JP6749569B2

JP6749569B2 - 研磨装置のヘッド進退装置

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Publication number: JP6749569B2
Application number: JP2017027643A
Authority: JP
Inventors: 英資鈴木; 鈴木　辰俊; 辰俊鈴木; 鈴木　大介; 大介鈴木
Original assignee: Toho Engineering Co Ltd
Current assignee: Toho Engineering Co Ltd
Priority date: 2017-02-17
Filing date: 2017-02-17
Publication date: 2020-09-02
Anticipated expiration: 2037-02-17
Also published as: JP2018130811A

Description

本発明は研磨装置のヘッド進退装置に関し、特にヘッド進退誤差を可及的に小さくして被加工物の研磨パッドに対する押付圧を精密に管理できるヘッド進退装置に関するものである。

研磨装置では、ヘッド進退機構に設けたヘッド機構に被加工物を装着し、下方に配設した研磨パッドに向けて上記被加工物を下降させて当該被加工物を所定圧で研磨パッドに押し付けて研磨作業を行う。従来この種のヘッド進退機構の多くは特許文献１に示されるようにエアシリンダを使用している。

特開２０１４−１５０１３１

ところで、良好な研磨を行うためには研磨パッドに対する被加工物の押付圧を精密に管理する必要があるが、シリンダは一般的にピストンの摺動抵抗が雰囲気温度等によって変動するため、研磨パッドに対する被加工物の正確な押付圧を維持することが困難であり、これはヘッド進退装置に比較的安価なエアシリンダを使用した場合に特に問題となる。

そこで、本発明はこのような良好な研磨をおこなうための課題を解決するもので、被加工物を研磨パッドに押し付けるヘッド進退機構に安価なシリンダを使用してしかも精密な押付圧の管理を可能とした研磨装置のヘッド進退装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１発明では、対向する被加工物（Ｓ）ないし研磨パッド（Ｐ）の一方をヘッド機構（Ｈ）に装着して前記被加工物（Ｓ）と研磨パッド（Ｐ）を押し付けて前記被加工物（Ｓ）の表面を研磨する研磨装置において、ピストンロッド（５２）の先端に前記ヘッド機構（Ｈ）を設けて当該ヘッド機構（Ｈ）を進退作動させるシリンダ（５）と、前記シリンダ（５）のピストンロッド（５２）に係合して当該ピストンロッド（５２）をその進退方向へ前記シリンダ（５）の摺動抵抗以上の力で付勢する補助送り機構（８）と、前記ピストンロッド（５２）の押付圧を検出する圧力検出手段（４）とを備える。

本第１発明において、シリンダによってヘッド機構を介して被加工物を研磨パッドに押し付けるが、雰囲気温度等によってシリンダの摺動抵抗が変化しこれに伴ってピストンロッドの停止位置が変動すると、被加工物の研磨パッドに対する押付圧が変動する。押付圧は圧力検出手段によって検出される。そこで、押付圧が所望の値になるように補助送り機構によってピストンロッドが摺動抵抗以上の力で進出ないし後退付勢されて押付圧が所望値に微調整される。補助送り機構としては、ねじ機構や摺動抵抗の小さいより小径のシリンダを使用することができるから、全体として安価なシリンダを使用して精密な押付圧の管理が可能となる。特にメッキや電解研磨の少なくともいずれかを行う際は、被加工物とパッドを接触させながら行う方式と触媒面からの高さを調節してメッキや電解研磨を行う方式があるが、接触させながら行う方式に有効である。メッキや電解研磨時は研磨装置の平均化動作を行いながらメッキを行うことで、被加工物保持部を中心に均一なメッキや電解研磨が出来る。メッキや電解研磨用の補助電極の形状は前面が均一にメッキされるように平らでも良い。反応を阻害する気体を逃がす目的や、反応に必要な流体を攪拌する目的で、補助電極に溝や穴などの任意形状の加工をしても良い。外周部をテーパ形状にしても良い。ヘッドを回転させることで触媒面へのメッキや電解研磨時に発生する酸素や水素を補助電極部外周方向へ飛ばしながらメッキや電解研磨が行える。補助電極表面は被加工物加工面からの距離を最適に設計することで被加工物と触媒面を当接させながらメッキや電解研磨をする場合も安定してメッキや電解研磨が行える。

