JP7668151B2 - 研磨装置 - Google Patents

Description

本発明は、シリコンウェーハ等の板状のワークを研磨する研磨装置に関する。

従来、半導体ウェーハ等のＣＭＰ（化学的機械研磨：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）を行う研磨装置が知られている。この種の研磨装置として、上方で水平回転するワークを下方で水平回転する研磨布の上面に押し当てて、研磨液を供給しながら、ワークを研磨する装置が知られている。

例えば、特許文献１には、ウェーハ等の基板を研磨する研磨装置であって、基板を保持し回転させるトップリングと、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、研磨パッドに研磨液を供給する研磨液供給機構と、を備える研磨装置が開示されている。

同文献に開示された研磨装置では、基板を支持するトップリングは、トップリングシャフトに接続されており、このトップリングシャフトは、トップリングヘッドに対して上下動自在に設けられている。トップリングヘッドは、フレームに回転可能に支持されたトップリングヘッドシャフトによって片持ち支持されている。

また例えば、特許文献２には、上面に研磨布が貼付され、水平面内で回転する定盤と、定盤の上方に上下動自在、且つ水平面内で回転自在に配置され、定盤との間で、下面にワークが保持されたキャリアプレートを挟み、ワークを定盤面に押圧するトップリングと、を具備するワーク研磨装置が開示されている。

同文献に開示されたワーク研磨装置では、トップリングは、その上端に回転軸が立設され、この回転軸が、装置本体の上盤を貫通して上下動する筒体内に回転自在に支持されている。また、この筒体の上端が枠体に固定され、この枠体がシリンダ装置によって上下動されることによって、トップリングは枠体と共に上下動するようになっている。そして、枠体の一端部は、ガイド棒によって上下動がガイドされている。

特開２０１４－４６７５号公報 特開２０１４－６４７号公報

しかしながら、従来技術の研磨装置は、より高精度な研磨加工を実現するために改善すべき点があった。
具体的には、特許文献１に開示された従来技術のように、ワークを支持するトップリングをトップリングヘッドシャフトで片持ちする構成では、ワークに対する押圧力によってトップリングシャフト及びそれによって支持されているワークが僅かに傾き、高精度な加工が難しくなるという問題点があった。

同文献には、局所荷重付与機構を設けてワークを保持するリテーナリングに対して局所的な荷重を与えることによりリテーナリングの傾きを制御する構成が開示されている。しかしながら、そのような局所荷重付与機構を設ける構成は、その制御が容易ではなく、リテーナリングの傾きを制御するための高精度な制御装置を設けることが求められる。複雑な構成の局所荷重付与機構及びその制御装置を設ける必要があるので、研磨装置の生産性の観点からも改善が求められる。

また、特許文献２に開示された従来技術のように、トップリングと共に上下動する枠体の一端部がガイド棒によってガイドされている構成においても、トップリングが僅かに傾く恐れがある。

特に近年、シリコンウェーハ等のワークの更なる大型化、薄層化及び高精密な平坦化が要求されている。これに対応できるよう、研削装置には、傾きの小さい高剛性なワーク保持機構が求められている。しかしながら、従来技術の研削装置では、ワークの傾きを抑える高剛性なワーク支持が難しかった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ワークの傾きが小さい高剛性なワーク保持機構を有し、板状のワークを精密に研磨することが可能な研磨装置を提供することにある。

本発明の研磨装置は、水平回転する板状のワークを水平回転する研磨布の上面に押し当てて前記ワークを研磨する研磨装置であって、上面に前記研磨布を保持して水平回転するテーブルと、前記テーブルの上方に設けられ前記ワークを保持して水平回転するチャックと、前記チャックを水平回転自在に支持するチャック支持部と、前記チャック支持部を介して対向配置され前記チャック支持部を上下動自在に支持する複数のガイド機構と、前記チャック支持部を上下方向に送る送り機構と、を有し、少なくとも１つの前記ガイド機構には、前記チャック支持部を支持する上下一対のガイドが設けられており、前記送り機構は、前記チャック支持部を上下方向に送る動力を前記チャックの回転軸と同心位置となる前記チャック支持部の上部に伝達するよう前記チャック支持部の上方に設けられていることを特徴とする。

本発明の研磨装置によれば、上面に研磨布を保持して水平回転するテーブルと、テーブルの上方に設けられワークを保持して水平回転するチャックと、チャックを水平回転自在に支持するチャック支持部と、を有する研磨装置であって、チャック支持部を介して対向配置されチャック支持部を上下動自在に支持する複数のガイド機構を備えている。このような構成により、ガイド機構でチャック支持部の傾きを抑制することができる。よって、ワークの傾きを抑えて高精度な研磨加工を実行することができる。

