(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨テーブルに対向して基板を保持するトップリングと、
伝達機構を介して駆動機構からの回転駆動力を前記トップリングに伝達する支持軸とを有し、
前記支持軸は球面軸受及び伝達機構を含む先端側部分と、伝達機構に連絡された基端側部分に分割され、この支持軸の分割部に、前記先端側部分と前記基端側部分を着脱自在に連結するクランプ継手が設けられていることを特徴とする基板把持装置。
【請求項２】
前記トップリングを、球面軸受を介して前記支持軸に傾動自在に支持したことを特徴とする請求項１に記載の基板把持装置。
【請求項３】
前記クランプ継手は、前記支持軸の前記先端側部分と前記基端側部分にそれぞれ形成された一対の接続フランジと、この一対の接続フランジを挟み込んでクランプする一対のクランプ片と、これらのクランプ片どうしを締結する締結具を有することを特徴とする請求項１または２に記載の基板把持装置。
【請求項４】
前記一対の接続フランジどうしの接合面の一方に挿入ピンが設けられ、他方に該挿入ピンを収容する凹部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板把持装置。
【請求項５】
研磨面を有する研磨テーブルと、請求項１ないし４のいずれかに記載の基板把持装置を有することを特徴とする研磨ユニット。
【請求項６】
請求項５に記載の研磨ユニットと、被研磨材を収容する収容ユニットと、前記研磨ユニットで研磨された被研磨材を洗浄する洗浄ユニットと、前記洗浄ユニットに隣接して設けられた反転ユニットと、これらのユニットの間で被研磨材を移送する搬送装置とを有することを特徴とするポリッシング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等のポリッシング対象物（被研磨材）を平坦化するポリッシング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭くなりつつある。特に０．５μｍ以下の光リソグラフィの場合、焦点深度が浅くなるためステッパの結像面の平坦度を必要とする。そこで、半導体ウエハの表面を平坦化することが必要となるが、この平坦化法の一手段として、上面に研磨布を貼ったターンテーブルと、これに対向して設けられた基板保持手段であるトップリングと、トップリングをターンテーブルに対して押圧するための押圧装置とを備えた構成のものが知られている。
【０００３】
図７および図８は、従来のトップリングの構成を示すもので、このトップリング１０は、下面にポリッシング対象物である半導体ウエハ（基板）を吸着等により把持するトップリング本体１２と、このトップリング本体１２の上側に隙間Ｓを形成するように重ねて固着されるほぼ円板状の取付フランジ１４と、トップリング本体１２と取付フランジ１４をさらに上から覆って押さえる中空円板状の押え板１６とから構成されている。トップリング本体１２の下部外周部には、基板の外周を取り巻くようにガイドリング１８が取り付けられ、下面には弾性マット２０が貼付されている。
【０００４】
トップリング本体１２には、上下に挿通する多数の流通孔２２が形成され、これは上記隙間Ｓを介して押え板１６の接続穴２４に連通している。接続穴２４に真空源を繋いだ時は隙間Ｓ及び流通孔２２を介して基板の裏面に吸着力が作用し、圧力流体源を繋いだ時は押圧力が加えられるようになっている。
【０００５】
トップリング１０は、トップリングヘッド２６によって回転自在かつ上下動自在に支持された支持軸２８の下端に連結されている。この支持軸２８は、中空円筒状の軸体３０と該軸体３０の下端に連結された駆動フランジ３２とからなり、軸体３０の内部に外部の流体供給装置に接続されたチューブ（流通管）３４が挿通されており、このチューブ３４の下端は前記押え板１６の接続穴２４に連通している。
【０００６】
駆動フランジ３２とトップリング１０の取付フランジ１４の間にはトップリング１０を傾動可能に支持しかつ押圧力を伝達する自在継手３６が設けられ、これは球面軸受機構３８と、支持軸２８の回転をトップリング１０に伝達する回転伝達機構４０とを有している。
【０００７】
球面軸受機構３８は、駆動フランジ３２の下面中央に形成された球面状凹所４２と取付フランジ１４の上面中央に形成された球面状凹所４４にセラミックスのような高硬度材料からなるベアリングボール４６を摺動自在に収容して構成されている。
【０００８】
取付フランジ１４の周縁部には、上方から見て等角度間隔に複数（この例では３本）のボルトによって構成された連結ピン４８が立設されており、この連結ピン（ボルト）４８は、駆動フランジ３２の対応する位置に形成された穴５０を挿通して該駆動フランジ３２の上面より突出している。この連結ピン４８の頭部と駆動フランジ３２の間にはバネ５２が装着されて、バネ５２の弾性力によりトップリング１０の荷重の一部を支持している。一方、取付フランジ１４の周縁部には、複数の被駆動ピン５４が立設され、この被駆動ピン５４は、駆動フランジ３２の対応する位置に形成された穴５６を挿通して、支持軸２８からトップリング１０への動力の伝達がなされる。
【０００９】
このような構成により、トップリング１０を介してポリッシング対象物を所定の力でターンテーブルに向けて押圧しつつ、ターンテーブルとトップリング１０とをそれぞれ回転させることにより、ポリッシング対象物の表面を研磨し、平坦且つ鏡面化している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の技術においては、トップリング１０の着脱を行うには、図８に示すように、バネ５２を介して駆動フランジ３２と取付フランジ１４とを繋ぐ連結ピン（ボルト）４８を完全に外す必要がある。この着脱作業はスパナ等の工具を使って行われるが、トップリングヘッド下部の作業スペースが狭いために時間と手間のかかるものとなっていた。しかも、工具を片手で扱いながらトップリング１０の重量も支えなければならず、作業の安全性も十分と言えないという問題があった。
