JPH09117857A - ポリッシング装置 - Google Patents

ポリッシング装置

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JPH09117857A
JPH09117857A JP23850596A JP23850596A JPH09117857A JP H09117857 A JPH09117857 A JP H09117857A JP 23850596 A JP23850596 A JP 23850596A JP 23850596 A JP23850596 A JP 23850596A JP H09117857 A JPH09117857 A JP H09117857A
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polished
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哲二 戸川
Kunihiko Sakurai
邦彦 桜井
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２段研磨等の多段の研磨作業において、前段
階の研磨液による汚染を防止して、品質や歩留まりの低
下を防ぐことができ、しかも１段研磨をパラレルに行っ
てスループットを上げるように用いることもできるよう
なポリッシング装置を提供する。 【解決手段】 半導体ウエハ２０を収容するカセット２
ａ，２ｂと、それぞれがターンテーブル９とトップリン
グ１３を有する少なくとも２つの研磨ユニット１ａ，１
ｂと、研磨ユニット１ａ，１ｂにおいて研磨がされた半
導体ウエハ２０をトップリング１３から外した状態で洗
浄する洗浄装置７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂと、これらの装
置の間で半導体ウエハ２０を移送する搬送装置４ａ，４
ｂとを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ポリッシング装置
に係り、特に、半導体ウエハ等の被研磨材を平坦かつ鏡
面状に研磨するポリッシング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体デバイスの高集積化が進む
につれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭く
なりつつある。これに伴い、光リソグラフィなどで回路
形成を行なう場合に焦点深度が浅くなるので、ステッパ
の結像面のより高い平坦度を必要とする。半導体ウエハ
の表面を平坦化する手段として、回転するターンテーブ
ル上に貼付した研磨布に砥粒を含む研磨液を供給しなが
ら、キャリアで保持した半導体ウエハを研磨布に押しつ
けて研磨する化学機械的研磨が行われている。
【０００３】化合物半導体などにおいては、研磨液を変
えて２段階で研磨することが行われる。このためのポリ
ッシング装置として、米国特許第４，１４１，１８０
号、あるいは、特開平４−３３４０２５号に記載された
技術がある。これらのポリッシング装置は、いずれも２
つのターンテーブルを備えており、半導体ウエハを保持
するキャリア自体を移動させることにより、半導体ウエ
ハをこれらのターンテーブル間で移動させ、間に洗浄工
程を挟んで２段階の研磨を行なうようになっている。こ
の洗浄工程では、いずれも半導体ウエハの下面（研磨
面）側を水やブラシで洗浄するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】これまでのポリッシン
グ装置は、以下のような問題が有った。 （１）第１次研磨と第２次研磨の間の半導体ウエハの洗
浄作業を、半導体ウエハをキャリアに取り付けたままで
行っているので、半導体ウエハの下面以外の裏面又は側
面の洗浄が不充分となる。従って、これらの面に残留し
た１次研磨の研磨液や砥粒が２次研磨において汚染源と
なって品質を低下させる。 （２）米国特許第４，１４１，１８０号においては、２
つのターンテーブルが近接しているので、研磨液の飛散
により同様の汚染が生じる。 （３）シリコン半導体ウエハなどの研磨においては、２
