TWI527700B - Elastic film - Google Patents

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TWI527700B
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Hozumi Yasuda
Katsuhide Watanabe
Keisuke Namiki
Osamu Nabeya
Makoto Fukushima
Satoru Yamaki
Shingo Togashi
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Ebara Corp
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Description

彈性膜
本發明是關於一種基板保持裝置，保持研磨對象物的基板並按壓至研磨面，特別是關於一種彈性膜，在研磨並平坦化半導體晶圓等基板的研磨裝置，使用於保持該基板的基板保持裝置。
近年來，隨著半導體裝置的高積體化、高密度化，電路配線越來越細微化，多層配線的層數也增加。當意圖電路的細微化並實現多層配線，跟隨下側層的表面凹凸並且階差會變更大，所以隨著配線層數增加，對於在薄膜形成的階差形狀的膜被覆性(階梯覆蓋率)會變差。因此，為了多層配線，必需要改善此階梯覆蓋率，在應進行過程平坦化處理。又，由於隨著光微影的細微化，焦點深度會變淺，所以需要將半導體裝置表面平坦化處理成半導體裝置的表面的凹凸階差收斂至焦點深度以下。
因此，在半導體裝置的製造步驟，半導體裝置表面的平坦化技術變得越來越重要。在此平坦化技術中，最重要的技術是化學機械研磨(CMP(Chemical Mechanical Poloshing))。此化學機械研磨是用研磨裝置將包含矽土(SiO2)等磨粒的研磨液供給至研磨墊等的研磨面上，並使半導體晶圓等的基板滑接於研磨面並進行研磨者。
此種研磨裝置係具備：研磨檯，具有由研磨墊組成的研磨面；及基板保持裝置，保持基板(半導體晶圓)。在採用如此的研磨裝置來進行基板研磨的狀況下，以基板保持裝置保持基板，並以特定壓力將基板對於研磨面按壓。此時，藉由使研磨檯與基板保持裝置相對運動，基板滑接於研磨面，基板表面被研磨成平坦且鏡面。
在如此的研磨裝置，在研磨中的基板與研磨墊的研磨面之間的相對按壓力遍佈基板全面為不均勻的狀況下，對應施加於基板各部分的按壓力會產生研磨不足或過度研磨。為了均勻化對於基板的按壓力，在基 板保持裝置的下部設置從彈性膜形成的壓力室，藉由將壓縮空氣等的壓力流體供給至此壓力室，經由彈性膜進行以流體壓按壓基板。
在使用於基板保持裝置的彈性膜，由於柔軟的性質，有效率地傳達形成在彈性膜上面的壓力室的流體壓至基板，因為以均勻的壓力按壓基板至基板端部為止，所以一般使用橡膠等柔軟的材料。又，一般來說，在基板保持裝置，僅基板外周緣部被充分地研磨，為了防止發生所謂的「邊緣過切」(undercut ofa machined edge)，所以具備有卡環，該卡環可上下自由移動，位於以基板保持裝置保持的基板的外周部(參照專利文獻1)。
如此的卡環被具備成上下自由移動的基板保護裝置，具有彈性膜的基板的抵接面的抵接部的沿著該抵接面的變形量(延伸量)，即與彈性膜的抵接部的抵接面平行的變形量(延伸量)，超過在該彈性膜與卡環之間所形成的空隙量時，則彈性膜的外周端部與卡環彼此干涉，在兩者間產生摩擦力。然後，當如此產生摩擦力，則導致對於在基板外周部的卡環的研磨面的按壓力的損失。
因此，將金屬製等環安裝於彈性膜的外周端部，抑制具有抵接於彈性膜基板的抵接面的抵接部的外形變形，藉此，提出降低彈性膜因彈性膜的變形接觸卡環者(參照專利文獻2)。
但是，專利文獻2所記載的發明，並非是避免具有抵接於彈性膜的基板的抵接面的抵接部本身的沿著該抵接面的變形(平行於抵接面的彈性膜的抵接部本身的延伸)，因此，被認為在彈性膜抵接部的中心部的變形量與在外周部的變形量之間會產生差距，在抵接部整體的變形量產生分布(離差)。如此，當在抵接部整體的變形量產生分布(離差)，彈性膜的抵接部放鬆，又，與抵接部基板的抵接面產生皺折，彈性膜的抵接部的抵接面與基板之間的接觸會變得不均勻。
申請人提出一種技術，在跨越具有與彈性膜的基板的抵接面的抵接部所鄰接的兩個壓力室的位置，藉由設置比彈性膜剛性高的材料組成的隔膜(diaphragm)，部分地補強彈性膜的抵接部(參照專利文獻3)。藉此，可以遍佈寬廣範圍來緩和在不同壓力室間所形成壓力梯度(pressure gradient)。
