JPH08250457A

JPH08250457A - 縦型ウエハ研磨装置

Info

Publication number: JPH08250457A
Application number: JP5466095A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Sanada; 友宏真田; Takao Inaba; 高男稲葉; Osamu Matsushita; 治松下
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 1995-03-14
Filing date: 1995-03-14
Publication date: 1996-09-27

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】ウエハの平坦化の高精度化及び洗浄効率の向上
を図ると共に、省スペース化を実現する為の縦型ウエハ
研磨装置を提供する。【構成】被研磨ウエハＷは吸着パッド３２に縦姿勢で保
持されるとともに、研磨布３６を被覆した縦型の研磨盤
３０に押し付けられる。そして、吸着パッド３２と研磨
盤３０の研磨面との間にスラリーを供給しつつ、両者を
相対回転摺動させることによってウエハＷを研磨してい
る。スラリーは容易に下方へ流れ落ちるので、研磨切り
屑を排出する機能が向上する。これにより、研磨切り屑
によってウエハに傷が付くのを防ぐことができ、平坦化
精度を高めるとともに研磨効率を上げることができる。
また、研磨後の洗浄手段５２、５３、５４、洗浄後の乾
燥手段５６、及び各工程間のウエハの搬送系１４におい
ても、ウエハＷの姿勢を縦向きに保っていることによ
り、洗浄終了後の洗浄液の切れが良くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は縦型ウエハ研磨装置に係
り、特にウエハの多層化に対応した平坦化工程の研磨を
化学的機械研磨方法で行う縦型ウエハ研磨装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子の高集積化の要求に伴
い、ウエハの高密度化及び多層化が進み、ウエハ上に回
路配線パターンを形成する露光装置の焦点深度が浅くな
ってきている。これにより、露光面となるウエハの平面
度が高精度に要求されており、高精度の平坦化を実現す
る方法として化学的機械研磨方法（ＣＭＰ）が用いられ
ている。従来のウエハ研磨装置は、研磨布を被覆した研
磨定盤と吸着パッドとを水平に対面して配設し、前記吸
着パッドに被研磨ウエハを吸着し、それを前記研磨定盤
に押し付けるとともに、ケミカル研磨材（スラリー）を
供給しながら両者を相対摺動させて該ウエハを研磨して
いる。

【０００３】また、１チップあたりの平面度を高精度に
するために比較的硬い研磨布が使用されている。一方、
研磨後のウエハを洗浄、乾燥する装置として、洗浄、乾
燥する処理工程を一つの装置で行うことができる枚葉式
洗浄装置も提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ウエハ研磨装置は、研磨定盤が水平（横型）に設けられ
ているため、スラリーの研磨切り屑排出機能が低く、硬
い研磨布を使用すると、研磨定盤の上に残る研磨切り屑
により、ウエハの被研磨面に傷が入ってしまうという問
題がある。即ち、この傷によって、平坦化の精度が低下
し、平坦化の高精度化が達成できない。

【０００５】また、平坦化の高精度化には、研磨処理の
精度向上のみならず、研磨後の洗浄能力の向上も合わせ
て必要であるが、従来のウエハ洗浄装置は、ウエハの表
面を水平（横姿勢）に保ちながら洗浄、搬送、及び乾燥
を行っているため、ウエハの裏面洗浄が困難であり、洗
浄効率が悪く、洗浄後に汚染物（ゴミ）が再付着すると
いう問題がある。また、ウエハ表面に洗浄液が残り、乾
燥に時間がかかるという問題もある。

