JPH08257899A - 研磨装置 - Google Patents

研磨装置

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JPH08257899A
JPH08257899A JP6573595A JP6573595A JPH08257899A JP H08257899 A JPH08257899 A JP H08257899A JP 6573595 A JP6573595 A JP 6573595A JP 6573595 A JP6573595 A JP 6573595A JP H08257899 A JPH08257899 A JP H08257899A
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晶 一 秦
Masafumi Tsunada
田 雅 文 綱
Yasuhiko Nagakura
倉 靖 彦 長
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  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 パーティクルの発生を抑えながら短時間で研
磨布の交換を自動化できるようにした研磨装置を提供す
る。 【構成】 回転自在に支承され回転力を与えるアクチュ
エータと連結された下部定盤１８と、前記下部定盤１８
の上に着脱自在に設置されその表面に研磨布１７が貼着
された上部定盤１９とからなる定盤と、新しい研磨布が
あらかじめ貼着されている上部定盤を待機位置に置く第
１の定盤置台５２と、下部定盤から取り外された上部定
盤が載置される第２の定盤置台５４と、下部定盤を把持
可能なチャック４４手段を有し、上部定盤を前記第２定
盤置台５４に移送するとともに、第１定盤置台５２から
上部定盤を取り出し下部定盤１８に装着する定盤交換装
置４３と、定盤交換装置４３のチャック手段４４が係合
可能な回転角位置に定盤を停止せしめる位置決め停止手
段とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイス加工分
野において、ウェーハの表面を平滑に仕上げるために行
うポリッシング加工に使用する研磨装置に係り、特に、
目詰りなどして研磨布の劣化した定盤を新しい研磨布の
貼られた定盤に自動交換できる機能を備える研磨装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、単結晶シリコンのポリッシング加
工には、従来の片面ポリッシング技術が応用されて、ケ
ミカル・メカニカル・ポリッシング加工（ＣＭＰ加工）
と呼ばれている。このケミカル・メカニカル・ポリッシ
ング加工は、研磨布を貼着した定盤にウェーハを一定圧
力で押し付けてウェーハと研磨布との間に相対的な回転
運動を与えつつ、研磨液を供給しながらウェーハの表面
の平滑度を上げるために研磨するプロセスである。
【０００３】ウェーハのポリッシング工程では、高度な
平滑度の精度が要求されるため、研磨布を劣化に伴って
新しいものに頻繁に交換する必要がある。従来、研磨布
の交換は、研磨装置の運転を停止してから、使用済みの
研磨布を定盤から剥がし、これに替えて新しい研磨布を
定盤上に貼り付けるというように一連の作業を専ら手作
業によって行っているのが実情である。また、古い研磨
布を定盤から剥がした後では、研磨剤などが定盤に付着
しているので、新しい研磨布に貼り替える前に、定盤の
上を純水で清掃するなど、交換に付随する作業も多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このように、ウェーハ
のケミカル・メカニカル・ポリッシング加工では、頻繁
に研磨布を交換しなければならないうえに、その交換も
人手によって付随する作業を伴いながら進めなければな
らず、交換作業にかなりの時間を要している。さらに、
定盤から古い使用済みの研磨布を剥がす時にパーティク
ルが発生して、半導体製造環境を汚染するという問題が
あった。そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有す
る問題点を解消し、パーティクルの発生を抑えながら短
時間で研磨布の交換を自動的に実施できるようにした研
磨装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、研磨布が貼着される定盤と、保持した
ウェーハを前記研磨布に押圧する研磨ヘッドを有し、前
