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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Poliervorrichtung und insbesondere auf eine Poliervorrichtung
zum Polieren eines Werkstückes,
wie beispielsweise eines Halbleiter-Wafers zu einer flachen Spiegeloberfläche.
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Beschreibung des Standes
der Technik
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Der neuerliche schnelle Fortschritt
bei der Integration von Halbleitervorrichtungen erfordert schnellere
und kleinere Verdrahtungsmuster oder Verbindungen und auch engere
Räume zwischen den
Verbindungen, die aktiven Gebiete verbinden. Einer der verfügbaren Prozesse
zum Bilden von solchen Verbindungen ist die Photolithographie. Obwohl der
photolithograpische Prozeß Verbindungen
formen kann, die nur 0,5 Mikrometer breit sind, erfordert er, dass
die Oberflächen,
auf denen die Musterbilder von einem Stepper zu fokussieren sind,
so flach wie möglich
sind, da die Tiefenschärfe
des optischen Systems relativ klein ist. Es ist daher nötig, die
Oberflächen
der Halbleiterwafer für
die Photolithograpie flach zu machen. Ein gewöhnlicher Weg zur Abflachung
der Oberflächen
von Halbleiter-Wafern ist es, sie mit einer Poliervorrichtung zu
polieren.
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Eine solche Poliervorrichtung besitzt
einen Drehtisch und einen oberen Ring, die sich jeweils mit individuellen
Geschwindigkeiten drehen. Ein abrasives bzw. abreibendes Tuch ist
an der Oberseite des Drehtisches angebracht. Ein Werkstück wie beispielsweise
ein zu polierender Halbleiterwafer wird auf dem abrasivem Tuch bzw.
Abriebtuch angeordnet und zwischen dem oberen Ring und dem Drehtisch geklemmt.
Während
des Betriebs übt
der obere Ring bzw. Topring einen konstanten Druck auf den Drehtisch
aus und ein schlammartiges Abriebspray wird von einer Düse über dem
Abriebstuch ausgesprüht. Das
Abriebspray tritt in den Spalt zwischen dem Abriebstuch und dem
Werkstück
ein. Die Oberfläche des
Werkstückes,
die gegen das Abriebstuch gehalten wird, wird daher poliert, während der
obere Ring und der Drehtisch sich drehen.
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Eine bekannte Poliervorrichtung der
obigen Bauart wird beispielsweise offenbart in den japanischen offengelegten
Patentanmeldungen Nr. 2-78822 und 4-19065. Wie in 17(a) gezeigt, weist die in der offengelegten
japanischen Patentveröffentlichung
2-278822 offenbarte Poliervorrichtung eine Antriebswelle 81 auf,
und zwar mit einer sphärischen
Oberfläche 82 an
einem unteren Ende davon, und einen oberen Ring 84 mit
einem sphärischen
Sitz 83, der die sphärische
Oberfläche 82 der
Antriebswelle 81 aufnimmt, wodurch der obere Ring 84 irgendeiner
Kipp-Bewegung einer
Drehtelleroberfläche
folgen kann.
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Wie in 18(a) gezeigt,
weist die in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 4-19065 offenbarte Poliervorrichtung eine Antriebswelle 91 auf,
ein Zwischenglied 92 mit einer sphärischen Oberfläche 92a,
die an einem unteren Ende der Antriebswelle 91 befestigt
ist, und einen oberen Ring 94 mit einem sphärischen
Sitz 93, der die sphärische
Oberfläche 92a des
Zwischengliedes 92 aufnimmt, wodurch der obere Ring 94 irgendeiner Kipp-Bewegung einer Drehtelleroberfläche folgen kann.
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Bei den herkömmlichen Poliervorrichtungen der
in den 17(a) und 18(a) gezeigten Bauarten, sind
die oberen Ringe 84, 94 mit Bezug auf die sphärischen
Oberflächen 82, 92a kippbar,
wie in den 17(b) und 18(b) durch den Pfeil A gezeigt
und sie sind um ihre eigenen Achsen drehbar wie jeweils vom Pfeil
B angezeigt. D. h. die oberen Ringe 84, 94 können jeweilige
einzelne Bewegungen ausführen, die
durch die Pfeile A und B angezeigt werden, und eine zusammengesetzte
Bewegung, die eine Kombination einer Bewegung ist, die vom Pfeil
A angezeigt wird, und von einer Bewegung, die vom Pfeil B angezeigt
wird, wobei sie somit der Drehtelleroberfläche folgen.
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Wie in 19 gezeigt,
bewegen sich die oberen Ringe 84, 94 um eine Bogenlänge L mit
Bezug auf die sphärischen
Oberflächen 82 bzw. 92a, wenn
die oberen Ringe 84, 94 gegen die Drehtelleroberfläche 95 gepreßt werden,
die gegenüber
einer horizontalen Ebene in einem Winkel α jeweils unter der Kraft F gekippt
ist. In dem Fall, dass die Drehtelleroberfläche eine kleine gekippte Bewegung
aufweist, ist die erforderliche Zeit, damit sich der obere Ring über die
Bogenlänge
L bewegt, kurz. Wenn jedoch die Drehtelleroberfläche eine lokale stark gekippte
Bewegung hat, wird die erforderliche Zeit, damit sich der obere
Ring über
die Bogenlänge
L bewegt, größer, je
größer die
Kreisbogenlänge
L ist. Als eine Folge kann die untere Oberfläche des oberen Ringes nicht
sanft der Kippbewegung der Drehtelleroberfläche folgen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es ist ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, eine Poliervorrichtung vorzusehen, die mit geeigneten
Mitteln zum Be- und Entladen des Werkstücks versehen ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist eine Poliervorrichtung nach Anspruch 1 vorgesehen. Bevorzugte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Vorzugsweise besitzt der obere Ring
eine Vielzahl von Ansauglöchern,
die mit einer Vakuumquelle verbunden sind, um das Werkstück an einer Unterseite
des oberen Rings unter einem Vakuum zu halten, welches von der Vakuumquelle
entwickelt wird. Da der obere Ring sich synchron mit der Antriebswelle
des oberen Rings dreht, ist es nicht nötig, dass das Ansaugloch zentral
im oberen Ring geformt wird und mit einem Ansaugloch ausgerichtet
wird, welches zentral axial in der Antriebswelle des oberen Rings
ausgebildet wird. Folglich kann eine Vakuumleitung zur Entwicklung
eines Vakuums im oberen Ring zum Anziehen des Werkstückes an
den oberen Ring leicht konstruiert werden.
