(57)【要約】【課題】研磨ヘッドおよび研磨テーブルの少なくとも一方に、物理的に接触点のない非接触型伝送コネクタを設置することにより、研磨ヘッドおよび／または研磨テーブル内の各機器に非接触型による電源供給、信号伝送および通信を行うことができる研磨装置を提供する。【解決手段】研磨テーブル１および研磨ヘッド３の少なくとも一方に、固定側ユニット１５Ｓと回転側ユニット１５Ｒとが互いに非接触で対向して固定側ユニット１５Ｓと回転側ユニット１５Ｒとの間で電力又は信号の授受、または通信を行う非接触型伝送コネクタ１５を設け、研磨テーブル１および研磨ヘッド３の少なくとも一方に設置された機器と研磨テーブル１または研磨ヘッド３の外部との間で非接触型伝送コネクタ１５を介して電力又は信号の授受、または通信を行うようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を保持した研磨ヘッドを回転させるとともに研磨テーブルを回転させながら、研磨ヘッドにより基板を研磨テーブル上の研磨面に押圧して基板を研磨する研磨装置において、
前記研磨テーブルおよび前記研磨ヘッドの少なくとも一方に、固定側ユニットと回転側ユニットとが互いに非接触で対向して前記固定側ユニットと前記回転側ユニットとの間で電力又は信号の授受、または通信を行う非接触型伝送コネクタを設け、
前記研磨テーブルおよび前記研磨ヘッドの少なくとも一方に設置された機器と前記研磨テーブルまたは前記研磨ヘッドの外部との間で前記非接触型伝送コネクタを介して電力又は信号の授受、または通信を行うようにしたことを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記研磨テーブルに設置された機器は、研磨中の基板の被研磨面の状態をモニタするセンサを含む測定機器であることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項３】
前記研磨ヘッドに設置された機器は、研磨中の基板の状態をモニタするセンサを含む測定機器であることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項４】
前記非接触型伝送コネクタは、巻線を施した少なくとも１つのポットコアを前記固定側ユニットおよび前記回転側ユニットに互いに対向するように配置して構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項５】
前記非接触型伝送コネクタは、前記固定側ユニットおよび前記回転側ユニットのいずれか一方に設置された投光部と他方に設置された受光部とを互いに対向するように配置して構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項６】
前記投光部および前記受光部は、前記固定側ユニットおよび前記回転側ユニットの中心に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の研磨装置。
【請求項７】
前記投光部と前記受光部との間に光を反射・屈折させる物を複数設置し、前記投光部から投光された光を前記光を反射・屈折させる物を介して前記受光部に導くようにしたことを特徴とする請求項５または６に記載の研磨装置。
【請求項８】
前記非接触型伝送コネクタは、前記固定側ユニットおよび前記回転側ユニットが互いに対向する面に防水用のコーティングを施していることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項９】
前記非接触型伝送コネクタの回転側ユニットに隣接してロータリジョイントを設け、前記研磨テーブルまたは前記研磨ヘッドの外部より流体を前記研磨テーブル内または前記研磨ヘッド内に供給するようにしたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項１０】
前記投光部と前記受光部とは、それぞれ投・受光部からなり、一方向通信および双方向通信が可能であることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項１１】
前記非接触型伝送コネクタを介して前記回転側ユニットに設置された機器と電力又は信号の授受または通信を行う制御部を設けることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨ヘッドにより半導体ウエハ等の基板を保持し基板を研磨テーブル上の研磨面に押圧して基板を研磨する研磨装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの高集積化・高密度化に伴い、回路の配線がますます微細化し、多層配線の層数も増加している。回路の微細化を図りながら多層配線を実現しようとすると、下側の層の表面凹凸を踏襲しながら段差がより大きくなるので、配線層数が増加するに従って、薄膜形成における段差形状に対する膜被覆性（ステップカバレッジ）が悪くなる。したがって、多層配線するためには、このステップカバレッジを改善し、然るべき過程で平坦化処理しなければならない。また光リソグラフィの微細化とともに焦点深度が浅くなるため、半導体デバイスの表面の凹凸段差が焦点深度以下に収まるように半導体デバイス表面を平坦化処理する必要がある。
【０００３】
従って、半導体デバイスの製造工程においては、半導体デバイス表面の平坦化技術がますます重要になっている。この平坦化技術のうち、最も重要な技術は、化学的機械研磨（ＣＭＰ（Chemical  Mechanical  Polishing））である。この化学的機械的研磨は、研磨装置を用いて、シリカ（ＳｉＯ２）やセリア（ＣｅＯ２）等の砥粒を含んだ研磨液を研磨パッドに供給しつつ半導体ウエハなどの基板を研磨面に摺接させて研磨を行うものである。
【０００４】
