KR102331822B1 - 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR102331822B1
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슈이치 가마타
고이치 다케다
류이치 고스게
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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

[과제] 기판이 탄성막으로부터 박리되는 데 요하는 시간의 변동을 저감시킨다.
[해결수단] 기판을 유지하는 기판 유지부와, 탄성막 내에 공급하는 가스의 압력을 조절하는 압력 레귤레이터와, 압력 레귤레이터를 제어하여, 기판을 탄성막으로부터 박리하기 위해, 탄성막 내에 공급하는 가스의 압력을 가변으로 하는 제어부를 갖는다.

Description

기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것이다.
기판 처리 장치(예컨대 화학적 기계적 연마(CMP : Chemical Mechanical Polishing) 장치)에 있어서, 기판 유지부(톱링이라고도 함)의 탄성막(멤브레인이라고도 함) 내에 일정압의 가스(예컨대 질소)를 공급함으로써 탄성막을 팽창시켜, 탄성막에 흡착시킨 기판(예컨대 웨이퍼)을 박리했다(예컨대 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2011-258639호 공보
그러나, 기판의 종류(예컨대 막종류)에 따라, 탄성막에 대한 기판의 부착력이 상이하기 때문에, 기판의 종류에 따라 기판이 탄성막으로부터 박리되는 데 요하는 시간(이하, 기판 릴리스 시간이라고도 함)이 변동한다고 하는 문제가 있다. 때로는, 기판이 탄성막으로부터 이탈하지 않는 경우도 있다. 또한, 기판의 탄성막에 대한 부착력이 강하면, 탄성막이 팽창하더라도 기판이 박리되지 않고 기판에 물리적인 스트레스가 가해진다고 하는 문제가 있다. 때로는, 물리적인 스트레스에 의해 기판이 깨어져 버리는 경우가 있다.
본 발명은 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 기판이 탄성막으로부터 박리되는 데 요하는 시간의 변동을 저감시키는 것을 가능하게 하는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 양태에 관한 기판 처리 장치는, 기판을 유지하는 기판 유지부와, 상기 기판 유지부의 탄성막 내에 공급하는 가스의 압력을 조절하는 압력 레귤레이터와, 상기 압력 레귤레이터를 제어하여, 상기 기판을 상기 탄성막으로부터 박리하기 위해, 상기 탄성막 내에 공급하는 가스의 압력을 가변으로 하는 제어부를 구비한다.
이 구성에 의하면, 탄성막 내의 압력을 가변시켜 탄성막이 팽창하는 속도를 컨트롤함으로써, 기판의 탄성막에 대한 부착력에 따른 속도로 탄성막을 팽창시킬 수 있다. 이에 따라, 기판의 탄성막에 대한 부착력에 상관없이 기판 릴리스 시간의 변동을 저감할 수 있다. 또한, 탄성막 내의 압력을 가변시킴으로써, 기판에 따른 적절한 압력으로 변경할 수 있기 때문에, 기판에 주는 스트레스를 저감할 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 관한 기판 처리 장치는, 제1 양태에 관한 기판 처리 장치로서, 상기 제어부는, 상기 기판 유지부가 현재 유지하는 기판의 종류에 따라서 상기 탄성막에 공급하는 가스의 압력을 제어한다.
이 구성에 의하면, 기판의 부착력의 차이에 의해 탄성막의 팽창 시간이 변화하지만, 종류가 다른 기판마다 최적의 압력으로 함으로써, 탄성막의 팽창 정도를 컨트롤하여 팽창 시간을 균일화할 수 있다. 이 때문에 기판 릴리스 시간의 기판 종류마다의 변동을 저감할 수 있다.
본 발명의 제3 양태에 관한 기판 처리 장치는, 제2 양태에 관한 기판 처리 장치로서, 상기 기판의 종류는 기판의 막종류이며, 상기 제어부는, 상기 기판 유지부가 현재 유지하는 기판의 막종류에 따라서 상기 탄성막에 공급하는 가스의 압력을 제어한다.
이 구성에 의하면, 기판의 부착력의 차이에 의해 탄성막의 팽창 시간이 변화하지만, 막종류가 다른 기판마다 최적의 압력으로 함으로써, 탄성막의 팽창 정도를 컨트롤하여 팽창 시간을 균일화할 수 있다. 이 때문에 기판 릴리스 시간의 기판 막종류마다의 변동을 저감할 수 있다.
본 발명의 제4 양태에 관한 기판 처리 장치는, 제1 내지 3 중 어느 한 양태에 관한 기판 처리 장치로서, 상기 제어부는 단계적으로 상기 가스의 압력을 변경한다.
이 구성에 의하면, 탄성막에 대한 부착력이 강한 기판이라 하더라도 가스의 압력을 단계적으로 변경함으로써, 기판에 대한 물리적인 스트레스를 저감할 수 있다. 또한, 가스의 압력을 단계적으로 변경함으로써, 기판 릴리스 시간의 변동을 저감할 수 있다.
본 발명의 제5 양태에 관한 기판 처리 장치는, 제4 양태에 관한 기판 처리 장치로서, 가압 유체를 분출 가능한 릴리스 노즐과, 상기 탄성막에 흡착되어 있는 기판의 위치를 검출하는 위치 검출부를 더 구비하고, 상기 제어부는, 상기 기판의 위치가 상기 릴리스 노즐로부터 상기 기판의 이면에 가압 유체를 분출 가능한 위치가 된 경우, 상기 가스의 압력을 변경한다.
이 구성에 의하면, 릴리스 노즐이 가압 유체를 분출하는 타이밍에, 기판 릴리스압을 최적의 압력으로 할 수 있기 때문에, 기판의 릴리스성을 양호하게 할 수 있다.
본 발명의 제6 양태에 관한 기판 처리 장치는, 제5 양태에 관한 기판 처리 장치로서, 상기 제어부는, 상기 기판의 위치가 상기 릴리스 노즐로부터 상기 기판의 이면에 가압 유체를 분출 가능한 위치가 되기 전에는, 제1 압력으로 상기 탄성막 내에 가스를 공급하도록 제어하고, 상기 기판의 위치가 상기 릴리스 노즐로부터 상기 기판의 이면에 가압 유체를 분출 가능한 위치가 된 경우, 상기 제1 압력보다 낮은 제2 압력으로 상기 탄성막 내에 가스를 공급하도록 제어하고 상기 릴리스 노즐로부터 상기 기판의 이면을 향해서 가압 유체를 분출시키도록 제어한다.
이 구성에 의하면, 릴리스 노즐이 가압 유체를 분출하는 타이밍에 기판 릴리스압을 저감함으로써, 기판에 대한 스트레스를 저감할 수 있다.
본 발명의 제7 양태에 관한 기판 처리 장치는, 제6 양태에 관한 기판 처리 장치로서, 상기 위치 검출부는, 상기 탄성막에 흡착되어 있는 기판의 이면의 높이를 상기 기판의 위치로서 검출하고, 상기 제어부는, 상기 위치 검출부에 의해 검출된 기판의 이면의 높이가 상기 릴리스 노즐의 분출구의 높이 이상인 경우, 제1 압력으로 상기 탄성막 내에 가스를 공급하도록 제어하고, 상기 위치 검출부에 의해 검출된 기판의 이면의 높이가 상기 릴리스 노즐의 분출구의 높이보다 낮아진 경우, 상기 제1 압력보다 낮은 제2 압력으로 상기 탄성막 내에 가스를 공급하도록 제어하고 상기 릴리스 노즐로부터 상기 기판의 이면을 향해서 가압 유체를 분출시키도록 제어한다.
이 구성에 의하면, 릴리스 노즐이 가압 유체를 분출하는 타이밍에 기판 릴리스압을 저감할 수 있기 때문에, 기판에 대한 스트레스를 저감할 수 있다.
본 발명의 제8 양태에 관한 기판 처리 장치는, 제1 내지 7 중 어느 한 양태에 관한 기판 처리 장치로서, 상기 제어부는, 상기 탄성막의 팽창 정도에 따라서 상기 가스의 압력을 변경한다.
이 구성에 의하면, 탄성막의 팽창 정도가 느린 경우에는, 가스의 압력을 높일 수 있고, 기판 릴리스 시간을 균일화할 수 있다.
본 발명의 제9 양태에 관한 기판 처리 장치는, 제1 내지 8 중 어느 한 양태에 관한 기판 처리 장치로서, 상기 압력 레귤레이터는 전공(電空) 압력 레귤레이터이다.
