(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨対象物を保持するトップリングを具備し、該トップリングで保持する研磨対象物を研磨面に当接させ、該研磨対象物と該研磨面の相対運動により、該研磨対象物を研磨する研磨装置であって、
前記トップリングは、トップリング本体と、該トップリング本体を支持体に前記研磨面に対して傾動自在に支持する傾動機構と、前記研磨対象物の研磨中に前記トップリング本体に発生する振動を吸収する振動吸収機構とを備え、
前記振動吸収機構は、中央部に凸部が形成されている受座本体と、該受座本体の凸部の外周に配置され中央部に該凸部が挿入される穴が形成された中空円板状の弾性部材と、該弾性部材の外周に配置され中央部に該弾性部材が挿入される穴が形成された中空円板状のフランジとを具備し、該振動吸収機構を前記トップリング本体に取付けられたトップリング本体側受座の中央部に形成された凹形状の収容部内に配置し、前記フランジを前記受座本体が前記収容部内で水平方向に移動可能で鉛直方向の移動を禁止するように前記トップリング本体側受座に取付けた構成であることを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
請求項１に記載の研磨装置において、
前記傾動機構は、前記受座本体の凸部の中央に設けた球面状凹部と前記支持体の端部中央に設けた球面状凹部の間に介在する球体を具備する構成であることを特徴とする研磨装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の研磨装置において、
前記振動吸収機構の弾性部材はゴム材であることを特徴とする研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の研磨対象物を研磨する研磨装置に関し、特に研磨時の振動を軽減でき、負荷の高い研磨をするのに好適な研磨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、許容される焦点深度が浅くなるためステッパーの結像面の高い平坦度を必要とする。そこで、研磨装置を用いて半導体ウエハの表面を研磨し平坦化している。
【０００３】
従来この種の研磨装置として、図４に示すような研磨装置がある。この研磨装置は、上面に研磨布１を貼った回転するターンテーブル２と、支持体３に傾動機構４により支持されたトップリング本体５を具備し、ターンテーブル２とトップリング本体５との間に半導体ウエハなどの研磨対象物Ｗを介在させて所定の力で該研磨対象物Ｗをターンテーブル２の上面に押圧し、ターンテーブル２と研磨対象物Ｗの相対運動により該研磨対象物Ｗを研磨する構成である。
【０００４】
トップリング本体５は円板状であり、上面中央には凹部６が形成され、上下に挿通する多数の流通孔７が設けられ、該流通孔７は研磨対象物Ｗの被研磨面に対向する裏面に連通して開口している。また、該トップリング本体５の下部の外周部には、研磨中に研磨対象物Ｗの飛び出しを防止するガイドリング８がボルト９により取り付けられている。
【０００５】
支持体３は、図示しない駆動装置及び昇降装置により回転自在かつ上下動自在に支持されている。また、支持体３は中空の筒状に形成されており、その中心部の孔１０には、図示しない流通管が挿入されており、該流通管は下端で分岐しており、該分岐した２つの分岐管１１、１２は後述する押え板２３の接続孔２４に連通している。また、上記流通管は、支持体３の上端に取り付けられたロータリージョイントを介して外部の流体供給装置に連通している。なお、該流体供給装置は真空源、加圧空気源及び純水供給源からなり、各供給源を選択的に上記ロータリージョイントに接続することができるようになっている。
【０００６】
傾動機構４は、支持体側受座１３、トップリング本体側受座１４及びセラミックスなどの高硬度材料からなる球体１５で構成されている。支持体側受座１３は、下部に凸部１６が設けられ、該凸部１６中央には、球体１５を摺動自在に収容する球面状凹部１７が設けられている。また、支持体側受座１３は、ボルト１８、１８により支持体３に固定されている。
【０００７】