但是，專利文獻3所記載的發明，並非藉由遍佈該抵接面的幾乎全區域，均勻地抑制具有與彈性膜基板的抵接面的抵接部的沿著該抵接面的變形，來防止彈性膜的抵接部的外周端部干涉卡環者，因此，在想要控制在基板邊緣部的狹窄範圍的壓力的情況下，被認為並不適合。
又，藉由預先考慮施加流體壓於以彈性膜形成的壓力室所產生的具有與彈性膜基板的抵接面的抵接部的沿著該抵接面的變形(延伸)，來決定彈性膜的外形與卡環的內形，也可以抑制彈性膜與卡環的接觸。但是，在此情況下，會有以下風險：(1)依據使用的流體壓的條件，有產生改變彈性膜的外形與卡環的內形的需要，會增加彈性膜或卡環的種類，(2)彈性膜的外形與卡環的內形的變更會影響研磨性能。
【先前技術文獻】 【專利文獻】
【專利文獻1】特許第4515047號公報
【專利文獻2】特開2001-54855號公報
【專利文獻3】特開2009-131920號公報
本發明有鑑於上述狀況，其目的在於提供一種彈性膜，從抵接部的中心部遍佈外周部的幾乎全區域，均勻地抑制具有與基板的抵接面的抵接部本身的沿著該抵接面的變形(延伸)，並使得與在彈性膜與該彈性膜外周部所配置的卡環的接觸減低，防止在抵接部產生放鬆、在抵接面產生皺紋，可確保與抵接部的抵接面的基板的均勻接觸。
為達成上述目的，本發明的彈性膜是用於使卡環位於基板外周部並保持基板的基板保持裝置的彈性膜，其特徵在於具備：抵接部，具有與基板抵接的抵接面；第一周壁部，連接於前述抵接部的外周端並在上方延伸；及第二周壁部，在前述第一周壁部的內側連接於前述抵接部在上方延伸，分別在外側形成有第一壓力室，在內側形成有第二壓力室，前述抵接部是遍及幾乎全區域，以比彈性膜剛性高的補強部件來補強。
如此，藉由將具有與基板抵接的抵接面的抵接部，遍及幾乎全區域以比彈性膜剛性高的補強部件來補強，從抵接部的中心部遍佈外周部的幾乎全區域均勻地抑制抵接部本身的沿著抵接面的變形(延伸)，並使得與在彈性膜與該彈性膜外周部所配置的卡環的接觸減低，防止在抵接部產生放鬆，在抵接面產生皺紋，可確保與抵接部的抵接面的基板的均勻接觸。
當基板係以圓形，而前述抵接部為圓形時，前述補強部件係在前述抵接部的幾乎全區域，由放射狀、同心圓狀或渦卷狀配置的絲狀部件組成者為較佳。
藉此，可極力容許垂直於抵接部本身的抵接面的方向的變形，並抑制抵接部本身的沿著抵接面的變形(延伸)。在絲狀部件被放射狀配置的情況，彼此相鄰的的絲狀部件所成角度(傾斜角)係5°以下為較佳。又，在絲狀部件被同心圓狀或渦卷狀配置的情況，沿著半徑方向彼此相鄰的絲狀部件的間隔係20mm以下為較佳。
前述補強部件也可以在前述抵接部的幾乎全區域，由格子狀配置的絲狀部件組成。在此情況，沿著格子狀配置的絲狀部件的縱方向及橫方向的間距，皆為20mm以下為較佳。
前述補強部件也可以由配置於前述抵接部的幾乎全區域的不織布或織布組成，又，也可以是由樹脂板組成。
在以不織布或織布補強彈性膜的抵接部的情況，使用具有等向性的(isotropic)形狀的不織布或織布者為較佳。又，在以薄片狀的樹脂板補強彈性膜的抵接部的情況，樹脂板的厚度為1mm以下為較佳。藉此，可以抑制抵接部本身的沿著抵接面的變形(延伸)，並不會極力阻礙往垂直於抵接部本身的抵接面的方向的變形。
在前述抵接部設有吸附孔的情況，在前述吸附孔及其周圍之外的區域配置有前述補強部件者為較佳，藉此，可以防止全部或一部分的吸附孔被補強部件所閉塞。
也可以藉由比彈性膜剛性高的第二補強部件來補強至少一前述第一周壁部與前述第二周壁部。
藉此，可以確保至少一第一周壁部與第二周壁部與抵接部之間的伸縮性，並以第二補強部件將至少一第一周壁部與第二周壁部與抵接部分離來補強。
前述第二補強部件係由沿著高度方向以特定間隔分離來配置的絲狀部件、線圈狀的絲狀部件、樹脂板、不織布或織布組成者為較佳。
前述第一周壁部的外側面安裝有低摩擦部件者為較佳。
如此，由於在抵接部的外周端所配置的第一周壁部的外側面安裝有低摩擦部件，即使在因彈性膜的抵接部的延伸使第一周壁部與卡環接觸的情況下，可以使往卡環的基板的外周部的按壓力損失降低。
前述低摩擦部件為塗料皮膜者為較佳，此塗料皮膜也可以是含浸塗料皮膜，也可以是由氟樹脂組成的塗料皮膜。
根據本發明，從抵接部的中心部遍及外周部來均勻地抑制藉由施加流體壓於以彈性膜形成的壓力室所產生的具有與彈性膜基板的抵接面的抵接部的沿著該抵接面的變形(延伸)，藉此，使從彈性膜與卡環的接觸所產生的往基板的外周部的卡環所導致的按壓力的損失或離差減低，並防止在抵接部產生放鬆、在抵接面產生皺紋，可確保與抵接部的抵接面的基板的均勻接觸，可以想要的壓力按壓整個基板。
