JP2014150131A - 研磨装置および研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の研磨量を精密に制御することができる研磨装置を提供する。
【解決手段】研磨装置は、基板Ｗを保持し、回転させる基板保持部３と、基板Ｗに研磨具３８を押し当てて該基板を研磨する押圧部材５１と、押圧部材５１の押圧力を制御する押圧力制御機構５６と、押圧部材５１の研磨位置を制限する研磨位置制限機構６５とを備える。研磨具３８としては、研磨テープまたは固定砥粒が使用される。
【選択図】図１２

Description

本発明は、ウェハなどの基板を研磨する研磨装置および研磨方法に関するものである。

半導体デバイスの製造における歩留まり向上の観点から、基板の表面状態の管理が近年注目されている。半導体デバイスの製造工程では、種々の材料がシリコンウェハ上に成膜される。このため、基板の周縁部には不要な膜や表面荒れが形成される。近年では、基板の周縁部のみをアームで保持して基板を搬送する方法が一般的になってきている。このような背景のもとでは、周縁部に残存した不要な膜が種々の工程を経ていく間に剥離して基板に形成されたデバイスに付着し、歩留まりを低下させてしまう。そこで、基板の周縁部に形成された不要な膜を除去するために、研磨装置を用いて基板の周縁部が研磨される。

この種の研磨装置は、研磨テープの研磨面を基板の周縁部に摺接させることで基板の周縁部を研磨する。ここで、本明細書では、基板の周縁部を、基板の最外周に位置するベベル部と、このベベル部の半径方向内側に位置するトップエッジ部およびボトムエッジ部とを含む領域として定義する。

図１（ａ）および図１（ｂ）は、基板の一例としてのウェハの周縁部を示す拡大断面図である。より詳しくは、図１（ａ）はいわゆるストレート型のウェハの断面図であり、図１（ｂ）はいわゆるラウンド型のウェハの断面図である。図１（ａ）のウェハＷにおいて、ベベル部は、上側傾斜部（上側ベベル部）Ｐ、下側傾斜部（下側ベベル部）Ｑ、および側部（アペックス）Ｒから構成されるウェハＷの最外周面（符号Ｂで示す）である。図１（ｂ）のウェハＷにおいては、ベベル部は、ウェハＷの最外周面を構成する、湾曲した断面を有する部分（符号Ｂで示す）である。トップエッジ部は、ベベル部Ｂよりも半径方向内側に位置する平坦部Ｅ１である。ボトムエッジ部は、トップエッジ部とは反対側に位置し、ベベル部Ｂよりも半径方向内側に位置する平坦部Ｅ２である。以下、これらトップエッジ部Ｅ１およびボトムエッジ部Ｅ２を、総称してエッジ部と称する。エッジ部は、デバイスが形成された領域を含むこともある。

研磨装置は、基板の研磨終点を検出する研磨終点検出装置を備えている。この研磨終点検出装置は、膜厚を示す研磨指標値（例えば、研磨時間など）に基づいて基板の研磨を監視し、研磨終点を決定する。

しかしながら、積層構造を有する基板には種類の異なる複数の膜が形成されており、通常これらの膜は異なる硬さを有している。そのため、研磨時間に基づいて研磨終点を管理すると、軟質の膜では過研磨が生じ、硬質の膜では研磨不足が生じることがある。

従来の研磨装置は、エアシリンダにより研磨ヘッドの押圧部材を下降させ、押圧部材が研磨テープの研磨面を基板に所定の研磨荷重で押し付ける（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、エアシリンダは押圧部材の下降位置を正確に制御することができないため、基板の目標研磨量と実際の研磨量との間に誤差が生じることがある。

特開２０１２−２１３８４９号公報

本発明は、上述した従来の問題点を解決するためになされたもので、基板の研磨量を精密に制御することができる研磨装置および研磨方法を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、基板を保持し、回転させる基板保持部と、前記基板に研磨具を押し当てて該基板を研磨する押圧部材と、前記押圧部材の押圧力を制御する押圧力制御機構と、前記押圧部材の研磨位置を制限する研磨位置制限機構とを備えたことを特徴とする研磨装置である。

本発明の好ましい態様は、前記押圧部材には、該押圧部材と一体に移動する位置決め部材が連結されており、前記研磨位置制御機構は、前記位置決め部材の移動を制限するストッパーと、前記ストッパーを移動させるストッパー移動機構とを備えることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ストッパー移動機構は、ボールねじ機構と、該ボールねじ機構を作動させるサーボモータとを備えることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、所定の研磨時間内に前記位置決め部材が前記ストッパーに接触しない場合には、アラーム信号を発することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記押圧力制御機構は、前記押圧部材に押圧力を付与するエアシリンダを備えることを特徴とする。

