JP7762092B2 - 基板研磨方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウェーハなどの基板を研磨する基板研磨方法に関する。

近年、メモリー回路、ロジック回路、イメージセンサ（例えばＣＭＯＳセンサー）などのデバイスは、より高集積化されつつある。これらのデバイスを形成する工程においては、微粒子や塵埃などの異物がデバイスに付着することがある。デバイスに付着した異物は、配線間の短絡や回路の不具合を引き起こしてしまう。したがって、デバイスの信頼性を向上させるために、デバイスが形成された基板を洗浄して、基板上の異物を除去することが必要とされる。

基板の裏面（非デバイス面）にも、上述したような微粒子や粉塵などの異物や、成膜工程で意図せず形成された余分な膜が付着することがある。このような異物や余分な膜が基板の裏面に付着すると、基板が露光装置のステージ基準面から離間することで基板表面がステージ基準面に対して傾き、結果として、パターニングのずれや焦点距離のずれが生じることとなる。このような問題を防止するために、基板の裏面に付着した異物や余分な膜を除去することが必要とされる。

そこで、基板の裏面に対して研磨ヘッドを研磨テープに押し付けることにより、基板の裏面を研磨する基板研磨装置が使用されている。最近では、基板の表面の全体をより効率的に研磨することができる装置への要請が高まっている。そこで、研磨ヘッドと基板とを相対的に円運動させながら基板の裏面を研磨し、研磨ヘッドの押圧部材と基板との相対速度を確保することができる基板研磨装置が提案されている。

図１８は、基板Ｗを円運動させながら、基板Ｗの裏面を研磨テープ５０２で研磨する従来の基板研磨装置の上面図であり、図１９は、図１８に示す従来の基板研磨装置の側面図である。基板研磨装置の基板保持部５１０は、複数のローラー５００と、複数のローラー５００にそれぞれ固定された複数の偏心軸５０７を有している。

図１９に示すように、偏心軸５０７は、距離ｅだけ偏心した第１軸部５０７ａと第２軸部５０７ｂを有している。ローラー５００は、第２軸部５０７ｂの一端に固定されており、第１軸部５０７ａはモータ５０９に接続されている。モータ５０９が駆動すると、ローラー５００は、第２軸部５０７ｂの軸心を中心に半径ｅの円運動を行うとともに、ローラー５００自身もその軸心を中心に回転する。これにより、基板保持部５１０は、基板Ｗを半径ｅの円運動をさせながら、その軸心Ｏ１を中心に基板Ｗを回転させる。

研磨テープ５０２は、基板Ｗの裏面側に配置されている。研磨テープ５０２は、矢印Ｚで示す方向に進行しながら、研磨テープ５０２には所定のテンションが与えられている。複数の押圧部材５０５Ａ～５０５Ｄは基板Ｗの直径方向に配列されており、これらの押圧部材５０５Ａ～５０５Ｄで研磨テープ５０２を基板Ｗの裏面に対して押し付けることにより、基板Ｗの裏面を研磨する。このような従来の基板研磨装置は、押圧部材５０５Ａ～５０５Ｄと基板Ｗとを相対的に円運動させることにより、基板Ｗの回転のみでは十分な研磨力を得ることができなかった基板Ｗの中心部も研磨することができる。したがって、基板Ｗの裏面の全体を効率良く研磨することができる。

特開２０１９－７７００３号公報

しかしながら、押圧部材５０５Ａ～５０５Ｄと基板Ｗとを相対的に円運動させながら基板Ｗの裏面を研磨すると、図１８に示す基板Ｗの中心Ｏ１を含む中央領域ＣＲは、押圧部材５０５Ｃにより他の領域よりも相対的に長い時間押圧され続ける。したがって、基板Ｗの中央領域ＣＲは、中央領域ＣＲ以外の領域と比較して過研磨されることがある。結果として、基板研磨装置は、基板Ｗの裏面を均一に研磨することができないことがあった。

そこで、本発明は、基板の被研磨面の全体を均一な研磨レートで研磨することができる基板研磨方法を提供する。

一態様では、基板の被研磨面を研磨する基板研磨方法であって、前記基板と、第１研磨ヘッドおよび第２研磨ヘッドとを相対的に円運動させながら、前記基板をその軸心を中心に回転させ、研磨テープをその長手方向に送りながら、前記第１研磨ヘッドにより前記研磨テープを前記被研磨面に押し付けて、前記基板の中心を含む中央領域と、前記中央領域に隣接する外側領域を研磨し、研磨テープをその長手方向に送りながら、前記第２研磨ヘッドにより前記研磨テープを前記被研磨面に押し付けて、前記基板の前記中央領域および前記外側領域以外の領域を研磨し、前記第１研磨ヘッドにより前記中央領域および前記外側領域を研磨する工程は、異なる研磨条件で実行される少なくとも２つの研磨工程を含み、前記少なくとも２つの研磨工程は、前記中央領域の研磨レートが、前記外側領域の研磨レートよりも低くなる研磨条件で実行される低研磨レート工程と、前記中央領域の研磨レートが、前記外側領域の研磨レートよりも高くなる研磨条件で実行される高研磨レート工程を含み、前記第１研磨ヘッドによる前記中央領域および前記外側領域の研磨が、前記低研磨レート工程と前記高研磨レート工程との間で変更されるときに、前記第２研磨ヘッドによる前記中央領域および前記外側領域以外の前記領域の研磨は、研磨条件を変更することなく継続される、基板研磨方法が提供される。

