(57)【要約】  【課題】  研磨効率の向上とともに省スペース化に有利な基板研磨装置を提供する。  【解決手段】  基板研磨装置１００は、基板Ｓを保持する基板ホルダ１０と、研磨パッドＰを保持する研磨パッドホルダ５０とを備え、基板Ｓと研磨パッドＰとを接触させて基板Ｓを研磨パッドＰで研磨する。基板ホルダ１０は、内周に内歯１２１を有するリングギア１２と、リングギア１２の内側に設けられ、リングギア１２の内歯１２１と噛合する外歯１３１を有するピニオンギア１３と、ピニオンギア１３の中心軸Ｏ2を公転中心として、リングギア１２とピニオンギア１３との噛み合いを維持したままリングギア１２を公転させ、それによってリングギア１２を自転させるカムシャフト１４と、リングギア１２に固定された、基板Ｓを保持するための基板保持部材１１とを備えている。【選択図】  図１
2016068219.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板及び研磨パッドの一方を保持する第１の保持手段と、
前記基板及び前記研磨パッドの他方を保持する第２の保持手段と、
を備え、前記基板と前記研磨パッドとを接触させて前記基板を前記研磨パッドで研磨する基板研磨装置であって、
前記第１の保持手段は、
内周に内歯を有するリングギアと、
前記リングギアの内側に設けられ、前記リングギアの前記内歯と噛合する外歯を有するピニオンギアと、
前記ピニオンギアの中心軸を公転中心として、前記リングギアと前記ピニオンギアとの噛み合いを維持したまま前記リングギアを公転させ、それによって前記リングギアを自転させるカムシャフトと、
前記リングギアに固定された、前記基板及び前記研磨パッドの前記一方を保持するための第１の保持部材と、
を備えたことを特徴とする基板研磨装置。
【請求項２】
さらに、吸引手段を備え、
前記第１の保持手段は、前記基板を保持し、
前記第２の保持手段は、前記研磨パッドを保持し、
前記カムシャフトと前記第１の保持部材とはロータリジョイントを介して接続され、
前記吸引手段は、前記カムシャフト及び前記ロータリジョイントを介して前記第１の保持部材に接続され、
前記第１の保持部材は、前記吸引手段による吸引によって前記基板を吸着して保持することを特徴とする請求項１に記載の基板研磨装置。
【請求項３】
前記第１の保持手段は、前記基板を保持し、
前記第２の保持手段は、前記研磨パッドを保持し、
前記研磨パッドは、前記基板の可動範囲をすべて覆い、かつ、半径が前記基板の直径より小さい円形状を有することを特徴とする請求項１に記載の基板研磨装置。
【請求項４】
前記第２の保持手段は、
前記基板及び前記研磨パッドの前記他方を保持する第２の保持部材と、
前記第２の保持部材を自転させる自転手段と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の基板研磨装置。
【請求項５】
前記自転手段による前記第２の保持部材の自転中心は、前記カムシャフトによる前記リングギアの公転中心と実質的に一致することを特徴とする請求項４に記載の基板研磨装置。
【請求項６】
さらに、研磨剤、薬液、及び／又は水を含む液体を供給する液体供給手段を備え、
前記研磨供給手段から供給される前記液体は、ロータリジョイントを介して、前記研磨パッドの研磨面の裏側から、前記研磨パッドに供給されることを特徴とする請求項４又は５の記載の基板研磨装置。
【請求項７】
前記第２の保持手段は、
前記基板及び前記研磨パッドの前記他方を保持する第２の保持部材と、
前記第２の保持部材を搖動させる搖動手段と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の基板研磨装置。
【請求項８】
前記搖動手段は、前記カムシャフトの回転と連動して前記第２の保持部材を搖動することを特徴とする請求項７に記載の基板研磨装置。
【請求項９】
前記第１の保持手段及び／又は前記第２の保持手段は、前記基板と前記研磨パッドとの接触圧を調整する接触圧調整手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の基板研磨装置。
【請求項１０】
前記接触圧調整手段は、前記カムシャフトの回転と連動して前記接触圧を調整することを特徴とする請求項９に記載の基板研磨装置。
【請求項１１】
前記第１の保持手段は、前記第２の保持手段の下方にて、前記基板の被研磨面を上方に向けて前記基板を保持し、
前記第２の保持手段は、前記第１の保持手段の上方にて、下面に前記研磨パッドを保持することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の基板研磨装置。
【請求項１２】
前記第１の保持手段は、前記第２の保持手段の上方にて、前記基板の被研磨面を下方に向けて前記基板を保持し、
前記第２の保持手段は、前記第１の保持手段の下方にて、上面に前記研磨パッドを保持することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の基板研磨装置。
【請求項１３】
円形の基板を保持する第１の保持手段と、
円形の研磨パッドを保持する第２の保持手段と、
を備え、前記基板と前記研磨パッドとを接触させて前記基板を前記研磨パッドで研磨する基板研磨装置であって、
