を入力カップ１２４内に配置する。カップ１２４がウェーッ１を受け取っ た後、交流サーボモータ１３１（図３）により駆動される割り出し駆動装置１３ ０の制御により、割り出しテーブル１１７を７２°反時計方向に回転させ、例え ば１２８のような次に利用可能な装填カップを入力位置１２９に配置して、整合 したウェーハを受け取る。割り出しテーブルの駆動装置１３０は、コンピュータ １０３の制御の下に作動して、その割り出し機能を果たす。装填カップの装填及 び割り出しテーブル１１７の割り出しを交互に行うことにより、５つの装填カッ プ１２４乃至１２８は全て装填されて、ウェーハが研磨を待ち、装填カップ１２ ４は、再度、入力位置１２４となる。以下に説明するように、５つの装填カップ が空になるまで、それ以上の入力操作は行われない。

この実施例において、ウェーハは、回転する研磨テーブル１３４と共に作動する 多数ヘッドのウェーハ研磨組立体により、一度に５つずつ研磨される。この多数 ヘッド研磨組立体１３２は、図１の切欠き図に示してあり、図２、図４及び図５ には、透明な十角形として示しである。この研磨組立体１３２の構造の詳細につ いては後で説明する。研磨組立体１３２は、５つのウェーハキャリヤ１３９乃至 １４３を備えており、各ウェーハを回転させ且つ各ウェーハを回転する研磨テー ブル１３４の上の２つの外周間で前後に揺動させると同時に、５つのウェーハを 回転する研磨テーブル１３４上に同時に押し出すことが出来る。図２、図４及び 図５において、ウェーハキャリヤ１３９乃至１４３は、外周を広（して黒円で示 しである。その間をウェーハキャリヤ１３９．１４３が揺動し得る２つの外周は 、図２に示した元の位置と、図４に示した最大の外方揺動位置とから成）ている 。ウェーハの研磨が完了し、又はウェーハキャリヤ１３９乃至１４３が空になっ たとき、これらのウェーハは、研磨テーブル１３４から上方に相当な距離まで持 ち上げる。ウェーハキャリヤ１３９乃至１４３が持ち上げられると、これらのつ 工−ハキャリャは元の揺動位置に戻る。

割り出しテーブルの装填カップ１２４乃至１２８の各々が研磨すべき１つのつ工 −ハを保持しているとき、これらのウェーハは、研磨が開始する前にウェーハキ ャリヤ１３９乃至１４３に搬送しなければならない。研磨組立体１３２が研磨テ ーブル１３４の上方の位置から割り出しテーブル１１７の上方の位置まで動くと きに、ウェーハキャリヤ１３９乃至１４３内へのウェーハの装填が開始する。図 ３、図８に示すように、研磨組立体１３２は、回転する研磨テーブル１３４と割 り出しテーブル１１７との間で処理モジュール１０２の長さに沿って伸長する、 一対の搬送レール１３７により、処理モジュール１０２の主構造体板１３６に取 り付けられている。研磨組立体１３２は、Ｔ）ＩＫ軸受Ｎｏ、　Ｈ３Ｒ３５ＣＢ ２ＵＵのような４つの搬送線形軸受によりレール１３７に接続された搬送フレー ム１４４によってレール１３７に接続されている。レール１３７に沿った線形動 作は、交流サーボモータ１６５により駆動されるＴＨＫ　Ｎ０９ＢＬＫ　３２３ ２ＥＺＺのようなモータ被動の搬送ボールスクリューにより制御される。図５に は、研磨テーブル１３４からの線形動作が完了したとき、搬送ヘッド研磨組立体 １３２が割り出しテーブル１１７の上方にある位置が示しである。装填工程は、 ５つのウェー７１キヤリヤ１３９乃至１４３が環状リング１１８の中心に形成さ れたタブ１３３内に下降し、ブラシ１４６に対して回転したときに開始し、これ と同時に、複数のノズル１４７から水のような溶剤が噴霧される。次に、ウェー ハキャリヤ１３９乃至１４３はその最高の上方位置まで持ち上げられ、また、そ の最大の外方位置まで外方に揺動される。ウェーハキャリヤ１３９乃至１４３を 研磨組立体１３２の上に予め整合させ、割り出しテーブル１１７の回転を適正に 割り出すことにより、ウェー７１キヤリヤ１３９乃至１４３の各々が割り出しテ ーブル１１７の一つのカップの上方になり且つ該カップと略垂直に整合する。装 填工程を行うべきとき、装填カップ１２４乃至１２８がウェーハキャリヤ１３９ 乃至１４３と垂直に整合するようにテーブル１１７を位置決めする（図４）一方 、排出工程を行うべきとき（図５）、割り出しテーブル１１７は、排出カップ１ １９乃至１２３とウヱーノ）キャリヤ１３９乃至１４３とを垂直方向に整合させ 得るように位置決めする。

本明細書において、ウェーハキャリヤ１３９乃至１４３は、丁度、研磨工程を完 了し、その各々が排出すべきウェーハを保持しているもとの仮定して説明する。

図４には、入力／出力モジュール１０１からウェーハを受け取った後の割り出し テーブル１１７の相対的位置が示しである。排出工程のため、排出カップをつ工 −ハキャリャ１３９乃至１４３に整合させるためには、割り出しテーブル１１７ は３６°の割り出し角度だけ時計方向に割り出され、その結果、装填カップ及び 排出カップの位置は図５に示した位置となる。かかる適正な位置決めをしたとき 、排出ウェーハの操作は、排出カップ１１９．１２３とウェーハキャリヤ１３９ 乃至１４３のそれぞれの一つとの間で略同時に行われる。かかる排出操作が完了 したとき、ウェーハキャリヤ１３９乃至１４３は、元の位置に戻り、再度、下降 して、ブラシ１４６及びノズル１４７により更に洗浄される。研磨のため、キャ リヤ１３９−１４３に新たなウェーハを装填するとき、これらのキャリヤは、再 度、持ち上げて、その最大位置まで揺動させ、又、割り出しテーブル１１７は３ ６°の増分角度だけ反時計方向に回転させ、このため、装填カップ１２４乃至１ ２８はウェーハキャリヤ１３９乃至１４３と垂直方向に整合状態となる。かかる 整合状態が達成されたならば、キャリヤの装填操作を行って、５つのウェーハキ ャリヤを全て略同時に装填する。また、図５に示すように、装填及び排出操作中 の多数ヘッドの研磨組立体が割り出しテーブル１１７の上方で係合する一方、回 転研磨テーブル１３４は、研磨パッド処理装置１４９によって修復することが出 来る。

パッド処理装置１４９は、その下面に研磨材を有する回転ヘッド１５０から成っ ている。回転ヘッドは、研磨テーブル１３４を横断して前後に揺動して次の研磨 工程用の表面を用意する。表面処理部材１４９は、枢着点１５２にて支持された 揺動部材１５１上で回転ヘッド１５０を保持している。

