JPH11277424A - ウェーハ研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】チャックが取り付けられた支持部材の反りを防
止して正規の加工圧をウェーハにかけることにより、ウ
ェーハの研磨精度を向上させることができるウェーハ研
磨装置を提供する。 【解決手段】本発明は、チャック５０が取り付けられた
支持部材６６を軸７２周りに回転自在に支持すると共
に、軸７２を中心に配設された環状のガイドレール１１
０にガイドブロック１１２を介して係合させて摺動自在
に支持する。ガイドレール１１０に対してガイドブロッ
ク１１２は、上下移動が規制された状態で係合されてい
るので、支持部材６６がウェーハ加工圧の反力で反ろう
としても反ることはない。これにより、本発明は、加工
圧の低下を防止できるのでウェーハの研磨精度が向上す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はウェーハ研磨装置に
係り、特に半導体ウェーハを化学的機械研磨法（ＣＭ
Ｐ：Chemical Mechanical Polishing ）によって研磨す
るウェーハ研磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平９−１６８９６８号公報に開示さ
れた半導体ウェーハ研磨装置は、ウェーハを保持するチ
ャックを支持部材を介して回転軸に片持ち支持し、この
回転軸を水平方向に回転させて前記チャックを、研磨定
盤と研磨後のウェーハを排出する排出ステージとの間で
回転移動するように構成されている。

【０００３】前記研磨装置によれば、まず、チャックを
研磨定盤に位置させて、チャックでウェーハを研磨定盤
に押し付けて研磨する。そして、研磨終了したウェーハ
をチャックで保持した後、チャックを排出ステージに回
転移動させて前記ウェーハを排出する。これにより、１
枚のウェーハの処理が終了する。前記排出ステージに排
出されたウェーハは、排出ステージから次工程の洗浄装
置に搬送され、ここで洗浄される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のウェーハ研磨装置は、チャックを回転軸に片持ち支
持した構造なので、ウェーハの研磨時にウェーハからチ
ャックにかかる加工圧の反力によって支持部材が上方に
反る場合がある。このように、支持部材が反ると加工圧
が低下するので、ウェーハの研磨精度が低下するという
欠点がある。

【０００５】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、チャックを支持する支持部材の反りを防止し
て正規の加工圧をウェーハにかけることにより、ウェー
ハの研磨精度を向上させることができるウェーハ研磨装
置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決する為の手段】本発明は、前記目的を達成
するために、ウェーハを保持して研磨定盤に押し付ける
チャックと、該チャックを支持する支持部材と、該支持
部材を水平面内で移動させる駆動部とを備えたウェーハ
研磨装置において、前記支持部材の水平面内での移動軌
跡に沿ってガイド部材を配設し、該支持部材を前記ガイ
ド部材で案内することを特徴としている。

【０００７】本発明によれば、チャックが取り付けられ
た支持部材の水平面内での移動をガイド部材に案内させ
ることにより、支持部材の反りを防止したので、正規の
加工圧をウェーハにかけることができる。よって、本発
明は、ウェーハの研磨精度が向上する。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下添付図面に従って本発明に係
るウェーハ研磨装置の好ましい実施の形態について詳説
する。図１は、本発明の実施の形態のウェーハ研磨装置
の平面図である。同図に示すウェーハ研磨装置１０の装
置本体１２には、ウェーハ搬送部１４、ウェーハ研磨部
１６、及びウェーハ洗浄乾燥部１８が設置されている。

【０００９】前記ウェーハ搬送部１４には、２台のカセ
ット２０Ａ、２０Ｂが着脱自在にセットされ、これらの
カセット２０Ａ、２０Ｂには図１上二点鎖線で示す加工
前のウェーハ２２が多数枚収納されている。このウェー
ハ２２は、カセット２０Ａ、２０Ｂの近傍に設置された
搬送用ロボット２４によって１枚ずつ取り出されて、ウ
ェーハの厚み測定部２６Ａ、２６Ｂに交互に搬送され
る。そして、厚み測定部２６Ａ、２６Ｂで厚み測定終了
したウェーハ２２は、前記ロボット２４によってアライ
ナー部２８に搬送され、ここで中心出しされる。そし
て、中心出しされたウェーハ２２は、ロボット２５に吸
着保持されて前記ウェーハ研磨部１６の受取ステージ５
８に順次搬送される。

