JPH10270390A - 研磨装置のウェハ保持機構 - Google Patents

研磨装置のウェハ保持機構

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JPH10270390A
JPH10270390A JP6973197A JP6973197A JPH10270390A JP H10270390 A JPH10270390 A JP H10270390A JP 6973197 A JP6973197 A JP 6973197A JP 6973197 A JP6973197 A JP 6973197A JP H10270390 A JPH10270390 A JP H10270390A
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JP
Japan
Prior art keywords
wafer
moving
polishing head
rotation
center
Prior art date
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Pending
Application number
JP6973197A
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English (en)
Inventor
Masaki Sato
真己 佐藤
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NEC Kyushu Ltd
Original Assignee
NEC Kyushu Ltd
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Publication date
Application filed by NEC Kyushu Ltd filed Critical NEC Kyushu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】研磨装置の研磨ヘッド12にウェハ18を保持
するウェハ保持機構において、短時間でウェハを取付
け、ウェハ18の中心と研磨ヘッド12の回転中心を一
致させる。 【解決手段】研磨ヘッド12のパッド10面に押し付け
られるウェハ18の外周囲に配設されるとともにねじ送
り機構により同時に中心に向って同じ移動量で送られる
複数の移動爪1と、これら移動爪1の移動量を制御する
ための前記ねじ送り機構の送りねじの回転数および回転
方向を制御部とを設けている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板である
ウェハの面を化学機械研磨する研磨装置であるCMP装
置におけるウェハ保持機構に関する。
【0002】
【従来の技術】通常、CMP(Mechano che
mical polishing)装置は、加工単位が
小さく高度の鏡面仕上げが得られ、化学反応を利用して
いるため加工変質が極めて少ないところから、ウェハの
平坦化に使用されてきた。このため、平坦度をより良く
得るようにウェハの保持機構や研磨面および研磨布など
に対して種々の改善提案がなされてきた。
【0003】図3(a)および(b)は従来のウェハ保
持機構の一例を説明するための図である。従来、この研
磨装置のウェハ保持機構は、図3に示すように、研磨ヘ
ッド12の真空吸着面に施されたリティナーリング11
で構成されている。このリティナーリング11はウェハ
18の外径より稍大きめの内径を有し研磨中にウェハ1
8が飛出さないよにしている。
【0004】このウェハ保持機構でウェハ18を保持す
るには、まず、図3(a)に示すように、搬送ロボット
16によりウェハキャリア17から一枚のウェハ18を
引き出し、搬送ロボット16のアームを伸ばし、ウェハ
18をアライメントカップ14の上に搬送する。そし
て、ウェハ18をアライメントカップ14の窪みに落し
込む、このことによりウェハ18は斜面13を滑りウェ
ハ18はアライメントカップの中央部に位置決めされ
る。
【0005】しかる後、図3(b)に示すように、押上
棒15が上昇しウェハ18を突き上げる。そして、研磨
ヘッド12が下降しウェハ18とリティナーリング11
内の吸着面と接触し、ウェハ18を吸着保持する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のウェハ
保持機構では、ウェハを単にアライメントカップの窪み
に落し込んで自己整合作用により位置出しを行なってい
るので、ウェハが必ずしもアライメントカップの中心に
位置決めされるとは限らない。従って、アライメントカ
ップの中心と研磨ヘッドの中心と一致させてアライメン
トカップを配置しても、研磨ヘッドの回転中心とウェハ
の中心と一致させてウェハを取付けることが難しい。そ
の多くは、リティナーリングとの隙間の範囲内で偏心し
て取付けられることになる。
【0007】しかしながら、ウェハが偏心して取り付け
られると、研磨ヘッドが回転するとき、ウェハの中心か
ら所定の距離における研磨速度に差が生じウェハ面内の
研磨均一性が悪化するという問題がある。また、リティ
ナーリングの内径をウェハの外径に近くする考えがある
が、ウェハを突き上げる際に、ウェハをリティナーリン
グに打付けるという別の問題を起すことになる。
【0008】このウェハを位置出しするアライメントカ
ップにウェハ位置出し機構をもたせたウエハセンタリン
グ位置決め装置が特開平1ー140739号に開示され
ている。この位置決め装置は、ウェハ載置面にウェハを
載置面の中心に移動させる複数本のセンタリングピンを
設け、このセンタリングピンを同時に中心方向に移動さ
