TWI436854B - Substrate surface grinding device - Google Patents

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TWI436854B
TWI436854B TW097130565A TW97130565A TWI436854B TW I436854 B TWI436854 B TW I436854B TW 097130565 A TW097130565 A TW 097130565A TW 97130565 A TW97130565 A TW 97130565A TW I436854 B TWI436854 B TW I436854B
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Moriyuki Kashiwa
Etsuo Fujita
Kazuo Kobayashi
Tomio Kubo
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Okamoto Machine Tool Works
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Description

基板之平面研磨裝置
本發明係關於具備主要由靜壓軸承所軸承之可旋轉/直線運動之磨石軸，多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺由中空心軸所軸承且其中空心軸由靜壓軸承所軸承之工件夾頭旋轉工作臺機構，及磨石軸傾斜機構所構成之具有高剛性之平面研磨裝置。該平面研磨裝置，係用於矽裸晶圓、半導體基板、陶瓷基板、GaAs板、藍寶石基板等之工件之平面研磨加工，提高工件之平坦化之同時提高基板之研磨速度。
將矽裸晶圓或半導體基板等工件，載置於多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺上後，使軸承杯形砂輪型磨石之磨石軸旋轉之同時，使下降之杯形砂輪型磨石於工件表面滑擦，將磨石軸之相對於工件之傾斜角度及送量(切入量)控制為初期較大，逐漸變小般研磨工件表面，使工件之厚度變薄之平面研磨裝置已實用化。變更磨石軸之傾斜，可防止進行研磨加工之工件之研磨燃燒之同時，還可使工件之厚度分布盡可能均一。
例如，關於於水平面內旋轉驅動之多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺上載置晶圓，將晶圓藉由於垂直方向配置之研磨心軸頭之下部所安裝之杯形砂輪型金剛石磨石進行研磨之研磨裝置，具備使上述研磨心軸頭與晶圓於垂直方向之z軸方向相對移動之驅動機構，使上述研磨心軸頭或晶圓繞於水平面內之x軸及y軸旋轉之傾動機構，及控制上述驅動機構及傾動機構使研磨心軸頭之送量及研磨心軸頭與工件之相對傾斜對應研磨之階段而階段性或連續性變化之控制機構之平面研磨裝置已有提案。傾斜機構，具備於固定研磨心軸頭之昇降機構之支柱上(例如，參照專利文獻1)。
另，關於由裝著研磨工件表面之研磨磨石之心軸本體，與包含將該心軸本體藉由空氣支持之向心軸承、推力軸承之外殼所構成之空氣軸承心軸，上述推力軸承之空氣吹出區域，至少分割成3個區域，個別調整輸向該已分割之空氣吹出區域之空氣之供給壓以調整上述心軸本體之傾斜之空氣心軸之傾斜調整機構亦已有提案(例如，參照專利文獻2)。
此外，使用具備保持工件之多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺、於心軸安裝磨石以旋轉驅動之研磨頭、支持上述磨石心軸之軸承、控制上述研磨頭之傾斜之磁性軸承、檢出上述研磨心軸之相對於工件之相對姿勢之傳感器、用上述傳感器所檢出之檢出資料將上述磨石心軸調整為預先設定姿勢之控制上述磁性軸承之姿勢控制機構之平面研磨，藉由於上述多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺所保持之工件上研磨頭之磨石以下壓狀態使工件與研磨磨石相對運動將被研磨物之被研磨面研磨成平面狀之方法亦已有提案(例如，參照專利文獻3)。
此外，關於具備藉由磨石輸送機構對特定位置所保持之工件研磨之旋轉磨石、支持工件之工件支持臺、及使工件支持臺於平行於被加工面之方向移動之工件支持臺輸送機構之研磨裝置，進而具備控制旋轉磨石之磨石軸位置之磁性軸承裝置、與使用磁性軸承裝置之軸方向控制電流及徑方向控制電流控制磨石輸送機構與工件支持臺輸送機構之控制機構，基於磁性軸承裝置之徑方向控制電流控制工件支持臺之輸送之同時，基於磁性軸承裝置之軸方向控制電流控制旋轉磨石於與工件被加工面垂直方向之停止位置之平面研磨裝置亦已有提案(例如，參照專利文獻4)。
