JP3693448B2 - Substrate gripping apparatus and polishing apparatus - Google Patents

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JP3693448B2
JP3693448B2 JP03551097A JP3551097A JP3693448B2 JP 3693448 B2 JP3693448 B2 JP 3693448B2 JP 03551097 A JP03551097 A JP 03551097A JP 3551097 A JP3551097 A JP 3551097A JP 3693448 B2 JP3693448 B2 JP 3693448B2
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憲雄 木村
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Description

【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】
この種のポリッシング装置の従来技術としては、例えば特開平6−198561号に記載されたポリッシング装置が知られている。このポリッシング装置は、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トップリング本体と、トップリング本体を押圧するための押圧装置と、トップリング本体を回転駆動するための駆動装置を備えた構成となっている。
【0004】
トップリング本体100は、図4および図5に示すように、押圧装置及び駆動装置に駆動軸102(スプライン軸)を介して連結されている。この駆動軸102の下端部には側方に張り出してフランジ部104が形成され、この側方には複数の駆動ピン106が径方向に突出して設けられている。一方、トップリング本体100上面には複数の被駆動ピン108が上方に突出して設けられており、駆動軸102の回転により、駆動ピン106と被駆動ピン108とが係合して駆動軸102からトップリング本体100への動力伝達がなされる。
【0005】
また、駆動軸102の下端とトップリング本体100上面にはそれぞれ球面状の凹所110,112が形成され、これに耐摩耗性の球体114が摺動自在に配置されて球面軸受116が構成されている。これにより、ターンテーブルが駆動軸102に対して傾いても、トップリング本体100が追随して傾動し、ポリッシング対象物をターンテーブル面に密着させるようになっている。
【0006】
このような構成により、トップリング本体100を介してポリッシング対象物W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本体100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Wの表面を研磨し、平坦且つ鏡面化している。
【0007】
駆動軸102の中心部には軸孔118が設けてあり、軸孔118の上部は流体供給源又は真空源等の外部の装置と連通し、また軸孔118の下部にはトップリング本体100とポリッシング対象物である基板Wとの間隙部に連通するチューブ120の一端が接合してあり、チューブ120を介して、外部の装置とポリッシング装置との間の流体の受け渡しをしたり、トップリング本体100に基板Wを真空吸着し、または研磨時にポリッシング対象物Wをターンテーブルに流体圧により押し付ける等の動作を行う。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のポリッシング装置においては、駆動軸102が金属からなっており、その中心部の軸孔118内面にピンホールがあると、軸孔118の表面に防錆のためのコーティングをしても被覆が不十分となり、この表面が錆びるおそれがある。すると、この軸孔118を介してトップリング本体100とポリッシング対象物Wとの間隙部に純水を供給しても、この錆が純水に混入してウエハを汚染し、製品の特性を鈍化させてしまう危険性があった。
【0009】
この発明は、前記課題に鑑み、トップリングとポリッシング対象物の間にポリッシング対象物を汚染することがない清浄な流体を供給することができるような基板把持装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、ターンテーブルに対向して基板を把持するトップリング本体と、該トップリング本体を球面軸受を介して傾動自在に支持する駆動軸とを有し、前記駆動軸の中心部には軸孔が形成され、該軸孔内には、一端が流体源等の外部の装置と連通し、他端が前記トップリング本体とポリッシング対象物との間に連通する流通管が挿通され、前記トップリング本体は、下面に基板を把持し、上面の中央に凹部が形成された把持板と、下面の中央に前記凹部と嵌合する凸部が形成された被覆板とを有し、前記球面軸受は、少なくとも一部が前記把持板の凹部の内部に位置するように配置され、前記把持板の凹部の深さを前記被覆板の凸部の高さよりも大きくして、前記凹部と前記凸部の間に隙間を形成し、前記流通管は、前記凹部と前記凸部との間の隙間に連通されていることを特徴とする基板把持装置である。
【0011】
本発明によれば、駆動軸の中心部に軸孔を設け、この軸孔内に駆動軸とは異なる適宜の材質による流通管を設け、この流通管により純水等の流体をトップリング本体とポリッシング対象物との間隙部に供給するので、錆が流体に混入するのが防止され、基板の錆による汚染が防止され、研磨の精度、品質を向上させる。
【0012】
請求項2に記載の発明は、前記把持板には上下に挿通する流通孔が形成され、前記流通管は、前記凹部と前記凸部との間の隙間を介して前記把持板の連通孔に連通されている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。