また、少なくとも１つのガイド機構には、チャック支持部を支持する上下一対のガイドが設けられている。これにより、ガイド機構の上部にある上ガイドでチャック支持部の上部の水平移動を抑え、且つ、ガイド機構の下部にある下ガイドでチャック支持部の下部の水平移動を抑えることができる。よって、大きな力が加えられた場合でもチャック支持部が傾かないように好適に支持することができる。

また、本発明の研磨装置によれば、前記ガイドは、上下方向に延在するレールと、前記レールに相対移動可能に支持されるブロックと、を有しても良い。これにより、チャック及びチャック支持部が上下方向に移動する際、ガイドとチャック支持部との摩擦抵抗が小さく、且つ、チャック及びチャック支持部の傾きを好適に抑えることができる。よって、効率の良い高精度な研磨加工が実現する。

また、本発明の研磨装置によれば、前記ブロックは、前記チャック支持部に固定されても良い。即ち、ブロックがチャック支持部に固定され、ブロックの移動をガイドするレールがガイドスタンド等を介してコラムに固定されていても良い。このような構成により、チャックの傾きを好適に抑制することができると共に、チャックを支持する上下動自在な構成部材の高さ寸法が小さくなり好適な送り動作が可能となる。

また、本発明の研磨装置によれば、前記ブロックには、前記レールに接触して転動する転動体が設けられても良い。これにより、上下方向への送り抵抗が小さく且つワークの傾きが小さい好適な研磨加工が行われる。

また、本発明の研磨装置によれば、前記ガイド機構は、４本形成されても良い。即ち、ガイド機構は、チャックの回転軸と略並行な上下方向に延在する４本の軸に形成され、各ガイド機構には、上下一対のガイドが形成されている。このような構成により、ワークの傾きを小さく抑えた精密な研磨加工を行うことができる。

本発明の実施形態に係る研磨装置の概略構成を示す正面図である。 本発明の実施形態に係る研磨装置の概略構成を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る研磨装置のガイドを示す斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る研磨装置の概略構成を示す正面図である。 本発明の他の実施形態に係る研磨装置の概略構成を示す平面図である。 本発明の他の実施形態に係る研磨装置のスピンドルケースを示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態に係る研磨装置を図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る研磨装置１の概略構成を示す正面図である。
図１を参照して、研磨装置１は、半導体ウェーハ等の板状のワークＷを研磨する装置である。具体的には、研磨装置１は、半導体ウェーハ等のワークＷに対してＣＭＰ加工等のポリッシング加工を行うポリッシュ装置である。

研磨装置１は、上面に研磨布５を保持して水平回転するテーブル２と、テーブル２の上方に設けられワークＷを保持して水平回転するチャック３と、チャック３を水平回転自在に支持するチャック支持部１４と、チャック支持部１４を上下動自在に支持する複数のガイド機構２０と、を有する。

テーブル２は、ワークＷに摺接してワークＷを研磨する研磨布５を保持するものである。詳しくは、テーブル２の上面に研磨布５が保持される。テーブル２は、図示しない例えばモータ等の駆動装置によって駆動されて、研磨布５と共に、略水平に回転する。

チャック３は、研磨対象である板状のワークＷを吸着保持するものである。なお、チャック３には、研磨加工時にワークＷを押圧して研磨布５に押し付けるための図示しないエアバッグ等が設けられても良い。チャック３は、コラム４によって水平回転自在に保持され、テーブル２の上方に設けられている。

具体的には、チャック３は、チャック支持部１４によって水平回転自在に支持されている。チャック支持部１４は、ガイド機構２０を介してコラム４のガイドスタンド１３に、上下動自在に支持されている。

ガイドスタンド１３は、その下方にあるコラム４のアッパープレート１２に固定され支持されており、アッパープレート１２は、コラム４の支柱１１の上部に固定されている。
チャック支持部１４を構成するスピンドルケース１５の内部には、チャック３を回転させる駆動源である図示しないモータ等が配設されても良い。

ガイド機構２０は、チャック支持部１４を上下動自在に支持する機構である。ガイド機構２０は、チャック支持部１４の上下方向への移動をガイドし、チャック支持部１４が水平方向へ移動して傾くことを抑えている。即ち、ガイド機構２０でチャック支持部１４の傾きを抑制することができ、ワークＷの傾きを抑えて高精度な研磨加工を実行することができる。

