TW202004978A - 基板保持裝置、基板研磨裝置、彈性構件及基板保持裝置之製造方法 - Google Patents

基板保持裝置、基板研磨裝置、彈性構件及基板保持裝置之製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種基板保持裝置、基板研磨裝置、彈性構件以及基板保持裝置的製造方法。基板保持裝置具備：頂環主體；彈性膜，具有第一面和第二面，在第一面與頂環主體之間形成有複數個區域，第二面位於與第一面相反的一側且能保持基板；第一線路，與複數個區域中的第一區域連通，能對第一區域進行加壓；第二線路，與第一區域連通，能從第一區域排氣；測定器，其測定值基於第一區域的流量而變化；第三線路，與第二區域連通且能對第二區域進行減壓，第二區域是複數個區域中的與第一區域不同的區域；以及彈性構件，在第一線路與第二線路之間被設置成，在彈性膜的第二面未保持基板時與彈性膜的第一面分離，在彈性膜的第二面保持有基板時與彈性膜的第一面接觸。

Description

基板保持裝置、基板研磨裝置、彈性構件及基板保持裝置之製造方法
相關申請的相互參照：本申請基於2018年5月21日提交的日本發明專利申請JP2018-97314主張優先權，該日本發明專利申請的全部內容通過參照編入本說明書中。
本發明涉及一種基板保持裝置、基板研磨裝置、彈性構件以及基板保持裝置的製造方法。
在基板研磨裝置（例如，日本特許第3705670號）中，從基板輸送裝置向頂環（基板保持裝置）交接基板，在頂環保持有基板的狀態下進行基板的研磨。頂環成為如下構造：在頂環主體（底座）的下方設置有膜片(membrane)，膜片的下表面吸附基板。 在日本特許第3705670號公開有一種判定基板是否吸附到膜片的基板吸附判定方法。在該方法中，在膜片設置有朝上的凸部。並且，利用了如下手段：在基板未被吸附時，在頂環主體的下表面與膜片的凸部之間存在間隙，當基板被吸附時，基板將膜片向上方按壓，從而膜片的凸部與頂環主體的下表面接觸而間隙消失。
然而，膜片的表面有時由於研磨漿液、頂環清洗而潤濕。另外，基板自身也有時由於研磨處理而潤濕。如此，在膜片、基板潤濕的情況下，即使基板被吸附，基板按壓膜片的力也被分散，膜片的凸部有時不與頂環主體的下表面充分地接觸。這樣一來，雖然基板被吸附，但有可能產生未被吸附這誤判定。
因此，也想到使膜片的凸部與頂環之間的間隙預先變窄。然而，這樣一來，在以膜片吸附有基板的狀態進行研磨之際，存在如下問題：僅基板中的與凸部相對應的部分的研磨速率變高，難以進行均勻的研磨。
因此，較佳的是一種抑制研磨速率的不均勻、同時能夠更準確地判定基板進行了吸附的情況的基板保持裝置及其製造方法、具備這樣的基板保持裝置的基板研磨裝置、這樣的基板保持裝置用的彈性構件。
根據一方式，提供一種基板保持裝置，該基板保持裝置具備：頂環主體；彈性膜，該彈性膜具有第一面和第二面，在該第一面與所述頂環主體之間形成有複數個區域，該第二面位於與所述第一面相反的一側且能夠保持基板；第一線路(first line)，該第一線路與所述複數個區域中的第一區域連通，能夠對所述第一區域進行加壓；第二線路，該第二線路與所述第一區域連通，能夠從所述第一區域排氣；測定器，該測定器的測定值基於所述第一區域的流量而變化；第三線路，該第三線路與第二區域連通，且能夠對所述第二區域進行減壓，所述第二區域是所述複數個區域中的與所述第一區域不同的區域；以及彈性構件，該彈性構件在所述第一線路與所述第二線路之間被設置成，在所述彈性膜的第二面未保持基板的情況下，該彈性構件與所述彈性膜的第一面分離，在所述彈性膜的第二面保持有基板的情況下，該彈性構件與所述彈性膜的第一面接觸。
根據另一方式，提供一種基板研磨裝置，該基板研磨裝置具備：上述的基板保持裝置；和研磨台，該研磨台構成為，對保持於所述基板保持裝置的基板進行研磨。
根據另一方式，提供一種彈性構件，該彈性構件是基板保持裝置用的彈性構件，該基板保持裝置具備：頂環主體；彈性膜，該彈性膜具有第一面和第二面，在該第一面與所述頂環主體之間形成有複數個區域，該第二面位於與所述第一面相反的一側且能夠保持基板；第一線路，該第一線路與所述複數個區域中的第一區域連通，能夠對所述第一區域進行加壓；第二線路，該第二線路與所述第一區域連通，能夠從所述第一區域排氣；測定器，該測定器的測定值基於所述第一區域的流量而變化；以及第三線路，該第三線路與第二區域連通，所述第二區域是所述複數個區域中的與所述第一區域不同的區域，所述第三線路能夠對所述第二區域進行減壓，在該彈性構件中，該彈性構件在所述第一線路與所述第二線路之間被設置成，在所述彈性膜的第二面未保持基板的情況下，該彈性構件與所述彈性膜的第一面分離，在所述彈性膜的第二面保持有基板的情況下，該彈性構件與所述彈性膜的第一面接觸。
根據另一方式，提供一種基板保持裝置的製造方法，該基板保持裝置的製造方法具備如下的工序：向從上述基板保持裝置拆卸掉所述彈性構件後的上述的基板保持裝置，安裝新的所述彈性構件。
以下，一邊參照附圖一邊具體地說明實施方式。
（第一實施方式） 圖1是包括基板研磨裝置的基板處理裝置的概略俯視圖。本基板處理裝置用於在直徑300mm或者450mm的半導體晶圓、平板(flat panel)、CMOS（互補金屬氧化物半導體，Complementary Metal Oxide Semiconductor）、CCD（電荷耦合器件，Charge Coupled Device）等圖像傳感器、MRAM（磁阻式隨機存取存儲器，Magnetoresistive Random Access Memory）的磁性膜的製造工序等中對各種基板進行處理。