段階の研磨工程を必要としない場合もある。米国特許第
４，１４１，１８０号においては、キャリアが１つしか
ないので２つのターンテーブルの双方を同時に稼動させ
てスループットを上げることができない。特開平４−３
３４０２５号に記載された技術においても、２つのキャ
リアが同一レール上を走行するので、他方のキャリアの
作業終了を待つ待機時間が長くなり、スループットや品
質に与える悪影響を無視できない。
【０００５】本発明は、２段研磨等の多段の研磨作業に
おいて、前段階の研磨液による汚染を防止して、品質や
歩留まりの低下を防ぐことができ、しかも１段研磨をパ
ラレルに行ってスループットを上げるように用いること
もできるようなポリッシング装置を提供することを目的
とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの請求項１に記載の発明は、被研磨材を収容する収容
部と、それぞれがターンテーブルとトップリングを有す
る少なくとも２つの研磨ユニットと、研磨ユニットにお
いて研磨がされた被研磨材をトップリングから外した状
態で洗浄する洗浄装置と、これらの装置の間で被研磨材
を移送する搬送装置とを備えたことを特徴とするポリッ
シング装置である。請求項２に記載の発明は、さらに、
被研磨材を反転させる反転装置が設けられていることを
特徴とする請求項１に記載のポリッシング装置である。
請求項３に記載の発明は、前記反転装置及び洗浄装置の
それぞれを少なくとも２つ設けたことを特徴とする請求
項１又は２に記載のポリッシング装置である。
【０００７】請求項４に記載の発明は、前記研磨ユニッ
トを前記収容部と対向する位置に並置し、前記反転装置
及び／又は前記洗浄装置を、研磨ユニットと収容部を結
ぶ搬送ラインの両側に分散配置したことを特徴とする請
求項３に記載のポリッシング装置である。請求項７に記
載の発明は、被研磨材を収容する収容部と、ターンテー
ブル及びトップリングを備えた研磨ユニットと、被研磨
材を洗浄する洗浄部と、これらの装置の間で被研磨材を
移送する搬送装置とが配置されて構成されたポリッシン
グ装置において、前記研磨ユニットを少なくとも２つ設
けたことを特徴とするポリッシング装置である。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るポリッシング
装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１及び
図２は、本発明のポリッシング装置の第１の実施の形態
を説明する図であり、図１は平面図、図２は斜視図であ
る。この装置は、全体が長方形をなす床上のスペースの
一端側に一対の研磨ユニット１ａ，１ｂが左右に対向し
て配置され、他端側にそれぞれ半導体ウエハ収納用カセ
ット２ａ，２ｂを載置する一対のロード・アンロードユ
ニットが配置されている。そして、研磨ユニットとロー
ド・アンロードユニットを結ぶ線上に走行レール３が敷
設され、このレール上に搬送ロボット４ａ，４ｂが２台
配置されて、搬送ラインが形成されている。搬送ライン
の両側に、それぞれ１台の反転機５，６とこれの両隣の
２台の洗浄機７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂが配置されてい
る。
【０００９】２基の研磨ユニット１ａ，１ｂは、基本的
に同一の仕様の装置が搬送ラインに対称に配置されてお
り、それぞれ、上面に研磨布を貼付したターンテーブル
９と、半導体ウエハを真空吸着により保持してターンテ
ーブル面に押し付けるトップリングヘッド１０と、研磨
布の目立てを行なうドレッシングヘッド１１とを備えて
いる。
【００１０】図３は、研磨ユニット１ａ又は１ｂの詳細
を示す断面図である。図３に示すように、トップリング
ヘッド１０は、ターンテーブル９の上方に位置し、半導
体ウエハ２０を保持しつつターンテーブル９に押しつけ
るトップリング１３を具備している。前記ターンテーブ
ル９はモータ（図示せず）に連結されており、矢印Ａで
示すようにその軸心９ａの回わりに回転可能になってい
る。またターンテーブル９の上面には、研磨布１４が貼
設されている。
【００１１】トップリング１３は、モータおよび昇降シ
