JP2004148479A

JP2004148479A - 研磨装置

Info

Publication number: JP2004148479A
Application number: JP2002319553A
Authority: JP
Inventors: Minoru Saito; 稔斉藤
Original assignee: Fuji Seiki Machine Works Ltd
Current assignee: Fuji Seiki Machine Works Ltd
Priority date: 2002-11-01
Filing date: 2002-11-01
Publication date: 2004-05-27

Abstract

【課題】研磨対象物の表面を研磨パッドに圧接して研磨する際に、研磨対象物の被研磨面に対して偏荷重をなくしてほぼ均一な研磨圧を与え、高い研磨精度を得ることができる研磨装置を提供する。
【解決手段】基台１０と、基台１０に回転自在に支持されてその上面に研磨パッド２１（研磨面）を有した研磨盤２０と、研磨対象物Ｗを保持可能であり研磨対象物Ｗを保持した状態で被研磨面を研磨面に当接させるようにして研磨パッド２１の上に載置される試料ホルダ３０と、試料ホルダ３０を研磨面に載置した状態で下方に押圧するエアシリンダ４０とを備え、研磨盤２０を回転させた状態でエアシリンダ４０により試料ホルダ３０を下方に押圧して研磨対象物Ｗの表面を研磨パッド２１に押し付けて研磨対象物Ｗの研磨を行う研磨装置１において、エアシリンダ４０が研磨面に対する垂直方向への移動は規制して研磨面に対する平行方向への移動は許容するＸＹテーブル５０を介して水平アーム１３に支持されて構成されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨対象物の表面を研磨して平坦化する研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
研磨対象物の表面を研磨して平坦化する方法は、多種多様な分野において適用されている。例えば、スピンドル軸に軸承された研磨パッド部材を用いて、そのパッド面（研磨面）に研磨剤を供給しながらチャックに保持された半導体ウエハを上方から圧接し、パッド面と半導体ウエハを同一方向または逆方向に回転させて半導体ウエハを研磨する研磨装置が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
このような従来の研磨装置の構成例を図６及び図７に模式的に示している。図６に示している研磨装置１００は、エアシリンダ１０１と、試料ホルダ１０２と、研磨盤１０３とから構成されている。エアシリンダ１０１は、固定盤１１０に補強部材１１１を用いて取り付けられている。試料ホルダ１０２は、エアシリンダ１０１のロッド１０１ａ先端に研磨盤１０３の上面に対向するように支持され、エアシリンダ１０１が作動して研磨圧を加えたときに鉛直方向に上下動するようになっている。研磨盤１０３はベアリング（不図示）等により矢印Ａ方向に回転自在に支持され、その上面には研磨パッド（不図示）が貼り付けられ、研磨の際にはこの研磨パッドが試料ホルダ１０２に保持された試料Ｗ_１（例えば、半導体ウエハ）と接触するようになっている。このような構成により、研磨装置１００は、エアシリンダ１０１により試料ホルダ１０２に保持された試料Ｗ_１を研磨パッドに圧接し、試料Ｗ_１と研磨布パッドが（研磨剤を伴って）摩擦されることにより試料Ｗ_１の表面研磨ができるようになっている。この際、試料ホルダ１０２が研磨盤１０３から受ける摩擦力（研磨圧の反力）はロッド１０１ａを介してエアシリンダ１０１のチューブ１０１ｂで支持される。
【０００４】
