KR20200087110A - 기판 보유 지지 장치 및 탄성막 - Google Patents

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마코토 후쿠시마
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Abstract

기판을 적절하게 취급하기 위한 기판 흡착 방법, 기판 보유 지지 장치, 기판 연마 장치, 탄성막, 기판 보유 지지 장치에 있어서의 기판 흡착 판정 방법 및 압력 제어 방법을 제공한다.
톱링에 기판을 흡착시키는 기판 흡착 방법이며, 기판의 하면이 지지 부재에 지지되고, 기판의 상면이 탄성막의 하면과 접촉한 상태에서, 탄성막의 상면과 톱링 본체 사이에 동심원상으로 형성된 복수의 에리어 중 적어도 1개의 에리어를 진공화하는 진공화 공정과, 진공화의 대상 에리어보다 외측에 있는 에리어에 있어서의 가스의 유량을 계측하는 유량 계측 공정과, 가스의 유량에 기초하여, 톱링에 기판이 흡착되었는지 여부를 판정하는 판정 공정과, 톱링에 기판이 흡착되었다고 판정된 후에, 기판이 흡착된 탄성막과 지지 부재를 이격시키는 이격 공정을 구비하는 기판 흡착 방법이 제공된다.

Description

기판 보유 지지 장치 및 탄성막 {SUBSTRATE HOLDING APPARATUS, AND ELASTIC MEMBRANE}
본 개시는 기판 흡착 방법, 기판 보유 지지 장치, 기판 연마 장치, 탄성막, 기판 보유 지지 장치에 있어서의 기판 흡착 판정 방법 및 압력 제어 방법에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 등의 기판을 연마하는 기판 연마 장치에서는, 톱링에 보유 지지된 기판을 연마 테이블에 가압함으로써 기판을 연마한다. 반송 기구로부터 톱링에 기판을 전달하기 위해서는, 먼저 반송 기구에 지지된 기판을 톱링의 하면에 설치되고 동심원상으로 복수의 에리어로 분할된 멤브레인에 접촉시킨다. 그리고, 멤브레인에 형성된 구멍으로부터 진공화함으로써, 기판이 멤브레인에 흡착된다.
일본 특허 제3705670호 일본 특허 공개 제2014-61587호 공보 일본 특허 공개 제2011-258639호 공보 일본 특허 공개 제2014-8570호 공보 일본 특허 공개 제2002-521830호 공보 일본 특허 공표 제2004-516644호 공보 일본 특허 공개 제2014-17428호 공보
기판을 적절하게 취급하기 위한 기판 흡착 방법, 기판 보유 지지 장치, 기판 연마 장치, 탄성막, 기판 보유 지지 장치에 있어서의 기판 흡착 판정 방법 및 압력 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 톱링 본체와, 그 하방에 형성된 탄성막을 갖는 톱링에 기판을 흡착시키는 기판 흡착 방법이며, 상기 기판의 하면이 지지 부재에 지지되고, 상기 기판의 상면이 상기 탄성막의 하면과 접촉한 상태에서, 상기 탄성막의 상면과 상기 톱링 본체 사이에 동심원상으로 형성된 복수의 에리어 중 적어도 1개의 에리어를 진공화하는 진공화 공정과, 진공화의 대상 에리어보다 외측에 있는 에리어에 있어서의 가스의 유량을 계측하는 유량 계측 공정과, 상기 가스의 유량에 기초하여, 상기 톱링에 상기 기판이 흡착되었는지 여부를 판정하는 판정 공정과, 상기 톱링에 상기 기판이 흡착되었다고 판정된 후에 상기 기판이 흡착된 상기 탄성막과 상기 지지 부재를 이격시키는 이격 공정을 구비하는 기판 흡착 방법이 제공된다.
어느 에리어를 진공화하면, 기판이 탄성막에 흡착될 때에 진공화의 대상 에리어보다 외측에 있는 에리어의 용적이 작아진다. 이것을, 진공화의 대상 에리어보다 외측에 있는 에리어에 있어서의 가스의 유량에 기초하여 검출한다. 그로 인해, 고정밀도로 기판이 탄성막에 흡착되었는지 여부를 판정할 수 있다.
상기 진공화 공정 후에, 상기 진공화의 대상 에리어의 적어도 1개의 에리어의 압력을 계측하는 압력 계측 공정을 구비하고, 상기 판정 공정에서는, 상기 가스의 유량에 더하여, 상기 진공화의 대상 에리어의 적어도 1개의 에리어에 있어서의 압력도 고려하여, 상기 톱링에 상기 기판이 흡착되었는지 여부를 판정하는 것이 바람직하다.
진공화의 대상 에리어의 압력(진공도)도 고려함으로써, 판정의 정밀도가 더욱 향상된다.
상기 복수의 에리어 중 적어도 1개의 에리어를 가압하는 가압 공정과, 상기 기판의 상면과 상기 탄성막의 하면을 접촉시키는 접촉 공정을 구비하고, 그 후에 상기 진공화 공정이 행하여지는 것이 바람직하다.
미리 가압해 둠으로써, 탄성막과 톱링 본체가 밀착되어 있던 경우에도, 가압함으로써 그 상태를 해제할 수 있어, 탄성막과 기판의 접촉 면적을 크게 할 수 있기 때문이다.
상기 가압 공정에서는, 상기 진공화의 대상 에리어를 가압하는 것이 보다 바람직하다.
진공화의 대상 에리어가 탄성막의 중앙인 경우, 탄성막의 중앙이 아래로 볼록한 형상으로 되어, 기판의 중앙부를 확실하게 탄성막과 접촉시킬 수 있다.
상기 기판의 상면과 상기 탄성막의 하면이 접촉하고 있을 때에, 상기 진공화의 대상 에리어보다 외측에 있는 에리어를 가압하지 않는 것이 바람직하다.
진공화의 대상 에리어보다 외측에 있는 에리어를 가압하면 기판이 궁 형상을 따라 버려, 기판에 부담이 되기 때문이다.
상기 지지 부재는, 상기 톱링에 상기 기판을 전달하는 반송 기구이어도 된다.
이 경우, 반송 기구로부터 톱링에 확실하게 기판을 전달할 수 있다.
상기 지지 부재는, 상기 톱링에 보유 지지된 기판을 연마하는 연마 테이블이어도 된다.
이 경우, 기판의 연마 후에 연마 테이블로부터 톱링에 확실하게 기판을 흡착시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 형태에 의하면, 톱링 본체와, 상기 톱링 본체의 하방에 형성되는 탄성막이며, 그 상면과 상기 톱링 본체 사이에 동심원상으로 복수의 에리어가 형성된 탄성막과, 지지 부재에 의해 하면이 지지된 기판의 상면과 상기 탄성막의 하면이 접촉한 상태에서, 상기 복수의 에리어 중 적어도 1개의 에리어를 진공화하는 진공화 기구와, 상기 진공화의 대상 에리어보다 외측에 있는 에리어에 있어서의 가스의 유량을 계측하는 유량계와, 상기 가스의 유량에 기초하여, 상기 탄성막의 하면에 상기 기판이 흡착되었는지 여부를 판정하는 판정 수단을 구비하는 기판 보유 지지 장치가 제공된다.
이 형태에 의해, 고정밀도로 기판이 탄성막에 흡착되었는지 여부를 판정할 수 있다.
상기 진공화의 대상 에리어보다 외측에 있는 에리어에는 상기 유량계가 설치된 유로가 접속되고, 해당 에리어와 상기 유량계 사이에서, 상기 유로는 분기되어 있지 않은 것이 바람직하다.
이와 같이 함으로써, 유량계가 에리어에 있어서의 유량을 정확하게 계측할 수 있다.
상기 복수의 에리어가 형성된 위치에 있어서, 상기 탄성막에는 구멍이 형성되어 있지 않은 것이 바람직하다.
구멍이 없음으로써, 톱링 내부에서 발생한 분진이 기판을 오염시키거나, 탄성막과 흡착된 기판 사이로부터 가스가 누설되거나 하는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 다른 형태에 의하면, 상기한 기판 보유 지지 장치와, 상기 기판 보유 지지 장치에 상기 기판을 전달하는 반송 기구와, 상기 기판 보유 지지 장치에 보유 지지된 상기 기판을 연마하는 연마 테이블을 구비하는 기판 연마 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 의하면, 톱링 본체와, 상기 톱링 본체와의 사이에 복수의 에리어를 형성하는 제1 면과, 상기 제1 면과는 반대측에 있어서 기판을 보유 지지 가능한 제2 면을 갖는 탄성막과, 상기 복수의 에리어 중 제1 에리어에 연통되어, 상기 제1 에리어를 가압하는 것이 가능한 제1 라인과, 상기 제1 에리어에 연통되어, 상기 제1 에리어로부터 배기하는 것이 가능한 제2 라인과, 상기 제1 에리어의 유량에 기초하여 측정값이 변화하는 측정기와, 상기 복수의 에리어 중의 상기 제1 에리어와는 상이한 제2 에리어에 연통되어, 상기 제2 에리어를 가압 또는 감압하는 것이 가능한 제3 라인을 구비하는 기판 보유 지지 장치가 제공된다.
유량계로 계측되는 유량을 이용함으로써, 기판을 적절하게 취급할 수 있다.
상기 측정기는, 상기 제2 라인의 유량을 계측 가능한 유량계이어도 되고, 상기 제1 라인 또는 상기 제2 라인의 압력을 계측 가능한 압력계이어도 된다.
상기 측정값에 기초하여, 상기 제2 면에 상기 기판이 흡착되었는지 여부를 판정하는 판정부를 구비하는 것이 바람직하다.
유량계로 계측되는 유량은, 톱링 본체와 탄성막의 제1 면의 간극에 대응한다. 기판이 흡착되면 간극이 작아져 유량이 줄어드는 점에서, 기판이 흡착되었는지 여부를 고정밀도로 판정할 수 있다.
상기 기판이 상기 제2 면에 흡착될 때에, 상기 제3 라인을 통하여 상기 제2 에리어를 감압하고, 상기 제1 라인을 통하여 상기 제1 에리어를 가압함과 함께 상기 제2 라인을 통하여 유체를 유통하는 제어부를 구비하고, 상기 판정부는, 상기 기판이 상기 제2 면에 흡착될 때에, 상기 측정값에 기초하여, 상기 제2 면에 상기 기판이 흡착되었는지 여부를 판정하는 것이 바람직하다.
제1 에리어를 대기 개방한 상태에서 유량을 계측함으로써, 탄성막이 기판에 스트레스를 주는 것을 억제할 수 있다.
상기 판정부는, 상기 제2 에리어의 감압 개시로부터 소정 시간 경과한 후에, 상기 측정기로 계측되는 측정값에 기초하여, 상기 제2 면에 상기 기판이 흡착되었는지 여부를 판정하는 것이 바람직하다.
이에 의해, 보다 고정밀도로 판정할 수 있다.
상기 측정값으로 계측되는 유량에 기초하여, 상기 제3 라인을 통하여 상기 제2 에리어의 압력을 제어하는 제어부를 구비하는 것이 바람직하다.
유량계로 계측되는 유량은 톱링 본체와 탄성막의 제1 면의 간극에 대응한다. 이 간극은 탄성막의 팽창에 대응한다. 따라서, 유량을 감시함으로써 탄성막의 팽창을 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 측정값이 소정 범위에 들어가도록, 상기 제2 에리어의 압력을 제어하는 것이 바람직하다.
이에 의해, 탄성막의 팽창을 소정 범위로 유지할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제2 면에 보유 지지된 기판을 릴리즈할 때, 상기 제1 라인을 통하여 상기 제1 에리어를 가압함과 함께 상기 제2 라인을 통하여 상기 제1 에리어에 유체를 유통하고, 상기 측정값에 기초하여, 상기 제3 라인을 통하여 상기 제2 에리어의 압력을 제어하는 것이 바람직하다.
상기 제어부는, 릴리스 노즐로부터 소정 위치에 유체가 분사되도록, 상기 제2 에리어의 압력을 제어하는 것이 바람직하다.
더욱 바람직하게는, 상기 소정 위치는, 상기 제2 면과 상기 보유 지지된 기판 사이이다.
이에 의해, 릴리스 노즐로부터, 탄성막의 제2 면과 기판 사이에 유체의 분사를 계속할 수 있어, 효과적으로 기판을 릴리스할 수 있다.
상기 탄성막에는 구멍이 형성되어 있지 않은 것이 바람직하다.
상기 제2 에리어는 상기 제1 에리어와 인접하고 있지 않은 것이 바람직하다.
이에 의해, 제2 에리어에 기판이 흡착되지 않는 경우에는 제1 에리어와 제1 면 사이의 간극이 유지된다.
상기 탄성막의 외주에 설치된 리테이너 링을 구비하는 것이 바람직하다.
상기 리테이너 링은, 내측 링과, 그 외측에 설치된 외측 링을 가져도 된다.
또한, 본 발명의 다른 형태에 의하면, 상기 기판 보유 지지 장치와, 상기 기판 보유 지지 장치에 보유 지지된 기판을 연마하도록 구성된 연마 테이블을 구비하는 기판 연마 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 형태에 의하면, 기판 보유 지지 장치에 있어서의 톱링 본체와 탄성막의 제1 면 사이에 형성된 제2 에리어를 감압하면서, 상기 톱링 본체와 상기 탄성막의 제1 면 사이에 형성된, 상기 제2 에리어와는 상이한 제1 에리어를 가압함과 함께 상기 제1 에리어에 연통되는 제2 라인을 통하여 유체를 유통하고, 상기 제1 에리어의 유량에 따른 측정값에 기초하여, 상기 탄성막의, 상기 제1 면과는 반대측에 있는 제2 면에 기판이 흡착되었는지 여부를 판정하는, 기판 보유 지지 장치에 있어서의 기판 흡착 판정 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 형태에 의하면, 기판 보유 지지 장치에 있어서의 톱링 본체와 탄성막의 제1 면 사이에 형성된 제1 에리어를 가압함과 함께 상기 제1 에리어에 연통되는 제2 라인을 통하여 유체를 유통하고, 상기 제1 에리어의 유량에 따른 측정값에 기초하여, 상기 톱링 본체와 상기 탄성막의 제1 면 사이에 형성된, 상기 제1 에리어와는 상이한 제2 에리어의 압력을 제어하는, 기판 보유 지지 장치에 있어서의 압력 제어 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 형태에 의하면, 제1 부분의 외측 및 내측에 각각 제1 구멍 및 제2 구멍이 형성된 톱링 본체와 함께 사용되어 기판 보유 지지 장치를 구성하는 탄성막이며, 상기 제1 부분과 걸림 결합 가능한 제2 부분이 설치되고, 상기 톱링 본체와의 사이에 복수의 에리어를 형성하는 제1 면과, 상기 제1 면과는 반대측에 있어서 기판을 보유 지지 가능한 제2 면을 구비하는 탄성막이 제공된다.
