(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨パッドを支持するための研磨テーブルと、
基板を前記研磨パッドに押し付けるための研磨ヘッドと、
前記研磨ヘッドを回転させるためのヘッドモータとを備え、
前記研磨ヘッドは、
基板接触面を有するヘッド本体と、
前記ヘッド本体に連結されたドライブリングと、
前記基板接触面を囲み、前記ドライブリングに接続されたリテーナリングとを備え、
前記ドライブリングには第１ねじが形成され、前記リテーナリングには前記第１ねじに係合する第２ねじが形成されており、前記第２ねじは前記リテーナリングの周方向に延びており、
前記ドライブリングは、環状ドライブリング本体と、前記環状ドライブリング本体の下面から下方に突出する環状突部を有しており、
前記リテーナリングの上面には、前記環状突部が収容される環状凹部が形成されており、
前記環状突部の側面には前記第１ねじが形成され、前記環状凹部の側面には前記第２ねじが形成されており、
前記研磨ヘッドは、前記第１ねじおよび前記第２ねじの緩み止め構造体をさらに備え、
前記緩み止め構造体は、
前記ドライブリングに上下動自在に支持されたピンと、
前記ドライブリングに回転可能に支持され、前記ピンを上方向に持ち上げるカムシャフトと、
前記ピンを前記リテーナリングに向かって押して、前記ピンを下方向に移動させるばねとを備えており、
前記リテーナリングは、前記ピンの先端が挿入されることが可能な穴を有していることを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記環状突部は、前記環状ドライブリング本体に固定されたねじリングの少なくとも一部から構成されてい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】
前記環状ドライブリング本体の下面は、前記リテーナリングの上面と接触してい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】
前記リテーナリングは、環状リテーナリング本体と、前記環状凹部および前記第２ねじが形成された凹リングとを有しており、
前記凹リングは、前記環状リテーナリング本体よりも高い強度を有することを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項５】
前記カムシャフトは、前記ピンに係合するカム部と、露出した端部とを有しており、
前記リテーナリングの前記ドライブリングに対する回転によって、前記ピンが前記穴に並んだとき、前記ピンは、前記ばねによって前記穴に挿入されることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項６】
前記穴は、丸穴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７】
研磨パッドを支持するための研磨テーブルと、
基板を前記研磨パッドに押し付けるための研磨ヘッドと、
前記研磨ヘッドを回転させるためのヘッドモータとを備え、
前記研磨ヘッドは、
基板接触面を有するヘッド本体と、
前記ヘッド本体に連結されたドライブリングと、
前記基板接触面を囲み、前記ドライブリングに接続されたリテーナリングとを備え、
前記ドライブリングには第１ねじが形成され、前記リテーナリングには前記第１ねじに係合する第２ねじが形成されており、前記第２ねじは前記リテーナリングの周方向に延びており、
前記リテーナリングは、環状リテーナリング本体と、前記環状リテーナリング本体の上面から上方に突出する環状突部を有しており、
前記ドライブリングの下面には、前記環状突部が収容される環状凹部が形成されており、
前記環状凹部の側面には前記第１ねじが形成され、前記環状突部の側面には前記第２ねじが形成されており、
前記研磨ヘッドは、前記第１ねじおよび前記第２ねじの緩み止め構造体をさらに備え、
前記緩み止め構造体は、
前記ドライブリングに上下動自在に支持されたピンと、
前記ドライブリングに回転可能に支持され、前記ピンを上方向に持ち上げるカムシャフトと、
前記ピンを前記リテーナリングに向かって押して、前記ピンを下方向に移動させるばねとを備えており、
前記リテーナリングは、前記ピンの先端が挿入されることが可能な穴を有していることを特徴とする研磨装置。
【請求項８】
前記環状突部は、前記環状リテーナリング本体に固定されたねじリングの少なくとも一部から構成されていることを特徴とする請求項７に記載の研磨装置。
【請求項９】
前記環状リテーナリング本体の上面は、前記ドライブリングの下面と接触していることを特徴とする請求項７に記載の研磨装置。
【請求項１０】
前記カムシャフトは、前記ピンに係合するカム部と、露出した端部とを有しており、
前記リテーナリングの前記ドライブリングに対する回転によって、前記ピンが前記穴に並んだとき、前記ピンは、前記ばねによって前記穴に挿入されることを特徴とする請求項７に記載の研磨装置。
【請求項１１】
前記穴は、丸穴であることを特徴とする請求項７に記載の研磨装置。
【請求項１２】
前記第１ねじおよび前記第２ねじの内側および外側には、前記ドライブリングと前記リテーナリングとの間の隙間を封止するシールリングがそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項１３】
前記リテーナリングの外周面には、該リテーナリングをその軸心の周りに回転させるための締め付け工具が係合する窪みが形成されていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項１４】
前記ヘッドモータは、前記研磨ヘッドの回転をロックするロック機能を有することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項１５】
前記第２ねじが締め付けられる方向は、前記基板の研磨時に前記ヘッドモータが前記研磨ヘッドを回転させる方向とは反対であることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項１６】
前記第１ねじに対する前記第２ねじの緩みを検出する緩み検出器をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項１７】
前記緩み検出器は、前記ドライブリングに形成された第１目印と、前記リテーナリングに形成された第２目印との相対位置を検出する目印検出器であることを特徴とする請求項１６に記載の研磨装置。
【請求項１８】
前記緩み検出器は、前記ドライブリングと前記リテーナリングとの間に挟まれたロードセルであることを特徴とする請求項１６に記載の研磨装置。
【請求項１９】
基板を研磨パッドに対して押し付けるための研磨ヘッドであって、
基板接触面を有するヘッド本体と、
前記ヘッド本体に連結されたドライブリングと、
前記基板接触面を囲み、前記ドライブリングに接続されたリテーナリングとを備え、
前記ドライブリングには第１ねじが形成され、前記リテーナリングには前記第１ねじに係合する第２ねじが形成されており、前記第２ねじは前記リテーナリングの周方向に延びており、
前記ドライブリングは、環状ドライブリング本体と、前記環状ドライブリング本体の下面から下方に突出する環状突部を有しており、
前記リテーナリングの上面には、前記環状突部が収容される環状凹部が形成されており、
前記環状突部の側面には前記第１ねじが形成され、前記環状凹部の側面には前記第２ねじが形成されており、
前記研磨ヘッドは、前記第１ねじおよび前記第２ねじの緩み止め構造体をさらに備え、
前記緩み止め構造体は、
前記ドライブリングに上下動自在に支持されたピンと、
前記ドライブリングに回転可能に支持され、前記ピンを上方向に持ち上げるカムシャフトと、
前記ピンを前記リテーナリングに向かって押して、前記ピンを下方向に移動させるばねとを備えており、
前記リテーナリングは、前記ピンの先端が挿入されることが可能な穴を有していることを特徴とする研磨ヘッド。
【請求項２０】
前記環状突部は、前記環状ドライブリング本体に固定されたねじリングの少なくとも一部から構成されていることを特徴とする請求項１９に記載の研磨ヘッド。
【請求項２１】
前記環状ドライブリング本体の下面は、前記リテーナリングの上面と接触していることを特徴とする請求項１９に記載の研磨ヘッド。
【請求項２２】
前記リテーナリングは、環状リテーナリング本体と、前記環状凹部および前記第２ねじが形成された凹リングとを有しており、
前記凹リングは、前記環状リテーナリング本体よりも高い強度を有することを特徴とする請求項１９に記載の研磨ヘッド。
【請求項２３】
前記カムシャフトは、前記ピンに係合するカム部と、露出した端部とを有しており、
前記リテーナリングの前記ドライブリングに対する回転によって、前記ピンが前記穴に並んだとき、前記ピンは、前記ばねによって前記穴に挿入されることを特徴とする請求項１９に記載の研磨ヘッド。
【請求項２４】
前記穴は、丸穴であることを特徴とする請求項１９に記載の研磨ヘッド。
【請求項２５】
基板を研磨パッドに対して押し付けるための研磨ヘッドであって、
基板接触面を有するヘッド本体と、
前記ヘッド本体に連結されたドライブリングと、
前記基板接触面を囲み、前記ドライブリングに接続されたリテーナリングとを備え、
