(57)【要約】      （修正有）【課題】支持軸と定盤との固定部におけるネジ部のかじりの発生に起因して支持軸等が再利用できなくなる課題と、装置の稼働中に支持軸が定盤から緩んでく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】ウェハ研磨装置は、保持プレート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の中心に立設される支持軸４０と、支持軸４０によって回転可能に支持されて保持プレートに自転力を付与するセンターローラ５４と、センターローラ５４を回転駆動する駆動軸４８とを備え、支持軸４０の下端部４０ａに設けられた外周面に雄ネジ部の無い嵌合突起４２を、定盤１０の中心に設けられた内周面に雌ネジ部の無い嵌合溝１２に対して嵌合させた状態で、支持軸４０の周壁部に挿通させたボルト６０を定盤１０に締結させる構成によって、支持軸４０が定盤１０に回動不能に連結されている。【選択図】図３
0003230529.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、
前記定盤の中心に立設される支持軸と、
前記支持軸によって回転可能に支持されて前記保持プレートに自転力を付与するセンターローラと、
前記センターローラに連結されて、前記センターローラを回転駆動する駆動軸と、を備え、
前記支持軸の下端部に設けられた外周面に雄ネジ部の無い嵌合突起を、前記定盤の中心に設けられた内周面に雌ネジ部の無い嵌合溝に対して軸方向に挿入することにより嵌合させた状態で、前記支持軸の周壁部に挿通させたボルトを前記定盤に締結させる構成によって、前記支持軸が前記定盤に回動不能に連結されていること
を特徴とするウェハ研磨装置。
【請求項２】
前記支持軸は、前記嵌合溝を有して前記定盤の中心に固定されて前記定盤の中心領域を構成する定盤中心部材に連結されており、
前記定盤中心部材は、前記嵌合溝における内周面と上面との交差位置がＣ面取りされた形状に形成されていること
を特徴とする請求項１記載のウェハ研磨装置。
【請求項３】
前記支持軸は、前記嵌合突起の外周面に硬質クロムめっきが施された構成であること
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。
【請求項４】
前記支持軸は、上方に開口して研磨用のスラリーを導入するスラリー導入空間を有し、
前記スラリー導入空間は、上部に内径が相対的に大きい大径部を有し、下部に内径が相対的に小さい小径部を有し、前記小径部において径方向に放射状に穿設されて外周面へ連通する複数のスラリー送出孔が設けられていると共に、前記大径部と前記小径部との接続位置において径方向内方に向かって下方に傾斜する形状に形成されて、前記スラリーを中心部に集約する流れを生じさせるスラリー集約テーパ面が設けられていること
を特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のウェハ研磨装置。
【請求項５】
前記嵌合突起の外周面および前記嵌合溝の内周面の全部もしくは一部において、相互に対応する位置に突起側テーパ面と溝側テーパ面とが設けられており、前記突起側テーパ面と前記溝側テーパ面とを当接させた状態で前記嵌合突起と前記嵌合溝とが嵌合される構成であること
を特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に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２００１−２１２７５０号公報参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２１２７５０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、定盤は上面に研磨布が貼付されており、定期的に貼替を行う等のメンテナンスが必要となる。その際には、定盤の中心に配置されたセンターローラおよびセンターローラを回転可能に支持する支持軸を脱着する作業が生じるが、当該支持軸は、その外周面に形成された雄ネジ部を、定盤に形成された雌ネジ部に螺合させることによって固定される構成となっている。しかし、センターローラおよび支持軸は重量物であるため、特に支持軸を定盤に螺合させる際に、ネジ部にかじりが生じ易く、ネジ山を傷めてしまい、再利用できなくなる不具合が生じ得るという課題があった。また、装置の稼働中に、支持軸が定盤から緩んでくる不具合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】
【０００５】
