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GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Polierkopf, der dazu geeignet ist, ein Werkstück, z. B. einen Halbleiterwafer, exakt zu polieren.
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HINTERGRUND
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Das Polieren eines Werkstücks, z. B. eines Halbleiterwafers, wird in folgenden Schritten durchgeführt: Halten eines Werkstücks durch einen Polierkopf; Drücken einer Oberfläche des zu polierenden Werkstücks auf eine Oberfläche einer Polierkissen, das auf einem Polierteller haftet; und Drehen des Poliertellers und des Polierkopfs unter Zufuhr eines Polierschlamms auf das Polierkissen.
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Um die Genauigkeit der Politur des Werkstücks zu verbessern, kann der Polierkopf so geneigt werden, dass er entlang einer Oberflächenkonfiguration (z. B. einer Welligkeit) des Polierkissens bewegt wird (siehe PTL 1:
JP-A-H06-126615 , PTL 2:
JP-A-H06-198561 und PTL 3:
JP-A-2003-311607 ).
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In der PTL 1 hängt ein Träger (eine Platte) von einem Kopfhauptkörperteil durch eine feste und ringförmige elastische Platte (z. B. Membran), so dass der Träger nach oben und nach unten bewegt und geneigt werden kann. Ferner wird eine Drehkraft des Kopfhauptkörperteils durch die elastische Platte oder ein ringförmiges, elastisches Element (z. B. einen O-Ring), der zwischen dem Kopfhauptkörperteil und dem Träger angeordnet ist, auf den Träger übertragen.
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In der PTL 2 ist ein Träger (Hauptkörper eines oberen Rings) bezüglich eines Kopfhauptkörperteils (Antriebswelle) mit Hilfe eines Kugellagers neigbar gestützt. Ferner wird eine Drehkraft des Kopfhauptkörperteils durch einen Stift auf den Träger übertragen.
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In der PTL 3 hängt ein Träger (Hinterstützungsanordnung) von einem Kopfhauptkörperteil (Gehäuse) durch eine ringförmige Rollmembran, so dass der Träger nach oben und nach unten bewegbar ist. Ferner ist der Träger durch einen Kardanmechanismus mit einem Biegering neigbar gestützt. Eine Drehkraft des Kopfhauptkörperteils wird durch die Rollmembran auf den Träger übertragen.
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In der PTL 1 kann die Drehkraft des Kopfhauptkörperteils nicht in geeigneter Weise allein durch das ringförmige, elastische Element (z. B. den O-Ring) auf den Träger übertragen werden. Tatsächlich überträgt im Wesentlichen die elastische Platte (z. B. die Membran) die Drehkraft. Somit muss die elastische Platte aus einem festen Material bestehen, aber der Träger kann nicht in geeigneter Weise geneigt werden. Ferner wird, wenn der Träger der Oberflächenkonfiguration des Polierkissens folgt, eine von dem Träger auf ein Polierkissen ausgeübte Last aufgrund einer Spannung der festen, elastischen Platte verändert, so dass das Polierkissen nicht gleichmäßig angedrückt werden kann.
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In der PTL 3 muss, um die Drehkraft über die Rollmembran auf den Träger zu übertragen, die Rollmembran eine relativ hohe Festigkeit besitzen, was zur Folge hat, dass der Träger nicht in geeigneter Weise geneigt werden kann. Daher kann das Polierkissen, ebenso wie in der PTL 1, nicht gleichmäßig angedrückt werden.
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Ferner ist in der PTL 2 der Träger durch das feste Kugellager neigbar gestützt, so dass eine Ausübung von Druck von dem Träger auf ein Polierkissen nicht exakt eingestellt werden kann.
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KURZDARSTELLUNG
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Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um die oben beschriebenen Probleme der bekannten Technologien zu lösen. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Polierkopf bereitzustellen, in dem eine Drehkraft eines Kopfhauptkörperteils in geeigneter Weise auf einen Träger übertragen werden kann, der Träger in geeigneter Weise einer Oberflächenkonfiguration eines Polierkissens folgen kann und ein Werkstück exakt poliert werden kann.
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Um die Aufgabe zu lösen, hat die vorliegende Erfindung die folgenden Strukturen.
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Insbesondere umfasst der Polierkopf, der ein Werkstück auf einer Unterseite hält und es auf ein Polierkissen eines drehenden Poliertellers drückt,
ein Kopfhauptkörperteil;
einen Träger mit einer Unterseite, auf der das Werkstück gehalten werden kann, wobei der Träger mit Hilfe einer ringförmigen, flexiblen Membran mit dem Kopfhauptkörperteil verbunden ist;
eine Druckkammer, die von einer Unterseite des Kopfhauptkörperteils, der Membran und einer Oberseite des Trägers umschlossen ist;
einen Fluidzuführungsabschnitt zum Zuführen eines Fluids zu der Druckkammer;
eine Linearbewegungsführung mit einem äußeren, zylindrischen Körper, der an dem Kopfhauptkörperteil befestigt und koaxial zu diesem angeordnet ist, und einem Lagerschaft, der in dem äußeren, zylindrischen Körper angeordnet, entlang einer Achse von diesem bewegbar und um die Achse nicht drehbar ist, um so über den äußeren, zylindrischen Körper eine Drehkraft auf den Lagerschaft zu übertragen; und
eine Drehübertragungsplatte, die zwischen einem unteren Ende des Lagerschafts und der Oberseite des Trägers angeordnet ist, wobei die Drehübertragungsplatte dazu geeignet ist, den Träger neigbar zu stützen und eine Drehkraft des Lagerschafts auf den Träger zu übertragen.
