(57)【要約】【課題】研磨終了後に研磨対象物が研磨面上に取り残された場合に生じ得る研磨対象物の破損又は損傷を防止することができる研磨方法を提供する。【解決手段】トップリング２０は、トップリング本体６０と、半導体ウェハＷをトップリング本体６０の下面に保持するための保持機構と、ウェハＷの径方向外側に配置され、トップリング本体６０とは独立して上下動可能なストッパ６４とを有する。研磨テーブル１２を回転させつつ、ウェハＷをトップリング２０により研磨パッド１０に押圧してウェハＷの表面を研磨する。研磨中には、ウェハＷとストッパ６４との間に配置されるリテーナリング６２を研磨パッド１０に押圧してウェハＷの研磨条件を調整する。ウェハＷの表面の研磨後に、保持機構を作動させた状態で、ストッパ６４の下面を所定の時間の間研磨パッド１０に接触させつつ、トップリング本体６０を研磨パッド１０から上方に移動させる。【選択図】図４Ｅ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トップリング本体と、被研磨物を前記トップリング本体の下面に保持するための保持機構と、前記保持機構により保持される前記被研磨物の径方向外側に配置され、前記トップリング本体とは独立して上下動可能なストッパとを有するトップリングを用意し、
研磨面を回転させつつ、前記被研磨物を前記トップリングにより前記研磨面に押圧して前記被研磨物の表面を研磨し、
前記被研磨物の表面の研磨後に、前記保持機構を作動させた状態で、前記ストッパの下面を所定の時間の間前記研磨面に接触させつつ、前記トップリング本体を前記研磨面から上方に移動させる
ことを特徴とする研磨方法。
【請求項２】
前記トップリング本体を前記研磨面から上方に移動させる際に、
前記被研磨物が前記トップリング本体の下面に保持されているか否かを判断し、
前記被研磨物が前記トップリング本体の下面に保持されていないと判断した場合に、前記研磨面の回転を停止する
ことを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
【請求項３】
前記トップリングの前記保持機構として流体の圧力を用いた吸引機構を用い、
前記被研磨物が前記トップリング本体の下面に保持されているか否かを判断する際に、
前記吸引機構に用いられる前記流体の圧力を測定し、
前記測定される前記流体の圧力に基づいて前記被研磨物が前記トップリング本体の下面に保持されているか否かを判断する
ことを特徴とする請求項２に記載の研磨方法。
【請求項４】
弾性を有する材料で前記ストッパの内周面の下端部を形成することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の研磨方法。
【請求項５】
前記被研磨物の表面の研磨中に、前記被研磨物と前記ストッパとの間に配置されるリテーナリングを前記研磨面に押圧して前記被研磨物の研磨条件を調整することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の研磨方法。
【請求項６】
前記被研磨物の表面の研磨中に、前記ストッパを前記研磨面に押圧して前記被研磨物の研磨条件を調整することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の研磨方法。
【請求項７】
研磨面と、
前記研磨面を回転させる回転機構と、
被研磨物を前記研磨面に押圧して前記被研磨物の表面を研磨するトップリングであって、
トップリング本体と、
前記被研磨物を前記トップリング本体の下面に保持するための保持機構と、
前記保持機構により保持される前記被研磨物の径方向外側に配置され、前記トップリング本体とは独立して上下動可能なストッパと、
を有するトップリングと、
前記トップリング本体を上下動させる本体上下動機構と、
前記ストッパを前記トップリング本体とは独立して上下動させるストッパ上下動機構と、
少なくとも前記回転機構、前記保持機構、前記本体上下動機構、及び前記ストッパ上下動機構の動作を制御する制御部であって、前記保持機構を作動させた状態で、前記ストッパの下面を所定の時間の間前記研磨面に接触させつつ、前記トップリング本体を前記研磨面から上方に移動させるように、前記本体上下動機構及び前記ストッパ上下動機構の動作を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする研磨装置。
【請求項８】
前記被研磨物が前記トップリング本体の下面に保持されているか否かを検出するセンサをさらに備え、
前記制御部は、前記センサにより前記被研磨物が前記トップリング本体の下面に保持されていないことが検出された場合に、前記回転機構による回転を停止する
ことを特徴とする請求項７に記載の研磨装置。