本考案は、上記事情に鑑みてなされ、定盤に対してセンターローラおよび支持軸を脱着する際に、支持軸と定盤との固定部におけるネジ部のかじりの発生に起因して支持軸等が再利用できなくなる課題と、装置の稼働中に、支持軸が定盤から緩んでく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。
【０００６】
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。
【０００７】
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、前記定盤の中心に立設される支持軸と、前記支持軸によって回転可能に支持されて前記保持プレートに自転力を付与するセンターローラと、前記センターローラに連結されて、前記センターローラを回転駆動する駆動軸と、を備え、前記支持軸の下端部に設けられた外周面に雄ネジ部の無い嵌合突起を、前記定盤の中心に設けられた内周面に雌ネジ部の無い嵌合溝に対して軸方向に挿入することにより嵌合させた状態で、前記支持軸の周壁部に挿通させたボルトを前記定盤に締結させる構成によって、前記支持軸が前記定盤に回動不能に連結されていることを要件とする。
【考案の効果】
【０００８】
本考案によれば、定盤に対してセンターローラおよび支持軸を脱着する際に、支持軸と定盤との固定部において、従来のネジ部を設ける構成に代わる固定構造を備えたウェハ研磨装置を実現することができる。したがって、ネジ部にかじりが生じて支持軸が再利用できなくなる課題と、装置の稼働中に支持軸が定盤から緩んでくる課題との両方の解決を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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る。
【図３】図１に示すウェハ研磨装置のセンターローラ周辺の正面断面図である。
【図４】図１に示すウェハ研磨装置の嵌合突起および嵌合溝の他の例を示す正面断面図である。
【考案を実施するための形態】
【００１０】
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のセンターローラ５４周辺の概略図（正面断面図）である。なお、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。
【００１１】
本実施形態に係るウェハ研磨装置１は、複数枚のウェハ（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。
【００１２】
先ず、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。
【００１３】
次に、保持プレート２０は、保持面２０ａに複数枚（一例として、７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。
【００１４】
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。
【００１５】
このトップリング３０は、軸心を中心に回転（自転）可能に設けられている。この回転（自転）は、トップリング３０自身が回転力を発生する構成ではない。また、トップリング３０は、上下動機構５２によって研磨面１０ａに対して接離動可能に設けられている。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、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）。
【００１６】
次に、センターローラ５４は、定盤１０の径方向中心において、定盤１０と軸心を一致させて回転可能に配設されている（詳細は後述）。また、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。このガイドローラ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、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。
【００１７】
続いて、センターローラ５４および周辺構成について詳しく説明する。本実施形態においては、定盤１０の中心に立設される支持軸４０を備えている。センターローラ５４は、この支持軸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。
【００１８】