一態様では、前記低研磨レート工程と前記高研磨レート工程において変更される前記研磨条件のパラメータは、前記第１研磨ヘッドにより発生されるテープ押圧力、前記研磨テープのテープテンション、前記第１研磨ヘッドに隣接して配置された前記研磨テープをガイドするガイドローラーの位置、前記ガイドローラーの外径、前記研磨テープを前記基板に対して押圧する前記第１研磨ヘッドの押圧部材の長さ、前記押圧部材の前記基板の中心に向かって下方に傾斜する角度、前記押圧部材の硬度のうちの少なくとも１つを含む。
一態様では、前記高研磨レート工程の研磨条件における前記テープ押圧力は、前記低研磨レート工程の研磨条件における前記テープ押圧力よりも大きい。

一態様では、前記高研磨レート工程の研磨条件における前記研磨テープのテープテンションは、前記低研磨レート工程の研磨条件における前記研磨テープのテープテンションよりも小さい。
一態様では、前記高研磨レート工程の研磨条件における前記ガイドローラーの位置は、前記低研磨レート工程の研磨条件における前記ガイドローラーの位置よりも高い。
一態様では、前記高研磨レート工程の研磨条件における前記押圧部材の前記基板の中心に向かって下方に傾斜する角度は、前記低研磨レート工程の研磨条件における前記押圧部材の前記基板の中心に向かって下方に傾斜する角度よりも小さい。

基板研磨方法は、基板の中央領域の研磨レートが低い低研磨レート工程と、基板の中央領域の研磨レートが高い高研磨レート工程を含む、少なくとも２つの研磨工程を含んでいる。したがって、基板の中央領域を過研磨することなく、被研磨面の全体を均一な研磨レートで研磨することができる。

基板研磨装置の一実施形態を示す側面図である。 図１に示す基板研磨装置の上面図である。 ガイドローラー位置調節機構の一実施形態を示す模式図である。 研磨ヘッドの一実施形態を示す斜視図である。 図４に示す研磨ヘッドの上面図である。 低研磨レート工程における基板の中心からの位置と研磨レートとの関係を示すグラフである。 高研磨レート工程における基板のからの位置と研磨レートとの関係を示すグラフである。 テープ押圧力の違いによる中央領域の研磨レートの変化を説明する図である。 テープテンションの違いによる中央領域の研磨レートの変化を説明する図である。 研磨ヘッドに隣接して配置されたガイドローラーの位置の違いによる中央領域の研磨レートの変化を説明する図である。 研磨ヘッドの押圧部材の角度の違いによる中央領域の研磨レートの変化を説明する図である。 研磨ヘッドに隣接して配置されたガイドローラーの外径の違いによる中央領域の研磨レートの変化を説明する図である。 研磨ヘッドの押圧部材の長さの違いによる中央領域の研磨レートの変化を説明する図である。 低研磨レート工程と高研磨レート工程を含む研磨工程における基板の中心からの位置と研磨レートとの関係を示すグラフである。 基板の研磨工程の一実施形態を示すフローチャートである。 低研磨レート工程および高研磨レート工程における研磨条件のパラメータの一例を示す図である。 基板研磨装置の他の実施形態を示す側面図である。 従来の基板研磨装置の上面図である。 図１８に示す従来の基板研磨装置の側面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、基板研磨装置の一実施形態を示す側面図であり、図２は、図１に示す基板研磨装置の上面図である。図１および図２に示す基板研磨装置は、基板Ｗを保持し、回転させる基板保持部２０と、研磨テープ２Ａ，２Ｂを、基板保持部２０に保持された基板Ｗの第１の面５ａに接触させて基板Ｗの第１の面５ａを研磨する複数の研磨ヘッド１０Ａ～１０Ｄと、研磨テープ２Ａをその長手方向に送る研磨テープ供給機構３０Ａと、研磨テープ２Ｂをその長手方向に送る研磨テープ供給機構３０Ｂを備えている。

本実施形態では、基板Ｗの第１の面５ａは、デバイスが形成されていない、またはデバイスが形成される予定がない基板Ｗの裏面、すなわち非デバイス面である。第１の面５ａとは反対側の基板Ｗの第２の面５ｂは、デバイスが形成されている、またはデバイスが形成される予定である面、すなわちデバイス面である。本実施形態では、基板Ｗは、被研磨面である第１の面５ａが下向きの状態で、基板保持部２０に水平に支持される。

基板保持部２０は、基板Ｗの周縁部に接触可能な複数のローラー２５と、複数のローラー２５を回転させる複数のモータ２９と、複数のローラー２５と複数のモータ２９を連結する複数の偏心軸２７を備えている。本実施形態では、４つのローラーが設けられているが、５つまたはそれよりも多いローラーが設けられてもよい。

複数の偏心軸２７のそれぞれは、平行に延びる第１軸部２７ａと、第２軸部２７ｂを有している。第２軸部２７ｂは、第１軸部２７ａから距離ｅ１だけ偏心している。複数のローラー２５は、複数の第２軸部２７ｂの一端にそれぞれ固定されている。複数のローラー２５の軸心は、複数の第２軸部２７ｂの軸心とそれぞれ一致している。モータ２９は、第１軸部２７ａの一端にそれぞれ接続されている。

複数のモータ２９が駆動すると、複数の偏心軸２７は、その第１軸部２７ａを中心に回転される。複数の偏心軸２７が回転すると、ローラー２５は、第１軸部２７ａの軸心の周りで半径ｅ１の円運動を行う。ローラー２５が第１軸部２７ａの軸心を中心に一回転したとき、ローラー２５は、ローラー２５の軸心を中心に一回転する。本明細書において、円運動は、対象物が円軌道上を移動する運動と定義される。

