(57)【要約】【課題】研磨テーブルが円軌道に沿って並進運動した場合に、これに接続される液供給配管が傷つかないようにした研磨装置を提供する。【解決手段】研磨装置は、研磨面１６ａを有し、円軌道に沿って並進運動をする研磨テーブル１０と、基板Ｗを研磨面１６ａに押し付けるトップリング２８と、研磨テーブル１０に連結された駆動軸２０と、駆動軸２０の内部を延びる保護パイプ６５と、保護パイプ６５の内部を延び、研磨テーブル１０の下面に接続された液供給配管６０，６１と、保護パイプ６５内で液供給配管６０，６１を支持する支持部材６８とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨面を有し、円軌道に沿って並進運動をする研磨テーブルと、
基板を前記研磨面に押し付けるトップリングと、
前記研磨テーブルに連結された駆動軸と、
前記駆動軸の内部を延びる保護パイプと、
前記保護パイプの内部を延び、前記研磨テーブルの下面に接続された液供給配管と、
前記保護パイプ内で前記液供給配管を支持する支持部材とを備えることを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記支持部材は、前記保護パイプの上端部に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項３】
前記支持部材は、弾性材から構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の研磨装置。
【請求項４】
前記保護パイプの内面には、内側に突出する上側係合突起が設けられ、
前記支持部材の外面には、外側に突出する下側係合突起が設けられ、
前記上側係合突起と前記下側係合突起とが、前記保護パイプの長手方向で係合していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハ等の基板の表面を研磨する研磨装置に関し、特に、円軌道に沿って並進運動する研磨テーブルを備えた研磨装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
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より微細化しつつある。高集積デバイスの製造工程では、ウェハの表面を平坦化するために化学機械研磨（ＣＭＰ）技術が広く使用されている。化学機械研磨は、研磨面上にスラリーを供給しながら、ウェハを研磨面に摺接することにより行われる。ウェハの表面は、スラリーの化学的作用とスラリーに含まれる砥粒の機械的作用とにより研磨される。
【０００３】
化学機械研磨を行う研磨装置の一例として、研磨テーブルが円軌道に沿って並進運動（スクロール運動）を行う研磨装置（以下、スクロール式研磨装置という）がある（特許文献１および特許文献２参照）。このスクロール式研磨装置は、研磨テーブルの研磨面上の各点が同じ運動を行うので、研磨テーブルを小さくできるという利点がある。したがって、研磨装置全体が小型化でき、占有床面積の減少によるコスト低下を図ることができる。
【０００４】
このスクロール式研磨装置では、ウェハの研磨時に用いられるスラリーや研磨テーブルを洗浄する際に用いられる純水などの各種液体を、研磨テーブルの研磨面に供給する必要がある。そのために、スラリーや純水用の液供給配管が研磨テーブルの裏面（下面）に接続されている（特許文献１参照）。
【０００５】
研磨テーブルが円軌道に沿って並進運動すると、研磨テーブルに接続されている液供給配管が研磨テーブルと一緒に揺動する。液供給配管は研磨装置の内部を延びているため、揺動する液供給配管がその周囲の他の部材と接触するおそれがある。そこで、このような接触を防止するために、研磨テーブルの下方には液供給配管を囲むように保護パイプが設けられている。
【０００６】
しかしながら、このように保護パイプ内に液供給配管を配置したとしても、研磨テーブルの並進運動に伴って、液供給配管が保護パイプ内で揺動することには変わりがない。このため、液供給配管が保護パイプと接触して、擦れあう場合があった。このように液供給配管と保護パイプとが擦れ合うと、液供給配管が傷つくという問題が発生する。液供給配管が傷つくと、液供給配管を交換するなどのメンテナンスを行う必要があり、メンテナンスコストおよび装置稼働コストなどの点で不利益である。
【０００７】
さらに、液供給配管が傷ついた状態で放置されると、傷が増大して液供給配管に亀裂が入り、当該亀裂部分から液体が漏れ出すことも考えられる。このような液体漏洩が発生すれば、研磨装置の正常運転が維持できなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３７５３５６９号公報