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Die obigen und weitere Ziele, Merkmale
und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung von veranschaulichenden Beispielen in Verbindung mit
den beigefügten Zeichnungen,
in denen gleiche Bezugszeichen die gleichen oder ähnliche
Objekte darstellen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Schnittansicht der Poliereinheit einer Poliervorrichtung;
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2 ist
eine Ansicht der in 1 gezeigten Poliereinheit;
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3 ist
eine Teilschnittansicht einer Poliervorrichtung;
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4(a), 4(b) und 4(c) sind Ansichten, die die Art und
Weise zeigen, in der die in den 1 und 2 gezeigte Poliereinheit
arbeitet;
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5 ist
eine Seitenschnittansicht einer Poliereinheit einer Poliervorrichtung;
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6 ist
eine schematische Ansicht, die die Art und Weise zeigt, in der ein
sphärisches
Lager bzw. Kugellager der Poliereinheit arbeitet;
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7 ist
eine Schnittseitenansicht einer Poliereinheit einer Poliervorrichtung;
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8 ist
eine Ansicht der in 7 gezeigten Poliereinheit;
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9 ist
eine Schnittansicht, die eine Lagereinheit von einer Antriebswelle
des oberen Rings zeigt;
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10 ist
eine Querschnittsansicht, die einen Druckeinstellmechanismus zur
Einstellung der Druckverteilung einer unteren Fläche eines oberen Ringes in
einer Poliervorrichtung zeigt;
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11 ist
eine Schnittseitenansicht eines oberen Ringes einer Poliervorrichtung;
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12 ist
eine Schnittseitenansicht eines oberen Rings einer Poliervorrichtung;
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13 ist
eine Schnittseitenansicht eines oberen Rings einer Poliervorrichtung;
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14 ist
eine Schnittseitenansicht einer Übertragungsvorrichtung,
die in einer Poliervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
vorgesehen ist;
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15 ist
eine schematische Ansicht, die die Art und Weise zeigt, in der die
in 14 gezeigte Übertragungsvorrichtung
arbeitet;
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16 ist
eine schematische Ansicht, die die in 14 gezeigte
Poliervorrichtung kombiniert mit einer Wascheinheit zeigt;
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17(a) ist
eine schematische Ansicht, die eine herkömmliche Poliereinheit einer
Poliervorrichtung zeigt;
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17(b) ist
eine Ansicht zur Erklärung
der Art und Weise, in der die in 17(a) gezeigte
Poliereinheit arbeitet;
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18(a) ist
eine schematische Ansicht, die eine weitere herkömmliche Poliereinheit einer
Poliervorrichtung zeigt;
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18(b) ist
eine Ansicht zur Erklärung
der Art und Weise, in der die in 18(a) gezeigte
Poliereinheit arbeitet; und
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19 ist
eine Ansicht zur Erklärung
der Art und Weise, in der die Poliereinheiten der herkömmlichen
Poliervorrichtungen arbeiten, die in den 17 und 18 gezeigt
sind.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die 1 bis 13 nicht die Ausführungsform der Erfindung betreffen
und diese nur einen darstellenden Charakter besitzen.
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Detaillierte
Beschreibung
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Wie in den 1 und 2 gezeigt
weist eine Poliereinheit einer Poliervorrichtung eine vertikale Antriebswelle 1 für einen
oberen Ring auf; einen oberen Ring bzw. Top-Ring 3 und ein sphärisches
Lager bzw. Kugellager 2, welches zwischen der Antriebswelle 1 für den oberen
Ring und dem oberen Ring 3 angeordnet ist. Die Antriebswelle 1 für den oberen Ring
hat eine mittlere sphärische
konkave Oberfläche 1a,
die im unteren Ende davon ausgebildet ist und die in gleitendem
Kontakt mit dem sphärischen Lager 2 gehalten
wird. Der obere Ring 3 weist ein oben liegendes Glied 3-1 des
oberen Rings und ein unten liegendes Glied 3-2 des oberen
Rings auf, und zwar angebracht an der Unterseite des obenliegenden
Gliedes 3-1 des oberen Rings. Das oben liegende Glied 3-1 des
oberen Rings besitzt eine zentrale sphärische konkave Oberfläche 3-1a,
die in einer Oberseite davon ausgebildet ist und in gleitendem Kontakt
mit dem sphärischen
Lager 2 gehalten wird. Ein Wafer-Haltering 5 ist an einer Unterseite
des unten liegenden Gliedes 3-2 des oberen Ringes entlang seiner
Außenumfangskante
befestigt.
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Das unten liegende Glied 3-2 des
oberen Rings hat eine Vielzahl von vertikalen darin ausgebildeten
Ansauglöchern 3-2a.
