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CN103846781A - 晶圆研磨设备 - Google Patents

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CN103846781A
CN103846781A CN201310641959.9A CN201310641959A CN103846781A CN 103846781 A CN103846781 A CN 103846781A CN 201310641959 A CN201310641959 A CN 201310641959A CN 103846781 A CN103846781 A CN 103846781A
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wafer
grinding
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grinding head
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原史朗
耸嘛玩
池田伸一
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Original Assignee
Fujikoshi Machinery Corp
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Abstract

晶圆研磨设备包括研磨板、能够保持晶圆的研磨头和研磨液供给部。该研磨板包括：多个同心的研磨区，各研磨区均具有用于研磨晶圆的规定宽度并且在各研磨区上均贴附研磨布；以及用于排出研磨液的槽，该槽形成在研磨区之间。用于清洁研磨头的头清洁部或用于清洁研磨后的晶圆的晶圆清洁部设置到研磨板的中心部分并且位于最内侧研磨区的内侧。

Description

晶圆研磨设备
技术领域
本发明涉及一种晶圆研磨设备。
背景技术
在传统的半导体晶圆研磨设备中，由研磨头的晶圆保持板（承载件）保持待研磨晶圆，使晶圆的表面与贴附在研磨板的上表面上的研磨布接触，并且在将研磨液供给到研磨布上的状态下，使研磨板和研磨头彼此相对移动，使得能够对晶圆的表面进行研磨。
在日本特开平第10-340870号公报中公开的晶圆研磨设备中，提供了用于不同研磨处理的专用研磨板和机构，例如，用于一次研磨的研磨板、用于二次研磨的研磨板、用于精研磨的研磨板、晶圆清洁机构。
在日本特开平第9-277159号公报或日本特开第2003-305638号公报中公开的晶圆研磨设备中，不同的研磨布被同心地贴附在研磨板的研磨面的内部和外部，以便连续地进行不同的研磨处理。
在日本特开平第10-340870号公报中公开的晶圆研磨设备中，提供了用于不同研磨处理的专用研磨板和机构，因此晶圆研磨设备的尺寸肯定大。
在日本特开平第9-277159号公报中公开的晶圆研磨设备中，不同的研磨布被同心地贴附在一个研磨板上，因此在研磨板上将混合用于不同研磨处理的不同类型的研磨液。此外，在一些情况下，用于不同处理（例如，一次研磨处理，精研磨处理）的研磨布的磨合时间、使用寿命等差异很大。如果同时使用特性差异很大的研磨布，则须单独地更换内侧研磨布和外侧研磨布。但是，难以单独地更换研磨布。
在日本特开第2003-305638号公报中公开的晶圆研磨设备中，在研磨区之间形成槽，使得能够防止研磨液的混合。然而，设置多个研磨头，每个研磨头对应于各研磨区，因此晶圆研磨设备的结构肯定复杂并且其尺寸肯定大。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种能解决传统晶圆研磨设备的上述问题的晶圆研磨设备。在本发明的晶圆研磨设备中，在研磨板上形成多个同心的研磨区，头清洁部或晶圆清洁部被设置到研磨板的中心部分，能够使得晶圆研磨设备小型化。
为了实现上述目的，本发明具有下面的结构。
即，本发明的晶圆研磨设备包括：研磨板，其具有贴附研磨布的上表面；研磨头，其具有用于保持晶圆的下表面；和研磨液供给部，其用于将研磨液供给到所述研磨板的上表面，
由所述研磨头保持的所述晶圆被压到所述研磨布上，在供给研磨液的状态下，所述研磨板和所述研磨头彼此相对移动，以便研磨所述晶圆，
所述研磨板包括：
多个同心的研磨区，各研磨区均具有用于研磨所述晶圆的规定宽度，且各研磨区均贴附有研磨布；和
槽，其用于排出研磨液，所述槽形成在所述研磨区之间，并且
用于清洁所述研磨头的头清洁部或用于清洁研磨后的所述晶圆的晶圆清洁部被设置到所述研磨板的中心部分并且位于最内侧的研磨区的内侧。
通过在研磨板的中心部分设置其中的一个清洁部，能够改进晶圆研磨设备的空间效率并且能够使得设备小型化。
优选地，所述研磨区可装卸地安装到板保持部，所述研磨板安装到所述板保持部。利用该结构，能够容易地更换研磨区。
此外，多个所述研磨区可以是能够独立地从所述板保持部拆卸。利用该结构，能够更容易地更换各研磨区。
在晶圆研磨设备中，所述研磨区通过定位销可以是可拆卸地定位在所述板保持部上。
在晶圆研磨设备中，多个所述研磨区的研磨面的高度可以彼此不同。
优选地，外侧的所述研磨区的研磨面的高度比内侧的所述研磨区的高度高。利用该结构，能够防止研磨液混合。
在晶圆研磨设备中，多个所述研磨区可以分别具有通孔，各所述通孔的高度向外侧降低，以便将所述槽中的研磨液排出到所述研磨板的外侧。
在晶圆研磨设备中，所述晶圆清洁部可以设置到所述研磨板的中心部分，所述头清洁部可以设置到所述研磨板的周围，所述研磨头可以将所述晶圆输送到所述晶圆清洁部。
