【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はポリッシング装置に
係り、特に研磨用パッドを表面に備えた回転ドラムによ
り、半導体ウエハ等の研磨対象物の表面を平坦且つ鏡面
に研磨するポリッシング装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polishing apparatus, and more particularly to a polishing apparatus for polishing a surface of an object to be polished such as a semiconductor wafer to a flat and mirror surface by a rotating drum having a polishing pad on the surface.
【０００２】[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高い
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鏡面研磨することが行なわ
れている。2. Description of the Related Art In recent years, as the degree of integration of semiconductor devices has increased, circuit wiring has become finer, and the distance between wirings has become smaller. In particular, in the case of optical lithography of 0.5 μm or less, since the depth of focus becomes shallow, a high flatness of the image forming surface of the stepper is required. Therefore, it is necessary to planarize the surface of the semiconductor wafer. As one means of this planarization method, mirror polishing is performed by a polishing apparatus.
【０００３】このための研磨装置として、研磨布を有す
るターンテーブルにワーク（研磨対象物）を押し付けて
研磨を行なう方法が用いられているが、近年これに替わ
る形式のものとして、ワークに、周面が線接触する状態
で押し付けられた円柱状の回転ドラムを回転させつつ、
該回転ドラムの周面と被研磨面との間に砥液を供給し、
両者に適当な相対移動を与えることによりポリッシング
を行なうポリッシング装置が提案されている。As a polishing apparatus for this purpose, a method in which a work (object to be polished) is pressed against a turntable having a polishing cloth to perform polishing has been used. While rotating the cylindrical rotary drum pressed with the surface in line contact,
Abrasive liquid is supplied between the peripheral surface of the rotating drum and the surface to be polished,
A polishing apparatus that performs polishing by giving an appropriate relative movement to both has been proposed.
【０００４】このような回転ドラムを用いた方法によれ
ば、前述したターンテーブルを用いる場合に比べて研磨
工具が小さくて済み、ポリッシング装置をコンパクトな
ものとすることができる。又、ポリッシング対象の半導
体ウエハの研磨面を直接目視することができるので、ポ
リッシング中におけるその時点での研磨量あるいは残膜
量の測定も容易となる。According to such a method using a rotary drum, a polishing tool can be smaller than in the case of using the above-described turntable, and the polishing apparatus can be made compact. Further, since the polished surface of the semiconductor wafer to be polished can be directly visually observed, it is easy to measure the polished amount or the remaining film amount at that time during polishing.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
技術においてワークを研磨工具に対して相対移動させな
いと、ワークの被研磨面内で均一な研磨量を得ることが
難しいので、両者を被研磨面に沿う所定方向に相対移動
することが考えられる。しかしながら、このように研磨
工具とワークを相対移動させると、工具面とワークの相
対移動に伴って工具と被研磨物の接触線の長さが変化す
るので、例えば、半導体ウエハのような円形物を研磨す
る場合には、外周部において押圧力が強くなり、研磨量
が増大して、いわゆるフチダレ現象が生じやすいという
問題が生じる。However, in such a technique, it is difficult to obtain a uniform amount of polishing on the surface to be polished unless the workpiece is moved relative to the polishing tool. It is conceivable to relatively move in a predetermined direction along the surface. However, when the polishing tool and the workpiece are relatively moved in this manner, the length of the contact line between the tool and the object to be polished changes with the relative movement of the tool surface and the workpiece. In the case of polishing, there is a problem that the pressing force becomes strong at the outer peripheral portion, the polishing amount increases, and a so-called marginal phenomenon easily occurs.
【０００６】これは研磨工具とワークの間に一定荷重を
掛けているために起きるものである。また、流体圧シリ
ンダなどの加圧手段は、流体圧調整弁の動きが十分速く
ないこと、シリンダ容積があること、シリンダピストン
やシール部に摺動部があることなどのため、これらを用
いて接触圧を制御するとしても、充分な応答速度と制御
精度が得にくい。This occurs because a constant load is applied between the polishing tool and the work. In addition, pressurizing means such as fluid pressure cylinders use these because the movement of the fluid pressure regulating valve is not fast enough, there is a cylinder capacity, and there are sliding parts in the cylinder piston and seal part. Even if the contact pressure is controlled, it is difficult to obtain a sufficient response speed and control accuracy.