また、センターローラ５４に連結されて、センターローラ５４を回転駆動する駆動軸４８を備えている。これによれば、駆動軸４８を駆動（回転）することによって、センターローラ５４を回転させることができる。したがって、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との間で挟持した位置（公転する定盤１０に対して静止した所定位置）において、回転するセンターローラ５４に当接する保持プレート２０を回転（自転）させる作用が得られる。一例として、駆動軸４８を駆動（回転）する駆動源５８には、電気モータが用いられる。
【００１９】
なお、変形例として、トップリング３０を回転させる回転駆動機構を備え、保持プレート２０に加圧状態で当接させるトップリング３０を回転させることによって、保持プレート２０を回転（自転）させる構成としてもよい（不図示）。
【００２０】
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）。
【００２１】
次いで、保持プレート２０を介して複数のウェハ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。
【００２２】
さらに、本実施形態においては、駆動軸４８を駆動してセンターローラ５４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、センターローラ５４の回転（自転）速度が４０ｒｐｍ程度に設定されている。
【００２３】
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。
【００２４】
続いて、本実施形態に係るウェハ研磨装置１に特徴的な構成について詳しく説明する。図３に示すように、支持軸４０は、金属材料（一例として、ステンレス合金）を用いて、有底の異径円筒状に形成され、その下端部４０ａにおいて、外周面に雄ネジ部の無い（すなわち、螺合用としての雄ネジ部が形成されていない）嵌合突起４２が設けられている。一方、定盤１０は、その径方向中心において、内周面に雌ネジ部の無い（すなわち、螺合用としての雌ネジ部が形成されていない）嵌合溝１２が設けられている。これによれば、支持軸４０の嵌合突起４２を、定盤１０の嵌合溝１２に対して軸方向に挿入して嵌合させることができ、支持軸４０を定盤１０の径方向中心に立設させることができる。また、その状態で、支持軸４０の周壁部４０ｂに設けられたボルト挿通孔４４にボルト６０を挿通させ、当該ボルトを定盤１０に締結させる構成によって、支持軸４０を定盤１０に対して回動不能に固定（連結）することができる。
【００２５】
これによれば、ネジ部（従来の固定構造）を設けない固定構造が実現されるため、ネジ部にかじりが生じて支持軸４０が再利用できなくなる課題の解決、および、装置の稼働中に支持軸４０が定盤１０から緩んでくる課題の解決を図ることができる。
【００２６】
さらに、従来のネジ部を設ける固定構造と比べ、ネジ締結の寸法公差ではなく、はめあいの寸法公差によって固定部（連結部）を形成できるため、支持軸４０を定盤１０に固定する際の位置決め精度（同心度）を高精度にすることができる。したがって、支持軸４０と定盤１０との軸心のずれに起因するウェハＷの研磨状態のばらつき発生を防止することができる。
【００２７】
本実施形態においては、嵌合突起４２の外周面、および嵌合溝１２の内周面が、支持軸４０および定盤１０の中心軸（軸心）と平行となる周面で構成されている。これによれば、支持軸４０に径方向の力が作用した際に、軸方向への移動作用が生じることを防ぎ、支持軸４０と定盤１０との固定（連結）状態を安定的に維持することができる。
【００２８】
なお、変形例として、嵌合突起４２の外周面および嵌合溝１２の内周面の全部もしくは一部において、相互に対応する位置にテーパ面を設けて嵌合させる構成としてもよい。より詳しくは、図４に示すように、嵌合突起４２の外周面に突起側テーパ面４２ａが設けられている。また、当該突起側テーパ面４２ａと対応する位置となるように、嵌合溝１２の内周面に溝側テーパ面１２ａが設けられている。ここで、突起側テーパ面４２ａと溝側テーパ面１２ａとは、面接触により当接可能な形状に形成されており、これらのテーパ面同士を当接させた状態で嵌合突起４２と嵌合溝１２とが嵌合される構成となっている。これによれば、支持軸４０の軸心と定盤１０の軸心とを高精度に一致させて固定（連結）することができる。したがって、支持軸４０（すなわち、センターローラ５４）の位置ずれによる保持プレート２０の位置ずれを防ぎ、ウェハＷの研磨状態にばらつきが発生することを防止できる。なお、一例として、両テーパ面は軸方向における一部（一例として、下端部）に設けられる構成としている。ただし、この構成に限定されるものではなく、相互に面接触により当接可能な構成であればよい。例えば、下端部以外の一部や全部に設けられる構成としてもよく、互いのテーパ面の長さが異なる構成としてもよい（不図示）。