Die vertikalen Ansauglöcher 3-2a sind
an der Unterseite des unten liegenden Gliedes 3-2 des oberen
Ringes offen. Das oben liegende Glied 3-1 des oberen Rings
besitzt eine Vielzahl von Ansaugnuten 3-1b, die darin ausgebildet sind
und jeweils mit den Ansauglöchern 3-2a in
Verbindung stehen, und eine Vielzahl von Ansauglöchern 3-1c (in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel
4), die darin ausgebildet sind und mit den Ansaugnuten 3-1b in
Verbindung stehen. Die Ansauglöcher 3-1c sind
durch Schlauchkupplungen 9, durch Vakuumleitungsschläuche 10 und
durch Schlauchkupplungen 11 mit einem zentralen Ansaugloch 1b verbunden,
welches axial zentral in der Antriebswelle 1 des oberen
Rings ausgebildet ist.
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Die Antriebswelle 1 des
oberen Rings besitzt einen sich radial nach außen erstreckenden Flansch 1c an
ihrem unteren Ende an dem sich eine Vielzahl von Drehmomentübertragungsstiften 7 radial
nach außen
erstreckt (im veranschaulichten Ausführungsbeispiel 4). Die Oberseite
des oben liegenden Gliedes 3-1 des oberen Rings besitzt
eine Vielzahl von Drehmomentübertragungsstiften 8 (im
veranschaulichten Ausführungsbeispiel
4) die nach oben zum Punktkontakt jeweils mit den Drehmomentübertragungsstiften 7 vorstehen.
Wie in 2 gezeigt, werden
die Drehmomentübertragungsstifte 7 in
Punktkontakt mit den Drehmomentübertragungsstiften 8 gehalten,
wenn die Antriebswelle 1 des oberen Rings um ihre eigene
Achse in einer von dem Pfeil angezeigten Richtung gedreht wird,
und diese bewirken dass sich der obere Ring 3 dreht. Auch
wenn der obere Ring 3 relativ zur Antriebswelle 1 für den obe ren
Ring gekippt wird, bleiben die Drehmomentübertragungsstifte 7, 8 zuverlässig in
Punktkontakt miteinander, obwohl sie einander an unterschiedlichenen Position
berühren
können,
so lange wie die Antriebswelle 1 für den oberen Ring gedreht wird.
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Ein Halbleiterwafer 6, der
von der Poliervorrichtung zu polieren ist, wird in einem Freiraum
zwischen der Unterseite des unten liegenden Gliedes 3-2 des
oberen Rings, der inneren Umfangskante des Wafer-Halterings 5 und
der Oberseite eines Drehtellers 20 (siehe 3) aufgenommen. Auf der Oberseite des
Drehtellers 20 ist ein Abriebstuch 23 angeordnet,
um die Unterseite des Halbleiter-Wafers 6 zu polieren.
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Im Betrieb wird der Drehteller 20 gedreht, und
die Antriebswelle 1 für
den oberen Ring wird gedreht. Das Drehmoment der Antriebswelle 1 für den oberen
Ring wird auf den oberen Ring 3 durch Punktkontakt zwischen
den Drehmomentübertragungsstiften 7, 8 übertragen,
wobei somit der obere Ring 3 mit Bezug auf den Drehteller 20 gedreht
wird. Der Halbleiterwafer 6, der vom oberen Ring 3 gehalten
wird, wird somit durch das Abriebstuch 23 auf dem Drehteller 20 zu
einer flachen Spiegeloberfläche
poliert.
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Ein Halter 4 für den oberen
Ring ist am Flansch 1c der Antriebswelle 1c des
oberen Rings befestigt und ist am oberen Ring 3 durch eine
Vielzahl von vertikalen Schrauben bzw. Bolzen 41 befestigt,
die sich durch den Halter 4 des oberen Rings erstrecken
und in das oben liegende Glied 3-1 des oberen Rings geschraubt
sind. Schraubendruckfedern 42 sind zwischen den Köpfen der
Schrauben 41 und dem Halter 4 für den oberen
Ring angeordnet, um normalerweise den Halter 4 des oberen
Rings zu zwingen, dass er nach unten gegen den Flansch 1c gehalten
wird. Wenn die Antriebswelle 1 für den oberen Ring mit dem Halter 4 für den oberen
Ring nach oben angehoben ist, dienen die Schraubendruckfedern 42 dazu,
den oberen Ring 3 horizontal zu halten, um dadurch die
Anbringung und die Entfernung des Halbleiter-Wafers 6 zu
erleichtern.
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3 zeigt
die Poliervorrichtung, die die in den 1 und 2 gezeigte Poliereinheit
vorsieht. Wie in 3 gezeigt,
wird der Drehteller 20 auf einer Mittelwelle 21 getragen
und ist drehbar um die Achse der Welle 21. Ein Drehtellerring 22,
um zu verhindern, dass ein schlammartiges Abriebspray oder ähnliches
herumgespritzt wird, ist auf der Oberseite des Drehtellers 20 entlang
seiner Außenumfangskante
befestigt. Das Abriebtuch 23 ist auf der Oberseite des
Drehtellers 20 positioniert, und zwar radial innerhalb
des Drehtellerings 22.
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Die in den 1 und 2 gezeigte
Poliereinheit ist über
dem Drehteller 20 gelegen. Der obere Ring 3 wird
gegen den Drehteller 20 unter konstantem Druck durch einen
Zylinder 12 für
den oberen Ring gedrückt,
der einen verschiebbaren Kolben aufnimmt, der mit dem oberen Ende
der Antriebswelle 1 für
den oberen Ring verbunden ist. Die Poliervorrichtung besitzt auch
eine Betätigungsvorrichtung 13 für den oberen
Ring zur Drehung der Antriebswelle 1 für den oberen Ring durch einen Übertragungsmechanismus,
der ein Zahnrad 14 aufweist, welches an der Antriebswelle 1 für den oberen
Ring befestigt ist, weiter ein Zahnrad 16, welches mit
der Ausgangswelle für
die Betätigungsvorrichtung 13 für den oberen Ring
gekoppelt ist, und ein Zahnrad 15, welches in ineinandergreifendem
Eingriff mit den Zahnrädern 14, 16 ist.
