JP6622105B2 - 平面研磨装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ワークの研磨に用いられる平面研磨装置に関するものである。
従来から、例えばシリコンウエハ等のワークの表面を研磨する研磨装置には、ワーク厚み測定センサや定盤温度測定センサ等の様々なセンサが搭載されている。これらのセンサは回転する定盤に設置され、研磨加工中に定盤と共に回転しながらワーク厚みや定盤温度等を測定する。ワーク厚み測定センサには、通常、レーザー光をワークに照射して反射光からその厚みを測定する光学式のセンサが用いられる。
研磨加工中の研磨装置では、測定ユニットからセンサへのレーザー光及び電力の供給は、光ファイバーケーブルや電気ケーブルを介して行われる。また、研磨加工中にセンサで測定されたデータは、常時センサから測定ユニットへ光ファイバーケーブルや電気ケーブル等を通じて伝達される。このとき、センサは定盤等の回転部に設置され、測定ユニットは機体等の回転しない静止部に設置されるため、回転部と静止部との間でレーザー光や電力あるいは電気信号等の伝達を行うための伝達部材として、ロータリジョイントが用いられ、その静止側ジョイント部と測定ユニット、及び回転側ジョイント部とセンサとが、それぞれ、光ファイバーケーブル又は電気ケーブルで接続される。
しかしながら、ロータリジョイントを用いた場合、回転部が静止部に対して回転する際に、ロータリジョイントの回転部側に接続されたケーブルがロータリジョイントの静止部側に接触し、又は、静止部側に接続されたケーブルがロータリジョイントの回転部側に接触することがある。そして、この接触によるケーブルの擦れや引っかかりによって、ケーブルが損傷又は断線するおそれがある。
特許文献１には、研磨装置の一例として、レーザー光を用いてワークの厚みを測定する研磨装置が開示されている。特許文献１の図５に開示されている研磨装置は、厚み測定装置を上定盤に取り付けたもので、光源から出力されたレーザー光をワークに照射し、ワークからの反射光を上定盤の回転軸内を通した光ファイバーケーブル、光ファイバーロータリージョイントを介して静止部に導出し、ワークの厚みを測定している。このため、この研磨装置は、前述した欠点を有するものである。
特開２００８−２２７３９３号公報
本発明の目的は、静止部側の測定ユニットと回転部側のセンサ手段とを、ロータリジョイントを介してケーブルで接続するようにした平面研磨装置において、静止部側のケーブルと回転部、若しくは回転部側のケーブルと静止部との接触を防止することで、静止部側若しくは回転部側のケーブルの損傷を防止し、安定した研磨加工を可能とすることにある。
前記課題を解決するため本発明は、機体と；ワークを研磨するため機体に回転自在に支持された定盤と；ワークの研磨時にワーク又は定盤に関するデータを測定するため定盤と一体に回転するように設けられたセンサ手段と；機体に設けられ、ケーブルによってセンサ手段に接続された測定ユニットと；機体側の静止部と定盤側の回転部との間に介在し、静止部側に連結された静止側ジョイント部、及び、回転部側に連結された回転側ジョイント部を有するロータリジョイントと；を有し、前記ケーブルは、ロータリジョイントの静止側ジョイント部と測定ユニットとを接続する一次側ケーブル、及び、ロータリジョイントの回転側ジョイント部とセンサ手段とを接続する二次側ケーブルと；を有し、
前記ロータリジョイントの外側には、相互間に空間部を保った状態で前記定盤に対して同軸に固定された第１ケーブルカバー及び第２ケーブルカバーが設けられ、前記空間部内に、前記二次側ケーブルが収容されている、ことを特徴とする。
この場合において、第１ケーブルカバーと第２ケーブルカバーとは、有底筒状をなしていて、小径の第１ケーブルカバーの外側に大径の第２ケーブルカバーが、相互間に空間部を保った状態で同心状に配設されていることが好ましい。