ＣＭＰプロセスを行う研磨装置は、研磨面を構成する研磨パッドを有する研磨テーブルと、半導体ウエハなどの基板を保持するための研磨ヘッドとを備えている。このような研磨装置を用いて、研磨ヘッドにより基板を保持して基板を研磨パッドに対して所定の圧力で押圧して研磨を行い、基板上の絶縁膜や金属膜を研磨することが行われている。
【０００５】
絶縁膜成膜後の平坦化や金属配線の形成過程で行われるＣＭＰプロセスに要求される重要な技術の一つとして研磨終点検出がある。目標の研磨終点に対する過研磨、不足研磨は製品不良に直結するため、研磨量を厳しく管理する必要がある。このような事情から、研磨中の膜厚変化をモニタできる精度のよい終点検出モニタ（EPM：End  Point  Monitor）はＣＭＰの生産性向上、半導体製品の歩留まり向上のためには欠かせない技術となっている。
【０００６】
終点検出モニタ用のセンサは、渦電流センサや光学式センサからなり、研磨中に基板の被研磨面をモニタするため、研磨テーブルに埋め込まれる。また、終点検出モニタ用のセンサ以外にも、研磨中の基板の被研磨面の状態をモニタする各種センサが研磨テーブルに埋め込まれる。そのため、研磨テーブル内に設置された各種センサを含む測定機器には、研磨テーブルの外部から電源供給を行う必要があり、また研磨テーブル内の測定機器と研磨テーブルの外部の機器との間で入出力信号の授受や通信を行う必要がある。そのため、研磨テーブル内の測定機器を物理的接触点を有する接触型回転用コネクタ（スリップリング又はロータリコネクタ）を介して外部の電源線、信号線、通信線等にそれぞれ接続している。これら電源線、信号線、通信線等を防水構造にするためには、接触型回転用コネクタ全体を囲む防水構造物となる。
【０００７】
また、ＣＭＰプロセスでは、半導体ウエハ等の基板を所定の研磨圧力で研磨パッドに押圧して摺動させることにより、基板の被研磨面を研磨するため、基板と研磨パッドの接触面における温度、すなわち研磨温度が上昇する。研磨パッドは発泡ポリウレタン等の樹脂材を用いているため、研磨温度は研磨パッドの剛性を変化させ基板の平坦化特性に影響を及ぼす。また、化学的機械研磨（ＣＭＰ）は、研磨液（研磨スラリー）と基板の被研磨面との化学反応を利用して研磨する方法であるため、研磨温度は研磨スラリーの化学的特性に影響を及ぼす。
【０００８】
そのため、基板を保持する研磨ヘッド内に温度センサを設置し、研磨中に基板の温度又は基板を保持するメンブレンの温度を測定することが行われている。また、温度センサ以外にも、研磨中の基板の状態や研磨状況をモニタする各種センサが研磨ヘッド内に設置される。そのため、研磨テーブルの場合と同様に、研磨ヘッド内に設置された各種センサを含む測定機器を接触型回転用コネクタ（スリップリング又はロータリコネクタ）を介して外部の電源線、信号線、通信線等に接続することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平７−１００７８６号公報
【特許文献２】特開平８−２２２４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、接触型回転用コネクタ等の物理的に接触点のある接触伝送構造は、以下に列挙するような問題点がある。
（１）接触点の摩耗等により定期的な交換が必要である。
（２）物理的に接触点のある接触伝送構造は、故障交換する際、コネクタの全てを交換しなければならない。
（３）物理的に接触点のある接触伝送構造は、接触点より電気的なサージ、ノイズ等を発生させ、電源、信号、通信回路へ悪影響を及ぼす。
（４）物理的に接触点のある接触伝送構造は、コネクタと回転体の回転軸がずれることで、コネクタの偏芯が発生する。
（５）物理的に接触点のある接触伝送構造は、電圧が印加される物理的な接触点があり、防水保護が複雑で大掛かりな構造となる。
【００１１】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、研磨ヘッドにより半導体ウエハ等の基板を保持し基板を研磨テーブル上の研磨面に押圧して基板を研磨する研磨装置において、研磨ヘッドおよび研磨テーブルの少なくとも一方に、物理的に接触点のない非接触型伝送コネクタを設置することにより、研磨ヘッドおよび／または研磨テーブル内の各機器に非接触型による電源供給、信号伝送および通信を行うことができる研磨装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した目的を達成するために、本発明の研磨装置の一態様は、基板を保持した研磨ヘッドを回転させるとともに研磨テーブルを回転させながら、研磨ヘッドにより基板を研磨テーブル上の研磨面に押圧して基板を研磨する研磨装置において、前記研磨テーブルおよび前記研磨ヘッドの少なくとも一方に、固定側ユニットと回転側ユニットとが互いに非接触で対向して前記固定側ユニットと前記回転側ユニットとの間で電力又は信号の授受、または通信を行う非接触型伝送コネクタを設け、前記研磨テーブルおよび前記研磨ヘッドの少なくとも一方に設置された機器と前記研磨テーブルまたは前記研磨ヘッドの外部との間で前記非接触型伝送コネクタを介して電力又は信号の授受、または通信を行うようにしたことを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、研磨ヘッドおよび研磨テーブルの少なくとも一方に、物理的に接触点のない非接触型伝送コネクタを設置することにより、研磨ヘッドおよび／または研磨テーブル内の各機器に非接触型による電源供給、信号伝送または通信を行うことができる。したがって、固定側ユニットと回転側ユニットとの間で粉塵発生がなく、清掃不要であり、また機械的摩耗がなく、部品の定期交換が不要で、メンテナンスフリーとなる。
【００１４】
本発明の好ましい態様は、前記研磨テーブルに設置された機器は、研磨中の基板の被研磨面の状態をモニタするセンサを含む測定機器であることを特徴とする。
