JP5197644B2 - 研磨装置及び研磨方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェハ等の基板を平坦かつ鏡面状に研磨する研磨装置及び研磨方法に係り、特に、トップリングやキャリアヘッドと称される基板保持部とロボットやトランスポータからなる搬送装置との間で基板を受け渡しするための基板受け渡し部を備えた研磨装置及び研磨方法に関するものである。

近年、半導体デバイスがますます微細化され素子構造が複雑になり、またロジック系の多層配線の層数が増えるに伴い、半導体デバイスの表面の凹凸はますます増え、段差が大きくなる傾向にある。半導体デバイスの製造では薄膜を形成し、パターンニングや開孔を行う微細加工の後、次の薄膜を形成するという工程を何回も繰り返すためである。

半導体デバイスの表面の凹凸が増えると、薄膜形成時に段差部での膜厚が薄くなったり、配線の断線によるオープンや配線層間の絶縁不良によるショートが起こったりするため、良品が取れなかったり、歩留まりが低下したりする傾向がある。また、初期的に正常動作をするものであっても、長時間の使用に対しては信頼性の問題が生じる。更に、リソグラフィ工程における露光時に、照射表面に凹凸があると露光系のレンズ焦点が部分的に合わなくなるため、半導体デバイスの表面の凹凸が増えると微細パターンの形成そのものが難しくなるという問題が生ずる。

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

この種の研磨装置は、研磨パッドからなる研磨面を有する研磨テーブルと、半導体ウェハを保持するためのトップリング又はキャリアヘッド等と称される基板保持部とを備えている。このような研磨装置を用いて半導体ウェハの研磨を行う場合には、基板保持部により半導体ウェハを保持しつつ、この半導体ウェハを研磨テーブルに対して所定の圧力で押圧する。このとき、研磨テーブルと基板保持部とを相対運動させることにより半導体ウェハが研磨面に摺接し、半導体ウェハの表面が平坦かつ鏡面に研磨される。

このような研磨装置において、研磨中の半導体ウェハと研磨パッドの研磨面との間の相対的な押圧力が半導体ウェハの全面に亘って均一でない場合には、半導体ウェハの各部分に印加される押圧力に応じて研磨不足や過研磨が生じてしまう。そのため、基板保持部の半導体ウェハの保持面をゴム等の弾性材からなるメンブレンで形成し、メンブレンの裏面に空気圧等の流体圧を加え、半導体ウェハに印加する押圧力を全面に亘って均一化することも行われている。

前記基板保持部へ研磨前の半導体ウェハを渡し、基板保持部から研磨後の半導体ウェハを受け取ることをロボット等の搬送装置によって直接行なうと、両者の搬送精度のバラツキにより搬送ミスを犯す危険性がある。そのため、基板保持部への半導体ウェハの受け渡し位置または基板保持部からの半導体ウェハの受け渡し位置にプッシャと呼ばれる基板受け渡し部が設置されている。この基板受け渡し部は、ロボット等の搬送装置によって搬送されてきた半導体ウェハを一旦その上に載置し、次に基板受け渡し部の上方に移動してきたトップリング等の基板保持部に対して半導体ウェハを持ち上げて基板保持部に半導体ウェハを渡す機能、及びこれと逆に基板保持部から受け取った半導体ウェハをロボット等の搬送装置に渡す機能を有する装置である。

上述のトップリング等の基板保持部からプッシャ（基板受け渡し部）に半導体ウェハ等の基板を受け渡す際には、トップリングに設けた流体路に加圧流体（気体、液体、または気体と液体の混合流体）を導入し、半導体ウェハをトップリングから押し出して、トップリングから離脱させるようにしている。その際、トップリングとプッシャとの間には、ある一定の隙間が設けられており、半導体ウェハがトップリングから離脱する際、半導体ウェハがその隙間分だけ落下し、落下した半導体ウェハをプッシャが受け止める構造になっている。

上述した研磨装置においては、スラリー（研磨液）の種類、研磨時間、半導体ウェハの押付け力、トップリング及び研磨テーブルの回転速度等を種々の研磨条件に設定し、半導体ウェハを研磨することが行われている。この研磨時の条件によっては、研磨終了後、半導体ウェハをトップリングから離脱させる際、半導体ウェハがトップリングに強く張り付いて離脱させることができないという問題点がある。特に、半導体ウェハの保持面をメンブレンで形成し、メンブレンの裏面に空気圧等の流体圧を加え、半導体ウェハを研磨テーブル上の研磨面に押圧するメンブレンタイプの基板保持部においては、メンブレンの材質にゴムを使用しているので、研磨終了後、半導体ウェハを離脱させる際に、半導体ウェハがメンブレンに強く張り付いて剥がれなかったり、剥がすのに時間がかかってしまったり、半導体ウェハの一部がメンブレンに張り付いたまま斜めに落下する等の問題がある。この場合、半導体ウェハをトップリングから確実に剥がすために、トップリングから噴出する加圧流体の圧力を増すと、この加圧流体の圧力により半導体ウェハが勢いよくプッシャに向かって落下し、半導体ウェハが割れたり損傷したりするという問題がある。

近年、層間絶縁膜としてＳｉＯ_２に代わり、低誘電率のｌｏｗ−ｋ材料が開発されつつある。しかしながら、このような低誘電率のｌｏｗ−ｋ材料が用いられるようになると、ｌｏｗ−ｋ材料は機械的特性が弱く、破壊されやすいという欠点がある。そのため、上述したように加圧流体を噴出させて半導体ウェハをトップリングから引き剥がすようにした方法であると、半導体ウェハの離脱時の落下の衝撃によりｌｏｗ−ｋ材料が破壊され、歩留まりが低下するという問題点が顕著になる。

本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、半導体ウェハ等の基板の研磨終了後に、基板をトップリング等の基板保持部から速やかに確実に離脱させることができるとともに、離脱時に基板に過大な圧力が加わることなく安全に離脱させ、かつ基板受け渡し部に渡す際に基板に衝撃を与えることがない研磨装置及び研磨方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の研磨装置は、基板を保持する基板保持部と、基板を載置する基板載置部と該基板載置部を昇降させる昇降部を有する基板受け渡し部とを有する研磨装置であって、前記基板受け渡し部は、ピンを介して揺動可能に支持されたリンクの揺動に伴って、前記基板保持部で保持した基板の周縁部と該基板保持部との間に形成した隙間に前記リンクの先細状先端を入り込ませ、該先細状先端を基板の周縁部に当接させつつ前記リンクを更に揺動させ基板を前記基板保持部から離れる方向に移動させて前記基板保持部から引き剥がすチャック機構を有することを特徴とする。

本発明の研磨装置によれば、基板保持部から基板受け渡し部に基板を渡す際に、リンクの先細状先端を基板保持部の基板保持面と基板との間に入り込ませて、基板を基板保持部から強制的に引き剥がすことができる。

本発明の一態様によれば、前記基板保持部は、前記基板保持部から前記基板載置部へ基板を受け渡す際に、前記基板保持部の前記基板に当接する当接面から、前記基板に加圧流体を供給する。

本発明の一態様によれば、前記基板保持部は、前記基板を保持する基板保持部本体と、前記基板に当接する当接面を有する弾性パッドと、該弾性パッドを支持する支持部材とを備え、前記弾性パッドは開口部を有し、前記開口部に流体又は真空を供給する供給源を有する。

本発明の一態様によれば、前記支持部材の下面に前記弾性パッドに当接する弾性膜を有した当接部材を取付け、前記弾性パッドと前記支持部材との間に形成される空間の内部には、前記当接部材の内部に形成される第１の圧力室と該当接部材の外部に形成される第２の圧力室とを有し、前記基板保持部本体と前記支持部材との間に形成される空間に第３の圧力室を有し、前記供給源は、前記当接部材の内部に形成される第１の圧力室と、前記当接部材の外部に形成される第２の圧力室と、前記第３の圧力室にそれぞれ流体又は真空を独立に供給することが可能である。

本発明の研磨方法は、基板保持部の弾性パッドに当接させつつ保持した基板を研磨し、研磨終了後、前記弾性パッドを膨らませて前記基板保持部で保持した基板の周縁部と該弾性パッドの間に隙間を形成し、基板受け渡し部にピンを介して揺動可能に支持したリンクを揺動させて該リンクの先細状先端を前記隙間に入り込ませ、該先細状先端を基板の周縁部に当接させつつ前記リンクを更に揺動させ基板を前記弾性パッドから離れる方向に移動させて該弾性パッドから引き離すことを特徴とする。

本発明によれば、半導体ウェハ等の基板の研磨終了後に、トップリング等の基板保持部から基板を速やかにかつ確実に離脱させることができるとともに、この離脱時に基板に過大な圧力が加わることなく安全に離脱させ、かつ基板受け渡し部に渡す際に基板に衝撃を与えることがない。したがって、基板が割れたり損傷したりすることがなく、歩留まりが向上する。また、基板を基板保持部から速やかに離脱させることができるため、スループットが向上する。さらに、基板を基板受け渡し部に渡す際に衝撃が軽減されるため、ｌｏｗ−ｋ材料を用いるプロセスにおいては、格段に歩留まりが向上する。