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In dem Polierkopf kann die Linearbewegungsführung ein Linearkugellager sein.
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In dem Polierkopf kann die Drehübertragungsplatte eine ringförmige Platte sein, die mit einem Flanschteil, der an dem unteren Ende des Lagerschafts angeordnet ist, und einem oberen Rand eines zylindrischen Teils, das in der Oberseite des Trägers (14) ausgebildet ist, verbunden ist.
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In dem Polierkopf kann eine Kammer, die zwischen dem Flanschteil, der Drehübertragungsplatte, dem zylindrischen Teil und der Oberseite des Trägers gebildet ist, vorzugsweise mit der Druckkammer verbunden sein, um so einen Druck gleichmäßig auszuüben.
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In dem Polierkopf kann der Träger umfassen:
- ein Trägerhauptkörperteil;
- eine Halteplatte, die unter Bildung einer Luftkammer an einer Unterseite des Trägerhauptkörperteils befestigt ist und mehrere Durchgangslöcher umfasst, die mit der Luftkammer verbunden und zu der Unterseite offen sind; und
- einen Zuführungs-/Abführungspfad zum Zuführen von Luft zu und Abführen von Luft von der Luftkammer.
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In dem Polierkopf kann die Halteplatte eine Keramikplatte sein, die mit Hilfe eines ringförmigen, elastischen Körpers mit einem X-förmigen Querschnitt an dem Trägerhauptkörperteil befestigt ist.
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In dem Polierkopf kann der Träger umfassen:
- ein Trägerhauptkörperteil;
- eine Halteplatte, die unter Bildung einer Luftkammer an einer Unterseite des Trägerhauptkörperteils befestigt ist und mehrere Durchgangslöcher umfasst, die mit der Luftkammer verbunden und an einer Unterseite offen sind;
- einen Haltering, der an einem Außenumfang einer Unterseite des Trägerhauptkörperteils angeordnet ist, wobei der Haltering das Werkstück umgibt und beim Polieren des Werkstücks das Polierkissen des Poliertellers berührt;
- ein elastisches Membranelement, das die Unterseite der Halteplatte überdeckt und an dem Haltering an einem Außenumfangsteil befestigt ist;
- eine zweite Druckkammer, die von der Unterseite der Halteplatte, einer Innenumfangsfläche des Halterings und einer Oberseite des elastischen Membranelements umschlossen ist; und
- ein Fließpfad zum Zuführen von Luft zu der zweiten Druckkammer über die Luftkammer und die Durchgangslöcher.
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In dem Polierkopf kann der Haltering eine ringförmige Schablone („template“) umfassen, die das Werkstück umschließt und beim Polieren des Werkstücks das Polierkissen des Poliertellers berührt.
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In dem Polierkopf kann der Haltering ein Fließpfad zum Drücken der Schablone durch ein Fluiddruck umfassen.
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In dem Polierkopf kann die Linearbewegungsführung eine seitliche Verlagerung des Trägers, die beim Polieren durch eine Reibungskraft verursacht ist, verhindern und diesen zentrieren.
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In dem Polierkopf kann das Kopfhauptkörperteil und der Träger durch eine flexible Membran miteinander verbunden sein,
kann eine Höhe (Abstand) von dem Kopfhauptkörperteil zu dem Träger verändert werden,
kann die Höhe innerhalb eines Bereichs von ±1.5 mm verändert werden, und
kann ein Veränderungsbetrag einer nach der Veränderung der Höhe auf das Polierkissen ausgeübten Last innerhalb ±2% der Last liegen, die ausgeübt wird, wenn die Höhe ein Standardwert ist.
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In dem Polierkopf kann, wenn eine Höhe des Kopfhauptkörperteils zum Polieren das Werkstück eingestellt wies, die Höhe des Kopfhauptkörperteils innerhalb von ±1.5 mm gegenüber einer Standardposition geändert werden, so dass eine Last, die ausgeübt wird, wenn sich die Höhe des Kopfhauptkörperteils bei der Standardposition befindet, aufrechterhalten werden kann.
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Durch die vorliegende Erfindung haben die Linearbewegungsführung und die Drehübertragungsplatte separat die Funktion der Höhenveränderung zwischen dem Kopfhauptkörperteil und dem Träger und die Funktion der Neigung des Trägers bezüglich einer horizontalen Ebene. Die Drehübertragungsplatte hat nicht nur die Funktion der Neigung des Trägers bezüglich der horizontalen Ebene, sondern auch eine Funktion, die es erlaubt, dass der Träger der Oberflächenkonfiguration (z. B. einer Welligkeit, einer ungleichmäßigen Oberfläche) des Polierkissens vertikal folgt.
