JP6710794B2 - 連結機構、および基板研磨装置 - Google Patents
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Description
第1の参考例の好ましい態様は、前記上側球面軸受および前記下側球面軸受は同一の回転中心を有しており、前記回転中心は、前記第1凹状接触面、前記第2凸状接触面、前記第3凹状接触面、および前記第4凸状接触面よりも下方に位置していることを特徴とする。
第1の参考例の好ましい態様は、前記第1凹状接触面、前記第2凸状接触面、前記第3凹状接触面、および前記第4凸状接触面の曲率半径を選定することにより、前記回転体の下端面から前記回転中心までの距離を変更することができることを特徴とする。
第1の参考例の好ましい態様は、前記回転中心は、前記回転体の下端面上にあることを特徴とする。
第1の参考例の好ましい態様は、前記回転中心は、該回転中心まわりに傾動する変位部の慣性中心と一致していることを特徴とする。
第1の参考例の好ましい態様は、前記回転中心は、該回転中心まわりに傾動する変位部の慣性中心と前記回転体の下端面との間に位置していることを特徴とする。
第1の参考例の好ましい態様は、前記回転中心は、前記回転体の下端面よりも下方にあることを特徴とする。
第1の参考例の好ましい態様は、前記第1摺接部材および前記第2摺接部材の一方は、他方のヤング率と同じか、またはそれよりも低いヤング率を有するか、または他方の減衰係数よりも高い減衰係数を有することを特徴とする。
本発明の第1の態様は、回転体を駆動軸に傾動可能に連結する連結機構であって、前記駆動軸と前記回転体との間に配置された減衰部材と、前記駆動軸の下端に螺合される固定部材と、を備え、前記減衰部材は、前記固定部材と前記駆動軸の下端とに挟まれて前記駆動軸の下端に固定されると共に、前記駆動軸の下端と前記回転体とに挟まれて前記回転体を前記駆動軸に連結し、前記減衰部材は、前記駆動軸のヤング率と同じか、またはそれよりも低いヤング率を有するか、または前記駆動軸の減衰係数よりも高い減衰係数を有することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記減衰部材は、ゴムブッシュであることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記減衰部材は、環状の形状を有した減衰リングであることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記回転体は、前記減衰部材が挿入される挿入凹部を有するスリーブを有しており、前記スリーブは、前記減衰部材が嵌め込まれる段部が形成された内周面を有していることを特徴とする。
本発明の第3の態様は、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、基板を前記研磨パッドに押圧する研磨ヘッドと、前記研磨パッドに押圧されるドレッサーと、を備え、前記ドレッサーが上記連結機構により駆動軸に連結されることを特徴とする基板研磨装置である。
本発明の好ましい態様は、前記研磨パッドの研磨面の高さを測定するパッド高さ測定器を備え、前記パッド高さ測定器は、前記駆動軸を回転自在に支持するドレッサーアームに固定されたパッド高さセンサと、前記駆動軸に固定されたセンサターゲット、とを有することを特徴とする。
第3の参考例の好ましい態様は、前記変位部の慣性中心が、前記算出された範囲内にあるときは、前記回転中心を、前記慣性中心に一致させることを特徴とする。
第4の参考例の好ましい態様は、前記変位部の慣性中心が前記算出された範囲内にあるときは、前記コンピュータに、前記回転中心を前記慣性中心に一致させる処理を実行させることを特徴とする。
図1は、基板研磨装置1を模式的に示す斜視図である。この基板研磨装置1は、研磨面10aを有する研磨パッド10が取り付けられた研磨テーブル3と、ウェハなどの基板Wを保持しかつ基板Wを研磨テーブル3上の研磨パッド10に押圧する研磨ヘッド5と、研磨パッド10に研磨液やドレッシング液(例えば、純水)を供給するための研磨液供給ノズル6と、研磨パッド10の研磨面10aのドレッシングを行うためのドレッサー7を有するドレッシング装置2と、を備えている。
s=V−x’ ・・・(1)
さらに、ドレッサー7と研磨パッド10との間の摩擦係数をμとしたときに、μ’を以下の式(2)で定義する。
μ’=(dμ/ds) ・・・(2)
なお、μ’は、例えば、ストライベック曲線から得ることもできる。μ’は、ストライベック曲線の接線の傾きに相当する。
F0=(μ0+μ’・s)・FD
=(μ0+μ’・V)・FD−μ’・FD・x’ ・・・(3)
ここで、μ0は、ドレッサー7と研磨パッド10との間の静止摩擦係数であり、FDは、ドレッサー7を研磨パッド10に押圧するときに、ドレッサー7に加えられる押付荷重である。
R=f(V−x’) ・・・(4)
