JP7387471B2 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Description

本願は、基板処理装置および基板処理方法に関する。

半導体加工工程において用いられる基板処理装置の一種にＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing、化学的機械的研磨）装置が存在する。ＣＭＰ装置は、基板の被研磨面が向いている方向によって「フェースアップ式（基板の被研磨面が上向きの方式）」と「フェースダウン式（基板の被研磨面が下向きの方式）」に大別され得る。

特許文献１には、フェースアップ式のＣＭＰ装置において、基板よりも小径の研磨パッドを回転させながら基板に接触させて揺動させることによって基板を研磨することが開示されている。このＣＭＰ装置では、基板の周囲に支持部材を設け、基板の外側まで揺動させた研磨パッドを支持部材によって支持するとともに、支持部材の高さおよび水平方向の位置を調整可能にすることが開示されている。

特開２００３－２２９３８８号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術は、研磨中の基板の被研磨面の状態に応じて支持部材を調整することは考慮されていない。

すなわち、特許文献１における支持部材の高さ調整は、支持部材の支持面と基板の被研磨面の高さをほぼ同一にするためのものである。また、特許文献１における支持部材の水平方向の移動は、基板のローディング時に邪魔にならないように支持部材を基板から遠い位置に移動させ、ローディングが終わったら支持部材を基板に近い位置に移動させるものである。したがって、特許文献１に記載された支持部材の調整は、研磨中の基板の被研磨面の状態に適切に対応するのが難しく、その結果、基板の被研磨面の研磨の均一性が損なわれる場合がある。

そこで、本願は、研磨中の基板の被研磨面の状態に適切に対応して被研磨面の研磨の均一性を向上させることを１つの目的としている。

一実施形態によれば、基板を支持するためのテーブルと、前記テーブルに支持された基板を研磨するための研磨パッドを保持するためのパッドホルダと、前記パッドホルダを前記基板に対して昇降させるための昇降機構と、前記パッドホルダを前記基板の径方向に揺動させるための揺動機構と、前記揺動機構によって前記テーブルの外側へ揺動された研磨パッドを支持するための支持部材と、前記基板を研磨しながら前記支持部材の高さおよび前記基板に対する距離の少なくとも一方を調整するための駆動機構と、を含む、基板処理装置が開示される。

一実施形態による基板処理装置の全体構成を概略的に示す斜視図である。 一実施形態による基板処理装置の全体構成を概略的に示す平面図である。 一実施形態による多軸アームを概略的に示す斜視図である。 一実施形態によるテーブルおよび支持部材を概略的に示す斜視図である。 一実施形態によるテーブルおよび支持部材を概略的に示す側面図である。 一実施形態によるテーブル、支持部材、および膜厚計測器を概略的に示す斜視図である。 一実施形態による基板厚計測器を概略的に示す斜視図である。 一実施形態による基板の膜厚プロファイルを概略的に示す図である。 一実施形態によるセンタリング機構を概略的に示す平面図である。 一実施形態による直径計測器を概略的に示す側面図である。 一実施形態による基板処理方法を示すフローチャートである。 一実施形態による支持部材を概略的に示す平面図である。 一実施形態による支持部材を概略的に示す斜視図である。 一実施形態による支持部材を概略的に示す斜視図である。

以下に、本発明に係る基板処理装置および基板処理方法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の全体構成を概略的に示す斜視図である。図２は、一実施形態による基板処理装置の全体構成を概略的に示す平面図である。図１および図２に示される基板処理装置１０００は、テーブル１００と、多軸アーム２００と、支持部材３００Ａ，３００Ｂと、直径計測器４００（センタリング機構４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃ）と、ドレッサ５００と、膜厚計測器（終点検出器）６００と、洗浄ノズル７００Ａ、７００Ｂと、を有する。

＜テーブル＞
テーブル１００は、処理対象となる基板ＷＦを支持するための部材である。一実施形態において、テーブル１００は、基板ＷＦを支持するための支持面１００ａを有し、図示していないモータなどの駆動機構によって回転可能に構成される。支持面１００ａには複数の穴１０２が形成されており、テーブル１００は、穴１０２を介して基板ＷＦを真空吸着することができるように構成される。

＜多軸アーム＞
図３は、一実施形態による多軸アームを概略的に示す斜視図である。図２および図３に示すように、多軸アーム２００は、テーブル１００に支持された基板ＷＦに対して各種処理を行うための複数の処理具を保持する部材であり、テーブル１００に隣接して配置される。本実施形態の多軸アーム２００は、基板ＷＦを研磨するための大径の研磨パッド２２２と、基板ＷＦを洗浄するための洗浄具２３２と、基板ＷＦを仕上げ研磨するための小径の研磨パッド２４２と、基板ＷＦの直径を計測するための撮影部材（カメラ）２５２と、を保持するように構成される。

具体的には、多軸アーム２００は、基板ＷＦに対して直交する方向（高さ方向）に伸びる揺動シャフト２１０と、揺動シャフト２１０を回転駆動するモータなどの回転駆動機構２１２と、揺動シャフト２１０に支持されており揺動シャフト２１０の周りに放射状に配置される第１のアーム２２０、第２のアーム２３０、第３のアーム２４０、および第４のアーム２５０と、を含む。第１のアーム２２０には高さ方向に伸びる回転シャフト２２４が取り付けられており、回転シャフト２２４の先端にはパッドホルダ２２６が取り付けら
れている。パッドホルダ２２６には大径の研磨パッド２２２が保持される。パッドホルダ２２６は、例えばエアシリンダなどの駆動機構で構成される昇降機構２２７によって基板ＷＦに対して高さ方向に昇降可能になっている。第２のアーム２３０には高さ方向に伸びる回転シャフト２３４が取り付けられており、回転シャフト２３４の先端には洗浄具ホルダ２３６が取り付けられている。洗浄具ホルダ２３６には洗浄具２３２が保持される。洗浄具ホルダ２３６は、例えばエアシリンダなどの駆動機構で構成される昇降機構２３７によって基板ＷＦに対して高さ方向に昇降可能になっている。第３のアーム２４０には高さ方向に伸びる回転シャフト２４４が取り付けられており、回転シャフト２４４の先端にはパッドホルダ２４６が取り付けられている。パッドホルダ２４６には小径の研磨パッド２４２が保持される。パッドホルダ２４６は、例えばエアシリンダなどの駆動機構で構成される昇降機構２４７によって基板ＷＦに対して高さ方向に昇降可能になっている。第４のアーム２５０には撮影部材２５２が保持される。

