JP2009131946A - 研磨装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の研磨装置は、研磨面を有した研磨テーブルと、基板を保持して前記研磨面に押圧するトップリング本体2と、トップリング本体2の外周部に設けられ、研磨面101aを押圧するリテーナリング3と、トップリング本体2に固定され、リテーナリング3のリング部材408に摺接してリング部材408の上下動を案内するリテーナリングガイド410とを備え、リング部材408とリテーナリングガイド410とが互いに摺接する摺接面のいずれか一方を低摩擦材料で構成した。
【選択図】図7
Description
本発明によれば、リテーナリングのリング部材とリテーナリングガイドとの摺接面を低摩擦材料で構成したため、リテーナリングが研磨テーブルの研磨面のうねりに追従して上下動する際に、リテーナリングのリング部材とリテーナリングガイドとの間の摺接面(摺動面)の摩擦力を飛躍的に低減することができ、リテーナリングの研磨面に対する追従性を高め、所望のリテーナリング面圧を研磨面に与えることができる。
ここで、低摩擦材料とは、摩擦係数が0.35以下である低い摩擦係数の材料を云い、0.25以下であることが望ましい。また、前記低摩擦材料は、耐磨耗性の高い摺動材料であることが望ましい。
本発明によれば、リテーナリングのリング部材とリテーナリングガイドとの間の摩擦力を更に低減することができる。
本発明の好ましい態様によれば、前記低摩擦材料は、四フッ化エチレン(PTFE)又はPEEK・PPSからなる樹脂材料であることを特徴とする。低摩擦材料は、上記樹脂材料以外にも、PET、ポリエチレン、ポリアミド、ポリアセタール、ポリイミド、ポリアミドイミドなどからなる樹脂材料がある。
本発明によれば、リング部材には、SUS等の金属性リングが装着されているため、リング部材の剛性を高めることができ、リング部材が研磨面と摺接してリング部材の温度が上昇してもリング部材の熱変形を抑制することができる。したがって、リング部材および金属性リングと、リテーナリングガイドとのクリアランスを狭くすることができ、研磨中に、リング部材がクリアランス内を移動してリテーナリングガイドと衝接する際に生ずる異音や振動を抑制することができる。また、金属性リングの外周面に低摩擦材料が設けられているため、リング部材とリテーナリングガイドとの摺動性を改善することができる。したがって、リング部材の研磨面に対する追従性を飛躍的に高めることができ、所望のリテーナリング面圧を研磨面に与えることができる。
本発明によれば、リテーナリングのリング部材とリテーナリングガイドとの摺接面に鏡面処理が施されているため、リテーナリングが研磨テーブルの研磨面のうねりに追従して上下動する際に、リテーナリングのリング部材とリテーナリングガイドとの間の摺接面(摺動面)の摩擦力を飛躍的に低減することができ、リテーナリングの研磨面に対する追従性を高め、所望のリテーナリング面圧を研磨面に与えることができる。
ここで、鏡面処理とは、研磨加工、ラップ加工、バフ加工等の処理を云う。
本発明によれば、駆動ピンとリング部材との間の摩擦力を低減して摺動性を向上させることができるため、リング部材の研磨面に対する追従性を飛躍的に高めることができ、所望のリテーナリング面圧を研磨面に与えることができる。ここで、低摩擦材料とは、摩擦係数が0.35以下である低い摩擦係数の材料を云い、0.25以下であることが望ましい。また、前記低摩擦材料は、耐摩耗性の高い摺動材料であることが望ましい。
本発明によれば、駆動ピンとリング部材との摩擦力を更に低減することができる。
本発明の好ましい態様によれば、前記低摩擦材料は、四フッ化エチレン(PTFE)又はPEEK・PPSからなる樹脂材料であることを特徴とする。
本発明によれば、リテーナリングが研磨テーブルの研磨面のうねりに追従して上下動する際に、上下動するリテーナリングのリング部材を流体膜により非接触(無摺動)で支持することができるため、リテーナリングの研磨面に対する追従性を高め、所望のリテーナリング面圧を研磨面に与えることができる。
本発明によれば、微細な孔構造により優れた通気性を有するポーラス材から加圧流体をリテーナリングのリング部材に噴出することができるため、高い負荷能力を有した流体膜を形成できる。
本発明の好ましい態様によれば、前記ポーラス材は、金属、セラミック、またはプラスチックからなり、該ポーラス材は、内周側から外周側に連通する多数の空孔を有することを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記ハウジングは前記加圧流体を前記ポーラス材へ供給する流路を有していることを特徴とする。
