特許 6353418 基板吸着方法、トップリングおよび基板研磨装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6353418

(24)【登録日】2018年6月15日

(45)【発行日】2018年7月4日

(54)【発明の名称】基板吸着方法、トップリングおよび基板研磨装置

(51)【国際特許分類】

   B24B 37/30 20120101AFI20180625BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20180625BHJP

   B24B 41/06 20120101ALI20180625BHJP

   B24B 49/08 20060101ALI20180625BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20180625BHJP

【ＦＩ】

   B24B37/30 A

   H01L21/304 622H

   B24B41/06 A

   B24B49/08

   H01L21/68 P

【請求項の数】12

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2015-161187(P2015-161187)

(22)【出願日】2015年8月18日

(65)【公開番号】特開2017-39176(P2017-39176A)

(43)【公開日】2017年2月23日

【審査請求日】2018年4月3日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】230104019

【弁護士】

【氏名又は名称】大野 聖二

(74)【代理人】

【識別番号】230112025

【弁護士】

【氏名又は名称】小林 英了

(74)【代理人】

【識別番号】100106840

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 耕司

(74)【代理人】

【識別番号】100115808

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 真司

(74)【代理人】

【識別番号】100113549

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 守

(74)【代理人】

【識別番号】100131451

【弁理士】

【氏名又は名称】津田 理

(74)【代理人】

【識別番号】100167933

【弁理士】

【氏名又は名称】松野 知紘

(74)【代理人】

【識別番号】100174137

【弁理士】

【氏名又は名称】酒谷 誠一

(74)【代理人】

【識別番号】100184181

【弁理士】

【氏名又は名称】野本 裕史

(72)【発明者】

【氏名】篠崎 弘行

【審査官】 亀田 貴志

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−２３０４５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１３３７９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１３０６２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５４２３７１６（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２８０３３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０４６７５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０８２５８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２４Ｂ ３７／００ − ３７／３４

Ｂ２４Ｂ ４１／０６

Ｂ２４Ｂ ４９／０８

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

Ｂ２３Ｑ １７／００

Ｂ２５Ｊ １５／０６

ＤＷＰＩ（Ｄｅｒｗｅｎｔ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

トップリング本体と、その下方に設けられた弾性膜と、を有するトップリングに基板を吸着させる基板吸着方法であって、
前記基板の下面が支持部材に支持され、前記基板の上面が前記弾性膜の下面と接触した状態で、前記弾性膜の上面と前記トップリング本体との間に同心円状に形成された複数のエリアのうちの少なくとも１つのエリアを真空引きする真空引き工程と、
真空引きの対象エリアより外側にあるエリアから流出するガスの流量を計測する流量計測工程と、
前記ガスの流量に基づいて、前記トップリングに前記基板が吸着したか否かを判定する判定工程と、を備える基板吸着方法。

【請求項2】

前記トップリングに前記基板が吸着したと判定された後に、前記基板が吸着された前記弾性膜と前記支持部材とを離間させる離間工程と、を備える請求項１に記載の基板吸着方法。

【請求項3】

前記真空引き工程の後に、前記真空引きの対象エリアの少なくとも１つのエリアの圧力を計測する圧力計測工程を備え、
前記判定工程では、前記ガスの流量に加え、前記真空引きの対象エリアの少なくとも１つのエリアにおける圧力も考慮して、前記トップリングに前記基板が吸着したか否かを判定する、請求項１または２に記載の基板吸着方法。

【請求項4】

前記複数のエリアのうちの少なくとも１つのエリアを加圧する加圧工程と、
前記基板の上面と前記弾性膜の下面とを接触させる接触工程と、を備え、
その後に前記真空引き工程が行われる、請求項１ないし３のいずれかに記載の基板吸着方法。

【請求項5】

前記加圧工程では、前記真空引きの対象エリアを加圧する、請求項４に記載の基板吸着方法。

【請求項6】

前記基板の上面と前記弾性膜の下面とが接触している際に、前記真空引きの対象エリアより外側にあるエリアを加圧しない、請求項１乃至５のいずれかに記載の基板吸着方法。

【請求項7】

前記支持部材は、前記トップリングに前記基板を受け渡す搬送機構である、請求項１乃至６のいずれかに記載の基板吸着方法。

【請求項8】

前記支持部材は、前記トップリングに保持された基板を研磨する研磨テーブルである、請求項１乃至７のいずれかに記載の基板吸着方法。

【請求項9】

トップリング本体と、
前記トップリング本体の下方に設けられる弾性膜であって、その上面と前記トップリング本体との間に同心円状に複数のエリアが形成された弾性膜と、
支持部材によって下面が支持された基板の上面と前記弾性膜の下面とが接触した状態で、前記複数のエリアのうちの少なくとも１つのエリアを真空引きする圧力調整手段と、
前記真空引きの対象エリアより外側にあるエリアから流出するガスの流量を計測する流量計と、
前記ガスの流量に基づいて、前記弾性膜の下面に前記基板が吸着したか否かを判定する判定手段と、を備えるトップリング。

