(57)【要約】【課題】コンパクトな構成により占有面積を小さくするとともにメンテナンス性を向上させることができ、また、高品位の研磨を実現することができる研磨テーブル及びポリッシング装置を提供する。【解決手段】ハウジング２０内で回転軸２４を回転させる中空モータ２２と、その中心ＯＢを中空モータ２２の回転軸２４の軸線ＯＭから所定の距離ｅだけ偏心した位置に位置させた状態で回転軸２４に軸受３２を介して連結される基台１８と、上面に研磨面を有し、基台１８に取り付けられる研磨部材１０と、基台１８を支持する支持部材３６と、支持部材３６に対して基台１８を並進回転運動させるように基台１８と支持部材３６とを連結する連結部材４０と、支持部材３６をハウジング２０周りに回転させる回転モータ５４とを備えた。【選択図】  図２
2004174612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内で回転軸を回転させる第１のモータと、
その中心を前記第１のモータの回転軸の軸線から所定の距離だけ偏心した位置に位置させた状態で前記回転軸に軸受を介して連結される基台と、
上面に研磨面を有し、前記基台に取り付けられる研磨部材と、
前記基台を支持する支持部材と、
前記支持部材に対して前記基台を並進回転運動させるように前記基台と前記支持部材とを連結する連結部材と、
前記支持部材を前記ハウジング周りに回転させる第２のモータとを備えたことを特徴とする研磨テーブル。
【請求項２】
前記研磨部材には、該研磨部材の表面に研磨液を供給する研磨液供給孔を形成したことを特徴とする請求項１に記載の研磨テーブル。
【請求項３】
前記研磨液供給孔は、前記研磨部材の中心部に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の研磨テーブル。
【請求項４】
前記第１のモータは、中空モータにより構成され、
前記中空モータの中空部に前記研磨部材の研磨液供給孔に研磨液を供給する研磨液供給管を配置したことを特徴とする請求項３に記載の研磨テーブル。
【請求項５】
前記第２のモータと前記支持部材とを連結するベルトを更に備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の研磨テーブル。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の研磨テーブルと、
研磨対象物を保持して前記研磨テーブルの研磨面に押圧するトップリングとを備えたことを特徴とするポリッシング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨テーブル及び該研磨テーブルを備えたポリッシング装置に係り、特に半導体基板などの研磨対象物を平坦かつ鏡面状に研磨する研磨テーブル及び該研磨テーブルを備えたポリッシング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。特に線幅が０．５μｍ以下の光リソグラフィの場合、焦点深度が浅くなるためステッパーの結像面の平坦度を必要とする。このような半導体基板の表面を平坦化する一手段として、化学機械研磨（ＣＭＰ）を行うポリッシング装置が知られている。
【０００３】
この種のポリッシング装置は、図１に示すように、上面に研磨布（研磨パッド）などの研磨部材３００を貼付して研磨面を構成する研磨テーブル３０２と、研磨対象物である半導体基板等のウェハＷをその被研磨面を研磨テーブル３０２に向けて保持するトップリング３０４とを備えている。このようなポリッシング装置を用いて半導体ウェハＷの研磨処理を行う場合には、研磨テーブル３０２とトップリング３０４とをそれぞれ自転させ、研磨テーブル３０２の上方に設置された砥液供給ノズル３０６より砥液（スラリ）を供給しつつ、トップリング３０４により半導体ウェハＷを一定の圧力で研磨テーブル３０２の研磨部材３００に押圧する。砥液供給ノズル３０６から供給される砥液は、例えばアルカリ溶液にシリカ等の微粒子からなる砥粒を懸濁したものを用い、アルカリによる化学的研磨作用と、砥粒による機械的研磨作用との複合作用である化学的・機械的研磨によって半導体ウェハＷが平坦かつ鏡面状に研磨される。
【０００４】
図１に示すような研磨テーブルを自転させる自転式研磨テーブルを備えたポリッシング装置においては、安定した研磨性能を得ることができるが、半導体ウェハＷの径が大きくなるにつれ、研磨テーブル３０２の径も大きくする必要がある。このため、半導体ウェハの大口径化に伴い、装置が大型化し、装置の占有面積が大きくなるという問題がある。また、研磨テーブル３０２が大きくなると、研磨部材３００の交換作業に手間がかかり、メンテナンスのために多くの時間と労力が必要となる。
【０００５】
