(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
保持具によって保持した被研磨物の被研磨面を研磨面に押圧し、被研磨物と研磨面とを相対運動させながら、研磨面に液体を供給して被研磨面に対する処理を行い、
前記処理を終了した後、前記研磨面に供給する液体の流量を減少させた状態で、前記保持具で被研磨物を吸引し、被研磨物が前記研磨面から離れるまで、段階的に吸引動作の真空度を上げて前記研磨面から引き離し、
被研磨物が前記研磨面から離れて前記保持具に吸着されたと判断した時に前記保持具を被研磨物と共に上昇させることを特徴とする研磨方法。
【請求項２】
保持具によって保持した被研磨物の被研磨面を研磨面に押圧し、被研磨物と研磨面とを相対運動させながら、研磨面に液体を供給して被研磨面に対する処理を行い、
前記処理を終了した後、前記研磨面に供給する液体の流量を減少させた状態で、前記保持具で被研磨物を吸引して前記研磨面から引き離し、
前記研磨面を覆う液膜の膜厚の変化を検知して、被研磨物が前記研磨面から離れて前記保持具に吸着されたか否かを判断し、
被研磨物が前記研磨面から離れて前記保持具に吸着されたと判断した時に前記保持具を被研磨物と共に上昇させることを特徴とする研磨方法。
【請求項３】
前記処理を終了した後、前記保持具で被研磨物を吸引して前記研磨面から引き離す際に、前記研磨面に供給する液体の流量を漸次減少させてゼロにすることを特徴とする請求項１または２に記載の研磨方法。
【請求項４】
保持具によって保持した被研磨物の被研磨面を研磨面に押圧し、被研磨物と研磨面とを相対運動させながら、研磨面に液体を供給して被研磨面に対する処理を行い、
前記処理を終了した後、被研磨物と前記研磨面との相対速度を減少させた状態で、前記保持具で被研磨物を吸引し、
被研磨物が前記研磨面から離れるまで、段階的に吸引動作の真空度を上げて前記研磨面から引き離し、
被研磨物が前記研磨面から離れて前記保持具に吸着されたと判断した時に前記保持具を被研磨物と共に上昇させることを特徴とする研磨方法。
【請求項５】
保持具によって保持した被研磨物の被研磨面を研磨面に押圧し、被研磨物と研磨面とを相対運動させながら、研磨面に液体を供給して被研磨面に対する処理を行い、
前記処理を終了した後、被研磨物と前記研磨面との相対速度を減少させた状態で、前記保持具で被研磨物を吸引して前記研磨面から引き離し、
前記研磨面を覆う液膜の膜厚の変化を検知して、被研磨物が前記研磨面から離れて前記保持具に吸着されたか否かを判断し、
被研磨物が前記研磨面から離れて前記保持具に吸着されたと判断した時に前記保持具を被研磨物と共に上昇させることを特徴とする研磨方法。
【請求項６】
前記処理を終了した後、前記保持具で被研磨物を吸引して前記研磨面から引き離す際に、前記研磨面の回転速度を３０ｒｐｍ以下、または被研磨物の中心点の相対速度を６１３ｍｍ/ｓｅｃ以下に減少させることを特徴とする請求項４または５に記載の研磨方法。
【請求項７】
保持具によって保持した被研磨物の被研磨面を研磨面に押圧し、被研磨物と研磨面とを相対運動させながら、研磨面に液体を供給して被研磨面に対する処理を行い、
前記処理を終了した後、前記研磨面に液体を間欠的に供給しつつ、前記保持具で被研磨物を吸引して前記研磨面から引き離し、
被研磨物が前記研磨面から離れて前記保持具に吸着されたと判断した時に前記保持具を被研磨物と共に上昇させることを特徴とする研磨方法。
【請求項８】
保持具によって保持した被研磨物の被研磨面を研磨面に押圧し、被研磨物と研磨面とを相対運動させながら、研磨面に液体を供給して被研磨面に対する処理を行い、
前記処理を終了した後、前記保持具で被研磨物を吸引して前記研磨面から引き離し、
前記保持具が被研磨物を吸着する力よりも小さい力で前記保持具を被研磨物と共に上昇させることを特徴とする研磨方法。
【請求項９】
被研磨物が前記研磨面から離れるまで、段階的に吸引動作の真空度を上げていくことを特徴とする請求項７または８に記載の研磨方法。
【請求項１０】
保持具によって保持した被研磨物の被研磨面を研磨面に押圧し、被研磨物と研磨面とを相対運動させながら、研磨面に液体を供給して被研磨面に対する処理を行い、
前記処理を終了した後に前記保持具で被研磨物を第一の真空圧で吸引し、前記研磨面から被研磨物が引き離された後に前記第一の真空圧を該第一の真空圧より真空度が低い第二の真空圧に切り替えることを特徴とする研磨方法。
【請求項１１】
第一の真空圧源と第二の真空圧源を有し、これらの第一の真空源と第二の真空圧源が３方弁によって切り替えられることを特徴とする請求項１０に記載の研磨方法。
【請求項１２】
前記第一の真空圧と前記第二の真空圧の少なくとも一方が、研磨装置内の信号によって制御される自動調圧器によって切り替えられることを特徴とする請求項１０に記載の研磨方法。
【請求項１３】
前記研磨面を駆動するモータまたは前記保持具を駆動するモータの電流の低下に基づいて、被研磨物が前記研磨面から離れて前記保持具に吸着されたか否かを判断することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の研磨方法。
【請求項１４】
前記研磨面を覆う液膜の膜厚の変化を検知して、被研磨物が前記研磨面から離れて前記保持具に吸着されたか否かを判断することを特徴とする請求項７乃至１２のいずれか一項に記載の研磨方法。
【請求項１５】
前記保持具が下方に引き寄せられる力の変化から、被研磨物が前記研磨面から離れて前記保持具に吸着されたか否かを判断することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の研磨方法。
【請求項１６】
被研磨物と前記研磨面の距離を検知して、被研磨物が前記研磨面から離れて前記保持具に吸着されたか否かを判断することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の研磨方法。
【請求項１７】
被研磨物と前記研磨面の距離を渦電流センサで検知することを特徴とする請求項１６記載の研磨方法。
【請求項１８】
前記保持具の高さを段階的に変化させながら、被研磨物を保持具と共に上昇させることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の研磨方法。
【請求項１９】
前記保持具を被研磨物と共に上昇させる力を段階的に変化させることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の研磨方法。
【請求項２０】
研磨面と、
被研磨物を着脱自在に保持して前記研磨面に押圧する上下動自在な保持具と、
前記研磨面に液体を供給する液体供給部と、
前記研磨面と前記保持具とを相対移動させる移動機構と、
前記研磨面を覆う液膜の膜厚を検知して、液体の存在下、前記研磨面に接触して処理が行われていた被研磨物が該研磨面から離れたか否かを判断する液膜厚検知センサを有することを特徴とする研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨方法及び研磨装置に係り、特に半導体ウェハ等の研磨対象物（基板）を研磨して平坦化する研磨方法及び研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭くなりつつある。特に線幅が０．５μｍ以下の光リソグラフィの場合、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。このような半導体ウェハの表面を平坦化する一手段として、化学機械研磨（Chemical  Mechanical  Polishing：ＣＭＰ）を行う研磨装置が知られている。
【０００３】
この種の研磨装置は、一般に、図１に示すように、表面を研磨面５００とした研磨パッド５０２を上面に有するターンテーブル５０４と、研磨対象物としての半導体ウェハＷを下面に保持する保持具としてのトップリング５０６と、研磨面５００にスラリやドレッシング水等の液体Ｑを供給する液体供給部としての液体供給ノズル５０８を備えている。このような研磨装置を用いて半導体ウェハＷの研磨を行う場合には、トップリング（保持具）５０６の下面に半導体ウェハＷを保持しつつ、この半導体ウェハＷを研磨面５００に対して所定の圧力で押圧する。そして、液体供給ノズル５０８から研磨面５００にスラリを供給しながら、ターンテーブル５０４とトップリング５０６とを相対運動させる。これにより、スラリの存在下、半導体ウェハＷが研磨面５００に摺接し、半導体ウェハＷの表面が平坦かつ鏡面に研磨される。
【０００４】
半導体ウェハＷの表面の研磨終了後、半導体ウェハＷをトップリング５０６で再度吸着し、トップリング５０６を上昇させることで、半導体ウェハＷを研磨パッド５０２の研磨面５００から引き離して持ち上げる、リフトオフと呼ばれる動作が行われる。このリフトオフ動作開始時に、研磨パッド５０２と半導体ウェハＷの間には、スラリや洗浄液、純水等の液体Ｑが存在しており、この液体Ｑの存在により、研磨パッド５０２と半導体ウェハＷとの間に吸着力が生じる。したがって、リフトオフの際には、研磨面５００から半導体ウェハＷを引き離すために、この吸着力に抗する力で半導体ウェハＷを引き上げる必要がある。
【０００５】
このため、図２に示すように、半導体ウェハＷを保持したままトップリング５０６を横移動させて半導体ウェハＷをターンテーブル５０４から約１／３程度はみ出させる（オーバーハング）ことによって、半導体ウェハＷと研磨パッド５０２との間の吸着力を低減させてから、トップリング５０６を上昇させて半導体ウェハＷを研磨面５００から引き離すことが広く行われている。すなわち、オーバーハングによって、研磨パッド５０２と半導体ウェハＷとの間に働く吸着力を低下させることで、安定したリフトオフを行うことが可能となる。しかし、このオーバーハングを伴うリストオフ動作では、研磨パッド５０２のエッジが半導体ウェハＷと接触し、このため、半導体ウェハＷに傷がつく現象であるスクラッチが増加する原因となっていた。
【０００６】
一方、研磨終了後、オーバーハングなしで半導体ウェハをリフトオフしようとすると、リストオフ開始時に研磨パッドと半導体ウェハとの間に働く吸着力が大きいため、半導体ウェハを取りこぼしたり、半導体ウェハに大きな負荷が掛かって半導体ウェハが割れてしまったりする場合があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
研磨後の半導体ウェハを、オーバーハングなしてリストオフするためには、リストオフ時に研磨パッドと半導体ウェハとの間に気体を供給して、研磨パッドと半導体ウェハとの間の負圧を破壊する必要がある。研磨パッドには孔や溝が設けられ、空気の通り道が設けられているものもある。しかし、研磨パッドとして、表面に溝が無いものを使用した場合は、空気の通り道がないため、リフトオフが困難であり、研磨パッドの表面に溝がある場合でも、研磨パッドが減耗するにしたがって溝深さが浅くなるので、リフトオフが困難となる。
