JP7581443B2 - 基板を保持するためのトップリングおよび基板処理装置 - Google Patents

Description

本願は、基板を保持するためのトップリングおよび基板処理装置に関する。

半導体デバイスの製造に、基板の表面を平坦化するために化学機械研磨（ＣＭＰ）装置が使用されている。半導体デバイスの製造に使用される基板は、多くの場合、円板形状である。また、半導体デバイスに限らず、ＣＣＬ基板（Copper Clad Laminate基板）やＰＣＢ（Printed Circuit Board）基板、フォトマスク基板、ディスプレイパネルなどの四角
形の基板の表面を平坦化する際の平坦度の要求も高まっている。また、ＰＣＢ基板などの電子デバイスが配置されたパッケージ基板の表面を平坦化することへの要求も高まっている。

化学機械研磨装置などの基板処理装置は、基板を保持するためのトップリングを含む。例えば特許文献１に記載されているように、トップリングは、回転軸と、回転軸に連結されたフランジ部と、フランジ部に嵌合された多孔質の吸着板と、吸着板の上面に貼り付けられた遮蔽板とを含む。このトップリングは、真空吸引によって吸着板の微細孔を介して基板を吸着し、かつ、遮蔽版に圧力を加えることによって基板を研磨パッドに押圧するように構成される。

特許第３６６８５２９号公報

特許文献１に記載されているトップリングは、基板を研磨パッドに均一に押圧することに関して改善の余地がある。

すなわち、基板処理装置は、各部品の製造公差に起因して、トップリングまたは研磨パッドが貼り付けられる定盤に傾きが生じる場合がある。これに対して、特許文献１に記載されているトップリングは、フランジ部に吸着板が嵌合されている。したがって、トップリングまたは定盤に傾きが生じた場合には、トップリングが保持する基板の被研磨面と研磨パッドの研磨面とが平行に接触せず、その結果、基板を均一に研磨パッドに押圧できないおそれがある。

そこで、本願は、基板を均一に研磨パッドに押圧することができるトップリングおよび基板処理装置を提供することを１つの目的としている。

一実施形態によれば、基板を保持するためのトップリングであって、回転シャフトに連結されたベース部材と、前記ベース部材に取り付けられ、前記ベース部材との間に基板を加圧するための加圧室を形成する弾性膜と、基板を吸着するための基板吸着面および減圧手段と連通する減圧部を有する多孔質部材を含み、前記弾性膜に保持される基板吸着部材と、を含む、トップリングが開示される。

一実施形態による、基板処理装置の全体構成を示す平面図である。 一実施形態による、研磨ユニットの構成を概略的に示す斜視図である。 一実施形態のトップリングを概略的に示す断面図である。 図３の５－５線における断面を示す図である。 一実施形態の基板吸着部材を概略的に示す平面図である。 一実施形態の基板吸着部材を概略的に示す斜視図である。 基板吸着部材の変形例を示す図である。 基板吸着部材の変形例を示す図である。 一実施形態の基板吸着部材を概略的に示す平面図である。 一実施形態のトップリングの一部を概略的に示す断面図である。 一実施形態のトップリングを概略的に示す断面図である。 一実施形態のトップリングを概略的に示す断面図である。

以下に、本発明に係るトップリングおよびトップリングを備える基板処理装置の実施形態を添付図面とともに説明する。添付図面において、同一または類似の要素には同一または類似の参照符号が付され、各実施形態の説明において同一または類似の要素に関する重複する説明は省略することがある。また、各実施形態で示される特徴は、互いに矛盾しない限り他の実施形態にも適用可能である。

図１は、一実施形態による基板処理装置１０００の全体構成を示す平面図である。図１に示される基板処理装置１０００は、ロードユニット１００、搬送ユニット２００、研磨ユニット３００、乾燥ユニット５００、およびアンロードユニット６００を有する。図示の実施形態において、搬送ユニット２００は、２つの搬送ユニット２００Ａ、２００Ｂを有し、研磨ユニット３００は、２つの研磨ユニット３００Ａ、３００Ｂを有する。一実施形態において、これらの各ユニットは、独立に形成することができる。これらのユニットを独立して形成することで、各ユニットの数を任意に組み合わせることで異なる構成の基板処理装置１０００を簡易に形成することができる。また、基板処理装置１０００は、制御装置９００を備え、基板処理装置１０００の各構成要素は制御装置９００により制御される。一実施形態において、制御装置９００は、入出力装置、演算装置、記憶装置などを備える一般的なコンピュータから構成することができる。

＜ロードユニット＞
ロードユニット１００は、研磨および洗浄などの処理が行われる前の基板ＷＦを基板処理装置１０００内へ導入するためのユニットである。一実施形態において、ロードユニット１００は、ＳＭＥＭＡ（Surface Mount Equipment Manufacturers Association）の機
械装置インタフェース規格（IPC-SMEMA-9851）に準拠するように構成される。

図示の実施形態において、ロードユニット１００の搬送機構は、複数の搬送ローラ２０２と、搬送ローラ２０２が取り付けられる複数のローラシャフト２０４とを有する。図１に示される実施形態においては、各ローラシャフト２０４には３つの搬送ローラ２０２が取り付けられている。基板ＷＦは、搬送ローラ２０２上に配置され、搬送ローラ２０２が回転することで基板ＷＦが搬送される。ローラシャフト２０４上の搬送ローラ２０２の取り付け位置は、基板ＷＦを安定的に搬送することができる位置であれば任意とすることができる。ただし、搬送ローラ２０２は基板ＷＦに接触するので、処理対象である基板ＷＦに接触しても問題の無い領域に搬送ローラ２０２が接触するように配置すべきである。一実施形態において、ロードユニット１００の搬送ローラ２０２は、導電性ポリマーから構成することができる。一実施形態において、搬送ローラ２０２は、ローラシャフト２０４などを介して電気的に接地される。これは、基板ＷＦが帯電して基板ＷＦを損傷することを防止するためである。また、一実施形態において、ロードユニット１００に、基板ＷＦの帯電を防止するためにイオナイザー（図示せず）を設けてもよい。

