JP7009552B2 - 研磨装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ウェハなどの基板を研磨する装置に関し、特に研磨テープなどの研磨具を基板の表面に押し当てながら、該研磨具を移動させることにより基板を研磨する装置に関する。
近年、メモリー回路、ロジック回路、イメージセンサ（例えばＣＭＯＳセンサー）などのデバイスは、より高集積化されつつある。これらのデバイスを形成する工程においては、微粒子や塵埃などの異物がデバイスに付着することがある。デバイスに付着した異物は、配線間の短絡や回路の不具合を引き起こしてしまう。したがって、デバイスの信頼性を向上させるために、デバイスが形成されたウェハを洗浄して、ウェハ上の異物を除去することが必要とされる。ウェハの裏面にも、上述したような微粒子や粉塵などの異物が付着することがある。このような異物がウェハの裏面に付着すると、ウェハが露光装置のステージ基準面から離間したり、ウェハ表面がステージ基準面に対して傾き、結果として、パターニングのずれや焦点距離のずれが生じることとなる。
そこで、近年、ウェハの裏面に付着した異物を高い除去率で除去することができる研磨装置が提案されている（特許文献１参照）。この新しい研磨装置によれば、研磨具をエアシリンダでウェハの裏面に押し当てながら、研磨具を裏面に沿って移動させることにより、ウェハの裏面をわずかに削り取ることができる。結果として、裏面から異物を高い除去率で除去することができる。
特開２０１４－１５０１７８号公報
上記研磨装置は、ある設定圧力の圧縮空気をエアシリンダに供給することで、研磨具をウェハに押し付けるように構成されている。しかし、エアシリンダにはピストンの摺動抵抗が存在するため、設定圧力の圧縮空気をエアシリンダに供給しても、実際には研磨具がウェハに接触していないことがある。このような場合は、ウェハが正しく研磨されず、ウェハに異物が残ってしまう。
そこで、本発明は、ウェハなどの基板に研磨具が接触したか否かを検出することができ、更には、研磨具の位置検出も可能にする研磨装置を提供する。
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、基板を保持する基板保持部と、研磨具を前記基板の面に押し付けるための押圧部材と、前記押圧部材に押圧力を付与するアクチュエータと、前記押圧部材を前記基板の面に沿って移動させるモータ駆動型移動装置と、前記アクチュエータによって前記基板の面に向かって移動された前記押圧部材の移動距離を測定する距離測定器と、前記距離測定器によって測定された前記押圧部材の移動距離に基づいて、前記研磨具が前記基板の面に接触したか否かを判断する監視装置とを備え、前記監視装置は、前記移動距離がしきい値未満である場合に、予め設定された目標移動距離と、前記距離測定器によって測定された前記押圧部材の移動距離と、前記押圧力の設定値とから補正押圧力を算出し、前記アクチュエータに前記補正押圧力を発生させることで、前記押圧部材を移動させて前記研磨具を前記基板の面に接触させるように構成されている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、前記監視装置は、補正押圧力＝（目標移動距離／測定された移動距離）×押圧力の設定値で表される計算式をその内部に予め格納していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記監視装置は、前記移動距離がしきい値よりも大きい場合は、前記モータ駆動型移動装置に指令を出して前記押圧部材を前記基板の面に沿って移動させることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記押圧部材と前記アクチュエータとの間に配置された荷重測定器をさらに備え、前記監視装置は、前記荷重測定器によって測定された荷重が設定値未満である場合に、警報を発することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記距離測定器は、非接触型距離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、前記距離測定器は、デジタルゲージ、磁気センサ、および渦電流センサのうちのいずれか１つであることを特徴とする。
本発明の一参考例は、基板を保持する基板保持部と、研磨具を前記基板の面に押し付けるための押圧部材と、前記押圧部材に押圧力を付与するアクチュエータと、前記押圧部材を前記基板の面に沿って移動させるモータ駆動型移動装置と、前記モータ駆動型移動装置に供給されるモータ電流がしきい値未満である場合に、警報を発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。
