KR102446908B1 - 연결 기구 - Google Patents

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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

회전체의 플러터링 및 진동을 발생시키지 않고, 연마면의 기복에 회전체를 추종시킬 수 있고, 또한 회전체의 중력보다도 작은 하중 영역에 있어서도 회전체의 연마면에 대한 하중을 정밀하게 제어할 수 있는 연결 기구를 제공한다.
연결 기구(50)는 구동축(23)과 회전체(7) 사이에 배치된 상측 구면 베어링(52) 및 하측 구면 베어링(55)을 구비한다. 상측 구면 베어링(52)은 서로 접촉하는 제1 오목 형상 접촉면(53a)과 제2 볼록 형상 접촉면(54a)을 갖고, 하측 구면 베어링(55)은 서로 접촉하는 제3 오목 형상 접촉면(56c)과 제4 볼록 형상 접촉면(57a)을 갖는다. 제1 오목 형상 접촉면(53a) 및 제2 볼록 형상 접촉면(54a)은 제3 오목 형상 접촉면(56c) 및 제4 볼록 형상 접촉면(57a)보다도 상방에 위치하고 있다. 제1 오목 형상 접촉면(53a), 제2 볼록 형상 접촉면(54a), 제3 오목 형상 접촉면(56c) 및 제4 볼록 형상 접촉면(57a)은 동심 형상으로 배치되어 있다.

Description

연결 기구 {COUPLING MECHANISM}
본 발명은 연마 헤드 및 드레서 등의 회전체를 구동축에 연결하기 위한 연결 기구 및 당해 연결 기구가 내장된 기판 연마 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 연결 기구의 회전 중심 위치 결정 방법 및 연결 기구의 회전 중심 위치 결정 프로그램에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 회전체의 최대 압박 하중 결정 방법 및 회전체의 최대 압박 하중 결정 프로그램에 관한 것이다.
최근, 반도체 디바이스의 고집적화ㆍ밀도화에 수반하여, 회로의 배선이 점점 미세화되고, 다층 배선의 층수도 증가하고 있다. 회로의 미세화를 도모하면서 다층 배선을 실현하려고 하면, 하측의 층의 표면 요철을 답습하면서 단차가 보다 커지므로, 배선 층수가 증가함에 따라, 박막 형성에 있어서의 단차 형상에 대한 막 피복성(스텝 커버리지)이 나빠진다. 따라서, 다층 배선하기 위해서는, 이 스텝 커버리지를 개선하여, 적당한 과정에서 평탄화 처리해야만 한다. 또한, 광 리소그래피의 미세화와 함께 초점 심도가 얕아지므로, 반도체 디바이스의 표면의 요철 단차가 초점 심도 이하에 들어가도록 반도체 디바이스 표면을 평탄화 처리할 필요가 있다.
따라서, 반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서는, 반도체 디바이스 표면의 평탄화 기술이 점점 중요해지고 있다. 이 평탄화 기술 중, 가장 중요한 기술은 화학 기계 연마(Chemical Mechanical Polishing)이다. 이 화학 기계 연마(이하, CMP라고 함)는 실리카(SiO2) 등의 지립을 포함한 연마액을 연마 패드 상에 공급하면서 웨이퍼 등의 기판을 연마 패드에 미끄럼 접촉시켜 연마를 행하는 것이다.
이 화학 기계 연마는 CMP 장치를 사용하여 행해진다. CMP 장치는 상면에 연마 패드를 부착한 연마 테이블과, 웨이퍼 등의 기판을 보유 지지하는 연마 헤드를 일반적으로 구비하고 있다. 연마 테이블 및 연마 헤드를 그 축심을 중심으로 하여 각각 회전시키면서, 연마 헤드에 의해 기판을 연마 패드의 연마면(상면)에 가압하고, 연마액을 연마면 상에 공급하면서 기판의 표면을 연마한다. 연마액에는, 통상 알칼리 용액에 실리카 등의 미립자로 이루어지는 지립을 현탁한 것이 사용된다. 기판은 알칼리에 의한 화학적 연마 작용과, 지립에 의한 기계적 연마 작용의 복합 작용에 의해 연마된다.
기판의 연마를 행하면, 연마 패드의 연마면에는 지립이나 연마 칩이 퇴적되고, 또한 연마 패드의 특성이 변화되어 연마 성능이 열화된다. 이로 인해, 기판의 연마를 반복함에 따라, 연마 속도가 저하된다. 따라서, 연마 패드의 연마면을 재생하기 위해, 연마 테이블에 인접하여 드레싱 장치가 설치되어 있다.
드레싱 장치는, 일반적으로, 연마 패드에 접촉하는 드레싱면을 갖는 드레서를 구비하고 있다. 드레싱면은 다이아몬드 입자 등의 지립으로 구성되어 있다. 드레싱 장치는 드레서를 그 축심을 중심으로 하여 회전시키면서, 회전하는 연마 테이블 상의 연마 패드의 연마면에 드레싱면을 가압함으로써, 연마면에 퇴적한 숫돌액이나 절삭 칩을 제거함과 함께, 연마면의 평탄화 및 드레싱(dressing)을 행한다.
연마 헤드 및 드레서는 자신의 축심을 중심으로 하여 회전하는 회전체이다. 연마 패드를 회전시켰을 때에, 연마 패드의 표면(즉, 연마면)에는 기복이 발생하는 경우가 있다. 따라서, 연마면의 기복에 대해 회전체를 추종시키기 위해, 회전체를 구면 베어링을 통해 구동축에 연결하는 연결 기구가 사용되어 있다. 이 연결 기구는 회전체를 틸팅 가능하게 구동축에 연결하므로, 회전체는 연마면의 기복에 추종할 수 있다.
그러나, 드레서를 연마 패드에 가압했을 때에, 마찰력에 기인하는 비교적 큰 모멘트가 구면 베어링에 작용하고, 그 결과, 드레서에 플러터링이나 진동이 발생하는 경우가 있다. 특히, 웨이퍼의 직경이 450㎜까지 대구경화되는 경우, 드레서의 직경도 커지므로, 드레서의 플러터링이나 진동이 보다 발생하기 쉬워진다. 이와 같은 드레서의 플러터링이나 진동은 연마 패드의 적절한 드레싱을 저해하고, 그 결과, 균일한 연마면을 얻을 수 없다.
특허문헌 1은 허브가 고정되는 구동 슬리브와, 컨디셔닝 디스크를 보유 지지하는 디스크 홀더의 본체에 접속되는 백킹 플레이트와, 허브와 백킹 플레이트를 연결하는, 복수의 시트 형상 스포크를 구비하는 컨디셔너 헤드를 개시한다. 허브는 오목형 구면 부분을 갖고, 백킹 플레이트는 허브의 오목형 구면 부분과 동일 반경이고 해당 오목형 구면 부분과 미끄럼 이동 가능하게 걸림 결합하는 볼록형 구면 부분을 갖는다. 허브의 오목형 구면 부분과 백킹 플레이트의 볼록형 구면 부분이 구면 베어링을 형성한다.
특허문헌 1에 개시되는 컨디셔너 헤드는 컨디셔닝 디스크, 디스크 홀더 및 백킹 플레이트를, 판 스프링으로서 작용하는 시트 형상 스포크에 의해, 구동 슬리브와 연결하고 있다. 따라서, 시트 형상 스포크가 소성 변형된 경우, 컨디셔닝 디스크는 연마 패드의 연마면에 유연하게 추종할 수 없다. 특히, 컨디셔너 헤드를 상승시켰을 때에, 컨디셔닝 디스크, 디스크 홀더 및 백킹 플레이트는 시트 형상 스포크로부터 현수되고, 시트 형상 스포크의 소성 변형이 일어나기 쉽다. 또한, 컨디셔너 헤드를 상승시켰을 때에, 허브의 오목형 구면 부분은 백킹 플레이트의 볼록형 구면 부분으로부터 이격되어 버린다. 그 결과, 컨디셔닝 디스크, 디스크 홀더 및 백킹 플레이트의 합계 중량보다도 큰 하중을 컨디셔너 헤드에 부가하지 않으면, 연마면에 드레싱 하중을 부가할 수 없다. 따라서, 저하중 영역에서, 연마면의 드레싱을 실시할 수 없으므로, 정밀한 드레싱 제어를 실행할 수 없다.
일본 특허 공표 제2002－509811호 공보
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 회전체의 플러터링 및 진동을 발생시키지 않고, 연마면의 기복에 회전체를 추종시킬 수 있고, 또한 회전체의 중력보다도 작은 하중 영역에 있어서도 회전체의 연마면에 대한 하중을 정밀하게 제어할 수 있는 연결 기구를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 이 연결 기구가 내장된 기판 연마 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 회전체의 플러터링이나 진동을 발생시키지 않는 연결 기구의 회전 중심의 위치를 결정할 수 있는 연결 기구의 회전 중심 위치 결정 방법 및 회전 중심 위치 결정 프로그램을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 회전체의 플러터링이나 진동을 발생시키지 않는 회전체의 최대 압박 하중을 결정할 수 있는 최대 하중 결정 방법 및 최대 하중 결정 프로그램을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1 형태는, 회전체를 구동축에 틸팅 가능하게 연결하는 연결 기구이며, 상기 구동축과 상기 회전체 사이에 배치된 상측 구면 베어링 및 하측 구면 베어링을 구비하고, 상기 상측 구면 베어링은 상기 구동축과 상기 회전체 사이에 끼이는 제1 미끄럼 접촉 부재와 제2 미끄럼 접촉 부재를 갖고, 상기 제1 미끄럼 접촉 부재는 제1 오목 형상 접촉면을 갖고, 상기 제2 미끄럼 접촉 부재는 상기 제1 오목 형상 접촉면에 접촉하는 제2 볼록 형상 접촉면을 갖고, 상기 하측 구면 베어링은 상기 구동축에 설치된 제3 미끄럼 접촉 부재와, 상기 회전체에 설치된 제4 미끄럼 접촉 부재를 갖고, 상기 제3 미끄럼 접촉 부재는 제3 오목 형상 접촉면을 갖고, 상기 제4 미끄럼 접촉 부재는 상기 제3 오목 형상 접촉면에 접촉하는 제4 볼록 형상 접촉면을 갖고, 상기 제1 오목 형상 접촉면 및 상기 제2 볼록 형상 접촉면은 상기 제3 오목 형상 접촉면 및 상기 제4 볼록 형상 접촉면보다도 상방에 위치하고 있고, 상기 제1 오목 형상 접촉면, 상기 제2 볼록 형상 접촉면, 상기 제3 오목 형상 접촉면 및 상기 제4 볼록 형상 접촉면은 동심 형상으로 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 제1 오목 형상 접촉면 및 상기 제2 볼록 형상 접촉면은 제1 반경을 갖는 구면의 상반부의 일부로 이루어지는 형상을 갖고, 상기 제3 오목 형상 접촉면 및 상기 제4 볼록 형상 접촉면은 상기 제1 반경보다도 작은 제2 반경을 갖는 구면의 상반부의 일부로 이루어지는 형상을 갖고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 상측 구면 베어링 및 상기 하측 구면 베어링은 동일한 회전 중심을 갖고 있고, 상기 회전 중심은 상기 제1 오목 형상 접촉면, 상기 제2 볼록 형상 접촉면, 상기 제3 오목 형상 접촉면 및 상기 제4 볼록 형상 접촉면보다도 하방에 위치하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 제1 오목 형상 접촉면, 상기 제2 볼록 형상 접촉면, 상기 제3 오목 형상 접촉면 및 상기 제4 볼록 형상 접촉면의 곡률 반경을 선정함으로써, 상기 회전체의 하단부면으로부터 상기 회전 중심까지의 거리를 변경할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 회전 중심은 상기 회전체의 하단부면 상에 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 회전 중심은 해당 회전 중심 주위로 틸팅하는 변위부의 관성 중심과 일치하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 회전 중심은 해당 회전 중심 주위로 틸팅하는 변위부의 관성 중심과 상기 회전체의 하단부면 사이에 위치하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 회전 중심은 상기 회전체의 하단부면보다도 하방에 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 제1 미끄럼 접촉 부재 및 상기 제2 미끄럼 접촉 부재의 한쪽은 다른 쪽의 영률과 동일하거나, 또는 그것보다도 낮은 영률을 갖거나, 또는 다른 쪽의 감쇠 계수보다도 높은 감쇠 계수를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 형태는 회전체를 구동축에 틸팅 가능하게 연결하는 연결 기구이며, 상기 구동축과 상기 회전체 사이에 배치된 감쇠 부재를 구비하고, 상기 감쇠 부재는 상기 구동축의 하단부에 설치됨과 함께 상기 회전체에 설치되어 있고, 상기 감쇠 부재는 상기 구동축의 영률과 동일하거나, 또는 그것보다도 낮은 영률을 갖거나, 또는 상기 구동축의 감쇠 계수보다도 높은 감쇠 계수를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 감쇠 부재는 0.1㎬ 내지 210㎬의 범위에 있는 영률이거나, 또는 감쇠비가 0.1 내지 0.8의 범위가 되는 감쇠 계수를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 감쇠 부재는 고무 부시인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 감쇠 부재는 환상의 형상을 가진 감쇠 링인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3 형태는 연마 패드를 지지하는 연마 테이블과, 기판을 상기 연마 패드에 가압하는 연마 헤드를 구비하고, 상기 연마 헤드가, 상기 연결 기구에 의해 구동축에 연결되는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치이다.
본 발명의 제4 형태는 연마 패드를 지지하는 연마 테이블과, 기판을 상기 연마 패드에 가압하는 연마 헤드와, 상기 연마 패드에 가압되는 드레서를 구비하고, 상기 드레서가, 상기 연결 기구에 의해 구동축에 연결되는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치이다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 연마 패드의 연마면의 높이를 측정하는 패드 높이 측정기를 구비하고, 상기 패드 높이 측정기는, 상기 구동축을 회전 가능하게 지지하는 드레서 아암에 고정된 패드 높이 센서와, 상기 구동축에 고정된 센서 타깃을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제5 형태는 동일한 회전 중심을 갖는 상측 구면 베어링과 하측 구면 베어링을 구비하고, 회전체를 구동축에 틸팅 가능하게 연결하는 연결 기구의 회전 중심 위치 결정 방법이며, 상기 회전체를 회전시키면서, 해당 회전체를 회전하는 연마 테이블에 지지된 연마 패드에 미끄럼 접촉시켰을 때에, 상기 회전 중심 주위로 틸팅하는 변위부의 틸팅 운동의 운동 방정식을 특정하고, 상기 틸팅 운동의 운동 방정식에 기초하여, 상기 회전체의 플러터링 및 진동을 방지하기 위한 틸팅 운동의 안정 조건식을 특정하고, 상기 틸팅 운동의 안정 조건식에 기초하여, 상기 회전체의 플러터링 및 진동을 방지하기 위한 상기 회전 중심의 위치 범위를 산출하고, 상기 회전 중심이 상기 산출된 범위 내에 있도록, 상기 회전 중심의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 회전 중심 위치 결정 방법이다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 변위부의 관성 중심이 상기 산출된 범위 내에 있을 때는, 상기 회전 중심을 상기 관성 중심에 일치시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제6 형태는 동일한 회전 중심을 갖는 상측 구면 베어링과 하측 구면 베어링을 구비하고, 회전체를 구동축에 틸팅 가능하게 연결하는 연결 기구의 회전 중심 위치 결정 프로그램이며, 컴퓨터에, 상기 회전체를 회전시키면서, 해당 회전체를 회전하는 연마 테이블에 지지된 연마 패드에 미끄럼 접촉시켰을 때에, 상기 회전 중심 주위로 틸팅하는 변위부의 틸팅 운동의 운동 방정식에 기초하여 특정된 틸팅 운동의 안정 조건식으로부터, 상기 회전체의 플러터링 및 진동을 방지하기 위한 상기 회전 중심의 위치 범위를 산출하고, 상기 회전 중심이 상기 산출된 범위 내에 있도록, 상기 회전 중심의 위치를 결정하는 처리를 실행시키는 것을 특징으로 하는 회전 중심 위치 결정 프로그램이다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 변위부의 관성 중심이 상기 산출된 범위 내에 있을 때는, 상기 컴퓨터에, 상기 회전 중심을 상기 관성 중심에 일치시키는 처리를 실행시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제7 형태는 동일한 회전 중심을 갖는 상측 구면 베어링과 하측 구면 베어링을 구비한 연결 기구에 의해, 구동축에 틸팅 가능하게 연결되는 회전체의 최대 압박 하중 결정 방법이며, 상기 회전체를 회전시키면서, 해당 회전체를 회전하는 연마 테이블에 지지된 연마 패드에 미끄럼 접촉시켰을 때에, 상기 회전 중심 주위로 틸팅하는 변위부의 병진 운동의 운동 방정식 및 틸팅 운동의 운동 방정식을 특정하고, 상기 병진 운동의 운동 방정식에 기초하여, 상기 회전체의 플러터링 및 진동을 방지하기 위한 병진 운동의 안정 조건식을 특정하고, 상기 틸팅 운동의 운동 방정식에 기초하여, 상기 회전체의 플러터링 및 진동을 방지하기 위한 틸팅 운동의 안정 조건식을 특정하고, 상기 병진 운동의 안정 조건식에 기초하여, 병진 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값을 산출하고, 상기 틸팅 운동의 안정 조건식에 기초하여, 틸팅 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값을 산출하고, 상기 병진 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값과 상기 틸팅 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값을 비교하고, 상기 병진 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값이 상기 틸팅 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값보다도 작거나 동등할 때는, 상기 병진 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값을 회전체의 최대 압박 하중으로 결정하고, 상기 병진 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값이 상기 틸팅 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값보다도 클 때는, 상기 틸팅 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값을 회전체의 최대 압박 하중으로 결정하는 것을 특징으로 하는 최대 압박 하중 결정 방법이다.
