特開 2024-70925 研磨装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024070925

(43)【公開日】2024-05-24

(54)【発明の名称】研磨装置

(51)【国際特許分類】

   B24B 9/00 20060101AFI20240517BHJP

   B24B 49/10 20060101ALI20240517BHJP

   B24B 49/04 20060101ALI20240517BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20240517BHJP

【ＦＩ】

B24B9/00 601H

B24B49/10

B24B49/04 Z

H01L21/304 621E

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022181552

(22)【出願日】2022-11-14

(71)【出願人】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100118500

【弁理士】

【氏名又は名称】廣澤 哲也

(74)【代理人】

【氏名又は名称】渡邉 勇

(74)【代理人】

【識別番号】100174089

【弁理士】

【氏名又は名称】郷戸 学

(74)【代理人】

【識別番号】100186749

【弁理士】

【氏名又は名称】金沢 充博

(72)【発明者】

【氏名】小寺 健治

(72)【発明者】

【氏名】洪 國維

(72)【発明者】

【氏名】大橋 弘尭

(72)【発明者】

【氏名】山野邊 北斗

(72)【発明者】

【氏名】石川 翔

【テーマコード（参考）】

3C034

3C049

5F057

【Ｆターム（参考）】

3C034AA13

3C034AA19

3C034BB73

3C034CA02

3C034CA12

3C034CA26

3C034CA30

3C034CB03

3C034CB08

3C034CB18

3C034DD10

3C034DD20

3C049AA05

3C049AA12

3C049AA13

3C049AA16

3C049AC02

3C049BA02

3C049BA07

3C049BA09

3C049BB02

3C049BB06

3C049BB08

3C049BB09

3C049BC02

3C049CA01

3C049CB01

5F057AA02

5F057AA19

5F057BA11

5F057CA16

5F057DA06

5F057EB22

5F057GA13

5F057GB31

(57)【要約】

【課題】ウェハなどの基板の周縁部の研磨量を検出することができる研磨装置が提供される。
【解決手段】研磨装置は、基板Ｗの周縁部の研磨量を検出するセンサ構造体１００を備える。センサ構造体１００は、接触面１０２ａを有するセンサヘッド１０２と、センサヘッド１０２の変位により基板Ｗの周縁部の研磨量を検出する変位センサ１０１と、を備えている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を保持して回転させる基板ステージと、
前記基板の周縁部に研磨具を押し付ける研磨ヘッドと、
前記周縁部の研磨量を検出するセンサ構造体と、を備え、
前記センサ構造体は、
前記周縁部に接触する接触面を有するセンサヘッドと、
前記センサヘッドの変位により前記周縁部の研磨量を検出する変位センサと、を備えている、研磨装置。

【請求項2】

前記研磨装置は、前記研磨ヘッドおよび前記センサ構造体の動作を制御する制御装置を備えており、
前記制御装置は、前記研磨ヘッドによって研磨された前記周縁部の研磨対象領域と同じ領域の研磨量を前記センサ構造体に検出させる、請求項１に記載の研磨装置。

【請求項3】

前記研磨装置は、前記センサ構造体を傾斜させるセンサチルト機構を備えており、
前記制御装置は、前記センサチルト機構の動作により、前記センサ構造体の傾斜角度を前記研磨ヘッドの傾斜角度と同期させて、前記接触面を前記周縁部に接触させる、請求項２に記載の研磨装置。

【請求項4】

前記制御装置は、
前記センサチルト機構の動作により、前記センサ構造体の傾斜角度を変更して、前記基板の回転方向における基準値を取得し、
前記研磨ヘッドの傾斜角度と同一の傾斜角度で前記センサ構造体を前記周縁部に押し付けて、前記基準値からの変位量を、前記研磨ヘッドによって研磨された研磨量に決定する、請求項３に記載の研磨装置。

【請求項5】

前記制御装置は、前記基板の研磨終点を決定するための目標研磨量を記憶しており、
前記制御装置は、前記決定された研磨量が前記目標研磨量に到達したら、前記周縁部の研磨を終了する、請求項４に記載の研磨装置。

【請求項6】

前記制御装置は、前記周縁部における複数の研磨角度を記憶しており、
前記制御装置は、前記複数の研磨角度のうちの１つの研磨角度における研磨量が前記目標研磨量に到達したら、前記研磨ヘッドの傾斜角度とともに、前記センサ構造体の傾斜角度を変更して、前記複数の研磨角度のうちの他の研磨角度における研磨量を取得する、請求項５に記載の研磨装置。

