(57)【要約】【課題】  トップリング本体がターンテーブル上面の動き（傾動）に滑らかに且つ迅速に追従でき、且つトップリング駆動軸の回転トルクが確実にトップリング本体に伝達されるポリッシング装置及び方法を提供する。【解決手段】  ターンテーブル２０とトップリング本体３とを有し、ターンテーブル２０とトップリング本体３との間にポリッシング対象物６を介在させて所定の力で押圧し摺動させることによってポリッシング対象物６の表面を研磨し平坦且つ鏡面化するポリッシング装置において、トップリング本体３下面の面圧分布を調整する面圧調整手段３７を設けた。【選択図】      図１０
2004154936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターンテーブルとトップリング本体とを有し、前記ターンテーブルとトップリング本体との間にポリッシング対象物を介在させて所定の力で押圧し摺動させることによって該ポリッシング対象物の表面を研磨し平坦且つ鏡面化するポリッシング装置において、
前記トップリング本体下面の面圧分布を調整する面圧調整手段を設けたことを特徴とするポリッシング装置。
【請求項２】
前記面圧調整手段は前記トップリング本体の上方に、下面にリング状の凸部が設けられた面圧調整部材を設け、該面圧調整部材を介して前記トップリング本体を押圧することを特徴とする請求項１に記載のポリッシング装置。
【請求項３】
ターンテーブルとトップリング本体とを有し、前記ターンテーブルとトップリング本体との間にポリッシング対象物を介在させて所定の力で押圧し摺動させることによって該ポリッシング対象物の表面を研磨し平坦且つ鏡面化するポリッシング装置において、
前記トップリング本体上面に当接する凸部を持った面圧調整部材を設け、該面圧調整部材の凸部の面積を適宜変えることにより該トップリング本体下面の面圧分布を調整することができることを特徴とするポリッシング装置。
【請求項４】
前記面圧調整部材は下面にリング状の凸部が設けられた円板状の部材であることを特徴とする請求項３に記載のポリッシング装置。
【請求項５】
ターンテーブルとトップリング本体との間にポリッシング対象物を介在させて所定の力で押圧し摺動させることによって該ポリッシング対象物の表面を研磨し平坦且つ鏡面化するポリッシング方法において、
前記ポップリング本体の上方に面圧調整部材を設け、該面圧調整部材の該トップリング本体上面に当接する凸部の面積を適宜変えることにより該トップリング本体下面の面圧分布を調整することができることを特徴とするポリッシング方法。
【請求項６】
前記面圧調整部材の下面にリング状の凸部を設けたことを特徴とする請求項５に記載のポリッシング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はポリッシング装置及び方法に係り、特に半導体ウエハ等のポリッシング対象物を平坦かつ鏡面状に研磨するポリッシング装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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ー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１手段としてポリッシング装置により研磨することが行われている。
【０００３】
従来、この種のポリッシング装置は、各々独立した回転数で回転するターンテーブルとトップリングとを有し、トップリングが一定の圧力をターンテーブルに与え、ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて該ポリッシング対象物の表面を平坦且つ鏡面に研磨している。
【０００４】
上述したタイプのポリッシング装置として、例えば、特開平２−２７８８２２号、特開平４−１９０６５号に記載される装置がある。特開平２−２７８８２２号に記載される装置は、図１７（ａ）に示されるように駆動軸８１の先端に球面８２を一体に形成し、この球面８２を収容する球面座８３をトップリング本体８４に形成し、トップリング本体８４をターンテーブル面の動き（傾き）に滑らかに追従させるようにしている。
【０００５】
また、特開平４−１９０６５号に記載される装置は、図１８（ａ）に示されるように駆動軸９１の先端に球面９２ａを有した部材９２を一体に固定し、この球面９２ａを収容する球面座９３をトップリング本体９４に固定し、トップリング本体９４をターンテーブル面の動き（傾き）に滑らかに追従させるようにしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１７（ａ）及び図１８（ａ）に示す従来の装置においては、図１７（ｂ）及び図１８（ｂ）の模式図に示すようにトップリング本体８４，９４は、球面の回わりに矢印Ａで示すように傾動可能であるとともにトップリング本体８４，９４の軸線回わりに矢印Ｂで示すように回転可能である。即ち、トップリング本体はターンテーブル面に追随して矢印Ａ及びＢでそれぞれ示される単独運動及びこれらの複合運動が可能である。
