(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械化学的研磨装置のベース部上に設けられるロードカップであって、
基板が載置される基板支持部材と、
前記基板支持部材の側方に配置され、前記基板のエッジを押し付けて前記基板を把持する少なくとも３つの基板把持部材と、
前記各基板把持部材を開閉動作させる駆動手段とを備え、
前記各基板把持部材の押付面には、前記基板を引っかけて保持するための爪部が設けられており、
前記爪部は、前記基板支持部材に載置された前記基板のエッジが前記各基板把持部材に押し付けられた状態で前記基板が上昇しようとしたときに、前記基板を引っかけるように前記押し付け面に設けられている機械化学的研磨装置のロードカップ。
【請求項２】
前記爪部には、下側に向けて傾斜したテーパ面が設けられている請求項１記載の機械化学的研磨装置のロードカップ。
【請求項３】
前記基板把持部材は、前記基板支持部材の内側に突出した複数の押付用突部を有し、
前記爪部は、前記各押付用突部の先端に設けられている請求項１または２記載の機械化学的研磨装置のロードカップ。
【請求項４】
前記各基板把持部材をガイドするための切欠部を有する少なくとも３つのガイド部材を更に備え、
前記各基板把持部材には、前記切欠部に嵌入されるガイドピンが設けられている請求項１〜３のいずれか一項記載の機械化学的研磨装置のロードカップ。
【請求項５】
前記基板把持部材は、前記ベース部の上方に位置する研磨ヘッドに対して前記基板を位置決めするように構成されている請求項１〜４のいずれか一項記載の機械化学的研磨装置のロードカップ。
【請求項６】
前記基板支持部材は、本体部と、前記本体部の上面に設けられた少なくとも３つの支持用突起とを有し、
前記本体部には、前記基板を前記支持用突起に支持させる時に前記基板を吸引するためのバキューム通路が設けられており、
前記各支持用突起には、前記バキューム通路と連通した吸引口が設けられている請求項１〜５のいずれか一項記載の機械化学的研磨装置のロードカップ。
【請求項７】
ベース部と、
前記ベース部上に設けられた研磨パッドと、
前記ベース部上に設けられたロードカップと、
前記ベース部の上方に配置され、基板を保持して前記研磨パッドに対して加圧する研磨ヘッドとを備え、
前記ロードカップは、前記基板が載置される基板支持部材と、前記基板支持部材の側方に配置され、前記基板のエッジを押し付けて前記基板を把持する少なくとも３つの基板把持部材と、前記各基板把持部材を開閉動作させる駆動手段とを有し、
前記各基板把持部材の押付面には、前記基板を引っかけて保持するための爪部が設けられており、
前記爪部は、前記基板支持部材に載置された前記基板のエッジが前記各基板把持部材に押し付けられた状態で前記基板が上昇しようとしたときに、前記基板を引っかけるように前記押し付け面に設けられている機械化学的研磨装置。
【請求項８】
前記基板が前記基板支持部材に載置されたかどうかを検知する検出手段と、
前記検出手段により前記基板が前記基板支持部材に載置されたことが検知されると、前記各基板把持部材を閉じて前記基板を把持するように前記駆動手段を制御する手段とを更に備える請求項７記載の機械化学的研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の表面を研磨するための機械化学的研磨装置のロードカップ、機械化学的研磨装置および基板の受け渡し方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に機械化学的研磨装置（ＣＭＰ装置）は、ベース部上に設けられた研磨パッドと、ベース部上に設けられ、ウェハ（基板）が載置されるペデスタル（基板支持部材）を有するロードカップと、ベース部の上面に回転可能に支持され、ウェハを保持して研磨パッドに対して加圧する研磨ヘッドを有するヘッドユニットとを備えている。
【０００３】