基板處理裝置具備：大致矩形形狀的外殼100；裝載端口(load port)200，其供存放多個基板的基板盒載置；一個或複數個（在圖1所示的方式中，四個）基板研磨裝置300；一個或複數個（在圖1所示的方式中，兩個）基板清洗裝置400；基板乾燥裝置500；輸送機構600a~600d；以及控制部700。
裝載端口200與外殼100相鄰地配置。在裝載端口200能夠搭載開放式晶圓盒、SMIF（標準機械接口，Standard Mechanical Interface）盒、或FOUP（前開式晶圓傳送盒，Front Opening Unified Pod）。SMIF盒、FOUP是如下密閉容器：在內部收納基板盒，由分隔壁覆蓋，從而能夠保持與外部空間獨立的環境。
在外殼100內收容有：基板研磨裝置300，其研磨基板；基板清洗裝置400，其清洗研磨後的基板；以及基板乾燥裝置500，其使清洗後的基板乾燥。基板研磨裝置300沿著基板處理裝置的長度方向排列，基板清洗裝置400和基板乾燥裝置500也沿著基板處理裝置的長度方向排列。
在由裝載端口200、位於裝載端口200側的基板研磨裝置300和基板乾燥裝置500圍成的區域配置有輸送機構600a。另外，與基板研磨裝置300以及基板清洗裝置400和基板乾燥裝置500平行地配置有輸送機構600b。
輸送機構600a將研磨前的基板從裝載端口200接收而向輸送機構600b交接，或將乾燥後的基板從基板乾燥裝置500接收。
輸送機構600b是例如線性運輸裝置，將從輸送機構600a接收到的研磨前的基板向基板研磨裝置300交接。如隨後論述那樣，基板研磨裝置300中的頂環（未圖示）利用真空吸附從輸送機構600b接收基板。另外，基板研磨裝置300將研磨後的基板向輸送機構600b釋放，該基板被向基板清洗裝置400交接。
而且，在兩個基板清洗裝置400之間配置有在這些基板清洗裝置400之間進行基板的交接的輸送機構600c。另外，在基板清洗裝置400與基板乾燥裝置500之間配置有在這些基板清洗裝置400與基板乾燥裝置500之間進行基板的交接的輸送機構600d。
控制部700用於控制基板處理裝置的各設備的動作，既可以配置於外殼100的內部，也可以配置於外殼100的外部，也可以分別設置於基板研磨裝置300、基板清洗裝置400以及基板乾燥裝置500。
圖2和圖3分別是基板研磨裝置300的概略立體圖和概略剖視圖。基板研磨裝置300具有：頂環1；頂環軸2，其在下部連結有頂環1；研磨台3，其具有研磨墊3a；噴嘴4，其將研磨液向研磨台3上供給；頂環頭5；以及支承軸6。
頂環1用於保持基板W，如圖3所示，包括：頂環主體11（也稱為載體或者底座）；圓環狀的擋圈(retainer ring)12；可撓性的膜片13（彈性膜），其設置到頂環主體11的下方且擋圈12的內側；氣囊14，其設置到頂環主體11與擋圈12之間；以及壓力控制裝置7等。
擋圈12設置於頂環主體11的外周部。所保持的基板W的周緣被擋圈12包圍，在研磨中基板W不會從頂環1飛出。此外，擋圈12既可以是一個構件，也可以是由內側環和設置到該內側環的外側的外側環構成的雙層環結構。在後者的情況下，也可以是，將外側環固定於頂環主體11，在內側環與頂環主體11之間設置有氣囊14。
膜片13與頂環主體11相對地設置。並且，膜片13的上表面與頂環主體11之間形成有複數個同心圓狀的區域。通過對一個或複數個區域進行減壓，膜片13的下表面能夠保持基板W的上表面。
氣囊14設置於頂環主體11與擋圈12之間。利用氣囊14，擋圈12能夠相對於頂環主體11沿著鉛垂方向相對移動。
壓力控制裝置7向頂環主體11與膜片13之間供給流體、或對頂環主體11與膜片13之間進行抽真空、或使頂環主體11與膜片13之間大氣開放，而單獨地調整在頂環主體11與膜片13之間形成的各區域的壓力。另外，壓力控制裝置7判定基板W是否被吸附到膜片13。隨後詳細地說明壓力控制裝置7的構成。
在圖2中，頂環軸2的下端與頂環1的上表面中央連結。通過未圖示的升降機構使頂環軸2升降，保持於頂環1的基板W的下表面與研磨墊3a接觸或分離。另外，通過未圖示的馬達使頂環軸2旋轉，頂環1旋轉，由此，所保持的基板W也旋轉。
在研磨台3的上表面設置有研磨墊3a。研磨台3的下表面與旋轉軸連接，研磨台3可旋轉。研磨液被從噴嘴4供給，在基板W的下表面與研磨墊3a接觸了的狀態下，基板W和研磨台3旋轉，從而基板W被研磨。
圖3的頂環頭5的一端連結有頂環軸2，另一端連結有支承軸6。通過未圖示的馬達使支承軸6旋轉，頂環頭5擺動，頂環1在研磨墊3a上與基板交接位置（未圖示）之間往來。
接下來，說明從圖1的輸送機構600b向圖2和圖3的頂環1交接基板之際的動作。 圖4A~圖4C和圖5是詳細地說明從輸送機構600b向頂環1的基板交接的圖。圖4A~圖4C是從側方觀察輸送機構600b和頂環1的圖，圖5是從上方觀察輸送機構600b和頂環1的圖。
如圖4A所示，在輸送機構600b的手部601上載置有基板W。另外，在基板W的交接中使用擋圈台800。擋圈台800具有將頂環1的擋圈12上推的上推銷801。此外，雖未圖示，但擋圈台800也可以具有釋放噴嘴。
如圖5所示，手部601支承基板W的下表面的外周側的一部分。並且，上推銷801和手部601以不相互接觸的方式配置。