再者，由於在抵接部的外周端所配置的第一周壁部的外側面安裝有低摩擦部件，即使在因彈性膜的抵接部的延伸使第一周壁部與卡環接觸的情況下，可以使往卡環的基板的外周部的按壓力損失降低。
1‧‧‧基板保持裝置
2‧‧‧裝置本體
3‧‧‧卡環
4、4a、4b、4c、4d、4e、4f、4g、4h‧‧‧彈性膜
5‧‧‧第一壓力室
7‧‧‧第二壓力室
9‧‧‧固定室
11、13、15、21、23、25‧‧‧流路
30‧‧‧流體供給源
33‧‧‧控制裝置
42‧‧‧抵接部
42a‧‧‧抵接面
44‧‧‧第一周壁部
46‧‧‧第二周壁部
50‧‧‧樹脂板(補強部件)
52、54、56、58‧‧‧絲狀部件(補強部件)
60a、60b‧‧‧樹脂板(第二補強部件)
62a、62b‧‧‧絲狀部件(第二補強部件)
70‧‧‧低摩擦部件
72‧‧‧塗料皮膜
100‧‧‧研磨機台
100a‧‧‧機台軸
101‧‧‧研磨墊
101a‧‧‧研磨面
102‧‧‧研磨液供給噴嘴
110‧‧‧研磨頭
111‧‧‧主軸
112‧‧‧旋轉筒
113、116‧‧‧定時滑輪
114‧‧‧升降用馬達
115‧‧‧正時皮帶
117‧‧‧旋轉軸
124‧‧‧上下移動機構
125‧‧‧旋轉關節
126‧‧‧軸承
128‧‧‧結橋
129‧‧‧支持台
130‧‧‧支柱
132‧‧‧滾珠螺桿
132a‧‧‧螺軸
132b‧‧‧螺帽
138‧‧‧伺服馬達
L1、L2‧‧‧間隔
L3、L4‧‧‧間距
Q‧‧‧研磨液
R1、R3、R5‧‧‧壓力調節器
V1、V3、V5‧‧‧開閉閥
W‧‧‧基板
t‧‧‧厚度
α‧‧‧傾斜角
第一圖係表示關於本發明的研磨裝置的整體結構的概略圖，其中研磨裝置具有基板保持裝置，基板保持裝置具備彈性膜。
第二圖係第一圖所示的基板保持裝置的概略剖面圖。
第三圖係表示配備於第二圖所示的基板保持裝置的本發明的實施形態的的彈性膜的部分剖面圖。
第四圖係表示第三圖所示的彈性膜的抵接部與補強部件的關係的圖。
第五圖係表示本發明的其他實施形態的彈性膜的部分剖面圖。
第六圖係表示第五圖所示的彈性膜的抵接部與補強部件的關係的圖。
第七圖係表示本發明的另一實施形態的彈性膜的抵接部與補強部件的一部分關係的圖。
第八圖係表示本發明的另一實施形態的彈性膜的抵接部與補強部件的關係的圖。
第九圖係表示本發明的其他實施形態的彈性膜的部分剖面圖。
第十圖係表示第九圖所示的彈性膜的抵接部與補強部件的一部分關係的圖。
第十一圖係表示本發明的其他實施形態的彈性膜的部分剖面圖。
第十二圖係表示本發明的其他實施形態的彈性膜的部分剖面圖。
第十三圖係表示本發明的其他實施形態的彈性膜的部分剖面圖。
第十四圖係表示本發明的其他實施形態的彈性膜的部分剖面圖。
以下，參照圖式來詳細說明關於本發明的實施形態。又，在第一圖至第十四圖，相同或相當的構成要素，賦予相同符號並省略重複說明。
第一圖係表示關於本發明的研磨裝置的整體結構的概略圖，其中研磨裝置具有基板保持裝置，基板保持裝置具備彈性膜。如第一圖所示，研磨裝置係具備：研磨機台100；及基板保持裝置(top ring)1，保持研磨對象物(半導體晶圓等基板W)並按壓於研磨機台100上的研磨面101a。
研磨機台100經由機台軸100a連接於配置於其下方的馬達(圖未顯示)，成為可在該機台軸100a周圍旋轉。在研磨機台100的上面貼附有研磨墊101，研磨墊101的表面構成研磨基板W的研磨面101a。在研磨機台100的上方設置有研磨液供給噴嘴102，研磨液Q被研磨液供給噴嘴102供給至研磨機台100上的研磨墊101。
基板保持裝置1連接於主軸111，此主軸111藉由上下移動機構124，對於研磨頭110上下移動。由於此主軸111的上下移動，對於研磨頭110來定位使基板保持裝置1整體的升降。又，在主軸111的上端安裝 有旋轉關節(rotary joint)125。
使主軸111及基板保持裝置1上下移動的上下移動機構124，係具備：結橋128，經由軸承126支持主軸111成可旋轉；滾珠螺桿132，安裝於結橋128；支持台129，被支柱130支持；及AC伺服馬達138，設於支持台129上。支持伺服馬達138的支持台129經由支柱130被固定於研磨頭110。
滾珠螺桿132係具備：螺軸132a，連接於伺服馬達138；及螺帽132b，螺合於此螺軸132a。主軸111與結橋128成一體上下移動。因此，當驅動伺服馬達138，結橋128經由滾珠螺桿132上下移動，藉此主軸111及基板保持裝置1會上下移動。