可选地，所述头清洁部可以设置到所述研磨板的中心部分，所述晶圆清洁部可以设置到所述研磨板的周围，所述研磨头可以将所述晶圆输送到所述晶圆清洁部。
在上述晶圆研磨设备中，晶圆清洁部可以包括：
清洁箱，将所述清洁液引入所述清洁箱中，所述清洁箱具有形成为圆筒部的上部；
转子，其形成为圆筒状，并且所述转子具有：下部，其与所述清洁箱的圆筒部装配且能够绕所述圆筒部的轴线转动；以及上表面，其包括开口部，所述开口部的边缘用作能够安装待清洁和干燥的所述晶圆的安装部；
驱动部，其用于使所述转子转动；以及
轴承，其形成在所述转子的下部和所述清洁箱的圆筒部之间。
此外，研磨头可以包括：
主部件，其具有下表面，加压部设置到所述下表面；
晶圆保持板，其被保持于所述主部件的下表面并且能够相对于所述主部件倾斜，所述晶圆保持板具有能够保持待研磨的所述晶圆的下表面；以及
弹性圈，其安装到所述主部件的加压部，所述弹性圈压在所述晶圆保持板的上表面上，以及
当通过所述主部件的加压部将所述晶圆与所述弹性圈和所述晶圆保持板一起压到所述研磨板的研磨布上时，接收所述弹性圈的弹性力的所述晶圆保持板能够沿着所述研磨板的研磨布的表面倾斜。
在本发明的晶圆研磨设备中，在一个研磨板上形成多个同心的研磨区，头清洁部或晶圆清洁部被设置在研磨板的中心部分处。因此，可使晶圆研磨设备小型化。
附图说明
现在将参照附图通过示例的方式说明本发明的实施方式。
图1是晶圆研磨设备的示意性平面图；
图2是示出转移臂（transfer arm）的动作的说明图；
图3是示出转移臂的转动位置的说明图；
图4是示出止动件的转动位置的说明图；
图5是示出臂单元的转动位置的说明图；
图6是研磨板的平面图；
图7是研磨板的截面图；
图8是研磨板的另一示例的截面图；
图9是研磨板的再一示例的截面图；
图10是晶圆清洁和干燥单元的平面图；
图11是晶圆清洁和干燥单元的局部切去的剖视图；
图12是图11的放大说明图；
图13是研磨头的局部截面图；
图14是研磨头的截面图；
图15是臂单元的主视图；
图16是示出用于研磨晶圆的步骤的流程图；以及
图17是研磨板的还一示例的截面图。
具体实施方式
现在将参照附图详细说明本发明的优选实施方式。
首先，将简要说明Minimal（商标）加工概念。
为了大规模制造半导体装置，已经增大了半导体晶圆的尺寸。近来，正使用直径为300mm以上的大晶圆。为了提高生产性，对大晶圆例如进行连续的研磨、清洁、干燥、化学气相沉积（CVD）、曝光、显影、蚀刻和最终切片。为了执行这一系列的步骤，需要成本为数十亿美元的大规模制造设施。
然而，为了大范围的应用，需要少量制造多种多样的半导体装置。上述大规模设施对于少量制造多种多样的产品的方式而言是不够的。
因而，近来已经提出所述Minimal加工（Minimalfab）概念，其中对小尺寸晶圆进行所需的处理，该小尺寸晶圆的直径例如为0.5英寸，且由小尺寸晶圆来制造一个半导体装置。在Minimal加工概念中，设置小型处理单元用于所需的处理，该小型处理单元例如是研磨单元、CVD单元。根据所需的处理可适当地组合处理单元，使得可在晶圆研磨设备中制造多种多样的半导体。处理单元为小单元，因此可减少对设施的投资。
本实施方式的晶圆研磨设备可适用于Minimal加工概念。也就是，晶圆研磨设备能适当地研磨直径例如为0.5英寸的小尺寸晶圆。
图1是晶圆研磨设备的示意性平面图；图2是示出转移臂的动作的说明图；图3是示出转移臂的转动位置的说明图；图4是示出止动件的转动位置的说明图；图5是示出臂单元的转动位置的说明图。
首先，将示意性地说明本实施方式的晶圆研磨设备10的部件，然后说明细节。
晶圆研磨设备10的组成单元设置在处理室12中。在Minimal加工概念中，处理室12的尺寸为标准化的正方形，例如为30cm。因此，尽可能使晶圆研磨设备10的组成单元小型化，以便将组成单元收容在具有这种尺寸的处理室12中。
在图1中，输送臂14具有安装部15，安装部15例如形成为U状，待研磨的晶圆16在待研磨的面朝上的状态下横跨（span）在安装部15上，输送臂14将晶圆16从外部输送到处理室12的中心部分中。注意，输送臂14还将处理后的晶圆16（已经被研磨、清洁和干燥的晶圆）输送到处理室12的外部。输送臂14由适当的驱动机构（未示出）驱动，该适当的驱动机构例如为齿条-齿轮机构、气缸机构。该驱动机构不受限制。
可在水平面内转动的研磨板18设置在处理室12中，处理室12位于输送臂14的下方。如下所述，研磨板18包括多个同心的研磨区，研磨布贴附在各同心的研磨区上，每个同心的研磨区均具有用于研磨晶圆的规定的宽度。用于排出研磨液的槽形成在研磨区之间。头清洁部或晶圆清洁部设置到研磨板的中心部分且位于最内侧研磨区的内侧。
用于转移晶圆16的转移臂20位于研磨板18的旁边。转移臂20在水平面内绕轴21在图3中示出的位置Pos-01到位置Pos-03之间转动。注意，位置Pos-01是待机位置。转移臂20可沿着轴21上下移动。能够上下翻转的可翻转臂22设置到转移臂20的前端。晶圆吸附部23设置到可翻转臂22的前端。晶圆吸附部23吸附并且保持晶圆16，该晶圆吸附部23从安装部15获取晶圆16并且将晶圆16转移到安装部15。转移臂20的各部分被适当的部件（未示出）驱动，该适当的部件例如是马达。
晶圆清洁和干燥单元25设置在研磨板18的旁边，晶圆清洁和干燥单元25用于清洁和干燥晶圆16并且还用作可安装晶圆16的安装口。转移臂20吸附和保持晶圆16，以从安装部15（在位置Pos-02处）获取晶圆16，翻转晶圆16以将晶圆16输送到晶圆清洁和干燥单元25（在位置Pos-03处），并且将已经清洁和干燥的晶圆16从晶圆清洁和干燥单元25转移到安装部15（在位置Pos-02处）。
