JP2000190210A - 基板把持装置及び研磨装置 - Google Patents
基板把持装置及び研磨装置Info
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- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
- B24B37/27—Work carriers
- B24B37/30—Work carriers for single side lapping of plane surfaces
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
- B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
- B24B37/07—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool
- B24B37/10—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool for single side lapping
- B24B37/102—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool for single side lapping the workpieces or work carriers being able to rotate freely due to a frictional contact with the lapping tool
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B41/00—Component parts such as frames, beds, carriages, headstocks
- B24B41/06—Work supports, e.g. adjustable steadies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
- Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 把持板の剛性を維持しつつ、基板と研磨テー
ブルの研磨布面の間の摩擦力により作用する回転モーメ
ントを抑制して安定した研磨を行なうことができる基板
把持装置を提供すること、及び把持板の重量を可能な限
り低減させた基板把持装置を提供する。 【解決手段】 基板Ｗを前面に把持する把持板１６と、
把持板１６の裏面に把持板１６の中央部分との間に隙間
Ｓを形成するように取り付けられた被覆板１８と、把持
板１６に押圧力を伝達可能とするように球面軸受７０を
介して取り付けられた駆動軸１２とを備え、把持板１６
の被覆板１８に対向する面には、断面が二次曲線で記述
可能な凹部２４が形成されている。
ブルの研磨布面の間の摩擦力により作用する回転モーメ
ントを抑制して安定した研磨を行なうことができる基板
把持装置を提供すること、及び把持板の重量を可能な限
り低減させた基板把持装置を提供する。 【解決手段】 基板Ｗを前面に把持する把持板１６と、
把持板１６の裏面に把持板１６の中央部分との間に隙間
Ｓを形成するように取り付けられた被覆板１８と、把持
板１６に押圧力を伝達可能とするように球面軸受７０を
介して取り付けられた駆動軸１２とを備え、把持板１６
の被覆板１８に対向する面には、断面が二次曲線で記述
可能な凹部２４が形成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は基板把持装置に関
し、特に半導体ウエハなどの被研磨物の表面を平坦かつ
鏡面に研磨する研磨装置に用いて好適な基板把持装置に
関する。
し、特に半導体ウエハなどの被研磨物の表面を平坦かつ
鏡面に研磨する研磨装置に用いて好適な基板把持装置に
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、配線間距離もより狭く
なりつつある。特に、０．５μｍ以下の光リソグラフィ
の場合、焦点間深度が浅くなるためステッパの結像面の
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り、その一手段として研磨装置
により研磨することが行われている。
につれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭く
なりつつある。特に、０．５μｍ以下の光リソグラフィ
の場合、焦点間深度が浅くなるためステッパの結像面の
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り、その一手段として研磨装置
により研磨することが行われている。
【０００３】そのような研磨装置の１つとして、図４に
示すように、例えば表面に研磨布２を貼付して研磨面を
構成した研磨テーブル４と、被研磨物である半導体ウエ
ハ等の基板Ｗを把持する基板把持装置（トップリング）
６とを有し、砥液供給管８より研磨面と基板Ｗの被研磨
