JP2004319730A - 加工装置、これを用いた半導体デバイス製造方法およびこの方法により製造される半導体デバイス - Google Patents

加工装置、これを用いた半導体デバイス製造方法およびこの方法により製造される半導体デバイス Download PDF

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Shigeto Izumi
重人 泉
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Nikon Corp
株式会社ニコン
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Abstract

【課題】研磨ヘッドやドレッサー等の回転体を上下に移動させる際の抵抗をより小さくした加工装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る加工装置は、ドレッサー71が回転可能且つ回転軸方向へ移動可能に連結される回転軸ユニット100を備え、回転軸ユニット100は、ドレッサー71と連結された連結軸110と、連結軸110を回転軸方向へ移動可能に保持する外筒120と、外筒120を回転可能に保持するハウジング140とを備え、連結軸110にカムフォロア115が設けられるとともに、外筒120にカムフォロア115が回転軸方向へ移動可能に係合するカム係合部126が設けられ、カムフォロア115がカム係合部126と係合した状態で、外筒120と連結軸110とがハウジング140に一体回転可能に保持されるとともに、連結軸110が外筒120に回転軸方向へ移動可能に保持されるように構成されている。
【選択図】 図2

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハ等の被加工物の表面を平坦化する加工装置に関し、さらに詳しくは、加工装置に構成される研磨ヘッドやドレッサー等の回転体を保持する構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体ウェハ等の被加工物の表面を平坦化する加工装置として、ウェハをその被研磨面が露出する状態で保持するウェハ保持装置と、このウェハ保持装置に保持されたウェハの被研磨面と対向して研磨パッドが貼り付けられた研磨ヘッドを保持するパッド保持装置とを備え、これら双方を回転させた状態で研磨パッドをウェハの被研磨面に押し付け、且つ研磨体を両者の接触面内方向に揺動させてウェハを研磨する構成の研磨装置が知られている。
【0003】
研磨ヘッドを保持する手段として、ボールスプラインや、ロータリーボールスプラインが用いられる場合がある。ボールスプラインは、例えば、THK株式会社製ボールスプラインLT形のような構造をしており、スプライン軸のその中心軸と一致する方向への(摺動)運動を可能なように構成された部品である。このようなボールスプラインは、スプライン軸の中心軸を回転軸とする回転部分に使用されることが多く、このような場合、スプライン軸を保持する外筒の外側に玉軸受けを設けて、外筒を回転可能に保持することが一般的に広く行われている。
【0004】
ロータリーボールスプラインは、例えば、THK株式会社製ボールスプラインLTR形のような構造をしており、スプライン軸のその中心軸と一致する方向への(摺動)運動と中心軸回りに回転する回転運動とを共に行うことができるようになっている。これにより、外筒の外側に玉軸受けを設けて外筒を回転可能に保持する必要がなく、構造を簡略化することができる。
【0005】
研磨装置における研磨ヘッドを保持する手段としてボールスプラインが使用される場合の例を図7および図8に示す。図示のような構成の研磨装置500においては、研磨パッド511を有する研磨ヘッド510の回転駆動力はモータ501の回転により発生し、モータ501の回転動力が各プーリ502,503およびベルト504を介してボールスプライン520の外筒521へ伝達される。そして、外筒521とともにスプライン軸522が回転し、これによりスプライン軸522の下端部に取り付けられた研磨ヘッド510が回転する。一方、研磨ヘッド510を上下方向(回転軸方向)へ移動させる駆動力はシリンダ505の作動により発生し、シリンダ505の推力がロードセル506および軸受け機構507を介してスプライン軸522へ伝達される。
【0006】