在圖4A所示的狀態下，頂環1下降，並且輸送機構600b上升。由於頂環1的下降，上推銷801將擋圈12上推，基板W接近膜片13。當輸送機構600b進一步上升時，基板W的上表面與膜片13的下表面接觸（圖4B）。
在該狀態下，通過對在膜片13與頂環主體11之間形成的區域進行減壓，基板W被吸附於頂環1的膜片13的下表面。不過，根據情況的不同，也可能存在基板W未被吸附於膜片13的下表面、或在暫且吸附了之後就落下的情況。因此，在本實施方式中，如隨後論述那樣進行基板W是否被吸附於膜片13的判定（基板吸附判定）。 之後，輸送機構600b下降（圖4C）。
接下來，對頂環1進行說明。 圖6A是示意性地表示第一實施方式中的頂環1和壓力控制裝置7的構造的剖視圖。在膜片13形成有朝向頂環主體11向上方延伸的周壁13a~13e。利用這些周壁13a~13e，在膜片13的上表面與頂環主體11的下表面之間形成有被周壁13a~13e劃分出的同心圓狀的區域131~135。此外，較佳的是，在膜片13的下表面未形成孔。
形成有貫通頂環主體11而一端與區域131~135分別連通的流路141~145。另外，在擋圈12的正上方設置有由彈性膜構成的氣囊14，同樣地形成有一端與氣囊14連通的流路146。流路141~146的另一端與壓力控制裝置7連接。也可以在流路141~146上設置壓力傳感器、流量傳感器。
而且，為了進行基板吸附判定，形成有貫通頂環主體11而一端與區域133連通的流路150。流路150的另一端被大氣開放。
壓力控制裝置7具有：閥V1~V6和壓力調節器R1~R6，其分別設置到各流路141~146；控制部71；以及壓力調整器72。另外，為了進行基板吸附判定，壓力控制裝置7具有判定部73以及設置到流路150的閥V10和流量計FS。此外，在使閥V10關閉的情況下，不產生流量，因此，無論閥V10與流量計FS的設置順序如何均可。
控制部71控制閥V1~V6、V10、壓力調節器R1~R6以及壓力調整器72。
壓力調整器72與流路141~146的一端連接，根據控制部71的控制進行區域131~135和氣囊14的壓力調整。具體而言，壓力調整器72經由各流路141~146供給空氣等流體而對區域131~135和氣囊14進行加壓、或抽真空而對區域131~135和氣囊14進行減壓，或使區域131~135和氣囊14大氣開放。
在圖6A的情況下，示出有在各流路141~146分別連接有各一個閥V1~V6的例子。圖6B是圖6A的變形例，也可以針對各流路141~146連接有複數個閥。圖6B表示在流路143連接有三個閥V3-1、V3-2、以及V3-3的情況作為例子。閥V3-1與壓力調節器R3連接，閥V3-2與大氣開放源連接，閥V3-3與真空源連接。在對區域133進行加壓的情況下，使閥V3-2和V3-3封閉，使閥V3-1開放，使壓力調節器R3工作。在將區域133設為大氣開放狀態的情況下，使閥V3-1和V3-3封閉，使閥V3-2開放。在將區域133設為真空狀態的情況下，使閥V3-1和V3-2封閉，使閥V3-3開放。
在圖6A中，例如，為了對區域135進行加壓，控制部71控制壓力調整器72，以使閥V5打開，向區域135供給空氣。將這簡單地表述為控制部71對區域135進行加壓等。
流量計FS對在流路150流動的流體的流量、換言之向區域133流動的流體的流量進行計量，將計量結果通知判定部73。此外，只要沒有特別聲明，流量是指每單位時間流動的流體（特別是空氣）的體積。此外，流量計FS只要能夠計量流路150的流量，其配置位置就沒有特別限制，流路143和流路150相連，因此，流量計FS也可以配置於例如流路143。
判定部73基於由流量計FS所計量的流量進行基板吸附判定。
另外，頂環1具備以丁腈橡膠(NBR)、矽橡膠、乙烯丙烯橡膠(EPDM)、氟橡膠、氯丁橡膠、聚氨酯橡膠等為材料的彈性構件91，這點隨後論述。
圖7是表示頂環1中的頂環主體11和膜片13的詳細情況的剖視圖（在圖7中僅描繪出左一半。在以下的圖中也相同）。如圖示那樣，膜片13具有：圓形的抵接部130，其與基板W接觸；和五個周壁13a~13e，其與抵接部130直接或間接地連接。抵接部130與基板W的背面、即與應該研磨的表面相反的一側的面接觸而保持。另外，抵接部130在研磨時將基板W按壓於研磨墊3a。周壁13a~13e是配置成同心狀的環狀的周壁。
周壁13a~13d的上端被夾持在保持環21、22與頂環主體11的下表面之間，安裝於頂環主體11。這些保持環21、22被保持部件（未圖示）以可拆裝的方式固定於頂環主體11。因而，當鬆開保持部件時，保持環21、22與頂環主體11分離，由此，能夠將膜片13從頂環主體11拆卸。作為保持部件，能夠使用螺釘等。
保持環21、22分別位於區域132、134內。並且，流路142、144分別貫通頂環主體11和保持環21、22，並與區域132、134分別連通。另外，流路141、143、145分別貫通頂環主體11，並與區域131、133、135分別連通。另外，流路150貫通頂環主體11，並與區域133連通。
另外，在基板W未被吸附的狀態下，在區域133中，在頂環主體11的下表面與膜片13之間存在流體（空氣）可從流路143向流路150流動的間隙g（隨後在圖11等中記載）。當基板W吸附於膜片13的下表面時，膜片13被向頂環主體11側提升，因此，該間隙g幾乎消失。較佳的是該間隙g盡可能變窄。