及，關於具備使磨石軸旋轉之心軸裝置、保持工件之工件保持機構、及使該等心軸裝置之磨石與工件保持機構所保持之工件相對移動之輸送機構之內面圓筒研磨裝置，上述心軸裝置中，於前端安裝磨石之心軸介以靜壓氣體軸承與磁性軸承產生彼此兼用部分般複合化之靜壓磁性複合軸承可自由旋轉地設置於心軸裝置本體，作為尋找上述心軸變位之變位測定機構，設有測定上述靜壓氣體軸承之軸承面壓力之壓力傳感器，設有從該壓力傳感器之測定值尋找上述心軸變位而進行上述磁性軸承之磁力控制之磁性軸承控制機構之內面圓筒研磨裝置亦已有提案(例如，參照專利文獻5)。
另一方面，雖非揭示對研磨裝置之利用者，但使可旋轉/直線運動之工具主軸旋轉及直線運動之複合(旋轉/直線運動)致動機構亦已有提案(例如，參照專利文獻6、專利文獻7、專利文獻8及專利文獻9)。
另，具備利用公構件與母構件聯軸之運動聯軸器(kinematic coupling)之高度位置調整具之檢驗裝置亦為共知(例如，參照專利文獻10、非專利文獻1)。
此外，支持裝入式電動機之轉子之磨石軸由水靜壓推力軸承及水靜壓徑軸承支持之同時上述磨石軸由熱管構成，作為將轉子之發熱藉由熱管傳達至磨石軸之長方向從前期水靜壓軸承釋放至外部之冷卻構造之由水靜壓軸承支持之研磨頭亦為共知(例如，參照專利文獻11)。由水靜壓軸承支持之工件用多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺亦已有提案(例如，參照專利文獻12及專利文獻13)。
[專利文獻1]
專利第3,472,784號說明書
[專利文獻2]
特開平11-132232號公報
[專利文獻3]
特開2005-22059號公報
[專利文獻4]
特開2005-262431號公報
[專利文獻5]
特開2000-24805號公報
[專利文獻6]
美國專利申請公開第2007/0222401號說明書
[專利文獻7]
特開2006-220196號公報
[專利文獻8]
特開2004-364348號公報
[專利文獻9]
特開2006-220178號公報
[專利文獻10]
美國專利第6,104,202號說明書
[非專利文獻1]
Bal-tec公司，"Z軸用運動聯軸器設計"，{on-line}，430-434頁，{平成17年5月30日檢索}，網址<URL：http://www.precisionballs.com/kinematic_repeatability.html>
[專利文獻11]
特開平11-235643號公報
[專利文獻12]
美國專利申請公開第2007/0286537號公報說明書
[專利文獻13]
特開2000-240652號公報
半導體基板(工件)之直徑為200mm或300mm、厚度為100~770μm之間者使用使專利文獻1、專利文獻2及專利文獻3所記之磨石軸傾斜之研磨裝置所得之背面研磨加工半導體基板係即使中央部薄、緣部厚者亦具有可耐受DRAM製造實用化之厚度分布(厚度偏差在1μm前後)之研磨加工半導體基板，但關於次次世代之450mm直徑、厚20~50μm之DRAM用半導體基板，期待相對於目標厚度20~50μm之厚度偏差在1μm之百分率為如2~5%般大小之數值，厚度分布更優良(厚度偏差小於0.5μm)，研磨中，半導體基板不產生破損或裂痕之高剛性之平面研磨裝置之實現。
另，半導體製造業界不喜於基板加工中基板被油弄污，期望水靜壓軸承之基板平面研磨裝置之出現。
本發明之第一目的，係提供一種集合上述專利文獻6、專利文獻7、專利文獻8及專利文獻9所記載之可旋轉/直線運動之磨石軸由磁性軸承或推力軸承支持成可旋轉及直線運動之研磨頭技術，專利文獻10或非專利文獻1所記之運動聯軸器之高度位置調整之技術，專利文獻1至專利文獻5所記之表面研磨裝置之技術之高剛性基板平面研磨裝置。
本發明之第二目的，係提供一種對於該高剛性之基板平面研磨裝置之磨石心軸及工件心軸之軸承，應用專利文獻12及專利文獻13所記載之水靜壓軸承技術，得到環境友好型水靜壓軸承之基板平面研磨裝置。
本發明之第三目的，係提供一種利用新穎運動聯軸器構造之昇降機構。