【請求項10】

前記真空引きの対象エリアより外側にあるエリアには、前記流量計が設けられた流路が接続され、該エリアと前記流量計との間で、前記流路は分岐していない、請求項９に記載のトップリング。

【請求項11】

前記複数のエリアが形成された位置において、前記弾性膜には孔が形成されていない、請求項９または１０に記載のトップリング。

【請求項12】

請求項９乃至１１のいずれかに記載のトップリングと、
前記トップリングに前記基板を受け渡す搬送機構と、
前記トップリングに保持された前記基板を研磨する研磨テーブルと、を備える基板研磨装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トップリングに基板を吸着させる基板吸着方法、基板を吸着するトップリング、および、そのようなトップリングを有する基板研磨装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体ウエハなどの基板を研磨する基板研磨装置では、トップリングに保持された基板を研磨テーブルに押し付けることで基板を研磨する。搬送機構からトップリングに基板を受け渡すためには、まず搬送機構に支持された基板をトップリングの下面に設けられたメンブレンに接触させる。そして、メンブレンに形成された孔から真空引きすることで、基板がメンブレンに吸着される。

【0003】

メンブレンに形成された孔が大きいと、トップリング内部で発生した粉塵が孔を通って基板を汚染したり、メンブレンと真空吸着された基板との間からガスがリークしたりすることがある。そのため近年では、メンブレンに形成される孔をできるだけ小さくする傾向にある。さらには、孔をなくし、真空引きによってメンブレンの表面形状を変形させて基板を吸着することも行われるようになってきている。

【0004】

孔を小さくしたり孔をなくしたりすると、基板の吸着力が低くなる。基板がトップリングに十分に吸着する前にトップリングを移動させると、基板を落としてしまうことがある。そのため、基板がトップリングに吸着して搬送機構からの受け渡しが完了したことを検出する必要がある。通常は、真空引きしたエリアの真空圧を計測し、真空圧が所定の閾値に達したことをもって、基板の受け渡しが完了したと判定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第３７０５６７０号

【特許文献2】特開２０１４−６１５８７号公報

【特許文献3】特開２０１１−２５８６３９号公報

【特許文献4】特開２０１４−８５７０号公報

【特許文献5】特開２００２−５２１８３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、真空引きしたエリアの真空圧に基づいて判定を行っても、必ずしも基板とメンブレンとの間に十分な密着力が発生しているとは限らない。したがって、安全のために、閾値を厳しく設定したり、閾値に達して所定時間待機した後にトップリングを移動させたりせざるを得ない。そうすると、基板の受け渡し時間が本来必要な時間より長くなってしまい、スループットが低下してしまうという問題がある。

【0007】

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、確実にトップリングに基板を吸着させることができる基板吸着方法、確実に基板を吸着するトップリング、および、そのようなトップリングを有する基板研磨装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様によれば、トップリング本体と、その下方に設けられた弾性膜と、を有するトップリングに基板を吸着させる基板吸着方法であって、前記基板の下面が支持部材に支持され、前記基板の上面が前記弾性膜の下面と接触した状態で、前記弾性膜の上面と前記トップリング本体との間に同心円状に形成された複数のエリアのうちの少なくとも１つのエリアを真空引きする真空引き工程と、真空引きの対象エリアより外側にあるエリアにおけるガスの流量を計測する流量計測工程と、前記ガスの流量に基づいて、前記トップリングに前記基板が吸着したか否かを判定する判定工程と、前記トップリングに前記基板が吸着したと判定された後に、前記基板が吸着された前記弾性膜と前記支持部材とを離間させる離間工程と、を備える基板吸着方法が提供される。

【0009】

あるエリアを真空引きすると、基板が弾性膜に吸着する際に、真空引きの対象エリアより外側にあるエリアの容積が小さくなる。このことを、真空引きの対象エリアより外側にあるエリアにおけるガスの流量に基づいて検出する。そのため、精度よく基板が弾性膜に吸着したか否かを判定できる。

【0010】

前記真空引き工程の後に、前記真空引きの対象エリアの少なくとも１つのエリアの圧力を計測する圧力計測工程を備え、前記判定工程では、前記ガスの流量に加え、前記真空引きの対象エリアの少なくとも１つのエリアにおける圧力も考慮して、前記トップリングに前記基板が吸着したか否かを判定するのが望ましい。
真空引きの対象エリアの圧力（真空度）も考慮することで、判定の精度がさらに向上する。

