(57)【要約】【課題】基板が基板保持面から離脱されたことを確実に検出することができる研磨装置および研磨方法を提供する。【解決手段】研磨装置は、研磨パッド２０を支持するための研磨テーブル１０と、弾性膜４で構成された基板保持面４ｂおよび圧力室５を有し、基板保持面４ｂで基板Ｗを保持して圧力室５内の圧力により基板Ｗを研磨パッド２０に押圧する基板保持装置１と、圧力の変化に基づいて基板Ｗの基板保持面４ｂからの離脱を検出する基板離脱検出部５０とを備える。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨パッドを支持するための研磨テーブルと、
弾性膜で構成された基板保持面および圧力室を有し、該基板保持面で基板を保持して前記圧力室内の圧力により前記基板を前記研磨パッドに押圧する基板保持装置と、
前記圧力の変化に基づいて前記基板の前記基板保持面からの離脱を検出する基板離脱検出部とを備えたことを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記基板離脱検出部は、前記圧力室内の圧力の最小点を検出することにより、前記基板保持面からの離脱を検出することを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項３】
弾性膜で構成された基板保持面および圧力室を有する基板保持装置を用いて基板を研磨する方法であって、
前記圧力室内の圧力により前記基板を研磨パッドに押圧し、前記基板と前記研磨パッドとを相対運動をさせながら前記基板の研磨を行い、
研磨後の基板を前記基板保持面上に保持し、
前記基板を基板受け渡し装置に受け渡す際、前記圧力の変化に基づいて前記基板の前記基板保持面からの離脱を検出することを特徴とする研磨方法。
【請求項４】
前記圧力室内の圧力の最小点を検出することにより、前記基板保持面からの離脱を検出することを特徴とする請求項３に記載の研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨装置および研磨方法に係り、特にウエハなどの基板を研磨する研磨装置および研磨方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの高集積化・高密度化に伴い、回路の配線がますます微細化し、多層配線の層数も増加している。回路の微細化を図りながら多層配線を実現しようとすると、下側の層の表面凹凸を踏襲しながら段差がより大きくなるので、配線層数が増加するに従って、薄膜形成における段差形状に対する膜被覆性（ステップカバレッジ）が悪くなる。したがって、多層配線するためには、このステップカバレッジを改善し、然るべき過程で平坦化処理しなければならない。また光リソグラフィの微細化とともに焦点深度が浅くなるため、半導体デバイスの表面の凹凸段差が焦点深度以下に収まるように半導体デバイス表面を平坦化処理する必要がある。
【０００３】
従って、半導体デバイスの製造工程においては、半導体デバイス表面の平坦化技術がますます重要になっている。この平坦化技術のうち、最も重要な技術は、化学機械研磨（Chemical  Mechanical  Polishing）である。この化学機械研磨（以下、ＣＭＰという）は、シリカ（ＳｉＯ２）等の砥粒を含んだ研磨液を研磨パッド上に供給しつつウエハなどの基板を研磨面に摺接させて研磨を行うものである。
【０００４】
ＣＭＰを行うための研磨装置は、研磨面を有する研磨パッドを支持する研磨テーブルと、ウエハを保持するためのトップリング又は研磨ヘッド等と称される基板保持装置とを備えている。このような研磨装置を用いてウエハの研磨を行う場合には、トップリングによりウエハを保持しつつ、このウエハを研磨面に対して所定の圧力で押圧する。さらに、研磨テーブルとトップリングとを相対運動させることによりウエハが研磨面に摺接し、ウエハの表面が平坦かつ鏡面に研磨される。
【０００５】
このような研磨装置において、研磨中のウエハと研磨パッドの研磨面との間の相対的な押圧力がウエハの全面に亘って均一でない場合には、ウエハの各部分に与えられる押圧力に応じて研磨不足や過研磨が生じてしまう。ウエハに対する押圧力を均一化するために、トップリングの下部に弾性膜（メンブレン）から形成される圧力室を設け、この圧力室に空気などの流体を供給することでメンブレンを介して流体圧によりウエハを研磨パッドの研磨面に押圧して研磨することが行われている。
【０００６】
