(57)【要約】      （修正有）【課題】保持プレートの中心位置に貼付されるウェハに研磨不良が生じる課題と、保持プレート毎にウェハの仕上がり状態にばらつきが生じる課題との解決が可能なウェハ研磨装置を提供する。【解決手段】ウェハ研磨装置１は、保持プレート２０に貼付されたウェハを、公転する定盤１０に摺接させて研磨を行う装置であって、定盤１０を公転面内で所定方向に揺動させる揺動機構１６と、保持プレート２０に荷重を印加すると共に自転力を付与するトップリング３０と、トップリング３０を回転駆動する駆動軸３８と、駆動軸３８を回転可能に吊下げ支持する支持部材６２と、支持部材６２を上下動させることによって駆動軸３８およびトップリング３０を上下動させる上下動機構５２とを備え、駆動軸３８は、下から上へ深溝玉軸受、間座、複列円すいころ軸受の順で配設された軸受機構を介して支持部材６２に支持される構成である。【選択図】図１
0003230551.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
保持プレートの保持面に貼付されたウェハを、公転する定盤に摺接させて研磨を行うウェハ研磨装置であって、
前記定盤を公転面内で所定方向に揺動させる揺動機構と、
前記保持プレートに荷重を印加すると共に自転力を付与するトップリングと、
前記トップリングに連結されて、前記トップリングを回転駆動する駆動軸と、
前記駆動軸を回転可能に吊下げ支持する支持部材と、
前記支持部材を上下動させることによって、前記駆動軸および前記トップリングを上下動させる上下動機構と、を備え、
前記駆動軸は、下から上へ深溝玉軸受、間座、複列円すいころ軸受の順で配設された軸受機構を介して前記支持部材に支持される構成であること
を特徴とするウェハ研磨装置。
【請求項２】
前記定盤の揺動によって前記トップリングを介して前記駆動軸に作用する径方向の力を受け止めて径方向の移動を規制する支持部として、前記駆動軸において軸方向に所定距離離れた少なくとも二箇所の位置に第１支持部および第２支持部が設けられており、
前記第１支持部は、電気モータの駆動力を前記駆動軸に伝達するスプライン機構を備えて構成されていること
を特徴とする請求項１記載のウェハ研磨装置。
【請求項３】
前記トップリングは、複数配設されており、
それぞれの前記トップリングに対して、前記上下動機構および前記支持部材が配設されており、
前記上下動機構は、上下動するピストンを有するエアシリンダを備えて構成されており、
前記支持部材は、前記ピストンに連結されていること
を特徴とする請求項１または請求項２記載のウェハ研磨装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、ウェハ研磨装置に関し、さらに詳細には、保持プレートの保持面に貼付されたウェハを、公転する定盤に摺接させて研磨を行うウェハ研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置等を製造する工程の一つとして、ウェハ（シリコンウェハ等）の研磨を行う工程がある。当該工程において用いられるウェハ研磨装置の一例として、ウェハを保持プレートの保持面に貼付した状態で定盤に加圧状態で摺接させることによって、当該ウェハの研磨を行う装置が開発されている（特許文献１：特開２０１９−１２１６８２号公報参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１９−１２１６８２号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に例示される従来のウェハ研磨装置においては、ウェハが貼付された保持プレートを、センターローラとガイドローラとによって定盤上で自転可能に保持し、トップリングによって当該保持プレートを加圧して研磨を行う構成となっている。ここで、定盤の上面に研磨クロスが貼付されていることにより、研磨工程で重要な作用をなす保持プレートの自転が生じ難いため、トップリングを回転駆動させて保持プレートの自転を補助させる構成となっている。
【０００５】
しかしながら、上記のウェハ研磨装置は、ウェハの研磨を行う際に、保持プレートの中心位置に貼付されるウェハにおいて、保持プレートの自転による研磨作用が周縁位置のウェハよりも小さいため、被研磨面にスジが残ってしまう等の研磨不良が生じ易いという課題があった。
【０００６】
