JP2000317825A - Polishing apparatus including attitude control device for substrate holding device - Google Patents
Polishing apparatus including attitude control device for substrate holding deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等の
基板を研磨して平坦化する際に基板を保持する基板保持
装置および該基板保持装置を具備したポリッシング装置
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a substrate holding apparatus for holding a substrate such as a semiconductor wafer when polishing and flattening the substrate, and a polishing apparatus having the substrate holding apparatus.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、半導体デバイスの高集積化が進む
につれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭く
なりつつある。特に０．５μｍ以下の光リソグラフィの
場合、焦点深度が浅くなるためステッパの結像面の平坦
度を必要とする。そこで、半導体ウエハの表面を平坦化
することが必要となるが、この平坦化法の一手段として
ポリッシング装置により研磨することが行われている。2. Description of the Related Art In recent years, as the degree of integration of semiconductor devices has increased, circuit wiring has become finer, and the distance between wirings has become smaller. In particular, in the case of optical lithography of 0.5 μm or less, the depth of focus becomes shallow, so that the image plane of the stepper needs to be flat. Therefore, it is necessary to flatten the surface of the semiconductor wafer. As one means of this flattening method, polishing is performed by a polishing apparatus.
【０００３】従来、この種のポリッシング装置は、ター
ンテーブルとトップリングとを有し、トップリングが一
定の圧力をターンテーブルに与え、ターンテーブルとト
ップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて、
砥液を供給しつつ該ポリッシング対象物の表面を平坦且
つ鏡面に研磨している。Conventionally, this type of polishing apparatus has a turntable and a top ring, and the top ring applies a constant pressure to the turntable, and an object to be polished is interposed between the turntable and the top ring. ,
The surface of the object to be polished is polished flat and mirror-finished while supplying a polishing liquid.
【０００４】上述したポリッシング装置において、研磨
中のポリッシング対象物と研磨布との間の相対的な押圧
力がポリッシング対象物の全面に亘って均一でないと、
各部分の押圧力に応じて研磨不足や過研磨が生じてしま
う。そのため、従来のポリッシング装置においては、図
１８に示すように、トップリング駆動軸５１の先端に球
面部５２を一体に形成し、ポリッシング対象物である半
導体ウエハ５３を保持するトップリング５４の上面に前
記球面部５２を収容する球面座５５を形成し、トップリ
ング５４を駆動軸５１に対して傾動可能に構成し、トッ
プリング５４をターンテーブル１６の傾きに自動的に倣
うようにしている。これによって、トップリング５４の
ウエハ保持面５４ａとターンテーブル１６の上面との平
行度を保ち、半導体ウエハ５３とターンテーブル１６に
貼設された研磨布５７との相対的な押圧力をウエハの全
面に亘って均一になるようにしている。なお、トップリ
ング駆動軸と球面部とを分離してトップリング駆動軸と
球ベアリング（ボール）とし、トップリング駆動軸とト
ップリングとの間に球ベアリングを介装したものも提案
されている（特開平６−１９８５６１）。In the above-described polishing apparatus, if the relative pressing force between the polishing object being polished and the polishing cloth is not uniform over the entire surface of the polishing object,
Under-polishing or over-polishing occurs depending on the pressing force of each part. Therefore, in the conventional polishing apparatus, as shown in FIG. 18, a spherical portion 52 is integrally formed at the tip of a top ring drive shaft 51, and the top surface of a top ring 54 for holding a semiconductor wafer 53 to be polished is formed. A spherical seat 55 for accommodating the spherical portion 52 is formed, the top ring 54 is configured to be tiltable with respect to the drive shaft 51, and the top ring 54 automatically follows the inclination of the turntable 16. Thereby, the parallelism between the wafer holding surface 54a of the top ring 54 and the upper surface of the turntable 16 is maintained, and the relative pressing force between the semiconductor wafer 53 and the polishing pad 57 stuck on the turntable 16 is reduced over the entire surface of the wafer. To be uniform. A top ring drive shaft and a spherical portion are separated into a top ring drive shaft and a ball bearing (ball), and a ball bearing is interposed between the top ring drive shaft and the top ring. JP-A-6-198561).
【０００５】しかしながら、上述の装置においては、研
磨中に駆動軸５１からトップリング５４を介して半導体
ウエハ５３に押圧力Ｆが加えられるため、半導体ウエハ
５３と研磨布５７との接触面に摩擦力μＦ（μ：摩擦係
数）を生じ、接触面からトップリング５４の傾動中心Ｏ
までの高さＨによってトップリング５４を傾けようとす
る回転モーメントＭ＝μＦＨが生じ、研磨方向の前側の
部分で半導体ウエハ５３が研磨布５７の表層に「突っ込
む」現象が発生する。すなわち、半導体ウエハの全面を
研磨布に均一に押圧することができないという欠点があ
った。このモーメントＭを０にするためには、傾動中心
の高さＨを０にする必要があり、このため傾動中心がポ
リッシング対象物と研磨布との接触面上に位置する球面
軸受を採用した装置も提案されている。However, in the above-described apparatus, since the pressing force F is applied to the semiconductor wafer 53 from the drive shaft 51 via the top ring 54 during polishing, frictional force is applied to the contact surface between the semiconductor wafer 53 and the polishing cloth 57. μF (μ: coefficient of friction), and the tilt center O of the top ring 54 from the contact surface
Due to the height H, a rotational moment M = μFH for tilting the top ring 54 is generated, and a phenomenon that the semiconductor wafer 53 “thrusts” into the surface layer of the polishing pad 57 in the front portion in the polishing direction occurs. That is, there is a drawback that the entire surface of the semiconductor wafer cannot be pressed uniformly to the polishing cloth. In order to reduce the moment M to zero, it is necessary to set the height H of the tilt center to zero. Therefore, a device using a spherical bearing whose tilt center is located on the contact surface between the object to be polished and the polishing cloth is used. Has also been proposed.
【０００６】ポリッシング対象物と研磨布との接触面上
に傾動中心を位置させれば、摩擦力に起因するトップリ
ングを傾けようとする回転モーメントＭは、０になり、
理論的には、トップリングとターンテーブルとの平行度
は維持されるはずである。しかしながら、研磨作用に寄
与する研磨布の上面、即ち、研磨面は、その全面が平坦
というわけではないため、ターンテーブルの回転によっ
て研磨面に微小なうねりが形成される。トップリングは
研磨面のうねりに追従して傾動しようとするため、傾動
時の慣性力等に起因してトップリングが過度に傾動しす
ぎたり、あるいはトップリングの動きが不安定となって
しまい、この結果、ポリッシング対象物に不均一な研磨
圧力の面圧分布状態が生ずるという問題点があった。If the tilting center is located on the contact surface between the object to be polished and the polishing cloth, the rotational moment M for tilting the top ring caused by the frictional force becomes zero,
Theoretically, the parallelism between the top ring and the turntable should be maintained. However, the upper surface of the polishing cloth that contributes to the polishing action, that is, the polished surface is not entirely flat, so that a slight undulation is formed on the polished surface by the rotation of the turntable. Since the top ring tries to tilt following the undulation of the polished surface, the top ring excessively tilts due to the inertia force at the time of tilting, or the movement of the top ring becomes unstable, As a result, there is a problem that a non-uniform surface pressure distribution state of the polishing pressure is generated on the object to be polished.
【０００７】上述の問題点を解決するため、本件出願人
は、特開平１０−５８３０８号公報において、トップリ
ングの回転軸をスラスト磁気軸受とラジアル磁気軸受に
より支持する磁気軸受装置と、この磁気軸受装置を制御
することによりトップリングのターンテーブルに対する
姿勢を制御する姿勢制御手段を備えたポリッシング装置
を提案した。これにより、磁気軸受装置の制御機構を応
用してトップリングの姿勢を制御することにより、ポリ
ッシング対象物の被研磨面の研磨圧力の面圧分布を最適
の状態にして研磨を行い、平坦度の高い研磨を行おうと
するものである。In order to solve the above-mentioned problems, the present applicant has disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-58308 a magnetic bearing device in which a rotating shaft of a top ring is supported by a thrust magnetic bearing and a radial magnetic bearing, We have proposed a polishing apparatus with attitude control means for controlling the attitude of the top ring with respect to the turntable by controlling the apparatus. Thus, by controlling the attitude of the top ring by applying the control mechanism of the magnetic bearing device, the polishing is performed with the surface pressure distribution of the polishing pressure on the surface to be polished of the object to be polished in an optimum state, and the flatness is reduced. It is intended to perform high polishing.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１０−５８３０８号公報に記載の装置においては、トッ
プリングの回転軸を磁気軸受装置によって完全に支承す
る構成を採用しているため、以下に列挙する問題点があ
る。However, the apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-58308 employs a configuration in which the rotating shaft of the top ring is completely supported by a magnetic bearing device. There is a problem to do.
【０００９】１）ポリッシング対象物をターンテーブル
の研磨面に対して押し付ける押圧力をアキシャル磁気軸
受で支持するため、非常に大きな磁気力を発生させる必
要があり、その結果、大きな磁気軸受が必要となる。1) Since a pressing force for pressing the object to be polished against the polished surface of the turntable is supported by the axial magnetic bearing, it is necessary to generate a very large magnetic force. As a result, a large magnetic bearing is required. Become.
【００１０】２）トップリングを回転させる駆動モータ
も磁気軸受装置を内蔵するケーシング内に収容せざるを
得ず、この駆動モータも大きなトルクを発生できるもの
が必要なため、磁気軸受装置および駆動モータを含めた
全体機構に相当大きなものが必要となる。2) A drive motor for rotating the top ring must be accommodated in a casing containing a magnetic bearing device, and the drive motor must be capable of generating a large torque. Therefore, a considerably large mechanism is required including the above.
【００１１】３）ポリッシング対象物のトップリングへ
の着脱にはトップリングの上下動が不可欠であるが、上
述の磁気軸受装置と駆動モータとトップリングとを含む
全体のユニットを上下動させる必要があり、この上下動
させる機構自体も大型のものを必要とする。3) The vertical movement of the top ring is indispensable for attaching and detaching the object to be polished to and from the top ring, but it is necessary to vertically move the entire unit including the magnetic bearing device, the driving motor and the top ring. In addition, the mechanism itself for moving up and down requires a large one.
【００１２】本発明は、磁気軸受装置によってトップリ
ングの回転軸を支承する方式が有する上述の１）〜３）
の問題点を解決し、ポリッシング対象物である基板を保
持するためのトップリングの姿勢を制御することにより
ポリッシング対象物の被研磨面の面圧分布を最適の状態
にして研磨を行うことができる基板保持装置を備えたポ
リッシング装置を提供することを目的とする。According to the present invention, there is provided a method of supporting a rotating shaft of a top ring by using a magnetic bearing device.
By solving the above problem and controlling the posture of the top ring for holding the substrate to be polished, polishing can be performed with the surface pressure distribution of the surface to be polished of the object to be polished in an optimum state. An object of the present invention is to provide a polishing apparatus provided with a substrate holding device.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ため、本発明のポリッシング装置は、研磨面を有するタ
ーンテーブルと、ポリッシング対象物である基板を保持
してターンテーブル上の研磨面に押圧する基板保持装置
とを備えたポリッシング装置において、基板保持装置
が、前記基板を保持するトップリング本体と、該トップ
リング本体をターンテーブルの研磨面に対して押圧する
押圧手段と、前記トップリング本体の姿勢を電磁気力に
よって制御する姿勢制御手段とを設けたことを特徴とす
るものである。In order to achieve the above-mentioned object, a polishing apparatus according to the present invention comprises a turntable having a polished surface and a substrate to be polished, which is pressed against the polished surface on the turntable. A polishing apparatus, comprising: a top ring main body that holds the substrate; pressing means that presses the top ring main body against a polishing surface of a turntable; and the top ring main body. And posture control means for controlling the posture of the vehicle by electromagnetic force.
【００１４】押圧手段を、前記トップリングに回転を与
えるための駆動軸とし、該駆動軸とトップリングとが継
手を介して相互に傾動可能に連結されているようにする
ことができる。The pressing means may be a drive shaft for imparting rotation to the top ring, and the drive shaft and the top ring may be connected to each other via a joint so as to be tiltable.
【００１５】基板保持装置が、駆動軸をその軸線を中心
に回転可能に支持するフレームを有し、姿勢制御装置
が、フレームに固定された電磁石装置と、トップリング
に固定され、電磁石装置の磁力により動かされるアーマ
チャーとを有するものとすることができる。The substrate holding device has a frame for supporting the drive shaft rotatably about its axis, and the attitude control device is fixed to the frame and an electromagnet device fixed to the top ring. And an armature driven by the armature.
【００１６】また、電磁式姿勢制御装置が、トップリン
グの姿勢を検知し、それに基づき当該姿勢をフィードバ
ック制御するようにすることもできる。Further, the electromagnetic attitude control device may detect the attitude of the top ring and perform feedback control of the attitude based on the detected attitude.
【００１７】更に、トップリングの周囲に押圧リングを
上下動自在に配置し、押圧リングを研磨面に対して可変
の押圧力で押圧する押圧手段を設け、押圧リングをベア
リングを介してトップリングに支持させ、当該押圧リン
グを非回転状態に維持しながら、トップリングの回転を
許容するようにしたものとすることもできるまた、トッ
プリングの、基板を保持する保持面が、当該トップリン
グにかけられる流体圧によって研磨面に対して変位可能
とされ、かつ、トップリングの周囲にリテーナリングを
有し、該リテーナリングが研磨面に対して、トップリン
グとは独立に、押圧可能としたものとすることもでき
る。Further, a pressing ring is disposed around the top ring so as to be vertically movable, and pressing means for pressing the pressing ring with a variable pressing force against the polishing surface is provided. The pressing ring is attached to the top ring via a bearing. It is possible to allow the top ring to rotate while supporting the pressing ring in a non-rotating state.Also, the holding surface of the top ring that holds the substrate is hung on the top ring. Displaceable with respect to the polishing surface by fluid pressure, and having a retainer ring around the top ring, the retainer ring can be pressed against the polishing surface independently of the top ring. You can also.