ロードセル506は、シリンダ505の推力を測定するため、シリンダ505と軸受け機構507との間に設けられている。このロードセル506に作用する力は、研磨ヘッド510が研磨定盤515上のウェハW2へ押しつけられる力とほぼ同等であるので、例えば、フィードバック入力等を行って、シリンダ505内へ供給されるエアの圧力の補正を行う際に利用されている。軸受け機構507は、回転するスプライン軸522へ推力を伝達するための機構で、ロードセル506の下端に取り付けられるとともに、スプライン軸522の上端を回転可能に保持するようになっている。
【0007】
次に、研磨パッドの表面をドレッシングするドレッシング装置においてロータリーボールスプラインが使用される場合の例を図9に示す。ドレッシング装置550では、ドレッサー560を研磨ヘッド565に貼り付けられた研磨パッド566に押しつけた状態で回転させるために、ロータリーボールスプライン570が利用されている。
【0008】
図示のような構成のドレッシング装置550においては、ドレッサー560の回転駆動力はサーボモータ551の回転により発生し、サーボモータ551の回転動力がギア552,553を介してロータリーボールスプライン570の外筒571へ伝達される。そして、外筒571とともにスプライン軸572が回転し、これによりスプライン軸572の下端部に取り付けられたドレッサー560が回転する。一方、ドレッサー560を上下方向(回転軸方向)へ移動させる駆動力はシリンダ555の作動により発生し、シリンダ555の推力がロードセル556および軸受け機構577を介してスプライン軸572へ伝達される。
【0009】
ロードセル556は、シリンダ555の推力を測定するため、上述の場合と同様に、シリンダ555と軸受け機構557との間に設けられている。このロードセル556に作用する力は、ドレッサー560が研磨パッド566へ押しつけられる力とほぼ同等であるので、上述の場合と同様に、例えば、フィードバック入力等を行って、シリンダ555内へ供給されるエアの圧力の補正を行う際に利用されている。軸受け機構557は、回転するスプライン軸572へ推力を伝達するための機構で、上述の場合と同様に、ロードセル556の下端に取り付けられるとともに、スプライン軸572の上端を回転可能に保持するようになっている。
【0010】
シリンダによる加圧(推力)制御のコントロール性能をさらに高めようとすると、スプライン軸の摺動抵抗が大きく関わってくる。例えば、ドレッシング装置550の例において、スプライン軸572の摺動抵抗をS、ドレッシング装置550において上下に移動する部分の自重をW、シリンダ555の推力(下方へ押す力)をTとすると、ドレッサー560が研磨パッド566に作用する力F1は式(1)の通りになる。
【0011】
【数1】
F1=W+T−S ・・・(1)
【0012】
ここで、上下に移動する部分の自重Wは、シリンダ555のピストン555a、ロードセル556、軸受け部557、スプライン軸572およびドレッサー560の自重を合計したものである。
【0013】
式(1)に示す力F1を受けてドレッサー560が下方へ移動し研磨パッド566に接触した後、研磨パッド566の弾性によって、ドレッサー560が僅かの距離ではあるが上方へ移動する。この移動の間に研磨パッド566とドレッサー560との間に作用する力F2は式(2)の通りになる。
【0014】
【数2】
F2=W+T+S ・・・(2)
【0015】
【特許文献1】特開平9−267259号公報
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
従って、スプライン軸572における摺動抵抗Sの2倍の値(F1とF2との差)が加圧(推力)制御における最小分解能となってしまう。そのため、ドレッサーや研磨ヘッド等の回転体を上下に移動させる際の抵抗をより小さくするための方策が望まれていた。なお、スプライン軸より下の位置にロードセルを取り付ける方法が考えられるが、スプライン軸より下の部分は回転しておりロードセルが回転方向の力を検知してしまうため、ロードセルの取り付けが非常に困難である。
【0017】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、研磨ヘッドやドレッサー等の回転体を上下に移動させる際の抵抗をより小さくした加工装置を提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
このような目的達成のため、請求項1に係る発明の加工装置は、被加工物を保持する被加工物保持部と、被加工物を加工する加工面を有した加工工具と、被加工物保持部と対向して配設されて加工工具を回転可能に且つ回転軸方向へ移動可能に保持する加工工具保持部とを備え、加工工具の加工面を被加工物の被加工面に当接させながら回転させて被加工面の加工を行うように構成された加工装置において、加工工具保持部に、加工工具が回転可能に且つ回転軸方向へ移動可能に連結される回転軸ユニットが設けられており、回転軸ユニットは、加工工具と連結された連結軸と、連結軸を回転軸方向へ移動可能に保持する外筒と、外筒を回転可能に保持するハウジングとを備え、連結軸に回転自在軸が設けられるとともに、外筒に回転自在軸が回転軸方向へ移動可能に係合する溝部又は穴部が設けられ、回転自在軸が溝部又は穴部と係合した状態で、外筒と連結軸とがハウジングに一体回転可能に保持されるとともに、連結軸が外筒に回転軸方向へ移動可能に保持されるように構成されていることを特徴とする。