−例としてのウェーハキャリヤ１３９に関するウェーハキャリヤの装填操作は、 図６ａ及び図６ｂに示しである。例えば装填カップ１２４のような各カップは、 可動インサート１５４と、該インサート用の支持部材１５５とから成っている。

支持部材１５５は、主として、カップインサート１５４が上方及び下方に移動す るのを許容する貫通孔を有する回転部材１１８の平坦な支持面から成っている。

このカップインサート１５４は、取り扱うウェーハに傷を付けないようデルリン （Ｄｅｌｒｉｎ　（登録商標））のような材料で形成され、ウェーハキャリヤ１ ３９の最下方点の外径よりも僅かに大きい最上部の内径と、ウェー７１キヤリヤ １３９の外径に略等しい下方内径とを有する斜面１５６を備えている。ウェーッ １カップのこの斜面１５６は、装填及び排出操作中、ウェーハカップとウェーッ １キャリヤの底部とを自然案内式に整合させる。また、装填カップ１２４乃至１ ２８の各々は、空気シリンダ１５９のピストン１５８に係合する底部材１５７を 備えている。この底部材１５７の厚さ、及びピストン１５８の移動は、次によう にしである。即ち、ピストンが図６ｂに示すように作動されたとき、カップイン サートは、ウェーハキャリヤ１３９の下面まで上方に駆動され、このため、カッ プインサート１５４によって保持されたウェーハがウェーハキャリヤ１３９の下 方の平坦面２６１と略接触するようにする。ピストン１５８がその上方の移動位 置にあるとき、ウェーハキャリヤ１３９の平坦な下面２６１の穴を通じて真空圧 が付与され、該ウェーハをその面に固着する。その後、空気シリンダ１５９を不 作動にし、カップインサート１５４をカップ支持部材１５５内に下降させる。カ ップインサート１５４を下降させる前に、各カップインサート１５４内のウェー ッ１がウェーッ１キャリヤ１３９に固着されていることを確認するため、真空試 験を行うことが望ましい。

図７ａ及び図７ｂには、−例としてのウェー７１キヤリヤ１３９からウェーッ１ を排出する同様の工程が示しである。排出カップ１２０は、装填カップ１２４の カップインサート１５４と略同−の上方の特性及び寸法を有するカップインサー ト１６１を備えている。しかしながら、排出カップインサート１６１の底部材１ ６２は、空気シリンダ１５９のピストン１５８の頂部から僅かに離れた位置に配 置されている。この装填カップよりも間隔が僅かに広い結果、カップインサート １６１はウェーハキャリヤ１３９の下方の僅かに下方の位置まで上方に動かされ る。

上方の位置にあるとき、ウェーハキャリヤ１３９の面２６１に対する真空が停止 し、ウェーハはウェーハキャリヤ１３９から分離することが可能となる。ウェー ハをキャリヤ１３９の面から付勢させるため、空気又は水のような確実な流体流 を提供することが望ましい。カップインサート１６１の設定位置によりウェーッ ）はカップインサートにより捕獲される前に、符号１６３で示した僅かな距離だ け落下することが可能になる。この距離は、ウェーハがウェーッーキャリヤ１３ ９の面２６１から分離することを確実にする。ウェーッ）がウェー７１キヤリヤ １３９の面から実際に分離したことを確認するため、真空試験を行うことが出来 る。排出工程が完了したならば、空気シリンダ１５９を不作動にし、インサート １６１は割り出しテーブル１１７の面１５５の上におけるその静止位置に復帰す る。

研磨済みのウェーハが排出カップ１１９乃至１２３の上に置かれ、研磨前のつ工 −ハがウェーハキャリヤ１３９乃至１４３内に装填された後、ウェーッー研磨組 立体１３２はレール１３７に沿って回転研磨テーブル１３４の上方の位置まで動 かす。図８には、側部レール１３７に沿った動きが側面図で示しである。図８に は、左側、即ち割り出し位置にある搬送フレーム１４４′が破線で示しである一 方、右側、即ち研磨位置にある搬送フレーム１４４が第二の実線で示しである。

この実施例では、かかる搬送フレームが一つしか示していないが、両方の線は、 研磨組立体１３２の線形の動作範囲を示すために示したものであることを理解す べきである。研磨位置にあるとき、搬送フレーム１４４によって保持された４つ の楔１６６が主板１３６に取り付けられた関係する支持部材１６８に形成された それぞれのスロット１６７に係合する。図８には、かかる楔が２つ示してあり、 その他の２つは搬送フレーム１４４の反対側に保持されている。楔１６６とスロ ット１６７とが係合すると、４つのソレノイド１６９が作動して、端部にローラ が設けられたレバーアーム１７１が回転して楔１６６と係合し、楔１６６とスロ ット１６７との間に堅固な取り付は関係を保つ。楔１６６及び支持部材１６８の 作用の結果、ウェーハキャリヤ１３９乃至１４３の圧力によりテーブル１３４に 対して付与される上向きの力は、軸受１４５ではなく、支持部材１６８によって 支承される。研磨組立体１３２は、コンピュータ１０３からの命令に応答して交 流サーボモータ１６５により駆動される搬送ボールスクリュー１６３の回転に応 答して、レール１３７に沿って動かされる。

ウェーハの研磨は、研磨組立体１３２のウェーハキャリヤ１３９乃至１４３の動 作と研磨及び／又は化学的スラリーの存在下で機能する研磨テーブル１３４の動 作との複合作用により行われる。図１６には、研磨テーブル１３４を通る断面線 １６−１６に沿った処理モジュール１０２の断面図が示しである。研磨テーブル １３４は、軸受部材２８１により主構造体板１３６の上方で中央シャフト２８２ の上に回転可能に支持されている。シャフト２８２は、板１３６を通って伸長し 、又、駆動ベルト２８３及びプーリー２８４によって研磨テーブルモータ２８０ の出力プーリー２８５に接続されている。モータ２８０は、当該技術分野で周知 の型式のインターフェース４４２の命令に応答して作動し、研磨テーブル１３４ の回転速度を正確に調節する。又、図１６には、コンピュータ１０３の制御の下 で作動して、スラリーをスラリーポンプ２２３（図１５）からテーブル１３４上 に分配する一対のスラリーノズル２２１が示しである。

テーブル１３４は、上面２８６を支持し且つ少な（とも一つの冷却流体チャンバ ２９３を形成する支持フレーム２８８によって支持されたディスク状の上面２８ ６を備えている。シャフト２８２は、その中心軸線に沿って中空の通路２９１を 備え、又、２つの流体通路を形成し得るようその内部に配置された管２９０を備 えている。一つの流体通路が管２９０内にあり、第二の通路は作動中、管２９０ と通路２９１の内面との間の環状スペース内にある。冷却流体は中央管２９０及 び接続部２９７を介して通路２９３内に送出される。通路２９３からの温水は管 ２９０の周りの環状通路を通って流動し、接続部２９７を通じて熱交換器２９５ （図２）に戻される。流体ポンプ（図示せず）を備える熱交換器２９５は、作動 流体の循環及び冷却を続行して、研磨テーブル１３４を低い温度に維持する。