せウェハを載置面の中心に合せる機構をもつている。そ
して、このセンタリングピンの移動には、旋盤などに使
用されているスクロールチャックの機構と同じような、
センタリングピンが入り込むスクロール溝をもつ円板を
回転させることによって行なわれている。
【0009】しかしながら、このセンタリング位置決め
装置を適用したとしても、ウェハを突き上げて研磨ヘッ
ドに取付けても、研磨ヘッドの回転中心とウェハの中心
と一致させてウェハを研磨ヘッドに取付けることができ
るという保証はない。例えば、アライメントカップで芯
出しを行なっても、突き上げる動作でウェハの位置がず
れたりする懸念がある。いずれにしても、上述のアライ
メントカップやこのセンタリング位置決め装置を使用す
る限り、ウェハを芯出しするのに、一度を仮に置くとい
う無駄な動作が行なわなければならないという欠点があ
る。
【0010】従って、本発明の目的は、研磨ヘッドと同
芯にウェハを短時間に取付けできるウェハ保持機構を提
供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、研磨ヘ
ッドのパッド面に押し付けられるウェハの外周囲に等間
隔に配設されるとともに前記研磨ヘッドの中心方向に同
じ距離だけ同時に移動し前記ウェハを保持する複数の移
動爪と、これらの移動爪のそれぞれに具備されるととも
に前記移動爪を移動させる送りねじ機構と、これらの送
りねじ機構の送りねじのそれぞれを同時にかつ同じ回転
方向に回転させる回転機構と、この回転機構の回転およ
び回転方向を制御する回転制御部とを備える研磨装置の
ウェハ保持機構である。また、前記移動爪の所定の負荷
により回転伝達が離脱されるトルクリミッタを前記回転
機構に備えることが望ましい。
【0012】
【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。
【0013】図1は本発明の一実施の形態におけるウェ
ハ保持機構を説明するための研磨ヘッドの部分断面図で
ある。このウェハ保持機構は、図1に示すように、研磨
ヘッド12のウェハ18の吸着面9を有するパッド8の
周囲に等間隔に配設されるとともに研磨ヘッド12の中
心方向に同じ距離だけ同時に移動しウェハ18を保持す
る複数の移動爪1と、研磨ヘッド12に挿入され一端に
傘歯車6bが取付けられる回転軸4と、この傘歯車6b
と噛み合う傘歯車6aを一端に取付け他端に送りねじ3
を具備する回転軸5と、ガイド溝7を摺動する移動爪1
の足部に取付けられ回転軸5の送りねじと噛み合うナッ
ト2とを備えている。 また、図面には示さないが、回
転軸4を回転させるステップモータとステップモータの
回転数および回転方向を制御するステップモータコント
ローラが備えられている。さらに、移動爪1を移動する
機構は、研磨中に研磨液が飛散するなど機構にとって悪
い雰囲気で動作しなければならないので、単に傘歯車6
a,6bを介して回転を伝達しその回転で送りねじ3を
回転させ移動爪1を移動させるという単純な機構を採用
した。そして、研磨液がガイド溝7に浸入しないように
移動爪1の足部の周囲とガイド溝7との間にはシール部
材(図示せず)を設けた。
【0014】図2(a)および(b)は図1のウェハ保
持機構の動作を説明するための図である。まず、図2
(a)に示すように、ステップモータコントローラの指
令によりステップモータの速送りのモードで回転させ、
移動爪1がウェハ18の外径より大きく約2mm程度大
きめに移動させる。次に、ロボットのアーム16aがウ
ェハキャリア(図示せず)から一枚のウェハ18を引き
出し、アーム16aが旋回しウェハ18を研磨ヘッド1
2の真下に位置決めする。この位置決め精度は、±0.
5mm程度である。
【0015】次に、図2(b)に示すように、押上棒1
5が上昇しウェハ18をパッド8の吸着面9に押し当
る。そして、ステップモータコントローラの指令により
ステップモータが回転し、回転軸5は傘歯車6a,6b
を介して回転し、送りねじ3の回転によりナット2を内
蔵する移動爪1のそれぞれは研磨ヘッド12の中心に向
って移動し始める。なお、送りねじ3およびナット2の
ピッチは全て同じであって、傘歯車6aと6bの歯数も
同じであるから、移動爪1の移動量は全て同じになる。
ここで、ステップモータコントローラのモータ速度プロ
グラムによりステップモータの回転数を制御する。例え
ば、移動爪1が後退した位置からウェハ18に0.5m
m程度に近ずくまで速送りモードにするために高速回転
させ、0.5mmからウェハ18に移動爪1が接触する
まで遅送りモードにするように低速回転させる。
【0016】このような速度プログラムにより移動爪1
を移動させ、移動爪1の全てがウェハ18の外周部と接
触し、ウェハ18は移動爪1により研磨ヘッド12の中
心と同心状態で保持される。なお、ウェハ18に移動爪
1が接触しある程度の押圧力で押したときにその押圧力
を検知する圧力センサ(図示せず)を移動爪1の当接面
に設けてあるが、圧力センサの感度の差があるので、冗
長的に回転軸4にトルクリミッタ10を設けることが望
ましい。そして、例えば、3本の回転軸5を回転させる
回転軸4の負荷トルクが所定値をオーバーしたら、トル
クリミッタ10がスリップし回転軸5に回転を伝達しな
いようにする。
【0017】このように研磨ヘッド12に同心に保持さ
れたウェハをパッド8に真空吸着させウェハ18をパッ
ド8に吸着保持させる。このときステップモータを僅に
反回転させ、ウェハ18への移動爪1の押圧力を解放さ
せることが望ましい。何となれば、押圧力を解放するこ
とによりウェハ18はパッド8の面に倣い平坦度を保ち
パッド8に吸着保持され、ウェハ18は平坦度良く研磨
される。
【0018】次に、研磨ヘッド12は定盤の研磨布に押
し付けられながら回転し研磨を完了する。そして、研磨
