(57)【要約】      （修正有）【課題】オーバーハング方式を用いることなく、容易かつ安全にポリッシング対象物を研磨面から引き剥がすことができ、またスループットを向上させたポリッシング方法を提供する。【解決手段】研磨面１０１を有するテーブル１００と半導体ウェハＷを把持するトップリング１とをそれぞれ回転させ、トップリング１に把持された半導体ウェハＷの被研磨面をテーブル１００の研磨面１０１に押圧することによって半導体ウェハＷを研磨するポリッシング方法において、半導体ウェハＷの研磨の終了後、トップリング１に把持された半導体ウェハＷをテーブル１００の研磨面１０１から離間するときに、テーブル１００の回転速度を研磨時より低下させ、トップリング１とターンテーブル１００との間に回転速度差を設けるようにした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨面を有するテーブルとポリッシング対象物を把持するトップリングとをそれぞれ回転させ、上記トップリングに把持されたポリッシング対象物の被研磨面を上記テーブルの研磨面に押圧することによって該ポリッシング対象物を研磨するポリッシング方法において、
ポリッシング対象物の研磨の終了後、上記トップリングに把持されたポリッシング対象物を上記テーブルの研磨面から離間するときに、上記テーブルの回転速度を研磨時より低下させ、上記トップリングと上記ターンテーブルとの間に回転速度差を設けるようにしたことを特徴とするポリッシング方法。
【請求項２】
上記トップリングに把持されたポリッシング対象物を上記テーブルの研磨面から離間する前の研磨時において、予め上記回転速度差を設けておき、そのままの状態で上記トップリングを上昇させることを特徴とする請求項１記載のポリッシング方法。
【請求項３】
上記トップリングに把持されたポリッシング対象物を上記テーブルの研磨面から離間するときに、研磨時より上記研磨面に供給する研磨液の流量を増加させるようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載のポリッシング方法。
【請求項４】
上記トップリングに把持されたポリッシング対象物を上記テーブルの研磨面から離間する前に、研磨面洗浄用の気体と純水又は薬液とが混合された液体を噴射することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のポリッシング方法。
【請求項５】
上記トップリングに把持されたポリッシング対象物を上記テーブルの研磨面から離間するときに、ポリッシング対象物が上記テーブルの研磨面から離れる間、上記トップリングの上昇速度を低下させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のポリッシング方法。
【請求項６】
研磨面に所定の運動を行わせ該研磨面とポリッシング対象物とを相対運動させ、トップリングに把持されたポリッシング対象物の被研磨面を上記研磨面に押圧することによって該ポリッシング対象物を研磨するポリッシング方法において、
ポリッシング対象物の研磨の終了後、上記トップリングに把持されたポリッシング対象物を上記研磨面から離間するときに、上記研磨面の運動の周波数を研磨時より低下させるようにしたことを特徴とするポリッシング方法。
【請求項７】
上記研磨面の運動は、スクロール運動であることを特徴とする請求項６記載のポリッシング方法。
【請求項８】
研磨面に所定の運動を行わせ該研磨面とポリッシング対象物とを相対運動させ、トップリングに把持されたポリッシング対象物の被研磨面を上記研磨面に押圧することによって該ポリッシング対象物を研磨するポリッシング方法において、
ポリッシング対象物の研磨の終了後、上記トップリングに把持されたポリッシング対象物を上記研磨面から離間するときに、上記研磨面の移動速度を研磨時より低下させるようにしたことを特徴とするポリッシング方法。
【請求項９】
上記研磨面の運動は、直線運動であることを特徴とする請求項８記載のポリッシング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はポリッシング方法に係り、特に半導体ウェハ等のポリッシング対象物を平坦且つ鏡面状に研磨するポリッシング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの微細化と高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、回路の配線間距離もより狭くなりつつある。特に０．５μｍ以下の光リソグラフィの場合、許容される焦点深度が浅くなるためステッパーの結像面の平坦度を必要とする。半導体ウェハ等の基板状のポリッシング対象物の表面を研磨して平坦化する平坦化装置として、自己平坦化ＣＶＤ装置やエッチング装置等があるが、これらは完全な平坦化を実現できていない。最近では、これらの装置に比べて容易で完全な平坦化を実現できると期待されているポリッシング装置により、半導体ウェハ等の表面を研磨することが試みられている。
【０００３】
この種のポリッシング装置の基本的構成を図７に示す。図７に示すように、ポリッシング装置は、上面に研磨パッド１６１を貼付して研磨面を構成する研磨テーブル１５１と、ポリッシング対象物である半導体ウェハＷの被研磨面を研磨テーブル１５１に向けて半導体ウェハＷを保持するトップリング１５２とを備えている。このトップリング１５２は、トップリングシャフト１５３の下端に、ボールジョイント１５４を介して傾動自在に連結されている。これら研磨テーブル１５１とトップリング１５２とをそれぞれ独立に自転させながらトップリング１５２により半導体ウェハＷを一定の圧力でターンテーブル１５１に押しつけ、研磨液供給ノズル１５５から砥液または純水からなる研磨液Ｑを供給しつつ、この研磨液Ｑにより半導体ウェハＷの被研磨面を平坦かつ鏡面に研磨する。このとき、半導体ウェハＷの被研磨面は、ボールジョイント１５４を介して研磨パッド１６１の表面に追随して摺接する。
なお、上記研磨パッドとしては、従来、不織布からなる研磨パッドが用いられていたが、近年、ＩＣやＬＳＩの集積度が高くなるに従って、ポリッシング対象物の表面段差がより小さいことが要望され、研磨パッドとして硬い材質のもの、例えば発泡ポリウレタンが用いられるようになってきている。
【０００４】
ここで、ポリッシング装置を用いて半導体ウェハＷの研磨を行った後には、半導体ウェハＷを研磨テーブル１５１の研磨面（研磨パッド１６１）から引き剥がす必要がある。しかし、研磨パッド１６１と半導体ウェハＷとの間には研磨液Ｑによる表面張力が働いており、この表面張力が大きいために、半導体ウェハＷを保持したトップリング１５２をその位置で上昇させると、トップリング１５２のみが上昇し、半導体ウェハＷが研磨パッド１６１に密着して残ってしまうことがあるという問題がある。
【０００５】
このような問題はオーバーハング方式を採用することにより解決することができる。このオーバーハング方式は、研磨の終了したトップリング１５２をその位置で上昇させるのではなく、半導体ウェハＷを研磨パッド１６１の外周縁まで一旦移動させ、半導体ウェハＷを研磨パッド１６１の外周縁の外部に露出させた後にトップリング１５２を上昇させて研磨パッド１６１から引き剥がすものである。このオーバーハング方式によれば、研磨パッド１６１と半導体ウェハＷとの間に働く表面張力を軽減することができ、半導体ウェハＷを研磨パッドから確実に引き剥がして離間することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のオーバーハング方式では、研磨パッド１６１と半導体ウェハＷとの間に働く表面張力を軽減することができるものの、研磨の終了した半導体ウェハＷを研磨パッド１６１の外周縁から突出させる際にトップリング１５２が傾いてしまう。そして、半導体ウェハＷが研磨パッド１６１の外周縁に押し付けられ、半導体ウェハＷにスクラッチが入ったり、半導体ウェハＷが割れてしまうおそれがある。
