(57)【要約】【課題】高い製造速度と同時に工作物の高度な清浄性が保持されるようにして工作物の化学的機械研磨を実施するための方法および装置を創成すること。【解決手段】本発明の工作物を化学的機械研磨するための方法は、密閉されたクリーンルーム内で工作物とくにシリコンウェーハの搬送、化学的機械研磨および乾燥を実施するための方法であって、以下の段階すなわち、工作物が少なくとも１台の搬送装置によって装入／取出しステーションから取出されて中間ステーションに引渡される段階と、前記工作物が研磨装置の少なくとも１個の研磨ヘッドによって収容されて中間ステーションから研磨装置の研磨皿に搬送され、同所において研磨ヘッドの回転下で、回転する研磨皿に対して保持される段階と、研磨後に前記工作物が研磨ヘッドによって中間ステーションに返送されて研磨ヘッドから取り外され、中間ステーションにおいて浄化および／または化学処理される段階と、浄化および／または化学処理された前記工作物が中間ステーションから選択的に第二の研磨装置に搬送されるかまたは洗浄／乾燥装置に搬送されて同所で洗浄、乾燥される段階と、洗浄・乾燥された前記工作物が搬送装置によって装入／取出しステーションに返送される段階と、工作物を収容する前にその都度研磨ヘッドが浄化される段階とを経て実施される。
2005523579.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉されたクリーンルーム内で工作物とくにシリコンウェーハの搬送、化学的機械研磨および乾燥を実施するための方法であって、以下の段階すなわち、
工作物が少なくとも１台の搬送装置によって装入／取出しステーションから取出されて中間ステーションに引渡される段階と、
前記工作物が研磨装置の少なくとも１個の研磨ヘッドによって収容されて中間ステーションから研磨装置の研磨皿に搬送され、同所において研磨ヘッドの回転下で、回転する研磨皿に対して保持される段階と、
研磨後に前記工作物が研磨ヘッドによって中間ステーションに返送されて研磨ヘッドから取り外され、中間ステーションにおいて浄化および／または化学処理される段階と、
浄化および／または化学処理された前記工作物が中間ステーションから選択的に第二の研磨装置に搬送されるかまたは洗浄／乾燥装置に搬送されて同所で洗浄、乾燥される段階と、
洗浄・乾燥された前記工作物が搬送装置によって装入／取出しステーションに返送される段階と、
工作物を収容する前にその都度研磨ヘッドが浄化される段階
とを経て実施される工作物を化学的機械研磨するための方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記工作物は第一の搬送装置によって装入／取出しステーションから取出されて第一の引渡し箇所に移送され、該工作物は前記引渡し箇所から第二の搬送装置によって中間ステーションに搬送されることを特徴とする工作物を化学的機械研磨するための方法。
【請求項３】
請求項２において、
浄化・乾燥された前記工作物は第一の搬送装置によって装入／取出しステーションに返送されることを特徴とする工作物を化学的機械研磨するための方法。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項において、
第一の研磨装置によって加工された前記工作物は中間ステーションから第二の研磨ヘッドによって第二の研磨装置へ搬送されて同所で第二の研磨装置の第二の研磨皿に対して保持され、研磨後に中間ステーションに返戻されることを特徴とする工作物を化学的機械研磨するための方法。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項において、
前記搬送装置ないし前記の第一と第二の搬送装置のグリップ手段は工作物を掴持する前にその都度浄化されることを特徴とする工作物を化学的機械研磨するための方法。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項において、
前記工作物は中間ステーションにおいて化学処理されることを特徴とする工作物を化学的機械研磨するための方法。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１項において、
前記搬送装置ないし前記の第一と第二の搬送装置の前記グリップ手段は前記工作物をその端縁でのみ掴持することを特徴とする工作物を化学的機械研磨するための方法。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項において、
研磨皿表面について測定された温度カーブと研磨皿駆動装置の負荷カーブとから該駆動装置の停止信号が導出されることを特徴とする工作物を化学的機械研磨するための方法。
【請求項９】
請求項８において、
研磨皿は液体で冷却され、前記停止信号の導出に際して該液体の入口／出口間の温度差カーブが考慮されることを特徴とする工作物を化学的機械研磨するための方法。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか１項において、
前記工作物は中間ステーションにおいて載置位置から研磨ヘッド用引渡し位置へと運動させられ、該運動中に浄化および／または化学処理されることを特徴とする工作物を化学的機械研磨するための方法。
【請求項１１】
円形扁平工作物とくに半導体ウェーハの表面を化学的機械研磨するための装置であって、
加工さるべき工作物が搬送装置によって同所に搬送載置され、加工済みの工作物が洗浄／乾燥工程に向けて搬送される前に同じく同所に載置収容される１個の工作物用中間ステーションと、
前記中間ステーションに配備された、回転駆動装置（４８）によって所定のポジションに回動可能な、上側面に上方に開放した少なくとも２個の水平な載置面（５４）を有する、垂直軸を中心に回動支持された１台のキャリア（３４）と、さらに
工作物を載置面（５４）に載置しまたは同所から取出すことのできる１台の搬送装置（３８）と、
キャリア（３４）の周縁に配置された、研磨皿（２０ａ，２０ｂ）を有する少なくとも２個の研磨ステーション（３０，３１）と、
調節装置によって１本の垂直軸と１本の水平軸とに沿って運動させられ、載置面（５４）と垂直に整合されて工作物（５６）の収容／返戻を行いかつ当該研磨ステーション（３０，３１）への工作物（５６）の搬送／返送を実施するとともに当該研磨ステーション（３０，３１）の研磨皿（２０ａ，２０ｂ）と連携する、各研磨ステーションに配された少なくとも１個の工作物（５６）用研磨ヘッド（１８）と、
前記の回転駆動装置／調節装置用の１個の制御装置
とを備える工作物を化学的機械研磨するための装置。
【請求項１２】
請求項１１において、
キャリア（３４）に各載置面（５４）のためのセンタリング装置（５８，６０）が設けられ、該センタリング装置は作動装置によって操作されるセンタリング手段によって載置面（５４）上の工作物（５６）の周縁に作用し、工作物（５６）を半径方向に調節して所定の垂直軸と整合させることを特徴とする工作物を化学的機械研磨するための装置。
【請求項１３】
請求項１１または１２において、
キャリア（３４）に配された装置（７４）は載置面（５４）に載置された工作物（５６）の表面の浄化および／または親水化および／または湿潤保持のために設けられていることを特徴とする工作物を化学的機械研磨するための装置。
【請求項１４】
請求項１１から１４までにおいて、
キャリア（３４）に４個の載置面（５４）が設けられていることを特徴とする工作物を化学的機械研磨するための装置。
【請求項１５】
請求項１１から１４までにおいて、