【０００７】本発明は上述の事情に鑑みて為されたもの
であり、回転ドラムを用いたポリッシング装置の長所を
活かしつつ、研磨面全面に亘って均一な押圧力が得ら
れ、研磨ムラの生じない均一な研磨を行うことができる
ポリッシング装置を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and a uniform pressing force can be obtained over the entire polishing surface while utilizing the advantages of a polishing apparatus using a rotary drum. An object of the present invention is to provide a polishing apparatus capable of performing uniform polishing.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、表面に研磨部を有する回転可能なドラムと、研磨対
象物の被研磨面を前記ドラムに向けて保持する台座と、
前記ドラムと前記被研磨面を互いに押し付ける押圧手段
と、前記ドラムを回転させる手段と、前記ドラムを前記
台座に対して被研磨面に沿って相対移動する手段とを備
え、前記押圧手段が台座を回転自在に支持する磁気軸受
を有することを特徴とするポリッシング装置である。According to a first aspect of the present invention, there is provided a rotatable drum having a polishing portion on a surface, a pedestal for holding a surface to be polished of the object to be polished toward the drum,
Pressing means for pressing the drum and the surface to be polished together, means for rotating the drum, and means for moving the drum relative to the pedestal along the surface to be polished, wherein the pressing means moves the pedestal. A polishing apparatus having a magnetic bearing rotatably supported.
【０００９】これにより、磁気軸受のコイルに流す電流
を変えるだけで、ドラムと研磨対象物の間の押付圧の制
御や、ドラムと研磨対象物の間の傾きの制御を迅速かつ
正確に行なうことができるので、被研磨面と部分的に接
触しながら研磨を行なうドラム型のポリッシング装置に
必要とされる高い応答性と精度を持つ圧力及び／又は姿
勢の制御が可能となり、構成も簡単で装置の製造や保守
の手間が小さい。[0009] Thus, the control of the pressing pressure between the drum and the object to be polished and the control of the inclination between the drum and the object to be polished can be performed quickly and accurately only by changing the current flowing through the coil of the magnetic bearing. The pressure and / or attitude can be controlled with high responsiveness and precision required for a drum-type polishing apparatus that performs polishing while partially contacting the surface to be polished, and the apparatus has a simple configuration. Hassle-free manufacturing and maintenance.
【００１０】請求項２に記載の発明は、表面に研磨部を
有する回転可能なドラムと、研磨対象物の被研磨面を前
記ドラムに向けて保持する台座と、前記ドラムと前記被
研磨面を互いに押し付ける押圧手段と、前記ドラムを回
転させる手段と、前記ドラムを前記台座に対して被研磨
面に沿って相対移動する手段とを備え、前記押圧手段
は、前記ドラムを支持する磁気浮上装置を有することを
特徴とするポリッシング装置である。この場合、ドラム
の回転軸を磁気軸受によって支持しても、あるいは、ド
ラムが載置された台座を上下方向に可動に支持する磁気
浮上装置を用いても良い。According to a second aspect of the present invention, there is provided a rotatable drum having a polishing portion on a surface, a pedestal for holding a surface to be polished of the object to be polished toward the drum, and a pedestal holding the drum and the surface to be polished. Pressing means for pressing each other, means for rotating the drum, and means for moving the drum relative to the pedestal along the surface to be polished, wherein the pressing means includes a magnetic levitation device that supports the drum. It is a polishing apparatus characterized by having. In this case, the rotating shaft of the drum may be supported by a magnetic bearing, or a magnetic levitation device that supports the pedestal on which the drum is mounted in a vertically movable manner may be used.
【００１１】請求項３に記載の発明は、前記押圧手段
に、前記被研磨面とパッドの接触面積に応じて押圧力を
変える制御手段が設けられていることを特徴とする請求
項１又は２に記載のポリッシング装置である。According to a third aspect of the present invention, the pressing means is provided with a control means for changing a pressing force according to a contact area between the surface to be polished and the pad. A polishing apparatus according to (1).
【００１２】請求項４に記載の発明は、前記ドラムを前
記被研磨面に押し付ける押圧力を、前記研磨対象物と前
記ドラムの接触線の長さに対応するように制御する制御
手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれ
かに記載のポリッシング装置である。The invention according to claim 4 is provided with a control means for controlling a pressing force for pressing the drum against the surface to be polished so as to correspond to a length of a contact line between the polishing object and the drum. The polishing apparatus according to claim 1, wherein
【００１３】請求項５に記載の発明は、前記研磨対象物
を保持する台座の縁部に台座表面の傾斜を検知するセン
サを設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか
に記載のポリッシング装置である。According to a fifth aspect of the present invention, a sensor for detecting the inclination of the surface of the pedestal is provided at an edge of the pedestal holding the object to be polished. Polishing apparatus.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例について
添付図面を参照しながら説明する。このポリッシング装
置は、図１に示すように、ベース１０上に、ワーク（研
磨対象物）１２を支持するワーク支持装置１４と、これ
を研磨する研磨工具１６と、砥粒を含んだ研磨液をワー
ク１２と研磨工具１６面の間に供給する研磨液供給パイ
プ（図示略）とが設けられて構成されている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. As shown in FIG. 1, the polishing apparatus includes a work support device 14 for supporting a work (object to be polished) 12 on a base 10, a polishing tool 16 for polishing the work, and a polishing liquid containing abrasive grains. A polishing liquid supply pipe (not shown) for supplying between the work 12 and the surface of the polishing tool 16 is provided.
