(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨面を有するターンテーブルと、ポリッシング対象物である基板を保持してターンテーブル上の研磨面に押圧するトップリングを有する基板保持装置とを備えたポリッシング装置において、
前記ターンテーブルを電磁気軸受で傾動可能に支持する支持部と、前記トップリングを傾動可能に支持する電磁気軸受と、前記ターンテーブルとトップリングの姿勢を制御する姿勢制御装置とを設け、
前記姿勢制御装置は、前記トップリングとターンテーブルの各傾き情報を基にして所定の演算器が演算する相対的誤差に基づいて、前記トップリングとターンテーブルの傾きを制御することを特徴とするポリッシング装置。
【請求項２】
前記姿勢制御装置が、当該ポリッシング装置の静止フレームに固定された電磁コイルを備える電磁石装置と前記ターンテーブルに固定され前記電磁石装置の磁力により動かされるアーマチャーと、前記トップリングのトップリングヘッドに固定された電磁石コアとトップリング本体に固定されたアーマチャーを有することを特徴とする請求項１に記載のポリッシング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等のポリッシング対象物を研磨するための研磨面を有したターンテーブル装置および該ターンテーブル装置を具備したポリッシング装置に関する。
【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る。特に０．５μｍ以下の光リソグラフィの場合、焦点深度が浅くなるためステッパの結像面の平坦度を必要とする。そこで、半導体ウエハの表面を平坦化することが必要となるが、この平坦化法の一手段としてポリッシング装置により研磨することが行われている。
従来、この種のポリッシング装置は、ターンテーブルとトップリングとを有し、トップリングが一定の圧力をターンテーブルに与え、ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて、砥液を供給しつつ該ポリッシング対象物の表面を平坦且つ鏡面に研磨している。
【０００３】
図１７は従来のポリッシング装置を示す概略図である。図１７に示すように、上面に研磨布５１を張り付けたターンテーブル５２と、半導体ウエハ５３を保持するトップリング５４とを備えている。ターンテーブル５２とトップリング５４とは、それぞれモータに連結されており、独立に回転駆動される。
【０００４】
上述したポリッシング装置において、研磨中にポリッシング対象物である半導体ウエハ５３と研磨布５１との間の相対的な押圧力がポリッシング対象物の全面に亘って均一でないと、各部分の押圧力に応じて研磨不足や過研磨が生じてしまう。そのため、トップリング駆動軸５５の先端に球面部を一体に形成し、またポリッシング対象物である半導体ウエハ５３を保持するトップリング５４の上面に球面座を形成し、両球面座間に球ベアリング５６を介装してトップリング５４を駆動軸５５に対して傾動可能に構成し、トップリング５４をターンテーブル５２の傾きに自動的に倣うようにしている。これによって、トップリング５４のウエハ保持面５４ａとターンテーブル５２の上面との平行度を保ち、半導体ウエハ５３とターンテーブル５２に貼設された研磨布５１との相対的な押圧力をウエハの全面に亘って均一になるようにしている。なお符号５７は砥液供給用のノズルである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のポリッシング装置においては、ターンテーブル５２の上面と半導体ウエハ５３の被研磨面との間の平行度は、トップリング５４を傾動自在に構成し、トップリング５４をターンテーブル５２の傾きに自動的に倣うようにして得ようとしている。しかしながら、ターンテーブルをいかに精度良く加工したとしても、ターンテーブルの上面の全面が平坦に加工できるわけではなく、また、ターンテーブルの回転軸を研磨面であるターンテーブルの表面に対して垂直に固定するのが困難であり、ターンテーブルの回転によって、研磨布の上面、即ち研磨面に微小なうねりが形成される。
【０００６】
トップリングは研磨面のうねりに追従して傾動しようとするが、トップリングの傾動動作がターンテーブル上の研磨面のうねりに追従しきれない場合があり、この結果、ポリッシング対象物に不均一な研磨圧力の面圧分布状態が生ずるという問題点があった。また逆に、トップリングが研磨面のうねりに追従して傾動する際に、傾動時の慣性力等に起因してトップリングが過度に傾動しすぎたり、あるいはトップリングの動きが不安定となってしまい、この結果、ポリッシング対象物に不均一な研磨圧力の面圧分布状態が生ずるという問題点があった。すなわち、トップリングを傾動させてターンテーブル上の研磨面のうねりに追従させるという従来の方法では、ターンテーブル上の研磨面とポリッシング対象物の被研磨面との平行度を維持するのに限界があった。
