(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリア駆動装置に駆動されて回転するキャリアでウェーハの上面を押圧しながら、該ウェーハの下面を回転する研磨パッドに押し付けて研磨するウェーハ研磨装置において、
前記キャリア駆動装置は、
駆動源に連結された回転軸と、
前記回転軸に設けられた回転駆動部材と、
中心に貫通穴を有し、該貫通穴に前記回転軸が挿通された回転伝達部材と、
前記回転伝達部材に９０°の間隔で交互に形成され、それぞれ前記回転伝達部材の中心に向かって所定の長さで形成された第１ピン孔及び第２ピン孔と、
前記回転駆動部材に設けられ、前記第１ピン孔に遊嵌して前記回転駆動部材の回転力を前記回転伝達部材に伝達する第１ピンと、
前記キャリアに設けられ、前記第２ピン孔に遊嵌して前記回転伝達部材の回転力を前記キャリアに伝達する第２ピンと、
からなり、中空状に形成された前記キャリアの内周部に前記回転駆動部材と前記回転伝達部材が収納配置されることを特徴とするウェーハ研磨装置。
【請求項２】
キャリア駆動装置に駆動されて回転するキャリアでウェーハの上面を押圧しながら、該ウェーハの下面を回転する研磨パッドに押し付けて研磨するウェーハ研磨装置において、
前記キャリア駆動装置は、
駆動源に連結された回転軸と、
前記回転軸に設けられた回転駆動部材と、
中心に貫通穴を有し、該貫通穴に前記回転軸が挿通された回転伝達部材と、
前記回転伝達部材に９０°の間隔で交互に設けられた第１ピン及び第２ピンと、
前記回転駆動部材に中心に向かって所定の長さで形成され、前記第１ピンが遊嵌されて前記回転駆動部材の回転力を前記回転伝達部材に伝達する第１ピン孔と、
前記キャリアに中心に向かって所定の長さで形成され、前記第２ピンが遊嵌されて前記回転伝達部材の回転力を前記キャリアに伝達する第２ピン孔と、
からなり、中空状に形成された前記キャリアの内周部に前記回転駆動部材と前記回転伝達部材が収納配置されることを特徴とするウェーハ研磨装置。
【請求項３】
前記キャリアの内周部に収納配置される前記回転駆動部材が、前記キャリアの内径とほぼ同径の円盤状に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のウェーハ研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は化学的機械研磨法（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Planarizer）によってウェーハを研磨するウェーハ研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＭＰによるウェーハの研磨は、回転する研磨パッドにウェーハを回転させながら所定の圧力で押し付け、その研磨パッドとウェーハとの間にメカノケミカル研磨剤を供給することにより行われる。この際、ウェーハはキャリアに保持されて研磨パッドに押し付けられ、回転力が与えられる。
【０００３】
従来のウェーハ研磨装置では、駆動源に連結された回転テーブルの下部に３本のピンを設け、その３本のピンをキャリアに形成されたピン孔に嵌合させて駆動源の回転をキャリアに伝達していた。
【０００４】
ところで、一般にウェーハは研磨パッドに対して偏芯した位置で研磨されるため、キャリアにはウェーハが受けた横方向の研磨摩擦力が作用する。従来のウェーハ研磨装置は、この横方向の力をピンが受ける構成となっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、横方向の力をピンが受けると、ピンは回転しながら、その力を受けるため、力を受ける位置が移動し、キャリアが波打った状態の力を受け、ウェーハの研磨精度を悪化させるという欠点がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ウェーハを精度よく加工できるウェーハ研磨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】