＜搬送ユニット＞
図１に示される基板処理装置１０００は、２つの搬送ユニット２００Ａ、２００Ｂを備えている。２つの搬送ユニット２００Ａ、２００Ｂは同一の構成とすることができるので、以下において、一括して搬送ユニット２００として説明する。

図示の搬送ユニット２００は、基板ＷＦを搬送するための複数の搬送ローラ２０２を備えている。搬送ローラ２０２を回転させることで、搬送ローラ２０２上の基板ＷＦを所定の方向に搬送することができる。搬送ユニット２００の搬送ローラ２０２は、導電性ポリマーから形成されても、導電性のないポリマーから形成されてもよい。搬送ローラ２０２は、図示していないモータにより駆動される。基板ＷＦは、搬送ローラ２０２によって基板受け渡し位置まで搬送される。

一実施形態において、搬送ユニット２００は、洗浄ノズル２８４を有する。洗浄ノズル２８４は、図示しない洗浄液の供給源に接続される。洗浄ノズル２８４は、搬送ローラ２０２によって搬送される基板ＷＦに洗浄液を供給するように構成される。

＜研磨ユニット＞
図２は、一実施形態による研磨ユニット３００の構成を概略的に示す斜視図である。図１に示される基板処理装置１０００は、２つの研磨ユニット３００Ａ、３００Ｂを備えている。２つの研磨ユニット３００Ａ、３００Ｂは同一の構成とすることができるので、以下において、一括して研磨ユニット３００として説明する。

図２に示すように、研磨ユニット３００は、研磨テーブル３５０と、研磨対象物である基板を保持して研磨テーブル３５０上の研磨面に押圧する研磨ヘッドを構成するトップリング３０２とを備えている。研磨テーブル３５０は、テーブルシャフト３５１を介してその下方に配置される研磨テーブル回転モータ（図示せず）に連結されており、テーブルシャフト３５１周りに回転可能になっている。研磨テーブル３５０の上面には研磨パッド３５２が貼付されており、研磨パッド３５２の表面３５２ａが基板を研磨する研磨面を構成している。一実施形態において、研磨パッド３５２は、研磨テーブル３５０からの剥離を容易にするための層を介して貼り付けられてもよい。そのような層は、たとえばシリコーン層やフッ素系樹脂層などがあり、例えば特開２０１４－１７６９５０号公報などに記載されているものを使用してもよい。

研磨テーブル３５０の上方には研磨液供給ノズル３５４が設置されており、この研磨液供給ノズル３５４によって研磨テーブル３５０上の研磨パッド３５２上に研磨液が供給されるようになっている。また、図２に示されるように、研磨テーブル３５０およびテーブルシャフト３５１には、研磨液を供給するための通路３５３が設けられている。通路３５３は、研磨テーブル３５０の表面の開口部３５５に連通している。研磨テーブル３５０の開口部３５５に対応する位置において研磨パッド３５２は貫通孔３５７が形成されており、通路３５３を通る研磨液は、研磨テーブル３５０の開口部３５５および研磨パッド３５２の貫通孔３５７から研磨パッド３５２の表面に供給される。なお、研磨テーブル３５０の開口部３５５および研磨パッド３５２の貫通孔３５７は、１つであっても複数でもよい。また、研磨テーブル３５０の開口部３５５および研磨パッド３５２の貫通孔３５７の位置は任意であるが、一実施形態においては研磨テーブル３５０の中心付近に配置される。

図２には示されていないが、一実施形態において、研磨ユニット３００は、液体、または、液体と気体との混合流体、を研磨パッド３５２に向けて噴射するためのアトマイザ３５８を備える（図１参照）。アトマイザ３５８から噴射される液体は、例えば、純水であり、気体は、例えば、窒素ガスである。

トップリング３０２は、トップリングシャフト１８に接続されており、このトップリングシャフト１８は、上下動機構３１９により揺動アーム３６０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１８の上下動により、揺動アーム３６０に対してトップリング３０２の全体を上下動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１８は、図示しないトップリング回転モータの駆動により回転するようになっている。トップリングシャフト１８の回転により、トップリング３０２がトップリングシャフト１８を中心にして回転するようになっている。なお、トップリングシャフト１８の上端にはロータリージョイント３２３が取り付けられている。

なお、市場で入手できる研磨パッドとしては種々のものがあり、例えば、ニッタ・ハース株式会社製のＳＵＢＡ８００（「ＳＵＢＡ」は登録商標）、ＩＣ－１０００、ＩＣ－１０００／ＳＵＢＡ４００（二層クロス）、フジミインコーポレイテッド社製のＳｕｒｆｉｎ ｘｘｘ－５、Ｓｕｒｆｉｎ ０００等（「ｓｕｒｆｉｎ」は登録商標）がある。ＳＵＢＡ８００、Ｓｕｒｆｉｎ ｘｘｘ－５、Ｓｕｒｆｉｎ ０００は繊維をウレタン樹脂で固めた不織布であり、ＩＣ－１０００は硬質の発泡ポリウレタン（単層）である。発泡ポリウレタンは、ポーラス（多孔質状）になっており、その表面に多数の微細なへこみまたは孔を有している。

トップリング３０２は、その下面に四角形の基板を保持できるようになっている。揺動アーム３６０は支軸３６２を中心として旋回可能に構成されている。トップリング３０２は、揺動アーム３６０の旋回により、上述の搬送ユニット２００の基板受け渡し位置と研磨テーブル３５０の上方との間で移動可能である。トップリングシャフト１８を下降させることで、トップリング３０２を下降させて基板を研磨パッド３５２の表面（研磨面）３５２ａに押圧することができる。このとき、トップリング３０２および研磨テーブル３５０をそれぞれ回転させ、研磨テーブル３５０の上方に設けられた研磨液供給ノズル３５４から、および／または、研磨テーブル３５０に設けられた開口部３５５から研磨パッド３５２上に研磨液を供給する。このように、基板ＷＦを研磨パッド３５２の研磨面３５２ａに押圧して基板の表面を研磨することができる。基板ＷＦの研磨中に、トップリング３０２が研磨パッド３５２の中心を通過するように（研磨パッド３５２の貫通孔３５７を覆うように）、アーム３６０を固定あるいは揺動させてもよい。