一方、トップリング本体側受座１４は、上面に凹部１９、下面に凸部２０が設けられ、該凹部１９中央に上記支持体側受座１４と同様に球面状凹部２１が設けられている。また、トップリング本体側受座１４は、該トップリング本体側受座１４の凸部２０とトップリング本体５の凹部６の間に所定の隙間Ｓが形成されるようにボルト２２によりトップリング本体５に固定されている。なお、Ｓは押え板２３の接続孔２４及びトップリング本体５の流通孔７に連通しており、例えば、真空源を繋いだときは基板の裏面に吸着力が作用し、加圧空気源を繋いだときは押圧力が加えられるようになっている。
【０００８】
押え板２３は、中空円板状であり、分岐管１１、１２に連通する接続孔２４が設けられ、ボルト２５、２６によりトップリング本体５及びトップリング本体側受座１４を固定している。
【０００９】
トップリング本体側受座１４の凹部１９の周囲には、上方から見て等角度間隔にトップリング本体５を吊り下げる吊下げピン２７と該トップリング本体５へ支持体３の回転力を伝達する被駆動ピン２８が交互に複数立設されており、これらの吊下げピン２７、被駆動ピン２８は支持体側受座１３の対応する位置に設けられた穴２９、３０を挿通している。
【００１０】
吊下げピン２７は、支持体側受座１３の上面より突出しており、該吊下げピン２７上端の止め板３１と支持体側受座１３の間にはバネ３２を介在させ、該バネ３２の弾性力によりトップリング本体５の荷重の一部を支持している。
【００１１】
被駆動ピン２８の上部外周にはゴムクッション３３が取り付けられており、該ゴムクッション３３に当接し、かつ被駆動ピン２８を両側から挟むように２つの駆動ピン３４が支持体側受座１３の側面から水平方向に埋設されている。従って、被駆動ピン２８と支持体側受座１３は、相対的に上下方向に移動可能となっており、該支持体側受座１３の回転力をトップリング本体５に円滑に伝達できる。
【００１２】
次に従来の研磨装置の動作について説明する。外部の流体供給装置の真空源をロータリージョイントに接続することにより、トップリング本体５の流通孔７で研磨対象物Ｗを真空吸着によりトップリング本体５の下面に吸着し、駆動装置を駆動することにより支持体３を回転させ、該トップリング本体５を回転する。
【００１３】
次に昇降装置により支持体３を下降させ、研磨対象物Ｗをターンテーブル２の研磨布１に当接させ、さらに研磨対象物Ｗをターンテーブル２に所定の押圧力で当接し、研磨対象物Ｗの研磨を行なう。このとき、既にトップリング本体５は回転を開始しており、図示しない砥液ノズルから砥液がターンテーブル２の上面（研磨面）に供給されている。
【００１４】
このとき、支持体３からの押圧力は、該支持体３とトップリング本体５の間に構成された傾動機構４を介して伝達されるため、例えば、ターンテーブル２が僅かに傾くなどして支持体３の中心軸とターンテーブル２の研磨布１の上面が垂直でなくなった場合でも、トップリング本体側受座１４が球体１５を中心に傾動するので、結果的に研磨対象物Ｗをターンテーブル２の研磨布１に均一に当接させることができる。つまり、研磨対象物Ｗはターンテーブル２の上面の傾きに追従し、均一な押圧力で研磨布１の上面に当接する。
【００１５】
研磨が終了すると、支持体３を昇降装置により上昇させることで、トップリング本体５が上昇し、さらに図示しない旋回機構で旋回させ、該トップリング本体５をターンテーブル２上方から退避させ、研磨対象物Ｗを受け渡しする台の上に移動させる。このとき、移動中は外部の流体供給装置の真空源をロータリージョイントに接続することで、研磨対象物Ｗをトップリング本体５に真空吸着させておき、上記受け渡しする台の上に移動した後、外部の流体供給装置の純水供給源をロータリージョイントに接続することで、分岐管１１、１２から隙間Ｓ、トップリング本体５の流通孔７を経て純水を研磨対象物Ｗの裏面に供給し、該研磨対象物Ｗを裏面から押すことで、該研磨対象物Ｗがトップリング本体５から容易に剥離する。
【００１６】
上記構成の研磨装置において、ターンテーブル２の研磨布１、砥液、及び研磨対象物Ｗの研磨条件によって、トップリング本体５に振動が発生する場合があった。特に、負荷の高い研磨、即ち研磨対象物Ｗを高い押圧力でターンテーブル２の研磨布１に当接させ研磨する場合や研磨対象物Ｗを高速で回転しターンテーブル２の研磨布１に当接させ研磨する場合などに、振動が顕著になるという問題があった。
【００１７】
