JP2016016491A - 研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータリジョイントに捩り振動が発生することがなく、また冷却水配管と研磨テーブルの嵌合部等に異音が発生することがなく、装置の安定した運転を継続できる研磨装置を提供する。【解決手段】研磨テーブルまたはトップリングの回転部に固定され、研磨テーブル内またはトップリング内に流体の供給および排出を行うためのロータリジョイントと、ロータリジョイントと装置フレームＦとを連結してロータリジョイントの回り止めを行う回り止め機構とを備え、回り止め機構は少なくとも１つの球面滑り軸受３２６，３２７を有したリンク機構３２３を備える。【選択図】図６

Description

本発明は、半導体ウエハ等の基板を研磨して平坦化する研磨装置に関するものである。

近年、半導体デバイスの高集積化・高密度化に伴い、回路の配線がますます微細化し、多層配線の層数も増加している。回路の微細化を図りながら多層配線を実現しようとすると、下側の層の表面凹凸を踏襲しながら段差がより大きくなるので、配線層数が増加するに従って、薄膜形成における段差形状に対する膜被覆性（ステップカバレッジ）が悪くなる。したがって、多層配線するためには、このステップカバレッジを改善し、然るべき過程で平坦化処理しなければならない。また光リソグラフィの微細化とともに焦点深度が浅くなるため、半導体デバイスの表面の凹凸段差が焦点深度以下に収まるように半導体デバイス表面を平坦化処理する必要がある。

従って、半導体デバイスの製造工程においては、半導体デバイス表面の平坦化技術がますます重要になっている。この平坦化技術のうち、最も重要な技術は、化学的機械研磨（ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing））である。この化学的機械的研磨は、研磨装置を用いて、シリカ（ＳｉＯ_２）やセリア（ＣｅＯ_２）等の砥粒を含んだ研磨液を研磨パッドの研磨面上に供給しつつ半導体ウエハなどの基板を研磨面に摺接させて研磨を行うものである。

ＣＭＰプロセスを行う研磨装置は、研磨面を有する研磨テーブルと、半導体ウエハなどの基板を保持するための研磨ヘッド（トップリング）とを備えている。このような研磨装置を用いて基板の研磨を行う場合には、研磨ヘッドにより基板を保持して基板を研磨面に対して所定の圧力で押圧する。このとき、研磨面上に研磨液を供給しつつ研磨テーブルと研磨ヘッドとを回転させることにより基板を研磨面に摺接させ、基板の被研磨面を平坦かつ鏡面に研磨する。

基板の被研磨面の研磨レートは、基板の研磨パッドに対する研磨荷重のみならず、研磨面の表面温度にも依存する。これは、基板に対する研磨液の化学的作用が温度に依存するからである。したがって、半導体デバイスの製造においては、基板の被研磨面の研磨レートを上げて更に一定に保つために、基板研磨中の研磨面の表面温度を最適な値に保つことが重要とされる。

そのため、従来、研磨テーブルの内部に熱交換媒体用の流路を設け、該流路に熱交換媒体として冷却水を流すことで、熱交換媒体と研磨テーブルとの間で熱交換を行い、研磨中の摩擦熱による研磨テーブルの熱変形を防止するとともに研磨テーブル上の研磨面の表面温度を調節している。

特開平１０−２３５５５２号公報

上述したように、研磨テーブルは回転しているため、回転する研磨テーブルの内部に冷却水を移送する必要がある。そのため、研磨テーブルにはロータリジョイントが設置され、冷却水は、外部より冷却水配管およびロータリジョイントを介して研磨テーブル内の流路に供給され、研磨テーブル内で熱交換を行った後に外部に排出され、外部に排出された冷却水はチラーユニットにて冷却され、再び研磨テーブル内に供給されるようになっている（特許文献１参照）。

しかしながら、研磨装置の設置環境や運転条件（例えば低速アイドリング時）次第では、ロータリジョイントに捩り振動が発生したり、冷却水配管と研磨テーブルの嵌合部から異音が発生する。この状況で研磨装置の運転を継続すると、冷却水供給経路にある上記部品が疲労破壊したり、配管が摺動摩耗して破損し、冷却水漏れにつながる恐れがある。

本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、ロータリジョイントに捩り振動が発生することがなく、また冷却水配管と研磨テーブルの嵌合部等に異音が発生することがなく、装置の安定した運転を継続できる研磨装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明の研磨装置は、基板を保持したトップリングを回転させるとともに研磨テーブルを回転させながら、トップリングにより基板を研磨テーブル上の研磨面に押圧して基板を研磨する研磨装置において、前記研磨テーブルまたは前記トップリングの回転部に固定され、研磨テーブル内またはトップリング内に流体の供給および排出を行うためのロータリジョイントと、前記ロータリジョイントと装置フレームとを連結して前記ロータリジョイントの回り止めを行う回り止め機構とを備え、前記回り止め機構は少なくとも１つの球面滑り軸受を有したリンク機構を備えることを特徴とする。