【００１８】本発明によれば、電磁気力を応用してポリ
ッシング対象物である基板を保持するトップリングの姿
勢を制御することにより、被研磨面に加わる押圧力の面
圧分布を最適の状態にして研磨を行い、平坦度の高い研
磨を行うことができる。According to the present invention, the surface pressure distribution of the pressing force applied to the surface to be polished is optimized by controlling the posture of the top ring holding the substrate to be polished by applying electromagnetic force. The polishing can be performed with high flatness.
【００１９】[0019]
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るポリッシング
装置の実施の形態を図１乃至図１０を参照して説明す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a polishing apparatus according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
【００２０】図１はポリッシング装置の第１の実施形態
の全体構成を示す縦断面図であり、図２は当該ポリッシ
ング装置における基板保持装置の要部断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the entire structure of a first embodiment of a polishing apparatus, and FIG. 2 is a sectional view of a principal part of a substrate holding device in the polishing apparatus.
【００２１】図１および図２に示すように、ポリッシン
グ装置は、上面に研磨布２を貼ったターンテーブル１
と、基板である半導体ウエハ３を保持し研磨布２に押圧
するための基板保持装置５とを備えている。基板保持装
置５は、半導体ウエハ３を保持するためのトップリング
６と、トップリング６を支持しかつトップリング６に押
圧力と回転駆動力とを与えるトップリング駆動軸７と、
トップリング駆動軸７からトップリング６へ互いの傾動
を許容しつつ押圧力を伝達する自在継手部８と、トップ
リング６の姿勢を制御する姿勢制御装置１１とから構成
されている。また、ターンテーブル１の上方には砥液供
給ノズル６０が設置されており、砥液供給ノズル６０に
よってターンテーブル１上の研磨布２上に研磨砥液が供
給されるようになっている。研磨布２の上面は半導体ウ
エハ３の被研磨面と摺接する研磨面を構成している。As shown in FIGS. 1 and 2, the polishing apparatus is a turntable 1 having a polishing cloth 2 adhered to the upper surface thereof.
And a substrate holding device 5 for holding the semiconductor wafer 3 as a substrate and pressing the semiconductor wafer 3 against the polishing pad 2. The substrate holding device 5 includes a top ring 6 for holding the semiconductor wafer 3, a top ring drive shaft 7 that supports the top ring 6 and applies a pressing force and a rotational driving force to the top ring 6,
It comprises a universal joint portion 8 that transmits a pressing force while allowing the top ring drive shaft 7 to tilt from the top ring 6 and a posture control device 11 that controls the posture of the top ring 6. A polishing liquid supply nozzle 60 is provided above the turntable 1 so that the polishing liquid is supplied onto the polishing cloth 2 on the turntable 1 by the polishing liquid supply nozzle 60. The upper surface of the polishing cloth 2 forms a polishing surface that is in sliding contact with the surface to be polished of the semiconductor wafer 3.
【００２２】トップリング６は、図２に示すように、下
部の保持板９Ａと上部の上部板９Ｂとからなるトップリ
ング本体９と、トップリング本体９の外周部に固定され
たリテーナリング１０とからなり、トップリング６はト
ップリング本体９の下面の基板保持面によって半導体ウ
エハ３の上面を保持し、リテーナリング１０によって半
導体ウエハ３の外周部を保持するようになっている。ト
ップリング本体９の下面には弾性マット６１１が貼着さ
れている。As shown in FIG. 2, the top ring 6 includes a top ring main body 9 composed of a lower holding plate 9A and an upper upper plate 9B, and a retainer ring 10 fixed to an outer peripheral portion of the top ring main body 9. The top ring 6 holds the upper surface of the semiconductor wafer 3 by the substrate holding surface on the lower surface of the top ring main body 9, and holds the outer peripheral portion of the semiconductor wafer 3 by the retainer ring 10. An elastic mat 611 is attached to the lower surface of the top ring body 9.
【００２３】また図２に示すように、トップリング本体
９は、保持板９Ａと上部板９Ｂとの間に間隙Ｇを有して
おり、この間隙Ｇに真空、加圧空気、水等の液体が供給
できるようになっている。トップリング本体９は間隙Ｇ
と連通して下面に開口する多数の連通孔（図示せず）を
有している。弾性マット６１１も同様に前記連通孔に対
向した位置に開口を有している。これによって、半導体
ウエハ３の上面を真空によって吸着可能であり、又、半
導体ウエハ３の上面に液体又は加圧空気を供給できるよ
うになっている。As shown in FIG. 2, the top ring body 9 has a gap G between the holding plate 9A and the upper plate 9B, and the gap G is filled with a liquid such as vacuum, pressurized air, or water. Can be supplied. The top ring body 9 has a gap G
And a large number of communication holes (not shown) which are opened on the lower surface in communication with the communication port. The elastic mat 611 also has an opening at a position facing the communication hole. Thus, the upper surface of the semiconductor wafer 3 can be suctioned by vacuum, and a liquid or pressurized air can be supplied to the upper surface of the semiconductor wafer 3.
【００２４】前記トップリング駆動軸７は、図１に示す
ように、トップリングヘッド２１に固定されたトップリ
ング用エアシリンダ２２に連結されており、このトップ
リング用エアシリンダ２２によってトップリング駆動軸
７は上下動し、トップリング６の下端面に保持された半
導体ウエハ３をターンテーブル１に押圧するようになっ
ている。As shown in FIG. 1, the top ring drive shaft 7 is connected to a top ring air cylinder 22 fixed to a top ring head 21. 7 moves up and down, and presses the semiconductor wafer 3 held on the lower end surface of the top ring 6 against the turntable 1.
【００２５】また、トップリング駆動軸７はキー（図示
せず）を介して回転筒２３に連結されており、この回転
筒２３はその外周部にタイミングプーリ２４を有してい
る。そして、タイミングプーリ２４は、タイミングベル
ト２５を介して、トップリングヘッド２１に固定された
トップリング用モータ２６に設けられたタイミングプー
リ２７に接続されている。したがって、トップリング用
モータ２６を回転駆動することによってタイミングプー
リ２７、タイミングベルト２５およびタイミングプーリ
２４を介して回転筒２３およびトップリング駆動軸７が
一体に回転し、トップリング６が回転する。トップリン
グヘッド２１は、フレームに固定支持されたトップリン
グヘッドシャフト２９によって支持されている。The top ring drive shaft 7 is connected to a rotary cylinder 23 via a key (not shown), and the rotary cylinder 23 has a timing pulley 24 on its outer periphery. The timing pulley 24 is connected via a timing belt 25 to a timing pulley 27 provided on a top ring motor 26 fixed to the top ring head 21. Therefore, when the top ring motor 26 is rotationally driven, the rotary cylinder 23 and the top ring drive shaft 7 rotate integrally via the timing pulley 27, the timing belt 25 and the timing pulley 24, and the top ring 6 rotates. The top ring head 21 is supported by a top ring head shaft 29 fixedly supported on a frame.
【００２６】一方、トップリング駆動軸７からトップリ
ング６へ互いの傾動を許容しつつ押圧力を伝達する自在
継手部８は、トップリング６とトップリング駆動軸７の
互いの傾動を可能とする球面軸受機構４０と、トップリ
ング駆動軸７の回転をトップリング本体９に伝達する回
転伝達機構４５とを有している。球面軸受機構４０は、
トップリング駆動軸７の下端に固定された駆動フランジ
４１の下面の中央に形成された球面状凹部４１ａと、上
部板９Ｂの上面の中央に形成された球面状凹部９ａと、
両凹部４１ａ，９ａ間に介装されたセラミックスのよう
な高硬度材料からなるベアリングボール４２とから構成
されている。On the other hand, the universal joint portion 8 which transmits the pressing force while allowing the top ring drive shaft 7 to tilt from the top ring 6 to each other allows the top ring 6 and the top ring drive shaft 7 to tilt each other. It has a spherical bearing mechanism 40 and a rotation transmission mechanism 45 for transmitting the rotation of the top ring drive shaft 7 to the top ring body 9. The spherical bearing mechanism 40
A spherical concave portion 41a formed in the center of the lower surface of the drive flange 41 fixed to the lower end of the top ring drive shaft 7, a spherical concave portion 9a formed in the center of the upper surface of the upper plate 9B,
A bearing ball 42 made of a high-hardness material such as ceramics is interposed between the concave portions 41a and 9a.
【００２７】回転伝達機構４５は、駆動フランジ４１に
固定された駆動ピン（図示せず）と上部板９Ｂに固定さ
れた被駆動ピン（図示せず）とから構成され、トップリ
ング本体９が傾いても、被駆動ピンと駆動ピンは相対的
に上下方向に移動可能であるため、互いの接触点をずら
して係合し、トップリング駆動軸７の回転トルクをトッ
プリング本体９に確実に伝達する。The rotation transmitting mechanism 45 includes a driving pin (not shown) fixed to the driving flange 41 and a driven pin (not shown) fixed to the upper plate 9B, and the top ring body 9 is inclined. However, since the driven pin and the driving pin are relatively movable in the vertical direction, the driven pin and the driving pin are displaced from each other and engaged with each other, so that the rotational torque of the top ring drive shaft 7 is reliably transmitted to the top ring main body 9. .
【００２８】次に、トップリング６の姿勢を制御する姿
勢制御装置１１を図２乃至図６を参照して説明する。図
２は前述したように基板保持装置の要部断面図であり、
図３は図２のIII−III線矢視図であり、図４は図３のIV
−IV線断面図である。Next, an attitude control device 11 for controlling the attitude of the top ring 6 will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a sectional view of a main part of the substrate holding device as described above.
FIG. 3 is a view taken along line III-III in FIG. 2, and FIG.
FIG. 4 is a sectional view taken along line IV.
【００２９】図２および図３に示すように、姿勢制御装
置１１は、トップリングヘッド２１に固定された電磁石
コア１２と、電磁石コア１２より半径方向の外方に向け
て突出する４つの磁極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ
と、これら磁極１２ａ〜１２ｄに巻装された４つの電磁
コイル１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄと、磁極１２ａ
〜１２ｄにギャップを有して対向した円筒状のアーマチ
ャー１４とから構成されている。アーマチャー１４はト
ップリング本体９に固定されている。As shown in FIGS. 2 and 3, the attitude control device 11 includes an electromagnet core 12 fixed to a top ring head 21 and four magnetic poles 12 a protruding radially outward from the electromagnet core 12. , 12b, 12c, 12d
And four electromagnetic coils 13a, 13b, 13c, 13d wound around these magnetic poles 12a to 12d, and a magnetic pole 12a.
And a cylindrical armature 14 opposed to 12-12d with a gap. The armature 14 is fixed to the top ring body 9.
【００３０】図４に示すように、各磁極１２ａ〜１２ｄ
は、コ字形断面を有し、コ字形部の上部側に電磁コイル
１３ａ〜１３ｄが巻装されている。尚、電磁コイルは、
図２に示すように磁極１２の下側にコイルを巻いてもよ
い。磁極１２ａ〜１２ｄおよびアーマチャー１４はパー
マロイ（登録商標）等の磁性材によって構成されてい
る。電磁コイル１３ａはＸ軸正方向側に配置され、電磁
コイル１３ｂはＸ軸負方向側に配置されている。また電
磁コイル１３ｃはＹ軸正方向側に配置され、電磁コイル
１３ｄはＹ軸負方向側に配置されている。またＸ軸およ
びＹ軸に対して４５゜傾いた２つの軸Ｐ，Ｑ上には、上
下２個の変位センサが対となった４対の変位センサ１５
ａ１，１５ａ２；１５ｂ１，１５ｂ２；１５ｃ１，１５
ｃ２；１５ｄ１，１５ｄ２が配置されている。各変位セ
ンサ対は、センサホルダ１７により保持されている。As shown in FIG. 4, each of the magnetic poles 12a to 12d
Has a U-shaped cross section, and electromagnetic coils 13a to 13d are wound around the upper side of the U-shaped portion. In addition, the electromagnetic coil
A coil may be wound below the magnetic pole 12 as shown in FIG. The magnetic poles 12a to 12d and the armature 14 are made of a magnetic material such as Permalloy (registered trademark). The electromagnetic coil 13a is arranged on the X-axis positive direction side, and the electromagnetic coil 13b is arranged on the X-axis negative direction side. The electromagnetic coil 13c is arranged on the Y axis positive direction side, and the electromagnetic coil 13d is arranged on the Y axis negative direction side. On two axes P and Q inclined by 45 degrees with respect to the X axis and the Y axis, four pairs of displacement sensors
a1, 15a2; 15b1, 15b2; 15c1, 15
c2; 15d1 and 15d2 are arranged. Each displacement sensor pair is held by a sensor holder 17.
【００３１】図５は、姿勢制御装置１１を制御する制御
部の機能構成を示すブロック図である。図示するよう
に、制御部は、減算器３０及びコントローラ３１を具備
し、該減算器３０にはトップリングの姿勢の目標値と、
センサ（変位センサ１５ａ１，１５ａ２；１５ｂ１，１
５ｂ２；１５ｃ１，１５ｃ２；１５ｄ１，１５ｄ２）１
５で検出され、座標変換部３５で変換された制御対象
（トップリング６）の変位値α，βが入力され、その差
が誤差信号ｅα，ｅβとしてコントローラ３１に入力さ
れる。ここでα，βはそれぞれ図６に示すように，Ｘ軸
回りの傾き、Ｙ軸回りの傾きを示す。Ｘ軸、Ｙ軸は水平
面内に位置している。この場合、トップリング６はベア
リングボール４２を中心としてＸ軸回りの傾動およびＹ
軸回りの傾動の複合運動となる。FIG. 5 is a block diagram showing a functional configuration of a control unit for controlling the attitude control device 11. As shown in FIG. As shown in the figure, the control unit includes a subtractor 30 and a controller 31. The subtractor 30 has a target value of the attitude of the top ring,
Sensors (displacement sensors 15a1, 15a2; 15b1, 1
5b2; 15c1, 15c2; 15d1, 15d2) 1
5, the displacement values α and β of the control target (top ring 6) converted by the coordinate conversion unit 35 are input, and the difference is input to the controller 31 as error signals eα and eβ. Here, α and β indicate the inclination around the X axis and the inclination around the Y axis, respectively, as shown in FIG. The X axis and the Y axis are located in a horizontal plane. In this case, the top ring 6 is tilted around the X axis around the bearing ball 42 and Y
It becomes a compound motion of tilting around the axis.
