JP2000079560A - 平面研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 確実にウエハを研磨するとともに、スループ
ットを高めた平面研磨装置を提供する。 【解決手段】 ウエハの平坦度を高めるための上下定盤
の温度制御、下定盤の駆動源の小型化、ウエハ保持部材
と噛合い係合するサンギアの摩耗防止、下定盤に対して
上定盤を水平に下降させる水平バランス機構、研磨剤回
収機構および防錆や傷付きを防止するためのコーティン
グ手段を施してウエハのスループットを高めるように構
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、以下のような問題点を有して
いた。研磨作業中に定盤の研磨パッドの部位間に温度差
が生じ、これによって研磨後のウエハの平坦度に不良が
発生する。回転駆動機構の駆動源が１つであるので大き
な質量の下定盤を駆動させるためには大出力の駆動源が
必要であり、全体が高価になる。使用によってサンギア
が摩耗してしまい所定の時間が経過した後にはサンギア
を交換する必要があり、交換作業時には装置を停止する
必要があり、維持コストが高くなってしまう。下定盤に
対して上定盤を上下動するが、下動時に傾斜していると
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。ウエハの研磨時に研磨剤を使用し、
この研磨剤をスクレーパで掻き取って再使用するように
なっているが、掻き取り時に余分な破片や塵等を一緒に
集めてしまうので、そのままでは再使用ができない。ウ
エハをウエハ保持部材で保持して上下定盤間に位置させ
る場合に、人力で下定盤と上定盤とをずらしたうえでウ
エハの取付けや、研磨パッドの交換を行うために煩雑な
作業となってしまう。上下定盤に研磨パッドを貼着し、
研磨パッドが摩損した場合には新しい研磨パッドへの張
り替え作業を行うが、研磨パッドの張り替えは上下定盤
よりも大きめの研磨パッドを貼着し、余分な部分をナイ
フ等で切除するが、この時ナイフ等で上下定盤に傷を付
ける場合があるとともに、研磨剤によって錆が発生する
恐れがある。等の問題点を有していた。

【００１１】この発明の目的は、以下のことができる平
面研磨装置を提供することにある。上定盤の研磨パッド
の部位を複数の部位とし、この各部位の温度を検知する
とともに、異なった場合には比例制御を行って各部位に
独立して流れる温水の温度を調整して均一化し、これに
よって研磨後のウエハの平坦度を均一にすることができ
る。大きな質量の下定盤を複数の駆動源を用いて駆動す
ることにより、小型の駆動源を使用することができる。
ウエハ保持部材と噛合い係合するサンギアの使用部位を
変更することによりサンギアの耐用年数を長くすること
ができる。下定盤に対して上定盤が上下動する時、特に
下動する時に、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
うにできる。研磨剤を回収するドレンを傾斜して設ける
ことにより使用後の研磨剤が自然に外方に導かれるよう
にし、これによって研磨剤のみを回収して再使用可能と
することができる。下定盤に対して上定盤を水平方向の
２段に旋回可能にして下定盤の上面を開放させ、これに
よりウエハの搭載や研磨パッドの交換を容易に行うこと
ができる。上下定盤の研磨パッドを貼着する部位に樹脂
コーティングを施すことにより、その部位を固くしてナ
イフ等で研磨パッドを切断する時に誤って傷が付く恐れ
や、あるいは、研磨剤等により錆が生じるのを確実に防
止することができる。

【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、上下定盤のうち
の少なくとも下定盤に設けられて研磨面の温度差を少な
くするための温度調節機構と、前記下定盤を回転駆動す
るために、互いに協働する複数の駆動源からなる駆動機
構と、前記ウエハ保持部材との噛合い係合で高さ方向の
一部のみが摩耗するのを防止するために前記サンギアの
高さを変化させるサンギア昇降機構と、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と、前記下定盤の周縁部に対
抗して開口するとともに、一部が低くなり、この部位が
外部の回収回路と導通する研磨剤回収機構と、上定盤を
下定盤に対して水平方向に旋回してウエハ搭載位置ある
いは研磨パッド取り替え位置とする上定盤旋回機構とを
具え、さらに、前記上下定盤のうちの研磨剤と接触する
部位に錆が発生するのを防止するために、また、上下定
盤の表面を固くして傷が発生するのを防止するために樹
脂コーティングを施し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。