本発明によれば、研磨テーブル内またはトップリング内に流体の供給および排出を行うためのロータリジョイントは、少なくとも１つの球面軸受を有したリンク機構によって装置フレームに固定されている。この構成により、ロータリジョイントは回り止めがなされるとともに装置フレームによって支持されている。そして、ロータリジョイントにおける固定環と回転環のシール接触面で生ずるスティックスリップによる振動現象は、少なくとも１つの球面滑り軸受による全方向（３６０°）の微小な回転運動により吸収又は緩和することができる。

本発明の好ましい態様は、前記リンク機構は、２つの球面滑り軸受を接続したことを特徴とする。
本発明によれば、リンク機構を２つの球面滑り軸受を接続して構成することにより、２つの球面滑り軸受の各中心の廻りに全方向（３６０°）に微小な回転運動が可能になる。そして、２つの球面滑り軸受の軸心を直交させることにより、２つの球面滑り軸受の回転運動の中心の位相が９０°ずれるため、運動の自由度が向上する。

本発明の好ましい態様は、前記２つの球面滑り軸受のうち、一方はおねじ付球面滑り軸受、他方はめねじ付球面滑り軸受であり、前記２つの球面滑り軸受はねじ締結されて一体化されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記回り止め機構は、前記リンク機構と、該リンク機構と前記ロータリジョイントとを連結するための回り止めプレートと、前記リンク機構と前記装置フレームとを連結するためのストッパプレートとからなることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記リンク機構を前記ロータリジョイントに連結することにより、前記ロータリジョイントの固有振動数を高め、前記研磨テーブルまたは前記トップリングの回転部材の固有振動数とは異なるようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、リンク機構をロータリジョイントに連結することにより、ロータリジョイントとリンク機構とを一体化したロータリジョイント組立体の固有振動数が大きくなり、他の周辺部品の固有振動数と大きく異なってくる。したがって、ロータリジョイントとリンク機構とを一体化したロータリジョイント組立体と、冷却水配管等の周辺部品との共振を防止することができる。その結果、ロータリジョイントの捩り振動を防止でき、配管摩耗や異音発生を防止できる。

本発明の好ましい態様は、前記回転部材は、前記研磨テーブル内に冷却水の供給および排出を行うための冷却水配管であることを特徴とする。

本発明によれば、ロータリジョイントに捩り振動が発生することがなく、また冷却水配管と研磨テーブルの嵌合部等に異音が発生することがなく、装置の安定した運転を継続できる。

図１は、本発明に係る研磨装置の全体構成を示す模式図である。 図２は、図１に示す４つの研磨ユニットのうち第１研磨ユニットの全体構成を示す模式的斜視図である。 図３は、研磨テーブルにおけるテーブル軸およびロータリジョイントの詳細を示す断面図である。 図４は、図３に示すロータリジョイントの回り止め機構の詳細を示す図であり、ロータリジョイント、回り止め機構および装置フレームを示す斜視図である。 図５は、図３に示すロータリジョイントの回り止め機構の詳細を示す図であり、ロータリジョイント、回り止め機構および装置フレームを示す斜視図である。 図６は、図３に示すロータリジョイントの回り止め機構の詳細を示す図であり、回り止めプレートとストッパプレートとを連結するリンク機構の詳細を示す斜視図である。 図７は、図３に示すロータリジョイントの回り止め機構の詳細を示す図であり、図７（ａ），（ｂ）は、めねじ付球面滑り軸受およびおねじ付球面滑り軸受とを示す図であり、図７（ａ）はめねじ付球面滑り軸受を示す断面図、図７（ｂ）はおねじ付球面滑り軸受を示す断面図である。 図８は、ロータリジョイントに接続された回り止めプレートと、装置フレームＦに接続されたストッパプレートとを連結する機構に、ダンパゴムからなる緩衝機構を用いた場合を示す斜視図である。 図９は、基板を研磨面に対して押圧するトップリング本体（キャリアとも称する）と、研磨面を直接押圧するリテーナリングとから基本的に構成されているトップリングを示す図である。

以下、本発明に係る研磨装置の一実施形態について図１から図９を参照して詳細に説明する。なお、図１から図９において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。本実施形態においては、研磨対象の基板として、半導体ウエハの場合を説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る研磨装置の全体構成を示す平面図である。図１に示すように、本実施形態における研磨装置は、略矩形状のハウジング１を備えており、ハウジング１の内部は隔壁１ａ，１ｂ，１ｃによってロード／アンロード部２と研磨部３（３ａ，３ｂ）と洗浄部４とに区画されている。これらのロード／アンロード部２、研磨部３ａ，３ｂ、および洗浄部４は、それぞれ独立に組み立てられ、独立に排気されるものである。