【０００７】
また、このようなポリッシング装置においては、研磨パッド１６１に固着する砥粒や研磨クズによる研磨速度の低下や研磨ムラを防止し、研磨パッド１６１の表面状態を回復するために、半導体ウェハＷの研磨の前後又は最中にダイヤモンドドレッサー等を用いたドレッシングが行われることがある。このようなドレッサーによりドレッシングする場合には、研磨パッド１６１の表面がわずかながら削られる。従って、ドレッシングの回数を重ねていくうちに、研磨パッド１６１の表面の平坦性が失われ、段差が形成される。その結果として、上述したオーバーハング方式では、研磨の終了した半導体ウェハＷを研磨パッド１６１の外周縁まで移動させる際に、研磨パッド１６１の段差部で半導体ウェハＷが割れてしまうおそれがある。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、オーバーハング方式を用いることなく、容易かつ安全にポリッシング対象物を研磨面から引き剥がすことができ、またスループットを向上させたポリッシング方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような従来技術における問題点を解決するために、本発明のポリッシング方法の第１の態様は、研磨面を有するテーブルとポリッシング対象物を把持するトップリングとをそれぞれ回転させ、上記トップリングに把持されたポリッシング対象物の被研磨面を上記テーブルの研磨面に押圧することによって該ポリッシング対象物を研磨するポリッシング方法において、ポリッシング対象物の研磨の終了後、上記トップリングに把持されたポリッシング対象物を上記テーブルの研磨面から離間するときに、上記テーブルの回転速度を研磨時より低下させ、上記トップリングと上記ターンテーブルとの間に回転速度差を設けるようにしたものである。
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、研磨テーブルの回転速度を研磨時より低下させ、研磨テーブルとトップリングとの間に回転速度差を設けると、ポリッシング対象物の下面と研磨面の間に形成された研磨液の液層によってトップリングに保持されたポリッシング対象物が浮上する現象、すなわちハイドロプレーン現象が生ずる。そのため、研磨面とポリッシング対象物との間の研磨液による表面張力が軽減される。従って、オーバーハング方式を採用することなく、研磨終了位置でトップリングをそのまま上昇させても、容易にポリッシング対象物を研磨パッドから引き剥がすことができ、ポリッシング対象物が研磨パッドに残ってしまうこともなく、また、オーバーハング方式のようにポリッシング対象物が割れることもない。さらに、わざわざオーバーハング処理をする必要がないので、ポリッシュタクトを短くすることができ、スループットが向上する。
【００１１】
本発明の１態様によれば、上記トップリングに把持されたポリッシング対象物を上記テーブルの研磨面から離間する前の研磨時において、予め上記回転速度差を設けておき、そのままの状態で上記トップリングを上昇させる。これにより、研磨工程中から引き剥がし工程の一部の工程が行われることになり、ポリッシュタクトを短くすることができ、スループットが向上する。
【００１２】
本発明の１態様によれば、上記トップリングに把持されたポリッシング対象物を上記テーブルの研磨面から離間するときに、研磨時より上記研磨面に供給する研磨液の流量を増加させるようにした。これにより、ハイドロプレーン現象の効果を増加させ、さらにポリッシング対象物の研磨面からの引き剥がしを容易にすることができる。
【００１３】
本発明の１態様によれば、上記トップリングに把持されたポリッシング対象物を上記テーブルの研磨面から離間する前に、研磨面洗浄用の気体と純水又は薬液とが混合された液体を噴射する。これにより、ハイドロプレーン現象の効果を増加させることができるとともに、研磨終了後に行なう研磨面の洗浄工程の一部を先行して行うようにしている。
【００１４】
本発明の１態様によれば、上記トップリングに把持されたポリッシング対象物を上記テーブルの研磨面から離間するときに、ポリッシング対象物が上記テーブルの研磨面から離れる間、上記トップリングの上昇速度を低下させる。これにより、引き剥がし時にポリッシング対象物に加わる応力を低減できる。
【００１５】
本発明のポリッシング方法の第２の態様は、研磨面に所定の運動を行わせ該研磨面とポリッシング対象物とを相対運動させ、トップリングに把持されたポリッシング対象物の被研磨面を上記研磨面に押圧することによって該ポリッシング対象物を研磨するポリッシング方法において、ポリッシング対象物の研磨の終了後、上記トップリングに把持されたポリッシング対象物を上記研磨面から離間するときに、上記研磨面の運動の周波数を研磨時より低下させるようにしたものである。上記研磨面の運動は、例えばスクロール運動である。
【００１６】
本発明の第２の態様によれば、ポリッシング対象物の下面と研磨面の間に形成された研磨液の液層によってトップリングに保持されたポリッシング対象物が浮上する現象、すなわちハイドロプレーン現象が生じ、研磨面とポリッシング対象物との間の研磨液による表面張力が軽減される。従って、オーバーハング方式を採用することなく、研磨終了位置でトップリングをそのまま上昇させても、容易にポリッシング対象物を研磨パッドから引き剥がすことができる。
【００１７】
本発明のポリッシング方法の第３の態様は、研磨面に所定の運動を行わせ該研磨面とポリッシング対象物とを相対運動させ、トップリングに把持されたポリッシング対象物の被研磨面を上記研磨面に押圧することによって該ポリッシング対象物を研磨するポリッシング方法において、ポリッシング対象物の研磨の終了後、上記トップリングに把持されたポリッシング対象物を上記研磨面から離間するときに、上記研磨面の移動速度を研磨時より低下させるようにしたものである。
上記研磨面の運動は、例えば直線運動である。
【００１８】
本発明の第３の態様によれば、研磨面の移動速度を研磨時より低下させることによって、ハイドロプレーン現象が生じ、研磨面とポリッシング対象物との研磨液による表面張力が軽減される。従って、オーバーハング方式を採用することなく、研磨終了位置でトップリングを上昇させても、容易にポリッシング対象物を研磨面から引き剥がすことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るポリッシング方法の一実施形態について図１乃至図５を参照して詳細に説明する。
図１は本実施形態におけるポリッシング方法に使用されるポリッシング装置の全体構成を示す正面図であり、図２はポリッシング装置の平面図である。図１および図２に示すように、本発明に係るポリッシング装置は半導体ウェハＷを保持するためのトップリング１を備え、トップリング１の下方には上面に研磨パッド１０１を貼付した研磨テーブル１００が設置されている。研磨パッド１０１の上面は半導体ウェハＷに摺接して半導体ウェハＷを研磨するための研磨面を構成している。また、研磨テーブル１００の上方には研磨液Ｑを供給するための研磨液供給ノズル１０２と、窒素ガス供給源及び液体供給源に接続される複数の噴射ノズル１０３ａを備えたアトマイザ１０３が設置されている。なお、アトマイザ１０３は、図２において実線で示す位置に設置してもよく、また仮想線（二点鎖線）で示す位置に設置してもよい。
