JP2010034118A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高スループットの研磨ユニットとの組み合わせに適した、低コストの研磨状態検査ユニットを有する基板処理装置を提供する。
【解決手段】本発明の基板処理装は、置基板Ｗの周縁部を研磨する研磨ユニット７０Ａ，７０Ｂと、研磨ユニット７０Ａ，７０Ｂにより研磨された基板Ｗの周縁部を撮像する撮像モジュール１３１と、撮像モジュール１３１により撮像された画像から基板の研磨状態を検査する画像処理部１３２とを備え、撮像モジュール１３１は、研磨ユニット研磨ユニット７０Ａ，７０Ｂが基板Ｗの周縁部を研磨していないときに基板の周縁部を撮像する。
【選択図】図９

Description

本発明は、基板の周縁部を研磨する研磨ユニットを有する基板処理装置に関し、特に研磨された表面状態を検査する機構を備えた基板処理装置に関する。

半導体デバイス製造工程においては、高スループットの要請がますます高まっている。このような要請の下、最近では、複数の研磨モジュールで基板を取り囲むように配置した研磨装置が開発されている。このタイプの研磨装置は、回転する基板の周縁部を複数の研磨モジュールで同時に研磨することで、高スループットを実現する。一般に、研磨装置には、基板の研磨終点を検知するためのモジュールが設けられる。このような研磨終点検知モジュールとして、研磨装置の中に組み込まれた、いわゆるIn-Situ型の研磨終点検知モジュールがある。

In-Situ型の研磨終点検知モジュールは、研磨モジュールが基板の周縁部を研磨している間、基板の周縁部上の膜を監視し、膜が除去されたときに研磨終点に達したと判断する。したがって、研磨終点検知モジュールは研磨モジュールに隣接して配置することが必要とされる。しかしながら、研磨中は複数の研磨モジュールが基板にアクセスしているので、研磨終点検知モジュールが基板にアクセスするためのスペースがないという問題がある。また、高スループットの研磨装置は、ウエハ１枚当たり数秒で研磨するため、研磨中に研磨終点を検知する意義が乏しくなっている。

さらに、研磨中に基板に供給される研磨液（通常は純水）は、研磨終点検知モジュールの終点検知動作を阻害するおそれがある。In-Situ型の研磨終点検知モジュールの中には、このような研磨液の影響を避けるために、透明のテープを介して基板の周縁部を監視するものがある。このタイプのモジュールでは、透明のテープを繰り出しながらテープを基板の周縁部に接触させ、テープの裏側から基板の周縁部の研磨状態を監視する。しかしながら、透明度の高いテープが必要となり、コストの増大を招いてしまう。
特表２００７−５２４２３１号公報 特開２００４−２４１４３４号公報 特開２００３−２０９０７５号公報 特許２９９９７１２号公報 特開平１１−３５１８５０号公報

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、高スループットの研磨ユニットとの組み合わせに適した低コストの研磨状態検査ユニットを有する基板処理装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、基板の周縁部を研磨する研磨ユニットと、前記研磨ユニットにより研磨された基板の周縁部を撮像する撮像モジュールと、前記撮像モジュールにより撮像された画像から基板の研磨状態を検査する画像処理部とを備え、前記撮像モジュールは、前記研磨ユニットが基板の周縁部を研磨していないときに前記基板の周縁部を撮像することを特徴とする基板処理装置である。

本発明の好ましい態様は、前記基板処理装置は、前記研磨ユニットの研磨条件を決定する研磨条件決定部をさらに備え、前記画像処理部の検査結果は前記研磨条件決定部に送られ、前記研磨条件決定部は前記検査結果に基づいて前記研磨ユニットでの研磨条件を決定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記撮像モジュールは、基板の周縁部を多方向から撮像することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記撮像モジュールは、基板の周縁部に近接して配置されたプリズムと、前記プリズムを通じて基板の周縁部を撮像する撮像カメラとを備えていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記撮像モジュールは、複数の撮像カメラを有していることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記画像処理部は、前記撮像モジュールによって取得された画像の色に基づいて基板の周縁部の研磨状態を検査することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記画像処理部は、前記撮像モジュールにより取得された画像の色を数値に表し、前記数値が予め設定された閾値を上回ったとき、または下回ったときに、除去すべき対象物が前記周縁部から除去されたと判断することを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記基板処理装置は、基板をその中心軸回りに回転させる基板保持回転機構をさらに備え、前記撮像モジュールは、前記基板回転機構によって保持された基板の周縁部に近接して配置されており、前記基板保持回転機構によって基板を断続的または連続的に回転させながら、前記撮像モジュールは基板の周縁部を撮像することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記撮像モジュールは、基板の周縁部の静止画像を取得することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記撮像モジュールは、基板の周縁部の積算画像を取得することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記撮像モジュールは、ラインスキャンカメラを有していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記撮像モジュールは、視野の異なる複数のカメラを有していることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記基板処理装置は、前記研磨ユニットによって研磨された基板の所定の物理量を測定する測定ユニットをさらに備えており、前記撮像モジュールは、前記測定ユニットに組み込まれていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記測定ユニットは、基板をその中心軸回りに回転させる基板保持回転機構を有しており、前記撮像モジュールは、前記基板保持回転機構によって保持された基板の周縁部に近接して配置されていることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記基板処理装置は、前記研磨ユニットによって研磨された基板を後処理する少なくとも１つの後処理ユニットをさらに備えており、前記撮像モジュールは、前記少なくとも１つの後処理ユニットに組み込まれていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記少なくとも１つの後処理ユニットは、基板をその中心軸回りに回転させる基板保持回転機構を有しており、前記撮像モジュールは、前記基板保持回転機構によって保持された基板の周縁部に近接して配置されていることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記基板処理装置は、前記画像処理部の検査結果を保存する記憶装置をさらに備えることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記基板処理装置は、前記撮像モジュールによって取得された画像を保存する記憶装置と、前記記憶装置に保存された画像を表示する画像表示部とをさらに備えることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記記憶装置は、前記画像が取得された位置を示す情報を該画像と共に保存し、前記画像表示部は、要求された位置の画像を表示するように構成されることを特徴とする。

本発明によれば、研磨処理の後に、または研磨処理を中断して、研磨処理とは独立して研磨状態を検査することができる、いわゆるIn-Line型の研磨状態検査ユニットが提供される。したがって、研磨液（純水など）の影響を受けることがなく、また透明テープを不要とすることができる。このIn-Line型の研磨状態検査ユニットは研磨ユニットの外部に設置することも可能である。この場合は、研磨ユニットの構成を変更することを要しないので、スループットの高い研磨ユニットの構成をそのまま使うことができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１（ａ）および図１（ｂ）は、半導体ウエハ等の基板（以下「ウエハ」と称す。）の周縁部を示す部分拡大断面図である。より詳しくは、図１（ａ）は、周縁部の断面が複数の直線部で構成されたいわゆるストレート型のウエハＷの断面図であり、図１（ｂ）は、周縁部の断面が曲線部で構成されたいわゆるラウンド型のウエハＷの断面図である。

ベベル部とは、図１（ａ）のウエハＷにおいては、ウエハＷの外周面に位置する上側傾斜部（上側ベベル部）Ｐ、下側傾斜部（下側ベベル部）Ｑ、及び側部（アペックス）ＲからなるＢ部分を指し、また図１（ｂ）のウエハＷにおいては、ウエハＷの外周面に位置する、断面が曲率を有するＢ部分を指す。またニアエッジ部とは、ウエハＷのベベル部Ｂよりも径方向内側に位置する領域であって、かつデバイスが形成される領域Ｄよりも径方向外側に位置する平坦部Ｅ１，Ｅ２を指す。以下、ウエハの周縁部というときは上記のベベル部Ｂ及びニアエッジ部Ｅ１，Ｅ２を含むものとする。また、以下の説明では、上側のニアエッジ部Ｅ１をトップニアエッジ部、下側のニアエッジ部Ｅ２をバックニアエッジ部という。