【0019】
請求項2に係る発明の加工装置は、請求項1に記載の加工装置において、回転自在軸は、連結軸の周部に突出して設けられた軸部と、軸部に設けられた転動体とからなり、溝部又は穴部は、外筒の端部に回転軸方向を向くU字溝形に形成されており、転動体が溝部又は穴部内に回転軸方向へ転動可能に位置することを特徴とする。
【0020】
請求項3に係る発明の加工装置は、請求項1もしくは請求項2に記載の加工装置において、回転自在軸がカムフォロアであり、溝部又は穴部がカム係合部であることを特徴とする。
【0021】
請求項4に係る発明の加工装置は、請求項1から請求項3のうちいずれか一項に記載の加工装置において、被加工物は研磨対象物であり、被加工面は研磨対象物の被研磨面であり、加工工具は研磨パッド部材であり、加工が被研磨面の研磨であることを特徴とする。
【0022】
請求項5に係る発明の加工装置は、請求項1から請求項3のうちいずれか一項に記載の加工装置において、被加工物は研磨パッド部材であり、被加工面は研磨パッド部材の上面であり、加工工具はドレッサーであり、加工が研磨パッド部材の上面のドレッシングであることを特徴とする。
【0023】
請求項6に係る発明の半導体デバイス製造方法は、研磨対象物は半導体ウェハであり、請求項4に記載の加工装置を用いて半導体ウェハの表面を平坦化する工程を有することを特徴とする。
【0024】
請求項7に係る発明の半導体デバイスは、請求項6に記載の半導体デバイス製造方法により製造されたことを特徴とする。
【0025】
【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。本発明に係る加工装置の一例であるドレッシング装置を図1に示している。このドレッシング装置5は、研磨ヘッド保持装置6と、研磨ヘッド保持装置6の上方に対向して配設されたドレッサー保持装置7と、これらが載置される筐体8とを備えて構成される。なお、研磨ヘッド保持装置6は本発明における被加工物保持部となっており、ドレッサー保持装置7は本発明における加工工具保持部となっている。
【0026】
研磨ヘッド保持装置6は、研磨パッド62を有した研磨ヘッド61を回転可能に保持するヘッド保持筒63と、研磨ヘッド61を回転駆動するためのヘッド用モータ65とを主体に構成される。なお、研磨パッド62は、図2における研磨ヘッド61の上面側に貼り付けられており、本発明における被加工物となっている。また、研磨パッド62の上面側が本発明における被加工面となっている。
【0027】
ヘッド保持筒63は、上端部で研磨ヘッド61を回転自在に保持しており、ヘッド保持筒63の下端部には、ヘッド用モータ65の回転動力を研磨ヘッド61に伝達するためのヘッド側プーリ64が配設されている。ヘッド用モータ65は、減速機66を介してモータ側プーリ67を回転可能に構成されており、ベルト68を介してモータ側プーリ67、すなわちヘッド用モータ65の回転動力がヘッド側プーリ64に伝達されるようになっている。そして、ヘッド用モータ65が回転すると、ヘッド用モータ65の回転動力が減速機66およびモータ側プーリ67からベルト68およびヘッド側プーリ64を介して研磨ヘッド61に伝達され、研磨ヘッド61の上面側に貼り付けられた研磨パッド62が研磨ヘッド61と一緒に回転するようになっている。
【0028】
ドレッサー保持装置7は、表面にダイヤモンド砥粒等が固着されたドレッサー71を回転可能に保持する回転軸ユニット100と、ドレッサー71を回転駆動するためのサーボモータ73と、これらが載置されるドレッサー保持用筐体79とを主体に構成される。ドレッサー71は、ドレッサー取付ヘッド72を介して回転軸ユニット100の連結軸110と一体回転可能に連結されており、さらに、回転軸ユニット100に構成されるシリンダ部150によって、ドレッサー71が回転しながら上下に移動できるようになっている。なお、ドレッサー71は本発明における加工工具となっており、ドレッサー71の下面側が加工面となっている。
【0029】