作為本實施方式的一個特徵，頂環1具備彈性構件91（在圖8中示出有彈性構件91周邊的放大圖（圖7的一點鏈線內））。彈性構件91在區域133中嵌入被設置到頂環主體11的流路143與流路150之間的凹部90。彈性構件91是圓環狀，在上部具有寬幅部91a。由於寬幅部91a鉤掛於凹部90的肩部90a，彈性構件91難以從頂環主體11脫落。不過，彈性構件91通過施加一定程度的力，能夠從凹部90拆卸。在彈性構件91消耗了的情況下，將所消耗的彈性構件91從凹部90拆卸，將新的彈性構件91嵌入凹部90，從而新的頂環1被生產。
在頂環1未保持基板W的狀態下，彈性構件91的下表面與膜片13的上表面分離，存在間隙g。另外，較佳的是，在與彈性構件91相對的位置處，在膜片13的上表面設置有凸部92。隨後論述彈性構件91的作用。此外，彈性構件91既可以是空心的且在內部存在空腔，也可以沒有空腔。
圖9是說明頂環1中的各閥的動作的圖。在吸附基板W或研磨基板W之際，調整區域131、132、134、135中的任意的一個以上的區域的壓力即可，以下，表示調整區域135的壓力的情況，其他區域131、132、134可進行任意的壓力調整。
在空轉時等使膜片13開放的情況下，控制部71使閥V3、V5、V10打開，使區域133、135大氣開放。
在對基板W進行研磨的情況下，為了對膜片13進行加壓而將基板W按壓於研磨墊3a，控制部71使閥V3、V5打開而對區域133、135進行加壓，並且使閥V10關閉。
在將基板W從輸送機構600b向頂環1交接而使基板W吸附於膜片13的情況下，控制部71使閥V3打開而對區域135進行減壓。為了進一步進行基板吸附判定，控制部71使閥V5打開而對區域133稍微進行加壓，同時使閥V10打開而使區域133大氣開放。並且，基於流量計FS的計量值如下這樣判定部73對基板是否吸附到膜片13進行判定。
圖10是表示基板吸附判定的順序的流程圖。以下，將設置有流量計FS的區域133稱為「判定區域」，將為了吸附而被減壓的區域135稱為「吸附區域」。
首先，控制部71使吸附區域135減壓（步驟S1）。並且，控制部71使閥V3打開而對判定區域133進行加壓，並且使閥V10打開而使判定區域133大氣開放（步驟S2）。也就是說，控制部71借助流路143使判定區域133加壓，同時借助流路150使判定區域133大氣開放。
此外，在步驟S1中，控制部71使吸附區域135減壓成-500hPa左右，而在步驟S2中，控制部71使判定區域133加壓成200hPa以下、較佳的是50hPa左右。其原因在於，當對判定區域133進行過度加壓時，朝下地作用於基板W的力變大，成為基板吸附的障礙。
接下來，判定部73待機直到經過預定的判定開始時間T0為止（步驟S3）。當經過判定開始時間T0時，判定部73進行流量計FS所計量的流量與預定的閾值之間的比較而對基板W是否吸附到膜片13進行判定（步驟S4）。
圖11是示意性地表示吸附失敗的情況的膜片13和頂環主體11的截面的圖。在基板W未吸附的情況下，膜片13具有可撓性，因此，膜片13中的與吸附區域135相對應的部分被向頂環主體11提升，但與判定區域133相對應的部分未被提升，與頂環主體11之間殘留有間隙g。因此，由流量計FS計量的流量變大。
圖12A是示意性地表示吸附成功的情況的基板W、膜片13以及頂環主體11的截面的圖。當基板W被吸附時，包括與判定區域133相對應的部分在內的膜片13整體被提升而與頂環主體11密合。因此，間隙g幾乎消失而由流量計FS計量的流量變小。
如根據以上內容可知那樣，向判定區域133流動的流量與間隙g的大小相對應，間隙g越大，流量越大。
圖12B是圖12A中的彈性構件91周邊的放大圖。當基板W被吸附時，膜片13（的凸部92）的上表面與彈性構件91的下表面接觸。由此，間隙g被可靠地封堵，由流量計FS計量的流量變小。
因此，在流量是閾值以下的情況下（即間隙g較小的情況下），判定部73判定為基板W的吸附成功（或者吸附有基板W）（圖10的步驟S4的是，S5、圖12）。並且，基板處理裝置繼續由頂環1進行的基板W的輸送等動作（步驟S6）。之後，也只要基板W的吸附應該繼續（步驟S7的是），則步驟S4的判定就被反復進行。
在頂環1保持有基板W的狀態下，即、在膜片13的上表面與彈性構件91的下表面接觸了的狀態下，進行基板W的研磨。如圖9所示，在研磨時，區域133、135被加壓。
若假設不是使用彈性構件91、而是使用了剛性構件，則頂環1的高度設定較低，在即使對區域133進行加壓、該剛性構件與彈性膜的凸部92也接觸的情況下，被按壓到該剛性構件的凸部92推壓基板W，研磨速率變高。
相對於此，在本實施方式中，彈性構件91具有彈性，因此，即使在頂環1的高度設定較低的情況下，基板W也不會被強力地按壓於研磨墊3a。因而，能夠使基板W的全面的研磨速率均勻。
返回圖10，在即使規定的錯誤(error)確認時間經過、流量也比閾值大的情況下（即間隙g較大的情況下），判定部73判定為基板W的吸附失敗（或者基板W未吸附）（S4的否，S8的是，S9、圖11）。並且，基板處理裝置使動作停止，根據需要發出警報，以通知有錯誤發生（步驟S10）。
在本實施方式中，在能夠確認到基板W暫且吸附到膜片13的情況之後，也繼續判定（步驟S7的是，S4）。因此，在基板W的輸送中等期間基板W落下這樣的情況下，流量比閾值變大而能夠檢測基板W不存在的情況（步驟S9）。
圖13是示意性地表示在吸附開始後由流量計FS計量的流量的圖，實線表示在吸附成功的情況下由流量計FS計量的流量，虛線表示在吸附失敗的情況下由流量計FS計量的流量，一點鏈線表示在吸附暫且成功、但之後落下的情況下由流量計FS計量的流量，橫軸表示時間。