上記研磨パッドは弾性を有するため、研磨中のウエハの外周縁部に加わる押圧力が不均一になり、ウエハの外周縁部のみが多く研磨される、いわゆる「縁だれ」を起こしてしまう場合がある。このような縁だれを防止するため、ウエハの外周縁を保持するリテーナリングをトップリング本体（又はキャリアヘッド本体）に対して上下動可能とすることによってウエハの外周縁側に位置する研磨パッドの研磨面を押圧するようにしている。
【０００７】
トップリングの近傍にはプッシャと呼ばれる基板受け渡し装置が設置されている。このプッシャは、搬送ロボット等の搬送装置によって搬送されてきたウエハを持ち上げて、プッシャの上方に移動してきたトップリングにウエハを渡す機能を有する。プッシャは、さらに、トップリングから受け取ったウエハを搬送ロボット等の搬送装置に渡す機能も有している。プッシャはウエハの有無を検知する基板検知センサを備えており、この基板検知センサがウエハを検知することで、プッシャは次の動作を行う。
【０００８】
上述の構成の研磨装置において、研磨パッドの研磨面上での研磨工程の終了後、研磨されたウエハをトップリングに真空吸着させ、トップリングを上昇させた後、プッシャへ移動させて、ウエハをトップリングから離脱させる。ウエハの離脱は圧力室に流体を供給してメンブレンを膨らませ、ウエハをメンブレンから剥離させることによって行われる。しかしながら、ウエハはメンブレンの形状変化によって引き剥がされるため、メンブレンの形状変化が小さいウエハの中央部分はメンブレンから剥離しない場合がある。そこで、ウエハをトップリングから容易に離脱させるために、特許文献１乃至４で開示されているように、プッシャの近傍にリリースノズル（基板剥離促進機構）が設けられる。リリースノズルは、ウエハとメンブレンとの接触部分に流体（リリースシャワー）を噴射することによりウエハの離脱を補助する機構である。以下、従来技術におけるウエハの離脱を図１１および図１２で説明する。
【０００９】
図１１は、メンブレンからウエハを離脱させるウエハリリース時の状態を示す模式図である。図１１に示すように、トップリング１００の下面にはメンブレン１０４が取り付けられている。ウエハＷを搬送する場合、ウエハＷは真空吸着によりメンブレン１０４で構成された基板保持面１０４ａに保持される。図１１では、メンブレン１０４はウエハＷを剥離させるために膨らんでいる。
【００１０】
トップリング１００の近傍には流体１６０を噴射するためのリリースノズル１５３が設けられている。具体的には、リリースノズル１５３は、流体１６０がウエハＷとメンブレン１０４との接触部分に噴射されるように配置されている。流体１６０としては、例えば、純水とＮ２（窒素）とからなる混合流体が使用される。流体１６０がウエハＷとメンブレン１０４との接触部分に噴射されることにより、ウエハＷはトップリング１００から容易に離脱される。
【００１１】
プッシャ１５０の上面には、ウエハＷの有無を検知する基板検知センサ１７０が取り付けられている。ウエハＷがトップリング１００から離脱され、基板検知センサ１７０がウエハＷを検知すると、プッシャ１５０はウエハＷを搬送ロボット等の搬送装置に渡すために下降する。
【００１２】
図１２は、メンブレン１０４が伸びた状態を示す模式図である。近年、ウエハの大口径化により、その自重が増す一方で、ウエハに対する負荷を軽減するため、メンブレンに柔らかい素材が用いられる傾向がある。したがって、メンブレン１０４を加圧して膨らませ、ウエハＷをメンブレン１０４から剥離させる際、ウエハＷの中央部分がメンブレン１０４に付着したままであると、ウエハＷの自重と膨らんだメンブレン１０４により、メンブレン１０４が伸びてしまう。
【００１３】
メンブレン１０４が大きく伸びると、ウエハＷとメンブレン１０４との接触部分の位置は、メンブレン１０４が伸びる前の位置（図１２の２点鎖線で示す位置）より距離Ｔ１だけ下がってしまう。流体１６０はメンブレン１０４が伸びる前の位置に噴射されるため、ウエハＷとメンブレン１０４との接触部分（距離Ｔ１だけ下がった位置）には流体１６０は当たらない。したがって、ウエハＷを速やかに剥離することができない。
【００１４】
さらに、メンブレン１０４が大きく伸びると、プッシャ１５０に取り付けられた基板検知センサ１７０がメンブレン１０４に付着したままのウエハＷを検知、すなわち、ウエハＷの離脱が完了したと誤って検知することがある。このような誤検知の結果、ウエハＷがメンブレン１０４から離脱していないにもかかわらず、プッシャ１５０は次の動作を行ってしまい、ウエハＷが破損してしまう。したがって、メンブレン１０４からウエハＷを離脱させる工程には更なる改善が求められている。
【００１５】