【００１５】研磨工具１６は、ベース１０上に立設され
た架台１８の上に、表面に研磨用パッド又は研磨砥石を
取付けたドラム２０がその軸を水平にして回転可能に設
置されている。ドラム２０は通常稼働条件では撓まない
程度の剛性をもって構成され、両側の軸受２２によって
支持されている。架台１８上には、ドラム２０を駆動す
る駆動モータ２４が減速機を介して設けられている。ベ
ース１０は、図示しないレベラーを介して設置床面に固
定されており、水平度を調整可能になっている。The polishing tool 16 has a drum 20 having a polishing pad or a polishing grindstone mounted on its surface on a base 18 erected on a base 10 so as to be rotatable with its axis horizontal. The drum 20 has a rigidity that does not bend under normal operating conditions, and is supported by bearings 22 on both sides. A drive motor 24 for driving the drum 20 is provided on the gantry 18 via a speed reducer. The base 10 is fixed to the installation floor via a leveler (not shown), and the level thereof can be adjusted.
【００１６】ワーク支持装置１４は、ワーク１２を上面
に保持し、下面に軸体２６を有する台座２８と、ベース
上に設置されたｘｙステージ３０に前記軸体２６をロー
タとして構成された駆動モータ３２と、該軸体２６を回
転可能に支持する磁気軸受装置３４とを有して構成され
ている。ｘｙテーブル３０は、ワーク１２をドラム２０
の軸方向及びこれに直交する方向に移動可能とする駆動
機構を備えたテーブルである。台座２８には図示しない
真空吸着機構が一体に設けられ、これによりワーク１２
を固定して保持するようになっている。The work supporting device 14 holds a work 12 on an upper surface and has a pedestal 28 having a shaft 26 on a lower surface, and a drive motor having the shaft 26 as a rotor on an xy stage 30 installed on a base. 32, and a magnetic bearing device 34 that rotatably supports the shaft body 26. The xy table 30 stores the work 12 on the drum 20
3 is a table provided with a drive mechanism that is movable in the axial direction and a direction perpendicular to the axial direction. The pedestal 28 is integrally provided with a vacuum suction mechanism (not shown).
Is fixedly held.
【００１７】駆動モータ３２及び磁気軸受３４は、ｘｙ
ステージ３０上に設置した筒状のケーシング３６に組み
込まれており、軸体２６の外周に一体に取り付けられた
可動側部分と、ケーシング３６内側に組み込まれた固定
側部分により構成されている。これらは、下側から、モ
ータ３２、下側ラジアル磁気軸受３８、アキシャル磁気
軸受４０、上側ラジアル磁気軸受４２の順に配置されて
いる。そして、各ラジアル磁気軸受３８，４２の近傍に
はそれぞれラジアルセンサ４４，４６が設けられ、軸体
２６の下端に対向するｘｙテーブル３０側にはアキシャ
ルセンサ４８が設けられている。また、固定側には台座
の直下にタッチダウン軸受５０が設けられている。The drive motor 32 and the magnetic bearing 34 are xy
It is incorporated in a cylindrical casing 36 installed on the stage 30, and is composed of a movable side part integrally attached to the outer periphery of the shaft 26 and a fixed side part incorporated inside the casing 36. These are arranged in this order from the lower side: a motor 32, a lower radial magnetic bearing 38, an axial magnetic bearing 40, and an upper radial magnetic bearing 42. Radial sensors 44 and 46 are provided near the radial magnetic bearings 38 and 42, respectively, and an axial sensor 48 is provided on the xy table 30 facing the lower end of the shaft body 26. On the fixed side, a touchdown bearing 50 is provided directly below the pedestal.
【００１８】このポリッシング装置の制御装置５２に
は、図２に示すように、ラジアルセンサ４４，４６、ア
キシャルセンサ４８、後述する台座変位センサ５４、ｘ
ｙテーブル３０の変位をｘｙ方向変位を検知するｘｙ変
位センサ３１、及び後述する押圧力センサ５６の出力が
それぞれ入力され、また、制御装置５２の出力信号は、
ｘｙテーブル３０、台座モータ３２、ドラム駆動用モー
タ２４、ラジアル磁気軸受３８，４２、アキシャル磁気
軸受４０のそれぞれ駆動回路に出力されるように接続さ
れている。As shown in FIG. 2, the control device 52 of the polishing apparatus includes radial sensors 44, 46, an axial sensor 48, and a pedestal displacement sensor 54, x described later.
The output of the xy displacement sensor 31 that detects the displacement of the y table 30 in the xy direction and the output of the pressing force sensor 56 described below are input, respectively.
The xy table 30, the pedestal motor 32, the drum drive motor 24, the radial magnetic bearings 38 and 42, and the axial magnetic bearing 40 are connected so as to be output to respective drive circuits.
