(57)【要約】      （修正有）【課題】ワークヘッドプレートの傾きに対応する球体を介装しており、ジンバルポイントが高く成ると共に、ワークヘッドプレートの下向きにかかる圧力の平均化が困難で、外周辺において研磨ヘッドの僅かな傾きに追従できなく安定化が計れなく、研磨ヘッドを持ち上げる時のウェーハのフライアウトの要因となっていた。【解決手段】スピンドル軸１と、円筒状上部３ａとカップ状下部３ｂとを一体に備えたヘッド保持部材３と、アウター球面ベアリング４と、複数のドライブピン５と、インナー球面ベアリング６と、ドライブピン５を挿通させる複数のドライブピン挿通穴７ｂと刻設したヘッド本体７と、環状のエアバック８と、可撓性膜１０と、接続用ボルト１１とを備え、アウター球面ベアリング４とインナー球面ベアリング６とによるジンバルポイントＰを可撓性膜１０の下面と一致させた。【選択図】図１
2011124302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨装置の昇降且つ回転自在に設けられたスピンドル軸と、該スピンドル軸の下端に接続用部材を介装して固定するための円筒状上部と下方を開口させたカップ状下部とを一体に備えたヘッド保持部材と、該ヘッド保持部材のカップ状下部の内側に内装したアウター球面ベアリングと、前記ヘッド保持部材のカップ状下部の縁部に突設した回転力を伝えるための複数のドライブピンと、前記アウター球面ベアリングと合着するインナー球面ベアリングと、該インナー球面ベアリングを固定させる環状凹溝と前記複数のドライブピンを挿通させる複数のドライブピン挿通穴と刻設し上方に接続用円筒部を立設させたヘッド本体と、該ヘッド本体の下面より若干下面を突出させて該ヘッド本体の胴周に固定した環状のエアバックと、該エアバックの下面にバックプレートを介装して張設した可撓性膜と、前記ヘッド本体と前記接続用部材とを接続させる接続用ボルトと、を備え、前記アウター球面ベアリングと前記インナー球面ベアリングとによるジンバルポイントを前記可撓性膜の下面と一致させたことを特徴とする低重心エアバック式研磨ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は低重心エアバック式研磨ヘッドに関するものであり、更に、詳細には、半導体ウェーハを水張り又は粘着層により下面の可撓性膜に貼着させ、ポリシングクロスにより研磨するＣＭＰ研磨装置において、球面ベアリングによるジンバルポイントを可撓性膜の下面とを一致させた低重心エアバック式研磨ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現今における弛まざる技術革新は目覚ましいものがあり、その先端技術の開発によって、優れた様々な商品群が多数送出されており、特に、コンピュータ、マイコン等の電子関連機器に用いられるＭＥＭＳデバイス又はＮＥＭＳデバイスを製造する過程の半導体ウェーハの研削装置は、各種開発されて使用されており、近年要求される被研削体である半導体ウェーハは、装着するデバイスの小型化の観点からの極薄化であり、生産性の観点からの拡径化であり、歩留まりの観点からの全面を超高精度に均一性を有した平坦加工、鏡面加工であり、極薄化され、拡径化され、且つ、材料特性は硬質、脆性の半導体ウェーハを如何に超高精度に且つ効率良く仕上げるかに凌ぎを削っている現状である。
【０００３】
その為に、例えば、本出願人が先に開示した、スピンドル軸２とワークヘッド３との間に球面軸受４を介装し、中心穴５ａを開口させフランジ部５ｂを膨出させた金属製サスペンション５と、球面軸受４の太陽球４ａと凹面受け部４ｂと間隙部４ｃと、凹面受け部４ｂに埋設させた多数の遊星球４ｄと、ワークヘッド３に形成した加圧室３ａと、加圧室３ａに張設した可撓性膜６と、を備え、加圧室３ａにゲル状流体を流入させて可撓性膜６を膨縮させる流体流通系７は太陽球４ａを固定したスピンドル軸２の軸心と金属製サスペンション５の中心穴５ａとワークヘッド３を連通させたもの（特許文献１参照）や、他に開示された、主軸６、球面軸受４、保持プレート３、板バネ２などにより構成される。被加工物９は保持プレート３の下面に装着され、保持プレート３は球面軸受４及び板バネ２を介して主軸６の下端部に接続され、主軸６は回転駆動機構に接続される。球面軸受４は主軸６の回転軸上に傾動中心を有す。板バネ２は軸対称形状を備え、中央に開口部２７を有し、外周部に径方向に伸びる複数の腕部２１を有す。