【請求項９】
前記保持機構は、流体の圧力を用いて前記被研磨物を前記トップリング本体の下面に吸引する吸引機構であり、
前記センサは、前記吸引機構に用いられる前記流体の圧力を測定する圧力センサである
ことを特徴とする請求項８に記載の研磨装置。
【請求項１０】
前記ストッパの内周面の下端部は弾性を有する材料で形成されていることを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項１１】
前記トップリングは、前記ストッパの径方向内側に配置され、前記トップリング本体及び前記ストッパとは独立して上下動可能なリテーナリングをさらに有し、
前記リテーナリングを前記トップリング本体及び前記ストッパとは独立して上下動させるリテーナリング上下動機構をさらに備え、
前記制御部は、前記リテーナリングが前記被研磨物の外周部に対応する前記研磨面を押圧するように前記リテーナリング上下動機構を制御する
ことを特徴とする請求項７から１０のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項１２】
前記制御部は、前記ストッパが前記被研磨物の外周部に対応する前記研磨面を押圧するように前記ストッパ上下動機構を制御することを特徴とする請求項７から１１のいずれか一項に記載の研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨方法及び研磨装置に係り、特に半導体ウェハなどの研磨対象物を研磨してその表面を平坦化する研磨方法及び研磨装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体デバイスの高集積化に伴い、半導体デバイスの製造工程においては、半導体デバイスの表面の平坦化が重要になっている。このような半導体ウェハの表面を平坦化するための１つの方法として化学機械研磨（Chemical Mechanical Polishing（ＣＭＰ））が知られている。この種の研磨装置においては、図１Ａに示すように、トップリング５００の下面に半導体ウェハＷが保持され、この半導体ウェハＷが研磨テーブル５０１上の研磨パッド５０２に所定の圧力で押圧される。このとき、液体供給ノズル５０４から研磨パッド５０２上にスラリなどを含む研磨液５０６が供給される。研磨テーブル５０１とトップリング５００とを互いに独立して回転させ、研磨パッド５０２とトップリング５００との間で相対運動を生じさせる。これにより、半導体ウェハＷが研磨パッド５０２に摺接され、研磨パッド５０２上の研磨液５０６の機械的作用と化学的作用によって半導体ウェハＷの表面が平坦かつ鏡面状に研磨される。
【０００３】
半導体ウェハＷの研磨が終了すると、図１Ｂに示すように、半導体ウェハＷをトップリング５００の下面に吸着し、トップリング５００を上昇させる。これによって半導体ウェハＷが研磨パッド５０２から引き剥がされ、研磨後の半導体ウェハＷが次の工程に搬送される。しかしながら、トップリング５００を上昇させる際には、研磨パッド５０２と半導体ウェハＷとの間に研磨液や純水、洗浄液などの液体が存在しているため、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、半導体ウェハＷを研磨パッド５０２から引き剥がそうとトップリング５００を上昇させた際に、半導体ウェハＷが、図１Ｃに示すように、研磨パッド５０２と半導体ウェハＷとの間の吸着力に抗しきれずに研磨パッド５０２上に取り残されることがある。
【０００４】
このように半導体ウェハＷが研磨パッド５０２上に取り残されてしまうと、図１Ｄに示すように、研磨テーブル５０１の回転による遠心力によって半導体ウェハＷが研磨テーブル５０１の外側に滑り出し、周囲に設置された部品（例えばドレッサなど）に半導体ウェハＷが衝突することとなる（スリップアウト）。このような場合には、半導体ウェハＷが破損又は損傷し、製造工程における歩留まりが低下してしまう。
【０００５】
これを防止するために、半導体ウェハＷを引き剥がす際に研磨パッド５０２上に供給される研磨液の流量を減少させた状態で半導体ウェハＷを吸着する試みもなされているが（例えば特許文献１参照）、この方法でも半導体ウェハＷが研磨パッド５０２上に取り残されることを完全に防止することはできない。