サーボモータ73には、モータ側ギア74が回転可能に設けられており、モータ側ギア74、すなわちサーボモータ73の回転動力が回転軸ユニット100のギア部124に伝達されるようになっている。そして、サーボモータ73が回転すると、サーボモータ73の回転動力がモータ側ギア74からユニット側ギア124を介して回転軸ユニット100の連結軸110に伝達され、連結軸110と連結されたドレッサー71が回転するようになっている。
【0030】
このように概略構成されるドレッシング装置5において、ドレッサー保持装置7に保持されたドレッサー71が回転しながら下方へ移動し、ドレッサー71の研磨面が研磨ヘッド保持装置6に保持された研磨ヘッド61(研磨パッド62)に所定の圧力(荷重)で押しつけられる。さらに、研磨ヘッド61とともに研磨パッド62も回転し、この状態でドレッサー71の加工面が研磨パッド62の被加工面(としての研磨面)を僅かに研磨する。このようにして、ウェハ等を研磨加工することによって研磨パッド62に生じた目詰まりや目の不揃いを修正する。
【0031】
次に、回転軸ユニット100について図2を参照しながら説明する。回転軸ユニット100は、ドレッサー71と一体回転可能に連結された連結軸110と、連結軸110を上下方向(ドレッサー71および連結軸110の回転軸方向)へ移動可能に保持する外筒120と、連結軸110と外筒120との間に設けられたボールゲージ130と、外筒120を回転可能に保持するハウジング140と、連結軸110を上下方向へ移動させるシリンダ部150とを主体に構成される。
【0032】
連結軸110は、金属丸棒を用いて図示する形状に切り出し形成され、外周部が高精度に仕上げられてボールゲージ130の鋼球131と接触するようになっている。連結軸110の下端には、ドレッサー取付部111が形成されており、ドレッサー取付ヘッド72を介してドレッサー71が取り付けられるようになっている。連結軸110の上部には、カムフォロア取付穴112が形成されており、本発明の回転自在軸であるカムフォロア115が取り付けられるようになっている。連結軸110の上端には、ピストン連結穴113が形成されており、ピストン軸161が連結されるようになっている。
【0033】
カムフォロア115は、図2および図3に示すように、連結軸110のカムフォロア取付穴112に取り付けられて連結軸110の周部両側(左右)にそれぞれ対向して突出する軸ピン116と、軸ピン116の両端に回転可能に取り付けられた転動体117,117と、転動体117,117を軸ピン116に取付固定するための止め輪118とを備えて構成される。そして、転動体117,117が外筒120のカム係合部126,126とそれぞれ係合するようになっている。
【0034】
外筒120は、金属材料を用いて筒状に切り出し形成され、ボールゲージ130を介して連結軸110を上下方向(ドレッサー71および連結軸110の回転軸方向)へ移動可能に保持するように構成される。外筒120の内周部は高精度に仕上げられており、ボールゲージ130の鋼球131と接触するようになっている。外筒120の外周部にはベアリング嵌合部121が形成されており、アンギュラボールベアリング122の内輪と嵌合するようになっている。なお、2つのアンギュラボールベアリング122,122は、ベアリングナット123を用いて外筒120に固定されている。
【0035】
外筒120の下端には、ユニット側ギア124がギア取付ネジ124a,124aを用いて取り付けられており、サーボモータ73の回転動力がモータ側ギア74からユニット側ギア124に伝達されて、ユニット側ギア124とともに外筒120が回転するようになっている。外筒120の下端内側には、フェルトシール125が取り付けられており、塵埃が外部から外筒120と連結軸110との間隙部に侵入するのを防止している。
【0036】
外筒120の上端には、カムフォロア115の転動体117,117と係合可能なカム係合部126,126が形成されている。カム係合部126は、図4に示すように、外筒120の上端において上方(ドレッサー71および連結軸110の回転軸方向)を向くU字溝形に形成されており、転動体117がカム係合部126内に上下方向(ドレッサー71および連結軸110の回転軸方向)へ転動可能に位置するようになっている。これにより、カムフォロア115(転動体117,117)がカム係合部126と係合した状態で、連結軸110と外筒120とが一体回転可能になるとともに、連結軸110が回転したまま上下方向(ドレッサー71および連結軸110の回転軸方向)へ移動可能になる。
【0037】