第１のアーム２２０は、研磨パッド２２２とともにノズル２２８をさらに保持するように構成される。ノズル２２８は、研磨パッド２２２を挟んで研磨パッド２２２の揺動方向の両側に設けられ、研磨液または洗浄水を基板ＷＦに放出するように構成される。第２のアーム２３０は、洗浄具２３２とともにアトマイザ２３８をさらに保持するように構成される。アトマイザ２３８は、洗浄具２３２を挟んで洗浄具２３２の揺動方向の両側に設けられ、純水などの液体を基板ＷＦに放出するように構成される。第３のアーム２４０は、研磨パッド２４２とともにノズル２４８をさらに保持するように構成される。ノズル２４８は、研磨パッド２４２を挟んで研磨パッド２４２の揺動方向の両側に設けられ、研磨液または洗浄水を基板ＷＦに放出するように構成される。

図２に示すように、本実施形態では、第１のアーム２２０、第２のアーム２３０、第３のアーム２４０、および第４のアーム２５０は、平面視で反時計回りに９０度ずれて揺動シャフト２１０の周りに放射状に伸びる。回転駆動機構２１２は、揺動シャフト２１０を回転駆動することによって、大径の研磨パッド２２２、洗浄具２３２、小径の研磨パッド２４２、および撮影部材２５２のいずれかを基板ＷＦ上に移動させることができる。また、回転駆動機構２１２は、揺動シャフト２１０を回転駆動することによって、研磨パッド２２２または研磨パッド２４２をドレッサ５００上に移動させることができる。また、回転駆動機構２１２は、揺動シャフト２１０を時計回りおよび反時計回りに交互に回転駆動することによって、第１のアーム２２０、第２のアーム２３０、第３のアーム２４０、および第４のアーム２５０を揺動させる揺動機構の機能を有する。具体的には、回転駆動機構２１２は、研磨パッド２２２、洗浄具２３２、または研磨パッド２４２が基板ＷＦ上に位置している状態で、揺動シャフト２１０を時計回りおよび反時計回りに交互に回転駆動することによって、研磨パッド２２２（パッドホルダ２２６）、洗浄具２３２（洗浄具ホルダ２３６）、または研磨パッド２４２（パッドホルダ２４６）を基板ＷＦに対して揺動させることができる。本実施形態では、研磨パッド２２２、洗浄具２３２、または研磨パッド２４２を回転駆動機構２１２によって基板ＷＦの径方向に旋回揺動させる、すなわち円弧に沿って往復運動させる例を示すが、これに限定されない。例えば、揺動機構は、研磨パッド２２２、洗浄具２３２、または研磨パッド２４２を基板の径方向に直線揺動させる、すなわち直線に沿って往復運動させるような構成を有し得る。

また、多軸アーム２００は、回転シャフト２２４、２３４、２４４を回転させるための図示していないモータなどの回転駆動機構を含んでおり、これにより、研磨パッド２２２、洗浄具２３２、および研磨パッド２４２を、回転シャフト２２４、２３４、２４４を軸に回転させることができるようになっている。基板処理装置１０００は、例えば研磨パッド２２２が基板ＷＦ上にある場合には、テーブル１００を回転させるとともに研磨パッド２２２を回転させ、昇降機構２２７によって研磨パッド２２２を基板ＷＦに押圧しながら回転駆動機構２１２によって研磨パッド２２２を揺動させることによって、基板ＷＦの研
磨を行うように構成される。

＜支持部材＞
図１および図２に示すように、基板処理装置１０００は、テーブル１００の外側の研磨パッド２２２の揺動経路に配置された第１の支持部材３００Ａと、テーブル１００を挟んで第１の支持部材３００Ａと反対側の研磨パッド２２２の揺動経路に配置された第２の支持部材３００Ｂと、を含む。第１の支持部材３００Ａおよび第２の支持部材３００Ｂは、基板ＷＦを挟んで線対称になっている。このため、以下では第１の支持部材３００Ａおよび第２の支持部材３００Ｂをまとめて支持部材３００として説明する。また、以下では、一例として、大径の研磨パッド２２２を基板ＷＦに対して揺動させる場合の支持部材３００の機能について説明を行うが、洗浄具２３２または小径の研磨パッド２４２についても同様である。

支持部材３００は、揺動シャフト２１０の回転によってテーブル１００の外側へ揺動された研磨パッド２２２を支持するための部材である。すなわち、基板処理装置１０００は、基板ＷＦを研磨する際に研磨パッド２２２を基板ＷＦの外側に飛び出すまで揺動させる（オーバーハングさせる）ことによって、基板ＷＦの被研磨面を均一に研磨するように構成される。ここで、研磨パッド２２２をオーバーハングさせた場合には、パッドホルダ２２６が傾くなど様々な要因によって基板ＷＦの周縁部に研磨パッド２２２の圧力が集中して、基板ＷＦの被研磨面が均一に研磨されないおそれがある。そこで、本実施形態の基板処理装置１０００は、基板ＷＦの外側にオーバーハングした研磨パッド２２２を支持するための支持部材３００をテーブル１００の両側に設けている。