【０００８】
リストオフ時に研磨パッドと半導体ウェハとの間に生じる吸着力の大きさは、リストオフ動作開始時（半導体ウェハ吸着時）に研磨パッドと半導体ウェハとの間に存在する液膜の膜厚に関係していると考えられる。つまり、液膜の膜厚が薄いほど半導体ウェハの変形量が小さく、吸着力が小さくなり、したがって、半導体ウェハを研磨パッドから引き上げやすい。一方、液膜の膜厚が厚いほど半導体ウェハの変形量が大きく、吸着力が大きくなり、したがって、半導体ウェハを研磨パッドから引き上げ難くなる。
【０００９】
液膜の膜厚が厚くなる場合として、例えば、半導体ウェハの吸着動作に入る前の状態で、ターンテーブルの回転速度が速い場合に、研磨パッドと半導体ウェハとの間の液膜の膜厚が厚くなる、いわゆるハイドロプレーン状態となる場合が挙げられる。このハイドロプレーン状態から半導体ウェハの吸着動作に入ることで半導体ウェハが上方に引き上げられ始めると、半導体ウェハは変形して吸盤状になる。半導体ウェハが吸盤状に変形するのは、半導体ウェハのエッジ部の方が変形しやすいことも要因の一つと考えられる。半導体ウェハの吸盤状の変形具合が大きければ大きいほど吸着力は高くなるが、半導体ウェハを引き上げる力がそれを上回れば半導体ウェハを研磨パッドから引き離すことができる。もしくは、空気などが半導体ウェハの下面に入り込めば吸盤状態が解消され、半導体ウェハの引き離しが容易になる。
【００１０】
ターンテーブルの回転速度が速い場合、ハイドロプレーニング現象による初期の隙間（液膜の膜厚）が大きい。このため半導体ウェハを研磨パッドから引き離そうとしたときに半導体ウェハが吸盤状に大きく変形して、強い負圧が生じる。この後、例えば研磨パッドとして、表面に窪みや穴が形成されているパーフォレートパッドを使用している場合では、研磨パッドに半導体ウェハの外部へ横切る溝がないため、ごく僅かずつであるが、研磨パッドの窪みや穴を通じて新たな空気が研磨パッドと半導体ウェハとの間に供給されて負圧が解消されていくことになる。しかしながら、空気の供給と共に流体も供給され続けるので、負圧の解消時間に安定性はない。
【００１１】
半導体ウェハへ研磨パッドへの押圧をゴム製の柔軟なエアバック内の加圧流体で行う場合、トップリング下面と研磨面上面との間に半導体ウェハの厚み以上の隙間があり、この隙間は、通常１〜３ｍｍ程度の範囲に制御される。この隙間は、加圧流体が半導体ウェハ全域に亘って存在するために必要となる。そのため、オーバーハングを行うことなく、研磨後の半導体ウェハを研磨面からリフトオフしようとする、リストオフは、一般に半導体ウェハ吸着とトップリング上昇の２つのステップに分けられ、半導体ウェハ吸着のための吸着時間は数秒間に設定されているが、通常行われる数秒間の吸着ステップの間に研磨パッドから半導体ウェハを引き剥がせるほどには研磨パッドと半導体ウェハとの間の吸着圧が低下しない場合があり、より強い力で半導体ウェハを研磨パッドから引き離すか、吸着時間を長くすることが必要になる。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、オーバーハングを行うことなく、半導体ウェハ等の研磨対象物を研磨面から安全に引き離して、研磨対象物の研磨面からのリフトオフを行うことができるようにした研磨方法及び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】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の研磨方法は、保持具によって保持した被研磨物の被研磨面を研磨面に押圧し、被研磨物と研磨面とを相対運動させながら、研磨面に液体を供給して被研磨面に対する処理を行い、前記処理を終了した後、前記研磨面に供給する液体の流量を減少させた状態で、前記保持具で被研磨物を吸引し、被研磨物が前記研磨面から離れるまで、段階的に吸引動作の真空度を上げて前記研磨面から引き離し、被研磨物が前記研磨面から離れて前記保持具に吸着されたと判断した時に前記保持具を被研磨物と共に上昇させる。
本発明の他の研磨方法は、保持具によって保持した被研磨物の被研磨面を研磨面に押圧し、被研磨物と研磨面とを相対運動させながら、研磨面に液体を供給して被研磨面に対する処理を行い、前記処理を終了した後、前記研磨面に供給する液体の流量を減少させた状態で、前記保持具で被研磨物を吸引して前記研磨面から引き離し、前記研磨面を覆う液膜の膜厚の変化を検知して、被研磨物が前記研磨面から離れて前記保持具に吸着されたか否かを判断し、被研磨物が前記研磨面から離れて前記保持具に吸着されたと判断した時に前記保持具を被研磨物と共に上昇させる。
【００１４】
処理を終了した後の被研磨物のリフトオフ動作時に、トップリング等の保持具で半導体ウェハ等の被研磨物を吸引して研磨面から引き離す際、研磨面と被研磨物（半導体ウェハ）は僅かな隙間をもって離間しており、研磨面に供給される液体は、その隙間を流れて、被研磨物を研磨面から引き離す際の障害となる。このため、保持具（トップリング）が被研磨物を吸引する力が被研磨物に作用した段階で液体の供給量を減らすことで、被研磨物と研磨面との間に空気を入り込ませて、被研磨物を研磨面側に引っ張る吸着力、すなわち被研磨物と研磨面との間に生じる負圧を低減させることができる。供給される液体としては、スラリ、純水、洗浄液、薬液等種々の液体が挙げられる。例えば純水は、研磨終了後の半導体ウェハ等の被研磨物が研磨面との接触で傷付かないようにする目的で研磨面に供給される。
【００１５】
液体の供給量を減らす場合、トップリング等の保持具に一般に備えられているリテーナリングと研磨面は、半導体ウェハ等の被研磨物吸着動作中も互いに接触して相対運動をしているので、これらが完全に乾燥しないレベルまでに抑えることが好ましい。
【００１６】
前記処理を終了した後、前記保持具で被研磨物を吸着して前記研磨面から引き離すリフトオフ動作開始時に、前記研磨面に供給する液体の流量を漸次減少させてゼロにするようにしてもよい。
これにより、吸着動作に入ることで被研磨物が吸盤状に変形するのに使用される液体を減少させるとともに、被研磨物の吸盤状の変形を確実に解消することができる。
【００１７】
本発明の他の研磨方法は、保持具によって保持した被研磨物の被研磨面を研磨面に押圧し、被研磨物と研磨面とを相対運動させながら、研磨面に液体を供給して被研磨面に対する処理を行い、前記処理を終了した後、前記研磨面に液体を間欠的に供給しつつ、前記保持具で被研磨物を吸引して前記研磨面から引き離し、被研磨物が前記研磨面から離れて前記保持具に吸着されたと判断した時に前記保持具を被研磨物と共に上昇させる。この液体の間欠的な供給は、液体の供給ラインのバルブを開閉して行って良いし、液体の流量コントローラを使用して行っても良い。
【００１８】
このように、被研磨物のリフトオフ動作時に、研磨面に液体を間欠的、つまりある間隔をもって液体の供給と休止を繰り返しながら供給しつつ、保持具で被研磨物を吸引して研磨面から引き離すことによっても、リストオフ時に被研磨物と研磨面との間に空気が入り込むまでに研磨面に供給される液体の量を減らすことができる。
【００１９】
本発明の更に他の研磨方法は、保持具によって保持した被研磨物の被研磨面を研磨面に押圧し、被研磨物と研磨面とを相対運動させながら、研磨面に液体を供給して被研磨面に対する処理を行い、前記処理を終了した後、被研磨物と前記研磨面との相対速度を減少させた状態で、前記保持具で被研磨物を吸引し、被研磨物が前記研磨面から離れるまで、段階的に吸引動作の真空度を上げて前記研磨面から引き離し、被研磨物が前記研磨面から離れて前記保持具に吸着されたと判断した時に前記保持具を被研磨物と共に上昇させる。
【００２０】
半導体ウェハ（被研磨物）と研磨面との相対速度を種々変更しながら、トップリング（保持具）で半導体ウェハを吸引して研磨面から引き離すのに要する時間等を計測したところ、研磨面と半導体ウェハとの相対運動速度を低下させることで、研磨面と半導体ウェハとの間に作用する負圧の発生要因である吸盤効果を低減できることが判った。つまり、リストオフ動作時に被研磨物と研磨面との相対速度を減少させて、保持具で被研磨物を吸引して研磨面から引き離すことで、被研磨物の変形量を少なく抑えつつ、被研磨物を研磨面から容易かつ迅速に引き離すことができる。
【００２１】
本発明の他の研磨方法は、保持具によって保持した被研磨物の被研磨面を研磨面に押圧し、被研磨物と研磨面とを相対運動させながら、研磨面に液体を供給して被研磨面に対する処理を行い、前記処理を終了した後、被研磨物と前記研磨面との相対速度を減少させた状態で、前記保持具で被研磨物を吸引して前記研磨面から引き離し、前記研磨面を覆う液膜の膜厚の変化を検知して、被研磨物が前記研磨面から離れて前記保持具に吸着されたか否かを判断し、被研磨物が前記研磨面から離れて前記保持具に吸着されたと判断した時に前記保持具を被研磨物と共に上昇させる。
前記処理を終了した後、前記保持具で被研磨物を吸着して前記研磨面から引き離す際に、前記研磨面の回転速度を３０ｒｐｍ以下、または被研磨物の中心点の相対速度を６１３ｍｍ/ｓｅｃ以下に減少させることが好ましいことが実験によって確かめられている。
【００２２】
本発明の一参考例は、保持具によって保持した被研磨物の被研磨面を研磨面に押圧し、被研磨物と研磨面とを相対運動させながら、研磨面に液体を供給して被研磨面に対する処理を行い、前記処理を終了した後、前記研磨面に発泡性の液体を供給しつつ、前記保持具で被研磨物を吸引して前記研磨面から引き離し、被研磨物が前記研磨面から離れて前記保持具に吸着されたと判断した時に前記保持具を被研磨物と共に上昇させる。
【００２３】
例えば、炭酸水の様に発泡する液体を被研磨物と研磨面との間に介在させ、被研磨物と研磨面との間に介在する液体を発泡させることによって、リストオフ動作時に被研磨物と研磨面との間に作用する負圧を減らすことができる。
【００２４】
本発明の更に他の研磨方法は、保持具によって保持した被研磨物の被研磨面を研磨面に押圧し、被研磨物と研磨面とを相対運動させながら、研磨面に液体を供給して被研磨面に対する処理を行い、前記処理を終了した後、前記保持具で被研磨物を吸引して前記研磨面から引き離し、前記保持具が被研磨物を吸着する力よりも小さい力で前記保持具を被研磨物と共に上昇させる。
【００２５】
被研磨物が前記研磨面から離れるまで、段階的に吸引動作の真空度を上げていくことが好ましい。
被研磨物を吸着する圧力が高い方が被研磨物を研磨面から引き離す力は大きくなるが、被研磨物の変形は大きくなり、被研磨物にストレスが加わる。また、保持具に吸着された状態においても、被研磨物は吸着力によって変形するので、それもまたストレスとなる。被研磨物にはこれら二つのストレスが作用するが、いずれも真空度を低く抑えることで、つまり、研磨後、研磨面から引き離す場合の真空度を、研磨面から離れるまで段階的に増やす（真空度を増す）ことで、これらのストレスを最小に抑えることができる。