また、上記のウェハ研磨装置は、複数個設けられるトップリングが単独での研磨に対応できるように、それぞれの駆動軸を独立して回転可能且つ上下動可能に吊下げ支持させる構成となっている。しかしながら、駆動軸を回転可能なように支持部材に支持させる部位の締付力を均一に調整することが極めて難しいため、複数個の駆動軸における回転時の摩擦力が不均一となって、複数の保持プレート毎に回転速度の微差が生じて、研磨されるウェハの仕上がり状態にばらつきが生じ得るという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本考案は、上記事情に鑑みてなされ、保持プレートの中心位置に貼付されるウェハに研磨不良が生じる課題と、複数のトップリングにそれぞれ設けられる駆動軸の摩擦力の不均一に起因して、保持プレート毎にウェハの仕上がり状態にばらつきが生じる課題との両方を解決することが可能なウェハ研磨装置を実現することを目的とする。
【０００８】
本考案は、一実施形態として以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
【０００９】
本考案に係るウェハ研磨装置は、保持プレートの保持面に貼付されたウェハを、公転する定盤に摺接させて研磨を行うウェハ研磨装置であって、前記定盤を公転面内で所定方向に揺動させる揺動機構と、前記保持プレートに荷重を印加すると共に自転力を付与するトップリングと、前記トップリングに連結されて、前記トップリングを回転駆動する駆動軸と、前記駆動軸を回転可能に吊下げ支持する支持部材と、前記支持部材を上下動させることによって、前記駆動軸および前記トップリングを上下動させる上下動機構と、を備え、前記駆動軸は、下から上へ深溝玉軸受、間座、複列円すいころ軸受の順で配設された軸受機構を介して前記支持部材に支持される構成であることを要件とする。
【考案の効果】
【００１０】
本考案によれば、公転する定盤を所定方向に揺動させることができる。したがって、保持プレートの中心位置のウェハに対しても、研磨作用をより多く生じさせることができ、研磨不良の発生を防止することができる。さらに、定盤を揺動させる装置構成において、トップリングを安定して回転可能に吊下げ支持することができ、且つ、複数のトップリングに対してその駆動軸の摩擦力を均一化することができ、研磨の仕上がりにばらつきが生じることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本考案の実施形態に係るウェハ研磨装置の例を示す斜視図である。
【図２】被研磨対象のウェハが貼付された保持プレートの保持面の概略図であり、図２（ａ）はウェハが１枚の場合、図２（ｂ）はウェハが３枚の場合、図２（ｃ）はウェハが５枚の場合の例である。
【図３】図１に示すウェハ研磨装置の上下動機構および回転駆動機構の例を示す斜視図である。
【図４】図１に示すウェハ研磨装置の軸受機構周辺の正面断面図である。
【考案を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本考案の実施形態について詳しく説明する。図１は、本考案の実施形態に係るウェハ研磨装置１の例を示す概略図（斜視図）である。また、図２は、被研磨対象のウェハＷが貼付された保持プレート２０の保持面２０ａの概略図（底面図）である。また、図３は、図１に示すウェハ研磨装置１の上下動機構５２および回転駆動機構３６の例を示す概略図であり、図３（ａ）は上下動機構５２および回転駆動機構３６の斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＸ部の断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）におけるＹ部の断面図、図３（ｄ）は図３（ａ）におけるＺ部の断面図である。また、図４は、図１に示すウェハ研磨装置１の軸受機構７０周辺の概略図（正面断面図）である。なお、説明の便宜上、図中において矢印によりウェハ研磨装置１における前後、左右、上下の方向を説明する場合がある。また、各実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰返しの説明は省略する場合がある。
【００１３】
本実施形態に係るウェハ研磨装置１は、１枚もしくは複数枚（特に限定されないが、主要例として３〜１０枚程度）のウェハ（円板状のシリコンウェハ等）Ｗが保持面に貼付された保持プレート２０を、センターローラ５４とガイドローラ５６とによって定盤１０上で自転可能に保持し、トップリング３０によって定盤１０へ押圧しつつ、定盤１０を回転（公転）させてウェハＷの研磨を行う装置である。なお、本願においては、定盤１０の回転を「公転」と称し、当該定盤１０上における保持プレート２０の回転を「自転」と称する場合がある。