ガイド機構２０は、複数設けられ、チャック支持部１４を介して対向配置されている。具体的には、ガイド機構２０は、チャック支持部１４の水平方向両側、即ちチャック支持部１４の左右両側に、チャック支持部１４を挟むように対向配置されている。

ガイド機構２０には、上下一対のガイド２１が設けられている。即ち、ガイド機構２０には、上部に上ガイド２２が設けられ、下部に下ガイド２３が設けられている。

上ガイド２２及び下ガイド２３は、チャック支持部１４の水平方向の移動を抑え、チャック支持部１４を上下動自在に支持し、チャック支持部１４の上下方向への移動をガイドする部材である。

ガイド機構２０の上部にある上ガイド２２でチャック支持部１４の上部の水平移動が抑えられ、且つ、ガイド機構２０の下部にある下ガイド２３でチャック支持部１４の下部の水平移動が抑えられる。よって、大きな力が加えられた場合でもチャック支持部１４が傾かないように好適に支持することができる。

また、図示を省略するが、研磨装置１は、研磨布５に研磨液、即ちスラリー、を供給する研磨液供給装置を備えている。ワークＷの研磨を行う際には、研磨液供給装置から研磨布５の表面に、砥粒を含む研磨液が供給される。これにより、ワークＷに対して遊離砥粒方式の加工が行われる。

また、研磨装置１は、チャック３を上下方向に送る送り機構３０を有する。送り機構３０は、例えば、上下送り駆動手段としてのモータ３１と、モータ３１の動力によって回転するボールねじナット３３と、ボールねじナット３３の回転によってチャック支持部１４を上下方向に送るボールねじ３２と、を有する。また、コラム４のガイドスタンド１３には、ボールねじ３２を回動自在に支持する軸受が設けられても良い。

モータ３１は、例えば、コラム４のガイドスタンド１３に設けられている。モータ３１の回転動力は、例えば、モータ３１及びボールねじナット３３に設けられたプーリ３５、３６及びベルト３７等の動力伝達手段によって伝達される。具体的には、モータ３１の出力軸にはプーリ３５が設けられており、ボールねじナット３３の上端近傍にはプーリ３６が設けられている。そして、プーリ３５及びプーリ３６には、動力を伝達するベルト３７が掛けられている。

送り機構３０のボールねじナット３３に螺合するボールねじ３２は、チャック支持部１４に設けられている。具体的には、ボールねじ３２は、チャック支持部１４の上部に、チャック支持部１４と同軸に上下動するよう固定されている。

このような構成により、チャック支持部１４の傾きを抑えつつ、チャック支持部１４を上下方向に送る動力を送り機構３０からチャック支持部１４に伝達することができる。よって、チャック３に対して、傾きを抑えた上下方向への好適な送りが可能となる。

なお、送り機構３０は、電動のモータ３１及びボールねじ３２による構成に限定されるものではなく、例えば、空気圧を利用するエアシリンダ、油圧を利用する油圧シリンダ等、その他の駆動手段でも良い。

図２は、研磨装置１の概略構成を示す平面図である。
図１及び図２を参照して、前述のとおり、送り機構３０は、チャック支持部の上方に、ボールねじ３２がチャック支持部１４と同心位置になるよう設けられている。即ち、ボールねじ３２は、チャック３の回転軸と同じ回転軸を中心として上下動する。これにより、チャック支持部１４の傾きを抑え、剛性を高めることができる。

なお、送り機構３０は、チャック支持部１４の水平方向両側、即ちチャック支持部１４の左右両側、に対向配置されるよう一対設けられても良い。送り機構３０がチャック支持部１４を挟むよう一対設けられることにより、チャック支持部１４に両側から上下方向の力を加えることができる。このような構成によっても、送り機構３０がチャック支持部１４の片側のみに配置される構成に比べ、チャック支持部１４の傾きを抑えて大型のワークＷを上下方向に効率良く送ることができる。

ガイド機構２０は、４本設けられている。即ち、ガイド機構２０は、チャック３の回転軸と略平行な上下方向に延在する４本の軸に形成されている。詳しくは、ガイド機構２０は、チャック支持部１４の右側２箇所及び左側２箇所、計４箇所に配置されている。

前述のとおり、４本のガイド機構２０は、チャック支持部１４を挟んで対向配置されている。詳しくは、左右各２本設けられたガイド機構２０は、チャック３及びチャック支持部１４の回転軸から前方及び後方にオフセットした位置において左右のガイド機構２０が対向するよう配置されている。換言すれば、４本の軸に形成されたガイド機構２０は、チャック３及びチャック支持部１４の回転中心を基準として、前後略対称且つ左右略対称となる４つの位置に配置されている。