本発明によれば、万が一、ポーラス材とリング部材とが接触することがあっても、固体潤滑剤によりリング部材とポーラス材とは良好な摺動性を維持できる。
本発明によれば、リテーナリングのリング部材は、研磨面との摩擦熱により温度上昇するが、冷却された加圧流体がポーラス材からリング部材の外周面に噴きつけられるため、リング部材が冷却される。したがって、リテーナリングのリング部材の温度上昇を抑えることができ、リング部材の熱膨張を抑えることができる。これによって、ポーラス材とリング部材とのクリアランスを最小限とすることができ、ポーラス材とリング部材との間に形成される流体膜の圧力を高めることができ、エアベアリングの効果を高めることができる。したがって、リテーナリングのリング部材はポーラス材に対して無摺動(非接触)で上下動可能であり、リング部材の研磨面に対する追従性を更に高めることができる。
また、本発明によれば、摺接面(潤滑剤塗布面)の下方の、リング部材の外周面とリテーナリングガイドとの間に接続シートを設けているため、前記摺接面の潤滑剤が研磨面へ落下するのを防ぐことができる。
また、前記潤滑剤は、シリコングリース、潤滑油などの液体もしくは半固体であることが好ましい。
本発明によれば、リテーナリングのリング部材の外周に低摩擦材料の部材を設けたため、リテーナリングが研磨テーブルの研磨面のうねりに追従して上下動する際に、リテーナリングのリング部材とリテーナリングガイドとの間の摺接面(摺動面)の摩擦力を飛躍的に低減することができ、リテーナリングの研磨面に対する追従性を高め、所望のリテーナリング面圧を研磨面に与えることができる。
ここで、低摩擦材料とは、摩擦係数が0.35以下である低い摩擦係数の材料を云い、0.25以下であることが望ましい。また、前記低摩擦材料は、耐磨耗性の高い摺動材料であることが望ましい。
低摩擦材料は、上記樹脂材料以外にも、PET、ポリエチレン、ポリアミド、ポリアセタール、ポリイミド、ポリアミドイミドなどからなる樹脂材料がある。
本発明の好ましい態様によれば、前記低摩擦材料の部材は可撓性部材からなり、前記低摩擦材料の部材を前記リング部材に装着する際に、円形状の前記リング部材の外周に倣わせるようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、抜け止め手段により、低摩擦材料の部材がリテーナリングのリング部材から抜け落ちることがない。この抜け止め手段は、低摩擦材料の部材およびリング部材のいずれか一方に設けた凸部と、他方に設けた凹部とにより構成することができる。
本発明によれば、低摩擦材料の部材をリング状の部材ではなく、分割された帯状またはブロック状の部材として構成し、この帯状またはブロック状の低摩擦材料の部材をリテーナリングのリング部材に複数個嵌め込むことにより、リテーナリングのリング部材の全周を、低摩擦材料の部材により覆うことができる。
本発明によれば、低摩擦材料の部材をリング部材に嵌め込む際には、隣接する二つの低摩擦材料の部材間にわずかな隙間を設けておく。この隙間は、研磨の進行につれてリテーナリングの温度が上昇して低摩擦材料の部材が熱膨張しても、隣接する二つの低摩擦材料の部材が相互に当接しないようにするためのものである。この隙間の寸法は、低摩擦材料の部材の熱膨張係数を考慮して、0.1mm〜1mm程度が好ましい。
本発明によれば、研磨中に、低摩擦材料の部材がリング部材に対して、円周方向に廻ることがない。この廻り止め手段は、リング部材および低摩擦材料の部材のいずれか一方に設けた凸部と、他方に設けた凹部とにより構成することができる。
また本発明によれば、リテーナリングが研磨テーブルの研磨面のうねりに追従して上下動する際に、上下動するリテーナリングを流体膜により非接触で支持することができるため、リテーナリングの研磨面に対する追従性を高め、所望のリテーナリング面圧を研磨面に与えることができる。
研磨テーブル100は、テーブル軸100aを介してその下方に配置されるモータ(図示せず)に連結されており、そのテーブル軸100a周りに回転可能になっている。研磨テーブル100の上面には研磨パッド101が貼付されており、研磨パッド101の表面101aが半導体ウエハWを研磨する研磨面を構成している。研磨テーブル100の上方には研磨液供給ノズル102が設置されており、この研磨液供給ノズル102によって研磨テーブル100上の研磨パッド101上に研磨液Qが供給されるようになっている。