【０００６】更に、従来のウエハ研磨装置（横型ウエハ
研磨装置）及び洗浄装置は設置面積が大きく、限られた
空間を有効に使用する必要のあるクリーンルームへの設
置には適さないという問題もある。本発明はこのような
事情に鑑みてなされたもので、平坦化の高精度化及び洗
浄効率の向上を図ると共に、省スペース化を実現する為
の縦型ウエハ研磨装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【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、研磨対象となるウエハを鉛直縦型状態で吸着
保持する吸着パッドと、前記吸着パッドと対面する研磨
面を有する縦型の研磨盤と、前記吸着パッドと前記研磨
盤の研磨面との間にスラリーを供給するスラリー供給手
段と、を備え、前記スラリー供給手段によってスラリー
を供給しつつ、前記吸着パッドと前記研磨盤とを相対回
転摺動させて、前記ウエハを縦向きの姿勢で研磨するこ
とを特徴としている。

【０００８】また、本発明は前記目的を達成するため
に、複数枚のウエハが縦姿勢で格納されている第１のウ
エハカセットからウエハを一枚づつ取り出し、縦姿勢の
まま後記吸着パッドに運搬する第１のハンドリング手段
と、前記第１のハンドリング手段で運ばれたウエハを鉛
直縦型状態で吸着保持する吸着パッドと、前記吸着パッ
ドと対面する研磨面を有する縦型の研磨盤と、前記吸着
パッドと前記研磨盤の研磨面との間にスラリーを供給す
るスラリー供給手段と、前記スラリー供給手段によって
スラリーを供給しつつ、前記吸着パッドと前記研磨盤と
を相対回転摺動させて研磨した後のウエハを前記吸着パ
ッドから取り出し、縦姿勢のまま後記洗浄手段へ運搬す
る第２のハンドリング手段と、前記第２のハンドリング
手段で運ばれたウエハを縦姿勢の状態で液体中に浸漬し
て洗浄する洗浄手段と、前記洗浄手段から後記乾燥手段
へとウエハを縦姿勢で搬送する搬送手段と、前記搬送手
段で搬送された洗浄後のウエハを縦姿勢の状態で乾燥す
る乾燥手段と、前記乾燥手段で乾燥されたウエハを縦姿
勢の状態で取り出し、複数枚のウエハを縦姿勢で格納す
ることができる第２のウエハカセットに縦姿勢のまま運
搬する第３のハンドリング手段と、を備えたことを特徴
としている。

【０００９】

【作用】本発明によれば、被研磨ウエハは吸着パッドに
縦姿勢で保持されるとともに、該吸着パッドと対面する
縦型の研磨盤の研磨面に押し付けられる。そして、前記
吸着パッドと前記研磨盤の研磨面との間にスラリーを供
給しつつ、両者を相対回転摺動させることによってウエ
ハを研磨している。前記スラリーは研磨を促進すると共
に、研磨によって発生する切り屑（研磨切り屑）を接触
面から排出する機能を有している。このように研磨の接
触面を縦型にしたことにより、スラリーは容易に下方へ
流れ落ちるので、研磨切り屑を排出する機能が向上す
る。これにより、研磨切り屑によってウエハに傷が付く
のを防ぐことができ、平坦化精度を上げるとともに研磨
効率を高めることができる。

【００１０】また、本発明の他の態様によれば、研磨工
程のみならず、研磨後の洗浄工程、洗浄後の乾燥工程、
及び上記各工程間のウエハの搬送工程においてもウエハ
の姿勢を縦向きに保ち、研磨処理及び洗浄処理を連続し
て一枚づつ処理（枚葉処理）している。これにより、洗
浄工程では、両面同時洗浄が可能となるばかりでなく、
洗浄終了後の洗浄液の切れが良くなり、ゴミの再付着が
少なくなる。そして、乾燥工程でも、洗浄液の切れが良
く、乾燥時間の短縮を図ることができる。更に、ウエハ
の搬送工程においてウエハの姿勢を変えることがなく、
省スペースかつスムーズな作業流れが可能となり、処理
能率が向上する。