【特許文献２】特許第４０３０２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、研磨テーブルが円軌道に沿って並進運動した場合に、これに接続される液供給配管が傷つかないようにした研磨装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の一態様は、研磨面を有し、円軌道に沿って並進運動をする研磨テーブルと、基板を前記研磨面に押し付けるトップリングと、前記研磨テーブルに連結された駆動軸と、前記駆動軸の内部を延びる保護パイプと、前記保護パイプの内部を延び、前記研磨テーブルの下面に接続された液供給配管と、前記保護パイプ内で前記液供給配管を支持する支持部材とを備えることを特徴とする研磨装置である。
【００１１】
液供給配管は支持部材により支持されるので、研磨テーブルが円軌道に沿って並進運動しても、保護パイプと液供給配管とが擦れ合うことがない。その結果、液供給配管が傷つくことを防止することができる。
【００１２】
本発明の好ましい一態様において、前記支持部材は、前記保護パイプの上端部に取り付けられることを特徴とする。
保護パイプの上端部に取り付けられた支持部材は、揺動する液供給配管が保護パイプの上端部に擦れ合うことを防止することができる。さらに、この構成は、支持部材の保護パイプへの取り付けを容易にすることができる。
【００１３】
本発明の好ましい一態様において、前記支持部材は、弾性材から構成されていることを特徴とする。
弾性材から構成された支持部材は、液供給配管へのダメージを低減することができる。
【００１４】
本発明の好ましい一態様において、前記保護パイプの内面には、内側に突出する上側係合突起が設けられ、前記支持部材の外面には、外側に突出する下側係合突起が設けられ、前記上側係合突起と前記下側係合突起とが、前記保護パイプの長手方向で係合していることを特徴とする。
前記上側係合突起と前記下側係合突起との係合により、研磨テーブルの並進運動の際に、液供給配管が揺動しても、支持部材が保護パイプから外れてしまうことが防止される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、保護パイプ内で液供給配管が支持部材により支持されるので、研磨テーブルが並進運動しても、液供給配管と保護パイプとが擦れ合うことがない。その結果、液供給配管が傷つくことを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る研磨装置を備えた基板処理装置を示す概略平面図である。
【図２】研磨装置の要部を示す模式斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る研磨装置の縦断面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】支持機構を示す拡大図である。
【図６】支持部材および保護パイプの縦断面図である。
【図７】支持部材および保護パイプを上方から眺めた平面図である。
【図８】支持部材の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る研磨装置を備えた基板処理装置を示す概略平面図である。図２は、研磨装置の要部を示す模式斜視図である。図１に示すように、基板処理装置は、全体が長方形をなす床Ｆの一端側に研磨装置２が配置され、他端側には、基板収納用カセット４ａ，４ｂが載置されるロード・アンロードユニット４が設けられている。研磨装置２とロード・アンロードユニット４との間には、２台の搬送ロボット６ａ，６ｂを有する搬送部６と洗浄機８ａ，８ｂおよび反転機８ｃが配置されている。
【００１８】
研磨装置２は、研磨テーブル１０と、この研磨テーブル１０の側方に配置されたトップリングユニット１２とを備えている。研磨テーブル１０の側方には、搬送ロボット６ｂとトップリングユニット１２との間での基板の授受を仲介するプッシャ１５が設置されている。
【００１９】
