JP5254575B2 - 研磨装置および研磨方法 - Google Patents

Description

本発明は、研磨テープを用いる研磨装置に関し、特に半導体ウエハなどの基板のベベル部を研磨する研磨装置および研磨方法に関するものである。

半導体製造における歩留まり向上の観点から、半導体ウエハのベベル部の表面状態の管理が近年注目されている。半導体ウエハはその多くの材料が成膜・積層されていくため、実際の製品とはならないベベル部には不必要な物質やダメージが残存している。ウエハを搬送・保持する方法として、かつてはウエハの裏面に保持部材（例えばロボットハンド）を接触させる方法が一般的であったが、デバイスの微細化と直径３００ｍｍのウエハが主流になるにつれて裏面の清浄度が求められるようになり、近年では保持部材をウエハ端部だけに接触させてウエハを搬送・保持する方法が一般的になってきている。このような背景のもとでは、ベベル部に残存した不要物質やダメージが種々の工程を経ていく間に剥離してデバイス表面に付着することが、製品の歩留まりに影響していることが明らかになってきている。

ここで、ベベル部とは、図１に示すように、基板の周縁において断面が曲率を有する部分Ｂを意味する。図１において、Ｄで示される平坦部はデバイスが形成される領域である。このデバイス形成領域Ｄから外側の数ミリメートルまでの平坦部Ｅはエッジ部と称され、デバイス形成領域Ｄと区別される。すなわち、ベベル部Ｂは、エッジ部Ｅから基板の裏面まで延びる丸みを帯びた部分である。

ベベル部の断面形状は基板メーカーによって多岐にわたるが、ベベル部は、図１に示すように、エッジ部Ｅに隣接する傾斜面Ｆ、最も外側に位置する垂直面Ｇ、そして裏面に隣接する傾斜面Ｆから構成されるのが一般的である。傾斜面Ｆと垂直面Ｇとは滑らかな曲面Ｈによってつながっている。

このような基板のベベル部に形成された膜を除去する装置として、研磨テープを用いた研磨装置が知られている（特許文献１乃至１２参照）。この種の研磨装置は、研磨テープの裏面側に配置された加圧パッドにより研磨テープの研磨面を基板のベベル部に押圧することでこのベベル部を研磨する。

図２は従来の加圧パッドを示す斜視図である。図２に示すように、加圧パッド１００は矩形状の押圧面１００ａを有している。この加圧パッド１００は研磨テープの裏面側に配置され、押圧面１００ａにより研磨テープの表面（研磨面）を基板のエッジ部に押圧する。加圧パッド１００はゴムやスポンジなどの材料から形成される。例えば、ウレタンゴム、シリコーンスポンジなどが材料として選定され、研磨に適した硬度（例えば、２０〜４０度）が選定される。

図３は加圧時および非加圧時の様子を示す平面図である。図３に示すように、研磨対象となるウエハＷは円板形状を有している。加圧パッド１００が研磨テープ（図示せず）をウエハＷのベベル部に対して押圧すると、ウエハＷとの接触により加圧パッド１００の押圧面１００ａの一部が圧縮される。これにより、研磨テープとウエハＷとの接触面積が増し、単位時間当たりの研磨速度が向上する。

図４は、加圧パッドにより研磨テープをウエハのベベル部に押圧している様子を示す縦断面図である。図４に示すように、研磨時においては、加圧パッド１００の押圧面１００ａはベベル部に沿って変形する。このとき、研磨テープ２００がウエハＷに接触している箇所とウエハＷから離れる箇所との境界部では、図４の矢印で示すように研磨圧力が高くなる。すなわち、境界部の研磨圧力が高く、これら境界部の中間に位置する中央部の研磨圧力が低くなって中央部が研磨されにくいという問題が生じる。このような場合において、中央部上の膜や有機物（汚れ）を完全に除去しようとすると、境界部が過剰に研磨されてしまう。

この場合、研磨テープの基材を厚くすることで、ベベル部の中央部への研磨圧力を高められることが分かっている。しかしながら、研磨テープの基材が厚くなると、研磨テープを供給および巻き取るリールが大きくなる。また、研磨テープの基材が厚くなると、研磨テープのテンションが基板の研磨に及ぼす影響が大きくなり、研磨プロセスが不安定となってしまう。

特開２００６−３０３１１２号公報 特開２００４−２４１４３４号公報 ＷＯ２００６−１１２５３０公報 特開２００３−７７８７２号公報 特開２００３−２３４３１４号公報 特開２００４−９８２１８号公報 特開２００２−９３７５５号公報 ＷＯ２００６−０４１１９６公報 特開２００１−２３９４４５号公報 特開２００１−３４７４４４号公報 特許第３０８１１４０号公報 特許第３３９１００１号公報

