JP2022143023A - 研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハを、その径方向において所定の研磨除去量で研磨する。【解決手段】スピンドル回転制御部がスピンドル回転速度を制御し、チャック回転制御部がチャック回転速度を制御し、さらに、傾き制御部がチャックテーブル３１の傾きを調整することにより、ウェーハ１００と研磨パッド７７との相対速度、および、研磨パッド７７からウェーハ１００にかかる荷重を制御することができる。これにより、ウェーハ１００の半径方向における研磨除去量が調整されて、ウェーハ１００を、その径方向において所定の研磨除去量で研磨することができる。【選択図】図５

Description

本発明は、研磨装置に関する。

ウェーハを研磨する研磨装置は、ウェーハを、チャックテーブルによって保持し、研磨パッドの研磨面によって研磨している。

研磨パッドの研磨面は、ウェーハの直径よりも長い直径を有しており、研磨パッドの研磨面の回転軸心と、ウェーハの回転軸心とを研磨面方向に平行な方向にずらして、研磨面をウェーハに押し付けてウェーハを研磨している。

この場合、ウェーハの面内において、ウェーハの回転速度と研磨パッドの回転速度との相対速度は均一である。したがって、ウェーハを押し付ける研磨パッドの荷重が、ウェーハの面内において均一であれば、ウェーハの面内における研磨除去量も均一になる。

そのため、ウェーハの径方向において研磨除去量を変更したい場合には、特許文献１～３に開示のように、径方向においてウェーハの被研磨面に同心円状の凹凸を形成することにより、研磨パッドの研磨面をウェーハの被研磨面に押し付ける力を、ウェーハの径方向において変化させる。このようにして、例えば、ウェーハを均一な厚みに研磨することを可能にしている。

特開２０１５－０５１５０１号公報 特開２０２０－０４０１８２号公報 特開２０２０－１４２３３４号公報 特開２０１３－００４７２６号公報

しかし、ウェーハの被研磨面に同心円状の凹凸を形成することによって研磨パッドの研磨面の押し付け力を変化させる場合、ウェーハの被研磨面と研磨パッドの研磨面との間に、研磨屑および遊離砥粒が滞留することによって、想定した研磨除去量を得ることが困難となる。

また、特許文献４に開示のように、研磨パッドの研磨面に対するチャックテーブルの傾きを変更することも考えられる。しかし、この場合にも、研磨面とウェーハの被研磨面との間に研磨屑および遊離砥粒が部分的に滞留するため、ウェーハの径方向において所定の研磨除去量を得ることが困難である。

したがって、本発明の目的は、ウェーハを、その径方向において所定の研磨除去量で研磨することにある。

本発明の研磨装置（本研磨装置）は、中心を頂点とする円錐状の保持面によってウェーハを保持するチャックテーブルと、該保持面の中心を通るチャック回転軸を中心に該チャックテーブルを回転させるチャック回転機構と、スピンドルの先端に装着されたリング状の研磨パッドの下面によって、該保持面に保持されたウェーハを研磨する研磨ユニットと、該スピンドルをスピンドル回転軸を中心に回転させるスピンドル回転機構と、該研磨パッドにスラリーを供給するスラリー供給部と、制御部と、を備え、該保持面に保持されたウェーハの半径部分におけるリング状の該研磨パッドの下面が接触するエリアである円環扇形の研磨エリアにおいて該ウェーハを研磨する研磨装置であって、該制御部は、該スピンドルの回転速度を制御するスピンドル回転制御部と、該チャックテーブルの回転速度を制御するチャック回転制御部と、該スピンドル回転軸の傾きと該チャック回転軸の傾きとの相対的傾きを変更する傾き変更機構を制御する傾き制御部と、を備え、該保持面に保持されたウェーハの半径部分における研磨除去量の制御が可能である。

本研磨装置では、スピンドル回転制御部がスピンドルの回転速度を制御し、チャック回転制御部がチャックテーブルの回転速度を制御し、さらに、傾き制御部がスピンドル回転軸の傾きとチャック回転軸の傾きとの相対的傾きを調整することにより、ウェーハと研磨パッドとの相対速度、および、研磨パッドからウェーハにかかる荷重を制御することができる。これにより、ウェーハの半径方向における研磨除去量が調整されて、ウェーハを、その径方向において所定の研磨除去量で研磨することができる。

研磨装置の構成を示す斜視図である。 研磨ユニットおよびチャックテーブルの構成を示す説明図である。 研磨前のウェーハの例を示す断面図である。 固定軸、Ｌ動作軸およびＲ動作軸の平面上での位置および高さの例、ならびに、スピンドル回転速度およびチャック回転速度の例を示す説明図である。 研磨パッドとウェーハとの相対速度、および、研磨パッドからウェーハにかかる荷重の例を示す説明図である。 ウェーハの半径方向における位置と研磨除去量との関係の例を示すグラフである。 研磨後のウェーハの例を示す断面図である。 研磨前のウェーハの例を示す断面図である。 固定軸、Ｌ動作軸およびＲ動作軸の平面上での位置および高さの例、ならびに、スピンドル回転速度およびチャック回転速度の例を示す説明図である。 研磨パッドとウェーハとの相対速度、および、研磨パッドからウェーハにかかる荷重の例を示す説明図である。 ウェーハの半径方向における位置と研磨除去量との関係の例を示すグラフである。 研磨前のウェーハの例を示す断面図である。 固定軸、Ｌ動作軸およびＲ動作軸の平面上での位置および高さの例、ならびに、スピンドル回転速度およびチャック回転速度の例を示す説明図である。 研磨パッドとウェーハとの相対速度、および、研磨パッドからウェーハにかかる荷重の例を示す説明図である。 ウェーハの半径方向における位置と研磨除去量との関係の例を示すグラフである。 研磨前のウェーハの例を示す断面図である。 固定軸、Ｌ動作軸およびＲ動作軸の平面上での位置および高さの例、ならびに、スピンドル回転速度およびチャック回転速度の例を示す説明図である。 研磨パッドとウェーハとの相対速度、および、研磨パッドからウェーハにかかる荷重の例を示す説明図である。 ウェーハの半径方向における位置と研磨除去量との関係の例を示すグラフである。