【００３２】誤差信号ｅα，ｅβ はＰＩＤ＋局部位相
進み処理部３１−１で傾き制御及び減衰処理を受け、さ
らに振動除去のためノッチフィルタ３１−２を通って電
圧指令信号Ｖα，Ｖβ に変換される。そして座標変換
部３１−３で姿勢制御装置用の制御信号Ｖｘｕ，Ｖｙｕ
に変換されて駆動部３２に供給される。The error signals eα and eβ are subjected to tilt control and attenuation processing in a PID + local phase advance processing section 31-1, and are further converted to voltage command signals Vα and Vβ through a notch filter 31-2 for removing vibration. . Then, the control signals Vxu and Vyu for the attitude control device are output by the coordinate conversion unit 31-3.
And supplied to the drive unit 32.
【００３３】駆動部３２は電磁コイル１３ａ，１３ｂ，
１３ｃ，１３ｄとこれらを励磁する駆動回路２４で構成
されている。上記信号Ｖｘｕ，Ｖｙｕのそれぞれは各駆
動回路２４に供給され、該各駆動回路２４でアーマチャ
ー１４を図３に示すＸ，Ｙ軸の正負の方向へ変位させる
ための励磁電流Ｉｘｕ＋，Ｉｘｕ−，Ｉｙｕ＋，Ｉｙｕ
−に変換され、電磁コイル１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１
３ｄに供給され、制御対象物（トップリング６）の姿勢
を制御する。この場合、トップリング６の回転中心（ベ
アリングボール４２）と図３に示すアーマチャー１４の
Ｘ，Ｙ軸とは所定の高さ（Ｌ）離間しているため、アー
マチャー１４を図３に示すＸ，Ｙ軸の正負の方向に変位
させると、トップリング本体９、すなわちトップリング
６はベアリングボール４２を中心として水平面に対して
任意の方向に傾動することができる。The driving unit 32 includes the electromagnetic coils 13a, 13b,
13c and 13d and a drive circuit 24 for exciting them. Each of the signals Vxu and Vyu is supplied to each drive circuit 24, and in each drive circuit 24, the excitation currents Ixu +, Ixu-, and Iyu + for displacing the armature 14 in the positive and negative directions of the X and Y axes shown in FIG. , Iyu
To the electromagnetic coils 13a, 13b, 13c, 1
3d to control the attitude of the control object (top ring 6). In this case, since the center of rotation of the top ring 6 (the bearing ball 42) is separated from the X and Y axes of the armature 14 shown in FIG. 3 by a predetermined height (L), the armature 14 is moved away from the X and Y axes shown in FIG. When displaced in the positive and negative directions of the Y axis, the top ring body 9, that is, the top ring 6, can tilt in any direction with respect to the horizontal plane about the bearing ball 42.
【００３４】次に、図１乃至図６に示すように構成され
たポリッシング装置の作用を説明する。トップリングの
下面に半導体ウエハ３を保持させ、トップリング用エア
シリンダ２２を作動させてトップリング６を回転してい
るターンテーブルに向かって押圧し、回転しているター
ンテーブル１の上面の研磨布２に半導体ウエハ３を押圧
する。この場合、エアシリンダ２２からの押圧力は、ト
ップリング駆動軸７および自在継手部８を介してトップ
リング本体９に伝えられる。一方、砥液供給ノズル６０
から研磨砥液を流すことにより、研磨布２に研磨砥液が
保持されており、半導体ウエハ３の被研磨面（下面）と
研磨布２の間に研磨砥液が存在した状態でポリッシング
が行われる。トップリング駆動軸７の回転は、駆動フラ
ンジ４１に固定された駆動ピンおよびトップリング本体
９に固定された被駆動ピンを介してトップリング本体９
に伝えられる。Next, the operation of the polishing apparatus configured as shown in FIGS. 1 to 6 will be described. The semiconductor wafer 3 is held on the lower surface of the top ring, and the air cylinder 22 for the top ring is operated to press the top ring 6 toward the rotating turntable. 2 is pressed against the semiconductor wafer 3. In this case, the pressing force from the air cylinder 22 is transmitted to the top ring main body 9 via the top ring drive shaft 7 and the universal joint 8. On the other hand, the abrasive liquid supply nozzle 60
The polishing liquid is held in the polishing cloth 2 by flowing the polishing liquid from the polishing pad 2. Polishing is performed in a state where the polishing liquid is present between the polishing surface (lower surface) of the semiconductor wafer 3 and the polishing cloth 2. Will be The rotation of the top ring drive shaft 7 is performed via a drive pin fixed to the drive flange 41 and a driven pin fixed to the top ring body 9.
Conveyed to.
【００３５】上記研磨中に、半導体ウエハ３を保持する
トップリング本体９の姿勢を姿勢制御装置１１により制
御する。この場合、上述したように、トップリング本体
９の傾きを変位センサ１５（１５ａ１，１５ａ２；１５
ｂ１，１５ｂ２；１５ｃ１，１５ｃ２；１５ｄ１，１５
ｄ２）の出力を処理して検知し、ターンテーブル１の上
面、即ち研磨面のうねりに応じてトップリング本体９の
傾きを水平面に対して任意の方向に任意の角度に制御す
ることができ、トップリング本体９の基板保持面、即ち
半導体ウエハの被研磨面と研磨布２の上面、即ち研磨面
との平行度を維持し、半導体ウエハ３の被研磨面に加わ
る押し付け圧力の分布を面内均一に制御することができ
る。なお、半導体ウエハ３の被研磨面とターンテーブル
の研磨面とは、必ずしも平行でなく、わずかに相対的に
傾いた状態で維持することにより、半導体ウエハ３の被
研磨面に加わる押し付け圧力の分布を面内均一に制御で
きる場合もある。During the polishing, the attitude of the top ring body 9 holding the semiconductor wafer 3 is controlled by the attitude control device 11. In this case, as described above, the inclination of the top ring main body 9 is measured by the displacement sensor 15 (15a1, 15a2; 15).
b1, 15b2; 15c1, 15c2; 15d1, 15
The output of d2) is processed and detected, and the inclination of the top ring body 9 can be controlled to an arbitrary angle in an arbitrary direction with respect to the horizontal plane in accordance with the undulation of the upper surface of the turntable 1, ie, the polished surface, The parallelism between the substrate holding surface of the top ring body 9, that is, the polished surface of the semiconductor wafer and the upper surface of the polishing cloth 2, that is, the polished surface is maintained, and the distribution of the pressing pressure applied to the polished surface of the semiconductor wafer 3 is in-plane. It can be controlled uniformly. The distribution of the pressing pressure applied to the polished surface of the semiconductor wafer 3 is maintained by keeping the polished surface of the semiconductor wafer 3 and the polished surface of the turntable not parallel but slightly inclined. May be controlled in-plane uniformly.
【００３６】本実施形態によれば、半導体ウエハ３をタ
ーンテーブル１の研磨面に対して押し付ける押圧力は、
エアシリンダの押圧力をそのままトップリング６に伝達
することにより得るようにしている。そして、トップリ
ング６の傾きの制御のみを電磁気力を用いた姿勢制御装
置１１により行うようにしている。そのため、姿勢制御
装置１１が小型になり、簡易な構造になる。トップリン
グ６の姿勢を制御する際には、予めターンテーブル１の
上面の研磨面の状態（うねり等）を計測してコントロー
ラに入力しておき、この入力値に基づきトップリング６
の最適な姿勢を求めておく。そして、変位センサ１５に
よりトップリング６の姿勢を検知しつつ、姿勢制御装置
１１により、トップリング６の姿勢を最適な状態に制御
する。According to the present embodiment, the pressing force for pressing the semiconductor wafer 3 against the polished surface of the turntable 1 is:
The pressing force of the air cylinder is transmitted to the top ring 6 as it is. Only the inclination of the top ring 6 is controlled by the attitude control device 11 using electromagnetic force. Therefore, the attitude control device 11 is reduced in size and has a simple structure. When controlling the attitude of the top ring 6, the state of the polished surface (such as undulation) of the upper surface of the turntable 1 is measured in advance and input to the controller, and the top ring 6 is determined based on the input value.
Find the best posture for you. Then, while detecting the posture of the top ring 6 by the displacement sensor 15, the posture control device 11 controls the posture of the top ring 6 to an optimal state.
【００３７】また本実施形態によれば、半導体ウエハ３
のトップリング６への着脱を行う際には、トップリング
６とコンパクトで軽量な構造の姿勢制御装置１１とを一
体に上下動させればよいため、上下動機構は簡易なも
の、たとえばエアシリンダを用いることができる。According to the present embodiment, the semiconductor wafer 3
When the top ring 6 is attached to and detached from the top ring 6, the top ring 6 and the posture control device 11 having a compact and lightweight structure may be moved up and down integrally. Can be used.
【００３８】次に、本発明のポリッシング装置の第２の
実施の形態を図７乃至図１０を参照して説明する。図７
はポリッシング装置の縦断面図であり、図８は図７のVI
II−VIII線断面図であり、図９は図８のIX−IX線断面図
である。Next, a polishing apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG.
FIG. 8 is a vertical sectional view of the polishing apparatus, and FIG.
FIG. 9 is a sectional view taken along line II-VIII, and FIG. 9 is a sectional view taken along line IX-IX in FIG.
【００３９】第２の実施形態においては、トップリング
６および姿勢制御装置１１を含むトップリングユニット
の構成は第１の実施形態と同一であるが、ターンテーブ
ルの構成、即ちターンテーブルの姿勢を制御することが
できるようになっている点が異なっている。In the second embodiment, the configuration of the top ring unit including the top ring 6 and the attitude control device 11 is the same as that of the first embodiment, but the configuration of the turntable, that is, the attitude of the turntable is controlled. The difference is that you can do it.
【００４０】図７に示すように、ターンテーブル１０１
とモータ（図示せず）の回転軸１０２とは、上下のカッ
プリング部材１０３，１０４を介して連結されている。
下部カップリング部材１０４はモータの回転軸１０２の
上端に固定され、上部カップリング部材１０３はターン
テーブル１０１の下面に固定されている。そして、下部
カップリング部材１０４と上部カップリング部材１０３
との間には自動調芯ころ軸受１０５が配設されており、
ターンテーブル１０１と上部カップリング部材１０３と
が自動調芯ころ軸受１０５を中心として下部カップリン
グ部材１０４に対して全方向に傾くことができるように
なっている。また下部カップリング部材１０４には短柱
状のピン１０６が植設されており、このピン１０６は上
部カップリング部材１０３の係合孔１０３ａに係合して
ターンテーブル１０１が回転するようになっている。な
お係合孔１０３ａとピン１０６との間には、ターンテー
ブル１０１の傾きを吸収できるように所定の隙間が形成
されるようになっている。As shown in FIG. 7, the turntable 101
And a rotating shaft 102 of a motor (not shown) are connected via upper and lower coupling members 103 and 104.
The lower coupling member 104 is fixed to the upper end of the rotating shaft 102 of the motor, and the upper coupling member 103 is fixed to the lower surface of the turntable 101. Then, the lower coupling member 104 and the upper coupling member 103
The self-aligning roller bearing 105 is disposed between the
The turntable 101 and the upper coupling member 103 can be tilted in all directions with respect to the lower coupling member 104 about the self-aligning roller bearing 105. A short columnar pin 106 is implanted in the lower coupling member 104, and the pin 106 engages with the engagement hole 103 a of the upper coupling member 103 so that the turntable 101 rotates. . A predetermined gap is formed between the engagement hole 103a and the pin 106 so as to absorb the inclination of the turntable 101.
【００４１】本実施の形態においては、ターンテーブル
１０１の姿勢を制御する姿勢制御装置１１１が設けられ
ている。姿勢制御装置１１１は、フレーム２８に固定さ
れた電磁石コア１１２と、電磁石コア１１２に設けられ
た４つの磁極１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄ
と、これら磁極１１２ａ〜１１２ｄに巻装された４つの
電磁コイル１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃ，１１３ｄ
と、磁極１１２ａ〜１１２ｄにギャップを有して対向し
た環状でかつ円盤状のアーマチャー１１４とから構成さ
れている。アーマチャー１１４はターンテーブル１０１
に固定されている。In this embodiment, an attitude control device 111 for controlling the attitude of the turntable 101 is provided. The attitude control device 111 includes an electromagnet core 112 fixed to the frame 28, and four magnetic poles 112a, 112b, 112c, 112d provided on the electromagnet core 112.
And four electromagnetic coils 113a, 113b, 113c, 113d wound around these magnetic poles 112a to 112d.
And a circular and disk-shaped armature 114 facing the magnetic poles 112a to 112d with a gap. Armature 114 is turntable 101
It is fixed to.
【００４２】図９に示すように、各磁極１１２ａ〜１１
２ｄは、逆Ｕ字形断面を有し、逆Ｕ字形部の内部側に電
磁コイル１１３ａ〜１１３ｄが巻装されている。磁極１
１２ａ〜１１２ｄおよびアーマチャー１１４はパーマロ
イ等の磁性材によって構成されている。図８に示すよう
に、電磁コイル１１３ａはＸ軸正方向側に配置され、電
磁コイル１１３ｂはＸ軸負方向側に配置されている。ま
た電磁コイル１１３ｃはＹ軸正方向側に配置され、電磁
コイル１１３ｄはＹ軸負方向側に配置されている。また
Ｘ軸およびＹ軸に対して４５゜傾いた２つの軸Ｒ，Ｓ上
には、４個の変位センサ１１５ａ，１１５ｂ，１１５
ｃ，１１５ｄが配置されている。As shown in FIG. 9, each of the magnetic poles 112a to 112a
2d has an inverted U-shaped cross section, and electromagnetic coils 113a to 113d are wound around the inside of the inverted U-shaped portion. Magnetic pole 1
12a to 112d and the armature 114 are made of a magnetic material such as permalloy. As shown in FIG. 8, the electromagnetic coil 113a is arranged on the X axis positive direction side, and the electromagnetic coil 113b is arranged on the X axis negative direction side. The electromagnetic coil 113c is arranged on the Y axis positive direction side, and the electromagnetic coil 113d is arranged on the Y axis negative direction side. Four displacement sensors 115a, 115b, 115 are provided on two axes R, S inclined at 45 ° with respect to the X axis and the Y axis.
c, 115d are arranged.