ＣＭＰはスクラップウエハが発生しやすい工程である。半導体デバイス製造工程で発生するスクラップウエハの半分以上がＣＭＰで発生するというケースもある。特に、ウエハをトップリングに長時間真空吸着させた後にメンブレンを加圧して膨らませ、ウエハをメンブレンから引き剥がすとき、ウエハには局所的な応力が加わり、ウエハ上に形成された微細な配線が破断したり、ウエハが破損することがある。そのため、ウエハのリリース工程を改善することが生産性を向上させることに繋がる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００５−１２３４８５号公報
【特許文献２】米国特許第７，０４４，８３２号公報
【特許文献３】特開２０１０−４６７５６号公報
【特許文献４】特開２０１１−２５８６３９号公報
【特許文献５】特開２００６−３０３２４９号公報
【特許文献６】特開２００９−１７８８００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、基板が基板保持面から離脱されたことを確実に検出することができる研磨装置および研磨方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、研磨パッドを支持するための研磨テーブルと、弾性膜で構成された基板保持面および圧力室を有し、該基板保持面で基板を保持して前記圧力室内の圧力により前記基板を前記研磨パッドに押圧する基板保持装置と、前記圧力の変化に基づいて前記基板の前記基板保持面からの離脱を検出する基板離脱検出部とを備えたことを特徴とする研磨装置である。
本発明の好ましい態様は、前記基板離脱検出部は、前記圧力室内の圧力の最小点を検出することにより、前記基板保持面からの離脱を検出することを特徴とする。
【００１９】
本発明の他の態様は、弾性膜で構成された基板保持面および圧力室を有する基板保持装置を用いて基板を研磨する方法であって、前記圧力室内の圧力により前記基板を研磨パッドに押圧し、前記基板と前記研磨パッドとを相対運動をさせながら前記基板の研磨を行い、研磨後の基板を前記基板保持面上に保持し、前記基板を基板受け渡し装置に受け渡す際、前記圧力の変化に基づいて前記基板の前記基板保持面からの離脱を検出することを特徴とする研磨方法である。
本発明の好ましい態様は、前記圧力室内の圧力の最小点を検出することにより、前記基板保持面からの離脱を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、圧力室内の圧力の変化を監視することにより、基板が基板保持面から離脱されたことを確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る研磨装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】ウエハを保持して研磨テーブル上の研磨パッドに押圧するトップリングの模式的な断面図である。
【図３】図３（ａ）は、リリースノズルの基準位置を示す図であり、図３（ｂ）は、トップリングを上昇させる様子を示す図である。
【図４】基板検知センサの他の構成を示す図である。
【図５】メンブレンが伸びた状態を示す模式図である。
【図６】時間経過にしたがって変化するセンター室内の圧力を示すグラフである。
【図７】本発明の第３の実施形態を示す研磨装置である。
【図８】図７の他の構成を示す図である。
【図９】本発明の第４の実施形態を示す研磨装置である。
【図１０】本発明の第５の実施形態を示す研磨装置である。
【図１１】従来の研磨装置において、メンブレンからウエハを離脱させるウエハリリース時の状態を示す模式図である。
【図１２】従来の研磨装置において、メンブレンが伸びた状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について図１乃至図１０を参照して詳細に説明する。なお、図１から図１０において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る研磨装置の全体構成を示す概略図である。図１に示すように、研磨装置は、研磨テーブル１０と、研磨対象物であるウエハ等の基板を保持して研磨テーブル１０上の研磨パッド２０に押圧するトップリング（基板保持装置）１とを備えている。
【００２３】
研磨テーブル１０は、テーブル軸１０ａを介してその下方に配置されるモータ（図示せず）に連結されており、そのテーブル軸１０ａ周りに回転可能になっている。研磨テーブル１０の上面には研磨パッド２０が貼付されており、研磨パッド２０の表面２０ａがウエハＷを研磨する研磨面を構成している。研磨テーブル１０の上方には研磨液供給ノズル６２が設置されており、この研磨液供給ノズル６２によって研磨テーブル１０上の研磨パッド２０上に研磨液Ｑが供給されるようになっている。
【００２４】