본 발명의 제8 형태는 동일한 회전 중심을 갖는 상측 구면 베어링과 하측 구면 베어링을 구비한 연결 기구에 의해, 구동축에 틸팅 가능하게 연결되는 회전체의 최대 압박 하중 결정 프로그램이며, 컴퓨터에, 상기 회전체를 회전시키면서, 해당 회전체를 회전하는 연마 테이블에 지지된 연마 패드에 미끄럼 접촉시켰을 때에, 상기 회전 중심 주위로 틸팅하는 변위부의 병진 운동의 운동 방정식에 기초하여 특정된 병진 운동의 안정 조건식으로부터, 상기 회전체의 플러터링 및 진동을 방지할 수 있는 병진 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값을 산출하고, 상기 회전체를 회전시키면서, 해당 회전체를 회전하는 연마 테이블에 지지된 연마 패드에 미끄럼 접촉시켰을 때에, 상기 변위부의 틸팅 운동의 운동 방정식에 기초하여 특정된 틸팅 운동의 안정 조건식으로부터, 상기 회전체의 플러터링 및 진동을 방지할 수 있는 틸팅 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값을 산출하고, 상기 병진 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값과 상기 틸팅 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값을 비교하고, 상기 병진 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값이 상기 틸팅 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값보다도 작거나 동등할 때는, 상기 병진 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값을 회전체의 최대 압박 하중으로 결정하고, 상기 병진 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값이 상기 틸팅 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값보다도 클 때는, 상기 틸팅 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값을 회전체의 최대 압박 하중으로 결정하는 처리를 실행시키는 것을 특징으로 하는 최대 압박 하중 결정 프로그램이다.
본 발명의 제1 형태에 의하면, 상측 구면 베어링 및 하측 구면 베어링은 회전체에 작용하는 래디얼 방향의 힘을 수용하는 한편, 회전체를 진동시키는 원인이 되는 액셜 방향(래디얼 방향에 대해 수직 방향)의 힘을 연속적으로 수용할 수 있다. 또한, 상측 구면 베어링 및 하측 구면 베어링은 이들 래디얼 방향의 힘과 액셜 방향의 힘을 수용하면서, 회전체와 연마 패드 사이에 발생하는 마찰력에 기인하여 회전 중심 주위에 발생하는 모멘트에 대해 미끄럼 이동력을 작용시킬 수 있다. 그 결과, 회전체에 플러터링이나 진동이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 특히, 회전 중심이, 회전체의 하단부면 위거나, 또는 회전체의 하단부면 근방에 위치하는 경우에는, 회전체와 연마 패드 사이에 발생하는 마찰력에 기인한 모멘트가 거의 발생하지 않는다. 그 결과, 회전체에 플러터링이나 진동이 발생하는 것을 더 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 회전체가 들어 올려졌을 때에, 해당 회전체는 상측 구면 베어링에 의해 지지된다. 그 결과, 회전체의 중력보다도 작은 하중 영역에 있어서도 연마면에 대한 하중을 정밀하게 제어할 수 있다.
본 발명의 제2 형태에 의하면, 회전하는 연마 패드의 연마면에 기복이 발생한 경우, 감쇠 부재가 적절히 변형됨으로써, 회전체는 연마면의 기복에 적절히 추종할 수 있다. 또한, 회전체가 감쇠 부재를 통해 구동축에 고정되어 있으므로, 해당 회전체의 내진동 특성을 향상시킬 수 있다. 더 구체적으로는, 회전체가 연마면에 미끄럼 접촉했을 때에 발생하는 마찰력에 기인하는 회전체의 진동을, 감쇠 부재에 의해 감쇠시킬 수 있다. 그 결과, 회전체에 진동이나 플러터링이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 회전체는 구동축에 고정된 감쇠 부재에 고정되어 있으므로, 회전체의 중력보다도 작은 하중 영역에 있어서도 연마면에 대한 하중을 정밀하게 제어할 수 있다.
본 발명의 제3, 제4 형태에 의하면, 상기 회전체는 연마 헤드 또는 드레서이다. 연마 헤드 또는 드레서는 상기 연결 기구에 의해 구동축에 연결되므로, 회전하는 연마 패드의 연마면의 기복에 대해 유연하게 틸팅할 수 있다. 또한, 연마 헤드 또는 드레서에 플러터링이나 진동이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 연마 헤드 또는 드레서의 중력보다도 작은 하중 영역에 있어서도 연마면에 대한 하중을 정밀하게 제어할 수 있다. 그 결과, 정밀한 연마 제어 또는 드레싱 제어를 실행할 수 있다.
본 발명의 제5 형태 및 제6 형태에 의하면, 변위부의 틸팅 운동의 운동 방정식에 기초하여 특정된 틸팅 운동의 안정 조건식으로부터, 회전체의 플러터링이나 진동이 발생하지 않는 연결 기구의 회전 중심의 위치를 결정할 수 있다.
본 발명의 제7 형태 및 제8 형태에 의하면, 변위부의 병진 운동의 운동 방정식에 기초하여 특정된 병진 운동의 안정 조건식 및 변위부의 틸팅 운동의 운동 방정식에 기초하여 특정된 틸팅 운동의 안정 조건식으로부터, 회전체의 플러터링이나 진동이 발생하지 않는 회전체의 최대 압박 하중을 결정할 수 있다.
도 1은 기판 연마 장치를 모식적으로 도시하는 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 연결 기구에 의해 지지되는 드레서를 도시하는 개략 단면도.
도 3은 도 2에 도시되는 연결 기구의 확대도.
도 4는 도 2에 도시되는 연결 기구에 의해 지지되는 드레서가 기울어진 상태를 도시하는 개략 단면도.
도 5는 연결 기구의 다른 실시 형태를 도시하는 단면도.
도 6은 연결 기구의 또 다른 실시 형태를 도시하는 개략 단면도.
도 7은 도 6에 도시하는 연결 기구의 확대도.
도 8은 연결 기구의 또 다른 실시 형태를 도시하는 개략 단면도.
도 9는 도 2에 도시되는 연결 기구의 회전 중심이 드레서의 하단부면에 있는 경우의 병진 운동과 회전 운동을 도시한 모델도.
도 10은 도 2에 도시되는 연결 기구의 회전 중심이 드레서의 하단부면보다도 하방에 있는 경우의 병진 운동과 회전 운동을 도시한 모델도.
도 11은 도 2에 도시되는 연결 기구의 회전 중심이 드레서의 하단부면보다도 상방에 있는 경우의 병진 운동과 회전 운동을 도시한 모델도.
도 12는 회전 중심을 변위부의 관성 중심에 일치시킨 연결 기구에 의해 지지되는 드레서를 도시하는 개략 단면도.
도 13은 회전 중심 주위로 틸팅하는 변위부의 틸팅 운동의 감쇠비 ζ와, 드레서의 하단부면으로부터 회전 중심까지의 거리 h의 관계의 시뮬레이션 결과의 일례를 나타내는 그래프.
도 14는 회전 중심 주위로 틸팅하는 변위부의 틸팅 운동의 감쇠비 ζ와, 드레서의 하단부면으로부터 회전 중심까지의 거리 h의 관계의 시뮬레이션 결과의 다른 예를 나타내는 그래프.
도 15는 회전 중심 주위로 틸팅하는 변위부의 틸팅 운동의 감쇠비 ζ와, 드레서의 하단부면으로부터 회전 중심까지의 거리 h의 관계의 시뮬레이션 결과의 또 다른 예를 나타내는 그래프.
도 16은 회전 중심 주위로 틸팅하는 변위부의 틸팅 운동의 감쇠비 ζ와, 드레서의 하단부면으로부터 회전 중심까지의 거리 h의 관계의 시뮬레이션 결과의 또 다른 예를 나타내는 그래프.
도 17은 회전 중심 주위로 틸팅하는 변위부의 틸팅 운동의 감쇠비 ζ와, 드레서의 하단부면으로부터 회전 중심까지의 거리 h의 관계의 시뮬레이션 결과의 또 다른 예를 나타내는 그래프.
도 18은 회전 중심 주위로 틸팅하는 변위부의 틸팅 운동의 감쇠비 ζ와, 드레서의 하단부면으로부터 회전 중심까지의 거리 h의 관계의 시뮬레이션 결과의 또 다른 예를 나타내는 그래프.
도 19는 회전 중심 주위로 틸팅하는 변위부의 틸팅 운동의 감쇠비 ζ와, 드레서의 하단부면으로부터 회전 중심까지의 거리 h의 관계의 시뮬레이션 결과의 또 다른 예를 나타내는 그래프.
도 20은 회전 중심 주위로 틸팅하는 변위부의 틸팅 운동의 감쇠비 ζ와, 드레서의 하단부면으로부터 회전 중심까지의 거리 h의 관계의 시뮬레이션 결과의 또 다른 예를 나타내는 그래프.
도 21은 임계값 μ'cri와, 드레서의 하단부면으로부터 회전 중심(CP)까지의 거리 h의 관계의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프.
도 22는 μ'의 값이 음수일 때의, 회전 중심 주위로 틸팅하는 변위부의 틸팅 운동의 감쇠비 ζ와, 드레서의 하단부면으로부터 회전 중심까지의 거리 h의 관계의 시뮬레이션 결과의 일례를 나타내는 그래프.
도 23은 μ'의 값이 음수일 때의, 회전 중심 주위로 틸팅하는 변위부의 틸팅 운동의 감쇠비 ζ와, 드레서의 하단부면으로부터 회전 중심까지의 거리 h의 관계의 시뮬레이션 결과의 다른 예를 나타내는 그래프.
도 24는 μ'의 값이 음수일 때의, 회전 중심 주위로 틸팅하는 변위부의 틸팅 운동의 감쇠비 ζ와, 드레서의 하단부면으로부터 회전 중심까지의 거리 h의 관계의 시뮬레이션 결과의 또 다른 예를 나타내는 그래프.
도 25는 μ'의 값이 음수일 때의, 회전 중심 주위로 틸팅하는 변위부의 틸팅 운동의 감쇠비 ζ와, 드레서의 하단부면으로부터 회전 중심까지의 거리 h의 관계의 시뮬레이션 결과의 또 다른 예를 나타내는 그래프.
도 26은 벨로즈 대신에, 복수의 토크 전달 핀으로 드레서에 토크를 전달하는 드레싱 장치의 일례를 도시하는 개략 단면도.
도 27은 회전 중심 위치 결정 프로그램을 실행하는 컴퓨터의 일례를 도시하는 모식도.
도 28은 일 실시 형태에 관한 회전 중심 위치 결정 프로그램에 기초하여, 도 2에 도시되는 연결 기구의 회전 중심을 결정하는 일련의 처리를 도시하는 흐름도.
도 29는 일 실시 형태에 관한 최대 압박 하중 결정 프로그램에 기초하여, 도 2에 도시되는 드레서의 최대 압박 하중을 결정하는 일련의 처리를 도시하는 흐름도.
도 30은 연마 패드의 프로파일을 취득하기 위한 패드 높이 측정기가 드레싱 장치에 설치된 기판 연마 장치의 일례를 도시하는 개략 측면도.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 기판 연마 장치(1)를 모식적으로 도시하는 사시도이다. 이 기판 연마 장치(1)는 연마면(10a)을 갖는 연마 패드(10)가 설치된 연마 테이블(3)과, 웨이퍼 등의 기판(W)을 유지하고, 또한 기판(W)을 연마 테이블(3) 상의 연마 패드(10)에 가압하는 연마 헤드(5)와, 연마 패드(10)에 연마액이나 드레싱액(예를 들어, 순수)을 공급하기 위한 연마액 공급 노즐(6)과, 연마 패드(10)의 연마면(10a)의 드레싱을 행하기 위한 드레서(7)를 갖는 드레싱 장치(2)를 구비하고 있다.
연마 테이블(3)은 테이블축(3a)을 통해 그 하방에 배치되는 테이블 모터(11)에 연결되어 있고, 이 테이블 모터(11)에 의해 연마 테이블(3)이 화살표로 나타내는 방향으로 회전되도록 되어 있다. 이 연마 테이블(3)의 상면에는 연마 패드(10)가 부착되어 있고, 연마 패드(10)의 상면이 웨이퍼를 연마하는 연마면(10a)을 구성하고 있다. 연마 헤드(5)는 헤드 샤프트(14)의 하단부에 연결되어 있다. 연마 헤드(5)는 진공 흡인에 의해 그 하면에 웨이퍼를 보유 지지할 수 있도록 구성되어 있다. 헤드 샤프트(14)는 상하 이동 기구(도시하지 않음)에 의해 상하 이동하도록 되어 있다.
웨이퍼(W)의 연마는 다음과 같이 하여 행해진다. 연마 헤드(5) 및 연마 테이블(3)을 각각 화살표로 나타내는 방향으로 회전시켜, 연마액 공급 노즐(6)로부터 연마 패드(10) 상에 연마액(슬러리)을 공급한다. 이 상태에서, 연마 헤드(5)는 웨이퍼(W)를 연마 패드(10)의 연마면(10a)에 가압한다. 웨이퍼(W)의 표면은 연마액에 포함되는 지립의 기계적 작용과 연마액의 화학적 작용에 의해 연마된다. 연마 종료 후에는 드레서(7)에 의한 연마면(10a)의 드레싱(컨디셔닝)이 행해진다.
드레싱 장치(2)는 연마 패드(10)에 미끄럼 접촉되는 드레서(7)와, 드레서(7)가 연결되는 드레서 샤프트(23)와, 드레서 샤프트(23)의 상단부에 설치된 에어 실린더(24)와, 드레서 샤프트(23)를 회전 가능하게 지지하는 드레서 아암(27)을 구비하고 있다. 드레서(7)의 하면은 드레싱면(7a)을 구성하고, 이 드레싱면(7a)은 지립(예를 들어, 다이아몬드 입자)으로 구성되어 있다. 에어 실린더(24)는 복수의 지주(25)에 의해 지지된 지지대(20) 상에 배치되어 있고, 이들 지주(25)는 드레서 아암(27)에 고정되어 있다.
드레서 아암(27)은 도시하지 않은 모터로 구동되고, 선회축(28)을 중심으로 하여 선회하도록 구성되어 있다. 드레서 샤프트(23)는 도시하지 않은 모터의 구동에 의해 회전하고, 이 드레서 샤프트(23)의 회전에 의해, 드레서(7)가 드레서 샤프트(23)를 중심으로 화살표로 나타내는 방향으로 회전하도록 되어 있다. 에어 실린더(24)는 드레서 샤프트(23)를 통해 드레서(7)를 상하 이동시켜, 드레서(7)를 소정의 가압력으로 연마 패드(10)의 연마면(표면)(10a)에 가압하는 액추에이터로서 기능한다.
연마 패드(10)의 드레싱은 다음과 같이 하여 행해진다. 드레서(7)가 드레서 샤프트(23)를 중심으로 하여 회전하면서, 연마액 공급 노즐(6)로부터 순수가 연마 패드(10) 상에 공급된다. 이 상태에서, 드레서(7)는 에어 실린더(24)에 의해 연마 패드(10)에 가압되고, 그 드레싱면(7a)이 연마 패드(10)의 연마면(10a)에 미끄럼 접촉된다. 또한, 드레서 아암(27)을 선회축(28)을 중심으로 하여 선회시키고 드레서(7)를 연마 패드(10)의 반경 방향으로 요동시킨다. 이와 같이 하여, 드레서(7)에 의해 연마 패드(10)가 깎이고, 그 표면(10a)이 드레싱(재생)된다.
상기한 헤드 샤프트(14)는 회전 가능하고, 또한 상하 이동 가능한 구동축이고, 상기한 연마 헤드(5)는 그 축심을 중심으로 회전하는 회전체이다. 마찬가지로, 상기한 드레서 샤프트(23)는 회전 가능하고, 또한 상하 이동 가능한 구동축이고, 상기한 드레서(7)는 그 축심을 중심으로 회전하는 회전체이다. 이들 회전체(5, 7)는 이하에 설명하는 연결 기구에 의해, 구동축(14, 23)에 대해 틸팅 가능하게 해당 구동축(14, 23)에 각각 연결된다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 연결 기구에 의해 지지되는 드레서(회전체)(7)를 도시하는 개략 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 드레싱 장치(2)의 드레서(7)는 원형의 디스크 홀더(30)와, 디스크 홀더(30)의 하면에 고정된 환상의 드레서 디스크(31)를 갖는다. 디스크 홀더(30)는 홀더 본체(32) 및 슬리브(35)에 의해 구성된다. 드레서 디스크(31)의 하면은 상기한 드레싱면(7a)을 구성한다.
디스크 홀더(30)의 홀더 본체(32)에는 단차부(33a)를 갖는 구멍(33)이 형성되어 있고, 이 구멍(33)의 중심축은 드레서 샤프트(구동축)(23)에 의해 회전되는 드레서(7)의 중심축에 일치한다. 구멍(33)은 홀더 본체(32)를 연직 방향으로 관통하여 연장하고 있다.
슬리브(35)는 홀더 본체(32)의 구멍(33)에 끼워 넣어진다. 슬리브(35)의 상부에는 슬리브 플랜지(35a)가 형성되고, 슬리브 플랜지(35a)는 구멍(33)의 단차부(33a)에 끼워 넣어진다. 이 상태에서, 슬리브(35)는 홀더 본체(32)에 나사 등의 고정 부재(도시하지 않음)를 사용하여 고정된다. 슬리브(35)에는 상방으로 개구된 삽입 오목부(35b)가 형성된다. 이 삽입 오목부(35b) 내에, 후술하는 연결 기구(짐벌 기구)(50)의 상측 구면 베어링(52) 및 하측 구면 베어링(55)이 배치된다.
드레서 샤프트(23)와 드레서(7)를 연결하는 벨로즈(44)가 설치되어 있다. 더 구체적으로는, 벨로즈(44)의 상부에 접속된 상측 원통부(45)는 드레서 샤프트(23)의 외주면에 고정되고, 벨로즈(44)의 하부에 접속된 하측 원통부(46)는 드레서(7)의 슬리브(35)의 상면에 고정된다. 벨로즈(44)는 드레서 샤프트(23)의 토크를 디스크 홀더(30)[즉, 드레서(7)]에 전달하면서, 드레서(7)의 드레서 샤프트(23)에 대한 틸팅을 허용하도록 구성되어 있다.
회전하는 연마 패드(10)의 연마면(10a)의 기복에 드레서(7)를 추종시키기 위해, 드레서(7)(회전체)의 디스크 홀더(30)는 연결 기구(짐벌 기구)(50)를 통해 드레서 샤프트(23)(구동축)에 연결된다. 이하, 연결 기구(50)에 대해 설명한다.