【００４３】図１０は、姿勢制御装置１１１を制御する
制御部の機能構成を示すブロック図である。図示するよ
うに、ターンテーブル、トップリングそれぞれの制御部
は図５に示す制御部と同様の構成であり、両者の信号を
入力し両者の相対位置を精密に出すための演算部が付加
された構成となっている。FIG. 10 is a block diagram showing a functional configuration of a control unit for controlling the attitude control device 111. As shown in the figure, the control unit for each of the turntable and the top ring has the same configuration as the control unit shown in FIG. 5, and an arithmetic unit for inputting the signals of the two and accurately outputting the relative positions of the two is added. It has a configuration.
【００４４】図１０に示すようにトップリングの制御部
は、減算器３０及びコントローラ３１を具備し、減算器
３０には、トップリングの姿勢の目標値と、センサ１５
で検出され、座標変換器３５で変換され、さらに演算器
３６によりターンテーブルの傾き情報により修正された
制御対象の変位値α，βとが入力され、その差が誤差信
号ｅα，ｅβとしてコントローラ３１に入力される。As shown in FIG. 10, the control unit of the top ring includes a subtractor 30 and a controller 31. The subtractor 30 includes a target value of the attitude of the top ring,
, And converted by the coordinate converter 35, and further input by the calculator 36, the displacement values α and β of the control object corrected based on the tilt information of the turntable, and the difference between the displacement values α and β is output as error signals eα and eβ. Is input to
【００４５】一方、ターンテーブルの制御部では減算器
３０’及びコントローラ３１’を具備し、減算器３０’
には、ターンテーブルの姿勢の目標値と、センサ１１５
（変位センサ１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ，１１５
ｄ）で検出され座標変換器３５’で変換され、さらに演
算器３６によりトップリングの傾き情報により修正され
た制御対象の変位値α’，β’とが入力され、その差が
誤差信号ｅα’，ｅβ’としてコントローラ３１’に入
力される。On the other hand, the control section of the turntable includes a subtractor 30 'and a controller 31'.
The target value of the attitude of the turntable and the sensor 115
(Displacement sensors 115a, 115b, 115c, 115
The displacement values α ′ and β ′ of the control target detected by d) and converted by the coordinate converter 35 ′ and corrected by the calculator 36 based on the tilt information of the top ring are input, and the difference between them is the error signal eα ′. , Eβ ′ to the controller 31 ′.
【００４６】演算器３６では、トップリング、ターンテ
ーブルの傾き情報から相対的な誤差を演算し、それぞれ
の目標値を修正することにより精度の高い制御が可能と
なる。通常はターンテーブルの傾きを基準としてトップ
リングの目標位置を修正することで精度を上げられるた
め、ターンテーブルへのフィードバックＲ２は省略でき
る。もちろん、演算器がない構成でもそれぞれの制御は
可能である。ここでα’，β’はそれぞれ図８におい
て，Ｘ軸回りの傾き、Ｙ軸回りの傾きを示す。この場
合、ターンテーブル１０１は自動調芯ころ軸受１０５を
中心としてＸ軸回りの傾動およびＹ軸回りの傾動の複合
運動となる。The arithmetic unit 36 calculates a relative error from the inclination information of the top ring and the turntable, and corrects the respective target values, thereby enabling highly accurate control. Normally, the accuracy can be improved by correcting the target position of the top ring based on the inclination of the turntable, so that the feedback R2 to the turntable can be omitted. Of course, each control is possible even in a configuration without an arithmetic unit. Here, α ′ and β ′ indicate the inclination around the X axis and the inclination around the Y axis, respectively, in FIG. In this case, the turntable 101 has a combined motion of tilting around the X axis and tilting around the Y axis around the self-aligning roller bearing 105.
【００４７】誤差信号ｅα’，ｅβ’はＰＩＤ＋局部位
相進み処理部３１’−１で傾き制御及び減衰処理を受
け、さらに振動除去のためノッチフィルタ３１’−２を
通って電圧指令信号Ｖα’，Ｖβ’に変換される。そし
て座標変換部３１’−３で姿勢制御装置用の制御信号Ｖ
ｘ１，Ｖｙ１ に変換されて駆動部３２’に供給され
る。The error signals eα ′ and eβ ′ are subjected to a tilt control and an attenuation process in a PID + local phase advance processing section 31 −1, and further passed through a notch filter 31 ′-2 to remove a vibration, so that a voltage command signal Vα ′, Vβ '. Then, the control signal V for the attitude control device is output by the coordinate conversion unit 31'-3.
x1 and Vy1 are supplied to the drive unit 32 '.
【００４８】駆動部３２’は電磁コイル１１３ａ，１１
３ｂ，１１３ｃ，１１３ｄとこれらを励磁する駆動回路
２４’で構成されている。上記信号Ｖｘ１，Ｖｙ１のそ
れぞれは各駆動回路２４’に供給され、該各駆動回路２
４’でアーマチャー１１４を図８に示すＸ，Ｙ軸の正負
の方向へ変位させるための励磁電流Ｉｘ１＋，Ｉｘ１
−，Ｉｙ１＋，Ｉｙ１−に変換され、電磁コイル１１３
ａ，１１３ｂ，１１３ｃ，１１３ｄに供給され、制御対
象物（ターンテーブル１０１）の姿勢を制御する。The driving section 32 'is provided with the electromagnetic coils 113a and 11a.
3b, 113c and 113d and a drive circuit 24 'for exciting these components. Each of the signals Vx1 and Vy1 is supplied to each driving circuit 24 ', and each of the driving circuits 2
At 4 ', exciting currents Ix1 +, Ix1 for displacing armature 114 in the positive and negative directions of the X and Y axes shown in FIG.
−, Iy1 +, Iy1-
a, 113b, 113c, and 113d to control the attitude of the control target (the turntable 101).
【００４９】図７乃至図１０に示す実施形態によれば、
トップリング６の姿勢制御に加え、ターンテーブル１０
１の姿勢制御をすることができる。従って、半導体ウエ
ハ３の被研磨面とターンテーブル１０１上の研磨面との
両者を最適な状態に維持して半導体ウエハ３の研磨を行
うことができる。According to the embodiment shown in FIGS. 7 to 10,
In addition to the attitude control of the top ring 6, the turntable 10
1 attitude control can be performed. Therefore, the semiconductor wafer 3 can be polished while maintaining both the polished surface of the semiconductor wafer 3 and the polished surface on the turntable 101 in an optimum state.
【００５０】図１１及び図１２には、上述の如き姿勢制
御装置１１が、他の形態のポリッシング装置に適用され
ている例が示されている。FIGS. 11 and 12 show an example in which the attitude control device 11 as described above is applied to another type of polishing device.
【００５１】すなわち、このポリッシング装置は、トッ
プリング本体９の保持板９Aが可撓性を有するものとす
るとともに、保持板９Aと上部板９Bとの間の間隙Gに流
体圧を与えることにより当該保持板９Aが上下方向で撓
み可能とし、かつ,トップリング９の周囲に配置される
リテーナリング１０を、トップリング9に対して上下方
向で相対的に可動なるようにすると共に、該リテーナの
上部に流体圧バッグ８８設け、該流体圧バッグ８８に流
体圧力を導入することにより、当該リテーナリング１０
を可変の押圧力で研磨布２に押圧するようにしたことを
特徴とするものであり、この装置に前述の実施形態にお
ける同様の姿勢制御装置５を設けている。従って、この
実施形態においては、保持板９Aはその上面から下面に
至る上記実施形態における如き連通孔は設けられていな
い。That is, in this polishing apparatus, the holding plate 9A of the top ring main body 9 has flexibility, and the polishing device applies fluid pressure to the gap G between the holding plate 9A and the upper plate 9B. The holding plate 9A is capable of bending in the vertical direction, and the retainer ring 10 disposed around the top ring 9 is made movable relative to the top ring 9 in the vertical direction. A fluid pressure bag 88 is provided on the retainer ring 10 by introducing fluid pressure into the fluid pressure bag 88.
Is pressed against the polishing pad 2 with a variable pressing force. This apparatus is provided with the same attitude control device 5 as in the above-described embodiment. Therefore, in this embodiment, the holding plate 9A is not provided with a communication hole extending from the upper surface to the lower surface as in the above embodiment.
【００５２】図１１および図１２において、間隙Gはレ
ギュレータＲ１ を介して流体源８５に接続されてい
る。保持板９Ａは、全体的に薄肉とされ、間隙Gに導入
される加圧流体による加圧時又は負圧時にウエハ保持面
（保持板下面）の全面が均一に変形するように工夫され
ている。なお、符号８９は間隙GとレギュレータＲ１と
を接続するためのチューブである。In FIGS. 11 and 12, the gap G is connected to a fluid source 85 via a regulator R1. The holding plate 9A is made thin as a whole, and is designed so that the entire surface of the wafer holding surface (the lower surface of the holding plate) is uniformly deformed when pressurized by the pressurized fluid introduced into the gap G or when negative pressure is applied. . Reference numeral 89 denotes a tube for connecting the gap G and the regulator R1.
【００５３】リテーナリング１０は、図１２に示すよう
に、最下位置にあって樹脂材からなり研磨布２と接触す
る第１リテーナリング部材１０aと、第１リテーナリン
グ部材１０aの上方にあり第１リテーナリング部材１０a
を保持するＬ形状の断面を有する第２リテーナリング部
材１０ｂとから構成されている。第２リテーナリング部
材１０ｂは上端においてピン９９により回転方向におい
て上板部９Ｂと連結されており、リテーナリング１０は
トップリング６と一体に回転するようになっている。ま
たリテーナリング１０とトップリング６との間には、円
環状のゴム製のチューブからなる流体圧バッグ８８が配
置されている。流体圧バッグ８８は保持板９Ａに固定さ
れている。そして、流体圧バッグ８８はレギュレータＲ
２ を介して流体源８５に接続されている。なお、符号
９０は流体圧バッグ８８とレギュレータＲ２ とを接続
するためのチューブである。As shown in FIG. 12, the retainer ring 10 is located at the lowermost position and is made of a resin material and is in contact with the polishing pad 2. The first retainer ring member 10a is located above the first retainer ring member 10a. 1 retainer ring member 10a
, And a second retainer ring member 10b having an L-shaped cross section. The second retainer ring member 10b is connected at the upper end to the upper plate 9B in the rotational direction by a pin 99, and the retainer ring 10 rotates integrally with the top ring 6. A fluid pressure bag 88 formed of an annular rubber tube is disposed between the retainer ring 10 and the top ring 6. The fluid pressure bag 88 is fixed to the holding plate 9A. The fluid pressure bag 88 is provided with a regulator R
2 is connected to a fluid source 85. Reference numeral 90 denotes a tube for connecting the fluid pressure bag 88 and the regulator R2.
【００５４】前記トップリング６は自在継手８を介して
駆動フランジ４１を有したトップリング駆動軸７に接続
されており、このトップリング駆動軸７はトップリング
ヘッド２１に固定されたトップリング用流体圧（エア）
シリンダ２２に連結されている。トップリング用流体圧
シリンダ２２はレギュレータＲ３ を介して流体源８５
に接続されている。前記自在継手８は、トップリング６
をターンテーブル１の傾動に追従して傾動させるための
傾動機構を構成している。The top ring 6 is connected via a universal joint 8 to a top ring drive shaft 7 having a drive flange 41, and the top ring drive shaft 7 is connected to a top ring fluid 21 fixed to a top ring head 21. Pressure (air)
It is connected to the cylinder 22. The top ring hydraulic cylinder 22 is connected to a fluid source 85 via a regulator R3.
It is connected to the. The universal joint 8 includes a top ring 6
Constitutes a tilting mechanism for tilting by following the tilting of the turntable 1.
【００５５】また、トップリング駆動軸７はキー（図示
せず）を介して回転筒２３に連結されており、この回転
筒２３はその外周部にタイミングプーリ２４を有してい
る。そして、タイミングプーリ２４は、タイミングベル
ト２５を介して、トップリングヘッド２１に固定された
トップリング用モータ２６に設けられたタイミングプー
リ２７に接続されている。したがって、トップリング用
モータ２６を回転駆動することによってタイミングプー
リ２７、タイミングベルト２５およびタイミングプーリ
２４を介して回転筒２３及びトップリング駆動軸７が一
体に回転し、トップリング６が回転する。なおトップリ
ング駆動軸７の回転は、複数のピンからなる回転伝達機
構１２８によりトップリング６に伝達される。トップリ
ングヘッド２１は、フレーム（図示せず）に固定支持さ
れたトップリングヘッドシャフト２９によって支持され
ている。The top ring drive shaft 7 is connected to a rotary cylinder 23 via a key (not shown). The rotary cylinder 23 has a timing pulley 24 on its outer periphery. The timing pulley 24 is connected via a timing belt 25 to a timing pulley 27 provided on a top ring motor 26 fixed to the top ring head 21. Therefore, when the top ring motor 26 is rotationally driven, the rotary cylinder 23 and the top ring drive shaft 7 rotate integrally via the timing pulley 27, the timing belt 25 and the timing pulley 24, and the top ring 6 rotates. The rotation of the top ring drive shaft 7 is transmitted to the top ring 6 by a rotation transmission mechanism 128 including a plurality of pins. The top ring head 21 is supported by a top ring head shaft 29 fixedly supported by a frame (not shown).
【００５６】一方、リテーナリング１０はピン９９およ
び流体圧バッグ８８を介してトップリング６に連結され
ており、トップリング６の回転はピン９９によってリテ
ーナリング１０に伝達され、またリテーナリング１０は
流体圧バッグ８８により上下動される。すなわち、リテ
ーナリング１０はトップリング６に対して上下動自在で
あるとともにトップリング６と一体に回転可能になって
いる。On the other hand, the retainer ring 10 is connected to the top ring 6 via a pin 99 and a fluid pressure bag 88. The rotation of the top ring 6 is transmitted to the retainer ring 10 by the pin 99, and the retainer ring 10 is It is moved up and down by the pressure bag 88. That is, the retainer ring 10 is vertically movable with respect to the top ring 6 and is rotatable integrally with the top ring 6.