【００１９】この実施例では、台座２８を回転自在に支
持する磁気軸受３４を使用することにより、図３に示す
ように、以下の３つの制御を行っている。 平行度調整制御 − ドラム２０の軸に対して台座２
８を平行に調整する機能 浮上制御 − 浮上時に台座２８をソフトに立ち上げ
てドラム２０に密着させる機能 押付力制御 − 加工時にワーク１２をドラム２０に
押し付ける力を調整する機能 以下、これらの機能について説明する。In this embodiment, as shown in FIG. 3, the following three controls are performed by using a magnetic bearing 34 that rotatably supports the pedestal 28. Parallelism adjustment control-pedestal 2 with respect to axis of drum 20
Function to adjust 8 in parallel Floating control-Function to raise pedestal 28 softly during floating and make close contact with drum 20 Pressing force control-Function to adjust force for pressing work 12 to drum 20 during processing Hereinafter, these functions will be described. explain.
【００２０】 平行度調整制御 図４に示すように、ドラム２０の両端に台座２８に対向
する変位センサ５４を取付ける。この状態で軸体を浮上
させ、ｘｙテーブル３０をｘ及びｙ方向に移動する。こ
のとき、移動前の変位量と移動後の変位量を記憶し、こ
れらの値から台座２８の傾き角度θｘ，θｙを算出す
る。これらの角度情報から上下ラジアル軸受３８，４２
のそれぞれもしくは一方のｘ，ｙ方向の基準位置を算出
し、自動的にそれぞれのオフセットを設定することによ
り、台座２８とドラム２０の平行度を調整することがで
きる。このように、ドラム２０と台座２８の間隔を直接
に測定して平行度を調整することにより、万一ドラム２
０自体の軸が水平でない場合でも工具１６とワーク１２
の接触が均等に維持される。As shown in FIG. 4, a displacement sensor 54 facing the pedestal 28 is attached to both ends of the drum 20. In this state, the shaft is lifted, and the xy table 30 is moved in the x and y directions. At this time, the displacement amount before the movement and the displacement amount after the movement are stored, and the inclination angles θx and θy of the pedestal 28 are calculated from these values. From these angle information, the upper and lower radial bearings 38, 42
The parallelism between the pedestal 28 and the drum 20 can be adjusted by calculating each or one of the reference positions in the x and y directions and automatically setting the respective offsets. In this way, by directly measuring the interval between the drum 20 and the pedestal 28 and adjusting the parallelism, the drum 2
The tool 16 and the workpiece 12 even when the axis of the
Is maintained evenly.
【００２１】 浮上制御 磁気軸受４０を用いれば、浮上時に浮上体がドラム２０
に急激に接触してワーク１２が衝撃により損傷すること
がないように、台座２８をソフトに立ち上げてドラム２
０に密着させる制御が可能である。立ち上げ時にソフト
浮上を実現するには、一旦台座２８を浮上させた後、図
３に示すようにアキシャル方向の目標値を一定値とせず
に時間的に徐々に増加する曲線を与えて、台座２８を上
昇させて行き、ドラム２０に密着させる。ここで、立ち
上げ時間をなるべく短くするためには、始めの時間帯に
は一定値もしくは立ち上がりの急な曲線を与えておき、
台座がドラムに接近したところから、変化を緩くしてや
る方法が望ましい。If the magnetic bearing 40 is used, the floating body will be
The pedestal 28 is raised softly to prevent the workpiece 12 from being damaged by an impact due to sudden contact with the drum 2.
It is possible to control it to be in close contact with zero. In order to realize soft levitation at the time of start-up, once the pedestal 28 is levitated, a curve that gradually increases with time is given as shown in FIG. 28 is raised and brought into close contact with the drum 20. Here, in order to shorten the rise time as much as possible, a constant value or a sharp rise curve is given in the first time zone,
It is desirable to make the change slower from where the pedestal approaches the drum.
【００２２】 押付力制御 押付力を制御するためには、作用している押付力をセン
サにより検知するか、変位や電流値から計算により算出
する必要がある。作用している押付力の値が得られれ
ば、後はこの信号をフィードバックしてアキシャル軸受
４０に流す電流を制御してやれば、任意の押付力に制御
できる。ｘｙテーブル３０のｘ方向位置に応じて押付力
をコントロールすることも可能である。そのためには、
ｘｙテーブル３０の位置信号をフィードバックし、この
信号に応じた押付力の目標値を生成してやればよい。こ
の方法により、ワーク１２と工具１６との接触線の長さ
に応じて電流値を変え、ワーク面に常に均等な押付力を
作用させることができる。Pressing Force Control In order to control the pressing force, it is necessary to detect the acting pressing force by a sensor or to calculate the displacement from the displacement or the current value. Once the value of the acting pressing force is obtained, the signal can be fed back to control the current flowing through the axial bearing 40, so that the pressing force can be controlled to an arbitrary value. The pressing force can be controlled according to the position of the xy table 30 in the x direction. for that purpose,
The position signal of the xy table 30 may be fed back to generate a target value of the pressing force according to the signal. According to this method, the current value can be changed according to the length of the contact line between the work 12 and the tool 16, and a uniform pressing force can always be applied to the work surface.