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Durch die oben beschriebenen Strukturen kann der Träger sehr gut nach oben und nach unten bewegt werden. Eine Struktur der Drehübertragungsplatte mit ausreichender Festigkeit zum Übertragen der Drehkraft und Flexibilität zum Neigen bezüglich der horizontalen Ebene kann vereinfacht werden. Durch Verwenden der einfachen Drehübertragungsplatte können die Druckkraft von dem Träger auf das Polierkissen und das Neigen des Trägers exakt und leicht eingestellt werden.
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Figurenliste
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Nachfolgend sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beispielhaft und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
- 1 eine Schnittansicht eines Polierkopfs gemäß einer ersten Ausführungsform ist;
- 2 eine Draufsicht ist, die ein Formmessergebnis eines Keramikplatten (Halteplatten) - Einzelkörpers zeigt, der in dem Polierkopf der ersten Ausführungsform verwendet wird (Drehwinkel=30,0°, Höhenwinkel=70,0°, alle Messpunkte geplottet);
- 3 eine Konturgrafik ist, die ein Formmessergebnis des Keramikplatten (Halteplatte) - Einzelkörpers, der in dem Polierkopf der ersten Ausführungsform verwendet wird, zeigt;
- 4 eine Draufsicht ist, die ein Formmessergebnis der befestigten Keramikplatte (Halteplatte) zeigt, die in dem Polierkopf der ersten Ausführungsform verwendet wird (Drehwinkel=30,0°, Höhenwinkel=70,0°, alle Messpunkte geplottet);
- 5 eine Konturgrafik ist, die ein Formmessergebnis der befestigten Keramikplatte (Halteplatte) zeigt, die in dem Polierkopf der ersten Ausführungsform verwendet wird;
- 6 eine Draufsicht ist, die ein Formmessergebnis eines Keramikplatte (Halteplatte) - Einzelkörpers zeigt, der in einem herkömmlichen Polierkopf verwendet wird (Drehwinkel=30,0°, Höhenwinkel=70,0°, alle Messpunkte geplottet);
- 7 eine Konturgrafik ist, die ein Formmessergebnis des Keramikplatte (Halteplatte) - Einzelkörpers zeigt, der in dem herkömmlichen Polierkopf verwendet wird;
- 8 eine Draufsicht ist, die ein Formmessergebnis der befestigten Keramikplatte (Halteplatte) zeigt, die in dem herkömmlichen Polierkopf verwendet wird (Drehwinkel=30,0°, Höhenwinkel=70,0°, alle Messpunkte geplottet);
- 9 eine Konturgrafik ist, die ein Formmessergebnis der befestigten Keramikplatte (Halteplatte) zeigt, die in dem herkömmlichen Polierkopf verwendet wird;
- 10 ein Schaubild ist, das Höhendifferenzen (P-V-Werte) der Formmessergebnisse des Polierkopfs der ersten Ausführungsform und des herkömmlichen Polierkopfs zeigt; und
- 11 eine Schnittansicht eines Polierkopfs gemäß einer zweiten Ausführungsform ist.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend sind bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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1 ist eine Schnittansicht eines Polierkopfs 10 gemäß einer ersten Ausführungsform.
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In dem Polierkopf 10 wird ein zu polierendes Werkstück (nicht gezeigt) auf einer Unterseite eines Trägers gehalten und auf ein Polierkissen gedrückt, das auf einer Oberseite eines Poliertellers bzw. einer Polierplatte (nicht gezeigt) haftet. Zum Polieren des Werkstücks werden der Polierkopf 10 und der Polierteller unter Zuführung eines Polierschlamms von einem Polierschlamm-Aufbringabschnitt (nicht gezeigt) auf das Polierkissen in vorbestimmte Richtungen gedreht.
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Ein Symbol 12 steht für ein Kopfhauptkörperteil. Ein Träger 14 ist über eine ringförmige Membran 16, die aus einem flexiblen Material wie z. B. Gummi besteht, mit dem Kopfhauptkörperteil 12 verbunden, und das Werkstück kann auf der Unterseite des Trägers 14 gehalten werden.
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Ein Raum, der durch eine Unterseite des Kopfhauptkörperteils 12, eine Unterseite der Membran 16 und eine Oberseite des Trägers 14 umschlossen ist, ist als Druckkammer 18 gebildet. Es ist zu beachten, dass statt der ringförmigen Membran anders geformte (z. B. zylindrische) Membrane verwendet werden können.
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Der Kopfhauptkörperteil 12 umfasst: ein ringförmiges Element 20; ein kreisplattenförmiges Element 21, das in dem ringförmigen Element 20 eingebaut ist; ein Stützelement 23, das durch Schrauben 22 an Unterseiten des ringförmigen Elements 20 und des kreisplattenförmigen Elements 21 befestigt ist; und ein rockförmiges Teil 25, das durch Schrauben 24 an einer Unterseite des Stützelements 23 befestigt ist.
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Die Membran 16 ist ringförmig, ein Innenrandabschnitt von ihr ist durch ein Befestigungselement 27 eingeklemmt und an einer unteren Endfläche des rockförmigen Teils 25 befestigt, und ein Außenrandabschnitt von ihr ist durch ein Befestigungselement 28 eingeklemmt und an einem oberen Randteil des Trägers 14 befestigt.
