JP2010052112A - 軸動作検出機構およびコンディショナーヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】回転体の回転軸に沿った方向の変位および回転の有無の双方を併せて検出できる軸動作検出機構、並びに研磨ディスクの回転軸に沿った方向の変位および回転の有無の双方を併せて検出できるコンディショナーヘッドを提供する。
【解決手段】コンディショナーヘッド１０は、回転軸Ｃ周りに回転する軸体１８と、回転軸Ｃに沿って変位するように軸体１８に取り付けられた円柱状の軸体１９と、軸体１９を回転可能に支持する枠体１６と、軸体１８の表面に円周方向に並んで形成された複数の凸部１８ｃと、軸体１８の表面に全周にわたって形成された凸部１８ｄと、軸体１８に向けて回転軸Ｃ周りに並んで配置された近接センサ３０ａ〜３０ｃとを備える。近接センサ３０ａ，３０ｃが回転軸Ｃ周りに成す角度は、凸部１８ｃの周方向の幅が回転軸Ｃ周りに成す角度、および凸部１８ｃの間隔が回転軸Ｃ周りに成す角度より大きい。
【選択図】図６

Description

本発明は、軸動作検出機構およびコンディショナーヘッドに関するものである。

従来より、シリコンウェハなどの半導体ウェハの表面を平坦化するための技術として、化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）が知られている。半導体ウェハの表面にＣＭＰを施す際には、研磨パッドの研磨面に半導体ウェハを押し付け、且つ研磨材及び化学反応材を含むスラリーを研磨パッドと半導体ウェハとの間に提供しつつ、半導体ウェハを研磨パッドに対して摺動させる。

このようなＣＭＰ工程を繰り返し行うと、半導体ウェハの表面だけでなく研磨パッドの研磨面も次第に平坦化される。これにより、研磨パッドの表面粗さが低下し、ＣＭＰ工程の効率を低下させる一因となる。このため、多くのＣＭＰ装置が、研磨パッドの研磨面の表面粗さを回復させるためのパッドコンディショナーを備えている。パッドコンディショナーは、研磨ディスクを研磨パッドに当接させて、この研磨ディスクを回転させることにより研磨面の表面粗さを回復させる。研磨ディスクはコンディショナーヘッドと呼ばれる部材に回転可能に支持され、コンディショナーヘッドは、ＣＭＰ装置に取り付けられたアームによって研磨パッド上を研磨面と平行に移動する。

なお、引用文献１には、上述したパッドコンディショナーを備えるＣＭＰ装置が記載されている。
特開平９−１７４４２０号公報

上述したような構成のＣＭＰ装置においては、ＣＭＰ装置の本体に内蔵されたモータの駆動力をゴム製のベルトによってコンディショナーヘッドへ伝達することにより、研磨ディスクを回転させる場合がある。このような場合、研磨ディスクの回転速度を検出するために例えばモータ軸に取り付けられたエンコーダを使用できるが、ゴム製のベルトが切れた場合に、ベルトが切れたことを検知することができず、研磨が不十分のまま半導体ウェハを後工程へ流してしまうおそれがある。したがって、研磨ディスク自体の回転の有無を直接検知することが望ましいが、研磨ディスクとしては様々な形状のものが用いられ、また用途に応じて交換もされるため、研磨ディスク自体の回転の有無を直接検知することは難しい。

また、コンディショナーヘッドには、研磨パッドに対して研磨ディスクを上下させるための機構が設けられることが多い。このような機構により、コンディショナーヘッドは、研磨ディスクを下げて研磨パッドに接触させ、また、研磨ディスクを上げて研磨パッドから離すことができ、アームの動作と併せて研磨ディスクを自在に移動させる。そして、このような機構を制御するために、研磨ディスクの上下の変位（すなわち、研磨ディスクの回転軸に沿った方向の変位）を検知するための手段が求められる。

このように、研磨ディスクといった回転体を備える装置においては、上下の変位および回転の有無の双方を検出することが望まれる場合がある。しかしながら、従来においては、エンコーダといった回転検出手段と変位センサ等の位置検出手段とを個別に使用してこれらを検出するしかなかった。従って、回転体の構造によりエンコーダ等を取り付けられないような場合には、これらを検出することが困難であった。

