(57)【要約】      （修正有）【課題】基板を適切に扱うことができる基板保持装置、基板吸着判定方法および圧力制御方法を提供する。【解決手段】トップリング本体（１１）と、前記トップリング本体（１１）との間に複数のエリア（１３１〜１３８）を形成する第１面とそれとは反対側にあって基板を保持可能な第２面とを有する弾性膜（１３）と、前記複数のエリア（１３１〜１３８）のうちの第１エリア（１３１）に連通しそこを加圧することが可能な第１ライン（１４１）と、前記第１エリア（１３１）に連通し前記第１エリア（１３１）から排気することが可能な第２ライン（１５０）と、前記第１エリア（１３１）の流量に基づいて測定値が変化する測定器（ＦＳ）と、前記複数のエリア（１３１〜１３８）のうちの前記第１エリア（１３１）とは異なる第２エリア（１３３）に連通し前記第２エリア（１３３）を加圧または減圧することが可能な第３ライン（１４３）と、を備える基板保持装置。【選択図】図６Ａ
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【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の間に複数のエリアを形成する第１面と、前記第１面とは反対側にあって基板を保持可能な第２面と、を有する弾性膜と、
前記複数のエリアのうちの第１エリアに連通し、前記第１エリアを加圧することが可能な第１ラインと、
前記第１エリアに連通し、前記第１エリアから排気することが可能な第２ラインと、
前記第１エリアの流量に基づいて測定値が変化する測定器と、
前記複数のエリアのうちの前記第１エリアとは異なる第２エリアに連通し、前記第２エリアを加圧または減圧することが可能な第３ラインと、を備える基板保持装置。
【請求項２】
前記測定器は、前記第２ラインの流量を計測可能な流量計である、請求項１に記載の基板保持装置。
【請求項３】
前記測定器は、前記第１ラインまたは前記第２ラインの圧力を計測可能な圧力計である、請求項１に記載の基板保持装置。
【請求項４】
前記測定値に基づいて、前記第２面に前記基板が吸着されたか否かを判定する判定部を備える、請求項１に記載の基板保持装置。
【請求項５】
前記基板が前記第２面に吸着される際に、前記第３ラインを介して前記第２エリアを減圧し、前記第１ラインを介して前記第１エリアを加圧するとともに前記第２ラインを介して流体を流通する制御部を備え、
前記判定部は、前記基板が前記第２面に吸着される際に、前記測定値に基づいて、前記第２面に前記基板が吸着されたか否かを判定する、請求項４に記載の基板保持装置。
【請求項６】
前記判定部は、前記第２エリアの減圧開始から所定時間経過した後に、前記測定器で計測される測定値に基づいて、前記第２面に前記基板が吸着されたか否かを判定する、請求項５に記載の基板保持装置。
【請求項７】
前記測定値に基づいて、前記第３ラインを介して前記第２エリアの圧力を制御する制御部を備える、請求項１乃至６のいずれかに記載の基板保持装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記測定値が所定範囲に収まるよう、前記第２エリアの圧力を制御する、請求項７に記載の基板保持装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記第２面に保持された基板をリリースする際、前記第１ラインを介して前記第１エリアを加圧するとともに前記第２ラインを介して前記第１エリアに流体を流通し、前記測定値に基づいて、前記第３ラインを介して前記第２エリアの圧力を制御する、請求項７または８に記載の基板保持装置。
【請求項１０】
前記制御部は、リリースノズルから所定位置に流体が噴射されるよう、前記第２エリアの圧力を制御する、請求項７乃至９のいずれかに記載の基板保持装置。
【請求項１１】
前記所定位置は、前記第２面と前記保持された基板との間である、請求項１０に記載の基板保持装置。
【請求項１２】
前記弾性膜には孔が形成されていない、請求項１乃至１１のいずれかに記載の基板保持装置。
【請求項１３】
前記第２エリアは前記第１エリアと隣接していない、請求項１乃至１２のいずれかに記載の基板保持装置。
【請求項１４】
前記弾性膜の外周に設けられたリテーナリングを備える、請求項１乃至１３のいずれかに記載の基板保持装置。
【請求項１５】
前記リテーナリングは、内側リングと、その外側に設けられた外側リングと、を有する、請求項１４に記載の基板保持装置。
【請求項１６】
請求項１乃至１５の何れかに記載の基板保持装置と、
前記基板保持装置に保持された基板を研磨するように構成された研磨テーブルと、を備える基板研磨装置。
【請求項１７】
基板保持装置におけるトップリング本体と弾性膜の第１面との間に形成された第２エリアを減圧しつつ、前記トップリング本体と前記弾性膜の第１面との間に形成された、前記第２エリアとは異なる第１エリアを加圧するとともに前記第１エリアに連通する第２ラインを介して流体を流通し、
前記第１エリアの流量に応じた測定値に基づいて、前記弾性膜の、前記第１面とは反対側にある第２面に基板が吸着されたか否かを判定する、基板保持装置における基板吸着判定方法。
【請求項１８】
基板保持装置におけるトップリング本体と弾性膜の第１面との間に形成された第１エリアを加圧するとともに前記第１エリアに連通する第２ラインを介して流体を流通し、
前記第１エリアの流量に応じた測定値に基づいて、前記トップリング本体と前記弾性膜の第１面との間に形成された、前記第１エリアとは異なる第２エリアの圧力を制御する、基板保持装置における圧力制御方法。
【請求項１９】
第１部分の外側および内側にそれぞれ第１孔および第２孔が設けられたトップリング本体とともに用いられて基板保持装置を構成する弾性膜であって、
前記第１部分と係合可能な第２部分が設けられ、前記トップリング本体との間に複数のエリアを形成する第１面と、前記第１面とは反対側にあって基板を保持可能な第２面と、を備える弾性膜。
【請求項２０】
前記第１部分は凹部であり、前記第２部分は凸部であるか、
前記第１部分は凸部であり、前記第２部分は凹部である、請求項１９に記載の弾性膜。
【請求項２１】
第１部分の外側および内側にそれぞれ第１孔および第２孔が設けられたトップリング本体と、
前記第１部分と係合可能な第２部分が設けられ、前記トップリング本体との間に複数のエリアを形成する第１面と、前記第１面とは反対側にあって基板を保持可能な第２面と、を有する弾性膜と、
前記第１孔は前記複数のエリアのうちの第１エリアに位置しており、前記第１孔を介して前記第１エリアを加圧することが可能な第１ラインと、
前記第２孔は前記第１エリアに位置しており、前記第２孔を介して前記第１エリアから排気することが可能な第２ラインと、
前記第１エリアの流量に基づいて測定値が変化する測定器と、
前記複数のエリアのうちの前記第１エリアとは異なる第２エリアに連通し、前記第２エリアを加圧または減圧することが可能な第３ラインと、を備える基板保持装置。
【請求項２２】
前記トップリング本体の前記第１エリアに対応する部分には、放射状に広がる溝が設けられる、請求項２１に記載の基板保持装置。
【請求項２３】
前記第１ラインと前記第２ラインとをバイパスするバイパスラインと、
前記バイパスライン上に設けられたバルブと、を備える、請求項２１または２２に記載の基板保持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性膜、基板保持装置、基板研磨装置、基板保持装置における基板吸着判定方法および圧力制御方法に関する。
【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同心円状に複数のエリアに分割さ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】
しかしながら、孔があるエリアに水などの液体が入り、これにより基板に加わる圧力が不安定になる場合もある。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
【特許文献６】特表２００４−５１６６４４号公報