また、例えば、半導体ウェハＷが研磨テーブル５０１上に取り残されたことをセンサによって検出して研磨テーブル５０１の回転を止めることも考えられるが、半導体ウェハＷが取り残されたことを検出してから研磨テーブル５０１の回転を止めたとしても、研磨テーブル５０１が完全に停止するまでに半導体ウェハＷが研磨テーブル５０１の外側に滑り出してしまうため、周囲に設置された部品との衝突を避けることは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１７８８００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、研磨終了後に研磨対象物が研磨面上に取り残された場合に生じ得る研磨対象物の破損又は損傷を防止することができる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】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、研磨終了後に研磨対象物が研磨面上に取り残されたとしても研磨対象物の破損又は損傷を防止することができる研磨方法が提供される。この方法では、トップリング本体と、被研磨物を上記トップリング本体の下面に保持するための保持機構と、上記保持機構により保持される上記被研磨物の径方向外側に配置され、上記トップリング本体とは独立して上下動可能なストッパとを有するトップリングを用意する。研磨面を回転させつつ、上記被研磨物を上記トップリングにより上記研磨面に押圧して上記被研磨物の表面を研磨する。上記被研磨物の表面の研磨後に、上記保持機構を作動させた状態で、上記ストッパの下面を所定の時間の間上記研磨面に接触させつつ、上記トップリング本体を上記研磨面から上方に移動させる。
【０００９】
この方法によれば、被研磨物の表面の研磨後に何らかの理由で被研磨物が研磨面上に取り残されたとしても、トップリング本体が研磨面から上方に移動してから所定の時間の間はストッパが研磨面に接触したままとなるので、研磨面上でストッパが被研磨物を取り囲むように位置することとなる。したがって、研磨面の回転による遠心力によって被研磨物が外側に滑り出したとしても、被研磨物の移動がストッパにより遮られ、周囲に設置された部品（例えばドレッサなど）に被研磨物が衝突することがない。このため、被研磨物の破損又は損傷を防止することができ、製造工程における歩留まりの低下を防止することができる。
【００１０】
ここで、上記トップリング本体を上記研磨面から上方に移動させる際に、上記被研磨物が上記トップリング本体の下面に保持されているか否かを判断し、上記被研磨物が上記トップリング本体の下面に保持されていないと判断した場合に、上記研磨面の回転を停止してもよい。このように、被研磨物が研磨面上に取り残された場合に研磨面の回転を停止することで、研磨面の回転による遠心力が低減されるので被研磨物の破損又は損傷を効果的に防止することができる。
【００１１】
上記トップリングの上記保持機構として流体の圧力を用いた吸引機構を用いてもよい。この場合において、上記被研磨物が上記トップリング本体の下面に保持されているか否かを判断する際に、上記吸引機構に用いられる上記流体の圧力を測定し、上記測定される上記流体の圧力に基づいて上記被研磨物が上記トップリング本体の下面に保持されているか否かを判断してもよい。
【００１２】
また、弾性を有する材料で上記ストッパの内周面の下端部を形成することが好ましい。これにより、被研磨物がストッパに当たったときの衝撃を吸収することができ、被研磨物の破損又は損傷が効果的に防止される。
【００１３】
例えば、被研磨物の外周縁部のみが多く研磨されることがないように上記被研磨物の表面の研磨中に、上記被研磨物と上記ストッパとの間に配置されるリテーナリングを上記研磨面に押圧して上記被研磨物の研磨条件を調整することが好ましい。これに加えて、あるいはこれに代えて、上記被研磨物の表面の研磨中に、上記ストッパを上記研磨面に押圧して上記被研磨物の研磨条件を調整してもよい。
【００１４】
本発明の第２の態様によれば、研磨終了後に研磨対象物が研磨面上に取り残されたとしても研磨対象物の破損又は損傷を防止することができる研磨装置が提供される。この研磨装置は、研磨面と、上記研磨面を回転させる回転機構と、被研磨物を上記研磨面に押圧して上記被研磨物の表面を研磨するトップリングとを備える。上記トップリングは、トップリング本体と、上記被研磨物を上記トップリング本体の下面に保持するための保持機構と、上記保持機構により保持される上記被研磨物の径方向外側に配置され、上記トップリング本体とは独立して上下動可能なストッパとを有する。上記研磨装置は、上記トップリング本体を上下動させる本体上下動機構と、上記ストッパを上記トップリング本体とは独立して上下動させるストッパ上下動機構と、少なくとも上記回転機構、上記保持機構、上記本体上下動機構、及び上記ストッパ上下動機構の動作を制御する制御部とを備える。この制御部は、上記保持機構を作動させた状態で、上記ストッパの下面を所定の時間の間上記研磨面に接触させつつ、上記トップリング本体を上記研磨面から上方に移動させるように、上記本体上下動機構及び上記ストッパ上下動機構の動作を制御するように構成されている。