このようなＣＭＰ装置によりウェハの研磨を行う場合、まずペデスタル上に置かれたウェハを研磨ヘッドに保持させる。続いて、ヘッドユニットを回転させて研磨パッドの上方にウェハを移動させる。そして、研磨パッドの上面に研磨剤（スラリー）を供給すると共に、研磨ヘッドを下降させて研磨パッドの上面にウェハを加圧密着させ、ウェハの表面を研磨する。その後、ウェハの研磨が終了すると、研磨ヘッドに保持されたウェハをペデスタル上に戻す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術において、ウェハを研磨ヘッドに保持させるときは、例えば研磨ヘッドの下面に設けられたメンブレン（加圧用エアーバック）にウェハを吸着保持させる。このような構成では、熱や研磨剤の侵入によりメンブレンが溶け出して、ウェハがメンブレンに貼り付くことがある。この場合には、ウェハの研磨終了後に、研磨ヘッドに保持されたウェハをペデスタルに受け渡すことが困難になる。
【０００５】
本発明の目的は、研磨ヘッドに保持された基板をロードカップの基板支持部材に確実に受け渡すことができる機械化学的研磨装置のロードカップ、機械化学的研磨装置および基板の受け渡し方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、機械化学的研磨装置のベース部上に設けられるロードカップであって、基板が載置される基板支持部材と、基板支持部材の側方に配置され、基板のエッジを押し付けて基板を把持する少なくとも３つの基板把持部材と、各基板把持部材を開閉動作させる駆動手段とを備え、各基板把持部材の押付面には、基板を引っかけて保持するための爪部が設けられており、爪部は、基板支持部材に載置された基板のエッジが各基板把持部材に押し付けられた状態で基板が上昇しようとしたときに、基板を引っかけるように押し付け面に設けられていることを特徴とするものである。
【０００７】
このような本発明において、機械化学的研磨装置の研磨ヘッドの下面部に保持された基板をロードカップの基板支持部材に受け渡す場合は、研磨ヘッドの下面部を下降させる。そして、基板が基板支持部材に達すると、各基板把持部材を閉じて基板を把持し、その後で研磨ヘッドの下面部を上昇させる。このとき、基板が研磨ヘッドの下面部に貼り付いている場合であっても、研磨ヘッドの下面部を上昇させたときに、基板は爪部に引っ掛かって保持されるため、基板は研磨ヘッドの下面部から容易に離れる。従って、研磨ヘッドに保持された基板を基板支持部材に確実に受け渡すことができる。
【０００８】
好ましくは、爪部には、下側に向けて傾斜したテーパ面が設けられている。これにより、基板が爪部に引っ掛かって保持されている状態において、基板と爪部との接触面積が小さくなるため、基板の損傷等が低減される。
【０００９】
また、好ましくは、基板把持部材は、基板支持部材の内側に突出した複数の押付用突部を有し、爪部は、各押付用突部の先端に設けられている。これにより、オリエーテーションフラット（オリフラ）を有する基板を各基板把持部材で把持するときに、オリフラ部分がちょうど基板把持部材の位置にあっても、当該基板把持部材における複数の押付用突部のいずれかが基板のエッジに当たるようになる。従って、オリフラを有する基板の把持が確実に行える。
【００１０】
さらに、好ましくは、各基板把持部材をガイドするための切欠部を有する少なくとも３つのガイド部材を更に備え、各基板把持部材には、切欠部に嵌入されるガイドピンが設けられている。これにより、各基板把持部材の開閉動作がスムーズに行われる。
【００１１】
また、好ましくは、基板把持部材は、ベース部の上方に位置する研磨ヘッドに対して基板を位置決めするように構成されている。これにより、基板を基板支持部材から研磨ヘッドに受け渡す際に、基板を研磨ヘッドの適正な位置に保持させることができる。
【００１２】
さらに、好ましくは、基板支持部材は、本体部と、本体部の上面に設けられた少なくとも３つの支持用突起とを有し、本体部には、基板を支持用突起に支持させる時に基板を吸引するためのバキューム通路が設けられており、各支持用突起には、バキューム通路と連通した吸引口が設けられている。これにより、基板が基板支持部材上に置かれたときに、基板と基板支持部材との接触面積が小さくなるため、基板が基板支持部材に貼り付きにくくなる。この場合には、基板の下面にＮ2ガスを吹き付けなくても、基板を基板支持部材から容易に離すことができる。従って、Ｎ2ガスによって基板の下面が帯電してアーキングを起こすことを防止できる。