図９に平面図で示した研磨組立体１３２は、その各々が研磨組立体内に形成され た独立的な領域内にある５つの独立した研磨装置を備えている。組立体１３２の 構造体は、図９の平面図に示すように、中央の鋼製支持部材１７４により下方の 平行な鋼板十面体１７２から分離された上方の鋼板十面体１７０と、５つの領域 を形成する鋼板１７５とを備えている。支持部材１７４は、上方板１７０及び下 方板１７２に溶接されて、また、領域を形成する板１７５の各々は、一本の支持 部材１７４に及び上方板１７０並びに下方板１７２に溶接されている。輸動する 研磨アーム１８０は、研磨組立体１３２の各領域内に枢動可能に取り付けられて 、点１７６を通つる垂直軸線の周りを水平方向に揺動する。コンピュータ１０３ からの制御信号に応答して、揺動する研磨アーム１８０は、例えばウェーハキャ リヤ１３９のような一つのウェーハキャリヤの位置、回転する研磨テーブル１３ ４に対するその圧力及びウェーハキャリヤ１３９の回転速度を調節する。

一つの揺動型研磨アーム１８０の詳細が図１０に示しである。研磨アーム１８０ は、上方の水平支持部材１８２が溶接された垂直の枢動柱１８１と、下方の水平 支持■ビーム１８３とを備えている。部材１８２及びＩビーム１８３の自由端は 端部材１８４により接続されている。枢動柱１８１の上端は、上方板１７０の穴 を通って伸長する回転速度の減速装置１８６の回転面にボルト止めされている。

本実施例において、速度減速装置１８６は、ドージェン（Ｄｏｊｅｎ）速度減速 装置シリーズ■、モデルＮｏ、　０４である。速度減速装置１８６の静止部分は 板１７０の上面にボルト止めされている。枢動柱１８１の下端はハウジング１３ ２の下方板１７２に取り付けられた軸受１８７及び軸受支持ピン１８８により支 持されている。交流サーボモータ１９０が速度減速装置１８６に接続され且つ該 速度減速装置を駆動する。サーボモータ１９０を時計方向又は反時計方向に回転 するように選択的に励起させることにより、枢動柱１８１により画成された垂直 軸線の周りを揺動する研磨アーム１８０は容易に制御可能となる。

研磨アーム１８０は、例えば、ウェーハキャリヤ１３９のような一つのウェーハ の機能を制御する装置を支持している。ウェーハキャリヤに加わる持ち上げ、下 降及び下向きの力は研磨アームの上方部材１８２の上面に取り付けられた複動空 気シリンダ１９２により制御される。例えば、ＳＭＣシリーズＮＣＡ　１とする ことの出来る空気シリンダ１９２は上方板１７０に形成された円弧状スロット１ ９５を通って伸長し、このため、アーム１８０の自由な揺動が妨害されることは ない。

空気シリンダ１９２の出力シャフト１９４はカップ状部材１９７に接続された円 形フランジ１９６に取り付けられている。カップ状部材１９７は、該カップ状部 材の円形穴１９９を通じて軸受カラー１９８を受け取る。フランジ１９６及びカ ップ状部材１９７の組み合わせ体は、軸受カラー１９８のフランジ付き頂部分よ りも寸法の大きい円筒形チャンバを形成し、このため、軸受カラー１９８の下方 から空気シリンダ１９２に横方向力が伝達されることはない。軸受カラー１９８ の底面は、センセチル（Ｓｅｎｓｅｔｅｌ）モデル４１０−ドセルのような力セ ンサ２０２の上面に取り付けられ、その底面は中空円筒形の力伝達部材２０４に 取り付けられる。力伝達部材２０４は、スラスト軸受２０８によりその下面が中 空のキャリヤ駆動シャフト２０６の外周に接続されている。中空の力伝達部材２ ０４の内部には、流体継手２１０があり、この継手は、力伝達部材２０４の穴２ ０９を介してキャリヤ駆動シャフト２０６の中空の中心部に流体接続部２１１を 通じて流体及び真空を連通させる。

キャリヤの駆動シャフト２０６は、ボールスプライン及び軸受組立体２１２によ り■ビーム１８３に支持されており、該組立体はシャフト２０６を横方向に動か ないように保持しているが、シャフトの回転のみならずその上方及び下方への動 きを許容する。組立体２１２は、トーリングトン（Ｔｏｒｒｉｎｇｔｏｎ）　９ １２０にのような軸受２１６により所定位置に保持されたＴＨＫ　ＬＢＳＴ５０ のようなボールスプラインカラー２１４を備えている。駆動シャフト２０６の下 端は、組立体１３２の板１７２の底部の円弧状スロット２１９を貫通して伸長す る円形のフランジ２１８に取り付けられている。円弧状スロット２１９は、円弧 状スロット１９５と略同−であり、シャフト２０６及びキャリヤ１３９の揺動を 許容するために設けられている。ボールスプライン２１４の頂部は、速度減速装 置２２２の出力シャフト２２７に取り付けられた歯車２２６により回転可能に駆 動される歯車２２４に接続されている。交流サーボモータ２２０がコンピュータ １０３の制御の下、速度減速装置２２２、従ってシャフト２０６に回転力を付与 する。

図１３は、シャフト２０６からの下向きの力及び回転力をウェーハキャリヤによ り保持されたウェーハまで均一に分配する構造としだウェーハキャリヤ１３９の 断面図である。ウェーハキャリヤ１３９は、フランジ２１８の下面１１９にボル ト止めした円形横断面の上方力伝達部材２５１を備えている。また、上方部材２ ５１は、図１４に斜視図で示した下方力伝達部材２５３の円筒形の上方開口部に 受け入れられる。上方部材２５１の外径は、下方部材２５３の受け入れ円筒体の 内径よりも小さく、駆動シャフト２０６の軸線とウェーハキャリヤ１３９の回転 軸線との整合状態が変化することを許容する。上方部材２５１と下方部材２５３ との継手部分は、整合状態が変化したとき、キャリヤ１３９の平坦面２６１の全 体の圧力を均一に保つ軸受付きの遊動環を備えている。

下向きの圧力の力は、下方レース２５５により支持され且つリテーナ２５７によ り保持された複数のポール軸受２５８を含むボール軸受組立体により伝達される 。図１３に示すように、下方レース２５５はその中央の垂直軸線の周りで下方力 部材２５３に取り付けられ、又、該下方レース２５５はボール軸受２５８を整合 させる溝２６０を備えている。圧力は、上方力伝達部材２５１の下面の垂直軸線 の周りに対称に取り付けられた上方レース２５６によりポール軸受２５８に加え られる。上方レース２５６の軸受接触面は、図示するような断面形状であり、下 方部材２５３の中央垂直軸線上の所定の点まで略等しい距離の半径Ｒを有する。

