JP6190286B2 - 基板保持装置および研磨装置 - Google Patents

Description

本発明は、ウェハなどの基板を研磨する研磨装置に使用される基板保持装置に関し、特に基板を保持して研磨面に押圧する基板保持装置に関する。また、本発明は、そのような基板保持装置を備えた研磨装置に関する。

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

したがって、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がますます重要になっている。この表面の平坦化において最も重要な技術は、化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）である。この化学機械研磨は、シリカ（ＳｉＯ_２）等の砥粒を含んだ研磨液を研磨パッドの研磨面上に供給しつつウェハを研磨面に摺接させて研磨を行うものである。

ＣＭＰを行うための研磨装置は、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、ウェハ等の基板を保持するためのトップリング又は研磨ヘッド等と称される基板保持装置とを備えている。このような研磨装置を用いて基板の研磨を行う場合には、基板保持装置により基板を保持しつつ、基板を研磨パッドの研磨面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装置とを相対運動させることにより基板が研磨面に摺接し、基板の表面が研磨される。

研磨中の基板と研磨パッドの研磨面との間の相対的な押圧力が基板の全面に亘って均一でない場合には、基板の各部分に与えられる押圧力に応じて研磨不足や過研磨が生じてしまう。そこで、基板に対する押圧力を均一化するために、基板保持装置の下部にメンブレン（弾性膜）から形成される圧力室を設け、この圧力室に圧縮空気などの圧力流体を供給することでメンブレンを介して流体圧により基板を加圧することが行われている。そのため、圧力室は加圧ラインを介して圧力調整部に接続されており、圧力調整部から圧力流体が供給されるようになっている。

また、基板保持装置の圧力室は真空吸着ラインを介して真空源に接続され、メンブレンには複数の貫通孔が形成されており、メンブレンの貫通孔に負圧を形成することにより、メンブレンにより基板を真空吸着して基板を保持するようになっている。

特開２０１０−４６７５６号公報

上述したように、基板保持装置には、基板を真空吸着するために真空吸着ラインが設けられているが、基板を真空吸着する際に真空吸着ラインには真空吸着用の貫通孔から大気と基板上に残っている洗浄水が吸引されるために、これらの水分を気水分離槽で分離する必要がある。そのため、真空吸着ラインには気水分離槽が接続されている。気水分離槽においてこれらの水分を分離すると、水分が気水分離槽の槽内に溜まってくるため、排水する必要がある。気水分離槽から槽内の液体（水）を排水するために排水ラインが設けられている。気水分離槽から槽内の液体（水）を排水する際には、排水バルブを開くとともに槽内を加圧する必要がある。そのため、気水分離槽には、基板を加圧するために設けられている加圧ラインが接続されている。

しかしながら、基板保持装置において、真空吸着ラインを介して基板をメンブレンに真空吸着する際、または加圧ラインを介して基板を加圧して研磨パッドに押圧する際、または排水ラインを介して気水分離槽に貯まった液体を外部に排出（ドレイン）する際に、液面計測用のチューブを備えた液面計の上側のコネクタまたは下側のコネクタからチューブ内に水滴が浸入する場合がある。チューブ内に水滴が浸入すると、気水分離槽の槽内の液位が下側のコネクタの近傍までしか上昇しないにも拘わらず、チューブ内に浸入した水滴が満水センサを作動させてしまい、満水の誤検知をしてしまうという問題点がある。

