JP2019093466A - Method for assembling elastic membrane to head body, assembling jig and assembling system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、弾性膜のヘッド本体への組み付け方法、組み付け治具、および組み付けシステムに関するものである。 The present invention relates to a method of assembling an elastic film to a head body, an assembling jig, and an assembling system.
CMPを行うための研磨装置は、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、ウェハを保持するためのトップリングまたは研磨ヘッド等と称される基板保持装置とを備えている。このような研磨装置を用いてウェハの研磨を行う場合には、基板保持装置によりウェハを保持しつつ、このウェハを研磨パッドの研磨面に対して所定の圧力で押圧する。このとき、研磨テーブルと基板保持装置とを相対運動させることによりウェハが研磨面に摺接し、ウェハの表面が研磨される。 A polishing apparatus for performing CMP includes a polishing table for supporting a polishing pad, and a substrate holding device called a top ring or a polishing head for holding a wafer. When polishing a wafer using such a polishing apparatus, the wafer is pressed by a predetermined pressure against the polishing surface of the polishing pad while holding the wafer by the substrate holding device. At this time, by moving the polishing table and the substrate holding device relative to each other, the wafer is in sliding contact with the polishing surface, and the surface of the wafer is polished.
研磨中のウェハと研磨パッドの研磨面との間の相対的な押圧力がウェハの全面に亘って均一でない場合には、ウェハの各部分に与えられる押圧力に応じて研磨不足や過研磨が生じてしまう。そこで、ウェハに対する押圧力を均一化するために、基板保持装置の下部に柔軟な弾性膜(メンブレン)から形成される圧力室を設け、この圧力室に空気などの流体を供給することで弾性膜を介して流体圧によりウェハを押圧することが行われている。 If the relative pressure between the wafer being polished and the polishing surface of the polishing pad is not uniform across the entire surface of the wafer, insufficient or excessive polishing may occur depending on the pressure applied to each portion of the wafer. It will occur. Therefore, in order to equalize the pressing force against the wafer, a pressure chamber formed of a flexible elastic film (membrane) is provided at the lower part of the substrate holding device, and a fluid such as air is supplied to the pressure chamber. The wafer is pressed by fluid pressure through the
研磨ヘッドは、ウェハを研磨面に対して押圧するヘッド本体と、ヘッド本体の下面に連結された弾性膜とを備えている。研磨ヘッドは、弾性膜のヘッド本体への組み付け工程を含む工程を経て組み立てられる。弾性膜は大気圧状態でヘッド本体に組み付けられる。 The polishing head comprises a head body for pressing the wafer against the polishing surface, and an elastic film connected to the lower surface of the head body. The polishing head is assembled through a process including an assembly process of the elastic film to the head body. The elastic film is assembled to the head body at atmospheric pressure.
しかしながら、弾性膜はシリコンゴム等の柔軟な材質で形成されているため、自然状態(大気圧状態)において、弾性膜の自重および/または弾性膜の固有の曲がり(くせ)によって、弾性膜の変形具合にはばらつきがある。特に、弾性膜の周壁の一部である隔壁は薄肉であるため、弾性膜をヘッド本体に組み付ける際に、弾性膜には、変形(撓みなど)が発生しやすい。 However, since the elastic film is formed of a flexible material such as silicone rubber, in the natural state (atmospheric pressure state), the elastic film deforms due to its own weight and / or the inherent bending of the elastic film. The condition is uneven. In particular, since the partition wall which is a part of the peripheral wall of the elastic film is thin, when the elastic film is assembled to the head body, the elastic film is likely to be deformed (such as bending).
ウェハを研磨する際には、弾性膜に形成された圧力室に加圧流体を供給して、圧力室を加圧する。弾性膜は、その内部圧力をウェハに伝達する役目を担うので、弾性膜の変形具合にばらつきが生じている場合、このばらつき(すなわち、弾性膜の変形の不均一性)は、ウェハの研磨レートの均一性に影響を及ぼすおそれがある。 When polishing a wafer, a pressurized fluid is supplied to a pressure chamber formed in an elastic film to pressurize the pressure chamber. The elastic film plays a role of transmitting the internal pressure to the wafer, so if there is variation in the deformation of the elastic film, this variation (i.e., non-uniformity of deformation of the elastic film) is determined by the polishing rate of the wafer. May affect the uniformity of the
より精密な研磨圧力の制御を行う際には、研磨ヘッドは、低硬度の弾性膜と多数の隔壁によって区画された圧力室を備える必要がある。しかしながら、弾性膜の低硬度によって、弾性膜のヘッド本体への組み付け時における弾性膜の変形の不均一性は増大し、隔壁の数が増えることで隔壁の取り付け状態が弾性膜の表面に与える影響も増加する。これらのことから、弾性膜をヘッド本体に組み付ける際に、隔壁および側壁を含む弾性膜の周壁の変形を周方向で均一にすることが求められている。 In order to control the polishing pressure more precisely, the polishing head needs to be provided with a pressure chamber divided by an elastic film of low hardness and a large number of partitions. However, due to the low hardness of the elastic film, the nonuniformity of deformation of the elastic film at the time of assembly of the elastic film to the head body is increased, and the number of partition walls is increased. Also increases. From these facts, when assembling the elastic film to the head body, it is required to make the deformation of the peripheral wall of the elastic film including the partition wall and the side wall uniform in the circumferential direction.
研磨ヘッドは、弾性膜と、複数の構成部材とを備えている。例えば、複数の構成部材は、弾性膜が接続される第1部材と、第1部材が固定される第2部材とから構成されている。第1部材は、ねじまたは専用の固定具を用いることにより、第2部材に固定される。より具体的には、固定具は、その操作によって第1部材を第2部材側に引き寄せ、第1部材を第2部材に密着させる。第1部材は固定具によって第2部材に固定される。 The polishing head comprises an elastic film and a plurality of components. For example, the plurality of constituent members are configured of a first member to which the elastic film is connected, and a second member to which the first member is fixed. The first member is fixed to the second member by using a screw or a dedicated fastener. More specifically, the fixing device draws the first member toward the second member by its operation to bring the first member into close contact with the second member. The first member is secured to the second member by the fastener.
しかしながら、設計的制約によって、第1部材の強度を低くしなければならない場合がある。この場合、第1部材は、固定具による局所的な引き上げ力に耐えられず、破損するおそれがある。第1部材のみならず、固定具も破損するおそれがある。 However, due to design constraints, the strength of the first member may need to be reduced. In this case, the first member can not withstand the local pulling force of the fixing tool and may be broken. Not only the first member but also the fixing tool may be damaged.
そこで、本発明は、弾性膜の変形具合のばらつきを解消しつつ、弾性膜をヘッド本体に組み付けることができる方法を提供することを目的とする。
本発明は、第1部材(連結リング)の破損を防止することができる弾性膜のヘッド本体への組み付け方法および組み付け治具を提供することを目的とする。
本発明は、弾性膜の変形具合のばらつきを解消しつつ、第1部材(連結リング)の破損を防止することができる組み付けシステムを提供することを目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide a method in which the elastic film can be assembled to the head body while eliminating the variation in the degree of deformation of the elastic film.
An object of the present invention is to provide a method of assembling an elastic film to a head body capable of preventing damage to a first member (coupling ring) and an assembling jig.
An object of the present invention is to provide an assembly system capable of preventing damage to the first member (connection ring) while eliminating variations in the degree of deformation of the elastic film.
一態様は、基板を押圧するための複数の圧力室が形成された弾性変形可能な弾性膜をヘッド本体に組み付ける方法であって、前記複数の圧力室を加圧または減圧した状態で、前記弾性膜を前記ヘッド本体に組み付けることを特徴とする。 One aspect is a method of assembling an elastically deformable elastic film in which a plurality of pressure chambers for pressing a substrate is formed, to the head body, the elasticity in a state where the plurality of pressure chambers are pressurized or depressurized A membrane is assembled to the head body.
好ましい態様は、前記複数の圧力室を形成する複数の周壁と、前記複数の周壁の端部に形成された複数のシール突起とを備える前記弾性膜を用意する工程と、前記複数のシール突起を前記ヘッド本体に形成された複数のシール溝にそれぞれ嵌め込む工程とを備えることを特徴とする。
好ましい態様は、前記複数のシール溝がそれぞれ形成された複数の連結リングと、前記複数の連結リングが密着可能なキャリアとを備える前記ヘッド本体を用意する工程と、前記複数のシール突起を前記複数のシール溝にそれぞれ嵌め込んで、前記弾性膜を前記複数の連結リングに接続する工程と、前記複数の連結リングと前記キャリアとを互いに密着させて、前記複数のシール突起を前記複数のシール溝にそれぞれ押圧する工程とを備えることを特徴とする。
好ましい態様は、前記ヘッド本体に形成され、かつ前記複数の圧力室のそれぞれに連通する貫通孔に流体移送管を連結する工程を備え、前記弾性膜を前記ヘッド本体に組み付ける工程は、前記流体移送管に接続された圧縮装置または真空装置の動作によって、前記複数の圧力室を加圧または減圧した状態で行われることを特徴とする。
In a preferred aspect, the elastic membrane is provided with a plurality of peripheral walls forming the plurality of pressure chambers, and a plurality of sealing projections formed at the end of the plurality of peripheral walls, and the plurality of sealing projections And a step of respectively fitting in a plurality of seal grooves formed in the head body.
In a preferred aspect, the method further includes the step of preparing the head main body including a plurality of connection rings in which the plurality of seal grooves are respectively formed and a carrier to which the plurality of connection rings can be closely attached; And fitting the plurality of connection rings to the plurality of connection rings, bringing the plurality of connection rings and the carrier into close contact with each other, and fitting the plurality of seal protrusions to the plurality of seal grooves. And the process of respectively pressing.
A preferred embodiment includes the step of connecting a fluid transfer pipe to through holes formed in the head body and communicating with the plurality of pressure chambers, wherein the step of assembling the elastic membrane to the head body is the fluid transfer It is characterized in that the plurality of pressure chambers are pressurized or depressurized by the operation of a compression device or a vacuum device connected to a tube.
他の態様は、基板を押圧するための複数の圧力室が形成された弾性変形可能な弾性膜をヘッド本体に組み付ける方法であって、前記弾性膜が接続可能な複数の連結リングと、前記複数の連結リングが密着可能なキャリアとを備える前記ヘッド本体を用意する工程と、前記弾性膜および前記ヘッド本体が収容可能な大きさを有する収容凹部が形成された治具ベースと、前記収容凹部を閉塞可能な治具プレートとを用意する工程と、前記弾性膜を前記複数の連結リングに接続する工程と、前記複数の連結リングと前記キャリアとの間に隙間を形成しつつ前記複数の連結リングを前記キャリアに嵌合する工程と、前記複数の連結リングが嵌合された前記キャリアを前記治具プレートに取り付ける工程と、前記弾性膜、前記複数の連結リング、および前記キャリアが前記収容凹部に収容された状態で、前記治具プレートで前記収容凹部を閉塞する工程と、前記複数の連結リングと前記キャリアとが互いに密着するまで、前記治具プレートを前記治具ベースに近接させる工程とを備えることを特徴とする。 Another aspect is a method of assembling an elastically deformable elastic film in which a plurality of pressure chambers for pressing a substrate are formed to a head main body, and a plurality of connection rings to which the elastic film can be connected; Preparing the head body including a carrier to which the connection ring can be closely attached, a jig base having an accommodation recess having a size capable of accommodating the elastic film and the head body, and the accommodation recess The step of preparing a closable jig plate, the step of connecting the elastic film to the plurality of connection rings, and the plurality of connection rings while forming a gap between the plurality of connection rings and the carrier Fitting the carrier onto the carrier, attaching the carrier having the plurality of coupling rings fitted thereto to the jig plate, the elastic film, the plurality of coupling rings, and In the state where the carrier is housed in the housing recess, the jig plate is used as the jig until the step of closing the housing recess with the jig plate and the plurality of connection rings and the carrier are in close contact with each other. And approaching the base.