板バネ２の内周に沿って取付穴２５が形成され、これに支持プレート１が結合される。各腕部２１の先端に取付穴２６が形成され、これに保持プレート３が結合される。上記の取付穴２６及び取付穴２５は、それぞれ、主軸６の回転軸を中心とする大小二つの同心円上に位置しているもの（特許文献２参照）や、研磨装置は、ベース（２３）、ターンテーブル（２７）、研磨パッド（２９）、および研磨ヘッド（６３）を回転するための駆動メカニズム（４５）を含む。研磨ヘッドは、少なくとも一のウエハ（３５）を保持して、ウエハの表面を、研磨パッドのワーク面に噛合わせる。球状のベアリングアセンブリ（７５）は、研磨パッド（６３）を駆動メカニズム上に載置し、ジンバルポイント（ｐ）の周りで研磨ヘッドをピボット旋回させる。研磨ヘッドは、ウエハを研磨ヘッドと噛合うように保持した場合、ジンバルポイントはワーク表面より高い位置にはならない。このピボット旋回は、ウエハ表面が、ウエハ表面にかかる圧力が均等になるように連続的に自己整合でき、一方、研磨ヘッドの回転は、駆動メカニズムにより行なわれる。これは、表面とワーク表面とを、連続的に平行な関係に維持し、半導体ウエハ、特にウエハの横のエッジ近傍で、より均一な研磨を行なうもの（特許文献３参照）等が開示されている。
【特許文献１】特開２００８−２８４６３４号公報（図１）
【特許文献２】特開平１０−１１８９１９号公報（図１）
【特許文献３】特表２００４−５２０７０５号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
然し乍ら、特許文献１〜３は、何れもワークヘッドプレートの傾きに対応するように球面軸受を備えているものであるが、夫々の図１に図示されたように、ワークヘッドプレートの上面に球面軸受部を設けているものであるが、球体を介装しており、ジンバルポイントが高く成ると共に、超高精度にウェーハを研磨するためのワークヘッドプレートの下向きにかかる圧力の平均化が困難であり、中央辺においては平均化が図れても、外周辺においては研磨ヘッドの僅かな傾きに追従できなく安定化が計れなく、その為、研磨ヘッドを持ち上げる時のウェーハのフライアウトの要因となり、夫々課題を有していた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は前記課題に鑑み、鋭意研鑽の結果、これらの課題を解決するもので、研磨装置の昇降且つ回転自在に設けられたスピンドル軸と、スピンドル軸の下端に接続用部材を介装して固定するための円筒状上部と下方を開口させたカップ状下部とを一体に備えたヘッド保持部材と、ヘッド保持部材のカップ状下部の内側に内装したアウター球面ベアリングと、ヘッド保持部材のカップ状下部の縁部に突設した回転力を伝えるための複数のドライブピンと、アウター球面ベアリングと合着するインナー球面ベアリングと、インナー球面ベアリングを固定させる環状凹溝と複数のドライブピンを挿通させる複数のドライブピン挿通穴と刻設し上方に接続用円筒部を立設させたヘッド本体と、ヘッド本体の下面より若干下面を突出させて該ヘッド本体の胴周に固定した環状のエアバックと、エアバックの下面にバックプレートを介装して張設した可撓性膜と、ヘッド本体と接続用部材とを接続させる接続用ボルトと、を備え、アウター球面ベアリングとインナー球面ベアリングとによるジンバルポイントを可撓性膜の下面と一致させたものである。
【発明の効果】
【０００６】
前述の如く構成した本発明の低重心エアバック式研磨ヘッドは、ヘッド保持部材のカップ状下部の内側に内装したアウター球面ベアリングと、該アウター球面ベアリングと合着するインナー球面ベアリングとによるジンバルポイントがヘッド本体の下面に張設した可撓性膜と一致させることができ、また、可撓性膜の上方にはエアバックが介装されており、研磨されるウェーハの微妙な傾斜にも充分追従でき、研磨時の僅かな傾斜にも研磨面の全面にわたって押圧力の平均化が計れ、研磨ヘッドを持ち上げる際のウェーハのフライアウトを極減させるものであり、画期的で実用性の高い有効な発明である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の低重心エアバック式研磨ヘッドの実施の形態を図面によって、具体的に説明すると、図１は本発明の低重心エアバック式研磨ヘッドの実施例の研削装置の概要説明図である。
【０００８】