本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、基板を真空吸着する際または基板を加圧して研磨パッドに押圧する際または気水分離槽に貯まった液体を外部に排出する際に、気水分離槽の液面検知ライン内に水滴が浸入することがない基板保持装置および研磨装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明の第一の態様は、流体が供給される圧力室を形成する弾性膜を有し、前記圧力室を真空源に連通させることにより基板を真空吸着して保持するとともに前記圧力室を圧力流体を供給する圧力調整部に連通させることにより基板を研磨面に押圧するトップリングと、前記圧力室と前記真空源とを接続する真空吸着ラインに設けられた気水分離槽とを備えた基板保持装置であって、前記気水分離槽は、内部に液体を貯留する空間であるチャンバーと、前記チャンバーの外部に設けられチャンバーの下部から上方に延設されるとともにチャンバー内に連通してチャンバー内に貯留された液体の液面を検知する液面検知ラインと、前記液面検知ライン内の液面を検知して前記チャンバーが満水であることを検知するセンサとを備え、前記圧力室と前記真空源とを接続する前記真空吸着ラインおよび前記圧力室と前記圧力調整部とを接続する加圧ラインを前記気水分離槽のチャンバーを経由させるように設け、前記液面検知ラインの上端を、前記加圧ラインの一部であって前記圧力調整部と前記チャンバーとを接続しているラインに接続するようにしたことを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記圧力調整部と前記チャンバーとを接続している前記ラインは開閉バルブを備え、前記液面検知ラインの上端は、前記開閉バルブの下流側に接続されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記液面検知ラインはチューブからなり、前記センサは前記チューブを挟むように設けられた投受光部を備えることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記真空吸着ラインは、該ラインに設けられたコネクタおよび前記気水分離槽の内部に形成された流路を介して前記チャンバーに接続され、前記加圧ラインは、該ラインに設けられたコネクタを介して前記チャンバーに直接に接続されていることを特徴とする。
本発明の第二の態様は、上記基板保持装置と、研磨面を有する研磨パッドを支持する研磨テーブルとを備えたことを特徴とする研磨装置である。

本発明によれば、基板を真空吸着する際または基板を加圧して研磨パッドに押圧する際または気水分離槽に貯まった液体を外部に排出する際に、気水分離槽の液面検知ライン内に水滴が浸入することがない。すなわち、液面検知ライン内に液体の吸い上がりが生じないため、満水センサによる満水の誤検知を防止することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る基板保持装置を備えた研磨装置の全体構成を示す模式図である。 図２は、研磨対象物である基板Ｗを保持して研磨テーブル上の研磨面に押圧する基板保持装置を構成するトップリングの模式的な断面図である。 図３は、図２に示す気水分離槽、気水分離槽に接続された各ラインを示す概略図である。 図４は、図３に示すように構成された気水分離槽において満水センサが気水分離槽の満水を検知したときの状態を示す図である。 図５は、図３および図４に示すように構成された気水分離槽の稼働時の状態を示す概略図である。 図６は、チューブ内に水滴が浸入することに起因する満水の誤検知を防止するための改善策を示す概略図である。 図７（ａ）は、図６に示すように構成された気水分離槽の稼働時の状態を示す概略図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す気水分離槽内の流路を示す模式的断面図である。 図８は、液面検知ラインに気水分離槽の槽内の液体が吸い上げられることに起因する満水の誤検知を防止するための構成を示す概略図である。 図９は、図８に示す気水分離槽の側面図であり、真空吸着ライン，加圧ラインおよび液面検知ラインを気水分離槽に接続するための各コネクタを示す図である。

以下、本発明に係る基板保持装置および研磨装置の実施形態について図１乃至図９を参照して詳細に説明する。なお、図１乃至図９において同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図１は、本発明の一実施形態に係る基板保持装置を備えた研磨装置の全体構成を示す模式図である。図１に示すように、研磨装置は、研磨パッド１０１を支持する研磨テーブル１００と、研磨対象物であるウェハ等の基板Ｗを保持して研磨パッド１０１に押圧する基板保持装置としてのトップリング１とを備えている。

研磨テーブル１００は、テーブル軸１００ａを介してその下方に配置されるモータ（図示せず）に連結されており、そのテーブル軸１００ａを中心に回転可能になっている。研磨パッド１０１は、研磨テーブル１００の上面に貼付されており、研磨パッド１０１の上面１０１ａが基板Ｗを研磨する研磨面を構成している。研磨テーブル１００の上方には研磨液供給機構１０５が設置されており、この研磨液供給機構１０５によって研磨パッド１０１上に研磨液が供給されるようになっている。

トップリング１は、トップリングシャフト１６に接続されており、このトップリングシャフト１６は、トップリングヘッド１８に設置された上下動機構（図示せず）により上下動するようになっている。トップリングシャフト１６の上下動により、トップリングヘッド１８に対してトップリング１の全体を矢印で示すように昇降させ、位置決めするようになっている。さらに、トップリングシャフト１６は、トップリングヘッド１８内に設置された回転機構（図示せず）により回転するようになっている。したがって、トップリング１は、トップリングシャフト１６の回転に伴って、矢印で示すように自身の軸心を中心に回転する。

