【手続補正書】
【提出日】平成16年4月16日(2004.4.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】ウェーハの研磨終点検出装置及びウェーハの研磨方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】被研磨面であるウェーハ表面を研磨定盤の研磨面へ所定の押圧力で当接させると共に、前記ウェーハ表面と前記研磨面とを相対的に運動させ、液状研磨剤の化学作用による腐食と機械的研磨作用によって前記ウェーハ表面を構成する膜層を研磨する際に用いるウェーハの研磨終点検出装置おいて、
洗浄液が満たされ、該洗浄液に前記ウェーハが浸漬されることで、前記ウェーハ表面を洗浄する共に、前記液状研磨剤の化学作用による腐食を停止させる洗浄槽と、
ウェーハを研磨する研磨工程中に、該ウェーハを保持し、前記洗浄槽の洗浄液中へウェーハを浸漬するウェーハのハンドリング装置と、
一方の端面が前記洗浄液に浸漬されたウェーハの表面に対向する位置に配され、他端が洗浄槽の外部に配された検出装置の本体に連結された光ファイバーを有し、光学的非破壊測定方法によってウェーハ表面を構成する膜層の厚さを検出する膜厚検出装置と、
前記光ファイバーの前記一方の端面を有する光ファイバーヘッドが、前記ウェーハと相対的に移動して前記一方の端面が該ウェーハ表面の任意の位置に対向できるよう、前記光ファイバーヘッドとウェーハとを、該ウェーハ表面と平行な平面内で相対的に移動させる検出部移動機構とを備えることを特徴とするウェーハの研磨終点検出装置。
【請求項２】前記検出部移動機構は、前記ウェーハのハンドリング装置に設けられたウェーハを保持する部分を回転させる回転機構を備えることを特徴とする請求項１記載のウェーハの研磨終点検出装置。
【請求項３】前記検出部移動機構は、前記ウェーハのハンドリング装置のウェーハを保持する部分が設けられたベース部材を回動させて移動させることで、前記光ファイバーヘッドをウェーハの半径方向へ相対的に移動させる回動機構とを備えることを特徴とする請求項１又は２記載のウェーハの研磨終点検出装置。
【請求項４】前記検出部移動機構は、光ファイバーヘッドを、前記ウェーハ表面に対して、該ウェーハ表面と平行な平面内で運動させる２次元運動機構であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載のウェーハの研磨終点検出装置。
【請求項５】前記研磨定盤を該研磨定盤の研磨面に直交する軸線を中心に回転可能に支持する支持台部と、
該支持台部に装着され支持台部に対して前記研磨定盤を前記軸線を中心として回転させる回転駆動手段と、
前記支持台部を支持する基台と、
該基台に対して前記支持台部を前記研磨面と平行な面内で自転しない円運動をさせる円運動装置とを具備することを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載のウェーハの研磨終点検出装置。
【請求項６】請求項１〜５いずれか１項記載のウェーハの研磨終点検出装置を用い、
ウェーハを研磨する研磨工程中に、
前記ハンドリング装置によってウェーハを洗浄槽の洗浄液中に浸漬し、
前記検出部移動機構により、前記光ファイバーの一方の端面をウェーハの表面に対して相対的に移動させて、
前記膜厚検出装置によりウェーハの表面を構成する膜層の厚さを複数箇所で検出し、
検出した膜層の厚さが所定厚さ以上である場合は前記ウェーハの保持部を前記研磨定盤の研磨面上へ移動させて再度研磨を行い、検出した膜層の厚さが所定厚さの範囲以内に達した際には研磨工程を終了させることを特徴とするウェーハの研磨方法。
【請求項７】前記膜厚検出装置によって膜層の厚さを検出する前に、前記ウェーハのハンドリング装置に設けられた回転機構によってウェーハを回転させ、ウェーハのオリエンテーションフラット又はノッチを検出する検出手段によってウェーハの角度位置を特定し、膜層の厚さを検出する検出位置を特定することを特徴とする請求項６記載のウェーハの研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウェーハの研磨終点検出装置及びその検出方法に関する。
半導体ＶＬＳＩデバイスは、高集積化及び微細化の進展と共に多層化がなされ、より複雑な構造になってきている。このデバイスの製造工程においては、ウェーハ表面上に形成され、その表面を構成する膜層を、全面的に非常に高い精度で精密研磨して、その膜層の表面を平坦化（プラナリゼーション）する技術の確立が切望されている。なお、ウェーハ表面上に形成される膜層としては、酸化膜（ＳｉＯ2 ）或いは金属膜等がある。この平坦化技術は、メカノケミカルポリシング、或いはＣＭＰ(Chemical & Mechanical Polishing) と称され、この技術にかかるウェーハのポリッシング装置の開発がなされてきている。