이 구성에 의하면, 탄성막 내에 공급하는 압력을 가변으로 할 수 있다.
본 발명에 의하면, 탄성막 내의 압력을 가변시켜 탄성막이 팽창하는 속도를 컨트롤함으로써, 기판의 탄성막에 대한 부착력에 따른 속도로 탄성막을 팽창시킬 수 있다. 이에 따라, 기판의 탄성막에 대한 부착력이 클수록, 탄성막 내에 공급하는 가스의 압력을 크게 하여 탄성막의 팽창을 빠르게 할 수 있어, 기판의 탄성막에 대한 부착력에 상관없이 기판 릴리스 시간의 변동을 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 관한 기판 처리 장치의 전체 구성을 도시하는 평면도이다.
도 2는 본 실시형태에 관한 제1 연마 유닛(3A)의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 3은 연마 대상물인 웨이퍼(W)를 유지하여 연마 테이블 상의 연마면에 압박하는 기판 유지 장치를 구성하는 톱링(31A)의 모식적인 단면도이다.
도 4는 톱링(31A)과 기판 전달 장치(푸셔)(150)를 도시하는 개략도이다.
도 5는 푸셔(150)의 상세 구조를 도시하는 개략도이다.
도 6은 기억부(51)에 기억되어 있는 테이블의 일례이다.
도 7은 멤브레인으로부터 웨이퍼를 이탈시키기 전의 상태를 도시하는 개략도이다.
도 8은 멤브레인으로부터 웨이퍼를 이탈시키는 웨이퍼 릴리스시의 상태를 도시하는 개략도이다.
도 9는 본 실시형태에 관한 웨이퍼 릴리스 처리의 흐름의 일례를 도시하는 플로우차트이다.
도 10은 본 실시형태의 변형예에서의 톱링(31A)과 제1 리니어 트랜스포터(6)를 도시하는 개략 단면도이다.
도 11은 본 실시형태의 변형예에 있어서, 멤브레인으로부터 웨이퍼를 이탈시키는 웨이퍼 릴리스시의 상태를 도시하는 일부 개략 단면도이다.
이하, 본 실시형태에 관해 도면을 참조하면서 설명한다. 본 실시형태에 관한 기판 처리 장치(100)는 일례로서 기판을 연마하는 연마 장치이다. 본 실시형태에서는 기판으로서 웨이퍼를 예를 들어 설명한다. 도 1은 본 발명의 일실시형태에 관한 기판 처리 장치(100)의 전체 구성을 도시하는 평면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 이 기판 처리 장치(100)는, 대략 직사각형의 하우징(1)을 구비하고 있고, 하우징(1)의 내부는 격벽(1a, 1b)에 의해 로드/언로드부(2)와 연마부(3)와 세정부(4)로 구획되어 있다. 이들 로드/언로드부(2), 연마부(3) 및 세정부(4)는 각각 독립적으로 조립되고, 독립적으로 배기된다. 또한, 기판 처리 장치(100)는, 기판 처리 동작을 제어하는 제어부(5)를 갖고 있다.
로드/언로드부(2)는, 다수의 웨이퍼(기판)를 스톡하는 웨이퍼 카세트가 재치되는 2개 이상(본 실시형태에서는 4개)의 프론트 로드부(20)를 구비하고 있다. 이들 프론트 로드부(20)는 하우징(1)에 인접하여 배치되고, 기판 처리 장치(100)의 폭방향(길이방향과 수직인 방향)을 따라서 배열되어 있다. 프론트 로드부(20)에는, 오픈 카세트, SMIF(Standard Manufacturing Interface) 파드, 또는 FOUP(Front Opening Unified Pod)를 탑재할 수 있게 되어 있다. 여기서, SMIF, FOUP는, 내부에 웨이퍼 카세트를 수납하고 격벽으로 덮는 것에 의해, 외부 공간과는 독립된 환경을 유지할 수 있는 밀폐 용기이다.
또한, 로드/언로드부(2)에는, 프론트 로드부(20)의 나열을 따라서 주행 기구(21)가 부설되어 있고, 이 주행 기구(21) 상에 웨이퍼 카세트의 배열 방향을 따라서 이동 가능한 반송 로봇(로더)(22)이 설치되어 있다. 반송 로봇(22)은 주행 기구(21) 상을 이동함으로써 프론트 로드부(20)에 탑재된 웨이퍼 카세트에 액세스할 수 있도록 되어 있다. 반송 로봇(22)은 상하에 2개의 핸드를 구비하고 있고, 상측의 핸드를 처리된 웨이퍼를 웨이퍼 카세트로 복귀시킬 때에 사용하고, 하측의 핸드를 처리전의 웨이퍼를 웨이퍼 카세트로부터 꺼낼 때에 사용하여, 상하의 핸드를 구별하여 사용할 수 있게 되어 있다. 또한, 반송 로봇(22)의 하측의 핸드는, 그 축심 둘레에 회전함으로써, 웨이퍼를 반전시킬 수 있도록 구성되어 있다.
로드/언로드부(2)는 가장 깨끗한 상태를 유지할 필요가 있는 영역이므로, 로드/언로드부(2)의 내부는, 기판 처리 장치(100) 외부, 연마부(3) 및 세정부(4)의 어느 것보다도 높은 압력으로 항상 유지되고 있다. 연마부(3)는 연마액으로서 슬러리를 이용하기 때문에 가장 더러운 영역이다. 따라서, 연마부(3)의 내부에는 부압이 형성되고, 그 압력은 세정부(4)의 내부 압력보다 낮게 유지되고 있다. 로드/언로드부(2)에는, HEPA 필터, ULPA 필터 또는 케미컬 필터 등의 클린에어 필터를 갖는 필터팬 유닛(도시하지 않음)이 설치되어 있고, 이 필터팬 유닛으로부터는 파티클이나 유독 증기, 유독 가스가 제거된 클린에어가 항상 분출되고 있다.
연마부(3)는, 웨이퍼의 연마(평탄화)가 행해지는 영역이며, 제1 연마 유닛(3A), 제2 연마 유닛(3B), 제3 연마 유닛(3C), 제4 연마 유닛(3D)을 구비하고 있다. 이들 제1 연마 유닛(3A), 제2 연마 유닛(3B), 제3 연마 유닛(3C) 및 제4 연마 유닛(3D)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 기판 처리 장치(100)의 길이방향을 따라서 배열되어 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 제1 연마 유닛(3A)은, 연마면을 갖는 연마 패드(10)가 부착된 연마 테이블(30A)과, 웨이퍼를 유지하고 또한 웨이퍼를 연마 테이블(30A) 상의 연마 패드(10)에 압박하면서 연마하기 위한 톱링(기판 유지부)(31A)과, 연마 패드(10)에 연마액이나 드레싱액(예컨대 순수)을 공급하기 위한 연마액 공급 노즐(32A)과, 연마 패드(10)의 연마면의 드레싱을 행하기 위한 드레서(33A)와, 액체(예컨대 순수)와 기체(예컨대 질소 가스)의 혼합 유체 또는 액체(예컨대 순수)를 안개형으로 하여 연마면에 분사하는 아토마이저(34A)를 구비하고 있다.
마찬가지로, 제2 연마 유닛(3B)은, 연마 패드(10)가 부착된 연마 테이블(30B)과, 톱링(기판 유지부)(31B)과, 연마액 공급 노즐(32B)과, 드레서(33B)와, 아토마이저(34B)를 구비하고 있고, 제3 연마 유닛(3C)은, 연마 패드(10)가 부착된 연마 테이블(30C)과, 톱링(기판 유지부)(31C)과, 연마액 공급 노즐(32C)과, 드레서(33C)와, 아토마이저(34C)를 구비하고 있고, 제4 연마 유닛(3D)은, 연마 패드(10)가 부착된 연마 테이블(30D)과, 톱링(기판 유지부)(31D)과, 연마액 공급 노즐(32D)과, 드레서(33D)와, 아토마이저(34D)를 구비하고 있다.
다음으로, 웨이퍼를 반송하기 위한 반송 기구에 관해 설명한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 제1 연마 유닛(3A) 및 제2 연마 유닛(3B)에 인접하여, 제1 리니어 트랜스포터(6)가 배치되어 있다. 이 제1 리니어 트랜스포터(6)는, 제1 연마 유닛(3A), 제2 연마 유닛(3B)이 배열된 방향을 따른 4개의 반송 위치(로드/언로드부측으로부터 순서대로 제1 반송 위치(TP1), 제2 반송 위치(TP2), 제3 반송 위치(TP3), 제4 반송 위치(TP4)로 한다)의 사이에서 웨이퍼를 반송하는 기구이다.