【０００７】
しかして、上述の構成のポリッシング部におけるトップリング本体８４，９４を図１９に示すように押し付け力Ｆでα°傾斜したターンテーブル面９５に押し付けた場合には、トップリング本体は球面に対して円弧長Ｌ分だけ移動しなければならない。ターンテーブル面の傾きが小さい場合には、トップリング本体が円弧長Ｌ分だけ移動に要する時間は少ないが、局所的にターンテーブル面の傾きが大きくなった場合にトップリング本体が移動する円弧長Ｌが長くなり、トップリング本体の移動に要する時間が長くなり、これがトップリング本体の追従性を悪くしているという問題点があった。
【０００８】
本発明は上述の事情に鑑みなされたもので、トップリング本体がターンテーブル上面の動き（傾動）に滑らかに且つ迅速に追従でき、且つトップリング駆動軸の回転トルクが確実にトップリング本体に伝達されるポリッシング装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した目的を達成するため、本発明のポリッシング装置は、ターンテーブルとトップリング本体とを有し、前記ターンテーブルとトップリング本体との間にポリッシング対象物を介在させて所定の力で押圧し摺動させることによって該ポリッシング対象物の表面を研磨し平坦且つ鏡面化するポリッシング装置において、前記トップリング本体下面の面圧分布を調整する面圧調整手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の１態様では、ターンテーブルとトップリング本体とを有し、前記ターンテーブルとトップリング本体との間にポリッシング対象物を介在させて所定の力で押圧し摺動させることによって該ポリッシング対象物の表面を研磨し平坦且つ鏡面化するポリッシング装置において、前記トップリング本体上面に当接する凸部を持った面圧調整部材を設け、該面圧調整部材の凸部の面積を適宜変えることにより該トップリング本体下面の面圧分布を調整することができることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明のポリッシング方法は、ターンテーブルとトップリング本体との間にポリッシング対象物を介在させて所定の力で押圧し摺動させることによって該ポリッシング対象物の表面を研磨し平坦且つ鏡面化するポリッシング方法において、前記ポップリング本体の上方に面圧調整部材を設け、該面圧調整部材の該トップリング本体上面に当接する凸部の面積を適宜変えることにより該トップリング本体下面の面圧分布を調整することができることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明のポリッシング装置の１態様として、ターンテーブルとトップリング本体とを有し、前記ターンテーブルとトップリング本体との間にポリッシング対象物を介在させて所定の力で押圧し摺動させることによって該ポリッシング対象物の表面を研磨し平坦且つ鏡面化するポリッシング装置において、前記トップリング本体を回転駆動するための駆動装置に連結されたトップリング駆動軸を設け、該トップリング駆動軸と前記トップリング本体との間に球ベアリングを介装し、前記トップリング本体下面が滑らかに前記ターンテーブル面の動きに追従するようにしてもよい。
【００１３】
この場合、前記トップリング本体には、トップリング本体下面に開口しかつ真空源に連通する複数の吸引孔が設置されていることが好ましい。
【００１４】
また、この場合、前記トップリング駆動軸からトップリング本体へ駆動を伝達する機構は、トップリング駆動軸に設けたトルク伝達ピンとトップリング本体に設けたトルク伝達ピンからなり、これら伝達ピンの点接触によりトップリング駆動軸の回転力をトップリング本体に伝達する構成であることが好ましい。
【００１５】
また、この場合、トップリング駆動軸に設けたトルク伝達ピンに振動を吸収する弾性体からなる緩衝材を設け、両駆動ピンが該緩衝材を介して接触するようにすることが好ましい。
【００１６】
また、この場合、前記トップリング駆動軸を回転自在に支持するラジアル軸受は、振動を吸収する緩衝手段（Ｏリング又は緩衝機構）を介して固定側に固定されていることが好ましい。
【００１７】
また、この場合、前記トップリング本体の下面の面圧分布を調整する面圧調整手段（例えば、図１０においては、直径ｄに対する直径Ｄ、ｄ／Ｄを変えることにより行う）を設けてもよい。
【００１８】
