JPH10337659A

JPH10337659A - 研磨装置

Info

Publication number: JPH10337659A
Application number: JP13746798A
Authority: JP
Inventors: Georg Moersch; ゲオルク・メルシェ; Thomas Keller; トーマス・ケラー; Eberhard Potempka; エベルハルト・ポテムプカ
Original assignee: PETER WOLTERS WERKZEUGMAS GmbH
Current assignee: PETER WOLTERS WERKZEUGMAS GmbH
Priority date: 1997-05-07
Filing date: 1998-04-30
Publication date: 1998-12-22
Also published as: DE19719503C2; DE19719503A1; US6050885A

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体製造用の半導体ウエハーの表面を研磨
する装置であって、効率よく、小スペースである装置を
提供する。【解決手段】半導体製造用の半導体ウエハーの表面を
化学的・機械的研磨するための装置であって、半導体ウ
エハーのための高さ調節可能な吸引ホルダーを備えた２
つの研磨ユニット、前記研磨ユニットを互いに独立的に
案内し互いに平行でほぼ水平に延びるガイド、前記研磨
ユニットをガイドに沿って移動させる駆動手段、前記ガ
イド下方で回転駆動される少なくとも１枚の研磨板、前
記ガイド端部において前記研磨板に対向する少なくとも
一つの半導体ウエハー移送・引き継ぎ装置、二つの半導
体ウエハー積み上げ・収容装置、前記研磨ユニットの操
作並びに前記移送・引き継ぎ装置の操作を制御する制御
装置、からなる装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は特許請求の範囲にお
ける請求項１の前文に記載した加工品、特に、半導体ウ
エハーの表面を化学的、機械的に研磨するための装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばシリコンウエハーを製造するため
のラッピング、ポリッシング装置は従来、この装置にお
ける複数の加工用ディスクの間に設ける所謂ランナーデ
ィスクを、ギヤクラウン等によりサイクロイド状に変位
動作可能とし、このランナーディスクに、ウエハーを収
容するよう構成されるが、このラッピング、ポリッシン
グ装置が適用される場合、半導体やチップの製造におけ
る加工済ウエハーの処理については考慮されない。

【０００３】また、一般に知られているように、半導体
ウエハーに、例えば酸化物層や、ウォルフラム（タング
ステン）層、その他の金属層等の層をコーティングする
際にはそのコ−ティング処理ごとに、所望の平面性を持
たせるための再生処理を施すことが必要であり、この処
理は通常、クリーンルーム・清浄度技術により行われ
る。

【０００４】また、ＤＥ１９５４４３２８号公報には半
導体工業におけるウエハー処理装置が開示されており、
この従来技術においては、ハウジングを第１チャンバー
と第２チャンバーに分割し、第１チャンバーに研磨セク
ションが、そして、第２チャンバーに洗浄セクションが
配置される。そして、これらのセクション間で、一方の
セクションから他方のセクションへの移送は、ハウジン
グを分割している壁に形成された開口を介し移送装置の
助けを借りて行われる。以上の構成に基づき、ハウジン
グ内に、清浄度の異なる各空間が創出される。

【０００５】また、会社による技術文書「ＣＭＰ（クラ
スタ・ツール・システム・プラナリゼーション・ケミカ
ル・メカニカル・ポリシング（ピーター・ウォルタ−ズ
著、１９９６年３月発行）」から、研磨ステーションと
洗浄ステーションを共に一つの清浄空間に配置するこ
と、及び、その清浄空間を、適当な移送装置によるこの
清浄空間への半導体ウエハーの送り込み並びにこの清浄
空間からの半導体ウエハーの取り出しが行われる別の空
間から分離することが知られているし、更にまた、この
技術文書から、それぞれに洗浄ユニットを備えた二つの
プロセスユニットを設け、この二つのプロセスユニット
の間に移送ユニットを配置して半導体ウエハーのプロセ
スユニット及び洗浄ユニットへの移送並びにそれらユニ
ットからの移動を行うことが知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この構成の場
合、比較的大きなスペースが必要となるし、また、特定
のコーティング条件の下で第２の研磨ステーションにお
いてウエハーを更に研磨せねばならない場合にはスペー
ス要件が更に大きくなる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】以上の問題点に鑑み本発
明の目的は、加工品、特に、半導体製造用の半導体ウエ
ハーの表面を化学的・機械的研磨するための装置であっ
て、小さなスペースで比較的高い生産量が得られるもの
を提供する点にある。特に、本発明装置によれば、高い
コストを掛ける必要無しに、銅コーティング等の追加的
なコーティングや、別系統での同時研磨が実施可能であ
る。