또한, 제3 연마 유닛(3C) 및 제4 연마 유닛(3D)에 인접하여, 제2 리니어 트랜스포터(7)가 배치되어 있다. 이 제2 리니어 트랜스포터(7)는, 제3 연마 유닛(3C), 제4 연마 유닛(3D)이 배열된 방향을 따른 3개의 반송 위치(로드/언로드부측으로부터 순서대로 제5 반송 위치(TP5), 제6 반송 위치(TP6), 제7 반송 위치(TP7)로 한다)의 사이에서 웨이퍼를 반송하는 기구이다.
웨이퍼는, 제1 리니어 트랜스포터(6)에 의해 제1 연마 유닛(3A), 제2 연마 유닛(3B)에 반송된다. 전술한 바와 같이, 제1 연마 유닛(3A)의 톱링(31A)은, 톱링 헤드(60)의 스윙 동작에 의해 연마 위치와 제2 반송 위치(TP2) 사이를 이동한다. 따라서, 톱링(31A)으로의 웨이퍼의 전달은 제2 반송 위치(TP2)에서 행해진다. 마찬가지로, 제2 연마 유닛(3B)의 톱링(31B)은 연마 위치와 제3 반송 위치(TP3) 사이를 이동하여, 톱링(31B)으로의 웨이퍼의 전달은 제3 반송 위치(TP3)에서 행해진다. 제3 연마 유닛(3C)의 톱링(31C)은 연마 위치와 제6 반송 위치(TP6) 사이를 이동하여, 톱링(31C)으로의 웨이퍼의 전달은 제6 반송 위치(TP6)에서 행해진다. 제4 연마 유닛(3D)의 톱링(31D)은 연마 위치와 제7 반송 위치(TP7) 사이를 이동하여, 톱링(31D)으로의 웨이퍼의 전달은 제7 반송 위치(TP7)에서 행해진다.
제1 반송 위치(TP1)에는, 반송 로봇(22)으로부터 웨이퍼를 수취하기 위한 리프터(11)가 배치되어 있다. 웨이퍼는 이 리프터(11)를 통해 반송 로봇(22)으로부터 제1 리니어 트랜스포터(6)에 전달된다. 리프터(11)와 반송 로봇(22) 사이에 위치하여, 셔터(도시하지 않음)가 격벽(1a)에 설치되어 있고, 웨이퍼의 반송시에는 셔터가 개방되어 반송 로봇(22)으로부터 리프터(11)에 웨이퍼가 전달되도록 되어 있다. 또한, 제1 리니어 트랜스포터(6)와, 제2 리니어 트랜스포터(7)와, 세정부(4)의 사이에는 스윙 트랜스포터(12)가 배치되어 있다. 이 스윙 트랜스포터(12)는, 제4 반송 위치(TP4)와 제5 반송 위치(TP5) 사이를 이동 가능한 핸드를 갖고 있고, 제1 리니어 트랜스포터(6)로부터 제2 리니어 트랜스포터(7)로의 웨이퍼의 전달은, 스윙 트랜스포터(12)에 의해 행해진다. 웨이퍼는, 제2 리니어 트랜스포터(7)에 의해 제3 연마 유닛(3C) 및/또는 제4 연마 유닛(3D)에 반송된다. 또한, 연마부(3)에서 연마된 웨이퍼는 스윙 트랜스포터(12)를 경유하여 세정부(4)에 반송된다.
제1 연마 유닛(3A), 제2 연마 유닛(3B), 제3 연마 유닛(3C) 및 제4 연마 유닛(3D)은, 서로 동일한 구성을 갖고 있기 때문에, 이하 제1 연마 유닛(3A)에 관해 설명한다.
도 2는, 본 실시형태에 관한 제1 연마 유닛(3A)의 구성을 도시하는 개략도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 연마 유닛(3A)은, 연마 테이블(30A)과, 연마 대상물인 웨이퍼 등의 기판을 유지하여 연마 테이블 상의 연마면에 압박하는 톱링(31A)을 구비하고 있다.
연마 테이블(30A)은, 테이블축(30Aa)을 통해 그 하측에 배치되는 모터(도시하지 않음)에 연결되어 있고, 그 테이블축(30Aa) 둘레에 회전 가능하게 되어 있다. 연마 테이블(30A)의 상면에는 연마 패드(10)가 접착되어 있고, 연마 패드(10)의 연마면(10a)이 웨이퍼(W)를 연마하는 연마면을 구성하고 있다. 연마 테이블(30A)의 상측에는 연마액 공급 노즐(102)이 설치되어 있고, 이 연마액 공급 노즐(102)에 의해 연마 테이블(30A) 상의 연마 패드(10) 상에 연마액(Q)이 공급되도록 되어 있다.
톱링(31A)은, 웨이퍼(W)를 연마면(10a)에 대하여 압박하는 톱링 본체(202)와, 웨이퍼(W)의 외주 가장자리를 유지하여 웨이퍼(W)가 톱링으로부터 튀어나오지 않도록 하는 리테이너 링(203)으로 기본적으로 구성되어 있다.
톱링(31A)은 톱링 샤프트(111)에 접속되어 있고, 이 톱링 샤프트(111)는, 상하 이동 기구(124)에 의해 톱링 헤드(110)에 대하여 상하 이동하도록 되어 있다. 이 톱링 샤프트(111)의 상하 이동에 의해, 톱링 헤드(110)에 대하여 톱링(31A)의 전체를 승강시켜 위치 결정하도록 되어 있다. 또한, 톱링 샤프트(111)의 상단에는 로터리 조인트(125)가 부착되어 있다.
톱링 샤프트(111) 및 톱링(31A)을 상하 이동시키는 상하 이동 기구(124)는, 베어링(126)을 통해 톱링 샤프트(111)를 회전 가능하게 지지하는 브릿지(128)와, 브릿지(128)에 부착된 볼나사(132)와, 지주(130)에 의해 지지된 지지대(129)와, 지지대(129) 상에 설치된 서보 모터(138)를 구비하고 있다. 서보 모터(138)를 지지하는 지지대(129)는, 지주(130)를 통해 톱링 헤드(110)에 고정되어 있다.
볼나사(132)는, 서보 모터(138)에 연결된 나사축(132a)과, 이 나사축(132a)이 나사 결합하는 너트(132b)를 구비하고 있다. 톱링 샤프트(111)는, 브릿지(128)와 일체가 되어 상하 이동하도록 되어 있다. 따라서, 서보 모터(138)를 구동시키면, 볼나사(132)를 통해 브릿지(128)가 상하 이동하고, 이에 따라 톱링 샤프트(111) 및 톱링(31A)이 상하 이동한다.
또한, 톱링 샤프트(111)는 키(도시하지 않음)를 통해 회전통(112)에 연결되어 있다. 이 회전통(112)은 그 외주부에 타이밍 풀리(113)를 구비하고 있다. 톱링 헤드(110)에는 톱링용 회전 모터(114)가 고정되어 있고, 상기 타이밍 풀리(113)는, 타이밍 벨트(115)를 통해 톱링용 회전 모터(114)에 설치된 타이밍 풀리(116)에 접속되어 있다. 따라서, 톱링용 회전 모터(114)를 회전 구동시킴으로써 타이밍 풀리(116), 타이밍 벨트(115) 및 타이밍 풀리(113)를 통해 회전통(112) 및 톱링 샤프트(111)가 일체로 회전하고, 톱링(31A)이 회전한다. 톱링용 회전 모터(114)는 인코더(140)를 구비하고 있다. 인코더(140)는, 톱링(31A)의 회전 각도 위치를 검지하는 기능이나 톱링(31A)의 회전수를 적산하는 기능을 갖고 있다. 또한, 톱링(31A)의 회전 각도 「기준 위치(0도)」를 검지하는 센서를 별도로 설치해도 좋다. 또한, 톱링 헤드(110)는, 프레임(도시하지 않음)에 회전 가능하게 지지된 톱링 헤드 샤프트(117)에 의해 지지되어 있다.
제어부(5)는, 톱링용 회전 모터(114), 서보 모터(138), 인코더(140)를 비롯한 장치 내의 각 기기를 제어한다. 기억부(51)는, 제어부(5)에 배선을 통해 접속되어 있고, 제어부(5)는 기억부(51)를 참조 가능하다.
