JP2000254862A

JP2000254862A - ポリシングテーブルの駆動装置

Info

Publication number: JP2000254862A
Application number: JP6163299A
Authority: JP
Inventors: Toshio Yoshikawa; 敏夫吉川; Kouyuu Ou; 宏猷王
Original assignee: Teijin Seiki Co Ltd
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 1999-03-09
Filing date: 1999-03-09
Publication date: 2000-09-19

Abstract

(57)【要約】【課題】軽量化を図りつつ、ポリシングテーブル44
の回転速度変動を低下させることで、ウェーハの平坦度
を容易に向上させる。【解決手段】減速機10の回転減速比が 6〜20の範囲
であると、減速機10全体のねじり剛性および減速機10の
加工誤差が共に小さくなって減速機10の伝達誤差による
速度変動が低減し、これにより、ポリシングテーブル44
の回転速度変動が効果的に抑制される。但し、前記回転
減速比が 8未満は、減速機10が大重量となってクリーン
ルームの床耐荷重を超えるため、用いることはできな
い。

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、半導体のウェー
ハの端面を平坦化する際に用いるポリシングテーブルの
駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体集積回路の基板として用
いられるウェーハは、ポリシングテーブル上に配置した
後、アルミナ等の研磨材が懸濁されたアルカリ液（スラ
リー）を供給しながらポリシャで機械、化学的に研磨す
るようにしている。

【０００３】従来、このようなウェーハ研磨用のポリシ
ングテーブルは、低騒音、低振動で回転させなければな
らないため、該ポリシングテーブルに低速回転用の駆動
モータの出力軸を直結し、該駆動モータによって駆動回
転させるようにしていた。ここで、近年、研磨を行うウ
ェーハが徐々に大型化してきたので、駆動モータも大ト
ルク出力が可能な大型のものを使用するようになり、こ
の結果、駆動モータが大重量で高価となってしまうとい
う問題点が生じた。そして、このような問題点を解決す
るため、駆動モータを高速回転する小型モータから構成
するとともに、該小型モータとポリシングテーブルとの
間に高比で減速することができる偏心揺動型減速機を介
装することが考えられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そして、このようにポ
リシングテーブルの駆動装置を、高速回転する小型モー
タと偏心揺動型減速機とから構成した場合には、減速機
の減速比を、小型モータの回転速度とポリシングテーブ
ルの回転速度とから簡単に決定し、当該減速比に近い減
速比の減速機を用いると考えられる。しかしながら、前
述のように減速機の減速比を小型モータの回転速度とポ
リシングテーブルの回転速度とだけから決定した場合に
は、研磨されたウェーハの平坦度が低下することがある
という問題点が判明した。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者達は前
述したようなウェーハの平坦度低下の原因を探るため種
々の検討、試験を重ね、その原因がポリシングテーブル
の回転速度の変動にあることを見い出した。その後、こ
のようなポリシングテーブルの回転速度の変動メカニズ
ムについて鋭意研究を行い、以下のような知見を得た。

【０００６】即ち、ポリシングテーブルの回転速度の変
動Ｄは、駆動モータの回転速度の変動Dmを減速機の減速
比Ｒで除した値と、減速機の伝達誤差による速度変動Dd
との和で表すことができる。Ｄ＝Dm／Ｒ＋Dd …… (1) ここで、駆動モータの回転速度の変動Dmについては、市
販モータの中から好適なモータを選択するしか対処方法
がないので、検討から省いた。

【０００７】次に、減速機の伝達誤差による速度変動Dd
について検討を行った結果、このような速度変動Ddは減
速機全体のねじり剛性（減速機を構成する歯車の歯の変
形等の累積により発生するもので、入力軸を固定したと
きの出力軸の回転と考えることができる）の変動と、減
速機の加工誤差による変動とが支配要因であることが判
明した。