トップリングシャフト１８およびトップリング３０２を上下動させる上下動機構３１９は、軸受３２１を介してトップリングシャフト１８を回転可能に支持するブリッジ２８と、ブリッジ２８に取り付けられたボールねじ３２と、支柱１３０により支持された支持台２９と、支持台２９上に設けられたＡＣサーボモータ３８とを備えている。サーボモータ３８を支持する支持台２９は、支柱１３０を介して揺動アーム３６０に固定されている。

ボールねじ３２は、サーボモータ３８に連結されたねじ軸３２ａと、このねじ軸３２ａが螺合するナット３２ｂとを備えている。トップリングシャフト１８は、ブリッジ２８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３８を駆動すると、ボールねじ３２を介してブリッジ２８が上下動し、これによりトップリングシャフト１８およびトップリング３０２が上下動する。研磨ユニット３００は、ブリッジ２８の下面までの距離、すなわちブリッジ２８の位置を検出する位置検出部としての測距センサ７０を備えている。この測距センサ７０によりブリッジ２８の位置を検出することで、トップリング３０２の位置を検出することができるようになっている。測距センサ７０は、ボールねじ３２，サーボモータ３８とともに上下動機構３１９を構成している。なお、測距センサ７０は、レーザ式センサ、超音波センサ、過電流式センサ、もしくはリニアスケール式センサであってもよい。また、測距センサ７０、サーボモータ３８をはじめとする研磨ユニット内の各機器は、制御装置９００により制御されるように構成される。

一実施形態による研磨ユニット３００は、研磨パッド３５２の研磨面３５２ａをドレッシングするドレッシングユニット３５６を備えている。このドレッシングユニット３５６は、研磨面３５２ａに摺接されるドレッサ５０と、ドレッサ５０が連結されるドレッサシャフト５１と、ドレッサシャフト５１の上端に設けられたエアシリンダ５３と、ドレッサシャフト５１を回転自在に支持する揺動アーム５５とを備えている。ドレッサ５０の下部はドレッシング部材５０ａにより構成され、このドレッシング部材５０ａの下面には針状のダイヤモンド粒子が付着している。エアシリンダ５３は、支柱５６により支持された支持台５７上に配置されており、これらの支柱５６は揺動アーム５５に固定されている。

揺動アーム５５は図示しないモータに駆動されて、支軸５８を中心として旋回するように構成されている。ドレッサシャフト５１は、図示しないモータの駆動により回転し、このドレッサシャフト５１の回転により、ドレッサ５０がドレッサシャフト５１周りに回転するようになっている。エアシリンダ５３は、ドレッサシャフト５１を介してドレッサ５０を上下動させ、ドレッサ５０を所定の押圧力で研磨パッド３５２の研磨面３５２ａに押圧する。

研磨パッド３５２の研磨面３５２ａのドレッシングは次のようにして行われる。ドレッサ５０はエアシリンダ５３により研磨面３５２ａに押圧され、これと同時に図示しない純水供給ノズルから純水が研磨面３５２ａに供給される。この状態で、ドレッサ５０がドレッサシャフト５１周りに回転し、ドレッシング部材５０ａの下面（ダイヤモンド粒子）を研磨面３５２ａに摺接させる。このようにして、ドレッサ５０により研磨パッド３５２が削り取られ、研磨面３５２ａがドレッシングされる。

＜乾燥ユニット＞
乾燥ユニット５００は、基板ＷＦを乾燥させるための装置である。図１に示される基板処理装置１０００においては、乾燥ユニット５００は、研磨ユニット３００で研磨された後に、搬送ユニット２００の洗浄部で洗浄された基板ＷＦを乾燥させる。図１に示されるように、乾燥ユニット５００は、搬送ユニット２００の下流に配置される。

乾燥ユニット５００は、搬送ローラ２０２上を搬送される基板ＷＦに向けて気体を噴射するためのノズル５３０を有する。気体は、たとえば圧縮された空気または窒素とすることができる。搬送される基板ＷＦ上の水滴を乾燥ユニット５００によって吹き飛ばすことで、基板ＷＦを乾燥させることができる。

＜アンロードユニット＞
アンロードユニット６００は、研磨および洗浄などの処理が行われた後の基板ＷＦを基板処理装置１０００の外へ搬出するためのユニットである。図１に示される基板処理装置１０００においては、アンロードユニット６００は、乾燥ユニット５００で乾燥された後の基板を受け入れる。図１に示されるように、アンロードユニット６００は、乾燥ユニット５００の下流に配置される。

一実施形態において、アンロードユニット６００は、ＳＭＥＭＡ（Surface Mount Equipment Manufacturers Association）の機械装置インタフェース規格（IPC-SMEMA-9851）
に準拠するように構成される。

＜トップリング＞
次に、一実施形態による研磨ユニット３００におけるトップリング３０２について説明する。図３は、一実施形態のトップリング３０２を概略的に示す断面図である。図３に示すように、トップリング３０２は、トップリングシャフト（回転シャフト）１８に連結さ
れたベース部材３０１を含む。ベース部材３０１は、具体的には、トップリングシャフト（回転シャフト）１８に連結されたフランジ３０３と、フランジ３０３の下面に取り付けられたスペーサ３０４と、スペーサ３０４の下面の周縁部に取り付けられた枠状の上部ガイド部材３０５と、上部ガイド部材３０５の下面に取り付けられた枠状の下部ガイド部材３０６と、を含んで構成される。フランジ３０３と、スペーサ３０４と、上部ガイド部材３０５は、ボルト３０７によって固定される。上部ガイド部材３０５と下部ガイド部材３０６は、ボルト３０８によって固定される。