本実施例において、この所定の点は、ウェーハキャリヤ１３９の面を画成する面 ２６１にあり、符号２６２で示しである。この形態は、加えられた圧力を面２６ １の中心に集中させて、力を均一に分配する。レース２５５．２５６の形態は、 力の集中点を図示した位置から上方又は下方に移動させるように選択可能である が、力は垂直軸線に集中させることが最も望ましい。

上方部材２５１の円筒形が外周の周りで９０°の間隔で取り付けられた４つのカ ム従動子２６３により、回転力は上方部材２５１から下方部材２５３に伝達され る。カム従動子２６３の外側リングは、下方部材２５３の直立の円筒形部分の周 りで９０°の角度に離間されたスロット２６５（図１４）内に配置されている。

自由度が得られるようにカム従動子２６３の外側リングの直径よりも僅かに幅を 広くしたスロットは、予想可能な所望の動作範囲を許容し得るように垂直方向に 十分な長さをしている。カム従動子２６３がスロット２６５の側面（軸受面）に 当接したときに、回転力は下方部材２５３に伝達される。上方部材２５１は、該 上方部材２５１を挿入した後、下方部材２５３に締結されたカラー２６７により 、下方部材２５３内に保持されている。ポール軸受２５８の圧力を保ち且つ部材 ２５１．２５３間の自由度を許容するため、カラー２６７は、該カラー２６７か ら上方部材２５１に可撓性の下向けの圧力を保つ複数のばね２６９を備えている 。

下方部材２５３は、２つの部分に分けて製造され、このため、流体及び真空を面 ２６１に連通させることが出来る。下方部材２５３の上方部分２７１は、中心穴 ２７２に連通ずるようにフライス加工した複数の通路２７３を備えている。下方 部材２５３の面を画成する下方部分２７４は、面２６１とフライス加工した通路 ２７３との間で流体及び真空を連通させ得るように穿孔した複数の穴２７５を備 えている。上方部材２５１とフランジ２１８との間には、キャビティ２７４が形 成されており、該キャビティは、その下面が可撓性ガスケット２７６により密封 されている。駆動部材２０６の中空中央部で連通された流体又は真空は、キャビ ティ２７４を介して、通路２７７、穴２７２、フライス加工した通路２７３及び 面部材２７４の穴２７５により、面２６１の穴に伝達される。また、ウェーハキ ャリヤ１３９は、面２６１の外側張出し部２７０を形成し得るように面部材２７ ４上に配置された、デルリンのようなプラスチック材料から成る中空の円筒形リ ング２６８を備えている。取り付けられたウェーハが面２６１の上で摺動しない ように保持するために張出し部２７０を使用し、又、この張出し部２７０の好適 な高さは、ウェーハの厚さ及びその他の工程因子に依存して異なる。図１４に示 すように、下方部材２５３の外側フランジ２６２は、リング２６８の円筒形内面 のねじ２６４′に係合する、その外面に設けられるねじ２６４を備えている。

リング２６８をフランジ２６２の上にねじ込むことにより、リングを回転させる ことで張出し部２７０の高さの微調整が可能となる。張出し部２７０の所望の高 さが得られたならば、該張出し部には、下方部材２５３にボルト止めした保持リ ング２６６を摩擦可能に係合させる。保持リング２６６の周りには、罫書きマー ク２５９を配置し、張出し部２７０の高さを調節する間、このマークをリング２ ６８の基準線２５４と比較することが出来る。

研磨組立体１３２が研磨テーブル１３４にあるとき、例えば、研磨後のウェーハ を割り出しテーブル１１７の排出カップ１１９乃至１２３から出力ウェーハカセ ット１０８に移動させるウェーハの排出工程を行うことが出来る。このウェーハ の排出工程は、排出カップ１２０が排出位置１３１となる位置に割り出しテーブ ル１１７を配置することで開始される。排出位置にあるウェーハカップ１１７を 空気シリンダ１６０により持ち上げ、排出グリッパ１１６の縁部が排出カップ１ ２０内のウェーハ２３５を把持し、該カップを垂直方向に回転させ、該カップを ウェーハ洗浄装置２３０内に配置したときに、排出工程が開始する。ウェーハ洗 浄装置２３０は、図１１の側面図及び図１２の平面図に詳細に示しである。排出 ウェーハ２３５は、その各々がポール軸受を介して取り付けたキャップ２３３を 有する４つのスピンドル２３２の上にグリッパ１１６により配置される。これら のスピンドル２３２及びキャップ２３３は、排出ウェーハ２３５の外周を４つの 全てのキャップの棚状突起２３６上に支持し得るように配置される。次に、６つ の回転ブラシ２３８を有する洗浄組立体２３７をガイドシャフト２４０に沿って ウェーハ２３５に向は任意の方向に駆動して、ウェーハの上方及び下方の位置に 配置する。かかる位置決めのとき、洗浄組立体２３７の底部のブラシ保持部分２ ４１は空気シリンダ２３９により上方に動かされて、上方及び下方組みのブラシ ２３８の間でウェーハ２３５に係合する。次に、ブラシは、洗浄組立体２３７の 上方部材２４４の複数のノズル２４３及びウェーハ２３５の下方に取り付けられ た複数のノズル２４５により、脱イオン水が供給される間に、ステッパーモータ ２４７．２４６及びベルト（図示せず）により回転される。ブラシ２３８を非対 称に配置する結果、ウェーハ２３５は水中で回転し、それによりその面を洗浄す る。洗浄が終了する所定の時間の経過後、洗浄組立体２３７をその最左側の位置 に戻し、ウェーハ２３５は、エレベータ／アーム装置２４９により水洗浄組立体 ２３０の上方の位置に持ち上げる。次に、エレベータ／アーム組立体２４９をガ イド部材２４８に沿って水スライド２５ｏ（図１）まで動がし、ここで、つ工− ハ２３５を排出ウェーハカセット１０８内への水流により摺動される。ウェーハ カセット１０８は、操作者が排出するまで水中に没していることが望ましい。

本明細書に記載した方法及び装置は、製造工程を制御し且つ検出するインテル（ ＩＮ置）−４８６主プロセツサ、記憶装置及び適当な入力／出力インターフェー スを備えるコンピュータ１０３によって制御される。ＶＭＥバスシステムとする ことの出来るコンピュータ組立体、及びその製造工程へのインターフェースは、 当該技術分野で周知であるから、本明細書では詳細に説明しない。また、上述の サーボ及びステッパモータの各々は、関係する位置及び／又は速度センサを備え ており、モータ回転及び位置を閉ループにてフィードバック制御するときに、コ ンピュータ１０３がこのセンサを使用する。かかる位置及び速度センサも又当該 技術分野で周知である。更に、コンピュータ１０３は、ウェーハの全製造工種を 制御することの出来る工程管理マスターコンピュータ（図示せず）に連通可能で あるが、かかるマスターコンピュータ又は連通は、本発明の方法及び装置には不 要であり、このため、本明細書ではこれらについては記述していない。