【００５７】前述したように、間隙GはレギュレータＲ
１ を介して流体源８５に接続されている。レギュレー
タＲ１ によって間隙Gへ供給する流体の流体圧を調整
することにより保持板９Ａの下面（ウエハ保持面）の湾
曲形状（下側に凸、上側に凸等）を調整することができ
るとともに、この湾曲の度合いを調整することができ
る。またトップリング用流体圧シリンダ２２および流体
圧バッグ８８は、それぞれレギュレータＲ３ ，Ｒ２
を介して流体源８５に接続されている。なお間隙Gおよ
び流体圧バッグ８８は、それぞれトップリング駆動軸７
内を延びるチューブ８９，９０およびトップリング駆動
軸７の上端部のロータリージョイント９３を介してレギ
ュレータＲ１，Ｒ２に接続されている。そして、レギュ
レータＲ３によってトップリング用エアシリンダ２２へ
供給する加圧流体の流体圧を調整することによりトップ
リング６が半導体ウエハ３を研磨布２に押圧する押圧力
を調整することができ、レギュレータＲ２ によって流
体圧バッグ８８へ供給する加圧流体の流体圧を調整する
ことによりリテーナリング１０が研磨布２を押圧する押
圧力を調整することができる。As described above, the gap G is the regulator R
1 is connected to a fluid source 85. By adjusting the fluid pressure of the fluid supplied to the gap G by the regulator R1, the curved shape (lower convex, upper convex, etc.) of the lower surface (wafer holding surface) of the holding plate 9A can be adjusted. The degree of curvature can be adjusted. The hydraulic cylinder 22 for top ring and the hydraulic bag 88 are respectively provided with regulators R3 and R2.
Is connected to the fluid source 85 via the. The gap G and the fluid pressure bag 88 are respectively connected to the top ring drive shaft 7.
Tubes 89 and 90 extending inside and a rotary joint 93 at the upper end of the top ring drive shaft 7 are connected to regulators R1 and R2. The pressure of the top ring 6 pressing the semiconductor wafer 3 against the polishing pad 2 can be adjusted by adjusting the fluid pressure of the pressurized fluid supplied to the top ring air cylinder 22 by the regulator R3. By adjusting the fluid pressure of the pressurized fluid supplied to the fluid pressure bag 88, the pressing force with which the retainer ring 10 presses the polishing pad 2 can be adjusted.
【００５８】前記レギュレータＲ１ ，Ｒ２ ，Ｒ３
は、コントローラ１２４に接続されており、コントロー
ラ１２４の入力値にしたがって制御される。この場合、
レギュレータＲ１ はコントローラ１２４によって独立
して制御されるが、レギュレータＲ２ ，Ｒ３ は互い
に関連させて制御される。すなわち、リテーナリング１
０を研磨布２に押圧すると、リテーナリング１０は反力
を受けて、トップリング６の押圧力に影響を与えること
になる。そのため、トップリング６の押圧力とリテーナ
リング１０の押圧力の設定値をコントローラ１２４に入
力し、コントローラ１２４によってトップリング用流体
圧シリンダ２２および流体圧バッグ８８に与える流体圧
を演算し、レギュレータＲ１ ，Ｒ２ を調整して、所
定の圧力の流体をトップリング用流体圧シリンダ２２お
よび流体圧バッグ８８にそれぞれ供給する。これによっ
て、トップリング６の押圧力およびリテーナリング１０
の押圧力としてそれぞれ所望の値が得られるようになっ
ている。すなわち、トップリング６の押圧力とリテーナ
リング１０の押圧力は、研磨中にそれぞれ影響を受ける
ことなく独立に変更可能になっている。The regulators R1, R2, R3
Are connected to the controller 124 and are controlled according to the input values of the controller 124. in this case,
Regulator R1 is independently controlled by controller 124, while regulators R2 and R3 are controlled in relation to each other. That is, retainer ring 1
When 0 is pressed against the polishing pad 2, the retainer ring 10 receives a reaction force and affects the pressing force of the top ring 6. Therefore, the set values of the pressing force of the top ring 6 and the pressing force of the retainer ring 10 are input to the controller 124, and the controller 124 calculates the fluid pressure to be applied to the top ring fluid pressure cylinder 22 and the fluid pressure bag 88, thereby obtaining the regulator R1. , R2 to supply a fluid having a predetermined pressure to the top ring hydraulic cylinder 22 and the hydraulic bag 88, respectively. Thereby, the pressing force of the top ring 6 and the retainer ring 10
The desired values can be obtained as the pressing forces. That is, the pressing force of the top ring 6 and the pressing force of the retainer ring 10 can be independently changed without being affected during polishing.
【００５９】また、図１２に示すように、保持板９Ａは
下面に開口する複数の連通孔３ｈを有しており、この連
通孔３ｈは、ジョイント１２６、上板部９Ｂに形成され
た連通孔２ｈおよびチューブ１２７を介して真空ポンプ
等の真空源（図示せず）に連通されている。これによっ
て、保持板９Ａのウエハ保持面は半導体ウエハ３の上面
を真空吸着することができるようになっている。ジョイ
ント１２６は上下外周部にOリング１３８を備えてお
り、間隙Gが連通孔２ｈ，３ｈに連通しないように構成
している。またジョイント１２６と保持板９Ａとはすき
ま嵌めにより嵌合されており、保持板９Ａの変形が阻害
されないようになっている。なお、連通孔３ｈは、トッ
プリング駆動軸７内を延びるチューブ１２７、ロータリ
ージョイント９３を介して切替弁（図示せず）に接続さ
れており、切替弁を適宜切替ることにより連通孔３ｈを
真空源又は加圧空気源又は液体源と連通させることが可
能になっている。したがって、保持板９Ａのウエハ保持
面は、真空源によって連通孔３ｈを負圧にすることによ
り半導体ウエハ３を真空吸着し、加圧空気源によって連
通孔３ｈから加圧空気を噴出することにより研磨中に半
導体ウエハ３にバックサイドプレッシャを加えることが
できる。研磨中に半導体ウエハ３に若干のバックサイド
プレッシャをかけることにより、真空吸着による半導体
ウエハの搬送中についた吸着跡をとり除くことができ
る。また液体源によって連通孔３ｈから液体を噴出する
ことによりウエハ保持面から半導体ウエハ３を離脱させ
ることができる。As shown in FIG. 12, the holding plate 9A has a plurality of communication holes 3h opened on the lower surface, and the communication holes 3h are formed in the joint 126 and the communication holes formed in the upper plate portion 9B. It is connected to a vacuum source (not shown) such as a vacuum pump through 2h and the tube 127. As a result, the wafer holding surface of the holding plate 9A can suck the upper surface of the semiconductor wafer 3 by vacuum. The joint 126 is provided with O-rings 138 at the upper and lower outer peripheral portions, so that the gap G does not communicate with the communication holes 2h, 3h. Further, the joint 126 and the holding plate 9A are fitted by a clearance fit so that the deformation of the holding plate 9A is not hindered. The communication hole 3h is connected to a switching valve (not shown) via a tube 127 extending inside the top ring drive shaft 7 and a rotary joint 93, and the communication hole 3h is evacuated by appropriately switching the switching valve. It can be in communication with a source or a source of pressurized air or a liquid. Accordingly, the wafer holding surface of the holding plate 9A is polished by applying a vacuum to the communication hole 3h by a vacuum source to suck the semiconductor wafer 3 in vacuum and ejecting pressurized air from the communication hole 3h by a pressurized air source. A backside pressure can be applied to the semiconductor wafer 3 inside. By applying a slight backside pressure to the semiconductor wafer 3 during polishing, it is possible to remove the suction traces generated during the transfer of the semiconductor wafer by vacuum suction. Further, the semiconductor wafer 3 can be separated from the wafer holding surface by ejecting the liquid from the communication hole 3h by the liquid source.
【００６０】また、ターンテーブル１の上方には砥液供
給ノズル６０が設置されており、砥液供給ノズル６０に
よってターンテーブル１上の研磨布２上に研磨砥液Ｑが
供給されるようになっている。A polishing liquid supply nozzle 60 is provided above the turntable 1 so that the polishing liquid Q is supplied onto the polishing cloth 2 on the turntable 1 by the polishing liquid supply nozzle 60. ing.
【００６１】上記構成のポリッシング装置において、ト
ップリング６のウエハ保持面に半導体ウエハ３を保持さ
せ、トップリング用流体圧シリンダ２２を作動させてト
ップリング６をターンテーブル１に向かって押圧し、回
転しているターンテーブル１の上面の研磨布２に半導体
ウエハ３を押圧する。一方、砥液供給ノズル６０から研
磨砥液Ｑを流すことにより、研磨布２に研磨砥液Ｑが保
持されており、半導体ウエハ３の研磨される面（下面）
と研磨布２の間に研磨砥液Ｑが存在した状態で研磨が行
われる。In the polishing apparatus having the above configuration, the semiconductor wafer 3 is held on the wafer holding surface of the top ring 6, and the top ring 6 is pressed toward the turntable 1 by operating the top ring fluid pressure cylinder 22 to rotate the top ring 6. The semiconductor wafer 3 is pressed against the polishing cloth 2 on the upper surface of the turntable 1. On the other hand, by flowing the polishing abrasive Q from the abrasive supply nozzle 60, the polishing abrasive Q is held on the polishing pad 2, and the surface of the semiconductor wafer 3 to be polished (lower surface)
The polishing is performed in a state where the polishing liquid Q exists between the polishing pad 2 and the polishing pad 2.
【００６２】そして、研磨中に流体源８５から圧縮空気
等の加圧流体を間隙Gに供給すると、加圧流体の加圧力
によって保持板９Ａのウエハ保持面が下側に凸状に湾曲
する。これにより、半導体ウエハ３は中央部側が外周部
側より高い圧力で研磨布２に押し付けられる。そのた
め、半導体ウエハ３の外周部側が中央部側より研磨され
る傾向にあるときは、上記のように保持板９Ａのウエハ
保持面の変形作用により、中央部側の研磨不足を補正す
ることができる。When a pressurized fluid such as compressed air is supplied from the fluid source 85 to the gap G during polishing, the wafer holding surface of the holding plate 9A is bent downwardly by the pressure of the pressurized fluid. As a result, the semiconductor wafer 3 is pressed against the polishing pad 2 at a higher pressure on the central portion side than on the outer peripheral portion side. Therefore, when the outer peripheral portion of the semiconductor wafer 3 tends to be polished from the central portion side, the insufficient polishing on the central portion side can be corrected by the deformation effect of the wafer holding surface of the holding plate 9A as described above. .
【００６３】一方、半導体ウエハ３の中央部側が外周部
側より研磨される傾向にあるときは、レギュレータＲ１
を調節して流体源８５から間隙Gに供給される加圧流体
の圧力を弱めるか、又は０にして保持板９Ａのウエハ保
持面の湾曲形状を変える。これによって、半導体ウエハ
３の外周部側の研磨圧力を中央部側の研磨圧力より高
め、外周部側の研磨不足を補正し、半導体ウエハ３の全
面を均一に研磨することができる。On the other hand, when the central portion of the semiconductor wafer 3 tends to be polished from the outer peripheral portion, the regulator R1
Is adjusted to reduce the pressure of the pressurized fluid supplied from the fluid source 85 to the gap G, or to zero to change the curved shape of the wafer holding surface of the holding plate 9A. As a result, the polishing pressure on the outer peripheral portion side of the semiconductor wafer 3 is made higher than the polishing pressure on the central portion side, the insufficient polishing on the outer peripheral portion side is corrected, and the entire surface of the semiconductor wafer 3 can be uniformly polished.
【００６４】また本実施形態において、トップリング６
がポリッシング対象物である半導体ウエハ３をターンテ
ーブル１上の研磨布２に押圧する押圧力Ｆ１を可変と
し、またリテーナリング１０が研磨布２を押圧する押圧
力Ｆ２を可変としている。そして、押圧力Ｆ１ と押圧
力Ｆ２ とは、それぞれ独立して押圧力を変更できるよ
うになっている。したがって、リテーナリング１０が研
磨布２を押圧する押圧力Ｆ２ をトップリング６が半導
体ウエハ３を研磨布２に押圧する押圧力Ｆ１ に応じて
変更することができる。In this embodiment, the top ring 6
Has a variable pressing force F1 for pressing the semiconductor wafer 3 to be polished against the polishing cloth 2 on the turntable 1, and a variable pressing force F2 for the retainer ring 10 pressing the polishing cloth 2. The pressing force F1 and the pressing force F2 can be changed independently of each other. Therefore, the pressing force F2 of the retainer ring 10 pressing the polishing cloth 2 can be changed according to the pressing force F1 of the top ring 6 pressing the semiconductor wafer 3 against the polishing cloth 2.
【００６５】すなわち、レギュレータＲ３によってトッ
プリング６が半導体ウエハ３をターンテーブル１上の研
磨布２に押圧する押圧力Ｆ１を変更でき、レギュレータ
Ｒ２によってリテーナリング１０が研磨布２を押圧する
押圧力Ｆ２ を変更できる（図１参照）。押圧力Ｆ１に
対する押圧力Ｆ２を適宜調整するとともに、保持板９Ａ
のウエハ保持面の形状を適宜調整することにより、半導
体ウエハ３の中心部から周縁部、さらには半導体ウエハ
３の外側にあるリテーナリング１０の外周部までの研磨
圧力の分布が連続かつ均一になる。そのため、半導体ウ
エハ３の中心部および周縁部における研磨量の過不足を
防止することができる。That is, the pressing force F1 by which the top ring 6 presses the semiconductor wafer 3 against the polishing cloth 2 on the turntable 1 can be changed by the regulator R3, and the pressing force F2 by which the retainer ring 10 presses the polishing cloth 2 by the regulator R2. Can be changed (see FIG. 1). While appropriately adjusting the pressing force F2 with respect to the pressing force F1, the holding plate 9A
By appropriately adjusting the shape of the wafer holding surface, the distribution of the polishing pressure from the central portion of the semiconductor wafer 3 to the peripheral portion and further to the outer peripheral portion of the retainer ring 10 outside the semiconductor wafer 3 becomes continuous and uniform. . Therefore, it is possible to prevent the polishing amount at the central portion and the peripheral edge portion of the semiconductor wafer 3 from being excessive or insufficient.