【００１１】

【実施例】以下添付図面に従って本発明に係る縦型ウエ
ハ研磨装置の好ましい実施例について詳説する。図１は
本発明に係る縦型ウエハ研磨装置の実施例の構成を示す
概略斜視図である。この縦型ウエハ研磨装置１０は、主
に、ウエハ研磨部１３、ウエハ搬送部１４、及びウエハ
洗浄部１６等から構成されている。

【００１２】前記ウエハ研磨部１３は、研磨盤３０、研
磨盤回転用モータ３１、吸着パッド３２、吸着パッド回
転用モータ３３等から構成されており、前記研磨盤３０
は研磨面が研磨布３６で被覆され、縦向きの状態で配設
されている。前記研磨盤３０はモータ３１によって、例
えば同図時計回転方向に回転される。尚、回転方向はこ
れに限定するものではない。

【００１３】一方、吸着パッド３２は、前記研磨盤３０
の研磨面と対面して縦向きに設けられており、研磨する
ウエハＷを裏面からエアーの吸引等によって吸着し、縦
姿勢で保持することができる。該吸着パッド３２は、モ
ータ３３によって回転されつつ研磨盤３０方向に押圧さ
れる。また、吸着パッド３２には、研磨量検出器（終端
検出器）３８が取り付けられており、該終端検出器３８
によってウエハＷの板厚を高精度に測定して研磨終点を
検出し、研磨終了のタイミングを検知している。

【００１４】前記吸着パッド３２は、一つの研磨盤３０
に対して複数設けることができ、図１の実施例では４基
の吸着パッド３２が設けられている。尚、吸着パッド３
２の設置数は、これに限るものではない。図１に示す４
基の吸着パッド３２はそれぞれ、同図上反時計回転方向
に自転すると共に、４基全体が研磨盤３０内を公転しな
がら、ウエハＷを研磨することができる。尚、回転方向
は特に限定するものではない。

【００１５】研磨盤３０の周囲には、図示しないスラリ
ー供給口が複数箇所に設けられており、ウエハＷの研磨
中は研磨盤３０と吸着パッド３２との摺動面間に研磨を
促進するスラリー液を供給している。ウエハ搬送部１４
は、ウエハローダロボット４０、キャリアレール４２、
４３、ウエハキャリア４５、４５、キャリア移載機４
６、４７、ウエハ移載ロボット４８、及びウエハアンロ
ーダロボット４９等から構成されている。

【００１６】前記ウエハローダロボット４０は、公知の
駆動手段によって進退移動且つ回動自在に構成され、ウ
エハ研磨装置１０内に搬入されたウエハカセット５０内
に進入してウエハＷを一枚づつ取り出し、１８０°回動
し前記吸着パッド３２に搬送することができる。前記ウ
エハカセット５０は、未研磨のウエハＷを複数枚縦向き
に収納しており、前記ウエハローダロボット４０は、前
記カセット５０に収納されているウエハＷの縦向きの姿
勢を維持しながら、ウエハＷを前記吸着パッド３２にハ
ンドリングする。

【００１７】前記キャリアレール４２、４３は、図に示
すように互いに平行に配置されており、該キャリアレー
ル４２、４３上を図示しないモータ等によりウエハキャ
リア４５、４５が走行できるようになっている。また、
キャリア移載機４６、４７は、前記キャリアレール４
２、４３と共に略四辺形を形成するようにキャリアレー
ル４２、４３と連結されている。

【００１８】前記キャリア移載機４６はレール部材４６
Ａと１つの可動部材４６Ｂから構成され、可動部材４６
Ｂは、ウエハキャリア４５を保持できるとともに、図示
しないモータ等によりレール部材４６Ａに沿って往復移
動可能に設けられている。即ち、可動部材４６Ｂは、前
記キャリアレール４２の終点（同図右下）に到達したウ
エハキャリア４５を保持して、レール部材４６Ａの左端
（図中４６Ｂ′の位置）に移動する。これにより、ウエ
ハキャリア４５をレール部材４６Ａに沿って移動させる
ことができる。

