JP3862920B2 - 基板保持装置の姿勢制御装置を備えたポリッシング装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の基板を研磨して平坦化する際に基板を保持する基板保持装置および該基板保持装置を具備したポリッシング装置に関する。
【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るが、この平坦化法の一手段としてポリッシング装置により研磨することが行われている。
【0003】
従来、この種のポリッシング装置は、ターンテーブルとトップリングとを有し、トップリングが一定の圧力をターンテーブルに与え、ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて、砥液を供給しつつ該ポリッシング対象物の表面を平坦且つ鏡面に研磨している。
【0004】
上述したポリッシング装置において、研磨中のポリッシング対象物と研磨布との間の相対的な押圧力がポリッシング対象物の全面に亘って均一でないと、各部分の押圧力に応じて研磨不足や過研磨が生じてしまう。そのため、従来のポリッシング装置においては、図18に示すように、トップリング駆動軸51の先端に球面部52を一体に形成し、ポリッシング対象物である半導体ウエハ53を保持するトップリング54の上面に前記球面部52を収容する球面座55を形成し、トップリング54を駆動軸51に対して傾動可能に構成し、トップリング54をターンテーブル16の傾きに自動的に倣うようにしている。これによって、トップリング54のウエハ保持面54aとターンテーブル16の上面との平行度を保ち、半導体ウエハ53とターンテーブル16に貼設された研磨布57との相対的な押圧力をウエハの全面に亘って均一になるようにしている。なお、トップリング駆動軸と球面部とを分離してトップリング駆動軸と球ベアリング(ボール)とし、トップリング駆動軸とトップリングとの間に球ベアリングを介装したものも提案されている(特開平6−198561)。
【0005】
しかしながら、上述の装置においては、研磨中に駆動軸51からトップリング54を介して半導体ウエハ53に押圧力Fが加えられるため、半導体ウエハ53と研磨布57との接触面に摩擦力μF(μ:摩擦係数)を生じ、接触面からトップリング54の傾動中心Oまでの高さHによってトップリング54を傾けようとする回転モーメントM=μFHが生じ、研磨方向の前側の部分で半導体ウエハ53が研磨布57の表層に「突っ込む」現象が発生する。すなわち、半導体ウエハの全面を研磨布に均一に押圧することができないという欠点があった。このモーメントMを0にするためには、傾動中心の高さHを0にする必要があり、このため傾動中心がポリッシング対象物と研磨布との接触面上に位置する球面軸受を採用した装置も提案されている。
【0006】
ポリッシング対象物と研磨布との接触面上に傾動中心を位置させれば、摩擦力に起因するトップリングを傾けようとする回転モーメントMは、0になり、理論的には、トップリングとターンテーブルとの平行度は維持されるはずである。しかしながら、研磨作用に寄与する研磨布の上面、即ち、研磨面は、その全面が平坦というわけではないため、ターンテーブルの回転によって研磨面に微小なうねりが形成される。トップリングは研磨面のうねりに追従して傾動しようとするため、傾動時の慣性力等に起因してトップリングが過度に傾動しすぎたり、あるいはトップリングの動きが不安定となってしまい、この結果、ポリッシング対象物に不均一な研磨圧力の面圧分布状態が生ずるという問題点があった。
【0007】
上述の問題点を解決するため、本件出願人は、特開平10−58308号公報において、トップリングの回転軸をスラスト磁気軸受とラジアル磁気軸受により支持する磁気軸受装置と、この磁気軸受装置を制御することによりトップリングのターンテーブルに対する姿勢を制御する姿勢制御手段を備えたポリッシング装置を提案した。これにより、磁気軸受装置の制御機構を応用してトップリングの姿勢を制御することにより、ポリッシング対象物の被研磨面の研磨圧力の面圧分布を最適の状態にして研磨を行い、平坦度の高い研磨を行おうとするものである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平10−58308号公報に記載の装置においては、トップリングの回転軸を磁気軸受装置によって完全に支承する構成を採用しているため、以下に列挙する問題点がある。
【0009】
1)ポリッシング対象物をターンテーブルの研磨面に対して押し付ける押圧力をアキシャル磁気軸受で支持するため、非常に大きな磁気力を発生させる必要があり、その結果、大きな磁気軸受が必要となる。
【0010】
2)トップリングを回転させる駆動モータも磁気軸受装置を内蔵するケーシング内に収容せざるを得ず、この駆動モータも大きなトルクを発生できるものが必要なため、磁気軸受装置および駆動モータを含めた全体機構に相当大きなものが必要となる。
【0011】
3)ポリッシング対象物のトップリングへの着脱にはトップリングの上下動が不可欠であるが、上述の磁気軸受装置と駆動モータとトップリングとを含む全体のユニットを上下動させる必要があり、この上下動させる機構自体も大型のものを必要とする。
【0012】
本発明は、磁気軸受装置によってトップリングの回転軸を支承する方式が有する上述の1)〜3)の問題点を解決し、ポリッシング対象物である基板を保持するためのトップリングの姿勢を制御することによりポリッシング対象物の被研磨面の面圧分布を最適の状態にして研磨を行うことができる基板保持装置を備えたポリッシング装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明のポリッシング装置は、研磨面を有するターンテーブルと、ポリッシング対象物である基板を保持してターンテーブル上の研磨面に押圧する基板保持装置とを備えたポリッシング装置において、基板保持装置が、前記基板を保持するトップリング本体と、該トップリング本体をターンテーブルの研磨面に対して押圧する押圧手段と、前記トップリング本体の姿勢を電磁気力によって制御する姿勢制御手段とを設けたことを特徴とするものである。
【0014】
押圧手段を、前記トップリングに回転を与えるための駆動軸とし、該駆動軸とトップリングとが継手を介して相互に傾動可能に連結されているようにすることができる。
【0015】
基板保持装置が、駆動軸をその軸線を中心に回転可能に支持するフレームを有し、姿勢制御装置が、フレームに固定された電磁石装置と、トップリングに固定され、電磁石装置の磁力により動かされるアーマチャーとを有するものとすることができる。
【0016】
また、電磁式姿勢制御装置が、トップリングの姿勢を検知し、それに基づき当該姿勢をフィードバック制御するようにすることもできる。
【0017】