本第２発明では、前記シリンダは複動型のエアシリンダ（５）であり、前記エアシリンダ（５）の一方の圧力室（５３）にレギュレータ（６１）を連結するとともに、前記エアシリンダ（５）の他方の圧力室（５４）に圧力変更が可能なレギュレータ機構（６２）を連結する。ここで、「レギュレータ機構」には、電空レギュレータ、モータ駆動レギュレータ、レギュレータとバルブの組み合わせ、圧力計を参照して手動もしくは自動で圧力を調整するものが含まれる。

本第２発明においては、シリンダとして、より安価なエアシリンダを使用することができる。

本第３発明では、前記ヘッド機構（Ｈ）の本体を、前記シリンダ（５）の軸方向で一定範囲で相対移動可能な本体部分（１，２）に分離し、一方の本体部分（２）をピストンロッド（５２）の先端に固定するとともに、他方の本体部分（１）に前記被加工物（Ｓ）ないし研磨パッド（Ｐ）の一方を装着し、かつ前記本体部分（１，２）の対向面の一方に前記圧力検出手段としてのロードセル（４）を設ける。

本第３発明においては、押付圧検出用のロードセルを簡易に設けることができる。

本第４発明では、前記分離された本体部分（１，２）の対向間隙（ｄ1）を前記ロードセル（４）の厚みよりも大きく設定する。

本第４発明においては、被加工物と研磨パッドの厚み変化を吸収して、加工前に高さを調整する必要なくヘッド進退機構を使用可能にできる。

本第５発明では、前記補助送り機構として、ねじ棒（８２）の正逆回転に応じてねじ軸方向へトラベルナット（８１）が正逆移動するねじ機構（８）を使用する。

本第５発明においては、精度の良い補助送り機構を安価に実現することができる。特に搬送ロボットで被加工物（基板）を着脱するのに有効である。また、メッキや電解研磨の少なくともいずれかをする際は、被加工物とパッドを接触させながら行う方式と触媒面からの高さを調節してメッキや電解研磨を行う方式があるが、接触させながら行う方式と触媒面からの高さ調整をしてメッキや電解研磨を行う方式の両方に有効である。メッキや電解研磨時は研磨装置の平均化動作を行いながらメッキを行うことで、被加工物保持部を中心に均一なメッキや電解研磨が出来る。メッキや電解研磨用の補助電極の形状は前面が均一にメッキされるように平らでも良い。反応を阻害する気体を逃がす目的や、反応に必要な流体を攪拌する目的で、補助電極に溝や穴などの任意形状の加工をしても良い。外周部をテーパ形状にしても良い。ヘッドを回転させることで触媒面へのメッキや電解研磨時に発生する酸素や水素を補助電極部外周方向へ飛ばしながらメッキや電解研磨が行える。補助電極表面は被加工物加工面からの距離を最適に設計することで被加工物と触媒面を当接させながらメッキや電解研磨をする場合も安定してメッキや電解研磨が行える。

本第６発明では、前記トラベルナット（８１）が所定の間隙（ｄ2）を形成して前記ピストンロッド（５２）ないし前記一方の本体部（２）に係合している。

本第６発明においては、押付圧が作用した際の研磨パッドの凹み変形による係合位置の変動に伴いトラベルナットに過度な荷重が作用することを避けることができる。

本第７発明では、前記被加工物（Ｓ）と前記研磨パッド（Ｐ）を当接させた状態で前記シリンダ（５）による加圧を行う。

本第７発明によれば、シリンダの摺動抵抗以上の力で付勢する補助送り機構に対して、主荷重を担当するシリンダから、過度な荷重が作用することを避けることができる。

本第８発明では、前記研磨パッドは、少なくとも表面に、前記被加工物の表面を触媒基準エッチングによって平坦化するための触媒層を備え、前記被加工物もしくは、被加工物保持部分を当接又は近接させた後に触媒基準エッチングに必要な平均化の動作を行う。