トップリング１および研磨テーブル１００は矢印で示すように回転し、この状態でトップリング１は、基板Ｗを研磨パッド１０１の研磨面１０１ａに押し付ける。研磨液供給機構１０５からは研磨液が研磨パッド１０１上に供給され、基板Ｗは、研磨パッド１０１と基板Ｗとの間に研磨液が存在した状態で研磨パッド１０１との摺接により研磨される。

次に、基板保持装置を構成するトップリングについて説明する。図２は、研磨対象物である基板Ｗを保持して研磨テーブル上の研磨面に押圧する基板保持装置を構成するトップリング１の模式的な断面図である。図２おいては、トップリング１を構成する主要構成要素だけを図示している。
図２に示すように、トップリング１は、基板Ｗを研磨パッド１０１に対して押圧するトップリング本体（キャリアとも称する）２と、研磨面１０１ａを直接押圧するリテーナリング３とから基本的に構成されている。トップリング本体（キャリア）２は概略円盤状の部材からなり、リテーナリング３はトップリング本体２の外周部に取り付けられている。トップリング本体２は、エンジニアリングプラスティック（例えば、ＰＥＥＫ）などの樹脂により形成されている。トップリング本体２の下面には、半導体ウエハの裏面に当接する弾性膜（メンブレン）４が取り付けられている。弾性膜（メンブレン）４は、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度および耐久性に優れたゴム材によって形成されている。

前記弾性膜（メンブレン）４は同心状の複数の隔壁４ａを有し、これら隔壁４ａによって、弾性膜４の上面とトップリング本体２の下面との間に円形状のセンター室５、環状のリプル室６、環状のアウター室７、環状のエッジ室８が形成されている。すなわち、トップリング本体２の中心部にセンター室５が形成され、中心から外周方向に向かって、順次、同心状に、リプル室６、アウター室７、エッジ室８からなる各圧力室が形成されている。トップリング本体２内には、センター室５に連通する流路１１、リプル室６に連通する流路１２、アウター室７に連通する流路１３、エッジ室８に連通する流路１４がそれぞれ形成されている。そして、センター室５に連通する流路１１、アウター室７に連通する流路１３、エッジ室８に連通する流路１４は、ロータリージョイント２５を介して流路２１，２３，２４にそれぞれ接続されている。そして、流路２１，２３，２４は、それぞれバルブＶ１−１，Ｖ３−１，Ｖ４−１および圧力レギュレータＲ１，Ｒ３，Ｒ４を介して圧力調整部３０に接続されている。また、流路２１，２３，２４は、それぞれバルブＶ１−２，Ｖ３−２，Ｖ４−２を介して真空源３１に接続されるとともに、バルブＶ１−３，Ｖ３−３，Ｖ４−３を介して大気に連通可能になっている。

一方、リプル室６に連通する流路１２は、ロータリージョイント２５を介して流路２２に接続されている。そして、流路２２は、気水分離槽３５、バルブＶ２−１および圧力レギュレータＲ２を介して圧力調整部３０に接続されている。また、流路２２は、気水分離槽３５およびバルブＶ２−２を介して真空源１３１に接続されるとともに、バルブＶ２−３を介して大気に連通可能になっている。

また、リテーナリング３の直上にも弾性膜からなるリテーナリング加圧室９が形成されており、リテーナリング加圧室９は、トップリング本体（キャリア）２内に形成された流路１５およびロータリージョイント２５を介して流路２６に接続されている。そして、流路２６は、バルブＶ５−１および圧力レギュレータＲ５を介して圧力調整部３０に接続されている。また、流路２６は、バルブＶ５−２を介して真空源３１に接続されるとともに、バルブＶ５−３を介して大気に連通可能になっている。圧力レギュレータＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５は、それぞれ圧力調整部３０からセンター室５、リプル室６、アウター室７、エッジ室８およびリテーナリング加圧室９に供給する圧力流体（圧縮空気等）の圧力を調整する圧力調整機能を有している。圧力レギュレータＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５および各バルブＶ１−１〜Ｖ１−３，Ｖ２−１〜Ｖ２−３，Ｖ３−１〜Ｖ３−３，Ｖ４−１〜Ｖ４−３，Ｖ５−１〜Ｖ５−３は、制御部（図示せず）に接続されていて、それらの作動が制御されるようになっている。また、流路２１，２２，２３，２４，２６にはそれぞれ圧力センサＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５および流量センサＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５が設置されている。