本発明の他の態様は、ストッパーをその所定の初期位置から基板の目標研磨量に相当する距離だけ移動させ、前記基板を回転させながら押圧部材で研磨具を前記基板に押し付け、前記押圧部材と一体に移動する位置決め部材が前記ストッパーに接触するまで前記基板を研磨することを特徴とする研磨方法である。
本発明の好ましい態様は、前記研磨具および前記ストッパーを一体に移動させ、前記研磨具が前記基板に接触したときの前記ストッパーの位置から前記初期位置を決定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、所定の研磨時間内に前記位置決め部材が前記ストッパーに接触しない場合には、アラーム信号を発することを特徴とする。

本発明のさらに他の態様は、押圧部材と一体に移動する位置決め部材と、ストッパーとを互いに接触させ、前記基板を回転させながら、かつ前記位置決め部材と前記ストッパーとが接触した状態で前記押圧部材および前記ストッパーを所定の速度で一体に移動させながら、前記押圧部材で研磨具を基板に押し付けて前記基板を研磨することを特徴とする研磨方法である。
本発明の好ましい態様は、前記所定の速度は、前記基板の目標研磨レートに相当する速度であることを特徴とする。

本発明によれば、基板を研磨しているときの押圧部材の研磨位置は研磨位置制限機構によって制限される。この制限された研磨位置は基板の目標研磨量に基づいて設定することができる。したがって、研磨位置制限機構によって基板の研磨量を精密に制御することができる。

図１（ａ）および図１（ｂ）は、基板の周縁部を示す拡大断面図である。 本発明の一実施形態に係る研磨装置を示す平面図である。 図２のＦ−Ｆ線断面図である。 図３の矢印Ｇで示す方向から見た図である。 研磨ヘッドおよび研磨テープ供給回収機構の平面図である。 研磨ヘッドおよび研磨テープ供給回収機構の正面図である。 図６に示すＨ−Ｈ線断面図である。 図６に示す研磨テープ供給回収機構の側面図である。 所定の処理位置に移動された研磨ヘッドおよび研磨テープ供給回収機構を示す図である。 所定の処理位置にある押圧部材、研磨テープ、および基板を横方向から見た模式図である。 図６に示す研磨ヘッドを矢印Ｉで示す方向から見た縦断面図である。 基板の研磨前後における押圧力制御機構と研磨位置制限機構とを示す図である。 図１３（ａ）は位置決め部材がストッパーに当接している状態を示す図であり、図１３（ｂ）は位置決め部材がストッパーから離間している状態を示す図である。 接触センサとして距離センサを用いた例を示す図である。 図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、接触センサとして変位計を用いた例を示す図である。 ロードセルを備えた研磨ヘッドを示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図２は、本発明の一実施形態に係る研磨装置を示す平面図であり、図３は、図２のＦ−Ｆ線断面図であり、図４は、図３の矢印Ｇで示す方向から見た図である。以下に説明する研磨装置は、基板の周縁部を研磨するように構成されているが、本発明は基板の裏面を研磨する研磨装置および研磨方法にも適用することが可能である。

本実施形態に係る研磨装置は、研磨対象物である基板Ｗを水平に保持し、回転させる基板保持部３を備えている。図２においては、基板保持部３が基板Ｗを保持している状態を示している。基板保持部３は、基板Ｗの下面を真空吸引により保持する保持ステージ４と、保持ステージ４の中央部に連結された中空シャフト５と、この中空シャフト５を回転させるモータＭ１とを備えている。基板Ｗは、基板Ｗの中心が中空シャフト５の軸心と一致するように保持ステージ４の上に載置される。保持ステージ４は、隔壁２０とベースプレート２１によって形成された研磨室２２内に配置されている。

中空シャフト５は、ボールスプライン軸受（直動軸受）６によって上下動自在に支持されている。保持ステージ４の上面には溝４ａが形成されており、この溝４ａは、中空シャフト５を通って延びる連通路７に連通している。連通路７は中空シャフト５の下端に取り付けられたロータリジョイント８を介して真空ライン９に接続されている。連通路７は、処理後の基板Ｗを保持ステージ４から離脱させるための窒素ガス供給ライン１０にも接続されている。これらの真空ライン９と窒素ガス供給ライン１０を切り替えることによって、基板Ｗを保持ステージ４の上面に保持し、離脱させる。