トップリング１は、ウエハＷを研磨面２０ａに対して押圧するトップリング本体２と、ウエハＷを保持してウエハＷがトップリング１から飛び出さないようにするリテーナリング３とから基本的に構成されている。
【００２５】
トップリング１は、トップリングシャフト６５に接続されており、このトップリングシャフト６５は、上下動機構８１によりトップリングヘッド６４に対して上下動するようになっている。このトップリングシャフト６５の上下動により、トップリングヘッド６４に対してトップリング１の全体を昇降させ位置決めするようになっている。トップリングシャフト６５の上端にはロータリージョイント８２が取り付けられている。
【００２６】
トップリングシャフト６５およびトップリング１を上下動させる上下動機構８１は、軸受８３を介してトップリングシャフト６５を回転可能に支持するブリッジ８４と、ブリッジ８４に取り付けられたボールねじ８８と、支柱８６により支持された支持台８５と、支持台８５上に設けられたサーボモータ９０とを備えている。サーボモータ９０を支持する支持台８５は、支柱８６を介してトップリングヘッド６４に固定されている。
【００２７】
ボールねじ８８は、サーボモータ９０に連結されたねじ軸８８ａと、このねじ軸８８ａが螺合するナット８８ｂとを備えている。トップリングシャフト６５は、ブリッジ８４と一体となって上下動するようになっている。したがって、サーボモータ９０を駆動すると、ボールねじ８８を介してブリッジ８４が上下動し、これによりトップリングシャフト６５およびトップリング１が上下動する。
【００２８】
また、トップリングシャフト６５はキー（図示せず）を介して回転筒６６に連結されている。この回転筒６６はその外周部にタイミングプーリ６７を備えている。トップリングヘッド６４にはトップリング用回転モータ６８が固定されており、上記タイミングプーリ６７は、タイミングベルト６９を介してトップリング用回転モータ６８に設けられたタイミングプーリ７０に接続されている。したがって、トップリング用回転モータ６８を回転駆動することによってタイミングプーリ７０、タイミングベルト６９、およびタイミングプーリ６７を介して回転筒６６およびトップリングシャフト６５が一体に回転し、トップリング１が回転する。トップリングヘッド６４は、フレーム（図示せず）に回転可能に支持されたトップリングヘッドシャフト８０によって支持されている。研磨装置は、トップリング用回転モータ６８、サーボモータ９０をはじめとする装置内の各機器を制御する制御部５０を備えている。
【００２９】
トップリング１は、その下面にウエハＷを保持できるようになっている。トップリングヘッド６４はトップリングヘッドシャフト８０を中心として旋回可能に構成されており、下面にウエハＷを保持したトップリング１は、トップリングヘッド６４の旋回によりウエハＷの受取位置から研磨テーブル１０の上方に移動される。ウエハＷの研磨は次のようにして行われる。トップリング１および研磨テーブル１０をそれぞれ回転させ、研磨テーブル１０の上方に設けられた研磨液供給ノズル６２から研磨パッド２０上に研磨液Ｑを供給する。この状態で、トップリング１を下降させてウエハＷを研磨パッド２０の研磨面２０ａに押圧する。ウエハＷは研磨パッド２０の研磨面２０ａに摺接され、これによりウエハＷの表面が研磨される。
【００３０】
次に、本発明の研磨装置におけるトップリングについて説明する。図２は、研磨対象物であるウエハＷを保持して研磨テーブル１０上の研磨パッド２０に押圧するトップリング１の模式的な断面図である。図２においては、トップリング１を構成する主要構成要素だけを図示している。
【００３１】
図２に示すように、トップリング１は、ウエハＷを研磨パッド２０に対して押圧するメンブレン（弾性膜）４と、メンブレン４を保持するトップリング本体（キャリアとも称する）２と、研磨パッド２０を直接押圧するリテーナリング３とから基本的に構成されている。トップリング本体２は概略円盤状の部材からなり、リテーナリング３はトップリング本体２の外周部に取り付けられている。トップリング本体２は、エンジニアリングプラスティック（例えば、ＰＥＥＫ）などの樹脂により形成されている。トップリング本体２の下面には、ウエハＷの裏面に当接するメンブレン４が取り付けられている。メンブレン４は、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度および耐久性に優れたゴム材によって形成されている。
【００３２】
メンブレン４は同心状の複数の隔壁４ａを有し、これら隔壁４ａによって、メンブレン４の上面とトップリング本体２の下面との間に複数の圧力室、すなわち、円形状のセンター室５、環状のリプル室６、環状のアウター室７、環状のエッジ室８が形成されている。トップリング本体２の中心部にセンター室５が形成され、中心から外周方向に向かって、順次、同心状に、リプル室６、アウター室７、エッジ室８が形成されている。
