JP2000079557A - 平面研磨装置の上定盤水平バランス機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 上定盤を下降してウエハを挟持する時に上定
盤を下定盤に対して偏って下降するのを防止する平面研
磨装置の上定盤水平バランス機構を提供する。 【解決手段】 上定盤を回転する軸の外側に位置するカ
バーに少なくとも３つのアームを等配に設け、各アーム
に上定盤水平下降機構ユニットを配設するとともに、こ
のユニットが有する作動部にローラを配設し、上定盤水
平下降機構ユニットの作動時にローラが上定盤に当接し
て上定盤を水平状態に保持し、この状態で上定盤が下降
するように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は平面研磨装置の上
定盤水平バランス機構に関し、特に、ウエハ等の半導体
の上下面を研磨するための平面研磨装置の上定盤水平バ
ランス機構に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ウエハを研磨する平面研磨装置
としては、互いに異なる方向に回転する上定盤と下定盤
との間に位置したウエハ保持部材を、インターナルギア
とサンギアとの協働によって両定盤間で回転させること
により、ウエハ保持部材で保持したウエハの上下面を研
磨するようになっているものが知られている。

【０００３】すなわち、このような平面研磨装置にあっ
ては、それに用いられている下定盤２００とウエハ保持
部材２０１との位置関係を図１３に示すが、水平方向に
回転可能に設けられた円板状の下定盤２００と、下定盤
２００の上方に対向して設けられるとともに、水平方向
に回転可能、かつ上下方向に移動可能な円板状の上定盤
（図示せず）と、下定盤の上部に水平方向に自転可能、
かつ公転可能に設けられ、少なくとも１つのウエハを保
持可能な薄肉円板状のウエハ保持部材２０１と、下定盤
２００および上定盤を互いに異なる方向に回転させると
ともに、ウエハ保持部材２０１を下定盤２００と同一方
向に公転させ、また、異なる方向に自転させる回転駆動
機構と、上定盤を上下方向に移動させるシリンダ等の上
下移動機構とを具えている。

【０００４】そして、回転駆動させるために、駆動源
と、変速機と、両者間を駆動伝達するプーリー、ベルト
等の動力伝達部材と、下定盤の外周側に回転可能に設け
られる環状であるとともに、複数のピン２０９が環状に
突設されることで形成されるインターナルギア２０３
と、インターナルギア２０３および下定盤２００を変速
機の出力軸に連結するギア等の動力伝達部材と、変速機
の出力軸に装着されるとともに、下定盤２００の中央空
所に位置し、回転可能であり、かつ、複数のピン２０８
が環状に突設されることで形成されるサンギア２０４と
を有している。

【０００５】ウエハ保持部材２０１は、サンギア２０４
とインターナルギア２０３との間に設けられるものであ
って、複数箇所に円板状のウエハ２１０を保持するため
のウエハ保持用の孔２０５が貫通しており、外周面には
所定の間隔ごとに凹部２０６が形成され、隣接する凹部
２０６間でサンギア２０４のピン２０８間およびインタ
ーナルギア２０３のピン２０９間と相互に係合する歯部
２０７が形成されるようになっている。

【０００６】すなわち、サンギア２０４のピン２０８間
でウエハ保持部材２０１の歯部２０７と相互に噛合い係
合する歯部２１２が形成されている。

【０００７】また、インターナルギア２０３のピン２０
９間でウエハ保持部材２０１の歯部２０７と相互に噛合
い係合する歯部２１１が形成されている。

【０００８】上記のように構成されている従来の平面研
磨装置にあっては、ウエハ保持部材２０１のウエハ保持
用の孔２０５内にウエハ２１０を装着し、上下動機構の
シリンダを作動させて上定盤を下降させてウエハの上面
に当接させる。また、下定盤２００と上定盤との間でウ
エハ２１０を所定の荷重で押圧するとともに、回転駆動
機構のモータを作動させて動力伝達部材を介して変速機
を作動させ、変速機の出力軸と同一方向にサンギア２０
４、インターナルギア２０３および上定盤を回転させ
る。一方、下定盤２００を変速機の出力軸と異なる方向
に回転させ、ウエハ保持部材２０１を下定盤２００と同
一方向にサンギア２０４の周囲を公転させ、サンギア２
０４と反対方向に自転させる。

【０００９】そして、この状態で下定盤２００と上定盤
との間に研磨剤を供給して、研磨剤を各ウエハ２１０の
上面と上定盤との間、およびウエハ２１０の下面と下定
盤２００との間に流入させ、各ウエハ２１０の上下面が
研磨されて所定の表面荒さに仕上げられるようになる。
なお、上下定盤には研磨パッドが予め貼着されている。

