JP2003224091A - 化学機械研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】例えば高速低トルク仕様のモータを用いても、
プラテンを低速で高精度に回転させることができる化学
機械研磨装置を提供する。 【解決手段】トラクションドライブ減速機１３０が、歯
車のごときかみ合い変動が生じないトラクションドライ
ブによって、モータ１２０の回転軸１２４からプラテン
１４０へとトルクをなめらかに伝達させることができ、
それにより研磨されるウェハＷの平面度をより向上させ
ることができ、又、歯車を用いないため、騒音も低減さ
せることができる。更に、ダイレクトドライブモータを
用いる場合に比べれば、構成をより小型化することがで
きる。加えて、プラテン１４０の負荷が増大したような
場合には、可動ローラ１３６Ｂ、１３６Ｃにおける縮径
円筒部１２４ａ及び外輪１３２との当接力を高めること
で、スリップ率を増大させる（モータ回転速度に対して
保持部材回転速度が低下する）ことがないため、回転制
御構成をより単純化することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえばウェハの
表面を研磨して、高精度な平面を形成できる化学機械研
磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高密度半導体集積回路素子の形成プロセ
スの過程で、絶縁膜や金属膜のパターン形成等によって
ウェハ表面に複雑な凹凸が生じる場合がある。この凹凸
を持ったウェハ表面上に引き続きパターン形成を行う
と、リソグラフィプロセスにおける焦点深度の余裕が無
いなどに起因してパターン転写での解像度が不足した
り、凹凸の段差部における金属配線膜の欠損が生じるな
どの恐れがある。かかる問題を解消するために、ウェハ
を回転させつつ、そのウェハ表面に研磨パッドを押しつ
けながら摺動させ、凹凸を研磨により平坦化する化学機
械研磨（CMP）が行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年におい
ては、ＬＳＩなどにおいて高集積化が図られ、ＬＳＩ用
ウェハに要求される平面度の要求も、ますます厳しくな
っている。しかるに、そのようなウェハに対して化学機
械研磨を行う場合、ウェハの回転変動に起因して研磨量
が許容範囲を超えてバラツくという問題が顕在化するに
至った。

【０００４】本発明者らの研究によれば、回転トルクを
発生させるモータの回転が均一であったとしても、ウェ
ハを載置したプラテンに至るまでに、例えば歯車式の減
速機を用いた場合、歯車のかみ合いによるわずかなトル
ク変動が、プラテンの回転変動を招き、それにより研磨
量のバラツキが生じることが分かった。又、かかる問題
は、特に、超精密なＬＳＩ用ウェハを研磨するに当たっ
ては、無視できない大きな問題であることも分かった。
更に、歯車式の減速機の場合、歯車のかみ合いに起因し
た騒音も問題となっている。

【０００５】これに対し、プラテンとの間に減速機を介
在させない、いわゆるダイレクトドライブモータを用い
ることも考えられるが、プラテンの回転は比較的低速で
あるため、ダイレクトドライブモータを低速高トルク仕
様としなければならず、モータ自体が大型化するという
問題がある。又、プラテンは高精度に一定速で回転させ
なければならないため、その要求を満たすためには、モ
ータのコストが上昇することとなる。

【０００６】本発明は、かかる問題に鑑みてなされたも
のであり、例えば高速低トルク仕様のモータを用いて
も、プラテンを低速で高精度に回転させることができる
化学機械研磨装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の化学機械研磨装
置は、ウェハ又は研磨パッドを取り付けるための保持部
材と、回転軸にトルクを発生するモータと、前記モータ
から前記保持部材にトルクを伝達するトラクションドラ
イブ減速機と、を有し、前記トラクションドライブ減速
機は、前記モータの回転軸に連結された駆動部と、前記
回転部材に連結された被駆動部と、前記駆動部と前記被
駆動部とに摩擦係合する中間転動体とを有し、前記中間
転動体における前記駆動部及び前記被駆動部との当接力
は、前記中間転動体を介して前記駆動部から前記被駆動
部に伝達されるトルクに応じて増大することを特徴とす
る。