도 3은 도 2에 도시되는 연결 기구(50)의 확대도이다. 연결 기구(50)는 연직 방향으로 서로 이격하여 배치된 상측 구면 베어링(52) 및 하측 구면 베어링(55)을 갖는다. 이들 상측 구면 베어링(52) 및 하측 구면 베어링(55)은 드레서 샤프트(23)와 드레서(7) 사이에 배치되어 있다.
상측 구면 베어링(52)은 제1 오목 형상 접촉면(53a)을 갖는 환상의 제1 미끄럼 접촉 부재(53)와, 제1 오목 형상 접촉면(53a)에 접촉하는 제2 볼록 형상 접촉면(54a)을 갖는 환상의 제2 미끄럼 접촉 부재(54)를 구비하고 있다. 제1 미끄럼 접촉 부재(53)와 제2 미끄럼 접촉 부재(54)는 드레서 샤프트(23)와 드레서(7) 사이에 끼워져 있다. 더 구체적으로는, 제1 미끄럼 접촉 부재(53)는 슬리브(35)의 삽입 오목부(35b)에 삽입되어 있고, 또한 벨로즈(44)의 하부에 접속된 하측 원통부(46)와 제2 미끄럼 접촉 부재(54) 끼워져 있다. 드레서 샤프트(23)의 하단부는 환상의 제2 미끄럼 접촉 부재(54)에 삽입되어 있고, 또한 제2 미끄럼 접촉 부재(54)는 후술하는 제3 미끄럼 접촉 부재(56)와 제1 미끄럼 접촉 부재(53)에 끼워져 있다. 제1 미끄럼 접촉 부재(53)의 제1 오목 형상 접촉면(53a) 및 제2 미끄럼 접촉 부재(54)의 제2 볼록 형상 접촉면(54a)은 제1 반경 r1을 갖는 구면의 상반부의 일부로 이루어지는 형상을 갖고 있다. 즉, 이들 2개의 제1 오목 형상 접촉면(53a) 및 제2 볼록 형상 접촉면(54a)은 동일한 곡률 반경(상술한 제1 반경 r1과 동등함)을 갖고, 서로 미끄럼 이동 가능하게 걸림 결합한다.
하측 구면 베어링(55)은 제3 오목 형상 접촉면(56c)을 갖는 제3 미끄럼 접촉 부재(56)와, 제3 오목 형상 접촉면(56c)에 접촉하는 제4 볼록 형상 접촉면(57a)을 갖는 제4 미끄럼 접촉 부재(57)를 구비하고 있다. 제3 미끄럼 접촉 부재(56)는 드레서 샤프트(23)에 설치되어 있다. 더 구체적으로는, 드레서 샤프트(23)에는 해당 드레서 샤프트(23)의 하단부로부터 상방으로 연장되는 나사 구멍(23a)이 형성되어 있다. 제3 미끄럼 접촉 부재(56)의 상부에는 나사부(56a)가 형성되어 있다. 나사부(56a)를 나사 구멍(23a)에 나사 결합시킴으로써, 제3 미끄럼 접촉 부재(56)가 드레서 샤프트(23)에 고정됨과 함께, 제1 미끄럼 접촉 부재(53) 및 제2 미끄럼 접촉 부재(54)는 하측 원통부(46)에 가압된다.
상측 구면 베어링(52)의 제2 미끄럼 접촉 부재(54)는 제1 미끄럼 접촉 부재(53)와 제3 미끄럼 접촉 부재(56) 사이에 끼워져 있다. 즉, 제2 미끄럼 접촉 부재(54)는 제3 미끄럼 접촉 부재(56)의 상부에 형성된 환상의 단차부(56b)와, 제1 미끄럼 접촉 부재(53)의 제1 오목 형상 접촉면(53a) 사이에 끼워져 있다. 제4 미끄럼 접촉 부재(57)는 드레서(7)에 설치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 제4 미끄럼 접촉 부재(57)는 드레서(7)의 슬리브(35)의 저면 상에 설치되어 있고, 제4 미끄럼 접촉 부재(57)는 슬리브(35)와 일체로 구성되어 있다. 제4 미끄럼 접촉 부재(57)는 슬리브(35)와는 별체로서 구성되어 있어도 된다.
제3 미끄럼 접촉 부재(56)의 제3 오목 형상 접촉면(56c)과 제4 미끄럼 접촉 부재(57)의 제4 볼록 형상 접촉면(57a)은 상기 제1 반경 r1보다도 작은 제2 반경 r2를 갖는 구면의 상반부의 일부로 이루어지는 형상을 갖고 있다. 즉, 이들 2개의 제3 오목 형상 접촉면(56c) 및 제4 볼록 형상 접촉면(57a)은 동일한 곡률 반경(상술한 제2 반경 r2와 동등함)을 갖고, 서로 미끄럼 이동 가능하게 걸림 결합한다. 에어 실린더(24)(도 1 참조)에 의해 발생되는 가압력은 드레서 샤프트(23) 및 하측 구면 베어링(55)을 통해, 드레서(7)에 전달된다.
상측 구면 베어링(52)과 하측 구면 베어링(55)은 다른 회전 반경을 갖는 한편, 동일한 회전 중심(CP)을 갖는다. 즉, 제1 오목 형상 접촉면(53a), 제2 볼록 형상 접촉면(54a), 제3 오목 형상 접촉면(56c) 및 제4 볼록 형상 접촉면(57a)은 동심이고, 그 곡률 중심은 회전 중심(CP)에 일치한다. 이 회전 중심(CP)은 제1 오목 형상 접촉면(53a), 제2 볼록 형상 접촉면(54a), 제3 오목 형상 접촉면(56c) 및 제4 볼록 형상 접촉면(57a)보다도 하방에 위치한다. 더 구체적으로는, 회전 중심(CP)은 드레서(7)의 하단부면[즉, 드레싱면(7a)] 위거나, 또는 드레서(7)의 하단부면 근방에 배치된다. 도 2에 도시한 실시 형태에서는, 회전 중심(CP)은 드레서(7)의 하단부면으로부터 1㎜ 상방에 위치하고 있다. 즉, 도 3에 도시한 바와 같이, 드레서(7)의 하단부면으로부터 회전 중심(CP)까지의 거리 h는 1㎜이다. 이 거리 h는 0㎜[즉, 회전 중심(CP)이 드레서(7)의 하단부면 상에 위치함]여도 되고, 마이너스의 값[즉, 회전 중심(CP)이 드레서(7)의 하단부면보다도 하방에 위치함]이어도 된다. 동일한 회전 중심(CP)을 갖는 제1 오목 형상 접촉면(53a), 제2 볼록 형상 접촉면(54a), 제3 오목 형상 접촉면(56c) 및 제4 볼록 형상 접촉면(57a)의 곡률 반경을 적절히 선정함으로써, 드레서(7)의 하단부면으로부터 회전 중심(CP)까지의 거리 h를 변경할 수 있다. 그 결과, 원하는 거리 h를 얻을 수 있다. 회전 중심(CP)을 드레서(7)의 하단부면 위거나, 또는 하단부면 근방에 배치하기 위해, 상측 구면 베어링(52)과 하측 구면 베어링(55)은 홀더 본체(32)에 형성된 구멍(33)에 끼움 삽입된 슬리브(35)의 삽입 오목부(35b) 내에 배치된다. 상측 구면 베어링(52)과 하측 구면 베어링(55)으로부터 발생한 마모분은 슬리브(35)에 수용할 수 있다. 따라서, 마모분이 연마 패드(10) 상에 낙하하는 것이 방지된다.
상측 구면 베어링(52)의 제1 오목 형상 접촉면(53a) 및 제2 볼록 형상 접촉면(54a)은 하측 구면 베어링(55)의 제3 오목 형상 접촉면(56c) 및 제4 볼록 형상 접촉면(57a)보다도 상방에 위치하고 있다. 드레서(7)는 2개의 구면 베어링, 즉 상측 구면 베어링(52)과 하측 구면 베어링(55)에 의해 드레서 샤프트(23)에 틸팅 가능하게 연결된다. 상측 구면 베어링(52)과 하측 구면 베어링(55)은 동일한 회전 중심(CP)을 가지므로, 드레서(7)는 회전하는 연마 패드(10)의 연마면(10a)의 기복에 대해 유연하게 틸팅할 수 있다.
상측 구면 베어링(52) 및 하측 구면 베어링(55)은 드레서(7)에 작용하는 래디얼 방향의 힘을 수용하는 한편, 드레서(7)를 진동시키는 원인이 되는 액셜 방향(래디얼 방향에 대해 수직 방향)의 힘을 연속적으로 수용할 수 있다. 또한, 상측 구면 베어링(52) 및 하측 구면 베어링(55)은 이들 래디얼 방향의 힘과 액셜 방향의 힘을 수용하면서, 드레서(7)와 연마 패드(10) 사이에 발생하는 마찰력에 기인하여 회전 중심(CP) 주위에 발생하는 모멘트에 대해 미끄럼 이동력을 작용시킬 수 있다. 그 결과, 드레서(7)에 플러터링이나 진동이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 회전 중심(CP)은 드레서(7)의 하단부면 위거나, 또는 드레서(7)의 하단부면 근방에 위치하므로, 드레서(7)와 연마 패드(10) 사이에 발생하는 마찰력에 기인한 모멘트가 거의 발생하지 않는다. 이 모멘트는 드레서(7)의 하단부면으로부터 회전 중심(CP)까지의 거리 h가 0일 때에 0이다. 그 결과, 드레서(7)에 플러터링이나 진동이 발생하는 것을 더 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 드레서(7)가 들어 올려졌을 때에, 해당 드레서(7)는 상측 구면 베어링(52)에 의해 지지된다. 그 결과, 드레서(7)의 중력보다도 작은 하중 영역에 있어서도 연마면(10a)에 대한 드레싱 하중을 정밀하게 제어할 수 있다. 따라서, 정밀한 드레싱 제어를 실행할 수 있다.
도 4는 도 2에 도시되는 연결 기구에 의해 지지되는 드레서(7)가 기울어진 상태를 도시하는 개략 단면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상측 구면 베어링(52) 및 하측 구면 베어링(55)은 드레서(7)가 연마면(10a)의 기복에 따라 틸팅하는 것을 허용한다. 드레서(7)가 틸팅했을 때에, 드레서 샤프트(23)와 드레서(7)를 연결하는 벨로즈(44)는 드레서(7)의 틸팅에 따라 변형된다. 따라서, 드레서(7)는 벨로즈(44)를 통해 전해지는 드레서 샤프트(23)의 토크를 받으면서, 틸팅할 수 있다.
도 5는 연결 기구(50)의 다른 실시 형태를 도시하는 단면도이다. 특별히 설명하지 않는 본 실시 형태의 구성은 도 2에 도시되는 연결 기구(50)의 구성과 동일하다. 본 실시 형태에서는 상측 구면 베어링(52) 및 하측 구면 베어링(55)의 회전 중심(CP)은 드레서(7)의 하단부면 상에 있다(즉, 거리 h＝0). 도 5에 도시되는 드레서(7)의 드레서 디스크(31)는 자성 재료로 구성되어 있고, 드레서 디스크(31)는 홀더 본체(32)의 상면에 형성된 복수의 오목부(32a) 내에 각각 배치되는 자석(37)에 의해, 홀더 본체(32)에 고정된다. 오목부(32a) 및 자석(37)은 홀더 본체(32)의 원주 방향을 따라 등간격으로 배열된다.
슬리브(35)의 상면[즉, 슬리브 플랜지(35a)의 상면]에는 환상 홈(35c)이 형성되어 있고, 이 환상 홈(35c)에는 연결 기구(50)의 주위를 연장하는 O링(41)이 배치되어 있다. O링(41)은 슬리브(35)와 하측 원통 부재(46) 사이의 간극을 시일한다.
하측 원통부(46)의 외주면으로부터 약간 이격하여 상방으로 연장되는 기초부(42a)를 갖는 제1 원통 커버(42)가 설치된다. 제1 원통 커버(42)는 슬리브(35)의 상면으로부터 상방으로 연장되는 기초부(42a)와, 기초부(42a)의 상단부로부터 수평 방향 외측으로 연장되는 환상의 수평부(42b)와, 수평부(42b)의 외주 단부로부터 하방으로 연장되는 폴딩부(42c)를 갖고 있다. 제1 원통 커버(42)의 기초부(42a) 및 폴딩부(42c)는 원통 형상을 갖고, 수평부(42b)는 기초부(42a)의 전체 주위에 걸쳐서 수평 방향으로 연장된다. 하측 원통부(46)의 외주면에는 환상 홈(46a)이 형성되고, 해당 환상 홈(46a)에는 O링(47)이 배치된다. O링(47)은 하측 원통부(46)의 외주면과 제1 원통 커버(42)의 기초부(42a)의 내주면 사이의 간극을 시일한다.
드레서 샤프트(23)를 회전 가능하게 지지하는 드레서 아암(27)에는 제2 원통 커버(48)가 고정되어 있다. 제2 원통 커버(48)는 드레서 아암(27)의 하단부면으로부터 하방으로 연장되는 기초부(48a)와, 기초부(48a)의 하단부로부터 수평 방향 내측으로 연장되는 환상의 수평부(48b)와, 수평부(48b)의 내주 단부로부터 상방으로 연장되는 폴딩부(48c)를 갖고 있다. 제2 원통 커버(48)의 기초부(48a) 및 폴딩부(48c)는 원통 형상을 갖고, 수평부(48b)는 기초부(48a)의 전체 주위에 걸쳐서 수평 방향으로 연장된다. 제2 원통 커버(48)의 기초부(48a)는 제1 원통 커버(42)의 기초부(42a)를 둘러싸고 있고, 제2 원통 커버(48)의 폴딩부(48c)는 제1 원통 커버(42)의 폴딩부(42c)보다도 내측에 위치하고 있다. 제1 원통 커버(42)와 제2 원통 커버(48)는 래비린스 구조를 구성한다. 도시는 하지 않지만, 제1 원통 커버(42)의 폴딩부(42c)의 하단부가, 제2 원통 커버(48)의 폴딩부(48c)의 상단부보다도 하방에 위치하고 있어도 된다.
O링(41), O링(47) 및 제1 원통 커버(42)와 제2 원통 커버(48)로 구성된 래비린스 구조에 의해, 상측 구면 베어링(52)과 하측 구면 베어링(55)으로부터 발생한 마모분이 드레서(7)의 외부로 비산되는 것이 방지된다. 마찬가지로, O링(41), O링(47) 및 제1 원통 커버(42)와 제2 원통 커버(48)로 구성된 래비린스 구조에 의해, 드레서(7)에 공급된 드레싱액이, 상측 구면 베어링(52)과 하측 구면 베어링(55)에 도달하는 것이 방지된다.
도 6은 연결 기구의 또 다른 실시 형태를 도시하는 개략 단면도이다. 특별히 설명하지 않는 본 실시 형태의 구성은 상술한 실시 형태와 동일하므로, 그 중복되는 설명을 생략한다. 도 6에 도시하는 연결 기구(60)는 드레서(7)를 드레서 샤프트(23)에 틸팅 가능하게 연결하는 짐벌 기구를 구성한다.
도 7은 도 6에 도시되는 연결 기구(60)의 확대도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 연결 기구(60)의 하측 구면 베어링(55)은 볼로 구성된 제4 미끄럼 이동 부재(57)를 갖고 있다. 이 제4 미끄럼 이동 부재(57)는 제3 미끄럼 접촉 부재(56)와, 슬리브(35) 사이에 배치된다. 이 실시 형태에서는, 볼 형상의 제4 미끄럼 이동 부재(57)의 구면의 대략 상반부는 하측 구면 베어링(55)의 제4 볼록 형상 접촉면(57a)을 구성한다. 제3 미끄럼 접촉 부재(56)의 하단부에는 제3 오목 형상 접촉면(56c)이 형성되어 있다. 제4 미끄럼 이동 부재(57)의 제4 볼록 형상 접촉면(57a)과 제3 미끄럼 접촉 부재(56)의 제3 오목 형상 접촉면(56c)은 서로 미끄럼 이동 가능하게 걸림 결합한다. 슬리브(35)의 삽입 오목부(35b)의 저면에는 받침대(65)가 고정되어 있고, 해당 받침대(65)는 볼 형상의 제4 미끄럼 이동 부재(57)의 구면의 하부가 미끄럼 이동 가능하게 걸림 결합하는 오목 형상 접촉면(65b)을 갖는다. 이 받침대(65)는 슬리브(35)와 일체로 구성되어도 된다.
도 7에 도시한 연결 기구(60)의 상측 구면 베어링(52)과 하측 구면 베어링(55)은 다른 회전 반경을 갖는 한편, 동일한 회전 중심(CP)을 갖는다. 즉, 제1 오목 형상 접촉면(53a), 제2 볼록 형상 접촉면(54a), 제3 오목 형상 접촉면(56c), 제4 볼록 형상 접촉면(57a) 및 오목 형상 접촉면(65b)은 동심이고, 그 곡률 중심은 회전 중심(CP)에 일치한다. 이 회전 중심(CP)은 제1 오목 형상 접촉면(53a), 제2 볼록 형상 접촉면(54a), 제3 오목 형상 접촉면(56c) 및 제4 볼록 형상 접촉면(57a)보다도 하방에 위치한다. 더 구체적으로는, 회전 중심(CP)은 제4 미끄럼 이동 부재(57)의 중심이고, 드레서(7)의 하단부면[즉, 드레싱면(7a)] 근방에 배치된다. 도시한 예에서는, 회전 중심(CP)은 드레서(7)의 하단부면으로부터 6㎜ 상방에 위치하고 있다.
상측 구면 베어링(52)의 제1 오목 형상 접촉면(53a) 및 제2 볼록 형상 접촉면(54a)은 하측 구면 베어링(55)의 제3 오목 형상 접촉면(56c) 및 제4 볼록 형상 접촉면(57a)보다도 상방에 위치하고 있다. 드레서(7)는 2개의 구면 베어링, 즉 상측 구면 베어링(52)과 하측 구면 베어링(55)에 의해 드레서 샤프트(23)에 틸팅 가능하게 연결된다. 상측 구면 베어링(52)과 하측 구면 베어링(55)은 동일한 회전 중심(CP)을 가지므로, 드레서(7)는 회전하는 연마 패드(10)의 연마면(10a)의 기복에 대해 유연하게 틸팅할 수 있다.