好ましい態様は、前記複数の圧力室を形成する複数の周壁と、前記複数の周壁の端部に形成された複数のシール突起とを備える前記弾性膜を用意する工程と、前記複数の連結リングに形成された複数のシール溝に前記複数のシール突起を嵌合する工程とを備え、前記治具プレートを前記治具ベースに近接させる工程は、前記複数のシール突起が前記複数のシール溝にそれぞれ押圧されるまで行われることを特徴とする。
好ましい態様は、前記治具プレートに形成された連通孔と、前記ヘッド本体に形成され、かつ前記複数の圧力室のそれぞれに連通する貫通孔とを互いに連通させた状態で、前記連通孔に流体移送管を接続する工程と、前記流体移送管に接続された圧縮装置または真空装置を動作させて、前記複数の圧力室を加圧または減圧する工程とを備えることを特徴とする。
In a preferred aspect, a process of preparing the elastic membrane including a plurality of peripheral walls forming the plurality of pressure chambers and a plurality of sealing protrusions formed on an end of the plurality of peripheral walls, and the plurality of connection rings Fitting the plurality of seal projections into the plurality of formed seal grooves, and bringing the jig plate into proximity with the jig base, the plurality of seal projections respectively correspond to the plurality of seal grooves. It is characterized in that it is performed until it is pressed.
In a preferred aspect, the communication hole is formed in the communication hole with the communication hole formed in the jig plate and the through hole formed in the head main body and communicating with each of the plurality of pressure chambers. The method may further include the steps of connecting a transfer pipe, and operating a compressor or a vacuum device connected to the fluid transfer pipe to pressurize or depressurize the plurality of pressure chambers.
さらに他の態様は、基板を押圧するための複数の圧力室が形成された弾性変形可能な弾性膜が接続可能な複数の連結リングと前記複数の連結リングが密着可能なキャリアとを備えるヘッド本体に前記弾性膜を組み付けるための組み付け治具であって、前記組み付け治具は、前記弾性膜および前記ヘッド本体が収容可能な大きさを有する収容凹部が形成された治具ベースと、前記キャリアが取り付け可能であり、かつ前記収容凹部を閉塞可能な治具プレートと、前記キャリアと前記治具プレートとを締結可能な締結具と、前記複数の連結リングと前記キャリアとの間に隙間が形成された状態で前記収容凹部に収容された前記複数の連結リングと前記キャリアとが互いに密着するまで、前記治具プレートを前記治具ベースに近接させるクランパとを備えていることを特徴とする。 Yet another aspect is a head body comprising a plurality of connection rings to which an elastically deformable elastic film to which a plurality of pressure chambers for pressing a substrate are formed can be connected and a carrier to which the plurality of connection rings can be closely attached. An assembling jig for assembling the elastic film, wherein the assembling jig is a jig base having a housing recess having a size capable of housing the elastic film and the head main body, and the carrier A clearance is formed between a jig plate that can be attached and that can close the housing recess, a fastener that can fasten the carrier and the jig plate, and the plurality of connection rings and the carrier A clamper for bringing the jig plate into proximity to the jig base until the plurality of connection rings accommodated in the accommodation recess and the carrier are in close contact with each other Characterized in that it comprises.
好ましい態様は、前記組み付け治具は、前記収容凹部に配置され、かつ前記弾性膜の下面に接触可能な緩衝部材をさらに備えていることを特徴とする。 In a preferred aspect, the assembling jig further includes a buffer member disposed in the accommodation recess and capable of contacting the lower surface of the elastic film.
さらに他の態様は、上記組み付け治具と、前記組み付け治具に接続された流体移送装置とを備え、前記治具プレートには、前記ヘッド本体に形成され、かつ前記複数の圧力室のそれぞれに連通する貫通孔と連通可能な連通孔が形成されており、前記流体移送装置は、前記連通孔に接続可能な流体移送管と、前記複数の圧力室を加圧する圧縮装置または前記複数の圧力室を減圧する真空装置とを備えており、前記圧縮装置または前記真空装置は、前記流体移送管に接続されていることを特徴とする組み付けシステムである。 Still another aspect is provided with the above-described assembly jig and a fluid transfer device connected to the assembly jig, wherein the jig plate is formed on the head body and is provided for each of the plurality of pressure chambers. A communication hole is formed which can communicate with the through hole, and the fluid transfer device includes a fluid transfer pipe connectable to the communication hole, a compression device for pressurizing the plurality of pressure chambers, or the plurality of pressure chambers A vacuum device for reducing pressure, and the compression device or the vacuum device is connected to the fluid transfer pipe.
好ましい態様は、前記流体移送装置は、前記流体移送管に接続された圧力レギュレータをさらに備えていることを特徴とする。 In a preferred aspect, the fluid transfer device further comprises a pressure regulator connected to the fluid transfer pipe.
複数の圧力室を加圧または減圧した状態で、弾性膜をヘッド本体に組み付けることにより、弾性膜の変形具合のばらつきを解消することができる。
複数の連結リングが嵌合されたキャリアを治具プレートに固定した状態で、治具プレートを治具ベースに近接させることにより、固定具を用いることなく、複数の連結リングはキャリアに密着することができる。したがって、連結リングの破損を防止することができる。
By attaching the elastic film to the head main body in a state where the plurality of pressure chambers are pressurized or depressurized, it is possible to eliminate the variation in the degree of deformation of the elastic film.
By bringing the jig plate close to the jig base in a state in which the carrier in which the plurality of coupling rings are fitted is fixed to the jig plate, the plurality of coupling rings come into close contact with the carrier without using the fixture. Can. Therefore, breakage of the coupling ring can be prevented.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下で説明する図面において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings to be described below, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals and redundant description will be omitted.
まず、研磨装置の詳細について図面を参照しつつ説明する。図1は、研磨装置の一実施形態を示す図である。図1に示すように、研磨装置は、研磨パッド19を支持する研磨テーブル18と、研磨対象物である基板の一例としてのウェハWを保持して研磨テーブル18上の研磨パッド19に押圧する基板保持装置1を備えている、以下の説明では、基板保持装置1を研磨ヘッド1と称する。
First, the details of the polishing apparatus will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a view showing an embodiment of a polishing apparatus. As shown in FIG. 1, the polishing apparatus holds a polishing table 18 supporting the
研磨テーブル18は、テーブル軸18aを介してその下方に配置されるテーブルモータ29に連結されており、そのテーブル軸18a周りに回転可能になっている。研磨パッド19は研磨テーブル18の上面に貼付されており、研磨パッド19の表面19aがウェハWを研磨する研磨面を構成している。研磨テーブル18の上方には研磨液供給ノズル25が設置されており、この研磨液供給ノズル25によって研磨テーブル18上の研磨パッド19上に研磨液Qが供給されるようになっている。
The polishing table 18 is connected to a
研磨ヘッド1は、ウェハWを研磨面19aに対して押圧するヘッド本体2と、ウェハWを保持してウェハWが研磨ヘッド1から飛び出さないようにするリテーナリング3とを備えている。研磨ヘッド1は、ヘッドシャフト27に接続されており、このヘッドシャフト27は、上下動機構81によりヘッドアーム64に対して上下動するようになっている。このヘッドシャフト27の上下動により、ヘッドアーム64に対して研磨ヘッド1の全体を昇降させ位置決めするようになっている。ヘッドシャフト27の上端にはロータリージョイント82が取り付けられている。
The polishing head 1 includes a head
ヘッドシャフト27および研磨ヘッド1を上下動させる上下動機構81は、軸受83を介してヘッドシャフト27を回転可能に支持するブリッジ84と、ブリッジ84に取り付けられたボールねじ88と、支柱86により支持された支持台85と、支持台85上に設けられたサーボモータ90とを備えている。サーボモータ90を支持する支持台85は、支柱86を介してヘッドアーム64に固定されている。
ボールねじ88は、サーボモータ90に連結されたねじ軸88aと、このねじ軸88aが螺合するナット88bとを備えている。ヘッドシャフト27は、ブリッジ84と一体となって上下動するようになっている。したがって、サーボモータ90を駆動すると、ボールねじ88を介してブリッジ84が上下動し、これによりヘッドシャフト27および研磨ヘッド1が上下動する。
The ball screw 88 includes a
ヘッドシャフト27はキー(図示しない)を介して回転筒66に連結されている。この回転筒66はその外周部にタイミングプーリ67を備えている。ヘッドアーム64にはヘッドモータ68が固定されており、上記タイミングプーリ67は、タイミングベルト69を介してヘッドモータ68に設けられたタイミングプーリ91に接続されている。したがって、ヘッドモータ68を回転駆動することによってタイミングプーリ91、タイミングベルト69、およびタイミングプーリ67を介して回転筒66およびヘッドシャフト27が一体に回転し、研磨ヘッド1が回転する。ヘッドアーム64は、フレーム(図示しない)に回転可能に支持されたアームシャフト80によって支持されている。研磨装置は、ヘッドモータ68、サーボモータ90をはじめとする装置内の各機器を制御する制御装置40を備えている。