如圖示那樣，在時刻t1開始吸附時（圖10的步驟S1），流量增加。其原因在於，不管吸附成功還是失敗，在吸附開始時間點，膜片13的上表面與頂環主體11的下表面之間存在間隙g，空氣流動。
在吸附成功的情況（該圖13的實線）下，基板W被吸附於膜片13，因此，膜片13與頂環主體11之間的間隙g變小。因而，在某時刻t2以後，流量開始減少。並且，在流量成為閾值以下的時刻t3，判定為吸附成功（圖10的步驟S5）。之後，當在圖13的時刻t4、基板W被完全吸附於膜片13時，膜片13與頂環主體11之間隙g幾乎消失而流量變得大致恒定。
當在時刻t11基板W從頂環1落下來時，流量再次增加（該圖13的一點鏈線）。其原因在於，基板W與膜片13分離，從而在膜片13與頂環主體11之間再次產生間隙g。在該情況下，在從流量比閾值變大的時刻t12經過恒定的錯誤確認時間之後（步驟8），判定為吸附失敗（圖10的步驟S9）。
另一方面，在吸附失敗的情況下（圖13的虛線），在時刻t2以後，流量也持續增加，不久變得恒定。因此，即使經過錯誤確認時間，流量也保持比閾值大的狀態，判定為吸附失敗（圖10的步驟S9）。
此外，設定判定開始時間T0的理由在於，防止在基板被充分地吸附於膜片13之前（圖13的時刻t5之前）判斷為已被吸附。在以下的情況也需要錯誤確認時間。其原因在於，在研磨後，在使吸附到頂環1的基板W從研磨墊3a提升之際，有時由於研磨墊3a與基板W之間的吸附力，使流量暫時變大而超過閾值。
如此，在第一實施方式中，對判定區域133進行加壓且大氣開放，計量區域131的流量。該流量對應於膜片13與頂環主體11之間的間隙g的大小。因此，通過監視流量，能夠精度良好地判定基板W的吸附是否成功，能夠恰當地處理基板W。另外，能夠在吸附了之後也繼續判定，在暫且吸附成功了之後基板W落下來的情況下，也能夠檢測該情況。
並且，在本實施方式中，在頂環1設置有彈性構件91，彈性構件91與膜片13接觸。因此，能夠減小基板W未被吸附的情況的間隙g。其原因在於，只要是彈性構件91，在基板W被吸附的狀態下進行研磨之際基板W不會被彈性構件91強力按壓，能夠在基板W的整體上使研磨速率均勻。通過減小間隙g，在基板W被吸附的情況下，間隙g被可靠地封堵，因此，判定的精度提高。
即、通過設置彈性構件91，抑制基板W的研磨速率局部地不均勻的情況，同時能夠提高基板吸附的判定精度。
此外，在本實施方式中，將流路150設為大氣開放，但也可以是，將例如閥V10設為流量調整閥而調整成適於基板的吸附檢測的流量範圍，或不是大氣開放，而是連接壓力調節器進行流量調整，或進行排氣。在將壓力調節器與流路150連接的情況下，將例如R1設定成100hPa加壓，將所追加的壓力調節器設定成50hPa加壓等而使空氣向流路150流通。
另外，本實施方式的基板吸附判定也可適用於未形成孔的膜片13。而且，在基板吸附判定時打開閥V10，因此，判定區域133未被封閉，判定區域133的壓力並不那麼變高。因此，膜片13中的判定區域133也幾乎不對基板W施加應力。
此外，在本實施方式中，將區域133設為判定區域，將區域135設為吸附區域，但也可以將其他區域設為判定區域和吸附區域。即、能夠在至少一個區域設置相當於閥V10、流路150以及流量計FS的結構而設為判定區域，能夠將其他一個以上的區域設為吸附區域。
較佳的是，判定區域不與吸附區域相鄰，隔開一個以上的區域。其原因在於，若判定區域和吸附區域相鄰，則即使是基板W的吸附失敗的情況下，隨著膜片13中的與吸附區域相對應的部分被提升，與判定區域相對應的部分也能被提升，這樣一來，存在向判定區域流動的流量變少而產生誤判定的可能性，所以較佳的是兩區域不相鄰的配置。
以下，表示幾個頂環1中的彈性構件91的變形例。此外，省略說明與圖7和圖8所示的頂環1之間的共通點。
圖14A是表示作為第一變形例的頂環1中的頂環主體11和膜片13的詳細情況的剖視圖。該頂環1具備彈性構件191（在圖14B中表示彈性構件191周邊的放大圖）。彈性構件191具有水平面191a、191b和鉛垂面191c。
水平面191a（第三面）與膜片13大致平行。在頂環1未保持基板W的狀態下，水平面191a的下表面與膜片13的上表面分離。若頂環1保持基板W，則膜片13（的凸部92）的上表面與水平面191a的下表面接觸。
水平面191b（第四面）與膜片13大致平行，位於水平面191a的上方（與膜片13相反的一側）且與水平面191a分離。鉛垂面191c（第五面）將水平面191a和水平面191b連接，較佳的是，將兩水平面191a、191b的流路150側連接。由此，在彈性構件191形成有流路143側開口的狹縫191d。
根據這樣的彈性構件191，在頂環1保持有基板W之際，膜片13更可靠地與彈性構件191接觸，能夠對流路143與流路150之間進行封堵。其理由如下所述。
如圖14C所示，在保持有基板W的情況下，膜片13的凸部92與水平面191a之間存在微小的間隙。在該情況下，若從流路143進行加壓，則該間隙處的流體的流速變快，根據伯努利定理而在間隙產生負壓。這樣一來，由於水平面191a的彈性，水平面191a向下方變形，並與凸部92接觸（圖14D）。當暫且接觸時，來自流路143的流體進入狹縫191d，因此，狹縫191d內成為高壓，產生將水平面191a向下方推壓的力。由此，彈性構件191的水平面191a與膜片13的凸部92之間的接觸狀態穩定。