記研磨布に研磨液を供給して前記定盤を回転しながらウ
ェーハを鏡面研磨する研磨装置において、回転自在に支
承され回転力を与えるアクチュエータと連結された下部
定盤と、前記下部定盤の上に着脱自在に設置されその表
面に研磨布が貼着された上部定盤とからなる定盤と、新
しい研磨布があらかじめ貼着されている上部定盤を待機
位置に置く第１の定盤置台と、前記下部定盤から取り外
された上部定盤が載置される第２の定盤置台と、前記下
部定盤を把持可能なチャック手段を有し、前記上部定盤
を前記第２定盤置台に移送するとともに、前記第１定盤
置台から上部定盤を取り出し下部定盤に装着する定盤交
換装置と、前記定盤交換装置のチャック手段が係合可能
な回転角位置に前記定盤を停止せしめる位置決め停止手
段とを備えることを特徴とするものである。
【０００６】また、研磨装置は、前記上部定盤の研磨布
の外周縁部分に向けて温風を吹き付ける温風吹出し装置
と、前記下部定盤の上部定盤取付面に向けて純水を供給
する純水洗浄装置と、前記下部定盤の周囲を覆う昇降自
在なトイとを備える。
【０００７】さらに、前記の構成において、前記上部定
盤と、下部定盤との重なり面間に圧縮空気を供給する加
圧手段と負圧をかける真空引き手段とを設けることが好
ましく、この加圧手段と真空引き手段は、下部定盤と、
その回転軸とに同軸的に前記下部定盤の上部定盤取付面
に開口する通路を形成し、加圧回路と真空回路とを選択
的に切換え可能に接続するようにすることができる。
【０００８】定盤交換装置としては、定盤と、第１定盤
置台と、第２定盤置台との間を旋回し、前記上部定盤の
係合部に着脱自在に係合するチャック手段を備えた産業
用ロボットを用いることができる。
【０００９】
【作用】定盤が交換のための回転角位置に停止すると、
交換装置が進入して、そのチャックが上部定盤に係合す
る。交換装置は、上部定盤を把持したまま、下部定盤か
ら取り外し、第２定盤置台まで搬出する。上部定盤を置
き終わると、交換装置は、第１定盤置台から新しい上部
定盤を掴み、そのまま下部定盤に取り付けるので、研磨
布は上部定盤ごと自動交換される。
【００１０】上部定盤を交換するに際しては、温風吹出
し装置は、下部定盤から取り外す前に上部定盤に向けて
温風を吹き付け、水だれのないよう乾燥する。また、上
部定盤を取り外した後の下部定盤の表面は、純水供給装
置から供給される純水によって洗い流される。トイは、
乾燥のときには、上昇して砥粒等の飛散を防止し、洗浄
のときには、洗い流した水を回収する。
【００１１】また、加圧手段は、重なり面内に圧縮空気
を供給して、下部定盤から上部定盤を取り外し易いよう
にし、真空引き手段は、新しい上部定盤を下部定盤に載
せた後に作動して上部定盤を密着させる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明による研磨装置の一実施例につ
いて添付の図面を参照して説明する。
【００１３】図１は、本実施例による研磨装置の構成を
示す一部断面側面図、図２は、研磨装置を構成する各部
の配置を示す平面図である。これら図１、図２におい
て、１０はポリッシャ、１１はその定盤を表わしてい
る。１２は定盤１１上にセットされるウェーハの取付け
並びに取り外しをするローダ装置である。ポリッシャ１
０には、ローダ装置１２と、定盤１１との間で旋回する
アーム１３を有し、アーム１３の先端には研磨ヘッド１
４が取り付けられている。ポリッシャ１０は、研磨ヘッ
ド１４でウェーハをローダ装置１２から吸着して取り出
すと、アーム１３が定盤１０の直上まで旋回して回転す
る定盤１０の研磨布１７にウェーハを押し付ける。この
状態で、研磨布１７には、研磨液が図示されない研磨液
供給装置から供給されるようになっている。これら定盤
１０、ローダ装置１１、アーム１３は、架台１５に取り
付けられている。この架台１５の上は筺体状のカバー１
６で全体を覆われて、埃などの異物を周囲へ飛散させな
いようになっている。
【００１４】定盤１１は、下部定盤１８と、上部定盤１
９の組み合わせから構成されている。この実施例では、
下部定盤１８には、同軸的に回転軸２０が連結されてお
り、この回転軸２０がスラスト軸受２１を介してハウジ
ング２２に回転自在に支承されている。
【００１５】下部定盤１８、上部定盤１９は、ともにア
ルミニウム合金などの軽量な金属材料を材質とする同じ
外径の円盤体である。このうち、上部定盤１９の上面に
はあらかじめ研磨布１７が両面テープなどの粘着材を利
用して貼着されている。また、上部定盤１９は、下部定