本発明は上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、基板のベベル部の横方向の接触面積および縦方向に加わる荷重の分布をコントロールすることができる研磨装置および研磨方法を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、基板を保持して回転させる基板保持部と、前記基板保持部に保持された基板のベベル部に研磨面を有する帯状研磨部材を押圧する加圧パッドと、前記帯状研磨部材をその長手方向に進行させる送り機構とを備えた研磨装置であって、前記加圧パッドは、前記帯状研磨部材を介して基板のベベル部を押圧する押圧面を有する硬質部材と、前記硬質部材を前記帯状研磨部材を介して基板のベベル部に対して押圧して前記硬質部材の全体を前記基板の周方向に沿って湾曲させる少なくとも１つの弾性部材とを有しており、前記硬質部材の前記押圧面と反対側の裏面の全体は、前記弾性部材に接触していることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記加圧パッドは、前記硬質部材からなる硬質層と、前記弾性部材からなる軟質層との２層構造を有していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記硬質部材は、基板の周方向に関してその中央部においてのみ前記弾性部材に固定されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記硬質部材の前記押圧面と反対側の裏面には、前記基板保持部に保持された基板の表面に垂直な方向に延びる複数の溝が形成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記硬質部材の前記押圧面と反対側の裏面には、前記基板保持部に保持された基板の表面に垂直な方向に延びる複数の補強部材が設けられていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記少なくとも１つの弾性部材は、基板の周方向に沿って配置された複数の弾性部材であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記少なくとも１つの弾性部材はその内部に少なくとも１つの流体室を有し、前記少なくとも１つの流体室には流体が充填されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記少なくとも１つの流体室は複数の流体室であり、前記複数の流体室の内部圧力を独立に調整する圧力調整機構をさらに備えたことを特徴とする。

本発明の他の態様は、基板を保持して回転させ、帯状研磨部材をその長手方向に進行させ、硬質部材と弾性部材とを有する加圧パッドを、前記硬質部材が前記帯状研磨部材の裏面に対向するように配置し、前記加圧パッドにより前記帯状研磨部材の研磨面を基板のベベル部に押圧して前記硬質部材の全体を前記基板の周方向に沿って湾曲させた状態で該ベベル部を研磨することを特徴とする研磨方法である。
本発明の好ましい態様は、前記硬質部材の前記押圧面と反対側の裏面の全体は、前記弾性部材に接触していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記加圧パッドは、前記硬質部材からなる硬質層と、前記弾性部材からなる軟質層との２層構造を有していることを特徴とする。

本発明によれば、押圧面はベベル部との接触の際に大きく圧縮されることがないので、ベベル部の中央部に高い研磨圧力を作用させることができる。したがって、このベベル部の中央部の両側の境界部を過剰に研磨することなく、ベベル部の中央部を良好に研磨することができる。また、硬質部材がベベル部の周方向に沿って湾曲するので接触面積を大きくすることができ、研磨速度を上げることができる。

以下、本発明の実施形態にかかる研磨装置について図を参照して説明する。
図５は、本発明の第１の実施形態に係る研磨装置を示す平面図である。図６は図５に示す研磨装置の断面図である。

図５および図６に示すように、本実施形態に係る研磨装置は、ウエハＷを保持するためのウエハステージ２３を有するウエハステージユニット２０と、ウエハステージユニット２０をウエハステージ２３の上面（ウエハ保持面）と平行な方向に移動させるためのステージ移動機構３０と、ウエハステージ２３に保持されたウエハＷのベベル部を研磨するベベル研磨ユニット４０とを備えている。

ウエハステージユニット２０、ステージ移動機構３０、ベベル研磨ユニット４０は、ハウジング１１内に収容されている。このハウジング１１は仕切板１４によって２つの空間、すなわち上室（研磨室）１５と下室（機械室）１６とに区画されている。上述したウエハステージ２３およびベベル研磨ユニット４０は上室１５内に配置され、ステージ移動機構３０は下室１６内に配置されている。上室１５の側壁には開口部１２が形成されており、この開口部１２は図示しないエアシリンダにより駆動されるシャッター１３により閉じられる。

ウエハＷは、開口部１２を通じてハウジング１１の内外に搬入および搬出される。ウエハＷの搬送は、搬送ロボットハンドのような既知のウエハ搬送機構（図示せず）により行われる。

ウエハステージ２３の上面には複数の溝２６が形成されている。これらの溝２６は垂直に延びる中空シャフト２７を介して図示しない真空ポンプに連通している。この真空ポンプを駆動すると、溝２６に真空が形成され、これによりウエハＷがウエハステージ２３の上面に保持される。中空シャフト２７は軸受２８によって回転可能に支持され、さらにプーリｐ１，ｐ２およびベルトｂ１を介してモータｍ１に連結されている。このような構成により、ウエハＷは、ウエハステージ２３の上面に保持された状態でモータｍ１により回転する。

研磨装置は、ハウジング１１内に配置されたウエハチャック機構８０を更に備えている。このウエハチャック機構８０は、上記ウエハ搬送機構によりハウジング１１内に搬入されたウエハＷを受け取ってウエハステージ２３に載置し、またウエハＷをウエハステージ２３から取り上げて上記ウエハ搬送機構に渡すように構成されている。なお、図５にはウエハチャック機構８０の一部のみが示されている。