【特許文献７】特開２０１４−１７４２８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。
また、一旦基板が吸着された後でも、トップリングが基板を搬送する際に吸着力が低下し、基板を落としてしまうこともあり得る。
【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、基板を適切に扱うことができる弾性膜、基板保持装置、そのような基板保持装置を有する基板研磨装置、そのような基板保持装置における基板吸着判定方法および圧力制御方法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、前記トップリング本体との間に複数のエリアを形成する第１面と、前記第１面とは反対側にあって基板を保持可能な第２面と、を有する弾性膜と、前記複数のエリアのうちの第１エリアに連通し、前記第１エリアを加圧することが可能な第１ラインと、前記第１エリアに連通し、前記第１エリアから排気することが可能な第２ラインと、前記第１エリアの流量に基づいて測定値が変化する測定器と、前記複数のエリアのうちの前記第１エリアとは異なる第２エリアに連通し、前記第２エリアを加圧または減圧することが可能な第３ラインと、を備える基板保持装置が提供される。
流量計で計測される流量を利用することで、基板を適切に扱うことができる。
【０００９】
前記測定器は、前記第２ラインの流量を計測可能な流量計であってもよいし、前記第１ラインまたは前記第２ラインの圧力を計測可能な圧力計であってもよい。
【００１０】
前記測定値に基づいて、前記第２面に前記基板が吸着されたか否かを判定する判定部を備えるのが望ましい。
流量計で計測される流量は、トップリング本体と弾性膜の第１面との隙間に対応する。基板が吸着すると隙間が小さくなって流量が減ることから、基板が吸着されたか否かを精度よく判定できる。
【００１１】
前記基板が前記第２面に吸着される際に、前記第３ラインを介して前記第２エリアを減圧し、前記第１ラインを介して前記第１エリアを加圧するとともに前記第２ラインを介して流体を流通する制御部を備え、前記判定部は、前記基板が前記第２面に吸着される際に、前記測定値に基づいて、前記第２面に前記基板が吸着されたか否かを判定するのが望ましい。
第１エリアを大気開放した状態で流量を計測することで、弾性膜が基板にストレスを与えるのを抑えることができる。
【００１２】
前記判定部は、前記第２エリアの減圧開始から所定時間経過した後に、前記測定器で計測される測定値に基づいて、前記第２面に前記基板が吸着されたか否かを判定するのが望ましい。
これにより、より高精度に判定できる。
【００１３】
前記測定値で計測される流量に基づいて、前記第３ラインを介して前記第２エリアの圧力を制御する制御部を備えるのが望ましい。
流量計で計測される流量は、トップリング本体と弾性膜の第１面との隙間に対応する。この隙間は弾性膜の膨らみに対応する。よって、流量を監視することで弾性膜の膨らみを制御できる。
【００１４】
前記制御部は、前記測定値が所定範囲に収まるよう、前記第２エリアの圧力を制御するのが望ましい。
これにより、弾性膜の膨らみを所定範囲に維持できる。
【００１５】
前記制御部は、前記第２面に保持された基板をリリースする際、前記第１ラインを介して前記第１エリアを加圧するとともに前記第２ラインを介して前記第１エリアに流体を流通し、前記測定値に基づいて、前記第３ラインを介して前記第２エリアの圧力を制御するのが望ましい。
【００１６】
前記制御部は、リリースノズルから所定位置に流体が噴射されるよう、前記第２エリアの圧力を制御するのが望ましい。
さらに望ましくは、前記所定位置は、前記第２面と前記保持された基板との間である。
これにより、リリースノズルから、弾性膜の第２面と基板との間に流体の噴射を継続でき、効果的に基板をリリースできる。
【００１７】
前記弾性膜には孔が形成されていないのが望ましい。
前記第２エリアは前記第１エリアと隣接していないのが望ましい。
これにより、第２エリアに基板が吸着しない場合には第１エリアと第１面との間の隙間が維持される。
【００１８】
前記弾性膜の外周に設けられたリテーナリングを備えるのが望ましい。
前記リテーナリングは、内側リングと、その外側に設けられた外側リングと、を有してもよい。
【００１９】
また、本発明の別の態様によれば、上記基板保持装置と、前記基板保持装置に保持された基板を研磨するように構成された研磨テーブルと、を備える基板研磨装置が提供される。
【００２０】
また、本発明の別の態様によれば、基板保持装置におけるトップリング本体と弾性膜の第１面との間に形成された第２エリアを減圧しつつ、前記トップリング本体と前記弾性膜の第１面との間に形成された、前記第２エリアとは異なる第１エリアを加圧するとともに前記第１エリアに連通する第２ラインを介して流体を流通し、前記第１エリアの流量に応じた測定値に基づいて、前記弾性膜の、前記第１面とは反対側にある第２面に基板が吸着されたか否かを判定する、基板保持装置における基板吸着判定方法が提供される。
【００２１】
また、本発明の別の態様によれば、基板保持装置におけるトップリング本体と弾性膜の第１面との間に形成された第１エリアを加圧するとともに前記第１エリアに連通する第２ラインを介して流体を流通し、前記第１エリアの流量に応じた測定値に基づいて、前記トップリング本体と前記弾性膜の第１面との間に形成された、前記第１エリアとは異なる第２エリアの圧力を制御する、基板保持装置における圧力制御方法が提供される。
【００２２】
また、本発明の別の態様によれば、第１部分の外側および内側にそれぞれ第１孔および第２孔が設けられたトップリング本体とともに用いられて基板保持装置を構成する弾性膜であって、前記第１部分と係合可能な第２部分が設けられ、前記トップリング本体との間に複数のエリアを形成する第１面と、前記第１面とは反対側にあって基板を保持可能な第２面と、を備える弾性膜が提供される。
第１部分と第２部分とが係合することで、基板を保持した場合と、基板を保持していない場合との差が大きくなるため、基板吸着判定を精度よく行うことができる。
【００２３】
前記第１部分は凹部であり、前記第２部分は凸部であるか、前記第１部分は凸部であり、前記第２部分は凹部であってもよい。
【００２４】
また、本発明の別の態様によれば、第１部分の外側および内側にそれぞれ第１孔および第２孔が設けられたトップリング本体と、前記第１部分と係合可能な第２部分が設けられ、前記トップリング本体との間に複数のエリアを形成する第１面と、前記第１面とは反対側にあって基板を保持可能な第２面と、を有する弾性膜と、前記第１孔は前記複数のエリアのうちの第１エリアに位置しており、前記第１孔を介して前記第１エリアを加圧することが可能な第１ラインと、前記第２孔は前記第１エリアに位置しており、前記第２孔を介して前記第１エリアから排気することが可能な第２ラインと、前記第１エリアの流量に基づいて測定値が変化する測定器と、前記複数のエリアのうちの前記第１エリアとは異なる第２エリアに連通し、前記第２エリアを加圧または減圧することが可能な第３ラインと、を備える基板保持装置が提供される。
【００２５】
前記トップリング本体の前記第１エリアに対応する部分には、放射状に広がる溝が設けられるのが望ましい。
これにより、第１エリア内の圧力の伝播を速くすることができる。
【００２６】
前記第１ラインと前記第２ラインとをバイパスするバイパスラインと、前記バイパスライン上に設けられたバルブとを有するのが望ましい。
バイパスライン上のバルブを開けることで、第１ラインおよび第２ラインの両方から同時に第１エリアを加圧可能となる。これにより、第１エリアを加圧する際に第２部分が第１部分に係合していても第１エリア全体を同じ圧力で速やかに加圧することができる。
【発明の効果】
【００２７】
第１エリアの流量を計測することで、基板を適切に扱うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【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】基板研磨装置３００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６Ａ】第１の実施形態におけるトップリング１の構造を模式的に示す断面図。