【０００２】
ウェーハのポリッシング装置の基本的な構成は、ウェーハの保持部、そのウェーハの保持部に対向して配されウェーハ表面（被研磨面）を研磨する研磨面を有する研磨定盤、ウェーハ表面を前記研磨面に当接させるべくウェーハの保持部と研磨定盤とを接離動させる接離動機構、ウェーハの保持部に保持されたウェーハを前記研磨面に所定の押圧力で押圧する押圧機構、ウェーハが前記研磨面に当接・押圧された状態で該ウェーハと研磨定盤とを回転及び／または往復動によって相対的に運動させる駆動機構、エッチング液及び超微粒研磨材等を含有する液状の研磨剤（スラリー）の供給機構等を備えている。研磨定盤は、金属板またはセラミックス板からなる定盤の表面上に、布もしくはフェルト状のクロス、またはスポンジもしくは短毛刷子状の部材が固定されて構成される。
【０００３】
【従来の技術】
上記のウェーハのポリッシング装置では、ウェーハ表面を構成する膜層を研磨する程度、言い換えればその膜層が研磨されて残される厚さは、研磨する時間によって調整していた。すなわち、研磨終点が研磨時間で割り出されていた。なお、この場合は、ウェーハを研磨定盤の研磨面（以下、単に「定盤面」と記すことがある）へ押圧する研磨圧、研磨剤等の条件が一定であると想定して研磨していることになる。
そして、研磨の工程が終了後に、ウェーハの保持部から排出されたウェーハについて、その表面に形成された膜層の厚さを光学的非破壊試験によって検査していた。すなわち、従来、研磨工程中に膜層の厚さを測定する手段は、実用化されていなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようにウェーハの研磨終点を設定し、その研磨工程後に検査をする方法では、研磨終点の精度を向上できないという課題がある。これは、膜層をオーバー研磨して不良品にすることを防止するために、膜層の当初の研磨量を最小限程度に設定すること、そして、膜層の厚さが厚過ぎた場合に再度研磨する際は、一旦研磨工程が終了した後にウェーハを再度保持して研磨することになり、保持条件等の研磨条件が変化するなどのためである。
また、研磨時間によって研磨量を制御することは、研磨条件が一定であるという前提の上に成り立つ。しかし、実際には、定盤面の状態のように一定条件を常に維持することが難しいものも多くあり、高い精度で研磨量を制御することは困難である。
【０００５】
また、製品として精度が必要なのは、ウェーハ表面上に積層された膜層の厚さを所定の厚さにすることであり、研磨量ではない。研磨量を制御するのでは、膜層の厚さを直接的に調整できず、結果的に研磨終点の精度を向上できない。
このため、ウェーハ表面上に形成された膜層の厚さを、その膜層の研磨工程中に、好適に測定できればよい。しかし、膜層が研磨されている最中は、ウェーハ表面が研磨剤液（スラリー）に浸された状態にあり、従来は、その膜層の厚さを測定する好適な検出装置及びその検出方法が提案されていない。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、ウェーハ表面を構成する膜層にかかる研磨終点の精度を向上すべく、膜層の研磨工程中において膜層の厚さを好適に測定することができるウェーハの研磨終点検出装置及びその検出方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は次の構成を備える。
すなわち、本発明に係るウェーハの研磨終点検出装置は、被研磨面であるウェーハ表面を研磨定盤の研磨面へ所定の押圧力で当接させると共に、前記ウェーハ表面と前記研磨面とを相対的に運動させ、液状研磨剤の化学作用による腐食と機械的研磨作用によって前記ウェーハ表面を構成する膜層を研磨する際に用いるウェーハの研磨終点検出装置おいて、洗浄液が満たされ、該洗浄液に前記ウェーハが浸漬されることで、前記ウェーハ表面を洗浄する共に、前記液状研磨剤の化学作用による腐食を停止させる洗浄槽と、ウェーハを研磨する研磨工程中に、該ウェーハを保持し、前記洗浄槽の洗浄液中へウェーハを浸漬するウェーハのハンドリング装置と、一方の端面が前記洗浄液に浸漬されたウェーハの表面に対向する位置に配され、他端が洗浄槽の外部に配された検出装置の本体に連結された光ファイバーを有し、光学的非破壊測定方法によってウェーハ表面を構成する膜層の厚さを検出する膜厚検出装置と、前記光ファイバーの前記一方の端面を有する光ファイバーヘッドが、前記ウェーハと相対的に移動して前記一方の端面が該ウェーハ表面の任意の位置に対向できるよう、前記光ファイバーヘッドとウェーハとを、該ウェーハ表面と平行な平面内で相対的に移動させる検出部移動機構とを備えることを特徴とする。