図４は、一実施形態によるテーブルおよび支持部材を概略的に示す斜視図である。図５は、一実施形態によるテーブルおよび支持部材を概略的に示す側面図である。図５に示すように、支持部材３００（第１の支持部材３００Ａおよび第２の支持部材３００Ｂそれぞれ）は、研磨パッド２２２の基板ＷＦと接触する研磨面２２２ａの全体を支持可能な支持面３０１ａ，３０１ｂを有する。すなわち、支持面３０１ａ，３０１ｂはそれぞれ、研磨パッド２２２の研磨面２２２ａの面積よりも大きな面積を有しているので、研磨パッド２２２が完全に基板ＷＦの外側までオーバーハングしたとしても研磨面２２２ａの全体が支持面３０１ａ，３０１ｂに支持される。これにより、本実施形態では、研磨パッド２２２は、基板ＷＦ上を揺動しているときには研磨面２２２ａの全体が基板ＷＦに接触して支持されており、テーブル１００の外側まで揺動しているときも研磨面２２２ａの全体が支持部材３００に支持されているので、揺動中に基板ＷＦの被研磨面および支持面３０１ａ，３０１ｂの領域からはみ出さないようになっている。

＜膜厚計測器＞
図１および図２に示すように、基板処理装置１０００は、基板ＷＦを研磨しながら基板ＷＦの被研磨面の膜厚プロファイルを計測するための膜厚計測器６００を含む。膜厚計測器６００は、渦電流式センサまたは光学式センサなどの様々なセンサで構成することができる。図６は、一実施形態によるテーブル、支持部材、および膜厚計測器を概略的に示す斜視図である。図６に示すように、高さ方向に伸びる回転シャフト６１０がテーブル１００に隣接して配置されている。回転シャフト６１０は、図示していないモータなどの回転駆動機構によって回転シャフト６１０の軸周りに回転可能になっている。回転シャフト６１０には揺動アーム６２０が取り付けられおり、膜厚計測器６００は、揺動アーム６２０の先端に取り付けられている。膜厚計測器６００は、回転シャフト６１０の回転によって回転シャフト６１０の軸周りに旋回揺動するように構成される。具体的には、膜厚計測器６００は、基板ＷＦの研磨中に、回転シャフト６１０の回転によって基板ＷＦの径方向に沿って揺動することができるようになっている。膜厚計測器６００は、研磨パッド２２２が基板ＷＦ上を揺動しているときには図６の破線で示すように基板ＷＦ上から退避した位
置に揺動し、研磨パッド２２２が基板ＷＦ上を揺動していないときに図６の実線で示すように基板ＷＦ上を揺動するように構成される。すなわち、膜厚計測器６００は、基板ＷＦ上を揺動する研磨パッド２２２と干渉しないタイミングで基板ＷＦ上を揺動することができるようになっており、研磨パッド２２２によって研磨される基板ＷＦの膜厚プロファイルを経時的に計測することができる。膜厚計測器６００は、計測した基板ＷＦの膜厚プロファイルが所望の膜厚プロファイルになったら、基板ＷＦの研磨の終点を検出することができる。

＜基板厚計測器＞
図７は、一実施形態による基板厚計測器を概略的に示す斜視図である。基板処理装置１０００は、基板ＷＦの厚みを計測するための基板厚計測器６３０を含む。基板厚計測器６３０は、例えばＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）とテーブル１００との間に設置され、ＦＯＵＰから取り出されテーブル１００に設置される基板ＷＦの厚みを計測することができる。基板厚計測器６３０は、例えばレーザー測長器などで構成することができる。基板厚計測器６３０は、基板ＷＦの表面側に設けられた第１の基板厚計測部材６３０ａと、基板ＷＦの裏面側に設けられた第２の基板厚計測部材６３０ｂを含む。第１の基板厚計測部材６３０ａは、基板ＷＦの表面に向けてレーザー光を放射し、反射したレーザー光を受光する。第２の基板厚計測部材６３０ｂは、基板ＷＦの裏面に向けてレーザー光を放射し、反射したレーザー光を受光する。基板厚計測器６３０は、第１の基板厚計測部材６３０ａが受光したレーザー光および第２の基板厚計測部材６３０ｂが受光したレーザー光に基づいて基板ＷＦの厚みを計測するようになっている。

＜駆動機構＞
図４および図５に示すように、基板処理装置１０００は、支持部材３００の高さを調整するための駆動機構３１０を含む。駆動機構３１０は、モータおよびボールねじなどの様々な公知の機構で構成することができ、支持部材３００（支持面３０１ａおよび支持面３０１ｂ）を所望の高さに調整することができる。また、基板処理装置１０００は、支持部材３００の水平方向の位置、すなわちテーブル１００に支持された基板ＷＦの径方向に沿った位置を調整することによって基板ＷＦに対する支持部材３００の距離を調整するための駆動機構３２０を含む。駆動機構３２０は、モータおよびボールねじなどの様々な機構で構成することができる。

駆動機構３１０は、支持部材３００の初期調整として、基板ＷＦがテーブル１００に設置されたら、基板厚計測器６３０によって計測された基板ＷＦの厚みに基づいて、支持部材３００の高さを調整することができる。例えば、駆動機構３１０は、基板ＷＦの被研磨面と支持部材３００（支持面３０１ａおよび支持面３０１ｂ）とが同一高さになるように、支持部材３００の高さ調整を行うことができる。駆動機構３１０は、これに限らず、テーブル１００に設置された基板ＷＦの被研磨面より所定の値だけ高め、所定の値だけ低めなど、支持部材３００を所望の高さに調整することができる。