上記参考例の好ましい態様は、前記監視装置は、所定時間内に測定された前記モータ電流の平均を算出し、該モータ電流の平均がしきい値未満である場合に、警報を発することを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記所定時間は、前記モータ駆動型移動装置が前記押圧部材を前記基板の面に沿って移動させているときの時間の少なくとも一部を含んだ時間であることを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記押圧部材と前記アクチュエータとの間に配置された荷重測定器をさらに備え、前記監視装置は、前記荷重測定器によって測定された荷重が設定値未満である場合に、警報を発することを特徴とする。
本発明の一参考例は、基板を基板保持部で保持し、研磨具を押圧部材で前記基板の面に押し付け、モータ駆動型移動装置により前記押圧部材を前記基板の面に沿って移動させ、前記モータ駆動型移動装置に供給されるモータ電流がしきい値未満である場合に、警報を発することを特徴とする研磨方法である。
上記参考例の好ましい態様は、前記警報を発する工程は、所定時間内に測定された前記モータ電流の平均を算出し、該モータ電流の平均がしきい値未満である場合に、警報を発する工程であることを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記所定時間は、前記モータ駆動型移動装置が前記押圧部材を前記基板の面に沿って移動させているときの時間の少なくとも一部を含んだ時間であることを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記押圧部材に加わる荷重を測定し、前記荷重が設定値未満である場合に、警報を発する工程をさらに含むことを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記基板の面は、前記基板の裏面であることを特徴とする。
本発明の一参考例は、基板を基板保持部で保持し、研磨具を支持した押圧部材をアクチュエータによって前記基板の面に向かって移動させ、前記アクチュエータによって移動された前記押圧部材の移動距離を測定し、前記移動距離がしきい値未満である場合に、警報を発することを特徴とする研磨方法である。
上記参考例の好ましい態様は、前記移動距離がしきい値未満である場合は、前記警報を発するとともに、前記アクチュエータによって前記押圧部材を待避位置に移動させ、その後前記押圧部材を前記基板の面に向かって再度移動させることを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記移動距離がしきい値よりも大きい場合は、モータ駆動型移動装置により前記押圧部材を前記基板の面に沿って移動させることを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記アクチュエータから前記押圧部材に伝達される荷重を測定し、前記荷重が設定値未満である場合に、警報を発する工程をさらに含むことを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記基板の面は、前記基板の裏面であることを特徴とする。
基板の面に向かって移動された押圧部材の移動距離が短いと、研磨具は基板に接触することができない。したがって、監視装置は、押圧部材の移動距離（変位）としきい値との比較結果に基づいて、研磨具が基板に正しく接触したか否かを判断することができる。
ウェハなどの基板の面（例えば、表面、裏面、ベベル部）に研磨具が正しく接触していると、研磨具を基板の表面に沿って移動させるときに摩擦力が研磨具と基板との間に生じる。モータ駆動型移動装置は、押圧部材を予め設定された速度で移動させるため、摩擦力に従ってモータ電流の大きさが変わり得る。したがって、監視装置は、モータ電流としきい値との比較結果に基づいて、研磨具が基板に正しく接触したか否かを判断することができる。
図１（ａ）および図１（ｂ）は、基板の一例であるウェハの断面図である。 ウェハの裏面を研磨するための研磨装置を示す模式図である。 図２に示すエアシリンダに加圧気体を供給するための気体供給システムを示す模式図である。 研磨ヘッドおよび研磨テープを予め設定された速度でウェハの裏面に沿ってウェハの半径方向外側に移動させる様子を示す図である。 押圧部材の一実施形態を示す上面図である。 押圧部材の側面図である。 モータ電流の変化を示すグラフである。 研磨装置の他の実施形態を示す図である。 研磨装置のさらに他の実施形態を示す図である。 図９に示す研磨ヘッドの一実施形態を示す拡大図である。 研磨ヘッドの他の実施形態を示す拡大図である。 研磨ヘッドのさらに他の実施形態を示す拡大図である。 研磨装置のさらに他の実施形態を示す図である。 図１４（ａ）および図１４（ｂ）は、ウェハの表面で反射した光線を示す模式図である。 研磨テープおよび押圧部材をウェハのベベル部に沿って移動させる研磨装置の一実施形態を示す模式図である。 図１５に示す研磨装置の上面図である。
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（ａ）および図１（ｂ）は、基板の一例であるウェハの断面図である。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。本明細書では、ウェハ（基板）の裏面とは、デバイスが形成されている面とは反対側の平坦な面をいう。ウェハの最外周面はベベル部と呼ばれる。ウェハの裏面はベベル部の半径方向内側にある平坦な面である。ウェハ裏面はベベル部に隣接する。