本発明の１態様として、ターンテーブルとトップリング本体とを有し、前記ターンテーブルとトップリング本体との間にポリッシング対象物を介在させて所定の力で押圧し摺動させることによって該ポリッシング対象物の表面を研磨し平坦且つ鏡面化するポリッシング装置において、ポリッシング装置の前記トップリング本体から前記ポリッシング対象物を受け渡しするポリッシング対象物受渡し機構と、洗浄液が収容された液槽が配置された洗浄部とを備え、研磨の終了した前記ポリッシング対象物を該ポリッシング対象物受渡し機構で受け取り、その後前記洗浄部で洗浄するようにしてもよい。
【００１９】
本発明の１態様として、ターンテーブルとトップリング本体とを有し、前記ターンテーブルとトップリング本体との間にポリッシング対象物を介在させて所定の力で押圧し摺動させることによって該ポリッシング対象物の表面を研磨し平坦且つ鏡面化するポリッシング装置において、前記トップリング本体を回転駆動するための駆動装置に連結されたトップリング駆動軸を設け、前記トップリング本体とトップリング駆動軸とは、ポリッシング対象物の研磨時に該トップリング本体をトップリング駆動軸に対して傾動可能とし、かつ該トップリング本体上昇時に該トップリング本体を水平に保つよう連結されるようにしてもよい。
【００２０】
本発明の１態様として、ターンテーブルとトップリング本体とを有し、前記ターンテーブルとトップリング本体との間にポリッシング対象物を介在させて所定の力で押圧し摺動させることによって該ポリッシング対象物の表面を研磨し平坦且つ鏡面化するポリッシング装置において、前記トップリング本体を回転駆動するための駆動装置に連結されたトップリング駆動軸を設け、該トップリング駆動軸は緩衝機構を介して固定側に支持されるようにしてもよい。
【００２１】
前述した構成からなる本発明によれば、トップリング本体の下面の面圧分布をコントロールする面圧コントロール手段を設けることにより、トップリング本体の下面の面圧分布を均一にすることができ、むらのない均一なポリッシングが可能となる。
【００２２】
また、トップリング駆動軸とトップリング本体との間に球ベアリングを介装した場合、トップリングがトップリング駆動軸と球ベアリングとトップリング本体に３分割されるので、トップリング本体の自由度が増加し、トップリング本体はターンテーブル面の傾きに対して速やかに傾動してターンテーブル面に追従することができ、半導体ウエハ等のポリッシング対象物の表面の精度の良い平坦且つ鏡面加工が可能となるとともに、トップリングがトップリング駆動軸の回転に同期して回転するから、平坦且つ鏡面加工のグレードが安定する。
【００２３】
この場合、トップリング本体とトップリング駆動軸が同期して回転することから、真空を引くために真空孔をトップリングの中心部に導き、トップリング駆動軸の軸中心部に設けた真空孔と一致させることがないから、トップリングの真空ラインを自在に設計することが可能となる。
【００２４】
また、トルク伝達ピンに振動を吸収する弾性体からなる緩衝材を設けトルク伝達ピンとトルク伝達ピンが該緩衝材を介して接触するようにした場合は、トップリング駆動軸の振動はこの緩衝材で吸収されるから、該振動はトップリング本体に伝達されることはない。
【００２５】
また、トップリング駆動軸を支持するラジアル軸受を、振動を吸収する緩衝手段を介して固定側に固定させた場合は、トップリング駆動軸の振動はこの緩衝手段で吸収され、トップリング本体に伝達されることはない。
【００２６】
さらに、ポリッシング対象物受渡し機構は、トップリング本体へ又はトップリング本体からポリッシング対象物を受け渡しする際、ポリッシング対象物に衝撃力を与えないよう緩衝機構を具備してもよい。この場合、トップリング本体を上下動させるシリンダに大径のものを用いても微妙な圧力調整が不要となり、且つポリッシング対象物にダメージを与えることがなく、又、ポリッシング対象物の受け渡し位置の微妙なセンサ調整を行う必要がない。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、下記に列挙する優れた効果が得られる。
（１）トップリング下面の面圧分布を調整する面圧調整手段を設けることにより、ポリッシング対象物の面圧を均一にすることができるから、精度の良いポリッシングが可能となる。
【００２８】
（２）また、トップリング本体の下面がターンテーブル面の傾動に迅速に追従しながらトップリング駆動軸とトップリング本体が同期して回転することになり、半導体ウエハ等のポリッシング対象物の表面の平坦・鏡面研磨が高精度にでき、研磨グレードが安定する。
【００２９】
（３）また、トップリング駆動軸とトップリング本体が同期して回転することにより、トップリング本体からの真空ラインやターンテーブルに対するトップリング本体の加圧のためのラインが自在に設計できるようになる。
【００３０】
（４）また、トップリング駆動軸に設けた駆動ピン及びトップリング本体に設けた駆動ピンのいずれか一方又は双方に緩衝手段を設け、またトップリング駆動軸を支持するラジアル軸受を固定側又はトップリング駆動軸に緩衝手段を介して固定することにより、トップリング駆動軸の振動のトップリング本体への伝達及び振動そのものを抑制できるので精度のよいポリッシングが可能となる。