図１に示すように、本実施形態にかかる研磨装置１は、被加工物としてのウェーハ１００をＣＭＰ研磨するための装置であり、直方体状の基台１０、上方に延びるコラム１１、および、研磨装置１の各部材を制御する制御部１５を備えている。

ウェーハ１００は、たとえば、円形の半導体ウェーハである。図１においては下方を向いているウェーハ１００の表面１０１は、複数のデバイスを保持しており、保護テープ１０３が貼着されることによって保護されている。ウェーハ１００の裏面１０２は、研磨加工が施される被研磨面となる。

基台１０の上面側には、開口部１３が設けられている。そして、開口部１３内には、ウェーハ保持機構３０が配置されている。ウェーハ保持機構３０は、ウェーハ１００を保持する保持面３２を備えたチャックテーブル３１、チャックテーブル３１を支持する支持部材３３、チャックテーブル３１および支持部材３３を回転させるチャック回転機構としてのチャックモータ３４、ならびに、チャックテーブル３１の傾きを調整可能な３本の支持柱としての、Ｌ動作軸３５、Ｒ動作軸３６、および固定軸３７（図５参照）を含んでいる。

チャックテーブル３１は、円板状に形成されており、その上面に、円形状の保持面３２を有している。チャックテーブル３１は、この保持面３２によってウェーハ１００を保持する。保持面３２は、図２に示すように、中心を頂点とする円錐状の面として形成されており、ポーラス材からなる。保持面３２は、吸引源（図示せず）に連通されることにより、ウェーハ１００を吸引保持する。

チャックモータ３４は、チャックテーブル３１を、保持面３２の中心を通るチャック回転軸３０１を中心に回転させる。すなわち、チャックテーブル３１は、下方に設けられたチャックモータ３４により、保持面３２によってウェーハ１００を保持した状態で、チャック回転軸３０１を中心として、支持部材３３とともに、たとえば矢印４０１に示す方向に回転可能である。

図１に示すＬ動作軸３５、Ｒ動作軸３６および固定軸３７は、ウェーハ保持機構３０の支持部材３３を、互いに１２０度の間隔をおいて支持している。Ｌ動作軸３５および／またはＲ動作軸３６がＺ軸方向に上昇あるいは下降することにより、支持部材３３、および、支持部材３３に支持されているチャックテーブル３１の傾き、すなわち、チャック回転軸３０１の傾きが変更される。すなわち、Ｌ動作軸３５およびＲ動作軸３６は、後述するスピンドル回転軸７０１の傾きとチャック回転軸３０１の傾きとの相対的傾きを変更する傾き変更機構として機能する。

図１に示すように、チャックテーブル３１の周囲には、チャックテーブル３１とともにＹ軸方向に沿って移動されるカバー板３９が設けられている。また、カバー板３９には、Ｙ軸方向に伸縮する蛇腹カバー１２が連結されている。そして、ウェーハ保持機構３０の下方には、Ｙ軸方向移動機構４０が配設されている。

Ｙ軸方向移動機構４０は、ウェーハ保持機構３０と研磨ユニット７０とを、相対的に、保持面３２に平行な方向であるＹ軸方向に移動させる。本実施形態では、Ｙ軸方向移動機構４０は、研磨ユニット７０に対して、チャックテーブル３１を含むウェーハ保持機構３０をＹ軸方向に移動させるように構成されている。

Ｙ軸方向移動機構４０は、Ｙ軸方向に平行な一対のＹ軸ガイドレール４２、このＹ軸ガイドレール４２上をスライドするＹ軸移動テーブル４５、Ｙ軸ガイドレール４２と平行なＹ軸ボールネジ４３、Ｙ軸ボールネジ４３に接続されているＹ軸モータ４４、および、これらを保持する保持台４１を備えている。

Ｙ軸移動テーブル４５は、Ｙ軸ガイドレール４２にスライド可能に設置されている。Ｙ軸移動テーブル４５の下面には、図示しないナット部が固定されている。このナット部には、Ｙ軸ボールネジ４３が螺合されている。Ｙ軸モータ４４は、Ｙ軸ボールネジ４３の一端部に連結されている。

Ｙ軸方向移動機構４０では、Ｙ軸モータ４４がＹ軸ボールネジ４３を回転させることにより、Ｙ軸移動テーブル４５が、Ｙ軸ガイドレール４２に沿って、Ｙ軸方向に移動する。Ｙ軸移動テーブル４５には、Ｌ動作軸３５、Ｒ動作軸３６および固定軸３７を介して、ウェーハ保持機構３０の支持部材３３が載置されている。したがって、Ｙ軸移動テーブル４５のＹ軸方向への移動に伴って、チャックテーブル３１を含むウェーハ保持機構３０が、Ｙ軸方向に移動する。

