JP2000331969A - Wafer-polishing device and manufacture of wafer - Google Patents
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Landscapes
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- Mechanical Engineering (AREA)
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- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造プロセ
スにおける、半導体ウェーハ表面を研磨する装置に用い
られるウェーハ研磨装置及びウェーハ製造方法に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wafer polishing apparatus and a wafer manufacturing method used in an apparatus for polishing a semiconductor wafer surface in a semiconductor manufacturing process.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、半導体製造装置の高集積化に伴う
パターンの微細化が進んでおり、特に多層構造の微細な
パターンの形成が容易かつ確実に行われるために、製造
工程中における半導体ウェーハの表面を極力平坦化させ
ることが重要となってきている。その場合、表面の膜を
研磨するために平坦化の度合いが高い化学機械的研磨法
(CMP法)が脚光を浴びている。2. Description of the Related Art In recent years, patterns have been miniaturized in accordance with high integration of a semiconductor manufacturing apparatus. In particular, since a fine pattern having a multilayer structure can be easily and reliably formed, a semiconductor wafer during a manufacturing process is required. It has become important to make the surface as flat as possible. In that case, a chemical mechanical polishing method (CMP method), which has a high degree of planarization, has been spotlighted for polishing a surface film.
【0003】CMP法とは、SiO2 を用いたアルカリ
溶液やSeO2を用いた中性溶液、或いはAl2O3を用
いた酸性溶液、砥粒剤等を用いて化学的・機械的にウェ
ーハ表面を研磨し、平坦化する方法であるが、この方法
に用いられるウェーハ研磨装置として、例えば図6に示
されるものがある。In the CMP method, the wafer surface is chemically and mechanically polished using an alkaline solution using SiO2, a neutral solution using SeO2, an acidic solution using Al2O3, an abrasive, etc. As a method of flattening, there is a wafer polishing apparatus used in this method, for example, as shown in FIG.
【0004】図6において、ウェーハ研磨装置100
は、研磨すべきウェーハWを保持したウェーハ保持ヘッ
ド101と、円盤状に形成されたプラテン103上面に
全面にわたって貼付された研磨パッド102とを備えて
いる。このうちウェーハ保持ヘッド101は、ヘッド駆
動機構であるカルーセル104下部に複数取り付けられ
たものであり、スピンドル111によって回転可能に支
持され、研磨パッド102上で遊星回転されるようにな
っている。なおこの場合、プラテン103の中心位置と
ウェーハ保持ヘッド101の公転中心とを偏芯させて設
置することも可能である。In FIG. 6, a wafer polishing apparatus 100
Is provided with a wafer holding head 101 holding a wafer W to be polished, and a polishing pad 102 affixed over the entire surface of a platen 103 formed in a disk shape. Of these, a plurality of wafer holding heads 101 are mounted below the carousel 104, which is a head driving mechanism, are rotatably supported by a spindle 111, and are made to rotate planetarily on the polishing pad 102. In this case, the center position of the platen 103 and the revolving center of the wafer holding head 101 can be installed eccentrically.
【0005】プラテン103は、基台105の中央に水
平に配置されており、この基台105内に設けられたプ
ラテン駆動機構により軸線まわりに回転されるようにな
っている。基台105の側方には支柱107が設けられ
ているとともに、支柱107の間には、カルーセル駆動
機構110を支持する上側取付板109が配置されてい
る。カルーセル駆動機構110は、下方に設けられたカ
ルーセル104を軸線まわりに回転させる機能を有して
いる。[0005] The platen 103 is horizontally disposed at the center of the base 105, and is rotated around an axis by a platen driving mechanism provided in the base 105. A column 107 is provided on the side of the base 105, and an upper mounting plate 109 for supporting the carousel driving mechanism 110 is arranged between the columns 107. The carousel drive mechanism 110 has a function of rotating the carousel 104 provided below around an axis.
【0006】基台105からは、突き合わせ部112が
上方に突出するように配置されており、突き合わせ部1
12の上端には、間隔調整機構113が設けられてい
る。一方、突き合わせ部112の上方には、係止部11
4が対向配置されている。この係止部114は、上側取
付板109に固定されるとともに、上側取付板109か
ら下方に突出する構成となっている。そして、この間隔
調整機構113を調節し、突き合わせ部112と係止部
114とを当接させることにより、ウェーハ保持ヘッド
101と研磨パッド102との距離寸法を適切なものと
している。そして、ウェーハ保持ヘッド101に保持さ
れたウェーハWと研磨パッド102表面とを当接させる
とともに、カルーセル104とプラテン103とを回転
させることによってウェーハWは研磨される。From the base 105, a butt 112 is arranged to protrude upward.
An interval adjusting mechanism 113 is provided at the upper end of the reference numeral 12. On the other hand, above the butting portion 112, the locking portion 11
4 are opposed to each other. The locking portion 114 is configured to be fixed to the upper mounting plate 109 and protrude downward from the upper mounting plate 109. Then, the distance adjusting mechanism 113 is adjusted so that the butting portion 112 and the locking portion 114 are brought into contact with each other, so that the distance between the wafer holding head 101 and the polishing pad 102 is made appropriate. Then, the wafer W held by the wafer holding head 101 is brought into contact with the surface of the polishing pad 102, and the wafer W is polished by rotating the carousel 104 and the platen 103.
【0007】このようなウェーハ研磨装置100を用い
て研磨を行う場合、ウェーハWの研磨面が所望の状態に
達したかどうかを検知するために、例えばプラテン駆動
機構の回転動力の変動を観測していた。つまりウェーハ
Wの研磨が不十分のときは研磨パッド102とウェーハ
Wとの間に生じる摩擦力は変動した状態となり、一方、
ウェーハWが所望の研磨面に研磨されると安定する。こ
のときプラテン103は一定速度で回転させられるよう
になっているため、例えば研磨抵抗が大きいときはプラ
テン駆動機構の回転動力は大きくなり、研磨抵抗が小さ
いときは回転動力も小さくなる。そして、プラテン駆動
機構の回転動力の変動を観測し、この観測値が安定した
ら、ウェーハWの研磨面は所望の状態に達したと判断さ
れる。When polishing is performed using such a wafer polishing apparatus 100, for example, fluctuations in the rotational power of a platen driving mechanism are observed in order to detect whether the polished surface of the wafer W has reached a desired state. I was That is, when the polishing of the wafer W is insufficient, the frictional force generated between the polishing pad 102 and the wafer W is in a fluctuating state.
When the wafer W is polished to a desired polishing surface, it becomes stable. At this time, since the platen 103 is rotated at a constant speed, for example, when the polishing resistance is large, the rotational power of the platen driving mechanism becomes large, and when the polishing resistance is small, the rotational power becomes small. Then, the fluctuation of the rotational power of the platen driving mechanism is observed, and when this observation value is stabilized, it is determined that the polished surface of the wafer W has reached a desired state.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにプラテン駆動機構の回転動力変動を観測する方法で
は、複数設置されたウェーハ保持ヘッド101について
個々に研磨終点検出をすることができず、ウェーハWに
は過研磨品や研磨不足のものが生じたり、過研磨品と研
磨不足品とが混在してしまう問題が起こった。However, in the method for observing the fluctuation of the rotational power of the platen driving mechanism, the polishing end point cannot be individually detected for the plurality of wafer holding heads 101, and the wafer W cannot be detected. In some cases, over-polished products and under-polished products are produced, and over-polished products and under-polished products are mixed.
【0009】また、プラテン103は、ウェーハWと研
磨パッド102とが当接していない状態でも空転されて
いる状態が多いが、このとき、例えばウェーハWがもと
もと研磨抵抗の小さい材質からなる場合、ウェーハWの
研磨途中状態と完了状態とのプラテン駆動機構の回転動
力変動は小さいため、プラテン103の空転動力成分と
紛れてしまい、ウェーハWの研磨終点検出を行うことは
困難であった。The platen 103 is often idle even when the wafer W and the polishing pad 102 are not in contact with each other. At this time, for example, when the wafer W is originally made of a material having a low polishing resistance, Since the rotation power fluctuation of the platen driving mechanism between the polishing state of W and the completion state of W is small, it is mixed with the idling power component of the platen 103, and it is difficult to detect the polishing end point of the wafer W.
【0010】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、ウェーハの研磨が完了した状態を安定して検
出することができるウェーハ研磨装置及びその製造方法
を提供することを目的としている。The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a wafer polishing apparatus and a method of manufacturing the same, which can stably detect a state in which polishing of a wafer has been completed. .
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項1に記載の発明は、表面に研磨パッドが貼付
されたプラテンと、研磨すべきウェーハを保持して前記
研磨パッドにウェーハの一面を当接させるウェーハ保持
ヘッドとを具備し、このウェーハ保持ヘッドと前記プラ
テンとの相対運動により前記研磨パッドで前記ウェーハ
を研磨するウェーハ研磨装置であって、前記ウェーハ保
持ヘッドは、上部に連結されたスピンドルによって水平
回転自在に支持されるとともに、このスピンドルの前記
ウェーハ保持ヘッドとの連結部分の一面には、研磨時に
おける前記ウェーハに作用する力を観測するためのセン
サが設けられたことを特徴とするウェーハ研磨装置であ
る。According to a first aspect of the present invention, there is provided a platen having a polishing pad affixed to a surface thereof, and a wafer to be polished held on the polishing pad. A wafer holding head that abuts one surface thereof, and a wafer polishing apparatus that polishes the wafer with the polishing pad by a relative movement between the wafer holding head and the platen, wherein the wafer holding head has an upper part. A sensor for observing a force acting on the wafer during polishing is provided on one surface of a portion of the spindle that is rotatably supported by the connected spindle and that is connected to the wafer holding head. A wafer polishing apparatus characterized by the following.