請求項3に記載の発明は、前記球面軸受が、前記駆動軸の下面に形成された凹所と前記被覆板の上面に形成された凹所の間に設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の基板把持装置である。
請求項4に記載の発明は、前記駆動軸の端部と前記トップリング本体の間に設けられて前記駆動軸から前記トップリング本体に回転駆動力を伝達する伝達機構をさらに備えたことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の基板把持装置である。
請求項に記載の発明は、研磨面を有するターンテーブルと、請求項1から4のいずれか一項に記載の基板把持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。
【0013】
【実施例】
以下、本発明に係る基板把持装置の一実施例を図1ないし図3に基づいて説明する。この基板把持装置は、全体として円板状のトップリング本体10と、このトップリング本体10を支持し、かつこれに回転駆動力と押圧力を伝達する駆動軸12と、これら駆動軸12及びトップリング本体10を互いの傾動を許容しつつ連結する自在継手部14とから構成されている。
【0014】
トップリング本体10は、この例では、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ほぼ円板状の把持板16と、この把持板16の上側に間に隙間Sを形成するように重ねて固着されるほぼ円板状の被覆板18と、把持板16と被覆板18をさらに上から覆って押さえる中空円板状の押え板20とから構成されている。把持板16下部の外周部には、基板の外周を取り巻くようにガイドリング22が取付けられている。
【0015】
把持板16の上面(基板取付側を前面とすれば裏面)には、中央に凹部24が形成され、その周辺部に段差面26が形成されている。一方、被覆板18の下面には、中央に把持板16の凹部24と嵌合する凸部28が形成され、その周辺部に把持板16の段差面26にボルト固定される薄肉のフランジ部30が設けられている。被覆板18の上面には、中央に凹所32が形成され、その周囲を取り囲むように環状の肩部34が形成され、その外側は押え板20を取り付けるための段差面36となっている。
【0016】
把持板16の凹部24の深さは被覆板18の凸部28の高さよりも大きくなっており、これにより、これら凹部24と凸部28の間には所定厚さの隙間Sが形成される。把持板16には、上下に挿通する多数の流通孔38が形成され、これは上記の被覆板18と把持板16の間の隙間Sを介して押え板20の接続穴40に連通している。また、流通孔38は、把持板16の下面に保持された基板の裏面に連通する。隙間Sは、後述するように、圧力流体が保持されるもので、真空源を繋いだ時は基板の裏面に吸着力が作用し、一方、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。
【0017】
駆動軸12は、ポリッシング装置に固定的に設けられたトップリングヘッド42によって回転自在かつ上下動自在に支持されており、トップリングヘッド42に設けられた駆動源(減速機付きモータ、図示略)の出力軸とプーリベルト機構44によって連結され、また、トップリングヘッド42と駆動軸ホルダ46の間に設けられたトップリングシリンダ48の棒48aの伸縮によって上下方向に移動させられる構造になっている。すなわち、トップリングシリンダ48の本体は駆動軸ホルダ46の肩部に固定してあり、棒48aの先端は、トップリングヘッド42上面に固定してある。
【0018】
駆動軸12は中空の筒状に形成されており、その中心部の軸孔50は上端に取り付けられたロータリージョイント52を介して外部の流体供給装置54に連通されるようになっている。軸孔50の内部にはテフロン又はポリプロピレンなどの耐食性のある樹脂等の材質によって形成されたチューブ(流通管)56が挿通されており、これの上端はロータリージョイント52に連通し、下端は分岐部57を介して2つの分岐管56a,56bとなって前記押え板20の接続穴40に連通している。ロータリージョイント52と軸孔50の上端との間で圧力流体の受け渡しを行うため、駆動軸12に、軸孔50の側方に連通する横穴を設ける必要がなく、構成が簡単で、かつ、製造コストも安くなる。
【0019】
なお、外部の流体供給装置54は、例えば真空源58、加圧空気源60及び純水供給源62などを備えており、これら各供給源58,60,62は、選択制御弁64、ロータリージョイント52、流通管56、分岐管56a,56bを介して把持板16の流通孔38と選択的に連通されるようになっている。また、ターンテーブルの上方には研磨砥液ノズル(図示略)が設置されており、ターンテーブル上の研磨布に研磨砥液を供給できるようになっている。
【0020】
駆動軸12の下端部には、外側に張り出したフランジ部66を有する駆動板68が固定されている。この駆動板68とトップリング本体12の被覆板18の間にはトップリング本体12を傾動可能に支持しかつ押圧力を伝達する自在継手14が設けられ、これは球面軸受機構70と、駆動軸12の回転をトップリング本体10に伝達する回転伝達機構72とを有している。
【0021】
球面軸受機構70は、駆動板68の下面の中央に形成された凸部76の中央に、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78を摺動自在に収容する球面状凹所80が形成され、被覆板18の上面中央の凹所32の底面の中央に、やはりベアリングボール78を収容する球面状凹所82が形成されて、構成されている。ベアリング78の下端は、把持板16の凹部24内に位置しており、すなわち、段差面26のレベル以下に位置している。このように、把持板に凹部を、被覆板に凸部を設けてトップリングを肉薄にし、かつ、曲面軸受の少なくとも一部を凹部内に位置させることにより、曲面軸受をターンテーブルに近付けることができる。ベアリングボール78の中心と把持板16の下面までの距離Lは26mm以下に設定するのが好ましい。これにより本研磨装置は低支点タイプとなっており、基板に安定した荷重を加えることができる。