止动件（加压臂）26设置在研磨板18的旁边并且能够绕轴27在图4中示出的位置Pos-01和位置Pos-02之间转动。止动件26转动到已经输送到晶圆清洁和干燥单元25中的晶圆16的上方的位置Pos-02，以便防止晶圆16被清洁水的压力推出。下文将说明晶圆清洁和干燥单元25的细节。
此外，用于驱动研磨头30的臂单元31设置在研磨板18的旁边。由臂单元31保持该研磨头30。臂单元31能够绕轴32在图5中示出的位置Pos-01到位置Pos-06之间转动。
在位置Pos-01处，将要安装有用作修整构件的环状磨石（未示出）的安装部34设置在研磨头30的下方。将要安装有用作另一修整构件的刷子（未示出）的另一安装部35被定位成与安装部34相邻（参见图3和图4）。
研磨头30能够保持和释放晶圆16和修整构件。通过使臂单元31转动，可使研磨头30在安装部34（位置Pos-01）、安装部35（位置Pos-02）、晶圆清洁和干燥单元25（位置Pos-03）、研磨板18的一次研磨区（位置Pos-04）、研磨板18的二次研磨区（位置Pos-05）和清洁部（位置Pos-06）之间移动。因此，在具有多个功能的本晶圆研磨设备中，可连续地执行一次研磨步骤、二次研磨步骤、修整步骤等。
如上所述，研磨头30设置到能绕轴32转动的臂单元31，安装部34（位置Pos-01）、安装部35（位置Pos-02）、晶圆清洁和干燥单元25（位置Pos-03）、研磨板18的一次研磨区（位置Pos-04）、研磨板18的二次研磨区（位置Pos-05）和清洁部（位置Pos-06）位于圆弧上。利用该配置，可以使晶圆研磨设备10的空间构造紧凑。可选地，配备有研磨头30的臂单元31可沿直线移动。在这种情况下，安装部34（位置Pos-01）、安装部35（位置Pos-02）、晶圆清洁和干燥单元25（位置Pos-03）、研磨板18的一次研磨区（位置Pos-04）、研磨板18的二次研磨区（位置Pos-05）和清洁部（位置Pos-06）被直线地配置。在这种情况下，也可以使晶圆研磨设备10的空间构造紧凑。
下文将说明研磨头30和臂单元31的细节。
接着将说明研磨板18。
图6是研磨板18的平面图，图7是研磨板18的截面图。
如上所述，研磨板18包括多个同心的研磨部分（例如，在本实施方式中有两个研磨部分），多个同心的研磨部分构成研磨区。研磨布40a、41a分别贴附在研磨部分40、41上，以便构成一次研磨部分（一次研磨区）40和二次研磨部分（二次研磨区）41，一次研磨部分40和二次研磨部分41同心地配置并且均具有用于研磨晶圆16的规定宽度。在一次研磨部分40和二次研磨部分41之间形成槽42。用于清洁研磨头30或研磨后的晶圆16的清洁部44设置到研磨板18的中心部分并且位于最内侧的二次研磨区41的内侧。此外，用于排出研磨液的槽45形成在二次研磨区41和清洁部44之间。注意，在本实施方式中，清洁部44是用于清洁研磨头30的头清洁部。
研磨板18连接到马达47的转动轴48，马达47被固定到基部46。研磨板18利用轴承49可在水平面内转动。
研磨板18包括：连接到转动轴48的板保持部50；和可装卸地安装到板保持部50的一次研磨部分40和二次研磨部分41。清洁部44位于二次研磨部分41的内侧并且通过螺栓51固定到板保持部50。一次研磨部分40和二次研磨部分41一体化，销52从一次研磨部分40和二次研磨部分41向下突出。通过将销52装配到形成在板保持部50的上表面中的定位孔53中，一次研磨部分40和二次研磨部分41被可装卸地安装到板保持部50。来自板保持部50侧的扭矩可通过销52传递至一次研磨部分40和二次研磨部分41。
通孔55形成在二次研磨部分41中，通孔55的高度朝向外侧逐渐减小以便将排到槽45中的清洗液和研磨液引入槽42。通孔56形成在一次研磨部分40中，通孔56的高度朝向外侧逐渐减小以便将排到槽42中的研磨液引到研磨板18的外侧。排出到研磨板18的外侧的研磨液经由排出孔57排出到外部。
密封圈58密封轴承49，以便防止研磨液的侵入。此外，O形圈60设置在清洁部44的外周面和二次研磨部分41的内周面之间。
O形圈60防止研磨液和清洁液侵入位于清洁部44的外周面和二次研磨部分41的内周面之间的空间。此外，通过O形圈60在O形圈60和二次研磨部分41的内周面之间产生摩擦力，使得能够防止一次研磨部分40和二次研磨部分41从板保持部50脱离。
刷子44a安装在清洁部44的上表面。如下所述，用于喷淋清洁液的软管设置到研磨头30侧，使得能够通过从软管喷淋出的清洁液和刷子44a来清洁研磨头30。
在执行研磨动作时，分别从研磨液供给部（未示出）将不同类型的研磨液供给到一次研磨部分40的研磨布40a和二次研磨部分41的研磨布41a上。用于粗研磨的研磨液被供给到一次研磨部分40。用于精研磨的研磨液被供给到二次研磨部分41。两种研磨液的类型不同，因此不适合在研磨布上混合这两种研磨液。然而，在本实施方式中，一次研磨部分40上的大多数研磨液被转动的研磨板18的离心力排出到研磨板18的外侧，并且二次研磨部分41上的大多数的研磨液经由槽42和通孔56而被排出到研磨板18的外侧。因此，不同类型的研磨液不在研磨布上混合。
已经用于清洁研磨头30的清洁液经由槽45、通孔55、槽42和通孔56排出到研磨板18的外侧。此外，可以利用适当的部件（未示出）分别收集排出到研磨板18的外侧的研磨液和清洁液。为了确保分别收集研磨液和清洁液，可以在槽42和槽45中形成将各槽42和槽45分割成内周部分和外周部分的分隔件（未示出）。分别收集的研磨液和清洁液可重新利用或存储在储液器中。
