DE69333322T2

DE69333322T2 - Poliergerät

Info

Publication number: DE69333322T2
Application number: DE69333322T
Authority: DE
Inventors: Masayoshi Ohta-ku Hirose; Manabu Ohta-ku Tsujimura; Seiji Ohta-ku Ishikawa; Norio Ohta-ku Kimura; You Ohta-ku Ishii
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1992-09-24
Filing date: 1993-09-22
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2013-09-23
Also published as: DE69333322D1; US5476414A; EP0589433B1; DE69325756D1; KR940008009A; EP0911115B1; DE69325756T2; KR100271902B1; EP0589433A1; EP0911115A1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
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.
Beschreibung des Standes der Technik
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Poliervorrichtung vorzusehen, die mit geeigneten Mitteln zum Be- und Entladen des Werkstücks versehen ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Poliervorrichtung nach Anspruch 1 vorgesehen. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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.
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.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Schnittansicht der Poliereinheit einer Poliervorrichtung;
2 ist eine Ansicht der in 1 gezeigten Poliereinheit;
3 ist eine Teilschnittansicht einer Poliervorrichtung;
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;
5 ist eine Seitenschnittansicht einer Poliereinheit einer Poliervorrichtung;
6 ist eine schematische Ansicht, die die Art und Weise zeigt, in der ein sphärisches Lager bzw. Kugellager der Poliereinheit arbeitet;
7 ist eine Schnittseitenansicht einer Poliereinheit einer Poliervorrichtung;
8 ist eine Ansicht der in 7 gezeigten Poliereinheit;
9 ist eine Schnittansicht, die eine Lagereinheit von einer Antriebswelle des oberen Rings zeigt;
10 ist eine Querschnittsansicht, die einen Druckeinstellmechanismus zur Einstellung der Druckverteilung einer unteren Fläche eines oberen Ringes in einer Poliervorrichtung zeigt;
11 ist eine Schnittseitenansicht eines oberen Ringes einer Poliervorrichtung;
12 ist eine Schnittseitenansicht eines oberen Rings einer Poliervorrichtung;
13 ist eine Schnittseitenansicht eines oberen Rings einer Poliervorrichtung;
14 ist eine Schnittseitenansicht einer Übertragungsvorrichtung, die in einer Poliervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist;
15 ist eine schematische Ansicht, die die Art und Weise zeigt, in der die in 14 gezeigte Übertragungsvorrichtung arbeitet;
16 ist eine schematische Ansicht, die die in 14 gezeigte Poliervorrichtung kombiniert mit einer Wascheinheit zeigt;
17(a) ist eine schematische Ansicht, die eine herkömmliche Poliereinheit einer Poliervorrichtung zeigt;
17(b) ist eine Ansicht zur Erklärung der Art und Weise, in der die in 17(a) gezeigte Poliereinheit arbeitet;
18(a) ist eine schematische Ansicht, die eine weitere herkömmliche Poliereinheit einer Poliervorrichtung zeigt;
18(b) ist eine Ansicht zur Erklärung der Art und Weise, in der die in 18(a) gezeigte Poliereinheit arbeitet; und
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.
Es sei darauf hingewiesen, dass die 1 bis 13 nicht die Ausführungsform der Erfindung betreffen und diese nur einen darstellenden Charakter besitzen.
Detaillierte Beschreibung
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
16 zeigt die in 14 und 15 gezeigten Poliervorrichtungen kombiniert mit einer Wascheinheit.
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.
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.
Werkstücke, die von der Poliervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung poliert werden können, sind nicht auf Halbleiterwafer eingeschränkt, sondern können verschiedene andere Werkstücke sein.
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.

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.

Claims

Poliervorrichtung zum Polieren einer Oberfläche eines Werkstücks (6), die Folgendes aufweist: einen Drehtisch (20); einen oberen Ring bzw. Topring (3) zum Tragen des zu polierenden Werkstücks und zum Drücken des Werkstücks gegen den Drehtisch; erste Betätigungsmittel zum Drücken des Toprings; und zweite Betätigungsmittel zum Drehen des Toprings, gekennzeichnet durch: eine Transfereinrichtung (66) zum Transferieren bzw. Übertragen des Werkstücks zu und von dem Topring, wobei die Transfereinrichtung Haltemittel aufweist zum Halten des Werkstücks, wobei die Haltemittel angehoben werden, wenn das Werkstück zu und von dem Topring transferiert bzw. übertragen wird, der oberhalb der Transfereinrichtung angeordnet ist, wobei die Haltemittel (51 bis 56) ein Saugloch (52a) besitzen, das mit einer Vakuumquelle zum Anziehen des Werkstücks 6 verbunden ist.
Poliervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Topring eine Vielzahl von Sauglöchern besitzt, die mit einer Vakuumquelle verbunden sind zum Anziehen des Werkstücks an eine Unterseite des Toprings mit einem Vakuum, dass durch die Vakuumquelle entwickelt wird.
Poliervorrichtung nach Anspruch 1, die ferner Mittel aufweist zum Halten des Toprings horizontal, wenn das Werkstück zwischen der Transfereinrichtung und dem Topring transferiert bzw. übertragen wird.
Poliervorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Wascheinheit (70) aufweist zum Waschen des Werkstücks nachdem es durch die Transfereinrichtung aufgenommen wurde.
Poliervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Haltemittel der Transfereinrichtung mit einer Vielzahl von Trägern an der oberen Umfangsfläche der Haltemittel versehen sind.
Poliervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Haltemittel eine Auflage oder ein Pad zur Befestigung des Werkstücks daran aufweisen.
Poliervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Transfereinrichtung einen Stoßdämpfer aufweist.