請求項1之發明，係提供一種基板平面研磨裝置，其係具備：可旋轉/直線運動之磨石軸所軸承之杯形砂輪型磨石由靜壓軸承與磁性軸承支持成可旋轉及直線運動之研磨頭，使上述磨石軸旋轉/直線運動之旋轉/直線運動複合致動機構，使該磨石軸呈垂直方向般於下面中央位置固定研磨頭之固定板，上述研磨頭之下方所設之多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺由中空心軸所軸承且其中空心軸由靜壓軸承所軸承之工件夾頭旋轉工作臺機構，使上述多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺之水平方向表面平行於由上述磨石軸所軸承之杯形砂輪型磨石之底面之方式而設置之工件夾頭旋轉工作臺機構，及，相對於具備上述磨石軸於垂直方向之固定板下面之中心點呈正三角形或等腰三角形之頂點位置之三處具備使上述固定板上下移動之運動聯軸器與缸體桿之3台固定板昇降機構。
請求項2之發明，係提供一種如請求項1之基板平面研磨裝置，其中，靜壓軸承所支持之磨石軸，介以磁性軸承與水靜壓軸承產生彼此兼用部分般複合化之複合軸承進行支持，軸承多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺之中空心軸由水靜壓軸承進行支持。
請求項3之發明，係提供一種如請求項1之基板平面研磨裝置，其中，固定板昇降機構係由下列所構成：工件夾頭旋轉工作臺機構之機框基礎表面所固定之於中央具有滾珠螺桿貫通之孔之斷面V形狀之聯軸器母構件，於中央具有滾珠螺桿貫通之孔，於上述聯軸器母構件之V凹部內面壁嵌合之底部斷面形狀為V形狀之聯軸器公構件，將上述聯軸器母構件之貫通孔及聯軸器公構件之貫通孔於鉛直線上貫通設置之滾珠螺桿，其下端於工件夾頭旋轉工作臺機構之機框基礎之底部藉由固定具可旋轉驅動地固定，其上端於研磨頭之固定板之下面藉由固定嵌合板可旋轉驅動地固定，滾珠螺桿之上端側安裝有滾珠螺桿驅動電動機及編碼器及滾珠螺桿螺合體之滾珠螺桿，及，上述聯軸器母構件之V凹部與上述聯軸器公構件之底面所構成之空間內藉由微伺服電動機之驅動可進退移動地於滾珠螺桿之前端所安裝之楔子，且係可藉由該楔子與上述聯軸器公構件之底面接觸而決定固定板高度位置之固定板高度位置調整機構。
因磨石軸之相對於工件(基板)之傾斜角度，由垂直方向具備磨石軸之固定板下面之三處所具備之3基固定板昇降機構進行，故基板研磨時，固定板之荷重亦通過磨石於基板表面承擔負荷之450mm徑基板研磨裝置顯示其剛性為4,000~4,500牛頓，與專利文獻1、專利文獻2、專利文獻3及專利文獻4之研磨裝置擴大為450mm徑基板研磨裝置時之剛性2,000~2,500牛頓相比，其為剛性更高之平面研磨裝置，即使基板徑大至450mm之工件亦可得到優良平坦厚度分布之研磨加工基板。
另，使將專利文獻1所記載之磨石軸可昇降地固定之支柱之x軸、y軸之二軸傾斜之方法，與專利文獻2、專利文獻3、專利文獻4及專利文獻5所記之磨石軸藉由空氣軸承之三點或磁性軸承之四點傾斜之方法相比，由3台固定板高度位置調整機構設定磨石軸之傾斜角較為容易，且準確、剛性高。
於軸承多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺之中空心軸及磨石軸之軸承使用水靜壓軸承時，將成為環境友好型平面研磨裝置。
於藉由複合致動機構旋轉及直線運動之磨石軸對杯形砂輪型磨石軸承之研磨頭構造，於基板之平面研磨加工時由磨石軸之0~1.5mm之進退直線運動移動使向基板表面切入或從基板表面後退，向磨石頭之待機位置移動藉由使用具備運動聯軸器、缸體桿之固定板昇降機構使固定板上昇或下降以進行故可縮短研磨加工時間。
以下，使用圖式對本發明進行進一步詳細說明。圖1係本發明之平面研磨裝置之重要部份之立體圖，對於固定板昇降機構3台中之2台，省略滾珠螺桿之外殼材進行顯示。圖2係平面研磨裝置之正面斷面圖，圖3係平面研磨裝置之側面斷面圖，圖4係平面研磨裝置之水平方向斷面圖，係從圖2中之I-I線下方方向所見之圖。圖5係平面研磨裝置之俯視圖，圖6係固定板昇降機構之運動聯軸器部之正面斷面圖，圖7係固定板昇降機構之運動聯軸器部之俯視圖，圖8係固定板昇降機構之運動聯軸器部之側面圖，圖9係固定板昇降機構之聯軸器部所安裝之高度位置測定變位傳感器之正面圖，圖10係研磨頭之斷面圖，及，圖11係工件夾 頭旋轉工作臺機構之斷面圖。
如圖1、圖2及圖3所示，本發明之基板表面研磨裝置100，係以於機框9之中央圓形型窩內所安裝之工件夾頭工作臺機構2、可旋轉/直線運動之磨石軸13所軸承之杯形砂輪型磨石14由靜壓軸承與磁性軸承支持成可旋轉及直線運動之研磨頭1、使上述磨石軸13旋轉/直線運動之旋轉/直線運動複合致動機構18、使上述磨石軸13呈垂直方向般於下面中央位置固定研磨頭1之固定板6及相對於垂直方向具備上述磨石軸13之固定板6下面之中心點呈正三角形或等腰三角形之頂點位置之三處具備使上述固定板上下移動之運動聯軸器與缸體桿之3台固定板昇降機構7為主要組裝材而構成。