以下に説明する実施形態は、基板の一例であるウェハの裏面を研磨することができる研磨装置および研磨方法であるが、本発明は、ウェハの表面やベベル部を研磨する研磨装置および研磨方法にも同様に適用することができる。
図２は、ウェハの裏面を研磨するための研磨装置を示す模式図である。この研磨装置は、ウェハ（基板）Ｗを保持して回転させる基板保持部３２と、基板保持部３２に保持されているウェハＷの裏面に研磨具を押し当てる研磨ヘッド３４とを備えている。基板保持部３２は、ウェハＷを真空吸着により保持する基板ステージ３７と、基板ステージ３７を回転させるステージモータ３９とを備えている。
ウェハＷはその裏面が下向きの状態で基板ステージ３７上に載置される。基板ステージ３７の上面には溝３７ａが形成されており、この溝３７ａは真空ライン４０に連通している。真空ライン４０は図示しない真空源（例えば真空ポンプ）に接続されている。真空ライン４０を通じて基板ステージ３７の溝３７ａに真空が形成されると、ウェハＷは真空吸引により基板ステージ３７上に保持される。この状態でステージモータ３９は基板ステージ３７を回転させ、ウェハＷをその軸線を中心に回転させる。基板ステージ３７の直径はウェハＷの直径よりも小さく、ウェハＷの裏面の中心側領域は基板ステージ３７によって保持される。ウェハＷの裏面の外周側領域は、基板ステージ３７から外側にはみ出している。
研磨ヘッド３４は、基板ステージ３７に隣接して配置されている。より具体的には、研磨ヘッド３４は、露出している外周側領域に対向して配置されている。研磨ヘッド３４は、研磨具としての研磨テープ４２を支持する複数のローラー４３と、研磨テープ４２をウェハＷの裏面に押し付ける押圧部材（例えば、押圧パッド）４４と、押圧部材４４に押圧力を付与するアクチュエータとしてのエアシリンダ４５とを備えている。エアシリンダ４５は押圧部材４４に押圧力を与え、これにより押圧部材４４は研磨テープ４２をウェハＷの裏面に押し付ける。なお、研磨具として、研磨テープに代えて砥石を用いてもよい。
図３は、図２に示すエアシリンダ４５に加圧気体（例えば加圧空気）を供給するための気体供給システム１０を示す模式図である。気体供給システム１０は、エアシリンダ４５の第１チャンバ４８に連通する荷重圧ライン１１と、エアシリンダ４５の第２チャンバ４９に連通する背圧ライン１２と、荷重圧ライン１１に取り付けられた第１圧力レギュレータ１４と、背圧ライン１２に取り付けられた第２圧力レギュレータ１５とを備えている。第１チャンバ４８と第２チャンバ４９は、エアシリンダ４５内に配置されたピストン４６によって仕切られている。ピストン４６はピストンロッド４７に固定されており、押圧部材４４はピストンロッド４７に取り付けられている。ピストン４６、ピストンロッド４７、および押圧部材４４は、一体に移動可能となっている。
荷重圧ライン１１および背圧ライン１２は、図示しない加圧気体供給源（例えば、加圧空気供給源）に接続されている。荷重圧ライン１１および背圧ライン１２には、それぞれ第１圧力センサ１８および第２圧力センサ１９が取り付けられており、第１圧力レギュレータ１４および第２圧力レギュレータ１５の上流側の気体の圧力は第１圧力センサ１８および第２圧力センサ１９によって測定される。加圧気体は、荷重圧ライン１１および第１圧力レギュレータ１４を通じてエアシリンダ４５の第１チャンバ４８に供給される。同様に、加圧気体は、背圧ライン１２および第２圧力レギュレータ１５を通じてエアシリンダ４５の第２チャンバ４９に供給される。
エアシリンダ４５の第１チャンバ４８に加圧気体が供給されると、第１チャンバ４８内の加圧気体はピストン４６を押し、これによってピストンロッド４７および押圧部材４４をウェハＷに向かって移動させる。エアシリンダ４５の第２チャンバ４９に加圧気体が供給されると、第２チャンバ４９内の加圧気体はピストン４６を反対方向に押し、これによってピストンロッド４７および押圧部材４４をウェハＷから離間させる方向に移動させる。
第１圧力レギュレータ１４および第２圧力レギュレータ１５は監視装置６５に接続されており、第１圧力レギュレータ１４および第２圧力レギュレータ１５の動作は監視装置６５によって制御される。押圧部材４４が研磨テープ４２をウェハＷの裏面に押し付ける力は、第１圧力レギュレータ１４によって調整される。すなわち、エアシリンダ４５の第１チャンバ４８に供給される加圧気体の圧力を増加させると、押圧部材４４の押圧力が上昇する。監視装置６５は、第１圧力レギュレータ１４および第２圧力レギュレータ１５にそれぞれ目標圧力指令値を送信し、第１圧力レギュレータ１４および第２圧力レギュレータ１５は、第１チャンバ４８および第２チャンバ４９内の圧力がそれぞれの目標圧力指令値に維持されるように動作する。
図２に戻り、研磨テープ４２の一端は巻き出しリール５１に接続され、他端は巻き取りリール５２に接続されている。研磨テープ４２は、巻き出しリール５１から研磨ヘッド３４を経由して巻き取りリール５２に所定の速度で送られる。使用される研磨テープ４２の例としては、表面に砥粒が固定されたテープ、または硬質の不織布からなるテープなどが挙げられる。研磨ヘッド３４は、研磨ヘッド移動装置５５に連結されている。この研磨ヘッド移動装置５５は、研磨ヘッド３４および研磨テープ４２をウェハＷの半径方向外側に移動させるように構成されている。
