特許 7319097 基板研磨装置、基板リリース方法および定量気体供給装置

(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】

(24)【登録日】2023-07-24

(45)【発行日】2023-08-01

(54)【発明の名称】基板研磨装置、基板リリース方法および定量気体供給装置

(51)【国際特許分類】

   B24B 37/30 20120101AFI20230725BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20230725BHJP

【ＦＩ】

B24B37/30 E

H01L21/304 622L

H01L21/304 622G

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2019110491

(22)【出願日】2019-06-13

(65)【公開番号】P2020199623

(43)【公開日】2020-12-17

【審査請求日】2021-12-20

(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】230117802

【弁護士】

【氏名又は名称】大野 浩之

(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】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】鍋谷 治

【審査官】大光 太朗

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－０５５４１２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２４Ｂ ３７／３０

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

トップリング本体と、
前記トップリング本体と対向する第１面と、前記第１面の反対側の面であって基板を吸着保持することが可能な第２面と、を有する弾性膜と、
前記トップリング本体と前記弾性膜の第１面との間の空間に連通する第１ラインに設けられた第１バルブを介して前記空間を加圧および減圧することが可能な圧力調整装置と、
シリンダ内のピストンが下方に移動することにより、前記第１ラインに設けられた第２バルブを介して、前記ピストンの面積と前記ピストンのストロークに応じた一定量の気体を前記シリンダから前記空間に供給することが可能な定量気体供給装置と、を備える基板研磨装置。

【請求項2】

前記基板を前記弾性膜の第２面に吸着する時には、前記第２バルブが閉じ、前記第１バルブが開き、前記圧力調整装置が前記空間を減圧し、
前記基板を研磨する時には、前記第２バルブが閉じ、前記第１バルブが開き、前記圧力調整装置が前記空間を加圧し、
前記基板を前記弾性膜の第２面からリリースする時には、前記第１バルブが閉じ、前記第２バルブが開き、前記定量気体供給装置が前記空間に一定量の気体を供給する、請求項１に記載の基板研磨装置。

【請求項3】

錘が重力によって落下することにより、前記ピストンが下方に移動する、請求項１または２に記載の基板研磨装置。

【請求項4】

前記定量気体供給装置は、前記シリンダ、前記ピストンおよび前記錘を有し、
前記ピストンは、前記シリンダの内面と接して上下動可能であり、
前記シリンダの内部は、前記ピストンによって下部空間と上部空間とに分割され、
前記シリンダには、前記下部空間に相当する位置に第１開口が設けられ、前記上部空間に相当する位置に第２開口および第３開口が設けられ、
前記第１開口には、前記第２バルブを介して前記第１ラインと接続される第２ラインが接続され、
前記第２開口には、第３ラインが接続され、
前記第３開口には、前記錘と前記ピストンとを連結するピストンロッドが貫通し、
前記下部空間は、前記第２ラインに設けられた第３バルブが開くことによって大気開放することが可能であり、
前記上部空間は、前記第３ラインを介して減圧および大気開放することが可能である、請求項３に記載の基板研磨装置。

【請求項5】

前記基板を前記弾性膜の第２面に吸着する時、及び、前記基板を研磨する時には、前記上部空間は減圧され、かつ、前記下部空間は大気開放され、
前記基板を前記弾性膜の第２面からリリースする時には、前記上部空間は大気開放され、前記第３バルブが閉じる、請求項４に記載の基板研磨装置。

【請求項6】

トップリング本体と、
前記トップリング本体と対向する第１面と、前記第１面の反対側の面であって基板を吸着保持することが可能な第２面と、を有する弾性膜と、
前記トップリング本体と前記弾性膜の第１面との間の空間に連通する第１ラインに設けられた第１バルブを介して前記空間を加圧および減圧することが可能な圧力調整装置と、を備え、
チャンバ内に格納されたブラダーを圧縮することにより、前記第１ラインに設けられた第２バルブを介して、前記チャンバの体積に応じた一定量の気体を前記ブラダーから前記空間に供給する、基板研磨装置。

【請求項7】

前記チャンバには、第４開口および第５開口が設けられ、
前記第４開口は、前記第２バルブを介して前記第１ラインと前記ブラダーとを接続する第４ラインが貫通しており、
前記第５開口には、第５ラインが接続され、
前記ブラダーは、前記第４ラインに設けられた第４バルブが開くことによって大気開放することが可能であり、
前記チャンバは、前記第５ラインを介して加圧および減圧することが可能である、請求項６に記載の基板研磨装置。

