(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の下面内の第１領域を保持するセンタリングステージと、
前記基板の下面内の第２領域を保持するプロセスステージと、
前記センタリングステージを、前記プロセスステージよりも高い上昇位置と前記プロセスステージよりも低い下降位置との間で移動させるステージ昇降機構と、
前記プロセスステージをその軸心を中心として回転させるプロセスステージ回転機構と、
前記センタリングステージに保持されたときの前記基板の中心の、前記センタリングステージの軸心からの偏心量および偏心方向を取得する偏心検出部と、
前記センタリングステージ上の前記基板の中心が前記プロセスステージの軸心上に位置するまで前記センタリングステージを移動および回転させるセンタリング動作を実行するアライナーとを備え、
前記アライナーは、前記プロセスステージの軸心に対する前記センタリングステージの軸心の初期相対位置と、前記偏心量と、前記偏心方向に基づいて、前記センタリングステージを移動させる距離および前記センタリングステージを回転させる角度を算出することを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記アライナーは、
前記センタリングステージの軸心と前記プロセスステージの軸心との距離が前記偏心量に等しくなるまで前記センタリングステージを所定のオフセット軸に沿って移動させる移動機構と、
前記センタリングステージ上の前記基板の中心が、前記プロセスステージの軸心を通って前記所定のオフセット軸と平行に延びる直線上に位置するまで前記センタリングステージを回転させるセンタリングステージ回転機構とを備えることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記移動機構および前記センタリングステージ回転機構は、前記センタリングステージを同時に移動させ回転させることを特徴とする請求項２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記プロセスステージの軸心と前記センタリングステージの軸心との距離が、前記センタリングステージの軸心と前記基板の中心との距離よりも大きい場合は、前記ステージ昇降機構により前記センタリングステージを下降させて前記基板を前記センタリングステージから前記プロセスステージに渡し、前記プロセスステージ回転機構により前記プロセスステージを前記基板とともに１８０度回転させ、その後、前記ステージ昇降機構により前記センタリングステージを上昇させて前記基板を前記プロセスステージから前記センタリングステージに渡すことを特徴とする請求項２または３に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記移動機構が前記センタリングステージを前記所定のオフセット軸に沿って移動させることができる最大距離よりも前記偏心量が大きい場合には、前記アライナーは、前記センタリングステージ上の前記基板の中心と前記プロセスステージの軸心との間の距離が最小になるまで、前記センタリングステージを移動および回転させることを特徴とする請求項２に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記アライナーは、前記センタリングステージの軸心と、前記プロセスステージの軸心と、前記センタリングステージ上の前記基板の中心との位置関係に基づいて予め定められた、最短の時間で前記センタリング動作を完了させることができる前記センタリングステージの移動方向を予め記憶していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記アライナーは、前記センタリング動作中、前記センタリングステージを一方向にのみ移動させ、かつ前記センタリングステージを一方向にのみ回転させることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項８】
基板の下面内の第１領域をセンタリングステージで保持し、
前記センタリングステージに保持されたときの前記基板の中心の、前記センタリングステージの軸心からの偏心量および偏心方向を取得し、
プロセスステージの軸心に対する前記センタリングステージの軸心の初期相対位置と、前記偏心量と、前記偏心方向に基づいて、前記センタリングステージ上の前記基板の中心を前記プロセスステージの軸心上に位置させるために必要な、前記センタリングステージを移動させる距離および前記センタリングステージを回転させる角度を算出し、
前記算出された距離および角度だけ、前記センタリングステージを移動および回転させるセンタリング動作を実行し、
前記プロセスステージで前記基板の下面内の第２領域を保持するとともに、前記センタリングステージを前記基板から離間させ、
前記プロセスステージをその軸心を中心に回転させながら、前記基板を処理することを特徴とする基板処理方法。
【請求項９】
前記センタリング動作は、
前記センタリングステージの軸心と前記プロセスステージの軸心との距離が前記偏心量に等しくなるまで前記センタリングステージを所定のオフセット軸に沿って移動させる動作と、
前記センタリングステージ上の前記基板の中心が、前記プロセスステージの軸心を通って前記所定のオフセット軸と平行に延びる直線上に位置するまで前記センタリングステージを回転させる動作を含むことを特徴とする請求項８に記載の基板処理方法。
【請求項１０】
前記センタリングステージを前記所定のオフセット軸に沿って移動させる動作と、前記センタリングステージを回転させる動作を同時に行うことを特徴とする請求項９に記載の基板処理方法。
【請求項１１】
前記プロセスステージの軸心と前記センタリングステージの軸心との距離が、前記センタリングステージの軸心と前記基板の中心との距離よりも大きい場合は、前記センタリングステージを下降させて前記基板を前記センタリングステージから前記プロセスステージに渡し、前記プロセスステージを前記基板とともに１８０度回転させ、その後、前記センタリングステージを上昇させて前記基板を前記プロセスステージから前記センタリングステージに渡すことを特徴とする請求項９または１０に記載の基板処理方法。
【請求項１２】
前記センタリングステージを前記所定のオフセット軸に沿って移動させることができる最大距離よりも前記偏心量が大きい場合には、前記センタリングステージ上の前記基板の中心と前記プロセスステージの軸心との間の距離が最小になるまで、前記センタリングステージを移動および回転させることを特徴とする請求項９に記載の基板処理方法。
【請求項１３】
前記センタリングステージを移動させる方向は、最短の時間で前記センタリング動作を完了させることができる方向であり、
前記センタリングステージの移動の前記方向は、前記センタリングステージの軸心と、前記プロセスステージの軸心と、前記センタリングステージ上の前記基板の中心との位置関係に基づいて予め定められていることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか一項に記載の基板処理方法。
【請求項１４】
前記センタリング動作中、前記センタリングステージは一方向にのみ移動し、かつ前記センタリングステージは一方向にのみ回転することを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか一項に記載の基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェハなどの基板の周縁部を研磨する研磨装置および研磨方法などに適用可能な基板処理装置および基板処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウェハなどの基板の周縁部を研磨するための装置として、研磨テープや砥石などの研磨具を備えた研磨装置が使用されている。図３９は、このタイプの研磨装置を示す模式図である。図３９に示すように、研磨装置は、ウェハＷの中心部を真空吸引により保持し、ウェハＷを回転させる基板ステージ１１０と、ウェハＷの周縁部に研磨具１００を押し付ける研磨ヘッド１０５とを備えている。ウェハＷは基板ステージ１１０とともに回転させられ、研磨具１００の下面（研磨面）がウェハＷの表面と平行な状態で研磨ヘッド１０５は研磨具１００をウェハＷの周縁部に下方に押し付けることによりウェハＷの周縁部を研磨する。研磨具１００としては、研磨テープまたは砥石が使用される。
【０００３】