トップリング３０２は、ベース部材３０１に取り付けられた弾性膜３２０と、弾性膜３２０に保持された基板吸着部材３３０と、を含む。下部ガイド部材３０６は、基板吸着部材３３０の周囲を囲むように配置される。弾性膜３２０は、ベース部材３０１との間に基板ＷＦを加圧するための加圧室３２２を形成する。スペーサ３０４と上部ガイド部材３０５は、シール材３０９を介して連結されており、これにより、加圧室３２２の気密性を保っている。弾性膜３２０は、シリコンゴム、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）、ＦＫＭ（フッ素ゴム）などのゴム材料で形成することができるが、これに限られない。弾性膜３２０は、基板ＷＦの搬送時に基板吸着部材３３０および基板ＷＦの重量によって弾性膜３２０にかかる荷重に耐えるとともに、後述するストッパ部材３１０および下部ガイド部材３０６によって基板吸着部材３３０の動きが制限される範囲において破損しない強度と、ベース部材３０１に対する基板吸着部材３３０の角度に自由度を持たせることができる弾性とを有する材料で形成することができる。

図４は、図３の５－５線における断面を示す図である。図５は、一実施形態の基板吸着部材を概略的に示す平面図である。図６は、一実施形態の基板吸着部材を概略的に示す斜視図である。図３－６に示すように、基板吸着部材３３０は、多孔質部材３３４と、遮蔽部材３３２と、を含む。多孔質部材３３４は、減圧手段（真空源）３１を用いた真空引きによって基板ＷＦを真空吸着することができる部材であればよく、例えば樹脂ポーラス材で構成することができる。多孔質部材３３４は、本実施形態では板状に形成されており、基板ＷＦを吸着するための基板吸着面３３４ａおよび減圧手段（真空源）３１と連通する減圧部３３４ｂを有する。

遮蔽部材３３２は、気体の流れを遮蔽することができる気密な部材であればよく、例えば比較的軟質なＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などの樹脂板で形成することができる。遮蔽部材３３２は、本実施形態では、多孔質部材３３４の基板吸着面３３４ａとは反対側の面３３４ｃおよび側面３３４ｄを遮蔽するように形成される。しかしながら、遮蔽部材３３２は、少なくとも多孔質部材３３４の基板吸着面３３４ａとは反対側の面３３４ｃを遮蔽するように形成されていればよい。遮蔽部材３３２を設けることによって、減圧手段（真空源）３１によって多孔質部材３３４を真空引きした場合に、負圧を基板吸着面３３４ａに効率よく形成することができる。これにより、基板ＷＦを基板吸着部材３３０に確実に吸着することができるので、研磨中に基板ＷＦが外側に飛び出す（スリップアウトする）のを防止することができる。図７および図８は、基板吸着部材３３０の変形例を示す図である。図７に示すように、基板吸着部材３３０は、多孔質部材３３４と、多孔質部材３３４の基板吸着面３３４ａとは反対側の面３３４ｃを遮蔽するように構成された遮蔽部材３３２と、多孔質部材３３４の側面３３４ｄを遮蔽するように構成されたシール材３３３と、を含んでいてもよい。シール材３３３は、耐薬品性接着剤などであってもよく、側面３３４ｄの空隙を埋めてシールすることができる。この構成によれば、減圧手段（真空源）３１によって多孔質部材３３４を真空引きした場合に、負圧を基板吸着面３３４ａに効率よく形成することができるので、基板ＷＦを基板吸着部材３３０に確実に吸着することができる。また、図８に示すように、基板吸着部材３３０は、多孔質部材３３４と、多孔質部材３３４の基板吸着面３３４ａとは反対側の面３３４ｃを遮蔽するように構成された遮蔽部材３３２と、多孔質
部材３３４の側面３３４ｄおよび基板吸着面３３４ａの周縁部を遮蔽するように構成されたシール材３３３と、を含んでいてもよい。この構成によれば、減圧手段（真空源）３１によって多孔質部材３３４を真空引きした際の大気ショートパスを軽減することができるので、基板吸着部材３３０に対する基板ＷＦの吸着力を向上させることができる。なお、本実施形態では基板吸着部材３３０に遮蔽部材３３２が含まれる例を示したが、多孔質部材３３４のみで基板吸着部材３３０を形成することもできる。その場合、多孔質部材３３４の基板吸着面３３４ａおよび穴３３６以外の面は、図７および図８における多孔質部材３３４の側面３３４ｄと同様にシール処置をするのが好ましい。

遮蔽部材３３２は、多孔質部材３３４を露出させるように形成された穴３３６を含む。多孔質部材３３４の減圧部３３４ｂは、穴３３６が形成された位置に設けられる。また、遮蔽部材３３２の端部には、周方向に沿って複数の穴３３８が形成される。穴３３８が形成された箇所には、後述するストッパ部材３１０が取り付けられる。

弾性膜３２０は、基板吸着部材３３０の基板吸着面３３４ａとは反対側の面３３２ｃを覆う中央部３２４と、中央部３２４から基板吸着部材３３０の外側に張り出す端部３２６と、を含む。端部３２６は、上部ガイド部材３０５と下部ガイド部材３０６との間に挟持される。弾性膜３２０は、端部３２６が周方向にわたって上部ガイド部材３０５と下部ガイド部材３０６との間に固定される。これにより、スペーサ３０４と、上部ガイド部材３０５と、弾性膜３２０との間に、加圧室３２２が形成される。加圧室３２２は、圧力調整部３０と連通している。圧力調整部３０は、加圧室３２２に供給する圧力流体の圧力を調整する圧力調整機能を有している。本実施形態によれば、減圧手段３１を用いて多孔質部材３３４を負圧にすることによって基板吸着面３３４ａに基板ＷＦを吸着するとともに、圧力調整部３０によって加圧室３２２を加圧することによって基板ＷＦを研磨パッド３５２に押圧することができる。