【００３３】
ウエハＷはメンブレン４で構成された基板保持面４ｂに保持される。メンブレン４は、リプル室６に対応する位置にウエハ吸着用の複数の孔４ｈを有している。本実施例では孔４ｈはリプル室６の位置に設けられているが、リプル室６以外の位置に設けても良い。トップリング本体２内には、センター室５に連通する流路１１、リプル室６に連通する流路１２、アウター室７に連通する流路１３、エッジ室８に連通する流路１４がそれぞれ形成されている。そして、流路１１，１３，１４は、ロータリージョイント８２を介して流路２１，２３，２４にそれぞれ接続されている。そして、流路２１，２３，２４は、それぞれバルブＶ１−１，Ｖ３−１，Ｖ４−１および圧力レギュレータＲ１，Ｒ３，Ｒ４を介して圧力調整部３０に接続されている。また、流路２１，２３，２４は、それぞれバルブＶ１−２，Ｖ３−２，Ｖ４−２を介して真空源３１に接続されるとともに、バルブＶ１−３，Ｖ３−３，Ｖ４−３を介して大気に連通可能になっている。
【００３４】
リプル室６に連通する流路１２は、ロータリージョイント８２を介して流路２２に接続されている。そして、流路２２は、気水分離槽３５、バルブＶ２−１および圧力レギュレータＲ２を介して圧力調整部３０に接続されている。また、流路２２は、気水分離槽３５およびバルブＶ２−２を介して真空源８７に接続されるとともに、バルブＶ２−３を介して大気に連通可能になっている。
【００３５】
リテーナリング３の直上には弾性膜から形成された環状のリテーナリング加圧室９が配置されており、リテーナリング加圧室９は、トップリング本体２内に形成された流路１５およびロータリージョイント８２を介して流路２６に接続されている。そして、流路２６は、バルブＶ５−１および圧力レギュレータＲ５を介して圧力調整部３０に接続されている。また、流路２６は、バルブＶ５−２を介して真空源３１に接続されるとともに、バルブＶ５−３を介して大気に連通可能になっている。圧力レギュレータＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５は、それぞれ圧力調整部３０からセンター室５、リプル室６、アウター室７、エッジ室８およびリテーナリング加圧室９に供給する流体（空気または窒素などの気体）の圧力を調整する圧力調整機能を有している。圧力レギュレータＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５および各バルブＶ１−１〜Ｖ１−３、Ｖ２−１〜Ｖ２−３，Ｖ３−１〜Ｖ３−３，Ｖ４−１〜Ｖ４−３，Ｖ５−１〜Ｖ５−３は、制御部５０（図１参照）に接続されていて、それらの作動が制御されるようになっている。また、流路２１，２２，２３，２４，２６にはそれぞれ圧力センサＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５および流量センサＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５が設置されている。
【００３６】
センター室５、リプル室６、アウター室７、エッジ室８、およびリテーナリング加圧室９内の圧力は圧力センサＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５によってそれぞれ測定され、センター室５、リプル室６、アウター室７、エッジ室８、およびリテーナリング加圧室９に供給される加圧流体の流量は流量センサＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５によってそれぞれ測定される。
【００３７】
図２に示すように構成されたトップリング１においては、上述したように、トップリング本体２の中心部にセンター室５が形成され、中心から外周方向に向かって、順次、同心状に、リプル室６、アウター室７、エッジ室８が形成され、これらセンター室５、リプル室６、アウター室７、エッジ室８およびリテーナリング加圧室９に供給する流体の圧力を圧力調整部３０および圧力レギュレータＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５によってそれぞれ独立に調整することができる。このような構造により、ウエハＷを研磨パッド２０に押圧する押圧力をウエハの領域毎に調整でき、かつリテーナリング３が研磨パッド２０を押圧する押圧力を調整できる。
【００３８】
次に、図１および図２に示すように構成された研磨装置による一連の研磨処理工程について説明する。