中空シャフト５は、この中空シャフト５に連結されたプーリーｐ１と、モータＭ１の回転軸に取り付けられたプーリーｐ２と、これらプーリーｐ１，ｐ２に掛けられたベルトｂ１を介してモータＭ１によって回転される。ボールスプライン軸受６は、中空シャフト５がその長手方向へ自由に移動することを許容する軸受である。ボールスプライン軸受６は円筒状のケーシング１２に固定されている。したがって、中空シャフト５は、ケーシング１２に対して上下に直線移動が可能であり、中空シャフト５とケーシング１２は一体に回転する。中空シャフト５は、エアシリンダ（昇降機構）１５に連結されており、エアシリンダ１５によって中空シャフト５および保持ステージ４が上昇および下降できるようになっている。

ケーシング１２と、その外側に同心上に配置された円筒状のケーシング１４との間にはラジアル軸受１８が介装されており、ケーシング１２は軸受１８によって回転自在に支持されている。このような構成により、基板保持部３は、基板Ｗをその中心軸まわりに回転させ、かつ基板Ｗをその中心軸に沿って上昇下降させることができる。

基板保持部３に保持された基板Ｗの半径方向外側には、基板Ｗの周縁部を研磨する研磨ユニット２５が配置されている。この研磨ユニット２５は、研磨室２２の内部に配置されている。図４に示すように、研磨ユニット２５の全体は、設置台２７の上に固定されている。この設置台２７はアームブロック２８を介して研磨ユニット移動機構３０に連結されている。

研磨ユニット移動機構３０は、アームブロック２８をスライド自在に保持するボールねじ機構３１と、このボールねじ機構３１を駆動するモータ３２と、ボールねじ機構３１とモータ３２とを連結する動力伝達機構３３とを備えている。動力伝達機構３３は、プーリーおよびベルトなどから構成されている。モータ３２を作動させると、ボールねじ機構３１がアームブロック２８を図４の矢印で示す方向に動かし、研磨ユニット２５全体が基板Ｗの接線方向に移動する。この研磨ユニット移動機構３０は、研磨ユニット２５を所定の振幅および所定の速度で揺動させるオシレーション機構としても機能する。

研磨ユニット２５は、研磨テープ３８を用いて基板Ｗの周縁部を研磨する研磨ヘッド５０と、研磨テープ３８を研磨ヘッド５０に供給し、かつ研磨ヘッド５０から回収する研磨テープ供給回収機構７０を備えている。研磨ヘッド５０は、研磨テープ３８の研磨面を基板Ｗの周縁部に上から押し当てて基板Ｗのトップエッジ部を研磨するトップエッジ研磨ヘッドである。

図５は研磨ヘッド５０および研磨テープ供給回収機構７０の平面図であり、図６は研磨ヘッド５０および研磨テープ供給回収機構７０の正面図であり、図７は図６に示すＨ−Ｈ線断面図であり、図８は図６に示す研磨テープ供給回収機構７０の側面図である。

設置台２７の上には、基板Ｗの半径方向と平行に延びる２つの直動ガイド４０Ａ，４０Ｂが配置されている。研磨ヘッド５０と直動ガイド４０Ａとは、連結ブロック４１Ａを介して連結されている。さらに、研磨ヘッド５０は、該研磨ヘッド５０を直動ガイド４０Ａに沿って（すなわち、基板Ｗの半径方向に）移動させるモータ４２Ａおよびボールねじ４３Ａに連結されている。より具体的には、ボールねじ４３Ａは連結ブロック４１Ａに固定されており、モータ４２Ａは設置台２７に支持部材４４Ａを介して固定されている。モータ４２Ａは、ボールねじ４３Ａのねじ軸を回転させるように構成されており、これにより、連結ブロック４１Ａおよびこれに連結された研磨ヘッド５０は直動ガイド４０Ａに沿って移動される。モータ４２Ａ、ボールねじ４３Ａ、および直動ガイド４０Ａは、基板保持部３に保持された基板Ｗの半径方向に研磨ヘッド５０を移動させる第１の移動機構を構成する。