また、駆動機構３２０は、支持部材３００の初期調整として、後述する方法によって得られた基板ＷＦの直径に基づいて、テーブル１００に設置された基板ＷＦに対する支持部材３００の距離を調整することができる。例えば、基板ＷＦの被研磨面を均一に研磨するためには、基板ＷＦと支持部材３００との間に隙間がないことが好ましい。しかしながら、基板ＷＦは研磨処理中にテーブル１００の回転に伴って回転する一方、支持部材３００は回転しないので、支持部材３００を基板ＷＦの外周部に接触させることはできない。そこで、駆動機構３２０は、得られた基板ＷＦの直径に基づいて、基板ＷＦの外周部に接触しない範囲で最も接近する位置に支持部材３００を配置することができる。

これに加えて、駆動機構３１０，３２０は、基板ＷＦを研磨しながら基板ＷＦの被研磨
面の状態に応じて支持部材３００の高さおよび基板ＷＦの径方向に沿った基板ＷＦに対する距離の少なくとも一方を調整することができる。すなわち、上述のように、初期調整で支持部材３００を所望の高さおよび水平方向の位置に調整したとしても、様々な研磨条件の違いによって基板ＷＦごとに研磨中の膜厚プロファイルは異なり得る。そこで、本実施形態では、駆動機構３１０，３２０は、基板ＷＦの研磨中に膜厚計測器６００によって得られた基板ＷＦの膜厚プロファイルに応じて、支持部材３００の高さ方向の位置および水平方向の位置を調整するように構成される。

この点について図８を用いて説明する。図８は、一実施形態による基板の膜厚プロファイルを概略的に示す図である。図８には、研磨中の基板ＷＦの膜厚プロファイル８１０と、膜厚プロファイル８１０に応じて支持部材３００の高さ方向の位置および水平方向の位置を調整した後の基板ＷＦの膜厚プロファイル８２０と、が示されている。本実施形態のように研磨パッド２２２を揺動させながら基板ＷＦを研磨する場合、研磨パッド２２２をオーバーハングさせたとしても、膜厚プロファイル８１０に示すように、基板ＷＦのエッジ部において研磨が不十分になり局所的に残膜が厚くなる場合がある。このように、膜厚計測器６００によって計測された膜厚プロファイル８１０における基板ＷＦのエッジ部の膜厚８３０が中央部の膜厚８４０よりも厚い場合には、駆動機構３１０，３２０は、支持部材３００の高さを下げるかまたは基板ＷＦに対する支持部材３００の距離を広げるように構成される。なお、駆動機構３１０，３２０は、支持部材３００の高さを下げ、かつ、基板ＷＦに対する支持部材３００の距離を広げてもよい。これにより、基板ＷＦのエッジ部に研磨パッド２２２の大きな押圧力が加わるようになるので、エッジ部の研磨レートを高めることができる。その結果、膜厚プロファイル８２０に示すように、基板ＷＦのエッジ部における局所的な残膜の厚みを平坦にすることができる。このように、本実施形態によれば、研磨中の基板ＷＦの被研磨面の状態（膜厚プロファイル）に適切に対応して被研磨面の研磨の均一性を向上させることができる。

＜センタリング機構および直径計測器＞
図１および図２に示すように、基板処理装置１０００は、基板ＷＦの直径を計測するための直径計測器４００を含む。直径計測器４００は、本実施形態では、テーブル１００に支持された基板ＷＦをテーブル１００の中心方向に押圧して位置合わせするための少なくとも３個のセンタリング機構４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃを含む。センタリング機構４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃは、テーブル１００の周囲に適宜の間隔をあけて配置される。直径計測器４００は、センタリング機構４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃによる基板ＷＦの位置合わせ結果に基づいて基板ＷＦの直径を算出するように構成される。

この点について、図９を用いて詳細に説明する。図９は、一実施形態によるセンタリング機構を概略的に示す平面図である。図９に示すように、センタリング機構４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃはそれぞれ、高さ方向に伸びる回転シャフト４３０と、回転シャフト４３０に取り付けられたセンタリング部材４４０と、を含む。回転シャフト４３０は図示していないモータなどの回転駆動機構によって回転可能に構成される。センタリング部材４４０は、基板ＷＦと同じ高さ位置で回転シャフト４３０に取り付けられた棒状の部材であり、回転シャフト４３０の両側に伸びている。センタリング部材４４０は、回転シャフト４３０が第１の方向（例えば時計回り方向）に回転したときに基板ＷＦと接触する第１の接触部４４０ａと、回転シャフト４３０が第１の方向とは反対の第２の方向（例えば反時計回り方向）に回転したときに基板ＷＦと接触する第２の接触部４４０ｂと、を含む。

直径計測器４００は、センタリング部材４４０の第１の方向の回転角度、またはセンタリング部材４４０の第２の方向の回転角度に基づいて、基板ＷＦの直径を算出するように構成される。すなわち、センタリング機構４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃはそれぞれ、テーブル１００に基板ＷＦが設置されたら、回転シャフト４３０を同じタイミングで第１の
方向に回転させて第１の接触部４４０ａで基板ＷＦを押圧する。すると、３個のセンタリング部材４４０のうち基板ＷＦに一番近いセンタリング部材の第１の接触部４４０ａが基板ＷＦをテーブル１００の中心方向に押圧する。その後、残りのセンタリング部材４４０の第１の接触部４４０ａも順次基板ＷＦをテーブル１００の中心方向に押圧し、その結果、基板ＷＦは３方向からテーブル１００の中心方向に押圧される。３個のセンタリング部材４４０の第１の接触部４４０ａが均等に基板ＷＦを押圧したところで基板ＷＦはテーブル１００の中心位置にセンタリングされて位置合わせされる。以下では、回転シャフト４３０を第１の方向に回転させて行う基板ＷＦの位置合わせを「第１の位置合わせ」という。