研磨中の基板の被研磨面の状態をモニタするセンサには、渦電流センサまたは光学式センサからなる終点検出モニタ用のセンサが含まれる。また、終点検出モニタ用のセンサ以外にも、研磨中の基板の被研磨面の状態をモニタする各種センサが含まれる。
【００１５】
本発明の好ましい態様は、前記研磨ヘッドに設置された機器は、研磨中の基板の状態をモニタするセンサを含む測定機器であることを特徴とする。
研磨中の基板の状態をモニタするセンサには、研磨中に基板の温度又は基板を保持するメンブレンの温度を測定するセンサが含まれる。また、温度センサ以外にも、研磨中の基板の状態や研磨状況をモニタする各種センサが含まれる。
【００１６】
本発明の好ましい態様は、前記非接触型伝送コネクタは、巻線を施した少なくとも１つのポットコアを前記固定側ユニットおよび前記回転側ユニットに互いに対向するように配置して構成されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の好ましい態様は、前記非接触型伝送コネクタは、前記固定側ユニットおよび前記回転側ユニットのいずれか一方に設置された投光部と他方に設置された受光部とを互いに対向するように配置して構成されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明の好ましい態様は、前記投光部および前記受光部は、前記固定側ユニットおよび前記回転側ユニットの中心に配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、投光部・受光部を固定側ユニットおよび回転側ユニットの中心に配置することにより、回転時における光軸の整列（アライメント）を確保することができる。
【００１９】
本発明の好ましい態様は、前記投光部と前記受光部との間に光を反射・屈折させる物を複数設置し、前記投光部から投光された光を前記光を反射・屈折させる物を介して前記受光部に導くようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、光を反射・屈折させる物を複数設置することにより、投光部から受光部への光路を自由に設定することができる。
【００２０】
本発明の好ましい態様は、前記非接触型伝送コネクタは、前記固定側ユニットおよび前記回転側ユニットが互いに対向する面に防水用のコーティングを施していることを特徴とする。
本発明によれば、固定側ユニットおよび回転側ユニットが対向する面をそれぞれ電界・磁界が減衰（吸収）しない、もしくは減衰（吸収）しにくい、防水性を確保できる物質（金属・樹脂等）でコーティング（覆う）することで、非接触型伝送コネクタを容易に防水構造にできる。
【００２１】
本発明の好ましい態様は、前記非接触型伝送コネクタの回転側ユニットに隣接してロータリジョイントを設け、前記研磨テーブルまたは前記研磨ヘッドの外部より流体を前記研磨テーブル内または前記研磨ヘッド内に供給するようにしたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記投光部と前記受光部とは、それぞれ投・受光部からなり、一方向通信および双方向通信が可能であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記非接触型伝送コネクタを介して前記回転側ユニットに設置された機器と電力又は信号の授受または通信を行う制御部を設けることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、研磨ヘッドおよび研磨テーブルの少なくとも一方に、物理的に接触点のない非接触型伝送コネクタを設置することにより、研磨ヘッドおよび／または研磨テーブル内の各機器に非接触型による電源供給、信号伝送および通信を行うことができる。したがって、以下に列挙するような具体的な効果を奏する。
（１）機械的磨耗がなく部品の定期交換が不要で、メンテナンスフリーとなる。
（２）物理的に接触点がないため、故障交換時、片側ユニットの交換で済み、メンテナンス時間が短縮できる。
（３）非接触型であるため、回転部接触面で発生する電気的なサージ、ノイズ等の発生要因がなく、電力、信号、通信を安定して伝送できる。
（４）回転側ユニットを回転体へ固定する際、回転体と回転側ユニットの回転軸がズレていても、物理的な接触面が無く、回転側ユニットと固定側ユニットの間に空間が有るので、慣性力による振動が伝わらず、また回転側慣性力による干渉も発生しない。
（５）固定側ユニットおよび回転側ユニットが対向する面をそれぞれ電界・磁界が減衰（吸収）しない、もしくは減衰（吸収）しにくい、防水性を確保できる物質（金属・樹脂等）でコーティング（覆う）することで、非接触型伝送コネクタを容易に防水構造にできる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明に係る研磨装置の主要部を示す模式的正面図である。
【図２】図２（ａ）は、研磨テーブルの主要部を示す模式的断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）における非接触型コネクタの固定側ユニットが導線によってＣＭＰ制御部に接続されている状態を示す一部拡大図である。
【図３】図３（ａ）は、研磨ヘッドの主要部を示す模式的断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）における非接触型コネクタの固定側ユニットが導線によってＣＭＰ制御部に接続されている状態を示す一部拡大図である。
【図４】図４は、非接触型伝送コネクタの第１の態様を示す模式的断面図である。
【図５】図５は、非接触型伝送コネクタの第２の態様を示す模式的断面図である。
【図６】図６は、研磨テーブル内に設置される光学式センサを示す模式的断面図である。