上述工件夾頭旋轉工作臺機構2係設置為，多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺21由中空心軸22所軸承，該中空心軸22由靜壓軸承所軸承，上述多孔陶瓷製旋轉工件夾頭工作臺21之水平方向表面平行於上述磨石軸13所軸承之杯形砂輪型磨石14之底面。中空心軸22之下端由旋轉接頭29與未圖示之真空泵、壓縮機、純水供給泵所接續之3根供給管接續。3根供給管上裝有切換泵，對應基板加工過程對工件吸著時之減壓、基板藉由多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺卸除時加壓，多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺之洗淨時之加壓水供給時進行切換。
上述機框9，係為大理石、陶瓷、，黑御影石(花崗石)、樹脂混凝土、鑄鋼等素材。
固定板昇降機構7，由工件夾頭旋轉工作臺機構2之機框9之基礎9a上表面所固定之於中央具有滾珠螺桿72貫通之孔之斷面V形狀聯軸器母構件73，於中央具有滾珠螺桿72貫通之孔，於上述聯軸器母構件73之V凹部內面壁嵌合之底部斷面形狀為V形狀之聯軸器公構件74，將上述聯軸器母構件之貫通孔及聯軸器公構件之貫通孔於鉛直線上貫通設置之滾珠螺桿72，該滾珠螺桿下端於工件夾頭旋轉工作臺機構2之機框基礎9a之底部藉由固定具79a可旋轉驅動地固定，該滾珠螺桿上端於研磨頭1之固定板6之下面藉由固定嵌合板79b可旋轉驅動地固定，滾珠螺桿72之上端側安裝有滾珠螺桿驅動電動機71及編碼器76及滾珠螺桿螺合體77。上述聯軸器母構件73之V凹部與上述聯軸器公構件74之底面所構成之空間70內，滾珠螺桿81之前端所安裝之楔子83藉由微伺服電動機82之驅動於空間70內可進退移動地設置。
上述聯軸器母構件73之V凹部73a與上述聯軸器公構件74之底面所構成之空間70內使藉由微伺服電動機82之驅動可進退移動地於滾珠螺桿81之前端所安裝之楔子83進入，然後，驅動滾珠螺桿72下壓聯軸器公構件74使該公構件底面與楔子83上面抵接以略增高固定板6底面與多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺21表面間之高度。另一方面，使楔子83從空間70後退，然後，驅動滾珠螺桿72下壓聯軸器母構件74使公構件底面與楔子83上面抵接以略降低固定板6底面與多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺21間之高度。藉由楔子83之上面與上述公構件74之底面之接觸決定固定板6底面與多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺21之水平方向表面間之高度。藉由固定板昇降機構7之滾珠螺桿驅動電動機71之驅動使固定板6下降，固定板6下面所設之固定嵌合板79b底面藉由於上述聯軸器公構件74上面嵌入使固定板6底面與多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺21間之高度固定。換言之，相對於磨石軸13之多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺21表面之傾斜角度被固定。
圖3及圖4所示之基板表面研磨裝置100中，工件夾頭旋轉工作臺機構2之多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺21之附近設有於工件表面及多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺21表面分別接觸探針以測定基板厚度之2點式過程指示器91。基板厚度，用於確定相對於基板研磨加工時之磨石軸之基板表面之傾斜角度。
相對於多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺21之直徑rc 之杯形砂輪型磨石14之環狀磨石刃之直徑rg 之比(rg /rc )，宜為1.01~1.25倍。以使杯形砂輪型磨石14之環狀磨石刃通過基板中心點而於磨石軸13上軸承杯形砂輪型磨石14。
