JP4524084B2 - 半導体ウェーハのローディング装置およびローディング方 - Google Patents

Description

本発明はシリコンウェーハなどの半導体ウェーハをチャックに吸着させてローディングするローディング装置およびローディング方法に関し、特に枚葉式の研磨装置の研磨ヘッドに半導体ウェーハをローディングする場合に適用して好適な装置および方法に関するものである。

シリコンウェーハなどの半導体ウェーハを製造する工程の１つに、半導体ウェーハの表面を鏡面状に研磨する研磨工程がある。

研磨工程では、研磨装置により半導体ウェーハの表面が研磨される。

研磨装置には、１つの研磨ヘッドで複数枚の半導体ウェーハを吸着して研磨を行うバッチ式の研磨装置と、１つの研磨ヘッドで１枚の半導体ウェーハを吸着して研磨を行う枚葉式の研磨装置とがある。

枚葉式の研磨装置の研磨ヘッドは、半導体ウェーハの直径と同一径のチャック（研磨プレート）を備えている。研磨ヘッドのチャックで半導体ウェーハを吸着し研磨ヘッドを定盤上の研磨クロスに押し当て研磨ヘッドと定盤とを相対的に逆回転させることにより半導体ウェーハの表面が研磨される。

研磨装置には、前工程から搬入されてきた半導体ウェーハを研磨ヘッドのチャックに吸着させてローディングするローディング機構が備えられている。

研磨工程は、複数の粗研磨工程と仕上げ研磨工程とからなり、半導体ウェーハの表面が段階的に研磨される。このため研磨装置には、粗研磨を行うステージと仕上げ研磨を行うステージとが備えられている。

ローディング機構により研磨ヘッドにローディングされた半導体ウェーハは、粗研磨用のステージに送られて粗研磨が行われ、つぎに仕上げ研磨用のステージに送られて仕上げ研磨が行われる。

各ステージでは、研磨ヘッドに上方から荷重がかけられて半導体ウェーハは研磨クロスの表面に押し当てられつつ研磨される。研磨の際には研磨クロス上の半導体ウェーハの接触面に砥粒液（スラリ）が流される。研磨クロスは弾性があるため半導体ウェーハの表面のうちチャックの外周側に相当する部位で、「面ダレ」と呼ばれる半導体ウェーハの平坦度を損なう品質上の不具合が発生する。

ここで面ダレとは、半導体ウェーハの縁にＲがつくとともに、半導体ウェーハの外周側の面が傾いて削れてしまい半導体ウェーハの平坦度が損なわれることである。

図４（ａ）は枚葉式の研磨ヘッドのチャック１１によって半導体ウェーハ３０が吸着される様子を示す。

面ダレを防止するために、枚葉式の研磨ヘッドのチャック１１の外周には、チャック１１の側面から所定距離離間されて環状に形成されたリテーナ１２が設けられている。半導体ウェーハ３０が研磨クロスに押し付けられた際に、リテーナ１２も同時に研磨クロスに押し付けられて、上記面ダレが防止される。

このためリテーナ１２はその下面が、チャック１１に吸着された半導体ウェーハ３０の下面と同位置となるように配置されている。

ここで粗研磨用のステージで用いられる砥粒液と仕上げ研磨用のステージで用いられる砥粒液とはその成分が異なる。粗研磨用のステージで用いられる砥粒液は半導体ウェーハの表面で凝集しやすいものが使用され、仕上げ用のステージで用いられる砥粒液は半導体ウェーハの表面で凝集しにくいものが用いられる。粗研磨用のステージで用いられる砥粒液が、仕上げ研磨用のステージに運ばれると、半導体ウェーハの表面で凝集してしまい半導体ウェーハの表面に仕上げ研磨の品質に影響を与えるキズがつくおそれがある。このため仕上げ研磨の目的を達成できなくなる。

粗研磨用のステージで粗研磨が行われると、図４（ａ）に示すように、チャック１１に吸着された半導体ウェーハ３０とリテーナ１２との隙間４０に粗研磨用の砥粒液が溜まってしまう。研磨ヘッドは、リテーナ１２の下面がチャック１１に吸着された半導体ウェーハ３０の下面と同位置となったままで粗研磨用のステージから仕上げ研磨用のステージに送られる。このため粗研磨用の砥粒液は上記隙間４０に溜められた状態で、仕上げ研磨用のステージに送られることになり、この状態で仕上げ研磨用のステージで半導体ウェーハを仕上げ研磨を行うと、粗研磨用の砥粒液によって半導体ウェーハの表面にキズがつくおそれがあった。

そこで本発明者らは、チャック１１に対してリテーナ１２を相対的に上方に移動させることにより粗研磨用の砥粒液を上記隙間４０から排出させて、仕上げ研磨用のステージに粗研磨用の砥粒液を持ち込ませないようにする発明を既に特許出願している（特願２００２−２８２５４９号）。なおこの出願は未公開であり公知技術とはなっていない。

ところで、近年、１枚の半導体ウェーハから、より多くのチップを切り出したいとの要請がある。この要請にこたえるためには半導体ウェーハの縁（側面）に近い外周部においても歩留まりよくチップを切り出す必要があり、外周部も内周部と同等レベルの平坦度が要求されている。

