(57)【要約】      （修正有）【課題】研磨工具の被研磨物への押付け力を被研磨物を固定するワーク側に持たせることにより、軸受回転機構の小型化、該軸受回転機構を支承する可動アームの構造を簡素化できる研磨装置を提供する。【解決手段】研磨工具１１が取付けられた回転体１２と、回転体１２を非接触で回転自在に支持する磁気軸受回転機構１０と、被研磨物Ｗが固定されたＸ−Ｙステージ（ワーク）２０を備え、回転する研磨工具１１を被研磨物Ｗに押し当て研磨すると共に、Ｘ−Ｙステージ２０の移動により研磨範囲を決定する研磨装置において、Ｘ−Ｙステージ２０側に吸引電磁石３０を設けると共に、研磨工具１１側に磁性体を設け、研磨工具１１の被研磨物Ｗへの押圧力を吸引電磁石３０の磁気吸引力で調整する。【選択図】図３
2007054921.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨工具が取付けられた回転体と、該回転体を非接触で回転自在に支持する軸受機構と、被研磨物が固定されたワークを備え、回転する前記研磨工具を前記被研磨物に押し当て該被研磨物を研磨すると共に、ワークの移動により該被研磨物の研磨範囲を決定する研磨装置において、
前記ワーク側に電磁石を設けると共に、前記研磨工具側に該電磁石の磁力で吸引される磁性体を設け、
前記研磨工具の前記被研磨物への押圧力を前記電磁石が前記磁性体を磁気吸引する磁気吸引力で調整することを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
研磨工具が取付けられた回転体と、該回転体を非接触で回転自在に支持する軸受機構と、被研磨物が固定されたワークを備え、回転する前記研磨工具を前記被研磨物に押し当て該被研磨物を研磨すると共に、ワークの移動により該被研磨物の研磨範囲を決定する研磨装置において、
前記ワーク側に電磁石を設けると共に、前記研磨工具側に該電磁石の磁力で吸引される磁性体を設け、
前記研磨工具の研磨加工深さを前記電磁石が前記磁性体を磁気吸引する磁気吸引力で調整することを特徴とする研磨装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の研磨装置において、
前記ワーク側に設けた前記電磁石は前記研磨工具を磁気吸引する磁気吸引力を必要に応じて前記被研磨物の研磨領域全体に発生させる構成、又は必要に応じて前記研磨工具が接触する前記被研磨物面に発生させる構成、又は前記研磨工具が接触する前記被研磨物の接触座標点だけに追従して移動して発生させる構成であることを特徴とする研磨装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の研磨装置において、
前記回転体の非接触軸受が少なくとも該回転体の軸方向の変位を検出する変位センサを具備し、軸方向の位置を制御する位置制御軸受であり、
前記変位センサの検出出力から被研磨物の研磨量を推測・計測し、前記電磁石の磁気吸引力を制御するように構成されていることを特徴とする研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速回転する研磨工具を半導体ウエハ等の被研磨物に当接させて該被研磨物研磨する研磨装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１は従来のこの種の研磨装置の構成例を示す図である。図示するように、研磨装置は端部（図では下端部）に研磨工具１１が取付けられた回転体（スピンドル）１２を非接触で支承・回転する磁気軸受回転機構１０を備えている。磁気軸受はアキシャル電磁石１３、上下に配置されたラジアル電磁石１４、１４を備え、回転体１２を非接触で回転自在に支承する。これらアキシャル電磁石１３、１３、ラジアル電磁石１４、１４はケーシング１５に配設されている。回転体１２にモータ回転子１６ａが固定され、該回転子１６ａの外周にケーシング１５に配設されたモータ固定子１６ｂが配置され、該モータ回転子１６ａとモータ固定子１６ｂでモータ１６が構成されている。また、１８はアキシャル電磁石１３とアキシャル電磁石１３の間に位置するように回転体１２に固定されたディスク、１９は回転体１２の軸方向の変位を検出するアキシャル変位センサ、１７、１７は回転体１２の上下のラジアル方向の変位を検出するラジアル変位センサである。
【０００３】
２０はＸ−Ｙステージ（ワーク）であり、該Ｘ−Ｙステージ２０はＸ方向ネジ２１、Ｙ方向ネジ２２を回転することにより、ナット２３を介してＸ−Ｙ方向に移動するようになっている。Ｘ−Ｙステージ２０上面には半導体ウエハ等の被研磨物Ｗが固定されている。研磨工具１１は図２に示すようにベース１１ａの下面に研磨材層１１ｂが形成された構造である。なお、図２は図１のＡ部分の拡大図である。
【０００４】