４個の載置面（５４）が前記キャリアに設けられ、各研磨ステーション（３０，３１）に互いに独立にガイドされる２個のホルダ（１８）用の直線状ガイド（１０ａ，１０ｂ）が配備され、載置面（５４）はキャリア（３４）が所定の回転ポジションにある際に載置面（５４）の垂直軸とホルダ（１８）の垂直軸とがガイド（１０ａ，１０ｂ）と平行をなす１つの共通の垂直面内にあるように配置されていることを特徴とする工作物を化学的機械研磨するための装置。
【請求項１６】
請求項１１から１５までにおいて、
キャリア（３４）は中心部隆起体（７０）を有し、該隆起体内部に載置面（５４）に対応したノズル（７４）が配置され、該ノズルは液体源と連結されていることを特徴とする工作物を化学的機械研磨するための装置。
【請求項１７】
請求項１６において、
隆起体（７０）内部に検知器（７８）が配置され、該検知器は載置面（５４）に工作物（５６）が配置されているか否かを確認することを特徴とする工作物を化学的機械研磨するための装置。
【請求項１８】
請求項１１から１７までにおいて、
キャリア（３４）はキャリア（３４）の下側に配された総ドリップパンの側壁（８０）によって包囲されていることを特徴とする工作物を化学的機械研磨するための装置。
【請求項１９】
請求項１８において、
各載置面（５４）に１個のドリップパン（８２ａ）が配備され、該ドリップパンは総ドリップパンへの流出口を有することを特徴とする工作物を化学的機械研磨するための装置。
【請求項２０】
請求項１１から１９までにおいて、
前記センタリング手段は各々の載置面に、１つの円周上に離間して配置された軸方向可動式の複数のセンタリングカム（５８）を有し、該センタリングカムは工作物（５６）の端縁を支える支保面と、センタリングカム（５８）の半径方向調節時に工作物（５６）の端縁を掛支するストッパ面とを有し、該ストッパ面は作動装置（６０）によって半径方向に同期して調節されて工作物（５６）の軸を所定の垂直軸と整合させることを特徴とする工作物を化学的機械研磨するための装置。
【請求項２１】
請求項１１から２０までにおいて、
載置面（５４）は凹面を形成し、載置面（５４）に溜まる液体を排出するための孔および／または載置面（５４）に載置された工作物（５６）の裏面を浄化するためのノズル（６４）を有することを特徴とする工作物を化学的機械研磨するための装置。
【請求項２２】
請求項１１から２１までにおいて、
載置面（５６）は独立したキャップ状部品（５２）の上側面に形成され、該部品はキャリア（３４）に設けられたピン状の垂直上方に立ち上がったホルダ（５０）によって担持されていることを特徴とする工作物を化学的機械研磨するための装置。
【請求項２３】
半導体ウェーハの表面を化学的機械研磨するための方法であって、それぞれ１個の研磨皿を有する２個の研磨ステーションと、互いに独立に垂直方向／水平方向に運動させられる２個の各研磨ステーション用ホルダと、互いに９０°または９０°の整数倍だけ離間した一定の共通の回転ポジションにおいてそれぞれ２個の載置面が１個の研磨ステーションに配された２個のホルダの直線状搬送路と整合するようにして研磨ステーション間に配置された４個の載置面（ここで該載置面のそれぞれの中心点は１つの円周上にあり、該載置面は１本の共通の垂直軸を中心にして回動させられる）と、前記載置面が所定の回転位置に位置する際にそれぞれ２個の載置面に工作物を載置しまたは該載置面から工作物を取出す載置／取出し装置とによって、以下の方法段階すなわち、
ａ） ２個の載置面に第一と第二の工作物が載置された後、載置面は９０°回転させられ、これにより工作物は第一の研磨ステーション側に向けられて、第一の研磨ステーションのホルダによって研磨皿まで搬送され、同所で第一の研磨加工が実施される段階と、
ｂ）前記ホルダによって第一と第二の工作物が持ち去られた後、第三と第四の工作物が当該載置面に載置され、次いで載置面は９０°回転させられて第二の研磨ステーション側に向けられ、その後に第一と第二の工作物が前記ホルダによって第一の研磨ステーションから引き離されて、該ステーション側の空の載置面に返戻される段階と、
ｃ）次いで載置面が１８０°回転させられた後、第一と第二の工作物が第二の研磨ステーションのホルダにより、第三と第四の工作物が第一の研磨ステーションのホルダによりそれぞれ当該研磨皿まで搬送される段階と、
ｄ）研磨工程の終了後に前記の工作物がそれぞれ当該載置面に返戻され、第三と第四の工作物は第二の研磨ステーション側に向けられ、第一と第二の工作物は載置／取出し装置によって取り去られ、続いて第五と第六の工作物の載置が行なわれる段階
とを経て実施される工作物を化学的機械研磨するための方法。
【請求項２４】
請求項２３において、
前記段階ｃ）の後に第五と第六の工作物が当該載置面に載置され、９０°回転させられた後に第一の研磨ステーション側に向けられ、その後に第一と第二の工作物が第二の研磨ステーションから引き離されて当該載置面に返戻され、載置面が９０°回転させられた後に第一と第二の工作物は取り去られ、さらに９０°回転させられることにより空になった載置面が第一の研磨ステーション側に向けられて第三と第四の工作物が返戻され、続いて該工作物は第二の研磨ステーションに、第五と第六の工作物は第一の研磨ステーションにそれぞれ搬送されることを特徴とする工作物を化学的機械研磨するための方法。
【請求項２５】
密閉されたクリーンルーム内で工作物とくにシリコンウェーハの搬送、化学的機械研磨、浄化および乾燥を実施するための装置において、
工作物用の１個の装入／取出しステーション（１０２）と、
工作物（１１２）を前記装入／取出しステーションから中間ステーション（１２０）に搬送するためのグリップ手段を備えた少なくとも１台の搬送装置と、
少なくとも１個の研磨皿（１３０，１３２）と、工作物（１１２）を保持する手段を具備しかつ高さ調節ならびに中間ステーション（１２０）と研磨皿（１３４〜１４０）との間で水平方向位置調節が可能な少なくとも１個の研磨ヘッド（１３４，１３６，１３８，１４０）とを有する研磨装置と、
中間ステーション（１２０）において前記研磨ヘッドおよび／または前記工作物を浄化および／または化学処理する手段と、
加工済み工作物の洗浄／乾燥装置（１５４，１５６，１６２）と
を備えることを特徴とする工作物を化学的機械研磨するための装置。
【請求項２６】
請求項１１と２５において、
中間ステーション（１２０）に加工／浄化ステーション（１４２〜１４８）が配備され、同所に加工／浄化を目的として前記研磨ヘッドを工作物（１１２）と共にまたは単独で沈めることができることを特徴とする工作物を化学的機械研磨するための装置。
【請求項２７】
請求項２６において、
加工／浄化ステーション（１４２〜１４８）は中間ステーション（１２０）ないしキャリア（３４）の上方に配置されていることを特徴とする工作物を化学的機械研磨するための装置。
【請求項２８】
請求項２６または２７において、
加工／浄化ステーション（１４２〜１４８）は浄化ノズルを備えたパン（２１０）を有することを特徴とする工作物を化学的機械研磨するための装置。
【請求項２９】
請求項２８において、
加工／浄化ステーション（１４４〜１４８）は下方に向いた浄化ノズル（２２６）を有することを特徴とする工作物を化学的機械研磨するための装置。
【請求項３０】
請求項２６から２９までのいずれか１項において、
加工／浄化ステーション（１４２〜１４８）は収容された工作物または研磨ヘッドを浄化するための浄化ブラシ（２２０）を有することを特徴とする工作物を化学的機械研磨するための装置。
【請求項３１】
請求項２５から３０までのいずれか１項において、