図２に示されるように、トップリングユニット１２は略円盤状のトップリング２８を備えている。このトップリング２８は、トップリングカバー２４の内部のトップリングヘッド（図示せず）から垂下するトップリングシャフト２６の下端に取付けられている。トップリング２８は、基板を吸着保持しつつ該基板を研磨面１６ａに所定の力で押し付けるようになっている。トップリングカバー２４の内部には、図示しないモータ、揺動アーム、および上下動シリンダが配置される。揺動アームの基端は上下方向に延びる回転自在な支柱３０の上端に連結されているとともに、この揺動アームの自由端にトップリングシャフト２６が上下動および回転自在に支承されている。この構成において、支柱３０の回転によって揺動アームがトップリングカバー２４と共に水平に揺動する。そして、モータの駆動および上下動シリンダの作動に伴って、トップリングシャフト２６とトップリング２８とが一体となって回転および上下動するようになっている。
【００２０】
図３に示されるように、研磨テーブル１０は、基台テーブル１１と、該基台テーブル１１の上に固定されたバフテーブル１６とを備えている。バフテーブル１６は図示しないねじにより着脱可能に基台テーブル１１に固定されている。バフテーブル１６の上面に平坦な研磨面１６ａが形成されている。基台テーブル１１とバフテーブル１６との間には、研磨面１６ａに供給されるスラリーや純水を一時的に貯留する液溜まり部７５が形成されている。液溜まり部７５は、円板状の空間として構成されている。バフテーブル１６には、研磨面１６ａとこの液溜まり部７５とを連通する複数の微小孔７６が形成されている。これら微小孔７６は、研磨面１６ａの全面にほぼ均一に分散配置されている。
【００２１】
液溜まり部７５に連通するスラリー供給ポート７０が基台テーブル１１の下面（裏面）に設けられており、スラリー供給配管６０がこのスラリー供給ポート７０に連結されている。このような構成で、スラリーは、スラリー供給配管６０、スラリー供給ポート７０、液溜まり部７５、および微小孔７６をこの順に通って研磨面１６ａに供給される。同様に、液溜まり部７５に連通する純水供給ポート７１が基台テーブル１１の下面（裏面）に設けられており、純水供給配管６１がこの純水供給ポート７１に連結されている。純水は、純水供給配管６１、純水供給ポート７１、液溜まり部７５、および微小孔７６をこの順に通って研磨面１６ａに供給される。
【００２２】
なお、バフテーブル１６の代わりに、砥石（固定砥粒）を設けることもできる。砥石は、バインダによって砥粒が分散した状態で結合して構成され、研磨の進行に伴ってバインダから砥粒が遊離するようになっている。バフテーブル１６と同様に、砥石にも上下面を貫通する複数の微小孔が形成される。砥石の研磨面で発生する摩擦熱を除去し、研磨屑を除去し、さらに砥粒の遊離を促進するために、研磨液（例えば純水）が上述した経路を通って微小孔から研磨面に供給される。
【００２３】
次に、研磨テーブル１０が、駆動軸２０の回転に伴って円軌道に沿って並進運動（スクロール運動）をする構成について、図３を用いて説明する。図３に示されるように、研磨テーブル１０に連結された駆動軸２０と、この駆動軸２０に回転駆動力を伝えるモータ１８が研磨テーブル１０の下方に設けられている。駆動軸２０は、モータ１８を挟んで、上下に配置される第一軸受３０と第二軸受３１とで回転可能に支持されている。モータ１８は、モータステータ１８ａおよびモータロータ１８ｂを有している。モータステータ１８ａは架台４０に固定され、モータロータ１８ｂは駆動軸２０に固定されている。モータステータ１８ａに通電することによりモータロータ１８ｂが回転し、駆動軸２０は第一軸受３０と第二軸受３１とで支持されながらモータロータ１８ｂと一体に回転するようになっている。
【００２４】
駆動軸２０は、その上端に上部フランジ２０ａを有しており、この上部フランジ２０ａに、駆動軸２０の軸心から偏心量“ｅ”だけ偏心した偏心ロータ３５が固定されている。偏心ロータ３５の上部は偏心軸受３７により回転自在に支持されており、偏心軸受３７は研磨テーブル１０の基台テーブル１１に固定されている。図４に示すように、研磨テーブル１０の基台テーブル１１、偏心軸受３７、および偏心ロータ３５は同心状に配置されているが、これら研磨テーブル１０、偏心軸受３７、および偏心ロータ３５は、駆動軸２０の軸心から偏心量“ｅ”だけ偏心している。したがって、駆動軸２０がその軸心まわりに回転すると、偏心ロータ３５は駆動軸２０の軸心まわりを偏心回転運動する。偏心ロータ３５の偏心回転運動は偏心軸受３７を介して研磨テーブル１０に伝達され、これにより研磨テーブル１０が円軌道に沿って並進運動する。
【００２５】