同様に、研磨テープ供給回収機構７０と直動ガイド４０Ｂとは、連結ブロック４１Ｂを介して連結されている。さらに、研磨テープ供給回収機構７０は、該研磨テープ供給回収機構７０を直動ガイド４０Ｂに沿って（すなわち、基板Ｗの半径方向に）移動させるモータ４２Ｂおよびボールねじ４３Ｂに連結されている。より具体的には、ボールねじ４３Ｂは連結ブロック４１Ｂに固定されており、モータ４２Ｂは設置台２７に支持部材４４Ｂを介して固定されている。モータ４２Ｂは、ボールねじ４３Ｂのねじ軸を回転させるように構成されており、これにより、連結ブロック４１Ｂおよびこれに連結された研磨テープ供給回収機構７０は直動ガイド４０Ｂに沿って移動される。モータ４２Ｂ、ボールねじ４３Ｂ、および直動ガイド４０Ｂは、基板保持部３に保持された基板Ｗの半径方向に研磨テープ供給回収機構７０を移動させる第２の移動機構を構成する。第１の移動機構と第２の移動機構は独立に動作可能となっている。

図６に示すように、研磨テープ供給回収機構７０は、研磨テープ３８を供給する供給リール７１と、研磨テープ３８を回収する回収リール７２とを備えている。供給リール７１および回収リール７２は、それぞれテンションモータ７３，７４に連結されている（図８参照）。これらテンションモータ７３，７４は、所定のトルクを供給リール７１および回収リール７２に与えることにより、研磨テープ３８に所定のテンションをかけることができるようになっている。

供給リール７１と回収リール７２との間には、研磨テープ送り機構７６が設けられている。この研磨テープ送り機構７６は、研磨テープ３８を送るテープ送りローラ７７と、研磨テープ３８をテープ送りローラ７７に対して押し付けるニップローラ７８と、テープ送りローラ７７を回転させるテープ送りモータ７９とを備えている。研磨テープ３８はニップローラ７８とテープ送りローラ７７との間に挟まれている。テープ送りローラ７７を図６の矢印で示す方向に回転させることにより、研磨テープ３８は供給リール７１から回収リール７２に送られる。

テンションモータ７３，７４およびテープ送りモータ７９は、基台８１に設置されている。この基台８１は連結ブロック４１Ｂに固定されている。基台８１は、供給リール７１および回収リール７２から研磨ヘッド５０に向かって延びる２本の支持アーム８２，８３を有している。支持アーム８２，８３には、研磨テープ３８を支持する複数のガイドローラ８４Ａ，８４Ｂ，８４Ｃ，８４Ｄ，８４Ｅが取り付けられている。研磨テープ３８はこれらのガイドローラ８４Ａ〜８４Ｅにより、研磨ヘッド５０を囲むように案内される。図６に示すように、研磨ヘッド５０は、研磨テープ３８を基板Ｗの周縁部に押し付ける押圧部材５１を有している。

研磨テープ３８の延びる方向は、上から見たときに、基板Ｗの半径方向に対して垂直である。研磨ヘッド５０の下方に位置する２つのガイドローラ８４Ｄ，８４Ｅは、研磨テープ３８の研磨面が基板Ｗの表面（上面）と平行となるように研磨テープ３８を支持している。さらに、これら２つのガイドローラ８４Ｄ，８４Ｅの間にある研磨テープ３８は、基板Ｗの接線方向と平行に延びている。研磨テープ３８と基板Ｗとの間には、鉛直方向において隙間が形成されている。

研磨装置は、研磨テープ３８の縁部の位置を検出するテープエッジ検出センサ１００をさらに備えている。テープエッジ検出センサ１００は透過型の光学式センサである。テープエッジ検出センサ１００は、投光部１００Ａと受光部１００Ｂとを有している。投光部１００Ａは、図５に示すように、設置台２７に固定されており、受光部１００Ｂは、図３に示すように、研磨室２２を形成するベースプレート２１に固定されている。このテープエッジ検出センサ１００は、受光部１００Ｂによって受光される光の量から研磨テープ３８の縁部の位置を検出するように構成されている。

図９に示すように、基板Ｗを研磨するために、研磨ヘッド５０および研磨テープ供給回収機構７０は、モータ４２Ａ，４２Ｂおよびボールねじ４３Ａ，４３Ｂによりそれぞれ所定の処理位置にまで移動される。より具体的には、研磨ヘッド５０および研磨テープ供給回収機構７０は、図１０に示すように研磨ヘッド５０の押圧部材５１が研磨テープ３８の真上に位置するように移動される。