【０００７】
本発明は上述の事情に鑑みなされたもので、ターンテーブルの研磨面のうねりを最小限にするか、又はうねりをほぼ完全になくし、ポリッシング対象物の被研磨面の押圧力の面圧分布を最適の状態にして研磨を行うことができるターンテーブル装置および該ターンテーブル装置を備えたポリッシング装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明に係るポリッシング装置では、ターンテーブルを傾動可能に支持する支持部と、ターンテーブルの姿勢を制御する姿勢制御手段とを設けたことを特徴とする。姿勢制御手段は、電磁力によってターンテーブルの傾斜角度を制御するものとすることができる。この電磁力による姿勢制御装置は、当該ポリッシング装置の静止フレームに固定された電磁コイルを備える電磁石装置と、ターンテーブルに固定され、電磁石装置の磁力により動かされるアーマチャーとを有するものとすることができる。
【０００９】
また本発明のポリッシング装置は、姿勢制御装置を、ターンテーブルの下方位置において当該ポリッシング装置の静止フレームに設定され、且つ、ターンテーブルの下面に係合し、伸縮することによって当該ターンテーブルの姿勢を制御するようにしたシリンダ装置を有するものとすることもできる。
【００１０】
本発明によれば、ターンテーブルの研磨面のうねりを最小限にするか、又は研磨面のうねりをほぼ完全になくし、ポリッシング対象物の被研磨面の押圧力の面圧分布を最適の状態にして研磨を行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るポリッシング装置の実施の形態を図１乃至図１０を参照して説明する。
図１はポリッシング装置の第１の実施形態の全体構成を示す縦断面図であり、図２はターンテーブル装置の要部断面図である。
図１および図２に示すように、ポリッシング装置は、上面に研磨布２を貼ったターンテーブル１を有したターンテーブル装置１１と、基板である半導体ウエハ３を保持し研磨布２に押圧するための基板保持装置５とを備えている。基板保持装置５は、半導体ウエハ３を保持するためのトップリング６と、トップリング６を支持しかつトップリング６に押圧力と回転駆動力とを与えるトップリング駆動軸７と、トップリング駆動軸７からトップリング６へ互いの傾動を許容しつつ押圧力を伝達する自在継手部８とから構成されている。
【００１２】
また、ターンテーブル１の上方には砥液供給ノズル６０が設置されており、砥液供給ノズル６０によってターンテーブル１上の研磨布２上に研磨砥液が供給されるようになっている。研磨布２の上面は半導体ウエハ３の被研磨面と摺接する研磨面を構成している。
トップリング６は、図２に示すように、下部の保持板９Ａと上部の上部板９Ｂとからなるトップリング本体９と、トップリング本体９の外周部に固定されたリテーナリング１０とからなり、トップリング６はトップリング本体９の下面の基板保持面によって半導体ウエハ３の上面を保持し、リテーナリング１０によって半導体ウエハ３の外周部を保持するようになっている。トップリング本体９の下面には弾性マット６１が貼着されている。
【００１３】
また図２に示すように、トップリング本体９は、保持板９Ａと上部板９Ｂとの間に間隙Ｇを有しており、この間隙Ｇに真空、加圧空気、水等の液体が供給できるようになっている。トップリング本体９は間隙Ｇと連通して保持板の下面に開口する多数の連通孔（図示せず）を有している。弾性マット６１も同様に前記連通孔に対向した位置に開口を有している。これによって、半導体ウエハ３の上面を真空によって吸着可能であり、又、半導体ウエハ３の上面に液体又は加圧空気を供給できるようになっている。
【００１４】
前記トップリング駆動軸７は、図１に示すように、トップリングヘッド２１に固定されたトップリング用エアシリンダ２２に連結されており、このトップリング用エアシリンダ２２によってトップリング駆動軸７は上下動し、トップリング６の下端面に保持された半導体ウエハ３をターンテーブル１に押圧するようになっている。
【００１５】
また、トップリング駆動軸７はキー（図示せず）を介して回転筒２３に連結されており、この回転筒２３はタイミングベルト２５によってトップリング用モータ（図示せず）に連結されている。したがって、トップリング用モータを回転駆動することによって回転筒２３およびトップリング駆動軸７が一体に回転し、トップリング６が回転する。