図７は、ウエハチャック機構８０のチャックハンドを示す平面図である。図７に示すように、ウエハチャック機構８０は、複数のコマ８３を有する第一のチャックハンド８１と、複数のコマ８３を有する第二のチャックハンド８２とを有している。これらの第一及び第二のチャックハンド８１，８２は、図示しない開閉機構により互いに近接および離間する方向（矢印Ｔで示す）に移動する。また、第一及び第二のチャックハンド８１，８２は、図示しないチャック移動機構によりウエハステージ２３に保持されたウエハＷの表面に垂直な方向に移動する。

ウエハ搬送機構のハンド７３は、ウエハＷを第一及び第二のチャックハンド８１，８２の間の位置にまで搬送する。そして、第一及び第二のチャックハンド８１，８２を互いに近接する方向に移動させると、これら第一及び第二のチャックハンド８１，８２のコマ８３がウエハＷの周縁に接触する。これにより、ウエハＷが第一及び第二のチャックハンド８１，８２に挟持される。このときのウエハＷの中心とウエハステージ２３の中心（ウエハステージ２３の回転軸）とは一致するように構成されている。したがって、第一及び第二のチャックハンド８１，８２はセンタリング機構としても機能する。

図６に示すように、ステージ移動機構３０は、中空シャフト２７を回転自在に支持する円筒状の軸台２９と、軸台２９が固定される支持板３２と、支持板３２と一体に移動可能な可動板３３と、可動板３３に連結されるボールねじｂ２と、このボールねじｂ２を回転させるモータｍ２とを備えている。可動板３３はリニアガイド３５を介して仕切板１４の下面に連結されており、これにより可動板３３はウエハステージ２３の上面と平行な方向に移動可能となっている。軸台２９は、仕切板１４に形成された貫通孔１７を通って延びている。支持板３２には、中空シャフト２７を回転させる上述のモータｍ１が固定されている。

このような構成において、モータｍ２によりボールねじｂ２を回転させると、可動板３３、軸台２９、および中空シャフト２７がリニアガイド３５の長手方向に沿って移動する。これにより、ウエハステージ２３がその上面と平行な方向に移動する。なお、図６においては、ステージ移動機構３０によるウエハステージ２３の移動方向を矢印Ｘで示している。

図６に示すように、ベベル研磨ユニット４０は、研磨テープ（帯状研磨部材）４１と、この研磨テープ４１をウエハＷのベベル部に押圧する研磨ヘッド４２と、研磨テープ４１を研磨ヘッド４２に送る研磨テープ送り機構４５とを備えている。研磨テープ送り機構４５は、研磨テープ４１を研磨ヘッド４２に送る送りローラ４５ａと、研磨ヘッド４２に繰り出された研磨テープ４１を巻き取る巻き取りローラ４５ｂと、巻き取りローラ４５ｂを回転させる図示しない回転機構とを備えている。研磨ヘッド４２は、ウエハステージ２３上に保持されたウエハＷと同一平面内に位置している。

回転機構が巻き取りローラ４５ｂを回転させると、研磨テープ４１が送りローラ４５ａから研磨ヘッド４２に繰り出される。研磨テープ４１は、ウエハステージ２３に保持されたウエハＷの表面に垂直な方向に進み、巻き取りローラ４５ｂに巻き取られる。

研磨テープ４１としては、研磨面となるその片面に、例えば、ダイヤモンド粒子やＳｉＣ粒子などの砥粒をベースフィルムに接着した研磨テープを用いることができる。研磨テープ４１に接着する砥粒は、ウエハＷの種類や要求される性能に応じて選択されるが、例えば平均粒径０．１μｍ〜５．０μｍの範囲にあるダイヤモンド粒子やＳｉＣ粒子を用いることができる。また、砥粒を接着させていない帯状の研磨布でもよい。また、ベースフィルムとしては、例えば、ポリエステル、ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレートなどの可撓性を有する材料からなるフィルムが使用できる。

図８は研磨ヘッド４２の拡大図である。図８に示すように、研磨ヘッド４２は、研磨テープ４１の裏面側に配置される加圧パッド５０と、加圧パッド５０に連結される押圧機構（例えばエアシリンダ）５６と、研磨テープ４１の進行方向をウエハＷの表面に垂直な方向にガイドする複数のガイドローラ５７とを備えている。押圧機構５６は、加圧パッド５０をウエハＷに向けて移動させ、これにより加圧パッド５０を介して研磨テープ４１の研磨面をウエハＷのベベル部に押圧する。図６に示すように、ウエハＷの上方および下方には研磨液供給ノズル５８がそれぞれ配置されており、研磨液や冷却水などがウエハＷと研磨テープ４１との接触箇所に供給されるようになっている。