【００１５】
上記研磨装置は、上記被研磨物が上記トップリング本体の下面に保持されているか否かを検出するセンサをさらに備えることが好ましい。この場合において、上記制御部は、上記センサにより上記被研磨物が上記トップリング本体の下面に保持されていないことが検出された場合に、上記回転機構による回転を停止することが好ましい。また、上記保持機構は、流体の圧力を用いて上記被研磨物を上記トップリング本体の下面に吸引する吸引機構であってもよく、上記センサは、上記吸引機構に用いられる上記流体の圧力を測定する圧力センサであってもよい。
【００１６】
上記ストッパの内周面の下端部は弾性を有する材料で形成されていることが好ましい。これにより、被研磨物がストッパに当たったときの衝撃を吸収することができ、被研磨物の破損又は損傷が効果的に防止される。
【００１７】
上記トップリングは、上記ストッパの径方向内側に配置され、上記トップリング本体及び上記ストッパとは独立して上下動可能なリテーナリングをさらに有することが好ましい。この場合において、上記研磨装置は、上記リテーナリングを上記トップリング本体及び上記ストッパとは独立して上下動させるリテーナリング上下動機構をさらに備えることが好ましい。また、上記制御部は、上記リテーナリングが上記被研磨物の外周部に対応する上記研磨面を押圧するように上記リテーナリング上下動機構を制御するように構成されていることが好ましい。また、上記制御部は、上記ストッパが上記被研磨物の外周部に対応する上記研磨面を押圧するように上記ストッパ上下動機構を制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、被研磨物の表面の研磨後に何らかの理由で被研磨物が研磨面上に取り残されたとしても、トップリング本体が研磨面から上方に移動してから所定の時間の間はストッパが研磨面に接触したままとなるので、研磨面上でストッパが被研磨物を取り囲むように位置することとなる。したがって、研磨面の回転による遠心力によって被研磨物が外側に滑り出したとしても、被研磨物の移動がストッパにより遮られ、周囲に設置された部品に被研磨物が衝突することがない。このため、被研磨物の破損又は損傷を防止することができ、製造工程における歩留まりの低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】従来の研磨装置の構成を示す模式図である。
【図１Ｂ】従来の研磨装置における問題点を説明するための模式図である。
【図１Ｃ】従来の研磨装置における問題点を説明するための模式図である。
【図１Ｄ】従来の研磨装置における問題点を説明するための模式図である。
【図２】本発明の一実施形態における研磨装置の構成を示す模式図である。
【図３】図２に示す研磨装置におけるトップリングを示す模式図である。
【図４Ａ】図２に示す研磨装置による研磨工程を説明するための模式図である。
【図４Ｂ】図２に示す研磨装置による研磨工程を説明するための模式図である。
【図４Ｃ】図２に示す研磨装置による研磨工程を説明するための模式図である。
【図４Ｄ】図２に示す研磨装置による研磨工程を説明するための模式図である。
【図４Ｅ】図２に示す研磨装置による研磨工程を説明するための模式図である。
【図５】本発明の他の実施形態における研磨装置のトップリングを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る研磨装置の実施形態について図２から図５を参照して詳細に説明する。なお、図２から図５において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、図２から図５においては、各構成要素の縮尺や寸法が誇張されて示されている場合や一部の構成要素が省略されている場合がある。
【００２１】
図２は、本発明の一実施形態における研磨装置１の構成を示す模式図である。図２に示すように、研磨装置１は、上面に研磨パッド１０が貼付された研磨テーブル１２と、被研磨物としての半導体ウェハＷを保持して研磨テーブル１２上の研磨パッド１０に押圧するトップリング２０と、研磨テーブル１２の上方に配置された液体供給ノズル３０と、ヘッドシャフト４０を中心として水平面上で揺動可能なトップリングヘッド４２と、研磨装置１内の各構成要素の動作を制御する制御部９１とを備えている。
【００２２】
研磨テーブル１２は、研磨テーブル１２の中心から下方に延びるテーブルシャフト１４に支持されている。この研磨テーブル１２の上面に貼付された研磨パッド１０の表面がウェハＷを研磨する研磨面を構成する。研磨テーブル１２は、テーブルシャフト１４を介してテーブル用モータ（図示せず）に接続されており、このテーブル用モータの駆動により研磨テーブル１２がテーブルシャフト１４を中心として回転するようになっている。このように、テーブルシャフト１４及びテーブル用モータによって研磨面を回転させる回転機構が構成される。