研磨ヘッド移動装置５５は、ボールねじ６０とサーボモータ６１との組み合わせから構成されたモータ駆動型移動装置である。この研磨ヘッド移動装置５５は、研磨テープ４２および研磨ヘッド３４を予め設定された速度でウェハＷの裏面に沿って移動させるように構成されている。サーボモータ６１は電力線６３に接続され、電力線６３を通じてサーボモータ６１に電流が供給される。以下、サーボモータ６１に供給される電流をモータ電流という。電力線６３には、モータ電流を測定する電流計６４が接続されている。電流計６４は、監視装置６５に接続されており、サーボモータ６１に供給されるモータ電流は、監視装置６５によって監視されている。
基板ステージ３７に保持されたウェハＷの上方および下方には、ウェハＷに研磨液を供給する液体供給ノズル５７，５８が配置されている。研磨液としては、純水が好ましく使用される。これは、エッチング作用のある化学成分を含む薬液を使用すると、裏面に形成されている凹部が広がってしまうことがあるからである。
ウェハＷの裏面は次のようにして研磨される。基板ステージ３７に保持されたウェハＷをその軸線を中心としてステージモータ３９により回転させ、回転するウェハＷの表面および裏面に液体供給ノズル５７，５８から研磨液を供給する。この状態で、研磨ヘッド３４は研磨テープ４２をウェハＷの裏面に押し付ける。研磨テープ４２は、ウェハＷの裏面に摺接し、これにより裏面を研磨する。
研磨ヘッド移動装置５５は、研磨ヘッド３４が研磨テープ４２をウェハＷの裏面に押し付けながら、図４の矢印に示すように、研磨ヘッド３４および研磨テープ４２を予め設定された速度でウェハＷの裏面に沿ってウェハＷの半径方向外側に移動させる。このようにして、ウェハＷの裏面の外周側領域が研磨テープ４２によって研磨される。研磨中、研磨液はウェハＷの内側から外側に流れ、研磨屑は研磨液によってウェハＷから除去される。
図５は押圧部材４４の一実施形態を示す上面図であり、図６は押圧部材４４の側面図である。押圧部材４４は、ウェハＷの曲率と同じ曲率を有する円弧形状を有した突起部から構成されている。このような形状を持つ押圧部材４４は、研磨テープ４２とウェハＷとの接触時間および接触圧力を被研磨領域全体に亘って均一とすることができる。
研磨テープ４２がウェハＷに正しく接触していると、研磨テープ４２をウェハＷの表面に沿って移動させるときに摩擦力が研磨テープ４２とウェハＷとの間に生じる。モータ駆動型の研磨ヘッド移動装置５５は、研磨テープ４２を支持する研磨ヘッド３４を予め設定された速度で移動させるため、摩擦力に従ってモータ電流の大きさが変わり得る。言い換えれば、研磨テープ４２がウェハＷに正しく接触しているときは、摩擦力が大きいためにモータ電流は大きくなる。逆に、研磨テープ４２がウェハＷに接触していないときは、摩擦力が発生しないためにモータ電流は小さくなる。そこで、監視装置６５は、モータ電流をしきい値と比較し、その比較結果に基づいて、研磨テープ４２がウェハＷに正しく接触したか否かを判断するように構成されている。
図７は、モータ電流の変化を示すグラフである。図７において、縦軸はモータ電流および研磨ヘッド３４の位置を表し、横軸は時間を表している。図７に示す例では、時間Ｔ１における研磨ヘッド３４の位置は、研磨開始位置であり、時間Ｔ２における研磨ヘッド３４の位置は、研磨終了位置である。これらの研磨開始位置および研磨終了位置は、予め設定されている。研磨テープ４２は、時間Ｔ１でウェハＷに接触し、時間Ｔ２でウェハＷから離れる。研磨テープ４２がウェハＷの裏面に接触した状態で、研磨ヘッド移動装置５５は研磨テープ４２および研磨ヘッド３４を予め設定された速度でウェハＷの裏面に沿って移動させる。その間、研磨テープ４２とウェハＷとの間に生じる摩擦力に起因してモータ電流は増加する。
監視装置６５は、電流計６４から送られてくる測定値に基づいてモータ電流を監視し、モータ電流の測定値をしきい値と比較する。しきい値は、監視装置６５に予め記憶されている。研磨ヘッド移動装置５５が研磨テープ４２および研磨ヘッド３４を移動させているときのモータ電流がしきい値よりも低いということは、研磨テープ４２がウェハＷから離れている、あるいはウェハＷに正しく接触していないことを意味する。そこで、監視装置６５は、モータ電流がしきい値未満である場合は、警報を発するように構成されている。警報は、外部の警報装置を作動させる電気信号（例えば、ＯＮ，ＯＦＦ接点信号)でもよいし、外部の機器に情報を伝える電気信号（例えば、電圧等アナログ出力）でもよいし、または色や音などの認識可能な信号でもよい。
図７に示すように、研磨テープ４２および押圧部材４４がウェハＷの裏面に沿って移動しているときのモータ電流はある程度変動する。モータ電流が変動する要素には、研磨テープ４２に対する押圧力、ウェハＷの裏面の状態、研磨テープ４２の研磨面の状態、研磨テープ４２の送り速度などが挙げられる。ウェハＷの研磨中にモータ電流が大きく変動すると、監視装置６５は、研磨テープ４２がウェハＷの裏面に接触しているか否かを正しく判断することができない。