前記ドライブリングには第１ねじが形成され、前記リテーナリングには前記第１ねじに係合する第２ねじが形成されており、前記第２ねじは前記リテーナリングの周方向に延びており、
前記リテーナリングは、環状リテーナリング本体と、前記環状リテーナリング本体の上面から上方に突出する環状突部を有しており、
前記ドライブリングの下面には、前記環状突部が収容される環状凹部が形成されており、
前記環状凹部の側面には前記第１ねじが形成され、前記環状突部の側面には前記第２ねじが形成されており、
前記研磨ヘッドは、前記第１ねじおよび前記第２ねじの緩み止め構造体をさらに備え、
前記緩み止め構造体は、
前記ドライブリングに上下動自在に支持されたピンと、
前記ドライブリングに回転可能に支持され、前記ピンを上方向に持ち上げるカムシャフトと、
前記ピンを前記リテーナリングに向かって押して、前記ピンを下方向に移動させるばねとを備えており、
前記リテーナリングは、前記ピンの先端が挿入されることが可能な穴を有していることを特徴とする研磨ヘッド。
【請求項２６】
前記環状突部は、前記環状リテーナリング本体に固定されたねじリングの少なくとも一部から構成されていることを特徴とする請求項２５に記載の研磨ヘッド。
【請求項２７】
前記環状リテーナリング本体の上面は、前記ドライブリングの下面と接触していることを特徴とする請求項２５に記載の研磨ヘッド。
【請求項２８】
前記カムシャフトは、前記ピンに係合するカム部と、露出した端部とを有しており、
前記リテーナリングの前記ドライブリングに対する回転によって、前記ピンが前記穴に並んだとき、前記ピンは、前記ばねによって前記穴に挿入されることを特徴とする請求項２５に記載の研磨ヘッド。
【請求項２９】
前記穴は、丸穴であることを特徴とする請求項２５に記載の研磨ヘッド。
【請求項３０】
前記第１ねじおよび前記第２ねじの内側および外側には、前記ドライブリングと前記リテーナリングとの間の隙間を封止するシールリングがそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１９乃至２９のいずれか一項に記載の研磨ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェーハなどの基板を研磨する研磨装置に関し、特に基板の周りでリテーナリングを研磨パッドに押し付けながら該研磨パッド上で基板を研磨する研磨装置に関する。また、本発明はそのような研磨装置に使用される研磨ヘッドおよびリテーナリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
研磨装置であるＣＭＰ装置は、研磨パッドに研磨液（スラリ）を供給しながら、ウェーハを研磨パッドに押し付けてウェーハを研磨する。研磨パッドは、研磨テーブル上に支持され、研磨テーブルとともに回転される。ウェーハは研磨ヘッドによって回転され、回転している研磨パッドに押し付けられる。ウェーハの研磨中、ウェーハと研磨パッドとの間の摩擦によりウェーハには横方向に力が作用する。そこで、ウェーハが研磨ヘッドから飛び出さないようにするために、研磨ヘッドは、ウェーハを保持するためのリテーナリングを備えている。
【０００３】
図３９は、従来の研磨ヘッドの概略断面図である。研磨ヘッド３００は、リテーナリング３０１にトルクを伝えるドライブリング３０２を有しており、リテーナリング３０１はこのドライブリング３０２に固定される。より具体的には、リテーナリング３０１の上面には複数のねじ孔３０５が等間隔に形成されており、ドライブリング３０２を貫通する複数のねじ３０７がリテーナリング３０１のねじ孔３０５にねじ込まれることでリテーナリング３０１がドライブリング３０２に固定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１９０１０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
リテーナリング３０１は、ウェーハＷの研磨中に研磨パッドに摺接されるため、徐々に摩耗する。したがって、リテーナリング３０１は定期的に交換しなければならない消耗品の一つである。しかしながら、リテーナリング３０１を固定しているねじ３０７は研磨ヘッド３００の内部に配置されているため、リテーナリング３０１を交換するためには研磨ヘッド３００を研磨装置から取り外して、研磨ヘッド３００を分解する必要がある。このため、リテーナリング３０１の交換にかなりの時間がかかり、研磨装置のダウンタイムが長くなってしまう。
【０００６】
また、複数のねじ３０７でリテーナリング３０１を締め付けたときにリテーナリング３０１内の応力にばらつきが生じ、これがリテーナリング３０１を変形させることがある。リテーナリング３０１は、研磨中のウェーハＷを保持する役割に加えて、研磨パッドのリバウンド量を制御することで、ウェーハＷの外周部の研磨レートを制御する役割も持つ。リテーナリング３０１が変形すると、ウェーハＷの外周部の研磨レートにばらつきが生じるおそれがある。
【０００７】
本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、リテーナリングを簡単に交換することができ、かつリテーナリングを変形させずに該リテーナリングをドライブリングに固定することができる研磨ヘッドおよび研磨装置を提供することを目的とする。また、本発明は、そのような研磨ヘッドに簡単に取り付け、および取り外すことができるリテーナリング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】
【０００８】
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、研磨パッドを支持するための研磨テーブルと、基板を前記研磨パッドに押し付けるための研磨ヘッドと、前記研磨ヘッドを回転させるためのヘッドモータとを備え、前記研磨ヘッドは、基板接触面を有するヘッド本体と、前記ヘッド本体に連結されたドライブリングと、前記基板接触面を囲み、前記ドライブリングに接続されたリテーナリングとを備え、前記ドライブリングには第１ねじが形成され、前記リテーナリングには前記第１ねじに係合する第２ねじが形成されており、前記第２ねじは前記リテーナリングの周方向に延びており、前記ドライブリングは、環状ドライブリング本体と、前記環状ドライブリング本体の下面から下方に突出する環状突部を有しており、前記リテーナリングの上面には、前記環状突部が収容される環状凹部が形成されており、前記環状突部の側面には前記第１ねじが形成され、前記環状凹部の側面には前記第２ねじが形成されており、前記研磨ヘッドは、前記第１ねじおよび前記第２ねじの緩み止め構造体をさらに備え、前記緩み止め構造体は、前記ドライブリングに上下動自在に支持されたピンと、前記ドライブリングに回転可能に支持され、前記ピンを上方向に持ち上げるカムシャフトと、前記ピンを前記リテーナリングに向かって押して、前記ピンを下方向に移動させるばねとを備えており、前記リテーナリングは、前記ピンの先端が挿入されることが可能な穴を有していることを特徴とする研磨装置である。
【０００９】
本発明の好ましい態様は、前記環状突部は、前記環状ドライブリング本体に固定されたねじリングの少なくとも一部から構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記環状ドライブリング本体の下面は、前記リテーナリングの上面と接触していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記リテーナリングは、環状リテーナリング本体と、前記環状凹部および前記第２ねじが形成された凹リングとを有しており、前記凹リングは、前記環状リテーナリング本体よりも高い強度を有することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記カムシャフトは、前記ピンに係合するカム部と、露出した端部とを有しており、前記リテーナリングの前記ドライブリングに対する回転によって、前記ピンが前記穴に並んだとき、前記ピンは、前記ばねによって前記穴に挿入されることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記穴は、丸穴であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の他の態様は、研磨パッドを支持するための研磨テーブルと、基板を前記研磨パッドに押し付けるための研磨ヘッドと、前記研磨ヘッドを回転させるためのヘッドモータとを備え、前記研磨ヘッドは、基板接触面を有するヘッド本体と、前記ヘッド本体に連結されたドライブリングと、前記基板接触面を囲み、前記ドライブリングに接続されたリテーナリングとを備え、前記ドライブリングには第１ねじが形成され、前記リテーナリングには前記第１ねじに係合する第２ねじが形成されており、前記第２ねじは前記リテーナリングの周方向に延びており、前記リテーナリングは、環状リテーナリング本体と、前記環状リテーナリング本体の上面から上方に突出する環状突部を有しており、前記ドライブリングの下面には、前記環状突部が収容される環状凹部が形成されており、前記環状凹部の側面には前記第１ねじが形成され、前記環状突部の側面には前記第２ねじが形成されており、前記研磨ヘッドは、前記第１ねじおよび前記第２ねじの緩み止め構造体をさらに備え、前記緩み