基板保持部２０は、このようなローラー２５の運動により、ローラー２５に保持された基板Ｗを、半径ｅ１の円運動をさせながら、その軸心（中心）Ｏ１を中心に回転させる。したがって、基板Ｗと研磨ヘッド１０Ａ～１０Ｄとは、相対的に円運動する。

研磨ヘッド１０Ａ，１０Ｂは、支持部材１８Ａに支持され、研磨ヘッド１０Ｃ，１０Ｄは、支持部材１８Ｂに支持されている。複数の研磨ヘッド１０Ａ～１０Ｄは、基板保持部２０に保持されている基板Ｗの下側に配置されている。これら研磨ヘッド１０Ａ～１０Ｄは、基板Ｗの直径方向に配列されている。本実施形態では、４つの研磨ヘッド１０Ａ～１０Ｄが設けられているが、研磨ヘッドの数は本実施形態に限られない。一実施形態では、単一の研磨ヘッドが設けられてもよい。

研磨テープ供給機構３０Ａ，３０Ｂは、同じ構成を有しているので、以下研磨テープ供給機構３０Ａについて説明する。研磨テープ供給機構３０Ａは、研磨テープ２Ａの一端が接続されたテープ巻き出しリール３１と、研磨テープ２Ａの他端が接続されたテープ巻き取りリール３２と、研磨テープ２Ａの進行方向を案内する複数のガイドローラー３３を備えている。テープ巻き出しリール３１およびテープ巻き取りリール３２は、リールモータ３６，３７にそれぞれ連結されている。

テープ巻き取りリール３２を矢印で示す方向に回転させることにより、研磨テープ２Ａはテープ巻き出しリール３１から研磨ヘッド１０Ａ，１０Ｂを経由してテープ巻き取りリール３２に送られる。研磨テープ２Ａは、研磨テープ２Ａの研磨面が基板Ｗの第１の面５ａを向くように研磨ヘッド１０Ａ，１０Ｂの上方に供給される。リールモータ３６は、所定のトルクをテープ巻き出しリール３１に与えることにより、研磨テープ２Ａにテンションをかけることができる。リールモータ３７は、研磨テープ２Ａを一定速度で送るように制御される。研磨テープ２Ａを送る速度は、テープ巻き取りリール３２の回転速度を変化させることによって変更できる。

一実施形態では、基板研磨装置は、テープ巻き出しリール３１、テープ巻き取りリール３２、およびリールモータ３６，３７とは別に、研磨テープ２Ａをその長手方向に送るテープ送り装置を備えてもよい。他の実施形態では、テープ巻き出しリール３１とテープ巻き取りリール３２の位置は、逆に配置されてもよい。

基板研磨装置は、ガイドローラー３３を上下動させるガイドローラー位置調節機構４０をさらに備えている。図３は、ガイドローラー位置調節機構４０の一実施形態を示す模式図である。ガイドローラー位置調節機構４０は、アクチュエータ４５と可動軸４３を有している。可動軸４３は上下方向に延びており、その一端がガイドローラー３３に連結されており、他端がアクチュエータ４５に連結されている。アクチュエータ４５は、可動軸４３を上下させて、ガイドローラー３３を矢印で示す方向に上下動させるように構成されている。アクチュエータ４５の例としては、可動軸４３を上下動させるピストンを備えたピストンシリンダ装置や、サーボモータとギヤとの組み合わせなどが挙げられる。

ガイドローラー位置調節機構４０は、複数のガイドローラー３３のそれぞれに連結されている。一実施形態では、ガイドローラー位置調節機構４０は、研磨ヘッド１０Ａ～１０Ｄに隣接するガイドローラー３３のみに連結されてもよい。なお、ガイドローラー３３を上下動させることができるのであれば、ガイドローラー位置調節機構４０の具体的構成は図３に示す実施形態に限られない。他の実施形態では、ガイドローラー位置調節機構４０は、アクチュエータ４５を持たず、ガイドローラー３３を支持するガイド部材と、ガイド部材に対するガイドローラー３３の相対的な位置を固定する固定部材とを備えてもよい。さらに他の実施形態では、基板研磨装置は、ガイドローラー位置調節機構４０を備えていないこともある。

図４は、研磨ヘッド１０Ａの一実施形態を示す側面図であり、図５は、図４に示す研磨ヘッド１０Ａの上面図である。研磨ヘッド１０Ａ～１０Ｄは、基本的に同じ構成を有しているので、以下研磨ヘッド１０Ａについて説明する。研磨ヘッド１０Ａは、基板Ｗおよび研磨テープ２Ａの下方に配置されており、研磨テープ２Ａをその裏側から基板Ｗの裏面に対して押圧するように配置されている。

研磨ヘッド１０Ａは、研磨テープ２Ａを基板Ｗに対して押し付けるための押圧部材１２と、押圧部材１２を保持する押圧部材ホルダ１３と、押圧部材１２に押圧力を付与する研磨ヘッドアクチュエータ１５と、支持部材１８Ａに連結された研磨ヘッドハウジング１６と、押圧部材ホルダ１３を傾けるチルト機構１７を備えている。

押圧部材１２は、直線上に延びる形状を有するブレードであり、研磨テープ２Ａを基板Ｗに押し付けるための押圧面１２ａを有している。押圧部材１２は、押圧部材ホルダ１３に固定されている。押圧部材１２は、矢印Ｚで示す研磨テープ２Ａの進行方向に対して斜めに傾いている。押圧部材１２は、弾性材料から形成されている。押圧部材１２を構成する材料の例としては、フッ素ゴム、シリコーンゴム、エチレンプロピレンジエンゴムなどのゴムが挙げられる。押圧部材１２の断面は、円形の形状を有している。