そこで、研磨テープ４２がウェハＷの裏面に接触しているか否かをより正確に判断するために、一実施形態では、監視装置６５は、所定時間内に測定されたモータ電流の平均を算出し、該モータ電流の平均がしきい値未満である場合に、警報を発するように構成されている。上記所定時間は、例えば、研磨ヘッド移動装置５５が、押圧部材４４を研磨テープ４２とともにウェハＷの裏面に沿って研磨開始位置から研磨終了位置まで移動させている時間の少なくとも一部を含んだ時間である。所定時間は、研磨ヘッド移動装置５５が、押圧部材４４を研磨テープ４２とともにウェハＷの裏面に沿って研磨開始位置から研磨終了位置まで移動させている時間の全体または一部であってもよい。このように、監視装置６５は、押圧部材４４がウェハＷの裏面に沿って移動しているときのモータ電流の大きさに基づいて、研磨テープ４２がウェハＷの裏面に正しく接触しているか否かを判断する。
図８は、研磨装置の他の実施形態を示す図である。特に説明しない構成および動作は、図２乃至図６に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態では、研磨ヘッド３４は、研磨テープ４２とエアシリンダ（アクチュエータ）４５との間に配置された荷重測定器としてのロードセル７０を備えている。より具体的には、ロードセル７０は、研磨テープ４２を支持している押圧部材４４とエアシリンダ４５との間に配置されている。エアシリンダ４５によって発生する荷重は、ロードセル７０を通じて押圧部材４４に伝えられる。ロードセル７０は、監視装置６５に接続されており、荷重の測定値は監視装置６５に送られるようになっている。
研磨テープ４２がウェハＷの裏面に接触しているとき、荷重はエアシリンダ４５から押圧部材４４に伝達されるが、研磨テープ４２がウェハＷの裏面に接触していないときは、荷重はエアシリンダ４５から押圧部材４４にほとんど伝達されない。言い換えれば、研磨テープ４２がウェハＷの裏面に接触しているとき、ロードセル７０によって測定される荷重は大きく、研磨テープ４２がウェハＷの裏面に接触していないときは、ロードセル７０によって測定される荷重は小さい。
そこで、監視装置６５は、ロードセル７０によって測定された、押圧部材４４に加わる荷重を設定値と比較し、その荷重が設定値未満である場合には、警報を発するように構成されている。設定値は、監視装置６５に予め記憶されている。警報は、外部の警報装置を作動させる電気信号（例えば、ＯＮ，ＯＦＦ接点信号)でもよいし、外部の機器に情報を伝える電気信号（例えば、電圧等アナログ出力）でもよいし、または色や音などの認識可能な信号でもよい。本実施形態によれば、上述したモータ電流としきい値との比較結果に基づいた警報に加え、荷重と設定値との比較結果に基づいた警報が発せられる。
図９は、研磨装置のさらに他の実施形態を示す図である。特に説明しない構成および動作は、図２乃至図６に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態では、研磨装置は、エアシリンダ４５によってウェハＷの裏面に向かって移動された押圧部材４４の移動距離を測定する距離測定器７３を備えている。この距離測定器７３は研磨ヘッド３４に固定され、さらに監視装置６５に接続されている。移動距離の測定値は距離測定器７３から監視装置６５に送られるようになっている。
監視装置６５は、モータ電流に代えて、エアシリンダ４５によって移動された押圧部材４４の移動距離を監視し、距離測定器７３によって測定された移動距離がしきい値未満である場合には、警報を発するように構成されている。一実施形態では、監視装置６５は、モータ電流および押圧部材４４の移動距離の両方を、対応するしきい値と比較し、モータ電流および押圧部材４４の移動距離のいずれか一方または両方が、対応するしきい値未満である場合には、警報を発するように構成されてもよい。
監視装置６５は、距離測定器７３によって測定された距離、すなわち研磨テープ４２を支持する押圧部材４４の移動距離に基づいて、研磨テープ４２がウェハＷの裏面に接触したか否かを判断するように構成されている。より具体的には、監視装置６５は、距離測定器７３によって測定された移動距離がしきい値未満である場合には、警報を発するように構成されている。しきい値は、監視装置６５に予め記憶されている。警報は、外部の警報装置を作動させる電気信号（例えば、ＯＮ，ＯＦＦ接点信号)でもよいし、外部の機器に情報を伝える電気信号（例えば、電圧等アナログ出力）でもよいし、または色や音などの認識可能な信号でもよい。監視装置６５は、距離測定器７３によって測定された移動距離がしきい値未満である場合は、警報を発するとともに、エアシリンダ４５に指令を出して押圧部材４４を待避位置に一旦移動させ、その後、押圧部材４４をウェハＷの裏面に向かって再度移動させてもよい。
