JP2006187863A

JP2006187863A - 基板の研磨装置

Info

Publication number: JP2006187863A
Application number: JP2006064395A
Authority: JP
Inventors: Kenya Ito; 賢也伊藤; Hideo Aizawa; 英夫相澤
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2006-03-09
Filing date: 2006-03-09
Publication date: 2006-07-20

Abstract

【課題】占有面積を減少させたコンパクトな構成で、しかも駆動軸の振動を抑えて安定に稼動することができる基板の研磨装置を提供する。
【解決手段】研磨プレート５０を有する研磨テーブル４８と、該研磨テーブル４８に偏芯位置で連結して該研磨テーブル４８を研磨プレート５０と一体に並進円運動させる駆動軸６８とを備え、研磨テーブル４８の大きさは、研磨対象の基板とほぼ同じに設定され、研磨プレート５０の内部には、研磨プレート５０と研磨テーブル４８との間に形成された空間７８に連通する複数の研磨液吐出孔５０ａが設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板の研磨装置に係り、特に、半導体ウエハ、ガラス基板、液晶パネル等の高度の清浄度が要求される基板を研磨する場合に好適な基板の研磨装置に関するものである。

近年、半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭くなりつつある。これに伴い、光リソグラフィなどで回路形成を行う場合に焦点深度が浅くなるので、ステッパの結像面のより高い平坦度を必要とする。このような事情は、液晶パネル等の基板においても同様である。

半導体ウエハの表面を平坦化する手段として、回転するターンテーブル上に貼付した研磨布（研磨具）に砥粒を含む研磨液を供給しながら、キャリアで保持したウエハを研磨布に押し付けて研磨する化学機械的研磨（ＣＭＰ）が行われ、そのための装置として、平面内で周期運動する研磨テーブルと、該研磨テーブルに対して被研磨材の研磨面を押圧する把持部材とを有する研磨装置が用いられている。

これは、例えば、図５に示すように、回転自在で上面に研磨布（研磨具）１００を貼付したターンテーブル１０２を備えた駆動装置１０３と、ウエハを真空保持しつつ該ウエハの被研磨面を所定の圧力で研磨布１００に押し付けるトップリングヘッド１０４を有するトップリング装置１０６と、研磨布１００の目立てを行うドレッシングヘッド１０８を有するドレッシング装置１１０と、これらのターンテーブル１０２やドレッシングヘッド１０８に水や砥粒を含む研磨液を供給する研磨液供給装置１１２を備えている。

トップリングヘッド１０４は、揺動アーム１１４の先端に上下動かつ回転自在に支持された主軸１１６の下端に連結され、ターンテーブル１０２の側方位置でウエハの受け渡しを行うとともに、ウエハを保持した状態で主軸１１６を自転させながらウエハの全面を研磨するようになっている。一方、ドレッシングヘッド１０８もほぼ同様に、揺動アーム１１８の先端に上下動かつ回転自在に支持された主軸１２０の下端に連結され、研磨布１００の目立てを行うようになっている。

この研磨装置は、自転するターンテーブル１０２により研磨を行うものであり、回転中心では変位が無く、研磨が行われないので、中心をはずれたところで研磨を行うようになっている。従って、ターンテーブル１０２の大きさは、ウエハの直径の少なくとも２倍以上の直径を有するように設定されている。

上記のような従来の研磨装置においては、ターンテーブル１０２とトップリングヘッド１０４との相対的な変位が大きく、またその相対速度も大きいため効率的な研磨がなされ、平坦度も十分に得られる。しかしながら、駆動装置１０３のターンテーブル１０２の径がウエハの２倍以上と大きく、大きな面積を占有して、研磨装置自体が大型化してしまうとともに、設備コストも大きくなる。この欠点は、ウエハの大径化の傾向に伴って一層顕著になる。

そこで、上記のような研磨装置に替わって、あるいはこれと併用して、研磨面全体が小さい半径の並進円運動を行う研磨装置の採用が考えられる。この場合は、研磨面が全て同じ運動を行うので、研磨具自体の大きさは研磨対象物である基板とほぼ同じ大きさでよいことになる。