【0012】本発明によれば、スピンドルとウェーハ保
持ヘッドとの連結部分にセンサを設けたことにより、複
数のウェーハ保持ヘッドを有する場合でも、それぞれの
ウェーハ保持ヘッドに保持されたウェーハに作用する力
を観測することができる。そのため、過研磨状態や研磨
不足状態のウェーハを生じさせること無く、安定した研
磨終点検出を行うことができる。また、センサをスピン
ドル側に設けたため、個々のウェーハ保持ヘッドにセン
サを設置する必要が無く、使用するセンサの数を抑える
ことができる。According to the present invention, by providing the sensor at the connection portion between the spindle and the wafer holding head, even when a plurality of wafer holding heads are provided, the force acting on the wafer held by each wafer holding head is provided. Can be observed. Therefore, stable polishing end point detection can be performed without causing a wafer in an over-polished state or a poorly-polished state. Further, since the sensors are provided on the spindle side, it is not necessary to install the sensors on the individual wafer holding heads, and the number of sensors to be used can be reduced.
【0013】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
のウェーハ研磨装置であって、前記ウェーハ保持ヘッド
は、その上部に設けられ外周面におねじ部を有した円柱
状のシャフト部を備え、前記スピンドルは、下向きに開
口した円筒状の外筒部と、この外筒部の内周面に形成さ
れ前記おねじ部と螺合されるためのめねじ部と、前記外
筒部内部に設けられ前記おねじ部とめねじ部とを螺着し
たとき前記シャフト部上端面と当接される位置に配置さ
れた当接面とを備えており、前記センサは、前記当接面
の周方向に間隔を有して複数配置されたことを特徴とす
るウェーハ研磨装置である。According to a second aspect of the present invention, there is provided the wafer polishing apparatus according to the first aspect, wherein the wafer holding head is provided at an upper portion thereof and has a cylindrical shaft portion having a threaded portion on an outer peripheral surface. Wherein the spindle comprises a cylindrical outer cylindrical portion that opens downward, a female screw portion formed on the inner peripheral surface of the outer cylindrical portion and screwed with the male screw portion, and the outer cylindrical portion. A contact surface that is provided inside and that is disposed at a position that comes into contact with the upper end surface of the shaft portion when the male screw portion and the female screw portion are screwed together, and the sensor has a contact surface A plurality of wafer polishing apparatuses are arranged at intervals in a circumferential direction.
【0014】本発明によれば、前記スピンドルとウェー
ハ保持ヘッドとは、それぞれに形成された前記めねじ部
とおねじ部とを螺着させることによって安定して連結さ
れる。そして、前記シャフト部上端面に当接される部分
にセンサを配置させたことにより、ウェーハに作用する
力は前記ウェーハ保持ヘッドを介して確実に前記センサ
に観測される。According to the present invention, the spindle and the wafer holding head are stably connected by screwing the female screw portion and the male screw portion formed respectively. Then, by disposing the sensor at a portion which is in contact with the upper end surface of the shaft portion, the force acting on the wafer is reliably observed by the sensor via the wafer holding head.
【0015】請求項3に記載の発明は、請求項1に記載
のウェーハ研磨装置であって、前記ウェーハ保持ヘッド
は、その上部に設けられ外周面におねじ部を有した円柱
状のシャフト部を備え、前記スピンドルは、このスピン
ドル軸本体下部に連結され下向きに開口した円筒状の外
筒部と、この外筒部の内周面に形成され前記おねじ部と
螺合されるためのめねじ部と、前記外筒部内部に設けら
れ一面を前記軸本体下端面に当接させるとともに他面を
前記おねじ部とめねじ部とが螺着されたとき前記シャフ
ト部上端面に当接される位置調整部材とを備えており、
前記センサは、前記軸本体下端面と位置調整部材との当
接面の周方向に間隔を有して複数配置されたことを特徴
とする。According to a third aspect of the present invention, there is provided the wafer polishing apparatus according to the first aspect, wherein the wafer holding head has a cylindrical shaft portion provided on an upper portion thereof and having a thread portion on an outer peripheral surface. Wherein the spindle is connected to a lower portion of the spindle shaft main body, and has a cylindrical outer cylinder portion opened downward, and a female formed on an inner peripheral surface of the outer cylinder portion to be screwed with the male thread portion. A screw portion, one surface of which is provided inside the outer cylinder portion and abuts against the lower end surface of the shaft main body, and the other surface contacts the upper end surface of the shaft portion when the male screw portion and the female screw portion are screwed. And a position adjustment member,
A plurality of the sensors are arranged at intervals in a circumferential direction of a contact surface between a lower end surface of the shaft main body and a position adjusting member.
【0016】本発明によれば、スピンドルとウェーハ保
持ヘッドとの間に位置調整部材を設けるとともに、この
位置調整部材の厚みを変更することによって、スピンド
ルに連結されるウェーハ保持ヘッドの位置を調整するこ
とが可能となる。そして、スピンドル軸本体下端面と位
置調整部材とが当接される部分にセンサを配置させたこ
とにより、ウェーハに作用する力は前記ウェーハ保持ヘ
ッドを介して確実に前記センサに観測される。According to the present invention, a position adjusting member is provided between the spindle and the wafer holding head, and the position of the wafer holding head connected to the spindle is adjusted by changing the thickness of the position adjusting member. It becomes possible. And, by disposing the sensor at the portion where the lower end surface of the spindle shaft body and the position adjusting member abut, the force acting on the wafer can be reliably observed by the sensor via the wafer holding head.
【0017】請求項4に記載の発明は、請求項1、2、
3のいずれかに記載のウェーハ研磨装置であって、前記
センサは、圧電素子からなることを特徴をするウェーハ
研磨装置である。[0017] The invention according to claim 4 is the invention according to claims 1, 2,
3. The wafer polishing apparatus according to claim 3, wherein the sensor includes a piezoelectric element.
【0018】本発明によれば、センサに圧電素子を用い
たことにより、ウェーハに作用する鉛直方向の力とせん
断方向の力とを観測することができるとともに、装置の
剛性の低下を最小限に抑えることができる。According to the present invention, by using the piezoelectric element for the sensor, the vertical force and the shear force acting on the wafer can be observed, and the reduction in the rigidity of the apparatus can be minimized. Can be suppressed.
【0019】請求項5に記載の発明は、表面に研磨パッ
ドが貼付されたプラテンと、研磨すべきウェーハを保持
して前記研磨パッドにウェーハの一面を当接させるウェ
ーハ保持ヘッドとを具備し、このウェーハ保持ヘッドと
前記プラテンとの相対運動により前記研磨パッドで前記
ウェーハを研磨する研磨工程を含んだウェーハ製造方法
であって、前記ウェーハ保持ヘッドの上部をスピンドル
によって水平回転自在に支持させるとともに、このスピ
ンドルの前記ウェーハ保持ヘッドとの連結部分の一面
に、研磨時における前記ウェーハに作用する力を観測す
るためのセンサを設け、このセンサの観測結果によって
前記ウェーハの研磨状態を検知しつつ研磨を行うことを
特徴とするウェーハ製造方法である。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a platen having a polishing pad attached to a surface thereof, and a wafer holding head for holding a wafer to be polished and bringing one surface of the wafer into contact with the polishing pad, A wafer manufacturing method including a polishing step of polishing the wafer with the polishing pad by the relative movement between the wafer holding head and the platen, wherein the upper portion of the wafer holding head is horizontally rotatably supported by a spindle, A sensor for observing a force acting on the wafer during polishing is provided on one surface of a connection portion of the spindle with the wafer holding head, and polishing is performed while detecting a polishing state of the wafer based on an observation result of the sensor. And a method for manufacturing a wafer.
【0020】本発明によれば、複数のウェーハ保持ヘッ
ドが設置された場合でも、各々のウェーハに作用する力
をそれぞれ確実に観測しつつ研磨を行うことができる。
そのため、過研磨状態や研磨不足状態のウェーハの製造
を防ぐことができ、効率の良いウェーハの製造を実現す
ることができる。According to the present invention, even when a plurality of wafer holding heads are installed, polishing can be performed while reliably observing the forces acting on each wafer.
Therefore, it is possible to prevent the production of a wafer in an over-polished state or an insufficiently polished state, and to realize efficient production of a wafer.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態による
ウェーハ研磨装置を図面を参照して説明する。図1は本
発明のウェーハ研磨装置の一実施形態のうちスピンドル
1を示す断面図である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a wafer polishing apparatus according to one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a spindle 1 in one embodiment of the wafer polishing apparatus of the present invention.
【0022】なおこのスピンドル1は、例えば図6に示
したカルーセルとウェーハ保持ヘッドとを連結する部分
に設置されるものである。The spindle 1 is installed, for example, at a portion connecting the carousel and the wafer holding head shown in FIG.