【０００８】

【作用】本発明の化学機械研磨装置は、ウェハ又は研磨
パッドを取り付けるための保持部材と、回転軸にトルク
を発生するモータと、前記モータから前記保持部材にト
ルクを伝達するトラクションドライブ減速機と、を有
し、前記トラクションドライブ減速機は、前記モータの
回転軸に連結された駆動部と、前記回転部材に連結され
た被駆動部と、前記駆動部と前記被駆動部とに摩擦係合
する中間転動体とを有し、前記中間転動体における前記
駆動部及び前記被駆動部との当接力は、前記中間転動体
を介して前記駆動部から前記被駆動部に伝達されるトル
クに応じて増大するので、歯車のごときかみ合い変動が
生じないトラクションドライブによって、前記モータの
回転軸から前記保持部材へとトルクをなめらかに伝達さ
せることができ、それにより研磨されるウェハの平面度
をより向上させることができ、又、歯車を用いないた
め、騒音も低減させることができる。更に、低速高トル
クを得るため大型となるダイレクトドライブモータを用
いる場合に比べれば、小型のモータを用いるため、減速
機と組み合わせた場合でも、構成をより小型化すること
ができる。加えて、例えば前記保持部材の負荷が増大し
たような場合にも、前記中間転動体における前記駆動部
及び前記被駆動部との当接力を高めることで、スリップ
率を増大させる（モータ回転速度に対して保持部材回転
速度が低下する）ことがないため、回転制御構成をより
単純化することができる。

【０００９】尚、前記トラクションドライブ減速機が、
くさび作用を利用した摩擦ローラ式（以下、「くさびロ
ーラ式」ともいう）のものであれば、前記モータへの組
み込みが容易であるという利点がある。

【００１０】又、前記トラクションドライブ減速機が、
交差軸式であると、前記回転部材の回転軸線方向の寸法
を小さく抑えることができるという利点がある。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施の形態について説明する。図１は、第１の実施
の形態にかかる、くさびローラ式のトラクションドライ
ブ減速機（以下、「くさびローラ減速機」ともいう）を
有する化学機械研磨装置の正面断面図である。図２は、
図１の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図であ
る。図３は、図１の構成をIII-III線で切断して矢印方
向に見た図である。

【００１２】図１に示すように、本実施の形態の化学機
械研磨装置１００は、ウェハＷの保持部材であるプラテ
ン１４０を駆動する駆動部１１０と、研磨パッドＰの保
持部材１４０’を駆動する駆動部１１０’とを有してい
る。まず、ウェハの保持部材であるプラテン１４０を駆
動する駆動部１１０について説明する。

【００１３】図１の下方において、駆動部１１０は、モ
ータ１２０と、トラクションドライブ減速機１３０とを
有している。モータ１２０は、図１で下端を閉じた円筒
状のモータハウジング１２１と、その内周に固定された
円筒状のステータ１２２と、ステータ１２２に内包され
るロータ１２３と、ロータ１２３の中央に固定され一体
的に回転する回転軸１２４と、モータハウジング１２１
の開いた上端を遮蔽する隔壁１２５とを有している。回
転軸１２４は、モータハウジング１２１と隔壁１２５に
対して、軸受１２６，１２７により回転自在に支承され
ている。軸受１２６の下方には、隔壁１２５と回転軸１
２４との間を密封するシール１２８が設けられている。

【００１４】くさびローラ減速機１３０は、図１で上端
が縮径し下端が隔壁１２５で遮蔽された円筒状の減速機
ハウジング１３１と、この減速機ハウジング１３１内に
配置された円管状の被駆動部である外輪１３２と、外輪
１３２内に配置され、ボルト１３３で隔壁１２５に取り
付けられたローラハウジング１３４と、隔壁１２５に一
端を取り付けられ、且つローラハウジング１３４に他端
を取り付けられた３本の枢軸１３５Ａ〜１３５Ｃと、枢
軸１３５Ａ〜１３５Ｃの周囲にそれぞれ配置された中間
転動体である中間ローラ１３６Ａ〜１３６Ｃと、中間ロ
ーラ１３６Ａ〜１３６Ｃを回転自在に支承するラジアル
軸受１３７とを有している（但し、図１では枢軸１３５
Ａ，中間ローラ１３６Ａのみ図示）。ラジアル軸受１３
７は、枢軸１３５Ａ〜１３５Ｃの周囲に配置された複数
のニードルローラ１３７ａと、ニードルローラ１３７ａ
を等間隔に支持するケージ１３７ｂとから構成されてい
る。各中間ローラ１３６Ａ〜１３６Ｃは、外輪１３２の
内周面と、駆動部である回転軸１２４の縮径円筒部１２
４ａとに当接係合している。減速機ハウジング１３１内
にはトラクション油が満たされており、該トラクション
油が各当接部に介在することにより、摩擦伝動が良好に
行われるようになっている。