トップリング１は基板受渡し位置でウエハＷを受け取り、真空吸着により保持する。ウエハＷの真空吸着は真空源８７により複数の孔４ｈ内に真空を形成することによって行われる。ウエハＷを保持したトップリング１は、予め設定したトップリング１の研磨設定位置まで下降する。この研磨設定位置では、リテーナリング３は研磨パッド２０の研磨面２０ａに接触しているが、研磨前は、トップリング１でウエハＷを保持しているので、ウエハＷの下面（被研磨面）と研磨パッド２０の研磨面２０ａとの間には、わずかな間隙（例えば、約１ｍｍ）がある。このとき、研磨テーブル１０およびトップリング１は、ともに回転駆動されている。この状態で、ウエハＷの裏面側にあるメンブレン４を膨らませ、ウエハＷの下面を研磨パッド２０の研磨面２０ａに当接させ、研磨パッド２０とウエハＷとを相対運動させることにより、ウエハＷの表面が研磨される。
【００３９】
研磨パッド２０上でのウエハ処理工程の終了後、ウエハＷをトップリング１に吸着し、トップリング１を上昇させ、プッシャ（後述する）へトップリング１を移動させて、ウエハＷの離脱（リリース）を行う。
【００４０】
図３（ａ）は、リリースノズル９３の基準位置を示す図であり、図３（ｂ）は、トップリング１を上昇させる様子を示す図である。プッシャ９２は研磨テーブル１０に隣接して配置されている。ウエハＷをプッシャ９２に搬送する場合、ウエハＷは真空吸着によりメンブレン４で構成された基板保持面４ｂに保持され、トップリング１にウエハＷを吸着させた状態で、トップリング１をプッシャ９２の上方に移動させる。
【００４１】
トップリング１の近傍には流体９５を噴射するためのリリースノズル（基板剥離促進機構）９３が設けられている。図３（ａ）に示すように、メンブレン４が大きく伸びる前のウエハＷとメンブレン４との接触部分の鉛直方向の位置がリリースノズル９３の基準位置に設定され、この基準位置にリリースノズル９３が設置される。リリースノズル９３は、流体９５をウエハＷとメンブレン４との接触部分に噴射する。流体９５としては、例えば、純水とＮ２（窒素）とからなる混合流体が使用される。流体９５がウエハＷとメンブレン４との接触部分に噴射されることにより、ウエハＷはトップリング１から容易に離脱される。プッシャ９２の上面には、ウエハＷの有無を検知する基板検知センサ９６が取り付けられている。ウエハＷがトップリング１から離脱され、基板検知センサ９６がウエハＷを検知すると、プッシャ９２はウエハＷを搬送ロボット等の搬送装置に渡すために下降する。
【００４２】
基板検知センサとしては様々なタイプのセンサを用いることができる。例えば、図３（ａ）および図３（ｂ）に示す基板検知センサ９６は、ウエハＷとの接触によりウエハＷの離脱を検知する接触型基板検知センサである。図４に示すように、基板検知センサ９６の代わりに投光部１０５と受光部１０６とから構成される非接触型基板検知センサを設置してもよい。投光部１０５から受光部１０６に向けて照射された光がウエハＷに遮られることで、基板検知センサはウエハＷの離脱を検知する。
【００４３】
図１２を参照して説明したように、ウエハＷの離脱の際、ウエハＷの自重と膨らんだメンブレン４により、メンブレン４が大きく伸びてしまい、ウエハＷとメンブレン４との接触部分が下降する。図３（ａ）に示す２点鎖線は、ウエハＷとメンブレン４との接触部分が下降した状態を示している。流体９５が、メンブレン４が伸びる前の位置に噴射されると、ウエハＷとメンブレン４との接触部分には流体９５が当たらない。そこで、本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、ウエハＷの下降量に従ってトップリング１をリリースノズル９３の基準位置から距離Ｔ２だけ上昇させる。これにより、流体９５をウエハＷとメンブレン４との接触部分に正確に当てることができる。リリースノズル９３は上記基準位置よりも下方に設置してもよい。この場合は、トップリング１を距離Ｔ２だけ下降させる。トップリング１は上下動機構８１により昇降される。距離Ｔ２の算出方法は以下の通りである。
【００４４】
図５はメンブレン４が伸びた状態を示す模式図である。メンブレン４が伸びているときのセンター室５の初期体積からの増加体積が、図５の記号ΔＶで示す円柱状の空間であると仮定すると、ボイルの法則より、温度が一定のとき、次のような関係式が成り立つ。
Ｐ０×Ｖ０＝（Ｐ０−Ｐ）×（Ｖ０＋Ｓ×ｈ）
よって、
ｈ＝Ｐ×Ｖ０／Ｓ（Ｐ０−Ｐ）
ここで、Ｐ０：大気圧［Ｐａ］，Ｖ０：センター室の初期体積［ｍ３］，Ｓ：センター室の水平断面積［ｍ２］，ｈ：メンブレンの伸び量［ｍ］，Ｐ：センター室の圧力低下量（正値）［Ｐａ］である。センター室５の初期体積Ｖ０は、測定または計算により予め求められる。