一方、トップリング駆動軸７からトップリング６へ互いの傾動を許容しつつ押圧力を伝達する自在継手部８は、トップリング６とトップリング駆動軸７の互いの傾動を可能とするベアリングボール７０と、トップリング駆動軸７の回転をトップリング本体９に伝達する回転伝達機構７５とを有している。
【００１６】
次に、ターンテーブル装置１１を図２乃至図６を参照して説明する。図２は前述したようにターンテーブル装置の要部断面図であり、図３は図２のIII−III線断面図であり、図４は図３のIV−IV線断面図である。
図２および図３に示すように、ターンテーブル装置１１は、研磨布２を上面に貼着したターンテーブル１と、ターンテーブル１を回転駆動するモータ２０と、モータ２０の回転軸２１とターンテーブル１とを連結する上下のカップリング部材４１，４２と、上下部カップリング部材４１，４２間に介装された自動調芯ころ軸受４３と、ターンテーブル１の姿勢を制御する姿勢制御装置４５とを備えている。下部カップリング部材４２はモータ２０の回転軸２１の上端に固定され、上部カップリング部材４１はターンテーブル１の下面に固定されている。そして、下部カップリング部材４２と上部カップリング部材４１との間に介装された自動調芯ころ軸受４３を中心として、ターンテーブル１と上部カップリング部材４１は下部カップリング部材４２に対して傾くことができるようになっている。また下部カップリング部材４２には短柱状のピン４４が植設されており、このピン４４は上部カップリング部材４１の係合孔４１ａに係合してターンテーブル１が回転するようになっている。なお係合孔４１ａとピン４４との間には、ターンテーブル１の傾きを吸収できるように所定の隙間が形成されるようになっている。
【００１７】
ターンテーブル１の姿勢を制御する姿勢制御装置４５は、フレーム２８に固定された電磁石コア１２と、電磁石コア１２に設けられた４つの磁極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと、これら磁極１２ａ〜１２ｄに巻装された４つの電磁コイル１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄと、磁極１２ａ〜１２ｄにギャップを有して対向した環状でかつ円盤状のアーマチャー１４とから構成されている。アーマチャー１４はターンテーブル１に固定されている。
【００１８】
図４に示すように、各磁極１２ａ〜１２ｄは、逆Ｕ字形断面を有し、逆Ｕ字形部の内部側に電磁コイル１３ａ〜１３ｄが巻装されている。磁極１２ａ〜１２ｄおよびアーマチャー１４はパーマロイ等の磁性材によって構成されている。図３に示すように、電磁コイル１３ａはＸ軸正方向側に配置され、電磁コイル１３ｂはＸ軸負方向側に配置されている。また電磁コイル１３ｃはＹ軸正方向側に配置され、電磁コイル１３ｄはＹ軸負方向側に配置されている。またＸ軸およびＹ軸に対して４５゜傾いた２つの軸Ｐ，Ｑ上には、４個の変位センサ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄが配置されている。各変位センサは、電磁石コア１２により保持されている。
【００１９】
図５は、姿勢制御装置４５を制御する制御部の機能構成を示すブロック図である。図示するように、制御部は、減算器３０及びコントローラ３１を具備し、該減算器３０にはターンテーブル１の姿勢の目標値と、センサ（変位センサ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ）１５で検出され、座標変換部３５で変換された制御対象（ターンテーブル１）の変位値α，βが入力され、その差が誤差信号ｅα，ｅβとしてコントローラ３１に入力される。ここでα，βはそれぞれ図６に示すように，Ｘ軸回りの傾き、Ｙ軸回りの傾きを示す。Ｘ軸およびＹ軸は水平面上に位置している。この場合、ターンテーブル１の動きは自動調芯ころ軸受４３を中心としてＸ軸回りの傾動およびＹ軸回りの傾動の複合運動となる。
【００２０】
誤差信号ｅα，ｅβ はＰＩＤ＋局部位相進み処理部３１−１で傾き制御及び減衰処理を受け、さらに振動除去のためノッチフィルタ３１−２を通って電圧指令信号Ｖα，Ｖβ に変換される。そして座標変換部３１−３で姿勢制御装置用の制御信号Ｖｘｕ，Ｖｙｕ に変換されて駆動部３２に供給される。
【００２１】