【００１３】
また、本発明の機械化学的研磨装置は、ベース部と、ベース部上に設けられた研磨パッドと、ベース部上に設けられたロードカップと、ベース部の上方に配置され、基板を保持して研磨パッドに対して加圧する研磨ヘッドとを備え、ロードカップは、基板が載置される基板支持部材と、基板支持部材の側方に配置され、基板のエッジを押し付けて基板を把持する少なくとも３つの基板把持部材と、各基板把持部材を開閉動作させる駆動手段とを有し、各基板把持部材の押付面には、基板を引っかけて保持するための爪部が設けられており、爪部は、基板支持部材に載置された基板のエッジが各基板把持部材に押し付けられた状態で基板が上昇しようとしたときに、基板を引っかけるように押し付け面に設けられていることを特徴とするものである。
【００１４】
このような本発明において、研磨ヘッドの下面部に保持された基板をロードカップの基板支持部材に受け渡す場合は、研磨ヘッドの下面部を下降させる。そして、基板が基板支持部材に達すると、各基板把持部材を閉じて基板を把持し、その後で研磨ヘッドの下面部を上昇させる。このとき、基板が研磨ヘッドの下面部に貼り付いている場合であっても、研磨ヘッドの下面部を上昇させたときに、基板は爪部に引っ掛かって保持されるため、基板は研磨ヘッドの下面部から容易に離れる。従って、研磨ヘッドに保持された基板を基板支持部材に確実に受け渡すことができる。
【００１５】
好ましくは、基板が基板支持部材に載置されたかどうかを検知する検出手段と、検出手段により基板が基板支持部材に載置されたことが検知されると、各基板把持部材を閉じて基板を把持するように駆動手段を制御する手段とを更に備える。これにより、研磨ヘッドから基板支持部材への基板の受け渡しを自動的に行うことができる。
【００１６】
さらに、本発明は、上記の機械化学的研磨装置を用いて基板の表面を研磨した後、研磨ヘッドに保持された基板を基板支持部材に受け渡す基板の受け渡し方法であって、研磨ヘッドに保持された基板を下降させるステップと、基板が基板支持部材に達したときに、各基板把持部材を閉じて基板を把持するステップとを含むことを特徴とするものである。これにより、上述したように、研磨ヘッドに保持された基板を基板支持部材に確実に受け渡すことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る機械化学的研磨装置のロードカップ、機械化学的研磨装置および基板の受け渡し方法の好適な実施形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係る機械化学的研磨装置（ＣＭＰ装置）の一実施形態を概略的に示した分離斜視図である。同図において、本実施形態のＣＭＰ装置１はベース部２を有し、このベース部２の上面には、複数（ここでは３つ）の研磨パッド３と１つのロードカップ４とが設けられている。ベース部２の上面における各研磨パッド３に隣接した位置には、研磨パッド３の表面状態を調節するパッドコンディショナー５と、研磨パッド３の表面にスラリー（研磨剤）Ｓを供給するスラリー供給アーム６とが設けられている。
【００１９】
ベース部２の上面には、ヘッドユニット７が回転自在に支持されている。このヘッドユニット７は、ウェハＷを吸着保持して研磨パッド３に対して加圧する複数（ここでは４つ）の研磨ヘッド８と、各研磨ヘッド８を回転させるための回転軸９とを有し、各回転軸９は、駆動機構（図示せず）により回転駆動される。研磨ヘッド８の下面には、ウェハＷを真空吸着するためのゴム製のメンブレン１０が設けられている（図３参照）。このメンブレン１０は、空気の供給および真空ポンプ（図示せず）による吸引（バキューム）によって膨張・収縮可能である。
【００２０】
図２はロードカップ４の平面図であり、図３はロードカップ４の断面図である。これらの図において、ロードカップ４はカップ本体１１を有し、このカップ本体１１内には、ウェハＷを吸着支持するための基板支持部材であるペデスタル１２が配置されている。このペデスタル１２は本体部１３を有し、この本体部１３の中心部からは３つの突出部１４が放射状に延びている。各突出部１４の上面には、ウェハＷを支持するための支持用突起１５が設けられている。