次に、上述のように構成された研磨装置の動作について説明する。ウエハＷは、図示しないウエハ搬送機構により開口部１２を通ってハウジング１１内に搬入される。ウエハチャック機構８０はウエハ搬送機構のハンド７３（図７参照）からウエハＷを受け取り、第一及び第二のチャックハンド８１，８２によりウエハＷを把持する。ウエハ搬送機構のハンド７３はウエハＷを第一及び第二のチャックハンド８１，８２に受け渡した後、ハウジング１１の外に移動し、次いでシャッター１３が閉じられる。ウエハＷを保持したウエハチャック機構８０はウエハＷを下降させ、ウエハステージ２３の上面に載置する。そして、図示しない真空ポンプを駆動してウエハＷをウエハステージ２３の上面に吸着させる。

その後、ウエハステージ２３は、ウエハＷとともにステージ移動機構３０によって研磨ヘッド４２の近傍まで移動する。次に、モータｍ１によりウエハステージ２３を回転させ、研磨液供給ノズル５８からウエハＷに研磨液の供給を開始する。ウエハＷの回転速度および研磨液の供給流量が所定の値になった時点で、ウエハＷを研磨テープ４１と接触する位置までステージ移動機構３０によって移動させる。この時、押圧機構５６により加圧パッド５０はウエハＷに向けて突出しており、ステージ移動機構３０によりウエハＷのベベル部が加圧パッド５０を押し返し、押圧機構５６の押圧力がウエハＷのベベル部に作用する位置までウエハＷを移動させる。これにより研磨テープ４１の研磨面がウエハＷのベベル部に押圧される。このようにして、ウエハＷのベベル部が研磨される。

次に、上記研磨ヘッド４２が備える加圧パッド５０について詳細に説明する。図９は図８に示す研磨ヘッド４２が備える加圧パッド５０を示す斜視図である。

図９に示すように、加圧パッド５０は、平坦な押圧面５１ａを有する板状の硬質部材（押圧部）５１と、この硬質部材５１が固定される弾性部材（パッド本体部）５３とを備えている。この加圧パッド５０は、押圧面５１ａがウエハステージ２３（図６参照）に保持されたウエハＷのベベル部に対向するように配置される。

押圧面５１ａは矩形状であり、その幅（ウエハＷの周方向に沿った寸法）Ｄ１は高さ（ウエハＷの表面に垂直な方向に沿った寸法）Ｄ２よりも大きく形成されている。硬質部材５１は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）などの硬質プラスチック（硬質樹脂）またはステンレス鋼などの金属から形成されている。このような材料を用いることにより、硬質部材５１は板ばねのような可撓性のある弾性体として機能する。一方、弾性部材５３は変形自在な軟質の弾性体としてスポンジから形成されている。なお、本実施形態では、硬質部材５１の厚さは約０．５ｍｍのＰＶＣであり、弾性部材５３の材料には硬度約１０度のシリコーンスポンジが用いられている。

硬質部材５１は、その中央部のみが弾性部材５３に固定されている。すなわち、硬質部材５１の押圧面５１ａと反対側の裏面全体が弾性部材５３に接触しているが、硬質部材５１の中央部においてのみ、硬質部材５１が弾性部材５３に固定されている。ここで、硬質部材５１の中央部とは、ウエハステージ２３（図６参照）に保持されたウエハＷの周方向における硬質部材５１の中央部を意味する。

図１０は、硬質部材５１を弾性部材５３に取り付ける一方法を説明するための斜視図である。図１１は図１０に示す方法によって硬質部材５１が弾性部材５３に取り付けられた状態の加圧パッドを示す斜視図である。図１０に示すように、まず、中央部だけ上下に突出した突出部５４ａを有する略十字の薄い接着シート５４を用意する。硬質部材５１を弾性部材５３に重ね合わせ、次いで接着シート５４を押圧面５１ａに貼り付ける。そして、接着シート５４の上下の突出部５４ａをパッド本体に接着する。

図１２は加圧時および非加圧時の様子を示す平面図である。なお、図１２には研磨テープ４１は図示されていない。図１２に示すように、加圧パッド５０がウエハＷから離間しているときは、硬質部材５１はそのままの形状を維持し、押圧面５１ａは平坦となっている。一方、加圧パッド５０がウエハＷを押圧すると、硬質部材５１がウエハＷのベベル部に沿って周方向に湾曲する。これは、硬質部材５１の中央部のみが接着シート５４によって弾性部材５３に固定されているからである。つまり、ウエハＷとの接触により硬質部材５１の中央部が弾性部材５３に押し込まれ、これに伴って硬質部材５１の両側部が弾性部材５３から離間する。したがって、硬質部材５１がウエハＷのベベル部に沿って周方向に湾曲する。

このように、硬質部材５１の全体が撓うことで、押圧面５１ａがその全長に亘ってウエハＷのベベル部に接触する。したがって、研磨テープとウエハＷとの接触面積を大きくすることができ、研磨速度を上げることができる。

