(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハをエアー吸着する吸着部を備えたキャリア、キャリアを研磨布に向けて押圧する押圧手段、キャリアとウェーハとの間に圧力エア層を形成し前記押圧手段からの押圧力を圧力エア層を介してウェーハに伝達させる圧力エア層形成手段、及び研磨中のウェーハの周囲を包囲するリテーナリングから構成された保持ヘッドと、研磨加工前のウェーハが収容されるトレイを備えたウェーハ供給部と、研磨加工後のウェーハが収容されるトレイを備えたウェーハ搬出部とを有するウェーハ研磨装置において、
前記保持ヘッドと前記ウェーハ供給部とを相対的に近づく方向に移動させた後、前記キャリアの吸着部を前記リテーナリングから突出させて、ウェーハ供給部の前記トレイに収容されたウェーハを該吸着部でエアー吸着し、
前記保持ヘッドと前記ウェーハ供給部とを相対的に離れる方向に移動させた後、前記キャリアの吸着部によるエアー吸着を前記研磨布上で解除してウェーハを研磨布上に載置し、
ウェーハを研磨布上に載置した後、前記押圧手段と前記圧力エア層形成手段を駆動し、押圧手段からの押圧力を圧力エア層を介してウェーハに伝達させながらウェーハを研磨し、
ウェーハの研磨が終了すると、前記圧力エア層形成手段を停止して、研磨終了したウェーハを前記キャリアの吸着部でエアー吸着し、
前記保持ヘッドと前記ウェーハ搬出部とを相対的に近づく方向に移動させた後、前記キャリアの吸着部によるエアー吸着をウェーハ搬出部の前記トレイ上で解除してウェーハをウェーハ搬出部のトレイに受け渡すことを特徴とするウェーハ研磨装置のウェーハ保持方法。
【請求項２】
前記キャリアの吸着部で前記ウェーハを吸着する際に、該吸着部の周囲からエアーを吹き出して、キャリアの周囲の異物を前記吸着部に吸着させないようにしたことを特徴とする請求項１記載のウェーハ研磨装置のウェーハ保持方法。
【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のウェーハ保持方法に係り、特に半導体ウェーハを化学的機械研磨法（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing ）で研磨するウェーハ研磨装置におけるウェーハ保持方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の半導体ウェーハの研磨装置は、研磨布と保持ヘッドとを備え、保持ヘッドに保持された半導体ウェーハを研磨布に押し付けると共に、研磨布にスラリーを供給しながら研磨する。また、最近では、保持ヘッドのキャリアと半導体ウェーハとの間に圧力エア層を形成し、この圧力エア層を介して研磨圧力を半導体ウェーハに伝達しながら研磨するウェーハ研磨装置が提案されている（特開平8-339979号公報）。このウェーハ研磨装置の保持ヘッド１５Ａには、リテーナリング１９Ｂが設けられ、このリテーナリング１９Ｂは、半導体ウェーハ１３の周囲を包囲して半導体ウェーハ１３が研磨中に保持ヘッド１５Ａから飛び出すのを防止している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、圧力エア層を形成する前記従来のウェーハ研磨装置では、前記保持ヘッドに半導体ウェーハを自動で保持させることができないため、半導体ウェーハを効率良く研磨加工することができないという欠点がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、圧力エア層を形成するウェーハ研磨装置においてウェーハを保持ヘッドに自動で保持させてウェーハを効率良く研磨加工することができるウェーハ研磨装置のウェーハ保持方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【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