도 2에 도시한 바와 같이 구성된 제1 연마 유닛(3A)에 있어서, 톱링(31A)은, 그 하면에 웨이퍼(W) 등의 기판을 유지할 수 있게 되어 있다. 톱링 헤드(110)는 톱링 헤드 샤프트(117)를 중심으로 하여 선회 가능하게 구성되어 있고, 하면에 웨이퍼(W)를 유지한 톱링(31A)은, 톱링 헤드(110)의 선회에 의해 웨이퍼(W)의 수취 위치로부터 연마 테이블(30A)의 상측으로 이동된다. 그리고, 톱링(31A)을 하강시켜 웨이퍼(W)를 연마 패드(10)의 표면(연마면)(10a)에 압박한다. 이 때, 톱링(31A) 및 연마 테이블(30A)을 각각 회전시켜, 연마 테이블(30A)의 상측에 설치된 연마액 공급 노즐(32A)로부터 연마 패드(10) 상에 연마액을 공급한다. 이와 같이, 웨이퍼(W)를 연마 패드(10)의 연마면(10a)에 슬라이딩 접촉시켜 웨이퍼(W)의 표면을 연마한다.
다음으로, 본 발명의 연마 장치에서의 톱링(기판 유지부)에 관해 설명한다. 도 3은, 연마 대상물인 웨이퍼(W)를 유지하여 연마 테이블 상의 연마면에 압박하는 기판 유지 장치를 구성하는 톱링(31A)의 모식적인 단면도이다. 도 3에 있어서는, 톱링(31A)을 구성하는 주요 구성 요소만을 도시하고 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 톱링(31A)은, 웨이퍼(W)를 연마면(10a)에 대하여 압박하는 톱링 본체(캐리어라고도 칭함)(202)와, 연마면(101a)을 직접 압박하는 리테이너 링(203)으로 기본적으로 구성되어 있다. 톱링 본체(캐리어)(202)는 개략 원반형의 부재로 이루어지고, 리테이너 링(203)은 톱링 본체(202)의 외주부에 부착되어 있다. 톱링 본체(202)는, 엔지니어링 플라스틱(예컨대 PEEK) 등의 수지에 의해 형성되어 있다. 톱링 본체(202)의 하면에는, 웨이퍼의 이면에 접촉하는 탄성막(멤브레인)(204)이 부착되어 있다. 탄성막(멤브레인)(204)은, 에틸렌프로필렌고무(EPDM), 폴리우레탄고무, 실리콘고무 등의 강도 및 내구성이 우수한 고무재에 의해 형성되어 있다.
상기 탄성막(멤브레인)(204)은 동심형의 복수의 격벽(204a)을 가지며, 이들 격벽(204a)에 의해, 탄성막(204)의 상면과 톱링 본체(202)의 하면 사이에 원형의 센터실(205), 고리형의 리플실(206), 고리형의 아우터실(207), 고리형의 엣지실(208)이 형성되어 있다. 즉, 톱링 본체(202)의 중심부에 센터실(205)이 형성되고, 중심으로부터 외주 방향을 향해 순차적으로, 동심형으로, 리플실(206), 아우터실(207), 엣지실(208)이 형성되어 있다. 탄성막(멤브레인)(204)은, 리플 영역(리플실(206))에 웨이퍼 흡착용의 탄성막의 두께 방향으로 관통하는 복수의 구멍(204h)을 갖고 있다. 본 실시예에서는 구멍(204h)은 리플 영역에 형성되어 있지만, 리플 영역 이외에 형성해도 좋다.
톱링 본체(202) 내에는, 센터실(205)에 연통하는 유로(211), 리플실(206)에 연통하는 유로(212), 아우터실(207)에 연통하는 유로(213), 엣지실(208)에 연통하는 유로(214)가 각각 형성되어 있다. 그리고, 센터실(205)에 연통하는 유로(211), 아우터실(207)에 연통하는 유로(213), 엣지실(208)에 연통하는 유로(214)는, 로터리 조인트(225)를 통해 유로(221, 223, 224)에 각각 접속되어 있다. 그리고, 유로(221, 223, 224)는, 각각 밸브(V1-1, V3-1, V4-1) 및 압력 레귤레이터(R1, R3, R4)를 통해 압력 조정부(230)에 접속되어 있다. 또한, 유로(221, 223, 224)는, 각각 밸브(V1-2, V3-2, V4-2)를 통해 진공원(231)에 접속되고, 밸브(V1-3, V3-3, V4-3)를 통해 대기에 연통 가능하게 되어 있다.
한편, 리플실(206)에 연통하는 유로(212)는, 로터리 조인트(225)를 통해 유로(222)에 접속되어 있다. 그리고, 유로(222)는, 기수 분리조(235), 밸브(V2-1) 및 압력 레귤레이터(R2)를 통해 압력 조정부(230)에 접속되어 있다. 또한, 유로(222)는, 기수 분리조(235) 및 밸브(V2-2)를 통해 진공원(131)에 접속되고, 밸브(V2-3)를 통해 대기에 연통 가능하게 되어 있다. 또한, 유로(222)는, 기수 분리조(235), 밸브(V2-1)를 통해 압력 레귤레이터(R6)에 접속되어 있다. 압력 레귤레이터(R6)는 예컨대, 전공 압력 레귤레이터이다. 이에 따라, 멤브레인(204) 내에 공급하는 압력을 가변으로 할 수 있다. 압력 레귤레이터(R6)는, 제어선을 통해 제어부(5)에 접속되어 있고, 제어부(5)는, 압력 레귤레이터(R6)를 제어하여 멤브레인(204) 내에 공급하는 가스의 압력을 가변으로 한다. 이와 같이, 압력 레귤레이터(R6)는, 유로(222) 및 유로(212)를 통해 리플실(206)과 연통해 있고, 톱링(31A)의 멤브레인(204) 내의 리플실(206)에 공급하는 가스(예컨대 질소)의 압력을 조절한다.
이에 따라, 멤브레인(204) 내의 리플실(206) 내의 압력을 가변시켜 멤브레인(204)의 팽창을 컨트롤함으로써, 멤브레인(204)에 흡착된 웨이퍼(W)를 박리할 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼(W)의 멤브레인(204)에 대한 부착력에 따라서, 멤브레인(204) 내에 공급하는 가스의 압력을 가변으로 하여 멤브레인(204)의 팽창을 컨트롤할 수 있고, 웨이퍼(W)가 멤브레인(204)으로부터 박리되는 데 요하는 시간(이하, 웨이퍼 릴리스 시간이라고도 함)을 안정화할 수 있다. 또한, 멤브레인(204) 내의 압력을 가변시킴으로써, 웨이퍼(W)에 따른 적절한 압력으로 변경할 수 있기 때문에, 웨이퍼(W)에 주는 스트레스를 저감할 수 있다.
또한, 리테이너 링(203)의 바로 위에도 탄성막으로 이루어진 리테이너 링 가압실(209)이 형성되어 있고, 리테이너 링 가압실(209)은, 톱링 본체(캐리어)(202) 내에 형성된 유로(215) 및 로터리 조인트(225)를 통해 유로(226)에 접속되어 있다. 그리고, 유로(226)는, 밸브(V5-1) 및 압력 레귤레이터(R5)를 통해 압력 조정부(230)에 접속되어 있다. 또한, 유로(226)는, 밸브(V5-2)를 통해 진공원(231)에 접속되고, 밸브(V5-3)를 통해 대기에 연통 가능하게 되어 있다. 압력 레귤레이터(R1, R2, R3, R4, R5)는, 각각 압력 조정부(230)로부터 센터실(205), 리플실(206), 아우터실(207), 엣지실(208) 및 리테이너 링 가압실(209)에 공급하는 압력유체의 압력을 조정하는 압력 조정 기능을 갖고 있다. 압력 레귤레이터(R1, R2, R3, R4, R5) 및 각 밸브(V1-1∼V1-3, V2-1∼V2-3, V3-1∼V3-3, V4-1∼V4-3, V5-1∼V5-3)는, 제어부(5)(도 1 및 2 참조)에 접속되어 있어, 이들의 작동이 제어되도록 되어 있다. 또한, 유로(221, 222, 223, 224, 226)에는 각각 압력 센서(P1, P2, P3, P4, P5) 및 유량 센서(F1, F2, F3, F4, F5)가 설치되어 있다.