止め構造体は、前記ドライブリングに上下動自在に支持されたピンと、前記ドライブリングに回転可能に支持され、前記ピンを上方向に持ち上げるカムシャフトと、前記ピンを前記リテーナリングに向かって押して、前記ピンを下方向に移動させるばねとを備えており、前記リテーナリングは、前記ピンの先端が挿入されることが可能な穴を有していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記環状突部は、前記環状リテーナリング本体に固定されたねじリングの少なくとも一部から構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記環状リテーナリング本体の上面は、前記ドライブリングの下面と接触していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記カムシャフトは、前記ピンに係合するカム部と、露出した端部とを有しており、前記リテーナリングの前記ドライブリングに対する回転によって、前記ピンが前記穴に並んだとき、前記ピンは、前記ばねによって前記穴に挿入されることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記穴は、丸穴であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の好ましい態様は、前記第１ねじおよび前記第２ねじの内側および外側には、前記ドライブリングと前記リテーナリングとの間の隙間を封止するシールリングがそれぞれ設けられていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記リテーナリングの外周面には、該リテーナリングをその軸心の周りに回転させるための締め付け工具が係合する窪みが形成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ヘッドモータは、前記研磨ヘッドの回転をロックするロック機能を有することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第２ねじが締め付けられる方向は、前記基板の研磨時に前記ヘッドモータが前記研磨ヘッドを回転させる方向とは反対であることを特徴とする。
【００１２】
本発明の一参考例は、前記緩み止め構造体は、前記リテーナリングを前記ドライブリングに押さえ付けるロックリングであることを特徴とする。
本発明の一参考例は、前記緩み止め構造体は、前記ドライブリングに対する前記リテーナリングの回転を止めるロックねじであることを特徴とする。
【００１３】
本発明の好ましい態様は、前記第１ねじに対する前記第２ねじの緩みを検出する緩み検出器をさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記緩み検出器は、前記ドライブリングに形成された第１目印と、前記リテーナリングに形成された第２目印との相対位置を検出する目印検出器であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記緩み検出器は、前記ドライブリングと前記リテーナリングとの間に挟まれたロードセルであることを特徴とする。
【００１４】
本発明のさらに他の態様は、基板を研磨パッドに対して押し付けるための研磨ヘッドであって、基板接触面を有するヘッド本体と、前記ヘッド本体に連結されたドライブリングと、前記基板接触面を囲み、前記ドライブリングに接続されたリテーナリングとを備え、前記ドライブリングには第１ねじが形成され、前記リテーナリングには前記第１ねじに係合する第２ねじが形成されており、前記第２ねじは前記リテーナリングの周方向に延びており、前記ドライブリングは、環状ドライブリング本体と、前記環状ドライブリング本体の下面から下方に突出する環状突部を有しており、前記リテーナリングの上面には、前記環状突部が収容される環状凹部が形成されており、前記環状突部の側面には前記第１ねじが形成され、前記環状凹部の側面には前記第２ねじが形成されており、前記研磨ヘッドは、前記第１ねじおよび前記第２ねじの緩み止め構造体をさらに備え、前記緩み止め構造体は、前記ドライブリングに上下動自在に支持されたピンと、前記ドライブリングに回転可能に支持され、前記ピンを上方向に持ち上げるカムシャフトと、前記ピンを前記リテーナリングに向かって押して、前記ピンを下方向に移動させるばねとを備えており、前記リテーナリングは、前記ピンの先端が挿入されることが可能な穴を有していることを特徴とする研磨ヘッドである。
本発明のさらに他の態様は、基板を研磨パッドに対して押し付けるための研磨ヘッドであって、基板接触面を有するヘッド本体と、前記ヘッド本体に連結されたドライブリングと、前記基板接触面を囲み、前記ドライブリングに接続されたリテーナリングとを備え、前記ドライブリングには第１ねじが形成され、前記リテーナリングには前記第１ねじに係合する第２ねじが形成されており、前記第２ねじは前記リテーナリングの周方向に延びており、前記リテーナリングは、環状リテーナリング本体と、前記環状リテーナリング本体の上面から上方に突出する環状突部を有しており、前記ドライブリングの下面には、前記環状突部が収容される環状凹部が形成されており、前記環状凹部の側面には前記第１ねじが形成され、前記環状突部の側面には前記第２ねじが形成されており、前記研磨ヘッドは、前記第１ねじおよび前記第２ねじの緩み止め構造体をさらに備え、前記緩み止め構造体は、前記ドライブリングに上下動自在に支持されたピンと、前記ドライブリングに回転可能に支持され、前記ピンを上方向に持ち上げるカムシャフトと、前記ピンを前記リテーナリングに向かって押して、前記ピンを下方向に移動させるばねとを備えており、前記リテーナリングは、前記ピンの先端が挿入されることが可能な穴を有していることを特徴とする研磨ヘッドである。
本発明の一参考例は、基板接触面を有するヘッド本体と、前記ヘッド本体に連結されたドライブリングとを備えた研磨ヘッドに使用されるリテーナリングであって、前記ドライブリングに形成された第１ねじに係合する第２ねじを有し、前記第２ねじは前記リテーナリングの周方向に延びており、前記リテーナリングの上面には環状凹部が形成されており、前記環状凹部の側面に前記第２ねじが形成されていることを特徴とする。
本発明の一参考例は、基板接触面を有するヘッド本体と、前記ヘッド本体に連結されたドライブリングとを備えた研磨ヘッドに使用されるリテーナリングであって、前記ドライブリングに形成された第１ねじに係合する第２ねじを有し、前記第２ねじは前記リテーナリングの周方向に延びており、前記リテーナリングは、環状リテーナリング本体と、前記環状リテーナリング本体の上面から上方に突出する環状突部を有しており、前記環状突部の側面に前記第２ねじが形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
リテーナリングは、第１ねじと第２ねじとの係合によってドライブリングに接続される。すなわち、リテーナリングの全体を回転させることで、第２ねじが第１ねじに係合し、リテーナリングがドライブリングに固定される。リテーナリングを反対方向に回転させると、第１ねじと第２ねじとの係合が外れ、リテーナリングをドライブリングから外すことができる。このように、リテーナリングを回転させるだけでリテーナリングを取り付けることができ、かつ取り外すことができるので、研磨ヘッドを研磨装置から取り外す必要がなく、さらに研磨ヘッドを分解する必要もない。さらに、第２ねじはリテーナリングの周方向に延びているので、第１ねじと第２ねじとの間にする締付け力はリテーナリングの全周において均一である。したがって、リテーナリング内に生じる応力も均一となり、リテーナリングが歪まない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態における研磨装置を示す模式図である。
【図２】研磨装置の詳細な構成を示す図である。
【図３】研磨ヘッドの断面図である。
【図４】ドライブリングおよび連結部材を示す平面図である。
【図５】リテーナリングとドライブリングの拡大断面図である。
【図６】図５に示す第１ねじと第２ねじとの係合が外れたときのリテーナリングとドライブリングの拡大断面図である。
【図７】ドライブリングとリテーナリングとの間にシールリングが設けられた実施形態を示す図である。
【図８】ドライブリングとリテーナリングとの間にシールリングが設けられた他の実施形態を示す図である。
【図９】リテーナリングとドライブリングの他の実施形態を示す拡大断面図である。
【図１０】図９に示す第１ねじと第２ねじとの係合が外れたときのリテーナリングとドライブリングの拡大断面図である。
【図１１】リテーナリングの他の実施形態を示す図である。
【図１２】図１１に示す第１ねじと第２ねじとの係合が外れたときのリテーナリングとドライブリングの拡大断面図である。
【図１３】リテーナリングの他の実施形態を示す図である。
【図１４】リテーナリングとドライブリングの他の実施形態を示す拡大断面図である。
【図１５】図１４に示す第１ねじと第２ねじとの係合が外れたときのリテーナリングとドライブリングの拡大断面図である。
【図１６】リテーナリングを回転させるための締め付け工具を示す図である。
【図１７】締め付け工具でリテーナリングをその軸心周りに回転させている様子を示す図である。
