JP5059445B2 - 基板の研磨装置 - Google Patents

Description

本発明は、基台の刳り貫き穴部に静圧水軸受により支持されるロータリーテーブルの表面に研磨布を貼付した研磨定盤を起立させ、該研磨定盤の上方に設けられた静圧水軸受により支持されるとともに直動／回転複合アクチュエータによりワーク主軸を直動／回転可能にしたワーク主軸の先端に基板ホルダーを設けたワークヘッドを設け、該ワークヘッドを鉛直方向に固定する固定支持板と、該固定支持板の上方に固定して設けられた複数の空気シリンダの下方向に延びるプランジャにキネマカップリング（kinematic couplings）の雄部材を固定し、前記基台の上面であって研磨定盤の外周位置に前記キネマカップリングの雄部材を受容する雌部材を固定して設けた固定支持板昇降機構を備える基板の研磨装置に関する。ワークヘッド下面に保持された基板は、研磨定盤の研磨布に押圧、回転摺擦され、基板表面を平坦化する。この研磨装置は、シリコンベアウエハ、半導体基板、セラミック基板、ＧａＡｓ基板、ＡｌＴｉＣ基板、サファイア基板等の基板の研磨速度を向上させ、環境に優しい。

ワークヘッド(基板ホルダーともキャリアとも言われる。）下面に保持された基板を、研磨定盤の研磨布に押圧、回転摺擦して基板表面を平坦化する基板研磨装置は、実用化され、知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。

これら半導体基板の研磨装置では、主軸の潤滑油による基板への汚染を嫌うためにワークヘッドの主軸（スピンドル）および研磨定盤の回転主軸に空気軸受けが利用されている。しかし、空気軸受を利用する研磨装置は、台風や低気圧が通過するとき、急激に圧力が下がるため、得られる基板の厚み分布が通常運転時に得られた基板の厚み分布より厚くなり、オフ品となる。

空気軸受に代わって静圧水軸受をツール主軸に使用することが半導体基板製造業界から期待されている（例えば、特許文献３参照）。

一方、研磨装置への利用を開示するものではないが、主軸をボールベアリングで支持して直動および回転させる複合アクチュエータとして、チップマウンタ用直動／回転複合アクチュエータ（例えば特許文献４参照）、多関節型ロボットアーム用直動／回転複合アクチュエータ（例えば特許文献５参照）および用途を具体的に開示していない直動／回転複合アクチュエータ（例えば、特許文献６参照）が提案されている。

特開２００５−０１９４９５号公報 米国特許第６，１８３，３５４号明細書 特開２０００−２１８５２８号公報 特開２００６−２２０１９６号公報 特開２００４−３６４３４８号公報 特開２００６−２２０１７８号公報

本発明の主目的は、半導体基板製造業界の静圧水軸受主軸利用への期待を満足する研磨装置の提供を目的とするものである。本発明の第二の目的は、研磨定盤による基板表面の研磨取り代量が粗研磨で５〜２０μｍ、精密研磨で０．１〜２μｍと小さいことから基板を保持するワークヘッドの主軸（スピンドル）を静圧水軸受で支持するとともに、この静圧水軸受で支持される主軸を直動／回転複合アクチュエータにより回転および１〜１０ｍｍ直動可能にした研磨装置とすることにより基板の研磨速度を向上させることを目的とする。