、ウェーハをエアー吸着する吸着部を備えたキャリア、キャリアを研磨布に向けて押圧する押圧手段、キャリアとウェーハとの間に圧力エア層を形成し前記押圧手段からの押圧力を圧力エア層を介してウェーハに伝達させる圧力エア層形成手段、及び研磨中のウェーハの周囲を包囲するリテーナリングから構成された保持ヘッドと、研磨加工前のウェーハが収容されるトレイを備えたウェーハ供給部と、研磨加工後のウェーハが収容されるトレイを備えたウェーハ搬出部とを有するウェーハ研磨装置において、前記保持ヘッドと前記ウェーハ供給部とを相対的に近づく方向に移動させた後、前記キャリアの吸着部を前記リテーナリングから突出させて、ウェーハ供給部の前記トレイに収容されたウェーハを該吸着部でエアー吸着し、前記保持ヘッドと前記ウェーハ供給部とを相対的に離れる方向に移動させた後、前記キャリアの吸着部によるエアー吸着を前記研磨布上で解除してウェーハを研磨布上に載置し、ウェーハを研磨布上に載置した後、前記押圧手段と前記圧力エア層形成手段を駆動し、押圧手段からの押圧力を圧力エア層を介してウェーハに伝達させながらウェーハを研磨し、ウェーハの研磨が終了すると、前記圧力エア層形成手段を停止して、研磨終了したウェーハを前記キャリアの吸着部でエアー吸着し、前記保持ヘッドと前記ウェーハ搬出部とを相対的に近づく方向に移動させた後、前記キャリアの吸着部によるエアー吸着をウェーハ搬出部の前記トレイ上で解除してウェーハをウェーハ搬出部のトレイに受け渡すことを特徴としている。
【０００５】
本発明によれば、まず、キャリアの吸着部をリテーナリングから突出させて、ウェーハ供給部のウェーハを吸着部でエアー吸着する。これにより、本発明は、ウェーハを保持ヘッドに自動で保持させることができる。次に、キャリアの吸着部によるエアー吸着を研磨布上で解除してウェーハを研磨布上に載置する。次いで、押圧手段と圧力エア層形成手段を駆動し、押圧手段からの押圧力を圧力エア層を介してウェーハに伝達させながらウェーハを研磨する。そして、ウェーハの研磨が終了すると、圧力エア層形成手段を停止して、研磨終了したウェーハをキャリアの吸着部でエアー吸着する。そして、キャリアの吸着部によるエアー吸着をウェーハ搬出部上で解除してウェーハをウェーハ搬出部に受け渡し、ウェーハ搬出部によってウェーハを次工程に移送する。これにより、本発明は、ウェーハを効率良く研磨加工することができる。
【０００６】
【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ウェーハ保持方法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半導体ウェーハの研磨装置を示す全体構造図である。同図に示すように、前記ウェーハ研磨装置１０は研磨定盤１２、保持ヘッド１４、ウェーハ供給装置（ウェーハ供給部）７０、及びウェーハ搬出装置（ウェーハ搬出部）９０を主な構成としている。
【０００７】
研磨定盤１２は円盤状に形成されており、その上面には研磨布１６が設けられている。また、研磨定盤１２の下部には、スピンドル１８が連結され、このスピンドル１８はモータ２０の図示しない出力軸に連結されている。前記研磨定盤１２は、モータ２０を駆動することにより矢印Ａ方向に回転され、その回転する研磨布１６上に図示しないノズルからスラリが供給される。
【０００８】
前記保持ヘッド１４は、図示しない昇降装置により上下移動自在に設けられ、研磨対象の半導体ウェーハを保持ヘッド１４で吸着保持する際に上昇移動される。また、保持ヘッド１４は、半導体ウェーハを研磨する際に下降移動されて半導体ウェーハを研磨布１６に押し付ける。
