JPH11198026A - Polishing device - Google Patents
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- JPH11198026A JPH11198026A JP2032098A JP2032098A JPH11198026A JP H11198026 A JPH11198026 A JP H11198026A JP 2032098 A JP2032098 A JP 2032098A JP 2032098 A JP2032098 A JP 2032098A JP H11198026 A JPH11198026 A JP H11198026A
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- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はポリッシング装置に
係り、特に研磨面を有するターンテーブルと、被研磨物
を保持するトップリングを具備し、両者を回転させなが
ら研磨面と被研磨物の被研磨面を摺動させて研磨するポ
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 polishing apparatus, and more particularly, to a polishing apparatus having a turntable having a polished surface and a top ring for holding an object to be polished. The present invention relates to a polishing apparatus for polishing by sliding a surface.
【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
なりつつあり、特に０．５μｍ以下の光リソグラフィの
場合は、焦点深度が浅くなるためにステッパの結像面の
平坦度を必要とする。半導体製造プロセスの中で、層間
絶縁膜、メタル配線部、素子分離部、各種電極部の平坦
化に用いられる化学的機械研磨は、今後デバイスの微細
化が進むにつれて、さらにその利用範囲は広がってい
く。このような化学的機械研磨の必要性は、マスク等に
用いるガラス基板、或いは液晶パネル等の基板のプロセ
ス処理においても同様である。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. Especially in the case of optical lithography of 0.5 μm or less, the depth of focus becomes shallower. Therefore, the flatness of the image forming surface of the stepper is required. In the semiconductor manufacturing process, chemical mechanical polishing, which is used for planarization of interlayer insulating films, metal wiring parts, element isolation parts, and various electrode parts, will be used in a wider range as devices become finer in the future. Go. The necessity of such chemical mechanical polishing is the same in the process of processing a glass substrate used for a mask or the like or a substrate such as a liquid crystal panel.
【０００３】従来のポリッシング装置の一例としては、
図６に示すように、上面にクロス(研磨布)１を貼り付け
たターンテーブル２と、被研磨物(半導体ウエハ)Ｗを保
持するトップリング３とを具備している。ターンテーブ
ル２とトップリング３はそれぞれを独立に回転させる駆
動装置を備え、また、両者を互いに押し付けるためのエ
アシリンダのような付勢装置が設けられている。An example of a conventional polishing apparatus is as follows.
As shown in FIG. 6, a turntable 2 on which a cloth (polishing cloth) 1 is adhered to an upper surface, and a top ring 3 for holding an object to be polished (semiconductor wafer) W are provided. The turntable 2 and the top ring 3 are provided with a driving device for rotating each of them independently, and a biasing device such as an air cylinder for pressing the two together is provided.
【０００４】このようなポリッシング装置においては、
トップリング３を被研磨物Ｗの縁部がターンテーブル２
の中心及び縁部から所定距離離れた位置に来るように位
置させて押しつけた状態で、ノズル４より研磨液Ｑを供
給しつつターンテーブル２とトップリング３をそれぞれ
独立に回転させ、ウエハＷの全面を均一に研磨する。[0004] In such a polishing apparatus,
The edge of the workpiece W is the turntable 2
The turntable 2 and the top ring 3 are independently rotated while the polishing liquid Q is supplied from the nozzles 4 while the polishing liquid Q is being supplied so as to be located at a predetermined distance from the center and the edge of the wafer W. Polish the entire surface uniformly.
【０００５】トップリング３は、下側に被研磨物Ｗを吸
着等により保持する保持面を有する円盤状部材で、その
支持軸５との接続部分は球６を用いた自在継手構造にな
っている。これにより、研磨中にトップリング３がター
ンテーブル２側からの力に応じて傾動し、ターンテーブ
ル２とトップリング３とのアラインメント誤差や研磨ク
ロスの局所的変動による影響を吸収して安定な研磨を行
なうことができるようになっている。The top ring 3 is a disc-shaped member having a holding surface on the lower side for holding an object to be polished W by suction or the like, and its connecting portion with the support shaft 5 has a universal joint structure using balls 6. I have. Thereby, the top ring 3 tilts in accordance with the force from the turntable 2 side during polishing, and absorbs the influence of the alignment error between the turntable 2 and the top ring 3 and the local fluctuation of the polishing cloth, thereby achieving stable polishing. Can be performed.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところで、このポリッ
シング装置の性能の一つに面内平坦性のばらつきの問題
があるが、現状では±１０％程度であり、今後、更に面
内平坦性のばらつきの低減が求められている。面内平坦
性のばらつきを低減するためには、柔らかい研磨布を用
いればよいが、研磨だれにより使用できなくなるウエハ
端からの距離（エッジエクスクリュージョン）が増大す
る問題がある。また、研磨圧力と研磨ヘッド回転数をこ
まかに調整すればよいが、調整のために多量のダミーウ
エハが必要になってしまう。面内平坦性のばらつきを低
減するには研磨圧力が安定に保たれることが望まれる
が、現状はエアシリンダーによる研磨ヘッドへの荷重付
加方式を採用しており、研磨圧力を安定に、且つウエハ
全面に対し均等に保つような能動的な制御は行っていな
い。One of the performances of this polishing apparatus is a problem of in-plane flatness variation. However, at present, it is about ± 10%, and in the future, the in-plane flatness variation will be further increased. Is required to be reduced. In order to reduce the variation in the in-plane flatness, a soft polishing cloth may be used. However, there is a problem in that the distance from the edge of the wafer (edge excursion), which cannot be used due to polishing, increases. Although the polishing pressure and the number of rotations of the polishing head may be finely adjusted, a large number of dummy wafers are required for the adjustment. It is desired that the polishing pressure be kept stable in order to reduce the variation in the in-plane flatness. However, at present, a method of applying a load to the polishing head using an air cylinder is adopted, and the polishing pressure is stably maintained, and No active control is performed to keep the entire wafer uniform.