如上所述，可以从板保持部50容易地拆卸一次研磨部分40和二次研磨部分41。因此，能够容易地更换研磨布40a和41a中的一个或两者。
图8是研磨板18的另一示例的截面图。
在图7中已经示出了的结构元件被赋予相同的附图标记，并且将省略说明。
在本示例的研磨板18中，一次研磨部分40的研磨面的高度比二次研磨部分41的研磨面的高度高。其它的结构元件与图7中示出的研磨板18的结构元件相同。
可以借助研磨板18的转动产生的离心力使供给到研磨布上的研磨液容易地向外流动。因而，通过使外侧的一次研磨部分40比内侧的二次研磨部分41高，能够有效地防止在研磨布上混合不同类型的研磨液。
可选地，一次研磨部分40的研磨面的高度可以比二次研磨部分41的高度低。该结构可应用于如下情况：例如允许用于二次研磨的研磨液侵入一次研磨区40，而禁止用于一次研磨的研磨液侵入二次研磨区41。
在具有三个或更多同心的研磨区的情况下，可以根据使用条件设计研磨区的研磨面的高度。即，可以根据使用应用和使用条件设计研磨区之间的高度差。
图9是研磨板18的再一示例的截面图。
在图7和图8中已经示出了的结构元件被赋予相同的附图标记，并且将省略说明。
在本示例中，一次研磨部分40与二次研磨部分41分开，一次研磨部分40和二次研磨部分41利用销52安装到板保持部50并且可独立地从板保持部50拆卸。其它结构元件与图7和图8中示出的研磨板18的结构元件相同。
注意，通过螺丝63将圈62固定在槽42中，O形圈64设置在圈62的外周面和一次研磨部分40的内周面之间以及圈62的内周面和二次研磨部分41的外周面之间。利用该结构，能够防止研磨液的侵入并且能够产生摩擦力，使得能够防止一次研磨部分40和二次研磨部分41从板保持部50容易地脱离。由于，一次研磨部分40和二次研磨部分41可以独立地从板保持部50拆卸，因此能够分别容易地更换研磨布。
下面将说明晶圆清洁和干燥单元25的细节。
图10是晶圆清洁和干燥单元25的平面图，图11是晶圆清洁和干燥单元25的局部切去的剖视图；图12是图11的放大说明图。
在图中，清洁箱112具有筒状部113。筒状部113的上部为圆筒部114，圆筒部114的上表面开口。圆筒部114被凹部115包围。清洁箱112被固定在基部116上。
软管（未示出）连接到连接口117，软管连接到清洁液箱（未示出）。通过泵（未示出）将清洁液（例如纯水）经由软管、连接口117和流路（未示出）供给到清洁箱112的下部。超声波振荡器118设置在清洁箱112的下部，以便将超声波振动能量应用到清洁液。即，清洁箱112是超声波清洁箱。用于供给电力的缆线容纳在管119中。
注意，可以省略超声波振荡器118。在这种情况下，可以仅通过清洁液流来清洁晶圆。
将转子120形成为圆筒状。转子120的覆盖清洁箱的圆筒部114的下部能够绕圆筒部114的轴线转动。转子120与清洁箱112连通。深度略大于晶圆16的厚度的凹部形成在转子120的上表面，开口部分的边缘用作安装部123，能够将晶圆16安装在安装部123上。
在本示例中，转子120的下部的内壁面和清洁箱112的圆筒部114的外壁面之间的间隙构成液体轴承124。即，在安装部123的下表面和圆筒部114的上侧面之间形成间隔。清洁箱112中的清洁液的一部分从所述间隔越过圆筒部114的上边缘并且流进转子120的下部的内壁面和圆筒部114的外壁面之间的间隙，使得形成液体轴承124。已经流过间隙的清洁液经由转子120的下边缘和凹部115的内底面之间的间隙流入凹部115中（参见图12中示出的箭头）。
在转子120的外周面中形成环形槽，驱动带125与环形槽接合。此外，驱动带125与带轮127接合，带轮127由驱动部（例如电动马达）126驱动。如图11所示，带轮127通过螺丝132固定到筒状构件131，筒状构件131通过螺丝130固定到马达126的转动轴129。
在包围清洁箱112的圆筒部114的凹部115中形成通孔134。通孔134与环状存储部136连通，存储部136形成在固定有马达126的基部116中并且包围筒状构件131。已经清洁了晶圆16并从转子120流入凹部115的清洁液经由通孔134流入存储部136中（参见图12中示出的箭头），然后清洁液经由配管（未示出）排到外部。
在图10中，在清洁晶圆16的同时，止动件26移动到由实线所示的位置以便在规定位置处压住安装在安装部123上的晶圆16并且抑制晶圆由清洁液的压力而上升。
本实施方式的晶圆清洁和干燥单元25具有上述结构。
接着，将说明晶圆清洁和干燥单元25的动作。
将表面已经被研磨单元研磨的待清洁晶圆16输送到安装部123。通过以下步骤来自动地执行晶圆16的输送：由研磨头30吸附和保持晶圆16；将研磨头30移动到安装部123上方的位置；并且在该位置处释放晶圆16。
接着，通过驱动马达141将止动件26移动到晶圆16上方的位置。
然后，通过致动泵（未示出），将流量和流速足以清洁晶圆16的清洁液（例如，纯水）泵送进清洁箱112的筒状部113中。在筒状部113中，清洁液向上移动并且与晶圆16的下表面碰撞，使得能够清洁晶圆16的下表面。此外，通过液体压力，清洁液使晶圆16上升，并且清洁液经由形成在晶圆16和安装部123之间的间隙流到晶圆16的上侧，使得能够清洁晶圆16的两个表面。通过清洁液的压力使得晶圆16向上升高，但是止动件26压住晶圆16，从而防止了晶圆16由于压力而被推出。
用过的清洁液经由凹部115和通孔134流入存储部136中，然后排出到外部。
在将晶圆16清洁了规定时间后，停止泵以完成清洁动作。
通过停止泵，清洁箱112中的清洁液的液面向下移动直到达到圆筒部114的上边缘。
