JP2018083258A - 研磨装置およびサポートリングの管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハなどの基板のトップエッジ部の不均一な研磨を防止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、基板を保持するための基板保持面４ａを有する保持ステージ４と、基板のトップエッジ部に研磨具を押し付ける研磨ヘッドと、基板のボトムエッジ部を支持するためのエッジ支持面８１ａを有するサポートリング８１と、サポートリング８１が固定されたサポートステージ８０と、エッジ支持面８１ａの上方に配置され、エッジ支持面８１ａの状態を示す指標値を出力する表面状態センサ９０と、指標値がしきい値よりも大きいときに警報信号を生成する監視装置９５と備える。【選択図】図９

Description

本発明は、ウェーハなどの基板のトップエッジ部に研磨テープなどの研磨具を押し付けて該トップエッジ部を研磨する研磨装置に関する。

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、ウェーハ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ーハ上に成膜される。このため、ウェーハ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、ウェーハの周縁部のみをアームで保持してウェーハ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ウェーハ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、ウェーハの周縁部に形成された不要な膜を除去するために、研磨装置を用いてウェーハ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ウェーハの周縁部に摺接させることでウェーハの周縁部を研磨する。ここで、本明細書では、ウェーハの周縁部を、ウェーハ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１３（ａ）および図１３（ｂ）は、基板の一例であるウェーハの周縁部を示す拡大断面図である。より詳しくは、図１３（ａ）はいわゆるストレート型のウェーハの断面図であり、図１３（ｂ）はいわゆるラウンド型のウェーハの断面図である。図１３（ａ）のウェーハ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ーハＷの最外周面（符号Ｂで示す）である。図１３（ｂ）のウェーハＷにおいては、ベベル部は、ウェーハ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、ウェーハＷの上面の最も外側の領域である環状の平坦部（符号Ｅ１で示す）であり、ボトムエッジ部は、ウェーハＷの下面の最も外側の領域である環状の平坦部（符号Ｅ２で示す）である。トップエッジ部Ｅ１およびボトムエッジ部Ｅ２は、ベベル部Ｂに隣接しており、かつベベル部Ｂの半径方向内側に位置している。これらトップエッジ部Ｅ１およびボトムエッジ部Ｅ２は、総称してエッジ部と呼ばれることもある。

図１４は、従来の研磨装置でウェーハＷのトップエッジ部Ｅ１を研磨している様子を示す模式図である。図１４に示すように、ウェーハＷの中央部は、保持ステージ３００上に保持され、ウェーハＷのボトムエッジ部Ｅ２は、サポートステージ３０２の上面に支持される。保持ステージ３００とサポートステージ３０２は一体に回転するように構成される。ウェーハＷは、保持ステージ３００およびサポートステージ３０２と一体に回転しながら、研磨ヘッド３０３により研磨テープ３０１をウェーハＷのトップエッジ部Ｅ１に押し付ける。ウェーハＷの研磨中、ウェーハＷの上面には液体（例えば純水）が供給される。ウェーハＷのトップエッジ部Ｅ１は、液体の存在下で研磨テープ３０１によって研磨される。

特開２０１２−２１３８４９号公報

しかしながら、サポートステージ３０２の上面の形状は、摩耗などに起因して変わることがある。このため、研磨荷重を受けたときにウェーハＷが撓んでしまい、結果として、研磨テープ３０１はウェーハＷのトップエッジ部Ｅ１を均一に研磨できないことがある。

そこで、本発明は、ウェーハなどの基板のトップエッジ部の不均一な研磨を防止することができる研磨装置を提供することを目的とする。また、本発明は、ウェーハなどの基板のボトムエッジ部を支持するためのサポートリングを管理する方法に関する。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、基板を保持するための基板保持面を有する保持ステージと、基板のトップエッジ部に研磨具を押し付ける研磨ヘッドと、基板のボトムエッジ部を支持するためのエッジ支持面を有するサポートリングと、前記サポートリングが固定されたサポートステージと、前記エッジ支持面の上方に配置され、前記エッジ支持面の状態を示す指標値を出力する表面状態センサと、前記指標値がしきい値よりも大きいときに警報信号を生成する監視装置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、前記サポートリングは、前記サポートステージに着脱可能に取り付けられていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記表面状態センサは、距離センサ、変位センサ、または光電センサであることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記保持ステージ、前記サポートリング、および前記サポートステージは、同じ速度で回転可能であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記エッジ支持面は、環状の平坦面であり、前記エッジ支持面の外径は、基板の直径と同じか、または基板の直径よりも大きいことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記サポートステージと前記サポートリングとの間に配置された高さ調整部材をさらに備えたことを特徴とする。