【００１０】前記ロボット２４はテーブル３０上に設置
されている。前記テーブル３０は、一対のレール３２、
３２上に移動自在に設けられると共に、図示しない駆動
部からの駆動力によってレール３２、３２に沿って往復
移動される。これにより、前記ロボット２８は、レール
３２、３２に沿って図１中上方向に移動した時には、カ
セット２０Ａに収納されたウェーハ２２を取り出すこと
ができ、図１中下方向に移動した時にはカセット２０Ｂ
に収納されたウェーハ２２を取り出すことができる。ま
た、ロボット２４は、レール３２、３２に沿って移動す
ることにより、前記取り出したウェーハ２２を厚み測定
部２６Ａ、２６Ｂのうち空いている厚み測定部にウェー
ハ２２を搬送することができる。

【００１１】前記ロボット２４は、汎用のロボットであ
り、その構成はウェーハ２２を吸着保持する馬蹄形のア
ーム３４、及び３本のリンク３６、３８、４０等から成
っている。前記アーム３４は、リンク３６に回転自在に
支持され、図示しないモータからの駆動力で回転するこ
とができる。前記リンク３６は、リンク３８に軸４２を
介して回動自在に連結され、図示しないモータからの駆
動力で軸４２を中心に回転することができる。また、リ
ンク３８は、軸４４を介してリンク４０に回動自在に連
結され、図示しないモータからの駆動力で軸４４を中心
に回転することができる。さらに、リンク４０は、軸４
６を介してモータ４８の図示しない出力軸に連結されて
いるので、モータ４８を駆動することにより軸４６を中
心に回転することができる。したがって、前記ロボット
２４によれば、アーム３４及び３本のリンク３６、３
８、４０の各動作を各々のモータで制御することによ
り、前記カセット２０Ａ、２０Ｂに収納されたウェーハ
２２を取り出して厚み測定部２６Ａ、２６Ｂに搬送する
ことができる。なお、前記ロボット２５は、ロボット２
４と同一構成なので、ここではその説明を省略する。

【００１２】前記カセット２０Ａ、２０Ｂは、図示しな
いエレベータ装置の昇降台上に載置されている。このエ
レベータ装置を駆動してカセット２０Ａ、２０Ｂの高さ
位置を調整することにより、ロボット２４を昇降させる
ことなく、カセット２０Ａ、２０Ｂの所定の棚に収納さ
れたウェーハ２２をロボット２４で取り出すことができ
る。なお、ロボット２４側に昇降機構をもたせれば、前
記エレベータ装置が不要になる。

【００１３】前記ウェーハ研磨部１６は、４台のチャッ
ク５０、５２、５４、５６と、これらのチャック５０〜
５６が位置する受取ステージ５８、研磨ステージ６０、
６２、及び排出ステージ６４から構成される。前記チャ
ック５０、５２は支持部材６６に所定の間隔をもって並
設され、また、前記チャック５４、５６は支持部材６８
に所定の間隔をもって並設されている。このチャック５
４、５６の支持構造は、前記チャック５０、５２の支持
構造と同一なので、ここでは、チャック５０、５２の支
持構造を説明し、チャック５４、５６の支持構造につい
てはその説明を省略する。

【００１４】前記支持部材６６は扇形状に形成され、そ
の基部６６Ａが図２に示すように軸受７０を介して軸７
２に回転自在に支持されている。また、図１に示すよう
に前記軸７２を中心とする同心円上に、前記受取ステー
ジ５８、研磨ステージ６０、６２、及び排出ステージ６
４が所定の間隔で配置されている。したがって、前記支
持部材６６を前記軸７２周りに回転することにより、前
記チャック５０、５２を受取ステージ５８、研磨ステー
ジ６０、６２、及び排出ステージ６４に位置させること
ができる。