図７（ａ）及び（ｂ）に示している研磨装置２００は、エアシリンダ２０１と、試料ホルダ２０２と、研磨盤２０３とから構成されている。エアシリンダ２０１は、固定盤２１０に取り付けられている。試料ホルダ２０２は、エアシリンダ２０１のロッド２０１ａ先端に自在継手２０４を介して研磨盤２０３の上面に対向するように支持され、エアシリンダ２０１が作動して研磨圧を加えたときに鉛直方向に上下動するようになっている。研磨盤２０３はベアリング（不図示）等により矢印Ｃ方向に回転自在に支持され、その上面には研磨パッド（不図示）が貼り付けられ、研磨の際にはこの研磨パッドが試料ホルダ２０２に保持された試料Ｗ_２と接触するようになっている。このような構成により、研磨装置２００は、エアシリンダ２０１により自在継手２０４を介して試料Ｗ_２の下面全体が研磨パッドにほぼ均一に圧接され、試料Ｗ_２と研磨布パッドが（研磨剤を伴って）摩擦されることにより試料Ｗ_２の表面研磨ができるようになっている。この際、試料ホルダ２０２が研磨盤２０３から受ける摩擦力は、試料ホルダ２０２の側面と当接するように設けられたストッパコロ２２０で支持され、エアシリンダ２０１にこの摩擦力が伝わらないようになっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−１５５２８６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記に示す研磨装置１００，２００は、それぞれ（エアシリンダにより加圧して）試料ホルダによる研磨圧が大きくなるにつれ、研磨盤から試料ホルダに働く摩擦力（研磨圧の反力）も増大する。
【０００７】
このとき、図６に示す研磨装置１００において、上記のような摩擦力を受けるエアシリンダ１０１のチューブ１０１ｂの部分については、上述したように補強部材１１１により剛性が高められている。しかしながら、エアシリンダ１０１のロッド１０１ａの部分については、摩擦力により微小な曲げを発生させ、これに伴い矢印Ｂ方向に試料ホルダ１０２が傾き、結果的に研磨精度が低くなるという問題点がある。
【０００８】
また、図７に示す研磨装置２００では、上記のような摩擦力による試料ホルダ２０２の外径２０２ａ及びストッパコロ２２０の弾性変形や組み立て誤差等により、エアシリンダ２０１の中心と試料ホルダ２０２の中心との間に軸ズレＤが発生する。このため、エアシリンダ２０１のロッド２０１ａの先端に設けられている自在継手２０４によりこの軸ズレＤを吸収させているが、結果的に試料Ｗ_２の下面と研磨盤２０３との接触圧分布が不均一になり、良好な研磨精度を得ることが難しいという問題点がある。
【０００９】
本発明は、この問題点に鑑みてなされたものであり、研磨対象物の表面（被研磨面）を研磨パッドに圧接して研磨する際に、被研磨面に対して偏荷重をなくしてほぼ均一な研磨圧を与え、高い研磨精度を得ることができる研磨装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明の研磨装置は、基台と、基台に回転自在に支持されてその上面に研磨面を有した研磨パッド部材（例えば、本実施例における研磨盤２０、研磨パッド２１）と、研磨対象物を保持可能であり研磨対象物を保持した状態で被研磨面を研磨面に当接させるようにして研磨パッド部材の上に載置される保持装置（例えば、本実施例における試料ホルダ３０）と、保持装置を研磨面に載置した状態で下方に押圧する押圧アクチュエータ（例えば、本実施例におけるエアシリンダ４０）とを備え、研磨パッド部材を回転させた状態で押圧アクチュエータにより保持装置を下方に押圧して研磨対象物の表面を研磨面に押し付け、研磨対象物の研磨を行う研磨装置において、押圧アクチュエータが、研磨面に対する垂直方向への移動は規制して研磨面に対する平行方向への移動は許容する平面ベアリング（例えば、本実施例におけるＸＹテーブル５０）を介して、固定支持部材（例えば、本実施例における水平アーム１３）に支持されていることを特徴とする。
【００１１】
このような構成により、研磨対象物の表面（被研磨面）と研磨面とが接触するときに発生する摩擦力により押圧アクチュエータの中心軸に対する保持装置の中心軸の位置が所定位置関係（ほぼ一致）よりずれても、平面ベアリングによって押圧アクチュエータはこの軸ズレに随時応答することができる。その結果、押圧アクチュエータは常に保持装置の中心に加圧することができるため、被研磨面に対する偏荷重をなくして被研磨面と研磨面との接触圧（研磨圧）を一定に保ち、高い研磨精度を得ることができる。