【請求項7】

前記センサ構造体は、
前記センサヘッドを前記周縁部に付勢する付勢部材と、
前記センサヘッドの移動方向を直線方向に規制するリニアガイドと、を備えている、請求項１に記載の研磨装置。

【請求項8】

前記接触面は、前記周縁部に形成されたノッチよりも大きな幅を有している、請求項１に記載の研磨装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、研磨装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイス製造の過程において、ウェハの周縁部には種々の膜が形成される。これらの膜は、パーティクルの原因となりうるので、膜を周縁部から除去する必要がある。そこで、研磨テープなどの研磨具を備えた研磨装置を用いて、ウェハの周縁部を研磨し、周縁部から膜を除去する。この研磨装置は、ウェハをその軸心を中心に回転させながら、研磨具をウェハの周縁部に押し付けることにより、周縁部を研磨するように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１３９１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、ウェハの周縁部は、傾斜しており、かつ小さな領域を有しているため、一般的に、ウェハの周縁部の研磨量を精度よく、検出することは困難である。研磨量を精度よく検出することは、ウェハの研磨終点を正確に決定することに寄与するため、非常に重要である。

【0005】

そこで、本発明は、ウェハなどの基板の周縁部の研磨量を精度よく、検出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。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一態様では、基板を保持して回転させる基板ステージと、前記基板の周縁部に研磨具を押し付ける研磨ヘッドと、前記周縁部の研磨量を検出するセンサ構造体と、を備える研磨装置が提供される。前記センサ構造体は、前記周縁部に接触する接触面を有するセンサヘッドと、前記センサヘッドの変位により前記周縁部の研磨量を検出する変位センサと、を備えている。

【0007】

一態様では、前記研磨装置は、前記研磨ヘッドおよび前記センサ構造体の動作を制御する制御装置を備えており、前記制御装置は、前記研磨ヘッドによって研磨された前記周縁部の研磨対象領域と同じ領域の研磨量を前記センサ構造体に検出させる。
一態様では、前記研磨装置は、前記センサ構造体を傾斜させるセンサチルト機構を備えており、前記制御装置は、前記センサチルト機構の動作により、前記センサ構造体の傾斜角度を前記研磨ヘッドの傾斜角度と同期させて、前記接触面を前記周縁部に接触させる。
一態様では、前記制御装置は、前記センサチルト機構の動作により、前記センサ構造体の傾斜角度を変更して、前記基板の回転方向における基準値を取得し、前記研磨ヘッドの傾斜角度と同一の傾斜角度で前記センサ構造体を前記周縁部に押し付けて、前記基準値からの変位量を、前記研磨ヘッドによって研磨された研磨量に決定する。

【0008】

一態様では、前記制御装置は、前記基板の研磨終点を決定するための目標研磨量を記憶しており、前記制御装置は、前記決定された研磨量が前記目標研磨量に到達したら、前記周縁部の研磨を終了する。
一態様では、前記制御装置は、前記周縁部における複数の研磨角度を記憶しており、前記制御装置は、前記複数の研磨角度のうちの１つの研磨角度における研磨量が前記目標研磨量に到達したら、前記研磨ヘッドの傾斜角度とともに、前記センサ構造体の傾斜角度を変更して、前記複数の研磨角度のうちの他の研磨角度における研磨量を取得する。

【0009】

一態様では、前記センサ構造体は、前記センサヘッドを前記周縁部に付勢する付勢部材と、前記センサヘッドの移動方向を直線方向に規制するリニアガイドと、を備えている。
一態様では、前記接触面は、前記周縁部に形成されたノッチよりも大きな幅を有している。

【発明の効果】

【0010】

研磨装置は、基板の周縁部の研磨量を検出するセンサ構造体を備えているため、基板の周縁部の研磨量を精度よく検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】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。