【００１４】
先ず、保持プレート２０は、保持面２０ａに１枚もしくは複数枚のウェハＷが貼付され、そのウェハＷの被研磨面Ｗａを定盤１０の研磨面１０ａに当接させる作用をなす。本実施形態においては、公知の剥離可能な接着剤によって、ウェハＷが保持プレート２０の保持面２０ａに接着されて貼付されている。なお、この保持プレート２０は、平坦精度が高く、変形しにくい材質であることが要求され、一般に、ガラスもしくはセラミックス等を用いて形成されている。
【００１５】
次に、定盤１０は、金属材料（一例として、ステンレス合金）を用いて平面視円形状に形成され、ウェハＷの研磨を行う研磨面（上面）１０ａを備えている。この研磨面１０ａ上に、ウェハＷが貼付された保持プレート２０が載置される。なお、研磨面１０ａには、通常、研磨布（不図示）が貼付された状態で、研磨工程が実施される（したがって、本願における「研磨面１０ａ」は、研磨布が貼付された状態を含むものとする）。また、定盤１０は、電気モータを備える回転駆動機構５０によって軸心を中心に回転（自転）される。一例として、定盤１０の回転（自転）速度は、２０ｒｐｍ程度に設定される。
【００１６】
本実施形態においては、定盤１０を公転面内で所定方向に揺動させる揺動機構１６を備えている。一例として、前後方向（その他の方向でもよい）に６０ｍｍ程度、揺動させる構成となっている。これによれば、以下の作用効果を得ることができる。
【００１７】
具体的に、ウェハ研磨装置１は、前述の通り、１枚もしくは複数枚のウェハＷが貼付された保持プレート２０を、トップリング３０によって定盤１０へ押圧しつつ、定盤１０上で自転させながら、定盤１０を公転させることによって、当該ウェハＷの研磨を行う構成である。幾つかの例として、保持プレート２０に貼付されるウェハＷが１枚の場合には図２（ａ）に示すように配置され、複数枚（例えば、３枚）の場合には図２（ｂ）に示すように配置され、複数枚（例えば、５枚）の場合には図２（ｃ）に示すように径方向の中心位置に１枚、周縁位置に４枚が配置される。ここで、保持プレート２０を自転させる場合、中心位置は周縁位置よりも速度（周速）が遅くなる。そのため、中心位置のウェハＷは、周縁位置のウェハＷと比較して保持プレート２０の自転による研磨作用が小さくなる。特に、中心位置のウェハＷにおける被研磨面Ｗａの中心領域ほど、その影響が顕著に現れ、スジが残ってしまう等の研磨不良が生じ易い。このような課題に対して、上記の構成によれば、定盤１０を公転させながら、所定方向に揺動させることができる。これにより、保持プレート２０の中心位置のウェハＷに対しても、摺動動作（すなわち、研磨作用）をより多く生じさせることができるため、研磨不良の発生を防止することができる。
【００１８】
次に、センターローラ５４は、定盤１０の径方向中心において、回転（自転）可能に配設されている。なお、本実施形態に係るセンターローラ５４は、自身が回転力を発生する構成ではなく、支持軸４０によって回転可能に支持され、保持プレート２０に対して互いの外周面が当接するように配設される。
【００１９】
次に、ガイドローラ５６は、定盤１０の径方向外縁に所定間隔をおいて複数個（一例として、４個）が回転可能に配設されている。ここで、ガイドローラ５６は、ウェハＷが保持面２０ａに貼付された状態で定盤１０上に載置された保持プレート２０を、センターローラ５４との間で挟持する位置、およびその挟持を解除してフリーとする位置との間で移動可能に設けられている。なお、本実施形態に係るガイドローラ５６は、自身が回転力を発生する構成ではない。
【００２０】
この構成によれば、定盤１０上に載置された保持プレート２０を、ガイドローラ５６とセンターローラ５４との間で挟持した所定位置（公転する定盤１０に対して静止した所定位置）に位置決めして、後述のトップリング３０を押圧させて回転させることによって当該保持プレート２０を回転（自転）させる作用が得られる。
【００２１】
なお、一例として、センターローラ５４およびガイドローラ５６は、いずれも保持プレート２０と当接（転接）するローラ部分が樹脂材料（一例として、ＰＯＭ樹脂）を用いて形成されている。ただし、これに限定されるものではない。
【００２２】
次に、トップリング３０は、下端部に平面視円形状に形成された押圧部（不図示）が設けられており、ウェハＷの保持された保持面２０ａを下にして定盤１０の研磨面１０ａに載置された保持プレート２０を上方から押圧し、ウェハＷの被研磨面Ｗａと研磨面１０ａとを圧接させる作用をなす。このトップリング３０は、保持プレート２０に荷重を印加すると共に、保持プレート２０に圧接した状態で回転することによって保持プレート２０に自転力を付与する構成となっている。
