(57)【要約】【課題】  半導体基板の周縁部に対して研磨不足や研磨過剰を招くことなく、適切な研磨量で研磨を行う。【解決手段】  半導体基板１３の周縁部を研磨するための基板処理方法であって、基板１３の周縁部の主面に研磨機構２０の研磨面を接触・加圧させ、基板１３をモータ１２により回転させることにより主面を研磨しながら、主面の研磨状態をモニタすることにより該主面の研磨終点を検出し、研磨終点が検出されたら、主面の研磨を終了すると共に、該研磨終了時点で決まる主面の研磨時間に基づいて、次に研磨すべき主面以外の面に対する研磨時間を設定し、設定された研磨時間に応じて主面以外の面を研磨する。【選択図】      図１
2006066891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の周縁部を研磨するための基板処理方法であって、
前記基板の周縁部の主面に研磨機構の研磨面を接触・加圧させ、前記基板をモータにより回転させることによって前記主面を研磨する工程と、
前記主面の研磨状態をモニタすることにより該主面の研磨終点を検出する工程と、
前記研磨終点が検出されたら、前記主面の研磨を終了すると共に、該研磨終了時点で決まる前記主面の研磨時間に基づいて、次に研磨すべき前記主面以外の面に対する研磨時間を設定する工程と、
前記設定された研磨時間に応じて前記主面以外の面を研磨する工程と、
を含むことを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】
前記主面は、前記基板の表面方向と略直交する基板周縁部の端面であり、前記主面以外の面は、前記基板周縁部で前記端面に隣接する上側斜面及び下側斜面であることを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。
【請求項３】
前記主面の研磨終点を検出する工程として、前記モータの負荷をモニタし、単位時間当たりの平均負荷が所定値以上変化する点に基づいて研磨終点を検出することを特徴とする請求項１又は２記載の基板処理方法。
【請求項４】
平均負荷が所定値以上変化した点から所定時間が経過した点を前記主面の研磨終点時間とすることを特徴とする請求項３記載の基板処理方法。
【請求項５】
半導体基板の周縁部を研磨するための基板処理方法であって、
前記基板の周縁部に研磨機構の研磨面を接触・加圧させ、前記基板をモータにより回転させることによって前記周縁部を研磨する工程と、
前記モータの負荷を連続的に又は断続的にモニタし、前記モータの単位時間当たりの平均負荷に対する負荷変動量を計測する工程と、
予め設定したしきい値と前記計測値とを比較し、前記計測値がしきい値を超えた場合に研磨異常として検知する工程と、
を含むことを特徴とする基板処理方法。
【請求項６】
半導体基板の周縁部を研磨するための基板処理方法であって、
前記基板の周縁部に研磨機構の研磨面を接触・加圧させ、前記基板をモータにより回転させることによって前記周縁部を研磨する工程と、
前記モータの負荷を連続的に又は断続的にモニタし、前記モータの単位時間当たりの平均負荷及び該平均負荷に対する負荷変動量を計測する工程と、
前記平均負荷が所定値以上変化する負荷変化点を検出する工程と、
前記負荷変化点と前記負荷変動量に基づいて、前記基板周縁部の研磨終点時間を決定する工程と、
を含むことを特徴とする基板処理方法。
【請求項７】
前記負荷変化点から所定時間が経過した点を研磨終点時間とし、前記所定時間を前記負荷変動量に比例して変動させることを特徴とする請求項６記載の基板処理方法。
【請求項８】
半導体基板の周縁部を研磨するための基板処理装置であって、
前記基板を回転させるモータと、
前記基板の周縁部の主面に研磨面を接触・加圧させて該主面を研磨する研磨機構と、
前記周縁部の研磨時間を演算する演算部とを備え、
前記演算部は、
前記主面の研磨状態をモニタすることにより前記主面の研磨終点を検出し、
前記主面の研磨に要した研磨時間を演算し、
前記主面の研磨時間に基づいて、次に研磨すべき前記主面以外の面に対する研磨時間を設定するように構成されていることを特徴とする基板処理装置。