【００２６】
本発明の更に他の研磨方法は、保持具によって保持した被研磨物の被研磨面を研磨面に押圧し、被研磨物と研磨面とを相対運動させながら、研磨面に液体を供給して被研磨面に対する処理を行い、前記処理を終了した後に前記保持具で被研磨物を第一の真空圧で吸引し、前記研磨面から被研磨物が引き離された後に前記第一の真空圧を該第一の真空圧より真空度が低い第二の真空圧に切り替える。
【００２７】
これにより、被研磨物が研磨面から離れた後は、被研磨物を保持具が吸着するのに必要な圧力で吸着することができる。このとき、研磨面から引き離す真空度と被研磨物を吸着する圧力は異なることになるため、２つ以上の真空源を用意してバルブで切り替えるか、信号によって可変可能なオートレギュレータで切り替えることもできる。
【００２８】
被研磨物が研磨パッドから離れるタイミングを検知する機能を持たない場合は、それぞれの真空圧は固定されて運用される。一般的には研磨面から離す為の真空度は高く、被研磨物を保持具が吸着する為の真空度はそれよりも低く設定される。これが手動式の真空用調圧器で設定され、３方弁等の切り替え弁によって適時選択される。
【００２９】
前記研磨面を駆動するモータまたは前記保持具を駆動するモータの電流の低下に基づいて、被研磨物が前記研磨面から離れて前記保持具に吸着されたか否かを判断することができる。
【００３０】
被研磨物が研磨面上にある時に被研磨物と研磨面とを相対運動させると、被研磨物と研磨面との間に摩擦力が発生して、研磨面や保持具を駆動するモータに負荷がかかる。この負荷は、モータ電流値としてモニタが可能である。そこで、モータ電流値に閾値を設けることで、保持具上昇のトリガーとして利用することができる。このように、被研磨物が研磨面から離れて保持具で被研磨物を吸着されたタイミングで保持具を上昇させることで、被研磨物を安全、確実に引き上げることができる。
【００３１】
前記研磨面を覆う液膜の膜厚の変化を検知して、被研磨物のリフトオフ動作時に被研磨物が前記研磨面から離れて保持具に吸着されたか否かを判断してもよい。
被研磨物が研磨面上にある場合とそうでない場合とでは、研磨面に供給している液体の研磨面上の分布が変化する。つまり、被研磨物が研磨面上にある場合に保持具下流の液膜の膜厚は薄くなり、被研磨物が研磨面から離間した場合に保持具下流の液膜の膜厚は厚くなる。特に、被研磨物の外周を保持するリテーナリングを備えた保持具を使用し、このリテーナリングの研磨面との接地面側に溝がある場合は、被研磨物の液体供給量が多くなるので、被研磨物が研磨面上にある場合とない場合での液膜の膜厚の差が大きくなる。このため、この液膜の膜厚の変化を、レーザ式、超音波式、接触式、静電容量式などの液膜の膜厚を測定できるセンサを用いて検知することで、保持具上昇のトリガーとして利用することができる。
【００３２】
被研磨物を研磨面から引き離そうとした際に前記保持具が下方に引き寄せられる力の変化から、被研磨物が前記研磨面から離れて前記保持具に吸着されたか否かを判断してもよい。前記保持具が下方に引き寄せられる力は、例えば昇降軸駆動モータのモータ電流値の変化で検出される。
【００３３】
被研磨物と前記研磨面の距離を検知して、被研磨物が前記研磨面から離れて前記保持具で吸着されたか否かを判断してもよい。被研磨物と前記研磨面の距離は、例えば渦電流センサで検知される。
【００３４】
被研磨物が保持具に吸着され始めると、保持具の吸着部に対応する被研磨物の部分が持ち上がり、残りの部分は研磨面と被研磨物との間に生じる吸着力により下側に（すなわち、保持具とは逆方向に）引っ張られる。つまり、研磨面側に渦電流センサを固定すると、渦流センサから見れば、保持具の吸着部に対応する被研磨物の部分は被研磨物の吸引に伴って離れていくから、渦電流センサと当該部分を囲む電磁場は弱くなり、信号値は減少していくことになる。一方、研磨面と被研磨物の間に働く吸着力（下側に引っ張る力）が強く働く被研磨物のエッジ部分は研磨面からほとんど離れないため、信号値は他の部分に比べて減少しない。この信号値の差を利用することで、被研磨物の研磨面に対する上下方向位置を被研磨物全域にわたって把握することが可能となる。これによって、保持具上昇のトリガーとすることができ、しかも、被研磨物の変形も把握できるので、被研磨物の変形量から保持具上昇の判断のみならず、被研磨物に掛かる負荷が大きいと思われる変形量が発生した場合に被研磨物の吸着を止めることで、被研磨物の破損を防ぐことができる。
【００３５】
前記保持具の高さを段階的に変化させながら、被研磨物を保持具と共に上昇させることが好ましい。前記保持具を被研磨物と共に上昇させる力を段階的に変化させるようにしてもよい。
【００３６】
被研磨物の取りこぼしを防ぐ為、リフトオフ動作時の保持具上昇動作開始前における保持具と被研磨物との間の圧力は、一般に−８０±１０ｋＰａ程度の高真空である必要がある。このため、被研磨物と研磨面との吸着状態を保ったまま、保持具の上昇を開始すると、被研磨物を研磨面から引き剥がす力が生じ、保持具の上昇速度が速いと保持具が被研磨物を吸着する力が破壊され、被研磨物の取りこぼしが生じる場合がある。そこで、被研磨物の上昇を段階的に行ったり、上昇スピードを低下させたりすることで、被研磨物の安定したリフトオフが可能となる。また、保持具の上昇力が保持具の被研磨物吸着を破壊しない範囲で保持具を上昇させることにより、被研磨物の確実なリフトオフが可能となる。例えば、保持具が被研磨物を吸着する吸着力よりも小さい状態を保ちながら保持具を上昇させることにより、被研磨物の確実なリフトオフが可能となる。
【００３７】
本発明の他の参考例は、研磨面と、被研磨物を着脱自在に保持して前記研磨面に押圧する上下動自在な保持具と、前記研磨面に液体を供給する液体供給部と、前記研磨面と前記保持具とを相対移動させる移動機構と、前記液体供給部から前記研磨面に供給される液体の量を制御する制御部を有し、前記制御部は、液体の存在下、前記研磨面に接触して処理が行われていた被研磨物を前記保持具で吸着して該研磨面から引き離す際に、前記研磨面に供給する液体の流量を減少させるか、前記研磨面に間欠的に液体を供給するか、または前記研磨面に発泡性の液体を供給するように前記液体供給部を制御する研磨装置である。
【００３８】
本発明の他の参考例は、研磨面と、被研磨物を着脱自在に保持して前記研磨面に押圧する上下動自在な保持具と、前記研磨面に液体を供給する液体供給部と、前記研磨面と前記保持具とを相対運動させる移動機構と、前記移動機構を制御する制御部を有し、前記制御部は、液体の存在下、前記研磨面に接触して処理が行われていた被研磨物を前記保持具で吸着して該研磨面から引き離す際に、前記研磨面と前記保持具との相対速度が遅くなるように前記移動機構を制御する研磨装置である。
【００３９】
本発明の更に他の研磨装置は、研磨面と、被研磨物を着脱自在に保持して前記研磨面に押圧する上下動自在な保持具と、前記研磨面に液体を供給する液体供給部と、前記研磨面と前記保持具とを相対移動させる移動機構と、前記研磨面を覆う液膜の膜厚を検知して、液体の存在下、前記研磨面に接触して処理が行われていた被研磨物が該研磨面から離れたか否かを判断する液膜厚検知センサを有する。
【００４０】
本発明の更に他の参考例は、研磨面と、被研磨物を着脱自在に保持して前記研磨面に押圧する上下動自在な保持具と、前記研磨面に液体を供給する液体供給部と、前記研磨面と前記保持具とを相対移動させる移動機構と、被研磨物と前記研磨面との距離を検知して、液体の存在下、前記研磨面に接触して処理が行われていた被研磨物が該研磨面から離れたか否かを判断する測距離センサを有する研磨装置である。
前記測距離センサは、例えば渦電流式センサである。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、オーバーハングを行うことなく、半導体ウェハ等の研磨対象物と研磨面との間に生じる負圧を減少させ、研磨対象物を研磨面から安全に引き離して、研磨対象物の研磨面からのリフトオフを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。以下の例では、被研磨物としての半導体ウェハを、保持具としてのトップリングで保持しつつ、研磨パッド表面の研磨面に半導体ウェハ（被研磨物）の表面（被研磨面）を摺接させて研磨するようにした例を示す。
【００４３】
図３は、本発明の実施形態の研磨装置を有する研磨システムの全体構成を示す平面図で、図４は、図３に示す研磨システムの概要を示す斜視図である。図３に示すように、研磨システムは、略矩形状のハウジング１を備えており、ハウジング１の内部は、隔壁１ａ，１ｂ，１ｃによってロード／アンロード部２と研磨部３（３ａ，３ｂ）と洗浄部４とに区画されている。これらのロード／アンロード部２、研磨部３ａ，３ｂ、及び洗浄部４は、それぞれ独立に組み立てられ、独立に排気される。
【００４４】
ロード／アンロード部２は、多数の被研磨物としての半導体ウェハをストックするウェハカセットを載置する２つ以上（この例では３つ）のフロントロード部２０を備えている。これらのフロントロード部２０は、研磨システムの幅方向（長手方向と垂直な方向）に隣接して配列されている。フロントロード部２０には、オープンカセット、ＳＭＩＦ（Standard Manufacturing Interface）ポッド、またはＦＯＵＰ（Front Opening Unified
Pod）を搭載することができる。ここで、ＳＭＩＦ、ＦＯＵＰは、内部にウェハカセットを収納し、隔壁で覆うことにより、外部空間とは独立した環境を保つことができる密閉容器である。
【００４５】
ロード／アンロード部２には、フロントロード部２０の並びに沿って走行機構２１が敷設されており、この走行機構２１上にウェハカセットの配列方向に沿って移動可能な第１搬送機構としての第１搬送ロボット２２が設置されている。第１搬送ロボット２２は、走行機構２１上を移動することによって、フロントロード部２０に搭載されたウェハカセットの半導体ウェハにアクセスできるようになっている。この第１搬送ロボット２２は、上下に２つのハンドを備えており、例えば、上側のハンドをウェハカセットに半導体ウェハを戻すときに使用し、下側のハンドを研磨前の半導体ウェハを搬送するときに使用して、上下のハンドを使い分けることができるようになっている。
【００４６】
ロード／アンロード部２は、最もクリーンな状態を保つ必要がある領域であるため、ロード／アンロード部２の内部は、装置外部、研磨部３、及び洗浄部４のいずれよりも高い圧力に常時維持されている。また、第１搬送ロボット２２の走行機構２１の上部には、ＨＥＰＡフィルタやＵＬＰＡフィルタなどのクリーンエアフィルタを有するフィルタファンユニット（図示せず）が設けられており、このフィルタファンユニットにより、パーティクルや有毒蒸気、ガスが除去されたクリーンエアが常時下方に向かって噴出される。
【００４７】