次に、上述のように構成された研磨装置の研磨動作について説明する。研磨装置の動作は、図２に示す動作制御部１１によって制御される。基板Ｗは、その表面に形成されている膜（例えば、デバイス層）が上を向くように基板保持部３に保持され、さらに基板Ｗの中心軸周りに回転される。回転する基板Ｗの中心には、図示しない液体供給機構から液体（例えば、純水）が供給される。研磨ヘッド５０の押圧部材５１は研磨テープ３８を基板Ｗの周縁部に押し付ける。回転する基板Ｗと、研磨テープ３８との摺接により、基板Ｗの周縁部が研磨される。基板Ｗを研磨しているときの研磨テープ３８は、図９に示すように、基板Ｗの接線方向に延びている。

次に、研磨ヘッド５０の詳細について説明する。図１１は図６に示す研磨ヘッド５０を矢印Ｉで示す方向から見た縦断面図である。図１１に示すように、研磨ヘッド５０は、研磨テープ３８を基板Ｗに対して押し付ける押圧部材５１と、押圧部材５１を保持する押圧部材ホルダー５２と、押圧部材５１の押圧力を制御する押圧力制御機構５６と、押圧部材５１の研磨位置を制限する研磨位置制限機構６５とを備えている。押圧部材ホルダー５２は鉛直方向に延びる直動ガイド５８に上下動自在に支持されている。押圧部材５１は鉛直方向に延びる貫通孔５１ａを有しており、この貫通孔５１ａには真空ライン６０が接続されている。真空ライン６０には、図示しない弁が設けられており、弁を開くことにより押圧部材５１の貫通孔５１ａ内に真空が形成されるようになっている。押圧部材５１が研磨テープ３８の上面に接触した状態で貫通孔５１ａに真空が形成されると、研磨テープ３８の上面は押圧部材５１の下面に保持される。

押圧力制御機構５６は、押圧部材ホルダー５２および押圧部材５１を押し下げるアクチュエータとしてのエアシリンダ５３を備えている。押圧部材５１が研磨テープ３８を基板Ｗに押圧する力はエアシリンダ５３によって発生される。エアシリンダ５３のピストンロッド５３ａには、押圧部材５１と一体に上下動する位置決め部材５５が固定されている。この位置決め部材５５の下方に研磨位置制限機構６５が配置されている。研磨位置制限機構６５は、位置決め部材５５の下降移動（すなわち、押圧部材５１の下降移動）を制限するストッパー５７と、ストッパー５７を昇降させるボールねじ機構６３と、ボールねじ機構６３を駆動するサーボモータ６４とを備えている。

ストッパー５７は位置決め部材５５の下方に位置している。位置決め部材５５がストッパー５７に接触することで位置決め部材５５の位置および移動（すなわち、押圧部材５１の位置および移動）が制限される。ストッパー５７はボールねじ機構６３に固定されており、ボールねじ機構６３は鉛直方向に延びる直動ガイド５４に上下動自在に支持されている。サーボモータ６４を駆動すると、ボールねじ機構６３およびストッパー５７は直動ガイド５４に沿って昇降する。

位置決め部材５５は、ピストンロッド５３ａおよび押圧部材ホルダー５２を介して押圧部材５１に連結されている。したがって、位置決め部材５５は押圧部材５１と一体に移動する。図１１では、位置決め部材５５はピストンロッド５３ａに取り付けられているが、位置決め部材５５がストッパー５７の上方に位置していれば、位置決め部材５５を押圧部材ホルダー５２に取り付けてもよい。

押圧部材ホルダー５２、エアシリンダ５３、位置決め部材５５、ストッパー５７、およびボールねじ機構６３は、ボックス６２内に収容されている。押圧部材ホルダー５２の下部はボックス６２の底部から突出しており、押圧部材ホルダー５２の下部に押圧部材５１が取り付けられている。

図１２に示すように、図示しない気体供給源から空気などの気体がエアシリンダ５３に供給されると、ピストンロッド５３ａが下降し、押圧部材ホルダー５２を押し下げる。押圧部材５１は押圧部材ホルダー５２とともに直動ガイド５８に沿って下方に移動し、研磨テープ３８を基板Ｗの周縁部に対して押し付ける。基板Ｗは研磨テープ３８との摺接によって研磨される。基板Ｗが研磨されるにつれて、押圧部材５１が下降し、やがて位置決め部材５５がストッパー５７に当接する。位置決め部材５５がストッパー５７に当接した後は、押圧部材５１はそれ以上下降しない。したがって、位置決め部材５５がストッパー５７に当接したときに実質的に基板Ｗの研磨が終了される。このように、押圧部材５１の下降位置、すなわち押圧部材５１の研磨位置がストッパー５７によって制限されるため、基板Ｗの研磨量が制御される。

