JPH11188615A

JPH11188615A - ウエーハ研磨装置及びウエーハ移載装置

Info

Publication number: JPH11188615A
Application number: JP36770197A
Authority: JP
Inventors: Akira Horiguchi; 明堀口; Tomio Fukushima; 富夫福島; Yoshihiro Usu; 良寛宇須; Tsuneo Takeda; 恒雄竹田
Original assignee: Kashiwara Machine Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Kashiwara Machine Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 1999-07-13

Abstract

(57)【要約】【課題】遊星歯車方式のウエーハ研磨装置において、
デバイス形成時に問題となるウエーハ１のダメージを回
避する。キャリア１３の脱着及びウエーハ１の不必要な
研磨を伴うことなく、ウエーハ１のインデックスを行
う。【解決手段】下側の回転定盤１１の上にキャリア１３
を介して設けられる上側の回転定盤１２の下面に、複数
の吸引口１２ｂを設ける。ウエーハ１の研磨終了後、回
転定盤１２を上昇させるときに、回転定盤１２の下方に
ウエーハ１を吸着保持して、ウエーハ１をキャリア１３
から取り出す。回転定盤１２を回転させて、取り出され
たウエーハ１のインデックスを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエーハ等
の両面研磨に使用されるウエーハ研磨装置、及びこれに
組み合わされるウエーハ移載装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコンの単結晶ロッドから採取された
シリコンウエーハは、その表面にデバイスを形成するに
先立って、表面が鏡面状態に研磨される。このウエーハ
表面の鏡面研磨は、これまではデバイス形成面にのみ実
施されていたが、８インチを超える例えば１２インチの
如き大径のウエーハにおいては、デバイスが形成されな
い裏面にも鏡面研磨に匹敵する精密研磨が要求されるよ
うになり、これに伴って両面研磨が必要になった。これ
は、ウエーハの表面にデバイスを形成する過程で、その
表面が裏面に付着する微細な異物によって汚染される危
険があるとか、露光時に裏面の凹凸の影響を受けるため
とされている。

【０００３】シリコンウエーハの両面研磨を行う場合、
上下の回転定盤間でウエーハに遊星運動をさせる方式
が、装置規模、研磨精度、研磨条件の自由度等の点から
有望視されている。この方式のウエーハ研磨装置の基本
構造を図３及び図４により説明する。

【０００４】上下の回転定盤間でウエーハに遊星運動を
させる方式のウエーハ研磨装置１０は、水平に支持され
た環状の下定盤１１と、下定盤１１に上方から対向する
環状の上定盤１２と、上下の定盤１１，１２間に配置さ
れる複数（通常３又は５）のキャリア１３，１３，１３
とを備えている。上定盤１２は、加圧用を兼ねるシリン
ダー１４の下方に回転自在に支持されている。

【０００５】複数のキャリア１３，１３，１３は、下定
盤１上の周方向等間隔位置に回転自在に支持されてい
る。各キャリア１３は、環状の下定盤１の内側に設けら
れた太陽ギヤ１５と外側に設けられたリング状のインナ
ギヤ１６とに噛み合ういわゆる遊星歯車であり、且つ、
キャリア１３の中心から偏心した位置にウエーハ１を保
持するようになっている。

【０００６】ウエーハ１０の両面研磨を行うには、上定
盤１２を上昇させた状態で各キャリア１３にウエーハ１
をセットする。次いで、下定盤１１及び太陽ギヤ１５を
低速回転させ、上定盤１２を下降させる。上定盤１２が
太陽ギヤ１５と連結されることにより、上定盤１２が回
転を開始する。そして、上下の定盤１１，１２の対向面
に貼り付けられた研磨パッド１７，１７の間に各ウエー
ハ１を所定の圧力で挟み、所定の回転数に調整すること
により、研磨が始まる。

【０００７】研磨中、各キャリア１３は回転する上下の
定盤１１，１２間で自転しつつ公転する遊星運動を行
い、その結果、各キャリア１３に偏心保持されたウエー
ハ１は、研磨パッド１７，１７間で偏心した自転運動及
び公転運動を行い、この運動の組み合わせにより、両面
が均一に研磨されることになる。