リンダ（図示せず）に連結されている。これによって、
トップリング１３は矢印Ｂ，Ｃで示すように昇降可能か
つその軸心回わりに回転可能になっており、半導体ウエ
ハ２０を研磨布１４に対して任意の圧力で押圧すること
ができるようになっている。また半導体ウエハ２０はト
ップリング１３の下端面に真空等によって吸着されるよ
うになっている。なお、トップリング１３の下部外周部
には、半導体ウエハ２０の外れ止めを行なうガイドリン
グ１６が設けられている。
【００１２】また、ターンテーブル９の上方には砥液供
給ノズル１５が設置されており、砥液供給ノズル１５に
よってターンテーブル９に張り付けられた研磨布１４上
に研磨砥液が供給されるようになっている。またターン
テーブル９の周囲には、砥液と水を回収する枠体１７が
設けられ、枠体１７の下部にはとい１７ａが形成されて
いる。
【００１３】ドレッシングヘッド１１はドレッシング部
材１８を有している。ドレッシング部材１８は、研磨布
１４上のトップリング１３の位置の反対側にあり、研磨
布１４のドレッシングを行なうことができるように構成
されている。研磨布１４には、ドレッシングに使用する
ドレッシング液、たとえば水がテーブル上に伸びた水供
給ノズル２１から供給されるようになっている。ドレッ
シング部材１８は昇降用のシリンダと回転用のモータに
連結されており、矢印Ｄ，Ｅで示すように昇降可能かつ
その軸心回わりに回転可能になっている。
【００１４】ドレッシング部材１８はトップリング１３
とほぼ同径の円盤状であり、その下面にドレッシングツ
ール１９を保持している。ドレッシング部材１８の下
面、即ちドレッシングツール１９を保持する保持面には
図示しない孔が形成され、この孔は真空源に連通し、ド
レッシングツール１９を吸着保持する。砥液供給ノズル
１５および水供給ノズル２１はターンテーブル上面の回
転中心付近にまで伸び、研磨布１４上の所定位置に砥液
および水をそれぞれ供給する。
【００１５】トップリング１３に保持された半導体ウエ
ハ２０を研磨布１４上に押圧し、ターンテーブル９およ
びトップリング１３を回転させることにより、半導体ウ
エハ２０の下面（研磨面）が研磨布１４と擦り合わされ
る。この時、同時に研磨布１４上に砥液供給ノズル１５
から砥液を供給することにより、半導体ウエハ２０の研
磨面は、砥液中の砥粒の機械的研磨作用と砥液の液体成
分であるアルカリによる化学的研磨作用との複合作用に
よってポリッシングされる。ポリッシングに使用された
砥液はターンテーブル９の遠心力によってターンテーブ
ル外へ飛散し、枠体１７の下部のとい１７ａで回収され
る。
【００１６】半導体ウエハ２０の所定の研磨量を研磨し
た時点でポリッシングを終了する。このポリッシングが
終了した時点では、ポリッシングによって研磨布の特性
が変化し、次に行なうポリッシングの研磨性能が劣化す
るので、研磨布のドレッシングを行なう。
【００１７】ドレッシングツール１９を下面に保持した
ドレッシング部材１８およびターンテーブル９を回転さ
せた状態でドレッシングツール１９を研磨布１４に当接
させ、所定圧力をかける。このとき、ドレッシングツー
ル１９が研磨布に接触するのと同時もしくは接触前に、
水供給ノズル２１から研磨布１４上面に水を供給する。
水を供給するのは研磨布１４上に残留している使用済み
砥液を洗い流すことを目的としている。また、ドレッシ
ング処理はドレッシングツール１９と研磨布１４とを擦
り合わせるため、ドレッシング処理によって発生する摩
擦熱を除去するという効果もある。研磨布１４上に供給
された水はターンテーブル９の回転による遠心力を受け
てテーブル外へ飛散し、枠体１７の下部のとい１７ａで
回収される。
【００１８】図１に示すように、研磨ユニット１ａ，１
ｂは、それぞれの搬送ライン側に、半導体ウエハをトッ
プリング１３との間で授受するプッシャ１２を備えてい
る。トップリング１３は水平面内で旋回可能とされ、プ
ッシャ１２は上下動可能となっている。
【００１９】洗浄機の形式は任意であるが、例えば、研
磨ユニット側がスポンジ付きのローラで半導体ウエハ表
裏両面を拭う形式の洗浄機７ａ，７ｂであり、カセット
側が半導体ウエハのエッジを把持して水平面内で回転さ
せながら洗浄液を供給する形式の洗浄機８ａ，８ｂであ