研磨テーブル１０の下面（すなわち基台テーブル１１の下面）には、その周方向に沿って３つ以上（図示した例では３つ）の支持機構５０が設けられている。図５に示すように、各支持機構５０は、基台テーブル１１の下面に固定された上側軸受５１と、架台４０の上端に固定された下側軸受５２と、これら上側軸受５１および下側軸受５２に回転自在に支持された偏心軸５３とを備えている。偏心軸５３は偏心量“ｅ”だけずれた２つの軸部５４，５５を有しており、上側の軸部５４が上側軸受５１に回転自在に支持され、下側の軸部５５が下側軸受５２に回転自在に支持されている。このように構成された複数の支持機構５０は、研磨テーブル１０の偏心回転運動を許容しつつ、研磨テーブル１０を水平に支持することができる。
【００２６】
駆動軸２０の回転により、偏心量“ｅ”で偏心ロータ３５が回転すると、研磨テーブル１０は偏心量“ｅ”を半径とした円軌道に沿って並進運動（スクロール運動）を行う。ここで、研磨面１６ａの直径をｄ１とし、研磨対象物である基板Ｗの直径をｄ２とすると、研磨面１６ａの直径ｄ１は、基板Ｗの直径ｄ２に偏心量“ｅ”の２倍（スクロール直径）を加えた値より大きく設定されており（ｄ１＞ｄ２＋２ｅ）、基板Ｗの全面を研磨できるようになっている。
【００２７】
上記したスラリー供給配管６０および純水供給配管６１は、中空軸として構成された駆動軸２０と、同様に中空軸として構成された偏心ロータ３５の内部空間を通って、基台テーブル１１の裏面に接続されている。
【００２８】
図３に示すスクロール式研磨装置において、研磨テーブル１０が円軌道に沿って並進運動を行うと、これに接続されているスラリー供給配管６０および純水供給配管６１もまた揺動する。したがって、スラリー供給配管６０および純水供給配管６１は、自身の揺動を許容するフレキシブルチューブから構成される。例えば、スラリー供給配管６０および純水供給配管６１として、ＰＦＡ（フッ素樹脂）チューブが用いられてもよい。
【００２９】
図３に示すように、これらスラリー供給配管６０および純水供給配管６１は、中空軸として構成された駆動軸２０の内部空間を通って延びている。揺動するスラリー供給配管６０および純水供給配管６１が駆動軸２０の内面に接触しないように、保護パイプ（保護カバー）６５が駆動軸２０の内部空間に配置されている。この保護パイプ６５は駆動軸２０と同心状に配置され、駆動軸２０内を延びている。スラリー供給配管６０および純水供給配管６１は、この保護パイプ６５内を通って延びている。
【００３０】
さらに、図６乃至図８に示すように、揺動するスラリー供給配管６０および純水供給配管６１が保護パイプ６５に接触することを防止するために、スラリー供給配管６０および純水供給配管６１を支持する支持部材（支持キャップまたは支持プラグ）６８が保護パイプ６５内に挿入されている。支持部材６８は、円柱部６８ａと、その上端に接続されたフランジ部６８ｂとを備えている。図６に示すように、円柱部６８ａは、フランジ部６８ｂが保護パイプ６５の上端に当接するまで、保護パイプ６５に嵌め込まれる。
【００３１】
支持部材６８は、液供給配管６０，６１の直径よりも若干大きい直径を有する貫通孔７３，７４を有している。これらの貫通孔７３，７４は、駆動軸２０に沿って（すなわち鉛直方向に）延びている。スラリー供給配管６０および純水供給配管６１が貫通孔７３，７４にそれぞれ挿入されることにより、これらスラリー供給配管６０および純水供給配管６１が支持部材６８に支持される。このようにスラリー供給配管６０および純水供給配管６１が保護パイプ６５内で支持部材６８に支持されているので、液供給配管６０，６１が揺動しても液供給配管６０，６１が保護パイプ６５に接触することがない。結果として、これら液供給配管６０，６１が傷つくことが防止される。
【００３２】
この支持部材６８は、ゴムなどの適度な弾性を有する材料から構成され、例えば硬度５０のウレタンゴムが採用される。但し、支持部材６８の材料は、この例に限定されず、適度な弾性を有しているのであれば様々な材料が使用可能である。弾性材から構成された支持部材６８は、液供給配管６０，６１の摩耗を効果的に防止できる。さらに、支持部材６８は、液供給配管６０，６１が揺動したときに、その揺動に追随して若干変形するので、支持部材６８がその支持位置で液供給配管６０，６１と擦れ合ったときに生じうる液供給配管６０，６１へのダメージが低減される。
【００３３】
図示した例では、支持部材６８は、保護パイプ６５の上端部に取り付けられている。言い換えれば、支持部材６８は、保護パイプ６５のキャップの如く、保護パイプ６５の上端部に嵌め込まれている。このような位置に支持部材６８が取り付けられることにより、スラリー供給配管６０および純水供給配管６１が、保護パイプ６５の上端部と擦れ合うことが防止される。さらに、支持部材６８を保護パイプ６５の上端部に押し込むだけで、支持部材６８を保護パイプ６５に簡単に取り付けることができる。
【００３４】