本発明は前記目的を達成するために、キャリア駆動装置に駆動されて回転するキャリアでウェーハの上面を押圧しながら、該ウェーハの下面を回転する研磨パッドに押し付けて研磨するウェーハ研磨装置において、前記キャリア駆動装置は、駆動源に連結された回転軸と、前記回転軸に設けられた回転駆動部材と、中心に貫通穴を有し、該貫通穴に前記回転軸が挿通された回転伝達部材と、前記回転伝達部材に９０°の間隔で交互に形成され、それぞれ前記回転伝達部材の中心に向かって所定の長さで形成された第１ピン孔及び第２ピン孔と、前記回転駆動部材に設けられ、前記第１ピン孔に遊嵌して前記回転駆動部材の回転力を前記回転伝達部材に伝達する第１ピンと、前記キャリアに設けられ、前記第２ピン孔に遊嵌して前記回転伝達部材の回転力を前記キャリアに伝達する第２ピンと、からなり、中空状に形成された前記キャリアの内周部に前記回転駆動部材と前記回転伝達部材が収納配置されることを特徴とするウェーハ研磨装置を提供する。
【０００８】
本発明によれば、回転軸からの回転をオルダム継手機構を介してキャリアに伝達する。これにより、キャリアが横方向の力を受けても、キャリアを安定して回転させることができ、精度よくウェーハを研磨することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明に係るウェーハ研磨装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００１０】
図１は、ウェーハ研磨装置１０の全体構成を示す斜視図である。同図に示すようにウェーハ研磨装置１０は、主として研磨定盤１２とウェーハ保持ヘッド１４とで構成されている。
【００１１】
研磨定盤１２は円盤状に形成され、その下面中央には回転軸１６が連結されている。研磨定盤１２は、この回転軸１６に連結されたモータ１８を駆動することにより回転する。また、この研磨定盤１２の上面には研磨パッド２０が貼り付けられており、この研磨パッド２０上に図示しないノズルからメカノケミカル研磨剤が供給される。
【００１２】
ウェーハ保持ヘッド１４は、 図２に示すように、主としてヘッド本体２２、キャリア２４、リテーナーリング２６、ガイドリング２８、キャリア用エアバック３０、リテーナーリング用エアバック３２で構成されている。
【００１３】
ヘッド本体２２は円盤状に形成され、その上面に回転軸３４が連結されている。ヘッド本体２２は、この回転軸３４に連結された図示しないモータに駆動されることにより、図１の矢印Ｂ方向に回転する。
【００１４】
キャリア２４は円盤状に形成され、ヘッド本体２２の下部中央に配置される。このキャリア２４は、後述するキャリア駆動装置３６に駆動されて回転する。
【００１５】
リテーナーリング２６は、リング状に形成され、キャリア２４の外周に配置される。
【００１６】
ガイドリング２８は、リング状に形成され、リテーナーリング２６の外周に配置される。このガイドリング２８は、ヘッド本体２２の下部に固定されており、その内周面には溝２８Ａが形成されている。溝２８Ａにはリテーナーリング２６の外周面に形成されたフランジ２６Ａが嵌合されており、これによりリテーナーリング２６が落下するのが防止されている。
【００１７】
キャリア用エアバック３０は、キャリア２４とヘッド本体２２との間に配置され、図示しないエア供給装置からエアが供給されることにより内圧が高められる。キャリア２４は、このキャリア用エアバック３０に上面を押圧されることにより、ウェーハＷを研磨パッド２０に押し付ける。
【００１８】
リテーナーリング用エアバック３２は、リテーナーリング２６とヘッド本体２２との間に配置され、図示しないエア供給装置からエアが供給されることにより、内圧が高められる。リテーナーリング２６は、このリテーナーリング用エアバック３２に上面を押圧されることにより、研磨パッド２０に押し付けられる。
【００１９】
図３は、キャリア駆動装置３６の構成を示す平面図である。また、図４、図５は、それぞれ図３に示すキャリア駆動装置３６の４−４断面図と５−５断面図である。
【００２０】
前記キャリア２４は中空状に形成され、キャリア本体２４Ａと、その上面開口部を覆うドーナツ状のカバー２４Ｂとで構成されている。カバー２４Ｂは、キャリア本体２４Ａの上部に図示しないボルトで固定されている。
【００２１】