【００２３】
一例として、トップリング３０の本体内部には、ウエイト（おもり）が積層状態で保持されており、保持プレート２０を介してウェハＷを所定の圧力で定盤１０へ押圧する構成となっている。このウエイトには、鉛を用いた円板状おもり等を用いることができる。ただし、荷重をかけて押圧する手段は、これに限定されるものではなくなく、上記ウエイトに代えて、もしくはウエイトと共に、シリンダ装置による流体圧等を利用することも可能である（不図示）。
【００２４】
また、トップリング３０に連結されてトップリング３０を回転駆動する駆動軸３８と、駆動源（一例として、電気モータ）３４を有して駆動軸３８を回転させる回転駆動機構３６とを備えて構成されている。これによれば、回転駆動機構３６を駆動させて、駆動軸３８を介して、トップリング３０を回転させることができる。したがって、保持プレート２０に圧接させた状態でトップリング３０を回転させて、保持プレート２０に自転力を付与（自転を補助）することができる。
【００２５】
さらに、駆動軸３８を回転可能に吊下げ支持する支持部材６２と、支持部材６２を上下動させる（すなわち、研磨面１０ａに接離する方向に移動させる）ことによって、駆動軸３８およびトップリング３０を上下動させる上下動機構５２とを備えて構成されている。これによれば、上下動機構５２を駆動させて、支持部材６２を介して、駆動軸３８およびトップリング３０を上下動させることができる。したがって、ウェハＷが貼付された保持プレート２０を定盤１０上に載置させる際に、トップリング３０を上昇させることができ、保持プレート２０を押圧してウェハＷの研磨を行う際に、トップリング３０を下降させることができる。
【００２６】
本実施形態においては、複数（一例として、４個）設けられるそれぞれのトップリング３０に対して、上下動機構５２および支持部材６２が配設されている。一例として、上下動機構５２は、上下動するピストン６８を有するエアシリンダ６６を備えて構成されており、支持部材６２は、このピストン６８に連結されている。これによれば、それぞれの駆動軸３８を独立して回転可能且つ上下動可能に吊下げ支持させることができるため、複数個設けられるトップリング３０を、単独での研磨に対応させて使用することができる。
【００２７】
その一方で、複数のトップリング３０を同時に使用して研磨を行う際には、各トップリング３０の回転速度を一致させることが重要となる。これは、トップリング３０毎の速度の不一致が発生すると、保持プレート２０の自転速度が不一致となり、それぞれに貼付されて研磨されるウェハＷの仕上がりにばらつきが生じる原因となってしまうためである。
【００２８】
しかしながら、複数のトップリング３０の回転速度を正確に一致させることは極めて難しいという課題があった。その理由として、軸受（後述の軸受機構７０）を介して駆動軸３８を回転可能なように支持部材６２に支持させる構成において、その支持部（軸受を介して回転可能に支持する部位）において、支持（固定）するための締付力（環状の締付部材７８によって軸受機構７０の締付を行う構成における締付力）を均一に調整することが極めて難しいためである。複数の支持部材６２において、支持部の締付力に僅かな差があるだけでも、複数個の駆動軸３８における回転時の摩擦力（具体的には、軸受機構７０における摺動摩擦力）が不均一となって、複数のトップリング３０すなわち複数の保持プレート２０毎に回転速度の微差が生じて、研磨されるウェハＷの仕上がり状態にばらつきが生じる原因となってしまう。
【００２９】
この課題に対して、本実施形態においては、駆動軸３８は、下から上へ深溝玉軸受７２、間座７４、複列円すいころ軸受７６の順で配設された軸受機構７０を介して支持部材６２に支持される構成としている。これによれば、上記課題の解決を図ることができる。すなわち、複数配設される駆動軸３８を回転可能なように各支持部材６２に支持させる支持部において、支持（固定）するための締付力を均一に調整することが極めて容易となる。したがって、保持プレート２０毎に回転速度の微差が生じることを防止でき、研磨されるウェハＷの仕上がり状態にばらつきが生じることを防止できる。
【００３０】