제1 부분과 제2 부분이 걸림 결합함으로써, 기판을 보유 지지한 경우와, 기판을 보유 지지하고 있지 않은 경우의 차가 커지기 때문에, 기판 흡착 판정을 고정밀도로 행할 수 있다.
상기 제1 부분은 오목부이며, 상기 제2 부분은 볼록부이거나, 상기 제1 부분은 볼록부이며, 상기 제2 부분은 오목부이어도 된다.
또한, 본 발명의 다른 형태에 의하면, 제1 부분의 외측 및 내측에 각각 제1 구멍 및 제2 구멍이 형성된 톱링 본체와, 상기 제1 부분과 걸림 결합 가능한 제2 부분이 형성되고, 상기 톱링 본체와의 사이에 복수의 에리어를 형성하는 제1 면과, 상기 제1 면과는 반대측에 있어서 기판을 보유 지지 가능한 제2 면을 갖는 탄성막과, 상기 제1 구멍은 상기 복수의 에리어 중 제1 에리어에 위치하고 있으며, 상기 제1 구멍을 통하여 상기 제1 에리어를 가압하는 것이 가능한 제1 라인과, 상기 제2 구멍은 상기 제1 에리어에 위치하고 있으며, 상기 제2 구멍을 통하여 상기 제1 에리어로부터 배기하는 것이 가능한 제2 라인과, 상기 제1 에리어의 유량에 기초하여 측정값이 변화하는 측정기와, 상기 복수의 에리어 중의 상기 제1 에리어와는 상이한 제2 에리어에 연통되어, 상기 제2 에리어를 가압 또는 감압하는 것이 가능한 제3 라인을 구비하는 기판 보유 지지 장치가 제공된다.
상기 톱링 본체의 상기 제1 에리어에 대응하는 부분에는, 방사상으로 퍼지는 홈이 형성되는 것이 바람직하다.
이에 의해, 제1 에리어 내의 압력의 전파를 빠르게 할 수 있다.
상기 제1 라인과 상기 제2 라인을 바이패스하는 바이패스 라인과, 상기 바이패스 라인 상에 설치된 밸브를 갖는 것이 바람직하다.
바이패스 라인 상의 밸브를 개방함으로써, 제1 라인 및 제2 라인의 양쪽으로부터 동시에 제1 에리어를 가압 가능해진다. 이에 의해, 제1 에리어를 가압할 때에 제2 부분이 제1 부분에 걸림 결합하고 있어도 제1 에리어 전체를 동일한 압력으로 빠르게 가압할 수 있다.
도 1은 기판 연마 장치(300)를 포함하는 기판 처리 장치의 개략 상면도.
도 2a는 기판 연마 장치(300)의 개략 사시도.
도 2b는 기판 연마 장치(300)의 단면도.
도 3a는 반송 기구(600b)로부터 톱링(1)으로의 기판 전달을 설명하는 도면.
도 3b는 반송 기구(600b)로부터 톱링(1)으로의 기판 전달을 설명하는 도면.
도 3c는 반송 기구(600b)로부터 톱링(1)으로의 기판 전달을 설명하는 도면.
도 4는 반송 기구(600b)로부터 톱링(1)으로의 기판 전달을 설명하는 도면.
도 5는 톱링(1)의 구조를 모식적으로 도시하는 단면도.
도 6은 압력 제어 수단(15)의 내부 구성의 일례를 도시하는 도면.
도 7a는 기판 W의 흡착 완료 판정을 포함하는, 기판 W의 전달 수순을 나타내는 흐름도.
도 7b는 기판 W의 흡착 완료 판정을 포함하는, 기판 W의 전달 수순을 나타내는 흐름도.
도 8a는 진공화 전의 멤브레인(13) 및 기판 W를 측방으로부터 본 도면.
도 8b는 진공화 후의 멤브레인(13) 및 기판 W를 측방으로부터 본 도면.
도 9는 진공화 개시 후의 압력계(164b) 및 유량계(165a)의 계측 결과를 모식적으로 도시하는 도면.
도 10은 압력 제어 수단(15)의 내부 구성의 다른 예를 도시하는 도면.
도 11은 압력 제어 수단(15)의 내부 구성의 또 다른 예를 나타내는 도면.
도 12는 기판 W의 흡착 완료 판정을 포함하는, 기판 W의 흡착 수순을 나타내는 흐름도.
도 13은 기판 연마 장치(300)의 개략 단면도.
도 14a는 제3 실시 형태에 있어서의 톱링(1)의 구조를 모식적으로 도시하는 단면도.
도 14b는 도 14a의 변형예.
도 15는 톱링(1)에 있어서의 톱링 본체(11) 및 멤브레인(13)의 상세를 도시하는 단면도.
도 16은 도 15의 A-A' 단면도.
도 17은 톱링(1)에 있어서의 각 밸브의 동작을 설명하는 도면.
도 18은 기판 흡착 판정의 수순을 나타내는 흐름도.
도 19는 흡착에 실패한 경우의 멤브레인(13) 및 톱링 본체(11)의 단면을 모식적으로 도시하는 도면.
도 20은 흡착에 성공한 경우의 기판 W, 멤브레인(13) 및 톱링 본체(11)의 단면을 모식적으로 도시하는 도면.
도 21은 흡착 개시 후에 유량계 FS로 계측되는 유량을 모식적으로 도시하는 도.
도 22는 제4 실시 형태에 있어서의 톱링(1)의 구조를 모식적으로 도시하는 단면도.
도 23은 흡착에 실패한 경우의 멤브레인(13) 및 톱링 본체(11)의 단면을 모식적으로 도시하는 도면.
도 24는 흡착에 성공한 경우의 기판 W, 멤브레인(13) 및 톱링 본체(11)의 단면을 모식적으로 도시하는 도면.
도 25는 도 22의 변형예인 톱링(1)의 구조를 모식적으로 도시하는 단면도.
도 26은 흡착에 실패한 경우의 멤브레인(13) 및 톱링 본체(11)의 단면을 모식적으로 도시하는 도면.
도 27은 흡착에 성공한 경우의 기판 W, 멤브레인(13) 및 톱링 본체(11)의 단면을 모식적으로 도시하는 도면.
도 28a는 톱링(1)으로부터 반송 기구(600b)로의 기판 전달을 상세하게 설명하는 도면.
도 28b는 톱링(1)으로부터 반송 기구(600b)로의 기판 전달을 상세하게 설명하는 도면.
도 28c는 톱링(1)으로부터 반송 기구(600b)로의 기판 전달을 상세하게 설명하는 도면.
도 29는 톱링(1)으로부터 반송 기구(600b)로의 기판 전달을 상세하게 설명하는 도면.
도 30은 릴리스 개시 전의 상태를 모식적으로 도시하는 도면.
도 31은 릴리스 개시 후의 상태를 모식적으로 도시하는 도면.
도 32는 도 33에 이어지는 릴리스 개시 후의 상태를 모식적으로 도시하는 도면.
도 33은 도 32에 이어지는 릴리스 개시 후의 상태를 모식적으로 도시하는 도면.
도 34는 제5 실시 형태에 있어서의 톱링(1)의 구조를 모식적으로 도시하는 도면.
도 35는 릴리즈 시의 톱링(1)의 동작을 나타내는 흐름도.
도 36은 릴리즈 시에 유량계 FS로 계측되는 유량을 모식적으로 도시하는 도면.
도 37은 톱링(1)으로부터 기판 W를 릴리즈하여 푸셔(160)에 전달하는 모습을 모식적으로 도시하는 측면도.
도 38은 에리어(131) 부근의 톱링 본체(11) 및 멤브레인(13)의 단면도.
도 39는 에리어(131) 부근에 있어서의 멤브레인(13)을 상방으로부터 본 도면.
도 40은 에리어(131) 부근에 있어서의 톱링 본체(11)를 하방으로부터 본 도면.
도 41은 유량계 FS를 사용한 기판 흡착 판정을 행하는 경우의 압력 제어 장치(7)의 구성예를 도시하는 도면.
도 42는 흡착 판정 시의 가압을 설명하는 도면.
도 43은 기판 연마 시의 가압을 설명하는 도면.
도 44는 흡착에 성공한 경우의 기판 W, 멤브레인(13) 및 톱링 본체(11)의 단면을 모식적으로 도시하는 도면.
도 45는 도 38의 변형예인 톱링(11) 및 멤브레인(13)의 단면도.
이하, 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하면서 구체적으로 설명한다.
(제1 실시 형태)
배경 기술의 란에서 설명한 바와 같이, 멤브레인에 형성된 구멍으로부터 진공화함으로써, 기판이 멤브레인에 흡착된다. 멤브레인에 형성된 구멍이 크면, 톱링 내부에서 발생한 분진이 구멍을 통하여 기판을 오염시키거나, 멤브레인과 진공 흡착된 기판 사이로부터 가스가 누설되거나 하는 경우가 있다. 그 때문에 최근에는 멤브레인에 형성되는 구멍을 가능한 한 작게 하는 경향이 있다. 나아가, 구멍을 없애고, 진공화에 의해 멤브레인의 표면 형상을 변형시켜 기판을 흡착하는 것도 행하여지도록 되고 있다.
구멍을 작게 하거나 구멍을 없애거나 하면, 기판의 흡착력이 낮아진다. 기판이 톱링에 충분히 흡착되기 전에 톱링을 이동시키면, 기판을 떨어뜨려 버리는 경우가 있다. 그로 인해, 기판이 톱링에 흡착되어 반송 기구로부터의 전달이 완료된 것을 검출할 필요가 있다. 통상은, 진공화된 에리어의 진공압을 계측하여, 진공압이 소정의 역치에 도달한 것을 가지고, 기판의 전달이 완료되었다고 판정한다.
그러나, 진공화된 에리어의 진공압에 기초하여 판정을 행해도, 반드시 기판과 멤브레인 사이에 충분한 밀착력이 발생하고 있다고는 할 수 없다. 따라서, 안전을 위하여, 역치를 엄격하게 설정하거나, 역치에 도달하여 소정 시간 대기한 후에 톱링을 이동시키거나 해야 한다. 그렇게 하면, 기판의 전달 시간이 원래 필요한 시간보다 길어져 버려, 스루풋이 저하되어 버린다는 문제가 있다.
제1 및 제2 실시 형태는 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 제1 및 제2 실시 형태의 과제는, 확실하게 톱링에 기판을 흡착시킬 수 있는 기판 흡착 방법, 확실하게 기판을 흡착하는 기판 보유 지지 장치 및 그러한 기판 보유 지지 장치를 갖는 기판 연마 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 기판 연마 장치(300)를 포함하는 기판 처리 장치의 개략 상면도이다. 본 기판 처리 장치는, 직경 300㎜ 혹은 450㎜의 반도체 웨이퍼, 플랫 패널, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)나 CCD(Charge Coupled Device) 등의 이미지 센서, MRAM(Magnetoresistive Random A㏄ess Memory)에 있어서의 자성막의 제조 공정 등에 있어서, 다양한 기판을 처리하는 것이다.
기판 처리 장치는, 대략 직사각 형상의 하우징(100)과, 다수의 기판을 스톡하는 기판 카세트가 적재되는 로드 포트(200)와, 1개 또는 복수(도 1에 도시하는 형태에서는 4개)의 기판 연마 장치(300)와, 1개 또는 복수(도 1에 도시하는 형태에서는 2개)의 기판 세정 장치(400)와, 기판 건조 장치(500)와, 반송 기구(600a 내지 600d)와, 제어부(700)를 구비하고 있다.
로드 포트(200)는 하우징(100)에 인접하여 배치되어 있다. 로드 포트(200)에는 오픈 카세트, SMIF(Standard Mechanical Interface) 포드, 또는 FOUP(Front Opening Unified Pod)를 탑재할 수 있다. SMIF 포드, FOUP는 내부에 기판 카세트를 수납하고, 격벽으로 덮음으로써, 외부 공간과는 독립된 환경을 유지할 수 있는 밀폐 용기이다.
기판을 연마하는 기판 연마 장치(300), 연마 후의 기판을 세정하는 기판 세정 장치(400), 세정 후의 기판을 건조시키는 기판 건조 장치(500)는 하우징(100) 내에 수용되어 있다. 기판 연마 장치(300)는 기판 처리 장치의 길이 방향을 따라 배열되고, 기판 세정 장치(400) 및 기판 건조 장치(500)도 기판 처리 장치의 길이 방향을 따라 배열되어 있다.
로드 포트(200), 로드 포트(200)측에 위치하는 기판 연마 장치(300) 및 기판 건조 장치(500)에 둘러싸인 영역에는 반송 기구(600a)가 배치되어 있다. 또한, 기판 연마 장치(300) 및 기판 세정 장치(400) 및 기판 건조 장치(500)와 평행하게 반송 기구(600b)가 배치되어 있다.
반송 기구(600a)는 연마 전의 기판을 로드 포트(200)로부터 수취하여 반송 기구(600b)에 전달하거나, 건조 후의 기판을 기판 건조 장치(500)로부터 수취하거나 한다.
반송 기구(600b)는, 예를 들어 리니어 트랜스포터이며, 반송 기구(600a)로부터 수취한 연마 전의 기판을 기판 연마 장치(300)에 전달한다. 후술하는 바와 같이, 기판 연마 장치(300)에 있어서의 톱링(도시하지 않음)은 진공 흡착에 의해 반송 기구(600b)로부터 기판을 수취한다. 또한, 기판 연마 장치(300)는 연마 후의 기판을 반송 기구(600b)에 릴리즈하고, 그 기판은 기판 세정 장치(400)에 전달된다.
또한, 2개의 기판 세정 장치(400) 사이에, 이들 기판 세정 장치(400) 사이에서 기판의 전달을 행하는 반송 기구(600c)가 배치되어 있다. 또한, 기판 세정 장치(400)와 기판 건조 장치(500) 사이에, 이들 기판 세정 장치(400)와 기판 건조 장치(500) 사이에서 기판의 전달을 행하는 반송 기구(600d)가 배치되어 있다.
제어부(700)는 기판 처리 장치의 각 기기의 움직임을 제어하는 것이며, 하우징(100)의 내부에 배치되어도 되고, 하우징(100)의 외부에 배치되어도 되고, 기판 연마 장치(300), 기판 세정 장치(400) 및 기판 건조 장치(500) 각각에 설치되어도 된다.
도 2a 및 도 2b는, 각각 기판 연마 장치(300)의 개략 사시도 및 단면도이다. 기판 연마 장치(300)는 톱링(1)과, 하부에 톱링(1)이 연결된 톱링 샤프트(2)와, 연마면(3a)을 갖는 연마 테이블(3)과, 연마액을 연마 테이블(3) 위에 공급하는 노즐(4)과, 톱링 헤드(5)와, 지지축(6)을 갖는다.