【0023】図1において、スピンドル1は、カルーセ
ル2に設けられているスピンドルハウジング16に形成
された貫通孔である係合部22内部に設けられている。
このスピンドル1は、ほぼ円筒管形状に形成された軸本
体1aと、カルーセル2の下部に配されたスピンドル側
連結部4と、カルーセル2の上部に配されたハンドル支
持部9と、このハンドル支持部9から水平方向に延びる
ように設けられた調整ハンドル8と、上端側に設けられ
軸本体1aの管路1bと連通された流体供給口10とを
備えている。係合部22内部には第1ベアリング3が設
置されており、軸本体1aは第1ベアリング3によって
回転自在に支持されている。また、カルーセル2の上面
には、上側フランジ部15が設けられている。そして、
スピンドル1とカルーセル2とは取付ネジ2aによって
連結されている。In FIG. 1, the spindle 1 is provided inside an engaging portion 22 which is a through hole formed in a spindle housing 16 provided in the carousel 2.
The spindle 1 has a shaft main body 1a formed in a substantially cylindrical tube shape, a spindle-side connecting portion 4 disposed at a lower portion of the carousel 2, a handle support portion 9 disposed at an upper portion of the carousel 2, and a handle supporting portion 9. An adjustment handle 8 is provided to extend from the section 9 in the horizontal direction, and a fluid supply port 10 is provided on the upper end side and communicates with the conduit 1b of the shaft main body 1a. The first bearing 3 is provided inside the engaging portion 22, and the shaft main body 1 a is rotatably supported by the first bearing 3. An upper flange portion 15 is provided on the upper surface of the carousel 2. And
The spindle 1 and the carousel 2 are connected by mounting screws 2a.
【0024】スピンドルハウジング16のうち筒状に形
成された係合部22内部には第1ベアリング3が嵌合さ
れている。このとき、第1ベアリング3は係合部22内
部において軸線方向に摺動自在に支持されており、第1
ベアリング3の外周と係合部22内周とは固定されてい
ない状態となっている。また、第1ベアリング3と軸本
体1aの軸線方向の相対的位置は変化されないように設
けられている。The first bearing 3 is fitted inside the cylindrical engaging portion 22 of the spindle housing 16. At this time, the first bearing 3 is slidably supported in the axial direction inside the engaging portion 22,
The outer periphery of the bearing 3 and the inner periphery of the engaging portion 22 are not fixed. In addition, the relative positions of the first bearing 3 and the shaft main body 1a in the axial direction are provided so as not to be changed.
【0025】スピンドルハウジング16の下面には、円
環状に形成された環状凸部16aが鉛直方向下向きに二
重に形成されている。また、第1ベアリング3の内周下
部には、半径方向に突出した円環状の係止部16bが形
成されており、摺動自在に支持された第1ベアリング3
の下方への移動を規制している。このとき、係止部16
bの上面に円環状の板ばね25を設けることも可能であ
り、この板ばね25によって第1ベアリング3の下部と
係止部16bとが当接されたときの衝撃をやわらげるよ
うになっている。On the lower surface of the spindle housing 16, an annular convex portion 16a formed in an annular shape is doubly formed vertically downward. An annular locking portion 16b protruding in the radial direction is formed in the lower portion of the inner periphery of the first bearing 3, and the first bearing 3 slidably supported.
Is regulated downward movement. At this time, the locking portion 16
It is also possible to provide an annular leaf spring 25 on the upper surface of b, and this leaf spring 25 reduces the impact when the lower part of the first bearing 3 and the locking portion 16b are in contact. .
【0026】円筒状に形成された上側フランジ部15の
内部にはベアリング支持部5が設けられている。このベ
アリング支持部5は筒状に形成されており、外周面の下
部には位置調整用おねじ部6が形成されている。この位
置調整用おねじ部6は、スピンドルハウジング16の内
周面の上部に形成された位置調整用めねじ部13と螺合
されるようになっている。このとき位置調整用めねじ部
13の軸線方向の幅は、位置調整用おねじ部6の軸線方
向の幅より大きく形成されている。また、ベアリング支
持部5外周面と上側フランジ部15の内周面とは当接さ
れた状態であり、ベアリング支持部5は上側フランジ部
15内部で回転可能となっている。A bearing support 5 is provided inside the upper flange 15 formed in a cylindrical shape. The bearing support portion 5 is formed in a tubular shape, and a position adjusting male screw portion 6 is formed at a lower portion of the outer peripheral surface. The position adjusting male screw portion 6 is adapted to be screwed with a position adjusting female screw portion 13 formed on the upper portion of the inner peripheral surface of the spindle housing 16. At this time, the width of the position adjusting female screw portion 13 in the axial direction is larger than the width of the position adjusting male screw portion 6 in the axial direction. Further, the outer peripheral surface of the bearing support portion 5 is in contact with the inner peripheral surface of the upper flange portion 15, and the bearing support portion 5 is rotatable inside the upper flange portion 15.
【0027】ベアリング支持部5の筒状内部には第2ベ
アリング7が設けられており、軸本体1aは、この第2
ベアリング7と第1ベアリング3とで回転自在に支持さ
れた構成となっている。また、ベアリング支持部5の下
部には第2ベアリング7を下方から支持するように設け
られた段部5aが形成されているとともに、第2ベアリ
ング7外周とベアリング支持部5内周とは固定されてい
る。この第2ベアリング7はアンギュラ玉軸受によって
形成されており、軸本体1aの軸線方向(スラスト方
向)の移動を規制している。このため、軸本体1aと第
2ベアリング7との相対的位置は変化されないようにな
っている。A second bearing 7 is provided inside the cylindrical shape of the bearing support portion 5, and the shaft main body 1a
The bearing is rotatably supported by the bearing 7 and the first bearing 3. In addition, a step 5a provided to support the second bearing 7 from below is formed below the bearing support 5, and the outer periphery of the second bearing 7 and the inner periphery of the bearing support 5 are fixed. ing. The second bearing 7 is formed by an angular ball bearing, and regulates the movement of the shaft main body 1a in the axial direction (thrust direction). For this reason, the relative position between the shaft main body 1a and the second bearing 7 is not changed.
【0028】ベアリング支持部5の上方には筒状のハン
ドル支持部9が設けられている。このハンドル支持部9
はボルト14によってベアリング支持部5と固定されて
いるとともに、水平方向に延びるように設けられた調整
ハンドル8を連結させている。このとき、軸本体1aは
ハンドル支持部9の筒状内部で回転可能となっている。
そして調整ハンドル8を用いて、ハンドル支持部9をベ
アリング支持部5とともに回転させることにより、軸本
体1aは軸線方向に移動されるようになっている。Above the bearing support 5, a cylindrical handle support 9 is provided. This handle support 9
Is connected to the adjustment handle 8 which is fixed to the bearing support 5 by a bolt 14 and is provided so as to extend in the horizontal direction. At this time, the shaft main body 1a is rotatable inside the cylindrical shape of the handle support portion 9.
By rotating the handle support 9 together with the bearing support 5 using the adjustment handle 8, the shaft main body 1a is moved in the axial direction.
【0029】つまり、ベアリング支持部5とハンドル支
持部9と第2ベアリング7とは固定されているととも
に、第1ベアリング3はスピンドルハウジング16に対
して摺動可能となっている。また、第2ベアリング7に
よって軸本体1aのスラスト方向への移動は規制されて
おり、第1ベアリング3と第2ベアリング7と軸本体1
aとの相対的位置は変わらないように設けられている。That is, the bearing support 5, the handle support 9, and the second bearing 7 are fixed, and the first bearing 3 is slidable with respect to the spindle housing 16. The movement of the shaft body 1a in the thrust direction is restricted by the second bearing 7, and the first bearing 3, the second bearing 7, and the shaft body 1
The position relative to “a” is provided so as not to change.
【0030】このとき、ベアリング支持部5を回転させ
ることによって、位置調整用おねじ部6が位置調整用め
ねじ部13に沿って回転され、それに伴ってベアリング
支持部5はスピンドルハウジング16に対して軸線方向
に移動される。そのため軸本体1aは、ベアリング支持
部5との相対的位置を変えることなく、カルーセル2に
固定されたスピンドルハウジング16に対して相対的に
軸線方向に移動されるようになっている。At this time, by rotating the bearing support 5, the position adjusting male screw 6 is rotated along the position adjusting female screw 13, and accordingly, the bearing support 5 is moved relative to the spindle housing 16. Is moved in the axial direction. Therefore, the shaft main body 1a is moved in the axial direction relatively to the spindle housing 16 fixed to the carousel 2 without changing the relative position with respect to the bearing support portion 5.
【0031】なお、ハンドル支持部9の上方には目盛盤
26が設置されており、この目盛盤26によってハンド
ル支持部9を回転させた角度を確認できるようになって
いる。A scale 26 is provided above the handle support 9 so that the angle at which the handle 9 is rotated can be checked by the scale 26.
【0032】スピンドル1の上方には、軸本体1aの管
路1b内部に連通するように流体供給口10が設けられ
ている。この流体供給口10から供給される例えば空気
などの流体は、管路1bを通って下端の開口側まで送ら
れるようになっている。この流体供給口10近傍の軸本
体1aの周囲にはハウジング11が設けられており、流
体供給口10から供給される以外の流体が管路1b内部
に侵入するのを防止している。なお、ハウジング11内
部には第3ベアリング12が設けられており、軸本体1
aの回転を妨げないように構成されている。Above the spindle 1, a fluid supply port 10 is provided so as to communicate with the inside of the conduit 1b of the shaft main body 1a. A fluid such as air supplied from the fluid supply port 10 is sent to the lower opening side through the conduit 1b. A housing 11 is provided around the shaft main body 1a in the vicinity of the fluid supply port 10 to prevent fluid other than the fluid supplied from the fluid supply port 10 from entering the inside of the pipeline 1b. Note that a third bearing 12 is provided inside the housing 11, and the shaft body 1
It is configured not to hinder the rotation of a.