ロード／アンロード部２は、多数の半導体ウエハをストックするウエハカセットを載置する２つ以上（本実施形態では４つ）のフロントロード部２０を備えている。これらのフロントロード部２０は、研磨装置の幅方向（長手方向と垂直な方向）に隣接して配列されている。フロントロード部２０には、オープンカセット、ＳＭＩＦ（Standard Manufacturing Interface）ポッド、またはＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）を搭載することができる。ここで、ＳＭＩＦ、ＦＯＵＰは、内部にウエハカセットを収納し、隔壁で覆うことにより、外部空間とは独立した環境を保つことができる密閉容器である。

また、ロード／アンロード部２には、フロントロード部２０の並びに沿って走行機構２１が敷設されており、この走行機構２１上にウエハカセットの配列方向に沿って移動可能な搬送ロボット２２が設置されている。搬送ロボット２２は走行機構２１上を移動することによってフロントロード部２０に搭載されたウエハカセットにアクセスできるようになっている。この搬送ロボット２２は上下に２つのハンドを備えており、例えば、上側のハンドをウエハカセットに半導体ウエハを戻すときに使用し、下側のハンドを研磨前の半導体ウエハを搬送するときに使用して、上下のハンドを使い分けることができるようになっている。

ロード／アンロード部２は最もクリーンな状態を保つ必要がある領域であるため、ロード／アンロード部２の内部は、装置外部、研磨部３、および洗浄部４のいずれよりも高い圧力に常時維持されている。また、搬送ロボット２２の走行機構２１の上部には、ＨＥＰＡフィルタやＵＬＰＡフィルタなどのクリーンエアフィルタを有するフィルタファンユニット（図示せず）が設けられており、このフィルタファンユニットによりパーティクルや有毒蒸気、ガスが除去されたクリーンエアが常時下方に向かって吹き出している。

研磨部３は、半導体ウエハの研磨が行われる領域であり、第１研磨ユニット３０Ａと第２研磨ユニット３０Ｂとを内部に有する第１研磨部３ａと、第３研磨ユニット３０Ｃと第４研磨ユニット３０Ｄとを内部に有する第２研磨部３ｂとを備えている。これらの第１研磨ユニット３０Ａ、第２研磨ユニット３０Ｂ、第３研磨ユニット３０Ｃ、および第４研磨ユニット３０Ｄは、図１に示すように、装置の長手方向に沿って配列されている。

図１に示すように、第１研磨ユニット３０Ａは、研磨パッド（研磨面）を有する研磨テーブル３００Ａと、半導体ウエハを保持しかつ半導体ウエハを研磨テーブル３００Ａ上の研磨パッドに対して押圧しながら研磨するためのトップリング３０１Ａと、研磨テーブル３００Ａ上の研磨パッドに研磨液やドレッシング液（例えば、水）を供給するための研磨液供給ノズル３０２Ａと、研磨テーブル３００Ａ上の研磨パッドのドレッシングを行うためのドレッシング装置３０３Ａと、液体（例えば純水）と気体（例えば窒素）の混合流体または液体（例えば純水）を霧状にして１または複数のノズルから研磨パッドに噴射するアトマイザ３０４Ａとを備えている。また、同様に、第２研磨ユニット３０Ｂは、研磨テーブル３００Ｂと、トップリング３０１Ｂと、研磨液供給ノズル３０２Ｂと、ドレッシング装置３０３Ｂと、アトマイザ３０４Ｂとを備えており、第３研磨ユニット３０Ｃは、研磨テーブル３００Ｃと、トップリング３０１Ｃと、研磨液供給ノズル３０２Ｃと、ドレッシング装置３０３Ｃと、アトマイザ３０４Ｃとを備えており、第４研磨ユニット３０Ｄは、研磨テーブル３００Ｄと、トップリング３０１Ｄと、研磨液供給ノズル３０２Ｄと、ドレッシング装置３０３Ｄと、アトマイザ３０４Ｄとを備えている。

第１研磨部３ａの第１研磨ユニット３０Ａおよび第２研磨ユニット３０Ｂと洗浄部４との間には、長手方向に沿った４つの搬送位置（ロード／アンロード部２側から順番に第１搬送位置ＴＰ１、第２搬送位置ＴＰ２、第３搬送位置ＴＰ３、第４搬送位置ＴＰ４とする）の間でウエハを搬送する第１リニアトランスポータ５が配置されている。この第１リニアトランスポータ５の第１搬送位置ＴＰ１の上方には、ロード／アンロード部２の搬送ロボット２２から受け取ったウエハを反転する反転機３１が配置されており、その下方には上下に昇降可能なリフタ３２が配置されている。また、第２搬送位置ＴＰ２の下方には上下に昇降可能なプッシャ３３が、第３搬送位置ＴＰ３の下方には上下に昇降可能なプッシャ３４がそれぞれ配置されている。なお、第３搬送位置ＴＰ３と第４搬送位置ＴＰ４との間にはシャッタ１２が設けられている。