【００１５】図２、３に示すように、３本の枢軸１３５
Ａ〜１３５Ｃのうち、図２，３の右部中央に位置する１
本の枢軸１３５Ａは、隔壁１２５の孔１２５ａに一端を
圧入固定し、ローラハウジング１３４の孔１３４ａに他
端を圧入固定している。従って、この枢軸１３５Ａは、
ローラハウジング１３４に対して円周方向或は直径方向
に変位することはない。

【００１６】これに対して、図２，３の左部上下両側に
位置する残り２本の枢軸１３５Ｂ、１３５Ｃは、各々両
端を、隔壁１２５及びローラハウジング１３４に対し、
その円周方向及び直径方向に沿って変位自在に支持して
いる。この為に、隔壁１２５及びローラハウジング１３
４には、枢軸１３５Ｂ、１３５Ｃの両端が変位する部分
には、図３に示す様に、両枢軸１３５Ｂ、１３５Ｃの外
径よりも大きな内径を有する支持孔１３４ｄ、１３４ｄ
（隔壁１２５の支持孔は不図示）を形成し、これら各支
持孔１３４ｄ、１３４ｄに、両枢軸１３５Ｂ、１３５Ｃ
の両端を緩く係合させている。又、中間ローラ１３６
Ｂ、１３６Ｃの変位を阻害しないよう、図２に示すごと
く、ローラハウジング１３４にはローラ逃げ１３４ｅ、
１３４ｅが形成されている。

【００１７】又、外輪１３２は、図１で上端に一対の切
り欠き１３２ａを形成しており、ここに出力軸１４１の
図１で下端に形成された対向する爪部１４１ａが係合
し、両者は一体的に回転可能となっている。出力軸１４
１は、減速機ハウジング１３１の図１で上端から突出
し、ウェハＷを載置したプラテン１４０に連結されてい
る。出力軸１４１は、減速機ハウジング１３１に対し
て、軸受１４２，１４３により回転自在に支持されてい
る。軸受１４２の図１で上方において、出力軸１４１と
減速機ハウジング１３１との間をシール１４４が密封し
ている。

【００１８】図２，３において、固定された枢軸１３５
Ａの周囲に配置された中間ローラを、ガイドローラ１３
６Ａと呼び、変位自在な枢軸１３５Ｂ、１３５Ｃの周囲
に配置された中間ローラを、可動ローラ１３６Ｂ、１３
６Ｃと呼ぶ。

【００１９】回転軸１２４の縮径円筒部１２４ａの中心
と出力軸１４１及び外輪１３２の中心とは、量δ（図
１）だけ互いに偏心している。従って、ガイドローラ１
３６Ａを設けた側の外輪１３１の内周面から、縮径円筒
部１２４ａの外周面までの距離は、可動ローラ１３６
Ｂ、１３６Ｃを設けた側の外輪１３１の内周面から、縮
径円筒部１２４ａの外周面までの距離よりも大きくなっ
ており、そのため、ガイドローラ１３６Ａの外径は、可
動ローラ１３６Ｂ、１３６Ｃの外径より大きくなってい
る。

【００２０】更に、それぞれが中間ローラである、上記
１個のガイドローラ１３６Ａ及び２個の可動ローラ１３
６Ｂ、１３６Ｃのうち、ガイドローラ１３６Ａを支持し
た枢軸１３４は、前述の様に、ローラハウジング１３４
に固定している。これに対して、可動ローラ１３６Ｂ、
１３６Ｃを支持した枢軸１３５Ｂ、１３５Ｃは、やはり
前述した様に、ローラハウジング１３４に対して、円周
方向及び直径方向に沿って若干の変位を自在に支持して
いる。従って、可動ローラ１３６Ｂ、１３６Ｃも、ロー
ラハウジング１３４に対して円周方向及び直径方向に沿
って若干の変位自在である。

【００２１】更に、図３に示すように、ローラハウジン
グ１３４には、図で左方の外周面から右斜め上方及び下
方に向かって延在する袋穴状のシリンダ孔１３４ｂ、１
３４ｂが形成されている。シリンダ孔１３４ｂ、１３４
ｂの奥には、圧縮コイルばね１３４ｃ、１３４ｃ等の弾
性材が配置され、各可動ローラ１３６Ｂ、１３６Ｃを支
持した枢軸１３５Ｂ、１３５Ｃを、シリンダ孔１３４
ｂ、１３４ｂの軸線方向に付勢している。それにより、
可動ローラ１３６Ｂ、１３６Ｃは、外輪１３２と回転軸
１２４の縮径円筒部１２４ａの間の、より狭い空間に向
かって弾性的に軽く押圧されていることとなる。