【００１５】前記軸７２にはギア７４が設けられ、この
ギア７４は軸７２と同軸上に固定されている。前記ギア
７４にはギア７６が噛合されており、このギア７６は支
持部材６６に固定されたモータ７８の出力軸に取り付け
られている。したがって、前記モータ７８でギヤ７６を
回転させると、ギア７６がギア７４の周りを回転しなが
ら公転することにより、その公転力が支持部材６６に伝
達して前記支持部材６６が軸７２を中心に水平面内で回
動する。

【００１６】図２に示すように前記チャック５０は、モ
ータ８０の出力軸に取り付けられ、モータ８０からの駆
動力によって回転される。前記モータ８０は、支持部材
６６に設けられたケーシング８２内に複数の直動ガイド
８４、８４…を介して上下移動自在に支持されている。
また、前記モータ８０の上部には、ねじ棒８６が上下方
向に取り付けられ、このねじ棒８６にはナット部材８８
が螺合されている。前記ナット部材８８は、ケーシング
８２の上部開口部に軸受９０を介して回転自在に設けら
れると共に、その外周面に無端状ベルト９２が巻き掛け
られている。前記ベルト９２は図示しないプーリに巻き
掛けられ、このプーリは、ケーシング８２上に設置され
たモータ９４の出力軸９６に取り付けられている。した
がって、前記モータ９４からの駆動力をベルト９２を介
してナット部材８８に伝達し、ナット部材８８を回転さ
せると、ナット部材８８とねじ棒８６とによる送り作
用、及び直動ガイド８４による直動作用によって、チャ
ック５０がモータ８０と一緒に上下移動する。これによ
り、チャック５０を下降移動すれば、チャック５０で保
持したウェーハ２２を研磨定盤９８に押し付けて研磨す
ることができる。

【００１７】前記研磨定盤９８は、回転板１００と、こ
の回転板１００上に設けられた研磨布１０２とから構成
される。また、前記回転板１００の下面中央部には、軸
１０４が突設され、この軸１０４にモータ１０６の出力
軸１０８が連結されている。したがって、前記研磨定盤
９８は前記モータ１０６の駆動力によって回転される。
これにより、ウェーハ２２は、研磨定盤９８の回転運動
とチャック５０の回転運動とが合成された回転運動によ
って研磨される。なお、ウェーハ２２の研磨中には、図
示しないノズルからスラリが研磨布１０２に供給され
る。

【００１８】前記チャック５０の下面には、多孔質材で
形成されたウェーハ吸着部材５１が設けられており、ウ
ェーハ２２は前記吸着部材５１で吸着されて受取ステー
ジ５８から研磨ステージ６０に搬送され、また、研磨ス
テージ６０から排出ステージ６４に搬送される。なお、
前記ウェーハ２２の研磨方法は、ウェーハ２２をチャッ
ク５０で吸着した状態で研磨する方法でも良く、また、
チャック５０の下面からウェーハ２２に向けてエアを吹
き出して、チャック５０とウェーハ２２との間に圧力流
体層を形成し、圧力流体層を介してウェーハ２２を研磨
定盤９８に押し付けて研磨する方法でも良い。後者の研
磨方法による加工圧の設定は、圧力流体層の圧力で設定
するものではなく、前者の研磨方法と同様にチャック５
０の下降移動量で設定する。なお、本実施の形態では、
一つの支持部材６６に２台のチャック５０、５２を取り
付けたが、３枚以上のウェーハ２２を同時に研磨するこ
とができれば、３台以上のチャックを支持部材６６に取
り付けても良い。また、研磨定盤９８や支持部材６６、
６８も３台以上設置しても良い。

【００１９】図３は、前記排出ステージ６４の断面図で
ある。この排出ステージ６４は、チャック５０〜５６か
ら排出された研磨後のウェーハ２２をウェーハ洗浄乾燥
部１８に向けて水中搬送するものであり、底の浅い水槽
１１４に水１１６を貯水し、この水１１６を水槽１１４
の上流側から下流側にポンプ１１８で循環させることに
より、水中搬送するための水流を形成している。また、
前記排出ステージ６４には、２枚のウェーハ２２、２２
が同時に排出されるため、その２枚のウェーハ２２、２
２を別々に水中搬送するためのストッパ１２０、１２２
が設けられている。