상측 구면 베어링(52) 및 하측 구면 베어링(55)은 드레서(7)에 작용하는 래디얼 방향의 힘을 수용하는 한편, 드레서(7)를 진동시키는 원인이 되는 액셜 방향(래디얼 방향에 대해 수직 방향)의 힘을 연속적으로 수용할 수 있다. 또한, 상측 구면 베어링(52) 및 하측 구면 베어링(55)은 이들 래디얼 방향의 힘과 액셜 방향의 힘을 수용하면서, 드레서(7)와 연마 패드(10) 사이에 발생하는 마찰력에 기인하여 회전 중심(CP) 주위에 발생하는 모멘트에 대해 미끄럼 이동력을 작용시킬 수 있다. 그 결과, 드레서(7)에 플러터링이나 진동이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 회전 중심(CP)은 드레서(7)의 하단부면 근방에 위치하므로, 드레서(7)와 연마 패드(10) 사이에 발생하는 마찰력에 기인한 모멘트가 거의 발생하지 않는다. 그 결과, 드레서(7)에 플러터링이나 진동이 발생하는 것을 더 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 드레서(7)가 들어 올려졌을 때에, 해당 드레서(7)는 상측 구면 베어링(52)에 의해 지지된다. 그 결과, 드레서(7)의 중력보다도 작은 하중 영역에 있어서도 연마면(10a)에 대한 드레싱 하중을 정밀하게 제어할 수 있다. 따라서, 정밀한 드레싱 제어를 실행할 수 있다. 도 5에 도시되는 O링(41), O링(47), 제1 원통 커버(42) 및 제2 원통 커버(48)의 구성을, 도 6에 도시되는 실시 형태에 적용해도 된다.
도 2, 도 5, 도 6에 도시되는 제1 미끄럼 접촉 부재(53) 및 제2 미끄럼 접촉 부재(54)의 한쪽은, 다른 쪽의 영률과 동일하거나, 또는 그것보다도 낮은 영률을 갖거나, 또는 다른 쪽의 감쇠 계수보다도 높은 감쇠 계수를 갖는 것이 바람직하다. 도 2, 도 5, 도 6에 도시되는 연결 기구에서는 제2 미끄럼 접촉 부재(54)가, 제1 미끄럼 접촉 부재(53)의 영률과 동일하거나, 또는 그것보다도 낮은 영률을 갖거나, 또는 제1 미끄럼 접촉 부재(53)의 감쇠 계수보다도 높은 감쇠 계수를 갖고 있다. 이 구성에 의하면, 드레서(7)의 내진동 특성을 향상시킬 수 있다. 즉, 드레서(7)와 연마면(10a) 사이에 발생하는 마찰력을 받았을 때에 발생하는 드레서 샤프트(23)의 진동을, 제1 미끄럼 접촉 부재(53) 및 제2 미끄럼 접촉 부재(54)의 한쪽에 의해 감쇠시킬 수 있다. 그 결과, 드레서(7)에 진동이나 플러터링이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
본 실시 형태에서는 제2 미끄럼 접촉 부재(54)가, 제1 미끄럼 접촉 부재(53)의 영률과 동일하거나, 또는 그것보다도 낮은 영률을 갖거나, 또는 제1 미끄럼 접촉 부재(53)의 감쇠 계수보다도 높은 감쇠 계수를 갖고 있다. 이와 같은 제2 미끄럼 접촉 부재(54)를 구성하는 재료의 예로서는, 제1 미끄럼 접촉 부재(53)가 스테인리스강으로 만들어져 있는 경우, 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리염화비닐(PVC), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 및 폴리프로필렌(PP) 등의 수지 및 바이 톤(등록 상표) 등의 고무를 들 수 있다. 예를 들어, 도 2, 도 5, 도 6에 도시되는 제2 미끄럼 접촉 부재(54)는 고무로 만들어져 있어도 된다.
제2 미끄럼 접촉 부재(54)는, 바람직하게는 0.1㎬ 내지 210㎬의 범위에 있는 영률이거나, 또는 감쇠비가 0.1 내지 0.8의 범위가 되는 감쇠 계수를 갖는다. 여기서, 제2 미끄럼 접촉 부재(54)의 감쇠비를 ζ로 하고, 제2 미끄럼 접촉 부재(54)의 감쇠 계수를 C로 하고, 제2 미끄럼 접촉 부재(54)의 임계 감쇠 계수를 Cc로 하면, 감쇠비 ζ는 식ζ＝C/Cc로부터 구해진다. 제2 미끄럼 접촉 부재(54)의 질량이 m이고, 제2 미끄럼 접촉 부재(54)의 스프링 상수가 K일 때에, 임계 감쇠 계수 Cc는 2ㆍ(mㆍK)1/2이다. 제2 미끄럼 접촉 부재(54)의 감쇠비는 0.707이 가장 바람직하다. 감쇠비가 지나치게 크면, 드레서(7)가 연마면(10a)의 기복에 유연하게 추종할 수 없게 된다.
도 8은 연결 기구의 또 다른 실시 형태를 도시하는 개략 단면도이다. 본 실시 형태의 연결 기구는 상측 구면 베어링 및 하측 구면 베어링을 갖고 있지 않은 점에서, 상술한 실시 형태와 다르다. 특별히 설명하지 않는 다른 구성은 상술한 실시 형태와 동일하므로, 그 중복되는 설명을 생략한다.
도 8에 도시되는 연결 기구에서는 드레서 샤프트(23)의 하단부에 감쇠 링(감쇠 부재)(70)이 고정된다. 도시한 예에서는, 감쇠 링(70)은 원환 형상을 갖고, 고정 부재(71)에 의해 드레서 샤프트(23)에 고정된다. 더 구체적으로는, 드레서 샤프트(23)의 나사 구멍(23a)에 고정 부재(71)의 나사부(71a)를 나사 결합함으로써, 감쇠 링(70)은 드레서 샤프트(23)의 견부(23b)와, 고정 부재(71)의 플랜지부(71b) 사이에 끼워진다. 감쇠 링(70)의 내주면(70a)이 드레서 샤프트(23)의 하단부의 외주면에 접촉하도록, 감쇠 링(70)은 드레서 샤프트(23)의 하단부에 설치된다. 또한, 감쇠 링(70)의 외주면(70b)이 슬리브(35)의 삽입 오목부(35b)의 내주면에 접촉하도록, 감쇠 링(70)은 드레서(7)의 슬리브(35)에 설치된다. 이와 같이, 감쇠 링(70)은 드레서 샤프트(23)의 하단부와 드레서(7)의 슬리브(35) 사이에 끼워져 있고, 드레서(7)는 감쇠 링(70)을 통해 드레서 샤프트(23)에 연결된다. 드레서 샤프트(23)의 토크는 감쇠 링(70) 및 벨로즈(44)를 통해 드레서(7)에 전달된다. 또한, 에어 실린더(24)(도 1 참조)에 의해 발생되는 가압력은 드레서 샤프트(23) 및 감쇠 링(70)을 통해, 드레서(7)에 전달된다.
감쇠 링(70)은 드레서 샤프트(23)의 영률과 동일하거나, 또는 그것보다도 낮은 영률을 갖거나, 또는 드레서 샤프트(23)의 감쇠 계수보다도 높은 감쇠 계수를 갖고 있다. 이와 같은 감쇠 링(70)을 구성하는 재료의 예로서는, 드레서 샤프트(23)가 스테인리스강으로 만들어져 있는 경우, 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리염화비닐(PVC), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 및 폴리프로필렌(PP) 등의 수지 및 바이톤(등록 상표) 등의 고무를 들 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시되는 감쇠 링(70)은 고무로 만들어져 있고, 고무 부시로서 구성되어 있다.
감쇠 링(70)은, 바람직하게는 0.1㎬ 내지 210㎬의 범위에 있는 영률이거나, 또는 감쇠비가 0.1 내지 0.8의 범위가 되는 감쇠 계수를 갖는다. 여기서, 감쇠 링(70)의 감쇠비를 ζ로 하고, 감쇠 링(70)의 감쇠 계수를 C로 하고, 감쇠 링(70)의 임계 감쇠 계수를 Cc로 하면, 감쇠비 ζ는 식ζ＝C/Cc로부터 구해진다. 감쇠 링(70)의 질량이 m이고, 감쇠 링(70)의 스프링 상수가 K일 때에, 임계 감쇠 계수 Cc는 2ㆍ(mㆍK)1/2이다. 감쇠 링(70)의 감쇠비는 0.707이 가장 바람직하다. 감쇠비가 지나치게 크면, 드레서(7)가 연마면(10a)의 기복에 유연하게 추종할 수 없게 된다.
드레서(7)가 고정되는 감쇠 링(70)은 드레서 샤프트(구동축)(23)의 영률과 동일하거나, 또는 그것보다도 낮은 영률을 갖거나, 또는 드레서 샤프트(23)의 감쇠 계수보다도 높은 감쇠 계수를 갖고 있다. 회전하는 연마 패드(10)의 연마면(10a)에 기복이 발생한 경우, 이 감쇠 링(70)이 적절히 변형됨으로써, 드레서(7)는 연마면(10a)의 기복에 적절히 추종할 수 있다. 또한, 드레서(7)가 감쇠 링(70)을 통해 드레서 샤프트(23)에 고정되어 있으므로, 해당 드레서(7)의 내진동 특성을 향상시킬 수 있다. 더 구체적으로는, 드레서(7)가 연마면(10a)에 미끄럼 접촉했을 때에 발생하는 마찰력에 기인하는 드레서(7)의 진동을, 감쇠 링(70)에 의해 감쇠시킬 수 있다. 그 결과, 드레서(7)에 진동이나 플러터링이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 드레서(7)는 감쇠 링(70)을 통해 드레서 샤프트(23)에 연결되어 있으므로, 드레서(7)의 중력보다도 작은 하중 영역에 있어서도 연마면(10a)에 대한 드레싱 하중을 정밀하게 제어할 수 있다. 따라서, 정밀한 드레싱 제어를 실행할 수 있다.
종래의 드레싱 장치에서는 드레서가 연마 패드에 가압되는 드레싱 하중이 커졌을 때에, 드레서와 연마 패드 사이에 스틱 슬립이 발생하는 경우가 있었다. 스틱 슬립의 대책으로서, 종래에는 드레서 샤프트의 직경을 크게 하여, 드레서 샤프트의 강성을 올리고 있었다. 또한, 드레서 샤프트를 회전시키는 기구로서, 볼 스플라인이 채용되어 있는 경우는, 스플라인 샤프트와 스플라인 너트 사이의 여압을 크게 하고 있었다. 그러나, 드레서 샤프트의 직경을 크게 하거나, 또는 스플라인 샤프트와 스플라인 너트 사이의 여압을 크게 한 경우, 드레서 샤프트를 상하 이동시킬 때의 미끄럼 이동 저항이 커진다. 결과적으로, 드레싱 하중의 정밀한 제어가 저해된다.
도 8에 도시한 실시 형태에 관한 연결 기구에 의하면, 드레서 샤프트(23)의 하단부에 설치된 감쇠 링(70)에, 드레서(7)가 고정된다. 드레서(7)가 연마면(10a)에 미끄럼 접촉되었을 때에 발생하는 마찰력에 기인한 드레서(7)의 진동은 감쇠 링(70)에 의해 감쇠시킬 수 있다. 그 결과, 드레서(7)에 스틱 슬립이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 드레서 샤프트(23)의 직경을 크게 하거나, 또는 스플라인 샤프트와 스플라인 너트 사이의 여압을 크게 할 필요가 없으므로, 정밀한 드레싱 제어를 실행할 수 있다.
지금까지 드레서(7)를 드레서 샤프트(23)에 연결하는 연결 기구의 실시 형태를 설명하였지만, 이들 실시 형태에 관한 연결 기구를 사용하여, 연마 헤드(5)를 헤드 샤프트(14)에 연결해도 된다. 상기한 실시 형태에 관한 연결 기구에 의해 지지된 연마 헤드(5)는 회전하는 연마 패드(10)의 연마면(10a)의 기복에, 플러터링이나 진동을 발생시키지 않고 추종할 수 있다. 또한, 상술한 연결 기구는 연마 헤드(5)의 중력보다도 작은 하중 영역에 있어서도 연마면(10a)에 대한 연마 하중을 정밀하게 제어할 수 있다. 따라서, 정밀한 연마 제어를 실행할 수 있다.
상술한 바와 같이, 도 2 및 도 5에 도시되는 연결 기구(50)에서는, 동일한 회전 중심(CP)을 갖는 제1 오목 형상 접촉면(53a), 제2 볼록 형상 접촉면(54a), 제3 오목 형상 접촉면(56c) 및 제4 볼록 형상 접촉면(57a)의 곡률 반경을 적절히 선정함으로써, 드레서(7)의 하단부면으로부터 회전 중심(CP)까지의 거리 h를 변경할 수 있다. 즉, 연결 기구(50)의 회전 중심(CP)의 위치를 변경할 수 있다. 이하에는, 회전체의 플러터링이나 진동을 발생시키지 않는 연결 기구의 회전 중심(CP)의 위치[즉, 드레서(7)의 하단부면으로부터 회전 중심(CP)까지의 거리 h]를 결정하기 위한 회전 중심 위치 결정 방법이 설명된다.
본 실시 형태에 관한 회전 중심 위치 결정 방법에서는, 최초에, 드레서(회전체)(7)를 회전시키면서, 해당 드레서(7)를, 회전하는 연마 패드(10)에 미끄럼 접촉시켰을 때의, 드레서(7)의 병진 운동의 운동 방정식 및 틸팅 운동의 운동 방정식을 특정한다. 도 9는 도 2에 도시되는 연결 기구(50)의 회전 중심(CP)이 드레서(7)의 하단부면에 있는 경우의 병진 운동과 회전 운동을 도시한 모델도이다. 도 10은 도 2에 도시되는 연결 기구(50)의 회전 중심(CP)이 드레서(7)의 하단부면보다도 하방에 있는 경우의 병진 운동과 회전 운동을 도시한 모델도이다. 도 11은 도 2에 도시되는 연결 기구(50)의 회전 중심(CP)이 드레서(7)의 하단부면보다도 상방에 있는 경우의 병진 운동과 회전 운동을 도시한 모델도이다.
도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 후술하는 운동 방정식에 있어서, 드레서(7)의 하단부면으로부터 회전 중심(CP)까지의 거리 h는 드레서(회전체)(7)의 하단부면을 원점으로 한 연직 방향으로 연장되는 좌표축 Z 상의 수치이다. 더 구체적으로는, 회전 중심(CP)이 드레서(7)의 하단부면 상에 있는 경우(도 9 참조)에, 거리 h는 0이고, 회전 중심(CP)이 드레서(7)의 하단부면으로부터 하방에 위치하는 경우(도 10 참조)에, 거리 h는 양수이고, 회전 중심(CP)이 드레서(7)의 하단부면으로부터 상방에 위치하는 경우(도 11 참조)에, 거리 h는 음수이다.
드레서(7)의 미끄럼 속도를 s로 하고, 드레서(7)의 연마 패드(10)에 대한 상대 속도를 V로 하고, 드레서(7)가, 해당 드레서(7)와 연마 패드(10)의 마찰에 기인하여, 연마 패드(10)에 대해 수평 방향으로 x만큼 미소하게 변위될 때의 드레서(7)의 속도를 x'로 한다. 이 경우, 미끄럼 속도 s, 상대 속도 V 및 변위 속도 x' 사이에는 이하의 식 1이 성립된다.
[식 1]
Figure 112021126512532-pat00001
또한, 드레서(7)와 연마 패드(10) 사이의 마찰 계수를 μ로 했을 때에, μ'를 이하의 식 2로 정의한다.
[식 2]
Figure 112021126512532-pat00002
또한, μ'는, 예를 들어 스트라이벡 곡선으로부터 얻을 수도 있다. μ'는 스트라이벡 곡선의 접선의 기울기에 상당한다.
드레서(7)에 가해지는 수평 방향의 힘 F0은 이하의 식 3으로 표현된다.
[식 3]
Figure 112021126512532-pat00003
여기서, μ0은 드레서(7)와 연마 패드(10) 사이의 정지 마찰 계수이고, FD는 드레서(7)를 연마 패드(10)에 가압할 때에, 드레서(7)에 가해지는 압박 하중이다.
미끄럼 속도 s(＝V－x')에 기인하여, 드레서(7)로부터 연마 패드(10)에 가해지는 압박 하중 FD의 분포의 중심은 드레서(7)의 중심으로부터 시프트한다(도 9 참조). 압박 하중 FD의 분포의 중심의, 드레서(7)의 중심으로부터의 시프트량을 하중 반경 R로 한 경우에, 이하의 식 4가 정의된다.
[식 4]
Figure 112021126512532-pat00004
식 4는 하중 반경 R이 미끄럼 속도 s(＝V－x')를 변수로 하는 함수 f에 의해 결정되는 것을 나타내고 있다. 함수 f는 상대 속도 V가 0일 때에 하중 반경 R이 0이 되고, 상대 속도 V가 ∞일 때에 하중 반경 R이 드레서(7)의 반경 Rd가 되는 함수이다.
드레서(7)의 반경 방향에 있어서의 위치 R(i)에서 드레서(7)의 압박 하중을 FD(i)로 했을 경우, 이 압박 하중 FD(i)에 의해 발생하는 모멘트의 합계 M은 이하의 식 5로 표현된다.
[식 5]
Figure 112021126512532-pat00005
또한, 하중 반경 R을 이하의 식 6으로 정의한다.
[식 6]
Figure 112021126512532-pat00006
여기서, η는 드레서(7)의 반경 Rd에 대한 하중 반경 R의 비이다. 예를 들어, 압박 하중 FD의 분포의 중심이 드레서(7)의 중심과 외측 테두리 사이의 중앙에 있는 경우, η의 값은 0.5이다.
드레서(7)가 연마 패드(10)의 연마면(10a)의 기복에 추종하여 회전 중심(CP) 주위로 회전각 θ만큼 틸팅했을 때에, 드레서(7)에 발생하는 회전 중심(CP) 주위의 모멘트 M0은 이하의 식 7로 표현된다.
