JP2013103318A - 研磨装置及び研磨方法 - Google Patents

Abstract

【目的】、過研磨を防止することが可能な研磨装置を提供する。
【構成】実施形態の研磨装置（１００）は、ステージ（１０１）と研磨部（１０２，１０４）と検出部（１１０）とロック機構（１２０）とを備えた。ステージ（１０１）は、半導体基板を載置する。研磨部（１０２，１０４）は前記半導体基板の上方から前記半導体基板の周縁部を研磨する。検出部（１１０）は前記半導体基板の基準高さ位置を検出する。ロック機構（１２０）は、前記研磨部（１０２，１０４）が前記基準高さ位置から所定の距離だけ前記半導体基板面側へ移動した場合に、研磨部（１０２，１０４）の半導体基板面側への更なる移動が停止されるように、前記研磨部（１０２，１０４）の移動を拘束する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、研磨装置及び研磨方法に関する。

近年半導体装置の製造プロセスにおいて、半導体ウェハ（基板）のベベル部及び周縁部を研磨テープで研磨することが行われている。ベベル部は、半導体ウェハの端部において断面が曲率を有する部分を指す。周縁部は、ウェハのベベル部から基板表面を内側に向かった数ｍｍ程度の表面が平坦な部分を指す。例えば、かかるベベル部に生じる表面荒れに起因する発塵によるパーティクルを抑制するために、ベベル部及び周縁部を研磨してベベル部及び周縁部に形成された表面荒れを平坦化してパーティクルの発生を抑制することが行われる。かかる研磨プロセスでは、基板を回転させながら基板のベベル部及び周縁部に研磨テープを摺接させて基板のベベル部及び周縁部に形成された針状突起や膜を除去する。

しかしながら、研磨テープを基板に押圧しながら周縁部の研磨を行うと、基板の過研磨が行われてしまうことがあった。

特表２００７−５２４２３１号公報

本発明の実施形態は、上述した問題点を克服し、過研磨を防止することが可能な研磨装置及び研磨方法を提供することを目的とする。

実施形態の研磨装置は、ステージと研磨部と検出部とロック機構とを備えた。ステージは、半導体基板を載置する。研磨部は前記半導体基板の上方から前記半導体基板の周縁部を研磨する。検出部は前記半導体基板の基準高さ位置を検出する。ロック機構は、前記研磨部が前記基準高さ位置から所定の距離だけ前記半導体基板面側へ移動した場合に、研磨部の半導体基板面側への更なる移動が停止されるように、前記研磨部の移動を拘束する。

実施形態の研磨方法は、半導体基板の基準高さ位置を検出する工程と、前記基準高さ位置を用いて、研磨高さ位置の目標値を設定する工程と、研磨部を用いて、前記基準高さ位置から前記研磨高さ位置の目標値へと向かって移動しながら、前記半導体基板の周縁部を研磨する工程と、前記目標値よりも半導体基板の研磨が進まないように、ロック機構を用いて研磨部の半導体基板面側への移動を拘束する工程と、を備えたことを特徴とする。

第１の実施形態における研磨装置の構成を示す構成図である。 第１の実施形態における研磨動作を説明するための動作説明図である。 第１の実施形態における電流値と時間との関係の一例を示すグラフである。 第１の実施形態における研磨動作を説明するための動作説明図である。 第２の実施形態における研磨装置の構成の一部を示す構成図である。 第３の実施形態における研磨動作を説明するための動作説明図である。 第４の実施形態における研磨動作を説明するための動作説明図である。 第５の実施形態における研磨装置の構成の一部を示す構成図である。 第５の実施形態における研磨動作を説明するための動作説明図である。 第６の実施形態における研磨動作を説明するための動作説明図である。

（第１の実施形態）
図１では、第１の実施形態における研磨装置の構成が示される。図１において、周縁部研磨装置１００は、ステージ１０１、研磨ヘッド１０２、研磨テープ１０４、ローラ１０６、研磨ヘッドボックス１１１、モータ１３０．１３１，１３２、電流計１４０，１４１，１４２、及び制御回路１５０を備えている。周縁部研磨装置１００内の各構成の動作は、制御回路１５０によって制御される。研磨ヘッドボックス１１１内には、シリンダ１１２、シリンダ軸１１４、テーパ軸１１７、位置確認センサ１１０、可変ストッパ機構１２０、当接部材１１６、圧力制御回路１３４、及び電流計１４４が配置される。また、可変ストッパ機構１２０は、ストッパ部材１１８、スライダ１２１、モータ１２２、及び回転軸１２４を有している。