本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、回転体の回転軸に沿った方向の変位および回転の有無の双方を併せて検出できる軸動作検出機構、並びに研磨ディスクの回転軸に沿った方向の変位および回転の有無の双方を併せて検出できるコンディショナーヘッドを提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明による軸動作検出機構は、所定軸周りに回転する第１の軸体と、所定軸周りに第１の軸体と共に回転し、第１の軸体に対して所定軸に沿った変位が可能なように第１の軸体に取り付けられた円柱状の第２の軸体と、第１の軸体を回転可能に支持する枠体と、第２の軸体の表面において、円周方向に並んで形成された複数の第１の凸部または複数の第１の凹部と、第２の軸体の表面において、複数の第１の凸部または複数の第１の凹部に対して所定軸方向に離れた位置に全周にわたって形成された第２の凸部または第２の凹部と、第２の軸体の表面に向けて配置され、所定軸周りに並んで枠体に固定された少なくとも３個の近接センサとを備え、少なくとも３個の近接センサのうち両端に配置された近接センサ同士が所定軸周りに成す角度が、第１の凸部または第１の凹部の周方向の幅が所定軸周りに成す角度、および複数の第１の凸部同士または複数の第１の凹部同士の間隔が所定軸周りに成す角度より大きいことを特徴とする。

上記軸動作検出機構においては、第１の軸体が枠体によって回転可能に支持されており、第２の軸体が第１の軸体に対し回転軸（所定軸）に沿った変位が可能なように取り付けられているので、第２の軸体が、回転軸に沿った方向の変位および回転の双方を行うことができる。したがって、例えばＣＭＰ装置のコンディショナーヘッドにこの軸動作検出機構が適用される場合、第２の軸体に研磨ディスクが取り付けられ、研磨パッドの研磨面に対して枠体が平行に移動することにより、研磨パッドの研磨面の表面粗さを好適に回復させることができる。

そして、上記軸動作検出機構においては、第２の軸体の表面に、円周方向に並んで形成された複数の第１の凸部または複数の第１の凹部が形成されており、また所定軸周りに並ぶ少なくとも３個の近接センサが枠体に固定されている。このような構成により、第２の軸体が回転する毎に第１の凸部または第１の凹部を各近接センサが検知するので、第１及び第２の軸体の回転の有無を好適に検出することができる。

更に、上記軸動作検出機構においては、複数の第１の凸部または複数の第１の凹部に対して所定軸方向に離れた第２の軸体の表面に、全周にわたって第２の凸部または第２の凹部が形成されている。このような構成において、第２の凸部または第２の凹部と近接センサとが対向する位置に第２の軸体が変位した場合には、少なくとも３つの近接センサの全てが第２の凸部または第２の凹部を検知する。したがって、第２の軸体が当該位置に変位したことを好適に検出できる。また、第１の凸部または第１の凹部と近接センサとが対向する位置に第２の軸体が変位した場合には、少なくとも３つの近接センサのうち少なくとも１つの近接センサは第１の凸部または第１の凹部を検知せず、残りの近接センサが第１の凸部または第１の凹部を検知する。これは、上記軸動作検出機構において、少なくとも３個の近接センサのうち両端に配置された近接センサ同士が所定軸周りに成す角度が、第１の凸部または第１の凹部の周方向の幅が所定軸周りに成す角度、および複数の第１の凸部同士または複数の第１の凹部同士の間隔が所定軸周りに成す角度より大きいためである。したがって、近接センサが第２の凸部（または第２の凹部）ではなく第１の凸部（または第１の凹部）を検知していることを明確に判別できるので、第２の軸体が当該位置に変位したことを好適に検出できる。

このように、本発明による軸動作検出機構によれば、第２の軸体といった回転体の構造によりエンコーダ等を取り付けられないような場合であっても、第２の軸体に設けられた第１及び第２の凸部（または第１及び第２の凹部）と少なくとも３つの近接センサによって、回転体の回転軸に沿った方向の変位および回転の有無の双方を併せて検出することができる。

また、軸動作検出機構は、複数の第１の凸部または複数の第１の凹部の周方向の幅が互いに等しく、且つ、複数の第１の凸部同士または複数の第１の凹部同士の間隔が互いに等しいことを特徴としてもよい。これにより、第２の軸体の回転による近接センサからの出力信号が周期的なパルス信号となるので、第２の軸体の回転の有無をより精度良く検出することができる。

また、軸動作検出機構は、第１の凸部または第１の凹部が、第２の軸体の表面において円周方向に３つ並んで形成されていることを特徴としてもよい。第１の凸部または第１の凹部の数が少ないと回転検出の精度が落ちるが、逆に第１の凸部または第１の凹部の数が多過ぎると一つ当たりの周方向の幅が小さくなり加工が複雑になる。第１の凸部または第１の凹部の数が３つ程度であれば、回転検出の精度と加工の容易さとのバランスが最も良く、第２の軸体の回転の有無をより好適に検出できる。この場合、第１の凸部または第１の凹部の周方向の幅が所定軸周りに成す角度、および複数の第１の凸部同士または複数の第１の凹部同士の間隔が所定軸周りに成す角度は等角度、すなわち各々が６０°であることが好ましい。