[식 7]
Figure 112021126512532-pat00007
여기서, θ'는 드레서(7)가 회전 중심(CP) 주위로 회전각 θ만큼 틸팅할 때의 각속도이다.
상술한 식 1 내지 식 7로부터, 드레서(회전체)(7)의 병진 운동의 운동 방정식 및 틸팅 운동의 운동 방정식을 특정할 수 있다. 드레서(7)의 병진 운동의 운동 방정식은 이하의 식 8로 표현된다.
[식 8]
Figure 112021126512532-pat00008
여기서, m은 연마 패드(10)의 기복에 의해 회전 중심(CP) 주위로 틸팅되는 변위부의 질량이고, 도 2에 도시되는 실시 형태에서는, 변위부는 드레서(7)뿐만 아니라, 벨로즈(44)의 하부에 접속된 하측 원통부(46)(도 2 참조)를 포함한다. 따라서, 변위부의 질량 m은 드레서(7)의 질량과 하측 원통부(46)의 질량의 합계값이다. x"는 드레서(7)가 해당 드레서(7)와 연마 패드(10)의 마찰에 기인하여, 연마 패드(10)에 대해 수평 방향으로 x만큼 변위될 때의 드레서(7)의 가속도이다. Cx는 병진 운동의 감쇠 계수이고, Kx는 병진 운동의 강성이다.
식 8의 좌변에 있어서, 「(Cx＋μ'ㆍFD)x'」의 항은 병진 운동의 운동 방정식에 있어서의 속도항이고, 이 속도항이 음수가 될 때에, 드레서(7)의 병진 운동이 불안정해진다(발산함). 즉, 이 속도항이 음수가 될 때에, 드레서(7)의 플러터링이나 진동이 발생한다. 따라서, 이하의 식 9가 드레서(7)의 플러터링이나 진동의 발생을 방지하기 위한 병진 운동의 안정 조건식이 된다.
[식 9]
Figure 112021126512532-pat00009
병진 운동의 안정 조건식으로부터 명확해진 바와 같이, μ'의 값이 음수일 때에, 병진 운동의 운동 방정식에 있어서의 속도항이 음수가 되기 쉽다. 즉, μ'의 값이 음수일 때에, 드레서(7)의 플러터링이나 진동이 발생하기 쉽다. μ'의 값은, 통상 드레서(7)의 연마 패드(10)에 대한 상대 속도 V가 저속이고, 또한 드레서(7)의 압박 하중 FD가 클 때에 음수가 된다.
드레서(7)의 틸팅 운동의 운동 방정식은 이하의 식 10으로 표현된다.
[식 10]
Figure 112021126512532-pat00010
여기서, (Ip＋mㆍL2)는 연마 패드(10)의 기복에 의해 회전 중심(CP) 주위로 틸팅되는 변위부의 관성 모멘트이고, L은 변위부의 관성 중심(관성 질량의 중심)(G)으로부터 회전 중심(CP)까지의 거리이다. Ip는 관성 질량 중심의 관성 모멘트이다. θ"는 드레서(7)가 회전각 θ만큼 회전 중심(CP) 주위로 회전할 때의 각가속도이다. 또한, C는 회전 중심(CP) 주위의 감쇠 계수이고, Kθ는 회전 중심(CP) 주위의 기울기 강성이고, Kpad는 연마 패드의 탄성 특성에 의해 발생하는 회전 중심(CP) 주위의 기울기 강성이다.
식 10의 좌변에 있어서, 「(C＋μ'ㆍFDㆍh2＋ηㆍFDㆍRdㆍh)θ'」의 항은 틸팅 운동의 운동 방정식에 있어서의 속도항이고, 이 속도항이 음수일 때에, 드레서(7)의 틸팅 운동이 불안정해진다(발산함). 즉, 이 속도항이 음수일 때에, 드레서(7)의 플러터링이나 진동이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 이하의 식 11이 드레서(7)의 플러터링이나 진동의 발생을 방지하기 위한 틸팅 운동의 안정 조건식이 된다.
[식 11]
Figure 112021126512532-pat00011
틸팅 운동의 안정 조건식으로부터 명확해진 바와 같이, μ'의 값이 음수일 때에, 틸팅 운동의 운동 방정식에 있어서의 속도항이 음수가 되기 쉽다. 즉, μ'의 값이 음수일 때에, 드레서(7)의 플러터링이나 진동이 발생하기 쉽다. 또한, 거리 h가 음수일 때, 속도항이 음수가 되기 쉽다. 즉, 회전 중심(CP)이 드레서(7)의 하단부면으로부터 상방에 위치하고 있을 때, 드레서(7)의 플러터링이나 진동이 발생하기 쉽다. 한편, 거리 h가 양수일 때에, 틸팅 운동의 운동 방정식에 있어서의 속도항은 양수가 되기 쉽다. 즉, 회전 중심(CP)이 드레서(7)의 하단부면으로부터 하방에 위치하고 있을 때에, 드레서(7)의 플러터링이나 진동이 발생하기 어렵다. 또한, 거리 h가 양수일 때에는, μ'가 음수여도, 틸팅 운동의 안정 조건식을 만족시키는 경우가 있다. 즉, 회전 중심(CP)이 드레서(7)의 하단부면으로부터 하방에 위치하고 있는 경우, 드레서(7)의 플러터링이나 진동의 발생을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 거리 h가 0일[회전 중심(CP)이 드레서(7)의 하단부면 상에 있을] 때는 드레서(7)의 압박 하중 FD, 드레서(7)의 반경 Rd 및 μ'의 값에 관계없이, 틸팅 운동의 안정 조건식을 만족시킬 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에 관한 회전 중심 위치 결정 방법에서는 틸팅 운동의 운동 방정식인 식 10에 기초하여, 틸팅 운동의 안정 조건식인 식 11을 특정한다. 또한, 본 실시 형태에 관한 회전 중심 위치 결정 방법에서는 식 11을 거리 h에 대해 풀고, 이하의 식 12로 표현되는 거리 h의 범위를 산출한다.
[식 12]
Figure 112021126512532-pat00012
식 12로부터, 드레서(7)의 플러터링이나 진동의 발생을 방지할 수 있는 거리 h의 하한값 hmin 및 상한값 hmax를, 이하의 식 13 및 식 14로 나타낼 수 있다.
[식 13]
Figure 112021126512532-pat00013
[식 14]
Figure 112021126512532-pat00014
또한, 식 12 내지 식 14에 있어서, a는 μ'ㆍFD이고, b는 ηㆍFDㆍRd이고, c는 회전 중심(CP) 주위의 감쇠 계수 C이다.
식 12는 드레서(7)의 플러터링이나 진동의 발생을 방지할 수 있는 거리 h[즉, 회전 중심(CP)의 위치]의 범위를 나타내고 있다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 회전 중심 위치 결정 방법에서는 식 12를 만족시키도록, 회전 중심(CP)의 위치를 결정한다. 더 구체적으로는, 제1 오목 형상 접촉면(53a), 제2 볼록 형상 접촉면(54a), 제3 오목 형상 접촉면(56c) 및 제4 볼록 형상 접촉면(57a)의 곡률 반경을 선정하고, 회전 중심(CP)의 위치를 결정한다. 또한, 드레서(7)의 플러터링이나 진동의 발생을 방지할 수 있는 거리 h의 범위를 산출할 때에 연마 패드(10)의 특성으로부터 상정되는 μ'의 값을 사용해도 되고, 스트라이벡 곡선으로부터 얻어진 μ'의 값을 사용해도 된다. 결국, μ'의 값은 상정되거나, 또는 얻어진 가장 큰 음의 값을 사용하는 것이 바람직하다. 압박 하중 FD는 드레싱 프로세스에서 사용되는 최대 압박 하중을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 드레서(7)의 반경 Rd에 대한 하중 반경 R의 비 η는 상정되는 최대 상대 속도 V로부터 결정해도 되고, 실험 등으로부터 얻어진 소정의 값을 사용해도 된다(예를 들어, η를 0.8로 가정함). 회전 중심(CP) 주위의 감쇠 계수 C는 실험 등으로부터 얻어진 소정의 값을 설정한다(예를 들어, C를 0.05로 가정함).
드레서(7)는 연마 패드(10)의 연마면(10a)의 기복에 대해 빠르게 틸팅하는 것이 바람직하다. 연마면(10a)의 기복에 대한 드레서(7)의 틸팅의 응답성은 변위부의 고유 진동수 ωθ에 비례하여, 이 고유 진동수 ωθ가 최댓값일 때에, 가장 높아진다. 고유 진동수 ωθ는 이하의 식 15로 표현된다.
[식 15]
Figure 112021126512532-pat00015
식 15로부터 명확해진 바와 같이, 고유 진동수 ωθ는 회전 중심(CP) 주위의 기울기 강성 Kθ에 비례하고, 관성 질량 중심의 관성 모멘트 Ip 및 변위부의 관성 중심(G)으로부터 회전 중심(CP)까지의 거리 L에 반비례한다. 거리 L이 0일 때에, 고유 진동수 ωθ가 최댓값이 된다. 즉, 회전 중심(CP)이 변위부의 관성 중심(G)과 일치할 때에, 연마 패드(10)의 연마면(10a)의 기복에 대한 드레서(7)의 응답성이 가장 높아진다. 따라서, 드레서(7)의 하단부면으로부터 관성 중심(G)까지의 거리가 식 12로 특정되는 거리 h의 범위 내에 있을 때는, 회전 중심(CP)을 관성 중심(G)에 일치시키는 것이 바람직하다.
도 12는 회전 중심(CP)을 변위부의 관성 중심(G)에 일치시킨 연결 기구(50)에 의해 지지되는 드레서(7)를 도시하는 개략 단면도이다. 회전 중심(CP)이 관성 중심(G)에 일치하고 있는 것 이외의, 도 12에 도시되는 실시 형태에 관한 연결 기구(50)의 구성은, 도 2에 도시되는 실시 형태에 관한 연결 기구(50)의 구성과 동일하므로, 그 중복되는 설명을 생략한다.
도 12에 도시되는 실시 형태에서는, 드레서(7)의 하단부면으로부터 회전 중심(CP)까지의 거리 h는 －7㎜이고, 이 회전 중심(CP)은 변위부의 관성 중심(G)에 일치하고 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 회전 중심(CP)을 관성 중심(G)에 일치시키는 경우, 드레서(7)를 연마 패드(10)의 연마면(10a)의 기복에 최적으로 추종시킬 수 있다. 도시는 하지 않지만, 드레서(7)의 플러터링이나 진동의 발생을 방지하면서, 연마 패드(10)의 연마면(10a)의 기복에 대한 드레서(7)의 틸팅 응답성을 향상시키기 위해, 회전 중심(CP)을, 드레서(7)의 하단부면으로부터 변위부의 관성 중심(G)까지의 범위에서 선택해도 된다.
다음에, 회전 중심(CP) 주위로 틸팅하는 변위부의 틸팅 운동의 감쇠비 ζ와, 드레서(회전체)(7)의 하단부면으로부터 회전 중심(CP)까지의 거리 h의 관계를 설명한다. 변위부의 임계 감쇠 계수 Cc는 이하의 식 16으로 표현된다.
[식 16]
Figure 112021126512532-pat00016
또한, 감쇠비 ζ는 이하의 식 17로 표현된다.
[식 17]
Figure 112021126512532-pat00017
식 17로 표현되는 감쇠비 ζ가 음수일 때에, 드레서(7)의 틸팅 운동이 불안정해진다(발산함). 즉, 이 감쇠비 ζ가 음수일 때에, 드레서(7)의 플러터링이나 진동이 발생한다.
식 17에 기초하여, 변위부의 틸팅 운동의 감쇠비 ζ와, 드레서(회전체)(7)의 하단부면으로부터 회전 중심(CP)까지의 거리 h의 관계를 시뮬레이션하였다. 도 13은 회전 중심(CP) 주위로 틸팅하는 변위부의 틸팅 운동의 감쇠비 ζ와, 드레서(7)의 하단부면으로부터 회전 중심(CP)까지의 거리 h의 관계의 시뮬레이션 결과의 일례를 나타내는 그래프이다. 도 14는 회전 중심(CP) 주위로 틸팅하는 변위부의 틸팅 운동의 감쇠비 ζ와, 드레서(7)의 하단부면으로부터 회전 중심(CP)까지의 거리 h의 관계의 시뮬레이션 결과의 다른 예를 나타내는 그래프이다. 도 13은 300㎜의 직경을 갖는 웨이퍼를 연마하는 연마 패드(10)에 사용되는 드레서(7)(그 직경이 100㎜임)의 시뮬레이션 결과이다. 도 14는 450㎜의 직경을 갖는 웨이퍼를 연마하는 연마 패드(10)에 사용되는 드레서(7)(그 직경이 150㎜임)의 시뮬레이션 결과이다.
도 13에 나타나는 그래프의 좌측 종축은 감쇠비 ζ를 나타내고, 도 13에 나타나는 그래프의 횡축은 드레서(7)의 하단부면으로부터 회전 중심(CP)까지의 거리 h를 나타낸다. 또한, 도 13에 나타나는 그래프의 우측의 종축은 고유 진동수 ωθ를 나타낸다. 후술하는 도 14 내지 도 20에 있어서도 마찬가지로, 그래프의 좌측의 종축은 감쇠비 ζ를 나타내고, 그래프의 횡축은 드레서(7)의 하단부면으로부터 회전 중심(CP)까지의 거리 h를 나타내고, 그래프의 좌측의 종축은 고유 진동수 ωθ를 나타낸다.
도 13에 결과가 나타나는 시뮬레이션은 식 17에 기초하여, 이하의 시뮬레이션 조건에 의해 실행되었다.
회전 중심(CP) 주위의 감쇠 계수 C＝0.1
μ'＝0
드레서(7)의 압박 하중 FD＝70[N]
η＝0.7
드레서(7)의 반경 Rd＝50[㎜]
관성 질량 중심의 관성 모멘트 Ip＝0.00043 [㎏ㆍ㎡]
변위부의 질량 m＝0.584[㎏]
변위부의 관성 중심(G)과 회전 중심(CP)의 거리 L＝9＋h[㎜]
도 13에 있어서, 굵은 실선은 Kθ와 Kpad의 합계값인 ΣK(＝Kθ＋Kpad)가 4000인 경우의 감쇠비 ζ의 시뮬레이션 결과를 나타내고, 굵은 일점 쇄선은 ΣK가 40000인 경우의 감쇠비 ζ의 시뮬레이션 결과를 나타내고, 굵은 이점 쇄선은 ΣK가 400000인 경우의 감쇠비 ζ의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 또한, 도 13에 있어서, 가는 실선은 ΣK가 4000인 경우의 고유 진동수 ωθ의 시뮬레이션 결과를 나타내고, 가는 일점 쇄선은 ΣK가 40000인 경우의 고유 진동수 ωθ의 시뮬레이션 결과를 나타내고, 가는 이점 쇄선은 ΣK가 400000인 경우의 고유 진동수 ωθ의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 후술하는 도 14 내지 도 20에 있어서도 마찬가지로, 굵은 실선은 Kθ와 Kpad의 합계인 ΣK(＝Kθ＋Kpad)가 4000인 경우의 감쇠비 ζ의 시뮬레이션 결과를 나타내고, 굵은 일점 쇄선은 ΣK가 40000인 경우의 감쇠비 ζ의 시뮬레이션 결과를 나타내고, 굵은 이점 쇄선은 ΣK가 400000인 경우의 감쇠비 ζ의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 또한, 도 14 내지 도 20에 있어서, 가는 실선은 ΣK가 4000인 경우의 고유 진동수 ωθ의 시뮬레이션 결과를 나타내고, 가는 일점 쇄선은 ΣK가 40000인 경우의 고유 진동수 ωθ의 시뮬레이션 결과를 나타내고, 가는 이점 쇄선은 ΣK가 400000인 경우의 고유 진동수 ωθ의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 14에 결과가 나타나는 시뮬레이션은 식 17에 기초하여, 이하의 시뮬레이션 조건에 의해 실행되었다.
회전 중심(CP) 주위의 감쇠 계수 C＝0.1
μ'＝0
드레서(7)의 압박 하중 FD＝70[N]
η＝0.8
드레서(7)의 반경 Rd＝75[㎜]
관성 질량 중심의 관성 모멘트 Ip＝0.0014[㎏ㆍ㎡]
변위부의 질량 m＝0.886[㎏]
변위부의 관성 중심(G)과 회전 중심(CP)의 거리 L＝7＋h[㎜]
도 13 및 도 14에 결과가 나타나는 시뮬레이션에서는 μ'의 값을 0으로 설정하고 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 드레서(7)의 반경 Rd가 50㎜인 경우에는, 감쇠비 ζ는 ΣK의 값이 400000이어도 양수이고, 드레서(7)의 플러터링이나 진동이 발생하지 않는다. 한편, 도 14에 도시된 바와 같이, 드레서(7)의 반경 Rd가 75㎜인 경우에는, ΣK의 값이 400000이고, 또한 거리 h가 －18㎜일 때에, 감쇠비 ζ가 대략 0이다. 따라서, 거리 h가 －18㎜보다 작은[회전 중심(CP)이 드레서(7)의 하단부면보다도 18㎜ 이상 상방에 위치하고 있는] 경우에, 드레서(7)의 플러터링이나 진동이 발생한다. 또한, 도 13 및 도 14를 비교하면, 드레서(7)의 반경 Rd가 커짐에 따라, 드레서(7)의 플러터링이나 진동이 발생하기 쉬워지는 것을 알 수 있다. 또한, 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, ΣK의 값이 커짐에 따라, 감쇠비 ζ가 작아지므로, 드레서(7)의 플러터링이나 진동이 발생하기 쉬워진다.
도 15는 회전 중심(CP) 주위로 틸팅하는 변위부의 틸팅 운동의 감쇠비 ζ와, 드레서(7)의 하단부면으로부터 회전 중심(CP)까지의 거리 h의 관계의 시뮬레이션 결과의 또 다른 예를 나타내는 그래프이다. 도 15에 결과가 나타나는 시뮬레이션에서는 회전 중심(CP) 주위의 감쇠 계수 C를 0.05로 설정하고 있다. 도 15에 결과가 나타나는 시뮬레이션에 있어서, 회전 중심(CP) 주위의 감쇠 계수 C 이외의 시뮬레이션 조건은, 도 13에 결과가 나타나는 시뮬레이션의 시뮬레이션 조건과 동일하다.