図１５は、コンピュータ１０３により行われる制御を示す本発明の装置の電気ブ ロック図である。殆んどの制御は、コンピュータ１０３から作動装置に母線４５ ０．４５０′を通じて命令を送り、及びコンピュータにより母線４５１．４５１ ′を介してセンサを点検して、命令された行為が正確に実行され、所望の結果を 得ることを保証することによって、閉フィードバックループにて行われる。図１ ５において、例えば、空気シリンダ１９２のような各種の作動装置と、例えばセ ンサ２０２．４０７のような−又は複数のセンサとの間が破線で示しである。

これらの破線は、フィードバックループの構成部品である構成要素を関係付ける 。

例えば、−又は複数の空気シリンダ１９２を制御して、命令で指定された圧力を 加えるアナログ空気圧力制御装置４０１のインターフェースにコンピュータ１０ ３から命令を伝達することによってウェーハと研磨テーブル１３４との間に圧力 が維持される。例えば、キャリヤ１３９のような各キャリヤにより研磨テーブル に付与された実際の圧力は、次にインターフェース４０８を介して圧力センサ２ ０２から読み取り、コンピュータ１０３により空気圧力制御装置４０１調節命令 が送られて、圧力を所望のレベルに保つ。

図１７乃至図２２は、コンピュータ１０３により制御されるシステム１００によ って実行するウェーハの研磨工程のフロー図である。ウェーハの研磨工程【よ、 フロー線図に示し且つ以下に詳細に説明する６つの基本的なルーチンを含む。こ れらの６つの基本的なルーチンは、開始、入力、出力、装填、排出及び研磨であ る。開始ルーチン（図１７）は、新たな工程因子を入力するときに「電源オン」 にして行われる。入力ルーチンは、研磨前のウェーハを入力カセット１０６から 割り出しテーブル１１７に装填するときに使用される。この入力ルーチンは、入 力ウェーハが利用可能であるとき、割り出しテーブル１１７の装填カップ１２４ 乃至１２８が利用可能であるとき、及び研磨組立体１３２が割り出しテーブルを 使用しないときに行うことが出来る。排出ルーチンは、研磨後のウェーハが排出 カップ１１９乃至１２３内で利用可能であるとき、排出カセット１０８が利用可 能であるとき、及び研磨組立体１３２が割り出しテーブル１１７を使用していな いときに行われる。装填ルーチン（図１９）は、装填カップ１２４乃至１２８が 満杯であり、ウェーハキャリヤ１３９乃至１４３が空であるときに行われる。こ の装填ルーチンの直後に、図２０の研磨ルーチンが行われる。図２１の排出ルー チンがキャリヤ１３９乃至１４３が研磨後のウェーハを保持し、排出カップ１１ ９乃至１２３が空であるときに行われる。上記の説明から明らかであるように、 同時に−又は複数のルーチンを行うことが可能である。例えば、研磨ルーチン中 、研磨組立体１３２が割り出しテーブル１１７を必要としないとき、テーブル１ １７の割り出しを調和させるならば、入力ルーチン及び出力ルーチンの双方を行 うことが可能である。

この工程は、操作者が装置を作動させ、ウェーハを有する少なくとも一つの入力 カセット１０６及び少なくとも一つ空の出力カセット１０８を入力／出力モジュ ール１０１内に挿入したときに開始ルーチン（図１７）により開始される。コン ピュータ１０３は、周知の型式の内部初期化ルーチンを行い、又、段階３０３に てシステムを初期化することにより段階３０１にて「電源オン」に応答する。か かるシステムの初期化は、全てのセンサを読み取り、装置が作動可能であるか否 かを判断することを含む。次に、段階３０４が実行されて、操作者により工程因 子が入力される。

して機能し、工程因子の入力を可能にする。また、コンピュータのキーボードの ようなその他の入力装置を使用することも出来る。操作者が入力した工程因子は ウェーハキャリヤ１３９乃至１４３の各々に対する特定の研磨条件を特定する。

例えば、操作者は、ウェーハキャリヤ１３９乃至１４３の各々に、研磨テーブル １３４に加えるべき圧力、ウェーハキャリヤの回転速度、研磨アーム１８０が付 与する揺動距離、及びかかる圧力を研磨テーブル上で維持する時間を入力するこ とが出来る。又、操作者は、段階３０４にて、研磨テーブル１３４の回転速度及 びテーブルに送出すべきスラリーの量を指定する。一つの研磨アーム１８０に指 定された因子は、その他のアームに指定される因子と異なるが、以下の実施例に おいて、５つのウェーハキャリヤ１３９乃至１４３は、全てが同一の工程因子に 従って機能するものと仮定する。コンピュータ１０３は、該コンピュータ内の異 なる記憶位置に各研磨アーム１８０の工程因子を記憶させる。コンピュータ１０ ３は、入力された工程因子を利用して、その工程の物理的因子を測定するセンサ からの実際に検出される値の範囲を設定する。

工程因子を設定し且つ記憶させたならば、段階３０５を実行し、５つのキャリヤ １３９乃至１４３を全て持ち上げ、元の位置に揺動させ、研磨位置に動かす。

段階３０５は、空気圧力制御装置４０１を介して命令を伝達し、５つの空気シリ ンダ１９２の全てを制御し、その接続されたウェーハキャリヤ１３９乃至１４３ を持ち上げることにより行われる。この持ち上げの完了は、インターフェース４ ０８を介して５つのホール効果限界検出器４０７により点検する。元の位置への 揺動は、揺動装置のサーボインターフェース４０３に送られる揺動命令により行 われ、このインターフェースは、サーボモータ１９０に電力を付与して、キャリ ヤをその元の位置に回転させる。次に、インターフェース４１０を介してモータ １９０のサーボ位置センサ４０９（各サーボモータ１９０に関係付けられたセン サ）を読み取ることにより点検する。次に、段階３０６を実行し、インターフェ ース４４２を介して研磨テーブルモータ２８０に命令を送り、工程因子にて設定 された回転速度を達成する。コンピュータ１０３は、インター７百−ス４４１を 介してモータ２８０の速度センサ４４０の出力を読み取り、研磨テーブル１３４ の実際の回転速度を調節する。最後に、研磨組立体１３２の位置をサーボモータ １６５に関係付けられた位置センサ４１５から読み取り、研磨組立体が研磨位置 に無いときは、インターフェース４１７を介してサーボモータ１６５に命令を送 り、研磨組立体を所定位置に動かす。