また、軸動作検出機構は、少なくとも３個の近接センサのうち、両端に配置された近接センサ同士が所定軸周りに成す角度に対し、他の一つの近接センサがこの角度を１：２の割合で分割する位置に配置されていることを特徴としてもよい。

また、本発明によるコンディショナーヘッドは、研磨パッドの研磨面を研磨ディスクによってコンディショニングするためのコンディショナーヘッドであって、上述したいずれかの特徴を有する軸動作検出機構を備え、第２の軸体が研磨ディスクを支持し、枠体が、研磨パッドの研磨面に対して平行に移動することを特徴とする。このコンディショナーヘッドによれば、上述したいずれかの軸動作検出機構を備えることにより、研磨ディスクおよび第２の軸体の構造によりエンコーダ等を取り付けられないような場合であっても、第２の軸に設けられた第１及び第２の凸部（または第１及び第２の凹部）と少なくとも３つの近接センサによって、研磨ディスクの回転軸に沿った方向の変位および回転の有無の双方を併せて検出することができる。

本発明による軸動作検出機構及びコンディショナーヘッドによれば、回転体（研磨ディスク）の回転軸に沿った方向の変位および回転の有無の双方を併せて検出できる。

以下、添付図面を参照しながら本発明による軸動作検出機構及びコンディショナーヘッドの実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る軸動作検出機構及びコンディショナーヘッドを備えるＣＭＰ装置１を概略的に示した分離斜視図である。同図において、ＣＭＰ装置１は基部２を有し、この基部２の上面には、複数（ここでは３つ）の研磨パッド３と１つのロードカップ４とが設けられている。基部２の上面における各研磨パッド３に隣接した位置には、研磨パッド３の表面状態を調節するパッドコンディショナー５と、研磨パッド３の表面にスラリー（研磨剤）Ｓを供給するスラリー供給アーム６とが設けられている。

基部２の上面には、ヘッドユニット７が回転自在に支持されている。このヘッドユニット７は、半導体ウェハを吸着保持して研磨パッド３に押し付ける複数（ここでは４つ）のキャリアヘッド８と、各キャリアヘッド８を回転させるための回転軸９とを有し、各回転軸９は、図示しない駆動機構により回転駆動される。キャリアヘッド８の下面には、ウェハを真空吸着するための弾性膜が設けられている。この弾性膜は、空気の供給および真空ポンプによるバキュームによって膨張・収縮可能となっている。

各パッドコンディショナー５は、コンディショナーヘッド１０、アーム１１、およびベース１２を備えている。アーム１１の一端にはコンディショナーヘッド１０が連結されており、アーム１１の他端はベース１２に対して回動自在に連結されている。コンディショナーヘッド１０は、研磨パッド３の表面粗さを回復（コンディショニング）するための研磨ディスクを有している。また、ベース１２は、基部２において研磨パッド３の近傍に固定されている。アーム１１は、研磨パッド３上の汚染物を除去し、研磨パッド３をコンディショニングするために、コンディショナーヘッド１０を研磨パッド３の表面（研磨面）に対して平行に移動させる。

図２及び図３は、パッドコンディショナー５の動作を説明するための図であり、パッドコンディショナー５を上方から見た状態を示している。研磨パッド３がキャリアヘッド８に取り付けられた半導体ウェハを研磨する間、研磨パッド３はパッドコンディショナー５によってコンディショニングされる。コンディショナーヘッド１０は、研磨パッド３を横切るキャリアヘッド８の動きと同期した往復運動で研磨パッド３を横切るように掃引運動を行う。パッドコンディショナー５は、コンディショナーヘッド１０の研磨ディスクをリンスまたは洗浄するための洗浄液を含むカップ１３を備えており、キャリアヘッド８が研磨パッド３の中心に位置決めされる間、コンディショナーヘッド１０は、図２に示すようにカップ１３内に収容された洗浄液に浸漬される。研磨中、図３に示すようにカップ１３は矢印Ａ１で示す方向へ旋回して逸らされ、コンディショナーヘッド１０と、半導体ウェハを運ぶキャリアヘッド８とは、それぞれ矢印Ａ２及びＡ３で示すように研磨パッド３を横切って前後に掃引する。

図４は、パッドコンディショナー５のコンディショナーヘッド１０、アーム１１、及びベース１２を拡大して示す斜視図である。なお、同図においては、アーム１１を覆うカバーを省略して図示している。

ベース１２には、コンディショナーヘッド１０の研磨ディスク１５を回転させるための駆動力を発生するモータが内蔵されており、該モータの回転軸に結合されたプーリー１２ａが取り付けられている。一方、コンディショナーヘッド１０にはプーリー１０ａが設けられており、ベース１２に内蔵されたモータの駆動力は、アーム１１に内蔵されたゴム製のベルト１１ａを介してプーリー１２ａからプーリー１０ａへ伝達される。なお、アーム１１には該アーム１１の長手方向に配管を通すための溝を有するガイド部材１１ｂが設けられており、ガイド部材１１ｂは、ベース１２を通って引き回された図示しない配管の先端を、プーリー１０ａの中心付近からコンディショナーヘッド１０の内部へ導く。この配管は、後述するコンディショナーヘッド１０の第２の軸体を回転軸方向に変位させるための空気圧をコンディショナーヘッド１０へ送るための配管である。