【００２０】前記ストッパ１２０は、シリンダ１２４の
ピストン１２６に接続され、シリンダ１２４でピストン
１２６を収縮させると水槽１１４に対して突没される。
また、前記ストッパ１２２も同様にシリンダ１２８のピ
ストン１３０に接続され、ピストン１３０の収縮動作に
よって水槽１１４に対して突没される。前記ストッパ１
２０、１２２は、予め水槽１１４に対して突出した位置
に待機され、チャックからウェーハ２２、２２が排出さ
れた時に、その２枚のウェーハ２２、２２をストッパ１
２０で隔離し、図３上右側のウェーハ２２と反転装置１
３２とを前記ストッパ１２２で隔離する。その後、前記
ストッパ１２２が水槽１１４に対して没入する。これに
より、図３上右側のウェーハ２２は、前記ストッパ１２
２による水中搬送規制が解除されるので、反転装置１３
２に向けて水中搬送された後、反転装置１３２で反転さ
れてウェーハ洗浄乾燥部１８に搬送される。そして、反
転装置１３２が元の位置に復帰した後、前記ストッパ１
２０が水槽１１４に対して没入する。これにより、図３
上左側のウェーハ２２が反転装置１３２に向けて水中搬
送され、反転装置１３２で反転された後、ウェーハ洗浄
乾燥部１８に搬送される。このように２枚のウェーハ２
２、２２がウェーハ洗浄乾燥部１８に搬送されると、前
記ストッパ１２０、１２２は水槽１１４に対して突出さ
れて、次のウェーハ２２、２２が排出されるまでその位
置で待機する。なお、前記ストッパ１２０、１２２は図
１に示すように、それぞれ一対設けられ、ウェーハ２２
が誤って流れないように設けられている。

【００２１】前記反転装置１３２は、ウェーハ２２を挟
み込む２枚のプレート１３４、１３６を有している。こ
れらのプレート１３４、１３６は、プーリ１３８を介し
て連結されると共に、プーリ１３８の回転軸１４０を中
心に回動自在に設けられている。前記プーリ１３８には
無端状のベルト１４２が巻き掛けられ、このベルト１４
２はモータ１４４の出力軸に設けられたプーリ１４６に
巻き掛けられている。したがって、前記モータ１４４の
駆動力をベルト１４２を介してプーリ１３８に伝達する
と、２枚のプレート１３４、１３６がプーリ１３８の回
転軸１４０を中心に回転する。これによって、２枚のプ
レート１３４、１３６を１８０度回転させると、２枚の
プレート１３４、１３６に挟まれたウェーハ２２が反転
する。なお、前記プレート１３４にはストッパ１４８が
取り付けられ、このストッパ１４８にウェーハ２２が当
接することにより、ウェーハ２２が２枚のプレート１３
４、１３６間に位置決めされる。

【００２２】ところで、図１に示すようにウェーハ研磨
部１６には、環状のガイドレール１１０が軸７２を中心
に水平方向に配設されている。このガイドレール１１０
は、各ステージ５８〜６４を囲むように各ステージ５８
〜６４の外側に配設されている。前記ガイドレール１１
０には、支持部材６６の先端部に設けられた一対の摺動
用ガイドブロック１１２、１１２が摺動自在に係合され
ている。これにより、支持部材６６は、軸７２とガイド
レール１１０とによって両持ち支持された状態で軸７２
を中心に回転することができる。

【００２３】また、図４に示すように、前記ガイドレー
ル１１０の両側面には凹条部１１１、１１１がガイドレ
ール１１０に沿って形成されており、この凹条部１１
１、１１１に前記ガイドブロック１１２の凸部１１３が
噛み合った状態で係合されている。この係合によって、
支持部材６６の上下移動が規制され、支持部材６６の反
りが防止されている。