【００２０】
研磨液供給ノズル１０２からは研磨に使用する砥液または純水からなる研磨液Ｑが研磨テーブル１００上の研磨面に供給される。また、アトマイザ１０３からは窒素ガスと純水又は薬液とが混合された液体が研磨テーブル１００上の研磨面に噴射される。窒素ガス供給源からの窒素ガス及び液体供給源からの純水又は薬液は、図示しないレギュレータやエアオペレータバルブによって所定の圧力に調整され、両者が混合された状態でアトマイザ１０３の噴射ノズル１０３ａに供給される。この場合において、アトマイザ１０３の噴射ノズル１０３ａは研磨テーブル１００の外周側に向けて液体を噴射するのが好ましい。なお、窒素ガスに代えて他の不活性ガスを用いることもできる。また、純水又は薬液などの液体のみをアトマイザ１０３から噴射することとしてもよい。
【００２１】
混合された窒素ガスと純水又は薬液は、▲１▼液体微粒子化、▲２▼液体が凝固した微粒子固体化、▲３▼液体が蒸発した気体化（これら▲１▼、▲２▼、▲３▼を霧状化又はアトマイズという）された状態で、アトマイザ１０３の噴射ノズル１０３ａから研磨テーブル１００上の研磨面に向けて噴射される。混合された液体が液体微粒子化、微粒子固体化、気体化のいずれの状態で噴射されるかは、窒素ガス及び／又は純水又は薬液の圧力、温度、又はノズル形状などによって決定される。従って、レギュレータなどによって窒素ガス及び／又は純水又は薬液の圧力、温度、又はノズル形状などを適宜変更することによって噴射される液体の状態を変更することができる。
【００２２】
なお、市場で入手できる研磨パッドとしては種々のものがあり、例えば、ロデール社製のＳＵＢＡ８００、ＩＣ−１０００、ＩＣ−１０００／ＳＵＢＡ４００（二層クロス）、フジミインコーポレイテッド社製のＳｕｒｆｉｎ  ｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ  ０００等がある。ＳＵＢＡ８００、Ｓｕｒｆｉｎ  ｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ  ０００は繊維をウレタン樹脂で固めた不織布であり、ＩＣ−１０００は硬質の発泡ポリウレタン（単層）である。発泡ポリウレタンは、ポーラス（多孔質状）になっており、その表面に多数の微細なへこみ又は孔を有している。
【００２３】
トップリング１は、自在継手部１０を介してトップリング駆動軸１１に接続されており、トップリング駆動軸１１はトップリングヘッド１１０に固定されたトップリング用エアシリンダ１１１に連結されている。このトップリング用エアシリンダ１１１によってトップリング駆動軸１１は上下動し、トップリング１の全体を昇降させると共にトップリング本体２の下端に固定されたリテーナリング３を研磨テーブル１００に押圧するようになっている。トップリング用エアシリンダ１１１はレギュレータＲ１を介して圧縮空気源１２０に接続されており、レギュレータＲ１によってトップリング用エアシリンダ１１１に供給される加圧空気の空気圧等を調整することができる。これにより、リテーナリング３が研磨パッド１０１を押圧する押圧力を調整することができる。
【００２４】
また、トップリング駆動軸１１はキー（図示せず）を介して回転筒１１２に連結されている。この回転筒１１２はその外周部にタイミングプーリ１１３を備えている。トップリングヘッド１１０にはトップリング用モータ１１４が固定されており、上記タイミングプーリ１１３は、タイミングベルト１１５を介してトップリング用モータ１１４に設けられたタイミングプーリ１１６に接続されている。従って、トップリング用モータ１１４を回転駆動することによってタイミングプーリ１１６、タイミングベルト１１５、及びタイミングプーリ１１３を介して回転筒１１２及びトップリング駆動軸１１が一体に回転し、トップリング１が回転する。なお、トップリングヘッド１１０は、フレーム（図示せず）に固定支持されたトップリングヘッドシャフト１１７によって支持されている。
【００２５】
以下、本発明に係るポリッシング装置のトップリング１についてより詳細に説明する。図３はポリッシング装置のトップリングの詳細構造を示す断面図、図４は図３に示すトップリング１の底面図である。図３に示すように、トップリング１は、内部に収容空間を有する円筒容器状のトップリング本体２と、トップリング本体２の下端に固定されたリテーナリング３とを備えている。トップリング本体２は金属やセラミックス等の強度及び剛性が高い材料から形成されている。また、リテーナリング３は、剛性の高い樹脂材又はセラミックス等から形成されている。
【００２６】
トップリング本体２は、円筒容器状のハウジング部２ａと、ハウジング部２ａの円筒部の内側に嵌合される環状の加圧シート支持部２ｂと、ハウジング部２ａの上面の外周縁部に嵌合された環状のシール部２ｃとを備えている。トップリング本体２のハウジング部２ａの下端にはリテーナリング３が固定されている。このリテーナリング３の下部は内方に突出している。なお、リテーナリング３をトップリング本体２と一体的に形成することとしてもよい。
【００２７】
トップリング本体２のハウジング部２ａの中央部の上方には、上述したトップリング駆動軸１１が配設されており、トップリング本体２とトップリング駆動軸１１とは自在継手部１０により連結されている。この自在継手部１０は、トップリング本体２及びトップリング駆動軸１１とを互いに傾動可能とする球面軸受機構と、トップリング駆動軸１１の回転をトップリング本体２に伝達する回転伝達機構とを備えており、トップリング駆動軸１１からトップリング本体２に対して互いの傾動を許容しつつ押圧力及び回転力を伝達する。
【００２８】
球面軸受機構は、トップリング駆動軸１１の下面の中央に形成された球面状凹部１１ａと、ハウジング部２ａの上面の中央に形成された球面状凹部２ｄと、両凹部１１ａ，２ｄ間に介装されたセラミックスのような高硬度材料からなるベアリングボール１２とから構成されている。一方、回転伝達機構は、トップリング駆動軸１１に固定された駆動ピン（図示せず）とハウジング部２ａに固定された被駆動ピン（図示せず）とから構成される。トップリング本体２が傾いても被駆動ピンと駆動ピンは相対的に上下方向に移動可能であるため、これらは互いの接触点をずらして係合し、回転伝達機構がトップリング駆動軸１１の回転トルクをトップリング本体２に確実に伝達する。
【００２９】
トップリング本体２及びトップリング本体２に一体に固定されたリテーナリング３の内部に画成された空間内には、トップリング１によって保持される半導体ウェハＷの外周部に当接するシールリング４と、環状のホルダーリング５と、トップリング本体２内部の収容空間内で上下動可能な概略円盤状のチャッキングプレート６（上下動部材）とが収容されている。シールリング４は、その外周部がホルダーリング５とホルダーリング５の下端に固定されたチャッキングプレート６との間に挟み込まれており、チャッキングプレート６の外縁近傍の下面を覆っている。このシールリング４の下端面は、ポリッシング対象物である半導体ウェハＷの上面に接する。なお、半導体ウェハＷの外縁にはノッチやオリエンテーションフラットと呼ばれる、半導体ウェハの向きを認識（特定）するための切り欠きが設けられているが、このようなノッチやオリエンテーションフラットよりもチャッキングプレート６の内周側にまでシールリング４が延出していることが好ましい。
【００３０】
なお、チャッキングプレート６は金属材料から形成されていてもよいが、研磨すべき半導体ウェハがトップリングに保持された状態で、渦電流を用いた膜厚測定方法でその表面に形成された薄膜の膜厚を測定する場合などにおいては、磁性を持たない材料、例えば、フッ素系樹脂、エポキシ系樹脂やセラミックスなどの絶縁性の材料から形成されていることが好ましい。