【０００８】そこで、さらに研究を重ね、減速機全体の
ねじり剛性は、歯車同士の有効同時噛み合い数が多いほ
ど、即ち減速比が大きくなるほど、小さくなることを見
い出した。一方、減速機の加工誤差に関しては、出力軸
の回転速度の最大変動幅Nrが、以下の式 (2)により近似
的に表されることから、減速比を小さくするほど、小さ
くなることを見い出した。 Nr＝２Ｒ×ｎ×da＋４Ｒ×ｎ×db …… (2) ここで、ｎは出力理論回転数、daは減速機の加工誤差に
よる出力軸１回転毎にＲ回変動する伝達誤差の片振幅、
dbは減速機の加工誤差による出力軸１回転毎に２Ｒ回変
動する伝達誤差の片振幅である。なお、da、dbを小さく
する考えは、市販歯車の中から好適な歯車（ＪＩＳ等級
の小さい歯車）を選択するしか対処方法がないので、検
討から省いた。

【０００９】このような知見から減速機の減速比がある
値のときに、ポリシングテーブルの回転速度変動率が最
小となり、減速比が前述の値より大きくあるいは小さく
なると、該速度変動率が大きくなることを見い出した。
その後、前記値を求めるために、試験を多数回行い、図
３に示すような結果を得た。この図３から明らかなよう
に減速比が12のときに速度変動率が最小となっている
が、実際の研磨におけるウェーハの平坦度に悪影響を与
えない範囲は 6〜20である。但し、減速比が 8未満であ
ると、図３に示すように減速機が大重量になり過ぎて、
ポリシング装置が設置されるクリーンルームの床耐荷重
を超えるおそれがあるため、用いることができない。こ
のようにして本発明者達は、減速機の入力端であるクラ
ンク軸と出力端である円筒体またはキャリアとの回転減
速比を 8〜20の範囲とした駆動装置に想到したのであ
る。

【００１０】また、請求項２に記載のように構成すれ
ば、軽量化を図りつつポリシングテーブルの回転速度変
動をさらに低下させることができる。さらに、請求項３
に記載のように構成すれば、減速機の中心軸上に多用途
に使用可能な貫通孔を設けることができる。また、請求
項４に記載のように構成すれば、前記貫通孔を駆動モー
タからあまり干渉を受けることなく使用することができ
る。さらに、請求項５に記載のように構成すれば、ポリ
シングテーブルの温度制御を容易に行うことができる。
また、請求項６に記載のように構成すれば、内歯と外歯
との噛み合い時における摩擦抵抗を大幅に低減させるこ
とができる。さらに、請求項７に記載のように構成すれ
ば、円筒体およびキャリアの剛性が共に高くなり、ポリ
シングテーブルを高精度で回転させることができる。ま
た、請求項８に記載のように構成すれば、密封作業が容
易となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態を図
面に基づいて説明する。図１、２において、11は偏心揺
動型減速機10の円筒体であり、この円筒体11の中心軸は
上下方向に延びている。この円筒体11の内周でその軸方
向中央部には断面が半円形をした多数の半円溝12が形成
され、これらの半円溝12は軸方向に延びるとともに周方
向に等距離離れて配置されている。13は多数（半円溝12
と同数）の円柱状をした内歯ピンであり、これらの内歯
ピン13はそのほぼ半分が半円溝12内に収納されることで
円筒体11の内周に周方向に等距離離れて設けられてい
る。各内歯ピン13の外側には円筒状をした２個のローラ
フォロア14が回転可能に嵌合され、これらのローラフォ
ロア14は内歯ピン13の軸方向に離れて配置されている。
前述した内歯ピン13およびローラフォロア14は全体とし
て、円筒体11の内周に設けられた多数枚の内歯15を構成
する。

【００１２】前記円筒体11内には円板状をした２個のピ
ニオン16、17が軸方向に離れて収納され、各ピニオン1
6、17の外周には歯数が前記内歯15より若干少ない（こ
の実施例では１個だけ少ない）外歯18がそれぞれ形成さ
れている。そして、これらピニオン16、17の外歯18はト
ロコイド歯から構成されるとともに、内歯15、詳しくは
ローラフォロア14にそれぞれ噛み合っている。このよう
に回転可能な内歯15のローラフォロア14に外歯18を噛合
させているので、内歯15と外歯18との噛み合いが転がり
接触となって摩擦抵抗が大幅に低減し、これにより、発
熱が効果的に抑制される。