톱링(1)은 기판 W를 보유 지지하고, 그 하면을 연마면(3a)에 가압한다. 도 2b에 도시한 바와 같이, 톱링(1)은 톱링 본체(캐리어)(11)와, 원환상의 리테이너 링(12)과, 톱링 본체(11)의 하방이면서 또한 리테이너 링(12)의 내측에 설치된 가요성의 멤브레인(13)(탄성막), 톱링 본체(11)와 리테이너 링(12) 사이에 설치된 에어백(14) 등으로 구성된다. 톱링 본체(11)와 멤브레인(13) 사이의 공간을 감압함으로써, 기판 W의 상면이 톱링(1)에 보유 지지된다. 기판 W의 주연은 리테이너 링(12)에 둘러싸이게 되어, 연마 중에 기판 W가 톱링(1)으로부터 튀어나오지 않도록 되어 있다.
톱링 샤프트(2)는 톱링(1)의 상면 중앙에 연결되어 있다. 도시하지 않은 승강 기구가 톱링 샤프트(2)를 승강시킴으로써, 톱링(1)에 보유 지지된 기판 W의 하면이 연마면(3a)에 접촉되거나 이격되거나 한다. 또한, 도시하지 않은 모터가 톱링 샤프트(2)를 회전시킴으로써 톱링(1)이 회전하고, 이에 의해 보유 지지된 기판 W도 회전한다.
연마 테이블(3)의 상면에는 연마면(3a)이 형성된다. 연마 테이블(3)의 하면은 회전축에 접속되어 있어, 연마 테이블(3)은 회전 가능하게 되어 있다. 연마액이 노즐(4)로부터 공급되고, 연마면(3a)에 기판 W의 하면이 접촉한 상태에서 기판 W 및 연마 테이블(3)이 회전함으로써, 기판 W가 연마된다.
톱링 헤드(5)는 일단부에 톱링 샤프트(2)가 연결되고, 타단부에 지지축(6)이 연결된다. 도시하지 않은 모터가 지지축(6)을 회전시킴으로써 톱링 헤드(5)가 요동하여, 톱링(1)이 연마면(3a) 위와, 기판 전달 위치(도시하지 않음) 사이를 오간다.
이러한 기판 연마 장치(300)는 다음과 같이 동작한다. 먼저, 톱링 헤드(5)가 요동함으로써 톱링(1)이 기판 전달 위치로 이동하고, 반송 기구(도시하지 않음)로부터 톱링(1)에 기판 W가 전달된다. 이에 의해, 기판 W의 상면이 톱링(1)에 보유 지지된다. 이 점의 상세는 후술한다.
계속해서, 톱링 헤드(5)가 역방향으로 요동함으로써 톱링(1)이 연마면(3a) 위로 이동하고, 또한 톱링 샤프트(2)가 하강함으로써 연마면(3a) 위에 기판 W의 하면을 접촉시킨다. 그리고, 노즐(4)로부터 연마면(3a) 위에 연마액을 공급하면서 톱링(1) 및 연마 테이블(3)이 회전하여, 기판 W가 연마된다. 연마 후, 톱링(1)이 다시 기판 W의 보유 지지를 행한 후, 톱링 헤드(5)가 요동함으로써 톱링(1)이 기판 전달 위치로 이동한다.
계속해서, 기판 전달 위치에 있어서의, 반송 기구(600b)로부터 톱링(1)으로의 기판 전달에 대하여 설명한다.
도 3a 내지 도 3c 및 도 4는, 반송 기구(600b)로부터 톱링(1)으로의 기판 전달을 설명하는 도면이다. 도 3a 내지 도 3c는 반송 기구(600b) 및 톱링(1)을 측방으로부터 본 도면이며, 도 4는 이들을 상방으로부터 본 도면이다.
도 3a 내지 도 3c에 도시한 바와 같이, 반송 기구(600b)(보다 상세하게는, 그 핸드(601)) 위에 기판 W가 적재된다. 도 4에 도시한 바와 같이, 핸드(601)는 기판 W의 하면의 외주측의 일부를 지지한다. 반송 기구(600b)는 도시하지 않은 승강 기구에 의해 승강한다.
또한, 기판 W의 전달에는 리테이너 링 스테이션(800)이 사용된다. 도 3a에 도시한 바와 같이, 리테이너 링 스테이션(800)은, 톱링(1)의 리테이너 링(12)을 밀어올리는 밀어올림 핀(801)을 갖는다. 또한, 리테이너 링 스테이션(800)은 릴리스 노즐을 가져도 되지만, 도시하고 있지 않다. 도 4에 도시한 바와 같이, 밀어올림 핀(801)과 핸드(601)가 서로 접촉하지 않도록 배치되어 있다.
반송 기구(600b) 및 톱링(1)은 다음과 같이 동작하여, 기판 W를 반송 기구(600b)로부터 톱링(1)에 전달한다. 먼저 도 3a에 도시한 바와 같이, 톱링(1)이 하강함과 함께, 반송 기구(600b)가 상승한다. 톱링(1)의 하강에 의해, 밀어올림 핀(801)이 리테이너 링(12)을 밀어올린다. 또한, 기판 W가 멤브레인(13)에 접근한다.
또한 반송 기구(600b)가 상승하면, 도 3b에 도시한 바와 같이 기판 W의 상면이 멤브레인(13)의 하면에 접촉한다. 이 상태에서, 후술하도록 하여 기판 W가 멤브레인(13)에 흡착된다. 그 때, 확실하게 흡착되었는지 여부, 바꾸어 말하면, 기판 W의 전달이 완료되었는지 여부의 판정이 행하여진다. 완료되었다고 판정되면, 도 3c에 도시하는 바와 같이 톱링(1)이 상승함과 함께, 반송 기구(600b)가 하강한다.
계속해서, 기판 W의 흡착과, 그 완료의 판정에 대하여 설명한다.
도 5는 톱링(1)의 구조를 모식적으로 도시하는 단면도이다. 멤브레인(13)에는, 톱링 본체(11)를 향하여 상방으로 연장되는 주위벽(13a 내지 13h)이 형성되어 있다. 이들 주위벽(13a 내지 13h)에 의해 멤브레인(13)의 상면과 톱링 본체(11)의 하면 사이에, 주위벽(13a 내지 13h)에 의해 구획된 동심원상의 에리어(131 내지 138)가 형성된다.
또한, 멤브레인(13)의 에리어(131 내지 138)가 형성된 위치에는 구멍이 형성되어 있어도 되지만, 바람직하게는 그 구멍은 가능한 한 미세하다. 더욱 바람직하게는, 멤브레인(13)에는 구멍이 형성되어 있지 않다. 본 실시 형태에서는, 그러한 경우이며 흡착력이 강하지 않은 경우에도 기판 W가 톱링(1)에 흡착된 것을 고정밀도로 판정함으로써, 기판 W가 낙하되는 것을 방지할 수 있다.
톱링 본체(11)를 관통하여 에리어(131 내지 138)에 각각 연통되는 유로(141 내지 148)가 형성되어 있다. 또한, 리테이너 링(12)의 바로 위에는 탄성막을 포함하는 리테이너실(139)이 설치되어 있고, 리테이너실(139)에 연통되는 유로(149)가 마찬가지로 형성되어 있다. 유로(141 내지 149)는 압력 제어 수단(15)에 접속되어 있어, 에리어(131 내지 138) 및 리테이너실(139) 내의 압력이 제어된다.
본 실시 형태에서는, 구체예로서 중앙측에 위치하는 에리어(131 내지 134)는 각각 유로(141 내지 144)를 통하여 가압 및 진공화할 수 있고, 외측에 위치하는 에리어(135 내지 138) 및 리테이너실(139)은 각각 유로(145 내지 149)를 통하여 대기 개방할 수 있는 것으로 한다.
도 6은 압력 제어 수단(15)의 내부 구성의 일례를 도시하는 도면이다. 유로(141 내지 144)에 관한 구성은 공통되므로, 유로(141)만 도시하고 있다. 마찬가지로, 유로(145 내지 149)에 관한 구성은 공통되므로, 유로(145)만 도시하고 있다.
유로(141)에는 유량계(161a)가 설치되고, 에리어(131)에 유입되는(또는 에리어(131)로부터 유출되는) 가스의 유량을 계측한다. 또한, 유로(141)에는 압력계(161b)가 설치되어, 에리어(131)의 압력을 계측한다.
유량계(161a) 및 압력계(161b)의 선단에 있어서 유로(141)는 분기되어 있어, 한쪽은 밸브(171a)를 개재하여 유체 공급원(18)에 접속되고, 다른 쪽은 밸브(171b)를 개재하여 진공원(19)에 접속되어 있다. 밸브(171a)를 개방하여 유체 공급원(18)으로부터 질소 등의 가스를 공급함으로써, 에리어(131)를 가압할 수 있다. 또한, 밸브(171b)를 개방하여 진공원(19)이 진공화를 행함으로써, 에리어(131)를 진공화(감압)할 수 있다.
여기서, 에리어(131)와 유량계(161a) 및 압력계(161b) 사이는 단일 배관으로 되어 있고 분기되어 있지 않은 것이 바람직하다. 에리어(131)로부터 나오고/에리어(131)에 들어가는 가스의 거의 모두가 유량계(161a) 및 압력계(161b)를 통하게 되어, 유량계(161a) 및 압력계(161b)가 밸브(171a, 171b)의 개폐 상태와 상관없이 에리어(131)의 가스 유량 및 압력의 계측을 각각 행할 수 있기 때문이다.
물론, 누설이 없는 경우나, 밸브를 적절한 위치에 설치하고 가스의 유로를 잘라 나누는 경우에는 에리어(131)와 유량계(161a) 및 압력계(161b) 사이에 분기가 있어도 된다.
또한, 도시하지 않았으나, 유로(142 내지 144)에 설치되는 유량계 및 압력계를, 각각 유량계(162a 내지 164a) 및 압력계(162b 내지 164b)라고 칭한다.
한편, 유로(145)에는 유량계(165a) 및 압력계(165b)가 설치된다. 이들의 선단에 있어서, 유로(145)는 밸브(175)를 개재하여 대기에 연통되어 있다. 밸브(175)를 개방함으로써, 에리어(135)를 대기 개방할 수 있다. 또한, 도시하고 있지 않으나, 유로(146 내지 149)에 설치되는 유량계 및 압력계를, 각각 유량계(166a 내지 169a) 및 압력계(166b 내지 169b)라고 칭한다.
또한, 도 6은 어디까지나 일례에 지나지 않으며, 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 유로(145 내지 149)에 대하여, 분기를 형성하고 밸브를 개재하여 유체 공급원(18) 및/또는 진공원(19)과도 접속되거나, 대기에 연통되는 대신 유체 공급에 의해 대기압으로 할 수 있도록 하거나 해도 된다. 또한, 유로(141 내지 144)에 대하여, 또한 분기를 설치하여 밸브를 통하여 대기에 연통되도록 해도 된다. 어느 경우든, 유량계 및 압력계와 에리어 사이에 분기가 없도록 하는 것이 좋다.
도 5로 되돌아가, 톱링(1)은 압력 제어 수단(15)에 접속된 판정 수단(1A)을 구비하고 있다. 판정 수단(1A)은, 후술한 바와 같이 하여 유량계(161a 내지 169a) 및 압력계(161b 내지 169b) 중 필요한 계측 결과에 기초하여, 기판 W가 톱링(1)의 멤브레인(13)에 흡착되었는지 여부, 즉 반송 기구(600b)로부터 톱링(1)으로의 기판 W의 전달이 완료했는지 여부를 판정한다.
도 7a는 기판 W의 흡착 완료 판정을 포함하는, 기판 W의 전달 수순을 나타내는 흐름도이다.
먼저, 반송 기구(600b)를 지지 부재로 하여, 기판 W의 상면과 멤브레인(13)의 하면을 접촉시킨다. 구체적으로는, 도 3a 내지 도 3c를 사용하여 설명한 바와 같이, 기판 W의 하면을 지지한 반송 기구(600b)가 상승함과 함께 톱링(1)이 하강함으로써(스텝 S1), 기판 W의 상면과 멤브레인(13)의 하면이 접촉한다(스텝 S2).
계속해서, 톱링 본체(11)와 멤브레인(13) 사이에 형성된 에리어(131 내지 138) 중 중심측의 에리어를 압력 제어 수단(15)이 진공화된다(스텝 S3).
진공화되는 에리어의 수가 많을수록 흡착력이 높아지는 것을 고려하여, 적절한 수의 에리어를 진공화하면 된다. 예를 들어, 그다지 높은 흡착력이 필요없는 경우에는 에리어(131)만을 진공화하면 되고, 높은 흡착력이 필요한 경우에는 에리어(131 내지 134)를 진공화하면 된다. 이하에서는, 에리어(131 내지 134)를 진공화하는 것으로 한다. 이 경우, 밸브(171b 내지 174b)만을 개방한 상태에서, 진공원(19)을 작동시키면 된다. 또한, 에리어(134) 내의 멤브레인(13)에는 상술한 작은 구멍을 소정의 동심원상으로 복수 균등 배치시켜도 된다.
도 8a 및 도 8b는 각각 진공화 전후의 멤브레인(13) 및 기판 W를 측방으로부터 본 도면이다. 도 8a에 도시한 바와 같이, 진공화 전은 멤브레인(13)은 거의 평탄하며, 에리어(131 내지 138)는 대기압이다. 에리어(131 내지 134)를 진공화하면, 도 8b에 도시한 바와 같이, 멤브레인(13)이 조금 변형되어, 흡반 효과에 의해 기판 W의 중앙부가 멤브레인(13)에 흡착됨과 함께, 기판 W의 외주부와 멤브레인(13)의 외주부가 밀착되어 시일 효과가 생겨, 기판 W가 멤브레인(13)에 견고하게 흡착된다.
이때, 진공화된 에리어(131 내지 134)의 압력은 감소하여 진공에 가까워진다. 또한, 에리어(135 내지 138)(특히 에리어(135))는 멤브레인(13)이 톱링 본체(11)측에 끌어당겨짐으로써, 용적이 작아진다. 그로 인해, 에리어(135 내지 138) 내에 있던 가스가 유로(145 내지 148)로부터 유출된다.
즉, 에리어(135 내지 138)의 용적이 작아진 점에서 기판 W가 멤브레인(13)에 흡착된 것을 검출할 수 있고, 에리어(135 내지 138)의 용적이 작아진 것은 유량계(165a 내지 168a)의 유량으로부터 검출할 수 있다.