シリンダ１１２内から延びるシリンダ軸１１４の先にはテーパ軸１１７が配置される。テーパ軸１１７は、その軸径が徐々に変化するように形成されている。図１の例は、下方に向かって徐々に細くなるように形成されている。そして、テーパ軸１１７は、研磨ヘッドボックス１１１内から外部に突き出しており、研磨ヘッドボックス１１１の外部においてテーパ軸１１７の先には研磨ヘッド１０２が配置される。研磨ヘッド１０２は、テーパ軸１１７側とは反対側が例えば円弧上に凸に形成され、研磨テープ１０４を裏面側からかかる円弧上の凸面で押圧する。研磨テープ１０４は、その研磨面に砥石等の研磨部材が形成され研磨対象と摺動することで研磨対象を研磨する。研磨テープ１０４は、図示しない送りリールを回転させる送りモータ１３０と図示しない巻き取りリールを回転させる巻き取りモータ１３１によって弛まないように引っ張られる。また、研磨テープ１０４は、研磨ヘッド１０２で押圧された位置でシリコン基板（半導体基板）３００を研磨する。そのため、研磨テープ１０４は、研磨ヘッド１０２の位置で凸に張られるように、研磨ヘッド１０２よりも若干シリンダ軸１１４側にずれた位置の２つのローラ１０６を介して送りモータ１３０と巻き取りモータ１３１によって張られる。なお、送りモータ１３０或いは巻き取りモータ１３１とローラ１０６との間には、その他のローラ等を介して研磨テープの経路が形成されている。

また、ステージ１０１上には研磨対象となるシリコン基板３００が載置され、シリコン基板３００が載置された状態で、ステージ１０１はモータ１３２によってシリコン基板３００の表面中心を軸に回転する。シリコン基板３００は、その裏面が、例えば、図示しない真空チャック機構によりステージ１０１表面に吸着されている。例えば、ステージ１０１の直径は、シリコン基板３００の直径よりも小さく形成され、シリコン基板３００の表面および裏面における周縁部がステージ１０１の外径よりも外側に位置するように形成される。

なお、図１では、第１の実施形態の説明に必要な構成を示しているにすぎず、その他の構成が配置されていても構わないことは言うまでもない。

図２に、第１の実施形態における研磨動作を説明するための動作説明図が示される。シリコン基板３００表面の周縁部を研磨する際には、以下のように動作する。

図２（ａ）に示すように、まず、かかる周縁部の基板中心側の端の位置において、凸面が下を向くように配置された研磨ヘッド１０２が上方からシリコン基板３００の周縁部表面まで移動する。かかる周縁部の基板中心側の端の位置における周縁部表面が研磨開始位置になる。

そして、第１の垂直移動研磨工程として、研磨ヘッド１０２が上方から、回転するステージ１０１上に載置されたシリコン基板３００表面に向かって研磨テープ１０４を押圧することで研磨が開始される。研磨テープ１０４の押圧力は、圧力制御回路１３４によって制御されたシリンダ１１２によって調整される。よって、シリコン基板３００表面の周縁部の研磨が進むと、一定の押圧力になるように、シリンダ１１２がシリンダ軸１１４を送り出す。その送り動作によって、テーパ軸１１７、研磨ヘッド１０２、及びその先の研磨テープ１０４が基板面側に移動する。このように、研磨ヘッド１０２及び研磨テープ１０４といった研磨部が、シリコン基板３００の上方からシリコン基板３００の周縁部を研磨する。

次に、基準高さ位置検出工程として、シリコン基板３００の基準高さ位置を検出する。シリコン基板３００の表面に形成された膜１２の研磨が進み、図２（ｂ）に示すように、かかる周縁部の基板中心側の端の位置において、膜１２の下層の基板１０面に到達する。ここで、研磨対象が膜１２から硬さの異なる基板１０へと変わるため、摩擦抵抗が変化する。

図３は、第１の実施形態における電流値と時間との関係の一例を示すグラフである。縦軸に電流値を示し、横軸に研磨開始からの経過時間ｔを示す。図３に示すように、上述した摩擦抵抗の変化は、ステージ１０１を回転させるモータ１３２のトルク変化を起こし、モータ１３２への入力電流値が変動する。モータ１３２への入力電流値は電流計１４２によって検出される。同様に、研磨テープ１０４の送りモータ１３０と巻き取りモータ１３１のトルク変化を起こし、送りモータ１３０、巻き取りモータ１３１への入力電流値が変動する。送りモータ１３０への入力電流値は電流計１４０によって検出される。巻き取りモータ１３１への入力電流値は電流計１４１によって検出される。また、押圧力を制御している圧力制御回路１３４への入力電流値が変動する。圧力制御回路１３４への入力電流値は電流計１４４によって検出される。

