JPH07171762A - 研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置から周囲の大気中への塵埃放出量を減少
させると共に研磨精度の向上を図る。 【構成】 定盤１１の側方に回転可能な第１コラム２０
を立設する。この第１コラム２０に第２コラム２６を上
下動可能に係合し、昇降駆動部（エアーシリンダ）３０
により上下動させる。第２コラム２６にアーム３４を設
け、このアーム３４に研磨ヘッド４０を取付ける。定盤
１１、第１コラム２０及び研磨ヘッド４０は直結ないし
ビルトインされたモータＭ１，Ｍ２，Ｍ３によって駆動
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウェハ等のワー
クをポリシング等により研磨する装置に係り、特に発塵
対策と研磨精度の向上を図ることのできる研磨装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】研磨装置は、研磨用の定盤を回転させる
と共に、これに対向して回転するように設けた研磨ヘッ
ドに、半導体ウェハ等のワークを取付けて、このワーク
の表面を定盤の表面に押圧し、さらに研磨ヘッドを定盤
の半径方向へ移動させ、ワークの表面全体をより均一に
研磨するようになっている。

【０００３】従来の研磨装置は、旋回アームに研磨ヘッ
ドを上下動可能に取付け、旋回アームに取付けた昇降駆
動部によって研磨ヘッドを上下動させると共に定盤に対
する押圧力をコントロールし、研磨ヘッドの回転は旋回
アーム上又は旋回アームを取付けているフレーム上に設
けたモータからベルト等の減速機構を兼ねた回転伝達機
構を介して与えられるようになっており、定盤の回転や
旋回アームの旋回もモータからベルトや歯車などの減速
兼回転伝達機構を介して行うようになっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、旋回アーム
に研磨ヘッドを上下動可能に取付ける構造は、相対的な
可動部が定盤の近くに位置し、金属の摩耗粉によって半
導体ウェハ等のワークを汚染する可能性が高く、また、
装置全体としても塵埃を大気中に放出し易い構成であ
り、周囲環境を汚染する可能性が高い欠点を有してい
た。

【０００５】本発明は、装置から周囲の大気中に放出さ
れる塵埃の量を減少させると共に研磨精度の向上を図る
ことを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、水平に配置された研磨用定盤と；この定
盤を回転駆動する定盤回転駆動手段と；定盤の上方に定
盤と対向して回転可能に配設された研磨ヘッドと；研磨
ヘッドを回転可能に支持するアームと；前記研磨ヘッド
を回転駆動する研磨ヘッド回転駆動手段と；前記研磨ヘ
ッドを定盤に対し上下方向に昇降駆動する研磨ヘッド昇
降手段と；前記アームを水平面内で揺動するアーム揺動
手段と；からなり、前記定盤回転駆動手段及び研磨ヘッ
ド回転手段は外周囲を密閉された状態で配設されてい
る。

【０００７】

【作用】本発明によれば、定盤及び研磨ヘッドの回転駆
動手段は、外周囲を密閉された状態で配設されているの
で、これらの回転駆動により発生する塵埃が研磨装置の
周辺に飛び散り、ワーク及び雰囲気を汚染することが防
止される。

【０００８】

【実施例】以下本発明の実施例について図１を参照して
説明する。フレーム１０には表面に研磨布１１ａを貼っ
た定盤１１がベアリング１２，１３により回転可能に取
付けられている。フレーム１０の開口端はシール部材１
４によりシールされている。定盤１１の軸１５には定盤
用モータＭ１を形成するロータ１６が取付けられ、フレ
ーム１０側にはロータ１６と対をなすステータ１７が取
付けられ、いわゆるビルトイン型のモータＭ１を形成し
ている。軸１５の下端には回転数検出用のロータリエン
コーダ１８が接続されている。

【０００９】フレーム１０には、定盤１１の左方に旋回
用モータＭ２が立設されている。このモータＭ２の出力
軸には円筒状の第１コラム２０が直結されている。第１
コラム２０はベアリング２１，２２によって回転のみ可
能にフレーム１０に取付けられている。円筒状突出部１
０Ａの開口端はシール部材２３によりシールされてい
る。

【００１０】第１コラム２０の外周面にはスプライン溝
２４が設けられ、ボールスプライン２５が嵌挿されてい
る。ボールスプライン２５は中空円筒状の第２コラム２
６内に固着されており、第２コラム２６を第１コラム２
０に対し上下動自在に取付けている。符号２７はボール
スプライン２５と第２コラム２６の相対的な回転を阻止
するためのキーである。第２コラム２６は、第１コラム
２０のシール２３より上方の露出部をほぼ全長にわたっ
て被うことのできる長さに形成され、その下端は図１に
示す下降限の近傍に位置するとき、ベアリング２１を支
持するフレーム１０の円筒状突出部１０Ａを被うように
なっている。