研磨ヘッド（１３４）はスピンドル（１８４）に交換可能に取り付けることができることを特徴とする工作物を化学的機械研磨するための装置。
【請求項３２】
請求項２５から３１までのいずれか１項において、
円形扁平工作物（１１２）用のグリップ手段はグリップケーシング（２３０）に回動支持された、曲げ剛性を有する互いに離間した２本のシャフト（２３４，２３２）を有し、該シャフトは先端にグリップあご（２３８，２３６）を具備し、該グリップあごは回動ポジションにおいて工作物（１１２）の端縁を掛支し得ることを特徴とする工作物を化学的機械研磨するための装置。
【請求項３３】
請求項３２において、
シャフト（２３２，２３４）の間において、ケーシング（２３０）の近傍に、並進運動し得るグリップあご（２４０，２４２）が配置されていることを特徴とする工作物を化学的機械研磨するための装置。
【請求項３４】
請求項２５から３３までのいずれか１項において、
グリップ手段（１６６）は工作物（１１２）の収容を検知するセンサ（２４４）を有することを特徴とする工作物を化学的機械研磨するための装置。
【請求項３５】
請求項２５から３４までのいずれか１項において、
研磨皿（１３０）用にドレッシング装置（１９２）が設けられ、該ドレッシング装置は研磨皿（１３０）全体に作用し得る直径方向可動式のドレッシングユニットを有することを特徴とする工作物を化学的機械研磨するための装置。
【請求項３６】
請求項３５において、
前記ドレッシングユニットは高圧噴射水を発生させることを特徴とする工作物を化学的機械研磨するための装置。
【請求項３７】
請求項３６において、
前記ドレッシングユニットは回転駆動されるドレッシングブラシを有することを特徴とする工作物を化学的機械研磨するための装置。
【請求項３８】
請求項３７において、
前記ドレッシングブラシ用の湿潤保持槽が設けられ、該ドレッシングブラシは該槽内で浄化・湿潤保持されることを特徴とする工作物を化学的機械研磨するための装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は工作物を化学的機械研磨するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハはたとえば酸化膜、タングステン膜またはその他の金属膜でそれぞれコートされた後、所望の平坦性をつくり出すための加工が実施されなければならない。この所望の平坦性が所与でない場合には、リソグラフィー加工にあたって、たとえばＵＶステッパの焦点深度が浅いことに起因するフォーカスエラーまたは導体バー亀裂の形の問題等々が生ずる。半導体工業における平坦化方法はいわゆるＣＭＰ加工法を使用する。これは液体（スラリ）を用いた化学的機械加工法であり、スラリの化学反応部分は材料を研磨可能状態に変換する役割を有している。スラリはコロイド状研磨粒子の形の研磨剤を含んでいる。
【０００３】
ドイツ特許出願公開第１９７  １９  ５０３号［ＤＥ  １９７  １９  ５０３  Ａ１］公報から、表面の化学的機械研磨を行なうための装置が公知である。該装置は各１枚の半導体ウェーハ用の高さ調節式の真空支持具ないし研磨ヘッドを有した２個の研磨ステーションを含んでいる。これらの研磨ステーションは垂直な軸を中心にして駆動される研磨皿を有している。真空支持具はほぼ水平に延びる２本の平行なガイドに沿って互いに独立にガイドされている。こうして２枚のウェーハを１枚の研磨皿によって同時に加工することができる。ガイドの一端には少なくとも１個のウェーハ引渡し／受取り装置が設けられている。さらに、ガイドの対向する両側に配置され、真空支持具と整合させることのできる半導体ウェーハ載置／取出し装置が設けられている。引渡し／受取り装置は少なくとも１台のロボットによって形成される。
【０００４】
搬送および加工の間、ウェーハは真空支持具あるいはまたいわゆるホルダによって保持される。これらの支持具ないしホルダの役割は均一な圧力場または異なった圧力勾配を工作物の裏面に付与することである。この場合、いわゆる研磨側、すなわち回路装備側が研磨皿に向けられている。ホルダは通例、ホルダを一方で垂直軸を中心に回転させ、他方で垂直／水平方向に直線運動させる調節装置によって保持、運動させられる。
【０００５】
ＣＭＰ装置による処理量は研磨ステーションの数によって決定的に影響される。他方、平坦化の加工時間は非常に短い（典型的には９０秒である）。加工時間が短いために個々のセクション間における工作物の搬送にネックが生じ、処理量が制限されることとなる。
【０００６】
化学的機械研磨（ＣＭＰ）におけるもう一つの重要な側面は工作物の清浄維持である。研磨／浄化工程の全体はクリーンルーム内で行なわれ、研磨加工後にスラリ残滓／粒子が工作物表面に残存することを防止する手段が設けられなければならない。こうした残滓が乾燥してこびりつくと工作物上の回路が破壊されることになろう。米国特許第５，８８５，１３８号［ＵＳ  ５，８８５，１３８］公報から、処理ルーム内での適切な引渡しプロセスによって、たとえば、装入・載置／取出しステーションから工作物を取出す搬送装置が湿潤または汚染した工作物と接触しないようにするいわゆるドライイン・ドライアウト［Ｄｒｙ−Ｉｎ−Ｄｒｙ−Ｏｕｔ］法が知られている。こうして、この搬送装置たとえばロボットによって、最終的に浄化・乾燥された工作物が再び装入／取出しステーションに返送される。
【特許文献１】ドイツ特許出願公開第１９７  １９  ５０３号
【特許文献２】米国特許第５，８８５，１３８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、高い製造速度と同時に工作物の高度な清浄性が保持されるようにして工作物の化学的機械研磨を実施するための方法および装置を創成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題は請求項１および１１に記載の特徴によって解決される。
【０００９】
本発明による装置において、工作物は搬送装置によって先ず中間ステーションに引渡される。工作物は同所から初めて研磨装置に搬送される。この搬送は工作物たとえばウェーハを傷つけないようにして収容する手段を備えた研磨ヘッドまたはホルダによって行なわれる。工作物は研磨ヘッドにより研磨装置の研磨皿に搬送され、研磨ヘッドの回転下で、回転する研磨皿に対して保持される。研磨の終了後、工作物は研磨ヘッドによって中間ステーションに返送されて同所に載置され、同所で浄化される。これに加えてまたは別法として中間ステーションにおいて化学処理たとえばエッチング等が行なわれてもよい。浄化された工作物は次いで中間ステーションからさらに別の研磨装置に搬送されるかまたは洗浄／乾燥装置に搬送されて同所で洗浄／乾燥される。続いて工作物は搬送装置によって装入／取出しステーションに返送される。研磨ヘッドは工作物を収容する前にその都度浄化される。
【００１０】
中間ステーションにおいてウェーハは両側から浄化することが可能であるが、ただしこれはウェーハが研磨ヘッドに懸架されている場合には実施不能であることはいうまでもない。
【００１１】
中間ステーションにおいては工作物上の残滓に起因する腐食または化学変化が防止される。これは工作物が２段式または多段式ＣＭＰ加工で処理される場合、つまり中間ステーションからさらに別の研磨装置に搬送される場合に特に好適である。中間ステーションの適切な洗浄／浄化装置によっていわゆる相互汚染、つまり研磨装置間の相異した材料／化学成分の混交を防止することができる。さらに中間ステーションにおいて研磨段階に備えて工作物の化学的予備処理を行なうことができる。
【００１２】