また、トップリング３０２は、基板吸着部材３３０の上下方向の動きを規制するための複数のストッパ部材３１０を含む。ストッパ部材３１０は、基板吸着部材３３０の端部において弾性膜３２０を挟んで基板吸着部材３３０と連結される板状の部材である。ストッパ部材３１０は、遮蔽部材３３２の穴３３８にボルト３１２をねじ込むことによって基板吸着部材３３０と連結される。ストッパ部材３１０は、基板吸着部材３３０よりも外側に張り出すフランジ部３１１を有する。

一方、上部ガイド部材３０５と下部ガイド部材３０６は、ストッパ部材３１０のフランジ部３１１と当接してストッパ部材３１０の上下方向の移動を規制する規制面３０５ａ，３０６ａを有する。基板吸着部材３３０が上方向に移動した際には、フランジ部３１１が規制面３０５ａに接触して基板吸着部材３３０の上方向の移動が規制される。一方、基板吸着部材３３０が下方向に移動した際には、フランジ部３１１が規制面３０６ａに接触して基板吸着部材３３０の下方向の移動が規制される。これにより、基板吸着部材３３０の上下方向の移動範囲を所望の範囲に規制することができる。

本実施形態によれば、基板処理装置１０００を構成する各部品の製造公差などに起因して、トップリング３０２または研磨パッド３５２が貼り付けられる研磨テーブル３５０などに傾きが生じる場合であっても、基板ＷＦを均一に研磨パッド３５２に押圧することができる。すなわち、本実施形態によれば、基板吸着部材３３０は、ベース部材３０１に固定されるのではなく、弾性膜３２０によって保持されている。このため、仮にトップリング３０２または研磨テーブル３５０に傾きが生じて基板ＷＦが研磨パッド３５２に片当たりしたとしても、弾性膜３２０の弾性によって基板吸着部材３３０を研磨パッド３５２の研磨面にならわせ、その結果、基板ＷＦを研磨パッド３５２に平行に接触させることができる。したがって、本実施形態によれば、基板ＷＦを均一に研磨パッド３５２に押圧する
ことができる。

また、本実施形態では、基板吸着部材３３０の周りに下部ガイド部材３０６が配置される。したがって、本実施形態によれば、基板ＷＦの研磨中に基板吸着部材３３０に横方向にかかる力を下部ガイド部材３０６で支えることができる。また、本実施形態によれば、基板吸着部材３３０によって基板ＷＦを吸着することができるので、研磨中に基板ＷＦが外側に飛び出す（スリップアウトする）ことを防止するためのリテーナ部材を設けることなく、基板ＷＦのスリップアウトを防止することができる。特に、近年の基板ＷＦの薄型化に伴い、リテーナ部材を設けた場合であっても、基板ＷＦが研磨中にスリップアウトするおそれがある。また、基板ＷＦの形状が角型である場合には、研磨中に基板ＷＦの角部がリテーナ部材と接触して、基板ＷＦまたはトップリングに破損が生じるおそれもある。これに対して、本実施形態によれば、基板吸着部材３３０によって基板ＷＦを真空吸着しながら研磨パッド３５２に押圧することができるので、研磨中の基板ＷＦのスリップアウトを防止するとともに、研磨中に基板ＷＦまたはトップリングが破損するのを防止することができる。

次に、本実施形態のトップリング３０２の変形例を説明する。図９は、一実施形態の基板吸着部材を概略的に示す平面図である。図９に示すように、基板吸着部材３３０は、複数の減圧部３３４ｂを有していてもよい。具体的には、基板吸着部材３３０は、複数の多孔質部材３３４と、複数の多孔質部材３３４のそれぞれの基板吸着面３３４ａとは反対側の面３３４ｃを遮蔽するように構成された遮蔽部材３３２と、を含む。遮蔽部材３３２は、複数の多孔質部材３３４のそれぞれを露出させるように形成された複数の穴３３６を含む。減圧部３３４ｂは、複数の穴３３６が形成された位置にそれぞれ設けられる。

このように基板吸着部材３３０に複数の減圧部３３４ｂを設けることにより、基板吸着部材３３０の全体を減圧手段（真空源）３１によって減圧することができる。その結果、大型の基板ＷＦであっても基板ＷＦをしっかりと基板吸着部材３３０に吸着することができるので、研磨中に基板ＷＦがトップリング３０２からスリップアウトすることを防止することができる。本実施形態では、複数の多孔質部材３３４のそれぞれに対して１つの減圧部３３４ｂおよび１つの穴３３６を設ける例を示したが、これに限定されない。例えば、図３に示すように１つの多孔質部材３３４を有する基板吸着部材３３０において、遮蔽部材３３２に複数の穴３３６を形成することによって１つの多孔質部材３３４に対して複数の減圧部３３４ｂを設けてもよい。この構成によれば、基板ＷＦが大きく多孔質部材３３４が大きい場合であっても、基板ＷＦを均一に基板吸着部材３３０に吸着することができる。

次に、本実施形態のトップリング３０２の変形例を説明する。図１０は、一実施形態のトップリング３０２の一部を概略的に示す断面図である。図１０に示すように、本実施形態のトップリング３０２は、上部ガイド部材３０５と下部ガイド部材３０６との間に、枠状の第１の弾性膜スペーサ３１４と、枠状の第２の弾性膜スペーサ３１６と、が上下方向に設けられる。また、上部ガイド部材３０５の中央部の下面に枠状または環状の弾性膜ホルダ３１８が取り付けられる。第１の弾性膜スペーサ３１４、第２の弾性膜スペーサ３１６、および弾性膜ホルダ３１８は、ベース部材３０１を構成する部材と見なすことができる。

一方、弾性膜３２０は、複数枚の弾性膜３２０－１、３２０－２、３２０－３、３２０－４を含んでいる。弾性膜３２０－１、３２０－２、３２０－３、３２０－４はそれぞれ、基板吸着部材３３０の基板吸着面３３４ａとは反対側の面３３２ｃに接続される中央部と、中央部から延びてベース部材３０１の異なる位置に固定される端部と、を含む。