研磨部３は、半導体ウェハの研磨が行われる領域であり、第１研磨装置３０Ａと第２研磨装置３０Ｂとを内部に有する第１研磨部３ａと、第３研磨装置３０Ｃと第４研磨装置３０Ｄとを内部に有する第２研磨部３ｂとを備えている。これらの第１研磨装置３０Ａ、第２研磨装置３０Ｂ、第３研磨装置３０Ｃ、及び第４研磨装置３０Ｄは、研磨システムの長手方向に沿って配列されている。
【００４８】
図３に示すように、第１研磨装置３０Ａは、研磨面１０５Ａを有するターンテーブル１００Ａと、半導体ウェハを保持しかつ半導体ウェハをターンテーブル１００Ａの研磨面１０５Ａに対して押圧しながら研磨するための保持具としてのトップリング１０１Ａと、ターンテーブル１００Ａの研磨面１０５Ａにスラリやドレッシング液（例えば、水）等の液体を供給する液体供給部としての液体供給ノズル１０２Ａと、ターンテーブル１００Ａの研磨面１０５Ａのドレッシングを行うためのドレッサ１０３Ａと、液体（例えば純水）と気体（例えば窒素）の混合流体を霧状にして、１または複数のノズルから研磨面１０５Ａに噴射するアトマイザ１０４Ａを備えている。また、同様に、第２研磨装置３０Ｂは、研磨面１０５Ｂを有するターンテーブル１００Ｂと、トップリング１０１Ｂと、液体供給ノズル１０２Ｂと、ドレッサ１０３Ｂと、アトマイザ１０４Ｂを備えている。第３研磨装置３０Ｃは、研磨面１０５Ｃを有するターンテーブル１００Ｃと、トップリング１０１Ｃと、液体供給ノズル１０２Ｃと、ドレッサ１０３Ｃと、アトマイザ１０４Ｃを備えており、第４研磨装置３０Ｄは、研磨面１０５Ｄを有するターンテーブル１００Ｄと、トップリング１０１Ｄと、液体供給ノズル１０２Ｄと、ドレッサ１０３Ｄと、アトマイザ１０４Ｄを備えている。
【００４９】
第１研磨部３ａの第１研磨装置３０Ａ及び第２研磨装置３０Ｂと洗浄部４との間には、長手方向に沿った４つの搬送位置（ロード／アンロード部２側から順番に第１搬送位置ＴＰ１、第２搬送位置ＴＰ２、第３搬送位置ＴＰ３、第４搬送位置ＴＰ４とする）の間で半導体ウェハを搬送する第２（直動）搬送機構としての第１リニアトランスポータ５が配置されている。この第１リニアトランスポータ５の第１搬送位置ＴＰ１の上方には、ロード／アンロード部２の第１搬送ロボット２２から受け取った半導体ウェハを反転する反転機３１が配置されており、その下方には上下に昇降可能なリフタ３２が配置されている。また、第２搬送位置ＴＰ２の下方には上下に昇降可能なプッシャ３３が、第３搬送位置ＴＰ３の下方には上下に昇降可能なプッシャ３４が、第４搬送位置ＴＰ４の下方には上下に昇降可能なリフタ３５がそれぞれ配置されている。
【００５０】
また、第２研磨部３ｂには、第１リニアトランスポータ５に隣接して、長手方向に沿った３つの搬送位置（ロード／アンロード部２側から順番に第５搬送位置ＴＰ５、第６搬送位置ＴＰ６、第７搬送位置ＴＰ７とする）の間で半導体ウェハを搬送する第２（直動）搬送機構としての第２リニアトランスポータ６が配置されている。この第２リニアトランスポータ６の第５搬送位置ＴＰ５の下方には上下に昇降可能なリフタ３６が、第６搬送位置ＴＰ６の下方にはプッシャ３７が、第７搬送位置ＴＰ７の下方にはプッシャ３８がそれぞれ配置されている。
【００５１】
研磨時にスラリを使用することを考えるとわかるように、研磨部３は最もダーティな（汚れた）領域である。したがって、この例では、研磨部３内のパーティクルが外部に飛散しないように、各ターンテーブルの周囲から排気が行われており、研磨部３の内部の圧力を、装置外部、周囲の洗浄部４、ロード／アンロード部２よりも負圧にすることでパーティクルの飛散を防止している。また、通常、ターンテーブルの下方には排気ダクト（図示せず）が、上方にはフィルタ（図示せず）がそれぞれ設けられ、これらの排気ダクト及びフィルタを介して清浄化された空気が噴出され、ダウンフローが形成される。
【００５２】
洗浄部４は、研磨後の半導体ウェハを洗浄する領域であり、第２搬送ロボット４０と、第２搬送ロボット４０から受け取った半導体ウェハを反転する反転機４１と、研磨後の半導体ウェハを洗浄する４つの洗浄機４２〜４５と、反転機４１及び洗浄機４２〜４５の間で半導体ウェハを搬送する第３搬送機構としての搬送ユニット４６を備えている。これらの第２搬送ロボット４０、反転機４１、及び洗浄機４２〜４５は、研磨システムの長手方向に沿って直列に配置されている。また、これらの洗浄機４２〜４５の上部には、クリーンエアフィルタを有するフィルタファンユニット（図示せず）が設けられており、このフィルタファンユニットによりパーティクルが除去されたクリーンエアが常時下方に向かって噴出される。また、洗浄部４の内部は、研磨部３からのパーティクルの流入を防止するために研磨部３よりも高い圧力に常時維持されている。
【００５３】
第１研磨部３ａの第１リニアトランスポータ５は、図４に示すように、直線往復移動可能な４つの搬送ステージＴＳ１（第１ステージ），ＴＳ２（第２ステージ），ＴＳ３（第３ステージ），ＴＳ４（第４ステージ）を備えており、これらのステージは上下に２段の構成となっている。すなわち、下段には第１搬送ステージＴＳ１、第２搬送ステージＴＳ２、第３搬送ステージＴＳ３が配置され、上段には第４搬送ステージＴＳ４が配置されている。
【００５４】
下段の搬送ステージＴＳ１，ＴＳ２，ＴＳ３と上段の搬送ステージＴＳ４とは、設置される高さが異なっているため、下段の搬送ステージＴＳ１，ＴＳ２，ＴＳ３と上段の搬送ステージＴＳ４とは互いに干渉することなく自由に移動可能となっている。第１搬送ステージＴＳ１は、反転機３１とリフタ３２とが配置された第１搬送位置ＴＰ１とプッシャ３３が配置された（ウェハの受け渡し位置である）第２搬送位置ＴＰ２との間で半導体ウェハを搬送し、第２搬送ステージＴＳ２は、第２搬送位置ＴＰ２とプッシャ３４が配置された（ウェハの受け渡し位置である）第３搬送位置ＴＰ３との間で半導体ウェハを搬送し、第３搬送ステージＴＳ３は、第３搬送位置ＴＰ３とリフタ３５が配置された第４搬送位置ＴＰ４との間で半導体ウェハを搬送する。また、第４搬送ステージＴＳ４は、第１搬送位置ＴＰ１と第４搬送位置ＴＰ４との間で半導体ウェハを搬送する。
【００５５】
第１リニアトランスポータ５は、上段の第４搬送ステージＴＳ４を直線往復移動させるエアシリンダ（図示せず）を備えており、このエアシリンダにより第４搬送ステージＴＳ４は上記下段の搬送ステージＴＳ１，ＴＳ２，ＴＳ３と同時に移動するように制御される。
【００５６】
図４に示すように、第２リニアトランスポータ６は、直線往復移動可能な３つの搬送ステージＴＳ５（第５ステージ），ＴＳ６（第６ステージ），ＴＳ７（第７ステージ）を備えており、これらのステージは上下に２段の構成となっている。すなわち、上段には第５搬送ステージＴＳ５、第６搬送ステージＴＳ６が配置され、下段には第７搬送ステージＴＳ７が配置されている。
【００５７】
上段の搬送ステージＴＳ５，ＴＳ６と下段の搬送ステージＴＳ７とは、設置される高さが異なっているため、上段の搬送ステージＴＳ５，ＴＳ６と下段の搬送ステージＴＳ７とは互いに干渉することなく自由に移動可能となっている。第５搬送ステージＴＳ５は、リフタ３６が配置された第５搬送位置ＴＰ５とプッシャ３７が配置された（ウェハの受け渡し位置である）第６搬送位置ＴＰ６との間で半導体ウェハを搬送し、第６搬送ステージＴＳ６は、第６搬送位置ＴＰ６とプッシャ３８が配置された（ウェハの受け渡し位置である）第７搬送位置ＴＰ７との間で半導体ウェハを搬送し、第７搬送ステージＴＳ７は、第５搬送位置ＴＰ５と第７搬送位置ＴＰ７との間で半導体ウェハを搬送する。
【００５８】
第１研磨部３ａの反転機３１は、ロード／アンロード部２の第１搬送ロボット２２のハンドが到達可能な位置に配置され、研磨前の半導体ウェハを第１搬送ロボット２２から受け取り、この半導体ウェハの上下を反転してリフタ３２に渡すものである。また、洗浄部４の反転機４１は、第２搬送ロボット４０のハンドが到達可能な位置に配置され、研磨後の半導体ウェハを第２搬送ロボット４０から受け取り、この半導体ウェハの上下を反転して搬送ユニット４６に渡すものである。
【００５９】
図３に示すように、反転機３１と第１搬送ロボット２２との間にはシャッタ１０が設置されており、半導体ウェハの搬送時にはシャッタ１０を開いて第１搬送ロボット２２と反転機３１との間で半導体ウェハの受け渡しが行われる。また、反転機４１と第２搬送ロボット４０との間、反転機４１と１次洗浄機４２との間、第１研磨部３ａと第２搬送ロボットとの間、及び第２研磨部３ｂと第２搬送ロボット４０との間にもそれぞれシャッタ１１，１２，１３，１４が設置されており、半導体ウェハの搬送時にはこれらのシャッタ１１，１２，１３，１４を開いて反転機４１と第１搬送ロボット４０または１次洗浄機４２との間で半導体ウェハの受け渡しが行われる。半導体ウェハの受け渡しがないときには、これらのシャッタ１０，１１，１２，１３，１４は閉まっている。
【００６０】
１次洗浄機４２及び２次洗浄機４３としては、例えば、上下に配置されたロール状のスポンジを回転させて半導体ウェハの表面及び裏面に押し付けて半導体ウェハの表面及び裏面を洗浄するロールタイプの洗浄機を用いることができる。また、３次洗浄機４４としては、例えば、半球状のスポンジを回転させながら半導体ウェハに押し付けて洗浄するペンシルタイプの洗浄機を用いることができる。４次洗浄機４５としては、例えば、半導体ウェハの裏面はリンス洗浄することができ、半導体ウェハ表面の洗浄は半球状のスポンジを回転させながら押し付けて洗浄するペンシルタイプの洗浄機を用いることができる。この４次洗浄機４５は、チャックした半導体ウェハを高速回転させるステージを備えており、半導体ウェハを高速回転させることで洗浄後の半導体ウェハを乾燥させる機能（スピンドライ機能）を有している。なお、各洗浄機４２〜４５において、上述したロールタイプの洗浄機やペンシルタイプの洗浄機に加えて、洗浄液に超音波を当てて洗浄するメガソニックタイプの洗浄機を付加的に設けてもよい。
【００６１】
洗浄部４の搬送ユニット４６は、反転機４１から１次洗浄機４２に、１次洗浄機４２から２次洗浄機４３に、２次洗浄機４３から３次洗浄機４４に、３次洗浄機４４から４次洗浄機４５にそれぞれ半導体ウェハを同時に搬送することができるように構成されている。このように、洗浄機の外部に半導体ウェハを取り出さなくても、洗浄機の内部において次の洗浄機に半導体ウェハを搬送することで、半導体ウェハ搬送のためのストロークを最小限に抑え、半導体ウェハの搬送時間を短くすることができる。
【００６２】
次に、研磨部３の研磨装置３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄについて説明する。なお、研磨装置３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄは同一構造であるため、以下では第１研磨装置３０Ａについてのみ説明する。
【００６３】