図１２に示すように、研磨テープ３８が基板Ｗに接触したときの位置決め部材５５とストッパー５７との距離Ａは、基板Ｗの目標研磨量Ａに対応する。ストッパー５７はサーボモータ６４およびボールねじ機構６３により距離Ａだけ下降され、この状態で基板Ｗの研磨が開始される。

基板Ｗを所定の目標研磨量だけ正確に研磨するためには、研磨始点を決定する必要がある。そこで、研磨始点の決定方法について図１３（ａ）および図１３（ｂ）を参照しつつ説明する。まず、サーボモータ６４によりストッパー５７を上昇させ、またはエアシリンダ５３により位置決め部材５５を下降させて、位置決め部材５５とストッパー５７とを互いに接触させる（図１３（ａ）参照）。次に、位置決め部材５５とストッパー５７との接触を保ちながら、エアシリンダ５３およびサーボモータ６４により位置決め部材５５およびストッパー５７を下降させ、研磨テープ３８および押圧部材５１を基板Ｗの周縁部に向かって移動させる。このとき、研磨テープ３８、押圧部材５１、位置決め部材５５、およびストッパー５７は一体に移動する。研磨テープ３８が基板Ｗの周縁部に接触した瞬間に、ストッパー５７は位置決め部材５５から離間する（図１３（ｂ）参照）。この瞬間のストッパー５７の位置はストッパー５７の初期位置であり、この初期位置が研磨始点に決定される。

ストッパー５７が位置決め部材５５から離間した時点は、距離センサまたは変位計などの接触センサの出力信号の変化から決定することができる。図１４は、接触センサとして距離センサ１１１を用いた例を示す図である。図１４に示すように、距離センサ１１１は、ストッパー５７に固定されており、ストッパー５７と位置決め部材５５との距離を測定するように配置されている。ストッパー５７が位置決め部材５５から離間した時点は、距離センサ１１１の出力信号の変化から決定することができる。なお、距離センサ１１１は位置決め部材５５に設けてもよい。

図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、接触センサとして変位計１１２を用いた例を示す図である。図１５（ａ）に示すように、変位計１１２は、ストッパー５７に固定されている。変位計１１２は、ストッパー５７から上方に突出する接触子１１２ａを有しており、変位計１１２はこの接触子１１２ａのストッパー５７に対する変位を出力するように構成されている。図１５（ａ）は、ストッパー５７が位置決め部材５５から離間した状態を示し、図１５（ｂ）は、ストッパー５７が位置決め部材５５に接触している状態を示している。図１５（ａ）と図１５（ｂ）から分かるように、ストッパー５７が位置決め部材５５から離間すると、接触子１１２ａが変位する。したがって、ストッパー５７が位置決め部材５５から離間した時点は、変位計１１２の出力信号の変化から決定することができる。なお、変位計１１２は位置決め部材５５に設けてもよい。

動作制御部１１は、上述した接触センサ（距離センサ１１１または変位計１１２）の出力信号から、基板Ｗの研磨中に位置決め部材５５がストッパー５７に接触したか否かを検出することも可能である。例えば、予め設定された研磨時間内に位置決め部材５５がストッパー５７に接触（到達）しない場合（すなわち、基板Ｗの研磨が終了しない場合）には、動作制御部１１はアラーム信号を発することが好ましい。

荷重検出センサ（例えば、ロードセル）を用いて研磨始点を決定してもよい。具体的には、図１６に示すように、ロードセル１１３は、エアシリンダ５３のピストンロッド５３ａに組み込まれている。上述した方法と同じようにして位置決め部材５５とストッパー５７との接触を保ちながら、位置決め部材５５およびストッパー５７を下降させると、研磨テープ３８が基板Ｗの周縁部に接触した瞬間、ロードセル１１３は荷重の変化を検出する。この瞬間のストッパー５７の初期位置が研磨始点に決定される。ロードセル１１３は、押圧部材５１または押圧部材ホルダー５２に配置してもよい。

ストッパー５７は、その初期位置から基板Ｗの目標研磨量に相当する距離だけサーボモータ６４によって下降される。そして、位置決め部材５５がストッパー５７に当接するまで基板Ｗが研磨される。