【０００８】前記した本発明の目的は特許請求の範囲の
請求項１に記載した態様により達成される。本発明装置
には、半導体ウエハーのための高さ調節可能な吸引ホル
ダーを備えた二つの研磨ユニット（もしくは研磨ヘッ
ド）と、吸引ホルダー（延ては、半導体ウエハー）を回
転させる駆動モータを備える。尚、高さ調節可能な吸引
ホルダー（真空チャック）の助けによる半導体ウエハー
の載置はそれ自体公知であるが、研磨ユニットが直線ガ
イドに沿って調節可能であることは、本発明にとって必
須の条件であるので、ガイドに沿って研磨ユニットを移
動させるための適宜の調節手段を設ける。また、研磨ユ
ニットに対し、研磨ディスク（もしくは研磨板）を設け
て、研磨ユニットそれぞれを、ガイドの一方側における
下方に配置する研磨板とのみ協働させる。即ち、研磨操
作時、各研磨ユニットに対しては片方の研磨板のみが割
り当てられることになる。また、研磨板は、適当なモー
ターの助けをかりて回転するよう、それ自体公知の方法
で、取り付けられる。また、これに関連して、研磨板お
よび吸引ホルダーの回転にくわえ、吸引ホルダーもしく
は研磨ヘッドの振動動作を備えることも知られている。
また、本発明の別の実施例のように、二つの研磨板を備
えて、これらを研磨ヘッドがひとつのウエハーの研磨処
理の進行に伴って順次始動させる構成の場合、これら二
つの研磨板は、研磨ヘッドの移動方向に沿って連続に並
べる。

【０００９】前述の研磨ユニットのほか、ウエハーを移
送し回収するための装置を少なくとも１基、前記ガイド
における研磨板設置位置とは逆の側の端部に配置する。
この装置（以下の説明において移送装置とも称する）も
それ自体公知である。また、前記したウエハー移送・回
収装置と協働する積み上げ・収容装置を設け、前記ガイ
ドの両側に１基ずつ配置する。この積み上げ・回収装置
それぞれへ移送装置から未処理のウエハーが交互に運ば
れ、また、完全に処理の終わった半導体ウエハーが、各
積み上げ・回収装置から交互に回収される。更に、積み
上げ・回収装置はウエハーのセンターリング装置として
も作用するので、研磨ユニットはセンターリングされた
半導体ウエハーを扱うことができる。この態様もそれ自
体公知である。

【００１０】本発明装置についての上記の設計内容に基
づき、互いに完全に独立して作動する平行な二つの処理
ラインが得られる。従って、研磨板が１組の場合もまた
２組の場合であっても２基の研磨ユニットが適用可能で
あって互いに独立的に操作されるので、スペースの利用
が効果的に行える。尚、この場合、各研磨板での半導体
ウエハーの処理を同時ではなく時間をずらせて行えば、
サイクル速度を特に速くすることが可能であることが理
解されよう。

【００１１】また、本発明の一実施例において、前記ガ
イドの両側に、第一の研磨板より短い直径を有し回転駆
動される更に別の研磨板を配置すると共に、前記第一研
磨板と、第二もしくは第三研磨板の間に半導体ウエハー
及び・または研磨ユニットを洗浄する洗浄ステーション
を設ける。この洗浄ステーションはそれ自体公知であっ
て、半導体ウエハーに付着した研磨剤を除去する役目を
果たすと共に、研磨ユニットが半導体ウエハーを伴わず
にこの洗浄ステーションに送り込まれた場合別途の手段
によりこの研磨ユニットの洗浄を行う。また、第二もし
くは第三の研磨板は、洗浄を完全な状態にする役目を果
たす。これらの洗浄作用は主として脱イオン水を用いて
行われる。

【００１２】また、例えばブラシ等の適当な手段を用い
て、けばを立てることにより研磨布などの品質を維持す
ることが知られているが、本発明においては、プレーニ
ング装置をガイドに取り付けて研磨操作時、研磨板を平
らにする。このプレーニング装置は例えばブラシにより
構成し、研磨板の半径方向に前進、後退させて所望のけ
ば立てを行う。