研磨装置の全体構成を示す断面図である。 トップリングを示す縦断面図である。 図２に示すトップリングの底面図である。 プッシャとトップリングとリニアトランスポータとの関係を示す斜視図である。 プッシャの詳細構造を示す縦断面図である。 図６（ａ）乃至図６（ｅ）はプッシャの動作の説明に付する図である。 他のプッシャを示す模式的断面図である。 吸着パッドの詳細構造を示す概略断面図である。 図９（ａ）乃至図９（ｄ）は、図７に示すプッシャの動作の説明に付する図である。 更に他のプッシャを示す模式的断面図である。 図１１（ａ）乃至図１１（ｆ）は、図１０に示すプッシャの動作の説明に付する図である。 更に他のプッシャを示す模式的断面図である。 図１３（ａ）乃至図１３（ｃ）は、図１２に示すプッシャの動作の説明に付する図である。 本発明の実施形態の研磨装置に使用されるプッシャを示す模式的断面図である。 図１５（ａ）及び図１５（ｂ）は、図１４に示すプッシャの動作の説明に付する図である。 更に他のプッシャを示す模式的断面図である。 図１７（ａ）乃至図１７（ｃ）は、図１６に示すプッシャの動作の説明に付する図である。 更に他のプッシャを示す模式的断面図である。 図１９（ａ）及び図１９（ｂ）は、図１８に示すプッシャの動作の説明に付する図である。

以下、本発明に係る研磨装置について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、研磨装置の全体構成を示す断面図である。図１に示すように、基板保持部を構成するトップリング１の下方には、上面に研磨パッド１０１を貼付した研磨テーブル１００が設置されている。また、研磨テーブル１００の上方には研磨液供給ノズル１０２が設置されており、この研磨液供給ノズル１０２によって研磨テーブル１００上の研磨パッド１０１上に研磨液Ｑが供給されるようになっている。

なお、市場で入手できる研磨パッドとしては種々のものがあり、例えば、ロデール社製のＳＵＢＡ８００、ＩＣ−１０００、ＩＣ−１０００／ＳＵＢＡ４００（二層クロス）、フジミインコーポレイテッド社製のＳｕｒｆｉｎ ｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ ０００等がある。ＳＵＢＡ８００、Ｓｕｒｆｉｎ ｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ ０００は繊維をウレタン樹脂で固めた不織布であり、ＩＣ−１０００は硬質の発泡ポリウレタン（単層）である。発泡ポリウレタンは、ポーラス（多孔質状）になっており、その表面に多数の微細なへこみ又は孔を有している。

また、上述した研磨パッドに限らず、例えば、固定砥粒により研磨面を形成してもよい。固定砥粒は、砥粒をバインダ中に固定し板状に形成したものである。固定砥粒を用いた研磨においては、固定砥粒から自生した砥粒により研磨が進行する。固定砥粒は砥粒とバインダと気孔により構成されており、例えば砥粒には平均粒径０．５μｍ以下のＣｅＯ_２又はＳｉＯ_２又はＡｌ_２Ｏ_３を用い、バインダにはエポキシ樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂又はＭＢＳ樹脂やＡＢＳ樹脂などの熱可塑性樹脂を用いる。このような固定砥粒は硬質の研磨面を構成する。また、固定砥粒には、上述した板状のものの他に、薄い固定砥粒層の下に弾性を有する研磨パッドを貼付して二層構造とした固定砥粒パッドも含まれる。

トップリング１は、自在継手部１０を介してトップリング駆動軸１１に接続されており、トップリング駆動軸１１はトップリングヘッド１１０に固定されたトップリング用エアシリンダ１１１に連結されている。このトップリング用エアシリンダ１１１によってトップリング駆動軸１１は上下動し、トップリング１の全体を昇降させると共にトップリング本体２の下端に固定されたリテーナリング３を研磨テーブル１００に押圧するようになっている。トップリング用エアシリンダ１１１はレギュレータＲ１を介して圧縮空気源１２０に接続されており、レギュレータＲ１によってトップリング用エアシリンダ１１１に供給される加圧空気の空気圧等を調整することができる。これにより、リテーナリング３が研磨パッド１０１を押圧する押圧力を調整することができる。

また、トップリング駆動軸１１はキー（図示せず）を介して回転筒１１２に連結されている。この回転筒１１２はその外周部にタイミングプーリ１１３を備えている。トップリングヘッド１１０にはトップリング用モータ１１４が固定されており、上記タイミングプーリ１１３は、タイミングベルト１１５を介してトップリング用モータ１１４に設けられたタイミングプーリ１１６に接続されている。従って、トップリング用モータ１１４を回転駆動することによってタイミングプーリ１１６、タイミングベルト１１５、及びタイミングプーリ１１３を介して回転筒１１２及びトップリング駆動軸１１が一体に回転し、トップリング１が回転する。なお、トップリングヘッド１１０は、フレーム（図示せず）に固定支持されたトップリングヘッドシャフト１１７によって支持されている。トップリングシャフトヘッド１１７は回転可能になっており、トップリング１が研磨テーブル１００上の研磨位置とプッシャ（後述する）との間で揺動するようになっている。

以下、基板保持部を構成するトップリング１についてより詳細に説明する。
図２は、トップリング１を示す縦断面図、図３は図２に示すトップリング１の底面図である。
図２に示すように、基板保持部を構成するトップリング１は、内部に収容空間を有する円筒容器状のトップリング本体２と、トップリング本体２の下端に固定されたリテーナリング３とを備えている。トップリング本体２は金属やセラミックス等の強度及び剛性が高い材料から形成されている。また、リテーナリング３は、剛性の高い樹脂材又はセラミックス等から形成されている。

トップリング本体２は、円筒容器状のハウジング部２ａと、ハウジング部２ａの円筒部の内側に嵌合される環状の加圧シート支持部２ｂと、ハウジング部２ａの上面の外周縁部に嵌合された環状のシール部２ｃとを備えている。トップリング本体２のハウジング部２ａの下端にはリテーナリング３が固定されている。このリテーナリング３の下部は内方に突出している。なお、リテーナリング３をトップリング本体２と一体的に形成することとしてもよい。

トップリング本体２のハウジング部２ａの中央部の上方には、上述したトップリング駆動軸１１が配設されており、トップリング本体２とトップリング駆動軸１１とは自在継手部１０により連結されている。この自在継手部１０は、トップリング本体２及びトップリング駆動軸１１とを互いに傾動可能とする球面軸受け機構と、トップリング駆動軸１１の回転をトップリング本体２に伝達する回転伝達機構とを備えており、トップリング駆動軸１１からトップリング本体２に対して互いの傾動を許容しつつ押圧力及び回転力を伝達する。

球面軸受機構は、トップリング駆動軸１１の下面の中央に形成された球面状凹部１１ａと、ハウジング部２ａの上面の中央に形成された球面状凹部２ｄと、両凹部１１ａ，２ｄ間に介装された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１２とから構成されている。一方、回転伝達機構は、トップリング駆動軸１１に固定された駆動ピン（図示せず）とハウジング部２ａに固定された被駆動ピン（図示せず）とから構成される。トップリング本体２が傾いても被駆動ピンと駆動ピンは相対的に上下方向に移動可能であるため、これらは互いの接触点をずらして係合し、回転伝達機構がトップリング駆動軸１１の回転トルクをトップリング本体２に確実に伝達する。

トップリング本体２及びトップリング本体２に一体に固定されたリテーナリング３の内部に画成された空間内には、トップリング１によって保持される半導体ウェハＷに当接する弾性パッド（メンブレン）４と、環状のホルダーリング５と、弾性パッド４を支持する概略円盤状のサブキャリアプレート６（支持部材）とが収容されている。弾性パッド４は、その外周部がホルダーリング５とホルダーリング５の下端に固定されたサブキャリアプレート６との間に挟み込まれており、サブキャリアプレート６の下面を覆っている。これにより弾性パッド４とサブキャリアプレート６との間には空間が形成されている。

なお、サブキャリアプレート６は金属材料から形成されていてもよいが、研磨すべき半導体ウェハがトップリングに保持された状態で、渦電流を用いた膜厚測定方法でその表面に形成された薄膜の膜厚を測定する場合などにおいては、磁性を持たない材料、例えば、フッ素系樹脂やセラミックスなどの絶縁性の材料から形成されていることが好ましい。

ホルダーリング５とトップリング本体２との間には弾性膜からなる加圧シート７が張設されている。この加圧シート７は、一端をトップリング本体２のハウジング部２ａと加圧シート支持部２ｂとの間に挟み込み、他端をホルダーリング５の上端部５ａとストッパ部５ｂとの間に挟み込んで固定されている。トップリング本体２、サブキャリアプレート６、ホルダーリング５、及び加圧シート７によってトップリング本体２の内部に圧力室２１（第３の圧力室）が形成されている。圧力室２１にはチューブ、コネクタ等からなる流体路３１が連通されており、図１に示すように、圧力室２１は流体路３１上に配置されたレギュレータＲ２を介して圧縮空気源１２０に接続されている。なお、加圧シート７は、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴムなどの強度及び耐久性に優れたゴム材によって形成されている。