前記第１の保持手段は、
内周に内歯を有するリングギアと、
前記リングギアの内側に設けられ、前記リングギアの前記内歯と噛合する外歯を有するピニオンギアと、
前記リングギア及び前記ピニオンギアの一方の中心軸を公転中心として、前記リングギアと前記ピニオンギアとの噛み合いを維持したまま前記リングギア及び前記ピニオンギアの他方を公転させ、それによって前記リングギア及び前記ピニオンギアの前記他方を自転させる自公転手段と、
前記リングギア及び前記ピニオンギアの前記他方に固定された、前記基板を保持するための第１の保持部材と、
を備え、
前記自公転手段による前記リングギア及び前記ピニオンギアの前記他方の公転の公転半径と、前記リングギア及び前記ピニオンギアの前記他方の前記公転中心と前記研磨パッドの中心とのずれとの和は、前記基板の半径以下であることを特徴とする基板研磨装置。
【請求項１４】
内周に内歯を有するリングギアに固定された第１の保持部材に基板を保持させ、
前記リングギアの内側に設けられ、前記リングギアの前記内歯と噛合する外歯を有するピニオンギアの中心軸を公転中心として、前記リングギアと前記ピニオンギアとの噛み合いを維持したまま、前記リングギア、前記リングギアに固定された前記第１の保持部材、及び前記第１の保持部材に保持させた前記基板を公転させ、それによって、前記リングギア、前記リングギアに固定された前記第１の保持部材、及び前記第１の保持部材に保持させた前記基板を自転させ、
自転及び公転する前記基板に研磨パッドを接触させて前記研磨パッドで前記基板を研磨することを特徴とする基板研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の基板の表面を研磨するための基板研磨装置及び基板研磨方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスを基板の上に形成する際には、基板表面を平坦化するために基板表面を研磨する研磨工程、及び研磨後に基板を洗浄する洗浄工程が設けられる。例えば、基板に形成した配線溝を金属で埋めるダマシン配線形成工程においては、ダマシン配線形成後に余分な金属が研磨される。近年の半導体デバイスの微細化に伴い、研磨工程において要求される基板の平坦度はますます高くなっている。
【０００３】
また、基板表面の研磨においては、研磨により基板表面から削り取られた金属膜、バリア膜、絶縁膜等の材料が基板表面に存在することになる。基板の表面研磨においては、研磨工程の後の洗浄工程の負担を軽減するために、基板表面の削り取られた材料を十分に除去する洗浄作用も求められる。
【０００４】
すなわち、基板の研磨においては、研磨性能と洗浄性能が求められる。さらに、基板の研磨においては、基板の大型化に対応すること、及びスループットを高めるという要請もある。
【０００５】
図４は、特許文献１に従来技術として記載された基板研磨装置の構成図である（特許文献１の図５を参照）。この基板研磨装置１０１では、基板Ｓがその被研磨面を下向きにして研磨ヘッド１１３に保持され、上面に研磨パッドＰを備えた研磨テーブルが下方から基板Ｓの被研磨面に接触して、研磨パッドＰにより基板Ｓの被研磨面を研磨する。研磨ヘッド１１３は円形であり、その中心を回転中心として回転する。研磨パッドＰも円形であり、その中心を回転中心として回転する。
【０００６】
研磨テーブル１１２は、研磨パッドＰの半径が基板Ｓの直径より大きくなるように設計される。研磨ヘッド１１３及び研磨テーブル１１２は、研磨ヘッド１１３に保持された基板Ｓが研磨パッドＰの中心と周縁との間に位置し、研磨ヘッド１１３に保持された基板Ｓの被研磨面全体が研磨パッドＰに接触するように配置される。また、研磨パッドＰの上方には、研磨パッドＰに研磨剤Ｑを供給するノズルが１４設けられる。この構成により、研磨パッドＰに研磨剤Ｑが供給されて、研磨ヘッド１１３（に保持された基板Ｓ）及び研磨パッドＰがいずれもその中心を回転中心として回転すると、基板Ｓの被研磨面と研磨パッドＰとの間の相対運動によって有効に被研磨面が研磨されるとともに、基板Ｓの被研磨面を均一に研磨することができる。
【０００７】
なお、本発明に関連する先行技術として、以下の先行技術文献がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３５６００５１号公報
【特許文献２】特開平８−３９４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図４から明らかなように、従来の基板研磨装置１０１では、基板Ｓの直径の倍以上の直径を有する研磨パッドＰ（及びそれを保持する研磨テーブル１１２）が必要となる。研磨パッドＰの大型化の問題は、基板Ｓが大型化することで顕著になる。
【００１０】
特許文献１には、研磨ヘッド（に保持された基板）がその中心を回転中心とする回転（自転）をするとともに、研磨パッドが並進円運動をする基板研磨装置が開示されている。この構成によれば、特許文献１の図２に示されるように、研磨パッドの直径を基板の直径の２倍以上とすることなく、研磨パッドの同じ場所のみで研磨がなされるのを防止して、研磨パッドと基板の被研磨面との接触する位置を順次に変化させて、基板の被研磨面全体で均一化した研磨処理を行うことができる（特許文献１の段落００２２参照）。