此外，圖14A所示的頂環1的進行加壓的流路143位於頂環1的中心側，大氣開放的流路150位於頂環1的外側。因此，狹縫191d的頂環1的中心側（流路143側）開放。
相對於此，在進行加壓的流路143位於頂環1的外側、大氣開放的流路150位於頂環1的中心側的情況下，如圖15所示，狹縫191d的頂環1的外側（還是流路143側）開放即可。
圖16A是表示作為第二變形例的頂環1中的頂環主體11和膜片13的詳細情況的剖視圖。該頂環1具備彈性構件291（在圖16B中表示彈性構件291周邊的放大圖）。彈性構件291具有水平面291a、291b和傾斜面291c。
水平面291a（第三面）與膜片13大致平行。在頂環1未保持基板W的狀態下，水平面291a的下表面與膜片13的上表面分離。當頂環1保持基板W時，膜片13的上表面與水平面291a的下表面接觸。
水平面291b（第四面）與膜片13大致平行，位於水平面291a的上方（與膜片13相反的一側）且與水平面291a分離。傾斜面291c將水平面291a和水平面291b傾斜地（沿著不與膜片13正交的方向）連接，較佳的是，將水平面291a的一端側（例如流路150側）和水平面291b的另一端側（例如流路143側）連接。
這樣的彈性構件291易於沿著鉛垂方向（與膜片13正交的方向）伸縮。因此，當在頂環1的高度設定較低時對基板W進行了研磨的情況下，也能夠減小位於水平面291a的下方的部分推壓基板W的影響，因此，基板W的全面的研磨速率變得均勻。
圖17A是表示作為第三變形例的頂環1中的頂環主體11和膜片13的詳細情況的剖視圖。該頂環1具備彈性構件391和流路392（在圖17B中表示彈性構件391周邊的放大圖）。彈性構件391形成有上方開口的流體收容部391a（氣囊），在該開口連接有流路392。流路392與例如圖6的壓力控制部72連接，能夠對流體收容部391a進行加壓（供給流體）。
在吸附判定時，從流路392向流體收容部391a供給流體。由此，彈性構件391朝向下方（膜片13）膨脹而靠近膜片13（圖17C）。因而，在頂環1保持有基板W之際，彈性構件391的下表面與膜片13的上表面穩定地接觸。此外，在基板研磨時，也可以將流體收容部392a設為減壓（通常狀態）。
圖18是表示作為第四變形例的頂環1中的頂環主體11和膜片13的詳細情況的剖視圖。該頂環1具備彈性構件491。並且，不是在膜片13設置凸部，而是在彈性構件491的下表面設置有朝下的凸部491a。如此，也可以在彈性構件491側設置凸部491a。另外，也可以在各變形例的彈性構件的下表面設置凸部。
（第二實施方式） 在上述第一實施方式中，在判定區域133流通的流體的流量由流量計FS直接測定，但也可以使用測定值按照流量變化的測定器而測定其他物理量。因此，在接下來說明的第二實施方式中，表示使用壓力計來替代流量計FS的例子。
圖19是示意性地表示第二實施方式中的頂環1的構造的剖視圖。作為與圖6A的不同點，在與判定區域133連通的流路143設置有壓力計PS。壓力計PS計量流路143的壓力，將計量結果通知判定部73。由壓力計PS計量的壓力與在判定區域133流通的流體的流量相對應。此外，在本實施方式中，在第一實施方式中進行了說明的彈性構件也設置於頂環1，但省略說明。
圖20是示意性地表示吸附失敗的情況的膜片13和頂環主體11的截面的圖，與圖11相對應。如圖示那樣，在判定區域133與膜片13之間存在間隙g，判定區域133的流量較大。在該情況下，流體易於從流路141向判定區域133流動，因此，流路143的壓力變低。其結果，壓力計PS的計量結果變低。
圖21是示意性地表示吸附成功的情況的基板W、膜片13以及頂環主體11的截面的圖，與圖12A相對應。如圖示那樣，在判定區域133與膜片13之間幾乎沒有間隙g，判定區域133的流量較小。在該情況下，流體難以從流路143向判定區域133流動，因此，流路143的壓力變高。其結果，壓力計PS的計量結果變高。
如此，壓力計PS與流量相對應。因此，只要進行壓力是否超過了閾值的判斷來替代圖10中的步驟S4（流量是否是閾值以下）即可。 此外，也可以在與判定區域133連通的流路150設置壓力計PS。
如此，壓力計PS與流量相對應。因此，只要進行壓力是否是閾值以上來替代圖10中的步驟S4（流量是否是閾值以下）的判斷即可。
如以上說明那樣，在第二實施方式中，計量根據流量變化的壓力，從而能夠精度良好地判定基板W的吸附是否成功。
上述的實施方式是以本發明所屬的技術領域中具有通常知識的人能夠實施本發明為目的而記載的。只要是熟悉本領域技術人員，上述實施方式的各種變形例當然能完成，本發明的技術思想也能適用於另一實施方式。因而，本發明並不限定於所記載的實施方式，應該設為按照由申請專利範圍定義的技術思想界定的最寬的範圍。
根據以上內容，想到例如以下的方式。
根據一方式，提供一種基板保持裝置，該基板保持裝置具備：頂環主體；彈性膜，該性膜具有第一面和第二面，在該第一面與所述頂環主體之間形成有複數個區域，該第二面位於與所述第一面相反的一側且能夠保持基板；第一線路，該第一線路與所述複數個區域中的第一區域連通，能夠對所述第一區域進行加壓；第二線路，該第二線路與所述第一區域連通，能夠從所述第一區域排氣；測定器，該測定器的測定值基於所述第一區域的流量而變化；第三線路，該第三線路與第二區域連通且能夠對所述第二區域進行減壓，所述第二區域是所述複數個區域中的與所述第一區域不同的區域；彈性構件，該彈性構件在所述第一線路與所述第二線路之間被設置成，在所述彈性膜的第二面未保持基板的情況下，該彈性構件與所述彈性膜的第一面分離，在所述彈性膜的第二面保持有基板的情況下，該彈性構件與所述彈性膜的第一面接觸。