【００３１】
ホルダーリング５とトップリング本体２との間には弾性膜からなる加圧シート７が張設されている。この加圧シート７は、一端をトップリング本体２のハウジング部２ａと加圧シート支持部２ｂとの間に挟み込み、他端をホルダーリング５の上端部５ａとストッパ部５ｂとの間に挟み込んで固定されている。トップリング本体２、チャッキングプレート６、ホルダーリング５、及び加圧シート７によってトップリング本体２の内部に圧力室２１が形成されている。図３に示すように、圧力室２１にはチューブ、コネクタ等からなる流体路３１が連通されており、圧力室２１は流体路３１上に配置されたレギュレータＲ２を介して圧縮空気源１２０に接続されている。なお、加圧シート７は、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴムなどの強度及び耐久性に優れたゴム材によって形成されている。
【００３２】
なお、加圧シート７がゴムなどの弾性体である場合に、加圧シート７をリテーナリング３とトップリング本体２との間に挟み込んで固定した場合には、弾性体としての加圧シート７の弾性変形によってリテーナリング３の下面において好ましい平面が得られなくなってしまう。従って、これを防止するため、本実施形態では、別部材として加圧シート支持部２ｂを設けて、これをトップリング本体２のハウジング部２ａと加圧シート支持部２ｂとの間に挟み込んで固定している。なお、リテーナリング３をトップリング本体２に対して上下動可能としたり、リテーナリング３をトップリング本体２とは独立に押圧可能な構造としたりすることもでき、このような場合には、必ずしも上述した加圧シート７の固定方法が用いられるとは限らない。
【００３３】
トップリング本体２のシール部２ｃが嵌合されるハウジング部２ａの上面の外周縁付近には、環状の溝からなる洗浄液路５１が形成されている。この洗浄液路５１はシール部２ｃの貫通孔５２を介して流体路３２に連通されており、この流体路３２を介して洗浄液（純水）が供給される。また、洗浄液路５１からハウジング部２ａ、加圧シート支持部２ｂを貫通する連通孔５３が複数箇所設けられており、この連通孔５３はシールリング４の外周面とリテーナリング３との間のわずかな間隙Ｇへ連通されている。
【００３４】
チャッキングプレート６と半導体ウェハＷとの間に形成される空間の内部には、半導体ウェハＷに当接する当接部材としてのセンターバッグ８及びリングチューブ９が設けられている。本実施形態においては、図３及び図４に示すように、センターバッグ８はチャッキングプレート６の下面の中心部に配置され、リングチューブ９はこのセンターバッグ８の周囲を取り囲むようにセンターバッグ８の外側に配置されている。なお、シールリング４、センターバッグ８及びリングチューブ９は、加圧シート７と同様に、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度及び耐久性に優れたゴム材によって形成されている。
【００３５】
チャッキングプレート６と半導体ウェハＷとの間に形成される空間は、上記センターバッグ８及びリングチューブ９によって複数の空間に区画されており、これによりセンターバッグ８とリングチューブ９の間には圧力室２２が、リングチューブ９の外側には圧力室２３がそれぞれ形成されている。
【００３６】
センターバッグ８は、半導体ウェハＷの上面に当接する弾性膜８１と、弾性膜８１を着脱可能に保持するセンターバッグホルダー８２とから構成されている。センターバッグホルダー８２にはネジ穴８２ａが形成されており、このネジ穴８２ａにネジ５５を螺合させることにより、センターバッグ８がチャッキングプレート６の下面の中心部に着脱可能に取付けられている。センターバッグ８の内部には、弾性膜８１とセンターバッグホルダー８２とによって中心部圧力室２４が形成されている。
【００３７】
同様に、リングチューブ９は、半導体ウェハＷの上面に当接する弾性膜９１と、弾性膜９１を着脱可能に保持するリングチューブホルダー９２とから構成されている。リングチューブホルダー９２にはネジ穴９２ａが形成されており、このネジ穴９２ａにネジ５６を螺合させることにより、リングチューブ９がチャッキングプレート６の下面に着脱可能に取付けられている。リングチューブ９の内部には、弾性膜９１とリングチューブホルダー９２とによって中間部圧力室２５が形成されている。
【００３８】
本実施形態では、センターバッグ８の弾性膜８１とセンターバッグホルダー８２により圧力室２４を、リングチューブ９の弾性膜９１とリングチューブホルダー９２により圧力室２５をそれぞれ形成しているが、圧力室２２，２３についても同様に、弾性膜とこれを固定するホルダーを用いて圧力室を形成することができる。また、適宜、弾性膜とホルダーを追加し、圧力室を増やすことができるのは言うまでもない。
【００３９】
圧力室２２，２３、中心部圧力室２４、及び中間部圧力室２５には、チューブ、コネクタ等からなる流体路３３，３４，３５，３６がそれぞれ連通されており、各圧力室２２〜２５はそれぞれの流体路３３〜３６上に配置されたレギュレータＲ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６を介して供給源としての圧縮空気源１２０に接続されている。なお、上記流体路３１〜３６は、トップリングシャフト１１０の上端部に設けられたロータリージョイント（図示せず）を介して各レギュレータＲ１〜Ｒ６に接続されている。
【００４０】
上述したチャッキングプレート６の上方の圧力室２１及び上記圧力室２２〜２５には、各圧力室に連通される流体路３１，３３，３４，３５，３６を介して加圧空気等の加圧流体を供給する、あるいは大気圧や真空にすることができるようになっている。図１に示すように、圧力室２１〜２５の流体路３１，３３，３４，３５，３６上に配置されたレギュレータＲ２〜Ｒ６によってそれぞれの圧力室に供給される加圧流体の圧力を調整することができる。これにより各圧力室２１〜２５の内部の圧力を各々独立に制御する又は大気圧や真空にすることができるようになっている。このように、レギュレータＲ２〜Ｒ６によって各圧力室２１〜２５の内部の圧力を独立に可変とすることにより、半導体ウェハＷを研磨パッド１０１に押圧する押圧力を半導体ウェハＷの部分ごとに調整することができる。なお、場合によっては、これらの圧力室２１〜２５を真空源１２１に接続することとしてもよい。
【００４１】
この場合において、各圧力室２２〜２５に供給される加圧流体や大気圧の温度をそれぞれ制御することとしてもよい。このようにすれば、半導体ウェハ等の研磨対象物の被研磨面の裏側から研磨対象物の温度を直接制御することができる。特に、各圧力室の温度を独立に制御することとすれば、ＣＭＰにおける化学的研磨の化学反応速度を制御することが可能となる。
【００４２】
チャッキングプレート６には、下方に突出する内周部吸着部６１がセンターバッグ８とリングチューブ９との間に設けられており、また、下方に突出する外周部吸着部６２がリングチューブ９の外側に設けられている。本実施形態においては、８個の吸着部６１，６２が設けられている。
【００４３】