【0033】カルーセル2下方に突出したスピンドル1
の下部には、ウェーハ保持ヘッドと連結されるためのス
ピンドル側連結部4が形成されている。このスピンドル
連結部4は、軸本体1aに連結された外筒部17と、こ
の外筒部17内部に設けられた筒状の位置調整部材18
とを備えている。また、位置調整部材18の上方に一体
的に設置されたスペーサー21の厚みを変更することに
より、スピンドル側連結部4に連結されるウェーハ保持
ヘッドの位置を調整することも可能となっている。Carousel 2 Spindle 1 projecting downward
A spindle-side connection part 4 for connection with the wafer holding head is formed at the lower part of the head. The spindle connecting portion 4 includes an outer cylindrical portion 17 connected to the shaft main body 1 a and a cylindrical position adjusting member 18 provided inside the outer cylindrical portion 17.
And Further, by changing the thickness of the spacer 21 integrally provided above the position adjusting member 18, the position of the wafer holding head connected to the spindle side connecting portion 4 can be adjusted.
【0034】このうち位置調整部材18は、円筒状に形
成され下方に突出するように形成された突起部18a
と、この突起部18aと連続するように形成された鍔部
18bと、突起部18a内部の空間である凹部18cと
を備えている。また、突起部18aの内部には、管路1
bと連通するように鉛直方向に形成された供給管18d
が、突起部18aの下端面まで貫通するように設けられ
ている。The position adjusting member 18 has a projection 18a formed in a cylindrical shape and projecting downward.
And a flange 18b formed so as to be continuous with the projection 18a, and a recess 18c which is a space inside the projection 18a. In addition, the pipe line 1 is provided inside the projection 18a.
supply pipe 18d formed in the vertical direction so as to communicate with
Are provided so as to penetrate to the lower end surface of the projection 18a.
【0035】外筒部17の内周面にはヘッド取付用めね
じ部19が、突起部18aの外周面と対向する高さの位
置に形成されている。また、外筒部17の外側上面に
は、環状凸部16aに沿うように形成された環状凹部1
7aが設けられている。すなわちこれらによってラビリ
ンスリングが構成されており、環状凸部16aと環状凹
部17aとによって複雑な形状を有する隙間が形成され
たことにより、この隙間には粘性摩擦抵抗や表面張力が
作用され、第1ベアリング3側には研磨剤などの液体や
異物などが侵入しないようになっている。On the inner peripheral surface of the outer cylinder portion 17, a head mounting female screw portion 19 is formed at a position facing the outer peripheral surface of the projection 18a. An annular concave portion 1 formed along the annular convex portion 16a is formed on the outer upper surface of the outer cylindrical portion 17.
7a is provided. That is, a labyrinth ring is formed by these, and a gap having a complicated shape is formed by the annular convex portion 16a and the annular concave portion 17a. Viscous friction resistance and surface tension act on this gap, and the first A liquid such as an abrasive or a foreign matter does not enter the bearing 3 side.
【0036】鍔部18bには、圧電素子からなる圧力セ
ンサ20が設置されている。この圧力センサ20は、図
3に示すように鍔部18bの円周方向に等間隔に複数
(本実施形態では3つ)埋め込まれるように配置されて
いる。それぞれの圧力センサ20にはリード線が連結さ
れており、管路1bを通ってスピンドル1の上端に設け
られたアンプ20bに接続されている。圧力センサ20
の出力信号はリード線によってアンプ20bまで送ら
れ、外部の演算部に伝達されるようになっている。A pressure sensor 20 composed of a piezoelectric element is provided on the flange 18b. As shown in FIG. 3, a plurality of (three in this embodiment) pressure sensors 20 are arranged so as to be embedded at equal intervals in the circumferential direction of the flange portion 18b. A lead wire is connected to each pressure sensor 20, and is connected to an amplifier 20b provided at the upper end of the spindle 1 through a pipe 1b. Pressure sensor 20
Is sent to the amplifier 20b by a lead wire and transmitted to an external arithmetic unit.
【0037】次に、このスピンドル1に取り付けられる
ウェーハ保持ヘッドについて、図2を参照して説明す
る。図2において、ウェーハ保持ヘッド50は、天板部
53及び筒状に形成された周壁部54からなるヘッド本
体52と、ヘッド本体52の内部に張られたダイヤフラ
ム55と、ダイヤフラム55の下面に固定された円盤状
のキャリア56と、周壁部54の内壁とキャリア56の
外周面に同心状に設けられた円環状のリテーナリング5
7とを備えている。これらキャリア56及びリテーナリ
ング57は、ダイヤフラム55の弾性変形によって軸線
方向に移動可能となったフローティング構造となってい
る。Next, the wafer holding head mounted on the spindle 1 will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the wafer holding head 50 is fixed to a head main body 52 including a top plate 53 and a peripheral wall 54 formed in a cylindrical shape, a diaphragm 55 stretched inside the head main body 52, and a lower surface of the diaphragm 55. Disc-shaped carrier 56, and annular retainer ring 5 provided concentrically on the inner wall of peripheral wall portion 54 and the outer peripheral surface of carrier 56.
7 is provided. The carrier 56 and the retainer ring 57 have a floating structure that can be moved in the axial direction by elastic deformation of the diaphragm 55.
【0038】ヘッド本体52は、円板状の天板部53と
天板部53の外周下方に固定された筒状の周壁部54と
から構成され、ヘッド本体52の下端部は開口されて中
空になっている。天板部53は、スピンドル1に連結さ
れるためのヘッド側連結部であるシャフト部59に同軸
に固定されており、シャフト部59には、スピンドル1
の管路1bと連通される流路65が鉛直方向に形成され
ている。このシャフト部59の外周面には、ヘッド取付
用おねじ部58が形成されている。また、周壁部54の
下部には、全周にわたって段部54a及び半径方向内方
に突出された円環状の係止部60が形成されている。The head main body 52 is composed of a disk-shaped top plate 53 and a cylindrical peripheral wall 54 fixed below the outer periphery of the top plate 53. The lower end of the head main body 52 is open and hollow. It has become. The top plate portion 53 is coaxially fixed to a shaft portion 59 which is a head-side connecting portion for connecting to the spindle 1.
The flow path 65 communicating with the pipeline 1b is formed in the vertical direction. On the outer peripheral surface of the shaft portion 59, a head mounting male screw portion 58 is formed. Further, a step portion 54a and an annular locking portion 60 protruding inward in the radial direction are formed on the lower portion of the peripheral wall portion 54 over the entire circumference.
【0039】繊維補強ゴムなどの弾性材料からなるダイ
ヤフラム55は円環状または円板状に形成されており、
ダイヤフラム固定リング61によって周壁部4の内壁に
形成された段部54a上に固定されている。The diaphragm 55 made of an elastic material such as fiber reinforced rubber is formed in an annular or disk shape.
It is fixed on a step portion 54 a formed on the inner wall of the peripheral wall portion 4 by a diaphragm fixing ring 61.
【0040】ダイヤフラム55上方には流体室64が形
成されており、シャフト部59に形成された流路65と
連通されている。そして、流体室64内部に、スピンド
ル1の管路1bから流路65を通して、空気をはじめと
する流体が供給されることによって、流体室64内部の
圧力は調整される。A fluid chamber 64 is formed above the diaphragm 55, and communicates with a flow path 65 formed in the shaft portion 59. Then, a fluid such as air is supplied into the fluid chamber 64 from the pipe 1b of the spindle 1 through the flow path 65, so that the pressure inside the fluid chamber 64 is adjusted.
【0041】セラミック等の高剛性材料からなるキャリ
ア56はほぼ円盤状に一定の厚さで形成されており、ダ
イヤフラム55の上面に設けられたキャリア固定リング
62によって固定されている。キャリア固定リング62
の上部には円環状に段部62aが形成されており、天板
部53から鉛直方向に挿通されたナット69、スぺーサ
ー69aによって固定されているストッパーボルト68
の下端に形成された段部68aと係合されるようになっ
ている。そして、ウェーハ保持ヘッド50が、例えば昇
降機構118によって上昇し、キャリア56などの自重
によってダイヤフラム55が下方にたわんでも、段部6
2aと段部68aとが係合することにより、ダイヤフラ
ム55に過剰な力を作用させないようになっている。The carrier 56 made of a high-rigidity material such as ceramic is formed in a substantially disc-like shape with a constant thickness, and is fixed by a carrier fixing ring 62 provided on the upper surface of the diaphragm 55. Carrier fixing ring 62
A stepped portion 62a is formed in an annular shape at the upper part of the nut, a nut 69 inserted vertically from the top plate portion 53, and a stopper bolt 68 fixed by a spacer 69a.
Is engaged with a step 68a formed at the lower end thereof. Then, even if the wafer holding head 50 is raised by, for example, the elevating mechanism 118 and the diaphragm 55 bends downward due to its own weight of the carrier 56 or the like, the stepped portion 6 is formed.