図２は保持ヘッド１４の縦断面図である。同図に示す保持ヘッド１４は、ヘッド本体２２、キャリア２４、ガイドリング２６、研磨面調整リング２８、及びゴムシート３０等から構成される。前記ヘッド本体２２は円盤状に形成され、回転軸３２に連結された図示しないモータによって図中矢印Ｂ方向に回転される。また、ヘッド本体２２にはエア供給路３４、３６が形成されている。前記エア供給路３４は、図中二点鎖線で示すように保持ヘッド１４の外部に延設され、レギュレータ（Ｒ：regulator ）３８Ａを介してエアポンプ（ＡＰ：air pump）４０に接続される。また、エア供給路３６は、レギュレータ３８Ｂを介してポンプ４０に接続されている。
【０００９】
前記キャリア２４は、略円柱状に形成されてヘッド本体２２の下部にヘッド本体２２と同軸上に配置されている。また、キャリア２４の下面には凹部２５が形成されており、この凹部２５に通気性を有する多孔質板（吸着部）４２が収納されている。また、多孔質板４２の上方には空気室２７が形成され、空気室２７には、キャリア２４に形成されたエア吸引路４４が連通されている。エア吸引路４４は、図中二点鎖線で示すように保持ヘッド１４の外部に延設されている。そして、サクションポンプ（ＳＰ：suction pump) ４６に接続されている。したがって、サクションポンプ４６を駆動すると、ウェーハ５０が多孔質板４２に吸引されて、多孔質板４２の下面に吸着保持される。前記多孔質板４２は、内部に多数の通気路を有するものであり、例えば、セラミック材料の焼結体よりなるものが用いられている。
【００１０】
前記キャリア２４には、キャリア２４の下面に噴出口が形成された多数のエア供給路４８、４８…（図２では２ヵ所のみ図示）が形成されている。これらのエア供給路４８、４８…は、図中二点鎖線で示すように保持ヘッド１４の外部に延設され、レギュレータ３８Ｃを介してポンプ４０に接続されている。したがって、ポンプ４０からの圧縮エアは、エア供給路４８、４８…を介して多孔質板４２とウェーハ５０との間の空気室５１に噴き出される。これにより、空気室５１には圧力エア層が形成され、キャリア２４の押圧力がこの圧力エア層を介してウェーハ５０に伝達される。ウェーハ５０は、前記圧力エア層を介して伝達される前記押圧力によって研磨布１６に押し付けられる。なお、エア供給路４８、４８…から噴き出されたエアは、研磨面調整リング２８に形成された図示しない排気孔から外部に排気される。
【００１１】
前記キャリア２４には、キャリア２４の下面に噴出口が形成された多数のエア／ウォータ供給路５２、５２…（図２では２ヵ所のみ図示）が形成される。これらのエア／ウォータ供給路５２、５２…は、図中二点鎖線で示すように保持ヘッド１４の外部に延設され、バルブ５４を介して二方向に分岐されている。一方の分岐路には、レギュレータ３８Ｄを介してエアポンプ４０が接続され、他方の分岐路にはウォータポンプ（ＷＰ：water pump）５６が接続されている。したがって、前記バルブ５４でエアポンプ４０側の経路を開に、ウォータポンプ５６側の経路を閉にすると、エアポンプ４０からの圧縮エアがエア／ウォータ供給路５２、５２…を介して前記空気室５１に供給される。また、バルブ５４を切り替えてエアポンプ４０側の経路を閉に、ウォータポンプ５６側の経路を開にすると、ウォータポンプ５６からのウォータがエア／ウォータ供給路５２、５２…を介して前記空気室５１に供給される。
【００１２】
一方、キャリア２４とヘッド本体２２との間には１枚のゴムシート３０が配置されている。このゴムシート３０は、均一な厚さで円盤状に形成される。また、ゴムシート３０は、環状の止め金５８によってヘッド本体２２の下面に固定され、止め金５８を境として中央部３０Ａと外周部３０Ｂとに２分されている。ゴムシート３０の中央部３０Ａはキャリア２４を押圧し、外周部３０Ｂは研磨面調整リング２８を押圧する。
【００１３】
ヘッド本体２２の下方には、ゴムシート３０の中央部３０Ａと止め金５８とによって密閉される空間６０が形成される。この空間６０に、前記エア供給路３６が連通されている。したがって、エア供給路３６から空間６０に圧縮エアを供給すると、ゴムシート３０の中央部３０Ａがエア圧で弾性変形されてキャリア２４の上面を押圧する。これにより、研磨布１６に対するウェーハ５０の押し付け力を得ることができる。また、エア圧をレギュレータ３８Ｂで調整すれば、ウェーハ５０の押し付け力を制御することができる。