更に、トップリングの周囲に押圧リングを上下動自在に配置し、押圧リングを研磨面に対して可変の押圧力で押圧する押圧手段を設け、押圧リングをベアリングを介してトップリングに支持させ、当該押圧リングを非回転状態に維持しながら、トップリングの回転を許容するようにしたものとすることもできる
また、トップリングの、基板を保持する保持面が、当該トップリングにかけられる流体圧によって研磨面に対して変位可能とされ、かつ、トップリングの周囲にリテーナリングを有し、該リテーナリングが研磨面に対して、トップリングとは独立に、押圧可能としたものとすることもできる。
【0018】
本発明によれば、電磁気力を応用してポリッシング対象物である基板を保持するトップリングの姿勢を制御することにより、被研磨面に加わる押圧力の面圧分布を最適の状態にして研磨を行い、平坦度の高い研磨を行うことができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るポリッシング装置の実施の形態を図1乃至図10を参照して説明する。
【0020】
図1はポリッシング装置の第1の実施形態の全体構成を示す縦断面図であり、図2は当該ポリッシング装置における基板保持装置の要部断面図である。
【0021】
図1および図2に示すように、ポリッシング装置は、上面に研磨布2を貼ったターンテーブル1と、基板である半導体ウエハ3を保持し研磨布2に押圧するための基板保持装置5とを備えている。基板保持装置5は、半導体ウエハ3を保持するためのトップリング6と、トップリング6を支持しかつトップリング6に押圧力と回転駆動力とを与えるトップリング駆動軸7と、トップリング駆動軸7からトップリング6へ互いの傾動を許容しつつ押圧力を伝達する自在継手部8と、トップリング6の姿勢を制御する姿勢制御装置11とから構成されている。また、ターンテーブル1の上方には砥液供給ノズル60が設置されており、砥液供給ノズル60によってターンテーブル1上の研磨布2上に研磨砥液が供給されるようになっている。研磨布2の上面は半導体ウエハ3の被研磨面と摺接する研磨面を構成している。
【0022】
トップリング6は、図2に示すように、下部の保持板9Aと上部の上部板9Bとからなるトップリング本体9と、トップリング本体9の外周部に固定されたリテーナリング10とからなり、トップリング6はトップリング本体9の下面の基板保持面によって半導体ウエハ3の上面を保持し、リテーナリング10によって半導体ウエハ3の外周部を保持するようになっている。トップリング本体9の下面には弾性マット611が貼着されている。
【0023】
また図2に示すように、トップリング本体9は、保持板9Aと上部板9Bとの間に間隙Gを有しており、この間隙Gに真空、加圧空気、水等の液体が供給できるようになっている。トップリング本体9は間隙Gと連通して下面に開口する多数の連通孔(図示せず)を有している。弾性マット611も同様に前記連通孔に対向した位置に開口を有している。これによって、半導体ウエハ3の上面を真空によって吸着可能であり、又、半導体ウエハ3の上面に液体又は加圧空気を供給できるようになっている。
【0024】
前記トップリング駆動軸7は、図1に示すように、トップリングヘッド21に固定されたトップリング用エアシリンダ22に連結されており、このトップリング用エアシリンダ22によってトップリング駆動軸7は上下動し、トップリング6の下端面に保持された半導体ウエハ3をターンテーブル1に押圧するようになっている。
【0025】
また、トップリング駆動軸7はキー(図示せず)を介して回転筒23に連結されており、この回転筒23はその外周部にタイミングプーリ24を有している。そして、タイミングプーリ24は、タイミングベルト25を介して、トップリングヘッド21に固定されたトップリング用モータ26に設けられたタイミングプーリ27に接続されている。したがって、トップリング用モータ26を回転駆動することによってタイミングプーリ27、タイミングベルト25およびタイミングプーリ24を介して回転筒23およびトップリング駆動軸7が一体に回転し、トップリング6が回転する。トップリングヘッド21は、フレームに固定支持されたトップリングヘッドシャフト29によって支持されている。
【0026】
一方、トップリング駆動軸7からトップリング6へ互いの傾動を許容しつつ押圧力を伝達する自在継手部8は、トップリング6とトップリング駆動軸7の互いの傾動を可能とする球面軸受機構40と、トップリング駆動軸7の回転をトップリング本体9に伝達する回転伝達機構45とを有している。球面軸受機構40は、トップリング駆動軸7の下端に固定された駆動フランジ41の下面の中央に形成された球面状凹部41aと、上部板9Bの上面の中央に形成された球面状凹部9aと、両凹部41a,9a間に介装された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42とから構成されている。
【0027】
回転伝達機構45は、駆動フランジ41に固定された駆動ピン(図示せず)と上部板9Bに固定された被駆動ピン(図示せず)とから構成され、トップリング本体9が傾いても、被駆動ピンと駆動ピンは相対的に上下方向に移動可能であるため、互いの接触点をずらして係合し、トップリング駆動軸7の回転トルクをトップリング本体9に確実に伝達する。
【0028】
次に、トップリング6の姿勢を制御する姿勢制御装置11を図2乃至図6を参照して説明する。図2は前述したように基板保持装置の要部断面図であり、図3は図2のIII−III線矢視図であり、図4は図3のIV−IV線断面図である。
【0029】
図2および図3に示すように、姿勢制御装置11は、トップリングヘッド21に固定された電磁石コア12と、電磁石コア12より半径方向の外方に向けて突出する4つの磁極12a,12b,12c,12dと、これら磁極12a〜12dに巻装された4つの電磁コイル13a,13b,13c,13dと、磁極12a〜12dにギャップを有して対向した円筒状のアーマチャー14とから構成されている。アーマチャー14はトップリング本体9に固定されている。
【0030】
図4に示すように、各磁極12a〜12dは、コ字形断面を有し、コ字形部の上部側に電磁コイル13a〜13dが巻装されている。尚、電磁コイルは、図2に示すように磁極12の下側にコイルを巻いてもよい。磁極12a〜12dおよびアーマチャー14はパーマロイ等の磁性材によって構成されている。電磁コイル13aはX軸正方向側に配置され、電磁コイル13bはX軸負方向側に配置されている。また電磁コイル13cはY軸正方向側に配置され、電磁コイル13dはY軸負方向側に配置されている。またX軸およびY軸に対して45゜傾いた2つの軸P,Q上には、上下2個の変位センサが対となった4対の変位センサ15a1,15a2;15b1,15b2;15c1,15c2;15d1,15d2が配置されている。各変位センサ対は、センサホルダ17により保持されている。
【0031】