【００２４】次に、前記の如く構成されたウェーハ研磨
装置１０の作用について説明する。まず、カセット２０
Ａ、２０Ｂに収納された加工前のウェーハ２２を、ロボ
ット２４によって１枚ずつ取り出して、ウェーハの厚み
測定部２６Ａ、２６Ｂに交互に搬送する。次に、厚み測
定終了したウェーハ２２をロボット２４によってアライ
ナー部２８に搬送し、ここで中心出しする。そして、中
心出しされたウェーハ２２を、ロボット２５で吸着保持
してウェーハ研磨部１６の受取ステージ５８に搬送し、
受取ステージ５８に設置された２枚のトレイ５９、５９
に順番に載置する。

【００２５】２枚のウェーハ２２、２２が前記トレイ５
９、５９に載置されると、チャック５０、５２を受取ス
テージ５８に向けて移動させる。そして、チャック５
０、５２を下降移動させて、１枚目のウェーハ２２をチ
ャック５０で吸着保持し、２枚目のウェーハ２２をチャ
ック５２で吸着保持する。このように２枚のウェーハ２
２を吸着すると、モータ７８が駆動して支持部材６６を
受取ステージ５８の位置から反時計周り方向に回動さ
せ、前記チャック５０、５２を研磨ステージ６０の位置
に位置させる。ここで、１枚目、２枚目のウェーハ２
２、２２の研磨を開始する。

【００２６】また、支持部材６６の反時計周り方向の移
動に連動して、もう一方の支持部材６８を図１上実線で
示す位置から反時計周り方向に回動させて、チャック５
４、５６を受取ステージ５８の位置に位置させる。そし
て、トレイ５９、５９に載置された３枚目、４枚目のウ
ェーハ２２、２２をチャック５４、５６で保持した後、
支持部材６６を受取ステージ５８の位置から時計周り方
向に回動させて、前記チャック５４、５６を研磨ステー
ジ６２の位置に位置させる。ここで、３枚目、４枚目の
ウェーハ２２、２２の研磨を開始する。これにより、４
台のチャック５０〜５６によって４枚のウェーハ２２が
同時に研磨される。

【００２７】前記ウェーハ２２の研磨中において、前記
チャック５０〜５６には、ウェーハ２２から加工圧の反
力がかかる。このため、支持部材６６、６８は、前記反
力によって軸７２を支点として上方に反ろうとするが、
支持部材６６、６８は、ガイドレール１１０とガイド部
材１１２との係合によって上下方向の移動が規制されて
いるので反ることはない。したがって、ウェーハ２２の
加工圧は低下することなく、正規の加工圧に維持され
る。よって、本実施の形態では、ウェーハの加工圧が低
下する従来のウェーハ研磨装置と比較して、ウェーハの
研磨精度が大幅に向上する。

【００２８】また、本実施の形態のチャックの支持構造
は、チャック５０〜５６を軸７２とガイドレール１１０
とで両持ち支持する構造なので、チャック５０〜５６を
安定して移動することができる。また、軸７２で片持ち
支持する構造よりも、支持部の剛性を上げる必要がない
ので、支持部の構造を簡素化することができる。次に、
研磨ステージ６０で研磨が終了すると、チャック５０、
５２を研磨ステージ６０から排出ステージ６４に位置さ
せた後、チャック５０、５２によるウェーハ２２の吸着
を解除して、研磨終了のウェーハ２２を排出ステージ６
４に排出する。排出されたウェーハ２２は、排出ステー
ジ６４において、１枚ずつ反転装置１３２に搬送された
後、ここで反転されてウェーハ洗浄乾燥部１８に１枚ず
つ搬送される。そして、ウェーハ２２は、ウェーハ洗浄
乾燥部１８において、ブラシ洗浄装置１５０によって洗
浄された後、スピン乾燥装置１５２によって乾燥され
る。なお、乾燥終了したウェーハ２２は、図示しないア
ンロード手段によって、カセット２０Ａ、２０Ｂに搬送
されて収納される。