【００１９】尚、このとき、ウエハキャリア４５上のウ
エハＷの姿勢及び向きを変えることなく、ウエハキャリ
ア４５を移動させることができる。また、レール部材４
６Ａの左端に移動したウエハキャリア４５は前記可動部
材４６Ｂ′から離れて、他方のキャリアレール４３に移
り、該キャリアレール４３に沿って移動可能となる。そ
の後、前記可動部材４６Ｂ′は、レール部材４６Ａの右
端（図中４６Ｂの位置）へ戻り、次のウエハキャリア４
５を移動させる。

【００２０】前記キャリアレール４３の終点に到達した
ウエハキャリア４５は、キャリア移載機４７によって他
方のキャリアレール４２に移される。尚、キャリア移載
機４７も前記キャリア移載機４６と同等の構成から成
り、その機能も同様である。このようにキャリアレール
４２、４３とウエハキャリア移載機４６、４７で構成さ
れる略四辺形状の案内路上をウエハキャリア４５、４５
が同図時計回転方向に巡回している。

【００２１】ウエハキャリア４５は、ウエハＷを保持す
る略Ｌ字状のウエハ保持部４５Ａを有しており、該ウエ
ハ保持部４５Ａは図示しない駆動手段により同図下方に
昇降させることができる。これにより、保持したウエハ
Ｗを前記洗浄部１６の超音波洗浄槽５２、薬液洗浄槽５
３、ハイメガ流水洗浄槽５４、及び乾燥槽５６内に降下
させたり、降下させたウエハＷを引き上げたりすること
ができる。尚、洗浄部１６は他の洗浄方法、手段でもよ
い。

【００２２】前記ウエハ移載ロボット４８は、公知の駆
動手段によって伸縮移動且つ回動自在に構成され、研磨
盤３０の下方に設けられており、研磨が終了したウエハ
Ｗを吸着パッド３２から順次取り出して、９０°回動し
てウエハキャリア４５に移載するハンドリングを行う。
尚、このときウエハＷは縦向き姿勢に保たれている。前
記ウエハアンローダロボット４９は、公知の駆動手段に
よって水平移動且つ上下移動自在に構成され、乾燥槽５
６内に進入して乾燥の終了したウエハＷをエアー吸引等
によって吸着保持して引き上げ、水平移動して処理終了
済ウエハを格納するウエハカセット６０に運搬すること
ができる。このときも、ウエハＷは縦向きに維持されて
おり、ウエハカセット６０もウエハＷを縦姿勢で収納す
るようになっている。

【００２３】また、ウエハキャリア４５は複数個の設け
られ、複数枚のウエハＷの研磨、洗浄、乾燥を並行処理
することができる。前記の如く構成されたウエハ研磨装
置１０の作用について説明する。図１のウエハ研磨装置
１０で研磨されるウエハＷは、図２（Ａ）のようにラッ
プ工程を経たシリコン基盤２１に薄膜形成装置（ＣＶＤ
装置）でアルミ配線パターン２３を施し、更にその配線
上に絶縁膜（ＳｉＯ₂）２５を形成したものである。

【００２４】近年のステッパ（露光）装置の分解能の向
上により、パターン幅ｄを０．３５μｍ以下に形成する
ことが可能となり、配線の多層化（３層から４層）が可
能となっている。この多層化は、縦構造の段差即ち、該
絶縁膜２５の凹凸を平坦化し、更にその平坦面に配線パ
ターン２３を形成し、絶縁膜２５で覆うという工程を繰
り返すことにより達成される（図２（Ｂ）参照）。該ウ
エハ研磨装置１０は上記絶縁膜の凹凸の平坦化工程で使
用され、１チップ当たりの平面度を高精度に行うための
装置である。