本発明のさらなる利点は、工作物の返戻後に研磨ヘッドがその都度特別な浄化ステーションで浄化されることである。この浄化ステーションは、研磨ヘッド、中間ステーションおよび研磨装置の連携が妨げられない高さに配置されているのが好適である。研磨ヘッドは単独で加工／浄化ステーションで浄化されることができるが、工作物と共に浄化ステーションにもたらされ、同所で両者が浄化されることも可能である。
【００１３】
ドライイン・ドライアウト法を実施するために第一と第二の搬送装置から成る搬送装置のグリップ手段についても、新たに工作物を掴持する前に当該浄化手段によってその都度浄化することが可能である。汚染を特に低レベルに抑止するために、グリップ手段は工作物をその縁部でのみ掴持する。これによりさらに工作物表面も損傷防止されることとなる。
【００１４】
前記方法の実施には、層転移の発生を認識することができれば好適である。このため、研磨クロスと研磨さるべき層との間の摩擦挙動がたとえば研磨皿駆動装置のパワー消費を介して測定される。ただしこの基準はふつう層転移を確認するには十分でなく、しかも複数の工作物が同時に研磨皿上で加工される場合には特にそうである。したがってさらに、一方で研磨皿表面温度の温度カーブ、他方で研磨皿冷媒の温度差が解析評価される。前記の温度カーブから適切なアルゴリズムを用いて層転移が生ずる時点を確認することができる。
【００１５】
本発明の実施形態において、中間ステーションは垂直軸を中心に回動支持されたキャリアを有し、該キャリアは回転駆動装置によって回動させられる。回動式キャリアはその上側面に上方に開放した少なくとも２個の水平な載置面を有している。本発明による装置において、さらに少なくとも２個の研磨ステーションが回動式キャリアの周縁に配されている。これらの２個の研磨ステーションはキャリアの直径方向において対向する両側に配されているのが好適である。また、キャリアの周縁にこれら２個の研磨ステーションから約９０°ずらして第三の研磨ステーションを設けることも可能であり、この場合、搬送装置は第三の研磨ステーションに対してキャリアの直径方向反対側に配することができる。
【００１６】
ＣＭＰ加工にあたり、工作物が異なった研磨ステーションで平坦化される２段式または多段式の加工段を設けることが可能である。異なった研磨ステーションで異なった化学物質と研磨クロスを使用することにより、種々異なった材料たとえばタングステン、銅または亜硝酸チタンを最適に加工することができる。この場合に重要なことは、第一段の化学成分が非常に急速に工作物の腐食進行を結果させ得ることから、研磨ステーション間の工作物搬送時間を最短化することである。本発明による装置において一方の研磨ステーションから他方の研磨ステーションへの迅速な搬送が実現される。研磨ステーション間における迅速な工作物交換により、副次的加工時間が低下されるため、処理量の増加が達成される。本発明による装置の前記形成により、既述したように、複数の研磨ステーションが互いに連結可能であることから、ステーション間の迅速な交換が可能である。また単段式の場合にも、工作物は搬送中に載置面において、たとえば化学的予備処理を行いおよび  ／または研磨工程後の洗浄／浄化を行なうことができることから、処理時間を減少させることが可能である。
【００１７】
現在のＣＭＰ加工技術において、前記の不適な効果を最小限に抑止するかまたは除去するために、工作物を第一研磨段の終了後に中間浄化に付するのが通例である。既述した公報、ドイツ特許出願公開第１９７  １９  ５０３号［ＤＥ  １９７  １９  ５０３］公報または米国特許第６  ０５０  ８８５号［ＵＳ  ６  ０５０  ８８５］公報において、定置式浄化装置を設けることが公知である。ただし、本発明によればキャリアに同じく浄化装置を配することができるため、工作物の搬送中にキャリアで浄化を行なうことが可能である。工作物の搬送時に適切な浄化装置が作用し得ることにより、望ましくない工作物の腐食が回避される。またさらに、２段式加工に際する研磨ステーション間のいわゆる相互汚染も除去される。
【００１８】
搬送装置による載置面への工作物のポジショニングはふつう、工作物がホルダまたは研磨ヘッドにセンタリングされて収容され得るように工作物を載置面に正しくセンタリングするようにして行なわれるわけではない。そこで本発明による装置においては、載置面上で工作物の周縁と連携して工作物を所定の垂直軸に整合させるセンタリング手段が載置面に配されている。ホルダの垂直軸は前記の垂直軸と整合させることができることから、ホルダは載置面に載置された工作物上に下降する際に工作物をセンタリングして収容することができる。
【００１９】
工作物を搬送して研磨ステーションにおいて研磨皿と連携するホルダは通例のように形成されていてよい。ホルダは真空手段によって工作物を保持するのが好適である。ホルダからの工作物の取外しは真空の遮断後に圧縮空気衝撃を与えることによって行なうことができる。水平軸／垂直軸に沿ったホルダの調節は同じくすでに公知であり、たとえば米国特許第６，０５０，８８５号［ＵＳ  ６，０５０，８８５］公報記載のようにして行うことができる。
【００２０】
すでに触れた先行文献から、ホルダ用に直線状ガイドを設けることが公知であり、その際、各研磨皿ごとにそれぞれ１枚の工作物を収容する２個のホルダを設けることが可能である。ホルダは互いに独立にガイドに沿って運動させることができる。この場合、キャリアは４個の載置面を有し、キャリアが当該回転ポジションにある際にそれぞれ２個の載置面の軸がガイドと平行をなす１つの面内にあるのが好適である。このようにしてホルダごとに１個の載置面が対応させられ、これにより特に２段式または多段式平坦化方式に際して研磨時の工作物の処理量を大幅に高めることができる。載置面のポジショニングは９０°ないし９０°の整数倍にて行なわれるのが好適である。
【００２１】
キャリアには浄化装置が配されている。このためキャリアは中心部に隆起体を有し、該隆起体内には各載置面に対応して少なくとも１個の、液体源と連結されたノズルが配置されている。これらのノズルは工作物の加工済み面に浄化液を噴射する。該ノズルはまた、工作物の表面を適切な液体で湿潤させるためにも使用することができる。この種の隆起体内には、載置面に工作物が配置されているか否かを確認する一連の検知器も配置することが可能である。
【００２２】
工作物がホルダによりセンタリングされて収容されるようにするには、工作物を載置面にセンタリングすることが必要である。これには公知の種々の方法が存在する。その一つとして、本発明の実施例によれば、工作物の端縁を収容する支保面を有したセンタリングカムが１つの円周上に互いに離間して設けられている。これらのセンタリングカムはさらに半径方向に調節可能なストッパ面を有しており、該ストッパ面は工作物の端縁を掛支して工作物を所定の垂直軸に整合させる。このためストッパ面は互いに同期して作動させられる。
【００２３】
さらに載置面は凹面状に形成することができるため、収容された工作物と載置面との間の空間を浄化チャンバとして利用することが可能である。この浄化チャンバからは載置面に設けた１個もしくは複数の孔を経て液体を排出することができる。載置面には工作物と載置面との間に形成された前記のチャンバに浄化液を供給するためのノズルを配置することもできる。この種の対策によりホルダの接触面もそれが載置面に下降させられる際に浄化することが可能である。
【００２４】