制御回路１５０は、かかる電流値のうち、少なくとも１つを入力し、入力された少なくとも１つの電流値の電流変化をトリガとして、位置確認センサ１１０にシリコン基板３００の基準高さ位置を検出させる。位置確認センサ１１０は検出部の一例である。具体的には、例えば、以下のようにして検出する。テーパ軸１１７の軸中心から軸方向と直交する方向に所定の距離だけ離れた位置に、位置確認センサ１１０を配置しておく。そして、テーパ軸１１７表面と位置確認センサ１１０との距離を測定する。例えばテーパ軸１１７が基板側に移動すれば、位置確認センサ１１０の高さ位置におけるテーパ軸１１７の軸径が変化する。よって、テーパ軸１１７表面と位置確認センサ１１０との距離が変化する。これにより、テーパ軸１１７の高さ位置を介して、研磨ヘッド１０２の高さ位置、ひいては研磨しているシリコン基板３００の表面高さ位置を検出できる。以上のように、シリコン基板３００を研磨しながら研磨対象が変化した時点を基準高さ位置として検出する。制御回路１５０は、かかる検出で得られた表面高さ位置を基準高さ位置として認識する。

図４に、第１の実施形態における研磨動作を説明するための動作説明図が示される。図４（ａ）に示すように、周縁部の基板中心側の端の位置において、上述した基準高さ位置から所定の距離ｄ１だけ研磨を進める。その後、図４（ｂ）に示すように、基板外周側に向かって平行移動しながら研磨を進めていく。

ここで、シリコン基板３００の周縁部の特にべベル側の端部付近では、研磨テープ１０４との接触面積が小さくなるため面圧が上昇し、削り過ぎる過研磨が生じてしまう。そこで、第１の実施形態では、以下のようにかかる過研磨を防止する。

まず、研磨高さ位置の目標値設定工程として、制御回路１５０は、検出された基準高さ位置を用いて、研磨高さ位置の目標値を設定する。

シリンダ軸１１４には、当接部材１１６が固定されている。当接部材１１６は、例えばシリンダ軸１１４の軸方向と直交する方向に延びている。当接部材１１６は、シリンダ軸１１４と共に移動する。よって、研磨ヘッド１０２や研磨テープ１０４の移動と共に同じ量だけ移動する。そこで、上述した基準高さ位置と対応した当接部材１１６の高さ位置から研磨が進む側に距離ｄ１だけ離れた位置（研磨高さ位置の目標値）にストッパ部材１１８（ストッパ部）が配置されるようにストッパ部材１１８を移動させる。ストッパ部材１１８は、スライダ１２１に固定され、スライダ１２１は、モータ１２２により回転する回転軸１２４の回転に伴ってシリンダ軸方向に移動可能に配置される。そして、かかるスライダ１２１の移動によって、ストッパ部材１１８を所望の高さ位置まで移動させればよい。

そして、第２の垂直移動研磨工程として、図４（ａ）に示すように、周縁部の基板中心側の端の位置において、研磨ヘッド１０２や研磨テープ１０４を用いて、基準高さ位置から所定の距離ｄ１だけ離れた位置（研磨高さ位置の目標値）へと向かって移動しながら、シリコン基板３００の周縁部を研磨する。

そして、移動拘束工程として、研磨高さ位置の目標値よりもシリコン基板３００の研磨が進まないように、ロック機構を用いて研磨部のシリコン基板３００面側への移動を拘束する。具体的には、以下のように動作する。上述した基準高さ位置から所定の距離ｄ１だけ研磨を進めると、目標値の研磨高さ位置において当接部材１１６がストッパ部材１１８に当接する。そのため、研磨ヘッド１０２や研磨テープ１０４は、それ以上、基板側に進むことができなくなる。よって、ストッパ部材１１８は、当接部材１１６と当接して、研磨ヘッド１０２や研磨テープ１０４のシリコン基板面側への移動を拘束する。以上のように、可変ストッパ機構１２０は、研磨ヘッド１０２や研磨テープ１０４が基準高さ位置から所定の距離ｄ１だけシリコン基板３００面側へ移動した場合に、研磨ヘッド１０２や研磨テープ１０４のシリコン基板３００面側への更なる移動が停止されるように、研磨ヘッド１０２や研磨テープ１０４の移動を拘束する。可変ストッパ機構１２０は、ロック機構の一例である。

そして、平行移動研磨工程として、研磨部の基板側への移動（ここでは垂直移動）が拘束された状態で、図４（ｂ）に示すように、基板面と平行に研磨ヘッド１０２を図示しない移動機構により平行移動させながら基板外周側へと基板１０とその上の膜１２との研磨を一緒に進めていく。第１の実施形態では、研磨ヘッド１０２の基板側への移動が機械的に拘束されているので、周縁部のべベル側端部においても過研磨を防止或いは抑制できる。