【請求項8】

前記基板を前記弾性膜の第２面に吸着する時、及び、前記基板を研磨する時には、前記チャンバは減圧され、前記ブラダーは大気開放され、
前記基板を前記弾性膜の第２面からリリースする時には、前記チャンバは加圧され、前記第４バルブが閉じる、請求項７に記載の基板研磨装置。

【請求項9】

トップリングの弾性膜の第２面に吸着保持された基板を前記弾性膜からリリースする基板リリース方法であって、
シリンダ内のピストンを下方に移動させることにより、前記トップリングにおけるトップリング本体と前記弾性膜の第１面との間の空間に、前記ピストンの面積と前記ピストンのストロークに応じた一定量の気体を前記シリンダから供給して、前記弾性膜と前記基板との間に隙間を生じさせる気体供給工程と、
前記隙間に流体を噴射する流体噴射工程と、を備える、基板リリース方法。

【請求項10】

錘が重力によって落下することにより、前記ピストンを下方に移動させる、請求項９に記載の基板リリース方法。

【請求項11】

トップリングの弾性膜の第２面に吸着保持された基板を前記弾性膜からリリースする基板リリース方法であって、
チャンバ内に格納されたブラダーを圧縮することにより、前記トップリングにおけるトップリング本体と前記弾性膜の第１面との間の空間に、前記チャンバの体積に応じた一定量の気体を前記ブラダーから前記空間に供給して、前記弾性膜と前記基板との間に隙間を生じさせる気体供給工程と、
前記隙間に流体を噴射する流体噴射工程と、を備える、基板リリース方法。

【請求項12】

トップリング本体と、
前記トップリング本体と対向する第１面と、前記第１面の反対側の面であって基板を吸着保持することが可能な第２面と、を有する弾性膜と、
前記トップリング本体と前記弾性膜の第１面との間の空間に連通する第１ラインに設けられた第１バルブを介して前記空間を加圧および減圧することが可能な圧力調整装置と、を備える基板保持装置に接続される定量気体供給装置であって、
シリンダ内のピストンが下方に移動することにより、前記第１ラインに設けられた第２バルブを介して、前記ピストンの面積と前記ピストンのストロークに応じた一定量の気体を前記シリンダから前記空間に供給することが可能な定量気体供給装置。

【請求項13】

トップリング本体と、
前記トップリング本体と対向する第１面と、前記第１面の反対側の面であって基板を吸着保持することが可能な第２面と、を有する弾性膜と、
前記トップリング本体と前記弾性膜の第１面との間の空間に連通する第１ラインに設けられた第１バルブを介して前記空間を加圧および減圧することが可能な圧力調整装置と、を備える基板保持装置に接続される定量気体供給装置であって、
チャンバ内に格納されたブラダーを圧縮することにより、前記第１ラインに設けられた第２バルブを介して、前記チャンバの体積に応じた一定量の気体を前記ブラダーから前記空間に供給することが可能な定量気体供給装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板研磨装置、基板リリース方法および定量気体供給装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、トップリングのメンブレンに基板を吸着保持して研磨し、その後にメンブレンから基板をリリースする基板研磨装置が開示されている。基板のリリースは、メンブレンを加圧し、メンブレンと基板の外周部に生じた隙間に流体を噴射することによって行われる。

【0003】

メンブレンの加圧は、例えば電空レギュレータによる圧力制御が考えられる。電空レギュレータは低圧になると制御精度や応答性が悪化するため、ある程度大きな圧力でメンブレンを加圧することになる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－２０５８５３号公報

【発明の概要】

【0005】

近年、半導体プロセスの微細化および高積層化に伴い、半導体デバイスが形成された基板は割れやすくなっている。そのため、基板のリリース時に電空レギュレータなどによってメンブレンに大きな圧力を与えると、基板が大きなストレスを受けて割れてしまうことがある。

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

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、吸着保持した基板を安全にリリースすることができる基板研磨装置および基板リリース方法を提供すること、また、そのような基板研磨装置に接続し得る定量気体供給装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様によれば、トップリング本体と、前記トップリング本体と対向する第１面と、前記第１面の反対側の面であって基板を吸着保持することが可能な第２面と、を有する弾性膜と、前記トップリング本体と前記弾性膜の第１面との間の空間に連通する第１ラインに設けられた第１バルブを介して前記空間を加圧および減圧することが可能な圧力調整装置と、前記第１ラインに設けられた第２バルブを介して前記空間に一定量の気体を供給することが可能な定量気体供給装置と、を備える基板研磨装置が提供される。