The engagement between the step 2a and the step 68a prevents an excessive force from acting on the diaphragm 55.
【0042】リテーナリング57は、周壁部54の内壁
とキャリア56の外周面との間に円環状に形成されてお
り、周壁部54の内壁との間及びキャリア56の外周面
との間に僅かな隙間を空けて、周壁部54及びキャリア
56と同心状に配置されている。また、リテーナリング
57は、上端面及び下端面が水平に形成されており、ダ
イヤフラム55の上面に設けられたリテーナリング固定
リング63によって固定されている。また、リテーナリ
ング57の外周面には段部57aが形成されており、ウ
ェーハ保持ヘッド50が前記昇降機構118によって上
昇した際、段部57aと係止部60とが係合することに
よってリテーナリング57の下方向への過剰な移動を抑
え、ダイヤフラム55に局所的な力を作用させないよう
になっている。The retainer ring 57 is formed in an annular shape between the inner wall of the peripheral wall portion 54 and the outer peripheral surface of the carrier 56, and slightly between the inner wall of the peripheral wall portion 54 and the outer peripheral surface of the carrier 56. It is arranged concentrically with the peripheral wall portion 54 and the carrier 56 with an appropriate gap. Further, the retainer ring 57 has an upper end surface and a lower end surface formed horizontally, and is fixed by a retainer ring fixing ring 63 provided on the upper surface of the diaphragm 55. A step 57a is formed on the outer peripheral surface of the retainer ring 57. When the wafer holding head 50 is lifted by the elevating mechanism 118, the step 57a and the engaging portion 60 are engaged, so that the retainer ring is engaged. An excessive downward movement of the diaphragm 57 is suppressed, and a local force is not applied to the diaphragm 55.
【0043】キャリア56上面には、ダイヤフラム55
を介してトルク伝達部70が複数設けられている。この
トルク伝達部70は、図2、図4に示すように、キャリ
ア56上面に固定された断面U字状の第一部材70a
と、この第一部材70a上方の天板部53に固定された
直方体状の第二部材70bとから構成されている。第一
部材70aはその平面状部分を円周方向に向けて配置さ
れているとともに、第二部材70bは先端を第一部材7
0aのU字状内部に位置させている。このトルク伝達部
70は、ウェーハW研磨時においてスピンドル1の回転
力をキャリア56に安定して伝達させるとともに、ダイ
ヤフラム55に作用するねじれ方向の力を低減させ、ダ
イヤフラム55の破損を防止させている。A diaphragm 55 is provided on the upper surface of the carrier 56.
, A plurality of torque transmitting units 70 are provided. As shown in FIGS. 2 and 4, the torque transmitting portion 70 includes a first member 70 a having a U-shaped cross section fixed to the upper surface of the carrier 56.
And a rectangular parallelepiped second member 70b fixed to the top plate 53 above the first member 70a. The first member 70a is disposed with its planar portion facing in the circumferential direction, and the second member 70b has
0a is located inside the U-shape. The torque transmitting unit 70 stably transmits the rotational force of the spindle 1 to the carrier 56 during the polishing of the wafer W, reduces the torsional force acting on the diaphragm 55, and prevents the diaphragm 55 from being damaged. .
【0044】このトルク伝達部70は少なくとも円周方
向に2箇所以上設置されている。また、第一部材70a
のU字状内部と第二部材70bの先端とは間隔を有する
ように配置されており、キャリア56の軸線方向への移
動を妨げないようになっている。なおこのトルク伝達部
70の形状は上述のものに限らず、例えば第一部材70
aをピン形状のものとし、第二部材70bを円筒形状の
ものとすることも可能である。The torque transmitting section 70 is provided at at least two places in the circumferential direction. Also, the first member 70a
Is arranged so as to have an interval between the inside of the U-shape and the tip of the second member 70b so as not to hinder the movement of the carrier 56 in the axial direction. Note that the shape of the torque transmitting portion 70 is not limited to the above-described shape.
It is also possible that a is a pin-shaped member and the second member 70b is a cylindrical member.
【0045】このように構成されたスピンドル1とウェ
ーハ保持ヘッド50とは、それぞれに形成されたヘッド
取付用めねじ部19とヘッド取付用おねじ部58とを螺
着することによって連結される。The spindle 1 and the wafer holding head 50 configured as described above are connected to each other by screwing the head mounting female thread 19 and the head mounting male thread 58 formed respectively.
【0046】つまり、まずウェーハ保持ヘッド50をス
ピンドル1のスピンドル側連結部4の下方に配置すると
ともに、ヘッド側連結部であるシャフト部59とスピン
ドル側連結部4とを接近させる。このとき、突起部18
aと流路65とを嵌め合わせるようにし位置合わせを行
いつつ接近させる。このように、スピンドル側連結部4
にセンタリングを行うための位置調整部材18を設けた
ことにより、スピンドル1とウェーハ保持ヘッド50と
の中心位置合わせを容易に行うことができる。That is, first, the wafer holding head 50 is disposed below the spindle-side connecting portion 4 of the spindle 1, and the shaft portion 59, which is the head-side connecting portion, and the spindle-side connecting portion 4 are brought close to each other. At this time, the protrusion 18
a and the flow path 65 are fitted to each other so as to be close to each other while performing positioning. As described above, the spindle side connecting portion 4
By providing the position adjusting member 18 for performing centering, the center position between the spindle 1 and the wafer holding head 50 can be easily adjusted.
【0047】位置合わせを行いつつヘッド取付用めねじ
部19とヘッド取付用おねじ部58とを螺着させる。そ
して、ウェーハ保持ヘッド50のシャフト部9上端面と
スピンドル側連結部4内部に設けられた位置調整部材1
8の鍔部18bとが当接されるまでねじ込む。このと
き、シャフト部9上端面が当接される部分である鍔部1
8bに圧力センサ20を設けたことにより、このシャフ
ト部9上端面と圧力センサ20とは当接される。The head mounting internal thread 19 and the head mounting external thread 58 are screwed together while performing alignment. Then, the position adjusting member 1 provided inside the upper end surface of the shaft portion 9 of the wafer holding head 50 and the spindle side connecting portion 4.
8 until it comes into contact with the flange 18b. At this time, the flange portion 1 which is a portion to which the upper end surface of the shaft portion 9 contacts.
Since the pressure sensor 20 is provided on 8b, the upper end surface of the shaft portion 9 and the pressure sensor 20 are in contact with each other.
【0048】そして、シャフト部9上端面が圧力センサ
20を備えた鍔部18bを若干押さえるまでヘッド取付
用めねじ部19とヘッド取付用おねじ部58とを螺合さ
せることにより、ウェーハ保持ヘッド50とスピンドル
1との連結は終了される。Then, the female screw portion 19 for mounting the head and the male screw portion 58 for mounting the head are screwed together until the upper end surface of the shaft portion 9 slightly presses the flange portion 18b provided with the pressure sensor 20. The connection between 50 and the spindle 1 is terminated.
【0049】このようなスピンドル1に連結されたウェ
ーハ保持ヘッド50を用いてウェーハWの研磨を行う場
合、まずウェーハWは、キャリア56の下面に設けられ
たウェーハ付着シート56aに付着される。そして、ウ
ェーハWはリテーナリング57によって周囲を係止され
つつ、その表面をプラテン103上面に貼付された研磨
パッド102に当接させられる。なお、研磨パッド10
2の材質には、従来よりウェーハの研磨に使用されてい
たものであればいずれでも良く、例えばポリエステル等
からなる不織布にポリウレタン樹脂等の軟質樹脂を含浸
させたベロアタイプパッド、ポリエステル等の不織布を
基材としてその上に発泡ポリウレタン等からなる発泡樹
脂層を形成したスエードタイプパッド、或いは独立発泡
させたポリウレタン等からなる発泡樹脂シートが使用さ
れる。When the wafer W is polished using the wafer holding head 50 connected to the spindle 1, the wafer W is first attached to a wafer attachment sheet 56 a provided on the lower surface of the carrier 56. Then, while the periphery of the wafer W is locked by the retainer ring 57, the surface thereof is brought into contact with the polishing pad 102 attached to the upper surface of the platen 103. The polishing pad 10
The material 2 may be any material that has been conventionally used for polishing a wafer. For example, a velor-type pad in which a soft resin such as a polyurethane resin is impregnated into a non-woven fabric made of polyester or the like, a non-woven fabric such as polyester is used. As the base material, a suede-type pad having a foamed resin layer made of foamed polyurethane or the like formed thereon, or a foamed resin sheet made of independently foamed polyurethane or the like is used.
【0050】次に、図示しない流体供給手段から流体供
給口10に空気などの流体を供給させる。供給された流
体は管路1bを通過し、流路65から流体室64に流入
される。流入された流体は、流体室64内の圧力を調節
し、キャリア56及びリテーナリング57の研磨パッド
102への押圧圧力を調節する。キャリア56及びリテ
ーナリング57はダイヤフラム55に支持された、それ
ぞれ独立して上下方向に変位可能なフローティング構造
となっており、流体室64内部の圧力によって研磨パッ
ド102への押圧圧力が調節可能となっている。Next, a fluid such as air is supplied to the fluid supply port 10 from a fluid supply means (not shown). The supplied fluid passes through the conduit 1 b and flows into the fluid chamber 64 from the flow path 65. The flowed fluid regulates the pressure in the fluid chamber 64 and regulates the pressing pressure of the carrier 56 and the retainer ring 57 against the polishing pad 102. The carrier 56 and the retainer ring 57 have a floating structure supported by the diaphragm 55 and can be independently displaced in the vertical direction, and the pressure inside the fluid chamber 64 can be adjusted by the pressure applied to the polishing pad 102. ing.
