JP2000000756A - 研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被研磨物と研磨クロスの間に発生するスティ
ックスリップによる自励振動を防ぎ、周辺に振動及び騒
音を与えることのない研磨装置を提供すること。 【解決手段】上面に研磨クロス１２を張付けたターンテ
ーブル１０と、トップリング２０とを具備し、ターンテ
ーブル１０の研磨クロス１２面上にトップリング２０に
装着された被研磨物２６の研磨面を当接し、該ターンテ
ーブル１０と該トップリング２０を互いに回転させた被
研磨物２６を研磨する研磨装置において、トップリング
２０の回転軸２１は機械式のラジアル軸受で回転自在に
支持されて、回転軸２１の上下方向に所定の間隔を設け
て電磁石１、２を設け、回転軸２１の振動を検出する加
速度センサ３、４を設け、加速度センサ３、４の信号を
コントローラを通して電磁石にフィードバックして、ト
ップリングの振動を減衰させる手段を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は研磨装置に関し、特
に半導体ウエハ等の板状の被研磨物を研磨するのに好適
な研磨装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は、従来のこの種の研磨装置の概略
構成を示す図である。図示するように、研磨装置はター
ンテーブル１０とトップリング２０を具備する。ターン
テーブル１０は回転軸１１を中心に回転自在に構成さ
れ、ターンテーブル１０の上面には研磨クロス１２が張
付けられている。

【０００３】トップリング２０は回転軸２１の下端に固
定されている。該回転軸２１はトップリングヘッド２２
にベアリング軸受２３、２４に回転自在に支持され、図
示しない回転駆動装置により回転するようになってい
る。また、トップリングヘッド２２は揺動軸２５を中心
に揺動するように構成されている。

【０００４】上記構成の研磨装置において、トップリン
グ２０の下面には半導体ウエハ等の板状の被研磨物２６
が装着されるようになっている。該トップリング２０の
下面に被研磨物２６を装着し、回転軸１１を中心に回転
するターンテーブル１０の上面に張付けられた研磨クロ
ス１２上面に被研磨物２６の研磨面（下面）を当接さ
せ、トップリング２０を回転軸２１を中心に回転させる
と共に、トップリングヘッド２２を揺動軸２５を中心に
揺動（回動）させ、更に研磨クロス上面に研磨液を供給
することにより被研磨物２６を研磨する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来構成の研磨装
置において、研磨中に被研磨物２６と研磨クロス１２の
間にスティックスリップ（被研磨物２６と研磨クロス１
２との間の摩擦力により、双方が相対運動できなくなっ
たり、その後相対運動開始したりし、これが交互に起こ
る現象）が発生し、該スティックスリップにより回転軸
の自励振動が発生するという問題がある。この自励振動
によりトップリング２０、回転軸２１、トップリングヘ
ッド２２及び揺動軸２５が大きく振動し、周辺に振動を
与えると共に、それに伴い騒音が発生するという問題が
あった。

【０００６】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、上記問題点を除去し、被研磨物と研磨クロスの間に
発生するスティックスリップによる自励振動を防ぎ、周
辺に振動及び騒音を与えることのない研磨装置を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１に記載の発明は、ターンテーブルに対向し、被
研磨物を保持し、且つ回転軸を中心に回転自在に構成さ
れたトップリングを具備する研磨装置において、回転軸
は機械式のラジアル軸受で回転自在に支持されており、
トップリングの回転軸に直接又は間接に磁力を及ぼす電
磁石と、回転軸の振動を検出するセンサとを設け、セン
サの信号を電磁石にフィードバックして、トップリング
の振動を減衰させる手段を設けたことを特徴とする。

【０００８】また、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、前記電磁石はトップリング
の回転軸の上下方向に所定の間隔を設けて配置した一対
の電磁石であり、該一対の電磁石をトップリングの回転
軸に対向して配置したことを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例を説
明する。図１は本発明の研磨装置の概略構成を示す図
で、同図（ａ）は正面断面図、同図（ｂ）はトップリン
グヘッド部の平面図である。同図において、図４と同一
符合を付した部分は同一又は相当部分を示す。

【００１０】上記構成の研磨装置において、トップリン
グ２０の下面に板状の被研磨物２６を装着し、ターンテ
ーブル１０の上面に張付けられた研磨クロス１２上面に
被研磨物２６の研磨面（下面）を当接させ、トップリン
グ２０を回転軸２１を中心に回転させると共に、トップ
リングヘッド２２を揺動軸２５を中心に揺動（回動）さ
せて被研磨物２６を研磨する点は、図４に示す従来の研
磨装置と同一である。