ここで、図９に示すように、基板ＷＦの外周部にノッチ（切り欠き）ＮＣがあり、３個のセンタリング部材４４０の第１の接触部４４０ａのいずれかがノッチＮＣを押圧した場合には、基板ＷＦの位置合わせがテーブル１００の中心からずれるとともに、基板ＷＦの直径の算出が正しく行われない。そこで、本実施形態では、第１の位置合わせを行った後、回転シャフト４３０を第２の方向に回転させて第２の接触部４４０ｂで基板ＷＦを押圧することによって基板ＷＦをテーブル１００の中心位置にセンタリングして位置合わせすることができる。以下では、回転シャフト４３０を第２の方向に回転させて行う基板ＷＦの位置合わせを「第２の位置合わせ」という。

第２の位置合わせにおいて第２の接触部４４０ｂのいずれかが基板ＷＦのノッチＮＣを押圧した場合には基板ＷＦの位置合わせがずれるので、再度、第１の位置合わせを行うことによって、基板ＷＦをテーブル１００の中心位置にセンタリングすることができる。これは、第１の接触部４４０ａおよび第２の接触部４４０ｂのいずれか一方がノッチＮＣを押圧する可能性はあるが、両方がノッチＮＣを押圧することはないためである。本実施形態によれば、基板ＷＦの外周部にノッチＮＣがある場合であっても、確実に基板ＷＦをテーブル１００の中心位置に位置合わせすることができる。

直径計測器４００は、回転シャフト４３０の第１の方向の回転角度および第２の方向の回転角度と基板ＷＦの直径とを対応付けるための参照テーブルを有している。すなわち、基板ＷＦは、規格で定められた所定のサイズを有しているが、実際には基板ＷＦの直径には公差（バラツキ）が存在する。そこで、直径計測器４００は、例えば直径が既知であるテーブル１００に対して第１の接触部４４０ａおよび第２の接触部４４０ｂを押圧したときの回転シャフト４３０の第１の方向の回転角度および第２の方向の回転角度に基づいて、回転シャフト４３０の回転角度と基板ＷＦの直径との対応関係の参照テーブルをあらかじめ作成して保存している。直径計測器４００は、保存している参照テーブルに基づいて、基板ＷＦを位置合わせする際の回転シャフト４３０の第１の方向の回転角度および第２の方向の回転角度に対応する直径を導き出すことによって、基板ＷＦの直径を算出することができる。

具体的には、直径計測器４００は、第１の位置合わせを行ったときの回転シャフト４３０の第１の方向の回転角度と参照テーブルに基づいて基板ＷＦの直径（第１の直径）を算出する。その後、直径計測器４００は、第２の位置合わせを行ったときの回転シャフト４３０の第２の方向の回転角度と参照テーブルに基づいて基板ＷＦの直径（第２の直径）を算出する。直径計測器４００は、第１の直径と第２の直径を比較して、両者が等しい場合には、第１の位置合わせおよび第２の位置合わせのいずれを行ったときも基板ＷＦのノッチＮＣを押圧していないと考えられるので、第１の直径または第２の直径のいずれかを基板ＷＦの直径として出力する。一方、直径計測器４００は、第２の直径が第１の直径よりも大きい場合には、第１の位置合わせを行ったときに基板ＷＦのノッチＮＣを押圧したと考えられるので、第２の直径を基板ＷＦの直径として出力する。他方、直径計測器４００は、第１の直径が第２の直径よりも大きい場合には、第２の位置合わせを行ったときに基
板ＷＦのノッチＮＣを押圧したと考えられるので、再度、第１の位置合わせを行うとともに第１の直径を基板ＷＦの直径として出力する。このように、直径計測器４００は、回転シャフト４３０の第１の方向の回転角度および第２の方向の回転角度のうち、ノッチＮＣを押圧しなかったときの回転角度を用いて基板ＷＦの直径を算出することができる。

上記の実施形態では、直径計測器４００がセンタリング機構４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃを含む例を示したが、これに限定されない。直径計測器４００は、上述した撮影部材（カメラ）２５２を含んでいてもよい。図１０は、一実施形態による直径計測器を概略的に示す側面図である。図２および図１０に示すように、撮影部材２５２は、基板ＷＦの外周部の画像を取得できる位置に配置される。撮影部材２５２は、基板ＷＦの外周部の画像を取得し、取得した画像内の基板ＷＦの外周部の曲率から基板ＷＦの直径を算出することができる。

＜ドレッサ＞
図１および図２に示すように、ドレッサ５００は、揺動シャフト２１０の回転による研磨パッド２２２、２４２の旋回経路に配置される。ドレッサ５００は、表面にダイヤモンド粒子などが強固に電着しており、研磨パッド２２２、２４２を目立て（ドレッシング）するための部材である。ドレッサ５００は、図示していないモータなどの回転駆動機構によって回転するように構成される。ドレッサ５００の表面には図示していないノズルから純水を供給可能になっている。基板処理装置１０００は、ノズルから純水をドレッサ５００に供給しながらドレッサ５００を回転させるとともに、研磨パッド２２２、２４２を回転させ、ドレッサ５００に押圧しながらドレッサ５００に対して揺動させる。これによって、ドレッサ５００により研磨パッド２２２、２４２が削り取られ、研磨パッド２２２、２４２の研磨面がドレッシングされる。

＜洗浄ノズル＞
図１および図２に示すように、洗浄ノズル７００Ａ、７００Ｂは、テーブル１００に隣接して配置される。洗浄ノズル７００Ａは、テーブル１００と支持部材３００Ａとの間の隙間に向けて純水などの洗浄液を供給するように構成される。これにより、テーブル１００と支持部材３００Ａとの間に入った研磨カスなどを洗い流すことができる。洗浄ノズル７００Ｂは、テーブル１００と支持部材３００Ｂとの間の隙間に向けて純水などの洗浄液を供給するように構成される。これにより、テーブル１００と支持部材３００Ｂとの間に入った研磨カスなどを洗い流すことができる。