以上のように、第１の実施形態によれば、基板周縁部の過研磨を防止或いは抑制できる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、第２の研磨対象となる基板１０上に第１の研磨対象となる膜１２が形成された場合について説明したが、第１の研磨対象となる膜１２が形成されていないシリコン基板（半導体基板）の表面を研磨する場合もある。例えば、基板周縁部の表面が荒れて表面に凹凸が形成されている場合等に平坦化する。例えばトレンチキャパシタのトレンチをＳｉウェハの表面に形成するＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）工程で荒れは発生する。しかし、第１の実施形態のように基準高さ位置を検出するための膜１２が存在しない。そこで、第２の実施形態では、以下のようにして基準高さ位置を検出する。以下、特に説明しない点の内容は第１の実施形態と同様である。

図５に、第２の実施形態における研磨装置の構成の一部が示される。図５において、基準高さ位置の検出部としてテーパ軸１１７及び位置確認センサ１１０に加えて、カンチレバー２２２を備えた点以外は、図１と同様である。カンチレバー２２２は、研磨ヘッド１０２の脇に配置される。図５では、シリンダ軸１１４の先に研磨ヘッド１０２が配置されているが、テーパ軸１１７については記載を省略している。

まず、基準高さ位置検出工程として、シリコン基板３０２の基準高さ位置を検出する。カンチレバー２２２の先端をシリコン基板３０２の表面に近づけ、原子間力を利用してシリコン基板３０２の表面高さ位置を検出する。そして、制御回路１５０は、カンチレバー２２２から信号を入力し、かかるシリコン基板３０２の表面高さ位置を基準高さ位置として取得する。このとき、第1の実施形態とは異なり研磨ヘッド１０２の位置は待機状態にあるが、第１の実施形態と同様、位置確認センサ１１０でテーパ軸１１７との距離を測定することで研磨ヘッド１０２の高さ位置を検出すれば、この研磨ヘッド１０２の高さ位置とカンチレバー２２２で検出されたシリコン基板３０２の表面高さ位置との相対的な位置関係に基づき、研磨ヘッド１０２による研磨動作の際のシリコン基板３０２の基準高さ位置を認識することができる。

そして、研磨高さ位置の目標値設定工程として、制御回路１５０は、かかる基準高さ位置を用いて、研磨高さ位置の目標値を設定する。そして、上述した基準高さ位置と対応した当接部材１１６の高さ位置から研磨が進む側に距離ｄだけ離れた位置（研磨高さ位置の目標値）にストッパ部材１１８（ストッパ部）が配置されるようにストッパ部材１１８を移動させる。

そして、垂直移動研磨工程として、周縁部の基板中心側の端の位置において、研磨ヘッド１０２や研磨テープ１０４を用いて、基準高さ位置から所定の距離ｄだけ離れた位置（研磨高さ位置の目標値）へと向かって移動しながら、シリコン基板３０２の周縁部を研磨する。

そして、移動拘束工程として、研磨高さ位置の目標値よりもシリコン基板３０２の研磨が進まないように、ロック機構を用いて研磨部のシリコン基板３０２面側への移動を拘束する。

そして、平行移動研磨工程として、研磨部の基板側への移動（ここでは垂直移動）が拘束された状態で、基板面と平行に研磨ヘッド１０２を図示しない移動機構により平行移動させながら基板外周側へとシリコン基板３０２の研磨を進めていく。

以上により、研磨高さ位置の目標値よりもシリコン基板３０２の研磨が進まないように、ロック機構を用いて研磨部のシリコン基板３０２面側への移動を拘束できる。その結果、シリコン基板３０２上に基準高さ位置を検出するための膜が形成されていなくても、シリコン基板３０２の過研磨を防止できる。

（第３の実施形態）
第１の実施形態では、基板１０上の膜１２から基板１０へと研磨対象が変化した時点を基準高さ位置として検出し、基板１０の研磨量ｄ１を管理していたが、これに限るものではない。第３の実施形態では、基板１０上に積層膜が形成されていた場合に、上層から第２番目以降の下層の膜の研磨量を管理する場合について説明する。第３の実施形態において、装置構成は、図１と同様である。また、以下、特に説明しない点の内容は第１の実施形態と同様である。

図６に、第３の実施形態における研磨動作を説明するための動作説明図が示されている。第３の実施形態では、基板１０上に膜１２、膜１４からなる積層膜が形成されたシリコン基板３００の周縁部を研磨する。特に、第３の実施形態では、下層の膜１２の研磨量を管理する場合について説明する。