【0008】

望ましくは、前記基板を前記弾性膜の第２面に吸着する時には、前記第２バルブが閉じ、前記第１バルブが開き、前記圧力調整装置が前記空間を減圧し、前記基板を研磨する時には、前記第２バルブが閉じ、前記第１バルブが開き、前記圧力調整装置が前記空間を加圧し、前記基板を前記弾性膜の第２面からリリースする時には、前記第１バルブが閉じ、前記第２バルブが開き、前記定量気体供給装置が前記空間に一定量の気体を供給する。

【0009】

望ましくは、前記定量気体供給装置は、シリンダ内のピストンに連結された錘が重力によって下方に移動することにより、前記ピストンの面積と前記ピストンのストロークに応じた一定量の気体を前記シリンダから前記空間に供給してもよい。

【0010】

具体的には、前記定量気体供給装置は、前記シリンダ、前記ピストンおよび前記錘を有し、前記ピストンは、前記シリンダの内面と接して上下動可能であり、前記シリンダの内部は、前記ピストンによって下部空間と上部空間とに分割され、前記シリンダには、前記下部空間に相当する位置に第１開口が設けられ、前記上部空間に相当する位置に第２開口および第３開口が設けられ、前記第１開口には、前記第２バルブを介して前記第１ラインと接続される第２ラインが接続され、前記第２開口には、第３ラインが接続され、前記第３開口には、前記錘と前記ピストンとを連結するピストンロッドが貫通し、前記下部空間は、前記第２ラインに設けられた第３バルブが開くことによって大気開放することが可能であり、前記上部空間は、前記第３ラインを介して減圧および大気開放することが可能であってもよい。

【0011】

より具体的には、前記基板を前記弾性膜の第２面に吸着する時、及び、前記基板を研磨する時には、前記上部空間は減圧され、かつ、前記下部空間は大気開放され、前記基板を前記弾性膜の第２面からリリースする時には、前記上部空間は大気開放され、前記第３バルブが閉じてもよい。

【0012】

また、望ましくは、前記定量気体供給装置は、チャンバ内に格納されたブラダーを圧縮することにより、前記チャンバの体積に応じた一定量の気体を前記ブラダーから前記空間に供給してもよい。

【0013】

具体的には、前記定量気体供給装置は、前記ブラダーおよび前記チャンバを有し、前記チャンバには、第４開口および第５開口が設けられ、前記第４開口は、前記第２バルブを介して前記第１ラインと前記ブラダーとを接続する第４ラインが貫通しており、前記第５開口には、第５ラインが接続され、前記ブラダーは、前記４ラインに設けられた第４バルブが開くことによって大気開放することが可能であり、前記チャンバは、前記第５ラインを介して加圧および減圧することが可能であってもよい。

【0014】

より具体的には、前記基板を前記弾性膜の第２面に吸着する時、及び、前記基板を研磨する時には、前記チャンバは減圧され、前記ブラダーは大気開放され、前記基板を前記弾性膜の第２面からリリースする時には、前記チャンバは加圧され、前記第４バルブが閉じてもよい。

【0015】

本発明の別の態様によれば、トップリングの弾性膜の第２面に吸着保持された基板を前記弾性膜からリリースする基板リリース方法であって、前記トップリングにおけるトップリング本体と前記弾性膜の第１面との間の空間に一定量の気体を供給して、前記弾性膜と前記基板との間に隙間を生じさせる気体供給工程と、前記隙間に流体を噴射する流体噴射工程と、を備える、基板リリース方法が提供される。

【0016】

前記気体供給工程では、シリンダ内のピストンに連結された錘を下方に移動させることにより、前記ピストンの面積と前記ピンストンのストロークに応じた一定量の気体を前記シリンダから前記空間に供給してもよい。

【0017】

前記気体供給工程では、チャンバ内に格納されたブラダーを圧縮することにより、前記チャンバの体積に応じた一定量の気体を前記ブラダーから前記空間に供給してもよい。

【0018】

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と対向する第１面と、前記第１面の反対側の面であって基板を吸着保持することが可能な第２面と、を有する弾性膜と、前記トップリング本体と前記弾性膜の第１面との間の空間に連通する第１ラインに設けられた第１バルブを介して前記空間を加圧および減圧することが可能な圧力調整装置と、を備える基板保持装置に接続される定量気体供給装置であって、前記第１ラインに設けられた第２バルブを介して前記空間に一定量の気体を供給することが可能な定量気体供給装置が提供される。

【発明の効果】

【0019】

トップリング本体と弾性膜の第１面との間の空間に一定量の気体を供給できるため、吸着保持した基板を安全にリリースすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】基板研磨装置を含む基板処理装置の概略上面図。