【0011】

前記複数のエリアのうちの少なくとも１つのエリアを加圧する加圧工程と、前記基板の上面と前記弾性膜の下面とを接触させる接触工程と、を備え、その後に前記真空引き工程が行われるのが望ましい。
予め加圧しておくことで、弾性膜とトップリング本体とが密着していた場合であっても、加圧することでその状態を解除でき、弾性膜と基板との接触面積を大きくできるためである。

【0012】

前記加圧工程では、前記真空引きの対象エリアを加圧するのがより望ましい。
真空引きの対象エリアが弾性膜の中央である場合、弾性膜の中央が下に凸な形状となり、基板の中央部を確実に弾性膜と接触させることができる。

【0013】

前記基板の上面と前記弾性膜の下面とが接触している際に、前記真空引きの対象エリアより外側にあるエリアを加圧しないのが望ましい。
真空引きの対象エリアより外側にあるエリアを加圧すると基板が弓状に沿ってしまい、基板に負担がかかるためである。

【0014】

前記支持部材は、前記トップリングに前記基板を受け渡す搬送機構であってもよい。
この場合、搬送機構からトップリングに確実に基板を受け渡すことができる。

【0015】

前記支持部材は、前記トップリングに保持された基板を研磨する研磨テーブルであってもよい。
この場合、基板の研磨後に研磨テーブルからトップリングに確実に基板を吸着させることができる。

【0016】

また、本発明の別の態様によれば、トップリング本体と、前記トップリング本体の下方に設けられる弾性膜であって、その上面と前記トップリング本体との間に同心円状に複数のエリアが形成された弾性膜と、支持部材によって下面が支持された基板の上面と前記弾性膜の下面とが接触した状態で、前記複数のエリアのうちの少なくとも１つのエリアを真空引きする真空引き機構と、前記真空引きの対象エリアより外側にあるエリアにおけるガスの流量を計測する流量計と、前記ガスの流量に基づいて、前記弾性膜の下面に前記基板が吸着したか否かを判定する判定手段と、を備えるトップリングが提供される。
この態様により、精度よく基板が弾性膜に吸着したか否かを判定できる。

【0017】

前記真空引きの対象エリアより外側にあるエリアには、前記流量計が設けられた流路が接続され、該エリアと前記流量計との間で、前記流路は分岐していないのが望ましい。
このようにすることで、流量計がエリアにおける流量を正確に計測できる。

【0018】

前記複数のエリアが形成された位置において、前記弾性膜には孔が形成されていないのが望ましい。
孔がないことで、トップリング内部で発生した粉塵が基板を汚染したり、弾性膜と吸着した基板との間からガスがリークしたりすることを抑えることができる。

【0019】

本発明の別の態様によれば、上記のトップリングと、前記トップリングに前記基板を受け渡す搬送機構と、前記トップリングに保持された前記基板を研磨する研磨テーブルと、を備える基板研磨装置が提供される。

【発明の効果】

【0020】

真空引きの対象エリアより外側にあるエリアにおけるガスの流量に基づいてトップリングに基板が吸着した否かを判定するため、確実に基板をトップリングに吸着させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】基板研磨装置１００の概略斜視図

【図2】基板研磨装置１００の概略断面図

【図3】搬送機構７からトップリング１への基板受け渡しを説明する図

【図4】搬送機構７からトップリング１への基板受け渡しを説明する図

【図5】トップリング１の構造を模式的に示す断面図

【図6】圧力制御手段１５の内部構成の一例を示す図

【図7】基板Ｗの吸着完了判定を含む、基板Ｗの受け渡し手順を示すフローチャート

【図8】真空引き前後のメンブレン１３および基板Ｗを側方から見た図

【図9】真空引き開始後の圧力計１６４ｂおよび流量計１６５ａの計測結果を模式的に示す図

【図10】圧力制御手段１５の内部構成の別の例を示す図

【図11】圧力制御手段１５の内部構成のまた別の例を示す図

【図12】基板Ｗの吸着完了判定を含む、基板Ｗの吸着手順を示すフローチャート

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
（第１の実施形態）
図１および図２は、それぞれ基板研磨装置１００の概略斜視図および断面図である。基板研磨装置１００は、トップリング１と、下部にトップリング１が連結されたトップリングシャフト２と、研磨面３ａを有する研磨テーブル３と、研磨液を研磨テーブル３上に供給するノズル４と、トップリングヘッド５と、支持軸６とを有する。

【0023】

トップリング１は基板Ｗを保持し、その下面を研磨面３ａに押し付ける。図２に示すように、トップリング１は、トップリング本体１１と、円環状のリテーナリング１２と、トップリング本体１１の下方に設けられた可撓性のメンブレン１３（弾性膜）とから構成される。トップリング本体１１とメンブレン１３と間の空間を減圧することで、基板Ｗの上面がトップリング１に保持される。基板Ｗの周縁はリテーナリング１２に囲まれることとなり、研磨中に基板Ｗがトップリング１から飛び出さないようになっている。