Eine Abriebssprühdüse 17 ist über dem
Drehteller 20 angeordnet, um ein Abriebsspray Q auf das Abriebstuch 23 auf
dem Drehteller 20 zu sprühen.
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Die Poliervorrichtung arbeitet wie
folgt: Der Halbleiterwafer 6 wird unter einem Vakuum an
der Unterseite des unten liegenden Glieds 3-2 des oberen
Rings angebracht, und wird gegen das Abriebstuch 23 auf
den Drehteller 20 durch den Zylinder 12 für den oberen
Ring gedrückt.
Zu dieser Zeit wird der Drehteller 20 durch die Welle 21 gedreht,
und der obere Ring 3 wird durch die Betätigungsvorrichtung 13 für den oberen
Ring gedreht. Weiter wird das Abriebspray Q der Abriebspraydüse 17 auf
das Abriebstuch 23 gesprüht. Das ausgestoßene Abriebspray
Q wird in dem Abriebtuch 23 gehalten und wird an die Unterseite
des Halbleiter-Wafers 6 angelegt. Der Halbleiterwafer 6 wird
in Kontakt mit dem Abriebstuch 23 poliert, welches mit
dem Abriebspray Q imprägniert
ist.
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Wenn die Oberseite des Drehtellers 20 geringfügig während des
Polierens des Halbleiter-Wafers 6 verkippt ist, wird der
obere Ring 3 um das sphärische
Lager bzw. Kugellager 2 mit Bezug auf die Antriebswelle 1 des
oberen Rings verkippt. Da jedoch die Drehmomentübertragungsstifte 7 auf
der Antriebswelle 1 für
den oberen Ring in Punktkontakt mit den Drehmomentübertragungsstiften 8 an
dem oberen Ring 3 gehalten werden, kann das Drehmoment von
der Antriebswelle 1 für
den oberen Ring zuverlässig
auf den oberen Ring 3 durch die Drehmomentübertragungsstifte 7, 8 übertragen
werden, obwohl sie einander an anderen Positionen berühren können.
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4 zeigt
einen Betrieb der Poliereinheit der in den 1 bis 3 gezeigten
Poliervorrichtung. Wie in 4(a) gezeigt,
besteht die Poliereinheit aus drei getrennten Gliedern, die eine
Antriebswelle 1 für den
oberen Ring, ein sphärisches
Lager 2 und einen oberen Ring 3 aufweisen. Das
sphärische
Lager 2 ist aus Keramik herge stellt, die Antriebswelle 1 für den oberen
Ring und der obere Ring 3 haben jeweilige Berührungsteile,
die aus rostfreiem Stahl hergestellt sind, die jeweils das sphärische Lager 2 berühren.
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Wie daher in 4(b) gezeigt, ist der obere Ring 3 mit
Bezug auf das sphärische
Lager 2 verkippbar, wie vom Pfeil A angezeigt, und ist
um seine eigene Achse drehbar, wie vom Pfeil B angezeigt ist. Weiter
ist das sphärische
Lager 2 um seine eigene Mitte drehbar, wie vom Pfeil C
angezeigt ist. Da das sphärische
Lager 2, welches eine freie Bewegung ausführen kann,
zwischen der Antriebswelle 1 für den oberen Ring und dem oberen
Ring 3 angeordnet ist, steigt der Freiheitsgrad im Vergleich
zu den herkömmlichen
Vorrichtungen, die in den 17 und 18 gezeigt sind. Somit kann
der obere Ring 3 jeweilige einzelne Bewegungen ausführen, die
von den Pfeilen A, B und C angezeigt werden, genauso wie zusammengesetzte
Bewegungen, die eine Kombination der einzelnen Bewegungen sind,
wobei es somit der Poliereinheit ermöglicht wird, der Drehtelleroberfläche sanft
und schnell zu folgen.
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Wenn der obere Ring 3 gegen
den Drehteller 20 gedrückt
wird, der von einer horizontalen Ebene in einem Winkel α unter der
Kraft F gekippt wird, wie in 4(c) gezeigt,
bewegt sich der obere Ring 3 über eine offensichtliche Kreisbogenlänge L. Da
das sphärische
Lager 2 Freiheitsgrade mit Bezug nicht nur auf den oberen
Ring 3 sondern auch auf die Antriebswelle 1 des
oberen Rings hat, kann sich das sphärische Lager 2 mit
Bezug auf die Antriebswelle 1 des oberen Rings bewegen.
Der obere Ring 3 und die Antriebswelle 1 des oberen
Rings haben jeweilige Berührungsteile,
die aus dem gleichen Guß bzw.
dem gleichen Material (Spray) hergestellt sind, die das sphärische Lager 2 berühren, und
daher haben die Berührungstei le
den gleichen Reibungskoeffizienten. Wenn daher der obere Ring 3 um
einen Winkel α mit
Bezug auf die Drehtelleroberfläche
gekippt wird, bewegt sich das sphärische Lager 2 um
eine Bogenlänge
L/2 mit Bezug auf die Antriebswelle 1 des oberen Rings, und
der obere Ring 3 kann sich auch um eine Bogenlänge L/2
mit Bezug auf das sphärische
Lager 2 bewegen. Somit kann der obere Ring 3 der
Drehtelleroberfläche
in der Hälfte
der Zeit wie bei herkömmlichen
in den 17 und 18 gezeigten Poliervorrichtungen
folgen.