また、第１ケーブルカバーと第２ケーブルカバーとは、透視性を有することが好ましい。
そして、より具体的には、平面研磨装置は両面研磨装置であって、定盤は上定盤及び下定盤であり、上定盤は、機体に昇降自在且つ回転自在に支持され、センサ手段は、上定盤と一体に回転するように配設されてワーク研磨時のデータを測定するように構成され、ケーブルは、光ファイバーケーブル及び電気ケーブルのうち少なくとも一方を含むことが好ましい。
本発明によれば、ロータリジョイントの外側には、相互間に空間部を保った状態で前記定盤に対して同軸に固定された第１ケーブルカバー及び第２ケーブルカバーが設けられ、前記空間部内に、前記二次側ケーブルが収容されている。そのため、静止側ジョイント部又は回転側ジョイント部と二次側ケーブルとの接触を防止することができる。これにより、当該接触による二次側ケーブルの摩耗や破断等の損傷を防止できる。また、ケーブルを介して供給されるレーザー光や電力；及びケーブルを介して伝達される反射光や電気信号などの測定データが、部材と二次側ケーブルが接触することにより生じるノイズなどの影響を受けることがなく、安定したレーザー光または電力の供給、あるいは測定データの収集を行うことができる。つまり、安定した研磨加工が可能となる。
本発明に係る平面研磨装置の実施形態を概略的に示す断面図である。 図１のロータリジョイント周辺を拡大した断面図である。
本実施形態の平面研磨装置１は、機体２に回転自在に支持された下定盤１０と、機体２に昇降自在及び回転自在に支持された上定盤２０と、上定盤２０と下定盤１０との間に介設され、上定盤２０と下定盤１０とで研磨されるシリコンウエハ等のワークＷを保持するキャリア４０とを有している。上定盤２０の下面及び下定盤１０の上面には、研磨パッド１８ａ，１８ｂが取り付けられている。
機体２には、光源３と演算制御装置４とを含む測定ユニット５が設置されている。光源３はレーザー光を出力するものであり、演算制御装置４は、ワークＷの厚み等の測定データを収集し、収集されたデータの演算や分析等を行って研磨装置１全体の制御を行う他、電力供給のための電源を兼ねるものである。なお、光源３と演算制御装置４とを含む測定ユニット５は、機体２以外の上定盤２０や下定盤１０の回転と縁が切れた位置に設置されていてもよい。
上定盤２０には、センサ手段として、ワークＷの厚みを測定する光学式のプローブ２１が設けられ、測定ユニット５とプローブ２１とが、光ファイバーケーブル５１及び電気ケーブル５６により、ロータリジョイント６０を介して相互に接続されている。
下定盤１０の中心にはサンギア１１が配設され、下定盤１０の外周にはインターナルギア１２が下定盤１０を取り囲むように配設されている。また、下定盤１０上には、前記キャリア４０が、サンギア１１とインターナルギア１２とに噛合して複数配設されている。サンギア１１の中央下部には円筒状の第１駆動軸１３が取り付けられ、下定盤１０の中央下部には円筒状の第２駆動軸１４が取り付けられ、インターナルギア１２の中央下部には円筒状の第３駆動軸１５が取り付けられている。また、下定盤１０の中心には第４駆動軸１６が取り付けられ、この第４駆動軸１６は第１駆動軸１３に収容されている。第１駆動軸１３は第２駆動軸１４に収容されており、第２駆動軸１４は第３駆動軸１５に収容されている。これらの第１から第４駆動軸１３−１６は、図示しない駆動モータによって駆動回転するように構成されている。
各キャリア４０に形成されている複数のワーク保持孔４１内にそれぞれ円板形のワークＷが保持され、サンギア１１とインターナルギア１２の両方を回転させることにより、上記各キャリア４０がサンギア１１の周囲を自転及び公転し、各キャリア４０に保持されたワークＷの上下両面が、上定盤２０の下面に取り付けられた研磨パッド１８ａと下定盤１０の上面に取り付けられた研磨パッド１８ｂとによって研磨される。