The
研磨ヘッド1は、その下面にウェハWを保持できるように構成されている。ヘッドアーム64はアームシャフト80を中心として旋回可能に構成されており、下面にウェハWを保持した研磨ヘッド1は、ヘッドアーム64の旋回によりウェハWの受取位置から研磨テーブル18の上方位置に移動される。
The polishing head 1 is configured to be able to hold the wafer W on its lower surface. The
ウェハWの研磨は次のようにして行われる。研磨ヘッド1および研磨テーブル18をそれぞれ回転させ、研磨テーブル18の上方に設けられた研磨液供給ノズル25から研磨パッド19上に研磨液Qを供給する。この状態で、研磨ヘッド1を所定の位置(所定の高さ)まで下降させ、この所定の位置でウェハWを研磨パッド19の研磨面19aに押圧する。ウェハWは研磨パッド19の研磨面19aに摺接され、これによりウェハWの表面が研磨される。
Polishing of the wafer W is performed as follows. The polishing head 1 and the polishing table 18 are respectively rotated, and the polishing fluid Q is supplied onto the
次いで、研磨ヘッド1の詳細について図面を参照しつつ説明する。図2は、研磨ヘッド(基板保持装置)1の概略断面図である。図2に示すように、研磨ヘッド1は、ウェハWを研磨面19aに対して押圧するヘッド本体2と、ウェハWを囲むように配置されたリテーナリング3とを備えている。ヘッド本体2およびリテーナリング3は、ヘッドシャフト27の回転により一体に回転するように構成されている。リテーナリング3は、ヘッド本体2とは独立して上下動可能に構成されている。
Next, the details of the polishing head 1 will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the polishing head (substrate holding device) 1. As shown in FIG. 2, the polishing head 1 includes a head
ヘッド本体2は、円形のフランジ41と、フランジ41の下面に取り付けられたスペーサ42と、スペーサ42の下面に取り付けられたキャリア(ベースプレート)43とを備えている。フランジ41は、ヘッドシャフト27に連結されている。キャリア43は、スペーサ42を介してフランジ41に連結されており、フランジ41、スペーサ42、およびキャリア43は、一体に回転し、かつ上下動する。
The
フランジ41、スペーサ42、およびキャリア43を有するヘッド本体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。なお、フランジ41をSUS、アルミニウムなどの金属で形成してもよい。
The
ヘッド本体2の下面には、ウェハWの裏面に当接する弾性膜10が連結されている。弾性膜10をヘッド本体2に連結する方法については後述する。弾性膜10の下面が基板保持面10aを構成する。弾性膜10は複数の(図2では、6つの)環状の周壁14a,14b,14c,14d,14e,14fを有しており、これら周壁14a〜14fは、同心状に配置されている。
An
これらの周壁14a〜14fにより、弾性膜10とヘッド本体2との間に6つの圧力室、すなわち、中央に位置する円形状の中央圧力室16a、最外周に位置する環状のエッジ圧力室16f、および中央圧力室16aとエッジ圧力室16fとの間に位置する中間圧力室16b,16c,16d,16eが形成されている。
By these
これらの圧力室16a〜16fはロータリージョイント82を経由して圧力調整装置65に接続されており、圧力調整装置65から各圧力室16a〜16fにそれぞれ延びる流体ライン73を通って流体(例えば、空気)が供給されるようになっている。圧力調整装置65は、制御装置40に接続されており、これら6つの圧力室16a〜16f内の圧力を独立に調整できるようになっている。
The
さらに、圧力調整装置65は、圧力室16a〜16f内に負圧を形成することも可能となっている。このように、研磨ヘッド1においては、ヘッド本体2と弾性膜10との間に形成される各圧力室16a〜16fに供給する流体の圧力を調整することにより、ウェハWに加えられる押圧力をウェハWの領域毎に調整できる。
Furthermore, the
弾性膜10は、エチレンプロピレンゴム(EPDM)、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度および耐久性に優れた柔軟なゴム材によって形成されている。各圧力室16a〜16fは大気開放機構(図示しない)にも接続されており、圧力室16a〜16fを大気開放することも可能である。
The
リテーナリング3は、ヘッド本体2のキャリア43および弾性膜10を囲むように配置されている。このリテーナリング3は、研磨パッド19の研磨面19aに接触するリング部材3aと、このリング部材3aの上部に固定されたドライブリング3bとを有している。リング部材3aは、図示しない複数のボルトによってドライブリング3bに結合されている。リング部材3aは、ウェハWの外周縁を囲むように配置されており、ウェハWの研磨中にウェハWが研磨ヘッド1から飛び出さないようにウェハWを保持している。
The
リテーナリング3の上部は、環状のリテーナリング押圧機構60に連結されており、このリテーナリング押圧機構60は、リテーナリング3の上面(より具体的には、ドライブリング3bの上面)の全体に均一な下向きの荷重を与え、これによりリテーナリング3の下面(すなわち、リング部材3aの下面)を研磨パッド19の研磨面19aに対して押圧する。
The upper portion of the
リテーナリング押圧機構60は、ドライブリング3bの上部に固定された環状のピストン61と、ピストン61の上面に接続された環状のローリングダイヤフラム62とを備えている。ローリングダイヤフラム62の内部にはリテーナリング圧力室63が形成されている。このリテーナリング圧力室63はロータリージョイント82を経由して圧力調整装置65に接続されており、圧力調整装置65からリテーナリング圧力室63に延びる流体ライン73を通って流体(例えば、空気)が供給されるようになっている。
The retainer
この圧力調整装置65からリテーナリング圧力室63に流体(例えば、空気)を供給すると、ローリングダイヤフラム62がピストン61を下方に押し下げ、さらに、ピストン61はリテーナリング3の全体を下方に押し下げる。このようにして、リテーナリング押圧機構60は、リテーナリング3の下面を研磨パッド19の研磨面19aに対して押圧する。さらに、圧力調整装置65によりリテーナリング圧力室63内に負圧を形成することにより、リテーナリング3の全体を上昇させることができる。リテーナリング圧力室63は大気開放機構(図示しない)にも接続されており、リテーナリング圧力室63を大気開放することも可能である。
When fluid (e.g., air) is supplied from the
リテーナリング3は、リテーナリング押圧機構60に着脱可能に連結されている。より具体的には、ピストン61は金属などの磁性材から形成されており、ドライブリング3bの上部には複数の磁石99が配置されている。これら磁石99がピストン61を引き付けることにより、リテーナリング3がピストン61に磁力により固定される。ピストン61の磁性材としては、例えば、耐蝕性の磁性ステンレスが使用される。なお、ドライブリング3bを磁性材で形成し、ピストン61に磁石を配置してもよい。
The
リテーナリング3は、連結部材75を介して球面軸受85に連結されている。この球面軸受85は、リテーナリング3の半径方向内側に配置されている。連結部材75は、ヘッド本体2の中心部に配置された軸部76と、この軸部76に固定されたハブ77と、このハブ77からから放射状に延びる複数のスポーク78とを備えている。軸部76は球面軸受85内を縦方向に延びている。
The
スポーク78の一方の端部は、ハブ77に固定されており、スポーク78の他方の端部は、リテーナリング3のドライブリング3bに固定されている。ハブ77と、スポーク78と、ドライブリング3bとは一体に形成されている。キャリア43には、複数対の駆動ピン(図示しない)が固定されている。各対の駆動ピンは各スポーク78の両側に配置されており、キャリア43の回転は、駆動ピンを介してリテーナリング3に伝達され、これによりヘッド本体2とリテーナリング3とは一体に回転する。
One end of the
連結部材75の軸部76は、ヘッド本体2の中央部に配置された球面軸受85に縦方向に移動自在に支持されている。このような構成により、連結部材75およびこれに固定されたリテーナリング3は、ヘッド本体2に対して縦方向に移動可能となっている。さらに、リテーナリング3は、球面軸受85により傾動可能に支持されている。
The
図3は、弾性膜10がヘッド本体2に連結されている状態を示す概略断面図であり、図4は、図3に示す弾性膜10の一部を示す拡大断面図である。弾性膜10は、ウェハWに接触する円形の当接部11と、当接部11に接続される複数の(図3では、6つの)周壁14a,14b,14c,14d,14e,14fを有している。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the
上述したように、これら6つの周壁14a〜14fによって、6つの圧力室(すなわち、中央圧力室16a、中間圧力室16b〜16e、およびエッジ圧力室16f)が形成される。当接部11はウェハWの裏面、すなわち研磨すべき表面とは反対側の面に接触し、ウェハWを研磨パッド19に対して押し付ける。周壁14a〜14fは、同心状に配置された環状の周壁である。
As described above, these six
周壁14fは、最も外側の周壁であり、当接部11の周端部から上方に延びる。以下の説明では、周壁14fをエッジ周壁(または側壁)14fと称する。周壁14eはエッジ周壁14fの径方向内側に配置され、周壁14dは周壁14eの径方向内側に配置され、周壁14cは周壁14dの径方向内側に配置され、周壁14bは周壁14cの径方向内側に配置され、周壁14aは周壁14bの径方向内側に配置されている。
The
以下の説明では、周壁14aを第1内部周壁14aと称し、周壁14bを第2内部周壁14bと称し、周壁14cを第3内部周壁14cと称し、周壁14dを第4内部周壁14dと称し、周壁14eを第5内部周壁14eと称する。周壁14a〜14eは隔壁14a〜14eと称されてもよい。内部周壁14a〜14eは当接部11から上方に延びている。
In the following description, the
当接部11は、第2内部周壁14bと第3内部周壁14cとの間に形成された圧力室16cに連通する複数の通孔17を有している。図3および図4では1つの通孔17のみを示す。当接部11にウェハWが接触した状態で中間圧力室16cに真空が形成されると、ウェハWが当接部11の下面に、すなわち研磨ヘッド1に真空吸引により保持される。
The
さらに、ウェハWが研磨パッド19から離れた状態で中間圧力室16cに流体を供給すると、ウェハWが研磨ヘッド1からリリースされる。通孔17は圧力室16cの代わりに他の圧力室に形成してもよい。その際にはウェハWの真空吸引および/またはリリースは通孔17を形成した圧力室の圧力を制御することにより行う。
Furthermore, when a fluid is supplied to the
本実施形態では、内部周壁14a〜14eは、径方向内側に傾斜した傾斜周壁として構成されており、同一の形状を有する。以下では、傾斜周壁として構成された内部周壁14bを説明する。
In the present embodiment, the inner
傾斜周壁である内部周壁14bは、当接部11から斜め上方に延びる周壁本体55と、該周壁本体55の先端に形成された環状のシール突起54とから構成される。本実施形態では、シール突起54は円状の断面形状を有しており、周壁本体55は、シール突起54の接線方向に延びている。内部周壁14bは、その下端から上端までの全体において径方向内側に所定の角度θで傾斜しつつ、上方に延びている。内部周壁14bの下端は当接部11に接続され、内部周壁14bの上端(すなわち、シール突起54)は、後述するヘッド本体2の連結リング(ホルダリング)23aに接続される。当接部11に対する内部周壁14bの傾斜角度θは、好ましくは、20°〜70°の範囲に設定される。
The inner
図4に示すように、傾斜周壁として構成された内部周壁14a〜14eは互いに同一の形状を有しているので、内部周壁14a〜14eは互いに平行に延びている。より具体的には、内部周壁14a〜14eの周壁本体55は互いに平行である。図3に示すように、第1内部周壁14aと第2内部周壁14bとの間に圧力室16bが形成され、第2内部周壁14bと第3内部周壁14cとの間に圧力室16cが形成され、第3内部周壁14cと第4内部周壁14dとの間に圧力室16dが形成され、第4内部周壁14dと第5内周壁14eとの間に圧力室16eが形成され、第5内部周壁14eとエッジ周壁14fとの間に圧力室16fが形成される。
As shown in FIG. 4, since the inner
さらに、図3および図4に示す弾性膜10において、傾斜周壁として構成された内部周壁14a〜14eは互いに平行に延びている。すなわち、内部周壁14a〜14eの周壁本体55の傾斜角度θは同一である。この場合、隣接する内部周壁14を極めて狭い間隔で配置することができるので、圧力室16の径方向の幅を極めて狭くすることができる。
Furthermore, in the
本実施形態では、エッジ周壁14fは、当接部11に対して垂直に延びる垂直部22と該垂直部22に接続される傾斜部28とから構成されている。傾斜部28は、垂直部22から径方向内側に延びる。当接部11に対する傾斜部28の傾斜角度は、内部周壁14a〜14eの傾斜角度θと同一である。図示はしないが、エッジ周壁14fは、当接部11からヘッド本体2まで垂直に延びてもよい。
In the present embodiment, the edge