本実施形態では、ウェーハ保持機構３０は、大まかにいえば、保持面３２にウェーハ１００を載置するための前方（－Ｙ方向側）のウェーハ載置位置と、ウェーハ１００が研磨される後方（＋Ｙ方向側）の加工位置との間を、Ｙ軸方向移動機構４０によって、Ｙ軸方向に沿って移動される。

また、図１に示すように、基台１０上の後方（＋Ｙ方向側）には、コラム１１が立設されている。コラム１１の前面には、ウェーハ１００を研磨する研磨ユニット７０、および、研磨送り機構５０が設けられている。

研磨送り機構５０は、チャックテーブル３１を含むウェーハ保持機構３０と研磨ユニット７０とを、相対的に、保持面３２に垂直な方向であるＺ軸方向（研磨送り方向）に移動させる。本実施形態では、研磨送り機構５０は、チャックテーブル３１に対して、研磨ユニット７０をＺ軸方向に移動させるように構成されている。

研磨送り機構５０は、Ｚ軸方向に平行な一対のＺ軸ガイドレール５１、このＺ軸ガイドレール５１上をスライドするＺ軸移動テーブル５３、Ｚ軸ガイドレール５１と平行なＺ軸ボールネジ５２、Ｚ軸モータ５４、および、Ｚ軸移動テーブル５３の前面（表面）に取り付けられたホルダ５６を備えている。ホルダ５６は、研磨ユニット７０を保持している。

Ｚ軸移動テーブル５３は、Ｚ軸ガイドレール５１にスライド可能に設置されている。Ｚ軸移動テーブル５３の後面側（裏面側）には、図示しないナット部が固定されている。このナット部には、Ｚ軸ボールネジ５２が螺合されている。Ｚ軸モータ５４は、Ｚ軸ボールネジ５２の一端部に連結されている。

研磨送り機構５０では、Ｚ軸モータ５４がＺ軸ボールネジ５２を回転させることにより、Ｚ軸移動テーブル５３が、Ｚ軸ガイドレール５１に沿って、Ｚ軸方向に移動する。これにより、Ｚ軸移動テーブル５３に取り付けられたホルダ５６、および、ホルダ５６に保持された研磨ユニット７０が、Ｚ軸移動テーブル５３とともにＺ軸方向に移動する。

図１に示すように、研磨ユニット７０は、ホルダ５６に固定されたスピンドルハウジング７１、スピンドルハウジング７１に回転可能に保持されたスピンドル７２、スピンドル７２を回転駆動するスピンドル回転機構としてのスピンドルモータ７３、スピンドル７２の下端に取り付けられたマウント７４、および、マウント７４に支持された研磨ホイール７５を備えている。

スピンドルハウジング７１は、ホルダ５６に保持されている。スピンドル７２は、軸方向がＺ軸方向に平行なスピンドル回転軸７０１（図２参照）を中心に回転可能なように、スピンドルハウジング７１に支持されている。

スピンドルモータ７３は、スピンドル７２の上端側に連結されており、スピンドル７２を、スピンドル回転軸７０１を中心として、たとえば矢印４０２（図２参照）に示す方向に回転させる。

図１に示すように、マウント７４は、円板状に形成されており、スピンドル７２の下端（先端）に固定されている。マウント７４は、研磨ホイール７５を支持している。

研磨ホイール７５は、外径がマウント７４の外径と略同径を有するように形成されている。研磨ホイール７５は、マウント７４の下面に連結されたホイール基台７６を含む。

ホイール基台７６の下面には、リング状の研磨パッド７７が設けられている。研磨パッド７７は、たとえば、フェルト等の不織布からなる。研磨パッド７７のリング状の下面が、ウェーハ１００の裏面１０２を研磨する研磨面となる。

このリング状の研磨パッド７７は、その中心をスピンドル回転軸７０１が通るように、ホイール基台７６に形成されている。したがって、研磨パッド７７は、その中心を通るスピンドル回転軸７０１（図２参照）を中心に、スピンドル７２、マウント７４、およびホイール基台７６を介して、スピンドルモータ７３によって回転され、加工位置に配置されているチャックテーブル３１に保持されたウェーハ１００を研磨する。
このように、研磨ユニット７０は、スピンドル７２の先端に装着されたリング状の研磨パッド７７の下面によって、保持面３２に保持されたウェーハ１００を研磨する。

また、研磨ユニット７０は、図２に示すように、研磨パッド７７にスラリーを供給するスラリー供給部７８を有している。スラリー供給部７８は、研磨パッド７７による研磨の際、スピンドル７２内のスラリー供給路７９を介して、ウェーハ１００の被研磨面である裏面１０２と研磨パッド７７の下面との間に、スラリーを供給する。
なお、スラリー供給部は、研磨パッド７７の外側面にスラリーを噴射するスラリーノズル８０であってもよい。

なお、図１に、加工エリアとしての研磨エリア９０を示している。この研磨エリア９０は、チャックテーブル３１の保持面３２に保持されているウェーハ１００の裏面１０２おける、研磨パッド７７が接触する半径領域である。

この研磨エリア９０は、矢印４０１（図２参照）の方向にチャックテーブル３１が回転するとともに、矢印４０２の方向に研磨パッド７７が回転することによって、外周から中心に向かって、ウェーハ１００の裏面１０２に形成される。研磨エリア９０は、比較的に細い円環扇形の形状を有している。
なお、円環扇形の幅は、２ｍｍ～５ｍｍである。

このように、研磨装置１は、保持面３２に保持されたウェーハ１００の半径部分における、リング状の研磨パッド７７の下面が接触するエリアである、円環扇形の研磨エリア９０において、ウェーハ１００を研磨する。

