[发明专利]具备球面轴承的连结机构、球面轴承的轴承半径决定方法以及基板研磨装置

说明书

本发明提供一种能够防止因下侧轴承摩擦力矩而在旋转体上产生的振动的连结机构。本发明的连结机构具备配置在驱动轴(14)与旋转体(7)之间的上侧球面轴承(52)及下侧球面轴承(55)。上侧球面轴承具有第1凹状接触面(53a)和第2凸状接触面(54a)，下侧球面轴承具有第3凹状接触面(54b)和第4凸状接触面(56a)，第1凹状接触面、第2凸状接触面、第3凹状接触面及第4凸状接触面呈同心状配置。下侧球面轴承的下侧轴承半径以下侧复原力矩变为0以下的方式决定，下侧复原力矩是因研磨垫与旋转体之间的旋转体摩擦力而在旋转体上产生的旋转体摩擦力矩与因第3凹状接触面与第4凸状接触面之间的摩擦力而在旋转体上产生的下侧轴承摩擦力矩的合计值。

技术领域

本发明涉及将旋转体连结至驱动轴的连结机构，尤其涉及经由球面轴承将旋转体连结至驱动轴用的连结机构。进而，本发明涉及这种连结机构中设置的球面轴承的轴承半径决定方法、以及装有这种连结机构的基板研磨装置。

背景技术

近年来，随着半导体设备的高集成化、高密度化，电路的布线越发微细化，多层布线的层数也在增加。当想要在谋求电路的微细化的情况下实现多层布线时，阶差会在承袭下侧层的表面凹凸的情况下进一步增大，因此，随着布线层数增加，薄膜形成中的对阶差形状的膜被覆性(阶梯覆盖)会变差。因而，要进行多层布线，就必须改善该阶梯覆盖、通过适当的过程来进行平坦化处理。此外，随着光刻法的微细化，焦点深度变浅，因此，必须以半导体设备的表面的凹凸阶差处于焦点深度以下的方式对半导体设备表面进行平坦化处理。

因而，在半导体设备的制造工序中，半导体设备表面的平坦化技术越来越重要。该平坦化技术中最重要的技术是化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing)。该化学机械研磨(以下称为CMP)是一边将包含二氧化硅(SiO₂)等磨粒的研磨液供给至研磨垫上一边使晶圆等基板滑动接触研磨垫来进行研磨。

该化学机械研磨使用CMP装置来进行。CMP装置通常具备在上表面贴附有研磨垫的研磨台和保持晶圆等基板的研磨头。一边使研磨台及研磨头分别以其轴心为中心进行旋转一边通过研磨头将基板按压在研磨垫的研磨面(上表面)上，一边将研磨液供给至研磨面上一边对基板的表面进行研磨。研磨液通常使用在碱溶液中悬浮由二氧化硅等微粒子构成的磨粒而得的研磨液。基板在碱带来的化学研磨作用与磨粒带来的机械研磨作用的复合作用下得到研磨。

当进行基板的研磨时，磨粒、研磨屑会堆积在研磨垫的研磨面，此外，研磨垫的特性会发生变化而使得研磨性能不断劣化。因此，随着反复进行基板的研磨，研磨速度会降低。因此，为了使研磨垫的研磨面再生，与研磨台相邻地设置有修整装置。

修整装置通常具备修整器，该修整器具有与研磨垫接触的修整面。修整面由金刚石粒子等磨粒构成。修整装置一边使修整器以其轴心为中心进行旋转、一边将修整面按压至旋转的研磨台上的研磨垫的研磨面，由此去除研磨面上堆积的磨液和切削屑，而且进行研磨面的平坦化及锉整(修整)。

研磨头及修整器是以自身的轴心为中心进行旋转的旋转体。在使研磨垫旋转时，研磨垫的表面(也就是研磨面)会发生起伏。因此，为了使旋转体跟随研磨面的起伏，使用有经由球面轴承将旋转体连结至驱动轴的连结机构。该连结机构将旋转体可倾斜移动地连结至驱动轴，因此旋转体可以跟随研磨面的起伏。

专利文献1揭示了一种将研磨头及修整器等旋转体连结至驱动轴的连结机构(万向机构)，该连结机构具备上侧球面轴承及下侧球面轴承。上侧球面轴承具有第1凹状接触面和与该第1凹状接触面接触的第2凸状接触面，下侧球面轴承具有第3凹状接触面和与该第3凹状接触面接触的第4凸状接触面。第1凹状接触面及第2凸状接触面相较于第3凹状接触面及第4凸状接触面而言位于上方，第1凹状接触面、第2凸状接触面、第3凹状接触面及第4凸状接触面呈同心状配置。即，专利文献1揭示的连结机构的上侧球面轴承和下侧球面轴承具有不同轴承半径(旋转半径)，另一方面，具有同一旋转中心。