なお、加圧シート７がゴムなどの弾性体である場合に、加圧シート７をリテーナリング３とトップリング本体２との間に挟み込んで固定した場合には、弾性体としての加圧シート７の弾性変形によってリテーナリング３の下面において好ましい平面が得られなくなってしまう。従って、これを防止するため、この例、別部材として加圧シート支持部２ｂを設けて、これをトップリング本体２のハウジング部２ａと加圧シート支持部２ｂとの間に挟み込んで固定している。なお、特願平８−５０９５６（特開平９−１６８９６４）や特願平１１−２９４５０３に記載されているように、リテーナリング３をトップリング本体２に対して上下動可能としたり、リテーナリング３をトップリング本体２とは独立に押圧可能な構造としたりすることもでき、このような場合には、必ずしも上述した加圧シート７の固定方法が用いられるとは限らない。

トップリング本体２のシール部２ｃが嵌合されるハウジング部２ａの上面の外周縁付近には、環状の溝からなる洗浄液路５１が形成されている。この洗浄液路５１はシール部２ｃの貫通孔５２を介して流体路３２に連通されており、この流体路３２を介して洗浄液（純水）が供給される。また、洗浄液路５１からハウジング部２ａ、加圧シート支持部２ｂを貫通する連通孔５３が複数箇所設けられており、この連通孔５３は弾性パッド４の外周面とリテーナリング３との間のわずかな間隙Ｇへ連通されている。

弾性パッド４とサブキャリアプレート６との間に形成される空間の内部には、弾性パッド４に当接する当接部材としてのセンターバッグ８（中心部当接部材）及びリングチューブ９（外側当接部材）が設けられている。この例においては、図２及び図３に示すように、センターバッグ８はサブキャリアプレート６の下面の中心部に配置され、リングチューブ９はこのセンターバッグ８の周囲を取り囲むようにセンターバッグ８の外側に配置されている。なお、弾性パッド４、センターバッグ８及びリングチューブ９は、加圧シート７と同様に、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度及び耐久性に優れたゴム材によって形成されている。

サブキャリアプレート６と弾性パッド４との間に形成される空間は、上記センターバッグ８及びリングチューブ９によって複数の空間（第２の圧力室）に区画されており、これによりセンターバッグ８とリングチューブ９の間には圧力室２２が、リングチューブ９の外側には圧力室２３がそれぞれ形成されている。

センターバッグ８は、弾性パッド４の上面に当接する弾性膜８１と、弾性膜８１を着脱可能に保持するセンターバッグホルダー８２（保持部）とから構成されている。センターバッグホルダー８２にはネジ穴８２ａが形成されており、このネジ穴８２ａにネジ５５を螺合させることにより、センターバッグ８がサブキャリアプレート６の下面の中心部に着脱可能に取付けられている。センターバッグ８の内部には、弾性膜８１とセンターバッグホルダー８２とによって中心部圧力室２４（第１の圧力室）が形成されている。

同様に、リングチューブ９は、弾性パッド４の上面に当接する弾性膜９１と、弾性膜９１を着脱可能に保持するリングチューブホルダー９２（保持部）とから構成されている。リングチューブホルダー９２にはネジ穴９２ａが形成されており、このネジ穴９２ａにネジ５６を螺合させることにより、リングチューブ９がサブキャリアプレート６の下面に着脱可能に取付けられている。リングチューブ９の内部には、弾性膜９１とリングチューブホルダー９２とによって中間部圧力室２５（第１の圧力室）が形成されている。

圧力室２２，２３、中心部圧力室２４、及び中間部圧力室２５には、チューブ、コネクタ等からなる流体路３３，３４，３５，３６がそれぞれ連通されており、図１に示すように、各圧力室２２〜２５はそれぞれの流体路３３〜３６上に配置されたレギュレータＲ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６を介して供給源としての圧縮空気源１２０に接続されている。なお、上記流体路３１〜３６は、トップリングシャフト１１０の上端部に設けられたロータリージョイント（図示せず）を介して各レギュレータＲ１〜Ｒ６に接続されている。

上述したサブキャリアプレート６の上方の圧力室２１及び上記圧力室２２〜２５には、各圧力室に連通される流体路３１，３３，３４，３５，３６を介して加圧空気等の加圧流体又は大気圧や真空が供給されるようになっている。図１に示すように、圧力室２１〜２５の流体路３１，３３，３４，３５，３６上に配置されたレギュレータＲ２〜Ｒ６によってそれぞれの圧力室に供給される加圧流体の圧力を調整することができる。これにより各圧力室２１〜２５の内部の圧力を各々独立に制御する又は大気圧や真空にすることができるようになっている。このように、レギュレータＲ２〜Ｒ６によって各圧力室２１〜２５の内部の圧力を独立に可変とすることにより、弾性パッド４を介して半導体ウェハＷを研磨パッド１０１に押圧する押圧力を半導体ウェハＷの部分ごとに調整することができる。なお、場合によっては、これらの圧力室２１〜２５を真空源１２１に接続することとしてもよい。

この場合において、各圧力室２２〜２５に供給される加圧流体や大気圧の温度をそれぞれ制御することとしてもよい。このようにすれば、半導体ウェハ等の研磨対象物の被研磨面の裏側から研磨対象物の温度を直接制御することができる。特に、各圧力室の温度を独立に制御することとすれば、ＣＭＰにおける化学的研磨の化学反応速度を制御することが可能となる。

弾性パッド４には、図３に示すように複数の開口部４１が設けられている。そして、センターバッグ８とリングチューブ９との間の開口部４１から露出するようにサブキャリアプレート６から下方に突出する内周部吸着部６１が設けられており、また、リングチューブ９の外側の開口部４１から露出するように外周部吸着部６２が設けられている。この例においては、弾性パッド４には８個の開口部４１が設けられ、各開口部４１に吸着部６１及び６２が露出するように設けられている。

内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２には、流体路３７，３８にそれぞれ連通する連通孔６１ａ，６２ａがそれぞれ形成されており、内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２は流体路３７，３８及びバルブＶ１，Ｖ２を介して真空ポンプ等の真空源１２１に接続されている。そして、内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２の連通孔６１ａ，６２ａが真空源１２１に接続されると、連通孔６１ａ，６２ａの開口端に負圧が形成され、内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２に半導体ウェハＷが吸着される。なお、内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２の下端面には薄いゴムシート等からなる弾性シート６１ｂ，６２ｂが貼着されており、内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２は半導体ウェハＷを柔軟に吸着保持するようになっている。

また、図２に示すように、半導体ウェハＷの研磨中には、内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２は弾性パッド４の下端面より上方に位置して、弾性パッド４の下端面より突出することはない。半導体ウェハＷを吸着する際には、内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２の下端面は弾性パッド４の下端面と略同一面になる。

ここで、弾性パッド４の外周面とリテーナリング３との間には、わずかな間隙Ｇがあるので、ホルダーリング５とサブキャリアプレート６及びサブキャリアプレート６に取付けられた弾性パッド４等の部材は、トップリング本体２及びリテーナリング３に対して上下方向に移動可能で、フローティングする構造となっている。ホルダーリング５のストッパ部５ｂには、その外周縁部から外方に突出する突起５ｃが複数箇所に設けられており、この突起５ｃがリテーナリング３の内方に突出している部分の上面に係合することにより、上記ホルダーリング５等の部材の下方への移動が所定の位置までに制限される。

次に、このように構成されたトップリング１の作用について詳細に説明する。
上記構成のポリッシング装置において、半導体ウェハＷの搬送時には、トップリング１の全体をプッシャ（後述する）の位置に位置させ、内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２の連通孔６１ａ，６２ａを流体路３７，３８を介して真空源１２１に接続する。連通孔６１ａ，６２ａの吸引作用により内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２の下端面に半導体ウェハＷが真空吸着される。そして、半導体ウェハＷを吸着した状態でトップリング１を移動させ、トップリング１の全体を研磨面（研磨パッド１０１）を有する研磨テーブル１００の上方に位置させる。なお、半導体ウェハＷの外周縁はリテーナリング３によって保持され、半導体ウェハＷがトップリング１から飛び出さないようになっている。

研磨時には、吸着部６１，６２による半導体ウェハＷの吸着を解除し、トップリング１の下面に半導体ウェハＷを保持させると共に、トップリング駆動軸１１に連結されたトップリング用エアシリンダ１１１を作動させてトップリング１の下端に固定されたリテーナリング３を所定の押圧力で研磨テーブル１００の研磨面に押圧する。この状態で、圧力室２２，２３、中心部圧力室２４、及び中間部圧力室２５にそれぞれ所定の圧力の加圧流体を供給し、半導体ウェハＷを研磨テーブル１００の研磨面に押圧する。そして、研磨液供給ノズル１０２から研磨液Ｑを流すことにより、研磨パッド１０１に研磨液Ｑが保持され、半導体ウェハＷの研磨される面（下面）と研磨パッド１０１との間に研磨液Ｑが存在した状態で研磨が行われる。