【図６Ｂ】図６Ａの変形例。
【図７】トップリング１におけるトップリング本体１１およびメンブレン１３の詳細を示す断面図。
【図８】図７のＡ−Ａ’断面図。
【図９】トップリング１における各バルブの動作を説明する図。
【図１０】基板吸着判定の手順を示すフローチャート。
【図１１】吸着に失敗した場合のメンブレン１３およびトップリング本体１１の断面を模式的に示す図。
【図１２】吸着に成功した場合の基板Ｗ、メンブレン１３およびトップリング本体１１の断面を模式的に示す図。
【図１３】吸着開始後に流量計ＦＳで計測される流量を模式的に示す図。
【図１４】第２の実施形態におけるトップリング１の構造を模式的に示す断面図。
【図１５】吸着に失敗した場合のメンブレン１３およびトップリング本体１１の断面を模式的に示す図。
【図１６】吸着に成功した場合の基板Ｗ、メンブレン１３およびトップリング本体１１の断面を模式的に示す図。
【図１７】図１４の変形例であるトップリング１の構造を模式的に示す断面図。
【図１８】吸着に失敗した場合のメンブレン１３およびトップリング本体１１の断面を模式的に示す図。
【図１９】吸着に成功した場合の基板Ｗ、メンブレン１３およびトップリング本体１１の断面を模式的に示す図。
【図２０】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２１】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２２】リリース開始前の状態を模式的に示す図。
【図２３】リリース開始後の状態を模式的に示す図。
【図２４】図２３に引き続くリリース開始後の状態を模式的に示す図。
【図２５】図２４に引き続くリリース開始後の状態を模式的に示す図。
【図２６】第３の実施形態におけるトップリング１の構造を模式的に示す図。
【図２７】リリース時のトップリング１の動作を示すフローチャート。
【図２８】リリース時に流量計ＦＳで計測される流量を模式的に示す図。
【図２９】トップリング１から基板Ｗをリリースしてプッシャ１６０に受け渡す様子を模式的に示す側面図。
【図３０】エリア１３１近辺のトップリング本体１１およびメンブレン１３の断面図。
【図３１】エリア１３１近辺におけるメンブレン１３を上方から見た図。
【図３２】エリア１３１近辺におけるトップリング本体１１を下方ら見た図。
【図３３】圧力制御装置７の構成例を示す図。
【図３４】吸着判定時の加圧を説明する図。
【図３５】基板研磨時の加圧を説明する図。
【図３６】吸着に成功した場合の基板Ｗ、メンブレン１３およびトップリング本体１１の断面を模式的に示す図。
【図３７】図３０の変形例であるトップリング１１およびメンブレン１３の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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。
【００３０】
（第１の実施形態）
第１の実施形態は、半導体ウエハなどの基板を基板研磨装置におけるトップリング（基板保持装置）に受け渡す際に、基板がトップリングに吸着されたか否かを精度よく判定することに主眼を置いている。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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、その基板は洗浄装置４００に受け渡される。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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概略断面図である。基板研磨装置３００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、研磨パッド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。
【００４１】
トップリング１は基板Ｗを保持するものであり、図３に示すように、トップリング本体１１（キャリア）、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の内側に設けられた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、圧力制御装置７などから構成される。
【００４２】
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。
【００４３】
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。そして、メンブレン１３の上面はトップリング本体１１との間に複数の同心円状のエリアを形成する。１または複数のエリアを減圧することで、メンブレン１３の下面が基板Ｗの上面を保持できる。
【００４４】
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。
【００４５】
圧力制御装置７は、トップリング本体１１とメンブレン１３との間に流体を供給したり、真空引きしたり、大気開放したりして、トップリング本体１１とメンブレン１３との間に形成される各エリアの圧力を個別に調整する。また、圧力制御装置７は基板Ｗがメンブレン１３に吸着されたか否かを判定する。圧力制御装置７の構成については、後に詳しく説明する。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
図３の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。
【００４９】
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に基板を受け渡す際の動作を説明する。
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を側方から見た図であり、図５はこれらを上方から見た図である。
【００５０】
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、図示していない。
【００５１】
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。
【００５２】
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））。
【００５３】
この状態で、メンブレン１３とトップリング本体１１との間に形成されたエリアを減圧することで、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。ただし、場合によってはメンブレン１３の下面に基板Ｗが吸着されなかったり、一旦吸着した後に落下したりしてしまうこともあり得る。そのため、本実施形態では、後述するようにして基板Ｗがメンブレン１３に吸着されているか否かの判定（基板吸着判定）を行う。
その後、搬送機構６００ｂは下降する（図４（ｃ））。
【００５４】
続いて、トップリング１について説明する。
図６Ａは、第１の実施形態におけるトップリング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。なお、メンブレン１３の下面には孔が形成されていないのが望ましい。
【００５５】
トップリング本体１１を貫通して一端がエリア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エアバッグ１４が設けられており、一端がエアバッグ１４に連通する流路１４９が同様に形成されている。流路１４１〜１４９の他端は圧力制御装置７に接続されている。流路１４１〜１４９上に圧力センサや流量センサを設けてもよい。
さらに基板吸着判定用に、トップリング本体１１を貫通して一端がエリア１３１に連通する流路１５０が形成されている。流路１５０の他端は大気開放される。
【００５６】