ところで、上記のような並進円運動を行わせるために駆動側の回転軸の回転を研磨テーブルに偏芯させた状態で伝達するものが使用されるが、この場合、駆動軸のバランスが悪いと装置全体が振動してしまい、また、駆動軸と研磨テーブルとが重心がずれているので、テーブルが運動するとき振動現象が起こる。このため、安定な稼動や操業環境に悪影響を与える。

本発明は上述の事情に鑑みなされたもので、占有面積を小さくしたコンパクトな構成で、しかも駆動軸の振動を抑えて安定に稼動することができる基板の研磨装置を提供することを目的とする。

本発明の基板の研磨装置は、研磨プレートを有する研磨テーブルと、該研磨テーブルに偏芯位置で連結して該研磨テーブルを前記研磨プレートと一体に並進円運動させる駆動軸とを備え、前記研磨テーブルの大きさは、研磨対象の基板とほぼ同じに設定され、前記研磨プレートの内部には、前記研磨プレートと前記研磨テーブルとの間に形成された空間に連通する複数の研磨液吐出孔が設けられている。

このような基板の研磨装置においては、研磨テーブルは、並進円運動を行うので、研磨テーブルの大きさを基本的に研磨対象の基板とほぼ同じに設定することができる。

前記駆動軸の軸方向に沿った所定の位置に、取付け位置が調整可能な少なくとも２つのバランサ片が設けられていることが好ましい。これにより、駆動軸に作用するアンバランスな荷重負荷を、少なくとも２つのバランス片を個々に調整することによって、現場で容易にバランスさせることができ、振動や偏った摩耗の発生を防止することができる。

この発明の基板の研磨装置によれば、研磨テーブルの大きさを基本的に研磨対象の基板とほぼ同じに設定することができ、装置全体をコンパクトに構成することができる。また、駆動軸に作用するアンバランスな荷重負荷を現場で容易にバランスさせて、振動や偏った摩耗の発生を防止するようにすることができる。

以下、本発明に係る基板の研磨装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の１つの実施の形態の駆動装置を備えた研磨装置を示す図面である。この研磨装置には、矩形枠状のフレーム１０の内部に設けられ、その上部にトップリング装置１２とドレッシング装置１４が、下部に研磨工具装置１６とウエハの受け渡しを行うプッシャ１８がそれぞれ備えられている。

トップリング装置１２には、円筒状ケース２０の内部を挿通する支持軸２２が備えられ、この支持軸２２の下端にウエハを吸着保持しつつ該ウエハを研磨工具装置１６に向けて所定の圧力で押し付けるトップリングヘッド２４が取付けられている。そして、円筒状ケース２０の内部にはモータが内蔵され、このモータの駆動に伴って支持軸２２が回転するとともに、円筒状ケース２０の側方に配置されたシリンダ２６と支持軸２２とが連結部材２８を介して互いに連結され、これによって、シリンダ２６の駆動に伴って支持軸２２が上下動するようになっている。

一方、ドレッシング装置１４もほぼ同様に、円筒状ケース３０の内部を挿通する支持軸３２が備えられ、この支持軸３２の下端に下記の研磨プレート５０の目立てを行うドレッシングヘッド３４が取付けられている。そして、円筒状ケース３０の内部にはモータが内蔵され、このモータの駆動に伴って支持軸３２が回転するとともに、円筒状ケース３０の側方に配置されたシリンダ３６と支持軸３２とが連結部材３８を介して互いに連結され、これによって、シリンダ３６の駆動に伴って支持軸３２が上下動するようになっている。

各支持軸２２，３２は、共にスプライン軸によって構成され、このスプライン軸とモータの出力軸がスプライン溝により摺動自在に連結されている。従って、モータの駆動力の伝達とともに、シリンダ２６，３６の作動による上下動が各支持軸２２，３２に伝達されるようになっている。また、トップリング装置１２の支持軸２２の上端には、回転を検出するためのエンコーダ４０が設けられている。