主軸111經由楔(圖未顯示)連接於旋轉筒112。此旋轉筒112在外周部具備定時滑輪(timing pulley)113。在研磨頭110固定有升降用馬達114，上述定時滑輪113經由正時皮帶(timing belt)115連接於設在升降用馬達114的定時滑輪116。因此，藉由旋轉驅動升降用馬達114，經由定時滑輪116、正時皮帶115及定時滑輪113，旋轉筒112及主軸111會一體地旋轉，基板保持裝置1會旋轉。又，研磨頭110是由被支持在框架(圖未顯示)成可旋轉的旋轉軸117所支持。
在如第一圖所示構成的研磨裝置，基板保持裝置1可以保持半導體晶圓等基板W於其下面。研磨頭110被構成為可以旋轉軸117為中心旋轉，保持基板W在下面的基板保持裝置1，係藉由研磨頭110的旋轉從基板W的接受位置移動到研磨機台100的上方。然後，使基板保持裝置1下降，將基板W按壓至研磨墊101的研磨面(表面)101a。此時，分別使基板保持裝置1及研磨機台100旋轉，從設在研磨機台100上方的研磨液供給噴嘴102供給研磨液至研磨墊101上。如此，使基板W滑接於研磨墊101的研磨面101a並研磨基板W的表面。
接下來說明關於基板保持裝置1。第二圖係保持研磨對象物(基板W)並按壓至研磨機台100上的研磨面101a的基板保持裝置1的概略剖面圖。在第二圖中，僅圖示構成基板保持裝置1的主要構成要素。
如第二圖所示，基板保持裝置1基本上是由對研磨面101a 按壓基板W的裝置本體2及直接按壓研磨面101a的卡環3所構成。裝置本體2是由大致圓盤狀的部件組成，卡環3配置於裝置本體2的外周部。裝置本體2是以工程塑膠(engineering plastic，例如PEEK)等樹脂所形成。在裝置本體2的下面，安裝有抵接於基板W背面的彈性膜4。彈性膜4是以乙烯丙烯橡膠(EPDM)、聚氨酯橡膠(polyurethane rubber)、矽橡膠(silicon rubber)等強度及耐久性優越的橡膠材料所形成。
彈性膜4具有：平板狀的抵接部42，具有抵接於基板W的背面(上面)的幾乎全面的抵接面42a；；第一周壁部44，連接於抵接部42的外周端並在上方延伸；及第二周壁部46，位於第一周壁部44的內側，連接於抵接部42並在上方延伸。然後，彈性膜4將第一周壁部44及第二周壁部46連接於裝置本體2並固定於裝置本體2，藉此，在裝置本體2與彈性膜4之間，位於第一周壁部44及第二周壁部46之間形成有環狀的第一壓力室5，位於以第二周壁部46將周圍包圍的區域內形成有圓筒狀的第二壓力室7。在此例，第一周壁部44及第二周壁部46被連接於抵接部42成從抵接部42往鉛直方向升起。
在裝置本體2內，形成有連通於第一壓力室5的流路11與連通於第二壓力室7的流路13。然後，流路11經由管或連接器等組成的流路21連接於流體供給源30，流路13經由管或連接器等組成的流路23連接於流體供給源30。在流路21設置有開閉閥V1與壓力調節器R1，在流路23設置有開閉閥V3與壓力調節器R3。流體供給源30供給壓縮空氣等壓力流體。
在卡環3的正上方形成有固定室9，固定室9經由形成於裝置本體2內的流路15及由管或連接器等組成的流路25，連接於流體供給源30。在流路25設置有開閉閥V5與壓力調節器R5。
壓力調節器R1、R3及R5具有調整從流體供給源30供給至第一壓力室5、第二壓力室7及固定室9的壓力流體的壓力的調整機能。然後，壓力調節器R1、R3及R5，以及開閉閥V1、V3及V5，被連接於控制這些動作的控制裝置33。
在如第二圖所示構成的基板保持裝置1，在彈性膜4與裝置 本體2之間形成有第一壓力室5與第二壓力室7，在卡環3的正上方形成有固定室9，可以經壓力調節器R1、R3、R5分別獨立地調整供給至這些第一壓力室5、第二壓力室7及固定室9的流體壓力。藉由如此結構，可在基板W各領域調整按壓基板W至研磨墊101的按壓力，且可調整卡環3按壓研磨墊101的按壓力。
也就是說，可以獨立地調整按壓至第一壓力室5的正下方的基板的環狀區域、第二壓力室正下方的基板的圓形區域，可以獨立地調整卡環3按壓研磨墊101的按壓力。
當在彈性膜4與裝置本體2之間形成有第一壓力室5與第二壓力室7內導入壓力流體並加壓第一壓力室5與第二壓力室7，在彈性膜4的抵接部42沿著與基板W的抵接面42a的變形(延伸)，即平行於抵接面42a的變形(延伸)會產生，連接於抵接部42的外周端的第一周壁部44有接觸卡環3的內周面之虞。為了防止此第一周壁部44的往卡環3內周面的接觸，例如，做為使用於研磨直徑300mm的基板W的彈性膜4，第一壓力室5與第二壓力室7的內壓為50kPa時，使用彈性膜4的抵接部42的徑方向變形量(延伸量)為1mm以下者為較佳。但是，當使用如此材料的彈性膜4，與彈性膜4的抵接面42a垂直的方向的變形(延伸)不足。