도 3에 도시한 바와 같이 구성된 톱링(31A)에 있어서는, 전술한 바와 같이, 톱링 본체(202)의 중심부에 센터실(205)이 형성되고, 중심으로부터 외주 방향을 향해 순차적으로, 동심형으로 리플실(206), 아우터실(207), 엣지실(208)이 형성되고, 이들 센터실(205), 리플실(206), 아우터실(207), 엣지실(208) 및 리테이너 링 가압실(209)에 공급하는 유체의 압력을 압력 조정부(230) 및 압력 레귤레이터(R1, R2, R3, R4, R5)에 의해 각각 독립적으로 조정할 수 있다. 이러한 구조에 의해, 웨이퍼(W)를 연마 패드(10)에 압박하는 압박력을 웨이퍼(W)의 영역마다 조정할 수 있고, 또한 리테이너 링(203)이 연마 패드(10)를 압박하는 압박력을 조정할 수 있다.
다음으로, 도 1∼도 3에 도시한 바와 같이 구성된 기판 처리 장치(100)에 의한 일련의 연마 처리 공정에 관해 설명한다. 톱링(31A)은 제1 리니어 트랜스포터(6)로부터 웨이퍼(W)를 수취하여 진공 흡착에 의해 유지한다. 탄성막(멤브레인)(204)에는 웨이퍼(W)를 진공 흡착하기 위한 복수의 구멍(204h)이 형성되어 있고, 이들 구멍(204h)은 진공원(131)에 연통되어 있다. 웨이퍼(W)를 진공 흡착에 의해 유지한 톱링(31A)은, 미리 설정한 톱링의 연마 시간 설정 위치까지 하강한다. 이 연마 시간 설정 위치에서는, 리테이너 링(203)은 연마 패드(10)의 표면(연마면)(10a)에 접촉하고 있지만, 연마전에는 톱링(31A)으로 웨이퍼(W)를 흡착 유지하고 있기 때문에, 웨이퍼(W)의 하면(피연마면)과 연마 패드(10)의 표면(연마면)(10a) 사이에는, 미세한 간극(예컨대 약 1 mm)이 있다. 이 때, 연마 테이블(30A) 및 톱링(31A)은, 함께 회전 구동되고 있다. 이 상태로, 웨이퍼의 이면측에 있는 탄성막(멤브레인)(204)을 팽창시키고, 웨이퍼의 하면(피연마면)을 연마 패드(10)의 표면(연마면)에 접촉시켜, 연마 테이블(30A)과 톱링(31A)을 상대 운동시킴으로써, 웨이퍼(W)의 표면(피연마면)이 소정의 상태(예컨대 소정의 막두께)가 될 때까지 연마한다.
연마 패드(10) 상에서의 웨이퍼 처리 공정의 종료후, 웨이퍼(W)를 톱링(31A)에 흡착하고, 톱링(31A)을 상승시켜, 제1 리니어 트랜스포터(기판 반송부)(6)가 갖는 기판 전달 장치(푸셔라고도 함)(150)로 이동시킨다. 이동후에, 멤브레인(204) 내의 리플실(206)에 가스(예컨대 질소)를 공급하여 소정 정도 멤브레인(204)을 팽창시켜 웨이퍼(W)와의 접착 면적을 줄이고, 이 가스의 압력으로 웨이퍼(W)를 멤브레인(204)으로부터 박리한다. 소정의 정도란 일례로서, 웨이퍼(W)의 위치가 후술하는 릴리스 노즐로부터 웨이퍼(W)의 이면에 가압 유체를 분출 가능한 위치가 되는 정도이다. 웨이퍼(W)를 멤브레인(204)으로부터 박리할 때에, 탄성막을 소정 정도 팽창시킨 상태로, 멤브레인(204)과 웨이퍼(W) 사이에 가압 유체를 주입한다. 이에 따라, 웨이퍼(W)의 릴리스의 어시스트를 하여, 보다 웨이퍼(W)를 박리하기 쉽게 한다. 이 웨이퍼(W)의 멤브레인(204)으로부터의 이탈을 웨이퍼 릴리스라고도 한다. 이하, 웨이퍼 릴리스의 상세를 설명한다.
도 4는, 톱링(31A)과 기판 전달 장치(푸셔)(150)를 도시하는 개략도이다. 웨이퍼(W)를 톱링(31A)으로부터 푸셔(150)에 전달하기 위해, 푸셔를 상승시킨 상태를 도시하는 모식도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 푸셔(150)는, 톱링(31A)과의 사이에서 센터링을 행하기 위해 톱링(31A)의 외주면과 감합 가능한 톱링 가이드(151)와, 톱링(31A)과 푸셔(150) 사이에서 웨이퍼를 전달할 때에 웨이퍼를 지지하기 위한 푸쉬 스테이지(152)와, 푸쉬 스테이지(152)를 상하 이동시키기 위한 에어 실린더(도시하지 않음)와, 푸쉬 스테이지(152)와 톱링 가이드(151)를 상하 이동시키기 위한 에어 실린더(도시하지 않음)를 구비하고 있다.
이하, 웨이퍼(W)를 톱링(31A)으로부터 푸셔(150)에 전달하는 동작을 설명한다. 연마 패드(10) 상에서의 웨이퍼 처리 공정 종료후, 톱링(31A)은 웨이퍼(W)를 흡착한다. 웨이퍼(W)의 흡착은, 멤브레인(204)의 구멍(204h)을 진공원(131)에 연통시킴으로써 행한다. 이와 같이, 톱링(31A)은, 표면에 구멍(204h)이 형성된 멤브레인(204)을 가지며 또한 그 구멍(204h)을 통해 웨이퍼(W)를 끌어당김으로써 그 멤브레인(204)의 표면에 그 웨이퍼(W)를 흡착한다.
웨이퍼(W)의 흡착후에, 톱링(31A)을 상승시키고, 푸셔(150)로 이동시켜, 웨이퍼(W)의 이탈(릴리스)을 행한다. 푸셔(150)로 이동후, 톱링(31A)에 흡착 유지한 웨이퍼(W)에 순수나 약액을 공급하면서 톱링(31A)을 회전시켜 세정 동작을 행하는 경우도 있다.
그 후, 푸셔(150)의 푸쉬 스테이지(152)와 톱링 가이드(151)가 상승하고, 톱링 가이드(151)가 톱링(31A)의 외주면과 감합하여 톱링(31A)과 푸셔(150)의 센터링을 행한다. 이 때, 톱링 가이드(151)는 리테이너 링(203)을 밀어 올리지만, 동시에 리테이너 링 가압실(209)을 진공으로 함으로써, 리테이너 링(203)의 상승을 신속하게 행하도록 하고 있다. 그리고, 푸셔의 상승 완료시, 리테이너 링(203)의 저면은, 톱링 가이드(151)의 상면에 압박되어 멤브레인(204)의 하면보다 상측으로 밀려 올라가고 있기 때문에, 웨이퍼와 멤브레인 사이가 노출된 상태로 되어 있다. 도 4에 도시하는 예에 있어서는, 리테이너 링(203)의 저면은 멤브레인 하면보다 1 mm 상측에 위치하고 있다. 그 후, 톱링(31A)에 의한 웨이퍼(W)의 진공 흡착을 멈추고, 웨이퍼 릴리스 동작을 행한다. 또한, 푸셔가 상승하는 대신에 톱링이 하강함으로써 원하는 위치 관계로 이동해도 좋다.
도 5는, 푸셔(150)의 상세 구조를 도시하는 개략도이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 푸셔(150)는, 톱링 가이드(151)와, 푸쉬 스테이지(152)와, 톱링 가이드(151) 내에 형성되어 가압 유체(F)를 분사 가능한 2개의 릴리스 노즐(기판 박리 촉진부)(153)을 구비한다. 가압 유체(F)는, 가압 기체(예컨대 가압 질소)만이어도 좋고, 가압 액체(예컨대 가압수)만이어도 좋고, 가압 기체(예컨대 가압 질소)와 액체(예컨대 순수)의 혼합 유체이어도 좋다. 릴리스 노즐(153)은, 제어부(5)에 제어선을 통해 접속되어 있고, 제어부(5)에 제어된다. 또한, 푸셔(150)는, 멤브레인(204)에 흡착되어 있는 웨이퍼(W)의 위치를 검출하는 위치 검출부(154)를 구비한다. 본 실시형태에서는 그 일례로서, 위치 검출부(154)는, 멤브레인(204)에 흡착되어 있는 웨이퍼(W)의 이면의 높이를 검출한다. 위치 검출부(154)는 예컨대, 톱링 가이드(151)의 내측을 촬상하는 촬상부를 가지며, 촬상한 화상으로부터 웨이퍼(W)의 이면의 높이를 검출한다.