また、ウェハ研磨装置１は、前述の通り、定盤１０を揺動させる揺動機構１６を備えている。この揺動によって、駆動軸３８にはトップリング３０を介して径方向の力（回転軸に直交する方向の力）が作用する。この径方向力は、単に定盤１０が公転するだけの構成よりも大きな力として作用する。そのため、本実施形態においては、当該径方向力を受け止めて、駆動軸３８が径方向に移動することを規制する支持部６４を備えて構成されている。構成例として、駆動軸３８において軸方向に所定距離離れた少なくとも二箇所の位置に第１支持部６４（６４Ａ）および第２支持部６４（６４Ｂ）が設けられている。ここで、第１支持部６４（６４Ａ）は、駆動源（電気モータ）３４の駆動力を駆動軸３８に伝達するスプライン機構（ボールスプライン機構を含む）を備えて構成されている。これによれば、定盤１０の揺動によって駆動軸３８に作用する径方向力を受け止めて、当該駆動軸３８が径方向にずれてしまうことや、軸心が傾いてしまうこと等を防止することができ、且つ、駆動軸３８を回転可能で上下動可能とする構成を実現することができる。なお、本実施形態においては、第１支持部６４（６４Ａ）を上方に、第２支持部６４（６４Ｂ）を下方に設ける構成としているが、上下逆の構成としてもよい（不図示）。
【００３１】
続いて、上記の構成を備えるウェハ研磨装置１を用いたウェハ研磨工程の概要について説明する。先ず、定盤１０上の保持プレート供給位置に対して定盤回転方向の最遠のガイドローラ５６を、保持プレート２０の挟持位置に移動する。次いで、前記供給位置に供給された保持プレート２０を、定盤１０の回転によりセンターローラ５４と前記最遠のガイドローラ５６との間で挟持する位置まで搬送する。次いで、同様に最遠から２番目のガイドローラ５６とセンターローラ５４との間で保持プレート２０を挟持するという手順で、続けて保持プレート２０をセットする（一例として、計４組セットする）。
【００３２】
次いで、保持プレート２０を介して複数枚の（一例として、図２（ｃ）のように配置される）ウェハＷを、トップリング３０によって定盤１０へ押圧しつつ、その定盤１０を回転（公転）させてウェハＷの研磨を行う。保持プレート２０は、センターローラ５４とガイドローラ５６とによって受け止められているため、定盤１０と共に回転（公転）することなく定盤１０の中心と周辺の周速の差によって自転させられる。これにより、複数枚のウェハＷに対して同時且つ均等に研磨を行うことができる。
【００３３】
さらに、本実施形態においては、駆動軸３８を駆動することにより、保持プレート２０に圧接させたトップリング３０を回転させて、保持プレート２０に対して回転力（自転力）を付与する。これによれば、保持プレート２０を確実に、且つ安定した速度（回転速度）で自転させることができる。一例として、保持プレート２０の回転（自転）速度が、定盤１０の回転（公転）速度と同程度（２０ｒｐｍ程度）になるように、トップリング３０の回転（自転）速度が２０ｒｐｍ程度に設定されている。
【００３４】
また、この研磨工程では、ウェハＷの被研磨面Ｗａと定盤１０の研磨面１０ａとが磨り合わせられる部分に、スラリー（研磨加工液）が供給される。このスラリーは、微細な砥粒、およびウェハＷを適度に侵蝕し得る薬液を含み、両者の作用によってウェハＷの被研磨面Ｗａを高精度の鏡面状となるように研磨を行うことができる。
【００３５】
以上、説明した通り、本考案によれば、公転する定盤を所定方向に揺動させることができる。したがって、保持プレートの中心位置のウェハに対しても、研磨作用をより多く生じさせることができ、研磨不良の発生を防止することができる。さらに、定盤を揺動させる装置構成において、トップリングを安定して回転可能に吊下げ支持することができ、且つ、複数のトップリングに対してその駆動軸の摩擦力を均一化することができ、研磨の仕上がりにばらつきが生じることを防止することができる。
【００３６】
なお、本考案は、以上説明した実施例に限定されることなく、本考案を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、研磨を行う対象物としてウェハ（シリコンウェハ）を例に挙げて説明を行ったが、これに限定されるものではなく、他の平板状（特に円板状）のワークに対しても同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１  ウェハ研磨装置
１０  定盤
２０  保持プレート
３０  トップリング
３６  回転駆動機構
３８  駆動軸
４０  支持軸
５２  上下動機構
５４  センターローラ
５６  ガイドローラ
６２  支持部材
６４、６４Ａ、６４Ｂ  支持部
７０  軸受機構
Ｗ  ウェハ
【図１】
0003230551.tif 000003
【図２】
0003230551.tif 000004
【図３】
0003230551.tif 000005
【図４】
0003230551.tif 000006