図5は、姿勢制御装置11を制御する制御部の機能構成を示すブロック図である。図示するように、制御部は、減算器30及びコントローラ31を具備し、該減算器30にはトップリングの姿勢の目標値と、センサ(変位センサ15a1,15a2;15b1,15b2;15c1,15c2;15d1,15d2)15で検出され、座標変換部35で変換された制御対象(トップリング6)の変位値α,βが入力され、その差が誤差信号eα,eβとしてコントローラ31に入力される。ここでα,βはそれぞれ図6に示すように,X軸回りの傾き、Y軸回りの傾きを示す。X軸、Y軸は水平面内に位置している。この場合、トップリング6はベアリングボール42を中心としてX軸回りの傾動およびY軸回りの傾動の複合運動となる。
【0032】
誤差信号eα,eβ はPID+局部位相進み処理部31−1で傾き制御及び減衰処理を受け、さらに振動除去のためノッチフィルタ31−2を通って電圧指令信号Vα,Vβ に変換される。そして座標変換部31−3で姿勢制御装置用の制御信号Vxu,Vyuに変換されて駆動部32に供給される。
【0033】
駆動部32は電磁コイル13a,13b,13c,13dとこれらを励磁する駆動回路24で構成されている。上記信号Vxu,Vyuのそれぞれは各駆動回路24に供給され、該各駆動回路24でアーマチャー14を図3に示すX,Y軸の正負の方向へ変位させるための励磁電流Ixu+,Ixu−,Iyu+,Iyu−に変換され、電磁コイル13a,13b,13c,13dに供給され、制御対象物(トップリング6)の姿勢を制御する。この場合、トップリング6の回転中心(ベアリングボール42)と図3に示すアーマチャー14のX,Y軸とは所定の高さ(L)離間しているため、アーマチャー14を図3に示すX,Y軸の正負の方向に変位させると、トップリング本体9、すなわちトップリング6はベアリングボール42を中心として水平面に対して任意の方向に傾動することができる。
【0034】
次に、図1乃至図6に示すように構成されたポリッシング装置の作用を説明する。トップリングの下面に半導体ウエハ3を保持させ、トップリング用エアシリンダ22を作動させてトップリング6を回転しているターンテーブルに向かって押圧し、回転しているターンテーブル1の上面の研磨布2に半導体ウエハ3を押圧する。この場合、エアシリンダ22からの押圧力は、トップリング駆動軸7および自在継手部8を介してトップリング本体9に伝えられる。一方、砥液供給ノズル60から研磨砥液を流すことにより、研磨布2に研磨砥液が保持されており、半導体ウエハ3の被研磨面(下面)と研磨布2の間に研磨砥液が存在した状態でポリッシングが行われる。トップリング駆動軸7の回転は、駆動フランジ41に固定された駆動ピンおよびトップリング本体9に固定された被駆動ピンを介してトップリング本体9に伝えられる。
【0035】
上記研磨中に、半導体ウエハ3を保持するトップリング本体9の姿勢を姿勢制御装置11により制御する。この場合、上述したように、トップリング本体9の傾きを変位センサ15(15a1,15a2;15b1,15b2;15c1,15c2;15d1,15d2)の出力を処理して検知し、ターンテーブル1の上面、即ち研磨面のうねりに応じてトップリング本体9の傾きを水平面に対して任意の方向に任意の角度に制御することができ、トップリング本体9の基板保持面、即ち半導体ウエハの被研磨面と研磨布2の上面、即ち研磨面との平行度を維持し、半導体ウエハ3の被研磨面に加わる押し付け圧力の分布を面内均一に制御することができる。なお、半導体ウエハ3の被研磨面とターンテーブルの研磨面とは、必ずしも平行でなく、わずかに相対的に傾いた状態で維持することにより、半導体ウエハ3の被研磨面に加わる押し付け圧力の分布を面内均一に制御できる場合もある。
【0036】
本実施形態によれば、半導体ウエハ3をターンテーブル1の研磨面に対して押し付ける押圧力は、エアシリンダの押圧力をそのままトップリング6に伝達することにより得るようにしている。そして、トップリング6の傾きの制御のみを電磁気力を用いた姿勢制御装置11により行うようにしている。そのため、姿勢制御装置11が小型になり、簡易な構造になる。トップリング6の姿勢を制御する際には、予めターンテーブル1の上面の研磨面の状態(うねり等)を計測してコントローラに入力しておき、この入力値に基づきトップリング6の最適な姿勢を求めておく。そして、変位センサ15によりトップリング6の姿勢を検知しつつ、姿勢制御装置11により、トップリング6の姿勢を最適な状態に制御する。
【0037】
また本実施形態によれば、半導体ウエハ3のトップリング6への着脱を行う際には、トップリング6とコンパクトで軽量な構造の姿勢制御装置11とを一体に上下動させればよいため、上下動機構は簡易なもの、たとえばエアシリンダを用いることができる。
【0038】
次に、本発明のポリッシング装置の第2の実施の形態を図7乃至図10を参照して説明する。図7はポリッシング装置の縦断面図であり、図8は図7のVIII−VIII線断面図であり、図9は図8のIX−IX線断面図である。
【0039】
第2の実施形態においては、トップリング6および姿勢制御装置11を含むトップリングユニットの構成は第1の実施形態と同一であるが、ターンテーブルの構成、即ちターンテーブルの姿勢を制御することができるようになっている点が異なっている。
【0040】
図7に示すように、ターンテーブル101とモータ(図示せず)の回転軸102とは、上下のカップリング部材103,104を介して連結されている。下部カップリング部材104はモータの回転軸102の上端に固定され、上部カップリング部材103はターンテーブル101の下面に固定されている。そして、下部カップリング部材104と上部カップリング部材103との間には自動調芯ころ軸受105が配設されており、ターンテーブル101と上部カップリング部材103とが自動調芯ころ軸受105を中心として下部カップリング部材104に対して全方向に傾くことができるようになっている。また下部カップリング部材104には短柱状のピン106が植設されており、このピン106は上部カップリング部材103の係合孔103aに係合してターンテーブル101が回転するようになっている。なお係合孔103aとピン106との間には、ターンテーブル101の傾きを吸収できるように所定の隙間が形成されるようになっている。
【0041】
本実施の形態においては、ターンテーブル101の姿勢を制御する姿勢制御装置111が設けられている。姿勢制御装置111は、フレーム28に固定された電磁石コア112と、電磁石コア112に設けられた4つの磁極112a,112b,112c,112dと、これら磁極112a〜112dに巻装された4つの電磁コイル113a,113b,113c,113dと、磁極112a〜112dにギャップを有して対向した環状でかつ円盤状のアーマチャー114とから構成されている。アーマチャー114はターンテーブル101に固定されている。
【0042】