内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２には、流体路３７，３８にそれぞれ連通する連通孔６１ａ，６２ａがそれぞれ形成されており、内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２は流体路３７，３８及びバルブＶ１，Ｖ２を介して真空ポンプ等の真空源１２１に接続されている。そして、内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２の連通孔６１ａ，６２ａが真空源１２１に接続されると、連通孔６１ａ，６２ａの開口端に負圧が形成され、内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２に半導体ウェハＷが吸着される。なお、内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２の下端面には薄いゴムシート等からなる弾性シート６１ｂ，６２ｂが貼着されており、内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２は半導体ウェハＷを柔軟に吸着保持するようになっている。
【００４４】
ここで、シールリング４の外周面とリテーナリング３との間には、わずかな間隙Ｇがあるので、ホルダーリング５とチャッキングプレート６及びチャッキングプレート６に取付けられたシールリング４等の部材は、トップリング本体２及びリテーナリング３に対して上下方向に移動可能で、フローティングする構造となっている。ホルダーリング５のストッパ部５ｂには、その外周縁部から外方に突出する突起５ｃが複数箇所に設けられており、この突起５ｃがリテーナリング３の内方に突出している部分の上面に係合することにより、上記ホルダーリング５等の部材の下方への移動が所定の位置までに制限される。
【００４５】
次に、このように構成されたトップリング１の作用について詳細に説明する。上記構成のポリッシング装置において、半導体ウェハＷの搬送時には、トップリング１の全体を半導体ウェハの移送位置に位置させ、内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２の連通孔６１ａ，６２ａを流体路３７，３８を介して真空源１２１に接続する。連通孔６１ａ，６２ａの吸引作用により内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２の下端面に半導体ウェハＷが真空吸着される。そして、半導体ウェハＷを吸着した状態でトップリング１を移動させ、トップリング１の全体を研磨面（研磨パッド１０１）を有する研磨テーブル１００の上方に位置させる。なお、半導体ウェハＷの外周縁はリテーナリング３によって保持され、半導体ウェハＷがトップリング１から飛び出さないようになっている。
【００４６】
研磨時には、吸着部６１，６２による半導体ウェハＷの吸着を解除し、トップリング１の下面に半導体ウェハＷを保持させると共に、トップリング駆動軸１１に連結されたトップリング用エアシリンダ１１１を作動させてトップリング１の下端に固定されたリテーナリング３を所定の押圧力で研磨テーブル１００の研磨面に押圧する。この状態で、圧力室２２，２３、中心部圧力室２４、及び中間部圧力室２５にそれぞれ所定の圧力の加圧流体を供給し、半導体ウェハＷを研磨テーブル１００の研磨面に押圧する。そして、予め研磨液供給ノズル１０２から研磨液Ｑを流すことにより、研磨パッド１０１に研磨液Ｑが保持され、半導体ウェハＷの研磨される面（下面）と研磨パッド１０１との間に研磨液Ｑが存在した状態で研磨が行われる。この研磨時には、研磨テーブル１００とトップリング１との回転速度は、概略同一に保たれている。
【００４７】
ここで、半導体ウェハＷの圧力室２２及び２３の下方に位置する部分は、それぞれ圧力室２２，２３に供給される加圧流体の圧力で研磨面に押圧される。また、半導体ウェハＷの中心部圧力室２４の下方に位置する部分は、センターバッグ８の弾性膜８１を介して、中心部圧力室２４に供給される加圧流体の圧力で研磨面に押圧される。半導体ウェハＷの中間部圧力室２５の下方に位置する部分は、リングチューブ９の弾性膜９１を介して、中間部圧力室２５に供給される加圧流体の圧力で研磨面に押圧される。
【００４８】
従って、半導体ウェハＷに加わる研磨圧力は、各圧力室２２〜２５に供給される加圧流体の圧力をそれぞれ制御することにより、半導体ウェハＷの部分ごとに調整することができる。即ち、レギュレータＲ３〜Ｒ６によって各圧力室２２〜２５に供給される加圧流体の圧力をそれぞれ独立に調整し、半導体ウェハＷを研磨テーブル１００上の研磨パッド１０１に押圧する押圧力を半導体ウェハＷの部分ごとに調整している。このように、半導体ウェハＷの部分ごとに研磨圧力が所望の値に調整された状態で、回転している研磨テーブル１００の上面の研磨パッド１０１に半導体ウェハＷが押圧される。同様に、レギュレータＲ１によってトップリング用エアシリンダ１１１に供給される加圧流体の圧力を調整し、リテーナリング３が研磨パッド１０１を押圧する押圧力を変更することができる。このように、研磨中に、リテーナリング３が研磨パッド１０１を押圧する押圧力と半導体ウェハＷを研磨パッド１０１に押圧する押圧力を適宜調整することにより、半導体ウェハＷの中心部（図４のＣ１）、中心部から中間部（Ｃ２）、中間部（Ｃ３）、そして周縁部（Ｃ４）、更には半導体ウェハＷの外側にあるリテーナリング３の外周部までの各部分における研磨圧力の分布を所望の分布とすることができる。
【００４９】
このように、半導体ウェハＷを同心の４つの円及び円環部分（Ｃ１〜Ｃ４）に区切り、それぞれの部分を独立した押圧力で押圧することができる。研磨レートは半導体ウェハＷの研磨面に対する押圧力に依存するが、上述したように各部分の押圧力を制御することができるので、半導体ウェハＷの４つの部分（Ｃ１〜Ｃ４）の研磨レートを独立に制御することが可能となる。従って、半導体ウェハＷの表面の研磨すべき薄膜の膜厚に半径方向の分布があっても、半導体ウェハ全面に亘って研磨の不足や過研磨をなくすことができる。即ち、半導体ウェハＷの表面の研磨すべき薄膜が、半導体ウェハＷの半径方向の位置によって膜厚が異なっている場合であっても、上記各圧力室２２〜２５のうち、半導体ウェハＷの表面の膜厚の厚い部分の上方に位置する圧力室の圧力を他の圧力室の圧力よりも高くすることにより、あるいは、半導体ウェハＷの表面の膜厚の薄い部分の上方に位置する圧力室の圧力を他の圧力室の圧力よりも低くすることにより、膜厚の厚い部分の研磨面への押圧力を膜厚の薄い部分の研磨面への押圧力より大きくすることが可能となり、その部分の研磨レートを選択的に高めることができる。これにより、成膜時の膜厚分布に依存せずに半導体ウェハＷの全面に亘って過不足のない研磨が可能となる。
【００５０】
半導体ウェハＷの周縁部に起こる縁だれは、リテーナリング３の押圧力を制御することにより防止することができる。また、半導体ウェハＷの周縁部において研磨すべき薄膜の膜厚に大きな変化がある場合には、リテーナリング３の押圧力を意図的に大きく、あるいは、小さくすることで、半導体ウェハＷの周縁部の研磨レートを制御することができる。なお、上記各圧力室２２〜２５に加圧流体を供給すると、チャッキングプレート６は上方向の力を受けるので、本実施形態では、圧力室２１には流体路３１を介して圧力流体を供給し、各圧力室２２〜２５からの力によりチャッキングプレート６が上方に持ち上げられるのを防止している。
【００５１】