本発明は低重心エアバック式研磨ヘッドに関するものであり、更に、詳細には、半導体ウェーハを水張り又は粘着層により下面の可撓性膜に貼着させ、ポリシングクロスにより研磨するＣＭＰ研磨装置において、球面ベアリングのジンバルポイントを可撓性膜の下面とを一致させたことを特徴とする低重心エアバック式研磨ヘッドに関するものであり、研磨装置の昇降且つ回転自在に設けられたスピンドル軸１と、該スピンドル軸１の下端に接続用部材２を介装して固定するための円筒状上部３ａと下方を開口させたカップ状下部３ｂとを一体に備えたヘッド保持部材３と、該ヘッド保持部材３のカップ状下部３ｂの内側に内装したアウター球面ベアリング４と、前記ヘッド保持部材３のカップ状下部３ｂの縁部に突設した回転力を伝えるための複数のドライブピン５と、前記アウター球面ベアリング４と合着するインナー球面ベアリング６と、該インナー球面ベアリング６を固定させる環状凹溝７ａと前記複数のドライブピン６を挿通させる複数のドライブピン挿通穴７ｂと刻設し上方に接続用円筒部７ｃを立設させたヘッド本体７と、該ヘッド本体７の下面より若干下面を突出させて該ヘッド本体７の胴周に固定した環状のエアバック８と、該エアバック８の下面にバックプレート９を介装して張設した可撓性膜１０と、前記ヘッド本体７と前記接続用部材２とを接続させる接続用ボルト１１と、を備え、前記アウター球面ベアリング４と前記インナー球面ベアリング６とによるジンバルポイントＰを前記可撓性膜１０の下面と一致させたことを特徴とするものである。
【実施例】
【０００９】
即ち、本発明の低重心エアバック式研磨ヘッドのスピンドル軸１は、ＣＭＰ研磨装置の図示しないコラムから垂設されるもので、図示しないモーターの駆動源と機械的に接続され動力を得て、昇降且つ回転自在に設けられているものである。
【００１０】
そして、接続用部材２は、図１に図示するように、厚みを有した短管状部材で、軸方向の円周面にはスピンドル軸１の下端に後述するヘッド保持部材３を複数の固定用ボルト２ａで固定するための複数の固定用ボルト用挿通孔を貫設しており、中心には後述する接続用ボルト１１と螺合させる接続用ボルト用螺子孔２ｂを貫設しているものである。
【００１１】
次に、ヘッド保持部材３は、スピンドル軸１の下端に固定されるもので、上方にスピンドル軸１の下端辺を挿通してスピンドル軸１の下端の環状段部に接続用部材２を介装して固定用ボルト２ａで固定するための円筒状上部３ａと、該円筒状上部３ａとフランジ部を介して拡径し一体的に形成される下方が開口したカップ状下部３ｂとを備えたもので、ヘッド保持部材３の外方には防塵用のカバー３ｃを装着すると共に、カップ状下部３ｂには後述するアウター球面ベアリング４を内装すると共に、外周縁部には後述するドライブピン５を突設させるものである。
【００１２】
次いで、アウター球面ベアリング４は、円柱状の外周面と、平坦面の上面と、中央には後述するヘッド本体７を固定するための接続用ボルト１１を間隙を有して挿通させるための中心穴と、下面の内側には前記中心穴に繋がる上方が狭く下方が拡がる球体の一部である球面ベアリングとなる凹状の球面摺動部４ａを備えており、アウター球面ベアリング４はヘッド保持部材３の下方が開口したカップ状下部３ｂの下方から内装するもので、カップ状下部３ｂの内側面と天板とにアウター球面ベアリング４の外周面と上面とを密着させて内装しているものである。
【００１３】
更に、複数のドライブピン５は、ヘッド保持部材３のカップ状下部３ｂの縁部から２〜４本突設しているもので、後述するヘッド本体７にスピンドル軸１からの回転力を伝えるためのものである。
【００１４】
更には、インナー球面ベアリング６は、球体の上方を横方向に切断したような略半球状のもので、上面と下面とは平坦面を備え、中心には後述するヘッド本体７の上面に立設した接続用円筒部７ｃを挿通させる中心穴６ａを備えると共に、前記アウター球面ベアリング４の内側の凹状の球面摺動部４ａと合着して球面ベアリングとする球体の一部である上方が小径で下方が大径の凸状の球面摺動面６ｂとを備えもので、周知のようにあらゆる方向への傾斜に追従できる球面ベアリングと成るものである。
【００１５】
加えて、ヘッド本体７は、外形が略凸形状のもので、上面の中心に接続用円筒部７ｃを立設しており、該接続用円筒部７ｃの内側は接続用穴７ｄを貫通させ、該接続用穴７ｄには後述する接続用ボルト１１を挿通させるもので、接続用円筒部７ｃの外側にはインナー球面ベアリング６の中心穴６ａに挿通させると共に、ヘッド本体７の上面には環状凹溝７ａを形成して、インナー球面ベアリング６の下面を載置させるものである。
【００１６】