図１３は、加圧パッド５０により研磨テープ４１をウエハＷのベベル部に押圧している様子を示す縦断面図である。硬質部材５１が硬質のプラスチックや金属から形成されているので、スポンジやゴムなどから形成された従来の加圧パッドで押圧する場合に比べて、押圧面５１ａはベベル部との接触の際に圧縮されにくい。すなわち、硬質部材５１の剛性により、ウエハＷの表面に垂直な方向では押圧面５１ａはウエハＷの形状に沿いにくくなる。その結果、ウエハＷが受ける研磨圧力はベベル部の中央部で高くなる。したがって、ベベル部の中央部を良好に研磨することができる。

図１４（ａ）および図１４（ｂ）は加圧パッド５０の他の構成例を示す平面図である。なお、特に説明しない加圧パッドの構成は、図９に示す加圧パッドと同様であるので、その重複する説明を省略する。図１４（ａ）に示す例では、硬質部材５１の裏面には、ウエハステージ２３（図６参照）に保持されたウエハＷの表面に垂直な方向に延びる複数の溝６０が形成されている。これらの溝は互いに平行に等間隔で配列され、それぞれ三角形状の断面を有している。

これらの溝６０により、ウエハＷの周方向に沿って湾曲する硬質部材５１の曲率をコントロールすることができるとともに、ウエハＷの表面に垂直な方向においては硬質部材５１の曲げ剛性が強くなる。したがって、硬質部材５１はウエハＷのベベル部の縦断面方向の形状に沿って大きく圧縮されることがなく、より平坦な押圧面５１ａでベベル部を押圧することができる。なお、形成する溝６０の深さ、形状、数を変更することで、硬質部材５１のウエハＷに対する周方向および縦方向の曲げ強さを調整することができるので、ベベル部の研磨に最適な弾性を有する加圧パッド５０とすることができる。

図１４（ｂ）に示す例では、硬質部材５１の裏面には、ウエハステージ２３に保持されたウエハＷの表面に垂直な方向に延びる複数の梁６１が固定されている。これらの梁６１は互いに平行に等間隔で配列されている。本実施形態では、梁６１は硬質部材５１と同じ材料で構成されているが、他の材料から構成されていてもよい。

これらの梁６１は硬質部材５１の補強部材として機能し、ウエハＷの表面に垂直な方向（縦方向）における硬質部材５１の曲げ剛性を高めることができる。したがって、硬質部材５１の縦方向の曲げ剛性を維持しつつ硬質部材５１を薄くすることができ、硬質部材５１はウエハＷの周方向に沿って湾曲しやすくなる。なお、梁６１の厚みや数を変更することで、硬質部材５１のウエハＷに対する周方向および縦方向の曲げ強さを調整することができる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、特に説明しない本実施形態の構成および動作は、上述した第１の実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。また、本実施形態において、同一または相当する部材には、同一の名称および同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。

図１５（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る研磨装置に用いられる加圧パッドを示す断面図であり、図１５（ｂ）は図１５（ａ）に示す加圧パッドの縦断面図である。図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示すように、加圧パッド９０は、研磨テープ４１を介してウエハＷのベベル部を押圧する押圧面９１ａを有する板状の硬質部材９１と、この硬質部材９１を支持する軟質の弾性部材９２とを有している。この硬質部材９１は、上述の硬質部材５１とほぼ同様の形状を有しており、その幅（ウエハＷの周方向に沿った寸法）は高さ（ウエハＷの表面に垂直な方向に沿った寸法）よりも大きく形成されている。

硬質部材９１は、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの硬質プラスチック（硬質樹脂）、またはＳＵＳ（ステンレス鋼）などの金属から形成されている。弾性部材９２は、シリコーンスポンジなどの発泡樹脂から構成されている。硬質部材９１は、接着剤などにより弾性部材９２に取り付けられている。このように、加圧パッド９０は、硬質部材（硬質層）９１および弾性部材（軟質層）９２からなる２層構造を有している。なお、上述の第１の実施形態と同様に、硬質部材９１の中央部のみを弾性部材９２に固定してもよい。

上記加圧パッド９０をウエハＷのベベル部に対して押圧すると、図１６に示すように、硬質部材９１はウエハＷの周方向に沿って湾曲し、弾性部材９２は硬質部材９１の湾曲に伴って変形する。したがって、弾性部材９２は硬質部材９１の変形を妨げない程度の柔軟性を有していることが好ましい。なお、図１６においては、説明の簡略化のために研磨テープ４１は図示されていないが、研磨中においては、図１５（ｂ）に示すように、加圧パッド９０は研磨テープ４１をウエハＷのベベル部に対して押圧する。

本実施形態によれば、上述の実施形態と同様に、硬質部材９１の全体が湾曲するので、押圧面９１ａがその全長に亘ってウエハＷのベベル部に接触する。したがって、研磨テープ４１とウエハＷとの接触面積を大きくすることができる。また、研磨中に弾性部材９２が変形することで、弾性部材９２は硬質部材９１の全体を均一に押圧することができる。