【図７】図７は、研磨ヘッドを構成する主要構成要素の模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る研磨装置の実施形態を図１乃至図７を参照して説明する。図１乃至図７において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図１は、本発明に係る研磨装置の主要部を示す模式的正面図である。図１に示すように、研磨装置は、研磨パッド２を支持する研磨テーブル１と、研磨対象物である半導体ウエハ等の基板Ｗを保持して研磨テーブル１上の研磨パッド２に押圧する研磨ヘッド３と、研磨パッド２上に研磨液（スラリー）を供給する研磨液供給ノズル５とを備えている。
【００２５】
研磨テーブル１は、テーブル軸１ａを介してその下方に配置される研磨テーブル回転モータ（図示せず）に連結されており、テーブル軸１ａの回りに回転可能になっている。研磨テーブル１の上面には研磨パッド２が貼付されており、研磨パッド２の表面が基板Ｗを研磨する研磨面２ａを構成している。研磨パッド２には、ダウケミカル社（Dow  Chemical  Company）製のＳＵＢＡ８００、ＩＣ１０００、ＩＣ１０００／ＳＵＢＡ４００（二層クロス）等が用いられている。ＳＵＢＡ８００は繊維をウレタン樹脂で固めた不織布である。ＩＣ１０００は硬質の発泡ポリウレタンであり、その表面に多数の微細な孔（ポア）を有したパッドであり、パーフォレートパッドとも呼ばれている。
【００２６】
研磨ヘッド３は、その下面に真空吸着により基板Ｗを保持するように構成されている。研磨ヘッド３には、基板Ｗを圧縮空気等の加圧流体で押圧するためのメンブレン（図示せず）が設置されている。研磨ヘッド３は、研磨ヘッドシャフト４を介して研磨ヘッドモータ（図示せず）に連結されており、研磨ヘッドシャフト４の周りに回転可能になっている。研磨ヘッド３および研磨テーブル１は、矢印で示すように同一方向に回転し、この状態で研磨ヘッド３は、基板を研磨パッド２に押圧する。研磨液供給ノズル５からは研磨液が研磨パッド２上に供給され、基板は、研磨液の存在下で研磨パッド２との摺接により研磨される。
【００２７】
次に、研磨テーブル１および研磨ヘッド３の主要部の構成を図２および図３を参照して説明する。
図２（ａ）は、研磨テーブル１の主要部を示す模式的断面図である。図２（ａ）に示すように、研磨パッド２を支持する研磨テーブル１は、中空のテーブル軸１ａに接続されている。テーブル軸１ａの周囲を囲むように、研磨テーブルモータ１１が設置されている。研磨テーブルモータ１１はモータ台１２によって支持されている。研磨テーブル１の内部には、センサ類等の機器１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃが設置されている。センサ類等の機器としては、終点検出モニタ用の渦電流センサや光学式センサがあり、また終点検出モニタ用のセンサ以外にも研磨中の基板の被研磨面の状態をモニタする温度センサなどの各種センサがある。各機器１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃは、物理的接触点を有しない非接触型コネクタ１５を介して外部の電源、信号源、通信元（光源等を含む）に接続されている。すなわち、各機器１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃは、導線１４を介して非接触型伝送コネクタ１５の回転側ユニット１５Ｒに接続されている。各導線１４は、研磨テーブル１の内部から中空のテーブル軸１ａの内部を通って非接触型伝送コネクタ１５の回転側ユニット１５Ｒまで延びている。また、非接触型伝送コネクタ１５の固定側ユニット１５Ｓには導線１６が接続され、導線１６によって電源、信号源、通信元（光源等を含む）に接続されている。
図２（ｂ）は、図２（ａ）における非接触型コネクタ１５の固定側ユニット１５Ｓが導線１６によってＣＭＰ制御部２０に接続されている状態を示す一部拡大図である。また、固定側ユニット１５Ｓの導線１６の先は、電源、信号源、通信元（光源等を含む）およびＣＭＰ制御部に接続されていてもよい。
【００２８】
信号を伝送する場合の一例として、研磨中に終点検出モニタ用センサで取得する信号を伝送する場合がある。この場合、回転側に設けられている終点検出モニタ用センサで取得した信号は、非接触型伝送コネクタ１５を通って、固定側に設けられているＣＭＰ制御部２０に伝送され、ＣＭＰ制御部２０でデータ処理されて被研磨面の状態が監視される。
通信を行う場合の一例として、各機器１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃで測定した複数のデータを一度に伝送する場合や、各機器１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃがプロセス処理をする機器であって、固定側に設置された制御部より各機器１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃへ動作指令データを通信する場合がある。プロセス処理をする各機器としては研磨テーブルモータ、研磨ヘッドモータ、光学式センサの光源などがある。このように大量のデータを伝送する場合には、大量のデータをパケットに分割して送受信するパケットデータ伝送を行なうことで短時間で大量のデータ通信が可能となる。
【００２９】
図２（ａ）において、モータ台１２の内側であって、点線で示すラインＬより上が回転側、下が固定側である。非接触型伝送コネクタ１５の回転側ユニット１５Ｒの上方には、ロータリジョイント１７が設置されている。ロータリジョイント１７は、内側の回転筒１７Ｒと外側の固定筒１７Ｓとから構成されている。回転筒１７Ｒには研磨テーブル１内まで延びる複数の配管１８が接続され、固定筒１７Ｓには純水源等の液体源まで延びる複数の配管１９が接続されている。複数の配管１８，１９は、研磨テーブル１を冷却するための冷却水配管や研磨テーブル１内に設置された光学式センサに純水を供給するための純水配管等を含んでいる。したがって、冷却水や純水は、外部より配管１９、ロータリジョイント１７および配管１８を介して研磨テーブル１内に供給され、研磨テーブル１内で使用された後に、外部に排出されるようになっている。