【0051】そして、キャリア56及びリテーナリング
57の研磨パッド102への押圧圧力を調節しつつ、プ
ラテン103を回転させるとともに、ウェーハ保持ヘッ
ド50を遊星回転させるようになっている。これと同時
に、図示しない研磨剤供給手段から研磨剤を研磨パッド
102表面やウェーハWの研磨面に供給させることによ
りウェーハWは研磨される。While adjusting the pressure of the carrier 56 and the retainer ring 57 against the polishing pad 102, the platen 103 is rotated, and the wafer holding head 50 is rotated in a planetary manner. At the same time, the wafer W is polished by supplying the polishing agent from the polishing agent supply means (not shown) to the surface of the polishing pad 102 and the polishing surface of the wafer W.
【0052】ウェーハWに作用する鉛直方向及び円周方
向に作用される研磨抵抗は、シャフト部59の上端面に
当接された圧力センサ20によって検知される。The polishing resistance acting on the wafer W in the vertical and circumferential directions is detected by the pressure sensor 20 abutting on the upper end surface of the shaft portion 59.
【0053】この圧力センサ20は圧電素子からなって
おり、水平方向に作用されるせん断力と鉛直方向に作用
される応力とを両方検出可能としている。そして、水平
方向の力においては、回転方向の力(トルク)と、半径
方向(直角方向)の力とを両方検出可能となっている。
つまり、この圧電素子に外部応力などが作用されること
によって、その出力端に電気信号が発生する圧電効果を
利用したものである。この圧電素子は、両端に設けられ
た電極と、これら電極に挟まれるように設けられた積層
体である圧電セラミックとから概略構成されており、例
えば初期状態から圧縮されると正電圧を生じさせ、逆に
伸張されると負電圧を生じさせるものである。この圧電
素子からなる圧力センサ20は、スピンドル1とウェー
ハ保持ヘッド50とを締結させることにより、予めある
程度圧縮された状態となっている。つまり、ウェーハW
研磨前にあたかもバイアス電圧が印加されたような初期
状態を形成させている。The pressure sensor 20 is made of a piezoelectric element, and can detect both a shearing force applied in the horizontal direction and a stress applied in the vertical direction. As for the force in the horizontal direction, both the force in the rotational direction (torque) and the force in the radial direction (right angle direction) can be detected.
In other words, the piezoelectric element utilizes the piezoelectric effect in which an external signal or the like is applied to the piezoelectric element to generate an electric signal at its output terminal. This piezoelectric element is roughly composed of electrodes provided at both ends and a piezoelectric ceramic which is a laminated body provided so as to be sandwiched between these electrodes, and generates a positive voltage when compressed from an initial state, for example. , When it is expanded, a negative voltage is generated. The pressure sensor 20 composed of the piezoelectric element is compressed to some extent in advance by fastening the spindle 1 and the wafer holding head 50. That is, the wafer W
Before the polishing, an initial state as if a bias voltage was applied is formed.
【0054】ウェーハW研磨時には、ウェーハ保持ヘッ
ド50のウェーハWを研磨パッド102に当接させるこ
とによって圧力センサ20には鉛直方向の力が作用され
るため、圧力センサ20は圧縮状態となっている。この
とき、圧力センサ20は例えば正電圧を出力させるよう
になっており、この出力信号は、リード線によってアン
プ20bに伝達されるとともに、外部に設けられ圧力セ
ンサ20からの信号を力の値に演算する演算部を経てモ
ニターなどに送信されるようになっている。During polishing of the wafer W, a vertical force is applied to the pressure sensor 20 by bringing the wafer W of the wafer holding head 50 into contact with the polishing pad 102, so that the pressure sensor 20 is in a compressed state. . At this time, the pressure sensor 20 outputs, for example, a positive voltage, and this output signal is transmitted to the amplifier 20b by a lead wire, and a signal from the pressure sensor 20 provided outside is converted into a force value. The data is transmitted to a monitor or the like via a calculation unit for calculating.
【0055】また、ウェーハWが研磨パッド102によ
って研磨される場合、ウェーハWと研磨パッド102と
の間には摩擦力が生じる。そして、ウェーハ保持ヘッド
50には回転方向の力が作用し、この圧力センサ20に
はせん断力が作用される。このとき、圧電素子からなる
圧力センサ20は、あたかも伸縮されるように変形され
るため、例えば負電圧を生じさせる。When the wafer W is polished by the polishing pad 102, a frictional force is generated between the wafer W and the polishing pad 102. Then, a rotational force acts on the wafer holding head 50, and a shear force acts on the pressure sensor 20. At this time, the pressure sensor 20 made of a piezoelectric element is deformed as if it were expanded and contracted, and thus generates, for example, a negative voltage.
【0056】このように、圧力センサ20として圧電素
子を用いたことにより、ウェーハWに作用する鉛直方向
の力と水平方向の力(回転円周方向及び半径方向)とを
検出することができる。As described above, by using the piezoelectric element as the pressure sensor 20, it is possible to detect the vertical force and the horizontal force (rotating circumferential direction and radial direction) acting on the wafer W.
【0057】研磨されているウェーハWが所望の研磨状
態を得たとき、圧力センサ20から検出される信号はそ
れまでの値から変化するとともに、その後一定値を示す
ようになる。そして、この値が安定した時点で所望の研
磨状態を得たとみなしウェーハWの研磨を終了させる。When the polished wafer W has attained a desired polishing state, the signal detected from the pressure sensor 20 changes from its previous value and then shows a constant value. Then, when this value is stabilized, it is considered that a desired polishing state has been obtained, and polishing of the wafer W is completed.
【0058】例えば図5(a1)、(b1)に示すよう
な構成を持つ2種類のウェーハW1、W2を研磨した場
合について説明する。図5(a1)に示すウェーハW1
はSiO2 層の溝部にCuが埋め込まれるように研磨さ
れるべきものであって、この場合の研磨終点はCu層を
研磨してバリアメタル層を表面に現させるとともにこの
バリアメタル層と溝部のCuとを平坦化させた状態であ
る。一方、図5(b1)に示すウェーハW2は、酸化膜
を平坦化させるように研磨されるべきものであって、こ
の場合の研磨終点は酸化膜を平坦化させた状態である。
図5(a2)、(b2)は、このときの圧力センサ20
の信号に基づく演算部からの出力値である。ウェーハW
1において、研磨されるCu層は除々に平坦化されて研
磨パッド102との接触面積を大きくさせるので摩擦力
は上昇し、したがって図5(a2)に示すようにこのと
きの出力信号の値は除々に上昇する。そしてCu層をさ
らに研磨し、バリアメタル層が表面に現れると、バリア
メタル層はCu層より摩擦係数が低いので、出力信号は
急激に低下する。この、出力信号が急激に低下した状態
が研磨終点であってこの時点で研磨は終了される。ウェ
ーハW2において、研磨終点は酸化膜が平坦化された状
態である。したがって、酸化膜が平坦化して出力信号の
最大値が一定時間安定した時点で研磨を終了させる。す
なわち、図5(b1)、(b2)に示すように、酸化膜
が平坦化された時点h1からさらに研磨を行い、出力信
号の最大値が一定時間安定した時点h2において研磨を
終了させる。For example, a case where two types of wafers W1 and W2 having the structures shown in FIGS. 5A1 and 5B1 are polished will be described. Wafer W1 shown in FIG.
Is to be polished so that Cu is buried in the groove of the SiO2 layer. In this case, the polishing end point is to polish the Cu layer so that the barrier metal layer is exposed on the surface, Are flattened. On the other hand, the wafer W2 shown in FIG. 5B1 is to be polished so as to flatten the oxide film, and the polishing end point in this case is a state where the oxide film is flattened.
FIGS. 5A2 and 5B2 show the pressure sensor 20 at this time.
Is an output value from the calculation unit based on the signal of Wafer W
In FIG. 1, the Cu layer to be polished is gradually flattened to increase the contact area with the polishing pad 102, so that the frictional force increases. Therefore, as shown in FIG. 5 (a2), the value of the output signal at this time is Gradually rise. Then, when the Cu layer is further polished and the barrier metal layer appears on the surface, the output signal sharply drops because the barrier metal layer has a lower coefficient of friction than the Cu layer. This state where the output signal sharply drops is the polishing end point, and polishing is terminated at this point. In the wafer W2, the polishing end point is a state where the oxide film is flattened. Therefore, the polishing is terminated when the oxide film is flattened and the maximum value of the output signal is stabilized for a certain period of time. That is, as shown in FIGS. 5 (b1) and 5 (b2), the polishing is further performed from the time point h1 when the oxide film is flattened, and the polishing is terminated at the time point h2 when the maximum value of the output signal is stabilized for a certain time.