図２は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置の全体構成を示す概略平面図である。図２に示す基板処理装置１は、ウエハ供給回収装置１１Ａ，１１Ｂを設置したロードアンロードポート１０と、ウエハの直径を測定する測定ユニット３０と、主にロードアンロードポート１０と測定ユニット３０及び下記の２次洗浄・乾燥ユニット１１０の間でウエハを搬送する第１搬送ロボット２０Ａと、ウエハ周縁部の研磨を行う第１研磨ユニット７０Ａ及び第２研磨ユニット７０Ｂと、研磨後のウエハの１次洗浄を行う１次洗浄ユニット１００と、１次洗浄されたウエハの２次洗浄及び乾燥を行う２次洗浄・乾燥ユニット１１０と、主に第１及び第２研磨ユニット７０Ａ，７０Ｂと１次洗浄ユニット１００と２次洗浄・乾燥ユニット１１０の各ユニット間でウエハを搬送する第２搬送ロボット２０Ｂを備えて構成されている。

また、基板処理装置１は、測定ユニット３０によるウエハの測定結果に基づいて、第１、第２研磨ユニット７０Ａ，７０Ｂにおける研磨条件を決定する研磨条件決定部１２０をさらに備えている。研磨条件決定部１２０は、具体的にはコントローラの一部であり、ウエハ周縁部の測定結果に基づいてその研磨条件を算出する計算手段である。

基板処理装置１の各ユニットは、クリーンルーム２に設置されたハウジング３内に収納配置されており、クリーンルーム２の内部空間と基板処理装置１の内部空間がハウジング３によって区画されている。そして、ハウジング３の上部に設けた図示しないフィルタからハウジング３内部に清浄な空気が導入されると共に、ハウジング３の下部に設けた図示しない排気部から空気が外部へ排出されるようになっており、ハウジング３内に清浄空気のダウンフローが形成されるようになっている。これにより基板処理装置１内の気流が基板処理に最適な状態に調節されている。さらにハウジング３内に設置された各ユニットもそれぞれ筐体内に収納配置されており、各ユニットの筐体内の気流も基板処理に最適な状態に調節されている。

ロードアンロードポート１０は、第１搬送ロボット２０Ａに隣接する側壁３ａの外側に設置されている。このロードアンロードポート１０には、処理対象のウエハを基板処理装置へ供給及び回収するＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）と称されるウエハ供給回収装置１１Ａ，１１Ｂが２台並列に設置されている。そして複数のウエハを収容したウエハカセット（ウエハキャリア）１２Ａ又は１２Ｂが、ウエハ供給回収装置１１Ａ，１１Ｂのいずれかに搭載されると、ウエハカセット１２Ａ又は１２Ｂの蓋が自動的に開くと共に側壁３ａに設けた開閉窓（図示せず）が開くことで、ウエハカセット１２Ａ又は１２Ｂに収容されているウエハを第１搬送ロボット２０Ａで取り出して基板処理装置１内へ搬入することができる状態になる。

図３（ａ）は、以下で説明する測定ユニット３０が備える基板保持回転機構を示す概略斜視図であり、図３（ｂ）は基板保持回転機構の概略平面図である。基板保持回転機構６１は、測定ユニット３０における測定時にウエハＷを保持し回転させる機構で、ウエハＷの外周部を把持する複数の爪部６２ａを備えた上段チャック（上段スピンチャック）６２と，同じく複数の爪部６３ａを備えた下段チャック（下段スピンチャック）６３を２段に設けている。上段チャック６２と下段チャック６３は同軸状に設置され、いずれも回転軸６４周りに回転するようになっている。

上段、下段チャック６２，６３の爪部６２ａ，６３ａはいずれも所定間隔で３本または４本ずつ設けられており、図３（ｂ）に示すように、下段チャック６３は、図示しない昇降機構により上下方向に移動可能となっている。さらに基板保持回転機構は、後述するように、上段チャック６２及び下段チャック６３を回転させる回転駆動機構としてのステップモータと、ウエハＷの回転位置や回転角度などを検出する回転位置検出機構としてのロータリーエンコーダとを有している。

図４（ａ）及び図４（ｂ）を用いて基板保持回転機構６１の動作を説明する。通常は、図４（ａ）に示すように、上段チャック６２がウエハＷを保持し回転することでウエハＷの測定を行う。上段チャック６２の回転により爪部６２ａがウエハＷの周縁部の測定位置に重なる場合、その手前で、図４（ｂ）に示すように下段チャック６３が上昇してウエハＷを保持し、上段チャック６２からウエハＷが離れる。その状態で上段チャック６２が所定の角度回転することで、上段チャック６２の爪部６２ａが測定位置に重なることを回避することができる。そして上段チャック６２の爪部６２ａが測定位置を通過した後、下段チャック６３が下降することで再度上段チャック６２によってウエハＷを保持することができる。このように動作することで、上段チャック６２の爪部６２ａが測定位置に重なることを防ぎ、ウエハＷ周縁部の全周に亘って直径の測定を行うことを可能としている。

図５は測定ユニット３０を示す概略斜視図である。図６（ａ）は、測定ユニット３０の概略平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のVI方向矢視図である。なお、図５及び図６では基板保持回転機構６１の図示を省略している。
この測定ユニット３０は、ウエハＷの外径寸法（直径）を計測する直径計測機構を備えたもので、計測したウエハの直径からウエハ側面の研磨量を計測するものである。この測定ユニット３０は、基板保持回転機構６１と、該基板保持回転機構６１で保持されたウエハＷの周縁部の所定位置の上下に設置した一対の投光装置３２及び受光装置３３からなるセンサ機構（レーザーセンサ）３１を具備している。投光装置３２はレーザー光を投光する装置である。

本実施形態では２組のセンサ機構３１，３１が設置されており、各組のセンサ機構３１，３１は基板保持回転機構６１に保持されたウエハＷの中心線上の対角位置にそれぞれ設置されている。各センサ機構３１，３１には、受光装置３３，３３で受光したレーザー光の光量を数値化して処理するデータ処理装置（図示せず）が接続されている。なお、受光装置３３，３３をウエハＷの上側に設置し、投光装置３２，３２をウエハＷの下側に設置してもよい。

センサ機構３１，３１は、図６（ｂ）に示すように、投光装置３２，３２からウエハＷ周縁部に向けて下向きに所定の幅寸法を持つ線状（面状）のレーザー光３４，３４を投光する。そしてこのレーザー光３４が、ウエハＷ周縁部をウエハＷの半径方向に横断しその一部がウエハＷ周縁部の上面で遮断される。従って、レーザー光３４，３４のうちウエハＷによって遮断されずに外側を通過するものだけが受光装置３３，３３で受光される。この受光量をデータ処理装置で数値化することで、ウエハＷの外周部を通過したレーザー光３４，３４の幅寸法、即ち図６（ｂ）に示すＤ１，Ｄ２の寸法が計測される。測定対象ウエハの直径を求めるには、予め直径が分かっている基準ウエハ（図示せず）を用意しこれを計測することで、その場合のＤ１，Ｄ２の寸法を計測しておき、この基準ウエハにおけるＤ１，Ｄ２の寸法と測定対象ウエハにおけるＤ１，Ｄ２の寸法の差と、基準ウエハの直径とから測定対象ウエハの直径Ｄｗを算出する。

さらに、基板保持回転機構６１の上チャック６２及び下チャック６３によりウエハＷの回転方向の位置を変えることで、ウエハＷ周縁部の複数箇所で直径を測定することができる。これにより、ウエハＷ全周での研磨量のばらつきなど、１点のみの計測では得られない情報を得ることができる。また、基板保持回転機構６１を回転させた状態で連続的にウエハの直径を計測することもできる。この方法によれば、直径の計測データを連続データとして得ることができるので、ウエハの真円度を算出することができる。

次に、第１研磨ユニット７０Ａ及び第２研磨ユニット７０Ｂの構成を説明する。第１、第２研磨ユニット７０Ａ，７０Ｂは互いに共通の構成を有するため、以下では第１研磨ユニット７０Ａについて説明する。図７は第１研磨ユニットの概略側断面図である。図７に示すように第１研磨ユニット７０Ａは、各構成部が筐体７１内に収納配置されており、ウエハＷの裏面を真空吸着して保持する基板保持回転部７２と、ウエハＷのセンタリング及び受渡しを行う基板受渡機構８０と、ウエハＷのベベル部の研磨を行なうベベル研磨部８３と、ウエハＷのノッチ部の研磨を行うノッチ研磨部９０とを備えている。