릴리스 노즐(153)은, 톱링 가이드(151)의 원주 방향으로 소정 간격을 두고 복수개 설치되어 있고, 가압 유체(F)를 톱링 가이드(151)의 반경 방향 내측으로 분출하도록 되어 있다. 이에 따라, 웨이퍼(W)와 멤브레인(204) 사이에, 가압 유체(F)로 이루어진 릴리스 샤워를 분사하고, 멤브레인(204)으로부터 웨이퍼(W)를 이탈시키는 웨이퍼 릴리스를 행할 수 있다.
기억부(51)에는, 웨이퍼의 종류와, 멤브레인 내에 공급하는 가스의 압력의 레시피가 관련되어 기억되어 있다. 본 실시형태에서는 그 일례로서, 도 6에 도시한 바와 같이, 기억부(51)에는, 웨이퍼의 막종류와, 멤브레인 내에 공급하는 가스의 압력의 레시피가 관련되어 기억되어 있다. 도 6은, 기억부(51)에 기억되어 있는 테이블(T1)의 일례이다. 도 6의 테이블(T1)에는, 웨이퍼의 막종류와 멤브레인 내에 공급하는 가스의 압력의 레시피의 조의 레코드가 나열되어 있다. 예컨대, 웨이퍼의 막종류가 Th-SiO2인 경우, 제1 압력 PS1을 0.5 MPa로 설정하고, 제2 압력 PS2를 0.1 MPa로 설정할 수 있다. 이와 같이, 웨이퍼의 막종류에 따라서, 제1 압력 PS1과 제2 압력 PS2를 설정할 수 있다.
제어부(5)는, 톱링(31A)이 현재 유지하는 웨이퍼(W)의 종류에 따라서 멤브레인(204)에 공급하는 가스의 압력을 제어한다. 이에 따라, 웨이퍼의 부착력의 차이에 의해 멤브레인(204)의 팽창 시간이 변화하지만, 종류가 다른 웨이퍼마다 최적의 압력으로 함으로써, 멤브레인의 팽창 정도를 컨트롤하여 팽창 시간을 균일화할 수 있다. 이 때문에 웨이퍼 릴리스 시간의 웨이퍼 종류마다의 변동을 저감할 수 있다. 그 일례로서 본 실시형태에서는, 제어부(5)는, 톱링(31A)이 현재 유지하는 웨이퍼(W)의 막종류에 따라서 멤브레인(204)에 공급하는 가스의 압력을 제어한다. 이에 따라, 웨이퍼의 부착력의 차이에 의해 멤브레인(204)의 팽창 시간이 변화하지만, 막종류가 다른 웨이퍼마다 최적의 압력으로 함으로써, 멤브레인의 팽창 정도를 컨트롤하여 팽창 시간을 균일화할 수 있다. 이 때문에 웨이퍼 릴리스 시간의 웨이퍼 막종류마다의 변동을 저감할 수 있다. 구체적으로는 예컨대, 제어부(5)는, 기억부(51)를 참조하여, 현재 유지하는 웨이퍼(W)의 막종류에 대응하는 레시피(예컨대 제1 압력 PS1과 제2 압력)를 이용하여, 멤브레인(204)에 공급하는 가스의 압력을 제어한다.
또한, 기판의 탄성막에 대한 부착력이 강하면, 탄성막이 팽창하더라도 기판이 박리되지 않고 기판에 물리적인 스트레스가 가해진다고 하는 과제가 있다. 나아가, 물리적인 스트레스에 의해 기판이 깨어져 버리는 경우가 있다. 그에 비해, 본 실시형태에 관한 제어부(5)는, 단계적으로(예컨대 시간의 경과와 함께), 멤브레인(204)에 공급하는 가스의 압력을 변경한다. 이에 따라, 멤브레인(204)에 대한 부착력이 강한 웨이퍼라 하더라도 가스의 압력을 단계적으로 변경함으로써, 기판에 대한 물리적인 스트레스를 저감할 수 있다. 또한, 가스의 압력을 단계적으로 변경함으로써, 웨이퍼 릴리스 시간의 변동을 저감할 수 있다. 또한, 제어부(5)는, 웨이퍼(W)의 위치가 릴리스 노즐(153)로부터 웨이퍼(W)의 이면에 가압 유체를 분출 가능한 위치가 된 경우, 멤브레인(204)에 공급하는 가스의 압력을 변경한다. 이에 따라, 릴리스 노즐(153)이 가압 유체를 분출하는 타이밍에, 웨이퍼 릴리스압을 최적의 압력으로 할 수 있기 때문에, 웨이퍼(W)의 릴리스성을 양호하게 할 수 있다.
제어부(5)는, 위치 검출부(154)에 의해 검출된 웨이퍼(W)의 위치(예컨대 웨이퍼(W)의 이면의 높이)를 이용하여, 멤브레인(204) 내에 공급하는 가스의 압력을 제어한다. 그 일례로서 본 실시형태에서는, 제어부(5)는, 웨이퍼(W)의 위치가 릴리스 노즐(153)로부터 웨이퍼의 이면에 가압 유체를 분출 가능한 위치가 되기 전에는, 제1 압력 PS1로 멤브레인(204) 내에 가스를 공급하도록 제어한다. 한편, 제어부(5)는, 웨이퍼(W)의 위치가 릴리스 노즐(153)로부터 웨이퍼(W)의 이면에 가압 유체를 분출 가능한 위치가 된 경우, 제1 압력 PS1보다 낮은 제2 압력 PS2로 멤브레인(204) 내에 가스를 공급하도록 제어한다. 또한 그것과 함께, 제어부(5)는, 릴리스 노즐(153)로부터 웨이퍼(W)의 이면을 향해서 가압 유체를 분출시키도록 제어한다.
이 구성에 의하면, 릴리스 노즐(153)이 가압 유체를 분출하는 타이밍에, 웨이퍼 릴리스압을 저감함으로써, 웨이퍼(W)에 대한 스트레스를 저감할 수 있다.
계속해서, 전술한 웨이퍼(W)의 릴리스에 관한 제어부(5)의 처리의 구체예에 관해, 도 7 및 도 8을 이용하여 설명한다. 도 7은, 멤브레인으로부터 웨이퍼를 이탈시키기 전의 상태를 도시하는 개략도이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 푸셔가 상승 완료하고 리테이너 링(203)의 저면이 톱링 가이드(151)의 상면에 압박되어 멤브레인(204)의 하면보다 상측으로 밀려 올라가, 웨이퍼(W)와 멤브레인(204) 사이가 노출된 상태로 되어 있다. 도 7에서는, 웨이퍼(W)의 이면의 높이가 릴리스 노즐의 분출구의 높이 H0보다 높은 위치에 있다.
제어부(5)는, 도 7에 도시한 바와 같이 위치 검출부(154)에 의해 검출된 웨이퍼(W)의 이면의 높이가 릴리스 노즐(153)의 분출구의 높이 H0 이상에 있는 경우, 제1 압력 PS1로 멤브레인(204) 내에 가스를 공급하도록 제어한다. 이에 따라, 제1 압력 PS1로 멤브레인(204) 내의 리플 영역(리플실(206))에 가스가 공급된다.
도 8은, 멤브레인으로부터 웨이퍼를 이탈시키는 웨이퍼 릴리스시의 상태를 도시하는 개략도이다. 도 8에서는, 웨이퍼(W)의 이면의 높이가 릴리스 노즐의 분출구의 높이 H0보다 낮은 위치에 있다. 멤브레인(204)이 팽창하여 도 8에 도시한 바와 같이, 위치 검출부(169)에 의해 검출된 웨이퍼(W)의 이면의 높이가 릴리스 노즐(153)의 분출구의 높이 H0보다 낮아진 경우, 제어부(5)는 제1 압력 PS1보다 낮은 제2 압력 PS2로 멤브레인(204) 내에 가스를 공급하도록 제어한다. 그와 함께 제어부(5)는, 릴리스 노즐(153)로부터 웨이퍼(W)의 이면을 향해서 가압 유체를 분출시키도록 제어한다.
이 구성에 의하면, 릴리스 노즐(153)이 가압 유체를 분출하는 타이밍에, 웨이퍼 릴리스압을 저감할 수 있기 때문에, 웨이퍼(W)의 릴리스성을 양호하게 할 수 있다.