ボールゲージ130は、鋼球131と、鋼球131を回転可能に保持する保持器132とを備えて構成され、連結軸110と外筒120との間に配設されることで、連結軸110が外筒120(ボールゲージ130)の内部で上下方向(ドレッサー71および連結軸110の回転軸方向)へ滑らかに移動できるようになっている。なお、ボールゲージ130として、日本トムソン株式会社製ミニチュアストロークロータリブッシングに構成されるボールゲージを用いることが望ましい。このミニチュアストロークロータリブッシング(ボールゲージ)は、ボールスプラインやロータリーボールスプラインと比較して摺動抵抗が小さく、連結軸110の摺動抵抗をより小さくできるからである。
【0038】
ハウジング140は、金属材料を用いて筒状に切り出し形成され、連結軸110や外筒120等を内部に収容するように構成される。なお、連結軸110の下端に形成されたドレッサー取付部111や、外筒120の下端に取り付けられたユニット側ギア124は、ハウジング140の外部に位置するようになっている。
【0039】
ハウジング140の内周部には、ベアリング取付部141が形成されており、アンギュラボールベアリング122の外輪が嵌合して、外筒120がアンギュラボールベアリング122,122を介して回転可能に保持される。これにより、カムフォロア115(転動体117,117)がカム係合部126と係合した状態で、連結軸110と外筒120とがハウジング140に一体回転可能に保持されるとともに、連結軸110が外筒120に上下方向(ドレッサー71および連結軸110の回転軸方向)へ移動可能に保持される。
【0040】
ハウジング140の外周部上下には、上ハウジング固定部142および下ハウジング固定部143が形成されており、ネジ等の固定手段を用いてドレッサー保持用筐体79(図1も参照)に取付固定されるようになっている。
【0041】
シリンダ部150は、内部に圧縮空気が供給されるシリンダハウジング151と、上下方向へ移動可能なピストン160と、シリンダハウジング151内に供給された圧縮空気が外部に漏れるのを防ぐラバーダイアフラム159とを主体に構成され、シリンダハウジング151内に供給された圧縮空気によりピストン160が上下方向(ドレッサー71および連結軸110の回転軸方向)へ移動するようになっている。
【0042】
シリンダハウジング151は、金属材料を用いて有底筒状に形成され、ハウジング140の上端に取り付けられている。シリンダハウジング151の上端には、通気口152がネジ溝を有して形成されており、ジョイント153(図1を参照)が通気口152に取り付けられて、圧縮空気が外部からジョイント153および通気口152を通過してシリンダハウジング151内に供給されるようになっている。シリンダハウジング151の下端内周部にはカム収容部154が形成されており、ピストン用カムフォロア168がカム収容部154の内部に位置するようになっている。
【0043】
ピストン160は、上下に延びるピストン軸161と、ピストン軸161の上端に設けられたピストンヘッド166とを備えて構成される。ピストン軸161の下端には軸連結部162が形成されており、この軸連結部162が連結軸110のピストン連結穴113に挿入されて、ネジ等の固定手段(図示せず)によりピストン連結穴113に固定されることで、ピストン軸161と連結軸110とが一体回転可能に連結される。ピストン軸161の上端にはベアリング取付部163が形成されており、ピストンベアリング164,164の内輪と嵌合するようになっている。
【0044】
ピストンヘッド166は、金属材料を用いて有底筒状に形成され、内部でピストン軸161の上部を収容保持するとともに、上端でシリンダハウジング151内における圧縮空気の押圧力を受け止めるように構成される。ピストンヘッド166の内部には、ピストン軸収容部167が形成されており、ピストンベアリング164の外輪が嵌合して、ピストン軸161がピストンベアリング164,164を介して回転可能に保持される。なお、ピストンベアリング164,164は、ストップリング165を用いてピストン軸収容部167に固定されている。
【0045】
ピストンヘッド166の下端周部には、ピストン用カムフォロア168が取り付けられており、シリンダハウジング151に形成されたカム収容部154の内部に位置して上下方向へ移動可能となっている。これにより、ピストンヘッド166の回転が規制されるとともに、この状態でピストンヘッド166が上下方向(ドレッサー71および連結軸110の回転軸方向)へ移動可能になる。すなわち、ピストン軸161が回転した状態で、ピストンヘッド166およびピストン軸161(すなわちピストン160)が、シリンダハウジング151内に供給された圧縮空気により上下方向(ドレッサー71および連結軸110の回転軸方向)へ移動可能になる。
【0046】