【００１１】
本発明は上記課題に鑑みて為されてもので、トップリングを容易かつ迅速に、しかも安全に着脱できるようにしたポリッシング装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、研磨テーブルに対向して基板を保持するトップリングと、伝達機構を介して駆動機構からの回転駆動力を前記トップリングに伝達する支持軸とを有し、前記支持軸は球面軸受及び伝達機構を含む先端側部分と、伝達機構に連絡された基端側部分に分割され、この支持軸の分割部に、前記先端側部分と前記基端側部分を着脱自在に連結するクランプ継手が設けられていることを特徴とする基板把持装置である。これにより、トップリングの着脱を、クランプ継手を介して工具を使用することなく容易かつ安全に行うことができる。
請求項２に記載の発明は、前記トップリングを、球面軸受を介して前記支持軸に傾動自在に支持したことを特徴とする請求項１に記載の基板把持装置である。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、前記クランプ継手は、前記支持軸の前記先端側部分と基端側部分にそれぞれ形成された一対の接続フランジと、この一対の接続フランジを挟み込んでクランプする一対のクランプ片と、これらのクランプ片どうしを締結する締結具を有することを特徴とする請求項１または２に記載の基板把持装置である。接続フランジを外側に向かい狭まるように形成し、クランプ片の内面をそれに対応する傾斜面とすることにより、クランプを確実に行なうことができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、前記一対の接続フランジどうしの接合面の一方に挿入ピンが設けられ、他方に該挿入ピンを収容する凹部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板把持装置である。これにより、接続フランジ相互間での位置決めと回転力の伝達を挿入ピンを介して確実に行うことができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、研磨面を有する研磨テーブルと、請求項１ないし４のいずれかに記載の基板把持装置を有することを特徴とする研磨ユニットである。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の研磨ユニットと、被研磨材を収容する収容ユニットと、前記研磨ユニットで研磨された被研磨材を洗浄する洗浄ユニットと、前記洗浄ユニットに隣接して設けられた反転ユニットと、これらのユニットの間で被研磨材を移送する搬送装置とを有することを特徴とするポリッシング装置である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１ないし図４は本発明に係る基板把持装置を示すもので、この装置のトップリング１０の構成は、図７及び図８に示す従来の装置と同様であるので説明を省略する。この装置が従来の装置と異なる点は、支持軸２８が駆動フランジ３２の上部で２分割され、この分割部の間にワンタッチ脱着式のクランプ継手６０が設けられている点である。
【００１７】
クランプ継手６０は、軸体３０の下端に埋込ボルト７０を介して連結された略平板状のクランプ板６２と、取付フランジ１４の上面に埋込ボルト７２を介して連結された略円筒状の下軸体６８とを備えている。クランプ板６２には厚さ方向中央に周方向に延びる溝が形成され、その下側に接続フランジ６４が形成され、下軸体６８の上縁部にも接続フランジ６６が形成されている。各接続フランジ６４，６６はこれらを互いに当接させた時に、外方に向けて徐々に薄肉となる楔形状を構成するようになっている。下軸体６８の上面には、複数の挿入ピン７４が上部を上方に突出させて取り付けられ、これは、クランプ板６２の各挿入ピン７４に対応する位置に設けた凹部７６に嵌合させることで、両接続フランジ６４，６６の位置決めと回転駆動力の伝達がなされるようになっている。
【００１８】
クランプ板６２の溝より上の一側面には固定ブロック７８が固着され、この固定ブロック７８には下方に延びる第１のクランプ軸８０が支持されている。図４に示すように、第１のクランプ軸８０はリンク８４を介してこれと平行な第２のクランプ軸８２に連結され、全体として略Ｈ状をなしている。そして、第１のクランプ軸８０には、略半円弧状の第１のクランプ片８６の基端が、第２のクランプ軸８２には、同じく第２のクランプ片８８の基端がそれぞれ水平面内で回転自在に枢着されている。
【００１９】
第２のクランプ片８８の自由端には、締結部材としてのボルト９０がピン９２を介して水平面内で回転自在に支持され、このボルト９０には蝶ナット９４が螺着されている。一方、第１のクランプ片８６の自由端には、ボルト９０を挿通させるための水平溝９６が形成されている。これにより、第１のクランプ片８６の水平溝９６内に第２のクランプ片８８のボルト９０を挿通し、蝶ナット９４を締め付けることで、リング状のクランプを構成するようになっている。各クランプ片８６，８８の断面は、内面が接続フランジ６４，６６によって形成される楔形状に合うような傾斜面を有するコ字状に形成されている。