【図2】基板研磨装置３００の概略斜視図。

【図3】トップリング１周辺部の概略断面図。

【図4】搬送機構６００ｂからトップリング１への基板受け渡しを詳しく説明する図。

【図5】搬送機構６００ｂからトップリング１への基板受け渡しを詳しく説明する図。

【図6】トップリング１から搬送機構６００ｂへの基板受け渡しを詳しく説明する図。

【図7】トップリング１から搬送機構６００ｂへの基板受け渡しを詳しく説明する図。

【図8】第２の実施形態に係る定量気体供給装置１６を含む基板研磨装置３００の概略構成を示す図。

【図9】搬送機構６００ｂからトップリング１への基板受け渡しの際の基板研磨装置３００の動作状態を模式的に示す図。

【図10】基板研磨時の基板研磨装置３００の動作状態を模式的に示す図。

【図11】基板リリース時の基板研磨装置３００の動作状態を模式的に示す図。

【図12】第３の実施形態に係る定量気体供給装置１６を含む基板研磨装置３００の概略構成を示す図。

【図13】搬送機構６００ｂからトップリング１への基板受け渡しの際の基板研磨装置３００の動作状態を模式的に示す図。

【図14】基板研磨時の基板研磨装置３００の動作状態を模式的に示す図。

【図15】基板リリース時の基板研磨装置３００の動作状態を模式的に示す図。

【発明を実施するための形態】

【0021】

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。

【0022】

（第１の実施形態）
図１は、基板研磨装置を含む基板処理装置の概略上面図である。本基板処理装置は、直径３００ｍｍあるいは４５０ｍｍの半導体ウエハ、フラットパネル、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）やＣＣＤ（Charge Coupled Device）などのイメージセンサ、ＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）における磁性膜の製造工程などにおいて、種々の基板を処理するものである。

【0023】

基板処理装置は、略矩形状のハウジング１００と、多数の基板をストックする基板カセットが載置されるロードポート２００と、１または複数（図１に示す態様では４つ）の基板研磨装置３００と、１または複数（図１に示す態様では２つ）の基板洗浄装置４００と、基板乾燥装置５００と、搬送機構６００ａ～６００ｄと、制御部７００とを備えている。

【0024】

ロードポート２００は、ハウジング１００に隣接して配置されている。ロードポート２００には、オープンカセット、ＳＭＩＦ（Standard Mechanical Interface）ポッド、又はＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）を搭載することができる。ＳＭＩＦポッド、
ＦＯＵＰは、内部に基板カセットを収納し、隔壁で覆うことにより、外部空間とは独立した環境を保つことができる密閉容器である。

【0025】

基板を研磨する基板研磨装置３００、研磨後の基板を洗浄する基板洗浄装置４００、洗浄後の基板を乾燥させる基板乾燥装置５００は、ハウジング１００内に収容されている。基板研磨装置３００は、基板処理装置の長手方向に沿って配列され、基板洗浄装置４００および基板乾燥装置５００も基板処理装置の長手方向に沿って配列されている。

【0026】

ロードポート２００、ロードポート２００側に位置する基板研磨装置３００および基板乾燥装置５００に囲まれた領域には、搬送機構６００ａが配置されている。また、基板研磨装置３００ならびに基板洗浄装置４００および基板乾燥装置５００と平行に、搬送機構６００ｂが配置されている。

【0027】

搬送機構６００ａは、研磨前の基板をロードポート２００から受け取って搬送機構６００ｂに受け渡したり、乾燥後の基板を基板乾燥装置５００から受け取ったりする。

【0028】

搬送機構６００ｂは、例えばリニアトランスポータであり、搬送機構６００ａから受け取った研磨前の基板を基板研磨装置３００に受け渡す。後述するように、基板研磨装置３００におけるトップリング（不図示）は真空吸着により搬送機構６００ｂから基板を受け取る。また、基板研磨装置３００は研磨後の基板を搬送機構６００ｂにリリースし、その基板は基板洗浄装置４００に受け渡される。

【0029】

さらに、２つの基板洗浄装置４００間に、これら基板洗浄装置４００間で基板の受け渡しを行う搬送機構６００ｃが配置されている。また、基板洗浄装置４００と基板乾燥装置５００との間に、これら基板洗浄装置４００と基板乾燥装置５００間で基板の受け渡しを行う搬送機構６００ｄが配置されている。

【0030】

制御部７００は基板処理装置の各機器の動きを制御するものであり、ハウジング１００の内部に配置されてもよいし、ハウジング１００の外部に配置されてもよいし、基板研磨装置３００、基板洗浄装置４００および基板乾燥装置５００のそれぞれに設けられてもよい。