図2から図6に示すように、トップリング1は、半導体ウエハWを研磨面101aに対して押圧するトップリング本体2と、研磨面101aを直接押圧するリテーナリング3とから基本的に構成されている。トップリング本体2は、円盤状の上部材300と、上部材300の下面に取り付けられた中間部材304と、中間部材304の下面に取り付けられた下部材306とを備えている。リテーナリング3は、トップリング本体2の上部材300の外周部に取り付けられている。上部材300は、図3に示すように、ボルト308によりトップリングシャフト111に連結されている。また、中間部材304は、ボルト309を介して上部材300に固定されており、下部材306はボルト310を介して上部材300に固定されている。上部材300、中間部材304、および下部材306から構成されるトップリング本体2は、エンジニアリングプラスティック(例えば、PEEK)などの樹脂により形成されている。
一方、リング部材408の上リング部材408aは、円周方向にリング状に全周つながっている下部リング状部408a1と、下部リング状部408a1から円周方向に所定間隔毎に上方に突出した複数の上部円弧状部408a2とから構成されている。そして、各上部円弧状部408a2が各円弧状開口410hを貫通してピストン406に連結されている(図7参照)。
一方、リテーナリングガイド410における外周側部410aの内周面は前記コーティング層430cに摺接するガイド面410gを構成しており、このガイド面410gは鏡面処理により面粗度が向上するようにしている。ここで、鏡面処理とは、例えば、研磨加工、ラップ加工、バフ加工等の処理を云う。
このように、リテーナリングの下リング部材408bとリテーナリングガイド410との摺接面に潤滑剤が塗布されているため、リテーナリングが研磨テーブルの研磨面のうねりに追従して上下動する際に、リテーナリングの下リング部材408bとリテーナリングガイド410との間の摺接面(摺動面)の摩擦力を飛躍的に低減することができ、リテーナリングの研磨面に対する追従性を高め、所望のリテーナリング面圧を研磨面に与えることができる。
また、本発明によれば、摺接面(潤滑剤塗布面)の下方の、下リング部材408bの外周面とリテーナリングガイド410との間に接続シート420を設けているため、前記摺接面の潤滑剤が研磨面へ落下するのを防ぐことができる。前記潤滑剤は、シリコングリース、潤滑油などの液体もしくは半固体であることが好ましい。
図9および図10に示すように、リテーナリング3のリング部材408の上リング部材408aの外周面には縦方向に延びる概略長円形状溝418が形成されている。長円形状溝418は上リング部材408aの外周面に所定間隔毎に複数個形成されている。また、リテーナリングガイド410の外周側部410aには、半径方向内方に突出する複数の駆動ピン349が設けられており、この駆動ピン349がリング部材408の長円形状溝418に係合するようになっている。長円形状溝418内でリング部材408と駆動ピン349が相対的に上下方向にスライド可能になっているとともに、この駆動ピン349により上部材300およびリテーナリングガイド410を介してトップリング本体200の回転がリテーナリング3に伝達され、トップリング本体200とリテーナリング3は一体となって回転する。駆動ピン349の外周面には、ゴムクッション350が設けられ、ゴムクッション350の外側にPTFEやPEEK・PPSなどの低摩擦材料からなるカラー351が設けられている。一方、前記長円形状溝418の内面には鏡面処理が施され、低摩擦材料のカラー351が接触する長円形状溝418の内面の面粗度を向上させるようにしている。
図11は、本発明のトップリングの他の実施形態を示す模式的断面図であり、図12は図11の要部拡大図である。図11に示すように、本実施形態のトップリング1においては、リテーナリング3のリング部材408は、上リング部材408aと下リング部材408bとからなり、エアベアリング等と称される流体軸受500により支持されている。すなわち、リテーナリング3のリング部材408の外周側には、トップリング本体200に固定された流体軸受500が設けられている。流体軸受500は、トップリング本体200に固定された環状のハウジング501と、ハウジング501内に装着されたリング状のポーラス材502とを備えている。ポーラス材502は、ハウジング501に対し、接着や焼結等によって取り付けられている。
