JPH10166264A

JPH10166264A - 研磨装置

Info

Publication number: JPH10166264A
Application number: JP33211796A
Authority: JP
Inventors: Saburo Sekida; 田三郎関
Original assignee: OKAMOTO KOSAKU KIKAI SEISAKUSHO KK; Okamoto Machine Tool Works Ltd
Current assignee: OKAMOTO KOSAKU KIKAI SEISAKUSHO KK; Okamoto Machine Tool Works Ltd
Priority date: 1996-12-12
Filing date: 1996-12-12
Publication date: 1998-06-23

Abstract

(57)【要約】【課題】ウエハの研磨を効率良く行い、生産性を高め
る。【解決手段】研削後のウエハを吸着して回転する研磨
ヘッド３０２〜３０５と、各研磨ヘッドを回転可能に支
持するインデックステーブル３２７と、インデックステ
ーブルをウエハ着脱・洗浄位置Ｐ４、Ｐ５とウエハ研磨
位置Ｐ６、Ｐ７とに位置決めするテーブル駆動部３０１
とを備え、各研磨ヘッドは、ヘッドの回転を独立に制御
する研磨ヘッド駆動部３０７〜３１０と、ウエハを吸着
して下方の定盤４００に対する加圧力を独立に制御する
吸引・加圧部３１１〜３１４を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体のウエハ表
面を高精度に研磨するための研磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩや半導体メモリの製造に使用され
るシリコン等のウエハは、その表面の平滑度と粗さが製
品品質を決める重要な要素となる。そのため、インゴッ
トから切り出されたシリコンウエハは、通常はまずダイ
ヤモンド砥石による機械研削により表面を平滑にした
後、シリカを溶かしたアルカリ水溶液を供給しながら定
盤上の研磨布で研磨することにより、必要な平滑度と表
面粗さを得ていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
研磨装置では、研削後のウエハを研磨ヘッドに吸着し、
回転する研磨ヘッドを下降させて定盤上の研磨布に押し
付けながら研磨し、研磨終了後はヘッドを上昇させてヘ
ッドからウエハを外すという作業を、決められて定位置
で１枚ずつ行うため、生産性が低いという課題があっ
た。

【０００４】本発明は、このような従来の課題を解決す
るものであり、生産性の高い研磨装置を提供することを
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、ウエハを着脱・洗浄する位置とウエハを
研磨する位置とを分け、一方でウエハを着脱・洗浄して
いる間に他方でウエハを研磨するようにしたものであ
り、ウエハの着脱・洗浄とウエハの研磨を同時に行える
ので、生産性の高い研磨装置を実現することができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明による研磨装置は、研削後
のウエハを吸着して独立に回転する複数の研磨ヘッド
と、各研磨ヘッドを回転可能に支持するインデックステ
ーブルと、インデックステーブルをウエハ着脱・洗浄位
置とウエハ研磨位置とに位置決めするテーブル駆動部と
を備えたものであり、ウエハの着脱・洗浄とウエハの研
磨を同時に行えるので、生産性の高い研磨装置を実現す
ることができる。

【０００７】また本発明による研磨装置は、各研磨ヘッ
ドが、ヘッドの回転を独立に制御する研磨ヘッド駆動部
と、ウエハを吸着して下方の定盤に対する加圧力を独立
に制御する吸引・加圧部とを備えたものであり、各研磨
ヘッドの回転および加圧を独立に制御するので、精度の
高い研磨を行うことができる。

【０００８】また本発明による研磨装置は、インデック
ステーブルが、ウエハ着脱・洗浄位置とウエハ研磨位置
とにそれぞれ２個ずつの研磨ヘッドが位置するように４
個の研磨ヘッドを支持したものであり、２枚ずつのウエ
ハを一方では着脱・洗浄し、他方では研磨するので、効
率の良い研磨を行うことができる。