本発明の一態様は、基板のボトムエッジ部を支持するためのサポートリングのエッジ支持面の状態を表面状態センサで測定し、前記表面状態センサから出力された、前記エッジ支持面の状態を示す指標値をしきい値と比較し、前記指標値が前記しきい値よりも大きいときに警報信号を生成することを特徴とする管理方法である。

本発明の好ましい態様は、前記エッジ支持面の状態の測定は、前記サポートリングを回転させながら、前記エッジ支持面上の複数の測定点で実行され、前記指標値をしきい値と比較する工程は、前記複数の測定点で測定された複数の指標値の平均を算出し、該平均をしきい値と比較する工程であり、前記警報信号を生成する工程は、前記平均がしきい値よりも大きいときに警報信号を生成する工程であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記複数の測定点は、前記エッジ支持面上に等間隔で並んでいることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記指標値は、前記エッジ支持面の摩耗を表す値であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記指標値は、前記エッジ支持面の表面粗さを表す値であることを特徴とする。

表面状態センサは、基板の研磨の前にサポートリングのエッジ支持面（上面）の状態を測定し、エッジ支持面の状態を数値化することができる。エッジ支持面の状態の例としては、エッジ支持面の摩耗、傾き、表面粗さ、傷などである。エッジ支持面の状態が過度に悪化したときは、監視装置から警報信号が発信される。よって、作業員は、サポートリングの交換などの必要な措置を取ることができる。さらに、サポートリングが新たなものに交換されるまで、基板の研磨開始を延期することができる。

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１に示す研磨装置の縦断面図である。 図２に示す研磨ヘッドの拡大図である。 図３に示す押圧部材の正面図である。 図４に示す押圧部材の側面図である。 図４のＡ−Ａ線断面図である。 ウェーハのトップエッジ部を研磨しているときの研磨ヘッドを示す図である。 サポートステージおよびサポートリングの拡大断面図である。 表面状態センサおよび監視装置を示す図である。 研磨されるウェーハが研磨室内に搬入される様子を示す図である。 保持ステージがサポートステージおよびサポートリングよりも上方に上昇し、基板保持面でウェーハの下面を保持する様子を示す図である。 研磨されたウェーハが研磨室から搬出される様子を示す図である。 図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、基板の一例であるウェーハの周縁部を示す拡大断面図である。 従来の研磨装置でウェーハのトップエッジ部を研磨している様子を示す模式図である。

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１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２は、図１に示す研磨装置の縦断面図である。

本実施形態に係る研磨装置は、基板の一例であるウェーハ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は、基板保持部３がウェーハＷを保持している状態を示している。基板保持部３は、ウェーハＷの下面の中央部を真空吸引により保持することができる保持ステージ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、保持ステージ４および中空シャフト５を回転させるモータＭ１とを備えている。ウェーハＷは、ウェーハ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。

図２に示すように、隔壁２０は、ウェーハＷを研磨室２２に搬入および搬出するための搬送口２０ａを備えている。搬送口２０ａは、水平に延びる切り欠きとして形成されている。この搬送口２０ａは、シャッター２３により閉じることが可能となっている。

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の上面は、ウェーハＷの下面の中央部を保持するための基板保持面（ウェーハ保持面）４ａを構成する。この基板保持面４ａはバッキングフィルムなどの弾性材から構成されている。基板保持面４ａには溝４ｂが形成されており、この溝４ｂ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、処理後のウェーハ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、ウェーハＷを保持ステージ４の基板保持面４ａに保持し、離脱させることができる。

中空シャフト５および保持ステージ４は、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、保持ステージ４をその中心軸まわりに回転させ、かつ保持ステージ４をその中心軸に沿って上昇下降させることができる。