具体的には、弾性膜３２０－１は、中央部３２０－１ａが基板吸着部材３３０の基板吸着面３３４ａとは反対側の面３３２ｃに接続され、端部３２０－１ｂが第２の弾性膜スペーサ３１６と下部ガイド部材３０６との間に挟持される。弾性膜３２０－２は、中央部３２０－２ａが弾性膜３２０－１の中央部３２０－１ａに接続され、端部３２０－２ｂが第１の弾性膜スペーサ３１４と第２の弾性膜スペーサ３１６との間に挟持される。弾性膜３２０－３は、中央部３２０－３ａが弾性膜３２０－１の中央部３２０－１ａに接続され、端部３２０－３ｂが上部ガイド部材３０５と第１の弾性膜スペーサ３１４との間に挟持される。弾性膜３２０－４は、中央部３２０－４ａが弾性膜３２０－１の中央部３２０－１ａに接続され、端部３２０－４ｂが上部ガイド部材３０５と弾性膜ホルダ３１８との間に挟持される。

このような複数の弾性膜３２０－１、３２０－２、３２０－３、３２０－４の構造によって、ベース部材３０１と複数枚の弾性膜３２０－１、３２０－２、３２０－３、３２０－４との間に、基板ＷＦを加圧するための複数の加圧室３２２ａ、３２２ｂ、３２２ｃ、３２２ｄが形成される。

本実施形態によれば、同心状の複数の加圧室３２２ａ、３２２ｂ、３２２ｃ、３２２ｄを形成することによって、研磨パッド３５２に対する基板ＷＦの押圧力をエリアごとにコントロールすることができる。また、本実施形態によれば、基板吸着部材３３０がある程度（各加圧室の圧力差を基板押付圧差に反映できる程度）の弾性を有するため、各加圧室に異なる圧力を印加させることにより、プロファイルコントロールが可能となる。

図１１は、一実施形態のトップリング３０２を概略的に示す断面図である。図１１に示すように、本実施形態のトップリング３０２は、トップリングシャフト（回転シャフト）１８に連結されたベース部材３０１を含む。ベース部材３０１は、具体的には、トップリングシャフト（回転シャフト）１８に連結されたフランジ３０３と、フランジ３０３の下面に取り付けられたスペーサ３０４と、スペーサ３０４の下面に取り付けられた板状部材３０５ａおよび板状部材３０５ａの下面の周縁部に設けられた枠状部材３０５ｂを含む上部ガイド部材３０５と、枠状部材３０５ｂの下面に取り付けられた枠状の下部ガイド部材３０６と、を含んで構成される。

また、トップリング３０２は、ベース部材３０１に取り付けられた弾性膜４０２を含む。弾性膜４０２は、上部ガイド部材３０５によって形成された空間に設けられたベース膜４０２ａと、ベース膜４０２ａ上に同心状に形成された複数の隔壁４０２ｂと、を含む。複数の隔壁４０２ｂの上端部は、板状部材３０５ａに固定される。これにより、弾性膜４０２とベース部材３０１との間に基板ＷＦを加圧するための同心状の複数の加圧室４３４、４３６、４３８が形成される。加圧室４３４、４３６、４３８を形成することによって、研磨パッド３５２に対する基板ＷＦの押圧力をエリアごとにコントロールすることができる。

トップリング３０２は、弾性膜４０２に保持される基板保持部材４３０を含む。基板保持部材４３０は、ベース膜４０２ａの下面に貼り付けることができる。基板保持部材４３０は、基板ＷＦを保持するための基板保持面４３１ａが鏡面仕上げされている弾性板状部材４３１を含む。弾性板状部材４３１は、例えばシリコンゴム、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）、ＦＫＭ（フッ素ゴム）などのゴム材料で形成することができる。基板保持面４３１ａは、基板ＷＦを保持することができるように鏡面仕上げされている。ここで、鏡面仕上げされている面とは、算術平均粗さＲａが５μｍ以下である面のことである。一例では、基板保持部材４３０は、基板保持面４３１ａの算術平均粗さＲａが５μｍ以下になるように構成された金型を用いて成形することができる。なお、弾性膜４０２と基板保持部材４３０は同じ材料で一体成形することもできる。この場合、弾性膜４０２と
基板保持部材４３０の貼り付けは不要となる。

本実施形態によれば、基板保持部材４３０の基板保持面４３１ａを鏡面仕上げすることによって、基板ＷＦと基板保持面４３１ａとの間の摩擦力を向上させて基板ＷＦを基板保持面４３１ａに保持することができる。その結果、本実施形態によれば、基板ＷＦの周囲をガードするためのリテーナ部材を用いることなく、研磨中に基板ＷＦがスリップアウトするのを防止することができる。

また、本実施形態では、基板保持部材４３０の周りに下部ガイド部材３０６が配置される。したがって、本実施形態によれば、基板ＷＦの研磨中、基板保持部材４３０に横方向にかかる力を下部ガイド部材３０６で支えることができる。

基板保持部材４３０には、基板保持面４３１ａと基板保持面４３１ａとは反対側の面とを貫通する複数の穴４３２が形成される。穴４３２を形成することによって、基板ＷＦを搬送ユニット２００と研磨ユニット３００との間で搬送する際に加圧室４３６を負圧に切り替えることによって、基板ＷＦを基板保持部材４３０にチャックすることができる。また、基板ＷＦを研磨して搬送ユニット２００へ搬送した後、穴４３２から例えば空気圧を加えることによって基板保持部材４３０に保持された基板ＷＦを取り外し易くすることができる。

図１２は、一実施形態のトップリング３０２を概略的に示す断面図である。図１２に示すトップリング３０２は、図１１に示すトップリング３０２と比較して、弾性膜の構造が異なり、その他の構造は同様である。したがって、図１１に示すトップリング３０２と異なる構造のみを説明する。