도 15에 도시된 바와 같이, ΣK가 40000 및 400000이고, 또한 거리 h가 －17㎜일 때에, 감쇠비 ζ가 대략 0이다. 따라서, 거리 h가 －17㎜보다 작은 경우에, 드레서(7)의 플러터링이나 진동이 발생하기 쉬워진다. 도 13과 도 15를 비교하면, 회전 중심(CP) 주위의 감쇠 계수 C가 작아짐에 따라, 드레서(7)의 플러터링이나 진동이 발생하기 쉬워지는 것을 알 수 있다.
도 16은 회전 중심(CP) 주위로 틸팅하는 변위부의 틸팅 운동의 감쇠비 ζ와, 드레서(7)의 하단부면으로부터 회전 중심(CP)까지의 거리 h의 관계의 시뮬레이션 결과의 또 다른 예를 나타내는 그래프이다. 도 16에 결과가 나타나는 시뮬레이션에서는 회전 중심(CP) 주위의 감쇠 계수 C를 0.05로 설정하고 있다. 도 16에 결과가 나타나는 시뮬레이션에 있어서, 회전 중심(CP) 주위의 감쇠 계수 C 이외의 시뮬레이션 조건은 도 14에 결과가 나타나는 시뮬레이션의 시뮬레이션 조건과 동일하다.
도 16에 도시된 바와 같이, ΣK의 값에 관계없이, 거리 h가 －12㎜보다도 작을 때에, 감쇠비 ζ의 값이 음수가 된다. 따라서, 거리 h가 －12㎜보다 작은 경우에, 드레서(7)의 플러터링이나 진동이 발생한다. 도 14와 도 16을 비교하면, 회전 중심(CP) 주위의 감쇠 계수 C가 작아짐에 따라, 드레서(7)의 플러터링이나 진동이 발생하기 쉬워지는 것을 알 수 있다.
도 17은 회전 중심(CP) 주위로 틸팅하는 변위부의 틸팅 운동의 감쇠비 ζ와, 드레서(7)의 하단부면으로부터 회전 중심(CP)까지의 거리 h의 관계의 시뮬레이션 결과의 또 다른 예를 나타내는 그래프이다. 도 17에 결과가 나타나는 시뮬레이션에서는, 드레서(7)의 압박 하중 FD를 40N으로 설정하고 있다. 도 17에 결과가 나타나는 시뮬레이션에 있어서, 드레서(7)의 압박 하중 FD 이외의 시뮬레이션 조건은, 도 15에 결과가 나타나는 시뮬레이션의 시뮬레이션 조건과 동일하다.
도 18은 회전 중심(CP) 주위로 틸팅하는 변위부의 틸팅 운동의 감쇠비 ζ와, 드레서(7)의 하단부면으로부터 회전 중심(CP)까지의 거리 h의 관계의 시뮬레이션 결과의 또 다른 예를 나타내는 그래프이다. 도 18에 결과가 나타나는 시뮬레이션에서는 드레서(7)의 압박 하중 FD를 40N으로 설정하고 있다. 도 18에 결과가 나타나는 시뮬레이션에 있어서, 드레서(7)의 압박 하중 FD 이외의 시뮬레이션 조건은 도 16에 결과가 나타나는 시뮬레이션의 시뮬레이션 조건과 동일하다.
도 15와 도 17의 비교 및 도 16과 도 18의 비교로부터, 드레서(7)의 압박 하중 FD가 커짐에 따라, 드레서(7)의 플러터링이나 진동이 발생하기 쉬워지는 것을 알 수 있다.
도 19는 회전 중심(CP) 주위로 틸팅하는 변위부의 틸팅 운동의 감쇠비 ζ와, 드레서(7)의 하단부면으로부터 회전 중심(CP)까지의 거리 h의 관계의 시뮬레이션 결과의 또 다른 예를 나타내는 그래프이다. 도 19에 결과가 나타나는 시뮬레이션에서는 회전 중심(CP) 주위의 감쇠 계수 C를 0으로 설정하고 있다. 도 19에 결과가 나타나는 시뮬레이션에 있어서, 회전 중심(CP) 주위의 감쇠 계수 C 이외의 시뮬레이션 조건은 도 17에 결과가 나타나는 시뮬레이션의 시뮬레이션 조건과 동일하다.
도 20은 회전 중심(CP) 주위로 틸팅하는 변위부의 틸팅 운동의 감쇠비 ζ와, 드레서(7)의 하단부면으로부터 회전 중심(CP)까지의 거리 h의 관계의 시뮬레이션 결과의 또 다른 예를 나타내는 그래프이다. 도 20에 결과가 나타나는 시뮬레이션에서는 회전 중심(CP) 주위의 감쇠 계수 C를 0으로 설정하고 있다. 도 20에 결과가 나타나는 시뮬레이션에 있어서, 회전 중심(CP) 주위의 감쇠 계수 C 이외의 시뮬레이션 조건은 도 18에 결과가 나타나는 시뮬레이션의 시뮬레이션 조건과 동일하다.
도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이, 회전 중심(CP) 주위의 감쇠 계수 C가 0이어도, 거리 h가 0보다도 큰 경우, 감쇠비 ζ는 양수이다. 따라서, 회전 중심(CP)이 드레서(7)의 하단부면보다도 하방에 위치하고 있으면, 드레서(7)의 반경 Rd에 관계없이, 드레서(7)의 플러터링이나 진동을 방지할 수 있다.
도 15 내지 도 20은 μ'의 값이 0으로 설정되었을 때의 시뮬레이션 결과를 나타내고 있다. 이하에서는, μ'의 값이 음수인 경우의 시뮬레이션 결과에 대해 설명한다. 상술한 바와 같이, μ'의 값이 음수인 경우에, 드레서(7)의 플러터링이나 진동이 발생하기 쉽다.
감쇠비 ζ는 상술한 식 17에 의해 표현된다. 회전 중심(CP) 주위의 감쇠 계수 C의 값이 0이라고 가정하면, 식 17에 의해 표현되는 감쇠비 ζ가 양수가 되는 조건식은 이하의 식 18이다.
[식 18]
Figure 112021126512532-pat00018
식 18에 있어서, 거리 h가 양수라고 가정하면, 감쇠비 ζ가 양수가 되는 조건식은 이하의 식 19로 표현된다.
[식 19]
Figure 112021126512532-pat00019
식 19로부터 이하의 식 20이 유도된다.
[식 20]
Figure 112021126512532-pat00020
식 20으로부터 감쇠비 ζ가 양수가 되는 μ'의 하한값(임계값)인 μ'cri를 식 21로 정의한다.
[식 21]
Figure 112021126512532-pat00021
임계값 μ'cri보다도 μ'의 값이 작을 때에, 감쇠비 ζ는 음수가 되고, 임계값 μ'cri보다도 μ'의 값이 클 때에, 감쇠비 ζ는 양수가 된다. 즉, 임계값 μ'cri보다도 μ'의 값이 작을 때에, 드레서(7)의 플러터링이나 진동이 발생한다.
식 21에 기초하여, 임계값 μ'cri와, 드레서(회전체)(7)의 하단부면으로부터 회전 중심(CP)까지의 거리 h의 관계를 시뮬레이션하였다. 도 21은 임계값 μ'cri와, 드레서(7)의 하단부면으로부터 회전 중심(CP)까지의 거리 h의 관계의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다. 도 21에 있어서, 종축은 임계값 μ'cri를 나타내고, 횡축은 드레서(7)의 하단부면으로부터 회전 중심(CP)까지의 거리 h를 나타낸다. 도 21에 있어서, 가는 실선은 드레서(7)의 반경 Rd가 50㎜인 경우의 시뮬레이션 결과를 나타내고, 일점 쇄선은 드레서(7)의 반경 Rd가 75㎜인 경우의 시뮬레이션 결과를 나타내고, 이점 쇄선은 드레서(7)의 반경 Rd가 100㎜인 경우의 시뮬레이션 결과를 나타내고, 굵은 실선은 드레서(7)의 반경 Rd가 125㎜인 경우의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도 21에 결과가 나타나는 모든(4개의) 시뮬레이션에서, η의 값은 0.8로 설정되었다.
도 21에 도시된 바와 같이, 거리 h가 일정한 경우, 드레서(7)의 반경 Rd가 커짐에 따라, 임계값 μ'cri가 작아진다. 따라서, 드레서(7)의 반경 Rd가 클 때에, 드레서(7)의 플러터링이나 진동이 발생하기 쉽다.
도 22는 μ'의 값이 음수일 때의, 회전 중심(CP) 주위로 틸팅하는 변위부의 틸팅 운동의 감쇠비 ζ와, 드레서(7)의 하단부면으로부터 회전 중심(CP)까지의 거리 h의 관계의 시뮬레이션 결과의 일례를 나타내는 그래프이다. 도 23은 μ'의 값이 음수일 때의, 회전 중심(CP) 주위로 틸팅하는 변위부의 틸팅 운동의 감쇠비 ζ와, 드레서(7)의 하단부면으로부터 회전 중심(CP)까지의 거리 h의 관계의 시뮬레이션 결과의 다른 예를 나타내는 그래프이다. 도 22 및 도 23에 결과가 나타나는 시뮬레이션은 식 17에 기초하여 실행되었다. 도 22에 결과가 나타나는 시뮬레이션에서는 μ'의 값이 －100으로 설정되었다. 도 23에 결과가 나타나는 시뮬레이션에서는 μ'의 값이 －50으로 설정되었다. 도 22 및 도 23에 결과가 나타나는 시뮬레이션에 있어서, μ'의 값 이외의 시뮬레이션 조건은 도 20에 결과가 나타나는 시뮬레이션의 시뮬레이션 조건과 동일하다.
도 22 및 도 23에 있어서, 실선은 Kθ와 Kpad의 합계인 ΣK(＝Kθ＋Kpad)가 4000인 경우의 감쇠비 ζ의 시뮬레이션 결과를 나타내고, 일점 쇄선은 ΣK가 40000인 경우의 감쇠비 ζ의 시뮬레이션 결과를 나타내고, 이점 쇄선은 ΣK가 400000인 경우의 감쇠비 ζ의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 22 및 도 23에 도시된 바와 같이, 감쇠비 ζ의 시뮬레이션 결과는 위로 볼록한 2차 곡선을 그린다. 이 2차 곡선에 있어서, 거리 h가 0이거나, 또는 h1과 동등할 때에, 감쇠비 ζ가 0이다. 따라서, 드레서(7)의 하단부면으로부터 회전 중심(CP)까지의 거리 h가 0과 h1 사이에 위치할 때에, 감쇠비 ζ는 양수이고, 거리 h가 0보다도 작거나, 또는 h1보다도 클 때에, 감쇠비 ζ는 음수가 된다.
도 22과 도 23의 비교로부터 명확해진 바와 같이, μ'의 음의 값이 클 때에, 감쇠비 ζ의 피크가 작아진다. 또한, μ'의 음의 값이 클 때에, 거리 h1이 작아진다. 따라서, μ'의 음의 값이 커짐에 따라, 드레서(7)에 플러터링이나 진동을 발생시키지 않는 거리 h의 범위가 작아진다.
식 17 및 도 13 내지 도 18에 나타나는 시뮬레이션 결과로부터 명확해진 바와 같이, 회전 중심(CP) 주위의 감쇠 계수 C가 양수일 때, 도 22에 나타나는 2차 곡선은, 도 22에 있어서의 좌측 방향으로 시프트한다. 마찬가지로, 회전 중심(CP) 주위의 감쇠 계수 C가 양수일 때, 도 23에 나타나는 2차 곡선은 도 23에 있어서의 좌측 방향으로 시프트한다. 도 24 및 도 25는, μ'의 값이 음수일 때의, 회전 중심(CP) 주위로 틸팅하는 변위부의 틸팅 운동의 감쇠비 ζ와, 드레서(7)의 하단부면으로부터 회전 중심(CP)까지의 거리 h의 관계의 시뮬레이션 결과의 또 다른 예를 나타내는 그래프이다. 도 24에 결과가 나타나는 시뮬레이션에 있어서, 회전 중심(CP) 주위의 감쇠 계수 C가 0.05이고, 드레서(7)의 압박 하중 FD가 70N인 것 이외의 시뮬레이션 조건은 도 23에 결과가 나타나는 시뮬레이션의 시뮬레이션 조건과 동일하다. 또한, 도 25에 결과가 나타나는 시뮬레이션에 있어서, μ'의 값이 -20인 것 이외의 시뮬레이션 조건은 도 24에 결과가 나타나는 시뮬레이션의 시뮬레이션 조건과 동일하다.
도 24 및 도 25에 도시된 바와 같이, 드레서(7)의 플러터링이나 진동을 발생시키지 않는 회전 중심(CP)의 위치를 나타내는 거리 h는 음수여도 된다. 즉, 회전 중심(CP)은 식 17로 표현되는 감쇠비 ζ가 음수가 되지 않으면, 드레서(7)의 하단부면보다도 상방에 위치시켜도 된다.
도 13 내지 도 20 및 도 22 내지 도 25로부터 명확해진 바와 같이, 동일한 거리 h에서 감쇠비 ζ를 비교했을 때에, Kθ와 Kpad의 합계값인 ΣK가 작아짐에 따라, 감쇠비 ζ의 값이 커진다. 따라서, 드레서(7)의 플러터링이나 진동을 발생시키지 않으므로, 회전 중심(CP) 주위의 기울기 강성인 Kθ의 값은 작은 쪽이 유리하다. 그러나, 연마 패드(10)의 연마면(10a)의 기복에 대한 드레서(7)의 틸팅 응답성에 대해서는, 회전 중심(CP) 주위의 기울기 강성인 Kθ의 값은 큰 쪽이 유리하다. Kθ의 값은 목적/용도에 따라 선택하면 된다.
도 26은 벨로즈(44) 대신에, 복수의 토크 전달 핀으로 드레서(7)에 토크를 전달하는 드레싱 장치의 일례를 도시하는 개략 단면도이다. 도 26에 도시되는 실시 형태에서는, 도 2에 도시되는 벨로즈(44), 상측 원통부(45) 및 하측 원통부(46) 대신에, 원환상의 상측 플랜지(81), 원환상의 하측 플랜지(82), 복수의 토크 전달 핀(84) 및 복수의 스프링 기구(85)가 설치된다. 특별히 설명하지 않는 본 실시 형태의 구성은 도 2에 도시되는 실시 형태의 구성과 동일하므로, 그 중복되는 설명을 생략한다.
상측 플랜지(81)는 하측 플랜지(82)와 동일한 직경을 갖고 있다. 상측 플랜지(81)는 드레서 샤프트(23)에 고정되어 있고, 상측 플랜지(81)와 하측 플랜지(82) 사이에는 미소한 간극이 형성되어 있다. 상측 플랜지(81) 및 하측 플랜지(82)는, 예를 들어 스테인리스강 등의 금속으로 구성되어 있다.
하측 플랜지(82)는 드레서(7)의 슬리브(35)의 상면에 고정되어, 드레서(7)에 연결된다. 상측 구면 베어링(52)의 제1 미끄럼 접촉 부재(53)는 하측 플랜지(82)와 제2 미끄럼 접촉 부재(54)에 끼워져 있다. 또한, 상측 플랜지(81)와 하측 플랜지(82)는 복수의 토크 전달 핀(토크 전달 부재)(84)에 의해 서로 연결되어 있다. 이들 토크 전달 핀(84)은 상측 플랜지(81) 및 하측 플랜지(82)의 주위[즉, 드레서 샤프트(23)의 중심축 주위]에 등간격으로 배치되어 있다. 토크 전달 핀(84)은 드레서 샤프트(23)에 대한 드레서(7)의 틸팅을 허용하면서, 드레서 샤프트(23)의 토크를 드레서(7)에 전달한다.
토크 전달 핀(84)은 구면 형상의 미끄럼 접촉면을 갖고 있고, 이 미끄럼 접촉면은 상측 플랜지(81)의 수용 구멍에 느슨하게 걸림 결합하고 있다. 토크 전달 핀(84)의 미끄럼 접촉면과 상측 플랜지(81)의 수용 구멍 사이에는 미소한 간극이 형성되어 있다. 하측 플랜지(82) 및 해당 하측 플랜지(82)에 연결된 드레서(7)가, 상측 구면 베어링(52) 및 하측 구면 베어링(55)을 통해 상측 플랜지(81)에 대해 기울면, 토크 전달 핀(84)은 상측 플랜지(81)와의 걸림 결합을 유지하면서, 하측 플랜지(82) 및 드레서(7)와 일체로 기울어진다.
토크 전달 핀(84)은 드레서 샤프트(23)의 토크를 하측 플랜지(82) 및 드레서(7)에 전달한다. 이와 같은 구성에 의해, 드레서(7) 및 하측 플랜지(82)는 상측 구면 베어링(52) 및 하측 구면 베어링(55)의 회전 중심(CP)을 지지점에 틸팅 가능하고, 또한 그 틸팅 운동을 구속하지 않고, 드레서 샤프트(23)의 토크를 토크 전달 핀(84)을 통해 드레서(7)에 전달할 수 있다.
또한, 상측 플랜지(81)와 하측 플랜지(82)는 복수의 스프링 기구(85)에 의해 서로 연결되어 있다. 이 스프링 기구(85)는 상측 플랜지(81) 및 하측 플랜지(82)의 주위[즉, 드레서 샤프트(23)의 중심축 주위]에 등간격으로 배치되어 있다. 각 스프링 기구(85)는 하측 플랜지(82)에 고정되어, 상측 플랜지(81)를 관통하여 연장되는 로드(85a)와, 로드(85a)의 상단부에 형성된 플랜지부와 상측 플랜지(81)의 상면 사이에 배치된 스프링(85b)을 갖고 있다. 스프링 기구(85)는 드레서(7) 및 하측 플랜지(82)의 틸팅에 저항하는 힘을 발생하고, 드레서(7)를 원래의 위치(자세)로 복귀시키는 것이다.