駆動部３２は電磁コイル１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄとこれらを励磁する駆動回路２４で構成されている。上記信号Ｖｘｕ，Ｖｙｕのそれぞれは各駆動回路２４に供給され、該各駆動回路２４でアーマチャー１４を水平面に一致させるか又は水平面に対して傾斜させるように変位させるための励磁電流Ｉｘｕ＋，Ｉｘｕ−，Ｉｙｕ＋，Ｉｙｕ−に変換され、電磁コイル１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄに供給され、制御対象物（ターンテーブル１）の姿勢を制御する。この場合、アーマチャー１４を図３に示すＸ，Ｙ軸に対して回転変位させると、ターンテーブル１は自動調芯ころ軸受４３を中心として水平面に対して任意の方向に傾動することができる。
【００２２】
次に、図１乃至図６に示すように構成されたポリッシング装置の作用を説明する。トップリングの下面に半導体ウエハ３を保持させ、トップリング用エアシリンダ２２を作動させてトップリング６を回転しているターンテーブルに向かって押圧し、回転しているターンテーブル１の上面の研磨布２に半導体ウエハ３を押圧する。この場合、エアシリンダ２２からの押圧力は、トップリング駆動軸７および自在継手部８を介してトップリング本体９に伝えられる。一方、砥液供給ノズル６０から研磨砥液を流すことにより、研磨布２に研磨砥液が保持されており、半導体ウエハ３の研磨面（下面）と研磨布２の間に研磨砥液が存在した状態でポリッシングが行われる。トップリング駆動軸７の回転は、駆動フランジ７１に固定された駆動ピンおよびトップリング本体９に固定された被駆動ピンを介してトップリング本体９に伝えられる。
【００２３】
上記研磨中に、ターンテーブル１の姿勢を姿勢制御装置４５により制御する。この場合、上述したように、ターンテーブル１の傾きを変位センサ１５（１５ａ１，１５ａ２；１５ｂ１，１５ｂ２；１５ｃ１，１５ｃ２；１５ｄ１，１５ｄ２）の出力を処理して検知し、ターンテーブル１の傾きを制御し、ターンテーブル１の上面、即ち研磨面のうねりを可能な限りなくすように制御する。即ち、ターンテーブル１の研磨面を水平面に一致させるように制御する。これによって、トップリング本体９の基板保持面、即ち半導体ウエハの被研磨面とターンテーブル１の上面、即ち研磨面との平行度を維持し、半導体ウエハ３の被研磨面に加わる押し付け圧力の分布を面内均一に制御することができる。なお、ターンテーブル１の上面をわずかに水平面に対して傾けることにより、半導体ウエハ３の被研磨面とターンテーブルの研磨面とは、必ずしも平行でなく、わずかに相対的に傾いた状態で維持し、これにより半導体ウエハ３の被研磨面に加わる押し付け圧力の分布を面内均一に制御できる場合もある。
【００２４】
図７および図８は、ターンテーブル１の姿勢制御装置４５の変形例を示す図であり、図７は図３に対応した断面図、図８は図７のVIII−VIII線断面図である。姿勢制御装置４５は、フレーム２８に固定された電磁石コア１２と、電磁石コア１２に設けられた８つの磁極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈと、これら磁極１２ａ〜１２ｈに巻装された８つの電磁コイル１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆ，１３ｇ，１３ｈと、磁極１２ａ〜１２ｈにギャップを有して対向した環状でかつ円盤状のアーマチャー１４とから構成されている。
【００２５】
図８に示すように、各磁極１２ａ〜１２ｈは、逆Ｕ字形断面を有し、逆Ｕ字形部の内部側に電磁コイル１３ａ〜１３ｈが巻装されている。磁極１２ａ〜１２ｈおよびアーマチャー１４はパーマロイ等の磁性材によって構成されている。電磁コイル１３ａと１３ｅの中間位置はＸ軸正方向側に配置され、電磁コイル１３ｂと１３ｆの中間位置はＸ軸負方向側に配置されている。また電磁コイル１３ｃと１３ｇの中間位置はＹ軸正方向側に配置され、電磁コイル１３ｄと１３ｈの中間位置はＹ軸負方向側に配置されている。またＸ軸およびＹ軸上には４個の変位センサ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄが配置されている。図７および図８に示す姿勢制御装置４５の作用は、図３および図４に示す姿勢制御装置４５と同様である。
【００２６】
次に、本発明のポリッシング装置の第２の実施の形態を図９乃至図１２を参照して説明する。図９はポリッシング装置の縦断面図であり、図１０は図９のＸ−Ｘ線断面図であり、図１１は図１０のXI−XI線断面図である。