【０００９】

【実施例】

（研磨装置全体の構成および動作）以下、本発明の実施
例について図面を参照して説明する。まず始めに研磨装
置全体の構成および動作について説明する。図１は本実
施例における研磨装置の概略平面図、図２は同装置の概
略正面図である。１００は研削後の複数枚のウエハ１を
収容したカセット２からウエハ１を１枚ずつ吸着して、
垂直方向に１８０度回転してウエハ搬送部２００へ受け
渡すローディング部である。２００はローディング部１
００から受け取ったウエハをローディング位置Ｐ３から
着脱・洗浄位置Ｐ４、Ｐ５へ搬送するとともに、研磨洗
浄後のウエハを着脱・洗浄位置Ｐ４、Ｐ５で受け取って
アンローディング位置Ｐ８へ搬送するウエハ搬送部であ
る。３００は着脱・洗浄位置Ｐ４、Ｐ５でウエハを吸着
して水平方向に１８０度回転して研磨位置Ｐ６、Ｐ７ま
で搬送するインデックス部である。４００は研磨位置Ｐ
６、Ｐ７でウエハを研磨液と研磨布により研磨する定盤
である。５００は研磨後のウエハを着脱・洗浄位置Ｐ
４、Ｐ５で洗浄するウエハ洗浄部である。６００はアン
ローディング位置Ｐ８でウエハを吸着して垂直方向に１
８０度回転してカセット収納位置まで搬送するアンロー
ディング部である。７００は基端部を中心に揺動して定
盤４００の上の研磨布の表面を調整する研磨布調整部で
ある。

【００１０】ローディング部１００は、複数枚のウエハ
１をそれぞれの段に収容したカセット２を上下方向に移
動する昇降手段１０１と、カセット２内のウエハ１をセ
ット位置Ｐ１から待機位置Ｐ２へ搬送する一対のコンベ
アベルト１０２と、待機位置Ｐ２のウエハ１を下側から
吸着して垂直方向に１８０度回転するロボットアーム１
０３とを備えている。ロボットアーム１０３は、一対の
コンベアベルト１０２の間に配置されて真空ポンプに接
続された吸引パッド１０４を先端部に有し、基端部がブ
ラケット１０５に回転可能に支持されている。

【００１１】ウエハ搬送部２００は、ローディング部１
００からウエハを受け取る仮受け部２０１と、仮受け部
２０１をローディング位置Ｐ３から着脱・洗浄位置Ｐ
４、Ｐ５およびアンローディング位置Ｐ８までの間をガ
イド２０２に沿って直線的に移動させるボールねじ方式
の駆動部２０３とを備えている。仮受け部２０１は、ウ
エハを保持するウオータプール２０４と、ウオータプー
ル２０４上のウエハの周囲を保持して芯出しを行う開閉
可能なチャック２０５と、ウオータプール２０４を上下
方向に移動させる昇降手段２０６とを有する。

【００１２】インデックス部３００は、インデックス部
全体を割り出しのためにインデックステーブル３２７を
水平方向に回転させるテーブル駆動部３０１と、ウエハ
を吸着して回転する４軸の研磨ヘッド３０２、３０３、
３０４、３０５と、各研磨ヘッドの回転を独立に制御す
る研磨ヘッド駆動部３０７、３０８、３０９、３１０
と、ウエハを吸着して下方の定盤４００に対する加圧荷
重を独立に制御する吸引・加圧部３１１、３１２、３１
３、３１４とを備えている。

【００１３】定盤４００は、インデックス部３００の研
磨位置Ｐ６、Ｐ７にまたがる下方の位置に配置され、そ
の上面には研磨布が取り付けられ、水平方向に回転させ
る手段を備えている。また、図示されない手段により、
ガイド２０２に沿って所定の範囲で往復運動ができるよ
うになっている。

【００１４】ウエハ洗浄部５００は、先端部にブラシ５
０１を有する２軸の回転軸５０２と、回転軸５０２を回
転させるモータ５０３と、回転軸５０２をインデックス
部３００の着脱・洗浄位置Ｐ４、Ｐ５に向けて進退させ
る直動搬送装置５０４を備えている。

【００１５】アンローディング部６００は、ローディン
グ部１００の一対のコンベアベルト１０２の代わりに一
対の水流板６０２を備え、同様な昇降手段６０１と、先
端部に吸引パッド６０４を有し、基端部をブラケット６
０５に回転可能に支持されたロボットアーム６０３を備
えている。さらに、一対の水流板６０２の間を移動して
ウエハ３をカセット４内に押し込むためのアシストピン
６０６と、これを駆動する直動搬送装置６０７とを備え
ている。