因此，在此例，如第三圖及第四圖所示，在抵接部42的內部，遍及抵接部42的幾乎全區域，埋設由比彈性膜4剛性(縱彈性係數)高的薄片狀樹脂板50組成的補強部件，以此樹脂板(補強部件)50補強抵接部42的幾乎全區域。藉此，做為彈性膜4，在垂直於抵接面42a的方向使用具有能進行充分變形(延伸)剛性的材料，以樹脂板(補強部件)50補強抵接部42的幾乎全區域，並可從抵接部42的中心部遍及外周部的幾乎全區域來均勻地抑制藉由沿著抵接部42本身的抵接面42a的變形(延伸)。藉此，使彈性膜4與在該彈性膜4的外周部所配置的卡環3的接觸減低，並防止在抵接部42產生放鬆、在抵接面42a產生皺紋，可使基板W均勻地接觸抵接部42的抵接面42a。
在此例，由於以樹脂板50補強抵接部42，防止往垂直於抵接部42的抵接面42a方向的變形被阻礙，所以使用厚度t為1mm以下的樹 脂板50。
又，樹脂板50等的補強部件，需要配置成不露出於與彈性膜4的基板W的抵接面及對峙於外環3的外周面(施加流體壓力的面與相反的面)。若補強部件的纖維等露出於與彈性膜4的基板W的抵接面或側壁外周面等的表面，憂慮會從纖維等產生灰塵，又，由於在露出彈性膜4表面的纖維等凝聚漿體，該漿體凝聚物有可能成為對基板W的刮傷來源。
如此例，在第一周壁部44及第二周壁部46連接於抵接部42並在上方延伸的情況，在第一周壁部44及第二周壁部46，需求相對於抵接部42的抵接面42a垂直方向的充分伸縮性。這是因為當第一周壁部44及第二周壁部46不具有相對於抵接部42的抵接面42a垂直方向的充分伸縮性，對於位在對應第一周壁部44及第二周壁部46位置的基板W的按壓力會局部地降低並產生面壓分佈，研磨速度在基板面內會變得不均勻。
因此，在此例中，由於抑制上述面壓分佈，並抑制沿著彈性膜4的抵接部42的抵接面42a的變形(延伸)，所以僅補強抵接部42，不會進行對於第一周壁部44及第二周壁部46的補強。
又，雖然圖未顯示，但在彈性膜4設有用來真空吸附基板W的複數個吸附孔，這些吸附孔連通於第一壓力室5及第二壓力室7的內部。然後，藉由真空吸引第一壓力室5及第二壓力室7內，使基板W抵接於彈性膜4的抵接面42a並成可保持吸附。在此例中，樹脂板(補強部件)50配置於除了這些吸附孔及那些周圍的區域，藉此，全部或一部分的吸附孔不會被樹脂板(補強部件)50閉塞。這點即使在以下各例也一樣。
接下來，說明以第二圖所示構成的基板保持裝置1進行基板W的研磨的情況。
基板保持裝置1是從基板傳遞裝置接受基板W並以真空吸附來保持基板W。以真空吸附保持基板W的基板保持裝置1，會下降至預先設定的基板保持裝置1的研磨時設定位置。在此研磨時設定位置，雖然卡環3降落於研磨墊101的研磨面101a，但由於研磨前是以基板保持裝置1吸附保持基板W，所以在基板W的下面(被研磨面)與研磨墊101的研磨面101a之間，有些微空隙(例如約1mm)。此時，研磨機台100及基板 保持裝置1一起被旋轉驅動。
在此狀態，開閉閥V1及開閉閥V3同時打開，從流體供給源30將壓力流體供給至第一壓力室5及第二壓力室7，使在基板W背面側的彈性膜4膨脹，並使基板W的上面抵接於彈性膜4的抵接部42的抵接面42a並將基板W往下方按壓。藉此，使基板W的下面(被研磨面)降落於研磨墊101的研磨面101a。然後，從研磨液供給噴嘴102將研磨液Q供給至研磨墊101的研磨面101a，來進行基板W的表面研磨。
如此，當從流體供給源30將壓力流體供給至第一壓力室5及第二壓力室7，使在基板W背面側的彈性膜4膨脹，彈性膜4的特別是抵接部42會沿著抵接面42a變形。
根據此例，藉由將具有與基板W抵接的抵接面42a的抵接部42，遍及幾乎全區域，以比彈性膜4剛性(縱彈性係數)高的薄片狀樹脂板(補強部件)50來補強，可極力容許垂直於抵接部42的抵接面42a的方向的變形，並從抵接部42的中心部遍及外周部的全區域來均勻地抑制沿著抵接部42本身的抵接面42a的變形(延伸)。藉此，使彈性膜4與在該彈性膜4的外周部所配置的卡環3的接觸減低，並防止在抵接部42產生放鬆、在抵接面42a產生皺紋，可使基板W均勻地接觸抵接部42的抵接面42a。
又，在上述例中，雖然表示了以比彈性膜4剛性(縱彈性係數)高的薄片狀樹脂板50來補強彈性膜4的抵接部42的幾乎全區域的例，但取代樹脂板50，也可以使用比彈性膜4剛性(縱彈性係數)高的織布或不織布做為補強部件，以織布或不織布補強彈性膜4的抵接部42的幾乎全區域。在織布或不織布等布，一般來說，在伸縮性有方向性，對於平行於纖維的方向係有伸縮性的抑制效果，但對於除此之外的方向係抑制效果低。因此，在以織布或不織布補強彈性膜4的幾乎全區域的情況下，使用具有等向性形狀的織布或不織布者為較佳。如此的具有等向性形狀的織布或不織布，可以經組合兩種織布或不織布來獲得。
