(57)【要約】【課題】化学的機械的平坦化ＣＭＰ過程でウェーハを安定的にアンローディングすることができるポリッシング装置を提供する。【解決手段】本発明のウェーハ研磨装置は、ウェーハＷとメンブレイン１６８との間に流体を提供する装置を具備したウェーハ伝達ステージ１２０を有する。望ましくは、伝達ステージ１２０はウェーハＷが置かれる支柱１２２と、ウェーハＷがポリッシングヘッド１６２から支柱１２２にアンローディングされる時に、ウェーハＷとメンブレイン１６８間の表面張力を減らすための流体提供装置を有する。流体提供装置はウェーハとメンブレインとの間に超純水を噴射する噴射ノズル１２４または不活性ガスを噴射する噴射ノズルからなることができる。【選択図】　　　　　　図５
2004031960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハを研磨するための装置において、
上部面上に研磨パッドが装着されているターンテーブルを有する研磨ステーションと、
ウェーハと面接触するメンブレインを有し、かつウェーハを維持し、前記ウェーハを前記ターンテーブル上に加圧するポリッシングヘッドとを含み、
前記研磨ステーションは、ウェーハを前記ポリッシングヘッドにローディングさせ、または、前記ポリッシングヘッドからアンローディングさせるためのウェーハ伝達ステージを具備し、
前記伝達ステージは、ウェーハが置かれる支柱と、
ウェーハが前記ポリッシングヘッドから前記支柱にアンローディングされる時に、前記ウェーハとメンブレイン間の表面張力を減らすために、前記ウェーハとメンブレインとの間に流体を提供する装置をさらに具備することを特徴とするポリッシング装置。
【請求項２】
前記流体提供装置は、前記ウェーハとメンブレインとの間に超純水を噴射する噴射ノズルからなることを特徴とする請求項１に記載のポリッシング装置。
【請求項３】
前記流体提供装置は、前記ウェーハとメンブレインとの間に不活性ガスを噴射する噴射ノズルからなることを特徴とする請求項１に記載のポリッシング装置。
【請求項４】
前記伝達ステージは、前記ウェーハが前記ポリッシングヘッドから前記支柱にアンローディングされる時に、ウェーハを真空吸着するための真空ホールが前記支柱に形成されることを特徴とする請求項１に記載のポリッシング装置。
【請求項５】
前記伝達ステージは、前記ウェーハが前記ポリッシングヘッドから前記支柱にアンローディングされる時に、前記支柱に置かれたウェーハが前記メンブレインに付着された状態で前記メンブレインに付いて上がることを防止するためのストッパ部材をさらに含むことを特徴とする請求項１または請求項４に記載のポリッシング装置。
【請求項６】
前記ストッパ部材は、前記ウェーハと前記メンブレインとの間に挿入されてウェーハが前記メンブレインに付いて持ち上げられることを防止する棒と、
前記棒を前記ウェーハと前記メンブレインとの間に位置させるか、または位置させないように前記棒を移動させるための移動装置を含むことを特徴とする請求項５に記載のポリッシング装置。
【請求項７】
前記支柱は、昇降装置によって昇降されることを特徴にするポリッシング装置。
【請求項８】
前記伝達ステージは、前記支柱を取り囲むキャッチカップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のポリッシング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は半導体ウェーハを製造する装置に関するものであり、さらに具体的には、半導体ウェーハの表面を化学的、機械的に研磨する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、半導体装置が高集積化することによって、配線構造が多層化されて半導体基板上に積層された単位セルの間の表面段差が徐々に増加されており、これら単位セルの間の表面段差を減らすために、多様なウェーハ工程面の研磨方法が提示されている。これらのうちウェーハの化学機械的な研磨を同時に実施してウェーハの工程面を平坦化するＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）装備が広く使われている。
【０００３】
通常、ＣＭＰ工程では、ウェーハは工程面がターンテーブルに向けるようにポリッシングヘッドに装着され、ウェーハの工程面は研磨パッドが設置されたターンテーブル上に置かれる。ポリッシングヘッドはターンテーブルの研磨パッドに対抗してウェーハを押付けるように、ウェーハ上に制御可能な押圧力または圧力を提供する。また、ポリッシングヘッドはウェーハとターンテーブルとの間に追加的な運動を提供するように回転することもできる。