これにより、複数の検出位置について膜厚を検出でき、測定精度を向上できる。また、コンピュータでその複数の測定データを解析すれば、そのウェーハ表面全面の研磨傾向を把握でき、そのデータを基に最適な研磨条件を選択でき、最終的に膜厚精度を向上できる。
【０００８】
また、前記検出部移動機構は、前記ウェーハのハンドリング装置に設けられたウェーハを保持する部分を回転させる回転機構を備えること、及び該ウェーハを保持する部分が設けられたベース部材を回動させて移動させることで、前記光ファイバーヘッドをウェーハの半径方向へ相対的に移動させる回動機構を備えることで、研磨工程に利用されるウェーハの保持部の回転機構及び回動機構を好適に利用でき、その構成を簡略化できる。
【０００９】
また、前記検出部移動機構は、光ファイバーヘッドを、前記ウェーハ表面に対して、該ウェーハ表面と平行な平面内で運動させる２次元運動機構であることで、一般的なロボット装置を好適に利用できる。また、独立した制御機構を利用して作動させればよく、複雑なプログラムを要しない。
【００１０】
また、前記研磨定盤を該研磨定盤の研磨面に直交する軸線を中心に回転可能に支持する支持台部と、該支持台部に装着され支持台部に対して前記研磨定盤を前記軸線を中心として回転させる回転駆動手段と、前記支持台部を支持する基台と、該基台に対して前記支持台部を前記研磨面と平行な面内で自転しない円運動をさせる円運動装置とを具備することで、研磨にかかる運動を複雑且つ滑らかな運動にでき、高い精度の平坦化のための研磨を行うことができる。
【００１１】
また本発明に係るウェーハ研磨方法は、上記ウェーハの研磨終点検出装置を用い、ウェーハを研磨する研磨工程中に、前記ハンドリング装置によってウェーハを洗浄槽の洗浄液中に浸漬し、前記検出部移動機構により、前記光ファイバーの一方の端面をウェーハの表面に対して相対的に移動させて、前記膜厚検出装置によりウェーハの表面を構成する膜層の厚さを複数箇所で検出し、検出した膜層の厚さが所定厚さ以上である場合は前記ウェーハの保持部を前記研磨定盤の研磨面上へ移動させて再度研磨を行い、検出した膜層の厚さが所定厚さの範囲以内に達した際には研磨工程を終了させることを特徴とする。
【００１２】
また、前記膜厚検出装置によって膜層の厚さを検出する前に、前記ウェーハのハンドリング装置に設けられた回転機構によってウェーハを回転させ、ウェーハのオリエンテーションフラット又はノッチを検出する検出手段によってウェーハの角度位置を特定し、膜層の厚さを検出する検出位置を特定することで、膜厚精度をより向させることが可能である。すなわち、特定された検査位置にかかる測定データをコンピュータで解析することが可能となるため、ウェーハ表面全面の研磨傾向を、個別或いは全体集合的に詳細に把握でき、そのデータをフィードバックすることで最適な研磨条件を選択できる。これにより、研磨精度を向上させ、膜厚精度を向上させることが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明にかかるウェーハの研磨終点検出装置の一実施例を示す模式的な断面図である。図２はウェーハが洗浄槽内に位置される状況を説明する平面図である。図３は図１の実施例の設置状態を模式的に説明する平面図である。
ウェーハの研磨終点検出装置は、ウェーハの研磨装置によって、被研磨面であるウェーハ表面２０ａを研磨定盤１０の研磨面１０ａ（定盤面１０ａ）へ所定の押圧力で当接させると共に、ウェーハ表面２０ａと研磨面１０ａとを相対的に運動させ、液状研磨剤の化学作用による腐食と機械的研磨作用によってウェーハ表面２０ａを構成する膜層を研磨する際に用いられる。
【００１４】
なお、ウェーハの研磨装置としては、図６に示すように、研磨定盤１０を定盤面１０ａに直交する軸線を中心に回転可能に支持する支持台部２２と、支持台部２２に装着され支持台部２２に対して研磨定盤１０を軸線を中心として回転させる回転駆動手段２５と、支持台部２２を支持する基台３０と、基台３０に対して支持台部２２を定盤面１０ａと平行な面内で自転しない円運動をさせる円運動装置３２とを具備するものを好適に利用できる。詳細は後述する。
【００１５】
４４は洗浄槽であり、洗浄液である超純水４５が満たされ、超純水４５にウェーハ２０が浸漬されることで、ウェーハ表面２０ａを洗浄する共に、前記液状研磨剤の化学成分による腐食を停止させる。
ウェーハ２０が超純水４５に全面的に浸漬されるため、特に化学成分による腐食の進行を均一に停止させることができる。
４６はウェーハのハンドリング装置であり、ウェーハ２０を研磨工程中に該ウェーハを保持し、前記洗浄槽の洗浄液中へ浸漬する。
【００１６】