なお、硬質部材９１の材料および厚さは、研磨中における硬質部材９１の高さ方向の変形量（すなわち曲率半径）がウエハＷのベベル部の縦断面の曲率よりも大きく、かつ、研磨中における硬質部材９１の幅方向の変形量（すなわち曲率半径）がウエハＷの半径よりも小さいことを条件として選定される。一方、弾性部材９２の材料および厚さは、研磨中において硬質部材９１をウエハＷのベベル部に対して略均一に加圧できることを条件として選定される。

図１７（ａ）は加圧パッドの他の構成例を示す断面図であり、図１７（ｂ）は加圧パッドをウエハに押圧している状態を示す断面図である。図１７（ａ）および図１７（ｂ）に示す加圧パッド９０は、ウエハＷの周方向に沿って配置された複数の弾性部材９２を有している点で、図１６に示す加圧パッドと異なる。

図１８（ａ）は加圧パッドの他の構成例を示す断面図であり、図１８（ｂ）は加圧パッドをウエハに押圧している状態を示す断面図である。図１８（ａ）および図１８（ｂ）に示す加圧パッドは、ウエハＷの周方向に沿って配置された複数の弾性部材９２を有している点、およびこれら弾性部材９２の内部に流体室９２ａがそれぞれ形成されている点で、図１６に示す加圧パッドと異なる。この例における弾性部材９２はシリコーンゴムなどの材料から形成されており、各流体室９２ａには純水または空気などの加圧流体が予め封入されている。なお、１つの弾性部材のみを設け、この弾性部材の内部に１つまたはそれ以上の流体室を形成してもよい。

図１９（ａ）は加圧パッドの他の構成例を示す断面図であり、図１９（ｂ）は加圧パッドをウエハに押圧している状態を示す断面図である。図１９（ａ）および図１９（ｂ）に示す加圧パッドは、各流体室９２ａに圧力調整機構９５が接続されている点で、図１８（ａ）および図１８（ｂ）に示す加圧パッドと異なる。この圧力調整機構９５は、ポンプなどの流体供給源および各流体室９２ａにそれぞれ連通する複数のレギュレータなどから構成されており、各流体室９２ａに加圧気体（例えば加圧空気）を独立に供給するようになっている。したがって、各流体室９２ａの内部圧力は圧力調整機構９５によって互いに独立に調整可能である。

ここで、本実施形態の加圧パッドに用いられる硬質部材９１および弾性部材９２の材料と厚さを様々に変更し、さらに研磨テープ４１の砥粒の径（研磨面の粗さ）と研磨テープ４１の基材の厚さを変更して実験した実験例について、図２０を参照して説明する。ここで、図２０において、ベベル部の中央部が境界部より研磨されやすいかどうかを示す指標を「研磨位置制御性」と定義し、硬質部材（すなわち研磨テープ）がウエハの周方向に沿う長さを「研磨速度」と定義する。

［実験例１］
この実験では、硬質部材の厚さが研磨結果に及ぼす影響を調べた。
実験は以下の条件で行った。
研磨テープの砥粒（ダイヤモンド粒子）の径：５μｍ（♯４０００）
研磨テープの基材の厚さ：２５μｍ
硬質部材：ＰＥＴ
弾性部材：シリコーンスポンジ 硬度３０度

上記の条件のもと、硬質部材の厚さを２５μｍから１００μｍの範囲で変更して実験を行った。その実験結果から、硬質部材の厚さが最も薄い２５μｍを用いた場合では、中央部より境界部が研磨の進行が速く、硬質部材が厚くなるに従ってベベル部の中央部が研磨されやすくなることが分かった。一方、硬質部材が厚くなると研磨テープがウエハＷに接触する面積が小さくなり、研磨速度が減少する結果となった。これは、硬質部材が厚くなることによって硬質部材（すなわち研磨テープ）のウエハの周方向に沿う長さが減少したためである。

つまり、この実験結果から、研磨位置制御性と研磨速度との間にはトレードオフの関係があることが分かる。すなわち、薄い硬質部材を用いた場合は、研磨速度は良好であるが、研磨位置制御性が劣り、逆に厚い硬質部材を用いた場合は、研磨位置制御性は良好であるが、研磨速度が遅くなる。

そこで、研磨位置制御性と研磨速度の両方の向上を図るために、硬質部材の厚さを１００μｍとし、硬度１０度の弾性部材を用いて実験を行った。その結果、ベベル部の中央部が境界部よりも良好に研磨され、かつ研磨速度を向上することができた。これは、弾性部材の硬度を下げたことで、硬質部材のウエハの周方向に沿う長さが増大したためである。

[実験例２]
この実験では、研磨テープの砥粒の径が研磨結果に及ぼす影響を調べた。具体的には、実験例１において、研磨位置制御性と研磨速度の双方の研磨結果が良好であった条件のもと、砥粒の径０．２μｍ（♯１００００）、基材厚さ５０μｍの研磨テープを用いて実験を行った。その結果、研磨位置制御性が低下することが確認された。これは、研磨テープの砥粒の径が小さいと研削力が低くなり、研磨テープの研磨面が中央部に到達できないからである。これに対し、実験例１のように、研磨テープの砥粒の径が大きいと研削力が高いので、研磨テープの研磨面が当初は境界部にのみ接触しても、境界部が研磨されて研磨面が中央部に達し、該中央部を研磨することができる。このように、研磨テープの砥粒の大きさも研磨位置制御性に影響していることが判明した。