【００２５】さて、図１に戻って、ウエハカセット５０
にて搬入されたウエハＷをウエハローダロボット４０で
取り出し、研磨部１３へ搬送する。前記ウエハＷの裏面
（電気素子回路が形成されていない側の面）を吸着パッ
ド３２に吸着させ、研磨すべき酸化膜表面２５を研磨布
３６と接触させる。そして、砥粒又はパウダと加工液
（ラップ液）を混ぜたもの（スラリー）を研磨布の裏面
及び表面に供給しつつ（不図示）、吸着パッド３２を加
圧するとともに、吸着パッドスピンドル３３及び研磨盤
スピンドル３１を回転させて吸着パッド３２と研磨盤３
０とを相対慴動させる。これにより、配線部２３に対応
して突出した酸化膜層２５の凹凸部をケミカルメカノポ
リシングにより研磨除去して平坦化している。

【００２６】このとき、研磨によって発生する研磨切り
屑は、スラリー液と共に下方に排出され易く、研磨切り
屑がウエハＷに傷をつけることはない。このようにスラ
リーの循環機能を高めたことにより、従来の横型のウエ
ハ研磨装置に比べ、より硬い研磨布を使用することが可
能になるとともに、研磨切り屑によるウエハ面の損傷を
防止することができる。これにより、ウエハの多層化に
対応して要求される平坦化の精度向上を図ることができ
る。

【００２７】続いて、終端検出器３８により所定の研磨
量に達したことが確認されたウエハＷは、ウエハ移載ロ
ボット４８によって吸着パッド３２からウエハキャリヤ
４５に移される。ウエハキャリア４５に移載されたウエ
ハＷは、キャリアレール４２に沿って超音波洗浄槽５２
まで運ばれる。そして、ウエハキャリア４５の保持部４
５Ａを前記超音波洗浄槽５２に下降させることにより、
ウエハＷを洗浄する。

【００２８】洗浄後は前記保持部４５Ａを上昇させて、
ウエハＷを超音波洗浄槽５２から引き上げる。続いて、
ウエハキャリア４５が移動してキャリアレール４２の端
部（図中右下）に到達すると、キャリア移載機４６の可
動部材４６Ａがウエハキャリア４５を保持する。そし
て、該可動部材４６Ａはウエハキャリア４５の向きと姿
勢を維持しつつレール部材４６Ｂに沿って移動し、ウエ
ハキャリハ４５を他方のキャリアレール４３へと移し変
える。

【００２９】次に、キャリアレール４３を介して薬液洗
浄槽５３まで運ばれたウエハＷは、ウエハキャリア４５
の保持部４５Ａが下降することによって、該薬液洗浄槽
５３に浸漬される。洗浄後は保持部４５Ａを上昇させ
て、ウエハＷを薬液洗浄槽５３から引き上げられる。上
記同様にして、ハイメガ流水洗浄槽５４による洗浄処理
を行う。このように各洗浄工程において、ウエハＷは縦
向きの姿勢のまま保持されているので、ウエハＷの表面
及び裏面が同時に均質に洗浄することができる。

【００３０】ハイメガ流水洗浄後のウエハＷは、キャリ
アレール４３を介して乾燥槽５６に運ばれ、ウエハキャ
リア４５の保持部４５Ａによって該乾燥槽５６に下降さ
れる。該乾燥槽５６は、例えば、スピンドライヤで構成
され、高速回転による遠心力を利用して表面の液体をふ
りきって迅速に乾燥することができる。この乾燥工程に
おいても、ウエハを縦姿勢で乾燥しているので、液切れ
がよく、短時間で乾燥でき、ゴミの再付着も防止でき
る。

【００３１】乾燥工程を終了したウエハＷは、アンロー
ダロボット４９によって、乾燥槽５６から取り出され、
ウエハカセット６０に収納される。空になったウエハキ
ャリア４５はキャリア移載機４７によってキャリアレー
ル４２に移され、次のウエハＷを運ぶように準備され
る。そして、上述したウエハ処理工程が繰り返される。
尚、ウエハキャリヤ４５は多数台用意されており、研磨
が終了したウエハを随時処理することができる。