【００１１】第１コラム２０の上端には、昇降駆動部と
してのエアーシリンダ３０のピストンロッド３１が、荷
重センサとしてのロードセル３２を介して固定されてい
る。第２コラム２６は、その上端が連結筒３３を介して
エアーシリンダ３０に連結されている。なお、第１コラ
ム２０の上端部は、第２コラム２６、連結筒３３及びエ
アーシリンダ３０によって被われる。

【００１２】第２コラム２６の上部には、アーム３４が
一体的に設けられている。アーム３４は定盤１１の上方
に位置し、アーム３４には定盤１１に対向させて研磨ヘ
ッド４０が取付けられている。研磨ヘッド４０は自在継
手４１を介して軸４２の下端に取付けられ、軸４２はベ
アリング４３，４４、ケーシング４５を介してアーム３
４に回転可能に取付けられている。またケーシング４５
の開口端は、シール部材４６によりシールされている。

【００１３】軸４２には、研磨ヘッド用モータＭ３を形
成するロータ４７が取付けられ、ケーシング４５側には
ロータ４７と対をなすステータ４８が取付けられ、いわ
ゆるビルトイン型のモータＭ３を形成している。また軸
４２の上端には回転数を検出するためのロータリエンコ
ーダ４９が接続されている。

【００１４】連結筒３３の内部には、高分解能型の光学
スケール５０が上下方向に沿って取付けられ、第１コラ
ム２０の上端には読み取りヘッド５１が取付けられてい
る。

【００１５】次いで本装置の作用について説明する。エ
アーシリンダ３０を作動させ、ピストンロッド３１を突
出させると、エアーシリンダ３０が上昇し、これによ
り、連結筒３３を介して第２コラム２６がボールスプラ
イン２５により第１コラム２０に沿って上昇し、アーム
３４に取付けられている研磨ヘッド４０を上方へ移動さ
せる。研磨ヘッド４０を上昇させた状態で、その下面に
半導体ウェハ等のワークＷを取付ける。

【００１６】次に、エアーシリンダ３０を作動させ、連
結筒３３を下降させる。連結筒３３の下降により第２コ
ラム２６がボールスプライン２５により第１コラム２０
のスプライン溝２４に沿って下降し、研磨ヘッド４０を
図１に示すように下降させる。この下降により、研磨ヘ
ッド４０に保持されているワークＷの表面（図１におい
て下面）を定盤１１上の研磨布１１ａに接触させる。

【００１７】研磨布１１ａに対するワークＷの押圧力
は、ピストンロッド３１の下端に設けたロードセル３２
の出力を取り込み、図示省略した制御装置によってエア
ーシリンダ３０へ供給する加圧エアーの圧力を制御する
ことにより適切な値に設定・制御される。

【００１８】次いでモータＭ１，Ｍ３を作動させ、ロー
タリエンコーダ１８，４９の信号により、これらのモー
タＭ１，Ｍ３を予め定めた回転数で回転させることによ
り、定盤１１と研磨ヘッド４０を所定の速度で回転させ
る。このとき、定盤１１上の研磨布１１ａに研磨液を供
給するが、これは公知のものと同様であるため、本実施
例においては図示及び説明を省略する。

【００１９】研磨布１１ａへのワークＷの押圧と共に、
旋回用のモータＭ２を作動させ、第１コラム２０を予め
定めた角度範囲にわたり、同じく予め定めた速度で往復
回動させる。これにより、アーム３４が往復旋回し、研
磨ヘッド４０を定盤１１の上面に沿って略中心を通る半
径方向へ往復移動させ、研磨布１１ａによりワークＷの
表面を研磨する。

【００２０】このとき、定盤１１及び研磨ヘッド４０の
回転と、第１コラム２０の回動、すなわち研磨ヘッド４
０の旋回は、ベルトや歯車等の回転伝達機構を介在させ
ることなく、直結ないしビルトインしたモータＭ１，Ｍ
２，Ｍ３によって行われるため、発塵をほとんど生じな
いと共に、振動の発生がほとんどなく、高精度な研磨が
行われる。

【００２１】また、発塵を生じ易い上下動部分は、定盤
１１から離れた第２コラム２６内にあり、第２コラム２
６、連結筒３３及びエアーシリンダ３０で被われている
ため、この上下動部分から塵埃が発生しても、ワークＷ
を汚染する可能性はほとんどなく、さらにこの塵埃の大
気中への放出もより少なく押えられる。なお、大気中へ
の塵埃の放出をより完全に押えるためには、連結筒３３
内等の各空間から積極的な排気を行なってエアーを循環
させることが好ましい。