キャリア本体２４Ａの内周部には円盤状に形成されたドライブプレート（回転駆動部材）４０が収納されている。ドライブプレート４０はヘッド本体２２の下面中央に連結されたドライブシャフト（回転軸）４２の先端に固着されている（図２参照）。また、このドライブプレート４０は、キャリア本体２４Ａの内径とほぼ同径に形成されており、その外周縁が円弧状に形成されている。
【００２２】
ドライブプレート４０上には中間プレート（回転伝達部材）４４が載置されている。中間プレート４４はドーナツ状に形成され、その内周部にはドライブシャフト４２が挿通されている。また、この中間プレート４４の外周部には、第１Ｕ溝（第１ピン孔）４６、４６と第２Ｕ溝（第２ピン孔）４８とが９０°の間隔で交互に形成されている。この第１Ｕ溝４６と第２Ｕ溝４８は、それぞれ中間プレート４４の外周部から中心に向かって所定の深さで形成されており、後述する第１ピン５０、第２ピン５４の外径よりも少し大きな幅で形成されている。
【００２３】
第１Ｕ溝４６、４６には、第１ピン５０、５０が遊嵌されている。この第１ピン５０、５０は、ドライブプレート４０上に立設されており、その上端部は補助プレート５２に固定されている。補助プレート５２は長尺状に形成され、ドライブシャフト４２に固定されている。中間プレート４４は、この第１ピン５０、５０を介してドライブプレート４０の回転が伝達される。
【００２４】
一方、第２Ｕ溝４８、４８には、第２ピン５４、５４が遊嵌されている。この第２ピン５４、５４は、キャリア本体２４Ａの内周部底面に立設されており、その上端部はカバー２４Ｂの裏面に固定されている。キャリア本体２４Ａは、この第２ピン５４、５４を介して中間プレート４４の回転が伝達される。
【００２５】
なお、ドライブプレート４０には、この第２ピン５４、５４が接触しないようにするために、第２ピン５４の径よりも大きな切欠き４０Ａ、４０Ａが外周部の２箇所に形成されている。第２ピン５４、５４は、この切欠き４０Ａ、４０Ａに挿通されている。
【００２６】
なお、第２ピン５４が、ドライブプレート４０に接触するのを防止できればよいので、切欠きの他、第２ピン５４の径よりも大きな径の穴をドライブプレート４０に形成し、その穴に第２ピン５４を挿通させるようにしてもよい。
【００２７】
上記構成のキャリア駆動装置３６では、ヘッド本体２２が回転すると、その回転力がドライブシャフト４２に伝達され、ドライブシャフト４２からドライブプレート４０へと伝達される。そして、ドライブプレート４０が回転すると、その回転力が第１ピン５０、５０を介して中間プレート４４へと伝達され、さらに、その中間プレート４４の回転が第２ピン５４、５４を介してキャリア本体２４Ａへと伝達される。
【００２８】
すなわち、上記構成のキャリア駆動装置３６では、いわゆるオルダム継手機構を利用してドライブシャフト４２の回転力をキャリア２４に伝達する。そして、このようなオルダム継手機構によってドライブシャフト４２の回転をキャリア２４に伝達することにより、キャリア２４が横方向の力を受けてもキャリア２４を安定して回転させることができる。すなわち、上記構成のキャリア駆動装置３６では、キャリア２４が横方向の力を受けると、その力はドライブプレート４０の外周部で受けられ、第１ピン５０と第２ピン５４には回転力のみがかかるため、ドライブシャフト４２を捻るような力が働くことがなく、常に安定した状態でキャリア２４を回転させることができる。
【００２９】
前記のごとく構成された本実施の形態のウェーハ研磨装置１０の作用は次のとおりである。
【００３０】
まず、ウェーハＷをウェーハ保持ヘッド１４で保持して研磨パッド２０上に載置する。次いで、図示しないエア供給装置からキャリア用エアバック３０とリテーナーリング用エアバック３２に圧縮エアを供給する。これにより、キャリア用エアバッグ３０とリテーナーリング用エアバック３２の内圧が高められ、ウェーハＷとキャリア２４によって所定の圧力で研磨パッド２０に押し付けられるとともに、リテーナーリング２６が所定の圧力で研磨パッド２０に押し付けられる。この状態で研磨定盤１２を図１の矢印Ａ方向に回転させるとともに、ウェーハ保持ヘッド１４を図１の矢印Ｂ方向に回転させる。そして、その回転する研磨パッド２０上に図示しないノズルからメカノケミカル研磨剤を供給する。これにより、ウェーハＷの下面が研磨される。