【００６６】また半導体ウエハ３の周縁部の研磨量を内
部側より意図的に多くし又は逆に少なくしたい場合に
は、リテーナリング１０の押圧力Ｆ２をトップリング６
の押圧力Ｆ１に基づいて最適な値に選択することによ
り、半導体ウエハ３の周縁部の研磨量を意図的に増減で
きる。When it is desired to intentionally increase or decrease the polishing amount of the peripheral portion of the semiconductor wafer 3 from the inner side, the pressing force F2 of the retainer ring 10 is reduced to the top ring 6
By selecting the optimum value based on the pressing force F1, the polishing amount of the peripheral portion of the semiconductor wafer 3 can be intentionally increased or decreased.
【００６７】すなわち、前記間隙Gに供給する流体の圧
力を制御することによるウエハ保持面３ａの形状補正作
用とリテーナリング１０による研磨布２の形状補正作用
の協働作用により半導体ウエハ３を研磨する。これによ
って、半導体ウエハの局部（例えば、中央部、外周部
等）的な研磨不足を補正することができる。また、半導
体ウエハ３の局部（例えば、中央部、外周部等）を意図
的に研磨量を多くし、または逆に少なくすることができ
る。That is, the semiconductor wafer 3 is polished by the cooperative operation of the shape correction of the wafer holding surface 3a by controlling the pressure of the fluid supplied to the gap G and the shape correction of the polishing pad 2 by the retainer ring 10. . This makes it possible to correct insufficient polishing (eg, a central portion, an outer peripheral portion, etc.) of the semiconductor wafer. In addition, a local portion (for example, a central portion, an outer peripheral portion, or the like) of the semiconductor wafer 3 can be intentionally increased in polishing amount or conversely reduced in polishing amount.
【００６８】またターンテーブル１に半導体ウエハ３の
研磨量を計測する膜厚計等の計測計を設け、研磨中に被
研磨面のプロファイル（形状）を検知し、この検知結果
をコントローラ１２４に入力して、保持板９Ａのウエハ
保持面の形状変更を行うこともできる。Also, a measuring instrument such as a film thickness meter for measuring the amount of polishing of the semiconductor wafer 3 is provided on the turntable 1 to detect the profile (shape) of the surface to be polished during polishing, and the detection result is input to the controller 124. Thus, the shape of the wafer holding surface of the holding plate 9A can be changed.
【００６９】姿勢制御装置１１は、前述の実施形態のも
のと実質的に同じ構成を有するものであり、トップリン
グ６の上部板９Ｂに円筒状のアーマチャー１４が設けら
れ、トップリングヘッド２１に電磁石コア１２及び電磁
コイル１３a〜１３dが設けられており、前述の実施形態
におけると同様にしてトップリング６の姿勢制御を行
う。図１３ないし図１５には、他の形態のポリッシング
装置に、前述と同様の姿勢制御装置１１が取付けられた
例が示されている。The attitude control device 11 has substantially the same configuration as that of the above-described embodiment. The cylindrical armature 14 is provided on the upper plate 9B of the top ring 6, and the top ring head 21 has an electromagnet. A core 12 and electromagnetic coils 13a to 13d are provided, and the attitude of the top ring 6 is controlled in the same manner as in the above-described embodiment. FIGS. 13 to 15 show an example in which a posture control device 11 similar to that described above is attached to a polishing apparatus of another form.
【００７０】すなわち、このポリッシング装置において
は、トップリング６の保持板９Ａの外周部にボルト３１
によって着脱可能に固定されたリテーナリング10の外側
に、押圧リング１３３が上下動可能に設けられているこ
とを特徴としている。That is, in this polishing apparatus, the bolt 31 is attached to the outer periphery of the holding plate 9A of the top ring 6.
A pressing ring 133 is provided on the outside of the retainer ring 10 which is detachably fixed with the pressing ring 133 so as to be vertically movable.
【００７１】保持板９Ａは間隙Ｇと連通して下面に開口
する多数の連通孔１３５を有している。弾性マット１３
２も同様に前記連通孔１３５に対向した位置に貫通孔を
有している。これによって、半導体ウエハ３の上面を真
空によって吸着可能であり、又、半導体ウエハ３の上面
に液体又は加圧空気を供給できるようになっている。The holding plate 9A has a number of communication holes 135 communicating with the gap G and opening on the lower surface. Elastic mat 13
Similarly, 2 has a through hole at a position facing the communication hole 135. Thus, the upper surface of the semiconductor wafer 3 can be suctioned by vacuum, and a liquid or pressurized air can be supplied to the upper surface of the semiconductor wafer 3.
【００７２】トップリング６の周囲に設けられた押圧リ
ング１３３は、図１４に示すように、最下位置にあって
アルミナセラミックからなる第１押圧リング部材１３３
aと、第１押圧リング部材１３３aの上方にあるステンレ
ス鋼からなる第２、第３押圧リング部材１３３b，１３
３ｃとから構成されている。第２および第３押圧リング
部材１３３b，１３３ｃは、ボルト（図示せず）によっ
て相互に接続されており、第１押圧リング部材１３３a
は第２押圧リング部材１３３bに接着等によって固定さ
れている。第１押圧リング部材１３３aの下端部は、研
磨布２を押圧する押圧面１３３fになっている。The pressing ring 133 provided around the top ring 6 is, as shown in FIG. 14, a first pressing ring member 133 made of alumina ceramic at the lowest position.
a and second and third pressing ring members 133b, 13 made of stainless steel above the first pressing ring member 133a.
3c. The second and third pressing ring members 133b, 133c are connected to each other by bolts (not shown), and the first pressing ring member 133a is provided.
Is fixed to the second pressing ring member 133b by bonding or the like. The lower end of the first pressing ring member 133a is a pressing surface 133f that presses the polishing pad 2.
【００７３】トップリング６のトップリング本体9Aに
は、ベアリング受けフランジ１３６が固定されている。
そして、ベアリング受けフランジ１３６と押圧リング１
３３との間には、押圧リング１３３を支持するための押
圧リング支持ベアリング１３７が介装されている。押圧
リング支持ベアリング１３７は、図１３および図１４に
示すように、第３押圧リング部材１３３ｃに嵌合された
ベアリングケ−ス１３７aと、上下２列で全周に亘って
配置された多数のボール１３７bと、ベアリングケース
１３７a内でボール１３７bを保持するためのリテーナ
（図示せず）とを有している。押圧リング支持ベアリン
グ１３７は押圧リング１３３の上端に固定されたベアリ
ング押さえ１５０によって上端が押さえられている。A bearing receiving flange 136 is fixed to the top ring body 9A of the top ring 6.
Then, the bearing receiving flange 136 and the pressing ring 1
A pressure ring support bearing 137 for supporting the pressure ring 133 is interposed between the pressure ring 33 and the pressure ring 33. As shown in FIGS. 13 and 14, the pressure ring support bearing 137 includes a bearing case 137a fitted to the third pressure ring member 133c, and a large number of balls arranged over the entire circumference in two vertical rows. 137b, and a retainer (not shown) for holding the ball 137b in the bearing case 137a. The upper end of the pressing ring support bearing 137 is pressed by a bearing holder 150 fixed to the upper end of the pressing ring 133.
【００７４】本実施の形態においては、トップリング６
と押圧リング１３３との間に、トップリング６の回転を
押圧リング１３３に伝達するためのキー等の手段が設け
られていない。従って、研磨中にトップリング６はトッ
プリング駆動軸７の軸心まわりに回転するが、押圧リン
グ１３３は自身の軸線に対して非回転に構成されてお
り、即ち、トップリング６と押圧リング１３３との間に
は相対回転が生ずるが、この際、トップリング６に固定
されたベアリング受けフランジ１３６の外周面は、ボー
ル１３７bが転動するベアリング転動面３６Ｒを構成し
ている。押圧リング支持ベアリング１３７は、回転支持
ベアリングと上下移動支持ベアリングの両者の機能を有
しており、トップリング６と押圧リング１３３とは押圧
リング支持ベアリング１３７の回転支持ベアリング機能
によって相対回転が許容され、押圧リング１３３は押圧
リング支持ベアリング１３７の上下移動支持ベアリング
機能によってトップリング６に対して上下動が許容され
ている。In the present embodiment, the top ring 6
No means such as a key for transmitting the rotation of the top ring 6 to the pressing ring 133 is provided between the pressing ring 133 and the pressing ring 133. Therefore, the top ring 6 rotates around the axis of the top ring drive shaft 7 during polishing, but the pressing ring 133 is configured to be non-rotating with respect to its own axis, that is, the top ring 6 and the pressing ring 133. , A relative rotation is generated between the two. However, at this time, the outer peripheral surface of the bearing receiving flange 136 fixed to the top ring 6 forms a bearing rolling surface 36R on which the ball 137b rolls. The pressing ring support bearing 137 has the functions of both a rotation support bearing and a vertical movement support bearing. The relative rotation of the top ring 6 and the pressing ring 133 is allowed by the rotation support bearing function of the pressing ring support bearing 137. The press ring 133 is allowed to move up and down with respect to the top ring 6 by the vertical movement support bearing function of the press ring support bearing 137.
【００７５】押圧リング１３３の第３押圧リング部材１
３３ｃには、押圧リング用エアシリンダ１２２のシャフ
ト１２２ａの下端部が係合している。押圧リング用エア
シリンダ１２２はトップリングヘッド９に固定されてい
る。押圧リング用エアシリンダ１２２は円周上に複数個
（例えば３個）配設されている。またリテーナリング１
０はステンレス鋼等の金属からなり、リテーナリング１
０の外周部には、下部に半径方向内方に傾斜したテーパ
面１０Ｂｔを形成して下部側を上部側より薄肉に形成し
ている。一方、押圧リング１３３の内周部にリテーナリ
ング１０のテーパ面１０Ｂｔに対応した位置に半径方向
内方に傾斜したテーパ面１３３ｔを形成し、押圧リング
１３３の押圧面１３３fをトップリング６に保持された
半導体ウエハ３の周縁部に可能な限り近づけるようにし
ている。The third pressing ring member 1 of the pressing ring 133
The lower end of the shaft 122a of the press ring air cylinder 122 is engaged with 33c. The press ring air cylinder 122 is fixed to the top ring head 9. A plurality (for example, three) of the pressure ring air cylinders 122 are arranged on the circumference. Also retainer ring 1
0 is made of metal such as stainless steel, and retainer ring 1
A tapered surface 10Bt that is inclined inward in the radial direction is formed in the lower part on the outer peripheral part of 0, and the lower part is formed thinner than the upper part. On the other hand, a tapered surface 133t inclined inward in the radial direction is formed at a position corresponding to the tapered surface 10Bt of the retainer ring 10 on the inner peripheral portion of the pressing ring 133, and the pressing surface 133f of the pressing ring 133 is held by the top ring 6. The semiconductor wafer 3 is brought as close as possible to the peripheral edge.
【００７６】上述のリテーナリング１０および押圧リン
グ１３３の構成により、押圧リング１３３の押圧面１３
３fの内周縁と半導体ウエハ３の周縁部との離間距離を
短かくすることができるため、押圧リング１３３は半導
体ウエハ３の周縁部近傍の研磨布２を押圧することがで
きる。With the configuration of the retainer ring 10 and the pressing ring 133 described above, the pressing surface 13 of the pressing ring 133
Since the distance between the inner peripheral edge of the semiconductor wafer 3 and the peripheral edge of the semiconductor wafer 3 can be shortened, the pressing ring 133 can press the polishing cloth 2 near the peripheral edge of the semiconductor wafer 3.
【００７７】図１３に示すように、トップリング用エア
シリンダ２２及び押圧リング用エアシリンダ１２２は、
それぞれレギュレータＲ１，Ｒ２を介して圧縮空気源２
４に接続されている。そして、レギュレータＲ１によっ
てトップリング用エアシリンダ２２へ供給する空気圧を
調整することによりトップリング６が半導体ウエハ３を
研磨布２に押圧する押圧力を調整することができ、レギ
ュレータＲ２によって押圧リング用エアシリンダ１２２
へ供給する空気圧を調整することにより押圧リング１３
３が研磨布２を押圧する押圧力を調整することができ
る。As shown in FIG. 13, the air cylinder 22 for the top ring and the air cylinder 122 for the pressing ring are
Compressed air source 2 via regulators R1 and R2, respectively
4 is connected. The pressure of the top ring 6 pressing the semiconductor wafer 3 against the polishing pad 2 can be adjusted by adjusting the air pressure supplied to the top ring air cylinder 22 by the regulator R1, and the pressure ring air can be adjusted by the regulator R2. Cylinder 122
By adjusting the air pressure supplied to the pressing ring 13
The pressing force by which 3 presses the polishing cloth 2 can be adjusted.
【００７８】上記構成のポリッシング装置において、ト
ップリング６の下面に半導体ウエハ３を保持させ、トッ
プリング用エアシリンダ２２を作動させてトップリング
６をターンテーブル１に向かって押圧し、回転している
ターンテーブル１の上面の研磨布２に半導体ウエハ３を
押圧する。一方、砥液供給配管２５から研磨砥液Ｑを流
すことにより、研磨布２に研磨砥液Ｑが保持されてお
り、半導体ウエハ３の研磨される面（下面）と研磨布２
の間に研磨砥液Ｑが存在した状態でポリッシングが行わ
れる。In the polishing apparatus having the above-described structure, the semiconductor wafer 3 is held on the lower surface of the top ring 6, and the top ring 6 is pressed toward the turntable 1 by operating the top ring air cylinder 22, and is rotated. The semiconductor wafer 3 is pressed against the polishing cloth 2 on the upper surface of the turntable 1. On the other hand, by flowing the polishing abrasive Q from the abrasive supply pipe 25, the polishing abrasive Q is held in the polishing cloth 2, and the polishing surface (lower surface) of the semiconductor wafer 3 and the polishing cloth 2
Polishing is performed in a state in which the polishing liquid Q is present.