請求項１の発明は、
基台（Ｂ）の刳り貫き穴部（２）に静圧水軸受により支持されるロータリーテーブルの表面に研磨布（３ａ）を貼付した研磨定盤（Ｐ）を起立させ、
該研磨定盤（Ｐ）の上方に設けられた静圧水軸受により支持されるとともに直動／回転複合アクチュエータ（ＬＭ／ＲＭ）によりワーク主軸を直動／回転可能にしたワーク主軸の下端に基板ホルダーを設けたワークヘッド（Ｗ）を設け、
該ワークヘッド（Ｗ）を鉛直方向に固定する固定支持板（Ｓ）と、
該固定支持板（Ｓ）を上下方向に昇降させる空気シリンダ（ＡＳ）よりなる複数の固定支持板昇降機構（Ｌ）と、
該固定支持板昇降機構（Ｌ）の前記空気シリンダ（ＡＳ）のプランジャ（８３）にキネマカップリング（８０）の雄部材（８２）と雌部材（８１）を取り付け、前記プランジャ（８３）の上下移動により前記雄部材（８２）を前記雌部材（８１）が受容、または前記雄部材（８２）と前記雌部材（８１）が離間することを可能にしたキネマカップリング（８０）、
および、
前記ワークヘッド（Ｗ）に保持された基板（ｗ）と前記研磨定盤（Ｐ）の研磨布（３ａ）間に研磨液を供給する研磨液供給手段、とを備える基板の研磨装置（１）を提供するものである。

回転可能な主軸の支持に静圧水軸受を使用するので、環境に優しい研磨装置である。また、直動／回転複合アクチュエータにより主軸が直動および回転されるワークヘッド構造としたことにより、研磨装置をコンパクト化した。基板の研磨加工時は、固定支持板昇降機構によりワークヘッドを直動移動させて基板表面への切り込みを行い、あるいは基板表面からの後退をさせ、ワークヘッドの待機位置へと移動できる。さらに、固定支持板昇降機構にキネマカップリングを採用したことにより、ワークヘッドに保持された基板が研磨定盤により過度に研磨されることが抑制される。

以下、図を用いて本発明をさらに詳細に説明する。図１は静圧水軸受を利用した本発明の研磨装置の斜視図で、図１ａは研磨定盤面にワークヘッドに保持された基板が当接している状態を、図１ｂは研磨定盤面よりワークヘッドが上方に後退している状態を示す。図２は研磨装置のワークヘッドの断面図、図３は中空主軸に備えたリニアモータ制御用検出器の配置図、図４は研磨定盤の断面図、および、図５は固定支持板昇降機構の断面図である。

図１に示す本発明の基板表面の研磨装置１において、この研磨装置１は、基台Ｂの中央に設けた刳り貫き穴部２内に静圧水軸受により支持されるロータリーテーブル３の表面に研磨布３ａを貼付した研磨定盤Ｐを起立させ、この研磨定盤の上方に設けられた静圧水軸受により支持されるとともに直動／回転複合アクチュエータ（ＬＭ／ＲＭ）によりワーク主軸を回転／直動可能にしたワーク主軸の下端に基板ホルダーを設けたワークヘッドＷを設け、該ワークヘッドＷを鉛直方向に固定する固定支持板Ｓと、基台Ｂの下面に複数の空気シリンダＡＳを３基固定して設け、これらの空気シリンダＡＳの上方向に延びるプランジャ８３にキネマカップリング８０の雌部材８１を上下に貫通する穴を通して基台上面に固定し、前記基台Ｂの上方に存在する固定支持板Ｓの下面にキネマカップリングの雄部材８２を固定し、かつ、前記空気シリンダＡＳのプランジャ８３の先端を雄部材８２下面に固定し、空気シリンダＡＳのプランジャ８３の下降により前記キネマカップリングの雄部材８２を雌部材８１に受容させる固定支持板昇降機構Ｌと、および、前記ワークヘッドＷに保持された基板と前記研磨定盤の研磨布３ａ間に研磨液を供給する研磨液供給手段を備える。

図２に示すように、前記ワークヘッドＷは、中空主軸４下端に軸承された基板ホルダーＨを有し、中空主軸４の上下両側端近傍で静圧水軸受５８より回転可能に支持され、この静圧水軸受された中空主軸４に設けた直動／回転複合アクチュエータ（ＬＭ／ＲＭ）により中空主軸４は上下方向に１〜１０ｍｍ直動および回転可能である。