また、図１に示すように、基台１０における開口部１３の側部には、厚み測定器６０が配設されている。厚み測定器６０は、保持面３２に保持されたウェーハ１００の上面高さ（裏面１０２の高さ）および厚みを、非接触式にて測定することができる。

厚み測定器６０は、たとえばレーザー式の距離測定器である。厚み測定器６０は、たとえば、ウェーハ１００を透過可能な波長を有するレーザー光線をウェーハ１００に照射し、ウェーハ１００の上面からの反射光およびウェーハ１００の下面からの反射光を受光して、その反射光の光路差からウェーハの厚みを測定することができる。また、厚み測定器６０は、ウェーハ１００の上面高さと、保持面３２の高さとを測定して、その差に基づいて、ウェーハ１００の厚みを算出することもできる。

また、厚み測定器６０は、ウェーハ１００を透過しない波長のレーザー光線あるいは光を用いてもよい。
なお、厚み測定器６０は、レーザー光線あるいは光に代えて音波を用いて、ウェーハ１００の上面高さおよび保持面３２の高さを測定して、その高さ差をウェーハの厚みとして算出する、非接触式の測定器として構成されていてもよい。
さらに、厚み測定器６０は、２つの接触子を有する接触式の距離測定器であってもよい。
なお、厚み測定器６０でウェーハ１００の半径方向における厚みを測定する際に、厚み測定器６０をＹ軸方向に移動させてもよいし、図１に示すように、厚み測定器６０をウェーハの径方向に移動させる径方向移動機構６１を備えてもよい。

また、図１に示すように、研磨送り機構５０は、Ｚ軸モータ５４の上部にエンコーダ５５を配置している。Ｚ軸モータ５４がＺ軸ボールネジ５２を回転させることでエンコーダ５５が回転され、エンコーダ５５がＺ軸ボールネジ５２の回転角度を認識することによって、Ｚ軸方向に移動される研磨ユニット７０の位置（高さ位置）を検知することができる。

制御部１５は、制御プログラムに従って演算処理を行うＣＰＵ、および、メモリ等の記憶媒体等を備えている。制御部１５は、研磨装置１の上述した各部材を制御して、ウェーハ１００に対する研磨加工を実行する。

また、図１に示すように、制御部１５は、スピンドル７２の回転速度（スピンドル回転速度）を制御するスピンドル回転制御部１６、および、チャックテーブル３１の回転速度（チャック回転速度）を制御するチャック回転制御部１７を備えている。
なお、チャック回転制御部１７は、チャックテーブル３１の回転速度をスピンドル７２の回転速度より大きくすることもある。

さらに、制御部１５は、傾き制御部１８を備えている。傾き制御部１８は、スピンドル回転軸７０１の傾きとチャック回転軸３０１の傾きとの相対的傾きを変更する傾き変更機構を制御する。本実施形態では、傾き制御部１８は、傾き変更機構としてのＬ動作軸３５およびＲ動作軸３６の高さを制御して、スピンドル回転軸７０１に対するチャック回転軸３０１の傾きを変更する。

以下に、制御部１５の各構成の機能とともに、制御部１５の制御による研磨装置１による研磨加工の動作について説明する。

［保持工程］
研磨加工では、まず、ウェーハ保持機構３０のチャックテーブル３１における保持面３２によって、ウェーハ１００を保持する。すなわち、制御部１５あるいは作業者は、ウェーハ載置領域に配置されているウェーハ保持機構３０におけるチャックテーブル３１の保持面３２に、裏面１０２が上向きとなるように、ウェーハ１００を保持させる。

その後、制御部１５が、Ｙ軸方向移動機構４０を制御して、チャックテーブル３１を含むウェーハ保持機構３０を、＋Ｙ方向側の加工位置に移動させる。

［研磨工程］
次に、制御部１５およびチャック回転制御部１７は、ウェーハ保持機構３０のチャックモータ３４を制御して、図２に示すように、ウェーハ１００を保持した保持面３２の中心を通るチャック回転軸３０１を中心に、チャックテーブル３１を、矢印４０１に示すように回転させる。

さらに、制御部１５およびスピンドル回転制御部１６が、研磨ユニット７０のスピンドルモータ７３を制御してスピンドル７２を回転させることにより、研磨パッド７７を、そのスピンドル回転軸７０１を中心に、矢印４０２に示すように回転させる。

次に、制御部１５は、研磨送り機構５０を制御して、研磨パッド７７を、チャックテーブル３１に対してＺ軸方向に移動させて、研磨パッド７７の下面を、保持面３２に保持されているウェーハ１００の裏面１０２に接触させる。このようにして、制御部１５は、研磨パッド７７の下面によって、ウェーハ１００の裏面１０２を研磨する。
また、制御部１５は、研磨中に、図１に示した厚み測定器６０によって、研磨されているウェーハ１００の厚みを測定し、たとえばウェーハ１００の厚みが目標厚み達するまで、研磨加工を実施する。

また、本実施形態では、制御部１５は、研磨工程の前に、必要に応じて、以下に示す研磨除去量制御工程を実施する。

［研磨除去量制御工程］
この工程は、たとえば研磨前のウェーハ１００の厚みにバラつきがある場合に、ウェーハ１００の半径方向における研磨除去量を調整するために実施される。