本第８発明によれば、再現性の良い押しつけと、シリンダの摺動抵抗以上の力で付勢する補助送り機構に対して、主荷重を担当するシリンダから、過度な荷重が作用することを避けることができる。

本第９発明では、前記研磨パッドと前記被加工物や前記被加工物保持部が近接または、当接する動作の際に前記研磨パッドと前記被加工物や被加工物保持部分間の少なくともいずれかが平行ではない傾く状態になる可能性がある。

本第９発明によれば、触媒体と被加工物を押しつけてからの加工動作でないと研磨パッドや被加工物保持部が傾いている状態で触媒体に接触すると、被加工物保持部外周部のエッジ（リテーナ）が触媒体に刺さり触媒体が当接時に剥がれる原因となりうるが、触媒体と被加工物の関係を加工動作中追随可能にできる。研磨パッドや被加工物保持部が傾いているかの確認は被加工物保持部外周部のエッジ（リテーナ）にダイヤルゲージを当てて被加工物保持部を回転するなどさせることで確認が行える。

本第１０発明では、前記研磨パッドを前記被加工物に当接又は近接させる前に、触媒反応阻害成分除去や触媒毒対策やメッキや電解研磨で用いることが可能な液体または気体の少なくともいずれかを前記研磨パッドに当接させることを可能にする。

本第１０発明によれば、本第１０発明のヘッド進退装置にすることでヘッド降下前に加工再現性が良くなるように安定化できる。

本第１１発明では、ケミカルポリッシングや触媒基準エッチング法などの液や気体を使った砥粒を使用しないエッチングや化学反応、紫外線（ＵＶ）照射により被加工物から潜傷を先に除去する潜傷除去工程と、当該潜傷除去工程の後、被加工物の表面仕上げ研磨をヘッド進退装置で行う。

本第１１発明によれば、潜傷除去工程を入れない場合に比べ、潜傷残留率を低減することが出来る。例えば、基板加工工程では潜傷数が多いから少ないに徐々に落とす加工に対して、本第１１発明は一度潜傷数０を目標に潜傷数を減らしてから表面を最終研磨するので、潜傷残留率を低減することが出来る。基板以外にも結晶特性に依存する被加工物は潜傷が残ると結晶特性が出なくなるので特に有効。同じ製造工程で製造される量産において歩留まりを向上できる。

本第１２発明では、品質を損なう有害成分が少なくとも付着した前記被加工物を、液体または気体の少なくともいずれかが存在する状態で洗浄用物質に当接または近接させて、前記被加工物の表面に付着した前記有害成分を、前記洗浄用物質による触媒反応によって前記被加工物の表面を含めて低減又は除去する。