【０００７】本発明は上述の事情に鑑みてなされたもの
で、被研磨物を保持するトップリングの押圧力を制御す
ることにより、被研磨物への押圧力分布を最適の状態に
して研磨を行なうことができるポリッシング装置を提供
することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described circumstances. By controlling the pressing force of a top ring for holding an object to be polished, the distribution of the pressing force on the object to be polished is optimized to perform polishing. An object of the present invention is to provide a polishing apparatus that can perform the polishing.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、研磨面を有するターンテーブルと、被研磨物を保持
するトップリングを具備し、両者を回転させながら研磨
面と被研磨物の被研磨面を摺動させて研磨するポリッシ
ング装置において、前記トップリングの荷重付加部に前
記被研磨物に係る押圧力を検出する圧電素子を内蔵した
磁気荷重付加装置を備え、該磁気荷重付加装置は前記ト
ップリングに固着した磁気ディスクと、該磁気ディスク
を磁気力により非接触で駆動する電磁石とからなり、前
記圧電素子の信号に基づいて前記電磁石の磁気力を制御
することにより、前記トップリングの被研磨物に対する
押圧力を制御することを特徴とするポリッシング装置で
ある。According to a first aspect of the present invention, there is provided a turntable having a polished surface, and a top ring for holding a polished object. In a polishing apparatus for polishing by sliding a surface to be polished, a magnetic load applying device having a built-in piezoelectric element for detecting a pressing force applied to the object to be polished is provided in a load applying portion of the top ring, Is composed of a magnetic disk fixed to the top ring and an electromagnet that drives the magnetic disk in a non-contact manner by a magnetic force, and controls the magnetic force of the electromagnet based on a signal of the piezoelectric element, thereby forming the top ring. A polishing apparatus for controlling a pressing force on the object to be polished.
【０００９】請求項２に記載の発明は、研磨面を有する
ターンテーブルと、被研磨物を保持するトップリングを
具備し、両者を回転させながら研磨面と被研磨物の被研
磨面を摺動させて研磨するポリッシング装置において、
前記トップリングの荷重付加部にギャップセンサを内蔵
した磁気荷重付加装置を備え、該磁気荷重付加装置は前
記トップリングに固着した磁気ディスクと、該磁気ディ
スクを磁気力により非接触で駆動する電磁石と、前記磁
気ディスクと電磁石との間のギャップの大きさを検出す
るギャップセンサとからなり、該ギャップセンサの信号
に基づいて前記電磁石の磁気力を制御することにより、
前記トップリングの被研磨物に対する押圧力を制御する
ことを特徴とするポリッシング装置である。According to a second aspect of the present invention, there is provided a turntable having a polished surface, and a top ring for holding the object to be polished, and sliding between the polished surface and the surface to be polished while rotating both. In a polishing apparatus for polishing by
A magnetic load applying device having a built-in gap sensor in a load applying portion of the top ring, the magnetic load applying device includes a magnetic disk fixed to the top ring, and an electromagnet that drives the magnetic disk in a non-contact manner by a magnetic force. A gap sensor for detecting the size of the gap between the magnetic disk and the electromagnet, by controlling the magnetic force of the electromagnet based on the signal of the gap sensor,
A polishing apparatus is characterized in that a pressing force of the top ring against an object to be polished is controlled.
【００１０】請求項３に記載の発明は、研磨面を有する
ターンテーブルと、被研磨物を保持するトップリングを
具備し、両者を回転させながら研磨面と被研磨物の被研
磨面を摺動させて研磨するポリッシング装置において、
前記トップリングの荷重付加部に磁気荷重付加装置を備
え、該磁気荷重付加装置は前記トップリングに固着した
磁気ディスクと、該磁気ディスクを磁気力により非接触
で駆動する電磁石と、前記被研磨物に係る押圧力を検出
するセンサとからなり、該センサの信号に基づいて前記
電磁石の磁気力を制御することにより、前記トップリン
グの被研磨物に対する押圧力を制御することを特徴とす
るポリッシング装置である。According to a third aspect of the present invention, there is provided a turntable having a polished surface, and a top ring for holding the object to be polished. In a polishing apparatus for polishing by
A magnetic load applying device provided at a load applying portion of the top ring, the magnetic load applying device comprising: a magnetic disk fixed to the top ring; an electromagnet for driving the magnetic disk in a non-contact manner by a magnetic force; A polishing apparatus for controlling the pressing force of the top ring against the object to be polished by controlling the magnetic force of the electromagnet based on a signal from the sensor. It is.