도 2에 도시되는 실시 형태에서는, 드레서 샤프트(23)와 드레서(7)를 연결하는 벨로즈(44)는 드레서(7)의 틸팅에 따라 변형되면서, 드레서 샤프트(23)의 토크를 받고 있다. 따라서, 벨로즈(44)는 어느 정도의 강성을 가질 필요가 있고, 회전 중심(CP) 주위의 기울기 강성 Kθ를 작게 할 수 없다. 한편, 도 26에 도시되는 실시 형태에서는 토크 전달 핀(84)이 드레서 샤프트(23)의 토크를 드레서(7)에 전달하므로, 변위부[본 실시 형태에서는, 드레서(7)와 하측 플랜지(82)]가 기울어질 때의 회전 중심(CP) 주위의 기울기 강성 Kθ는 스프링(85b)의 스프링 상수에 따라 변경 가능하다. 따라서, 회전 중심(CP) 주위의 기울기 강성 Kθ를 임의로 설정하는 것이 가능하고, 그 결과, 회전 중심(CP) 주위의 기울기 강성 Kθ를 작게 할 수 있다.
다음에, 동일한 회전 중심(CP)을 갖는 상측 구면 베어링(52)과 하측 구면 베어링(55)을 구비한 연결 기구(50)에 의해, 드레서 샤프트(구동축)(23)에 틸팅 가능하게 연결되는 드레서(회전체)(7)의 최대 압박 하중 FDmax를 결정하는 최대 압박 하중 결정 방법을 설명한다.
본 실시 형태의 최대 압박 하중 결정 방법에서는, 거리 h[즉, 드레서(7)의 하단부면으로부터 회전 중심(CP)까지의 거리]가 기지인 경우에, 드레서(7)에 플러터링이나 진동을 발생시키지 않고, 드레서(7)를 연마 패드(10)의 연마면(10a)에 가압할 수 있는 드레서(회전체)(7)의 최대 압박 하중 FDmax를 결정한다.
본 실시 형태의 최대 압박 하중 결정 방법은 병진 운동의 운동 방정식인 상술한 식 8 및 틸팅 운동의 운동 방정식인 상술한 식 10을 특정한다. 또한, 병진 운동의 운동 방정식으로부터, 병진 운동의 안정 조건식인 상술한 식 9를 특정하고, 틸팅 운동의 운동 방정식으로부터, 틸팅 운동의 안정 조건식인 상술한 식 11을 특정한다.
또한, 병진 운동의 안정 조건식으로부터, 이하의 식 22를 얻을 수 있다.
[식 22]
Figure 112021126512532-pat00022
식 22로부터, 병진 운동에 있어서 드레서(7)에 플러터링이나 진동을 발생시키지 않는 압박 하중 FD의 상한값(임계값) FD1은 이하의 식 23으로 표현된다.
[식 23]
Figure 112021126512532-pat00023
마찬가지로, 틸팅 운동의 안정 조건식으로부터, 이하의 식 24를 얻을 수 있다.
[식 24]
Figure 112021126512532-pat00024
식 24로부터, 틸팅 운동에 있어서 드레서(7)에 플러터링이나 진동을 발생시키지 않는 압박 하중 FD의 상한값(임계값) FD2는 이하의 식 25로 표현된다.
[식 25]
Figure 112021126512532-pat00025
병진 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값 FD1 및 틸팅 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값 FD2를 산출할 때는, 연마 패드(10)의 특성으로부터 상정되는 μ'의 값을 사용해도 되고, 스트라이벡 곡선으로부터 얻어진 μ'의 값을 사용해도 된다. 결국, μ'의 값은 상정되거나, 또는 얻어진 가장 큰 음의 값을 사용하는 것이 바람직하다. 병진 운동의 감쇠 계수 Cx는 실험 등으로부터 얻어진 소정의 값을 설정한다(예를 들어, Cx를 0.05로 가정함). 마찬가지로, 회전 중심(CP) 주위의 감쇠 계수 C는 실험 등으로부터 얻어진 소정의 값을 설정한다(예를 들어, C를 0.05로 가정함). 또한, 드레서(7)의 반경 Rd에 대한 하중 반경 R의 비 η는 상정되는 최대 상대 속도 V로부터 결정해도 되고, 실험 등으로부터 얻어진 소정의 값을 사용해도 된다(예를 들어, η를 0.8로 가정함). 드레서(7)의 하단부면으로부터 회전 중심(CP)까지의 거리 h 및 드레서(7)의 반경 Rd는 기지의 값이 사용된다.
본 실시 형태의 최대 압박 하중 결정 방법에서는 병진 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값 FD1과 틸팅 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값 FD2를 더 비교한다. 또한, 본 실시 형태의 최대 압박 하중 결정 방법에서는 병진 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값 FD1이 틸팅 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값 FD2보다도 작거나 동등할 때는, 병진 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값 FD1을 드레서(7)의 최대 압박 하중 FDmax로 결정한다. 병진 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값 FD1이 틸팅 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값 FD2보다도 클 때는, 틸팅 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값 FD2를 드레서(7)의 최대 압박 하중 FDmax로 결정한다. 필요에 따라, 보다 작은 쪽의 임계값에 소정의 안전율(예를 들어, 0.8)을 승산하고, 얻어진 압박 하중의 값을, 최대 압박 하중 FDmax로 결정해도 된다.
다음에, 상술한 회전 중심 위치 결정 방법을 실행하기 위한 회전 중심 위치 결정 프로그램에 대해 설명한다. 도 27은 회전 중심 위치 결정 프로그램을 실행하는 컴퓨터(90)의 일례를 도시하는 모식도이다. 도 27에 도시된 바와 같이, 컴퓨터(90)는 회전 중심 위치 결정 프로그램을 저장하는 하드 디스크 등의 기억 장치(91)와, 회전 중심 위치 결정 프로그램을 처리하는 연산부(92)와, 회전 중심 위치 결정 프로그램을 실행하기 위해 필요한 정보를 입력하는 키보드 등의 입력부(93)를 갖는다. 연산부(92)는 CPU(Central Processing Unit)(92a), ROM(Read Only Memory)(92b), RAM(Random Access Memory)(92c)등으로 구성되어, 기억 장치(91)에 저장된 회전 중심 위치 결정 프로그램에 기초하여, 회전 중심(CP)의 위치 범위를 산출한다. 연산부(92)에서 연산된 회전 중심 위치 CP의 위치 범위는 컴퓨터(90)에 구비된 표시부(95)에 표시된다.
컴퓨터(90)에서 실행되는 회전 중심 위치 결정 프로그램은 CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory), DVD(Digital Versatile Disk), MO(Magneto Optical Disk), 메모리 카드 등의 컴퓨터(90)로 판독 가능한 기록 매체로부터 기억 장치(91)에 저장되어도 되고, 인터넷 등의 통신 네트워크를 통해 기억 장치(91)에 저장되어도 된다.
도 28은 일 실시 형태에 관한 회전 중심 위치 결정 프로그램에 기초하여, 도 2에 도시되는 연결 기구(50)의 회전 중심(CP)을 결정하는 일련의 처리를 도시하는 흐름도이다. 본 실시 형태에 관한 회전 중심 위치 결정 프로그램은 상술한 틸팅 운동의 운동 방정식 10에 기초하여 특정된 안정 조건식 11로부터, 식 12에 나타나는 거리 h의 범위[즉, 회전 중심(CP)의 위치 범위]를 산출하는 프로그램을 포함하고 있다. 즉, 회전 중심 위치 결정 프로그램은 식 12에 기초하여, 드레서(7)의 하단부면으로부터 회전 중심(CP)까지의 거리 h의 범위를 산출하는 프로그램을 포함하고 있다.
컴퓨터(90)를 사용하여 회전 중심(CP)의 위치를 결정하기 위해, 최초에, 컴퓨터(90)의 입력부(93)로부터, 드레서(7)의 반경 Rd, μ'의 값, η의 값 및 회전 중심(CP) 주위의 감쇠 계수 C가 컴퓨터(90)에 입력된다(스텝 1). 컴퓨터(90)에 입력되는 μ'의 값은 연마 패드(10)의 특성으로부터 상정되는 μ'의 값을 사용해도 되고, 스트라이벡 곡선으로부터 얻어진 μ'의 값을 사용해도 된다. 결국, μ'의 값은 상정되거나, 또는 얻어진 가장 큰 음의 값을 사용하는 것이 바람직하다. 압박 하중 FD는 드레싱 프로세스에서 사용되는 최대 압박 하중을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 컴퓨터(90)에 입력되는 η의 값은 상정되는 최대 상대 속도 V로부터 결정되어도 되고, 실험 등으로부터 얻어진 소정의 값을 사용해도 된다. 예를 들어, 소정의 값으로 하고, 컴퓨터(90)에 입력되는 η의 값을 0.8로 가정한다. 소정의 값으로 설정된 감쇠 계수 C가 컴퓨터(90)에 입력된다. 예를 들어, 회전 중심(CP) 주위의 감쇠 계수 C를 0.05로 가정한다.
다음에, 컴퓨터(90)는 회전 중심 위치 결정 프로그램에 기초하여, 상술한 식 12로부터 드레서(7)의 하단부면으로부터 회전 중심(CP)까지의 거리 h의 범위를 산출하고(스텝 2), 이 거리 h의 범위를 표시부(95)에 표시한다(스텝 3). 스텝 2에서 산출된 거리 h의 범위는 드레서(7)의 플러터링이나 진동의 발생을 방지할 수 있는 회전 중심(CP)의 위치 범위를 나타내고 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 회전 중심 위치 결정 프로그램은 연마면(10a)의 기복에 대한 드레서(7)의 응답성을 고려하는 프로그램을 포함한다. 더 구체적으로는, 회전 중심 위치 결정 프로그램은 변위부의 관성 중심(G)과 회전 중심(CP) 사이의 거리 L이 0일 때의 거리 h가 스텝 2에서 산출된 거리 h의 범위에 포함되는지 여부를 판단하는 프로그램을 포함하고 있다. 따라서, 컴퓨터(90)는 회전 중심 위치 결정 프로그램에 의해, 거리 L이 0일 때의 거리 h가 스텝 2에서 산출된 거리 h의 범위 내에 있는지 여부를 판단한다(스텝 4). 변위부의 관성 중심(G)은 드레서(7)의 형상 및 재료 및 하측 원통부(46)의 형상 및 재료로부터 미리 산출할 수 있다. 혹은, 회전 중심 위치 결정 프로그램이, 드레서(7)의 형상 및 재료 및 하측 원통부(46)의 형상 및 재료로부터 변위부의 관성 중심(G)을 산출하는 프로그램을 포함하고 있어도 된다.
거리 L이 0일 때의 거리 h가 스텝 2에서 산출된 거리 h의 범위 내에 있는 경우에는, 컴퓨터(90)는 회전 중심 위치 결정 프로그램에 기초하여, 거리 L이 0일 때의 거리 h를 회전 중심(CP)의 위치로서 결정한다(스텝 5). 거리 L이 0일 때의 거리 h가 스텝 2에서 산출된 거리 h의 범위 외에 있는 경우에는, 컴퓨터(90)는 스텝 3에서 표시부(95)에 표시된 거리 h의 범위에 회전 중심(CP)이 위치하도록, 회전 중심(CP)의 위치를 결정한다(스텝 6).
스텝 6에서, 회전 중심(CP)의 위치를 결정할 때에, 컴퓨터(90)는 회전 중심(CP)이 드레서(7)의 하단부면 상에 위치하도록, 회전 중심(CP)의 위치를 결정해도 된다. 상술한 바와 같이, 회전 중심(CP)이 드레서(7)의 하단부면 상에 있을(거리 h가 0일) 때는, 드레서(7)의 압박 하중 FD, 드레서(7)의 반경 Rd 및 μ'의 값에 관계없이, 틸팅 운동의 안정 조건식 11을 만족시킬 수 있다.
회전 중심 위치 결정 프로그램은 연마면(10a)의 기복에 대한 드레서(7)의 응답성을 고려하는 프로그램을 포함하고 있지 않아도 된다. 즉, 스텝 3에서 표시부(95)에 표시된 거리 h의 범위에 회전 중심(CP)이 위치하도록, 컴퓨터(90)가 회전 중심(CP)의 위치를 결정해도 된다. 이 경우, 컴퓨터(90)는 회전 중심(CP)이 드레서(7)의 하단부면 상에 위치하도록, 회전 중심(CP)의 위치를 결정해도 된다.
다음에, 상술한 최대 압박 하중 결정 방법을 실행하기 위한 최대 압박 하중 결정 프로그램에 대해 설명한다. 본 실시 형태의 최대 압박 하중 결정 프로그램은 도 27에 도시되는 컴퓨터(90)와 동일한 구성을 갖는 컴퓨터에 의해 실행된다. 컴퓨터(90)에서 실행되는 최대 압박 하중 결정 프로그램은 CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory), DVD(Digital Versatile Disk), MO(Magneto Optical Disk), 메모리 카드 등의 컴퓨터(90)로 판독 가능한 기록 매체로부터 기억 장치(91)에 저장되어도 되고, 인터넷 등의 통신 네트워크를 통해 기억 장치(91)에 저장되어도 된다.
도 29는 일 실시 형태에 관한 최대 압박 하중 결정 프로그램에 기초하여, 도 2에 도시되는 드레서(7)의 최대 압박 하중 FDmax를 결정하는 일련의 처리를 도시하는 흐름도이다. 본 실시 형태에 관한 최대 압박 하중 결정 프로그램은 상술한 병진 운동의 운동 방정식 8에 기초하여 특정된 병진 운동의 안정 조건식 9로부터, 병진 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값 FD1을 산출하는 프로그램을 포함하고 있다. 또한, 본 실시 형태에 관한 최대 압박 하중 결정 프로그램은 상술한 틸팅 운동의 운동 방정식 10에 기초하여 특정된 틸팅 운동의 안정 조건식 11로부터, 틸팅 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값 FD2를 산출하는 프로그램을 포함하고 있다. 즉, 최대 압박 하중 결정 프로그램은 상술한 식 23에 기초하여, 병진 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값 FD1을 산출하는 프로그램과, 상술한 식 25에 기초하여, 틸팅 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값 FD2를 산출하는 프로그램을 포함하고 있다.
컴퓨터(90)를 사용하여 병진 운동의 압박 하중의 임계값 FD1 및 틸팅 운동의 압박 하중의 임계값 FD2를 산출하기 위해, 최초에, 컴퓨터(90)의 입력부(93)로부터, μ'의 값, 병진 운동의 감쇠 계수 Cx, 회전 중심(CP) 주위의 감쇠 계수 C, 드레서(7)의 반경 Rd에 대한 하중 반경 R의 비 η, 드레서(7)의 반경 Rd 및 드레서(7)의 하단부면으로부터 회전 중심(CP)까지의 거리 h가 컴퓨터(90)에 입력된다(스텝 1).
컴퓨터(90)에 입력되는 μ'의 값은 연마 패드(10)의 특성으로부터 상정되는 μ'값을 사용해도 되고, 스트라이벡 곡선으로부터 얻어진 μ'의 값을 사용해도 된다. 결국, μ'의 값은 상정되거나, 또는 얻어진 가장 큰 음의 값을 사용하는 것이 바람직하다. 병진 운동의 감쇠 계수 Cx는 실험 등으로부터 얻어진 소정의 값을 설정한다(예를 들어, Cx를 0.05로 가정함). 마찬가지로, 회전 중심(CP) 주위의 감쇠 계수 C는 실험 등으로부터 얻어진 소정의 값을 설정한다(예를 들어, C를 0.05로 가정함). 또한, 드레서(7)의 반경 Rd에 대한 하중 반경 R의 비 η는 상정되는 최대 상대 속도 V로부터 결정해도 되고, 실험 등으로부터 얻어진 소정의 값을 사용해도 된다(예를 들어, η를 0.8로 가정함). 드레서(7)의 하단부면으로부터 회전 중심(CP)까지의 거리 h 및 드레서(7)의 반경 Rd는 기지의 값이 사용된다.
다음에, 컴퓨터(90)는 최대 압박 하중 결정 프로그램에 기초하여, 상술한 식 23으로부터 병진 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값 FD1을 산출하고(스텝 2), 또한 상술한 식 25로부터 틸팅 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값 FD2를 산출한다(스텝 3). 또한, 컴퓨터(90)는 최대 압박 하중 결정 프로그램에 기초하여, 산출된 임계값 FD1 및 산출된 임계값 FD2를 표시부(95)에 표시한다(스텝 4).
다음에, 컴퓨터(90)는 최대 압박 하중 결정 프로그램에 기초하여, 병진 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값 FD1과 틸팅 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값 FD2를 비교한다. 더 구체적으로는, 컴퓨터(90)는 병진 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값 FD1이 틸팅 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값 FD2보다도 작은지, 또는 동등한지 여부를 판단한다(스텝 5). 또한, 컴퓨터(90)는 최대 압박 하중 결정 프로그램에 기초하여, 병진 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값 FD1이 틸팅 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값 FD2보다도 작거나, 또는 동등할 때는, 병진 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값 FD1을 최대 압박 하중 FDmax로 결정한다(스텝 6). 병진 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값 FD1이 틸팅 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값 FD2보다도 클 때는, 컴퓨터(90)는 틸팅 운동에 있어서의 압박 하중의 임계값 FD1을 최대 압박 하중 FDmax로 결정한다(스텝 7). 또한, 컴퓨터(90)는 최대 압박 하중 FDmax를 표시부(95)에 표시한다(스텝 8).
도시는 하지 않지만, 컴퓨터(90)는 최대 압박 하중 결정 프로그램에 기초하여, 보다 작은 쪽의 임계값에 소정의 안전율(예를 들어, 0.8)을 승산함으로써 얻어진 압박 하중값을, 최대 압박 하중 FDmax로 결정해도 된다. 이 경우, 컴퓨터(90)는 최대 압박 하중 FDmax 및 안전율의 양쪽을 표시부(95)에 표시하는 것이 바람직하다.
도 30은 연마 패드(10)의 프로파일을 취득하기 위한 패드 높이 측정기(100)가 드레싱 장치(2)에 설치된 기판 연마 장치(1)의 일례를 도시하는 개략 측면도이다. 패드 높이 측정기(100) 이외의 본 실시 형태의 구성은 도 1에 도시되는 실시 형태의 구성과 동일하므로, 그 중복되는 설명을 생략한다.