が完了すると、ロボットのアーム16aの真上に研磨ヘ
ッド12が位置決めされ押上棒15が上昇しウェハ18
と接触すると、パッド8内の空間部に空気が導入されウ
ェハ18の真空吸着を解放する。そして、ステップモー
タコントローラの指令によりステップモータが高速反回
転し移動爪1は、図2(a)のように後退する。一方、
押上棒15は下降しウェハ18をロボットのアーム16
aに移載する。
【0019】このように、従来の中間のアライメントカ
ップを廃止し、直接ロボットからウェハを研磨ヘッドに
移載できるようにしたので、ウェハの取付け時間が1/
3程度に短縮でき、位置決め精度も、従来、±1mm程
度であったものが±0.02mmに飛躍的に向上した。
勿論、この精度を得るために、送りねじの送り量を一回
転につき0.02mmとした。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、ロボット
のアームに載置するウェハを突き上げ研磨ヘッドのパッ
ド面にウェハを押し付ける押上棒と、研磨ヘッドのパッ
ド面に押し付けられるウェハの外周囲に配設されるとと
もにねじ送り機構により同時に中心に向って同じ移動量
で送られる複数の移動爪と、これら移動爪の移動量を制
御するための前記ねじ送り機構の送りねじの回転数およ
び回転方向を制御部とを設けることによって、従来のよ
うに、ウェハの中心位置を決めるアライメント治具など
必要がなく直接研磨ヘッドにウェハを移載できるので、
ウェハの研磨ヘッドへの取付け時間を大幅に短縮でき、
装置のスループットが向上するという効果がある。
【0021】また、研磨ヘッドの中心方向に同時に同距
離づつ移動する複数の移動爪によってウェハは研磨ヘッ
ドの中心に位置合せができるので、ウェハの中心と研磨
ヘッドの中心とが一致した状態で回転研磨できるので、
ウェハ面内は均一に研磨できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態におけるウェハ保持機構
を説明するための研磨ヘッドの部分断面図である。
【図2】図1のウェハ保持機構の動作を説明するための
図である。
【図3】従来のウェハ保持機構の一例を説明するための
図である。
【符号の説明】
1 移動爪 2 ナット 3 送りねじ 4,5 回転軸 6a,6b 傘歯車 7 ガイド溝 8 パッド 9 吸着面 10 トルクリミッタ 11 リティナー 12 研磨ヘッド 13 斜面 14 アライメントカップ 15 押上棒 16 ロボット 16a アーム 17 ウェハキャリア 18 ウェハ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 研磨ヘッドのパッド面に押し付けられる
    ウェハの外周囲に等間隔に配設されるとともに前記研磨
    ヘッドの中心方向に同じ距離だけ同時に移動じ前記ウェ
    ハを保持する複数の移動爪と、これらの移動爪のそれぞ
    れに具備されるとともに前記移動爪を移動させる送りね
    じ機構と、これらの送りねじ機構の送りねじのそれぞれ
    を同時にかつ同じ回転方向に回転させる回転機構と、こ
    の回転機構の回転および回転方向を制御する回転制御部
    とを備えることを特徴とする研磨装置のウェハ保持機
    構。
  2. 【請求項2】 前記移動爪の所定の負荷により回転伝達
    が離脱されるトルクリミッタを前記回転機構に備えるこ
    とを特徴とする請求項1記載の研磨装置のウェハ保持機
    構。
JP6973197A 1997-03-24 1997-03-24 研磨装置のウェハ保持機構 Pending JPH10270390A (ja)

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JP6973197A JPH10270390A (ja) 1997-03-24 1997-03-24 研磨装置のウェハ保持機構

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JP6973197A JPH10270390A (ja) 1997-03-24 1997-03-24 研磨装置のウェハ保持機構

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JPH10270390A true JPH10270390A (ja) 1998-10-09

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ID=13411276

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JP6973197A Pending JPH10270390A (ja) 1997-03-24 1997-03-24 研磨装置のウェハ保持機構

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JP (1) JPH10270390A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004200678A (ja) * 2002-12-05 2004-07-15 Tokyo Electron Ltd 取外し可能な半導体ウェハサセプタ
CN110900244A (zh) * 2019-11-29 2020-03-24 友信宏科新能源(徐州)有限公司 一种新能源汽车零件的加工用夹紧装置

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Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20000328