図４（ａ）は、チャック１１の各部の径φＤ1、Ｄ2、Ｄ3を示し、半導体ウェーハ３０の各部の径φＤ4、Ｄ5を示し、環状に形成されたリテーナ１２の内径φＤ6を示している。

チャック１１の直径はφＤ3であり、チャック１１の下面（半導体ウェーハ吸着面）には、内径をφＤ1とし外径をφＤ2とする（Ｄ2−Ｄ1）/２なる幅のシール部１１ｄがチャック１１の周方向に沿って形成されている。チャック１１の下面にあってシール部１１ｄの内側には、複数のピン１１ｆと溝１１ｅが形成されている。溝１１ｅには真空引きを行うための孔が形成されている。半導体ウェーハ３０の外周部の平坦度を向上させるにはシール部１１ｄをできる限りチャック１１の外周に配置することが望ましい。

半導体ウェーハ３０の直径はφＤ5であり、面取りされていない部分の直径がφＤ4である。このため面取り部３０ａの直径方向の長さは、（Ｄ5−Ｄ4）/２となる。

チャック１１に吸着された半導体ウェーハ３０とリテーナ１２との間の隙間４０の大きさは、（Ｄ6−Ｄ5）/２で表される。

チャック１１が半導体ウェーハ３０を吸着した際にはチャック１１の中心と半導体ウェーハ３０の中心とが一致していることが望ましい。

チャック１１の中心と半導体ウェーハ３０の中心とがずれてしまうと、隙間４０の大きさが周方向で不均一になりリテーナ１２による面ダレ防止効果が周方向でばらつく。このため半導体ウェーハ３０の外周部の平坦度がばらつく。

またチャック１１の中心と半導体ウェーハ３０の中心とがずれてしまうと、半導体ウェーハ３０の外周部で真空リークが生じ砥粒液が溝１１ｅに吸い込まれてしまいディンプルが発生し半導体ウェーハ３０の外周部の平坦度が悪化する。

チャック１１の中心に対する半導体ウェーハ３０の中心のズレ許容量は、（Ｄ4−Ｄ1）/２で表される。このズレ許容量を超えた吸着位置ずれが発生すると、図４（ｂ）に示すように、半導体ウェーハ３０の面取り部３０ａが、溝１１ｅに位置されてしまいチャック１１の下面と半導体ウェーハ３０との間に隙間Ｅができ真空リークや砥粒液の吸込みが発生する。

チャック１１の中心に対する半導体ウェーハ３０の中心のずれを防止することに関して以下の従来技術がある。なお半導体ウェーハ３０の中心をチャック１１の中心に一致させる処理のことを「センタリング」と称する。

（従来技術１）
図５に示す研磨装置が既に市販されている。

すなわち図５（ａ）に示すように、研磨装置は、チャック１１が設けられた研磨ヘッドと、半導体ウェーハ３０が載置されるトッププレート２１と、半導体ウェーハ３０の中心方向に移動することにより半導体ウェーハ３０の側面に当接するセンタリングピン２２とが設けられたローディング機構とからなる。

トッププレート２１の中心軸２１ｃとチャック１１の中心軸１１ｃとの芯ズレ量はｄであるとする。

図５（ｂ）に示すようにセンタリングピン２２が半導体ウェーハ３０の中心方向Ａに移動するとセンタリングピン２２が半導体ウェーハ３０の側面に当接する。これによりトッププレート２１に対する半導体ウェーハ３０のずれが補正される。

つぎに図５（ｃ）の矢印Ｂに示すようにチャック１１が下降するとともに矢印Ｃに示すようにトッププレート２１が上昇する。これによりチャック１１の下面に半導体ウェーハ３０の上面が接触する。この状態でチャック１１の下面が真空引きされてチャック１１に半導体ウェーハ３０が吸着される。

（従来技術２）
下記特許文献１、２には、リテーナ１２を基準にして、半導体ウェーハ３０の中心をチャック１１の中心に一致させるセンタリングを行う技術が記載されている。特許文献１には、リテーナ外周を、ローディング機構側のガイドピンに嵌合させることによりセンタリングを行う技術が記載されている。特許文献２には、フローティング構造のリングをリテーナ下面外周部に嵌合させることでセンタリングを行う技術が記載されている。
特開平１０−１７２９３０号公報 特開２０００−１７６８２７号公報

従来技術１によれば、トッププレート２１に対する半導体ウェーハ３０のずれは補正されるものの、チャック１１の中心軸１１ｃとトッププレート２１の中心軸２１ｃとの芯ズレ（芯ズレ量ｄ）自体は補正されない。このためセンタリングには限界があり、チャック１１が半導体ウェーハ３０を吸着した際に、半導体ウェーハ３０のチャック１１に対するズレは、ズレ許容量（図４（ａ））より大きくなることは避けられない。

従来技術２は、リテーナ１２を基準としてセンタリングするものである。しかしチャック１１には取付誤差があり、リテーナ１２にも取付誤差があるため半導体ウェーハ３０のセンタリングの精度はこれらチャック１１、リテーナ１２の取付精度の影響を受ける。このため半導体ウェーハ３０のチャック１１に対するズレは、ズレ許容量（図４（ａ））より大きくなることは避けられない。またチャック１１、リテーナ１２の取り付け部品の精度を高くして対応することも考えられるが、これは装置の製造コストの上昇を招く。