【００２３】
図３は、トップリング２０を示す模式図である。図３に示すように、トップリング２０は、トップリングシャフト２２（図２）に連結されるトップリング本体６０と、トップリング２０に保持されたウェハＷの半径方向外側に位置する環状のリテーナリング６２と、リテーナリング６２の半径方向外側に配置された環状のストッパ６４と、トップリング本体６０の下面に取り付けられた弾性膜６６とを備えている。トップリング本体６０は、上下に延びるトップリングシャフト２２の下端に連結されている。トップリング本体６０、リテーナリング６２、及びストッパ６４は、トップリングシャフト２２の回転により一体的に回転するように構成されている。後述するように、トップリングヘッド４２には、トップリングシャフト２２を回転及び上下動させる機構が設けられており、トップリングシャフト２２が回転及び上下動することでトップリング２０（トップリング本体６０）が回転及び上下動するようになっている。
【００２４】
図２に戻って、トップリングヘッド４２には、トップリングシャフト２２を上下動させることによってトップリング２０のトップリング本体６０を昇降させる本体上下動機構４３が設けられている。この本体上下動機構４３は、軸受４４を介してトップリングシャフト２２を回転可能に支持するブリッジ４５と、ブリッジ４５に取り付けられたボールネジ４６と、トップリングヘッド４２に固定された支柱４７と、支柱４７により支持される台座４８と、台座４８上に設置されたＡＣサーボモータ４９とを備えている。
【００２５】
ボールネジ４６は、ＡＣサーボモータ４９に連結されたネジ軸４６Ａと、ブリッジ４５に固定され、ネジ軸４６Ａに螺合するナット４６Ｂとを含んでいる。また、トップリングシャフト２２は、ブリッジ４５と一体となって上下動するように構成されている。このような構成において、ＡＣサーボモータ４９を駆動すると、ネジ軸４６Ａが回転し、これに伴いナット４６Ｂが上下に移動する。これによりブリッジ４５及びトップリングシャフト２２がトップリングヘッド４２に対して上下動し、トップリングシャフト２２の下端に取り付けられたトップリング本体６０が昇降するようになっている。
【００２６】
トップリングシャフト２２は、キー（図示せず）を介して回転筒５０に連結されている。この回転筒５０は、外周部にタイミングプーリ５１を有している。また、トップリングヘッド４２上にはトップリングモータ５２が固定されており、このトップリングモータ５２の回転軸にはタイミングプーリ５３が連結されている。タイミングプーリ５１とタイミングプーリ５３との間にはタイミングベルト５４が架け渡されている。このような構成において、トップリングモータ５２を駆動すると、タイミングプーリ５３、タイミングベルト５４、及びタイミングプーリ５１を介して回転筒５０及びトップリングシャフト２２が一体となって回転し、これに伴いトップリング本体６０がトップリングシャフト２２周りに回転するようになっている。
【００２７】
ウェハＷを研磨する際には、トップリングモータ５２を駆動してトップリング２０を回転させるとともに、テーブル用モータを駆動して研磨テーブル１２を回転させる。また、液体供給ノズル３０から研磨テーブル１２の研磨パッド１０上に研磨液などの液体３２が供給される。そして、ＡＣサーボモータ４９を駆動してトップリング２０を下降させて、トップリング２０の下面に保持したウェハＷを研磨テーブル１２上の研磨パッド１０に押圧する。
【００２８】
図３に示すように、トップリング本体６０の下面に取り付けられた弾性膜６６は、複数の隔壁６７を有している。弾性膜６６は、例えば、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。これらの隔壁６７によって、トップリング本体６０の下面には、中央に位置するセンター室７１、センター室７１の径方向外側に位置するリプル室７２、リプル室７２の径方向外側に位置するアウター室７３、及びアウター室７３の径方向外側に位置するエッジ室７４が形成されている。リプル室７２には下方に開口する吸着孔７２Ａが形成されている。
【００２９】
リテーナリング６２は、トップリング本体６０の下面にウェハＷを保持した際に、ウェハＷの外周縁を囲むように配置されており、弾性膜６８によってトップリング本体６０に接続されている。この弾性膜６８の内部にはリテーナリング室７５が形成されている。弾性膜６８は、例えば、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る。
【００３０】