【００３１】
（５）さらに、ポリッシング対象物受渡し機構は、トップリング本体へ又はトップリング本体からポリッシング対象物を受け渡しする際、ポリッシング対象物に衝撃力を与えないよう緩衝機構を具備するため、トップリング本体を上下動させるシリンダに大径のものを用いても微妙な圧力調整が不要となり、且つポリッシング対象物にダメージを与えることがなく、又、ポリッシング対象物の受け渡し位置の微妙なセンサ調整を行う必要がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明に係るポリッシング装置の一実施例を図１乃至図４に基づいて説明する。図１及び図２は本発明の半導体ウエハのポリッシング装置のポリッシング部を示す図で、図１は縦断面図、図２は平面図である。ポリッシング装置のトップリング部は、トップリング駆動軸１と、トップリング本体３と、これらトップリング駆動軸１とトップリング本体３との間に介装された球ベアリング２とから構成されている。
【００３３】
前記トップリング駆動軸１の下端面中央部には球ベアリング２が摺接する凹状球面１ａが形成されている。トップリング本体３はトップリング本体上部３−１とトップリング本体下部３−２とで構成されている。トップリング本体上部３−１の上面中心部には球ベアリング２が摺接する凹状球面３−１ａが形成され、トップリング本体下部３−２の外周部にはウエハ外止リング５が取付けられている。
【００３４】
トップリング本体下部３−２には下面に開口する多数の真空吸引孔３−２ａが形成されている。トップリング本体上部３−１には該真空吸引孔３−２ａに連通する真空溝３−１ｂが形成されており、真空溝３−１ｂはトップリング本体上部３−１に形成された４本の真空孔３−１ｃに連通している。この真空孔３−１ｃは真空ライン用チューブ１０とチューブ継手９及びチューブ継手１１でトップリング駆動軸１の中心部に設けられた真空孔１ｂに連通されている。
【００３５】
前記トップリング駆動軸１にはフランジ部１ｃが一体に設けられており、フランジ部１ｃの外周には４本のトルク伝達ピン７が設けられている。また、トップリング本体３のトップリング本体上部３−１の上面にはトルク伝達ピン７に対応して、４本のトルク伝達ピン８が設けられている。トップリング本体下部３−２の下面とウエハ外止リング５の内周とターンテーブル（図示せず）上面とに囲まれた空間に半導体ウエハ６を収容し、ターンテーブルを回転させるとともに、トップリング駆動軸１を回転させ、その回転トルクをトルク伝達ピン７とトルク伝達ピン８の係合によりトップリング本体３に伝達させてトップリング本体３を回転させ、且つトップリング本体３を摺動させながら半導体ウエハ６の表面を平坦且つ鏡面に研磨する。
【００３６】
トップリング駆動軸１のフランジ部１ｃの上部にはトップリングホルダー４が設けられており、このトップリングホルダー４はボルト４１によりトップリング本体３と連結されている。またボルト４１とトップリングホルダー４との間にはスプリング４２が介装されている。トップリング駆動軸１を上昇させるとトップリングホルダー４はトップリング本体３とともに上昇する。この上昇させた状態時にスプリング４２は柔らかくトップリング本体３を水平に保つ機能を奏する。このトップリング本体３を柔らかく水平に保つ機能は半導体ウエハ６を受け渡しするときに有効に機能する。
【００３７】
図３は図１及び図２に示すポリッシング部を用いたポリッシング装置の全体構成を示す図である。図３において、符号２０はターンテーブルであり、ターンテーブル２０は軸２１を中心に回転できるようになっている。ターンテーブル２０の外周部には研磨砥液等の飛散を防ぐためのターンテーブルリング２２が設けられている。また、ターンテーブル２０の上面には研磨布２３が張られている。
【００３８】
ターンテーブル２０の上部には前述のように構成されたトップリング部が配置されている。トップリング駆動軸１の上部にはトップリングシリンダ１２が設けられており、トップリング本体３はトップリングシリンダ１２により、ターンテーブル２０に対して一定の圧力で押圧されている。符号１３はトップリング駆動モータで、歯車１４、歯車１５、歯車１６を介してトップリング駆動軸１に回転トルクを与えている。またターンテーブル２０の上方には研磨砥液ノズル１７が設置されており、研磨砥液ノズル１７によってターンテーブル２０の研磨布２３上に研磨砥液Ｑが噴射できるようになっている。
【００３９】
上記構成のポリッシング装置において、トップリング本体下部３−２の下面に半導体ウエハ６を真空吸着で取付け、ターンテーブル２０上面の研磨布２３上にトップリングシリンダ１２により圧力を加えて加圧する。この時ターンテーブル２０は回転を始める。次に研磨砥液ノズル１７から研磨布２３上に研磨砥液Ｑを流すことにより、研磨布２３に研磨砥液Ｑが保持され、半導体ウエハ６の研磨される面（下面）に研磨砥液Ｑが浸入しポリッシングを始める。