第２の実施形態においては、ターンテーブル１および姿勢制御装置４５を含むターンテーブル装置１１の構成は第１の実施形態と同一であるが、トップリングの構成、即ちトップリング６の姿勢を制御する姿勢制御装置１１１を備えている点が異なっている。
【００２７】
図９乃至図１１に示すように、姿勢制御装置１１１は、トップリングヘッド２１に固定された電磁石コア１１２と、電磁石コア１１２より半径方向の外方に向けて突出する４つの磁極１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄと、これら磁極１１２ａ〜１１２ｄに巻装された４つの電磁コイル１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃ，１１３ｄと、磁極１１２ａ〜１１２ｄにギャップを有して対向した円筒状のアーマチャー１１４とから構成されている。アーマチャー１１４はトップリング本体９に固定されている。
【００２８】
図１１に示すように、各磁極１１２ａ〜１１２ｄは、コ字形断面を有し、コ字形部の上部側に電磁コイル１１３ａ〜１１３ｄが巻装されている。磁極１１２ａ〜１１２ｄおよびアーマチャー１１４はパーマロイ等の磁性材によって構成されている。電磁コイル１１３ａはＸ軸正方向側に配置され、電磁コイル１１３ｂはＸ軸負方向側に配置されている。また電磁コイル１１３ｃはＹ軸正方向側に配置され、電磁コイル１１３ｄはＹ軸負方向側に配置されている。またＸ軸およびＹ軸に対して４５゜傾いた２つの軸Ｐ，Ｑ上には、上下２個の変位センサが対となった４対の変位センサ１１５ａ１，１１５ａ２；１１５ｂ１，１１５ｂ２；１１５ｃ１，１１５ｃ２；１１５ｄ１，１１５ｄ２が配置されている。各変位センサ対は、センサホルダ１１７により保持されている。
【００２９】
図１２は、姿勢制御装置１１１を制御する制御部の機能構成を示すブロック図である。図示するように、ターンテーブル、トップリングそれぞれの制御部は図５に示す制御部と同様の構成であり、両者の信号を入力し両者の相対位置を精密に出すための演算部が付加された構成となっている。
図１２に示すようにターンテーブルの制御部は、減算器３０及びコントローラ３１を具備し、減算器３０には、ターンテーブルの姿勢の目標値と、センサ１５で検出され、座標変換器３５で変換され、さらに演算器３６によりトップリングの傾き情報により修正された制御対象の変位値α，βとが入力され、その差が誤差信号ｅα，ｅβとしてコントローラ３１に入力される。
【００３０】
一方、トップリングの制御部では減算器３０’及びコントローラ３１’を具備し、減算器３０’には、トップリングの姿勢の目標値と、センサ１１５（変位センサ１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ，１１５ｄ）で検出され座標変換器３５’で変換され、さらに演算器３６によりターンテーブルの傾き情報により修正された制御対象の変位値α’，β’とが入力され、その差が誤差信号ｅα’，ｅβ’としてコントローラ３１’に入力される。
【００３１】
演算器３６では、トップリング、ターンテーブルの傾き情報から相対的な誤差を演算し、それぞれの目標値を修正することにより精度の高い制御が可能となる。通常はターンテーブルの傾きを基準としてトップリングの目標位置を修正することで精度を上げられるため、トップリングへのフィードバックＲ１は省略できる。もちろん、演算器がない構成でもそれぞれの制御は可能である。ここでα’，β’はそれぞれ図１３に示すように，Ｘ軸回りの傾き、Ｙ軸回りの傾きを示す。Ｘ軸、Ｙ軸は水平面内に位置している。この場合、トップリング６の動きはベアリングボール７０を中心としてＸ軸回りの傾動およびＹ軸回りの傾動の複合運動となる。
【００３２】
誤差信号ｅα’，ｅβ’はＰＩＤ＋局部位相進み処理部３１’−１で傾き制御及び減衰処理を受け、さらに振動除去のためノッチフィルタ３１’−２を通って電圧指令信号Ｖα’，Ｖβ’に変換される。そして座標変換部３１’−３で姿勢制御装置用の制御信号Ｖｘｌ，Ｖｙｌ に変換されて駆動部３２’に供給される。
【００３３】
駆動部３２’は電磁コイル１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃ，１１３ｄとこれらを励磁する駆動回路２４’で構成されている。上記信号Ｖｘｌ，Ｖｙｌのそれぞれは各駆動回路２４’に供給され、該各駆動回路２４’でアーマチャー１１４を図１０に示すＸ，Ｙ軸の正負の方向へ変位させるための励磁電流Ｉｘｌ＋，Ｉｘｌ−，Ｉｙｌ＋，Ｉｙｌ−に変換され、電磁コイル１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃ，１１３ｄに供給され、制御対象物（トップリング６）の姿勢を制御する。この場合、トップリング６の回転中心（ベアリングボール７０）と図１０に示すアーマチャー１１４のＸ，Ｙ軸とは所定の高さ（Ｌ）離間しているため、アーマチャー１１４を図１０に示すＸ，Ｙ軸の正負の方向に変位させると、トップリング本体９、すなわちトップリング６はベアリングボール７０を中心として水平面に対して任意の方向に傾動することができる。