【００１０】しかしながら、上記のような構成の従来の
平面研磨装置にあっては、下定盤に対して上定盤を上下
動してウエハを挟持するが、下動時に上定盤が傾斜して
いるとウエハに偏って当接することになり、その後の研
磨作業に、たとえば、ウエハの平坦度が不良になる等の
悪い影響を与えてしまうという問題点を有していた。

【００１１】この発明の目的は、下定盤に対して上定盤
が上下動する時、特に下動するときに、水平状態を保持
して下動するようにし、これにより上定盤が下定盤に対
して偏って当接しないようにすることができる平面研磨
装置の上定盤水平バランス機構を提供することにある。

【００１２】

【問題点を解決するための手段】上記の目的を達成する
ためにこの発明は、ウエハ保持部材で保持されたウエハ
等の半導体を、互いに回転する上下定盤で挟持するとと
もに、前記ウエハ保持部材をインターナルギアおよびサ
ンギアに噛合い係合させて自転および公転させ、この
時、研磨剤を流してウエハの両面を研磨するための平面
研磨装置であって、該平面研磨装置は、前記上定盤の下
降時に下定盤に対して偏って下降するのを防止するため
の上定盤水平バランス機構を具えたことを特徴とする平
面研磨装置を構成したものである。また、前記上定盤水
平バランス機構は、上定盤の回転軸を囲んでいるととも
に上定盤と一体に下降する軸筒と、該軸筒に等配となっ
ている少なくとも３つのアームと、各アームの先端に位
置し、出没可能であるとともに突出時に上定盤と当接し
て上定盤を固定する上定盤水平下降機構ユニットとで構
成したものである。そして、前記各上定盤水平下降機構
ユニットは、作動部が上下方向に出没する作動部材と、
該作動部材の作動部に回転可能に設けられたローラとか
らなり、前記ローラが上定盤と当接する構成を有してい
る。

【００１３】

【作用】この発明は上記の手段を採用したことにより、
上定盤の下降時に水平状態を保持した状態で下降して下
定盤に偏って押圧することがなく、これによってウエハ
を均一に挟持でき、しかも、上定盤にはローラが当接し
ているので上定盤は円滑に回転することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面に示すこの発明の実施
の形態の一例について説明する。図９にはこの発明によ
る平面研磨装置の上定盤水平バランス機構が示されてい
る。そして、まず上定盤水平バランス機構を説明する前
に平面研磨装置について説明すると、図１には平面研磨
装置１の全体概略斜視図が、図２には全体概略側面図が
それぞれ示されている。この平面研磨装置１は、駆動源
によって回転可能となっている下定盤２が配設され、か
つ、この下定盤２の上面には、前記従来のものと同様
に、外周面側に所定の間隔をおいてインターナルギア３
が設けられるとともに、中心部にはサンギア６８が設け
られている。なお、４は下定盤２の外側を覆っている機
台部、５は上定盤、６は上定盤５を上下動および水平方
向に旋回させるための機構を覆うカバー、７は操作パネ
ルである。

【００１５】図９にはこの発明による平面研磨装置の上
定盤水平バランス機構が示されていて、下定盤２の上方
に位置する上定盤５が昇降する時に水平状態を保持した
状態で昇降するようになっている。また、前記上定盤５
は駆動軸等の駆動部材に対して水平方向において任意の
方向に首振り可能となっている。すなわち、図９に概略
を示すように駆動軸４４の下端を湾曲部１１０とすると
ともに、上定盤５の首部を駆動軸４４の湾曲部１１０を
受け入れる凹状の湾曲部１１２とすることで上定盤５を
下向きで首振り可能としたり、あるいは、図示しない
が、二重の環状部材の外内間をピンで連結し、一方、外
環状部材の外側に前記ピンと直交する向きのピンを設け
て、このピンで上定盤を支持し、内環状部材で駆動軸４
４を支持する等の手段によって上定盤５を下向きで首振
り可能とする。

【００１６】そして、上定盤５を支持して一体に昇降す
る駆動軸４４の外周側の軸筒１３０の外周面に３等配
（すなわち１２０°）でアーム１１３が設けられ、各ア
ーム１１３の先端に上定盤水平下降機構ユニット１１４
がそれぞれ設けられている。この上定盤水平下降機構ユ
ニット１１４は、シリンダ等の作動部が出没する作動部
材１１５と、この作動部材１１５の作動部に設けられる
とともに、上定盤５の上面に当接して上定盤５の回転に
連れ回りするローラ１１６とを有している。なお、各上
定盤水平下降機構ユニット１１４の作動部材１１５は従
来周知の制御手段によって同期して駆動されるようにな
っている。

【００１７】図３には平面研磨装置１の上定盤を回転さ
せたり、水平方向に旋回させるための上定盤駆動機構の
概略縦断面図が、図４には上定盤を水平方向に旋回させ
るための上定盤旋回機構の駆動源の詳細が、また、図５
には上定盤の駆動機構がそれぞれ示されている。