面の間に砥液Ｑを供給しつつ、トップリング６により基
板Ｗを所定の圧力で研磨面に押しつけながら研磨面と基
板Ｗを相対的に摺動させて研磨を行うものがある。
示すように、例えば表面に研磨布２を貼付して研磨面を
構成した研磨テーブル４と、被研磨物である半導体ウエ
ハ等の基板Ｗを把持する基板把持装置（トップリング）
６とを有し、砥液供給管８より研磨面と基板Ｗの被研磨
面の間に砥液Ｑを供給しつつ、トップリング６により基
板Ｗを所定の圧力で研磨面に押しつけながら研磨面と基
板Ｗを相対的に摺動させて研磨を行うものがある。
【０００４】基板把持装置は、図５に示すように、全体
として積層円板状のトップリング本体１０と、このトッ
プリング本体１０を支持し、かつこれに回転駆動力と押
圧力を伝達する駆動軸１２と、これら駆動軸１２及びト
ップリング本体１０を互いの傾動を許容しつつ連結する
自在継手部１４とから構成されている。トップリング本
体１０は、この例では、下面に基板Ｗを吸着等により把
持する積層円板状の把持板１６と、この把持板１６の上
側に間に隙間Ｓを形成するように重ねて固着される積層
円板状の被覆板１８と、把持板１６と被覆板１８をさら
に上から覆って押さえる中空円板状の押え板２０とから
構成されている。把持板１６下部の外周部には、基板Ｗ
の外周を取り巻くようにガイドリング２２が取付けられ
ている。
として積層円板状のトップリング本体１０と、このトッ
プリング本体１０を支持し、かつこれに回転駆動力と押
圧力を伝達する駆動軸１２と、これら駆動軸１２及びト
ップリング本体１０を互いの傾動を許容しつつ連結する
自在継手部１４とから構成されている。トップリング本
体１０は、この例では、下面に基板Ｗを吸着等により把
持する積層円板状の把持板１６と、この把持板１６の上
側に間に隙間Ｓを形成するように重ねて固着される積層
円板状の被覆板１８と、把持板１６と被覆板１８をさら
に上から覆って押さえる中空円板状の押え板２０とから
構成されている。把持板１６下部の外周部には、基板Ｗ
の外周を取り巻くようにガイドリング２２が取付けられ
ている。
【０００５】把持板１６の上面（基板取付側を前面とす
れば裏面）には、中央に円筒状の凹部２４が形成され、
その周辺部に段差面２６が形成されている。一方、被覆
板１８の下面には、中央に把持板１６の凹部２４と嵌合
する形状の円筒状の凸部２８が形成され、その周辺部に
把持板１６の段差面２６にボルトで締結される薄肉のフ
ランジ部３０が設けられている。被覆板１８の上面に
は、中央に円筒状の凹所３２が形成され、その周囲を取
り囲むように環状の肩部３４が形成され、その外側は押
え板２０を取り付けるための段差面３６となっている。
段差面３６と被覆板１８の間には、中空円板状のゴムシ
ート３７を介在させることにより隙間Ｓの密閉性の向上
を図っている。
れば裏面）には、中央に円筒状の凹部２４が形成され、
その周辺部に段差面２６が形成されている。一方、被覆
板１８の下面には、中央に把持板１６の凹部２４と嵌合
する形状の円筒状の凸部２８が形成され、その周辺部に
把持板１６の段差面２６にボルトで締結される薄肉のフ
ランジ部３０が設けられている。被覆板１８の上面に
は、中央に円筒状の凹所３２が形成され、その周囲を取
り囲むように環状の肩部３４が形成され、その外側は押
え板２０を取り付けるための段差面３６となっている。
段差面３６と被覆板１８の間には、中空円板状のゴムシ
ート３７を介在させることにより隙間Ｓの密閉性の向上
を図っている。
【０００６】把持板１６の凹部２４の深さは被覆板１８
の凸部２８の高さよりも大きくなっており、これによ
り、これら凹部２４と凸部２８の間には所定厚さの隙間
Ｓが形成される。把持板１６には、これを上下に貫通す
る多数の流通孔３８が形成され、これは前記の被覆板１
８と把持板１６の間の隙間Ｓを介して押え板２０の接続
穴４０に連通し、さらに把持板１６の下面に保持された
基板Ｗの裏面に連通する。隙間Ｓに真空源を繋いだ時は
基板Ｗの裏面に吸着力が作用し、一方、圧力流体源を繋
いだ時は押圧力が作用するようになっている。
の凸部２８の高さよりも大きくなっており、これによ
り、これら凹部２４と凸部２８の間には所定厚さの隙間
Ｓが形成される。把持板１６には、これを上下に貫通す
る多数の流通孔３８が形成され、これは前記の被覆板１
８と把持板１６の間の隙間Ｓを介して押え板２０の接続
穴４０に連通し、さらに把持板１６の下面に保持された
基板Ｗの裏面に連通する。隙間Ｓに真空源を繋いだ時は
基板Ｗの裏面に吸着力が作用し、一方、圧力流体源を繋
いだ時は押圧力が作用するようになっている。
【０００７】駆動軸１２の下端部には、外側に張り出し
たフランジ部６６を有する駆動板６８が固定されてい
る。この駆動板６８とトップリング本体１０の被覆板１
８の間にはトップリング本体１０を傾動可能に支持しか
つ押圧力を伝達する自在継手１４が設けられ、この自在
継手１４は、球面軸受７０と、駆動軸１２の回転をトッ
プリング本体１０に伝達する回転伝達機構７２とを有し
ている。
たフランジ部６６を有する駆動板６８が固定されてい
る。この駆動板６８とトップリング本体１０の被覆板１
８の間にはトップリング本体１０を傾動可能に支持しか