【０００８】このとき、上下の定盤１１，１２間には、
定盤とキャリアの回転数差による負圧を利用して砥液が
供給される。この供給のために、上定盤１２の上方には
環状の砥液パン１８が取り付けられており、このパン内
の砥液は、定盤とキャリアの回転数差による負圧によ
り、上定盤１２の下面に開口する砥液供給口１２ａから
定盤１１，１２間に供給される。

【０００９】この方式の研磨装置では、下定盤１１、上
定盤１２、太陽ギヤ１５、インナギヤ１６を回転させる
ことができる。更に、複数のキャリア１３，１３，１３
を同期して周回させることができる。このような多軸駆
動により、キャリア１３ひいてはウエーハ１に多種多様
な条件の遊星運動を行わせることができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな上下の定盤１１，１２間でウエーハ１に遊星運動を
させる方式のウエーハ研磨装置には、研磨後のウエーハ
１の取り出しに関連して次のような問題がある。

【００１１】上下の定盤１１，１２間でウエーハ１の研
磨が終わると、定盤１１，１２の回転を停止し、上定盤
１２を上昇させて、キャリア１３，１３，１３からウエ
ーハ１を取り出してバスケット等に収納するが、この取
り出しを、研磨装置１０の側方に配置されたロボットで
行う場合は、下定盤１１上の複数のウエーハ１，１，１
をインデックスのためにロボットのところに順番に移動
させる必要がある。しかし、このインデックスを行うた
めにはキャリア１３，１３，１３に遊星運動をさせる必
要があり、その結果として下定盤１１上でウエーハ１，
１，１が運動し、余分な研磨が行われる。

【００１２】このため、ロボットでウエーハ１，１，１
の取り出しを行う場合は、上定盤１２の上昇後にキャリ
ア１３，１３，１３を取り外し、この状態で下定盤１１
を回転させることにより、インデックスが行われるが、
キャリア１３，１３，１３の取り外し及び再セットによ
る能率低下が避けられない。

【００１３】このような事情のため、研磨後のウエーハ
１の取り出しは、作業者による手作業で行われることが
少なくない。しかし、この作業は、図５に示すように、
ヘラ２でウエーハ１の周縁部を持ち上げた後、手袋をし
た手でウエーハ１の周縁部を掴むことにより行われる。
また、ヘラ２に代えて吸着パッドを用いる場合もある。
しかし、いずれの場合も、研磨後のウエーハ１の端面に
力が加わる上に、ウエーハ１の研磨面への接触が避けら
れない。その結果、デバイス形成時にスリップやディス
ロケーション等の結晶欠陥を生じる危険性がある。

【００１４】本発明の目的は、デバイス形成時に問題と
なるダメージを回避し、且つ、キャリアの脱着及びウエ
ーハの不必要な研磨を伴うことなく、ウエーハのインデ
ックスを行い得るウエーハ研磨装置を提供することにあ
る。

【００１５】本発明の他の目的は、インデックスされた
ウエーハを、ダメージを与えることなくバスケット等に
収納することができるウエーハ移載装置を提供すること
にある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のウエーハ研磨装置は、ウエーハを保持する
複数のキャリアが上下の回転定盤間に回転方向に所定間
隔で配置されると共に、各キャリアが定盤中心側の太陽
ギヤ及び定盤周辺側のインナギヤに噛み合い、各キャリ
アが上下の回転定盤間で遊星運動を行うことにより、各
キャリアに保持されたウエーハの両面を研磨する両面研
磨装置において、上側の回転定盤の下面にウエーハを吸
着するべく、その下面に吸引口を設けたものである。

【００１７】本発明のウエーハ研磨装置においては、研
磨後に上側の回転定盤の下面にウエーハが吸着される。
この状態で、上側の回転定盤を上昇させることにより、
下側の回転定盤上のウエーハは、ダメージを受けること
なく又キャリアを取り外すことなく、そのキャリアから
取り出される。この状態で上側の回転定盤を回転させれ
ば、ウエーハは研磨を伴うことなくインデックスされ
る。

【００１８】上側の回転定盤の下面に、純水及び／又は
エアを吹き出す吹き出し口を設けた場合は、上側の回転
定盤の下面に吸着されたウエーハが、その吹き出しによ
り下面から容易に離脱する。また、吹き出し口からの純
水スプレーにより、研磨後に砥液を洗い流すことができ
る。なお、研磨後のウエーハ及びこれが接触する研磨パ
ッドは、純水スプレーにより洗浄及び乾燥防止を行うの
が好ましい。