図４０に示すように、研磨具１００によって研磨されるウェハＷの部位の幅（以下、これを研磨幅という）は、ウェハＷに対する研磨具１００の相対的な位置によって決定される。通常、研磨幅は、ウェハＷの最外周端から数ミリである。ウェハＷの周縁部を一定の研磨幅で研磨するためには、ウェハＷの中心を基板ステージ１１０の軸心に合わせることが必要である。そこで、ウェハＷを基板ステージ１１０に載せる前に、図４１に示すようなセンタリングハンド１１５でウェハＷを把持することによってウェハＷのセンタリングが行われる。センタリングハンド１１５は、搬送ロボット（図示せず）によって搬送されてきたウェハＷの両側から接近してそのエッジ部に接触し、ウェハＷを把持する。センタリングハンド１１５と基板ステージ１１０との相対位置は固定されており、センタリングハンド１１５によって把持されたウェハＷの中心が基板ステージ１１０の軸心上に位置するようになっている。
【０００４】
しかしながら、このような従来のセンタリング機構は、ウェハセンタリングの精度に限界があり、その結果、研磨幅が不安定となることがある。また、センタリングハンド１１５が摩耗して、ウェハセンタリング精度が低下することもある。さらには、研磨具１００をウェハＷの周縁部に押し付けると、ウェハＷの全体が撓んでしまい、ウェハＷの周縁部に欠陥を生じさせることがある。このようなウェハＷの撓みを防止するために、ウェハＷの下面の外周領域を、基板ステージ１１０とは別に設けられた支持ステージ（図示せず）で支持することも考えられる。しかしながら、基板ステージ１１０の基板支持面と支持ステージの基板支持面が同一平面内にない場合には、ウェハＷが撓んでしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許４７７２６７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、ウェハなどの基板の中心を基板ステージの軸心に高精度に合わせることができる基板処理装置および基板処理方法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】
【０００７】
本発明の一態様は、基板の下面内の第１領域を保持するセンタリングステージと、前記基板の下面内の第２領域を保持するプロセスステージと、前記センタリングステージを、前記プロセスステージよりも高い上昇位置と前記プロセスステージよりも低い下降位置との間で移動させるステージ昇降機構と、前記プロセスステージをその軸心を中心として回転させるプロセスステージ回転機構と、前記センタリングステージに保持されたときの前記基板の中心の、前記センタリングステージの軸心からの偏心量および偏心方向を取得する偏心検出部と、前記センタリングステージ上の前記基板の中心が前記プロセスステージの軸心上に位置するまで前記センタリングステージを移動および回転させるセンタリング動作を実行するアライナーとを備え、前記アライナーは、前記プロセスステージの軸心に対する前記センタリングステージの軸心の初期相対位置と、前記偏心量と、前記偏心方向に基づいて、前記センタリングステージを移動させる距離および前記センタリングステージを回転させる角度を算出することを特徴とする基板処理装置である。
【０００８】
本発明の好ましい態様は、前記アライナーは、前記センタリングステージの軸心と前記プロセスステージの軸心との距離が前記偏心量に等しくなるまで前記センタリングステージを所定のオフセット軸に沿って移動させる移動機構と、前記センタリングステージ上の前記基板の中心が、前記プロセスステージの軸心を通って前記所定のオフセット軸と平行に延びる直線上に位置するまで前記センタリングステージを回転させるセンタリングステージ回転機構とを備えることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記移動機構および前記センタリングステージ回転機構は、前記センタリングステージを同時に移動させ回転させることを特徴とする。
【０００９】
本発明の好ましい態様は、前記プロセスステージの軸心と前記センタリングステージの軸心との距離が、前記センタリングステージの軸心と前記基板の中心との距離よりも大きい場合は、前記ステージ昇降機構により前記センタリングステージを下降させて前記基板を前記センタリングステージから前記プロセスステージに渡し、前記プロセスステージ回転機構により前記プロセスステージを前記基板とともに１８０度回転させ、その後、前記ステージ昇降機構により前記センタリングステージを上昇させて前記基板を前記プロセスステージから前記センタリングステージに渡すことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記移動機構が前記センタリングステージを前記所定のオフセット軸に沿って移動させることができる最大距離よりも前記偏心量が大きい場合には、前記アライナーは、前記センタリングステージ上の前記基板の中心と前記プロセスステージの軸心との間の距離が最小になるまで、前記センタリングステージを移動および回転させることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記アライナーは、前記センタリングステージの軸心と、前記プロセスステージの軸心と、前記センタリングステージ上の前記基板の中心との位置関係に基づいて予め定められた、最短の時間で前記センタリング動作を完了させることができる前記センタリングステージの移動方向を予め記憶していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記アライナーは、前記センタリング動作中、前記センタリングステージを一方向にのみ移動させ、かつ前記センタリングステージを一方向にのみ回転させることを特徴とする。
【００１０】
本発明の他の態様は、基板の下面内の第１領域をセンタリングステージで保持し、前記センタリングステージに保持されたときの前記基板の中心の、前記センタリングステージの軸心からの偏心量および偏心方向を取得し、プロセスステージの軸心に対する前記センタリングステージの軸心の初期相対位置と、前記偏心量と、前記偏心方向に基づいて、前記センタリングステージ上の前記基板の中心を前記プロセスステージの軸心上に位置させるために必要な、前記センタリングステージを移動させる距離および前記センタリングステージを回転させる角度を算出し、前記算出された距離および角度だけ、前記センタリングステージを移動および回転させるセンタリング動作を実行し、前記プロセスステージで前記基板の下面内の第２領域を保持するとともに、前記センタリングステージを前記基板から離間させ、前記プロセスステージをその軸心を中心に回転させながら、前記基板を処理することを特徴とする基板処理方法である。
【００１１】
本発明の好ましい態様は、前記センタリング動作は、前記センタリングステージの軸心と前記プロセスステージの軸心との距離が前記偏心量に等しくなるまで前記センタリングステージを所定のオフセット軸に沿って移動させる動作と、前記センタリングステージ上の前記基板の中心が、前記プロセスステージの軸心を通って前記所定のオフセット軸と平行に延びる直線上に位置するまで前記センタリングステージを回転させる動作を含むことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記センタリングステージを前記所定のオフセット軸に沿って移動させる動作と、前記センタリングステージを回転させる動作を同時に行うことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記プロセスステージの軸心と前記センタリングステージの軸心との距離が、前記センタリングステージの軸心と前記基板の中心との距離よりも大きい場合は、前記センタリングステージを下降させて前記基板を前記センタリングステージから前記プロセスステージに渡し、前記プロセスステージを前記基板とともに１８０度回転させ、その後、前記センタリングステージを上昇させて前記基板を前記プロセスステージから前記センタリングステージに渡すことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記センタリングステージを前記所定のオフセット軸に沿って移動させることができる最大距離よりも前記偏心量が大きい場合には、前記センタリングステージ上の前記基板の中心と前記プロセスステージの軸心との間の距離が最小になるまで、前記センタリングステージを移動および回転させることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記センタリングステージを移動させる方向は、最短の時間で前記センタリング動作を完了させることができる方向であり、前記センタリングステージの移動の前記方向は、前記センタリングステージの軸心と、前記プロセスステージの軸心と、前記センタリングステージ上の前記基板の中心との位置関係に基づいて予め定められていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記センタリング動作中、前記センタリングステージは一方向にのみ移動し、かつ前記センタリングステージは一方向にのみ回転することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