また、第２研磨部３ｂには、第１リニアトランスポータ５に隣接して、長手方向に沿った３つの搬送位置（ロード／アンロード部２側から順番に第５搬送位置ＴＰ５、第６搬送位置ＴＰ６、第７搬送位置ＴＰ７とする）の間でウエハを搬送する第２リニアトランスポータ６が配置されている。この第２リニアトランスポータ６の第６搬送位置ＴＰ６の下方にはプッシャ３７が、第７搬送位置ＴＰ７の下方にはプッシャ３８が配置されている。なお、第５搬送位置ＴＰ５と第６搬送位置ＴＰ６との間にはシャッタ１３が設けられている。

研磨時にはスラリーを使用することを考えるとわかるように、研磨部３は最もダーティな（汚れた）領域である。したがって、本実施形態では、研磨部３内のパーティクルが外部に飛散しないように、各研磨テーブルの周囲から排気が行われており、研磨部３の内部の圧力を、装置外部、周囲の洗浄部４、ロード／アンロード部２よりも負圧にすることでパーティクルの飛散を防止している。また、通常、研磨テーブルの下方には排気ダクト（図示せず）が、上方にはフィルタ（図示せず）がそれぞれ設けられ、これらの排気ダクトおよびフィルタを介して清浄化された空気が噴出され、ダウンフローが形成される。

各研磨ユニット３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄは、それぞれ隔壁で仕切られて密閉されており、密閉されたそれぞれの研磨ユニット３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄから個別に排気が行われている。したがって、半導体ウエハは、密閉された研磨ユニット３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ内で処理され、スラリーの雰囲気の影響を受けないため、良好な研磨を実現することができる。各研磨ユニット３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ間の隔壁には、図１に示すように、リニアトランスポータ５，６が通るための開口が開けられている。この開口にはそれぞれシャッタを設けて、ウエハが通過する時だけシャッタを開けるようにしてもよい。

洗浄部４は、研磨後の半導体ウエハを洗浄する領域であり、ウエハを反転する反転機４１と、研磨後の半導体ウエハを洗浄する４つの洗浄機４２〜４５と、反転機４１および洗浄機４２〜４５の間でウエハを搬送する搬送ユニット４６とを備えている。これらの反転機４１および洗浄機４２〜４５は、長手方向に沿って直列に配置されている。また、これらの洗浄機４２〜４５の上部には、クリーンエアフィルタを有するフィルタファンユニット（図示せず）が設けられており、このフィルタファンユニットによりパーティクルが除去されたクリーンエアが常時下方に向かって吹き出している。また、洗浄部４の内部は、研磨部３からのパーティクルの流入を防止するために研磨部３よりも高い圧力に常時維持されている。

図１に示すように、第１リニアトランスポータ５と第２リニアトランスポータ６との間には、第１リニアトランスポータ５、第２リニアトランスポータ６、および洗浄部４の反転機４１の間でウエハを搬送するスイングトランスポータ（ウエハ搬送機構）７が配置されている。このスイングトランスポータ７は、第１リニアトランスポータ５の第４搬送位置ＴＰ４から第２リニアトランスポータ６の第５搬送位置ＴＰ５へ、第２リニアトランスポータ６の第５搬送位置ＴＰ５から反転機４１へ、第１リニアトランスポータ５の第４搬送位置ＴＰ４から反転機４１にそれぞれウエハを搬送できるようになっている。

図２は、図１に示す４つの研磨ユニットのうち第１研磨ユニット３０Ａの全体構成を示す模式的斜視図である。他の研磨ユニット３０Ｂ〜３０Ｄも第１研磨ユニット３０Ａと同様の構成である。図２に示すように、第１研磨ユニット３０Ａは、研磨テーブル３００Ａと、研磨対象物である半導体ウエハＷを保持して研磨テーブル上の研磨パッド３０５Ａに押圧するトップリング３０１Ａとを備えている。研磨テーブル３００Ａは、中空のテーブル軸３０６Ａに接続されている。テーブル軸３０６Ａは研磨テーブル回転モータ（図示せず）に連結されており、研磨テーブル３００Ａはテーブル軸３０６Ａと一体に回転可能になっている。研磨テーブル３００Ａの上面には研磨パッド３０５Ａが貼付されており、研磨パッド３０５Ａの表面が半導体ウエハを研磨する研磨面を構成している。研磨パッド３０５Ａには、ロデール社製のＳＵＢＡ８００、ＩＣ−１０００、ＩＣ−１０００／ＳＵＢＡ４００（二層クロス）等が用いられている。ＳＵＢＡ８００は繊維をウレタン樹脂で固めた不織布である。ＩＣ−１０００は硬質の発泡ポリウレタンであり、その表面に多数の微細な孔を有したパッドであり、パーフォレートパッドとも呼ばれている。研磨テーブル３００Ａの上方には研磨液供給ノズル３０２Ａが設置されており、この研磨液供給ノズル３０２Ａによって研磨テーブル３００Ａ上の研磨パッド３０５Ａに研磨液（スラリー）が供給されるようになっている。