ただし、押圧部材１２は、本実施形態に限られず、他の形状を有してもよく、あるいは他の材料から構成されてもよい。一実施形態では、押圧部材１２は、研磨テープ２Ａの進行方向に対して垂直に配置されてもよい。他の実施形態では、押圧部材１２は、２つのブレードを有してもよいし、あるいは、湾曲した形状を有するブレードであってもよい。

研磨ヘッドアクチュエータ１５は、研磨ヘッドハウジング１６内に配置されており、図示しない連結部材により押圧部材ホルダ１３に連結されている。研磨ヘッドアクチュエータ１５は、押圧部材ホルダ１３および押圧部材１２を矢印ＣＬで示す押圧方向に移動させて、研磨テープ２Ａを基板Ｗに対して押し付ける力であるテープ押圧力を発生させるように構成されている。

チルト機構１７は、押圧部材ホルダ１３に固定されている。チルト機構１７は、支軸１７ａを有しており、モータ（図示せず）により押圧部材ホルダ１３を所定の角度で支軸１７ａの軸心を中心に回転させることができる。これにより、チルト機構１７は、押圧部材ホルダ１３および押圧部材１２を矢印ＣＬで示す押圧方向に対して傾けるように構成されている。さらに、チルト機構１７は、傾けた押圧部材ホルダ１３および押圧部材１２の角度を維持するように構成されている。モータの例としては、サーボモータ、またはステッピングモータが挙げられる。なお、押圧部材１２を矢印ＣＬで示す押圧方向に対して傾けることができるのであれば、チルト機構１７の具体的構成は図４に示す実施形態に限られない。他の実施形態では、チルト機構１７は、押圧部材１２を傾けるモータを持たず、押圧部材１２を回転可能に支持する支持部材と、支持部材に対する押圧部材１２の相対的な角度を固定する固定部材を備えてもよい。さらに他の実施形態では、基板研磨装置は、チルト機構１７を備えていないこともある。

基板研磨装置は、基板研磨装置の各構成要素の動作を制御する動作制御部５０に電気的に接続されている。基板保持部２０のモータ２９、研磨ヘッド１０Ａ～１０Ｄの研磨ヘッドアクチュエータ１５、チルト機構１７、研磨テープ供給機構３０Ａ，３０Ｂ、およびガイドローラー位置調節機構４０のアクチュエータ４５は、動作制御部５０に電気的に接続されている。基板保持部２０、研磨ヘッド１０Ａ～１０Ｄ、研磨テープ供給機構３０Ａ，３０Ｂ、およびガイドローラー位置調節機構４０の動作は、動作制御部５０によって制御される。

動作制御部５０は、少なくとも１台のコンピュータを備えている。動作制御部５０は、プログラムが格納された記憶装置５０ａと、プログラムに従って演算を実行する演算装置５０ｂを備えている。記憶装置５０ａは、演算装置５０ｂがアクセス可能な主記憶装置（例えばランダムアクセスメモリ）と、プログラムを格納する補助記憶装置（例えば、ハードディスクドライブまたはソリッドステートドライブ）を備えている。演算装置５０ｂは、記憶装置５０ａに格納されているプログラムに含まれている命令に従って演算を行うＣＰＵ（中央処理装置）またはＧＰＵ（グラフィックプロセッシングモジュール）などを含む。ただし、動作制御部５０の具体的構成はこれらの例に限定されない。

基板Ｗは次のようにして研磨される。基板保持部２０は、複数のローラー２５で基板Ｗの周縁部を保持し、複数の偏心軸２７を回転させることにより、複数のローラー２５を円運動させる。基板保持部２０は、基板Ｗをその軸心Ｏ１を中心に回転させながら、基板Ｗと研磨ヘッド１０Ａ～１０Ｄとを、相対的に円運動させる。研磨テープ供給機構３０Ａ，３０Ｂにより研磨テープ２Ａ，２Ｂを研磨ヘッド１０Ａ～１０Ｄに送りながら、研磨ヘッド１０Ａ～１０Ｄの押圧部材１２は、研磨テープ２Ａ，２Ｂを基板Ｗの第１の面５ａに押し付けて基板Ｗの第１の面５ａを研磨する。

図１８および図１９を参照して説明したように、基板Ｗの中心Ｏ１を含む中央領域が、中央領域以外の領域と比較して過研磨されることを防ぐために、本実施形態では、複数の研磨ヘッド１０Ａ～１０Ｄのうち、基板Ｗの中心Ｏ１を含む領域を研磨する研磨ヘッド１０Ｃによる研磨工程は、異なる研磨条件で実行される少なくとも２つの研磨工程を含む。研磨ヘッド１０Ｃは、基板Ｗの中心Ｏ１を含む第１の面５ａ内の中央領域と、中央領域に隣接する外側領域を研磨する。研磨ヘッド１０Ｃによる少なくとも２つの研磨工程は、中央領域の研磨レートが、外側領域の研磨レートよりも低くなる研磨条件で実行される低研磨レート工程と、中央領域の研磨レートが、外側領域の研磨レートよりも高くなる研磨条件で実行される高研磨レート工程を含む。

図６は、低研磨レート工程における基板Ｗの中心Ｏ１からの位置と研磨レートとの関係を示すグラフであり、図７は、高研磨レート工程における基板Ｗの中心Ｏ１からの位置と研磨レートとの関係を示すグラフである。図６および図７は、研磨ヘッド１０Ｃにより研磨テープ２Ｂを押し付けて、基板Ｗの第１の面５ａを研磨したときに得られたグラフである。基板Ｗの中心Ｏ１からの位置は、基板Ｗの中心Ｏ１を通り、かつ研磨テープ２Ｂの進行方向に沿った直線上における、基板Ｗの中心Ｏ１からの位置を表している。すなわち、基板Ｗの中心Ｏ１からの位置は、基板Ｗの半径方向における位置を表している。基板Ｗの中心Ｏ１からの位置が負の値は、研磨テープ２Ｂの進行方向において、基板Ｗの中心Ｏ１よりも上流側の位置を示しており、基板Ｗの中心Ｏ１からの位置が正の値は、研磨テープ２Ｂの進行方向において、基板Ｗの中心Ｏ１よりも下流側の位置を示している。