較佳的是，在所述彈性膜的第一面上，在與所述彈性構件相對的位置設置有凸部。
較佳的是，在所述彈性構件形成有所述第一線路側開口的狹縫。
較佳的是，所述彈性構件具有：第三面，該第三面與所述彈性膜大致平行，在所述彈性膜的第二面保持有基板的情況下，該第三面與所述彈性膜的第一面接觸；第四面，該第四面與所述彈性膜大致平行，與所述第一面分離而位於所述彈性膜的相反側；以及第五面，該第五面將所述第三面的所述第二線路側和所述第四面的所述第二線路側連接。
較佳的是，所述彈性構件是空心的。
較佳的是，所述彈性構件具有：第三面，該第三面與所述彈性膜大致平行，在所述彈性膜的第二面保持有基板的情況下，該第三面與所述彈性膜的第一面的所述凸部接觸；第四面，該第四面與所述彈性膜大致平行，與所述第一面分離而位於所述彈性膜的相反側；以及傾斜面，該傾斜面沿著不與所述第三面正交的方向將所述第三面和所述第四面連接。
較佳的是，所述彈性構件形成流體收容部，通過向所述流體收容部供給流體，所述彈性構件的至少一部分靠近所述彈性膜。
較佳的是，在所述彈性構件上，在與所述彈性膜的第一面相對的位置設置有凸部。
較佳的是，所述彈性構件的材料是NBR、矽橡膠、EPDM、氟橡膠、氯丁橡膠、聚氨酯橡膠中任一種。
根據另一方式，提供一種基板研磨裝置，該基板研磨裝置具備：上述的基板保持裝置；和研磨台，該研磨台構成為對保持於所述基板保持裝置的基板進行研磨。
根據另一方式，提供一種彈性構件，該彈性構件是基板保持裝置用的彈性構件，該基板保持裝置具備：頂環主體；彈性膜，該彈性膜具有第一面和第二面，在該第一面與所述頂環主體之間形成有複數個區域，該第二面位於與所述第一面相反的一側且能夠保持基板；第一線路，該第一線路與所述複數個區域中的第一區域連通，能夠對所述第一區域進行加壓；第二線路，該第二線路與所述第一區域連通，能夠從所述第一區域排氣；測定器，該測定器的測定值基於所述第一區域的流量而變化；以及第三線路，該第三線路與第二區域連通且能夠對所述第二區域進行減壓，所述第二區域是所述複數個區域中的與所述第一區域不同的第二區域連通，在該彈性構件中，該彈性構件在所述第一線路與所述第二線路之間被設置成，在所述彈性膜的第二面未保持基板的情況下，該彈性構件與所述彈性膜的第一面分離，在所述彈性膜的第二面保持有基板的情況下，該彈性構件與所述彈性膜的第一面接觸。
根據另一方式，提供一種基板保持裝置的製造方法，該基板保持裝置的製造方法具備如下工序：對於從上述一方式所述的基板保持裝置拆卸掉所述彈性構件後的基板保持裝置，安裝新的所述彈性構件。
1‧‧‧頂環 2‧‧‧頂環軸 3‧‧‧研磨台 3a‧‧‧研磨墊 4‧‧‧噴嘴 5‧‧‧頂環頭 6‧‧‧支承軸 7‧‧‧壓力控制裝置 11‧‧‧頂環主體 12‧‧‧擋圈 13‧‧‧膜片 13a～13e‧‧‧周壁 14‧‧‧氣囊 21、22‧‧‧保持環 71‧‧‧控制部 72‧‧‧壓力調整器 73‧‧‧判定部 90‧‧‧凹部 90a‧‧‧肩部 91‧‧‧彈性構件 91a‧‧‧寬幅部 92‧‧‧凸部 100‧‧‧外殼 130‧‧‧抵接部 131～135‧‧‧同心圓狀的區域 141～146、150‧‧‧流路 191‧‧‧彈性構件 191a、191b‧‧‧水平面 191c‧‧‧鉛垂面 191d‧‧‧狹縫 200‧‧‧裝載端口 291‧‧‧彈性構件 291a、291b‧‧‧水平面 291c‧‧‧傾斜面 300‧‧‧基板研磨裝置 391‧‧‧彈性構件 391a‧‧‧流體收容部 392‧‧‧流路 400‧‧‧基板清洗裝置 491‧‧‧彈性構件 491a‧‧‧凸部 500‧‧‧基板乾燥裝置 600a～600d‧‧‧輸送機構 601‧‧‧手部 700‧‧‧控制部 800‧‧‧擋圈台 801‧‧‧上推銷 g‧‧‧間隙 FS‧‧‧流量計 PS‧‧‧壓力計 R1～R6‧‧‧壓力調節器 S1～S10‧‧‧步驟 V1～V6、V10、V3-1、V3-2、V3-3‧‧‧閥 W‧‧‧基板
圖1是包括基板研磨裝置的基板處理裝置的概略俯視圖。
圖2是基板研磨裝置300的概略立體圖。
圖3是基板研磨裝置300的概略剖視圖。
圖4A、圖4B、圖4C是詳細地說明從輸送機構600b向頂環1的基板交接的圖。
圖5是詳細地說明從輸送機構600b向頂環1的基板交接的圖。
圖6A是示意性地表示第一實施方式中的頂環1和壓力控制裝置7的構造的剖視圖。
圖6B是圖6A的變形例。
圖7是表示頂環1中的頂環主體11和膜片13的詳細情況的剖視圖。
圖8是圖7中的彈性構件91周邊的放大圖。
圖9是說明頂環1中的各閥的動作的圖。
圖10是表示基板吸附判定的順序的流程圖。
圖11是示意性地表示吸附失敗的情況的膜片13和頂環主體11的截面的圖。
圖12A是示意性地表示吸附成功的情況的基板W、膜片13以及頂環主體11的截面的圖。
圖12B是圖12A中的彈性構件91周邊的放大圖。
圖13是示意性地表示在吸附開始後由流量計FS計量的流量的圖。
圖14A是表示作為第一變形例的頂環1中的頂環主體11和膜片13的詳細情況的剖視圖。
圖14B是圖14A中的彈性構件191周邊的放大圖。
圖14C是圖14A中的彈性構件191周邊的放大圖。
圖14D是圖14A中的彈性構件191周邊的放大圖。
圖15是表示作為圖14A的變形例的頂環1中的頂環主體11和膜片13的詳細情況的剖視圖。
圖16A是表示作為第二變形例的頂環1中的頂環主體11和膜片13的詳細情況的剖視圖。