【００２９】
また、支持軸４０は、嵌合突起４２の外周面に硬質クロムめっきが施された構成となっている。これによれば、定盤１０（嵌合溝１２）へ挿入する際に、滑りを良くして嵌合の容易化を図ることができる。したがって、支持軸４０（嵌合突起４２）と定盤１０（嵌合溝１２）との「はめあい」（この場合は、すきまばめ）に関し、最小すきまが０に近い寸法公差に設定できるため、支持軸４０と定盤１０との軸心のずれを最小限にし、また、がたつきの発生を防止することができる。さらに、嵌合部における耐摩耗性を向上させることができる。
【００３０】
また、支持軸４０は、上方に開口して研磨用のスラリーを導入するスラリー導入空間４０ｃを備えて構成されている。このスラリー導入空間４０ｃは、上部に内径が相対的に大きい大径部４０ｄを有し、下部に内径が相対的に小さい小径部４０ｅを有している。この小径部４０ｅにおいて、径方向に放射状に穿設されて外周面へ連通する複数のスラリー送出孔４６が設けられている。これによれば、供給部（不図示）から通流管６２を経由してスラリー導入空間４０ｃに導入されるスラリーを、放射状のスラリー送出孔４６から送出させて、定盤１０上に万遍なく供給することができる。
【００３１】
本実施形態に係るスラリー導入空間４０ｃは、大径部４０ｄと小径部４０ｅとの接続位置（接続面）において径方向内方に向かって下方に傾斜する形状に形成されて、スラリーを中心部に集約する流れを生じさせるスラリー集約テーパ面４０ｆが設けられている。これによれば、スラリー導入空間４０ｃ内に導入されるスラリーの径方向における偏りを防止して、中心部に安定的に集約させることできるため、複数のスラリー送出孔４６毎に送出されるスラリーの量を均一化することができる。したがって、ウェハＷの研磨量にばらつきが生じることを抑制することができる。また、上記の接続位置にスラリーが残留して、当該スラリーが劣化、固化してしまうことを防止できる。したがって、スラリーの劣化、固化に起因する研磨異常の発生を防止できる。
【００３２】
なお、本実施形態においては、支持軸４０は、嵌合溝１２を有して定盤１０の中心に固定されて定盤１０における所定の中心領域を構成する定盤中心部材１４に連結される構成としている。これによれば、定盤１０に直接、嵌合溝１２を設ける構成と比較して、嵌合溝１２の加工を容易に行うことができる。また、嵌合溝１２（具体的には、内周面の雌ネジ部等）に損傷等が生じた場合であっても、定盤１０全体ではなく定盤中心部材１４のみの交換で済むため、部品コストを抑えることができ、交換作業も容易に行うことができる。なお、定盤中心部材１４は、金属材料（一例として、ステンレス合金）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。
【００３３】
また、定盤中心部材１４は、嵌合溝１２における内周面と上面との交差位置がＣ面取りされた形状（Ｃ面取り部１４ａ）に形成されている。これによれば、支持軸４０の嵌合突起４２を、定盤１０の嵌合溝１２に対して軸方向に挿入する作業を容易に行うことができる。したがって、支持軸４０（嵌合突起４２）と定盤１０（嵌合溝１２）との「はめあい」（この場合は、すきまばめ）に関し、最小すきまが０に近い寸法公差に設定できるため、支持軸４０と定盤１０との軸心のずれを最小限にし、また、がたつきの発生を防止することができる。
【００３４】
以上、説明した通り、本考案によれば、定盤に対してセンターローラおよび支持軸を脱着する際に、支持軸と定盤との固定部において、従来のネジ部を設ける構成に代わる固定構造を備えたウェハ研磨装置を実現することができる。したがって、ネジ部にかじりが生じて支持軸が再利用できなくなる課題と、装置の稼働中に支持軸が定盤から緩んでくる課題との両方の解決を図ることができる。
【００３５】
さらに、支持軸と定盤との位置決め精度（同心度）を、高精度にすることができる。したがって、支持軸と定盤との軸心のずれに起因するウェハの研磨状態のばらつき発生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
１２  嵌合溝
１４  定盤中心部材
２０  保持プレート
３０  トップリング
４０  支持軸
４２  嵌合突起
４６  スラリー送出孔
４８  駆動軸
５４  センターローラ
５６  ガイドローラ
Ｗ  ウェハ
【図１】
0003230529.tif 000003
【図２】
0003230529.tif 000004
【図３】
0003230529.tif 000005
【図４】
0003230529.tif 000006