図５は、コンディショナーヘッド１０の外観を示す斜視図である。コンディショナーヘッド１０は、図５に示すように略円盤状の外観を有しており、側面を構成する円筒状の枠体１６と、下面（すなわち研磨パッド３と対向する側の端面）を構成する円形の底板１７とを備えている。底板１７の中心部分には、略円柱状の軸体１８が底板１７から突出して設けられている。軸体１８は本実施形態における第２の軸体であり、枠体１６と共に本実施形態の軸動作検出機構の一部を構成する。軸体１８の端面１８ａには、研磨ディスク１５（図４参照）が取り付けられる。この軸体１８は、前述したベルト１１ａ及びプーリー１０ａを介して伝達された駆動力によって、底板１７に対し垂直な所定軸である回転軸Ｃ周りに回転する。また、この軸体１８は、回転軸Ｃに沿った方向、すなわち研磨パッド３に対して近接または離隔する方向に変位することが可能なように、コンディショナーヘッド１０の内部において支持されている。

図６は、コンディショナーヘッド１０の内部構成を示す側面断面図であり、図５に示したVI−VI線に沿った断面を示している。図６に示すように、コンディショナーヘッド１０は、前述した枠体１６、底板１７、および軸体１８の他に、軸体１８と同じ回転軸Ｃ周りに回転する軸体１９を備えている。軸体１９は、本実施形態における第１の軸体であり、本実施形態の軸動作検出機構の一部を構成する。軸体１９は、回転軸Ｃに沿って延在する駆動シャフト２０と、駆動シャフト２０の上端に固定され駆動シャフト２０を担持する上側円筒状部材２１と、上側円筒状部材２１を下方から支持する下側円筒状部材２２とを有している。上側円筒状部材２１及び下側円筒状部材２２は、それぞれが駆動シャフト２０を同軸で取り囲み、両者間に略環状の空間２４を形成している。下側円筒状部材２２はベアリング２３を介して枠体１６の内面に取り付けられ、これにより軸体１９が回転軸Ｃを中心として回転可能なように枠体１６に支持されている。駆動シャフト２０の上端には図４に示したプーリー１０ａが固定されており、軸体１９は、プーリー１０ａを介して伝達された駆動力によって回転軸Ｃ周りに回転する。

また、研磨ディスク１５（図４参照）を支持する軸体１８は、円筒状にくり抜かれた中空部分１８ｂを有しており、この中空部分１８ｂに軸体１９の駆動シャフト２０が挿入されるように空間２４に導入されている。駆動シャフト２０の中心には回転軸Ｃに沿って延びる貫通孔２０ａが形成され、この貫通孔２０ａの上端には前述した配管が連結される。そして、その配管を介して空気が導入／排出される。

軸体１８と軸体１９との間には、略環状の弾性ダイヤフラム２５が、空間２４の上部を区画して圧力チャンバ２７を形成している。この弾性ダイヤフラム２５の内周部は、軸体１８の一端に締結されたナット２６と軸体１８との間に挟まれてシール固定されており、弾性ダイヤフラム２５の外周部は、上側円筒状部材２１と下側円筒状部材２２とに挟まれてシール固定されている。弾性ダイヤフラム２５は、ナット２６と軸体１８との隙間から外向きに延び、そのあと空間２４内において下向きに湾曲したのち、上側円筒状部材２１と下側円筒状部材２２との隙間に達する。そして、貫通孔２０ａを介してチャンバ２７内の圧力が調整されることにより、軸体１８が軸体１９に対して回転軸Ｃに沿った方向（すなわち上下方向）に変位する。

また、軸体１８は、駆動シャフト２０との相対的な回転を防止しながら両者の間で相対的な長手方向の変位が可能となるように駆動シャフト２０に取り付けられている。したがって、プーリー１０ａを介して伝達された駆動力によって軸体１９が回転すると、軸体１８も軸体１９と共に回転する。

ここで、図７及び図８は、軸体１８が回転軸Ｃに沿った方向に変位した様子を示す斜視図である。図７は、軸体１８が伸張方向（すなわち、図６に示したチャンバ２７が拡張する方向）に変位している状態を示しており、図８は、軸体１８が収縮方向（チャンバ２７が収縮する方向）に変位している状態を示している。このように、軸体１８が回転軸Ｃに沿った方向に変位することで、軸体１８の先端に取り付けられる研磨ディスク１５（図４参照）を研磨パッド３（図１参照）に対して接触または離隔させることができる。