上述したように、各圧力室16a〜16fには、圧力調整装置65からロータリージョイント82を介して延びる流体ライン73(図1および図2参照)を通って流体がそれぞれ供給される。図3には、圧力調整装置65から圧力室16cに流体を供給するための流体ライン73の一部のみが示されている。
As described above, fluid is supplied to the
図3に示す流体ライン73の一部は、スペーサ42に形成された貫通孔73aと、キャリア43に形成され、貫通孔73aと連通する貫通孔73bと、後述する連結リング23に形成され、貫通孔73bに連通する貫通孔73cとによって構成される。これら貫通孔73a,73b,73cは、同一の直径を有している。
A part of the
連結リング23に形成された貫通孔73cの上端には、環状の凹部が形成されており、この凹部に、連結リング23とキャリア43との間の隙間をシールするシール部材(例えば、O−リング)74が配置される。このシール部材74によって、貫通孔73b,73cを流れる流体が連結リング23とキャリア43との間の隙間から漏洩することが防止される。同様に、キャリア43に形成された貫通孔73bの上端には、環状の凹部が形成されており、この凹部に、キャリア43とスペーサ42との間の隙間をシールするシール部材(例えば、O−リング)44が配置されている。このシール部材44によって、貫通孔73a,73bを流れる流体がスペーサ42とキャリア43との間の隙間から漏洩することが防止される。
An annular recess is formed at the upper end of the through
ヘッド本体2は、さらに、内部周壁14a〜14eおよびエッジ周壁14fが接続される複数の連結リング23a〜23eを有する。連結リング23aは第1内部周壁14aと第2内部周壁14bとの間に配置され、以下の説明では、第1連結リング23aと称する。連結リング23bは第2内部周壁14bと第3内部周壁14cとの間に配置され、以下の説明では、第2連結リング23bと称する。連結リング23cは第3内部周壁14cと第4内部周壁14dとの間に配置され、以下の説明では、第3連結リング23cと称する。連結リング23dは第4内部周壁14dと第5内部周壁14eとの間に配置され、以下の説明では、第4連結リング23dと称する。連結リング23eは第5内部周壁14eとエッジ周壁14fとの間に配置され、以下の説明では、第5連結リング23eと称する。
The
このように、各連結リング23a〜23eは、隣接する内部周壁14の間に配置される。本実施形態では、第1内部周壁14aも傾斜周壁として構成されているので、ヘッド本体2は、該内部周壁14aが連結される連結リング23fを有している。以下の説明では、連結リング23fを追加連結リング23fと称する。
Thus, each
第1連結リング23a、第3連結リング23cおよび第5連結リング23eは、後述する係合溝、段差部、および突出部以外は互いに同一の構成を有する。第2連結リング23bおよび第4連結リング23dは、互いに同一の構成を有する。さらに、第2連結リング23bおよび第4連結リング23dは、後述するリング垂直部が第1連結リング23a、第3連結リング23cおよび第5連結リング23eのリング垂直部よりも短い点と、係合溝がリング垂直部に形成されない点が第1連結リング23a、第3連結リング23cおよび第5連結リング23eと相違する。以下では、第3連結リング23cの構成を説明する。
The
図5(a)は、第3連結リング23cの断面図であり、図5(b)は、図5(a)のA線矢視図である。図5(a)では、上記シール部材74が仮想線(点線)で描かれている。第3連結リング23cは、ヘッド本体2のキャリア43に対して垂直に延びるリング垂直部50と、該リング垂直部50から径方向外側に延びつつ下方に傾斜するリング傾斜部51とを有する。
Fig.5 (a) is sectional drawing of the
リング傾斜部51の外周面51bは、リング傾斜部51の内周面51aとリング傾斜部51の先端51cで接続される。したがって、リング傾斜部51は、リング傾斜部51の先端51cに向かって徐々に細くなる断面形状を有している。内周面51aと外周面51bとが接続されるリング傾斜部51の先端51cは、曲面からなる断面形状(例えば、半円状の断面形状)を有している。この曲面の半径は、好ましくは、径方向における内部周壁の厚さと等しい。さらに、第3連結部材23cは、第3連結部材23cのリング傾斜部51の内周面51aから外周面51bまで延びる貫通孔51dを有している。さらに、リング傾斜部51の外周面51bには、該外周面51bの全周にわたって延びる環状のシール溝51eが形成されている。
An outer
図5(b)に示すように、第3連結リング23cのリング傾斜部51の内周面51aには、該内周面51aの周方向に延びる複数の横溝63と、隣接する横溝63を互いに連通させる複数の縦溝64とが形成されている。本実施形態では、流体ライン73の貫通孔73cは、リング傾斜部51の内周面51aに形成された横溝63に開口しており、貫通孔51dは、流体ライン73が開口する横溝63とは異なる横溝63に開口している。
As shown in FIG. 5B, on the inner
流体ライン73の貫通孔73cおよび貫通孔51dは、リング傾斜部51の内周面51aに形成された縦溝64にそれぞれ開口してもよい。図示はしないが、第3連結リング23cのリング傾斜部51の外周面51bには、該外周面51bの周方向に延びる複数の横溝と、隣接する横溝を互いに連通させる複数の縦溝とが形成されている。貫通孔51dは、リング傾斜部51の外周面51bに形成された横溝または縦溝に開口するのが好ましい。
The through holes 73 c and the through
図4に示す内部周壁14のシール突起54は、リング傾斜部51の外周面51bに形成されたシール溝51eに嵌め込まれる。弾性膜10をヘッド本体2に連結するときに、シール突起54は、該シール突起54の径方向外側に位置する連結リング23のリング傾斜部51の内周面51aによってシール溝51eの底面に押圧される。例えば、第2内部周壁14bの先端に形成されたシール突起54は、第1連結リング23aのリング傾斜部51の外周面51bに形成されたシール溝51eに嵌め込まれ、第2連結リング23bのリング傾斜部51の内周面51aによって、第1連結リング23aのシール溝51eの底面に押圧される。これにより、第2内部周壁14bと、第1連結リング23aのリング傾斜部51の外周面51bとの間の隙間、および第2内部周壁14bと、第2連結リング23bのリング傾斜部51の内周面51aとの間の隙間がシールされる。このような構成で、各圧力室16a〜16eに供給された流体が各圧力室16a〜16eから漏洩することが防止される。
The
図6は、連結リング23のリング傾斜部51の内周面51aに押圧突起51fが形成された一例を示す拡大断面図である。図6に示すように、連結リング23のリング傾斜部51の内周面51aに、シール溝51eに嵌め込まれたシール突起54に対向する環状の押圧突起51fを形成してもよい。押圧突起51fは、リング傾斜部51の内周面51aの全周にわたって延びる。押圧突起51fによって、シール突起54をシール溝51eの底面により強い押圧力で押圧することができる。その結果、各圧力室16a〜16eに供給された流体が各圧力室16a〜16eから漏洩することをより効果的に防止することができる。
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view showing an example in which the
図3に示すように、内部周壁14a〜14eは、それぞれ、連結リング23a〜23eとシール突起54でのみ接触する。すなわち、先端51cに向かって徐々に細くなる断面形状を有するリング傾斜部51と、シール突起54以外の内部周壁14との間には隙間が形成される。この隙間によって、各圧力室16a〜16fに加圧された流体を供給したときに、内部周壁14a〜14eが径方向に移動する(すなわち、シール突起54を支点として回動する)ことが許容される。その結果、各圧力室16a〜16fに供給される流体の圧力に応じて、弾性膜10を円滑に膨らませることができるので、研磨プロファイルを精密に調整することができる。
As shown in FIG. 3, the inner
上述したように、各圧力室16a〜16fに加圧された流体を供給すると、弾性膜10が膨らみ、内部周壁14a〜14fと当接部11との接続部分も径方向に移動する。しかしながら、内部周壁14a〜14eのシール突起54以外の部分では、内部周壁14a〜14eと連結リング23a〜23eとの間には上記隙間が形成されているので、内部周壁14a〜14eの径方向におけるある程度の移動は連結リング23a〜23eによって妨害されない。したがって、各圧力室16a〜16fに供給される流体の圧力に応じて、弾性膜10を膨らませることができる。
As described above, when the pressurized fluid is supplied to each of the
隣接する圧力室16にそれぞれ供給される流体の圧力差がある場合は、これら圧力室16を区画する内部周壁14が径方向に変形しようとする。しかしながら、連結リング23のリング傾斜部51の内周面51aまたは外周面51bによって、内部周壁14の径方向の変形が制限されるので、内部周壁が当接部11と接触することが効果的に防止され、同時に、隣接する内部周壁が互いに接触することが効果的に防止される。本実施形態では、連結リング23のリング傾斜部51の先端51cは曲面からなる断面形状を有している。したがって、内部周壁14がリング傾斜部51の先端51cに接触したときに、内部周壁14の損傷を防止することができる。
When there is a pressure difference between the fluids supplied to the adjacent pressure chambers 16, the inner peripheral wall 14 which divides the pressure chambers 16 tends to be deformed in the radial direction. However, since the radial deformation of the inner peripheral wall 14 is limited by the inner
上述したように、連結リング23は、リング傾斜部51の内周面51aおよび外周面51bに形成された横溝63と縦溝64と、内周面51aから外周面51bまで延び、かつ横溝63(または縦溝64)に開口する貫通孔51dとを有している。さらに、各圧力室16a〜16fに供給される流体が流れる流体ライン73の貫通孔73c(図4参照)は、横溝63に開口している。したがって、隣接する圧力室16にそれぞれ供給される流体の圧力差によって、内部周壁14が連結リング23のリング傾斜部51の内周面51aおよび/または外周面51bに接触しても、流体ライン73を流れる流体をリング傾斜部51に形成された横溝63と縦溝64、および貫通孔51dを介して圧力室16に素早くかつ円滑に供給することができる。その結果、内部周壁14が連結リング23のリング傾斜部51の内周面51aおよび/または外周面51bに接触している状態でも、流体ライン73から供給される流体の圧力を当接部11に速やかに作用させることができる。
As described above, the
本実施形態では、研磨ヘッド1は、傾斜周壁として形成された隣接する2つの内部周壁14を3つの連結リング23を介してヘッド本体2に同時に固定するための固定具70を有する。以下、この固定具70と、固定具70を用いて、弾性膜10が接続された連結リング23をヘッド本体2に固定する方法について説明する。
In the present embodiment, the polishing head 1 has a
図7(a)は、固定具70の上面図であり、図7(b)は、図7(a)のB−B線断面図である。図7(a)および図7(b)に示すように、固定具70は、円柱状の固定具本体71と、固定具本体71の外周面から外側に突出し、楕円形状を有するつば72とを備える。つば72は、2つの傾斜面72a,72bを有しており、これら傾斜面72a,72bは、それぞれつば72の外周面まで延びている。
Fig.7 (a) is a top view of the fixing
傾斜面72a,72bを除いたつば72の鉛直方向の厚みは、連結リング23のリング垂直部50に形成された係合溝(後述する)と同一である。固定具本体71の上面71aには、図示しない治具(例えば、マイナスドライバー)の先端が係合可能な溝71bが形成されている。溝71bに治具の先端を係合させ、さらに治具を回転させることにより、固定具70を回転させることができる。
The thickness in the vertical direction of the
次に、図7(a)および図7(b)に示す固定具70を用いて、3つの連結リング23を同時にヘッド本体2のキャリア43に固定する方法について説明する。3つの連結リング23をキャリア43に固定すると、2つの隣接する内部周壁14が同時にヘッド本体2に連結される。
Next, a method of simultaneously fixing the three connection rings 23 to the
以下の説明では、3つの連結リング23のうちの径方向内側に位置する連結リング23を内側連結リング23と称することがあり、3つの連結リング23のうちの径方向外側に位置する連結リング23を外側連結リング23と称することがあり、内側連結リング23と外側連結リング23との間に位置する連結リング23を中間連結リングと称することがある。また、傾斜周壁として構成された隣接する2つの内部周壁14のうちの径方向内側に位置する内部周壁14を内側傾斜周壁14と称することがあり、傾斜周壁として構成された隣接する2つの内部周壁14のうちの径方向外側に位置する内部周壁14を外側傾斜周壁14と称することがある。
In the following description, the
図8乃至図11は、図4に示す弾性膜10をヘッド本体2に連結するために、図7(a)および図7(b)に示す固定具70を用いて3つの連結リング23をキャリア43に同時に固定する各工程を示した模式図である。
FIGS. 8 to 11 show three coupling rings 23 as carriers by using the
図4に示す弾性膜10では、第2内部周壁14bが内側傾斜周壁14であり、第3内部周壁14cが外側傾斜周壁14である。第2内部周壁14bと第3内部周壁14cに対して、第1連結リング23aは内側連結リング23であり、第2連結リング23bは中間連結リング23であり、第3連結リング23cは外側連結リング23である。
In the