まず、図６（ａ）に示すように、かかる周縁部の基板中心側の端の位置において、凸面が下を向くように配置された研磨ヘッド１０２が上方からシリコン基板３００の周縁部表面、すなわち積層膜の表面まで移動する。かかる周縁部の基板中心側の端の位置における周縁部の積層膜表面が研磨開始位置になる。

そして、第１の垂直移動研磨工程として、周縁部の基板中心側の端の位置において、研磨ヘッド１０２及び研磨テープ１０４といった研磨部が、シリコン基板３００の上方からシリコン基板３００の周縁部を研磨する。

次に、基準高さ位置検出工程として、シリコン基板３００の基準高さ位置を検出する。シリコン基板３００の表面に形成された膜１４の研磨が進み、図６（ｂ）に示すように、かかる周縁部の基板中心側の端の位置において、膜１４の下層の膜１２表面に到達する。ここで、研磨対象が膜１４から硬さの異なる膜１２へと変わるため、摩擦抵抗が変化する。かかる時点で、第１の実施形態と同様、制御回路１５０は、上述した電流値のうち、入力された少なくとも１つの電流値の電流変化をトリガとして、位置確認センサ１１０にシリコン基板３００の基準高さ位置を検出させる。以上のように、シリコン基板３００を研磨しながら研磨対象が変化した時点を基準高さ位置として検出する。制御回路１５０は、かかる検出で得られた高さ位置を基準高さ位置として認識する。

そして、研磨高さ位置の目標値設定工程として、制御回路１５０は、かかる基準高さ位置を用いて、研磨高さ位置の目標値を設定する。そして、上述した基準高さ位置と対応した当接部材１１６の高さ位置から研磨が進む側に距離ｄ２だけ離れた位置（研磨高さ位置の目標値）にストッパ部材１１８（ストッパ部）が配置されるようにストッパ部材１１８を移動させる。

そして、第２の垂直移動研磨工程として、図６（ｃ）に示すように、周縁部の基板中心側の端の位置において、研磨ヘッド１０２や研磨テープ１０４を用いて、基準高さ位置から所定の距離ｄ２だけ離れた位置（研磨高さ位置の目標値）へと向かって移動しながら、シリコン基板３００の周縁部にある膜１２を研磨する。

そして、移動拘束工程として、研磨高さ位置の目標値よりも膜１２の研磨が進まないように、ロック機構を用いて研磨部のシリコン基板３００面側への移動（ここでは垂直移動）を拘束する。具体的には、以下のように動作する。上述した基準高さ位置から所定の距離ｄ２だけ研磨を進めると、目標値の研磨高さ位置において当接部材１１６がストッパ部材１１８に当接する。そのため、研磨ヘッド１０２や研磨テープ１０４は、それ以上、基板側に進むことができなくなる。よって、ストッパ部材１１８は、当接部材１１６と当接して、研磨ヘッド１０２や研磨テープ１０４のシリコン基板面側への移動を拘束する。

そして、水平移動研磨工程として、研磨部の基板側への移動が拘束された状態で、第１の実施形態と同様、基板面と平行に研磨ヘッド１０２を図示しない移動機構により平行移動させながら基板外周側へと膜１２とその上層の膜１４との研磨を一緒に進めていく。

以上のように、第３の実施形態によれば、基板周縁部における積層膜の下層膜１２の研磨量を管理できる。その結果、下層膜１２の過研磨を防止或いは抑制できる。

（第４の実施形態）
シリコン基板の周縁部を研磨する際、研磨プロセスを複数回に分けて行う場合がある。例えば、第１回目の周縁部研磨では、目の粗い研磨テープ１０４を用いて荒研磨（粗研磨）を行い、目の粗い研磨テープ１０４から目の細かい研磨テープ１０４に変えて２回目の研磨において仕上げ研磨を行う場合等が挙げられる。かかる場合についても、２回の周縁部研磨の際の研磨量を管理できる。第４の実施形態では、第３の実施形態と同様、基板１０上に積層膜が形成されている場合に、上層から第２番目以降の下層の膜の研磨量を管理する。以下、特に説明しない点の内容は第３の実施形態と同様である。

図７に、第４の実施形態における研磨動作を説明するための動作説明図が示されている。第４の実施形態では、基板１０上に膜１２、膜１４からなる積層膜が形成されたシリコン基板３００の周縁部を研磨する。特に、第４の実施形態では、下層の膜１２の研磨量を管理する場合について説明する。

第１回目の周縁部研磨工程において、まず、第１の垂直移動研磨工程として、第３の実施形態と同様、周縁部の基板中心側の端の位置において、研磨ヘッド１０２及び研磨テープ１０４といった研磨部が、シリコン基板３００の上方からシリコン基板３００の周縁部を研磨する。