また、図６及び図７を参照すると、軸体１８の表面には、複数の凸部１８ｃと、一つの凸部１８ｄとが形成されている。凸部１８ｃは本実施形態における第１の凸部であり、また凸部１８ｄは本実施形態における第２の凸部であり、共に本実施形態の軸動作検出機構の一部を構成する。複数の凸部１８ｃは、図７に示すように、軸体１８の表面において各々が円周方向に延在しており、円周方向に並んで形成されている。また、凸部１８ｄは、軸体１８の表面において、凸部１８ｃに対して回転軸Ｃに沿った方向（具体的には、端面１８ａに近づく方向）に離れた位置に、全周にわたって形成されている。換言すれば、軸体１８の端面１８ａ寄りの部分は、凸部１８ｄによって、他の部分と比べてその直径が拡大されている。

更に、本実施形態のコンディショナーヘッド１０は、図７に示すように３つの近接センサ３０ａ，３０ｂおよび３０ｃを備えている。近接センサ３０ａ〜３０ｃは、本実施形態の軸動作検出機構の一部を構成する。近接センサ３０ａ〜３０ｃは、軸体１８の表面に向けて回転軸Ｃ周りに並んで配置され、底板１７によって枠体１６に固定されている（図６参照）。近接センサ３０ａ〜３０ｃは、軸体１８の表面に対してセンシングを行い、軸体１８の表面と近接センサ３０ａ〜３０ｃとの距離が比較的近い場合と比較的遠い場合とで、異なる電気信号を出力する。すなわち、近接センサ３０ａ，３０ｂまたは３０ｃの先方に凸部１８ｃまたは凸部１８ｄが存在すれば、該当する近接センサからオン信号（軸体１８の表面が近接していることを示す信号）が出力される。また、凸部１８ｃ及び凸部１８ｄのいずれも存在しなければ、該当する近接センサからオフ信号（軸体１８の表面が近接していないことを示す信号）が出力される。

図９は、複数の凸部１８ｃを含む軸体１８の平面断面と、近接センサ３０ａ〜３０ｃの配置とを示す図である。なお、図９においては、軸体１８の内部に形成された中空部分１８ｂ、及び中空部分１８ｂに挿入される駆動シャフト２０の図示を省略している。

図９に示すように、３つの近接センサ３０ａ〜３０ｃのうち両端に配置された近接センサ３０ａ，３０ｃが互いに回転軸Ｃ周りに成す角度は７２°となっている。なお、ここでいう近接センサが成す角度とは、近接センサの中心軸線同士が成す角度をいう。また、３つの凸部１８ｃの周方向の幅が回転軸Ｃ周りに成す角度はそれぞれ６０°となっており、隣り合う凸部１８ｃ同士の間隔が回転軸Ｃ周りに成す角度もまた、それぞれ６０°となっている。このように、本実施形態においては、両端に配置された近接センサ３０ａ，３０ｃが互いに回転軸Ｃ周りに成す角度は、凸部１８ｃの周方向の幅が回転軸Ｃ周りに成す角度、および凸部１８ｃ同士の間隔が回転軸Ｃ周りに成す角度より大きく設定されている。

また、３つの近接センサ３０ａ〜３０ｃのうち他の一つの近接センサ３０ｂは、両端に配置された近接センサ３０ａ，３０ｃが互いに回転軸Ｃ周りに成す角度に対し、この角度を１：２の割合で分割する位置に配置されている。具体的には、近接センサ３０ａ，３０ｂが互いに回転軸Ｃ周りに成す角度は２４°（＝７２°×１／３）となっており、近接センサ３０ｂ，３０ｃが互いに回転軸Ｃ周りに成す角度は４８°（＝７２°×２／３）となっている。なお、近接センサ３０ａ〜３０ｃのこのような位置関係は、枠体１６に固定されて近接センサ３０ａ〜３０ｃを支持する略円弧状の支持板３１によって好適に維持される。

以上の構成を備える本実施形態の軸動作検出機構およびコンディショナーヘッドの作用（動作）及び効果について説明する。本実施形態の軸動作検出機構を含むコンディショナーヘッド１０においては、軸体１９が枠体１６によって回転可能に支持されており、軸体１８が軸体１９に対し回転軸Ｃに沿った変位が可能なように取り付けられているので、軸体１８が、回転軸に沿った方向の変位および回転の双方を行うことができる。したがって、軸体１８に研磨ディスク１５が取り付けられ、研磨パッド３の研磨面３ａに対して枠体１６が平行に移動することにより、研磨パッド３の研磨面３ａの表面粗さを好適に回復させることができる。