こうして、回転運動を通じて各研磨ステーションと搬送装置とが互いに連結されて搬送時間を可能なかぎり短縮することのできるマルチ機能装置が生み出される。このマルチ機能装置を用いて、特に、種々異なった材料たとえばタングステン、銅または亜硝酸チタンが異なった研磨ステーションで異なった化学物質と研磨クロスを使用して加工されるいわゆる２段式もしくは多段式加工にあたり、処理量の増加を実現することができる。適切な洗浄／浄化装置を組み込むことにより、工作物上の残滓に起因する腐食および化学変化を防止することが可能である。さらに前記のマルチ機能装置において、いわゆる相互汚染、つまり研磨ステーション間における異なった材料／化学成分の持逃げを防止することも可能である。さらに、洗浄／浄化ステーションは第二または第三の研磨段階に向けて工作物の化学的予備処理を行なうために利用することが可能である。浄化、予備処理等々は搬送運動中に行われることから、これらによって処理速度に不適な影響がもたらされることはない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００２６】
図１〜３にはクリーンルーム１００の概要が示唆されており、該ルーム内には本発明による装置の多数の個別装備・装置が収容されている。これらの装備・装置はさしあたり図１〜３に概略的に示唆・図示してある。符号１０２は一般に装入・取出しステーションを表しており、該ステーションはウェーハを載置したカセット１０６用の３個のプラットホーム１０４を有している。プラットホーム１０４は多数のセンサを備えており、これらのセンサはたとえばプラットホーム上のカセット１０６の正確なポジションあるいはカセットのタイプを検出する。さらにカセットの当該データ担体を読取るカセット識別装置が設けられているが、その詳細な記述は行なわない。さらにまた、カセット載置面におけるウェーハの正確な配置を検出し、詳細不図示の制御装置に伝達するいわゆるマッピング装置も設けられている。
【００２７】
第一のロボット１０８はカセット１０６からのウェーハの取出しに使用され、その際、ロボットは各ウェーハを先ずカセット識別装置１１０上に載置するかまたは同所に保持する。
【００２８】
ロボット１０８は乾燥ウェーハのハンドリングを目的としている。該ロボットはウェーハをカセットの載置面から取出して、識別装置１１０に移送する（図中、ウェーハ１１２は識別装置１１０の箇所に表されている）。ロボット１０８はウェーハ１１２を続いて引渡し箇所１１４に搬送するが、該箇所には層厚測定器１１６も配置されている。
【００２９】
クリーンルーム１００のほぼ中央にはもう１台のロボット１１８が配置されており、ウェーハは該ロボットにより引渡し箇所１１４から中間ステーション１２０に搬送される。中間ステーション１２０は４個の載置面１２２〜１２８を有しており、これらの載置面は１台の回動式キャリア上に配置されている。これについては以下にさらに説明する。キャリアに対向した両側にはそれぞれ１枚の研磨皿１３０ないし１３２が回転駆動式に配置されている。各々の研磨皿１３０には２個の研磨ヘッド１３４，１３６ないし１３８，１４０が配されている。研磨皿と研磨ヘッドの構造ならびにその運動については以下にさらに説明する。ただしここで、研磨ヘッドは図１に示したポジションと載置面１２２〜１２８の上方のポジションとの間を直線走行し得ることにすでに触れておくこととする。さらに、研磨ヘッド１３４〜１４０は垂直方向に調節し得るようにして配置されている。研磨ヘッドはウェーハを搬送し、研磨皿１３０，１３２に対してウェーハを保持し、ウェーハが同所においてＣＭＰ法によって加工されるようにする役割を果たす。研磨プロセスについては同じく以下にさらに説明する。
【００３０】
研磨皿１３０と中間ステーション１２０との間には２個の加工／浄化ステーション１４２，１４４が配置されている。同様な浄化ステーション１４６，１４８は中間ステーション１２０と研磨皿１３２との間にも配置されている。加工／浄化ステーションは図１に示したポジションと載置面に整合されたポジションとの間を回旋移動することができる。したがってステーション１４２〜１４８は空間的に載置面１２２〜１２８の上方に配置されているが、ただし研磨ヘッド１３４〜１４０はさらにその上を通過することが可能である。
【００３１】
研磨が行なわれた後、ウェーハはロボット１１８によって層厚測定器１１６に搬送される。
【００３２】
各々の研磨皿１３０，１３２にはドレッシング装置１５０ないし１５２が配されている。これについても以下にさらに説明する。図１から、中間ステーション１２０とドレッシング装置１５０，１５２とを含む研磨装置全体はクリーンルーム１００内の別個の区画に配置されていることが看取される。
【００３３】
図１に示した装置の別の区画には洗浄／乾燥装置が配置されている。該装置はメイン浄化ステーション１５４と最終浄化ステーション１５６とを含んでおり、ウェーハは装入ゾーン１５８から該ステーションに到達する。ウェーハはロボット１１８により装入ゾーンにもたらされ、同所からＶ形の送水路１６０と浄化設備を通って搬送される。浄化ステーションの詳細に関する説明は行なわない。浄化されたウェーハは、符号１６４で示唆したロボットによって遠心洗浄／乾燥機１６２に達する前に、ストップ箇所１６２に達する。浄化されたウェーハは次いで遠心洗浄／乾燥機１６２からロボット１０８によって装入・取出しステーション１０２に向かって搬送され、同所から第一のロボット１０８によってすでに保持されているカセットに返送される。ここですでに、ロボット１０８はもっぱら乾燥したウェーハを掴持して搬送し、他方、ロボット１１８はもっぱら湿潤したウェーハを掴持して搬送することが看取される。
【００３４】
図３に関連して、ウェーハ１１２を掴持するグリップ１６６が図中にみとめられるが、これについては以下にさらに詳しく説明することとする。
【００３５】
まず、最初に、図６〜１０を参照し、中間ステーション１２０を含め、研磨運転を詳しく説明する。
【００３６】
図６はたとえば半導体ウェーハ研磨ステーションの公知の構造を概略的に示したものである。研磨ユニット１２は直線運動し得るようにして水平な直線状ガイド１０に支持されており、該ユニットは不図示の駆動装置によりガイドに沿って運動することができる。これは双方向矢印Ｓ１によって示唆されている。ガイド１０にガイドされた上体１４はスピンドル１６を支持しており、該スピンドルは不図示のモータによって回転駆動される。該スピンドルはさらに高さ調節が可能である。スピンドルの下端には不図示の半導体ウェーハを保持するためのいわゆるホルダ１８が取り付けられている。ホルダ１８はスピンドル１６により、回転数ｎ１で回転駆動される。ホルダ１８（前記では研磨ヘッドとも称されている）の下側には、通例ウェーハの平坦化に使用される回転駆動式の研磨ディスク２０が配されている。研磨ディスク２０は回転数ｎ２で駆動される。研磨ディスク２０の不図示の研磨クロス上には装置２２を経てスラリが、α１とα２の量で供給される。スピンドル１６の高さ調節を行なう不図示の調節機構によって圧力ｂ１がおよぼされ、ウェーハは所定の圧力で研磨ディスク１０に押付けられる。
【００３７】
不図示のドレッシング機構２４はドレッシングディスク２６を含んでおり、該ディスクはアーム２８に回転式に支持され、回転数ｎ３で駆動される。ドレッシングディスク２６が押付けられる圧接力はＦ２である。
【００３８】
図７に示した概略図には図６に示したものと同じ２個の研磨ステーション３０，３１が設けられ、各研磨ステーションには２個の研磨ユニット１２が配され、該研磨ユニットは直線状ガイド１０ａないし１０ｂでガイドされている。ガイド１０ａ，１０ｂは１本の軸上にある。図２の研磨ユニット１２の構成は図６の研磨ユニットの構成と同じである。ガイド１０ａ，１０ｂへの研磨ユニットの配置は米国特許第６，０５０，８８５号［ＵＳ  ６，０５０，８８５］公報にて図示、記載された配置と同じである。
【００３９】