次に、基準高さ位置検出工程として、シリコン基板３００の基準高さ位置を検出する。シリコン基板３００の表面に形成された膜１４の研磨が進み、図７（ａ）に示すように、かかる周縁部の基板中心側の端の位置において、膜１４の下層の膜１２表面に到達する。ここで、研磨対象が膜１４から硬さの異なる膜１２へと変わるため、摩擦抵抗が変化する。かかる時点で、第１の実施形態と同様、シリコン基板３００を研磨しながら研磨対象が変化した時点を基準高さ位置として検出する。制御回路１５０は、かかる検出で得られた高さ位置を基準高さ位置として認識する。

そして、研磨高さ位置の目標値設定工程として、制御回路１５０は、かかる基準高さ位置を用いて、研磨高さ位置の目標値を設定する。そして、上述した基準高さ位置と対応した当接部材１１６の高さ位置から研磨が進む側に距離ｄ３だけ離れた位置（研磨高さ位置の目標値）にストッパ部材１１８（ストッパ部）が配置されるようにストッパ部材１１８を移動させる。

そして、第２の垂直移動研磨工程として、第３の実施形態と同様、周縁部の基板中心側の端の位置において、図７（ａ）に示すように、研磨ヘッド１０２や研磨テープ１０４を用いて、基準高さ位置から所定の距離ｄ３だけ離れた位置（研磨高さ位置の目標値）へと向かって移動しながら、シリコン基板３００の周縁部にある膜１２を研磨する。

そして、移動拘束工程として、研磨高さ位置の目標値よりも膜１２の研磨が進まないように、ロック機構を用いて研磨部のシリコン基板３００面側への移動を拘束する。上述した基準高さ位置から所定の距離ｄ３だけ研磨を進めると、目標値の研磨高さ位置において当接部材１１６がストッパ部材１１８に当接する。そのため、研磨ヘッド１０２や研磨テープ１０４は、それ以上、基板側に進むことができなくなる。

そして、平行移動研磨工程として、基板面と平行に研磨ヘッド１０２を図示しない移動機構により平行移動させながら基板外周側へと膜１２とその上層の膜１４との研磨を一緒に進めていく。以上のようにして、第１回目の周縁部研磨工程を終了する。

次に、第２回目の周縁部研磨工程において、まず、周縁部の基板中心側の端の位置において、第１回目の周縁部研磨工程での基準高さ位置から所定の距離ｄ３だけ削り進んだ目標値の研磨高さ位置に高さ位置を合わせる。

次に、研磨高さ位置の目標値設定工程として、制御回路１５０は、第１回目の周縁部研磨工程における目標値の研磨高さ位置を第２回目の周縁部研磨工程の基準高さ位置として用いて、第２回目の周縁部研磨工程における研磨高さ位置の目標値を設定する。そして、上述した第２回目の周縁部研磨工程の基準高さ位置と対応した当接部材１１６の高さ位置から研磨が進む側に距離ｄ４だけ離れた位置（第２回目の周縁部研磨工程の研磨高さ位置の目標値）にストッパ部材１１８（ストッパ部）が配置されるようにストッパ部材１１８を移動させる。

そして、垂直移動研磨工程として、図７（ｂ）に示すように、周縁部の基板中心側の端の位置において、基準高さ位置から第２回目の周縁部研磨を開始する。研磨ヘッド１０２や研磨テープ１０４を用いて、第２回目の周縁部研磨工程の基準高さ位置から所定の距離ｄ４だけ離れた位置（研磨高さ位置の目標値）へと向かって移動しながら、シリコン基板３００の周縁部にある膜１２を研磨する。

そして、移動拘束工程として、研磨高さ位置の目標値よりも膜１２の研磨が進まないように、ロック機構を用いて研磨部のシリコン基板３００面側への移動を拘束する。

そして、平行移動研磨工程として、基板面と平行に研磨ヘッド１０２を図示しない移動機構により平行移動させながら基板外周側へと膜１２の研磨を進めていく。以上のようにして、第２回目の周縁部研磨工程を終了する。

以上のように、第４の実施形態によれば、複数回に研磨プロセスを分けた場合でも、基板周縁部における積層膜の下層膜１２の研磨量を管理できる。その結果、下層膜１２の過研磨を防止或いは抑制できる。

（第５の実施形態）
上述した各実施形態では、シリンダ１１２及びシリンダ軸１１４等から構成されるシリンダ機構によって、押圧力を調整すると共に研磨ヘッド１０２を移動させていたが、これに限るものではない。