接着，再次致动泵以便将清洁液供给到清洁箱112。在该动作中，使泵的功率小于用于清洁晶圆16的功率，以便使得清洁液越过圆筒部114的上边缘而不达到晶圆16的下表面，并且使清洁液流入转子120的下部的内壁面和圆筒部114的外壁面之间的间隙，使得能够供给体积足以形成液体轴承的清洁液。
在准备阶段预先确定清洁液的供给体积和泵的功率。
在上述状态下，驱动马达126，以使转子120和晶圆16以高转动速度转动，使得能够去除贴附在晶圆16的表面上的清洁液并且能够干燥晶圆16。
当转子120以高速转动时，清洁液已经流入转子120的下部的内壁面和圆筒部114的外壁面之间的间隙以形成液体轴承，使得能够使转子120平滑地转动。在液体轴承中略微形成的颗粒流入存储部136中并且与流过液体轴承的清洁液一起被排出到外部。因此，能够防止颗粒污染晶圆16。
在本实施方式中，能够在同一安装部连续地进行清洁动作和干燥动作，使得能够缩短清洁和干燥动作的流片间隔（tact time）。
接着，将参照图13、图14、图15来说明研磨头30和臂单元31。
图13是研磨头30的局部剖视图，图14是研磨头30的截面图，图15是臂单元31的主视图。
在图13和图14中，研磨头30具有主部件214。
主部件214包括：安装块216，其具有包括凸缘215的下部；加压构件217，其通过螺丝（未示出）固定在安装块216的下表面上；环状接合构件218，其包围加压构件217并且通过螺栓219固定在安装块216的下表面上。注意，可以一体地形成安装块216和加压构件217。
向内突出的内凸缘220形成在接合构件218的下部。内凸缘220用作接合部。凹部221形成在内凸缘220的上表面与加压构件217的下表面或安装块216的下表面之间。
加压构件217具有柱状加压部217a，该加压部217a的外径小于内凸缘220的内径。加压部217a的高度被设计成使得加压部217a的下部略微进入内凸缘220。
晶圆保持板222形成为具有侧壁223的浅碟状。
晶圆保持板222的侧壁223进入形成在加压部217a的外壁面和内凸缘220的内壁面之间的空间。向外突出的外凸缘225形成在侧壁223的外壁面的上部。外凸缘225用作另一接合部。加压部217a的下部进入晶圆保持板222，并且加压部217a的下表面被靠近晶圆保持板222的上表面地定位。
晶圆保持板222能够在加压部217a的外壁面和内凸缘220的内壁面之间上下运动并且能够相对于主部件214倾斜。通过使内凸缘220与外凸缘225接合，防止晶圆保持板222向下掉落。
环形地切割加压部217a的下部的外周，弹性圈226的上部位于环形切割部中并且被固定在该环形切割部中。弹性圈226的下部从加压部217a向下突出并且与晶圆保持板222的上表面接触。
在本实施方式中，弹性圈226具有V形截面，并且在V形的开口部向外状态下，弹性圈226被固定到加压部217a。形成V形的唇部中的一个接触晶圆保持板222的上表面。
在晶圆保持板222的由弹性圈226包围的部分中形成多个通孔228。用于从由弹性圈226包围的空间吸气的吸气通路230形成在主部件214中。吸气通路230与真空生成单元（未示出）连通。通过从吸气通路230吸气而生成负压，能够将晶圆16吸附并保持在晶圆保持板222的下表面上。在这种情况下，弹性圈226还用作密封圈。
用于容纳晶圆16的凹部231形成在晶圆保持板222的下表面中。通过将晶圆16容纳在凹部231中，在研磨晶圆16时能够防止晶圆16跃出。
注意，不是必须地吸附晶圆16。例如，可以通过如下方法保持晶圆16：将背衬构件（未示出）贴附在晶圆保持板222的下表面上并且用水浸渍衬背构件，以便通过水的表面张力而将晶圆16保持在背衬构件的下表面上。
弹性圈226不需要具有V形截面。例如，可仅采用O形圈。
无论如何，在通过主部件214的加压部217a、利用弹性圈226和晶圆保持板222将晶圆16压到研磨板18的研磨布上时，弹性圈226具有足够的弹性力来接收晶圆保持板222，并且允许晶圆保持板222跟随研磨板18的研磨布的表面倾斜。
弹性圈226用作晶圆保持板222的倾斜中心。弹性圈226直接设置在加压部217a的下表面和晶圆保持板222的上表面之间，并且被加压部217a的压力压缩，使得晶圆保持板222的倾斜中心能够被定位成靠近研磨板18的研磨布并且能够使晶圆保持板222的倾斜中心较低。
通过使螺纹圈233与形成在安装块216的外周面上的公螺纹部螺纹接合而将研磨头30可装卸地安装到臂单元31侧的转动轴236，研磨头30与转动轴236一起绕转动轴236的轴线转动。设置定位销232。注意，通过在晶圆保持板222和压到晶圆保持板222的上表面上的弹性圈226之间产生的摩擦力，将加压部217a侧的扭矩传递至晶圆保持板222。
通过在晶圆保持板222和弹性圈226之间产生的摩擦力使晶圆保持板222转动。因此，即使在晶圆保持板222侧产生大扭矩，加压部217a侧空转，而不会将过大力施加至晶圆16，因此该结构适于研磨薄的晶圆。
注意，在一些情况下，加压部217侧的扭矩可以通过传动销（未示出）直接传递至晶圆保持板222侧。
接着，将参照图15说明臂单元31。
转动臂240固定到马达242的转动轴243，马达242能够正向和反向转动并且被固定在基部241上。因此，转动臂240能够在水平面内在规定位置之间往复转动。
气缸单元245设置在转动臂240上，支柱248固定到气缸单元245的杆246。L形安装臂249固定到支柱248（参见图15）。