圧力制御装置７は、各流路１４１〜１４９にそれぞれ設けられたバルブＶ１〜Ｖ９および圧力レギュレータＲ１〜Ｒ９と、制御部７１と、圧力調整器７２とを有する。また、基板吸着判定用に、圧力制御装置７は、流路１５０に設けられたバルブＶ１０および流量計ＦＳと、判定部７３とを有する。なお、バルブＶ１０を閉じた場合には流量が生じないため、バルブＶ１０と流量計ＦＳとの設置順は問わない。
【００５７】
制御部７１はバルブＶ１〜Ｖ１０、圧力レギュレータＲ１〜Ｒ９および圧力調整器７２を制御する。
【００５８】
圧力調整器７２は流路１４１〜１４９の一端に接続され、制御部７１の制御に応じてエリア１３１〜１３８およびエアバッグ１４の圧力調整を行う。具体的には、圧力調整器７２は、各流路１４１〜１４９を介してエアなどの流体を供給してエリア１３１〜１３８およびエアバッグ１４を加圧したり、真空引きしてエリア１３１〜１３８およびエアバッグ１４を減圧したり、エリア１３１〜１３８およびエアバッグ１４を大気開放したりする。
【００５９】
図６Ａの場合では各流路１４１〜１４９にそれぞれ１つずつのバルブＶ１〜Ｖ９が接続された例が示されている。図６Ｂは図６Ａの変形例であり、各流路１４１〜１４９に対して複数のバルブが接続されていてもよい。図６Ｂは例として流路１４３に３つのバルブＶ３−１、Ｖ３−２、およびＶ３−３を接続した場合を示している。バルブＶ３−１は圧力レギュレータＲ３に接続され、バルブＶ３−２は大気開放源に接続され、バルブＶ３−３は真空源に接続されている。エリア１３３を加圧する場合には、バルブＶ３−２およびＶ３−３を閉止し、バルブＶ３−１を開放し圧力レギュレータＲ３を作動させる。エリア１３３を大気開放状態とする場合には、バルブＶ３−１およびＶ３−３を閉止し、バルブＶ３−２を開放する。エリア１３３を真空状態とする場合には、バルブＶ３−１およびＶ３−２を閉止し、バルブＶ３−３を開放する。
【００６０】
図６Ａにおいては、例えば、エリア１３５を加圧するためには、制御部７１は、バルブＶ５を開き、エリア１３５にエアが供給されるよう圧力調整器７２を制御する。このことを単に、制御部７１がエリア１３５を加圧する、などと表現する。
【００６１】
流量計ＦＳは、流路１５０を流れる流体の流量、言い換えると、エリア１３１に流れる流体の流量を計測し、計測結果を判定部７３に通知する。なお、流量とは、特に断らない限り、単位時間あたりに流れる流体（特にエア）の体積を言う。なお、流量計ＦＳは流路１５０の流量を計測できればその配置位置に特に制限はなく、流路１４１と流路１５０は繋がっているため、例えば流路１４１に配置してもよい。
判定部７３は流量計ＦＳで計測された流量に基づいて基板吸着判定を行う。
【００６２】
図７は、トップリング１におけるトップリング本体１１およびメンブレン１３の詳細を示す断面図である。図示のように、メンブレン１３は、基板Ｗに接触する円形の当接部１３０と、当接部１３０に直接または間接に接続される８つの周壁１３ａ〜１３ｈを有している。当接部１３０は基板Ｗの裏面、すなわち研磨すべき表面とは反対側の面に接触して保持する。また、当接部１３０は、研磨時には基板Ｗを研磨パッド３ａに対して押し付ける。周壁１３ａ〜１３ｈは、同心状に配置された環状の周壁である。
【００６３】
周壁１３ａ〜１３ｈの上端は保持リング２２，２４，２６，２８とトップリング本体１１の下面との間に挟持され、トップリング本体１１に取り付けられている。これら保持リング２２，２４，２６，２８は保持手段（図示せず）によってトップリング本体１１に着脱可能に固定されている。したがって、保持手段を解除すると、保持リング２２，２４，２６，２８がトップリング本体１１から離れ、これによってメンブレン１３をトップリング本体１１から取り外すことができる。保持手段としてはねじなどを用いることが出来る。
【００６４】
保持リング２２，２４，２６，２８はそれぞれエリア１３２，１３４，１３６，１３８内にある。そして、トップリング本体１１および保持リング２２，２４，２６，２８を流路１４２，１４４，１４６，１４８がそれぞれ貫通している。また、トップリング本体１１はエリア１３１，１３３，１３５，１３７にそれぞれ向かって下方に突出した突出部２１，２３，２５，２７を有する。そして、突出部２１，２３，２５，２７を流路１４１，１４３，１４５，１４７がそれぞれ貫通している。また、図示していないが突出部２１を流路１５０が貫通している。
【００６５】
保持リング２２，２４，２６，２８および突出部２１，２３，２５，２７の下面は同一平面上にあるのが望ましい。これら下面が基板Ｗを吸着保持した場合の基準面を形成するためである。
【００６６】
また、同下面とメンブレン１３との間には、流路１４１から流路１５０へエアが流れることが可能な隙間ｇ（図１１などで後述記載）がある。基板Ｗがメンブレン１３の下面に吸着すると、メンブレン１３はトップリング本体１１側に引き上げられるため、この隙間ｇはほとんどなくなる。隙間ｇが小さすぎると、基板Ｗが吸着されているときと吸着されていないときとで、隙間ｇの変化の差が小さく、後述する判定のマージンが小さくなってしまう。一方、隙間ｇが大きすぎると、基板の吸着時にメンブレン１３の周壁１３ａ〜１３ｈを大きく収縮させる必要があり、周壁１３ａ〜１３ｈから基板Ｗに対する下向きの反発力が大きくなって吸着力が低下したり基板が破損したりしてしまう。
以上を考慮して隙間ｇの幅を適切に設定する必要があり、具体的には０．１〜２ｍｍ程度であるのが望ましく、０．５ｍｍ程度であるのがより望ましい。
【００６７】
図８は、図７のＡ−Ａ’断面図である。図示のように、突出部２１には、流路１４１（図７）と連通する孔２１ａと、流路１５０と連通する孔２１ｂが形成されている。また、突出部２３，２５，２７には、それぞれ流路１４３，１４５，１４７と連通する孔２３ａ，２５ａ，２７ａが形成されている。さらに、保持リング２２，２４，２６には、それぞれ流路１４２，１４４，１４６と連通する孔２２ａ，２４ａ，２６ａが形成されている。なお、孔の数や配置に特に制限はない。
【００６８】
図９は、トップリング１における各バルブの動作を説明する図である。基板Ｗを吸着したり研磨したりする際には、エリア１３２〜１３７のうち任意の１以上のエリアの圧力を調整すればよいが、以下では、エリア１３３の圧力を調整する場合を示し、他のエリア１３２，１３４〜１３７は任意の圧力調整が可能である。
【００６９】
アイドリング時などにメンブレン１３を開放する場合、制御部７１はバルブＶ１，Ｖ３，Ｖ１０を開き、エリア１３１，１３３を大気開放する。
【００７０】
基板Ｗを研磨する場合、メンブレン１３を加圧して基板Ｗを研磨パッド３ａに押し付けるべく、制御部７１はバルブＶ１，Ｖ３を開いてエリア１３１，１３３を加圧するとともに、バルブＶ１０を閉じる。
【００７１】
基板Ｗを搬送機構６００ｂからトップリング１に受け渡してメンブレン１３に吸着させる場合、制御部７１はバルブＶ３を開いてエリア１３３を減圧する。さらに基板吸着判定を行うために、制御部７１はバルブＶ１を開いてエリア１３１を若干加圧しつつ、バルブＶ１０を開いてエリア１３１を大気開放する。そして、流量計ＦＳによる計測値に基づき、次のようにして判定部７３は基板がメンブレン１３に吸着したか否かを判定する。
【００７２】
図１０は、基板吸着判定の手順を示すフローチャートである。以下、流量計ＦＳが設けられたエリア１３１を「判定エリア」と呼び、吸着のために減圧されるエリア１３３を「吸着エリア」と呼ぶ。
【００７３】
まず、制御部７１は吸着エリア１３３を減圧する（ステップＳ１）。そして、制御部７１はバルブＶ１を開いて判定エリア１３１を加圧するとともに、バルブＶ１０を開いて判定エリア１３１を大気開放する（ステップＳ２）。つまり、制御部７１は、流路１４１を介して判定エリア１３１を加圧しつつ、流路１５０を介して判定エリア１３１を大気開放する。
【００７４】
なお、ステップＳ１では、制御部７１が吸着エリア１３３を−５００ｈＰａ程度に減圧するのに対し、ステップＳ２では、制御部７１が判定エリア１３１を２００ｈＰａ以下、望ましくは５０ｈＰａ程度に加圧する。判定エリア１３１を加圧しすぎると、基板Ｗに下向きに作用する力が大きくなり、基板吸着の妨げになるためである。
【００７５】