【００２１】
各支持用突起１５は、ウェハＷを支持した時にウェハＷがたわむことが無いように、突出部１４の先端から所定量だけ内側（中心側）に設けられている。これにより、例えば搬送ロボット（図示せず）によりウェハＷをハンドリングする際に、ウェハＷが押し付けられて割れてしまうこと等を防止できる。また、各支持用突起１５の上面には、ポリウレタン等からなる緩衝材が設けられている。これにより、ウェハＷを支持用突起１５に支持させるときに、ウェハＷが損傷することを防止できる。
【００２２】
本体部１３の内部には通路１６が形成されている。この通路１６は、ウェハＷをペデスタル１２に吸着支持する時にウェハＷを吸引したり、研磨ヘッド８の下面部を洗浄するための洗浄液（例えば純水）を供給するのに用いられる。また、各支持用突起１５には、通路１６と連通した吸引口１７が形成されている。この吸引口１７は、研磨ヘッド８の洗浄時には洗浄液の吹出口として機能する。
【００２３】
このように本体部１３の上面に支持用突起１５を３つ設け、３点支持の構造とすると共に、各支持用突起１５に吸引口１７を設けることにより、ウェハＷをペデスタル１２にバランス良く吸着支持させることができる。なお、支持用突起１５の数は特に３つに限らず、４つ以上であってもよい。
【００２４】
このようなペデスタル１２には、通路１６内の圧力を検出する圧力センサ１８が接続されている。この圧力センサ１８によって、ペデスタル１２上にウェハＷが真空支持されたかどうかを検知することができる。
【００２５】
また、カップ本体１１内には、ペデスタル１２の各突出部１４間においてペデスタル１２の下方をカップ本体１１の中心部から外側に延びる３本の洗浄液供給部材１９が配置されている。各洗浄液供給部材１９の内部には通路２０が形成されている。また、各洗浄液供給部材１９には、通路２０と連通され洗浄液を上方に吹き出すための２つの吹出口２１が設けられている。さらに、各洗浄液供給部材１９の先端部には、通路２０と連通され洗浄液を研磨ヘッド８の下面部に向けて噴射させるノズル２２が設けられている。
【００２６】
また、カップ本体１１内におけるペデスタル１２の側方位置には、ウェハＷのエッジを押し付けてウェハＷを把持するための３つの基板把持部材２３が配置されている。これらの基板把持部材２３は、ペデスタル１２上に置かれたウェハＷを研磨ヘッド８に受け渡す（ロード）ときに、ウェハＷの中心が研磨ヘッド８の中心に一致するようにウェハＷを研磨ヘッド８に対して位置決めするものである。また、基板把持部材２３は、ウェハＷの研磨を行った後に、研磨ヘッド８に保持されたウェハＷをペデスタル１２上に受け渡す（アンロード）ことを補助するものでもある。
【００２７】
各基板把持部材２３は本体部２４を有し、この本体部２４には、上方に突出したヘッド受け用突部２５が設けられている。また、本体部２４には、ペデスタル１２の内側に突出した複数（ここでは２つ）の押付用突部２６が設けられている。そして、各基板把持部材２３の押付用突部２６によりウェハＷのエッジを押し付けると共に、各基板把持部材２３のヘッド受け用突部２５の内周面に研磨ヘッド８の外周面を当接させることで、ウェハＷが研磨ヘッド８に対して位置合わせ（センタリング）される。
【００２８】
このように各基板把持部材２３に押付用突部２６を設け、この押付用突部２６でウェハＷのエッジを押し付けるようにしたので、基板把持部材２３とウェハＷのエッジとの接触面積が小さくて済み、ウェハＷのエッジの損傷を抑えることができる。また、ウェハＷにオリエーテーションフラット（オリフラ）が形成されている場合、オリフラ部分がちょうど基板把持部材２３の位置にあっても、いずれか１つの押付用突部２６がウェハＷのエッジに当たるため、オリフラを有するウェハＷの把持を確実に行うことができる。
【００２９】
また、押付用突部２６の先端面（押付面）には、図４に示すように、ウェハＷを引っかけて保持するための爪部２７が設けられている。この爪部２７には、下側に向けて傾斜したテーパ面２７ａが形成されている。これにより、ウェハＷが爪部２７に引っかかっている状態では、ウェハＷの裏面（上面）は爪部２７にほとんど接触しないため、ウェハＷが損傷することを防止できる。