【0022】
被覆板18の凹所32の周囲に突出する肩部34には、上方から見て等角度間隔に複数(この例では6本)のピン84,86が立設されており、これらのピンは駆動板68のフランジ部66の対応する位置に形成された穴88,90を挿通している。これらのピンは、トップリング本体10を吊持する吊持ピン84と、トップリング本体10へ駆動軸12の回転を伝達する被駆動ピン86とが交互に設けられている。吊持ピン84は駆動板68の上面より突出しており、ピン上端の止め板92と駆動板68の間にはバネ94が装着されて、バネ94の弾性力によりトップリング本体10の荷重(の一部)を支持している。
【0023】
駆動板68の穴90にはそれぞれの被駆動ピン86をフランジ部66の周方向両側から挟むように2本の平行な駆動ピン98が水平方向に延びて埋設されている。この場合、後述するように把持板16が傾いても、被駆動ピン86と駆動ピン98は相対的に上下方向に移動可能であるため、互いの接触点をずらして係合し、駆動軸12の回転トルクを把持板16に確実に伝達する。
【0024】
次に、上述のように構成された基板把持装置の動作について説明する。
外部の流体供給装置54の真空源58をロータリージョイント52に接続することにより、把持板16の流通孔38で基板を吸着して把持板16の下面に取付け、駆動源を作動して駆動軸12を回転させて把持板16を回転する。この場合、流通管56がテフロン又はポリプロピレンによって形成されているので、真空源58に連通した状態でも極度に変形しない程度の強度を備えている。
【0025】
トップリングシリンダ48を作動させて棒48aをトップリングシリンダ本体48へ引きこむ方向に移動すると、トップリングヘッド42が固定的に設けてあるためトップリングシリンダ48本体が駆動軸ホルダ46と共に下降し、基板をターンテーブルに当接させ、さらに基板をターンテーブルに押圧する。すなわち、棒48aによる引込力は、駆動軸12、ベアリングボール78、被覆板18のフランジ部30、把持板16を介して基板への押圧力として基板に
伝達され、これをターンテーブル上の研磨布上に一定の圧力で圧接させる。一方、トップリング本体10が下降する時点ですでにターンテーブルは回転を開始し、研磨砥液ノズルからターンテーブル上の研磨布に研磨砥液が供給されている。そして、基板の被研磨面(下面)に研磨砥液を浸入させてポリッシングが開始される。
【0026】
ここにおいて、駆動軸12からの押圧力が駆動軸12とトップリング本体10の間に構成された球面軸受70を介して伝達されるために、例えば、ターンテーブル面が僅かに傾くなどして駆動軸12とターンテーブルの研磨布面の垂直性が損なわれた場合でも、把持板16がベアリングボール78を中心に傾動して結果的に基板をターンテーブル面に密着させる。
【0027】
また、把持板16と被覆板18の対向面に、把持板16側に凹部24、被覆板18側に凸部28が互いに嵌合するように形成されており、これにより、把持板16の中央部が減厚され、また、凹部24内に球面軸受の一部が位置するため、球面軸受70の中心と基板の表面の間の距離が小さくなっている。従って、ターンテーブルと基板の間に作用する力による球面軸受70まわりの回転モーメントの値も小さくなって基板の姿勢が安定する。そして、これによって把持板の剛性を損なうこともなく、トップリング本体10の流体供給穴のためのスペースを確保しつつ、しかも、ターンテーブルの研磨布面と基板の密着性を維持して安定した研磨を行うことができる。
【0028】
さらに、ベアリングボール78が被覆板18の凹所32と駆動軸12下端の凸部76の間に設けられているので、これによっても、球面軸受70の中心と基板の表面の間の距離が小さくなって基板の姿勢が安定する。しかも、トップリング本体10の周辺部は、肩部34及び段差面36を含めて厚さが確保されており、従って、剛性は損なわれておらず、また、接続孔40や被駆動ピン86の植設のためのスペースも充分確保されている。
【0029】
研磨が終了すると、駆動軸12が上昇させられ、トップリング本体10が上昇させられ、トップリング本体10をターンテーブル上から退避させ、基板を受け渡しする台の上に位置させる。このとき、外部の流体供給装置54の真空源58をロータリージョイント52に接続することにより、把持板16の下面に基板が吸着されており、次に、外部の流体供給装置54の純水供給源62をロータリージョイント52に接続することにより、流通管56から隙間S、把持板16の流通孔38を経て純水が基板を裏面から押すので、基板が把持板16から容易に剥離する。
【0030】
この実施例では、押圧力が被覆板18のフランジ部30から把持板16の段差面26へと伝わる構成であるため、ベアリングボール78から把持板16の中央部へ押圧力が加わる従来構成と比べて、力が円周状に加わる分だけ把持板16の上下方向のたわみ量が少なくなり、基板全面に対して均一に把持板16から力を加えることができる。
【0031】
このポリッシング装置においては、流通管56を耐食性のある材質によって形成しているので、これを介して空気や水を交互に供給しても、流通管56中の錆の生成が防止され、これらの流体に錆が混入させることなく、研磨の精度、品質を向上させることができる。
【0032】
【発明の効果】
この発明によれば、駆動軸の中心部に軸孔を設け、この軸孔内に駆動軸とは異なる適宜の材質による流通管を設け、この流通管により純水等の流体をトップリング本体とポリッシング対象物との間隙部に供給するので、特に流通管を耐食性のある材質により形成することで錆の生成が防止され、基板裏面に供給する流体を錆の混入のない清浄なものとして、研磨の精度、品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るポリッシング装置の一実施例の縦断面図である。
【図2】図1の上側の部分の縦断面図である。
【図3】図1の実施例の要部の平面図である。
【図4】従来のポリッシング装置を示す断面図である。