【0031】

図２および図３は、それぞれ基板研磨装置３００の概略斜視図およびトップリング１周辺部の概略断面図である。基板研磨装置３００は基板を保持するトップリング１（基板保持装置）を有する。図３に示すように、トップリング本体１１（キャリアあるいはベースプレートともいう）、円環状のリテーナリング１２、トップリング本体１１の下方かつリテーナリング１２の内側に取り付け可能な可撓性のメンブレン１３（弾性膜）、トップリング本体１１とリテーナリング１２との間に設けられたエアバッグ１４、圧力調整装置１５、定量気体供給装置１６、制御装置１７などから構成される。なお、圧力調整装置１５、定量気体供給装置１６および／または制御装置１７は、トップリング１を構成するものであってもよいし、トップリング１とは別個の装置であってもよい。

【0032】

リテーナリング１２はトップリング本体１１の外周部に設けられる。保持された基板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。なお、リテーナリング１２は１つの部材であってもよいし、内側リングおよびその外側に設けられた外側リングからなる２重リング構成であってもよい。後者の場合、外側リングをトップリング本体１１に固定し、内側リングとトップリング本体１１との間にエアバッグ１４を設けてもよい。

【0033】

メンブレン１３はトップリング本体１１と対向して設けられる。具体的には、メンブレン１３の上面がトップリング本体１１と対向しており、トップリング本体１１との間に空間Ｓが形成される。そして、空間Ｓを減圧して負圧にすることで、メンブレン１３の下面が基板Ｗの上面を保持できる。さらにリテーナリングは上下に複数の部材で構成した多層リング構成であってもよい。

【0034】

エアバッグ１４はトップリング本体１１とリテーナリング１２との間に設けられる。エアバッグ１４により、リテーナリング１２はトップリング本体１１に対して鉛直方向に相対移動できる。

【0035】

圧力調整装置１５は一端が空間Ｓに連通するライン（配管）Ｌ１に接続される。より具体的には、ラインＬ１にはバルブＶ１が設けられており、バルブＶ１の上流側（空間Ｓとは反対側）に圧力調整装置１５が配置される。

【0036】

定量気体供給装置１６はラインＬ１に接続される。より具体的には、ラインＬ１にはバルブＶ２が設けられており、バルブＶ２の上流側（空間Ｓとは反対側）に定量気体供給装置１６が配置される。

【0037】

言い換えると、ラインＬ１は、一端が空間Ｓに連通し、他端は分岐している。そして、分岐した一方はバルブＶ１を介して圧力調整装置１５に接続され、分岐した他方はバルブＶ２を介して定量気体供給装置１６に接続される。このようにして、空間Ｓは、バルブＶ１を介して圧力調整装置１５と接続され、バルブＶ２を介して定量気体供給装置１６と接続されている。

【0038】

バルブＶ１が開き、バルブＶ２が閉じると、圧力調整装置１５は、空間Ｓに流体（気体）を供給して加圧したり、真空引きして減圧したり、大気開放したりして、空間Ｓの圧力を調整できる。一方、バルブＶ２が開き、バルブＶ１が閉じると、定量気体供給装置１６は空間Ｓに一定量の流体（気体）を供給できる。後述するが、この定量気体供給装置１６を設けることが本実施形態の特徴の１つである。定量気体供給装置１６の具体的な構成例は第２および第３の実施形態で述べる。

【0039】

制御装置１７はトップリング１の各部の制御、例えばバルブＶ１，Ｖ２の開閉、圧力調整装置１５、定量気体供給装置１６の制御などを行う。

【0040】

また、基板研磨装置３００は、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、研磨パッド３ａを有する研磨テーブル３と、研磨液を研磨パッド３a上に供給するノズル４と、トップリングアーム５と、支持軸６とを有する。

【0041】

図２において、トップリングシャフト２の下端はトップリング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の下面が研磨パッド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。

【0042】

研磨テーブル３の上面には研磨パッド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、研磨パッド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。

【0043】

図３のトップリングアーム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アーム５が揺動し、トップリング１が研磨パッド３ａ上と、基板受け渡し位置（不図示）との間を行き来する。

【0044】

続いて、図１の搬送機構６００ｂから図２および図３のトップリング１に基板Ｗを受け渡す際の動作、すなわち、基板Ｗをトップリング１に吸着させる際の動作を説明する。基板Ｗをトップリング１に保持させる際、図３のバルブＶ１は開き、バルブＶ２は閉じている。よって、空間Ｓは、圧力調整装置１５と接続され、定量気体供給装置１６とは切り離されている。

【0045】

図４および図５は、搬送機構６００ｂからトップリング１への基板受け渡しを詳しく説明する図である。図４は搬送機構６００ｂおよびトップリング１を側方から見た概略断面図であり、図５はこれらを上方から見た図である。