装置１００を既知の位置に配置した後、入力カセット１０８が入力／出力装置１ ０１内に装填させているかどうかを確認するため段階３０７を実行する。かかる 点検は、入力／出力装置１０１の光電気セルセンサ１１９をコンピュータ１０３ により読み取る段階を含めることが出来る。カセットが存在しない場合、警報又 はその他の通告を付与して、操作者による動作を励起させることが出来る。これ と選択的に、かかるカセットが存在する場合、工程は段階３０９にて入力ルーチ ン（図１８）を入力し、このルーチンを実行して割り出しテーブル１１７を入力 ／出力位置に配置し、この位置にて、装填カップ１２４は、入力グリッパ１１５ に隣接する入力位置１２９にある。段階３０９は割り出しサーボモータ１３１の 位置センサ４２１を読み取り、割り出しテーブル１１７の位置を特定する段階と 、例えば排出カップ１１９のような排出カップが入力位置１２９にある場合、サ ーボモータ１３１を３６°だけ割り出すようにインターフェース４２３を介して 命令する段階とを含む。これと選択的に、既に装填カップ１２４が入力位置１２ ９内にあるとき、何らの割り出し動作も行われない。入力位置が設定されたなら ば、段階３１１にてロボット１１１に入力して、ウェーハを入力カセット１０６ から整合装置１１３に排出する命令が送られる。次に、整合装置１１３によりつ 工−ハの適正な整合状態をコンピュータ１０３により読み取って、ウェーハの動 作及び整合動作が良好に完了したか否かを判断することが出来る。

適正に整合したならば、段階３１３を実行し、入力位置１２９にある装填カップ １２４を持ち上げ、段階３１５にて、整合したウェーハを装填カップ内に配置す るように入力グリッパ１１５に命令する。次に、段階３１７にて装填カップ１２ ４を下降させ、段階３１８にて、サーボモータ１３１に７２°だけ割り出すよう に命令する。割り出し動作後、点検３１９を実行して、割り出しテーブル１１７ の上にあるウェーハの数が５つであることをコンピュータ１０３が表示するかど うかを確認する。その配置された数が５つ以下である場合、段階３１１にて再度 、ウェーハの入力ルーチンが開始する。

５つの装填カップ１２４乃至１２８が研磨するウェーッ＼を収容しているとき、 段階３２１にてウェーハの装填ルーチン（図１９）が開始し、その後、キャリヤ １３９乃至１４３が上昇した元の位置となる。次に、段階３２３にて、研磨組立 体１３２の移動機能が開始し、この段階は、制御装置４２５をクランプして、楔 １６６を支持部材１６８からロック解除するコンピュータ１０３からの命令を含 み、その実行は、センサ４２６を読み取ることにより点検される。また、研磨組 立体の移動機能は、研磨組立体１３２を割り出しテーブルの位置まで動かすサー ボモータ１６５に対する命令を含み、この動作は、サーボモータ１６５の位置セ ンサ４１５を読み取ることにより点検する。

キャリヤ１３９乃至１４３が割り出しテーブル１１７の上に配置された後、これ らのキャリヤは、段階３２５にて、ノズル１４７から水が噴霧される間に、ブラ シ１４６に対して下降され且つ回転することにより洗浄が行われる。水の噴霧の 制御は、インターフェース４２９を介して命令を受け取る水弁制御装置４２８に より図１５に示しである。段階３２７にて、キャリヤ１３９乃至１４３は、空気 シリンダ１９２に対する命令により持ち上げられ且つ５つのサーボモータ２０２ に対する命令によりその最大の外方位置まで揺動される。キャリヤ１３９乃至１ ４３が適正に持ち上げられ且つ揺動しているかどうかは、センサ４０７．４０９ を読み取ることにより点検する。

装填カップ１２４乃至１２８の位置は、段階３２８にて点検し、装填カップ１２ ４が入力位置１２９にあることを確認し、装填カップがこの位置にあるならば、 テーブルを３６°だけ割り出す。装填カップ１２４乃至１２８が適正に配置され たならば、段階３２９にて、コンピュータ１０３からインターフェース４３０を 介して空気シリンダ制御装置４３１に命令を送ることにより、持ち上げられる。

複シリンダが適正に作動しているか否かを確認する。カップは持ち上げられたと きキャリヤと自然整合し、コンピュータ１０３は、真空制御インターフェース４ ３４に命令して、５つの流体弁４３５を制御して、真空弁４３８から流体結合人 力２１１（図１０）へのホースを介してキャリヤ１３９乃至１４３の面２６１に 真空を付与する。付与された真空により、ウェーハはキャリヤ１３９乃至１４３ に固着され、段階３３３にて、装填カップは割り出しテーブル１１７まで下降さ れる。真空センサ４３６により真空レベルの点検を行い、工程を継続する前に、 各キャリヤ１３９乃至１４３に一つのウェーハが存在することを確認することが 望ましい。インターフェース４３７を介してコンピュータ１０３によりセンサ４ ３６の状態が読み取られる。次に、段階３３５にて、ウェー／＼キャリヤ１３９ 乃至１４３は元の位置まで揺動され、段階３３７にて、サーボモータ１６５は、 研磨組立体１３２を研磨位置まで動かす命令を受ける。

研磨位置に達したならば、制御装置４２５をクランプする命令を受けて研磨組立 体は所定位置にロックされ、段階３４１にて研磨ルーチン（図２０）が開始する 。この研磨と同時に、装置１００は入力ルーチンを実行し、研磨のために新たな ウェーハを準備し且つ／又は以下に説明する出力ルーチンを自由に実行して、研 磨済みのウェーハを割り出しテーブル１１７から排出する。

段階３４１にて、インターフェース４４１を介して速度センサ４４０を読み取る ことにより、研磨テーブルの回転速度を点検し、インターフェース４４２を介し て研磨テーブルモータ２８０に命令することでその回転速度が調節される。この 時点で、インターフェース４０５を介してサーボモータ２２０に命令が送られ（ 段階３４３Ｌその入力因子内にて操作者が指定した速度でその回転を開始する。

又、キャリヤ１３９乃至１４３が下降され、所定の圧力にて回転する研磨テーブ ル１３４に押し付けられ、キャリヤ１３９乃至１４３の揺動距離及び速度が維持 される。研磨中、圧力センサ２０２、位置センサ４０９、及び回転センサ４１２ は、コンピュータ１０３により頻繁に読み取り、適正な調節命令を伝達して、全 ての動作及び力を入力因子内で操作者が指定したレベルに対して設定された範囲 内で慎重に維持することが望ましい。又、研磨テーブル１３４に送出されたスラ リーの量をスラリーインターフェースに伝達し、熱交換器２９５と連通ずるコン ピュータ１０３により研磨テーブルの温度を制御して、機密な研磨状態を維持す る。

研磨が開始し、ウェーハキャリヤ１３９乃至１４３が持ち上げられ（段階３５１ ）だときに、タイミング段階３４９が開始し、その動作は、操作者が指定した時 間因子が達成されたときに、停止する。このとき、段階３５３で判断したように 、排出カップが利用可能であれば、工程フローは、段階３５５にて排出ルーチン （図２１）に進む。