４２はウェーハの保持部であり、ウェーハのハンドリング装置４６の構成要素として設けられ、ウェーハ２０を保持し、ウェーハ表面２０ａを定盤面１０ａへ所定の押圧力で当接させる。従って、このウェーハの保持部４２は、ウェーハの研磨装置の構成要素として言うと、後述するウェーハの押圧装置４０（図８参照）の一部を構成する要素でもある。
４８は保持部移動装置であり、ウェーハの保持部４２を研磨定盤１０と洗浄槽４４との間で往復可能に移動させる。本実施例では、ウェーハの保持部４２の装着されたベース部材６６が、軸心４８ａを中心に回動できるように設けられている。
【００１７】
２１は膜厚検出装置であり、洗浄槽４４の内部に、光ファイバー３１の一方の端面３１ａが超純水４５に浸漬されたウェーハ表面２０ａに対向する位置に配され、光ファイバー３１の他端３１ｂが洗浄槽４４の外部に配された本体２１ａに連結されている。この膜厚検出装置２１は、例えば、干渉色膜厚計があり、光学的非破壊測定方法によってウェーハ表面２０ａを構成する膜層の厚さを検出する。光学的非破壊測定方法としては、干渉色による解析法の他に、楕円偏光解析（エリプソメトリ）法等の公知の光学的測定方法を利用できる。
なお、光ファイバー３１の一方の端面３１ａを有する光ファイバーヘッド３３は、ウェーハ表面２０ａと相対的に移動してウェーハ表面２０ａの任意の位置に対向できるよう、後述する検出部移動機構によって、光ファイバーヘッド３３とウェーハ表面２０ａとが、ウェーハ表面２０ａと平行な平面内で相対的に移動される。
【００１８】
次に、ウェーハ表面２０ａと、前記光ファイバーヘッド３３とを相対的に移動させる検出部移動機構にかかる実施例を図２〜４に基づいて説明する。
図１〜３に示す実施例の検出部移動機構５１は、前記ウェーハの保持部４２及び保持部移動装置４８によって構成されている。
ウェーハの保持部４２は、回転機構によって回転されるように設けられている。詳細は後述のウェーハの研磨装置の実施例で示す。
また、保持部移動装置４８は、ウェーハの保持部が設けられたベース部材６６を回動させて移動させることで、光ファイバーヘッド３３をウェーハ２０の半径方向へ相対的に移動させる回動機構から構成されている。
【００１９】
以上の構成によって、図２に明らかなように、光ファイバーヘッド３３を、ウェーハ表面２０ａの任意の位置に対向できるように移動できる。すなわち、回動機構による首振りθと、回転機構によるウェーハ２０の回転Ｎとによって、ウェーハ表面２０ａの任意の位置の膜厚を測定可能になる。
これにより、複数の検出位置について膜厚を検出でき、測定精度を向上できる。また、コンピュータでその複数の測定データを解析すれば、そのウェーハ表面２０ａ全面の研磨傾向を把握でき、そのデータを基に最適な研磨条件を選択でき、最終的に膜厚精度を向上できる。そして、研磨工程に利用されるウェーハの保持部の回転機構を、光ファイバー移動機構の一部として好適に利用でき、その構成を簡略化できる。
なお、図１及び図３に示すように、ウェーハの保持部４２に保持されたウェーハ２０は、ベース部材６６を回動させる回動機構（保持部移送装置４８）によって、定盤面１０ａ上、膜厚検出装置２１、ウェーハの給排部６１、保管部６３のそれぞれのポジションに移動できるように設けられている。
【００２０】
ところで、図２の検出部移動機構５１では、光ファイバーヘッド３３をウェーハ２０の半径方向へ相対的に移動させるために、回動機構として保持部移動装置４８を用いたが、これに代えて、光ファイバーヘッド３３をウェーハ２０の半径方向へ移動させる直線移動機構を利用することも可能である。
また、図４に示すように、検出部移動機構として、光ファイバーヘッド３３を、ウェーハ表面２０ａに対して、ウェーハ表面２０ａと平行な平面内でＸ及びＹ方向へ運動させる２次元運動機構を用いることができる。２次元運動機構としては、市販のアームロボットを利用することも可能である。このように一般的なロボット装置を好適に利用できるため、独立した制御機構を利用して作動させればよく、複雑なプログラムを要しない。
【００２１】
次に、以上の構成から成るウェーハの研磨終点検出装置を用いたウェーハの研磨方法について説明する。
先ず、ウェーハ２０を保持するウェーハの保持部４２で、被研磨面であるウェーハ表面２０ａを定盤面１０ａへ所定の押圧力で当接させると共に、ウェーハ表面２０ａと定盤面１０ａとを相対的に運動させる。この際に投入されている液状研磨剤の化学成分による腐食と、機械的研磨の作用によってウェーハ表面２０ａを構成する膜層を研磨する。
次に、ウェーハの保持部４２を超純水４５が満たされた洗浄槽４４上へ移動させ、ウェーハの保持部４２でウェーハ２０を保持した状態でウェーハ表面２０ａを超純水４５へ浸漬する。これにより、ウェーハ表面２０ａを洗浄できる共に、液状研磨剤の化学成分による腐食を停止できる。なお、ウェーハ表面２０ａに新鮮な超純水４５が好適に供給されるように洗浄槽４４が構成されている。