【００１２】
なお、平面ベアリングは、固定支持部材に取り付けられたベース部材と、これに対向するセンタ部材と、ベース部材とセンタ部材との間に設けられベース部材に対してセンタ部材を研磨面と平行な所定直線方向へスライド移動可能に支持する第１ガイドレールと、センタ部材に対向するテーブル部材と、センタ部材とテーブル部材との間に設けられセンタ部材に対してテーブル部材を第１ガイドレールの移動方向と直交する方向へスライド移動可能に支持する第２ガイドレールとから構成され、押圧アクチュエータは、テーブル部材に取り付けられていることが望ましい。
【００１３】
このような構成により、被研磨面と研磨面との接触圧を常時一定に保つ制御を応答よく行うことができるので、押圧アクチュエータは常に保持装置の中心に加圧することができるため、被研磨面における偏荷重をなくし研磨状態の均一性をより高めることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。まず、本発明の研磨装置１は、図１に示すように、基台１０と、水平アーム１３と、研磨盤２０と、試料ホルダ３０と、エアシリンダ４０と、ＸＹテーブル５０とから構成されている。
【００１５】
研磨盤２０は、基台１０の上面に研磨盤駆動軸１１により水平且つ回転自在に支持されており、その上面には研磨パッド２１が取り付けられている。
【００１６】
試料ホルダ３０は、後述するエアシリンダ４０のピストンロッド４２の下端部に設けられ、研磨対象物Ｗをワックス等により貼付保持可能であり、研磨対象物Ｗを保持した状態で被研磨面を研磨面に当接させるように研磨パッド２１の上に載置される。試料ホルダ３０は、図２にも示すように、外周に接している２個の支持ローラ３１によって回転自在に支持されており、研磨パッド２１の上に載置するだけで研磨パッド２１（研磨盤２０）の外側ａの周速と内側ｂの周速との差によって自転する。なお、この支持ローラ３１は、適度な可撓性を有しており、微小な弾性変形することが可能である。また、研磨パッド２１の上面側には、図示していない研磨剤供給装置よりスラリー（研磨剤）が供給されるようになっている。
【００１７】
基台１０の上面には、上記の研磨盤駆動軸１１の側方に支柱１２が垂直に延びた状態で設けられており、この支柱１４は水平アーム１３が固定された第１移動ステージ１４を上下方向移動自在に支持している。水平アーム１３は研磨盤２０の上方を水平に延びており、水平アームの中心軸Ｍとエアシリンダ４０の中心軸４０ｍ及び試料ホルダ３０の中心軸３０ｍとが一致するように、エアシリンダ４０を保持するＸＹテーブル５０を支持している。
【００１８】
エアシリンダ４０は、後述するＸＹテーブル５０のテーブル部材５４に取り付けられているシリンダチューブ４１と、シリンダチューブ４１内を上下方向に移動自在なピストンロッド４２とから構成されている。ピストンロッド４２の下端部には、試料ホルダ３０がエアシリンダ４０の中心軸４０ｍと試料ホルダ３０の中心軸３０ｍが一致するように取り付けられている。このような構成のエアシリンダ４０は、試料ホルダ３０を研磨パッド２１に載置した状態で、シリンダチューブ４１に図示しない空気圧送ラインから圧縮空気を供給してピストンロッド４２を伸長作動すなわち下動させることにより、試料ホルダ３０を研磨パッド２１の研磨面に載置した状態で下方に押圧することができる。
【００１９】
ＸＹテーブル５０は、図３及び図４に示すように、水平アーム１３に取り付けられたベース部材５１と、これに対向するセンタ部材５２と、ベース部材５１とセンタ部材５２との間に設けられベース部材５１に対してセンタ部材５２を研磨パッド２１と平行な矢印Ｘで示す直線方向へスライド移動可能に支持する第１ガイドレール５３と、センタ部材５２に対向するテーブル部材５４と、センタ部材５２とテーブル部材５４との間に設けられセンタ部材５２に対してテーブル部材５４を第１ガイドレール５３の移動方向と直交する矢印Ｙで示す方向へスライド移動可能に支持する第２ガイドレール５５とから構成されている。
【００２０】