固定具70によって連結リング23a〜23cをキャリア43に固定することにより、第2内部周壁14bと第3内部周壁14cとがヘッド本体2に連結される。同様に、第4内部周壁14dは内側傾斜周壁14であり、第5内部周壁14eは外側傾斜周壁14である。第4内部周壁14dと第5内部周壁14eに対して、第3連結リング23cは内側連結リング23であり、第4連結リング23dは中間連結リング23であり、第5連結リング23eは外側連結リング23である。
By fixing the connection rings 23 a to 23 c to the
固定具70によって連結リング23c〜23eをキャリア43に固定することにより、第4内部周壁14dと第5内部周壁14eとがヘッド本体2に連結される。このように、第3連結リング23cは、第2内部周壁14bと第3内部周壁14cに対しては外側連結リング23であり、第4内部周壁14dと第5内部周壁14eに対しては内側連結リング23である。
By fixing the connection rings 23 c to 23 e to the
図8に示すように、ヘッド本体2のキャリア43の上面43cには、複数の固定具70がそれぞれ挿入される複数の第1凹部45が形成されている。各第1凹部45は、キャリア43の上面43cからキャリア43の下面43dに向かって延びている。第1凹部45は、該第1凹部45に挿入される固定具70のつば72が接触しないように、楕円形状の断面を有する。
As shown in FIG. 8, on the
さらに、キャリア43の下面43dには、内側連結リング23のリング垂直部50が挿入される環状の第2凹部46と、中間連結リング23のリング垂直部50が挿入される環状の第3凹部47と、外側連結リング23のリング垂直部50が挿入される第4凹部48が形成されている。第2凹部46、第3凹部47、および第4凹部48は、キャリア43の全周にわたって延びており、かつキャリア43の下面43dから上面43cに向かって延びている。
Furthermore, an annular
第1凹部45の径方向内側の内面には、内側開口96が形成されており、第1凹部45の径方向外側の内面には外側開口97が形成されている。第1凹部45は、内側開口96を介して第2凹部46と連通しており、かつ外側開口97を介して第4凹部48と連通している。第1凹部45に挿入された固定具70を回転させると、固定具70のつば72が内側開口96および外側開口97を通って、第2凹部46および第4凹部48の内部に突出する。
An
中間連結リング23は、内側連結リング23と外側連結リング23に挟まれることで、該内側連結リング23と外側連結リング23に保持される。例えば、中間連結リング23である第2連結リング23bは、内側連結リング23である第1連結リング23aと外側連結リング23である第3連結リング23cとに保持される。同様に、中間連結リング23である第4連結リング23dは、内側連結リング23である第3連結リング23cと外側連結リング23である第5連結リング23eとに保持される。
The
本実施形態では、中間連結リング23は、その外周面から外側に突出する環状の突出部30を有し、内側連結リング23は、突出部30が載置される環状の段差部31を有する。さらに、外側連結リング23は、その外周面から外側に突出する環状の突出部33を有し、中間連結リング23は、突出部33が載置される環状の段差部34を有する。第3連結リング23cは、第2内部周壁14bと第3内部周壁14cに対しては外側連結リング23として機能し、第4内部周壁14dと第5内部周壁14eに対しては内側連結リング23として機能するので、第3連結リング23cは、環状の突出部33と、環状の段差部31とを有している。
In the present embodiment, the
さらに、内側連結リング23のリング垂直部50には、固定具70のつば72が係合可能な内側係合溝36が形成されており、外側連結リング23のリング垂直部50には、固定具70のつば72が係合可能な外側係合溝37が形成されている。第3連結リング23cは、第2内部周壁14bと第3内部周壁14cに対しては外側連結リング23として機能し、第4内部周壁14dと第5内部周壁14eに対しては内側連結リング23として機能するので、第3連結リング23cは、内側係合溝36と外側係合溝37とを有している。
Further, the ring
内側連結リング23(例えば、第1連結リング23a)のリング傾斜部51の外周面に形成されたシール溝51eに内側傾斜周壁14(例えば、第2内部周壁14b)の先端に形成されたシール突起54が嵌め込まれる。中間連結リング23(例えば、第2連結リング23b)のリング傾斜部51の外周面に形成されたシール溝51eに外側傾斜周壁14(例えば、第3内部周壁14c)の先端に形成されたシール突起54が嵌め込まれる。さらに、中間連結リング23の突出部30を内側連結リング23の段差部31に載置させ、外側連結リング23の突出部33を中間連結リング23の段差部34に載置させる。この状態が図8に示されている。
A seal projection formed on the tip of the inner inclined peripheral wall 14 (for example, the second inner
図8に示すように、弾性膜10の第1内部周壁14aも傾斜周壁として構成されている。第1内部周壁14aは、追加連結リング23fに接続され、該追加連結リング23fをキャリア43に固定することによりヘッド本体2に連結される。より具体的には、追加連結リング23fは傾斜面53を有しており、傾斜面53には第1内部周壁14aの先端に形成されたシール突起54が嵌め込まれるシール溝53aが形成されている。
As shown in FIG. 8, the first inner
第1内部周壁14aは、該第1内部周壁14aのシール突起54が追加連結リング23fのシール溝53aに嵌め込まれた状態で、第1連結リング23aと追加連結リング23fとに挟まれ、これにより、第1内部周壁14aが第1連結リング23aと追加連結リング23fとに保持される。
The first inner
さらに、弾性膜10のエッジ周壁14fは傾斜部28を有している。この傾斜部28の先端には、シール突起54が形成されており、第5連結リング23eのリング傾斜部51の外周面51bには、このシール突起54が嵌め込まれるシール溝51eが形成されている。弾性膜10をヘッド本体2のキャリア43に連結する際は、弾性膜10の内部周壁14b〜14eおよびエッジ周壁14fを連結リング23a〜23eに予め保持させ、かつ内部周壁14aを追加連結リング23fに予め保持させる。
Furthermore, the edge
次いで、図9に示すように、弾性膜10、連結リング23a〜23e、および追加連結リング23fをキャリア43に向かって移動させ、各連結リング23a〜23eをキャリア43の下面43bに形成された凹部46,47,48(図8参照)に挿入する。図8に示すように、第3連結リング23cが挿入される凹部は、第2内部周壁14bおよび第3内部周壁14cに対しては第4凹部48である一方で、第4内部周壁14dおよび第5内部周壁14eに対しては第2凹部46である。
Next, as shown in FIG. 9, the
次いで、図10に示すように、キャリア43の上面43cに形成された第1凹部45に固定具70を挿入し、固定具70を治具(図示しない)によって回転させる。固定具70が回転すると、図11に示すように、固定具70のつば72が内側開口96および外側開口97を通って内側連結リング23のリング垂直部50に形成された内側係合溝36および外側連結リング23のリング垂直部50に形成された外側係合溝37にそれぞれ係合する。
Next, as shown in FIG. 10, the
図7(a)および図7(b)に示すように、固定具70のつば72には、2つの傾斜面72a,72bが形成されている。傾斜面72a,72bは、それぞれつば72の外周面まで延びている。この傾斜面72a,72bによって、つば72はスムーズに係合溝36,37に進入することができる。
As shown in FIGS. 7A and 7B, the
傾斜面72a,72bを除いたつば72の厚みは係合溝36,37の厚みと同一であるため、スムーズに係合溝36,37に進入したつば72は、係合溝36,37と強固に係合する。その結果、内側連結リング(例えば、第1連結リング23a)、外側連結リング(例えば、第3連結リング23c)がキャリア43に強固に固定される。このとき、内側連結リング23と外側連結リング23とに保持される中間連結リング23(例えば、第2連結リング23b)も内側連結リング23と外側連結リング23とに強固に連結される。
Since the thickness of the
同時に、内側傾斜周壁(例えば、第2内部周壁14b)のシール突起54が内側連結リング23のリング傾斜部51の外周面51bに形成されたシール溝51eに、中間連結リング23のリング傾斜部51の内周面51aによって押し付けられ、外側傾斜周壁(例えば、内部周壁14c)のシール突起54が中間連結リング23のリング傾斜部51の外周面51bに形成されたシール溝51eに、外側連結リング23のリング傾斜部51の内周面51aによって押し付けられる。
Simultaneously, in the
これにより、内側傾斜周壁14と内側連結リング23aとの間の隙間、および内側傾斜周壁14と中間連結リング23との間の隙間がシールされ、外側傾斜周壁14と中間連結リング23との間の隙間、および外側傾斜周壁14と外側連結リング23との間の隙間がシールされる。図6を参照して説明されたように、連結リング23のリング傾斜部51の内周面51aに、シール突起54をシール溝51eに押圧する押圧突起51fを形成してもよい。
Thereby, the gap between the inner inclined circumferential wall 14 and the
エッジ周壁14fのシール突起54は、キャリア43の下面に形成された傾斜部43e(図8参照)によって第5連結リング23eのリング傾斜部51の外周面51bに形成されたシール溝51eに押し付けられ、これにより、エッジ周壁14fと第5連結リング23eとの間の隙間、およびエッジ周壁14fとキャリア43との間の隙間がシールされる。
The
本実施形態では、追加連結リング23fは、複数のねじ94によってキャリア43に固定される。キャリア43には、ねじ94が挿入される貫通孔43f(図8参照)が形成されており、追加連結リング23fには、その上面から下面に向かって延びるねじ孔56が形成されている。ねじ94を貫通孔43fに挿入して、ねじ94をねじ孔56に螺合させることにより、追加連結リング23fが強固にキャリア43に固定される。
In the present embodiment, the
以下に説明する実施形態では、複数の周壁14a〜14fを区別せずに単に複数の周壁14と称することがあり、複数の連結リング23a〜23fを区別せずに単に複数の連結リング23と称することがあり、複数の圧力室16a〜16fを区別せずに単に複数の圧力室16と称することがある。
In the embodiment described below, the plurality of
次に、弾性膜10のヘッド本体2への組み付けの詳細について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態において、弾性膜10をヘッド本体2に組み付ける工程とは、弾性膜10を複数の連結リング23に接続し、この状態で、連結リング23をキャリア43に密着させる工程を意味する。
Next, details of the assembly of the
弾性膜10をヘッド本体2に組み付けるために、弾性膜10の周壁14に形成されたシール突起54を連結リング23に形成されたシール溝51eに嵌め込み、連結リング23をキャリア43に密着する。弾性膜10のヘッド本体2への組み付けによって、内部周壁(隔壁)14a〜14eおよびエッジ周壁(側壁)14fを含む弾性膜10の周壁14は、それぞれ独立した圧力室16を形成する。連結リング23a〜23fのキャリア43への密着によって、キャリア43に形成された流体ライン73と圧力室16とが貫通孔73b,73cを介して接続される。
In order to assemble the
連結リング23のキャリア43への固定には、固定具70が用いられる。複数の連結リング23は、各連結リング23とキャリア43との間に隙間が形成されるようにキャリア43に嵌合される。これら複数の連結リング23は、固定具70の回転によりキャリア43側に引き寄せられる。このようにして、固定具70は、その回転により複数の連結リング23を引き上げつつ、連結リング23をキャリア43に密着固定する。
A fixing
しかしながら、連結リング23の引き上げによって連結リング23をキャリア43に密着固定すると、連結リング23には、固定具70による局所的な引き上げ力が作用する。したがって、連結リング23は、固定具70による局所的な引き上げ力に耐えられず、破損するおそれがある。また、連結リング23のみならず、固定具70も破損するおそれがある。
However, when the
図12(a)乃至図12(c)は、大気圧状態において、ヘッド本体2に組み付けられた弾性膜10を示す断面図である。図12(a)は弾性膜10の任意断面Aを示しており、図12(b)は弾性膜10の任意断面Bを示しており、図12(c)は弾性膜10の任意断面Cを示している。これら任意断面A〜Cは弾性膜10の異なる断面を表している。
FIGS. 12 (a) to 12 (c) are cross-sectional views showing the
上述したように、弾性膜10は柔軟な材質で形成されているため、弾性膜10をヘッド本体2に組み付ける際に、弾性膜10の変形具合にはばらつきが生じることがある。図12(a)では、周壁14fの傾斜部28は連結リング23eに近接する方向に変形しており、周壁14eの傾斜部(周壁本体55)は連結リング23eに近接する方向に変形しており、周壁14dの傾斜部(周壁本体55)は連結リング23cに近接する方向に変形している。図12(b)では、周壁14fの傾斜部28はキャリア43に近接する方向に変形している。図12(c)では、周壁14fの傾斜部28は連結リング23eに近接する方向に変形しており、周壁14dの傾斜部(周壁本体55)は連結リング23cに近接する方向に変形している。
As described above, since the
弾性膜10の変形具合のばらつき、すなわち、弾性膜10の変形の不均一性は、研磨レートの均一性に影響を及ぼすおそれがある。したがって、弾性膜10をヘッド本体2に組み付ける際に、弾性膜10の周壁14の変形を周方向で均一にすることが求められている。
The variation in the degree of deformation of the