【0024】

トップリングシャフト２はトップリング１の上面中央に連結されている。不図示の昇降機構がトップリングシャフト２を昇降させることで、トップリング１に保持された基板Ｗの下面が研磨面３ａに接触したり離れたりする。また、不図示のモータがトップリングシャフト２を回転させることでトップリング１が回転し、これによって保持された基板Ｗも回転する。

【0025】

研磨テーブル３の上面には研磨面３ａが設けられる。研磨テーブル３の下面は回転軸に接続されており、研磨テーブル３は回転可能となっている。研磨液がノズル４から供給され、研磨面３ａに基板Ｗの下面が接触した状態で基板Ｗおよび研磨テーブル３が回転することで、基板Ｗが研磨される。

【0026】

トップリングヘッド５は、一端にトップリングシャフト２が連結され、他端に支持軸６が連結される。不図示のモータが支持軸６を回転させることでトップリングヘッド５が揺動し、トップリング１が研磨面３ａ上と、基板受け渡し位置（不図示）との間を行き来する。

【0027】

このような基板研磨装置１００は次のように動作する。まず、トップリングヘッド５が揺動することでトップリング１が基板受け渡し位置に移動し、搬送機構（不図示）からトップリング１に基板Ｗが受け渡される。これにより、基板Ｗの上面がトップリング１に保持される。この点の詳細は後述する。

【0028】

次いで、トップリングヘッド５が逆方向に揺動することでトップリング１が研磨面３ａ上に移動し、さらにトップリングシャフト２が下降することで研磨面３ａ上に基板Ｗの下面を接触させる。そして、ノズル４から研磨面３ａ上に研磨液を供給しながらトップリング１および研磨テーブル３が回転し、基板Ｗが研磨される。研磨の後、トップリング１が再度基板Ｗの保持を行った上で、トップリングヘッド５が揺動することでトップリング１が基板受け渡し位置に移動する。

【0029】

続いて、基板受け渡し位置における、搬送機構からトップリング１への基板受け渡しについて説明する。

【0030】

図３および図４は、搬送機構７からトップリング１への基板受け渡しを説明する図である。図３は搬送機構７およびトップリング１を側方から見た図であり、図４はこれらを上方から見た図である。

【0031】

図３に示すように、基板研磨装置１００が有する搬送機構７（より詳しくは、そのハンド７１）上に基板Ｗが載置される。図４に示すように、ハンド７１は基板Ｗの下面の外周側の一部を支持する。搬送機構７は不図示の昇降機構により昇降する。

【0032】

また、基板Ｗの受け渡しには、リテーナリングステーション８が用いられる。図３に示すように、リテーナリングステーション８は、トップリング１のリテーナリング１２を押し上げる押し上げピン８１を有する。図４に示すように、押し上げピン８１とハンド７１とが互いに接触しないように配置されている。

【0033】

搬送機構７およびトップリング１は次のように動作して、基板Ｗを搬送機構７からトップリング１に受け渡す。まず図３（ａ）に示すように、トップリング１が下降するとともに、搬送機構７が上昇する。トップリング１の下降により、押し上げピン８１がリテーナリング１２を押し上げる。また、基板Ｗがメンブレン１３に接近する。

【0034】

さらに搬送機構７が上昇すると、図３（ｂ）に示すように、基板Ｗの上面がメンブレン１３の下面に接触する。この状態で、後述するようにして基板Ｗがメンブレン１３に吸着する。その際、確実に吸着したか否か、言い換えると、基板Ｗの受け渡しが完了したか否かの判定が行われる。完了したと判定されると、図３（ｃ）に示すようにトップリング１が上昇するとともに、搬送機構７が下降する。

【0035】

続いて、基板Ｗの吸着と、その完了の判定について説明する。
図５は、トップリング１の構造を模式的に示す断面図である。メンブレン１３には、トップリング本体１１に向かって上方に延びる周壁１３ａ〜１３ｈが形成されている。これら周壁１３ａ〜１３ｈにより、メンブレン１３の上面とトップリング本体１１の下面との間に、周壁１３ａ〜１３ｈによって区切られた同心円状のエリア１３１〜１３８が形成される。

【0036】

なお、メンブレン１３のエリア１３１〜１３８が形成された位置には孔が形成されていてもよいが、望ましくはその孔はできるだけ微細である。さらに望ましくは、メンブレン１３には孔が形成されていない。本実施形態では、そのような場合であって吸着力が強くない場合であっても、基板Ｗがトップリング１に吸着されたことを精度よく判定することで、基板Ｗが落下するのを防ぐことができる。

【0037】

トップリング本体１１を貫通してエリア１３１〜１３８にそれぞれ連通する流路１４１〜１４８が形成されている。また、リテーナリング１２の直上には弾性膜からなるリテーナ室１３９が設けられており、リテーナ室１３９に連通する流路１４９が同様に形成されている。流路１４１〜１４９は圧力制御手段１５に接続されており、エリア１３１〜１３８およびリテーナ室１３９内の圧力が制御される。