本第１２発明によれば、除去しなければ被加工物の品質に悪影響を及ぼしかつ洗浄工程や洗浄液の相性で洗浄が困難な有害成分や物質を、洗浄用物質による触媒反応で被加工物から除去できるから良好な洗浄結果が得られる。
具体的な一例としては、白金（Ｐｔ）触媒を使用した触媒基準エッチング法を行うとＰｔ成分が被加工物に付着する。被加工物表面に付着したＰｔ成分は被加工物の使用用途により有害物質となることがある。有害成分又は物質がＰｔ成分である場合、除去のための洗浄工程で洗浄液として王水を使用して煮沸することがあるが、被加工物が熱に弱い場合や耐薬品性で王水に耐性が無い場合には煮沸王水は使用できない。そこで、有害成分や有害物質であるＰｔ成分などを被加工物表面ごとＮｉやＦe等の洗浄用物質と装置ノズルより出る洗浄用液や気体で低減又は除去する。洗浄用物質は、貴金属、遷移金属、セラミックス系固体触媒、塩基性固体触媒、酸性固体触媒などの触媒で3次元形状から原子レベルの薄膜までを含む。被加工物は、触媒基準のクリーニングで洗浄用物質と液や気体により溶ける必要がある。洗浄用物質の選定は、被加工物と洗浄用物質で候補を選び。洗浄用物質の使用により被加工物に付着する洗浄用物質の成分を低減又は除去する洗浄工程や洗浄液と被加工物の相性で選ぶ。洗浄用物質により付着する洗浄用成分を被加工物から除去する洗浄はウェット洗浄、ドライ洗浄、スクラブ洗浄などの洗浄で、洗浄用物質により付着した成分が除去または、低減できる洗浄であれば良い。被加工物の使用用途の条件を満たす洗浄である必要がある。触媒基準のクリーニングと異なり洗浄用成分の低減又は除去は被加工物を溶かさない洗浄が好ましい。被加工物との相性で被加工物に潜傷やピットが発生しないRCA洗浄などの洗浄が好ましい。こうすることで王水などに耐性の無い被加工物の表面から、従来は、煮沸王水などを使用しないと除去出来ないとされている一方で、除去しなければ被加工物の品質に悪影響を及ぼす有害成分や有害物質を低減又は除去することができる。被加工物に付着する有害成分はＰｔ成分に限定されない。従来半導体基板のクリーニング（洗浄工程）は、パーティクル（ゴミ）を減らす。金属汚染を避けるが、本第１２発明では被加工物に新しい汚染源になる成分も洗浄用物質として使用することで、煮沸王水など強烈な薬品を使わなくても潜傷やピットが発生しないクリーニングが可能になる。クリーニング（洗浄）は大きく2タイプあり、被加工物を溶かさない有害物質だけを除去する洗浄と有害物質と共に被加工物を除去する洗浄がある。本発明の洗浄用物質は有害物質と共に被加工物を除去する洗浄である。有害物質と共に被加工物を除去する洗浄の欠点は表面を悪化させることであったが、本第１２発明の最適なクリーニングは従来の有害物質と共に被加工物を除去する洗浄に比べて触媒と触媒反応に必要な液体や気体が当たったところだけ原子レベルで除去できるので表面の平坦性を維持しやすい洗浄（触媒基準のクリーニング）である。そのため研磨加工、特に触媒基準エッチング法と相性が良い。触媒基準エッチング法の欠点であった除去困難な金属有害物質の低減又は除去が可能となる。

なお、上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を参考的に示すものである。

以上のように、本発明の研磨装置のヘッド進退装置によれば、被加工物を研磨パッドに押し付けるヘッド進退機構に安価なシリンダを使用してしかも精密な押付圧の管理を行うことができる。また、ヘッド進退機構動作を工夫することで良好な研磨やクリーニングなどの加工が行えるようになる。本発明は化学機械研磨（ＣＭＰ）や触媒基準エッチング法による研磨など様々な研磨やクリーニングに実施可能である。また、被加工物は基板以外にも、表面を加工やクリーニングできる物であれば厚みや形状が異なる物も対応可能である。材質はSiC、GaN、サファイヤ、ダイヤ、Si、石英など触媒によってクリーニングできるものであれば何でも良い。
特に数ナノレベルの加工量の管理が求められるエピタキシャル膜に対する触媒基準エッチング法を用いた量産加工プロセスにおいては、加工圧力の厳密な管理が求められるため、本発明が有用である。
また、研磨装置を複数設けて互いの反力を相殺する構造にした場合には、並列する被加工物に対して荷重のかかり方にバラつきが無い方が、より理想的な加工が行えるため、本発明が有用である。

本発明の一実施形態を示す、研磨装置のヘッド進退機構の概略部分断面側面図である。研磨装置のヘッド進退機構の作動を示す概略部分断面側面図である。研磨装置のヘッド進退機構の作動を示す概略部分断面側面図である。研磨装置のヘッド進退機構の作動を示す概略部分断面側面図である。研磨装置のヘッド進退機構の作動を示す概略部分断面側面図である。研磨装置のヘッド進退機構の作動を示す概略部分断面側面図である。研磨装置のヘッド進退機構の作動を示す概略部分断面側面図である。研磨装置のヘッド進退機構の作動を示す概略部分断面側面図である。研磨装置のヘッド進退機構の他の例を示す概略部分断面側面図である。

なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。

（実施形態）
図１には研磨装置のヘッド進退装置の概略部分断面側面図を示す。図１において、ヘッド機構Ｈの本体は軸線をほぼ一致させた本体下半部１と本体上半部２に分離されている。本体下半部１の下面には下方へ主軸３が突出している。主軸３は逆円錐台形の本体部３１を備え、本体部３１の下端フランジ３２に大径のヘッド部３３が装着されている。そして、ヘッド部３３の下面に公知の構造で被加工物たる円形基板Ｓが保持されている。主軸３は、本体下半部１内に設置された図略のダイレクトドライブ（ＤＤ）モータ、あるいは外部モータとのベルト連結によって、その軸回りに回転駆動される。なお、図１は基板Ｓの被研磨面である下面が研磨パッドＰに接した状態を示している。

本体上半部２は本体下半部１より上方へ離れて位置し、本体下半部１の上面に対向する本体上半部２の下面に圧力検出手段としてのロードセル４が装着されている。ロードセル４の圧力信号は後述する制御手段たる制御装置７へ入力している。なお、本体下半部１は、その上面外周部に突設した複数のガイドピン１１が本体上半部２の下面を貫通し、その先端の大径部１１１が貫通穴の周縁に係止されることによって本体上半部２に吊り下げられかつ当該本体上半部２に正対しつつ一定範囲内でこれに接近ないし離間移動可能となっている。

ここで本実施形態では、本体下半部１と本体上半部２の対向間隙ｄ1をロードセル４の厚みより大きくして、基板Ｓおよび研磨パッドＰの厚み変動を吸収できるようになっている。なお、この構造は必ずしも必要なものではない。すなわち、ヘッド機構Ｈの本体は必ずしも下半部１と上半部２に分割されている必要は無く、一体のものでも良い。また、ロードセル４の設置位置も図１に示す位置に限られず、例えばヘッド部３３内等の、研磨パッドＰに対する基板Ｓの押付圧が検出可能な他の位置に設置しても良い。

本体上半部２の上面中心には、上方に設けた複動式エアシリンダ５内のピストン５１から延びるロッド５２の下端が連結されている。エアシリンダ５内はピストン５１によって上下の圧力室５３，５４に区画されている。圧力室５３はこれに接続されたレギュレータ６１を介して圧縮空気源に連通しており、これによって圧力室５３の内圧は所定の一定圧に維持されている。

また、圧力室５４はこれに接続された圧力可変レギュレータたる電空レギュレータ６２を介して圧縮空気源に連通しており、電空レギュレータ６２に入力する制御装置７からの指令信号７ａに応じて圧力室５４の内圧を変更可能となっている。なお、制御装置７は後述するボールねじ機構８の駆動モータ（図示略）の回転も制御している。

本体上半部２の上端側面から側方へ係止片２１が突出しており、係止片２１の先端は補助送り機構としてのボールねじ機構８のトラベルナット８１に至っている。トラベルナット８１はボールねじ機構８の上下に延びるねじ軸８２に結合されており、ねじ軸８２が図略の駆動モータによって正逆回転させられると、これに応じてねじ軸８２に沿って上方ないし下方へ移動させられる。

トラベルナット８１は側方へ開放するコ字形に成形されており、コ字状空間内に係止片２１の先端が進入してトラベルナット８１の上下の脚部８１１，８１２に当接し係合するようになっている。本実施形態では、上下の脚部８１１，８１２の間隔は係止片２１の厚みよりも大きくして、係止片２１と脚部８１１，８１２の間に所定の間隙ｄ2が生じるようにしてある。なお、係止片と脚部８１１，８１２間に、弾性体などを挟むと良い。

なお、エアシリンダ５やボールねじ機構８は図略の基台に立設された架台に設置されており、本体上半部２又は本体下半部１が上記架台に設けたガイド（図示略）によって上下方向へ案内されるようになっている。ここで、本実施形態ではボールねじ機構８をヘッド機構Ｈの本体と平行にその側方に設けたが、トラベルナット８１に代えてロッドが進出退入する構造のボールネジ機構をエアシリンダ５に平行に設けて、上記ロッドの先端を、上記間隙ｄ2を確保して本体上半部２の上面に係合させる構造としても良く、これによれば、側方に設ける場合に比して無用なモーメントの発生を防止することができる。