研磨ステーション３０，３１の間には図１に示した中間ステーション１２０用の円形キャリア３４が配置されており、該キャリアは１本の垂直中心軸を中心にして図７には不図示の回転駆動装置によって回動させられる。ガイド１０ａ，１０ｂはそれぞれ右方ないし左方に延長され、キャリア３４のほぼ中心の上方に達するまで延びている。研磨皿２０ａ，２０ｂとキャリア３４とのそれぞれの中心点はガイド１０ａ，１０ｂと平行な１本の軸上にある。
【００４０】
前記の軸の対向する両側にはそれぞれ２個の、載置面１２２〜１２８に相当する載置／取出し箇所３６がキャリア上に配置されており、これについては以下にさらに詳しく説明する。これらの箇所の中心点はキャリア３４の回転軸を中心とした１つの円周上にある。４個の載置／取出し箇所３６の各々は１枚のウェーハをセンタリングして収容することができる。これらの箇所３６への載置・取出しは概略的に示したロボット３８、したがってたとえば図１のロボット１１８によって行なわれる。
【００４１】
図７に示した回転ポジションにおいて研磨ユニット１２は、ウェーハの収容あるいはウェーハの返戻載置のために、それぞれ２個の載置／取出し箇所３６と整合させることができる。いうまでもなく、第三の研磨ステーションを設けることも可能であり、これはキャリア３４の周縁の、ロボット３８とは反対側に配される。
【００４２】
以下に詳しく説明する載置／取出し箇所の構造は図８と９からさらにいっそう明瞭となろう。
【００４３】
キャリア３４は定置台４０の開口部に１本の垂直軸を中心として回動可能に支持されている。キャリアは複数の部品から成っている。円板４２はホイール４４と回転確動結合されており、該ホイールはギア装置４６と駆動モータ４８を介して１本の垂直軸を中心に回転させられる。ホイール４４の回転と共に円板４２も回転する。円板４２上にはピン状のホルダ５０が取り付けられている。該ホルダは垂直上方に立ち上がり、キャップ状の部品５２を担持している。この担持はばね５１の作用により軸方向に弾性を有している。部品５２の上側は載置面に載置されるウェーハ５６の載置面５４を形成している。載置面５４の周縁には円周方向に互いに離間して４個のセンタリングカム５８が配置されている。これらのカムはウェーハ５６用の詳細不図示の支保面を有している。これによりウェーハ５８は端縁の４箇所でのみ支保されることとなる（図８にはそれぞれ２個のセンタリングカム５８のみがみとめられる）。図９には４個のセンタリングカム５８がみとめられる。半径方向可動式のセンタリングカムは１個のストッパ面を有しており、該ストッパ面は調節機構６０によって半径方向に運動させられる。調節機構は空気圧式揺動装置６１を有しており、該駆動装置はギア装置６３を経て４本のロッド６５に作用してカム５８を運動させる。該カムはてことして形成されており、ロッド６５によって揺動傾倒させられる。ストッパ面は同じく不図示である。収容されたウェーハディスクはストッパ面ないしセンタリングカム５８により所定の軸、たとえば部品５２の中心軸を基準にしてセンタリングされる。
【００４４】
部品５２の天井壁には、液体用の接続管６４を備えた貫通孔６２が設けられている。液体は該接続管を経て、収容されたウェーハの下側面にもたらされる。また、液体を載置面から排出する孔も設けることが可能である。
【００４５】
円板４２には、円板４２から一定の間隔を置いて、皿６６が固定されており、該皿は部品５２の領域に開口６８を有している。皿６４はその中心部に内側が空洞の隆起体７０を有し、該隆起体はホイール４４と皿４２との軸方向貫通孔７２と整合されている。隆起体７０の上部のやや傾斜した壁面には複数のノズルが配置されており、図中にはそのうち１個が符号７４で表されている。それぞれ１個のノズル７４が１個の載置／取出しステーション３６、つまり載置面５４に整合されている。ノズル７４に達する導管７６は液体源と連結されており、収容されたウェーハ５６の上側面に液体を噴射する。また、各々の載置／取出しステーション３６用に１個のビーム源７８も設けられており、該ビーム源は載置面５４に向けられ、ウェーハ５６が収容されているか否かを指示する受光器７９と連携する。
【００４６】
キャリア３４は定置台４０のシールリング８０によって包囲され、リング８０と皿６６との間にはラビリンスシール８２が設けられている。リング８０の下側にはシステム全体用のドリップパン（不図示）が配されている。キャップ状の各部品５２も同じくドリップパン８２によって包囲されており、これによって液体ないしスラリが受け止められて不図示の方法で総ドリップパンに排出される。
【００４７】
図７に示したように、ロボット３８は対応する２個の載置／取出しステーションにウェーハを載置し、あるいは該ステーションからウェーハを取出すことができる。また、ステーション３６のうちの１個のみがロボット３８によって操作され得るような回転ポジションにキャリア３４を回転移動させることも考えられる。かくて、図７に示した回転ポジションにおいて研磨ユニットはそれぞれ１枚のウェーハを載置／取出しステーションから取出しあるいは該ステーションに返戻することができる。たとえば、まず、最初に左側の研磨ステーション３０で、続いて右側の研磨ステーション３１で加工を行なおうとする場合には、ウェーハが対応する載置／取出しステーション３６に載置された後、キャリア３４が１８０°回転させられ、次いで対応する研磨ユニット１８がウェーハを再び取出して、研磨皿２０ｂでの加工を実施する。キャリア３４の回動中にウェーハの表面は、加工液の残滓を取り除き、腐食を防止するために、たとえば噴射ノズル７４を用いて浄化することが可能である。したがって載置／取出しステーション３６はキャリア３４と共に、ウェーハがセンタリングされてホルダ１８に収容されるようにするためにウェーハをセンタリングして収容する手段を形成するのみならず、２個もしくはそれ以上の研磨ステーション間の搬送手段であると同時に加工したウェーハを次の研磨ステーションに転送する前またはロボット３８による取出し前に浄化するための浄化ステーションでもある。
【００４８】
載置面５４は凹面状に形成することができるため、既述したように、ウェーハ５６の裏面にはチャンバが形成される。該チャンバには液体の排出・供給を可能とするために孔を設けることができる。このようにして、収容されたウェーハ５６の裏面も浄化することが可能である。ホルダの接触面もそれが載置面に下降させられる際に浄化することが可能である。
【００４９】
研磨システムの個々の部品のための前記駆動装置とそれら駆動装置間の連携はここに不図示の適切な制御装置を用いて制御し得ることはいうまでもない。この種の制御装置は一般に公知に属する。
【００５０】
以下、図１０ａ〜１０ｏを参照して２段式研磨法を説明する。２個の研磨皿ＰＯＴ１とＰＯＴ２との間には４個の載置面ＷＬＴ１〜ＷＬＴ４を有した１台の回動式キャリアが配置されている。ここでは、図７〜９に図示、説明した装置を前提として説明を行なう。ウェーハを搬送する搬送装置３８ならびにウェーハを研磨皿ＰＯＴ１，ＰＯＴ２に対して保持するホルダ（研磨ユニット１８）はいずれもほとんど図示されていない。図１０に示したケースにおいて、搬送装置は装置のＡ側に配されている。これに対向する直径方向の反対側はＢで表されている。さらに、理解を容易にするため、図１０ａ〜１０ｏには１本の半径線が記入されている。図１０ａにおいてこの半径線はキャリアのゼロポジションを表している。その他の図中では９０°ないし９０°の整数倍のポジションが表されている。
【００５１】