【００３２】このように、ウエハＷの姿勢を縦向きのま
ま搬送し、研磨処理及び洗浄処理を行うようにしたこと
により、省スペース化が可能で、処理能率も向上させる
ことができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るウエ
ハ研磨装置によれば、被研磨ウエハを吸着する吸着パッ
ドと該吸着パッドと対面する研磨盤とを縦型に配設した
ことにより、研磨接触面に供給されるスラリーの循環機
能が向上して、高精度の平坦化が可能となる。

【００３４】また、研磨のみならず、ウエハ搬送手段、
洗浄手段及び乾燥手段とを設け、各工程においてもウエ
ハを縦姿勢の状態で保つようにしたので、洗浄・乾燥効
率を向上することができ、研磨、洗浄、乾燥の一連の工
程をスムーズに枚葉処理できる。これにより、高スルー
プット化が可能となる。更に、従来の横型のウエハ研磨
装置と比べて、省スペース化が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る縦型ウエハ研磨装置の実施例の構
成を示す概略斜視図

【図２】図１の縦型ウエハ研磨装置で研磨される多層化
ウエハの概略図

【符号の説明】

１０…ウエハ研磨装置３０…研磨盤３２…吸着パッド３６…研磨布４０…ウエハローダロボット４２、４３…キャリアレール４５…ウエハキャリア４６、４７…キャリア移載機４８…ウエハ移載ロボット４９…ウエハアンローダロボット５２…超音波洗浄槽５３…薬液洗浄槽５４…ハイメガ流水洗浄槽５６…乾燥槽５０、６０…ウエハカセット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】研磨対象となるウエハを鉛直縦型状態で
吸着保持する吸着パッドと、前記吸着パッドと対面する研磨面を有する縦型の研磨盤
と、前記吸着パッドと前記研磨盤の研磨面との間にスラリー
を供給するスラリー供給手段と、を備え、前記スラリー供給手段によってスラリーを供給しつつ、
前記吸着パッドと前記研磨盤とを相対回転摺動させて、
前記ウエハを縦向きの姿勢で研磨することを特徴とする
縦型ウエハ研磨装置。
【請求項２】複数枚のウエハが縦姿勢で格納されてい
る第１のウエハカセットからウエハを一枚づつ取り出
し、縦姿勢のまま後記吸着パッドに運搬する第１のハン
ドリング手段と、前記第１のハンドリング手段で運ばれたウエハを鉛直縦
型状態で吸着保持する吸着パッドと、前記吸着パッドと対面する研磨面を有する縦型の研磨盤
と、前記吸着パッドと前記研磨盤の研磨面との間にスラリー
を供給するスラリー供給手段と、前記スラリー供給手段によってスラリーを供給しつつ、
前記吸着パッドと前記研磨盤とを相対回転摺動させて研
磨した後のウエハを前記吸着パッドから取り出し、縦姿
勢のまま後記洗浄手段へ運搬する第２のハンドリング手
段と、前記第２のハンドリング手段で運ばれたウエハを縦姿勢
の状態で液体中に浸漬して洗浄する洗浄手段と、前記洗浄手段から後記乾燥手段へとウエハを縦姿勢で搬
送する搬送手段と、前記搬送手段で搬送された洗浄後のウエハを縦姿勢の状
態で乾燥する乾燥手段と、前記乾燥手段で乾燥されたウエハを縦姿勢の状態で取り
出し、複数枚のウエハを縦姿勢で格納することができる
第２のウエハカセットに縦姿勢のまま運搬する第３のハ
ンドリング手段と、を備えたことを特徴とする縦型ウエ
ハ研磨装置。
【請求項３】前記吸着パッド及び前記搬送手段とを複
数設け、研磨、洗浄、及び乾燥作業を並行して処理する
ことを特徴とする請求項２の縦型ウエハ研磨装置。