【0038】

本実施形態では、具体例として、中央側に位置するエリア１３１〜１３４はそれぞれ流路１４１〜１４４を介して加圧および真空引きすることができ、外側に位置するエリア１３５〜１３８およびリテーナ室１３９はそれぞれ流路１４５〜１４９を介して大気解放できるものとする。

【0039】

図６は、圧力制御手段１５の内部構成の一例を示す図である。流路１４１〜１４４に関する構成は共通しているので、流路１４１のみ図示している。同様に、流路１４５〜１４９に関する構成は共通しているので、流路１４５のみ図示している。

【0040】

流路１４１には流量計１６１ａが設けられ、エリア１３１に流入する（またはエリア１３１から流出する）ガスの流量を計測する。また、流路１４１には圧力計１６１ｂが設けられ、エリア１３１の圧力を計測する。

【0041】

流量計１６１ａおよび圧力計１６１ｂの先において流路１４１は分岐しており、一方はバルブ１７１ａを介して流体供給源１８に接続され、他方はバルブ１７１ｂを介して真空源１９に接続されている。バルブ１７１ａを開いて流体供給源１８から窒素などのガスを供給することで、エリア１３１を加圧できる。また、バルブ１７１ｂを開いて真空源１９が真空引きを行うことで、エリア１３１を真空引き（減圧）できる。

【0042】

ここで、エリア１３１と流量計１６１ａおよび圧力計１６１ｂとの間は単一配管となっていて分岐していないのが望ましい。エリア１３１から出る／エリア１３１に入るガスのほぼすべてが流量計１６１ａおよび圧力計１６１ｂを通ることになり、流量計１６１ａおよび圧力計１６１ｂがバルブ１７１ａ，１７１ｂの開閉状態に関わらずエリア１３１のガス流量および圧力の計測をそれぞれ行えるためである。

【0043】

もちろん、リークがない場合や、バルブを適切な位置に設けてガスの流路を切り分けられる場合には、エリア１３１と流量計１６１ａおよび圧力計１６１ｂとの間に分岐があってもよい。
なお、図示していないが、流路１４２〜１４４に設けられる流量計および圧力計を、それぞれ流量計１６２ａ〜１６４ａおよび圧力計１６２ｂ〜１６４ｂと称する。

【0044】

一方、流路１４５には流量計１６５ａおよび圧力計１６５ｂが設けられる。これらの先において、流路１４５はバルブ１７５を介して大気に連通している。バルブ１７５を開くことで、エリア１３５を大気解放することができる。なお、図示していないが、流路１４６〜１４９に設けられる流量計および圧力計を、それぞれ流量計１６６ａ〜１６９ａおよび圧力計１６６ｂ〜１６９ｂと称する。

【0045】

なお、図６はあくまで一例にすぎず、種々の変形が可能である。例えば、流路１４５〜１４９について、分岐を設けてバルブを介して流体供給源１８および／または真空源１９とも接続したり、大気に連通する代わりに流体供給によって大気圧にできるようにしたりしてもよい。また、流路１４１〜１４４について、さらに分岐を設けてバルブを介して大気に連通するようにしてもよい。いずれの場合でも、流量計および圧力計とエリアとの間に分岐がないようにするのがよい。

【0046】

図５に戻り、トップリング１は圧力制御手段１５に接続された判定手段１Ａを備えている。判定手段１Ａは、後述するようにして、流量計１６１ａ〜１６９ａおよび圧力計１６１ｂ〜１６９ｂのうちの必要な計測結果に基づいて、基板Ｗがトップリング１のメンブレン１３に吸着したか否か、つまり、搬送機構７からトップリング１への基板Ｗの受け渡しが完了したか否かを判定する。

【0047】

図７は、基板Ｗの吸着完了判定を含む、基板Ｗの受け渡し手順を示すフローチャートである。
まず、搬送機構７を支持部材として、基板Ｗの上面とメンブレン１３の下面とを接触させる。具体的には、図３を用いて説明したように、基板Ｗの下面を支持した搬送機構７が上昇するとともにトップリング１が下降することで（ステップＳ１）、基板Ｗの上面とメンブレン１３の下面とが接触する（ステップＳ２）。

【0048】

続いて、トップリング本体１１とメンブレン１３との間に形成されたエリア１３１〜１３８のうち、中心側のエリアを圧力制御手段１５が真空引きする（ステップＳ３）。

【0049】

真空引きするエリアの数が多いほど吸着力が高くなることを考慮して、適切な数のエリアを真空引きすればよい。例えば、それほど高い吸着力が必要ない場合はエリア１３１のみを真空引きすればよいし、高い吸着力が必要な場合にはエリア１３１〜１３４を真空引きすればよい。以下では、エリア１３１〜１３４を真空引きするものとする。この場合、バルブ１７１ｂ〜１７４ｂのみを開いた状態で、真空源１９を作動させればよい。尚、エリア１３４内のメンブレン１３には上述の小さい孔を所定の同心円状に複数均等配置させてもよい。