つ押圧力を伝達する自在継手１４が設けられ、この自在
継手１４は、球面軸受７０と、駆動軸１２の回転をトッ
プリング本体１０に伝達する回転伝達機構７２とを有し
ている。
【０００８】球面軸受７０は、駆動板６８の下面の中央
に設けられた凸部７６と、被覆板１８の上面中央に形成
された凹所３２のそれぞれに、セラミックスのような高
硬度材料からなるベアリングボール７８を摺動自在に収
容する球面状凹所８０，８２が形成されて構成されてい
る。ベアリングボール７８の下端は、把持板１６の凹部
２４内に位置しており、すなわち、段差面２６のレベル
以下に位置している。このように、把持板１６に凹部２
４を、被覆板１８に凸部２８を設けてトップリングを肉
薄にし、かつ、球面軸受７０の少なくとも一部を凹部内
に位置させることにより、球面軸受７０の中心を極力研
磨テーブル４に近付けることができる。
に設けられた凸部７６と、被覆板１８の上面中央に形成
された凹所３２のそれぞれに、セラミックスのような高
硬度材料からなるベアリングボール７８を摺動自在に収
容する球面状凹所８０，８２が形成されて構成されてい
る。ベアリングボール７８の下端は、把持板１６の凹部
２４内に位置しており、すなわち、段差面２６のレベル
以下に位置している。このように、把持板１６に凹部２
４を、被覆板１８に凸部２８を設けてトップリングを肉
薄にし、かつ、球面軸受７０の少なくとも一部を凹部内
に位置させることにより、球面軸受７０の中心を極力研
磨テーブル４に近付けることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のポリッ
シング装置においては、このように、把持板１６に凹部
２４を、被覆板１８に凸部２８を設けてトップリング本
体１０を肉薄にし、かつ、球面軸受７０の少なくとも一
部を前記凹部２４内に位置させることにより、球面軸受
７０の中心の研磨テーブル４に対する高さ方向の距離を
小さくしているが、なお、基板Ｗと研磨テーブル４の研
磨布面の間の摩擦力により作用する回転モーメントによ
り、高度に安定な研磨条件を作り出すことが困難であっ
た。
シング装置においては、このように、把持板１６に凹部
２４を、被覆板１８に凸部２８を設けてトップリング本
体１０を肉薄にし、かつ、球面軸受７０の少なくとも一
部を前記凹部２４内に位置させることにより、球面軸受
７０の中心の研磨テーブル４に対する高さ方向の距離を
小さくしているが、なお、基板Ｗと研磨テーブル４の研
磨布面の間の摩擦力により作用する回転モーメントによ
り、高度に安定な研磨条件を作り出すことが困難であっ
た。
【００１０】この回転モーメントは、球面軸受７０と基
板Ｗの表面の間の距離に比例するので、凹部の深さを大
きくすれば回転モーメントが小さくなって安定化する。
しかしながら、この場合は、把持板１６の剛性が大きく
低下して、研磨中に球面軸受７０を介して伝達される押
圧力により変形し、この変形が基板Ｗに転写されること
により、平坦な研磨面を得ることが困難になるという問
題が発生した。
板Ｗの表面の間の距離に比例するので、凹部の深さを大
きくすれば回転モーメントが小さくなって安定化する。
しかしながら、この場合は、把持板１６の剛性が大きく
低下して、研磨中に球面軸受７０を介して伝達される押
圧力により変形し、この変形が基板Ｗに転写されること
により、平坦な研磨面を得ることが困難になるという問
題が発生した。
【００１１】また、研磨装置における研磨速度に影響を
与える因子として、押圧力、相対摺動速度、砥液供給
量、研磨クロス面の性状等の他に、研磨面の温度が指摘
されている。特に、半導体ウエハ等の基板Ｗが大径化す
るに従い、研磨による発熱量が増大し、トップリング本
体１０への伝熱量も増加する。大径化に伴うトップリン
グ本体１０の大型化により、放熱に必要な表面積に比
べ、熱を受け取る体積が大きくなり、熱収支が不安定に
なりやすく、結果として研磨中の研磨速度が不安定にな
ってしまう。
与える因子として、押圧力、相対摺動速度、砥液供給
量、研磨クロス面の性状等の他に、研磨面の温度が指摘
されている。特に、半導体ウエハ等の基板Ｗが大径化す
るに従い、研磨による発熱量が増大し、トップリング本
体１０への伝熱量も増加する。大径化に伴うトップリン
グ本体１０の大型化により、放熱に必要な表面積に比
べ、熱を受け取る体積が大きくなり、熱収支が不安定に
なりやすく、結果として研磨中の研磨速度が不安定にな
ってしまう。
【００１２】特に、基板Ｗの中央部での研磨発熱量は、
外周部に比べて大きくなることが想定されるので、この
基板Ｗの半径方向の温度勾配から生じる把持板１６への
伝熱量の勾配を是正するためにも、熱を受け取りにく
い、あるいは熱を逃がしやすい、といった工夫を把持板
１６に施す必要がある。最も簡便な方法の１つとして、
体積を減少させることが挙げられ、この意味から把持板
１６の軽量化が求められている。
外周部に比べて大きくなることが想定されるので、この
基板Ｗの半径方向の温度勾配から生じる把持板１６への
伝熱量の勾配を是正するためにも、熱を受け取りにく
い、あるいは熱を逃がしやすい、といった工夫を把持板
１６に施す必要がある。最も簡便な方法の１つとして、
体積を減少させることが挙げられ、この意味から把持板