ここで、半導体ウェハＷの圧力室２２及び２３の下方に位置する部分は、それぞれ圧力室２２，２３に供給される加圧流体の圧力で研磨面に押圧される。また、半導体ウェハＷの中心部圧力室２４の下方に位置する部分は、センターバッグ８の弾性膜８１及び弾性パッド４を介して、中心部圧力室２４に供給される加圧流体の圧力で研磨面に押圧される。半導体ウェハＷの中間部圧力室２５の下方に位置する部分は、リングチューブ９の弾性膜９１及び弾性パッド４を介して、中間部圧力室２５に供給される加圧流体の圧力で研磨面に押圧される。

従って、半導体ウェハＷに加わる研磨圧力は、各圧力室２２〜２５に供給される加圧流体の圧力をそれぞれ制御することにより、半導体ウェハＷの部分ごとに調整することができる。即ち、レギュレータＲ３〜Ｒ６によって各圧力室２２〜２５に供給される加圧流体の圧力をそれぞれ独立に調整し、半導体ウェハＷを研磨テーブル１００上の研磨パッド１０１に押圧する押圧力を半導体ウェハＷの部分ごとに調整している。このように、半導体ウェハＷの部分ごとに研磨圧力が所望の値に調整された状態で、回転している研磨テーブル１００の上面の研磨パッド１０１に半導体ウェハＷが押圧される。同様に、レギュレータＲ１によってトップリング用エアシリンダ１１１に供給される加圧流体の圧力を調整し、リテーナリング３が研磨パッド１０１を押圧する押圧力を変更することができる。このように、研磨中に、リテーナリング３が研磨パッド１０１を押圧する押圧力と半導体ウェハＷを研磨パッド１０１に押圧する押圧力を適宜調整することにより、半導体ウェハＷの中心部（図３のＣ１）、中心部から中間部（Ｃ２）、中間部（Ｃ３）、そして周縁部（Ｃ４）、更には半導体ウェハＷの外側にあるリテーナリング３の外周部までの各部分における研磨圧力の分布を所望の分布とすることができる。

なお、半導体ウェハＷの圧力室２２及び２３の下方に位置する部分には、弾性パッド４を介して流体から押圧力が加えられる部分と、開口部４１の箇所のように、加圧流体の圧力そのものが半導体ウェハＷに加わる部分とがあるが、これらの部分に加えられる押圧力は同一圧力である。また、研磨時には、弾性パッド４は開口部４１の周囲において半導体ウェハＷの裏面に密着するため、圧力室２２及び２３の内部の加圧流体が外部に漏れることはほとんどない。

このように、半導体ウェハＷを同心の４つの円及び円環部分（Ｃ１〜Ｃ４）に区切り、それぞれの部分を独立した押圧力で押圧することができる。研磨レートは半導体ウェハＷの研磨面に対する押圧力に依存するが、上述したように各部分の押圧力を制御することができるので、半導体ウェハＷの４つの部分（Ｃ１〜Ｃ４）の研磨レートを独立に制御することが可能となる。従って、半導体ウェハＷの表面の研磨すべき薄膜の膜厚に半径方向の分布があっても、半導体ウェハ全面に亘って研磨の不足や過研磨をなくすことができる。即ち、半導体ウェハＷの表面の研磨すべき薄膜が、半導体ウェハＷの半径方向の位置によって膜厚が異なっている場合であっても、上記各圧力室２２〜２５のうち、半導体ウェハＷの表面の膜厚の厚い部分の上方に位置する圧力室の圧力を他の圧力室の圧力よりも高くすることにより、あるいは、半導体ウェハＷの表面の膜厚の薄い部分の上方に位置する圧力室の圧力を他の圧力室の圧力よりも低くすることにより、膜厚の厚い部分の研磨面への押圧力を膜厚の薄い部分の研磨面への押圧力より大きくすることが可能となり、その部分の研磨レートを選択的に高めることができる。これにより、成膜時の膜厚分布に依存せずに半導体ウェハＷの全面に亘って過不足のない研磨が可能となる。

半導体ウェハＷの周縁部に起こる縁だれは、リテーナリング３の押圧力を制御することにより防止することができる。また、半導体ウェハＷの周縁部において研磨すべき薄膜の膜厚に大きな変化がある場合には、リテーナリング３の押圧力を意図的に大きく、あるいは、小さくすることで、半導体ウェハＷの周縁部の研磨レートを制御することができる。なお、上記各圧力室２２〜２５に加圧流体を供給すると、サブキャリアプレート６は上方向の力を受けるので、この例では、圧力室２１には流体路３１を介して圧力流体を供給し、各圧力室２２〜２５からの力によりサブキャリアプレート６が上方に持ち上げられるのを防止している。

上述のようにして、トップリング用エアシリンダ１１１によるリテーナリング３の研磨パッド１０１への押圧力と、各圧力室２２〜２５に供給する加圧空気による半導体ウェハＷの部分ごとの研磨パッド１０１への押圧力とを適宜調整して半導体ウェハＷの研磨が行われる。そして、研磨が終了した際は、半導体ウェハＷを内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２の下端面に再び真空吸着する。この時、半導体ウェハＷを研磨面に対して押圧する各圧力室２２〜２５への加圧流体の供給を止め、大気圧に開放することにより、内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２の下端面を半導体ウェハＷに当接させる。また、圧力室２１内の圧力を大気圧に開放するか、もしくは負圧にする。これは、圧力室２１の圧力を高いままにしておくと、半導体ウェハＷの内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２に当接している部分のみが、研磨面に強く押圧されることになってしまうためである。従って、圧力室２１の圧力を速やかに下げる必要があり、図２に示すように、圧力室２１からトップリング本体２を貫くようにリリーフポート３９を設けて、圧力室２１の圧力が速やかに下がるようにしてもよい。この場合には、圧力室２１に圧力をかける際には流体路３１から常に圧力流体を供給し続ける必要がある。また、リリーフポート３９は逆止弁を備えており、圧力室２１内を負圧にする際には外気が圧力室２１に入らないようにしている。

上述のように半導体ウェハＷを吸着させた後、トップリング１の全体を半導体ウェハの移送位置に位置させ、内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２の連通孔６１ａ，６２ａから半導体ウェハＷに流体（例えば、圧縮空気もしくは窒素と純水を混合したもの）を噴射して半導体ウェハＷをリリースする。

ところで、弾性パッド４の外周面とリテーナリング３との間のわずかな間隙Ｇには、研磨に用いられる研磨液Ｑが侵入してくるが、この研磨液Ｑが固着すると、ホルダーリング５、サブキャリアプレート６、及び弾性パッド４などの部材のトップリング本体２及びリテーナリング３に対する円滑な上下動が妨げられる。そのため、流体路３２を介して洗浄液路５１に洗浄液（純水）を供給する。これにより、複数の連通孔５３より間隙Ｇの上方に純水が供給され、純水が間隙Ｇを洗い流して上述した研磨液Ｑの固着が防止される。この純水の供給は、研磨後の半導体ウェハがリリースされ、次に研磨される半導体ウェハが吸着されるまでの間に行われるのが好ましい。また、次の研磨までに供給された純水が全て外部に排出されるように、リテーナリング３には図２に示すような複数の貫通孔３ａを設けるのが好ましい。更に、リテーナリング３、ホルダーリング５、及び加圧シート７により形成される空間２６内に圧力がこもっていると、サブキャリアプレート６の上昇を妨げることとなるので、スムーズにサブキャリアプレート６を上昇させるためにも上記貫通孔３ａを設け、空間２６を大気と同圧にすることが好ましい。

以上説明したように、圧力室２２，２３、センターバッグ８の内部の圧力室２４、及びリングチューブ９の内部の圧力室２５の圧力を独立に制御することにより半導体ウェハに対する押圧力を制御することができる。更に、この例によれば、センターバッグ８及びリングチューブ９の位置や大きさなどを変更することによって、押圧力の制御を行なう範囲を簡単に変更することができる。

次に、トップリングとリニアトランスポータとの間で半導体ウェハを受け渡しするための基板受け渡し部を構成するプッシャ１３０について説明する。図４はプッシャとトップリングとリニアトランスポータとの関係を示す斜視図である。プッシャ１３０は、リニアトランスポータ１０５の第１搬送ステージＴＳ１上の半導体ウェハを研磨ユニットのトップリング１に受け渡すとともに、研磨ユニットの研磨テーブル１００における研磨後の半導体ウェハをトップリング１からリニアトランスポータ１０５の第２搬送ステージＴＳ２に受け渡すものである。このように、プッシャ１３０は、リニアトランスポータ１０５とトップリング１との間で半導体ウェハを受け渡す受け渡し機構として機能する。

図５は、プッシャ１３０の詳細構造を示す縦断面図である。図５に示すように、プッシャ１３０は、中空シャフト１６０の延長上にトップリングを保持するためのガイドステージ１３１と、中空シャフト１６０の中を貫通するスプラインシャフト１３２と、スプラインシャフト１３２の延長上に半導体ウェハを載置して保持するプッシュステージ１３３とを備えている。プッシュステージ１３３は基板載置部を構成している。スプラインシャフト１３２には軸ブレに対してフレキシブルに軸を接続可能なフローティングジョイント１３４によってエアシリンダ１３５，１３６が連結されている。エアシリンダは２個直列に上下に配置されている。最下段に配置されたエアシリンダ１３６は、ガイドステージ１３１の上昇／下降用、及びプッシュステージ１３３の上昇／下降用であり、エアシリンダ１３５ごと中空シャフト１６０を上下させる。エアシリンダ１３５は、プッシュステージ１３３の上昇／下降用であり、基板載置部を昇降させる昇降部を構成している。