また、装置の小型化やスラリの供給量の削減、メンテナンス性の向上のために、研磨テーブルを、自転を伴わない円運動、いわゆるスクロール運動（並進回転運動）させるスクロール式研磨テーブルを備えたポリッシング装置も知られている。しかしながら、このようなポリッシング装置においては、半導体ウェハに研磨部材が摺接する割合が、自転式研磨テーブルを備えたポリッシング装置に比べて大きくなるので、研磨部材の寿命が短くなるという問題がある。また、研磨部材上の各点は常に同じ軌道を描きながら並進回転運動をするため、ウェハの中心部分は常に同じ軌道上の研磨部材と摺接することとなり、ウェハの中心部分に研磨の特異点が生じてしまう。更に、スクロール式の研磨テーブルの構造上、スラリや純水は、研磨部材に形成した孔からウェハの表面に供給する方法しかないため、研磨後にスラリを純水で置換する水ポリッシングの時間が長くなるという問題もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、コンパクトな構成により占有面積を小さくするとともにメンテナンス性を向上させることができ、また、高品位の研磨を実現することができる研磨テーブル及びポリッシング装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような従来技術における問題点を解決するために、本発明の第１の態様は、ハウジング内で回転軸を回転させる第１のモータと、その中心を上記第１のモータの回転軸の軸線から所定の距離だけ偏心した位置に位置させた状態で上記回転軸に軸受を介して連結される基台と、上面に研磨面を有し、上記基台に取り付けられる研磨部材と、上記基台を支持する支持部材と、上記支持部材に対して上記基台を並進回転運動させるように上記基台と上記支持部材とを連結する連結部材と、上記支持部材を上記ハウジング周りに回転させる第２のモータとを備えたことを特徴とする研磨テーブルである。
【０００８】
本発明の第２の態様は、上述した研磨テーブルと、研磨対象物を保持して上記研磨テーブルの研磨面に押圧するトップリングとを備えたことを特徴とするポリッシング装置である。
【０００９】
本発明によれば、研磨テーブルを並進回転運動させることができるので、研磨対象物が大きくなっても、研磨テーブルを大きくする必要がなく、従来の自転式研磨テーブルに比べて研磨テーブルを小型化することができる。したがって、本発明に係る研磨テーブルをポリッシング装置に組み込むことにより、ポリッシング装置を小型化して占有面積を小さくすることができ、また安価に製造することができる。また、研磨テーブルを小型化することができるので、メンテナンス性も向上する。
【００１０】
また、本発明によれば、並進回転運動をする基台をハウジング周りに回転させているので、この基台のハウジング周りの回転に伴い、研磨対象物の中心部分は異なる軌道上の研磨部材と摺接することとなる。したがって、研磨対象物の中心部分には研磨の特異点が生じず、高品位の研磨が可能となる。また、基台をハウジング周りに回転させているので、トップリングの外側から研磨対象物の表面に研磨液を供給することができ、例えば上述した水ポリッシングの時間を短縮することができる。
【００１１】
本発明の好ましい一態様は、上記研磨部材には、該研磨部材の表面に研磨液を供給する研磨液供給孔を形成したことを特徴としている。この場合において、上記研磨液供給孔を、上記研磨部材の中心部に形成することが好ましい。
【００１２】
本発明においては、基台が並進回転運動するため、基台に取り付けられた研磨部材の中央部には、トップリング外部から研磨液を供給することが難しい。そこで、研磨部材の中央部に研磨液を供給する研磨液供給孔を形成し、この研磨供給孔から研磨液を供給することにより、研磨部材の中央部に確実に研磨液を供給することが可能となる。
【００１３】
本発明の好ましい一態様は、上記第１のモータは、中空モータにより構成され、上記中空モータの中空部に上記研磨部材の研磨液供給孔に研磨液を供給する研磨液供給管を配置したことを特徴としている。このように、第１のモータとして中空モータを使用することにより、研磨部材の研磨液供給孔に研磨液を供給する研磨液供給管を中空モータの中空部に配置することができる。したがって、研磨テーブル及びポリッシング装置をコンパクトにすることができる。
【００１４】
本発明の好ましい一態様は、上記第２のモータと上記支持部材とを連結するベルトを更に備えたことを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るポリッシング装置の実施形態について図２乃至図５を参照して詳細に説明する。なお、図２乃至図５において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００１６】
図２は本発明の一実施形態におけるポリッシング装置の要部を示す縦断面図、図３は図２の拡大断面図、図４は図２に示すポリッシング装置の研磨テーブルの平面図である。図２に示すように、本実施形態におけるポリッシング装置は、上面に略円板状の研磨部材１０が取り付けられた研磨テーブル１２と、研磨対象物である半導体ウェハＷを保持して研磨テーブル１２の上面に押圧するトップリング１４とを備えている。研磨テーブル１２に取り付けられる研磨部材１０は、研磨布（研磨パッド）や微細な砥粒（ＣｅＯ２等からなる）を樹脂等のバインダで固めた固定砥粒板などから構成され、この研磨部材１０の上面は半導体ウェハＷと摺接する研磨面を構成している。