【００１１】回転軸２１はスプライン軸となっており、
これにプーリ（スプラインナット）２７が取り付けてあ
り、該プーリ２７はラジアル軸受２３’、２４’でトッ
プリングヘッド２２に回転自在に軸支されている。ま
た、トップリングヘッド２２にモータ３０が取付けら
れ、その回転軸４２にプーリ２９が取り付けられてい
る。前記プーリ２７と該プーリ２９の間にタイミングベ
ルト２８が掛けられ、モータ３０の回転力がプーリ２７
に伝達されるようになっている。また、回転軸２１はプ
ーリ２７に対して上下方向に移動自在になっている。

【００１２】本研磨装置が図４に示す研磨装置と異なる
点は、トップリング２０の回転軸２１が上下方向に所定
の間隔を設けて配置された電磁石１、２と対向し、該回
転軸２１のＸ、Ｙ方向の加速度を検出する加速度センサ
３、４をトップリングヘッド２２に配置した点である。
なお、電磁石１、２はトップリングヘッド２２に取り付
ける。

【００１３】上記のようにトップリング２０の回転軸２
１を図１のモータ３０、タイミングベルト２８等の回転
駆動装置で回転させながら、被研磨物２６の被研磨面を
研磨クロス１２の上面に当接して研磨する際、被研磨物
２６と研磨クロス１２の間にスティックスリップが発生
し、該スティックスリップにより回転軸２１に自励振動
が発生する。

【００１４】本研磨装置はこの振動を加速度センサ３、
４で検出し、その検出信号を後に詳述するようにコント
ローラを通して電磁石１、２にフィードバックすること
により、トップリング２０の振動を減衰させ、自励振動
を防止し、周辺に与える振動と騒音を防止することを要
点としている。

【００１５】図２は電磁石１の構成例を示す平面図であ
る。電磁石２も同じ構成である。電磁石１はコア１−１
に複数（図では８個）の磁極１−２を回転軸の中心に向
けて配置した構成であり、その中央部に回転軸２１が配
置されている。また、各磁極１−２には励磁コイル１−
３が装着され、該励磁コイル１−３に供給する励磁電流
を制御することにより、回転軸２１を所定方向に吸引す
る。

【００１６】図３は本発明の研磨装置の制御系の構成例
を示す図であり、図示するように、制御系はコントロー
ラ３１、ドライバー３２、電磁石３３（図１の電磁石
１、２）、回転軸２１からなり、加速度センサからのフ
ィードバック信号をコントローラ３１で演算し、この信
号に基づいてドライバー３２を介して電磁石３３を励磁
することにより、回転軸２１に減衰力を与え振動を減衰
させる。回転軸２１のＸ、Ｙ方向の振動を加速度センサ
３、４で検出し、該加速度信号Ｘ”、Ｙ”をコントロー
ラ３１にフィードバックする。

【００１７】加速度センサ３、４からの信号により電磁
石１の磁気吸引力を変化させ的確に自励振動を抑制す
る。例えば、回転軸２１のＸ（Ｙ）方向の振動を加速度
センサ３，（４）で検知したとき、コントローラ３１
で、振動周波数において、該振動の速度成分を算出し
（例えば加速度信号を積分）、この速度成分に比例した
磁気吸引力を電磁石１、２で、回転軸２１に与える。こ
れにより、電磁石１、２を駆動して研磨中の被研磨物２
６と研磨クロス１２の間のスティックスリップによる振
動による自励振動が抑制され、周辺に与える振動や騒音
が抑制される。

【００１８】電磁石１よりも電磁石２の方がスティック
スリップを発生する研磨クロス１２に近いためトップリ
ング２０の振動を抑えるのに効果を発揮するが、ラジア
ル軸受２４’と電磁石２とはあまり近づけない方が望ま
しい。これは回転軸２１のラジアル軸受２４’の付近
は、ラジアル軸受により支持剛性が高いため、電磁石２
をラジアル軸受２４’に近づけて設置すると電磁石２の
磁力により回転軸２１に減衰力を与えるのが難しくなる
からである。ラジアル軸受２４’から電磁石２を離して
設置することにより、電磁石２が有効に回転軸２１に減
衰力を与えることができることになり、制振効果が向上
する。

【００１９】ここで、電磁石１、２により同じ方向に同
じ大きさの力を回転軸２１に与えている。電磁石１、２
が回転軸２１の上下方向に１対あるため、同時にこれら
を動作させることにより、回転軸２１を鉛直の状態に保
ったまま安定してその振動を抑えることができるが、電
磁石１のみ又は電磁石２のみに磁力を発生させるように
しても良いし、２つの電磁石１、２の磁力の大きさを適
宜異ならせるように構成してもよい。

【００２０】なお、回転軸２１はスラストベアリング４
０を介して、ブラケット４１に軸支されており、該ブラ
ケット４１はシリンダ又はボールネジ（図示せず）に係
合しており、該シリンダ又はボールネジの駆動により、
回転軸２１が上下動する。加速度センサ３，４は上記実
施形態例ではトップリングヘッド２２に取り付けてある
が、これに限らず、回転軸２１のＸ，Ｙ方向の加速度を
回転軸２１に対して非接触の状態で検知するセンサをト
ップリングヘッド以外の位置に設けてもよい。