研磨テーブル３００Ａの内部には、熱交換媒体用の流路（図示せず）が設けられている。この熱交換媒体用の流路に熱交換媒体として冷却水を流すことで、熱交換媒体と研磨テーブル３００Ａとの間で熱交換を行い、研磨中の摩擦熱による研磨テーブル３００Ａの熱変形を防止するとともに研磨テーブル上の研磨面の表面温度を調節している。そのため、図２に示すように、テーブル軸３０６Ａの下端部にロータリジョイント３０８が設置され、冷却水は、外部より冷却水配管（図示せず）およびロータリジョイント３０８を介して研磨テーブル内の流路に供給されるようになっている。

トップリング３０１Ａは、トップリングシャフト３１１に接続されており、トップリングシャフト３１１は、支持アーム３１２に対して上下動するようになっている。トップリングシャフト３１１の上下動により、支持アーム３１２に対してトップリング３０１Ａの全体を上下動させ位置決めするようになっている。トップリングシャフト３１１は、トップリング回転モータ（図示せず）の駆動により回転するようになっている。トップリングシャフト３１１の回転により、トップリング３０１Ａがトップリングシャフト３１１の回りに回転するようになっている。

トップリング３０１Ａは、その下面に半導体ウエハＷを保持できるようになっている。支持アーム３１２はシャフト３１３を中心として旋回可能に構成されており、トップリング３０１Ａをウエハ受け渡し位置（プッシャ３３）に旋回させて、プッシャ３３（図１参照）に搬送された半導体ウエハを真空吸着する。そして、下面に半導体ウエハを保持したトップリング３０１Ａは、支持アーム３１２の旋回によりウエハ受け渡し位置（プッシャ３３）から研磨テーブル３００Ａの上方に移動可能になっている。トップリング３０１Ａは、下面に半導体ウエハを保持して半導体ウエハを研磨パッド３０５Ａの表面に押圧する。このとき、研磨テーブル３００Ａおよびトップリング３０１Ａをそれぞれ回転させ、研磨テーブル３００Ａの上方に設けられた研磨液供給ノズル３０２Ａから研磨パッド３０５Ａ上に研磨液（スラリー）を供給する。研磨液には砥粒としてシリカ（ＳｉＯ_２）やセリア（ＣｅＯ_２）を含んだ研磨液が用いられる。第１研磨ユニット３０Ａによる研磨ステップは以下のように行われる。研磨液を研磨パッド３０５Ａ上に供給しつつ、トップリング３０１Ａにより半導体ウエハを研磨パッド３０５Ａに押圧して半導体ウエハと研磨パッド３０５Ａとを相対移動させて半導体ウエハ上の絶縁膜や金属膜等を研磨する。

図３は、研磨テーブル３００Ａの内部およびロータリジョイント３０８の詳細を示す断面図である。図３に示すように、テーブル軸３０６内には、研磨テーブル３００Ａの下部に設置されたセンサ類等の機器（図示せず）に電源や信号を供給するための導線等を収容するための配管３０９、および研磨テーブル冷却用の冷却水配管３１０_ＩＮ，３１０_ＯＵＴが配置されている。配管３０９および冷却水配管３１０_ＩＮ，３１０_ＯＵＴの上端は固定ジョイント３１４に接続され、配管３０９および冷却水配管３１０_ＩＮ，３１０_ＯＵＴの下端はロータリジョイント３０８に接続されている。ロータリジョイント３０８は、テーブル軸３０６と一体に回転する内側の回転環３０８Ｒと、固定して設置された外側の固定環３０８Ｓとから構成されている。回転環３０８Ｒには配管３０９や冷却水配管３１０_ＩＮ，３１０_ＯＵＴが接続され、固定環３０８Ｓには外部から冷却水等の液体を供給する外部配管接続ポート３１５が設けられている。ロータリジョイント３０８の固定環３０８Ｓは回り止め機構３２０を介して装置フレームＦに連結されている。回り止め機構３２０は、ロータリジョイント３０８の固定環３０８Ｓに固定された回り止めプレート３２１と、装置フレームＦに固定されたストッパプレート３２２とを備えており、回り止めプレート３２１とストッパプレート３２２とはダンパゴム３２４又はリンク機構（後述する）によって連結されている。

図４乃至図７は、図３に示すロータリジョイント３０８の回り止め機構３２０の詳細を示す図である。図４および図５は、ロータリジョイント３０８、回り止め機構３２０および装置フレームＦを示す斜視図である。図４においては、回り止めプレート３２１は実線で示しているが、図５においては回り止めプレート３２１は仮想線で示すことにより、リンク機構３２３が明瞭に図示されるようにしている。
図４および図５に示すように、回り止め機構３２０は、ロータリジョイント３０８に固定された回り止めプレート３２１と、装置フレームＦに固定されたストッパプレート３２２と、回り止めプレート３２１とストッパプレート３２２とを連結するリンク機構３２３とを備えている。