【００２２】図１において、研磨パッドＰの保持部材１
４０’を駆動する駆動部１１０’に関しては、上述した
プラテン１４０を駆動する駆動部１１０に対し、同様な
構成をより小型化したのみであるため、駆動部１１０’
の主要な要素についてのみ、駆動部１１０の対応した要
素の符号にダッシュを付して、その説明を省略する。
尚、駆動部１１０のモータハウジング１２０は固定され
ているが、駆動部１１０’のモータハウジング１２０’
は、不図示のアームに取り付けられて、ウェハＷの半径
方向に移動可能に支持されている。

【００２３】次に、本実施の形態の化学機械研磨装置の
動作に付いて説明する。駆動部１１０において、不図示
の電源から電力が供給されることで、モータ１２０の回
転軸１２４が回転する。このとき、回転軸１２４の縮径
円筒部１２４ａの外周面と、外輪１３２の内周面に係合
した中間ローラ１３６Ａ〜１３６Ｃは、摩擦力により連
れ回りし、回転軸１２４から外輪１３２へと減速しつつ
トルクを伝達可能となっている。外輪１３２に伝達され
たトルクは、切欠１３２ａと係合する爪部１４１ａを介
して出力軸１４１に伝達され、それが連結されたプラテ
ン１４０をウェハＷと一体で回転させることとなる。

【００２４】一方、駆動部１１０’においては、不図示
の電源から電力が供給されることで、モータ１２０’の
回転軸１２４’が回転する。このとき、回転軸１２４’
の縮径円筒部外周面と、外輪１３２’の内周面に係合し
た中間ローラ１３６Ａ’等は、摩擦力により連れ回り
し、回転軸１２４’から外輪１３２’へと減速しつつト
ルクを伝達可能となっている。外輪１３２’に伝達され
たトルクは、出力軸１４１’に伝達され、それが連結さ
れたパッドＰの保持部材１４０’を回転させることとな
る。パッドＰは、回転しながらウェハＷの表面に対して
適切な当接力で押しつけられ、且つウェハＷの半径方向
に往復移動することで、ウェハＷの表面を研磨すること
ができる。

【００２５】本実施の形態によれば、歯車のごときかみ
合い変動が生じないトラクションドライブ減速機１３０
によって、モータ１２０の回転軸１２４からプラテン１
４０へとトルクをなめらかに伝達させることができ、そ
れにより研磨されるウェハＷの平面度をより向上させる
ことができ、又、歯車を用いないため、騒音も低減させ
ることができる。更に、モータ１２０はダイレクトドラ
イブモータでなくて良いため、化学機械研磨装置の構成
をより小型化することができる。

【００２６】加えて、本実施の形態によれば、回転軸１
２４の縮径円筒部１２４ａが、図２，３の時計方向（又
は反時計方向）に、外輪１３２が同じく反時計方向（又
は時計方向）に、それぞれ回転すると、図２，３の下側
の枢軸１３５Ｃ（又は上側の枢軸１３５Ｂ）に回転自在
に支持した可動ローラ１３６Ｃ（又は１３６Ｂ）が、縮
径円筒部１２４ａと外輪１３２との間の狭い空間（図
２，３８の左側中央部分）に向け移動する。この結果、
上記枢軸１３５Ｃ（又は１３５Ｂ）に回転自在に支持し
た可動ローラ１３６Ｃ（又は１３６Ｂ）の外周面が、縮
径円筒部１２４ａの外周面と外輪１３２の内周面とを強
く押圧する。

【００２７】このように、１個の可動ローラ１３６Ｃ
（又は１３６Ｂ）の外周面の当接圧が高くなると、縮径
円筒部１２４ａと外輪１３２の少なくとも一方が、組み
付け隙間、或は弾性変形等に基づき、それぞれの直径方
向に僅かに変位する。この結果、残り２個の中間ローラ
である、ガイドローラ１３６Ａ及び可動ローラ１３６Ｂ
（又は１３６Ｃ）の、縮径円筒部１２４ａの外周面と外
輪１３２の内周面に対する当接圧（力）が高くなる。