ガイドステージ１３１の最外周には、トップリングガイド１３７が４個設置されている。トップリングガイド１３７は、上段部１３８と下段部１３９とを有する２段の階段構造となっている。トップリングガイド１３７の上段部１３８はトップリングのガイドリング１５７（図６参照）下面とのアクセス部であり、下段部１３９は半導体ウェハの求芯用及び保持用である。上段部１３８にはトップリングを導入するためのテーパ１３８ａ（２５°〜３５°ぐらいが好ましい）が形成されており、下段部１３９には半導体ウェハを導入するためのテーパ１３９ａ（１０°〜２０°ぐらいが好ましい）が形成されている。ウェハアンロード時は直接トップリングガイド１３７でウェハエッジを受ける。

ガイドステージ１３１の裏面には防水機能と上昇したステージが元の位置に復帰するための案内の機能を持ったガイドスリーブ１４０が設置されている。ガイドスリーブ１４０の内側にはプッシャのセンタリングのためのセンタスリーブ１４１がベアリングケース１４２に固定されている。プッシャ１３０はこのベアリングケース１４２において研磨部側のモータハウジング１４３に固定されている。

プッシュステージ１３３とガイドステージ１３１の間の防水にはＶリング１４４が用いられ、Ｖリング１４４のリップ部分がガイドステージ１３１と接触し、内部への水の浸入を防いでいる。ガイドステージ１３１が上昇するとＧ部の容積が大きくなり、圧力が下がり水を吸い込んでしまう。これを防ぐためにＶリング１４４の内側に穴１４５を設け、圧力が下がることを防止している。

トップリングガイド１３７に位置合わせ機構を持たせるため、Ｘ軸、Ｙ軸方向に移動可能なリニアウェイ１４６を配置している。ガイドステージ１３１はリニアウェイ１４６に固定されている。リニアウェイ１４６は中空シャフト１６０に固定されている。中空シャフト１６０はスライドブッシュ１４７を介してベアリングケース１４２に保持されている。エアシリンダ１３６のストロークは圧縮ばね１４８によって中空シャフト１６０に伝えられる。

プッシュステージ１３３はガイドステージ１３１の上方にあり、プッシュステージ１３３の中心より下方に伸びるプッシュロッド１４９はガイドステージ１３１の中心のスライドブッシュ１５０を通すことで芯出しされ、スプラインシャフト１３２に接している。プッシュステージ１３３はスプラインシャフト１３２を介してシリンダ１３５によって上下し、トップリング１へ半導体ウェハＷをロードする。プッシュステージ１３３の端には位置決めのための圧縮ばね１５１が配置されている。

トップリングガイド１３７がトップリング１にアクセスする際の高さ方向の位置決めと衝撃吸収のために、ショックキラー１５２が設置される。各々のエアシリンダにはプッシャ上下方向の位置確認のため上下リミットセンサが具備される。すなわち、シリンダ１３５にセンサ１５３，１５４が、シリンダ１３６にセンサ１５５，１５６がそれぞれ取り付けられている。また、プッシャに付着したスラリーなどから半導体ウェハへの逆汚染を防止するため、汚れを洗浄するための洗浄ノズルが別途設置される。プッシャ上の半導体ウェハ有無を確認するための半導体ウェハ有無センサが別途設置される場合もある。エアシリンダ１３５，１３６の制御はダブルソレノイドバルブで行う。

次に、上述のように構成されたプッシャ１３０の動作を説明する。図６（ａ）乃至図６（ｅ）は、プッシャ１３０の動作の説明に付する図である。
１）半導体ウェハロード時
図６（ａ）に示すように、プッシャ１３０の上方にリニアトランスポータ１０５によって半導体ウェハＷが搬送される。トップリング１がプッシャ１３０の上方のウェハロード位置（第２搬送位置）にあって半導体ウェハを保持していないとき、図６（ｂ）に示すように、エアシリンダ１３５によりプッシュステージ１３３が上昇する。プッシュステージ１３３の上昇完了がセンサ１５３で確認されると、図６（ｃ）に示すように、エアシリンダ１３６によりガイドステージ１３１周りの構成品一式が上昇していく。上昇途中でリニアトランスポータ１０５の搬送ステージの半導体ウェハ保持位置を通過する。このとき、通過と同時に半導体ウェハＷをトップリングガイド１３７のテーパ１３９ａで半導体ウェハＷを求芯し、プッシュステージ１３３により半導体ウェハＷの（エッジ以外の）パターン面を保持する。

プッシュステージ１３３が半導体ウェハＷを保持したままトップリングガイド１３７は停止することなく上昇していき、トップリングガイド１３７のテーパ１３８ａによってガイドリング１５７を呼び込む。Ｘ，Ｙ方向に自在に移動可能なリニアウェイ１４６による位置合わせでトップリング１に求芯し、トップリングガイド１３７の上段部１３８がガイドリング１５７下面と接触することでガイドステージ１３１の上昇は終了する。

ガイドステージ１３１はトップリングガイド１３７の上段部１３８がガイドリング１５７下面に接触して固定され、それ以上上昇することはない。ところが、エアシリンダ１３６はショックキラー１５２に当たるまで上昇し続けるので、圧縮ばね１４８は収縮するためスプラインシャフト１３２のみが更に上昇し、プッシュステージ１３３が更に上昇する。このとき、図６（ｄ）に示すように、プッシュステージ１３３は半導体ウェハＷの（エッジ以外の）パターン面を保持し、トップリング１まで半導体ウェハＷを搬送する。半導体ウェハＷがトップリングに接触した後にシリンダ１３６が上昇するとそれ以上のストロークをばね１５１が吸収し、半導体ウェハＷを保護している。

２）ウェハアンロード時
プッシャ上方のウェハアンロード位置にトップリング１によって半導体ウェハＷが搬送される。リニアトランスポータ１０５の搬送ステージがプッシャ１３０の上方にあって半導体ウェハを搭載していないとき、エアシリンダ１３６によりガイドステージ１３１周りの構成品一式が上昇し、トップリングガイド１３７のテーパ１３８ａによってガイドリング１５７を呼び込む。リニアウェイ１４６による位置合わせでトップリング１に求芯し、トップリングガイド１３７の上段部１３８がガイドリング１５７の下面と接触することでガイドステージ１３１の上昇は終了する。

エアシリンダ１３６はショックキラー１５２に当たるまで動作し続けるが、ガイドステージ１３１はトップリングガイド１３７の上段部１３８がガイドリング１５７の下面に接触して固定されているため、エアシリンダ１３６は圧縮ばね１４８の反発力に打勝ってスプラインシャフト１３２をエアシリンダ１３５ごと押し上げ、プッシュステージ１３３を上昇させる。このとき、図６（ｅ）に示すように、プッシュステージ１３３はトップリングガイド１３７の下段１３９の半導体ウェハ保持部より高い位置になることはない。この例では、シリンダ１３６はトップリングガイド１３７がガイドリング１５７に接触したところから更にストロークするように設定されている。このときの衝撃はばね１４８によって吸収される。

エアシリンダ１３６の上昇が終了するとトップリング１より半導体ウェハＷがリリースされる。このとき、トップリングガイド１３７の下段テーパ１３９ａによって半導体ウェハＷは求芯され、トップリングガイド１３７の下段部１３９にエッジ部が保持される。半導体ウェハＷがプッシャに保持されると、プッシャは下降を開始する。下降の際、トップリング求芯のためセンタ位置を移動していたガイドステージ１３１はガイドスリーブ１４０とセンタスリーブ１４１によりセンタリングされる。下降の途中でプッシャよりリニアトランスポータ１０５の搬送ステージに半導体ウェハＷのエッジ部で受け渡され、下降終了で動作が完了する。

図５および図６に示すプッシャは、トップリングからプッシャに研磨後の半導体ウェハを渡す際に、半導体ウェハをトップリングから確実に離脱させて半導体ウェハに衝撃を与えることなくプッシャに渡すことができる機構を備えている。

次に、上述の機構を備えたプッシャを図７乃至図１９を参照して説明する。
図７乃至図９は、他のプッシャを示す図であり、図７はプッシャの模式的断面図であり、図８は吸着パッドの詳細構造を示す概略断面図である。図７においては、プッシャ１３０の要部のみ図示されており、ガイドステージ１３１、トップリングガイド１３７、プッシュステージ１３３、プッシュステージ１３３を昇降させるシャフト１３２、および中空シャフト１６０が図示されている。図７に示すように、プッシュステージ１３３の上面には、吸着部を構成する１又は複数の吸着パッド２００が設けられている。図８に示すように、吸着パッド２００は、袋状の弾性体又は弾性膜２０１と、この袋状の弾性膜２０１の開放端を挟持する上下の部材からなる吸着パッド本体２０２とから構成されている。吸着パッド本体２０２の上面には、略半球状又はすり鉢状の凹部２０２ａが形成されている。そして、この凹部２０２ａと、この凹部２０２ａを覆う弾性膜（弾性体）２０１とで流体室２０９が形成されている。上下の部材からなる吸着パッド本体２０２の合わせ面には、シール用のＯリング２０３が介装されている。そして、吸着パッド本体２０２には、上面の凹部２０２ａに開口する連通孔２０４が設けられており、この連通孔２０４は管路２０５，２０６を介して真空源２０７及び加圧流体源２０８に接続されている。真空源２０７に接続される管路２０５にはバルブＶ１１が設けられ、加圧流体源２０８に接続される管路２０６にはバルブＶ１２が設けられている。