一般に、センタリングステージを用いて、基板の中心をプロセスステージの軸心上に合わせるためには、センタリングステージの軸心とプロセスステージの軸心とは完全に一致していることが好ましい。しかしながら、研磨装置の各部品の組付け精度や機械的な寸法誤差などの理由で、センタリングステージの軸心とプロセスステージの軸心とを完全に一致させることは極めて難しい。本発明によれば、センタリングステージの軸心とプロセスステージの軸心とが一致していない条件下でも基板のセンタリングを行うことができる。すなわち、プロセスステージの軸心に対するセンタリングステージの軸心の初期相対位置と、センタリングステージの軸心からの基板の中心の偏心量に基づいて、センタリングステージを移動させるべき距離およびセンタリングステージを回転させるべき角度を算出する。また、プロセスステージが基板の下面の第２領域（特に外周領域）を保持した後、センタリングステージを基板から離すことが可能である。したがって、プロセスステージのみが基板の下面の第２領域を保持した状態で、基板を撓ませることなく基板を処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】研磨装置を示す模式図である。
【図２】ウェハが一回転する間に取得された光量を示すグラフである。
【図３】ウェハが一回転する間に取得された光量を示すグラフである。
【図４】プロセスステージの軸心からの参照ウェハの中心の偏心量と偏心方向を測定するための偏心検出部が設置された研磨装置を示す模式図である。
【図５】プロセスステージの軸心からの参照ウェハの中心の偏心量と偏心方向を示す図である。
【図６】プロセスステージからセンタリングステージに参照ウェハを渡す動作を示す図である。
【図７】参照ウェハとともにセンタリングステージを上昇させる動作を示す図である。
【図８】センタリングステージの軸心からの参照ウェハの中心の偏心量および偏心方向を測定する動作を示す図である。
【図９】センタリングステージの軸心からの参照ウェハの中心の偏心量と偏心方向を示す図である。
【図１０】センタリングステージの軸心、プロセスステージの軸心、および参照ウェハの中心の位置関係を示す図である。
【図１１】プロセスステージの軸心に対するセンタリングステージの軸心の初期相対位置を示す図である。
【図１２】研磨されるウェハを搬送機構のハンドが搬送する動作を示す図である。
【図１３】センタリングステージがウェハを保持する動作を示す図である。
【図１４】センタリングステージの軸心からのウェハの中心の偏心量および偏心方向を測定する動作を示す図である。
【図１５】プロセスステージの軸心と、センタリングステージの軸心と、ウェハの中心との位置関係を示す図である。
【図１６】動作制御部によって算出された距離だけ、センタリングステージをオフセット軸に沿って移動させる動作を示す図である。
【図１７】動作制御部によって算出された角度だけ、センタリングステージをウェハとともに回転させる動作を示す図である。
【図１８】センタリングステージからプロセスステージにウェハを渡す動作を示す図である。
【図１９】ウェハがセンタリングステージから離れる動作を示す図である。
【図２０】プロセスステージによってウェハを回転させながらウェハを研磨する動作を示す図である。
【図２１】センタリングステージの軸心と、プロセスステージの軸心と、センタリングステージ上のウェハの中心との位置関係のケースNo.1を示す図である。
【図２２】センタリングステージの軸心と、プロセスステージの軸心と、センタリングステージ上のウェハの中心との位置関係のケースNo.2を示す図である。
【図２３】センタリングステージの軸心と、プロセスステージの軸心と、センタリングステージ上のウェハの中心との位置関係のケースNo.3を示す図である。
【図２４】センタリングステージの軸心と、プロセスステージの軸心と、センタリングステージ上のウェハの中心との位置関係のケースNo.4を示す図である。
【図２５】センタリングステージの軸心と、プロセスステージの軸心と、センタリングステージ上のウェハの中心との位置関係のケースNo.5を示す図である。
【図２６】センタリングステージの軸心と、プロセスステージの軸心と、センタリングステージ上のウェハの中心との位置関係のケースNo.6を示す図である。
【図２７】センタリングステージの軸心と、プロセスステージの軸心と、センタリングステージ上のウェハの中心との位置関係のケースNo.7を示す図である。
【図２８】センタリングステージの軸心と、プロセスステージの軸心と、センタリングステージ上のウェハの中心との位置関係のケースNo.8を示す図である。
【図２９】センタリングステージの軸心と、ウェハの中心と、プロセスステージの軸心の現在の位置関係が上述した８つのケースのいずれかに当てはまるかを決定するフローチャートである。
【図３０】プロセスステージの軸心とセンタリングステージの軸心との距離が、センタリングステージの軸心とウェハの中心との距離よりも大きい状態を示す図である。
【図３１】ウェハとともにプロセスステージを１８０度回転させた後の、プロセスステージの軸心と、センタリングステージの軸心と、ウェハの中心との位置関係を示す図である。
【図３２】センタリングステージをオフセット軸に沿って移動させる動作を示す図である。
【図３３】センタリングステージを回転させる動作を示す図である。
【図３４】センタリングステージ上のウェハの中心とプロセスステージの軸心との距離が最短となるようにセンタリングステージを移動および回転させる動作を示す図である。
【図３５】センタリングステージの軸心とウェハの中心との距離が、プロセスステージの軸心とセンタリングステージの軸心との距離よりも極端に長い場合を示す図である。
【図３６】センタリングステージ上のウェハの中心とプロセスステージの軸心との距離が最短となるようにセンタリングステージを移動および回転させる動作を示す図である。
【図３７】図３７（ａ）は、偏心検出動作が行われた後であって、かつセンタリング動作が行われる前の、プロセスステージの軸心と、センタリングステージの軸心と、ウェハの中心との位置関係を示す図であり、図３７（ｂ）は、ウェハ中心が直線ＨＬ上に位置するまでセンタリングステージを回転させた状態を示す図であり、図３７（ｃ）は、ウェハ中心がプロセスステージの軸心上に位置するまで、センタリングステージを移動させた状態を示す図である。
【図３８】ウェハが一回転する間に取得された光量を示すグラフである。
【図３９】従来の研磨装置を示す模式図である。
【図４０】ウェハの研磨幅を説明する図である。
【図４１】センタリングハンドを備えた従来の研磨装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。以下に説明する本発明の基板処理装置および基板処理方法の実施形態は、基板の周縁部を研磨する研磨装置および研磨方法である。
【００１５】
図１は、研磨装置を示す模式図である。図１に示すように、研磨装置は、基板の一例であるウェハＷを保持するセンタリングステージ１０およびプロセスステージ２０を有している。センタリングステージ１０は、ウェハＷのセンタリングを行うためのステージであり、プロセスステージ２０は、ウェハＷを研磨するためのステージである。ウェハＷのセンタリング中は、ウェハＷはセンタリングステージ１０のみによって保持され、ウェハＷの研磨中は、ウェハＷはプロセスステージ２０のみによって保持される。
【００１６】
プロセスステージ２０は、その内部に空間２２を有しており、センタリングステージ１０はプロセスステージ２０の空間２２内に収容されている。センタリングステージ１０は、ウェハＷの下面内の第１領域を保持する第１の基板保持面１０ａを有している。プロセスステージ２０は、ウェハＷの下面内の第２領域を保持する第２の基板保持面２０ａを有している。第１領域と第２領域は、ウェハＷの下面内の異なる位置にある領域である。本実施形態では、第１の基板保持面１０ａは円形の形状を有し、ウェハＷの下面の中心側領域を保持するように構成されている。第２の基板保持面２０ａは環状の形状を有し、ウェハＷの下面の外周領域を保持するように構成されている。上記中心側領域は、上記外周領域の内側に位置している。本実施形態における中心側領域は、ウェハＷの中心点を含む円形の領域であるが、上記外周領域の内側に位置していれば、ウェハＷの中心点を含まない環状の部位であってもよい。第２の基板保持面２０ａは、第１の基板保持面１０ａを囲むように配置される。環状の第２の基板保持面２０ａの幅は、例えば、５ｍｍ〜５０ｍｍである。
【００１７】
センタリングステージ１０は、その下方に配置された支持軸３０に軸受３２を介して連結されている。軸受３２は支持軸３０の上端に固定されており、センタリングステージ１０を回転自在に支持している。センタリングステージ１０は、プーリおよびベルトなどからなるトルク伝達機構３５を介してモータＭ１に接続されており、センタリングステージ１０はその軸心を中心として回転されるようになっている。モータＭ１は、連結ブロック３１に固定されている。モータＭ１およびトルク伝達機構３５は、センタリングステージ１０をその軸心Ｃ１を中心として回転させるセンタリングステージ回転機構３６を構成する。モータＭ１にはロータリエンコーダ３８が連結されており、センタリングステージ１０の回転角度がロータリエンコーダ３８によって測定されるようになっている。
