JPH10286763A

JPH10286763A - 基板の研磨装置

Info

Publication number: JPH10286763A
Application number: JP11014897A
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: 1997-04-11
Filing date: 1997-04-11
Publication date: 1998-10-27

Abstract

(57)【要約】【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】研磨テーブル４８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並進円運動させる
駆動軸６８とを備え、前記駆動軸の軸方向所定位置に
は、周方向に取付位置を調整可能な少なくとも２つのバ
ランサ片８４，８６が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【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場合に好適
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。

【０００３】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つ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。

【０００４】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。

【０００５】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１
１６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１
０８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。

【０００６】この研磨装置は、自転するターンテーブル
１０２により研磨を行なうものであり、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
ろで研磨を行な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。

【０００７】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。

【０００８】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
の並進円運動を行な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なうので、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。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】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。

【００１０】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。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、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並進円運動させる駆動軸とを備
え、前記駆動軸の軸方向所定位置には、周方向に取付位
置を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基板の研磨装置である。

【００１２】このような基板の研磨装置においては、研
磨テーブルは、並進円運動を行なうので、研磨テーブル
の大きさを基本的に研磨対称の基板とほぼ同じに設定す
ることができる。また、駆動軸に作用するアンバランス
な荷重負荷は、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。

【００１３】請求項２に記載の発明は、前記駆動軸に
は、前記バランサ片を嵌装させる周方向溝が設けられて
いることを特徴とする請求項１記載の基板の研磨装置で
ある。これにより、バランサ片の脱落を確実に防止しつ
つ、このバランサ片を溝に沿って摺動させることによっ
て、この取付け位置を容易に調節することができる。

【００１４】請求項３に記載の発明は、前記バランサ片
は周方向に広がる扇状に形成さ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である。請求項４に記
載の発明は、前記バランサ片が駆動軸の軸方向複数の位
置に設けられていることを特徴とする請求項１記載の基
板の研磨装置である。

【００１５】

【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１
６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。

【００１６】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。

【００１７】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５
０の目立てを行うドレッシングヘッド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。

【００１８】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２６，３
６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。

【００１９】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２６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。

【００２０】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、この研磨ケーブルの上面
に、研磨板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。

【００２１】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，５８
ａが形成され、ここにはそれぞれベアリング６２，６４
を介して、偏心量 "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。

【００２２】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
心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の偏心量、即ちこの駆動ピン部６８ａの軸心Ｏ
₂ と駆動軸６８の軸心Ｏ₁ との距離も、２つの軸部４６
ａ，４６ｂの偏心量と同じ "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。

【００２３】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心量 "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、研磨板（研磨工具）５
０が固着されている。これらの部材間には研磨板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５
０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。

【００２４】更に、研磨ケーブル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の周縁部に取り付けられている。

【００２５】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 との偏心方
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。

【００２６】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８
８ａ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，８６ｂに達するねじ穴８４ｂ，８６
ｂが設けられている。そして、この凹溝８４ａ，８６ｂ
内に取付治具８８の屈曲部８８ａを嵌入させ、ねじ穴８
４ｂ，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。

【００２７】このような構成によって、バランサ片８
４，８６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９
２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。

【００２８】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り付けてお
く。そして、振動を検知しながら、２つのバランサ片８
４，８６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なう。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。

【００２９】

【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、研磨テーブルの大きさを基本的に研
磨対称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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る駆動装置を備えた研
磨装置を示す正面図である。

【図２】同じく、駆動装置の縦断正面図である。

【図３】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。

【図４】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。

【図５】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駆動装置１８プッシャ２４トップリングヘッド２６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

【特許請求の範囲】

【請求項１】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並進円運動させる駆動
軸とを備え、前記駆動軸の軸方向所定位置には、周方向に取付位置を
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基板の研磨装置。
【請求項２】前記駆動軸には、前記バランサ片を嵌装
させる周方向溝が設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。
【請求項３】前記バランサ片は周方向に広がる扇状に
形成さ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。
【請求項４】前記バランサ片が駆動軸の軸方向複数の
位置に設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。