次いで、判定部７３は所定の判定開始時間Ｔ０が経過するまで待機する（ステップＳ３）。判定開始時間Ｔ０が経過すると、判定部７３は流量計ＦＳが計測した流量と所定の閾値との比較を行って、基板Ｗがメンブレン１３に吸着されたか否かを判定する（ステップＳ４）。
【００７６】
図１１は、吸着に失敗した場合のメンブレン１３およびトップリング本体１１の断面を模式的に示す図である。基板Ｗが吸着しない場合、メンブレン１３は可撓性を有するため、メンブレン１３における吸着エリア１３３に対応する部分はトップリング本体１１に引き上げられるが、判定エリア１３１に対応する部分は引き上げられず、トップリング本体１１との間に隙間ｇが残る。そのため、流量計ＦＳで計測される流量は大きくなる。
【００７７】
図１２は、吸着に成功した場合の基板Ｗ、メンブレン１３およびトップリング本体１１の断面を模式的に示す図である。基板Ｗが吸着すると、判定エリア１３１に対応する部分を含むメンブレン１３全体が引き上げられてトップリング本体１１に密着する。そのため、隙間ｇがほとんどなくなって流量計ＦＳで計測される流量は小さくなる。
【００７８】
以上から分かるように、判定エリア１３１に流れる流量は隙間ｇの大きさと対応しており、隙間ｇが大きいほど流量は大きくなる。
【００７９】
そこで、流量が閾値以下である場合（すなわち隙間ｇが小さい場合）、判定部７３は基板Ｗの吸着に成功した（あるいは基板Ｗが吸着している）と判定する（図１０のステップＳ４のＹＥＳ，Ｓ５、図１２）。そして、基板処理装置はトップリング１による基板Ｗの搬送などの動作を継続する（ステップＳ６）。その後も、基板Ｗの吸着が継続しているべきであれば（ステップＳ７のＹＥＳ）、ステップＳ４の判定が繰り返される。
【００８０】
一方、所定のエラー確認時間が経過しても流量が閾値より大きい場合（すなわち隙間ｇが大きい場合）、判定部７３は基板Ｗの吸着に失敗した（あるいは基板Ｗが吸着していない）と判定する（Ｓ４のＮＯ，Ｓ８のＹＥＳ，Ｓ９、図１１）。そして、基板処理装置は動作を停止し、必要に応じてエラーを発報する（ステップＳ１０）。
【００８１】
本実施形態では、一旦基板Ｗがメンブレン１３に吸着したことが確認できた後も、判定を継続する（ステップＳ７のＹＥＳ，Ｓ４）。そのため、基板Ｗの搬送中などに基板Ｗが落下したような場合には、流量が閾値より大きくなって基板Ｗが存在しなくなったことを検出できる（ステップＳ９）。
【００８２】
図１３は、吸着開始後に流量計ＦＳで計測される流量を模式的に示す図であり、実線は吸着に成功した場合、破線は吸着に失敗した場合、一点鎖線は一旦吸着に成功したがその後に落下した場合に流量計ＦＳで計測される各流量を示しており、横軸は時間を示している。
【００８３】
図示のように、時刻ｔ１で吸着を開始すると（図１０のステップＳ１）、流量は増加する。吸着が成功するか失敗するかに関わらず、吸着開始時点ではメンブレン１３の上面とトップリング本体１１の下面との間に隙間ｇがあり、エアが流れるためである。
【００８４】
吸着成功の場合（同図の実線）、基板Ｗがメンブレン１３に吸着されるため、メンブレン１３とトップリング本体１１との間の隙間ｇが小さくなる。よって、ある時刻ｔ２以降、流量が減り始める。そして、流量が閾値以下となった時刻ｔ３において、吸着に成功したと判定される（図１０のステップＳ５）。その後、図１３の時刻ｔ４において基板Ｗがメンブレン１３に完全に吸着されると、メンブレン１３とトップリング本体１１との隙間ｇがほとんどなくなって流量はほぼ一定となる。
【００８５】
時刻ｔ１１で基板Ｗがトップリング１から落下したとすると、流量が再び増加する（同図の一点鎖線）。基板Ｗがメンブレン１３から離れることでメンブレン１３とトップリング本体１１との間に再び隙間ｇが生じるためである。この場合、流量が閾値より大きくなった時刻ｔ１２から一定のエラー確認時間経過後（ステップ８）、吸着に失敗したと判定される（図１０のステップＳ９）。
【００８６】
一方、吸着失敗の場合（図１３の破線）、時刻ｔ２以降も流量は増え続け、やがて一定となる。そのため、エラー確認時間が経過しても流量は閾値より大きいままであり、吸着に失敗したと判定される（図１０のステップＳ９）。
【００８７】
なお、判定開始時間Ｔ０を設定する理由は、基板がメンブレンに十分に吸着される前（図１３の時刻ｔ５より前）に吸着されたと判断されるのを防ぐためである。エラー確認時間は以下の場合にも必要となる。研磨後、トップリング１に吸着された基板Ｗを研磨パッド３ａから引き上げる際に、研磨パッド３ａと基板Ｗとの間の吸着力のために一時的に流量が大きくなって閾値を超えることがあるためである。
【００８８】
このように、第１の実施形態では、判定エリア１３１を加圧かつ大気開放し、エリア１３１の流量を計測する。この流量はメンブレン１３とトップリング本体１１との隙間ｇの大きさに対応する。そのため、流量を監視することで、基板Ｗの吸着に成功したか否かを精度よく判定でき、基板Ｗを適切に扱うことができる。また、吸着した後も判定を継続でき、一旦吸着に成功した後に基板Ｗが落下した場合でもそのことを検出できる。
【００８９】
本実施形態では流路１５０を大気開放としたが、例えばバルブＶ１０を流量調整弁として基板の吸着検知に適した流量範囲に調整したり、大気開放ではなく圧力レギュレータを接続し、流量調整したり、排気したりしてもよい。流路１５０に圧力レギュレータを接続する場合、例えばＲ１を１００ｈＰａ加圧に設定し、追加した圧力レギュレータを５０ｈＰａ加圧に設定するなどして、流路１５０にエアを流通させるようにする。
【００９０】
また、本実施形態による基板吸着判定は、孔が形成されていないメンブレン１３に対しても適用可能である。さらに、基板吸着判定時にはバルブＶ１０を開くため、判定エリア１３１は閉止されず、判定エリア１３１の圧力はそれほど高くならない。そのため、メンブレン１３における判定エリア１３１が基板Ｗにストレスを与えることもほとんどない。
【００９１】
なお、本実施形態では、中心のエリア１３１を判定エリアとし、エリア１３３を吸着エリアとしたが、他のエリアを判定エリアおよび吸着エリアとしてもよい。すなわち、少なくとも１つのエリアにバルブＶ１０、流路１５０および流量計ＦＳに相当する構成を設けて判定エリアとすることができ、他の１以上のエリアを吸着エリアとすることができる。
【００９２】
なお、判定エリアは吸着エリアと隣接しておらず、１以上のエリアを隔てているのが望ましい。判定エリアと吸着エリアとが隣接していると、基板Ｗの吸着に失敗した場合であっても、メンブレン１３における吸着エリアに対応する部分が引き上げられたことに伴って、判定エリアに対応する部分も引き上げられうる。そうすると、判定エリアに流れる流量が少なくなって誤判定が発生する可能性があるためである。
【００９３】
（第２の実施形態）
上記第１の実施形態においては、判定エリア１３１を流通する流体の流量を流量計ＦＳで直接測定しているが、流量に従って測定値が変化する測定器を用いて他の物理量を測定してもよい。そこで、次に説明する第２の実施形態では、流量計ＦＳに代えて圧力計を用いる例を示す。
【００９４】
図１４は、第２の実施形態におけるトップリング１の構造を模式的に示す断面図である。図６Ａとの相違点として、判定エリア１３１と連通する流路１４１に圧力計ＰＳが設けられる。圧力計ＰＳは流路１４１の圧力を計測し、計測結果を判定部７３に通知する。圧力計ＰＳによって計測される圧力は、判定エリア１３１を流通する流体の流量と対応する。
【００９５】
図１５は、吸着に失敗した場合のメンブレン１３およびトップリング本体１１の断面を模式的に示す図であり、図１１と対応する。図示のように、判定エリア１３１とメンブレン１３との間に隙間ｇがあり、判定エリア１３１の流量は大きい。この場合、流路１４１から判定エリア１３１にガスが流れやすいため、流路１４１の圧力は低くなる。その結果、圧力計ＰＳによる計測結果は低くなる。
【００９６】
図１６は、吸着に成功した場合の基板Ｗ、メンブレン１３およびトップリング本体１１の断面を模式的に示す図であり、図１２と対応する。図示のように、判定エリア１３１とメンブレン１３との間に隙間ｇがほとんどなく、判定エリア１３１の流量は小さい。この場合、流路１４１から判定エリア１３１にガスが流れにくくなるため、流路１４１の圧力は高くなる。その結果、圧力計ＰＳによる計測結果は高くなる。