１６の軽量化が求められている。
【００１３】さらに、把持板１６の前面には基板Ｗを吸
着するための吸着パッドが貼付されており、その交換や
把持板１６の洗浄のために定期的にトップリング本体１
０から把持板１６を取り外す必要がある。このような作
業を人手によって行なう場合、把持板１６の重量が大き
いと人間の腰に負荷が掛かり、安全・衛生上の問題が生
じる。このような把持板１６の重量の増大の問題は、半
導体ウエハの大口径化に伴ってますます顕著になる。
着するための吸着パッドが貼付されており、その交換や
把持板１６の洗浄のために定期的にトップリング本体１
０から把持板１６を取り外す必要がある。このような作
業を人手によって行なう場合、把持板１６の重量が大き
いと人間の腰に負荷が掛かり、安全・衛生上の問題が生
じる。このような把持板１６の重量の増大の問題は、半
導体ウエハの大口径化に伴ってますます顕著になる。
【００１４】本発明は、前記課題に鑑み、把持板の剛性
を維持し、基板と研磨テーブルの研磨布面の間の摩擦力
により作用する回転モーメントを抑制して安定した研磨
を行なうことができる基板把持装置を提供すること、及
び把持板の重量を可能な限り低減させた基板把持装置を
提供することを目的とする。
を維持し、基板と研磨テーブルの研磨布面の間の摩擦力
により作用する回転モーメントを抑制して安定した研磨
を行なうことができる基板把持装置を提供すること、及
び把持板の重量を可能な限り低減させた基板把持装置を
提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、基板を前面に把持する把持板と、該把持板の裏面に
前記把持板の中央部分との間に隙間を形成するように取
り付けられた被覆板と、前記把持板に押圧力を伝達可能
とするように球面軸受を介して取り付けられた駆動軸と
を備え、前記把持板の前記被覆板に対向する面には、垂
直断面が二次曲線で記述可能な形状の凹部が形成されて
いることを特徴とする基板把持装置である。
は、基板を前面に把持する把持板と、該把持板の裏面に
前記把持板の中央部分との間に隙間を形成するように取
り付けられた被覆板と、前記把持板に押圧力を伝達可能
とするように球面軸受を介して取り付けられた駆動軸と
を備え、前記把持板の前記被覆板に対向する面には、垂
直断面が二次曲線で記述可能な形状の凹部が形成されて
いることを特徴とする基板把持装置である。
【００１６】これにより、球面軸受の位置を可能な限り
低くして、基板と研磨クロスの間の摩擦による回転モー
メントを低減させ、同時に把持板の重量を軽減して温度
制御特性や作業性を向上させ、かつ所定の剛性を維持し
て把持板の変形に起因する研磨量の不均一を防止するこ
とができる。
低くして、基板と研磨クロスの間の摩擦による回転モー
メントを低減させ、同時に把持板の重量を軽減して温度
制御特性や作業性を向上させ、かつ所定の剛性を維持し
て把持板の変形に起因する研磨量の不均一を防止するこ
とができる。
【００１７】請求項２に記載の発明は、前記球面軸受は
前記把持板の前記凹部内に位置することを特徴とする請
求項１に記載の基板把持装置である。
前記把持板の前記凹部内に位置することを特徴とする請
求項１に記載の基板把持装置である。
【００１８】請求項３に記載の発明は、前記基板把持装
置の前記球面軸受により傾動する部材で構成される構造
体の重心座標での慣性モーメントを基準として、前記構
造体の前記球面軸受の中心座標での慣性モーメントと前
記重心座標での慣性モーメントの差が±５％の範囲にあ
ることを特徴とする請求項１に記載の基板把持装置であ
る。これにより、トップリングの傾動の際の慣性モーメ
ントを最小に近づけ、研磨工程中においてトップリング
が研磨テーブルの研磨面に有る又は生じる凹凸やうねり
に追随して傾動し易くして、基板の被研磨面の面内均一
性を向上させる。
置の前記球面軸受により傾動する部材で構成される構造
体の重心座標での慣性モーメントを基準として、前記構
造体の前記球面軸受の中心座標での慣性モーメントと前
記重心座標での慣性モーメントの差が±５％の範囲にあ
ることを特徴とする請求項１に記載の基板把持装置であ
る。これにより、トップリングの傾動の際の慣性モーメ
ントを最小に近づけ、研磨工程中においてトップリング
が研磨テーブルの研磨面に有る又は生じる凹凸やうねり
に追随して傾動し易くして、基板の被研磨面の面内均一
性を向上させる。
【００１９】請求項４に記載の発明は、研磨面を有する
研磨テーブルと、該研磨面に砥液を供給する砥液供給装
置と、請求項１ないし３のいずれかに記載の基板把持装
置とを有することを特徴とするポリッシング装置であ
る。
研磨テーブルと、該研磨面に砥液を供給する砥液供給装
置と、請求項１ないし３のいずれかに記載の基板把持装
置とを有することを特徴とするポリッシング装置であ
る。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る基板把持装置
の一実施の形態を図１ないし図３に基づいて説明する。
この基板把持装置は、全体として円板状のトップリング
本体１０と、このトップリング本体１０を支持し、かつ
これに回転駆動力と押圧力を伝達する駆動軸１２と、こ