上述のようにして、トップリング用エアシリンダ１１１によるリテーナリング３の研磨パッド１０１への押圧力と、各圧力室２２〜２５に供給する加圧空気による半導体ウェハＷの部分ごとの研磨パッド１０１への押圧力とを適宜調整して半導体ウェハＷの研磨が行われる。そして、研磨が終了した際は、半導体ウェハＷを内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２の下端面に再び真空吸着する。この時、半導体ウェハＷを研磨面に対して押圧する各圧力室２２〜２５への加圧流体の供給を止め、大気圧に開放することにより、内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２の下端面を半導体ウェハＷに当接させる。また、圧力室２１内の圧力を大気圧に開放するか、もしくは負圧にする。これは、圧力室２１の圧力を高いままにしておくと、半導体ウェハＷの内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２に当接している部分のみが、研磨面に強く押圧されることになってしまうためである。従って、圧力室２１の圧力を速やかに下げる必要があり、図３に示すように、圧力室２１からトップリング本体２を貫くようにリリーフポート３９を設けて、圧力室２１の圧力が速やかに下がるようにしてもよい。この場合には、圧力室２１に圧力をかける際には流体路３１から常に圧力流体を供給し続ける必要がある。また、リリーフポート３９は逆止弁を備えており、圧力室２１内を負圧にする際には外気が圧力室２１に入らないようにしている。
【００５２】
上述のように半導体ウェハＷを吸着させた後、半導体ウェハＷを研磨テーブル１００の研磨パッド１０１から引き剥がす（離間する）必要がある。この場合に、上述したように研磨パッド１０１と半導体ウェハＷとの間に働く表面張力が問題となるが、本発明に係るポリッシング方法においては、研磨テーブル１００の回転速度を研磨時の回転速度よりも下げることによって、上記表面張力の軽減が実現される。この場合、トップリング１の回転速度は研磨時と同一の回転速度に保たれる。
【００５３】
即ち、研磨テーブル１００の回転速度を研磨時より低下させ、研磨テーブル１００とトップリング１との間に回転速度差を設けると、半導体ウェハＷの下面と研磨パッド１０１の上面の研磨面の間に形成された研磨液Ｑの液層によってトップリング１に保持された半導体ウェハＷが浮上する現象、すなわちハイドロプレーン現象が生ずる。そのため、研磨面と半導体ウェハＷとの間の研磨液による表面張力が軽減される。従って、オーバーハング方式を採用することなく、研磨終了位置でトップリング１をそのまま上昇させても、容易に半導体ウェハＷを研磨パッド１０１から引き剥がすことができ、半導体ウェハＷが研磨パッド１０１に残ってしまうこともなく、また、オーバーハング方式のように半導体ウェハが割れることもない。
【００５４】
半導体ウェハＷを研磨面から引き剥がす際のトップリング１の上昇時に、半導体ウェハＷが研磨面から離れる瞬間だけ、トップリング１の上昇速度を低下させ、離れた後には、トップリング１の上昇速度を上げる。すなわち、トップリング１の上昇速度を半導体ウェハＷの引き剥がし時の低速と、引き剥がし後の高速の二段階制御とすることにより、引き剥がし時に半導体ウェハＷへ加わる圧力をできるだけ小さくし、半導体ウェハＷに形成された回路素子に加わる応力を最小限とする。このトップリング１の上昇速度における二段階制御は、トップリング用エアシリンダ１１１へ供給する圧縮空気の圧力をレギュレータＲ１によって高・低の二段階に調整することによって行うことができる。この場合、半導体ウェハＷが研磨面から離れる瞬間から直近の位置を、例えば、トップリング用エアシリンダ１１１のロッドの近傍に設けたセンサ（図示せず）により検出し、二段階制御を行えばよい。
本発明によれば、わざわざオーバーハング処理をする必要がないので、ポリッシュタクトを短くすることができ、スループットが向上する。
【００５５】
上述の半導体ウェハＷの研磨面からの引き剥がし工程において、半導体ウェハＷを研磨面から引き剥がす前の研磨時に、研磨テーブル１００の回転速度を下げ、トップリング１と研磨テーブル１００との間に回転速度差を設け、研磨が終了した際にそのままの状態でトップリング１を引き上げる（上昇させる）ことが好ましい。このように、研磨終了の直前の研磨時から研磨テーブル１００の回転速度を下げ、トップリング１と研磨テーブル１００との間に回転速度差を設け、この状態で研磨を続行する。そして、研磨終点に達したら、そのままの状態でトップリング１を引き上げ、半導体ウェハＷを研磨面から引き剥がす。この方法によれば、研磨工程中から引き剥がし工程の一部の工程が行われることになり、ポリッシュタクトを短くすることができ、スループットが向上する。
【００５６】
また、半導体ウェハＷを研磨面から引き剥がす前の研磨時において、研磨液供給ノズル１０２から研磨用に供給される砥液または純水からなる研磨液Ｑの流量を増加させ、ハイドロプレーン現象の効果を増加させ、さらに半導体ウェハＷの研磨面からの引き剥がしを容易にすることが好ましい。そして、半導体ウェハＷを研磨面から引き剥がす直前より、アトマイザ１０３から研磨面洗浄用の気体（Ｎ２等の不活性ガス）と純水又は薬液とが混合された液体を研磨面に噴射する。これにより、ハイドロプレーン現象の効果を増加させることができるとともに、研磨終了後に行なう研磨面の洗浄工程の一部を先行して行うようにしている。
【００５７】
上述のように、トップリング１を上昇させた後に、トップリング１の全体を半導体ウェハの移送位置に位置させ、内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２の連通孔６１ａ，６２ｂから半導体ウェハＷに流体（例えば、圧縮空気もしくは窒素と純水を混合したもの）を噴射して半導体ウェハＷをリリースする。
【００５８】
ところで、シールリング４の外周面とリテーナリング３との間のわずかな間隙Ｇには、研磨に用いられる研磨液Ｑが侵入してくるが、この研磨液Ｑが固着すると、ホルダーリング５、チャッキングプレート６、及びシールリング４などの部材のトップリング本体２及びリテーナリング３に対する円滑な上下動が妨げられる。そのため、流体路３２を介して洗浄液路５１に洗浄液（純水）を供給する。これにより、複数の連通孔５３より間隙Ｇの上方に純水が供給され、純水が間隙Ｇを洗い流して上述した研磨液Ｑの固着が防止される。この純水の供給は、研磨後の半導体ウェハがリリースされ、次に研磨される半導体ウェハが吸着されるまでの間に行われるのが好ましい。また、次の研磨までに供給された純水が全て外部に排出されるように、リテーナリング３には図３に示すような複数の貫通孔３ａを設けるのが好ましい。更に、リテーナリング３、ホルダーリング５、及び加圧シート７により形成される空間２６内に圧力がこもっていると、チャッキングプレート６の上昇を妨げることとなるので、スムーズにチャッキングプレート６を上昇させるためにも上記貫通孔３ａを設け、空間２６を大気と同圧にすることが好ましい。
【００５９】
本実施形態では、図１に示すように、真空源１２１に連絡する真空ラインである流体路３７，３８がトップリング１に接続されており、半導体ウェハＷは真空吸着によってトップリング１に保持されるようになっている。半導体ウェハＷの引き剥がしの際には、トップリング１は機械的に上昇するが、もし半導体ウェハＷがトップリング１から外れ、研磨パッド１０１に残ってしまった場合には、真空ライン（流体路３７，３８）内の圧力が真空から大気圧に近づくこととなる。従って、本実施形態では、図１に示すように、真空ラインに真空圧力センサ４０を設置し、真空ラインの圧力を計測及びモニタすることで、半導体ウェハＷが研磨パッド１０１から正常に引き剥がされたか否かを判断している。即ち、トップリング１の上昇開始後、真空ラインの圧力を真空圧力センサ４０により計測し、この計測値が所定の圧力値よりも小さい場合には、半導体ウェハＷはトップリング１に吸着された状態で正常に研磨パッド１０１から引き剥がされたと判断する。具体的には、半導体ウェハＷがトップリング１に正常に吸着していると判断される圧力値を１０ｋＰａ以上上回る計測値が、所定時間以上計測された場合には、半導体ウェハＷがトップリング１から外れたと判断している。
【００６０】