【００１３】また、各ピニオン16、17にはそれぞれ軸方
向に貫通した複数の遊嵌孔19が形成され、これらの遊嵌
孔19は周方向に等距離離れて配置されている。20は図示
していないフレームに固定されたキャリアであり、この
キャリア20は前記遊嵌孔19をそれぞれ軸方向に貫通する
複数の柱部21を有する。これら柱部21の下端には略リン
グ状をした下端板部22が一体的に連結されているが、こ
の下端板部22の外径は前記円筒体11の外径より大径であ
る。一方、柱部21の上端にはリング状をした上端板23が
着脱可能に固定されている。

【００１４】前記下端板部22の半径方向外側端には円筒
体11を外側から囲む延長部としての外筒24が固定され、
この外筒24の内周および前記円筒体11の外周には多数の
鋼球25がそれぞれ転がり接触する２本の環状軌道面26、
27が形成されている。これにより、円筒体11は鋼球25を
介してキャリア20に回転可能に支持されるが、このと
き、転がり軸受のアウター、インナーレースを外筒24、
円筒体11に一体形成することで、前述のようにこれら外
筒24、円筒体11に軌道面26、27を形成するようにしたの
で、外筒24を含むキャリア20および円筒体11の剛性が共
に高くなり、この結果、後述のポリシングテーブル44の
回転精度が高精度となる。

【００１５】30はピニオン16、17の中心軸上に形成され
た貫通孔であり、この貫通孔30内には、前記下端板部22
の内端に一体的に連結され内部に貫通孔31が形成された
円筒状の内筒32が遊嵌され、この内筒32の上端は前記上
端板23の内端に密着されている。このようにキャリア2
0、詳しくは内筒32およびピニオン16、17に円筒体11の
中心軸とほぼ同軸の貫通孔31、30をそれぞれ形成すれ
ば、減速機10の中心軸上に多用途に使用可能な貫通孔を
設けることができる。前述した柱部21、下端板部22、上
端板23、外筒24、内筒32は全体として、前記キャリア20
を構成する。

【００１６】また、前記ピニオン16、17には円筒体11の
中心軸から半径方向外側に所定距離離れた位置に複数の
軸孔35がそれぞれ形成され、これらの軸孔35は前記遊嵌
孔19間にそれぞれ配置されている。36は軸孔35と同数の
クランク軸であり、これらのクランク軸36の下端部は下
端板部22に転がり軸受37を介して、また、その上端部は
上端板23に転がり軸受38を介して回転可能に支持されて
いる。各クランク軸36はその軸方向中央部にクランク軸
36の中心軸から逆方向に偏心した偏心部39、40を有し、
これら偏心部39、40はピニオン16、17の軸孔35内に針状
ころ軸受41を介装した状態で挿入されている。この結
果、これらクランク軸36は円筒体11の中心軸から半径方
向外側に所定距離離れて配置されることになる。前述し
た円筒体11、ピニオン16、17、キャリア20、クランク軸
36は全体として、前記偏心揺動型減速機10を構成する。

【００１７】44は前記円筒体11の上端に中間リング45を
介して連結された円板状のポリシングテーブルであり、
このポリシングテーブル44上には機械、化学的研磨が行
われるウェーハが配置される。そして、前記クランク軸
36が回転して偏心部39、40がピニオン16、17の軸孔35内
で偏心回転すると、ピニオン16、17も偏心回転（公転）
するが、このとき、前述のように外歯18の歯数が内歯15
の歯数より若干少ないので、前記クランク軸36の回転は
ピニオン16、17により減速されて円筒体11およびポリシ
ングテーブル44に伝達され、これら円筒体11、ポリシン
グテーブル44を低速で一体的に回転させる。46は前記貫
通孔31内に遊嵌された上下方向に延びる配管であり、こ
の配管46の上端はポリシングテーブル44の下面に固定さ
れ、下端にはロータリージョイント47が固定されてい
る。そして、この配管46内にはポリシングテーブル44の
温度制御用の配線が収納されており、このようなことか
らポリシングテーブル44の温度制御を容易に行うことが
できる。