盤１８から取り外し可能に取り付けられるもので、ま
た、上部定盤１９を重ねて載置したときに、下部定盤１
８上で外周近くの位置に複数設けられたキーブロック２
４と噛み合うので、上部定盤１９は、下部定盤１８と一
体的に回転するようになっている。
【００１６】ハウジング２２の内周面には、定盤１１を
回転駆動するモータ２３を構成するステータ２５が固定
されていて、前記回転軸２０にはロータ２６が取り付け
られている。このモータ２３としては、サーボモータが
使用されており、回転速度を制御することによって定盤
１１を任意の回転速度で回転させることができるように
構成されている。
【００１７】また、定盤１１の回転軸２０の下端には、
金属片２７が所定の位置に取り付けられ、この金属片２
７の位置を近接スイッチ２８によって検出して、定盤１
１の回転位置が検出される。従って、近接スイッチ２８
の検出信号を受信したときに、モータの回転を止めるこ
とによって、定盤１１の回転角度位置を上部定盤１９に
後述するロボット４３のチャック４４が係合できる交換
位置に位置決める手段が構成されている。
【００１８】この位置決め停止手段には、ロータリーエ
ンコンダ等の他の検出手段を用いることができる。
【００１９】なお、下部定盤１８と、回転軸２０には同
軸的に通路３０が貫通形成されており、この通路３０の
出口側は、上部定盤１９が重なる下部定盤１８の上面に
開口するとともに、その入口側には、回転する定盤１１
に配管するためにロータリジョイント３１が接続されて
いる。このロータリジョイント３１には、図示されない
方向切換え制御弁を介して真空回路と、空圧回路とが接
続されている。従って、方向切換え制御弁を切り換るこ
とにより、この通路３０には、所定の圧力のエアが供給
され、また、真空引きによって減圧して負圧を発生させ
ることができる。
【００２０】一方、定盤１１の近くには、研磨布１７を
乾燥するための温風吹出し装置３２と、上部定盤１９の
交換に際して、下部定盤１８の上面を清掃するための純
水供給装置３４が配置されている。温風吹出し装置３２
は、架台１５から上に立ち上がりようにして旋回自在に
取り付けられた温風パイプ３３を備えるととともに、こ
の温風パイプ３３を９０゜往復旋回させるための旋回機
構および温風の吹出しを制御するバルブを内蔵するもの
である。温風パイプ３３は、図示されない温風源と接続
され、先端部は上部定盤１９に向けて下に曲折されてノ
ズル３５から温風が研磨布１７に向けて吹出すようにな
っている。このノズル３５の吹出し位置は、研磨布１７
の周縁部にあたる位置に設定されている。
【００２１】同様に、純水供給装置３４は、純水供給源
と接続された純水パイプ３６を備えており、この純水パ
イプ３６は、９０゜往復旋回動を与える旋回機構と、純
水の給水流路を開閉するバルブを備えている。この純水
供給装置３４の場合、純水パイプ３６は、定盤１１の半
径幅を十分にカバーできるだけの長さを有し、また、軸
方向に純水の吹出し孔が多数穿孔され、下部定盤１８の
上面に均等に純水を供給できるように構成されている。
また、トイ４６は、定盤１０の周囲を覆うように配設さ
れ、このトイ４６はシリンダ４７、４７に支持されて純
水供給装置３４および温風吹出し装置３２の動作に連動
して昇降するようになっている。
【００２２】一方、カバー１６の側面には、上部定盤１
９を搬出入できるように扉４０によって開閉される出入
口が設けられており、この扉４０は、昇降用モータ４１
にケーブル４２を介して連結されている。扉４０は、上
部定盤１９の交換時以外には、常に下がった位置にあっ
て出入口を塞ぐようになっており、この開口部は、カバ
ー１６の内側からの異物の飛散が防止される。５０は、
扉４０の外に設置された定盤置台であり、定盤１１と、
定盤置台５０との間には、交換装置としてカバー１６の
内側からの上部定盤１９の取り出しおよび定盤置台５０
からカバー１６内の下部定盤１８に運び入れるための多
関節型の産業用ロボット４３が設置されている。このロ
ボット４３のアーム先端の手首部には、上部定盤１９の
連結穴４５に係合するチャック４４が設けられ、このチ
ャック４４を介して上部定盤１９を把持できるように構
成されている。
【００２３】図２に示すように、定盤置台５０は、未使
用の上部定盤１９ａを待機させておく第１の定盤置台５
２と、交換した後の使用済みの上部定盤１９ｂが載置さ
れる第２の定盤置台５４とから構成されるもので、この
うち、第２定盤置台５４はカバー５５によって覆われ、
砥粒などの飛散を防止する構造になっている。なお、カ