【0059】このように、ウェーハWの研磨終点検出と
して、スピンドル1とウェーハ保持ヘッド50との連結
部分に圧力センサ20を設置したことにより、複数のウ
ェーハ保持ヘッド50を有する場合でも、それぞれのウ
ェーハ保持ヘッド50に保持されたウェーハWに作用す
る力を観測することができる。そのため、過研磨状態や
研磨不足状態のウェーハWを生じさせること無く、個々
のウェーハ保持ヘッド50で安定した研磨終点検出を行
うことができる。また、圧力センサ20をスピンドル1
側に設置したため、個々のウェーハ保持ヘッド50に圧
力センサ20を設置する必要が無く、使用するセンサの
数を抑えることができる。As described above, by detecting the polishing end point of the wafer W by installing the pressure sensor 20 at the connection portion between the spindle 1 and the wafer holding head 50, even when a plurality of wafer holding heads 50 are provided, each The force acting on the wafer W held by the holding head 50 can be observed. Therefore, stable polishing end point detection can be performed by the individual wafer holding heads 50 without causing a wafer W in an over-polished state or a polished state. The pressure sensor 20 is connected to the spindle 1
Since it is installed on the side, it is not necessary to install the pressure sensor 20 in each wafer holding head 50, and the number of sensors to be used can be suppressed.
【0060】圧力センサ20に圧電素子を用いたことに
より、装置の剛性の低下を最小限に抑えることができる
る。また、ウェーハWに作用する力は圧電素子に作用さ
れるせん断力によって検出することができ、わずかな研
磨抵抗の変化でも確実に観測することができる。By using a piezoelectric element for the pressure sensor 20, a decrease in the rigidity of the device can be minimized. Further, the force acting on the wafer W can be detected by the shear force acting on the piezoelectric element, and even a slight change in polishing resistance can be reliably observed.
【0061】そして、圧力センサ20をシャフト部59
上端面とスピンドル側連結部4との当接部分である鍔部
18bに、円周方向に複数設置させたことにより、円周
方向と半径方向とのせん断力を、いずれかの圧力センサ
20で確実に検出することができる。なお、この圧力セ
ンサ20は、軸本体1a下端面と位置調整部材18の上
部に一体的に設けられたスペーサー21との当接面に配
置することも可能である。すなわち、複数の圧力センサ
20をスペーサー21の上端面に円周方向に設置するこ
とも可能であるし、あるいは軸本体1aの下端面に設置
することも可能である。Then, the pressure sensor 20 is connected to the shaft portion 59.
A plurality of circumferentially arranged flanges 18b, which are contact portions between the upper end surface and the spindle-side connecting portion 4, allow the shear force in the circumferential direction and the radial direction to be measured by one of the pressure sensors 20. It can be detected reliably. The pressure sensor 20 can be disposed on a contact surface between a lower end surface of the shaft main body 1a and a spacer 21 provided integrally on the upper portion of the position adjusting member 18. That is, a plurality of pressure sensors 20 can be installed on the upper end surface of the spacer 21 in the circumferential direction, or can be installed on the lower end surface of the shaft main body 1a.
【0062】また、ウェーハ保持ヘッド50の高さ調整
機構として、ベアリング支持部5外方の位置調整用おね
じ部6と、この位置調整用おねじ部6に螺合されカルー
セル2に設けられているスピンドルハウジング16に形
成させた位置調整用めねじ部13と、前記ベアリング支
持部5に固定され、このベアリング支持部5を回転させ
るとともに調節ハンドル8を有したハンドル支持部9と
を設けたことにより、ベアリング支持部5をハンドル支
持部9とともに回転させることによって、スピンドル1
は上下方向に移動されるようになっている。そのため、
ウェーハ保持ヘッド50の位置の微調整を容易に行うこ
とができるとともに、ウェーハWと研磨パッド102と
の押圧力の微調整を行うことができ、複数のウェーハ保
持ヘッド50を備えた構成でも、それぞれの調整を行う
ことができ、全てのウェーハWの研磨を安定して行うこ
とができる。As a height adjusting mechanism of the wafer holding head 50, a position adjusting male screw portion 6 outside the bearing support portion 5, and screwed to the position adjusting male screw portion 6 and provided in the carousel 2. And a handle support portion 9 fixed to the bearing support portion 5 for rotating the bearing support portion 5 and having an adjusting handle 8. By rotating the bearing support 5 together with the handle support 9, the spindle 1
Is to be moved up and down. for that reason,
The fine adjustment of the position of the wafer holding head 50 can be easily performed, and the fine adjustment of the pressing force between the wafer W and the polishing pad 102 can be performed. Can be adjusted, and the polishing of all the wafers W can be performed stably.
【0063】なお、この高さ調整は調整ハンドル8によ
って手動に行われるが、サーボモータ等の各種アクチュ
エータを用いて自動的に行うことももちろん可能であ
る。Although the height adjustment is manually performed by the adjustment handle 8, it is of course possible to automatically perform the height adjustment using various actuators such as a servomotor.
【0064】また、トルク伝達部70を設けたことによ
り、フローティング構造であるウェーハ保持ヘッド50
が回転されても、ダイヤフラム55に作用するねじり方
向への過剰な力の作用を低減させることができ、フロー
ティング効果を維持しつつ、このダイヤフラム55の損
傷を防止することができる。The provision of the torque transmitting section 70 allows the wafer holding head 50 having a floating structure to be provided.
Even if is rotated, the action of excessive force acting on the diaphragm 55 in the torsional direction can be reduced, and the diaphragm 55 can be prevented from being damaged while maintaining the floating effect.
【0065】なお、このトルク伝達部70をキャリア5
6の上面のみに設けるだけではなく、図2の第2トルク
伝達部70’のように、リテーナリング57上方にも設
けることは可能である。このようなトルク伝達部70’
をリテーナリング57上面にダイヤフラム55を介して
設けさせることにより、ダイヤフラム55に作用するね
じり方向の力を更に低減させつつ、スピンドル1の回転
力をキャリア56及びリテーナリング57に伝達させる
ことができる。It should be noted that this torque transmitting portion 70 is
6 can be provided not only on the upper surface but also above the retainer ring 57 like the second torque transmitting portion 70 'in FIG. Such a torque transmitting unit 70 '
Is provided on the upper surface of the retainer ring 57 via the diaphragm 55, so that the rotational force of the spindle 1 can be transmitted to the carrier 56 and the retainer ring 57 while further reducing the torsional force acting on the diaphragm 55.
【0066】また、このダイヤフラム55をゴムによっ
て形成するのではなく、例えばフローティング効果を失
わない程度の弾性を有する鉄などの金属膜を用いること
も可能である。ダイヤフラム55に金属膜を用いること
によりその強度は増され、ウェーハ保持ヘッド50が高
速に回転されても、ダイヤフラム55の損傷を防止する
ことができる。Instead of forming the diaphragm 55 by rubber, it is also possible to use a metal film of iron or the like having such an elasticity that the floating effect is not lost. By using a metal film for the diaphragm 55, its strength is increased, and even if the wafer holding head 50 is rotated at a high speed, damage to the diaphragm 55 can be prevented.
【0067】[0067]
【発明の効果】本発明のウェーハ研磨装置及びウェーハ
製造方法は、以下のような効果を有するものである。The wafer polishing apparatus and the wafer manufacturing method of the present invention have the following effects.
【0068】請求項1に記載の発明によれば、スピンド
ルとウェーハ保持ヘッドとの連結部分にセンサを設けた
ことにより、複数のウェーハ保持ヘッドを有する場合で
も、それぞれのウェーハ保持ヘッドに保持されたウェー
ハに作用する力を観測することができる。そのため、過
研磨状態や研磨不足状態のウェーハを生じさせること無
く、安定した研磨終点検出を行うことができる。また、
センサをスピンドル側に設けたため、個々のウェーハ保
持ヘッドにセンサを設置する必要が無く、使用するセン
サの数を抑えることができる。According to the first aspect of the present invention, since the sensor is provided at the connecting portion between the spindle and the wafer holding head, even when a plurality of wafer holding heads are provided, each sensor is held by each wafer holding head. The force acting on the wafer can be observed. Therefore, stable polishing end point detection can be performed without causing a wafer in an over-polished state or a poorly polished state. Also,
Since the sensors are provided on the spindle side, there is no need to install the sensors in each wafer holding head, and the number of sensors to be used can be reduced.
【0069】請求項2に記載の発明によれば、前記スピ
ンドルとウェーハ保持ヘッドとは、それぞれに形成され
た前記めねじ部とおねじ部とを螺着させることによって
安定して連結される。そして、前記シャフト部上端面に
当接される部分にセンサを配置させたことにより、ウェ
ーハに作用する力は前記ウェーハ保持ヘッドを介して確
実に前記センサに観測される。According to the second aspect of the present invention, the spindle and the wafer holding head are stably connected by screwing the female screw portion and the male screw portion formed respectively. Then, by disposing the sensor at a portion which is in contact with the upper end surface of the shaft portion, the force acting on the wafer is reliably observed by the sensor via the wafer holding head.