【００１９】また、本発明のウエーハ移載装置は、上記
ウエーハ研磨装置で研磨を終えたウエーハを装置外へ搬
出するためにそのウエーハ研磨装置に組み合わされるウ
エーハ移載装置であって、少なくとも２方向に駆動され
るロボットアームと、ロボットアームに取り付けられた
チャックとを具備しており、チャックは放射状に配置さ
れ、それぞれが半径方向に往復駆動される複数のステー
ジを有し、各ステージの上面は中心側に向かって下方に
傾斜し、反中心側の端部にはウエーハの周縁部を係止す
る爪部が設けられていることを構成上の特徴とする。

【００２０】本発明のウエーハ移載装置においては、上
記ウエーハ研磨装置の上側の回転定盤により取り出され
インデックスされたウエーハの下方にチャックを位置さ
せ、複数のステージを反中心側へ開放した状態で、ウエ
ーハを離脱させることにより、そのウエーハが複数のス
テージ上に移載される。ここで、ステージの上面は中心
側に向かって下方に傾斜しているので、ステージ上のウ
エーハは周縁のみがステージと接触する。この状態で複
数のステージを中心側へ閉じ、ウエーハの周縁部を係止
した状態で、ウエーハをバスケット等へ搬送する。チャ
ックからウエーハを排出するときは、ステージが３個の
場合は２個のステージを開き、残った１つのステージを
中心側へ移動させるか、残った１つのステージに設けら
れたプッシャを作動させる。これにより、ウエーハはス
テージ上から排出される。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は本発明の実施形態を示すウエ
ーハ研磨装置及びウエーハ移載装置の概略側面図、図２
はウエーハ移載装置の主要部の平面図及び側面図であ
る。

【００２２】ウエーハ研磨装置１０は、図３及び図４に
示した従来のウエーハ研磨装置と比較して、上定盤１２
の構造が主に相違する。他の構成は、従来のウエーハ研
磨装置と実質的に同一であるので、詳しい説明を省略す
る。

【００２３】上定盤１２は、図１に示すように、中心部
に貫通孔を有する環状の円盤である。上定盤１２の下面
には、定盤１１，１２間に砥液を供給するための複数の
砥液供給口１２ａと、その下面にウエーハ１を吸着する
ための複数の吸引口１２ｂとが設けられている。複数の
砥液供給口１２ａは、砥液配管を介して砥液パン１８に
接続されている。また、複数の吸引口１２ｂは、真空配
管１２ｃを介してロータリジョイント１９に接続され、
更にロータリジョイント１９を介して図示されない吸引
装置に接続されると共に、純水・エア配管１２ｄを介し
てロータリジョイント１９に接続され、更にロータリジ
ョイント１９を介して図示されない純水供給源及びエア
源に接続されている。つまり、上定盤１２の下面にウエ
ーハ１を吸着するための複数の吸引口１２ｂは、本実施
形態では、純水及びエアを吹き出す吹き出し口を兼ねて
いる。

【００２４】ウエーハ移載装置３０は、ウエーハ研磨装
置１０と研磨後のウエーハ１を収納するバスケット２０
との間に配設されている。このウエーハ移載装置３０
は、駆動機構３１によりＸ，Ｚ，θの３方向に駆動され
る水平なロボットアーム３２と、ロボットアーム３２の
先端部に取り付けられたチャック３３とを備えている。
チャック３３は、図２に示すように、放射状に設けられ
た３本の水平なベース３４と、ベース３４の上にそれぞ
れ設けられた３個のステージ３５と、各ステージ３５の
反中心側の端部に取り付けられた爪部３６とを有してい
る。ステージ３５及び爪部３６は樹脂製である。各ステ
ージ３５は、ベース３４上に移動可能に設けられ、各ベ
ース３４に取り付けられたシリンダー３７により、爪部
３６と共に開閉駆動される。３個のステージ３５のうち
の一つには、シリンダー３８により駆動されるプッシャ
３９が、反中心側の端部に位置して設けられている。