도 9는, 본 실시형태에 관한 웨이퍼 릴리스 처리의 흐름의 일례를 도시하는 플로우차트이다.
(단계 S101) 다음으로 제어부(5)는, 톱링(31A)이 현재 유지하는 웨이퍼(W)의 막종류에 따른 제1 압력 PS1과 제2 압력 PS2를 기억부(51)로부터 취득한다.
(단계 S102) 다음으로 제어부(5)는, 제1 압력 PS1로 멤브레인(204) 내에 가스를 공급한다.
(단계 S103) 다음으로 제어부(5)는, 웨이퍼(W)의 이면의 높이가 릴리스 노즐(153)의 분출구보다 낮은 높이가 되었는지 아닌지를 판정한다. 제어부(5)는, 웨이퍼(W)의 이면의 높이가 릴리스 노즐(153)의 분출구보다 낮은 높이가 될 때까지 대기한다.
(단계 S104) 단계 S103에서, 웨이퍼(W)의 이면의 높이가 릴리스 노즐(153)의 분출구보다 낮은 높이가 되었다고 판정된 경우, 제어부(5)는, 제2 압력 PS2로 멤브레인(204) 내에 가스를 공급하고, 릴리스 노즐(153)로부터 웨이퍼(W)의 이면을 향해서 가압 유체를 분출시킨다.
이상, 본 실시형태에 관한 기판 처리 장치(100)는, 표면에 구멍(204h)이 형성된 멤브레인(204)을 가지며 또한 그 구멍(204h)을 통해 웨이퍼(W)를 끌어당김으로써 그 멤브레인(204)의 표면에 그 웨이퍼(W)를 흡착하는 톱링(31A)을 구비한다. 또한 기판 처리 장치(100)는, 멤브레인 내에 공급하는 가스의 압력을 조절하는 압력 레귤레이터(R6)를 구비한다. 또한 기판 처리 장치(100)는, 압력 레귤레이터(R6)를 제어하여, 웨이퍼(W)를 멤브레인(204)으로부터 박리하기 위해, 멤브레인(204) 내에 공급하는 가스의 압력을 가변으로 하는 제어부(5)를 구비한다.
이 구성에 의하면, 멤브레인(204) 내의 리플실(206) 내의 압력을 가변시켜 멤브레인(204)의 팽창 속도를 컨트롤함으로써, 웨이퍼(W)의 멤브레인(204)에 대한 부착력에 따른 속도로 멤브레인(204)을 팽창시킬 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼(W)의 멤브레인(204)에 대한 부착력이 클수록, 멤브레인(204) 내에 공급하는 가스의 압력을 크게 하여 멤브레인(204)의 팽창을 빠르게 할 수 있어, 웨이퍼(W)의 멤브레인(204)에 대한 부착력에 상관없이 웨이퍼 릴리스 시간의 변동을 저감할 수 있다.
또한, 제어부(5)는, 멤브레인(204)의 팽창 정도에 따라서, 멤브레인(204) 내에 공급하는 가스의 압력을 변경해도 좋다. 이에 따라, 멤브레인(204)의 팽창 정도가 느린 경우에는, 가스의 압력을 높일 수 있고, 웨이퍼 릴리스 시간을 균일화할 수 있다.
또한, 위치 검출부(154)는, 릴리스 노즐(153)과 동일한 높이에 위치하고, 투광부와 수광부를 가지며, 투광부가 광을 조사하여 수광부가 이 반사광을 검출해도 좋다. 그 경우, 투광 개시로부터 반사광의 검출까지 걸리는 시간이 설정 시간보다 짧아진 경우에, 제어부(5)는, 웨이퍼(W)의 위치가 릴리스 노즐(153)로부터 웨이퍼(W)의 이면에 가압 유체를 분출 가능한 위치가 되었다고 판단해도 좋다.
또한, 본 실시형태에서는, 기판 처리 장치가 푸셔(150)를 구비하는 예에 관해 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 기판 처리 장치가 푸셔(150)를 구비하지 않고, 대신에 제1 리니어 트랜스포터(6) 및 제2 리니어 트랜스포터(7)가 푸셔(150)의 기능을 해도 좋다.
도 10은, 본 실시형태의 변형예에서의 톱링(31A)과 제1 리니어 트랜스포터(6)를 도시하는 개략 단면도이다. 도 10에 도시한 바와 같이, 제1 리니어 트랜스포터(6)는, 리니어 스테이지(160)와, 상하로 이동하는 반송 핸드(161)와, 반송 핸드(161)를 상하로 이동 가능하게 유지하는 유지부(162)와, 반송 핸드(161)가 연결되어 있는 판부재(163)와, 일단이 판부재(163)의 표면에 연결되어 있는 탄성 부재(164, 165)와, 탄성 부재(164, 165)의 타단이 이면에 연결되어 있는 판부재(166)와, 판부재(166)의 위에 설치된 고리형 부재(167)를 구비한다.
도 10에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)의 릴리스를 할 때에는, 우선 톱링(31A)이 화살표 A3에 도시한 바와 같이 하강하고, 제1 리니어 트랜스포터(6)가 화살표 A4에 도시한 바와 같이 상승한다. 계속해서, 제1 리니어 트랜스포터(6)가 화살표 A4에 도시한 바와 같이 상승하면, 제1 리니어 트랜스포터(6)의 고리형 부재(167)가 리니어 스테이지(160)를 대고 누른다. 그에 따라 리니어 스테이지(160)가 톱링(31A)의 리테이너 링(203)을 대고 누르는 것에 의해, 리테이너 링(203)이 상승한다. 제1 리니어 트랜스포터(6)는 웨이퍼(W) 전달 위치에서 정지한다.
도 11은, 본 실시형태의 변형예에 있어서, 멤브레인으로부터 웨이퍼를 이탈시키는 웨이퍼 릴리스시의 상태를 도시하는 일부 개략 단면도이다. 도 11에 도시한 바와 같이, 고리형 부재(167) 내에, 가압 유체를 분사 가능한 릴리스 노즐(기판 박리 촉진부)(168)이 설치되어 있다. 릴리스 노즐(168)은, 고리형 부재(167)의 원주 방향으로 소정 간격을 두고 복수개 설치되어 있고, 가압 유체(F)를 고리형 부재(167)의 반경 방향 내측으로 분출하도록 되어 있다. 이에 따라, 웨이퍼(W)와 멤브레인(204) 사이에, 가압 유체(F)로 이루어진 릴리스 샤워를 분사하고, 멤브레인(204)으로부터 웨이퍼(W)를 이탈시키는 웨이퍼 릴리스를 행할 수 있다. 가압 유체(F)는, 가압 기체(예컨대 가압 질소)만이어도 좋고, 가압 액체(예컨대 가압수)만이어도 좋고, 가압 기체(예컨대 가압 질소)와 액체(예컨대 순수)의 혼합 유체이어도 좋다.
릴리스 노즐(168)은, 제어부(5)에 제어선을 통해 접속되어 있고, 제어부(5)에 제어된다. 또한, 고리형 부재(167) 내에, 멤브레인(204)에 흡착되어 있는 웨이퍼(W)의 위치를 검출하는 위치 검출부(169)를 구비한다. 본 실시형태의 변형예에서는 그 일례로서, 위치 검출부(169)는, 멤브레인(204)에 흡착되어 있는 웨이퍼(W)의 이면의 높이를 검출한다. 위치 검출부(169)는 예컨대, 톱링 가이드(151)의 내측을 촬상하는 촬상부를 가지며, 촬상한 화상으로부터 웨이퍼(W)의 이면의 높이를 검출한다.
제어부(5)는, 위치 검출부(169)에 의해 검출된 웨이퍼(W)의 위치(예컨대 웨이퍼(W)의 이면의 높이)를 이용하여, 멤브레인(204) 내에 공급하는 가스의 압력을 제어한다. 그 일례로서 본 실시형태에서는, 제어부(5)는, 웨이퍼(W)의 위치가 릴리스 노즐(168)로부터 웨이퍼의 이면에 가압 유체를 분출 가능한 위치가 되기 전에는, 제1 압력 PS1로 멤브레인(204) 내에 가스를 공급하도록 제어한다. 한편, 제어부(5)는, 웨이퍼(W)의 위치가 릴리스 노즐(168)로부터 웨이퍼(W)의 이면에 가압 유체를 분출 가능한 위치가 된 경우, 제1 압력 PS1보다 낮은 제2 압력 PS2로 멤브레인(204) 내에 가스를 공급하도록 제어한다. 또한 그것과 함께, 제어부(5)는, 릴리스 노즐(168)로부터 웨이퍼(W)의 이면을 향해서 가압 유체를 분출시키도록 제어한다.