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Wenn weiter der obere Ring 3 gegen
das Abriebstuch 23 gedrückt
wird, kann eine Schwingung aufgrund von Reibung zwischen dem Halbleiterwafer 6 und
dem Abriebstuch 23 erzeugt werden. Insbesondere wenn die
Reibung zwischen dem oberen Ring 3 und dem Abriebstuch 23 von
statischer Reibung auf kinetische Reibung bzw. Gleitreibung zu Beginn
der Drehung variiert wird, tritt ein Stick-Slip-Effekt bzw. Haft/Gleit-Effekt
auf, um dadurch eine Ungleichmäßigkeit
der Drehung zu bewirken, was eine Schwingung des oberen Rings zur
Folge hat. Bei den herkömmlichen
Poliervorrichtungen, wie sie in den 17 und 18 gezeigt sind, wird die
von der Drehung des Drehtellers erzeugte Schwingung leicht auf die Antriebswelle 1 des
oberen Rings übertragen.
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Schwingungen, die von der Drehung
des Drehtellers bewirkt werden, werden kaum auf die Antriebswelle 1 des
oberen Ringes übertragen,
da das sphärische
Lager 2 einen Freiheitsbewegungsgrad in einer Drehrichtung
mit Bezug auf die Antriebswelle 1 des oberen Rings hat.
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Die Poliervorrichtung gemäß 5 besitzt einen oberen Ring 3,
der frei von irgendwelchen Ansauglöchern und Ansaugnuten ist,
und eine Antriebswelle 1 für den oberen Ring, die kein
axiales Ansaugloch hat. Daher kann der in 5 gezeigte obere Ring 3 nicht
einen Halbleiterwafer 6 an seine Unterseite unter einem
Vakuum anziehen. Die anderen Details der in 5 gezeigten Poliereinheit sind mit jenen
der in den 1 und 2 gezeigten Poliereinheit identisch.
Auch wenn der obere Ring 3 nicht den Halbleiterwafer 6 unter
Vakuum anziehen kann, kann die Poliereinheit immer noch den Halbleiterwafer 6 zu einen
flachen Spiegel-Finish polieren.
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Wenn ein Halbleiterwafer zu einen
flachen Spiegel-Finish durch die Poliervorrichtung gemäß der obigen
Ausführungsbeispiele
poliert wird, wird verhindert, dass die Außenumfangskante des Halbleiterwafer übermäßig abgerundet
wird. Insbesondere insofern als der obere Ring 3 am unteren
Ende der Antriebswelle 1 für den oberen Ring durch das
sphärische
Lager 2 getragen wird, werden Spannungen in dem oberen
Ring 3 in Richtungen zur Mitte 0 des sphärischen
Lagers 2 entwickelt, und die Größen dieser Spannungen sind
kleiner weg von der Mitte 0 des sphärischen Lagers 2 als
jene nahe der Mitte 0, wie in 6 gezeigt. Durch Auswahl des oberen Ringes mit
einer geeigneten Steifigkeit werden jene Teile des oberen Rings 3,
die von der Mitte davon entfernt sind, nach oben deformiert, wie
von den Strich-Punkt-Linien in 6 gezeigt.
wenn der Druck nahe der Mitte des oberen Rings 3 konzentriert
wird, kann verhindert werden, dass die Außenumfangskante des Halbleiter-Wafers übermäßig abgeschliffen
wird.
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Bei der in den 1 und 2 gezeigten
Vorrichtung berührt
der Drehmomentübertragungsstift 7 auf der
Antriebswelle 1 des oberen Rings den Drehmomentübertragungsstift 8 auf
dem oberen Ring 3 direkt, wobei eine Schwingung der Antriebswelle 1 des oberen
Rings direkt auf den oberen Ring 3 übertragen wird, wobei somit
ein schlechter Einfluß auf
den Poliervorgang des Halbleiter-Wafers ausgeübt wird. Um zu verhindern,
dass Schwingungen von der Antriebswelle 1 des oberen Rings
zum oberen Ring übertragen
werden, wird ein elastisches Glied 31, wie beispielsweise
Gummi wie in den 7 und 8 gezeigt auf dem Drehmomentübertragungsstift 7 befestigt,
so dass der Drehmomentübertragungsstift 7 den Drehmomentübertragungsstift 8 durch
das elastische Glied 31 berührt. Die Schwingung der Antriebswelle 1 des
oberen Rings wird durch das elastische Glied 31 absorbiert
und wird kaum auf den oberen Ring 3 übertragen. Das elastische Glied 31 kann
auf dem Drehmomentübertragungsstift 8 oder
auf beiden der Drehmomentübertragungsstifte 7, 8 befestigt
sein.
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Um die Schwingung der Antriebswelle 1 für den oberen
Ring effektiver zu dämpfen,
wird ein O-Ring 32 wie in 7 gezeigt
zwischen einem Radiallager 33 zum Tragen der Antriebswelle 1 des
oberen Rings und einem stationären
Glied 35 angeordnet, welches an einem (nicht gezeigten)
Rahmen befestigt ist, um das Radiallager 33 zu tragen.
Der O-Ring 32 bildet einen Dämpfungsmechanismus, der die
Schwingung der Antriebswelle 1 des oberen Rings dämpft.
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9 zeigt
einen weiteren Dämpfungsmechanismus 34.
Wie in 9 gezeigt, sind
zwei O-Ringe 32-1, 32-2, die voneinander beabstandet
sind, zwischen dem Radiallager 33 und dem stationären Glied 35 angeordnet.
Ein Ölreservoir 36 ist
vorgesehen, um Öl
R zu einem Freiraum zu liefern, der von den O-Ringen 32-1 und 32-2,
vom Radiallager 33 und dem stationären Glied 35 definiert
wird.
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Die Schwingung der Antriebswelle 1 für den oberen
Ring wird absorbiert durch den Dämpfungsmechanismus 34,
der die O-Ringe 32-1, 32-2 und den Reservoirtank 36 aufweist,
um Öl R
zu dem Freiraum zu liefern, der von den O-Ringen
32-1, 32-2, dem
Radiallager 33 und dem stationären Glied 35 definiert
wird.