另，固定板昇降機構7之聯軸器母構件73側部安裝有3台測定固定板底面高度位置之線性傳感器84。藉由研磨加工前，將多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺21表面與固定板底面間之三點之高度，3處楔子83之運動聯軸器部空間70進入距離及後退距離，磨石軸13之相對於多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺21表面之傾斜角度之相關資料預先匯總成表，記憶於數值控制裝置之記憶體，則對應於被研磨加工之基板之厚度使磨石軸13之傾斜角度變化之基板研磨加工程式之設計即為可能。關於磨石軸之傾斜角度變更程式，固定板昇降機構7之滾珠螺桿72(缸體桿)採用固定板6底面以正三角形之三頂點位置支持之方式使磨石軸傾斜角度程式之設計變容易。
基板之研磨加工中相對於磨石軸13之基板表面改變角度於不同三點之接觸點位置研磨加工基板之方法，比於一點之接觸點位置研磨加工基板之方法，可提供具有更優良平坦性之研磨加工基板。
關於除去滾珠螺桿72而圖示之如圖6、圖7、及圖8所示之固定板昇降機構7之聯軸器部件73、74，母構件73，於工件夾頭旋轉工作臺機構2之機框基礎9a表面上固定。母構件73，其斷面為V形狀，底部73a傾斜。另，母構件73於中央具有滾珠螺桿72貫通之孔。
公構件74，由2片形成底部之斷面略V狀之板74a與設於其上方之窄板74b與固定該等2片板之側壁板74c構成，於中央具有滾珠螺桿72貫通之孔，上述斷面略V狀之板74a之底部亦傾斜。該斷面略V狀之板74a之底面與上述母構件73之V形狀凹部構成空間70。
滾珠螺桿72，於上述母構件73之貫通孔及公構件74之貫通孔以垂直方向插入。
上述母構件73與公構件74所形成之空間70內，滾珠螺桿81之前端所安裝之楔子83設置為可藉由微伺服電動機82之驅動可進退移動。使楔子83於空間70內進退移動之滾珠螺 桿81亦與母構件73之底部傾斜相同相對於機框基礎9a上表面傾斜4~7度設置。
該微伺服電動機82所設之相對側，如圖4、圖6及圖9所示設有3台線性傳感器84，線性傳感器84對固定板6底面與多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺21表面間之垂直間距離進行測定。
此外，如圖8所示，構成運動聯軸器之公構件74之側壁板74c處，為了測定上述空間70之高度，安裝有具有一對測定探針之高度位置測定傳感器86。
固定板昇降機構7，亦可為具備可使固定板6之高度位置移動之運動聯軸器、缸體桿之高度調整裝置。例如，亦可利用取代上述伺服電動機驅動滾珠螺桿72而使用以空氣壓或油壓汽缸進行上下移動之缸體桿之固定板昇降機構。另，上述之固定板昇降機構7之滾珠螺桿驅動電動機位置亦可於機框基礎9a底側上下顛倒般設置。此外，運動聯軸器之母構件73與公構件74、楔子83之構造亦可利用對公知之運動聯軸器構造加以變更者
下面，參照圖2與圖3使用圖10對研磨頭1之構造進行詳細說明。如圖10所示，杯形砂輪型研磨磨石14軸承於磨石軸13之下方之研磨頭1，以於該杯形砂輪型研磨磨石14之環狀並設之刃尖14a之底面平行於多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺21表面之方式設置而作為磨石軸之加工待機位置。
研磨頭1，從平面為正三角形上之固定板6之底面中心點以杯形砂輪型金剛石研磨磨石14為下端般垂下設置。
杯形砂輪型研磨磨石14之刃尖14a於磨石法蘭14b之下面環狀並設，磨石法蘭14b之上面所設之環狀凹狀溝處由研磨液供給噴嘴14c供給研磨液。磨石軸之旋轉數，最大可達5,000rpm，基板研磨時，所利用之旋轉數為1,000~2,500rpm。
磨石軸13藉由圓筒狀外殼15圍繞，磨石軸13之下方部，施以水靜壓向心軸承。圓筒狀外殼15內壁，設有水通路15e，由給水口15a向水通路15e供給水。於圓筒狀外殼15內壁與磨石軸13外之間流動並冷卻磨石軸13之水，由真空吸引管15b排出。基板研磨結束後，則有從壓空供給口15c供給加壓空氣將水通路15e內所殘留之冷卻水及水滴從排水管15d向圓筒狀外殼15外排出之構造。
磨石軸13之中央部，設有使磨石軸13於水平方向旋轉之內裝式電動機16，內裝式電動機16將設於圓筒狀外殼15之冷卻液導入管15f所供給之冷卻液通過設於圓筒狀外殼15內壁之冷卻液流路15h引導至排出管15g。
上述向心軸承之部室與內裝式電動機16之冷卻液室，藉由唇式密封15j區劃供給至各室之液體使之不混合。