前記直動／回転複合アクチュエータ（ＬＭ／ＲＭ）は、回転モータ５０とリニアモータ６０とから構成され、前記回転モータ５０は、円筒形電機子５３と、この円筒形電機子の内部に回転自在に設けられた中空の円筒形回転界磁部ＲＭ_２とからなり、前記円筒形回転界磁部ＲＭ_２の内周に固定されたリニアモータ電機子ＬＭ_１と、このリニアモータ電機子の直動自在に設けられた円筒形リニアモータ界磁部ＬＭ_２とからなるリニアモータ６０とにより構成され、前記円筒形リニアモータ界磁部ＬＭ_２の内部に、前記リニアモータ電機子ＬＭ_１と一体に回転するとともに前記リニアモータ電機子の軸心方向に摺動自在に出力軸１０１を設けたものである。

前記回転モータ５０の前記円筒形回転界磁部５１の反負荷端には回転モータ制御用検出器５５を設け、前記出力軸１０１の反負荷端に前記出力軸の長手方向に沿って等ピッチで同主軸のストローク以上の長さに配置固定した複数の異方性磁石と、前記磁石から生じる磁界を検出する９０°位相に配置した磁気センサとにより構成したリニアモータ制御用検出器６４を設ける。

図２おいて、５０は回転モータであり、円筒形電機子ＲＭ_１と円筒形回転界磁部ＲＭ_２とから構成されている。円筒形電機子ＲＭ_１は、回転モータ電機子コア５２と、その回転モータ電機子コア５２に巻装された電機子巻線５３で構成されている。この円筒形電機子ＲＭ_１の内側には、中空の円筒形回転界磁部ＲＭ_２が設けられている。円筒形回転界磁部ＲＭ_２は、円筒形の回転モータ界磁ヨーク５７の表面に、偶数個で、等ピッチの界磁磁石５１が配置固定されており、これは、アクチュエータフレーム７０の両端に固定されているＬブラケット７１、反Ｌブラケット７２と、静圧水軸受５８とで回動自在に支持されている。また、回転モータ制御用検出器５５は、アクチュエータ反Ｌブラケット７２後端に配置固定されている。回転モータ制御用検出器５５で検出された信号は、回転モータ用検出器端子５６から図示しないコントローラ（制御装置）に取り出される。回転モータ電機子巻線５３への給電は、回転モータ端子５４により行われる。

円筒形のリニアモータ６０は、中空主軸４（出力軸１０１）の直線運動を行う駆動力であり、リニアモータ電機子ＬＭ_１とリニアモータ界磁部ＬＭ_２で構成されている。リニアモータ電機子ＬＭ_１は、円筒形回転界磁部ＲＭ_２の内側に固定された円筒形のリニアモータ電機子フレーム６２と、リニアモータ電機子フレーム６２に固着されたリニアモータ電機子巻線６１で構成されている。またリニアモータ界磁部ＬＭ_２は、リニアモータ電機子巻線６１にギャップを介して対向配置されたリニアモータ界磁ヨーク６６と、このリニアモータ界磁ヨーク６６上に多極に着磁された界磁磁石６７で構成されている。そしてそのリニアモータ界磁部ＬＭ_２は、出力軸１０１（４）に固定されており、これよりリニアモータから生じる直動動作は、リニアモータの前後端に配置固定されているボールスプライン６３により、スラスト方向に支持されている。

図３に示すように、リニアモータ制御用検出器６４は、出力軸１０１の反負荷端に構成されており、出力軸１０１の長手方向に沿って複数のリング状の異方性磁石からなり、多極磁化された界磁部７０を配置し、この界磁部７０が生じる磁束を９０°位相で配置された２つのホール素子７１（Ａ相），ホール素子（Ｂ相）７２等の磁気センサで検出するものである。リニアモータ制御用検出器６４の出力は、シリアル変換器７４により２^ｎ分割され、かつ、シリアル信号変換され、サーボドライバ７３に入り、リニアモータの制御信号として用いられる。