段階３５５にて、研磨組立体１３２は割り出しテーブルの位置まで動かされ、段 階３５７にてキャリヤが下降されて洗浄が行われ、又段階３５９にて持ち上げら れ且つその最大の外方位置まで揺動される。段階３６１にて、割り出しテーブル １１７の位置がコンピュータ１０３により検出され、必要であれば、排出カップ １２０が入力位置１２９となるようにテーブルを回転させる。排出カップが適正 な位置にあるとき、段階３６３にて、これらのカップは持ち上げられ、キャリヤ １３９乃至１４３と整合され、また、真空制御装置４３４は、ウェーハがそのそ れぞれの排出カップ内に落下するのを許容し得るように、面２６１にて真空を停 止させるように命令を受ける。実際には、水のような圧力流体を真空装置に供給 し、ウェーハをそのそれぞれの面２６１がら付勢させることが必要であることが 分かる。装置へのかかる流体の導入は、図１５において真空源４３４及び加圧水 供給源４３９に接続した状態で示した流体弁４３５をコンピュータ１０３で制御 して行われる。

ウェーハが排出カップ１１９乃至１２３内に落下したとき、段階３６７にて、こ れらのウェーハは割り出しテーブル１１７面まで下降する。次に、キャリヤ１３ ９乃至１４３が元の位置まで揺動しく段階３６９Ｌ下降し且つ洗浄され（段階３ ７１Ｌ水洗いが行われる（段階３７３）。次に、装填カップ１２４乃至１２８内 に研磨前のウェーハが存在するか否かを確認するため、段階３７５が実行される 。装填カップ内にウェーハが存在するとき、段階３２７にて開始する装填ルーチ ン（図１９）が実行される。

研磨組立体１３２が研磨テーブルに復帰すると、研磨中のウェーハ及び研磨済み のウェーハが排出カップ１１９乃至１２３内に存在するか否がを問わず、段階３ ８１にてウェーハの出力ルーチン（図２２）が開始される。段階３８１にて、割 り出しテーブルの位置が点検され且つ必要であれば、制御され、排出カップ１２ ０を排出カップの位置１３１内に配置する。次に、位置１３１にある排出カップ １２０は、コンピュータ１０３がら空気シリンダの制御装置４３１に対する命令 に応答して、段階３８３にて排出空気シリンダ１６０により持ち上げられる。

次に、段階３８５にて、排出グリッパ１１６が排出位置１３１まで回転され、コ ンピュータ１０３の命令を受けてウェーハを把持し、上昇した排出カップから洗 浄ステーション２３０に戻り、ここで、段階３８７にて空気シリンダ制御装置４ ３１、水制御装置４２８及びステッパモータの制御装置４４５に対する命令の組 み合わせにより洗浄が行われる。タイマ一段階３８９で特定されたように洗浄が 終了すると、段階３９１にて、割り出しテーブル１１７の排出カップ１１９乃至 １２３内でより多（の研磨後のウェーハが利用可能であるか否かを確認するため の点検が行われ、その結果が是であれば、テーブルは７２°割り出され、段階３ ８３にて入力ルーチンが継続する。排出カップ１１９乃至１２３の全てが空であ るならば、排出二種は終了する。

本発明の好適な実施例について説明したが、当業者には、請求の範囲に記載した 本発明の範囲から逸脱せずに各種の応用例及び変更が可能であることが明らかで あろう。

例えば、上記の実施例において、操作者が入力した同一の工程因子に従って一度 に５つのウェーハの装填、排出及び研磨が行われる。各研磨アームに対する工程 因子は、入力するとき、異なるものとなる場合がある。又、特定の少量のバッチ 工程又は試験目的のために、一度に研磨するウェーハの数を５以下とすることが 出来る。データの入力段階中、一部、例えば２つの研磨アームは休止しているも のと判断し、５つではな（３つのみのウェーハが割り出しテーブルに配置され、 装填、研磨及び排出が行われるようにしてもよい。

ＦＩＧ、４ ＦＩＧ、５ ＦＩＧ、　６ａ　ＦＩＧ、６ｂ ＦＩＧ、　７ａ　ＦＩＧ、　７ｂ 特表千７−５０８６８５　（１１） ＦＩＧ、　１３ ＦＩＧ、　＋６ 浄？ｔＦ（内容に変更なし） 浄書（内容に変更なし） 浄書（内容に変更なし） 浄７Ｆ（内容に変更なし） 浄書（内容に変更なし） 手続補正書 平成　６年１２Ｊ］１５−前