また、ストッパ６４は、リテーナリング６２の外周縁を囲むように配置されており、弾性膜６９によってトップリング本体６０に接続されている。この弾性膜６９の内部にはストッパ室７６が形成されている。弾性膜６９は、例えば、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る。
【００３１】
図３に示すように、トップリング２０の内部には、センター室７１に連通する流路８１と、リプル室７２に連通する流路８２と、アウター室７３に連通する流路８３と、エッジ室７４に連通する流路８４と、リテーナリング室７５に連通する流路８５と、ストッパ室７６に連通する流路８６とが形成されており、これらの流路８１〜８６は、図２に示すように、トップリングシャフト２２の上端に取り付けられたロータリジョイント２４を介して圧力調整部９０まで延びている。この圧力調整部９０は、制御部９１からの指令に基づいて、圧縮空気源や真空源、大気などの圧力を利用してそれぞれの流路８１〜８６の圧力を調整するように構成されている。
【００３２】
本実施形態では、圧力調整部９０が、流路８２を介してリプル室７２を真空源に接続することにより、リプル室７２の吸着孔７２Ａに負圧を形成し、ウェハＷをトップリング本体６０の下面に吸引する。このように、本実施形態では、圧力調整部９０、流路８２、及び吸着孔７２Ａが形成されたリプル室７２によってウェハＷをトップリング本体６０の下面に吸引する吸引機構が構成される。
【００３３】
また、圧力調整部９０は、流路８５を介してリテーナリング室７５に供給する流体の圧力を調整することによってリテーナリング室７５の容積を大きくしたり小さくしたりすることができ、これによりリテーナリング６２をトップリング本体６０及びストッパ６４と独立して上下動できるようになっている。すなわち、圧力調整部９０、流路８５、及びリテーナリング室７５を形成する弾性膜６８によってリテーナリング６２をトップリング本体６０及びストッパ６４と独立して上下動させるリテーナリング上下動機構が構成される。
【００３４】
また、圧力調整部９０は、流路８６を介してストッパ室７６に供給する流体の圧力を調整することによってストッパ室７６の容積を大きくしたり小さくしたりすることができ、これによりストッパ６４をトップリング本体６０及びリテーナリング６２と独立して上下動できるようになっている。すなわち、圧力調整部９０、流路８６、及びストッパ室７６を形成する弾性膜６９によってストッパ６４をトップリング本体６０及びリテーナリング６２と独立して上下動させるストッパ上下動機構が構成される。
【００３５】
次に、このような構成の研磨装置１を用いてウェハＷを研磨する方法について説明する。まず、研磨の開始時には、トップリングヘッド４２をヘッドシャフト４０周りに揺動して、図４Ａに示すように、ウェハＷの受け渡しを行うプッシャ１００の位置までトップリング２０を移動する。プッシャ１００は、トップリング２０との間で芯出しを行うためにトップリング２０の外周面と嵌合可能な支持部１０２と、トップリング２０とプッシャ１００との間でウェハＷを受け渡しする際にウェハＷを支持するためのプッシャステージ１０４と、プッシャステージ１０４を上下動させるためのエアシリンダ（図示せず）と、プッシャステージ１０４と支持部１０２とを上下動させるためのエアシリンダ（図示せず）とを備えている。
【００３６】
トップリング２０とプッシャ１００との間でウェハＷを受け渡す際には、トップリング２０がプッシャ１００の上方へ移動した後、プッシャ１００のプッシャステージ１０４及び支持部１０２を上昇させ、支持部１０２をトップリング２０の外周面と嵌合させてトップリング２０とプッシャ１００との芯出しを行う。そして、ウェハＷが載置されたプッシャステージ１０４を上昇させ、ウェハＷの上面をトップリング２０の弾性膜６６に接触させる。このとき、圧力調整部９０は、制御部９１からの指令に従い、流路８２を介してリプル室７２を真空源に接続する。これにより、吸着孔７２Ａに負圧が形成され、弾性膜６６の下面にウェハＷが真空吸着される。
【００３７】
次に、トップリングヘッド４２の揺動及びトップリングシャフト２２の上下動によりトップリング２０を研磨テーブル１２の上方に移動し、図４Ｂに示すように、トップリング２０を下降させ真空吸着したウェハＷを研磨パッド１０に接触させる。このとき、研磨テーブル１２及びトップリング２０を回転させるとともに、液体供給ノズル３０から研磨パッド１０上に研磨液を供給する。ウェハＷがトップリング２０によって研磨パッド１０に押圧されることによって、ウェハＷが研磨パッド１０に摺接され、研磨パッド１０上の研磨液の機械的作用と化学的作用によってウェハＷの表面が平坦かつ鏡面状に研磨される。
【００３８】