位置決め部材５５をストッパー５７に当接させることで、押圧部材５１の研磨位置を規制することの利点は以下の通りである。すなわち、基板Ｗに複数の膜が形成されている場合、膜ごとに目標研磨量を設定することができる。これにより、膜の硬さなどに基づいた研磨条件で膜を研磨することができる。さらに、位置決め部材５５がストッパー５７に当接したときに研磨が終了されるため、過研磨または研磨不足が生じることはなく、基板Ｗの目標研磨量と実際の研磨量との間に誤差が生じない。

位置決め部材５５とストッパー５７とが接触した状態で押圧部材５１とストッパー５７とを所定の速度で一体に下降させながら基板Ｗを研磨してもよい。この場合でも、押圧部材５１の研磨位置はストッパー５７によって制限される。さらにこの場合、複数の研磨ステップに分けて基板Ｗの多段階研磨を行ってもよい。この多段階研磨では、各研磨ステップごとに目標研磨量およびストッパー５７の下降速度（移動速度）が設定される。押圧部材５１が基板Ｗの所定の目標研磨レートに相当する速度で下降するように、ストッパー５７の下降速度を設定することが好ましい。本実施形態によれば、ストッパー５７の下降速度（移動速度）によって基板Ｗの研磨レートを制御することができる。

最適な研磨条件で基板Ｗを研磨するために、ストッパー５７の下降速度に加えて、基板Ｗの回転速度、研磨荷重などを研磨ステップごとに設定してもよい。例えば、基板Ｗの膜にチッピング（欠け）および／またはピーリング（剥がれ）が発生しやすい時は、ストッパー５７の下降速度を遅くしたり、基板Ｗの回転速度を遅くしたり、研磨荷重を小さくすることが好ましい。

一般的に、エアシリンダ５３は押圧部材５１の押し付け荷重を正確に制御できるが、押圧部材５１の下降位置を正確に制御することができない。このため、エアシリンダ５３のみで押圧部材５１を下降させると基板Ｗの研磨量に誤差が生じてしまう。エアシリンダに代えてサーボモータを用いて押圧部材５１を下降させると、研磨テープ３８は基板Ｗ上の膜の硬さに関係なく予め設定された研磨レートで基板Ｗ上の膜を研磨するため、チッピングが発生する可能性が高くなる。本実施形態では、エアシリンダ５３を用いることで、研磨レートが膜の硬さに応じて自動的に変化する。結果としてチッピングなどの基板Ｗの損傷を防止することができる。さらに、サーボモータ６４により研磨終点（押圧部材５１の下降位置）を正確に調整することができるため、基板Ｗの研磨量を精密に制御することができる。

研磨中は、回転する基板Ｗの中心部に液体（例えば純水）が供給され、基板Ｗは水の存在下で研磨される。基板Ｗに供給された液体は、遠心力により基板Ｗの上面全体に広がり、これにより基板Ｗに形成されたデバイスに研磨屑が付着してしまうことが防止される。上述したように、研磨中は、研磨テープ３８は、真空吸引により押圧部材５１に保持されているので、研磨テープ３８と押圧部材５１との位置がずれることが防止される。したがって、研磨形状を安定させることができる。さらに、研磨荷重を大きくしても、研磨テープ３８と押圧部材５１との位置がずれることがないため、研磨時間を短縮することができる。研磨テープ３８は上から押圧部材５１により押されるので、基板Ｗのトップエッジ部（図１（ａ）および図１（ｂ）参照）を研磨することができる。基板Ｗの研磨レートを上げるために、基板Ｗの研磨中に研磨ユニット移動機構３０により研磨テープ３８を基板Ｗの接線方向に沿って揺動させてもよい。

基板Ｗの研磨が終了すると、エアシリンダ５３への気体の供給が停止される。同時に、研磨テープ３８の真空吸引が停止される。そして、研磨ヘッド５０および研磨テープ供給回収機構７０は、図５に示す退避位置に移動される。研磨された基板Ｗは、基板保持部３によって上昇され、図示しない搬送機構のハンドによって研磨室２２の外に搬出される。次の基板の研磨が始まる前に、研磨テープ３８はテープ送り機構７６により所定の距離だけ供給リール７１から回収リール７２に送られる。これにより、新しい研磨面が次の基板の研磨に使用される。研磨テープ３８が研磨屑により目詰まりをしていると推定されるときは、研磨テープ３８を所定の距離だけ送った後、研磨された基板Ｗを新しい研磨面で再び研磨してもよい。研磨テープ３８の目詰まりは、例えば、研磨時間および研磨荷重から推定することができる。研磨テープ３８をテープ送り機構７６により所定の速度で送りながら、基板Ｗを研磨してもよい。この場合は、研磨テープ３８を真空吸引により保持する必要はない。さらに、研磨テープ３８を真空吸引により保持したまま、テープ送り機構７６で研磨テープ３８を送ることも可能である。