【図１８】ロックねじから構成された緩み止め構造体を備えた実施形態を示す図である。
【図１９】図１４および図１５に示す実施形態にロックねじを適用した実施形態を示す図である。
【図２０】ロックリングから構成された緩み止め構造体を備えた実施形態を示す図である。
【図２１】緩み止め構造体のさらに他の実施形態を示す図である。
【図２２】図２１に示すロックリングとロックナットの拡大図である。
【図２３】ロックリングおよびロックナットの分解図である。
【図２４】緩み止め構造体のさらに他の実施形態を示す図である。
【図２５】図２４に示す緩み止め構造体を矢印Ａで示す方向から見た断面図である。
【図２６】ピンが上昇されてピンがリテーナリングの穴から出された状態を示す図である。
【図２７】ピンが上昇されてピンがリテーナリングの穴から出された状態を示す図である。
【図２８】リテーナリングの穴の一実施形態を示す平面図である。
【図２９】緩み止め構造体のさらに他の実施形態を示す図である。
【図３０】図２９に示す緩み止め構造体を矢印Ｂで示す方向から見た断面図である。
【図３１】リテーナリングに形成された穴を示す平面図である。
【図３２】カムシャフトを回転させてカム部でピンを上昇させた状態を示す図である。
【図３３】カムシャフトを回転させてカム部でピンを上昇させた状態を示す図である。
【図３４】ピンとリテーナリングの穴の位置があっていない状態を示す図である。
【図３５】第１ねじに対する第２ねじの緩みを検出する緩み検出器を示す図である。
【図３６】リテーナリングの第２ねじが緩んでいないときの第１目印および第２目印を示す拡大図である。
【図３７】リテーナリングの第２ねじが緩んだときの第１目印および第２目印を示す拡大図である。
【図３８】緩み検出器としてロードセルを用いた実施形態を示す図である。
【図３９】従来の研磨ヘッドの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図面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、本発明の一実施形態に係る研磨装置を示す模式図である。図１に示すように、研磨装置は、基板の一例であるウェーハＷを保持し回転させる研磨ヘッド（基板保持装置）１と、研磨パッド２を支持する研磨テーブル３と、研磨パッド２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。研磨パッド２の上面は、ウェーハＷを研磨するための研磨面２ａを構成する。
【００１８】
研磨ヘッド１は、その下面に真空吸引によりウェーハＷを保持できるように構成されている。研磨ヘッド１および研磨テーブル３は、矢印で示すように同じ方向に回転し、この状態で研磨ヘッド１は、ウェーハＷを研磨パッド２の研磨面２ａに押し付ける。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、ウェーハＷ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。
【００１９】
図２は、研磨装置の詳細な構成を示す図である。研磨テーブル３は、テーブル軸３ａを介してその下方に配置されるテーブルモータ１３に連結されており、そのテーブル軸３ａ周りに回転可能になっている。研磨テーブル３の上面には研磨パッド２が貼付されている。テーブルモータ１３により研磨テーブル３を回転させることにより、研磨面２ａは研磨ヘッド１に対して相対的に移動する。したがって、テーブルモータ１３は、研磨面２ａを水平方向に移動させる研磨面移動機構を構成する。
【００２０】
研磨ヘッド１は、ヘッドシャフト１１に接続されており、このヘッドシャフト１１は、上下動機構２７によりヘッドアーム１６に対して上下動するようになっている。このヘッドシャフト１１の上下動により、研磨ヘッド１の全体をヘッドアーム１６に対して昇降させ、位置決めするようになっている。ヘッドシャフト１１の上端にはロータリージョイント２５が取り付けられている。
【００２１】
ヘッドシャフト１１および研磨ヘッド１を上下動させる上下動機構２７は、軸受２６を介してヘッドシャフト１１を回転可能に支持するブリッジ２８と、ブリッジ２８に取り付けられたボールねじ３２と、支柱３０により支持された支持台２９と、支持台２９上に設けられたサーボモータ３８とを備えている。サーボモータ３８を支持する支持台２９は、支柱３０を介してヘッドアーム１６に固定されている。
【００２２】
ボールねじ３２は、サーボモータ３８に連結されたねじ軸３２ａと、このねじ軸３２ａが螺合するナット３２ｂとを備えている。ヘッドシャフト１１は、ブリッジ２８と一体となって上下動するようになっている。したがって、サーボモータ３８を駆動すると、ボールねじ３２を介してブリッジ２８が上下動し、これによりヘッドシャフト１１および研磨ヘッド１が上下動する。
【００２３】
また、ヘッドシャフト１１はキー（図示せず）を介して回転筒１２に連結されている。この回転筒１２はその外周部にタイミングプーリ１４を備えている。ヘッドアーム１６にはヘッドモータ１８が固定されており、上記タイミングプーリ１４は、タイミングベルト１９を介してヘッドモータ１８に設けられたタイミングプーリ２０に接続されている。したがって、ヘッドモータ１８を回転駆動することによってタイミングプーリ２０、タイミングベルト１９、およびタイミングプーリ１４を介して回転筒１２およびヘッドシャフト１１が一体に回転し、研磨ヘッド１がその軸心を中心として回転する。ヘッドモータ１８、タイミングプーリ２０、タイミングベルト１９、およびタイミングプーリ１４は、研磨ヘッド１をその軸心を中心として回転させる研磨ヘッド回転機構を構成する。ヘッドアーム１６は、フレーム（図示せず）に回転可能に支持されたヘッドアームシャフト２１によって支持されている。
【００２４】
研磨ヘッド１は、その下面にウェーハＷなどの基板を保持できるように構成されている。ヘッドアーム１６はヘッドアームシャフト２１を中心として旋回可能に構成されており、下面にウェーハＷを保持した研磨ヘッド１は、ヘッドアーム１６の旋回によりウェーハＷの受取位置から研磨テーブル３の上方位置に移動される。研磨ヘッド１および研磨テーブル３をそれぞれ回転させ、研磨テーブル３の上方に設けられた研磨液供給ノズル５から研磨パッド２上に研磨液を供給する。研磨ヘッド１を下降させ、そしてウェーハＷを研磨パッド２の研磨面２ａに押圧する。このように、ウェーハＷを研磨パッド２の研磨面２ａに摺接させてウェーハＷの表面を研磨する。
【００２５】
次に、基板保持装置を構成する研磨ヘッド１について説明する。図３は、研磨ヘッド１の断面図である。研磨ヘッド１は、トップリングとも呼ばれる。図３に示すように、研磨ヘッド１は、ウェーハＷを研磨面２ａに対して押圧するヘッド本体１０と、ウェーハＷを囲むように配置されたリテーナリング４０とを備えている。ヘッド本体１０およびリテーナリング４０は、ヘッドシャフト１１の回転により一体に回転するように構成されている。リテーナリング４０は、ヘッド本体１０とは独立して上下動可能に構成されている。
【００２６】
ヘッド本体１０は、円形のフランジ４１と、フランジ４１の下面に取り付けられたスペーサ４２と、スペーサ４２の下面に取り付けられたキャリア４３とを備えている。フランジ４１は、ヘッドシャフト１１に連結されている。キャリア４３は、スペーサ４２を介してフランジ４１に連結されており、フランジ４１、スペーサ４２、およびキャリア４３は、一体に回転し、かつ上下動する。フランジ４１、スペーサ４２、およびキャリア４３は、エンジニアリングプラスティック（例えば、ＰＥＥＫ）などの樹脂により形成されている。なお、フランジ４１をＳＵＳ、アルミニウムなどの金属で形成してもよい。
【００２７】
キャリア４３の下面には、ウェーハＷの裏面に当接する弾性膜４５が取り付けられている。弾性膜４５の下面は、ウェーハＷに接触する基板接触面４５ａを構成する。キャリア４３と弾性膜４５との間には圧力室５０が形成されている。圧力室５０はロータリージョイント２５を経由して圧力調整装置６５に接続されており、圧力調整装置６５から加圧流体（例えば加圧空気）が供給されるようになっている。弾性膜４５は、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコーンゴム等の強度および耐久性に優れたゴム材によって形成されている。
【００２８】
圧力室５０は大気開放機構（図示せず）にも接続されており、圧力室５０を大気開放することも可能である。圧力室５０は、さらに真空ポンプにも接続されている。弾性膜４５の基板接触面４５ａには複数の通孔（図示せず）が形成されている。真空ポンプによって圧力室５０内に真空を形成すると、基板接触面４５ａはウェーハＷを真空吸引により保持することができる。ウェーハＷを研磨するときは、圧力室５０内に加圧流体（例えば加圧空気）が供給される。ウェーハＷは、弾性膜４５の基板接触面４５ａによって研磨パッド２の研磨面２ａに押し付けられる。
【００２９】
リテーナリング４０は、弾性膜４５の基板接触面４５ａの周囲に配置されている。このリテーナリング４０は、第１ねじ９１および第２ねじ９２によってドライブリング４６に接続されている。ウェーハＷの研磨中、リテーナリング４０は、基板接触面４５ａによって研磨パッド２に押し付けられているウェーハＷを囲みつつ、研磨パッド２の研磨面２ａを押圧する。ウェーハＷはリテーナリング４０によって研磨ヘッド１内に保持され、ウェーハＷが研磨ヘッド１から飛び出すことが防止される。