【００４５】
上記関係式において、センター室５の水平断面積Ｓとメンブレン４の伸び量（すなわち、ウエハＷとメンブレン４との接触部分の下降量）ｈとの積が増加体積ΔＶである。制御部５０は上記関係式から伸び量ｈの値を算出し、伸び量ｈの値から距離Ｔ２を決定する。距離Ｔ２は伸び量ｈと同じか、または小さくてもよい。制御部５０は、伸び量ｈを算出する演算部として機能する。伸び量ｈはセンター室５の圧力低下の数値から算出される。センター室５内の圧力は圧力センサＰ１によって測定される。トップリング１を距離Ｔ２だけ上昇させることにより、リリースノズル９３からの流体９５をウエハＷとメンブレン４との接触部分に正確に当てることができる。したがって、ウエハＷをトップリング１から速やかに、かつ、確実に離脱させることができる。
【００４６】
図６は、時間経過にしたがって変化するセンター室５内の圧力を示すグラフである。縦軸はセンター室５内の圧力を表し、横軸は時間を表している。このグラフに示すように、ウエハＷが剥がれ始める（すなわち、メンブレン４が伸び始める）と、センター室５の体積が膨張し、センター室５内の圧力が低下する。ウエハＷがメンブレン４から離脱されると、センター室５内の圧力はメンブレン４が伸びる前の状態に戻る。このセンター室５内の圧力の最小点がウエハＷの離脱点である。
【００４７】
流体９５の噴射はメンブレン４が伸び始める前に開始され、ウエハＷの離脱終了後に終了する。制御部５０はセンター室５の圧力の変化を監視し、圧力の変化に基づいてウエハＷの基板保持面４ｂからの離脱を検出する。具体的には、圧力の最小点を検出することにより、ウエハＷがメンブレン４から離脱したか否かを正しく決定する。所定の時間内に最小点が検出されない場合、制御部５０は、ウエハＷはメンブレン４から離脱していないと判断する。制御部５０がセンター室５内の圧力の最小点を検出した後にウエハＷを乗せたプッシャ９２を下降させることで、ウエハＷの破損を防ぐことができる。
【００４８】
本発明の第２の実施形態として、センター室５に流入する流体の流量の累積値からメンブレン４の伸び量ｈを算出することも可能である。ウエハＷの離脱動作を開始した時点からの流体の流量の累積値は、センター室５の増加体積ΔＶに対応する。したがって、増加体積ΔＶをセンター室５の水平断面積Ｓで割ることにより、メンブレン４の伸び量ｈを算出することができる。制御部５０はΔＶとＳとから伸び量ｈの値を算出し、伸び量ｈの値から距離Ｔ２を決定する。距離Ｔ２は伸び量ｈと同じか、または小さくてもよい。
【００４９】
伸び量ｈの具体的な算出方法は次の通りである。まず、バルブＶ１−３を閉じて、流路２１を大気と連通しないようにする。次いで、大気圧の流体がセンター室５内に供給されるように圧力レギュレータＲ１を調整する。この場合、圧力レギュレータＲ１は大気圧よりも高い圧力で開放されるリリーフ弁として機能する。センター室５に流入する流体は流量センサＦ１を通るため、制御部５０は流量センサＦ１を通る流体の流量の累積値からセンター室５の増加体積ΔＶを算出し、さらにΔＶをＳで割ることにより伸び量ｈを算出することができる。図３（ｂ）に示すように、トップリング１を距離Ｔ２だけ上昇させることにより、リリースノズル９３からの流体９５をウエハＷとメンブレン４との接触部分に正確に当てることができる。したがって、ウエハＷをトップリング１から速やかに、かつ、確実に離脱させることができる。
【００５０】
図７は、本発明の第３の実施形態を示す研磨装置である。特に説明しない他の構成は、第１の実施形態に示す構成と同じであるので、その重複する説明を省略する。
図７に示すように、トップリング本体２の下面には距離測定センサ４０が埋設されている。距離測定センサ４０は、距離測定センサ４０とメンブレン４の裏面との距離Ｄ１を測定する。この距離Ｄ１がメンブレン４の伸び量ｈである。制御部５０は伸び量ｈの値から距離Ｔ２（図３（ｂ）参照）を決定する。距離Ｔ２は伸び量ｈと同じか、または小さくてもよい。トップリング１を距離Ｔ２だけ上昇させることにより、リリースノズル９３からの流体９５をウエハＷとメンブレン４との接触部分に正確に当てることができる。したがって、ウエハＷをトップリング１から速やかに、かつ、確実に離脱させることができる。
【００５１】