【００２２】ワークＷの研磨量は、研磨開始時における
光学スケール５０の読み取りヘッド５１の検出値を制御
装置に記憶させておき、この値からの第２コラム２６の
下降量、すなわち研磨ヘッド４０の下降量を光学スケー
ル５０と読み取りヘッド５１からなる位置測定装置によ
って検出することにより検出される。この研磨量の測定
は、高分解能型の光学スケール１１を用いれば、最小単
位０．０５μｍで行うことが可能であるが、光学スケー
ル１１に限らずレーザ干渉測長器など種々の測定装置を
使用可能である。

【００２３】研磨量が所望の値に達すると、制御装置は
エアーシリンダ３０により第２コラム２６及びアーム３
４を介して研磨ヘッド４０を上昇させ、研磨を終了す
る。

【００２４】図２は本発明の第２の実施例を示す縦断面
図である。本実施例においては、研磨ヘッド４０を昇降
させる駆動機構が、研磨ヘッド４０の上方部に直接設置
されている点で、前記した実施例と異なっている。その
他の、前記実施例と同一の構造については、同一の符号
を付し、その説明を省略する。

【００２５】アーム３４に固設された中空ケーシング４
５内には、中空ケーシング４５と同軸に、中空軸５２が
軸受４４により回転可能に支持されている。この中空軸
５２の内周面にはスプライン５４が形成され、このスプ
ライン５４に係合するスプラインの形成されたスプライ
ン軸５６が軸線方向に摺動可能に挿通されている。

【００２６】スプライン軸５６の下端には、自在継手４
１を介して研磨ヘッド４０が連接され、その上、下端部
は軸受４３，５３により回転可能に支持されている。

【００２７】下端部側の支持軸受４３は、防塵カバーを
兼用する蛇腹カバー５５により中空ケーシング４５の下
方に懸架されたベアリングカバー５７内に保持されてい
る。また、上端部側の支持軸受５３はスラスト荷重も支
持できる軸受であり、エアシリンダ３０のピストンロッ
ド３１の下方部にロードセル３２を介して取付けられた
中空円筒状のベアリングカバー５８内に保持されてい
る。

【００２８】エアシリンダ３０は、中空ケーシング４５
の上端部にピストンロッド３１がスプライン軸５６と同
軸線上にあるように固設されている。

【００２９】中空ケーシング４５の上方部内面には、光
学スケール５０が上下方向に向けて取付けられ、ピスト
ンロッド３１の下方部に取付けられたベアリングカバー
５８に、この光学スケール５０を読み取るための読み取
りヘッド５１が固設されている。

【００３０】このような構成からなる本実施例によれ
ば、研磨ヘッド４０は、スプライン軸５６、中空軸５２
を介してモータＭ３により回転駆動される。また、エア
シリンダ３０を作動し、ピストンロッド３１を上下動さ
せることにより、ベアリングカバー５８を介してスプラ
イン軸５６が直接上下動させられ、研磨ヘッド４０が昇
降する。その他の作用については、前記した実施例と同
様である。

【００３１】本実施例においては、研磨ヘッド４０を昇
降駆動するエアシリンダ３０を、研磨ヘッド４０の上方
部に直接連結したので、前記した実施例と比べ、エアシ
リンダ３０の必要駆動力を小さくすることができ、装置
を小型化することが可能である。また、アーム３４を上
下動させることなく、研磨ヘッド４０を直接昇降作動す
るので、昇降位置の制御が容易であり、研磨精度の向上
を図ることができる。

【００３２】さらにスプライン軸５６を防塵カバー５５
でカバーしたので、研磨作業中に微細粉がスプライン軸
５６の摺動部分に侵入することが防止されるとともに、
モータＭ３、その他回転、摺動部分から生ずる微細粉が
定盤１１上に落下することが防止される。

【００３３】前述した実施例においては、定盤１１と研
磨ヘッド４０の回転駆動用モータとしてビルトイン型の
モータＭ１，Ｍ３を用いた例を示したが、第１コラム２
０の旋回用のモータＭ２と同様に別体のモータを軸１
５，４２に直結しても同様の作用効果が得られる。ま
た、研磨ヘッド４０の昇降駆動部は、エアーシリンダ３
０に限らず、油圧式、電動式サーボモータ等の種々の駆
動装置を使用可能である。さらにまた、前述した実施例
はワークＷの表面（下面）のみを研磨する片面研磨装置
を示したが、本発明はこれに限らず、研磨ヘッド４０と
して上定盤を用いることにより両面研磨装置にも適用可
能である。

【００３４】図３及び図４は、本発明の第３の実施例を
示す図である。この実施例においては、研磨加工の終了
時に、研磨液受け内に残留した研磨液が乾燥固化して、
粉塵となって飛び散ることを防止する防止装置が設けら
れている。