【００３０】
このような３つの基板把持部材２３は、カップ本体１１の下方に延びるＬ字型のアーム２８の先端部にそれぞれ連結されており、このアーム２８の基端部はブラケット（図示せず）に軸支されている。各アーム２８はエアーシリンダ３０によって基端部を中心として回動し、これにより各基板把持部材２３が開閉動作する。
【００３１】
具体的には、エアーシリンダ３０には電磁弁３１が接続され、この電磁弁３１はコントローラ３２からの制御信号によって開閉位置が切り換えられる。電磁弁３１が開くと、エアーシリンダ３０が加圧され、エアーシリンダ３０のシリンダロッド３０ａが各アーム２８を押し、これにより各基板把持部材２３がカップ本体１１の内側に移動（閉動作）する。一方、電磁弁３１が閉じられると、エアーシリンダ３０のエアーが解放され、スプリング（図示せず）によってシリンダロッド３０ａが戻され、これにより各基板把持部材２３がカップ本体１１の外側に移動（開動作）する。
【００３２】
カップ本体１１には、各基板把持部材２３の開閉方向に延びる切欠部３３を有する３つのガイドフレーム３４が固定されている。また、各基板把持部材２３の本体部２４の下面には、切欠部３３に嵌入されるガイドピン３５が設けられている。これにより、各基板把持部材２３が開閉するときは、ガイドピン３５が切欠部３３に沿って移動するため、基板把持部材２３の開閉動作がスムーズに行われる。
【００３３】
コントローラ３２は、上記のような基板把持部材２３の開閉制御に加えて、搬送ロボット（図示せず）によるウェハＷの搬送、研磨ヘッド８のメンブレン１０の膨張・収縮等といったウェハＷの研磨処理に関する種々の制御を行う。
【００３４】
以上のように構成したＣＭＰ装置１によりウェハＷの表面を研磨する動作について説明する。
【００３５】
まず搬送ロボット（図示せず）によって、研磨すべきウェハＷをペデスタル１２上に置く。次いで、エアーシリンダ３３により各基板把持部材２３を閉じ、ウェハＷを研磨ヘッド８に対して位置決めする。
【００３６】
このとき、ウェハＷはペデスタル１２の３つの支持用突起１５上に３点支持された構造となっているので、ウェハＷがペデスタル１２に貼り付きにくくなる。このため、各基板把持部材２３によりウェハＷを研磨ヘッド８に対して位置決めする際に、ウェハＷをペデスタル１２から剥がすためにウェハＷの表面（下面）にＮ2ガスを吹き付ける必要がない。従って、Ｎ2ガスによってウェハＷの表面が帯電してアーキングを起こすことが無い。
【００３７】
次いで、各基板把持部材２３を開いてウェハＷの把持を解除し、ウェハＷのロード処理を行う。具体的には、まず研磨ヘッド８のメンブレン１０を膨張させる。そして、メンブレン１０がウェハＷの裏面（上面）に接触した時点で、メンブレン１０をバキュームし、ウェハＷをメンブレン１０に吸着保持させる。その状態で、メンブレン１０を収縮させて、ウェハＷを上方に移動させる。
【００３８】
その後、ヘッドユニット７を回転させ、研磨ヘッド８に真空吸着されたウェハＷを、ロードカップ４に隣接した研磨パッド３の上方に移動させる。また、スラリー供給アーム６により研磨パッド３の表面にスラリーＳを供給する。そして、研磨ヘッド８を下降させて、研磨パッド３の上面にウェハＷの表面（下面）を加圧密着させることによって、ウェハＷの表面の研磨を行う。
【００３９】
このようなウェハＷの研磨が終了すると、ウェハＷのアンロード処理を行う。図５は、コントローラ３２によるウェハＷのアンロード処理に係る制御手順を示すフローチャートである。
【００４０】