【００１１】
しかしながら、上記の基板研磨装置では、研磨パッドが並進円運動をするものの自転をしないので、研磨効率が高くないという問題がある。
【００１２】
一方、特許文献２には、基板を保持した基板キャリアが自転をしつつ公転をし、かつ、基板の被研磨面に接触する研磨パッドも自転をする基板研磨装置が開示されている。しかしながら、特許文献２の図１及び図４に示されるように、研磨パッドの直径は基板の直径の２倍以上あり、このような構成では、基板が大型化した際には研磨パッドも大型化せざるを得ず、省スペースの観点から不利である。
【００１３】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、研磨効率の向上とともに省スペース化に有利な基板研磨装置及び基板研磨方法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】
【００１４】
本発明のある態様の基板研磨装置は、基板及び研磨パッドの一方を保持する第１の保持手段と、前記基板及び前記研磨パッドの他方を保持する第２の保持手段とを備え、前記基板と前記研磨パッドとを接触させて前記基板を前記研磨パッドで研磨する基板研磨装置であって、前記第１の保持手段は、内周に内歯を有するリングギアと、前記リングギアの内側に設けられ、前記リングギアの前記内歯と噛合する外歯を有するピニオンギアと、前記ピニオンギアの中心軸を公転中心として、前記リングギアと前記ピニオンギアとの噛み合いを維持したまま前記リングギアを公転させ、それによって前記リングギアを自転させるカムシャフトと、前記リングギアに固定された、前記基板及び前記研磨パッドの前記一方を保持するための第１の保持部材とを備えた構成を有している。
【００１５】
この構成により、基板及び研磨パッドの一方が自転及び公転するので、研磨効率が向上する。また、基板が第１の保持手段によって保持される場合には、基板の可動範囲をすべて覆う研磨パッドを用意しても、そのような研磨パッドは、その半径を基板の２倍以上の大きさとする必要がなく、省スペースに有利である。また、研磨パッドが第１の保持手段によって保持される場合は、研磨パッドは基板よりも小さくすることができ、この場合も省スペースに有利である。さらに、カムシャフトを回転させるのみで、第１の保持部材及びそれに保持された基板及び研磨パッドの一方を自転及び公転させることができる。
【００１６】
上記の基板研磨装置は、さらに、吸引手段を備えていてよく、前記第１の保持手段は、前記基板を保持してよく、前記第２の保持手段は、前記研磨パッドを保持してよく、前記カムシャフトと前記第１の保持部材とはロータリジョイントを介して接続されてよく、前記吸引手段は、前記カムシャフト及び前記ロータリジョイントを介して前記第１の保持部材に接続されてよく、前記第１の保持部材は、前記吸引手段による吸引によって前記基板を吸着して保持してよい。この構成により、基板は吸引による吸着によって保持手段に保持される。
【００１７】
上記の基板研磨装置において、前記第１の保持手段は、前記基板を保持してよく、前記第２の保持手段は、前記研磨パッドを保持してよく、前記研磨パッドは、前記基板の可動範囲をすべて覆い、かつ、半径が前記基板の直径より小さい円形状を有してよい。この構成により、基板が公転しても常に基板の全面を研磨パッドで研磨することができるとともに、研磨パッドの大きさを抑えて省スペース化を実現できる。
【００１８】
上記の基板研磨装置において、前記第２の保持手段は、前記基板及び前記研磨パッドの前記他方を保持する第２の保持部材と、前記第２の保持部材を自転させる自転手段とをさらに備えていてよい。この構成により、研磨パッドと基板との研磨が促進されて研磨効率がさらに向上する。
【００１９】
上記の基板研磨装置において、前記自転手段による前記第２の保持部材の自転中心は、前記カムシャフトによる前記リングギアの公転中心と実質的に一致してよい。この構成により、研磨パッドの大きさを小さくすることができる。
【００２０】
上記の基板研磨装置さらに、研磨剤、薬液、及び／又は水を含む液体を供給する液体供給手段を備えていてよく、前記研磨供給手段から供給される前記液体は、ロータリジョイントを介して、前記研磨パッドの研磨面の裏側から、前記研磨パッドに供給されてよい。研磨面の側から研磨パッドに液体を供給すると、研磨パッドは液体を供給されるためのスペース（通常はこのスペースには基板が接触しない）を設けなければならず、研磨パッドをその分大きくしなければならないが、上記の構成により、液体が研磨パッドの研磨面の裏側から研磨パッドに供給されるので、研磨パッドの大きさを小さくすることができる。
【００２１】
上記の基板研磨装置において、前記第２の保持手段は、前記基板及び前記研磨パッドの前記他方を保持する第２の保持部材と、前記第２の保持部材を搖動させる搖動手段とをさらに備えていてよい。この構成により、研磨の均一性を向上できる。
【００２２】
上記の基板研磨装置において、前記搖動手段は、前記カムシャフトの回転と連動して前記第２の保持部材を搖動してよい。この構成により、基板の自転及び公転と連動して、研磨パッドの搖動させることができる。
【００２３】