【００１８】51は下端板部22の下面に取り付けられた駆
動モータ（ＡＣサーボモータ）であり、この駆動モータ
51の出力軸52はいずれかのクランク軸36と同軸である。
そして、この駆動モータ51の出力軸52と、この出力軸52
と同軸であるクランク軸36とはカップリング53を介して
スプライン結合により直結されており、この結果、前記
駆動モータ51が作動すると、クランク軸36は駆動モータ
51から駆動力を受けて回転する。ここで、前記出力軸52
およびクランク軸36を、円筒体11の中心軸から駆動モー
タ51の半径Ｒより大きな距離Ｌだけ半径方向外側に離し
て配置しているので、配管46が配置されている貫通孔31
を駆動モータ51からあまり干渉を受けることなく使用す
ることができる。

【００１９】54は円筒体11の上端部外周とキャリア20の
外筒24の上端部内周との間に配置されたオイルシール、
55は円筒体11の上端とキャリア20の上端板23の外周との
間に中間リング45を介して配置されたオイルシールであ
り、これらのオイルシール54、55はいずれもピニオン1
6、17よりポリシングテーブル44側（上側）に配置され
ている。これにより、上方に向かって開放するとともに
円筒体11が上方から挿入されたキャリア20の上端開口は
閉止され、ピニオン16、17を収納しているキャリア20の
内部空間が容易に密封される。

【００２０】そして、前述のような減速機10により駆動
モータ51の回転を減速してポリシングテーブル44を回転
させる際、該ポリシングテーブル44の回転速度変動をウ
ェーハの平坦度に悪影響を与えない範囲に収めるには、
前述のように該減速機10の減速比、即ち、減速機10の入
力端であるクランク軸36と出力端である円筒体11との回
転減速比を 6〜20の範囲とする必要がある。しかしなが
ら、減速機10の減速比が 8未満であると、前述のように
減速機10が大重量になり過ぎて、ポリシング装置が設置
されるクリーンルームの低い床耐荷重を超えるおそれが
あるため、用いることができない。このようなことから
減速機10の回転減速比は 8〜20の範囲でなければならな
い。ここで、減速機10の回転減速比を10〜17の範囲とす
ると、軽量化を図りつつポリシングテーブル44の回転速
度変動をさらに低下させることができるので、この回転
減速比を10〜17の範囲とすることが好ましい。

【００２１】次に、この発明の一実施形態の作用につい
て説明する。ポリシングテーブル44上のウェーハを機
械、化学的に研磨する場合には、駆動モータ51を作動し
て出力軸52、クランク軸36を回転させる。この結果、ク
ランク軸36の偏心部39、40がピニオン16、17の軸孔35内
で偏心回転してピニオン16、17を偏心回転（公転）させ
るが、このとき、前述のように外歯18の歯数が内歯15の
歯数より若干少ないので、クランク軸36の回転は高比で
減速されて円筒体11に伝達され、該円筒体11およびポリ
シングテーブル44を一体的に大トルクで低速回転させ
る。

【００２２】そして、このようにポリシングテーブル44
が低速で回転しているとき、スラリーを供給しながらウ
ェーハをポリシャで機械、化学的に研磨する。ここで、
ポリシングテーブル44の回転速度に大きな変動が生じる
と、ウェーハの平坦度が低下するが、前述のように減速
機10の回転減速比を 8〜20の範囲とすると、軽量化を図
りつつ、ポリシングテーブル44の回転速度の変動を効果
的に抑制することができる。