図１２に示すように、本実施形態のトップリング３０２は、上部ガイド部材３０５と下部ガイド部材３０６との間に、枠状の第１の弾性膜スペーサ３１４と、枠状の第２の弾性膜スペーサ３１６と、が上下方向に設けられる。また、上部ガイド部材３０５の中央部の下面に枠状または環状の弾性膜ホルダ３１８が取り付けられる。第１の弾性膜スペーサ３１４、第２の弾性膜スペーサ３１６、および弾性膜ホルダ３１８は、ベース部材３０１を構成する部材と見なすことができる。

弾性膜４２０は、複数枚の弾性膜４２０－１、４２０－２、４２０－３、４２０－４を含んでいる。弾性膜４２０－１、４２０－２、４２０－３、４２０－４は、基板保持部材４３０の基板保持面４３１ａとは反対側の面４３１ｂに接続される中央部と、ベース部材３０１の異なる位置に固定される端部と、を含む。

具体的には、弾性膜４２０－１は、中央部４２０－１ａが基板保持部材４３０の基板保持面４３１ａとは反対側の面４３１ｂに接続され、端部４２０－１ｂが第２の弾性膜スペーサ３１６と下部ガイド部材３０６との間に挟持される。弾性膜４２０－２は、中央部４２０－２ａが弾性膜４２０－１の中央部４２０－１ａに接続され、端部４２０－２ｂが第１の弾性膜スペーサ３１４と第２の弾性膜スペーサ３１６との間に挟持される。弾性膜４２０－３は、中央部４２０－３ａが弾性膜４２０－２の中央部４２０－２ａに接続され、端部４２０－３ｂが上部ガイド部材３０５と第１の弾性膜スペーサ３１４との間に挟持される。弾性膜４２０－４は、中央部４２０－４ａが弾性膜４２０－３の中央部４２０－３ａに接続され、端部４２０－４ｂが上部ガイド部材３０５と弾性膜ホルダ３１８との間に挟持される。なお、弾性膜４２０－１と基板保持部材４３０は、同じ材料で一体成形することができる。この場合、弾性膜４２０－１と基板保持部材４３０の接続は不要となる。

このような複数の弾性膜４２０－１、４２０－２、４２０－３、４２０－４の構造によ
って、ベース部材３０１と複数枚の弾性膜４２０－１、４２０－２、４２０－３、４２０－４との間に、基板ＷＦを加圧するための複数の加圧室４３４、４３６、４３８、４４０が形成される。

本実施形態によれば、同心状の複数の加圧室４３４、４３６、４３８、４４０を形成することによって、研磨パッド３５２に対する基板ＷＦの押圧力をエリアごとにコントロールすることができる。また、本実施形態によれば、弾性板状部材４３１は厚さを有するが、ある程度（各加圧室の圧力差を基板押付圧差に反映できる程度）の弾性を有するため、各加圧室に異なる圧力を印加させることにより、プロファイルコントロールが可能となる。

以上、いくつかの本発明の実施形態について説明してきたが、上記した発明の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。

本願は、一実施形態として、基板を保持するためのトップリングであって、回転シャフトに連結されたベース部材と、前記ベース部材に取り付けられ、前記ベース部材との間に基板を加圧するための加圧室を形成する弾性膜と、基板を吸着するための基板吸着面および減圧手段と連通する減圧部を有する多孔質部材を含み、前記弾性膜に保持される基板吸着部材と、を含む、トップリングを開示する。

このトップリングは、基板吸着部材が弾性膜によって保持されているため、基板が研磨パッドに片当たりしたとしても、弾性膜の弾性によって基板を研磨パッドに平行に接触させることができ、その結果、基板を均一に研磨パッドに押圧することができる、という効果を一例として奏する。

さらに本願は、一実施形態として、基板を保持するためのトップリングであって、回転シャフトに連結されたベース部材と、前記ベース部材に取り付けられ、前記ベース部材との間に基板を加圧するための加圧室を形成する弾性膜と、基板を保持するための基板保持面の算術平均粗さＲａが５μｍ以下になるように鏡面仕上げされている弾性板状部材を含み、前記弾性膜に保持される基板保持部材と、を含む、トップリングを開示する。

このトップリングは、基板保持部材の基板保持面を鏡面仕上げすることによって、基板と基板保持面との間の摩擦力を向上させて基板を基板保持面に密着保持することができる。その結果、本実施形態によれば、基板の周囲をガードするためのリテーナ部材を用いることなく、研磨中に基板がスリップアウトするのを防止することができる、という効果を一例として奏する。

さらに本願は、一実施形態として、前記基板吸着部材は、前記多孔質部材と、前記多孔質部材の前記基板吸着面とは反対側の面および前記多孔質部材の側面を遮蔽するように構成された遮蔽部材と、を含む、トップリングを開示する。

このトップリングは、減圧手段（真空源）によって多孔質部材を真空引きした場合に、負圧を基板吸着面に効率よく形成することができるので、基板を基板吸着部材に確実に吸着することができ、研磨中に基板が基板吸着部材からスリップアウトするのを防止することができる、という効果を一例として奏する。

さらに本願は、一実施形態として、前記遮蔽部材は、前記多孔質部材を露出させるように形成された穴を含み、前記減圧部は、前記穴が形成された位置に設けられる、トップリングを開示する。

このトップリングは、遮蔽部材に形成された穴を介して多孔質部材を減圧することができるので、基板を基板吸着部材に確実に吸着することができ、研磨中に基板が基板吸着部材からスリップアウトするのを防止することができる、という効果を一例として奏する。

さらに本願は、一実施形態として、前記基板吸着部材は、複数の前記多孔質部材と、前記複数の多孔質部材のそれぞれの前記基板吸着面とは反対側の面を遮蔽するように構成された遮蔽部材と、を含み、前記遮蔽部材は、前記複数の多孔質部材のそれぞれを露出させるように形成された複数の穴を含み、前記減圧部は、前記複数の穴が形成された位置にそれぞれ設けられる、トップリングを開示する。