【００２５】なお、バスケット２０は、昇降装置２１に
より上下方向に駆動され、この駆動により純水タンク２
２に挿入される。

【００２６】ウエーハ研磨装置１０においてウエーハ１
の両面研磨を行うには、上定盤１２を上昇させた状態で
各キャリア１３にウエーハ１をセットする。次いで、下
定盤１１及び太陽ギヤ１５を低速で回転させながら上定
盤１２を下降させる。下降した上定盤１２は太陽ギヤ１
５と連結されて回転を始める。上下の定盤１１，１２の
対向面に貼り付けられた研磨パッド１７，１７の間に各
ウエーハ１０を所定の圧力で挟み、下定盤１１及び太陽
ギヤ１５の回転速度を所定速度に調整することにより、
研磨が開始される。なお、上定盤１２は太陽ギヤ１５に
連結せず、単独の駆動装置により駆動してもよい。

【００２７】研磨中、上下の定盤１１，１２間のキャリ
ア１３，１３，１３は自転しつつ公転する遊星運動を行
い、その結果、各キャリア１３に偏心保持されたウエー
ハ１は、研磨パッド１７，１７間で偏心した自転運動及
び公転運動を行う。また、定盤とキャリアの回転数差に
よる負圧により、砥液パン１８内の砥液が上定盤１２の
下面に設けられた砥液供給口１２ａを通って定盤１１，
１２間に供給される。かくして、ウエーハ１の両面が均
一に研磨される。

【００２８】研磨終了時には、上定盤１２の下面に設け
られた純水及びエアの吹き出し口を兼ねる複数の吸引口
１２ｂとウエーハ１の位置が一致するように、装置を停
止させる。その後、複数の吸引口１２ｂから上下の定盤
１１，１２間に純水を一定時間供給し、研磨パッド１
７，１７に含まれる砥液を純水と置換することにより、
研磨後のウエーハ１の砥液による腐食（面荒れ）を防止
する。次いで、複数の吸引口１２ｂから吸引を行いつ
つ、上定盤１２を上昇させる。これにより、下定盤１１
上のウエーハ１，１，１は、上定盤１２の下面に研磨パ
ッド１７を介して吸着され、この状態で引き上げられる
ことにより、キャリア１３，１３，１３を取り外すこと
なく、そのキャリア１３，１３，１３から取り出され
る。また、デバイス形成時に問題となるダメージを受け
ない。

【００２９】キャリア１３，１３，１３から取り出され
たウエーハ１，１，１は、研磨パッド１７と共に、図示
されないスプレーノズルにより純水を噴射され、乾燥が
防止される。

【００３０】キャリア１３，１３，１３からウエーハ
１，１，１が取り出されると、上定盤１２を回転させて
ウエーハ１，１，１のインデックスを行う。即ち、特定
のウエーハ１がウエーハ移載装置３０に近い受け渡し位
置にインデックスされるように、上定盤１２が回転す
る。次いで、受け渡し位置に移動した特定のウエーハ１
の下方に、ウエーハ移載装置３０のチャック３３が移動
する。そして、チャック３３において３個のステージ３
５が反中心側へ開放移動した状態で、特定のウエーハ１
に対応する箇所に位置する吸引口１２ｂからの吸引を停
止し、代わりに吸引口１２ｂから純水又はエアを吹き出
す。これにより、受け渡し位置にインデックスされた特
定のウエーハ１のみが上定盤１２の下面から離脱し、３
個のステージ３５上に落下する。

【００３１】このようにして上定盤１２からチャック３
３へのウエーハ１の受け渡しが終わると、３個のステー
ジ３５が中心側へ閉止移動し、ウエーハ１を３個の爪部
３６により弱く拘束する。このとき、ウエーハ１は樹脂
からなるステージ３５に載る。しかも、ステージ３５の
上面が中心側に向かって下方に傾斜しているので、ウエ
ーハ１の周縁のみがステージ３５に接触し、その表面及
び裏面が保護される。更に、ウエーハ１の端面に大きな
力が加わることもない。従って、ウエーハ移載装置１０
においても、デバイス形成時に問題となるダメージが回
避される。