図13は、本発明のリテーナリングの他の実施形態を示す断面図であり、図8に対応した図である。図8に示す実施形態においては、リテーナリング3の下リング部材408bに、SUS等からなる薄肉の金属性リング430を嵌合し、PTFEやPEEK・PPSなどの低摩擦材料を金属性リング430にコーティングした例を説明したが、図13に示す実施形態では、リテーナリング3の下リング部材408bの外周に、直接に低摩擦材料の部材を設けている。
すなわち、図13に示すように、リテーナリング3の下リング部材408bの外周には、全周に亘って、略矩形状の断面を有する溝601が形成されており、この溝601に略矩形状の断面を有する低摩擦材料の部材602が嵌め込まれている。この低摩擦材料の部材602は、四フッ化エチレン(PTFE)又はPEEK・PPSからなる樹脂材料で構成されている。PTFEやPEEK・PPSなどの樹脂材料は、摩擦係数が低い低摩擦材料であるため、摺動性に優れている。ここで、低摩擦材料とは、摩擦係数が0.35以下である低い摩擦係数の材料を云い、0.25以下であることが望ましい。
また、孔の代わりにキーとキー溝を組み合わせて廻り止めを構成してもよい。
低摩擦材料の部材602をリング状の部材とした場合には、熱膨張を繰り返すことにより、低摩擦材料の部材と下リング部材との間に半径方向に隙間ができ、低摩擦材料の部材が固定されなくなるが、低摩擦材料の部材602をリング状の部材ではなく、分割された帯状の部材として構成するとともに隣接する部材間に隙間を設けることにより、低摩擦材料の部材602と下リング部材408bとの間に半径方向に隙間ができることはない。
尚、低摩擦材料の部材602は分割せず、リング状の部材としてもよい。
2 トップリング本体
3 リテーナリング
101a 研磨面
111 トップリングシャフト
300 上部材
304 中間部材
306 下部材
308 ボルト
314 弾性膜
314a,314b リプル
314c エッジ
314d エッジ(外周縁)
314f 隙間
316 エッジホルダ
318,319 リプルホルダ
318b,318c 爪部
320,322 ストッパ
324,325,326,328,334,336,338 流路
327 コネクタ
342,344 流路
347 環状溝
349 駆動ピン
350 ゴムクッション
351 カラー
360 センター室
361 リプル室
362 アウター室
363 エッジ室
400 シリンダ
402 保持部材
404 弾性膜
406 ピストン
408 リング部材
408a 上リング部材
408b 下リング部材
408a1 下部リング状部
408a2 上部円弧状部
409 ボルト
410 リテーナリングガイド
410a 外周側部
410b 内周側部
410c 中間部
410h 複数の開口
410g ガイド面
411 ボルト
412,414 流路
413 室
418 長円形状溝
420 接続シート
421 バンド
422 シール部材
430 金属性リング
430c コーティング層
500 流体軸受
501 ハウジング
502 ポーラス材
503 流路
510 流路
601 溝
601a 凹部
602 低摩擦材料の部材
602a 凸部
602h 孔
603 ピン
Claims (25)
- 研磨面を有した研磨テーブルと、
基板を保持して前記研磨面に押圧するトップリング本体と、
前記トップリング本体の外周部に設けられ、前記研磨面を押圧するリテーナリングと、
前記トップリング本体に固定され、前記リテーナリングのリング部材に摺接して該リング部材の上下動を案内するリテーナリングガイドとを備え、
前記リング部材と前記リテーナリングガイドとが互いに摺接する摺接面のいずれか一方を低摩擦材料で構成したことを特徴とする研磨装置。 - 前記リング部材と前記リテーナリングガイドの摺接面の他方に鏡面処理を施したことを特徴とする請求項1記載の研磨装置。
- 前記低摩擦材料は、四フッ化エチレン(PTFE)又はPEEK・PPSからなる樹脂材料であることを特徴とする請求項1記載の研磨装置。
- 前記リング部材に金属性リングを装着し、金属性リングの外周面に前記低摩擦材料を設けたことを特徴とする請求項1記載の研磨装置。
- 研磨面を有した研磨テーブルと、
基板を保持して前記研磨面に押圧するトップリング本体と、
前記トップリング本体の外周部に設けられ、前記研磨面を押圧するリテーナリングと、
前記トップリング本体に固定され、前記リテーナリングのリング部材に摺接して該リング部材の上下動を案内するリテーナリングガイドとを備え、