【００１７】
トップリング１４の下面には、研磨対象物である半導体ウェハＷが真空等によって吸着、保持されるようになっている。トップリング１４は、その中央部においてトップリングシャフト１６に連結されており、このトップリングシャフト１６は図示しないモータ及び上下動シリンダに連結されている。このような構成により、トップリング１４は、図２の矢印で示すように上下動可能かつトップリングシャフト１６とともに回転可能となっている。半導体ウェハＷの研磨時には、トップリング１４が回転しながら、その下面に保持した半導体ウェハＷを研磨部材１０に対して任意の圧力で押圧する。
【００１８】
図２及び図３に示すように、研磨テーブル１２は、上面に上記研磨部材１０が取り付けられた略円板状の基台１８と、基台１８の下方に配置された円筒状のハウジング２０と、ハウジング２０内部で回転軸２４を回転させる第１のモータとしての中空モータ２２とを備えている。中空モータ２２の回転軸２４は、軸受２６を介してハウジング２０内に支持され、中空モータ２２の駆動によりハウジング２０内で回転するようになっている。上記ハウジング２０は、ボルト２８によって固定部３０に固定されている。
【００１９】
基台１８は、中空モータ２２の回転軸２４に軸受３２を介して連結されており、その中心ＯＢは、図３及び図４に示すように、中空モータ２２の回転軸２４の軸線ＯＭから所定の偏心距離ｅ（例えば１０ｍｍ）だけ偏心した位置に位置している。なお、基台１８の周縁部には、研磨液がハウジング２０周辺に浸入するのを防止する案内片３４が設けられている。
【００２０】
ハウジング２０の上端部には、基台１８を支持する支持部材３６が軸受３８を介して取り付けられており、この軸受３８によって支持部材３６はハウジング２０周りに回転可能となっている。基台１８と支持部材３６とは、周方向に３つ以上等間隔に設けられた連結部材４０によって互いに連結されている。
【００２１】
図５は、基台１８と支持部材３６とを連結する連結部材４０を示す拡大断面図である。図５に示すように、支持部材３６の上面と基台１８の下面には、凹所４２，４４が形成されており、これらの凹所４２，４４にはそれぞれ軸受４６，４８が装着されている。連結部材４０は、軸心が距離ｅだけずれた２つの軸体５０，５２を有しており、上記軸受４６，４８には連結部材４０の軸体５０，５２の端部がそれぞれ挿入されている。上述したように、中空モータ２２の回転軸２４の軸線に対する基台１８の中心の偏心距離もこの距離ｅと同じになっており、中空モータ２２の駆動により、基台１８が支持部材３６に対して中空モータ２２の軸線ＯＭを中心として上記距離ｅを半径とした自転を伴わない円運動、いわゆるスクロール運動（並進回転運動）を行うようになっている。このように、連結部材４０は、支持部材３６に対して基台１８を並進回転運動させる機能を有している。
【００２２】
図２に示すように、固定部３０には、支持部材３６をハウジング２０周りに回転させる第２のモータとしての回転モータ５４が設置されている。この回転モータ５４の回転軸５５の上端にはプーリ５６が取り付けられており、このプーリ５６と支持部材３６の外周部との間にはベルト５８が架け渡されている。上述したように、支持部材３６は軸受３８によってハウジング２０周りに回転可能となっており、上記回転モータ５４を駆動すると、プーリ５６及びベルト５８を介して支持部材３６がハウジング２０周りに回転するようになっている。
【００２３】
このような構成により、中空モータ２２を駆動することにより基台１８及び研磨部材１０を支持部材３６に対して並進回転運動させるとともに、回転モータ５４を駆動することにより支持部材３６を固定部３０に対して回転させることができる。すなわち、中空モータ２２及び回転モータ５４を駆動することにより、基台１８及び研磨部材１０を並進回転運動させながら、この並進回転運動する基台１８及び研磨部材１０を回転させることができる。このように、本発明によれば、研磨テーブル１２を並進回転運動させることができるので、ウェハＷが大きくなっても、研磨テーブル１２を大きくする必要がなく、従来の自転式研磨テーブルに比べて研磨テーブル１２を小型化することができる。したがって、研磨テーブルを組み込んだポリッシング装置全体を小型化して占有面積を小さくすることができ、また安価に製造することができる。また、研磨テーブル１２を小型化することができるので、メンテナンス性も向上する。更に、本発明によれば、並進回転運動をする基台１８をハウジング２０周りに回転させているので、この基台１８のハウジング２０周りの回転に伴い、ウェハＷの中心部分は異なる軌道上の研磨部材１０と摺接することとなる。したがって、ウェハＷの中心部分には研磨の特異点が生じず、高品位の研磨が可能となる。また、基台１８をハウジング２０周りに回転させているので、トップリング１４の外側からウェハＷの表面に研磨液を供給することができ、例えば水ポリッシングの時間を短縮することができる。
【００２４】