本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、半導体ウェーハのチャックに対するズレがズレ許容量以下になるように精度よく吸着させて、半導体ウェーハの外周部の平坦度を向上させることを解決課題とするものである。またチャックやリテーナの取付誤差の影響を受けることなくセンタリングを行えるようにして装置の製造コストを低減させることを解決課題とするものである。

第１発明は、
半導体ウェーハが載置されるプレートと、半導体ウェーハの中心方向に移動することにより半導体ウェーハの側面に接近するセンタリング部材とが設けられたローディング機構と、下面にその周方向に沿って形成されるシール部及び当該シール部の内側に形成された溝に真空引きを行うための孔を有し半導体ウェーハと同一の径を有しプレート上の半導体ウェーハを前記真空引きによって吸着して当該半導体ウェーハをローディングするチャックとを備えた半導体ウェーハのローディング装置において、
チャックの側面とプレート上の半導体ウェーハの側面の両方に接近可能であってプレートの周方向に設けられた複数のセンタリング部材と、
複数のセンタリング部材によって形成される周形の直径が半導体ウェーハの直径＋α（αはチャックの中心軸と半導体ウェーハの中心軸のズレ許容量であってチャックが半導体ウェーハを吸着する際に真空リークが防止される量）になるまで各センタリング部材を半導体ウェーハの中心に向かって移動させ、各センタリング部材の移動の際に何れかのセンタリング部材がチャックに当接した場合に、当該当接したセンタリング部材に向かってプレートを移動させると共に半導体ウェーハの中心に向かって残りのセンタリング部材を移動させるプレート移動機構と
を備えたことを特徴とする。

第２発明は、
半導体ウェーハが載置されるプレートと、半導体ウェーハの中心方向に移動することにより半導体ウェーハの側面に近接するセンタリング部材とが設けられたローディング機構と、下面にその周方向に沿って形成されるシール部及び当該シール部の内側に形成された溝に真空引きを行うための孔を有し半導体ウェーハと同一の径を有しプレート上の半導体ウェーハを前記真空引きによって吸着して当該半導体ウェーハをローディングするチャックと、チャックの側面から所定距離離間されて配置されたリテーナとが設けられた研磨ヘッドとを備えたローディング装置において、
センタリング部材がチャックの側面に接近できるように、チャックに対してリテーナを相対移動させるリテーナ移動機構と、
チャックの側面とプレート上の半導体ウェーハの側面の両方に接近可能であってプレートの周方向に設けられた複数のセンタリング部材と、
複数のセンタリング部材によって形成される周形の直径が半導体ウェーハの直径＋α（αはチャックの中心軸と半導体ウェーハの中心軸のズレ許容量であってチャックが半導体ウェーハを吸着する際に真空リークが防止される量）になるまで各センタリング部材を半導体ウェーハの中心に向かって移動させ、各センタリング部材の移動の際に何れかのセンタリング部材がチャックに当接した場合に、当該当接したセンタリング部材に向かってプレートを移動させると共に半導体ウェーハの中心に向かって残りのセンタリング部材を移動させるプレート移動機構と
を備えたことを特徴とする。

第３発明は、
プレート上の半導体ウェーハを、下面にその周方向に沿って形成されるシール部及び当該シール部の内側に形成された溝に真空引きを行うための孔を有し当該半導体ウェーハと同一の径を有するチャックで前記真空引きによって吸着することにより半導体ウェーハのローディングを行う半導体ウェーハのローディング方法において、
チャックが半導体ウェーハを把持できる位置までチャックをプレートに対して相対移動させる工程と、
プレートの周方向に配置された複数のセンタリング部材を半導体ウェーハの中心方向に移動させて各センタリング部材を、チャックの側面とプレート上の半導体ウェーハの側面の両方に近接させる工程と、
各センタリング部材の移動の際に何れかのセンタリング部材がチャックに当接した場合に、当該当接したセンタリング部材に向かってプレートを移動させると共に半導体ウェーハの中心に向かって残りのセンタリング部材を移動させる工程と、
各センタリング部材を移動させ、複数のセンタリング部材によって形成される周形の直径を半導体ウェーハの直径＋α（αはチャックの中心軸と半導体ウェーハの中心軸のズレ許容量であってチャックが半導体ウェーハを吸着する際に真空リークが防止される量）にした時点で、各センタリング部材の移動を停止させる工程と、
プレート上の半導体ウェーハをチャックで把持して半導体ウェーハをローディングする工程と
を含むことを特徴とする。