回り止めプレート３２１は、水平方向に延びる水平プレート部３２１ａと水平プレート部３２１ａから上方に折曲された折曲部３２１ｂとを有し、折曲部３２１ｂがボルト３２５によってロータリジョイント３０８の側面に固定されている（図３参照）。ストッパプレート３２２は、装置フレームＦから立設された平板状の本体部３２２ａと、本体部３２２ａの下端の両側部に形成されたフランジ部３２２ｂとを備えている（図４および図５では一方のフランジ部３２２ｂのみ図示）。フランジ部３２２ｂはボルト３２９によって装置フレームＦに固定されており、これによって、ストッパプレート３２２は、装置フレームＦに固定されている。ストッパプレート３２２の本体部３２２ａの上部は、回り止めプレート３２１の水平プレート部３２１ａに形成された凹部３２１ｃに収容されている。回り止めプレート３２１とストッパプレート３２２とを連結するリンク機構３２３は、ストッパプレート３２２に固定されためねじ付球面滑り軸受３２６と、めねじ付球面滑り軸受３２６に接続されたおねじ付球面滑り軸受３２７とを備えている。めねじ付球面滑り軸受３２６には、水平方向に延びるボルト３３１が挿通されており、ボルト３３１のねじ部がストッパプレート３２２に螺合されることにより、めねじ付球面滑り軸受３２６はストッパプレート３２２に固定されている。おねじ付球面滑り軸受３２７には、鉛直方向に延びるボルト３３２が挿通されており、ボルト３３２のねじ部が回り止めプレート３２１に螺合されることにより、おねじ付球面滑り軸受３２７は回り止めプレート３２１に固定されている。

図６は、回り止めプレート３２１とストッパプレート３２２とを連結するリンク機構３２３の詳細を示す斜視図である。図６に示すように、めねじ付球面滑り軸受３２６は、ボルト３３１によってストッパプレート３２２に固定されている。ストッパプレート３２２とめねじ付球面滑り軸受３２６との間には、金属製ワッシャーからなるスペーサ３２９が介装されている。また、おねじ付球面滑り軸受３２７は、ボルト３３２によって回り止めプレート３２１に固定されている。回り止めプレート３２１とおねじ付球面滑り軸受３２７との間には、金属製ワッシャーからなるスペーサ３３０が介装されている。

図７（ａ），（ｂ）は、めねじ付球面滑り軸受３２６およびおねじ付球面滑り軸受３２７とを示す図であり、図７（ａ）はめねじ付球面滑り軸受３２６を示す断面図、図７（ｂ）はおねじ付球面滑り軸受３２７を示す断面図である。
図７（ａ）に示すように、めねじ付球面滑り軸受３２６は、めねじ３２６ｓを有した本体部３２６ａと、本体部３２６ａの凹球面３２６ａｓに嵌合された球面内輪３２６ｂとを備えている。球面内輪３２６ｂに形成された孔３２６ｈに前記ボルト３３１が挿通されることにより、めねじ付球面滑り軸受３２６はストッパプレート３２２に固定される。
図７（ｂ）に示すように、おねじ付球面滑り軸受３２７は、おねじ３２７ｓを有した本体部３２７ａと、本体部３２７ａの凹球面３２７ａｓに嵌合された球面内輪３２７ｂとを備えている。球面内輪３２７ｂに形成された孔３２７ｈに前記ボルト３３２が挿通されることにより、おねじ付球面滑り軸受３２７は回り止めプレート３２１に固定される。おねじ付球面滑り軸受３２７のおねじ３２７ｓがめねじ付球面滑り軸受３２６のめねじ３２６ｓに螺合されることにより、めねじ付球面滑り軸受３２６とおねじ付球面滑り軸受３２７とは一体化されてリンク機構３２３が構成される。したがって、リンク機構３２３は剛性の高い金属材料から構成されている。

図４乃至図７に示すように、ロータリジョイント３０８は回り止め機構３２０を介して装置フレームＦに連結されている。回り止め機構３２０は二つの球面すべり軸受３２６，３２７を用いたリンク機構３２３を備え、この二つの球面すべり軸受３２６，３２７を用いたリンク機構３２３によって、ロータリジョイント３０８の固定環３０８Ｓに固定された回り止めプレート３２１と、装置フレームＦに固定されたストッパプレート３２２とを連結している。すなわち、ロータリジョイント３０８は、ボールジョイント付きロッドタイプのリンク機構３２３によって装置フレームＦに連結されている。この構成により、ロータリジョイント３０８は回り止めがなされるとともに装置フレームＦによって支持されている。そして、ロータリジョイント３０８における固定環３０８Ｓと回転環３０８Ｒのシール接触面で生ずるスティックスリップによる振動現象は、二つの球面滑り軸受３２６，３２７による全方向（３６０°）の微小な回転運動により吸収又は緩和することができる。