【００９７】
このように、圧力計ＰＳが流量と対応する。そのため、図１０におけるステップＳ４（流量が閾値以下か否か）に代えて、圧力が閾値を超えたか否か、の判断を行えばよい。
【００９８】
図１７は、図１４の変形例であるトップリング１の構造を模式的に示す断面図である。図１７との相違点として、判定エリア１３１と連通する流路１５０に圧力計ＰＳが設けられる。圧力計ＰＳは流路１５０の圧力を計測し、計測結果を判定部７３に通知する。圧力計ＰＳによって計測される圧力は、判定エリア１３１を流通する流体の流量と対応する。
【００９９】
図１８は、吸着に失敗した場合のメンブレン１３およびトップリング本体１１の断面を模式的に示す図であり、図１１と対応する。図示のように、判定エリア１３１とメンブレン１３との間に隙間ｇがあり、判定エリア１３１の流量は大きい。この場合、判定エリア１３１から流路１５０にガスが流れ込みやすいため、流路１５０の圧力は高くなる。その結果、圧力計ＰＳによる計測結果は高くなる。
【０１００】
図１９は、吸着に成功した場合の基板Ｗ、メンブレン１３およびトップリング本体１１の断面を模式的に示す図であり、図１２と対応する。図示のように、判定エリア１３１とメンブレン１３との間に隙間ｇがほとんどなく、判定エリア１３１の流量は小さい。この場合、判定エリア１３１から流路１５０にガスが流れこみにくいため、流路１５０の圧力は低くなる。その結果、圧力計ＰＳによる計測結果は低くなる。
【０１０１】
このように、圧力計ＰＳが流量と対応する。そのため、図１０におけるステップＳ４（流量が閾値以下か否か）に代えて、圧力が閾値以上か否か、の判断を行えばよい。
【０１０２】
以上説明したように、第２の実施形態では、流量に応じて変化する圧力を計測することで、基板Ｗの吸着に成功したか否かを精度よく判定できる。
【０１０３】
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、トップリングに吸着された基板を確実にリリースすることに主眼を置いている。以下、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
【０１０４】
図２０および図２１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２０は搬送機構６００ｂおよびトップリング１を側方から見た図であり、図２１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２０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。
【０１０５】
図２０（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。
【０１０６】
図２０（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。
【０１０７】
この状態で、メンブレン１３とトップリング本体１１との間のエリア（以下、エリア１３３とする）を加圧する。さらに、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。この点の詳細は後述する。
【０１０８】
その後、図２０（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。
【０１０９】
図２０（ｂ）におけるリリースを詳しく説明する。
図２２は、リリース開始前の状態を模式的に示す図である。エリア１３３の加圧を開始する前は、基板Ｗがメンブレン１３に吸着されており、したがってメンブレン１３の上面とトップリング本体１１の下面との間にほとんど隙間ｇはない。加圧開始前は、リリースノズル８０２から流体は噴射しない。
【０１１０】
図２３は、リリース開始後の状態を模式的に示す図である。エリア１３３の加圧を開始すると、メンブレン１３が膨らんで、メンブレン１３の上面とトップリング本体１１と隙間ｇが徐々に大きくなる。すなわち、メンブレン１３が下方に移動する。この状態でリリースノズル８０２から流体を噴射するが、流体は基板Ｗの下側に当たり、メンブレン１３にはほとんど当たらない。つまり、図２３はメンブレン１３の膨らみが足りない状態、言い換えると、メンブレン１３とトップリング本体１１との間の隙間ｇが小さすぎる状態である。
【０１１１】
図２４は、図２３に引き続くリリース開始後の状態を模式的に示す図である。エリア１３３をさらに加圧すると、メンブレン１３がさらに膨らんで、メンブレン１３の上面とトップリング本体１１との隙間ｇがより大きくなる。すなわち、メンブレン１３がより下方に移動する。この状態でリリースノズル８０２から噴射される流体は、基板Ｗとメンブレン１３との境界近辺に当たる。よって、基板Ｗとメンブレン１３との間に流体が流れ込む。
【０１１２】
このように、一定程度膨らんだメンブレン１３と基板Ｗとの間に側方から流体が噴射される状態が継続することで、基板Ｗをメンブレン１３から効果的にリリースさせることができる。つまり、図２４はメンブレン１３の膨らみが適切である状態、言い換えると、メンブレン１３とトップリング本体１１との間の隙間ｇが適切である状態である。
しかしながら、必ずしも図２４の状態を継続できるとは限らない。
【０１１３】
図２５は、図２４に引き続くリリース開始後の状態を模式的に示す図である。エリア１３３をさらに加圧すると、メンブレン１３がさらに膨らんで、メンブレン１３の上面とトップリング本体１１との隙間ｇがさらに大きくなる。すなわち、メンブレン１３がさらに下方に移動する。この状態でリリースノズル８０２から噴射される流体は、メンブレン１３には当たるが、基板Ｗにはほとんど当たらない。つまり、図２５はメンブレン１３の膨らみが大きすぎる状態、言い換えると、メンブレン１３とトップリング本体１１との間の隙間ｇが大きすぎる状態である。
【０１１４】
このように、確実に基板Ｗをリリースするには、メンブレン１３の膨らみ（言い換えると、メンブレン１３とトップリング本体１１との間の隙間ｇ）を制御する必要がある。そこで、本実施形態では、図２４に示すようなメンブレン１３の膨らみが適切な状態を保てるよう、次のようにしてエリア１３３の圧力制御を行う。
【０１１５】
図２６は、第３の実施形態におけるトップリング１の構造を模式的に示す図である。図６Ａとの相違点として、流量計ＦＳの計測値が制御部７１に入力される。そして、制御部７１は流量計ＦＳの計測値に基づいて圧力調整器７２、バルブＶ１〜Ｖ９、圧力レギュレータＲ１〜Ｒ９を制御する。
【０１１６】
リリースを行う際には、制御部７１がバルブＶ１を開いてエリア１３１を若干加圧しつつ、バルブＶ１０を開いてエリア１３１を大気開放する。第１の実施形態で説明したように、流量計ＦＳで計測される流量は、メンブレン１３とトップリング本体１１との間の隙間ｇの大きさに対応する。そして、隙間ｇの大きさはメンブレン１３の膨らみに対応する。よって、制御部７１は流量を監視することで適切にエリア１３３の圧力を制御する。
【０１１７】
図２７は、リリース時のトップリング１の動作を示すフローチャートである。また、図２８は、リリース時に流量計ＦＳで計測される流量を模式的に示す図である。以下のようにして、制御部７１は流量が上限閾値から下限閾値までの所定範囲に収まるようエリア１３３の圧力を制御する。流量が所定範囲に収まることは、図２４に示すように、メンブレン１３の膨らみが適切であることと対応する。言い換えると、メンブレン１３の膨らみが適切となる流量の範囲を所定範囲として設定しておく。
【０１１８】
まず、制御部７１が吸着エリア１３３の加圧を開始する（図２７のステップＳ２１、図２８の時刻ｔ２０）。これに伴って流量が増加するが、制御部７１は流量が上限閾値に達するまで吸着エリア１３３の加圧を継続する（ステップＳ２２のＮＯ，Ｓ２１）。この加圧は連続的あるいは断続的にエアをエリア１３３に供給することで行われる。この間、メンブレン１３が徐々に膨らみ、これに伴って流量も増加する（図２８参照）。流量が下限閾値に達した（つまりメンブレン１３の膨らみが適切になった）時刻ｔ２１以降、基板Ｗとメンブレン１３との間にリリースノズル８０２から流体を噴射することができる。