第４発明は、
プレート上の半導体ウェーハを、下面にその周方向に沿って形成されるシール部及び当該シール部の内側に形成された溝に真空引きを行うための孔を有し当該半導体ウェーハと同一の径を有する研磨ヘッドのチャックで前記真空引きによって吸着することにより半導体ウェーハのローディングを行う半導体ウェーハのローディング方法において、
センタリング部材がチャックの側面に接近できるように、チャックに対してリテーナを相対移動させる工程と、
チャックが半導体ウェーハを吸着できる位置までチャックをプレートに対して相対移動させる工程と、
プレートの周方向に配置された複数のセンタリング部材を半導体ウェーハの中心方向に移動させて各センタリング部材を、チャックの側面とプレート上の半導体ウェーハの側面の両方に近接させる工程と、
各センタリング部材の移動の際に何れかのセンタリング部材がチャックに当接した場合に、当該当接したセンタリング部材に向かってプレートを移動させると共に半導体ウェーハの中心に向かって残りのセンタリング部材を移動させる工程と、
各センタリング部材を移動させ、複数のセンタリング部材によって形成される周形の直径を半導体ウェーハの直径＋α（αはチャックの中心軸と半導体ウェーハの中心軸のズレ許容量であってチャックが半導体ウェーハを吸着する際に真空リークが防止される量）にした時点で、各センタリング部材の移動を停止させる工程と、
プレート上の半導体ウェーハをチャックで吸着して半導体ウェーハをローディングする工程と
を含むことを特徴とする。

第２発明のローディング装置、第４発明のローディング方法では以下のようにして半導体ウェーハ３０のローディングが行われる。

まず図３の搬入装置７によって未研磨の半導体ウェーハ３０が図１に示すローディング機構２０のトッププレート２１上に載置される。

このときの状態を図２（ａ）に示す。ここでチャック１１の中心軸１１ｃとトッププレート２１の中心軸２１ｃとの間には芯ズレ量ｄの芯ズレがあるものと仮定する。リテーナ移動機構により、リテーナ１２はチャック１１に対して相対的に上方に位置されており、チャック１１の下面とリテーナ１２の下面との距離はｆ2となっている。

つぎに、研磨ヘッド用シリンダが駆動され、図２（ｂ）の矢印Ｂに示すように、研磨ヘッド１０が下降する。

つぎに図２（ｃ）に示すように、６本のセンタリングピン２２が同時にトッププレート２１上の半導体ウェーハ３０の中心方向Ａに移動する。

つぎに、シリンダ２３が駆動されトッププレート２１が上昇する。このようにしてチャック１１が、トッププレート２１上の半導体ウェーハ３０を吸着できる位置まで、トッププレート２１に対して相対的に下方に移動される。このとき半導体ウェーハ３０の上面とセンタリングピン２２の上端との距離はｆ1になっている。

ｆ2＞ｆ1なる関係が成立しているため、センタリングピン２２はリテーナ１２に干渉することなくトッププレート２１上の半導体ウェーハ３０の側面とチャック１２の側面の両方に接近することができる。

センタリングピン２２はチャック１１の側面に接近して、センタリングピン２２はチャック１１の直径（最接近距離Ｄ5＋α（半導体ウェーハ３０の直径＋α））に応じた位置で停止する。

チャック１１の中心軸１１ｃとトッププレート２１の中心軸２１ｃとの間には芯ズレがあるため、センタリングピン２２はチャック１１の側面に当接する。センタリングピン２２がチャック１１の側面に当接すると、以後センタリングピン２２が停止するまで、トッププレート２１は上ベース２６とともにセンタリングピン２２の移動方向に移動する。このためセンタリングピン２２がチャック１１の直径（最接近距離Ｄ5＋α（半導体ウェーハ３０の直径＋α））に応じた位置で停止したとき、トッププレート２１の中心軸２１ｃはチャック１１の中心軸１１ｃにほぼ一致し、芯ズレ量ｄをほぼ零にすることができる。

トッププレート２１の中心軸２１ｃはチャック１１の中心軸１１ｃに一致し、芯ズレ量が零になった状態で、真空ポンプが駆動されチャック１１に半導体ウェーハ３０が吸着される。このため、半導体ウェーハ３０のチャック１１に対するズレを図４（ａ）に示すズレ許容量（（Ｄ4−Ｄ1）/２）以下にすることができる。

研磨ヘッド１０に半導体ウェーハ３０がローディングされると、シリンダ２３が駆動されてトップリング２１が元の退避位置まで下降する。またセンタリングピン２２が元の退避位置まで移動する。

本発明によれば、チャック１１を基準にしてセンタリングを行うようにしたので、チャック１１に半導体ウェーハ３０を精度よく吸着させることができ、半導体ウェーハ３０のチャック１１に対するズレをズレ許容量（（Ｄ4−Ｄ1）/２）以下にすることができる。このため半導体ウェーハ３０の外周部の平坦度が向上する。また本実施形態によれば、チャック１１を基準にしてセンタリングが行われるので、チャックやリテーナの取付誤差の影響を受けることなくセンタリングが行われる。このため取付け部品の精度を低いレベルに許容でき、装置の製造コストを低減させることができる。

第１発明のローディング装置、第３発明のローディング方法では、リテーナ１２が省略されるとともに、リテーナ移動機構によりリテーナ１２をチャック１１に対して相対的に上方に位置させておく処理が省略される。

以下図面を参照して本発明に係る半導体ウェーハのローディング装置およびローディング方法の実施の形態について説明する。

以下の説明では半導体ウェーハとしてシリコンウェーハを想定する。

図３は実施形態の枚葉式の研磨装置１の全体構成を示している。同図３は研磨装置１を上面からみた図である。

研磨装置１は、ロード・アンロードステージ２と、第１ステージ３と、第２ステージ４と、第３ステージ５と、研磨ヘッド支持部６と、搬入装置７と、搬出装置８とから構成されている。