図５はポリッシング工程（研磨工程）と、半導体ウェハの研磨面からの引き剥がし工程との時系列上の動作関係を示す図である。図５に基づいて、トップリングの回転および停止、研磨テーブルの回転と回転速度の低下および停止、研磨液供給ノズルからの研磨液の供給および停止、アトマイザからの窒素ガスと純水又は薬液とが混合された液体の供給および停止のタイミングを説明する。
【００６１】
時系列上の時刻Ｔ１までは、ポリッシング工程（研磨工程）が継続する。この場合、トップリング１の回転速度は７１ｒｐｍ（ｍｉｎ−１）であり、研磨テーブル１００の回転速度は７０ｒｐｍ（ｍｉｎ−１）である。また、研磨液供給ノズル１０２からは研磨液が１５０ｍｌ／ｍｉｎの供給量で供給され、アトマイザからの気体と純水又は薬液とが混合された液体の供給は停止されている。
【００６２】
時刻Ｔ１からＴ２までの間は、トップリング１の引き上げ前（半導体ウェハの引き剥がし前）の条件を変化させる工程である。この条件を変化させる工程においては、トップリングの回転速度は７１ｒｐｍ（ｍｉｎ−１）で研磨工程と同一であり、研磨テーブル１００の回転速度は時刻Ｔ１で７０ｒｐｍ（ｍｉｎ−１）から低下し始めて、時刻Ｔ１から少し経過したところで２５ｒｐｍ（ｍｉｎ−１）になり、この回転速度が保たれる。また、研磨液供給ノズル１０２からの研磨液の供給量は時刻Ｔ１で増加し始め、時刻Ｔ１から少し経過したところで３００ｍｌ／ｍｉｎになり、この供給量が保たれる。そして、アトマイザ１０３からは時刻Ｔ１で窒素ガスと純水又は薬液とが混合された液体が研磨テーブル１００の研磨面上に噴射される。
【００６３】
時刻Ｔ２を経過すると、半導体ウェハＷを研磨テーブル１００の研磨面から引き剥がすためにトップリング１が上昇し、時刻Ｔ３でトップリング１の上昇が完了し、半導体ウェハＷが研磨面から所定距離だけ離間する。
【００６４】
次に、時刻Ｔ４になると、トップリング１の回転の停止動作が開始されるとともに、研磨テーブル１００の回転の停止動作が開始され、また研磨液の供給が停止される。このとき、アトマイザからの窒素ガスと純水又は薬液とが混合された液体の供給は続行され、時刻Ｔ５になってアトマイザからの液体の供給は停止される。また、時刻Ｔ’において、トップリング１および研磨テーブル１００の回転が完全に停止される。なお、アトマイザに関しては、二点鎖線（仮想線）で示されているように、通常、トップリングおよび研磨テーブルの回転が停止した際の時刻Ｔ’においてアトマイザからの液体の供給が開始され、時刻Ｔ５を経過してもしばらく続行される。
【００６５】
このように、本実施形態によれば、トップリングの引き上げ前にアトマイザ１０３からの液体の噴射が開始されているために、アトマイザによる研磨面の洗浄工程を従来のものより早く終了することができ、次のポリッシング対象物の研磨条件を整えることができ、結果的にスループットが向上する。
なお、時刻Ｔ１において、研磨液供給ノズル１０２からの研磨液の供給量を増加するようにしたが、この研磨液供給ノズル１０２からの研磨液の供給量の増加と同期して、リテーナリング３を洗浄するためのリテーナリング洗浄水（純水）を供給するようにしてもよい。
【００６６】
図１および図２に示した自転形式の研磨テーブル以外にも、スクロール型研磨テーブルやウェブ式（ベルト式）研磨テーブルを研磨テーブル１００として用いることができる。
スクロール型研磨テーブルの場合には、スクロール型研磨テーブルの外形は図１および図２に示すものより相当に小径であり、半導体ウェハＷの直径＋２“ｅ”以上に設定されていて、研磨テーブルが並進運動（スクロール運動）をしてもウェハが研磨テーブルからはみ出さない大きさになっている。スクロール型研磨テーブルにおいて、モータの作動によって研磨テーブルが所定の周波数で並進円運動（スクロール運動）し、トップリング１（図１および図３に示すものと同一）に取付けられた半導体ウェハＷは研磨テーブルの研磨面上に押し付けられる。そして、研磨テーブルに設けられた貫通孔を介して研磨面に供給された研磨液により研磨が行われる。研磨テーブル上の研磨面とウェハの間には、半径”ｅ”の微小な相対並進円運動が生じて、ウェハの被研磨面はその全面において均一な研磨がなされる。なお、被研磨面と研磨面の位置関係が同じであると、研磨面の局部的な差異による影響を受けるので、これを避けるためにトップリング１を徐々に自転させて、研磨面の同じ場所のみで研磨されるのを防止している。
【００６７】
スクロール型研磨テーブルを用いた場合には、上述の半導体ウェハＷの研磨面からの引き剥がし工程において、半導体ウェハＷを研磨面から引き剥がす前の研磨時に、研磨テーブル１００のスクロール運動の周波数を下げ、研磨が終了した際にそのままの状態でトップリング１を引き上げる（上昇させる）。このように、スクロール型研磨テーブルを用いた場合でも、半導体ウェハＷの下面と研磨パッド１０１の上面の研磨面の間に形成された研磨液Ｑの液層によってトップリング１に保持された半導体ウェハＷが浮上する現象、すなわちハイドロプレーン現象が生じ、研磨面と半導体ウェハＷとの間の研磨液による表面張力が軽減される。従って、オーバーハング方式を採用することなく、研磨終了位置でトップリング１をそのまま上昇させても、容易に半導体ウェハＷを研磨パッド１０１から引き剥がすことができる。
【００６８】
図６はウェブ式（ベルト式）研磨テーブルの実施形態を示す斜視図である。図６に示すように、研磨面はその表面に砥粒を有したベルト２１５によって構成されている。ベルト２１５は対向する一対の回転ドラム２１６，２１７に巻回されている。回転ドラム２１６，２１７が回転すると、ベルト２１５は矢印Ａ方向に直線的に移動する。支持テーブル２１８は、上部ベルト面２１５ａと下部ベルト面２１５ｂとの間に配設されている。トップリング１（図１および図３に示すものと同一）に取り付けられた半導体ウェハは、ベルト２１５の上面の研磨面に押し付けられ、研磨液供給ノズル１０２から研磨面に研磨液Ｑを流すことにより研磨が行われる。
【００６９】
図６に示す構成において、半導体ウェハの研磨面からの引き剥がし工程において、半導体ウェハを研磨面から引き剥がす前の研磨時に、ベルト２１５の移動速度を低下させ、研磨が終了した際にそのままの状態でトップリング１を引き上げる（上昇させる）。このように、ベルト２１５の移動速度を研磨時より低下させることによっても、ハイドロプレーン現象が生じ、研磨面と半導体ウェハとの研磨液による表面張力が軽減される。従って、オーバーハング方式を採用することなく、研磨終了位置でトップリング１をそのまま上昇させても、容易に半導体ウェハをベルト２１５から引き剥がすことができる。なお、半導体ウェハの研磨面からの引き剥がし工程において、研磨液供給ノズル１０２からの研磨液の供給量を増加してもよい。
【００７０】
また、上述した実施形態においては、研磨パッドにより研磨面が形成されることとしたが、これに限られるものではない。例えば、固定砥粒により研磨面を形成してもよい。固定砥粒は、砥粒をバインダ中に固定し板状に形成されたものである。固定砥粒を用いた研磨においては、固定砥粒から自生した砥粒により研磨が進行する。固定砥粒は砥粒とバインダと気孔により構成されており、例えば砥粒には平均粒径０．５μｍ以下の酸化セリウム（ＣｅＯ２）、バインダにはエポキシ樹脂を用いる。このような固定砥粒は硬質の研磨面を構成する。また、固定砥粒には、上述した板状のものの他に、薄い固定砥粒層の下に弾性を有する研磨パッドを貼付して二層構造とした固定砥粒パッドも含まれる。
【００７１】
次に、図１乃至図４に示すポリッシング装置を用いて半導体ウェハに生ずる応力の測定を行った結果を表１に示す。この場合、トップリングに保持された半導体ウェハの中心部と端部近傍に歪ゲージを貼り、半導体ウェハの引き剥がし時の研磨テーブルとトップリングの回転速度をそれぞれ変化させ、この時の半導体ウェハに生ずる応力の測定を行ったものである。なお、実験条件は以下の通りである。