【００３０】
次に、本発明の研磨装置における研磨テーブル内に設置される光学式センサと光学式センサに純水を供給する配管を図６に示す。図６においては、非接触型伝送コネクタ１５および非接触型伝送コネクタ１５に接続している導線等は省略して図示している。図６に示すように、光学式センサ１４０は、研磨テーブル１に埋設されており、研磨テーブル１とともに回転する。光学式センサ１４０は、基板Ｗの表面に光を当て、基板Ｗからの反射光を受光し、さらに、各波長での反射光の強度を測定する。
光学式センサ１４０は、光を基板Ｗの被研磨面に照射する投光部１４２と、基板Ｗから戻ってくる反射光を受光する受光部としての光ファイバー１４３と、基板Ｗからの反射光を波長に従って分解し、所定の波長範囲に亘って反射光の強度を測定する分光器１４４とを備えている。
【００３１】
研磨テーブル１には、その上面で開口する第１の孔１５０Ａおよび第２の孔１５０Ｂが形成されている。また、研磨パッド２には、これら孔１５０Ａ，１５０Ｂに対応する位置に通孔１５１が形成されている。孔１５０Ａ，１５０Ｂと通孔１５１とは連通し、通孔１５１は研磨面２ａで開口している。第１の孔１５０Ａは液体供給路である配管１８、ロータリジョイント１７および配管１９を介して液体供給源１５５に連結されており、第２の孔１５０Ｂは、液体排出路である配管１８、ロータリジョイント１７および配管１９に連結している。
【００３２】
投光部１４２は、多波長の光を発する光源１４７と、光源１４７に接続された光ファイバー１４８とを備えている。光ファイバー１４８は、光源１４７によって発せられた光を基板Ｗの表面まで導く光伝送部である。光ファイバー１４８および光ファイバー１４３の先端は、第１の孔１５０Ａ内に位置しており、基板Ｗの被研磨面の近傍に位置している。光ファイバー１４８および光ファイバー１４３の各先端は、トップリング１１５に保持された基板Ｗの中心に対向して配置され、研磨テーブル１が回転するたびに基板Ｗの中心を含む複数の領域に光が照射されるようになっている。
【００３３】
基板Ｗの研磨中は、液体供給源１５５からは、透明な液体として水（好ましくは純水）が配管１９および配管１８を介して第１の孔１５０Ａに供給され、基板Ｗの下面と光ファイバー１４８，１４３の先端との間の空間を満たす。水は、さらに第２の孔１５０Ｂに流れ込み、配管１８および配管１９を通じて排出される。研磨液は水と共に排出され、これにより光路が確保される。液体供給路である配管１９には、研磨テーブル１の回転に同期して作動するバルブ（図示せず）が設けられている。このバルブは、通孔１５１の上に基板Ｗが位置しないときは水の流れを止める、または水の流量を少なくするように動作する。
【００３４】
光ファイバー１４８と光ファイバー１４３は互いに並列に配置されている。光ファイバー１４８および光ファイバー１４３の各先端は、基板Ｗの表面に対してほぼ垂直に配置されており、光ファイバー１４８は基板Ｗの表面にほぼ垂直に光を照射するようになっている。
基板Ｗの研磨中は、投光部１４２から光が基板Ｗに照射され、光ファイバー（受光部）１４３によって基板Ｗからの反射光が受光される。分光器１４４は、反射光の各波長での強度を所定の波長範囲に亘って測定し、得られた光強度データを処理部（図示せず）に送る。処理部は、光強度データから波長ごとの光の強度を表わす分光波形を生成し、さらに分光波形から基板Ｗの研磨進捗を示す研磨指標値を生成する。
【００３５】
図３（ａ）は、研磨ヘッド３の主要部を示す模式的断面図である。図３（ａ）に示すように、基板Ｗを保持する研磨ヘッド３は、中空の研磨ヘッドシャフト４に接続されている。研磨ヘッドシャフト４はキー（図示せず）を介して回転筒３１に連結されている。回転筒３１はその外周部にタイミングギヤ３２を備えている。また、研磨ヘッドモータ３３にはタイミングギヤ３４が固定されており、タイミングギヤ３４とタイミングギヤ３２とにはタイミングベルト３５が巻回されている。したがって、研磨ヘッドモータ３３を回転駆動することによってタイミングギヤ３４、タイミングベルト３５およびタイミングギヤ３２を介して回転筒３１および研磨ヘッドシャフト４が一体に回転し、研磨ヘッド３が回転する。研磨ヘッド３は昇降機構（図示せず）に連結されていて、研磨ヘッド３および研磨ヘッドシャフト４は昇降可能に構成されている。
【００３６】
図３（ａ）に示すように、研磨ヘッド３の内部には、センサ類等の機器２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃが設置されている。センサ類等の機器としては温度センサがあり、また温度センサ以外にも研磨中の基板の状態や研磨状況をモニタする各種センサがある。各機器２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃは、物理的接触点を有しない非接触型コネクタ１５を介して外部の電源、信号源、通信元（光源等を含む）に接続されている。すなわち、各機器２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃは、導線１４を介して非接触型伝送コネクタ１５の回転側ユニット１５Ｒに接続されている。各導線１４は、研磨ヘッド３の内部から中空の研磨ヘッドシャフト４の内部を通って非接触型伝送コネクタ１５の回転側ユニット１５Ｒまで延びている。また、非接触型伝送コネクタ１５の固定側ユニット１５Ｓには導線１６が接続され、導線１６によって電源、信号源、通信元（光源等を含む）に接続されている。また、導線１６は制御部に接続されていてもよい。図３（ｂ）は、図３（ａ）における非接触型コネクタ１５の固定側ユニット１５Ｓが導線１６によってＣＭＰ制御部２０に接続されている状態を示す一部拡大図である。さらに、固定側ユニット１５Ｓの導線１６の先は、電源、信号源、通信元（光源等を含む）およびＣＭＰ制御部に接続されていてもよい。