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Als der Träger 14 kann ein Träger mit bekannter Struktur verwendet werden.
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In der ersten Ausführungsform umfasst der Träger 14 ein Trägerhauptkörperteil 30 und eine Halteplatte 33, die unter Bildung von Luftkammern 31 an einer unteren Endfläche des Trägerhauptkörperteils 30 befestigt ist. Mehrere Durchgangslöcher 32 sind in der Halteplatte 33 gebildet, mit den Luftkammern 31 verbunden und zur Unterseite der Halteplatte 33 offen.
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Luft wird über einen Zuführungs-/Abführungspfad 35 den Luftkammern 31 zugeführt und von ihnen abgeführt.
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Die Halteplatte 33 besteht aus Keramik und ist durch Schrauben 37 und ein Befestigungselement 38 mit Hilfe eines ringförmigen, elastischen Körpers 36, der einen X-förmigen Querschnitt besitzt, an dem Trägerhauptkörperteil 30 befestigt. Ein kleiner, ringförmiger, elastischer Körper 36a ist zwischen der Halteplatte 33 und dem Trägerhauptkörperteil 30 so angeordnet, dass er einen Spalt dazwischen dicht verschließt. Es ist vorteilhaft, dass der kleine, ringförmige, elastische Körper 36a ebenfalls einen X-förmigen Querschnitt besitzt.
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Durch Befestigen der Halteplatte 33 mit den elastischen Körpern 36 und 36a mit Hilfe der X-förmigen Querschnitte kann eine Klemmkraft wirksam absorbiert werden, so dass eine Verformung der keramischen Halteplatte 33 in geeigneter Weise verhindert werden kann. Es ist zu beachten, dass, wenn ein Ausmaß der Verformung der Halteplatte 33 im Voraus berücksichtigt wird, die elastischen Elemente 36 und 36a O-Ringe sein können.
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Ein Hinterstützungselement 39 haftet an einer Unterseite der Halteplatte 33.
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Das Werkstück (nicht gezeigt) wird auf einer Unterseite des Hinterstützungselements 39 durch Wasserhaftung oder durch Ansaugen von Luft durch die Luftkammern 31 und die Durchgangslöcher 32 ohne Verwendung des Hinterstützungselements 39 gehalten.
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Es ist zu beachten, dass es vorteilhaft ist, dass ein unterer äußerer Rand der Keramikplatte abgeschrägt ist.
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In der ersten Ausführungsform ist eine Linearbewegungsführung 40 durch ein bekanntes Linearkugellager gebildet. Das Linearkugellager umfasst einen äußeren, zylindrischen Körper 41 und einen Lagerschaft 42, der in dem äußeren, zylindrischen Körper 41 angeordnet, entlang einer Achslinie von diesem bewegbar, jedoch um die Achslinie nicht drehbar ist. In dem Linearkugellager sind viele Stahlkugeln (nicht gezeigt) zwischen dem Lagerschaft 42 und dem äußeren, zylindrischen Körper 41 angeordnet, die bewegt und zirkuliert werden, so dass eine axiale Bewegung des Lagerschafts 42 sehr geschmeidig durchgeführt werden kann.
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In der ersten Ausführungsform befindet sich der äußere, zylindrische Körper 41 in einem Mittenloch 23a des Stützelements 23 des Kopfhauptkörperteils 12 und ist an dem Stützelement 23 befestigt. Mit dieser Struktur kann eine Drehkraft des Kopfhauptkörperteils 12 durch den äußeren, zylindrischen Körper 41 in geeigneter Weise und sicher auf den Lagerschaft 42 übertragen werden.
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Es ist zu beachten, dass die Linearbewegungsführung 40 nicht das Linearkugellager sein muss. Zum Beispiel kann eine reine Lagereinheit mit einem äußeren, zylindrischen Körper und einem Lagerschaft, der durch den äußeren, zylindrischen Körper geführt wird, verwendet werden.
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Ein Flanschteil 42a ist an einem unteren Ende des Lagerschafts 42 befestigt.
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Ferner ist ein zylindrisches Teil 44, das den Flanschteil 42a umschließt, in der Oberseite des Trägers 14 gebildet.
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Eine ringförmige Drehübertragungsplatte 45 ist mit dem Flanschteil 42a und einem oberen Rand des zylindrischen Teils 44 verbunden. Insbesondere ist ein innerer Rand der Drehübertragungsplatte 45 durch Schrauben an dem Flanschteil 42a befestig und ein äußerer Rand davon durch Schrauben an dem oberen Rand des zylindrischen Teils 44 befestigt.
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Daher kann eine Drehkraft des Lagerschafts 42 durch die Drehübertragungsplatte 45 auf den Träger 14 übertragen werden.