【００１８】すなわち、内部に下定盤２が設けられてい
る機台部４の後方の機枠１０の上面には筒状の起立部１
１が一体に設けられるとともに、この起立部１１の外側
には筒状をなして外部に歯部１３を有する垂下部１２が
位置し、この垂下部１２と起立部１１との間には軸受け
１４が設けられている。前記歯部１３は、水平方向とな
っている基板１５の下面に固定された垂下部１２に設け
られており、一方、前記基板１５と、この基板１５の上
面側部から起立する筒状の側板１６とで筒状の枠体１７
が形成されている。

【００１９】前記機枠１０に固定されて上下方向に延び
る上定盤昇降用の作動部材１８は前記枠体１７の基板１
５を貫通し、また、前記枠体１７の内部には複数のエア
シリンダ１９が垂直方向を向いた状態で取付けられ、こ
のエアシリンダ１９は、その作動部２０が、上定盤５お
よびその上定盤５を支持する支持板２２等の荷重を支持
するように、それぞれ緩衝部材２１を介して支持板２２
と基板１５との間に連結されている。

【００２０】一方、前記複数の緩衝部材２１の下面に一
体に連結された連結板２３には前記作動部材１８の作動
部が連結されている。また、前記各緩衝部材２１は、そ
の端部２１ａが前記支持板２２に対して正三角形の各頂
点に位置するように配置されている。前記枠体１７の外
側には前記支持板２２に固定された筒状の側板２４が位
置し、両側板１６、２４の間にはリニアガイド２５とス
ライド部材２６とが設けられている。すなわち、リニア
ガイド２５は前記枠体１７の側板１６に、スライド部材
２６は前記側板２４にそれぞれ固定されている。

【００２１】一方、図４に詳細に示すように前記基板１
５の下面に固定した垂下部１２の歯部１３は機枠１０に
固定された上定盤旋回用の作動部材２７の歯部２８と噛
合い係合している。

【００２２】したがって、前記作動部材１８が作動する
と前記枠体１７が一体に昇降して前記上定盤５を支持す
る支持板２２を一体に昇降するようになっているととも
に、前記作動部材２７によって枠体１７が旋回されて支
持板２２を旋回するようになっており、前記支持板２２
および作動部材２７等とで上定盤旋回機構が構成されて
いる。

【００２３】一方、前記支持板２２には図５に示すよう
に上定盤５の駆動源４０が設けられており、この上定盤
５は一対の駆動源４０で駆動されるようになっている。
すなわち、支持板２２の端部に設けられた一対の駆動源
４０がそれぞれ中間プーリー４１を介して駆動プーリー
４２を駆動し、この各駆動プーリー４２の駆動軸４３に
はそれぞれ上定盤５の駆動軸４４に取付けられた歯部４
５と噛合い係合する歯部４６が設けられている（図３参
照）。

【００２４】また、図６に示すように前記機台部４の内
部には複数の駆動源５０（図示では３つ）が設けられて
いる。そして、下定盤２の回転軸５１に設けた歯部５２
には水平方向を向き、かつ、回転可能に支持された軸部
５３に取付けられたウオーム歯車５４が噛合い係合し、
一方、前記軸部５３には３つのプーリー５５が取付けら
れ、各プーリー５５と、異なる駆動源５０の駆動部との
間にはそれぞれベルト５６が張設されている。そして複
数の駆動源５０で下定盤２を回転駆動する駆動機構が構
成されている。

【００２５】一方、前記下定盤２の上面の外周縁部およ
び中心部に設けられたインターナルギア３およびサンギ
ア６８は図７に示すように構成されている。すなわち、
外周部に所定の間隔をおいて環状にピンが起立状態で配
置されることで形成されるインターナルギア３は基台６
０に対して軸受け６１を介して水平の状態で回転可能と
なっている回転枠部６２に設けられるとともに、この回
転枠部６２の下部に設けた歯部６３にはインターナルギ
ア駆動用の駆動源が連結されている。

【００２６】また、このインターナルギア３の内側に位
置する環状のベース６５は、その上面に互いに独立する
とともに、同一中心を有する複数の環状の溝６６が形成
されていて、下定盤駆動軸６７に一体に支持されてお
り、一方、前記基台６０の環状に突出した保持部６０ａ
との間にはオイルが封入されることで支持されている。

【００２７】そして、前記下定盤駆動軸６７の下側外周
面には歯部９０が設けられ、この歯部９０には下定盤駆
動源９１で回転される歯部が噛合い係合している。

【００２８】さらに、前記ベース６５の開口している中
心部には、上面外周縁部に所定の間隔でピンが突設され
ることで形成されるサンギア６８が設けられたサンギア
基板６９と、このサンギア基板６９の下面中央部から垂
下する軸部７０とからなるサンギア駆動部材７１が配設
されている。

