JP2000006013A - ポリッシング装置 - Google Patents

ポリッシング装置

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JP2000006013A
JP2000006013A JP18813598A JP18813598A JP2000006013A JP 2000006013 A JP2000006013 A JP 2000006013A JP 18813598 A JP18813598 A JP 18813598A JP 18813598 A JP18813598 A JP 18813598A JP 2000006013 A JP2000006013 A JP 2000006013A
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JP
Japan
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piezoelectric element
polishing
rotating shaft
polished
vibration
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JP18813598A
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Kazuhide Watanabe
和英 渡辺
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Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ポリッシング中に発生する振動を抑制して、
安定に運転することができるポリッシング装置を提供す
る。 【解決手段】 表面に研磨布又は砥石11が貼り付られ
たターンテーブル12と、被研磨物15を保持するトッ
プリング16とを具備し、ターンテーブルの研磨布又は
砥石表面に該回転するトップリングで保持する被研磨物
を押し当て、該被研磨物の研磨面を研磨するポリッシン
グ装置において、前記トップリングを回転させる回転軸
17の軸受部21と、該軸受部を収納するケーシング2
2との間に圧電素子28が装着されており、前記回転軸
が振動した際に該圧電素子が該振動を減衰させるように
減衰力を付与する。

Description

【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
被研磨物の表面を平坦且つ鏡面に研磨するポリッシング
装置に係り、特に被研磨物を保持するトップリングの振
動の減衰機構に関する。
【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、配線間距離も狭くなり
つつある。特に0.5μm以下の光リソグラフィの場
合、焦点深度が浅くなるためステッパーの結像面の平坦
度を必要とする。そこで、半導体ウエハの表面を平坦化
することが必要となるが、この平坦化法の一つの手段と
してポリッシング装置により研磨することが行われてい
る。従来、この種のポリッシング装置は、各々独立した
回転数でトップリングと上面に研磨布又は砥石を貼り付
けたターンテーブルを回転させ、研磨布又は砥石とトッ
プリングとの間に被研磨物を介在させて研磨布又は砥石
上面に研磨砥液を流下しつつ、被研磨物の表面を平坦か
つ鏡面に研磨している。
【0003】図7は従来のポリッシング装置の一例を示
す。表面に研磨布又は砥石11が貼り付けられたターン
テーブル12は回転軸13に固定され、図示しないモー
タにより回転駆動される。回転軸13はラジアル軸受1
4A及びスラスト軸受14Bより、それぞれラジアル方
向及びスラスト方向に支持されている。例えば半導体ウ
エハ等の被研磨物15を保持するトップリング16は、
回転軸17に傾動可能に支持され、モータ18によりプ
ーリ19及びベルト20を介して回転駆動される。トッ
プリングを保持する回転軸17は、その上側及び下側に
おいてラジアル軸受21により支持され、そのラジアル
軸受21はハウジング22にゴム等の弾性体23を介し
て固定されている。
【0004】ここで研磨中に、任意の回転数比(ターン
テーブル回転数/トップリング回転数)と、被研磨物に
かける圧力で、大きな振動がポリッシング装置全体に発
生し、研磨を継続することが出来なくなる場合がある。