図５は、研磨装置３０Ａの全体構成を示す模式図、図６は、研磨装置３０Ａの要部概要を示す斜視図である。図５に示すように、研磨装置３０Ａは、ターンテーブル１００Ａと、半導体ウェハＷを保持してターンテーブル１００Ａ上の研磨面１０５Ａに押圧するトップリング１０１Ａとを備えている。
【００６４】
ターンテーブル１００Ａは、テーブル軸１０６を介してその下方に配置されるモータ（図示せず）に連結されており、そのテーブル軸１０６周りに回転可能になっている。ターンテーブル１００Ａの上面には研磨パッド２２２が貼付されており、研磨パッド２２２の表面が半導体ウェハＷを研磨する研磨面１０５Ａを構成している。ターンテーブル１００Ａの上方には液体供給ノズル１０２Ａが設置されており、この液体供給ノズル１０２Ａによって、ターンテーブル１００Ａ上の研磨パッド２２２上に研磨液等の液体Ｑが供給される。
【００６５】
トップリング１０１Ａは、トップリングシャフト１１１に接続されており、このトップリングシャフト１１１は、上下動機構１２４によりトップリングヘッド１１０に対して上下動するようになっている。このトップリングシャフト１１１の上下動により、トップリングヘッド１１０に対してトップリング１０１Ａの全体を昇降させ位置決めするようになっている。なお、トップリングシャフト１１１の上端には、ロータリージョイント１２５が取り付けられている。
【００６６】
トップリングシャフト１１１及びトップリング１０１Ａを上下動させる上下動機構１２４は、軸受１２６を介してトップリングシャフト１１１を回転可能に支持するブリッジ１２８と、ブリッジ１２８に取り付けられたボールねじ１３２と、支柱１３０により支持された支持台１２９と、支持台１２９上に設けられたＡＣサーボモータ１３８とを備えている。サーボモータ１３８を支持する支持台１２９は、支柱１３０を介してトップリングヘッド１１０に固定されている。
【００６７】
ボールねじ１３２は、サーボモータ１３８に連結されたねじ軸１３２ａと、このねじ軸１３２ａが螺合するナット１３２ｂとを備えている。トップリングシャフト１１１は、ブリッジ１２８と一体となって上下動するようになっている。したがって、サーボモータ１３８を駆動すると、ボールねじ１３２を介してブリッジ１２８が上下動し、これによりトップリングシャフト１１１及びトップリング１０１Ａが上下動する。
【００６８】
また、トップリングシャフト１１１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。したがって、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及びトップリングシャフト１１１が一体に回転し、トップリング１０１Ａ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）に回転可能に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。
【００６９】
図５に示すように構成された研磨装置３０Ａにおいて、トップリング１０１Ａは、その下面に半導体ウェハＷを保持できるようになっている。トップリングヘッド１１０は、トップリングシャフト１１１を中心として旋回可能に構成されており、下面に半導体ウェハＷを保持したトップリング１０１Ａは、トップリングヘッド１１０の旋回により半導体ウェハＷの受取位置からターンテーブル１００Ａの上方に移動される。そして、トップリング１０１Ａを下降させて半導体ウェハＷを研磨パッド２２２の表面の研磨面１０５Ａに押圧する。このとき、トップリング１０１Ａ及びターンテーブル１００Ａをそれぞれ回転させ、ターンテーブル１００Ａの上方に設けられた液体供給ノズル１０２Ａから研磨パッド２２２上に液体（研磨液）Ｑを供給する。このように、半導体ウェハＷを研磨パッド２２２の研磨面１０５Ａに摺接させて半導体ウェハＷの表面を研磨する。
【００７０】
上下動機構１２４のサーボモータ１３８は、トップリング１０１Ａの高さ方向の位置決めを行う必要があるので、回転角度を制御できるステッピングモータやＡＣサーボモータであることが望ましい。また、サーボモータ１３８とボールねじ１３２の代わりにシリンダを用いてもよい。
【００７１】
図５及び図６に示すように、研磨装置３０Ａには、トップリング１０１Ａの側方に位置して、液体供給ノズル１０２Ａから研磨面１０５Ａに供給されて膜状に保持される液体（液膜）Ｑの膜厚をトップリング１０１Ａの下流側で計測する液膜厚検知センサ２４６が配置されている。この液膜厚検知センサ２４６で研磨面１０５Ａを覆う液体（液膜）Ｑのトップリング１０１Ａの下流側における膜厚の変化を検知して、下記のように、半導体ウェハＷのリフトオフ動作時に半導体ウェハＷが研磨面１０５Ａから離れたてトップリング１０１Ａに吸着されたか否かを判断するようにしている。この液膜厚検知センサ２４６としては、レーザ式、超音波式、接触式、静電容量式などの液膜の膜厚を測定できる任意のセンサを用いることができる。
【００７２】
液膜厚検知センサ２４６の出力は制御部２４７に入力され、この制御部２４７からの出力により、上下動機構１２４のサーボモータ１３８が制御される。制御部２４７は、液体供給ノズル１０２Ａから研磨面１０５Ａに供給される液体Ｑの量、ターンテーブル１００Ａ及びトップリング１０１Ａの回転速度、下記のトップリング１０１Ａの内部に供給される液体の圧力等、研磨装置３０Ａ内の各機器を制御する。
【００７３】
図７乃至図１１は、トップリング１０１Ａを示す図であり、複数の半径方向に沿って切断した断面図である。
図７から図１１に示すように、トップリング１０１Ａは、半導体ウェハＷを研磨面１０５Ａに対して押圧するトップリング本体２０２と、研磨面１０５Ａを直接押圧するリテーナリング２０３とから基本的に構成されている。トップリング本体２０２は、円盤状の上部材３００と、上部材３００の下面に取り付けられた中間部材３０４と、中間部材３０４の下面に取り付けられた下部材３０６とを備えている。リテーナリング２０３は、トップリング本体２０２の上部材３００の外周部に取り付けられている。上部材３００は、図８に示すように、ボルト３０８によりトップリングシャフト１１１に連結されている。また、中間部材３０４は、ボルト３０９を介して上部材３００に固定されており、下部材３０６はボルト３１０を介して上部材３００に固定されている。上部材３００、中間部材３０４、及び下部材３０６から構成されるトップリング本体２０２は、エンジニアリングプラスティック（例えば、ＰＥＥＫ）などの樹脂により形成されている。
【００７４】
図７に示すように、下部材３０６の下面には、半導体ウェハの裏面に当接する弾性膜３１４が取り付けられている。この弾性膜３１４は、外周側に配置された環状のエッジホルダ３１６と、エッジホルダ３１６の内方に配置された環状のリプルホルダ３１８，３１９とによって下部材３０６の下面に取り付けられている。弾性膜３１４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。
【００７５】
エッジホルダ３１６はリプルホルダ３１８により保持され、リプルホルダ３１８は複数のストッパ３２０により下部材３０６の下面に取り付けられている。リプルホルダ３１９は、図８に示すように、複数のストッパ３２２により下部材３０６の下面に取り付けられている。ストッパ３２０及びストッパ３２２はトップリング１０１Ａの円周方向に均等に設けられている。
【００７６】
図７に示すように、弾性膜３１４の中央部にはセンタ室３６０が形成されている。リプルホルダ３１９には、このセンタ室３６０に連通する流路３２４が形成されており、下部材３０６には、この流路３２４に連通する流路３２５が形成されている。リプルホルダ３１９の流路３２４及び下部材３０６の流路３２５は、図示しない流体供給源に接続されており、加圧された流体が流路３２５及び流路３２４を通ってセンタ室３６０に供給されるようになっている。
【００７７】
リプルホルダ３１８は、弾性膜３１４のリプル３１４ｂ及びエッジ３１４ｃをそれぞれ爪部３１８ｂ，３１８ｃで下部材３０６の下面に押さえつけるようになっており、リプルホルダ３１９は、弾性膜３１４のリプル３１４ａを爪部３１９ａで下部材３０６の下面に押さえつけるようになっている。
【００７８】
図９に示すように、弾性膜３１４のリプル３１４ａとリプル３１４ｂとの間には環状のリプル室３６１が形成されている。弾性膜３１４のリプルホルダ３１８とリプルホルダ３１９との間には隙間３１４ｆが形成されており、下部材３０６にはこの隙間３１４ｆに連通する流路３４２が形成されている。また、図７に示すように、中間部材３０４には、下部材３０６の流路３４２に連通する流路３４４が形成されている。下部材３０６の流路３４２と中間部材３０４の流路３４４との接続部分には、環状溝３４７が形成されている。この下部材３０６の流路３４２は、環状溝３４７及び中間部材３０４の流路３４４を介して図示しない流体供給源に接続されており、加圧された流体がこれらの流路を通ってリプル室３６１に供給されるようになっている。また、この流路３４２は、図示しない真空ポンプにも切替可能に接続されており、真空ポンプの作動により弾性膜３１４の下面に半導体ウェハを吸着できるようになっている。
【００７９】
図１０に示すように、リプルホルダ３１８には、弾性膜３１４のリプル３１４ｂ及びエッジ３１４ｃによって形成される環状のアウター室３６２に連通する流路３２６が形成されている。また、下部材３０６には、リプルホルダ３１８の流路３２６にコネクタ３２７を介して連通する流路３２８が、中間部材３０４には、下部材３０６の流路３２８に連通する流路３２９がそれぞれ形成されている。このリプルホルダ３１８の流路３２６は、下部材３０６の流路３２８及び中間部材３０４の流路３２９を介して図示しない流体供給源に接続されており、加圧された流体がこれらの流路を通ってアウター室３６２に供給されるようになっている。
【００８０】
図１１に示すように、エッジホルダ３１６は、弾性膜３１４のエッジ３１４ｄを押さえて下部材３０６の下面に保持するようになっている。このエッジホルダ３１６には、弾性膜３１４のエッジ３１４ｃ及びエッジ３１４ｄによって形成される環状のエッジ室３６３に連通する流路３３４が形成されている。また、下部材３０６には、エッジホルダ３１６の流路３３４に連通する流路３３６が、中間部材３０４には、下部材３０６の流路３３６に連通する流路３３８がそれぞれ形成されている。このエッジホルダ３１６の流路３３４は、下部材３０６の流路３３６及び中間部材３０４の流路３３８を介して図示しない流体供給源に接続されており、加圧された流体がこれらの流路を通ってエッジ室３６３に供給されるようになっている。
【００８１】
このように、このトップリング１０１Ａにおいては、弾性膜３１４と下部材３０６との間に形成される圧力室、すなわち、センタ室３６０、リプル室３６１、アウター室３６２、及びエッジ室３６３に供給する流体の圧力を調整することにより、半導体ウェハを研磨パッド２２２に押圧する押圧力を半導体ウェハの部分ごとに調整できるようになっている。