上定盤２０は、定盤吊り３１を介して昇降用アクチュエータ７の昇降ロッド３２に取り付けられている。この昇降用アクチュエータ７は機体２に支持されている。
この上定盤２０の取り付けについてより詳細に説明すると、定盤吊り３１の外周側の下面には、下方向に延びる複数の支持ロッド３３が等間隔に設けられ、この支持ロッド３３が上定盤２０の上面に取り付けられている。また、定盤吊り３１の内周面と昇降ロッド３２の外周面との間には、この定盤吊り３１と昇降ロッド３２とを上下方向には固定的に結合するが上定盤２０の回転方向には相対的に回転自在に結合する、ベアリング３４が介設されている。また、定盤吊り３１の内周側には、後述する光ファイバーケーブル５１及び電気ケーブル５６を挿通するためのケーブル挿通孔３５が厚さ方向に形成されている。
上定盤２０は、ワークＷの非研磨時に、昇降ロッド３２によって待避位置（不図示）に上昇し、ワークＷの研磨時に、図１の研磨位置まで下降する。上定盤２０が下降すると、上定盤２０に取り付けられたフック２２が第４駆動軸１６の上端のドライバ１７に係合するため、上定盤２０と定盤吊り３１は、第４駆動軸１６によりドライバ１７を介して駆動され、一体に回転する。
また、支持ロッド３３には、プローブホルダー３６が固定され、このプローブホルダー３６にプローブ２１が保持されている。このプローブ２１は、上定盤２０の上下面を貫通する厚み測定孔２３の直上に配され、この厚み測定孔２３には、下端に透明な窓板２５を設けた窓部材２６が取り付けられている。なお、プローブ２１は、上定盤２０に直接取り付ける、または定盤吊り３１に固定したプローブホルダー３６にプローブ２１を保持させる方式でも良い。
昇降ロッド３２の下端部３２ａと定盤吊り３１との間には、ロータリジョイント６０が配設されている。このロータリジョイント６０は、内側の光用ロータリジョイント部６１と外側の電気用ロータリジョイント部６５とを有している。
光用ロータリジョイント部６１は、相対的に回転自在の静止側ジョイント部６２と回転側ジョイント部６３とを有している。静止側ジョイント部６２は、機体２に対して非回転の昇降ロッド３２の下端部３２ａに固定的に取り付けられ、回転側ジョイント部６３は、後述する第１ケーブルカバー７３を介して定盤吊り３１に連結されることにより、定盤吊り３１及び上定盤２０と一体に回転し、静止側ジョイント部６２と回転側ジョイント部６３との間には、ベアリング６４が介設されている。
また、昇降ロッド３２と静止側ジョイント部６２と回転側ジョイント部６３とには、挿通孔３２ｂと６２ａと６３ａとが同軸上に位置するように形成され、昇降ロッド３２の挿通孔３２ｂと静止側ジョイント部６２の挿通孔６２ａの内部には、光ファイバーケーブル５１のうち、光源３に接続された一次側ケーブル５２が挿入され、回転側ジョイント部６３の挿通孔６３ａの内部には、プローブ２１に接続された二次側ケーブル５３が挿入され、静止側ジョイント部６２に保持された一次側ケーブル５２の端面と、回転側ジョイント部６３に保持された二次側ケーブル５３の端面とが、空隙を介して非接触状態で正対している。
一方、電気用ロータリジョイント部６５は、相対的に回転自在の静止側ジョイント部６６と回転側ジョイント部６７とを有している。静止側ジョイント部６６は、昇降ロッド３２の下端部３２ａに固定的に取り付けられ、回転側ジョイント部６７は、光用ロータリジョイント部６１の回転側ジョイント部６３に連結されることにより、定盤吊り３１及び上定盤２０と一体に回転し、静止側ジョイント部６６と回転側ジョイント部６７との間には、ベアリング６８が介設されている。
回転側ジョイント部６７は、円筒形をしていて、光用ロータリジョイント部６１の静止側ジョイント部６２及び回転側ジョイント部６３の周囲を非接触状態で取り囲むように配設され、ピン７１で回転側ジョイント部６３に連結されることにより、この回転側ジョイント部６３と一体となって回転する。