【００２８】ここで、１本の枢軸１３５Ｃ（又は１３５
Ｂ）に回転自在に支持した可動ローラ１３６Ｃ（又は１
３６Ｂ）を、縮径円筒部１２４ａの外周面と外輪１３２
の内周面との間の狭い空間に向け移動させようとする力
は、縮径円筒部１２４ａから上記外輪１３２に伝達され
るトルクの大きさに応じて変化する。即ち、縮径円筒部
１２４ａの駆動トルクが大きくなる程、上記可動ローラ
１３６Ｃ（又は１３６Ｂ）を狭い空間に向け移動させよ
うとする力が大きくなる。かかる力が大きくなる程、中
間ローラ１３６Ａ〜１３６Ｃと、縮径円筒部１２４ａの
外周面及び外輪１３２の内周面との当接圧（力）が大き
くなる。従って、プラテン１４０の負荷が増大もしくは
減少したような場合には、中間ローラ１３６Ａ〜１３６
Ｃにおける縮径円筒部１２４ａの外周面と外輪１３２の
内周面との当接力を高め、或いは低めることで、スリッ
プ率を一定に維持することができるので、回転制御のた
めに回転数を検出するエンコーダを、例えばモータ側に
設けるだけで済み、複数設ける必要がないから、回転制
御構成をより単純化することができる。尚、同様の効果
は、研磨パッドＰの保持部材１４０’を駆動する駆動部
１１０’についてもいえる。なお、上記第１の実施の形
態においては、可動ローラを２つとした場合について示
したが、出力軸が一方向のみの回転で用いられる場合、
モータの回転方向に合わせて、くさび作用を発揮するロ
ーラのみを可動ローラとし、残り２つの中間ローラは枢
軸を固定とするガイドローラとしてもよい。

【００２９】図４は、第２の実施の形態にかかる、軸交
差式のトラクションドライブ減速機とくさびローラ式の
トラクションドライブ減速機とを有する化学機械研磨装
置２００の正面断面図である。図４に示すように、本実
施の形態の化学機械研磨装置２００は、ウェハＷの保持
部材であるプラテン２４０を駆動する駆動部２１０と、
研磨パッドＰの保持部材１４０’を駆動する駆動部１１
０’とを有している。尚、研磨パッドＰを駆動するため
に用いるくさびローラ減速機１３０’を含む駆動部１１
０’は、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略
する。

【００３０】ウェハの保持部材であるプラテンを駆動す
る駆動部２１０について説明する。図４の下方におい
て、駆動部２１０は、モータ２２０と、トラクションド
ライブ減速機２３０とを有している。モータ２２０は、
ハウジング２２１にボルト２２５により取り付けられて
おり、その回転軸２２２をハウジング２２１内に突出さ
せており、回転軸２２２は、一対の転がり軸受２２３
（一方は不図示）によりハウジング２２１に対して回転
自在に支持されている。軸受２２３とトラクションドラ
イブ減速機２３０との間は、シールにより密封されてい
る。

【００３１】トラクションドライブ減速機２３０は、ハ
ウジング２２１内に配置されている。図４で上端にウェ
ハＷを載置する保持部材であるプラテン２４０を取り付
けた出力軸２４１は、ハウジング２２１の中央に配置さ
れ、１対の転がり軸受２３１，２３１により、ハウジン
グ２２１に対して回転自在に支承されている。これら両
転がり軸受２３１，２３１は、深溝型、或はアンギュラ
型の玉軸受の如く、ラジアル荷重の他にスラスト荷重も
支承自在なものを使用するとよい。出力軸２４１の大径
部２４１ａを、転がり軸受２３１，２３１の内輪同士で
挟み込み、さらに転がり軸受２３１の外輪を、ハウジン
グ２２１に螺合させたナット部材２３３により押圧する
ことで、転がり軸受２３１，２３１に所定の予圧が付与
されるようになっている。出力軸２４１の中心軸αと、
モータ２２０の回転軸２２２の中心軸βとは、点Ｏで交
差する。プラテン２４０側寄りの方の軸受２３１と外界
との間は、シールにより密封されている。

【００３２】回転軸２２２の先端部は、円錐駆動面２２
４となっており、相補する截頭円錐形状の駆動部である
従動ディスク２３２に係合している。円錐駆動面２２４
は、先端部に向かう程外径が細くなる先細の截頭円すい
状に形成したもので、回転軸２２２と同心に設けられ共
に回転する。円錐駆動面２２４の外周面の母線の延長線
は、回転軸２２２の中心軸β上の点Ｏで交差する。