【００１６】研磨布調整部７００は、先端部にモータ７
０１により回転する砥石７０２を有し、基端部には、先
端部を揺動させるために揺動レバー７０３を介してエア
シリンダ７０４が連結されている。

【００１７】次に、上記のように構成された研磨装置の
動作について説明する。カセット２は、中央部に桟を有
し前後を切り欠いた１０段から２５段前後の棚が形成さ
れており、その各段に研削後のウエハ１が収納されてセ
ット位置Ｐ１で昇降手段１０１にセットされる。この状
態から昇降手段１０１が少し降下すると、一番下の段の
ウエハが、回転しているコンベアベルト１０２上に乗っ
て待機位置Ｐ２まで搬送される。待機位置Ｐ２に来る
と、一対のコンベアベルト１０２の間の下側から吸引パ
ッド１０４が上昇してウエハ１を下側の裏面（以下、研
磨する面を表面、研磨しない面を裏面という。）を吸着
して基端部を中心に１８０度回転して、先端部に吸着し
たウエハを裏返して、ローディング位置Ｐ３に位置する
ウエハ搬送部２００の仮受け部２０１に引き渡す。この
状態では、仮受け部２０１のウエハは表面が下側になっ
ている。

【００１８】ウエハ搬送部２００の仮受け部２０１は、
チャック２０５を開いた状態で位置Ｐ３で待機してお
り、ローディング部１００のロボットアーム１０は、反
転して仮受け部２０１のウオータプール２０４の上でウ
エハに対する吸着を開放し、ウエハをウオータプール２
０４の上に浮かべる。すなわち、ウエハの表面は、常に
水が溢れ出ているウオータプール２０４上の水に接触す
ることになるので、汚れることがない。その後、チャッ
ク２０５が閉じて、仮受け部２０１をガイド２０２およ
び駆動部２０３により位置Ｐ４まで搬送し、そこで停止
する。この状態では、位置Ｐ４の上に研磨ヘッド３０２
が位置しているので、ウエハ搬送部２００は、ウオータ
プール２０４を上昇させて、ウエハの裏面を研磨ヘッド
３０２に吸着させる。その後、仮受け部２０１は、下降
して再び位置Ｐ４からＰ３に戻り、そこで次のウエハが
来るまで待機する。なお、チャック２０５は、以降の工
程において、ウエハを受け渡す際には開き、ウエハを保
持している時は閉じるように制御される。

【００１９】この間、ローディング部１００のロボット
アーム１０３は、もとの待機位置Ｐ２に戻っており、昇
降手段１０１が再び所定量下降すると、カセット２の下
から２段目のウエハ１がコンベアベルト１０２上に乗っ
て位置Ｐ１からＰ２へ搬送され、同様にしてロボットア
ーム１０３によりウエハ１が位置Ｐ３の仮受け部２０１
へ引き渡される。仮受け部２０１は、今度は位置Ｐ３か
ら位置Ｐ５へ移動し、そこに待機している研磨ヘッド３
０３にウエハを吸着させた後、もとの位置Ｐ３へ戻る。

【００２０】研磨ヘッド３０２および３０３にウエハが
吸着されると、研磨ヘッド３０２および３０３が上昇
し、インデックス部３００が水平方向に１８０度回転
し、研磨ヘッド３０２および３０３は、それぞれ研磨位
置Ｐ６およびＰ７に移動する。同時に、反対側にあった
研磨ヘッド３０４および３０５が、着脱・洗浄位置Ｐ４
およびＰ５に移動する。研磨ヘッド３０２および３０３
は、研磨位置Ｐ６およびＰ７に移動すると、回転しなが
ら下降して、同様に回転する定盤４００上の研磨布にウ
エハを所定の圧力で圧接させ、研磨液を供給しながらウ
エハの表面を研磨する。

【００２１】この間、着脱・洗浄位置Ｐ４、Ｐ５に移動
した研磨ヘッド３０４、３０５に対して、上記したと同
様に、カセット２内のウエハ１が、ローディング部１０
０によりウエハ搬送部２００へ渡され、次いでウエハ搬
送部２００により位置Ｐ４、Ｐ５へ搬送され、そこでウ
エハが研磨ヘッド３０４、３０５に吸着される。