【００３５】すなわち、研磨装置の下方フレーム１０の
外周側には、これを取り囲むように枠体６２が設置さ
れ、この枠体６２の上端部の定盤１１よりやや高い位置
に、リング状のテーブル６０が水平に固設されている。
そして、このテーブル６０の内周部に、定盤１１の外方
円周に沿って樋形状の研磨液受け６１が取り付けられて
いる。

【００３６】またテーブル６０の内周部には、定盤１１
の外方円周に沿って、多数の小孔６６の穿設された洗浄
水供給パイプ６５が配設され、洗浄水供給源（図示せ
ず）から供給された洗浄水６３が、研磨液受け６１内に
流出するようにされている。さらに、定盤１１の上面周
縁部には、下方に傾斜する案内片６４が取り付けられて
いる。また、研磨液受け６１の底部には、排出口（図示
せず）が設けられている。

【００３７】本実施例によれば、研磨加工が終了した
後、研磨液の流路を洗浄水供給流路に切替え、さらに、
洗浄水供給源から洗浄水をパイプ６５に供給する。

【００３８】これらの洗浄水は、研磨液受け２１の内面
に沿って流れ、研磨液受け２１の内面に付着または残留
している研磨液を洗い流し、排出口より排出すると共
に、その後も残留する若干の研磨液の乾燥を防止する。

【００３９】これにより、研磨加工終了後に研磨液が乾
燥して固化することが防止され、研磨液中に含まれてい
る研磨粉が粉塵となって舞い上ることがない。

【００４０】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、装置
が発生する塵埃を押えることができ、研磨中のワークを
この塵埃によって汚染することが極めて少なくなり、ま
た、大気中への塵埃の放出が少ないため、クリーンルー
ム内での使用も可能であり、さらに、振動の発生を押え
て高精度の研磨を行うことができる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す縦断面図。

【図２】本発明の第２の実施例を示す縦断面図。

【図３】本発明の第３の実施例を示す一部断面を含む側
面図。

【図４】第３の実施例の要部を示す部分拡大斜視図。

【符号の説明】

１１ 定盤 １８ ロータリエンコーダ ２０ 第１コラム ２５ ボールスプライン ２６ 第２コラム ３０ エアーシリンダ（昇降駆動部） ３２ ロードセル ３３ 連結筒 ３４ アーム ４０ 研磨ヘッド ４９ ロータリエンコーダ ５０，５１ 位置測定装置 ６１ 研磨液受け ６５ 洗浄水供給パイプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大 石 俊 夫 静岡県沼津市大岡2068の３ 東芝機械株式 会社沼津事業所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水平に配置された研磨用定盤と；この定盤
   を回転駆動する定盤回転駆動手段と；定盤の上方に定盤
   と対向して回転可能に配設された研磨ヘッドと；研磨ヘ
   ッドを回転可能に支持するアームと；前記研磨ヘッドを
   回転駆動する研磨ヘッド回転駆動手段と；前記研磨ヘッ
   ドを定盤に対し上下方向に昇降駆動する研磨ヘッド昇降
   手段と；前記アームを水平面内で旋回するアーム旋回手
   段と；からなり、前記定盤回転駆動手段及び研磨ヘッド
   回転手段は外周囲を密閉された状態で配設されている研
   磨装置。
2. 【請求項２】定盤回転駆動手段及び研磨ヘッド回転手段
   は、定盤及び研磨ヘッドにそれぞれ直結されたモータを
   備えている請求項１記載の研磨装置。
3. 【請求項３】直結されたモータはビルトイン型のモータ
   であることを特徴とする請求項２記載の研磨装置。
4. 【請求項４】アーム揺動手段は、定盤の側方に立設さ
   れ、定盤の回転軸線と平行な回転軸線まわりに回転可能
   に取付けられた第１コラムと、この第１コラムの外周に
   回転伝達可能に係合され前記アームを水平方向に保持す
   る第２コラムと、前記第１コラムを回転駆動する第１コ
   ラム回転駆動手段とからなる請求項１記載の研磨装置。
5. 【請求項５】第１コラム回転駆動手段は、第１コラムに
   直結されたモータを備えている請求項４記載の研磨装
   置。
6. 【請求項６】研磨ヘッド昇降手段は、研磨ヘッドの上方
   部に連接されている請求項１記載の研磨装置。
7. 【請求項７】研磨ヘッド昇降手段は、第１コラムの上方
   部に配設され、前記第２コラムを第１コラムに沿って昇
   降することを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
8. 【請求項８】定盤の外周下方位置には研磨液受け部材が
   配設され、この研磨液受け部材内に洗浄水が連続的に供
   給可能とされている請求項１記載の研磨装置。