しきい値は、研磨テープ４２が実際にウェハの裏面に接触したときの押圧部材４４の移動距離から、オフセット値を引き算することによって予め得られた値である。このオフセット値は、ウェハが回転しているときのウェハの面振れ、研磨テープ４２とウェハとの摩擦に起因する振動などの、研磨テープ４２の振動要因に基づいて決定される。オフセット値は、しきい値が距離測定器７３の有効計測範囲内に収まる限りにおいて、任意に設定される。オフセット値は、監視装置６５内に設定される値であるので、押圧部材４４を新たなものに交換した後に、距離測定器７３の位置を変えることなく、しきい値の調整を容易に行うことができる。
監視装置６５は、距離測定器７３によって測定された移動距離がしきい値未満である場合は、前記警報を発するとともに、研磨装置はウェハＷの研磨を実行しないことが好ましい。距離測定器７３によって測定された移動距離がしきい値よりも大きい場合は、監視装置６５は、研磨ヘッド移動装置５５に指令を出して押圧部材４４を研磨テープ４２とともにウェハＷの裏面に沿って移動させて、ウェハＷの研磨を実行することが好ましい。さらに、距離測定器７３によって測定された移動距離が、予め設定された上限値よりも大きい場合は、ウェハＷが想定以上に反り返っている、またはウェハＷが基板ステージ３７から外れたと予想される。したがって、測定された移動距離が上記上限値よりも大きい場合は、監視装置６５は、警報を発するとともに、研磨装置はウェハＷの研磨を実行しないことが好ましい。
研磨テープ４２がウェハＷの裏面に接触しているか否かをより正確に判断するために、一実施形態では、監視装置６５は、所定時間内に距離測定器７３によって測定された押圧部材４４の移動距離の平均を算出し、該移動距離の平均がしきい値未満である場合に、警報を発するように構成されてもよい。監視装置６５は、距離測定器７３によって測定された移動距離の平均がしきい値未満である場合は、警報を発するとともに、エアシリンダ４５に指令を出して押圧部材４４を待避位置に一旦移動させ、その後、押圧部材４４をウェハＷの裏面に向かって再度移動させてもよい。監視装置６５は、移動距離の平均がしきい値未満である場合は、前記警報を発するとともに、研磨装置はウェハＷの研磨を実行しないことが好ましい。移動距離の平均がしきい値よりも大きい場合は、監視装置６５は、研磨ヘッド移動装置５５に指令を出して押圧部材４４を研磨テープ４２とともにウェハＷの裏面に沿って移動させて、ウェハＷの研磨を実行することが好ましい。さらに、距離測定器７３によって測定された移動距離の平均が、予め設定された上限値よりも大きい場合は、監視装置６５は、警報を発するとともに、研磨装置はウェハＷの研磨を実行しないことが好ましい。
図１０は、図９に示す研磨ヘッド３４の一実施形態を示す拡大図である。本実施形態では、距離測定器７３は、非接触型距離センサから構成されている。より具体的には、距離測定器７３は、センサターゲット７５と近接センサ７６との組み合わせから構成されている。近接センサ７６とセンサターゲット７５は、互いに離間して配置されている。一例として、近接センサ７６は渦電流センサまたは磁気センサであり、センサターゲット７５は磁石（永久磁石）または金属である。
研磨ヘッド３４は、押圧部材４４に連結ベース７９を介して連結された直動ガイド８１を備えている。この直動ガイド８１は、ウェハＷの裏面に垂直な直動レール８２と、直動レール８２上をその長手方向に移動自在な直動ブロック８３とを有している。センサターゲット７５は、直動ブロック８３に固定されており、直動ブロック８３と一体に直動レール８２の長手方向に移動可能となっている。直動ブロック８３は、連結ベース７９を介して押圧部材４４に連結されている。したがって、エアシリンダ４５によって駆動される押圧部材４４の移動は、直線移動に制限される。
近接センサ７６は、センサターゲット７５の近くに配置されている。近接センサ７６と研磨ヘッド３４との相対位置は固定である。センサターゲット７５と近接センサ７６との間の距離は、押圧部材４４の変位、すなわち押圧部材４４上の研磨テープ４２の移動距離（変位）に従って変わる。したがって、近接センサ７６とセンサターゲット７５との組み合わせからなる距離測定器７３は、エアシリンダ４５によってウェハＷに向かって移動された押圧部材４４の移動距離を測定することができる。近接センサ７６は監視装置６５に接続されている。近接センサ７６は、ウェハＷに向かって移動された押圧部材４４の移動距離を測定し、その移動距離の測定値を監視装置６５に送るように構成されている。
近接センサ７６によって測定された押圧部材４４の移動距離が上記しきい値未満である場合、監視装置６５は、第１圧力レギュレータ１４に指令を発してエアシリンダ４５の第１チャンバ４８（図３参照）内の圧力を増加させて、エアシリンダ４５から与えられる押圧部材４４の押圧力を増加させてもよい。より具体的には、監視装置６５は、予め設定された目標移動距離と、近接センサ７６によって測定された押圧部材４４の移動距離と、押圧力の設定値とから補正押圧力を算出し、エアシリンダ４５に補正押圧力を発生させる。
監視装置６５は、その内部に以下の計算式を予め格納している。
補正押圧力＝（目標移動距離／測定された移動距離）×押圧力の設定値
ここで、目標移動距離は、押圧部材４４が研磨テープ４２をウェハＷの裏面に正しく押し付けることができる押圧部材４４の理論的な移動距離であり、測定された移動距離は、近接センサ７６によって測定された押圧部材４４の実際の移動距離であり、押圧力の設定値は、エアシリンダ４５から押圧部材４４に加えられる押圧力の現在の設定値である。