【0050】

図８（ａ），（ｂ）は、真空引き前後のメンブレン１３および基板Ｗを側方から見た図である。図８（ａ）に示すように、真空引き前はメンブレン１３はほぼ平坦であり、エリア１３１〜１３８は大気圧である。エリア１３１〜１３４を真空引きすると、図８（ｂ）に示すように、メンブレン１３がわずかに変形し、吸盤効果によって基板Ｗの中央部がメンブレン１３に吸着されるとともに、基板Ｗの外周部とメンブレン１３の外周部とが密着してシール効果が生まれ、基板Ｗがメンブレン１３に強固に吸着する。

【0051】

このとき、真空引きしたエリア１３１〜１３４の圧力は減少して真空に近づく。また、エリア１３５〜１３８（特にエリア１３５）は、メンブレン１３がトップリング本体１１側に引き寄せられることによって、容積が小さくなる。そのため、エリア１３５〜１３８内にあったガスが流路１４５〜１４８から流出する。

【0052】

つまり、エリア１３５〜１３８の容積が小さくなったことから基板Ｗがメンブレン１３に吸着したことを検出でき、エリア１３５〜１３８の容積が小さくなったことは流量計１６５ａ〜１６８ａの流量から検出できる。

【0053】

なお、真空引きしないエリア１３５〜１３８用のバルブ１７５〜１７８は開いておき、エリア１３５〜１３８を加圧することなく大気圧とするのが望ましい。エリア１３５〜１３８を加圧することも考えられるが、そうするとメンブレン１３が大きく弓状に湾曲し、それに伴って基板Ｗも湾曲して基板Ｗに負荷がかかってしまうためである。

【0054】

図７に戻り、エリア１３１〜１３４の真空引きを開始すると、対応する流路１４１〜１４４に設けられた圧力計１６１ｂ〜１６４ｂがそれぞれエリア１３１〜１３４の圧力を計測し（ステップＳ４）、その結果は判定手段１Ａに伝えられる。

【0055】

また、エリア１３４〜１３４の真空引きを開始すると、エリア１３１〜１３４の外側にあるエリア１３５〜１３８に対応する流路１４５〜１４８に設けられた流量計１６５ａ〜１６８ａがそれぞれ流量を計測し（ステップＳ５）、その結果は判定手段１Ａに伝えられる。流量計１６５ａ〜１６８ａは、上述したようにエリア１３５〜１３８から流出するガスの量を計測する。

【0056】

判定手段１Ａは、少なくとも流量計１６５ａの計測結果に基づき、必要に応じて圧力計１６１ｂ〜１６４ｂおよび流量計１６６ａ〜１６８ａの計測結果も考慮して、基板Ｗがトップリング１に吸着したか否かを判定する（ステップＳ６）。

【0057】

図９は、真空引き開始後の圧力計１６４ｂおよび流量計１６５ａの計測結果を模式的に示す図である。左側の縦軸が圧力を示しており、右側の縦軸が流量（エリア１３５から流出する方向を正）を示している。時刻ｔ０において真空引きを開始すると、エリア１３４内の圧力は低下し、大気圧から真空に近づく。一方、真空引きを開始すると、エリア１３５の容積が小さくなることに伴って、エリア１３５からのガス流出が起こる。

【0058】

判定手段１Ａは、エリア１３５からのガス流出量に基づいて、基板Ｗがメンブレン１３に十分に吸着したか、言い換えると、基板Ｗの受け渡しが完了したか否かを判定できる。具体例として、判定手段１Ａは、ガス流出量が所定の閾値Ｆｔｈに達した時点（時刻ｔ１）で受け渡しが完了したと判定してもよいし、ガス流出量が極大になった時点すなわち増加から減少に転じた時点（時刻ｔ２）で受け渡しが完了したと判定してもよい。あるいは、判定手段１Ａは、総ガス流出量すなわちガス流出量の時間積分値が所定の閾値に達した時点で受け渡しが完了したと判定してもよい。その他、判定手段１Ａはガス流出量の微分値や差分値を用いて判定してもよい。

【0059】

なお、真空引きしたエリア１３１〜１３４に近いエリア１３５において、最も大きなガス流出が発生するため、判定手段１Ａはエリア１３５からのガス流出量に基づく判定を行うのが望ましいが、エリア１３５からのガス流出量に代えて／加えてエリア１３６〜１３８からのガス流出量に基づいて判定を行っても構わない。