【００２１】上記本実施形態例では、図２に示すよう
に、電磁石１、２は回転軸２１を取り囲むように設けて
あるが、本発明はこれに限定されるものではなく、例え
ば上側の電磁石１を設けるのをやめて下側の電磁石２の
みとしてもよい。このように下側の電磁石２のみとして
も回転軸２１のスティックスリップを効果的に抑止する
ことができる。また、プーリ２７を取り囲むように、一
個の電磁石１又は一対の電磁石１と２を設けてもよい。
これによっても回転軸２１に制振力を与えることは可能
である。

【００２２】また、本実施形態例では回転軸２１の振動
を検出するために加速度センサ３、４を用いているが、
これに限定されるものではなく、例えば回転軸２１の変
位を非接触に検出する変位センサを設け、該変位センサ
の出力を時間で微分し、回転軸の振動速度を求めてもよ
く、また、速度センサで回転軸２１の振動速度を直接検
出してもよい。

【００２３】回転軸のスティックスリップを抑止する方
法として、例えば、図４に示す従来構成の研磨装置にお
いて、回転軸２１を回転自在に支持するベアリング軸受
２３、２４に代えてラジアル磁気軸受を用いると共に、
回転軸２１のラジアル方向の変位を検出するラジアル変
位センサを設け、該ラジアル変位センサで回転軸２１の
変位、振動を検知し、該検知出力により該変位、振動を
打ち消すように、前記ラジアル磁気軸受に供給する電流
を制御することにより、回転軸２１のスティックスリッ
プによる振動も抑止する方法も考えられる（例えば、特
願平８−１５８９６１号）。

【００２４】しかしながら、通常の回転軸２１の支持及
び振動防止に加え、上記のようにスティックスリップに
よる振動を抑止するには磁気軸受の制御が複雑となり、
装置が大型となるという問題がある。これに対して、本
発明においては、回転軸２１の支持は機械式の軸受と
し、電磁石は専らスティックスリップの抑止のために用
いるから、装置の構成が簡単で小型にできるという利点
がある。

【００２５】また、上記本実施形態例では、ラジアル軸
受２３’、２４’を設けているが、これに限定されるも
のではない。例えば下方のラジアル軸受２４’を廃止し
て電磁石２に回転軸２１の支持及び振動防止に加え、ス
ティックスリップによる振動を防止する役割を持たせ
る。電磁石１は専らスティックスリップの防止のために
用いる。即ち、電磁石２は大型のものが必要になるが、
ラジアル軸受を１個省いた分コストを低くする事ができ
る。

【００２６】また、ラジアル軸受２３’と電磁石２とは
充分離れているため、電磁石２が回転軸２１に有効に減
衰力を与えることができるようになり、制振効果が向上
する。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、回
転軸の振動を検出する加速度センサを設け、加速度セン
サの信号をコントローラを通して電磁石にフィードバッ
クするので、スティックスリップによる自励振動が抑制
され、周辺に与える振動や騒音が抑制されるという優れ
た効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の研磨装置の概略構成を示す図で、同図
（ａ）は正面断面図、同図（ｂ）はトップリングヘッド
部の平面図である。

【図２】本発明の研磨装置に用いる電磁石を示す図であ
る。

【図３】本発明の研磨装置の制御系の構成例を示す図で
ある。

【図４】従来のこの種の研磨装置の概略構成を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 電磁石 ２ 電磁石 ３ 加速度センサ ４ 加速度センサ １０ ターンテーブル １１ 回転軸 ２０ トップリング ２１ 回転軸 ２２ トップリングヘッド ２３’ ラジアル軸受 ２４’ ラジアル軸受 ２５ 揺動軸 ２６ 被研磨物 ２７ プーリ ２８ タイミングベルト ２９ プーリ ３０ モータ ３１ コントローラ ３２ ドライバー ３３ 電磁石 ４０ スラストベアリング ４１ ブラケット ４２ 回転軸

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ターンテーブルに対向し、被研磨物を保
   持し、且つ回転軸を中心に回転自在に構成されたトップ
   リングを具備する研磨装置において、 前記回転軸は機械式のラジアル軸受で回転自在に支持さ
   れており、前記トップリングの回転軸に直接又は間接に
   磁力を及ぼす電磁石と、該回転軸の振動を検出するセン
   サとを設け、 前記センサの信号を前記電磁石にフィードバックして、
   前記トップリングの振動を減衰させる手段を設けたこと
   を特徴とする研磨装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の研磨装置において、前
   記電磁石は前記トップリングの回転軸の上下方向に所定
   の間隔を設けて配置した一対の電磁石であり、該一対の
   電磁石を前記トップリングの回転軸に対向して配置した
   ことを特徴とする研磨装置。