このような構成の回転軸ユニット100において、サーボモータ73が回転すると、サーボモータ73の回転動力がモータ側ギア74からユニット側ギア124に伝達されて、ユニット側ギア124とともに外筒120が回転する。このとき、連結軸110に設けられたカムフォロア115が外筒120のカム係合部126と上下方向へ移動可能に係合しているため、連結軸110およびピストン軸166が外筒120とともに回転し、連結軸110の下端に取り付けられたドレッサー71が連結軸110とともに回転する。
【0047】
さらに、連結軸110およびピストン軸161が回転した状態で、シリンダ部150のシリンダヘッド151内に圧縮空気が供給されると、ピストンヘッド166がこの圧縮空気に押圧されて下方(ドレッサー71および連結軸110の回転軸方向)へ移動し、ピストンヘッド166に回転可能に保持されたピストン軸161が下方へ移動するとともに、外筒120に上下方向へ移動可能に保持された連結軸110およびドレッサー71が回転したまま下方へ移動する。なお、シリンダヘッド151から空気が排出されると、上述と同様にして連結軸110およびドレッサー71が回転したまま上方へ移動する。
【0048】
この結果、ボールスプラインやロータリーボールスプラインを用いずに、ドレッサー71を回転可能に且つ上下方向(ドレッサー71および連結軸110の回転軸方向)へ移動可能に保持することができるため、ドレッサー71を上下に移動させる際の抵抗(すなわち、連結軸110の摺動抵抗)をより小さくすることができる。そのため、ドレッサー71を研磨ヘッド61(研磨パッド62)に押しつける際の加圧制御における最小分解能をより小さくすることができ、研磨パッド62に対するドレッシング精度を向上させることができる。
【0049】
なお、上述の実施形態において、本発明に係る加工装置の一例としてドレッシング装置5が取り上げられているが、一般の研磨装置に適用することができるのは勿論である。そこで、半導体ウェハの研磨に用いられる研磨装置の概要について図5を参照しながら説明する。この研磨装置201は、ウェハW1を保持するウェハ保持装置202と、ウェハ保持装置202の上方に対向して配設されたパッド保持装置203と、これらが載置される筐体204とを備えて構成される。なお、ウェハW1は本発明における被加工物となっており、ウェハ保持装置202は本発明における被加工物保持部となっている。
【0050】
ウェハ保持装置202は、ウェハW1を保持する研磨定盤221と、研磨定盤221を回転自在に支持する定盤支持筒222と、定盤支持筒222を回転駆動するための定盤用モータ224とを主体に構成される。研磨定盤221は、ウェハW1の形状に合わせた円盤状に形成されるとともに、ウェハW1を真空吸着可能なチャック装置(図示せず)を有して構成され、ウェハW1を真空吸着することにより研磨定盤221の上面側に吸着保持できるようになっている。すなわち、ウェハW1の上面側を被研磨面としてウェハW1が研磨定盤221に吸着保持される。
【0051】
定盤支持筒222は、上端部で研磨定盤221を回転自在に支持しており、定盤支持筒222の下端部には、定盤用モータ224の回転動力を研磨定盤221に伝達するための定盤側プーリ223が配設されている。定盤用モータ224は、減速機225を介してモータ側プーリ226を回転可能に構成されており、ベルト227を介してモータ側プーリ226、すなわち定盤用モータ224の回転動力が定盤側プーリ223に伝達されるようになっている。そして、定盤用モータ224が回転すると、定盤用モータ224の回転動力が減速機225およびモータ側プーリ226からベルト227および定盤側プーリ223を介して研磨定盤221に伝達され、研磨定盤221に吸着保持されたウェハW1が研磨定盤221と一緒に回転するようになっている。
【0052】
パッド保持装置203は、研磨ヘッド231を回転駆動するためのパッド用モータ233と、研磨ヘッド231を回転可能に保持する回転軸ユニット236と、これらが載置されるパッド保持用筐体239とを主体に構成される。研磨ヘッド231の下面側には研磨パッド232が貼り付けられており、研磨パッド232の下面側が加工面となっている。研磨ヘッド231は、回転軸ユニット236の連結軸238と一体回転可能に連結されており、さらに、回転軸ユニット236に構成されるシリンダ部(図示せず)によって、研磨ヘッド231が回転しながら上下に移動できるようになっている。なお、研磨ヘッド231および研磨パッド232は本発明における加工工具となっている。
【0053】
パッド用モータ233には、モータ側プーリ234が回転可能に設けられており、モータ側プーリ234、すなわちパッド用モータ233の回転動力がベルト235を介して回転軸ユニット236のパッド側プーリ237に伝達されるようになっている。そして、パッド用モータ233が回転すると、パッド用モータ233の回転動力がモータ側プーリ234からベルト235およびパッド側プーリ237を介して回転軸ユニット236の連結軸238に伝達され、連結軸238と連結された研磨ヘッド231(研磨パッド232)が回転するようになっている。