そして、４本の軸に形成された各ガイド機構２０は、前述のとおり、上下一対のガイド２１が形成されている（図１参照）。即ち、４本のガイド機構２０には、それぞれ２つのガイド２１が形成され、全体で８つのガイド２１が形成されている。このような構成により、ワークＷの傾きを小さく抑えた精密な研磨加工を行うことができる。

図３は、研磨装置１のガイド２１を示す斜視図である。
図３に示すように、ガイド２１は、チャック支持部１４の上下動をガイドするリニアガイドであり、上下方向に延在するレール２４と、レール２４に相対移動可能に支持されるブロック２５と、を有する。ブロック２５は、レール２４によってガイドされ上下方向に相対移動可能である。

図１ないし図３を参照して、このような構成により、チャック３及びチャック支持部１４が上下方向に移動する際、ガイド２１の摩擦抵抗が小さく効率的な移動が可能となる。また、チャック３及びチャック支持部１４の傾きを好適に抑えることができる。よって、効率の良い高精度な研磨加工が実現する。

本実施形態では、ブロック２５は、チャック支持部１４に固定され、ブロック２５の移動をガイドするレール２４は、ガイドスタンド１３等を介してコラム４に固定されている。このような構成により、チャック３の傾きを好適に抑制することができると共に、チャック３を支持するチャック支持部１４等の上下動自在な構成部材の高さ寸法が小さくなり好適な送り動作が可能となる。

なお、上記の本実施形態とは逆に、ブロック２５がガイドスタンド１３等を介してコラム４に固定され、ブロック２５をガイドするレール２４がチャック支持部１４に固定される構成が採用されても良い。

また、ブロック２５には、レール２４のガイド溝等に接触して転動する図示しないボール等の転動体が設けられても良い。ブロック２５がボール等の転がりを利用することにより、上下方向への送り抵抗が小さく且つワークＷの傾きが小さい好適な研磨加工が行われる。なお、ブロック２５は、転動体を有しない、摺動を利用するリニアガイドであっても良い。

また、レール２４は、１本のレール２４で、ガイド機構２０の上部に設けられた上ガイド２２と、ガイド機構２０の下部に設けられた下ガイド２３と、をガイドするよう形成されても良い。即ち、上下一対のブロック２５は、共通する１本のレール２４にガイドされ送られても良い。

次に、図４ないし図６を参照して、実施形態を変形した例として、研磨装置１０１について詳細に説明する。なお、既に説明した実施形態と同一若しくは同様の作用、効果を奏する構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

図４は、本発明の他の実施形態に係る研磨装置１０１の概略構成を示す正面図である。
図４を参照して、研磨装置１０１では、チャック支持部１４を上下方向に送る送り機構３０がチャック支持部１４の側方に１つ設けられている。即ち、送り機構３０は、チャック支持部１４を構成するスピンドルケース１１５の側部に設けられている。

なお、チャック支持部１４を上下に送る駆動源としてのモータ３１は、図１に示すプーリ３５、３６及びベルト３７等の動力伝達手段を介さずに、ボールねじ３２に接続されても良い。また、ボールねじ３２は、図１に示す形態と同様に、チャック支持部１４と同軸に設けられても良い。これにより、チャック支持部１４の傾きを抑えて剛性を高めることができる。また、前述のとおり、送り機構３０は、電動のモータ３１及びボールねじ３２による構成に限定されるものではなく、例えば、エアシリンダ、油圧シリンダ、その他の駆動手段でも良い。

ガイド２１は、転動体としての図示しないローラを有するリニアガイドである。ブロック２５としてのスライダには、図示しないリテーナに保持され図示しない軌道台の外周を無限循環運動する複数の杵形のローラが設けられている。このような構成のガイド２１により、上下方向への送り抵抗が小さく且つワークＷの傾きが小さい好適な研磨加工が可能となる。なお、ガイド２１として、その他形式のリニアガイドが用いられても良い。

図５は、研磨装置１０１の概略構成を示す平面図である。
図５に示すように、ガイド機構２０は、４箇所に設けられている。具体的には、ガイド機構２０は、ガイドスタンド１３の外側部近傍に、チャック３の回転軸を中心として９０度間隔で配置されている。

図６は、研磨装置１０１のスピンドルケース１１５を示す斜視図である。
図６に示すように、チャック支持部１４を構成するスピンドルケース１１５は、略八角筒状に形成されている。即ち、スピンドルケース１１５は、上面視で略八角形状である。