１）３００ｍｍの半導体ウェハを使用した。
２）半導体ウェハの引き剥がし時に、
実験No. １：研磨テーブルの回転速度を６０ｍｉｎ−１に保ち、トップリングの回転速度を６０ｍｉｎ−１に保つ。これは、従来（現状）の半導体ウェハの引き剥がし時の条件である。
実験No. ２：研磨テーブルの回転速度を６０ｍｉｎ−１から７０ｍｉｎ−１に上昇させ、トップリングの回転速度を６０ｍｉｎ−１から７１ｍｉｎ−１へ上昇させる。
実験No. ３：研磨テーブルの回転速度を７０ｍｉｎ−１から１２０ｍｉｎ−１に上昇させ、トップリングの回転速度を１２０ｍｉｎ−１に上昇させる。
実験No. ４：研磨テーブルの回転速度を７０ｍｉｎ−１から２５ｍｉｎ−１に低下させ、トップリングの回転速度を７１ｍｉｎ−１に保ち、トップリングの上昇時間を１．５ｓｅｃにする。
実験No. ５：研磨テーブルの回転速度を７０ｍｉｎ−１から２５ｍｉｎ−１に低下させ、トップリングの回転速度を７１ｍｉｎ−１に保つ。
実験No. ６：研磨テーブルの回転速度を７０ｍｉｎ−１から２５ｍｉｎ−１に低下させ、トップリングの回転速度を７０ｍｉｎ−１から５０ｍｉｎ−１に低下させる。
実験No. ７：研磨テーブルの回転速度を７０ｍｉｎ−１から２５ｍｉｎ−１に低下させ、トップリングの回転速度を７０ｍｉｎ−１から４０ｍｉｎ−１に低下させる。
実験No. ８：研磨テーブルの回転速度を７０ｍｉｎ−１から５０ｍｉｎ−１に低下させ、トップリングの回転速度を７１ｍｉｎ−１に保つ。
実験No. １〜３、５〜８において、トップリング上昇時間は０．５ｓｅｃである。
【００７２】
上記実験No. １〜８の測定結果を表１に示す。
【表１】
2004193289.tif 000003
表１において、半導体ウェハの応力を１１段階で示し、１が最小応力、１１が最大応力である。
【００７３】
表１から、実験No. ４の研磨テーブルの回転速度を７０ｍｉｎ−１から２５ｍｉｎ−１に低下させ、トップリングの回転速度を７１ｍｉｎ−１に保ち、トップリングの上昇時間を１．５ｓｅｃにした場合に、半導体ウェハに生ずる応力が１で最も小さく、よってトップリングの引き上げ力が最も小さいことがわかる。この場合には半導体ウェハＷを研磨パッド１０１から容易に引き剥がすことができる。また、実験No. ５の研磨テーブルの回転速度を７０ｍｉｎ−１から２５ｍｉｎ−１に低下させ、トップリングの回転速度を７１ｍｉｎ−１に保ち、トップリングの上昇期間を０．５ｓｅｃにした場合に、半導体ウェハに生ずる応力が２で次に小さく、よってトップリングの引き上げ力が実験No. ４の次に小さいことがわかる。このように、研磨テーブルとトップリングの回転速度差（ＴＲ／ＴＴ＝２．８）を大きくすることにより、半導体ウェハを研磨パッドから容易に引き剥がすことができる。
【００７４】
上述の実験の結果、半導体ウェハの引き剥がし時に、研磨テーブルの回転速度を５０ｒｐｍ（ｍｉｎ−１）以下とすることが好ましいことが判明した。これは、回転速度が５０ｒｐｍ（ｍｉｎ−１）以上の高速で研磨テーブルを回転させると、研磨テーブル上の純水又は研磨液が遠心力で飛ばされて、ハイドロプレーン現象の効果が薄れるからである。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、ポリッシング対象物の研磨の終了後、トップリングを上昇させてポリッシング対象物をテーブルの研磨面から離間するときに、テーブルの回転速度を研磨時の回転速度よりも低下させ、トップリングとテーブルとの間に回転速度差を設けることにより、オーバーハング方式を採用することなく、研磨終了位置でトップリングをそのまま上昇させても、容易にポリッシング対象物を研磨面から引き剥がすことができ、ポリッシング対象物が研磨面に残ってしまうこともなく、オーバーハング方式のようにポリッシング対象物が割れることもない。
【００７６】
また、わざわざオーバーハング処理をする必要がないので、ポリッシュタクトを短くすることができ、スループットが向上する。
さらに、テーブルの回転速度を低下させるとともに、研磨面の洗浄工程等の研磨後の工程の一部を併行して行うことにより、引き剥がしの容易化と同時に、次のポリッシング対象物の研磨条件を整えることができ、結果的にスループットが向上する。
【００７７】
本発明は、スクロール型研磨テーブルやウェブ式（ベルト式）研磨テーブルを用いた場合にも、ポリッシング対象物の研磨面からの引き剥がし時に、スクロール型研磨テーブルの運動の周波数を低下させる、又はベルトの移動速度を低下させることにより、容易にポリッシング対象物を研磨面から引き剥がすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態におけるポリッシング方法に使用されるポリッシング装置の全体構成を示す正面図である。
【図２】ポリッシング装置の平面図である。
【図３】ポリッシング装置のトップリングの詳細構造を示す断面図である。
【図４】図３に示すトップリングの底面図である。
【図５】ポリッシング工程（研磨工程）と、半導体ウェハの研磨面からの引き剥がし工程との時系列上の動作関係を示す図である。
【図６】ウェブ式（ベルト式）研磨テーブルの実施形態を示す斜視図である。
【図７】ポリッシング装置の基本的構成を示す図である。
【符号の説明】
１    トップリング
２    トップリング本体
２ａ    ハウジング部
２ｂ    加圧シート支持部
２ｃ    シール部
２ｄ，１１ａ    球面状凹部
３    リテーナリング
４    シールリング
５    ホルダーリング
５ａ    上端部
５ｂ    ストッパ部
５ｃ    突起
６    チャッキングプレート
７    加圧シート
８    センターバッグ
９    リングチューブ
１０    自在継手部
１１    トップリング駆動軸
２１，２２，２３，２４，２５    圧力室
２６    空間
３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８    流体路
３９    リリーフポート
４０    真空圧力センサ
５１    洗浄液路
５２    貫通孔
５３，６１ａ，６２ａ    連通孔
５５    ネジ
６１    内周部吸着部
６１ｂ，６２ｂ    弾性シート
６２    外周部吸着部
８１，９１    弾性膜
８２    センターバッグホルダー
８２ａ，９２ａ    ネジ穴
９２    リングチューブホルダー
１００    研磨テーブル
１０１    研磨パッド
１０２    研磨液供給ノズル
１０３    アトマイザ
１１０    トップリングヘッド
１１１    トップリング用エアシリンダ
１１２    回転筒
１１３    タイミングプーリ
１１４    トップリング用モータ
１１５    タイミングベルト
１１６    タイミングプーリ
１１７    トップリングヘッドシャフト
１２０    圧縮空気源
１２１    真空源
２１５    ベルト
２１６，２１７    回転ドラム
２１８    支持テーブル
Ｑ    研磨液
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６    レギュレータ
Ｖ１，Ｖ２    バルブ
Ｗ    半導体ウェハ
【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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