基板保持回転部７２は、図７に示すようにウエハＷを真空吸着する真空吸着用の溝部７３ａを上面に備えた基板保持テーブル７３と、基板保持テーブル７３を支持する支持軸７４とを備えている。支持軸７４には回転駆動装置（ステージ回転機構）７５が取付けられており、該回転駆動装置７５により基板保持テーブル７３及び支持軸７４が一体に回転するようになっている。基板保持テーブル７３の溝部７３ａは、基板保持テーブル７３に形成された連通路７３ｂに連通し、この連通路７３ｂは支持軸７４に形成された連通路７４ａに連通している。そして連通路７４ａには真空ライン７６及び圧縮空気供給ライン７７が接続されている。また基板保持テーブル７３および支持軸７４には、図示しない昇降機構が取付けられている。昇降機構によって基板保持テーブル７３を上下方向に移動することができる。

また、基板保持テーブル７３の溝部７３ａを覆うように基板保持テーブル７３の上面にウレタン系の弾性部材からなる吸着パッド７８が貼付されている。この吸着パッド７８には、基板保持テーブル７３の溝部７３ａに連通する多数の小径の貫通孔（図示せず）が形成されている。したがって、真空ライン７６を連通路７４ａに連通させることにより、吸着パッド７８の貫通孔に真空が形成され、基板保持テーブル７３上に載置されたウエハＷが吸着パッド７８の上面に真空吸着される。なお、この吸着パッド７８はウエハＷと基板保持テーブル７３の間に真空を形成する作用と、ウエハＷを基板保持テーブル７３上に載置する際の衝撃緩和作用とを有している。

基板保持回転部７２の上方には基板受渡機構８０が配置されている。基板受渡機構８０は一対のアーム８１，８１を備え、各アーム８１，８１にはウエハＷのベベル部に対応した凹状の面を有した複数のコマ８２が固定されている。アーム８１，８１は開閉可能で閉鎖位置と開放位置とを取ることができ、閉鎖位置でコマ８２によってウエハＷを狭持し、開放位置でウエハＷを放す。アーム８１，８１がウエハＷを狭持することでセンタリングが行われる。基板保持テーブル７３は昇降機構により上昇して、基板受渡機構８０からウエハＷを受け取り、ウエハＷを真空吸着して研磨位置まで下降する。

ベベル研磨部８３は、研磨テープ８４をウエハＷのベベル部に押圧接触させるベベル研磨ヘッド８５と、研磨テープ送り機構８８とを備えて構成されている。研磨テープ送り機構８８は、ベベル研磨ヘッド８５に研磨テープ８４を送る供給リール８８ａと、ベベル研磨ヘッド８５から研磨テープ８４を回収する回収リール８８ｂを具備している。ベベル研磨ヘッド８５は、基板保持テーブル７３に面した位置に研磨テープ８４を掛ける一対の送りローラ８６，８６を備え、該一対の送りローラ８６，８６の間に研磨テープ８４を張り渡して該研磨テープ８４の研磨面８４ａをウエハＷのベベル部に接触させるようになっている。また、送りローラ８６，８６間に掛け渡された研磨テープ８４の背面側には基部８７が設置されている。該基部８７の研磨テープ８４に当接する面には、図示は省略するが弾性部材を取付けることもできる。またベベル研磨ヘッド８５は、図示しない移動機構によりウエハＷの径方向に移動可能となっており、基部８７が研磨テープ８４を背面から押す作用と、研磨テープ８４自体の張力とによって、研磨テープ８４の研磨面８４ａがウエハＷのベベル部に押圧される。

研磨テープ８４は、一定幅の帯状部材で長さが数十メートル程であり、円筒状の芯材８９に巻き付けられている。芯材８９が供給リール８８ａに取付けられて、研磨テープ８４が研磨面８４ａを外側に向けた状態でベベル研磨ヘッド８５の一対の送りローラ８６，８６間に掛け渡されて、その先で回収リール８８ｂに取り付けられている。回収リール８８ｂには図示しないモータ等の回転駆動機構が取付けられており、研磨テープ８４に所定の引張力を付与しながら巻き取り回収することができる。ベベル部の研磨時には、供給リール８８ａから研磨テープ８４が順次送られることで、ベベル研磨ヘッド８５には常に新しい研磨面８４ａが供給されるようになっている。

研磨テープ８４は、砥粒を分散させた樹脂材料をテープ基材のいずれかの面に塗布して固化させることで研磨面８４ａを形成したものであり、砥粒には、例えばダイヤモンドやＳｉＣ等が用いられる。砥粒の種類及び粒度は、研磨するウエハの種類や要求される研磨の程度に応じて選択されるが、例えば、粒度♯４０００〜♯２００００のダイヤモンドや、粒度♯４０００〜♯１００００のＳｉＣを用いることができる。また、研磨テープ８４に代えて表面に粒状物を付着させていない帯状の研磨布等を用いてもよい。異なるタイプの研磨テープを第１研磨ユニット７０Ａ及び第２研磨ユニット７０Ｂにそれぞれ装着して異なる研磨を行うこともできる。

図８（ａ）乃至図８（ｃ）はベベル研磨時のベベル研磨ヘッド８５の動きを説明するための図である。ベベル研磨部８３は、ベベル研磨ヘッド８５をウエハＷのベベル部の研磨箇所を中心に上下方向に揺動させる揺動機構を備えており、ウエハ面に対して上下方向に所定角度傾斜した状態でベベル部に研磨テープ８４の研磨面８４ａを接触させることができる。したがって、図８（ａ）に示すように、ベベル研磨ヘッド８５をウエハ面に対して上方に所定角度傾けた状態で研磨することで、ベベル部の上側傾斜面及びトップニアエッジ部を研磨でき、図８（ｂ）に示すように、ベベル研磨ヘッド８５を水平方向に向けることでベベル部の側面を研磨でき、図８（ｃ）に示すように、ベベル研磨ヘッド８５をウエハ面に対して下方に所定角度傾けた状態で研磨することで、ベベル部の下側傾斜面及びバックニアエッジ部を研磨することができる。また、ベベル研磨ヘッド８５の傾斜角度を微調整することにより、ベベル部の上下傾斜面や側面、及びそれらの境界部を所望の角度及び形状に研磨することができる。

ノッチ研磨部９０は、研磨テープ９１をウエハＷのノッチ部に押圧接触させるノッチ研磨ヘッド９２と、研磨テープ送り機構９４とを備えて構成されている。ノッチ研磨ヘッド９２は、図示しない移動機構によりウエハＷの径方向に移動可能となっている。研磨テープ送り機構９４は、ノッチ研磨ヘッド９２に研磨テープ９１を送る供給リール９４ａ及びノッチ研磨ヘッド９２から研磨テープ９１を回収する回収リール９４ｂを具備している。ノッチ研磨ヘッド９２は、研磨テープ９１を掛ける一対の送りローラ９３，９３を備え、該一対の送りローラ９３，９３の間に研磨テープ９１を張り渡してその研磨面９１ａをウエハＷのノッチ部に接触させるようになっている。

ノッチ研磨部９０に用いる研磨テープ９１は、ベベル研磨部８３に用いる研磨テープ８４と同材質の研磨テープで、ウエハＷのノッチ部の形状に合わせた幅寸法に形成されたものである。このノッチ研磨用の研磨テープ９１は、ベベル研磨用の研磨テープ８４より幅寸法が小さく形成されている。なお図示及び詳細な構成の説明は省略するが、ベベル研磨部８３と同様にノッチ研磨部９０も、ノッチ研磨ヘッド９２をウエハＷのノッチ部の研磨箇所を中心に上下方向に揺動させる揺動機構を備えており、研磨時にウエハ面に対して所定角度傾斜した位置から研磨テープ９１の研磨面９１ａを接触させることができる。従って、ウエハＷのノッチ部の表面形状に沿った研磨をすることができると共に、ノッチ部を所望の角度及び形状に研磨することができる。更にノッチ研磨部９０には、図示は省略するが、ウエハＷのノッチ部を検知するノッチ検知機構が設けられている。