図８に、第５の実施形態における研磨装置の構成の一部が示されている。図８において、研磨ヘッドボックス１１１内部の構成が、シリンダ１１２、シリンダ軸１１４、テーパ軸１１７、位置確認センサ１１０、可変ストッパ機構１２０、当接部材１１６、及び圧力制御回路１３４の代わりに、モータ３１２、ねじ型軸３１４、位置確認センサ３１０、及びロック機構３２０が配置された点、並びに、ねじ型軸３１４の先端に研磨ヘッド１０２が接続された点以外は、図１と同様である。なお、電流計１４２は、モータ３１２への入力電流値も計測する。また、以下、特に説明しない点の内容は第１の実施形態と同様である。

図９に、第５の実施形態における研磨動作を説明するための動作説明図が示されている。シリコン基板３００表面の周縁部を研磨する際には、以下のように動作する。

図９（ａ）に示すように、まず、かかる周縁部の基板中心側の端の位置において、凸面が下を向くように配置された研磨ヘッド１０２が上方からシリコン基板３００の周縁部表面まで移動する。かかる周縁部の基板中心側の端の位置における周縁部表面が研磨開始位置になる。その際の、研磨ヘッド１０２の上下移動は、モータ３１２によって回転させられるねじ型軸３１４の移動によって調整される。モータ３１２としては、例えば、サーボモータ等が好適である。

そして、第１の垂直移動研磨工程として、図９（ｂ）に示すように、研磨ヘッド１０２が上方から、回転するステージ１０１上に載置されたシリコン基板３００表面に向かって研磨テープ１０４を押圧することで研磨が開始される。研磨テープ１０４の押圧力は、制御回路１５０が電流計１４２によって計測されるステージ１０１を回転させるモータ１３２の入力電流値を入力して、かかる入力電流値が実質的に一定になるようにねじ型軸３１４の送り量を調整する。すなわち、ステージ１０１を回転させるモータ１３２の入力電流値をフィードバックして研磨テープ１０４の押圧力を調整する。ここでの送り動作によって、ロック機構３２０、研磨ヘッド１０２、及びその先の研磨テープ１０４が基板面側に移動する。このように、研磨ヘッド１０２及び研磨テープ１０４といった研磨部が、シリコン基板３００の上方からシリコン基板３００の周縁部を研磨する。

次に、基準高さ位置検出工程として、シリコン基板３００の基準高さ位置を検出する。シリコン基板３００の表面に形成された膜１２の研磨が進み、図８に示すように、かかる周縁部の基板中心側の端の位置において、膜１２の下層の基板１０面に到達する。ここで、研磨対象が膜１２から硬さの異なる基板１０へと変わるため、摩擦抵抗が大きく変化する。

上述した摩擦抵抗の変化は、ステージ１０１を回転させるモータ１３２への入力電流値、研磨テープ１０４の送りモータ１３０若しくは巻き取りモータ１３１への入力電流値、或いは、モータ３１２への入力電流値のうち、少なくとも１つの電流値の電流変化をトリガとして、位置確認センサ３１０にシリコン基板３００の基準高さ位置を検出させればよい。なお、上述したように、ステージ１０１用のモータ１３２への入力電流値が一定になるようにフィードバック制御されているが、研磨対象が膜１２から硬さの異なる基板１０へと変わった際には、急激な電流変化が生じる。そのため、フィードバック制御にかかわらず、ステージ１０１用のモータ１３２への入力電流値によっても基準高さ位置を検出することは可能である。そして、制御回路１５０は、かかる検出で得られた高さ位置を基準高さ位置として認識する。ここで、位置確認センサ３１０は、モータ３１２の回転量を測定する。位置確認センサ３１０として、エンコーダを用いることができる。そして、制御回路１５０は、かかる回転量にねじ型軸３１４のネジピッチを乗じることで高さ位置を算出すればよい。

そして、研磨高さ位置の目標値設定工程として、制御回路１５０は、かかる基準高さ位置を用いて、研磨高さ位置の目標値を設定する。

そして、第２の垂直移動研磨工程として、図９（ｃ）に示すように、周縁部の基板中心側の端の位置において、研磨ヘッド１０２や研磨テープ１０４を用いて、基準高さ位置から所定の距離ｄ５だけ離れた位置（研磨高さ位置の目標値）へと向かって移動しながら、シリコン基板３００の周縁部を研磨する。移動量は、位置確認センサ３１０によって計測される回転量にねじ型軸３１４のネジピッチを乗じることで調整できる。

そして、移動拘束工程として、研磨高さ位置の目標値よりもシリコン基板３００の研磨が進まないように、ロック機構を用いて研磨部のシリコン基板３００面側への移動を拘束する。具体的には、基準高さ位置から所定の距離ｄ５だけ進んだ時点でサーボロック等のロック機構３２０でモータ３１２の回転をロックすればよい。これにより、ねじ型軸３１４が送り出されないようにできる。そのため、研磨ヘッド１０２や研磨テープ１０４は、それ以上、基板側に進むことができなくなる。