第五圖及第六圖表示本發明的另一其他實施形態的彈性膜4a。此例的彈性膜4a與第2~4圖彈性膜4的相異點，是在彈性膜4a的抵 接部42的內部，遍及抵接部42全區域，埋設由比彈性膜4a剛性(縱彈性係數)高的複數個環狀絲狀部件52組成的補強部件，並以環狀的絲狀部件(補強部件)52補強抵接部42的幾乎全區域，其中彈性膜4a是以抵接部42的中心為中心配置成同心圓狀。
做為絲狀部件52的材料，可列舉強度優越者，例如不銹鋼絲(stainless steel wire)等金屬材料或聚芳醯胺(aramid)纖維、尼龍(nylon)或聚酯(polyester)等樹脂材料。此點在以下各例也一樣。
如此例，在以配置成同心圓狀的環狀絲狀部件(補強部件)52補強抵接部42的幾乎全區域的情況，沿著半徑方向彼此相鄰的絲狀部件(補強部件)52的間隔L1係20mm以下為較佳。
第七圖係表示本發明的其他實施形態的彈性膜4b。此例的彈性膜4b與第五及六圖所示的彈性膜4a的差異點，是在彈性膜4b的抵接部42的內部，遍及抵接部42全區域，埋設由比彈性膜4b剛性(縱彈性係數)高的複數個絲狀部件54組成的補強部件，並以此絲狀部件(補強部件)54補強抵接部42的幾乎全區域，其中彈性膜4b配置成從抵接部42中心延伸成放射狀。
如此例，在以配置成放射狀的絲狀部件(補強部件)54補強抵接部42的幾乎全區域的情況，彼此相鄰的絲狀部件(補強部件)54的所成角度(傾斜角)α係5°以下為較佳。
第八圖係表示本發明的另一其他實施形態的彈性膜4c。此例的彈性膜4c與第5及6圖所示的彈性膜4a的差異點，是在彈性膜4c的抵接部42的內部，遍及抵接部42全區域，埋設由比彈性膜4c剛性(縱彈性係數)高的絲狀部件56組成的補強部件，並以此絲狀部件(補強部件)56補強抵接部42的幾乎全區域，其中彈性膜4c配置成從抵接部42中心連續延伸成線圈狀。
如此例，在以連續配置成線圈狀的絲狀部件(補強部件)56補強抵接部42的幾乎全區域的情況，沿著半徑方向彼此相鄰的絲狀部件(補強部件)56間隔L2係20mm以下為較佳。
第九圖及第十圖係表示本發明的另一其他實施形態的彈性 膜4d。此例的彈性膜4d與第5及6圖所示的彈性膜4a的差異點，是在彈性膜4d的抵接部42的內部，遍及抵接部42全區域，埋設由比彈性膜4d剛性(縱彈性係數)高的複數個絲狀部件58組成的補強部件，並以此絲狀部件(補強部件)58補強抵接部42的幾乎全區域，其中彈性膜4d配置成彼此垂直的縱方向及橫方向直線延伸成的格子狀。
如此例，在以配置成格子狀的絲狀部件(補強部件)58補強抵接部42的幾乎全區域的情況，沿著絲狀部件58的縱方向及橫方向的間距L3、L4係20mm以下為較佳。
在平行於彈性膜的抵接部的抵接面的方向的伸縮性抑制效果，需要等向性。因此，在使用半導體晶圓等圓形物做為基板W，抵接部42也具有配合基板W形狀的圓形形狀的情況，藉由以第五圖及第六圖所示的同心圓狀的絲狀部件52、第七圖所示的延伸成放射狀的絲狀部件54、或第八圖所示的線圈狀的絲狀部件56來補強抵接部42的幾乎全區域，可確保具有等向性的伸縮性抑制效果，並更均勻地補強抵接部42的幾乎全區域。
如第九圖及第十圖所示，在以配置成格子狀的絲狀部件(補強部件)58補強抵接部42的幾乎全區域的情況，為確保具有等向性的伸縮性抑制效果，複數實施變更相位的兩種類以上的配列為較佳。
第十一圖係表示本發明的另一其他實施形態的彈性膜4e。此例的彈性膜4e與第二~四圖所示的彈性膜4的差異點，是在以第二補強部件補強除了與第一周壁部44及第二周壁部46的抵接部42的連接部(折回部)外的鉛直部的幾乎全區域，藉此，如前述，在以壓力流體加壓第一壓力室5及第二壓力室7時，抑制第一周壁部44及第二周壁部46的擴徑。也就是說，在此例中，在第一周壁部44的鉛直部內部，埋設比具有例如1mm以下厚度的彈性膜4e剛性(縱彈性係數)高的薄片狀樹脂板60a組成的第二補強部件，以此樹脂板(第二補強部件)60a補強第一周壁部44的鉛直部的幾乎全區域。同樣地，在第二周壁部46的鉛直部內部，埋設比具有例如1mm以下厚度的彈性膜4e剛性(縱彈性係數)高的薄片狀樹脂板60b組成的第二補強部件，以此樹脂板(第二補強部件)60b補強第二周壁部46的鉛直部的幾乎全區域。