【0046】

図４（ａ）に示すように、搬送機構６００ｂのハンド６０１上に基板Ｗが載置されている。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８００が用いられる。リテーナリングステーション８００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８０１を有する。なお、リテーナリングステーション８００はリリースノズルを有してもよいが、ここでは図示していない。

【0047】

図５に示すように、ハンド６０１は基板Ｗの下面の外周側の一部を支持する。そして、押し上げピン８０１とハンド６０１とが互いに接触しないように配置されている。

【0048】

図４（ａ）に示す状態で、トップリング１が下降するとともに、搬送機構６００ｂが上昇する。トップリング１の下降により、押し上げピン８０１がリテーナリング１２を押し上げ、基板Ｗがメンブレン１３に接近する。さらに搬送機構６００ｂが上昇すると、基板Ｗの上面がメンブレン１３の下面に接触する（図４（ｂ））。

【0049】

この状態で、圧力調整装置１５が空間Ｓを減圧して負圧にすることで、トップリング１のメンブレン１３の下面に基板Ｗが吸着される。

【0050】

その後、搬送機構６００ｂのハンド６０１は下降する（図４（ｃ））。
以上のようにしてメンブレン１３に吸着保持された基板Ｗは、支持軸６が回転することによってトップリングアーム５が揺動し、研磨テーブル３の上方に移動される。そして、トップリング１が下降することで基板Ｗが研磨パッド３ａに接触する。この状態で、圧力調整装置１５が空間Ｓを加圧しつつ、トップリングシャフト２が回転することで、基板Ｗが研磨される。

【0051】

続いて、図２および図３のトップリング１から図１の搬送機構６００ｂに基板Ｗを受け渡す際の動作、すなわち、基板Ｗをトップリング１からリリース（離脱）させる際の動作を説明する。基板リリースの際、図３のバルブＶ１は閉じ、バルブＶ２は開いている。よって、空間Ｓは、定量気体供給装置１６と接続され、圧力調整装置１５とは切り離されている。

【0052】

図６および図７は、トップリング１から搬送機構６００ｂへの基板受け渡しを詳しく説明する図である。図６は搬送機構６００ｂおよびトップリング１を側方から見た概略断面図であり、図７はトップリング１およびリテーナリングステーション８００を上方から見た図（ただし、図６における搬送機構６００ｂを省略）である。これらの図に示すように、リテーナリングステーション８００は内側（基板Ｗ側）に向かう例えば３つのリリースノズル８０２を有する。

【0053】

図６（ａ）は基板Ｗがメンブレン１３に吸着された状態である。このとき、リリースノズル８０２から流体（リリースシャワー）は噴射されない。

【0054】

図６（ｂ）に示すように、トップリング１が下降するととともに、搬送機構６００ｂが上昇する。これにより、搬送機構６００ｂのハンド６０１が基板Ｗの下面に近づくが、両者は接触していない。また、押し上げピン８０１がリテーナリング１２を押し上げる。

【0055】

この状態で、定量気体供給装置１６は一定量の気体を空間Ｓに供給し、空間Ｓを加圧する。これにより、メンブレン１３が膨らみ、メンブレン１３の下面と基板Ｗの外周部との間に隙間が生じる。この隙間に向かって、リリースノズル８０２からエアなどの流体を噴射する。これにより、基板Ｗはメンブレン１３からリリースされ、ハンド６０１上に載置される。

【0056】

本実施形態では一定量の気体を空間Ｓに供給するため、メンブレン１３の膨らみ量も一定となる。したがって、常に、リリースノズル８０２からの流体噴射位置にメンブレン１３の下面と基板Ｗの外周部との間の隙間を生じさせることができる。したがって、当該隙間にリリースノズル８０２から確実に流体を噴射でき、基板Ｗをメンブレン１３からリリースできる。

【0057】

リリースノズル８０２からの流体噴射位置に隙間が形成され、かつ、基板Ｗが割れることがない圧力（例えば１～１０ｈＰａ）が基板Ｗに与えられるよう、定量気体供給装置１６から供給する気体の量を設定すればよい。また、メンブレン１３が膨らむことによって基板Ｗに与えられる圧力は相対的に低下するため、基板Ｗに作用するストレスは安定して低く保たれる。

【0058】

その後、図６（ｃ）に示すように、基板Ｗが載置されたハンド６０１が下降するとともに、トップリング１が上昇する。

【0059】

このように、第１の実施形態では、基板Ｗを吸着したり研磨したりするための圧力調整装置１５ではなく、定量気体供給装置１６から一定量の気体を空間Ｓに供給する。これにより、基板Ｗのリリース時に基板Ｗに加わるストレスを小さくすることができる。結果として、メンブレン１３に吸着保持された基板を安全にリリースできる。なお、従来の圧力調整装置では加圧時の最大圧力が５００ｈＰａもしくは１、０００ｈＰａなので、１～１０ｈＰａの低圧に対応することが困難である。そのため５０ｈＰａ以上の設定圧で加圧時間を短くすることでメンブレンの膨らみ過ぎを防止していた。