【００１４】
前記ガイドリング２６は、円筒状に形成されてヘッド本体２２の下部にヘッド本体２２と同軸上に配置される。また、ガイドリング２６は、ゴムシート３０を介してヘッド本体２２に固定されている。ガイドリング２６とキャリア２４との間には、円筒状の研磨面調整リング２８が配置されている。この研磨面調整リング２８の下部内周部には、ウェーハ５０の飛び出しを防止するリテーナリング６２が取り付けられている。また、研磨面調整リング２８の下部外周部には、研磨面調整リング２８の脱落を防止するストッパ溝２８Ａが形成されている。このストッパ溝２８Ａが、ガイドリング２６の下部内周部に形成された突起２６Ａに係合することにより、研磨面調整リング２８の脱落が防止される。
【００１５】
前記ヘッド本体２２の下方外周部には、ヘッド本体２２とゴムシート３０の外周部３０Ｂによって密閉される環状の空間６４が形成される。この空間６４に、前記エア供給路３４が連通されている。したがって、エア供給路３４から空間６４に圧縮エアを供給すると、ゴムシート３０の外周部３０Ｂがエア圧で弾性変形されて研磨面調整リング２８の環状上面を押圧する。これにより、研磨面調整リング２８の環状下面が研磨布１６に押し付けられる。なお、研磨面調整リング２８の押し付け力は、レギュレータ３８Ａでエア圧を調整することにより制御することができる。
【００１６】
図１において、ウェーハ供給装置７０は研磨定盤１２に隣接して配置され、トレイ７２、アーム７４、駆動軸７６、及びモータ７８を主な構成としている。トレイ７２は、１枚の半導体ウェーハ５０を収納可能な大きさに形成されると共に、図３に示すようにその底面に多数のエア噴出口８０、８０…が形成されている。これらのエア噴出口８０、８０…は、トレイ７２及びアーム７４に形成されたエア供給路８２に連通されており、エア供給路８２は、ウェーハ供給装置７０の外部に延設されて、図示しないレギュレータを介してエアポンプに接続されている。したがって、エアポンプからの圧縮エアは、エア供給路８２を介してエア噴出口８０、８０…から噴き出される。これにより、トレイ７２に収容された半導体ウェーハ５０は、エア噴出口８０、８０…から噴き出されるエア圧によって浮いた状態で支持される。
【００１７】
前記トレイ７２はアーム７４を介して駆動軸７６に連結され、駆動軸７６はモータ７８の図示しない出力軸に接続されている。したがって、モータ７８を駆動すると、トレイ７２はアーム７４を半径とする円弧に沿って移動することができる。なお、前記トレイ７２は、研磨前の半導体ウェーハ５０を図示しないローディング装置から受け取る位置（図中実線で示す位置）と、保持ヘッド１４に前記半導体ウェーハ５０を受け渡す位置との範囲内で前記モータ７８により往復移動される。
【００１８】
ウェーハ供給装置７０の近傍には、ウェーハ搬出装置９０が配置されている。このウェーハ搬出装置９０はトレイ９２、アーム９４、駆動軸９６、及びモータ９８を主な構成としている。トレイ９２は、研磨後の半導体ウェーハ５０を収容可能な大きさに形成され、そのトレイ９２内には、半導体ウェーハ５０が乾燥しないように水１００が溜められている。
【００１９】
前記トレイ９２はアーム９４を介して駆動軸９６に連結され、駆動軸９６はモータ９８の図示しない出力軸に接続されている。したがって、モータ９８を駆動すると、トレイ９２はアーム９４を半径とする円弧に沿って移動することができる。なお、前記トレイ９２は、研磨後の半導体ウェーハ５０が保持ヘッド１４から受け渡される位置（保持ヘッド１４の下方位置）と、次工程に半導体ウェーハ５０を受け渡す位置（図中実線で示す位置）との範囲内で前記モータ９８により往復移動される。
【００２０】