또한, 진공화되지 않는 에리어(135 내지 138)용 밸브(175 내지 178)는 개방해 두고, 에리어(135 내지 138)를 가압하지 않고 대기압으로 하는 것이 바람직하다. 에리어(135 내지 138)를 가압하는 것도 생각할 수 있지만, 그렇게 하면 멤브레인(13)이 크게 궁 형상으로 만곡되고, 그것에 수반하여 기판 W도 만곡되어 기판 W에 부하가 걸려 버리기 때문이다.
도 7a로 되돌아가, 에리어(131 내지 134)의 진공화를 개시하면, 대응하는 유로(141 내지 144)에 설치된 압력계(161b 내지 164b)가 각각 에리어(131 내지 134)의 압력을 계측하고(스텝 S4), 그 결과는 판정 수단(1A)으로 전해진다.
또한, 에리어(134 내지 134)의 진공화를 개시하면, 에리어(131 내지 134)의 외측에 있는 에리어(135 내지 138)에 대응하는 유로(145 내지 148)에 설치된 유량계(165a 내지 168a)가 각각 유량을 계측하고(스텝 S5), 그 결과는 판정 수단(1A)으로 전해진다. 유량계(165a 내지 168a)는 상술한 바와 같이 에리어(135 내지 138)로부터 유출되는 가스의 양을 계측한다.
판정 수단(1A)은 적어도 유량계(165a)의 계측 결과에 기초하여, 필요에 따라 압력계(161b 내지 164b) 및 유량계(166a 내지 168a)의 계측 결과도 고려하여, 기판 W가 톱링(1)에 흡착되었는지 여부를 판정한다(스텝 S6).
도 9는 진공화 개시 후의 압력계(164b) 및 유량계(165a)의 계측 결과를 모식적으로 도시하는 도면이다. 좌측의 종축이 압력을 나타내고 있으며, 우측의 종축이 유량(에리어(135)로부터 유출되는 방향을 정(+))을 나타내고 있다. 시각 t0에 있어서 진공화를 개시하면, 에리어(134) 내의 압력은 저하되어, 대기압으로부터 진공에 가까워진다. 한편, 진공화를 개시하면, 에리어(135)의 용적이 작아지는 것에 수반하여, 에리어(135)로부터의 가스 유출이 일어난다.
판정 수단(1A)은 에리어(135)로부터의 가스 유출량에 기초하여, 기판 W가 멤브레인(13)에 충분히 흡착되었는지, 바꾸어 말하면, 기판 W의 전달이 완료되었는지 여부를 판정할 수 있다. 구체예로서, 판정 수단(1A)은 가스 유출량이 소정의 역치Fth에 도달한 시점(시각 t1)에서 전달이 완료되었다고 판정해도 되고, 가스 유출량이 극대화된 시점, 즉 증가로부터 감소로 바뀐 시점(시각 t2)에서 전달이 완료되었다고 판정해도 된다. 혹은, 판정 수단(1A)은 총 가스 유출량, 즉 가스 유출량의 시간 적분값이 소정의 역치에 도달한 시점에서 전달이 완료되었다고 판정해도 된다. 기타, 판정 수단(1A)은 가스 유출량의 미분값이나 차분값을 사용하여 판정해도 된다.
또한, 진공화된 에리어(131 내지 134)에 가까운 에리어(135)에 있어서, 가장 큰 가스 유출이 발생하기 때문에, 판정 수단(1A)은 에리어(135)로부터의 가스 유출량에 기초하는 판정을 행하는 것이 바람직하지만, 에리어(135)로부터의 가스 유출량 대신에/그 외에 추가로 에리어(136 내지 138)로부터의 가스 유출량에 기초하여 판정을 행해도 상관없다.
또한, 보다 정확하게 판정하기 위하여, 판정 수단(1A)은 에리어(134)의 압력도 고려하여 기판 W의 전달이 완료되었는지 여부를 판정해도 된다. 예를 들어, 상기 가스 유출량에 관한 조건 외에, 에리어(134)의 압력이 소정의 역치에 도달한 것을 갖고 전달이 완료되었다고 판정해도 된다. 또한, 에리어(134)의 압력 대신에/그에 추가로 에리어(131 내지 133)의 압력에 기초하여 판정을 행해도 상관없다.
본 실시 형태의 판정 수단(1A)은, 진공화되어 있지 않은 에리어에 있어서의 가스의 유량을 사용하여 판정을 행한다. 도 8b에 도시한 당해 에리어의 용적 변화를 검출하기 위해서는, 에리어의 압력을 사용하는 것과, 가스의 유량을 사용하는 것을 생각할 수 있지만, 후자가 더 적합하다. 에리어와 압력계가 이격된 장소에 설치되어 있으면, 에리어의 압력을 빠르고 정확하게 계측할 수 없는 경우도 있기 때문이다.
도 7a로 되돌아가, 기판 W가 톱링(1)에 흡착되었다고 판정 수단(1A)이 판정하면(스텝 S6의 "예"), 톱링(1)이 상승함과 함께 반송 기구(600b)가 하강한다(스텝 S7). 즉, 기판 W가 흡착된 멤브레인(13)과 반송 기구(600b)를 이격시킨다. 판정 수단(1A)이 유량에 기초하는 판정을 행한 후에 톱링(1)과 반송 기구(600b)를 이격하기 때문에, 기판 W의 흡착이 불충분하여 낙하되어 버리는 것을 억제할 수 있다.
한편, 기판 W가 톱링(1)에 흡착되어 있지 않다고 판정 수단(1A)이 판정하면(스텝 S6의 "아니오"), 리트라이 모드로 이동한다.
리트라이 모드의 일례로서, 에리어(131 내지 138)를 일단 대기 개방하고(스텝 S31), 스텝 S3으로 되돌아가 진공화를 다시 해도 된다.
리트라이 모드의 다른 예로서, 에리어(131 내지 138)를 저압(예를 들어 50hPa)에서 가압하고(스텝 S32), 그 후에 에리어(131 내지 138)를 대기 개방하고(스텝 S31), 스텝 S3으로 되돌아가 진공화를 다시 해도 된다. 이에 의해, 에리어(131 내지 138)의 용적을 보다 확실하게 회복시킨 후, 다시 진공화를 할 수 있다.
리트라이 모드의 또 다른 예로서, 톱링 샤프트(2)(도 1 및 도 2 참조)를 약간(예를 들어 1 내지 2㎜) 상승시키고(스텝 S33), 그 후에 필요에 따라 에리어(131 내지 138)를 저압에서 가압(스텝 S32)한 후에 에리어(131 내지 138)를 대기 개방하고(스텝 S31), 톱링 샤프트(2)를 원래의 위치로 내리고 나서(스텝 S34), 스텝 S3으로 되돌아가 진공화를 다시 해도 된다. 이에 의해, 에리어(131 내지 138)의 용적을 더욱 확실하게 회복시킨 후, 다시 진공화를 할 수 있다.
또한, 도 7b에 도시한 바와 같이, 기판 W와 멤브레인(13)이 접촉하기(스텝 S2)보다 전에, 예를 들어 톱링(1)이 하강하여 반송 기구(600b)가 한창 상승하고 있는 중(스텝 S1)이나 그 전에, 압력 제어 수단(15)은 에리어(131 내지 138) 중 적어도 1개, 바람직하게는 스텝 S3에서 진공화되는 에리어를 가압한다(스텝 S41). 또한 그 가압 후, 압력 제어 수단(15)에 의해 그 진공화되는 에리어를 대기압 상태로 해도 되고, 밸브(171)(밸브(171a, 171b)) 이외에 이들 밸브의 배치와 마찬가지로 분기되어, 대기에 연통 가능한 제3 밸브(도시하지 않음)를 별도 설치하고, 이 제3 밸브만 개방하고 대기압 상태로 해도 된다(스텝 S42).
이에 의해, 가령 멤브레인(13)의 상면과 톱링 본체(11)의 하면이 밀착된 상태에 있었다고 해도, 가압에 의해 그 상태가 해제되어, 멤브레인(13)의 하면이 기판 W에 대하여 평탄하거나 또는 아래로 볼록한 형상으로 된다. 그 결과, 기판 W와 멤브레인(13)이 접촉하는 면적을 크게 할 수 있다. 특히 아래로 볼록한 형상으로 되어 있으면, 기판 W의 중앙부를 확실하게 멤브레인(13)과 접촉시킬 수 있다. 이 상태에서 중심의 에리어를 진공화함으로써, 기판 W의 흡착이 확실한 것으로 된다. 또한, 기판 W와 멤브레인(13)이 접촉하기 전에 미리 이러한 가압을 행함으로써, 스루풋의 저하도 피할 수 있다.
이와 같이, 제1 실시 형태에서는, 반송 기구(600b)로부터 톱링(1)에 기판 W를 전달할 때, 진공화된 에리어의 외측에 있는 에리어로부터 유출되는 가스의 유량에 기초하여, 기판 W가 톱링(1)에 흡착되었는지 여부를 판정한다. 그로 인해, 전달 완료를 고정밀도로 검출할 수 있다. 또한, 기판 W나 멤브레인(13)의 표면에 개체차가 있어도 전달 완료를 고정밀도로 검출할 수 있기 때문에, 기판 W의 전달 시간을 적정화할 수 있어, 스루풋이 향상된다.
또한, 도 6에서 설명한 압력 제어 수단(15)은 일례에 지나지 않으며, 다양한 변형이 가능하다.
예를 들어, 도 10에 도시한 바와 같이, 배관이 2분기되어 있으며, 임의의 에리어와 분기 사이에 압력계 P를 배치해도 된다. 그리고, 분기의 한쪽의 선단에 유체 공급원(18)을 설치하고, 분기와 유체 공급원(18) 사이에 밸브 및 유량계 F를 배치해도 된다. 또한, 분기의 다른 쪽의 선단에 진공원(19)을 설치하고, 분기와 진공원(19) 사이에 밸브 및 압력계 P를 배치해도 된다. 유체 공급원(18)이 예를 들어 전공 레귤레이터인 경우, 압력 명령을 대기압(제로압)으로 설정함으로써, 대기 개방과 등가가 된다.
또한, 도 11에 도시한 바와 같이, 배관이 3분기되어 있으며, 임의의 에리어와 분기 사이에 압력계 P를 배치해도 된다. 그리고, 분기의 하나의 선단에 유체 공급원(18)을 설치하고, 분기와 유체 공급원(18) 사이에 밸브 및 유량계 F를 배치해도 된다. 또한, 분기의 다른 하나의 선단에 진공원(19)을 설치하고, 분기와 진공원(19) 사이에 밸브 및 압력계 P를 배치해도 된다. 또한, 분기의 또 다른 하나의 선단을 대기 개방하고, 분기와의 사이에 밸브 및 유량계 F를 배치해도 된다.
(제2 실시 형태)
상술한 제1 실시 형태에서는, 반송 기구(600b)로부터 톱링(1)에 기판 W를 전달할 때의 동작에 관한 것이었다. 이에 대해 다음에 설명하는 제2 실시 형태에서는, 기판 W의 연마 완료 후에 연마 테이블(3)로부터 톱링(1)을 이격할 때에 톱링(1)에 기판 W를 흡착시키는 동작에 관한 것이다. 이하, 제1 실시 형태와의 상위점을 중심으로 설명한다.
도 12는 기판 W의 흡착 완료 판정을 포함하는, 기판 W의 흡착 수순을 나타내는 흐름도이다. 또한, 도 7a와 동일한 공정에는 동일한 부호를 부여하고 있다.
도 2a 및 도 2b를 사용하여 설명한 바와 같이 하여 톱링(1)에 보유 지지된 기판 W의 연마가 완료된다(스텝 S11). 이 상태에서는, 연마 테이블(3)을 지지 부재로서, 기판 W의 상면이 멤브레인(13)의 하면에 접촉하고 있다. 기판 W를 연마할 때, 효율적으로 연마를 행하기 위하여 에리어(131 내지 138)의 어느 하나를 가압하여 기판 W를 연마 테이블(3)에 가압하는 경우도 있다. 그로 인해, 연마의 완료 후에 기판 W를 연마 테이블(3) 위로부터 이동시킬 때, 재차 기판 W를 톱링(1)에 흡착시킬 필요가 있다.
그로 인해, 도 7a와 마찬가지의 스텝 S3 내지 S6의 동작을 행한다. 즉, 우선은 압력 제어 수단(15)이 중심의 에리어를 진공화한다(스텝 S3). 여기서, 연마면(3a)과 기판 W 사이에는 노즐(4)로부터 공급된 연마액이 개재하고 있다. 그로 인해, 기판 W를 연마면(3a)으로부터 이격하여 톱링(1)에 흡착시키기 위해서는, 약간 높은 흡착력을 필요로 한다. 따라서, 가령록 제1 실시 형태에서 설명한 반송 기구(600b)로부터 톱링(1)으로의 기판 전달에서는 중심의 에리어(131)만의 진공화로 되는 경우에도 본 실시 형태에 있어서는 에리어(131 내지 134)를 진공화해야 하는 경우도 있다.
그 후, 각 압력계가 진공화된 에리어의 압력을 계측함과 함께(스텝 S4), 각 유량계가 진공화된 에리어의 외측의 에리어의 유량을 계측한다(스텝 S5). 그리고, 기판 W가 톱링(1)(보다 상세하게는, 그 멤브레인(13)의 하면)에 흡착되었는지 여부를 판정 수단(1A)이 판정한다(스텝 S6). 흡착이 확인되면, 톱링(1)이 상승함으로써(스텝 S12), 기판 W가 흡착된 멤브레인(13)과 연마 테이블(3)을 이격시킨다.
이와 같이, 제2 실시 형태에서는, 기판 W의 연마 후에 기판 W를 톱링(1)에 흡착시킬 때, 진공화된 에리어의 외측에 있는 에리어로부터 유출되는 가스의 유량에 기초하여, 기판 W가 톱링(1)에 흡착되었는지 여부를 판정한다. 그로 인해, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 흡착 완료를 고정밀도로 검출할 수 있다. 또한, 기판 W나 멤브레인(13)의 표면에 개체차가 있어도 전달 완료를 고정밀도로 검출할 수 있기 때문에, 기판 W의 흡착 시간을 적정화할 수 있어, 스루풋이 향상된다.
(제3 실시 형태)
배경 기술의 란에서 설명한 바와 같이, 멤브레인에 형성된 구멍으로부터 진공화함으로써, 기판이 멤브레인에 흡착된다. 그러나, 구멍이 있는 에리어에 물 등의 액체가 들어가고, 이에 의해 기판에 가해지는 압력이 불안정해지는 경우도 있다. 그 때문에 최근에는 멤브레인에 형성되는 구멍을 가능한 한 작게 하는 경향이 있다. 나아가, 구멍을 없애고, 진공화에 의해 멤브레인의 표면 형상을 변형시켜 기판을 흡착하는 것도 행하여지도록 되어 있다.