【００１８】
センタリングステージ１０および支持軸３０の内部には、その軸方向に延びる第１の真空ライン１５が設けられている。この第１の真空ライン１５は、支持軸３０の下端に固定された回転継手４４を介して真空源（図示せず）に連結されている。第１の真空ライン１５の上端開口部は第１の基板保持面１０ａ内にある。したがって、第１の真空ライン１５内に真空を形成すると、ウェハＷの中心側領域が真空吸引によって第１の基板保持面１０ａに保持される。
【００１９】
センタリングステージ１０は、支持軸３０を介してステージ昇降機構５１に連結されている。ステージ昇降機構５１は、プロセスステージ２０の下方に配置されており、さらに支持軸３０に接続されている。ステージ昇降機構５１は、支持軸３０およびセンタリングステージ１０を一体に上昇および下降させることが可能となっている。
【００２０】
センタリングステージ１０は、水平に延びる所定のオフセット軸ＯＳに沿ってセンタリングステージ１０を移動させる移動機構４１に連結されている。センタリングステージ１０は、直動軸受４０によって回転自在に支持されており、この直動軸受４０は連結ブロック３１に固定されている。直動軸受４０は、センタリングステージ１０の上下動を許容しつつ、センタリングステージ１０を回転自在に支持するように構成されている。直動軸受４０としては、例えばボールスプライン軸受が使用される。
【００２１】
移動機構４１は、上述した連結ブロック３１と、センタリングステージ１０を水平方向に移動させるアクチュエータ４５と、センタリングステージ１０の水平移動を上記オフセット軸ＯＳに沿った水平移動に制限する直動ガイド４６を備えている。このオフセット軸ＯＳは、直動ガイド４６の長手方向に延びる想像的な移動軸である。図１には、オフセット軸ＯＳは矢印で示されている。
【００２２】
直動ガイド４６は台４２に固定されている。この台４２は、研磨装置のフレームなどの静止部材に接続された支持アーム４３に固定されている。連結ブロック３１は直動ガイド４６によって水平方向に移動自在に支持されている。アクチュエータ４５は、台４２に固定されたオフセットモータ４７と、このオフセットモータ４７の駆動軸に取り付けられた偏心カム４８と、連結ブロック３１に形成され、偏心カム４８が収容される凹部４９とを備えている。オフセットモータ４７が偏心カム４８を回転させると、偏心カム４８が凹部４９に接触しながら連結ブロック３１をオフセット軸ＯＳに沿って水平に移動させる。
【００２３】
アクチュエータ４５が作動すると、センタリングステージ１０はその移動方向が直動ガイド４６に案内された状態でオフセット軸ＯＳに沿って水平に移動される。プロセスステージ２０の位置は固定されている。移動機構４１は、センタリングステージ１０をプロセスステージ２０に対して相対的に水平に移動させ、ステージ昇降機構５１は、センタリングステージ１０をプロセスステージ２０に対して相対的に鉛直方向に移動させる。
【００２４】
センタリングステージ１０、センタリングステージ回転機構３６、および移動機構４１は、プロセスステージ２０の空間２２内に収容されている。したがって、センタリングステージ１０およびプロセスステージ２０などから構成される基板保持部をコンパクトにすることができる。また、プロセスステージ２０は、ウェハＷの研磨中にウェハＷの表面に供給される研磨液（純水、薬液など）からセンタリングステージ１０を保護することができる。
【００２５】
プロセスステージ２０は、図示しない軸受によって回転可能に支持されている。プロセスステージ２０は、プーリおよびベルトなどからなるトルク伝達機構５５を介してモータＭ２に接続されており、プロセスステージ２０はその軸心Ｃ２を中心として回転されるようになっている。モータＭ２にはロータリエンコーダ５９が連結されており、プロセスステージ２０の回転角度がロータリエンコーダ５９によって測定されるようになっている。モータＭ２およびトルク伝達機構５５は、プロセスステージ２０をその軸心Ｃ２を中心に回転させるプロセスステージ回転機構５６を構成する。
【００２６】
プロセスステージ２０の上面は、環状の第２の基板保持面２０ａを構成する。プロセスステージ２０内には複数の第２の真空ライン２５が設けられている。この第２の真空ライン２５は、ロータリジョイント５８を介して真空源（図示せず）に連結されている。第２の真空ライン２５の上端開口部は第２の基板保持面２０ａ内にある。したがって、第２の真空ライン２５内に真空を形成すると、ウェハＷの下面の外周領域が真空吸引により第２の基板保持面２０ａに保持される。第２の基板保持面２０ａは、ウェハＷの直径と同一か、またはウェハＷの直径よりも小さい外径を有している。
【００２７】
プロセスステージ２０の第２の基板保持面２０ａの上方には、研磨具１をウェハＷの周縁部に押し付ける研磨ヘッド５が配置されている。研磨ヘッド５は、鉛直方向およびウェハＷの半径方向に移動することが可能に構成されている。研磨具１の下面（研磨面）がウェハＷの上面と平行な状態で、研磨ヘッド５が研磨具１を回転するウェハＷの周縁部に下向きに押し付けることにより、ウェハＷの周縁部を研磨する。研磨具１としては、研磨テープまたは砥石が使用される。
【００２８】
プロセスステージ２０の上方には、センタリングステージ１０に保持されたウェハＷの中心の、センタリングステージ１０の軸心Ｃ１からの偏心量を測定する偏心検出部６０が配置されている。この偏心検出部６０は、光学式偏心センサであり、光を発する投光部６１と、光を受ける受光部６２と、受光部６２で測定される光量からウェハＷの偏心量を決定する処理部６５とを備えている。偏心検出部６０は、横移動機構６９に連結されており、偏心検出部６０はウェハＷの周縁部に近接および離間する方向に移動可能となっている。
【００２９】
ウェハＷの偏心量は次のようにして測定される。ウェハＷの周縁部が投光部６１と受光部６２との間に位置するまで、偏心検出部６０をウェハＷの周縁部に近づける。この状態でウェハＷをセンタリングステージ１０の軸心Ｃ１を中心として回転させながら、投光部６１は受光部６２に向けて光を発する。光の一部はウェハＷによって遮られ、光の他の部分は受光部６２に到達する。
【００３０】
受光部６２によって測定される光量は、ウェハＷとセンタリングステージ１０との相対位置に依存して変わる。ウェハＷの中心がセンタリングステージ１０の軸心Ｃ１上にあるとき、ウェハＷが一回転する間に取得された光量は、図２に示すように、所定の基準光量ＲＤに保たれる。これに対して、ウェハＷの中心がセンタリングステージ１０の軸心Ｃ１からずれているとき、ウェハＷが一回転する間に取得された光量は、図３に示すように、ウェハＷの回転角度に従って変化する。
【００３１】
ウェハＷの偏心量は、受光部６２によって測定される光量に反比例する。言い換えれば、光量が最小となるウェハＷの角度は、ウェハＷの偏心量が最大となる角度である。上述した基準光量ＲＤは、基準直径（例えば直径３００．００ｍｍ）を有する基準ウェハ（基準基板）を、その中心がセンタリングステージ１０の軸心Ｃ１上にある状態で測定された光量である。この基準光量ＲＤは、処理部６５に予め格納されている。さらに、光量と、ウェハＷのセンタリングステージ１０の軸心Ｃ１からの偏心量との関係を示すデータ（テーブル、関係式など）が、処理部６５に予め格納されている。基準光量ＲＤに対応する偏心量は０である。処理部６５は、データに基づいて光量の測定値からウェハＷの偏心量を決定する。
【００３２】
偏心検出部６０の処理部６５は、ロータリエンコーダ３８に接続されており、センタリングステージ１０の回転角度（すなわちウェハＷの回転角度）を示す信号がロータリエンコーダ３８から処理部６５に送られる。処理部６５は、光量が最小となるウェハＷの角度を決定する。この角度は、センタリングステージ１０の軸心Ｃ１からのウェハＷの中心の偏心方向を表す。このように、処理部６５は、センタリングステージ１０の軸心Ｃ１からのウェハＷの中心の偏心量と偏心方向を取得する。
【００３３】
なお、本実施形態における偏心検出部６０は光学式偏心センサであるが、他のタイプの偏心検出器を使用してもよい。例えば、最小二乗法を利用した、公知の偏心検出器を用いてもよい。このタイプの偏心検出器は、ウェハの全周の画像を取得し、ウェハの外周上において等しい角度間隔で分布する複数の座標点のＸ座標の平均とＹ座標の平均に基づいてウェハの中心を決定し、センタリングステージ１０の軸心Ｃ１からのウェハの中心の偏心量と偏心方向を決定するように構成される。
【００３４】