静止側ジョイント部６６は、円筒形をしていて、回転側ジョイント部６７の周囲を取り囲むように配設され、静止側ジョイント部６６の内周部に設けられたブラシ６９が回転側ジョイント部６７の外周面に摺接することにより、静止側ジョイント部６６と回転側ジョイント部６７とが電気的に接続されている。ベアリング６８は、静止側ジョイント部６６の内周面と回転側ジョイント部６７の外周面との間に介設されている。
電気用ロータリジョイント部６５の静止側ジョイント部６６には、電気ケーブル５６のうち、一端を演算制御装置４に接続された一次側ケーブル５７の他端が、昇降ロッド３２の挿通孔３２ｃ内を通して接続され、回転側ジョイント部６７には、一端をプローブ２１に接続された二次側ケーブル５８の他端が接続されている。
定盤吊り３１の中央部下面には、ロータリジョイント６０を覆うように、有底筒状をなした小径の第１ケーブルカバー７３と大径の第２ケーブルカバー７４とが、相互間に空間部７５を保って内外同心状に配置され、定盤吊り３１及び上定盤２０と一体に回転するように取り付けられている。第２ケーブルカバー７４は、直径も深さも第１ケーブルカバー７３より大きいため、空間部７５は、第１ケーブルカバー７３の底壁７３ａ外面と第２ケーブルカバー７４の底壁７４ａ内面との間、及び、第１ケーブルカバー７３の側壁７３ｂ外面と第２ケーブルカバー７４の側壁７４ｂ内面との間に連続して形成される。
第１ケーブルカバー７３及び第２ケーブルカバー７４は、金属や樹脂などの材料で形成でき、好ましくは樹脂で形成することであり、より好ましくは、透視性を持たせることによって内部を透視することができるように形成することである。なお、第１ケーブルカバー７３及び第２ケーブルカバー７４は二次側ケーブル５３，５８の接触を極力防止するために、有底円筒状体とすることが好ましいが、これに限定されず有底筒状をなすものであれば多角筒状体などの異なる形状でもよい。
第１ケーブルカバー７３の底壁７３ａの中央部には、第１ケーブルカバー７３の内部と空間部７５とを連通させる開口孔７６が形成され、開口孔７６に嵌合する光用ロータリジョイント部６１の回転側ジョイント部６３の下端部と開口孔７６の開口縁部７６ａとがピン７２で連結されることにより、上定盤２０の回転時に光用ロータリジョイント部６１の回転側ジョイント部６３が上定盤２０に追随して回転するようになっている。
そして、空間部７５内には、光用ロータリジョイント部６１の回転側ジョイント部６３の挿通孔６３ａから導出する光ファイバーケーブル５１の二次側ケーブル５３と、電気用ロータリジョイント部６５の回転側ジョイント部６７に接続された電気ケーブル５６の二次側ケーブル５８とが収容され、空間部７５内を通ることによってロータリジョイント６０の静止側部分あるいは部品に対して非接触状態に隔離され、定盤吊り３１に形成されたケーブル挿通孔３５から定盤吊り３１の外部に導出されたあと、プローブ２１に接続されている。
このように構成された平面研磨装置でワークＷを研磨するときは、キャリア４０にワークＷがセットされたあと、待避位置を占めていた上定盤２０が、昇降ロッド３２の伸長によって図１の研磨位置まで下降し、上定盤２０に取り付けられたフック２２がドライバ１７に係合する。この状態で、第１−第４駆動軸１３−１６が図示しない駆動モータによって駆動、回転されることにより、各キャリア４０がサンギア１１の周囲を自転及び公転し、各キャリア４０に保持されたワークＷの上下両面が上定盤２０の下面に取り付けられた研磨パッド１８ａと下定盤１０の上面に取り付けられた研磨パッド１８ｂとによって研磨される。
研磨中、ワークＷには、プローブ２１からレーザー光が照射され、ワークＷの表面及び裏面からの反射光がプローブ２１で受光され、受光された反射光は電気信号に変換され、厚みデータとして電気ケーブル５６を通じて演算制御装置４に収集され、このデータが演算あるいは分析されることにより、ワークＷの厚みが測定される。そして、測定されたワークＷの厚みが所望の厚みとなった時点で研磨が終了する。