図８は、図７の他の構成を示す図である。図８では、距離測定センサ４０はプッシャ９２の上面に埋設されている。距離測定センサ４０は、距離測定センサ４０とウエハＷの表面との距離Ｄ２を測定する。距離測定センサ４０とトップリング本体２との距離Ｄ３は予め計測される。距離測定センサ４０とウエハＷの表面との距離Ｄ２は距離測定センサ４０により計測され、制御部５０は、距離Ｄ３から距離Ｄ２およびウエハＷの厚さを減算して距離Ｄ４を求める。距離Ｄ４がメンブレン４の伸び量ｈである。制御部５０は、伸び量ｈの値から距離Ｔ２を決定する。距離Ｔ２は伸び量ｈと同じか、または小さくてもよい。トップリング１を距離Ｔ２だけ上昇させることにより、リリースノズル９３からの流体９５をウエハＷとメンブレン４との接触部分に正確に当てることができる。したがって、ウエハＷをトップリング１から速やかに、かつ、確実に離脱させることができる。
【００５２】
図９は、本発明の第４の実施形態を示す研磨装置である。特に説明しない他の構成は、第１の実施形態に示す構成と同じであるので、その重複する説明を省略する。
図９に示すように、リリースノズル９３は昇降機構９８に取り付けられており、上下に昇降することができる。第４の実施形態では、トップリング１が上昇する代わりに、リリースノズル９３がウエハＷとメンブレン４との接触部分まで下降する。リリースノズル９３が所定の基準位置（図３（ａ）参照）から距離Ｔ２だけ下降することで、トップリング１を上昇させることなく流体９５をウエハＷとメンブレン４との接触部分に噴射させることができる。これにより、ウエハＷをトップリング１から速やかに、かつ、確実に離脱させることができる。リリースノズル９３は上記基準位置よりも下方に設置してもよい。この場合は、リリースノズル９３を距離Ｔ２だけ上昇させる。
【００５３】
図１０は、本発明の第５の実施形態を示す研磨装置である。特に説明しない他の構成は、第１の実施形態に示す構成と同じであるので、その重複する説明を省略する。
図１０に示すように、リリースノズル９３は傾動機構９９に取り付けられており、リリースノズル９３を水平方向に対して傾斜させることができる。第５の実施形態では、リリースノズル９３を傾斜させて、リリースノズル９３の噴射口９３ａをウエハＷとメンブレン４との接触部分に向ける。リリースノズル９３の傾斜角度はメンブレン４の伸び量ｈを基に決定される。リリースノズル９３を伸び量ｈに基づいて定められた角度だけ傾斜させることにより、流体９５をウエハＷとメンブレン４との接触部分に正確に当てることができる。したがって、ウエハＷをトップリング１から速やかに、かつ、確実に離脱させることができる。
【００５４】
上述した第１乃至第５の実施形態は、適宜組み合わせることができる。例えば、トップリング１の昇降、リリースノズル９３の昇降、およびリリースノズル９３の傾動を組み合わせてもよい。
【００５５】
これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。
【符号の説明】
【００５６】
１，１００    基板保持装置（トップリング）
２    トップリング本体
３    リテーナリング
４，１０４    弾性膜（メンブレン）
４ａ  隔壁
４ｂ，１０４ａ    基板保持面
４ｈ  孔
５    センター室
６    リプル室
７    アウター室
８    エッジ室
９    リテーナリング加圧室
１０    研磨テーブル
１０ａ  テーブル軸
１１，１２，１３，１４，１５，２１，２２，２３，２４，２６    流路
２０    研磨パッド
２０ａ  研磨面
３０    圧力調整部
３１，８７    真空源
３５    気水分離槽
４０    距離測定センサ
５０    制御部（基板離脱検出部）
６２    研磨液供給ノズル
６５    トップリングシャフト
６６    回転筒
６７    タイミングプーリ
６８    トップリング用回転モータ
６９    タイミングベルト
７０    タイミングプーリ
８０    トップリングヘッドシャフト
８１    上下動機構
８２    ロータリージョイント
８３    軸受
８４    ブリッジ
８５    支持台
８６    支柱
８８    ボールねじ
８８ａ  ねじ軸
８８ｂ  ナット
９０    サーボモータ
９２，１５０    基板受け渡し装置（プッシャ）
９３，１５３    基板剥離促進機構（リリースノズル）
９３ａ    噴射口
９５，１６０    流体
９６，１７０    基板検知センサ
９８    昇降機構
９９    傾動機構
１０５  投光部
１０６  受光部
Ｆ１〜Ｆ５    流量センサ
Ｒ１〜Ｒ５    圧力レギュレータ
Ｐ１〜Ｐ５    圧力センサ
Ｖ１−１〜Ｖ１−３、Ｖ２−１〜Ｖ２−３，Ｖ３−１〜Ｖ３−３，Ｖ４−１〜Ｖ４−３，Ｖ５−１〜Ｖ５−３    バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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