この振動現象の原因は、被研磨物15の表面とターンテ
ーブル表面の研磨布又は砥石11との間の研磨係数(摩
擦力)が相対滑り速度に対して負の特性となり、マイナ
スの減衰力(自励振動励振力)となるためである。この
問題に対し、上述したように従来のトップリング16を
回転させる回転軸17の軸受部21をゴム等の弾性体2
3で支持しつつケーシングに固定することで、自励振動
を抑制する正の減衰力を与えていた。
【0005】しかしながら、ゴム等の弾性体23で軸受
部21を支持した場合、被研磨物の表面とターンテーブ
ル表面の研磨布又は砥石11との間の摩擦力で回転軸1
7が変位し、金属部(軸受部21とハウジング22)同
士が接触し、十分な減衰力を与えることが出来ないとい
う問題がある。また、元々ゴム等では大きな減衰力は期
待できないという問題がある。更にゴム等では、軟らか
い場合には変形、へたりが大きく、硬質の場合には振動
の減衰効果が十分ではないという問題がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した事情
に鑑みて為されたもので、ポリッシング中に発生する振
動を抑制して、安定に運転することができるポリッシン
グ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】本発明におけるポリッシ
ング装置は、表面に研磨布又は砥石が貼り付られたター
ンテーブルと、被研磨物を保持するトップリングとを具
備し、ターンテーブルの研磨布又は砥石表面に該回転す
るトップリングで保持する被研磨物を押し当て、該被研
磨物の研磨面を研磨するポリッシング装置において、前
記トップリングを回転させる回転軸の軸受部と、該軸受
部を収納するケーシングとの間に圧電素子が装着されて
おり、前記回転軸が振動した際に該圧電素子が該振動を
減衰させるように減衰力を付与することを特徴とする。
【0008】また、前記ポリッシング装置において、前
記回転軸の振動を検出する変位センサ又は加速度センサ
と、該センサの信号に基づいて前記圧電素子を制御する
制御装置とを備えたことを特徴とする。
【0009】また、表面に研磨布又は砥石が貼り付られ
たターンテーブルと、被研磨物を保持するトップリング
とを具備し、ターンテーブルの研磨布又は砥石表面に該
回転するトップリングで保持する被研磨物を押し当て、
該被研磨物の研磨面を研磨するポリッシング装置におい
て、前記トップリングを回転させる回転軸の軸受部と、
該軸受部を収納するケーシングとの間に圧電素子が装着
されており、前記圧電素子に接続した抵抗回路を備え、
前記回転軸が振動した際に圧電素子が発生する起電力を
前記抵抗回路で消費させ、前記回転軸の振動を減衰させ
ることを特徴とする。
【0010】係る上記発明によれば、圧電素子は印加す
る電圧に応じて変位を生じるので、回転軸の振動を検出
して圧電素子を制御することにより、回転軸の振動を減
衰させることができる。又、圧電素子は印加される圧力
により起電力を生じる。従って、圧電素子に抵抗を接続
し、圧電素子に生じる起電力による電流をその抵抗で消
費することにより、圧電素子に生じる振動エネルギーを
抵抗で消費する熱エネルギーに変換することができる。
即ち、圧電素子が受ける振動エネルギーを抵抗で熱エネ
ルギーとして吸収することで回転軸の振動を減衰させる
ことができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図1乃至図6を参照して説明する。
【0012】図1は、本発明の第一実施形態のポリッシ
ング装置の概要を示す。このポリッシング装置は、表面
に研磨布又は砥石11が貼り付けられたターンテーブル
12が、図示しない回転駆動装置により回転駆動され
る。そしてトップリング16が、被研磨物である半導体
ウエハ15を保持し、モータ18により回転駆動されつ
つ、ターンテーブル12の表面に押圧することにより研
磨を行う。トップリング16は、回転軸17に傾動可能
に固定され、被研磨物15を保持しつつモータ18及び
動力伝達機構であるプーリ19及びベルト20を介して
回転駆動される。このようなポリッシング装置の基本的
構成は図7に示す従来技術と同様である。
【0013】本実施形態のポリッシング装置は、静止側
のハウジング22に回転軸17の振動を検出するための
変位センサ25と、制御装置27と、ハウジング22と
軸受21との間に従来のゴム等の代わりに装着された圧