第１研磨ユニット７０Ａは、図７に示すようにウエハＷ上面及び下面それぞれの研磨箇所付近に超純水等の水（研磨水）を供給する研磨水供給ノズル９５，９６を備えている。また、基板保持テーブル７３の上方に、ウエハＷ上面の中央部付近に研磨水を供給する研磨水供給ノズル９７を備えている。ベベル部及びノッチ部の研磨中に研磨水供給ノズル９５，９６から研磨水を供給することで、研磨によって発生する粒子状の研摩屑がウエハＷ上面や下面へ付着することを防止できる。

研磨水供給ノズル９７から供給される研磨水は、ウエハＷ中心部に向かって供給され、ウエハＷの回転によって、ウエハＷの中心部から外周部に向かって流れてゆく。このため研磨屑をウエハＷの外周部の方へ押し流す作用がある。一方、下面側の研磨水供給ノズル９６はウエハＷ裏面の基板保持テーブル７３より外周側に露出した部分に研磨水を供給するようになっている。ウエハＷの露出した部分に研磨水を供給することにより、研磨水がウエハＷの回転により外周部に向かって流れてゆき、研磨屑を外周部の方へ押し流すことができる。

研磨水供給ノズル９５，９６から供給される研磨水は、研磨屑によるウエハＷ上下面の汚染を防止するほか、研磨時の摩擦によって発生する熱を奪う冷却作用も有している。したがって供給する研磨水の温度を調節することにより、ウエハＷの研磨部位の熱を除去することができ、安定した状態で研磨を行なうことができる。

上記構成の研磨ユニット７０Ａにおける研磨工程を説明する。研磨対象のウエハＷが筐体７１内に搬入されて、基板受渡機構８０に受け渡されると、アーム８１，８１が閉じてウエハＷを狭持しセンタリングを行う。その後、基板保持テーブル７３が基板受渡機構８０の位置まで上昇して、アームの８１，８１に保持されたウエハＷを真空吸着する。この真空吸着と同時にアーム８１，８１が開いてウエハＷを放すことにより、ウエハＷは基板保持テーブル７３の上面に保持される。その後、ウエハＷを保持した基板保持テーブル７３は、図７に示す研磨位置まで下降する。そして回転駆動装置７５が駆動して基板保持テーブル７３と共にウエハＷを回転させる。

その状態で、ベベル研磨部８３の供給リール８８ａから研磨テープ８４を供給して未使用の研磨面８４ａをベベル研磨ヘッド８５の送りローラ８６，８６間に配置する。そして、移動機構によりベベル研磨ヘッド８５をウエハＷに向けて移動させ、研磨テープ８４の研磨面８４ａをウエハＷのベベル部に接触させて、ベベル部を研磨する。このとき、ベベル研磨部８３に設けた揺動機構を駆動し、ベベル研磨ヘッド８５を上下方向に揺動させながら研磨する。これによりウエハＷのベベル部のみならずニアエッジ部も研磨することができる。

ウエハＷのノッチ研磨を行なうには、まず、ノッチ検出機構によりウエハＷのノッチ部を検出し、ウエハＷを回転させることで該ノッチ部をノッチ研磨ヘッド９２に位置合わせする。位置合わせが終わったら、ノッチ研磨部９０の供給リール９４ａから研磨テープ９１を供給して未使用の研磨面９１ａをノッチ研磨ヘッド９２の送りローラ９３，９３間に配置する。そして、移動機構によりノッチ研磨ヘッド９２をウエハＷに向けて移動させ、研磨テープ９１の研磨面９１ａをウエハＷのノッチ部に接触させて、ノッチ部を研磨する。このとき、ノッチ研磨部９０に設けた揺動機構を駆動し、ノッチ研磨ヘッド９２を上下方向に揺動させて研磨する。さらに、研磨テープ送り機構９４により研磨テープ９１を小刻みに前後させてウエハＷのノッチ部に摺接させて研磨してもよい。

第１研磨ユニット７０Ａおよび／または第２研磨ユニット７０Ｂによって研磨されたウエハＷは、次に１次洗浄ユニット１００に搬送され、ここでウエハＷが洗浄される。１次洗浄ユニット１００は、ウエハＷを回転させながら、回転する一対のロール型の洗浄部材（ロールスポンジ）をウエハＷの表面および裏面に接触させてウエハＷをスクラブ洗浄する。ウエハＷをスクラブ洗浄する間、ウエハＷには洗浄液（例えば純水）が供給されるようになっている。スクラブ洗浄後、ウエハＷの上面、下面にエッチング液を供給し、ウエハＷの上下面のエッチング（化学的洗浄）を行い、残留する金属イオンを除去する。

１次洗浄ユニット１００により洗浄されたウエハＷは、次に２次洗浄・乾燥ユニット１１０に送られる。この２次洗浄・乾燥ユニット１１０は洗浄機能付きスピン乾燥ユニットである。より具体的には、２次洗浄・乾燥ユニット１１０は、ウエハＷを低速で回転させながら、ウエハＷの上面に洗浄液（例えば純水）を供給する。この状態で、回転するペンシル型の洗浄部材をウエハＷの上面に接触させてスクラブ洗浄する。スクラブ洗浄後は、ウエハＷを高速で回転させてウエハＷのスピン乾燥を行う。

乾燥されたウエハＷは、次に測定ユニット３０に送られ、ここで、ウエハＷの直径が測定される。測定ユニット３０は、直径計測機構に加え、ウエハＷの周縁部を撮像する撮像モジュールを備えている。この撮像モジュールは、研磨されたウエハの表面状態を検査するための研磨状態検査ユニットの一部である。以下、研磨状態検査ユニットについて詳細に説明する。

図９は、研磨状態検査ユニットを示す模式図である。この研磨状態検査ユニットは、除去対象物である膜が研磨によってウエハの周縁部から除去されたか否かを画像から判断する。図９に示すように、研磨状態検査ユニットは、上記撮像モジュール１３１と、撮像モジュール１３１によって取得された画像を分析する画像処理部１３２とを備えている。撮像モジュール１３１は、ウエハＷの周縁部を囲むように配置されたプリズム１３５と、プリズム１３５を通じてウエハＷの周縁部を撮像する撮像カメラ１３６と、プリズム１３５と撮像カメラ１３６との間に配置されたフォーカスレンズユニット１３７とを備えている。撮像カメラ１３６としては、ＣＣＤなどのイメージセンサを備えたデジタルスチールカメラが使用される。撮像カメラ１３６と画像処理部１３２とは接続されており、撮像カメラ１３６によって取得された画像は画像処理部１３２に送られるようになっている。

ウエハＷは、上述した基板保持回転機構６１に保持される。この基板保持回転機構６１は、上段チャック６２及び下段チャック６３を介してウエハＷをその軸心回りに回転させるステップモータ１５０と、ウエハＷの回転位置や回転角度などを検出するロータリーエンコーダ（位置検出器）１５１とを備えている。この実施形態では、ウエハＷの絶対位置を検出するアブソリュートタイプのロータリーエンコーダ１５１が用いられている。撮像モジュール１３１は、図示しない駆動機構により、基板保持回転機構６１に保持されたウエハＷに近接および離間する方向に移動可能となっている。

フォーカスレンズユニット１３７は、光軸に配置されたレンズ１４０と、このレンズ１４０を光軸に沿って動かすフォーカス用のアクチュエータ（例えばリニアモータ）１４１を備えている。画像処理部１３２とアクチュエータ１４１とは電気的に接続されており、画像処理部１３２からの指示により、アクチュエータ１４１は、画像が撮像カメラ１３６のイメージセンサ上で結像するようにレンズ１４０を移動させる。画像処理部１３２としては、汎用のパーソナルコンピュータを使用することができる。