次に直動／回転複合アクチュエータ（ＬＭ／ＲＭ）の動作について説明する。回転モータ端子５４から回転モータ電機子巻き線５３に駆動電力を供給すると、回転モータ電機子コア５２に出力軸１０１回りの回転磁界が生じ、その回転磁界と回転モータ界磁磁石１１の磁極との磁気作用である吸引、反発により回転モータ界磁ヨーク５７が静圧水軸受５８を支持として回転する。その回転力は、ボールスプライン６３により中空主軸４に伝達され、その主軸に取り付けられている基板ホルダーアーム部９０を回転駆動する。

一方、回転モータ５７に固定されたリニアモータ電機子フレーム６２に設けられたリニアモータ電機子巻線６１にスリップリング（図示せず）を介してコントローラから駆動電力を供給すると、リニアモータ電機子巻線６１に発生する移動磁界との相互作用により、直動用円筒形リニアモータ６０が出力軸１０１の軸方向に駆動力を受ける。直動用円筒形リニアモータ６０はリニアモータ界磁ヨーク６６を介して出力軸１０１に固定されているので、その駆動力は出力軸１０１を軸方向に駆動する力として伝達される。

中空主軸４は、円筒状軸受ハウジング６内で複数の水静圧軸受５８で回転自在に支持される。この円筒状軸受ハウジング６はアウターハウジング５内周面にボルトで固定される。中空主軸４の下端部および上端部の外周は、静圧水軸受５８によって支持されるとともに、フランジ５８ａが静圧水軸受よりなる一対のスラスト軸受５８ｂ，５８ｂにより支持される。中空主軸４は、Ｓ_ｉＣやＳ_ｉＮセラミック製主軸、あるいは表面をＳ_ｉＮセラミックでコーティングしたクロムメッキステンレス製主軸が好ましい。

図２に示すように、中空主軸４（出力軸１０１）を支持するラジアル軸受５８ｃ，５８ｃおよびスラスト軸受５８ｂ，５８ｂ一対は、中空主軸４のフランジ５８ａを中心に対称に配置される。アウターハウジング５および軸受ハウジング６の当接面に環状の分配室５８ｄが形成され、ラジアル軸受５８ｃは中空主軸４の外周を囲むように６個の静圧ポケット部を備え、分配室５８ｄと前記静圧ポケットとがそれぞれ絞りを介して連通している。給水ポート５８ｅから分配室５８ｄに供給された加圧水は絞りを経由して６個の静圧ポケットに供給され、中空主軸４をフローティング状態で支持する。水は、ドレン流路５８ｆを経てアウターハウジング５の外へ排出される。前記絞りの半径方向外側には圧力調整器を備える。

次に図２を用いて、基板ホルダーＨの構造の一例を説明する。図中、４０４はお椀状ハウジング部、４０５ａはカプラで、お椀状ハウジング部を前記中空主軸４下部に軸承する。４０６は可撓性材よりなるダイヤフラムで、前記お椀状ハウジング部の環状側壁４０４ａ下端部に水平方向に環状のフランジ４０７で挟持され、ボルト４０９締めされる。

４０８は剛体製支持板で、中央部に鉛直方向に気体通路４０８ａが設けられ、下面の前記気体通路部に通じて形成された凹部（第２加圧室）４０８ｂを有する。４１０は外向きのフランジ部４１０ａを有するフランジリングで、これはダイヤフラム４０６の中央上面部にボルト４１１で固定されている。また、剛体製支持板４０８もこのボルト４１１によりダイヤフラム４０６の下面に固定される。剛体製支持板４０８は図２では２つの部材４０８，４０８で示されているが、一体化したものであってもよい。

