JP2008284634A

JP2008284634A - ワークスピンドル

Info

Publication number: JP2008284634A
Application number: JP2007130638A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Matsumoto; 敬一松本
Original assignee: Lapmaster SFT Corp
Current assignee: Lapmaster SFT Corp
Priority date: 2007-05-16
Filing date: 2007-05-16
Publication date: 2008-11-27

Abstract

【課題】研磨する半導体ウエハの僅かな傾斜にも抵抗することなく追従できると共に、遠心力が一方に偏ることなくワークスピンドルを構成でき、安定した回転が得られるワークスピンドルの提供。
【解決手段】スピンドル軸２とワークヘッド３との間に球面軸受４を介装し、中心穴５ａを開口させフランジ部５ｂを膨出させた金属製サスペンション５と、球面軸受４の太陽球４ａと凹面受け部４ｂと間隙部４ｃと、凹面受け部４ｂに埋設させた多数の遊星球４ｄと、ワークヘッド３に形成した加圧室３ａと、加圧室３ａに張設した可撓性膜６と、を備え、加圧室３ａにゲル状流体を流入させて可撓性膜６を膨縮させる流体流通系７は太陽球４ａを固定したスピンドル軸２の軸心と金属製サスペンション５の中心穴５ａとワークヘッド３を連通させた。
【選択図】図１

Description

本発明は、研磨装置におけるワークスピンドルに関するものであって、更に、詳細には、半導体ウエハを水張り又は粘着層によりワークヘッドの可撓性膜に貼着させ、ポリシングクロスにより研磨するＣＭＰ研磨装置のワークスピンドルに関するものである。

昨今要求されている半導体ウエハは、歩留まりの観点からの超高精度の平坦精度及び鏡面精度、並びに、小型化の観点からの極薄化、生産性の観点からの拡径化される傾向にあり、更には、多数のＭＥＭＳデバイス又はＮＥＭＳデバイスに製造する過程の半導体ウエハは、ミクロン単位の研磨加工が必要となり、従来方法の研磨加工では徐々に対処できなく成っており、ワークヘッドに貼着させての研磨加工もより高度な改良を求められている実情である。

従来、この種のワークスピンドルにおいて、スピンドル軸とワークヘッドとを球面軸受を介して接続したものも各種開発されており、例えば先に開示された、研磨テーブルに対向して基板を保持するトップリング１０と、該トップリングを球面軸受３８を介して傾動自在に支持し、かつ伝達機構４０を介して駆動機構からの回転駆動力を伝達する支持軸２８とを有し、前記支持軸は前記球面軸受及び伝達機構を含む先端側部分と、伝達機構に連絡された基端側部分に分割され、この分割部に、前記先端側部分と基端側部分を着脱自在に連結するクランプ継手６０が設けられているもの（特許文献１参照）や、上定盤を加圧する加圧軸と該加圧軸を駆動する加圧シリンダからなる加圧装置と、該加圧シリンダを支持する支持台と、支持台をワーク方向に移動させる移動手段と、該加圧軸の移動距離を計測するリニアスケールと、該加圧装置、移動装置を制御する制御装置とを具備し、前記加圧軸と上定盤の連結部に球面軸受けを設けて該上定盤を全方向に回動自在すると共に回動を固定する手段を設けたことを特徴としているもの（特許文献２参照）や、本発明の加工ヘッドは、主軸６、球面軸受４、保持プレート３、板バネ２などにより構成される。被加工物９は保持プレート３の下面に装着され、保持プレート３は球面軸受４及び板バネ２を介して主軸６の下端部に接続され、主軸６は回転駆動機構に接続される。球面軸受４は主軸６の回転軸上に傾動中心を有す。板バネ２は軸対称形状を備え、中央に開口部２７を有し、外周部に径方向に伸びる複数の腕部２１を有す。板バネ２の内周に沿って取付穴２５が形成され、これに支持プレート１が結合される。各腕部２１の先端に取付穴２６が形成され、これに保持プレート３が結合される。上記の取付穴２６及び取付穴２５は、それぞれ、主軸６の回転軸を中心とする大小二つの同心円上に位置しているもの（特許文献３参照）等が開示されている。
特開２０００−６１８２５号公報特開平１１−２９１１５６号公報特開平１０−１１８９１９号公報

つまり、特許文献１、特許文献２、特許文献３には夫々球面軸受が記載されているが、球体の外周面とその外周面を受ける凹球面状とでのみスピンドル軸とワークヘッドとの傾斜を保つように構成されているものであるが、この種の研磨装置で研磨する半導体ウエハはミクロン単位の傾斜であり、尚且つ、相互に回転を伴っての研磨加工を実施するもので対処できなく成っているが現状である。

また、特許文献１、特許文献３には半導体ウエハの着脱をするために真空源と接続した流通系を形成しているが、球面軸受を介装しているため中心位置を貫通させて配設できないのでスピンドル軸の横方に突出させた流通配管系をワークヘッドに接続しており、これらの回転する装置においては遠心力を均等に付与させることが回転のぶれを無くするためには好適なものである。