磨石軸13之上方，搭載有設於磨石軸13上端作為滾珠標的17之位置檢出元件之位置傳感器85，設有使固定可動子(永久磁石)18a之磨石軸13於上下方向以0~1.5mm程度移動之線圈18b。
可由上述內裝式電動機16進行磨石軸13之旋轉，由可動子18a與線圈18b組合之電動機18進行磨石軸13之1.5mm以下之推力直線運動，該等電動機16、18之組合稱為旋轉/直線運動複合致動機構。
磨石軸之旋轉/直線運動線複合致動機構之構造，亦可為上述專利文獻6、專利文獻7及專利文獻8所揭示之心軸之旋轉/直線運動線複合致動機構之構造。
下面，使用圖2、圖3及圖11對工件夾頭旋轉工作臺機構2之構造進行詳細說明。工件夾頭旋轉工作臺機構2係具備：軸承多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺21之中空心軸22，於內周壁設有水通路23a之氮化碳陶瓷製圓筒狀襯套23，向該圓筒狀SiC陶瓷製襯套之水通路23a供給水之水供給口24a，進行排水之減壓排出口24b，使上述水通路23a所殘存之水從排水排出口24d排水之具有供給壓空之壓空供給口24c之圓筒狀外殼構件24，設於中空心軸22上方之推力軸承25a及設於中空心軸22之中央部之向心軸承25b，設於上述中空心軸22之下方部作為中空心軸旋轉驅動機構之內裝式電動機27、編碼器28及於中空心軸22下端連接之旋轉接頭29，及，介以該旋轉接頭29作為對上述中空心軸22管內之流體減壓之減壓機構之真空泵，作為對中空心軸管內加壓之加壓氣體供給機構之壓縮機及向上述中空心軸22管內供給純水之給水泵所接續之管22a、22b。
中空心軸22及圓筒狀襯套23之素材，宜為氮化矽、氮化碳、氧化矽、氧化鋁、氧化鋯等陶瓷，亦可為先前之不銹鋼或於鍍鉻鋼製心軸表面以陶瓷化學蒸鍍為100~500μm厚表面塗層者。
於上述推力軸承25a之水通路，從所設之8處純水供給噴嘴25a1 供給純水，從排出管25a2 排水。於向心軸承25b之水通路23a，從上述水供給口24a供給水，從減壓排出口24b排水。內裝式電動機27之冷卻水，從給水口26a給水，從排水口26b排水。使內裝式電動機27冷卻之冷卻水，從給水口26a給水，從排水口26b排水。
工件(基板)，載置於多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺21上，運轉真空泵使工件於多孔陶瓷製工作臺21上位置固定，然後，由內裝式電動機27使中空心軸22於水平方向旋轉。中空心軸22之旋轉數可達500rpm，基板研磨時，所利用之旋轉數為50~200rpm。
使用圖1所示之基板之平面研磨裝置100對基板進行平坦化研磨加工之步驟說明如下。
1) 使用搬送機器人或搬送板將基板載置於多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺21上，然後，運轉真空泵對多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺底面之減壓室21a減壓，將基板固定於多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺21上。
2) 驅動內裝式電動機27使中空心軸22旋轉。
3) 驅動使處於待機位置之研磨頭1垂下固定之固定板6之固定板昇降機構7三台之滾珠螺桿72使固定板6上昇後，固定板昇降機構7之聯軸器母構件73與聯軸器公構件74所形成之空間70內藉由一台微伺服電動機82之驅動使可進退移動之滾珠螺桿81之前端所安裝之楔子83進入同時藉由驅動其他兩台滾珠螺桿81使可進退移動之滾珠螺桿81之前端所安裝之楔子83後退，然後，驅動滾珠螺桿72下壓聯軸器公構件74使該公構件底面與楔子83上面抵接以進行固定板6底面與多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺21表面間之高度設定。藉由固定板昇降機構7之滾珠螺桿驅動電動機71之驅動使固定板6下降，藉由固定板6下面所設之固定板嵌合板79b底面嵌入上述聯軸器公構件74上面使固定板6底面與多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺21間之高度固定。換言之，相對於磨石軸13之多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺21表面之傾斜角度被固定。