このような構造のヘッド進退装置において、ヘッド部３３に保持された基板Ｓは研磨開始時には研磨パッドＰの上方で離れた位置にある。制御装置７は指令信号７ａによってエアシリンダ５の下側圧力室５４の内圧を上側圧力室５３の内圧よりもやや低下させてピストン５１をその外周面の摺動抵抗に抗して下降移動可能な状態にする。この時、本体上半部２の係止片２１は図１に示すようにボールねじ機構８のトラベルナット８１の下側脚部８１２に当接し、これによって本体上半部２および本体下半部１が下降するのが規制される。なお、この際にトラベルナット８１にかかる荷重は、圧力室５３，５４の内圧差を小さくすれば過度なものとはならない。なお、昇降動作は、シリンダ５とシリンダ５の摺動抵抗以上の力があるねじ機構８を使用して、ヘッド機構Ｈ全体の重さと動作をさせたいシリンダ５の摺動抵抗がある程度相殺されるようにシリンダ５の圧力室５３，５４の圧力を調整した状態でねじ機構８を動かし、当接または近接または、退避動作を行う。

続いてボールねじ機構８のねじ軸８２が正転させられてトラベルナット８１、およびこれと一体の本体上半部２および本体下半部１が所定位置まで下降させられ、ヘッド部３３に保持された基板Ｓの下面が研磨パッドＰの上面に当接する。この状態が図１に示す状態である。この後はトラベルナット８１の下降速度が減速され、ロードセル４が本体下半部１の上面に当接する（図２）とその荷重信号が上昇する。さらにトラベルナット８１が下降してその上側脚部８１１が係止片２１に当接して（図３）ロードセル４の荷重信号がさらに所定の値まで上昇すると、トラベルナット８１の下降が停止させられる。

そこで、今度はエアシリンダ５の下側圧力室５４の内圧が予め定めた圧力まで大きく低下させられ、上側圧力室５３との内圧差を大きくすることによってピストン５１、本体上半部２、本体下半部１およびこれと一体の主軸３を介して基板Ｓが所定の圧力で研磨パッドＰに押し付けられる（図４）。

ここで、エアシリンダ５によって基板Ｓに押付圧が付与されるとこれに応じて本体下半部１、本体上半部２、主軸３、基板Ｓ、研磨パッドＰが凹みを生じることがあり、この場合には、一体となった本体下半部１と本体上半部２が凹みの分だけ下降して、これに伴い係止片２１も下降するが、間隙ｄ2が確保されていることにより、係止片２１がトラベルナット８１の下側脚部８１２に干渉して大きな荷重がトラベルナット８１に作用することが避けられる。なお、ねじ軸８２が非駆動状態でもトラベルナット８１が当該ねじ軸８２を回転させつつ移動可能になっているねじ機構を使用すれば上記間隙ｄ2を設ける必要はない。

ところで、エアシリンダ５のピストン５１外周面の摺動抵抗は雰囲気温度等によって変動するため、下側圧力室５４の内圧を所定圧まで下げた場合でも研磨パッドＰに対する基板Ｓの押付圧が所定の値とはならず誤差を生じることがある。ここにおいて、ロードセル４の荷重信号より、研磨パッドＰに対する基板Ｓの押付圧が所望の値とはならず誤差が生じていることが制御装置７で検出されると、押付圧が所望値よりも低い場合にはボールねじ機構８のねじ軸８２が正回転させられて図５に示すようにトラベルナット８１が下方へ移動付勢させられる。これにより、トラベルナット８１の上側脚部８１１を経て係止片２１に、エアシリンダ５のピストン５１外周の摺動抵抗に打ち勝つような下方への荷重が作用させられ、これが本体上半部２から本体下半部１を経て基板Ｓの押付圧に付加される。