る。後者は、遠心脱水して乾燥させる乾燥機としての機
能をも持つ。洗浄機７ａ，７ｂにおいて、半導体ウエハ
の１次洗浄を行うことができ、洗浄機８ａ，８ｂにおい
て１次洗浄後の半導体ウエハの２次洗浄を行うことがで
きるようになっている。
【００２０】ロボット４ａ，４ｂは、例えばレール３上
を走行する台車の上部に水平面内で屈折自在に関節アー
ムが設けられているもので、それぞれ上下に２つの把持
部を、ドライフィンガーとウエットフィンガーとして使
い分ける形式となっている。この実施の形態ではロボッ
トを２基使用しているので、基本的に、第１ロボット４
ａは、反転機５，６よりカセット側の領域を、第２ロボ
ット４ｂは反転機５，６より研磨ユニット側の領域を受
け持つ。
【００２１】反転機５，６は、この実施の形態では、カ
セットの収納方式やロボットの把持機構との関係で必要
であるが、常に半導体ウエハの研磨面が下向きの状態で
移送されるような場合には必要ではない。また、ロボッ
トに反転機能を持たせるような構造の場合も必要ではな
い。この実施の形態では、２つの反転機５，６をドライ
な半導体ウエハを扱うものと、ウエットな半導体ウエハ
を扱うものと使い分けている。
【００２２】このような構成のポリッシング装置におい
ては、シリーズ処理とパラレル処理の双方が行われる。
図４は、その工程における半導体ウエハの流れの１つの
例である。 （１）シリーズ処理（逐次処理）（図４（ａ）参照） シリーズ処理（２段階研磨）の場合は、洗浄機は３台が
稼動する。半導体ウエハの流れは、カセット２ａ→反転
機５→第１研磨ユニット１ａ→洗浄機７ａ→第２研磨ユ
ニット１ｂ→洗浄機７ｂ→反転機６→洗浄機８ｂ→カセ
ット２ａとなる。ロボット４ａ，４ｂは、それぞれ、ド
ライな半導体ウエハを扱う時はドライフィンガーを用
い、濡れた半導体ウエハを扱う時はウエットフィンガー
を用いる。プッシャ１２は、ロボット４ｂから半導体ウ
エハを受け、トップリング１３が上方に来た時に上昇し
て半導体ウエハを渡す。研磨後の半導体ウエハは、プッ
シャ１２の位置に設けられたリンス液供給装置によって
リンス洗浄する。
【００２３】このようなポリッシング装置では、プッシ
ャ１２及び洗浄機７ａで半導体ウエハがトップリング１
３と切り離された状態で洗浄されるので、半導体ウエハ
の研磨面だけでなく裏面や側面に付着する第１次研磨用
の研磨液等を完全に除去することができる。第２次の研
磨を受けた後は、洗浄機７ｂ及び洗浄機８ｂで洗浄さ
れ、スピン乾燥されてカセット２ａへ戻される。シリー
ズ処理においては、第１研磨ユニット１ａにおける研磨
条件と第２研磨ユニット１ｂにおける研磨条件は異なっ
ている。
【００２４】（２）パラレル処理（並列処理）（図４
（ｂ）参照） この場合は、４基の洗浄機を稼動させる。カセットは２
つを用いても、１つのカセットを共用してもよい。半導
体ウエハが、カセット２ａ→反転機５→研磨ユニット１
ａ→洗浄機７ａ→反転機６→洗浄機８ａ→カセット２ａ
と移動する流れと、半導体ウエハがカセット２ａ→反転
機５→研磨ユニット１ｂ→洗浄機７ｂ→反転機６→洗浄
機８ｂ→カセット２ａと移動する流れの２系列あること
になる。反転機５，６は、シリーズ処理の場合と同様
に、研磨前のドライな半導体ウエハを扱うものと、研磨
後のウエットな半導体ウエハを扱うものと使い分ける
が、洗浄機は搬送ラインの両側のいずれを用いてもよ
い。パラレル処理においては、研磨ユニット１ａ，１ｂ
における研磨条件は同一であり、洗浄機７ａ，７ｂにお
ける洗浄条件は同一であり、洗浄機８ａ，８ｂにおける
洗浄条件は同一である。洗浄機８ａ，８ｂにおいて、半
導体ウエハは洗浄およびスピン乾燥された後、カセット
２ａへ戻される。
【００２５】図５は、この発明の他の実施の形態を示す
もので、ロボット４ａ，４ｂが図１の場合のようにレー
ル上を走行する形式ではなく、据えつけ型である。距離
的に長い搬送が必要でない場合には、レールが無い方が
装置の構成が簡単になる。
【００２６】なお、この発明の実施の形態は前記に限ら
れるものではなく、洗浄機や搬送装置の台数や配置は任
意である。例えば、パラレル処理を行わない場合には、
洗浄機は３台設ければ足りる。また、反転機の有無、配
置、台数、形式、ロボットの形式、プッシャーの有無等
も任意である。
【００２７】