【請求項９】
前記研磨機構は、前記研磨面を有する研磨テープと、前記研磨テープを基板周縁部に対して押圧する研磨ヘッドとを有することを特徴とする請求項８記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理方法および基板処理装置に係わり、特に基板周縁部を研磨して不要膜の除去又は凹凸面の平坦化を行うための基板処理方法および基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大規模集積回路では、種々の微細加工技術が研究・開発されており、既にデザインルールにおいては、サブミクロンのオーダーが可能となっている。そして、厳しい微細化の要求に伴い、管理すべきパーティクル及び不純物濃度の値も厳しくなってきており、半導体基板の表面及び裏面は勿論、周縁部の管理も重要となってきている。そのような背景をもとに、基板周縁部を処理する方法として、薬液によるエッチングや研磨によって基板周縁部を除去する技術が適用されている。特に、研磨技術は耐薬品性の高い材料の除去や、凹凸面の平滑化で優れており、その適用範囲が広がってきている。
【０００３】
このような研磨技術は、研磨ヘッドの研磨面を基板に押圧しながら摺動させることにより、基板上の被研磨膜を除去するものである。このとき、不織布からなる研磨面と基板との接触面に研磨粒子を含む研磨剤を供給しながら研磨する方法と、砥粒を固着した研磨テープからなる研磨面と基板との接触面に純水を供給しながら研磨する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、上記の研磨方法で基板周縁部の研磨を行う場合、研磨前の基板周縁部の膜厚バラツキや凹凸面の段差バラツキ、研磨装置で使用する研磨砥粒や研磨布のバラツキ等がある。このため、研磨時間を固定して研磨を実施すると、研磨後の仕上がり状態にバラツキを生じる。具体的には、研磨不足による研磨対象膜の残留や凹凸面の平坦化不足、研磨過剰による周縁部の形状変化を招く。
【０００５】
また、このような研磨技術が施される実際の装置では、半導体基板を回転ステージに設置して吸着保持し、回転ステージを回転させ、研磨ヘッドに装着された研磨面を接触・加圧させ、純水或いは研磨剤を供給しながら研磨するのが一般的である。この際、半導体基板は、搬送ロボット等により、回転ステージ中心に設置されるが、搬送系の繰返し動作誤差及び異常、研磨中の基板保持異常により、回転ステージ中心からずれることが考えられる。
【０００６】
半導体基板の回転ステージ中心からのずれは、研磨ヘッド側の加圧シリンダによる基板への接触・加圧が不安定となって、研磨後の基板周縁部の仕上がり状態にバラツキを生じるだけでなく、最悪の場合は、研磨中に基板割れを引き起こすことがある。従って、異常の程度を把握して適切な処置を施す必要がある。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２３４３１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、半導体基板の周縁部に対して研磨不足や研磨過剰を招くことなく、適切な研磨量で研磨を行うことができる基板処理方法および基板処理装置を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、半導体基板の周縁部の研磨に際して研磨異常を検知することができ、研磨後の基板周縁部の仕上がりバラツキや基板割れを未然に防止することのできる基板処理方法および基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。
【００１１】