上述した実施形態では研磨具として研磨テープが用いられているが、本発明は上述した実施形態に限定されない。例えば、本発明は、研磨具としての砥石を基板に押し付けて該基板を研削する研磨装置および研磨方法にも適用することが可能である。また、本発明は、研磨具を基板の裏面に摺接させて該裏面を研磨する研磨装置および研磨方法にも適用することが可能である。この場合でも、基板の研磨量を正確に制御することができる。

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に解釈されるものである。

３ 基板保持部
４ 保持ステージ
５ 中空シャフト
６ ボールスプライン軸受
７ 連通路
８ ロータリジョイント
９，６０ 真空ライン
１０ 窒素ガス供給ライン
１１ 動作制御部
１２，１４ ケーシング
１５，５３ エアシリンダ
１８ ラジアル軸受
２０ 隔壁
２１ ベースプレート
２２ 研磨室
２５ 研磨ユニット
２７ 設置台
２８ アームブロック
３０ 研磨ユニット移動機構
３１，６３ ボールねじ機構
３２ モータ
３３ 動力伝達機構
３８ 研磨テープ
５０ 研磨ヘッド
５１ 押圧部材
５２ 押圧部材ホルダー
５４，５８ 直動ガイド
５５ 位置決め部材
５６ 押圧力制御機構
５７ ストッパー
６２ ボックス
６４ サーボモータ
６５ 研磨位置制限機構
７０ 研磨テープ供給回収機構
７１ 供給リール
７２ 回収リール
７３，７４ テンションモータ
８２，８３ 支持アーム
８４Ａ，８４Ｂ，８４Ｃ，８４Ｄ，８４Ｅ ガイドローラ
１００ テープエッジ検出センサ
１００Ａ 投光部
１００Ｂ 受光部
１１１ 距離センサ
１１２ 変位計
１１３ ロードセル

Claims (10)

1. 基板を保持し、回転させる基板保持部と、
   前記基板に研磨具を押し当てて該基板を研磨する押圧部材と、
   前記押圧部材の押圧力を制御する押圧力制御機構と、
   前記押圧部材の研磨位置を制限する研磨位置制限機構とを備えたことを特徴とする研磨装置。
2. 前記押圧部材には、該押圧部材と一体に移動する位置決め部材が連結されており、
   前記研磨位置制御機構は、前記位置決め部材の移動を制限するストッパーと、前記ストッパーを移動させるストッパー移動機構とを備えることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
3. 前記ストッパー移動機構は、ボールねじ機構と、該ボールねじ機構を作動させるサーボモータとを備えることを特徴とする請求項２に記載の研磨装置。
4. 所定の研磨時間内に前記位置決め部材が前記ストッパーに接触しない場合には、アラーム信号を発することを特徴とする請求項２に記載の研磨装置。
5. 前記押圧力制御機構は、前記押圧部材に押圧力を付与するエアシリンダを備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の研磨装置。
6. ストッパーをその所定の初期位置から基板の目標研磨量に相当する距離だけ移動させ、
   前記基板を回転させながら押圧部材で研磨具を前記基板に押し付け、前記押圧部材と一体に移動する位置決め部材が前記ストッパーに接触するまで前記基板を研磨することを特徴とする研磨方法。
7. 前記研磨具および前記ストッパーを一体に移動させ、
   前記研磨具が前記基板に接触したときの前記ストッパーの位置から前記初期位置を決定することを特徴とする請求項６に記載の研磨方法。
8. 所定の研磨時間内に前記位置決め部材が前記ストッパーに接触しない場合には、アラーム信号を発することを特徴とする請求項６に記載の研磨方法。
9. 押圧部材と一体に移動する位置決め部材と、ストッパーとを互いに接触させ、
   前記基板を回転させながら、かつ前記位置決め部材と前記ストッパーとが接触した状態で前記押圧部材および前記ストッパーを所定の速度で一体に移動させながら、前記押圧部材で研磨具を基板に押し付けて前記基板を研磨することを特徴とする研磨方法。
10. 前記所定の速度は、前記基板の目標研磨レートに相当する速度であることを特徴とする請求項９に記載の研磨方法。

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