【００３０】
ドライブリング４６の上部は、環状のリテーナリング押圧機構６０に連結されている。このリテーナリング押圧機構６０は、ドライブリング４６の上面全体に均一な下向きの荷重を与え、これによりリテーナリング４０の下面全体を研磨パッド２の研磨面２ａに対して押圧する。
【００３１】
リテーナリング押圧機構６０は、ドライブリング４６の上部に固定された環状のピストン６１と、ピストン６１の上面に接続された環状のローリングダイヤフラム６２とを備えている。ローリングダイヤフラム６２によってリテーナリング圧力室６３が形成されている。このリテーナリング圧力室６３はロータリージョイント２５を経由して圧力調整装置６５に接続されている。この圧力調整装置６５からリテーナリング圧力室６３に加圧流体（例えば、加圧空気）を供給すると、ローリングダイヤフラム６２がピストン６１を下方に押し下げ、さらに、ピストン６１はドライブリング４６およびリテーナリング４０の全体を下方に押し下げる。このようにして、リテーナリング押圧機構６０は、リテーナリング４０の下面を研磨パッド２の研磨面２ａに対して押圧する。さらに、圧力調整装置６５または図示しない真空ポンプによりリテーナリング圧力室６３内に負圧を形成することにより、ドライブリング４６およびリテーナリング４０の全体を上昇させることができる。リテーナリング圧力室６３は大気開放機構（図示せず）にも接続されており、リテーナリング圧力室６３を大気開放することも可能である。
【００３２】
ドライブリング４６は、リテーナリング押圧機構６０に着脱可能に連結されている。より具体的には、ピストン６１は金属などの磁性材から形成されており、ドライブリング４６の上部には複数の磁石（図示せず）が配置されている。これら磁石がピストン６１を引き付けることにより、ドライブリング４６がピストン６１に磁力により固定される。磁力を用いずにピストン６１とドライブリング４６を締結部材等により機械的に連結してもよい。ドライブリング４６は、連結部材７５を介して球面軸受８５に連結されている。この球面軸受８５は、リテーナリング４０の半径方向内側に配置されている。
【００３３】
図４は、ドライブリング４６および連結部材７５を示す平面図である。図４に示すように、連結部材７５は、ヘッド本体１０の中心部に配置された軸部７６と、この軸部７６に固定されたハブ７７と、このハブ７７からから放射状に延びる複数のスポーク７８とを備えている。スポーク７８の一方の端部は、ハブ７７に固定されており、スポーク７８の他方の端部は、ドライブリング４６に固定されている。ハブ７７と、スポーク７８と、ドライブリング４６とは一体に形成されている。ドライブリング４６は、スポーク７８とは別部材として構成されてもよい。
【００３４】
キャリア４３には、複数対の駆動ローラ８０，８０が固定されている。各対の駆動ローラ８０，８０は各スポーク７８の両側に配置されており、各スポーク７８の両面に転がり接触する。キャリア４３の回転は、駆動ローラ８０，８０を介してスポーク７８に伝達され、スポーク７８に接続されているドライブリング４６が回転する。したがって、ドライブリング４６に固定されているリテーナリング４０はヘッド本体１０と一体に回転する。
【００３５】
図３に示すように、軸部７６は球面軸受８５内を縦方向に延びている。連結部材７５の軸部７６は、ヘッド本体１０の中央部に配置された球面軸受８５に縦方向に移動自在に支持されている。図４に示すように、キャリア４３には、スポーク７８が収容される複数の放射状の溝４３ａが形成されており、各スポーク７８は各溝４３ａ内で縦方向に移動自在となっている。
【００３６】
このような構成により、連結部材７５に連結されたドライブリング４６およびリテーナリング４０は、ヘッド本体１０に対して縦方向に移動可能となっている。さらに、ドライブリング４６およびリテーナリング４０は、球面軸受８５により傾動可能に支持されている。リテーナリング４０は基板接触面４５ａおよびこれに押圧されているウェーハＷに対して相対的に傾動可能および上下動可能であり、かつウェーハＷとは独立して研磨パッド２を押圧可能となっている。
【００３７】
図５は、リテーナリング４０とドライブリング４６の拡大断面図である。リテーナリング４０は第１ねじ９１と第２ねじ９２との係合によってドライブリング４６に接続されている。ドライブリング４６は、環状ドライブリング本体４７と、この環状ドライブリング本体４７の下面４６ａから下方に突出した環状突部９５を備えている。環状突部９５は、環状ドライブリング本体４７に固定されたねじリング９４の下部から構成されている。
【００３８】
第１ねじ９１および第２ねじ９２は、互いに係合する螺旋状のねじ山である。第１ねじ９１は、ドライブリング４６のねじリング９４に形成され、第２ねじ９２はリテーナリング４０に形成されている。第１ねじ９１はドライブリング４６の周方向に延び、第２ねじ９２はリテーナリング４０の周方向に延びている。第１ねじ９１はドライブリング４６の全周に形成され、第２ねじ９２はリテーナリング４０の全周に形成されている。リテーナリング４０を回転させると、第１ねじ９１と第２ねじ９２との係合が外れ、リテーナリング４０をドライブリング４６から取り外すことができる。第１ねじ９１は必ずしも連続的に延びている必要はなく、第１ねじ９１がドライブリング４６の全周に形成されていれば、第１ねじ９１の一部が途切れていてもよい。同様に、第２ねじ９２は必ずしも連続的に延びている必要はなく、第２ねじ９２がリテーナリング４０の全周に形成されていれば、第２ねじ９２の一部が途切れていてもよい。
【００３９】
図６は、第１ねじ９１と第２ねじ９２との係合が外れたときのリテーナリング４０とドライブリング４６の拡大断面図である。ねじリング９４は、複数の取り付けねじ９０によって環状ドライブリング本体４７に固定されている。この取り付けねじ９０は、ドライブリング４６の周方向に沿って等間隔に配列されている（図４参照）。各取り付けねじ９０は、環状ドライブリング本体４７を貫通して延び、ねじリング９４に螺合されている。ねじリング９４の上部は環状ドライブリング本体４７内に埋設されており、ねじリング９４の下部は、環状ドライブリング本体４７の下面４６ａから下方に突出する環状突部９５を構成している。
【００４０】
本実施形態では、第１ねじ９１の加工のしやすさの観点から、環状突部９５は、環状ドライブリング本体４７とは別部材であるねじリング９４の一部から構成されている。ねじリング９４を環状ドライブリング本体４７の下面４６ａに固定して、ねじリング９４の全体から環状突部９５が構成されてもよい。より強固にねじリング９４を環状ドライブリング本体４７に固定するために、ねじリング９４を環状ドライブリング本体４７に接着したのちに、取り付けねじ９０で固定してもよい。更にねじリング９４と環状ドライブリング本体４７とが同一の材料から一体に形成されてドライブリング４６を構成してもよい。
【００４１】
環状突部９５は、環状ドライブリング本体４７の全周を延びており、環状ドライブリング本体４７およびリテーナリング４０と同心状である。第１ねじ９１は、環状突部９５の内側の側面に形成されている。リテーナリング４０の上面には、環状突部９５が収容される環状凹部９７が形成されており、この環状凹部９７の内側の側面に第２ねじ９２が形成されている。環状凹部９７は、リテーナリング４０の全周を延びており、リテーナリング４０と同心状である。この実施形態では、第１ねじ９１は雌ねじであり、第２ねじ９２は雄ねじである。
【００４２】
リテーナリング４０の全体をその軸心まわりに回転させることにより、図５に示すように、第２ねじ９２を第１ねじ９１に係合させ、リテーナリング４０をドライブリング４６に接続（固定）することができる。また、リテーナリング４０の全体をその軸心まわりに反対方向に回転させることにより、第１ねじ９１と第２ねじ９２との係合を外し、図６に示すように、リテーナリング４０をドライブリング４６から取り外すことができる。
【００４３】
このように、リテーナリング４０を回転させるだけでリテーナリング４０を取り付けることができ、かつ取り外すことができる。したがって、研磨ヘッド１を研磨装置から取り外す必要がなく、さらに研磨ヘッド１を分解する必要もない。さらに、第１ねじ９１および第２ねじ９２はリテーナリング４０の全周に亘って連続的に（または断続的に）延びているので、第１ねじ９１と第２ねじ９２との間にする締付け力はリテーナリング４０の全周において均一である。したがって、リテーナリング４０内に生じる応力も均一となり、リテーナリング４０が歪まない。
【００４４】
研磨ヘッド１が回転しているとき、リテーナリング４０と研磨パッド２との間の摩擦に起因するトルクがリテーナリング４０に作用する。ウェーハＷの研磨中に第１ねじ９１と第２ねじ９２とが緩むことを防止するために、第２ねじ９２が締め付けられる方向は、ウェーハＷの研磨時にヘッドモータ１８（図２参照）が研磨ヘッド１（およびリテーナリング４０）を回転させる方向とは反対にしてもよい。もちろん、第１ねじ９１と第２ねじ９２によって十分な締結力が得られればこの緩み防止構造は不要である。
【００４５】