次に、洗浄槽４４の内部に、前記膜厚検出装置２１によって、ウェーハ表面２０ａを構成する膜層の厚さを検出する。
そして、検出した膜層の厚さが所定厚さ以上である場合は前記ウェーハの保持部４２を定盤面１０ａ上へ移動させて再度研磨を行い、また、検出した膜層の厚さが所定厚さの範囲以内に達した際には研磨工程を終了させる。
【００２２】
このウェーハの研磨方法によれば、研磨工程中のウェーハを洗浄液（超純水４５）に浸漬することで、汚れを取ると共に、研磨剤の化学成分による腐食を停止できる。また、光ファイバー３１を利用することで、超純水４５に浸漬されたウェーハに好適に近接でき、そのウェーハの全表面を好適に測定できる。これにより、膜厚検出装置２１による膜層の厚さの測定を、インプロセスで適切に行うことができる。
【００２３】
また、膜厚検出装置２１によって膜層の厚さを検出する前に、ウェーハの保持部４２に設けられた回転機構によってウェーハ２０を回転させ、ウェーハ２０のオリエンテーションフラット又はノッチを検出する検出手段によってウェーハ２０の角度位置を特定し、膜層の厚さを検出する検出位置を特定することで、膜厚精度をより向させることが可能である。すなわち、特定された検査位置にかかる測定データをコンピュータで解析することが可能となるため、ウェーハ表面全面の研磨傾向を、個別或いは全体集合的に詳細に把握でき、そのデータをフィードバックすることで最適な研磨条件を選択できる。これにより、研磨精度を向上させ、膜厚精度を向上させることが可能になる。
【００２４】
以上の実施例では、ウェーハの保持部４２が、研磨工程にも利用される運動機構によって移動され、ウェーハ２０が超純水４５によって洗浄される実施例を説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、研磨工程中にウェーハの保持部４２からウェーハ２０を一旦剥離し、図５に示すようにロボットハンド４９を使用してそのウェーハを保持してウェーハ表面２０ａの膜層の厚さを測定してもよい。そして、その測定のデータを基に、ウェーハの保持部４２で再度保持して研磨を続けるようにしてもよい。なお、光ファイバー３１は、ウェーハ２０の上方或いは下方のどちらの方向からも、測定すべきウェーハ表面２０ａに近接させることができるのは勿論である。
【００２５】
次に、図６〜８に基づいて、本発明にかかるウェーハの研磨装置の一実施例を説明する。
図６は研磨定盤の駆動機構の実施例を示す模式的な断面図であり、図６は図７の実施例の構成を模式的に示した平面図である。すなわち、この図６及び図７では、被研磨面であるウェーハ表面を研磨定盤１０の研磨面１０ａに当接させ、該ウェーハ２０に所定の荷重を与えつつウェーハ２０と研磨定盤１０とを相対的に運動させてウェーハ表面を研磨するウェーハの研磨装置における、研磨定盤１０を駆動させる運動機構が模式的に示されている。
このウェーハの研磨装置に本発明にかかるウェーハの研磨終点検出装置（不図示）が組み込まれる。
【００２６】
研磨定盤１０は、定盤受け部１２と、その定盤受け部１２上に載置される定盤１４とに分割可能に設けられており、定盤１４は定盤受け部１２に吸着によって着脱可能に固定されている。定盤１４は、金属板またはセラミックス板を基体とし、その表面には布もしくはフェルト状のクロス、またはスポンジもしくは短毛刷子状の部材等が固定されて構成される。また、定盤受け部１２の定盤１４を受ける側と反対面の方向には軸部１６が一体に突設されている。
【００２７】
また、定盤受け部１２は、二層の平板部１２ａ、１２ｂによって構成されている。平板部１２ｂが、軸部１６と一体に形成され、平板部１２ａとの間に冷却水が循環できる循環水路１３が形成されている。循環水路１３は軸部１６を貫通する冷却水供給路１３ａと冷却水排出路１３ｂに連通しており、不図示の冷却水供給源によって冷却水が供給循環される。
また、平板部１２ａの定盤１４が載置される表面には、定盤１４を真空吸着するための真空通路１５が形成されている。なお、真空通路１５は平板部１２ａの上面全面に連通しており、軸部の通路１５ａを通って真空源（不図示）に連通される。
さらに、１２ｃは平板部１２ａに固定されたピンであり、定盤１４に設けられた凹部１４ａに嵌入される。このピン１２ｃと凹部１４ａとは複数設けられており、定盤受け部１２に対する定盤１４の位置決めとして用いられる。
【００２８】
２２は支持台部であり、研磨定盤１０をその研磨面１０ａに直交する軸線を中心に回転可能に支持する。支持台部２２の中央に貫通された貫通孔２２ａに研磨定盤１０の軸部１６が挿通されており、スラスト軸受２３及びラジアル軸受１８、１８、１９、１９によって、研磨定盤１０が支持台部２２に対して、その軸線を中心に回転可能に軸受けされている。
【００２９】