監視装置６５は、予め設定された目標移動距離と、近接センサ７６によって測定された押圧部材４４の移動距離と、押圧力の設定値を上記計算式に入力して補正押圧力を算出し、エアシリンダ４５に補正押圧力を発生させる。より具体的には、監視装置６５は、エアシリンダ４５に補正押圧力を発生させるための目標圧力指令値を決定し、この目標圧力指令値を第１圧力レギュレータ１４に送信する。監視装置６５は、目標圧力指令値と押圧力との関係を示す関係式またはデータベースを予め格納しており、当該関係式またはデータベースを用いて補正押圧力に対応する目標圧力指令値を決定できるように構成される。このような押付力を補正する操作により、押圧部材４４は研磨テープ４２をウェハＷの裏面に正しく押し付けることができる。
図１１は、研磨ヘッド３４の他の実施形態を示す拡大図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図１０に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態では、研磨ヘッド３４は、研磨テープ４２とエアシリンダ（アクチュエータ）４５との間に配置された荷重測定器としてのロードセル７０を備えている。より具体的には、ロードセル７０は、研磨テープ４２を支持している押圧部材４４とエアシリンダ４５との間に配置されている。エアシリンダ４５によって発生する荷重は、ロードセル７０を通じて押圧部材４４に伝えられる。ロードセル７０は、監視装置６５に接続されており、荷重の測定値は監視装置６５に送られるようになっている。ロードセル７０を設けた理由は、上述した実施形態と同じである。
監視装置６５は、ロードセル７０によって測定された荷重を設定値と比較し、その荷重が設定値未満である場合には、警報を発するように構成されている。設定値は、監視装置６５に予め記憶されている。警報は、外部の警報装置を作動させる電気信号（例えば、ＯＮ，ＯＦＦ接点信号)でもよいし、外部の機器に情報を伝える電気信号（例えば、電圧等アナログ出力）でもよいし、または色や音などの認識可能な信号でもよい。本実施形態によれば、上述した押圧部材４４の移動距離としきい値との比較結果に基づいた警報に加え、荷重と設定値との比較結果に基づいた警報が発せられる。
図１２は、研磨ヘッド３４のさらに他の実施形態を示す拡大図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図１０に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態では、距離測定器７３は、接触式距離測定器であるデジタルゲージ８５から構成されている。デジタルゲージ８５は、連結ベース７９を介して押圧部材４４に連結されている。したがって、デジタルゲージ８５は、押圧部材４４の変位、すなわちエアシリンダ４５によってウェハＷに向かって移動された押圧部材４４の移動距離を測定することができる。デジタルゲージ８５は監視装置６５に接続されている。デジタルゲージ８５は、ウェハＷに向かって移動された押圧部材４４の移動距離を測定し、その移動距離の測定値を監視装置６５に送るように構成されている。
本実施形態においても、図１１に示すように、研磨ヘッド３４は、押圧部材４４とエアシリンダ（アクチュエータ）４５との間に配置された荷重測定器としてのロードセル７０を備えてもよい。先に述べた実施形態と同じように、デジタルゲージ８５によって測定された押圧部材４４の移動距離が上記しきい値未満である場合、監視装置６５は、予め設定された目標移動距離と、近接センサ７６によって測定された押圧部材４４の移動距離と、押圧力の設定値とから補正押圧力を算出し、エアシリンダ４５に補正押圧力を発生させてもよい。
図１３は、研磨装置のさらに他の実施形態を示す図である。特に説明しない構成および動作は、図２乃至図６に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態では、研磨装置は、ウェハＷの研磨された面の状態を検出する表面状態検出器９０を備えている。この表面状態検出器９０は、ウェハＷの研磨された面に光を導き、研磨された面からの反射光を受け、反射光を分析し、反射光の分析結果に基づいてウェハＷの研磨が未だ終了していないことを示す研磨未完了信号を発するように構成される。表面状態検出器９０は、監視装置６５に接続されており、研磨未完了信号は監視装置６５に送られる。
図１４（ａ）および図１４（ｂ）は、ウェハＷの表面で反射した光線を示す模式図である。図１４（ａ）に示すように、ウェハＷが研磨された結果としてウェハＷの表面が鏡面となった場合、ウェハＷの表面で反射した光線は干渉しない。これに対し、図１４（ｂ）に示すように、ウェハＷの表面に凹凸がある場合は、ウェハＷの表面で反射した光線が互いに干渉し、干渉パターンを形成する。そこで、本実施形態では、表面状態検出器９０は、反射光が干渉パターンを示しているときに研磨未完了信号を発する。ウェハＷの研磨が進行して反射光が干渉パターンを示さないとき、例えば、ウェハＷの裏面が鏡面に研磨されたとき、表面状態検出器９０は研磨未完了信号の発信を停止する。表面状態検出器９０は、連続的または断続的にウェハＷの研磨された面の状態を検出し、反射光が干渉パターンを示している限り、研磨未完了信号を連続的または断続的に発し続ける。