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In den 8 und 9 ist der Dämpfungsmechanismus,
der den O-Ring 32 (8)
oder den Dämpfungsmechanismus 34 (9) aufweist, zwischen dem
Radiallager 33 und dem stationären Glied 35 vorgesehen,
jedoch kann der Dämpfungsmechanismus
zwischen der Antriebswelle 1 für den oberen Ring und dem Radiallager 33 vorgesehen
sein.
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Um das Werkstück gleichförmig zu polieren, ist es notwendig,
die Druckverteilung der Unterseite des oberen Rings 3 auszugleichen. 10 zeigt einen Druckeinstellmechanismus
zum Ausgleich der Druckverteilung der Unterseite des oberen Rings 3. Das
Druckeinstellglied 37 ist zwischen dem sphärischen
Lager 2 und dem oberen Ring 3 angeordnet. Das
Druckeinstellglied 37 besitzt einen kreisförmigen oberen
Vorsprung 37a an einer Oberseite davon, und einen ringförmigen unteren
Vorsprung 37b an einer Unterseite davon. Der obere Vorsprung 37a besitzt eine
zentrale sphärische
konkave Oberfläche
zur Aufnahme des sphärischen
Lagers bzw. Kugellagers 2, und der untere Vorsprung 37b berührt die
Unterseite des oberen Rings 3. Die Druckverteilung der Unterseite
des oberen Rings 3 kann eingestellt werden durch Variieren
des Kontaktgebietes des unteren Vorsprungs 37b und des
oberen Rings 3. D. h. in 10 kann
die Druckverteilung der Unterseite des oberen Rings 3 eingestellt
werden durch Variieren des Verhältnisses
(d/D) eines Innendurchmessers (d) zum Außendurchmesser (D). Im übrigen kann
in 10 die Druckverteilung
der unteren Seite des oberen Rings 3 eingestellt werden,
indem man d = 0 macht und durch Variieren des Außendurchmessers (D).
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Der Druckeinstellmechanismus ist
nicht auf das in 10 gezeigte
Druckeinstellglied 37 eingeschränkt, sondern kann eine Lufttasche
oder ähnliches
aufweisen, was zwischen dem Druckeinstellglied 37 und dem
oberen Ring 3 vorgesehen ist und einen gleichförmig verteilten
Druck auf die Oberseite des oberen Rings 3 ausübt.
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Bei den in den 1 und 2 und
in den 7 und 8 gezeigten Vorrichtungen
besitzt der obere Ring 3 eine Vielzahl von Ansauglöchern um
den Halbleiterwafer 6 daran anzuziehen. Die 11-13 zeigen unterschiedliche obere Ringe
bzw. Topringe.
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In 11 ist
der obere Ring 3 von einheitlicher Struktur und hat eine
Vielzahl von Ansauglöchern 3c (vier
sind in dem Ausführungsbeispiel
vorgesehen), und zwar jeweils mit einem verjüngten unteren Ende, dessen
Durchmesser von 0,5 mm bis 1,0 mm reicht, und der an der Unterseite
des oberen Rings 3 offen ist. Die Ansauglöcher 3c stehen
in Verbindung mit den jeweiligen Vakuumleitungsschläuchen 10 durch
die Schlauchkupplungen 9.
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Gemäß 12 weist ein oberer Ring 3 ein oben
liegendes Glied 3-1 des oberen Rings und ein unten liegendes
Glied 3-2 des oberen Rings auf. Das unten liegende Glied 3-2 des
oberen Rings besitzt eine Vielzahl von Ansauglöchern 3-2a mit verjüngten unteren
Enden, die sich zur Unterseite davon öffnen. Das oben liegende Glied 3-1 des
oberen Rings besitzt eine Vielzahl von Ansaugnuten 3-1b,
die mit den jeweiligen Ansauglöchern 3-2a in
Verbindung stehen. Die Ansaugnuten 3-1b stehen auch in
Verbindung mit den vier Ansauglöchern 3-1c,
die in dem oben liegenden Glied 3-1 des oberen Rings ausgebildet
sind, und in Verbindung mit den jeweiligen Vakuumleitungsschläuchen 10 durch
die Schlauchkupplungen 9 gehalten werden.
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In 13 weist
ein oberer Ring 3 ein oben liegendes Glied 3-1 des
oberen Rings auf, und ein unten liegendes Glied 3-2 des
oberen Rings, welches ringförmig
ist. Eine obere Ringplatte 3-2'a hergestellt aus porösem Keramikspray
mit einer Anzahl von Poren ist in das oben liegende Glied 3-2' des oberen Rings
eingepaßt.
Das oben liegende Glied 3-1 des oberen Rings besitzt eine
Vielzahl von Ansaugnuten 3-1b, die mit den Poren der oberen
Ringplatte 3-2'a in
Verbindung stehen. Die Ansaugnuten 3-1b stehen auch mit
den vier Ansauglöchern 3-1c in
Verbindung, die in dem oberen Ringglied 3-1 ausgebildet
sind und in Verbindung mit den jeweiligen Vakuumleitungsschläuchen 10 durch
die Schlauchkupplungen 9 gehalten werden.
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Als nächstes wird eine Übertragungsvorrichtung 66,
die in der Poliervorrichtung vorgesehen ist, um einen Halbleiterwafer
zu dem oberen Ring und davon weg zu bringen, unten mit Bezug auf
die 14–16 beschrieben. In 14 besitzt eine scheibenförmige Basis 51 eine
Vielzahl von Trägern 52 an der
oberen Umfangsseite davon. Ein Kissen bzw. Pad 53 ist am
Träger 52 angebracht.