＜フローチャート＞
次に、本実施形態による支持部材３００の高さ位置および水平位置の調整を含む基板処理方法の手順を説明する。図１１は、一実施形態による基板処理方法を示すフローチャートである。図１１に示すように、基板処理方法は、まず、テーブル１００に基板ＷＦを設置する（設置ステップＳ１１０）。続いて、基板処理方法は、センタリング機構４００Ａ、４００Ｂ、４００Ｃによって基板ＷＦの位置合わせを行う（位置合わせステップＳ１２０）。続いて、基板処理方法は、支持部材３００の高さおよび基板ＷＦとの距離の初期調整を行う（初期調整ステップＳ１３０）。初期調整ステップＳ１３０は、例えば、基板厚計測器６３０によって事前に計測された基板ＷＦの厚みに基づいて支持部材３００の高さを調整するとともに、位置合わせステップＳ１２０によって得られた基板ＷＦの直径に基づいて支持部材３００の水平方向の位置を調整することができる。

続いて、基板処理方法は、テーブル１００を回転させるとともに研磨パッド２２２を回転させながら基板ＷＦに押圧する（押圧ステップＳ１４０）。続いて、基板処理方法は、研磨パッド２２２を揺動させる（揺動ステップＳ１５０）。続いて、基板処理方法は、基板ＷＦを研磨しながら膜厚計測器６００によって基板ＷＦの被研磨面の膜厚プロファイル
を計測する（膜厚計測ステップＳ１６０）。続いて、基板処理方法は、駆動機構３１０，３２０によって、基板ＷＦを研磨しながら支持部材３００の高さおよび基板ＷＦに対する距離の少なくとも一方を調整する（調整ステップＳ１７０）。例えば、調整ステップＳ１７０は、膜厚計測ステップＳ１６０によって計測された膜厚プロファイルに応じて支持部材３００の高さおよび基板ＷＦに対する距離の少なくとも一方を調整することができる。一例では、調整ステップＳ１７０は、図８における膜厚プロファイル８１０に示すように、膜厚計測ステップＳ１６０によって計測された膜厚プロファイルにおける基板ＷＦのエッジ部の膜厚８３０が中央部の膜厚８４０よりも厚い場合には、支持部材３００の高さを下げるか、または基板ＷＦに対する距離を広げることができる。

続いて、基板処理方法は、膜厚計測ステップＳ１６０によって計測された膜厚プロファイルが所望の膜厚プロファイルになっているか否かを判定する（判定ステップＳ１８０）。基板処理方法は、所望の膜厚プロファイルが得られていないと判定した場合には（判定ステップＳ１８０，Ｎｏ）、膜厚計測ステップＳ１６０へ戻って処理を繰り返す。一方、基板処理方法は、所望の膜厚プロファイルが得られたと判定した場合には（判定ステップＳ１８０，Ｙｅｓ）、研磨処理を終了する。

本実施形態によれば、例えば図８における膜厚プロファイル８２０に示すように、基板ＷＦのエッジ部における局所的な残膜の厚みを平坦にすることができる。このように、本実施形態によれば、研磨中の基板ＷＦの被研磨面の状態（膜厚プロファイル）に適切に対応して被研磨面の研磨の均一性を向上させることができる。

＜支持部材の変形例＞
次に、支持部材３００の変形例を説明する。図１２は、一実施形態による支持部材を概略的に示す平面図である。図１３は、一実施形態による支持部材を概略的に示す斜視図である。図１２および図１３に示すように、支持部材３００Ａ，３００Ｂはそれぞれ、基板ＷＦの径方向に沿った仮想的な分割ライン３３０を挟んで分割された複数（本実施形態では２個）の支持部材を含む。具体的には、支持部材３００Ａは、分割ライン３３０を挟んで分割された支持部材３００Ａ－１と支持部材３００Ａ－２とを含む。支持部材３００Ｂは、分割ライン３３０を挟んで分割された支持部材３００Ｂ－１と支持部材３００Ｂ－２とを含む。

本実施形態では、駆動機構３１０，３２０は、複数の支持部材３００（支持部材３００Ａ－１、支持部材３００Ａ－２、支持部材３００Ｂ－１、支持部材３００Ｂ－２）のそれぞれについて設けられる。したがって、駆動機構３１０，３２０は、複数の支持部材３００のそれぞれについて独立して、基板ＷＦを研磨しながら支持部材３００の高さおよび基板ＷＦに対する距離の少なくとも一方を調整することができる。例えば、図１２に示すように研磨パッド２２２が時計回りに回転しながら揺動しているとすると、支持部材３００Ｂ－１は、基板ＷＦから支持部材３００Ｂに向かって回転する研磨パッド２２２を支持する役割を有する。一方、支持部材３００Ｂ－２は、支持部材３００Ｂから基板ＷＦに向かって回転する研磨パッド２２２を支持する役割を有する。そこで、例えば、駆動機構３１０，３２０は、支持部材３００Ｂ－１の支持面よりも支持部材３００Ｂ－２の支持面のほうが高くなるように、支持部材３００Ｂ－１および支持部材３００Ｂ－２の高さ位置を調整することができる。

次に、支持部材３００の他の変形例を説明する。図１４は、一実施形態による支持部材を概略的に示す斜視図である。図１４に示すように、支持部材３００Ｂの支持面３０１ｂには、研磨パッド２２２の目立てをするためのドレッサ３４０が埋設されている。本実施形態によれば、基板ＷＦの研磨を行いながら、研磨パッド２２２が支持部材３００Ｂ上を揺動したときに研磨パッド２２２の目立てを同時に行うことができる。