【００１３】また、前述した技術上の理由から更に別の
研磨板が必要な場合（例えば半導体ウエハーに銅の層を
形成する場合など）は、本発明の一実施例のように、例
えば第一の研磨板と同一の直径を有する第四の研磨板
を、第一研磨板と積み上げ・収容装置との間に設ける。
この場合、洗浄装置を第一研磨板と第四研磨板の間に配
置することが好ましく、これにより、ウエハーは洗浄さ
れた状態で第二の研磨板に載せることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を添付の図面に従っ
て更に詳細に説明する。図１において、第一空間（１
０）は、壁（１４）により第二空間（１２）と分離され
ている。第二空間（１２）は、例えばクラス１などの低
級の清浄度のスペ−スであり、この第二空間（１２）に
おいて作業者（１６）が、カセット（２０）を適宜収容
するテ−ブル（１８）についている。そしてカセット
（２０）それぞれに半導体ウエハー（２５）を収容して
いる。このような装置構成はそれ自体公知である。

【００１５】移送装置（２２）は、ロボットとして設計
され、例えばクラス１００の清浄度を有する前記第一空
間（１０）に配置されるもので、図示した位置でカセッ
ト（２０）から半導体ウエハーを取り出し、これを別の
移送装置（２４）まで搬送する。このウエハー移送経路
は、間隔を開けて設ける洗浄ステーション（２６）と
（２８）の間に位置している。これら洗浄ステーション
（２６）（２８）の作用については後に詳述する。

【００１６】移送装置（２４）は半導体ウエハーを、符
号（３０）で示した装置へ導入する役目を果たす。装置
（３０）については図２に詳細に示す。前記装置（３
０）の機械枠（３２）内部に、互いに離間する第一研磨
板（３４）と別の研磨板（３６）とを、それぞれが垂直
方向の軸心を中心として回転可能に配置する。尚、各研
磨板は適当な駆動装置（図示せず）により回転させる。
また、各研磨板（３４）（３６）は公知の方法で形成
し、研磨布などを備えており更に、研磨剤を出すための
装置（図示せず）を各研磨板に設けている。

【００１７】また、研磨板（３４）（３６）の中心を結
んだ線（３８）の上方に第一直線ガイド（４０）を設
け、この第一直線ガイド（４０）の上に第二ガイド（４
２）を設ける。これら各ガイドは第一研磨板（３４）の
中央部より前方へ僅かに延びている（尚、第二ガイド
（４２）は図２では一部破断して示している）。また、
第一ガイド（４０）上で研磨ユニット（４４）が前記ガ
イドの長さ方向に案内される。前記研磨ユニット（４
４）は、（図では判りにくいが）ウエハーのための吸引
ホルダーと、前記ホルダー駆動用モータと、例えば空気
シリンダーなどを用いて吸引ホルダ−を研磨板（３４）
に対し垂直方向で接近、離反するよう調節するリニア調
節手段とから構成される。但しこの研磨ユニット（４
４）はそれ自体公知である。更に、第二ガイド（４２）
上で研磨ユニット（４６）が前記ガイドの長さ方向に案
内される。研磨ユニット（４６）は前記研磨ユニット
（４４）と同様に構成されるのでここでは詳述しない。
前記研磨ユニット（４４）（４６）は、調節手段（図示
せず）により、互いに独立して位置調節可能であって、
図２で研磨ユニット（４４）を示した位置と、前記装置
（３０）の図２における下方端でのガイド（４０）（４
２）の両側に在る収容・センターリング装置（４８）も
しくは（５０）の上方に至る位置との間で位置調節され
る。前記収容・センターリング装置（４８）（５０）も
それ自体公知であるが、未処理ウエハーもしくは処理済
ウエハーを載置すると共に、これらウエハーをセンター
リングするので、ウエハーが正確に位置決めされた状態
で前記研磨ユニット（４４）（４６）の吸引ホルダーに
収容される。また、矢印（５０）（５２）で示したもの
は平坦化手段であり、ガイド（４０）に沿って移動して
研磨板（３４）（３６）を平らにする、即ち、研磨板
（３４）（３６）の研磨布の調整もしくはケバ立てを行
う。尚、この平坦化手段の操作は、研磨のプロセスから
は独立しているので、平坦化操作と研磨プロセスを同時
進行させることもできる。

【００１８】更に、前記ガイド（４０）（４２）の両側
における研磨板（３４）（３６）の間に洗浄ステーショ
ン（５４）（５６）を配置する。また、第二の研磨板
（３６）と、積み上げ・収容装置（４８）（５０）との
間には小径の研磨板（５８）（６０）をそれぞれ前記ガ
イド（４０）（４２）の両側に設ける。この研磨板（５
８）（６０）も先に述べた研磨板同様、駆動モータ（図
示せず）により回転駆動される。

【００１９】前記装置（３０）にも先に説明した空間
（１２）と同様に、作業者（６２）が配置され、コント
ロールパネル（６４）を操作する。前記コントロールパ
ネル（６４）は、図中矢印で示したように移動自由度を
有しており作業者（６２）がこれを掴んでいろいろな位
置へ移動させることができる。