【００２３】押付力を検知する方法として、（ａ）ハー
ドウエアで実現する方法、（ｂ）ソフトウエアで実現す
る方法の２通りの方法が考えられる。 （ａ） ハードウエアで実現する方法 アキシャル軸受４０の電磁石は、押付力の反力を受ける
のでその反力を力センサで測定してやればよい。押付力
をセンシングするセンサ５６として圧電素子もしくは歪
ゲージを使用し、これをアキシャルの電磁石とスペーサ
の間に取り付けることにより押付力を測定することがで
きる。As a method of detecting the pressing force, there are two methods, (a) a method realized by hardware and (b) a method realized by software. (A) Method of Realizing by Hardware Since the electromagnet of the axial bearing 40 receives a reaction force of the pressing force, the reaction force may be measured by a force sensor. A piezoelectric element or a strain gauge is used as the sensor 56 for sensing the pressing force, and the pressing force can be measured by attaching the piezoelectric element or the strain gauge between the axial electromagnet and the spacer.
【００２４】（ｂ） ソフトウエアで実現する方法 押付力を直接計測せずに、アキシャル方向の変位とアキ
シャル磁気軸受４０の電磁石に流れる電流から計算によ
り押付力を算出する。この方法は、機構を変えることな
く実現することが可能であるが、押付力を正確に計算す
るためには、電磁石の特性（変位と電流と吸引力の関
係）を正確に把握していることが必要になる。(B) Method Realized by Software The pressing force is calculated by calculation from the displacement in the axial direction and the current flowing through the electromagnet of the axial magnetic bearing 40 without directly measuring the pressing force. This method can be realized without changing the mechanism, but in order to calculate the pressing force accurately, the characteristics of the electromagnet (the relationship between displacement, current, and attractive force) must be accurately understood. Is required.
【００２５】今まではワーク１２を保持する台座２８を
磁気軸受３４で支持する構造で説明したが、ドラム２０
側を磁気軸受で支持しても同様の作用を得ることができ
るのは明らかである。台座２８側とドラム２０側両方を
磁気軸受構造としても同様である。なお、台座２８の回
転は磁気軸受装置内に組入れられたモータ３２により行
う。The structure in which the pedestal 28 holding the work 12 is supported by the magnetic bearing 34 has been described so far.
Obviously, a similar effect can be obtained even if the side is supported by a magnetic bearing. The same applies to the case where both the pedestal 28 side and the drum 20 side have magnetic bearing structures. The rotation of the pedestal 28 is performed by a motor 32 incorporated in the magnetic bearing device.
【００２６】図５は、磁気軸受の他の例を示すもので、
下側ラジアル軸受３８とモータ３２を一体にしたラジア
ル軸受兼用モータ５８を有する構造として、全体を小型
化したものである。さらに、図６は、下側ラジアル軸受
を省略し、アキシャル方向と傾きを同時に制御する兼用
軸受６０を下部に設置したもので、これによりある程度
の水平度の調整と押付力の制御を行うようにしたもので
ある。FIG. 5 shows another example of the magnetic bearing.
The entire structure is reduced in size as a structure having a radial bearing / motor 58 in which the lower radial bearing 38 and the motor 32 are integrated. Further, FIG. 6 omits the lower radial bearing and installs a dual-purpose bearing 60 at the lower portion for simultaneously controlling the axial direction and the inclination so that a certain degree of horizontality adjustment and control of the pressing force are performed. It was done.
【００２７】いずれの場合においても、磁気軸受３４の
基本的な動作は、浮上対象物の位置をセンサにより検出
し、目標の位置との差異に応じて電磁石のコイルに電流
を流し、目標の位置に対象物を浮上保持することであ
る。例えば、図１の例では、上側ラジアル磁気軸受４
２、下側ラジアル磁気軸受３８、アキシャル軸受４０
が、それぞれに対応するセンサ４６，４４，４８の出力
によりラジアル及びアキシャル方向の台座２８の位置を
検知して、これに基づいて台座２８を目標位置に浮上保
持する。従って、適当な目標位置を与えてやれば台座２
８の位置や姿勢を制御することができる。In any case, the basic operation of the magnetic bearing 34 is as follows. The position of the object to be levitated is detected by a sensor, and a current is supplied to the coil of the electromagnet in accordance with the difference from the target position. Is to keep the object floating. For example, in the example of FIG.
2. Lower radial magnetic bearing 38, axial bearing 40
Detects the position of the pedestal 28 in the radial and axial directions based on the outputs of the corresponding sensors 46, 44, and 48, and floats and holds the pedestal 28 at the target position based on this. Therefore, if an appropriate target position is given, the pedestal 2
8 can be controlled.