上記構成の研磨装置において、磁気軸受回転機構１０のモータ１６を起動すると、磁気軸受により、浮上支持された回転体１２に固定されたモータ回転子１６ａは高速で回転し、回転体１２に固定された研磨工具１１も高速回転する。この高速回転している研磨工具１１の研磨層１１ｂを被研磨物Ｗに当接させると、被研磨物Ｗは研磨される。被研磨物Ｗの研磨範囲はＸ−Ｙステージ２０のＸ方向、Ｙ方向の移動範囲により決定される。また、微細研磨の調整は磁気軸受の制御信号を調整したり、研磨工具が被研磨物Ｗに接触する圧力を微調整して行っている。
【０００５】
また、上記のように被研磨物Ｗの平面研磨で使用する研磨装置では、回転体１２の軸方向に必要な押圧力は研磨工具１１の接触面の面積に分散されるため、必要な面圧力を確保するためには軸方向の磁気軸受保持力を発生するアキシャル電磁石１３に大きな励磁電流を流すか、アキシャル電磁石１３を大型にする必要があった。
【０００６】
なお、工具を取付けた回転体（スピンドル）を非接触で支承・回転するものとしては、特許文献１乃至３に開示されたものがある。特許文献１に開示されたものは、ラジアル方向の軸受に空気軸受、アキシャル方向の軸受に磁気軸受を用いたダイシングスピンドル装置で、スピンドルの温度変化に伴う機械的な膨張収縮が加工目標寸法に与える影響を、磁気軸受制御目標位置を制御することで、補正をするようにしたものである。
【０００７】
また、特許文献２に開示されたものは、磁気軸受スピンドル機構を備えた回転・切り込み装置で、磁気軸受スピンドルの先端にとりつけられた工具のひずみ変形を、スピンドルロータのスラスト或いはラジアル方向を保持する磁気軸受部の位置制御信号を調整することで、補正するものである。
【０００８】
また、特許文献３に開示されたものは、磁気軸受を備えたスピンドル装置であって、ロータに掛る押し込み荷重を保護軸受だけでなく、ロータ軸に内臓された弾性部材により分散保持し、保護軸受の損傷を軽減するものである。
【特許文献１】特開６−１４３０９２号公報
【特許文献２】特開６−１３４６５４号公報
【特許文献３】特開６−２８８４１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図１に示す構成の研磨装置において、回転体１２を支承・回転させる磁気軸受回転機構１０を回転体１２の支承機構とみた場合、研磨工具１１を取付けた回転体１２を支承するだけの保持力をもった磁気軸受制御力を発生させるだけで充分であり、大型の電磁石やコイルが必要でないのに、研磨作業を実施するにあたり研磨工具１１の位置の微調整や押圧力を確保するために、大きな励磁電流を流すことが可能な大型の電磁石やコイルが必要となる。更に、上記理由により磁気軸受を含む磁気軸受回転機構１０全体がより大型になり、該磁気軸受回転機構１０が設置される可動アームも大型になるという問題がある。
【００１０】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、回転体を支承・回転させる軸受回転機構は、研磨工具を含む回転体を支承・回転させるに必要な支承力・回転力を発生されるに必要最小限の機構とし、研削工程において必要な研磨工具の被研磨物への押付け力は被研磨物を固定するワーク側に持たせることにより、軸受回転機構の小型化、該軸受回転機構を支承する可動アームの構造を簡素化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】
【００１１】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、研磨工具が取付けられた回転体と、該回転体を非接触で回転自在に支持する軸受機構と、被研磨物が固定されたワークを備え、回転する前記研磨工具を前記被研磨物に押し当て該被研磨物を研磨すると共に、ワークの移動により該被研磨物の研磨範囲を決定する研磨装置において、前記ワーク側に電磁石を設けると共に、前記研磨工具側に該電磁石の磁力で吸引される磁性体を設け、前記研磨工具の前記被研磨物への押圧力を前記電磁石が前記磁性体を磁気吸引する磁気吸引力で調整することを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、研磨工具が取付けられた回転体と、該回転体を非接触で回転自在に支持する軸受機構と、被研磨物が固定されたワークを備え、回転する前記研磨工具を前記被研磨物に押し当て該被研磨物を研磨すると共に、ワークの移動により該被研磨物の研磨範囲を決定する研磨装置において、前記ワーク側に電磁石を設けると共に、前記研磨工具側に該電磁石の磁力で吸引される磁性体を設け、前記研磨工具の研磨加工深さを前記電磁石が前記磁性体を磁気吸引する磁気吸引力で調整することを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の研磨装置において、前記ワーク側に設けた前記電磁石は前記研磨工具を