【図5】図4の平面図である。
【符号の説明】
10 トップリング本体
12 駆動軸
16 把持板
18 被覆板
50 軸孔
54 流体供給装置
56 流通管
70 球面軸受
72 伝達機構
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a polishing apparatus for flattening a polishing object such as a semiconductor wafer.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as semiconductor devices are highly integrated, circuit wiring is becoming finer and the distance between wirings is becoming narrower. In particular, in the case of optical lithography of 0.5 μm or less, the depth of focus becomes shallow, so that the flatness of the imaging surface of the stepper is required. Therefore, it is necessary to flatten the surface of the semiconductor wafer, and polishing is performed by a polishing apparatus as one means of this flattening method.
[0003]
As a conventional technique of this type of polishing apparatus, for example, a polishing apparatus described in JP-A-6-198561 is known. This polishing apparatus includes a turntable with an abrasive cloth on the upper surface, a top ring body provided opposite to the turntable, a pressing device for pressing the top ring body, and a rotational drive for driving the top ring body. It is the structure provided with the drive device.
[0004]
As shown in FIGS. 4 and 5, the top ring main body 100 is connected to the pressing device and the driving device via a driving shaft 102 (spline shaft). A flange portion 104 is formed on the lower end portion of the drive shaft 102 so as to protrude laterally, and a plurality of drive pins 106 are provided on the side to protrude in the radial direction. On the other hand, a plurality of driven pins 108 project upward from the upper surface of the top ring body 100, and the driving pins 106 and the driven pins 108 are engaged with each other by the rotation of the driving shaft 102. Power is transmitted to the top ring main body 100.
[0005]
Further, spherical recesses 110 and 112 are formed in the lower end of the drive shaft 102 and the upper surface of the top ring main body 100, respectively, and a wear-resistant sphere 114 is slidably disposed on the recesses 110 and 112 to constitute a spherical bearing 116. ing. As a result, even if the turntable is tilted with respect to the drive shaft 102, the top ring main body 100 follows and tilts, and the polishing object is brought into close contact with the turntable surface.
[0006]
With such a configuration, the polishing object W is rotated by rotating the turntable and the top ring body 100 while pressing the polishing object W toward the turntable with a predetermined force via the top ring body 100. The surface is polished to be flat and mirror-finished.