この工程では、制御部１５のスピンドル回転制御部１６がスピンドル回転速度を制御し、チャック回転制御部１７がチャック回転速度を制御し、さらに、傾き制御部１８がチャック回転軸３０１の傾きを調整することにより、ウェーハ１００と研磨パッド７７との相対速度、および、研磨パッド７７からウェーハ１００にかかる荷重を制御する。これにより、ウェーハ１００の半径方向における研磨除去量が調整される。したがって、たとえば、研磨後のウェーハ１００の厚みの均一化を図ることができる。

以下に、研磨除去量の調整に関する実施例を示す。

（実施例１）
実施例１では、研磨前のウェーハ１００が、図３に示すような厚みを有するとする。図３に示すウェーハ１００では、その厚みが、中心部１１１から外縁部１１３にかけて徐々に減少している。すなわち、研磨前のウェーハ１００の厚みが、中心部１１１が厚く外縁部１１３に行くにしたがって薄くなっている。
なお、図３等では、ウェーハ１００を、その厚みが大きくなるように誇張して示している。
また、本実施例のウェーハ１００は、直径２００ｍｍのウェーハを用いて示している。したがって、ウェーハ１００が、直径３００ｍｍであれば、外縁部１１３は、距離Ｌ＝１５０ｍｍとなる。

このような場合、本実施形態では、スピンドル回転速度およびチャック回転速度、ならびに、スピンドル回転軸７０１に対するチャック回転軸３０１の傾き（図１に示したＬ動作軸３５およびＲ動作軸３６の高さ）を変更する。

図４には、その左方に、固定軸３７、Ｌ動作軸３５およびＲ動作軸３６の平面上での位置（ｘ，ｙ）、および、高さ（ｚ）が示されている。また、図４の右方には、スピンドル回転速度（ωｓ）およびチャック回転速度（ωｗ）が、毎分の回転数を単位として示されている。

実施例１では、たとえば、図４に太枠５００を用いて示すように、制御部１５のスピンドル回転制御部１６が、スピンドル回転速度を３００回転／分に制御（設定）するとともに、チャック回転制御部１７が、チャック回転速度を、同じく３００回転／分に制御する。

さらに、制御部１５の傾き制御部１８が、たとえば、図４に太枠５０１を用いて示すように、固定軸３７に比して、Ｌ動作軸３５の高さを０．１ｍｍだけ上昇させるとともに、Ｒ動作軸３６の高さを０．１ｍｍだけ下降させることにより、チャックテーブル３１の傾き、すなわち、チャック回転軸３０１の傾きを変更する。
なお、研磨パッド７７の研磨面と研磨エリア９０とが平行となる傾きのときのＬ動作軸３５の高さと、Ｒ動作軸３６の高さとを、ゼロとする。

これにより、研磨加工時におけるウェーハ１００と研磨パッド７７との相対速度、および、研磨パッド７７からウェーハ１００にかかる荷重が、図５に示すように設定される。

すなわち、図４に示したようにスピンドル回転速度およびチャック回転速度を設定することにより、図５に示すように、ウェーハ１００の外縁部１１３における相対速度Ｖ１の大きさと、中心部１１１における相対速度Ｖ２の大きさとが、互いに実質的に等しくなる。すなわち、相対速度は、研磨エリア９０に沿って、外縁部１１３から中心部１１１にかけて、実質的に等しくなる。

なお、図５においては、チャックテーブル３１（すなわちウェーハ１００）の回転方向および回転速度を、矢印６０１の方向および長さによって示すとともに、スピンドル７２（すなわち研磨パッド７７）の回転方向および回転速度を、矢印６０２の方向および長さによって示している。

ウェーハ１００の外縁部１１３における相対速度Ｖ１は、この部分におけるウェーハ１００の速度Ｖ１０と研磨パッド７７の速度Ｖ１１とに基づいて導出される。一方、ウェーハ１００の中心部１１１おける相対速度Ｖ２も、同様に算出される。ただし、ウェーハ１００の中心部１１１では、ウェーハ１００の速度Ｖ１０は、実質的に０になる。したがって、ウェーハ１００の中心部１１１における相対速度Ｖ２は、この部分における研磨パッド７７の速度Ｖ１１と、実質的に等しくなる。

また、本実施形態では、図５に示すように、研磨パッド７７からウェーハ１００にかかる荷重について、荷重が大きいことを記号（Ｌ）を用いて示す一方、荷重が小さいことを、記号（Ｓ）を用いて示している。また、荷重が中程度であることについては、記号（Ｍ）を用いて示す（図１４参照）。

Ｌ動作軸３５およびＲ動作軸３６の高さを、図４に示したように設定することにより、研磨パッド７７からウェーハ１００にかかる荷重は、図５に示すように、研磨エリア９０に沿って、ウェーハ１００の中心部１１１および外縁部１１３では小さくなる一方、ウェーハ１００の半径の中間部分１１５では大きくなる。

この状態で上述した研磨工程を実施することにより、ウェーハ１００の被研磨面である裏面１０２からの除去量（研磨によって除去される量；研磨除去量）およびウェーハ１００にかかる荷重は、図６のグラフに示すようになる。図６に示すグラフでは、最大値が１となるように、研磨除去量を規格化して、研磨除去量比として示している。また、図６に示した荷重の最大値が１となるように、荷重を規格化して、荷重比として示している。
研磨除去量は、たとえば、ウェーハ１００と研磨パッド７７との相対速度が大きいほど除去量が大きくなる。また、研磨パッド７７とウェーハ１００とに相対的にかかる荷重は、スピンドル回転軸７０１とチャック回転軸３０１との傾きによって変化する。図６に示す荷重を得るために、ウェーハ１００の半径の中間部分１１５が研磨パッド７７に強く当たるように、Ｌ動作軸３５とＲ動作軸３６とを動作させている。図４に示す表のように、Ｌ動作軸３５を長くして、Ｒ動作軸３６を短くするように動作させている。したがって、実施例１では、図６に示すように、研磨除去量は、ウェーハ１００の中心部１１１（距離Ｌ＝０ｍｍ）が大きくなり、中心部１１１から外縁部１１３（距離Ｌ＝１００ｍｍ付近）にかけて徐々に減少する。
したがって、図３に示すウェーハ１００を図４に示す傾き関係とスピンドル回転速度とチャック回転速度とを用いて研磨すると、図７に示すように、研磨後のウェーハ１００の厚さを、実質的に均一にすることが可能となる。