本発明のワークスピンドルは、前述の課題に鑑み、鋭意研鑽の結果、研磨装置に設けられたスピンドル軸とワークヘッドとの間に球面軸受を介装するワークスピンドルであって、スピンドル軸とワークヘッドとを接続する中心穴を開口させフランジ部を膨出させた金属製サスペンションと、上方と下方とを平坦状に形成した球面軸受と、球面軸受のスピンドル軸に固定した太陽球と、球面軸受のワークヘッドに固定した凹面受け部と、凹面受け部と太陽球との間に設けた間隙部と、間隙部の凹面受け部に基部側を略埋設させた状態で頂部を太陽球の外周に接触させる多数の遊星球と、ワークヘッドの下面に凹陥状に形成した加圧室と、加圧室を覆うようにワークヘッドの下面に張設した可撓性膜と、を備え、加圧室にゲル状流体を流入させて可撓性膜を膨縮させる流体流通系は太陽球を固定したスピンドル軸の軸心と金属製サスペンションの中心穴とワークヘッドの中心を貫いて連通させたものである。

本発明のワークスピンドルは、スピンドル軸とワークヘッドとの間に弾性を有した金属製サスペンションと太陽球と凹面受け部と間隙部と多数の遊星球とを備えた球面軸受を介装したものであって、研磨する半導体ウエハの僅かな傾斜にも抵抗することなく追従できると共に、ワークヘッドの下面に形成した加圧室にゲル状流体を流入させて可撓性膜を膨縮させる流体流通系は太陽球を固定したスピンドル軸の軸心と金属製サスペンションの中心穴とワークヘッドの中心を貫いて連通させたもので、遠心力が一方に偏ることなくワークスピンドルを構成でき、安定した回転が得られるものである。

以下、本発明のワークスピンドルの実施例の図面を用いて詳細に説明すると、図１は本発明のワークスピンドルの実施例の概要を説明するための概要側面説明図であり、図２は本発明のワークスピンドルの要部とする球面軸受の実施例の概要を説明するたの側面図である。

本発明は、研磨装置におけるワークスピンドルに関するものであって、更に、詳細には、半導体ウエハを水張り又は粘着層によりワークヘッドの可撓性膜に貼着させ、ポリシングクロスにより研磨するＣＭＰ研磨装置のワークスピンドルに関するものであり、研磨装置の昇降且つ回転自在に設けられたスピンドル軸２の下端と略円板状のワークヘッド３との間に球面軸受４を介装したワークスピンドル１であって、前記スピンドル軸２の下端とワークヘッド３の上面とを接続する中心穴５ａを開口させ外周縁部にフランジ部５ｂを膨出させた略皿状の金属製サスペンション５と、上方と下方とを夫々平坦状に平行させて形成した球面軸受４と、該球面軸受４の前記スピンドル軸２の下端に固定した太陽球４ａと、前記球面軸受４のワークヘッド３の上面に固定した凹面受け部４ｂと、該凹面受け部４ｂと前記太陽球４ａとの間に設けた間隙部４ｃと、該間隙部４ｃの前記凹面受け部４ｂに基部側の略半分程度を埋設させた状態で頂部を太陽球４ａの外周に接触させる多数の遊星球４ｄと、前記ワークヘッド３の下面に凹陥状に形成した加圧室３ａと、該加圧室３ａを覆うようにワークヘッド３の下面に水密状態で張設した可撓性膜６と、を備え、前記加圧室３ａにゲル状流体を流入させて前記可撓性膜６を膨縮させる流体流通系７は太陽球４ａを固定したスピンドル軸２の軸心と金属製サスペンション５の中心穴５ａとワークヘッド３の上方の中心を貫いて連通させたことを特徴とするものである。

即ち、本発明のワークスピンドルは、ＣＭＰ等の半導体ウエハの研磨装置に適応されるワークスピンドル１であって、スピンドル軸２とワークヘッド３との間に太陽球４ａと凹面受け部４ｂと間隙部４ｃと遊星球４ｄとを備えた球面軸受４を介装したものである。

そして、スピンドル軸２は上方にスピンドルケーシングを備え、該スピンドルケーシングに昇降且つ回転自在に設けられているものであり、前記スピンドルケーシングはコラムに固定されているもので、コラムにより研磨位置まで移送されるものである。

次に、ワークヘッド３は全体的には略円板状のもので、プレートホルダー３ｂとワークプレート３ｃとから成り、プレートホルダー３ｂは下面に略円板状の凹陥部が形成され、該プレートホルダー３ｂの凹陥部に嵌入されるワークプレート３ｃから成るもので、更に、ワークプレート３ｃには後述する加圧室３ａが形成されているものである。

次いで、金属製サスペンション５は略皿状のもので、有底円筒状の底部には比較的大きな中心穴５ａを開口させ、外周縁部にはフランジ部５ｂを膨出させた弾性を有するステンレス等の金属製のもので、フランジ部５ｂには弾性をしなやかに付与できるように切り込みを入れても構わなく、フランジ部５ｂと底部には夫々スピンドル軸２の下端とワークヘッド３の上面とを接続するための複数のボルト孔を穿設しているものである。