なお、ベース部材５１、センタ部材５２及びテーブル部材５４は、その中心にエアシリンダ４０のシリンダロッド４２の径よりも大きい径を有する孔Ｈが形成されており、テーブル部材５４に固定されたシリンダチューブ４１より下方へ垂直に延びたシリンダロッド４２が、センタ部材５２及びベース部材５１に設けられた孔Ｈを貫通して、その先端に取り付けられた試料ホルダ３０を押圧することができるようになっている。
【００２１】
第１ガイドレール５３及び第２ガイドレール５５は、図５に示すように、キャリア６１ａによって円筒コロ６１ｂが保持されているコロ部材６１と、Ｖ字溝６２ａが形成された一対のレール６２とから構成されている。なお、第１ガイドレール５３においては、一対のレール６２のうち片方がベース部材５１に、もう一方がセンタ部材５２にボルトＢにより固定されている（図４（ａ）参照）。また、第２ガイドレール５５においても第１ガイドレール５３と同様に、一対のレール６２のうち片方がセンタ部材５２に、もう一方がテーブル部材５４にボルトＢにより固定されている（図４（ｂ）参照）。このような構成により、第１ガイドレール５３は、ベース部材５１とセンタ部材５２に固定された一対のレール６２に形成されたＶ字溝の間にコロ部材６１を挟持して、ベース部材５１とセンタ部材５２とがＸ方向に相対スライド移動できるようになっている。同様に、第２ガイドレール５５は、センタ部材５２とテーブル部材５２に固定された一対のレール６２に形成されたＶ字溝の間にコロ部材６１を挟持して、センタ部材５２とテーブル部材５４がＹ方向に相対スライド移動できるようになっている。
【００２２】
ＸＹテーブル５０は、上記のような構成により、エアシリンダ４０を研磨パッド２１に対する垂直方向への移動は規制して研磨パッド２１に対する平行方向への移動（すなわち、矢印Ｘ及び矢印Ｙ方向）は許容するので、研磨時に研磨面と被研磨面の間で生じる摩擦力の増減やこの摩擦力により発生した支持ローラ３１の弾性変形等により起こるエアシリンダ４０の中心軸４０ｍと試料ホルダ３０の中心軸との軸ズレを吸収することができる。
【００２３】
このような構成の研磨装置１は、研磨盤２０（すなわち研磨パッド２１）を回転させた状態でエアシリンダ４０により試料ホルダ３０を下方に押圧して、研磨対象物Ｗの表面を研磨パッド２１に押し付け、研磨対象物Ｗの研磨を行う。
【００２４】
ここで、研磨対象物Ｗの表面（被研磨面）は、研磨剤の供給を受けつつ、試料ホルダ３０（すなわち研磨対象物Ｗ自身）の回転運動及び研磨盤２０（すなわち研磨パッド２１）の回転運動により満遍なく研磨され平坦化される。しかしながら、研磨時に研磨面と被研磨面の間で生じる摩擦力の増減やこの摩擦力による支持ローラ３１の弾性変形等により、エアシリンダ４０の中心軸４０ｍと試料ホルダ３０の中心軸３０ｍとが一致せず、軸ズレが発生することがある。
【００２５】
このとき、ＸＹテーブル５０は、エアシリンダ４０を研磨パッド２１に対する垂直方向への移動は規制して研磨パッド２１に対する平行方向への移動は許容して上記の軸ズレに随時応答することができるため、常にエアシリンダ４０は試料ホルダ３０の中心を押圧することができる。その結果、研磨対象物Ｗの被研磨面に対する偏荷重をなくし、被研磨面及び研磨パッド２１の研磨面にほぼ均一な圧力を付与することができるため、より高い研磨精度を得ることができる。
【００２６】
なお、本発明は上記実施例に限られるものではなく、適宜改良可能である。例えば、上記では研磨対象物Ｗをワックス等により貼付保持しているが、減圧装置により吸着保持するように構成してもよい。また、上記実施例では、研磨パッド２１の外側の周速と内側の周速との差により試料ホルダ３０（研磨対象物Ｗ）は自転しているが、試料ホルダ３０に回転力を付与する強制駆動装置を設けてもよい。上記実施例では、試料ホルダ３０の中心軸３０ｍは水平アーム１３の中心軸Ｍと一致するように水平アーム１３に固定されているが、試料ホルダ３０（研磨対象物Ｗ）を研磨パッド２１の研磨面上を水平方向及び回転方向に移動自在に支持する揺動装置を設けてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、研磨パッド部材を回転させた状態で押圧アクチュエータにより保持装置を下方に押圧して研磨対象物の表面を研磨面に押し付け、研磨対象物の研磨を行う研磨装置において、押圧アクチュエータが、研磨面に対する垂直方向への移動は規制して研磨面に対する平行方向への移動は許容する平面ベアリングを介して、固定支持部材に支持されて構成されている。