【００３４】
次に、図９乃至図１３に示すように構成されたポリッシング装置の作用を説明する。トップリングの下面に半導体ウエハ３を保持させ、トップリング用エアシリンダ２２を作動させてトップリング６を回転しているターンテーブルに向かって押圧し、回転しているターンテーブル１の上面の研磨布２に半導体ウエハ３を押圧する。この場合、エアシリンダ２２からの押圧力は、トップリング駆動軸７および自在継手部８（図９の符号７０，７５などの組合せで構成される）を介してトップリング本体９に伝えられる。一方、砥液供給ノズル６０から研磨砥液を流すことにより、研磨布２に研磨砥液が保持されており、半導体ウエハ３の研磨面（下面）と研磨布２の間に研磨砥液が存在した状態でポリッシングが行われる。トップリング駆動軸７の回転は、回転伝達機構７５を介してトップリング本体９に伝えられる。
【００３５】
上記研磨中に、半導体ウエハ３を保持するトップリング本体９の姿勢を姿勢制御装置１１１により制御する。この場合、上述したように、トップリング本体９の傾きを変位センサ１１５（１１５ａ１，１１５ａ２；１１５ｂ１，１１５ｂ２；１１５ｃ１，１１５ｃ２；１１５ｄ１，１１５ｄ２）の出力を処理して検知し、トップリング本体９の傾きを水平面に対して任意の方向に任意の角度に制御することができる。したがって、トップリング本体９の基板保持面、即ち半導体ウエハの被研磨面と研磨布２の上面、即ち研磨面との平行度を維持し、半導体ウエハ３の被研磨面に加わる押し付け圧力の分布を面内均一に制御することができる。なお、半導体ウエハ３の被研磨面とターンテーブルの研磨面とは、必ずしも平行でなく、わずかに相対的に傾いた状態で維持することにより、半導体ウエハ３の被研磨面に加わる押し付け圧力の分布を面内均一に制御できる場合もある。
【００３６】
本実施形態によれば、ターンテーブル１の研磨面とトップリング６に保持された半導体ウエハ３の被研磨面の両方の傾きを制御することができる。また半導体ウエハ３をターンテーブル１の研磨面に対して押し付ける押圧力は、エアシリンダの押圧力をそのままトップリング６に伝達することにより得るようにしている。そして、トップリング６の傾きの制御のみを電磁気力を用いた姿勢制御装置１１１により行うようにしている。そのため、姿勢制御装置１１１が小型になり、簡易な構造になる。
【００３７】
図１４及び図１５には、本発明に係るポリッシング装置の他の実施形態が示されている。すなわち、このポリッシング装置においては、前述の電磁石を用いた姿勢制御装置ではなく、他のアクチュエータすなわちエアシリンダ２２０を用いた姿勢制御装置４５が設けられている。この姿勢制御装置４５は、ターンテーブル１の外周縁の下方位置にある当該ポリッシング装置のフレーム２２２上に、同外周縁に沿った方向で所定間隔離して設けられた複数エアシリンダ２２０を有しており、該エアシリンダ２２０から上方に延びるロッド２２４の上端に取り付けられたローラ２３０が、ターンテーブル１の外周縁下面に係合している。また、フレーム２２２上には、各エアシリンダ２２２に隣接して、ギャップセンサ２３４が設けられており、該センサとターンテーブルの外周縁下面との間のギャップを感知するようになっている。このポリッシング装置では、各ギャップセンサ２３４において感知された上記ギャップに基づき、（図示しない）制御装置が各エアシリンダ２２２への供給圧力を制御して、エアシリンダ２２２のロッド２２４の伸縮量を制御し、当該ターンテーブル１の姿勢を制御するようになっている。図中、参照番号２３８は、回転軸２１の回転をターンテーブル１に伝達すると共に、回転軸に対するターンテーブル１の傾動を許容するためのカップリング装置である。