２５は回転駆動手段であり、支持台部２２に搭載され、その支持台部２２に対して研磨定盤１０を前記軸線を中心として回転させる。この回転駆動手段２５は、例えば本実施例のように、支持台部２２に固定された回転用駆動モータ２４（図７参照）と、その回転用駆動モータ２４の出力軸に固定されたウォームギア２６と、ウォームギア２６に歯合し、研磨定盤１０側に固定されたウォームホイール２７とからなる。なお、ウォームホイール２７は前記軸部１６とキー２８によって一体に回転するように連結・固定されている。
また、２９はディストリビュータ部であり、後述するウェーハの押圧装置４０のディストリビュータ部９２と略同様な機構によって、軸部１６が回転しても、冷却水を循環水路１３に対して給排できると共に、真空源が真空通路１５に連通するように設けられている。
【００３０】
３０は基台であり、支持台部２２を支持する。図６に図示した基台３０は装置本体のフレームの一部であり、実際には支柱フレーム（不図示）によって、基礎面上に固定されている。
３２は円運動装置であり、基台３０に対して支持台部２２を研磨面１０ａと平行な面内で自転しない円運動をさせる。この円運動装置３２は、例えば本実施例のように、偏心アーム３４と円運動用モータ３６からなる。
【００３１】
偏心アーム３４は、研磨定盤１０の軸線に平行な軸線を中心に基台３０に回転可能に設けられた基台側の軸３５と、その基台側の軸３５に平行であると共に所定の距離偏心した軸線を中心に支持台部２２に回転可能に設けられた支持台部側の軸３８とがクランク状に一体に形成されている。そして、基台側の軸３５と支持台部側の軸３８との偏心距離Ｌが同一である同一形状の偏心アーム３４が、基台３０と支持台部２２の間に、図７に示すように３ヵ所に配されている。なお、本実施例では偏心アーム３４を３ヵ所に配した場合を説明したが、本実施例はこれに限らず、支持台部２２をバランス良く基台３０上に支持するために４ヵ所以上に配してもよいのは勿論である。
【００３２】
円運動用モータ３６は、少なくとも３ヵ所に配された偏心アーム３４を同期させて回転運動させ、支持台部２２を基台３０に対して自転しない円運動させる円運動駆動手段として作動する。円運動用モータ３６は、各偏心アーム３４に対応してそれぞれ配されており、基台３０に固定されている。
【００３３】
次に、図８に基づいて、ウェーハの押圧装置４０について説明する。
ウェーハの押圧装置４０は、研磨定盤１０の上方に位置し、ウェーハ表面を研磨定盤１０の研磨面１０ａに当接させるようにウェーハ２０を保持し、ウェーハ２０を研磨定盤１０の研磨面１０ａに押圧する。
５０は保持部材であり、表面５０ａにウェーハ２０を水等の液体（本実施例では水）の表面張力によって保持できる。この保持部材５０は、セラミックプレートを基材とし、そのセラミックプレートの表面に弾性材であってウェーハ２０を吸着する吸着性の優れたバッキング材が接着等によって付着されて形成されている。バッキング材の材質は、ポリウレタンを主体とする高分子材料の微孔質シートであり、その弾性によってウェーハ２０に好適に馴染んで密着し易い。
【００３４】
また、保持部材５０の表面には、テンプレート５２が接着によって装着されている。このテンプレート５２は、リング状に形成されており、ウェーハ２０の周囲を取り囲んでウェーハ２０の滑り移動を防止している。テンプレート５２の内径は、ウェーハ２０の横滑りを抑え、ウェーハ２０が容易に内嵌するように設定されている。また、ウェーハ２０の厚さの３分の２程度の厚さに設定されている。なお、テンプレート５２は嵌め込み式に装着されていてもよい。
【００３５】
５３は凹部であり、下方に向けて開放している。５４は板状の弾性部材であり、例えば硬質のゴム板材によってドーナツ形の平板状に形成され、外周部が凹部５３の内上面の外周段部に固定されると共に内周部が保持部材５０の上面に固定されており、保持部材５０を上下方向及び水平方向への移動を微小範囲内で許容可能に吊持する。
５５は圧力室であり、前記凹部５３を保持部材５０及び板状の弾性部材５４によって画成して設けられている。この圧力室５５内に所定圧力の流体が、流体の供給手段（図示せず）によって供給できる。
【００３６】
また、６２は主軸であり、筒状に形成されており、その筒内に高圧流体源である圧縮空気源（図示せず）に連通する管６４が挿入されている。この管６４は前記圧力室５５に連通しており、ウェーハ２０の表面を研磨定盤１０の研磨面１０ａ（図６参照）に当接させた際に、この圧力室５５内に圧縮空気が導入されると、保持部材５０の上面の略全面に均一な圧力が負荷される。これにより、所望の圧力によってウェーハ２０の表面をその全面に均等な荷重を負荷しつつ、研磨面１０ａに押圧することができる。このとき、圧力室５５に充填された圧縮空気は流体（本実施例では空気）であるため、保持部材５０の全面を均等に押圧し、ウェーハ２０の表面を研磨面１０ａの傾斜に素早く追随させることができる。
