JP3902830B2

JP3902830B2 - 基板の研磨装置

Info

Publication number: JP3902830B2
Application number: JP11015097A
Authority: JP
Inventors: 賢也伊藤; 英夫相澤; 比呂海矢島; 賢一重田; 佳邦竪山
Original assignee: Ebara Corp; Toshiba Corp
Current assignee: Ebara Corp; Toshiba Corp
Priority date: 1997-04-11
Filing date: 1997-04-11
Publication date: 2007-04-11
Anticipated expiration: 2017-04-11
Also published as: JPH10286761A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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のに使用して好適な基板の研磨装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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なう場合に焦点深度が浅くなるので、ステッパの結像面がより高い平坦度を持つことが必要となる。このような事情は、マスク等に用いるガラス基板、或いは液晶パネル等の基板プロセス処理においても同様である。
【０００３】
ここに、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つけて研磨する化学機械的研磨（ＣＭＰ）が行われている。このような研磨装置として、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。
【０００４】
これは、例えば、図６に示すように、回転自在で上面に研磨布（研磨工具）１００を貼付したターンテーブル１０２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前記研磨布１００に押し付けるトップリング１０４を有するトップリング装置１０６と、前記研磨布１００の目立てを行うドレッシング工具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やドレッシング工具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。
【０００５】
前記トップリング１０４は、揺動自在な揺動アーム１１４の先端に上下動かつ回転自在に支承された主軸１１６の下端に連結され、前記ターンテーブル１０２の側方に配置されたプッシャ（図示せず）との間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、揺動アーム１１４を揺動させつつ自転することで、ウエハの全面に亘る研磨を行うようになっている。
【０００６】
一方、前記ドレッシング工具１０８もほぼ同様に、揺動自在な揺動アーム１１８の先端に上下動かつ回転自在に支承された主軸１２０の下端に連結され、この揺動アーム１１８を揺動させつつ自転することで、研磨布１００のドレッシング（目立て）を行うようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したこれまでの基板の研磨装置は、トップリングが揺動自在な揺動アームの先端に保持されて、ターンテーブルの側方に配置されたプッシャとの間でウエハの受け渡しを行うようになっており、しかもドレッシング工具を設けると、両ヘッドが互いに干渉しないように配置する必要があるため、かなり広い設置スペースが必要であった。
【０００８】
そこで、例えば、研磨テーブルの上方に走行レールを設け、その上にトップリング装置とドレッシング装置を走行させることによりこれらを研磨テーブルに対して進退させることが考えられる。これにより、これらの装置のヘッド部が揺動せずに直線的に移動するので、必要な床面積は減少する。
【０００９】
しかしながら、この場合は装置の上部にレールが構築されるために全体がフレーム構造となり、特に、下側にある構成部分の取り出しやアクセスが難しくなり、メンテナンスや部品交換、修理の作業が困難となる。また、装置の組立作業も複雑となり、現場での組立が難かしくなり、その結果、工場で全体を組み立ててから現場へ移送するので大きな製品を移動する必要があり、作業性が悪いという課題が有った。
【００１０】
従って、この発明は、コンパクトにまとめてより狭いスペース内に設置することができ、しかも、搬送やメンテナンス等の便を図った基板の研磨装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、表面に研磨工具を取付けた研磨テーブル装置を取付ける矩形枠状の第１のフレームと、被研磨材を保持し該被研磨材の被研磨面を前記研磨テーブルに所定の圧力で押圧するトップリング装置を取付ける矩形枠状の第２のフレームと、トップリング装置との間で被研磨材の受け渡しを行うプッシャを取付ける矩形枠状の第３のフレームを有し、前記各フレームを、架台フレーム上に設けた柱部材で上下に繋ぎながら階層化したことを特徴とする基板の研磨装置である。