また、図１４に示すように、支持部材３００Ａの支持面３０１ａには、気体を吸引するためのポンプなどで構成される吸引部材３５０と連通する複数の吸引経路３６０が埋設されている。本実施形態によれば、吸引部材３５０と連通する吸引経路３６０が支持面３０１ａに開口しているので、基板ＷＦの研磨中に研磨パッド２２２が支持部材３００Ａ上を揺動したときに、研磨パッド２２２に付着した研磨カスなどを吸引することができる。

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、基板を支持するためのテーブルと、前記テーブルに支持された基板を研磨するための研磨パッドを保持するためのパッドホルダと、前記パッドホルダを前記基板に対して昇降させるための昇降機構と、前記パッドホルダを前記基板の径方向に揺動させるための揺動機構と、前記揺動機構によって前記テーブルの外側へ揺動された研磨パッドを支持するための支持部材と、前記基板を研磨しながら前記支持部材の高さおよび前記基板に対する距離の少なくとも一方を調整するための駆動機構と、を含む、基板処理装置を開示する。

さらに本願は、一実施形態として、前記支持部材は、前記テーブルの外側の前記研磨パッドの揺動経路に配置された第１の支持部材と、前記テーブルを挟んで前記第１の支持部材と反対側の前記研磨パッドの揺動経路に配置された第２の支持部材と、を含む、基板処理装置を開示する。

さらに本願は、一実施形態として、前記第１の支持部材および前記第２の支持部材はそれぞれ、前記研磨パッドの前記基板と接触する研磨面の全体を支持可能な支持面を有する、基板処理装置を開示する。

さらに本願は、一実施形態として、前記基板を研磨しながら前記基板の被研磨面の膜厚プロファイルを計測するための膜厚計測器をさらに含み、前記駆動機構は、前記膜厚計測器によって計測された膜厚プロファイルに応じて前記支持部材の高さおよび前記基板に対する距離の少なくとも一方を調整するように構成される、基板処理装置を開示する。

さらに本願は、一実施形態として、前記駆動機構は、前記膜厚計測器によって計測された膜厚プロファイルにおける前記基板のエッジ部の膜厚が中央部の膜厚よりも厚い場合には、前記支持部材の高さを下げるまたは前記基板に対する距離を広げるように構成される、基板処理装置を開示する。

さらに本願は、一実施形態として、前記テーブルに設置される基板の厚みを計測するための基板厚計測器をさらに含み、前記駆動機構は、前記基板厚計測器によって計測された基板の厚みに基づいて前記支持部材の高さを調整するように構成される、基板処理装置を開示する。

さらに本願は、一実施形態として、前記テーブルに設置された基板の直径を計測するための直径計測器をさらに含み、前記駆動機構は、前記直径計測器によって計測された基板の直径に基づいて前記支持部材の前記基板に対する距離を調整するように構成される、基板処理装置を開示する。

さらに本願は、一実施形態として、前記支持部材は、前記基板の径方向に沿った仮想的な分割ラインを挟んで分割された複数の支持部材を含み、前記駆動機構は、前記複数の支持部材のそれぞれについて独立して、前記基板を研磨しながら前記支持部材の高さおよび前記基板に対する距離の少なくとも一方を調整するように構成される、基板処理装置を開示する。

さらに本願は、一実施形態として、前記支持部材は、前記研磨パッドの前記基板と接触する研磨面を支持するための支持面を含み、前記支持部材の前記支持面には、前記研磨パッドの目立てをするためのドレッサが埋設されている、基板処理装置を開示する。

さらに本願は、一実施形態として、前記支持部材は、前記研磨パッドの前記基板と接触する研磨面を支持するための支持面を含み、前記支持部材の前記支持面には、吸引部材と連通する吸引経路が埋設されている、基板処理装置を開示する。

さらに本願は、一実施形態として、前記揺動機構は、前記パッドホルダを保持するための第１のアームと、洗浄具を保持するための洗浄具ホルダを保持する第２のアームと、前記研磨パッドとは径が異なる研磨パッドを保持するためのパッドホルダを保持する第３のアームと、撮影部材を保持するための第４のアームと、前記第１、第２、第３、および第４のアームを支持する揺動シャフトと、前記揺動シャフトを回転駆動するための回転駆動機構と、を含み、前記第１、第２、第３、および第４のアームはそれぞれ、前記揺動シャフトの周りに放射状に配置される、基板処理装置を開示する。

さらに本願は、一実施形態として、前記第２のアームは、前記洗浄具とともに、前記洗浄具の両側に配置されたアトマイザをさらに保持するように構成される、基板処理装置を開示する。

さらに本願は、一実施形態として、テーブルに基板を設置する設置ステップと、前記テーブルに設置された基板を研磨するための研磨パッドを前記基板に押圧する押圧ステップと、前記研磨パッドを前記基板の径方向に揺動させる揺動ステップと、前記揺動ステップによって前記テーブルの外側へ揺動される研磨パッドを支持するための支持部材の高さおよび前記基板に対する距離の少なくとも一方を、前記基板を研磨しながら調整する調整ステップと、を含む、基板処理方法を開示する。

さらに本願は、一実施形態として、前記基板を研磨しながら前記基板の被研磨面の膜厚プロファイルを計測する膜厚計測ステップをさらに含み、前記調整ステップは、前記膜厚計測ステップによって計測された膜厚プロファイルに応じて前記支持部材の高さおよび前記基板に対する距離の少なくとも一方を調整することを含む、方法を開示する。

さらに本願は、一実施形態として、前記調整ステップは、前記膜厚計測ステップによって計測された膜厚プロファイルにおける前記基板のエッジ部の膜厚が中央部の膜厚よりも厚い場合には、前記支持部材の高さを下げるまたは前記基板に対する距離を広げることを含む、方法を開示する。