【００１１】これにより、トップリングの荷重付加部に
磁気荷重付加装置を用いて、被研磨物を保持するトップ
リングの面内押圧力を制御することにより、被研磨面の
押圧力分布を最適の状態にして研磨を行ない、平坦度の
高い研磨を行なうことができる。[0011] Thus, by controlling the in-plane pressing force of the top ring that holds the object to be polished using the magnetic load applying device in the load applying portion of the top ring, the pressing force distribution on the surface to be polished can be optimized. Polishing with a high degree of flatness can be performed in the state.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。尚、各図中の同一部分には同一の
符号を付して、重複した説明を省略する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
【００１３】図１は、本発明に係るポリッシング装置の
全体構成を示すもので、上面にクロス(研磨布)１又は砥
石を貼り付けたターンテーブル２と、被研磨物(半導体
ウエハ)Ｗを保持するトップリング３とを具備してい
る。ターンテーブル２とトップリング３とは、それぞれ
独立に回転させる図示しない駆動装置が設けられてい
る。トップリング３は、球６を介して支持軸５に傾動自
在に支持され、エアシリンダ７により軸方向に付勢され
ている。FIG. 1 shows the overall configuration of a polishing apparatus according to the present invention, which holds a turntable 2 on which a cloth (polishing cloth) 1 or a grindstone is attached, and a workpiece (semiconductor wafer) W to be polished. And a top ring 3. A drive device (not shown) for rotating the turntable 2 and the top ring 3 independently is provided. The top ring 3 is supported by a support shaft 5 via a ball 6 so as to be tiltable, and is urged in the axial direction by an air cylinder 7.
【００１４】本実施形態のポリッシング装置において
は、トップリングに所望の被研磨物に対する押圧力分布
を付与するための荷重付加部である磁気荷重付加装置１
１を備えている。この磁気荷重付加装置１１は、図１に
おいては一部分のみを図示しているが、支持軸５に対し
て軸対称に等間隔に例えば４ヶ所配置されている。従っ
て、トップリング３に対して円周方向に４分割した形で
それぞれ配置された磁気荷重付加装置により、それぞれ
独立に所望の荷重をトップリングの各部分に付与するこ
とができる。In the polishing apparatus according to the present embodiment, the magnetic load applying apparatus 1 is a load applying section for applying a desired pressing force distribution to the object to be polished to the top ring.
1 is provided. Although only a part of the magnetic load applying device 11 is shown in FIG. 1, for example, four magnetic load applying devices are arranged at equal intervals symmetrically with respect to the support shaft 5. Therefore, a desired load can be independently applied to each part of the top ring 3 by the magnetic load applying devices arranged in a manner divided into four parts in the circumferential direction with respect to the top ring 3.
【００１５】磁気荷重付加装置１１は、固定部１２にそ
の枠体１３が固定され、その枠体１３内に上下方向に電
磁石１４ａ，１４ｂがそれぞれその磁極面が対向するよ
うに配置されている。電磁石１４ａと１４ｂとの間の中
空部には、磁性材である磁気ディスク１６が間挿するよ
うに配置され、磁気ディスク１６は接続部材１５を介し
てトップリング３の上面に固定されている。従って、電
磁石１４ａ，１４ｂのコイルに励磁電流を供給すること
で、磁気吸引力を磁気ディスク１６に及ぼし、その結果
として磁気ディスク１６に固着したトップリング３に上
下方向の駆動力を付与することができる。In the magnetic load applying device 11, a frame 13 is fixed to a fixing portion 12, and electromagnets 14a and 14b are arranged in the frame 13 so that their magnetic pole surfaces face each other in the vertical direction. In the hollow portion between the electromagnets 14a and 14b, a magnetic disk 16 as a magnetic material is disposed so as to be inserted, and the magnetic disk 16 is fixed to the upper surface of the top ring 3 via a connecting member 15. Therefore, by supplying an exciting current to the coils of the electromagnets 14a and 14b, a magnetic attraction force is exerted on the magnetic disk 16, and as a result, a vertical driving force is applied to the top ring 3 fixed to the magnetic disk 16. it can.