図9に示すように、各磁極112a〜112dは、逆U字形断面を有し、逆U字形部の内部側に電磁コイル113a〜113dが巻装されている。磁極112a〜112dおよびアーマチャー114はパーマロイ等の磁性材によって構成されている。図8に示すように、電磁コイル113aはX軸正方向側に配置され、電磁コイル113bはX軸負方向側に配置されている。また電磁コイル113cはY軸正方向側に配置され、電磁コイル113dはY軸負方向側に配置されている。またX軸およびY軸に対して45゜傾いた2つの軸R,S上には、4個の変位センサ115a,115b,115c,115dが配置されている。
【0043】
図10は、姿勢制御装置111を制御する制御部の機能構成を示すブロック図である。図示するように、ターンテーブル、トップリングそれぞれの制御部は図5に示す制御部と同様の構成であり、両者の信号を入力し両者の相対位置を精密に出すための演算部が付加された構成となっている。
【0044】
図10に示すようにトップリングの制御部は、減算器30及びコントローラ31を具備し、減算器30には、トップリングの姿勢の目標値と、センサ15で検出され、座標変換器35で変換され、さらに演算器36によりターンテーブルの傾き情報により修正された制御対象の変位値α,βとが入力され、その差が誤差信号eα,eβとしてコントローラ31に入力される。
【0045】
一方、ターンテーブルの制御部では減算器30’及びコントローラ31’を具備し、減算器30’には、ターンテーブルの姿勢の目標値と、センサ115(変位センサ115a,115b,115c,115d)で検出され座標変換器35’で変換され、さらに演算器36によりトップリングの傾き情報により修正された制御対象の変位値α’,β’とが入力され、その差が誤差信号eα’,eβ’としてコントローラ31’に入力される。
【0046】
演算器36では、トップリング、ターンテーブルの傾き情報から相対的な誤差を演算し、それぞれの目標値を修正することにより精度の高い制御が可能となる。通常はターンテーブルの傾きを基準としてトップリングの目標位置を修正することで精度を上げられるため、ターンテーブルへのフィードバックR2は省略できる。もちろん、演算器がない構成でもそれぞれの制御は可能である。ここでα’,β’はそれぞれ図8において,X軸回りの傾き、Y軸回りの傾きを示す。この場合、ターンテーブル101は自動調芯ころ軸受105を中心としてX軸回りの傾動およびY軸回りの傾動の複合運動となる。
【0047】
誤差信号eα’,eβ’はPID+局部位相進み処理部31’−1で傾き制御及び減衰処理を受け、さらに振動除去のためノッチフィルタ31’−2を通って電圧指令信号Vα’,Vβ’に変換される。そして座標変換部31’−3で姿勢制御装置用の制御信号Vx1,Vy1 に変換されて駆動部32’に供給される。
【0048】
駆動部32’は電磁コイル113a,113b,113c,113dとこれらを励磁する駆動回路24’で構成されている。上記信号Vx1,Vy1のそれぞれは各駆動回路24’に供給され、該各駆動回路24’でアーマチャー114を図8に示すX,Y軸の正負の方向へ変位させるための励磁電流Ix1+,Ix1−,Iy1+,Iy1−に変換され、電磁コイル113a,113b,113c,113dに供給され、制御対象物(ターンテーブル101)の姿勢を制御する。
【0049】
図7乃至図10に示す実施形態によれば、トップリング6の姿勢制御に加え、ターンテーブル101の姿勢制御をすることができる。従って、半導体ウエハ3の被研磨面とターンテーブル101上の研磨面との両者を最適な状態に維持して半導体ウエハ3の研磨を行うことができる。
【0050】
図11及び図12には、上述の如き姿勢制御装置11が、他の形態のポリッシング装置に適用されている例が示されている。
【0051】
すなわち、このポリッシング装置は、トップリング本体9の保持板9Aが可撓性を有するものとするとともに、保持板9Aと上部板9Bとの間の間隙Gに流体圧を与えることにより当該保持板9Aが上下方向で撓み可能とし、かつ,トップリング9の周囲に配置されるリテーナリング10を、トップリング9に対して上下方向で相対的に可動なるようにすると共に、該リテーナの上部に流体圧バッグ88設け、該流体圧バッグ88に流体圧力を導入することにより、当該リテーナリング10を可変の押圧力で研磨布2に押圧するようにしたことを特徴とするものであり、この装置に前述の実施形態における同様の姿勢制御装置5を設けている。従って、この実施形態においては、保持板9Aはその上面から下面に至る上記実施形態における如き連通孔は設けられていない。
【0052】
図11および図12において、間隙GはレギュレータR1 を介して流体源85に接続されている。保持板9Aは、全体的に薄肉とされ、間隙Gに導入される加圧流体による加圧時又は負圧時にウエハ保持面(保持板下面)の全面が均一に変形するように工夫されている。なお、符号89は間隙GとレギュレータR1 とを接続するためのチューブである。
【0053】
リテーナリング10は、図12に示すように、最下位置にあって樹脂材からなり研磨布2と接触する第1リテーナリング部材10aと、第1リテーナリング部材10aの上方にあり第1リテーナリング部材10aを保持するL形状の断面を有する第2リテーナリング部材10bとから構成されている。第2リテーナリング部材10bは上端においてピン99により回転方向において上板部9Bと連結されており、リテーナリング10はトップリング6と一体に回転するようになっている。またリテーナリング10とトップリング6との間には、円環状のゴム製のチューブからなる流体圧バッグ88が配置されている。流体圧バッグ88は保持板9Aに固定されている。そして、流体圧バッグ88はレギュレータR2 を介して流体源85に接続されている。なお、符号90は流体圧バッグ88とレギュレータR2 とを接続するためのチューブである。
【0054】
前記トップリング6は自在継手8を介して駆動フランジ41を有したトップリング駆動軸7に接続されており、このトップリング駆動軸7はトップリングヘッド21に固定されたトップリング用流体圧(エア)シリンダ22に連結されている。トップリング用流体圧シリンダ22はレギュレータR3 を介して流体源85に接続されている。前記自在継手8は、トップリング6をターンテーブル1の傾動に追従して傾動させるための傾動機構を構成している。
【0055】
また、トップリング駆動軸7はキー(図示せず)を介して回転筒23に連結されており、この回転筒23はその外周部にタイミングプーリ24を有している。そして、タイミングプーリ24は、タイミングベルト25を介して、トップリングヘッド21に固定されたトップリング用モータ26に設けられたタイミングプーリ27に接続されている。したがって、トップリング用モータ26を回転駆動することによってタイミングプーリ27、タイミングベルト25およびタイミングプーリ24を介して回転筒23及びトップリング駆動軸7が一体に回転し、トップリング6が回転する。なおトップリング駆動軸7の回転は、複数のピンからなる回転伝達機構128によりトップリング6に伝達される。トップリングヘッド21は、フレーム(図示せず)に固定支持されたトップリングヘッドシャフト29によって支持されている。