【0054】
このように概略構成される研磨装置201において、パッド保持装置203に保持された研磨ヘッド231が回転しながら下方へ移動し、研磨パッド232の研磨面がウェハ保持装置202に保持されたウェハW1の被研磨面に所定の圧力(荷重)で押しつけられる。さらに、ウェハ保持装置202の研磨定盤221とともにウェハW1も回転し、この状態で研磨パッド232の研磨面がウェハW1の被研磨面を研磨する。
【0055】
そして、この研磨装置201に構成される回転軸ユニット236に前述の実施形態における回転軸ユニット100を適用すれば、ボールスプラインやロータリーボールスプラインを用いずに、研磨ヘッド231(研磨パッド232)を回転可能に且つ上下方向(研磨ヘッド231および連結軸238の回転軸方向)へ移動可能に保持することができるため、研磨ヘッド231を上下に移動させる際の抵抗(すなわち、連結軸238の摺動抵抗)をより小さくすることができる。そのため、研磨パッド232をウェハW1に押しつける際の加圧制御における最小分解能をより小さくすることができ、ウェハW1の加工精度を向上させることができる。なお、研磨装置201に構成される回転軸ユニット236には、前述の実施形態におけるユニット側ギア124に代わり、パッド側プーリ237が設けられる。
【0056】
また、研磨パッドを回転可能に保持するパッド保持装置と、パッド保持装置の上方に対向して設けられてウェハが回転可能に且つ上下方向(回転軸方向)へ移動可能に保持されたウェハ保持装置とを備え、ウェハを回転させながら下方へ移動させて研磨パッドの研磨面に押しつけるように構成された研磨装置において、前述の実施形態における回転軸ユニット100を適用しても同様の効果が得られる。
【0057】
次に、本発明に係る半導体デバイスの製造方法の実施例について説明する。図6は半導体デバイスの製造プロセスを示すフローチャートである。半導体製造プロセスをスタートすると、まずステップS200で次に挙げるステップS201〜S204の中から適切な処理工程を選択し、いずれかのステップに進む。
【0058】
ここで、ステップS201はウェハの表面を酸化させる酸化工程である。ステップS202はCVD等によりウェハ表面に絶縁膜や誘電体膜を形成するCVD工程である。ステップS203はウェハに電極を蒸着等により形成する電極形成工程である。ステップS204はウェハにイオンを打ち込むイオン打ち込み工程である。
【0059】
CVD工程(S202)もしくは電極形成工程(S203)の後で、ステップS205に進む。ステップS205はCMP工程である。CMP工程では本発明による加工装置である研磨装置201により、層間絶縁膜の平坦化や半導体デバイス表面の金属膜の研磨、誘電体膜の研磨等が行われ、ダマシン(damascene)プロセスが適用されることもある。
【0060】
CMP工程(S205)もしくは酸化工程(S201)の後でステップS206に進む。ステップS206はフォトリソグラフィ工程である。この工程ではウェハへのレジストの塗布、露光装置を用いた露光によるウェハへの回路パターンの焼き付け、露光したウェハの現像が行われる。さらに、次のステップS207は現像したレジスト像以外の部分をエッチングにより削り、その後レジスト剥離が行われ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くエッチング工程である。
【0061】
次に、ステップS208で必要な全工程が完了したかを判断し、完了していなければステップS200に戻り、先のステップを繰り返してウェハ上に回路パターンが形成される。ステップS208で全工程が完了したと判断されればエンドとなる。
【0062】
本発明による半導体デバイス製造方法では、CMP工程において本発明にかかる加工装置である研磨装置201を用いているため、CMP工程の加工精度および歩留まりが向上する。これにより、従来の半導体デバイス製造方法に比べて低コストで半導体デバイスを製造することができるという効果がある。なお、上記半導体デバイス製造プロセス以外の半導体デバイス製造プロセスのCMP工程に本発明による研磨装置201を用いても良い。また、本発明による半導体デバイス製造方法により製造された半導体デバイスは、歩留まりが高く低コストの半導体デバイスとなる。