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、図１中実線で示す位置に待機しているウェーハ供給装置７０のトレイ７２内に、研磨前の半導体ウェーハ５０を研磨面を下向きにして載置する。なお、この時、トレイ７２のエア噴出口８０、８０…からエアを予め噴出させておく。これにより、半導体ウェーハ５０は、研磨面がトレイ７２の底面に当たることなく浮いた状態で即座に支持されるので、研磨面がトレイ７２の底面で傷つくことはない。
【００２１】
次に、ウェーハ供給装置７０のモータ７８を駆動して、前記トレイ７２を保持ヘッド１４に向けて移動すると共に、保持ヘッド１４を図示しない昇降装置で上昇移動させて研磨布１６から離れた位置に位置させる。
次いで、図４に示すように前記トレイ７２が保持ヘッド１４の下方に位置すると、ゴムシート３０の中央部３０Ａにエアを供給して、中央部３０Ａをエアで膨張させる。これにより、キャリア２４がゴムシート３０の中央部３０Ａに押されて、キャリア２４の多孔質板４２がリテーナリング６２の下部から突出していく。この時、キャリア２４は、トレイ７２の内壁面７３に下部外周面２５がガイドされながら下降移動する。そして、キャリア２４が半導体ウェーハ５０から微小量離れた位置に位置したところでエアの供給を停止し、キャリア２４を図４に示した位置に位置させる。即ち、図４に示したキャリア２４の位置が、半導体ウェーハ５０の受け渡し位置である。
【００２２】
次に、保持ヘッド１４側のサクションポンプ４６（図２参照）を駆動して半導体ウェーハ５０の非研磨面を多孔質板４２に吸着保持させる。これにより、半導体ウェーハ５０がトレイ７２から保持ヘッド１４に保持される。なお、サクションポンプ４６を駆動する前に、エア供給路４８、４８…の噴出口からエアを弱く噴出させて、外部のごみ（異物）が多孔質板４２と半導体ウェーハ５０との間に侵入しないようにしておく。
【００２３】
保持ヘッド１４に半導体ウェーハ５０が保持されると、ウェーハ供給装置７０のモータ７８を逆方向に駆動して、空になったトレイ７２を図１中実線で示す元の位置に位置させる。
一方、保持ヘッド１４では、ゴムシート３０の膨張している中央部３０Ａ内のエアを抜くと共に、残りのエアを図示しないサクションポンプで吸引してキャリア２４を上昇移動させ、キャリア２４に吸着保持されている半導体ウェーハ５０をリテーナリング６２の下面から上方に退避させる。なお、ゴムシート３０の中央部３０Ａの一部がキャリア２４に接着されているため、中央部３０Ａ内のエアを吸引すると、キャリア２４が上昇移動する。
【００２４】
次に、図５に示すように保持ヘッド１４を下降移動させて、リテーナリング６２の下面が研磨布１６に当接した位置で下降移動を停止する。そして、サクションポンプ４６を停止して半導体ウェーハ５０の吸着を解除し、ウェーハ５０を研磨布１６上に載置する。
次いで、ポンプ４０を駆動して圧縮エアをエア供給路４８を介して空気室５１に供給し、圧力エア層を空気室５１に形成する。
【００２５】
そして、ポンプ４０からの圧縮エアを、エア供給路３６を介して空間６０に供給し、ゴムシート３０の中央部３０Ａを膨張させてキャリア２４を押圧し、前記圧力エア層を介してウェーハ５０を研磨布１６に押し付ける。そして、レギュレータ３８Ｂでエア圧を調整して、研磨布１６に対するウェーハ５０の押し付け力を一定に保持する。
【００２６】
次に、ポンプ４０からの圧縮エアをエア供給路３４を介して空間６４に供給し、ゴムシート３０の外周部３０Ｂを膨張させて研磨面調整リング２８を押圧し、研磨面調整リング２８とリテーナリング６２との下面を研磨布１６に押し付ける。そして、レギュレータ３８Ａでエア圧を調整して、研磨布１６に対する研磨面調整リング２８の押し付け力を一定に保持する。この後、研磨定盤１２及び保持ヘッド１４を回転させて半導体ウェーハ５０の研磨を開始する。
【００２７】