【0070】請求項3に記載の発明によれば、スピンド
ルとウェーハ保持ヘッドとの間に位置調整部材を設ける
とともに、この位置調整部材のスペーサー部分の厚みを
変更することによって、スピンドルに連結されるウェー
ハ保持ヘッドの位置を調整することが可能となる。そし
て、スピンドル軸本体下端面と位置調整部材とが当接さ
れる部分にセンサを配置させたことにより、ウェーハに
作用する力は前記ウェーハ保持ヘッドを介して確実に前
記センサに観測される。According to the third aspect of the present invention, the position adjusting member is provided between the spindle and the wafer holding head, and the thickness of the spacer portion of the position adjusting member is changed to be connected to the spindle. The position of the wafer holding head can be adjusted. And, by disposing the sensor at the portion where the lower end surface of the spindle shaft body and the position adjusting member abut, the force acting on the wafer can be reliably observed by the sensor via the wafer holding head.
【0071】請求項4に記載の発明によれば、センサに
圧電素子を用いたことにより、ウェーハに作用する鉛直
方向の力とせん断方向の力とを観測することができると
ともに、装置の剛性の低下を最小限に抑えることができ
る。According to the fourth aspect of the present invention, by using the piezoelectric element for the sensor, the vertical force and the shear force acting on the wafer can be observed, and the rigidity of the apparatus can be reduced. Reduction can be minimized.
【0072】請求項5に記載の発明によれば、複数のウ
ェーハ保持ヘッドが設置された場合でも、各々のウェー
ハに作用する力をそれぞれ確実に観測しつつ研磨を行う
ことができる。そのため、過研磨状態や研磨不足状態の
ウェーハの製造を防ぐことができ、効率の良いウェーハ
の製造を実現することができる。According to the fifth aspect of the invention, even when a plurality of wafer holding heads are installed, polishing can be performed while reliably observing the forces acting on each wafer. Therefore, it is possible to prevent the production of a wafer in an over-polished state or an insufficiently polished state, and to realize efficient production of a wafer.
【図1】本発明のウェーハ研磨装置の実施形態の一例を
示す図のうちスピンドルの断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a spindle in a view showing an example of an embodiment of a wafer polishing apparatus of the present invention.
【図2】本発明のウェーハ研磨装置の実施形態の一例を
示す図のうちウェーハ保持ヘッドの断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a wafer holding head in a view showing an example of an embodiment of a wafer polishing apparatus of the present invention.
【図3】スピンドルに設けられた圧力センサの配置を説
明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an arrangement of a pressure sensor provided on a spindle.
【図4】トルク伝達部を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a torque transmission unit.
【図5】ウェーハの層構成を示す断面図及びこれらのウ
ェーハを研磨したときのセンサの出力結果を説明する図
である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a layer configuration of a wafer and a view for explaining an output result of a sensor when the wafer is polished.
【図6】ウェーハ研磨装置全体を説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating the entire wafer polishing apparatus.
1 スピンドル 1a 軸本体 1b 管路 2 カルーセル 3 第1ベアリング 4 スピンドル側連結部 5 ベアリング支持部 6 位置調整用おねじ部 7 調整ハンドル 9 ハンドル支持部 10 流体供給口 13 位置調整用めねじ部 16 スピンドルハウジング 18 位置調整部材 18a 突起部 18b 鍔部 19 ヘッド取付用めねじ部 20 圧力センサ 50 ウェーハ保持ヘッド 52 ヘッド本体 53 天板部 54 周壁部 55 ダイヤフラム 56 キャリア 57 リテーナリング 58 ヘッド取付用おねじ部 59 シャフト部 70 トルク伝達部 102 研磨パッド 103 プラテン W ウェーハ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Spindle 1a Shaft main body 1b Pipe line 2 Carousel 3 First bearing 4 Spindle side connection part 5 Bearing support part 6 Position adjustment external thread part 7 Adjustment handle 9 Handle support part 10 Fluid supply port 13 Position adjustment internal thread part 16 Spindle Housing 18 Position adjusting member 18a Projection 18b Flange 19 Head female thread 20 Pressure sensor 50 Wafer holding head 52 Head body 53 Top plate 54 Peripheral wall 55 Diaphragm 56 Carrier 57 Retaining ring 58 Head mounting screw 59 Shaft section 70 Torque transmission section 102 Polishing pad 103 Platen W Wafer
Claims (5)
と、研磨すべきウェーハを保持して前記研磨パッドにウ
ェーハの一面を当接させるウェーハ保持ヘッドとを具備
し、このウェーハ保持ヘッドと前記プラテンとの相対運
動により前記研磨パッドで前記ウェーハを研磨するウェ
ーハ研磨装置であって、 前記ウェーハ保持ヘッドは、上部に連結されたスピンド
ルによって水平回転自在に支持されるとともに、 このスピンドルの前記ウェーハ保持ヘッドとの連結部分
の一面には、研磨時における前記ウェーハに作用する力
を観測するためのセンサが設けられたことを特徴とする
ウェーハ研磨装置。A platen having a polishing pad affixed to a surface thereof; and a wafer holding head for holding a wafer to be polished and bringing one surface of the wafer into contact with the polishing pad. A wafer polishing apparatus for polishing the wafer with the polishing pad by a relative movement of the wafer holding head, wherein the wafer holding head is horizontally rotatably supported by a spindle connected to an upper part thereof, and the wafer holding head of the spindle And a sensor for observing a force acting on the wafer at the time of polishing is provided on one surface of a portion connected to the wafer.
って、 前記ウェーハ保持ヘッドは、その上部に設けられ外周面
におねじ部を有した円柱状のシャフト部を備え、 前記スピンドルは、下向きに開口した円筒状の外筒部
と、この外筒部の内周面に形成され前記おねじ部と螺合
されるためのめねじ部と、前記外筒部内部に設けられ前
記おねじ部とめねじ部とを螺着したとき前記シャフト部
上端面と当接される位置に配置された当接面とを備えて
おり、 前記センサは、前記当接面の周方向に間隔を有して複数
配置されたことを特徴とするウェーハ研磨装置。2. The wafer polishing apparatus according to claim 1, wherein the wafer holding head includes a columnar shaft portion provided on an upper portion thereof and having a thread portion on an outer peripheral surface, and the spindle includes: A cylindrical outer cylinder portion that opens downward, a female thread portion formed on the inner peripheral surface of the outer cylinder portion to be screwed with the male thread portion, and the male screw provided inside the outer cylinder portion; And an abutting surface arranged at a position where it abuts on the upper end surface of the shaft portion when the portion and the female screw portion are screwed. The sensor has a gap in a circumferential direction of the abutting surface. A plurality of wafer polishing apparatuses.
って、 前記ウェーハ保持ヘッドは、その上部に設けられ外周面
におねじ部を有した円柱状のシャフト部を備え、 前記スピンドルは、このスピンドル軸本体下部に連結さ
れ下向きに開口した円筒状の外筒部と、この外筒部の内
周面に形成され前記おねじ部と螺合されるためのめねじ
部と、前記外筒部内部に設けられ一面を前記軸本体下端
面に当接させるとともに他面を前記おねじ部とめねじ部
とが螺着されたとき前記シャフト部上端面に当接される
位置調整部材とを備えており、 前記センサは、前記軸本体下端面と位置調整部材との当
接面の周方向に間隔を有して複数配置されたことを特徴
とするウェーハ研磨装置。3. The wafer polishing apparatus according to claim 1, wherein the wafer holding head includes a columnar shaft part provided on an upper part thereof and having a thread part on an outer peripheral surface, and the spindle comprises: A cylindrical outer cylinder portion that is connected to a lower portion of the spindle shaft main body and that opens downward; a female thread portion formed on an inner peripheral surface of the outer cylinder portion to be screwed with the male thread portion; A position adjusting member that is provided inside the portion and has one surface abutting on the lower end surface of the shaft main body and the other surface abutting on the upper end surface of the shaft portion when the male screw portion and the female screw portion are screwed. And a plurality of the sensors are arranged at intervals in a circumferential direction of a contact surface between the lower end surface of the shaft main body and a position adjusting member.
ェーハ研磨装置であって、 前記センサは、圧電素子からなることを特徴をするウェ
ーハ研磨装置。4. The wafer polishing apparatus according to claim 1, wherein the sensor comprises a piezoelectric element.
と、研磨すべきウェーハを保持して前記研磨パッドにウ
ェーハの一面を当接させるウェーハ保持ヘッドとを具備
し、このウェーハ保持ヘッドと前記プラテンとの相対運
動により前記研磨パッドで前記ウェーハを研磨する研磨
工程を含んだウェーハ製造方法であって、 前記ウェーハ保持ヘッドの上部をスピンドルによって水
平回転自在に支持させるとともに、 このスピンドルの前記ウェーハ保持ヘッドとの連結部分
の一面に、研磨時における前記ウェーハに作用する力を
観測するためのセンサを設け、 このセンサの観測結果によって前記ウェーハの研磨状態
を検知しつつ研磨を行うことを特徴とするウェーハ製造
方法。5. A polishing apparatus comprising: a platen having a polishing pad adhered to a surface thereof; and a wafer holding head for holding a wafer to be polished and bringing one surface of the wafer into contact with the polishing pad. A polishing step of polishing the wafer with the polishing pad by relative movement of the wafer holding head, wherein an upper portion of the wafer holding head is horizontally rotatably supported by a spindle, and the wafer holding head of the spindle A sensor for observing a force acting on the wafer at the time of polishing on one surface of a portion connected to the wafer, and performing polishing while detecting a polishing state of the wafer based on an observation result of the sensor. Production method.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13501799A JP2000331969A (en) | 1999-05-14 | 1999-05-14 | Wafer-polishing device and manufacture of wafer |
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