上記の基板研磨装置において、前記第１の保持手段及び／又は前記第２の保持手段は、前記基板と前記研磨パッドとの接触圧を調整する接触圧調整手段をさらに備えていてよい。この構成により、基板と研磨パッドとの接触圧を調整し、研磨レートを調整することができる。
【００２４】
上記の基板研磨装置において、前記接触圧調整手段は、前記カムシャフトの回転と連動して前記接触圧を調整してよい。この構成により、基板の自転及び公転と連動して、接触圧を調整することができる。
【００２５】
上記の基板研磨装置において、前記第１の保持手段は、前記第２の保持手段の下方にて、前記基板の被研磨面を上方に向けて前記基板を保持してよく、前記第２の保持手段は、前記第１の保持手段の上方にて、下面に前記研磨パッドを保持してよい。
【００２６】
上記の基板研磨装置において、前記第１の保持手段は、前記第２の保持手段の上方にて、前記基板の被研磨面を下方に向けて前記基板を保持してよく、前記第２の保持手段は、前記第１の保持手段の下方にて、上面に前記研磨パッドを保持してよい。
【００２７】
本発明の別の態様の基板研磨装置は、円形の基板を保持する第１の保持手段と、円形の研磨パッドを保持する第２の保持手段とを備え、前記基板と前記研磨パッドとを接触させて前記基板を前記研磨パッドで研磨する基板研磨装置であって、前記第１の保持手段は、内周に内歯を有するリングギアと、前記リングギアの内側に設けられ、前記リングギアの前記内歯と噛合する外歯を有するピニオンギアと、前記リングギア及び前記ピニオンギアの一方の中心軸を公転中心として、前記リングギアと前記ピニオンギアとの噛み合いを維持したまま前記リングギア及び前記ピニオンギアの他方を公転させ、それによって前記リングギア及び前記ピニオンギアの前記他方を自転させる自公転手段と、前記リングギア及び前記ピニオンギアの前記他方に固定された、前記基板を保持するための第１の保持部材とを備え、前記自公転手段による前記リングギア及び前記ピニオンギアの前記他方の公転の公転半径と、前記リングギア及び前記ピニオンギアの前記他方の前記公転中心と前記研磨パッドの中心とのずれとの和は、前記基板の半径以下である構成を有している。
【００２８】
この構成により、基板が自転及び公転するので、研磨効率が向上するとともに、リングギア及びピニオンギアの他方の公転半径と、リングギア及びピニオンギアの他方の公転中心と研磨パッドの中心とのずれとの和は、基板の半径以下であるので、研磨パッドの半径は基板の半径の２倍以下に抑えることができ、省スペースに有利である。なお、上記における「前記自公転手段による前記リングギア及び前記ピニオンギアの前記他方の公転の公転半径」は、「前記リングギア及び前記ピニオンギアの前記一方の中心軸と前記リングギア及び前記ピニオンギアの前記他方の中心軸とのずれ」と同義である。
【００２９】
本発明のある態様の基板研磨方法は、内周に内歯を有するリングギアに固定された第１の保持部材に基板を保持させ、前記リングギアの内側に設けられ、前記リングギアの前記内歯と噛合する外歯を有するピニオンギアの中心軸を公転中心として、前記リングギアと前記ピニオンギアとの噛み合いを維持したまま、前記リングギア、前記リングギアに固定された前記第１の保持部材、及び前記第１の保持部材に保持させた前記基板を公転させ、それによって、前記リングギア、前記リングギアに固定された前記第１の保持部材、及び前記第１の保持部材に保持させた前記基板を自転させ、自転及び公転する前記基板に研磨パッドを接触させて前記研磨パッドで前記基板を研磨する構成を有している。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、研磨効率を向上させ、省スペース化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態における基板研磨装置の構成を示す模式図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態における基板ホルダ（０度公転）を上方から見た図  （ｂ）本発明の実施の形態における基板ホルダ（９０度公転）を上方から見た図  （ｃ）本発明の実施の形態における基板ホルダ（１８０度公転）を上方から見た図  （ｄ）本発明の実施の形態における基板ホルダ（２７０度公転）を上方から見た図
【図３】図２（ａ）〜（ｄ）における基板保持部材とピニオンギアとの位置関係を、ピニオンギアを重ねて描いた図
【図４】従来の基板研磨装置の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態の基板研磨装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する場合の一例を示すものであって、本発明を以下に説明する具体的構成に限定するものではない。本発明の実施にあたっては、実施の形態に応じた具体的構成が適宜採用されてよい。
【００３３】
なお、以下の説明では、円形の物体がその中心軸を回転軸として回転することを自転といい、円形の物体がその中心以外の軸を回転軸として回転することを公転という。公転は回転軸（公転中心）が円形の物体の外側にない場合も公転というものとする。また、自転し、かつ公転することを自公転ともいう。
【００３４】