反対に、研磨パッドＰに対する基板Ｓの押付圧が所望の値よりも高い場合には図６に示すようにねじ軸８２が逆回転させられてトラベルナット８１が上方へ移動付勢される。これにより、トラベルナット８１の上側脚部８１１を経て係止片２１に作用している荷重が軽減され、ピストン５１外周の摺動抵抗に打ち勝って当該ピストン５１が上方へ付勢されて本体上半部２から本体下半部１を経て基板Ｓに作用している押付圧が軽減される。このようにして、研磨パッドＰに対する基板Ｓの押付圧が適正に維持される。

なお、基板Ｓの押付圧が、ボールネジ機構８の荷重調整能力を超えて所望値から大きくずれた場合には、エアシリンダ５の下側圧力室５４の内圧が適宜変更されて基板Ｓの押付圧が所望値に近づけられ、その後、再びボールネジ機構８によって上述のように押付圧が微調整される。

研磨工程が終了すると、制御装置７は指令信号７ａによって下側圧力室５４の内圧を、ヘッド機構Ｈ（すなわち本体上半部２と本体下半部１）を後述のように研磨パッドＰ上から浮上させた際の重さが０になりこれが摺動抵抗の力によって空中で静止できる程度にまで上昇させてエアシリンダ５による基板Ｓの押付圧を十分に小さくする。その後、ボールねじ機構８のねじ軸８２が逆回転させられてトラベルナット８１が上方へ移動させられる（図７）。この当接時には、本体上半部２に上方への作用力が働くからロードセル４の荷重信号が低下する。この後、ねじ軸８２がさらに逆回転させられてトラベルナット８１が大きく上方へ移動させられ、これに伴って本体上半部２が上昇させられてロードセル４が本体下半部１から上方へ離れ、続いて本体下半部１も本体上半部２に吊られて必要量上昇させられる（図８）。

（他の実施形態）
上記実施形態では複動エアシリンダを使用したが、単動エアシリンダを使用しても良く、またエアシリンダに限らず油圧シリンダ等を使用しても良い。
複動シリンダを使用した場合、上記実施形態では上側圧力室５３にレギュレータ６１を、下側圧力室５４に電空レギュレータ６２を接続しているが、上側圧力室５３に電空レギュレータ６２を接続し、下側圧力室５４にレギュレータ６１を接続して、上側圧力室５３の内圧を変更するようにしても良い。また、上側および下側の各圧力室５３，５４にいずれも電空レギュレータを接続して、両圧力室５３，５４の内圧を適宜変更するようにしても良い。
補助送り機構としては上記実施形態で示したボールねじ機構に代えて、通常のねじ送り機構、あるいはピストン摺動抵抗の小さなシリンダを使用しても良い。
上記実施形態ではヘッド機構のホルダに被加工物を装着したが、ホルダに研磨パッドを装着して下方の被加工物に当接させる構造としても良い。被加工物保持部は加圧方式、吸引方式、チャック方式など加工が成立する公知の形状でも良い。被加工物はＣＭＰや触媒基準エッチング法など各研磨やクリーニングが成立する基板以外でもよい。厚みや形状が異なる物も対応可能である。材質はSiC、GaN、サファイヤ、ダイヤ、Si、石英など各研磨やクリーニングが成立すればよい。例えば、触媒基準エッチングの場合、触媒基準エッチングが成立する被加工物であればよい。
メッキ工程を行う場合には、図９に示すように、ヘッド部３３の外周にリング状の電極保持部３４を設け、これの下面に研磨パッドＰに対向させてメッキや電解研磨用の補助電極３５を固定する。

１…本体下半部（他方の本体部）、２…本体上半部（一方の本体部）、３…主軸、４…ロードセル（圧力検出手段）、５…エアシリンダ（シリンダ）、５１…ピストン、５２…ピストンロッド、５３…上側圧力室（一方の圧力室）、５４…下側圧力室（他方の圧力室）、６１…レギュレータ、６２…電空レギュレータ（レギュレータ機構）、７…制御装置、８…ボールねじ機構（補助送り機構）、８１…トラベルナット、８２…ねじ棒、Ｈ…ヘッド機構、Ｓ…基板（被加工物）、Ｐ…研磨パッド。