図４に示すように、研磨部材１０の上方には研磨液供給ノズル６０が配置されており、この研磨液供給ノズル６０から研磨部材１０の上面に研磨液が供給されるようになっている。また、研磨部材１０の中央部には、上下に貫通する複数の研磨液噴出孔１０ａ（図２及び図３においては図示せず）が形成されており、この研磨液噴出孔１０ａは基台１８の中央部に形成された研磨液流路１８ａに連通している。中空モータ２２の中空部には、研磨液供給源（図示せず）に接続された研磨液供給管６２が上下方向に延びており、この研磨液供給管６２は基台１８の研磨液流路１８ａに接続されている。これにより、研磨液供給源から研磨液供給管６２及び研磨液流路１８ａを通って研磨液が研磨液噴出孔１０ａに供給され、この研磨液が研磨液噴出孔１０ａから研磨部材１０の上面に供給されるようになっている。なお、上述した研磨液供給管６２は、柔軟な素材により屈曲可能に構成されている。
【００２５】
このような構成のポリッシング装置において、トップリング１４の下面に保持された半導体ウェハＷは、並進回転運動しながら自転する研磨部材１０に押圧される。このとき、研磨液供給ノズル６０及び研磨液噴出孔１０ａから研磨部材１０上に研磨液を供給する。これによって、半導体ウェハＷの被研磨面（下面）と研磨部材１０との間に研磨液が存在した状態で研磨が行われる。
【００２６】
ここで、基台１８は並進回転運動するので、基台１８に取り付けられた研磨部材１０の中央部には研磨液供給ノズル６０からの研磨液を供給することが難しい。本実施形態では、図４に示すように、研磨テーブル１２の研磨部材１０の中央部に研磨液噴出孔１０ａを形成しているので、この研磨液噴出孔１０ａから研磨液を供給して、研磨部材１０の中央部に確実に研磨液を供給することができる。また、本実施形態では、中空モータ２２を使用しているので、研磨部材１０の研磨液供給孔１０ａに研磨液を供給する研磨液供給管６２を中空モータ２２の中空部に配置することができ、研磨テーブル１２及びポリッシング装置をコンパクトにすることができる。
【００２７】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
例えば、この例では並進回転運動と自転運動を同時に行っているが、適宜、並進回転運動のみ、或いは自転運動のみを中空モータ２２或いは回転モータ５４を選択的に作動させることにより行っても良い。
【００２８】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、研磨テーブルを並進回転運動させることができるので、研磨対象物が大きくなっても、研磨テーブルを大きくする必要がなく、従来の自転式研磨テーブルに比べて研磨テーブルを小型化することができる。したがって、本発明に係る研磨テーブルをポリッシング装置に組み込むことにより、ポリッシング装置を小型化して占有面積を小さくすることができ、また安価に製造することができる。また、研磨テーブルを小型化することができるので、メンテナンス性も向上する。
【００２９】
また、本発明によれば、並進回転運動をする基台をハウジング周りに回転させているので、この基台のハウジング周りの回転に伴い、研磨対象物の中心部分は異なる軌道上の研磨部材と摺接することとなる。したがって、研磨対象物の中心部分には研磨の特異点が生じず、高品位の研磨が可能となる。また、基台をハウジング周りに回転させているので、トップリングの外側から研磨対象物の表面に研磨液を供給することができ、例えば水ポリッシングの時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の自転式研磨テーブルを備えたポリッシング装置を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態におけるポリッシング装置の要部を示す縦断面図である。
【図３】図２の拡大断面図である。
【図４】図２に示すポリッシング装置の研磨テーブルの平面図である。
【図５】図２に示すポリッシング装置の連結部材を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１０    研磨部材
１０ａ  研磨液供給孔
１２    研磨テーブル
１４    トップリング
１６    トップリングシャフト
１８    基台
１８ａ  研磨液流路
２０    ハウジング
２２    中空モータ
２４，５５    回転軸
２６，３２，３８，４６，４８    軸受
２８    ボルト
３０    固定部
３４    案内片
３６    支持部材
４０    連結部材
４２，４４    凹部
５０，５２    軸体
５４    回転モータ
５６    プーリ
５８    ベルト
６０    研磨液供給ノズル
６２    研磨液供給配管
【図１】
2004174612.tif 000003
【図２】
2004174612.tif 000004
【図３】
2004174612.tif 000005
【図４】
2004174612.tif 000006
【図５】
2004174612.tif 000007