図８は、ロータリジョイント３０８に接続された回り止めプレート３２１と、装置フレームＦに接続されたストッパプレート３２２とを連結する機構に、ダンパゴム３２４からなる緩衝機構を用いた場合を示す斜視図である。図８に示すように、ダンパゴム３２４は、回り止めプレート３２１とストッパプレート３２２とが直接接触しないように回り止めプレート３２１とストッパプレート３２２との間に介装されている。ダンパゴム３２４は、ストッパプレート３２２の３面を囲むようにＵ字状の平面形状を有し、かつ回り止めプレート３２１と概略同一の垂直方向の厚さを持っている。

表１は、ロータリジョイント３０８に接続された回り止めプレート３２１と、装置フレームＦに接続されたストッパプレート３２２とを連結する機構に、ダンパゴム３２４からなる緩衝機構や本発明のリンク機構３２３を用いた場合における各部品の固有値、すなわち固有振動数（Ｈｚ）を示す表である。

表１に示すように、ロータリジョイント３０８の固有振動数は５９．４Ｈｚ、冷却水配管（冷却水シャフト（Ｓ２））の固有振動数は４７．８、冷却水配管（冷却水シャフト（Ｘ））の固有振動数は６８．４である。一方、ゴム硬度７０（Ｄｕｒｏ）のダンパゴムの固有振動数は５０〜５９Ｈｚであり、ゴム硬度７５〜８５（Ｄｕｒｏ）のダンパゴムの固有振動数は５９〜８２である。
したがって、回り止めプレート３２１とストッパプレート３２２とを連結する機構にダンパゴムからなる緩衝機構を用いた場合には、ダンパゴムの硬度を変えてもダンパゴムとロータリジョイントとの固有振動数が近似している条件では、ロータリジョイントにダンパゴムを連結することによってロータリジョイントの固有振動数（固有値）を変えることはできない。そのため、ロータリジョイントと冷却水シャフト等の周辺部品とが共振してしまい、ロータリジョイントに捩り振動が発生したり、冷却水シャフトと研磨テーブルの嵌合部から異音が発生する。なお、ダンパゴムとロータリジョイントとの固有振動数が充分に離間している条件では、制振可能である。

これに対し、二つの球面滑り軸受３２６，３２７を用いたボールジョイント付ロッドタイプのリンク機構３２３の固有振動数は２０４Ｈｚである。このように、固有振動数が２０４Ｈｚのリンク機構３２３をロータリジョイント３０８に連結することにより、ロータリジョイント３０８とリンク機構３２３とを一体化したロータリジョイント組立体の固有振動数が大きくなり、他の周辺部品の固有振動数と大きく異なってくる。したがって、ロータリジョイント３０８とリンク機構３２３とを一体化したロータリジョイント組立体と、冷却水シャフト等の周辺部品との共振を防止することができる。その結果、ロータリジョイントの捩り振動を防止でき、配管摩耗や異音発生を防止できる。

図４乃至図７に示すロータリジョイントの回り止め機構３２０は、トップリングにも適用することができる。図９は、第１研磨ユニット３０Ａのトップリング３０１Ａの要部の構造を示す概略断面図である。
図９に示すように、トップリング３０１Ａは、基板Ｗを研磨面に対して押圧するトップリング本体（キャリアとも称する）４０２と、研磨面を直接押圧するリテーナリング４０３とから基本的に構成されている。リテーナリング４０３はトップリング本体４０２の外周部に取り付けられている。トップリング本体４０２の下面には、基板の裏面に当接する弾性膜（メンブレン）４０４が取り付けられている。

前記弾性膜（メンブレン）４０４は同心状の複数の隔壁４０４ａを有し、これら隔壁４０４ａによって、弾性膜４０４の上面とトップリング本体４０２の下面との間にセンター室４０５、リプル室４０６、アウター室４０７、エッジ室４０８が形成されている。弾性膜（メンブレン）４０４は、リプルエリア（リプル室６）に弾性膜の厚さ方向に貫通する複数の孔４０４ｈを有している。トップリング３０１Ａ内には、センター室４０５に連通する流路４１１、リプル室４０６に連通する流路４１２、アウター室４０７に連通する流路４１３、エッジ室４０８に連通する流路４１４がそれぞれ形成されている。そして、各流路４１１，４１２，４１３，４１４は、ロータリジョイント４１７を介して外部配管４２０にそれぞれ接続されている。外部配管４２０には、圧力調整部を介して圧縮供給源が接続されるとともに、真空源が接続されている。
また、リテーナリング４０３の直上にも弾性膜からなるリテーナリング加圧室４０９が形成されており、リテーナリング加圧室４０９は、トップリング本体４０２内に形成された流路４１５およびロータリジョイント４１７を介して外部配管４２０に接続されている。

図９に示すように構成されたトップリング３０１Ａにおいては、センター室４０５、リプル室４０６、アウター室４０７、エッジ室４０８およびリテーナリング加圧室４０９に供給する流体の圧力を圧力調整部によってそれぞれ独立に調整することができる。このような構造により、基板Ｗを研磨パッド２に押圧する押圧力を基板の領域毎に調整でき、かつリテーナリング４０３が研磨パッド２を押圧する押圧力を調整できる。また、リプル室４０６を真空源に接続することにより、弾性膜４０４に基板Ｗを吸着させることができる。