【0056】
一方、リテーナリング10はピン99および流体圧バッグ88を介してトップリング6に連結されており、トップリング6の回転はピン99によってリテーナリング10に伝達され、またリテーナリング10は流体圧バッグ88により上下動される。すなわち、リテーナリング10はトップリング6に対して上下動自在であるとともにトップリング6と一体に回転可能になっている。
【0057】
前述したように、間隙GはレギュレータR1 を介して流体源85に接続されている。レギュレータR1 によって間隙Gへ供給する流体の流体圧を調整することにより保持板9Aの下面(ウエハ保持面)の湾曲形状(下側に凸、上側に凸等)を調整することができるとともに、この湾曲の度合いを調整することができる。またトップリング用流体圧シリンダ22および流体圧バッグ88は、それぞれレギュレータR3 ,R2 を介して流体源85に接続されている。なお間隙Gおよび流体圧バッグ88は、それぞれトップリング駆動軸7内を延びるチューブ89,90およびトップリング駆動軸7の上端部のロータリージョイント93を介してレギュレータR1,R2に接続されている。そして、レギュレータR3によってトップリング用エアシリンダ22へ供給する加圧流体の流体圧を調整することによりトップリング6が半導体ウエハ3を研磨布2に押圧する押圧力を調整することができ、レギュレータR2 によって流体圧バッグ88へ供給する加圧流体の流体圧を調整することによりリテーナリング10が研磨布2を押圧する押圧力を調整することができる。
【0058】
前記レギュレータR1 ,R2 ,R3 は、コントローラ124に接続されており、コントローラ124の入力値にしたがって制御される。この場合、レギュレータR1 はコントローラ124によって独立して制御されるが、レギュレータR2 ,R3 は互いに関連させて制御される。すなわち、リテーナリング10を研磨布2に押圧すると、リテーナリング10は反力を受けて、トップリング6の押圧力に影響を与えることになる。そのため、トップリング6の押圧力とリテーナリング10の押圧力の設定値をコントローラ124に入力し、コントローラ124によってトップリング用流体圧シリンダ22および流体圧バッグ88に与える流体圧を演算し、レギュレータR1 ,R2 を調整して、所定の圧力の流体をトップリング用流体圧シリンダ22および流体圧バッグ88にそれぞれ供給する。これによって、トップリング6の押圧力およびリテーナリング10の押圧力としてそれぞれ所望の値が得られるようになっている。すなわち、トップリング6の押圧力とリテーナリング10の押圧力は、研磨中にそれぞれ影響を受けることなく独立に変更可能になっている。
【0059】
また、図12に示すように、保持板9Aは下面に開口する複数の連通孔3hを有しており、この連通孔3hは、ジョイント126、上板部9Bに形成された連通孔2hおよびチューブ127を介して真空ポンプ等の真空源(図示せず)に連通されている。これによって、保持板9Aのウエハ保持面は半導体ウエハ3の上面を真空吸着することができるようになっている。ジョイント126は上下外周部にOリング138を備えており、間隙Gが連通孔2h,3hに連通しないように構成している。またジョイント126と保持板9Aとはすきま嵌めにより嵌合されており、保持板9Aの変形が阻害されないようになっている。なお、連通孔3hは、トップリング駆動軸7内を延びるチューブ127、ロータリージョイント93を介して切替弁(図示せず)に接続されており、切替弁を適宜切替ることにより連通孔3hを真空源又は加圧空気源又は液体源と連通させることが可能になっている。したがって、保持板9Aのウエハ保持面は、真空源によって連通孔3hを負圧にすることにより半導体ウエハ3を真空吸着し、加圧空気源によって連通孔3hから加圧空気を噴出することにより研磨中に半導体ウエハ3にバックサイドプレッシャを加えることができる。研磨中に半導体ウエハ3に若干のバックサイドプレッシャをかけることにより、真空吸着による半導体ウエハの搬送中についた吸着跡をとり除くことができる。また液体源によって連通孔3hから液体を噴出することによりウエハ保持面から半導体ウエハ3を離脱させることができる。
【0060】
また、ターンテーブル1の上方には砥液供給ノズル60が設置されており、砥液供給ノズル60によってターンテーブル1上の研磨布2上に研磨砥液Qが供給されるようになっている。
【0061】
上記構成のポリッシング装置において、トップリング6のウエハ保持面に半導体ウエハ3を保持させ、トップリング用流体圧シリンダ22を作動させてトップリング6をターンテーブル1に向かって押圧し、回転しているターンテーブル1の上面の研磨布2に半導体ウエハ3を押圧する。一方、砥液供給ノズル60から研磨砥液Qを流すことにより、研磨布2に研磨砥液Qが保持されており、半導体ウエハ3の研磨される面(下面)と研磨布2の間に研磨砥液Qが存在した状態で研磨が行われる。
【0062】
そして、研磨中に流体源85から圧縮空気等の加圧流体を間隙Gに供給すると、加圧流体の加圧力によって保持板9Aのウエハ保持面が下側に凸状に湾曲する。これにより、半導体ウエハ3は中央部側が外周部側より高い圧力で研磨布2に押し付けられる。そのため、半導体ウエハ3の外周部側が中央部側より研磨される傾向にあるときは、上記のように保持板9Aのウエハ保持面の変形作用により、中央部側の研磨不足を補正することができる。
【0063】
一方、半導体ウエハ3の中央部側が外周部側より研磨される傾向にあるときは、レギュレータR1を調節して流体源85から間隙Gに供給される加圧流体の圧力を弱めるか、又は0にして保持板9Aのウエハ保持面の湾曲形状を変える。これによって、半導体ウエハ3の外周部側の研磨圧力を中央部側の研磨圧力より高め、外周部側の研磨不足を補正し、半導体ウエハ3の全面を均一に研磨することができる。
【0064】
また本実施形態において、トップリング6がポリッシング対象物である半導体ウエハ3をターンテーブル1上の研磨布2に押圧する押圧力F1を可変とし、またリテーナリング10が研磨布2を押圧する押圧力F2を可変としている。そして、押圧力F1 と押圧力F2 とは、それぞれ独立して押圧力を変更できるようになっている。したがって、リテーナリング10が研磨布2を押圧する押圧力F2 をトップリング6が半導体ウエハ3を研磨布2に押圧する押圧力F1 に応じて変更することができる。
【0065】
すなわち、レギュレータR3によってトップリング6が半導体ウエハ3をターンテーブル1上の研磨布2に押圧する押圧力F1を変更でき、レギュレータR2によってリテーナリング10が研磨布2を押圧する押圧力F2 を変更できる(図1参照)。押圧力F1に対する押圧力F2を適宜調整するとともに、保持板9Aのウエハ保持面の形状を適宜調整することにより、半導体ウエハ3の中心部から周縁部、さらには半導体ウエハ3の外側にあるリテーナリング10の外周部までの研磨圧力の分布が連続かつ均一になる。そのため、半導体ウエハ3の中心部および周縁部における研磨量の過不足を防止することができる。