【００７９】トップリング用エアシリンダ２２によるト
ップリング６の押圧力に応じて押圧リング用エアシリン
ダ１２２による押圧リング１３３の研磨布２への押圧力
を適宜調整して半導体ウエハ３の研磨を行う。研磨中に
レギュレータＲ１によってトップリング６が半導体ウエ
ハ３をターンテーブル１上の研磨布２に押圧する押圧力
Ｆ１ を変更でき、レギュレータＲ２によって押圧リン
グ１３３が研磨布２を押圧する押圧力Ｆ２ を変更でき
る（図１参照）。したがって、研磨中に、押圧リング１
３３が研磨布２を押圧する押圧力Ｆ２ を、トップリン
グ６が半導体ウエハ３を研磨布２に押圧する押圧力Ｆ１
に応じて変更することができる。この押圧力Ｆ１に対す
る押圧力Ｆ２ を適宜調整することにより、半導体ウエ
ハ３の中心部から周縁部、さらには半導体ウエハ３の外
側にある押圧リング１３３の外周部までの研磨圧力の分
布が連続かつ均一になる。そのため、半導体ウエハ３の
周縁部における研磨量の過不足を防止することができ
る。The semiconductor wafer 3 is polished by appropriately adjusting the pressing force of the pressing ring 133 against the polishing cloth 2 by the pressing ring air cylinder 122 in accordance with the pressing force of the top ring 6 by the top ring air cylinder 22. During the polishing, the pressing force F1 by which the top ring 6 presses the semiconductor wafer 3 against the polishing cloth 2 on the turntable 1 can be changed by the regulator R1, and the pressing force F2 by which the pressing ring 133 presses the polishing cloth 2 can be changed by the regulator R2. (See FIG. 1). Therefore, during polishing, the pressing ring 1
33 is a pressing force F2 for pressing the polishing pad 2, and the top ring 6 is a pressing force F1 for pressing the semiconductor wafer 3 against the polishing pad 2.
It can be changed according to. By appropriately adjusting the pressing force F2 with respect to the pressing force F1, the distribution of the polishing pressure from the central portion of the semiconductor wafer 3 to the peripheral portion, and further to the outer peripheral portion of the pressing ring 133 outside the semiconductor wafer 3 is continuous and uniform. become. Therefore, it is possible to prevent the polishing amount at the peripheral portion of the semiconductor wafer 3 from being excessive or insufficient.
【００８０】また半導体ウエハ３の周縁部で内部側より
意図的に研磨量を多くし又は逆に少なくしたい場合に
は、押圧リングの押圧力Ｆ２をトップリングの押圧力Ｆ
１に基づいて最適な値に選択することにより、半導体ウ
エハ３の周縁部の研磨量を意図的に増減できる。When it is desired to intentionally increase or decrease the polishing amount at the peripheral portion of the semiconductor wafer 3 from the inner side, the pressing force F2 of the pressing ring is changed to the pressing force F2 of the top ring.
By selecting an optimal value based on 1, the polishing amount of the peripheral portion of the semiconductor wafer 3 can be intentionally increased or decreased.
【００８１】本実施の形態においては、押圧リング１３
３が押圧リング支持ベアリング１３７を介してトップリ
ング６に支持されているため、押圧リング１３３が剛性
高く、即ち、十分にしっかりと支持される。また押圧リ
ング１３３は、押圧リング支持ベアリング１３７の上下
移動支持ベアリング機能によってトップリング６に対し
て上下動が許容されているため、上下動時の押圧リング
１３３の摺動抵抗は極めて小さく、押圧リング１３３は
円滑に上下動する。In the present embodiment, the pressing ring 13
Since the support ring 3 is supported by the top ring 6 via the press ring support bearing 137, the press ring 133 has high rigidity, that is, is sufficiently firmly supported. Further, since the pressing ring 133 is allowed to move up and down with respect to the top ring 6 by the vertical movement supporting bearing function of the pressing ring supporting bearing 137, the sliding resistance of the pressing ring 133 during the vertical movement is extremely small. 133 moves up and down smoothly.
【００８２】また押圧リング１３３がトップリング６の
軸線と同芯に配置された押圧リング支持ベアリング１３
７によって支持されているため、押圧リング１３３とト
ップリング６との同芯度を精度良く確保することができ
る。この結果、押圧リング１３３とトップリング６との
間隔、ひいては、押圧リング１３３の内周縁とトップリ
ング６に支持された半導体ウエハ３の外周縁の間隔を全
周に亘って均一に保つことができる。更に、ウエハの研
磨面のより周縁に近いところまで均一に研磨できるので
１枚のウエハから得られる半導体デバイス製品の数が増
え、また研磨時の押圧リングの押圧力等の運転条件を変
化させたときの応答性が良くなる。The pressing ring 133 has a pressing ring support bearing 13 arranged concentrically with the axis of the top ring 6.
7, the concentricity between the pressing ring 133 and the top ring 6 can be ensured with high accuracy. As a result, the distance between the pressing ring 133 and the top ring 6, that is, the distance between the inner peripheral edge of the pressing ring 133 and the outer peripheral edge of the semiconductor wafer 3 supported by the top ring 6 can be kept uniform over the entire circumference. . Furthermore, since the wafer can be polished uniformly to a position closer to the periphery of the polished surface of the wafer, the number of semiconductor device products obtained from one wafer has increased, and operating conditions such as the pressing force of a pressing ring during polishing have been changed. Responsiveness at the time is improved.
【００８３】姿勢制御装置１１は、このように構成され
たポリッシング装置に取付けられているものであり、そ
の構成は前述したものと実質的に同じであり、押圧リン
グ１３３の上端に取付けられたアーマチャー１４と、そ
の外周に間隔を空けて設定され、トップリングヘッド２
１に取付けられた電磁コア１２及び電磁コイル１２a〜
１２dから構成されている。The attitude control device 11 is mounted on the polishing device configured as described above. The configuration is substantially the same as that described above, and the armature mounted on the upper end of the pressing ring 133 is provided. 14 and the top ring head 2
The electromagnetic core 12 and the electromagnetic coils 12a to
12d.
【００８４】図１６および図１７は、更に別の形態のポ
リッシング装置に前述と同様の姿勢制御装置１１を取付
けた例を示す。すなわち、このポリッシング装置におい
ては、図13及び図14に示した実施の形態における押圧リ
ング支持ベアリング１３７の回転支持ベアリング機能と
上下移動支持ベアリング機能を分割してそれぞれの機能
を個別のベアリング１３８，１３９に分担させるように
したものである。即ち、トップリング６のトップリング
本体９の外周部には回転支持ベアリング１３８を介して
ベアリング受けリング１４０が設けられており、ベアリ
ング受けリング１４０と押圧リング１３３との間には上
下移動支持ベアリング１３９が介装されている。回転支
持ベアリング１３８は通常のラジアルベアリングからな
っている。上下移動支持ベアリング１３９は図１６およ
び図１７に示すように、円周上に３カ所設置されてお
り、各上下移動支持ベアリング１３９は押圧リング１３
３に固定された外側レースウエイ部材１３９ａと、２行
２列の４個の短円柱状ロ−ラ１３９ｂと、ローラ１３９
ｂを収容する内側レースウエイ部材１３９ｃとからなっ
ている。内側レースウエイ部材１３９ｃはベアリング受
けリング１４０に固定されており、ベアリング受けリン
グ１４０にはベアリング押さえ１６９が固定されてい
る。FIGS. 16 and 17 show an example in which a posture control device 11 similar to that described above is attached to a polishing apparatus of still another embodiment. That is, in this polishing apparatus, the rotation support bearing function and the vertical movement support bearing function of the pressing ring support bearing 137 in the embodiment shown in FIGS. 13 and 14 are divided and the respective functions are separated into individual bearings 138 and 139. It is made to share. That is, a bearing receiving ring 140 is provided on the outer peripheral portion of the top ring main body 9 of the top ring 6 via a rotation supporting bearing 138, and a vertical movement supporting bearing 139 is provided between the bearing receiving ring 140 and the pressing ring 133. Is interposed. The rotary support bearing 138 is a normal radial bearing. As shown in FIGS. 16 and 17, three vertically movable support bearings 139 are provided on the circumference, and each vertically movable support bearing 139 is
3, an outer raceway member 139a fixed to the third roller 3, four short columnar rollers 139b in two rows and two columns, and a roller 139.
b of the inner raceway member 139c. The inner raceway member 139c is fixed to a bearing receiving ring 140, and a bearing retainer 169 is fixed to the bearing receiving ring 140.
【００８５】押圧リング１３３の上端部には押圧リング
ストッパ１７０が固定され、またトップリング本体９の
上端部にはカバー１７１が固定されている。そして、回
転支持ベアリング１３８と上下移動支持ベアリング１３
９とを囲むように３つのラビリンス１７５，１７６，１
７７が形成されている。即ち、ベアリング押さえ１６
９、押圧リングストッパ１７０、およびカバー１７１と
の間にはラビリンス１７５が形成され、ベアリング受け
リング１４０とトップリング本体９Aとの間にはラビリ
ンス１７６が形成され、押圧リング１３３の第３押圧リ
ング部材１３３ｃとリテーナ１０との間にはラビリンス
１７７が形成されている。A pressing ring stopper 170 is fixed to the upper end of the pressing ring 133, and a cover 171 is fixed to the upper end of the top ring body 9. The rotation support bearing 138 and the vertical movement support bearing 13
9 and three labyrinths 175,176,1
77 are formed. That is, the bearing retainer 16
9, a pressing ring stopper 170, and a cover 171 are formed with a labyrinth 175, a labyrinth 176 is formed between the bearing receiving ring 140 and the top ring body 9A, and a third pressing ring member of the pressing ring 133 is formed. A labyrinth 177 is formed between 133c and retainer 10.
【００８６】このポリッシング装置においては、図１３
ないし図１５に示したものと比べてベアリングの支持の
位置を研磨面に対して近づけることが可能となる。その
結果、押圧リング１３３の支持安定性をより確保するこ
とが可能となる。また、トップリング６と押圧リング１
３３との相対回転は回転支持ベアリング１３８により支
持され、押圧リング１３３のトップリング６に対する上
下動は上下移動支持ベアリング１３９で支持されるよう
になされているので、ベアリングの寿命の向上にも寄与
することが可能である。In this polishing apparatus, FIG.
In addition, the position of the support of the bearing can be made closer to the polished surface as compared with that shown in FIG. As a result, the support stability of the pressing ring 133 can be further ensured. Also, the top ring 6 and the pressing ring 1
The relative rotation with respect to 33 is supported by the rotation support bearing 138, and the vertical movement of the pressing ring 133 with respect to the top ring 6 is supported by the vertical movement support bearing 139, which also contributes to the improvement of the life of the bearing. It is possible.
【００８７】上述の構造を採用するに際して、ベアリン
グ設置部に対しては異物の進入、例えば、水、研磨液等
の液体や研磨くず等の固体物の侵入は好ましくない。従
って、ベアリングの周辺に、上記の液体や固体物が入ら
ないようにする必要があり、その手段として、その周辺
を接触型のシールによって機械的にシールするか、ラビ
リンス等の構造で覆う等の方法が考えられる。例えば、
機械的にシールした場合には接触部においては少なから
ず摩耗が生じ、シール自体が消耗部材となる可能性があ
る。また、摩耗するということは、摩耗による異物の発
生にもつながり、それ自身が異物の発生源になりかねな
い。それに対して、上記の如きラビリンス構造は非接触
であるため、そのような懸念はない。さらに、複数のラ
ビリンス１７５，１７６，１７７を並べることで、異物
の侵入阻止の精度の向上も可能である。また、研磨面に
対しても、必要外の異物の侵入は好ましくなく、上記ラ
ビリンス構造の採用により、研磨面より上の部分で発生
した異物の落下を防ぐ効果も期待できる。When the above-described structure is employed, it is not preferable that foreign substances enter the bearing installation portion, for example, liquids such as water and polishing liquid and solids such as polishing waste. Therefore, it is necessary to prevent the above-mentioned liquid or solid matter from entering the periphery of the bearing. As a means, the periphery may be mechanically sealed with a contact-type seal or covered with a structure such as a labyrinth. A method is conceivable. For example,
When mechanically sealed, a considerable amount of wear occurs at the contact portion, and the seal itself may become a consumable member. In addition, abrasion leads to the generation of foreign matter due to the wear, and may itself be a source of foreign matter. On the other hand, since the above-mentioned labyrinth structure is non-contact, there is no such concern. Furthermore, by arranging a plurality of labyrinths 175, 176, and 177, it is possible to improve the accuracy of preventing foreign matter from entering. Unnecessary entry of foreign matter into the polished surface is also undesirable, and the use of the labyrinth structure can be expected to have an effect of preventing foreign matter generated at a portion above the polished surface from falling.
【００８８】姿勢制御装置１１は、このように構成され
たポリッシング装置に取付けられているものであり、そ
の構成は前述したものと実質的に同じであり、押圧リン
グ１３３の上端に取付けられたアーマチャー１４と、そ
の外周に間隔を空けて設定され、トップリングヘッド２
１に取付けられた電磁コア１２及び電磁コイル１２a〜
１２dから構成されている。The attitude control device 11 is mounted on the polishing device configured as described above, and the configuration thereof is substantially the same as that described above, and the armature mounted on the upper end of the pressing ring 133 is provided. 14 and the top ring head 2
The electromagnetic core 12 and the electromagnetic coils 12a to
12d.
【００８９】[0089]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電磁気力を応用してポリッシング対象物である基板を保
持するトップリングの姿勢を制御することにより、被研
磨面の面圧分布を最適の状態にして研磨を行い、平坦度
の高い研磨を行うことができる。As described above, according to the present invention,
By applying the electromagnetic force to control the attitude of the top ring that holds the substrate to be polished, the surface pressure distribution on the surface to be polished is optimized, and the polishing is performed with high flatness. Can be.
【００９０】また本発明によれば、ポリッシング対象物
である基板をターンテーブルの研磨面に対して押し付け
る押圧力は、エアシリンダの押圧力をそのままトップリ
ングに伝達することにより得るようにしている。そし
て、トップリングの傾きの制御のみを電磁力を用いた姿
勢制御装置により行うようにしている。そのため、姿勢
制御装置が小型になり、簡易な構造になる。According to the present invention, the pressing force for pressing the substrate to be polished against the polishing surface of the turntable is obtained by transmitting the pressing force of the air cylinder to the top ring as it is. Only the inclination of the top ring is controlled by a posture control device using electromagnetic force. Therefore, the attitude control device is reduced in size and has a simple structure.
【００９１】また本発明によれば、ポリッシング対象物
である基板のトップリングへの着脱を行う際には、トッ
プリングとコンパクトで軽量な構造の姿勢制御装置とを
一体に上下動させればよいため、上下動機構は簡易なも
の、たとえばエアシリンダを用いることができる。According to the present invention, when the substrate to be polished is attached to and detached from the top ring, the top ring and the attitude control device having a compact and lightweight structure may be moved up and down integrally. Therefore, a simple vertical movement mechanism, for example, an air cylinder can be used.