【００２２】位置Ｐ６、Ｐ７での研磨が終了すると、研
磨ヘッド３０２および３０３は、上昇して定盤４００か
ら離れるとともに、インデックス部３００が水平方向に
１８０度回転し、研磨ヘッド３０２および３０３をもと
の着脱・洗浄位置Ｐ４およびＰ５に移動させる。同時
に、ウエハを吸着した反対側の研磨ヘッド３０４、３０
５が、研削位置Ｐ６、Ｐ７に移動する。

【００２３】着脱・洗浄位置Ｐ４、Ｐ５に戻った研磨ヘ
ッド３０２、３０３に対し、ウエハ洗浄部５００の直動
搬送装置５０４が位置Ｐ４、Ｐ５に向けて回転軸５０２
を移動させ、モータ５０３により回転するブラシ５０１
が、研磨ヘッド３０２、３０３に吸着されたウエハの表
面を洗浄する。

【００２４】洗浄後、ウエハ洗浄部５００の回転軸５０
２がもとの位置に戻るとともに、位置Ｐ３に待機してい
た仮受け部２０１が、位置Ｐ５に移動して研磨ヘッド３
０３からウエハを受け取り、アンローディング位置Ｐ８
に搬送する。アンローディング位置Ｐ８では、アンロー
ディング部６００のロボットアーム６０３が、その先端
部の吸引パッド６０４で仮受け部２０１の研磨後のウエ
ハ３の裏面を吸着して１８０度反転して、受け渡し位置
Ｐ９でウエハ３を水流板６０２の上に乗せる。この状態
では、ウエハ３は表面を上側に向けている。水流板６０
２は、下流側に向けて少し傾斜しているので、ウエハ３
は水流に乗って移動し、収納位置Ｐ１０で待機している
カセット４の最上段の棚に中に、アシストピン６０６に
より押し込まれる。

【００２５】この間、仮受け部２０１は、位置Ｐ４に戻
って研磨ヘッド３０２からウエハを受け取り、アンロー
ディング位置Ｐ８に移動する。そして同様に、アンロー
ディング部６００のロボットアーム６０３が、その先端
部の吸引パッド６０４で仮受け部２０１のウエハ３を吸
着して１８０度反転して、ウエハ３を水流板６０２上に
乗せ、昇降手段６０１により下降していたカセット４内
の上から２段目の棚に収容する。以下、上記した工程を
カセット４内にすべての棚にウエハ３が収容されるまで
繰り返す。

【００２６】（インデックス部の構成および動作）次
に、上記したインデックス部３００の詳細について説明
する。図３はインデックス部３００の概略平面図であ
り、３０１はテーブル駆動部、３０２〜３０５は研磨ヘ
ッドである。３０６はインデックス部３００を回転駆動
するインデックスモータ、３０７から３１０は各研磨ヘ
ッド３０２〜３０５を回転駆動するヘッド駆動部、３１
１から３１４は各研磨ヘッド３０２〜３０５のための一
対の吸引・加圧部である。３１５は増圧ユニットであ
り、重量のあるインデックス部３００を上下動させるに
際して空気圧を油圧に変換する装置である。

【００２７】図４はテーブル駆動部３０１の断面図であ
る。インデックスモータ３０６の回転軸には電磁クラッ
チ３１６を介して駆動ギヤ３１７が固定され、駆動ギヤ
３１７には従動ギヤ３１８が噛み合っている。従動ギヤ
３１８は連結リング３１９を介して駆動軸３２０に固定
されている。駆動軸３２０には、油圧シリンダ３２１の
内筒３２２が固定され、油圧シリンダ３２１の外筒３２
３は、懸架ディスク３２４に固定されている。外筒３２
３には、給排油のためのポート３２５、３２６が形成さ
れて、図示されない油圧制御回路に接続されている。駆
動軸３２０の下端部のフランジ３２０ａには、インデッ
クステーブル３２７およびカービックカップリング３２
８の一方のギヤ板３２９が固定され、他方のギヤ板３３
０は懸架ディスク３２４に固定されている。