一般に、センタリングステージ１０を用いて、ウェハの中心をプロセスステージ２０の軸心Ｃ２上に合わせるためには、センタリングステージ１０の軸心Ｃ１とプロセスステージ２０の軸心Ｃ２とは完全に一致していることが好ましい。しかしながら、研磨装置の各部品の組付け精度や機械的な寸法誤差などの理由で、センタリングステージ１０の軸心Ｃ１とプロセスステージ２０の軸心Ｃ２とを完全に一致させることは極めて難しい。
【００３５】
そこで、本実施形態では、センタリングステージ１０の軸心Ｃ１とプロセスステージ２０の軸心Ｃ２とが一致していない条件下でウェハのセンタリング動作が行われる。まず、センタリング動作の準備として、プロセスステージ２０の軸心Ｃ２に対するセンタリングステージ１０の軸心Ｃ１の初期相対位置が以下のようにして求められる。
【００３６】
図４に示すように、研磨装置には、プロセスステージ２０上に載置されたときのウェハの偏心ベクトル、すなわち、プロセスステージ２０の軸心Ｃ２からのウェハの中心の偏心量と偏心方向を測定するための偏心検出部７０が設置される。この偏心検出部７０は、取り外し可能なものであり、プロセスステージ２０上のウェハの偏心測定が終了した後には取り外される。この偏心検出部７０としては、上述したように、最小二乗法を利用した偏心検出器が使用される。
【００３７】
次に、図４に示すように、参照ウェハ（または参照基板）ＲＷがプロセスステージ２０上に載置される。この参照ウェハＲＷは、研磨対象となるウェハであってもよく、あるいは研磨対象のウェハと同じサイズを有した別のウェハであってもよい。参照ウェハＲＷは、上述したように、プロセスステージ２０の第２の基板保持面２０ａ上に真空吸引により保持され、この状態でプロセスステージ２０がプロセスステージ回転機構５６（図１参照）によって参照ウェハＲＷとともに一回転される。図５に示すように、偏心検出部７０は、上述したように最小二乗法を用いて、プロセスステージ２０の軸心Ｃ２からの参照ウェハＲＷの中心ＲＣの偏心量と偏心方向を算出し、偏心ベクトルＰv'を決定する。偏心量は、偏心ベクトルＰv'の大きさ|Ｐv'|であり、プロセスステージ２０の軸心Ｃ２から参照ウェハＲＷの中心ＲＣまでの距離に相当する。偏心方向は、プロセスステージ２０の軸心Ｃ２を通り、オフセット軸ＯＳに垂直な角度基準線ＲＬからの偏心ベクトルＰv'の角度αとして表される。
【００３８】
偏心ベクトルＰv'が決定された後、図６に示すように、センタリングステージ１０の第１の基板保持面１０ａが参照ウェハＲＷの下面の中心側領域に接触するまで、センタリングステージ１０が上昇する。この状態で、第１の真空ライン１５に真空を形成し、これによって参照ウェハＲＷの下面の中心側領域がセンタリングステージ１０に真空吸引によって保持される。その後、第２の真空ライン２５が大気に開放され、参照ウェハＲＷはプロセスステージ２０から解放される。参照ウェハＲＷがプロセスステージ２０からセンタリングステージ１０に渡された後、参照ウェハＲＷが偏心検出部６０と同じ高さになるまで、センタリングステージ１０が参照ウェハＲＷとともに上昇する。
【００３９】
図８に示すように、センタリングステージ１０は参照ウェハＲＷとともにセンタリングステージ１０の軸心Ｃ１を中心に回転される。偏心検出部６０は、回転する参照ウェハＲＷに接近し、上述したように、軸心Ｃ１からの参照ウェハＲＷの中心ＲＣの偏心量および偏心方向を測定する。図９に示すように、センタリングステージ１０の軸心Ｃ１からの参照ウェハＲＷの中心ＲＣの偏心ベクトルＰvが決定される。偏心量は、偏心ベクトルＰvの大きさ|Ｐv|であり、センタリングステージ１０の軸心Ｃ１から参照ウェハＲＷの中心ＲＣまでの距離に相当する。偏心方向は、センタリングステージ１０の軸心Ｃ１を通り、オフセット軸ＯＳに垂直な角度基準線ＰＬからの偏心ベクトルＰvの角度βとして表される。図９に示す角度基準線ＰＬおよび図５に示す角度基準線ＲＬは、互いに平行な水平線である。
【００４０】
偏心検出部６０および偏心検出部７０は、図１に示す動作制御部７５に接続されており、偏心ベクトルＰv'および偏心ベクトルＰvを特定する偏心量（|Ｐv'|，|Ｐv|）および偏心方向（角度α，角度β）は、動作制御部７５に送られる。動作制御部７５は、偏心ベクトルＰv'および偏心ベクトルＰvから、プロセスステージ２０の軸心Ｃ２に対するセンタリングステージ１０の軸心Ｃ１の初期相対位置を算出する。
【００４１】
図１０は、偏心ベクトルＰv'および偏心ベクトルＰvを示す図である。プロセスステージ２０からセンタリングステージ１０に渡されるときの参照ウェハＲＷの位置は変化しない。したがって、図４に示すプロセスステージ２０に保持されているときの参照ウェハＲＷの中心ＲＣの位置と、図８に示すセンタリングステージ１０に保持されているときの参照ウェハＲＷの中心ＲＣの位置は同じである。言い換えれば、偏心ベクトルＰv'の終点の位置は、偏心ベクトルＰvの終点の位置と一致する。
【００４２】
図１０では、プロセスステージ２０の軸心Ｃ２に対するセンタリングステージ１０の軸心Ｃ１の初期相対位置は、ベクトルｄvとして表されている。このベクトルｄvは、次の式で求められる。
ｄv＝Ｐv'−Ｐv              （１）
偏心ベクトルＰv'および偏心ベクトルＰvを、角度基準線ＲＬ上のｉ方向のベクトルと、角度基準線ＲＬに垂直なｊ方向のベクトルにそれぞれ分解すると、偏心ベクトルＰv'および偏心ベクトルＰvはそれぞれ次のように表すことができる。
Ｐv'＝(|Ｐv'|cosα)iv＋(|Ｐv'|sinα)jv            （２）
Ｐv＝(|Ｐv|cosβ)iv＋(|Ｐv|sinβ)jv              （３）
ただし、|Ｐv'|は、プロセスステージ２０の軸心Ｃ２からの参照ウェハＲＷの中心ＲＣの偏心量を表し、|Ｐv|は、センタリングステージ１０の軸心Ｃ１からの参照ウェハＲＷの中心ＲＣの偏心量を表し、αは偏心ベクトルＰv'の角度基準線ＲＬからの角度を表し、βは偏心ベクトルＰvの角度基準線ＰＬからの角度を表し、ｉvはｉ方向のベクトルを表し、jvはｊ方向のベクトルを表す。
【００４３】
図１０から分かるように、角度αは、プロセスステージ２０の軸心Ｃ２からの参照ウェハＲＷの中心ＲＣの偏心方向を表し、角度βはセンタリングステージ１０の軸心Ｃ１からの参照ウェハＲＷの中心ＲＣの偏心方向を表している。
【００４４】
上記式（２）および式（３）から、プロセスステージ２０の軸心Ｃ２に対するセンタリングステージ１０の軸心Ｃ１の初期相対位置を示すベクトルｄvは、次のように求められる。
ｄv＝Ｐv'−Ｐv
＝(|Ｐv'|cosα−|Ｐv|cosβ)iv＋(|Ｐv'|sinα−|Ｐv|sinβ)jv
＝aiv＋bjv                （４）
a＝|Ｐv'|cosα−|Ｐv|cosβ          （５）
b＝|Ｐv'|sinα−|Ｐv|sinβ          （６）
θ＝tan-1(b/a)                    （７）
【００４５】
図１１に示すように、プロセスステージ２０の軸心Ｃ２に対するセンタリングステージ１０の軸心Ｃ１の初期相対位置は、ベクトルｄvを特定する要素ａ、ｂ、θを用いて表すことができる。以上のようにして、プロセスステージ２０の軸心Ｃ２に対するセンタリングステージ１０の軸心Ｃ１の初期相対位置（ベクトルｄv）が取得される。この初期相対位置を表す要素ａ、ｂ、θのそれぞれの数値は、研磨装置固有のものである。初期相対位置を表す要素ａ、ｂ、θのそれぞれの数値は、動作制御部７５に記憶される。
【００４６】
上述のようにしてプロセスステージ２０の軸心Ｃ２に対するセンタリングステージ１０の軸心Ｃ１の初期相対位置が決定された後、研磨対象となるウェハが研磨装置に搬送され、研磨装置で研磨される。プロセスステージ２０の軸心Ｃ２に対するセンタリングステージ１０の軸心Ｃ１の初期相対位置は、研磨装置の構造に由来した位置ずれである。この位置ずれは基本的には変化しないが、多数のウェハの研磨を繰り返すにつれて、位置ずれが変化する場合がある。このような位置ずれを補正するためには、従来では機械的調整（すなわち、作業員の手作業による位置調整）が必要であったが、本実施形態によれば、上述した工程を行って初期相対位置を再度計算し、動作制御部７５に記憶されている初期相対位置を表す要素ａ、ｂ、θを更新すれば、初期相対位置の変化の影響を排除することができる。このように本実施形態によれば、作業員の手作業による位置調整が不要であるため、研磨装置のダウンタイムが削減できる。
【００４７】
これに対し、プロセスステージ２０に対するウェハの相対位置は、研磨すべきウェハを研磨装置が受け取るたびに異なる。そこで、ウェハの研磨前に、ウェハのセンタリングが次のようにして行われる。
【００４８】