【００２０】
図５は、図１ないし図４に示す基板把持装置を備えた研磨ユニット１００を示すもので、トップリングヘッド２６の基端は上下方向に延びるトップリングヘッド軸１０２の上端に支持されて揺動自在になっている。トップリングヘッド２６には、トップリング用モータ１０４が設けられ、このモータ１０４の出力軸と支持軸２８の軸体３０は、駆動プーリ１０６、タイミングベルト１１０及び従動プーリ１０８を介して連動するようになっている。
【００２１】
トップリングヘッド２６には、圧縮空気源１１２に接続されたトップリング用エアシリンダ１１４が設けられ、軸体３０を上下動部材１１６を介して昇降可能に支持している。これによって、モータ１０４の回転に伴って軸体３０とトップリング１０とが一体となって回転し、シリンダ１１４の駆動に伴って、トップリング１０に下方への押圧力Ｆが付与されるようになっている。
【００２２】
トップリング１０の下方には、上面に研磨布１２０を貼付したターンテーブル１２２が回転自在に配置され、更に、このターンテーブル１２２の側方には、該ターンテーブル１２２の上面に砥液を供給する砥液供給ノズル１２４が配置されている。これにより、トップリング１０で吸着保持したポリッシング対象物である基板Ｗをシリンダ１１４を介して所定の押圧力Ｆでターンテーブル１２２に向けて押圧し、同時に砥液供給ノズル１２４から砥液を供給しつつ、ターンテーブル１２２とトップリング１０とをそれぞれ回転させることにより、基板Ｗの表面を研磨し、平坦且つ鏡面化するようになっている。
【００２３】
図６は、図５に示す研磨ユニット１００を備えたポリッシング装置の概要を示すもので、このポリッシング装置は、基板（被研磨材）Ｗを収納する２つの収容部１３０と、ターンテーブル１２２とトップリング１０を備えた２つの研磨ユニット１００と、研磨ユニット１００において研磨された基板Ｗを洗浄及び乾燥する複数の洗浄ユニット１３２と、これらのユニットの間で基板Ｗを移送する搬送装置１３４と、基板Ｗを反転させるための反転機１３６と備えている。
【００２４】
次に、この実施の形態の基板把持装置におけるトップリング１０の着脱作業について説明する。まず、トップリング１０を支持軸２８の軸体３０の下端に取り付ける時には、図３及び図４（ｂ）に示すように、クランプ片８６，８８を外方に拡げ、クランプ板６２と下軸体６８を上下に配置する。そして、フランジ６４，６６を互いに当接させ、挿入ピン７４を凹部７６内に挿入させて両者の位置決めを行う。この状態から、両フランジ片８６，８８を内方に回動させてこれらで両フランジ６４，６６を上下から挟み込み、ボルト９０を回動させて水平溝９６内に位置させた後、図４（ａ）に示すように、蝶ナット９４を締め付ける。
【００２５】
逆に、トップリング１０を取り外す時には、まず蝶ナット９４を手で緩めた後、ボルト９０を外方に回動させて水平溝９６から抜き出した後、両クランプ片８６，８８を外方に回動させて該クランプ片８６，８８によるクランプを解除する。これにより、トップリング１０の着脱を、特別の工具を使用することなく、容易、迅速かつ安全に行うことができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、トップリングの着脱を、ワンタッチ着脱式のクランプ継手を介して容易かつ迅速に、しかも工具を使用することなく安全に行うことができる。従って、ポリッシング装置の保守や点検の作業性を高め、稼動効率と安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の基板把持装置を示す断面図である。
【図２】クランプ継手を含むトップリングを示す平面図である。
【図３】図１の状態から、クランプ継手を外した状態の断面図である。
【図４】（ａ）は、締結時におけるクランプ継手を示す平面図であり、（ｂ）は、開放時におけるクランプ継手を示す平面図である。
【図５】本発明の実施の形態の研磨ユニットを示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態のポリッシング装置の全体の構成を示す平面図である。
【図７】従来のトップリングを支持軸に取り付けた状態の縦断面図である。
【図８】同じく、支持軸からトップリングを取り外した状態の縦断面図である。
【符号の説明】
１０    トップリング
１４    取付フランジ
２６    トップリングヘッド
２８    支持軸
３０    軸体
３２    駆動フランジ
３６    自在継手
３８    球面軸受機構
４０    回転伝達機構
４６    ベアリングボール
６０    クランプ継手
６２，６６    フランジ
６４，６８    接続フランジ
７４    挿入ピン
７６    凹部
８２，８４    クランプ軸
８６，８８    クランプ片
９０    ボルト（締結部材）
９４    蝶ナット（締結部材）
９６    水平溝
１００    研磨ユニット
１２０    研磨布
１２２    ターンテーブル
１３０    収容ユニット
１３２    洗浄ユニット
１３４    搬送装置
１３６    反転ユニット
【図１】
0003690922.tif 000002
【図２】
0003690922.tif 000003
【図３】
0003690922.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003690922.tif 000006
【図６】
0003690922.tif 000007
【図７】
0003690922.tif 000008
【図８】
0003690922.tif 000009