[0007]
A shaft hole 118 is provided at the center of the drive shaft 102, the upper part of the shaft hole 118 communicates with an external device such as a fluid supply source or a vacuum source, and the top ring main body 100 is connected to the lower part of the shaft hole 118. One end of a tube 120 communicating with a gap with the substrate W, which is an object to be polished, is joined, and fluid can be transferred between an external device and the polishing device via the tube 120, or a top ring body The substrate W is vacuum-adsorbed on 100, or the polishing target object W is pressed against the turntable by fluid pressure during polishing.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional polishing apparatus, the drive shaft 102 is made of metal, and if there is a pin hole in the inner surface of the shaft hole 118, the surface of the shaft hole 118 may be coated for rust prevention. Insufficient coating may rust the surface. Then, even if pure water is supplied to the gap between the top ring main body 100 and the polishing object W through the shaft hole 118, the rust is mixed in the pure water and contaminates the wafer, and the product characteristics are slowed down. There was a risk of letting it go.
[0009]
An object of this invention is to provide the board | substrate holding | grip apparatus which can supply the clean fluid which does not contaminate a polishing target object between a top ring and a polishing target object in view of the said subject.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to solve the above-described problems. The invention according to claim 1 is directed to a top ring body that grips a substrate facing the turntable, and the top ring body via a spherical bearing. A drive shaft that is tiltably supported, and a shaft hole is formed in a central portion of the drive shaft. One end communicates with an external device such as a fluid source in the shaft hole, and the other end A flow pipe communicating between the top ring main body and the polishing object is inserted , the top ring main body grips the substrate on the lower surface, the grip plate having a recess formed in the center of the upper surface, and the above-mentioned in the center of the lower surface And the spherical bearing is disposed so that at least a part thereof is positioned inside the concave portion of the gripping plate, and the depth of the concave portion of the gripping plate. Larger than the height of the convex portion of the covering plate, the concave portion A gap is formed between the convex portion, the flow tube is a substrate holding apparatus, characterized by being communicated with the gap between the recess and the protrusion.
[0011]
According to the present invention, a shaft hole is provided in the central portion of the drive shaft, and a flow pipe made of an appropriate material different from the drive shaft is provided in the shaft hole, and fluid such as pure water is exchanged with the top ring body by the flow pipe. Since it is supplied to the gap with the polishing object, rust is prevented from entering the fluid, contamination of the substrate due to rust is prevented, and polishing accuracy and quality are improved.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, the grip plate is formed with a flow hole penetrating vertically, and the flow pipe is formed in the communication hole of the grip plate through a gap between the concave portion and the convex portion. a substrate holding apparatus according to claim 1, wherein the benzalkonium been communicated.
The invention according to claim 3 is characterized in that the spherical bearing is provided between a recess formed in the lower surface of the drive shaft and a recess formed in the upper surface of the cover plate. Item 3. The substrate gripping apparatus according to Item 1 or 2.
The invention according to claim 4 further includes a transmission mechanism that is provided between an end of the drive shaft and the top ring body and transmits a rotational driving force from the drive shaft to the top ring body. A substrate gripping device according to any one of claims 1 to 3.
The invention of claim 5 includes a turntable having a polishing surface, Ru polishing apparatus der characterized by having a substrate holding apparatus according to any one of claims 1 to 4.
[0013]
【Example】
Hereinafter, an embodiment of a substrate gripping apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. The substrate gripping device includes a disc-shaped top ring body 10 as a whole, a drive shaft 12 that supports the top ring body 10 and transmits a rotational driving force and a pressing force thereto, and the drive shaft 12 and the top. It is comprised from the universal joint part 14 which connects the ring main body 10 accept | permitting mutual tilting.
[0014]
In this example, the top ring body 10 has a gap S between the upper surface of the gripping plate 16 and a substantially disc-shaped gripping plate 16 that grips a semiconductor wafer (substrate) that is an object to be polished by suction or the like. The cover plate 18 is formed in a substantially disk shape and is stacked and fixed so as to be formed, and the holding plate 16 and a hollow disk-shaped presser plate 20 that covers and holds the cover plate 18 from above. A guide ring 22 is attached to the outer periphery of the lower part of the grip plate 16 so as to surround the outer periphery of the substrate.
[0015]
A concave portion 24 is formed in the center on the upper surface of the grip plate 16 (the rear surface when the substrate mounting side is the front surface), and a step surface 26 is formed in the peripheral portion thereof. On the other hand, on the lower surface of the cover plate 18, a convex portion 28 that fits into the concave portion 24 of the gripping plate 16 is formed at the center, and a thin flange portion 30 that is bolted to the stepped surface 26 of the gripping plate 16 at its peripheral portion. Is provided. A recess 32 is formed at the center of the upper surface of the cover plate 18, an annular shoulder portion 34 is formed so as to surround the periphery, and a stepped surface 36 for attaching the presser plate 20 is formed on the outer side.