【0060】

また、より正確に判定するため、判定手段１Ａはエリア１３４の圧力も考慮して基板Ｗの受け渡しが完了したか否かを判定してもよい。例えば、上記ガス流出量に関する条件に加え、エリア１３４の圧力が所定の閾値に達したことをもって受け渡しが完了したと判定してもよい。また、エリア１３４の圧力に代えて／加えてエリア１３１〜１３３の圧力に基づいて判定を行っても構わない。

【0061】

本実施形態の判定手段１Ａは、真空引きしていないエリアにおけるガスの流量を用いて判定を行う。図８（ｂ）に示した当該エリアの容積変化を検出するには、エリアの圧力を用いることと、ガスの流量を用いることが考えられるが、後者の方が好適である。エリアと圧力計とが離れた場所に設置されていると、エリアの圧力を素早く正確に計測できないこともあるためである。

【0062】

図７に戻り、基板Ｗがトップリング１に吸着したと判定手段１Ａが判定すると（ステップＳ６のＹＥＳ）、トップリング１が上昇するとともに搬送機構７が下降する（ステップＳ７）。すなわち、基板Ｗが吸着されたメンブレン１３と搬送機構７とを離間させる。判定手段１Ａが流量に基づく判定を行った後にトップリング１と搬送機構７とを離すため、基板Ｗの吸着が不十分で落下してしまうことを抑制できる。

【0063】

一方、基板Ｗがトップリング１に吸着していないと判定手段１Ａが判定すると（ステップＳ６のＮＯ）、リトライモードへ移動する。

【0064】

リトライモードの一例として、エリア１３１〜１３８をいったん大気解放し（ステップＳ３１）、ステップＳ３に戻って真空引きをやり直してもよい。

【0065】

リトライモードの別の例として、エリア１３１〜１３８を低圧（例えば５０ｈＰａ）で加圧し（ステップＳ３２）、その後にエリア１３１〜１３８を大気解放して（ステップＳ３１）、ステップＳ３に戻って真空引きをやり直してもよい。これにより、エリア１３１〜１３８の容積をより確実に回復させた上で、再度の真空引きをすることができる。

【0066】

リトライモードのまた別の例として、トップリングシャフト２（図１および図２参照）をわずかに（例えば１〜２ｍｍ）上昇させ（ステップＳ３３）、その後に必要に応じてエリア１３１〜１３８を低圧で加圧（ステップＳ３２）した後にエリア１３１〜１３８を大気解放し（ステップＳ３１）、トップリングシャフト２を元の位置に下げてから（ステップＳ３４）、ステップＳ３に戻って真空引きをやり直してもよい。これにより、エリア１３１〜１３８の容積をさらに確実に回復させた上で、再度の真空引きをすることができる。

【0067】

なお、図７の手順において、基板Ｗとメンブレン１３とが接触する（ステップＳ２）より前、例えばトップリング１が下降し搬送機構７が上昇している最中（ステップＳ１）やその前に、圧力制御手段１５は、エリア１３１〜１３８のうちの少なくとも１つ、望ましくはステップＳ３で真空引きされるエリアを加圧する。さらにその加圧の後、圧力制御手段１５によりその真空引きされるエリアを大気圧状態にしてもよいし、バルブ１７１（バルブ１７１ａ、１７１ｂ）の他にこれらバルブの配置と同様に分岐され、大気に連通可能な第３のバルブ（不図示）を別途設けて、この第３のバルブのみ開いて大気圧状態にしてもよい。

【0068】

これにより、仮にメンブレン１３の上面とトップリング本体１１の下面とが密着した状態にあったとしても、加圧によってその状態が解除され、メンブレン１３の下面が基板Ｗに対して平坦または下に凸な形状となる。その結果、基板Ｗとメンブレン１３とが接触する面積を大きくすることができる。特に下に凸な形状になっていれば、基板Ｗの中央部を確実にメンブレン１３と接触させることができる。この状態で中心のエリアを真空引きすることで、基板Ｗの吸着が確実なものとなる。また、基板Ｗとメンブレン１３とが接触する前に予めこのような加圧を行うことで、スループットの低下も避けられる。

【0069】

このように、第１の実施形態では、搬送機構７からトップリング１に基板Ｗを受け渡す際、真空引きしたエリアの外側にあるエリアから流出するガスの流量に基づいて、基板Ｗがトップリング１に吸着したか否かを判定する。そのため、受け渡し完了を精度よく検出できる。さらに、基板Ｗやメンブレン１３の表面に個体差があっても受け渡し完了を精度よく検出できるため、基板Ｗの受け渡し時間を適正化でき、スループットが向上する。