【００１６】例えば下側の電磁石１４ｂの励磁を上側電
磁石１４ａの励磁よりも強めることにより、トップリン
グ３の接続部材１５が固定された部分には下方への押圧
力が強められる。逆に上側の電磁石１４ａの励磁を下側
の電磁石１４ｂの励磁よりも強めることにより、トップ
リング３の接続部材１５が固定された部分には下方への
押圧力を弱めることができる。従って、このような磁気
荷重付加装置１１を円周方向に等間隔に例えば４ヶ所設
けることで、被研磨物Ｗを保持しながらターンテーブル
２の研磨布１に摺動して研磨する際に、トップリング３
の押圧力分布、ひいては被研磨物Ｗの研磨面における押
圧力を４ヶ所でそれぞれ独立に調整することが可能とな
る。For example, by increasing the excitation of the lower electromagnet 14b more than the excitation of the upper electromagnet 14a, the downward pressing force is increased at the portion of the top ring 3 to which the connecting member 15 is fixed. Conversely, by making the excitation of the upper electromagnet 14a stronger than the excitation of the lower electromagnet 14b, the downward pressing force on the portion of the top ring 3 to which the connecting member 15 is fixed can be reduced. Therefore, by providing such magnetic load applying devices 11 at, for example, four locations at equal intervals in the circumferential direction, when the workpiece W is slid and polished on the polishing cloth 1 of the turntable 2 while holding the workpiece W, Top ring 3
, And the pressing force on the polished surface of the workpiece W can be independently adjusted at four locations.
【００１７】図２は、本発明の第１実施形態の磁気荷重
付加装置を示す。この磁気荷重付加装置１１は、例えば
半導体製造プロセスにおいてウエハＷの平坦化に用いら
れる化学的機械研磨（ポリッシング）の際に、ウエハＷ
に係る押圧力を反力として検出する圧電素子１８ａ，１
８ｂを内蔵したものである。尚、この実施形態では２個
の圧電素子１８ａ，１８ｂが用いられているが、圧電素
子は上下の電磁石１４ａ，１４ｂの少なくとも一方に内
蔵されていればよい。FIG. 2 shows a magnetic load applying device according to a first embodiment of the present invention. The magnetic load applying device 11 is used for, for example, chemical mechanical polishing (polishing) used for flattening the wafer W in a semiconductor manufacturing process.
Elements 18a, 1 which detect the pressing force according to
8b. In this embodiment, two piezoelectric elements 18a and 18b are used, but the piezoelectric elements may be built in at least one of the upper and lower electromagnets 14a and 14b.
【００１８】圧電素子１８ａは、固定部１２に固着され
た金属製の枠体１３の内周面に、金属リング１９が固定
され、この上端面と上側の電磁石１４ａとの間に装着さ
れている。また、圧電素子１８ｂは、金属リング１９の
下端面と下側の電磁石１４ｂの上端面との間に装着され
ている。そしてこれらの圧電素子１８ａ，１８ｂはそれ
ぞれ上下方向の圧力を検出して電圧信号を出力する信号
出力端子を備え、金属リング１９と電磁石１４ａ，１４
ｂとの間に装着された圧電素子に印加される圧力を検出
できるようになっている。The piezoelectric element 18a has a metal ring 19 fixed to an inner peripheral surface of a metal frame 13 fixed to the fixing portion 12, and is mounted between the upper end surface and the upper electromagnet 14a. . The piezoelectric element 18b is mounted between the lower end surface of the metal ring 19 and the upper end surface of the lower electromagnet 14b. Each of the piezoelectric elements 18a and 18b has a signal output terminal for detecting a pressure in the vertical direction and outputting a voltage signal, and includes a metal ring 19 and electromagnets 14a and 14b.
b, the pressure applied to the piezoelectric element mounted between them can be detected.
【００１９】このため、この圧電素子１８ａ，１８ｂの
信号出力端子から出力される電圧信号は、被研磨物Ｗと
研磨布１との摺動面の押圧力が、トップリング３の接続
部材１５、磁気ディスク１６を介して電磁石１４ａ，１
４ｂに反力として伝達され、この反力の大きさを電圧信
号として取り出すことができる。従って、圧電素子１８
ａ，１８ｂの信号出力端子には、トップリング３の円周
方向に分割した接続部材１５の部分の押圧力を検出する
ことができると考えられる。この電圧値を制御回路にフ
ィードバックし、磁気荷重付加装置１１の電磁石１４
ａ，１４ｂに印加される励磁電流を制御することによ
り、トップリングの一部分に所望の押圧力を付加するこ
とができる。For this reason, the voltage signal output from the signal output terminals of the piezoelectric elements 18a and 18b indicates that the pressing force of the sliding surface between the workpiece W and the polishing cloth 1 is equal to the pressing force of the connecting member 15 of the top ring 3, The electromagnets 14 a, 1 are connected via the magnetic disk 16.
4b is transmitted as a reaction force, and the magnitude of the reaction force can be taken out as a voltage signal. Therefore, the piezoelectric element 18
It is considered that the signal output terminals a and 18b can detect the pressing force of the portion of the connection member 15 divided in the circumferential direction of the top ring 3. This voltage value is fed back to the control circuit, and the electromagnet 14 of the magnetic load applying device 11 is
A desired pressing force can be applied to a part of the top ring by controlling the exciting current applied to the a and b.