구멍을 작게 하거나 구멍을 없애거나 하면, 기판의 흡착력이 낮아진다. 기판이 톱링에 충분히 흡착되기 전에 톱링을 이동시키면, 기판을 떨어뜨려 버리는 경우가 있다. 그로 인해, 기판이 톱링에 흡착되어 반송 기구로부터의 전달이 완료된 것을 검출할 필요가 있다. 통상은, 진공화된 에리어의 진공압을 계측하여, 진공압이 소정의 역치에 도달한 것을 가지고, 기판의 전달이 완료되었다고 판정한다.
그러나, 진공화된 에리어의 진공압에 기초하여 판정을 행해도, 반드시 기판과 멤브레인 사이에 충분한 밀착력이 발생하고 있다고는 할 수 없다. 따라서, 안전을 위하여, 역치를 엄격하게 설정하거나, 역치에 도달하여 소정 시간 대기한 후에 톱링을 이동시키거나 해야 한다. 그렇게 하면, 기판의 전달 시간이 원래 필요한 시간보다 길어져 버려, 스루풋이 저하되어 버린다는 문제가 있다.
또한, 일단 기판이 흡착된 후에도 톱링이 기판을 반송할 때에 흡착력이 저하되어, 기판을 떨어뜨려 버릴 수도 있다.
제3 내지 제7 실시 형태는 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 제3 내지 제7 실시 형태의 과제는 기판을 적절하게 취급할 수 있는 탄성막, 기판 보유 지지 장치, 그러한 기판 보유 지지 장치를 갖는 기판 연마 장치, 그러한 기판 보유 지지 장치에 있어서의 기판 흡착 판정 방법 및 압력 제어 방법을 제공하는 것이다.
도 13은 본 실시 형태에 관한 기판 연마 장치(300)의 개략 단면도이며, 도 2b와 대응하고 있다. 이하, 도 2a 및 도 13을 사용하여 설명한다. 기판 연마 장치(300)는 톱링(1)과, 하부에 톱링(1)이 연결된 톱링 샤프트(2)와, 연마 패드(3a)를 갖는 연마 테이블(3)과, 연마액을 연마 테이블(3) 위에 공급하는 노즐(4)과, 톱링 헤드(5)와, 지지축(6)을 갖는다.
톱링(1)은 기판 W를 보유 지지하는 것이며, 도 13에 도시한 바와 같이 톱링 본체(11)(캐리어), 원환상의 리테이너 링(12), 톱링 본체(11)의 하방이면서 또한 리테이너 링(12)의 내측에 설치된 가요성의 멤브레인(13)(탄성막), 톱링 본체(11)와 리테이너 링(12) 사이에 설치된 에어백(14), 압력 제어 장치(7) 등으로 구성된다.
리테이너 링(12)은 톱링 본체(11)의 외주부에 설치된다. 보유 지지된 기판 W의 주연은 리테이너 링(12)에 둘러싸이게 되어, 연마 중에 기판 W가 톱링(1)으로부터 튀어나오지 않도록 되어 있다. 또한, 리테이너 링(12)은 1개의 부재이어도 되고, 내측 링 및 그의 외측에 설치된 외측 링을 포함하는 이중 링 구성이어도 된다. 후자의 경우, 외측 링을 톱링 본체(11)에 고정하고, 내측 링과 톱링 본체(11) 사이에 에어백(14)을 설치해도 된다.
멤브레인(13)은 톱링 본체(11)와 대향하여 설치된다. 그리고, 멤브레인(13)의 상면은 톱링 본체(11)와의 사이에 복수의 동심원상의 에리어를 형성한다. 1개 또는 복수의 에리어를 감압함으로써, 멤브레인(13)의 하면이 기판 W의 상면을 보유 지지할 수 있다.
에어백(14)은 톱링 본체(11)와 리테이너 링(12) 사이에 설치된다. 에어백(14)에 의해, 리테이너 링(12)은 톱링 본체(11)에 대하여 연직 방향으로 상대 이동할 수 있다.
압력 제어 장치(7)는 톱링 본체(11)와 멤브레인(13) 사이에 유체를 공급하거나, 진공화하거나, 대기 개방하거나 하여, 톱링 본체(11)와 멤브레인(13) 사이에 형성되는 각 에리어의 압력을 개별로 조정한다. 또한, 압력 제어 장치(7)는 기판 W가 멤브레인(13)에 흡착되었는지 여부를 판정한다. 압력 제어 장치(7)의 구성에 대해서는, 상세히 후술한다.
도 2a에 있어서, 톱링 샤프트(2)의 하단부는 톱링(1)의 상면 중앙에 연결되어 있다. 도시하지 않은 승강 기구가 톱링 샤프트(2)를 승강시킴으로써, 톱링(1)에 보유 지지된 기판 W의 하면이 연마 패드(3a)에 접촉되거나 이격되거나 한다. 또한, 도시하지 않은 모터가 톱링 샤프트(2)를 회전시킴으로써 톱링(1)이 회전하고, 이에 의해 보유 지지된 기판 W도 회전한다.
연마 테이블(3)의 상면에는 연마 패드(3a)가 설치된다. 연마 테이블(3)의 하면은 회전축에 접속되어 있고, 연마 테이블(3)은 회전 가능하게 되어 있다. 연마액이 노즐(4)로부터 공급되고, 연마 패드(3a)에 기판 W의 하면이 접촉한 상태에서 기판 W 및 연마 테이블(3)이 회전함으로써, 기판 W가 연마된다.
도 13의 톱링 헤드(5)는 일단부에 톱링 샤프트(2)가 연결되고, 타단부에 지지축(6)이 연결된다. 도시하지 않은 모터가 지지축(6)을 회전시킴으로써 톱링 헤드(5)가 요동하고, 톱링(1)이 연마 패드(3a) 위와, 기판 전달 위치(도시하지 않음) 사이를 오간다.
계속해서, 도 1의 반송 기구(600b)로부터 도 2a 및 도 13의 톱링(1)에 기판을 전달할 때의 동작을 도 3a 내지 도 3c 및 도 4를 사용하여 설명한다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 반송 기구(600b)의 핸드(601) 위에 기판 W가 적재되어 있다. 또한, 기판 W의 전달에는 리테이너 링 스테이션(800)이 사용된다. 리테이너 링 스테이션(800)은, 톱링(1)의 리테이너 링(12)을 밀어올리는 밀어올림 핀(801)을 갖는다. 또한, 리테이너 링 스테이션(800)은 릴리스 노즐을 가져도 되지만, 도시하고 있지 않다.
도 4에 도시한 바와 같이, 핸드(601)는 기판 W의 하면의 외주측의 일부를 지지한다. 그리고, 밀어올림 핀(801)과 핸드(601)가 서로 접촉하지 않도록 배치되어 있다.
도 3a에 도시한 상태에서, 톱링(1)이 하강함과 함께, 반송 기구(600b)가 상승한다. 톱링(1)의 하강에 의해, 밀어올림 핀(801)이 리테이너 링(12)을 밀어올려 기판 W가 멤브레인(13)에 접근한다. 또한 반송 기구(600b)가 상승하면, 기판 W의 상면이 멤브레인(13)의 하면에 접촉한다(도 3b).
이 상태에서, 멤브레인(13)과 톱링 본체(11) 사이에 형성된 에리어를 감압함으로써, 톱링(1)의 멤브레인(13)의 하면에 기판 W가 흡착된다. 단, 경우에 따라서는 멤브레인(13)의 하면에 기판 W가 흡착되지 않거나, 일단 흡착된 후에 낙하하거나 해 버릴 수도 있다. 그로 인해, 본 실시 형태에서는, 후술한 바와 같이 하여 기판 W가 멤브레인(13)에 흡착되어 있는지 여부의 판정(기판 흡착 판정)을 행한다.
그 후, 반송 기구(600b)는 하강한다(도 3c).
계속해서, 톱링(1)에 대하여 설명한다.
도 14a는 제3 실시 형태에 있어서의 톱링(1)의 구조를 모식적으로 도시하는 단면도이다. 멤브레인(13)에는 톱링 본체(11)를 향하여 상방으로 연장되는 주위벽 (13a 내지 13h)이 형성되어 있다. 이들 주위벽(13a 내지 13h)에 의해 멤브레인(13)의 상면과 톱링 본체(11)의 하면 사이에, 주위벽(13a 내지 13h)에 의해 구획된 동심원상의 에리어(131 내지 138)가 형성된다. 또한, 멤브레인(13)의 하면에는 구멍이 형성되어 있지 않은 것이 바람직하다.
톱링 본체(11)를 관통하여 일단부가 에리어(131 내지 138)에 각각 연통되는 유로(141 내지 148)가 형성되어 있다. 또한, 리테이너 링(12)의 바로 위에는 탄성막을 포함하는 에어백(14)이 설치되어 있고, 일단부가 에어백(14)에 연통되는 유로(149)가 마찬가지로 형성되어 있다. 유로(141 내지 149)의 타단부는 압력 제어 장치(7)에 접속되어 있다. 유로(141 내지 149) 위에 압력 센서나 유량 센서를 설치해도 된다.
또한 기판 흡착 판정용으로, 톱링 본체(11)를 관통하여 일단부가 에리어(131)에 연통되는 유로(150)가 형성되어 있다. 유로(150)의 타단부는 대기 개방된다.
압력 제어 장치(7)는 각 유로(141 내지 149)에 각각 설치된 밸브 V1 내지 V9 및 압력 레귤레이터 R1 내지 R9와, 제어부(71)와, 압력 조정기(72)를 갖는다. 또한, 기판 흡착 판정용으로, 압력 제어 장치(7)는 유로(150)에 설치된 밸브 V10 및 유량계 FS와, 판정부(73)를 갖는다. 또한, 밸브 V10을 폐쇄한 경우에는 유량이 발생하지 않기 때문에, 밸브 V10과 유량계 FS의 설치순은 상관하지 않는다.
제어부(71)는 밸브 V1 내지 V10, 압력 레귤레이터 R1 내지 R9 및 압력 조정기(72)를 제어한다.
압력 조정기(72)는 유로(141 내지 149)의 일단부에 접속되고, 제어부(71)의 제어에 따라 에리어(131 내지 138) 및 에어백(14)의 압력 조정을 행한다. 구체적으로는, 압력 조정기(72)는 각 유로(141 내지 149)를 통하여 에어 등의 유체를 공급하여 에리어(131 내지 138) 및 에어백(14)을 가압하거나, 진공화하여 에리어(131 내지 138) 및 에어백(14)을 감압하거나, 에리어(131 내지 138) 및 에어백(14)을 대기 개방하거나 한다.
도 14a의 경우에는 각 유로(141 내지 149)에 각각 1개씩의 밸브 V1 내지 V9가 접속된 예가 도시되어 있다. 도 14b는 도 14a의 변형예이며, 각 유로(141 내지 149)에 대하여 복수의 밸브가 접속되어 있어도 된다. 도 14b는 예로서 유로(143)의 3개의 밸브 V3-1, V3-2 및 V3-3을 접속한 경우를 도시하고 있다. 밸브 V3-1은 압력 레귤레이터 R3에 접속되고, 밸브 V3-2는 대기 개방원에 접속되고, 밸브 V3-3은 진공원에 접속되어 있다. 에리어(133)를 가압하는 경우에는 밸브 V3-2 및 V3-3을 폐쇄하고, 밸브 V3-1을 개방하여 압력 레귤레이터 R3을 작동시킨다. 에리어(133)를 대기 개방 상태로 하는 경우에는 밸브 V3-1 및 V3-3을 폐쇄하고, 밸브 V3-2을 개방한다. 에리어(133)를 진공 상태로 하는 경우에는 밸브 V3-1 및 V3-2를 폐쇄하고, 밸브 V3-3을 개방한다.
도 14a에 있어서는, 예를 들어 에리어(135)를 가압하기 위해서는, 제어부(71)는 밸브 V5를 개방하여, 에리어(135)에 에어가 공급되도록 압력 조정기(72)를 제어한다. 이것을 간단히, 제어부(71)가 에리어(135)를 가압 등 한다고 표현한다.
유량계 FS는, 유로(150)를 흐르는 유체의 유량, 바꾸어 말하면, 에리어(131)에 흐르는 유체의 유량을 계측하여, 계측 결과를 판정부(73)에 통지한다. 또한, 유량이란, 특별히 언급하지 않는 한, 단위 시간당 흐르는 유체(특히 에어)의 체적을 의미한다. 또한, 유량계 FS는 유로(150)의 유량을 계측할 수 있으면 그 배치 위치에 특별히 제한은 없고, 유로(141)와 유로(150)는 연결되어 있기 때문에, 예를 들어 유로(141)에 배치해도 된다.
판정부(73)는 유량계 FS로 계측된 유량에 기초하여 기판 흡착 판정을 행한다.
도 15는 톱링(1)에 있어서의 톱링 본체(11) 및 멤브레인(13)의 상세를 도시하는 단면도이다. 도시한 바와 같이, 멤브레인(13)은 기판 W에 접촉하는 원형의 맞닿음부(130)와, 맞닿음부(130)에 직접 또는 간접적으로 접속되는 8개의 주위벽(13a 내지 13h)을 갖고 있다. 맞닿음부(130)는 기판 W의 이면, 즉 연마해야 할 표면과는 반대측의 면에 접촉하여 보유 지지한다. 또한, 맞닿음부(130)는 연마 시에는 기판 W를 연마 패드(3a)에 대하여 가압한다. 주위벽(13a 내지 13h)은 동심원상으로 배치된 환상의 주위벽이다.
주위벽(13a 내지 13h)의 상단부는 보유 지지 링(22, 24, 26, 28)과 톱링 본체(11)의 하면 사이에 끼움 지지되고, 톱링 본체(11)에 설치되어 있다. 이들 보유 지지 링(22, 24, 26, 28)은 보유 지지 수단(도시하지 않음)에 의해 톱링 본체(11)에 착탈 가능하게 고정되어 있다. 따라서, 보유 지지 수단을 해제하면, 보유 지지 링(22, 24, 26, 28)이 톱링 본체(11)로부터 이격되고, 이에 의해 멤브레인(13)을 톱링 본체(11)로부터 제거할 수 있다. 보유 지지 수단으로서는 나사 등을 사용할 수 있다.