【００９２】さらに、図１１及び図１２に示した如きも
ににおいては、ポリッシングに際してポリッシング対象
物の中央部又は周縁部における押圧力分布が不均一にな
ることを防止して研磨圧力をポリッシング対象物の全面
に亘って均一にし、ポリッシング対象物の中央部又は周
縁部の研磨量が過不足となることを防止することができ
る。したがって、ポリッシング対象物の全面を平坦かつ
鏡面に研磨することができる。そして、半導体製造工程
等に用いてより質の高いポリッシングを行うことがで
き、また半導体ウエハの周縁部まで製品に供することが
できるため、半導体ウエハの歩留りの向上に寄与する。
更に、半導体ウエハ等のポリッシング対象物によっては
ポリッシング対象物の周縁部を内部側より意図的に研磨
量を多く又は逆に少なくしたいという要請があるため、
この要請にも答えることができるようにポリッシング対
象物の周縁部の研磨量を意図的に増減することができ
る。さらに、ポリッシング対象物の周縁部のみならず、
研磨面の狙った一部の領域（例えば、中央部、外周部
等）の研磨量を増減するように研磨することができる。Further, in the embodiment shown in FIGS. 11 and 12, the polishing pressure is prevented from becoming uneven at the central portion or the peripheral portion of the polishing object during polishing, and the polishing pressure is reduced. Of the polishing target can be prevented from being excessively or insufficiently polished at the central portion or the peripheral portion of the object to be polished. Therefore, the entire surface of the object to be polished can be polished flat and mirror-finished. Further, higher quality polishing can be performed in a semiconductor manufacturing process or the like, and the product can be provided to the peripheral portion of the semiconductor wafer, thereby contributing to an improvement in the yield of the semiconductor wafer.
Further, since there is a demand to intentionally increase or decrease the polishing amount of the peripheral portion of the polishing object from the inner side depending on the polishing object such as a semiconductor wafer,
The polishing amount at the peripheral portion of the object to be polished can be intentionally increased or decreased so as to be able to meet this demand. Furthermore, not only the periphery of the polishing object,
Polishing can be performed so as to increase or decrease the amount of polishing of a target region (for example, a central portion, an outer peripheral portion, etc.) of the polishing surface.
【００９３】また、図１３乃至図１７に示した如きもの
においては、押圧リングとポリッシング対象物との研磨
面に対する押圧力を調整することにより、当該ポリッシ
ング対象物を所要に応じ適切に研磨を行うことができ
る。In the case shown in FIGS. 13 to 17, by adjusting the pressing force of the pressing ring and the object to be polished against the polishing surface, the object to be polished is appropriately polished as required. be able to.
【図１】本発明に係るポリッシング装置の第１実施形態
の全体構成を示す縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an overall configuration of a polishing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明に係る基板保持装置の要部断面図であ
る。FIG. 2 is a sectional view of a main part of the substrate holding device according to the present invention.
【図３】図２のIII−III線断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III of FIG. 2;
【図４】図３のIV−IV線断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV of FIG. 3;
【図５】トップリングの姿勢制御装置を制御する制御部
の機能構成を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram illustrating a functional configuration of a control unit that controls the attitude control device of the top ring.
【図６】トップリングのＸ軸回りの傾きα、Ｙ軸回りの
傾きβの関係を説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating the relationship between the inclination α of the top ring around the X axis and the inclination β around the Y axis.
【図７】本発明に係るポリッシング装置の第２実施形態
の全体構成を示す縦断面図である。FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing an overall configuration of a polishing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
【図８】図７のVIII−VIII線断面図である。8 is a sectional view taken along line VIII-VIII in FIG.
【図９】図８のIX−IX線断面図である。9 is a sectional view taken along line IX-IX of FIG.
【図１０】ターンテーブルの姿勢制御装置を制御する制
御部の機能構成を示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram showing a functional configuration of a control unit that controls the attitude control device of the turntable.
【図１１】本発明に係るポリッシング装置の他の実施形
態を示す図である。FIG. 11 is a view showing another embodiment of the polishing apparatus according to the present invention.
【図１２】図１１のポリッシング装置の部分拡大図であ
る。FIG. 12 is a partially enlarged view of the polishing apparatus of FIG. 11;
【図１３】本発明に係るポリッシング装置の更に別の実
施形態を示す図である。FIG. 13 is a view showing still another embodiment of the polishing apparatus according to the present invention.
【図１４】図１３のポリッシング装置の部分拡大図であ
る。FIG. 14 is a partially enlarged view of the polishing apparatus of FIG.
【図１５】図１４のXIIII-XIIII線断面図である。FIG. 15 is a sectional view taken along line XIIII-XIIII of FIG. 14;
【図１６】本発明に係るポリッシング装置の他の実施形
態を示す図である。FIG. 16 is a view showing another embodiment of the polishing apparatus according to the present invention.
【図１７】図１６のXVII-XVII線断面図である。FIG. 17 is a sectional view taken along line XVII-XVII in FIG. 16;
【図１８】従来のポリッシング装置の概略図である。FIG. 18 is a schematic view of a conventional polishing apparatus.
１，５６，１０１ ターンテーブル ２，５７ 研磨布 ３，５３ 半導体ウエハ ５ 基板保持装置 ６，５４ トップリング ７，５１ トップリング駆動軸 ８ 自在継手部 ９ トップリング本体 ９ａ，４１ａ 凹部 ９Ｂ 上部板 １０ リテーナリング １１，１１１ 姿勢制御装置 １２，１１２ 電磁石コア １２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１１２ａ，１１２
ｂ，１１２ｃ，１１２ｄ磁極 １３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１１３ａ，１１３
ｂ，１１３ｃ，１１３ｄ電磁コイル １４，１１４ アーマチャー １５，１５ａ１，１５ａ２；１５ｂ１，１５ｂ２；１５
ｃ１，１５ｃ２；１５ｄ１，１５ｄ２，１１５ａ，１１
５ｂ，１１５ｃ，１１５ｄ 変位センサ ２１ トップリングヘッド ２２ トップリング用エアシリンダ ２３ 回転筒 ２４ タイミングプーリ、駆動回路 ２５ タイミングベルト ２６ トップリング用モータ ２７ タイミングプーリ ２９ トップリングヘッドシャフト ３０ 減算器 ３１ コントローラ ３１−１ 処理部 ３１−２ ノッチフィルタ ３１−３ 座標変換部 ３２ 駆動部 ４０ 球面軸受機構 ４１ フランジ ４２ ベアリングボール ５２ 球面部 ５４ａ ウエハ保持面 ５５ 球面座 ６０ 砥液供給ノズル １０２ 回転軸 １０３ 下部カップリング部材 １０４ 上部カップリング部材 １０４ａ 係合孔 １０５ 自動調芯ころ軸受 １０６ ピン1, 56, 101 Turntable 2, 57 Polishing cloth 3, 53 Semiconductor wafer 5 Substrate holding device 6, 54 Top ring 7, 51 Top ring drive shaft 8 Universal joint 9 Top ring main body 9a, 41a Recess 9B Upper plate 10 Retainer Ring 11, 111 Attitude control device 12, 112 Electromagnetic core 12a, 12b, 12c, 12d, 112a, 112
b, 112c, 112d Magnetic poles 13a, 13b, 13c, 13d, 113a, 113
b, 113c, 113d Electromagnetic coil 14, 114 Armature 15, 15a1, 15a2; 15b1, 15b2; 15
c1, 15c2; 15d1, 15d2, 115a, 11
5b, 115c, 115d Displacement sensor 21 Top ring head 22 Air cylinder for top ring 23 Rotating cylinder 24 Timing pulley, drive circuit 25 Timing belt 26 Motor for top ring 27 Timing pulley 29 Top ring head shaft 30 Subtractor 31 Controller 31-1 Processing unit 31-2 Notch filter 31-3 Coordinate conversion unit 32 Drive unit 40 Spherical bearing mechanism 41 Flange 42 Bearing ball 52 Spherical part 54a Wafer holding surface 55 Spherical seat 60 Abrasive liquid supply nozzle 102 Rotating shaft 103 Lower coupling member 104 Upper part Coupling member 104a Engagement hole 105 Self-aligning roller bearing 106 Pin
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 憲雄 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 奥村 勝弥 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AB04 BB02 BB03 BB04 BC01 CB01 DA17 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Norio Kimura 11-1 Haneda Asahimachi, Ota-ku, Tokyo Ebara Corporation (72) Inventor Katsuya Okumura 8 Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi Toshiba Yokohama Office F-term (reference) 3C058 AA07 AB04 BB02 BB03 BB04 BC01 CB01 DA17
Claims (6)
ッシング対象物である基板を保持してターンテーブル上
の研磨面に押圧するトップリングを有する基板保持装置
とを備えたポリッシング装置において、基板保持装置
が、 トップリングをターンテーブルの研磨面に対して押圧す
る押圧手段と、該トップリングの姿勢を電磁力によって
制御する姿勢制御手段とを設けたことを特徴とするポリ
ッシング装置。1. A polishing apparatus comprising: a turntable having a polishing surface; and a substrate holding device having a top ring for holding a substrate to be polished and pressing the substrate against the polishing surface on the turntable. A polishing apparatus, comprising: pressing means for pressing a top ring against a polishing surface of a turntable; and attitude control means for controlling the attitude of the top ring by electromagnetic force.
を与えるための駆動軸とされ、該駆動軸と前記トップリ
ングとが継手を介して相互に傾動可能に連結されている
ことを特徴とする請求項１に記載のポリッシング装置。2. The method according to claim 1, wherein the pressing means is a drive shaft for giving rotation to the top ring, and the drive shaft and the top ring are connected to each other via a joint so as to be tiltable. The polishing apparatus according to claim 1.
を中心に回転可能に支持するフレームを有し、前記姿勢
制御装置が、前記フレームに固定された電磁石装置と、
前記トップリングに固定され、前記電磁石装置の磁力に
より動かされるアーマチャーとを有することを特徴とす
る請求項２に記載のポリッシング装置。3. An electromagnet device fixed to the frame, wherein the substrate holding device has a frame for supporting a drive shaft rotatably about the axis thereof,
The polishing apparatus according to claim 2, further comprising an armature fixed to the top ring and moved by a magnetic force of the electromagnet apparatus.
勢を検知し、それに基づき当該姿勢をフィードバック制
御するようにしたことを特徴とする請求項２若しくは３
に記載のポリッシング装置。4. The attitude control device according to claim 2, wherein the attitude control device detects the attitude of the top ring and feedback-controls the attitude based on the detected attitude.
A polishing apparatus according to claim 1.
上下動自在に配置し、前記押圧リングを前記研磨面に対
して可変の押圧力で押圧する押圧手段を設け、前記押圧
リングをベアリングを介して前記トップリングに支持さ
せ、当該押圧リングを非回転状態に維持しながら、トッ
プリングの回転を許容するようにしたことを特徴とする
請求項１乃至４のいずれかに記載のポリッシング装置。5. A pressing ring is disposed around the top ring so as to be vertically movable, and pressing means for pressing the pressing ring with a variable pressing force against the polishing surface is provided, and the pressing ring is connected via a bearing. The polishing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the top ring is supported so as to allow rotation of the top ring while maintaining the pressing ring in a non-rotating state.
持面が、当該トップリングにかけられる流体圧によって
前記研磨面に対して変位可能とされ、かつ、トップリン
グの周囲にリテーナリングを有し、該リテーナリングが
前記研磨面に対して、トップリングとは独立に、押圧可
能とされたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか
に記載のポリッシング装置。6. A holding surface for holding a substrate of the top ring is displaceable with respect to the polishing surface by a fluid pressure applied to the top ring, and has a retainer ring around the top ring; The polishing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the retainer ring can be pressed against the polishing surface independently of the top ring.
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| JP2012518904A (en) * | 2009-02-25 | 2012-08-16 | グリーンスペック カンパニー、インコーポレイテッド | Carrier head for silicon bare wafer polishing equipment |
| JP2015226938A (en) * | 2014-05-30 | 2015-12-17 | 株式会社荏原製作所 | Polishing device |
| CN112497036A (en) * | 2020-11-16 | 2021-03-16 | 新昌县威尔特轴承有限公司 | Bearing ring polishing device |
| CN112605848A (en) * | 2020-11-29 | 2021-04-06 | 厦门理工学院 | Electromagnetic polishing disk mechanism with adjustable gravity center and polishing method |
| CN114603403A (en) * | 2022-03-15 | 2022-06-10 | 先导薄膜材料（广东）有限公司 | Processing method of rhombic angle sputtering target |
-
2000
- 2000-03-10 JP JP2000066078A patent/JP3862920B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004216548A (en) * | 2003-01-10 | 2004-08-05 | Samsung Electronics Co Ltd | Polishing device and polishing method using the same |
| US7488235B2 (en) | 2003-01-10 | 2009-02-10 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Polishing apparatus and related polishing methods |
| JP4608218B2 (en) * | 2003-01-10 | 2011-01-12 | 三星電子株式会社 | Polishing apparatus and polishing method using the same |
| US10293455B2 (en) | 2004-11-01 | 2019-05-21 | Ebara Corporation | Polishing apparatus |
| US8845396B2 (en) | 2004-11-01 | 2014-09-30 | Ebara Corporation | Polishing apparatus |
| US9724797B2 (en) | 2004-11-01 | 2017-08-08 | Ebara Corporation | Polishing apparatus |
| US10040166B2 (en) | 2004-11-01 | 2018-08-07 | Ebara Corporation | Polishing apparatus |
| US8083571B2 (en) | 2004-11-01 | 2011-12-27 | Ebara Corporation | Polishing apparatus |
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| JP2012518904A (en) * | 2009-02-25 | 2012-08-16 | グリーンスペック カンパニー、インコーポレイテッド | Carrier head for silicon bare wafer polishing equipment |
| JP2015226938A (en) * | 2014-05-30 | 2015-12-17 | 株式会社荏原製作所 | Polishing device |
| CN112497036A (en) * | 2020-11-16 | 2021-03-16 | 新昌县威尔特轴承有限公司 | Bearing ring polishing device |
| CN112605848A (en) * | 2020-11-29 | 2021-04-06 | 厦门理工学院 | Electromagnetic polishing disk mechanism with adjustable gravity center and polishing method |
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