また、この振動の発生は、研磨対象物Ｗの研磨に悪影響を与えるばかりではなく、騒音発生により作業環境に悪影響を与え、さらに振動が直接トップリング本体５を支持する支持体３に伝達されるため、駆動装置からの回転力の伝達に支障となる恐れや、振動が長期間継続すると駆動装置及び昇降装置の寿命を縮めるという問題もあった。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、研磨時の振動の発生を軽減させるため、研磨装置の振動抑制に寄与する各部の剛性を上げるために重量を増加させることなく、高負荷の研磨においてトップリングの振動を効果的に抑制でき、研磨対象物の被研磨面を平坦かつ均一に研磨することができる研磨装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、研磨対象物を保持するトップリングを具備し、該トップリングで保持する研磨対象物を研磨面に当接させ、該研磨対象物と該研磨面の相対運動により、該研磨対象物を研磨する研磨装置であって、トップリングは、トップリング本体と、該トップリング本体を支持体に研磨面に対して傾動自在に支持する傾動機構と、研磨対象物の研磨中に前記トップリング本体に発生する振動を吸収する振動吸収機構とを備え、振動吸収機構は、中央部に凸部が形成されている受座本体と、該受座本体の凸部の外周に配置され中央部に該凸部が挿入される穴が形成された中空円板状の弾性部材と、該弾性部材の外周に配置され中央部に該弾性部材が挿入される穴が形成された中空円板状のフランジとを具備し、該振動吸収機構を前記トップリング本体に取付けられたトップリング本体側受座の中央部に形成された凹形状の収容部内に配置し、フランジを受座本体が収容部内で水平方向に移動可能で鉛直方向の移動を禁止するようにトップリング本体側受座に取付けた構成であることを特徴とする。
【００２０】
振動吸収機構を上記のような構成とするので、研磨時にトップリング本体に発生する水平方向の振動は弾性部材により抑制した後、受座本体の水平方向の移動により完全に吸収されるので、支持体側に伝達されることがない。よって、研磨装置の振動抑制に寄与する各部の剛性を上げるために重量を増加させることなく、効果的に研磨時の振動を抑制でき、高負荷の研磨において研磨対象物の表面を平坦かつ均一に研磨できる。
【００２１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の研磨装置において、傾動機構は、受座本体の凸部の中央に設けた球面状凹部と支持体の端部中央に設けた球面状凹部の間に介在する球体を具備する構成であることを特徴とする。
【００２２】
傾動機構を上記構成とすることにより、簡単な構成でトップリング本体を支持体に研磨面に対して傾動自在に支持することができる。
【００２３】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の研磨装置において、振動吸収機構の弾性部材はゴム材であることを特徴とする。
【００２４】
上記のように弾性部材をゴム材とすることにより、簡単な構成で、しかも該ゴム材の硬度を研磨時の負荷に応じて調節することができるので、効率よく振動を吸収し、研磨対象物の表面を平坦かつ均一に研磨できる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基いて説明する。図１は本発明にかかる振動吸収機構を用いた研磨装置の概略断面を示す図である。本研磨装置の基本的構成は、図４に示す研磨装置と同一であるのでその説明は省略する。図示するように本研磨装置は、トップリング本体側受座１４に振動吸収機構４０を設けた構成である。
【００２８】
振動吸収機構４０は、受座本体４１、弾性部材４２及びフランジ４３より構成されている。トップリング本体側受座１４の凹部１９中央部には、上記振動吸収機構４０を収容する収容部３５が設けられている。
【００２９】
受座本体４１は、円板状であり、上面に凸部４４が設けられ、該凸部４４中央に球体１５を摺動自在に収容する球面状凹部４５が設けられている。また、上記受座本体４１は、該受座本体４１と収容部３５の間に受座本体４１が水平方向に移動するための隙間Ａを設けた状態で収容部３５に収容されている。このとき、受座本体４１の底部は、トップリング本体側受座１４に直接当接している。
【００３０】