研磨装置は、保持ステージ４に保持されたウェーハＷのトップエッジ部（図１３（ａ）および図１３（ｂ）の符号Ｅ１参照）を研磨する研磨ユニット２５をさらに備えている。研磨ユニット２５は、ウェーハＷのトップエッジ部に研磨テープ３０を押し当てて該トップエッジ部を研磨する研磨ヘッド組立体３１と、この研磨ヘッド組立体３１に研磨テープ３０を供給する研磨テープ供給機構３２とを備えている。研磨ヘッド組立体３１は、研磨室２２の内部に配置され、研磨テープ供給機構３２は、研磨室２２の外に配置されている。

研磨テープ供給機構３２は、研磨テープ３０を研磨ヘッド組立体３１に供給する供給リール３４と、ウェーハＷの研磨に使用された研磨テープ３０を回収する回収リール３５とを備えている。供給リール３４および回収リール３５にはモータ３９，３９がそれぞれ連結されている（図１には、供給リール３４に連結されたモータ３９のみを示す）。それぞれのモータ３９，３９は、供給リール３４および回収リール３５に所定のトルクを与え、研磨テープ３０に所定のテンションを掛けることができるようになっている。

研磨ヘッド組立体３１は、研磨テープ３０をウェーハＷのトップエッジ部に当接させるための研磨ヘッド４１を備えている。研磨テープ３０は、研磨テープ３０の研磨面がウェーハＷを向くように研磨ヘッド４１に供給される。研磨テープ３０の研磨面は、砥粒を含んだ研磨層から構成されている。研磨テープ３０は、隔壁２０に設けられた開口部２０ｂを通して供給リール３４から研磨ヘッド４１へ供給され、使用された研磨テープ３０は開口部２０ｂを通って回収リール３５に回収される。

本実施形態では、研磨装置は、ウェーハＷのトップエッジ部を研磨するための研磨具として研磨テープ３０を備えている。一実施形態では、研磨装置は、研磨具として固定砥粒（または砥石）を備えてもよい。この場合は、研磨テープ供給機構３２は不要である。

図１に示すように、研磨ヘッド４１はアーム４５の一端に固定され、アーム４５は、ウェーハＷの接線方向に平行な回転軸Ｃｔまわりに回転自在に構成されている。アーム４５の他端はプーリーｐ３，ｐ４およびベルトｂ２を介してモータ４８に連結されている。モータ４８が時計回りおよび反時計回りに所定の角度だけ回転することで、アーム４５が軸Ｃｔまわりに所定の角度だけ回転する。本実施形態では、モータ４８、アーム４５、プーリーｐ３，ｐ４、およびベルトｂ２は、研磨ヘッド４１をウェーハＷの表面に対して傾斜させるチルト機構４２を構成する。

チルト機構４２は、移動台５０に搭載されている。移動台５０は、直動ガイド５１を介してベースプレート２１に移動自在に連結されている。直動ガイド５１は、基板保持部３に保持されたウェーハＷの半径方向に沿って直線的に延びており、移動台５０はウェーハＷの半径方向に直線的に移動可能になっている。移動台５０にはベースプレート２１を貫通する連結板５３が取り付けられ、連結板５３にはリニアアクチュエータ５５がジョイント５６を介して連結されている。リニアアクチュエータ５５はベースプレート２１に直接または間接的に固定されている。

リニアアクチュエータ５５としては、エアシリンダ、または位置決め用モータとボールねじとの組み合わせなどを採用することができる。本実施形態では、リニアアクチュエータ５５および直動ガイド５１によって、研磨ヘッド４１をウェーハＷの半径方向に直線的に移動させる移動機構５７が構成されている。すなわち、移動機構５７は直動ガイド５１に沿って研磨ヘッド４１をウェーハＷへ近接および離間させる方向に移動させる。研磨テープ供給機構３２はベースプレート２１に固定されている。

図３は図２に示す研磨ヘッド４１の拡大図である。図３に示すように、研磨ヘッド４１は、研磨テープ３０の研磨面をウェーハＷに対して所定の力で押圧する押圧機構６０を備えている。また、研磨ヘッド４１は、研磨テープ３０を供給リール３４から回収リール３５へ送るテープ送り機構６１を備えている。研磨ヘッド４１は複数のガイドローラ６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｄ，６３Ｅ，６３Ｆ，６３Ｇを有している。これらのガイドローラ６３Ａ〜６３ＧはウェーハＷの接線方向と直交する方向に研磨テープ３０が進行するように研磨テープ３０をガイドする。