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. １．薄いウェーハ材料の面の研磨装置にして、研磨面と、 該研磨面に対してウェーハを研磨する複数のウェーハキャリヤを備える研磨組立 体手段と、 前記ウェーハキャリヤの数に等しい数の複数の装填手段を備え、該装填手段の各 々が研磨すべき一つのウェーハを保持する割り出し手段と、前記ウェーハキャリ ヤを前記装填手段の個々の一つひとつに隣接して位置決めする位置決め手段と、 前記装填手段により保持されたウェーハを前記ウェーハキャリヤの個々の一つひ とつと略同時に係合させる係合手段と、前記ウェーハキャリヤを前記研磨面に研 磨可能に係合するよう位置決めする位置決め手段とを備えることを特徴とする研 磨装置。
2. ２．請求の範囲第１項に記載の装置にして、前記位置決め手段が、前記研磨組立 体手段を前記研磨面の位置から前記割り出し手段の位置まで動かす手段を備える ことを特徴とする装置。
3. ３．請求の範囲第１項に記載の装置にして、前記位置決め手段が、前記ウェーハ キャリヤを前記装填手段の上方に位置決めする手段を備え、前記係合手段が、前 記装填手段を持ち上げて前記ウェーハキャリヤに係合させる持ち上げ手段を備え ることを特徴とする装置。
4. ４．請求の範囲第２項に記載の装置にして、前記研磨組立体が前記研磨面に位置 決めされたとき、研磨すべきウェーハを前記複数の装填手段内に自動的に装填す る手段を備えることを特徴とする装置。
5. ５．請求の範囲第４項に記載の装置にして、前記割り出し手段が前記装填手段を 所定の割り出し量だけその中心軸線の周りで回転させ得るように取り付けられ、 前記装填手段が、前記割り出し手段の回転と同期化して作用し、研磨すべきウェ ーハを一度に一つずつ前記装填手段内に装填する手段を備えることを特徴とする 装置。
6. ６．請求の範囲第１項に記載の装置にして、前記割り出し手段が、前記ウェーハ キャリヤから複数の研磨後のウェーハを略同時に受け取る複数の排出手段を備え 、 研磨後のウェーハを前記排出手段から自動的に取り出す取り出し手段を備えるこ とを特徴とする装置。
7. ７．薄いウェーハ材料の面の研磨装置にして、研磨面と、 該研磨面と研磨状態に接触する各々のウェーハを保持する複数のウェーハキャリ ヤを備える研磨組立体と、 前記ウェーハキャリヤの数に等しい数の複数の排出手段を備える割り出し手段と 、 前記研磨組立体を前記研磨面から前記割り出し手段まで動かす移動手段と、前記 ウェーハキャリヤにより保持されたウェーハを前記排出手段の個々の一つひとつ 内に略同時に配置する手段とを備えることを特徴とする研磨装置。
8. ８．請求の範囲第７項に記載の装置にして、前記移動手段が、前記研磨組立体手 段を前記研磨面における位置から前記割り出し手段における位置まで直線状に動 かす手段を備えることを特徴とする装置。
9. ９．請求の範囲第８項に記載の装置にして、前記研磨組立体が前記組立体に位置 決めされたとき、研磨後のウェーハを前記複数の排出手段から自動的に取り出す 取り出し手段を備えることを特徴とする装置。
10. １０．請求の範囲第９項に記載の装置にして、前記取り出し手段が前記ウェーハ を一度に一つずつ前記排出手段から取り出すことを特徴とする装置。
11. １１．請求の範囲第１０項に記載の装置にして、前記割り出し手段が前記排出手 段を所定の割り出し量だけその中心軸線の周りで回転させ得るように取り付けら れ、前記取り出し手段が、前記割り出し手段の回転と同期化して作用し、前記ウ ェーハを一度に一つずつ取り出す手段を備えることを特徴とする装置。
12. １２．請求の範囲第９項に記載の装置にして、ウェーハを自動的に取り出す前記 手段が、前記排出手段から取り出した後の該ウェーハを洗浄する手段を備えるこ とを特徴とする装置。
13. １３．請求の範囲第１２項に記載の装置にして、前記洗浄手段が、排出したウェ ーハを複数の回転ブラシの間で係合させる手段と、前記排出したウェーハに溶剤 、を噴霧する手段とを備えることを特徴とする装置。
14. １４．請求の範囲第９項に記載の装置にして、前記取り出し手段が排出したウェ ーハを多数ウェーハのカセット内に配置する手段を備えることを特徴とする装置 。
15. １５．請求の範囲第７項に記載の装置にして、前記ウェーハを取り出し手段内に 配置する前に、前記ウェーハキャリヤにより保持されたウェーハを洗浄する洗浄 手段を備えることを特徴とする装置。
16. １６．薄いウェーハ材料の面を研磨するコンピュータ制御による装置にして、回 転する研磨面と、 該研磨面の回転速度を測定する手段と、薄いウェーハ材料をその面に固着するウ ェーハキャリヤと、該ウェーハキャリヤに固着されたウェーハを前記研磨面に押 し付ける空気シリンダ手段と、 前記ウェーハキヤリヤにより前記研磨面に加えられた圧力を測定する圧力検出手 段と、 前記ウェーハ材料が前記研磨面に押し付けられる間に前記ウェーハキャリヤを回 転させる手段と、 前記キャリヤの回転速度を測定する手段と、ウェーハキャリヤの圧力範囲、研磨 テーブルの回転速度及びウェーハキャリヤの回転速度を設定する手段と、 前記圧力検出手段、研磨面の回転速度を検出する前記手段、ウェーハキャリヤの 回転速度を検出する前記手段に応答して、前記圧力、研磨面の回転速度及びウェ ーハキャリヤの回転速度を前記設定手段により設定された範囲内に維持するコン ピュータ手段とを備えることを特徴とするコンピュータ制御による装置。
17. １７．請求の範囲第１６項に請載の装置にして、範囲を設定する前記手段が、操 作者の相互作用に応答して、ウェーハキャリヤの圧力、研磨面の回転速度及びウ ェーハキャリヤの回転速度を設定するデータ入力手段を備えることを特徴とする 装置。
18. １８．請求の範囲第１６項に記載の装置にして、前記ウェーハキャリヤを前記研 磨面の上で揺動させる手段と、 該ウェーハキャリヤの揺動距離及びその速度を測定する揺動測定手段とを備え、 前記コンピュータ手段が、該揺動測定手段に応答して、前記ウェーハキャリヤの 揺動を所定の範囲内に維持する手段を備えることを特徴とする装置。
19. １９．薄いウェーハ材料の面を研磨する装置にして、研磨面と、 前記中心軸線に沿つて圧力の力を伝達し且つ前記中心軸線に沿つて回転力を伝達 する中心軸線を有する力伝達部材と、研磨部材であつて、前記研磨面と略平行で 平坦な下面を有し、該平坦な下面が該下面に対して直角な研磨軸線を有する研磨 部材を備えるウェーハキャリヤと、前記力伝達部材と前記ウェーハキャリヤとの 間に接続された圧力の力結合手段であつて、該力伝達部材の前記中心軸線の周り に対称に配置された第一のレース部材と、前記ウェーハキャリヤの研磨軸線の周 りに対称に配置された第二のレース部材と、前記第一のレース部材と前記第二の レース部材との間に保持されたポール軸受手段とを備え、前記第一のレース部材 、前記第二のレース部材及び前記ポール軸受手段が、協働して、前記圧力の力を 前記圧力の力結合手段を通じて前記研磨軸線の上の一点に集中させる圧力の力結 合手段と、前記中心軸線の周りに規則的な角度間隔にて前記カ伝達部材に接続さ れた複数のカム従動子手段を備える回転力伝達手段とを備え、前記ウェーハキャ リヤが、前記カム従動子手段に当接し、前記カ伝達部材からの回転力を前記ウェ ーハキヤリヤに結合する複数の軸受面と、前該力伝達部材と前記ウェーハキャリ ヤとの係合状態を弾性的に維持する手段とを備えることを特徴とする装置。
20. ２０．前記力伝達部材内に配置された流体連通路を備える請求の範囲第１９項に 記載の装置にして、 前記力伝達部材の前記通路内の流体及び真空を前記ウェーハキャリヤの前記平坦 な下面に連通する手段と、 前記圧力の力結合手段を前記通路により運ばれた流体及び真空に露出しないよう に密封する可撓性手段とを備えることを特徴とする装置。
21. ２１．請求の範囲第１９項に記載の装置にして、前記ウェーハキャリヤが、前記 平坦な下面に対して略直角に前記ウェーハキャリヤの円筒形面上の前記研磨軸線 と同軸状に配置された第一のねじ手段を備え、前記第一のねじ手段と螺合状態に 係合し得るようにその内面に設けられた第二のねじ手段を有する環状のウェーハ 支持手段を備えることを特徴とする装置。
22. ２２．請求の範囲第２１項に記載の装置にして、前記ウェーハキヤリヤに接続さ れ、前記環状のウェーハ支持手段に摩擦可能に係合して該支持手段が前記研磨軸 線の周りで回転するのを阻止する手段を備えることを特徴とする装置。
23. ２３．薄いウェーハ材料の面を研磨する、コンピュータ制御に係る装置にして、 研磨面と、 複数のウェーハ材料と前記研摩面との間に圧力及び相対的動作を略同時に付与す る複数のウェーハキャリヤを備える研磨組立体と、前記ウェーハキャリヤの各々 に対する圧力及び相対的動作範囲を画成する工程の個々の因子を設定する手段と 、 前記工程の個々の因子に応答して、前記ウェーハキャリヤの各々を独立的に制御 し、前記工程因子に従つた圧力及び相対的動作を付与するコンピュータ手段とを 備えることを特徴とする装置。