図１０ａにおいて、載置面ＷＬＴ１とＷＬＴ２には工作物Ｗ１とＷ２が載置されている。既述したように、これは不図示の搬送装置によって行なわれるが、その際、載置は同時もしくは時間的に順次に実施することが可能である。続いて、図１０ｂに示したようにキャリアは−９０°回転させられ、これによって工作物Ｗ１とＷ２は第一の研磨皿ＰＯＴ１側に向けられる。このポジションにおいて工作物は不図示のホルダによって捕捉され、研磨皿ＰＯＴ１上に運ばれる。これは図１０ｃから看取することができる。こうして第一の研磨ステーションにおいてウェーハＷ１とＷ２の加工が行なわれる。
【００５２】
ウェーハＷ１とＷ２がキャリアから取出されると直ちにさらに２枚のウェーハＷ３とＷ４が搬送装置によって載置面ＷＬＴ１とＷＬＴ４に載置される。この載置が行なわれると直ちにキャリアは、図１０ｅから看取されるように、ゼロポジションの方向に９０°逆回転させられる。キャリアのこのポジションにおいて、研磨加工が終了した後のウェーハＷ１とＷ２が載置面ＷＬＴ２とＷＬＴ３に返戻される。これは図１０ｆに表されている。続いて、図１０ｇから看取されるように、キャリアの１８０°の回転が行なわれる。このポジションにおいて研磨皿ＰＯＴ２のホルダは、図１０ｈに示したように、ウェーハＷ１とＷ２を第二の研磨皿ＰＯＴ２に搬送する。同時にウェーハＷ３とＷ４は当該ホルダによって研磨皿ＰＯＴ１に運ばれる。
【００５３】
研磨皿ＰＯＴ１とＰＯＴ２とによってウェーハＷ１〜Ｗ４が加工されている間、載置面ＷＬＴ１〜ＷＬＴ４は空である。したがって同所には、図１０ｊから看取されるように、さらに別のウェーハＷ５とＷ６を載置することができる。図１０ｋに示したように、その後キャリアはウェーハＷ５とＷ６が研磨皿ＰＯＴ１側に整合するように時計回りに回転させられ、他方、空の載置面ＷＬＴ２とＷＬＴ３は研磨皿ＰＯＴ２側に対応させられることとなる。このポジションにおいて加工の完了したウェーハＷ１とＷ２が、図１０ｌから看取されるように、当該載置面に載置される。続いてキャリアはさらに９０°回転させられ、こうしてウェーハＷ１とＷ２は搬送装置によって取出される（図１０ｍ、１０ｎ）。続いて、キャリアはウェーハＷ５とＷ６が研磨皿ＰＯＴ２側に整合されるように再び９０°回転させられる結果、今や第一段階の加工の終了したウェーハＷ３とＷ４がキャリアに返戻可能となる。爾後、さらなる加工が１０ｆ以下のようにして実施される。
【００５４】
ウェーハＷ５とＷ６は載置面にある間に、すでに前述したように、予備処理され、洗浄／浄化されることができる。それゆえこれらの処理工程がウェーハの２段式研磨時の総処理時間を延長させることはない。
【００５５】
前記の一連の図に示した研磨装置の研磨皿の断面は図４に示してある。同図はたとえば図１の研磨皿１３０の断面を示したものである。したがって研磨ヘッドは符号１３４，１３６で表されている。作業板１７０上には研磨クロスが張られており、支持板１７４と作業板１２０との間には冷却路１７６が設けられており、該冷却路を通って適切な冷却液が流れる。冷却液の供給と排出の詳細は不図示である。
【００５６】
研磨皿１３０は定置台１８０に配置された回転駆動装置１７８により１本の垂直シャフトを経て駆動される。研磨ヘッド１３４，１３６はガイド路１８６によって垂直方向に調節可能なスピンドル１８２ないし１８４と結合されている。垂直方向調節駆動装置は不図示であるが、スピンドル１８２，１８４を回転させる駆動装置１８８と１９０は図示されている。符号１９２はドレッシング機構を表しており、これによって研磨クロスのドレッシングを行なうことができる。該ドレッシング機構は研磨皿の面全体に作用し得るように研磨皿１３０の直径方向に運動することができる。
【００５７】
図５は研磨ヘッド１３４あるいはホルダを拡大して示したものである。研磨ヘッドの詳細についてはここで行なう以上の説明は行なわない。同図にはそれを介して研磨ヘッド１３４によってウェーハが収容されるいわゆる支持膜１９４がみとめられる。またさらに、スピンドル１８４内で供給されるスラリの流出が符号１９６で表されているが、その詳細についてはこれ以上の説明は行なわない。ただし本発明にとって重要な点は、研磨ヘッド１３４にアダプタプレート１９８が結合されており、該アダプタプレートにキャップナット２００を被せることができることである。キャップナット２００自体はアダプタプレート１８８の雄ねじに外嵌めすることができる。アダプタプレート１９８には１本のセンタリングピン２０２が結合されており、該ピンはスピンドル１８４のセンタリング窪み２０４と連携する。こうして、スピンドルへの研磨ヘッドの速やかな取付け／取外しを実現することのできる早替え装置が創出される。アダプタプレート１９８はたとえば符号２０６で示唆した流路を経て研磨ヘッド１３４に液体を確実に供給するために利用される。
【００５８】
なお、図４に示したドレッシング装置１９２につき、該装置はダイヤモンドブラシないしプラスチックブラシもしくは高圧噴射水で研磨クロスを粗面化する旨指摘しておくこととする。この手段の運動は半径方向ないし直径方向に行なわれ、これにより研磨クロスの全面にわたって所望の粗立てが実現される。これはドレッシング手段を湿潤保持するために研磨皿１３０，１３２の外側に設けられていてもよい（図１も参照のこと）。
【００５９】
図１１，１２は円形パン２１０を示したものである。パン２１０は図１に示した加工・浄化ステーション１４２〜１４８に相当する。パン２１０には、中空回転シャフト２１４によって１本の垂直軸を中心にパン２１０を回旋させるため、水平アーム２１２が取り付けられている。図１１にはパン２１０の回旋可能性が鎖線で示唆されている。
【００６０】
図１１には、符号２１６で水平に配置された噴射・浄化ノズル列が認められるが、これらの列はほぼ半径方向に配置されている。パン内の周縁には、対を成すセンタリング手段２１８もみとめられるが、その機能についてはさらに説明する。パン内には水平なブラシ装置２２０が配置されている。パン２１０の周縁の１箇所には水平なブラシ装置２２２がみとめられる。さらに垂直に配置されたノズル２２４が表されている。パンの底には、液体を下方に放出する噴射ノズル２２６が配されている。図１２に鎖線で示した導管２２８で示唆されているように、中空シャフト２１４を通って多量の液体が誘導される。
【００６１】
前記の一連の図に示した研磨ヘッドは収容した工作物と共にまたは工作物なしでパン２１０内に沈められ、同所でブラシと浄化ノズルによって浄化されることが可能である。センタリング手段２１８は研磨ヘッドをセンタリングし、パン２１０内における該ヘッドの回転を可能とする。パン２１０が載置面１２２〜１２８の上方ないし図７以下に示したキャリア３４の上方に配置されていれば、キャリアも浄化されあるいはキャリアに収容されたウェーハも浄化される。液体はウェーハをこのようにして処理するための処理液であってもよい。
【００６２】
図１３と１４はロボット１０８のグリップを詳しく示したものである。ロボット１１８と１６４のグリップも同様な構造であってよいことはいうまでもない。ケーシング２３０には２本の平行なシャフト２３２，２３４が回動支持されており、不図示の駆動装置によって９０°の回動が可能である。シャフト２３２，２３４は一定間隔だけ互いに離間している。シャフト２３２，２３４はその端部に、ウェーハの縁を掴むのに適した、符号１１２で示した耐摩耗プラスチック製のあご２３６，２３８を有している。ケーシング２３０にはさらに、シャフト２３２，２３４の領域内にピン２４０，２４２が直線状に可動支持されている。これらのピンはウェーハ１１２の縁に当接するのに適している。したがってこのようにしてウェーハ１２２は慎重にもっぱらその縁で掴持されることとなる。グリップ１６６のシャフトとピンとの操作機構の詳細な説明は行わない旨再度強調しておく。ただし、ピン２４２と２４０との間に、グリップ１６６内のウェーハ１１２の有無を検知するセンサ２４４が配されている旨指摘しておくこととする。