研磨ヘッド４１に設けられたテープ送り機構６１は、テープ送りローラ６１ａと、ニップローラ６１ｂと、テープ送りローラ６１ａを回転させるモータ６１ｃとを備えている。モータ６１ｃは研磨ヘッド４１の側面に設けられ、モータ６１ｃの回転軸にテープ送りローラ６１ａが取り付けられている。ニップローラ６１ｂはテープ送りローラ６１ａに隣接して配置されている。ニップローラ６１ｂは、図３の矢印ＮＦで示す方向（テープ送りローラ６１ａに向かう方向）に図示しない機構で付勢されており、テープ送りローラ６１ａを押圧するように構成されている。研磨テープ３０は、テープ送りローラ６１ａとニップローラ６１ｂとの間に挟まれる。

モータ６１ｃが図３に示す矢印方向に回転すると、テープ送りローラ６１ａが回転して研磨テープ３０を供給リール３４から研磨ヘッド４１を経由して回収リール３５へ送る。ニップローラ６１ｂはそれ自身の軸まわりに回転することができるように構成されている。

押圧機構６０は、研磨テープ３０の裏面側に配置された押圧部材６５と、この押圧部材６５をウェーハＷの周縁部（より具体的にはトップエッジ部）に向かって移動させるエアシリンダ６６とを備えている。研磨テープ３０からウェーハＷに加えられる研磨荷重は、エアシリンダ６６によって発生される。エアシリンダ６６へ供給する気体の圧力を制御することによって、ウェーハＷへの研磨荷重が調整される。

図４は、図３に示す押圧部材６５の正面図であり、図５は、図４に示す押圧部材６５の側面図であり、図６は、図４のＡ−Ａ線断面図である。図４乃至図６に示すように、押圧部材６５は、その前面に形成された円弧状の突起部７１を有している。突起部７１は、レールのような形状を有しており、ウェーハＷの周方向に沿って湾曲している。より具体的には、突起部７１は、ウェーハＷの曲率と実質的に同じ曲率を有する円弧形状を有している。

突起部７１は、回転軸Ｃｔに沿って延びている。より具体的には、図４に示すように、突起部７１は回転軸Ｃｔに向かって内側に湾曲している。突起部７１は、研磨ヘッド４１の前面に配置されたガイドローラ６３Ｄ，６３Ｅよりも前方に突出している。研磨テープ３０は突起部７１によって裏側から支持されている。突起部７１は、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）などの樹脂から形成されている。

図７に示すように、ウェーハＷのトップエッジ部Ｅ１を研磨するときは、研磨ヘッド４１はチルト機構４２（図１参照）によってウェーハＷの上面に対して垂直になるまで上方に傾斜される。研磨ヘッド４１は、ウェーハＷのトップエッジ部Ｅ１の上方に位置し、トップエッジ部Ｅ１に対向しているので、研磨ヘッド４１は、研磨テープ３０をウェーハＷのトップエッジ部Ｅ１に押し付けて該トップエッジ部Ｅ１を研磨することができる。すなわち、図７に示すように、研磨ヘッド４１は、突起部７１で研磨テープ３０をウェーハＷのトップエッジ部Ｅ１に押し付け、トップエッジ部Ｅ１を研磨する。ウェーハＷの研磨中、ウェーハＷは基板保持部３の保持ステージ４によって回転されながら、ウェーハＷの上面に液体供給ノズル（図示せず）から液体（例えば純水）が供給される。さらに、研磨中は、研磨テープ３０はテープ送り機構６１により所定の速度で送られる。

上述した基板保持部３、研磨ヘッド組立体３１、研磨テープ供給機構３２、チルト機構４２、移動機構５７などの研磨装置の構成要素の動作は、図１に示す動作制御部１１によって制御される。

図２に示すように、基板保持部３は、ウェーハＷの周縁部の下面であるボトムエッジ部（図１３（ａ）および図１３（ｂ）の符号Ｅ２参照）を支えるサポートステージ８０およびサポートリング８１を備えている。サポートステージ８０は、逆円錐台の形状を有し、サポートリング８１は環状である。サポートリング８１はサポートステージ８０の上面に固定されており、サポートステージ８０の下部は、サポートステージ台８２に固定されている。このサポートステージ台８２は、ケーシング１２の上端に固定されており、サポートステージ台８２はケーシング１２と一体に回転するようになっている。したがって、サポートステージ８０およびサポートリング８１は、ケーシング１２および保持ステージ４と一体に回転する。