【００２９】一方、前記軸部７０を受け入れる駆動軸７
２は下端が閉塞し、下部に歯車７３が取付けられ、この
歯車７３はサンギア駆動用の駆動源７５で回転されるよ
うになっている。そして、前記軸部７０の下面と前記駆
動軸７２の内部とで形成される空所７６には外部に設け
たオイルシリンダ７４が連通しており、このオイルシリ
ンダ７４にはピッチ送りユニット１３４が設けられてい
る。

【００３０】したがって、オイルシリンダ７４によるオ
イルの供給に応じてサンギア６８およびそのサンギア駆
動部材７１を図７の実線の位置と、鎖線で示す位置との
間を上下動可能に構成するサンギア昇降機構が形成され
ている。さらに、前記駆動軸７２と軸部７０との間には
スライド部材７７が設けられて駆動軸７２に対して軸部
７０を上下動のみ可能に支持しており、またオイルの漏
洩を防止するための封止部材も配設されている。なお、
前記インターナルギア３に関しても前記サンギア昇降機
構と同様に構成されていて、オイルシリンダ（図示せ
ず）によって高さを可変できるようになっている。

【００３１】また、前記駆動軸７２は、前記基台６０の
中心部に設けた筒状突出部７８の内部に軸受け７９を介
して回転可能に位置しており、この筒状突出部７８の外
周部には供給口ａ、ｂ、ｃが配設されるとともに導通部
材８０が配設されている。この導通部材８０の外周側に
は、下部に歯部９０が設けられ、かつ、前記導通部材８
０との間で独立した導通路が形成されるとともに、前記
ベース６５と連結部材８１によって一体に固定されてい
る前記下定盤駆動軸６７が設けられており、前記したよ
うにこの下定盤駆動軸６７の下部の歯部９０には下定盤
回転用の駆動源９１が連結している。

【００３２】一方、前記ベース６５の上面には前記供給
口ａ、ｂ、ｃとともに温度調節機構を構成する環状溝６
６が設けられ、この各環状の溝６６は、それぞれ前記筒
状突出部７８の外側に設けた供給口ａ、ｂ、ｃに対応
し、導通部材８０と下定盤駆動軸６７との間で供給され
る通路を介して温調器（図示せず）で温度調節された温
水を供給できるようになっている。なお、ｄ、ｅ、ｆは
温水の排出口である。

【００３３】そして、前記ベース６５の上面には、そこ
に設けた溝６６を閉塞した状態で下定盤２が配設され、
ベース６５の回転時にベース６５と一体に回転するよう
に構成されている。

【００３４】図８には上記のように構成された下定盤２
の部分にスラリー回収機構を構成する樋状のドレン受け
１００を配設した状態が示されている。図８に示すもの
は図７に示すものの一部を変化させて樋状のドレン受け
１００を取付けたものであり、スラリー回収機構に関連
する部分以外の部分は同一の番号を付して詳細な説明は
省略する。すなわち、基台６０に水平方向に突出する環
状の受け板１０１を配設するとともに、インターナルギ
ア３を支持している回転枠部６２の中央部の上方に環状
に起立させて受入れ部１０２を形成する。

【００３５】そして、環状をなす樋状のドレン受け１０
０の下部を前記受け板１０１で支持し、かつ、ドレン受
け１００の内周側縁部を前記環状の受入れ部１０２内に
位置させる。この場合、前記ドレン受け１００は、その
底面がすべて同一高さではなく、一方が高く、他方が低
く構成されて高低差δが生じるように配設されている。
これは、前記環状の受け板１０１が水平に設けられてい
るのではなく一方側が高く、他方側が低く、すなわち傾
斜した状態で基台６０に取付けられているためである。

【００３６】また、前記ドレン受け１００の外周側縁部
はインターナルギア３と略同一の高さとなっている。さ
らに、低くなったドレン受け１００の底部には導出管１
０３が設けられて回収回路（図示せず）に接続されて前
記ドレン受け１００の内部を回収回路と連通するように
なっている。なお、前記回転枠部６２の中央部に受入れ
部１０２を設けなくても良く、また、ドレン受け１００
自体を、その底部が一方に対して他方が高低差があるよ
うに構成すれば受け板１０１を基台６０に対して水平に
設けても良いものである。

【００３７】さらに、図１０に示すように、上下定盤
２、５およびこの上下定盤２、５を支持するベース６
５、１２０の表面には樹脂コーティング１２１が施され
ている。すなわち、樹脂コーティング１２１は、下定盤
２とそれを支持するベース６５とに関しては、下定盤２
はそれを支持するベース６５と当接する部位以外の全周
囲、また、ベース６５は下定盤２と当接する部位以外の
全周囲である。また、上定盤５とそれを支持するベース
１２０とに関しては、上定盤５はそれを支持するベース
１２０と当接する部位以外の全周囲、また、ベース１２
０は上定盤５と当接する部位以外の全周囲である。