이 구성에 의하면, 릴리스 노즐(168)이 가압 유체를 분출하는 타이밍에, 웨이퍼 릴리스압을 저감함으로써, 웨이퍼(W)에 대한 스트레스를 저감할 수 있다.
계속해서, 전술한 웨이퍼(W)의 릴리스에 관한 제어부(5)의 처리의 구체예에 관해 설명한다. 제어부(5)는, 위치 검출부(169)에 의해 검출된 웨이퍼(W)의 이면의 높이가 릴리스 노즐(168)의 분출구의 높이 H1 이상에 있는 경우, 제1 압력 PS1로 멤브레인(204) 내에 가스를 공급하도록 제어한다. 이에 따라, 제1 압력 PS1로 멤브레인(204) 내의 리플 영역(리플실(206))에 가스가 공급된다.
멤브레인(204)이 팽창하여 도 11에 도시한 바와 같이, 위치 검출부(169)에 의해 검출된 웨이퍼(W)의 이면(BS)(도 11 참조)의 높이가 릴리스 노즐(168)의 분출구의 높이 H1(도 11 참조)보다 낮아진 경우, 제어부(5)는 예컨대, 제1 압력 PS1보다 낮은 제2 압력 PS2로 멤브레인(204) 내에 가스를 공급하도록 제어한다. 그것과 함께 제어부(5)는, 릴리스 노즐(168)로부터 웨이퍼(W)의 이면을 향해서 가압 유체(F2)(도 11 참조)를 분출시키도록 제어한다.
이 구성에 의하면, 릴리스 노즐(168)이 가압 유체를 분출하는 타이밍에, 웨이퍼 릴리스압을 저감할 수 있기 때문에, 웨이퍼(W)의 릴리스성을 양호하게 할 수 있다.
이상, 본 발명은 상기 실시형태 그대로에 한정되는 것이 아니며, 실시 단계에서는 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소를 변형하여 구체화할 수 있다. 또한, 상기 실시형태에 개시되어 있는 복수의 구성 요소의 적절한 조합에 의해 여러가지 발명을 형성할 수 있다. 예컨대, 실시형태에 나타난 전체 구성 요소로부터 몇 개의 구성 요소를 삭제해도 좋다. 또한, 상이한 실시형태에 걸친 구성 요소를 적절하게 조합해도 좋다.
1 : 하우징 2 : 로드/언로드부
3 : 연마부 3A, 3B, 3C, 3D : 연마 유닛
4 : 세정부 5 : 제어부
6 : 제1 리니어 트랜스포터 7 : 제2 리니어 트랜스포터
10 : 연마 패드 10a : 연마면
11 : 리프터 12 : 스윙 트랜스포터
20 : 프론트 로드부 21 : 주행 기구
22 : 반송 로봇 30A, 30B, 30C, 30D : 연마 테이블
31A, 31B, 31C, 31D : 톱링(기판 유지부)
32A, 32B, 32C, 32D : 연마액 공급 노즐
33A, 33B, 33C, 33D : 드레서 34A, 34B, 34C, 34D : 아토마이저
30Aa : 테이블축 51 : 기억부
100 : 기판 처리 장치 102 : 연마액 공급 노즐
111 : 톱링 샤프트 112 : 회전통
113 : 타이밍 풀리 114 : 톱링용 회전 모터
115 : 타이밍 벨트 116 : 타이밍 풀리
117 : 톱링 헤드 샤프트 124 : 상하 이동 기구
125 : 로터리 조인트 126 : 베어링
128 : 브릿지 129 : 지지대
130 : 지주 131, 231 : 진공원
132 : 볼나사 132a : 나사축
132b : 너트 138 : 서보 모터
140 : 인코더 150 : 기판 전달 장치(푸셔)
151 : 톱링 가이드 152 : 푸쉬 스테이지
153 : 릴리스 노즐(기판 박리 촉진부) 154 : 위치 검출부
160 : 리니어 스테이지 161 : 반송 핸드
162 : 유지부 163 : 판부재
164, 165 : 탄성 부재 166 : 판부재
167 : 고리형 부재 168 : 릴리스 노즐(기판 박리 촉진부)
169 : 위치 검출부 202 : 톱링 본체
203 : 리테이너 링 204 : 탄성막(멤브레인)
204a : 격벽 204h : 구멍
205 : 센터실 206 : 리플실
207 : 아우터실 208 : 엣지실
209 : 리테이너 링 가압실
211, 212, 213, 214, 215, 221, 222, 223, 224, 226 : 유로
225 : 로터리 조인트 230 : 압력 조정부
235 : 기수 분리조 F1∼F5 : 유량 센서
R1∼R6 : 압력 레귤레이터 P1∼P5 : 압력 센서
SH : 릴리스 샤워
V1-1∼V1-3, V2-1∼V2-3, V3-1∼V3-3, V4-1∼V4-3, V5-1∼V5-3 : 밸브

Claims (9)

  1. 기판을 유지하도록 구성된 기판 유지부와,
    복수의 기판의 종류와 상기 기판의 종류에 관련지어진 각각의 압력을 나타내는 정보를 보존하도록 구성된 스토리지와,
    상기 기판 유지부의 탄성막 내에 공급하는 가스의 압력을 조절하도록 구성된 압력 레귤레이터와,
    상기 압력 레귤레이터를 제어하여, 상기 기판을 상기 탄성막으로부터 박리할 때, 상기 기판의 상기 탄성막에 대한 부착력에 따른 속도로 상기 탄성막을 팽창시킬 수 있도록, 상기 탄성막 내에 공급하는 가스의 압력을 가변으로 하는 제어부
    를 구비하고,
    상기 제어부는, 복수의 기판의 종류와 상기 기판의 종류에 관련지어진 각각의 압력을 나타내는 정보를 이용하여, 상기 기판 유지부에 의해 현재 유지되어 있는 기판의 종류에 따라, 상기 탄성막 내에 공급하는 가스의 압력을 제어하도록 또한 구성되어 있고,
    상기 제어부는, 단계적으로 상기 가스의 압력을 변경하도록 구성되어 있는 것인 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판의 종류는 기판의 막종류인 것인 기판 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 가압 유체를 분출하도록 구성된 노즐과,
    상기 탄성막에 흡착되어 있는 기판의 위치를 검출하도록 구성된 위치 검출기
    를 더 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 노즐이 기판의 이면에 가압 유체를 분출하도록 구성되는 위치에, 상기 기판의 위치가 도달한 경우, 상기 가스의 압력을 변경하도록 또한 구성되어 있는 것인 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 기판의 위치가 상기 노즐로부터 상기 기판의 이면에 가압 유체를 분출하는 위치가 되기 전에는, 제1 압력으로 상기 탄성막 내에 가스를 공급하도록 구성되고, 상기 기판의 위치가 상기 노즐로부터 상기 기판의 이면에 가압 유체를 분출하는 위치에 도달한 경우, 상기 제1 압력보다 낮은 제2 압력으로 상기 탄성막 내에 가스를 공급하도록 제어하고 상기 노즐로부터 상기 기판의 이면을 향해서 가압 유체를 분출하도록 구성되어 있는 것인 기판 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 위치 검출기는, 상기 탄성막에 흡착되어 있는 기판의 이면의 높이를 상기 기판의 위치로서 검출하도록 구성되고,
    상기 제어부는, 상기 위치 검출기에 의해 검출된 기판의 이면의 높이가 상기 노즐의 분출구의 높이 이상인 경우, 상기 제1 압력으로 상기 탄성막 내에 가스를 공급하도록 구성되고, 상기 위치 검출기에 의해 검출된 기판의 이면의 높이가 상기 노즐의 분출구의 높이보다 낮아진 경우, 상기 제1 압력보다 낮은 상기 제2 압력으로 상기 탄성막 내에 가스를 공급하도록 구성되고, 상기 노즐로부터 상기 기판의 이면을 향해서 가압 유체를 분출하도록 구성되어 있는 것인 기판 처리 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 탄성막의 팽창 정도에 따라서 상기 가스의 압력을 변경하는 것인 기판 처리 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 압력 레귤레이터는, 전공(電空) 압력 레귤레이터인 것인 기판 처리 장치.
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