そして、本実施形態においては、軸体１８の表面に、円周方向に並んで形成された複数の凸部１８ｃが形成されており、また回転軸Ｃ周りに並ぶ３個の近接センサ３０ａ〜３０ｃが枠体１６に固定されている。このような構成により、軸体１８が回転する毎に凸部１８ｃを各近接センサ３０ａ〜３０ｃが検知するので、軸体１８及び１９の回転の有無を好適に検出することができる。

ここで、軸体１８及び１９の回転を検出する際に好適な回路について説明する。図１０に示す回路５０は、近接センサ３０ａ〜３０ｃからの出力信号から軸体１８及び１９の回転角を求めるための回路である。回路５０は、各近接センサ３０ａ〜３０ｃから出力信号Ｓａ〜Ｓｃを入力する３つのＮＯＴ回路５１ａ〜５１ｃと、ＮＯＴ回路５１ａから信号Ｓａの反転信号を入力する４ビットバイナリカウンタ５２とを有している。そして、ＮＯＴ回路５１ａ〜５１ｃから出力された４つの出力信号は、例えばディジタル入出力モジュール６１ａを介して主計算機６０へ提供される。また、４ビットバイナリカウンタ５２から出力された４ビット出力信号Ｂ０〜Ｂ３は、例えばディジタル入出力モジュール６１ｂを介して主計算機６０へ提供される。

図１１（ａ）〜（ｈ）は、近接センサ３０ａ〜３０ｃから出力信号Ｓａ〜Ｓｃ、出力信号Ｓａの反転信号、および４ビットバイナリカウンタ５２から出力された４ビット出力信号Ｂ０〜Ｂ３の信号波形の一例を示すタイミングチャートである。図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように、出力信号Ｓａ〜Ｓｃにおけるパルス間隔は１２０°の回転を意味する。また、４ビットバイナリカウンタ５２は、出力信号Ｓａの反転信号を入力して、図１１（ｅ）〜（ｈ）に示すように、パルス間隔が２４０°となるビットＢ０と、パルス間隔が４８０°となるビットＢ１と、パルス間隔が９６０°となるビットＢ２と、パルス間隔が１９２０°となるビットＢ３とを生成する。これにより、４ビットバイナリカウンタ５２は、ほぼ５回転分の絶対角を示す信号を出力することができる。

また、本実施形態においては、複数の凸部１８ｃに対して回転軸Ｃの方向に離れた軸体１８の表面に、全周にわたって凸部１８ｄが形成されている。このような構成において、図８に示したように凸部１８ｄと近接センサ３０ａ〜３０ｃとが対向する位置に軸体１８が変位した場合には、３つの近接センサ３０ａ〜３０ｃの全てが凸部１８ｄを検知する。すなわち、図１１に示した近接センサ３０ａ〜３０ｃからの出力信号Ｓａ〜Ｓｃが全てオンとなる。したがって、軸体１８が当該位置に変位したことを好適に検出できる。

また、図７に示したように複数の凸部１８ｃと近接センサ３０ａ〜３０ｃとが対向する位置に軸体１８が変位した場合には、３つの近接センサ３０ａ〜３０ｃのうち少なくとも１つの近接センサは凸部１８ｃを検知せず、残りの近接センサが凸部１８ｃを検知することとなる。これは、３個の近接センサ３０ａ〜３０ｃのうち両端に配置された近接センサ３０ａ，３０ｃ同士が回転軸Ｃ周りに成す角度（本実施形態では７２°）が、凸部１８ｃの周方向の幅が回転軸Ｃ周りに成す角度（本実施形態では６０°）、および凸部１８ｃの間隔が回転軸Ｃ周りに成す角度（本実施形態では６０°）より大きいためである。このことを図９を用いて説明すると、いま図９に示されている状態では近接センサ３０ａ及び３０ｃが凸部１８ｃを検知しているが、近接センサ３０ｂは凸部１８ｃと対向しておらず、凸部１８ｃを検知しない。この後、軸体１８が紙面を時計回りに回転して近接センサ３０ｂが凸部１８ｃを検知すると、今度は近接センサ３０ｃが凸部１８ｃと対向しなくなり、凸部１８ｃを検知しない。また、近接センサ３０ｂ，３０ｃが凸部１８ｃを検知する場合には、近接センサ３０ａが凸部１８ｃと対向しなくなる。したがって、軸体１８が図７に示した位置に変位した場合に、近接センサ３０ａ〜３０ｃが凸部１８ｄではなく凸部１８ｃを検知していることを明確に判別できるので、軸体１８が当該位置に変位したことを好適に検出できる。

以上説明したように、本実施形態の軸動作検出機構、及び該機構を備えるコンディショナーヘッド１０によれば、軸体１８や研磨ディスク１５といった回転体の構造によりエンコーダ等を取り付けられないような場合であっても、軸体１８に設けられた凸部１８ｃ，１８ｄと３つの近接センサ３０ａ〜３０ｃによって、当該回転体の回転軸Ｃに沿った方向の変位および回転の有無の双方を併せて検出することができる。