弾性部材４２は、図２に示すように中空の円板状であり、エーテル系ポリウレタン（硬度：ショアＡ７０）、低弾性ラバー（硬度：ショアＡ３２）、低反発ウレタン（硬度：ショアＡ７０）などから構成されており、受座本体４１の凸部４４の外周に取り付けられている。
【００３１】
フランジ４３は、中空の円板状であり、受座本体４１が水平方向に移動できる状態で、トップリング本体側受座１４の収容部３５にボルト３６で取り付けられている。なお、フランジ４３の内周面と弾性部材４２の外周面は当接している。
【００３２】
次に本研磨装置の動作について説明する。外部の図示しない流体供給装置の真空源をロータリージョイントに接続することにより、トップリング本体５の流通孔７で研磨対象物Ｗを真空吸着によりトップリング本体５の下面に吸着し、駆動装置を駆動することにより支持体３を回転させ、該トップリング本体５を回転する。
【００３３】
次に押圧装置により支持体３を下降させ、研磨対象物Ｗをターンテーブル２の研磨布１に当接させ、さらに研磨対象物Ｗをターンテーブル２に所定の押圧力で当接し、研磨対象物Ｗとターンテーブル２の相対運動により、該研磨対象物Ｗの研磨を行なう。このとき、既にトップリング本体５は回転を開始しており、図示しない砥液ノズルから砥液が研磨布１の上面（研磨面）に供給されている。
【００３４】
上記研磨時に負荷の高い研磨などによりトップリング本体５に水平方向の振動が発生すると、該振動はフランジ４３に伝達されるが、受座本体４１は水平方向に移動可能であるので、該フランジ４３に伝達された振動は直接受座本体４１に伝達されることはなく、弾性部材４２を介して受座本体４１に伝達される。即ち、フランジ４３に伝達された振動は、弾性部材４２により抑制された後、受座本体４１に伝達され、該受座本体４１の水平方向の移動により完全に吸収されるので、球体１５、支持体側受座１３及び支持体３に伝達されることはない。
【００３５】
研磨が終了すると、支持体３を昇降装置により上昇させることで、トップリング本体５が上昇し、さらに図示しない旋回機構で旋回させ、該トップリング本体５をターンテーブル２上方から退避させ、研磨対象物を受け渡しする台の上に移動させる。このとき、移動中は外部の流体供給装置の真空源をロータリージョイントに接続することで、研磨対象物Ｗをトップリング本体５に真空吸着させておき、上記受け渡しする台の上に移動した後、外部の流体供給装置の純水供給源をロータリージョイントに接続することで、分岐管１１、１２から隙間Ｓ、トップリング本体５の流通孔７を経て純水を研磨対象物Ｗの裏面に供給し、該研磨対象物Ｗを裏面から押すことで、該研磨対象物Ｗがトップリング本体５から容易に剥離する。
【００３６】
上記実施形態では、振動吸収機構４０を球体１５とトップリング本体側受座１４の間に設けたが、本発明はこれに限定されるものではなく振動吸収機構４０を支持体側受座１３と球体１５の間、又は支持体側受座１３と球体１５の間及び該球体１５とトップリング本体側受座１４の間に設けても良い。
【００３７】
また、上記実施形態では、研磨対象物Ｗを研磨する際に用いるテーブルに回転運動するターンテーブル２を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図３に示すようなスクロールテーブル５０を用いても良い。
【００３８】
図３は、本発明にかかる振動吸収機構を用いた他の研磨装置の構成例を示す図である。同図に示すように本研磨装置は、スクロールテーブル５０が、モータ５１の回転力によりガイドクランク５２を介して偏心運動するように構成されている。‘また、スクロールテーブル５０内には研磨液が流入する研磨液供給槽５３が設けられ、該スクロールテーブル５０の上面には該上面に開口し且つ研磨液供給槽５３に連通する多数の研磨液流通孔５４が設けられている。なお、図示しないがスクロールテーブル５０上面には研磨布が貼り付けられており、該研磨布には上記研磨液流通孔５４に対向する位置に研磨液を研磨対象物Ｗの研磨面に供給する開口が設けられている。
【００３９】
上記研磨装置は、モータ５１の駆動により該スクロールテーブル５０が水平方向に偏心運動し、スクロールテーブル５０に貼られた研磨布と研磨対象物Ｗとの相対運動により該研磨対象物Ｗを研磨する。なお、研磨対象物Ｗの研磨時には、図示しない研磨液供給源から、研磨液供給管５５を通して、研磨液が研磨液供給槽５３に流入し、該研磨液供給槽５３から各研磨液流入孔５４及び研磨布の開口を通して研磨液が研磨対象物Ｗの研磨面に供給される。