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Die Drehübertragungsplatte 45 kann aus Stahl (z. B. SUS = rostfreier Stahl), einer Gewebe enthaltender Membran (NBR-Kautschuk), CFK, etc. hergestellt sein. Zum Beispiel ist die Drehübertragungsplatte 45 aus einer dünnen SUS-Platte mit einer Dicke von etwa 0,5 mm gebildet und besitzt eine ausreichende Festigkeit und Flexibilität. Durch Verwenden einer solchen Drehübertragungsplatte 45 erhält man eine Kardanfunktion, so dass der Träger 14 geneigt und einer Oberflächenkonfiguration (z. B. Welligkeit, ungleichmäßige Oberfläche) des Polierkissens des Poliertellers (nicht gezeigt) folgen kann.
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Mit der oben beschriebenen Struktur kann sich eine Neigezentrum des Trägers 14 nahe bei des Polierkissens befinden (und so seinen Schwerpunkt senken), und ein Hängenbleiben des Wafers mit dem Polierkissen (d. h. ein Holpern oder Ruckeln) kann beschränkt werden, so dass die Polierstabilität verbessert werden kann.
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Ein Fluid, z. B. komprimierte Luft, wird über einen Fließpfad 47, der in dem kreisplattenförmigen Element 21 gebildet ist, und einen Fließpfad (nicht gezeigt), der in dem Stützelement 23 gebildet ist, in die die Druckkammer 18 geleitet, so dass der Träger 14 und das Werkstück (nicht gezeigt) durch Anlegen einer vorbestimmten Druckkraft auf das Polierkissen des Poliertellers gedrückt werden können.
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Ein Fluidzuführungsabschnitt zum Zuführen eines Fluids zu der Druckkammer 18 umfasst den Fließpfad 47 und den in dem Stützelement 23 gebildete Fließpfad (nicht gezeigt).
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In der vorliegenden Ausführungsform ist der Lagerschaft 42 ein Hohlschaft, so dass das Fluid über den Fließpfad 47 und den Lagerschaft 42 in eine Kammer 48 geleitet wird, die zwischen dem Flanschteil 42a, der Drehübertragungsplatte 45, dem zylindrischen Teil 44 und der Oberseite des Trägerhauptkörperteils 30 gebildet ist. Mit dieser Struktur kann die gesamte Oberseite des Trägerhauptkörperteils 30 gleichmäßig gedrückt werden.
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Der Polierkopf 10 der ersten Ausführungsform hat die oben beschriebene Struktur.
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Wie es oben beschrieben ist, wird zum Polieren des Werkstücks unter Zufuhr von Polierschlamm auf das Polierkissen von einem Polierschlamm-Aufbringabschnitt (nicht gezeigt) das Werkstück auf der Unterseite des Hinterstützungselements 39, das auf der Unterseite der Halteplatte 33 des Trägers 14 angeordnet ist, gehalten, wird das Werkstück auf das Polierkissen des Poliertellers (nicht gezeigt) gedrückt und werden der Polierteller und der Polierkopf 10 in vorbestimmte Richtungen gedreht. Beim Polieren des Werkstücks kann der Träger 14 durch den Neigemechanismus mit dem Lagerschaft 42, der Drehübertragungsplatte 45, etc. der Oberflächenkonfiguration (z. B. einer Welligkeit, einer ungleichmäßigen Oberfläche) des Polierkissens folgen, so dass das Werkstück exakt poliert werden kann.
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In der ersten Ausführungsform wird die Drehkraft von dem Kopfhauptkörperteil 12 nicht durch die Membran 16 übertragen, so dass die Membran 16 nicht aus einem festen Material bestehen muss. Daher kann die Membran 16 aus einem flexiblen Material gebildet sein, so dass der Träger 14 ohne Behinderung der Oberflächenkonfiguration des Polierkissens vertikal folgen kann. Ferner ist der Träger 14 durch die Drehübertragungsplatte 45 mit dem Lagerschaft 42 der Linearbewegungsführung 40 verbunden, so dass die Änderungsfunktion einer Höhe (eines Abstands) von dem Kopfhauptkörperteil 12 zu dem Träger 14 nicht beeinträchtigt ist.
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Der Funktion des Trägers 14, sich zu neigen und der Oberflächenkonfiguration (z. B. einer Welligkeit, einer ungleichmäßigen Oberfläche) des Polierkissens vertikal zu folgen, ist eine Kombination aus dem vertikalen Folgen des Trägers 14 bezüglich des Polierkissens und seinem Neigen bezüglich einer horizontalen Ebene. In der ersten Ausführungsform haben die Linearbewegungsführung 40 und die Drehübertragungsplatte 45 separat die Funktion der Höhenveränderung zwischen dem Kopfhauptkörperteil 12 und den Träger 14 und die Funktion der Neigung des Trägers 14 bezüglich der horizontalen Ebene. Die Drehübertragungsplatte 45 hat die Funktion der Neigung des Trägers 14 bezüglich der horizontalen Ebene, und die Drehübertragungsplatte 45 hat gleichzeitig die Funktion, den Träger 14 einer Welligkeit und einer ungleichmäßigen Oberfläche des Polierkissens folgen zu lassen.
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Mit der oben beschriebenen Struktur hat der Träger 14 die übergeordnete Funktion, der Oberflächenkonfiguration vertikal zu folgen.
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Ferner können die Anforderungen an die Drehübertragungsplatte 45 nur darin bestehen, dass sie eine bestimmte Festigkeit zum Übertragen der Drehkraft und eine bestimmte Flexibilität zum Neigen in der horizontalen Ebene besitzt.