第１ステージ３、第２ステージ４、第３ステージ５にはそれぞれ、研磨クロスが上面に貼着された定盤９が備えられている。第１ステージ３と、第２ステージ４は、半導体ウェーハ３０の表面を粗研磨する粗研磨工程が行われるステージであり、第３ステージ５は、半導体ウェーハ３０の表面を仕上げ研磨する仕上げ研磨工程が行われるステージである。

搬入装置７は、前工程（エッチング工程）における処理が終了した半導体ウェーハ３０をロード・アンロードステージ２に搬入する。搬出装置８は、研磨装置１における研磨処理が終了しロード・アンロードステージ２でアンロードされた半導体ウェーハ３０をつぎの工程（洗浄工程）に搬出する。

研磨ヘッド支持部６は、１つのステージあたりに２つの研磨ヘッド１０が順次配置されるように、研磨ヘッド１０を、矢印に示す方向に回転自在に支持している。１つの研磨ヘッド１０あたりに１枚の半導体ウェーハ３０が吸着される。

ロード・アンロードステージ２は、搬入装置７によって搬入された半導体ウェーハ３０を研磨ヘッド１０に吸着させる処理（ローディング）を行うとともに、研磨処理が終了した半導体ウェーハ１０を研磨ヘッド１０から着脱する処理（アンローディング）を行うステージである。ロード・アンロードステージ２には、 図１（ａ）に示すローディング機構２０（アンローディング機構）が設けられている。

図１（ａ）は、ロード・アンロードステージ２における研磨ヘッド１０と、ローディング機構２０とを側面からみた図である。研磨ヘッド１０と、ローディング機構２０とで本実施形態のローディング装置が構成される。

すなわち同図１（ａ）に示すように、ローディング機構２０には、半導体ウェーハ３０よりも小さな径を有し半導体ウェーハ３０が載置されるトッププレート２１と、半導体ウェーハ３０の中心方向Ａに移動自在でトッププレート２１上の半導体ウェーハ３０の側面に近接可能な６本のセンタリングピン２２が、トッププレート２１の周方向に等間隔に配置されている。トッププレート２１上の半導体ウェーハ３０とセンタリングピン２２との位置関係を上面からみた図は、図１（ｂ）に示される。

センタリングピン２２が半導体ウェーハ３０に最も近づいたときの半導体ウェーハ直径方向の両ピン間距離Ｄ7は、半導体ウェーハ３０の直径Ｄ5にαを加えた距離Ｄ5＋αに設定されている。センタリングピン２２は、上ベース２６にスライド自在に設けられている。

トッププレート２１の上部には、凹部状のフロート室２１ａが形成されている。フロート室２１ａには水路２７が連通している。水路２７を介してフロート室２１ａに水が供給される。このためトッププレート２１上に半導体ウェーハ３０に載置された際に、フロート室２１ａに供給された水は半導体ウェーハ３０とトッププレート２１との隙間を介して外部に流出し、半導体ウェーハ３０をフロート状態で支持する。

トッププレート２１は図中上下方向に移動自在に上ベース２６に設けられている。シリンダ２３のロッドはトッププレート２１に機械的に接続している。シリンダ２３が駆動するとそのロッドは上下方向に移動しトッププレート２１が上下方向に移動する。

上ベース２６は、ガイド部材２４を介して下ベース２５に水平方向（図に対して垂直な平面）に移動可能に設けられている。ガイド部材２４としては、エアフロート、ボールガイドなどを使用することができる。下ベース２５は地面に固定されている。上ベース２６、ガイド部材２４、下ベース２５が本実施形態のプレート移動機構を構成している。

このためセンタリングピン２２が、チャック１１の側面に当接すると以後センタリングピン２２が停止するまで、トッププレート２１は上ベース２６とともにセンタリングピン２２の移動方向に移動する。

トッププレート２１がシリンダ２３により上昇されている状態で、センタリングピン２２は、その上端がトッププレート２１上の半導体ウェーハ３０の上面よりも上方に位置されるように配置されている。トッププレート２１上の半導体ウェーハ３０の上面からセンタリングピン２２の上端までの距離をｆ1とする。

一方、研磨ヘッド１０には、半導体ウェーハ３０の直径Ｄ5と同一若しくはほぼ同一の直径Ｄ3を有するチャック１１が設けられている。チャック１１は、図４（ａ）で説明したように、その下面であるウェーハ吸着面に、シール部１１ｄ、複数のピン１１ｆ、複数の溝１１ｅが形成されている。溝１１ｅには真空引きを行うための孔が形成されている。図示しない真空ポンプの吸込み口は上記溝１１ａに形成された孔に連通している。真空ポンプが駆動されると、チャック１１の溝１１ｅに形成された孔を介して真空引きがなされ、チャック１１の下面で半導体ウェーハ３０を吸着（把持）することができる。

チャック１１の外周には、チャック１１の側面から所定距離離間されて、円環状のリテーナ１２が設けられている。図示しないリテーナ移動機構によって、リテーナ１２はチャック１１に対して相対的に上下方向に移動する。リテーナ移動機構は、本出願人の先願（特願２００２−２８２５４９号）に記載された構成のものを使用することができる。