【００１３】

【作用】この発明は上記の手段を採用したことにより、
ウエハは各部の温度が略一定の状態で研磨されるので平
坦度が高められ、また、下定盤の駆動は複数の駆動源が
協働して駆動することになり、ウエハを保持しているウ
エハ保持部材が噛合い係合しているサンギアが一部だけ
摩耗するのが防止され、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、使用した研磨剤は確実に回収でき、ウエハの取付け
および研磨パッドの張り替えは上定盤を下定盤に対して
水平方向に旋回することで容易にでき、しかも、上下定
盤には樹脂コーティングが施されているので錆や傷の発
生が防止できる。

【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１にはこの発明によ
る平面研磨装置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６
８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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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）。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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に示すのの一部を変化させて樋状のドレン受け１
００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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】図９には下定盤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
うにした上定盤水平バランス機構が示されている。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４４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。

【００３６】そして、図９に示すように上定盤５を昇降
させる昇降機構は概略で示されているが、上定盤を支持
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。

【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。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、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°）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１１
４がそれぞれ設けられている。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１１５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、溜まらないので固化し
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、上定盤の研磨パッドの部位を複数の部位とし、こ
の各部位の温度を検知するとともに、異なった場合には
比例制御を行って各部位に独立して流れる温水の温度を
調整して均一化し、これによって研磨後のウエハの平坦
度を均一にすることができる。大きな質量の下定盤を複
数の駆動源を用いて駆動することにより、小型の駆動源
を使用することができる。ウエハ保持部材と噛合い係合
するサンギアの使用部位を変更することによりサンギア
の耐用年数を長くすることができる。下定盤に対して上
定盤が上下動する時、特に下動する時に、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できる。研磨剤を回収す
るドレンを傾斜して設けることにより使用後の研磨剤が
自然に外方に導かれるようにし、これによって研磨剤の
みを回収して再使用可能とすることができる。下定盤に
対して上定盤を水平方向の２段に移動可能にして下定盤
の上面を開放させ、これによりウエハの搭載や研磨パッ
ドの交換を容易に行うことができる。上下定盤の研磨パ
ッドを貼着する部位に樹脂コーティングを施すことによ
り、その部位を固くしてナイフ等で研磨パッドを切断す
る時に誤って傷が付く恐れや、あるいは、研磨剤等によ
り錆が生じるのを確実に防止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 AA09 AA15 AB04 AB08 AC04 BA08 CA01 CB01 CB06 DA09 DA18

Claims (1)

【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、 上下定盤のうちの少なくとも下定盤に設けられて研磨面
   の温度差を少なくするための温度調節機構と、 前記下定盤を回転駆動するために、互いに協働する複数
   の駆動源からなる駆動機構と、 前記ウエハ保持部材との噛合い係合で高さ方向の一部の
   みが摩耗するのを防止するために前記サンギアの高さを
   変化させるサンギア昇降機構と、 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と、 前記下定盤の周縁部に対抗して開口するとともに、一部
   が低くなり、この部位が外部の回収回路と導通する研磨
   剤回収機構と、 上定盤を下定盤に対して水平方向に旋回してウエハ搭載
   位置あるいは研磨パッド取り替え位置とする上定盤旋回
   機構と、 を具え、さらに、前記上下定盤のうちの研磨剤と接触す
   る部位に錆が発生するのを防止するために、また、上下
   定盤の表面を固くして傷が発生するのを防止するために
   樹脂コーティングを施したことを特徴とする平面研磨装
   置。