【００２９】次いで、ウェーハ２２を排出したチャック
５０、５２を、受取ステージ５８の位置に移動し、次の
加工前のウェーハ２２を保持する。そして、チャック５
０、５２を研磨ステージ６０の位置に戻し、ここで前記
ウェーハ２２の研磨を開始する。一方、この時に研磨ス
テージ６２でも研磨が終了するので、前記チャック５
０、５２の戻り移動に連動して、もう一方側のチャック
５４、５６を研磨ステージ６０から排出ステージ６４に
移動する。そして、研磨終了のウェーハ２２を排出ステ
ージ６４に排出した後、前記チャック５４、５６を受取
ステージ５８の位置に移動する。そして、チャック５
４、５６で次の加工前のウェーハ２２を保持した後、チ
ャック５４、５６を研磨ステージ６２の位置に戻し、こ
こで前記ウェーハ２２の研磨を開始する。

【００３０】このような動作を繰り返し行う。これによ
り、本実施の形態のウェーハ研磨装置１０は、多数枚の
ウェーハ２２を一度に連続して研磨することができる。
なお、本実施の形態では、支持部材６６、６８を回転移
動させる研磨装置について説明したが、これに限定され
るものではなく、支持部材６６、６８を直線移動させて
ウェーハ２２を各ステージに搬送する装置にも適用する
ことができる。この場合、ガイド部材１１０は、円弧状
ではなく直線状のものが適用される。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るウェー
ハ研磨装置によれば、チャックが取り付けられた支持部
材の移動をガイド部材で案内させることにより、支持部
材の反りを防止したので、正規の加工圧をウェーハにか
けることができ、ウェーハの研磨精度を向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態が適用されたウェーハ研磨
装置の平面図

【図２】図１のウェーハ研磨装置の要部断面図

【図３】図１のウェーハ研磨装置に適用された排出ステ
ージの断面図

【図４】図１のウェーハ研磨装置に適用されたガイドレ
ールの拡大断面図

【符号の説明】

１０…ウェーハ研磨装置 １６…ウェーハ研磨部 ２２…ウェーハ ５０、５２、５４、５６…チャック ５８…受取ステージ ６０、６２…研磨ステージ ６４…排出ステージ ６６、６８…支持部材 ９８…研磨定盤 １１０…ガイドレール １１２…ガイドブロック

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ウェーハを保持して研磨定盤に押し付ける
   チャックと、該チャックを支持する支持部材と、該支持
   部材を水平面内で移動させる駆動部とを備えたウェーハ
   研磨装置において、 前記支持部材の水平面内での移動軌跡に沿ってガイド部
   材を配設し、該支持部材を前記ガイド部材で案内するこ
   とを特徴とするウェーハ研磨装置。
2. 【請求項２】ウェーハを保持して研磨定盤に押し付ける
   チャックと、該チャックを支持する支持部材と、該支持
   部材を円弧状の軌跡に沿って水平面内で移動させる駆動
   部とを備え、該駆動部で支持部材を回動させることによ
   り、前記チャックを前記研磨定盤に向けて移動するウェ
   ーハ研磨装置において、 前記支持部材の水平面内での移動軌跡に沿って円弧状の
   ガイド部材を配設し、該支持部材を前記ガイド部材で案
   内することを特徴とするウェーハ研磨装置。
3. 【請求項３】前記支持部材は、研磨前のウェーハを受け
   取る受取ステージと、前記研磨定盤と、研磨後のウェー
   ハを排出する排出ステージとの間で移動されることを特
   徴とする請求項２記載のウェーハ研磨装置。
4. 【請求項４】前記ガイド部材は、前記支持部材の先端側
   を案内することを特徴とする請求項２記載のウェーハ研
   磨装置。
5. 【請求項５】前記支持部材と前記研磨定盤とを複数設
   け、前記複数の支持部材によって複数枚のウェーハを別
   々の研磨定盤に搬送して研磨することを特徴とする請求
   項２記載のウェーハ研磨装置。
6. 【請求項６】前記支持部材に複数の前記チャックを設
   け、複数のチャックに保持された複数のウェーハを前記
   研磨定盤で同時に研磨することを特徴とする請求項２記
   載のウェーハ研磨装置。