中空シャフト５とケーシング１２との間にはボールスプライン軸受６が配置されているので、中空シャフト５は、ケーシング１２に対して上下方向に移動することができる。したがって、中空シャフト５の上端に連結された保持ステージ４は、ケーシング１２、サポートステージ８０、およびサポートリング８１に対して相対的に上下方向に移動することが可能である。

図８は、サポートステージ８０およびサポートリング８１の拡大断面図である。図８に示すように、サポートリング８１は、サポートステージ８０の上面に固定されている。より具体的には、サポートリング８１は、複数のねじ８５（図８では１つのねじ８５のみを示す）によって着脱可能にサポートステージ８０の上面に取り付けられている。これら複数のねじ８５は、サポートリング８１の周方向に沿って等間隔に配置されている。サポートリング８１の下面には、複数のねじ穴８１ｂが形成されており、複数のねじ８５は複数のねじ穴８１ｂにそれぞれねじ込まれている。ねじ８５をねじ穴８１ｂから取り外すことによって、サポートリング８１をサポートステージ８０から取り外すことができる。

サポートステージ８０の上面とサポートリング８１の下面との間には、高さ調整部材としてのシム８７が配置されている。シム８７は、サポートリング８１と同様に、環状である。シム８７には、複数のねじ８５がそれぞれ貫通可能な複数の通孔８７ａが形成されている。シム８７は着脱可能である。すなわち、ねじ８５を取り外すことにより、シム８７をサポートステージ８０およびサポートリング８１から取り外すことができる。シム８７は、サポートリング８１の上面から構成されるエッジ支持面８１ａと、保持ステージ４の基板保持面４ａとが同一平面内に位置するような厚みを有している。シム８７がなくてもエッジ支持面８１ａと基板保持面４ａとが同一平面内にあれば、シム８７は省略してもよい。

サポートステージ８０の上面には、位置決め凸部８０ａが形成されており、サポートリング８１の下面には、位置決め凸部８０ａの形状に適合する形状の位置決め凹部８１ｃが形成されている。本実施形態では、位置決め凸部８０ａおよび位置決め凹部８１ｃは環状である。位置決め凸部８０ａが位置決め凹部８１ｃに嵌め込まれると、サポートステージ８０に対するサポートリング８１の相対的な位置が固定される。すなわち、サポートリング８１は、位置決め凸部８０ａが位置決め凹部８１ｃに嵌め込まれた状態で、サポートステージ８０に取り付けられる。サポートリング８１は、保持ステージ４の周囲に配置されており、かつ保持ステージ４およびサポートステージ８０と同心状である。サポートリング８１は、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）などの硬質の樹脂、またはセラミックから形成されている。

サポートリング８１のエッジ支持面８１ａは、環状の平坦面である。エッジ支持面８１ａは、保持ステージ４の基板保持面４ａと同心である。エッジ支持面８１ａの外径は、ウェーハＷの直径と同じか、またはウェーハＷの直径よりも大きい。サポートステージ８０に取り付けられたサポートリング８１のエッジ支持面８１ａは、保持ステージ４の基板保持面４ａを囲み、かつ基板保持面４ａと同一平面内にある。サポートリング８１がボトムエッジ部Ｅ２の全体を支持することができるように、エッジ支持面８１ａの幅は、ボトムエッジ部Ｅ２の幅よりも広い。すなわち、サポートリング８１のエッジ支持面８１ａは、ウェーハＷのボトムエッジ部Ｅ２のみならず、そのボトムエッジ部Ｅ２の内側の領域も支持することができる。

サポートリング８１のエッジ支持面８１ａは、保持ステージ４の基板保持面４ａと同一平面内にあるので、研磨ヘッド４１が研磨テープ３０をウェーハＷのトップエッジ部Ｅ１に押し付けているとき、ウェーハＷが撓まない。よって、研磨テープ３０は、ウェーハＷのトップエッジ部Ｅ１を均一に研磨することができる。

ウェーハＷの研磨中、サポートリング８１のエッジ支持面８１ａには、ウェーハＷを介して研磨荷重が加えられる。このため、研磨装置が多数のウェーハを研磨するにつれて、サポートリング８１のエッジ支持面８１ａは徐々に摩耗する。エッジ支持面８１ａの摩耗が進行すると、エッジ支持面８１ａの位置が保持ステージ４の基板保持面４ａよりも低くなる。結果として、研磨中のウェーハＷが撓んでしまい、研磨テープ３０はトップエッジ部Ｅ１を均一に研磨できないことがある。