リテーナ移動機構により、リテーナ１２は、その下面がチャック１１の下面よりも上方に所定距離ｆ2だけ移動することができる。この距離ｆ2と上述した距離ｆ1との間には、ｆ2＞ｆ1なる関係が成立している。なおリテーナ移動機構としては、リテーナ１２をチャック１１に対して相対的に上方に位置させ得るものであればよく、リテーナ１２を上昇させる機構であってもよくチャック１１を下降させる機構であってもよい。

研磨ヘッド１０は図示しない研磨ヘッド用シリンダによって上下方向に移動することができる。

つぎに実施形態の装置の動作について図２を併せ参照して説明する。

まず図３の搬入装置７によって未研磨の半導体ウェーハ３０が図１に示すローディング機構２０のトッププレート２１上に載置される。

このときの状態を図２（ａ）に示す。ここでチャック１１の中心軸１１ｃとトッププレート２１の中心軸２１ｃとの間には芯ズレ量ｄの芯ズレがあるものと仮定する。リテーナ移動機構により、リテーナ１２はチャック１１に対して相対的に上方に位置されており、チャック１１の下面とリテーナ１２の下面との距離はｆ2となっている。

つぎに、研磨ヘッド用シリンダが駆動され、図２（ｂ）の矢印Ｂに示すように、研磨ヘッド１０が下降する。

つぎに図２（ｃ）に示すように、６本のセンタリングピン２２が同時にトッププレート２１上の半導体ウェーハ３０の中心方向Ａに移動する。

つぎに、シリンダ２３が駆動されトッププレート２１が上昇する。このようにしてチャック１１が、トッププレート２１上の半導体ウェーハ３０を吸着できる位置まで、トッププレート２１に対して相対的に下方に移動される。このとき半導体ウェーハ３０の上面とセンタリングピン２２の上端との距離はｆ1になっている。

上述したようにｆ2＞ｆ1なる関係が成立しているため、センタリングピン２２はリテーナ１２に干渉することなくトッププレート２１上の半導体ウェーハ３０の側面とチャック１２の側面の両方に接近することができる。

センタリングピン２２はチャック１１の側面に接近して、センタリングピン２２はチャック１１の直径（最接近距離Ｄ5＋α（半導体ウェーハ３０の直径＋α））に応じた位置で停止する。

チャック１１の中心軸１１ｃとトッププレート２１の中心軸２１ｃとの間には芯ズレがあるため、センタリングピン２２はチャック１１の側面に当接する。センタリングピン２２がチャック１１の側面に当接すると、以後センタリングピン２２が停止するまで、トッププレート２１は上ベース２６とともにセンタリングピン２２の移動方向に移動する。このためセンタリングピン２２がチャック１１の直径（最接近距離Ｄ5＋α（半導体ウェーハ３０の直径＋α））に応じた位置で停止したとき、トッププレート２１の中心軸２１ｃはチャック１１の中心軸１１ｃにほぼ一致し、芯ズレ量ｄをほぼ零にすることができる。上述したようにセンタリングピン２２の最近接時のウェーハ直径方向両ピン間距離Ｄ7は、半導体ウェーハ３０の直径Ｄ5にαを加えた距離Ｄ5＋αに設定されている。このためセンタリング精度を±αにすることができる。

なお、トッププレート２１のフロート室２１ａには水が満たされているため、センタリングピン２２が半導体ウェーハ３０が側面に当接して半導体ウェーハ３０が動く際に半導体ウェーハ３０にキズが付くことが防止される。

トッププレート２１の中心軸２１ｃはチャック１１の中心軸１１ｃに一致し、芯ズレ量が零になった状態で、真空ポンプが駆動されチャック１１に半導体ウェーハ３０が吸着される。このため、半導体ウェーハ３０のチャック１１に対するズレを図４（ａ）で説明したズレ許容量（（Ｄ4−Ｄ1）/２）以下にすることができる。

このようにして研磨ヘッド１０に半導体ウェーハ３０がローディングされると、シリンダ２３が駆動されてトップリング２１が元の退避位置まで下降する。またセンタリングピン２２が元の退避位置まで移動する。

つぎに図３に示す研磨ヘッド支持部６が回転し、半導体ウェーハ３０をローディングした研磨ヘッド１０が、第１ステージ３、第２ステージ４、第３ステージ５に順次送られ、各ステージで半導体ウェーハ３０の粗研磨、仕上げ研磨が行われる。

各ステージ３、４、５では、研磨ヘッド用シリンダが駆動され研磨ヘッド１０が下方に移動される。研磨ヘッド１０に上方から荷重がかけられて半導体ウェーハ３０は定盤９上の研磨クロスの表面に押し当てられつつ研磨される。研磨の際には研磨クロス上の半導体ウェーハの接触面に砥粒液（スラリ）が流される。

粗研磨を行う際には、リテーナ移動機構によってリテーナ１２がチャック１１に対して相対的に下方に移動され、リテーナ１２の下面が、チャック１１に吸着された半導体ウェーハ３０の下面と同位置にされる。