図１は、本発明の実施の形態の基板研磨装置の構成を示す模式図である。一般に半導体基板の製造工程では、複数の基板研磨工程が含まれることがあるが、本実施の形態の基板研磨装置は、研磨工程の最後に行われる仕上げ研磨ないしはバフ研磨を行う装置である。なお、研磨工程の後には洗浄工程が行われることから、本実施の形態における仕上げ研磨ないしはバフ研磨は、洗浄工程の前処理と認識されることもあり、また、複数の工程からなる洗浄工程のうちの最初の工程と認識されることもあるが、本願では、そのような洗浄工程の前処理や洗浄工程の内の最初の工程も研磨工程といい、それを実施する装置を基板研磨装置という。また、本発明の基板研磨装置は、仕上げ研磨ないしはバフ研磨以外の通常の研磨を行う装置であってもよい。
【００３５】
基板研磨装置１００は、研磨パッドＰを保持する研磨パッドホルダ５０と、基板Ｓを保持する基板ホルダ１０と、基板ホルダ１０を収容する収容器３０とを備えている。研磨パッドホルダ５０は、基板ホルダ１０の上方にて、研磨パッド保持部材５１の下面に研磨パッドＰを保持し、基板ホルダ１０は、研磨パッドホルダ５０の下方にて、基板保持部材１１の上面に、被研磨面を上方に向けて基板Ｓを保持する。この実施の形態の基板研磨装置１００における基板ホルダ１０は第１の保持手段に相当し、研磨パッドホルダ５０は、本発明の第２の保持手段に相当する。
【００３６】
収容器３０は、円形の底３１と、底３１の外縁に立設された円筒状の側壁３２を有する。収容器３０の側壁３２は、研磨パッドホルダ５０の研磨パッド保持部材５１の径Ｌ3よりも大きく、かつ、後述する基板保持部材１１の可動範囲径Ｌ2及び研磨パッド保持部材５１の径Ｌ3よりも大きい径を有している。これにより、研磨パッド保持部材５１は、研磨時に収容器３０の側壁３２が形成する円筒内に入ることができ、基板保持部材１１は、収容器３０の内部で側壁３２の内側に干渉することなく回転駆動される。側壁３２の高さは、基板保持部材１１に保持された基板Ｓの高さより高い。
【００３７】
研磨パッドホルダ５０は、下面に円形の研磨パッドＰを保持する円板状の研磨パッド保持部材５１を備えている。研磨パッド保持部材５１の径は、研磨パッドＰの径より若干大きく、研磨パッドＰは研磨パッド保持部材５１の下面の略中央に保持される（研磨パッドＰの中心と研磨パッド保持部材５１の下面の中心とは実質的に一致する）。この研磨パッド保持部材５１は、本発明の第２の保持部材に相当する。図１に示すように研磨パッド保持部材５１の径はＬ3で表現されるが、上述のように、研磨パッド保持部材５１の径と研磨パッドＰの径はほぼ同一であるので、以下では、研磨パッドの径についてもＬ3を用いて表現することがある。
【００３８】
研磨パッド保持部材５１の中心には上方に軸５２が延びており、軸５２はモータ５３によって回転駆動される。モータ５３の出力軸の回転は、回転ベルト５４を介して軸５２に伝達される。これによって、研磨パッド保持部材５１は、その中心を回転軸として自転する。
【００３９】
研磨パッド保持部材５１及び軸５２の内部には、研磨剤流路５５及び純水流路５６が形成されている。研磨パッド保持部材５１の下面には、研磨剤流路５５及び純水流路５６の排出口が形成されており、供給源５７から供給される研磨剤及び純水が研磨パッドＰの裏面側から研磨パッドＰに供給される。軸５２と研磨剤及び純水の供給源５７とは、ロータリジョイント５９を介して接続されており、軸５２及びそれと一体となった研磨パッド保持部材５１とは、供給源５７に対して回転可能である。この供給源５７は、本発明の液体供給手段に相当する。
【００４０】
また、研磨パッドホルダ５０には、研磨パッド保持部材５１を上下動させる昇降モータ５８を有している。この昇降モータ５８によって研磨パッド保持部材５１が下向きに駆動されることで、研磨パッドＰは、基板Ｓに接触し、かつ所望の圧力で基板Ｓに押し付けられる。また、基板Ｓの研磨が終了し、研磨する基板Ｓを交換する際には、昇降モータ５８によって研磨パッド保持部材５１を上昇させることができる。
【００４１】
基板ホルダ１０は、上面に円形の基板Ｓを保持する円柱状の基板保持部材１１を備えている。基板Ｓは、その被研磨面を上向きにして基板保持部材１１の上面に保持される。基板保持部材１１の径は、基板Ｓの径より若干大きく、基板Ｓは基板保持部材１１の略中央に保持される（基板Ｓの中心と基板保持部材１１の上面の中心とは実質的に一致する）。基板保持部材１１は、本発明の第１の保持部材に相当する。図１に示すように基板保持部材１１の径はＬ1で示されるが、上述のように、基板保持部材１１の径と基板Ｓの径はほぼ同一であるので、以下では、基板Ｓの径についてもＬ1を用いて表現することがある。
【００４２】
基板保持部材１１は、下面に円柱形上の凹部を有している。凹部の内壁の下方には、内歯１２１を有するリングギア１２が固定されている。リングギア１２の内側には、リングギア１２よりも小径のリング形状のピニオンギア１３が設けられている。ピニオンギア１３は外歯１３１を有し、ピニオンギア１３の外歯１３１とリングギア１２の外歯１２１とが噛合している。ピニオンギア１３は、収容器３０の底３１と一体的に形成されており、収容器３０に対して固定されている。
【００４３】