そこで、図９に示すように、本実施形態の研磨装置は、サポートリング８１のエッジ支持面８１ａの状態を測定する表面状態センサ９０を備えている。この表面状態センサ９０は、サポートリング８１のエッジ支持面８１ａの上方に配置されており、かつエッジ支持面８１ａに対して垂直に配置されている。表面状態センサ９０は、保持ステージ４上にウェーハＷが保持されていないときに、エッジ支持面８１ａの状態を測定する。

本実施形態では、表面状態センサ９０はセンサ保持機構９１に保持されている。センサ保持機構９１は、表面状態センサ９０を、サポートリング８１のエッジ支持面８１ａの直上の測定位置（図９で実線で示す）と、サポートリング８１から離れた退避位置（図９で点線で示す）との間で移動させることが可能に構成される。より具体的には、研磨すべきウェーハＷが保持ステージ４の基板保持面４ａ上に置かれるとき、および研磨されたウェーハＷが保持ステージ４の基板保持面４ａから取り出されるときは、表面状態センサ９０は点線で示す退避位置にあり、サポートリング８１のエッジ支持面８１ａの状態を測定するときは、表面状態センサ９０はエッジ支持面８１ａの直上の測定位置にある。表面状態センサ９０およびセンサ保持機構９１の動作は、図１に示す動作制御部１１によって制御される。

一実施形態では、表面状態センサ９０は研磨ヘッド４１に固定されてもよい。この場合、図２に示す研磨ヘッド４１、チルト機構４２、移動機構５７は、上記センサ保持機構として機能する。表面状態センサ９０は研磨ヘッド４１と一体に移動し、傾動する。研磨ヘッド４１が図７に示す位置にあるとき、表面状態センサ９０は、サポートリング８１のエッジ支持面８１ａの直上に位置する。

表面状態センサ９０は、サポートリング８１のエッジ支持面８１ａの状態を測定し、エッジ支持面８１ａの状態を示す指標値を出力するように構成されている。本実施形態では、表面状態センサ９０は、エッジ支持面８１ａまでの距離を測定することができる距離センサまたは変位センサから構成されている。エッジ支持面８１ａが摩耗すると、表面状態センサ９０とエッジ支持面８１ａとの距離が大きくなる。したがって、表面状態センサ９０は、エッジ支持面８１ａの摩耗の程度を数値化し、エッジ支持面８１ａの摩耗の程度、すなわちエッジ支持面８１ａの状態を示す指標値を出力する。

表面状態センサ９０は、サポートリング８１のエッジ支持面８１ａ上の１つの測定点、または複数の測定点においてエッジ支持面８１ａの状態を測定してもよい。一実施形態では、基板保持部３のモータＭ１（図２参照）によってサポートステージ８０およびサポートリング８１を連続的または断続的に回転させながら、表面状態センサ９０は、サポートリング８１のエッジ支持面８１ａ上の複数の測定点においてエッジ支持面８１ａの状態を測定する。これら複数の測定点は、サポートリング８１の周方向に沿って等間隔に並んでいることが好ましい。

エッジ支持面８１ａの状態の例としては、エッジ支持面８１ａの摩耗、傾き、表面粗さ、傷などである。一実施形態では、表面状態センサ９０は、エッジ支持面８１ａに光を照射し、エッジ支持面８１ａからの反射光を分析することによりエッジ支持面８１ａの表面粗さ、すなわちエッジ支持面８１ａの状態を測定し、エッジ支持面８１ａの状態を示す指標値を出力する光電センサでもよい。このような光電センサは、市場で入手することが可能である。

研磨装置は、エッジ支持面８１ａの状態を監視するための監視装置９５と、監視装置９５に接続された表示装置９６を備えている。表面状態センサ９０は監視装置９５に接続されており、表面状態センサ９０から出力された指標値は監視装置９５に送信される。監視装置９５は、その内部にしきい値を予め格納しており、表面状態センサ９０から送られた指標値をしきい値と比較する。監視装置９５は、エッジ支持面８１ａの状態を示す指標値がしきい値よりも大きいときは、警報信号を生成し、この警報信号を表示装置９６および動作制御部１１に送る。