本実施形態では、中央領域は、基板Ｗの中心Ｏ１からの距離が０からＸ１までの領域であり、外側領域は、基板Ｗの中心Ｏ１からの距離がＸ１からＸ２までの領域である。外側領域は、中央領域よりも基板Ｗの半径方向外側に位置している。図６に示すように、低研磨レート工程では、中央領域の研磨レートが外側領域の研磨レートよりも低い。図７に示すように、高研磨レート工程では、中央領域の研磨レートが外側領域の研磨レートよりも高い。

これらの研磨レートは、研磨条件のパラメータによって調整することができる。研磨条件のパラメータは、研磨ヘッド１０Ｃにより発生されるテープ押圧力、研磨テープ２Ｂのテープテンション、研磨ヘッド１０Ｃに隣接して配置されたガイドローラー３３の位置、研磨ヘッド１０Ｃの押圧部材１２の基板Ｗの中心Ｏ１に向かって下方に傾斜する角度、研磨ヘッド１０Ｃに隣接して配置されたガイドローラー３３の外径、研磨ヘッド１０Ｃの押圧部材１２の長さ、研磨ヘッド１０Ｃの押圧部材１２の硬度のうちの少なくとも１つを含む。

図８は、テープ押圧力の違いによる中央領域の研磨レートの変化を説明する図である。研磨ヘッド１０Ｃにより発生されるテープ押圧力は、図４に示す研磨ヘッドアクチュエータ１５により調整することができる。テープ押圧力Ｆ２がテープ押圧力Ｆ１よりも大きい場合、テープ押圧力Ｆ２で基板Ｗを研磨したときの中央領域の研磨レートは、テープ押圧力Ｆ１で基板Ｗを研磨したときの中央領域の研磨レートよりも高い。したがって、高研磨レート工程の研磨条件におけるテープ押圧力は、低研磨レート工程の研磨条件におけるテープ押圧力よりも大きい。

図９は、テープテンションの違いによる中央領域の研磨レートの変化を説明する図である。テープテンションは、図１に示すリールモータ３６によってテープ巻き出しリール３１に与えられるトルクにより、調整することができる。テープテンションＴ２がテープテンションＴ１よりも小さい場合、テープテンションＴ２で基板Ｗを研磨したときの中央領域の研磨レートは、テープテンションＴ１で基板Ｗを研磨したときの中央領域の研磨レートよりも高い。したがって、高研磨レート工程の研磨条件におけるテープテンションは、低研磨レート工程の研磨条件におけるテープテンションよりも小さい。

図１０は、研磨ヘッド１０Ｃに隣接して配置されたガイドローラー３３の位置の違いによる中央領域の研磨レートの変化を説明する図である。研磨ヘッド１０Ｃに隣接して配置されたガイドローラー３３の位置は、図３に示すガイドローラー位置調節機構４０により調整することができる。高さＨ２が高さＨ１よりも高い場合、ガイドローラー３３の位置が高さＨ２で基板Ｗを研磨したときの中央領域の研磨レートは、ガイドローラー３３の位置が高さＨ１で基板Ｗを研磨したときの中央領域の研磨レートよりも高い。したがって、高研磨レート工程の研磨条件における研磨ヘッド１０Ｃに隣接して配置されたガイドローラー３３の位置は、低研磨レート工程の研磨条件におけるガイドローラー３３の位置よりも高い。

図１１は、研磨ヘッド１０Ｃの押圧部材１２の角度の違いによる中央領域の研磨レートの変化を説明する図である。研磨ヘッド１０Ｃの押圧部材１２の角度は、押圧部材１２の押圧面１２ａの基板Ｗの第１の面５ａに対する角度である。研磨ヘッド１０Ｃの押圧部材１２の角度は、図４に示すチルト機構１７により調整することができる。研磨ヘッド１０Ｃの押圧部材１２の基板Ｗの中心Ｏ１に向かって下方に傾斜する角度α２（図１１では、角度α２は０度）が角度α１よりも小さい場合、角度α２で基板Ｗを研磨したときの中央領域の研磨レートは、角度α１で基板Ｗを研磨したときの中央領域の研磨レートよりも高い。したがって、高研磨レート工程の研磨条件における研磨ヘッド１０Ｃの押圧部材１２の、基板Ｗの中心Ｏ１に向かって下方に傾斜する角度は、低研磨レート工程の研磨条件における研磨ヘッド１０Ｃの押圧部材１２の、基板Ｗの中心Ｏ１に向かって下方に傾斜する角度よりも小さい。

図１２は、研磨ヘッド１０Ｃに隣接して配置されたガイドローラー３３の外径の違いによる中央領域の研磨レートの変化を説明する図である。ガイドローラー３３の軸心が同じ位置にあり、ガイドローラー３３の外径Ｄ２がガイドローラー３３の外径Ｄ１よりも大きい場合、外径Ｄ２で基板Ｗを研磨したときの中央領域の研磨レートは、外径Ｄ１で基板Ｗを研磨したときの中央領域の研磨レートよりも高い。したがって、高研磨レート工程の研磨条件における研磨ヘッド１０Ｃに隣接して配置されたガイドローラー３３の外径は、低研磨レート工程の研磨条件におけるガイドローラー３３の外径よりも大きい。