４１２は固定用円板４１２ａを上下方向に昇降可能な高さ位置調整機構で、上部がネジ切られた棒状部材４１２ｂの下端部に固定用円板４１２ａが設けられる。４１３はインサ−トでお椀状ハウジング部の上方部に設けられ、棒状部材４１２ｂが螺合する。棒状部材４１２ｂを上昇することにより前記フランジ部４１０ａに固定用円板４１２ａが係合する。４１６は気体供給・排気兼用の管で中空主軸４内に設けられ、この管４１６の上方の端はロータリージョイント６００を介して真空管６０４・加圧管６０３に接続され、下方の端は剛体製支持板の中央部の気体通路４０８ａにジョイント４１６ａを介して連通している。

４１７はお椀状ハウジング部４０４の内側とダイヤフラム４０６の上面側とで形成される第一加圧室、４１８はこの第一加圧室４１７に気体を供給する気体通路であって矢印で示されるように中空主軸４の内部を経由して加圧気体がコンプレッサにより供給される。供給された加圧気体はダイヤフラム４０６上面を加圧する。

４１９は可撓性ゴム膜である。可撓性ゴム膜４１９は、前記剛体製支持板４０８下段端面の外周縁部の段部４０８ｃに複数のボルト４２３，４２３で固定された剛体製金属環状リング４３０の下面に展張される。この円形可撓性ゴム膜４１９ａと剛体製支持板４０８の下面凹部とで隙間ｈが０．１〜５ｍｍの機密性の高い第二加圧室４０８ｂ、４２１が形成される。

環状保持リング４２２は、剛体製金属環状リング４３０のリング幅Ｌと略同一幅、略同一径で型造られている。素材はガラス繊維補強エポキシ樹脂またはセラミック製で、厚みは０．０５〜２ｍｍである。環状保持リング４２２は剛体製環状リング４３０の下面に展張された可撓性ゴム膜４１９上に感圧接着剤で貼着される。該環状保持リング４２２の内側壁と前記可撓性ゴム膜４１９下面とで基板収納ポケット部４２５が形成される。前記円形可撓性膜の上面側より第２加圧室４０８ｂ，４２１に蛇腹中空管４１６より加圧空気が供給されて第２加圧室は加圧または蛇腹管４１６が真空引きされて第二加圧室は減圧される構造となっている。

環状保持リング４２２は、セラミック製外環状保持リング４２２ａの内側に、約０．５〜１．５ｍｍの隙間幅ｄを以って樹脂製内環状保持リング４２２ｂを備えさせた二重構造としてもよい。樹脂製内環状保持リング４２２ｂは、ロックウエル硬さ（ＡＳＴＭ Ｄ７８５）がＲスケ−ルで１１０〜１５０のものが好ましい。

中空主軸４の素材は、窒下珪素、窒化炭素、酸化珪素、アルミナ、ジルコニアなどのセラミックが好ましいが、従来のステンレスあるいはクロムメッキ鋼製スピンドル表面をセラミック化学蒸着で１００〜５００μｍ厚コーティングしたものでもよい。

中空主軸４の回転速度は、１０〜３００ｒｐｍで十分である。中空主軸４の直動は、基板表面の研磨取り代量が粗研磨加工のときは５〜２０μｍ、精密研磨加工のときは０．１〜２μｍの取り代量に過ぎないことから複合アクチュエータの中空主軸４用リニアモータ機構ＬＭ_１，ＬＭ_２を利用してかかる取り代量に相当する量の切込みを加圧空気とともに基板にかけるのが好ましい。

中空主軸４の中央空所には流体通管６０１が、さらにその内側空所には流体通路管６０２が設けられ、流体通路管６０２の下端部は前記蛇腹中空管４１６が結合されている。流体通管６０１の上端部はロータリージョイント６００に連結されており、その先は切替弁６０５，６０６を備える管６０３，６０４に接続され、更に、図示されていないコンプレッサおよび真空ポンプに連結されている。

次に、図４を用いて研磨定盤Ｐについて説明する。研磨定盤Ｐは、静圧水軸受２０７，２０８により支持される上部ロータ２０３表面より環状支持部材２１２を起立させ、該環状支持部材２１２の段部に不通気性外周縁２１３を有するポーラスセラミック製チャック板２０１を当て嵌め、このロータリーテーブル２０１の表面に研磨布３ａを貼付した研磨定盤Ｐである。