【００３８】したがって、研磨パッドが貼着される上下
定盤２、５の表面、および研磨剤と接触可能な全周囲に
樹脂コーティング１２１が施されている。なお、上記の
場合以外に、ベース６５、１２０および上下定盤２、５
の全表面を樹脂コーティング１２１しても良い。

【００３９】次に上記のように構成されたものの作用に
ついて説明する。そして、この発明による平面研磨装置
の上定盤水平バランス機構を平面研磨装置の一連の動作
として説明する。まず、駆動源によって上昇位置に保持
された状態で停止している平面研磨装置１を起動する。

【００４０】この起動時に、まず、上定盤旋回用の作動
部材２７が作動する。前記上定盤５は、支持板２２の一
端側に設けられているとともに、支持板２２自体は他端
側に設けられた昇降用の作動部材１８で機枠１０に対し
て昇降可能である。また、支持板２２の他端側に設けた
上定盤５等を水平方向に旋回するための作動部材２７
（図４参照）によって、支持板２２およびそれに設けら
れた上定盤５が水平方向に旋回して上下定盤２、５の中
心部にそれぞれ互いの外周縁が略位置するような状態に
する。

【００４１】すなわち、平面からみて下定盤２と一致し
た状態で研磨作業を待機している上定盤５は、作動部材
２７の作動によって図１１（ａ）に示す待機位置から水
平方向にＡだけ旋回して下定盤２からずれてウエハ保持
部材を搭載する位置に旋回して図１１（ｂ）に示すよう
になる。したがって、このように旋回して下定盤２の上
面の一部が開放した状態で下定盤２の上面にウエハ保持
部材をサンギア６８およびインターナルギア３に噛合い
係合した状態で搭載するとともに、ウエハ保持部材にウ
エハを取付ける。なお、下定盤２および上定盤５には予
め研磨パッド（図示せず）が貼着されている。

【００４２】また、前記作動部材２７は２段式に作動し
て上定盤５および支持板２２等を旋回するものであり、
上記のように作動する１段とは別に反対方向にＢだけ旋
回する。すなわち、前記作動部材２７は上下定盤２、５
が一致した待機状態から前記ウエハ保持部材を搭載する
ために旋回したＡの方向とは反対方向にＢだけ旋回し、
この場合には、上定盤５および支持板２２等を待機状態
（図１１（ａ））から略９０°水平方向に旋回して上下
定盤２、５の研磨面を開放させる。なお、旋回は９０°
でなくても良い。このように研磨面を開放するために水
平方向に旋回することで研磨面への研磨パッドの貼着お
よび取り替えが非常に容易に行える。

【００４３】また、ウエハを搭載したのち図１１（ａ）
に示す状態に作動部材２７で復帰させたのち、上定盤５
が下降して下定盤２に近接し、両定盤２、５の研磨パッ
ド間でウエハを挟持して研磨作業を開始するが、上定盤
５の下降時には上定盤水平バランス機構が作用するので
上定盤５は、水平状態を保持したままで下降する。

【００４４】すなわち、上定盤５は駆動軸４４等の駆動
伝達部材に対して下向きに首振り可能となっており、一
方、この発明による上定盤水平バランス機構は上定盤５
を支持している軸筒１３０の外周面に３等配（すなわち
１２０°）設けられたアーム１１３と、各アーム１１３
の先端に設けられた上定盤水平下降機構ユニット１１４
とで構成されている。したがって、周知の制御手段によ
って同一の出没量で出没するシリンダ等の作動部材１１
５の作動軸の先端に設けたローラ１１６が上定盤５に当
接することで上定盤５は水平状態を保持されて下降する
ことになる。

【００４５】また、研磨作業中にはシリンダ等の作動部
材１１５の作動軸を上昇させて先端を非接触の状態とし
て調心可能（上定盤５が首振り可能）な状態で加工を行
うものである。したがって、従来は傾いたままの状態で
上定盤５が下降する場合があり、この時にウエハのチッ
ピングが生じる恐れがあったが、水平バランス機構によ
って上定盤５が傾いて下降する恐れを皆無としたもので
ある。

【００４６】したがって、前記のように待機状態にあっ
た上下定盤２、５のうちの上定盤５を旋回して下定盤２
にウエハ保持部材およびウエハを搭載したのちに待機状
態に復帰するとともに、昇降用の作動部材１８を起動し
て支持板２２等および上定盤５を下降し、しかもこの上
定盤５の下降を水平状態を保持したままで行い、上下定
盤２、５間でウエハ保持部材およびこのウエハ保持部材
で保持されたウエハを挟持し、そして、上下定盤２、５
間でウエハを挟持保持した時は水平バランス機構を作用
しないように構成した。