図３（ａ）において、点線で示すラインＬより下が回転側、上が固定側である。非接触型伝送コネクタ１５の回転側ユニット１５Ｒの下方には、ロータリジョイント１７が設置されている。ロータリジョイント１７は、内側の回転筒１７Ｒと外側の固定筒１７Ｓとから構成されている。回転筒１７Ｒには研磨ヘッド３内まで延びる複数の配管１８が接続され、固定筒１７Ｓには圧縮空気源等の流体源まで延びる複数の配管１９が接続されている。複数の配管１８，１９は、研磨ヘッド３に圧縮空気等の加圧流体を供給したり真空を供給するための配管を含んでいる。したがって、加圧流体や真空は、外部より配管１９、ロータリジョイント１７および配管１８を介して研磨ヘッド３内に供給される。
【００３７】
ここで、研磨ヘッドおよび研磨ヘッドに圧縮空気および真空を供給する流路（配管）について説明する。図７は、研磨ヘッド３を構成する主要構成要素の模式的な断面図であり、非接触型伝送コネクタ１５および非接触型伝送コネクタ１５に接続している導線等は省略している。
図７に示すように、研磨ヘッド（トップリング）３は、基板Ｗを研磨面に対して押圧するトップリング本体（キャリアとも称する）２０２と、研磨面を直接押圧するリテーナリング２０３とから基本的に構成されている。リテーナリング２０３はトップリング本体２０２の外周部に取り付けられている。トップリング本体２０２の下面には、基板の裏面に当接する弾性膜（メンブレン）２０４が取り付けられている。
【００３８】
前記弾性膜（メンブレン）２０４は同心状の複数の隔壁２０４ａを有し、これら隔壁２０４ａによって、弾性膜２０４の上面とトップリング本体２０２の下面との間にセンター室２０５、リプル室２０６、アウター室２０７、エッジ室２０８が形成されている。弾性膜（メンブレン）２０４は、リプルエリア（リプル室６）に弾性膜の厚さ方向に貫通する複数の孔２０４ｈを有している。研磨ヘッド３内には、センター室２０５に連通する流路２１１、リプル室２０６に連通する流路２１２、アウター室２０７に連通する流路２１３、エッジ室２０８に連通する流路２１４がそれぞれ形成されている。そして、流路２１１，２１３，２１４は、ロータリジョイント１７を介して流路２２１，２２３，２２４にそれぞれ接続されている。そして、流路２２１，２２３，２２４は、それぞれバルブＶ１−１，Ｖ３−１，Ｖ４−１および圧力レギュレータＲ１，Ｒ３，Ｒ４を介して圧力調整部２３０に接続されている。また、流路２２１，２２３，２２４は、それぞれバルブＶ１−２，Ｖ３−２，Ｖ４−２を介して真空源２３１に接続されるとともに、バルブＶ１−３，Ｖ３−３，Ｖ４−３を介して大気に連通可能になっている。
【００３９】
一方、流路２１２はロータリジョイント１７を介して流路２２２に接続されている。そして、流路２２２は、気水分離槽２３５、バルブＶ２−１および圧力レギュレータＲ２を介して圧力調整部２３０に接続されている。また、流路２２２は、気水分離槽２３５およびバルブＶ２−２を介して真空源３３１に接続されるとともに、バルブＶ２−３を介して大気に連通可能になっている。
【００４０】
また、リテーナリング２０３の直上にも弾性膜からなるリテーナリング加圧室２０９が形成されており、リテーナリング加圧室２０９は、トップリング本体２０２内に形成された流路２１５およびロータリジョイント１７を介して流路２２６に接続されている。そして、流路２２６は、バルブＶ５−１および圧力レギュレータＲ５を介して圧力調整部２３０に接続されている。また、流路２２６は、バルブＶ５−２を介して真空源２３１に接続されるとともに、バルブＶ５−３を介して大気に連通可能になっている。圧力レギュレータＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５は、それぞれ圧力調整部２３０からセンター室２０５、リプル室２０６、アウター室２０７、エッジ室２０８およびリテーナリング加圧室２０９に供給する圧力流体の圧力を調整する圧力調整機能を有している。各圧力レギュレータおよび各バルブは、制御部（図示せず）に接続されていて、それらの作動が制御されるようになっている。また、流路２２１，２２２，２２３，２２４，２２６にはそれぞれ圧力センサＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５および流量センサＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５が設置されている。
【００４１】
図７に示すように構成された研磨ヘッド３においては、上述したように、センター室２０５、リプル室２０６、アウター室２０７、エッジ室２０８およびリテーナリング加圧室２０９に供給する流体の圧力を圧力調整部２３０および圧力レギュレータＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５によってそれぞれ独立に調整することができる。このような構造により、基板Ｗを研磨パッド２に押圧する押圧力を基板の領域毎に調整でき、かつリテーナリング２０３が研磨パッド２を押圧する押圧力を調整できる。流路２１１，２１２，２１３，２１４，２１５は図３に示す配管１８に相当し、流路２２１，２２２，２２３，２２４，２２６は図３に示す配管１９に相当する。
【００４２】
次に、本発明の研磨テーブル１および研磨ヘッド３で用いられている非接触型伝送コネクタ１５の詳細構造を図４および図５を参照して説明する。