基板保持部材１１の凹部には、さらに、カムシャフト１４が設けられる。カムシャフト１４は、円板状のカム板１４１とシャフト１４２からなる。カム板１４１は、基板保持部材１１の凹部の径より若干小さい若干小さい径を有している。カム板１４１の上面は、複数のベアリング１４３を介して基板保持部材１１の凹部の上面を支持しており、また、カム板１４１の側面も、複数のベアリング１４３を介して基板保持部材１１の凹部の内壁を支持している。これにより、基板保持部材１１は、カム板１４１に支持されつつ、カム板１４１に対して周方向に転がり可能である。このカムシャフト１４は、本発明の自公転手段に相当する。
【００４４】
シャフト１４２は、カム板１４１の中心からずれた位置で、カム板１４１の下面に接続されて下方に延びている。シャフト１４２がカム板１４１の中心から偏心していることによって、偏心カムが構成される。シャフト１４２はピニオンギア１３のリング形状の内側に挿入されている。これにより、カムシャフト１４の回転中心は、ピニオンギア１３の中心Ｏ2と実質的に一致している。カム板１４１の中心と、基板保持部材１１の上面の中心Ｏ3及び基板Ｓの中心とは実質的に一致しており、それらとカムシャフト１４の回転中心及びピニオンギア１３の中心とのずれ量Ｄは、基板Ｓの半径より小さい。
【００４５】
また、カムシャフト１４の回転中心及びピニオンギア１３の中Ｏ3は、研磨パッド保持部材５１の中心Ｏ1（即ち、軸５２の中心であり、研磨パッド保持部材５１の回転中心）とも実質的に一致している。
【００４６】
カムシャフト１４のシャフト１４２は、モータ１５によって回転駆動される。モータ１５の出力軸の回転は、回転ベルト１６を介してシャフト１４２に伝達される。これにより、シャフト１４２は、その中心軸Ｏ2を回転軸として回転する。
【００４７】
また、カムシャフト１４と基板保持部材１１の内部には気体流路１７が設けられており、気体流路１７は、基板保持部材１１の内部で複数の枝に分かれて、各枝が基板保持部材１１の上面の吸気口でそれぞれ大気に連通している。カムシャフト１４内の気体流路１７と基板保持部材１１内の気体流路１７とはロータリジョイント１８を介して接続されている。気体流路１７の先には、低圧源１９が設けられている。低圧源１９から気体流路１７を介して空気を吸引することで、基板Ｓが基板保持部材１１の上面に真空吸着される。この低圧源１９は、本発明の吸引手段に相当する。
【００４８】
収容器３０の底３１の周縁部分には、複数の排液口３３が形成されており、底３１の内面は、排液口３３に向けて排液を流すように傾斜している。
【００４９】
以上のように構成された基板研磨装置１００の動作を説明する。まず、研磨パッドホルダ５０のモータ５３と基板ホルダ１０のモータ１５とが駆動する。そうすると、基板パッド保持部材５１がその中心Ｏ1を回転中心として回転（自転）する。また、シャフト１４２が回転することで、カム板１４１が偏心した回転中心を中心に回転し、このカム板１４１の回転によって複数のベアリング１４３を介して基板保持部材１１がシャフト１４２の回転中心Ｏ2を回転中心として公転する。
【００５０】
この基板保持部材１１の公転の際に、基板保持部材１１に固定されたリングギア１２の内歯１２１と、位置が固定されたピニオンギア１３の外歯１３１とは噛み合いを保ったままであるので、この噛み合いによってリングギア１２は自転することになり、よってリングギア１２に固定された基板保持部材１１も自転する。すなわち、カムシャフト１４は、ピニオンギア１３の中心軸Ｏ2を公転中心として、リングギア１２の内歯１２１とピニオンギア１３の外歯１３１との噛み合いを維持したままリングギアを公転させ、それによってリングギア１２及びそれに固定された基板保持部材１１を自転させる。
【００５１】
このように、研磨パッド保持部材５１及び基板保持部材１１を回転させた状態で、昇降モータ５８によって研磨パッド保持部材５１を降下させて、研磨パッド保持部材５１と基板保持部材１１とを接触させ、所定の圧力で研磨パッドＰを基板Ｓに押し付ける。このとき、供給源５７から研磨剤及び純水を供給すると、それらは研磨剤流路５５及び純水流路５６を通って研磨パッドＰに供給され、基板Ｓの被研磨面が研磨パッドＰによって研磨される。
【００５２】
研磨中に研磨パッドＰから漏れ出た、又は基板Ｓの縁からこぼれた研磨剤及び純水は、収容器３０内で落下し、底３１又は側壁３２を流れて排液口３３から排出される。研磨が終了すると、昇降モータ５８によって研磨パッド保持部材５１が上昇し、低圧源１９による基板Ｓの吸着が解除されて、基板Ｓが基板保持部材１１から取り出される。
【００５３】
図２（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、基板ホルダ１０を上方から見た図である。図２（ａ）〜（ｄ）では、基板保持部材１１、リングギア１２、ピニオンギア１３、カムシャフト１４が回転する様子を時系列に示している。図３は、図２（ａ）〜（ｄ）における基板保持部材１１とピニオンギア１３との位置関係を、ピニオンギア１３を重ねて描いた図である。図３において、基板保持部材１１（ａ）〜１１（ｄ）及び点１２Ａ（ａ）〜１２Ａ（ｄ）は、それぞれ図２（ａ）〜（ｄ）の基板保持部材１１及び点１２Ａに対応している。
【００５４】
図２（ａ）〜（ｄ）及び図３は、ピニオンギア１３の径：リングギア１２の径＝１：３（ピニオンギア１３とリングギア１２のギア比＝１：３）の例を示している。また、図２（ａ）〜（ｄ）では、各時点においてリングギア１２の内歯１２１と噛み合っているピニオンギア１３の外歯を点１３Ａとし、図２（ａ）の段階でピニオンギア１３の点１３Ａと噛み合っていたリングギア１２の内歯１２１を点１２Ａとしている。