[0016]
The depth of the concave portion 24 of the gripping plate 16 is larger than the height of the convex portion 28 of the covering plate 18, whereby a gap S having a predetermined thickness is formed between the concave portion 24 and the convex portion 28. . A large number of flow holes 38 are formed in the grip plate 16 so as to be inserted vertically. The flow holes 38 communicate with the connection holes 40 of the presser plate 20 through the gap S between the cover plate 18 and the grip plate 16. . The circulation hole 38 communicates with the back surface of the substrate held on the lower surface of the gripping plate 16. As will be described later, the gap S holds the pressure fluid. When the vacuum source is connected, the suction force acts on the back surface of the substrate. On the other hand, when the pressure fluid source is connected, the pressing force is applied. It is like that.
[0017]
The drive shaft 12 is supported rotatably and vertically movable by a top ring head 42 fixedly provided in the polishing apparatus, and a drive source (motor with a speed reducer, not shown) provided on the top ring head 42. And a pulley belt mechanism 44, and is structured to be moved up and down by expansion and contraction of a rod 48a of a top ring cylinder 48 provided between the top ring head 42 and the drive shaft holder 46. . That is, the main body of the top ring cylinder 48 is fixed to the shoulder portion of the drive shaft holder 46, and the tip of the rod 48 a is fixed to the top surface of the top ring head 42.
[0018]
The drive shaft 12 is formed in a hollow cylindrical shape, and the shaft hole 50 at the center thereof is communicated with an external fluid supply device 54 via a rotary joint 52 attached to the upper end. A tube (flow pipe) 56 formed of a material such as Teflon or polypropylene having corrosion resistance is inserted into the shaft hole 50, and the upper end thereof communicates with the rotary joint 52 and the lower end is a branching portion. The two branch pipes 56 a and 56 b are connected to the connection hole 40 of the presser plate 20 through 57. Since the pressure fluid is transferred between the rotary joint 52 and the upper end of the shaft hole 50, it is not necessary to provide a lateral hole communicating with the side of the shaft hole 50 in the drive shaft 12, the structure is simple, and the manufacturing is performed. Cost is also reduced.
[0019]
The external fluid supply device 54 includes, for example, a vacuum source 58, a pressurized air source 60, a pure water supply source 62, and the like. These supply sources 58, 60, 62 include a selection control valve 64, a rotary joint, and the like. 52, the flow pipe 56 and the branch pipes 56a and 56b are selectively communicated with the flow hole 38 of the holding plate 16. A polishing abrasive nozzle (not shown) is installed above the turntable so that the polishing abrasive can be supplied to the polishing cloth on the turntable.
[0020]
A drive plate 68 having a flange portion 66 projecting outward is fixed to the lower end portion of the drive shaft 12. A universal joint 14 is provided between the drive plate 68 and the cover plate 18 of the top ring body 12 so as to tiltably support the top ring body 12 and transmit a pressing force. The universal joint 14 includes a spherical bearing mechanism 70 and a drive shaft. And a rotation transmission mechanism 72 that transmits the 12 rotations to the top ring body 10.
[0021]
In the spherical bearing mechanism 70, a spherical recess 80 for slidably receiving a bearing ball 78 made of a high hardness material such as ceramics is formed at the center of a convex portion 76 formed at the center of the lower surface of the drive plate 68. A spherical recess 82 that also accommodates the bearing ball 78 is formed at the center of the bottom surface of the recess 32 at the center of the upper surface of the cover plate 18. The lower end of the bearing 78 is located in the recess 24 of the gripping plate 16, that is, located below the level of the step surface 26. Thus, the curved bearing can be brought closer to the turntable by providing a concave portion on the gripping plate and a convex portion on the covering plate to make the top ring thin, and positioning at least a part of the curved bearing in the concave portion. it can. The distance L from the center of the bearing ball 78 to the lower surface of the gripping plate 16 is preferably set to 26 mm or less. As a result, the polishing apparatus is of a low fulcrum type and can apply a stable load to the substrate.
[0022]
A plurality of (six in this example) pins 84 and 86 are erected on the shoulder 34 projecting around the recess 32 of the cover plate 18 at equal angular intervals when viewed from above. Holes 88 and 90 formed at corresponding positions of the flange portion 66 of the drive plate 68 are inserted. These pins are alternately provided with a suspension pin 84 that suspends the top ring body 10 and a driven pin 86 that transmits the rotation of the drive shaft 12 to the top ring body 10. The suspension pin 84 protrudes from the upper surface of the drive plate 68, and a spring 94 is mounted between the stop plate 92 at the upper end of the pin and the drive plate 68, and the load (of the top ring body 10 is reduced by the elastic force of the spring 94. Some).