そこで、硬質部材の厚さを増加させて実験を行ったところ、実験例１と同様に、研磨位置制御性が向上し、逆に研磨速度が遅くなる結果となった。次に、硬質部材の材質としてステンレス鋼からなる厚さ０．５ｍｍの薄板を用いた結果、良好な研磨位置制御性を維持しながら研磨速度を向上させることができた。さらに、ステンレス鋼からなる硬質部材を０．１ｍｍと薄くし、硬質部材の裏面に図１４（ｂ）に示す梁６１を設けた。この結果、研磨位置制御性および研磨速度ともに向上することができた。

[実験例３]
この実験では、弾性部材の硬度が研磨結果に及ぼす影響を調べた。具体的には、砥粒径０．２μｍ（♯１００００）、基材の厚さ５０μｍの研磨テープを使用し、硬質部材として厚さ０．５ｍｍのＰＶＣの薄板を用いた。そして、弾性部材の硬度および構造を変更して実験を行った。すなわち、弾性部材として硬度３０度のスポンジ（図１５の形態）、硬度１０度のスポンジ（図１５の形態）、純水が封入された弾性部材（図１８の形態）、そして加圧空気が封入されたエアバック方式の弾性部材（図１９の形態）を用いて実験を行った。

その結果、スポンジの硬度を３０度から１０度に変更することで硬質部材がウエハの周方向に沿いやすくなるために研磨速度が向上した。純水が封入された弾性部材は、硬質部材および研磨テープをウエハの周方向の形状に沿うように湾曲させることができるので、単一材料のスポンジからなる弾性部材の場合に比較して、研磨速度が向上した。さらに、図１９に示す、それぞれの流体室（エアバック）に供給する圧力を制御した弾性部材を用いた場合では、研磨速度がさらに向上した。

このように、研磨テープの基材の厚さ、砥粒の径（研磨面の粗さ）、硬質部材の材質や厚さ、弾性部材の硬度の最適な組み合わせにより、研磨位置制御性と研磨速度の両方を向上させることができる。なお、上述の実験例では、硬質部材の厚さを２５μｍ〜２ｍｍの範囲内で変化させ、スポンジからなる弾性部材の硬度を１０〜３０度の範囲内で変化させた例を示したが、研磨テープの砥粒の径および基材の厚さによっては適宜これらの数値範囲を変更させてもよい。

また、砥粒の径が大きい研磨テープを用いる場合は、研磨当初では研磨面がベベル部の中央部に接触しなくても、研磨が進むにつれて研磨テープが中央部に到達することがある。したがって、硬質部材の厚さを選定するに際しては、ある所定の時間、仮研磨を行い、研磨テープの研磨面がベベル部の中央部に達したか否かの観点から選定することが好ましい。弾性部材の硬度を選定するに際しては、硬質部材がウエハの周方向に沿う長さが最も長くなるものを選定する。このように、タイプの異なる硬質部材および弾性部材を複数用意し、硬質部材および弾性部材から加圧パッドを形成して仮研磨を行い、このような加圧パッドの形成と仮研磨を繰り返し、そして最も良好な研磨結果（研磨性能）が得られた硬質部材および弾性部材を用いて本研磨を行うことで、使用する研磨テープに最適な研磨を行うことができる。

研磨装置は、研磨対象物であるウエハのベベル部（図１におけるＢ）を中心に研磨ヘッドを傾斜させる機能を備えることができる。この傾斜機構により、研磨テープをベベル部の上面（図１の上側の傾斜面Ｆ）から下面（下側の傾斜面Ｆ）に連続的に当接させることでベベル部全体を研磨することができる。また、研磨中に研磨ヘッドの傾斜角度を連続的に変えて、研磨テープをベベル部の上面から下面へ接触させ、再び下面から上面へ接触させるような動作とすることも可能である。このような傾斜機構に本発明の加圧パッドを採用することで、ベベル部全体をより効率的に研磨することができる。