れら駆動軸１２及びトップリング本体１０を互いの傾動
を許容しつつ連結する自在継手部１４とから構成されて
いる。なお、図１では、トップリング本体１０が駆動軸
１２から吊り下げられた状態が示されている。
の一実施の形態を図１ないし図３に基づいて説明する。
この基板把持装置は、全体として円板状のトップリング
本体１０と、このトップリング本体１０を支持し、かつ
これに回転駆動力と押圧力を伝達する駆動軸１２と、こ
れら駆動軸１２及びトップリング本体１０を互いの傾動
を許容しつつ連結する自在継手部１４とから構成されて
いる。なお、図１では、トップリング本体１０が駆動軸
１２から吊り下げられた状態が示されている。
【００２１】トップリング本体１０は、下面に吸着パッ
ド１５を介してポリッシング対象物である半導体ウエハ
（基板）Ｗを吸着等により把持するほぼ円板状の把持板
１６と、この把持板１６の上側に間に隙間Ｓを形成する
ように重ねて固着されるほぼ円板状の被覆板１８とを備
えている。把持板１６の外周を取り巻くようにリテーナ
リング１００が被覆板１８にボルトで固定されており、
把持板１６の下面とリテーナリング１００により、基板
Ｗを収容する凹部が形成されている。また、リテーナリ
ング１００のさらに外方には、研磨テーブル４上の研磨
クロス２を押圧するための押圧リング１０２がトップリ
ングヘッド４２に固定されたエアシリンダ１０６によっ
て上下動自在に支持されている。
ド１５を介してポリッシング対象物である半導体ウエハ
（基板）Ｗを吸着等により把持するほぼ円板状の把持板
１６と、この把持板１６の上側に間に隙間Ｓを形成する
ように重ねて固着されるほぼ円板状の被覆板１８とを備
えている。把持板１６の外周を取り巻くようにリテーナ
リング１００が被覆板１８にボルトで固定されており、
把持板１６の下面とリテーナリング１００により、基板
Ｗを収容する凹部が形成されている。また、リテーナリ
ング１００のさらに外方には、研磨テーブル４上の研磨
クロス２を押圧するための押圧リング１０２がトップリ
ングヘッド４２に固定されたエアシリンダ１０６によっ
て上下動自在に支持されている。
【００２２】把持板１６の上面（基板取付側を前面とす
れば裏面）には、中央に凹部１０８が形成され、その外
周部は肩部１１０となっている。一方、被覆板１８の下
面には、中央に把持板１６の凹部１０８と嵌合する形状
の凸部１１２が形成され、その周辺部に把持板１６の肩
部１１０にボルト固定されるフランジ部１１４となって
いる。この凹部１０８又は凸部１１２の形状は、その垂
直断面が二次曲線で記述可能であり、この実施の形態で
は、断面において中心軸線を短軸、把持板１６の上面を
通る直径を長軸とする楕円に形成されている。
れば裏面）には、中央に凹部１０８が形成され、その外
周部は肩部１１０となっている。一方、被覆板１８の下
面には、中央に把持板１６の凹部１０８と嵌合する形状
の凸部１１２が形成され、その周辺部に把持板１６の肩
部１１０にボルト固定されるフランジ部１１４となって
いる。この凹部１０８又は凸部１１２の形状は、その垂
直断面が二次曲線で記述可能であり、この実施の形態で
は、断面において中心軸線を短軸、把持板１６の上面を
通る直径を長軸とする楕円に形成されている。
【００２３】被覆板１８のフランジ部１１４の下面に
は、把持板１６の肩部１１０に接触する環状の突条１１
６が形成されており、把持板１６はこの突条１１６にお
いて被覆板１８と接触して押圧力を負荷されるようにな
っている。この突条１１６の環状の領域の中心の位置
は、肩部１１０と凹部１０８との接合領域付近にある。
被覆板１８と把持板１６の対向面のこれ以外の領域に
は、所定厚さの隙間Ｓが形成され、これは、シールリン
グ１１８ａ，１１８ｂ，１１８ｃによって同軸の帯状空
間として外部から及び互いに気密に仕切られている。被
覆板１８には隙間Ｓに連通する図示しない流体流路が形
成され、一方、把持板１６にも隙間Ｓに連通する流通孔
３８が下面に貫通して設けられている。
は、把持板１６の肩部１１０に接触する環状の突条１１
６が形成されており、把持板１６はこの突条１１６にお
いて被覆板１８と接触して押圧力を負荷されるようにな
っている。この突条１１６の環状の領域の中心の位置
は、肩部１１０と凹部１０８との接合領域付近にある。
被覆板１８と把持板１６の対向面のこれ以外の領域に
は、所定厚さの隙間Ｓが形成され、これは、シールリン
グ１１８ａ，１１８ｂ，１１８ｃによって同軸の帯状空
間として外部から及び互いに気密に仕切られている。被
覆板１８には隙間Ｓに連通する図示しない流体流路が形
成され、一方、把持板１６にも隙間Ｓに連通する流通孔
３８が下面に貫通して設けられている。
【００２４】駆動軸１２は、図示しない支柱に取り付け
られたトップリングヘッド４２によって自転と上下動が
可能に支持されており、トップリングヘッド４２に設け
られた駆動源（減速機付きモータ、図示略）の出力軸と
プーリベルト機構によって連結され、また、トップリン
グヘッド４２と駆動軸ホルダの間に設けられたトップリ
ングシリンダのシャフトの伸縮によって上下方向に移動
させられる構造になっている。駆動軸１２は中空の筒状
に形成されており、内部にはテフロン又はポリプロピレ