【００２０】例えば、圧電素子１８ａ，１８ｂで検出さ
れるトップリングの押圧力を一定とするように電磁石の
励磁電流を制御することにより、常に一定の押圧力をト
ップリング３、ひいては被研磨物Ｗの研磨布１との摺動
面に印加することができる。上述したように、磁気荷重
付加装置１１は、トップリングに軸対称に等間隔に分割
して、例えば４ヶ所に配置されているので、それぞれの
磁気荷重付加装置の制御圧力を共通の一定値に設定す
る。これにより研磨圧力が安定に且つ被研磨物の全面に
対し均等に保たれて、被研磨物の面内の平坦性のばらつ
きを低減することができる。For example, by controlling the excitation current of the electromagnet so that the pressing force of the top ring detected by the piezoelectric elements 18a and 18b is kept constant, a constant pressing force is always applied to the top ring 3, and hence the workpiece W. Can be applied to the sliding surface with the polishing cloth 1. As described above, since the magnetic load applying device 11 is divided at equal intervals in an axially symmetric manner on the top ring and is disposed at, for example, four positions, the control pressure of each magnetic load applying device is set to a common constant value. Set. As a result, the polishing pressure is stably maintained and is uniformly maintained over the entire surface of the object to be polished, so that it is possible to reduce variations in flatness in the surface of the object to be polished.
【００２１】図３は、本発明の第２実施形態の磁気荷重
付加装置を示す。図２に示す第１実施形態の磁気荷重付
加装置との相違点は、被研磨物の面内圧力分布を検出す
る圧電素子に変えてギャップセンサ２０ａ，２０ｂを備
えている点にある。ギャップセンサ２０ａ，２０ｂは、
磁気ディスク１６と電磁石１４ａ，１４ｂの磁極面との
ギャップの大きさを検出する。尚、この実施形態ではギ
ャップセンサは、上下の電磁石１４ａ，１４ｂの両方に
それぞれ配置されているが、いずれか一方に配置されて
いてもよい。電磁石の磁気ディスク１６に及ぼす磁気吸
引力は、ギャップの大きさの２乗に反比例し、励磁電流
値の２乗に比例する。そして電磁石１４ａ，１４ｂが磁
気ディスク１６に及ぼす磁気吸引力は、接続部材１５及
びトップリング３を介して被研磨物Ｗの研磨布１との摺
動面へ伝達される。FIG. 3 shows a magnetic load applying device according to a second embodiment of the present invention. The difference from the magnetic load applying device of the first embodiment shown in FIG. 2 lies in that gap sensors 20a and 20b are provided instead of the piezoelectric element for detecting the in-plane pressure distribution of the workpiece. The gap sensors 20a, 20b
The size of the gap between the magnetic disk 16 and the pole faces of the electromagnets 14a and 14b is detected. In this embodiment, the gap sensors are arranged on both the upper and lower electromagnets 14a and 14b, but may be arranged on either one of them. The magnetic attractive force exerted on the magnetic disk 16 by the electromagnet is inversely proportional to the square of the size of the gap, and is proportional to the square of the exciting current value. Then, the magnetic attractive force exerted on the magnetic disk 16 by the electromagnets 14 a and 14 b is transmitted to the sliding surface of the workpiece W with the polishing cloth 1 via the connection member 15 and the top ring 3.
【００２２】従って、この検出されたギャップの大きさ
と励磁電流値とから、電磁石が磁気ディスクに及ぼす磁
気吸引力、ひいてはトップリングが被研磨物に及ぼす押
圧力を判定することができる。これにより、検出された
ギャップの大きさに応じて、電磁石に印加する電流値を
制御することにより、研磨圧力を能動的に制御すること
ができる。Therefore, from the detected gap size and exciting current value, it is possible to determine the magnetic attractive force exerted on the magnetic disk by the electromagnet, and furthermore, the pressing force exerted on the workpiece by the top ring. Thus, the polishing pressure can be actively controlled by controlling the current value applied to the electromagnet in accordance with the detected gap size.
【００２３】即ち、ギャップの大きさが変動しても、こ
れに対応して被研磨物への押圧力を一定に保つような制
御電流を供給することで、被研磨物に対して一定の押圧
力を付加することができる。上述したようにトップリン
グ３には例えば４ヶ所に磁気荷重付加装置が等間隔に配
置されているので、すべての押圧力を一定となるように
制御することで、研磨圧力が安定で且つ被研磨物の全面
に対して均等に保たれて被研磨物内の面内の平坦性のば
らつきを低減することができる。またギャップセンサ２
０ａ，２０ｂで被研磨物の平坦性のばらつきを間接的に
検出することが可能で、被研磨物の研磨面の凹凸に合わ
せた研磨圧力制御も可能である。That is, even when the size of the gap fluctuates, by supplying a control current to keep the pressing force on the object to be polished constant, a constant pressing force is applied to the object to be polished. Pressure can be applied. As described above, the top ring 3 is provided with magnetic load applying devices at, for example, four locations at equal intervals. By controlling all the pressing forces to be constant, the polishing pressure is stable and the polishing target is polished. The uniformity can be maintained over the entire surface of the object, and the in-plane flatness variation within the object to be polished can be reduced. Gap sensor 2
Variations in the flatness of the object to be polished can be indirectly detected using 0a and 20b, and the polishing pressure can be controlled in accordance with the unevenness of the polished surface of the object to be polished.