【００４０】
この時、ターンテーブル２０の上面に僅かな傾きがあったとしてもトップリング本体３は球ベアリング２により、トップリング駆動軸１に対してトップリング本体３が速やかに傾動する。トップリング本体３が傾いても、トップリング駆動軸１側のトルク伝達ピン７とトップリング本体３側のトルク伝達ピン８は点接触のためにそれぞれの場合で接触点をずらしてトップリング駆動軸１の回転トルクを確実にトップリング本体３に伝達する。
【００４１】
図４は、上記ポリッシング装置におけるポリッシング部の動作を説明する説明図である。ポリッシング部は図４（ａ）に示されるようにトップリング駆動軸１と球ベアリング２とトップリング本体３とが３分割構造となっている。球ベアリング２はセラミックス、トップリング駆動軸１及びトップリング本体３の球ベアリング２との摺接部はステンレススチールで構成されている。したがって、図４（ｂ）の模式図に示すように、トップリング本体３は、球ベアリング２の回わりに矢印Ａで示すように傾動可能であるとともにトップリング本体３の軸線回わりに矢印Ｂで示すように回転可能である。そして、球ベアリング２は矢印Ｃで示すように球ベアリング２の中心の回わりに自転可能である。即ち、トップリング本体３とトップリング駆動軸１との間には自由運動が可能な球ベアリング２が介在するため、自由度が従来例に比べて増加したことになり、トップリング本体３はターンテーブル面に追随して矢印Ａ，Ｂ及びＣでそれぞれ示される単独運動及びこれらの複合運動が可能である。
【００４２】
しかして、上述の構成のポリッシング部におけるトップリング本体３を図４（ｃ）に示すように押し付け力Ｆでα°傾斜したターンテーブル面２０に押し付けた場合には、トップリング本体３は球ベアリング２の球面との間で見掛け上円弧長Ｌ分だけ移動しなければならない。ところが、球ベアリング２の球面自体も自由度をもっているため、球ベアリング２がトップリング駆動軸１に対し円弧長Ｌ／２、トップリング本体３が球ベアリング２に対して円弧長Ｌ／２移動したら、トップリング本体３がα°傾斜したことと同等になる。
【００４３】
本発明においては、トップリング本体３とトップリング駆動軸１とは同等の材質を用いており、球ベアリング２に対する摩擦係数は同じであるため、トップリング本体３が円弧長Ｌ移動している時は、球ベアリング２がトップリング駆動軸１に対し円弧長Ｌ／２、トップリング本体３が球ベアリング２に対しＬ／２移動する。この時、Ｌ／２移動する時間は、Ｌ移動する時間に対し１／２の時間で移動できるので、図１７及び図１８に示す従来例と比較して本発明のトップリング本体は１／２の時間で迅速に追従できるメリットがある。
【００４４】
また、トップリング本体３が半導体ウエハ６を介して、研磨布２３に押し付けられる時、ウエハ６と研磨布２３の間の摩擦係数によって振動が発生する。特に、回転する当初は、摩擦係数が静摩擦係数から動摩擦係数に移行するため、スティクスリップ現象がおき、回転ムラが生じ、振動が起こりやすい。図１７及び図１８に示す従来例と、本発明のポリッシング部を比較したときに、特に回転方向に対する振動は、従来例においては、トップリング本体から直接トップリング駆動軸に伝わる。
【００４５】
本発明の場合は、トップリング本体３から一旦球ベアリング２に伝わり、その後トップリング駆動軸１に伝達される。この場合、本発明のポリッシング部は、分割構造のため、球ベアリング２に回転方向の自由度を持たせているので、回転方向の振動がトップリング駆動軸１に伝わりにくくなっている。
【００４６】
図５は本発明のポリッシング装置のポリッシング部の他の構成を示す縦断面図である。本ポリッシング部は図示するように、トップリング本体３にはその下面に開口する真空吸引孔が設けられておらず、又、これに連通する真空孔がトップリング駆動軸１に設けられていない。即ち、本トップリング本体３はその下面に半導体ウエハ６を吸着する機能を有していない。その他の構成は図１及び図２に示すポリッシング部と全く同一である。このようにトップリング本体３が真空吸着機能を有していない場合でも、半導体ウエハ６の表面を平坦且つ鏡面に研磨するには何等支障にならない。
【００４７】
なお、本発明のポリッシング装置で半導体ウエハ表面の平坦且つ鏡面化研磨を行った場合、半導体ウエハの縁部が過度に研磨されるという所謂縁だれの現象が極めて少ない。この理由は、上記のようにトップリング本体３を球ベアリング２を介してトップリング駆動軸１の下端に支持することにより、トップリング本体３に発生する応力は図６に示すように、球ベアリング２の中心Ｏに向かって発生し、その大きさは中心Ｏより離れる程弱くなり、トップリング本体３の剛性を適当に設定すれば、トップリング本体３の中央から離れた部分が一点鎖線で示すように上方に変形し、この部分の半導体ウエハ６に加わる圧力が弱くなるため、半導体ウエハ６の縁部が過度に研磨されるということが無くなるものと推察できる。