Claims

対向する被加工物ないし研磨パッドの一方をヘッド機構に装着して前記被加工物と研磨パッドを押し付けて前記被加工物の表面を研磨する研磨装置において、ピストンロッドの先端に前記ヘッド機構を設けて当該ヘッド機構を進退作動させるシリンダと、前記シリンダのピストンロッドに係合して当該ピストンロッドをその進退方向へ前記シリンダの摺動抵抗以上の力で付勢する補助送り機構と、前記ピストンロッドの押付圧を検出する圧力検出手段とを備え、前記補助送り機構は前記押付圧が所望値になるように前記シリンダのピストンロッドを付勢するように設定されている研磨装置のヘッド進退装置。
前記シリンダは複動型のエアシリンダであり、前記エアシリンダの一方の圧力室にレギュレータを連結するとともに、前記エアシリンダの他方の圧力室に圧力変更が可能なレギュレータ機構を連結した請求項１に記載の研磨装置のヘッド進退装置。
前記ヘッド機構の本体を、前記シリンダの軸方向において、一定範囲で相対移動可能な本体部分に分離し、一方の本体部分をピストンロッドの先端に固定するとともに、他方の本体部分に前記被加工物ないし研磨パッドの一方を装着し、かつ前記本体部分の対向面の一方に前記圧力検出手段としてのロードセルを設けた請求項１又は２に記載の研磨装置のヘッド進退装置。
前記分離された本体部分の対向間隙を前記ロードセルの厚みよりも大きく設定した請求項３に記載の研磨装置のヘッド進退装置。
前記補助送り機構として、ねじ棒の正逆回転に応じてねじ軸方向へトラベルナットが正逆移動するねじ機構を使用した請求項１ないし４のいずれか一つに記載の研磨装置のヘッド進退装置。
前記トラベルナットが所定の間隙を形成して前記ピストンロッドないし前記一方の本体部に係合している請求項５に記載の研磨装置のヘッド進退装置。
前記被加工物と前記研磨パッドを当接させた状態で前記シリンダによる加圧を行う請求項１ないし６のいずれか一つに記載の研磨装置のヘッド進退装置
前記研磨パッドは、少なくとも表面に、前記被加工物の表面を触媒基準エッチングによって平坦化するための触媒層を備え、前記被加工物もしくは、被加工物保持部分を当接又は近接させた後に触媒基準エッチングに必要な平均化の動作を行う請求項１ないし７のいずれか一つに記載の研磨装置のヘッド進退装置。
前記研磨パッドと前記被加工物や前記被加工物保持部分が近接または、当接する動作の際に前記研磨パッドと前記被加工物や被加工物保持部分間の少なくともいずれかが平行ではない傾く状態になる可能性がある請求項８に記載の研磨装置のヘッド進退装置。
前記研磨パッドを前記被加工物に当接又は近接させる前に、触媒反応阻害成分除去で用いることが可能な液体または気体の少なくともいずれかを前記研磨パッドに当接させることを可能にした請求項１ないし９のいずれか一つに記載の研磨装置のヘッド進退装置。
ケミカルポリッシングや触媒基準エッチング法などの液や気体を使った砥粒を使用しないエッチングや化学反応、紫外線（ＵＶ）照射により被加工物から潜傷を先に除去する潜傷除去工程と、当該潜傷除去工程の後、被加工物の表面仕上げ研磨を行うことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか一つに記載の研磨装置のヘッド進退装置。
品質を損なう有害成分が少なくとも付着した前記被加工物を、液体または気体の少なくともいずれかが存在する状態で洗浄用物質に当接または近接させて、前記被加工物の表面に付着した前記有害成分を、前記洗浄用物質による触媒反応によって前記被加工物の表面を含めて低減又は除去することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか一つに記載の研磨装置のヘッド進退装置。
請求項１ないし１２の少なくともいずれかに記載の構成を有する研磨装置。