（実施例２）
実施例２では、図８に示すように、研磨前のウェーハ１００の厚みは、中心部１１１および外縁部１１３において薄い一方、ウェーハ１００の半径の中間部分１１５において厚いとする。

このような場合、たとえば、図９に太枠５００を用いて示すように、制御部１５のスピンドル回転制御部１６が、スピンドル回転速度を３０回転／分に制御するとともに、チャック回転制御部１７が、チャック回転速度を３０００回転／分に制御する。

さらに、制御部１５の傾き制御部１８が、たとえば、図９に太枠５０１を用いて示すように、固定軸３７に比して、Ｌ動作軸３５の高さを０．１ｍｍだけ上昇させるとともに、Ｒ動作軸３６の高さを０．１ｍｍだけ下降させることにより、チャック回転軸３０１の傾きを変更する。

これにより、研磨加工時におけるウェーハ１００と研磨パッド７７との相対速度、および、研磨パッド７７からウェーハ１００にかかる荷重が、図１０に示すように設定される。
つまり、図１０に示すように、ウェーハ１００の外縁部１１３における相対速度Ｖ１の大きさと、中心部１１１における相対速度Ｖ２の大きさとが、異なる。
また、荷重は、図１０に示すように、研磨エリア９０に沿って、ウェーハ１００の中心部１１１および外縁部１１３では小さくなる一方、ウェーハ１００の半径の中間部分１１５では大きくなる。

すなわち、図９に示したようにスピンドル回転速度およびチャック回転速度を設定することにより、図１０に示すように、ウェーハ１００の外縁部１１３における相対速度Ｖ１の大きさは、中心部１１１における相対速度Ｖ２よりも大きくなる。すなわち、相対速度は、研磨エリア９０に沿って、外縁部１１３から中心部１１１にかけて、徐々に遅くなる。

また、Ｌ動作軸３５およびＲ動作軸３６の高さを、図９に示したように設定することにより、研磨パッド７７からウェーハ１００にかかる荷重は、ウェーハ１００の中心部１１１と外縁部１１３とが小さく、半径の中間部分１１５が大きくなる。

この状態で上述した研磨工程を実施することにより、ウェーハ１００の研磨除去量およびウェーハ１００にかかる荷重は、図１１のグラフに示すようになる。すなわち、図１１に示すように、研磨除去量は、ウェーハ１００の中心部１１１（距離Ｌ＝０ｍｍ）からウェーハ１００の半径の中間部分１１５（距離Ｌ＝５０ｍｍ付近）にかけて大きくなり、中間部分１１５からウェーハ１００の外縁部１１３（距離Ｌ＝１００ｍｍ付近）にかけて減少する。つまり、チャック回転速度に対してスピンドル回転速度を大きく遅くすると、研磨パッド７７の回転速度とチャックテーブル３１の回転速度との相対速度は、ウェーハ１００の半径方向における研磨除去量への影響が非常に小さくなり、チャック回転軸３０１とスピンドル回転軸７０１との傾き関係がウェーハ１００の半径方向における研磨除去量に影響することとなる。例えば、スピンドル回転数とチャック回転数との比が１対１００になるように設定すると、相対速度の研磨除去量への影響が非常に小さくなる。なお、図１１に示すグラフでは、研磨除去量の最大値が１となるように、研磨除去量を規格化して、研磨除去量比として示している。また、図１１に示した荷重の最大値が１となるように、荷重を規格化して、荷重比として示している。

したがって、実施例２においても、図８に示すウェーハ１００を図９に示す傾き関係とスピンドル回転速度とチャック回転速度とを用いて研磨することにより、図７に示すように、研磨後のウェーハ１００の厚さを、実質的に均一にすることが可能となる。

（実施例３）
実施例３では、図１２に示すように、研磨前のウェーハ１００の厚みが、中心部１１１から外縁部１１３にかけて、ほぼ直線的に、徐々に厚くなっているとする。

このような場合、たとえば、図１３に太枠５００を用いて示すように、制御部１５のスピンドル回転制御部１６が、スピンドル回転速度を３０回転／分に制御するとともに、チャック回転制御部１７が、チャック回転速度を、３０００回転／分に制御する。

さらに、制御部１５の傾き制御部１８が、たとえば、図１３に太枠５０１を用いて示すように、固定軸３７に比して、Ｌ動作軸３５の高さを０．１ｍｍだけ下降させるとともに、Ｒ動作軸３６の高さを０．１ｍｍだけ下降させることにより、チャック回転軸３０１の傾きを変更する。

これにより、研磨加工時におけるウェーハ１００と研磨パッド７７との相対速度、および、研磨パッド７７からウェーハ１００にかかる荷重が、図１４に示すように設定される。
つまり、図１４に示すように、ウェーハ１００の外縁部１１３における相対速度Ｖ１の大きさと、中心部１１１における相対速度Ｖ２の大きさとが、異なる。
また、荷重は、図１４に示すように、研磨エリア９０に沿って、ウェーハ１００の外縁部１１３がもっとも大きく（Ｌ）、次に、ウェーハ１００の中間部分１１５（Ｍ）、中心部１１１（Ｓ）の順に小さくなる。