【００４８】
次に、本発明のポリッシング装置の他の実施例を図７及び図８に示す。図１及び図２に示す実施例においては、トップリング駆動軸１側のトルク伝達ピン７とトップリング本体３側のトルク伝達ピン８を直接接触させているので、トップリング駆動軸１の振動が直接トップリング本体３に伝達され、均一な研磨、即ちポリッシングに悪影響を与える場合がある。そこで図７及び図８に示すように、トルク伝達ピン７の外周をゴム材等の弾性体からなる緩衝材３１で覆い、トルク伝達ピン７とトルク伝達ピン８はこの緩衝材３１を介して接触するようにする。これによりトップリング駆動軸１の振動はこの緩衝材３１により吸収され、トップリング本体３に伝達されない。なお、この緩衝材３１はトルク伝達ピン８の外周に設けても良く、又、トルク伝達ピン７とトルク伝達ピン８の双方に設けて良いことも当然である。
【００４９】
トップリング駆動軸１の振動の吸収を更に完全にするために、図７に示すように、トップリング駆動軸１を支持するラジアル軸受３３と固定側３５の間にＯリング３２からなる緩衝手段を設けている。これにより、トップリング駆動軸１の振動はこの緩衝手段に吸収され、その振動は抑制される。また、この緩衝手段としては、図９に示すように、ラジアル軸受３３と固定側３５の間に所定の間隔を置いて２個のＯリング３２−１，３２−２を設け、Ｏリング３２−１と３２−２の間に油溜３６から油Ｒを供給して、緩衝機構３４を構成し、この緩衝機構３４により、トップリング駆動軸１の振動を吸収するようにしても良い。また、Ｏリング３２及び緩衝機構３４の緩衝手段は必ずしもラジアル軸受３３と固定側３５の間に設ける必要はなく、トップリング駆動軸１とラジアル軸受３３の間に設けてもよい。
【００５０】
ポリッシングを均一に行うためには、トップリング本体３の下面のターンテーブル２０に対する面圧分布を均一とする必要がある。図１０はこのトップリング本体３の下面の面圧分布を均一にする面圧調整手段の一例を示す図である。本面圧調整手段は、トップリング本体３の上面と球ベアリング２の間に設けられた面圧調整部材３７からなっている。面圧調整部材３７は円板状で上面中央部には円形の凸部３７ａを設け、下面外周部にはリング状の凸部３７ｂを設けている。凸部３７ａの中心部には球ベアリング２が挿入される凹部が形成され、リング状の凸部３７ｂの下端面がトップリング本体３の上面に当接する。ここで、凸部３７ｂがトップリング本体３と接触する面の面積を適宜変えることにより、トップリング本体３の下面の面圧分布を調整することができる。即ち、図１０において、凸部３７ｂの内径ｄ，外径Ｄの比ｄ／Ｄを変えることによりトップリング本体３の下面の面圧分布を調整できる。なお、図１０において、ｄ＝０とし、Ｄを適宜変更してもトップリング本体３の下面の面圧分布を調整することができる。
【００５１】
なお、面圧調整手段としては図１０に示す例に限定されるものではなく、例えば面圧調整部材３７の下面とトップリング本体３の上面の間にエアーバック的な等分布荷重を与えるような手段を設けてもよいことは当然である。
【００５２】
図１及び図２に示す実施例、図７及び図８に示す実施例においては、半導体ウエハ６をトップリング本体３に吸着するためにトップリング本体３に真空孔を形成している。図１１乃至図１３はいずれもトップリング本体３に形成する真空孔の種々の構成を示す図である。図１１においては、一体的に形成されたトップリング本体３に真空吸引孔３ｃが形成されている。該真空孔３ｃは先端が細く（０．５〜１．０mm）、トップリング本体３の下面に開口している。また、図１２においては、トップリング本体下部３−２の下面に細い先端が開口する真空吸引孔３−２ａが形成され、トップリング本体上部３−１には該真空吸引孔３−２ａに連通する真空溝３−１ｂが形成されており、該真空溝３−１ｂは同じくトップリング本体上部３−１に形成された４本の真空孔３−１ｃに連通している。さらに、図１３においては、トップリング本体３はリング状のトップリング本体下部３−２′の内部に多数の孔を有するポーラスセラミック材からなるトップリング板３−２′ａが嵌合した構造であり、トップリング本体上部３−１にはトップリング板３−２′ａの多数の孔に連通する真空溝３−１ｂが形成されており、真空溝３−１ｂはトップリング本体上部３−１に形成された４本の真空孔３−１ｃに連通している。
【００５３】
次に、ポリッシング装置に設置され、ポリッシング装置のトップリングに又はトップリングから半導体ウエハを受け渡しするポリッシング対象物受渡し機構を図１４乃至図１６を参照して説明する。図１４は本発明のポリッシング対象物受渡し機構６６の構造を示す図である。図１４において、５１は円板状のベースであり、ベース５１の周端上部には複数の吸着コマ５２が取付けられ、さらに吸着コマ５２の上部には吸着パッド５３が取付けられている。そして、吸着コマ５２と吸着パッド５３のそれぞれの中央部には互いに連通する真空孔５２ａ及び５３ａが形成されており、真空孔５２ａ及び５３ａは真空継手５４を介して真空ラインチューブ５５に連通されている。