そして、平行移動研磨工程として、研磨部の基板側への移動が拘束された状態で、基板面と平行に研磨ヘッド１０２を図示しない移動機構により平行移動させながら基板外周側へと基板１０とその上の膜１２との研磨を一緒に進めていく。第５の実施形態では、研磨ヘッド１０２の基板側への移動が機械的に拘束されているので、周縁部のべベル側端部においても過研磨を防止或いは抑制できる。

以上のように、第５の実施形態によれば、ねじ型軸３１４のネジピッチによって研磨量を管理できる。

（第６の実施形態）
上述した各実施形態では、基板の上面側における周縁部を研磨する例を説明したが、周縁部研磨装置は、これに限るものではない。以下、説明する点以外の内容は上述した各実施形態のいずれかと同様である。

図１０に、第６の実施形態における研磨動作を説明するための動作説明図が示されている。図１０では、基板１０の裏面側に膜１６が形成されている場合を示している。図１０に示すように、周縁部研磨装置１００は、基板の裏面側を研磨してもよい。図示しない移動機構により、基板上面側から回転移動することで、基板裏面側へと研磨ヘッド１０２及び研磨テープ１０４等の研磨に必要な構成機構を移動させる。そして、上面側を研磨した場合と上下を逆にして第１の実施形態と同様に研磨動作を行えばよい。また、基板１０の裏面側に膜１６が形成されていない場合には、第２の実施形態と同様、基板１０の裏面位置を基準高さ位置として検出すればよい。

以上により、裏面側においても上面側と同じように研磨量を管理でき、外周部端を過研磨なく処理することができる。

以上のように、各実施形態により、基板の周縁部を過研磨なく研磨できることで、各種製造装置内或いは装置間を搬送する際におけるシリコン基板のハンドリングを安定させることができる。また、基板表面の凹凸を平坦化でき、パーティクルを抑制できる。

以上、具体例を参照しつつ実施形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、周縁部研磨装置を、図示しない移動機構により、基板上面側から基板の側面を経由して基板裏面側へと移動させながら、基板のべベル部を研磨してもよい。

また、各膜の膜厚や、形状、数などについても、半導体集積回路や各種の半導体素子において必要とされるものを適宜選択して用いることができる。

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての研磨装置、半導体製造装置、研磨方法および半導体装置の製造方法は、本発明の範囲に包含される。

また、説明の簡便化のために、半導体産業で通常用いられる手法、例えば、研磨時の冷却や、研磨処理前後のクリーニング等は省略しているが、それらの手法が含まれ得ることは言うまでもない。

１０ 基板、１２，１４，１６ 膜、１００ 周縁部研磨装置、１０１ ステージ、１０２ 研磨ヘッド、１０４ 研磨テープ、１１０，３１０ 位置確認センサ、１１６ 当接部材、１１８ ストッパ部材、１２０ 可変ストッパ機構、３００，３０２ シリコン基板

Claims (5)

1. 半導体基板を載置するステージと、
   前記半導体基板の上方から前記半導体基板の周縁部を研磨する研磨部と、
   前記半導体基板の基準高さ位置を検出する検出部と、
   前記研磨部が前記基準高さ位置から所定の距離だけ前記半導体基板面側へ移動した場合に、研磨部の半導体基板面側への更なる移動が停止されるように、前記研磨部の移動を拘束するロック機構と、
   を備えたことを特徴とする研磨装置。
2. 前記ロック機構は、
   前記研磨部の移動に伴って移動する当接部材と、
   前記当接部材と当接して、前記研磨部の半導体基板面側への移動を拘束するストッパ部と、
   を有することを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
3. 半導体基板の基準高さ位置を検出する工程と、
   前記基準高さ位置を用いて、研磨高さ位置の目標値を設定する工程と、
   研磨部を用いて、前記基準高さ位置から前記研磨高さ位置の目標値へと向かって移動しながら、前記半導体基板の周縁部を研磨する工程と、
   前記目標値よりも半導体基板の研磨が進まないように、ロック機構を用いて研磨部の半導体基板面側への移動を拘束する工程と、
   を備えたことを特徴とする研磨方法。
4. 前記半導体基板を研磨しながら研磨対象が変化した時点を前記基準高さ位置として検出することを特徴とする請求項３記載の研磨方法。
5. 前記半導体基板の表面高さ位置を前記基準高さ位置として検出することを特徴とする請求項３記載の研磨方法。

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