一実施形態では、表面状態センサ９０は、エッジ支持面８１ａ上の複数の測定点においてエッジ支持面８１ａの状態を測定して複数の指標値を出力してもよい。監視装置９５は複数の指標値の平均を算出し、指標値の平均を上記しきい値と比較し、該平均がしきい値よりも大きいときは、警報信号を生成してもよい。これら複数の測定点は、サポートリング８１の周方向に沿って等間隔に並んでいることが好ましい。

警報信号を受けた表示装置９６は、サポートリング８１の交換を促す警報を発する。この警報の例としては、文字表示、警報音、ランプ点灯などが挙げられる。また、警報信号を受けた動作制御部１１は、ウェーハＷの研磨が開始されないように、基板保持部３、研磨ヘッド組立体３１、研磨テープ供給機構３２、チルト機構４２、移動機構５７などの研磨装置の構成要素の動作をロックする。

このように、本実施形態によれば、サポートリング８１のエッジ支持面８１ａの状態が過度に劣化したときに警報信号が発せられるので、ウェーハＷのトップエッジ部Ｅ１の不均一な研磨を未然に防止することができる。さらに、警報信号に基づいて、作業員はサポートリング８１を新たなものに交換することができる。

次に、上述のように構成された研磨装置の動作について説明する。まず、ウェーハＷが研磨室２２に搬入される前に、図９に示すように、表面状態センサ９０は、サポートリング８１のエッジ支持面８１ａの状態を測定し、エッジ支持面８１ａの状態を示す指標値を監視装置９５に送る。監視装置９５は、指標値としきい値とを比較する。指標値がしきい値よりも大きい場合には、監視装置９５は警報信号を動作制御部１１に送り、動作制御部１１は、ウェーハＷの研磨を開始させない。

指標値がしきい値よりも小さい場合には、監視装置９５は研磨容認信号を動作制御部１１に送る。動作制御部１１は、研磨容認信号を受けて、以下に説明するように、ウェーハＷの研磨を開始させる。すなわち、図１０に示すように、シャッター２３が開かれ、研磨されるウェーハＷは、搬送機構のハンド１０５により搬送口２０ａから研磨室２２内に水平に搬入される。ウェーハＷが表面状態センサ９０にぶつからないように、表面状態センサ９０は退避位置まで予め移動される。

ウェーハＷが研磨室２２内に搬入されると、図１１に示すように、エアシリンダ１５が作動して保持ステージ４が上昇し、ウェーハＷは保持ステージ４の基板保持面４ａに保持される。図１１に示すように、保持ステージ４は上昇するが、サポートステージ８０およびサポートリング８１は上昇しない。つまり、保持ステージ４はサポートステージ８０およびサポートリング８１よりも上方に上昇し、基板保持面４ａでウェーハＷの下面を保持する。その後、搬送機構のハンド１０５は研磨室２２の外に移動する。さらに、図２に示すように、搬送口２０ａはシャッター２３により閉じられ、保持ステージ４は、ウェーハＷとともに所定の研磨位置まで下降する。この研磨位置では、ウェーハＷの下面の中央部は保持ステージ４の基板保持面４ａによって保持され、ウェーハＷのボトムエッジ部はサポートリング８１により支持される。図２はウェーハＷが研磨位置にあることを示している。

ウェーハＷのトップエッジ部は次のようにして研磨される。ウェーハＷ、保持ステージ４、サポートステージ８０、およびサポートリング８１は、基板保持部３によって同じ速度で回転される。回転するウェーハＷの上面には、図示しない液体供給ノズルから液体（例えば、純水）が供給される。図７に示すように、研磨ヘッド４１はチルト機構４２（図１参照）によってウェーハＷの上面に対して垂直になるまで上方に傾斜される。研磨ヘッド４１は、突起部７１で研磨テープ３０をウェーハＷのトップエッジ部Ｅ１に押し付け、液体の存在下でトップエッジ部Ｅ１を研磨する。研磨中は、研磨テープ３０がトップエッジ部Ｅ１に接触した状態で、移動機構５７は研磨ヘッド４１をウェーハＷの半径方向外側に移動させてもよい。