すなわち、図１３に示したようにスピンドル回転速度およびチャック回転速度を設定することにより、図１４に示すように、ウェーハ１００の外縁部１１３における相対速度Ｖ１の大きさと、中心部１１１における相対速度Ｖ２の大きさとが、異なる。すなわち、相対速度は、研磨エリア９０に沿って、外縁部１１３から中心部１１１にかけて、徐々に遅くなる。

また、Ｌ動作軸３５およびＲ動作軸３６の高さを、図１３に示したように設定することにより、研磨パッド７７からウェーハ１００にかかる荷重は、ウェーハ１００の外縁部１１３では大きくなり、研磨エリア９０に沿って、外縁部１１３から中心部１１１にかけて、小さくなってゆく。

この状態で上述した研磨工程を実施することにより、ウェーハ１００の研磨除去量およびウェーハ１００にかかる荷重は、図１５のグラフに示すようになる。すなわち、図１５に示すように、研磨除去量は、ウェーハ１００の中心部１１１（距離Ｌ＝０ｍｍ）からウェーハ１００の外縁部１１３（距離Ｌ＝１００ｍｍ付近）にかけて、ほぼ直線的に、徐々に増加する。
なお、この研磨除去量は、相対速度よりも、チャック回転軸３０１とスピンドル回転軸７０１との傾き関係が大きく影響している。
なお、図１５に示すグラフでは、最大値が１となるように、研磨除去量を規格化して、研磨除去量比として示している。また、図１５に示した荷重の最大値が１となるように、荷重を規格化して、荷重比として示している。

したがって、この実施例３においても、図１２に示すウェーハ１００を図１３に示す傾き関係とスピンドル回転速度とチャック回転速度とを用いて研磨することにより、研磨後のウェーハ１００の厚さを、図７に示すように、実質的に均一にすることが可能となる。

（実施例４）
実施例４では、図１６に示すように、研磨前のウェーハ１００の厚みは、中心部１１１が厚く、中心部１１１から外縁部１１３にかけて、曲線状に徐々に薄くなっているとする。

このような場合、たとえば、図１７に太枠５００を用いて示すように、制御部１５のスピンドル回転制御部１６が、スピンドル回転速度を１０００回転／分に制御するとともに、チャック回転制御部１７が、チャック回転速度を、３０００回転／分に制御する。

さらに、制御部１５の傾き制御部１８が、たとえば、図１７に太枠５０１を用いて示すように、固定軸３７に比して、Ｌ動作軸３５の高さを１０ｍｍだけ上昇させるとともに、Ｒ動作軸３６の高さを１０ｍｍだけ下降させることにより、チャック回転軸３０１の傾きを変更する。

これにより、研磨加工時におけるウェーハ１００と研磨パッド７７との相対速度、および、研磨パッド７７からウェーハ１００にかかる荷重が、図１８に示すように設定される。
つまり、図１８に示すように、ウェーハ１００の外縁部１１３における相対速度Ｖ１の大きさと、中心部１１１における相対速度Ｖ２の大きさとは、異なる。
また、荷重は、図１８に示すように、研磨エリア９０に沿って、ウェーハ１００の中心部１１１および外縁部１１３では小さくなる一方、ウェーハ１００の半径の中間部分１１５では大きくなる。

すなわち、図１７に示したようにスピンドル回転速度およびチャック回転速度を設定することにより、図１８に示すように、ウェーハ１００の外縁部１１３における相対速度Ｖ１の大きさが、中心部１１１における相対速度Ｖ２よりも大きくなる。すなわち、相対速度は、研磨エリア９０に沿って、外縁部１１３から中心部１１１にかけて、徐々に遅くなる。

また、Ｌ動作軸３５およびＲ動作軸３６の高さを、図１７に示したように設定することにより、研磨パッド７７からウェーハ１００にかかる荷重は、ウェーハ１００の中心部１１１と外縁部１１３とでは小さくなり、ウェーハ１００の半径の中間部分１１５では大きくなる。

この状態で上述した研磨工程を実施することにより、ウェーハ１００の研磨除去量は、図１９のグラフに示すようになる。すなわち、図１９に示すように、研磨除去量は、ウェーハ１００の中心部１１１（距離Ｌ＝０ｍｍ）から半径の中間部分１１５まで略均等であり、中間部分１１５から外縁部１１３（距離Ｌ＝１００ｍｍ付近）にかけて、曲線状に、徐々に減少する。
なお、このグラフでも、最大値が１となるように、研磨除去量を規格化して、研磨除去量比として示している。また、図１９に示した荷重の最大値が１となるように、荷重を規格化して、荷重比として示している。

したがって、この実施例４においても、図１６に示すウェーハ１００を図１７に示す傾き関係とスピンドル回転速度とチャック回転速度とを用いて研磨することにより、研磨後のウェーハ１００の厚さを、図７に示すように、実質的に均一にすることが可能となる。

以上のように、本実施形態では、研磨工程の前に研磨除去量制御工程を実施し、制御部１５のスピンドル回転制御部１６がスピンドル回転速度を制御し、チャック回転制御部１７がチャック回転速度を制御し、さらに、傾き制御部１８がチャック回転軸３０１の傾きを変更することにより、ウェーハ１００と研磨パッド７７との相対速度、および、研磨パッド７７からウェーハ１００にかかる荷重を制御することができる。これにより、ウェーハ１００の半径方向における研磨除去量が調整されて、ウェーハ１００を、その径方向において所定の研磨除去量で研磨することができる。