【0063】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ボールスプラインやロータリーボールスプラインを用いずに、研磨パッド部材を回転可能に且つ回転軸方向へ移動可能に保持することができるため、研磨パッド部材を回転軸方向へ移動させる際の抵抗(すなわち、連結軸の摺動抵抗)をより小さくすることができる。そのため、研磨パッド部材を研磨対象物に押しつける際の加圧制御における最小分解能をより小さくすることができ、研磨対象物の加工精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る加工装置の一例であるドレッシング装置の正面図(断面図)である。
【図2】ドレッシング装置に構成される回転軸ユニットの正面図(断面図)である。
【図3】図1中の矢印III−IIIに沿った平断面図である。
【図4】図1中の矢印IV−IVに沿った側断面図である。
【図5】本発明に係る加工装置の別形態である研磨装置を示す正面図(断面図)である。
【図6】本発明に係る半導体デバイスの製造プロセスを示すフローチャートである。
【図7】従来における研磨装置の構成を示す正面図(断面図)である。
【図8】従来の研磨装置に構成されるボールスプラインの取付付近を示す拡大図(断面図)である。
【図9】従来におけるドレッシング装置の構成を示す正面図(断面図)である。
【符号の説明】
5 ドレッシング装置(加工装置)
6 研磨ヘッド保持装置(被加工物保持部)
7 ドレッサー保持装置(加工工具保持部)
62 研磨パッド(被加工物)
71 ドレッサー(加工工具)
100 回転軸ユニット
110 連結軸
115 カムフォロア
116 軸ピン(軸部)
117 転動体
120 外筒
126 カム係合部
140 ハウジング
201 研磨装置(加工装置の別形態)
202 ウェハ保持装置(被加工物保持部の別形態)
203 パッド保持装置(加工工具保持部の別形態)
231 研磨ヘッド(加工工具の別形態)
232 研磨パッド(加工工具の別形態)
236 回転軸ユニット(別形態)
238 連結軸(別形態)
W1 ウェハ(被加工物の別形態)

Claims (7)

  1. 被加工物を保持する被加工物保持部と、
    前記被加工物を加工する加工面を有した加工工具と、
    前記被加工物保持部と対向して配設されて前記加工工具を回転可能に且つ回転軸方向へ移動可能に保持する加工工具保持部とを備え、
    前記加工工具の前記加工面を前記被加工物の被加工面に当接させながら回転させて前記被加工面の加工を行うように構成された加工装置において、
    前記加工工具保持部に、前記加工工具が回転可能に且つ前記回転軸方向へ移動可能に連結される回転軸ユニットが設けられており、
    前記回転軸ユニットは、前記加工工具と連結された連結軸と、
    前記連結軸を前記回転軸方向へ移動可能に保持する外筒と、
    前記外筒を回転可能に保持するハウジングとを備え、
    前記連結軸に回転自在軸が設けられるとともに、前記外筒に前記回転自在軸が前記回転軸方向へ移動可能に係合する溝部又は穴部が設けられ、
    前記回転自在軸が前記溝部又は穴部と係合した状態で、前記外筒と前記連結軸とが前記ハウジングに一体回転可能に保持されるとともに、前記連結軸が前記外筒に前記回転軸方向へ移動可能に保持されるように構成されていることを特徴とする加工装置。
  2. 前記回転自在軸は、前記連結軸の周部に突出して設けられた軸部と、前記軸部に設けられた転動体とからなり、
    前記溝部又は穴部は、前記外筒の端部に前記回転軸方向を向くU字溝形に形成されており、
    前記転動体が前記溝部又は穴部内に前記回転軸方向へ転動可能に位置することを特徴とする請求項1に記載の加工装置。
  3. 前記回転自在軸がカムフォロアであり、前記溝部又は穴部がカム係合部であることを特徴とする請求項1もしくは請求項2に記載の加工装置。
  4. 前記被加工物は研磨対象物であり、前記被加工面は前記研磨対象物の被研磨面であり、前記加工工具は研磨パッド部材であり、
    前記加工が前記被研磨面の研磨であることを特徴とする請求項1から請求項3のうちいずれか一項に記載の加工装置。
  5. 前記被加工物は研磨パッド部材であり、前記被加工面は前記研磨パッド部材の上面であり、前記加工工具はドレッサーであり、
    前記加工が前記研磨パッド部材の上面のドレッシングであることを特徴とする請求項1から請求項3のうちいずれか一項に記載の加工装置。
  6. 前記研磨対象物は半導体ウェハであり、
    請求項4に記載の加工装置を用いて前記半導体ウェハの表面を平坦化する工程を有することを特徴とする半導体デバイス製造方法。
  7. 請求項6に記載の半導体デバイス製造方法により製造されたことを特徴とする半導体デバイス。
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