【００３３】回転軸２２２と反対側には、アイドル軸２
５２が配置されている。アイドル軸２５２は、ナット部
材２５５により取り付けられた軸受２５１，２５３によ
り、ハウジング２２１に対して回転自在に支持されてい
る。アイドル軸２５２の先端部は、円錐駆動面２２４と
同様な形状であるアイドル面２５４となっており、相補
する截頭円錐形状の従動ディスク２３２に係合してい
る。すなわちアイドル面２５４は、先端部に向かう程外
径が細くなる先細の截頭円すい状に形成したもので、ア
イドル軸２５２と同心に設けられ共に回転する。アイド
ル軸２５４の外周面の母線の延長線は、回転軸２２２の
中心軸β上の点Ｏで交差する。

【００３４】出力軸２４１の大径部２４１ａの外周に
は、フランジ付き円管状のカム板部２３５が配置されて
いる。被駆動部であるカム板部２３５は、内周にスプラ
イン溝２３５ｆを形成している。一方、大径部２４１ａ
の外周面には、スプライン溝２４１ｂが形成され、両ス
プライン溝２３５ｆ、２４１ｂの間には、複数のボール
２３６が、出力軸２４１の軸線方向に沿って転動自在に
配置されている。従って、カム板部２３５は、出力軸２
４１に対して軸線方向に移動可能であるが、相対回転不
能となっている。

【００３５】カム板部２３５の円筒外周面２３５ｇに
は、フランジ付き円盤状の従動ディスク２３２が、複数
のニードルローラ２４４を介して回転自在に支持されて
いる。従動ディスク２３２の下面には、周溝２３２ａが
形成され、一方、カム板部２３５の上面には、周溝２３
２ａに対向してカム溝２３５ａが形成され、周溝２３２
ａ、カム溝２３５ａとで形成する環状の転動路内には、
複数（例えば４個）の中間転動体であるボール２４５が
転動自在に配置されている。

【００３６】図５は、カム溝２３５ａを、その中心（最
深部）を通過する円筒面で切断して展開した図である。
図５に示すように、周溝２３２ａは深さが一定である
が、カム溝２３５ａの深さは周期的に変化し、最も浅い
部分２３５ｂと、最も深い部分２３５ｃとを有し、互い
に隣接する最も浅い部分２３５ｂの間に１個のボール２
４５を配置している。最も深い部分２３５ｃを中心に、
カム溝２３５ａにおける図５で左側には、左斜面２３５
ｄが形成され、カム溝２３５ａにおける図５で右側に
は、右斜面２３５ｅが形成されている。

【００３７】図４において、従動ディスク２３２に対し
て、回転軸２２２の円錐駆動面２２４とアイドル軸２５
２のアイドル面２５４を挟むようにして、略円盤状のア
イドルディスク２３７が配置されている。アイドルディ
スク２３７の図で上面には、周方向に連続した周溝２３
７ａが形成されている。更に、カム板部２３５の円筒外
周面２３５ｇに、内輪２３８が螺合取り付けされてお
り、内輪２３８は、その下面縁部に、周溝２３７ａに対
向して周溝２３８ａを形成している。周溝２３７ａ、２
３８ａとの間には、ボール２３９が転動自在に配置され
ている。従って、アイドルディスク２３７は、ボール２
３９を介して内輪２３８に対して回転自在に支持されて
いる。又、図４で、内輪２３８の上方から、カム板部２
３５に対しワッシャ２４６を介してロックナット２４７
を螺合させ、内輪２３８の緩み止めを図っている。尚、
この内輪２３８の締め付けトルクは、周溝２３２ａ、カ
ム溝２３５ａとボール２４５との予圧、及び周溝２３７
ａ、２３８ａとボール２３９との予圧を適正にすべく規
制される。トラクションドライブ減速機２３０内は、ト
ラクション油で満たされており、各摩擦伝動部に介在す
ることにより、摩擦伝動が良好に行われるようになって
いる。