即ち、本発明の一態様は、半導体基板の周縁部を研磨するための基板処理方法であって、前記基板の周縁部の主面に研磨機構の研磨面を接触・加圧させ、前記基板をモータにより回転させることによって前記主面を研磨する工程と、前記主面の研磨状態をモニタすることにより該主面の研磨終点を検出する工程と、前記研磨終点が検出されたら、前記主面の研磨を終了すると共に、該研磨終了時点で決まる前記主面の研磨時間に基づいて、次に研磨すべき前記主面以外の面に対する研磨時間を設定する工程と、前記設定された研磨時間に応じて前記主面以外の面を研磨する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の別の態様は、半導体基板の周縁部を研磨するための基板処理方法であって、前記基板の周縁部に研磨機構の研磨面を接触・加圧させ、前記基板をモータにより回転させることによって前記周縁部を研磨する工程と、前記モータの負荷を連続的に又は断続的にモニタし、前記モータの単位時間当たりの平均負荷に対する負荷変動量を計測する工程と、予め設定したしきい値と前記計測値とを比較し、前記計測値がしきい値を超えた場合に研磨異常として検知する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の別の態様は、半導体基板の周縁部を研磨するための基板処理方法であって、前記基板の周縁部に研磨機構の研磨面を接触・加圧させ、前記基板をモータにより回転させることによって前記周縁部を研磨する工程と、前記モータの負荷を連続的に又は断続的にモニタし、前記モータの単位時間当たりの平均負荷及び該平均負荷に対する負荷変動量を計測する工程と、前記平均負荷が所定値以上変化する負荷変化点を検出する工程と、前記負荷変化点と前記負荷変動量に基づいて、前記基板周縁部の研磨終点時間を決定する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の別の態様は、半導体基板の周縁部を研磨するための基板処理装置であって、前記基板を回転させるモータと、前記基板の周縁部の主面に研磨面を接触・加圧させて該主面を研磨する研磨機構と、前記周縁部の研磨時間を演算する演算部とを備え、前記演算部は、前記主面の研磨状態をモニタすることにより前記主面の研磨終点を検出し、前記主面の研磨に要した研磨時間を演算し、前記主面の研磨時間に基づいて、次に研磨すべき前記主面以外の面に対する研磨時間を設定するように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、半導体基板の周縁部の主面における研磨終点を検出し、この検出結果に応じて主面以外の面の研磨時間を設定することにより、基板周縁部の主面は勿論のこと主面以外の面も適切な研磨量で研磨することができる。このため、研磨不足による研磨対象膜の残留や凹凸面の平坦化不足、研磨過剰による周縁部の形状変化を招くことなく、良好な基板周縁部形状を実現することができる。
【００１６】
また、基板周縁部の研磨の際にモータの負荷をモニタし、モータの平均負荷に対する負荷変動量を計測することにより、研磨状態の異常を検知することができる。このため、半導体基板がステージ中心からずれることによる研磨後の基板周縁部の仕上がりバラツキや基板割れを未然に防止することができる。
【００１７】
また、モータの負荷をモニタし、単位時間当たりの平均負荷及び平均負荷に対する負荷変動量を計測し、平均負荷が所定値以上変化する負荷変化点と負荷変動量に応じて研磨終点時間を決定することにより、基板周縁部の膜厚バラツキや凹凸面の段差バラツキ，研磨装置で使用する研磨砥粒や研磨布のバラツキ等を考慮した研磨を行うことができる。このため、研磨不足による研磨対象膜の残留や凹凸面の平坦化不足、研磨過剰による周縁部の形状変化を招くことなく、良好な基板周縁部形状を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に使用した基板処理装置を示す概略構成図である。
【００２０】
図中１１は水平方向に配置された円板状の回転ステージであり、このステージ１１はその中心を軸芯としてモータ１２により回転駆動される。回転ステージ１１上には、被研磨基板として、ステージ１１よりも径の大きな半導体基板１３が中心を揃えて配置され、静電チャック或いは真空チャックにより固定される。モータ１２の負荷はトルクセンサなどにより検出され、演算部１４で演算されるようになっている。本実施形態では、モータ１２に流れる電流の変化を単一の電流計を用いてモニタすることにより、モータ１２の負荷の変化を検出している。この場合、電流の微小なフレやノイズをフィルタリングすることにより、回転しているモータ１２に流れる電流の全体的な変化をモニタすることができる。また、回転ステージ１１の中心部上にはノズル１５が設置され、このノズル１５から基板１３の表面に純水が供給されるようになっている。