如前述，在第一周壁部44及第二周壁部46連接於抵接部42並在上方延伸的情況，雖然在第一周壁部44及第二周壁部46需要相對於抵接部42的抵接面42a為垂直方向的充分伸縮性，但如此例，以第二補強部件補強除了與第一周壁部44及第二周壁部46的抵接部42的連接部(折回部)的鉛直部的幾乎全區域，藉由確保與第一周壁部44及第二周壁部46的抵接部42的連接部的伸縮性，即可回應要求。
又，與前述一樣，取代樹脂板60a、60b，也可以使用織布或不織布，分別以埋設至第一周壁部44及第二周壁部46的織布或不織布來補強第一周壁部44及第二周壁部46的鉛直部的幾乎全區域。
第十二圖係表示本發明的其他實施形態的彈性膜4f。此例的彈性膜4f與第十一圖所示的彈性膜4e的差異點，是在第一周壁部44的鉛直部內部，埋設由比彈性膜4f剛性(縱彈性係數)高的複數個環狀的絲狀部件62a組成的第二補強部件，以此絲狀部件(補強部件)62a補強第一周壁部44的鉛直部的幾乎全區域，其中彈性膜4f在高度方向以特定間隔分離配置，同樣地，在第二周壁部46的鉛直部內部，埋設由比彈性膜4f剛性(縱彈性係數)高的複數個環狀的絲狀部件62b組成的第二補強部件，以此絲狀部件(補強部件)62b補強第二周壁部46的鉛直部的幾乎全區域。
如此，藉由以在高度方向以特定間隔分離配置的複數個環狀的絲狀部件62a、62b分別補強第一周壁部44及第二周壁部46，可不極力阻礙第一周壁部44及第二周壁部46的高度方向的伸縮性。
又，取代環狀的絲狀部件62a、62b，也可以使用連續延伸的線圈狀絲狀部件，分別以埋設線圈狀的絲狀部件於第一周壁部44及第二周壁部46的內部，可不極力阻礙第一周壁部44及第二周壁部46的高度方向的伸縮性，並以線圈狀的絲狀部件分別補強第一周壁部44及第二周壁部46的鉛直部的幾乎全區域。
在上述例中，雖然以第二補強部件補強第一周壁部44及第二周壁部46雙方，但也可以第二補強部件補強第一周壁部44及第二周壁部46中之一方。
第十三圖係表示本發明的另一其他實施形態的彈性膜4g。 此例的彈性膜4g與第2~4圖所示例的差異點，是在安裝板狀的低摩擦部件70於彈性膜4g的第一周壁部44的外側面。如此，藉由安裝低摩擦部件70於彈性膜4g的第一周壁部44的外側面，即使在因彈性膜4g的抵接部42的延伸接觸第一周壁部44與卡環3(參照第二圖)的情況，可以減低卡環3的基板W的往外周部的按壓力的損失。
第十四圖係表示本發明的另一其他實施形態的彈性膜4h。此例的彈性膜4h與第十三圖所示的彈性膜4g的差異點，是在形成塗料皮膜72取代板狀的低摩擦部件70於彈性膜4g的第一周壁部44的外側面。此塗料皮膜72為例如含浸塗料皮膜或由氟樹脂組成的塗料皮膜。
如此，藉由形成塗料皮膜72於彈性膜4g的第一周壁部44的外側面，可防止第一周壁部44的厚度增加。
到此為止說明了關於本發明的實施形態，但本發明不受限於上述實施形態，更不用說在其技術思想的範圍內也可以實施各種不同形態。
4‧‧‧彈性膜
42‧‧‧抵接部
42a‧‧‧抵接面
44‧‧‧第一周壁部
46‧‧‧第二周壁部
50‧‧‧樹脂板(補強部件)
t‧‧‧厚度

Claims (25)

  1. 一種彈性部件，用於使外環位於基板外周部並保持基板的基板保持裝置，其特徵在於具備：具有抵接部、第一周壁部及第二周壁部之彈性膜；及第一補強部件，比前述彈性膜剛性高，將前述彈性膜之抵接部遍及幾乎全區域加以補強；前述彈性膜之抵接部，具有與基板抵接的抵接面；前述彈性膜之第一周壁部，連接於前述抵接部的外周端並在上方延伸；前述彈性膜之第二周壁部，在前述第一周壁部的內側連接於前述抵接部在上方延伸，前述彈性膜之第二周壁部，分別在外側形成有第一壓力室，在內側形成有第二壓力室；前述第一補強部件，埋設遍及前述彈性膜之抵接部之幾乎全區域。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的彈性部件，其中前述抵接部係以圓形，而前述第一補強部件係在前述抵接部的幾乎全區域，由放射狀配置的絲狀部件組成。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的彈性部件，其中前述抵接部係以圓形，而前述第一補強部件係在前述抵接部的幾乎全區域，由同心圓狀配置的絲狀部件組成。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的彈性部件，其中前述抵接部係以圓形，而前述第一補強部件係在前述抵接部的幾乎全區域，由渦卷狀配置的絲狀部件組成。