また、本実施形態のように、複数の凸部１８ｃの周方向の幅が互いに等しく、且つ、複数の凸部１８ｃ同士の間隔が互いに等しいことが好ましい。これにより、軸体１８の回転による近接センサ３０ａ〜３０ｃからの出力信号Ｓａ〜Ｓｃが、図１１（ａ）〜（ｃ）に示すような周期的なパルス信号となるので、軸体１８の回転の有無をより精度良く検出することができる。

また、本実施形態のように、凸部１８ｃが、軸体１８の表面において円周方向に３つ並んで形成されていることが好ましい。凸部１８ｃの数が少ないと回転検出の精度が落ちるが、逆に凸部１８ｃの数が多過ぎると一つ当たりの周方向の幅が小さくなり加工が複雑になる。凸部１８ｃの数が３つ程度であれば、回転検出の精度と加工の容易さとのバランスが最も良く、軸体１８の回転の有無をより好適に検出できる。この場合、凸部１８ｃの周方向の幅が回転軸Ｃ周りに成す角度、および複数の凸部１８ｃ同士の間隔が回転軸Ｃ周りに成す角度は等角度、すなわち各々が６０°であることがより好ましい。

また、本実施形態のように、３個の近接センサ３０ａ〜３０ｃのうち、両端に配置された近接センサ３０ａ，３０ｃ同士が回転軸Ｃ周りに成す角度に対し、他の一つの近接センサ３０ｂがこの角度を１：２の割合で分割する位置に配置されていることが好ましい。但し、このような割合でなくとも、近接センサ３０ｂが両端の近接センサ３０ａ，３０ｃの間に配置されていれば、本実施形態による作用効果を好適に得ることができる。

なお、本実施形態の軸動作検出機構は、近接センサ３０ａ〜３０ｃを用い、軸体１８の表面の凹凸を利用して軸体１８の回転および変位を検出している。回転および変位を検出するための方式としては、これ以外にも例えば軸体１８の表面において凸部１８ｃ，１８ｄのような配置で反射面を設け、軸体１８に光を照射し、反射した光を検出する方式が考えられる。しかし、ＣＭＰ装置１のコンディショナーヘッド１０においては、軸体１８の表面にスラリーが付着することが多く、光を利用する方式では軸体１８の回転および変位を安定して検出することが難しい。本実施形態の軸動作検出機構のように、近接センサを用いて軸体１８の表面の凹凸を検出する方式によれば、軸体１８の表面にスラリーが付着しても、該凹凸を問題なく検出できる。

本発明による軸動作検出機構およびコンディショナーヘッドは、上記した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では本発明の軸動作検出機構をＣＭＰ装置のコンディショナーヘッドに適用して説明したが、本発明の軸動作検出機構は他にも様々な用途に使用することができる。

また、上記実施形態では、第２の軸体（軸体１８）の表面に第１の凸部（凸部１８ｃ）および第２の凸部（凸部１８ｄ）が形成された場合を説明したが、本発明の技術思想は、第１の凸部に代えて第１の凹部を形成し、また第２の凸部に代えて第２の凹部を形成した場合であっても上記実施形態と同様の作用効果を生じさせる。すなわち、第２の軸体の表面において、複数の第１の凹部を円周方向に並んで形成し、複数の第１の凹部に対して所定軸方向に離れた位置に全周にわたって第２の凹部を形成し、３個の近接センサのうち両端に配置された近接センサ同士が所定軸周りに成す角度を、第１の凹部の周方向の幅が所定軸周りに成す角度、および複数の第１の凹部同士の間隔が所定軸周りに成す角度より大きく設定することによっても、上記実施形態で述べた作用効果と同様の作用効果を得ることができる。

また、上記実施形態では、軸動作検出機構が３つの近接センサ３０ａ〜３０ｃを備える場合について説明したが、本発明においては軸動作検出機構が３つ以上の近接センサを備えていれば、上述した効果を好適に得ることができる。また、上記実施形態では凸部１８ｃの周方向の幅が互いに等しく、且つ、凸部１８ｃ同士の間隔が互いに等しい場合について説明したが、これらの幅および間隔が互いに異なっていても本発明の作用効果を得ることは可能であり、またこれらの幅および間隔については上記実施形態に限られるものではない。また、第１の凸部の数に関しては、例えば２つや４つ以上の第１の凸部が並んで形成されている場合でも、本発明の作用効果を好適に得ることができる。