次に、上述のように構成されたプッシャ１３０の動作を説明する。図９（ａ）乃至図９（ｄ）は、プッシャの動作の説明に付する図である。
プッシャ上方のウェハアンロード位置にトップリング１によって半導体ウェハＷが搬送され、その後、エアシリンダ１３６（図５参照）によりプッシャが上昇し、吸着パッド２００の上面がトップリング１に保持された半導体ウェハＷに接触する。この接触時には吸着パッド２００は図８に示す状態であるが、接触と同時にバルブＶ１１が開き吸着パッド２００の流体室２０９は真空源２０７に連通され、その結果、図９（ａ）に示すように、吸着パッド２００の弾性膜２０１は吸盤状にへこみ、吸着パッド２００は半導体ウェハＷを吸着する。この吸着パッド２００による半導体ウェハの吸着と同時に、トップリング側においては、連通孔６１ａ，６２ａ（図２参照）から半導体ウェハＷに加圧流体（例えば、圧縮空気、もしくは窒素と純水を混合した混合流体）を噴射して半導体ウェハＷをリリースする。なお、加圧流体を連通孔６１ａ，６２ａから半導体ウェハＷに噴射する際に、全ての圧力室２２〜２５あるいは圧力室２２〜２５の一部に圧力流体を供給し、メンブレン（弾性パッド）４を膨らませ半導体ウェハＷを加圧するようにしてもよい。このように、吸着パッド２００による半導体ウェハの吸着と、またはトップリング側からの加圧流体の噴射とともにトップリング側のメンブレンの加圧によって、半導体ウェハＷはトップリング１から完全に離脱する。その後、図９（ｂ）に示すように、吸着パッド２００により半導体ウェハＷを吸着したままプッシュステージ１３３を下降させ、半導体ウェハＷをトップリング１から完全に離間させる。

次に、バルブＶ１１を閉じるとともにバルブＶ１２を開き、図９（ｃ）に示すように、吸着パッド２００に加圧流体源２０８から窒素等の加圧流体を導入し、吸着パッド２００を風船状に膨らませる。これにより、吸着パッド２００から半導体ウェハＷを浮かし、吸着パッド２００の半導体ウェハＷに対する張り付きを解除する。この状態で、プッシャ１３０を下降させ、下降の途中でプッシャ１３０よりリニアトランスポータ１０５の搬送ステージに半導体ウェハＷを受け渡す。そして、図９（ｄ）に示すように、プッシャ１３０の下降が終了すると、半導体ウェハＷはリニアトランスポータ１０５に完全に受け渡される。

以上説明したように、上記プッシャによれば、トップリング１からプッシャ１３０に半導体ウェハＷを渡す際に、プッシャ１３０に設けられた吸着パッド２００が半導体ウェハＷを吸着するため、トップリング１から半導体ウェハＷを確実に引き剥がすことができる。そして、この半導体ウェハのトップリングからの離脱時に、吸着パッドが半導体ウェハを吸着するため、この離脱時に加圧流体の噴出によって半導体ウェハが勢いよくプッシャ上に落下するというような事態を防止することができ、半導体ウェハに衝撃を与えることがない。

図１０および図１１は、更に他のプッシャを示す図であり、図１０はプッシャの模式的断面図である。図１０においては、プッシャ１３０の要部のみ図示されており、ガイドステージ１３１、トップリングガイド１３７、プッシュステージ１３３、プッシュステージ１３３を昇降させるシャフト１３２、および中空シャフト１６０が図示されている。図１０に示すように、プッシュステージ１３３の上面は平坦に形成されている。そして、プッシュステージ１３３を昇降させるシャフト１３２及びプッシュステージ１３３には流体供給路２１０が形成されており、この流体供給路２１０は管路２１１を介して純水供給源２１２に接続されている。純水供給源２１２に接続される管路２１１にはバルブＶ１３が設けられている。

次に、上述のように構成されたプッシャの動作を説明する。図１１（ａ）乃至図１１（ｆ）は、プッシャの動作の説明に付する図である。
プッシャ上方のウェハアンロード位置にトップリング１によって半導体ウェハＷが搬送され、その後、エアシリンダ１３６（図５参照）によりプッシャが上昇し、図１１（ａ）に示すように、トップリング１とトップリングガイド１３７とが係合する。このとき、バルブＶ１３が開き、純水供給源２１２より流体供給路２１０を介してプッシュステージ１３３の上面に純水が供給され、プッシュステージ１３３の上面に薄い水膜が形成される。この状態で、図１１（ｂ）に示すように、プッシュステージ１３３を上昇させ、プッシュステージ１３３の上面と半導体ウェハＷとを接触させる。この接触時には、バルブＶ１３が閉じ、プッシュステージ１３３の上面への純水の供給は停止される。

しかしながら、プッシュステージ１３３の上面と半導体ウェハＷとの間には薄い水膜が形成されているため、この水膜の表面張力により半導体ウェハＷはプッシュステージ１３３の上面に吸着される。図１１（ｃ）に示すように、プッシュステージ１３３による水膜を介した半導体ウェハＷの吸着と同時に、トップリング側においては、連通孔６１ａ，６２ａから半導体ウェハＷに加圧流体（例えば、圧縮空気、もしくは窒素と純水を混合した混合流体）を噴射して半導体ウェハＷをリリースする。なお、加圧流体を連通孔６１ａ，６２ａから半導体ウェハＷに噴射する際に、全ての圧力室２２〜２５あるいは圧力室２２〜２５の一部に圧力流体を供給し、メンブレン（弾性パッド）４を膨らませ半導体ウェハＷを加圧するようにしてもよい。このように、プッシュステージ１３３による水膜を介した半導体ウェハＷの吸着と、トップリング側からの加圧流体の噴射とともにトップリング側のメンブレンの加圧によって、半導体ウェハＷはトップリング１から完全に離脱する。

次に、図１１（ｄ）に示すように、半導体ウェハＷを吸着したままプッシュステージ１３３を下降させ、半導体ウェハＷをトップリング１から完全に離間させる。その後、バルブＶ１３が開き、純水供給源２１２から純水を供給してプッシュステージ１３３の上面に純水を流し、水膜による半導体ウェハの吸着状態を解除させる。この状態で、図１１（ｅ）に示すように、プッシャ１３０を下降させ、下降の途中でプッシャ１３０よりリニアトランスポータ１０５の搬送ステージに半導体ウェハＷを受け渡す。そして、図１１（ｆ）に示すように、プッシャ１３０の下降が終了すると、半導体ウェハＷはリニアトランスポータ１０５に完全に受け渡される。

以上説明したように、上記プッシャによれば、トップリング１からプッシャ１３０に半導体ウェハＷを渡す際に、プッシュステージ１３３の上面に薄い水膜を形成し、この水膜により半導体ウェハを吸着するため、トップリング１から半導体ウェハＷを確実に引き剥がすことができる。そして、この半導体ウェハのトップリングからの離脱時に、プッシュステージが水膜を介して半導体ウェハを吸着するため、この離脱時に加圧流体の噴出によって半導体ウェハが勢いよくプッシャ上に落下するというような事態を防止することができ、半導体ウェハＷに衝撃を与えることがない。

図１２および図１３は、更に他のプッシャを示す図であり、図１２はプッシャの模式的断面図である。図１２においては、プッシャ１３０の要部のみ図示されており、ガイドステージ１３１、トップリングガイド１３７、プッシュステージ１３３、プッシュステージ１３３を昇降させるシャフト１３２、および中空シャフト１６０が図示されている。図１２に示すように、トップリングガイド１３７には、高圧流体路を構成する１又は複数のノズル２２０が設けられており、このノズル２２０は管路２２１を介して加圧流体源２２２に接続されている、加圧流体源２２２に接続される管路２２１にはバルブＶ１４が設けられている。加圧流体源２２２は、高圧の純水、または窒素と純水等の２種以上の液体と気体からなる高圧の混合流体を供給することができるようになっている。またノズル２２０の周囲に、噴射された高圧の流体の飛散防止用のカバーが設けられている（図示せず）。