磁気吸引する磁気吸引力を必要に応じて前記被研磨物の研磨領域全体に発生させる構成、又は必要に応じて前記研磨工具が接触する前記被研磨物面に発生させる構成、又は前記研磨工具が接触する前記被研磨物の接触座標点だけに追従して移動して発生させる構成であることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の研磨装置において、前記回転体の非接触軸受が少なくとも該回転体の軸方向の変位を検出する変位センサを具備し、軸方向の位置を制御する位置制御軸受であり、前記変位センサの検出出力から被研磨物の研磨量を推測・計測し、前記電磁石の磁気吸引力を制御するように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、ワーク側に電磁石を設けると共に、研磨工具側に該電磁石の磁力で吸引される磁性体を設け、研磨工具の被研磨物への押圧力を電磁石が磁性体を磁気吸引する磁気吸引力で調整するので、研磨工具側には磁性体を設けるだけで、軸受機構に研磨工具を被研磨物に押圧するための、例えば磁気力を発生して回転体に押圧力を与え、研磨工具を被研磨物に押圧する押圧力発生手段を設ける必要がないので、該軸受機構が簡単、且つ小型化できると共に、回転体を非接触で支承する例えば磁気軸受機構の制御が簡単に構成できる。更に、回転体及び軸受機構を支承する可動アームの構造を簡素化できる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、ワーク側に電磁石を設けると共に、研磨工具側に該電磁石の磁力で吸引される磁性体を設け、被研磨物の研磨加工深さを電磁石が磁性体を磁気吸引する磁気吸引力で調整するので、研磨工具側には磁性体を設けるだけで、軸受機構に被研磨物の研磨加工深さを調整するための手段を設ける必要がないので、請求項１に記載の発明と同様、軸受機構が簡単、且つ小型化できると共に、回転体を非接触で支承する例えば磁気軸受機構の制御が簡単に構成できる。更に、回転体及び軸受機構を支承する可動アームの構造を簡素化できる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、ワーク側に設けた電磁石は研磨工具を磁気吸引する磁気吸引力を必要に応じて被研磨物の研磨領域全体に発生させる構成、又は必要に応じて研磨工具が接触する被研磨物面に発生させる構成、又は研磨工具が接触する被研磨物の接触座標点だけに追従して移動して発生させる構成としたので、被研磨物の研磨領域全体の研磨、又は研磨工具が接触する被研磨物面の研磨、又は研磨工具が接触する被研磨物の接触座標点に追従する研磨が可能となる。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、回転体の非接触軸受が少なくとも該回転体の軸方向の変位を検出する変位センサを具備し、軸方向の位置を制御する位置制御軸受であり、変位センサの検出出力から被研磨物の研磨量を推測・計測し、電磁石の磁気吸引力を制御するように構成されているので、電磁石の磁気吸引力を制御するための格別の構成を設ける必要がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態例を図面に基づいて説明する。図３は本願発明に係る研磨装置の構成例を示す図である。図３において、図１と同一符号を付した部分は同一又は相当部分を示す。図示するように、研磨装置は端部（図では下端部）に研磨工具１１が取付けられた回転体（スピンドル）１２を非接触で支承するアキシャル電磁石１３、ラジアル電磁石１４、１４を具備する磁気軸受、及びモータ１６を備えた点、半導体ウエハ等の被研磨物Ｗが固定されているＸ−Ｙステージ２０を備えた点は、図１に示す研磨装置の構成と同一である。
【００２０】
本研磨装置が図１に示す研磨装置と相違する点は、Ｘ−Ｙステージ２０、即ちワーク側に吸引電磁石３０を設けると共に、研磨工具１１のベース１１ａと研磨材層１１ｂの間に図４に示すように、磁性材からなる磁性材層１１ｃを設けている。なお、図４は図３のＡ部分の拡大図である。吸引電磁石３０は励磁コイル３１、鉄心３２を備え、該励磁コイル３１に励磁電流を流すことにより、発生する磁束は鉄心３２から前記研磨工具１１の磁性材層１１ｃを通る磁気回路を通して流れ、研磨工具１１を磁気吸引する磁気吸引力（磁束）を発生する。
【００２１】
磁気軸受回転機構１０は、Ｘ−Ｙステージ２０の上面に固定された被研磨物Ｗに対して上下方向及び左右方向の３次元方向に移動可能なアーム（図示せず）に取付けられている。研磨スピードや研磨の仕上げ状況を調整するため、研磨工具１１の被研磨物Ｗの研磨面押圧力を調整する必要がある。ここでは、Ｘ−Ｙステージ２０に設けた吸引電磁石３０の研磨工具１１の磁性材層１１ｃを吸引する磁気吸引力を調整し、研磨工具１１の被研磨物Ｗの研磨面押圧力を調整している。