プリズム１３５とレンズ１４０との間にはハーフミラー１４２が配置されている。このハーフミラー１４２には光源（例えば白色ＬＥＤ）１４４からの光が照射されるようになっている。光源１４４とハーフミラー１４２との間にはレンズ１４５が配置されている。このレンズ１４５は、光源１４４からの光をウエハＷの周縁部に導くためのものである。光源１４４の光は、レンズ１４５を通過してハーフミラー１４２で反射し、ウエハＷの周縁部に到達する。これによりウエハＷの周縁部は明るく照らされる。プリズム１３５は、ウエハＷの周縁部の上部および下部に対向するように配置されている。このプリズム１３５は、光路長を補正する（光路長を変える）性質を有しており、これにより、ウエハＷの周縁部の上部、中央部、および下部の各画像をイメージセンサ上に同時に結像させることができる。このような性質を有するプリズム１３５としては、株式会社クロビットジャパンから販売されている商品「クロビット」が好適に用いられる。

以下、プリズム１３５の機能について詳細に説明する。図１０は、画像の光路を説明するための模式図である。図１０において、面Ａは撮像カメラ１３６のイメージセンサの表面を表し、面Ｂはレンズ１４０の中心を通る平面を表し、面ＣはウエハＷのベベル部の側部（アペックス）を表し、面Ｄはベベル部の上側傾斜部および下側傾斜部を表している。面Ａ，Ｂ，Ｃは互いに平行である。面Ａと面Ｃは、レンズ１４０によって共役関係である。つまり、面Ｃ上の画像は面Ａ上に像を結ぶ。面Ｄ上の画像は、プリズム１３５の中で一度反射され、レンズ１４０に向かう。面Ｃから面Ａまでの光路長ｄ１と、プリズム１３５を通した面Ｄから面Ａまでの光路長ｄ２，ｄ３とは、光学的に互いに等しい。これは、プリズム１３５によって光路長ｄ２，ｄ３が補正（短縮）されているからである。言い換えれば、本実施形態では、光路長ｄ１と光路長ｄ２，ｄ３とが互いに等しくなるようなプリズム１３５が採用される。光路長ｄ１と光路長ｄ２，ｄ３とが互いに等しいので、Ｃ面の画像およびＤ面の画像は、レンズ１４０によって面Ａ（すなわちイメージセンサの表面）上に結像する。

面Ｄの角度はウエハのベベル部の角度のことであり、ウエハの種類または研磨状態によって変わりうる。このため、面Ａ上に像を結んだときに面Ｄと面Ａとが必ずしも平行であるとは限らず、面Ｄ全体が面Ａ上で合焦しないことがある。この場合は、面Ｄと面Ａとの間に配置される光学系の焦点深度を深くすれば、面Ｄの像を面Ａ上で結ぶことができる。この焦点深度を変化させる手段の一例は、レンズ１４０に隣接して絞りを設置することである。具体的には、図１０において、レンズ１４０の左側に絞りが配置される。この絞りの孔を小さくすることにより、焦点深度を深くすることができる。

ウエハＷの周縁部の上部、中央部、および下部の各画像は、平面上に展開した画像として取得される。ウエハＷの周縁部の上部および下部の画像は、プリズム１３５を通じて撮像カメラ１３６によって取得される。一方、ウエハＷの周縁部の中央部の画像は、プリズム１３５を通さずに撮像カメラ１３６によって取得される。上述したように、プリズム１３５を通過することによって、周縁部の上部および下部と撮像カメラ１３６との間の光路長と、周縁部の中央部と撮像カメラ１３６との間の光路長とは、互いに等しくなる。したがって、撮像カメラ１３６によって、ウエハＷの周縁部を多方向から同時に撮像することができる。ここで、より良好な画像を取得するために、撮像カメラ１３６のイメージセンサのほぼ全面に画像が結像するような倍率のレンズ１４０を使用することが好ましい。

次に、上述した撮像モジュール１３１を用いてウエハＷの周縁部を撮像する方法について説明する。画像の撮像方法の例としては、ウエハＷを断続的に回転させながら周縁部の静止画像を取得するステップ・アンド・リピート方式と、ウエハＷを連続的に回転させながら周縁部の積算画像を取得するスキャン方式とが挙げられる。以下、それぞれの方式について説明する。
図１１はステップ・アンド・リピート方式でのウエハの撮像位置の例を示す図であり、図１２はステップ・アンド・リピート方式の動作シーケンスを示すフローチャートである。
図１１に示すように、この方式では、ウエハＷの周縁部上での複数の撮像位置が予め設定されている。

画像処理部１３２はステップモータ１５０に指令信号を送り、ウエハＷを回転させる（ステップ１）。ウエハＷの回転位置はロータリーエンコーダ１５１により計測される（ステップ２）。回転するウエハＷが所定の撮像位置に達すると、ウエハＷの回転を停止させる。そして、撮像カメラ１３６によりウエハＷの周縁部を撮像する（ステップ３）。取得された画像は、画像処理部１３２に送られ、画像処理部１３２のメモリー（記憶装置）に保存される（ステップ４）。画像処理部１３２は、後に説明する画像処理方法に従って画像を処理し、残膜の有無を検査する（ステップ５）。検査結果は画像処理部１３２のメモリーに保存される（ステップ６）。各撮影位置は、ウエハＷの回転位置または回転角度に関連づけられて画像処理部１３２に登録される。画像が取得された位置を示す情報はロータリーエンコーダ１５１から画像処理部１３２に送られ、その位置情報が画像と共にメモリーに保存される。したがって、撮像された画像から、残膜の位置や大きさ（面積）などの情報が得られる。残膜の有無や残膜の位置などの情報は検査結果としてメモリーに保存される。

上述したウエハＷの回転（ステップ１）から検査結果の保存（ステップ６）までの工程は、全ての撮像位置での検査が完了するまで繰り返えされる。このようにしてウエハＷの回転の回転と停止とを繰り返しながら、ウエハＷの周縁部の静止画像が取得される。撮像位置はウエハＷの周縁部の一部のみでもよく、またはウエハＷの全周に亘って散発的に設定してもよい。ただし、検査結果の信頼性の観点から、ウエハＷの全周に亘って撮像位置を設定することが好ましい。

図１３はスキャン方式でのウエハの撮像位置を示す図であり、図１４はスキャン方式の動作シーケンスを示すフローチャートである。
この方式では、ウエハＷの周縁部がその全周に亘って撮像される。画像処理部１３２はステップモータ１５０に指令信号を送り、ウエハＷを回転させる（ステップ１）。ウエハＷの回転位置はロータリーエンコーダ１５１により計測される（ステップ２）。

ウエハＷの回転と同時に撮像カメラ１３６によりウエハＷの周縁部を撮像する（ステップ３）。ウエハＷが回転している間、撮像カメラ１３６のイメージセンサは露光され続ける。上段チャック６２の爪部６２ａがプリズム１３５に近接すると、撮像モジュール１３１は撮像を停止し、一時的にウエハＷから退避する。上段チャック６２の爪部６２ａがプリズム１３５を通過すると、撮像モジュール１３１がウエハＷに近づき、再びウエハＷの周縁部の撮像を開始する。このような撮像モジュール１３１の撮像および退避動作は、ウエハＷが一周するまで継続される。取得された画像は画像処理部１３２に送られ、画像処理部１３２のメモリーに保存される。図１３（ａ）に示す例では、上段チャック６２は４つの爪部６２ａを有しているので、撮像カメラ１３６は４回撮像を繰り返して、４つの領域Ｆ１、Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４の画像を取得する。

撮像が終わった後、ウエハＷの回転が停止され、撮像モジュール１３１は一旦退避する。その後、下段チャック６３が上昇し、ウエハＷが上段チャック６２から下段チャック６３に持ち替えられる。この状態で、上段チャック６２が４５度回転し、その後、下段チャック６３が下降する。これにより、ウエハＷは異なる位置で上段チャック６２により把持される（ステップ４）。そして、撮像モジュール１３１がウエハＷに近づき、ウエハＷが回転すると同時に撮像が開始される。撮像モジュール１３１は、上述と同じように、撮像と退避動作をウエハＷが一周するまで繰り返す（ステップ５）。すなわち、図１３（ｂ）に示すように、撮像カメラ１３６は４回撮像を繰り返して、上記領域Ｆ１〜Ｆ４に重複する４つの領域Ｆ５、Ｆ６，Ｆ７，Ｆ８の画像を取得する。このようにして、ウエハＷの周縁部全体が撮像される。取得された画像は画像処理部１３２に送られ、画像処理部１３２のメモリーに保存される。