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Daher kann, wie beschrieben, die einfache Drehübertragungsplatte 45, die ringförmig gebildet ist und aus dem dünnen SUS mit einer Dicke von 0,5 mm besteht, verwendet werden. Mit dieser einfachen Struktur können eine Einstellung der Druckkraft des Trägers 14, die auf das Polierkissen ausgeübt wird, die Funktion, der Oberflächenkonfiguration vertikal zu folgen, und die Neigefunktion leicht ausgeübt werden.
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Die Form der Drehübertragungsplatte 45 ist nicht auf die Ringform begrenzt. Zum Beispiel kann ein Element, das das Flanschteil 42a radial mit dem zylindrischen Teil 44 verbindet, verwendet werden.
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Der Linearbewegungsführung 40 hat ferner eine Funktion zum Begrenzen einer seitlichen Verlagerung des Trägers, die durch eine Reibungskraft beim Polieren verursacht ist, und zum Zentrieren des Trägers.
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Messdaten von Veränderungsverhältnissen einer von dem Träger auf das Polierkissen ausgeübten Last gemäß dem herkömmlichen Polierkopf, der in der PTL 1 offenbart ist, und dem Polierkopf 10 der ersten Ausführungsform sind in TABELLE 1 gezeigt.
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Es ist zu beachten, dass im Falle des herkömmlichen Polierkopfs der PTL
1 eine Position, bei der sich die elastische Platte in einem horizontalen Zustand befindet, eine Standardposition ist, und im Falle des Polierkopfs
10 der ersten Ausführungsform eine Position, bei der sich die Membran
16 in einem horizontalen Zustand befindet, eine Standardposition ist. In beiden Fällen ist das Veränderungsverhältnis ein Verhältnis einer sich verändernden Last bezüglich einer Last in der Standardposition, wenn das Kopfhauptkörperteil gegenüber der Standardposition nach oben und nach unten bewegt wird. In der TABELLE
1 bedeutet die Angabe „0,5 mm nach oben“, dass sich das Kopfhauptkörperteil an einer Position 0,5 mm höher als die Standardposition befindet, und ein Angabe „0,5 mm nach unten“ bedeutet, dass sich das Kopfhauptkörperteil an einer Position 0,5 mm tiefer als die Standardposition befindet. Es ist zu beachten, dass ein Fluiddruck in der Druckkammer innerhalb eines praktischen Bereichs verändert wurde, und es wurde angenommen, dass die erhaltene Last höchstens 230 kgf betrug.
[TABELLE 1]
| | Erste Ausführungsform | Herkömmlicher Polierkopf |
| 0,5mm | -0.43 % | -0.84% |
| nach oben | | |
| 1,0mm | -0.87 % | -1.69% |
| nach oben | | |
| 1,5mm | -1.74 % | -6.75% |
| nach oben | | |
| 0,5mm | 0% | - |
| nach unten | | |
| 1,0mm | 0% | - |
| nach unten | | |
| 1,5mm | 0% | - |
| nach unten | | |
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Wie es aus TABELLE 1 klar ersichtlich ist, war in dem Polierkopf 10 der ersten Ausführungsform, selbst wenn die Höhe des Kopfhauptkörperteils verändert wurde, die Veränderung der auf das Polierkissen ausgeübten Last klein. Gemäß der ersten Ausführungsform ist der Träger 14 mit dem Lagerschaft 42 verbunden und bezüglich des Kopfhauptkörperteils 12 vertikal bewegbar. Somit war die Veränderung der auf das Polierkissen ausgeübten Last bezüglich der Vertikalbewegung des Kopfhauptkörperteils 12 sehr klein. Hingegen wurde im Falle des herkömmlichen Polierkopfs eine Spannung der festen, elastischen Platte verändert, wenn die Höhe des Kopfhauptkörperteils verändert wurde, so dass die Veränderung der Spannung den Träger beeinflusste, der mit der elastischen Platte verbunden ist, und die Veränderung der auf das Polierkissen ausgeübten Last war groß.
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Die 2-9 zeigen Formmessergebnisse (d. h. Draufsichten und Konturgrafiken) eines Keramikplatten-Einzelkörpers und einer Keramikplatte (d. h. der Halteplatte), die in dem in der PTL 1 offenbarten herkömmlichen Polierkopf verwendet werden, und eines Keramikplatten-Einzelkörpers und einer befestigten Keramikplatte (d. h. der Halteplatte 33), die in dem Polierkopf 10 gemäß der ersten Ausführungsform verwendet werden.
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TABELLE 2 zeigt Höhendifferenzen (P-V-Werte) der Formmessergebnisse des in der PTL 1 offenbarten herkömmlichen Polierkopfs und des Polierkopfs 10 gemäß der ersten Ausführungsform.
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Im Falle des herkömmlichen Polierkopfs war der Messwert des Keramikplatten-Einzelkörpers 0,848 µm und der der befestigten Keramikplatte 2,581 µm, so dass die Form verschlechtert war. Hingegen war gemäß der ersten Ausführungsform der Messwert des Keramikplatten-Einzelkörpers 0,504 µm und der der befestigten Keramikplatte 0,915 µm, so dass die Formverschlechterung begrenzt wurde (siehe 10).