図１２に示すように、センタリングステージ１０はステージ昇降機構５１（図１参照）により上昇位置にまで上昇される。この上昇位置では、センタリングステージ１０の第１の基板保持面１０ａは、プロセスステージ２０の第２の基板保持面２０ａよりも高い位置にある。この状態で、ウェハＷが搬送機構のハンド９０によって搬送され、図１３に示すように、ウェハＷがセンタリングステージ１０の円形の第１の基板保持面１０ａ上に置かれる。第１の真空ライン１５には真空が形成され、これによりウェハＷの下面の中心側領域は第１の基板保持面１０ａに真空吸引により保持される。その後、図１４に示すように、搬送機構のハンド９０が研磨装置から離れ、センタリングステージ１０はその軸心Ｃ１を中心として回転される。偏心検出部６０は、回転するウェハＷに接近し、参照ウェハＲＷと同じように、センタリングステージ１０の軸心Ｃ１からのウェハＷの中心の偏心量および偏心方向を決定する。
【００４９】
図１５は、プロセスステージ２０の軸心Ｃ２と、センタリングステージ１０の軸心Ｃ１と、ウェハＷの中心wfとの位置関係を示す図である。センタリングステージ１０の軸心Ｃ１からのウェハＷの中心wfの偏心量は、センタリングステージ１０の軸心Ｃ１からウェハＷの中心wfまでの距離、すなわち偏心ベクトルＰvの大きさ｜Ｐv｜で表される。センタリングステージ１０の軸心Ｃ１からのウェハＷの中心wfの偏心方向は、角度基準線ＰＬからの偏心ベクトルＰvの角度βで表される。決定されたウェハＷの偏心量（｜Ｐv｜）および偏心方向（角度β）は、動作制御部７５に送られる。
【００５０】
動作制御部７５は、プロセスステージ２０の軸心Ｃ２に対するセンタリングステージ１０の軸心Ｃ１の初期相対位置と、ウェハＷの偏心量｜Ｐv｜および偏心方向（角度β）に基づいて、ウェハＷの中心wfがプロセスステージ２０の軸心Ｃ２上に位置するために必要な、センタリングステージ１０をオフセット軸ＯＳに沿って移動させる距離と、センタリングステージ１０を回転させる角度を算出する。そして、移動機構４１およびセンタリングステージ回転機構３６は、センタリングステージ１０上のウェハＷの中心wfがプロセスステージ２０の軸心Ｃ２上に位置するまでセンタリングステージ１０を移動および回転させる。
【００５１】
図１６は、動作制御部７５によって算出された距離だけ、移動機構４１がセンタリングステージ１０をオフセット軸ＯＳに沿って移動させる様子を示す図である。図１６に示すように、移動機構４１は、センタリングステージ１０の軸心Ｃ１とプロセスステージ２０の軸心Ｃ２との距離が、偏心量｜Ｐv｜に等しくなるまでセンタリングステージ１０をオフセット軸ＯＳに沿って水平に移動させる。さらに、図１７に示すように、センタリングステージ回転機構３６は、動作制御部７５によって算出された角度だけ、センタリングステージ１０をウェハＷとともに回転させる。より具体的には、センタリングステージ回転機構３６は、センタリングステージ１０上のウェハＷの中心wfが、プロセスステージ２０の軸心Ｃ２を通ってオフセット軸ＯＳと平行に延びる直線ＨＬ上に位置するまでセンタリングステージ１０を回転させる。
【００５２】
このように、センタリングステージ１０のオフセット軸ＯＳに沿った水平移動と、センタリングステージ１０の回転により、センタリングステージ１０上のウェハＷの中心wfをプロセスステージ２０の軸心Ｃ２上に位置させることができる。本実施形態では、センタリングステージ１０上のウェハＷの中心wfがプロセスステージ２０の軸心Ｃ２上に位置するまでセンタリングステージ１０を移動および回転させるセンタリング動作を実行するためのアライナーは、センタリングステージ回転機構３６と、移動機構４１と、動作制御部７５から構成される。一実施形態では、センタリングステージ１０の回転を先に行い、次にセンタリングステージ１０のオフセット軸ＯＳに沿った移動を行ってもよい。センタリング動作をより短時間で完了させるために、移動機構４１およびセンタリングステージ回転機構３６は、センタリングステージ１０のオフセット軸ＯＳに沿った水平移動と、センタリングステージ１０の回転とを同時に実行してもよい。
【００５３】
上述したセンタリング動作が完了した後、図１８に示すように、ウェハＷの下面の外周領域がプロセスステージ２０の第２の基板保持面２０ａに接触するまでセンタリングステージ１０を下降させる。この状態で、第２の真空ライン２５に真空を形成し、これによってウェハＷの下面の外周領域がプロセスステージ２０に真空吸引によって保持される。その後、第１の真空ライン１５が大気に開放され、ウェハＷはセンタリングステージ１０から解放される。図１９に示すように、センタリングステージ１０は更に所定の下降位置まで下降し、その第１の基板保持面１０ａがウェハＷから離れる。その結果、ウェハＷは、プロセスステージ２０のみによって保持される。
【００５４】
センタリングステージ１０はウェハＷの下面の中心側領域のみを保持し、プロセスステージ２０はウェハＷの下面の外周領域のみを保持する。ウェハＷがセンタリングステージ１０とプロセスステージ２０の両方に同時に保持されると、ウェハＷが撓むことがある。これは、センタリングステージ１０の第１の基板保持面１０ａが、プロセスステージ２０の第２の基板保持面２０ａと同一水平面内に存在することは、機械的な位置決め精度の問題から非常に難しいからである。本実施形態によれば、ウェハＷの研磨中は、ウェハＷの下面の外周領域のみがプロセスステージ２０によって保持され、センタリングステージ１０はウェハＷから離れている。したがって、ウェハＷの撓みを防止することができる。
【００５５】
図２０に示すように、プロセスステージ２０は、その軸心Ｃ２を中心に回転させられる。ウェハＷの中心はプロセスステージ２０の軸心Ｃ２上にあるので、ウェハＷはその中心まわりに回転される。この状態で、図示しない研磨液供給ノズルからウェハＷ上に研磨液（例えば、純水またはスラリ）が供給される。そして、研磨具１の下面（研磨面）がウェハＷの上面と平行な状態で、研磨ヘッド５は研磨具１を回転するウェハＷの周縁部に下方に押し付けて、該周縁部を研磨する。ウェハＷの研磨中は、ウェハＷの下面の外周領域がプロセスステージ２０によって保持されているので、研磨具１の荷重を研磨具１の下から支えることができる。したがって、研磨中のウェハＷの撓みを防止することができる。
【００５６】
研磨されたウェハＷは、センタリング動作を除く逆の動作シーケンスに従って研磨装置から取り出される。環状の第２の基板保持面２０ａは、ウェハの下面全体を吸着する基板ステージに比べて、研磨されたウェハＷを第２の基板保持面２０ａから離すときにウェハＷが割れにくいという利点もある。
【００５７】
図１６および図１７を参照して説明したセンタリング動作は、センタリングステージ１０の水平移動と回転とにより実行される。このセンタリングステージ１０の水平移動の方向は、センタリング動作を最も短い時間で完了させる方向であることが望ましい。言い換えれば、センタリングステージ１０の水平移動の方向は、ウェハＷの中心をプロセスステージ２０の軸心Ｃ２上に一致させるための移動距離が最短となる方向に動作させることが望ましい。センタリング動作を最も短い時間で完了させるセンタリングステージ１０の水平移動の方向は、センタリングステージ１０の軸心Ｃ１と、プロセスステージ２０の軸心Ｃ２と、センタリングステージ１０上のウェハの中心wfとの位置関係を示す以下の８つのケースに従って決定される。
【００５８】
図２１は、センタリングステージ１０の軸心Ｃ１と、プロセスステージ２０の軸心Ｃ２と、センタリングステージ１０上のウェハの中心wfとの位置関係のケースNo.1を示す図である。図２１に示すように、このケースNo.1は、ベクトルｄvの角度基準線ＲＬに平行な成分の長さａが０よりも大きく（ａ＞０）、かつ角度βと角度θとの差が０度以上であって１８０度よりも小さい（０°≦β−θ＜１８０°）場合である。図２１において、０°≦β−θ＜１８０°で示される領域は、ハッチングパターンで表されている。このケースNo.1では、センタリングステージ１０は角度基準線ＲＬに近づく方向に移動する。
【００５９】
図２２は、センタリングステージ１０の軸心Ｃ１と、プロセスステージ２０の軸心Ｃ２と、センタリングステージ１０上のウェハの中心wfとの位置関係のケースNo.2を示す図である。図２２に示すように、このケースNo.2は、ベクトルｄvの角度基準線ＲＬに平行な成分の長さａが０よりも大きく（ａ＞０）、かつ角度βと角度θとの差が１８０度以上であって３６０度よりも小さい（１８０°≦β−θ＜３６０°）場合である。図２２において、１８０°≦β−θ＜３６０°で示される領域は、ハッチングパターンで表されている。このケースNo.2では、センタリングステージ１０は角度基準線ＲＬから遠ざかる方向に移動する。
【００６０】
図２３は、センタリングステージ１０の軸心Ｃ１と、プロセスステージ２０の軸心Ｃ２と、センタリングステージ１０上のウェハの中心wfとの位置関係のケースNo.3を示す図である。図２３に示すように、このケースNo.3は、ベクトルｄvの角度基準線ＲＬに平行な成分の長さａが０よりも小さく（ａ＜０）、かつ角度βと角度θとの差が１８０度以上であって３６０度よりも小さい（１８０°≦β−θ＜３６０°）場合である。図２３において、１８０°≦β−θ＜３６０°で示される領域は、ハッチングパターンで表されている。このケースNo.3では、センタリングステージ１０は角度基準線ＲＬに近づく方向に移動する。