【００３８】次に、本実施の形態の化学機械研磨装置の
動作に付いて説明する。駆動部２１０において、不図示
の電源から電力が供給されることで、モータ２２０の回
転軸２２２が回転する。このとき、回転軸２２２の円錐
駆動面２２４と、従動ディスク２３２のそれに対向する
面及びアイドルディスク２３７のそれに対向する面との
間に働く摩擦力により連れ回りし、回転軸２２２から従
動ディスク２３２へと減速しつつトルクを伝達可能とな
っている。従動ディスク２３２がカム板部２３５に対し
て相対回転すると、図５に示すように、カム溝２３５ａ
に沿ってボール２４５が転動し、回転方向に応じていず
れかの斜面２３５ｄまたは２３５ｅ（図５の例では右斜
面２３５ｅ）に乗り上げる。すると、ボール２４５が、
カム溝２３５ａと周溝２３２ａの間の狭い空間に入り込
み、くさびの作用により、従動ディスク２３２からカム
板部２３５にトルクを伝達できるようになっている。カ
ム板部２３５に伝達されたトルクは、スプライン溝２３
５ｆ、２４１ｂ及びボール２３６を介して、出力軸２４
１に伝達され、それが連結されたプラテン２４０をウェ
ハＷと一体で回転させることとなる。

【００３９】本実施の形態によれば、歯車のごときかみ
合い変動が生じないトラクションドライブ減速機２３０
によって、モータ２２０の回転軸２２４からプラテン２
４０へとトルクをなめらかに伝達させることができ、そ
れにより研磨されるウェハＷの平面度をより向上させる
ことができ、又、歯車を用いないため、騒音も低減させ
ることができる。更に、モータ２２０はダイレクトドラ
イブモータでなくて良いため、化学機械研磨装置の構成
をより小型化することができる。

【００４０】加えて、本実施の形態によれば、従動ディ
スク２３２とカム板部２３５との間で伝達されるトルク
が大きくなる程、ボール２４５が、カム溝２３５ａの最
も浅い部分２３５ｂに近づき、従動ディスク２３２の図
４で下面及びカム板部２３５の図４で上面に対する当接
圧（力）が大きくなる。従って、プラテン２４０の負荷
が増大もしくは減少したような場合には、それに応じて
かかる当接力を高め、或いは低めることで、スリップ率
を一定に維持することができるため、上述したように回
転制御構成をより単純化することができる。

【００４１】更に、本実施の形態によれば、軸交差式の
トラクションドライブ減速機２３０を用いることで、出
力軸２４１の半径方向外方にモータ２２０を配置できる
ため、装置の高さを抑えることができ、コンパクト化に
貢献する。なお、上記第２の実施の形態においては、従
動ディスク２３２の下面に深さ一定の周溝２３２ａを設
けた場合について示したが、これに代えて、対向するカ
ム板部２３５のカム溝２３５ａと同様の周期的に深さが
変化するカム溝としてもよい。あるいは、逆に、従動デ
ィスク２３２下面をカム溝とし、対向するカム板部の溝
を深さ一定の溝としてもよい。

【００４２】図６は、第３の実施の形態にかかる、軸交
差式のトラクションドライブ減速機を有する化学機械研
磨装置３００の正面断面図である。図６に示す本実施の
形態においては、ウェハＷの保持部材であるプラテン２
４０を駆動する駆動部２１０は、第２の実施の形態の駆
動部２１０と同様な構成であるため、主要な要素に同じ
符号を付すことで、重複する構成及び作用効果の説明を
省略する。

【００４３】又、研磨パッドＰの保持部材を駆動する駆
動部２１０’については、上述したプラテン２４０を駆
動する駆動部２１０に対し、同様な構成をより小型化し
たのみであるため、駆動部２１０’の主要な要素につい
てのみ、駆動部２１０の対応した要素の符号にダッシュ
を付して、重複する構成及び作用効果の説明を省略す
る。尚、駆動部２１０のハウジング２２１は固定されて
いるが、駆動部２１０’のハウジング２２１’は、不図
示のアームに取り付けられて、ウェハＷの半径方向に移
動可能に支持されている。尚、本実施の形態によれば、
軸交差式のトラクションドライブ減速機２３０’を用い
ることで、出力軸２４１’の半径方向外方にモータ２２
０’を配置できるため、第２の実施の形態よりも、更に
装置の高さを抑えることができ、コンパクト化に貢献す
る。

【００４４】図７は、第４の実施の形態にかかる、くさ
びローラ減速機を有する化学機械研磨装置４００の正面
断面図である。図７に示す本実施の形態においては、第
１の実施の形態に対して、ウェハＷより大径の研磨パッ
ドＰの保持部材１４０を駆動するために駆動部１１０を
用い、且つ複数のウェハを保持するプラテン１４０’を
駆動するために複数（図７の例では２つ）の駆動部１１
０’を設けることによって処理効率を向上させた点のみ
が異なるため、駆動部１１０，１１０’の主要な要素に
ついてのみ、同じ符号を付して、重複する構成及び作用
効果の説明を省略する。尚、駆動部１１０’は、３個以
上設けても勿論良い。尚、図７に示す実施の形態におい
て、駆動部１１０或いは１１０’の代わりに、軸交差式
のトラクションドライブ減速機を用いた駆動部２１０或
いは２１０’を用いても良いのはもちろんである。