ンなどの耐食性のある樹脂等の材質によって形成された
チューブが挿通されており、これの上端はロータリージ
ョイントを介して外部の流体供給装置に連通されるよう
になっている。
られたトップリングヘッド４２によって自転と上下動が
可能に支持されており、トップリングヘッド４２に設け
られた駆動源（減速機付きモータ、図示略）の出力軸と
プーリベルト機構によって連結され、また、トップリン
グヘッド４２と駆動軸ホルダの間に設けられたトップリ
ングシリンダのシャフトの伸縮によって上下方向に移動
させられる構造になっている。駆動軸１２は中空の筒状
に形成されており、内部にはテフロン又はポリプロピレ
ンなどの耐食性のある樹脂等の材質によって形成された
チューブが挿通されており、これの上端はロータリージ
ョイントを介して外部の流体供給装置に連通されるよう
になっている。
【００２５】駆動軸１２の下端部には、取付部材６６を
介して駆動板６８が固定されている。駆動板６８の下面
の中央には、下面が円錐状の逃げ面７４となっている凸
部７６が形成されており、この凸部７６の中央には、セ
ラミックスのような高硬度材料からなるベアリングボー
ル７８を摺動自在に収容する球面状凹所８０が形成され
ている。そして、被覆板１８の上面中央には、駆動板６
８の凸部７６を収容できる広さと高さならびに深さを持
つ凹所３２が形成され、この凹所３２の底面の中央に
は、やはりベアリングボール７８を収容する球面状凹所
８２が形成され、これによって駆動軸１２とトップリン
グ本体１０の間に球面軸受７０が構成されている。
介して駆動板６８が固定されている。駆動板６８の下面
の中央には、下面が円錐状の逃げ面７４となっている凸
部７６が形成されており、この凸部７６の中央には、セ
ラミックスのような高硬度材料からなるベアリングボー
ル７８を摺動自在に収容する球面状凹所８０が形成され
ている。そして、被覆板１８の上面中央には、駆動板６
８の凸部７６を収容できる広さと高さならびに深さを持
つ凹所３２が形成され、この凹所３２の底面の中央に
は、やはりベアリングボール７８を収容する球面状凹所
８２が形成され、これによって駆動軸１２とトップリン
グ本体１０の間に球面軸受７０が構成されている。
【００２６】この例では、ベアリングボール７８が全体
が把持板１６の凹部１０８内に位置しており、すなわ
ち、肩部１１０のレベル以下に位置している。このよう
に、把持板１６に凹部１０８を、被覆板１８に凸部１１
２を設け、これらの断面を二次曲線として記述可能な曲
線として形成することにより、把持板１６及び被覆板１
８を所定の剛性に維持しつつ、把持板１６を肉薄にして
軽量化を図るとともに、球面軸受７０の中心の位置を研
磨テーブル４に近付けることができる。ベアリングボー
ル７８の中心と把持板１６の下面までの距離Ｌは、従来
の２６ｍｍ程度から１６ｍｍ程度に減少させることがで
きた。
が把持板１６の凹部１０８内に位置しており、すなわ
ち、肩部１１０のレベル以下に位置している。このよう
に、把持板１６に凹部１０８を、被覆板１８に凸部１１
２を設け、これらの断面を二次曲線として記述可能な曲
線として形成することにより、把持板１６及び被覆板１
８を所定の剛性に維持しつつ、把持板１６を肉薄にして
軽量化を図るとともに、球面軸受７０の中心の位置を研
磨テーブル４に近付けることができる。ベアリングボー
ル７８の中心と把持板１６の下面までの距離Ｌは、従来
の２６ｍｍ程度から１６ｍｍ程度に減少させることがで
きた。
【００２７】また、この例においては、基板把持装置の
うち、球面軸受７０によって傾動させられる部分、すな
わち、トップリング本体１０、リテーナリング１００及
びその付属物を含めた構造体の重心座標での慣性モーメ
ントを基準として、この構造体の球面軸受７０の中心座
標での慣性モーメントと重心座標での慣性モーメントの
差が±５％の範囲にあるようになっている。このよう
に、構造体の慣性モーメントが、重心座標まわりと、球
面軸受７０の中心座標まわりにおいて±５％の範囲で一
致していれば、トップリング本体１０の傾動時における
慣性モーメントが充分小さくなり、実用上充分な傾動追
従性を得ることができる。
うち、球面軸受７０によって傾動させられる部分、すな
わち、トップリング本体１０、リテーナリング１００及
びその付属物を含めた構造体の重心座標での慣性モーメ
ントを基準として、この構造体の球面軸受７０の中心座
標での慣性モーメントと重心座標での慣性モーメントの
差が±５％の範囲にあるようになっている。このよう
に、構造体の慣性モーメントが、重心座標まわりと、球
面軸受７０の中心座標まわりにおいて±５％の範囲で一
致していれば、トップリング本体１０の傾動時における
慣性モーメントが充分小さくなり、実用上充分な傾動追
従性を得ることができる。
【００２８】また、このトップリングにおいては、球面
軸受７０によって傾動させられるトップリング本体１
０、リテーナリング１００及びその付属物を含めた部分
の重心がほぼ球面軸受７０と一致するようになっている
ので、研磨工程においてトップリングが研磨テーブルに
貼付された研磨クロスの局部的なうねりに追随しやすく
なっている。これは、トップリングの傾動に対して抵抗