電素子28とを備える。変位センサ25は、対向する回
転軸17の表面の位置を渦電流の変化として捉える渦電
流型センサ、或いはインダクタンスの変化として捉える
インダクタンス型センサ等が用いられる。
【0014】図5に示すように、変位センサ25の出力
は制御装置27に入力され、制御装置27で制御信号が
生成され圧電素子28に出力される。制御装置27で
は、変位センサ25の出力である変位信号を微分して速
度信号を生成する。この速度信号に係数を乗算して位相
補償を施すことにより駆動回路が制御信号を出力する。
圧電素子28には、制御出力電圧信号が印加され、これ
により圧電素子が速度に比例した力を発生する。従っ
て、この圧電素子が発生した力は、軸受21を介して回
転軸17の振動に対して減衰力を付与することになる。
圧電素子28にプリロードを掛けて、変位センサのフィ
ードバック信号に基づき演算結果の制御信号(交流信
号)を重畳することにより、プリロード値に対して+−
の双方向に圧電素子自体を線形に変位させることができ
る。
【0015】これによりプリロードを掛けた直流電圧の
上に制御信号が重畳されるので、回転軸の振動信号に対
応した減衰力を圧電素子によって発生することができ、
軸受21を介して回転軸17の振動を減衰させることが
可能となる。
【0016】図2は、本発明の第二実施形態のポリッシ
ング装置の概要を示す。この実施形態では第一実施形態
の変位センサに代えて加速度センサ25Aを用いてい
る。加速度センサ25Aは、静止側であるハウジング2
2に固定され、回転軸17の振動に伴う加速度信号を検
出する。図6に示すように加速度信号は、補償回路であ
る制御装置27Aに入力され、まず積分して速度信号が
求められる。次に速度信号から補償回路によりゲイン及
び位相の補償処理が施され、振動を減衰させるような制
御信号を駆動回路が出力する。そしてその制御信号を圧
電素子28に印加して、軸受21を介して回転軸17の
振動を減衰させる。
【0017】図3は、本発明の第三実施形態のポリッシ
ング装置の概要を示す。圧電素子28には抵抗素子30
が配線接続されている。なお、図示する抵抗素子は一個
のみであるが、回転軸の上側及び下側を支持する軸受の
周囲に設けられた各圧電素子には全て図示するような抵
抗素子30が接続されている。回転軸17がラジアル方
向に振動すると、軸受21と静止側のハウジング22の
間に装着された圧電素子28には振動に応じた圧力が加
えられる。圧電素子28に圧力が加えられると、圧電素
子の圧力の印加方向の両側に設けられた電極間には起電
力ΔEが生じる。従って圧電素子の両側の電極が抵抗素
子30に接続されていると、抵抗素子30には起電力Δ
Eに応じた電流が流れる。
【0018】従って、回転軸17がラジアル方向に振動
すると、圧電素子28には振動波形に対応した起電力の
波形が生じ、抵抗素子30にはこれに対応した波形の電
流が流れる。即ち、回転軸の振動のエネルギーが圧電素
子28により電力のエネルギーに変換され、このエネル
ギーが抵抗素子30において熱エネルギーとして消費さ
れる。そこで、回転軸17の振動エネルギーは、電力エ
ネルギーとして抵抗素子30に吸収されるので、回転軸
17は振動減衰力を受けて、その振動が徐々に低減され
る。
【0019】図4は、図1乃至3のA−A線に沿った断
面図である。回転軸17を支持する玉軸受21は、その
周辺の4箇所で圧電素子28を介して静止側の軸受ハウ
ジング22に固定されている。圧電素子28は、図示し
ないが制御回路27,27Aまたは抵抗素子30に配線
接続されている。圧電素子の半径方向長さLは、両電極
間に電圧が印加されると変位ΔLを生じる。又、圧電素
子28の半径方向に圧力が加わり、その長さLに対して
変位ΔLが生じると、両電極間には起電力ΔEが生じ
る。
【0020】このようにして回転軸17の振動に対して
この振動を減衰させるように積極的に圧電素子に電圧を
印加することで平面内の任意の方向の振動を減衰させる
ことができる。又、圧電素子の両側の電極を抵抗素子に
配線接続することにより、圧電素子の両側の電極間に加
わる圧力に応じた起電力ΔEによる電流が抵抗素子30
に流れる。従って、回転軸17の振動エネルギーを圧電
素子28で電力エネルギーに変換し、そのエネルギーを
抵抗素子30で消費させることができる。これにより回
転軸17には振動を減衰させる力が作用する。
【0021】従って、従来技術におけるゴム等の弾性体