[0023]
Two parallel drive pins 98 are embedded in the holes 90 of the drive plate 68 so as to sandwich the driven pins 86 from both sides of the flange portion 66 in the circumferential direction. In this case, since the driven pin 86 and the drive pin 98 can be relatively moved in the vertical direction even when the holding plate 16 is inclined as will be described later, the contact points are engaged with each other so that the drive shaft 12 is engaged. Is reliably transmitted to the gripping plate 16.
[0024]
Next, the operation of the substrate holding apparatus configured as described above will be described.
By connecting the vacuum source 58 of the external fluid supply device 54 to the rotary joint 52, the substrate is sucked and attached to the lower surface of the gripping plate 16 through the flow hole 38 of the gripping plate 16, and the drive source is operated to drive the drive shaft 12. To rotate the gripping plate 16. In this case, since the flow pipe 56 is made of Teflon or polypropylene, it has a strength that does not cause extreme deformation even when it is in communication with the vacuum source 58.
[0025]
When the top ring cylinder 48 is operated to move the rod 48a in the direction of pulling it into the top ring cylinder body 48, the top ring head 48 is lowered together with the drive shaft holder 46 because the top ring head 42 is fixedly provided. The substrate is brought into contact with the turntable, and the substrate is further pressed against the turntable. That is, the pulling force by the rod 48a is transmitted to the substrate as a pressing force to the substrate through the drive shaft 12, the bearing ball 78, the flange portion 30 of the cover plate 18, and the grip plate 16, and this is transmitted to the polishing cloth on the turntable. Press the top with a constant pressure. On the other hand, the turntable has already started rotating when the top ring body 10 is lowered, and the polishing abrasive liquid is supplied from the polishing abrasive liquid nozzle to the polishing cloth on the turntable. Then, polishing is started by allowing the polishing abrasive liquid to enter the surface to be polished (lower surface) of the substrate.
[0026]
Here, since the pressing force from the drive shaft 12 is transmitted via the spherical bearing 70 formed between the drive shaft 12 and the top ring body 10, for example, the drive is driven with the turntable surface slightly inclined. Even when the perpendicularity between the shaft 12 and the polishing surface of the turntable is impaired, the gripping plate 16 tilts around the bearing ball 78 and as a result, the substrate is brought into close contact with the turntable surface.
[0027]
In addition, a concave portion 24 is formed on the opposite surface of the gripping plate 16 and the covering plate 18 so that the concave portion 24 is fitted on the gripping plate 16 side and the convex portion 28 is fitted on the covering plate 18 side. Since the portion is reduced in thickness and a part of the spherical bearing is located in the recess 24, the distance between the center of the spherical bearing 70 and the surface of the substrate is reduced. Accordingly, the value of the rotational moment around the spherical bearing 70 due to the force acting between the turntable and the substrate is also reduced, and the posture of the substrate is stabilized. Thus, the space for the fluid supply hole of the top ring main body 10 is secured without impairing the rigidity of the gripping plate, and the adhesion between the polishing cloth surface of the turntable and the substrate is maintained and stabilized. Polishing can be performed.
[0028]
Further, since the bearing ball 78 is provided between the recess 32 of the cover plate 18 and the convex portion 76 at the lower end of the drive shaft 12, this also reduces the distance between the center of the spherical bearing 70 and the surface of the substrate. The posture of the substrate becomes stable. In addition, the thickness of the peripheral portion of the top ring main body 10 including the shoulder portion 34 and the stepped surface 36 is secured, so that the rigidity is not impaired, and the connection hole 40 and the driven pin 86 are not damaged. There is ample space for planting.
[0029]
When the polishing is completed, the drive shaft 12 is raised, the top ring body 10 is raised, the top ring body 10 is retracted from the turntable, and is placed on a table that delivers the substrate. At this time, by connecting the vacuum source 58 of the external fluid supply device 54 to the rotary joint 52, the substrate is adsorbed on the lower surface of the gripping plate 16, and then the pure water supply source of the external fluid supply device 54 By connecting 62 to the rotary joint 52, the pure water pushes the substrate from the back surface through the clearance S from the flow pipe 56 and the flow hole 38 of the grip plate 16, so that the substrate is easily peeled from the grip plate 16.
[0030]
In this embodiment, since the pressing force is transmitted from the flange portion 30 of the covering plate 18 to the stepped surface 26 of the gripping plate 16, compared with the conventional configuration in which the pressing force is applied from the bearing ball 78 to the center portion of the gripping plate 16. Thus, the amount of vertical deflection of the gripping plate 16 is reduced by the amount of force applied to the circumference, and the force can be applied uniformly from the gripping plate 16 to the entire surface of the substrate.