トップリング装置１２及びドレッシング装置１４は、一対のガイドレール４２に沿って走行自在な矩形平板状の台車４４にトップリングヘッド２４及びドレッシングヘッド３４を下方に突出させた状態で取付けられている。そして、台車４４の走行により、トップリングヘッド２４は研磨工具装置１６とプッシャ１８の間を、ドレッシングヘッド３４はリンス槽４６と研磨工具装置１６の間をそれぞれ往復移動するようになっている。

研磨工具装置１６には、並進円運動を行う研磨テーブル４８が備えられ、この研磨テーブル４８の上面に、研磨プレート５０が固着されている。プッシャ１８は、ウエハをトップリングヘッド２４と図示しないロボットとの間で授受するもので、上下動自在で、かつ前後方向に位置調整が可能に構成されている。

研磨工具装置１６の詳細を図２乃至図４を参照して説明する。これは、内部にモータ５２を収容する筒状のケーシング５４の上端開口部を覆う取付板５６に略円筒状の基台５８が固定され、この基台５８に複数の支持部６０を介して研磨テーブル４８が支持されている。研磨テーブル４８の下面と基台５８の上面の対応する位置には、周方向に等間隔に複数の凹部４８ａ，５８ａが形成され、ここにはそれぞれベアリング６２，６４を介して、偏芯量“ｅ”だけずれた２つの軸体６６ａ，６６ｂを持つクランクシャフト６６が、各軸体６６ａ，６６ｂの端部を挿入して配置され、これにより、研磨テーブル４８が半径“ｅ”の円に沿って並進円運動可能となっている。

また、研磨テーブル４８の中央部には、モータ５２の駆動に伴って回転する駆動軸６８の上端に偏芯して設けられた駆動ピン部６８ａを軸受７０を介して収容する中央孔４８ｂが形成されている。この駆動ピン部６８ａの偏芯量、即ちこの駆動ピン部６８ａの軸心Ｏ₂と駆動軸６８の軸心Ｏ₁との距離も、２つの軸体６６ａ，６６ｂの偏芯量と同じ“ｅ”である。モータ５２は、ケーシング５４内に形成されたモータ室７２に収容され、その駆動軸６８は上下の軸受７４，７６により支持されている。

研磨テーブル４８は、研磨すべきウエハ等の被研磨材の径に偏芯量“ｅ”を加えた値よりやや大きい径に設定され、この上面には、研磨プレート（研磨工具）５０が固着されている。これらの部材間には研磨プレート５０の上面に供給する研磨液を流通させる空間７８が形成されている。この空間７８は側面に設けられた研磨液供給孔（図示せず）に連通しているとともに、研磨プレート５０の内部に設けられた複数の研磨液吐出孔５０ａと連通している。

更に、研磨テーブル４８の周囲には、供給された研磨液を回収する回収槽８０が設けられているとともに、この回収槽８０内を研磨液を導く案内板８２が研磨テーブル４８の周縁部に取付けられている。

駆動軸６８には、研磨テーブルを偏芯駆動する際のバランスを取って、振動や機械的摩耗を防止するためのバランサが上下に設けられている。上端側のバランサは、２個の扇状のバランサ片８４，８６からなり、これらのバランサ片８４，８６の総計のモーメントが研磨テーブル４８及び研磨プレート５０と合計の重量が形成するモーメントと対応するように設定されている。これらのバランサ片８４，８６は、駆動軸６８の軸心Ｏ₁に対して駆動ピン部６８ａの軸心Ｏ₂との偏芯方向と反対方向に向かうように駆動軸６８に取付けられている。