そこで、以下の実施形態では、組み付けシステム200について説明する。組み付けシステム200は、弾性膜10の変形具合のばらつきを解消することができ、かつ連結リング23(および/または固定具70)を破損することなく、弾性膜10をヘッド本体2に組み付けることができる。
Therefore, in the following embodiment, an
図13は、弾性膜10をヘッド本体2に組み付けるための組み付けシステム200を示す概略斜視図である。組み付けシステム200は、弾性膜10の各圧力室16を加圧または減圧する流体移送装置250と、連結リング23をキャリア43に密着させる組み付け治具201とを備えている。
FIG. 13 is a schematic perspective view showing an
組み付け治具201は、弾性膜10およびヘッド本体2が収容可能な大きさを有する収容凹部202aが形成された治具ベース202と、キャリア43が取り付け可能であり、かつ収容凹部202aを閉塞可能な円盤状の治具プレート203と、キャリア43と治具プレート203とを締結可能な締結具204と、複数の連結リング23とキャリア43との間に隙間が形成された状態で収容凹部202aに収容された複数の連結リング23とキャリア43とが互いに密着するまで、治具プレート203を治具ベース202に近接させるクランパ205とを備えている。
The
図13では、単一の締結具204が描かれているが、治具プレート203およびキャリア43は複数の(本実施形態では、2つの)締結具204により固定可能である。治具プレート203は、キャリア43が複数の締結具204によって治具プレート203に固定された状態で、治具ベース202にセットされる。これら複数の締結具204は、治具プレート203の円周方向に沿って等間隔に配置されている。
Although a
クランパ205は、治具プレート203を治具ベース202に連結することができ、各圧力室16の加圧に起因するキャリア43の浮き上がりを防止することができる。図13では、単一のクランパ205が描かれているが、治具プレート203および治具ベース202は複数の(本実施形態では、4つの)クランパ205により連結される。これら複数のクランパ205は、治具プレート203の円周方向に沿って等間隔に配置されている。
The
図14は、組み付けシステム200の部分断面図である。図14では、ヘッド本体2および組み付け治具201は断面で描かれており、シール部材44,74の図示は省略されている。円盤状の治具プレート203には、ヘッド本体2に形成され、かつ複数の圧力室16のそれぞれに連通する貫通孔73(より具体的には、貫通孔73b,73c)と連通可能な複数の連通孔203aが形成されている。連通孔203aの数は、圧力室16の数に対応している。
FIG. 14 is a partial cross-sectional view of the
流体移送装置250は、各連通孔203aに接続可能な流体移送管251と、流体移送管251に接続された流体装置252とを備えている。流体装置252は、各圧力室16への加圧流体の供給によって各圧力室16を加圧する圧縮装置、または各圧力室16内の流体の吸引によって各圧力室16を減圧する真空装置である。
The
流体移送管251には、さらに、流体移送管251を通過する流体の圧力を計測する圧力計253と、流体移送管251を通過する流体の流量を計測する流量計254と、流体移送管251の流路を開閉する開閉バルブ255と、圧力レギュレータ256が接続されている。流体移送装置250は、これら圧力計253、流量計254、開閉バルブ255、および圧力レギュレータ256を備えている。
The
圧力レギュレータ256は流体装置252に隣接して配置されており、開閉バルブ255は圧力レギュレータ256に隣接して配置されている。流量計254は開閉バルブ255に隣接して配置されており、圧力計253は流量計254に隣接して配置されている。
The
流体移送管251は、その途中で分岐しており、継手210を介して各連通孔203aに接続されている。流体装置252が圧縮装置である場合、流体装置252を動作させると、加圧流体は流体移送管251を通じて各圧力室16に供給され、各圧力室16は加圧される。流体装置252が真空装置である場合、流体装置252を動作させると、各圧力室16の流体は吸引され、各圧力室16は減圧される。
The
図14に示すように、複数の連結リング23は、各連結リング23とキャリア43との間に隙間が形成されるように、キャリア43に嵌合されており、複数の連結リング23には弾性膜10が接続されている。治具プレート203が治具ベース202にセットされたとき、治具ベース202の収容凹部202aには、弾性膜10およびヘッド本体2(より具体的には、複数の連結リング23およびキャリア43)が収容され、治具プレート203は、治具ベース202の収容凹部202aを閉塞する。
As shown in FIG. 14, the plurality of connection rings 23 are fitted to the
治具ベース202は、エッジ周壁14fの径方向外側への膨らみを抑制するための周壁(内周壁)202bを備えている。治具プレート203は、弾性膜10および治具ベース202が同心状に配置されるように、すなわち、エッジ周壁14fの円心と治具ベース202の周壁202bの円心とが合うように、治具ベース202にセットされる。
The
弾性膜10は各圧力室16の加圧によって膨らみ、エッジ周壁14fの外面は治具ベース202の周壁202bに接触する。弾性膜10の膨らみはウェハWの研磨特性に影響を及ぼすため、治具ベース202の内径は、ウェハWの最適な研磨特性が得られるように決定される。言い換えれば、治具ベース202の周壁202bと、周壁202bに隣接するエッジ周壁14fの外面との間の隙間は、弾性膜10の変形量(膨張量)が所定の量になるように決定される。
The
加圧流体がエッジ圧力室16fに供給されると、弾性膜10のエッジ周壁14fは、外側に膨張する。特に、エッジ周壁14fが過剰に膨張すると、エッジ周壁14fのシール突起54がシール溝51eから外れ、外側に飛び出してしまうおそれがある。治具ベース202の周壁202bは、シール突起54の飛び出しの対策として有効に機能する。
When the pressurized fluid is supplied to the
一実施形態では、組み付け治具201は、周壁202bとエッジ周壁14fとの間に配置された環状のスペーサ(膨張調整部材)220を備えてもよい。図15はスペーサ220を示す断面図である。図15に示すように、スペーサ220を配置することにより、治具ベース202の内径を変更することなく、弾性膜10の変形量を決定することができる。組み付け治具201は、厚さの異なる複数のスペーサ220を備えてもよい。この場合、作業者は、複数のスペーサ220の中からウェハWの研磨条件に応じて、任意の厚さを有するスペーサ220を選択することができる。
In one embodiment, the
図16は、弾性膜10をヘッド本体2に組み付ける工程を示す図である。図16の工程1に示すように、まず、弾性膜10を複数の連結リング23に接続する。弾性膜10は、シリコンゴムなどの弾性変形可能な弾性体から形成されている。したがって、弾性膜10を複数の連結リング23に取り付ける際には、作業者は、各連結リング23に対応する弾性膜10の周壁14を手で変形させて、弾性膜10を複数の連結リング23に接続する。
FIG. 16 is a view showing a process of assembling the
弾性膜10の複数の周壁14の端部のそれぞれには、全周に亘ってシール突起54が設けられている。作業者は、各周壁14のシール突起54を各連結リング23に設けられたシール溝51eに嵌合させる。シール突起54のシール溝51eへの組み付け性を向上させるため、シール溝51eはシール突起54よりも大きな大きさを有している。したがって、シール突起54がシール溝51eに嵌合された状態では、シール突起54は、シール溝51eに対して自由に回転することができる。
At each of the end portions of the plurality of peripheral walls 14 of the
すべてのシール突起54がシール溝51eに嵌合されて、弾性膜10が複数の連結リング23に接続された後、作業者は、連結リング23をキャリア43に嵌合させる(図16の工程2参照)。このとき、複数の連結リング23とキャリア43との間には隙間が形成されている。
After all the
その後、複数の連結リング23が取り付けられたキャリア43を締結具204によって治具プレート203に固定する(図16の工程3参照)。キャリア43および治具プレート203には、それぞれ、締結具204が挿入可能な孔(ねじ孔または貫通孔)が形成されており、孔に挿入された締結具204を締め付けることにより、キャリア43は治具プレート203に固定される。キャリア43の治具プレート203への固定により、治具プレート203に形成された連通孔203aおよびヘッド本体2に形成された貫通孔73b,73cは連通する。このとき、各圧力室16は大気圧状態である。本実施形態では、締結具204は、ねじまたはボルトから構成された締め付け具である。
Thereafter, the
治具プレート203は、弾性膜10およびヘッド本体2が治具ベース202の収容凹部202aに配置されるように、治具ベース202にセットされる(図16の工程4参照)。その後、作業者は、治具プレート203を治具ベース202にクランパ205によって連結する。本実施形態では、クランパ205は、ねじまたはボルトから構成された締め付け具である。
The
図17は、クランパ205の他の実施形態を示す図である。クランパ205は、複数のエアシリンダ235と、これら複数のエアシリンダ235を保持する保持部材236とを備えてもよい。図17では、流体移送装置250の図示は省略されている。これら複数のエアシリンダ235は同一の構造を有しているため、以下、単一のエアシリンダ235について説明する。
FIG. 17 is a view showing another embodiment of the
図17に示すように、エアシリンダ235は、治具プレート203に接続されたピストンロッド235aと、シリンダ本体235bとを備えている。ピストンロッド235aの先端は治具プレート203に固定されている。シリンダ本体235bの内部空間は、ピストンロッド235aにより、2つの圧力室に分けられており、シリンダ本体235bには、図示しない気体移送ラインが接続されている。この気体移送ラインは、気体供給源(図示しない)に接続されている。ピストンロッド235aは、圧縮気体のピストン本体235bへの供給により、治具プレート203を下方向(治具ベース202に近接する方向)に付勢可能である。
As shown in FIG. 17, the
ピストン本体235bは保持部材236に保持されており、保持部材236の両端は治具ベース202に固定されている。このような構造により、ピストンロッド235aは、圧縮気体の供給により治具プレート203を下方向に付勢することができ、治具プレート203を治具ベース202に近接させることができる。図17では、クランパ205は、複数の(本実施形態では、3つの)エアシリンダ235を備えているが、エアシリンダ235の数は本実施形態には限定されない。
The piston
気体移送ラインには、開閉バルブ(図示しない)が接続されてもよい。開閉バルブは、その開閉によってピストンロッド235aの付勢力を制御することができ、クランパ205のクランプ力(治具プレート203を治具ベース202に近接させる力)を容易に調整することができる。複数のシリンダ本体235bに共通の気体移送ラインおよび共通の開閉バルブを接続することにより、複数のクランパ205のクランプ力を共通化することができ、クランプ力を容易に管理することができる。
An on-off valve (not shown) may be connected to the gas transfer line. The on-off valve can control the biasing force of the
図示しないが、クランパ205は、メンテナンス性を考慮したワンタッチ式クランプ構造体であってもよい。例えば、クランパ205は、治具プレート203に取り付けられた引っ掛け部材と、治具ベース202に取り付けられ、かつ引っ掛け部材に連結可能なフック部材とを備えている。作業者は、引っ掛け部材をフック部材に引っ掛け、この状態で、引っ掛け部材を操作することにより、治具プレート203を治具ベース202に近接させることができる。
Although not shown, the
図14に戻り、治具プレート203および治具ベース202には、クランパ205が挿入可能な孔が形成されており、孔にクランパ205を挿入し、さらに必要に応じて仮締めすることにより、治具プレート203は治具ベース202に連結される。
Referring back to FIG. 14, the
図16の工程4の後、継手210を介して流体移送装置250の流体移送管251を治具プレート203に接続する(図16の工程5参照)。圧縮装置としての流体装置252は、その動作によって、流体移送管251、連通孔203a、および貫通孔73b,73cを通じて、加圧流体を各圧力室16に供給する。結果として、各圧力室16は加圧状態となる(図16の工程6参照)。各圧力室16に供給される加圧流体の圧力は、0.2〜7PSI(1.379〜48.265kPa)の範囲内で圧力レギュレータ256によって調整される。
After step 4 of FIG. 16, the
このとき、複数の連結リング23は、各連結リング23とキャリア43との間に隙間が形成されるように、キャリア43に嵌合されている。言い換えれば、複数の連結リング23はキャリア43には密着していない。弾性膜10のシール突起54は、連結リング23およびキャリア43の少なくとも1つに接触しているので、加圧流体が各圧力室16に供給されても、加圧流体の漏れ量は非常に少ない。
At this time, the plurality of connection rings 23 are fitted to the
弾性膜10は、加圧流体の各圧力室16への供給により外側(より具体的には、キャリア43から離間する方向)に膨らむ。治具ベース202と弾性膜10の下面との間に隙間が形成されていれば、弾性膜10は、その下方向にも膨らむ。弾性膜10の内部周壁14は、隣接する圧力室16に供給される加圧流体の圧力によって圧縮される。
The
複数の圧力室16を加圧した状態で、クランパ205を回転させて、治具プレート203を治具ベース202に近接させる。クランパ205は、その回転により、治具プレート203を介してキャリア43および連結リング23を治具ベース202の下面(すなわち、収容凹部202aの表面)に近接する方向に移動させる。結果として、クランパ205は、連結リング23の下端を、弾性膜10を介して治具ベース202の下面に押し付ける。連結リング23が治具ベース202の下面に押し付けられると、連結リング23とキャリア43との間の隙間がなくなる。結果として、連結リング23はキャリア43に密着される(図16の工程7参照)。