【００８２】
図１２は、リテーナリング２０３の一部拡大図である。リテーナリング２０３は、半導体ウェハの外周縁を保持するものであり、上部が閉塞された円筒状のシリンダ４００と、シリンダ４００の上部に取り付けられた保持部材４０２と、保持部材４０２によりシリンダ４００内に保持される弾性膜４０４と、弾性膜４０４の下端部に接続されたピストン４０６と、ピストン４０６により下方に押圧されるリング部材４０８とを備えている。
【００８３】
リング部材４０８は、ピストン４０６に連結される上リング部材４０８ａと、研磨面１０１に接触する下リング部材４０８ｂとから構成されており、上リング部材４０８ａと下リング部材４０８ｂとは、複数のボルト４０９によって結合されている。上リング部材４０８ａはＳＵＳなどの金属材料やセラミックス等の材料からなり、下リング部材４０８ｂはＰＥＥＫやＰＰＳ等の樹脂材料からなる。
【００８４】
保持部材４０２には、弾性膜４０４によって形成される室４１３に連通する流路４１２が形成されている。また、上部材３００には、保持部材４０２の流路４１２に連通する流路４１４が形成されている。この保持部材４０２の流路４１２は、上部材３００の流路４１４を介して図示しない流体供給源に接続されており、加圧された流体がこれらの流路を通って室４１３に供給されるようになっている。したがって、室４１３に供給する流体の圧力を調整することにより、弾性膜４０４を伸縮させてピストン４０６を上下動させ、リテーナリング２０３のリング部材４０８を所望の圧力で研磨パッド２２２に押圧することができる。
【００８５】
図示した例では、弾性膜４０４としてローリングダイヤフラムを用いている。ローリングダイヤフラムは、屈曲した部分をもつ弾性膜からなるもので、ローリングダイヤフラムで仕切る室の内部圧力の変化等により、その屈曲部が転動することにより室の空間を広げることができるものである。室が広がる際にダイヤフラムが外側の部材と摺動せず、ほとんど伸縮しないため、摺動摩擦が極めて少なくてすみ、ダイヤフラムを長寿命化することができ、また、リテーナリング２０３が研磨パッド２２２に与える押圧力を精度よく調整することができるという利点がある。
【００８６】
このような構成により、リテーナリング２０３のリング部材４０８だけを下降させることができる。したがって、リテーナリング２０３のリング部材４０８が摩耗しても、下部材３０６と研磨パッド２２２との距離を一定に維持することが可能となる。また、研磨パッド２２２に接触するリング部材４０８とシリンダ４００とは変形自在な弾性膜４０４で接続されているため、荷重点のオフセットによる曲げモーメントが発生しない。このため、リテーナリング２０３による面圧を均一にすることができ、研磨パッド２２２に対する追従性も向上する。
【００８７】
また、図１２に示すように、リテーナリング２０３は、リング部材４０８の上下動を案内するためのリング状のリテーナリングガイド４１０を備えている。リング状のリテーナリングガイド４１０は、リング部材４０８の上部側全周を囲むようにリング部材４０８の外周側に位置する外周側部４１０ａと、リング部材４０８の内周側に位置する内周側部４１０ｂと、外周側部４１０ａと内周側部４１０ｂとを接続している中間部４１０ｃとから構成されている。リテーナリングガイド４１０の内周側部４１０ｂは、ボルト４１１により、下部材３０６に固定されている。外周側部４１０ａと内周側部４１０ｂとを接続する中間部４１０ｃには、円周方向に所定間隔毎に複数の開口４１０ｈが形成されている。
【００８８】
次に、このような構成の研磨装置３０Ａを用いて、被研磨物としての半導体ウェハを研磨する処理する場合について説明する。
先ず、トップリング１０１Ａは、プッシャ３３に搬送された半導体ウェハを真空吸着し、半導体ウェハをトップリング１０１Ａのリテーナリング２０３内に保持する。その後、トップリング１０１Ａは、プッシャ３３の上方からターンテーブル１００Ａ上の研磨面１０５Ａの上方へ揺動する。トップリング１０１Ａがターンテーブル１００Ａの上方の研磨可能な位置に揺動してきたら、トップリング１０１Ａを所望の回転速度で回転させながら、上下動機構１２４によりトップリング１０１Ａを下降させ、ターンテーブル１００Ａの研磨面１０５Ａの上面まで下降させる。この時、ターンテーブル１００Ａは、所定の回転速度で回転している。
【００８９】
トップリング１０１Ａの下降点は、この例のように、上下動機構１２４として、サーボモータ１３８とボールねじ１３２を使用した場合はモータの制御パルス数で所定の高さに管理される。上下動機構としてシリンダを使用した場合におけるトップリングの下降点は、シリンダのストロークエンドかトップリングが研磨パッドに接触して止まったところになる。これらはリテーナリング２０３のリング部材４０８を研磨パッド２２２に接触させる必要性から、使用するトップリング１０１Ａのリテーナリング２０３のリング部材４０８が弾性膜４０４で形成される室４１３によって加圧される場合は、研磨パッド２２２に対して所定の隙間をもって高さ管理されることが好ましい。
【００９０】
なお、リング部材４０８がトップリング１０１Ａの上部材３００に直接固定されている（図示せず）場合は、トップリング１０１Ａが研磨パッド２２２に接触した位置でトップリング１０１Ａを止めることが好ましい。
【００９１】
次に、液体供給ノズル１０２Ａから、所定流量のスラリ（液体Ｑ）を研磨面１０５Ａに供給しながら、トップリング１０１Ａのセンタ室３６０、リプル室３６１、アウター室３６２、及びエッジ室３６３に所定圧力に加圧した流体を供給し、これによって、トップリング１０１Ａで保持した半導体ウェハをターンテーブル１００Ａの研磨面１０５Ａに所定の圧力に制御しながら押圧し、スラリの存在下で、半導体ウェハの表面（被研磨面）を研磨面１０５Ａに摺接させて半導体ウェハの表面を研磨する。このとき、物理的接触を回避し、弾性膜３１４の内部の圧力によって半導体ウェハＷを加圧できるよう、下部材３０６と弾性膜３１４の間には、０．１〜３ｍｍ程度の隙間がある。これは弾性膜３１４の上部に加圧流体を全域に存在させるようにするためである。
【００９２】
その後、所望の研磨プロセスが終了する（研磨プロセスの終了は時間や膜厚によって管理される）と、半導体ウェハのリフトオフ動作に移る。この半導体ウェハのリフトオフ動作を図１３乃至図１５を参照して説明する。
【００９３】
図１３は、研磨終了直後の状態を示す。つまり、この研磨終了時においては、ターンテーブル１００Ａ及びトップリング１０１Ａを共に回転させたまま、トップリング１０１Ａのセンタ室３６０、リプル室３６１、アウター室３６２、及びエッジ室３６３の押圧を解くのであるが、半導体ウェハＷは、研磨パッド２２２の研磨面１０５Ａに接触している。この状態で、図１４に示すように、オーバーハングを行うことなく、つまり、半導体ウェハをその表面の１／３程度がターンテーブル１００Ａからはみ出すところまで移動させることなく、トップリング１０１Ａのリプル室３６１を真空吸引し、半導体ウェハＷを研磨面１０５Ａから引き離して、トップリング１０１Ａの下面、つまり弾性膜３１４の表面に吸着させる。
【００９４】
半導体ウェハを吸着した場合に半導体ウェハに作用するストレスは、吸着による変形量が小さい為問題にならない場合が多いが、その後のトップリング１０１Ａを上昇させる力は、動作を確実に行う為に吸着力よりも大きい。半導体ウェハＷが研磨面１０５から離れていない状態では、研磨面１０５Ａとトップリング１０１Ａの間で半導体ウェハＷを引き合うことになる。
【００９５】
トップリング１０１Ａが上昇前に半導体ウェハを吸着する力は、研磨パッドと半導体ウェハとの間に生じる吸着力よりも大きくなければならない。このため、トップリングの半導体ウェハに対する吸着圧は、一般に−８０ｋＰａ程度に設定される。一方、リフトオフ以外の搬送時は、−８０ｋＰａでは吸着力が強すぎ、半導体ウェハを吸着力によって変形させ、半導体ウェハ上に構成された回路を破壊するほどのストレスを与えてしまうことがある。このため、リフトオフ時とそれ以外の搬送でのトップリングの半導体ウェハに対する吸着圧を分けることが望ましい。例えば、リフトオフ時におけるトップリングの半導体ウェハに対する吸着圧は−８０ｋＰａ程度、それ以外は−３０ｋＰａ程度で行うのがよい。
【００９６】
更に、研磨パッドから半導体ウェハを吸着によって引き離す際も、トップリングの半導体ウェハに対する吸着力は低い方が良いので，半導体ウェハが研磨パッドから離れたことを検知する手段と組み合わせることで、研磨パッドから半導体ウェハが離れるまで真空度を段階的に高めていくようにすれば、より半導体ウェハに作用するストレスを低減することが可能となる。この時、真空圧は、オートレギュレータなどの自動調圧器を介して制御されるか、複数の手動レギュレータと切替弁の組合せで制御してもよい。例えば、第一段階は−３０ｋＰａ、第二段階は−６０ｋＰａ，第三段階は−８０ｋＰａと段階を踏んでトップリングの半導体ウェハに対する吸着動作を行い、半導体ウェハが研磨パッドから離れたことを検知した時に、その吸着圧でトップリングを上昇させ、その後リフトオフ時以外の半導体ウェハに対する吸着圧、例えば−３０ｋＰａに切替える方法によって、半導体ウェハに作用するストレスを低減することができる。
【００９７】
吸着動作に入る際、研磨面１０５Ａには、スラリに代えて純水が供給される。したがって、半導体ウェハＷと研磨面１０５Ａとの間には純水（液体Ｑ）が存在する。この純水によって形成される半導体ウェハと研磨面１０５Ａの離間距離は、これら２つの相対速度や純水の供給量によって変化する。そして、半導体ウェハＷに対する吸着力が発生すると、この離間距離の範囲で半導体ウェハＷは吸盤状に変形する。この半導体ウェハＷの吸盤状の変形は水の様に粘性の高い液体で起こる。
【００９８】
この例では、トップリング１０１Ａが半導体ウェハＷを吸引する力が半導体ウェハＷに作用した段階で、液体供給ノズル１０２Ａから研磨面１０５Ａに供給される純水（液体Ｑ）の供給量を減らす。これにより、半導体ウェハＷが吸引されてトップリング１０１Ａに徐々に吸着されるに伴って、半導体ウェハＷと研磨面１０５Ａとの間に空気を入り込ませて、半導体ウェハＷを研磨面１０５Ａ側に引っ張る吸着力、すなわち半導体ウェハＷと研磨面１０５Ａとの間に生じる負圧を低減させることができる。
【００９９】
なお、液体供給ノズル１０２Ａから研磨面１０５Ａに純水を供給しているのは、研磨終了後の半導体ウェハＷが研磨面１０５Ａとの接触で傷付かないようにするのと、研磨面１０５Ａ及び半導体ウェハＷの洗浄と冷却が目的である。
【０１００】
上記のように、研磨面１０５Ａへの液体の供給量を減らす場合、トップリング１０１Ａに備えられているリテーナリング２０３のリング部材４０８と研磨面１０５Ａは、半導体ウェハＷの吸着動作中も互いに接触して相対運動をしているので、これらが完全に乾燥しないレベルまでに抑えることが好ましい。
【０１０１】