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的彈性部件，其中前述第一補強部件係在前述抵接部的幾乎全區域，由格子狀配置的絲狀部件組成。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的彈性部件，其中前述第一補強部件係由配置於前述抵接部的幾乎全區域的不織布或織布組成。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的彈性部件，其中前述第一補強部件係由配置於前述抵接部的幾乎全區域的樹脂板組成。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的彈性部件，其中在前述抵接部設有吸附孔，前述第一補強部件被配置在前述吸附孔及其周圍之外的區域。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的彈性部件，其中至少一前述第一周壁部與前述第二周壁部係藉由比彈性膜剛性高的第二補強部件來補強。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的彈性部件，其中前述第二補強部件係由沿著高度方向以特定間隔分離來配置的絲狀部件組成。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的彈性部件，其中前述第二補強部件係由線圈狀的絲狀部件組成。
  12. 如申請專利範圍第9項所述的彈性部件，其中前述第二補強部件係由樹脂板、不織布或織布組成。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的彈性部件，其中在前述第一周壁部的外側面安裝有低摩擦部件。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的彈性部件，其中前述低摩擦部件為塗料皮膜。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的彈性部件，其中前述塗料皮膜為含浸塗料皮膜。
  16. 如申請專利範圍第14項所述的彈性部件，其中前述塗料皮膜為由氟樹脂組成。
  17. 一種彈性部件，用於使外環位於基板外周部並保持基板的基板保持裝置，其特徵在於具備：具有抵接部、第一周壁部及第二周壁部之彈性膜；第一補強部件，比前述彈性膜剛性高，將前述彈性膜之抵接部遍及幾乎全區域加以補強；及第二補強部件，比前述彈性膜剛性高；前述彈性膜之抵接部，具有與基板抵接的抵接面；前述彈性膜之第一周壁部，連接於前述抵接部的外周端並在上方延伸；前述彈性膜之第二周壁部，在前述第一周壁部的內側連接於前述抵接部在上方延伸，前述彈性膜之第二周壁部，分別在外側形成有第一壓力室，在內側形成有第二壓力室；前述第二補強部件補強除了與前述抵接部之連接部外的前述第一周壁部及前述第二周壁部至少其中之一。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的彈性部件，其中前述第二補強部件係由沿著高度方向以特定間隔分離來配置的絲狀部件組成。
  19. 如申請專利範圍第17項所述的彈性部件，其中前述第二補強部件係由線圈狀的絲狀部件組成。
  20. 如申請專利範圍第17項所述的彈性部件，其中前述第二補強部件係由樹脂板、不織布或織布組成。
  21. 如申請專利範圍第17項所述的彈性部件，其中在前述第一周壁部的外側面安裝有低摩擦部件。
  22. 一種彈性部件，用於使外環位於基板外周部並保持基板的基板保持裝置，其特徵在於具備：具有抵接部、第一周壁部及第二周壁部之彈性膜；及第一補強部件，比前述彈性膜剛性高，將前述彈性膜之抵接部遍及幾乎全區域加以補強；前述彈性膜之抵接部，具有與基板抵接的抵接面；前述彈性膜之第一周壁部，連接於前述抵接部的外周端並在上方延伸；前述彈性膜之第二周壁部，在前述第一周壁部的內側連接於前述抵接部在上方延伸，前述彈性膜之第二周壁部，分別在外側形成有第一壓力室，在內側形成有第二壓力室；在前述第一周壁部的外側面安裝有低摩擦部件。
  23. 如申請專利範圍第22項所述的彈性部件，其中前述低摩擦部件為塗料皮膜。
  24. 如申請專利範圍第23項所述的彈性部件，其中前述塗料皮膜為含浸塗料皮膜。
  25. 如申請專利範圍第23項所述的彈性部件，其中前述塗料皮膜為由氟樹脂組成。
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