図１３は、研磨ヘッド１０Ｃの押圧部材１２の長さの違いによる中央領域の研磨レートの変化を説明する図である。長さＬ２が長さＬ１よりも基板Ｗの中心Ｏ１に向かう方向に長い場合、研磨ヘッド１０Ｃの押圧部材１２が長さＬ２で基板Ｗを研磨したときの中央領域の研磨レートは、長さＬ１で基板Ｗを研磨したときの中央領域の研磨レートよりも高い。したがって、高研磨レート工程の研磨条件における研磨ヘッド１０Ｃの押圧部材１２の長さは、低研磨レート工程の研磨条件における研磨ヘッド１０Ｃの押圧部材１２の長さよりも基板Ｗの中心Ｏ１に向かう方向に長い。研磨ヘッド１０Ｃの押圧部材１２の長さは、研磨テープ２Ｂの長手方向に沿った長さである。

さらに、中央領域の研磨レートは、研磨ヘッド１０Ｃの押圧部材１２の硬度の違いによっても変化する。押圧部材１２の硬度は、押圧部材１２を構成する材料により調整することができる。研磨ヘッド１０Ｃの押圧部材１２の硬度が低い場合の中央領域の研磨レートは、研磨ヘッド１０Ｃの押圧部材１２の硬度が高い場合の中央領域の研磨レートよりも高い。したがって、高研磨レート工程の研磨条件における研磨ヘッド１０Ｃの押圧部材１２の硬度は、低研磨レート工程の研磨条件における研磨ヘッド１０Ｃの押圧部材１２の硬度よりも低い。

図１４は、低研磨レート工程と高研磨レート工程を含む研磨工程における基板Ｗの中心Ｏ１からの位置と研磨レートとの関係を示すグラフである。研磨ヘッド１０Ｃにより中央領域および外側領域を研磨する工程は、図１４に示すように、中央領域と外側領域が均一な研磨レートとなるように、低研磨レート工程と高研磨レート工程を含む少なくとも２つの研磨工程を含む。研磨ヘッド１０Ｃによる各研磨工程における研磨条件は、過去の基板の研磨結果のデータに基づいて決定される。より具体的には、上述した研磨条件の各パラメータを変化させた過去の基板の研磨結果のデータに基づいて、低研磨レート工程および高研磨レート工程における研磨条件のパラメータが決定される。

図１５は、基板Ｗの研磨工程の一実施形態を示すフローチャートである。
ステップ１では、過去の基板の研磨結果のデータに基づいて、研磨ヘッド１０Ｃによる低研磨レート工程および高研磨レート工程における研磨条件が決定される。
ステップ２では、基板保持部２０は、基板Ｗと研磨ヘッド１０Ａ～１０Ｄとを相対的に円運動させながら、基板Ｗをその軸心Ｏ１を中心に回転させる。

ステップ３では、研磨ヘッド１０Ａ，１０Ｂにより研磨テープ２Ａを基板Ｗの第１の面５ａに押し付けることにより、基板Ｗが研磨される。さらに、研磨ヘッド１０Ｃ，１０Ｄにより研磨テープ２Ｂを基板Ｗの第１の面５ａに押し付けることにより、基板Ｗが研磨される。研磨ヘッド１０Ｃによる研磨は、決定された研磨条件で低研磨レート工程が実行される。

ステップ４では、研磨ヘッド１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｄによる基板Ｗの研磨を継続しながら、研磨ヘッド１０Ｃによる研磨は、決定された研磨条件で高研磨レート工程が実行される。すなわち、研磨ヘッド１０Ｃによる研磨は、研磨条件を変更して低研磨レート工程から高研磨レート工程に変更される。これにより、基板Ｗの中央領域と外側領域の研磨レートが均一となり、基板Ｗの第１の面５ａの全体を均一な研磨レートで研磨することができる。
ステップ５では、研磨ヘッド１０Ａ～１０Ｄによる基板Ｗの研磨が終了される。

本実施形態では、研磨ヘッド１０Ｃによる研磨は、低研磨レート工程の後に高研磨レート工程が実行されるが、研磨ヘッド１０Ｃによる研磨工程は、本実施形態に限定されない。一実施形態では、研磨ヘッド１０Ｃによる研磨は、高研磨レート工程の後に、低研磨レート工程が実行されてもよい。他の実施形態では、研磨ヘッド１０Ｃによる研磨工程は、３つ以上の研磨工程を含んでもよい。例えば、研磨ヘッド１０Ｃによる研磨は、異なる研磨条件で実行される２つの低研磨レート工程が実行された後に、１つの高研磨レート工程が実行されてもよい。

図１５のステップ４において、研磨ヘッド１０Ｃによる研磨を低研磨レート工程から高研磨レート工程に変更する際には、基板Ｗの研磨中に変更可能な研磨条件のパラメータを変更する必要がある。したがって、基板Ｗの研磨中に変更する研磨条件のパラメータは、上述した研磨条件のパラメータのうち、研磨ヘッド１０Ｃにより発生されるテープ押圧力、研磨テープ２Ｂのテープテンション、研磨ヘッド１０Ｃに隣接して配置されたガイドローラー３３の位置、研磨ヘッド１０Ｃの押圧部材１２の基板Ｗの中心Ｏ１に向かって下方に傾斜する角度、のうちの少なくとも１つを含む。