１００ テーブル
２００ 多軸アーム
２１０ 揺動シャフト
２１２ 回転駆動機構（揺動機構）
２２０ 第１のアーム
２２２ 研磨パッド
２２２ａ 研磨面
２２６ パッドホルダ
２２７ 昇降機構
２３８ アトマイザ
３００ 支持部材
３００Ａ 第１の支持部材
３００Ａ－１ 支持部材
３００Ａ－２ 支持部材
３００Ｂ 第２の支持部材
３００Ｂ－１ 支持部材
３００Ｂ－２ 支持部材
３０１ａ，３０１ｂ 支持面
３１０，３２０ 駆動機構
３３０ 分割ライン
３４０ ドレッサ
３５０ 吸引部材
３６０ 吸引経路
４００ 直径計測器
６００ 膜厚計測器
６３０ 基板厚計測器
８１０ 膜厚プロファイル
８２０ 膜厚プロファイル
１０００ 基板処理装置
ＷＦ 基板

Claims (13)

1. 基板を支持するためのテーブルと、
   前記テーブルに支持された基板を研磨するための研磨パッドを保持するためのパッドホルダと、
   前記パッドホルダを前記基板に対して昇降させるための昇降機構と、
   前記パッドホルダを前記基板の径方向に揺動させるための揺動機構と、
   前記揺動機構によって前記テーブルの外側へ揺動された研磨パッドを支持するための支持部材と、
   前記基板を研磨しながら前記支持部材の高さおよび前記基板に対する距離の少なくとも一方を調整するための駆動機構と、
   前記基板を研磨しながら前記基板の被研磨面の膜厚プロファイルを計測するための膜厚計測器と、
   を含み、
   前記駆動機構は、前記膜厚計測器によって計測された膜厚プロファイルに応じて前記支持部材の高さおよび前記基板に対する距離の少なくとも一方を調整するように構成される、
   基板処理装置。
2. 前記支持部材は、前記テーブルの外側の前記研磨パッドの揺動経路に配置された第１の支持部材と、前記テーブルを挟んで前記第１の支持部材と反対側の前記研磨パッドの揺動経路に配置された第２の支持部材と、を含む、
   請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記第１の支持部材および前記第２の支持部材はそれぞれ、前記研磨パッドの前記基板と接触する研磨面の全体を支持可能な支持面を有する、
   請求項２に記載の基板処理装置。
4. 前記駆動機構は、前記膜厚計測器によって計測された膜厚プロファイルにおける前記基板のエッジ部の膜厚が中央部の膜厚よりも厚い場合には、前記支持部材の高さを下げるまたは前記基板に対する距離を広げるように構成される、
   請求項１に記載の基板処理装置。
5. 前記テーブルに設置される基板の厚みを計測するための基板厚計測器をさらに含み、
   前記駆動機構は、基板の研磨を開始する前に、前記基板厚計測器によって計測された基板の厚みに基づいて前記支持部材の高さを調整するように構成される、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の基板処理装置。
6. 前記テーブルに設置された基板の直径を計測するための直径計測器をさらに含み、
   前記駆動機構は、基板の研磨を開始する前に、前記直径計測器によって計測された基板の直径に基づいて前記支持部材の前記基板に対する距離を調整するように構成される、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の基板処理装置。
7. 前記支持部材は、前記基板の径方向に沿った仮想的な分割ラインを挟んで分割された複数の支持部材を含み、
   前記駆動機構は、前記複数の支持部材のそれぞれについて独立して、前記基板を研磨しながら前記支持部材の高さおよび前記基板に対する距離の少なくとも一方を調整するように構成される、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の基板処理装置。
8. 前記支持部材は、前記研磨パッドの前記基板と接触する研磨面を支持するための支持面を含み、前記支持部材の前記支持面には、前記研磨パッドの目立てをするためのドレッサが埋設されている、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の基板処理装置。
9. 前記支持部材は、前記研磨パッドの前記基板と接触する研磨面を支持するための支持面を含み、前記支持部材の前記支持面には、吸引部材と連通する吸引経路が埋設されている、
   請求項１から８のいずれか一項に記載の基板処理装置。
10. 前記揺動機構は、前記パッドホルダを保持するための第１のアームと、洗浄具を保持するための洗浄具ホルダを保持する第２のアームと、前記研磨パッドとは径が異なる研磨パッドを保持するためのパッドホルダを保持する第３のアームと、撮影部材を保持するための第４のアームと、前記第１、第２、第３、および第４のアームを支持する揺動シャフトと、前記揺動シャフトを回転駆動するための回転駆動機構と、を含み、
    前記第１、第２、第３、および第４のアームはそれぞれ、前記揺動シャフトの周りに放射状に配置される、
    請求項１から９のいずれか一項に記載の基板処理装置。
11. 前記第２のアームは、前記洗浄具とともに、前記洗浄具の両側に配置されたアトマイザをさらに保持するように構成される、
    請求項１０に記載の基板処理装置。
12. テーブルに基板を設置する設置ステップと、
    前記テーブルに設置された基板を研磨するための研磨パッドを前記基板に押圧する押圧ステップと、
    前記研磨パッドを前記基板の径方向に揺動させる揺動ステップと、
    前記揺動ステップによって前記テーブルの外側へ揺動される研磨パッドを支持するため
    の支持部材の高さおよび前記基板に対する距離の少なくとも一方を、前記基板を研磨しながら調整する調整ステップと、
    前記基板を研磨しながら前記基板の被研磨面の膜厚プロファイルを計測する膜厚計測ステップをさらに含み、
    を含み、
    前記調整ステップは、前記膜厚計測ステップによって計測された膜厚プロファイルに応じて前記支持部材の高さおよび前記基板に対する距離の少なくとも一方を調整することを含む、
    基板処理方法。
13. 前記調整ステップは、前記膜厚計測ステップによって計測された膜厚プロファイルにおける前記基板のエッジ部の膜厚が中央部の膜厚よりも厚い場合には、前記支持部材の高さを下げるまたは前記基板に対する距離を広げることを含む、
    請求項１２に記載の方法。

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