【0066】
また半導体ウエハ3の周縁部の研磨量を内部側より意図的に多くし又は逆に少なくしたい場合には、リテーナリング10の押圧力F2をトップリング6の押圧力F1に基づいて最適な値に選択することにより、半導体ウエハ3の周縁部の研磨量を意図的に増減できる。
【0067】
すなわち、前記間隙Gに供給する流体の圧力を制御することによるウエハ保持面3aの形状補正作用とリテーナリング10による研磨布2の形状補正作用の協働作用により半導体ウエハ3を研磨する。これによって、半導体ウエハの局部(例えば、中央部、外周部等)的な研磨不足を補正することができる。また、半導体ウエハ3の局部(例えば、中央部、外周部等)を意図的に研磨量を多くし、または逆に少なくすることができる。
【0068】
またターンテーブル1に半導体ウエハ3の研磨量を計測する膜厚計等の計測計を設け、研磨中に被研磨面のプロファイル(形状)を検知し、この検知結果をコントローラ124に入力して、保持板9Aのウエハ保持面の形状変更を行うこともできる。
【0069】
姿勢制御装置11は、前述の実施形態のものと実質的に同じ構成を有するものであり、トップリング6の上部板9Bに円筒状のアーマチャー14が設けられ、トップリングヘッド21に電磁石コア12及び電磁コイル13a〜13dが設けられており、前述の実施形態におけると同様にしてトップリング6の姿勢制御を行う。
図13ないし図15には、他の形態のポリッシング装置に、前述と同様の姿勢制御装置11が取付けられた例が示されている。
【0070】
すなわち、このポリッシング装置においては、トップリング6の保持板9Aの外周部にボルト31によって着脱可能に固定されたリテーナリング10の外側に、押圧リング133が上下動可能に設けられていることを特徴としている。
【0071】
保持板9Aは間隙Gと連通して下面に開口する多数の連通孔135を有している。弾性マット132も同様に前記連通孔135に対向した位置に貫通孔を有している。これによって、半導体ウエハ3の上面を真空によって吸着可能であり、又、半導体ウエハ3の上面に液体又は加圧空気を供給できるようになっている。
【0072】
トップリング6の周囲に設けられた押圧リング133は、図14に示すように、最下位置にあってアルミナセラミックからなる第1押圧リング部材133aと、第1押圧リング部材133aの上方にあるステンレス鋼からなる第2、第3押圧リング部材133b,133cとから構成されている。第2および第3押圧リング部材133b,133cは、ボルト(図示せず)によって相互に接続されており、第1押圧リング部材133aは第2押圧リング部材133bに接着等によって固定されている。第1押圧リング部材133aの下端部は、研磨布2を押圧する押圧面133fになっている。
【0073】
トップリング6のトップリング本体9Aには、ベアリング受けフランジ136が固定されている。そして、ベアリング受けフランジ136と押圧リング133との間には、押圧リング133を支持するための押圧リング支持ベアリング137が介装されている。押圧リング支持ベアリング137は、図13および図14に示すように、第3押圧リング部材133cに嵌合されたベアリングケ−ス137aと、上下2列で全周に亘って配置された多数のボール137bと、ベアリングケース137a内でボール137bを保持するためのリテーナ(図示せず)とを有している。押圧リング支持ベアリング137は押圧リング133の上端に固定されたベアリング押さえ150によって上端が押さえられている。
【0074】
本実施の形態においては、トップリング6と押圧リング133との間に、トップリング6の回転を押圧リング133に伝達するためのキー等の手段が設けられていない。従って、研磨中にトップリング6はトップリング駆動軸7の軸心まわりに回転するが、押圧リング133は自身の軸線に対して非回転に構成されており、即ち、トップリング6と押圧リング133との間には相対回転が生ずるが、この際、トップリング6に固定されたベアリング受けフランジ136の外周面は、ボール137bが転動するベアリング転動面36Rを構成している。押圧リング支持ベアリング137は、回転支持ベアリングと上下移動支持ベアリングの両者の機能を有しており、トップリング6と押圧リング133とは押圧リング支持ベアリング137の回転支持ベアリング機能によって相対回転が許容され、押圧リング133は押圧リング支持ベアリング137の上下移動支持ベアリング機能によってトップリング6に対して上下動が許容されている。
【0075】
押圧リング133の第3押圧リング部材133cには、押圧リング用エアシリンダ122のシャフト122aの下端部が係合している。押圧リング用エアシリンダ122はトップリングヘッド9に固定されている。押圧リング用エアシリンダ122は円周上に複数個(例えば3個)配設されている。またリテーナリング10はステンレス鋼等の金属からなり、リテーナリング10の外周部には、下部に半径方向内方に傾斜したテーパ面10Btを形成して下部側を上部側より薄肉に形成している。一方、押圧リング133の内周部にリテーナリング10のテーパ面10Btに対応した位置に半径方向内方に傾斜したテーパ面133tを形成し、押圧リング133の押圧面133fをトップリング6に保持された半導体ウエハ3の周縁部に可能な限り近づけるようにしている。
【0076】
上述のリテーナリング10および押圧リング133の構成により、押圧リング133の押圧面133fの内周縁と半導体ウエハ3の周縁部との離間距離を短かくすることができるため、押圧リング133は半導体ウエハ3の周縁部近傍の研磨布2を押圧することができる。
【0077】
図13に示すように、トップリング用エアシリンダ22及び押圧リング用エアシリンダ122は、それぞれレギュレータR1,R2を介して圧縮空気源24に接続されている。そして、レギュレータR1によってトップリング用エアシリンダ22へ供給する空気圧を調整することによりトップリング6が半導体ウエハ3を研磨布2に押圧する押圧力を調整することができ、レギュレータR2によって押圧リング用エアシリンダ122へ供給する空気圧を調整することにより押圧リング133が研磨布2を押圧する押圧力を調整することができる。
【0078】
上記構成のポリッシング装置において、トップリング6の下面に半導体ウエハ3を保持させ、トップリング用エアシリンダ22を作動させてトップリング6をターンテーブル1に向かって押圧し、回転しているターンテーブル1の上面の研磨布2に半導体ウエハ3を押圧する。一方、砥液供給配管25から研磨砥液Qを流すことにより、研磨布2に研磨砥液Qが保持されており、半導体ウエハ3の研磨される面(下面)と研磨布2の間に研磨砥液Qが存在した状態でポリッシングが行われる。
【0079】