図１６は、低研磨レート工程および高研磨レート工程における研磨条件のパラメータの一例を示す図である。低研磨レート工程における研磨条件は、研磨ヘッド１０Ｃの押圧部材１２の基板Ｗの中心Ｏ１に向かって下方に傾斜する角度が角度α、研磨ヘッド１０Ｃにより発生されるテープ押圧力がテープ押圧力Ｆ１である。高研磨レート工程における研磨条件は、研磨ヘッド１０Ｃの押圧部材１２の基板Ｗの中心Ｏ１に向かって下方に傾斜する角度が角度α、研磨ヘッド１０Ｃにより発生されるテープ押圧力がテープ押圧力Ｆ１よりも大きいテープ押圧力Ｆ２である。テープ押圧力以外の研磨条件のパラメータは、低研磨レート工程と同じである。この例では、低研磨レート工程が研磨時間Ｙ１で行われた後、高研磨レート工程が研磨時間Ｙ２で行われる。

図１６に示す例では、研磨ヘッド１０Ｃの押圧部材１２の基板Ｗの中心Ｏ１に向かって下方に傾斜する角度を角度αにすることによって、低研磨レート工程が実行される。さらに、研磨ヘッド１０Ｃにより発生されるテープ押圧力をテープ押圧力Ｆ１よりも大きいテープ押圧力Ｆ２に変更することによって、高研磨レート工程が実行される。結果的に、基板Ｗの中央領域と外側領域の研磨レートが均一となり、基板Ｗの第１の面５ａの全体を均一な研磨レートで研磨することができる。

低研磨レート工程の研磨時間Ｙ１および高研磨レート工程の研磨時間Ｙ２は、一例として、テスト基板の研磨により適切な研磨時間が決定される。あるいは、高研磨レート工程中、所定の時間毎に基板Ｗの研磨プロファイルの測定を行い、適切な研磨プロファイルが得られたときに、高研磨レート工程を終了してもよい。

図１６に示す低研磨レート工程および高研磨レート工程における研磨条件のパラメータは一例であり、低研磨レート工程および高研磨レート工程における研磨条件のパラメータは、例えば、研磨テープ２Ｂのテープテンションや研磨ヘッド１０Ｃに隣接して配置されたガイドローラー３３の位置などの他のパラメータが用いられてもよく、あるいは、他のパラメータを含む複数のパラメータの組み合わせであってもよい。

図１７は、基板研磨装置の他の実施形態を示す側面図である。特に説明しない本実施形態の基板研磨装置の構成は、図１乃至図５を参照して説明した基板研磨装置の構成と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態の基板研磨装置は、基板保持部６０の構成が図１乃至図５を参照して説明した実施形態と異なっており、研磨ヘッド１０Ａ～１０Ｄおよび研磨テープ供給機構３０Ａ，３０Ｂを円運動させるテーブル円運動機構７０をさらに備えている。

基板保持部６０は、基板Ｗの周縁部に接触可能な複数のローラー６５と、複数のローラー６５を同じ速度で回転させるためのローラー回転装置（図示せず）を備えている。基板Ｗは、その第１の面５ａが下向きの状態で、基板保持部６０に水平に保持される。本実施形態では、４つのローラー６５が設けられているが、５つまたはそれよりも多いローラーが設けられてもよい。

複数の研磨ヘッド１０Ａ～１０Ｄは、基板保持部６０に保持されている基板Ｗの下側に配置されている。テーブル円運動機構７０は、研磨ヘッド１０Ａ～１０Ｄおよび研磨テープ供給機構３０Ａ，３０Ｂの下方に配置されている。研磨ヘッド１０Ａ，１０Ｂを支持する支持部材１８Ａ、研磨ヘッド１０Ｃ，１０Ｄを支持する支持部材１８Ｂおよび研磨テープ供給機構３０Ａ，３０Ｂはテーブル円運動機構７０に連結されている。

テーブル円運動機構７０は、テーブルモータ７２と、テーブルモータ７２に固定されたクランクシャフト７４と、テーブル８１と、基台８２と、複数の偏心継手７５を備えている。テーブルモータ７２は、基台８２の下側に配置され、基台８２の下面に固定されている。クランクシャフト７４は、基台８２を貫通して上方に延びている。テーブル８１は、複数の偏心継手７５およびクランクシャフト７４に連結されている。基台８２は、複数の偏心継手７５に接続されている。テーブル８１は、複数の偏心継手７５およびクランクシャフト７４を介して基台８２に連結されている。図１７では２つの偏心継手７５のみが描かれているが、テーブル円運動機構７０は、少なくとも２つの偏心継手７５を備えている。

クランクシャフト７４の先端は、テーブルモータ７２の軸心から距離ｅ２だけ偏心している。よって、テーブルモータ７２が駆動すると、テーブル８１は半径ｅ２の円運動を行う。テーブル８１は、複数の偏心継手７５によって支持されているので、テーブル８１が円運動を行っているとき、テーブル８１自体は回転しない。複数の偏心継手７５の偏心量は、テーブル８１の偏心量と同じである。研磨ヘッド１０Ａ～１０Ｄおよび研磨テープ供給機構３０Ａ，３０Ｂは、テーブル８１に固定されている。

テーブル円運動機構７０が作動すると、研磨ヘッド１０Ａ～１０Ｄおよび研磨テープ供給機構３０Ａ，３０Ｂは、一体に円運動される。したがって、基板保持部６０に保持された基板Ｗと研磨ヘッド１０Ａ～１０Ｄとは、相対的に円運動する。

基板保持部６０のローラー回転装置およびテーブル円運動機構７０のテーブルモータ７２は、動作制御部５０に電気的に接続されている。基板保持部６０およびテーブル円運動機構７０の動作は、動作制御部５０によって制御される。