図５に示すように、第１ねじ９１と第２ねじ９２との締付け力によってリテーナリング４０の上面４０ａがドライブリング４６の環状ドライブリング本体４７の下面４６ａに押し付けられた状態で、リテーナリング４０がドライブリング４６に接続される。環状ドライブリング本体４７の下面４６ａは、リテーナリング４０の上面４０ａと接触している。第１ねじ９１および第２ねじ９２は、ドライブリング４６およびリテーナリング４０によって完全に囲まれ、外部に晒されない。よって、ウェーハＷの研磨時に研磨液（スラリ）が第１ねじ９１および第２ねじ９２に浸入せず、リテーナリング４０のスムーズな取り外しが確保される。
【００４６】
研磨液（スラリ）の浸入をより確実に防ぐために、図７に示すように、ドライブリング４６とリテーナリング４０との間にＯリングなどのシールリング１００Ａ，１００Ｂを設けることが好ましい。図７に示す実施形態では、第１ねじ９１および第２ねじ９２の内側には、Ｏリングからなる内側シールリング１００Ａが設けられ、第１ねじ９１および第２ねじ９２の外側には、Ｏリングからなる外側シールリング１００Ｂが設けられている。これら２つのシールリング１００Ａ，１００Ｂによって、ドライブリング４６とリテーナリング４０との間の隙間、より具体的には環状ドライブリング本体４７の下面４６ａとリテーナリング４０の上面４０ａとの間の隙間が封止されている。
【００４７】
図８に示す実施形態では、内側シールリング１００Ａは逆Ｕ字型の断面を有している。この内側シールリング１００Ａの内周縁はヘッド本体１０のキャリア４３に接続され、内側シールリング１００Ａの外周縁はドライブリング４６とリテーナリング４０との間、より具体的には環状ドライブリング本体４７の下面４６ａとリテーナリング４０の上面４０ａとの間に挟まれている。逆Ｕ字型の内側シールリング１００Ａは、弾性膜（メンブレン）４５とリテーナリング４０の間へのスラリの浸入を防ぎ、かつリテーナリング４０の上下動作も妨げない形状となっている。図８に示す内側シールリング１００Ａは、弾性膜４５と一体に形成されてもよい。
【００４８】
図９は、リテーナリング４０とドライブリング４６の他の実施形態を示す拡大断面図である。図１０は、図９に示す第１ねじ９１と第２ねじ９２との係合が外れたときのリテーナリング４０とドライブリング４６の拡大断面図である。この実施形態では、第１ねじ９１は、環状突部９５の外側の側面に形成され、第２ねじ９２は、環状凹部９７の外側の側面に形成されている。第１ねじ９１は雄ねじであり、第２ねじ９２は雌ねじである。図７および図８に示す実施形態のように、ドライブリング４６とリテーナリング４０との間にＯリングなどのシールリング１００Ａ，１００Ｂを設けてもよい。
【００４９】
図５および図６に示す実施形態と、図９および図１０に示す実施形態は、どちらも第１ねじ９１と第２ねじ９２との係合によってリテーナリング４０をドライブリング４６に固定することができるが、これらの実施形態では締付け力の発生する位置が異なるので、研磨条件に合わせて適切な実施形態を選択することが望ましい。
【００５０】
図１１および図１２は、リテーナリング４０の他の実施形態を示す図である。この実施形態では、リテーナリング４０は、環状リテーナリング本体４８と、該環状リテーナリング本体４８内に配置された凹リング４９とを備えている。環状リテーナリング本体４８の下面は、研磨パッド２を押圧する押圧面を構成する。上述した環状凹部９７および第２ねじ９２は、凹リング４９に形成されている。凹リング４９は、接着、圧入、または溶接などにより環状リテーナリング本体４８に固定されている。
【００５１】
環状リテーナリング本体４８は、樹脂から構成されているのに対し、凹リング４９は、環状リテーナリング本体４８よりも強度の高い材料、例えば金属、セラミック、カーボン、ＰＥＥＫなどから構成されている。コストの観点からは、耐腐食性の高いステンレス鋼が好ましく使用される。ウェーハＷの膜厚を測定するために渦電流センサが使用される場合には、凹リング４９はセラミックなどの強度の高い非金属材料から構成することが好ましい。図１３に示すように、図９および図１０に示す実施形態にも凹リング４９を適用してもよい。
【００５２】
図１４は、リテーナリング４０とドライブリング４６の他の実施形態を示す拡大断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図５および図６に示す実施形態の構成を同じであるので、その重複する説明を省略する。この実施形態では、リテーナリング４０は、環状リテーナリング本体４８と、この環状リテーナリング本体４８の上面４０ａから上方に突出した環状突部９５を備えている。環状突部９５は、環状リテーナリング本体４８に固定されたねじリング９４の上部から構成されている。
【００５３】
環状突部９５は、環状リテーナリング本体４８の全周を延びており、環状リテーナリング本体４８と同心状である。ドライブリング４６の下面４６ａには、環状突部９５が収容される環状凹部９７が形成されており、この環状凹部９７の内側の側面に第１ねじ９１が形成されている。第２ねじ９２は、環状突部９５の内側の側面に形成されている。環状凹部９７は、ドライブリング４６の全周を延びており、ドライブリング４６と同心状である。この実施形態では、第１ねじ９１は雄ねじであり、第２ねじ９２は雌ねじである。環状凹部９７の外側の側面に第１ねじ９１が形成されてもよく、環状突部９５の外側の側面に第２ねじ９２が形成されてもよい。
【００５４】
第１ねじ９１および第２ねじ９２は、ドライブリング４６およびリテーナリング４０の全周に形成されている。リテーナリング４０を回転させると、第１ねじ９１と第２ねじ９２との係合が外れ、リテーナリング４０をドライブリング４６から取り外すことができる。
【００５５】
図１５は、図１４に示す第１ねじ９１と第２ねじ９２との係合が外れたときのリテーナリング４０とドライブリング４６の拡大断面図である。ねじリング９４は、複数の取り付けねじ（図示せず）によって環状リテーナリング本体４８に固定されている。ねじリング９４の下部は環状リテーナリング本体４８内に埋設されており、ねじリング９４の上部は、環状リテーナリング本体４８の上面４０ａから上方に突出する環状突部９５を構成している。
【００５６】
本実施形態では、第２ねじ９２の加工のしやすさの観点から、環状突部９５は、環状リテーナリング本体４８とは別部材であるねじリング９４の一部から構成されている。ねじリング９４を環状リテーナリング本体４８の上面４０ａに固定して、ねじリング９４の全体から環状突部９５が構成されてもよい。より強固にねじリング９４を環状リテーナリング本体４８に固定するために、ねじリング９４を環状リテーナリング本体４８に接着したのちに、複数の取り付けねじ（図示せず）で固定してもよい。更にねじリング９４と環状リテーナリング本体４８とが同一の材料から一体に形成されてリテーナリング４０を構成してもよい。
【００５７】
図１４に示すように、第１ねじ９１と第２ねじ９２との締付け力によって環状リテーナリング本体４８の上面４０ａがドライブリング４６の下面４６ａに押し付けられた状態で、リテーナリング４０がドライブリング４６に接続される。ドライブリング４６の下面４６ａは、リテーナリング４０の環状リテーナリング本体４８の上面４０ａと接触している。第１ねじ９１および第２ねじ９２は、ドライブリング４６およびリテーナリング４０によって完全に囲まれ、外部に晒されない。よって、ウェーハＷの研磨時に研磨液（スラリ）が第１ねじ９１および第２ねじ９２に浸入せず、リテーナリング４０のスムーズな取り外しが確保される。上述した図７乃至図１０に示す実施形態は、図１４に示す実施形態にも適宜適用することが可能である。
【００５８】
図１６は、リテーナリング４０を回転させるための締め付け工具１１０を示す図である。図１６に示すように、リテーナリング４０を回転させるための専用の締め付け工具１１０を用いて、第２ねじ９２を第１ねじ９１に締め付ける。締め付け工具１１０は、リテーナリング４０の外周面に沿った形状の円弧アーム１１１を有しており、その円弧アーム１１１の先端には突起１１２が形成されている。リテーナリング４０の外周面には、締め付け工具１１０の突起１１２が係合する複数の窪み１２０が形成されている。
【００５９】
リテーナリング４０は、最初は締め付け工具１１０を用いずに手で回転され、第２ねじ９２を第１ねじ９１にある程度ねじ込む。その後、図１６に示す締め付け工具１１０を用いてリテーナリング４０に強いトルクを与える。図１７は、締め付け工具１１０でリテーナリング４０をその軸心周りに回転させている様子を示す図である。締め付け工具１１０の突起１１２は、リテーナリング４０の複数の窪み１２０のうちの１つに嵌め込まれ、この状態で締め付け工具１１０を手で矢印に示す方向に回転させる。
【００６０】
締め付け工具１１０でリテーナリング４０を回転させるときに、研磨ヘッド１が回転しないようにするために、ヘッドモータ１８（図２参照）は、研磨ヘッド１の回転をロックするロック機能を有している。具体的には、ヘッドモータ１８を回転させずに、ヘッドモータ１８に電流を流して、ヘッドモータ１８にその定格トルク以上の固定力を発生させる。研磨ヘッド１を支えるヘッドシャフト１１（図１，図２参照）を専用工具で固定しながら、リテーナリング４０を回転させてもよい。
【００６１】
ウェーハＷの研磨中に第１ねじ９１と第２ねじ９２が緩んでしまうと、ヘッド本体１０に対するリテーナリング４０の位置が変わり、結果としてウェーハＷの研磨プロファイルが変化したり、ウェーハＷが破損することがある。そこで、第１ねじ９１および第２ねじ９２の緩みを防止するために、図１８乃至図２３に示す緩み止め構造体を設けることが好ましい。