ここで、研磨中のウェハＷと研磨パッド１０との間の相対的な押圧力がウェハＷの全面にわたって均一でない場合には、ウェハＷの各部分に作用する押圧力に応じて研磨不足や過研磨が生じてしまう。したがって、本実施形態では、圧力調整部９０が、制御部９１からの指令に従って、流路８１〜８４を介してセンター室７１、リプル室７２、アウター室７３、及びエッジ室７４にそれぞれ所定の圧力の流体を供給し、弾性膜６６を膨らませてウェハＷを研磨パッド１０に押圧する。これにより、ウェハＷを研磨パッド１０に押圧する押圧力をセンター室７１、リプル室７２、アウター室７３、及びエッジ室７４に対応する部分ごとに調整し、ウェハＷの表面が所望の状態になるように研磨している。
【００３９】
また、研磨パッド１０は弾性を有するため、研磨中のウェハＷの外周縁部に加わる押圧力が不均一になり、ウェハＷの外周縁部のみが多く研磨されてしまう場合がある。このようなことを防止するため、圧力調整部９０は、制御部９１からの指令に従って、流路８５を介してリテーナリング室７５に所定の圧力の流体を供給し、弾性膜６８を膨らませている。これにより、リテーナリング６２が所定の圧力でウェハＷの外周縁側に位置する研磨パッド１０の部分に押圧され、ウェハＷの外周縁部のみが多く研磨されることがないようにウェハＷの研磨条件が調整される。
【００４０】
ストッパ６４は、後述するように、ウェハＷを研磨パッド１０から引き剥がす際に研磨パッド１０上に取り残されたウェハＷを保護するものであるが、このストッパ６４にも上述したリテーナリング６２と同様の機能を持たせてもよい。すなわち、研磨中にはリテーナリング６２がウェハＷから水平方向の力を受け、リテーナリング６２が傾いたり、局所的に変形したりすることが考えられ、そのような場合には、リテーナリング６２でウェハＷの外周縁側に位置する研磨パッド１０の部分を所望の圧力で押圧することができなくなる。したがって、ウェハＷの外周縁側に位置する研磨パッド１０の部分をストッパ６４でも押圧して、リテーナリング６２の研磨パッド１０に対する傾きや局所的な変形を抑制しつつ、ウェハＷの外周縁部のみが多く研磨されることがないようにウェハＷの研磨条件を調整してもよい。
【００４１】
具体的には、圧力調整部９０が、制御部９１からの指令に従って、流路８６を介してストッパ室７６に所定の圧力の流体を供給し、弾性膜６９を膨らませる。これにより、ストッパ６４が所定の圧力でウェハＷの外周縁側に位置する研磨パッド１０の部分に押圧される。リテーナリング６２による押圧とストッパ６４による押圧は独立して行うことができ、例えば、ストッパ６４による押圧力をリテーナリング６２による押圧力よりも低くしてもよい。このようにすれば、リテーナリング６２に作用する水平方向の力は、ストッパ６４には作用せず、ストッパ６４の研磨パッド１０に対する傾きや局所的な変形を抑制することができる。したがって、ウェハＷの外周縁側に位置する研磨パッド１０の部分をリテーナリング６２とストッパ６４とによって所望の圧力で押圧することができる。
【００４２】
ウェハＷの研磨が終了した後、圧力調整部９０は、制御部９１からの指令に従って、流路８２を介してリプル室７２を真空源に接続する。これにより、吸着孔７２Ａに負圧が形成され、弾性膜６６の下面にウェハＷが真空吸着される。その後、トップリング本体６０を上昇させてウェハＷを研磨パッド１０から引き剥がす。このとき、圧力調整部９０は、制御部９１からの指令に従って、所定の時間の間（例えば、トップリング本体６０が所定の高さまで上昇するまでの間）、流路８６を介してストッパ室７６に所定の圧力の流体を供給し、図４Ｃに示すように、弾性膜６９を膨らませる。これにより、ストッパ６４は研磨パッド１０に対して押圧された状態（接触した状態）となる。
【００４３】
上記所定の時間が経過した後、圧力調整部９０はストッパ室７６への圧力流体の供給を停止する。これによって、図４Ｄに示すように、膨らんでいた弾性膜６９が元に戻り、ストッパ６４が研磨パッド１０から離れて上昇する。その後、トップリング２０は、トップリングシャフト２２の上下動及びトップリングヘッド４２の揺動により、例えばプッシャ１００や搬送ロボット（図示せず）の位置まで移動され、研磨後のウェハＷをプッシャ１００や搬送ロボットに受け渡す。
【００４４】
上述したように、ウェハＷの研磨後には、弾性膜６６の下面にウェハＷを真空吸着させ、トップリング本体６０を上昇させている。このときに、ウェハＷが研磨パッド１０とウェハＷとの間に生じる吸着力に抗しきれずに研磨パッド１０上に取り残されたとする。そのような場合であっても、上述したように、トップリング本体６０が研磨パッド１０から上昇してから所定の時間の間はストッパ６４が研磨パッド１０に接触したままとなるので、図４Ｅに示すように、研磨パッド１０上でストッパ６４がウェハＷを取り囲むように位置することとなる。したがって、研磨テーブル１２の回転による遠心力によってウェハＷが外側に滑り出したとしても、ウェハＷの径方向外側への移動がストッパ６４により遮られ、周囲に設置された部品（例えばドレッサなど）にウェハＷが衝突することがない。このように、本実施形態では、ウェハＷが研磨パッド１０上に取り残された場合においても、ウェハＷが周囲に設置された部品に衝突することがなく、ウェハＷの破損又は損傷を防止することができる。したがって、製造工程における歩留まりの低下を防止することができる。