バー５５は、ロボット４３の動作に連動するモータによ
って開閉される。
【００２４】本実施例は、以上のように構成されるもの
であり、次に、その作用について説明する。まず、研磨
ヘッド１４を定盤交換の邪魔にならないように退避させ
るため、アーム１３は、ポリッシングの終了次第、ロー
ダ装置１２側に旋回する。以後、アーム１３は、上部定
盤１８を交換する間、待機する。
【００２５】次に、まず、モータ２３に駆動されて下部
定盤１８と上部定盤１９が一体に回転する。この定盤１
１が回転している間、温風吹出し装置３２のパイプ３３
は、図２に仮想線で示すように、定盤１１側に旋回する
と同時にパイプ３３の先端のノズル３５から温風が上部
定盤１９の外周部に向けて吹き出される。このような温
風吹き付けによって上部定盤１９を乾燥する場合、温風
を研磨布１７の表面全体に吹き付けて完全に乾燥させる
必要はなく、上部定盤１９の外周から水だれしない程度
に乾燥すれば十分である。逆に、余り乾燥し過ぎると、
研磨剤の砥粒や、ウェーハを研磨した結果生じたパーテ
ィクルが飛散するので、水だれの生じない程度にとどめ
ておくことが好ましい。
【００２６】温風を吹き付けて乾燥する間は、トイ４６
を昇降させるシリンダ４７、４７のピストンが伸びて、
このトイ４６によってちょうど上部定盤１９は回りを取
り囲まれるため、研磨液や研磨剤などの飛散は未然に防
止されるように十分な対策が講じられている。温風吹出
し装置３２の温風パイプ３３は、こうして上部定盤１９
の温風乾燥を行った後で、外側に旋回して元の待機位置
に復帰する。
【００２７】次いで、ロボット４３のアームが進入でき
るように、カバー１６の扉４０が上昇して出入口が開
く。また、金属片２７が近接スイッチ２８に対向する位
置に移動したときの近接スイッチ２８の出力信号に基づ
いてモータ２３は停止し、このとき定盤１１は、ちょう
ど上部定盤１９の連結穴４５が出入り口側に向き合った
回転角位置に位置決めされる。
【００２８】次に、ロボット４３のアームの手首部が扉
４０の開いた出入口から進入し、チャック４４を上部定
盤１９の連結穴４５に係合させる。このロボット４３の
動作と連動して、定盤１１では、回転軸２０と下部定盤
１８を貫通する通路３０からエアが下部定盤１８と上部
定盤１９との重なり面間に数秒間噴出される。このエア
によって、上部定盤１９はわずかに浮き上がるので、ロ
ボット４３は上部定盤１９を把持して下部定盤１８から
容易に離脱させることがてきる。ロボット４３は、上部
定盤１９を下部定盤１８から取り外すときには、下部定
盤１８のキーブロック２４との噛み合いを外すために若
干傾けてから、チャック４４を後退させる。以上のよう
にして、上部定盤１９は、出入口を通ってカバー１６の
外に取り出される。
【００２９】その後、ロボット４３のアームは１８０゜
旋回して、取り出した上部定盤１９を第２定盤置台５４
の上に載置する。この第２定盤置台５４では、上部定盤
１９ｂを受入れるときには、カバー５５が上昇して開
き、置き終わると使用済みの上部定盤１９ｂから砥粒な
どの異物が周囲に飛散しないように、カバー５５は下降
するようになっている。
【００３０】次に、ロボット４３のアームは、未使用の
上部定盤１９ｂが置かれた第１定盤置台５２の上まで旋
回して、上部定盤１９ａの連結穴４５にチャック４４を
引っ掛けて把持する。
【００３１】一方、下部定盤１８では、新品の上部定盤
１９ａを搬入する前に、純水供給装置３４の純水パイプ
３６は、その先端が下部定盤１８の中心にくるまで旋回
する、そして、下部定盤１８が回転し始め、純水パイプ
３６から純水が下部定盤１８に吹き付けられて表面を清
掃する。表面を洗い流した水は、このとき下がっている
状態にあるトイ４６によって回収される。こうして、数
秒間純水による清掃を行った後、純水パイプ３６は元の
待機位置に復帰する。
【００３２】そこで、ロボット４３のアームは、上部定
盤１９を保持したまま下部定盤１８側に旋回し、扉の開
いているカバー１６の出入口から進入する。ロボット４
３は、上部定盤１９を下部定盤１８上に載せたあと、連
結穴４５からチャック４４を離脱させ、研磨布１７を上
部定盤１９ごと新品のものに交換することができる。そ
の後、扉４０が下降して出入口は閉じられる。
【００３３】最後に、下部定盤１８に対して交換した上
部定盤１９を密着させるために、下部定盤１８の通路３
０を使って真空引きが数１０秒間継続して行なわれ、上
部定盤１９は、キーブロック２４に噛み合い下部定盤１
８と一体的に密着し、それから以後、交換した新しい上