【００２４】図４は、本発明の第３実施形態の磁気荷重
付加装置を示す。この実施形態においては、センサとし
て第１実施形態の圧電素子と第２実施形態のギャップセ
ンサとをそれぞれ電磁石１４ａ，１４ｂに備えたもので
ある。圧電素子により検出された押圧力分布及びギャッ
プセンサにより検出されたギャップの大きさにそれぞれ
対応して、電磁石１４ａ，１４ｂの制御を行う点は上述
した各実施形態と同様である。このように電磁石にそれ
ぞれ性質の異なるセンサを配置することでよりきめの細
かな制御が可能となる。FIG. 4 shows a magnetic load applying device according to a third embodiment of the present invention. In this embodiment, the electromagnets 14a and 14b include the piezoelectric element of the first embodiment and the gap sensor of the second embodiment as sensors, respectively. The control of the electromagnets 14a and 14b is performed in accordance with the pressing force distribution detected by the piezoelectric element and the size of the gap detected by the gap sensor, respectively, as in the above-described embodiments. By arranging sensors having different properties on the electromagnet in this manner, finer control is possible.
【００２５】図５は、この第３実施形態の磁気荷重付加
装置の制御系の一例を示す。ギャップセンサ２０ａ，２
０ｂの出力は、演算部２４に伝達され、ギャップの大き
さＺａ，Ｚｂの信号が演算部に入力される。一方で、電
磁石１４ａ，１４ｂのコイルに供給される励磁電流Ｉ
ａ，Ｉｂの信号も演算部２４に伝達される。演算部２４
ではギャップの大きさの信号Ｚａ，Ｚｂ及び励磁電流Ｉ
ａ，Ｉｂより磁気吸引力の大きさＦａ，Ｆｂを算出す
る。この磁気吸引力Ｆａ，Ｆｂは、電磁石に対向して存
在する磁気ディスク１６に対して作用し、磁気ディスク
１６はトップリング３に固定されているので、トップリ
ングから被研磨物に対して供給される押圧力に対応す
る。そしてこの押圧力の信号Ｆａ，Ｆｂが比較器２５に
入力される。同様に比較器２５には圧電素子１８ａ，１
８ｂにより検出される被研磨物への押圧力の反力Ｆ
ａ′，Ｆｂ′が入力される。FIG. 5 shows an example of a control system of the magnetic load applying apparatus according to the third embodiment. Gap sensor 20a, 2
The output of 0b is transmitted to the calculation unit 24, and the signals of the gap sizes Za and Zb are input to the calculation unit. On the other hand, the exciting current I supplied to the coils of the electromagnets 14a and 14b
The signals a and Ib are also transmitted to the arithmetic unit 24. Arithmetic unit 24
Then, the signals Za and Zb of the gap size and the exciting current I
The magnitudes Fa and Fb of the magnetic attraction force are calculated from a and Ib. The magnetic attraction forces Fa and Fb act on the magnetic disk 16 existing opposite to the electromagnet. Since the magnetic disk 16 is fixed to the top ring 3, it is supplied from the top ring to the object to be polished. Corresponding to the pressing force. The signals Fa and Fb of the pressing force are input to the comparator 25. Similarly, the comparator 25 includes the piezoelectric elements 18a, 1
8b detected by the reaction force F
a 'and Fb' are input.
【００２６】比較器２５においては、押圧力の目標値Ｆ
refが与えられており、目標値Ｆrefと実際の圧電素子で
検出された押圧力Ｆａ′，Ｆｂ′と、ギャップセンサに
より検出された押圧力Ｆａ，Ｆｂとが比較され、その差
分ΔＦａ，ΔＦｂの信号がＰＩＤコントローラ２６に入
力される。ＰＩＤコントローラ２６ではこの差分信号Δ
Ｆａ，ΔＦｂをゼロとするような補償信号を生成する。
この補償信号が電力増幅器２７に入力され、制御電流Ｉ
ａ，Ｉｂが生成され、電磁石１４ａ，１４ｂのコイルに
それぞれ供給される。これにより圧電素子１８ａ，１８
ｂ及びギャップセンサ２０ａ，２０ｂでそれぞれ検出さ
れる実際の押圧力が、押圧力目標値Ｆrefと等しくなる
ように制御される。In the comparator 25, the target value F of the pressing force
ref is given, and the target value Fref is compared with the pressing forces Fa ′, Fb ′ detected by the actual piezoelectric element and the pressing forces Fa, Fb detected by the gap sensor, and the difference ΔFa, ΔFb is calculated. The signal is input to the PID controller 26. In the PID controller 26, the difference signal Δ
A compensation signal that makes Fa and ΔFb zero is generated.