このように、本実施形態にかかる研磨装置１は、保持面３２に保持されたウェーハ１００の半径部分における研磨除去量を制御することが可能である。したがって、研磨後のウェーハ１００の厚みの均一化を図ること、および、研磨後のウェーハ１００の厚みを、任意の分布にすることが可能である。

また、本実施形態では、傾き制御部１８によるチャック回転軸３０１の傾きの調整に加えて、スピンドル回転制御部１６によるスピンドル回転速度の制御、および、チャック回転制御部１７によるチャック回転速度の制御を実施している。これにより、ウェーハ１００の半径部分における研磨除去量を、高精度に変更することができる。

なお、制御部１５は、図１に示すように、断面形状設定部１９を備えてもよい。この断面形状設定部１９は、たとえば作業者からの指示に応じて、研磨後のウェーハ１００の断面形状（目標断面形状）を設定する。目標断面形状は、たとえば、研磨後のウェーハ１００の裏面１０２が平坦な面となるような断面形状、あるいは、研磨後のウェーハ１００の裏面１０２が所定の傾斜面となるような断面形状である。

この場合、制御部１５は、研磨工程において、厚み測定器６０を用いて、ウェーハ１００の半径部分における複数箇所で、ウェーハ１００の厚みを測定する。そして、制御部１５は、測定された厚みに基づいて、実際に研磨されたウェーハ１００の断面形状（実断面形状）を認識する。さらに、制御部１５は、断面形状設定部１９によって設定された目標断面形状と、認識した実断面形状との差に基づいて、スピンドル回転制御部１６、チャック回転制御部１７および傾き制御部１８を制御して、研磨除去量制御工程を実施する。これにより、制御部１５は、次に研磨するウェーハ１００の断面形状を、断面形状設定部１９によって設定された目標断面形状に近づけることができる。

また、本実施形態では、制御部１５の傾き制御部１８は、傾き変更機構としてのＬ動作軸３５およびＲ動作軸３６の高さ（長さ）を制御して、スピンドル回転軸７０１に対するチャック回転軸３０１の傾きを変更することにより、スピンドル回転軸７０１の傾きとチャック回転軸３０１の傾きとの相対的傾きを変更している。
これに関し、研磨装置１は、図１に示すように、研磨送り機構５０のホルダ５６に、スピンドル回転軸７０１の傾きを調整するための、傾き変更機構としてのスピンドル傾き調整機構５８を有していてもよい。この場合、傾き制御部１８は、スピンドル傾き調整機構５８を用いて、チャック回転軸３０１に対するスピンドル回転軸７０１の傾きを変更することにより、スピンドル回転軸７０１の傾きとチャック回転軸３０１の傾きとの相対的傾きを変更してもよい。

１：研磨装置、１０：基台、１１：コラム、
１２：蛇腹カバー、１３：開口部、
１５：制御部、１６：スピンドル回転制御部、１７：チャック回転制御部、
１８：傾き制御部、１９：断面形状設定部、
３０：ウェーハ保持機構、３１：チャックテーブル、３２：保持面、
３３：支持部材、３４：チャックモータ、３０１：チャック回転軸、
３５：Ｌ動作軸、３６：Ｒ動作軸、３７：固定軸、３９：カバー板、
４０：Ｙ軸方向移動機構、
５０：研磨送り機構、５１：Ｚ軸ガイドレール、５２：Ｚ軸ボールネジ、
５３：Ｚ軸移動テーブル、５４：Ｚ軸モータ、５５：エンコーダ、５６：ホルダ、
５８：スピンドル傾き調整機構、
６０：厚み測定器、６１：径方向移動機構、
７０：研磨ユニット、７１：スピンドルハウジング、
７２：スピンドル、７０１：スピンドル回転軸、
７３：スピンドルモータ、７４：マウント、
７５：研磨ホイール、７６：ホイール基台、７７：研磨パッド、
７８：スラリー供給部、７９：スラリー供給路、
９０：研磨エリア、
１００：ウェーハ、１０１：表面、１０２：裏面、１０３：保護テープ、
１１１：中心部、１１３：外縁部、１１５：中間部分

Claims (1)

1. 中心を頂点とする円錐状の保持面によってウェーハを保持するチャックテーブルと、
   該保持面の中心を通るチャック回転軸を中心に該チャックテーブルを回転させるチャック回転機構と、
   スピンドルの先端に装着されたリング状の研磨パッドの下面によって、該保持面に保持されたウェーハを研磨する研磨ユニットと、
   該スピンドルをスピンドル回転軸を中心に回転させるスピンドル回転機構と、
   該研磨パッドにスラリーを供給するスラリー供給部と、
   制御部と、を備え、
   該保持面に保持されたウェーハの半径部分におけるリング状の該研磨パッドの下面が接触するエリアである円環扇形の研磨エリアにおいて該ウェーハを研磨する研磨装置であって、
   該制御部は、
   該スピンドルの回転速度を制御するスピンドル回転制御部と、
   該チャックテーブルの回転速度を制御するチャック回転制御部と、
   該スピンドル回転軸の傾きと該チャック回転軸の傾きとの相対的傾きを変更する傾き変更機構を制御する傾き制御部と、を備え、
   該保持面に保持されたウェーハの半径部分における研磨除去量の制御が可能な、研磨装置。

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