そして、前記ヘッド本体７の接続用穴７ｄの下方は球面座金７ｅを装着する凹状の球面座金受け部７ｆを形成し、該球面座金受け部７ｆに球面座金７ｅを収容してヘッド本体７とアウター球面ベアリング４とインナー球面ベアリング６とをヘッド保持部材３に介装した接続用部材２に螺設した接続用ボルト用螺子孔２ｂと後述する接続用ボルト１１と螺合させることにより、ヘッド本体７を全方向に微遊動可能に固定するものである。
【００１７】
また、前記インナー球面ベアリング６の下面を載置させたヘッド本体７の上面の環状凹溝７ａの外方には、ヘッド保持部材３のカップ状下部３ｂの縁部から突設ししているスピンドル軸１の回転力をヘッド本体７に伝達する複数のドライブピン５を微遊動可能に挿通させる複数のドライブピン挿通穴７ｂを刻設しているものである。
【００１８】
次に、エアバッグ８は、環状のものでヘッド本体７の下面から下方に突出させると共に、ヘッド本体７の外側に装着しており、エアバッグ８の下面にはバックプレート９を積層し、更に、バックプレート９の下面には可撓性膜１０を張設しているのである。
【００１９】
次いで、接続用ボルト１１は、中心には内腔を備え、可撓性膜１０の裏面を流体加圧する流体供給系を形成すると共に、下端辺を拡径させた六角形の頭部を備え、上端辺には接続用螺子１１ａを螺設して接続用部材２の中心の接続用ボルト用螺子孔２ｂと螺合させるものである。
【００２０】
そして、アウター球面ベアリング４とインナー球面ベアリング６とによる球面ベアリングのジンバルポイントＰを、図１に図示するように、可撓性膜１０の下面と一致させたものである。
【００２１】
つまり、本発明の低重心エアバック式研磨ヘッドは、スピンドル軸１とヘッド保持部材３とは、ヘッド保持部材３の内側に接続用部材２を挿入して固定用ボルト２ａで一体的に固定するものである。
【００２２】
一方、ヘッド本体７には、上方に突設した接続用円筒部７ｃをインナー球面ベアリング６の中心穴６ａに挿通させると共に、環状凹溝７ａに載置させ、インナー球面ベアリング６の凸状の球面摺動面６ｂの上方にアウター球面ベアリング４の凹状の球面摺動部４ａと合着させるものである。
【００２３】
そして、接続用ボルト１１に球面座金７ｅを挿通させて、ヘッド本体７のインナー球面ベアリング６とアウター球面ベアリング４と載置した状態で接続用穴７ｄに挿通させて、接続用部材２の接続用螺子孔に螺合させて微遊動可能に接続しているものである。
【００２４】
更に、ヘッド本体７の外周にエアバック８を固定し、エアバック８にはバックプレート９を介装して可撓性膜１０を張設するものである。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の低重心エアバック式研磨ヘッドは、ヘッド保持部材のカップ状下部の内側に内装したアウター球面ベアリングと、該アウター球面ベアリングと合着するインナー球面ベアリングとによるジンバルポイントがヘッド本体の下面に張設した可撓性膜と一致させることができ、また、可撓性膜の上方にはエアバックが介装されており、ＣＭＰ研磨装置で研磨されるウェーハの微妙な傾斜にも充分追従でき、研磨時の僅かな傾斜にも研磨面のウェーハの全面にわたって押圧力の平均化が計れ、研磨ヘッドを持ち上げる際のウェーハのフライアウトを極減させる研磨ヘッドの提供である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は本発明の低重心エアバック式研磨ヘッドの実施例の研削装置の概要説明図である。
【符号の説明】
【００２７】
Ｗ      ウェーハ
Ｒ      リテナー
１      スピンドル軸
２      接続用部材
２ａ    固定用ボルト
２ｂ    接続用ボルト用螺子孔
３      ヘッド保持部材
３ａ    円筒状上部
３ｂ    カップ状下部
３ｃ    カバー
４      アウター球面ベアリング
４ａ    凹状の球面摺動部
５      ドライブピン
６      インナー球面ベアリング
６ａ    中心穴
６ｂ    凸状の球面摺動部
７      ヘッド本体
７ａ    環状凹溝
７ｂ    ドライブピン挿通穴
７ｃ    接続用円筒部
７ｄ    接続用穴
７ｅ    球面座金
７ｆ    球面座金受け部
８      エアバック
９      バックプレート
１０    可撓性膜
１１    接続用ボルト
１１ａ  接続用螺子
Ｐ      ジンバルポイント
【図１】
2011124302.tif 000003