【００４７】このようにしてウエハ保持部材で保持され
たウエハを上下定盤２、５間で挟持し、支持板２２に取
付けられた２基の駆動源４０の協働によって上定盤５を
回転駆動するとともに、下定盤２を回転駆動するために
図６に示す複数の駆動源５０を起動する。すると、複数
の駆動源５０はそれぞれプーリー５５を介して下定盤２
の回転軸５１の歯部５２と噛合い係合しているウオーム
歯車５４の軸部５３を回転させることになり、すなわ
ち、複数の駆動源５０が協働してウオーム歯車５４を回
転させて下定盤２を回転駆動することになる。なお、下
定盤２を回転駆動する複数の駆動源５０は従来周知の制
御機構によって一体に駆動するように構成されている。

【００４８】これによって、従来は大きな駆動源を用い
る必要があったが、複数の駆動源５０からなる駆動機構
を設けることにより、小さな駆動源が協働して下定盤２
を回転駆動することになり、駆動源が小型で良く、した
がって、製造コストが低くなるものである。

【００４９】そして、複数の駆動源５０によって下定盤
２が旋回されると、前記インターナルギア３およびサン
ギア６８と噛合い係合しているウエハ保持部材およびこ
のウエハ保持部材で保持されたウエハはサンギア６８の
回りを公転しつつ自転する。一方、前記上下定盤２、５
はそれぞれ研磨パッドが貼着されていてこの研磨パッド
によってウエハが挟持され、しかも、この研磨パッドに
は研磨剤が供給されているのでウエハは確実に研磨され
る。

【００５０】この研磨時に、発熱によって下定盤２の内
周部、中央部および外周部で温度差が生じる。図１２に
は下定盤２の内周部、中央部および外周部で生じる温度
差が示されており、このように各部で温度差が生じた場
合には研磨後のウエハの平坦度が不良となり、また温度
差が生じるのは下定盤２だけでなく上定盤５において
も、内周部、中央部および外周部で温度差が生じる。

【００５１】このように温度差による平坦度の不良をな
くすために、温度調節機構が設けられている。この温度
調節機構は、下定盤２の下側のベース６５に設けられた
同心状の複数の溝６６と、各溝６６内に位置する温水の
温度を検知する温度センサーと、この温度センサーの検
知温度に応じて前記溝６６内に供給する温水の温度を調
節する温度調節器とから構成され、この温度調節器は温
度センサーで検知された温度信号に応じて比例制御を行
って溝６６内に供給する温水の温度を所定の設定温度に
するようになっている。

【００５２】なお、温度調節された温水は供給口ａ、
ｂ、ｃを介して各溝６６内を循環した後に排出口ｄ、
ｅ、ｆを介して排出され、これが温度調節されつつ繰り
返されるようになっている。

【００５３】すなわち、ベース６５に設けた各溝６６は
それぞれ温度調節回路に独立して接続されていて、各温
度調節回路にはそれぞれ検知部材である温度センサー
と、温水供給器と、前記温度センサーの信号を受け取っ
て温水供給器から供給される温水の温度を任意の設定温
度とすることができる温度調節器とを有しており、この
温度調節器は入力信号に対して出力信号を比例的に変化
する、比例制御を行うようになっている。これにより、
各温度調節回路を異なる温調水とすることができ、各ベ
ースに異なる温度の温水を供給することにより下定盤面
の平坦度を変えることができる。

【００５４】したがって、従来は温度調節回路が分離し
ておらず同一温度の温水のみしか供給することができな
くて、下定盤面の平坦度を変化させる場合には限られた
変化しか行えなかったのに対し、ウエハの仕上がり精度
を追求する上で平坦条件を容易に変えることができる。
なお、パイプ１３２およびロータリージョイント１３３
しか図示しないが、上定盤５のベース１２０にも内周
部、中央部および外周部に溝が形成されるとともに、各
溝は独立して温度調節された温水が循環されるようにな
っている。

【００５５】さらに、上下定盤２、５のうちの少なくと
も研磨パッドが接触する部位には樹脂コーティング１２
１が施されている。すなわち、上下定盤２、５に研磨パ
ッドを接着させるとともに、上下定盤２、５からはみ出
した研磨パッドの部分はナイフ等を用いて切除するが、
この時、誤って傷をつけてしまう場合がある。

【００５６】したがって、上下定盤２、５のうちの研磨
パッドを取付ける面に傷を付けてしまった場合には平坦
度が悪くなり、これによってウエハの研磨作業が不良に
なっていたが、少なくとも上下定盤のうちの研磨パッド
の取付け面に樹脂コーティングを施すことでウエハの研
磨作業が不良になる恐れが無くなっている。さらに、研
磨作業には研磨剤を使用するが、上下定盤２、５に傷が
無い場合でも研磨剤によって錆が生じ、耐久性が悪くな
っている。このため樹脂コーティング１２１を施すこと
で耐久性を良好とする。なお、研磨剤による錆は上下定
盤２、５だけでなくそれらを支持するベース６５、１２
０にも生じるので、ベース６５、１２０も含めて樹脂コ
ーティング１２１を施すことができる。