【図2】ウェハの周縁部を研磨するための研磨装置を示す模式図である。

【図3】研磨ヘッドを傾斜させるヘッドチルト機構を示す図である。

【図4】ヘッドチルト機構により上下に傾動する研磨ヘッド（およびセンサ構造体）を示す図である。

【図5】センサ構造体の拡大図を示す図である。

【図6】センサ構造体を傾斜させるセンサチルト機構を示す図である。

【図7】ウェハの周縁部の研磨量を検出するフローチャートを示す図である。

【図8】ウェハの研磨角度の一例を示す図である。

【図9】ウェハを回転しながら取得した基準値の変化を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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。より具体的には、図１（ａ）はいわゆるストレート型の基板の断面図であり、図１（ｂ）はいわゆるラウンド型の基板の断面図である。基板の例としては、ウェハが挙げられる。基板の周縁部は、ベベル部、トップエッジ部、およびボトムエッジ部を含む領域として定義される。

【0013】

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Ｓ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Ｓで示す）である。

【0014】

トップエッジ部は、ベベル部Ｓよりも半径方向内側に位置する環状の平坦部Ｔ１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Ｓよりも半径方向内側に位置する環状の平坦部Ｔ２である。トップエッジ部Ｔ１およびボトムエッジ部Ｔ２は、ベベル部Ｓに接続されている。トップエッジ部Ｔ１は、デバイスが形成された領域を含むこともある。

【0015】

図２は、ウェハの周縁部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、基板の一例であるウェハＷを保持して回転させる基板ステージ３２と、基板ステージ３２に保持されているウェハＷの周縁部に研磨具としての研磨テープ４２を押し付ける研磨ヘッド３４と、を備えている。

【0016】

基板ステージ３２は、ウェハＷを真空吸着により保持する基板保持面３７と、基板保持面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、図示しない搬送装置により基板保持面３７上に載置される。基板保持面３７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。

【0017】

真空ライン４０を通じて基板保持面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保持面３７上に保持される。この状態でステージモータ３９は、基板保持面３７を回転させ、ウェハＷをその軸線を中心に回転させる。基板保持面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保持面３７によって保持される。ウェハＷの周縁部の全体は、基板保持面３７から外側にはみ出している。

【0018】

研磨ヘッド３４は、基板保持面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、基板保持面３７上のウェハＷの周縁部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を支持する複数のガイドローラー４３と、研磨テープ４２をウェハＷの周縁部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。

【0019】

エアシリンダ４５は、押圧部材４４に連結されており、押圧部材４４を基板保持面３７に向かって移動させるように構成されている。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の周縁部に押し付ける。なお、研磨具として、研磨テープ４２に代えて砥石を用いてもよい。

【0020】

研磨装置は、基板保持面３７に保持されたウェハＷに近接または離間する方向に、研磨ヘッド３４を移動させるヘッド移動機構６０Ａを備えている。ヘッド移動機構６０Ａは、研磨ヘッド３４に連結された連結ブロック６６Ａと、連結ブロック６６Ａを介して研磨ヘッド３４を移動させるリニアアクチュエータ６７Ａと、を備えている。リニアアクチュエータ６７Ａは、例えば、ボールねじ機構およびサーボモータの組み合わせ（図示せず）であり、研磨ヘッド３４を、ウェハＷを研磨する位置に近接（または離間）させるように構成されている。

【0021】

研磨装置は、研磨ヘッド３４に組み込まれたテープ送り機構５０を備えている。テープ送り機構５０は、研磨テープ４２を送るように構成されている。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。テープ送り機構５０は、研磨テープ４２を巻き出しリール５１から研磨ヘッド３４を経由して巻き取りリール５２に所定の速度で送るように構成されている。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。

【0022】

研磨装置は、基板保持面３７に保持されたウェハＷの上方に配置された純水供給ノズル５７を備えている。純水供給ノズル５７は、ウェハＷに純水を供給するように構成されている。純水供給ノズル５７は、基板保持面３７の中心の上方に配置されている。回転するウェハＷの上面に供給された純水は、遠心力によりウェハＷの上面の全体に広がり、ウェハＷの上面全体を覆う。したがって、純水は、ウェハＷの周縁部の研磨中にウェハＷの上面にパーティクルが付着することを防止することができる。