This compensation signal is input to the power amplifier 27, and the control current I
a and Ib are generated and supplied to the coils of the electromagnets 14a and 14b, respectively. Thereby, the piezoelectric elements 18a, 18
b and the actual pressing force detected by the gap sensors 20a and 20b are controlled so as to be equal to the pressing force target value Fref.
【００２７】尚、図５に示す磁気荷重付加装置１１は、
本実施形態においては円周方向に等分に４分割されたう
ちの一部分のみを示していることは上述の各実施形態と
同様である。従って、円周方向に４分割されたトップリ
ングの各部分に、それぞれ磁気荷重付加装置の押圧力目
標値Ｆrefを等しくしておくことにより、被研磨物の全
面に均一な押圧力を付与することができる。これにより
面内の平坦性のばらつきの低い化学的機械研磨（ポリッ
シング）を行うことができる。The magnetic load applying device 11 shown in FIG.
In this embodiment, only a part of the four equally divided parts in the circumferential direction is shown, as in the above embodiments. Therefore, by making the pressing force target value Fref of the magnetic load applying device equal to each portion of the top ring divided into four parts in the circumferential direction, a uniform pressing force is applied to the entire surface of the workpiece. Can be. This makes it possible to perform chemical mechanical polishing (polishing) with low in-plane flatness variation.
【００２８】尚、上述した各実施の形態においては、ト
ップリングの円周方向に沿って４分割し、分割された部
分のそれぞれに磁気荷重付加装置を配置した例について
説明した。しかしながら、分割数は６分割としてもよ
く、又８分割としてもよく、それぞれの分割数に応じた
磁気荷重付加装置を配置するようにしてもよい。分割数
を増大することにより、よりきめのこまかな被研磨物の
面内圧力分布の均一性の向上を図ることができる。In each of the above-described embodiments, an example has been described in which the top ring is divided into four parts along the circumferential direction, and the magnetic load applying device is disposed in each of the divided parts. However, the number of divisions may be six or eight, and a magnetic load applying device according to each division number may be arranged. By increasing the number of divisions, the uniformity of the in-plane pressure distribution of the object to be polished can be improved.
【００２９】又、被研磨物の実際の押圧力の測定のセン
サとしては、本実施の形態においては圧電素子とギャッ
プセンサを用いる例について説明したが、例えばストレ
インゲージ等のこれらと同等の機能を有するものを用い
ても勿論よい。このように本発明の趣旨を逸脱すること
なく、種々の変形実施例が可能である。Further, in the present embodiment, an example in which a piezoelectric element and a gap sensor are used as a sensor for measuring the actual pressing force of the object to be polished has been described. Of course, it is also possible to use what has. Thus, various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
【００３０】[0030]
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
被研磨物に係る押圧力の分布のばらつきを検出して、磁
気荷重付加装置によりトップリングを介して面内押圧力
の分布を補正することができる。これにより、被研磨面
の全体としての押圧力分布を最適の状態にして研磨を行
い、面内平坦性の極めて高い研磨を行うことができる。According to the present invention as described above,
By detecting the variation in the distribution of the pressing force on the object to be polished, the distribution of the in-plane pressing force can be corrected by the magnetic load applying device via the top ring. Thus, the polishing is performed with the entire pressing force distribution of the surface to be polished in an optimum state, and the polishing with extremely high in-plane flatness can be performed.
【図１】本発明に係るポリッシング装置の全体の構成を
示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a polishing apparatus according to the present invention.
【図２】本発明の第１実施形態のトップリング部の構成
を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a top ring unit according to the first embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第２実施形態のトップリング部の構成
を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a top ring unit according to a second embodiment of the present invention.
【図４】本発明の第３実施形態のトップリング部の構成
を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a top ring unit according to a third embodiment of the present invention.
【図５】図４に示す実施形態の制御系の構成を示す図で
ある。5 is a diagram showing a configuration of a control system of the embodiment shown in FIG.
【図６】従来のポリッシング装置の全体の構成を示す図
である。FIG. 6 is a diagram showing the overall configuration of a conventional polishing apparatus.