このスキャン方式では、ウエハＷを回転させながらイメージセンサを露光させているので、ウエハＷの周縁部の積算画像が取得される。画像処理部１３２は、後に説明する画像処理方法に従って画像を処理し、残膜の有無を検査する（ステップ６）。検査結果は画像処理部１３２のメモリーに保存される（ステップ７）。

ここで、撮像カメラ１３６としてラインスキャンカメラを用いることができる。ラインスキャンカメラとは、ライン状の画像を連続的に撮像し、その画像を順次並べていくことで横長の画像を得るカメラである。この場合も、画像が取得された位置を示す情報がロータリーエンコーダ１５１から画像処理部１３２に送られ、その位置情報が画像と共にメモリーに保存される。このようなラインスキャンカメラを用いることで、残膜の正確な位置や大きさを特定することが可能となる。

ステップ・アンド・リピート方式とスキャン方式とは組み合わせてもよい。例えば、スキャン方式により高速で検査を行い、次いでステップ・アンド・リピート方式によって、より正確な検査を行うことができる。残膜の位置や大きさを観察するためには、ウエハの静止画像を取得することが必要とされる。したがって、この場合は、上述したステップ・アンド・リピート方式を用いるか、またはスキャン方式とインラインスキャンカメラとの組み合わせが用いられる。

また、ステップ・アンド・リピート方式によって比較的少ない撮像位置で高速に検査を行い、次に残膜のある位置や大きさなどを正確に検査するために比較的多くの撮像位置で再検査してもよい。同様に、スキャン方式によって高速な検査と正確な検査を含む多段階検査を行うこともできる。

画像処理部１３２は画像表示部を備えており、メモリーに保存されている画像を表示することができるようになっている。なお、画像表示部は、画像処理部１３２から独立して設けてもよい。画像は、上述したように、画像の位置を示すウエハＷの回転位置または回転角度に関連付けられてメモリーに保存されている。したがって、所望の位置の画像を画像表示部に表示することが可能である。さらに、ある位置で膜が残存していると判定された場合に、その位置の画像を撮像モジュール１３１によって再度取得し、その画像を画像表示部に表示させることも可能である。

次に、画像処理部１３２による画像処理および研磨状態検査の方法について説明する。以下に説明する例では、上述した研磨ユニットを用いて、図１５に示すように、ウエハＷのベベル部を５つのエリアＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５に分けて５段階研磨が行われる。すなわち、ベベル研磨ヘッド８５を図８（ａ）乃至図８（ｃ）に示すように傾けて、各エリアＡ１〜Ａ５を順次研磨する。なお、この例では、ベベル部を研磨しているが、さらにニアエッジ部も同様に研磨することができる。研磨されたウエハＷは、１次洗浄ユニット１００により洗浄され、さらに２次洗浄・乾燥ユニット１１０により洗浄され、乾燥される。乾燥されたウエハＷは測定ユニット３０に送られ、ここで、上述したようにウエハＷの周縁部の画像が撮像モジュール１３１によって取得される。

図１６は、撮像モジュールによって撮像されたウエハの周縁部の画像を示す模式図である。符号２００Ａは上側のプリズム１３５を通して取得されたウエハの周縁部の画像であり、符号２００Ｂはプリズム１３５を介さないで取得されたウエハの周縁部の画像であり、符号２００Ｃは下側のプリズム１３５を通して取得されたウエハの周縁部の画像である。

図１６に示すように、ベベル部の上部に位置するエリアＡ１，Ａ２の画像は上側のプリズム１３５を通して撮像カメラ１３６により取得され、ベベル部の中央部に位置するエリアＡ３の画像はプリズム１３５を介さないで撮像カメラ１３６により取得され、ベベル部の下部に位置するエリアＡ４，Ａ５の画像は下側のプリズム１３５を通して撮像カメラ１３６により取得される。撮像カメラ１３６は、３つの画像２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃを１つの視野内で同時に撮像することが可能であり、かつフォーカス調整も同時に行える。

各エリアＡ１〜Ａ５には、画像処理部１３２が監視すべき特定の領域（以下、ターゲット領域Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５という）がそれぞれ設定されている。画像処理部１３２は、これらターゲット領域Ｔ１〜Ｔ５の色を監視し、色の変化に基づいて膜が除去されているか否かを検知する。なお、ターゲット領域Ｔ１〜Ｔ５としては、各エリアＡ１〜Ａ５の研磨状態を最もよく表す部分が選択される。１つのエリアにおいて複数のターゲット領域を設定することもできる。

次に、画像処理部１３２が画像を処理して膜が除去されているか否かを判定する方法について説明する。
上述したように、画像処理部１３２は、ターゲット領域の色の変化に基づいて膜除去を判断する。画像処理部１３２には、予めターゲット色が登録されており、画像処理部１３２は、ターゲット領域の色が、登録されている所定のターゲット色に一致するときには、ウエハＷから膜が除去されたと判定する。より詳しくは、画像処理部１３２は、ターゲット領域におけるターゲット色の画素の数が増加して所定の閾値を上回ったとき、またはターゲット領域におけるターゲット色の画素の数が減少して所定の閾値を下回ったとき、ウエハＷから膜が除去されたと判定する。

通常、ターゲット色は、研磨によって表出する色（例えばシリコンの色）、または除去対象物の色（例えばＳｉＯ_２，ＳｉＮの色）のいずれかから選択することが多い。また、色の選択は１つに限らず、複数の色を選択することもできる。図１７は、ターゲット色の設定に用いられるカラーチャートおよび明度チャートを示す図である。図１７に示すように、カラーチャートは、色相の分布を示す横軸と、彩度を示す縦軸とを有している。明度チャートは、明るさの度合いを示す縦軸を有している。ターゲット色は、カラーチャートおよび明度チャートの中に置かれたスコープＳ１，Ｓ２によって指定された色情報（色相、彩度、明度）によって決定することができる。

ここで、図１８を参照して、ターゲット色としてシリコンの色を選択した場合の膜除去判定プロセスを説明する。
まず、画像処理部１３２にターゲット色としてシリコンの色（通常は白）を登録する（ステップ１）。上述したように、色の選択は１つに限らず、複数の色を選択することができる。次に、ターゲット領域を指定する（ステップ２）。そして、ターゲット領域内におけるターゲット色の画素の数Ｎが所定の閾値Ｐを上回っている場合は、画像処理部１３２は研磨によって膜が除去されたと判断する。これは、研磨によって膜が除去されると、下地層のシリコンの色が表出するからである。一方、ターゲット領域内におけるターゲット色の画素の数Ｎが所定の閾値Ｐ以下である場合は、画像処理部１３２は膜がウエハＷ上に残存していると判断する（ステップ３）。

図１９は、ターゲット色として除去すべき膜の色を選択した場合の膜除去判定プロセスを示すダイヤグラムである。
図１９に示すように、まず、画像処理部１３２にターゲット色として除去対象膜の色を登録する（ステップ１）。この場合も、色の選択は１つに限らず、複数の色を選択することもできる。次に、ターゲット領域を指定する（ステップ２）。そして、ターゲット領域内におけるターゲット色の画素の数Ｎが所定の閾値Ｐを下回っている場合は、画像処理部１３２は研磨によって膜が除去されたと判断する。これは、研磨によって膜が除去されると、膜の色が消えるからである。一方、ターゲット領域内におけるターゲット色の画素の数Ｎが所定の閾値Ｐ以上である場合は、画像処理部１３２は膜がウエハＷ上に残存していると判断する（ステップ３）。

画像処理部１３２の検査結果は研磨条件決定部に送られ、研磨条件の決定に提供される。例えば、画像処理部１３２がウエハに膜が残存していると判定した場合は、次に研磨されるウエハの研磨条件（例えば、研磨時間や研磨テープを押し当てる力など）に反映させる。検査結果は５つのエリアＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５ごとに得られるので、検査結果に応じてこれら５つのエリアごとに研磨条件を変えることができる。また、膜が残存しているウエハは再度研磨ユニット７０Ａまたは７０Ａに送られ、再研磨されることが好ましい。この場合の研磨時間は１回目の研磨時間よりも短く設定することができる。