【実施例】前記のような装置を用いて実際に研磨を行っ
た。シリーズ処理の場合、１次研磨の研磨液が２次研磨
に持ち込まれることはなく、これに起因する汚染は全く
みられなかった。表１に、比較例と、本発明のシリーズ
処理およびパラレル処理の場合における半導体ウエハ処
理能率の比較を示す。比較対象の１ターンテーブルの装
置は、１つのターンテーブルと必要数の洗浄機、反転
機、ロボットを有する形式のものである。これによる
と、本発明はパラレル処理における１つのターンテーブ
ル当たりのスループットが比較例に対して遜色がない。
従って、床占有面積当たりの能率は大きく向上している
ことが分かる。 表１ TT：ターンテーフ゛ル ────────────────────────────── スループット（ウエハ枚数／１時間) ────────────────────────────── 1TT 2TT 2TT (従来型) (シリース゛処理) (ハ゜ラレル処理) ────────────────────────────── １枚当りの 処理時間(秒(s)) 120/ − 120/60 120/120 (第1TT／第2TT) ────────────────────────────── １ＴＴ(従来型) 19 ────────────────────────────── ２ＴＴ(シリーズ処理) 19 ────────────────────────────── ２ＴＴ(パラレル処理) 38 ──────────────────────────────
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
２段階以上の研磨を行う場合に、前段階の研磨液による
汚染を防止して、研磨された製品の品質及び歩留りの向
上を図ることができる。また１段研磨をパラレル（並列
的）に行って製品のスループットを上げることができ
る。また本発明によれば、１つの装置によって、２段階
研磨を行うシリーズ処理と、１段研磨をパラレルに行う
パラレル処理とを選択的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のポリッシング装置を模式的に示す平
面図である。
【図２】この発明のポリッシング装置の外観を示す斜視
図である。
【図３】図１及び図２に示す研磨ユニットの詳細を示す
断面図である。
【図４】図１乃至図３に示すポリッシング装置の動作を
示す図である。
【図５】この発明の他の実施の形態のポリッシング装置
の平面図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ 研磨ユニット ２ａ，２ｂ カセット（収容部） ４ａ，４ｂ ロボット（搬送装置） ５，６ 反転機（反転装置） ７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂ 洗浄機（洗浄装置） ９ ターンテーブル １０ トップリングヘッド １１ ドレッシングヘッド １２ プッシャー １３ トップリング １４ 研磨布

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被研磨材を収容する収容部と、 それぞれがターンテーブルとトップリングを有する少な
    くとも２つの研磨ユニットと、 研磨ユニットにおいて研磨がされた被研磨材をトップリ
    ングから外した状態で洗浄する洗浄装置と、 これらの装置の間で被研磨材を移送する搬送装置とを備
    えたことを特徴とするポリッシング装置。
  2. 【請求項２】 さらに、被研磨材を反転させる反転装置
    が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のポ
    リッシング装置。
  3. 【請求項３】 前記反転装置及び洗浄装置のそれぞれを
    少なくとも２つ設けたことを特徴とする請求項１又は２
    に記載のポリッシング装置。
  4. 【請求項４】 前記研磨ユニットを前記収容部と対向す
    る位置に並置し、前記反転装置及び／又は前記洗浄装置
    を、研磨ユニットと収容部を結ぶ搬送ラインの両側に分
    散配置したことを特徴とする請求項３に記載のポリッシ
    ング装置。