Ein Ansaugloch 52a und ein Ansaugloch 53a sind
in dem Träger 52 bzw.
im Kissen 53 ausgebildet. Das Ansaugloch 52a und
das Ansaugloch 53a, die miteinander in Verbindung stehen,
werden über
einen Vakuumleitungsschlauch 55 durch eine Kupplung 54 in
Verbindung gebracht.
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Die Basis 51 ist an einem
oberen Ende einer Welle 56 befestigt, die gleitend durch
ein hülsenartiges
Lager 57 getragen wird, welches an einem Lagergehäuse 58 befestigt
ist. Eine Feder 60 ist zwischen der Welle 56 und
einem Federhalter 59 angeordnet, der an dem Lagergehäuse 58 so
festgelegt ist, dass die Welle 56 nach oben gedrückt wird.
Der Federhalter 59 besitzt ein Außengewinde am Au ßenumfang,
welches in ein Innengewinde geschraubt wird, welches in dem Lagergehäuse 58 ausgebildet ist.
Muttern 62 sind über
das untere Ende der Welle 56 geschraubt und berühren einen
Stop bzw. Anschlag 60, und daher wird verhindert, dass
die Welle 56 von der Feder 60 angehoben wird.
Das Lagergehäuse 58 ist
an einem vorderen Ende eines Arms 63 befestigt, welcher
von einer Hubvorrichtung 64 wie vom Pfeil Z in 14 gezeigt auf und ab bewegt
wird.
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Die Übertragungsvorrichtung 66 arbeitet
wie folgt: ein Halbleiterwafer 6 wird auf dem Kissen 53 angeordnet
und wird vom Kissen 53 angezogen, wenn der Vakuumleitungsschlauch 55 mit
einer (nicht gezeigten) Vakuumquelle verbunden wird. Wenn ein Druck,
wie beispielsweise eine Auftreffkraft auf die Basis 51 durch
das Kissen 53 und den Träger 52 aufgebracht
wird, fällt
die Welle 56 gegen die Druckkraft der Feder 60.
D. h., dass hülsenartige
Lager 67, das Lagergehäuse 58,
der Federhalter 59 und die Feder 60 bilden zusammen
einen Stoßdämpfer. Ein
O-Ring 51a wird zwischen dem Träger 52 und der Basis 51 zur
Abdichtung dazwischen angeordnet.
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15 zeigt
die Art und Weise in der die in 14 gezeigte Übertragungsvorrichtung 66 arbeitet.
Wenn die Antriebswelle 1 des oberen Rings zusammen mit
dem oberen Ring 3 und dem Halter 4 für den oberen
Ring angehoben wird, hält
die Feder 42 den oberen Ring 3 horizontal. Diese
Funktion ist wirksam zur Übertragung
des Halbleiter-Wafers 6 vom oberen Ring 3 zu einem
nächsten
Prozeß oder
von einem vorhergehenden Prozeß zum
oberen Ring 3.
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Um den Halbleiterwafer 6 an
die Unterseite des oberen Rings 3 anzuziehen, wird das
Ansaugloch 1b, welches am Mittelteil der Antriebswelle 1 für den oberen
Ring vorge sehen ist, mit der Vakuumquelle verbunden, wodurch Luft
von den Ansauglöchern 3-2a des
unten liegenden Gliedes 3-2 des
oberen Rings angesaugt wird. Zu dieser Zeit wird der auf dem Kissen 53 angeordnete
Halbleiterwafer 6 von der Hubvorrichtung 64 angehoben.
Wenn der Halbleiterwafer 6 die Unterseite des oberen Rings 3 erreicht,
wird der Halbleiterwafer 6 von der Unterseite des oberen
Rings 3 unter Vakuum angezogen.
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Zu dieser Zeit ist die Basis 51 einer
Abwärtskraft
unterworfen und wird heruntergedrückt, jedoch wird diese Kraft
von der Abwärtsbewegung
der Welle 66 gegen die Druckkraft der Feder 60 absorbiert.
Daher wird der Halbleiterwafer 6 keiner Stoßkraft unterworfen.
Wenn der Halbleiterwafer 6 vom oberen Ring 3 zur Übertragungsvorrichtung 66 übertragen
wird, wird das Kissen 53 in Kontakt mit der Unterseite
des Halbleiter-Wafers 6 gebracht, gleichzeitig wird das Ansaugloch 1b von
der Vakuumquelle getrennt, und der Vakuumleitungsschlauch 55 wird
mit der Vakuumquelle verbunden, und daher wird der Halbleiterwafer 6 vom
Kissen 53 angezogen. Zu dieser Zeit wird diese Kraft von
der Abwärtsbewegung
der Welle 56 gegen die Druckkraft der Feder 61 absorbiert, auch
wenn die Basis 51 einer Kraft unterworfen ist und von dem
oberen Ring 3 nach unten gedrückt wird. Daher ist der Halbleiterwafer 6 keiner
Stoßkraft unterworfen.
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Da die Poliervorrichtung mit der Übertragungsvorrichtung 66 versehen
ist, die den Stoßdämpfer aufweist,
bleibt ein Schrittmotor synchron, auch wenn ein Schrittmotor als
Antriebsmotor für
die Hubvorrichtung 64 verwendet wird. Der Stoßdämpfer ist
nicht auf einen Mechanismus eingeschränkt, der eine Feder verwendet,
sondern kann verschiedene Mechanismen verwenden, die eine Stoßkraft ab sorbieren
können,
wenn der Halbleiterwafer übertragen wird.
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16 zeigt
die in 14 und 15 gezeigten Poliervorrichtungen
kombiniert mit einer Wascheinheit.