【００２８】インデックスモータ３０６は、１８０度ず
つ正転、反転を繰り返し、その回転力は、電磁クラッチ
３１６、駆動ギヤ３１７、従動ギヤ３１８、連結リング
３１９を通して駆動軸３２０に伝えられる。モータ３０
６が回転するとき、油圧シリンダ３２１により駆動軸３
２０が上昇して、カービックカップリング３２８のギヤ
板３２９と３３０の係合が外れ、インデックステーブル
３２７が回転する。インデックステーブル３２７が１８
０度近くまで回転すると、電磁クラッチ３１６および油
圧シリンダ３２１がオフ状態になり、インデックステー
ブル３２７は自身の慣性力により回転を続け、カービッ
クカップリング３２８のギヤが噛み合う位置でインデッ
クステーブル３２７の回転が停止し、割り出しが行われ
る。このカービックカップリング３２８によって、ウエ
ハ搬送部２００の仮受け部２０１に保持されたウエハに
対する着脱・洗浄位置Ｐ４、Ｐ５を正確に割り出すこと
ができ、ウエハの受け渡しを確実に行うことができる。

【００２９】図５はインデックス部３００における研磨
ヘッド駆動部３０７〜３１０および吸引・加圧部３１１
〜３１４の概略断面図である。３３１は駆動モータ、３
３２は駆動モータ３３１に連結された減速機であり、懸
架ディスク３２４に固定されている。３３３は電磁クラ
ッチであり、減速機３３２からの回転軸３３４の断続を
行う。電磁クラッチ３３３の下側の回転軸３３４には、
駆動ギヤ３３５が固定され、従動ギヤ３３６に噛み合っ
ている。回転軸３３４の下部は、インデックステーブル
３２７に固定されたスラスト軸受３３７により支持され
ている。従動ギヤ３３６は、インデックステーブル３２
７に回転可能に支持されたスプライン軸受３３８に固定
されており、スプライン軸受３３８には、吸引回転軸３
３９が軸方向に摺動可能に結合されている。

【００３０】吸引回転軸３３９は、上部がケーシング３
４０に回転可能に支持され、下部には真空チャック３４
６が固定されている。ケーシング３４０の内部には、吸
排気ポート３４１、３４２が形成され、図示されない空
気圧回路に接続されている。ケーシング３４０は、アー
ム３４３の中心部に固定され、アーム３４３の両端部
は、一対の加圧シリンダ３４４のそれぞれのピストン棒
３４５に連結されている（図３参照）。一対の加圧シリ
ンダ３４４は、それぞれインデックステーブル３２７に
固定され、図示されない空気圧回路に接続されている。

【００３１】図１において説明したように、研磨ヘッド
３０２、３０３が着脱・洗浄位置Ｐ４、Ｐ５に位置する
時、仮受け部２０１が順番にＰ４、Ｐ５に移動してき
て、仮受け部２０１に保持したウエハを研磨ヘッド３０
２、３０３に順番に引き渡す。その際、仮受け部２０１
が上昇して、図５の真空チャック３４６の下面に位置す
ると、ケーシング３４０の給排気ポート３４１、３４２
を通じて真空吸引が行われ、仮受け部２０１のウエハが
真空チャック３４６に吸着される。その後、仮受け部２
０１は下降し、ホームポジションに戻る。そして研磨ヘ
ッドが１８０度回転して研磨位置Ｐ６、Ｐ７に位置する
と、駆動モータ３３１が回転し、駆動ギヤ３３５、従動
ギヤ３３６、スプライン軸受３３８および吸引回転軸３
３９を通じて真空チャック３４６が回転するとともに、
加圧シリンダ３４４により真空チャック３４６が下降し
て、真空チャック３４６に吸着されたウエハを定盤４０
０に押し付けて研磨を行う。定盤４００に対する加圧荷
重は、加圧シリンダ３４４を制御することにより行われ
る。