【００２８】図７はこのポリッシング装置の基本的な動
作を示す。図７（Ａ）（Ｂ）に示すように表面に研磨パ
ッド２１を設けたドラム２０が回転して、半導体ウエハ
のようなワーク１２の表面を研磨する。図７（Ｃ）に示
すように接触面Ｃは略直線状となる。ｙ方向の軸芯を有
するドラム２０にワーク１２を固定した台座２８をｘ方
向に移動させることにより、ワーク１２の表面全域を研
磨することができる。FIG. 7 shows the basic operation of this polishing apparatus. As shown in FIGS. 7A and 7B, a drum 20 provided with a polishing pad 21 on the surface rotates to polish the surface of a work 12 such as a semiconductor wafer. As shown in FIG. 7C, the contact surface C is substantially straight. By moving the pedestal 28 on which the work 12 is fixed to the drum 20 having the axis in the y direction in the x direction, the entire surface of the work 12 can be polished.
【００２９】係るポリッシング装置によれば、ワーク１
２を載置した台座２８の移動機構とドラム２０を配置で
きるだけの面積があれば足りるので、従来のターンテー
ブル型のポリッシング装置と比較して大幅に小型軽量化
することができる。又、研磨面が上方から目視可能であ
るので、研磨途中で研磨量や残膜量を常時確認すること
ができる。According to the polishing apparatus, the work 1
It is sufficient if there is an area large enough to dispose the moving mechanism of the pedestal 28 on which the drum 2 is placed and the drum 20. Therefore, the size and weight can be significantly reduced as compared with a conventional turntable type polishing apparatus. Also, since the polished surface is visible from above, the amount of polishing and the amount of remaining film can be constantly checked during polishing.
【００３０】図８は、ワーク１２を載置する台座２８の
移動機構に関する説明図である。ドラム２０の回転軸を
固定して、台座２８の一方向（ｘ方向）のみの横移動で
は、押圧力に不均一部分があるとその部分でワーク上に
シマ模様の研磨ムラが残る。図８（Ａ）は、台座に横
（ｘ方向）移動と同時に縦（ｙ方向）揺動機構を付与し
たものである。本実施例においては、ｘｙテーブルによ
り横方向の移動と共に縦方向の揺動を加えることがで
き、研磨ムラの発生を防止することができる。尚、本実
施例においては、台座２８側の移動によりこれを実現し
ているが、ドラム２０を移動させるようにしてもよい。FIG. 8 is an explanatory view of a mechanism for moving the pedestal 28 on which the work 12 is placed. When the rotation axis of the drum 20 is fixed and lateral movement is performed only in one direction (x direction) of the pedestal 28, if there is an uneven portion in the pressing force, a polishing unevenness of a stripe pattern remains on the work in that portion. FIG. 8A shows a pedestal provided with a horizontal (x-direction) movement and a vertical (y-direction) swing mechanism. In this embodiment, the horizontal movement and the vertical vibration can be applied by the xy table, and the occurrence of polishing unevenness can be prevented. In this embodiment, this is realized by the movement of the pedestal 28 side, but the drum 20 may be moved.
【００３１】図８（Ｂ）は、台座のウエハ１２と犠牲板
１８等の回転部分を回転揺動させるようにしたものであ
る。即ち、台座２８はモータ３２により回転可能であ
り、台座２８に揺動を目的とした高速の往復回転動を与
える。従って、ｘｙテーブル３０の移動と共に、台座２
８が回転揺動することにより同様に研磨ムラを防止する
ことができる。FIG. 8B shows a configuration in which rotating portions of the pedestal such as the wafer 12 and the sacrifice plate 18 are rotated. That is, the pedestal 28 is rotatable by the motor 32, and gives the pedestal 28 a high-speed reciprocating rotational movement for swinging. Therefore, the pedestal 2 is moved with the movement of the xy table 30.
By rotating and oscillating 8, the polishing unevenness can be similarly prevented.
【００３２】ところで、一般に研磨量は、ドラムとワー
クの接触面間の面圧Ｐと、研磨用パッドとワークの相対
速度（又は、ドラムの回転速度）Ｖと、研磨時間Ｔとに
比例する。即ち、研磨量Ｑｐは、 Ｑｐ＝αＰＶＴ 但し、α：比例定数 の関係にある。Generally, the polishing amount is proportional to the surface pressure P between the contact surface of the drum and the work, the relative speed V (or the rotation speed of the drum) of the polishing pad and the work, and the polishing time T. That is, the polishing amount Qp has the following relationship: Qp = αPVT where α: proportionality constant.