以上説明した例は、取得された画像の色の変化から研磨状態を検査する方法であるが、取得された画像からウエハの周縁部の表面粗さを検出することもできる。以下、ウエハの周縁部の表面粗さを検出する方法について説明する。
表面粗さを検出するためには、ウエハの静止画像を取得することが好ましい。したがって、表面粗さ検出方法では、上述したステップ・アンド・リピート方式を用いるか、またはスキャン方式とインラインスキャンカメラとの組み合わせを用いることが好ましい。

撮像カメラ１３６で取得された画像は画像処理部１３２に送られ、ここで画像処理が行われる。具体的には、取得された画像からターゲット領域（Ｔ１〜Ｔ５）の画像を切り出し、この切り出されたカラー画像を白黒画像に変換する。次に、表面粗さを強調させるために、微分フィルタにより画像を微分処理する。そして、得られた画像をヒストグラム上に表示する。ヒストグラムは、輝度を表す横軸と、画素の数を表す縦軸とを有する。

図２０（ａ）はウエハの周縁部の表面が粗いときの画像であって、微分処理した画像を示す模式図であり、図２０（ｂ）は図２０（ａ）に示す画像を数値化したヒストグラムである。図２０（ａ）に示すように、ウエハＷの被研磨面が粗い場合は、表面の凹凸を示す白い部分が画像に現れる。この表面粗さは数値としてヒストグラム上に表すことができる。すなわち、被研磨面が粗い場合は、画像に白い部分が多く現れ、その結果、ヒストグラム上では輝度の高い画素の数が多くなる。

一方、図２１（ａ）はウエハの周縁部の表面が滑らかなときの画像であって、微分処理した画像を示す模式図であり、図２１（ｂ）は図２１（ａ）に示す画像を数値化したヒストグラムである。図２１（ａ）に示すように、ウエハＷの被研磨面が滑らかな場合は、表面の凹凸を示す白い部分がほとんど画像に現れない。その結果、ヒストグラム上では輝度の低い画素の数が多くなる。したがって、画像処理部１３２は、所定の輝度の画素の数が予め設定された値を上回ったとき（例えば輝度０〜６４の画素の数が１０００を超えたとき）、または下回ったときに（例えば輝度６４以上の画素の数が１０を下回ったとき）、ウエハＷの周縁部の表面が滑らかになったと判断することができる。

次に、撮像モジュール１３１の変形例について図２２を参照して説明する。図２２に示すように、この変形例では、プリズム１３５を用いずに、複数の撮像カメラによりウエハＷの周縁部を多方向から撮像する。図２２に示すように、この撮像モジュール１３１は、複数の末端撮像部（例えば対物レンズ）１６０Ａ，１６０Ｂ，１６０Ｃと、これらの末端撮像部１６０Ａ，１６０Ｂ，１６０Ｃに光ファイバーを介してそれぞれ連結される撮像カメラ１３６Ａ，１３６Ｂ，１３６Ｃとを有している。

末端撮像部１６０ＡはウエハＷの上方に配置され、末端撮像部１６０ＢはウエハＷの側方に配置され、末端撮像部１６０ＣはウエハＷの下方に配置されている。末端撮像部１６０Ａ〜１６０Ｃに隣接して照明部１６３Ａ，１６３Ｂ，１６３Ｃ，１６３Ｄが配置されている。末端撮像部１６０Ａ〜１６０Ｃおよび照明部１６３Ａ〜１６３Ｄは支持部材１６５に固定されている。図２２には図示されていないが、各撮像カメラ１３６Ａ〜１３６Ｃは画像処理部１３２に接続されている。

これら末端撮像部１６０Ａ〜１６０Ｃおよび照明部１６３Ａ〜１６３ＤはいずれもウエハＷの周縁部を向いている。より詳しくは、末端撮像部１６０Ａは周縁部の上部を向き、末端撮像部１６０Ｂは周縁部の中央部を向き、末端撮像部１６０Ｃは周縁部の下部を向いている。このような構成により、ウエハＷの周縁部の上部、中央部、および下部の画像が各末端撮像部１６０Ａ〜１６０Ｃを介して撮像カメラ１３６Ａ〜１３６Ｃにより取得される。取得された画像は画像処理部１３２に送られ、上述した方法に従って処理される。

図２３（ａ）は、撮像モジュールの更なる変形例を示す模式図である。この例では、図９に示す撮像モジュール１３１に加え、ウエハＷの裏面を撮像する第２の撮像モジュール１７０が設けられている。この第２の撮像モジュール１７０は、上述したプリズム１３５に代えて、ミラー１７１を有している。第２の撮像モジュール１７０は、第１の撮像モジュール１３１よりも広い視野（撮像領域）を有している。その他の構成は、第１の撮像モジュール１３１と同一である。ミラー１７１は第２の撮像モジュール１７０の撮像カメラ（図９参照）と一体に移動可能となっている。ウエハＷの裏面の画像はミラーで反射して方向を変え、第２の撮像モジュール１７０によって撮像される。なお、図示されていないが、ウエハＷは基板保持回転機構６１によって保持されている。

図２３（ｂ）は、第２の撮像モジュール１７０によって撮像される領域を示す模式図である。第２の撮像モジュール１７０によって撮像される領域は、ベベル部よりも径方向内側に位置する平坦面（バックニアエッジ部を含む面）である。この領域の幅は、約６ｍｍである。第２の撮像モジュール１７０は第１の撮像モジュール１３１と連動して動き、同様のタイミングで撮像する。第２の撮像モジュール１７０によって取得された画像は画像処理部１３２に送られ、上述した方法に従って処理される。

上述した実施形態では、撮像モジュール１３１は測定ユニット３０に組み込まれているが、本発明はこの配置に限定されない。例えば、上記撮像モジュール１３１と上記基板保持回転機構６１とを他のユニットから独立した１つのユニットとして設けてもよい。基板保持回転機構は、チャックで把持するタイプ以外にも、ウエハの裏面を吸着するタイプを用いることもできる。

基板処理装置に組み込まれる測定ユニットの他の例としては、ウエハの形状や温度などの他の物理量を計測する測定ユニットが挙げられる。このようなドライな状況でウエハの所定の物理量を計測する測定ユニットにも上記撮像モジュール１３１を設けることができる。また、乾燥処理などの後処理ユニットに上記撮像モジュール１３１を設けることができる。例えば、２次洗浄・乾燥ユニット１１０に撮像モジュール１３１を組み込み、ウエハＷを乾燥した後に研磨状態を検査するようにしてもよい。さらに、複数の撮像カメラおよび末端撮像部を設ける場合は、複数のユニット（例えば、測定ユニット３０と２次洗浄・乾燥ユニット１１０）に分けて撮像カメラおよび末端撮像部を設けることもできる。

撮像モジュール１３１は、洗浄および乾燥した後のウエハＷを検査することが好ましいが、本発明はこれに限定されない。例えば、撮像モジュール１３１を第１研磨ユニット７０Ａおよび／または第２研磨ユニット７０Ｂの内部に設けてもよい。この場合は、ベベル研磨ヘッド８５がウエハＷを研磨しているときは、撮像モジュール１３１はウエハＷから離れた位置で待機し、ベベル研磨ヘッド８５がウエハＷから離間したときに、撮像モジュール１３１がウエハＷに近づいてウエハＷの周縁部を撮像する。このような構成によれば、複数のベベル研磨ヘッド８５をウエハＷの周りに配置しても、ベベル研磨ヘッド８５と撮像モジュール１３１とが接触することはなく、それぞれの処理が阻害されることはない。

In-Line型の撮像モジュール１３１は、研磨処理が行われていないときにウエハＷの画像を取得する。例えば、ウエハＷの研磨が終わった後に、研磨ユニットの内部または外部に配置された撮像モジュール１３１によってウエハＷの周縁部が撮像される。または、ウエハＷの研磨を一旦中断して、研磨ユニット内に配置された撮像モジュール１３１によりウエハＷの周縁部を撮像し、撮像終了後に再びウエハＷを研磨してもよい。