【0023】

図２に示すように、研磨装置は、ウェハＷの周縁部の研磨量を検出するセンサ構造体１００を備えている。センサ構造体１００は、ウェハＷの周縁部に接触する接触面１０２ａを有するセンサヘッド１０２と、センサヘッド１０２に接続されており、かつセンサヘッド１０２の変位によりウェハＷの周縁部の研磨量を検出する変位センサ１０１と、を備えている。変位センサ１０１の一例として、近接センサ、深さセンサ、レーザースケールなどの検出器を挙げることができる。センサヘッド１０２は、高硬度の板部材（例えば、ウレタンゴム９０度など)に摺動性の良いコーティングを施したもの、もしくは、高硬度の板部材に、ウェハとの接触による衝撃を吸収する軟質（例えば、樹脂製）の板材を貼り合わせたもので構成されている。

【0024】

センサ構造体１００は、センサヘッド１０２をウェハＷの周縁部に接触させることにより、研磨ヘッド３４によって研磨されたウェハＷの周縁部の研磨量を検出するように構成されている。センサ構造体１００の詳細な構造については、後述する。

【0025】

研磨装置は、基板保持面３７に保持されたウェハＷに近接または離間する方向に、センサ構造体１００を移動させるヘッド移動機構６０Ｂを備えている。ヘッド移動機構６０Ｂは、センサ構造体１００に連結された連結ブロック６６Ｂと、連結ブロック６６Ｂを介してセンサ構造体１００を移動させるリニアアクチュエータ６７Ｂと、を備えている。ヘッド移動機構６０Ｂは、ヘッド移動機構６０Ａと同様の構造を有しているため、ヘッド移動機構６０Ｂの詳細な説明を省略する。

【0026】

図２に示すように、研磨装置は、その構成要素の動作を制御する制御装置８０を備えている。制御装置８０は、専用のコンピュータまたは汎用のコンピュータから構成される。制御装置８０は、プログラムを格納した記憶装置１１０と、プログラムに従って演算を実行する処理装置１２０と、を備えている。

【0027】

図２に示す実施形態では、制御装置８０は、研磨ヘッド３４、センサ構造体１００、ヘッド移動機構６０Ａ，６０Ｂ、およびステージモータ３９に電気的に接続されており、これら研磨ヘッド３４、センサ構造体１００、ヘッド移動機構６０Ａ，６０Ｂ、およびステージモータ３９の動作を制御するように構成されている。制御装置８０は、純水供給ノズル５７の動作を制御してもよい。

【0028】

図３は、研磨ヘッドを傾斜させるヘッドチルト機構を示す図である。図４は、ヘッドチルト機構により上下に傾動する研磨ヘッド（およびセンサ構造体）を示す図である。図３に示すように、研磨装置は、研磨ヘッド３４を基板ステージ３２上のウェハＷの表面に対して傾斜（傾動）させるヘッドチルト機構８１を備えている。ヘッドチルト機構８１は、研磨ヘッド３４を保持するクランクアーム５５と、クランクアーム５５に連結されたサーボモータ５６と、を備えている。

【0029】

クランクアーム５５の一端は研磨ヘッド３４に固定されており、クランクアーム５５の他端はサーボモータ５６に連結されている。クランクアーム５５は全体として基板保持面３７と平行である。制御装置８０は、サーボモータ５６に電気的に接続されている。サーボモータ５６は、制御装置８０の指令に従って、クランクアーム５５を時計回りおよび反時計回りに所定の角度だけ交互に回転させると、研磨ヘッド３４の全体がウェハＷの表面に対して上下に傾動する（図４の矢印参照）。このようにして、制御装置８０は、ヘッドチルト機構８１の動作を制御することができる。

【0030】

ウェハＷの周縁部は次のようにして研磨される。基板保持面３７に保持されたウェハＷは、その軸線を中心としてステージモータ３９により回転される。回転するウェハＷの上面に液体供給ノズル５７から純水が供給される。研磨ヘッド３４は、研磨テープ４２をウェハＷの周縁部に押し付けながら、上下に傾動する。研磨テープ４２は、純水の存在下で、回転するウェハＷの周縁部に摺接し、これにより周縁部を研磨する。

【0031】

図５は、センサ構造体の拡大図を示す図である。図５に示すように、センサ構造体１００は、変位センサ１０１およびセンサヘッド１０２と、センサヘッド１０２をウェハＷの周縁部に向かって付勢する付勢部材１０３と、変位センサ１０１が固定されたベースプレート１０４と、センサヘッド１０２の移動方向を直線方向に規制するリニアガイド１０８と、を備えている。