作用をなす慣性モーメントが、傾動軸と重心との距離の
積、すなわち、球面軸受７０の中心と重心との距離の積
に比例するからであり、球面軸受７０の中心と重心が一
致していれば、理論的にはこれが最小になるからであ
る。
軸受７０によって傾動させられるトップリング本体１
０、リテーナリング１００及びその付属物を含めた部分
の重心がほぼ球面軸受７０と一致するようになっている
ので、研磨工程においてトップリングが研磨テーブルに
貼付された研磨クロスの局部的なうねりに追随しやすく
なっている。これは、トップリングの傾動に対して抵抗
作用をなす慣性モーメントが、傾動軸と重心との距離の
積、すなわち、球面軸受７０の中心と重心との距離の積
に比例するからであり、球面軸受７０の中心と重心が一
致していれば、理論的にはこれが最小になるからであ
る。
【００２９】次に、前記のように構成された基板把持装
置の作用を従来の場合と比較して説明するために、有限
要素法を用いて解析を行った。ここでは、断面が矩形で
あるような凹部を有する従来のタイプと、断面が二次曲
線であるような凹部を有する本発明のタイプにおいて、
それぞれ以下の条件を満たすようなモデルを設計したも
のである。 低支点とする。すなわち、把持板１６の中央部の最小
厚さを２ｍｍとする。 把持板１６の剛性を維持する。すなわち、把持板１６
に５００ｇｆ／ｃｍ２の負荷が掛かった時の最大変形量
を１μｍ以内とする。 基板Ｗが大径であるものを対象とした。すなわち、基
板径を２００ｍｍとした。
置の作用を従来の場合と比較して説明するために、有限
要素法を用いて解析を行った。ここでは、断面が矩形で
あるような凹部を有する従来のタイプと、断面が二次曲
線であるような凹部を有する本発明のタイプにおいて、
それぞれ以下の条件を満たすようなモデルを設計したも
のである。 低支点とする。すなわち、把持板１６の中央部の最小
厚さを２ｍｍとする。 把持板１６の剛性を維持する。すなわち、把持板１６
に５００ｇｆ／ｃｍ２の負荷が掛かった時の最大変形量
を１μｍ以内とする。 基板Ｗが大径であるものを対象とした。すなわち、基
板径を２００ｍｍとした。
【００３０】前記のような条件下において解析を行った
結果を、図２及び図３に模式的に示す。従来の積層円板
型では、前記の条件をクリアするには、把持板１６の中
央の凹部の径は、図示するように、３１ｍｍ以下でなけ
れば剛性を維持できず、また、把持板１６の厚さも２７
ｍｍ必要となる。この結果、支点の位置と、構造体の重
心の位置が離れてしまい、モーメントが大きくなって傾
動の応答性が悪くなってしまう。また、トップリング本
体１０の重さが増して、取り扱い性も悪くなってしま
う。
結果を、図２及び図３に模式的に示す。従来の積層円板
型では、前記の条件をクリアするには、把持板１６の中
央の凹部の径は、図示するように、３１ｍｍ以下でなけ
れば剛性を維持できず、また、把持板１６の厚さも２７
ｍｍ必要となる。この結果、支点の位置と、構造体の重
心の位置が離れてしまい、モーメントが大きくなって傾
動の応答性が悪くなってしまう。また、トップリング本
体１０の重さが増して、取り扱い性も悪くなってしま
う。
【００３１】これに対して、本発明の二次曲線で記述可
能な形状（図示例では楕円）の断面を有する把持板１６
の場合は、厚さが１８ｍｍ程度であり、支点の位置と構
造体の重心の位置はほぼ一致しており、薄肉化による軽
量化も達成できている。しかも、この形状・寸法のモデ
ルでは、５００ｇｆ／ｃｍ２の負荷が掛かった時の最大
変形量は、０．５３７μｍと小さかった。
能な形状（図示例では楕円）の断面を有する把持板１６
の場合は、厚さが１８ｍｍ程度であり、支点の位置と構
造体の重心の位置はほぼ一致しており、薄肉化による軽
量化も達成できている。しかも、この形状・寸法のモデ
ルでは、５００ｇｆ／ｃｍ２の負荷が掛かった時の最大
変形量は、０．５３７μｍと小さかった。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
球面軸受の位置を低くして基板と研磨クロスの間の摩擦
による回転モーメントを低減させ、基板と研磨クロスの
面間の密着性を維持するとともに、把持板の重量を軽減
して温度制御特性や作業性を向上させ、かつ所定の剛性
を維持して把持板の変形を防止し、結果として安定な研
磨を行なって被研磨面の均一性を高めることができる。
球面軸受の位置を低くして基板と研磨クロスの間の摩擦
による回転モーメントを低減させ、基板と研磨クロスの
面間の密着性を維持するとともに、把持板の重量を軽減
して温度制御特性や作業性を向上させ、かつ所定の剛性
を維持して把持板の変形を防止し、結果として安定な研
磨を行なって被研磨面の均一性を高めることができる。
【図１】本発明に係るポリッシング装置の一実施の形態
の全体を示す縦断面図である。
の全体を示す縦断面図である。
【図２】数値解析により作成した比較例の把持板のモデ
ルの模式図である。
ルの模式図である。
【図３】数値解析により作成した本発明の把持板のモデ
ルの模式図である。
ルの模式図である。
【図４】従来のポリッシング装置を示す断面図である。
【図５】図４の要部であるトップリングを示す縦断面図
である。