【００２０】次に、図１及び２に示した本発明装置の操
作方法もしくは設置方法について説明する。前記空間
（１０）において移送装置（２２）がカセットから半導
体ウエハーを取り出して移送装置（２４）へ搬送し、移
送装置（２４）がこのウエハーを、積み上げ・収容装置
（４８）もしくは（５０）へ積み上げる。その際に、公
知の方法で半導体ウエハーのセンターリングと、研磨ユ
ニットの準備が行われる。今ここで行う説明では、半導
体ウエハーが装置（４８）に積み上げられセンターリン
グされるものとする。この装置（４８）へ研磨ユニット
（４４）が移動してきて、吸引ホルダーが一方側からウ
エハーディスクを把持し、ガイド（４０）（４２）の右
側で第一研磨板（３４）へ運ぶ。この研磨板（３４）へ
ウエハーが降下し既に述べた方法でウエハーの処理が行
われる。制御装置（図示せず）によって予め決められた
所定時間が経過し前記ウエハーの処理が完了して後、研
磨ユニット（４４）が研磨板（３４）上のウエハーを持
ち上げ、洗浄ステ−ション（５４）へ運ぶ。この洗浄ス
テーション（５４）においてウエハーの底面から研磨剤
の残りが、ブラシ及び・または脱イオン水による機械的
方法で、洗い流される。尚、この洗浄ステーションもそ
れ自体公知である。この洗浄ステーションから研磨ユニ
ット（４４）がウエハーを第二研磨板（３６）へ移動さ
せ、更なる（つまりは最終の）研磨手順が実施される。
尚、前述した第一の研磨手順後のウエハー洗浄は、第一
研磨板（３４）の研磨剤がウエハーに付着したままにな
って次位の研磨板（３６）の研磨剤と混合してしまう可
能性があることからも必要である。また、研磨板（３
６）における研磨手順について、図２に示したものは、
研磨ユニット（４６）による研磨の場合であるが、この
第二の研磨手順が終了した後研磨ユニット（４４）の場
合はウエハーを研磨板（５８）に移す。但しこの研磨板
（５８）はウエハーと一時的に関わるだけである。即ち
基本的に、洗浄機能だけしか有しない。従って、再び研
磨ユニット（４４）はこのウエハーを、今度は積み上げ
・収容装置（４８）に移動させ、そこにウエハーを、移
送装置（２４）に握持されるよう積み上げる。

【００２１】移送装置（２４）は、仕上がった処理済ウ
エハーを掴み、洗浄ステーション（２８）に積み上げ
る。この洗浄ステーション（２８）でウエハーは、洗
浄、乾燥処理に掛けられる。このようなシステムもそれ
自体公知であるので、ここでは詳細は述べない。仕上が
った洗浄・乾燥済ウエハーは、移送装置（２２）が掴
み、テーブル（１８）に準備されて待機するカセット
（２０）へ挿入する。

【００２２】研磨ユニット（４４）はウエハーを積み上
げた後、洗浄ステーション（５４）に移動して部分的に
洗浄作用を受け、その後、積み上げ・収容装置（４８）
へ再度移動して、新たに積み上げられた処理すべきウエ
ハーを収容する。

【００２３】研磨ユニット（４６）による手順も研磨ユ
ニット（４４）の場合と同様でありこれら二つの研磨ユ
ニットのサイクルに、時間のズレを持たせることにより
負荷頻度に対応して本発明装置による最適な処理量が得
られる。

【００２４】また、図３に示した実施例は、第一研磨板
（３４）のみを設け図２に示す第二の研磨板（３６）を
備えない装置（３０ａ）を用いたという点で、図１及び
図２に示したものとは相違している。それ以外の装置や
ステーションについてはすべて図２のものと同様であ
り、それらについては図３においても同じ符号を用いて
示している。また、装置（３０ａ）の作用の方法も、第
二研磨手順を除き、先に説明した装置（３０）と同様で
あるので、詳細に再度説明を繰り返すことは差し控え
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】半導体ウエハーを処理するための本発明装置の
設置状態を概略的に示した平面図である。

【図２】図１の本発明装置を拡大して示す平面図であ
る。

【図３】本発明装置の別の実施例を示した平面図であ
る。

【符号の説明】

１０第一空間１２第二空間１４壁１６作業者２０カセット２５半導体ウエハー２２移送装置２４移送装置２６、２８洗浄ステーション３０研磨装置３２機械枠３４第一研磨板３６別の研磨板３８軸線４０第一直線ガイド４２第二直線ガイド４４研磨ユニット４６研磨ユニット４８、５０収容・センターリング装置５４、５６洗浄ステーション５８、６０研磨板６２作業者６４コントロールパネル３０ａ研磨装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者トーマス・ケラードイツ連邦共和国、デー・24783 オステレンフェルト、ツール・リンベック 45番地 (72)発明者エベルハルト・ポテムプカドイツ連邦共和国、デー・24768 レンツブルク、イッツェヘル・ショセー 13番地