【0070】

なお、図６で説明した圧力制御手段１５は一例にすぎず、種々の変形が可能である。
例えば、図１０に示すように、配管が２分岐しており、任意のエリアと分岐との間に圧力計Ｐを配置してもよい。そして、分岐の一方の先端に流体供給源１８を設け、分岐と流体供給源１８との間にバルブおよび流量計Ｆを配置してもよい。また、分岐の他方の先端に真空源１９を設け、分岐と真空源１９との間にバルブおよび圧力計Ｐを配置してもよい。流体供給源１８が例えば電空レギュレータである場合、圧力指令を大気圧（ゼロ圧）に設定することで、大気解放と等価となる。

【0071】

また、図１１に示すように、配管が３分岐しており、任意のエリアと分岐との間に圧力計Ｐを配置してもよい。そして、分岐の１つの先端に流体供給源１８を設け、分岐と流体供給源１８との間にバルブおよび流量計Ｆを配置してもよい。また、分岐の別の１つの先端に真空源１９を設け、分岐と真空源１９との間にバルブおよび圧力計Ｐを配置してもよい。さらに、分岐のまた別の１つの先端を大気解放し、分岐との間にバルブおよび流量計Ｆを配置してもよい。

【0072】

（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態では、搬送機構７からトップリング１に基板Ｗを受け渡す際の動作に関するものであった。これに対し次に説明する第２の実施形態では、基板Ｗの研磨完了後に、研磨テーブル３からトップリング１を離す際にトップリング１に基板Ｗを吸着させる動作に関するものである。以下、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

【0073】

図１２は、基板Ｗの吸着完了判定を含む、基板Ｗの吸着手順を示すフローチャートである。なお、図７と同じ工程には同じ符号を付している。

【0074】

図１および図２を用いて説明したようにしてトップリング１に保持された基板Ｗの研磨が完了する（ステップＳ１１）。この状態では、研磨テーブル３を支持部材として、基板Ｗの上面がメンブレン１３の下面に接触している。基板Ｗを研磨する際、効率よく研磨を行うためにエリア１３１〜１３８のいずれかを加圧して基板Ｗを研磨テーブル３に押し付けることもある。そのため、研磨の完了後に基板Ｗを研磨テーブル３上から移動させる際、あらためて基板Ｗをトップリング１に吸着させる必要がある。

【0075】

そのため、図７と同様のステップＳ３〜Ｓ６の動作を行う。すなわち、まずは圧力制御手段１５が中心のエリアを真空引きする（ステップＳ３）。ここで、研磨面３ａと基板Ｗとの間にはノズル４から供給された研磨液が介在している。そのため、基板Ｗを研磨面３ａから離してトップリング１に吸着させるためには、やや高い吸着力を必要とする。よって、仮に第１の実施形態で説明した搬送機構７からトップリング１への基板受け渡しでは中心のエリア１３１のみの真空引きでよい場合でも、本実施形態においてはエリア１３１〜１３４を真空引きしなければならないこともある。

【0076】

その後、各圧力計が真空引きしたエリアの圧力を計測するとともに（ステップＳ４）、各流量計が真空引きしたエリアの外側のエリアの流量を計測する（ステップＳ５）。そして、基板Ｗがトップリング１（より詳しくは、そのメンブレン１３の下面）に吸着したか否かを判定手段１Ａが判定する（ステップＳ６）。吸着が確認されると、トップリング１が上昇する（ステップＳ１２）ことで、基板Ｗが吸着されたメンブレン１３と研磨テーブル３とを離間させる。

【0077】

このように、第２の実施形態では、基板Ｗの研磨後に基板Ｗをトップリング１に吸着させる際、真空引きしたエリアの外側にあるエリアから流出するガスの流量に基づいて、基板Ｗがトップリング１に吸着したか否かを判定する。そのため、第１の実施形態と同様に、吸着完了を精度よく検出できる。さらに、基板Ｗやメンブレン１３の表面に個体差があっても受け渡し完了を精度よく検出できるため、基板Ｗの吸着時間を適正化でき、スループットが向上する。

【0078】

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。

【符号の説明】

【0079】

１ トップリング
２ トップリングシャフト
３ 研磨テーブル
３ａ 研磨面
４ ノズル
５ トップリングヘッド
６ 支持軸
１１ トップリング本体
１２ リテーナリング
１３ メンブレン
１３ａ〜１３ｈ 周壁
１３１〜１３８ エリア
１３９ リテーナ室
１４１〜１４９ 流路
１５ 圧力制御手段
１６１ａ，１６５ａ 流量計
１６１ｂ，１６５ｂ 圧力計
１７１ａ，１７１ｂ，１７５ バルブ
１８ 流体供給源
１９ 真空源
１Ａ 判定手段
２ トップリングシャフト
３ 研磨テーブル
４ ノズル
５ トップリングヘッド
６ 支持軸
７ 搬送機構
７１ ハンド
８ リテーナリングステーション
８１ 押し上げピン
１００ 基板研磨装置
Ｗ 基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】