【００３７】
６６はベース部材であり、保持部材５０によって保持されるウェーハ２０を研磨面１０ａ上へ供給すると共にその研磨面１０ａ上から排出するべく移動可能に設けられている。また、主軸６２の先端に固定されたウェーハの保持部４２を主軸６２等を介して回転可能に支持している。
【００３８】
６８は係止部であり、主軸６２の上部に設けられ、下側よりも小径に形成されている。この係止部６８は、シリンダ装置７０のロッド７２に固定されたアーム部７４に、回転及びスラスト方向の両方向に軸受けする軸受部７６、７６を介して係止されている。また、ウェーハの保持部４２と一体に設けられた主軸６２は、ベース部材６６に対して回転軸受７８、７８を介して回転可能に設けられた回転伝達部材８０内に挿入されている。回転軸受７８、７８はベース部材６６に一体に固定された立設筒部８２内に装着されている。この回転伝達部材８０と主軸６２とは、主軸６２側に固定されたキー８４が、回転伝達部材８０側に設けられたキー溝８１内に臨むことで連繋されている。このため、回転伝達部材８０と主軸６２とは一体的に回転動する。また、キー溝８１が長手方向である軸線方向に長く設けられているため、主軸６２は、シリンダ装置７０によって所定の範囲内でベース部材６６に対して上下方向に移動できる。なお、図８では、ウェーハの保持部４２はシリンダ装置７０によって上方に移動した状態にある。
８６は駆動モータであり、ピニオンギア８８及び従動ギア９０を介して、その従動ギア９０がキー９１によって連結された回転伝達部材８０を回転させる。なお、この回転伝達部材８０は、ベース部材６６との間に配設された回転軸受７８、７８によって、ベース部材６６に対して回転可能に設けられている。
【００３９】
９２はディストリビュータ部であり、圧縮空気源と連通するための連結ポート部である。このディストリビュータ部９２に内嵌した主軸６２の先端部６２ａを、その先端部６２ａが回転できるように受けている。９４は連通路であり、管６４に連通している。また、９６はシール部材であり、このシール部材９６、９６にシールされて全周のリング状の空間９７が形成されており、そのリング状の空間９７に連通して高圧源連結ポート９８が設けられている。このため、先端部６２ａが回転しても、圧縮空気源は、高圧源連結ポート９８、リング状の空間９７、連通路９４、管６４を通して常に圧力室５５に連通できる。
また、１００はエンコーダ装置であり、主軸６２の回転位置を検知し、ウェーハの保持部４２を所定の位置で停止させる定位置停止装置の検知装置として作用する。
【００４０】
次に以上の構成からなるウェーハの研磨装置に関して、その作動状態について説明する。
研磨面１０ａには、スラリー等を含む液状研磨剤が供給され、保持部材５０の下面に保持されたウェーハ２０の表面がその研磨面１０ａに所定の荷重を与えられつつ当接・押圧されると共に、ウェーハ２０と研磨定盤１０とを相対的に運動させることでウェーハ２０の表面を鏡面研磨することができる。
このとき、研磨定盤１０は、複数の偏心アーム３４による支持台部２２を自転しないで円運動（この自転しない円運動のことを、以下では単に円運動という。）させる運動と、支持台部２２に対して回転（自転）する運動とが合成された運動をする。また、ウェーハの押圧装置４０の側では、ウェーハ２０を回転（自転）させるよう、ウェーハの保持部４２が運動する。
円運動は回転運動と異なり、研磨定盤１０上のいかなる点も同一の速度を発生させる運動であり、ウェーハ２０のいかなる点も同一の条件で研磨することができる。従って、ウェーハ２０の表面を非常に均一に精度よく研磨することができる。他の条件を同一にした場合、従来のウェーハの研磨装置では８インチのシリコンウェーハで０．５μｍだった平坦度が、本発明のウェーハの研磨装置によれば０．２μｍ以下の平坦度が容易に得られるようになった。また、このように均一に研磨できるので、研磨定盤１０の研磨面を構成するクロス等自体の磨耗が均一化し、研磨定盤１０の調整作業等が簡略化でき、研磨作業を効率化できる。
なお、揺動運動でも同一速度を得られるが、この場合は、折り返しの際に急激な速度変化を生じ、円運動のような滑らかな運動とならない。このため、従来のウェーハの研磨装置では、ウェーハの平坦度の向上には限界があったのである。
【００４１】
次に研磨工程を工程順に詳細に説明する。
先ず、所定の位置に載置されたウェーハ２０の上方からウェーハの保持部４２をシリンダ装置７０によって下降させ、保持部材５０の表面に水の表面張力によって吸着させる。
次に、ベース部材６６を移動させることによりウェーハ２０を研磨定盤１０の上方まで搬送し、さらに、シリンダ装置７０によって、ウェーハの保持部４２を下方に下げることにより、ウェーハ２０の表面を研磨面１０ａに当接させる。
【００４２】