【００４０】
スクロールテーブル５０は、研磨対象物Ｗの回転運動と比較して小さい直径の円運動を行い、研磨対象物Ｗの任意の点で、該スクロールテーブルが１回転した場合の移動距離はすべて等しくなる。従って、図３に示す研磨装置では、スクロールテーブル５０の研磨布はトップリング本体５に対し、１回転で３６０°摩擦力の方向が変化することになり、図１に示すターンテーブル２を用いる研磨装置に比べて振動が発生しやすい状況となる。特にスクロールテーブル５０の回転半径が小さいため、研磨速度を向上させるためには、該スクロールテーブル５０を高速度で回転するか又はトップリング本体５の押圧力を増大させなければならないため、振動の発生が顕著となる。
【００４１】
上記のように振動が発生しやすいスクロールテーブル５０を有する研磨装置においても、振動吸収機構４０を設けることで、研磨時におけるのスクロールテーブル５０に貼られた研磨布の３６０°方向に時々刻々と変化する摩擦力により、トップリング本体５に水平方向の振動が発生すると、フランジ４３に伝達されるが、該振動は弾性部材４２により抑制された後、受座本体４１に伝達され、該受座本体４１の水平方向の移動により完全に吸収されるので、球体１５、支持体側受座１３及び支持体３に伝達されることはない。
【００４２】
【発明の効果】
以上、説明したように各請求項に記載の発明によれば下記のような優れた効果が得られる。
【００４３】
請求項１に記載の発明によれば、研磨時にトップリング本体に発生する水平方向の振動は弾性部材により抑制した後、受座本体の水平方向の移動により完全に吸収されるので、支持体側に伝達されることがない。よって、研磨装置の振動抑制に寄与する各部の剛性を上げるために重量を増加させることなく、効果的に研磨時の振動を抑制でき、高負荷の研磨において研磨対象物の表面を平坦かつ均一に研磨できる。
【００４４】
請求項２に記載の発明によれば、簡単な構成でトップリング本体を支持体に研磨面に対して傾動自在に支持することができるから、研磨対象物の表面を平坦かつ均一に研磨できる。
【００４５】
請求項３に記載の発明によれば、弾性部材をゴム材とすることにより、簡単な構成で、しかも該ゴム材の硬度を研磨時の負荷に応じて調節することができるので、効率よく振動を吸収し、研磨対象物の表面を平坦かつ均一に研磨できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる振動吸収機構を用いた研磨装置の概略断面を示す図である。
【図２】本発明にかかる振動吸収機構に用いる弾性部材を示す図である。
【図３】本発明にかかる振動吸収機構を用いた他の研磨装置の構成例を示す図である。従来の研磨装置の概略断面を示す図である。
【図４】従来の研磨装置の概略断面を示す図である。
【符号の説明】
１        研磨布
２        ターンテーブル
３        支持体
４        傾動機構
５        トップリング本体
７        流通孔
８        ガイドリング
１０      孔
１１      分岐管
１２      分岐管
１３      支持体側受座
１４      トップリング本体側受座
１５      球体
１７      球面状凹部
２１      球面状凹部
２３      押え板
２４      接続孔
２７      吊下げピン
２８      被駆動ピン
３２      バネ
３３      ゴムクッション
３４      駆動ピン
３５      収容部
４０      振動吸収機構
４１      受座本体
４２      弾性部材
４３      フランジ
４４      凸部
４５      球面状凹部
５０      スクロールテーブル
５１      モータ
５２      ガイドクランク
５３      研磨液供給槽
５４      研磨液流通孔
５５      研磨液供給管
Ａ        隙間
Ｓ        隙間
Ｗ        研磨対象物
【図１】
0003875528.tif 000002
【図２】
0003875528.tif 000003
【図３】
0003875528.tif 000004
【図４】
0003875528.tif 000005