基板Ｗは次のようにして研磨される。基板保持部６０により、複数のローラー６５で基板Ｗの周縁部を保持し、基板Ｗを回転させる。テーブル円運動機構７０により、研磨ヘッド１０Ａ～１０Ｄおよび研磨テープ供給機構３０Ａ，３０Ｂを一体に円運動させて、基板Ｗと研磨ヘッド１０Ａ～１０Ｄとを、相対的に円運動させる。研磨テープ供給機構３０Ａ，３０Ｂにより研磨テープ２Ａ，２Ｂを研磨ヘッド１０Ａ～１０Ｄに送りながら、研磨ヘッド１０Ａ～１０Ｄの押圧部材１２は、研磨テープ２Ａ，２Ｂを基板Ｗの第１の面５ａに押し付けて基板Ｗの第１の面５ａを研磨する。

図１７に示す基板研磨装置の複数の研磨ヘッド１０Ａ～１０Ｄのうち、基板Ｗの中心Ｏ１を含む領域を研磨する研磨ヘッド１０Ｃによる研磨工程は、図６乃至図１６を参照して説明した実施形態と同様に、異なる研磨条件で実行される少なくとも２つの研磨工程を含む。より具体的には、研磨ヘッド１０Ｃによる少なくとも２つの研磨工程は、中央領域と外側領域が均一な研磨レートとなるように、低研磨レート工程と高研磨レート工程を含む少なくとも２つの研磨工程を含む。本実施形態の研磨工程は、図６乃至図１６を参照して説明した研磨工程と同じであるので、その重複する説明を省略する。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

２Ａ，２Ｂ 研磨テープ
５ａ 第１の面
５ｂ 第２の面
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ 研磨ヘッド
１２ 押圧部材
１３ 押圧部材ホルダ
１５ 研磨ヘッドアクチュエータ
１６ 研磨ヘッドハウジング
１７ チルト機構
１７ａ 支軸
１８Ａ，１８Ｂ 支持部材
２０ 基板保持部
２５ ローラー
２７ 偏心軸
２７ａ 第１軸部
２７ｂ 第２軸部
２９ モータ
３０Ａ，３０Ｂ 研磨テープ供給機構
３１ テープ巻き出しリール
３２ テープ巻き取りリール
３３ ガイドローラー
３６，３７ リールモータ
４０ ガイドローラー位置調節機構
４３ 可動軸
４５ アクチュエータ
５０ 動作制御部
５０ａ 記憶装置
５０ｂ 演算装置
６０ 基板保持部
６５ ローラー
７０ テーブル円運動機構
７２ テーブルモータ
７４ クランクシャフト
７５ 偏心継手
８１ テーブル
８２ 基台

Claims (6)

1. 基板の被研磨面を研磨する基板研磨方法であって、
   前記基板と、第１研磨ヘッドおよび第２研磨ヘッドとを相対的に円運動させながら、前記基板をその軸心を中心に回転させ、
   研磨テープをその長手方向に送りながら、前記第１研磨ヘッドにより前記研磨テープを前記被研磨面に押し付けて、前記基板の中心を含む中央領域と、前記中央領域に隣接する外側領域を研磨し、
   研磨テープをその長手方向に送りながら、前記第２研磨ヘッドにより前記研磨テープを前記被研磨面に押し付けて、前記基板の前記中央領域および前記外側領域以外の領域を研磨し、
   前記第１研磨ヘッドにより前記中央領域および前記外側領域を研磨する工程は、異なる研磨条件で実行される少なくとも２つの研磨工程を含み、
   前記少なくとも２つの研磨工程は、
   前記中央領域の研磨レートが、前記外側領域の研磨レートよりも低くなる研磨条件で実行される低研磨レート工程と、
   前記中央領域の研磨レートが、前記外側領域の研磨レートよりも高くなる研磨条件で実行される高研磨レート工程を含み、
   前記第１研磨ヘッドによる前記中央領域および前記外側領域の研磨が、前記低研磨レート工程と前記高研磨レート工程との間で変更されるときに、前記第２研磨ヘッドによる前記中央領域および前記外側領域以外の前記領域の研磨は、研磨条件を変更することなく継続される、基板研磨方法。
2. 前記低研磨レート工程と前記高研磨レート工程において変更される前記研磨条件のパラメータは、前記第１研磨ヘッドにより発生されるテープ押圧力、前記研磨テープのテープテンション、前記第１研磨ヘッドに隣接して配置された前記研磨テープをガイドするガイドローラーの位置、前記ガイドローラーの外径、前記研磨テープを前記基板に対して押圧する前記第１研磨ヘッドの押圧部材の長さ、前記押圧部材の前記基板の中心に向かって下方に傾斜する角度、前記押圧部材の硬度のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の基板研磨方法。
3. 前記高研磨レート工程の研磨条件における前記テープ押圧力は、前記低研磨レート工程の研磨条件における前記テープ押圧力よりも大きい、請求項２に記載の基板研磨方法。
4. 前記高研磨レート工程の研磨条件における前記研磨テープのテープテンションは、前記低研磨レート工程の研磨条件における前記研磨テープのテープテンションよりも小さい、請求項２に記載の基板研磨方法。
5. 前記高研磨レート工程の研磨条件における前記ガイドローラーの位置は、前記低研磨レート工程の研磨条件における前記ガイドローラーの位置よりも高い、請求項２に記載の基板研磨方法。
6. 前記高研磨レート工程の研磨条件における前記押圧部材の前記基板の中心に向かって下方に傾斜する角度は、前記低研磨レート工程の研磨条件における前記押圧部材の前記基板の中心に向かって下方に傾斜する角度よりも小さい、請求項２に記載の基板研磨方法。