同図において、コントローラ３２は、まずメンブレン１０を膨張させるように研磨ヘッド８を制御し、メンブレン１０に真空吸着されたウェハＷを下降させる（ステップ１０１）。続いて、圧力センサ１８の検出信号に基づいてウェハＷがペデスタル１２上に達したかどうかを判断し（ステップ１０２）、ウェハＷがペデスタル１２上に達すると、電磁弁３１を開状態にするよう制御する。これにより、エアーシリンダ３０が加圧されるため、３つの基板把持部材２３が閉じられてウェハＷが把持される（ステップ１０３）。続いて、メンブレン１０を収縮させるように研磨ヘッド８を制御し、メンブレン１０からウェハＷを分離させる（ステップ１０４）。続いて、電磁弁３１を閉状態にするよう制御する。すると、エアーシリンダ３０のエアーが解放されるため、３つの基板把持部材２３が開いてウェハＷの把持が解除される（ステップ１０５）。その後、搬送ロボット（図示せず）によって、研磨したウェハＷをウェハカセット（図示せず）に搬送する。
【００４１】
ところで、ウェハＷの研磨時には、熱の影響や研磨剤が侵入することによりメンブレン１０が溶け出して、ウェハＷがメンブレン１０に貼り付いた状態となることがある。この場合、ペデスタル１２内部のバキューム力が弱いと、メンブレン１０の膨張によりウェハＷがペデスタル１２上に達したときに、ウェハＷがメンブレン１０から離れずにメンブレン１０に貼り付いたままとなり、その後のメンブレン１０の収縮によってウェハＷが上方に持って行かれようとする。
【００４２】
しかし、各基板把持部材２３のウェハ押付面には爪部２７が設けられているので、メンブレン１０の収縮時にウェハＷがメンブレン１０に貼り付いていても、図４に示すように、ウェハＷが爪部２７に引っかかり、爪部２７によりウェハＷが保持された状態となる。このため、ウェハＷがメンブレン１０から容易に離脱してペデスタル１２上に置かれるので、ウェハＷがメンブレン１０と共に上方に持って行かれることは無い。従って、メンブレン１０に吸着保持されたウェハＷをペデスタル１２に確実に受け渡すことができる。
【００４３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、３つの基板把持部材２３がロードカップ４に設けられているが、基板把持部材２３の数は４つ以上であってもよい。
【００４４】
また、上記実施形態では、エアーシリンダ３０により基板把持部材２３を開閉動作させる構成としているが、基板把持部材２３を駆動する手段は特にエアーシリンダに限らず、油圧シリンダやソレノイド等であってもよい。
【００４５】
さらに、上記実施形態では、ペデスタル１２の上面に支持用突起１５を設け、この支持用突起１５にウェハＷを支持させる構成としたが、本発明は、そのような支持用突起がなく、ペデスタルの上面にウェハＷを面接触させる構成にも適用できる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、機械化学的研磨装置のロードカップに、基板のエッジを押し付けて基板を把持する少なくとも３つの基板把持部材を設け、各基板把持部材の押付面に、基板を引っかけて保持するための爪部を設けたので、研磨ヘッドに保持された基板をロードカップの基板支持部材に確実に受け渡すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る機械化学的研磨装置の一実施形態を概略的に示す分離斜視図である。
【図２】図１に示すロードカップの平面図である。
【図３】図１に示すロードカップの断面図である。
【図４】図２に示す基板把持部材に設けられた爪部によりウェハが保持されている状態を示す図である。
【図５】図３に示すコントローラによるウェハのアンロード処理に係る制御手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…機械化学的研磨装置（ＣＭＰ装置）、２…ベース部、３…研磨パッド、４…ロードカップ、８…研磨ヘッド、１２…ペデスタル（基板支持部材）、１３…本体部、１５…支持用突起、１６…通路（バキューム通路）、１７…吸引口、１８…圧力センサ（検出手段）、２３…基板把持部材、２６…押付用突部、２７…爪部、２７ａ…テーパ面、２８…アーム、３０…エアーシリンダ（駆動手段）、３１…電磁弁、３２…コントローラ、３３…切欠部、３４…ガイドフレーム（ガイド部材）、３５…ガイドピン、Ｗ…ウェハ（基板）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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