図９に示すロータリジョイント４１７は、図４乃至図７に示す回り止め機構３２０と同様の機構によって装置フレームＦに連結されている（図示せず）。したがって、トップリング側においても、ロータリジョイント４１７の捩り振動を防止でき、配管摩耗や異音発生を防止できる。

これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

１ ハウジング
１ａ，１ｂ，１ｃ 隔壁
２ ロード／アンロード部
３ 研磨部
３ａ 第１研磨部
３ｂ 第２研磨部
４ 洗浄部
５ 第１リニアトランスポータ
６ 第２リニアトランスポータ
１２，１３ シャッタ
２０ フロントロード部
２１ 走行機構
２２ 搬送ロボット
３０Ａ 第１研磨ユニット
３０Ｂ 第２研磨ユニット
３０Ｃ 第３研磨ユニット
３０Ｄ 第４研磨ユニット
３１ 反転機
３２ リフタ
３３，３４，３７，３８ プッシャ
４１ 反転機
４２〜４５ 洗浄機
４６ 搬送ユニット
３００Ａ〜３００Ｄ 研磨テーブル
３０１Ａ〜３０１Ｄ トップリング
３０２Ａ〜３０２Ｄ 研磨液供給ノズル
３０３Ａ〜３０３Ｄ ドレッシング装置
３０４Ａ〜３０４Ｄ アトマイザ
３０５Ａ 研磨パッド
３０６Ａ テーブル軸
３０８ ロータリジョイント
３０８Ｒ 回転環
３０８Ｓ 固定環
３０９ 配管
３１０_ＩＮ，３１０_ＯＵＴ 冷却水配管
３１１ トップリングシャフト
３１２ 支持アーム
３１３ シャフト
３１４ 固定ジョイント
３１５ 外部配管接続ポート
３２０ 回り止め機構
３２１ 回り止めプレート
３２１ａ 水平プレート部
３２１ｂ 折曲部
３２１ｃ 凹部
３２２ ストッパプレート
３２２ａ 本体部
３２２ｂ フランジ部
３２３ リンク機構
３２４ ダンパゴム
３２５，３３１，３３２ ボルト
３２６ めねじ付球面滑り軸受
３２６ａ 本体部
３２６ａｓ 凹球面
３２６ｂ 球面内輪
３２６ｓ めねじ
３２７ おねじ付球面滑り軸受
３２７ａ 本体部
３２７ａｓ 凹球面
３２７ｂ 球面内輪
３２７ｈ 孔
３２７ｓ おねじ
４０２ トップリング本体
４０３ リテーナリング
４０４ 弾性膜
４０４ａ 隔壁
４０５ センター室
４０６ リプル室
４０７ アウター室
４０８ エッジ室
４０９ リテーナリング加圧室
４１１〜４１５ 流路
４１７ ロータリジョイント
４２０ 外部配管
Ｆ 装置フレーム
ＴＰ１ 第１搬送位置
ＴＰ２ 第２搬送位置
ＴＰ３ 第３搬送位置
ＴＰ４ 第４搬送位置
ＴＰ５ 第５搬送位置
ＴＰ６ 第６搬送位置
ＴＰ７ 第７搬送位置
Ｗ 基板

Claims (6)

1. 基板を保持したトップリングを回転させるとともに研磨テーブルを回転させながら、トップリングにより基板を研磨テーブル上の研磨面に押圧して基板を研磨する研磨装置において、
   前記研磨テーブルまたは前記トップリングの回転部に固定され、研磨テーブル内またはトップリング内に流体の供給および排出を行うためのロータリジョイントと、
   前記ロータリジョイントと装置フレームとを連結して前記ロータリジョイントの回り止めを行う回り止め機構とを備え、
   前記回り止め機構は少なくとも１つの球面滑り軸受を有したリンク機構を備えることを特徴とする研磨装置。
2. 前記リンク機構は、２つの球面滑り軸受を接続したことを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
3. 前記２つの球面滑り軸受のうち、一方はおねじ付球面滑り軸受、他方はめねじ付球面滑り軸受であり、前記２つの球面滑り軸受はねじ締結されて一体化されていることを特徴とする請求項１または２に記載の研磨装置。
4. 前記回り止め機構は、前記リンク機構と、該リンク機構と前記ロータリジョイントとを連結するための回り止めプレートと、前記リンク機構と前記装置フレームとを連結するためのストッパプレートとからなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の研磨装置。
5. 前記リンク機構を前記ロータリジョイントに連結することにより、前記ロータリジョイントの固有振動数を高め、前記研磨テーブルまたは前記トップリングの回転部材の固有振動数とは異なるようにしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の研磨装置。
6. 前記回転部材は、前記研磨テーブル内に冷却水の供給および排出を行うための冷却水配管であることを特徴とする請求項５に記載の研磨装置。

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