式(4)は、荷重半径Rがすべり速度s(=V−x’)を変数とする関数fによって決定されることを表している。関数fは、相対速度Vが0のときに荷重半径Rが0となり、相対速度Vが∞のときに荷重半径Rがドレッサー7の半径Rdとなる関数である。
M=Σ(R(i)・FD(i)) ・・・(5)
さらに、荷重半径Rを以下の式(6)で定義する。
R=M/FD=Rd・(V―x’)・η ・・・(6)
ここで、ηは、ドレッサー7の半径Rdに対する荷重半径Rの比である。例えば、押付荷重FDの分布の中心がドレッサー7の中心と外縁との間の中央にある場合、ηの値は0.5である。
M0=(μ0+μ’・s)・FD・h+η・FD・Rd(V−x’)
=(μ0+μ’・V)・FD・h−μ’・FD・h2・θ’
+η・FD・Rd・V−η・FD・Rd・h・θ’) ・・・(7)
ここで、θ’は、ドレッサー7が回転中心CPまわりに回転角θだけ傾動するときの角速度である。
m・x’’+(Cx+μ’・FD)x’+Kx・x=
(μ0+μ’・V)・FD ・・・(8)
ここで、mは、研磨パッド10のうねりによって回転中心CPまわりに傾動される変位部の質量であり、図2に示される実施形態では、変位部は、ドレッサー7だけでなく、ベローズ44の下部に接続された下側円筒部46(図2参照)を含む。したがって、変位部の質量mは、ドレッサー7の質量と下側円筒部46の質量の合計値である。x’’は、ドレッサー7が該ドレッサー7と研磨パッド10との摩擦に起因して、研磨パッド10に対して水平方向にxだけ変位するときのドレッサー7の加速度である。Cxは、並進運動の減衰係数であり、Kxは、並進運動の剛性である。
(Cx+μ’・FD)>0 ・・・(9)
(Ip+m・L2)・θ’’+
(C+μ’・FD・h2+η・FD・Rd・h)θ’+(Kθ+Kpad)・θ=
(μ0+μ’・V)・FD・h+η・FD・Rd・V ・・・(10)
ここで、(Ip+m・L2)は、研磨パッド10のうねりによって回転中心CPまわりに傾動される変位部の慣性モーメントであり、Lは、変位部の慣性中心(慣性質量の中心)Gから回転中心CPまでの距離である。Ipは、慣性質量中心の慣性モーメントである。θ’’は、ドレッサー7が回転角θだけ回転中心CPまわりに回転するときの角加速度である。また、Cは、回転中心CPまわりの減衰係数であり、Kθは、回転中心CPまわりの傾き剛性であり、Kpadは、研磨パッドの弾性特性によって発生する回転中心CPまわりの傾き剛性である。
ドレッサー7の下端面から上方に位置する場合(図11参照)に、距離hは負数である。
(C+μ’・FD・h2+η・FD・Rd・h)>0 ・・・(11)
(−b−(b2−4・a・c)1/2)/(2・a)< h <
(−b+(b2−4・a・c)1/2)/(2・a) ・・・(12)
式(12)から、ドレッサー7のばたつきや振動の発生を防止することができる距離hの下限値hmin、および上限値hmaxを、以下の式(13)および式(14)で表すことができる。
hmin=(−b−(b2−4・a・c)1/2)/(2・a) ・・・(13)
hmax=(−b+(b2−4・a・c)1/2)/(2・a) ・・・(14)
なお、式(12)乃至式(14)において、aは、μ’・FDであり、bは、η・FD・Rdであり、cは、回転中心CPまわりの減衰係数Cである。
ωθ=((Kθ+Kpad)/(Ip+m・L2))1/2 ・・・(15)
Cc=2・((Ip+m・L2)・(Kθ+Kpad))1/2 ・・・(16)
さらに、減衰比ζは、以下の式(17)で表される。
ζ=ΣC/Cc
=(C+μ’・FD・h2+η・FD・Rd・h)/
2・((Ip+m・L2)・(Kθ+Kpad))1/2 ・・・(17)
式(17)で表される減衰比ζが負数のときに、ドレッサー7の傾動運動が不安定になる(発散する)。すなわち、この減衰比ζが負数であるときに、ドレッサー7のばたつきや振動が発生する。
回転中心CPまわりの減衰係数C=0.1
μ’=0
ドレッサー7の押付荷重FD=70[N]
η=0.7
ドレッサー7の半径Rd=50[mm]
慣性質量中心の慣性モーメントIp=0.00043[kg・m2]
変位部の質量m=0.584[kg]
変位部の慣性中心Gと回転中心CPの距離L=9+h[mm]
回転中心CPまわりの減衰係数C=0.1
μ’=0
ドレッサー7の押付荷重FD=70[N]
η=0.8
ドレッサー7の半径Rd=75[mm]
慣性質量中心の慣性モーメントIp=0.0014[kg・m2]
変位部の質量m=0.886[kg]
変位部の慣性中心Gと回転中心CPの距離L=7+h[mm]
(μ’・FD・h2+η・FD・Rd・h)>0
(μ’・h+η・Rd)FD・h>0 ・・・(18)
式(18)において、距離hが正数であると仮定すると、減衰比ζが正数となる条件式は、以下の式(19)で表される。
(μ’・h+η・Rd)>0 ・・・(19)
式(19)から、以下の式(20)が導かれる。
μ’>(−η・Rd)/h ・・・(20)
μ’cri=(−η・Rd)/h ・・・(21)