【００２２】
図５は本研磨装置において、吸引電磁石３０をＯＮにした場合、図６は吸引電磁石３０をＯＦＦにした場合をそれぞれ示す。図５及び図６を用いて本研磨装置の被研磨物Ｗの研磨加工工程を説明する。先ず、被研磨基板ＷをＸ−Ｙステージ２０上面の所定固定位置に固定する。次に磁気軸受回転機構１０のアキシャル電磁石１３、ラジアル電磁石１４、１４を具備する磁気軸受を起動し、研磨工具１１が取付けられた回転体１２を磁気浮上支持させる。次にモータ１６を起動し回転体１２を回転させ、続いて磁気軸受回転機構１０を設置されているアームにより下降させ、図５に示すように研磨工具１１が被研磨物Ｗの研磨面に接触する直前（被研磨物Ｗと研磨工具１１の間に間隙ｄが存在する状態）に該アームを固定する。
【００２３】
図５の状態から、吸引電磁石３０の励磁コイル３１に励磁電流を流すことにより、図６に示すように、発生する磁束φは鉄心３２から研磨工具１１の磁性材層１１ｃ（図４参照）を通って鉄心３２に戻る磁気回路を通して流れ、研磨工具１１を被研磨物Ｗの研磨面に吸引する。これにより、被研磨物Ｗの研磨は開始される。被研磨物の研磨範囲はＸ−Ｙステージ（ワーク）２０の移動範囲によって決定される。
【００２４】
また、被研磨物Ｗの研磨代（研磨量）を制御する方法としては、上記磁気軸受を構成する回転体１２の軸方向の位置変位を検出するアキシャル変位センサ１９の変位信号を分岐し、上記アームが固定された位置と予め設定されている被研磨物Ｗまでの間隙（間隙ｄ）から研磨工具１１の研磨面位置を算出することで、被研磨物を制御し、必要に応じて押圧力（磁気吸引力）の調整や解除を行う。
【００２５】
なお、上記実施形態例では、被研磨物Ｗを固定するワークをＸ方向及びＹ方向に移動するＸ−Ｙステージ２０を例に説明したが、ワークは回転テーブルでも同様な機器構成が可能であることは勿論である。
【００２６】
また、上記実施形態例では、回転体を非接触で回転自在に支持する軸受機構として磁気軸受を例に説明したが、回転体を非接触で支持する軸受としてはこれに限定されるものではなく、例えば上記特許文献１に示すように空気軸受や他の非接触軸受であってもよい。
【００２７】
上記のように、研磨工具１１が取付けられた回転体１２を非接触で回転・支持する磁気軸受回転機構１０を備えた研磨装置において、研磨工程における研磨工具１１が被研磨物Ｗを押圧する押圧力を確保するため、被研磨物を固定するＸ−Ｙステージ（ワーク）２０に吸引電磁石３０を設け、必要に応じて該電磁石３０の励磁コイル３１に励磁電流を供給し、発生する磁気吸引力で研磨工具１１が被研磨物Ｗを押圧する押圧力を確保し、回転体１２を非接触で回転・支承することにより、磁気軸受回転機構１０は研磨工具１１が取付けられた回転体１２を回転・支承する回転力及び支承力を発生すればよいので、その構成が簡単な構造となる。また、研磨装置全体の構造も簡略化され、磁気軸受回転機構１０に使用される磁気軸受の支承制御も単純化することが可能で、装置全体の軽量化・低コスト化を図ることができる。
【００２８】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態例では、研磨工具が磁気吸引する磁気吸引力を研磨工具が接触する被研磨物の面に発生させているが、これに限定されるものではなく、被研磨物の研磨領域に発生させてもよく、また研磨工具が接触する被研磨物の接触座標点だけに追従して発生させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来の研磨装置の構成例を示す図である。
【図２】従来の研磨装置の研磨工具の一部の断面構成を示す図である。
【図３】本発明に係る研磨装置の構成例を示す図である。
【図４】本発明に係る研磨装置の研磨工具の一部の断面構成を示す図である。
【図５】本発明に係る研磨装置の動作を説明するための図である。
【図６】本発明に係る研磨装置の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０      磁気軸受回転機構
１１      研磨工具
１２      回転体    
１３      アキシャル電磁石
１４      ラジアル電磁石
１５      ケーシング
１６      モータ
１７      ラジアル変位センサ
１８      ディスク
１９      アキシャル変位センサ
２０      Ｘ−Ｙステージ
２１      Ｘ方向ネジ
２２      Ｙ方向ネジ
２３      ナット
３０      吸引電磁石
３１      励磁コイル
３２      鉄心
【図１】
2007054921.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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