１ 研磨クロス ２ ターンテーブル ３ トップリング １１ 磁気荷重付加装置 １４ａ，１４ｂ 電磁石 １８ａ，１８ｂ 圧電素子 ２０ａ，２０ｂ ギャップセンサ Ｗ 被研磨物（ウエハ） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Polishing cloth 2 Turntable 3 Top ring 11 Magnetic load applying device 14a, 14b Electromagnet 18a, 18b Piezoelectric element 20a, 20b Gap sensor W Object to be polished (wafer)
Claims (4)
磨物を保持するトップリングを具備し、両者を回転させ
ながら研磨面と被研磨物の被研磨面を摺動させて研磨す
るポリッシング装置において、 前記トップリングの荷重付加部に前記被研磨物に係る押
圧力を検出する圧電素子を内蔵した磁気荷重付加装置を
備え、該磁気荷重付加装置は前記トップリングに固着し
た磁気ディスクと、該磁気ディスクを磁気力により非接
触で駆動する電磁石とからなり、前記圧電素子の信号に
基づいて前記電磁石の磁気力を制御することにより、前
記トップリングの被研磨物に対する押圧力を制御するこ
とを特徴とするポリッシング装置。1. A polishing apparatus comprising: a turntable having a polished surface; and a top ring for holding an object to be polished, wherein the polishing device slides the polished surface and the surface to be polished while rotating the both to polish. A magnetic load applying device having a built-in piezoelectric element for detecting a pressing force applied to the object to be polished in a load applying portion of the top ring, the magnetic load applying device comprising: a magnetic disk fixed to the top ring; An electromagnet that drives the disk in a non-contact manner by a magnetic force, and controls a pressing force of the top ring against the object to be polished by controlling a magnetic force of the electromagnet based on a signal of the piezoelectric element. Polishing equipment.
磨物を保持するトップリングを具備し、両者を回転させ
ながら研磨面と被研磨物の被研磨面を摺動させて研磨す
るポリッシング装置において、 前記トップリングの荷重付加部にギャップセンサを内蔵
した磁気荷重付加装置を備え、該磁気荷重付加装置は前
記トップリングに固着した磁気ディスクと、該磁気ディ
スクを磁気力により非接触で駆動する電磁石と、前記磁
気ディスクと電磁石との間のギャップの大きさを検出す
るギャップセンサとからなり、該ギャップセンサの信号
に基づいて前記電磁石の磁気力を制御することにより、
前記トップリングの被研磨物に対する押圧力を制御する
ことを特徴とするポリッシング装置。2. A polishing apparatus comprising a turntable having a polished surface and a top ring for holding an object to be polished, wherein the polishing device slides the polished surface and the surface to be polished while rotating the both to polish. A magnetic load applying device incorporating a gap sensor in a load applying portion of the top ring, the magnetic load applying device comprising: a magnetic disk fixed to the top ring; and an electromagnet for driving the magnetic disk in a non-contact manner by a magnetic force. And a gap sensor for detecting the size of the gap between the magnetic disk and the electromagnet, by controlling the magnetic force of the electromagnet based on the signal of the gap sensor,
A polishing apparatus, wherein a pressing force of the top ring against an object to be polished is controlled.
磨物を保持するトップリングを具備し、両者を回転させ
ながら研磨面と被研磨物の被研磨面を摺動させて研磨す
るポリッシング装置において、 前記トップリングの荷重付加部に磁気荷重付加装置を備
え、該磁気荷重付加装置は前記トップリングに固着した
磁気ディスクと、該磁気ディスクを磁気力により非接触
で駆動する電磁石と、前記被研磨物に係る押圧力を検出
するセンサとからなり、該センサの信号に基づいて前記
電磁石の磁気力を制御することにより、前記トップリン
グの被研磨物に対する押圧力を制御することを特徴とす
るポリッシング装置。3. A polishing apparatus, comprising: a turntable having a polishing surface; and a top ring for holding the object to be polished, wherein the polishing device slides the surface to be polished and the surface to be polished while rotating both members. A magnetic load applying device provided at a load applying portion of the top ring, the magnetic load applying device comprising: a magnetic disk fixed to the top ring; an electromagnet for driving the magnetic disk in a non-contact manner by a magnetic force; A polishing sensor for controlling the pressing force of the top ring on the workpiece by controlling the magnetic force of the electromagnet based on a signal from the sensor. apparatus.
力を検出する圧電素子と、前記磁気ディスクと電磁石と
の間のギャップの大きさを検出するギャップセンサとの
両方を備えたものであることを特徴とする請求項３記載
のポリッシング装置。4. The sensor includes both a piezoelectric element for detecting a pressing force applied to the object to be polished and a gap sensor for detecting a size of a gap between the magnetic disk and an electromagnet. The polishing apparatus according to claim 3, wherein the polishing apparatus is provided.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2032098A JPH11198026A (en) | 1998-01-16 | 1998-01-16 | Polishing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2032098A JPH11198026A (en) | 1998-01-16 | 1998-01-16 | Polishing device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11198026A true JPH11198026A (en) | 1999-07-27 |
Family
ID=12023848
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2032098A Pending JPH11198026A (en) | 1998-01-16 | 1998-01-16 | Polishing device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11198026A (en) |
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| CN115401550A (en) * | 2022-10-14 | 2022-11-29 | 河北盛可居装饰材料有限公司 | Sanding device and sanding equipment |
-
1998
- 1998-01-16 JP JP2032098A patent/JPH11198026A/en active Pending
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