ウェーハＷの研磨が終了すると、研磨ヘッド４１は、ウェーハＷの外側に移動される。その後、シャッター２３が開き、搬送口２０ａを通じてハンド１０５が研磨室２２内に進入する。保持ステージ４はウェーハＷとともに、図１１に示す基板搬送位置まで再び上昇する。ハンド１０５はウェーハＷを把持し、図１２に示すようにウェーハＷを研磨室２２から搬出する。

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。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。

Ｗ ウェーハ
３ 基板保持部
４ 保持ステージ
４ａ 基板保持面
４ｂ 溝
５ 中空シャフト
６ ボールスプライン軸受（直動軸受）
７ 連通路
８ ロータリジョイント
９ 真空ライン
１０ 窒素ガス供給ライン
１１ 動作制御部
１２ ケーシング
１４ ケーシング
１５ エアシリンダ（昇降機構）
１８ ラジアル軸受
Ｍ１ モータ
２０ 隔壁
２０ａ 搬送口
２１ ベースプレート
２２ 研磨室
２３ シャッター
ｐ１，ｐ２ プーリー
ｂ１ ベルト
２５ 研磨ユニット
３０ 研磨テープ
３１ 研磨ヘッド組立体
３２ 研磨テープ供給機構
３４ 供給リール
３５ 回収リール
３９ モータ
４１ 研磨ヘッド
４２ チルト機構
４５ アーム
ｐ３，ｐ４ プーリー
ｂ２ ベルト
４８ モータ
５０ 移動台
５１ 直動ガイド
５３ 連結板
５５ リニアアクチュエータ
５６ ジョイント
５７ 移動機構
６０ 押圧機構
６１ テープ送り機構
６１ａ テープ送りローラ
６１ｂ ニップローラ
６１ｃ モータ
６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｄ，６３Ｅ，６３Ｆ，６３Ｇ ガイドローラ
６５ 押圧部材
６６ エアシリンダ
７１ 突起部
８０ サポートステージ
８０ａ 位置決め凸部
８１ サポートリング
８１ａ エッジ支持面
８１ｂ ねじ穴
８１ｃ 位置決め凹部
８５ ねじ
８７ シム
８７ａ 通孔
９０ 表面状態センサ
９１ センサ保持機構
９５ 監視装置
９６ 表示装置

Claims (11)

1. 基板を保持するための基板保持面を有する保持ステージと、
   基板のトップエッジ部に研磨具を押し付ける研磨ヘッドと、
   基板のボトムエッジ部を支持するためのエッジ支持面を有するサポートリングと、
   前記サポートリングが固定されたサポートステージと、
   前記エッジ支持面の上方に配置され、前記エッジ支持面の状態を示す指標値を出力する表面状態センサと、
   前記指標値がしきい値よりも大きいときに警報信号を生成する監視装置とを備えたことを特徴とする研磨装置。
2. 前記サポートリングは、前記サポートステージに着脱可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
3. 前記表面状態センサは、距離センサ、変位センサ、または光電センサであることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
4. 前記保持ステージ、前記サポートリング、および前記サポートステージは、同じ速度で回転可能であることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
5. 前記エッジ支持面は、環状の平坦面であり、前記エッジ支持面の外径は、基板の直径と同じか、または基板の直径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
6. 前記サポートステージと前記サポートリングとの間に配置された高さ調整部材をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
7. 基板のボトムエッジ部を支持するためのサポートリングのエッジ支持面の状態を表面状態センサで測定し、
   前記表面状態センサから出力された、前記エッジ支持面の状態を示す指標値をしきい値と比較し、
   前記指標値が前記しきい値よりも大きいときに警報信号を生成することを特徴とする管理方法。
8. 前記エッジ支持面の状態の測定は、前記サポートリングを回転させながら、前記エッジ支持面上の複数の測定点で実行され、
   前記指標値をしきい値と比較する工程は、前記複数の測定点で測定された複数の指標値の平均を算出し、該平均をしきい値と比較する工程であり、
   前記警報信号を生成する工程は、前記平均がしきい値よりも大きいときに警報信号を生成する工程であることを特徴とする請求項７に記載の管理方法。
9. 前記複数の測定点は、前記エッジ支持面上に等間隔で並んでいることを特徴とする請求項８に記載の管理方法。
10. 前記指標値は、前記エッジ支持面の摩耗を表す値であることを特徴とする請求項７に記載の管理方法。
11. 前記指標値は、前記エッジ支持面の表面粗さを表す値であることを特徴とする請求項７に記載の管理方法。
    

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