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加工品、特に、半導体製造用の半導体ウ
エハーの表面を化学的・機械的研磨するための装置であ
って、以下の構成を備えたもの。 (1) 半導体ウエハーのための高さ調節可能な吸引ホルダ
ーを備えた２つの研磨ユニット（４４、４６）であっ
て、駆動モ−タ−により垂直方向の軸心を中心として駆
動されるもの、(2) 前記研磨ユニット（４４、４６）を
互いに独立的に案内する、互いに平行でほぼ水平に延び
るガイド（４０、４２）、(3) 前記研磨ユニット（４
４、４６）を前記ガイド（４０、４２）に沿って移動さ
せる駆動手段、(4) 前記ガイド（４０、４２）下方で回
転駆動される少なくとも１枚の研磨板（３４、３６）で
あって、前記ガイド（４０、４２）の長さ方向の軸線が
対称軸となるように配置され、前記ガイドにより、互い
に対応する操作位置に在る研磨ユニット（４４、４６）
が、研磨板（３４、３６）における相対向する部分とそ
れぞれ協働するもの、(5) 少なくとも一つの半導体ウエ
ハー移送・引き継ぎ装置（２４）であって、前記ガイド
端部において前記研磨板（３４、３６）に対向するも
の、(6) 二つの半導体ウエハー積み上げ・収容装置（４
８、５０）であって前記ガイド（４０、４２）における
相対向する側に配置され、この積み上げ・収容装置（４
８、５０）に対し前記研磨ユニット（４４、４６）が整
列可能であり、また、前記移送・引き継ぎ装置（２４）
からの到達可能としたもの、(7) 前記研磨ユニットの操
作並びに前記移送・引き継ぎ装置（２４）の操作を制御
する制御装置。
【請求項２】請求項１に記載の装置であって、ガイド
（４０、４２）の両側に前記第一研磨板（３４）より小
径で、回転駆動される別の研磨板（５８、６０）が配置
され、また、前記第一研磨板（３４）と第二もしくは第
三研磨板（５８、６０）との間に、半導体ウエハー及び
・または研磨ユニット（４４、４６）を洗浄し得る洗浄
ステーション（５４、５６）が配置されることを特徴と
するもの。
【請求項３】請求項１または２に記載の装置であって、
研磨操作時前記第一研磨板（３４）を平坦化するための
平坦化装置（５０、５２）が、前記ガイド（４０、４
２）上で案内されることを特徴とするもの。
【請求項４】請求項１から３のうち一項に記載の装置で
あって、前記ガイド（４０、４２）下方において、前記
第一研磨板（３４）とほぼ同径を有し回転駆動される別
の研磨板（３６）が、互いに対応する操作位置に在る研
磨ユニット（４４、４６）がこの第二の研磨板（３６）
における相対向する部分と協働するように、前記第一研
磨板（３４）と積み上げ・収容手段（４８、５０）との
間に配置されることを特徴とするもの。
【請求項５】請求項２及び４に記載の装置であって、洗
浄ステーション（５４、５６）が前記第一及び第四研磨
板（３４、３６）の間に配置されるもの。
【請求項６】請求項４または５に記載の装置であって、
前記第二及び第三研磨板（５８、６０）が、前記第四研
磨板（３６）と積み上げ・収容装置（４８、５０）との
間に配置されることを特徴とするもの。
【請求項７】請求項１から６のうち一項に記載の装置を
操作するための方法であって、研磨ユニット（４４、４
６）が加工品を、時間をずらせて前記第一もしくは第四
研磨板（３４、３６）に係合させることを特徴とするも
の。
【請求項８】請求項７に記載の方法であって、研磨操作
時、前記平坦化手段（５０、５２）が、研磨板（３４、
３６）と係合し、研磨板の回転軸に対し半径方向に前
進、後退することを特徴とするもの。
【請求項９】請求項７または８に記載の方法であって、
研磨ユニット（４４、４６）が、前記積み上げ・収容装
置（４８、５０）へ加工品を積み上げた後、所定の洗浄
ステーション（５４、５６）へ移された後に、前記積み
上げ・収容装置（４８、５０）へ新たに準備され保持さ
れている加工品を収容できることを特徴とするもの。