これにより半導体ウェーハ３０が研磨クロスに押し付けられた際に、リテーナ１２も同時に研磨クロスに押し付けられて、面ダレが防止される。

粗研磨用の第１、第２のステージ３、４で粗研磨が行われ、つぎの仕上げ用の第３のステージ５に研磨ヘッド１０を送る際には、リテーナ移動機構によってリテーナ１２がチャック１１に対して相対的に上方に移動され、リテーナ１２の下面が、チャック１１に吸着された半導体ウェーハ３０の下面よりも上方に位置される。これにより仕上げ研磨用の第３ステージ５に研磨ヘッド１０を送る途中で、チャック１１に吸着された半導体ウェーハ３０とリテーナ１２との隙間４０（図４（ａ））に溜まっていた粗研磨用の砥粒液が排出される。

仕上げ研磨用の第３ステージ５では、粗研磨用の砥粒液が持ち込まれることなく半導体ウェーハ３０の表面が研磨されるので半導体ウェーハ３０の表面にキズがつくことなく高品質で仕上げ研磨される。

つぎに図３に示す研磨ヘッド支持部６が更に回転し、仕上げ研磨が終了した半導体ウェーハ３０を把持した研磨ヘッド１０が、ロード・アンロードステージ２に送られる。真空ポンプの駆動が停止され研磨ヘッド１０のチャック１１から半導体ウェーハ３０が脱着される。チャック１１から脱着された半導体ウェーハ３０は、図１（ａ）に示すローディング機構２０のトッププレート２１上に落下する。ここでトッププレート２１のフロート室２１ａには水が満たされているため、半導体ウェーハ３０がトッププレート２１上に落下した際に半導体ウェーハ３０にキズが付くことが防止される。このようにして半導体ウェーハ３０がアンローディングされると、図３に示す搬出装置８によって、トッププレート２１から半導体ウェーハ３０が取り出され、半導体ウェーハ３０がつぎの工程（洗浄工程）に搬出される。

以上説明したように本実施形態によれば、チャック１１を基準にしてセンタリングを行うようにしたので、チャック１１に半導体ウェーハ３０を精度よく吸着させることができ、半導体ウェーハ３０のチャック１１に対するズレをズレ許容量（（Ｄ4−Ｄ1）/２）以下にすることができる。このため半導体ウェーハ３０の外周部の平坦度が向上する。また本実施形態によれば、チャック１１を基準にしてセンタリングが行われるので、チャックやリテーナの取付誤差の影響を受けることなくセンタリングが行われる。このため取付け部品の精度を低いレベルに許容でき、装置の製造コストを低減させることができる。

なお実施形態では、リテーナ１２が設けられた研磨ヘッド１０を想定しているが、本発明はリテーナ１２が設けられていない研磨ヘッドにも適用することができる。この場合、リテーナ１２をチャック１１に対して相対的に上方に位置させるリテーナ移動機構は不要となり、図２（ａ）に示される、リテーナ１２をチャック１１よりも上方に位置させておく処理は不要となる。

なお実施形態では、半導体ウェーハ３０をセンタリングするためにセンタリングピン２２を使用しているが、半導体ウェーハ３０の側面に当接でき少なくとも半導体ウェーハ３０の直径方向の両側より中心方向に向かって移動できる部材であればよく、ピン以外の部材、たとえば円弧状の部材を用いる実施も可能である。

また実施形態では、チャック１１が半導体ウェーハ３０を、真空引きという手段で吸着する場合を想定して説明したが、チャック１１が半導体ウェーハ３０を吸着する手段は任意のものを使用することができる。たとえばセラミックを材質とするチャック１１の表面にスエード状のパッドを貼着し、このパッドを水で濡らした状態にして半導体ウェーハ３０を吸着してもよい。またチャック１１が半導体ウェーハ３０を把持することができればよく、吸着以外の方法を用いて半導体ウェーハ３０を把持してもよい。

図１（ａ）は実施形態のローディング装置の構成を示す側面図で、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すセンタリングピンと半導体ウェーハとの位置関係を示す上面図である。 図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は実施形態のローディングの処理の手順を示す図である。 図３は実施形態の枚葉式の研磨装置の構成を示す上面図である。 図４（ａ）はチャックによって半導体ウェーハが吸着された状態を示す断面図で、図４（ｂ）は半導体ウェーハがチャックに対してずれて吸着された状態を示す断面図である。 図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は従来技術によるローディングの処理の手順を示す図である。

符号の説明

１０ 研磨ヘッド
１１ チャック
１２ リテーナ
２０ ローディング機構
２１ トッププレート
２２ センタリングピン
３０ 半導体ウェーハ

Claims (4)