도 30에 도시되는 패드 높이 측정기(100)는 연마면(10a)의 높이를 측정하는 패드 높이 센서(101)와, 패드 높이 센서(40)에 대향하여 배치된 센서 타깃(102)과, 패드 높이 센서(101)가 접속되는 드레싱 감시 장치(104)를 갖고 있다. 패드 높이 센서(101)는 드레서 아암(27)에 고정되어 있고, 센서 타깃(102)은 드레서 샤프트(23)에 고정되어 있다. 센서 타깃(102)은 드레서 샤프트(23) 및 드레서(7)와 일체로 상하 이동한다. 한편, 패드 높이 센서(101)의 상하 방향의 위치는 고정되어 있다. 패드 높이 센서(101)는 변위 센서이고, 센서 타깃(102)의 변위를 측정함으로써, 연마면(10a)의 높이[연마 패드(10)의 두께]를 간접적으로 측정할 수 있다. 센서 타깃(102)은 드레서(7)에 연결되어 있으므로, 패드 높이 센서(101)는 연마 패드(10)의 드레싱 중에 연마면(10a)의 높이를 측정할 수 있다.
패드 높이 센서(101)는 연마면(10a)에 접하는 드레서(7)의 상하 방향의 위치로부터 연마면(10a)을 간접적으로 측정한다. 따라서, 드레서(7)의 하면(드레싱면)이 접촉하고 있는 연마면(10a)의 높이의 평균이 패드 높이 센서(101)에 의해 측정된다. 패드 높이 센서(101)로서는, 리니어 스케일식 센서, 레이저식 센서, 초음파 센서 또는 와전류식 센서 등의 모든 타입의 센서를 사용할 수 있다.
패드 높이 센서(101)는 드레싱 감시 장치(104)에 접속되어 있고, 패드 높이 센서(101)의 출력 신호[즉, 연마면(10a)의 높이의 측정값]가 드레싱 감시 장치(104)로 보내지도록 되어 있다. 드레싱 감시 장치(104)는 연마면(10a) 높이의 측정값으로부터, 연마 패드(10)의 프로파일[연마면(10a)의 단면 형상]을 취득하고, 또한 연마 패드(10)의 드레싱이 정확하게 행해지고 있는지 여부를 판정하는 기능을 구비하고 있다.
상술한 회전 중심 위치 결정 방법 및 회전 중심 위치 결정 프로그램에 의해, 연결 기구(50)의 회전 중심(CP)의 위치를 결정한 경우, 드레서(7)의 플러터링이나 진동이 발생하지 않는다. 마찬가지로, 상술한 최대 압박 하중 결정 방법 및 최대 하중 압박 프로그램에 의해, 드레서(7)의 최대 압박 하중 FDmax를 결정한 경우, 드레서(7)의 플러터링이나 진동이 발생하지 않는다. 따라서, 드레서(7)가 연마 패드(10)의 연마면(10a)을 드레싱할 때에, 연마 패드(10)가 정확한 프로파일을 취득할 수 있다. 그 결과, 드레싱 감시 장치(104)는 연마 패드(10)의 드레싱이 정확하게 행해지고 있는지 여부를 정확하게 판정할 수 있다.
상술한 회전 중심 위치 결정 방법 및 회전 중심 위치 결정 프로그램의 실시 형태는 드레서(7)를 드레서 샤프트(23)에 연결하는 연결 기구(50)의 회전 중심(CP)의 위치를 결정하는 실시 형태이다. 그러나, 동일한 회전 중심 위치 결정 방법 및 회전 중심 위치 결정 프로그램을 사용하여, 연마 헤드(5)를 헤드 샤프트(14)에 연결하는 연결 기구의 회전 중심의 위치를 결정해도 된다. 또한, 상술한 최대 압박 하중 결정 방법 및 최대 압박 하중 결정 프로그램의 실시 형태는 드레서(7)의 최대 압박 하중 FDmax를 결정하는 실시 형태이다. 그러나, 동일한 최대 압박 하중 결정 방법 및 최대 압박 하중 결정 프로그램을 사용하여, 연마 헤드(5)의 최대 압박 하중을 결정해도 된다.
이상 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 것은 아니고, 특허 청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범위 내에 있어서 다양한 변형이 가능하다.
1 : 기판 연마 장치
2 : 드레싱 장치
3 : 연마 테이블
3a : 테이블축
5 : 연마 헤드
6 : 연마액 공급 노즐
7 : 드레서
7a : 드레싱면
10 : 연마 패드
10a : 연마면
11 : 테이블 모터
14 : 헤드 샤프트
20 : 지지대
23 : 드레서 샤프트
23a : 나사 구멍
23b : 견부
24 : 에어 실린더
25 : 지주
27 : 드레서 아암
28 : 선회축
30 : 디스크 홀더
31 : 드레서 디스크
32 : 홀더 본체
32a : 오목부
33 : 구멍
33a : 단차부
35 : 슬리브
35a : 슬리브 플랜지
35b : 삽입 오목부
35c : 환상 홈
37 : 자석
41 : O링
42 : 제1 원통 커버
42a : 기초부
42b : 수평부
42c : 폴딩부
44 : 벨로즈
45 : 상측 원통부
46 : 하측 원통부
46a : 환상 홈
47 : O링
48 : 제2 원통 커버
48a : 기초부
48b : 수평부
48c : 폴딩부
50 : 연결 기구
52 : 상측 구면 베어링
53 : 제1 미끄럼 접촉 부재
53a : 제1 오목 형상 접촉면
54 : 제2 미끄럼 접촉 부재
54a : 제2 볼록 형상 접촉면
55 : 하측 구면 베어링
56 : 제3 미끄럼 접촉 부재
56a : 나사부
56b : 단차부
56c : 제3 오목 형상 접촉면
57 : 제4 미끄럼 접촉 부재
57a : 제4 볼록 형상 접촉면
60 : 연결 기구
65 : 받침대
70 : 감쇠 링(감쇠 부재)
70a : 내주면
70b : 외주면
71 : 고정 부재
71a : 나사부
71b : 플랜지부
81 : 상측 플랜지
82 : 하측 플랜지
84 : 토크 전달 핀
85 : 스프링 기구
85a : 로드
85b : 스프링
90 : 컴퓨터
91 : 기억 장치
92 : 연산부
92a : CPU
92b : ROM
92c : RAM
93 : 입력부
95 : 표시부
100 : 패드 높이 측정기
101 : 패드 높이 센서
102 : 센서 타깃
104 : 드레싱 감시 장치
CP : 회전 중심

Claims (12)

  1. 회전체를 구동축에 틸팅 가능하게 연결하는 연결 기구이며,
    상기 구동축과 상기 회전체 사이에 배치된 감쇠 부재와,
    상기 구동축의 하단에 나사 결합되는 고정 부재를 구비하고,
    상기 감쇠 부재는, 상기 고정 부재와 상기 구동축의 하단에 끼워져서 상기 구동축의 하단에 고정됨과 함께, 상기 구동축의 하단과 상기 회전체에 끼워져서 상기 회전체를 상기 구동축에 연결하고,
    상기 감쇠 부재는 상기 구동축의 영률과 동일하거나, 또는 그것보다도 낮은 영률을 갖거나, 또는 상기 구동축의 감쇠 계수보다도 높은 감쇠 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 연결 기구.
  2. 제1항에 있어서, 상기 감쇠 부재는, 0.1㎬ 내지 210㎬의 범위에 있는 영률이거나, 또는 감쇠비가 0.1 내지 0.8의 범위가 되는 감쇠 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 연결 기구.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 감쇠 부재는, 고무 부시인 것을 특징으로 하는 연결 기구.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 감쇠 부재는, 환상의 형상을 가진 감쇠 링인 것을 특징으로 하는 연결 기구.
  5. 제1항에 있어서, 상기 회전체는, 상기 감쇠 부재가 삽입되는 삽입 오목부를 갖는 슬리브를 갖고 있고,
    상기 슬리브는, 상기 감쇠 부재가 끼워 넣어지는 단부(段部)가 형성된 내주면을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 연결 기구.
  6. 삭제
  7. 삭제
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  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
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Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6592355B2 (ja) * 2015-01-30 2019-10-16 株式会社荏原製作所 連結機構および基板研磨装置
US10350722B2 (en) * 2016-02-05 2019-07-16 Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha Polishing apparatus
US10363647B2 (en) * 2016-02-05 2019-07-30 Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha Grinding tool
JP6715153B2 (ja) 2016-09-30 2020-07-01 株式会社荏原製作所 基板研磨装置
JP6810585B2 (ja) * 2016-11-30 2021-01-06 タツモ株式会社 チャック装置及び貼合装置
JP6823541B2 (ja) 2017-05-30 2021-02-03 株式会社荏原製作所 キャリブレーション方法およびキャリブレーションプログラム
US10814457B2 (en) * 2018-03-19 2020-10-27 Globalfoundries Inc. Gimbal for CMP tool conditioning disk having flexible metal diaphragm
KR102561647B1 (ko) * 2018-05-28 2023-07-31 삼성전자주식회사 컨디셔너 및 이를 포함하는 화학 기계적 연마 장치
JP7287761B2 (ja) * 2018-07-31 2023-06-06 株式会社荏原製作所 球面軸受の軸受半径決定方法
JP7315332B2 (ja) * 2019-01-31 2023-07-26 株式会社荏原製作所 ダミーディスクおよびダミーディスクを用いた表面高さ測定方法
CN109702638A (zh) * 2019-03-12 2019-05-03 山东科技大学 一种化学机械抛光设备
KR20210006550A (ko) * 2019-07-08 2021-01-19 삼성전자주식회사 회전체 모듈 및 이를 구비하는 화학 기계적 연마 장치
US11691241B1 (en) * 2019-08-05 2023-07-04 Keltech Engineering, Inc. Abrasive lapping head with floating and rigid workpiece carrier
JP7354879B2 (ja) * 2020-03-05 2023-10-03 トヨタ自動車株式会社 自動水研装置
CN111546229B (zh) * 2020-06-05 2021-08-10 业成科技（成都）有限公司 研磨设备、研磨治具及其使用方法
CN114571357A (zh) * 2020-11-30 2022-06-03 台山市兰宝磨具有限公司 一种方便更换的磨具
US11766758B2 (en) * 2021-01-27 2023-09-26 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited Chemical mechanical polishing apparatus using a magnetically coupled pad conditioning disk
TWI765726B (zh) * 2021-05-28 2022-05-21 大量科技股份有限公司 拋光系統及其修整裝置
CN113290476B (zh) * 2021-07-26 2021-10-08 徐州祥瑞工程机械科技有限公司 一种可以更换抛光角度的抛光机
CN115383622A (zh) * 2022-04-20 2022-11-25 北京烁科精微电子装备有限公司 抛光头用分体式万向节及抛光装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014108511A (ja) * 2012-12-04 2014-06-12 Fujikoshi Mach Corp ウェーハ研磨ヘッドおよびウェーハ研磨装置
JP2014161938A (ja) 2013-02-22 2014-09-08 Ebara Corp ドレッサの研磨部材上の摺動距離分布の取得方法、ドレッサの研磨部材上の摺動ベクトル分布の取得方法、および研磨装置

Family Cites Families (52)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1982658A (en) * 1931-12-22 1934-12-04 Packard Motor Car Co Rubber mounted flywheel
US2249292A (en) * 1938-09-16 1941-07-15 Kapitza Peter Means for stabilizing high speed rotors
US2246232A (en) * 1940-11-04 1941-06-17 Gen Motors Corp Vibration suppressor
US2338470A (en) * 1941-10-24 1944-01-04 Control Instr Co Inc Damping mechanism
US2527830A (en) * 1945-07-25 1950-10-31 Barber Coleman Company Flywheel dampener for servos
US2526744A (en) * 1946-06-19 1950-10-24 Schwitzer Cummins Company Vibration damper
US3923349A (en) * 1973-06-25 1975-12-02 Lord Corp Universal bearing support
JPS51114702U (ko) * 1975-03-14 1976-09-17
US4133146A (en) * 1977-06-22 1979-01-09 Cola Charles R De Rotary abrasive tool
US4194324A (en) * 1978-01-16 1980-03-25 Siltec Corporation Semiconductor wafer polishing machine and wafer carrier therefor
US4313284A (en) * 1980-03-27 1982-02-02 Monsanto Company Apparatus for improving flatness of polished wafers
JPS6052259A (ja) * 1983-09-02 1985-03-25 Hitachi Ltd ラツプ加工機
JPS61146462A (ja) * 1984-12-19 1986-07-04 Toyoda Mach Works Ltd カム研削装置
US4781077A (en) * 1986-12-19 1988-11-01 Massachusetts Institute Of Technology Stable intershaft squeeze film damper
US4887395A (en) * 1987-02-17 1989-12-19 University Of New Mexico Wavy-tilt-dam seal ring and apparatus for shaping seal rings
US4895047A (en) * 1988-04-04 1990-01-23 Household Manufacturing, Inc. Vibration damper
US5702294A (en) * 1989-06-19 1997-12-30 Constant Velocity Systems, Inc. Grinding bit having a novel grinding grip
US6129620A (en) * 1993-04-23 2000-10-10 Jason Incorporated Honing tool and method of making
FR2715884B1 (fr) * 1994-02-04 1996-04-12 Gec Alsthom Electromec Procédé et dispositif pour le traitement de surface et la mise en précontrainte de la paroi intérieure d'une cavité.
JPH09314456A (ja) * 1996-05-29 1997-12-09 Toshiba Mach Co Ltd 研磨布ドレッシング方法及び研磨装置
US5738568A (en) * 1996-10-04 1998-04-14 International Business Machines Corporation Flexible tilted wafer carrier
JPH10118919A (ja) * 1996-10-25 1998-05-12 Toshiba Mach Co Ltd 平面研磨装置の加工ヘッド
JP3713884B2 (ja) * 1996-11-08 2005-11-09 日立工機株式会社 ボールバランサ及びボールバランサを装着した遠心分離機
US6149506A (en) * 1998-10-07 2000-11-21 Keltech Engineering Lapping apparatus and method for high speed lapping with a rotatable abrasive platen
US6200199B1 (en) * 1998-03-31 2001-03-13 Applied Materials, Inc. Chemical mechanical polishing conditioner
JP2000052230A (ja) 1998-07-31 2000-02-22 Mitsubishi Materials Corp ウェーハ研磨パッドのツルーイング装置
TW467792B (en) * 1999-03-11 2001-12-11 Ebara Corp Polishing apparatus including attitude controller for turntable and/or wafer carrier
JP2001150329A (ja) * 1999-11-25 2001-06-05 Ebara Corp 多段伸縮機構及び研磨装置
US6506105B1 (en) * 2000-05-12 2003-01-14 Multi-Planar Technologies, Inc. System and method for pneumatic diaphragm CMP head having separate retaining ring and multi-region wafer pressure control
US6755723B1 (en) * 2000-09-29 2004-06-29 Lam Research Corporation Polishing head assembly
JP4072810B2 (ja) * 2001-01-19 2008-04-09 株式会社荏原製作所 ドレッシング装置および該ドレッシング装置を備えたポリッシング装置
RU2223168C2 (ru) 2001-01-19 2004-02-10 Евсеев Юрий Федорович Патрон паркетно-шлифовальной машины
US6709322B2 (en) * 2001-03-29 2004-03-23 Lam Research Corporation Apparatus for aligning a surface of an active retainer ring with a wafer surface for chemical mechanical polishing
US6949016B1 (en) * 2002-03-29 2005-09-27 Lam Research Corporation Gimballed conditioning apparatus
US7156946B2 (en) 2003-04-28 2007-01-02 Strasbaugh Wafer carrier pivot mechanism
WO2005092564A1 (ja) * 2004-03-25 2005-10-06 Ibiden Co., Ltd. 真空チャックおよび吸着板
JP4808453B2 (ja) * 2005-08-26 2011-11-02 株式会社荏原製作所 研磨方法及び研磨装置
US7252576B1 (en) * 2006-02-21 2007-08-07 The Board Of Regents For Oklahoma State University Method and apparatus for magnetic float polishing
JP4751315B2 (ja) * 2006-12-29 2011-08-17 本田技研工業株式会社 伸縮アクチュエータ
JP2009131920A (ja) * 2007-11-29 2009-06-18 Ebara Corp 研磨装置及び方法
JP4647683B2 (ja) * 2008-11-17 2011-03-09 川崎重工業株式会社 フレキシブルカップリング構造及びそれを備える舶用スラスタ装置
JP5236515B2 (ja) 2009-01-28 2013-07-17 株式会社荏原製作所 ドレッシング装置、化学的機械的研磨装置及び方法
CN101579840B (zh) 2009-05-27 2011-06-29 浙江工业大学 一种高精度球高效研磨/抛光加工方法
FR2954273B1 (fr) * 2009-12-17 2012-02-24 Eurocopter France Structure porteuse d'un rotor, et appareil volant muni d'une telle structure porteuse
US8647170B2 (en) * 2011-10-06 2014-02-11 Wayne O. Duescher Laser alignment apparatus for rotary spindles
US8758088B2 (en) * 2011-10-06 2014-06-24 Wayne O. Duescher Floating abrading platen configuration
JP5976522B2 (ja) * 2012-05-31 2016-08-23 株式会社荏原製作所 研磨装置および研磨方法
JP5927083B2 (ja) 2012-08-28 2016-05-25 株式会社荏原製作所 ドレッシングプロセスの監視方法および研磨装置
JP5919157B2 (ja) 2012-10-01 2016-05-18 株式会社荏原製作所 ドレッサー
JP6052259B2 (ja) 2014-09-18 2016-12-27 株式会社安川電機 直動回転アクチュエータ
JP6592355B2 (ja) * 2015-01-30 2019-10-16 株式会社荏原製作所 連結機構および基板研磨装置
US10086483B2 (en) * 2015-06-29 2018-10-02 Engineered Abrasives, Inc. Apparatus and method for processing a workpiece

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014108511A (ja) * 2012-12-04 2014-06-12 Fujikoshi Mach Corp ウェーハ研磨ヘッドおよびウェーハ研磨装置
JP2014161938A (ja) 2013-02-22 2014-09-08 Ebara Corp ドレッサの研磨部材上の摺動距離分布の取得方法、ドレッサの研磨部材上の摺動ベクトル分布の取得方法、および研磨装置

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