In a state where the plurality of pressure chambers 16 are pressurized, the
図14に示す実施形態では、連結リング23c,23dの下端、すなわち、リング傾斜部51の先端51c(図6参照)は、連結リング23eの下端よりも下方に位置しているため、連結リング23c,23dは、クランパ205によって弾性膜10を介して治具ベース202の下面に押し付けられる。連結リング23eの環状の突出部33(図8参照)は連結リング23dの環状の段差部34(図8参照)上に載置されており、連結リング23eは連結リング23c,23dに接続されている。したがって、連結リング23eも他の連結リング23c,23dとともにキャリア43に密着される。
In the embodiment shown in FIG. 14, the lower ends of the connection rings 23c and 23d, that is, the
図14に示すように、治具プレート203を治具ベース202にセットしたときの治具プレート203と治具ベース202との間の距離は、連結リング23とキャリア43との間に形成された隙間の距離よりも大きい。治具プレート203と治具ベース202との間の距離は、さらに、連結リング23c,23dの下端と治具ベース202の下面との間の距離よりも大きい。治具ベース202の下面(より具体的には、収容凹部202aの下面)と治具ベース202の上端との間の距離は、連結リング23がキャリア43に密着された状態における連結リング23の下端とキャリア43の上端との間の距離と同じか、または小さい。したがって、複数の連結リング23は、治具プレート203の治具ベース202への近接によって、治具ベース202の下面に押し付けられ、キャリア43に密着することができる。
As shown in FIG. 14, when the
キャリア43、複数の連結リング23、および弾性膜10は、治具プレート203と治具ベース202との間に挟まれ、複数の連結リング23は弾性膜10を介して治具ベース202の下面に押し付けられる。したがって、弾性膜10の損傷を確実に防止するために、組み付け治具201は、収容凹部202aに配置され、弾性膜10の下面に接触可能な緩衝部材(クッション)230をさらに備えてもよい(図18参照)。緩衝部材230は、ゴムなどの弾性部材から構成されており、緩衝部材230の硬度は、弾性膜10の硬度と同一であるか、または弾性膜10の硬度よりも低い。
The
本実施形態では、連結リング23eの下端は、他の連結リング23a〜23d,23fの下端よりも上方に位置している。図19は、緩衝段部230aを備えた緩衝部材230を示す図である。図19に示すように、緩衝部材230は、その上面に形成された環状の緩衝段部230aをさらに備えてもよい。このように、緩衝部材230は緩衝段部230aを備えているため、各連結リング23の下端と緩衝部材230との間の距離は同一である。したがって、クランパ205は、すべての連結リング23に対してクランプ力を均一に伝達することができる。
In the present embodiment, the lower end of the
図20は圧力室16の加圧による弾性膜10の変形状態を示す図である。図20に示すように、各圧力室16に供給された加圧流体(図20の矢印参照)の圧力によって弾性膜10の形状的な不均一性が軽減される。より具体的には、弾性膜10の内部周壁14は、隣接する圧力室16に供給された加圧流体の圧力によって圧縮されるため、内部周壁14の姿勢は正され、内部周壁14の変形具合のばらつきが解消される。さらに、弾性膜10のエッジ周壁14fは、外側に向かって均一に変形し、エッジ周壁14fの変形具合のばらつきが解消される。このようにして、弾性膜10の周壁14全体の周方向における変形具合のばらつきは解消される。
FIG. 20 is a view showing a deformed state of the
複数の連結リング23は、各圧力室16に加圧流体が供給された状態で、すなわち、弾性膜10の周壁14全体の変形具合のばらつきが解消された状態でキャリア43に密着される。したがって、弾性膜10がウェハWを研磨する状態において最適な形状となるように、すなわち、弾性膜10の変形具合のばらつきが解消された状態で弾性膜10をヘッド本体2に組み付けることができる。
The plurality of connection rings 23 are in close contact with the
図21は、弾性膜10の変形具合のばらつきが解消された状態でヘッド本体2に組み付けられた弾性膜10を示す図である。本実施形態によれば、図21に示すように、弾性膜10の変形具合のばらつきを解消することができるため、ウェハWに対する押圧力を均一化することができ、結果として、研磨レートの均一性を向上することができる。
FIG. 21 is a view showing the
流体装置252は各圧力室16を減圧する真空装置であってもよい。真空装置としての流体装置252を動作させて、各圧力室16を減圧した状態で弾性膜10をヘッド本体2に組み付けても弾性膜10の変形具合のばらつきを解消することができる。
The
各圧力室16に供給される加圧流体の圧力は、圧力室16ごとに変化させてもよい。特に、各圧力室16に供給される加圧流体の圧力が同一である場合、内部周壁14は隣接する圧力室16に供給される加圧流体の同一の圧力を受けるため、内部周壁14の形状の変形具合の修正が行われにくい場合がある。そこで、圧力室16ごとに異なる圧力の加圧流体を供給する。 The pressure of the pressurized fluid supplied to each pressure chamber 16 may be changed for each pressure chamber 16. In particular, when the pressure of the pressurized fluid supplied to each pressure chamber 16 is the same, the inner circumferential wall 14 receives the same pressure of the pressurized fluid supplied to the adjacent pressure chamber 16, so the shape of the inner circumferential wall 14 It may be difficult to correct the degree of deformation of. Therefore, pressurized fluid of different pressure is supplied to each pressure chamber 16.
図22は、流体移送装置250の他の実施形態を示す図である。図22に示すように、流体移送装置250は複数の流体移送管251を備えており、これら複数の流体移送管251のそれぞれには、流体装置252、圧力計253、流量計254、開閉バルブ255、および圧力レギュレータ256が接続されている。このような構成により、各圧力室16に供給される加圧流体の圧力を圧力室16ごとに変化させることができる。
FIG. 22 illustrates another embodiment of a
圧力室16ごとに加圧流体の圧力を変化させると、複数の圧力室16に供給される加圧流体の圧力に圧力差が生じる。図23は、圧力室16ごとに加圧流体の圧力を変化させたときの弾性膜10の変形状態を示す図である。図23において、圧力室16eに供給された加圧流体の圧力は圧力室16fに供給された加圧流体の圧力よりも大きい(図23の矢印参照)。
When the pressure of the pressurized fluid is changed for each pressure chamber 16, a pressure difference is generated in the pressure of the pressurized fluid supplied to the plurality of pressure chambers 16. FIG. 23 is a view showing a deformed state of the
図23に示すように、圧力室16eと圧力室16fとを区画する弾性膜10の内部周壁14eは、低圧状態の圧力室16fに向かって変形するため、大気圧状態における弾性膜10の固有の曲がり(くせ)を除去することができる。
As shown in FIG. 23, the inner
図24は、圧力室16ごとに加圧流体の圧力を変化させた状態でヘッド本体2に組み付けられた弾性膜10を示す図である。図24に示すように、複数の圧力室16に供給される加圧流体の圧力に圧力差が生じた状態で、連結リング23をキャリア43に密着させることにより、ヘッド本体2に組み付けられた弾性膜10の内部周壁14d,14eの形状に変化を生じさせることができる。
FIG. 24 is a view showing the
図22に示すように、流体移送装置250が複数の流体装置252を備えている場合、これら複数の流体装置252のいずれかを真空装置としてもよい。このような構成により、例えば、隣接する2つの圧力室16において、一方の圧力室16を加圧し、他方の圧力室16を減圧することができる。このようにして、隣接する圧力室16の圧力差を大きくすることができるため、隣接する圧力室16を区画する弾性膜10の内部周壁14の形状は大きく変形することができる。
As shown in FIG. 22, when the
一実施形態では、流体装置252と別個の流体装置が接続された分岐管を、切り替え弁を介して流体移送管251に接続してもよい。この場合、1つの流体移送管251には、2つの流体装置252、すなわち、圧縮装置および真空装置が接続される。
In one embodiment, a branch pipe connected to a fluid device separate from the
図25は、固定具70によって複数の連結リング23をキャリア43に固定する様子を示す図である。弾性膜10をヘッド本体2に組み付けた後、すなわち、図16の工程7の後、治具プレート203に形成され、かつ第1凹部45に連通する挿入孔203bを通じて固定具70を第1凹部45に挿入する。治具プレート203に形成された挿入孔203bは第1凹部45と同一形状を有している。複数の連結リング23は、固定具70の回転によって、キャリア43に強固に固定される(図16の工程8参照)。
FIG. 25 is a view showing how the plurality of connection rings 23 are fixed to the
図16の工程9に示すように、弾性膜10のシール突起54のシール性を確認するため、各圧力室16に加圧流体を供給し、各流体移送管251に設けられた各流量計254でリーク流量を確認してもよい。このようなリーク流量の確認により、弾性膜10のヘッド本体2への組み付け性の健全性を確認することができる。このリーク試験を実施す際には、作業者は、圧力室16ごとに加圧流体を供給して、加圧流体の流量が規定値以下であることを確認する。
As shown in
複数の連結リング23は、治具プレート203の治具ベース202への近接により、キャリア43に密着する。したがって、複数のシール突起54は、それぞれ、複数の連結リング23およびキャリア43が固定具70で固定されていない状態において、複数のシール溝51eに押圧される。すなわち、シール突起54は、治具プレート203を治具ベース202に近接させるときのクランパ205のクランプ力により、シール溝51eに押圧される。
The plurality of connection rings 23 are in close contact with the
組み付け治具201は、複数の連結リング23をキャリア43に密着させることができるクランパ205を備えており、クランパ205は、治具プレート203の治具ベース202への近接により連結リング23をキャリア43に密着させることができる。本実施形態によれば、固定具70を用いることなく、複数の連結リング23をキャリア43に密着することができる。したがって、複数の連結リング23を固定具70の回転によってキャリア43側に引き寄せる必要はなく、固定具70は、容易に複数の連結リング23をキャリア43に固定することができる。
The assembling
本実施形態によれば、組み付け治具201と流体移送装置250とを組み合わせることにより、弾性膜10のヘッド本体2への固定の最適化と連結リング23および/または固定具70の破損を防止する効果を得ることができる。
According to the present embodiment, by combining the
弾性膜10がヘッド本体2に組み付けられ、複数の連結リング23が固定具70によってキャリア43に固定された後、ヘッド本体2と、フランジ41、スペーサ42、およびリテーナリング3を含む研磨ヘッド1の構成要素とを組み立てることにより、研磨ヘッド1の全体が組み立てられる。
After the
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。 The embodiments described above are described for the purpose of enabling one skilled in the art to which the present invention belongs to to practice the present invention. Various modifications of the above-described embodiment can naturally be made by those skilled in the art, and the technical idea of the present invention can be applied to other embodiments. Accordingly, the present invention is not limited to the described embodiments, but is to be construed in the broadest scope in accordance with the technical concept defined by the claims.