【００４５】
このとき、ウェハＷが研磨パッド１０上に取り残されているか否か、すなわち弾性膜６６の下面からウェハＷが脱落しているか否かを検出し、ウェハＷが研磨パッド１０上に取り残されている場合には、警報を発したり、テーブル用モータによる研磨テーブル１２の回転を停止したり、他の搬送機構の動作を停止したりしてもよい。例えば、リプル室７２に接続される流路８２内の流体の圧力を測定する圧力センサ９５（図３参照）を設け、この圧力センサ９５により流路８２内の圧力の上昇が検出された場合にウェハＷが脱落したと判断してもよい。あるいは、研磨テーブル１２に埋設した渦電流センサ（図示せず）により研磨パッド１０上にウェハＷが取り残されていることを検出してもよいし、研磨パッド１０に照射した光の反射光の強度を検出するセンサによって研磨パッド１０上にウェハＷが取り残されていることを検出してもよい。
【００４６】
また、ウェハＷが研磨パッド１０上に取り残されていると判断された場合には、ウェハＷを把持するためのハンド（図示せず）を使ってウェハＷを取り上げ、図示しないロード部に搭載されたオープンカセット、ＳＭＩＦ（Standard Manufacturing Interface）ポッド、又はＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）などに回収してもよいし、あるいは次の搬送装置に移動させてもよい。例えば、これらの処理は、オペレータが操作パネルを操作することにより行われる。その後、オペレータは、ウェハＷの脱落により発された警報を解除し、他のウェハの処理を再開してもよい。
【００４７】
また、図５に示すように、研磨パッド１０上に取り残されたウェハＷのエッジがストッパ６４に接触する部分、すなわちストッパ６４の内周面の下端部６４Ａを樹脂やゴムなどの弾性を有する材料から形成し、ウェハＷがストッパ６４に当たったときの衝撃を吸収するようにしてもよい。また、ストッパ６４全体をこのような衝撃を吸収する材料により形成してもよい。
【００４８】
上述した回転機構、本体上下動機構４３、リテーナリング上下動機構、ストッパ上下動機構は一例であり、他の公知の技術を用いてこれらの機構を構成することができる。また、上述した実施形態では、ウェハＷをトップリング本体６０の下面に吸引する吸引機構を用いてウェハＷをトップリング本体６０の下面に保持しているが、ウェハＷをトップリング本体６０の下面に保持するための保持機構として他の既知の機構を用いることもできる。
【００４９】
また、上述した実施形態では、ストッパ６４の径方向内側にリテーナリング６２が配置されている例を説明したが、リテーナリング６２を省略することもできる。この場合には、上述したように、研磨中にストッパ６４によりウェハＷの外周縁側に位置する研磨パッド１０の部分を押圧して、ウェハＷの外周縁部のみが多く研磨されることがないようにウェハＷの研磨条件を調整することが好ましい。
【００５０】
これまで本発明の好ましい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。
【符号の説明】
【００５１】
Ｗ    半導体ウェハ（被研磨物）
１    研磨装置
１０    研磨パッド（研磨面）
１２    研磨テーブル
１４    テーブルシャフト
２０    トップリング
２２    トップリングシャフト
２４    ロータリジョイント
３０    液体供給ノズル
４０    ヘッドシャフト
４２    トップリングヘッド
４３    本体上下動機構
６０    トップリング本体
６２    リテーナリング
６４    ストッパ
６６    弾性膜
６７    隔壁
６８    弾性膜
６９    弾性膜
７１    センター室
７２    リプル室
７２Ａ  吸着孔
７３    アウター室
７４    エッジ室
７５    リテーナリング室
７６    ストッパ室
８１〜８６    流路
９０    圧力調整部
９１    制御部
９５    圧力センサ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５】
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