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Wie in 16 gezeigt
ist, ist die Übertragungsvorrichtung 66 an
einer Ladeseite für
die Halbleiterwafer angeordnet, und die Übertragungsvorrichtung 66 und
eine Wascheinheit 70 sind an einer Entladeseite für die Halbleiterwafer
angeordnet, und der Drehtisch 20 ist zwischen der Ladeseite
und der Entladeseite angeordnet. Wenn der Arm 63 von der
Hubvorrichtung 64 angehoben wird, wird der auf der Übertragungsvorrichtung 66 angeordnete
Halbleiterwafer 6 von der Unterseite des oberen Rings 3 angezogen.
Während
der Drehteller 20 von einem Motor 68 durch einen Übertragungsmechanismus 69 gedreht
wird, wird der Halbleiterwafer 6 unter Vakuum zur Unterseite
des oberen Rings 3 angezogen, und wird gegen das Abriebtuch 23 auf
dem Drehteller 20 durch den Zylinder 12 für den oberen
Ring gedrückt. Der
Halbleiterwafer 6 wird in Kontakt mit dem Abriebstuch 23 poliert,
welches mit dem Abriebmaterial imprägniert ist. während des
Betriebes wird der obere Ring 3 gedreht, und der Halbleiterwafer 6 wird
in gleitenden Kontakt mit dem Abriebstuch 23 gebracht.
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Nach dem Polieren des Halbleiter-Wafers 6 wird
der Halbleiterwafer 6 durch die Übertragungsvorrichtung 66 an
der Entladeseite aufgenommen. Der Halbleiterwafer 6 auf
der Übertragungsvorrichtung 66 auf
der Entladeseite wird zur Wascheinheit 70 durch Absenkung
des Armes 63 befördert.
Die Wascheinheit 70 ist mit einem Tank 71 versehen,
der eine Waschlösung
W enthält,
wie beispielsweise reines Wasser und Zuführrollen und Waschrollen 72 sind
im Tank 71 angeordnet. Während die Halbleiterwafer 6 von
den Zu führrollen
und den Waschrollen befördert
werden, werden sie gewaschen.
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Werkstücke, die von der Poliervorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung poliert werden können,
sind nicht auf Halbleiterwafer eingeschränkt, sondern können verschiedene
andere Werkstücke sein.
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Die in den 1 bis 16 gezeigte
Poliervorrichtung bietet die folgenden Vorteile:
- (1)
Der obere Ring 3 und die Antriebswelle 1 für den oberen
Ring drehen sich synchron miteinander, während der obere Ring 3 irgendeiner
Kippbewegung des Drehtellers 20 folgt. Folglich kann der
Halbleiterwafer 6 hochgenau auf ein flaches Spiegel-Finish
poliert werden, und die Qualität
der polierten Oberfläche
wird stabil hergestellt.
- (2) Da der obere Ring 3 und die Antriebswelle 1 für den oberen
Ring sich synchron miteinander drehen, kann eine Vakuumleitung,
die sich von der Antriebswelle 1 des oberen Rings zum oberen Ring 3 erstreckt,
und eine Druckleitung zum Aufbringen eines Druckes, um den oberen
Ring 3 gegen den Drehteller 20 zu drücken, leicht
und frei ohne unmäßige Einschränkungen
konstruiert werden.
- (3) Da die Drehmomentübertragungsstifte 7 an der
Antriebswelle 1 des oberen Rings in Punktkontakt mit den
Drehmomentübertragungsstiften 8 an
dem oberen Ring 3 gehalten werden, kann das Drehmoment
von der Antriebswelle 1 für den oberen Ring zuverlässig auf
den oberen Ring übertragen
werden, und zwar durch die Übertragungsstifte 7, 8 obwohl
sie einander an unterschiedlichen Positionen berühren können. Weiterhin können Dämpfungsmittel
an den Drehmomentübertragungsstiften 8 auf
dem oberen Ring 3 o der an den Drehmomentübertragungsstiften 7 auf
der Antriebswelle 1 für
den oberen Ring oder an beiden der Übertragungsstifte 7, 8 vorgesehen werden,
wodurch eine Schwingung der Antriebswelle 1 für den oberen
Ring kaum auf den oberen Ring 3 übertragen wird. Da die Dämpfungsmittel zwischen
der Antriebswelle 1 für
den oberen Ring und dem Radiallager 33 oder zwischen dem
Radiallager 33 und dem stationären Glied 35 vorgesehen
werden können,
wird eine Schwingung der Antriebswelle 1 für den oberen
Ring kaum auf den oberen Ring 3 übertragen. Folglich kann der
Halbleiterwafer 6 hochgenau auf ein flaches Spiegel-Finish poliert werden.
- (4) Da die Druckeinstellmittel zwischen dem sphärischen
Lager bzw. Kugellager 2 und dem oberen Ring 3 vorgesehen
werden können,
ist die Druckverteilung der Unterseite des oberen Rings 3 ausgeglichen,
und somit kann der Halbleiterwafer 6 hochgenau auf ein
flaches Spiegel-Finish poliert werden.
- (5) Da Stoßabsorptions-
bzw. Stoßaufnahmemittel
auf der Übertragungsvorrichtung 66 zur Übertragung
bzw. zum Transport des Halbleiter-Wafers 6 zu dem und von
dem oberen Ring 3 vorgesehen werden können, ist eine komplizierte Druckeinstellung
für den
Zylinder 12 für
den oberen Ring zum Andrücken
des oberen Rings 3 nicht erforderlich. Weiter wird der
Halbleiterwafer 6 gegenüber
einem von Druck verursachten Schaden geschützt, wenn der obere Ring 3 gegen
den Halbleiterwafer 6 gedrückt wird, wenn der Halbleiterwafer 6 übertragen
wird.
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Obwohl gewisse bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung gezeigt und im Detail beschrieben worden
sind, sei bemerkt, dass verschiedene Veränderungen und Modifikationen
daran vorgenommen werden können,
ohne vom Umfang der beigefügten
Ansprüche
abzuweichen.