更に、球面軸受４は、球体である太陽球４ａと、該太陽球４ａを受けるための内面が球面となる凹面受け部４ｂとを備え、太陽球４ａと凹面受け部４ｂとの間には後述する複数の遊星球４ｄを介装するための間隙部４ｃを設けているものであり、太陽球４ａと凹面受け部４ｂとの上方と下方とは平行させて夫々平坦状に形成しているものである。

また、太陽球４ａは、スピンドル軸２の下方に上面の平坦部を固定しているものであり、凹面受け部４ｂは、ワークヘッド３の上面に下面の平坦部を固定しているものである。

更には、間隙部４ｃは、太陽球４ａと凹面受け部４ｂとの間に設けたもので、該間隙部４ｃには多数の遊星球４ｄを配設するものであるが、多数の遊星球４ｄは硬質の小球体であり、等間隔で凹面受け部４ｂに基部側の略半分程度を埋設した状態で頂部を太陽球４ａの外周に接触させるものである。

そして、加圧室３ａは、ワークヘッド３の下方に配設されたワークプレート３ｃの下面に凹陥状に形成しているものであり、実施例では、なだらかなテーパー状に形成しているものである。

次に、可撓性膜６は、可撓性のゴム等で形成しているもので、加圧室３ａを覆うようにワークヘッド３のワークプレート３ｃの下面に水密状態で張設しているものであり、実施例では、ワークヘッド３の側面まで覆うようにしているものである。

更には、流体流通系７は、可撓性膜６を膨縮させるために加圧室３ａにゲル状流体を流入させるものであるが、太陽球４ａを固定したスピンドル軸２の軸心と、金属製サスペンション５の中心穴５ａと、ワークヘッド３の上方の中心を貫いて連通させているものである。

つまり、本発明のワークスピンドルは、半導体ウエハをワークヘッド３の可撓性膜６に水張り又は粘着剤を塗布して粘着層を形成して貼着するものであるが、予め、可撓性膜６の外周縁部には半導体ウエハを保護するための保護リングが張設されいるものであり、ワークスピンドルとポリシングクロスとは夫々回転をしながら近接して半導体ウエハを研磨するものであり、半導体ウエハの裏面の傾斜はゲル状流体で膨縮される可撓性膜６で吸収し、半導体ウエハの研磨面の傾斜はワークスピンドルに介装した多数の遊星球４ｄを備えた球面軸受４で対応するものである。

本発明のワークスピンドルは、特に、昨今要求されいる超高精度の平坦精度及び鏡面精度、並びに、極薄化、拡径化されＭＥＭＳデバイス又はＮＥＭＳデバイスに製造する半導体ウエハに研磨加工を施すＣＭＰ装置に用いるもので、スピンドル軸とワークヘッドとの間に弾性を有した金属製サスペンションと太陽球と凹面受け部と間隙部と多数の遊星球から成る球面軸受を介装したものであって、研磨する半導体ウエハの僅かな傾斜にも抵抗することなく追従できると共に、ワークヘッドの下面に形成した加圧室にゲル状流体を流入させて可撓性膜を膨縮させる流体流通系は太陽球を固定したスピンドル軸の軸心と金属製サスペンションの中心穴とワークヘッドの中心を貫いて連通させたもので、一方に偏ることなくワークスピンドルを構成でき、安定した回転が得られるワークスピンドルを提供できるものである。

図１は本発明のワークスピンドルの実施例の概要を説明するための概要側面説明図である。図２は本発明のワークスピンドルの要部とする球面軸受の実施例の概要を説明するたの側面図である。

符号の説明

１ワークスピンドル
２スピンドル軸
３ワークヘッド
３ａ加圧室
３ｂプレートホルダー
３ｃワークプレート
４球面軸受
４ａ太陽球
４ｂ凹面受け部
４ｃ間隙部
４ｄ遊星球
５金属製サスペンション
５ａ中心穴
５ｂフランジ部
６可撓性膜
７流体流通系

Claims

研磨装置の昇降且つ回転自在に設けられたスピンドル軸の下端と略円板状のワークヘッドとの間に球面軸受を介装するワークスピンドルであって、前記スピンドル軸の下端とワークヘッドの上面とを接続する中心穴を開口させ外周縁部にフランジ部を膨出させた略皿状の金属製サスペンションと、上方と下方とを夫々平坦状に平行させて形成した球面軸受と、該球面軸受の前記スピンドル軸の下端に固定した太陽球と、前記球面軸受のワークヘッドの上面に固定した凹面受け部と、該凹面受け部と前記太陽球との間に設けた間隙部と、該間隙部の前記凹面受け部に基部側の略半分程度を埋設させた状態で頂部を太陽球の外周に接触させる多数の遊星球と、前記ワークヘッドの下面に凹陥状に形成した加圧室と、該加圧室を覆うようにワークヘッドの下面に水密状態で張設した可撓性膜と、を備え、前記加圧室にゲル状流体を流入させて前記可撓性膜を膨縮させる流体流通系は太陽球を固定したスピンドル軸の軸心と金属製サスペンションの中心穴とワークヘッドの上方の中心を貫いて連通させたことを特徴とするワークスピンドル。