4) 磨石軸13由內裝式電動機16驅動旋轉之同時使固定板昇降機構7之滾珠螺桿72下降以使杯形砂輪型金剛石研磨磨石14於旋轉基板面滑擦，開始基板之研磨切入。此時，向杯形砂輪型金剛石研磨磨石14之法蘭14b上方溝內從供給噴嘴14c供給研磨液，研磨液經由斜設於法蘭壁之貫通孔向基板表面供給，冷卻杯形砂輪型金剛石研磨磨石14之磨石刃14a與基板。用於基板之切入之磨石軸下方輸入係藉由旋轉/直線運動複合致動機構之磨石軸輸送進行。
5) 研磨期間，藉由2點式過程指示器91測定基板之厚度，因係基於該厚度值確定相對於磨石軸13之基板表面之傾斜角之磨石軸傾斜程式所指示之固定板6之高度位置，故藉由上昇上述之固定板昇降機構7之滾珠螺桿72使固定板6若干上昇以使母構件73與公構件74之空間70之高度若干擴大，隨後，藉由二台微伺服電動機82之驅動使可進退移動之滾珠螺桿81之前端所安裝之楔子83進入之同時藉由另一台微伺服電動機82之驅動使可進退移動之滾珠螺桿81之前端所安裝之楔子83後退，然後，驅動滾珠螺桿72下壓聯軸器公構件74使該公構件底面與楔子83上面抵接以進行固定板6底面與多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺21表面間之高度設定。藉由固定板昇降機構7之滾珠螺桿驅動電動機71之驅動使固定板6下降或上昇，藉由固定板6下面所設之固定嵌合板79b底面嵌入上述聯軸器公構件74上面使固定板6底面與多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺21間之高度固定，相對於旋轉夾頭工作臺21表面之磨石軸6之傾斜角度為0度或暫時接近於0度。
6) 進行角度調整之磨石軸13係藉由固定板昇降機構7之滾珠螺桿72之下降進行，使杯形砂輪型金剛石研磨磨石14之磨石刃14a接觸於基板表面，藉由磨石刃14a再次開始基板表面之滑擦。用於基板之切入之磨石軸下方輸入係藉由旋轉/直線運動複合致動機構之磨石軸輸送進行。
7) 重複上述之5)步驟之基板厚度測定與磨石軸傾斜角度調整，及6)步驟之基板滑擦。基板之厚度接近所希望之最終厚度，或，到達最終厚度時，使相對於磨石軸13之基板表面之傾斜角度成為0度(固定板6底面或杯形砂輪型金剛石研磨磨石之環狀磨石刃14a群之底面，與基板之水平方向表面或機框基礎9a表面平行)之方式暫時減少磨石軸傾斜角度。
8) 基板之研磨加工結束後，藉由上昇固定板昇降機構7之滾珠螺桿72使研磨頭1向上方後退返回至遠離研磨加工基板之待機位置。於研磨頭待機位置，使用線性傳感器84測定距離固定板6底面之距離，確認相對於磨石軸13之基板表面之傾斜角度是否為0度。若非0度時，調整固定板昇降機構7之3根滾珠螺桿72之昇降，使相對於磨石軸13之基板表面之傾斜角度調整為0度。
9)多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺21之旋轉停止後，使真空泵之運轉停止，然後，向多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺21底面供給加壓水使研磨加工基板之從多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺21表面之基板剝離易於進行。
10)藉由搬送機器人或搬送板吸著研磨加工基板，將研磨加工基板從多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺21表面向下一加工步驟移送。
11)藉由未圖示之多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺洗淨機器將多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺21表面洗淨後，從多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺底面21a使加壓水以0.1~0.5秒閃噴(噴射)將多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺洗淨。
[產業上之利用可能性]
本發明之基板之研磨裝置100，因相對於磨石軸13之基板表面之傾斜角度調整係配備使磨石頭1垂下之於固定板6下面之三處具備運動聯軸器、滾珠螺桿(昇降缸體桿)之3台固定板昇降機構進行，故基板研磨時，固定板之荷重亦通過磨石於基板表面承擔負荷，成為高剛性之平面研磨裝置。因此，即使基板徑為大至450mm之工件亦可得到平坦性優良之研磨加工基板。