【００６１】
図２４は、センタリングステージ１０の軸心Ｃ１と、プロセスステージ２０の軸心Ｃ２と、センタリングステージ１０上のウェハの中心wfとの位置関係のケースNo.4を示す図である。図２４に示すように、このケースNo.4は、ベクトルｄvの角度基準線ＲＬに平行な成分の長さａが０よりも小さく（ａ＜０）、かつ角度βと角度θとの差が０度以上であって１８０度よりも小さい（０°≦β−θ＜１８０°）場合である。図２４において、０°≦β−θ＜１８０°で示される領域は、ハッチングパターンで表されている。このケースNo.4では、センタリングステージ１０は角度基準線ＲＬから遠ざかる方向に移動する。
【００６２】
図２５は、センタリングステージ１０の軸心Ｃ１と、プロセスステージ２０の軸心Ｃ２と、センタリングステージ１０上のウェハの中心wfとの位置関係のケースNo.5を示す図である。図２５に示すように、このケースNo.5は、ベクトルｄvの角度基準線ＲＬに平行な成分の長さａが０であり（ａ＝０）、角度θが９０°であり（θ＝９０°）、かつ角度βが０度以上であって１８０度よりも小さい（０°≦β＜１８０°）場合である。図２５において、０°≦β＜１８０°の領域は、ハッチングパターンで表されている。このケースNo.5では、センタリングステージ１０は角度基準線ＲＬに近づく方向に移動する。
【００６３】
図２６は、センタリングステージ１０の軸心Ｃ１と、プロセスステージ２０の軸心Ｃ２と、センタリングステージ１０上のウェハの中心wfとの位置関係のケースNo.6を示す図である。図２６に示すように、このケースNo.6は、ベクトルｄvの角度基準線ＲＬに平行な成分の長さａが０であり（ａ＝０）、角度θが９０°であり（θ＝９０°）、かつ角度βが１８０度以上であって３６０度よりも小さい（１８０°≦β＜３６０°）場合である。図２６において、１８０°≦β＜３６０°の領域は、ハッチングパターンで表されている。このケースNo.6では、センタリングステージ１０は角度基準線ＲＬから遠ざかる方向に移動する。
【００６４】
図２７は、センタリングステージ１０の軸心Ｃ１と、プロセスステージ２０の軸心Ｃ２と、センタリングステージ１０上のウェハの中心wfとの位置関係のケースNo.7を示す図である。図２７に示すように、このケースNo.7は、ベクトルｄvの角度基準線ＲＬに平行な成分の長さａが０であり（ａ＝０）、角度θが−９０°であり（θ＝−９０°）、かつ角度βが０度以上であって１８０度よりも小さい（０°≦β＜１８０°）場合である。図２７において、０°≦β＜１８０°の領域は、ハッチングパターンで表されている。このケースNo.7では、センタリングステージ１０は角度基準線ＲＬから遠ざかる方向に移動する。
【００６５】
図２８は、センタリングステージ１０の軸心Ｃ１と、プロセスステージ２０の軸心Ｃ２と、センタリングステージ１０上のウェハの中心wfとの位置関係のケースNo.8を示す図である。図２８に示すように、このケースNo.8は、ベクトルｄvの角度基準線ＲＬに平行な成分の長さａが０であり（ａ＝０）、角度θが−９０°であり（θ＝−９０°）、かつ角度βが１８０度以上であって３６０度よりも小さい（１８０°≦β＜３６０°）場合である。図２８において、１８０°≦β＜３６０°の領域は、ハッチングパターンで表されている。このケースNo.8では、センタリングステージ１０は角度基準線ＲＬに近づく方向に移動する。
【００６６】
上述したケースにおいて、計算されたβ−θの数値が０°〜３６０°の範囲に入っていない場合には、β−θに３６０°の倍数を加算する。例えば、β−θが−４５°の場合はβ−θに３６０°×１を加算すれば、β−θは３１５°となる。β−θが７２６°の場合はβ−θに−３６０°×２を加算すれば、β−θは６°となる。
【００６７】
以上述べた８つのケースは、センタリングステージ１０の軸心Ｃ１と、プロセスステージ２０の軸心Ｃ２と、センタリングステージ１０上のウェハの中心wfとの位置関係を示している。そして、センタリング動作を最も短い時間で完了させるセンタリングステージ１０の水平移動の方向は、上述した８つのケースごとに予め定められており、その水平移動の方向は８つのケースに関連付けられて動作制御部７５に予め記憶されている。上記８つのケースにおいても、センタリングステージ１０のオフセット軸ＯＳに沿った移動を先に行い、次に、センタリングステージ１０の回転を行ってもよいし、あるいはセンタリングステージ１０の回転を先に行い、次に、センタリングステージ１０のオフセット軸ＯＳに沿った移動を行ってもよい。センタリングステージ１０のオフセット軸ＯＳに沿った移動と、センタリングステージ１０の回転を同時に行ってもよい。
【００６８】
図２９は、センタリングステージ１０の軸心Ｃ１と、ウェハＷの中心wfと、プロセスステージ２０の軸心Ｃ２の現在の位置関係が上述した８つのケースのいずれかに当てはまるかを決定するフローチャートである。動作制御部７５は、図２９に示すフローチャートを用いて、センタリングステージ１０の軸心Ｃ１と、ウェハＷの中心と、プロセスステージ２０の軸心Ｃ２の現在の位置関係が８つのケースのいずれかに当てはまるかを決定し、それぞれのケースについて予め定められている方向にセンタリングステージ１０をオフセット軸ＯＳに沿って移動させる。このようなケース分類に従ってセンタリングステージ１０の移動方向を決定することにより、最短の時間でセンタリング動作を完了することができる。
【００６９】
上述したセンタリング動作によれば、プロセスステージ２０の軸心Ｃ２とセンタリングステージ１０の軸心Ｃ１とが離れていても、ウェハＷの中心をプロセスステージ２０の軸心Ｃ２上に位置させることが可能である。しかしながら、図３０に示すように、プロセスステージ２０の軸心Ｃ２とセンタリングステージ１０の軸心Ｃ１との距離が、センタリングステージ１０の軸心Ｃ１とウェハＷの中心wfとの距離よりも大きい場合は、ウェハＷの中心wfをプロセスステージ２０の軸心Ｃ２上に位置させることができない。
【００７０】
そこで、このような場合は、ウェハＷをセンタリングステージ１０からプロセスステージ２０に一旦渡した後に、プロセスステージ２０を１８０度回転させる。具体的には、図１８，図１９を参照して説明したように、センタリングステージ１０を下降させてウェハＷを一旦プロセスステージ２０に渡し、次に、ウェハＷを保持したプロセスステージ２０を１８０度だけ回転させる。その後、再度センタリングステージ１０を上昇させてウェハＷをプロセスステージ２０からセンタリングステージ１０に渡す。その結果、図３１に示すように、プロセスステージ２０の軸心Ｃ２とセンタリングステージ１０の軸心Ｃ１との距離が、センタリングステージ１０の軸心Ｃ１とウェハＷの中心wfとの距離よりも短くなる。したがって、図３２および図３３に示すように、センタリングステージ１０のオフセット軸ＯＳに沿った移動と、センタリングステージ１０の回転との組み合わせにより、ウェハＷの中心をプロセスステージ２０の軸心Ｃ２上に位置させることができる。この場合も、センタリングステージ１０の回転を先に行い、次に、センタリングステージ１０のオフセット軸ＯＳに沿った移動を行ってもよい。センタリングステージ１０のオフセット軸ＯＳに沿った移動と、センタリングステージ１０の回転を同時に行ってもよい。
【００７１】
図１に示す研磨具１によって研磨されるウェハＷの部位の幅（以下、これを研磨幅という）は、ウェハＷに対する研磨具１の相対的な位置によって決定される。上述した実施形態によれば、ウェハＷの中心はプロセスステージ２０の軸心Ｃ２上にあるので、ウェハＷの全周にわたって研磨幅を一定にすることができる。
【００７２】
上述したように、プロセスステージ２０の軸心Ｃ２とセンタリングステージ１０の軸心Ｃ１との距離が、センタリングステージ１０の軸心Ｃ１とウェハＷの中心との距離よりも大きい場合であっても、ウェハＷとともにプロセスステージ２０を１８０度回転させることで、ウェハＷの中心をプロセスステージ２０の軸心Ｃ２上に位置させることが可能である。しかしながら、要求される製品ウェハの仕様によっては必ずしもウェハＷの中心をプロセスステージ２０の軸心Ｃ２に完全に一致させる必要がない場合がある。このような場合には、センタリングステージ１０上のウェハＷの中心とプロセスステージ２０の軸心Ｃ２との距離が最短となるようにセンタリングステージ１０を移動および回転させてもよい。
【００７３】
図３４は、センタリングステージ１０上のウェハＷの中心wfとプロセスステージ２０の軸心Ｃ２との距離が最短となるようにセンタリングステージ１０を移動および回転させたときの動作を示す図である。図３４に示すように、ウェハＷの中心wfが角度基準軸ＲＬ上に位置するまで、センタリングステージ１０はオフセット軸に沿って移動され、さらにウェハＷの中心wfとプロセスステージ２０の軸心Ｃ２との距離が最短となるとなるまでセンタリングステージ１０が回転される。このような動作により、センタリングステージ１０上のウェハＷの中心wfとプロセスステージ２０の軸心Ｃ２との距離を最短にすることができる。