基板の周縁を示す断面図である。 従来の加圧パッドを示す斜視図である。 加圧時および非加圧時の様子を示す平面図である。 加圧パッドにより研磨テープをウエハのベベル部に押圧している様子を示す縦断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る研磨装置を示す平面図である。 図５に示す研磨装置の断面図である。 ウエハチャック機構のチャックハンドを示す平面図である。 研磨ヘッドの拡大図である。 図８に示す研磨ヘッドが備える加圧パッドを示す斜視図である。 硬質部材を弾性部材に取り付ける一方法を説明するための斜視図である。 図１０に示す方法によって硬質部材が弾性部材に取り付けられた状態の加圧パッドを示す斜視図である。 加圧時および非加圧時の様子を示す平面図である。 加圧パッドにより研磨テープをウエハのベベル部に押圧している様子を示す縦断面図である。 図１４（ａ）および図１４（ｂ）加圧パッドの他の構成例を示す平面図である。 図１５（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る研磨装置に用いられる加圧パッドを示す断面図であり、図１５（ｂ）は図１５（ａ）に示す加圧パッドの縦断面図である。 図１５（ａ）に示す加圧パッドの研磨中の状態を示す断面図である。 図１７（ａ）は加圧パッドの他の構成例を示す断面図であり、図１７（ｂ）は加圧パッドをウエハに押圧している状態を示す断面図である。 図１８（ａ）は加圧パッドの他の構成例を示す断面図であり、図１８（ｂ）は加圧パッドをウエハに押圧している状態を示す断面図である。 図１９（ａ）は加圧パッドの他の構成例を示す断面図であり、図１９（ｂ）は加圧パッドをウエハに押圧している状態を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る加圧パッドに用いられる硬質部材および弾性部材の材料と厚さを変えて基板を研磨した実験結果を示すグラフである。

符号の説明

１１ ハウジング
１２ 開口部
１３ シャッター
１４ 仕切板
１５ 上室
１６ 下室
１７ 貫通孔
２０ ウエハステージユニット
２３ ウエハステージ
２６ 溝
２７ 中空シャフト
２８ 軸受
２９ 軸台
３０ ステージ移動機構
３２ 支持板
３３ 可動板
３５ リニアガイド
４０ ベベル研磨ユニット
４１ 研磨テープ
４２ 研磨ヘッド
４５ 研磨テープ送り機構
４５ａ 送りローラ
４５ｂ 巻き取りローラ
５０，９０ 加圧パッド
５１ 硬質部材
５３ 弾性部材
５４ 接着シート
５６ 押圧機構
５７ ガイドローラ
５８ 研磨液供給ノズル
６０ 溝
６１ 梁（補強部材）
７３ ハンド
８０ ウエハチャック機構
８１ 第一のチャックハンド
８２ 第二のチャックハンド
８３ コマ
９１ 硬質部材
９２ 弾性部材
９５ 圧力調整機構
Ｗ ウエハ
ｂ１ ベルト
ｂ２ ボールねじ
ｍ１，ｍ２ モータ
ｐ１，ｐ２ プーリ

Claims (11)

1. 基板を保持して回転させる基板保持部と、
   前記基板保持部に保持された基板のベベル部に研磨面を有する帯状研磨部材を押圧する加圧パッドと、
   前記帯状研磨部材をその長手方向に進行させる送り機構とを備えた研磨装置であって、
   前記加圧パッドは、
   前記帯状研磨部材を介して基板のベベル部を押圧する押圧面を有する硬質部材と、
   前記硬質部材を前記帯状研磨部材を介して基板のベベル部に対して押圧して前記硬質部材の全体を前記基板の周方向に沿って湾曲させる少なくとも１つの弾性部材とを有しており、
   前記硬質部材の前記押圧面と反対側の裏面の全体は、前記弾性部材に接触していることを特徴とする研磨装置。
2. 前記加圧パッドは、前記硬質部材からなる硬質層と、前記弾性部材からなる軟質層との２層構造を有していることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
3. 前記硬質部材は、基板の周方向に関してその中央部においてのみ前記弾性部材に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
4. 前記硬質部材の前記押圧面と反対側の裏面には、前記基板保持部に保持された基板の表面に垂直な方向に延びる複数の溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
5. 前記硬質部材の前記押圧面と反対側の裏面には、前記基板保持部に保持された基板の表面に垂直な方向に延びる複数の補強部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
6. 前記少なくとも１つの弾性部材は、基板の周方向に沿って配置された複数の弾性部材であることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
7. 前記少なくとも１つの弾性部材はその内部に少なくとも１つの流体室を有し、
   前記少なくとも１つの流体室には流体が充填されていることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
8. 前記少なくとも１つの流体室は複数の流体室であり、前記複数の流体室の内部圧力を独立に調整する圧力調整機構をさらに備えたことを特徴とする請求項７に記載の研磨装置。
9. 基板を保持して回転させ、
   帯状研磨部材をその長手方向に進行させ、
   硬質部材と弾性部材とを有する加圧パッドを、前記硬質部材が前記帯状研磨部材の裏面に対向するように配置し、
   前記加圧パッドにより前記帯状研磨部材の研磨面を基板のベベル部に押圧して前記硬質部材の全体を前記基板の周方向に沿って湾曲させた状態で該ベベル部を研磨することを特徴とする研磨方法。
10. 前記硬質部材の前記押圧面と反対側の裏面の全体は、前記弾性部材に接触していることを特徴とする請求項９に記載の研磨方法。
11. 前記加圧パッドは、前記硬質部材からなる硬質層と、前記弾性部材からなる軟質層との２層構造を有していることを特徴とする請求項９に記載の研磨方法。

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