図１６は、更に他の形式の姿勢制御装置を備えたポリッシング装置を示している。すなわち、このポリッシング装置においては、ターンテーブル１の回転軸２１に、ディスク２５０が水平に固定されており、該ディスク上には複数のエアシリンダ２５２が回転軸の周囲で等間隔離して固定されており、該エアシリンダのロッド２４２の上端２５６がターンテーブル１に下面に固定されている。また、ディスク２５０の上には、図１４及び１５に示したものと同様のギャップセンサ（図示せず）が設けられている。従って、この実施形態では、姿勢制御装置を構成するエアシリンダ２５２及びギャップセンサがターンテーブル１と一緒に回転しながら、ギャップセンサで感知した当該センサとターンテーブルとの間のギャップに基づき、エアシリンダのロッド２４２を伸縮することによって当該ターンテーブル１の姿勢を制御するようになっている。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ターンテーブルを姿勢を制御することにより、ポリッシング対象物の被研磨面の押圧力の面圧分布を最適の状態にして研磨を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るポリッシング装置の第１の実施形態の全体構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明に係るターンテーブル装置の要部断面図である。
【図３】図２のIII−III線断面図である。
【図４】図３のIV−IV線断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態におけるターンテーブルの姿勢制御装置を制御する制御部の機能構成を示すブロック図である。
【図６】ターンテーブルのＸ軸回りの傾きα、Ｙ軸回りの傾きβの関係を説明する図である。
【図７】ターンテーブルの姿勢制御装置の変形例を示す図であり、図３に対応した断面図である。
【図８】図７のVIII−VIII線断面図である。
【図９】本発明に係るポリッシング装置の第２実施形態の全体構成を示す縦断面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線断面図である。
【図１１】図１１は図１０のXI−XI線断面図である。
【図１２】本発明の第２実施形態におけるターンテーブルの姿勢制御装置を制御する制御部の機能構成を示すブロック図である。
【図１３】トップリングのＸ軸回りの傾きα’、Ｙ軸回りの傾きβ’の関係を説明する図である。
【図１４】本発明のポリッシング装置の第３の実施形態を示す概略側面図である。
【図１５】図１４のポリッシング装置における姿勢制御装置を構成するエアシリンダの側面図である。
【図１６】本発明のポリッシング装置の第４の実施形態を示す概略側面図である。
【図１７】従来のポリッシング装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１    ターンテーブル
２    研磨布
３    半導体ウエハ
５    基板保持装置
６    トップリング
７    トップリング駆動軸
８    自在継手部
９    トップリング本体
９Ａ    保持板
９Ｂ    上部板
１０    リテーナリング
１１    ターンテーブル装置
１２    電磁石コア
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈ，１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄ    磁極
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆ，１３ｇ，１３ｈ，１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃ，１１３ｄ    電磁コイル
１４，１１４    アーマチャー
１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１１５ａ１，１１５ａ２；１１５ｂ１，１１５ｂ２；１１５ｃ１，１１５ｃ２；１１５ｄ１，１１５ｄ２    変位センサ
２０    モータ
２１    回転軸
２２    トップリング用エアシリンダ
２３    回転筒
２４    駆動回路
３０    減算器
３１    コントローラ
３１−１    処理部
３１−２    ノッチフィルタ
３１−３    座標変換部
３２    駆動部
３５    座標変換器
４１，４２    カップリング部材
４１ａ    係合孔
４３    自動調芯ころ軸受
４４    ピン
４５    姿勢制御装置
６０    砥液供給ノズル
６１    弾性マット
７０    ベアリングボール
７１    駆動フランジ
７５    回転伝達機構
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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