図２に示すように構成されたトップリング１においては、上述したように、トップリング本体２の中心部にセンター室５が形成され、中心から外周方向に向かって、順次、同心状に、リプル室６、アウター室７、エッジ室８が形成され、これらセンター室５、リプル室６、アウター室７、エッジ室８およびリテーナリング加圧室９に供給する流体の圧力を圧力調整部３０および圧力レギュレータＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５によってそれぞれ独立に調整することができる。このような構造により、基板Ｗを研磨パッド１０１に押圧する押圧力を基板Ｗの領域毎に調整でき、かつリテーナリング３が研磨パッド１０１を押圧する押圧力を調整できる。

次に、図２に示す気水分離槽３５の構成を図３を参照して説明する。
図３は、図２に示す気水分離槽３５、気水分離槽３５に接続された各ラインを示す概略図である。図３に示すように、気水分離槽３５には、真空吸着ラインＬ１（太い実線矢印で示す）、加圧ラインＬ２（白抜き矢印で示す）および排水ラインＬ３（点線矢印で示す）が接続されている。各ラインについて図２との関係で説明すると、真空吸着ラインＬ１はトップリング１のリプル室６と真空源１３１とを接続するラインであって、真空吸着ラインＬ１には真空バルブＶ２−２が設けられている。トップリング１の弾性膜（メンブレン）４にはリプル室６のエリアに真空吸着用の貫通孔が形成されており、真空バルブＶ２−２を開くことにより真空吸着ラインＬ１を介してリプル室６と真空源１３１とを連通させてリプル室６に負圧を形成し、基板Ｗを真空吸着用の貫通孔（図示せず）を介して弾性膜４で真空吸着するように構成している。加圧ラインＬ２はトップリング１のリプル室６と圧力調整部３０とを接続するラインであって、加圧ラインＬ２には加圧バルブＶ２−１が設けられている。加圧バルブＶ２−１を開くことにより加圧ラインＬ２を介してリプル室６と圧力調整部３０とを連通させてリプル室６に圧力流体（圧縮空気等）を供給し、基板Ｗを研磨パッド１０１に押圧するように構成している。排水ラインＬ３は、気水分離層３５の槽内を圧力調整部３０に接続するとともに気水分離槽３５の底部に設けられた排水バルブＶ２−３を開くことにより、槽内を加圧して槽内の液体（水）を排水するラインである。

図３に示すように、気水分離槽３５に真空吸着ラインＬ１，加圧ラインＬ２，排水ラインＬ３が接続されている理由は以下のとおりである。すなわち、基板Ｗを真空吸着するために真空吸着ラインＬ１が設けられているが、基板Ｗを真空吸着する際に真空吸着ラインＬ１には真空吸着用の貫通孔から大気と基板上に残っている洗浄水が吸引されるために、これらの水分を気水分離槽３５で分離する必要がある。そのため、真空吸着ラインＬ１には気水分離槽３５が接続されている。気水分離槽３５においてこれらの水分を分離すると、水分が気水分離槽３５の槽内に溜まってくるため、排水する必要がある。気水分離槽３５から槽内の液体（水）を排水するために排水ラインＬ３が設けられている。気水分離槽３５から槽内の液体（水）を排水する際には、排水バルブＶ２−３を開くとともに槽内を加圧する必要がある。そのため、気水分離槽３５には、基板Ｗを加圧するために設けられている加圧ラインＬ２が接続されている。排水バルブＶ２−３は、基板Ｗを弾性膜４で真空吸着する際および基板Ｗを弾性膜４で加圧する際に閉止状態となる。そして、基板Ｗをトップリング１からリリースする際に排水バルブＶ２−３を開くと共に気水分離槽３５内を加圧し、気水分離槽３５の槽内に溜まった液体（水）を排水する。基板Ｗをトップリング１からリリースするためには所定の時間が必要であり、この所定の時間、排水バルブＶ２−３を開いておくことにより、気水分離槽３５の槽内に溜まった液体（水）を充分に排水できる。