【００５４】
前記ベース５１は軸５６の上端に固定されており、軸５６は軸受５８にフランジ付き軸受スリーブ５７を介し上下に摺動自在に支持されている。符号６０はスプリングであり、スプリング６０は軸５６に形成された段部とスプリング押え部５９の間に挟まれ、軸５６を上方に押し上げる弾発力を与える。なお、スプリング押え部５９はその外周に雄ネジが形成されており、軸受５８の中央部に形成された雌ネジに螺合されている。符号６２は軸５６の先端部に螺合されたナットであり、このナット６２がストッパー６１に当接することにより、スプリング６０による軸５６の押し上げをこの位置で止めている。
【００５５】
前記軸受５８はアーム６３の先端に固定されており、アーム６３はエレベータにより矢印Ｚに示すように上下動できるようになっている。上記構成のポリッシング対象物受渡し機構６６において、吸着パッド５３の上部に半導体ウエハ６が載置されるようになっており、真空ラインチューブ５５を真空源に接続すると半導体ウエハ６は吸着パッド５３上に真空吸着される。また、吸着パッド５３及び吸着コマ５２を介してベース５１に衝撃等の圧力が加わると軸５６はスプリング６０の弾発力に抗して下降する。即ち、軸受スリーブ５７、軸受５８、スプリング押え部５９及びスプリング６０はベースに加わる衝撃等の圧力を緩衝する緩衝機構を構成している。なお、符号５１ａは吸着コマ５２とベース５１との間の真空気密を保つためのＯリングである。
【００５６】
図１５は上記構成のポリッシング対象物受渡し機構６６を用いて、ポリッシング装置のトップリングへ又はトップリングからポリッシング対象物を受け渡しする状態を示す図である。ポリッシング部は図１及び図２に示す実施例と同様の構成を有しているため説明は省略する。
【００５７】
トップリング駆動軸１を上昇させるとトップリングホルダー４はトップリング本体３とともに上昇する。この上昇させた状態時にスプリング４１は柔らかくトップリング本体３を水平に保つ機能を奏する。そしてこの機能は特に半導体ウエハ６を受け渡す際に有効に機能する。
【００５８】
ポリッシング部のトップリング本体３の下面に半導体ウエハ６を吸着させる際、トップリング駆動軸１の中心部に設けられた真空孔１ｂを真空源に接続することにより、トップリング本体下部３−２の真空吸引孔３−２ａから空気が吸引されている。この状態でポリッシング対象物受渡し機構６６の吸着コマ５２の吸着パッド５３上に半導体ウエハ６を載置し、半導体ウエハ６をトップリング本体３の下面に向けてエレベータ６４によりアーム６３及びベース５１を介して押し上げる。トップリング本体３に到達すると半導体ウエハ６はトップリング本体３の下面に真空吸着される。
【００５９】
この時、ベース５１は下方の押圧力を受けるが、この押圧力は軸５６がスプリング６０の弾発力に抗して下降することにより吸収されるため、この押圧力は半導体ウエハ６に対して衝撃とはならない。また、トップリング本体３から半導体ウエハ６を受け取る場合は、ポリッシング対象物受渡し機構６６の吸着コマ５２の吸着パッド５３を半導体ウエハ６の下面に当接させ、真空孔１ｂを真空源から外し、真空ラインチューブ５５を真空源に接続することにより、半導体ウエハ６は吸着パッド５３上に吸着される。この時、吸着パッド５３を半導体ウエハ６の下面に当接させると、ベース５１は下方の押圧力を受けるが、この押圧力は軸５６がスプリング６０の弾発力に抗して下降することにより吸収され、半導体ウエハ６に対して衝撃とはならない。
【００６０】
また、このようにポリッシング対象物受渡し機構６６にスプリング６０等よりなる緩衝機構を設けることにより、エレベータ６４の駆動モータにステッピングモータを使用してもステッピングモータは脱調現象を起こさない。なお、上記実施例ではスプリング６０の弾発力を利用した緩衝機構としているが、緩衝機構はこれに限定されるものではなく、半導体ウエハを受け渡しする際、半導体ウエハに加わる衝撃等の圧力を吸収し、半導体ウエハにダメージを与えないようなものであればどのような構成であってもよい。
【００６１】
図１６は半導体ウエハを研磨洗浄する装置の全体構成を示す模式図である。半導体ウエハのロード側には上記ポリッシング対象物受渡し機構６６が配置され、アンロード側にはポリッシング対象物受渡し機構６６及び洗浄部７０が配置され、その中間にターンテーブル２０が配置されている。エレベータ６４の上昇によりポリッシング対象物受渡し機構６６上に載置された半導体ウエハ６はトップリング本体３の下面に吸着される。ターンテーブル２０はモータ６８の回転により、回転力伝達機構６９を介して回転しており、トップリングシリンダ１２によりトップリング本体３の下面に吸着されている半導体ウエハ６をターンテーブル２０の上面に一定の圧力で当接させて、半導体ウエハ６を研磨する。この時、トップリング本体３は回転すると同時に摺動している。