【００４５】以上、本発明を実施の形態を参照して説明
してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈さ
れるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることは
もちろんである。

【００４６】

【発明の効果】本発明の化学機械研磨装置は、ウェハ又
は研磨パッドを取り付けるための保持部材と、回転軸に
トルクを発生するモータと、前記モータから前記保持部
材にトルクを伝達するトラクションドライブ減速機と、
を有し、前記トラクションドライブ減速機は、前記モー
タの回転軸に連結された駆動部と、前記回転部材に連結
された被駆動部と、前記駆動部と前記被駆動部とに摩擦
係合する中間転動体とを有し、前記中間転動体における
前記駆動部及び前記被駆動部との当接力は、前記中間転
動体を介して前記駆動部から前記被駆動部に伝達される
トルクに応じて増大するので、歯車のごときかみ合い変
動が生じないトラクションドライブによって、前記モー
タの回転軸から前記保持部材へとトルクをなめらかに伝
達させることができ、それにより研磨されるウェハの平
面度をより向上させることができ、又、歯車を用いない
ため、騒音も低減させることができる。更に、低速高ト
ルクを得るため大型となるダイレクトドライブモータを
用いる場合に比べれば、小型のモータを用いるため、減
速機と組み合わせた場合でも、構成をより小型化するこ
とができる。加えて、例えば前記保持部材の負荷が増大
したような場合にも、前記中間転動体における前記駆動
部及び前記被駆動部との当接力を高めることで、スリッ
プ率を増大させる（モータ回転速度に対して保持部材回
転速度が低下する）ことがないため、回転制御構成をよ
り単純化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態にかかる、くさびローラ式の
トラクションドライブ減速機を有する化学機械研磨装置
の正面断面図である。

【図２】図１の構成をII-II線で切断して矢印方向に見
た図である。

【図３】図１の構成をIII-III線で切断して矢印方向に
見た図である。

【図４】図４は、第２の実施の形態にかかる、軸交差式
のトラクションドライブ減速機とくさびローラ式のトラ
クションドライブ減速機とを有する化学機械研磨装置の
正面断面図である。

【図５】カム溝２３５ａを、その中心（最深部）を通過
する円筒面で切断して展開した図である。

【図６】第３の実施の形態にかかる、軸交差式のトラク
ションドライブ減速機を有する化学機械研磨装置の正面
断面図である。

【図７】第４の実施の形態にかかる、くさびローラ式の
トラクションドライブ減速機を有する化学機械研磨装置
の正面断面図である。

【符号の説明】

１１０，１１０’、２１０、２１０’ 駆動部 １２０、１２０’、２２０、２２０’ モータ １３０，１３０’、２３０，２３０’ トラクションド
ライブ減速機 １４０，２４０ プラテン １４０’、２４０’ 保持部材 １４１，１４１’、２４１、２４１’ 出力軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C034 AA08 BB03 BB22 3C058 AA07 AA11 CB01 DA10 DA13 DA17 3J051 AA01 BA03 BB05 BC02 BE03 EC02 EC03 ED08 FA07

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウェハ又は研磨パッドを取り付けるため
   の保持部材と、 回転軸にトルクを発生するモータと、 前記モータから前記保持部材にトルクを伝達するトラク
   ションドライブ減速機と、を有し、 前記トラクションドライブ減速機は、前記モータの回転
   軸に連結された駆動部と、前記回転部材に連結された被
   駆動部と、前記駆動部と前記被駆動部とに摩擦係合する
   中間転動体とを有し、前記中間転動体における前記駆動
   部及び前記被駆動部との当接力は、前記中間転動体を介
   して前記駆動部から前記被駆動部に伝達されるトルクに
   応じて増大することを特徴とする化学機械研磨装置。
2. 【請求項２】 前記トラクションドライブ減速機は、く
   さびローラ式であることを特徴とする請求項１に記載の
   化学機械研磨装置。
3. 【請求項３】 前記トラクションドライブ減速機は、交
   差軸式であることを特徴とする請求項１に記載の化学機
   械研磨装置。