図６に示すように、保護パイプ６５の内面には、内側に突出する上側係合突起８３が設けられ、支持部材６８の外面には、外側に突出する下側係合突起８４が設けられている。上側係合突起８３は下側係合突起８４の上方に位置している。これらの上側係合突起８３と下側係合突起８４が、保護パイプ６５の長手方向で係合し、これによって基板の研磨中に支持部材６８が保護パイプ６５から外れないようになっている。
【００３５】
次に、図１に示す基板処理装置の動作を説明する。先ず、搬送ロボット６ａによって基板をカセット４ａ（または４ｂ）から取り出し、反転機８ｃで反転させた後、搬送ロボット６ｂでプッシャ１５上に基板を搬送して載置する。この状態で、トップリングユニット１２のトップリングヘッドを揺動させてトップリング２８をプッシャ１５の上方に移動させる。その後、プッシャ１５を上昇させて基板をトップリング２８で吸着保持する。次に、トップリングユニット１２のトップリングヘッドを揺動させてトップリング２８を研磨面１６ａの上方に移動させる。
【００３６】
そして、トップリング２８を回転させながら下降させて、上述したように駆動軸２０の回転に伴って円軌道に沿って並進運動をしている研磨テーブル１０の研磨面１６ａに基板を押圧する。これと同時にスラリー供給配管６０を通じてスラリーを研磨面１６ａに供給する。このようにして、スラリーの存在下で研磨テーブル１０の研磨面１６ａが被研磨材である基板に摺接して、基板の表面を研磨する。
【００３７】
研磨終了後、トップリング２８を上昇させて基板を研磨面１６ａから離脱させ、トップリングユニット１２のトップリングヘッドを揺動させてトップリング２８をプッシャ１５の上方に移動させる。研磨を行っていない時に、純水供給配管６１から研磨面１６ａに純水を間欠的に供給して、研磨面１６ａの乾燥を防止するようにしてもよい。
【００３８】
トップリング２８は研磨された基板をプッシャ１５に渡し、その後、トップリングユニット１２のトップリングヘッドは退避位置に戻される。そして、プッシャ１５上の研磨後の基板を搬送ロボット６ｂによって、例えばロールスポンジによる両面洗浄機能を有する洗浄装置８ａに搬送する。この洗浄装置８ａで基板の両面を洗浄した後、搬送ロボット６ｂによって反転機８ｃに搬送して反転させる。
【００３９】
その後、搬送ロボット６ａで反転機８ｃ上の基板を取り出し、これを、例えば上面洗浄用のペンスポンジとスピンドライ機能を具備する洗浄装置８ｂに搬送して洗浄・乾燥させ、これを搬送ロボット６ａでカセット４ａに戻すことで一連の基板処理が完了する。
【００４０】
以上、好適な実施形態について記述してきたが、本発明はここで説明された実施形態に限定されない。例えば、スラリー供給配管６０および純水供給配管６１は、中空軸として構成された駆動軸２０に配置されているが、駆動軸２０とは別位置で研磨テーブル１０の中心とは離れた位置に接続されてもよい。この場合もまた、液供給配管らは、周囲の構成部品と接触しないように、保護パイプ６５内に挿入されると共に、支持部材６８で支持される。また、好適な例として、スラリー供給配管６０と純水供給配管６１とを例に挙げて説明したが、研磨テーブル１０に供給される液体は研磨液と純水とに限られない。例えば、研磨テーブル１０の研磨面１６ａを温調するための温調水の供給配管などが研磨テーブル１０の裏面に接続されることも考えられる。あるいは、酸やアルカリなどの薬液の供給配管が接続されてもよい。また、図示されるようなスラリー供給配管と純水供給配管のうち一方だけが研磨テーブル１０の裏面に接続されてもよいし、３本以上の液供給配管が接続されてもよい。まとめれば、研磨テーブル１０の研磨面１６ａに必要な液体を供給するための液供給配管であれば、本発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４１】
１０    研磨テーブル
１１    基台テーブル
１６    バフテーブル
１６ａ  研磨面
１８    モータ
２０    駆動軸
４０    架台
５０    支持機構
５１    上側軸受
５２    下側軸受
５３    偏心軸
５４    上側軸部
５５    下側軸部
６０    スラリー供給配管
６１    純水供給配管
６５    保護パイプ
６８    支持部材
７０    スラリー供給ポート
７１    純水供給ポート
７５    液溜まり部
７６    微小孔
８３    上側係合突起
８４    下側係合突起
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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