보유 지지 링(22, 24, 26, 28)은 각각 에리어(132, 134, 136, 138) 내에 있다. 그리고, 톱링 본체(11) 및 보유 지지 링(22, 24, 26, 28)을 유로(142, 144, 146, 148)가 각각 관통하고 있다. 또한, 톱링 본체(11)는 에리어(131, 133, 135, 137)를 각각 향하여 하방으로 돌출된 돌출부(21, 23, 25, 27)를 갖는다. 그리고, 돌출부(21, 23, 25, 27)를 유로(141, 143, 145, 147)가 각각 관통되어 있다. 또한, 도시하고 있지 않으나 돌출부(21)를 유로(150)가 관통하고 있다.
보유 지지 링(22, 24, 26, 28) 및 돌출부(21, 23, 25, 27)의 하면은 동일 평면 위에 있는 것이 바람직하다. 이들 하면이 기판 W를 흡착 보유 지지한 경우의 기준면을 형성하기 때문이다.
또한, 동 하면과 멤브레인(13) 사이에는 유로(141)로부터 유로(150)에 에어가 흐르는 것이 가능한 간극 g(도 19 등에서 후술 기재)가 있다. 기판 W가 멤브레인(13)의 하면에 흡착되면, 멤브레인(13)은 톱링 본체(11)측에 인상되기 때문에, 이 간극 g는 거의 없어진다. 간극 g가 지나치게 작으면, 기판 W가 흡착되어 있을 때와 흡착되어 있지 않을 때, 간극 g의 변화의 차가 작아, 후술하는 판정의 마진이 작아져 버린다. 한편, 간극 g가 지나치게 크면, 기판의 흡착 시에 멤브레인(13)의 주위벽(13a 내지 13h)을 크게 수축시킬 필요가 있어, 주위벽(13a 내지 13h)으로부터 기판 W에 대한 하향의 반발력이 커져 흡착력이 저하되거나 기판이 파손되거나 해 버린다.
이상을 고려하여 간극 g의 폭을 적절하게 설정할 필요가 있고, 구체적으로는 0.1 내지 2㎜ 정도인 것이 바람직하고, 0.5㎜ 정도인 것이 보다 바람직하다.
도 16은 도 15의 A-A' 단면도이다. 도시한 바와 같이, 돌출부(21)에는 유로(141)(도 14a)와 연통되는 구멍(21a)과, 유로(150)와 연통되는 구멍(21b)이 형성되어 있다. 또한, 돌출부(23, 25, 27)에는 각각 유로(143, 145, 147)와 연통되는 구멍(23a, 25a, 27a)이 형성되어 있다. 또한, 보유 지지 링(22, 24, 26)에는, 각각 유로(142, 144, 146)와 연통되는 구멍(22a, 24a, 26a)이 형성되어 있다. 또한, 구멍의 수나 배치에 특별히 제한은 없다.
도 17은 톱링(1)에 있어서의 각 밸브의 동작을 설명하는 도면이다. 기판 W를 흡착하거나 연마하거나 할 때에는 에리어(132 내지 137) 중 임의의 1 이상의 에리어의 압력을 조정하면 되지만, 이하에서는 에리어(133)의 압력을 조정하는 경우를 나타내고, 다른 에리어(132, 134 내지 137)는 임의의 압력 조정이 가능하다.
아이들링 시 등에 멤브레인(13)을 개방하는 경우, 제어부(71)는 밸브 V1, V3, V10을 개방하고, 에리어(131, 133)를 대기 개방한다.
기판 W를 연마하는 경우, 멤브레인(13)을 가압하여 기판 W를 연마 패드(3a)에 가압하기 위해, 제어부(71)는 밸브 V1, V3을 개방하여 에리어(131, 133)를 가압함과 함께, 밸브 V10을 폐쇄한다.
기판 W를 반송 기구(600b)로부터 톱링(1)에 전달하여 멤브레인(13)에 흡착시키는 경우, 제어부(71)는 밸브 V3을 개방하여 에리어(133)를 감압한다. 또한 기판 흡착 판정을 행하기 위하여, 제어부(71)는 밸브 V1을 개방하여 에리어(131)를 약간 가압하면서, 밸브 V10을 개방하여 에리어(131)를 대기 개방한다. 그리고, 유량계 FS에 의한 계측값에 기초하여, 다음과 같이 하여 판정부(73)는 기판이 멤브레인(13)에 흡착되었는지 여부를 판정한다.
도 18은 기판 흡착 판정의 수순을 나타내는 흐름도이다. 이하, 유량계 FS가 설치된 에리어(131)를 「판정 에리어」라고 칭하고, 흡착을 위하여 감압되는 에리어(133)를 「흡착 에리어」라고 칭한다.
먼저, 제어부(71)는 흡착 에리어(133)를 감압한다(스텝 S1). 그리고, 제어부(71)는 밸브 V1을 개방하여 판정 에리어(131)를 가압함과 함께, 밸브 V10을 개방하여 판정 에리어(131)를 대기 개방한다(스텝 S2). 즉, 제어부(71)는 유로(141)를 통하여 판정 에리어(131)를 가압하면서, 유로(150)를 통하여 판정 에리어(131)를 대기 개방한다.
또한, 스텝 S1에서는, 제어부(71)가 흡착 에리어(133)를 -500hPa 정도로 감압하는 것에 대해, 스텝 S2에서는, 제어부(71)가 판정 에리어(131)를 200hPa 이하, 바람직하게는 50hPa 정도로 가압한다. 판정 에리어(131)를 지나치게 가압하면, 기판 W에 하향으로 작용하는 힘이 커져, 기판 흡착의 방해가 되기 때문이다.
계속해서, 판정부(73)는 소정의 판정 개시 시간 T0이 경과할 때까지 대기한다(스텝 S3). 판정 개시 시간 T0이 경과하면, 판정부(73)는 유량계 FS가 계측한 유량과 소정의 역치의 비교를 행하여, 기판 W가 멤브레인(13)에 흡착되었는지 여부를 판정한다(스텝 S4).
도 19는 흡착에 실패한 경우의 멤브레인(13) 및 톱링 본체(11)의 단면을 모식적으로 도시하는 도면이다. 기판 W가 흡착되지 않는 경우, 멤브레인(13)은 가요성을 갖기 때문에, 멤브레인(13)에 있어서의 흡착 에리어(133)에 대응하는 부분은 톱링 본체(11)에 인상되지만, 판정 에리어(131)에 대응하는 부분은 인상되지 않고, 톱링 본체(11) 사이에 간극 g가 남는다. 그로 인해, 유량계 FS로 계측되는 유량은 커진다.
도 20은 흡착에 성공한 경우의 기판 W, 멤브레인(13) 및 톱링 본체(11)의 단면을 모식적으로 도시하는 도면이다. 기판 W가 흡착되면, 판정 에리어(131)에 대응하는 부분을 포함하는 멤브레인(13) 전체가 인상되어 톱링 본체(11)에 밀착된다. 그로 인해, 간극 g가 거의 없어져 유량계 FS로 계측되는 유량은 작아진다.
이상으로부터 알 수 있는 바와 같이, 판정 에리어(131)에 흐르는 유량은 간극 g의 크기와 대응하고 있으며, 간극 g가 클수록 유량은 커진다.
따라서, 유량이 역치 이하인 경우(즉 간극 g가 작은 경우), 판정부(73)는 기판 W의 흡착에 성공했다(혹은 기판 W가 흡착되어 있다)고 판정한다(도 18의 스텝 S4의 "예", S5, 도 20). 그리고, 기판 처리 장치는 톱링(1)에 의한 기판 W의 반송 등의 동작을 계속한다(스텝 S6). 그 후도, 기판 W의 흡착이 계속해야 한다면(스텝 S7의 "예"), 스텝 S4의 판정이 반복된다.
한편, 소정의 에러 확인 시간이 경과해도 유량이 역치보다 큰 경우(즉 간극 g가 큰 경우), 판정부(73)는 기판 W의 흡착에 실패했다(혹은 기판 W가 흡착되어 있지 않다)고 판정한다(S4의 "아니오", S8의 "예", S9, 도 19). 그리고, 기판 처리 장치는 동작을 정지하고, 필요에 따라 에러를 발보한다(스텝 S10).
본 실시 형태에서는, 일단 기판 W가 멤브레인(13)에 흡착된 것을 확인할 수 있는 후에도 판정을 계속한다(스텝 S7의 "예", S4). 그로 인해, 기판 W의 반송 중 등에 기판 W가 낙하하는 경우에는 유량이 역치보다 커져 기판 W가 존재하지 않게 된 것을 검출할 수 있다(스텝 S9).
도 21은 흡착 개시 후에 유량계 FS로 계측되는 유량을 모식적으로 도시하는 도면이며, 실선은 흡착에 성공한 경우, 파선은 흡착에 실패한 경우, 일점쇄선은 일단 흡착에 성공했지만 그 후에 낙하한 경우에 유량계 FS로 계측되는 각 유량을 나타내고 있으며, 횡축은 시간을 나타내고 있다.
도시한 바와 같이, 시각 t1에서 흡착을 개시하면(도 18의 스텝 S1), 유량은 증가한다. 흡착이 성공할지 실패할지에 상관없이, 흡착 개시 시점에서는 멤브레인(13)의 상면과 톱링 본체(11)의 하면 사이에 간극 g가 있어, 에어가 흐르기 때문이다.
흡착 성공의 경우(동도의 실선), 기판 W가 멤브레인(13)에 흡착되기 때문에, 멤브레인(13)과 톱링 본체(11) 사이의 간극 g가 작아진다. 따라서, 어떤 시각 t2이후, 유량이 줄어들기 시작한다. 그리고, 유량이 역치 이하가 된 시각 t3에 있어서, 흡착에 성공했다고 판정된다(도 18의 스텝 S5). 그 후, 도 21의 시각 t4에 있어서 기판 W가 멤브레인(13)에 완전히 흡착되면, 멤브레인(13)과 톱링 본체(11)의 간극 g가 거의 없어져 유량은 거의 일정해진다.
시각 t11에서 기판 W가 톱링(1)으로부터 낙하했다고 하면, 유량이 다시 증가된다(동일 도면의 일점쇄선). 기판 W가 멤브레인(13)으로부터 이격됨으로써 멤브레인(13)과 톱링 본체(11) 사이에 다시 간극 g가 생기기 때문이다. 이 경우, 유량이 역치보다 커진 시각 t12부터 일정한 에러 확인 시간 경과 후(스텝 S8), 흡착에 실패했다고 판정된다(도 18의 스텝 S9).
한편, 흡착 실패의 경우(도 21의 파선), 시각 t2 이후도 유량은 계속하여 증가되어, 드디어 일정해진다. 그로 인해, 에러 확인 시간이 경과해도 유량은 역치보다 큰 상태이며, 흡착에 실패했다고 판정된다(도 18의 스텝 S9).
또한, 판정 개시 시간 T0을 설정하는 이유는, 기판이 멤브레인에 충분히 흡착되기 전(도 13의 시각 t5보다 전)에 흡착되었다고 판단되는 것을 방지하기 위해서이다. 에러 확인 시간은 이하의 경우에도 필요해진다. 연마 후, 톱링(1)에 흡착된 기판 W를 연마 패드(3a)로부터 인상할 때에, 연마 패드(3a)와 기판 W 사이의 흡착력을 위하여 일시적으로 유량이 커져 역치를 초과하는 경우가 있기 때문이다.
이와 같이, 제3 실시 형태에서는, 판정 에리어(131)를 가압이면서 또한 대기 개방하여, 에리어(131)의 유량을 계측한다. 이 유량은 멤브레인(13)과 톱링 본체(11)의 간극 g의 크기에 대응한다. 그로 인해, 유량을 감시함으로써, 기판 W의 흡착에 성공했는지 여부를 고정밀도로 판정할 수 있어, 기판 W를 적절하게 취급할 수 있다. 또한, 흡착된 후도 판정을 계속할 수 있어, 일단 흡착에 성공한 후에 기판 W가 낙하한 경우에도 그 것을 검출할 수 있다.
본 실시 형태에서는 유로(150)를 대기 개방으로 했지만, 예를 들어 밸브 V10을 유량 조정 밸브로서 기판의 흡착 검지에 적합한 유량 범위로 조정하거나, 대기 개방이 아니라 압력 레귤레이터를 접속하고, 유량 조정하거나, 배기하거나 해도 된다. 유로(150)에 압력 레귤레이터를 접속하는 경우, 예를 들어 R1을 100hPa 가압으로 설정하고, 추가한 압력 레귤레이터를 50hPa 가압으로 설정하거나 하여, 유로(150)에 에어를 유통시키도록 한다.
또한, 본 실시 형태에 의한 기판 흡착 판정은, 구멍이 형성되어 있지 않은 멤브레인(13)에 대해서도 적용 가능하다. 또한, 기판 흡착 판정 시에는 밸브 V10을 개방하기 때문에, 판정 에리어(131)는 폐쇄되지 않아, 판정 에리어(131)의 압력은 그다지 높아지지 않는다. 그로 인해, 멤브레인(13)에 있어서의 판정 에리어(131)가 기판 W에 스트레스를 주는 일도 거의 없다.
또한, 본 실시 형태에서는, 중심의 에리어(131)를 판정 에리어로 하고, 에리어(133)를 흡착 에리어로 했지만, 다른 에리어를 판정 에리어 및 흡착 에리어로 해도 된다. 즉, 적어도 1개의 에리어에 밸브 V10, 유로(150) 및 유량계 FS에 상당하는 구성을 설치하여 판정 에리어로 할 수 있고, 다른 1 이상의 에리어를 흡착 에리어로 할 수 있다.
또한, 판정 에리어는 흡착 에리어와 인접하지 않고, 1 이상의 에리어를 이격하고 있는 것이 바람직하다. 판정 에리어와 흡착 에리어가 인접하고 있으면, 기판 W의 흡착에 실패한 경우에도 멤브레인(13)에 있어서의 흡착 에리어에 대응하는 부분이 인상된 것에 수반하여, 판정 에리어에 대응하는 부분도 인상될 수 있다. 그렇게 하면, 판정 에리어에 흐르는 유량이 적어져 오판정이 발생할 가능성이 있기 때문이다.
(제4 실시 형태)
상기 제3 실시 형태에 있어서는, 판정 에리어(131)를 유통하는 유체의 유량을 유량계 FS로 직접 측정하고 있지만, 유량에 따라 측정값이 변화하는 측정기를 사용하여 다른 물리량을 측정해도 된다. 따라서, 다음에 설명하는 제4 실시 형태에서는, 유량계 FS 대신에 압력계를 사용하는 예를 나타낸다.
도 22는 제4 실시 형태에 있어서의 톱링(1)의 구조를 모식적으로 도시하는 단면도이다. 도 14a와의 상위점으로서, 판정 에리어(131)와 연통되는 유로(141)에 압력계 PS가 설치된다. 압력계 PS는 유로(141)의 압력을 계측하고, 계측 결과를 판정부(73)에 통지한다. 압력계 PS에 의해 계측되는 압력은, 판정 에리어(131)를 유통되는 유체의 유량과 대응한다.