【００２１】
回転ステージ１１の半径方向外側には、半導体基板１３と近接するように研磨機構２０が設置されている。この研磨機構２０は、砥粒を固着させた研磨テープ２１が装着された研磨ヘッド２２と、この研磨ヘッド２２をステージ側に移動させる加圧シリンダ（図示せず）から構成される。研磨テープ２１は、研磨ヘッド２２のステージ側に接すると共に、上下方向に巻き取り可能となっている。研磨の際には、シリンダにより研磨ヘッド２２を基板側に移動し、基板１３の周縁部に研磨テープ２１を接触・加圧させる。そして、ノズル１５から基板１３の表面に純水を供給すると共に、回転ステージ１１に吸着された基板１３をモータ１２により所定の回転速度で回転させる。
【００２２】
なお、上記の基板処理装置内において、半導体基板１３は、図示していない搬送ロボットにより回転ステージ１１上に精度良く設置されて研磨処理が施され、研磨処理後は、搬送ロボットにより基板処理装置から排出される。
【００２３】
図２（ａ）は、本実施形態に使用した半導体基板１３の研磨前の周縁部を示す断面図である。図中の３１はＳｉ基板、３２はＳｉＮ膜、３３は基板表面方向と略直交する端面、３４は上側斜面、３５は下側斜面を示している。基板周縁部のＳｉＮ膜３２が研磨対象物である。
【００２４】
図２（ｂ）は、図１に示した基板処理装置を用いて、ダイヤモンド砥粒 #4000を固着させた研磨テープ２１で研磨したときの研磨終点での半導体基板１３の周縁部を示す断面図である。基板周縁部においてＳｉＮ膜３２が除去されている。
【００２５】
図３は、図２で示した半導体基板１３の周縁部の研磨中のモータ１２の負荷信号（トルク）の経時変化である。この例では、一定時間毎に研磨ヘッド２２を基板周縁部に接触・非接触とし、非接触の状態で研磨テープ２１を少し移動させるようにした。さらに、研磨ヘッド２２は基板周縁部の端面（主面）３３に押し当てるものとした。図３中の４１は研磨ヘッド２２が非接触の状態、４２は研磨ヘッド２２が接触の状態、４３は研磨中の単位時間当たりの平均負荷を示している。
【００２６】
研磨の進行に伴い不要膜の除去及び凹凸面の平坦化が進むが、図３に示すように、研磨開始からしばらくするとモータ１２の単位時間当たりの平均負荷４３は安定しており、研磨終点近くになると平均負荷４３は急激に増加し、研磨終点を過ぎると平均負荷４３は再び安定する。従って、理想的には、平均負荷４３の大きな変化点を基に研磨終点時間を決定することが可能である。
【００２７】
しかし、半導体基板１３の周縁部は前記図２に示すように、端面（垂直面）３３と斜面３４，３５を有している。そのため、端面以外の領域を研磨する場合、研磨の進行に伴って研磨テープ２１の研磨面と半導体基板１３の被研磨面の接触面積は経時変化するため、モータ１２の負荷変化から、周縁部の全ての領域の研磨終点時間を決定することは困難である。
【００２８】
そこで本実施形態では、端面３３の研磨終点時間をモータ１２の平均負荷から決定し、半導体基板１３の形状と除去対象の膜厚情報を基に、上側斜面３４や下側斜面３５の研磨時間を設定する。例えば、上側斜面３４と下側斜面３５の研磨時間を端面３３の研磨時間と同じ、又は端面３３の研磨時間の１．５倍程度とする。通常は、上側斜面３４と下側斜面３５の研磨時間を端面３３の研磨時間の１．１〜２．５倍、好ましくは１．３〜２．０倍に設定する。基板の材料によっては、上側斜面３４と下側斜面３５の研磨時間を端面３３の研磨時間よりも少なくすることが必要となる場合がある。そのような場合には、基板の材料に応じて上記設定を１．０倍未満に変更する。なお、半導体基板が、図２に示すような形状ではなく、丸みを帯びた断面形状を有している場合は、“端面”はその丸みを帯びた断面部分の頂部をいう。
【００２９】