図４は、非接触型伝送コネクタ１５の第１の態様を示す模式的断面図である。図４に示すように、非接触型伝送コネクタ１５の固定側ユニット１５Ｓには一次巻線を施したポットコア型の一次側高周波磁性体からなる電力伝送用ポットコア４１が配置され、回転側ユニット１５Ｒには二次巻線を施したポットコア型の二次側高周波磁性体からなる電力伝送用ポットコア４２が配置されている。電力伝送用ポットコア４１と電力伝送用ポットコア４２は狭い間隙を経て同軸上に対向して配置されている。電力伝送用ポットコア４１と電力伝送用ポットコア４２との間隙には、電界・磁界を減衰（吸収）しない、もしくは減衰（吸収）しにくい固体以外の媒体、例えば、空気等の気体、真空、液体が存在する。電力伝送は、固定側のポットコア４１の一次巻線に高周波電流を流し回転側のポットコア４２の二次巻線に電圧が誘起される電磁誘導によって行う。
【００４３】
また、非接触型伝送コネクタ１５の固定側ユニット１５Ｓには信号伝送用ポットコア４３が配置され、回転側ユニット１５Ｒには信号伝送用ポットコア４４が配置されている。信号伝送用ポットコア４３と信号伝送用ポットコア４４は狭い間隙を経て同軸上に対向して配置されている。信号伝送用ポットコア４３，４４は、ポットコア４１，４２と同様に巻線を施したポットコア型の磁性体からなる。信号伝送は、信号伝送用ポットコア４３又は信号伝送用ポットコア４４の巻線に情報信号を重畳した高周波電流を流し、信号伝送用ポットコア４４又は信号伝送用ポットコア４３の巻線に情報信号電圧が誘起される電磁誘導によって行う。
【００４４】
図４に示すように、固定側ユニット１５Ｓおよび回転側ユニット１５Ｒには、それぞれ内部回路５１，５２が設けられており、また導線に接続するための接続端子５３，５４が設けられている。
上述したように、電力伝送および信号伝送は、電磁誘導作用により非接触伝送により行う。この場合、対向する一対のポットコア間の磁束密度（Ｔ（テスラ））を高くする方が安定して伝送を行うことができる。磁束密度が高くできない場合には、対向する一対のポットコアの表面積（ｍ２）を広くする方が安定して伝送を行うことができる。
【００４５】
図４に示すように、非接触型伝送コネクタ１５の固定側ユニット１５Ｓおよび回転側ユニット１５Ｒには、それぞれ通信用の投・受光部４５，４６が配置されている。投・受光部４５，４６は発光素子および受光素子を備えている。通信用の投・受光部４５および投・受光部４６は、それぞれ固定側ユニット１５Ｓおよび回転側ユニット１５Ｒの中心に配置されており、狭い間隙を経て同軸上に対向して配置されている。このように、通信用の投・受光部４５，４６を固定側ユニット１５Ｓおよび回転側ユニット１５Ｒの中心に配置することにより、回転時における光軸の整列（アライメント）を確保することができる。また、投・受光部４５，４６の対向面の面積を広くすることで、軸ズレしても光を伝送しやすくすることができる。投・受光部４５，４６には、それぞれ通信用光ファイバケーブル４７，４８が接続されている。
図４に示す非接触型伝送コネクタ１５においては、下側のユニットを固定側ユニット１５Ｓ、上側のユニットを回転側ユニット１５Ｒとしたが、下側のユニットを回転側ユニット１５Ｒ、上側のユニットを固定側ユニット１５Ｓとしてもよい。
【００４６】
図５は、非接触型伝送コネクタ１５の第２の態様を示す模式的断面図である。図５に示す非接触型伝送コネクタ１５においては、上側のユニットを下端が開口し上端が閉塞した円筒容器状に形成し、円筒容器状の上側のユニット内に円柱状の下側のユニットを収容するように構成している。以下においては、下側のユニットを固定側ユニット１５Ｓ、上側のユニットを回転側ユニット１５Ｒとして説明するが、上下のユニットが逆であってもよい。ただし、円筒容器状のユニットは必ず上方側に設置する。
【００４７】
図５に示すように、円筒容器状の回転側ユニット１５Ｒ内に固定側ユニット１５Ｓが収容されており、回転側ユニット１５Ｒと固定側ユニット１５Ｓとの間隙に異物混入や液体が溜まらないようにしている。図４に示す例と同様に固定側ユニット１５Ｓには電力伝送用ポットコア４１が配置され、回転側ユニット１５Ｒには電力伝送用ポットコア４２が配置されている。電力伝送用ポットコア４１と電力伝送用ポットコア４２は狭い間隙を経て同軸上に対向して配置されている。また、固定側ユニット１５Ｓには信号伝送用ポットコア４３が配置され、回転側ユニット１５Ｒには信号伝送用ポットコア４４が配置されている。信号伝送用ポットコア４３と信号伝送用ポットコア４４は狭い間隙を経て同軸上に対向して配置されている。固定側ユニット１５Ｓおよび回転側ユニット１５Ｒには、図４に示す非接触型伝送コネクタ１５と同様に、それぞれ内部回路５１，５２および接続端子５３，５４が設けられている。
【００４８】
本実施形態では、固定側ユニット１５Ｓおよび回転側ユニット１５Ｒの中心に投・受光部４５および投・受光部４６を配置しているが、投・受光部４５，４６は光の授受を直接に行わないで光を反射・屈折させる物を複数使用してこれらを介して光の授受を行っている。光を反射させる物としては例えばミラーがあり、光を屈折させる物としてはプリズムがあげられるが、本実施形態においては、ミラーを使用している。すなわち、固定側ユニット１５Ｓには、投・受光部４５に対向する位置に円錐状の第１ミラー６１が配置され、第１ミラー６１の外周側に第１ミラー６１を囲むように円錐台状の第２ミラー６２が配置され、第２ミラー６２の上方に円錐台状の第３ミラー６３が配置されている。一方、回転側ユニット１５Ｒには、投・受光部４６に対向する位置に円錐状の第１ミラー７１が配置され、第１ミラー７１の外周側に第１ミラー７１を囲むように円錐台状の第２ミラー７２が配置され、第２ミラー７２の下方に円錐台状の第３ミラー７３が配置されている。回転側ユニットの第３ミラー７３は、固定側ユニットの第３ミラー６３を囲むように配置されている。各ミラー６１，６２，６３，７１，７２，７３は、水平方向の入射光を垂直方向の反射光に又は垂直方向の入射光を水平方向の反射光とするように、４５°に傾斜した反射面を有している。投・受光部４５および投・受光部４６には、それぞれ通信用光ファイバケーブル４７，４８が接続されている。