【００３２】チャック３３においてウエーハ１が拘束さ
れると、そのチャック３３がバスケット２０のところに
移動する。次いで、３個のステージ３５が反中心側へ開
放移動し、ウエーハ１を解放した状態で、プッシャ３９
が前進して、ウエーハ１をバスケット２０内に押し込
む。このとき、３個のステージ３５のうちの２つがバス
ケット２０の側に位置し、残りの１つのステージ３５が
バスケット２０の反対側に位置し、残りの１つのステー
ジ３５に設けられたプッシャ３９が前進することによ
り、ウエーハ１は他の２つのステージ３５に設けられた
爪部３６の間を通ってステージ３５上から排出される。

【００３３】同様に、未だ上定盤１２に吸着されている
ウエーハ１，１についても上定盤１２の回転によりイン
デックスが行われ、ウエーハ移載装置３０によりバスケ
ット２０に収納される。

【００３４】ウエーハ１，１，１が収納されたバスケッ
ト２０は純水タンク２２内に下降する。

【００３５】上記実施形態では、研磨後のウエーハ１を
上定盤１２に吸着しているが、研磨前のウエーハ１を吸
着して研磨装置１０にセットすることも可能である。

【００３６】同様に、ウエーハ移載装置３０は、上記実
施形態では研磨後のウエーハ１の移載に使用されている
が、研磨前のウエーハ１を研磨装置１０に移載するのに
使用することもできる。

【００３７】ウエーハ移載装置３０は又、３個のステー
ジ３５のうち、バスケット２０の側に位置する２つを両
側に開けて、バスケット２０へのウエーハ１の受け渡し
を容易にする構成とすることも可能である。

【００３８】

【発明の効果】以上に説明した通り、本発明のウエーハ
研磨装置は、上側の回転定盤の下面にウエーハを吸着す
ることができるので、研磨後のウエーハを、ダメージを
受けることなく又キャリアを取り外すことなく、そのキ
ャリアから取り出すことができる。しかも、取り出した
ウエーハを、研磨を伴うことなくインデックスすること
ができる。

【００３９】また、本発明のウエーハ移載装置は、イン
デックスされたウエーハの周縁のみを限定的に接触保持
するので、そのウエーハを、ダメージを与えることなく
バスケット等に収納することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示すウエーハ研磨装置及び
ウエーハ移載装置の概略側面図である。

【図２】ウエーハ移載装置の主要部の平面図及び側面図
である。

【図３】従来のウエーハ研磨装置の概略側面図である。

【図４】図３のＡ−Ａ線矢示図である。

【図５】従来のウエーハ研磨装置におけるウエーハ取り
出し法を示す模式図である。

【符号の説明】

１ウエーハ１０ウエーハ研磨装置１１下定盤１２上定盤１２ａ砥液供給口１２ｂ吸引口１３キャリア１５太陽ギヤ１６インナギヤ１７研磨パッド２０バスケット３０ウエーハ移載装置３２ロボットアーム３３チャック３４ベース３５ステージ３６爪部３９プッシャ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者竹田恒雄大阪府柏原市河原町１番22号株式会社柏原機械製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ウエーハを保持する複数のキャリアが上
下の回転定盤間に回転方向に所定間隔で配置されると共
に、各キャリアが定盤中心側の太陽ギヤ及び定盤周辺側
のインナギヤに噛み合い、各キャリアが上下の回転定盤
間で遊星運動を行うことにより、各キャリアに保持され
たウエーハの両面を研磨する両面研磨装置において、上
側の回転定盤の下面にウエーハを吸着するべく、その下
面に吸引口を設けたことを特徴とするウエーハ研磨装
置。
【請求項２】上側の回転定盤の下面に、純水及び／又
はエアを吹き出す吹き出し口を設けたことを特徴とする
請求項１に記載のウエーハ研磨装置。
【請求項３】請求項１又は２に記載のウエーハ研磨装
置で研磨を終えたウエーハを装置外へ搬出するためにそ
のウエーハ研磨装置に組み合わされるウエーハ移載装置
であって、少なくとも２方向に駆動されるロボットアー
ムと、ロボットアームに取り付けられたチャックとを具
備しており、チャックは放射状に配置され、それぞれが
半径方向に往復駆動される複数のステージを有し、各ス
テージの上面は中心側に向かって下方に傾斜し、反中心
側の端部にはウエーハの周縁部を係止する爪部が設けら
れていることを特徴とするウエーハ移載装置。