将要安装有研磨头30的转动轴236利用轴承250安装到安装臂249的水平板249a。用于使转动轴236转动的马达251固定在安装板252上，安装板252位于水平板249a的上方且水平地固定到安装臂249的竖直板249b。引导板253引导安装臂249的竖直板249b。
通过致动气缸单元245使杆246上下移动，研磨头30和马达251与支柱248和安装臂249一起上下移动。此外，通过使转动臂240转动，而使研磨头30和马达251在水平面内转动。
传感器255a、255b和255c分隔地竖直配置在安装杆254上，安装杆254从转动臂240立起。传感器255a、255b和255c均检测支柱248的位置。传感器255a检测研磨头30向上移动到规定位置，并且在该规定位置处停止研磨头30的向上运动。传感器255c检测研磨头30向下移动到规定的下限位置，在该规定的下限位置处，在研磨前研磨头30吸取和保持被安装到晶圆清洁和干燥单元25的安装部123上的晶圆16，或者传感器255c用于检测晶圆16向下移动到下限位置，在该下限位置处，由研磨头30保持的晶圆16接触研磨板18的研磨布，并且在该下限位置处停止研磨头30的向下运动。
当研磨头30向下移动时，研磨头30以高速向下移动直到传感器255b检测到为止，然后研磨头30以低速向下移动直到传感器255c检测到为止。利用这些动作，能够缩短流片间隔并且能够防止晶圆16与安装部123和研磨板18的研磨布碰撞。
传感器256设置到转动臂240的后端，传感器256检测位于与转动臂240一起移动的传感器256的移动轨道上的标记（未示出），以便在规定位置处停止转动臂240。
注意，当通过刷子清洁研磨头30时，软管258朝向研磨头30喷淋清洁液。
研磨头30和臂单元31具有上述结构。
下面，将说明用于研磨晶圆16的研磨动作。
首先，驱动马达242以便使转动臂240转动直到规定位置为止，该规定位置位于已经安装有待研磨的晶圆16的安装部123的上方，然后，在相同位置处，致动气缸单元245以便使研磨头30向下移动直到接触晶圆16为止。此外，驱动真空生成单元（未示出）以便在晶圆保持板222的下表面上吸附和保持晶圆16。
接着，研磨头30向上移动，转动臂240和研磨头30转动直到研磨头30达到研磨板18的上方的位置为止。
接着，研磨头30向下移动，以便使已经保持在研磨头30的晶圆保持板222的下表面上的晶圆16与研磨板18的研磨布接触。
然后，通过转动研磨板18、驱动马达251以使研磨头30转动以及将研磨液从喷嘴（未示出）供给到研磨板18上来研磨晶圆16。
在完成研磨动作之后，研磨头30向上移动，转动臂240转动，研磨头30向下移动以便将研磨后的晶圆16输送到预定位置（即，晶圆清洁和干燥单元25的安装部123）。注意，可以通过软管258选择性地供给一次研磨用研磨液、二次研磨用研磨液和用于清洁研磨头的清洁液。
将晶圆16压到研磨布上的力是研磨头侧的重量（包括马达251的重量和安装臂249侧的重量）减去气缸单元245侧的上升力。通过调节压力，可在施加恒定的研磨压力的状态下对晶圆16进行研磨。
如上所述，在Minimal加工概念下研磨晶圆的情况下，研磨直径为约0.5英寸的小晶圆16。在本实施方式中，晶圆保持板222相对于研磨布的倾斜中心与弹性圈226的位置对应，弹性圈226设置在晶圆保持板222的上表面和加压部217a的下表面之间，因此，能够使倾斜中心被定位成靠近研磨布且使倾斜中心较低。因此，即使晶圆16为所述的小晶圆，也能够在不与研磨布卡住的情况下适当地研磨晶圆16。
以上已经说明了晶圆研磨设备的各单元的细节。
接着，将说明在晶圆研磨设备10中研磨晶圆16的序列。
注意，基于预定的程序，通过控制部（未示出）来控制序列。
首先，在待研磨的表面向上的状态下将晶圆16安装到输送臂14的安装部15上。
接着，打开启动开关（未示出）（步骤S1）。在打开启动开关后，基于预定的程序自动启动研磨处理的序列。
即，通过输送臂14将晶圆16从外侧输送到处理室12内（步骤S2）。
接着，如上所述，转移臂20从输送臂14接收晶圆16、翻转晶圆16并在待研磨表面向下的状态下将晶圆16安装到晶圆清洁和干燥单元25的安装部123上。
然后，转动臂240转动，研磨头30向下移动以便通过晶圆保持板222吸附和保持晶圆16（步骤S3）。
此外，研磨头30向上移动，转动臂240转动，然后研磨头30向下移动以便用规定的压力将晶圆16压到研磨布40a上。在从喷嘴（未示出）向一次研磨部分40供给研磨液的状态下，研磨板18和研磨头30在规定方向上转动，以便对晶圆16进行规定时间的一次研磨（粗研磨）（步骤S4）。大部分的一次研磨用研磨液通过转动的研磨板18的离心力从一次研磨部分40向外流动，并且经由排出孔57排到外部。
在完成一次研磨之后，研磨头30向上移动，转动臂240转动，然后研磨头30向下移动以便使晶圆16与二次研磨部分41的研磨布41a接触。和一次研磨一样，在从喷嘴（未示出）向二次研磨部分41的研磨布41a供给研磨液的状态下，研磨板18和研磨头30在规定的方向上转动，以便对晶圆16进行预定时间的二次研磨（精研磨）（步骤S5）。二次研磨用研磨液通过转动的研磨板18的离心力从二次研磨部分41的研磨布41a流入槽42中，并且经由通孔56排到研磨板18的外部，然后经由排出孔57排出到外部。因此，一次研磨用研磨液和二次研磨用研磨液不会在研磨布40a和41a上混合。
在完成二次研磨之后，研磨头30向上移动，转动臂240转动，然后研磨头30向下移动以便将研磨后的晶圆16安装到晶圆清洁和干燥单元25的安装部123上（步骤S6）。
在晶圆清洁和干燥单元25中，如上所述地对晶圆16进行清洁（步骤S7）和干燥（步骤S8）。当清洁和干燥晶圆16时，转动止动件26直到到达晶圆16上方的位置以便将晶圆16保持在安装部123上。在完成对晶圆16的清洁和干燥后，转动止动件26直到达到位于研磨板18的旁边的待机位置。