【０００４】
特に、ＣＭＰポリシャ（ｐｏｌｉｓｈｅｒ）業界での均一性（ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）が優れたメンブレイン（ｍｅｍｂｒａｎｅ）タイプのヘッドの開発／適用が活発に進行されている。
【０００５】
このようなメンブレインタイプのポリッシングヘッドは、ウェーハとメンブレインとの間の真空／エアブロー（ａｉｒ　ｂｌｏｗ）を利用してウェーハを固定（ｃｈｕｃｋ）、または非固定（ｒｅｌｅａｓｅ）する方式を用いている。しかし、このような方式のポリッシングヘッドでは、ウェーハを伝達ステージにアンローディングする過程でエラーが多発する問題点がある。
【０００６】
図１乃至図３に、ウェーハアンローディング過程を示す。図面を参照すると、ウェーハアンローディングは、ポリッシングヘッド１０が伝達ステージ２０に移動されれば、伝達ステージ２０のペデスタル２２が上昇する準備段階と（図１）、空気圧によってメンブレイン１２が膨脹され、ウェーハｗがペデスタル２２に置かれるメンブレインブローイング段階と（図２）、最後に、ウェーハがペデスタル２２に置かれてから、メンブレイン１２が収縮されるメンブレインベント段階（図３）が行われる。ここで、ウェーハアンローディングエラーは、前記メンブレイン１２のブローイング段階でウェーハがメンブレインから完全に離れない状態（ウェーハのエッジ部分はメンブレインから離れるが、ウェーハのセンタ部分はメンブレインに付着されている）でメンブレインベント（メンブレイン収縮）が進行し、ウェーハが前記メンブレイン１２に付いて上がることによって発生する。特に、ウェーハの表面が疎水性（Ｈｙｄｒｏｐｏｈｏｂｉｃ）の場合には、ウェーハとメンブレインとの接触面の表面張力によってウェーハアンローディングエラーが多発する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ウェーハを安定的にアンローディングすることができるポリッシング装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための本発明の特徴によると、ウェーハを研磨するための装置は、ウェーハとメンブレインとの間に流体を提供する装置を含むウェーハ伝達ステージを具備する。望ましくは、前記伝達ステージは、ウェーハが置かれる支柱と、ウェーハが前記ポリッシングヘッドから前記支柱にアンローディングされる時に、前記ウェーハとメンブレイン間の表面張力を減らすための流体提供装置を有する。前記流体提供装置は、前記ウェーハとメンブレインとの間に超純水を噴射する噴射ノズルまたは不活性ガスを噴射する噴射ノズルからなることができる。
【０００９】
本発明の実施形態によると、前記伝達ステージは、前記ウェーハが前記ポリッシングヘッドから前記支柱にアンローディングされる時に、ウェーハを真空吸着するための真空ホールが前記支柱に形成されることができる。
【００１０】
また、前記伝達ステージは、前記ウェーハが前記ポリッシングヘッドから前記支柱にアンローディングされる時に、前記支柱に置かれたウェーハが前記メンブレインに付着された状態で前記メンブレインに付いて上がることを防止するためのストッパ部材をさらに具備することができる。ここで、前記ストッパ部材は、前記ウェーハと前記メンブレインとの間に挿入されてウェーハが前記メンブレインに付いて持ち上げられることを防止するインタセプタと、このインタセプタを前記ウェーハと前記メンブレインとの間に位置、または位置させないための移動装置を有する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面４乃至図９に基づいて詳しく説明する。また図面で同一の機能を実行する構成要素に対しては同一の参照番号を併記する。
【００１２】
図４を参照すると、本発明によるＣＭＰ装置１００は、大きくポリッシングステーション１１０とポリッシングヘッドアセンブリ１６０からなる。前記ポリッシングステーション１１０は、研磨パッド１１２が附着された回転可能なターンテーブル１１４とウェーハ伝達ステージ１２０を有する。
【００１３】