図３に示すように、気水分離槽３５には気水分離槽３５の槽内の液位を示す液面計３６が設置されている。液面計３６は、鉛直方向に延びる透明なチューブ３７を備え、チューブ３７の液柱により気水分離槽３５の槽内の液位を表示するようになっている。チューブ３７は上下のコネクタ３８Ｕ，３８Ｌにより気水分離槽３５の槽内に連通しており、チューブ３７の所定の高さ位置には満水センサＳが設置されている。満水センサＳは、チューブ３７を挟むように設けられた投受光部を備えており、気水分離槽３５の槽内の液面が投受光部の光軸位置まで達して光軸を遮光することにより、気水分離槽３５の満水を検知するようになっている。

図４は、図３に示すように構成された気水分離槽３５において満水センサＳが気水分離槽３５の満水を検知したときの状態を示す図である。図４に示すように、気水分離槽３５の槽内の液位が上昇してきて、槽内の液面が満水センサＳの光軸位置まで達して光軸を遮光すると、満水センサＳは気水分離槽３５の満水を検知する。満水センサＳは、気水分離槽３５の満水を検知すると、満水検知信号を制御部（図示せず）に送信するようになっている。制御部は、満水のエラーを発報するとともに研磨装置の運転を停止する。

本発明者らは、図３および図４に示すように構成された気水分離槽３５を備えたトップリング１を連続運転する過程で以下のような問題点があることを究明した。
図５は、図３および図４に示すように構成された気水分離槽３５の稼働時の状態を示す概略図である。図５において、真空バルブＶ２−２を開くことにより真空吸着ラインＬ１を介して基板Ｗを弾性膜（メンブレン）４に真空吸着する際、または加圧バルブＶ２−１を開くことにより加圧ラインＬ２を介して基板Ｗを弾性膜（メンブレン）４で加圧する際、または排水バルブＶ２−３を開くことにより排水ラインＬ３を介して気水分離槽３５に貯まった液体を外部に排出（ドレイン）する際に、液面計３６の上側のコネクタ３８Ｕまたは下側のコネクタ３８Ｌからチューブ３７内に水滴が浸入する場合がある。チューブ３７内に水滴が浸入すると、気水分離槽３５の槽内の液位が下側のコネクタ３８Ｌの近傍までしか上昇しないにも拘わらず、チューブ３７内に浸入した水滴が満水センサＳの光軸を遮光するため満水センサＳが作動し、満水の誤検知をしてしまうという問題点がある。

図６は、チューブ３７内に水滴が浸入することに起因する満水の誤検知を防止するための改善策１を示す概略図である。改善策１は、チューブ３７と上下のコネクタ３８Ｕ，３８Ｌとから構成される液面計３６の構造を改善したものである。
改善策１では、図６に示すように、チューブ３７を上側のコネクタ３８Ｕから外して上方に延ばし、チューブ３７の上端を加圧バルブＶ２−１の直下の位置で加圧ラインＬ２に接続している。チューブ３７を気水分離槽３５に接続する下側のコネクタ３８Ｌは、図５と同様である。チューブ３７を加圧ラインＬ２に接続して液面検知ラインＬ４を構成することにより、加圧バルブＶ２−１を開くことにより加圧ラインＬ２を介して基板Ｗを加圧する際に、チューブ３７内の水滴および液体を気水分離槽３５の槽内に排出するようにしている。上側のコネクタ３８Ｕはプラグにて閉止している。また、満水センサＳの位置を上方に変更している。

本発明者らは、図６に示すように構成された気水分離槽３５を備えたトップリング１について実験を行った結果、以下のような問題点があることを究明した。
図７（ａ）は、図６に示すように構成された気水分離槽３５の稼働時の状態を示す概略図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す気水分離槽３５内の流路を示す模式的断面図である。なお、図７（ａ），（ｂ）では気水分離槽３５の上端に設けられた真空圧センサＶＳが図示されている。
図７（ｂ）に示すように、気水分離槽３５には、内部に液体を貯留する空間であるチャンバー３５ＣＨと、チャンバー３５ＣＨから上方に延びる縦方向流路３５ｖｐと、縦方向流路３５ｖｐに連通する上下の横方向流路３５ｕｐ，３５ｌｐとが形成されている。また、気水分離槽３５には、チャンバー３５ＣＨとトップリング１のリプル室６とを接続するための吸引・加圧ポート３５Ｐが形成されている。吸引・加圧ポート３５Ｐからトップリング１のリプル室６に真空吸着ラインＬ１（加圧ラインＬ２）が延びている（図７（ａ）参照）。図７（ｂ）に示す気水分離槽３５内の各部分のうち、吸引・加圧ポート３５Ｐ，チャンバー３５ＣＨ，縦方向流路３５ｖｐ，上側の横方向流路３５ｕｐは真空吸着ラインＬ１を構成する。また、吸引・加圧ポート３５Ｐ，チャンバー３５ＣＨ，縦方向流路３５ｖｐ，下側の横方向流路３５ｌｐは加圧ラインＬ２を構成する。