1. 半導体ウェーハが載置されるプレートと、半導体ウェーハの中心方向に移動することにより半導体ウェーハの側面に接近するセンタリング部材とが設けられたローディング機構と、下面にその周方向に沿って形成されるシール部及び当該シール部の内側に形成された溝に真空引きを行うための孔を有し半導体ウェーハと同一の径を有しプレート上の半導体ウェーハを前記真空引きによって吸着して当該半導体ウェーハをローディングするチャックとを備えた半導体ウェーハのローディング装置において、
   チャックの側面とプレート上の半導体ウェーハの側面の両方に接近可能であってプレートの周方向に設けられた複数のセンタリング部材と、
   複数のセンタリング部材によって形成される周形の直径が半導体ウェーハの直径＋α（αはチャックの中心軸と半導体ウェーハの中心軸のズレ許容量であってチャックが半導体ウェーハを吸着する際に真空リークが防止される量）になるまで各センタリング部材を半導体ウェーハの中心に向かって移動させ、各センタリング部材の移動の際に何れかのセンタリング部材がチャックに当接した場合に、当該当接したセンタリング部材に向かってプレートを移動させると共に半導体ウェーハの中心に向かって残りのセンタリング部材を移動させるプレート移動機構と
   を備えたことを特徴とする半導体ウェーハのローディング装置。
2. 半導体ウェーハが載置されるプレートと、半導体ウェーハの中心方向に移動することにより半導体ウェーハの側面に近接するセンタリング部材とが設けられたローディング機構と、下面にその周方向に沿って形成されるシール部及び当該シール部の内側に形成された溝に真空引きを行うための孔を有し半導体ウェーハと同一の径を有しプレート上の半導体ウェーハを前記真空引きによって吸着して当該半導体ウェーハをローディングするチャックと、チャックの側面から所定距離離間されて配置されたリテーナとが設けられた研磨ヘッドとを備えたローディング装置において、
   センタリング部材がチャックの側面に接近できるように、チャックに対してリテーナを相対移動させるリテーナ移動機構と、
   チャックの側面とプレート上の半導体ウェーハの側面の両方に接近可能であってプレートの周方向に設けられた複数のセンタリング部材と、
   複数のセンタリング部材によって形成される周形の直径が半導体ウェーハの直径＋α（αはチャックの中心軸と半導体ウェーハの中心軸のズレ許容量であってチャックが半導体ウェーハを吸着する際に真空リークが防止される量）になるまで各センタリング部材を半導体ウェーハの中心に向かって移動させ、各センタリング部材の移動の際に何れかのセンタリング部材がチャックに当接した場合に、当該当接したセンタリング部材に向かってプレートを移動させると共に半導体ウェーハの中心に向かって残りのセンタリング部材を移動させるプレート移動機構と
   を備えたことを特徴とする半導体ウェーハのローディング装置。
3. プレート上の半導体ウェーハを、下面にその周方向に沿って形成されるシール部及び当該シール部の内側に形成された溝に真空引きを行うための孔を有し当該半導体ウェーハと同一の径を有するチャックで前記真空引きによって吸着することにより半導体ウェーハのローディングを行う半導体ウェーハのローディング方法において、
   チャックが半導体ウェーハを把持できる位置までチャックをプレートに対して相対移動させる工程と、
   プレートの周方向に配置された複数のセンタリング部材を半導体ウェーハの中心方向に移動させて各センタリング部材を、チャックの側面とプレート上の半導体ウェーハの側面の両方に近接させる工程と、
   各センタリング部材の移動の際に何れかのセンタリング部材がチャックに当接した場合に、当該当接したセンタリング部材に向かってプレートを移動させると共に半導体ウェーハの中心に向かって残りのセンタリング部材を移動させる工程と、
   各センタリング部材を移動させ、複数のセンタリング部材によって形成される周形の直径を半導体ウェーハの直径＋α（αはチャックの中心軸と半導体ウェーハの中心軸のズレ許容量であってチャックが半導体ウェーハを吸着する際に真空リークが防止される量）にした時点で、各センタリング部材の移動を停止させる工程と、
   プレート上の半導体ウェーハをチャックで把持して半導体ウェーハをローディングする工程と
   を含む半導体ウェーハのローディング方法。
4. プレート上の半導体ウェーハを、下面にその周方向に沿って形成されるシール部及び当該シール部の内側に形成された溝に真空引きを行うための孔を有し当該半導体ウェーハと同一の径を有する研磨ヘッドのチャックで前記真空引きによって吸着することにより半導体ウェーハのローディングを行う半導体ウェーハのローディング方法において、
   センタリング部材がチャックの側面に接近できるように、チャックに対してリテーナを相対移動させる工程と、
   チャックが半導体ウェーハを吸着できる位置までチャックをプレートに対して相対移動させる工程と、
   プレートの周方向に配置された複数のセンタリング部材を半導体ウェーハの中心方向に移動させて各センタリング部材を、チャックの側面とプレート上の半導体ウェーハの側面の両方に近接させる工程と、
   各センタリング部材の移動の際に何れかのセンタリング部材がチャックに当接した場合に、当該当接したセンタリング部材に向かってプレートを移動させると共に半導体ウェーハの中心に向かって残りのセンタリング部材を移動させる工程と、
   各センタリング部材を移動させ、複数のセンタリング部材によって形成される周形の直径を半導体ウェーハの直径＋α（αはチャックの中心軸と半導体ウェーハの中心軸のズレ許容量であってチャックが半導体ウェーハを吸着する際に真空リークが防止される量）にした時点で、各センタリング部材の移動を停止させる工程と、
   プレート上の半導体ウェーハをチャックで吸着して半導体ウェーハをローディングする工程と
   を含む半導体ウェーハのローディング方法。

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