前記ターンテーブル１１４は、ターンテーブルを回転させるための手段（図示せず）に連結され、前記回転手段は前記ターンテーブル１１４を一番良好な回転数で回転させる。前記研磨パッド１１２は、荒いポリッシング面を有する複合材料である。
【００１４】
前記ポリッシングステーション１１０は、通常のパッドコンディショニング手段（図示せず）及び反応試薬（例えば、酸化ポリッシング用脱イオン水）と摩擦粒子（例えば、酸化ポリッシング用二酸化珪素）と化学反応触媒（例えば、酸化ポリッシング用水酸化カリウム）を含むスラリーを研磨パッドの表面に供給するためのスラリー供給手段（図示せず）を含むことができることは勿論である。ここで、前記パッドコンディショニング手段及びスラリー供給手段は、この発明の要旨に該当しないだけでなく、公知技術なので、ここではそれに対する説明を略する。
【００１５】
前記ポリッシングヘッドアセンブリ１６０は、四つのポリッシングヘッド１６２を有する。前記ポリッシングヘッドアセンブリ１６０は前記伝達ステージ１２０の構成要素を示すために一部破断に示している。前記ポリッシングヘッドアセンブリ１６０は、前記研磨ヘッド１６２うちいずれか一つがターンテーブル１１４または伝達ステージ１２０に位置するように、中心軸に対して回転される。前記研磨ヘッド１６２は、研磨パッド１１２に対向してウェーハｗを維持し、ウェーハｗの後面に下向き圧力を均一に分布させる。
【００１６】
図５に示したように、前記研磨ヘッド１６２は、キャリア１６４、リテイナリング１６６、及び柔軟な材質のメンブレイン１６８を有するメンブレインタイプからなる。前記メンブレイン１６８はウェーハｗと直接的に面接触する薄いゴム膜であり、圧力を受ければ膨脹してウェーハｗに均一な圧力をかける。
【００１７】
前記研磨ヘッド１６２はウェーハｗとメンブレイン１６８の間の真空／エアブロー（ａｉｒ　ｂｌｏｗ）を利用してウェーハｗを固定（ｃｈｕｃｋ）、または非固定（ｒｅｌｅａｓｅ）し、ウェーハは前記伝達ステージを通じて前記研磨ヘッドにローディング、または研磨ヘッド１６２からアンローディングされる。
【００１８】
前記伝達ステージ１２０は、ウェーハを前記ポリッシングヘッドにローディングさせ、または、前記ポリッシングヘッドからアンローディングさせる。図５を参照すると、前記伝達ステージ１２０は、支柱（ｐｅｄｅｓｔａｌ：１２２）、超純水噴射ノズル１２４、ストッパ装置（１２６：図８に示している）及びキャッチカップ１２１を含む。
【００１９】
前記キャッチカップ１２１の内部には、前記支柱１２２と超純水噴射ノズル１２４及びストッパ装置１２６が位置する。前記支柱１２２は、支柱１２２の軸１２２ａと連結された昇降装置１３０によって昇降される。前記昇降装置１３０は通常の油圧シリンダ１３２からなる。前記支柱１２２は、ウェーハｗを安定的に保有するために、多数の真空ホール１２２ａが端部に形成されている。前記真空ホール１２２ａは、前記支柱１２２の内部に形成された真空通路１２２ｂと連通され、この真空通路１２２ｂは、外部の真空ポンプ（図示せず）と連通されることは勿論である。
【００２０】
図６に示したように、前記超純水噴射ノズル１２４はウェーハｗが前記研磨ヘッド（１６２から前記支柱１２２にアンローディングされる時に、前記ウェーハｗとメンブレイン１６８との間に超純水を噴射する。前記ウェーハｗとメンブレイン１６８との間に超純水を噴射する理由は、前記ウェーハｗとメンブレイン１６８間の表面張力を減らし、ウェーハの重さの上昇効果を得るためである。このように、前記研磨ヘッド１６２から前記支柱１２２にウェーハｗをアンローディングする過程で（図６参照）、前記ウェーハｗと前記メンブレイン１６８間の表面張力を減らし、ウェーハｗを重くすることによって、ウェーハアンローディング時に発生するアンローディングエラー（支柱に置かれず、メンブレインに付着された状態でメンブレインに付いて上がる問題）を減らすことができる。例えば、本発明の伝達ステージ１２０は、超純水噴射ノズル１２４に代えて前記ウェーハと前記メンブレインとの間に不活性ガスを噴射するガス噴射ノズルを具備することもできる。ここで使う“”不活性”というのはガスが半導体ウェーハにどのような相当の物理的または化学的な変化を惹起させないことを意味する。一般的に不活性ガスには主に窒素ガスが使われる。
【００２１】
アンローディングエラーが生じないので、図７に示すように、ウェーハを安定的にアンローディングすることができる。
【００２２】