【００５７】この樹脂コーティング１２１の材質として
は常温施工によって硬質で密着性に優れた非晶質のセラ
ミックス膜を形成する塗料・コーティング剤であるシリ
カ溶液を用いる。したがって、このシリカ溶液による被
膜は可撓性に富み、紫外線に強く超耐久性を発揮すると
ともに、不燃性、撥水性、耐透過性、耐薬品性、耐汚染
性に優れている。

【００５８】一方、ウエハ保持部材がインターナルギア
３とサンギア６８とによって、自転および公転されて、
保持しているウエハの上下面を研磨するが、ウエハ保持
部材はインターナルギア３およびサンギア６８に常に噛
合い係合している。したがって、サンギア６８にあって
は、その外周面のうちの高さ方向の一部のみがウエハ保
持部材と噛合い係合しているために、その部分に摩耗が
生じる。

【００５９】これを防止するための機構としてサンギア
昇降機構が設けられている。すなわち、ウエハ保持部材
との噛合い係合によって外周面のうちの高さ方向の一部
のみが摩耗するのを防止するために、オイルシリンダ７
４によるオイルの供給によってサンギア駆動部材７１が
昇降し、これとともにサンギア６８自体が昇降してウエ
ハ保持部材との噛合い係合箇所を変更して一部のみが摩
耗するのを防止している。

【００６０】また、サンギア６８およびサンギア駆動部
材７１を昇降する手段として従来はスクリューを用いて
いたが、油圧を用いることでサンギア昇降機構自体をシ
ンプルにできるとともに、保守も容易となった。さら
に、オイルシリンダ７４にピッチ送りユニット１３４を
設けてあるので、このピッチ送りユニット１３４によっ
てサンギア６８は上下方向に微小移動が可能となってサ
ンギア６８の高さ方向の全体を使用可能となり、サンギ
ア６８を構成する各ピンの全長に渡って使用可能とな
り、各ピン、すなわちサンギア６８の寿命を長くでき
る。

【００６１】また、上下定盤２、５間でウエハを研磨す
る時に研磨パッドには研磨剤を供給するが、この時に使
用する研磨剤を回収するために研磨剤回収機構が設けら
れている。すなわち、研磨パッドに供給されてウエハの
研磨に供給された研磨剤は樋状のドレン受け１００に落
下し、ドレン受け１００は一方に対して他方が下方に位
置し、しかもこの他方には回収回路に接続している導出
管１０３が設けられているので、ドレン受け１００に滴
下した研磨剤は導出管１０３を介して回収回路に導かれ
て回収される。これによって研磨剤（スラリー）がドレ
ン受け１００に溜まることがなく回収効率が高められ
る。

【００６２】すなわち、従来はドレン受けが水平状態の
ために研磨剤がドレン受けに溜まり回収効率が悪く、ま
た、溜まった研磨剤が固化して、場合によっては固化し
た研磨剤が剥離して回収されて再び研磨工程に用いられ
てウエハにスクラッチを入れてしまう等の問題があっ
た。しかしながら、上記のようにドレン受け１００は傾
斜しているので研磨剤がドレン受け１００に溜まる恐れ
がなく回収効率が高いとともに、溜らないので固化した
研磨剤が剥離して回収されて再び研磨工程に用いられる
ということは確実に防止できる。

【００６３】そして、研磨作業が終了した時には前記上
下定盤２、５の駆動源４０、５０が停止するとともに、
上定盤５の昇降用の作動部材１８が起動し、上定盤５お
よび支持板２２等を一体に上昇して下定盤２から上定盤
５を離間し、これとともに旋回用の作動部材２７を起動
して上定盤５および支持板２２等を旋回Ａしてウエハ保
持部材およびそれに保持されて研磨されたウエハを取り
出すものである。また、ウエハは手動取り出し以外に、
上下定盤２、５の盤面に溝を形成し、この場合、下定盤
２よりも上定盤５の方がウエハとの接触面積を大きくし
て、接触面の差によって上定盤５に吸着し得るように構
成し、上定盤５の旋回時に一体に移動して排出可能とし
ても良い。

【００６４】

【発明の効果】この発明は前記のように構成したことに
より、上下定盤間でウエハを挟持する研磨時に上定盤が
下定盤に対して上下動する際、特に下動するときに、水
平状態を保持して下動でき、これにより上定盤が下定盤
に対して偏って当接しないようにできて、ウエハに対し
て偏って挟持する恐れが全くなくなる。これによってウ
エハの研磨時にチッピングが生じる恐れが皆無になると
いう効果を有している。また、上定盤水平下降機構ユニ
ットで上定盤を保持し、この上定盤水平下降機構ユニッ
トを少なくとも３か所で用いたので、上定盤を確実に所
定の状態に保持でき、すなわち、出没量が同一の場合に
は確実に水平状態を保持できる。また、この時ローラが
上定盤と当接するようにしたので上定盤の円滑なる回転
を確保することができるという効果を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】平面研磨装置の全体を示す概略斜視図である。