1．．．研磨頭
2．．．工件夾頭旋轉工作臺機構
6．．．研磨頭之固定板
7．．．固定板昇降機構
9．．．機框
9a．．．機框基礎
13．．．磨石軸
14．．．杯形砂輪型磨石
14c．．．研磨液供給噴嘴
15．．．圓筒狀外殼
18．．．旋轉/直線運動複合致動機構
21．．．多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺
22．．．中空心軸
23．．．氮化碳陶瓷製圓筒狀襯套
23a,25al ．．．水通路
24．．．圓筒狀外殼構件
25a．．．推力軸承
25b．．．向心軸承
27．．．內裝式電動機
28．．．編碼器
29．．．旋轉接頭
70．．．空間
71．．．滾珠螺桿驅動電動機
72．．．滾珠螺桿
73．．．聯軸器母構件
74．．．聯軸器公構件
76．．．編碼器
79a．．．固定具
79b．．．固定嵌合板
81．．．滾珠螺桿
82．．．微伺服電動機
83．．．楔子
84．．．線性傳感器
85．．．高度位置測定傳感器
91．．．2點式過程指示器
100．．．平面研磨裝置
圖1係本發明之平面研磨裝置之重要部份之立體圖。
圖2係平面研磨裝置之斷面圖。
圖3係平面研磨裝置之俯視圖。
圖4係平面研磨裝置之水平方向斷面圖。
圖5係平面研磨裝置之俯視圖。
圖6係固定板昇降機構之運動聯軸器部之正面斷面圖。
圖7係固定板昇降機構之運動聯軸器部之俯視圖。
圖8係固定板昇降機構之運動聯軸器部之側面圖。
圖9係固定板昇降機構之聯軸器部所安裝之高度位置測定變位傳感器之正面圖。
圖10係研磨頭之斷面圖。
圖11係工件夾頭旋轉工作臺機構之斷面圖。
1．．．研磨頭
2．．．工件夾頭旋轉工作臺機構
6．．．研磨頭之固定板
7．．．固定板昇降機構
9．．．機框
9a．．．機框基礎
14．．．杯形砂輪型磨石
15．．．圓筒狀外殼
21．．．多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺
27．．．內裝式電動機
29．．．旋轉接頭
71．．．滾珠螺桿驅動電動機
72．．．滾珠螺桿
73．．．聯軸器母構件
76．．．編碼器
79a．．．固定具
79b．．．固定嵌合板
83．．．楔子
85．．．高度位置測定傳感器
100．．．平面研磨裝置

Claims (2)

  1. 一種基板平面研磨裝置，其係具備：將可旋轉/直線運動之磨石軸所軸承之杯形砂輪型磨石由靜壓軸承與磁性軸承支持成可旋轉及直線運動之研磨頭；使上述磨石軸旋轉/直線運動之旋轉/直線運動複合致動機構；使該磨石軸呈垂直方向般於下面中央位置固定研磨頭之固定板；於上述研磨頭之下方所設之多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺由中空心軸所軸承，且該中空心軸由靜壓軸承所軸承，且使上述多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺之水平方向表面平行於由上述磨石軸所軸承之杯形砂輪型磨石底面之方式設置之工件夾頭旋轉工作臺機構；及，相對於在垂直方向具備上述磨石軸之固定板下面之中心點在正三角形或等腰三角形之頂點位置之三處具備使上述固定板上下移動之運動聯軸器與缸體桿之3台固定板昇降機構；其中，上述固定板昇降機構係由以下所構成：於工件夾頭旋轉工作臺機構之機框基礎表面所固定之於中央具有滾珠螺桿貫通之孔之斷面V形狀之聯軸器母構件；於中央具有滾珠螺桿貫通之孔，於上述聯軸器母構件之V凹部內面壁嵌合之底部斷面形狀為V形狀之聯軸器公構件；將上述聯軸器母構件之貫通孔及聯軸器公構件之貫通孔於鉛直線上貫通設置之滾珠螺桿，其下端於工件夾頭旋轉工作臺機構之機框基礎之底部藉由固定具可旋轉驅動地固定，其上端於研磨頭之固定板之下面藉由固定嵌合板可旋轉驅動地固定，滾珠螺桿之上端側安裝有滾珠螺 桿驅動電動機及編碼器及滾珠螺桿螺合體之滾珠螺桿；及，上述聯軸器母構件之V凹部與上述聯軸器公構件之底面所構成之空間內藉由微伺服電動機之驅動可進退移動地於滾珠螺桿之前端所安裝之楔子；其係可藉由該楔子與上述聯軸器公構件之底面之接觸而決定固定板高度位置之固定板高度位置調整機構。
  2. 如請求項1之基板平面研磨裝置，其中，由靜壓軸承所支持之磨石軸，介以磁性軸承與水靜壓軸承產生彼此兼用部分般複合化之複合軸承進行支持，軸承多孔陶瓷製旋轉夾頭工作臺之中空心軸由水靜壓軸承進行支持。
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