【０１１９】
流量が上限閾値に達すると（時刻ｔ２２、図２７のステップＳ２２のＹＥＳ）、制御部７１はメンブレン１３の膨らみが十分と判断して、吸着エリア１３３の加圧を停止する（ステップＳ２３）。具体的には、制御部７１は吸着エリア１３３に対するエア供給を停止してもよいし、バルブＶ３を閉じてもよいし、エリア１３３を大気開放してもよい。あるいは、制御部７１は吸着エリア１３３を減圧してもよい。
【０１２０】
吸着エリア１３３の加圧を停止すると、メンブレン１３の膨らみが減少し、これに伴って流量が減少することもある。そこで、制御部７１は、流量が下限閾値に達するまでは吸着エリア１３３の加圧を停止するが（ステップＳ２４のＮＯ，Ｓ２３）、流量が下限閾値に達すると（ステップＳ２４のＹＥＳ、図２８の時刻ｔ２３）、メンブレン１３の膨らみが不足したと判断して、吸着エリア１３３の加圧を再開する（ステップＳ２５）。
【０１２１】
以上を繰り返すことで、流量が所定範囲に収まり、メンブレン１３の膨らみが適切となって、図２４に示すように基板Ｗとメンブレン１３との間に流体の噴射を継続できる。
【０１２２】
図２７に示すリリース動作は、予め定めた時間だけ継続してもよいし、リリース検知センサ（不図示）で基板Ｗがリリースされたことが検知された時点でリリース動作を終了してもよい。リリース検知センサは、例えばリテーナリングステーション８００に固定された発光部および受光部で構成することができる。
【０１２３】
なお、メンブレン１３の膨らみを推定する別の手法として、吸着エリア１３３に供給したエアの積算量からメンブレン１３の膨らみを推定することも考えられる。しかしながら、エアは、吸着エリア１３３に流入するだけでなく、途中の流路１４３、ロータリジョイント（不図示）の配管などにも流入する。そのため、エアの積算量から正確にメンブレン１３の膨らみを推定することは困難である。
【０１２４】
これに対し、本実施形態では、判定エリア１３１の流量すなわち単位時間当たりに流れるエアの体積を用いる。流量は、メンブレン１３とトップリング本体１１との間の隙間ｇの大きさに対応しており、この隙間ｇはメンブレン１３の膨らみと対応している。そのため、メンブレン１３の膨らみを正確に検知でき、適切な膨らみを維持できるよう精度よく吸着エリア１３３の圧力を調整できる。
【０１２５】
なお、図２０〜図２５では、リリースノズル８０２がリテーナリングステーション８００に取り付けられる例を示した。リテーナリングステーション８００は動かないため、リリースノズル８０２も固定である。別の例として、リテーナリングステーション８００に代えて、いわゆるプッシャを用いて基板Ｗの受け渡しを行う場合には、プッシャにリリースノズルを取り付けてもよい。
【０１２６】
図２９は、トップリング１から基板Ｗをリリースしてプッシャ１６０に受け渡す様子を模式的に示す側面図である。プッシャ１６０は、トップリングガイド１６１と、プッシャステージ１６２と、トップリングガイド１６１内に形成されたリリースノズル８０２’とを有する。基板Ｗをリリースする際には、プッシャ１６０が上昇してトップリング１に近づく。その他の動作はリテーナリングステーション８００を用いる場合と同様である。プッシャ１６０を用いる場合、リリースノズル８０２’がプッシャ１６０とともに移動することになる。
【０１２７】
なお、第３の実施形態においても、流路１４１または流路１５０に圧力計を設置し、判定エリア１３１の流量に対応する圧力を計測してもよい。この場合、図２８における「流量」を適宜「圧力」と読み替えればよい。
【０１２８】
（第４の実施形態）
次に説明する第４の実施形態は、メンブレン１３の望ましい形状に関する。
図３０は、エリア１３１近辺のトップリング本体１１およびメンブレン１３の断面図であり、同図の一点鎖線はトップリング本体１１およびメンブレン１３の中心を示している。図３１は、エリア１３１近辺におけるメンブレン１３を上方（トップリング本体１１側）から見た図である。図３２は、エリア１３１近辺におけるトップリング本体１１を下方（メンブレン１３側）から見た図である。
【０１２９】
図３０および図３１に示すように、メンブレン１３の上面におけるエリア１３１に相当する部分には、トップリング本体１１に向かう環状の凸部１３１ａが形成されていれる。
【０１３０】
また、図３０および図３２に示すように、トップリング本体１１のエリア１３１に相当する部分には、環状の凹部１１ａが形成されている。そして、流路１４１と連通するトップリング本体１１の孔２１ａ（第１孔）は凹部１１ａの外側にあり、流路１５０と連通するトップリング本体１１の孔２１ｂ（第２孔）は凹部１１ａの内側にある。
【０１３１】
メンブレン１３における凸部１３１ａは、トップリング本体１１における凹部１１ａと対向する位置にあり、互いに係合可能である。
【０１３２】
トップリング１が基板を保持していない場合、メンブレン１３における凸部１３１ａと、トップリング本体１１における凹部１１ａとの間には隙間がある。一方、トップリング１が基板を吸着保持すると、この隙間はなくなるか、少なくとも狭くなる。すなわち、凸部１３１ａおよび凹部１１ａはエリア１３１をシールするシール部と言える。
【０１３３】
また、図３２に示すように、トップリング本体１１には、放射状に延びる複数の溝１１ｂが設けられる。これにより、エリア１３１内で圧力が伝搬しやすくなり、圧力を均一化できる。図３２においては溝１１ｂは凹部１１aの内側に設けられているが、外側に設けてもよいし、エリア１３２などその他のエリアにも設けることでトップリング全体で圧力が伝搬しやすくなる。
凹部１１aの深さは溝１１ｂと同じかそれよりも深くし、凹部１１aに当接できるように凸部１３１aの高さを設定することで、溝１１ｂと凹部１１aが干渉している場合でも凹部１１aと凸部１３１aでシールすることが可能となる。
【０１３４】
図３３は、第１の実施形態で説明したように、流量計ＦＳを用いた基板吸着判定を行う場合の圧力制御装置７の構成例を示す図である。なお、図６Ａと同様であるが、流路１４１，１５０は、例えばロータリージョイント（不図示）を介してトップリング本体１１に接続される。図６Ａとの相違点として、本圧力制御装置７は流路１４１と流路１５０とをバイパスするバイパス流路１５１と、バイパスライン１５１上に設けられたバルブＶ２０を有する。バルブＶ２０を開くことで、圧力制御装置７は流路１５０から孔２１ｂを介してエリア１３１の圧力を制御（例えば加圧）することもできる。
【０１３５】
上述した第１の実施形態における吸着判定では、判定エリア１３１を流路１４１を介して加圧するとともに、流路１５０を介して大気開放する。また、研磨時には判定エリア１３１を加圧する。これらの加圧について説明する。
【０１３６】
図３４は、吸着判定時の加圧を説明する図である。図示のように、バルブＶ１，Ｖ１０を開き、バルブＶ２０を閉じる。これにより、第１の実施形態と同様に判定エリア１３１を流路１４１を介して加圧するとともに、流路１５０を介して大気開放できる。
【０１３７】
図３５は、基板研磨時の加圧を説明する図である。図示のように、バルブＶ１，Ｖ２０を開き、バルブＶ１０を閉じる。これにより、流路１４１，１５０の両方から同時にエリア１３１が加圧される。すなわち、流路１４１から、凹部１１ａおよび凸部１３１ａでシールされた環状部分の外側を加圧できる。また、流路１５０から、凹部１１ａおよび凸部１３１ａでシールされた環状部分の内側を加圧できる。特に、図３２に示すように溝１１ｂを設けることで、シールされた環状部分の内側全体に圧力が伝搬される。
【０１３８】
さらに、吸着判定時の加圧圧力がシールされた環状部分の外側から作用し、シールされた環状部分の内側が大気開放されることから、基板Ｗの中心部が加圧されることがなく、基板Ｗの変形が抑制され、ストレスが小さくなる。
【０１３９】
このようなトップリング本体１１およびメンブレン１３を用いることで、第１の実施形態で説明した吸着判定をより精度よく行うことができる。
【０１４０】