この取付機構は以下のようになっている。すなわち、駆動軸６８の周囲には、横断面の鉤型の屈曲部８８ａを有するリング状の取付治具８８がビス９０を介して駆動軸６８をとりかこむように固着されている。一方、各バランサ片８４，８６の内周部には、屈曲部８８ａの断面形状に沿った断面形状で円周方向に延びる凹溝８４ａ，８６ａが設けられているとともに、外周面からこの凹溝８４ａ，８６ａに達するねじ穴８４ｂ，８６ｂが設けられている。そして、この凹溝８４ａ，８６ａ内に取付治具８８の屈曲部８８ａを嵌入させ、ねじ穴８４ｂ，８６ｂ内にビス９２を螺合することにより、バランサ片８４，８６を駆動軸６８に取付けている。これにより、バランサ片８４，８６の取付治具８８からの脱落を確実に防止する。

このような構成によって、バランサ片８４，８６は、駆動軸６８に対してその周方向への取付位置を比較的簡単に変えることができる。つまり、ビス９２を緩めることによって、図４に示すように、両者の合力Ｆ₄が研磨（運動）中の研磨テーブル４８による負荷Ｆ₁とバランスするように、この位置関係を容易に調節することができる。従って、例えば、振動を耳や振動計で判断しながら、現場で簡単にバランサ片８４，８６の取付位置を調整し、研磨テーブル４８の振動を防止し、安定したウエハの研磨を可能としている。

この調整方法の一例を説明すると、初期設定は、図４に示すように、２つのバランサ片８４，８６を軸心Ｏ₁とＯ₂を結ぶ線に対して対称に取付けておく。そして、振動を検知しながら、２つのバランサ片８４，８６をまず対称に動かし、それでも不充分な場合は非対称な位置への調整も行う。実機のバランス調整は、多くの要因によって個々に条件が異なるので、トライアル・アンド・エラー方式が有効であることも多いからである。駆動軸６８の下端側のバランサ９４も同様な機構となっている。または駆動軸、研磨テーブル等にセンサをとりつけて振動を検知するようにして、その検知結果にもとづいてバランサ片８４，８６の位置を変更してもよい。

本発明の実施の形態に係る基板の研磨装置を示す正面図である。同じく、研磨工具装置の縦断正面図である。同じく、クランクシャフト（支持部）を取付けた基台と駆動軸とを示す平面図である。同じく、駆動軸に取付けたバランサと該駆動軸に作用する負荷の説明図である。従来の駆動装置を備えた研磨装置を示す斜視図である。

符号の説明

１２トップリング装置
１４ドレッシング装置
１６研磨工具装置
１８プッシャ
２４トップリングヘッド
３４ドレッシングヘッド
４８研磨テーブル
５０研磨プレート（研磨具）
５２モータ
５８基台
６０支持部
６６クランクシャフト
６８駆動軸
６８ａ同駆動ピン部
８４，８６バランサ片
８８取付治具
９０，９２ビス
９４第２のバランサ

Claims

研磨プレートを有する研磨テーブルと、
該研磨テーブルに偏芯位置で連結して該研磨テーブルを前記研磨プレートと一体に並進円運動させる駆動軸とを備え、
前記研磨テーブルの大きさは、研磨対象の基板とほぼ同じに設定され、前記研磨プレートの内部には、前記研磨プレートと前記研磨テーブルとの間に形成された空間に連通する複数の研磨液吐出孔が設けられていることを特徴とする基板の研磨装置。
前記研磨テーブルの周囲には、前記研磨テーブルに供給された研磨液を回収する回収槽が設けられ、前記研磨テーブルの周縁部には、前記回収槽へ研磨液を導く案内板が取付けられていることを特徴とする請求項１記載の基板の研磨装置。
前記駆動軸の軸方向に沿った所定の位置に、取付け位置が調整可能な少なくとも２つのバランサ片が設けられていることを特徴とする請求項２記載の基板の研磨装置。
前記研磨テーブルを支持するための複数の支持部を有する基台を有し、
前記複数の支持部はそれぞれ前記駆動軸が前記研磨プレートを並進円運動させる偏芯量と同一の偏芯量を有するクランクシャフトを有することを特徴とする請求項３記載の基板の研磨装置。