そして、半導体ウェハＷが研磨面１０５Ａから離れてトップリング１０１Ａに吸着されたと判断した時に、図１５に示すように、上下動機構１２４のサーボモータ１３８を作動させて、トップリング１０１Ａを半導体ウェハＷと共に上昇させ、これによって、半導体ウェハＷのリフトオフ動作を完了させる。このように、半導体ウェハＷが研磨面１０５Ａから離れてトップリング１０１Ａで半導体ウェハＷを吸着されたタイミングでトップリング１０１Ａを上昇させることで、装置の処理能力を最大限に生かすことができる。また、研磨面１０５Ａから無理に半導体ウェハＷを引き離すことがなくなるので、半導体ウェハＷの破損や取りこぼしを防ぐことができる。
【０１０２】
この例では、トップリング１０１Ａの側方に位置された液膜厚検知センサ２４６（図５及び図６参照）で、研磨面１０５Ａを膜状に覆う液体（液膜）Ｑのトップリング１０１Ａの下流側における膜厚の変化を検知して、半導体ウェハＷのリフトオフ動作時に半導体ウェハＷが研磨面１０５Ａから離れてトップリング１０１Ａで吸着されたか否かを判断するようにしている。
【０１０３】
つまり、図１６に示すように、半導体ウェハＷがトップリング１０１Ａの下面に吸着されずに研磨面１０５Ａ上にある場合と、図１７に示すように、半導体ウェハＷが研磨面１０５Ａから離れてトップリング１０１Ａの下面に吸着された場合とでは、研磨面１０５Ａに供給されて研磨面１０５Ａ上に存在する液体の研磨面１０５Ａ上の分布、つまり液膜Ｑの分布が変化する。つまり、図１６に示すように、半導体ウェハＷがトップリング１０１Ａの下面に吸着されずに研磨面１０５Ａ上にある場合は、図１７に示すように、半導体ウェハＷが研磨面１０５Ａから離れてトップリング１０１Ａの下面に吸着された場合とよりも、トップリング１０１Ａの下流における液膜Ｑの膜厚は薄くなる。そこで、トップリング１０１Ａの側方に位置された液膜厚検知センサ２４６で、研磨面１０５Ａを膜状に覆う液体（液膜）Ｑのトップリング１０１Ａの下流側における膜厚の変化を検知して、トップリング１０１Ａの下流における液膜Ｑの膜厚が所定の膜厚より厚くなった時に、半導体ウェハＷが研磨面１０５Ａから離れてトップリング１０１Ａで吸着されたと判断するようにしている。
【０１０４】
特にリテーナリング２０３のリング部材４０８の研磨面１０５Ａとの接触面側に半径方向の溝がある場合には半導体ウェハへの液体供給量が増える為、液膜Ｑの変化は大きいものとなる。
また、半導体ウェハＷが研磨面１０５Ａから離間する前後でターンテーブル１００Ａの回転モータにかかる負荷が変化するので、その差を検知してトップリング１０１Ａを上昇させるようにしてもよい。
【０１０５】
半導体ウェハＷが研磨パッド２２２から離れたことを検知できない場合は、所定の吸着時間後にトップリング１０１Ａを上昇させることになる。一気にトップリング１０１Ａを上昇させると、半導体ウェハの取りこぼしや破損を起こすことから、ここに、トップリング１０１Ａの高さを段階的に変化させながら、半導体ウェハＷをトップリング１０１Ａと共に上昇させることが好ましく、トップリング１０１Ａを半導体ウェハＷと共に上昇させる力を段階的に増加させるようにしてもよい。
【０１０６】
トップリング１０１Ａの段階的な上昇には、この例のように、サーボモータ１３８とボールねじ１３２の組合せを利用した上下動機構（昇降機構）１２４を使用することが好ましく、トップリング１０１Ａの段階的な上昇力の増加には、シリンダ２４０を使用した昇降機構を使用することが好ましい。サーボモータ１３８とボールねじ１３２の組合せを利用した上下動機構（昇降機構）１２４を使用した場合、サーボモータ１３８の回転トルクを制御することで、段階的に上昇力を増加させることができる。エアシリンダを使用した場合は、供給する加圧流体の圧力を制御することで段階的に上昇力を増加させることができる。
【０１０７】
また、トップリング１０１Ａの上昇力の反力を検知して、研磨パッド２２２から半導体ウェハＷが離れたことを検知してもよい。この場合、反力を検知するロードセルを、例えばトップリングシャフト１１１やブリッジ１２８等に設置する。
【０１０８】
半導体ウェハＷの取りこぼしを防ぐ為、リフトオフ動作時のトップリング１０１Ａの上昇動作開始前におけるトップリング１０１Ａと半導体ウェハＷとの間の圧力は、一般に−８０±１０ｋＰａ程度の高真空である必要があり、研磨終了後、トップリング１０１Ａは、半導体ウェハＷに対して確実に吸着圧を形成できる高さで半導体ウェハＷを吸着する。これは、弾性膜３１４として、穴が開いているものを使用すると、トップリング１０１Ａと半導体ウェハＷが離れ過ぎていると圧力が漏れ、近すぎると半導体ウェハＷにトップリング１０１Ａが接触して半導体ウェハＷの破損や過研磨の原因となるためである。
【０１０９】
このため、半導体ウェハＷと研磨面１０５Ａとの吸着状態を保ったまま、トップリング１０１Ａの上昇を開始すると、半導体ウェハＷを研磨面１０５Ａから引き剥がす力が生じる。トップリング１０１Ａの上昇速度が速いと、研磨面１０５Ａと半導体ウェハＷとの間に生じている吸着力の減少を待たずに引き上げることになるので、トップリング１０１Ａの半導体ウェハＷを吸着する力が研磨面１０５Ａとの吸着力よりも強ければ半導体ウェハＷを引き離すことができるが、半導体ウェハが双方の吸着力で発生する応力に耐えられなければ半導体ウェハは破損してしまう。一方、研磨面１０５Ａとの吸着力の方が強ければトップリング１０１Ａが半導体ウェハＷを吸着する力が破壊され、半導体ウェハＷの取りこぼしが生じる場合がある。これらは、トップリング１０１Ａの吸着動作による半導体ウェハＷと研磨面１０５Ａの離間を待たずに一気に上昇動作しようとするとその傾向が強くなる。
【０１１０】
そこで、トップリング１０１Ａの上昇を段階的に行ったり、トップリング１０１Ａの上昇スピードを低下させたりすることで、半導体ウェハＷの安定したリフトオフが可能となる。また、トップリング１０１Ａの半導体ウェハＷを吸着する力は一定なので、トップリング１０１Ａの上昇力がトップリング１０１Ａの半導体ウェハＷの吸着を破壊しない範囲に制御した状態でトップリング１０１Ａを上昇させることにより、半導体ウェハＷの確実なリフトオフが可能となる。例えば、トップリング１０１Ａが半導体ウェハＷを吸着する吸着力よりも小さい状態を保ちながらトップリング１０１Ａを上昇させることにより、半導体ウェハＷの確実なリフトオフが可能となる。
【０１１１】
トップリング１０１Ａの上昇が完了すると、トップリング１０１Ａの揺動動作を開始し、プッシャ３３の上方へ移動してプッシャ３３への半導体ウェハの受け渡しを行う。半導体ウェハをプッシャ３３に受け渡した後、トップリング１０１Ａに向かって下方または横方向、上方向から洗浄液を吹き付け、トップリング１０１Ａのウェハ保持面や研磨後の半導体ウェハ、その周辺を洗浄する。この洗浄水の供給は、次の半導体ウェハがトップリング１０１Ａに受け渡されるまでの間におけるトップリングの乾燥防止を目的とし、継続してもよい。ランニングコストを考慮して、間欠的に洗浄水を吹き付けてもよい。研磨の間に、例えば研磨時間を複数のステップに分割し、そのステップごとにトップリングの押し付け力や、回転速度、半導体ウェハの保持方法を変更することが可能になっている。また使用する砥液の種類、量、濃度、温度、供給のタイミングなどを変更することが可能である。
【０１１２】
なお、上記の例では、研磨後の半導体ウェハＷのリフトオフ動作時に、トップリング１０１Ａが半導体ウェハＷを吸着する力が半導体ウェハＷに作用した段階で、液体供給ノズル１０２Ａから研磨面１０５Ａに供給されるスラリ等の液体の供給量を減らすようにしているが、トップリング１０１Ａで半導体ウェハＷを吸引して研磨面１０５Ａから引き離すリフトオフ動作開始時に、流体供給ノズル１０２Ａから研磨面１０５Ａに供給される液体の流量を漸次減少させてゼロにするようにしてもよい。これにより、吸着動作に入ることで半導体ウェハが吸盤状に変形するのに使用される液体の量を減少させるとともに、半導体ウェハの吸盤状の変形を確実に解消することができる。
【０１１３】
研磨後の半導体ウェハＷのリフトオフ動作時に、液体供給ノズル１０２Ａから研磨面１０５Ａに液体を間欠的に、つまりある間隔をもって液体の供給と休止を繰り返しながら供給しつつ、トップリング１０１Ａで半導体ウェハＷを吸引して研磨面１０５Ａから引き離すようにしてもよい。これによっても、吸着動作に入ることで半導体ウェハが吸盤状に変形するのに使用される液体の量を減少させるとともに、半導体ウェハの吸盤状の変形を確実に解消することができる。ここで、研磨面１０５Ａに供給される液体を完全にゼロとしないのは、研磨面１０５Ａの乾燥によって半導体ウェハＷやリテーナリング２０３のリング部材４０８に傷がつくのを防ぐ為である。
【０１１４】
また、研磨後の半導体ウェハのリフトオフ動作時に、炭酸水の様ように発泡する液体を半導体ウェハと研磨面との間に介在させ、被研磨物と研磨面との間に介在する液体を発泡させるようにしてもよく、ことによっても、リストオフ時に半導体ウェハと研磨面との間に作用する負圧を減らすことができる。
【０１１５】
更に、研磨処理後の半導体ウェハＷのリフトオフ動作を、半導体ウェハＷとターンテーブル１００Ａの研磨面１０５Ａとの相対速度を減少させた状態で、トップリング１０１Ａで半導体ウェハＷを吸着して研磨面１０５Ａから引き離すようにしてもよい。
【０１１６】
図１８は、ターンテーブル（ＴＴ）トップリング（ＴＲ）の回転速度を種々変更し、半導体ウェハの変形や半導体ウェハが研磨パッドの研磨面から離れるまでに掛かった時間等を計測したものである。例えば、ＴＴ（ターンテーブル）＝３０（ｒｐｍ）、ＴＲ（トップリング）＝３０（ｒｐｍ）のグラフを例に取ると、半導体ウェハの半径方向に沿った半導体ウェハの変形量が示されている。グラフ上の線数は、下記の図１９及び図２０に示す渦電流センサ２４８のスキャン数（センサが半導体ウェハＷを通過した回数）に対応している。縦軸は、渦電流センサの出力値であり、小さい値ほど基板と渦電流センサとの間の距離が離れていることになる。縦軸の値が大きい方が研磨面側、値が小さい方がトップリング側に対応する。即ち、当該グラフにおいては５本の線が示されているから、５回半導体ウェハをスキャンしたことになり、渦電流センサ出力の低下により、半導体ウェハが全体的に離れて行く様子がわかる。一方、ＴＴ（ターンテーブル）＝１１０（ｒｐｍ）、ＴＲ（トップリング）＝３０（ｒｐｍ）のグラフにおいては、途中で半導体ウェハの変形が顕著であることが分かる。吸着によって、半導体ウェハにＭ形状（研磨面下向の場合）の変形が起こり、その後徐々に変形が解消されている。このように、渦電流センサで半導体ウェハを監視することで、半導体ウェハが研磨パッドから引き剥がされた時点も分かる。
【０１１７】
この実験結果から、ターンテーブルと半導体ウェハとの相対運動速度を低下させれば、半導体ウェハと研磨面との間に作用する負圧が低減することが分かる。具体的には、半導体ウェハの中心がターンテーブル中心から半径１９５ｍｍの位置関係において（本実験の設定値）、ターンテーブルの回転速度が３０ｒｐｍ以下の場合、すなわち半導体ウェハの中心点の相対速度で６１３ｍｍ/ｓｅｃ以下の速度で半導体ウェハの変形量が少ない、つまり半導体ウェハの引き離し易さが向上することが判る。