도 23은 흡착에 실패한 경우의 멤브레인(13) 및 톱링 본체(11)의 단면을 모식적으로 도시하는 도면이며, 도 19와 대응한다. 도시한 바와 같이, 판정 에리어(131)와 멤브레인(13) 사이에 간극 g가 있어, 판정 에리어(131)의 유량은 크다. 이 경우, 유로(141)로부터 판정 에리어(131)에 가스가 흐르기 쉽기 때문에, 유로(141)의 압력은 낮아진다. 그 결과, 압력계 PS에 의한 계측 결과는 낮아진다.
도 24는 흡착에 성공한 경우의 기판 W, 멤브레인(13) 및 톱링 본체(11)의 단면을 모식적으로 도시하는 도면이며, 도 20과 대응한다. 도시한 바와 같이, 판정 에리어(131)와 멤브레인(13) 사이에 간극 g가 거의 없어, 판정 에리어(131)의 유량은 작다. 이 경우, 유로(141)로부터 판정 에리어(131)에 가스가 흐르기 어려워지기 때문에, 유로(141)의 압력은 높아진다. 그 결과, 압력계 PS에 의한 계측 결과는 높아진다.
이와 같이, 압력계 PS가 유량과 대응한다. 그로 인해, 도 18에 있어서의 스텝 S4(유량이 역치 이하인지의 여부) 대신에, 압력이 역치를 초과하였는지 여부의 판단을 행하면 된다.
도 25는 도 22의 변형예인 톱링(1)의 구조를 모식적으로 도시하는 단면도이다. 도 22와의 상위점으로서, 판정 에리어(131)와 연통되는 유로(150)에 압력계 PS가 설치된다. 압력계 PS는 유로(150)의 압력을 계측하여, 계측 결과를 판정부(73)에 통지한다. 압력계 PS에 의해 계측되는 압력은, 판정 에리어(131)를 유통하는 유체의 유량과 대응한다.
도 26은 흡착에 실패한 경우의 멤브레인(13) 및 톱링 본체(11)의 단면을 모식적으로 도시하는 도면이며, 도 19와 대응한다. 도시한 바와 같이, 판정 에리어(131)와 멤브레인(13) 사이에 간극 g가 있어, 판정 에리어(131)의 유량은 크다. 이 경우, 판정 에리어(131)로부터 유로(150)에 가스가 유입되기 쉽기 때문에, 유로(150)의 압력은 높아진다. 그 결과, 압력계 PS에 의한 계측 결과는 높아진다.
도 27은 흡착에 성공한 경우의 기판 W, 멤브레인(13) 및 톱링 본체(11)의 단면을 모식적으로 도시하는 도면이며, 도 20과 대응한다. 도시한 바와 같이, 판정 에리어(131)와 멤브레인(13) 사이에 간극 g가 거의 없어, 판정 에리어(131)의 유량은 작다. 이 경우, 판정 에리어(131)로부터 유로(150)에 가스가 흐르기 어렵기 때문에, 유로(150)의 압력은 낮아진다. 그 결과, 압력계 PS에 의한 계측 결과는 낮아진다.
이와 같이, 압력계 PS가 유량과 대응한다. 그로 인해, 도 18에 있어서의 스텝 S4(유량이 역치 이하인지의 여부) 대신에, 압력이 역치 이상인지 여부의 판단을 행하면 된다.
이상 설명한 바와 같이, 제4 실시 형태에서는, 유량에 따라 변화하는 압력을 계측함으로써, 기판 W의 흡착에 성공했는지 여부를 고정밀도로 판정할 수 있다.
(제5 실시 형태)
제5 실시 형태는, 톱링에 흡착된 기판을 확실하게 릴리즈하는 것에 주안을 두고 있다. 이하, 제3 실시 형태와의 상위점을 중심으로 설명한다.
도 28a 내지 도 28c 및 도 29는 톱링(1)으로부터 반송 기구(600b)로의 기판 전달을 상세하게 설명하는 도면이다. 도 28a 내지 도 28c는 반송 기구(600b) 및 톱링(1)을 측방으로부터 본 도면이며, 도 29는 톱링(1) 및 리테이너 링 스테이션(800)을 상방으로부터 본 도면(단, 도 28에 있어서의 반송 기구(600b)를 생략)이다. 이들 도면에 도시한 바와 같이, 리테이너 링 스테이션(800)은 내측(기판 W측)을 향하는 예를 들어 3개의 릴리스 노즐(802)을 갖는다.
도 28a는 기판 W가 멤브레인(13)에 흡착된 상태이다. 이때, 릴리스 노즐(802)로부터 유체(릴리스 샤워)는 분사되지 않는다.
도 28b에 도시한 바와 같이, 톱링(1)이 하강함과 함께, 반송 기구(600b)가 상승한다. 이에 의해, 반송 기구(600b)의 핸드(601)가 기판 W의 하면에 근접하지만, 양자는 접촉하고 있지 않다. 또한, 밀어올림 핀(801)이 리테이너 링(12)을 밀어올린다.
이 상태에서, 멤브레인(13)과 톱링 본체(11) 사이의 에리어(이하, 에리어(133)로 함)를 가압한다. 또한, 릴리스 노즐(802)로부터 에어 등의 유체를 분사한다. 이에 의해, 기판 W는 멤브레인(13)으로부터 릴리즈되어, 핸드(601) 위에 적재된다. 이 점의 상세는 후술한다.
그 후, 도 28c에 도시한 바와 같이, 기판 W가 적재된 핸드(601)가 하강함과 함께, 톱링(1)이 상승한다.
도 28b에 있어서의 릴리스를 상세하게 설명한다.
도 30은 릴리스 개시 전의 상태를 모식적으로 도시하는 도면이다. 에리어(133)의 가압을 개시하기 전은, 기판 W가 멤브레인(13)에 흡착되어 있으며, 따라서 멤브레인(13)의 상면과 톱링 본체(11)의 하면 사이에 거의 간극 g는 없다. 가압 개시 전은, 릴리스 노즐(802)로부터 유체는 분사하지 않는다.
도 31은 릴리스 개시 후의 상태를 모식적으로 도시하는 도면이다. 에리어(133)의 가압을 개시하면, 멤브레인(13)이 팽창되어, 멤브레인(13)의 상면과 톱링 본체(11)와 간극 g가 서서히 커진다. 즉, 멤브레인(13)이 하방으로 이동한다. 이 상태에서 릴리스 노즐(802)로부터 유체를 분사하지만, 유체는 기판 W의 하측에 닿고, 멤브레인(13)에는 거의 닿지 않다. 즉, 도 31은 멤브레인(13)의 팽창이 부족한 상태, 바꾸어 말하면, 멤브레인(13)과 톱링 본체(11) 사이의 간극 g가 지나치게 작은 상태이다.
도 32는, 도 33에 이어지는 릴리스 개시 후의 상태를 모식적으로 도시하는 도면이다. 에리어(133)를 더욱 가압하면, 멤브레인(13)이 더욱 팽창되어, 멤브레인(13)의 상면과 톱링 본체(11)의 간극 g가 보다 커진다. 즉, 멤브레인(13)이 더욱 하방으로 이동한다. 이 상태에서 릴리스 노즐(802)로부터 분사되는 유체는, 기판 W와 멤브레인(13)의 경계 부근에 닿는다. 따라서, 기판 W와 멤브레인(13) 사이에 유체가 유입된다.
이와 같이, 일정 정도 팽창된 멤브레인(13)과 기판 W 사이에 측방으로부터 유체가 분사되는 상태가 계속됨으로써, 기판 W를 멤브레인(13)으로부터 효과적으로 릴리즈시킬 수 있다. 즉, 도 32는 멤브레인(13)의 팽창의 적절한 상태, 바꾸어 말하면, 멤브레인(13)과 톱링 본체(11) 사이의 간극 g가 적절한 상태이다.
그러나, 반드시 도 32의 상태를 계속할 수 있다고는 할 수 없다.
도 33은 도 32에 이어지는 릴리스 개시 후의 상태를 모식적으로 도시하는 도면이다. 에리어(133)를 더욱 가압하면, 멤브레인(13)이 더욱 팽창되어, 멤브레인(13)의 상면과 톱링 본체(11)의 간극 g가 더욱 커진다. 즉, 멤브레인(13)이 더욱 하방으로 이동한다. 이 상태에서 릴리스 노즐(802)로부터 분사되는 유체는, 멤브레인(13)에는 닿지만, 기판 W에는 거의 닿지 않는다. 즉, 도 33은 멤브레인(13)의 팽창이 지나치게 큰 상태, 바꾸어 말하면, 멤브레인(13)과 톱링 본체(11) 사이의 간극 g가 지나치게 큰 상태이다.
이와 같이, 확실하게 기판 W를 릴리즈하기 위해서는, 멤브레인(13)의 팽창(바꾸어 말하면, 멤브레인(13)과 톱링 본체(11) 사이의 간극 g)을 제어할 필요가 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 도 32에 도시한 바와 같은 멤브레인(13)의 팽창이 적절한 상태를 유지할 수 있도록, 다음과 같이 하여 에리어(133)의 압력 제어를 행한다.
도 34는 제5 실시 형태에 있어서의 톱링(1)의 구조를 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 33과의 상위점으로서, 유량계 FS의 계측값이 제어부(71)에 입력된다. 그리고, 제어부(71)는 유량계 FS의 계측값에 기초하여 압력 조정기(72), 밸브 V1 내지 V9, 압력 레귤레이터 R1 내지 R9를 제어한다.
릴리스를 행할 때에는, 제어부(71)가 밸브 V1을 개방하여 에리어(131)를 약간 가압하면서, 밸브 V10을 개방하여 에리어(131)를 대기 개방한다. 제1 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 유량계 FS로 계측되는 유량은, 멤브레인(13)과 톱링 본체(11) 사이의 간극 g의 크기에 대응한다. 그리고, 간극 g의 크기는 멤브레인(13)의 팽창에 대응한다. 따라서, 제어부(71)는 유량을 감시함으로써 적절하게 에리어(133)의 압력을 제어한다.
도 35는 릴리즈 시의 톱링(1)의 동작을 나타내는 흐름도이다. 또한, 도 36은 릴리즈 시에 유량계 FS로 계측되는 유량을 모식적으로 도시하는 도면이다. 이하와 같이 하여, 제어부(71)는 유량이 상한 역치부터 하한 역치까지의 소정 범위에 들어가도록 에리어(133)의 압력을 제어한다. 유량이 소정 범위에 들어가는 것은, 도 32에 도시한 바와 같이 멤브레인(13)의 팽창이 적절한 것과 대응한다. 바꾸어 말하면, 멤브레인(13)의 팽창이 적절해지는 유량의 범위를 소정 범위로서 설정해 둔다.
먼저, 제어부(71)가 흡착 에리어(133)의 가압을 개시한다(도 35의 스텝 S21, 도 36의 시각 t20). 이에 수반하여 유량이 증가되지만, 제어부(71)는 유량이 상한 역치에 도달할 때까지 흡착 에리어(133)의 가압을 계속한다(스텝 S22의 "아니오", S21). 이 가압은 연속적 혹은 단속적으로 에어를 에리어(133)에 공급함으로써 행하여진다. 그 동안, 멤브레인(13)이 서서히 팽창되고, 이에 수반하여 유량도 증가된다(도 36 참조). 유량이 하한 역치에 도달한(즉 멤브레인(13)의 팽창이 적절해진) 시각 t21 이후, 기판 W와 멤브레인(13) 사이에 릴리스 노즐(802)로부터 유체를 분사할 수 있다.
유량이 상한 역치에 도달하면(시각 t22, 도 35의 스텝 S22의 "예"), 제어부(71)는 멤브레인(13)의 팽창이 충분하다고 판단하여, 흡착 에리어(133)의 가압을 정지한다(스텝 S23). 구체적으로는, 제어부(71)는 흡착 에리어(133)에 대한 에어 공급을 정지해도 되고, 밸브 V3을 폐쇄해도 되고, 에리어(133)를 대기 개방해도 된다. 혹은, 제어부(71)는 흡착 에리어(133)를 감압해도 된다.
흡착 에리어(133)의 가압을 정지하면, 멤브레인(13)의 팽창이 감소되고, 이에 수반하여 유량이 감소되기도 한다. 따라서, 제어부(71)는 유량이 하한 역치에 도달할 때까지는 흡착 에리어(133)의 가압을 정지하지만(스텝 S24의 "아니오", S23), 유량이 하한 역치에 도달하면(스텝 S24의 "예", 도 36의 시각 t23), 멤브레인(13)의 팽창이 부족했다고 판단하여, 흡착 에리어(133)의 가압을 재개한다(스텝 S25).
이상을 반복함으로써, 유량이 소정 범위에 들어가, 멤브레인(13)의 팽창이 적절해지고, 도 32에 도시하는 바와 같이 기판 W와 멤브레인(13) 사이에 유체의 분사를 계속할 수 있다.
도 35에 도시하는 릴리스 동작은, 미리 정한 시간만 계속해도 되고, 릴리스 검지 센서(도시하지 않음)로 기판 W가 릴리즈된 것이 검지된 시점에서 릴리스 동작을 종료해도 된다. 릴리스 검지 센서는, 예를 들어 리테이너 링 스테이션(800)에 고정된 발광부 및 수광부로 구성할 수 있다.
또한, 멤브레인(13)의 팽창을 추정하는 다른 방법으로서, 흡착 에리어(133)에 공급한 에어의 적산량으로부터 멤브레인(13)의 팽창을 추정하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 에어는, 흡착 에리어(133)에 유입될 뿐만 아니라, 도중의 유로(143), 로터리 조인트(도시하지 않음)의 배관 등에도 유입된다. 그로 인해, 에어의 적산량으로부터 정확하게 멤브레인(13)의 팽창을 추정하는 것은 곤란하다.
이에 대하여, 본 실시 형태에서는, 판정 에리어(131)의 유량 즉 단위 시간당 흐르는 에어의 체적을 사용한다. 유량은, 멤브레인(13)과 톱링 본체(11) 사이의 간극 g의 크기에 대응하고 있으며, 이 간극 g는 멤브레인(13)의 팽창과 대응하고 있다. 그로 인해, 멤브레인(13)의 팽창을 정확하게 검지할 수 있고, 적절한 팽창을 유지할 수 있도록 고정밀도로 흡착 에리어(133)의 압력을 조정할 수 있다.
또한, 도 28a 내지 도 33에서는, 릴리스 노즐(802)이 리테이너 링 스테이션(800)에 설치되는 예를 도시했다. 리테이너 링 스테이션(800)은 움직이지 않기 때문에, 릴리스 노즐(802)도 고정이다. 다른 예로서, 리테이너 링 스테이션(800) 대신에, 소위 푸셔를 사용하여 기판 W의 전달을 행하는 경우에는, 푸셔에 릴리스 노즐을 설치해도 된다.