である。
１０ トップリング本体 １２ 駆動軸 １６ 把持板 １８ 被覆板 ２４ 凹部 ２８ 凸部 ３２ 凹所 ３４ 肩部 ６６ フランジ部 ６８ 駆動板 ７０ 球面軸受 ７６ 凸部 ８６ 被駆動ピン ９８ 駆動ピン Ｗ 基板
Claims (4)
- 【請求項１】 基板を前面に把持する把持板と、 該把持板の裏面に前記把持板の中央部分との間に隙間を
形成するように取り付けられた被覆板と、 前記把持板に押圧力を伝達可能とするように球面軸受を
介して取り付けられた駆動軸とを備え、 前記把持板の前記被覆板に対向する面には、垂直断面が
二次曲線で記述可能な形状の凹部が形成されていること
を特徴とする基板把持装置。 - 【請求項２】 前記球面軸受は前記把持板の前記凹部内
に位置することを特徴とする請求項１に記載の基板把持
装置。 - 【請求項３】 前記基板把持装置の前記球面軸受により
傾動する部材で構成される構造体の重心座標での慣性モ
ーメントを基準として、前記構造体の前記球面軸受の中
心座標での慣性モーメントと前記重心座標での慣性モー
メントの差が±５％の範囲にあることを特徴とする請求
項１に記載の基板把持装置。 - 【請求項４】 研磨面を有する研磨テーブルと、該研磨
面に砥液を供給する砥液供給装置と、請求項１ないし３
のいずれかに記載の基板把持装置とを有することを特徴
とする研磨装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36346598A JP2000190210A (ja) | 1998-12-21 | 1998-12-21 | 基板把持装置及び研磨装置 |
| KR1019990059717A KR20000048284A (ko) | 1998-12-21 | 1999-12-21 | 연마 장치 및 연마될 물품을 고정하는 홀더 |
| US09/468,307 US6409585B1 (en) | 1998-12-21 | 1999-12-21 | Polishing apparatus and holder for holding an article to be polished |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36346598A JP2000190210A (ja) | 1998-12-21 | 1998-12-21 | 基板把持装置及び研磨装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000190210A true JP2000190210A (ja) | 2000-07-11 |
Family
ID=18479386
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36346598A Pending JP2000190210A (ja) | 1998-12-21 | 1998-12-21 | 基板把持装置及び研磨装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000190210A (ja) |
| KR (1) | KR20000048284A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011255505A (ja) * | 2011-09-26 | 2011-12-22 | Ebara Corp | 研磨装置 |
| JP2012518904A (ja) * | 2009-02-25 | 2012-08-16 | グリーンスペック カンパニー、インコーポレイテッド | シリコン・ベアー・ウエハー研磨装置用キャリア・ヘッド |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102173323B1 (ko) | 2014-06-23 | 2020-11-04 | 삼성전자주식회사 | 캐리어 헤드, 화학적 기계식 연마 장치 및 웨이퍼 연마 방법 |
-
1998
- 1998-12-21 JP JP36346598A patent/JP2000190210A/ja active Pending
-
1999
- 1999-12-21 KR KR1019990059717A patent/KR20000048284A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012518904A (ja) * | 2009-02-25 | 2012-08-16 | グリーンスペック カンパニー、インコーポレイテッド | シリコン・ベアー・ウエハー研磨装置用キャリア・ヘッド |
| JP2011255505A (ja) * | 2011-09-26 | 2011-12-22 | Ebara Corp | 研磨装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20000048284A (ko) | 2000-07-25 |
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