監視装置６５は、研磨未完了信号を受信し続ける限り、基板保持部３２、研磨ヘッド４３、および研磨ヘッド移動装置（モータ駆動型移動装置）５５に指令を発してウェハＷの研磨を再度実行させる。すなわち、研磨ヘッド３４が研磨テープ４２をウェハＷの裏面に押し付けながら、研磨ヘッド移動装置５５は研磨ヘッド３４および研磨テープ４２を予め設定された速度でウェハＷの裏面に沿ってウェハＷの半径方向外側に移動させる。この研磨動作は、監視装置６５が研磨未完了信号を受信し続ける限り繰り返される。エアシリンダ４５が発生する押圧力、ウェハＷの回転速度、研磨ヘッド３４および研磨テープ４２のウェハＷの半径方向外側への移動速度などの研磨条件は、研磨動作を繰り返す前に変更されてもよいし、または研磨動作が繰り返される間は同じであってもよい。監視装置６５は、ある設定時間の間に研磨未完了信号を受信しなかった場合は、ウェハＷの研磨を完了させる。
図１３に示す実施形態は、図８乃至図１２に示す上記実施形態と組み合わせてもよい。
上述した各実施形態は、基板の一例であるウェハの裏面を研磨することができる研磨装置および研磨方法であるが、本発明は、ウェハの表面やベベル部を研磨する研磨装置および研磨方法にも同様に適用することができる。例えば、図１５および図１６に示すような、研磨テープ４２および押圧部材４４をウェハＷのベベル部に沿って移動させる研磨装置にも本発明を適用することが可能である。
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。
１０ 気体供給システム
１１ 荷重圧ライン
１２ 背圧ライン
１４ 第１圧力レギュレータ
１５ 第２圧力レギュレータ
１８ 第１圧力センサ
１９ 第２圧力センサ
３２ 基板保持部
３４ 研磨ヘッド
３７ 基板ステージ
３９ ステージモータ
４０ 真空ライン
４２ 研磨テープ（研磨具）
４３ ローラー
４４ 押圧部材
４５ エアシリンダ（アクチュエータ）
４６ ピストン
４７ ピストンロッド
４８ 第１チャンバ
４９ 第２チャンバ
５１ 巻き出しリール
５２ 巻き取りリール
５５ 研磨ヘッド移動装置（モータ駆動型移動装置）
５７，５８ 液体供給ノズル
６０ ボールねじ
６１ サーボモータ
６３ 電力線
６４ 電流計
６５ 監視装置
７０ ロードセル（荷重測定器）
７３ 距離測定器
７５ センサターゲット
７６ 近接センサ
７９ 連結ベース
８１ 直動ガイド
８２ 直動レール
８３ 直動ブロック
８５ デジタルゲージ
９０ 表面状態検出器

Claims (6)

  1. 基板を保持する基板保持部と、
    研磨具を前記基板の面に押し付けるための押圧部材と、
    前記押圧部材に押圧力を付与するアクチュエータと、
    前記押圧部材を前記基板の面に沿って移動させるモータ駆動型移動装置と、
    前記アクチュエータによって前記基板の面に向かって移動された前記押圧部材の移動距離を測定する距離測定器と、
    前記距離測定器によって測定された前記押圧部材の移動距離に基づいて、前記研磨具が前記基板の面に接触したか否かを判断する監視装置とを備え、
    前記監視装置は、前記移動距離がしきい値未満である場合に、予め設定された目標移動距離と、前記距離測定器によって測定された前記押圧部材の移動距離と、前記押圧力の設定値とから補正押圧力を算出し、前記アクチュエータに前記補正押圧力を発生させることで、前記押圧部材を移動させて前記研磨具を前記基板の面に接触させるように構成されていることを特徴とする研磨装置。
  2. 前記監視装置は、補正押圧力＝（目標移動距離／測定された移動距離）×押圧力の設定値で表される計算式をその内部に予め格納していることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
  3. 前記監視装置は、前記移動距離がしきい値よりも大きい場合は、前記モータ駆動型移動装置に指令を出して前記押圧部材を前記基板の面に沿って移動させることを特徴とする請求項１または２に記載の研磨装置。
  4. 前記押圧部材と前記アクチュエータとの間に配置された荷重測定器をさらに備え、
    前記監視装置は、前記荷重測定器によって測定された荷重が設定値未満である場合に、警報を発することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の研磨装置。
  5. 前記距離測定器は、非接触型距離センサであ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. 前記距離測定器は、デジタルゲージ、磁気センサ、および渦電流センサのうちのいずれか１つであ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。
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