実施形態に係る軸動作検出機構及びコンディショナーヘッドを備えるＣＭＰ装置１を概略的に示した分離斜視図である。 パッドコンディショナー５の動作を説明するための図であり、パッドコンディショナー５を上方から見た状態を示している。 パッドコンディショナー５の動作を説明するための図であり、パッドコンディショナー５を上方から見た状態を示している。 パッドコンディショナー５のコンディショナーヘッド１０、アーム１１、及びベース１２を拡大して示す斜視図である。 コンディショナーヘッド１０の外観を示す斜視図である。 コンディショナーヘッド１０の内部構成を示す側面断面図であり、図５に示したVI−VI線に沿った断面を示している。 軸体１８が回転軸Ｃに沿った方向に変位した様子を示す斜視図であり、軸体１８が伸張方向（すなわち、図６に示したチャンバ２７が拡張する方向）に変位している状態を示している。 軸体１８が回転軸Ｃに沿った方向に変位した様子を示す斜視図であり、軸体１８が収縮方向（チャンバ２７が収縮する方向）に変位している状態を示している。 複数の凸部１８ｃを含む軸体１８の平面断面と、近接センサ３０ａ〜３０ｃの配置とを示す図である。 近接センサ３０ａ〜３０ｃからの出力信号から軸体１８及び１９の回転角を求めるための回路の一例を示す図である。 近接センサ３０ａ〜３０ｃから出力信号Ｓａ〜Ｓｃ、出力信号Ｓａの反転信号、および４ビットバイナリカウンタ５２から出力された４ビット出力信号Ｂ０〜Ｂ３の信号波形の一例を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１…ＣＭＰ装置、２…基部、３…研磨パッド、３ａ…研磨面、４…ロードカップ、５…パッドコンディショナー、６…スラリー供給アーム、７…ヘッドユニット、８…キャリアヘッド、９…回転軸、１０…コンディショナーヘッド、１１…アーム、１２…ベース、１５…研磨ディスク、１６…枠体、１７…底板、１８…第２の軸体、１８ｃ…第１の凸部、１８ｄ…第２の凸部、１９…第１の軸体、２０…駆動シャフト、２１…上側円筒状部材、２２…下側円筒状部材、２４…空間、２５…弾性ダイヤフラム、２６…ナット、２７…圧力チャンバ、３０ａ〜３０ｃ…近接センサ、Ｃ…回転軸。

Claims (6)

1. 所定軸周りに回転する第１の軸体と、
   前記所定軸周りに前記第１の軸体と共に回転し、前記第１の軸体に対して前記所定軸に沿った変位が可能なように前記第１の軸体に取り付けられた円柱状の第２の軸体と、
   前記第１の軸体を回転可能に支持する枠体と、
   前記第２の軸体の表面において、円周方向に並んで形成された複数の第１の凸部または複数の第１の凹部と、
   前記第２の軸体の表面において、前記複数の第１の凸部または前記複数の第１の凹部に対して前記所定軸方向に離れた位置に全周にわたって形成された第２の凸部または第２の凹部と、
   前記第２の軸体の表面に向けて配置され、前記所定軸周りに並んで前記枠体に固定された少なくとも３個の近接センサと
   を備え、
   前記少なくとも３個の近接センサのうち両端に配置された前記近接センサ同士が前記所定軸周りに成す角度が、前記第１の凸部または前記第１の凹部の周方向の幅が前記所定軸周りに成す角度、および前記複数の第１の凸部同士または前記複数の第１の凹部同士の間隔が前記所定軸周りに成す角度より大きいことを特徴とする、軸動作検出機構。
2. 前記複数の第１の凸部または前記複数の第１の凹部の周方向の幅が互いに等しく、且つ、前記複数の第１の凸部同士または前記複数の第１の凹部同士の間隔が互いに等しいことを特徴とする、請求項１に記載の軸動作検出機構。
3. 前記第１の凸部または前記第１の凹部が、前記第２の軸体の表面において円周方向に３つ並んで形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の軸動作検出機構。
4. 前記第１の凸部または前記第１の凹部の周方向の幅が前記所定軸周りに成す角度、および前記複数の第１の凸部同士または前記複数の第１の凹部同士の間隔が前記所定軸周りに成す角度がそれぞれ６０°であることを特徴とする、請求項３に記載の軸動作検出機構。
5. 前記少なくとも３個の近接センサのうち、両端に配置された前記近接センサ同士が前記所定軸周りに成す角度に対し、他の一つの前記近接センサがこの角度を１：２の割合で分割する位置に配置されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の軸動作検出機構。
6. 研磨パッドの研磨面を研磨ディスクによってコンディショニングするためのコンディショナーヘッドであって、
   請求項１〜６のいずれか一項に記載された軸動作検出機構を備え、
   前記第２の軸体が前記研磨ディスクを支持し、
   前記枠体が、前記研磨パッドの研磨面に対して平行に移動することを特徴とする、コンディショナーヘッド。

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