通过转移臂20将已经清洁和干燥的晶圆16从安装部123转移到输送臂14上，然后通过输送臂14将晶圆16输送到处理室12的外侧（步骤S9）。通过执行上述步骤，完成研磨处理（步骤S10）
注意，在晶圆清洁和干燥单元25中清洁晶圆的同时，清洁研磨头30。即，研磨头30向上移动，转动臂240转动，然后研磨头30向下移动以便使研磨头30与头清洁部44的刷子44a接触。此外，头清洁部44转动，从软管258朝向研磨头30喷淋清洁水，使得能够清洁研磨头30（步骤S11）。清洁水经由槽45、通孔55、槽42和通孔56排出到外部。
在清洁研磨头30之后，进行对研磨板18的修整。即，研磨头30从安装部34吸附和拾取环状研磨石，并且将研磨石输送到研磨板18上。然后，转动研磨板18以便修整一次研磨部分40和二次研磨部分41的研磨布（步骤S12）。在修整研磨布之后，使研磨石返回到安装部34。
此外，研磨头30从安装部35吸附和拾取刷子，并将刷子输送到研磨板18上，研磨板18转动以便精修整一次研磨部分40和二次研磨部分41的研磨布（步骤S13）。在完成精修整动作之后，使刷子返回到安装部35。
在完成精修整动作之后，研磨头30再次移动到清洁部44，以便清洁研磨头30（步骤S14）。在清洁研磨头30之后，使研磨头30返回到待机位置（即，位置Pos-01）。通过返回到待机位置，完成晶圆研磨的研磨序列。
如上所述，可以在清洁和干燥晶圆16的同时进行研磨头30的清洁以及进行对一次研磨部分40和二次研磨部分41的修整，使得能够有效地执行研磨步骤。
注意，可以在每次研磨晶圆16之后或者每次研磨规定数量的晶圆16之后，进行对研磨板18的修整。
图17是还一示例的研磨板18的截面图。
在图7中已经示出的结构元件被赋予相同的附图标记，且省略说明。
在本示例中，晶圆清洁和干燥单元25用作位于研磨板18的中心部分的清洁部44。其它的结构元件与图7中示出的研磨板18的结构元件相同。
转动喷嘴70通过轴承72可转动地保持在通孔中，该通孔形成在研磨板18的中心和板保持部50的中心。喷嘴孔73形成在转动喷嘴70的中心部分。
清洁液经由连接到接头74的软管（未示出）供给到喷嘴孔73。由驱动带76使转动喷嘴70转动，由固定在基部46上的马达75来驱动驱动带76。
晶圆安装板78固定到转动喷嘴70的上端。与喷嘴孔73连通的喷嘴孔79在晶圆安装板78中开口。此外，用于保持晶圆16的凹部80形成在晶圆安装板78的上表面。注意，设置止动件（未示出），该止动件能够在凹部80的上方的位置和研磨板18旁边的位置之间转动。
通过驱动带81和马达47来使研磨板18转动。
在本示例中，在利用二次研磨部分41研磨晶圆16之后，研磨头30将研磨后的晶圆16输送到晶圆安装板78上，在通过止动件将晶圆16压在规定位置的状态下，转动喷嘴70转动并且从喷嘴孔79朝向晶圆16的下表面喷淋清洁液以便防止晶圆16上升，使得能够清洁晶圆16。在完成清洁步骤之后，停止供给清洁液，使转动喷嘴70高速转动以便干燥晶圆16。
研磨头30获取清洁和干燥后的晶圆16并且通过转移臂20将清洁和干燥后的晶圆16转移到输送臂14，然后将晶圆16输送到处理室12的外部。
在本示例中，在完成二次研磨步骤之后，能够通过就近定位的晶圆清洁和干燥单元25来清洁晶圆16，使得能够良好地清洁晶圆16。
注意，通过位于研磨板18旁边的头清洁部来清洁研磨头30。
这里陈述的所有的示例和条件性语言都是用于教导的目的以辅助读者理解发明人为促进技术所贡献的发明和概念，而不应解释为限制到这些具体陈述的示例和条件，说明书中的这些示例的组织也不涉及显示本发明的优越性和低劣性。尽管已经详细说明了本发明的实施方式，但是应当理解，在不背离本发明的精神和范围的前提下可进行各种变化、替换和修改。

Claims (29)

1.一种晶圆研磨设备，其包括：研磨板，其具有贴附研磨布的上表面；研磨头，其具有用于保持晶圆的下表面；和研磨液供给部，其用于将研磨液供给到所述研磨板的上表面，
其中，由所述研磨头保持的所述晶圆被压到所述研磨布上，在供给研磨液的状态下，所述研磨板和所述研磨头彼此相对移动，以便研磨所述晶圆，
所述研磨板包括：
多个同心的研磨区，各研磨区均具有用于研磨所述晶圆的规定宽度，且各研磨区均贴附有研磨布；和
槽，其用于排出研磨液，所述槽形成在所述研磨区之间，并且
用于清洁所述研磨头的头清洁部或用于清洁研磨后的所述晶圆的晶圆清洁部被设置到所述研磨板的中心部分并且位于最内侧的研磨区的内侧。
2.根据权利要求1所述的晶圆研磨设备，其特征在于，
所述研磨头能够在所述研磨区之间移动并且能够在各所述研磨区中研磨所述晶圆。
3.根据权利要求1或2所述的晶圆研磨设备，其特征在于，
所述研磨区可装卸地安装到板保持部，所述研磨板安装到所述板保持部。
4.根据权利要求3所述的晶圆研磨设备，其特征在于，
多个所述研磨区能够独立地从所述板保持部拆卸。
5.根据权利要求3或4所述的晶圆研磨设备，其特征在于，
所述研磨区通过定位销可拆卸地定位在所述板保持部上。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的晶圆研磨设备，其特征在于，
多个所述研磨区的研磨面的高度彼此不同。
7.根据权利要求6所述的晶圆研磨设备，其特征在于，
外侧的所述研磨区的研磨面的高度比内侧的所述研磨区的高度高。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的晶圆研磨设备，其特征在于，