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。

図１（ａ）および図１（ｂ）は、半導体ウエハ等の基板の周縁部を示す部分拡大断面図である。 本発明の一実施形態に係る基板処理装置の全体構成を示す概略平面図である。 図３（ａ）は測定ユニットが備える基板保持回転機構を示す概略斜視図であり、図３（ｂ）は基板保持回転機構の概略平面図である。 図４（ａ）及び図４（ｂ）は基板保持回転機構の動作を説明するための図である。 測定ユニットを示す概略斜視図である。 図６（ａ）は、測定ユニットの概略平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のVI方向矢視図である。 第１研磨ユニットの概略側断面図である。 ベベル研磨時のベベル研磨ヘッドの動きを説明するための図である。 研磨状態検査ユニットを示す模式図である。 画像の光路を説明するための模式図である。 ステップ・アンド・リピート方式でのウエハの撮像位置を示す図である。 ステップ・アンド・リピート方式の動作シーケンスを示すフローチャートである。 スキャン方式でのウエハの撮像位置を示す図である。 スキャン方式の動作シーケンスを示すフローチャートである。 ウエハのベベル部を５つの領域に区分けした図である。 撮像モジュールによって撮像されたウエハの周縁部の画像を示す模式図である。 ターゲット色の設定に用いられるカラーチャートおよび明度チャートを示す図である。 ターゲット色としてシリコンの色を選択した場合の膜除去判定プロセスを説明するダイヤグラムである。 ターゲット色として除去すべき膜の色を選択した場合の膜除去判定プロセスを示すダイヤグラムである。 図２０（ａ）はウエハの周縁部の表面が粗いときの画像であって、微分処理した画像を示す模式図であり、図２０（ｂ）は図２０（ａ）に示す画像を数値化したヒストグラムである。 図２１（ａ）はウエハの周縁部の表面が滑らかなときの画像であって、微分処理した画像を示す模式図であり、図２１（ｂ）は図２１（ａ）に示す画像を数値化したヒストグラムである。 撮像モジュールの変形例を示す図である。 図２３（ａ）は撮像モジュールの更なる変形例を示す図であり、図２３（ｂ）は、第２の撮像モジュールによって撮像される領域を示す模式図である。

符号の説明

１ 基板処理装置
２ クリーンルーム
３ａ ハウジング
３ 側壁
１０ ロードアンロードポート
１１Ａ，１１Ｂ ウエハ供給回収装置
１２Ａ，１２Ｂ ウエハカセット
２０Ａ 第１搬送ロボット
２０Ｂ 第２搬送ロボット
３０ 測定ユニット
３１ センサ機構
３２ 投光装置
３３ 受光装置
３４ レーザー光
６１ 基板保持回転機構
６２ 上段チャック
６２ａ 爪部
６３ 下段チャック
６３ａ 爪部
６４ 回転軸
７０Ａ 第１研磨ユニット
７０Ｂ 第２研磨ユニット
７１ 筐体
７２ 基板保持回転部
７３ 基板保持テーブル
７３ａ 溝部
７３ｂ 連通路
７４ 支持軸
７４ａ 連通路
７５ 回転駆動装置
７６ 真空ライン
７７ 圧縮空気供給ライン
７８ 吸着パッド
８０ 基板受渡機構
８１ アーム
８２ コマ
８３ ベベル研磨部
８４ 研磨テープ
８４ａ 研磨面
８５ ベベル研磨ヘッド
８６，８６ 送りローラ
８７ 基部
８８ 研磨テープ送り機構
８８ａ 供給リール
８８ｂ 回収リール
８９ 芯材
９０ ノッチ研磨部
９１ 研磨テープ
９１ａ 研磨面
９２ ノッチ研磨ヘッド
９３，９３ 送りローラ
９４ 研磨テープ送り機構
９４ａ 供給リール
９４ｂ 回収リール
９５，９６ 研磨水供給ノズル
９７ 研磨水供給ノズル
１００ １次洗浄ユニット
１１０ ２次洗浄・乾燥ユニット
１３１ 撮像モジュール
１３２ 画像処理部
１３５ プリズム
１３６ 撮像カメラ
１３７ フォーカスレンズユニット
１４０ レンズ
１４１ アクチュエータ
１４２ ハーフミラー
１４４ 光源
１４５ レンズ
１５０ ステップモータ
１５１ ロータリーエンコーダ
１６０Ａ〜１６０Ｃ 末端撮像部
１６３Ａ〜１６３Ｄ 照明部
１６５ 支持部材
１７１ ミラー

Claims (19)

1. 基板の周縁部を研磨する研磨ユニットと、
   前記研磨ユニットにより研磨された基板の周縁部を撮像する撮像モジュールと、
   前記撮像モジュールにより撮像された画像から基板の研磨状態を検査する画像処理部とを備え、
   前記撮像モジュールは、前記研磨ユニットが基板の周縁部を研磨していないときに前記基板の周縁部を撮像することを特徴とする基板処理装置。
2. 前記基板処理装置は、前記研磨ユニットの研磨条件を決定する研磨条件決定部をさらに備え、
   前記画像処理部の検査結果は前記研磨条件決定部に送られ、
   前記研磨条件決定部は前記検査結果に基づいて前記研磨ユニットでの研磨条件を決定することを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記撮像モジュールは、基板の周縁部を多方向から撮像することを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
4. 前記撮像モジュールは、基板の周縁部に近接して配置されたプリズムと、前記プリズムを通じて基板の周縁部を撮像する撮像カメラとを備えていることを特徴とする請求項３に記載の基板処理装置。
5. 前記撮像モジュールは、複数の撮像カメラを有していることを特徴とする請求項３に記載の基板処理装置。
6. 前記画像処理部は、前記撮像モジュールによって取得された画像の色に基づいて基板の周縁部の研磨状態を検査することを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
7. 前記画像処理部は、
   前記撮像モジュールにより取得された画像の色を数値に表し、
   前記数値が予め設定された閾値を上回ったとき、または下回ったときに、除去すべき対象物が前記周縁部から除去されたと判断することを特徴とする請求項６に記載の基板処理装置。
8. 前記基板処理装置は、基板をその中心軸回りに回転させる基板保持回転機構をさらに備え、
   前記撮像モジュールは、前記基板回転機構によって保持された基板の周縁部に近接して配置されており、
   前記基板保持回転機構によって基板を断続的または連続的に回転させながら、前記撮像モジュールは基板の周縁部を撮像することを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
9. 前記撮像モジュールは、基板の周縁部の静止画像を取得することを特徴とする請求項８に記載の基板処理装置。
10. 前記撮像モジュールは、基板の周縁部の積算画像を取得することを特徴とする請求項８に記載の基板処理装置。
11. 前記撮像モジュールは、ラインスキャンカメラを有していることを特徴とする請求項８に記載の基板処理装置。
12. 前記撮像モジュールは、視野の異なる複数のカメラを有していることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
13. 前記基板処理装置は、前記研磨ユニットによって研磨された基板の所定の物理量を測定する測定ユニットをさらに備えており、
    前記撮像モジュールは、前記測定ユニットに組み込まれていることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
14. 前記測定ユニットは、基板をその中心軸回りに回転させる基板保持回転機構を有しており、
    前記撮像モジュールは、前記基板保持回転機構によって保持された基板の周縁部に近接して配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の基板処理装置。
15. 前記基板処理装置は、前記研磨ユニットによって研磨された基板を後処理する少なくとも１つの後処理ユニットをさらに備えており、
    前記撮像モジュールは、前記少なくとも１つの後処理ユニットに組み込まれていることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
16. 前記少なくとも１つの後処理ユニットは、基板をその中心軸回りに回転させる基板保持回転機構を有しており、
    前記撮像モジュールは、前記基板保持回転機構によって保持された基板の周縁部に近接して配置されていることを特徴とする請求項１５に記載の基板処理装置。
17. 前記基板処理装置は、前記画像処理部の検査結果を保存する記憶装置をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
18. 前記基板処理装置は、
    前記撮像モジュールによって取得された画像を保存する記憶装置と、
    前記記憶装置に保存された画像を表示する画像表示部とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
19. 前記記憶装置は、前記画像が取得された位置を示す情報を該画像と共に保存し、
    前記画像表示部は、要求された位置の画像を表示するように構成されることを特徴とする請求項１８に記載の基板処理装置。

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