図４ないし図６を参照して、ガイド機構２０は、チャック３の回転軸と略平行に、上下方向に延在する４本の軸に形成されている。具体的には、スピンドルケース１１５は、略八角筒状に形成されており、ガイド機構２０は、スピンドルケース１１５の外側部近傍にチャック３の回転軸を中心として対向するよう設けられている。即ち、４本のガイド機構２０がチャック３の回転軸を中心として対向配置されている。

４本の軸に形成された各ガイド機構２０には、上下一対のガイド２１が形成されている。即ち、４本のガイド機構２０には、それぞれ２つのガイド２１が形成され、全体として８つのガイド２１がある。このような構成により、ワークＷの傾きを小さく抑えた精密な研磨加工を行うことができる。

本実施形態では、ブロック２５は、ガイドスタンド１３等を介してコラム４に固定され、ブロック２５の移動をガイドするレールとしてのガイド面１２４は、チャック支持部１４のスピンドルケース１１５に形成されている。なお、上記の構成とは逆に、ブロック２５がスピンドルケース１１５に固定され、ブロック２５をガイドするレールとしてのガイド面１２４がガイドスタンド１３等に形成されコラム４に固定される構成が採用されても良い。

また、１つのガイド面１２４で、ガイド機構２０の上部に設けられた上ガイド２２と、ガイド機構２０の下部に設けられた下ガイド２３と、をガイドする構成が採用されても良い。即ち、上下一対のブロック２５は、共通する１つのガイド面１２４にガイドされ送られても良い。

以上説明の如く、本実施形態に係る研磨装置１、１０１は、ガイド機構２０でチャック３の傾きを抑制することができる。よって、大きな力が加えられた場合でもワークＷの傾きを抑えて高精度な研磨加工を行うことができる。

以上、本実施形態では、上ガイド２２と下ガイド２３の２つのガイド２１を有するガイド機構２０が４軸設けられ、全体として８つのガイド２１が設けられる構成について説明したが、ガイド２１の数や配置はこれに限定されるものではない。

例えば、全体として３軸以上のガイド機構２０が設けられる構成であれば、チャック３の傾きを抑制する効果が得られる。また、上ガイド２２と下ガイド２３の２つのガイド２１を有するガイド機構２０に代えて、１つのガイド２１を有するガイド機構２０が用いられても良い。

また、スピンドルケース１１５の形状は、八角筒状に限定されず、所定のガイド機構２０を取り付ける部分を設けることができれば、略円筒状、略３角筒状、略４角筒状、その他角筒状等であっても良い。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更実施が可能である。

１、１０１ 研磨装置
２ テーブル
３ チャック
４ コラム
５ 研磨布
１１ 支柱
１２ アッパープレート
１３ ガイドスタンド
１４ チャック支持部
１５、１１５ スピンドルケース
２０ ガイド機構
２１ ガイド
２２ 上ガイド
２３ 下ガイド
２４ レール
２５ ブロック
３０ 送り機構
３１ モータ
３２ ボールねじ
３３ ボールねじナット
３５ プーリ
３６ プーリ
３７ ベルト
１２４ ガイド面
Ｗ ワーク

Claims (5)

1. 水平回転する板状のワークを水平回転する研磨布の上面に押し当てて前記ワークを研磨する研磨装置であって、
   上面に前記研磨布を保持して水平回転するテーブルと、
   前記テーブルの上方に設けられ前記ワークを保持して水平回転するチャックと、
   前記チャックを水平回転自在に支持するチャック支持部と、
   前記チャック支持部を介して対向配置され前記チャック支持部を上下動自在に支持する複数のガイド機構と、
   前記チャック支持部を上下方向に送る送り機構と、を有し、
   少なくとも１つの前記ガイド機構には、前記チャック支持部を支持する上下一対のガイドが設けられており、
   前記送り機構は、前記チャック支持部を上下方向に送る動力を前記チャックの回転軸と同心位置となる前記チャック支持部の上部に伝達するよう前記チャック支持部の上方に設けられていることを特徴とする研磨装置。
2. 前記ガイドは、上下方向に延在するレールと、前記レールに相対移動可能に支持されるブロックと、を有することを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
3. 前記ブロックは、前記チャック支持部に固定されていることを特徴とする請求項２に記載の研磨装置。
4. 前記ブロックには、前記レールに接触して転動する転動体が設けられていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の研磨装置。
5. 前記ガイド機構は、４本形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の研磨装置。

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