【図２】平面研磨装置の全体を示す概略側面図である。

【図３】平面研磨装置の概略断面図である。

【図４】下定盤に対して上定盤を旋回させるための機構
を示す概略図である。

【図５】図３に示すものの概略平面図である。

【図６】下定盤およびその駆動源を示す概略図である。

【図７】下定盤およびその駆動系を示す概略断面図であ
る。

【図８】図７に示すものにスラリー回収機構を取付けた
状態を示す概略断面図である。

【図９】上定盤に水平バランス機構を取付けた状態を示
す概略断面図である。

【図１０】上下定盤およびそれのベースに樹脂コーティ
ングを施した状態を示す概略断面図である。

【図１１】上定盤が下定盤に対して旋回した状態を示す
概略平面図である。

【図１２】上下定盤の内周部、中央部、および外周部の
作動時間に応じた温度変化を示す図である。

【図１３】一般的な平面研磨装置のサンギアとウエハ保
持部材とインターナルギアとの関係を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１……平面研磨装置 ２、２００……下定盤 ３、２０３……インターナルギア ４……機台部 ５……上定盤 ６……カバー ７……操作パネル １０……機枠 １１……起立部 １２……垂下部 １３、２８、４５、４６、５２、 ６３、９０、２０７、２１１、２１２……歯部 １４、６１、７９……軸受け １５……基板 １６、２４……側板 １７……枠体 １８、２７、１１５……作動部材 １９……エアシリンダ ２０……作動部 ２１……緩衝部材 ２１ａ……端部 ２２……支持板 ２３……連結板 ２５……リニアガイド ２６、７７……スライド部材 ４０、５０、７５……駆動源（上定盤用） ４１……中間プーリー ４２……駆動プーリー ４３、４４、７２……駆動軸 ５１……回転軸 ５３、７０……軸部 ５４……ウオーム歯車 ５５……プーリー ５６……ベルト ６０……基台 ６０ａ……保持部 ６２……回転枠部 ６５、１２０……ベース ６６……溝 ６７……下定盤駆動軸 ６８、２０４……サンギア ６９……サンギア基板 ７１……サンギア駆動部材 ７３……歯車 ７４……オイルシリンダ ７６……空所 ７８……筒状突出部 ８０……導通部材 ８１……連結部材 ９１……下定盤駆動源 １００……ドレン受け １０１……受け板 １０２……受入れ部 １０３……導出管 １１０、１１２……湾曲部 １１３……アーム １１４……上定盤水平下降機構ユニット １１６……ローラ １２１……樹脂コーティング １３０……軸筒 １３２……パイプ １３３……ロータリージョイント １３４……ピッチ送りユニット ２０１……ウエハ保持部材 ２０５……孔 ２０６……凹部 ２０８、２０９……ピン ２１０……ウエハ ａ、ｂ、ｃ……供給口 ｄ、ｅ、ｆ……排出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 箱守 駿二 神奈川県綾瀬市早川2647 スピードファム 株式会社内 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AA14 AA16 AB01 AB04 AB06 AC01 AC04 BA08 BC03 CB02 DA06 DA09 DA17

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウエハ保持部材で保持されたウエハ等の
   半導体を、互いに回転する上下定盤で挟持するととも
   に、前記ウエハ保持部材をインターナルギアおよびサン
   ギアに噛合い係合させて自転および公転させ、この時、
   研磨剤を流してウエハの両面を研磨するための平面研磨
   装置であって、該平面研磨装置は、前記上定盤の下降時
   に下定盤に対して偏って下降するのを防止するための上
   定盤水平バランス機構を具えたことを特徴とする平面研
   磨装置の上定盤水平バランス機構。
2. 【請求項２】 前記上定盤水平バランス機構は、上定盤
   の回転軸を囲んでいるとともに上定盤と一体に下降する
   軸筒と、該軸筒に等配となっている少なくとも３つのア
   ームと、各アームの先端に位置し、出没可能であるとと
   もに突出時に上定盤と当接して上定盤を固定する上定盤
   水平下降機構ユニットとで構成されている請求項１記載
   の平面研磨装置の上定盤水平バランス機構。
3. 【請求項３】 前記各上定盤水平下降機構ユニットは、
   作動部が上下方向に出没する作動部材と、該作動部材の
   作動部に回転可能に設けられたローラとからなり、前記
   ローラが上定盤と当接する請求項２記載の平面研磨装置
   の上定盤水平バランス機構。