図３６は、吸着に成功した場合の基板Ｗ、メンブレン１３およびトップリング本体１１の断面を模式的に示す図であり、図１２と対応している。図３６から分かるように、基板吸着に成功した場合、メンブレン１３の凸部１３１ａがトップリング本体１１の凹部１１ａと係合し、両者の隙間はほとんどなくなる。その結果、流量計ＦＳで計測される流量が極めて小さくなり、判定の精度が向上する。
【０１４１】
このように、第４の実施形態では、メンブレン１３に凸部１３１ａを、トップリング本体１１に凹部１１ａを設ける。そのため、凸部１３１ａおよび凹部１１ａがシール部となって、基板吸着時にメンブレン１３がトップリング本体１１に密着する。そのため、基板吸着に成功したときの流量と失敗したときの流量との差が大きくなり、基板吸着判定の精度が向上する。
なお、凸部１３１aと凹部１１aとで完全にシールされた状態が実現できるのが望ましいが、メンブレン１３におけるある部分とトップリング本体におけるある部分とでほぼシールされた状態となればよい。
【０１４２】
なお、本実施形態ではメンブレン１３に凸部１３１ａを、トップリング本体１１に凹部１１ａを設けることとしたが、シール部として、メンブレン１３に凹部１３１ｂを設け、トップリング本体１１に凸部１１ｃを設けてもよい（図３７参照）。また、エリア１３１以外を判定エリアとする場合、その判定エリアにシール部としての凹部や凸部を設ければよい。
【０１４３】
また、第２の実施形態で説明したように、圧力計ＰＳを用いた基板吸着判定を行う場合、図１４と同様に、流路１４１に圧力計ＰＳを設ければよい。
【０１４４】
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】
【０１４５】
１  トップリング
７  圧力制御装置
７１  制御部
７２  圧力調整器
７３  判定部
１１  トップリング本体
１１ａ  凹部
１１ｂ  溝
１１ｃ  凸部
１２  リテーナリング
１３  メンブレン
１３１〜１３８  エリア
１３ａ  凸部
１３ｂ  凹部
１４１〜１４８，１５０  流路
１５１  バイパス流路
ＦＳ  流量計
ＰＳ  圧力計
【図１】
2019072841.tif 000003
【図２】
2019072841.tif 000004
【図３】
2019072841.tif 000005
【図４】
2019072841.tif 000006
【図５】
2019072841.tif 000007
【図６Ａ】
2019072841.tif 000008
【図６Ｂ】
2019072841.tif 000009
【図７】
2019072841.tif 000010
【図８】
2019072841.tif 000011
【図９】
2019072841.tif 000012
【図１０】
2019072841.tif 000013
【図１１】
2019072841.tif 000014
【図１２】
2019072841.tif 000015
【図１３】
2019072841.tif 000016
【図１４】
2019072841.tif 000017
【図１５】
2019072841.tif 000018
【図１６】
2019072841.tif 000019
【図１７】
2019072841.tif 000020
【図１８】
2019072841.tif 000021
【図１９】
2019072841.tif 000022
【図２０】
2019072841.tif 000023
【図２１】
2019072841.tif 000024
【図２２】
2019072841.tif 000025
【図２３】
2019072841.tif 000026
【図２４】
2019072841.tif 000027
【図２５】
2019072841.tif 000028
【図２６】
2019072841.tif 000029
【図２７】
2019072841.tif 000030
【図２８】
2019072841.tif 000031
【図２９】
2019072841.tif 000032
【図３０】
2019072841.tif 000033
【図３１】
2019072841.tif 000034
【図３２】
2019072841.tif 000035
【図３３】
2019072841.tif 000036
【図３４】
2019072841.tif 000037
【図３５】
2019072841.tif 000038
【図３６】
2019072841.tif 000039
【図３７】
2019072841.tif 000040
【手続補正書】
【提出日】平成31年1月18日(2019.1.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部分の外側および内側にそれぞれ第１孔および第２孔が設けられたトップリング本体と、
前記第１部分と係合可能な第２部分が設けられ、前記トップリング本体との間に複数のエリアを形成する第１面と、前記第１面とは反対側にあって基板を保持可能な第２面と、を有する弾性膜と、
前記第１孔は前記複数のエリアのうちの第１エリアに位置しており、前記第１孔を介して前記第１エリアを加圧することが可能な第１ラインと、
前記第２孔は前記第１エリアに位置しており、前記第２孔を介して前記第１エリアから排気することが可能な第２ラインと、
前記第１エリアの流量に基づいて測定値が変化する測定器と、
前記複数のエリアのうちの前記第１エリアとは異なる第２エリアに連通し、前記第２エリアを加圧または減圧することが可能な第３ラインと、
前記基板が前記第２面に吸着される際に、前記測定値に基づいて、前記第２面に前記基板が吸着されたか否かを判定する判定部と、を備え、
前記第２部分は、前記第１エリアをシールする凸部である基板保持装置。
【請求項２】
前記凸部は環状である、請求項１に記載の基板保持装置。
【請求項３】
前記弾性膜には、孔が形成されていない、請求項１または２に記載の基板保持装置。
【請求項４】
前記第２部分があることにより、前記第２面に基板が保持されたときの前記第１エリアの流量と、保持されていないときの前記第１エリアの流量と、の差が大きくなる、請求項１乃至３のいずれかに記載の基板保持装置。
【請求項５】
前記測定器は、前記第２ラインの流量を測定可能な圧力計である、請求項１乃至４のいずれかに記載の基板保持装置。
【請求項６】
前記測定器は、前記第１ラインまたは前記第２ラインの圧力を計測可能な圧力計である、請求項１乃至４のいずれかに記載の基板保持装置。
【請求項７】
前記測定値に基づいて、前記第２面に前記基板が吸着されたか否かを判定する判定部を備える、請求項１乃至６のいずれかに記載の基板保持装置。
【請求項８】
第１部分の外側および内側にそれぞれ第１孔および第２孔が設けられたトップリング本体とともに用いられて基板保持装置を構成する弾性膜であって、
前記第１部分と係合可能な第２部分が設けられ、前記トップリング本体との間に複数のエリアを形成する第１面と、前記第１面とは反対側にあって基板を保持可能な第２面と、を有し、
前記第２部分は凸部であり、
前記第１孔は前記複数のエリアのうちの第１エリアに位置しており、前記第１孔を介して前記第１エリアを加圧可能であり、
前記第２孔は前記第１エリアに位置しており、前記第２孔を介して前記第１エリアから排気することが可能であり、
前記基板保持装置には、前記第１エリアの流量に基づいて測定値が変化する測定器が設けられ、前記測定値は、前記第２面に基板が吸着されたか否かの判定に用いられ、
前記複数のエリアのうちの前記第１エリアとは異なる第２エリアを加圧または減圧可能である、弾性膜。
【請求項９】
前記凸部は環状である、請求項８に記載の弾性膜。
【請求項１０】
前記弾性膜には、孔が形成されていない、請求項８または９に記載の弾性膜。
【請求項１１】
前記第２部分があることにより、前記第２面に基板が保持されたときの前記第１エリアの流量と、保持されていないときの前記第１エリアの流量と、の差が大きくなる、請求項８乃至１０のいずれかに記載の弾性膜。
【請求項１２】
前記第１エリアからの排気を行う第２ラインを含む鉛直平面において、前記第２部分は、前記第２ラインの両側方に設けられ、前記第２部分と前記トップリング本体とが接することで、前記第１エリアがシールされる、請求項８乃至１０のいずれかに記載の弾性膜。