【００６２】
研磨の終了した半導体ウエハ６はアンロード側のポリッシング対象物受渡し機構６６によって受け取られる。ポリッシング対象物受渡し機構６６上の半導体ウエハ６はエレベータの下降により、洗浄部７０に渡される。洗浄部７０には純水等の洗浄液Ｗが収容された液槽７１が配置され、液槽７１内には搬送用ローラーや洗浄用ローラー７２が配置され、研磨された半導体ウエハ６はこの搬送用ローラーや洗浄用ローラー７２により洗浄液Ｑの中を搬送されながら、その表面が洗浄される。
【００６３】
なお、上記各実施例では半導体ウエハを平坦且つ鏡面に研磨するポリッシング装置を例に説明したが、本発明のポリッシング装置で研磨されるポリッシング対象物は半導体ウエハに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明のポリッシング装置のポリッシング部の一実施例を示す縦断面図である。
【図２】本発明のポリッシング装置のポリッシング部の一実施例を示す平面図である。
【図３】本発明のポリッシング装置の構成を示す縦断面図である。
【図４】本発明のポリッシング装置におけるポリッシング部の作用を説明する説明図である。
【図５】本発明のポリッシング装置のポリッシング部の他の構成例を示す縦断面図である。
【図６】本発明のポリッシング装置のポリッシング部における球ベアリングの作用を説明する説明図である。
【図７】本発明のポリッシング装置のポリッシング部の他の実施例を示す縦断面図である。
【図８】本発明のポリッシング装置のポリッシング部の他の実施例を示す平面図である。
【図９】本発明のポリッシング装置のトップリング駆動軸の軸受部を示す図である。
【図１０】本発明のポリッシング装置のトップリング本体の下面の面圧調整手段の一例を示す図である。
【図１１】本発明のポリッシング装置のトップリング本体に形成する真空孔の構成例を示す図である。
【図１２】本発明のポリッシング装置のトップリング本体に形成する真空孔の構成例を示す図である。
【図１３】本発明のポリッシング装置のトップリング本体に形成する真空孔の構成例を示す図である。
【図１４】本発明のポリッシング装置に設置されるポリッシング対象物受渡し機構の構造を示す図である。
【図１５】本発明のポリッシング対象物受渡し機構を用いてトップリングへ又は該トップリングからポリッシング対象物を受け渡しする状態を示す図である。
【図１６】ポリッシング対象物を研磨洗浄する装置の全体構成を示す模式図である。
【図１７】従来のポリッシング装置のポリッシング部を説明する説明図である。
【図１８】従来のポリッシング装置のポリッシング部を説明する説明図である。
【図１９】図１７及び図１８に示す従来のポリッシング装置のポリッシング部の作用を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００６５】
１    トップリング駆動軸
２    球ベアリング
３    トップリング本体
４    トップリングホルダー
５    ウエハ外止リング
６    半導体ウエハ
７，８    トルク伝達ピン
１０    真空ライン用チューブ
１２    トップリングシリンダ
１３    トップリング駆動モータ
２０    ターンテーブル
２３    研磨布
３１    緩衝材
３２    Ｏリング
３３    ラジアル軸受
３４    緩衝機構
３５    固定側
３６    油溜
３７    面圧調整部材
５１    ベース
５２    吸着コマ
５３    吸着パッド
５５    真空ラインチューブ
５７    軸受スリーブ
５８    軸受
６０    スプリング
６３    アーム
６４    エレベータ
【図１】
2004154936.tif 000003
【図２】
2004154936.tif 000004
【図３】
2004154936.tif 000005
【図４】
2004154936.tif 000006
【図５】
2004154936.tif 000007
【図６】
2004154936.tif 000008
【図７】
2004154936.tif 000009
【図８】
2004154936.tif 000010
【図９】
2004154936.tif 000011
【図１０】
2004154936.tif 000012
【図１１】
2004154936.tif 000013
【図１２】
2004154936.tif 000014
【図１３】
2004154936.tif 000015
【図１４】
2004154936.tif 000016
【図１５】
2004154936.tif 000017
【図１６】
2004154936.tif 000018
【図１７】
2004154936.tif 000019
【図１８】
2004154936.tif 000020
【図１９】
2004154936.tif 000021