トップリング用エアシリンダ22によるトップリング6の押圧力に応じて押圧リング用エアシリンダ122による押圧リング133の研磨布2への押圧力を適宜調整して半導体ウエハ3の研磨を行う。研磨中にレギュレータR1によってトップリング6が半導体ウエハ3をターンテーブル1上の研磨布2に押圧する押圧力F1 を変更でき、レギュレータR2によって押圧リング133が研磨布2を押圧する押圧力F2 を変更できる(図1参照)。したがって、研磨中に、押圧リング133が研磨布2を押圧する押圧力F2 を、トップリング6が半導体ウエハ3を研磨布2に押圧する押圧力F1に応じて変更することができる。この押圧力F1に対する押圧力F2 を適宜調整することにより、半導体ウエハ3の中心部から周縁部、さらには半導体ウエハ3の外側にある押圧リング133の外周部までの研磨圧力の分布が連続かつ均一になる。そのため、半導体ウエハ3の周縁部における研磨量の過不足を防止することができる。
【0080】
また半導体ウエハ3の周縁部で内部側より意図的に研磨量を多くし又は逆に少なくしたい場合には、押圧リングの押圧力F2をトップリングの押圧力F1に基づいて最適な値に選択することにより、半導体ウエハ3の周縁部の研磨量を意図的に増減できる。
【0081】
本実施の形態においては、押圧リング133が押圧リング支持ベアリング137を介してトップリング6に支持されているため、押圧リング133が剛性高く、即ち、十分にしっかりと支持される。また押圧リング133は、押圧リング支持ベアリング137の上下移動支持ベアリング機能によってトップリング6に対して上下動が許容されているため、上下動時の押圧リング133の摺動抵抗は極めて小さく、押圧リング133は円滑に上下動する。
【0082】
また押圧リング133がトップリング6の軸線と同芯に配置された押圧リング支持ベアリング137によって支持されているため、押圧リング133とトップリング6との同芯度を精度良く確保することができる。この結果、押圧リング133とトップリング6との間隔、ひいては、押圧リング133の内周縁とトップリング6に支持された半導体ウエハ3の外周縁の間隔を全周に亘って均一に保つことができる。更に、ウエハの研磨面のより周縁に近いところまで均一に研磨できるので1枚のウエハから得られる半導体デバイス製品の数が増え、また研磨時の押圧リングの押圧力等の運転条件を変化させたときの応答性が良くなる。
【0083】
姿勢制御装置11は、このように構成されたポリッシング装置に取付けられているものであり、その構成は前述したものと実質的に同じであり、押圧リング133の上端に取付けられたアーマチャー14と、その外周に間隔を空けて設定され、トップリングヘッド21に取付けられた電磁コア12及び電磁コイル12a〜12dから構成されている。
【0084】
図16および図17は、更に別の形態のポリッシング装置に前述と同様の姿勢制御装置11を取付けた例を示す。すなわち、このポリッシング装置においては、図13及び図14に示した実施の形態における押圧リング支持ベアリング137の回転支持ベアリング機能と上下移動支持ベアリング機能を分割してそれぞれの機能を個別のベアリング138,139に分担させるようにしたものである。即ち、トップリング6のトップリング本体9の外周部には回転支持ベアリング138を介してベアリング受けリング140が設けられており、ベアリング受けリング140と押圧リング133との間には上下移動支持ベアリング139が介装されている。回転支持ベアリング138は通常のラジアルベアリングからなっている。上下移動支持ベアリング139は図16および図17に示すように、円周上に3カ所設置されており、各上下移動支持ベアリング139は押圧リング133に固定された外側レースウエイ部材139aと、2行2列の4個の短円柱状ロ−ラ139bと、ローラ139bを収容する内側レースウエイ部材139cとからなっている。内側レースウエイ部材139cはベアリング受けリング140に固定されており、ベアリング受けリング140にはベアリング押さえ169が固定されている。
【0085】
押圧リング133の上端部には押圧リングストッパ170が固定され、またトップリング本体9の上端部にはカバー171が固定されている。そして、回転支持ベアリング138と上下移動支持ベアリング139とを囲むように3つのラビリンス175,176,177が形成されている。即ち、ベアリング押さえ169、押圧リングストッパ170、およびカバー171との間にはラビリンス175が形成され、ベアリング受けリング140とトップリング本体9Aとの間にはラビリンス176が形成され、押圧リング133の第3押圧リング部材133cとリテーナ10との間にはラビリンス177が形成されている。
【0086】
このポリッシング装置においては、図13ないし図15に示したものと比べてベアリングの支持の位置を研磨面に対して近づけることが可能となる。その結果、押圧リング133の支持安定性をより確保することが可能となる。また、トップリング6と押圧リング133との相対回転は回転支持ベアリング138により支持され、押圧リング133のトップリング6に対する上下動は上下移動支持ベアリング139で支持されるようになされているので、ベアリングの寿命の向上にも寄与することが可能である。
【0087】
上述の構造を採用するに際して、ベアリング設置部に対しては異物の進入、例えば、水、研磨液等の液体や研磨くず等の固体物の侵入は好ましくない。従って、ベアリングの周辺に、上記の液体や固体物が入らないようにする必要があり、その手段として、その周辺を接触型のシールによって機械的にシールするか、ラビリンス等の構造で覆う等の方法が考えられる。例えば、機械的にシールした場合には接触部においては少なからず摩耗が生じ、シール自体が消耗部材となる可能性がある。また、摩耗するということは、摩耗による異物の発生にもつながり、それ自身が異物の発生源になりかねない。それに対して、上記の如きラビリンス構造は非接触であるため、そのような懸念はない。さらに、複数のラビリンス175,176,177を並べることで、異物の侵入阻止の精度の向上も可能である。また、研磨面に対しても、必要外の異物の侵入は好ましくなく、上記ラビリンス構造の採用により、研磨面より上の部分で発生した異物の落下を防ぐ効果も期待できる。
【0088】
姿勢制御装置11は、このように構成されたポリッシング装置に取付けられているものであり、その構成は前述したものと実質的に同じであり、押圧リング133の上端に取付けられたアーマチャー14と、その外周に間隔を空けて設定され、トップリングヘッド21に取付けられた電磁コア12及び電磁コイル12a〜12dから構成されている。
【0089】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電磁気力を応用してポリッシング対象物である基板を保持するトップリングの姿勢を制御することにより、被研磨面の面圧分布を最適の状態にして研磨を行い、平坦度の高い研磨を行うことができる。