【００３３】研磨が、回転ドラム円筒面上の研磨用パッ
ドとワークとの略直線状の接触面で行われるので、半導
体ウエハのような円形物を研磨する場合、回転ドラムが
研磨対象のワーク上を移動するに伴い、接触長（Ｌ）が
変化する。そのため、押圧力が一定の場合、接触面圧Ｐ
が変化し、ドラムの位置によって研磨速度が異なり平坦
な研磨面が得られないという問題がある。Since the polishing is performed on a substantially linear contact surface between the polishing pad and the workpiece on the cylindrical surface of the rotary drum, when polishing a circular object such as a semiconductor wafer, the rotary drum is placed on the workpiece to be polished. , The contact length (L) changes. Therefore, when the pressing force is constant, the contact surface pressure P
And the polishing rate varies depending on the position of the drum, and there is a problem that a flat polished surface cannot be obtained.
【００３４】即ち、半導体ウエハの研磨では、ウエハの
中央部では接触長Ｌが長く、周辺部では接触長Ｌが短
い。このため、押圧力を一定とすると周辺部では面圧Ｐ
が高くなり、中央部と比較して研磨量Ｑｐが大きくな
る。That is, in polishing a semiconductor wafer, the contact length L is long at the center of the wafer and short at the periphery. Therefore, if the pressing force is constant, the surface pressure P
And the polishing amount Qp is larger than that at the center.
【００３５】この対策としては、ドラム２０をワーク１
２の表面に押し付ける押圧力Ｐ、又はドラムの回転速度
Ｖ’、又はドラムとワーク間の相対移動速度Ｖが、ワー
クとドラムの線状接触長Ｌによる研磨速度の変化を打消
すようにすればよい。接触長Ｌは、図９（Ａ）に示すよ
うに、半導体ウエハの半径をｒとすると、三平方の定理
から、 Ｌ＝２（ｒ2−ｘ2）1/2 で求められる。そして、ｘは、ｘｙテーブル３０の移動
量から算定できる。接触長Ｌとｘとの関係は、図９
（Ｂ）に示すような曲線となる。As a countermeasure against this, the drum 20 is moved to the work 1
If the pressing force P pressing against the surface of No. 2 or the rotation speed V ′ of the drum or the relative movement speed V between the drum and the work is set so as to cancel the change in the polishing speed due to the linear contact length L between the work and the drum. Good. As shown in FIG. 9A, assuming that the radius of the semiconductor wafer is r, the contact length L is obtained from the three-square theorem as L = 2 (r2 −x2 )1/2 . Then, x can be calculated from the movement amount of the xy table 30. The relationship between the contact length L and x is shown in FIG.
The curve is as shown in FIG.
【００３６】従って、押圧力をＳとすると、面圧Ｐは、 Ｐ＝βＳ／Ｌ＝βＳ／２（ｒ2−ｘ2）1/2 但し、 β：比例定数 であるので、 Ｓ＝γＬ 但し、γ：比例定数 となるように制御すれば、接触長Ｌの如何に関わらず、
面圧Ｐを一定とすることができ、半導体ウエハ全面にわ
たって均一な研磨ができる。Therefore, assuming that the pressing force is S, the surface pressure P is as follows: P = βS / L = βS / 2 (r2 −x2 )1/2 where β is a proportional constant. , Γ: proportional constant, regardless of the contact length L,
The surface pressure P can be kept constant, and uniform polishing can be performed over the entire surface of the semiconductor wafer.
【００３７】従って、図３に示すように、ｘｙテーブル
３０の移動量ｘを制御部に取り入れて、移動量ｘから接
触長Ｌを演算して、アキシャル軸受４０への電流値を制
御し、ワーク１２と研磨パッド２１の間の押圧力を、 Ｓ＝γＬ＝２γ（ｒ2−ｘ2）1/2 となるように調整する。これにより、接触長Ｌの如何に
係わらず一定の面圧Ｐが得られ、一定の研磨量Ｑｐが得
られる。Therefore, as shown in FIG. 3, the moving amount x of the xy table 30 is taken into the control unit, the contact length L is calculated from the moving amount x, the current value to the axial bearing 40 is controlled, The pressing force between the polishing pad 12 and the polishing pad 21 is adjusted so that S = γL = 2γ (r2 −x2 )1/2 . Thereby, regardless of the contact length L, a constant surface pressure P is obtained, and a constant polishing amount Qp is obtained.
【００３８】ドラム２０とワークの相対速度Ｖは、ドラ
ム２０の回転速度Ｖ’に比例すると見なせる。一方、ド
ラム２０の回転速度Ｖ’は、ドラム駆動用モータ２４に
制御部から回転信号を与えることで制御される。従っ
て、押圧力を一定としたままで、ドラムの回転速度Ｖ’
を、 Ｖ’＝δＬ＝２δ（ｒ2−ｘ2）1/2 となるように制御することにより、 Ｑｐ＝αＰＶＴ Ｐ＝βＳ／Ｌ であることから接触長Ｌの如何に係わらず、一定の研磨
量Ｑｐが得られる。The relative speed V between the drum 20 and the work can be considered to be proportional to the rotation speed V 'of the drum 20. On the other hand, the rotation speed V ′ of the drum 20 is controlled by giving a rotation signal from the control unit to the drum drive motor 24. Therefore, while keeping the pressing force constant, the drum rotation speed V '
Is controlled such that V ′ = δL = 2δ (r2 −x2 )1/2 , so that Qp = αPVT P = βS / L. The polishing amount Qp is obtained.