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Dieser Vorteil wurde durch Bereitstellen des elastischen Elements mit dem X-förmigen Querschnitt zwischen dem Befestigungselement 38 und der Halteplatte 33 zum Umlenken einer Kraft gewonnen, so dass eine Verformung der Halteplatte 33 verhindert wurde.
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Ferner ist in dem herkömmlichen Polierkopf ein O-Ring zwischen dem Trägerhauptkörperteil und der Halteplatte vorgesehen, wohingegen gemäß der ersten Ausführungsform der ringförmige elastische Körper
36a zwischen dem Trägerhauptkörperteil
30 und der Halteplatte
33 angeordnet ist, so dass angenommen wird, dass durch den X-förmigen Querschnitt eine Kraft verteilt wird.
[TABELLE 2]
| | Erste Ausführungsform | Herkömmlicher Polierkopf |
| Keramikplatten-Einzelkörper | 0,508 | 0,848 |
| Befestigte Keramikplatte | 0,915 | 2,581 |
| Einheit: µm |
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11 ist eine Schnittansicht des Polierkopfs 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Gemäß der ersten Ausführungsform erläuterte strukturelle Elemente sind mit den gleichen Symbolen bezeichnet und hier erklärt.
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Gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich nur die Struktur des Trägers 14 von der gemäß der ersten Ausführungsform.
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Der Träger 14 umfasst: den Trägerhauptkörperteil 30; die Halteplatte 33, die unter Ausbildung der Luftkammern 31 an der Unterseite des Trägerhauptkörperteils 30 befestigt ist und die mehrere Durchgangslöcher (nicht gezeigt) umfasst, die mit den Luftkammern 31 verbunden und zur Unterseite offen sind; einen Haltering 51, der an einem Außenumfang der Unterseite des Trägerhauptkörperteils 30 angeordnet und durch Schrauben 50 befestigt ist; ein elastisches Membranelement 52 mit einem Außenumfangsteil, das die Unterseite der Halteplatte 33 überdeckt und an dem Haltering 51 an dem Außenumfangsteil befestigt ist; eine zweite Druckkammer 53, die von der Unterseite der Halteplatte 33, einer Innenumfangsfläche des Halterings 51 und einer Oberseite des elastischen Membranelements 52 umschlossen ist; und einen Fließpfad 56 zum Zuführen von Luft zu der zweiten Druckkammer 53 über die Luftkammern 31 und die Durchgangslöcher (nicht gezeigt) der Halteplatte 33, wobei der Fließpfad 56 mit dem Zuführungs-/Abführungspfad 35 verbunden ist.
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In der zweiten Ausführungsform, unterteilt ein Dichtring 55, dessen Querschnitt in Form eines „V“ gebildet ist, das sich nach außen weitet, die zweite Druckkammer 53 in einen inneren Teil und einen äußeren Teil. Luft kann über einen Fließpfad (nicht gezeigt) dem äußeren Teil 53a der zweiten Druckkammer 53 zugeführt werden.
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Der Haltering 51 umfasst eine ringförmige, Kunststoffschablone 57, die auf eine Unterseite eines Hauptkörperteils des Halterings 51 geklebt ist. Der Haltering 51 (die Schablone 57) umschließt das zu polierende Werkstück und berührt beim Polieren des Werkstücks das Polierkissen des Poliertellers, um das Polierkissen anzudrücken. Mit dieser Struktur können ein Herausspringen des Werkstücks und ein übermäßiges Polieren eines Außenumfangs des Werkstücks verhindert werden.
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Ferner ist ein Fließpfad 58 zum teilweisen Andrücken der Schablone 57 in dem Hauptkörperteil des Halterings 51 gebildet und auf dessen Unterseite offen. Indem dem Fließpfad 58 komprimierte Luft zugeführt wird, wird die Schablone 57 teilweise mit einer größeren Kraft auf das Polierkissen gedrückt, so dass ein Herausspringen des Werkstücks in geeigneter Weise verhindert werden kann.
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Beim Polieren des Werkstücks wirken die Druckkraft von der ersten Druckkammer 18 und die Druckkraft von der zweiten Druckkammer 53 auf das Werkstück. Ferner besteht dahingehend ein Vorteil, dass aufgrund des elastischen Membranelements 52 das Werkstück durch die Druckkraft von der zweiten Druckkammer 53 gleichmäßig angedrückt wird.
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Auch in der zweiten Ausführungsform wird, ebenso wie in der ersten Ausführungsform, die Drehkraft des Kopfhauptkörperteils 12 durch die Linearbewegungsführung 40 und die Drehübertragungsplatte 45 übertragen. Ferner ist der Träger 14 durch die Linearbewegungsführung 40 geführt, und seine Höhe von dem Kopfhauptkörperteil 12 kann verändert werden. Der Träger 14 kann durch die Drehübertragungsplatte 45 neigbar gestützt werden. Mit dieser Struktur kann die Poliergenauigkeit des Werkstücks verbessert werden.