【００５５】
カムシャフト１４が回転中心Ｏ2を中心として時計回りに回転すると、カム板１４１がベアリング１４３を介して基板保持部材１１の凹部の内壁に作用して連れ回し、基板保持部材１１を回転中心Ｏ2を中心として時計回りに公転させる。図２（ｂ）は、図２（ａ）の状態からカムシャフト１４が９０度時計回りに回転した状態を示している。図２（ａ）の状態でピニオンギア１３と噛み合っていたリングギア１２の点１２Ａは、図２（ｂ）の状態では、ギア比に従った角度（９０度の３分の１＝３０度）だけ、ピニオンギア１３との噛み合い点１３Ａから回転している。このとき、リングギア１２はカム板１４１に押されて９０度公転しているので、点１２Ａは、図２（ａ）の位置から６０度自転した位置に来ている。
【００５６】
図２（ｃ）は、図２（ａ）の状態からカムシャフト１４が時計回りに１８０度回転した状態、即ち、図２（ｂ）からカムシャフト１４がさらに時計回りに９０度回転した状態を示している。図２（ａ）の状態でピニオンギア１３と噛み合っていたリングギア１２の点１２Ａは、図２（ｃ）の状態では、ギア比に従った角度（１８０度の３分の１＝６０度）だけ、ピニオンギア１３との噛み合い点１３Ａから回転している。このとき、リングギア１２は１８０度公転しているので、点１２Ａは、図２（ａ）の位置から１２０度自転した位置に来ている。
【００５７】
図２（ｄ）は、図２（ａ）の状態からカムシャフト１４が時計回りに２７０度回転した状態、即ち、図２（ｃ）からカムシャフト１４がさらに時計回りに９０度回転した状態を示している。図２（ａ）の状態でピニオンギア１３と噛み合っていたリングギア１２の点１２Ａは、図２（ｄ）の状態では、ギア比に従った角度（２７０度の３分の１＝９０度）だけ、ピニオンギア１３との噛み合い点１３Ａから回転している。このとき、リングギア１２は２７０度公転しているので、点１２Ａは、図２（ａ）の位置から１８０度自転した位置に来ている。
【００５８】
このような回転動作によって、カムシャフト１４が１回自転すると、これによってリングギア１２及びそれに固定された基板保持部材１１は、１回公転し、その間に内歯１２１がピニオンギア１３の外歯１３１に噛み合って回転することで、２４０度自転することになる。図２（ａ）〜（ｄ）において、公転中心Ｏ2に対するリングギア１２の点１２Ａの位置の変化に着目すると、図３から明らかなように、カムシャフト１４の回転に伴って、リングギア１２の点１２Ａは、公転中心Ｏ2の周りを、回転角度が大きくなるにつれて公転中心Ｏ2からの距離が遠くなるように移動している。リングギア１２上の点が公転中心Ｏ2から徐々に遠くなるか近くなるかは周期的に変化し、例えば、点１２Ａの対角にあるリングギア１２上の点は、図２（ａ）〜（ｄ）にかけて、カムシャフト１４の回転に伴って、公転中心Ｏ2からの距離が近くなっている。
【００５９】
リングギア１２及びそれに固定された基板保持部材１１の上述の動作は、基板保持部材１１に保持される基板Ｓの被研磨面の各点が、研磨パッドＰの同一半径位置のみで研磨されることを回避して、研磨パッドＰの異なる半径位置で研磨されることを保証する。よって、研磨パッドＰの研磨面に不均一性がある場合にも、基板Ｓの被研磨面の研磨の均一性が向上する。
【００６０】
基板保持部材１１の径Ｌ1とし、基板保持部材１１の公転中心Ｏ2から基板保持部材１１の中心Ｏ3までの距離（公転半径）Ｄと、基板保持部材１１の可動範囲径Ｌ2とは、Ｌ２＝Ｌ1＋２Ｄの関係となる。上述のように、公転半径Ｄは基板保持部材１１の半径（Ｌ1／２）より小さいので（Ｄ＜Ｌ1／２）、Ｌ2＜２Ｌ1となり、よって、基板保持部材１１の可動範囲径Ｌ2は、基板保持部材１１の径Ｌ1の２倍より小さくなる。
【００６１】
研磨パッドＰの径Ｌ3は、基板保持部材１１の可動範囲径Ｌ2をすべて覆い、可動範囲径Ｌ2より若干大きい大きさとされる。研磨パッドＰをこの大きさにすることで、基板保持部材１１が可動範囲径Ｌ2内で回転駆動される場合にも、常に基板Ｓの全面を研磨パッドＰで研磨することができる。また、図３と比較すると、研磨パッドＰが基板Ｓの２倍以上の径を有していなくても、基板Ｓの可動範囲径Ｌ2のすべてを覆うことができ、基板研磨装置１００を小型化できる。
【００６２】
なお、上記の実施の形態では、ピニオンギア１３が固定されていたが、カムシャフト１４の回転と同時にピニオンギア１３をその中心軸Ｏ2周りに自転させてもよい。ピニオンギア１３を自転させることで、リングギア１２が１公転したときのリングギア１２の自転角度を調整することができる。
【００６３】
また、上記の実施の形態では、ピニオンギア１３の位置を固定して、ピニオンギア１３の中心Ｏ2を公転中心として、リングギア１２を公転させたが、逆に、リングギア１２の位置を固定して、リングギア１２の中心Ｏ3を公転中心として、リングギア１２の内歯１２１とピニオンギア１３の外歯１３１との噛み合いを維持したまま、ピニオンギア１３を公転させてもよい。ピニオンギア１３の自公転は、一端でピニオンギア１３の中心軸を回転可能に支持し、他端がリングギア１２の中心Ｏ3周りに回転可能なアームを、リングギア１２の中心Ｏ3を回転中心として回転させることで実現できる。このアームは、本発明の自公転手段に該当する。