【００６３】
図１５にはたとえば研磨皿１３０が概略的に示唆されている。モータ１７８は制御装置２５０によって操作される。研磨皿１３０には測定センサ２５２が配されており、該センサは研磨皿表面の温度を測定し、トランスミッタ２５４に伝達する。測定センサ２５６は、既述したように研磨皿１３０を通って送られる冷媒の温度を測定する。測定センサ２５８は冷媒の出口温度を測定する。双方の温度値はトランスミッタ２６０ないし２６２に伝達され、これらの温度は同所においてメモリされる。駆動モータ１７８のパワー消費はトランスミッタ２６４にメモリされる。表面温度は２６６にメモリされる。研磨皿１３０の冷媒の入口温度と出口温度から差が形成され、これが２６８にメモリされる。適切なフィルタ２７０，２７２および２７４を経て温度カーブが求められ、前記の一連のパラメータの温度カーブは２７６において適切なアルゴリズムによって制御装置２５０の停止信号を形成するために使用される。前記の測定値とアルゴリズムによって、ウェーハ上に層転移が生ずる時点を確認することができる。これは研磨工程の終了を指示し、その結果、研磨装置の自動停止が実現される。
【００６４】
以下、個々に説明した一連の装置の作動態様を再度説明することとする。
【００６５】
加工サイクルは少なくとも１個のプラットホーム１０４にカセット１０６が装着された後に開始する。第一段階において識別装置によりカセット１０６のデータ担体の識別・加工データが読取られる。読取られたデータは爾後の加工段階において、発生データをカセットに一義的に対応させるために利用される。次の段階において、すでに説明した、カセット１０６内の工作物１１２の配置／配向をチェックするマッピング装置によるカセット配置の検証が行なわれる。この検証が行なわれた後、ロボット１０８はウェーハ１１２をカセット１０６の載置面から取出して、それを識別システム１１０に移送し、さらにその後、引渡しポイント１１６に搬送する。搬送時にウェーハは表面の損傷と汚染を回避するため縁部でのみ掴持される。第二のロボット１１８は層厚の測定が行われる引渡し箇所１１４からウェーハを取出し、それをキャリアないし中間ステーション１２０の載置面１２２〜１２８のいずれか１箇所に搬送する。この搬送もロボット１１８のグリップ手段によるウェーハ縁部の掴持によって行なわれる。ロボット１１８自体は、ウェーハを載置した後、次のウェーハを掴持する前にたとえば研磨皿１３２によって加工されたウェーハを中間ステーション１２０の載置面から浄化／洗浄ステーション１５４，１５６に搬送するため、不図示の浄化ステーションにおいて浄化される。研磨装置および中間ステーション１２０における研磨および処理についてはすでに上記において詳細に説明したことからもはや触れないこととする。
【００６６】
研磨ヘッドは、中間ステーション１２０にウェーハを載置する前に、浄化・加工ステーション１４２，１４４，１４６，１４８に沈められ、同所で浄化ないし処理されることができる。その後に初めてウェーハは中間ステーションに返戻される。ただし、研磨ヘッドが中間ステーション１２０の載置面に下降し得るようにするため、あらかじめ当該パン２１０はパークポジションに回旋されることが必要である。ただし、先にウェーハを載置し、続いて浄化・加工ステーション１２０のパン２１０で研磨ヘッドの浄化を行なうことも可能である。このためにはまたも、パンが図１に示したパークポジションから載置面と整合したポジションに回旋されることが必要である。
【００６７】
ウェーハが研磨皿１３０，１３２上に下降された後、研磨工程が実施され、該工程は温度ならびに研磨皿駆動モータのパワー消費に関して測定されたパラメータが層転移の発生を指示すると終了させられる。
【００６８】
ロボット１１８は加工の完了した工作物ないし研磨の完了したウェーハを中間ステーション１２０から取出し、それを洗浄／乾燥ステーションの装入ゾーン１５８に移送する。続いてウェーハの洗浄と乾燥が行なわれ、ロボット１６４が乾燥装置１６２（遠心洗浄／乾燥機）の出口ゾーンにおいて浄化・乾燥されたウェーハを乾燥装置１６２から取出し、これを引渡し箇所１１４に搬送し、同所でウェーハは既述した層厚測定器１１６によって厚さがチェックされる。続いてロボット１０８によるカセット１０６への返送が行なわれる。
【００６９】
クリーンルーム１００にはさまざまなフィルタ／換気ユニットが配されていることから、種々相異したクリーンルーム区画がつくり出される。ロボット１０８の区画ではクリーンルーム等級１がつくり出される。浄化・乾燥装置に配置されたフィルタ／換気ユニットはクリーンルーム等級２をつくり出す。第二のロボット１１８と層厚測定器１１６はクリーンルーム等級３内で動作する。中間ステーションを含む研磨装置全体はクリーンルーム等級４内で動作する。クリーンルーム１００の天井に取り付けられた換気ユニットは流速を連続的に変化させることのできる層状気流をつくり出す。個々の区画内の気流速度を変化させることにより気流の幾何的誘導を可能とする種々相異した圧力ゾーンが生み出される。フィルタはそれぞれ所望のクリーンルーム等級がつくり出されるように配備されている。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】ウェーハを搬送、研磨、洗浄、乾燥するための装置の平面図である。
【図２】図１に示した装置を図１の矢印２の方向から見た側面図である。
【図３】図１に示した装置を図１の矢印３の方向から見た側面図である。
【図４】図１に示した研磨装置の研磨皿および研磨ヘッドの断面図である。
【図５】図４に示した研磨装置の研磨ヘッドの断面図である。
【図６】研磨皿による半導体ウェーハの加工を概略的に示した図である。
【図７】非常に概略的に示した本発明による装置の平面図である。
【図８】図２に示した載置／取出しステーションのキャリアの断面図である。
【図９】図２に示した載置／取出しステーションの平面図である。
【図１０】本発明による方法の２段式研磨プロセスフローを概略的に示した図である。
【図１１】図１に示した装置の洗浄／加工装置の平面図である。
【図１２】図１１に示した装置の１２−１２線の方向から見た断面図である。
【図１３】図１に示した装置の搬送装置グリップの側面図である。
【図１４】図１３に示したグリップの側面図である。
【図１５】研磨装置の停止信号を発生させるブロック図である。
【図１】
2005523579.tif 000003
【図２】
2005523579.tif 000004
【図３】
2005523579.tif 000005
【図４】
2005523579.tif 000006
【図５】
2005523579.tif 000007
【図６】
2005523579.tif 000008
【図７】
2005523579.tif 000009
【図８】
2005523579.tif 000010
【図９】
2005523579.tif 000011
【図１０】
2005523579.tif 000012
【図１１】
2005523579.tif 000013
【図１２】
2005523579.tif 000014
【図１３】
2005523579.tif 000015
【図１４】
2005523579.tif 000016
【図１５】
2005523579.tif 000017
【国際調査報告】
2005523579.tif 000018
2005523579.tif 000019
2005523579.tif 000020
2005523579.tif 000021