【００１２】
このような研磨装置においては、研磨テーブル装置とトップリング装置とをそれぞれ個別にフレームに取付けてフレームごとのユニット化した構造とし、これを上下に積み上げる構成としたので、全体の構成をコンパクトかつ充分な強度を持つ構造にすると同時に、装置の組立やメンテナンスの作業性の向上を図ることができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、前記トップリング装置が、前記第２のフレームに設置したレール上を走行可能に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の基板の研磨装置である。これにより、トップリング装置が直線的に移動するので装置の床面積を減少することができる。フレームにレールを架設することは容易であり、構造的な強度も充分なものが得られる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、前記第２のフレームに、さらに前記研磨工具のドレッシングを行うドレッシング装置が取付けられていることを特徴とする請求項１に記載の基板の研磨装置である。これにより、トップリング装置とドレッシング装置とを同一のフレームに取付けて、よりコンパクトにまとめることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
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乃至及び図５は、半導体ウエハの表面を研磨する研磨装置に適用した本発明の１つの実施の形態の基板の研磨装置を示す図面である。この装置は、直方体枠状のフレーム構造体１０の内部の上部にトップリング装置１２とドレッシング装置１４が、下部に研磨テーブル１６とウエハの受け渡しを行うプッシャ１８がそれぞれ配置されて構成されている。
【００１７】
トップリング装置１２には、円筒状ケース２０の内部を挿通する主軸２２が備えられ、この主軸２２の下端にウエハを吸着保持しつつ該ウエハを研磨テーブル１６に所定の圧力で押し付けるトップリング２４が取り付けられている。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主軸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と主軸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の駆動に伴って主軸２２が上下動するようになっている。
【００１８】
一方、ドレッシング装置１４もほぼ同様に、円筒状ケース３０の内部を挿通する主軸３２が備えられ、この主軸３２の下端に研磨布４８の目立てを行うドレッシング工具３４が取り付けられている。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主軸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と主軸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の駆動に伴って主軸３２が上下動するようになっている。
【００１９】
各主軸２２，３２は、共にスプライン軸によって構成され、モータのロータとはスプライン溝に装着されたボールを介して係合している。従って、モータの駆動に伴って該モータのロータと一体に回転するが、シリンダ２６，３６の駆動に際しては、ロータの内部をスプラインに沿って摺動することにより、この上下動が阻害されないようになっている。また、トップリング装置１２の主軸２２の上端には、この回転数を制御するエンコーダ４０が設けられている。
【００２０】
トップリング装置１２及びドレッシング装置１４は、水平方向に一対のガイドレール４６に沿って走行自在な平板状の基台４４にトップリング２４及びドレッシング工具３４を下方に突出させた状態で取付けられている。
【００２１】
そして、基台４４の走行に伴って、トップリング装置１２のトップリング２４が研磨テーブル１６の直上方位置とプッシャ１８の直上方位置との間を移動し、同時に、トップリング２４がプッシャ１８の直上方に位置するように移動した時、ドレッシング装置１４のドレッシング工具３４が研磨テーブル１６の直上方に位置するように構成されている。また、トップリング２４が研磨テーブル１６の直上方に位置した時のドレッシング工具３４の直下方位置には、内部にリンスを満たしたリンス槽４７が配置されている。
【００２２】
一方、研磨テーブル１６は、並進円運動、即ち自転することなく、軸心を中心とした公転運動を行うように構成されており、この上面には、研磨工具である研磨布４８が貼着されている。更に、プッシャ１８は、研磨前のウエハをロボット等から受け取り、研磨後のウエハをロボット等に引き渡すとともに、トップリング２４との間でウエハの受け渡しを行うことができるよう、上下動自在で、かつ前後方向に走行できるよう構成されている。
【００２３】