臨界値μ’criよりもμ’の値が小さいときに、減衰比ζは負数となり、臨界値μ’criよりもμ’の値が大きいときに、減衰比ζは正数となる。すなわち、臨界値μ’criよりもμ’の値が小さいときに、ドレッサー7のばたつきや振動が発生する。
FD>(−Cx)/μ’ ・・・(22)
式(22)から、並進運動においてドレッサー7にばたつきや振動を発生させない押付荷重FDの上限値(臨界値)FD1は、以下の式(23)で表される。
FD1=(−Cx)/μ’ ・・・(23)
FD>(−C)/(μ’・h2+η・Rd・h) ・・・(24)
式(24)から、傾動運動においてドレッサー7にばたつきや振動を発生させない押付荷重FDの上限値(臨界値)FD2は、以下の式(25)で表される。
FD2=(−C)/(μ’・h2+η・Rd・h) ・・・(25)
2 ドレッシング装置
3 研磨テーブル
3a テーブル軸
5 研磨ヘッド
6 研磨液供給ノズル
7 ドレッサー
7a ドレッシング面
10 研磨パッド
10a 研磨面
11 テーブルモータ
14 ヘッドシャフト
20 支持台
23 ドレッサーシャフト
23a ねじ孔
23b 肩部
24 エアシリンダ
25 支柱
27 ドレッサーアーム
28 旋回軸
30 ディスクホルダ
31 ドレッサーディスク
32 ホルダ本体
32a 凹部
33 孔
33a 段差部
35 スリーブ
35a スリーブフランジ
35b 挿入凹部
35c 環状溝
37 磁石
41 Oリング
42 第1円筒カバー
42a 基部
42b 水平部
42c 折返し部
44 ベローズ
45 上側円筒部
46 下側円筒部
46a 環状溝
47 Oリング
48 第2円筒カバー
48a 基部
48b 水平部
48c 折返し部
50 連結機構
52 上側球面軸受
53 第1摺接部材
53a 第1凹状接触面
54 第2摺接部材
54a 第2凸状接触面
55 下側球面軸受
56 第3摺接部材
56a ねじ部
56b 段部
56c 第3凹状接触面
57 第4摺接部材
57a 第4凸状接触面
60 連結機構
65 台座
70 減衰リング(減衰部材)
70a 内周面
70b 外周面
71 固定部材
71a ねじ部
71b フランジ部
81 上側フランジ
82 下側フランジ
84 トルク伝達ピン
85 ばね機構
85a ロッド
85b ばね
90 コンピュータ
91 記憶装置
92 演算部
92a CPU
92b ROM
92c RAM
93 入力部
95 表示部
100 パッド高さ測定器
101 パッド高さセンサ
102 センサターゲット
104 ドレッシング監視装置
CP 回転中心
Claims (8)
- 回転体を駆動軸に傾動可能に連結する連結機構であって、
前記駆動軸と前記回転体との間に配置された減衰部材と、
前記駆動軸の下端に螺合される固定部材と、を備え、
前記減衰部材は、前記固定部材と前記駆動軸の下端とに挟まれて前記駆動軸の下端に固定されると共に、前記駆動軸の下端と前記回転体とに挟まれて前記回転体を前記駆動軸に連結し、
前記減衰部材は、前記駆動軸のヤング率と同じか、またはそれよりも低いヤング率を有するか、または前記駆動軸の減衰係数よりも高い減衰係数を有することを特徴とする連結機構。 - 前記減衰部材は、0.1GPaから210GPaの範囲にあるヤング率か、または減衰比が0.1から0.8の範囲となる減衰係数を有することを特徴とする請求項1に記載の連結機構。
- 前記減衰部材は、ゴムブッシュであることを特徴とする請求項1または2に記載の連結機構。
- 前記減衰部材は、環状の形状を有した減衰リングであ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連結機構。
- 前記回転体は、前記減衰部材が挿入される挿入凹部を有するスリーブを有しており、
前記スリーブは、前記減衰部材が嵌め込まれる段部が形成された内周面を有していることを特徴とする請求項1に記載の連結機構。 - 研磨パッドを支持する研磨テーブルと、
基板を前記研磨パッドに押圧する研磨ヘッドと、を備え、
前記研磨ヘッドが、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の連結機構により駆動軸に連結されることを特徴とする基板研磨装置。 - 研磨パッドを支持する研磨テーブルと、
基板を前記研磨パッドに押圧する研磨ヘッドと、
前記研磨パッドに押圧されるドレッサーと、を備え、
前記ドレッサーが、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の連結機構により駆動軸に連結されることを特徴とする基板研磨装置。 - 前記研磨パッドの研磨面の高さを測定するパッド高さ測定器を備え、
前記パッド高さ測定器は、
前記駆動軸を回転自在に支持するドレッサーアームに固定されたパッド高さセンサと、
前記駆動軸に固定されたセンサターゲットと、を有することを特徴とする請求項7に記載の基板研磨装置。
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