【００３１】
ところで、前記のごとく研磨されるウェーハＷはキャリア２４に保持されて研磨パッド２０に押し当てられ、回転が与えられる。そして、このキャリア２４はキャリア駆動装置３６に駆動されて回転する。このキャリア駆動装置３６の作用は次のとおりである。
【００３２】
ヘッド本体２２に連結された回転軸３４を図示しないモータで駆動してヘッド本体２２を回転させると、その回転がドライブシャフト４２へと伝達されてドライブシャフト４２が回転する。そして、そのドライブシャフト４２の回転がドライブプレート４０へと伝達され、ドライブプレート４０から第１ピン５０、５０を介して中間プレート４４へと伝達される。さらに、その中間プレート４４の回転が第２ピン５４、５４を介してキャリア本体２４Ａへと伝達され、キャリア２４が回転する。
【００３３】
ここで、本実施の形態のキャリア駆動装置３６では、キャリア２４が、いわゆるオルダム継手機構を介してドライブシャフト４２から回転力が伝達されるため、常に安定した状態でキャリア２４を回転させることができる。すなわち、上記構成のキャリア駆動装置３６では、キャリア２４が横方向の力を受けると、その力はドライブプレート４０の外周部で受けられ、第１ピン５０と第２ピン５４には回転力のみがかかるため、ドライブシャフト４２を捻るような力が働くことがなく、常に安定した状態でキャリア２４を回転させることができる。
【００３４】
また、本実施の形態のキャリア駆動装置３６では、キャリア２４が中空状に形成され、その中空部にドライブプレート４０が収納された構造となっているため、研磨パッド２０から極めて近い位置（高さＨ）で研磨パッド２０からの力を受けることができる。これにより、より安定してキャリア２４を回転させることができる。
【００３５】
さらに、ドライブプレート４０の外周部が円弧状に形成されているため、キャリア２４の振れ（傾斜）を吸収でき、その振れがドライブシャフト４２に伝達されるのを防止できる。
【００３６】
このように本実施の形態のキャリア駆動装置３６によれば、キャリア２４を安定した状態で回転させることができる。これにより、ウェーハＷに過負荷をかけたり、ウェーハＷの飛び出しを生じさせたりすることなく、精度よく研磨することができる。
【００３７】
なお、本実施の形態では、ドライブプレート側とキャリア側に形成したピンを中間プレート側に形成したＵ溝に遊嵌させて回転の伝達を行うようにしているが、中間プレート側に形成したピンをドライブプレート側とキャリア側に形成したＵ溝に遊嵌させて回転の伝達を行うようにしてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、回転軸からの回転をオルダム継手機構を介してキャリアに伝達することにより、キャリアが横方向の力を受けても常に安定してキャリアを回転させることができる。これにより、精度よくウェーハを研磨できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ウェーハ研磨装置の全体構造を示す斜視図
【図２】ウェーハ保持ヘッドの構成を示す縦断面図
【図３】キャリア駆動装置の構成を示す平面図
【図４】図３に示すキャリア駆動装置の４−４断面図
【図５】図３に示すキャリア駆動装置の５−５断面図
【符号の説明】
１０…ウェーハ研磨装置、１２…研磨定盤、１４…ウェーハ保持ヘッド、１６…回転軸、１８…モータ、２０…研磨パッド、２２…ヘッド本体、２４…キャリア、２４Ａ…キャリア本体、２４Ｂ…カバー、２６…リテーナーリング、２６Ａ…フランジ、２８…ガイドリング、２８Ａ…溝、３０…キャリア用エアバック、３２…リテーナーリング用エアバック、３４…回転軸、３６…キャリア駆動装置、４０…ドライブプレート（回転駆動部材）、４０Ａ…切欠き、４２…ドライブシャフト（回転軸）、４４…中間プレート（回転伝達部材）、４６…第１Ｕ溝、４８…第２Ｕ溝、５０…第１ピン、５２…補助プレート、５４…第２ピン
【図１】
0003849918.tif 000002
【図２】
0003849918.tif 000003
【図３】
0003849918.tif 000004
【図４】
0003849918.tif 000005
【図５】
0003849918.tif 000006