【0060】

（第２の実施形態）
図８は、第２の実施形態に係る定量気体供給装置１６を含む基板研磨装置３００の概略構成を示す図である。この定量気体供給装置１６は、シリンダ２１と、シリンダ２１のピストン２２に連結された錘２４とを有し、重力により錘２４が下方に移動することによってシリンダ２１内の気体を空間Ｓに供給するものである。

【0061】

具体的には、定量気体供給装置１６は、シリンダ２１と、ピストン２２と、ピストンロッド２３と、錘２４と、真空発生源２５とを有する。

【0062】

シリンダ２１は円柱状に鉛直方向に延びており、内部は空洞になっている。ピストン２２の外周はシリンダ２１の内面と接して上下動可能となっている。ピストンロッド２３は鉛直方向に延びており、シリンダ２１の上面に設けられた開口Ｏ３を貫通している。そして、ピストンロッド２３の下端にピストン２２が接続され、上端に錘２４が固定されている。

【0063】

ピストン２２によって、シリンダ２１の内部は下部空間Ａ１と上部空間Ａ２とに分割されている。ピストン２２の外周がシリンダ２１の内面と接しているため、下部空間Ａ１と上部空間Ａ２との間で気体が行き来することはほとんどない。

【0064】

シリンダ２１の下部空間Ａ１に相当する位置に開口Ｏ１が設けられる。この開口Ｏ１にはラインＬ２が接続される。ラインＬ２はバルブＶ２を介してラインＬ１と接続されている。また、ラインＬ２にはバルブＶ３が設けられ、バルブＶ３が開くことによって下部空間Ａ１を大気開放することが可能である。

【0065】

また、シリンダ２１の上部空間Ａ２に相当する位置に開口Ｏ２が設けられる。この開口Ｏ２にはラインＬ３が接続される。ラインＬ３には真空発生源２５が接続されており、ラインＬ３を介して上部空間Ａ２を減圧したり、大気開放したりできる。
なお、バルブＶ３および真空発生源２５は図３の制御装置１７が制御する。

【0066】

図９は、搬送機構６００ｂからトップリング１への基板受け渡しの際（図４および図５）の基板研磨装置３００の動作状態を模式的に示す図である。このとき、図３のバルブＶ１は開き、バルブＶ２は閉じている。よって、圧力調整装置１５が空間Ｓと接続され、定量気体供給装置１６は空間Ｓとは切り離されている。

【0067】

定量気体供給装置１６は待機状態とされる。待機状態では、バルブＶ３が開いており下部空間Ａ１は大気開放される。また、真空発生源２５は上部空間Ａ２を減圧する（望ましくは真空にする）。これにより、ピストン２２（およびピストンロッド２３および錘２４）が上昇した状態で保持される。

【0068】

そして、圧力調整装置１５が空間Ｓを減圧して負圧にすることで、トップリング１のメンブレン１３の下面に基板Ｗが吸着される。

【0069】

図１０は、基板研磨時の基板研磨装置３００の動作状態を模式的に示す図である。図９と同様、図３のバルブＶ１は開き、バルブＶ２は閉じており、定量気体供給装置１６は待機状態となっている。そして、圧力調整装置１５が空間Ｓを加圧することで基板Ｗが図２の研磨パッド３ａに押し付けられて研磨される。

【0070】

図１１は、基板リリース時（図６および図７）の基板研磨装置３００の動作状態を模式的に示す図である。図９および図１０とは異なり、図３のバルブＶ１は閉じ、バルブＶ２は開いている。よって、定量気体供給装置１６が空間Ｓとは接続され、圧力調整装置１５は空間Ｓとは切り離されている。

【0071】

そして、定量気体供給装置１６のバルブＶ３が閉じ、かつ、ラインＬ３を介して上部空間Ａ２は大気開放される。これにより、錘２４が自由落下し、これに伴ってピストン２２が下方に移動する。バルブＶ３が閉じられているため、下部空間Ａ１内の気体はラインＬ２，Ｌ１を介して空間Ｓへ移動する。その結果、メンブレン１３が下方に向かって膨らみ、メンブレン１３と基板Ｗの外周部との間に隙間ｇが生じる。この隙間に流体を噴射することで、基板Ｗがメンブレン１３の下面からリリースされる。