このとき、ロータリジョイント６０の光用ロータリジョイント部６１の回転側ジョイント部６３に接続された光ファイバーケーブル５１の二次側ケーブル５３と、電気用ロータリジョイント部６５の回転側ジョイント部６７に接続された電気ケーブル５６の二次側ケーブル５８とは、定盤吊り３１及び上定盤２０と一体に回転するが、何れも、第１ケーブルカバー７３と第２ケーブルカバー７４との間の空間部７５内に収容されることによってロータリジョイント６０の静止側部分あるいは部品から隔離され、これら部分あるいは部品と接触しないため、接触による摩耗や破断等の損傷を受けることがない。また、本実施形態では当該接触がないため、ケーブルを介して供給されるレーザー光や電力；及びケーブルを介して伝達される反射光や電気信号などの測定データが、当該接触により生じるノイズなどの影響を受けることがなく、安定したレーザー光または電力の供給、あるいは測定データの収集を行うことができる。つまり、安定した研磨加工が可能となる。
なお、本実施形態では、ロータリジョイント６０の電気用ロータリジョイント部６５における一次側ケーブル５７と二次側ケーブル５８とを、ブラシ６９で電気的に接続しているが、一次側ケーブル５７と二次側ケーブル５８とを、水銀等の液体金属を用いて電気的に接続してもよい。
また、本実施形態では、昇降ロッド３２の挿通孔３２ｂに挿入されている光ファイバーケーブル５１の一次側ケーブル５２と電気ケーブル５６の一次側ケーブル５７とは、昇降ロッド３２の側面から外部に導出されて光源３及び演算制御装置４に接続されているが、昇降ロッド３２の上面から外部に導出される構造であってもよい。
さらに、本実施形態では、プローブ２１が上定盤２０に取り付けられ、ロータリジョイント６０の光用ロータリジョイント部６１の静止側ジョイント部６２及び電気用ロータリジョイント部６５の静止側ジョイント部６６が昇降ロッド３２の下端部３２ａに取り付けられて、光用ロータリジョイント部６１の回転側ジョイント部６３及び電気用ロータリジョイント部６５の回転側ジョイント部６７が上定盤２０と一体に回転するように構成されているが、変形例として、プローブ２１を下定盤１０に取り付け、ロータリジョイント６０を下定盤用駆動軸（第２駆動軸）１４の下端に取り付けて、下定盤１０側からワークＷの厚みを測定するように構成することもできる。
この変形例の場合、図２において、符号３２を付した部分が回転する下定盤用駆動軸、符号３１を付した部分が下定盤用駆動軸の周囲の静止する機体部分であると考えることができ、そうすると、光用ロータリジョイント部６１の静止側ジョイント部６２及び電気用ロータリジョイント部６５の静止側ジョイント部６６がそれぞれ回転側ジョイント部になると共に、光用ロータリジョイント部６１の回転側ジョイント部６３及び電気用ロータリジョイント部６５の回転側ジョイント部６７がそれぞれ静止側ジョイント部になり、また、第１ケーブルカバー７３と第２ケーブルカバー７４は静止側である機体部分に取り付けられ、両ケーブルカバー７３，７４間の空間部７５内に収容された光ファイバーケーブル５１の二次側ケーブル５３及び電気ケーブル５６の二次側ケーブル５８は、測定ユニット５と静止側ジョイント部とを接続する一次側ケーブルになる。
この変形例のように構成することにより、ロータリジョイントの静止側ジョイント部に接続されたケーブルが、ロータリジョイントの回転側ジョイント部やその他の回転する部分等に接触して損傷したり断線したりするのを防止することができる。また、ケーブルがロータリジョイントの回転側ジョイント部やその他の回転する部分等に接触しないため、ケーブルを介して供給されるレーザー光や電力；及びケーブルを介して伝達される反射光や電気信号などの測定データが、当該接触により生じるノイズなどの影響を受けることがなく、安定したレーザー光または電力の供給、あるいは測定データの収集を行うことができる。つまり、安定した研磨加工が可能となる。