【００２８】
このような構成により、研磨対象物の表面（被研磨面）と研磨面とが接触するときに発生する摩擦力により押圧アクチュエータに対する保持装置の位置が所定位置よりずれても、平面ベアリングによって押圧アクチュエータはその保持装置の位置のずれに随時応答することができる。その結果、押圧アクチュエータは常に保持装置の中心に加圧することができるため、被研磨面に対する偏荷重をなくして被研磨面と研磨面との接触圧（研磨圧）を一定に保ち、高い研磨精度を得ることができる。
【００２９】
なお、平面ベアリングは、固定支持部材に取り付けられたベース部材と、これに対向するセンタ部材と、ベース部材とセンタ部材との間に設けられベース部材に対してセンタ部材を研磨面と平行な所定直線方向へスライド移動可能に支持する第１ガイドレールと、センタ部材に対向するテーブル部材と、センタ部材と前記テーブル部材との間に設けられセンタ部材に対してテーブル部材を第１ガイドレールの移動方向と直交する方向へスライド移動可能に支持する第２ガイドレールとから構成され、押圧アクチュエータはテーブル部材に取り付けられて構成されることが望ましい。
【００３０】
このような構成により、被研磨面と研磨面との接触圧を常時一定に保つ制御を応答よく行うことができるので、押圧アクチュエータは常に保持装置の中心に加圧することができるため、被研磨面における偏荷重をなくし研磨状態の均一性をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る研磨装置を示す側面図である。
【図２】上記研磨装置の試料ホルダの周辺部を示す部分拡大図である。
【図３】上記研磨装置のＸＹテーブルを示す斜視図である。
【図４】上記ＸＹテーブルを図３の矢印ＩＶの方向から見た側面図である。
【図５】第１ガイドレール及び第２ガイドレールの構成を示す斜視図である。
【図６】従来の研磨装置の例を示す説明図である。
【図７】従来の研磨装置の例を示す説明図である。
【符号の説明】
１研磨装置
１０基台
１３水平アーム（固定支持部材）
２０研磨盤（研磨パッド部材）
２１研磨パッド（研磨パッド部材）
３０試料ホルダ（保持装置）
４０エアシリンダ（押圧アクチュエータ）
５０ＸＹテーブル（平面ベアリング）
５１ベース部材
５２センタ部材
５３第１ガイドレール
５４テーブル部材
５５第２ガイドレール
Ｗ研磨対象物

Claims

基台と、前記基台に回転自在に支持されてその上面に研磨面を有した研磨パッド部材と、研磨対象物を保持可能であり前記研磨対象物を保持した状態で被研磨面を前記研磨面に当接させるようにして前記研磨パッド部材の上に載置される保持装置と、前記保持装置を前記研磨面に載置した状態で下方に押圧する押圧アクチュエータとを備え、前記研磨パッド部材を回転させた状態で前記押圧アクチュエータにより前記保持装置を下方に押圧して前記研磨対象物の表面を前記研磨面に押し付け、前記研磨対象物の研磨を行う研磨装置において、前記押圧アクチュエータが、前記研磨面に対する垂直方向への移動は規制して前記研磨面に対する平行方向への移動は許容する平面ベアリングを介して、固定支持部材に支持されていることを特徴とする研磨装置。
前記平面ベアリングは、前記固定支持部材に取り付けられたベース部材と、これに対向するセンタ部材と、前記ベース部材と前記センタ部材との間に設けられ前記ベース部材に対して前記センタ部材を前記研磨面と平行な所定直線方向へスライド移動可能に支持する第１ガイドレールと、前記センタ部材に対向するテーブル部材と、前記センタ部材と前記テーブル部材との間に設けられ前記センタ部材に対して前記テーブル部材を前記第１ガイドレールの移動方向と直交する方向へスライド移動可能に支持する第２ガイドレールとから構成され、
前記押圧アクチュエータは、前記テーブル部材に取り付けられていることを特徴とする特徴とする請求項１に記載の研磨装置。