【００３２】図６は真空チャック３４６を拡大して示し
たものである。真空チャック３４６は、吸引回転軸３３
９を固定するための取付リング３４７と、ケーシング３
４８、３４９、３５０と、吸着パッド３５１を保持した
パッドリング３５２と、吸着パッド３５１の外周に近接
してパッドリング３５２に固定されたリテーナリング３
５３と、リテーナリング固定具３５４とを備えている。
リテーナリング３５３は、図７に示すように、放射状に
等間隔に複数のスリット３５５を設けたものである。３
５６はスリット３５５の凹みを利用したねじ取付穴であ
る。

【００３３】図６において、研磨するためのウエハは、
吸引回転軸３３９を通じた真空吸引により吸着パッド３
５１に吸着される。吸着されたウエハを定盤の研磨布に
押圧して研磨液を供給しながら研磨を行うが、その際に
ウエハが研磨布に沈み、外周部分が余計に研磨される傾
向がある。そのため、従来からウエハの外側にリテーナ
リングを設けて、リテーナリングにより研磨布を押さえ
て、研磨布を平坦な状態にして研磨を行っているが、従
来のリテーナリングは、環状部の下面が平坦であるた
め、これが壁になって外側から供給される研磨液が内側
のウエハ面に流入するのを阻止することになり、ウエハ
の研磨に時間が掛かっていた。これに対し、本実施例に
おけるリテーナリング３５３は、環状部の下面に放射状
の複数のスリット３５５を備えているので、このスリッ
ト３５５を通じて外部から内部へ研磨液が流入するの
で、ウエハの研磨が効率よく行える利点がある。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、本発明による研磨装置に
よれば、ウエハを着脱・洗浄する位置とウエハを研磨す
る位置とを分け、一方でウエハを着脱・洗浄している間
に他方でウエハを研磨するようにしたので、ウエハの着
脱・洗浄とウエハの研磨を同時に行うことができ、生産
性の高い研磨装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す研磨装置の概略平面
図。

【図２】同装置の概略正面図。

【図３】同装置におけるインデックス部の概略平面図。

【図４】同インデックス部におけるテーブル駆動部の概
略断面図。

【図５】同インデックス部における研磨ヘッド駆動部と
吸引・加圧部の概略断面図。

【図６】同インデックス部における真空チャックの概略
断面図。

【図７】同真空チャックにおけるリテーナリングの断面
図（ａ）と下面図（ｂ）。

【符号の説明】

１研削後のウエハ２研削後のウエハを収容したカセット３研磨後のウエハ４研磨後のウエハを収容するカセット１００ローディング部１０１昇降手段１０２コンベアベルト１０３ロボットアーム２００ウエハ搬送部２０１仮受け部２０２ガイド２０３駆動部２０４ウオータプール２０５チャック２０６昇降手段３００インデックス部３０１テーブル駆動部３０２、３０３、３０４、３０５研磨ヘッド３０７、３０８、３０９、３１０研磨ヘッド駆動部３１１、３１２、３１３、３１４吸引・加圧部３４６真空チャック４００定盤５００ウエハ洗浄部５０１ブラシ５０２回転軸５０３モータ５０４直動搬送装置６００アンローディング部６０１昇降手段６０２水流板６０３ロボットアーム６０４吸引パッド６０６アシストピン６０７直動搬送装置７００研磨布調整部Ｐ１セット位置Ｐ２待機位置Ｐ３ローディング位置Ｐ４、Ｐ５着脱・洗浄位置Ｐ６、Ｐ７研磨位置Ｐ８アンローディング位置Ｐ９受け渡し位置Ｐ１０収納位置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】研削後のウエハを吸着して独立に回転す
る複数の研磨ヘッドと、各研磨ヘッドを回転可能に支持
するインデックステーブルと、インデックステーブルを
ウエハ着脱・洗浄位置とウエハ研磨位置とに位置決めす
るテーブル駆動部とを備えた研磨装置。
【請求項２】各研磨ヘッドが、ヘッドの回転を独立に
制御する研磨ヘッド駆動部と、ウエハを吸着して下方の
定盤に対する加圧力を独立に制御する吸引・加圧部とを
備えた請求項１記載の研磨装置。
【請求項３】インデックステーブルが、ウエハ着脱・
洗浄位置とウエハ研磨位置とにそれぞれ２個ずつの研磨
ヘッドが位置するように４個の研磨ヘッドを支持した請
求項１または２記載の研磨装置。