多个所述研磨区分别具有通孔，各所述通孔的高度向外侧降低，以便将所述槽中的研磨液排出到所述研磨板的外侧。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的晶圆研磨设备，其特征在于，
所述晶圆清洁部设置到所述研磨板的中心部分，所述头清洁部设置到所述研磨板的周围，所述研磨头将所述晶圆输送到所述晶圆清洁部。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的晶圆研磨设备，其特征在于，
所述头清洁部设置到所述研磨板的中心部分，所述晶圆清洁部设置到所述研磨板的周围，所述研磨头将所述晶圆输送到所述晶圆清洁部。
11.根据权利要求9或10所述的晶圆研磨设备，其特征在于，
修整构件安装部设置到所述研磨板的周围，所述研磨头将已经安装于所述修整构件安装部的修整构件输送到所述研磨区并且修整所述研磨区的研磨布。
12.根据权利要求11所述的晶圆研磨设备，其特征在于，
所述修整构件安装部、所述晶圆清洁部、所述研磨区和所述头清洁部位于圆弧或直线上。
13.根据权利要求12所述的晶圆研磨设备，其特征在于，
所述研磨头设置到臂单元，
控制部控制所述臂单元的动作，并且
所述控制部控制所述研磨头以在位于圆弧或直线上的所述修整构件安装部、所述晶圆清洁部、所述研磨区和所述头清洁部之间移动，以便研磨所述晶圆、清洁研磨后的所述晶圆、清洁所述研磨头并且利用所述修整构件修整所述研磨区的研磨布。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的晶圆研磨设备，其特征在于，
单独收集排出到所述研磨板的外侧的所述研磨液和用过的清洁液。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的晶圆研磨设备，其特征在于，
所述研磨头包括：
主部件，其具有下表面，加压部设置到所述下表面；
晶圆保持板，其被保持于所述主部件的下表面并且能够相对于所述主部件倾斜，所述晶圆保持板具有能够保持待研磨的所述晶圆的下表面；以及
弹性圈，其安装到所述主部件的加压部，所述弹性圈压在所述晶圆保持板的上表面上，以及
当通过所述主部件的加压部将所述晶圆与所述弹性圈和所述晶圆保持板一起压到所述研磨板的研磨布上时，接收所述弹性圈的弹性力的所述晶圆保持板能够沿着所述研磨板的研磨布的表面倾斜。
16.根据权利要求15所述的晶圆研磨设备，其特征在于，
所述弹性圈具有V形截面，所述弹性圈在所述V形的开口部分面向外侧的状态下设置在所述主部件的加压部和所述晶圆保持板的上表面之间。
17.根据权利要求15或16所述的晶圆研磨设备，其特征在于，
多个通孔形成于所述晶圆保持板的由所述弹性圈包围的部分，用于从由所述弹性圈包围的空间吸气的吸气通路形成于所述主部件的加压部，所述弹性圈用作密封圈。
18.根据权利要求15-17中任一项所述的晶圆研磨设备，其特征在于，
所述主部件的下表面开口以形成凹部，能够倾斜的所述晶圆保持板被保持于所述凹部。
19.根据权利要求18所述的晶圆研磨设备，其特征在于，
一接合部从所述凹部的内壁面向内突出，另一接合部从所述晶圆保持板的外壁面向外突出，通过两个接合部的接合，使所述晶圆保持板保持于所述凹部中。
20.根据权利要求19所述的晶圆研磨设备，其特征在于，
所述晶圆保持板形成为具有环形侧壁的碟状，所述接合部形成于所述环形侧壁的外壁面，所述主部件的加压部的下部进入由所述晶圆保持板的环形侧壁包围的空间中。
21.根据权利要求15-20中任一项所述的晶圆研磨设备，其特征在于，
所述晶圆保持板不与对所述晶圆保持板的上表面加压的所述弹性圈连接，而是通过在所述晶圆保持板和所述弹性圈之间产生的摩擦力传递来自所述加压部侧的扭矩。
22.根据权利要求10所述的晶圆研磨设备，其特征在于，
所述晶圆清洁部包括：
清洁箱，将所述清洁液引入所述清洁箱中，所述清洁箱具有形成为圆筒部的上部；
转子，其形成为圆筒状，并且所述转子具有：下部，其与所述清洁箱的圆筒部装配且能够绕所述圆筒部的轴线转动；以及上表面，其包括开口部，所述开口部的边缘用作能够安装待清洁和干燥的所述晶圆的安装部；
驱动部，其用于使所述转子转动；以及
轴承，其形成在所述转子的下部和所述清洁箱的圆筒部之间。
23.根据权利要求22所述的晶圆研磨设备，其特征在于，
还包括止动件，其能够在所述转子的安装部的上方的位置和所述转子旁边的位置之间移动，所述止动件使安装于所述安装部的所述晶圆的由所述清洁液的压力引起的上升停止在预定位置处。
24.根据权利要求22或23所述的晶圆研磨设备，其特征在于，
所述轴承具有液体轴承的结构。
25.根据权利要求24所述的晶圆研磨设备，其特征在于，
所述液体轴承是通过将所述清洁液的一部分从所述清洁箱的圆筒部的上边缘引入所述转子的下部和所述圆筒部之间的空间而形成的。
26.根据权利要求24或25所述的晶圆研磨设备，其特征在于，
用于供所述清洁液的一部分流过的槽形成在所述转子的下部的内壁面和所述清洁箱的圆筒部的外壁面中的至少一者中。
27.根据权利要求22或23所述的晶圆研磨设备，其特征在于，
能供所述清洁液的一部分流过的流路形成在所述转子的下部和所述清洁箱的圆筒部的外壁面之间，用作轴承的滚柱轴承被设置在所述流路中。
28.根据权利要求22-27中任一项所述的晶圆研磨设备，其特征在于，
超声波振荡器设置于所述清洁箱中。
29.根据权利要求22-28中任一项所述的晶圆研磨设备，其特征在于，
所述驱动部包括与所述转子和带轮接合的驱动带。
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