前記研磨定盤Ｐは、下部ロータ（可動子）２０２，上部ロータ（可動子）２０３、ステータ（固定子）２０４、スペーサ２０５、拘束リング２０６、純水供給孔２０７、廃液孔２０８、ボルト孔２０９、中央中空部２１０、中空主軸２１６を有する。前記下部ロータ２０２上傾斜面および上部ロータ２０３の下傾斜面には、ポケット（２０２ａ，２０３ａ）、ベアリングランド（２０２ｂ，２０３ｂ）およびリークランド（２０２ｃ，２０３ｃ）が交互に配置されている。

既述したように、この上部ロータ２０３表面にポーラスセラミック製ロータリーテーブル２０１が載置され、そのロータリーテーブル２０１表面に研磨布３ａが貼付され、底部には流体室２１５が前記中央中空部２１０上面に設けられる。

研磨定盤Ｐは、制振パッド２１１を介して前記基台Ｂ上面に搭載される。上方ロータ２０３上面中央部に仕切板２１４を設け、この仕切板２１４と、前記環状支持部材２１２とポーラスセラミック製ロータリーテーブル２０１とで流体室２１５を形成している。仕切板２１４中央部には孔があり、中空スピンドル２１６が鉛直方向に挿入されている。その中空主軸２１６の上端は前記流体室２１５に連通し、下端はロータリージョイント５０２の上フランジ５０２ａに接続し、下フランジ５０２ｂでは純水供給管５０１に接続し、純水供給管５０１の先は図示されていないポンプに接続されている。

前記中空主軸２１６のロータリージョイント５０２近傍には、磁性材から形成された下部の歯形部２２２を備え、その下面にエンコーダ２２３を備え、これに対向してセンサ２２４が基台Ｂに設けられ、基台に対するポーラスセラミック製チャック板２０１の回転角度を分解能１秒角以下で測定できるようになっている。エンコーダ２２３とセンサ２２４とで測定手段を構成する。

前記歯形部２２２は、外周に複数の歯が形成され、一歯ずつ磁化されることによりＮ極とＳ極が交互に配列される。この歯形部２２２に対向して基台上面であってステータ２０４の下面にあたる位置には制振パッド２１１を介してコイル２２０が配置されている。コイル２２０の歯数は、歯形部２２２の歯数より１個だけ多い。歯形部２２２とコイル２２０とでＡＣサーボモータを構成する。このＡＣサーボモータは、中空スピンドル２１６の回転駆動力となる。

固定子２０４の外周縁には純水供給孔２０７が設けられ、貯水槽からポンプで汲み上げられた水が図示されていない圧力調整器で流量を調節されて純水供給孔２０７に給水され、その先の絞りで絞られて拘束リング２０６内周面とロータ２０２，２０３間の隙間を経し、上部ロータ２０３下斜面および下部ロータ２０２上斜面に設けられたポケット２０３ａに供給され、ポーラスセラミック製ロータリーテーブル２０１を搭載するロータ２０３，２０２外周面を固定子２０４内周面からフローティングさせる。拘束リング２０６はボルト２０９ａにより上部ロータ２０３と下部ロータ２０２を締結している。

ロータ２０２，２０３斜面ポケット部に供給された純水は、廃液孔２０８を経由して研磨定盤Ｐ外部へ排出される。図３の円内拡大図に示されるように、ロータ２０２，２０３外周縁斜面と固定子２０４内周壁が対向する位置にある廃液通路２０８ａは、固定子２０４内周壁に接着２１９されたゴム舌２１８がロータ斜面を被い、水漏れを防いでいる。