1 基板保持装置(研磨ヘッド)
2 ヘッド本体
3 リテーナリング
10 弾性膜(メンブレン)
11 当接部
14a,14b,14c,14d,14e,14f 周壁
16a,16b,16c,16d,16e,16f 圧力室
17 通孔
18 研磨テーブル
19 研磨パッド
23a,23b,23c,23d,23e,23f 連結リング
25 研磨液供給ノズル
27 ヘッドシャフト
33 突出部
34 段差部
36,37 係合溝
40 制御装置
45 第1凹部
46 第2凹部
47 第3凹部
48 第4凹部
50 リング垂直部
51 リング傾斜部
51d シール溝
54 シール突起
55 周壁本体(傾斜部)
60 リテーナリング押圧機構
70 固定具
71 固定具本体
72 つば
81 上下動機構
82 ロータリージョイント
85 球面軸受
94 ねじ
200 組み付けシステム
201 組み付け治具
202 治具ベース
202a 収容凹部
202b 周壁
203 治具プレート
203a 連通孔
203b 挿入孔
204 締結具
205 クランパ
210 継手
220 スペーサ
230 緩衝部材
230a 緩衝段部
235 エアシリンダ
235a ピストンロッド
235b ピストン本体
236 保持部材
250 流体移送装置
251 流体移送管
252 流体装置
253 圧力計
254 流量計
255 開閉バルブ
256 圧力レギュレータ
1 Substrate holding device (polishing head)
2
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記複数の圧力室を加圧または減圧した状態で、前記弾性膜を前記ヘッド本体に組み付けることを特徴とする方法。 A method of assembling an elastically deformable elastic film in which a plurality of pressure chambers for pressing a substrate are formed on a head body,
A method of assembling the elastic film to the head body in a state where the plurality of pressure chambers are pressurized or depressurized.
前記複数のシール突起を前記ヘッド本体に形成された複数のシール溝にそれぞれ嵌め込む工程とを備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。 Preparing the elastic membrane including a plurality of peripheral walls forming the plurality of pressure chambers, and a plurality of sealing protrusions formed on end portions of the plurality of peripheral walls;
The method according to claim 1, further comprising: fitting the plurality of sealing protrusions into a plurality of sealing grooves formed in the head body.
前記複数のシール突起を前記複数のシール溝にそれぞれ嵌め込んで、前記弾性膜を前記複数の連結リングに接続する工程と、
前記複数の連結リングと前記キャリアとを互いに密着させて、前記複数のシール突起を前記複数のシール溝にそれぞれ押圧する工程とを備えることを特徴とする請求項2に記載の方法。 Preparing the head body including a plurality of connection rings in which the plurality of seal grooves are respectively formed, and a carrier to which the plurality of connection rings can be closely attached;
Fitting the plurality of seal protrusions into the plurality of seal grooves to connect the elastic film to the plurality of connection rings;
3. The method according to claim 2, further comprising: bringing the plurality of connection rings and the carrier into close contact with each other and pressing the plurality of seal protrusions into the plurality of seal grooves.
前記弾性膜を前記ヘッド本体に組み付ける工程は、前記流体移送管に接続された圧縮装置または真空装置の動作によって、前記複数の圧力室を加圧または減圧した状態で行われることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の方法。 Connecting a fluid transfer pipe to a through hole formed in the head body and communicating with each of the plurality of pressure chambers;
The step of assembling the elastic membrane to the head body is performed in a state where the plurality of pressure chambers are pressurized or depressurized by the operation of a compression device or a vacuum device connected to the fluid transfer pipe. The method according to any one of Items 1 to 3.
前記弾性膜が接続可能な複数の連結リングと、前記複数の連結リングが密着可能なキャリアとを備える前記ヘッド本体を用意する工程と、
前記弾性膜および前記ヘッド本体が収容可能な大きさを有する収容凹部が形成された治具ベースと、前記収容凹部を閉塞可能な治具プレートとを用意する工程と、
前記弾性膜を前記複数の連結リングに接続する工程と、
前記複数の連結リングと前記キャリアとの間に隙間を形成しつつ前記複数の連結リングを前記キャリアに嵌合する工程と、
前記複数の連結リングが嵌合された前記キャリアを前記治具プレートに取り付ける工程と、
前記弾性膜、前記複数の連結リング、および前記キャリアが前記収容凹部に収容された状態で、前記治具プレートで前記収容凹部を閉塞する工程と、
前記複数の連結リングと前記キャリアとが互いに密着するまで、前記治具プレートを前記治具ベースに近接させる工程とを備えることを特徴とする方法。 A method of assembling an elastically deformable elastic film in which a plurality of pressure chambers for pressing a substrate are formed on a head body,
Preparing the head body including a plurality of connection rings to which the elastic film can be connected, and a carrier to which the plurality of connection rings can be closely attached;
Providing a jig base having a receiving recess having a size capable of receiving the elastic film and the head main body, and a jig plate capable of closing the receiving recess.
Connecting the elastic membrane to the plurality of connection rings;
Fitting the plurality of connection rings to the carrier while forming a gap between the plurality of connection rings and the carrier;
Attaching the carrier to which the plurality of coupling rings are fitted to the jig plate;
Closing the receiving recess with the jig plate in a state where the elastic film, the plurality of connection rings, and the carrier are received in the receiving recess;
And D. bringing the jig plate into proximity with the jig base until the plurality of connection rings and the carrier are in close contact with each other.
前記複数の連結リングに形成された複数のシール溝に前記複数のシール突起を嵌合する工程とを備え、
前記治具プレートを前記治具ベースに近接させる工程は、前記複数のシール突起が前記複数のシール溝にそれぞれ押圧されるまで行われることを特徴とする請求項5に記載の方法。 Preparing the elastic membrane including a plurality of peripheral walls forming the plurality of pressure chambers, and a plurality of sealing protrusions formed on end portions of the plurality of peripheral walls;
Fitting the plurality of seal projections into a plurality of seal grooves formed in the plurality of connection rings,
The method according to claim 5, wherein the step of bringing the jig plate close to the jig base is performed until the plurality of seal protrusions are respectively pressed by the plurality of seal grooves.
前記流体移送管に接続された圧縮装置または真空装置を動作させて、前記複数の圧力室を加圧または減圧する工程とを備えることを特徴とする請求項5または6に記載の方法。 A fluid transfer pipe is connected to the communication hole in a state in which the communication hole formed in the jig plate and the through hole formed in the head main body and communicating with each of the plurality of pressure chambers are communicated with each other The process to
The method according to claim 5 or 6, further comprising the step of operating a compressor or a vacuum device connected to the fluid transfer pipe to pressurize or depressurize the plurality of pressure chambers.
前記組み付け治具は、
前記弾性膜および前記ヘッド本体が収容可能な大きさを有する収容凹部が形成された治具ベースと、
前記キャリアが取り付け可能であり、かつ前記収容凹部を閉塞可能な治具プレートと、
前記キャリアと前記治具プレートとを締結可能な締結具と、
前記複数の連結リングと前記キャリアとの間に隙間が形成された状態で前記収容凹部に収容された前記複数の連結リングと前記キャリアとが互いに密着するまで、前記治具プレートを前記治具ベースに近接させるクランパとを備えていることを特徴とする組み付け治具。 The elastic film is assembled to a head main body provided with a plurality of connection rings to which an elastically deformable elastic film having a plurality of pressure chambers for pressing a substrate can be connected and a carrier to which the plurality of connection rings can be closely attached. Assembly jig for
The assembly jig is
A jig base having an accommodation recess having a size capable of accommodating the elastic film and the head body;
A jig plate to which the carrier can be attached and which can close the receiving recess;
A fastener capable of fastening the carrier and the jig plate;
The jig plate is used as the jig base until the plurality of connection rings accommodated in the accommodation recess and the carrier are in close contact with each other in a state where a gap is formed between the plurality of connection rings and the carrier. An assembling jig characterized by comprising:
前記組み付け治具に接続された流体移送装置とを備え、
前記治具プレートには、前記ヘッド本体に形成され、かつ前記複数の圧力室のそれぞれに連通する貫通孔と連通可能な連通孔が形成されており、
前記流体移送装置は、
前記連通孔に接続可能な流体移送管と、
前記複数の圧力室を加圧する圧縮装置または前記複数の圧力室を減圧する真空装置とを備えており、
前記圧縮装置または前記真空装置は、前記流体移送管に接続されていることを特徴とする組み付けシステム。 An assembling jig according to claim 8 or 9;
A fluid transfer device connected to the assembly jig;
The jig plate is formed with communication holes which are formed in the head main body and can be communicated with through holes communicating with the plurality of pressure chambers, respectively.
The fluid transfer device
A fluid transfer pipe connectable to the communication hole;
A compression device for pressurizing the plurality of pressure chambers or a vacuum device for reducing the pressure of the plurality of pressure chambers;
The assembly system, wherein the compression device or the vacuum device is connected to the fluid transfer pipe.
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