次に、上述のように構成されたプッシャの動作を説明する。図１３（ａ）乃至図１３（ｃ）は、プッシャの動作の説明に付する図である。
プッシャ上方のウェハアンロード位置にトップリング１によって半導体ウェハＷが搬送され、その後、エアシリンダ１３６（図５参照）によりプッシャが上昇し、図１３（ａ）に示すように、トップリング１とトップリングガイド１３７とが係合する。その後、図１３（ｂ）に示すように、トップリング側においては、連通孔６１ａ，６２ａから半導体ウェハＷに加圧流体（例えば、圧縮空気、もしくは窒素と純水を混合した混合流体）を噴射するとともに、全ての圧力室２２〜２５、あるいは圧力室２２〜２５の一部に圧力流体を供給してメンブレン（弾性パッド）４を膨らませるとともに圧力室２１に加圧流体を供給してサブキャリアプレート６を下方に移動させることにより、半導体ウェハＷをリテーナリング３の下端より下方に突き出し、半導体ウェハ周縁部をメンブレンから引き剥がし、半導体ウェハ周縁部とメンブレンとの間に間隔を空けるようにする。この半導体ウェハ周縁部とメンブレンとの間に間隔が空いた状態で、バルブＶ１４を開き、ノズル２２０より高圧流体（純水又は窒素等の気体と純水との混合流体）を噴射し、高圧流体により半導体ウェハをメンブレンから引き剥がす（図１３（ｃ）参照）。次に、プッシャ１３０を下降させ、下降の途中でプッシャ１３０よりリニアトランスポータ１０５の搬送ステージに半導体ウェハＷを受け渡す（図示せず）。

以上説明したように、上記プッシャによれば、トップリング１からプッシャ１３０に半導体ウェハＷを渡す際に、圧力室２２〜２５の全て又は一部に加圧流体を供給してメンブレンを膨らませるとともに、圧力室２１に加圧流体を供給してサブキャリアプレート６を下方に移動させることにより、半導体ウェハＷをリテーナリング下端より下方に突き出し、かつ半導体ウェハＷの周縁部とメンブレンとの間に隙間を形成し、この状態でノズル２２０より高圧流体をメンブレンと半導体ウェハＷの間に噴射する。そして、この高圧流体の圧力によって半導体ウェハＷをトップリング１から引き剥がすことができる。半導体ウェハＷをトップリング１から引き剥がすときには、半導体ウェハＷの下端面とプッシュステージ１３３との間にはごく僅かな隙間しか空いていないため、半導体ウェハＷが勢いよくプッシャ１３０上に落下するということはない。

図１４および図１５は、本発明の実施形態の研磨装置に使用されるプッシャを示す図であり、図１４はプッシャの模式的断面図である。図１４においては、プッシャ１３０の要部のみ図示されており、ガイドステージ１３１、トップリングガイド１３７、プッシュステージ１３３、プッシュステージ１３３を昇降させるシャフト１３２、および中空シャフト１６０が図示されている。図１４に示すように、トップリングガイド１３７には、１又は複数の半導体ウェハ引き剥がし用のチャック機構２３０が設けられている。チャック機構２３０は、ピン２３１を介してトップリングガイド１３７に揺動可能に支持されたリンク２３２と、リンク２３２の下端に接続されたエアシリンダ２３３とから構成されている。リンク２３２の先端２３２ａは先細状になっていて、トップリング側のメンブレン（弾性パッド）４と半導体ウェハＷとの間に入り込みやすいようになっている。

次に、上述のように構成されたプッシャの動作を説明する。図１５（ａ）及び図１５（ｂ）は、プッシャの動作の説明に付する図である。
プッシャ上方のウェハアンロード位置にトップリング１によって半導体ウェハＷが搬送され、その後、エアシリンダ１３６（図５参照）によりプッシャが上昇し、図１５（ａ）に示すように、トップリング１の下端部がトップリングガイド１３７内に入り込む。その後、トップリング側においては、連通孔６１ａ，６２ａから半導体ウェハＷに加圧流体（例えば、圧縮空気、もしくは窒素と純水を混合した混合流体）を噴射するとともに、全ての圧力室２２〜２５、あるいは圧力室２２〜２５の一部に圧力流体を供給してメンブレン（弾性パッド）４を膨らませるとともに圧力室２１に加圧流体を供給してサブキャリアプレート６を下方に移動させることにより、半導体ウェハＷをリテーナリング３の下端より下方に突き出し、半導体ウェハ周縁部をメンブレンから引き剥がし、半導体ウェハ周縁部とメンブレンとの間に間隔を空けるようにする。この状態で、図１５（ｂ）に示すように、エアシリンダ２３３を作動させてリンク２３２を揺動させ、リンク２３２の先端２３２ａをトップリング側のメンブレンと半導体ウェハＷとの間に入り込ませた後にリンク２３２を揺動させ、リンク２３２により強制的に半導体ウェハＷをメンブレンから引き剥がす。その後、プッシュステージ１３３を下降させ、半導体ウェハＷをトップリング１から完全に離間させる。次に、プッシャ１３０を下降させ、下降の途中でプッシャ１３０よりリニアトランスポータ１０５の搬送ステージに半導体ウェハＷを受け渡す（図示せず）。

以上説明したように、本実施形態のプッシャによれば、トップリングからプッシャに半導体ウェハを渡す際に、圧力室２２〜２５の全て又は一部に加圧流体を供給してメンブレンを膨らませるとともに、圧力室２１に加圧流体を供給してサブキャリアプレート６を下方に移動させることにより、半導体ウェハＷをリテーナリング下端より下方に突き出し、かつ半導体ウェハＷの周縁部とメンブレンとの間に隙間を形成し、この状態でエアシリンダ２３３を作動させてリンク２３２の先端部２３２ａをトップリング側のメンブレンと半導体ウェハＷとの間に入り込ませ、半導体ウェハＷをトップリング１から強制的に引き剥がすことができる。半導体ウェハＷをトップリング１から引き剥がすときには、半導体ウェハＷの下端面とプッシュステージ１３３との間にはごく僅かな隙間しか空いていないため、半導体ウェハＷが勢いよくプッシャ１３０上に落下するということはない。

図１６は、更に他のプッシャを示す模式的断面図である。この例の半導体ウェハ引き剥がし用のチャック機構２４０は、ピン２４１を介してトップリングガイド１３７に半径方向に移動可能に支持されたリンク２４２と、リンク２４２の下端に連結されたエアシリンダ２４３とから構成されている。リンク２４２の先端２４２ａは凹状になっていて、半導体ウェハＷの端面を把持できるようになっている。

次に、上述のように構成されたプッシャの動作を説明する。図１７（ａ）乃至図１７（ｃ）は、プッシャの動作の説明に付する図である。
プッシャ上方のウェハアンロード位置にトップリング１によって半導体ウェハＷが搬送され、その後、エアシリンダ１３６（図５参照）によりプッシャが上昇し、図１７（ａ）に示すように、トップリング１の下端部がトップリングガイド１３７内に入り込む。その後、トップリング側においては、連通孔６１ａ，６２ａから半導体ウェハＷに加圧流体（例えば、圧縮空気、もしくは窒素と純水を混合した混合流体）を噴射するとともに、全ての圧力室２２〜２５、あるいは圧力室２２〜２５の一部に圧力流体を供給してメンブレン（弾性パッド）４を膨らませるとともに圧力室２１に加圧流体を供給してサブキャリアプレート６を下方に移動させることにより、半導体ウェハＷをリテーナリング３の下端より下方に突き出し、半導体ウェハ周縁部をメンブレンから引き剥がし、半導体ウェハ周縁部とメンブレンとの間に間隔を空けるようにする。この状態で、図１７（ｂ）に示すように、エアシリンダ２４３を作動させてリンク２４２を半径方向内方に移動させて、リンク２４２の先端２４２ａの凹部で半導体ウェハＷの端部を左右から把持する。その後、図１７（ｃ）に示すように、プッシャ１３０を下降させ、半導体ウェハＷをリンク２４２で把持した状態で、トップリング１から完全に離間させる。次に、プッシャ１３０を下降させ、下降の途中でプッシャ１３０よりリニアトランスポータ１０５の搬送ステージに半導体ウェハＷを受け渡す（図示せず）。

以上説明したように、上記プッシャによれば、トップリングからプッシャに半導体ウェハを渡す際に、圧力室２２〜２５の全て又は一部に加圧流体を供給してメンブレンを膨らませるとともに、圧力室２１に加圧流体を供給してサブキャリアプレートを下方に移動させることにより、半導体ウェハＷをリテーナリング下端より下方に突き出し、かつ半導体ウェハＷの周縁部とメンブレンとの間に隙間を形成し、この状態でエアシリンダ２４３を作動させてリンク２４２の先端部２４２ａをトップリング側のメンブレンと半導体ウェハＷとの間に入り込ませ、半導体ウェハＷをトップリングから強制的に引き剥がすことができる。半導体ウェハＷをトップリング１から引き剥がすときには、半導体ウェハＷの下端面とプッシュステージ１３３との間にはごく僅かな隙間しか空いていないため、半導体ウェハＷが勢いよくプッシャ１３０上に落下するということはない。

図１８および図１９は、更に他のプッシャを示す図であり、図１８はプッシャの模式的断面図である。図１８においては、プッシャ１３０の要部のみ図示されており、ガイドステージ１３１、トップリングガイド１３７、プッシュステージ１３３、プッシュステージ１３３を昇降させるシャフト１３２、および中空シャフト１６０が図示されている。図１８に示すように、プッシャ１３０の半径方向外側に桶２５０が設けられている。円筒容器状の桶２５０は、プッシャ１３０のシャフト１３２と同心状に設置されており、桶２５０の円筒状部２５０ａはプッシャ１３０の外径より大きく形成され、桶２５０の底部２５０ｂには開口２５０ｃが設けられている。桶２５０は管路２５１を介して純水源２５２に接続されており、管路２５１にはバルブＶ１６が設けられている。また、桶２５０の底部２５０ｂにはドレン管２５３が設けられており、ドレン管２５３にはバルブＶ１７が設けられている。そして、桶２５０の底部２５０ｂにはエアシリンダ２５４が連結されており、このエアシリンダ２５４により桶２５０は昇降可能になっている。