なお、上述した変形例のように、プローブ２１を下定盤１０に取り付けて、ロータリジョイント６０を下定盤用駆動軸１４の下端に取り付けた構造は、ワークの片面を下定盤で研磨する片面研磨装置に適用することができる。
また、プローブ２１が、電源を自身で保持している場合やプローブが測定データを電気信号に変換して無線で演算制御装置４に送信するように構成されている場合には、電気ケーブル５６は不要になる。このような場合、測定ユニット５とプローブ２１とは、光ファイバーケーブル５１のみを通じて接続されるため、ロータリジョイント６０は、電気用ロータリジョイント部６５を無くして光用ロータリジョイント部６１だけにすることができる。
その逆に、プローブ２１が、例えば、研磨されることにより変化するワーク上面の位置情報や、研磨加工時の定盤の温度情報等を、電気的に検出するものである場合には、レーザー光に関連する光源や光ファイバーケーブル等は不要であって、電気ケーブルのみが使用される。このため、ロータリジョイント６０は、光用ロータリジョイント部６１を無くして電気用ロータリジョイント部６５だけにすることができる。
１ 平面研磨装置
２ 機体
３ 光源
４ 演算制御装置
５ 測定ユニット
１０ 下定盤
２０ 上定盤
２１ プローブ
３１ 定盤吊り
３２ 昇降ロッド
４０ キャリア
５２ 一次側ケーブル
５３ 二次側ケーブル
５７ 一次側ケーブル
５８ 二次側ケーブル
６０ ロータリジョイント
６２ 静止側ジョイント部
６３ 回転側ジョイント部
６６ 静止側ジョイント部
６７ 回転側ジョイント部
７３ 第１ケーブルカバー
７４ 第２ケーブルカバー
７５ 空間部
Ｗ ワーク

Claims (4)

  1. 機体と；
    ワークを研磨するため機体に回転自在に支持された定盤と；
    ワークの研磨時にワーク又は定盤に関するデータを測定するため定盤と一体に回転するように設けられたセンサ手段と；
    機体に設けられ、ケーブルによってセンサ手段に接続された測定ユニットと；
    機体側の静止部と定盤側の回転部との間に介在し、静止部側に連結された静止側ジョイント部、及び、回転部側に連結された回転側ジョイント部を有するロータリジョイントと；を有し、
    前記ケーブルは、ロータリジョイントの静止側ジョイント部と測定ユニットとを接続する一次側ケーブル、及び、ロータリジョイントの回転側ジョイント部とセンサ手段とを接続する二次側ケーブルと；を有し、
    前記ロータリジョイントの外側には、相互間に空間部を保った状態で前記定盤に対して同軸に固定された第１ケーブルカバー及び第２ケーブルカバーが設けられ、
    前記空間部内に、前記二次側ケーブルが収容されている、
    ことを特徴とする平面研磨装置。
  2. 第１ケーブルカバーと第２ケーブルカバーとは、有底筒状をなしていて、小径の第１ケーブルカバーの外側に大径の第２ケーブルカバーが、相互間に空間部を保った状態で同心状に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の平面研磨装置。
  3. 第１ケーブルカバーと第２ケーブルカバーとは、透視性を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の平面研磨装置。
  4. 平面研磨装置は両面研磨装置であって、定盤は上定盤及び下定盤であり、
    上定盤は、機体に昇降自在且つ回転自在に支持され、
    センサ手段は、上定盤と一体に回転するように配設されてワーク研磨時のデータを測定するように構成され、
    ケーブルは、光ファイバーケーブル及び電気ケーブルのうち少なくとも一方を含む、
    ことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の平面研磨装置。
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