【００３９】尚、以上の実施例は回転ドラム２０の位置
を固定して、ワークを載置した台座２８側を移動させる
ことによって、ワークである半導体ウエハの表面全面を
鏡面研磨する例について説明した。しかしながら、半導
体ウエハを載置した台座側を固定して、逆に回転ドラム
側を移動するようにしても勿論良い。このように本発明
の主旨を逸脱することなく、種々の変形実施例が可能で
ある。In the above embodiment, the position of the rotary drum 20 is fixed, and the pedestal 28 on which the work is placed is moved to mirror-polish the entire surface of the semiconductor wafer as the work. . However, it is of course possible to fix the pedestal side on which the semiconductor wafer is mounted and move the rotating drum side in reverse. Thus, various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
【００４０】[0040]
【発明の効果】以上に説明したように、本発明のポリッ
シング装置によれば、磁気軸受のコイルに流す電流を変
えるだけで、ドラムと研磨対象物の間の押付圧の制御
や、ドラムと研磨対象物の間の傾きの制御を迅速かつ正
確に行なうことができる。従って、回転ドラムを用いた
ポリッシング装置の長所を活かしたコンパクトな構成と
ともに、研磨面全面に均一な押圧力を負荷して研磨ムラ
の生じない均一な研磨を行うことができる。As described above, according to the polishing apparatus of the present invention, only by changing the current flowing through the coil of the magnetic bearing, the pressing pressure between the drum and the object to be polished, Control of the inclination between the objects can be performed quickly and accurately. Therefore, it is possible to perform uniform polishing with no polishing unevenness by applying a uniform pressing force to the entire polishing surface together with a compact configuration utilizing the advantages of the polishing apparatus using the rotating drum.
【図１】本発明の一実施例のポリッシング装置の立面断
面図である。FIG. 1 is an elevational sectional view of a polishing apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図２】図１に示すポリッシング装置の制御装置の構成
を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a control device of the polishing apparatus shown in FIG.
【図３】図２の制御装置の制御機構を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a control mechanism of the control device of FIG. 2;
【図４】図１の装置における水平度の維持作用を示す図
である。FIG. 4 is a diagram showing the operation of maintaining the levelness in the apparatus of FIG. 1;
【図５】この発明の他の実施例を示す立面断面図であ
る。FIG. 5 is an elevational sectional view showing another embodiment of the present invention.
【図６】この発明のさらに他の実施例を示す（ａ）立面
断面図、（ｂ）平面断面図である。FIG. 6 is (a) an elevational sectional view and (b) a plan sectional view showing still another embodiment of the present invention.
【図７】回転ドラム型ポリッシング装置の動作を示す、
（Ａ）斜視図、（Ｂ）断面図、（Ｃ）研磨面Ｃを示す斜
視図である。FIG. 7 shows the operation of the rotary drum type polishing apparatus;
FIG. 2A is a perspective view, FIG. 2B is a cross-sectional view, and FIG.
【図８】台座の移動機構の説明図であり、（Ａ）は横移
動と縦移動を組合せたもの、（Ｂ）は横移動と回転揺動
を組合せたものを示す。FIGS. 8A and 8B are explanatory views of a pedestal moving mechanism, wherein FIG. 8A shows a combination of horizontal movement and vertical movement, and FIG. 8B shows a combination of horizontal movement and rotational swing.
【図９】（Ａ）はドラムと研磨対象物の接触長Ｌについ
ての説明図、（Ｂ）はドラムの位置ｘと接触長Ｌの関係
を示す線図である。9A is an explanatory diagram of a contact length L between a drum and an object to be polished, and FIG. 9B is a diagram illustrating a relationship between a position x of the drum and a contact length L. FIG.
１２ ワーク（研磨対象物） ２０ ドラム ２１ 研磨部 ２４ ドラム駆動用モータ ２８ 台座 ４０ アキシャル磁気軸受 ５２ 制御装置 Reference Signs List 12 Work (object to be polished) 20 Drum 21 Polishing unit 24 Drum drive motor 28 Pedestal 40 Axial magnetic bearing 52 Control device
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15594597AJPH10329008A (en) | 1997-05-29 | 1997-05-29 | Polishing device |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15594597AJPH10329008A (en) | 1997-05-29 | 1997-05-29 | Polishing device |
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10329008Atrue JPH10329008A (en) | 1998-12-15 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15594597APendingJPH10329008A (en) | 1997-05-29 | 1997-05-29 | Polishing device |
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10329008A (en) |
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
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