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Messdaten von Veränderungsverhältnissen einer von dem Träger auf das Polierkissen ausgeübten Last des in der PTL 1 offenbarten herkömmlichen Polierkopfs und des Polierkopfs 10 gemäß der zweiten Ausführungsform sind in TABELLE 3 gezeigt.
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Es ist zu beachten, dass im Falle des herkömmlichen Polierkopfs der PTL
1 die Position, bei der die elastische Platte in dem horizontalen Zustand ist, die Standardposition ist, und im Falle des Polierkopfs
10 gemäß der zweiten Ausführungsform eine Position, bei der sich die Membran
16 in einem horizontalen Zustand befindet, eine Standardposition ist. In beiden Fällen ist das Veränderungsverhältnis ein Verhältnis einer sich verändernden Last bezüglich einer Last bei der Standardposition, wenn das Kopfhauptkörperteil gegenüber der Standardposition nach oben und nach unten bewegt wird. In TABELLE
3 bedeutet eine Angabe „0,5 mm nach oben“, dass sich das Kopfhauptkörperteil bei einer Position 0,5 mm höher als die Standardposition befindet; und eine Angabe „0,5 mm nach unten“ bedeutet, dass sich das Kopfhauptkörperteil bei einer Position 0,5 mm tiefer als die Standardposition befindet. Es ist zu beachten, dass ein Fluiddruck in der Druckkammer innerhalb eines praktischen Bereichs verändert wurde und es angenommen wurde, dass die erhaltene Last höchstens etwa 350 kpf betrug.
[TABELLE 3]
| | Zweite Ausführungsform | Herkömmlicher Polierkopf |
| 0,5mm | -0,54 % | -1,18% |
| nach oben | | |
| 1,0mm | -1,09 % | -2,94% |
| nach oben | | |
| 1,5mm | -1,63 % | -5,29% |
| nach oben | | |
| 0,5mm | 0,27% | 0,59% |
| nach unten | | |
| 1,0mm | 0,54% | 1,47% |
| nach unten | | |
| 1,5mm | 0,82% | 2,06% |
| nach unten | | |
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Wie es aus TABELLE 3 klar ersichtlich ist, war in dem Polierkopf 10 gemäß der zweiten Ausführungsform, selbst wenn die Höhe des Kopfhauptkörperteils 12 verändert wurde, die Veränderung der auf das Polierkissen ausgeübten Last klein. Auch gemäß der zweiten Ausführungsform ist der Träger 14 mit dem Lagerschaft 42 verbunden und bezüglich das Kopfhauptkörperteil 12 vertikal bewegbar. Somit war die Veränderung der auf das Polierkissen ausgeübten Last bezüglich der Vertikalbewegung des Kopfhauptkörperteils 12 sehr klein. Hingegen wurde im Falle des herkömmlichen Polierkopfs eine Spannung der festen, elastischen Platte verändert, wenn die Höhe des Kopfhauptkörperteils verändert wurde, so dass die Veränderung der Spannung den mit der elastischen Platte verbundenen Träger beeinflusste, und die Veränderung der auf das Polierkissen ausgeübten Last war groß.
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In jedem der Polierköpfe gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform wurde, wenn die Höhe von dem Kopfhauptkörperteil zu dem Träger von der Standardposition innerhalb des Bereichs von ±1,5 mm verändert wurde, die Veränderung der auf den Polierkopf ausgeübten Last nicht größer als ±2% bezüglich der Last, die ausgeübt wird, wenn die Höhe der Standardwert ist. Daher beeinflusst bei einer Regelung der Höhe des Kopfhauptkörperteils (der Höhe von dem Kopfhauptkörperteil zu dem Träger) beim Polieren des Werkstücks, selbst wenn der Bereich größer als ±1,5 mm erlaubt ist, die Spannung der Membran die auf das Polierkissen ausgeübte Last geringer, so dass eine stabile Operation durchgeführt und der Polierkopf leicht verwendet werden kann.
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In dem Polierkopf gemäß jeder der Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Kopfhauptkörperteil 12 nach oben und nach unten bewegbar, und seine Höhenposition (die Höhe von dem Kopfhauptkörperteil zu dem Träger) ist einstellbar befestigt. Es ist vorteilhaft, dass die Höhenposition (Höhe) durch ein Einstellmittel (Vertikalantriebsmittel), z. B. einen Servoaktor, eingestellt wird. Ferner kann die Höhenposition durch Festklemmen einer Höheneinstellplatte mit einem anderen Einstellmittel (z. B. eine Zylindereinheit) eingestellt werden. Jedoch ist es schwierig, die Höhenposition einer solchen Höheneinstellplatte exakt zu regulieren.
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In dem herkömmlichen Polierkopf besteht zum Beispiel die Gefahr, dass durch eine Spannung des plattenförmigen, elastischen Elements (die Membran) eine Last instabil wird, wenn die Höhenposition nicht exakt eingestellt werden kann.
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Insbesondere kann durch Verwenden des Polierkopfs gemäß jeder der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Last stabil sein und genau poliert werden, auch dann, wenn die Zylindereinheit verwendet wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP H06126615 A [0003]
- JP H06198561 A [0003]
- JP 2003311607 A [0003]