ポーラスセラミック製ロータリーテーブル２０１は、ロータ２０２，２０３が回転することにより水平方向で回転する。また、流体室に純水をポンプで供給することによりポーラスセラミック製ロータリーテーブル２０１を経過して研磨布３ａに浸透し、研磨布３ａと平坦加工される基板ｗ裏面間に存在することとなる。純水の代わりに研磨液を切替弁を介して管５０１に供給可能であるなら、ポンプおよび中空主軸２１６は研磨液供給手段９０を構成するものである。

前記研磨液供給手段９０は、供給ノズルを研磨定盤Ｐ上方に設け、ポンプにより研磨液貯槽より研磨液を汲み上げ、研磨布３ａ上面に研磨液を前記供給ノズルから供給・吹き付けるようにしてもよい。

図１に示す固定支持板昇降機構Ｌは、固定支持板Ｓを上下方向に昇降させる複数の空気シリンダＡＳを基礎台Ｂ下面に固定し、これら空気シリンダＡＳの上方向に延びるプランジャ８３にキネマカップリング８０の雌部材８１を上下に貫通する穴を通して基台Ｂ上面に固定し、前記基台Ｂの上方に存在する固定支持板Ｓの下面にキネマカップリングの雄部材８２を固定し、かつ、前記空気シリンダＡＳのプランジャ８３の先端を雄部材８２下面に固定し、空気シリンダＡＳのプランジャ８３の下降により前記キネマカップリングの雄部材８２を雌部材８１に受容させ、空気シリンダＡＳのプランジャ８３の上昇により雄部材８２と雌部材８１が離間する構造を採っている。

固定支持板昇降機構Ｌは、図５に示すように、固定支持板Ｓを上下方向に昇降させる複数の空気シリンダＡＳを固定支持板Ｓ上面に固定し、これら空気シリンダＡＳの下方向に延びるプランジャ８３にキネマカップリング８０の雄部材８２と雌部材８１とをそれぞれの中央に設けた上下に貫通する穴を通し、前記雄部材８２はプランジャ８０に固定し、雌部材８１は基台Ｂの上面に固定し、前記空気シリンダＡＳのプランジャ８３の下降により前記キネマカップリングの雄部材８２を雌部材８１に受容させ、空気シリンダＡＳのプランジャ８３の上昇により雄部材８２と雌部材８１が離間する構造を採ってもよい。８４はストッパである。

キネマカップリング構造は、例えば、米国特許第６，１９３，４３０号明細書、特開平９−２６４５８号公報の第５図に開示されるように公知である。雄部材８２と雌部材８１との離間距離は１〜１０ｍｍ、好ましくは１〜５ｍｍで十分である。

プランジャ８３の飛び出しを防止するために、空気シリンダＡＳの空気室にポンプよりソレノイドバルブ、絞り弁を経て空気シリンダＡＳの空気室に圧縮空気を供給する回路は、図５に示すようにメータイン回路とするのが好ましい。

図１に示す基板の研磨装置１を用いて基板を平坦化研磨加工する手順を以下に説明する。先ず、空気シリンダＡＳのプランジャ８３を上昇させることによりキネマカップリング８０の雄部材８２と雌部材８１間の距離を１００ｍｍ離す。

ついで、ワークヘッドＷの可撓性膜４１９下面を純水で湿らせ、湿らせた可撓性膜４１９に基板ｗを当接させ、環状保持リング４２２間に基板を固定する。

空気シリンダＡＳのプランジャ８３を下降させることによりキネマカップリングの雄部材８２と雌部材８１間の距離を２ｍｍとする。

中空主軸４を回転モータ５０により回転させつつ、リニアモータ６０を駆動して回転しているワークヘッドＷを下降させ、基板ｗ裏面を回転している研磨定盤Ｐの研磨布３ａに摺擦させて切り込みを開始する。

研磨中は、ワークヘッドＷの可撓性膜４１９背面には加圧空気が供給されるとともに、ポーラスセラミック製ロータリーテーブル２０１裏面側から研磨布に向かって研磨液が供給され、研磨布３ａと基板ｗの摺擦面間に研磨液が介在する。