【0090】
また本発明によれば、ポリッシング対象物である基板をターンテーブルの研磨面に対して押し付ける押圧力は、エアシリンダの押圧力をそのままトップリングに伝達することにより得るようにしている。そして、トップリングの傾きの制御のみを電磁力を用いた姿勢制御装置により行うようにしている。そのため、姿勢制御装置が小型になり、簡易な構造になる。
【0091】
また本発明によれば、ポリッシング対象物である基板のトップリングへの着脱を行う際には、トップリングとコンパクトで軽量な構造の姿勢制御装置とを一体に上下動させればよいため、上下動機構は簡易なもの、たとえばエアシリンダを用いることができる。
【0092】
さらに、図11及び図12に示した如きもににおいては、ポリッシングに際してポリッシング対象物の中央部又は周縁部における押圧力分布が不均一になることを防止して研磨圧力をポリッシング対象物の全面に亘って均一にし、ポリッシング対象物の中央部又は周縁部の研磨量が過不足となることを防止することができる。したがって、ポリッシング対象物の全面を平坦かつ鏡面に研磨することができる。そして、半導体製造工程等に用いてより質の高いポリッシングを行うことができ、また半導体ウエハの周縁部まで製品に供することができるため、半導体ウエハの歩留りの向上に寄与する。更に、
半導体ウエハ等のポリッシング対象物によってはポリッシング対象物の周縁部を内部側より意図的に研磨量を多く又は逆に少なくしたいという要請があるため、この要請にも答えることができるようにポリッシング対象物の周縁部の研磨量を意図的に増減することができる。さらに、ポリッシング対象物の周縁部のみならず、研磨面の狙った一部の領域(例えば、中央部、外周部等)の研磨量を増減するように研磨することができる。
【0093】
また、図13乃至図17に示した如きものにおいては、押圧リングとポリッシング対象物との研磨面に対する押圧力を調整することにより、当該ポリッシング対象物を所要に応じ適切に研磨を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るポリッシング装置の第1実施形態の全体構成を示す縦断面図である。
【図2】本発明に係る基板保持装置の要部断面図である。
【図3】図2のIII−III線断面図である。
【図4】図3のIV−IV線断面図である。
【図5】トップリングの姿勢制御装置を制御する制御部の機能構成を示すブロック図である。
【図6】トップリングのX軸回りの傾きα、Y軸回りの傾きβの関係を説明する図である。
【図7】本発明に係るポリッシング装置の第2実施形態の全体構成を示す縦断面図である。
【図8】図7のVIII−VIII線断面図である。
【図9】図8のIX−IX線断面図である。
【図10】ターンテーブルの姿勢制御装置を制御する制御部の機能構成を示すブロック図である。
【図11】本発明に係るポリッシング装置の他の実施形態を示す図である。
【図12】図11のポリッシング装置の部分拡大図である。
【図13】本発明に係るポリッシング装置の更に別の実施形態を示す図である。
【図14】図13のポリッシング装置の部分拡大図である。
【図15】図14のXIIII-XIIII線断面図である。
【図16】本発明に係るポリッシング装置の他の実施形態を示す図である。
【図17】図16のXVII-XVII線断面図である。
【図18】従来のポリッシング装置の概略図である。
【符号の説明】
1,56,101 ターンテーブル
2,57 研磨布
3,53 半導体ウエハ
5 基板保持装置
6,54 トップリング
7,51 トップリング駆動軸
8 自在継手部
9 トップリング本体
9a,41a 凹部
9B 上部板
10 リテーナリング
11,111 姿勢制御装置
12,112 電磁石コア
12a,12b,12c,12d,112a,112b,112c,112d磁極
13a,13b,13c,13d,113a,113b,113c,113d電磁コイル
14,114 アーマチャー
15,15a1,15a2;15b1,15b2;15c1,15c2;15d1,15d2,115a,115b,115c,115d 変位センサ
21 トップリングヘッド
22 トップリング用エアシリンダ
23 回転筒
24 タイミングプーリ、駆動回路
25 タイミングベルト
26 トップリング用モータ
27 タイミングプーリ
29 トップリングヘッドシャフト
30 減算器
31 コントローラ
31−1 処理部
31−2 ノッチフィルタ
31−3 座標変換部
32 駆動部
40 球面軸受機構
41 フランジ
42 ベアリングボール
52 球面部
54a ウエハ保持面
55 球面座
60 砥液供給ノズル
102 回転軸
103 下部カップリング部材
104 上部カップリング部材
104a 係合孔
105 自動調芯ころ軸受
106 ピン
Claims (5)
- 研磨面を有するターンテーブルと、ポリッシング対象物である基板を保持してターンテーブル上の研磨面に押圧するトップリングを有する基板保持装置とを備えたポリッシング装置において、基板保持装置が、トップリングをターンテーブルの研磨面に対して押圧する押圧手段と、該トップリングの姿勢を電磁力によって制御する姿勢制御手段とを設け、前記押圧手段が前記トップリングに回転を与えるための駆動軸とされ、該駆動軸と前記トップリングとが継手を介して相互に傾動可能に連結されていることを特徴とするポリッシング装置。
- 前記基板保持装置が、駆動軸をその軸線を中心に回転可能に支持するフレームを有し、前記姿勢制御装置が、前記フレームに固定された電磁石装置と、前記トップリングに固定され、前記電磁石装置の磁力により動かされるアーマチャーとを有することを特徴とする請求項1に記載のポリッシング装置。
- 前記姿勢制御装置が、トップリングの姿勢を検知し、それに基づき当該姿勢をフィードバック制御するようにしたことを特徴とする請求項1若しくは2に記載のポリッシング装置。
- 前記トップリングの周囲に押圧リングを上下動自在に配置し、前記押圧リングを前記研磨面に対して可変の押圧力で押圧する押圧手段を設け、前記押圧リングをベアリングを介して前記トップリングに支持させ、当該押圧リングを非回転状態に維持しながら、トップリングの回転を許容するようにしたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のポリッシング装置。
- 前記トップリングの、基板を保持する保持面が、当該トップリングにかけられる流体圧によって前記研磨面に対して変位可能とされ、かつ、トップリングの周囲にリテーナリングを有し、該リテーナリングが前記研磨面に対して、トップリングとは独立に、押圧可能とされたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のポリッシング装置。
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