【0032】

付勢部材１０３は、センサヘッド１０２およびベースプレート１０４に固定されている。本実施形態では、付勢部材１０３はばねであるが、一実施形態では、センサヘッド１０２を付勢するエアシリンダであってもよい。付勢部材１０３は、回転するウェハＷの周縁部に接触するセンサヘッド１０２が勢いよく跳ね返されず、かつウェハＷを必要以上に撓ませない程度の付勢力で、センサヘッド１０２をウェハＷの周縁部に押し付ける。

【0033】

リニアガイド１０８は、ベースプレート１０４に固定されたガイドレール１０５と、センサヘッド１０２に固定され、かつガイドレール１０５に装着されたスライダ１０６と、を備えている。スライダ１０６がガイドレール１０５に沿って移動すると、スライダ１０６に固定されたセンサヘッド１０２は、直線方向に移動する。

【0034】

図６は、センサ構造体を傾斜させるセンサチルト機構を示す図である。図６に示すように、研磨装置は、センサ構造体１００を基板ステージ３２上のウェハＷの表面に対して傾斜（傾動）させるセンサチルト機構１５１を備えている。センサチルト機構１５１は、センサ構造体１００を保持するクランクアーム１５５と、クランクアーム１５５に連結されたサーボモータ１５６と、を備えている。

【0035】

クランクアーム１５５の一端はセンサ構造体１００に固定されており、クランクアーム１５５の他端はサーボモータ１５６に連結されている。クランクアーム１５５は全体として基板保持面３７と平行である。制御装置８０は、サーボモータ１５６に電気的に接続されている。サーボモータ１５６は、制御装置８０の指令に従って、クランクアーム１５５を時計回りおよび反時計回りに所定の角度だけ交互に回転させると、センサ構造体１００の全体がウェハＷの表面に対して上下に傾動する（図４の矢印参照）。このようにして、制御装置８０は、センサチルト機構１５１の動作を制御することができる。

【0036】

本実施形態では、ヘッドチルト機構８１およびセンサチルト機構１５１は同一の構造を有しているが、一実施形態では、これらヘッドチルト機構８１およびセンサチルト機構１５１は、異なる構造を有してもよい。

【0037】

図６に示すように、センサヘッド１０２の接触面１０２ａは、ウェハＷの周縁部に形成されたノッチＮｔよりも大きな幅を有している。したがって、ウェハＷが回転している状態で、センサヘッド１０２をウェハＷの周縁部に押し付けても、センサヘッド１０２がノッチＮｔに入り込むことはなく、ノッチＮｔ（および／またはセンサヘッド１０２）の破損を防止することができる。

【0038】

回転するウェハＷには、回転力が作用しているため、変位センサ１０１を直接、ウェハＷの周縁部に接触させることにより、変位センサ１０１はウェハＷの回転力の影響を受けて、ウェハＷの周縁部の研磨量を精度よく検出することができないおそれがある。本実施形態では、センサ構造体１００はセンサヘッド１０２をウェハＷの周縁部に接触させる構造を有しているため、変位センサ１０１は、センサヘッド１０２を介して、ウェハＷの周縁部の研磨量を精度よく検出することができる。

【0039】

さらに、センサヘッド１０２を設けることにより、変位センサ１０１が直接、ウェハＷの周縁部に接触することを防止することができる。結果として、変位センサ１０１の、ノッチＮｔとの接触に起因する破損を防止することができる。

【0040】

制御装置８０は、研磨ヘッド３４によって研磨されたウェハＷの周縁部の研磨対象領域と同じ領域（研磨量検出領域）の研磨量をセンサ構造体１００に検出させるように構成されている。制御装置８０は、ヘッドチルト機構８１およびセンサチルト機構１５１の動作を同期させるように構成されている。したがって、制御装置８０は、センサチルト機構１５１の動作により、センサ構造体１００の傾斜角度を研磨ヘッド３４の傾斜角度と同期させて、センサヘッド１０２の接触面１０２ａを、研磨中のウェハＷの周縁部に接触させる。

【0041】

このような構成により、制御装置８０は、センサ構造体１００の研磨量検出領域を研磨ヘッド３４の研磨対象領域と一致させることができ、結果として、センサ構造体１００は、ウェハＷの周縁部の研磨量をリアルタイムで検出することができる。制御装置８０は、センサ構造体１００から送られた研磨量に基づいて、研磨ヘッド３４およびセンサ構造体１００の動作を制御する。