リニアモータ６０によるワークヘッドＷの中空主軸４の下降がＮＣ制御装置に記憶されている研磨加工プログラムの加工条件に記録されている定められた研磨取り代量（例えば５μｍ）となると、研磨加工された基板の厚みが測定され、規定値域内であると、研磨終了の信号が制御装置に出力され、ワークヘッドの中空主軸４内が加圧から減圧に切り替えられるとともに、空気シリンダＡＳのプランジャ８３が１００ｍｍ上昇され、ついで、ワークヘッドの中空主軸の回転および研磨定盤の中空主軸の回転が停止される。

基板の研磨加工終了後は、ワークヘッドの中空主軸４内の減圧を停止し、ついで、加圧空気に切り替え、ワークヘッドＷの可撓性膜４１９面からの被研磨加工基板の剥離を容易とし、この基板を次の加工ステージへと搬送する。

なお、基板の研磨開始時、キネマカップリング８０の雄部材８２が雌部材８１に受容される離間距離を研磨取り代量と同数値または最大許容量域値に設定すれば、雄部材８２が雌部材８１に受容され、受容信号が発信されたときを研磨終点とコントローラは判断できる。

本発明の基板の研磨装置１は、静圧水軸受で支持される主軸を用いるので、環境に優しい。また、ワークヘッドの主軸の下降および回転駆動を直動／回転複合アクチュエータを用いるのでワークヘッドをコンパクトに設計できる。

本発明の静圧水軸受を利用した研磨装置の斜視図である。図１ａは研磨定盤面にワークヘッドに保持された基板が当接している状態を、図１ｂは研磨定盤面よりワークヘッドが上方に後退している状態を示す。 研磨装置のワークヘッドの断面図である。 中空主軸に備えたリニアモータ制御用検出器の配置図である。（公知） 研磨定盤の断面図である。 固定支持板昇降機構の断面図である。

符号の説明

１ 研磨装置
Ｂ 基台
Ｐ 研磨定盤
３ａ 研磨布
ＬＭ／ＲＭ 直動／回転複合アクチュエータ
５０ 回転モータ
６０ リニアモータ
Ｗ ワークヘッド
ｗ 基板
Ｓ 固定支持板
ＡＳ 空気シリンダ
Ｌ 固定支持板昇降機構
８０ キネマカップリング
８１ 雌部材
８２ 雄部材
８３ プランジャ

Claims (1)

1. 基台（Ｂ）の刳り貫き穴部（２）に静圧水軸受により支持されるロータリーテーブルの表面に研磨布（３ａ）を貼付した研磨定盤（Ｐ）を起立させ、
   該研磨定盤（Ｐ）の上方に設けられた静圧水軸受により支持されるとともに直動／回転複合アクチュエータ（ＬＭ／ＲＭ）によりワーク主軸を直動／回転可能にしたワーク主軸の下端に基板ホルダーを設けたワークヘッド（Ｗ）を設け、
   該ワークヘッド（Ｗ）を鉛直方向に固定する固定支持板（Ｓ）と、
   該固定支持板（Ｓ）を上下方向に昇降させる空気シリンダ（ＡＳ）よりなる複数の固定支持板昇降機構（Ｌ）と、
   該固定支持板昇降機構（Ｌ）の前記空気シリンダ（ＡＳ）のプランジャ（８３）にキネマカップリング（８０）の雄部材（８２）と雌部材（８１）を取り付け、前記プランジャ（８３）の上下移動により前記雄部材（８２）を前記雌部材（８１）が受容、または前記雄部材（８２）と前記雌部材（８１）が離間することを可能にしたキネマカップリング（８０）、
   および、
   前記ワークヘッド（Ｗ）に保持された基板（ｗ）と前記研磨定盤（Ｐ）の研磨布（３ａ）間に研磨液を供給する研磨液供給手段、とを備える基板の研磨装置（１）。

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