図７（ａ）において、真空バルブＶ２−２を開くことにより真空吸着ラインＬ１を介して基板Ｗを弾性膜（メンブレン）４に真空吸着する際に、気水分離槽３５のチャンバー３５ＣＨ、加圧ラインＬ２の一部であって気水分離槽３５と加圧バルブＶ２−１とを接続しているラインＬ２−１、およびラインＬ２−１に接続されている液面検知ラインＬ４を吸引するため、液面検知ラインＬ４が負圧になる。すなわち、真空バルブＶ２−２を開くと、白抜き矢印で示すように、真空吸着ラインＬ１の一部であって真空バルブＶ２−２と気水分離槽３５とを接続しているラインＬ１−１、上側の横方向流路３５ｕｐ、縦方向流路３５ｖｐ、下側の横方向流路３５ｌｐ、加圧ラインＬ２の一部であって気水分離槽３５と加圧バルブＶ２−１とを接続しているラインＬ２−１を介して液面検知ラインＬ４が吸引され、液面検知ラインＬ４が負圧になる。ラインＬ１−１を気水分離槽３５に接続するためのコネクタ４１とラインＬ２−１を気水分離槽３５に接続するためのコネクタ４２とが気水分離槽３５の近い位置に接続されており、気水分離槽３５内にラインＬ１−１とラインＬ２−１とを接続するショートカット（上側の横方向流路３５ｕｐ，縦方向流路３５ｖｐ，下側の横方向流路３５ｌｐからなる）が形成されるため、ストローで吸われる状態と同じで液面検知ラインＬ４に水滴が入ることになる。すなわち、図７（ａ）の実線矢印に示すように、液面検知ラインＬ４に気水分離槽３５の槽内の液体が吸い上げられて満水センサＳが作動し、満水の誤検知をしてしまうという問題点がある。

図８は、液面検知ラインＬ４に気水分離槽３５の槽内の液体が吸い上げられることに起因する満水の誤検知を防止するための改善策２を示す概略図である。改善策２は、気水分離槽３５と加圧バルブＶ２−１とを接続しているラインＬ２−１の位置を変更したものである。
改善策２では、加圧ラインＬ２の一部であるラインＬ２−１を気水分離槽３５に接続するためのコネクタ４２の位置を下げて、コネクタ４２がチャンバー３５ＣＨに直接連通するようにしている。また、図７においてコネクタ４２を接続していた下側の横方向流路３５ｌｐはプラグ４３にて閉止している。液面検知ラインＬ４の構成は図７と同様であるが、満水センサＳは図７の位置よりやや下方に下げている。

図９は、図８に示す気水分離槽３５の側面図であり、真空吸着ラインＬ１，加圧ラインＬ２および液面検知ラインＬ４を気水分離槽３５に接続するための各コネクタを示す図である。図９には、真空吸着ラインＬ１を気水分離槽３５に接続するためのコネクタ４１、加圧ラインＬ２を気水分離槽３５に接続するためのコネクタ４２、液面検知ラインＬ４を気水分離槽３５に接続するためのコネクタ３８Ｌ、およびチャンバー３５ＣＨとトップリング１のリプル室６とを接続するための吸引・加圧ポート３５Ｐが図示されている。図９では、気水分離槽３５内に形成されたチャンバー３５ＣＨが破線で図示されている。図９に示すように、加圧ラインＬ２を気水分離槽３５に接続するためのコネクタ４２は、チャンバー３５ＣＨに開口している。