【0072】

以上により、一定量（すなわち、ピストン２２の面積×ピストン２２の落下距離（すなわち、ピストン２２のストローク））の気体を空間Ｓに供給できる。なお、錘２４は、空間Ｓ内の圧力に抗して完全に落下する程度の重さを有するにすればよい。

【0073】

（第３の実施形態）
図１２は、第３の実施形態に係る定量気体供給装置１６を含む基板研磨装置３００の概略構成を示す図である。この定量気体供給装置１６はブラダー（Bladder）３２を有し、ブラダー３２が圧縮されることでブラダー３２内の気体を空間Ｓに供給するものである。

【0074】

具体的には、定量気体供給装置１６は、チャンバ３１と、ブラダー３２と、圧力調整手段３３とを有する。

【0075】

チャンバ３１は内部が一定体積を有する空洞となっている。ブラダー３２はゴムなど可撓性を有する材質で形成された風船状の容器であり、チャンバ３１内に密封格納される。

【0076】

チャンバ３１には開口Ｏ４，５が設けられる。開口Ｏ４にはラインＬ４が貫通している。ラインＬ４はバルブＶ２を介してラインＬ１とブラダー３２とを接続している。また、ラインＬ４にはバルブＶ４が設けられ、バルブＶ４が開くことによってブラダー３２を大気開放することが可能である。開口Ｏ５にはラインＬ５が接続される。ラインＬ５には圧力調整手段３３が接続されており、ラインＬ５を介してチャンバ３１を加圧したり減圧したりできる。なお、バルブＶ４および圧力調整手段３３は図３の制御装置１７が制御する。

【0077】

図１３は、搬送機構６００ｂからトップリング１への基板受け渡しの際（図４および図５）の基板研磨装置３００の動作状態を模式的に示す図である。このとき、図３のバルブＶ１は開き、バルブＶ２は閉じている。よって、圧力調整装置１５が空間Ｓと接続され、定量気体供給装置１６は空間Ｓとは切り離されている。

【0078】

定量気体供給装置１６は待機状態とされる。待機状態では、バルブＶ４が開いておりブラダー３２は大気開放される。また、圧力調整手段３３はラインＬ５を介してチャンバ３１を減圧する（望ましくは真空にする）。これにより、ブラダー３２はチャンバ３１とほぼ同体積まで膨らんだ状態で保持される。

【0079】

そして、圧力調整装置１５が空間Ｓを減圧して負圧にすることで、トップリング１のメンブレン１３の下面に基板Ｗが吸着される。

【0080】

図１４は、基板研磨時の基板研磨装置３００の動作状態を模式的に示す図である。図１３と同様、図３のバルブＶ１は開き、バルブＶ２は閉じており、定量気体供給装置１６は待機状態となっている。そして、圧力調整装置１５が空間Ｓを加圧することで基板Ｗが図２の研磨パッド３ａに押し付けられて研磨される。

【0081】

図１５は、基板リリース時（図６および図７）の基板研磨装置３００の動作状態を模式的に示す図である。図１３および図１４とは異なり、図３のバルブＶ１は閉じ、バルブＶ２は開いている。よって、定量気体供給装置１６が空間Ｓとは接続され、圧力調整装置１５は空間Ｓとは切り離されている。

【0082】

そして、定量気体供給装置１６のバルブＶ４が閉じ、かつ、圧力調整手段３３はラインＬ５を介してチャンバ３１を加圧する。これにより、ブラダー３２が圧縮される。バルブＶ４が閉じられているため、ブラダー３２内の気体はラインＬ４，Ｌ１を介して空間Ｓへ移動する。その結果、メンブレン１３が下方に向かって膨らみ、メンブレン１３と基板Ｗの外周部との間に隙間ｇが生じる。

【0083】

以上により、一定量（すなわち、チャンバ３１の体積）の気体を空間Ｓに供給できる。なお、ブラダー３２は、図１１～図１４に示した単純風船形状であってもよいし、ベローズ形状などであってもよく、特に制限はない。

【0084】

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】

【0085】

１ トップリング（基板保持装置）
１１ トップリング本体
１２ リテーナリング
１３ メンブレン
１４ エアバッグ
１５ 圧力調整装置
１６ 定量気体供給装置
１７ 制御装置
２１ シリンダ
２２ ピストン
２３ ピストンロッド
２４ 錘
２５ 真空発生源
３１ チャンバ
３２ ブラダー
３３ 圧力調整手段
Ｌ１～Ｌ５ ライン
Ｖ１～Ｖ４ バルブ
Ｏ１～Ｏ５ 開口
Ｓ 空間
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】

【図13】

【図14】

【図15】