  5. 【請求項５】 前記搬送装置は、ドライな被研磨材を取
    り扱うフィンガーと、ウエットな被研磨材を取り扱うフ
    ィンガーとを備えていることを特徴とする請求項１乃至
    ４のいずれか１項に記載のポリッシング装置。
  6. 【請求項６】 前記反転装置のうち１つはドライな被研
    磨材を取り扱い、他の１つはウエットな被研磨材を取り
    扱うことを特徴とする請求項３又は４記載のポリッシン
    グ装置。
  7. 【請求項７】 被研磨材を収容する収容部と、 ターンテーブル及びトップリングを備えた研磨ユニット
    と、 被研磨材を洗浄する洗浄装置と、 これらの装置の間で被研磨材を移送する搬送装置とが配
    置されて構成されたポリッシング装置において、 前記研磨ユニットを少なくとも２つ設けたことを特徴と
    するポリッシング装置。
  8. 【請求項８】 被研磨材を収容する収容部と、 それぞれがターンテーブルとトップリングを有する２つ
    の研磨ユニットと、 研磨ユニットにおいて研磨がされた被研磨材をトップリ
    ングから外した状態で洗浄する２つの洗浄装置と、 これらの装置の間で被研磨材を移送する搬送装置とを備
    え、 １つの研磨ユニットと１つの洗浄装置とにより被研磨材
    の研磨および洗浄を行い、他の１つの研磨ユニットと他
    の１つの洗浄装置とにより被研磨材の研磨および洗浄を
    行う並列処理が可能なことを特徴とするポリッシング装
    置。
  9. 【請求項９】 前記並列処理を行う際の研磨条件および
    洗浄条件は同一であることを特徴とする請求項８に記載
    のポリッシング装置。
  10. 【請求項１０】 洗浄装置がさらに２つ設けられてお
    り、前記並列処理された被研磨材の２次洗浄が可能であ
    ることを特徴とする請求項８に記載のポリッシング装
    置。
  11. 【請求項１１】 被研磨材を収容する収容部と、 それぞれがターンテーブルとトップリングを有する２つ
    の研磨ユニットと、 研磨ユニットにおいて研磨がされた被研磨材をトップリ
    ングから外した状態で洗浄する２つの洗浄装置と、 これらの装置の間で被研磨材を移送する搬送装置とを備
    え、 一方の研磨ユニットで被研磨材の第１次研磨を行い、一
    方の洗浄装置で第１次研磨後の被研磨材の洗浄を行い、
    他方の研磨ユニットで被研磨材の第２次研磨を行い、他
    方の洗浄装置で第２次研磨後の被研磨材の洗浄を行う逐
    次処理が可能なことを特徴とするポリッシング装置。
  12. 【請求項１２】 前記逐次処理を行う際の第１次研磨と
    第２次研磨の研磨条件は異なることを特徴とする請求項
    １１に記載のポリッシング装置。
  13. 【請求項１３】 洗浄装置がさらに１つ設けられてお
    り、前記逐次処理された被研磨材の２次洗浄が可能であ
    ることを特徴とする請求項１１に記載のポリッシング装
    置。
  14. 【請求項１４】 前記洗浄装置は被研磨材を２次洗浄後
    に乾燥させることが可能であることを特徴とする請求項
    １０又は１３に記載のポリッシング装置。
  15. 【請求項１５】 被研磨材を収容する収容部と、 それぞれがターンテーブルとトップリングを有する２つ
    の研磨ユニットと、 研磨ユニットにおいて研磨がされた被研磨材をトップリ
    ングから外した状態で洗浄する２つの洗浄装置と、 これらの装置の間で被研磨材を移送する搬送装置とを備
    え、 一方の研磨ユニットと一方の洗浄装置とにより被研磨材
    の研磨および洗浄を行い、他方の研磨ユニットと他方の
    洗浄装置とにより被研磨材の研磨および洗浄を行う並列
    処理と、 一方の研磨ユニットで被研磨材の第１次研磨を行い、一
    方の洗浄装置で第１次研磨後の被研磨材の洗浄を行い、
    他方の研磨ユニットで被研磨材の第２次研磨を行い、他
    方の洗浄装置で第２次研磨後の被研磨材の洗浄を行う逐
    次処理との選択が可能であることを特徴とするポリッシ
    ング装置。
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