【００７４】
センタリングステージ１０のオフセット軸ＯＳに沿った移動は、移動機構４１によって実行される。しかしながら、この移動機構４１には、センタリングステージ１０を移動させることができる機械的な限界が必然的に存在する。ウェハのセンタリング動作に必要なセンタリングステージ１０の移動距離が、センタリングステージ１０をオフセット軸ＯＳに沿って移動させることができる最大距離よりも長い場合は、センタリング動作を行うことができない。例えば、図３５に示すように、センタリングステージ１０の軸心Ｃ１とウェハＷの中心wfとの距離が、プロセスステージ２０の軸心Ｃ２とセンタリングステージ１０の軸心Ｃ１との距離よりも極端に長い場合、ウェハＷのセンタリング動作に必要なセンタリングステージ１０の移動距離が、移動機構４１によってセンタリングステージ１０をオフセット軸ＯＳに沿って移動させることができる最大距離よりも長くなることがある。このような場合には、図３６に示すように、センタリングステージ１０上のウェハＷの中心wfとプロセスステージ２０の軸心Ｃ２との距離が最短となるようにセンタリングステージ１０を移動および回転させることが好ましい。
【００７５】
今まで説明したように、センタリング動作は、移動機構４１およびセンタリングステージ回転機構３６によって実行される。具体的には、移動機構４１およびセンタリングステージ回転機構３６は、センタリングステージ１０上のウェハＷの中心wfがプロセスステージ２０の軸心Ｃ２上に位置するまでセンタリングステージ１０を移動および回転させる。センタリング動作中、移動機構４１は、センタリングステージ１０をオフセット軸ＯＳに沿って正方向および逆方向の両方に移動させることができる。同様に、センタリングステージ回転機構３６は、センタリング動作中、センタリングステージ１０を時計回りおよび反時計回りの両方に回転させることができる。
【００７６】
しかしながら、移動機構４１およびセンタリングステージ回転機構３６にはバックラッシュが存在する。このため、センタリング動作中に、移動機構４１がセンタリングステージ１０をオフセット軸ＯＳに沿って正方向および逆方向の両方に移動させると、移動機構４１のバックラッシュに起因してセンタリング精度が低下するおそれがある。同じく、センタリング動作中に、センタリングステージ回転機構３６がセンタリングステージ１０を時計回りおよび反時計回りの両方に回転させると、センタリングステージ回転機構３６のバックラッシュに起因してセンタリング精度が低下するおそれがある。
【００７７】
そこで、センタリング動作中は、移動機構４１は、センタリングステージ１０をオフセット軸ＯＳに沿って一方向にのみ（すなわち、正方向または逆方向のみ）移動させることが好ましい。同様に、センタリングステージ回転機構３６は、センタリング動作中は、センタリングステージ１０を一方向にのみ（すなわち、時計回りまたは反時計回りのみ）回転させることが好ましい。同じ理由から、センタリング動作の前に偏心検出部６０によって行われるウェハＷの偏心量および偏心方向を決定する動作（以下、偏心検出動作という）のときのセンタリングステージ１０およびウェハＷの回転方向は、センタリング動作中のセンタリングステージ１０およびウェハＷの回転方向と同じであることが好ましい。
【００７８】
図３７（ａ）は、偏心検出動作が行われた後であって、かつセンタリング動作が行われる前の、プロセスステージ２０の軸心Ｃ２と、センタリングステージ１０の軸心Ｃ１と、ウェハＷの中心wfとの位置関係を示す図である。動作制御部７５は、まず、センタリングステージ１０の軸心Ｃ１とウェハＷの中心wfとの距離、すなわちウェハＷの偏心量｜Ｐv｜が、プロセスステージ２０の軸心Ｃ２とセンタリングステージ１０の軸心Ｃ１との距離｜ｄv｜以下であるか否かを決定する。もし、センタリングステージ１０上のウェハＷの偏心量｜Ｐv｜が距離｜ｄv｜よりも小さい場合は、図３１乃至図３３を参照して説明した工程を実行する。
【００７９】
ウェハＷの偏心量｜Ｐv｜が距離｜ｄv｜以上である場合は、動作制御部７５は、ウェハＷの中心wfがプロセスステージ２０の軸心Ｃ２上に位置するために必要な、センタリングステージ１０をオフセット軸ＯＳに沿って移動させる距離δと、センタリングステージ１０を回転させる角度γを算出する。そして、センタリングステージ回転機構３６および移動機構４１は、センタリング動作を実行する。すなわち、図３７（ｂ）に示すように、センタリングステージ回転機構３６は、センタリングステージ１０を角度γだけ一方向にのみ回転させることで、センタリングステージ１０上のウェハＷの中心wfを直線ＨＬ上に位置させる。さらに、図３７（ｃ）に示すように、移動機構４１は、センタリングステージ１０をオフセット軸ＯＳに沿って距離δだけ一方向にのみ移動させることで、センタリングステージ１０上のウェハＷの中心wfをプロセスステージ２０の軸心Ｃ２上に位置させる。図３７（ｂ）に示すセンタリングステージ１０の回転動作は、図３７（ｃ）に示すセンタリングステージ１０の移動動作の後に行ってもよいし、または同時に行ってもよい。このようなセンタリング動作により、移動機構４１およびセンタリングステージ回転機構３６に存在するバックラッシュの影響を排除することができる。
【００８０】
ウェハによっては、その直径が所定の基準直径（例えば、３００．００ｍｍ）よりもやや大きいか、または小さいものがある。ウェハごとに直径が異なると、ウェハに対する研磨具１の相対的な位置がウェハによって異なり、結果として研磨幅がウェハごとに異なってしまう。このような研磨幅のばらつきを防止するためには、ウェハを研磨する前にそのウェハの直径を測定することが望ましい。
【００８１】
図１に示す偏心検出部６０は、ウェハの直径を測定することが可能に構成されている。所定の基準直径（例えば、３００．００ｍｍ）よりもやや大きい直径（例えば、３００．１０ｍｍ）を有するウェハが一回転する間に取得される光量の平均Ｄ１は、図３８に示すように、光量が全体としてやや低下するので、基準光量ＲＤよりも小さい。基準直径よりもやや小さい直径（例えば、２９９．９０ｍｍ）を有するウェハが一回転する間に取得される光量の平均Ｄ２は、光量が全体としてやや増加するので、基準光量ＲＤよりも大きい。
【００８２】
基準光量ＲＤと、測定された光量の平均との差異は、基準直径とセンタリングステージ１０上のウェハＷの実際の直径との差異に対応する。したがって、処理部６５は、基準光量ＲＤと測定された平均光量との差異に基づいて、センタリングステージ１０上のウェハＷの実際の直径を決定することができる。
【００８３】
上述したように、偏心検出部６０は、ウェハＷの直径を測定することができるので、直径の測定値に基づいて研磨幅を正確に調整することができる。言い換えれば、ウェハＷの最外周のエッジ部の位置を正確に取得することができるので、ウェハＷの最外周のエッジ部の位置に基づいて、研磨具１のウェハＷに対する相対位置を調整することができる。結果として、研磨具１は、所望の研磨幅でウェハＷの周縁部を研磨することができる。
【００８４】
上述した研磨装置は、本発明の基板処理装置の一実施形態であるが、本発明の基板処理装置および基板処理方法は、基板を保持しながら基板を処理する他の装置および方法、例えばＣＶＤのための装置および方法、スパッタリングのための装置および方法などにも適用することができる。
【００８５】
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】
【００８６】
１    研磨具
５    研磨ヘッド
１０    センタリングステージ
１０ａ  第１の基板保持面
１５    第１の真空ライン
２０    プロセスステージ
２０ａ  第２の基板保持面
２５    第２の真空ライン
２２    空間
３０    支持軸
３１    連結ブロック
３２    軸受
３５    トルク伝達機構
３６    センタリングステージ回転機構
３８    ロータリエンコーダ
４０    直動軸受
４１    移動機構
４２    台
４３    支持アーム
４４    回転継手
４５    アクチュエータ
４６    直動ガイド
４７    オフセットモータ
４８    偏心カム
４９    凹部
５１    ステージ昇降機構
５５    トルク伝達機構
５６    プロセスステージ回転機構
５８    ロータリジョイント
５９    ロータリエンコーダ
６０    偏心検出部
６１    投光部
６２    受光部
６５    処理部
６９    横移動機構
７０    偏心検出部
７５    動作制御部
９０    ハンド
Ｍ１，Ｍ２    モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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