を軸受とハウジング間に間挿して用いるのと比較して、
回転軸の振動に対応した減衰力を付与するように軸受と
ハウジング間に圧電素子を間挿して制御することで、省
スペースで大きな減衰力を与えられる。又、電圧印加時
の圧電素子の変位ΔLは比較的小さいので、微少振幅の
振動の減衰に好適である。なお、両電極間の距離Lに対
して電圧を印加したときの圧電素子の変位ΔLは比較的
小さいが、圧電素子を複数個積層することにより、比較
的大きな振幅nΔLを稼ぐことが可能である。又、ゴム
等の弾性体を用いた場合は、変形或いはへたり等の問題
があるが、圧電素子の構造は、経年的に変化するもので
ないので、半永久的に精密な振動制御が可能である。
【0022】なお、図4に示す軸受の圧電素子による支
持構造は、回転軸17の上側軸受についてのものである
が、回転軸17の下側軸受についても同様の構造である
ことは勿論である。又、図4に示す軸受の圧電素子によ
る支持構造は、XY方向に合計4個の圧電素子を用いた
ものであるが、直列的或いは並列的により多数の圧電素
子を用いるようにしても、勿論よい。
【0023】
【発明の効果】以上に説明したように本発明のポリッシ
ング装置は、トップリングを連接した回転軸を支持する
軸受と静止側の軸受ハウジングとの間に圧電素子を装着
したものである。これによりポリッシング中に生じる回
転軸17の振動に対して圧電素子に制御力を作用させる
ことで、回転軸の振動を減衰させることができる。また
ゴムによる制振に比べて十分な制振力と、制振周波数を
得ることができる。これにより回転軸の振動が抑制さ
れ、ひいてはポリッシング装置全体の振動が抑制され、
精密な機械部分の接触による損傷、或いは騒音の発生等
の問題が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一実施形態のポリッシング装置の説
明図。
【図2】本発明の第二実施形態のポリッシング装置の説
明図。
【図3】本発明の第三実施形態のポリッシング装置の説
明図。
【図4】図1乃至図3のA−A線に沿った断面図。
【図5】本発明の第一実施形態の制御ブロック図。
【図6】本発明の第二実施形態の制御ブロック図。
【図7】従来のポリッシング装置の説明図。
【符号の説明】
11 研磨布又は砥石 12 ターンテーブル 13,17 回転軸 14A ラジアル軸受 14B スラスト軸受 15 被研磨物 16 トップリング 21 軸受 22 ハウジング 25 変位センサ 25A 加速度センサ 27,27A 制御装置 28 圧電素子 30 抵抗素子

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面に研磨布又は砥石が貼り付られたタ
    ーンテーブルと、被研磨物を保持するトップリングとを
    具備し、ターンテーブルの研磨布又は砥石表面に該回転
    するトップリングで保持する被研磨物を押し当て、該被
    研磨物の研磨面を研磨するポリッシング装置において、
    前記トップリングを回転させる回転軸の軸受部と、該軸
    受部を収納するケーシングとの間に圧電素子が装着され
    ており、前記回転軸が振動した際に該圧電素子が該振動
    を減衰させるように減衰力を付与することを特徴とする
    ポリッシング装置。
  2. 【請求項2】 前記ポリッシング装置において、前記回
    転軸の振動を検出する変位センサ又は加速度センサと、
    該センサの信号に基づいて前記圧電素子を制御する制御
    装置とを備えたことを特徴とする請求項1記載のポリッ
    シング装置。
  3. 【請求項3】 表面に研磨布又は砥石が貼り付られたタ
    ーンテーブルと、被研磨物を保持するトップリングとを
    具備し、ターンテーブルの研磨布又は砥石表面に該回転
    するトップリングで保持する被研磨物を押し当て、該被
    研磨物の研磨面を研磨するポリッシング装置において、
    前記トップリングを回転させる回転軸の軸受部と、該軸
    受部を収納するケーシングとの間に圧電素子が装着され
    ており、前記圧電素子に接続した抵抗回路を備え、前記
    回転軸が振動した際に圧電素子が発生する起電力を前記
    抵抗回路で消費させ、前記回転軸の振動を減衰させるこ
    とを特徴とするポリッシング装置。
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