このトップリングは、基板吸着部材の全体を減圧手段（真空源）によって減圧することができるので、大型の基板であっても基板をしっかりと基板吸着部材に吸着することができ、その結果、研磨中に基板がトップリングからスリップアウトすることを防止することができる、という効果を一例として奏する。

さらに本願は、一実施形態として、前記ベース部材は、前記基板吸着部材の周囲を囲むように設けられた下部ガイド部材と、前記下部ガイド部材の上部に設けられた上部ガイド部材と、を含み、前記弾性膜は、前記基板吸着部材の前記基板吸着面とは反対側の面を覆う中央部と、前記上部ガイド部材と前記下部ガイド部材との間に挟持される端部と、を含むトップリングを開示する。

このトップリングは、上部ガイド部材と下部ガイド部材との間に端部が挟持される弾性膜によって基板吸着部材が保持されているため、基板が研磨パッドに片当たりしたとしても、弾性膜の弾性によって基板を研磨パッドに平行に接触させることができ、その結果、基板を均一に研磨パッドに押圧することができる、という効果を一例として奏する。

さらに本願は、一実施形態として、前記弾性膜は、複数枚の弾性膜を含み、前記複数枚の弾性膜は、前記基板吸着部材の前記基板吸着面とは反対側の面に接続される中央部と、前記ベース部材の異なる位置に固定される端部と、を含み、前記ベース部材と前記複数枚の弾性膜との間に基板を加圧するための複数の加圧室を形成するように構成される、トップリングを開示する。

このトップリングは、複数の加圧室を形成することによって、研磨パッドに対する基板の押圧力をエリアごとにコントロールすることができる、という効果を一例として奏する。

さらに本願は、一実施形態として、前記基板吸着部材の端部において前記弾性膜を挟んで前記基板吸着部材と連結されるとともに前記基板吸着部材よりも外側に張り出すフランジ部を有する複数のストッパ部材をさらに含み、前記ベース部材は、前記基板吸着部材の周囲を囲むように設けられた下部ガイド部材と、前記下部ガイド部材の上部に設けられた上部ガイド部材と、を含み、前記上部ガイド部材と前記下部ガイド部材は、前記ストッパ部材の前記フランジ部の上下方向の移動を規制する規制面を有する、トップリングを開示する。

このトップリングは、基板吸着部材の上下方向の移動範囲を所望の範囲に規制することができる、という効果を一例として奏する。

さらに本願は、一実施形態として、上記のいずれかのトップリングと、研磨パッドを保持するように構成された研磨テーブルと、を有する、基板処理装置を開示する。

この基板処理装置は、基板吸着部材が弾性膜によって保持されているため、基板が研磨パッドに片当たりしたとしても、弾性膜の弾性によって基板を研磨パッドに平行に接触させることができ、その結果、基板を均一に研磨パッドに押圧することができる、という効果を一例として奏する。

１８ トップリングシャフト（回転シャフト）
３１ 減圧手段（真空源）
３００ 研磨ユニット
３０１ ベース部材
３０２ トップリング
３０３ フランジ
３０４ スペーサ
３０５ 上部ガイド部材
３０５ａ，３０６ａ 規制面
３０６ 下部ガイド部材
３２０、４０２、４２０ 弾性膜
３２２ 加圧室
３３０ 基板吸着部材
３３２ 遮蔽部材
３３４ 多孔質部材
３３４ａ 基板吸着面
３３４ｂ 減圧部
３５２ 研磨パッド
４３０ 基板保持部材
４３１ 弾性板状部材
４３１ａ 基板保持面
１０００ 基板処理装置
ＷＦ 基板

Claims (4)

1. 基板を保持するためのトップリングであって、
   回転シャフトに連結されたベース部材と、
   前記ベース部材に取り付けられ、前記ベース部材との間に基板を加圧するための加圧室を形成する弾性膜と、
   基板を保持するための基板保持面の算術平均粗さＲａが５μｍ以下になるように鏡面仕上げされている弾性板状部材を含み、前記弾性膜に保持される基板保持部材と、
   を含み、
   前記ベース部材は、上部ガイド部材と、第１スペーサと、第２スペーサと、下部ガイド部材と、を含み、
   前記弾性膜は、第１弾性膜と、第２弾性膜と、第３弾性膜と、を含み、
   前記第１弾性膜は、中央部が前記基板保持部材の基板保持面とは反対側の面に接続され、且つ、端部が前記第２スペーサと前記下部ガイド部材との間に挟持され、
   前記第２弾性膜は、中央部が前記第１弾性膜の中央部に接続され、且つ、端部が前記第１スペーサと前記第２スペーサとの間に挟持され、
   前記第３弾性膜は、中央部が前記第２弾性膜の中央部に接続され、且つ、端部が前記上部ガイド部材と前記第１スペーサとの間に挟持されている、
   トップリング。
2. 前記上部ガイド部材の中央部の下面に弾性膜ホルダが取り付けられており、
   前記弾性膜は、さらに第４弾性膜を含み、
   前記第４弾性膜は、中央部が第３弾性膜の中央部に接続され、且つ、端部が前記上部ガイド部材と前記弾性膜ホルダとの間に挟持されている、
   請求項１に記載のトップリング。
3. 前記第１弾性膜と前記第２弾性膜との間に第１加圧室が画定され、
   前記第２弾性膜と前記第３弾性膜との間に第２加圧室が画定され、
   前記第３弾性膜と前記第４弾性膜との間に第３加圧室が画定され、
   前記第４弾性膜と前記上部ガイド部材との間に第４加圧室が画定され、
   前記ベース部材は、前記第１加圧室、前記第２加圧室、前記第３加圧室、および前記第４加圧室のそれぞれに独立して流体を供給する複数の流体供給ラインを有する、
   請求項２に記載のトップリング
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のトップリングと、
   研磨パッドを保持するように構成された研磨テーブルと、を有する、
   基板処理装置。

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