도 37은 톱링(1)으로부터 기판 W를 릴리즈하여 푸셔(160)에 전달하는 모습을 모식적으로 도시하는 측면도이다. 푸셔(160)는 톱링 가이드(161)와, 푸셔 스테이지(162)와, 톱링 가이드(161) 내에 형성된 릴리스 노즐(802')을 갖는다. 기판 W를 릴리즈할 때에는 푸셔(160)가 상승하여 톱링(1)에 근접한다. 그 밖의 동작은 리테이너 링 스테이션(800)을 사용하는 경우와 마찬가지이다. 푸셔(160)를 사용하는 경우, 릴리스 노즐(802')이 푸셔(160)와 함께 이동하게 된다.
또한, 제5 실시 형태에 있어서도, 유로(141) 또는 유로(150)에 압력계를 설치하고, 판정 에리어(131)의 유량에 대응하는 압력을 계측해도 된다. 이 경우, 도 36에 있어서의 「유량」을 적절히 「압력」으로 대체하면 된다.
(제7 실시 형태)
다음에 설명하는 제7 실시 형태는, 멤브레인(13)의 바람직한 형상에 관한 것이다.
도 38은 에리어(131) 부근의 톱링 본체(11) 및 멤브레인(13)의 단면도이며, 동일 도면의 일점쇄선은 톱링 본체(11) 및 멤브레인(13)의 중심을 나타내고 있다. 도 39는 에리어(131) 부근에 있어서의 멤브레인(13)을 상방(톱링 본체(11)측)으로부터 본 도면이다. 도 40은 에리어(131) 부근에 있어서의 톱링 본체(11)를 하방(멤브레인(13측))으로부터 본 도면이다.
도 38 및 도 39에 도시한 바와 같이, 멤브레인(13)의 상면에 있어서의 에리어(131)에 상당하는 부분에는 톱링 본체(11)를 향하는 환상의 볼록부(131a)가 형성되어 있을 수 있다.
또한, 도 38 및 도 40에 도시한 바와 같이 톱링 본체(11)의 에리어(131)에 상당하는 부분에는 환상의 오목부(11a)가 형성되어 있다. 그리고, 유로(141)와 연통되는 톱링 본체(11)의 구멍(21a)(제1 구멍)은 오목부(11a)의 외측에 있고, 유로(150)와 연통되는 톱링 본체(11)의 구멍(21b)(제2 구멍)은 오목부(11a)의 내측에 있다.
멤브레인(13)에 있어서의 볼록부(131a)는 톱링 본체(11)에 있어서의 오목부(11a)와 대향하는 위치에 있으며, 서로 걸림 결합 가능하다.
톱링(1)이 기판을 보유 지지하고 있지 않은 경우, 멤브레인(13)에 있어서의 볼록부(131a)와, 톱링 본체(11)에 있어서의 오목부(11a) 사이에는 간극이 있다. 한편, 톱링(1)이 기판을 흡착 보유 지지하면, 이 간극은 없어지거나, 적어도 좁아진다. 즉, 볼록부(131a) 및 오목부(11a)는 에리어(131)를 시일하는 시일부라고 할 수 있다.
또한, 도 40에 도시한 바와 같이 톱링 본체(11)에는, 방사상으로 연장되는 복수의 홈(11b)이 형성된다. 이에 의해, 에리어(131) 내에서 압력이 전반되기 쉬워져, 압력을 균일화할 수 있다. 도 40에 있어서는 홈(11b)은 오목부(11a)의 내측에 형성되어 있지만, 외측에 형성해도 되고, 에리어(132) 등 그 밖의 에리어에도 형성함으로써 톱링 전체에서 압력이 전반되기 쉬워진다.
오목부(11a)의 깊이는 홈(11b)과 동일하거나 그것보다도 깊게 하여, 오목부(11a)에 맞닿을 수 있도록 볼록부(131a)의 높이를 설정함으로써, 홈(11b)과 오목부(11a)가 간섭하고 있는 경우에도 오목부(11a)와 볼록부(131a)로 시일하는 것이 가능해진다.
도 41은 제3 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 유량계 FS를 사용한 기판 흡착 판정을 행하는 경우의 압력 제어 장치(7)의 구성예를 도시하는 도면이다. 또한, 도 14a와 마찬가지이지만, 유로(141, 150)는 예를 들어 로터리 조인트(도시하지 않음)를 개재하여 톱링 본체(11)에 접속된다. 도 14a와의 상위점으로서, 본 압력 제어 장치(7)는 유로(141)과 유로(150)를 바이패스하는 바이패스 라인(바이패스 유로)(151)과, 바이패스 라인(151) 상에 설치된 밸브 V20을 갖는다. 밸브 V20을 개방함으로써, 압력 제어 장치(7)는 유로(150)로부터 구멍(21b)을 통하여 에리어(131)의 압력을 제어(예를 들어 가압)할 수도 있다.
상술한 제3 실시 형태에 있어서의 흡착 판정에서는, 판정 에리어(131)를 유로(141)를 통하여 가압함과 함께, 유로(150)를 통하여 대기 개방한다. 또한, 연마 시에는 판정 에리어(131)를 가압한다. 이 가압에 대하여 설명한다.
도 42는 흡착 판정 시의 가압을 설명하는 도면이다. 도시한 바와 같이, 밸브 V1, V10을 개방하고, 밸브 V20을 폐쇄한다. 이에 의해, 제3 실시 형태와 마찬가지로 판정 에리어(131)를 유로(141)를 통하여 가압함과 함께, 유로(150)를 통하여 대기 개방할 수 있다.
도 43은 기판 연마 시의 가압을 설명하는 도면이다. 도시한 바와 같이, 밸브 V1, V20을 개방하고, 밸브 V10을 폐쇄한다. 이에 의해, 유로(141, 150)의 양쪽으로부터 동시에 에리어(131)가 가압된다. 즉, 유로(141)로부터 오목부(11a) 및 볼록부(131a)로 시일된 환상 부분의 외측을 가압할 수 있다. 또한, 유로(150)로부터, 오목부(11a) 및 볼록부(131a)로 시일된 환상 부분의 내측을 가압할 수 있다. 특히, 도 40에 도시하는 바와 같이 홈(11b)을 형성함으로써, 시일된 환상 부분의 내측 전체에 압력이 전반된다.
또한, 흡착 판정 시의 가압 압력이 시일된 환상 부분의 외측으로부터 작용하여, 시일된 환상 부분의 내측이 대기 개방되는 점에서, 기판 W의 중심부가 가압되는 일이 없어, 기판 W의 변형이 억제되어, 스트레스가 작아진다.
이러한 톱링 본체(11) 및 멤브레인(13)을 사용함으로써 제1 실시 형태에서 설명한 흡착 판정을 보다 고정밀도로 행할 수 있다.
도 44는 흡착에 성공한 경우의 기판 W, 멤브레인(13) 및 톱링 본체(11)의 단면을 모식적으로 도시하는 도면이며, 도 20과 대응하고 있다. 도 44로부터 알 수 있는 바와 같이, 기판 흡착에 성공한 경우, 멤브레인(13)의 볼록부(131a)가 톱링 본체(11)의 오목부(11a)와 걸림 결합하여, 양자의 간극은 거의 없어진다. 그 결과, 유량계 FS로 계측되는 유량이 매우 작아져, 판정의 정밀도가 향상된다.
이와 같이, 제7 실시 형태에서는, 멤브레인(13)에 볼록부(131a)를 톱링 본체(11)에 오목부(11a)를 형성한다. 그로 인해, 볼록부(131a) 및 오목부(11a)가 시일부가 되어, 기판 흡착 시에 멤브레인(13)이 톱링 본체(11)에 밀착된다. 그로 인해, 기판 흡착에 성공했을 때의 유량과 실패했을 때의 유량의 차가 커져, 기판 흡착 판정의 정밀도가 향상된다.
또한, 볼록부(131a)와 오목부(11a)로 완전히 시일된 상태를 실현할 수 있는 것이 바람직하지만, 멤브레인(13)에 있어서의 어느 한 부분과 톱링 본체(11)에 있어서의 어느 한 부분에서 거의 시일된 상태로 되면 된다.
또한, 본 실시 형태에서는 멤브레인(13)에 볼록부(131a)를, 톱링 본체(11)에 오목부(11a)를 형성하기로 했지만, 시일부로서, 멤브레인(13)에 오목부(131b)를 형성하고, 톱링 본체(11)에 볼록부(11c)를 형성해도 된다(도 45 참조). 또한, 에리어(131) 이외를 판정 에리어로 하는 경우, 그 판정 에리어에 시일부로서의 오목부나 볼록부를 형성하면 된다.
또한, 제4 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 압력계 PS를 사용한 기판 흡착 판정을 행하는 경우, 도 22와 마찬가지로, 유로(141)에 압력계 PS를 설치하면 된다.
상술한 실시 형태는, 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 사람이 본 발명을 실시할 수 있음을 목적으로 하여 기재된 것이다. 상기 실시 형태의 다양한 변형예는 당업자이면 당연히 이룰 수 있는 것이며, 본 발명의 기술적 사상은 다른 실시 형태에도 적용할 수 있는 것이다. 또한, 복수의 실시 형태를 임의로 조합 가능하다. 따라서, 본 발명은, 기재된 실시 형태에 한정되지 않고, 특허 청구 범위에 의해 정의되는 기술적 사상을 따른 가장 넓은 범위로 해야 한다.
1: 톱링
2: 톱링 샤프트
3: 연마 테이블
3a: 연마면
4: 노즐
5: 톱링 헤드
6: 지지 축
7: 압력 제어 장치
71: 제어부
72: 압력 조정기
73: 판정부
11: 톱링 본체
11a: 오목부
11b: 홈
11c: 볼록부
12: 리테이너 링
13: 멤브레인
13a 내지 13h: 주위벽
131 내지 138: 에리어
139: 리테이너실
13a: 볼록부
13b: 오목부
141 내지 150: 유로
15: 압력 제어 수단
161a, 165a: 유량계
161b, 165b: 압력계
171a, 171b, 175: 밸브
18: 유체 공급원
19: 진공원
1A: 판정 수단
FS: 유량계
PS: 압력계
300: 기판 연마 장치
600b: 반송 기구
601: 핸드
800: 리테이너 링 스테이션
801: 밀어올림 핀
W: 기판

Claims (12)

  1. 제1 부분의 외측 및 내측에 각각 제1 구멍 및 제2 구멍이 설치된 톱링 본체와,
    상기 제1 부분과 걸림 결합 가능한 제2 부분이 설치되고, 상기 톱링 본체와의 사이에 복수의 에리어를 형성하는 제1 면과, 상기 제1 면과는 반대측에 있어서 기판을 보유 지지 가능한 제2 면을 갖는 탄성막과,
    상기 제1 구멍은 상기 복수의 에리어 중 제1 에리어에 위치하고 있으며, 상기 제1 구멍을 통하여 상기 제1 에리어를 가압하는 것이 가능한 제1 라인과,
    상기 제2 구멍은 상기 제1 에리어에 위치하고 있으며, 상기 제2 구멍을 통하여 상기 제1 에리어로부터 배기하는 것이 가능한 제2 라인과,
    상기 제1 에리어의 유량에 기초하여 측정값이 변화하는 측정기와,
    상기 복수의 에리어 중 상기 제1 에리어와는 상이한 제2 에리어에 연통되어, 상기 제2 에리어를 가압 또는 감압하는 것이 가능한 제3 라인과,
    상기 기판이 상기 제2 면에 흡착될 때에, 상기 측정값에 기초하여, 상기 제2 면에 상기 기판이 흡착되었는지 여부를 판정하는 판정부를 구비하고,
    상기 제2 부분은, 상기 제1 에리어를 시일하는 볼록부인 기판 보유 지지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 볼록부는 환상인 기판 보유 지지 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 탄성막에는, 구멍이 형성되어 있지 않은 기판 보유 지지 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 부분이 있음으로써, 상기 제2 면에 기판이 보유 지지된 때의 상기 제1 에리어의 유량과, 보유 지지되어 있지 않는 때의 상기 제1 에리어의 유량의 차가 커지게 되는 기판 보유 지지 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 측정기는, 상기 제2 라인의 유량을 측정 가능한 압력계인 기판 보유 지지 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 측정기는, 상기 제1 라인 또는 상기 제2 라인의 압력을 계측 가능한 압력계인 기판 보유 지지 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 측정값에 기초하여, 상기 제2 면에 상기 기판이 흡착되었는지 여부를 판정하는 판정부를 구비하는 기판 보유 지지 장치.
  8. 제1 부분의 외측 및 내측에 각각 제1 구멍 및 제2 구멍이 설치된 톱링 본체와 함께 이용되어 기판 보유 지지 장치를 구성하는 탄성막이며 ,
    상기 제1 부분과 걸림 결합 가능한 제2 부분이 설치되고, 상기 톱링 본체와의 사이에 복수의 에리어를 형성하는 제1 면과, 상기 제1 면과는 반대측에 있어서 기판을 보유 지지 가능한 제2 면을 갖고,
    상기 제2 부분은 볼록부이고,
    상기 제1 구멍은 상기 복수의 에리어 중 제1 에리어에 위치하고 있으며, 상기 제1 구멍을 통하여 상기 제1 에리어를 가압 가능하고,
    상기 제2 구멍은 상기 제1 에리어에 위치하고 있으며, 상기 제2 구멍을 통하여 상기 제1 에리어로부터 배기하는 것이 가능하고,
    상기 기판 보유 지지 장치에는, 상기 제1 에리어의 유량에 기초하여 측정값이 변화하는 측정기가 설치되고, 상기 측정값은 상기 제2 면에 기판이 흡착되었는지 여부의 판정에 이용되고,
    상기 복수의 에리어 중 상기 제1 에리어와는 상이한 제2 에리어를 가압 또는 감압 가능한 탄성막.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 볼록부는 환상인 탄성막.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 탄성막에는, 구멍이 형성되어 있지 않은 탄성막.
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 제2 부분이 있음으로써, 상기 제2 면에 기판이 보유 지지된 때의 상기 제1 에리어의 유량과, 보유 지지되어 있지 않는 때의 상기 제1 에리어의 유량의 차가 커지게 되는 탄성막.
  12. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 제1 에리어로부터의 배기를 행하는 제2 라인을 포함하는 연직 평면에 있어서, 상기 제2 부분은, 상기 제2 라인의 양측방에 설치되고, 상기 제2 부분과 상기 톱링 본체가 접함으로써 상기 제1 에리어가 시일되는 탄성막.
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