[0031]
In this polishing apparatus, since the flow pipe 56 is made of a corrosion-resistant material, the generation of rust in the flow pipe 56 is prevented even if air or water is alternately supplied through the flow pipe 56. Polishing accuracy and quality can be improved without rust mixing into the fluid.
[0032]
【The invention's effect】
According to the present invention, a shaft hole is provided in the central portion of the drive shaft, and a flow pipe made of an appropriate material different from the drive shaft is provided in the shaft hole, and fluid such as pure water is exchanged with the top ring body by the flow pipe. Since it is supplied to the gap with the polishing object, rust formation is prevented by forming the flow pipe with a corrosion-resistant material in particular, and the fluid supplied to the back of the substrate is polished so that it does not contain rust. Accuracy and quality can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an embodiment of a polishing apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of an upper part of FIG.
FIG. 3 is a plan view of a main part of the embodiment of FIG. 1;
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a conventional polishing apparatus.
FIG. 5 is a plan view of FIG. 4;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Top ring main body 12 Drive shaft 16 Grasp board 18 Cover plate 50 Shaft hole 54 Fluid supply apparatus 56 Flow pipe 70 Spherical bearing 72 Transmission mechanism

Claims (5)

ターンテーブルに対向して基板を把持するトップリング本体と、該トップリング本体を球面軸受を介して傾動自在に支持する駆動軸とを有し、
前記駆動軸の中心部には軸孔が形成され、該軸孔内には、一端が流体源等の外部の装置と連通し、他端が前記トップリング本体とポリッシング対象物との間に連通する流通管が挿通され
前記トップリング本体は、下面に基板を把持し、上面の中央に凹部が形成された把持板と、下面の中央に前記凹部と嵌合する凸部が形成された被覆板とを有し、
前記球面軸受は、少なくとも一部が前記把持板の凹部の内部に位置するように配置され、
前記把持板の凹部の深さを前記被覆板の凸部の高さよりも大きくして、前記凹部と前記凸部の間に隙間を形成し、
前記流通管は、前記凹部と前記凸部との間の隙間に連通されていることを特徴とする基板把持装置。
A top ring body that grips the substrate facing the turntable; and a drive shaft that supports the top ring body through a spherical bearing so as to be tiltable.
A shaft hole is formed in the central portion of the drive shaft, and one end communicates with an external device such as a fluid source in the shaft hole, and the other end communicates between the top ring body and the polishing object. A distribution pipe is inserted ,
The top ring body includes a grip plate in which a substrate is gripped on the lower surface and a concave portion is formed in the center of the upper surface, and a cover plate in which a convex portion that fits the concave portion is formed in the center of the lower surface.
The spherical bearing is arranged so that at least a part thereof is located inside the concave portion of the gripping plate,
The depth of the concave portion of the grip plate is made larger than the height of the convex portion of the covering plate, and a gap is formed between the concave portion and the convex portion,
The substrate gripping device , wherein the flow pipe communicates with a gap between the concave portion and the convex portion .
前記把持板には上下に挿通する流通孔が形成され、
前記流通管は、前記凹部と前記凸部との間の隙間を介して前記把持板の連通孔に連通されていることを特徴とする請求項1に記載の基板把持装置。
The grip plate is formed with a flow hole inserted vertically.
The flow tube, a substrate holding apparatus according to claim 1, characterized in that it is communicating with the communication hole of the gripping plate through a gap between the concave portion and the convex portion.
前記球面軸受は、前記駆動軸の下面に形成された凹所と前記被覆板の上面に形成された凹所の間に設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の基板把持装置。3. The substrate grip according to claim 1, wherein the spherical bearing is provided between a recess formed on a lower surface of the drive shaft and a recess formed on an upper surface of the cover plate. apparatus. 前記駆動軸の端部と前記トップリング本体の間に設けられて前記駆動軸から前記トップリング本体に回転駆動力を伝達する伝達機構をさらに備えたことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の基板把持装置。4. The transmission mechanism according to claim 1, further comprising a transmission mechanism that is provided between an end of the drive shaft and the top ring body and transmits a rotational driving force from the drive shaft to the top ring body. The substrate holding apparatus according to claim 1. 研磨面を有するターンテーブルと、請求項1から4のいずれか一項に記載の基板把持装置を有することを特徴とするポリッシング装置。A turntable having a polishing surface, a polishing apparatus characterized by having a substrate holding apparatus according to any one of claims 1 to 4.
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