次に、上述のように構成されたプッシャの動作を説明する。図１９（ａ）及び図１９（ｂ）は、プッシャの動作の説明に付する図である。
プッシャ上方のウェハアンロード位置にトップリング１によって半導体ウェハＷが搬送され、その後、エアシリンダ１３６（図５参照）によりプッシャが上昇し、図１９（ａ）に示すように、トップリング１とトップリングガイド１３７とが係合する。この状態で、エアシリンダ２５４が作動され桶２５０が上昇し、プッシャ１３０及びトップリング１の下部が桶２５０に収容された状態になる。この状態のときに、桶２５０の開口部２５０ｃに設けられたＯリング２５５がプッシャ１３０より下方に突出する円筒状部材２６０と係合し、シールされた状態になる。この状態で、図１９（ｂ）に示すように、バルブＶ１６を開き、純水源２５２より桶２５０内に純水を供給し、プッシャ１３０の全体とトップリング１の下部側を水に浸けた状態にする。

このとき、トップリング側においては、連通孔６１ａ，６２ａから半導体ウェハＷに加圧流体（例えば、圧縮空気、もしくは窒素と純水を混合した混合流体）を噴射するとともに、全ての圧力室２２〜２５、あるいは圧力室２２〜２５の一部に圧力流体を供給してメンブレン（弾性パッド）４を膨らませるとともに圧力室２１に加圧流体を供給してサブキャリアプレート６を下方に移動させることにより、半導体ウェハＷをリテーナリング３の下端より下方に突き出し、半導体ウェハ周縁部をメンブレンから引き剥がし、半導体ウェハ周縁部とメンブレンとの間に間隔を空けるようにする。これにより、トップリング側のメンブレン（弾性パッド）４と半導体ウェハＷの間に純水が侵入し、トップリング１と半導体ウェハＷの密着状態が解除され、半導体ウェハＷがトップリング１から離脱する。その後、プッシュステージ１３３を下降させ、半導体ウェハＷをトップリング１から完全に離間させる。次に、プッシャ１３０を下降させ、下降の途中でプッシャ１３０よりリニアトランスポータ１０５の搬送ステージに半導体ウェハＷを受け渡す（図示せず）。

この例においては、トップリング１からプッシャ１３０へ半導体ウェハＷが受け渡される際には、半導体ウェハＷは純水中に浸されているため、半導体ウェハＷに付着した研磨屑やスラリー（研磨液）等が除去され、半導体ウェハの洗浄も同時になされる。その後、ドレン管２５３のバルブＶ１７を開くことにより、桶２５０内から純水を排出し、この純水の排出後にエアシリンダ２５４を作動させて桶２５０を下降させ、半導体ウェハの受け渡し動作が終了する。

以上説明したように、上記プッシャによれば、桶に溜められた純水により、トップリングに保持された半導体ウェハとトップリングの半導体ウェハ保持面間に水が浸入し、トップリングと半導体ウェハの密着状態を解除することができ、半導体ウェハＷをトップリング１から引き剥がすことができる。そして、この半導体ウェハＷのトップリング１からの離脱時に、プッシュステージ１３３と半導体ウェハＷとの間には水が介在しているため、この離脱時に加圧流体の噴出によって勢いよくプッシャ上に落下するというような事態を防止することができる。

これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

１ トップリング
２ トップリング本体
２ａ ハウジング部
２ｂ 加圧シート支持部
２ｃ シール部
２ｄ 球面状凹部
３ リテーナリング
３ａ 貫通孔
４ 弾性パッド
５ ホルダーリング
５ａ 上端部
５ｂ ストッパ部
５ｃ 突起
６ サブキャリアプレート
７ 加圧シート
８ センターバッグ
９ リングチューブ
１０ 自在継手部
１１ トップリング駆動軸
１１ａ 球面状凹部
１２ ベアリングボール
２１，２２，２３，２４，２５ 圧力室
２６ 空間
３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８ 流体路
３９ リリーフポート
４１ 開口部
５１ 洗浄液路
５２ 貫通孔
５３，６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，２０４ 連通孔
５５，５６ ネジ
６１，６２ 吸着部
６１ｂ，６２ｂ 弾性シート
６２ 外周部吸着部
８１，９１，２０１ 弾性膜
８２ センターバッグホルダー
８２ａ，９２ａ ネジ穴
９２ リングチューブホルダー
１００ 研磨テーブル
１０１ 研磨パッド
１０２ 研磨液供給ノズル
１０５ リニアトランスポータ
１１０ トップリングシャフト
１１０ トップリングヘッド
１１１ トップリング用エアシリンダ
１１２ 回転筒
１１３，１１６ タイミングプーリ
１１４ トップリング用モータ
１１５ タイミングベルト
１１７ トップリングヘッドシャフト
１２０ 圧縮空気源
１２１，２０７ 真空源
１３０ プッシャ
１３１ ガイドステージ
１３２ スプラインシャフト
１３３ プッシュステージ
１３４ フローティングジョイント
１３５，１３６，２３３，２４３，２５４ エアシリンダ
１３７ トップリングガイド
１３８ 上段部
１３８ａ，１３９ａ テーパ
１３９ 下段部
１４０ ガイドスリーブ
１４１ センタスリーブ
１４２ ベアリングケース
１４３ モータハウジング
１４４ Ｖリング
１４５ 穴
１４６ リニアウェイ
１４７ スライドブッシュ
１４９ プッシュロッド
１５０ スライドブッシュ
１５２ ショックキラー
１５３，１５４，１５５，１５６ センサ
１５７ ガイドリング
１６０ 中空シャフト
２００ 吸着パッド
２０２ 吸着パッド本体
２０２ａ 凹部
２０３，２５５ Ｏリング
２０５，２０６，２１１，２２１，２２４ 管路
２０８，２２２ 加圧流体源
２０９ 流体室
２１０ 流体供給路
２１２ 純水供給源
２２０ ノズル
２３０，２４０ チャック機構
２３１，２４１ ピン
２３２，２４２ リンク
２３２ａ，２４２ａ 先端
２５０ 桶
２５０ａ 円筒状部
２５０ｂ 底部
２５０ｃ 開口
２５２ 純水源
２５３ ドレン管
２６０ 円筒状部材
Ｇ 間隙
Ｑ 研磨液
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６ レギュレータ
ＴＳ１，ＴＳ２ 搬送ステージ
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ１３，Ｖ１４，Ｖ１６，Ｖ１７ バルブ
Ｗ 半導体ウェハ

Claims (5)

1. 基板を保持する基板保持部と、基板を載置する基板載置部と該基板載置部を昇降させる昇降部を有する基板受け渡し部とを有する研磨装置であって、
   前記基板受け渡し部は、ピンを介して揺動可能に支持されたリンクの揺動に伴って、前記基板保持部で保持した基板の周縁部と該基板保持部との間に形成した隙間に前記リンクの先細状先端を入り込ませ、該先細状先端を基板の周縁部に当接させつつ前記リンクを更に揺動させ基板を前記基板保持部から離れる方向に移動させて前記基板保持部から引き剥がすチャック機構を有することを特徴とする研磨装置。
2. 前記基板保持部は、前記基板保持部から前記基板載置部へ基板を受け渡す際に、前記基板保持部の前記基板に当接する当接面から、前記基板に加圧流体を供給することを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
3. 前記基板保持部は、前記基板を保持する基板保持部本体と、前記基板に当接する当接面を有する弾性パッドと、該弾性パッドを支持する支持部材とを備え、
   前記弾性パッドは開口部を有し、
   前記開口部に流体又は真空を供給する供給源を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の研磨装置。
4. 前記支持部材の下面に前記弾性パッドに当接する弾性膜を有した当接部材を取付け、
   前記弾性パッドと前記支持部材との間に形成される空間の内部には、前記当接部材の内部に形成される第１の圧力室と該当接部材の外部に形成される第２の圧力室とを有し、
   前記基板保持部本体と前記支持部材との間に形成される空間に第３の圧力室を有し、
   前記供給源は、前記当接部材の内部に形成される第１の圧力室と、前記当接部材の外部に形成される第２の圧力室と、前記第３の圧力室にそれぞれ流体又は真空を独立に供給することが可能であることを特徴とする請求項３記載の研磨装置。
5. 基板保持部の弾性パッドに当接させつつ保持した基板を研磨し、
   研磨終了後、前記弾性パッドを膨らませて前記基板保持部で保持した基板の周縁部と該弾性パッドの間に隙間を形成し、
   基板受け渡し部にピンを介して揺動可能に支持したリンクを揺動させて該リンクの先細状先端を前記隙間に入り込ませ、該先細状先端を基板の周縁部に当接させつつ前記リンクを更に揺動させ基板を前記弾性パッドから離れる方向に移動させて該弾性パッドから引き離すことを特徴とする研磨方法。

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