部定盤１９の研磨布１７にウェーハを押圧させてポリッ
シングを行なうことができる。
【００３４】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、前記下部定盤の上に着脱自在に設置されその
表面に研磨布が貼着された上部定盤とからなる定盤と、
新しい研磨布があらかじめ貼着されている上部定盤を待
機位置に置く第１の定盤置台と、前記下部定盤から取り
外された上部定盤が載置される第２の定盤置台と、前記
下部定盤を把持可能なチャック手段を有し、前記上部定
盤を前記第２定盤置台に移送するとともに、前記第１定
盤置台から上部定盤を取り出し下部定盤に装着する定盤
交換装置と、前記定盤交換装置のチャック手段が係合可
能な回転角位置に前記定盤を停止せしめる位置決め停止
手段とを設け、上部定盤こど研磨布を交換するので、研
磨寿命に達した研磨布の交換を自動化することができ
る。
【００３５】また、温風吹出し装置、純水洗浄装置を設
けることにより、上部定盤の着脱に際するパーティクル
発生の防止対策や、洗浄などの付随的な作業も自動化さ
れるので、交換作業の時間短縮に大いに貢献するもので
ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による研磨装置の構成を示す一部断面側
面図。
【図２】図１に示した研磨装置を構成する各部の配置を
示す平面図。
【符号の説明】
１０ ポリッシャ １１ 定盤 １２ ローダ装置 １６ カバー １８ 下部定盤 １９ 上部定盤 ２０ 回転軸 ２３ モータ ２４ キーブロック ２７ 金属片 ２８ 近接スイッチ ３０ 通路 ３２ 温風吹出し装置 ３３ 温風パイプ ３４ 純水供給装置 ３６ 純水パイプ ４０ 扉 ４３ ロボット ４４ チャック ５２ 第１定盤置台 ５４ 第２定盤置台

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】研磨布が貼着される定盤と、保持したウェ
    ーハを前記研磨布に押圧する研磨ヘッドを有し、前記研
    磨布に研磨液を供給して前記定盤を回転しながらウェー
    ハを鏡面研磨する研磨装置において、 回転自在に支承され回転力を与えるアクチュエータと連
    結された下部定盤と、 前記下部定盤の上に着脱自在に設置されその表面に研磨
    布が貼着された上部定盤とからなる定盤と、 新しい研磨布があらかじめ貼着されている上部定盤を待
    機位置に置く第１の定盤置台と、 前記下部定盤から取り外された上部定盤が載置される第
    ２の定盤置台と、 前記下部定盤を把持可能なチャック手段を有し、前記上
    部定盤を前記第２定盤置台に移送するとともに、前記第
    １定盤置台から上部定盤を取り出し下部定盤に装着する
    定盤交換装置と、 前記定盤交換装置のチャック手段が係合可能な回転角位
    置に前記定盤を停止せしめる位置決め停止手段とを備え
    ることを特徴とする研磨装置。
  2. 【請求項２】前記上部定盤の研磨布の外周縁部分に向け
    て温風を吹き付ける温風吹出し装置を備えることを特徴
    とする請求項１に記載の研磨装置。
  3. 【請求項３】前記下部定盤の上部定盤取付面に向けて純
    水を供給する純水洗浄装置と、前記下部定盤の周囲を覆
    う昇降自在なトイとを備えることを特徴とする請求項１
    または２に記載の研磨装置。
  4. 【請求項４】前記上部定盤と、下部定盤との重なり面間
    に圧縮空気を供給する加圧手段と負圧をかける真空引き
    手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の研磨
    装置。
  5. 【請求項５】下部定盤と、その回転軸とに同軸的に前記
    下部定盤の上部定盤取付面に開口する通路を形成し、加
    圧回路と真空回路とを選択的に切換え可能に接続するこ
    とを特徴とする請求項４に記載の研磨装置。
  6. 【請求項６】定盤交換装置は、定盤と、第１定盤置台
    と、第２定盤置台との間を旋回し、前記上部定盤の係合
    部に着脱自在に係合するチャック手段を備えた産業用ロ
    ボットであることを特徴とする請求項１に記載の研磨装
    置。
JP06573595A 1995-03-24 1995-03-24 研磨装置 Expired - Fee Related JP3483648B2 (ja)

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