【0042】

図７は、ウェハの周縁部の研磨量を検出するフローチャートを示す図である。まず、制御装置８０は、基板ステージ３２の基板保持面３７上に保持されたウェハＷを回転させ、回転しているウェハＷの周縁部にセンサ構造体１００のセンサヘッド１０２を押し付ける（図７のステップＳ１０１参照）。

【0043】

その後、制御装置８０は、センサヘッド１０２をウェハＷの周縁部に押し付けながら、センサ構造体１００の傾斜角度を連続的に変更し、ウェハＷの研磨角度ごとの基準値を取得する（図７のステップＳ１０２参照）。制御装置８０は、基準値を取得することにより、ウェハＷの周縁部の初期状態を記憶する。

【0044】

図８は、ウェハの研磨角度の一例を示す図である。図８に示す実施形態では、ウェハＷの周縁部に沿った５つの研磨角度（研磨角度１～研磨角度５）が設けられており、制御装置８０の記憶装置１１０は、これら５つの研磨角度を記憶している。一実施形態では、少なくとも１つの研磨角度が設けられてもよい。

【0045】

図９は、ウェハを回転しながら取得した基準値の変化を示す図である。図９では、横軸はウェハＷの回転角度（０度～３６０度）を示しており、縦軸は変位センサ１０１の移動距離を示している。図９に示すように、制御装置８０は、ウェハＷを回転させた状態で、センサヘッド１０２をウェハＷの周縁部に押し付けて、ウェハＷの回転角度ごとの基準値を取得する。

【0046】

このような工程を繰り返して、すべての研磨角度に対する基準値を取得する。例えば、５つの研磨角度が設けられている場合には、制御装置８０は、研磨角度１～研磨角度５におけるウェハＷの回転角度ごとの基準値を取得する。

【0047】

例えば、制御装置８０は、センサチルト機構１５１を動作させて、センサ構造体１００の傾斜角度を研磨角度１（図８参照）に決定し、回転しているウェハＷの周縁部にセンサヘッド１０２を押し付けながら、研磨角度１におけるウェハＷの周縁部の基準値を変位センサ１０１に検出させる。

【0048】

次いで、制御装置８０は、センサチルト機構１５１を動作させて、センサ構造体１００の傾斜角度を研磨角度２（図８参照）に決定し、回転しているウェハＷの周縁部にセンサヘッド１０２を押し付けながら、研磨角度２におけるウェハＷの周縁部の基準値を変位センサ１０１に検出させる。このようにして、制御装置８０は、記憶装置１１０に記憶された研磨角度のすべてにおけるウェハＷの周縁部の基準値を変位センサ１０１に検出させる。

【0049】

図９に示す実施形態では、変位センサ１０１の移動距離は連続的に変化しており、ウェハＷの回転角度における基準値も連続的に変化している。このような場合、制御装置８０は、連続的に変化する基準値を平均化してもよい。

【0050】

図７のステップＳ１０２の後、制御装置８０は、研磨ヘッド３４の傾斜角度と同一の傾斜角度でセンサ構造体１００をウェハＷの周縁部に押し付ける。このとき、研磨ヘッド３４は、ウェハＷの周縁部を連続的に研磨しているため、センサヘッド１０２は、付勢部材１０３によりウェハＷの中心に向かって変位する。

【0051】

変位センサ１０１は、その基準値からの変位量を検出する。変位センサ１０１によって検出された変位量は、研磨ヘッド３４によって研磨された研磨量に相当するため、制御装置８０は、変位センサ１０１によって検出された変位量を、研磨ヘッド３４によって研磨された研磨量に決定する。

【0052】

図７のステップＳ１０３に示すように、制御装置８０は、研磨ヘッド３４の傾斜角度と同じ傾斜角度でセンサヘッド１０２をウェハＷの周縁部に押し付けて、研磨量をリアルタイムで決定（測定）する。制御装置８０の記憶装置１１０は、ウェハＷの研磨終点を決定するための目標研磨量を記憶している。したがって、制御装置８０は、決定された研磨量が目標研磨量に到達したら、研磨ヘッド３４の傾斜角度とともに、センサ構造体１００の傾斜角度を変更して、研磨すべき研磨角度を研磨済みの研磨角度（例えば、研磨角度１）から新たな研磨角度（例えば、研磨角度２）に変更する。