【００６２】
図１８に示す緩み止め構造体は、ドライブリング４６に対するリテーナリング４０の回転を止めるロックねじ１２５である。このロックねじ１２５は、リテーナリング４０に埋設されており、ドライブリング４６の環状突部９５に接触している。より具体的には、リテーナリング４０の外周面には環状凹部９７に連通するねじ穴１２２が形成されており、ロックねじ１２５の先端が環状突部９５の外周面に接触するまでロックねじ１２５がねじ穴１２２にねじ込まれている。
【００６３】
図１９は、図１４に示す実施形態にロックねじ１２５を適用した実施形態を示す図である。ロックねじ１２５は、ドライブリング４６に埋設されており、リテーナリング４０の環状突部９５に接触している。より具体的には、ドライブリング４６の外周面には環状凹部９７に連通するねじ穴１２２が形成されており、ロックねじ１２５の先端が環状突部９５の外周面に接触するまでロックねじ１２５がねじ穴１２２にねじ込まれている。
【００６４】
図２０に示す緩み止め構造体は、リテーナリング４０をドライブリング４６に押し付けるロックリング１２７である。ドライブリング４６の外周面には雄ねじ１３０が形成され、ロックリング１２７の内周面には、ドライブリング４６の雄ねじ１３０に係合する雌ねじ１３１が形成されている。リテーナリング４０の上部には外側に突出したフランジ部１３５が形成されており、ロックリング１２７の下部には内側に突出した小径部１３６が形成されている。ロックリング１２７の小径部１３６の上面がリテーナリング４０のフランジ部１３５の下面に当接するまで、ロックリング１２７はドライブリング４６に締め付けられる。リテーナリング４０はロックリング１２７によってドライブリング４６に押し付けられ、これにより第１ねじ９１および第２ねじ９２の緩みが防止される。
【００６５】
ロックリング１２７を締め付ける方向は、リテーナリング４０の第２ねじ９２を締め付ける方向とは逆であることが好ましい。第２ねじ９２が緩む方向にリテーナリング４０が回転しようとすると、ロックリング１２７が締め付けられるので、リテーナリング４０の緩み防止としてより効果的である。ロックリング１２７は、図１４及び図１５に示す実施形態にも同様に適用することができる。
【００６６】
図２１は、緩み止め構造体のさらに他の実施形態を示す図である。図２１に示す緩み止め構造体は、ロックリング１５０とロックナット１５１との組み合わせから基本的に構成される。図２２は、図２１に示すロックリング１５０とロックナット１５１の拡大図である。ロックリング１５０は、下方に突出する複数の凸部１５２を有している。リテーナリング４０の上面４０ａには、凸部１５２が嵌め込まれる複数の穴４０ｂが形成されている。ロックリング１５０は、その凸部１５２がリテーナリング４０の穴４０ｂにそれぞれ嵌め込まれた状態で、ドライブリング４６の外周面に接触している。
【００６７】
ロックリング１５０は、ドライブリング４６の周囲に配置されている。ロックリング１５０は、半径方向内側に突出する小径部１５４を有している。ドライブリング４６は、半径方向外側に突出するフランジ部１５５を有している。小径部１５４の下面はフランジ部１５５の上面に接触し、これによりロックリング１５０の小径部１５４はドライブリング４６のフランジ部１５５に係合する。
【００６８】
ロックナット１５１は、ドライブリング４６の周囲に配置され、かつロックリング１５０に接触している。ロックナット１５１の内周面には雌ねじ１５７が形成されており、ドライブリング４６の外周面には雄ねじ１５８が形成されている。雌ねじ１５７はロックナット１５１の周方向に螺旋状に延び、雄ねじ１５８はドライブリング４６の周方向に螺旋状に延びている。
【００６９】
ロックナット１５１の下面の少なくとも一部はテーパー面１６１から構成されており、ロックリング１５０の上面の少なくとも一部は、ロックナット１５１のテーパー面１６１に接触するテーパー面１６２から構成されている。テーパー面１６１およびテーパー面１６２は、同じ傾斜角度を持つ円錐台形状を有している。ロックナット１５１のテーパー面１６１はロックリング１５０のテーパー面１６２に接触し、ロックナット１５１の雌ねじ１５７はドライブリング４６の雄ねじ１５８に螺合されている。ロックリング１５０の小径部１５４はドライブリング４６のフランジ部１５５に係合しているので、ロックリング１５０はドライブリング４６に支持されている。したがって、ロックナット１５１を強く締め付けても、ロックリング１５０はリテーナリング４０に下向きの力を伝えない。
【００７０】
ロックリング１５０の下面の外周部はテーパー面１６３から構成されており、リテーナリング４０の上面４０ａの外周部は、ロックリング１５０のテーパー面１６３に接触するテーパー面１６４から構成されている。テーパー面１６３およびテーパー面１６４は、同じ傾斜角度を持つ円錐台形状を有している。ロックナット１５１を締め付けると、ロックリング１５０のテーパー面１６３は、リテーナリング４０のテーパー面１６４に押し付けられ、これによりロックリング１５０とリテーナリング４０との間の隙間が封止される。
【００７１】
図２３は、ロックリング１５０およびロックナット１５１の分解図である。ロックリング１５０は、その凸部１５２がリテーナリング４０の穴４０ｂに嵌め込まれ、かつ小径部１５４がフランジ部１５５に係合した状態で、ドライブリング４６の外周面に取り付けられる。さらに、ロックナット１５１を回転させてその雌ねじ１５７をドライブリング４６の雄ねじ１５８に螺合させる。ロックナット１５１を締め付けることにより、ロックナット１５１のテーパー面１６１はロックリング１５０のテーパー面１６２に押し付けられ、これによりロックリング１５０はロックナット１５１とドライブリング４６との間に挟まれる。ロックリング１５０の凸部１５２はリテーナリング４０の穴４０ｂに嵌合しているので、リテーナリング４０の回転はロックリング１５０によって拘束される。
【００７２】
締め付け工具１１０の突起１１２（図１６参照）が挿入可能な窪み１６５がロックナット１５１の外周面に形成されている。したがって、リテーナリング４０と同様に、締め付け工具１１０を用いてロックナット１５１を締結可能となっている。なお、締め付け工具１１０とは別の締め付け工具をロックナット１５１用に用意してもよい。ロックナット１５１を締め込むと、ロックリング１５０とロックナット１５１のテーパー面１６１，１６２がくさび効果を発揮し、ロックリング１５０はドライブリング４６に固定される。リテーナリング４０の回転はロックリング１５０によって防止される。
【００７３】
ロックナット１５１を締め付ける方向は、リテーナリング４０の第２ねじ９２を締め付ける方向とは逆であることが好ましい。第２ねじ９２が緩む方向にリテーナリング４０が回転しようとすると、ロックナット１５１が締め付けられるので、リテーナリング４０の緩み防止としてより効果的である。
【００７４】
図２１に示すように、ヘッド本体１０とロックナット１５１との間の隙間からの研磨液や水の浸入を防ぐため、ヘッド本体１０の外周面とロックナット１５１の外周面とを接続するシールバンド１６７が設けられている。このシールバンド１６７は、柔軟な環状のシートから形成されており、ヘッド本体１０およびロックナット１５１の全周を延びている。シールバンド１６７は、上下方向に伸縮可能であり、リテーナリング４０の上下動を妨げないようになっている。
【００７５】
図２１に示す実施形態では、弾性膜（メンブレン）４５とリテーナリング４０とを連結する、逆Ｕ字型の断面を有したシールリング１００Ａが設けられている。このシールリング１００Ａの内周縁は弾性膜４５に接続され、シールリング１００Ａの外周縁はリテーナリング４０に接続されている。逆Ｕ字型のシールリング１００Ａは、弾性膜（メンブレン）４５とリテーナリング４０の間へのスラリの浸入を防ぎ、かつリテーナリング４０の上下動作も妨げない形状となっている。シールリング１００Ａは、弾性膜４５と一体に形成されてもよい。
【００７６】
図２４は、緩み止め構造体のさらに他の実施形態を示す図である。図２４に示す緩み止め構造体は、ドライブリング４６に上下動可能に支持されたピン１７０と、ピン１７０に係合するカムシャフト１９０とを備えている。ピン１７０はドライブリング４６およびリテーナリング４０に対して上下方向に移動可能である。リテーナリング４０には穴４０ｃが形成されており、この穴４０ｃにピン１７０の先端が挿入されることによってリテーナリング４０のドライブリング４６に対する回転が拘束される。本実施形態では、ピン１７０はドライブリング４６を上下方向に延びており、ピン１７０の横方向の移動はドライブリング４６によって拘束されている。
【００７７】
カムシャフト１９０は、ドライブリング４６に回転可能に支持されている。カムシャフト１９０は、露出した端部１９１を有している。この露出した端部１９１は、ドライブリング４６の外周面内に位置している。露出した端部１９１には、マイナスドライバーの先端が係合可能な溝１９２が形成されている。マイナスドライバーの先端が溝１９２に係合した状態でマイナスドライバーを回転させると、カムシャフト１９０はその軸心を中心に回転することができる。
【００７８】