【００２３】なお、前述の実施形態においては、キャリ
ア20を固定するとともに円筒体11を回転可能とし、クラ
ンク軸36に入力された回転をピニオン16、17により減速
して円筒体11からポリシングテーブル44に出力するよう
にしたが、この発明においては、円筒体を固定するとと
もにキャリアを回転可能とし、クランク軸に入力された
回転をピニオンにより減速してキャリアからポリシング
テーブルに出力するようにしてもよい。また、前述の実
施形態においては、ピニオン16、17にその中心軸から等
距離離れた複数の軸孔35を形成するとともに、各軸孔35
にクランク軸36の偏心部39、40をそれぞれ挿入し、該ク
ランク軸36を回転させることでピニオン16、17を偏心回
転させるようにしたが、この発明においては、ピニオン
の中心軸上に軸孔を形成するとともに、該軸孔にクラン
ク軸の偏心部をそれぞれ挿入し、該クランク軸を回転さ
せることでピニオンを偏心回転させるようにしてもよ
い。また、クランク軸の入力端に、例えば複数の平歯車
から構成された前段減速機を連結し、入力回転を前段減
速機で減速した後、クランク軸に入力するようにしても
よい。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、軽量化を図りつつ、ポリシングテーブルの回転速度
変動を低下させることで、ウェーハの平坦度を容易に向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態を示す図２のＡーＡ矢視
断面図である。

【図２】図１のＢーＢ矢視断面図である。

【図３】減速比と重量、速度変動率との関係を示すグラ
フである。

【符号の説明】

11…円筒体 13…内歯ピン 14…ローラフォロア 15…内歯 16、17…ピニオン 18…外歯 20…キャリア 21…柱部 24…延長部 25…鋼球 26、27…軌道面 30…貫通孔 31…貫通孔 36…クランク軸 44…ポリシングテーブル 46…配管 51…駆動モータ 54、55…オイルシール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内周に内歯を有する円筒体と、円筒体内に
収納され、外周に前記内歯に噛み合い歯数が該内歯より
若干少ない外歯を有するピニオンと、該ピニオンを軸方
向に貫通する柱部を有するキャリアと、前記ピニオンに
挿入され、回転することでピニオンを偏心回転させるク
ランク軸と、該クランク軸を駆動回転させる駆動モータ
とを備え、ピニオンの回転により減速回転する円筒体ま
たはキャリアにポリシングテーブルを連結するようにし
たポリシングテーブルの駆動装置であって、前記クラン
ク軸と円筒体またはキャリアとの回転減速比が 8〜20の
範囲となるよう構成したことを特徴とするポリシングテ
ーブルの駆動装置。
【請求項２】前記回転減速比が10〜17の範囲となるよう
構成した請求項１記載のポリシングテーブルの駆動装
置。
【請求項３】前記クランク軸を円筒体の中心軸から半径
方向外側に離して配置するとともに、駆動モータの出力
軸とクランク軸とを直結し、かつ、キャリアおよびピニ
オンに前記中心軸とほぼ同軸の貫通孔を形成した請求項
１記載のポリシングテーブルの駆動装置。
【請求項４】前記クランク軸を円筒体の中心軸から駆動
モータの半径Ｒより大きな距離Ｌだけ半径方向外側に離
して配置した請求項３記載のポリシングテーブルの駆動
装置。
【請求項５】前記貫通孔にポリシングテーブルの温度制
御用配管を配置した請求項３記載のポリシングテーブル
の駆動装置。
【請求項６】前記円筒体の内周に設けられた内歯を、円
筒体の内周に略半分埋設された円柱状の内歯ピンと、内
歯ピンの外側に回転可能に嵌合された円筒状のローラフ
ォロアとから構成した請求項１記載のポリシングテーブ
ルの駆動装置。
【請求項７】前記キャリアに円筒体と同軸で該円筒体を
外側から囲む円筒状の延長部を設けるとともに、円筒体
の外周および延長部の内周に多数の鋼球が転がり接触す
る環状の軌道面をそれぞれ形成した請求項１記載のポリ
シングテーブルの駆動装置。
【請求項８】前記円筒体とキャリアとの間にオイルシー
ルを配置するとともに、該オイルシールをピニオンより
ポリシングテーブル側に配置した請求項１記載のポリシ
ングテーブルの駆動装置。