【００４９】
図示例では、固定側ユニット１５Ｓ側の投・受光部４５から第１ミラー６１に入射した光は、第１ミラー６１の外周面で反射して第２ミラー６２に入射し、次に第２ミラー６２の内周面で反射して第３ミラー６３に入射し、さらに第３ミラー６３の外周面で反射して回転側ユニット１５Ｒ側の第３ミラー７３に入射する。そして、第３ミラー７３に入射した光は第３ミラー７３の内周面で反射して第２ミラー７２に入射し、次に第２ミラー７２の内周面で反射して第１ミラー７１に入射し、さらに第１ミラー７１の外周面で反射して回転側ユニット１５Ｒ側の投・受光部４６に入射する。固定側ユニット１５Ｓおよび回転側ユニット１５Ｒにおける光の伝送部は、光ファイバーと同じような光を伝送できる材質で構成されている。こうして、固定側ユニット１５Ｓ側から回転側ユニット１５Ｒに光による通信を行うことができる。なお、図示例とは逆の光路により、回転側ユニット１５Ｒ側から固定側ユニット１５Ｓに光による通信を行うこともできる。このように光による双方向通信が可能であるが、投光部と受光部とを分けて一方向通信としてもよい。
【００５０】
図４および図５に示す非接触型伝送コネクタ１５によれば、物理的に接触点のない非接触型による電源供給、信号伝送および通信を行うことができる。したがって、固定側ユニット１５Ｓと回転側ユニット１５Ｒとの間で粉塵発生がなく、清掃不要であり、また機械的摩耗がなく、部品の定期交換が不要で、メンテナンスフリーとなる。また固定側ユニット１５Ｓおよび回転側ユニット１５Ｒは、物理的な接触面がなく、それぞれ独立した構造物であるため、いずれか一方が故障した場合に故障した側のユニットのみを交換すればよく、また回転部接触面で発生する電気的なサージ、ノイズ等の発生要因がなく、電力、信号、通信を安定して伝送できる。
【００５１】
従来の接触型コネクタにあっては、固定側ユニットと回転側ユニットの軸心が一致していなくて角度ズレがあると、角度θ分の慣性力が発生し、機械的な振動が発生する。しかしながら、図４および図５に示す非接触型伝送コネクタ１５によれば、回転側ユニット１５Ｒを回転体へ固定する際、回転体と回転側ユニット１５Ｒの回転軸がズレていても、物理的な接触面が無く、回転側ユニット１５Ｒと固定側ユニット１５Ｓの間に空間が有るので、慣性力による振動が伝わらず、また回転側慣性力による干渉も発生しない。また、固定側ユニット１５Ｓおよび回転側ユニット１５Ｒが対向する面をそれぞれ電界・磁界が減衰（吸収）しない、もしくは減衰（吸収）しにくい、防水性を確保できる物質（金属・樹脂等）でコーティング（覆う）することで、非接触型伝送コネクタ１５を容易に防水構造にできる。固定側ユニット１５Ｓおよび回転側ユニット１５Ｒの外周面等のその他の部分も同様に金属・樹脂等でコーティングすることで、防水構造にできる。
【００５２】
図４および図５に示す非接触型伝送コネクタ１５においては、２組のポットコアおよび１組の投光部・受光部を示したが、ポットコアは３組以上であってもよく、投光部・受光部は２組以上であってもよい。
これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。
【符号の説明】
【００５３】
１  研磨テーブル
１ａ  テーブル軸
２  研磨パッド
２ａ  研磨面
３  研磨ヘッド
４  研磨ヘッドシャフト
５  研磨液供給ノズル
１１  研磨テーブルモータ
１２  モータ台
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ  機器
１４  導線
１５  非接触型伝送コネクタ
１５Ｒ  回転側ユニット
１５Ｓ  固定側ユニット
１６  導線
１７  ロータリジョイント
１７Ｒ  回転筒
１７Ｓ  固定筒
１８  配管
１９  配管
２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ  機器
３１  回転筒
３２  タイミングギヤ
３３  研磨ヘッドモータ
３４  タイミングギヤ
３５  タイミングベルト
４１  電力伝送用ポットコア
４２  電力伝送用ポットコア
４３  信号伝送用ポットコア
４４  信号伝送用ポットコア
４５  投光部（投・受光部）
４６  受光部（投・受光部）
４７  通信用光ファイバケーブル
４８  通信用光ファイバケーブル
５１  内部回路
５２  内部回路
５３  接続端子
５４  接続端子
６１  第１ミラー
６２  第２ミラー
６３  第３ミラー
７１  第１ミラー
７２  第２ミラー
７３  第３ミラー
１４０    光学式センサ
１４２    投光部
１４３    受光部（光ファイバー）
１４４    分光器
１４７    光源
１４８    光ファイバー
１５０Ａ  第１の孔
１５０Ｂ  第２の孔
１５１    通孔
１５５    液体供給源
２０２    トップリング本体
２０３    リテーナリング
２０４    弾性膜（メンブレン）
２０４ａ  隔壁
２０４ｈ  孔
２０５    センター室
２０６    リプル室
２０７    アウター室
２０８    エッジ室
２０９    リテーナリング加圧室
２１１，２１２，２１３，２１４，２１５，２２１，２２２，２２３，２２４，２２６  流路
２３０    圧力調整部
２３１，３３１    真空源
２３５    気水分離槽
Ｆ１〜Ｆ５    流量センサ
Ｒ１〜Ｒ５    圧力レギュレータ
Ｐ１〜Ｐ５    圧力センサ
Ｖ１−１〜Ｖ１−３，Ｖ２−１〜Ｖ２−３，Ｖ３−１〜Ｖ３−３，Ｖ４−１〜Ｖ４−３，Ｖ５−１〜Ｖ５−３    バルブ
【図１】
2015100911.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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