【００６４】
このとき、ピニオンギア１３は、外歯１３１がリングギア１２の内歯１２１と噛み合いながら公転することになるので、公転と同時に自転もすることになる。そして、このようなピニオンギア１３に基板保持部材１１を固定することで、それに保持される基板Ｓは、上記の実施の形態と同様に、公転をしながら自転することなる。さらにこのときに、リングギア１２を自転させてもよい。
【００６５】
また、上記の実施の形態において、研磨パッドＰを保持する研磨パッド保持部材５１は自転させなくてもよい。さらに、自転し、又は自転しない研磨パッド保持部材５１を搖動させてもよい。このとき、搖動範囲の任意の位置にある研磨パッド保持部材５１に保持される研磨パッドＰが、任意の位置にある基板Ｓの全面に接触しているように、搖動範囲及び研磨パッドＰの大きさを決定するのが望ましい。また、この研磨パッド保持部材５１の搖動動作がカムシャフト１４の回転動作、即ち基板Ｓの自公転動作と同期して行われることが望ましい。
【００６６】
また、上記の実施の形態では、カムシャフト１４の回転中心（即ち、基板保持部材１１及びそれに保持される基板Ｓの公転中心）Ｏ2と、研磨パッド保持部材５１及びそれに保持される研磨パッドＰの自転中心Ｏ1とが一致していたが、これらがずれていてもよい。このとき、基板Ｓが自公転しても常にその全面が研磨パッドＰに接触しているための研磨パッドの径Ｌ3に要求される条件は、上記のずれ量をｄとすると、Ｌ3＞２ｄ＋２Ｄ＋Ｌ1となる。
【００６７】
また、上記の実施の形態では、研磨パッドＰに研磨剤及び純水を供給したが、これらに加えて、又はこれらに代えて、薬液等の他の液体を供給してもよい。
【００６８】
また、上記の実施の形態において、研磨の過程で昇降モータ５８によって研磨パッドＰの基板Ｓに対する接触圧を調整してもよい。この接触圧の調整は、研磨の進行（研磨時間の経過）に応じて行ってもよいし、カムシャフト１４の回転動作、即ち基板Ｓの自公転動作と同期して行われてもよい。このような機能を有する昇降モータ５８は、本発明の接触圧調整手段に相当する。
【００６９】
また、上記の実施の形態では、カム板１４１が複数のベアリング１４３を介して基板保持部材１１の凹部の内壁の全周に接触していたが、カム板１４１が基板保持部材１１の凹部の径よりも十分に小さく、基板保持部材１１の凹部の内壁の全周のうちの一部に接触していてもよい。
【００７０】
また、上記の実施の形態では、自公転する基板保持部材１１に基板Ｓを保持させたが、上記の実施の形態における基板保持部材１１に研磨パッドＰを保持させ、上記の実施の形態における研磨パッド保持部材５１に基板Ｓを保持させてもよい。即ち、研磨パッドＰを下方で保持し、基板Ｓをその被研磨面を下に向けて研磨パッドＰの上方で保持してもよい。この場合には、上記の実施の形態の研磨パッドホルダ５０は、基板Ｓを保持するので基板ホルダとなり、それは本発明の第２の保持手段に相当し、上記の実施の形態の基板ホルダ１０は、研磨パッドＰを保持するので研磨パッドホルダとなり、それは本発明の第１の保持手段に相当する。
【００７１】
この構成によれば、研磨パッドＰが自公転することになる。基板Ｓの径をＬS、研磨パッドの径をＬP、基板Ｓの中心と研磨パッドＰの中心とのずれ量をｄ、研磨パッドＰの公転半径をＤとすると、研磨パッドＰが自公転しても常に基板Ｓの全面が研磨パッドに接触しているための条件は、ＬP＞２ｄ＋２Ｄ＋ＬSとなる。
【００７２】
また、上記の実施の形態及び上記の変形例では、自公転する第１の保持手段を第２の保持手段の下側に設けたが、第１の保持手段と第２の保持手段とを上下逆にしてもよい。この場合には、自公転する第１の保持手段が第２の保持手段の上側に設けられ、第２の保持手段が第１の保持手段の下側に設けられ、第２の保持手段は収容器３０に収容される。
【００７３】
また、上記の実施の形態では、基板Ｓと研磨パッドＰとを所定の接触圧で接触させるための昇降モータ５８が第２の保持手段の側に設けられていたが、これに加えて、又はこれに代えて、昇降モータが第１の保持手段側に設けられていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、研磨効率の向上とともに省スペース化に有利であるという効果を有し、半導体ウエハ等の基板の表面を研磨するための基板研磨装置及び基板研磨方法等として有用である。
【符号の説明】
【００７５】
１０  基板ホルダ
１１  基板保持部材
１２  リングギア
１２１  内歯
１３  ピニオンギア
１３１  外歯
１４  カムシャフト
１４１  カム板
１４２  シャフト
１５  モータ
１６  回転ベルト
１７  気体流路
１８  ロータリジョイント
１９  低圧源
３０  収容器
３１  底
３２  側壁
３３  排液口
５０  研磨パッドホルダ
５１  研磨パッド保持部材
５２  軸
５３  モータ
５４  回転ベルト
５５  研磨剤流路
５６  純水流路
５７  供給源
５８  昇降モータ
５９  ロータリジョイント
【図１】
2016068219.tif 000003
【図２】
2016068219.tif 000004
【図３】
2016068219.tif 000005
【図４】
2016068219.tif 000006