圖16B是圖16A中的彈性構件291周邊的放大圖。
圖17A是表示作為第三變形例的頂環1中的頂環主體11和膜片13的詳細情況的剖視圖。
圖17B是圖17A中的彈性構件391周邊的放大圖。
圖17C是圖17A中的彈性構件391周邊的放大圖。
圖18是表示作為第四變形例的頂環1中的頂環主體11和膜片13的詳細情況的剖視圖。
圖19是示意性地表示第二實施方式中的頂環1的構造的剖視圖。
圖20是示意性地表示吸附失敗的情況的膜片13和頂環主體11的截面的圖。
圖21是示意性地表示吸附成功的情況的基板W、膜片13以及頂環主體11的截面的圖。
7‧‧‧壓力控制裝置
11‧‧‧頂環主體
12‧‧‧擋圈
13‧‧‧膜片
13a~13e‧‧‧周壁
14‧‧‧氣囊
71‧‧‧控制部
72‧‧‧壓力調整器
73‧‧‧判定部
91‧‧‧彈性構件
131~135‧‧‧同心圓狀的區域
141~146、150‧‧‧流路
R1~R6‧‧‧壓力調節器
V1~V6、V10‧‧‧閥

Claims (12)

  1. 一種基板保持裝置，其具備： 頂環主體； 彈性膜，該彈性膜具有第一面和第二面，在該第一面與所述頂環主體之間形成有複數個區域，該第二面位於與所述第一面相反的一側且能夠保持基板； 第一線路，該第一線路與所述複數個區域中的第一區域連通，能夠對所述第一區域進行加壓； 第二線路，該第二線路與所述第一區域連通，能夠從所述第一區域排氣； 測定器，該測定器的測定值基於所述第一區域的流量而變化； 第三線路，該第三線路與第二區域連通，且能夠對所述第二區域進行減壓，所述第二區域是所述複數個區域中的與所述第一區域不同的區域；以及 彈性構件，該彈性構件在所述第一線路與所述第二線路之間被設置成，在所述彈性膜的第二面未保持基板的情況下，該彈性構件與所述彈性膜的第一面分離，在所述彈性膜的第二面保持有基板的情況下，該彈性構件與所述彈性膜的第一面接觸。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的基板保持裝置，其中， 在所述彈性膜的第一面上，在與所述彈性構件相對的位置設置有凸部。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述的基板保持裝置，其中， 在所述彈性構件形成有所述第一線路側開口的狹縫。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述的基板保持裝置，其中， 所述彈性構件具有： 第三面，該第三面與所述彈性膜大致平行，在所述彈性膜的第二面保持有基板的情況下，該第三面與所述彈性膜的第一面接觸； 第四面，該第四面與所述彈性膜大致平行，與所述第一面分離而位於所述彈性膜的相反側；以及 第五面，該第五面將所述第三面的所述第二線路側和所述第四面的所述第二線路側連接。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述的基板保持裝置，其中， 所述彈性構件是空心的。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述的基板保持裝置，其中， 所述彈性構件具有： 第三面，該第三面與所述彈性膜大致平行，在所述彈性膜的第二面保持有基板的情況下，該第三面與所述彈性膜的第一面的所述凸部接觸； 第四面，該第四面與所述彈性膜大致平行，與所述第一面分離而位於所述彈性膜的相反側；以及 傾斜面，該傾斜面沿著不與所述第三面正交的方向將所述第三面和所述第四面連接。
  7. 根據申請專利範圍第1項所述的基板保持裝置，其中， 所述彈性構件形成流體收容部， 通過向所述流體收容部供給流體，所述彈性構件的至少一部分靠近所述彈性膜。
  8. 根據申請專利範圍第1項所述的基板保持裝置，其中， 在所述彈性構件上，在與所述彈性膜的第一面相對的位置設置有凸部。
  9. 根據申請專利範圍第1項所述的基板保持裝置，其中， 所述彈性構件的材料是NBR、矽橡膠、EPDM、氟橡膠、氯丁橡膠、聚氨酯橡膠中任一種。
  10. 一種基板研磨裝置，其具備： 申請專利範圍第1項所述的基板保持裝置；和 研磨台，該研磨台構成為對保持於所述基板保持裝置的基板進行研磨。
  11. 一種彈性構件，其是基板保持裝置用的彈性構件， 該基板保持裝置具備： 頂環主體； 彈性膜，該彈性膜具有第一面和第二面，在該第一面與所述頂環主體之間形成有複數個區域，該第二面位於與所述第一面相反的一側且能夠保持基板； 第一線路，該第一線路與所述複數個區域中的第一區域連通，能夠對所述第一區域進行加壓； 第二線路，該第二線路與所述第一區域連通，能夠從所述第一區域排氣； 測定器，該測定器的測定值基於所述第一區域的流量而變化；以及 第三線路，該第三線路與第二區域連通，且能夠對所述第二區域進行減壓，所述第二區域是所述複數個區域中的與所述第一區域不同的區域， 所述彈性構件在所述第一線路與所述第二線路之間被設置成，在所述彈性膜的第二面未保持基板的情況下，該彈性構件與所述彈性膜的第一面分離，在所述彈性膜的第二面保持有基板的情況下，該彈性構件與所述彈性膜的第一面接觸。
  12. 一種基板保持裝置的製造方法，其具備如下工序： 對於從申請專利範圍第1項所述的基板保持裝置拆卸掉所述彈性構件後的基板保持裝置，安裝新的所述彈性構件。
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