図８及び図９を参照すると、前記ストッパ装置１２６は、前記超純水噴射ノズルと同一の目的を達成するためものである。すなわち、前記ストッパ装置１２６は、ウェーハｗが前記研磨ヘッド１６２から前記支柱１２２にアンローディングされる時に、ウェーハが前記支柱１２２に置かれずに、メンブレイン１６８に付着された状態で付いて上がることを遮断する。このために、前記ストッパ装置１２６は、前記ウェーハｗとメンブレイン１６８との間に挿入されてウェーハｗが前記メンブレイン１６８に付いて持ち上げられることを防止するためのインタセプタ（ｉｎｔｅｒｃｅｐｔｏｒ：１２６ａ）と、前記インタセプタ１２６ａを前記ウェーハとメンブレインとの間に挿入させるための駆動部１２６ｂを有する。前記インタセプタ１２６ａは前記駆動部１２６ｂによって待機位置（点線で表示される）と遮断位置（ウェーハとメンブレインとの間）に移動される。前記インタセプタ１２６ａはウェーハｗとメンブレイン１６８との間に位置されることができる位の長さを有することが望ましく、ウェーハとの接触時に、摩擦面積を最小化することができる構造を有することが望ましい。
【００２３】
上述のような構成を有する伝達ステージ１２０でのウェーハアンローディングは次の通りである。前記伝達ステージ１２０に研磨ヘッド１６２が移動し、前記伝達ステージ１２０の支柱１２２が上昇する。（準備段階）空気圧によってメンブレイン１６８が膨脹すれば、ウェーハが支柱１２２に置かれる（メンブレインブローイング段階）。この状態で、前記超純水噴射ノズル１２４は、前記ウェーハｗと前記メンブレイン１６８との間の空間に超純水を噴射し、前記支柱１２２ではウェーハｗを真空吸着する。また、前記ストッパ装置１２６は駆動部１２６ｂを作動させ、待機位置にあるインタセプタ１２６ａをウェーハとメンブレイとの間に（遮断位置）移動させる。その次に、膨れているメンブレインを収縮（メンブレインベント段階）させる。前記支柱１２２にアンローディングされたウェーハは移送ロボット（図示せずによって他の装備（例えば、洗浄装備）に移送される。
【００２４】
上述のように、本実施形態によるＣＭＰ装置の伝達ステージでは、ウェーハをアンローディングする過程で発生するエラーを防止するための多様な手段（ウェーハを真空で吸着する手段、ウェーハとメンブレインとの間の表面張力を減少させ、ウェーハの重さを上昇させる手段、ウェーハがメンブレインに付いて上がることを遮断するための手段）によってウェーハアンローディングエラーを防止することができる。
【００２５】
以上、望ましい実施形態を例示し、それを通じて本発明を説明したが、本発明はここに限定されないことを留意しなければならない。本発明の思想と技術的範囲を逸脱しない範囲内で多様な実施形態及び変形例があるということをよく理解しなければならない。
【００２６】
【発明の効果】
以上のような本発明によると、伝達ステージでウェーハを安定的にアンローディングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的なＣＭＰ装備でのウェーハアンローディング過程を示す図面である。
【図２】一般的なＣＭＰ装備でのウェーハアンローディング過程を示す図面である。
【図３】一般的なＣＭＰ装備でのウェーハアンローディング過程を示す図面である。
【図４】本発明の望ましい実施形態によるＣＭＰ装備の平面構成図である。
【図５】図４に示したポリッシングヘッドと伝達ステージを示す部分側断面図である。
【図６】伝達ステージでのウェーハアンローディング過程を示す図面である。
【図７】伝達ステージでのウェーハアンローディング過程を示す図面である。
【図８】図５に表示された６−６線に沿って切断した断面図である。
【図９】図８に表示された７−７線に沿って切断した断面図である。
【符号の説明】
１１０…ポリッシングステーション、
１１２…研磨パッド、
１１４…ターンテーブル、
１２０…伝達ステージ、
１２２…支柱、
１２４…超純水噴射ノズル、
１２６…ストッパ装置、
１６０…ポリッシングヘッドアセンブリ、
１６２…研磨ヘッド、
１６８…メンブレイン。
【図１】
2004031960.tif 000003
【図２】
2004031960.tif 000004
【図３】
2004031960.tif 000005
【図４】
2004031960.tif 000006
【図５】
2004031960.tif 000007
【図６】
2004031960.tif 000008
【図７】
2004031960.tif 000009
【図８】
2004031960.tif 000010
【図９】
2004031960.tif 000011