前記リング部材と前記リテーナリングガイドとが互いに摺接する摺接面の少なくとも一方に鏡面処理を施したことを特徴とする研磨装置。 - 前記リテーナリングガイドから前記リング部材に前記トップリング本体の回転力を伝達する駆動ピンを設け、該駆動ピンと前記リング部材との接触面のいずれか一方を低摩擦材料で構成したことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の研磨装置。
- 前記駆動ピンと前記リング部材との接触面の他方に鏡面処理を施したことを特徴とする請求項6記載の研磨装置。
- 前記低摩擦材料は、四フッ化エチレン(PTFE)又はPEEK・PPSからなる樹脂材料であることを特徴とする請求項6記載の研磨装置。
- 研磨面を有した研磨テーブルと、
基板を保持して前記研磨面に押圧するトップリング本体と、
前記トップリング本体の外周部に設けられ、前記研磨面を押圧するリテーナリングと、
前記トップリング本体に固定され、前記リテーナリングのリング部材の外周面に加圧流体を噴出して該リング部材との間に流体膜を形成する流体軸受とを備えたことを特徴とする研磨装置。 - 前記流体軸受は前記加圧流体を噴出するポーラス材を備えたことを特徴とする請求項9記載の研磨装置。
- 前記加圧流体は空気もしくは窒素であることを特徴とする請求項9または10記載の研磨装置。
- 前記ポーラス材は金属、セラミック、またはプラスチックからなり、該ポーラス材は、内周側から外周側に連通する多数の空孔を有することを特徴とする請求項10または11記載の研磨装置。
- 前記流体軸受は、前記ポーラス材を収容するハウジングを備えたことを特徴とする請求項10乃至12のいずれか一項に記載の研磨装置。
- 前記ハウジングは前記加圧流体を前記ポーラス材へ供給する流路を有していることを特徴とする請求項13記載の研磨装置。
- 前記ポーラス材に固体潤滑剤が含浸されていることを特徴とする請求項10乃至14のいずれか一項に記載の研磨装置。
- 前記加圧流体は温度調節装置により冷却されていることを特徴とする請求項14または15記載の研磨装置。
- 研磨面を有した研磨テーブルと、
基板を保持して前記研磨面に押圧するトップリング本体と、
前記トップリング本体の外周部に設けられ、前記研磨面を押圧するリテーナリングと、
前記トップリング本体に固定され、前記リテーナリングのリング部材に摺接して該リング部材の上下動を案内するリテーナリングガイドとを備え、
前記リング部材と前記リテーナリングガイドとが互いに摺接する摺接面に液体または半固体の潤滑剤を塗布し、
前記潤滑剤塗布面の下方の、前記リング部材の外周面と前記リテーナリングガイドとの間に渡って接続シートを設けたことを特徴とする研磨装置。 - 研磨面を有した研磨テーブルと、
基板を保持して前記研磨面に押圧するトップリング本体と、
前記トップリング本体の外周部に設けられ、前記研磨面を押圧するリテーナリングと、
前記トップリング本体に固定され、前記リテーナリングのリング部材の上下動を案内するリテーナリングガイドとを備え、
前記リテーナリングのリング部材の外周に低摩擦材料の部材を設け、前記低摩擦材料の部材と前記リテーナリングガイドとが互いに摺接するようにしたことを特徴とする研磨装置。 - 前記低摩擦材料の部材は、四フッ化エチレン(PTFE)又はPEEK・PPSからなる樹脂材料で構成されていることを特徴とする請求項18記載の研磨装置。
- 前記低摩擦材料の部材は、前記リング部材の外周に嵌め込まれて装着されていることを特徴とする請求項18または19記載の研磨装置。
- 前記低摩擦材料の部材は可撓性部材からなり、前記低摩擦材料の部材を前記リング部材に装着する際に、円形状の前記リング部材の外周に倣わせるようにしたことを特徴とする請求項20記載の研磨装置。
- 前記低摩擦材料の部材と前記リング部材の嵌め込み部に、前記低摩擦材料の部材が前記リング部材から抜け落ちることを防止するための抜け止め手段を設けたことを特徴とする請求項20記載の研磨装置。
- 前記低摩擦材料の部材は、リング状の部材ではなく、両端を有する帯状またはブロック状の部材であることを特徴とする請求項18乃至22のいずれか1項に記載の研磨装置。
- 複数個の前記帯状またはブロック状の低摩擦材料の部材を、隣接する部材間に隙間を形成して前記リング部材の外周に設けるようにしたことを特徴とする請求項23記載の研磨装置。
- 前記低摩擦材料の部材が前記リング部材に対して廻ることを防止するための廻り止め手段を設けたことを特徴とする請求項18乃至24のいずれか1項に記載の研磨装置。
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