次に、所定の圧力の圧縮空気を圧力室５５に導入することによって、ウェーハ２０の表面を研磨面１０ａに所望の圧力で押圧することができる。このとき、圧縮空気は流体であるから保持部材５０の全面を均等に押圧して、シリコンウェーハ２０の表面を研磨面１０ａの傾斜に素早く追随させることができる。
また、圧縮空気によって保持部材５０の上面全面に均等な圧力を負荷することができる。このため、シリコンウェーハ２０の表面が研磨面１０ａの傾斜に追随した状態においても、シリコンウェーハ２０の表面全面を研磨面１０ａに均等な圧力で押圧することができる。
そして、上記の如く好適にシリコンウェーハ２０に荷重が負荷された状態で、研磨面１０ａ上にスラリーを供給しつつ、ウェーハ２０と研磨定盤１０とが上記のように相対的に運動されて、ウェーハ２０が鏡面研磨される。
【００４３】
以上に説明してきたウェーハの研磨装置は、ウェーハの押圧装置のセラミックプレートとしてバッキング材を接着させた保持部材５０を利用している。これは、セラミックスは、金属材に比べ線膨張係数の小さく、変形しにくいため、ウェーハ２０を均一に精度よく研磨するために有効であることによるが、セラミックプレートに代えて、金属材または樹脂材からなるプレートを利用してもよいのは勿論である。
また、保持部材としては、変形しにくいプレート状の形態を備えているものに限らず、弾性部材によって形成された薄膜状のものも含まれる。そのような保持部材でも、ウェーハ２０を液体圧を介して研磨面１０ａに均一な圧力で当接させることが可能である。
【００４４】
また、ウェーハの保持部４２は、ウェーハ２０を水貼りで保持部材５０に貼ることで保持するが、これに限らず、他の構成からなるものでもよい。例えば、ウェーハ２０を吸着して保持して供給排出を行い、実際に研磨をする際には吸着しない状態でウェーハ２０を押圧するウェーハの保持部４２でもよい。
また、以上に説明してきた実施例では、圧縮空気によって保持部材５０を介してウェーハ２０を研磨面に押圧する場合を説明したが、他の流体圧例えば水圧または油圧を利用することもできる。
また、前記保持部材５０が複数のウェーハ２０を保持可能なように大型に設けられた場合には、テンプレート５２に、ウェーハ２０が内嵌される複数の穴を設け、複数のウェーハ２０を同時に研磨することができる。
【００４５】
なお、従来のポリッシング装置では、ウェーハ２０と研磨定盤１０とを相対的に移動させて研磨する際に、研磨定盤１０は、その中心軸を中心に回転運動すると共に、ウェーハ２０の研磨むらを防止するためと研磨定盤１０の上記クロス等の磨耗を均一にするため、直線往復運動（揺動運動）も合わせて行っている。この従来のポリッシング装置等にも、本発明のウェーハの研磨終点検出装置を好適に適用できるのは勿論である。
以上、本発明の好適な実施例について種々述べてきたが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内でさらに多くの改変を施し得るのは勿論のことである。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、研磨工程中のウェーハを洗浄液に浸漬することで、汚れを取ると共に、液状研磨剤の化学作用による腐食を停止できる。また、光ファイバーを利用することで、光学的非破壊測定方法による膜厚検出装置の検出部を、洗浄液に浸漬されたウェーハに好適に近接でき、また、その膜厚検出装置によって、ウェーハの表面を構成する膜層の厚さを、複数箇所でインプロセスで好適に測定でき、これにより、その膜層にかかる研磨終点の精度を向上できるという著効を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を模式的に説明する断面図である。
【図２】図１の実施例の要部を模式的に説明する平面図である。
【図３】図１の実施例の設置状態を模式的に説明する平面図である。
【図４】本発明の他の実施例を模式的に説明する断面図である。
【図５】本発明の他の実施例を模式的に説明する断面図である。
【図６】ウェーハの研磨装置の一実施例を示す断面図である。
【図７】図６の実施例の模式的な平面図である。
【図８】図６の実施例に用いられるウェーハの押圧装置の断面図である。
【符号の説明】
１０  研磨定盤
１０ａ  研磨定盤の研磨面（定盤面）
２０  ウェーハ
２０ａ  ウェーハの表面
２１  膜厚検出装置
２２  支持台部
２５  回転駆動手段
３０  基台
３１  光ファイバー
３２  円運動装置
３３  光ファイバーヘッド
４０  ウェーハの押圧装置
４２  ウェーハの保持部
４４  洗浄槽
４５  超純水
４６  ハンドリング装置
４８  保持部移動装置
５１  検出部移動装置
６１  ウェーハの給排部
６３  保管部
６６  ベース部材