図８および図９に示すように、加圧ラインＬ２はコネクタ４２を介してチャンバー３５ＣＨに直接に連通している。また、真空吸着ラインＬ１は上側の横方向流路３５ｕｐおよび縦方向流路３５ｖｐを介してチャンバー３５ＣＨに連通している。すなわち、真空吸着ラインＬ１および加圧ラインＬ２は、ともに大きな空間であるチャンバー３５ＣＨに接続されている。そのため、真空バルブＶ２−２を開くことにより真空吸着ラインＬ１を介して基板Ｗを弾性膜４（メンブレン）に真空吸着する際に、真空吸着ラインＬ１と、加圧ラインＬ２の一部であって気水分離槽３５と加圧バルブＶ２−１とを接続しているラインＬ２−１とがチャンバー３５ＣＨを経由して連通することになる。チャンバーＣＨは空間が大きいので、ストローで吸われる状態でなくなるのと、加圧ラインＬ２の一部であるラインＬ２−１が真空吸着ラインＬ１から離れることで、ラインＬ２−１内の吸われる圧力が弱くなり、吸引時でも、図７に示すような液面検知ラインＬ４内に液体の流れが生ずる状態がなくなり、水滴が液面検知ラインＬ４内に入らなくなる。したがって、液面検知ラインＬ４に液の吸い上がりが生じないため、満水の誤検知を防止することができる。

１ トップリング
２ トップリング本体（キャリア）
３ リテーナリング
４ 弾性膜（メンブレン）
４ａ 隔壁
５ センター室
６ リプル室
７ アウター室
８ エッジ室
９ 加圧室
１１ 流路
１２ 流路
１３ 流路
１４ 流路
１６ トップリングシャフト
１８ トップリングヘッド
２１ 流路
２３ 流路
２４ 流路
２５ ロータリージョイント
２６ 流路
３０ 圧力調整部
３１ 真空源
３５ 気水分離槽
３５ＣＨ チャンバー
３５ｌｐ 横方向流路
３５Ｐ 吸引・加圧ポート
３５ｕｐ 横方向流路
３５ｖｐ 縦方向流路
３６ 液面計
３７ チューブ
３８Ｌ コネクタ
３８Ｕ コネクタ
４１ コネクタ
４２ コネクタ
４３ プラグ
１０１ 研磨パッド
１００ａ テーブル軸
１０１ 研磨パッド
１０１ａ 研磨面
１０５ 研磨液供給機構
１３１ 真空源
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５ 流量センサ
Ｌ１ 真空吸着ライン
Ｌ１−１ ライン
Ｌ２ 加圧ライン
Ｌ２−１ ライン
Ｌ３ 排水ライン
Ｌ４ 液面検知ライン
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５ 圧力センサ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５ 圧力レギュレータ
Ｓ 満水センサ
Ｖ２−１ 加圧バルブ
Ｖ２−２ 真空バルブ
ＶＳ 真空圧センサ

Claims (5)

1. 流体が供給される圧力室を形成する弾性膜を有し、前記圧力室を真空源に連通させることにより基板を真空吸着して保持するとともに前記圧力室を圧力流体を供給する圧力調整部に連通させることにより基板を研磨面に押圧するトップリングと、前記圧力室と前記真空源とを接続する真空吸着ラインに設けられた気水分離槽とを備えた基板保持装置であって、
   前記気水分離槽は、内部に液体を貯留する空間であるチャンバーと、前記チャンバーの外部に設けられチャンバーの下部から上方に延設されるとともにチャンバー内に連通してチャンバー内に貯留された液体の液面を検知する液面検知ラインと、前記液面検知ライン内の液面を検知して前記チャンバーが満水であることを検知するセンサとを備え、
   前記圧力室と前記真空源とを接続する前記真空吸着ラインおよび前記圧力室と前記圧力調整部とを接続する加圧ラインを前記気水分離槽のチャンバーを経由させるように設け、
   前記液面検知ラインの上端を、前記加圧ラインの一部であって前記圧力調整部と前記チャンバーとを接続しているラインに接続するようにしたことを特徴とする基板保持装置。
2. 前記圧力調整部と前記チャンバーとを接続している前記ラインは開閉バルブを備え、
   前記液面検知ラインの上端は、前記開閉バルブの下流側に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の基板保持装置。
3. 前記液面検知ラインはチューブからなり、前記センサは前記チューブを挟むように設けられた投受光部を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の基板保持装置。
4. 前記真空吸着ラインは、該ラインに設けられたコネクタおよび前記気水分離槽の内部に形成された流路を介して前記チャンバーに接続され、
   前記加圧ラインは、該ラインに設けられたコネクタを介して前記チャンバーに直接に接続されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項の基板保持装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の基板保持装置と、
   研磨面を有する研磨パッドを支持する研磨テーブルとを備えたことを特徴とする研磨装置。

Images