【0053】

図７のステップＳ１０４に示すように、すべての研磨角度における研磨量が目標研磨量に到達したら、制御装置８０は、ウェハＷの周縁部の研磨を終了させる。一実施形態では、１つの研磨角度が設けられている場合には、制御装置８０は、決定された研磨量が目標研磨量に到達したら、ウェハＷの周縁部の研磨を終了する。

【0054】

ウェハＷの周縁部は、傾斜しており、かつ小さな領域を有しているため、一般的に、ウェハＷの周縁部の研磨量を精度よく、研磨角度ごとに検出することは困難である。本実施形態によれば、研磨ヘッド３４とは別に設けられたコンパクトなセンサ構造体１００は、研磨ヘッド３４の傾斜角度と同一の傾斜角度でウェハＷの周縁部に接触することができる。したがって、センサ構造体１００は、研磨中のウェハＷの周縁部の研磨量を研磨角度ごとにリアルタイムで検出することができる。

【0055】

研磨ヘッド３４は、ウェハＷの周縁部に接触した瞬間からウェハＷの周縁部の研磨を開始する。したがって、研磨ヘッド３４にセンサ（すなわち、変位センサ１０１に相当するセンサ）を設けても、上記センサは、ゼロ研磨量（研磨開始時における研磨量）を検出することができない。結果として、上記センサは、所望の研磨量を検出することができないおそれがある。

【0056】

本実施形態では、センサ構造体１００は、研磨ヘッド３４とは別に設けられているため、研磨ヘッド３４と同時にウェハＷの周縁部に接触することができる。したがって、変位センサ１０１は、ゼロ研磨量を検出することができ、結果として、所望の研磨量を確実に検出することができる。

【0057】

基板ステージ３２は、その据え付け誤差に起因して、ウェハＷを傾斜して保持する場合がある。この場合、基板ステージ３２に保持されたウェハＷが回転すると、ウェハＷの表面が水平方向に対して傾斜してしまう。この状態で、研磨ヘッド３４をウェハＷの周縁部に接触させても、研磨ヘッド３４は、安定的に、ウェハＷの周縁部を研磨することができない。さらに、ウェハＷの中心および基板ステージ３２の回転中心がずれている場合、ウェハＷは偏心回転してしまい、研磨ヘッド３４は、安定的に、ウェハＷの周縁部を研磨することができない。

【0058】

本実施形態では、センサ構造体１００は、センサヘッド１０２をウェハＷの周縁部に接触させる接触型のセンサ構造を有している。したがって、制御装置８０は、変位センサ１０１によって検出された変位量に基づいて、研磨中におけるウェハＷの配置状態（例えば、ウェハＷの傾斜、ウェハＷの偏心回転）を認識することができる。

【0059】

センサヘッド１０２をウェハＷの周縁部に接触（面接触）させることにより、ウェハＷが水平方向に対して傾斜して回転している場合であっても、センサヘッド１０２は、ウェハＷの周縁部から離間することなく、ウェハＷの周縁部に接触し続けることができる。結果として、制御装置８０は、ウェハＷの配置状態における影響を最小限に留めつつ、研磨量を測定することができる。

【0060】

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。

【符号の説明】

【0061】

３２ 基板ステージ
３４ 研磨ヘッド
３７ 基板保持面
３７ａ 溝
３９ ステージモータ
４０ 真空ライン
４２ 研磨テープ
４３ ガイドローラー
４４ 押圧部材
４５ エアシリンダ
５０ テープ送り機構
５１ 巻き出しリール
５２ 巻き取りリール
５５ クランクアーム
５６ サーボモータ
５７ 純水供給ノズル
６０Ａ，６０Ｂ ヘッド移動機構
６６Ａ，６６Ｂ 連結ブロック
６７Ａ，６７Ｂ リニアアクチュエータ
８０ 制御装置
８１ ヘッドチルト機構
１００ センサ構造体
１０１ 変位センサ
１０２ センサヘッド
１０２ａ 接触面
１０３ 付勢部材
１０４ ベースプレート
１０５ ガイドレール
１０６ スライダ
１０８ リニアガイド
１１０ 記憶装置
１２０ 処理装置
１５１ センサチルト機構
１５５ クランクアーム
１５６ サーボモータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】