図２５は、図２４に示す緩み止め構造体を矢印Ａで示す方向から見た断面図である。カムシャフト１９０は、その軸心に対して偏心したカム部１９５を有している。ピン１７０の上部は、長方形の穴１７１が空いたブロック１７２から構成されている。カムシャフト１９０は、ブロック１７２の穴１７１を貫通しており、カムシャフト１９０のカム部１９５は、穴１７１を形成するブロック１７２の内面に接触している。カムシャフト１９０がその軸心を中心に回転されると、カム部１９５によってピン１７０が上下動する。図２４および図２５は、ピン１７０が穴４０ｃに挿入された状態を示し、図２６および図２７は、ピン１７０が上昇されてピン１７０が穴４０ｃから出された状態を示している。
【００７９】
研磨中にリテーナリング４０が緩む、もしくは締まる方向の回転は、このピン１７０と穴４０ｃの係合によって拘束される。図２８に示すように、リテーナリング４０の穴４０ｃは作業性を考慮すると周方向の長穴がよい。一定のトルクでリテーナリング４０を締め付けた際、リテーナリング４０がどの位置で止まるかは分からない。このため、リテーナリング４０の穴４０ｃが丸形状であると、ピン１７０を丸穴に揃えるのが難しい。本実施形態によれば、穴４０ｃはリテーナリング４０の周方向に延びる長穴であるので、位置調整を省略できる可能性が高くなる利点がある。すなわち、予め定められたトルクでリテーナリング４０を締め付けた後、ピン１７０が穴４０ｃの上に位置していればカムシャフト１９０を回してピン１７０を下げることができる。一方、ピン１７０が穴４０ｃの上になければ、ピン１７０が穴４０ｃの上に位置するまで更にリテーナリング４０を締め付ける。ピン１７０の先端が穴４０ｃに挿入されているときでも、リテーナリング４０は穴４０ｃの長さの範囲内で回転することができる。したがって、穴４０ｃは締付トルクが変化してもプロセス影響のない長さ（リテーナリング４０の周方向の長さ）を有するのがよい。
【００８０】
リテーナリング４０を締め付けた際にピン１７０が穴４０ｃの真上に位置しているかどうかは、リテーナリング４０の外周面とドライブリング４６の外周面にそれぞれ設けられた目印（図示せず）の位置から判別できる。リテーナリング４０に設けられた目印は穴４０ｃの位置を示し、ドライブリング４６に設けられた目印はピン１７０の位置を示している。
【００８１】
図２９は、緩み止め構造体のさらに他の実施形態を示す図である。図３０は、図２９に示す緩み止め構造体を矢印Ｂで示す方向から見た断面図である。図２９および図３０に示す緩み止め構造体は、ドライブリング４６に上下動可能に支持されたピン１７０と、ピン１７０に係合するカムシャフト１９０と、ピン１７０をリテーナリング４０に向かって押すばね１９７とを備えている。本実施形態では２つのばね１９７が設けられているが、１つのばね、または３つ以上のばねが設けられてもよい。本実施形態の基本的な構成は、図２４および図２５に示す実施形態と同じであるので、重複する説明を省略する。
【００８２】
図３１は、リテーナリング４０に形成された穴４０ｃを示す平面図である。本実施形態では、穴４０ｃは丸穴である。図３２および図３３は、カムシャフト１９０を回転させてカム部１９５でピン１７０を上昇させた状態を示す図である。まず、図３２および図３３に示すように、リテーナリング４０を締め付ける前にピン１７０をカムシャフト１９０で上昇させる。次に、リテーナリング４０を締め付けた後にカムシャフト１９０を回転させ、ピン１７０をばね１９７でリテーナリング４０に対して押し付ける。図３４に示すように、ピン１７０と穴４０ｃの位置があっていない場合でも、研磨中に作用する回転力でリテーナリング４０がドライブリング４６に対して回転すると、ピン１７０が穴４０ｃに並び、ばね１９７によってピン１７０が穴４０ｃに挿入される。この実施形態では、カムシャフト１９０はピン１７０を上方向に持ち上げるのみであり、ピン１７０はばね１９７によって下方向に移動される。
【００８３】
図３５に示すように、第１ねじ９１に対する第２ねじ９２の緩みを検出する緩み検出器を設けてもよい。図３５に示す緩み検出器は、ドライブリング４６の外周面に形成された第１目印１４１と、リテーナリング４０の外周面に形成された第２目印１４２との相対位置を検出する目印検出器１４３である。目印検出器１４３には、画像センサまたはレーザーセンサなどの形状や相対位置が測定できるセンサを使用することができる。
【００８４】
図３６は、リテーナリング４０の第２ねじ９２が緩んでいないときの第１目印１４１および第２目印１４２を示す拡大図である。図３６に示すように、リテーナリング４０の第２ねじ９２が緩んでいないときは、第１目印１４１および第２目印１４２は同じ位置にある。これに対して、リテーナリング４０の第２ねじ９２が緩むと、図３７に示すように、第１目印１４１に対する第２目印１４２の位置がずれる。目印検出器１４３は、第１目印１４１と第２目印１４２との相対位置に基づいて、第２ねじ９２の緩みを検出する。
【００８５】
図３８は、緩み検出器としてロードセル１４５を用いた実施形態を示す図である。ロードセル１４５はドライブリング４６とねじリング９４との間に配置されており、かつ隣接する２つの取り付けねじ９０（図４参照）の間に配置されている。第２ねじ９２が第１ねじ９１に締め付けられると、ねじリング９４はリテーナリング４０に引っ張られる。ロードセル１４５は、この引っ張り力を測定する。第２ねじ９２が緩むと、ロードセル１４５によって測定される引っ張り力が低下する。したがって、引っ張り力の低下から第２ねじ９２の緩みを検出することができる。
【００８６】
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。
【符号の説明】
【００８７】
１    研磨ヘッド（基板保持装置）
２    研磨パッド
３    研磨テーブル
５    研磨液供給ノズル
１０    ヘッド本体
１１    ヘッドシャフト
１２    回転筒
１３    テーブルモータ
１４    タイミングプーリ
１６    ヘッドアーム
１８    ヘッドモータ
１９    タイミングベルト
２０    タイミングプーリ
２１    ヘッドアームシャフト
２５    ロータリージョイント
２６    軸受
２７    上下動機構
２８    ブリッジ
２９    支持台
３０    支柱
３２    ボールねじ
３８    サーボモータ
４０    リテーナリング
４１    フランジ
４２    スペーサ
４３    キャリア
４５    弾性膜
４５ａ    基板接触面
４６    ドライブリング
４７    環状ドライブリング本体
４８    環状リテーナリング本体
４９    凹リング
５０    圧力室
６０    リテーナリング押圧機構
６１    ピストン
６２    ローリングダイヤフラム
６３    リテーナリング圧力室
６５    圧力調整装置
７５    連結部材
７６    軸部
７７    ハブ
７８    スポーク
８０    駆動ローラ
８５    球面軸受
９０    取り付けねじ
９１    第１ねじ
９２    第２ねじ
９５    環状突部
９７    環状凹部
１００Ａ，１００Ｂ    シールリング
１１０    締め付け工具
１１１    円弧アーム
１１２    突起
１２０    窪み
１２２    ねじ穴
１２５    ロックねじ
１２７    ロックリング
１３０    雄ねじ
１３１    雌ねじ
１３５    フランジ部
１３６    小径部
１４１    第１目印
１４２    第２目印
１４３    目印検出器
１４５    ロードセル
１５０    ロックリング
１５１    ロックナット
１５２    凸部
１５４    小径部
１５５    フランジ部
１５７    雌ねじ
１５８    雄ねじ
１６１，１６２，１６３，１６４    テーパー面
１６５    窪み
１６７    シールバンド
１７０    ピン
１７１    穴
１７２    ブロック
１９０    カムシャフト
１９１    露出した端部
１９２    溝
１９５    カム部
１９７    ばね
【図１】
0006449194.tif 000002
【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】
0006449194.tif 000008
【図８】
0006449194.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0006449194.tif 000011
【図１１】
0006449194.tif 000012
【図１２】
0006449194.tif 000013
【図１３】
0006449194.tif 000014
【図１４】
0006449194.tif 000015
【図１５】
0006449194.tif 000016
【図１６】
0006449194.tif 000017
【図１７】
0006449194.tif 000018
【図１８】
0006449194.tif 000019
【図１９】
0006449194.tif 000020
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
0006449194.tif 000023
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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