【０１１８】
つまり、半導体ウェハのリストオフ時に半導体ウェハと研磨面との相対速度を減少させて、トップリングで半導体ウェハを吸引し研磨面から引き離すことで、半導体ウェハの変形量を少なく抑えつつ、半導体ウェハを研磨面から容易かつ迅速に引き離してトップリングの下面に吸着することができる。
【０１１９】
上記のような図３及び図４に示す研磨システムを用いて、半導体ウェハをシリーズ処理する場合には、半導体ウェハは、フロントロード部２０のウェハカセット→第１搬送ロボット２２→反転機３１→リフタ３２→第１リニアトランスポータ５の第１搬送ステージＴＳ１→プッシャ３３→トップリング１０１Ａ→ターンテーブル１００Ａ→プッシャ３３→第１リニアトランスポータ５の第２搬送ステージＴＳ２→プッシャ３４→トップリング１０１Ｂ→ターンテーブル１００Ｂ→プッシャ３４→第１リニアトランスポータ５の第３搬送ステージＴＳ３→リフタ３５→第２搬送ロボット４０→リフタ３６→第２リニアトランスポータ６の第５搬送ステージＴＳ５→プッシャ３７→トップリング１０１Ｃ→ターンテーブル１００Ｃ→プッシャ３７→第２リニアトランスポータ６の第６搬送ステージＴＳ６→プッシャ３８→トップリング１０１Ｄ→ターンテーブル１００Ｄ→プッシャ３８→第２リニアトランスポータ６の第７搬送ステージＴＳ７→リフタ３６→第２搬送ロボット４０→反転機４１→１次洗浄機４２→２次洗浄機４３→３次洗浄機４４→４次洗浄機４５→第１搬送ロボット２２→フロントロード部２０のウェハカセットという経路で搬送される。
【０１２０】
半導体ウェハをパラレル処理する場合には、一方の半導体ウェハは、フロントロード部２０のウェハカセット→第１搬送ロボット２２→反転機３１→リフタ３２→第１リニアトランスポータ５の第１搬送ステージＴＳ１→プッシャ３３→トップリング１０１Ａ→ターンテーブル１００Ａ→プッシャ３３→第１リニアトランスポータ５の第２搬送ステージＴＳ２→プッシャ３４→トップリング１０１Ｂ→ターンテーブル１００Ｂ→プッシャ３４→第１リニアトランスポータ５の第３搬送ステージＴＳ３→リフタ３５→第２搬送ロボット４０→反転機４１→１次洗浄機４２→２次洗浄機４３→３次洗浄機４４→４次洗浄機４５→第１搬送ロボット２２→フロントロード部２０のウェハカセットという経路で搬送される。
【０１２１】
また、他方の半導体ウェハは、フロントロード部２０のウェハカセット→第１搬送ロボット２２→反転機３１→リフタ３２→第１リニアトランスポータ５の第４搬送ステージＴＳ４→リフタ３５→第２搬送ロボット４０→リフタ３６→第２リニアトランスポータ６の第５搬送ステージＴＳ５→プッシャ３７→トップリング１０１Ｃ→ターンテーブル１００Ｃ→プッシャ３７→第２リニアトランスポータ６の第６搬送ステージＴＳ６→プッシャ３８→トップリング１０１Ｄ→ターンテーブル１００Ｄ→プッシャ３８→第２リニアトランスポータ６の第７搬送ステージＴＳ７→リフタ３６→第２搬送ロボット４０→反転機４１→１次洗浄機４２→２次洗浄機４３→３次洗浄機４４→４次洗浄機４５→第１搬送ロボット２２→フロントロード部２０のウェハカセットという経路で搬送される。
【０１２２】
図１９及び図２０は、本発明の他の実施の形態の研磨装置を示す。この研磨装置の上記実施の形態における研磨装置と異なる点は、上記実施の形態の研磨装置における液膜厚検知センサ２４６の代わりに、ターンテーブル１００Ａの内部にトップリング１０１Ａで保持した半導体ウェハＷに向けて渦電流センサ２４８を埋設し、この渦電流センサ２４８で半導体ウェハＷと研磨面１０５Ａとの距離を検知して、半導体ウェハＷが研磨面１０５Ａから離れてトップリング１０１Ａで吸着されたか否かを判断するようにしている点にある。
【０１２３】
半導体ウェハＷがトップリング１０１Ａの下面に吸着され、更にトップリング１０１Ａが上昇すると、トップリング１０１Ａの吸着部に対応する半導体ウェハＷの部分が持ちあがり、残りの部分はターンテーブル１００Ａと半導体ウェハＷとの間に生じる吸着力により下側に（すなわちトップリング１０１Ａの上昇方向とは逆方向に）引っ張られる。つまり、渦電流センサ２４８から見れば、トップリング１０１Ａの吸着部に対応する半導体ウェハＷの部分はトップリング１０１Ａの上昇に伴って離れていくから、渦電流センサ２４８と当該部分を囲む電磁場は弱くなり、信号値は減少していくことになる。一方、研磨パッド２２２の研磨面１０５Ａと半導体ウェハＷとの間に働く吸着力（下側に引っ張る力）が強く働く半導体ウェハＷのエッジ部分は、研磨パッド２２２の研磨面１０５Ａから殆ど離れないため、信号値は他の部分に比べて減少しない。この信号値の差を利用して、半導体ウェハＷと研磨面１０５Ａとの距離、ひいては半導体ウェハＷの全体的な形状を計測することが可能となる。
【０１２４】
前述の図１８に示すグラフは、トップリングとターンテーブルの回転速度を種々変更し、半導体ウェハの変形や半導体ウェハが研磨パッドから離れるまでに掛かった時間等を、この渦電流センサ２４８で計測したものである。
【０１２５】
このように、ターンテーブル１００Ａの内部に設けた渦電流センサ２４８を用いて、半導体ウェハＷの研磨面１０５Ａに対する上下方向位置を半導体ウェハＷの全域にわたって把握することが可能である。これによって、前述のトップリング１０１Ａの上昇のトリガーとすることもできる。しかも、半導体ウェハＷの変形も把握できるので、半導体ウェハの変形量から、トップリング１０１Ａの上昇の判断のみならず、半導体ウェハＷに掛かる負荷が大きいと思われる変形量が発生した場合は、半導体ウェハＷの吸着を止めることで、半導体ウェハＷの破損を防ぐことができる。
【０１２６】
研磨面を駆動するモータまたはトップリングを駆動するモータの電流の低下に基づいて、半導体ウェハが研磨面から離れてトップリングに吸着されたか否かを判断するようにしてもよい。
【０１２７】
半導体ウェハがトップリングに吸着されずに研磨面上にある時に半導体ウェハと研磨面とを相対運動させると、半導体ウェハと研磨面との間に摩擦力が発生して、研磨面やトップリングを駆動するモータに負荷がかかる。この負荷は、モータ電流値としてモニタが可能である。そこで、モータ電流値に閾値を設けることで、トップリング上昇のトリガーとして利用することができる。
【０１２８】
また、トップリングが下方に引き寄せられる力の変化から、半導体ウェハが研磨面から離れてトップリングに吸着されたか否かを判断してもよい。
【０１２９】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】従来の研磨装置の要部概要を示す斜視図である。
【図２】図１に示す研磨装置で被研磨物をリフトオフする際のオーバーハング動作を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態の研磨装置を備えた研磨システムの全体構成を示す平面図である。
【図４】図３に示す研磨システムの概要を示す斜視図である。
【図５】図３に示す研磨システムの研磨装置を示す模式図である。
【図６】図５に示す研磨装置の要部概要を示す斜視図である。
【図７】図５に示すトップリングの縦断面図である。
【図８】図５に示すトップリングの縦断面図である。
【図９】図５に示すトップリングの縦断面図である。
【図１０】図５に示すトップリングの縦断面図である。
【図１１】図５に示すトップリングの縦断面図である。
【図１２】図５に示すトップリングの縦断面図である。
【図１３】半導体ウェハのリフトオフ動作における半導体ウェハをトップリングで吸引を開始した時の概要を示す断面図である。
【図１４】半導体ウェハのリフトオフ動作における半導体ウェハをトップリングに吸着した時の概要を示す断面図である。
【図１５】半導体ウェハのリフトオフ動作におけるトップリングを半導体ウェハと共に上昇させた時の概要を示す断面である。
【図１６】半導体ウェハがトップリングの下面に吸着されずに研磨面上にある時の概要を示す断面図である。
【図１７】半導体ウェハが研磨面から離れてトップリングの下面に吸着された時の概要を示す断面図である。
【図１８】ターンテーブル（ＴＴ）とトップリング（ＴＲ）の回転速度を種々変更し、半導体ウェハの変形や半導体ウェハが研磨パッドの研磨面から離れるまでに掛かった時間等を計測した時のグラフである。
【図１９】本発明の他の実施の形態の研磨装置の要部概要を示す斜視図である。
【図２０】本発明の他の実施の形態の研磨装置の要部概要を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１３１】
１  ハウジング
２  ロード／アンロード部
３  研磨部
４  洗浄部
５，６  リニアトランスポータ
３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ  研磨装置
３１，４１  反転機
３２、３５，３６  リフタ
３３，３４，３７，３８  プッシャ
４２〜４５  洗浄機
４６  搬送ユニット
１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ  ターンテーブル
１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄ  トップリング（保持具）
１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ，１０２Ｄ  液体供給ノズル（液体供給部）
１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃ，１０３Ｄ  ドレッサ
１０４Ａ，１０４Ｂ，１０４Ｃ，１０４Ｄ    アトマイザ
１０５Ａ，１０５Ｖ，１０５Ｃ，１０５Ｄ  研磨面
１２４  上下動機構
１３２  ボールねじ
１３８  サーボモータ
２０３  リテーナリング
２２２  研磨パッド
２４６  液膜厚検知センサ
２４７  制御部
２４８  渦電流センサ
３１４  弾性膜
３１６  エッジホルダ
３１８，３１９  リプルホルダ
３６０  センタ室
３６１  リプル室
３６２  アウター室
３６３  エッジ室
４０４  弾性膜
【図１】
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【図２】
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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３】
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【図４】
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