半導体ウェーハ５０の研磨が終了すると、ポンプ４０を停止して圧力エア層を解除すると共に、サクションポンプ４６を駆動して半導体ウェーハ５０の非研磨面を多孔質板４２に吸着保持させる。なお、サクションポンプ４６を駆動する前に、エア供給路４８、４８…の噴出口からエアを弱く噴出させて、吸着時にスラリー（異物）を吸い込まないようにしておく。
【００２８】
半導体ウェーハ５０が多孔質板４２に吸着保持されると、保持ヘッド１４を上昇移動させて研磨布１６から離れた位置に位置させる。これと同時に、図１中実線で示す位置に待機しているウェーハ搬出装置９０のトレイ９２を保持ヘッド１４に向けて移動する。
次いで、図６に示すように前記トレイ９２が保持ヘッド１４の下方位置（ウェーハ受け渡し位置）に位置すると、サクションポンプ４６を停止して、半導体ウェーハ５０の吸着を解除し、半導体ウェーハ５０をトレイ９２の水１００に落とす。この後、次工程の受け渡し位置にトレイ９２を移動させて、半導体ウェーハ５０を次工程に受け渡す。
【００２９】
以上が１枚の半導体ウェーハ５０の研磨加工工程である。２枚目以降の半導体ウェーハ５０を研磨する場合には、前述した工程を繰り返せば良い。
このように、本実施の形態では、保持ヘッド１４のキャリア２４の多孔質板４２をリテーナリング６２から突出させて、ウェーハ供給装置７０に収納されている半導体ウェーハ５０をエアー吸着するようにしたので、半導体ウェーハ５０を保持ヘッド１４に自動で保持させることができる。そして、多孔質板４２によるエアー吸着を解除して半導体ウェーハ５０を研磨布１６上に載置した後、ゴムシート３０の中央部３０Ａからの押圧力を圧力エア層を介して半導体ウェーハ５０に伝達させて研磨するようにしたので、半導体ウェーハ５０を効率良く研磨加工することができる。
【００３０】
なお、本実施の形態では、ウェーハ供給装置７０としてエアー圧によるフローティング式（非接触式）のものを適用したが、これに限られるものではなく、接触式のウェーハ供給装置を適用しても良い。
また、本実施の形態では、ウェーハ供給装置７０と搬出装置９０とを移動して半導体ウェーハ５０を保持ヘッド１４に対して供給／搬出させるようにしたが、これに限られるものではなく、保持ヘッド１４側を移動させて、半導体ウェーハ５０をウェーハ供給装置７０から受け取り、ウェーハ搬出装置９０に搬出させるようにしても良い。
【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のウェーハ保持方法によれば、保持ヘッドのキャリアの吸着部をリテーナリングから突出させて、ウェーハ収容部のウェーハをエアー吸着するようにしたので、ウェーハを保持ヘッドに自動で保持させることができ、そして、吸着部によるエアー吸着を解除してウェーハを研磨布上に載置した後、押圧手段からの押圧力を圧力エア層を介してウェーハに伝達しながらウェーハを研磨するようにしたので、ウェーハを効率良く研磨加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体ウェーハの研磨装置の全体構造図
【図２】図１に示した研磨装置の保持ヘッドの縦断面図
【図３】図１に示したウェーハ供給装置のトレイの縦断面図
【図４】ウェーハ供給装置に支持された半導体ウェーハを保持ヘッドに受け渡している状態を示す縦断面図
【図５】半導体ウェーハが保持ヘッドに吸着保持された状態を示す縦断面図
【図６】研磨後の半導体ウェーハを搬出装置に受け渡している状態を示す縦断面図
【符号の説明】
１０…半導体ウェーハの研磨装置
１２…研磨定盤
１４…保持ヘッド
１６…研磨布
２４…キャリア
２８…研磨面調整リング
３０…ゴムシート
５０…半導体ウェーハ
６２…リテーナリング
７０…ウェーハ供給装置
９０…ウェーハ搬出装置
【図１】
0003680894.tif 000002
【図２】
0003680894.tif 000003
【図３】
0003680894.tif 000004
【図４】
0003680894.tif 000005
【図５】
0003680894.tif 000006
【図６】
0003680894.tif 000007