フレーム構造体１０は、複数の矩形枠状のフレームを階層化した構造となっている。すなわち、研磨テーブル１６を取付ける第１のフレーム１０ａと、トップリング装置１２及びドレッシング装置１４を取付ける第２のフレーム１０ｂと、プッシャ１８を取付ける矩形枠状の第３のフレーム１０ｃと、これらを載置する基礎となる架台フレーム１０ｄと、これらを上下に繋ぐ柱部材１１から構成されている。なお、フレーム構造体１０の頂部には、装置の天井部分を構成する頂部フレーム１０ｅが設けられており、これには空調ダクト等の所定の装置が配置されている。
【００２４】
各フレーム１０ａ〜１０ｃは架台フレーム１０ｄの上に柱部材１１を介して順次積み上げられ、ボルト等を介して互いに連結されている。これにより、トップリング装置１２、ドレッシング装置１４、研磨テーブル１６及びプッシャ１８を上下に階層化して狭いスペースにコンパクトに収容されている。また、各フレームを構成する部材の材質や断面形状、寸法等を必要に応じて適宜に設定することにより、例えば、斜交いに梁を入れたりすることにより、軽量でありながら充分な強度を持たせることができる。
【００２５】
以下、上記のように構成されたポリッシング装置の作用を説明する。
この研磨装置を組み立てる場合には、図２乃至図５に示すように、研磨テーブル１６を予め取付けた第１のフレーム１０ａと、トップリング装置１２及びドレッシング装置１４を予め取付けた第２のフレーム１０ｂと、プッシャ１８を予め取付けた第３のフレーム１０ｃと、架台フレーム１０ｄとを、予め別々に用意しておき、これらを個別に設置個所に搬入する。そして、これらを例えば、クレーン等で吊り上げ、順次、組み立ててゆくことによって研磨装置が構成される。
【００２６】
このように、研磨装置をフレームごとのユニット構造としたので、現場への搬送や組立が容易であり、他の箇所で組み立ててから搬入する場合に比較して、大幅に作業性が改善された。なお、上記においては各フレームにそれぞれ各装置を取り付けた後に、フレーム構造体１０を組み立てたが、勿論、フレーム構造体１０を組み立てた後に欠く装置を取り付けても良い。
【００２７】
このポリッシング装置により研磨を行なう場合には、以下のような工程となる。トップリング２４がプッシャ１８の直上方に位置する時に、プッシャ１８との間でウエハの受け渡しを行い、これと並行して、ドレッシング工具を回転させながら下降させることによって、研磨布４８の目立てを行う。そして、基台４４を走行させ、トップリング２４が研磨テーブル１６の直上方に移動した時、トップリングを回転させながら下降させ、同時に研磨テーブル１６を並進円運動させることによって、ウエハの研磨を行う。これと並行してドレッシング工具を下降させてリンス槽４７内のリンス内に浸して、このリンスを行う。
【００２８】
修理や点検のために装置を移動する場合、あるいはその場で修理等を行なう場合も、上述した組立工程と逆の工程を行って各フレームを必要なレベルまで分解してから行えば良い。このようにすれば、研磨装置を各フレームごとに分離した状態で取り扱うことができるので、搬送や取扱いが格段に容易になり、作業性を向上させることができる。また、各部の交換もフレームごと行えば良いので、装置の稼動を停止する時間も短縮することができる。
【００２９】
なお、実施の形態では、研磨テーブルとして、並進円運動するようにしたものを使用した例を示しているが、円運動したり、直線に沿った往復運動を行うようにしたものを使用して良いことは勿論である。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の基板の研磨装置によれば、研磨テーブル装置とトップリング装置、更には必要に応じてドレッシング装置やプッシャを枠体内にコンパクトにまとめて上下に階層化して配置することでコンパクトな構成とし、しかも各枠体ごとのユニット化した構造とすることができるので、搬送、組立て、メンテナンス等の作業性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。
【図２】図１の研磨装置を構成する第２のフレームを示す平面図である。
【図３】同じく、第１のフレームを示す平面図である。
【図４】同じく、第３のフレームを示す平面図である。
【図５】同じく、架台フレームを示す平面図である。
【図６】従来の研磨装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０フレーム
１０ａ第１のフレーム
１０ｂ第２のフレーム
１０ｃ第３のフレーム
１０ｄ架台フレーム
１０ｅ頂部フレーム
１２トップリング装置
１４ドレッシング装置
１６研磨テーブル
１８プッシャ
２４トップリング
３４ドレッシング工具
４２ガイドレール
４４基台
４８研磨布（研磨工具）

Claims

表面に研磨工具を取付けた研磨テーブル装置を取付ける矩形枠状の第１のフレームと、
被研磨材を保持し該被研磨材の被研磨面を前記研磨テーブルに所定の圧力で押圧するトップリング装置を取付ける矩形枠状の第２のフレームと、
トップリング装置との間で被研磨材の受け渡しを行うプッシャを取付ける矩形枠状の第３のフレームを有し、
前記各フレームを、架台フレーム上に設けた柱部材で上下に繋ぎながら階層化したことを特徴とする基板の研磨装置。
前記トップリング装置は、前記第２のフレームに設置したレール上を走行可能に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の基板の研磨装置。
前記第２のフレームには、さらに前記研磨工具のドレッシングを行うドレッシング装置が取付けられていることを特徴とする請求項１に記載の基板の研磨装置。