図４は、本実施形態における研磨動作を説明するためのフローチャートである。
【００３０】
まず、半導体基板１３を吸着した回転ステージ１１をモータ１２により一定速度で回転させる。そして、研磨ヘッド２２を基板側に移動させ、研磨テープ２１を基板周縁部の端面３３に接触させ、加圧させることにより、端面３３の研磨を開始する（ステップＳ１）。この研磨は、例えば５秒おきに研磨ヘッド２２の接触と非接触を繰り返し、接触時に研磨し、非接触時に研磨テープ２１の移動を行うようにした。そして、研磨時には、モータ１２の負荷信号をモニタし、平均負荷を計測した（ステップＳ２）。
【００３１】
平均負荷が大きく変動したか否かを判定する（ステップＳ３）。具体的には、平均負荷が予め決められた値よりも大きく上昇したか否かを判定する。平均負荷の変動が小さい場合は、そのまま研磨を続ける。一方、前記図３に示すように、平均負荷が急激に増大した場合、これを研磨終点と判定し、研磨を終了すると共に、端面３３に対する研磨終点時間を決定する（ステップＳ４）。
【００３２】
なお、研磨終点の判定に際し、平均負荷が急激に増大した点は、例えばＳｉＮ膜３２が除去され下地のＳｉ基板３１が露出し始めた点などであり、ＳｉＮ膜３２が残っており完全な研磨終点とは言えない場合もある。従って、より正確に研磨終点を判定するには、平均負荷が急激に増大してから一定時間後、又は平均負荷が急激に増大した後に安定した点を選択すればよい。例えば、平均負荷が予め決められた値を超えた点から、０〜６０秒、好ましくは０〜３０秒経過した時点を研磨終点時間とすることができる。
【００３３】
次いで、端面３３に対する研磨時間に基づいて、上側斜面３４及び下側斜面３５の研磨時間を設定する（ステップＳ５）。上側斜面３４及び下側斜面３５の研磨時間の設定の仕方は先に説明した通りであり、例えば端面３３の研磨時間と同じにする。
【００３４】
次に、研磨ヘッド２２を上側斜面３４に沿うように傾けた後、上記設定した研磨時間だけ上側斜面３４の研磨を行う（ステップＳ６）。続いて、研磨ヘッド２２を下側斜面３５に沿うように傾けた後、上記設定した研磨時間だけ下側斜面３５の研磨を行う（ステップＳ７）。なお、これ以降の処理として、基板周縁部をより平坦にするために、周縁部全体に沿って研磨ヘッド２２を移動させながら研磨する移動研磨を一定時間だけ行うようにしてもよい。
【００３５】
このように本実施形態では、基板周縁部の研磨処理として、半導体基板１３の周縁部形状を基に、研磨ヘッド２２を研磨対象位置に固定する固定研磨を、上側斜面研磨，端面研磨，下側斜面研磨の３つに分け、端面研磨の研磨終点時間を基に、上側斜面研磨と下側斜面研磨の研磨時間を算出して研磨処理し、最後に周縁部全体に沿って研磨ヘッド２２を移動させる移動研磨を実施した。この研磨シーケンスにより、本来の基板周縁部の形状を著しく変化させることなく、研磨対象のＳｉＮ膜３２は全て除去することが可能となった。即ち、半導体基板１３の周縁部に対して研磨不足や研磨過剰を招くことなく、適切な研磨量で研磨を行うことができた。
【００３６】
なお、３面研磨（上側斜面研磨，端面研磨，下側斜面研磨）が行われた後は、基板の周縁部には、図２に示すような角部が形成される。この角部が尖ると、基板の一部が欠けやすくなる。そこで、最後に周縁部全体に沿って研磨ヘッド２２を移動させることにより、角部を除去するようにしている。
【００３７】
本実施形態では、端面３３の研磨終点時間を基に全領域の研磨終点時間を算出したが、研磨終点時間検出の基準とする部分は必ずしも端面３３に限定されない。また、回転駆動モータ１２の平均負荷の変化点を基に、周縁部のバラツキを考慮して追加研磨時間を算出して追加研磨を実施することも、研磨面の面粗さを改善するために研磨テープ２１の砥粒サイズを変更した仕上げ研磨を実施することも可能である。さらに、本実施形態では、研磨面に砥粒を固着させた研磨テープ２１を用いたが、研磨面に不織布を用いて、研磨剤を供給する研磨方法及び装置でも可能である。
【００３８】
また、研磨終点を検出する手段としては、モータの平均負荷の変化点を検出する方法に限るものではなく、他の方法を利用することも可能である。例えば、研磨中の被研磨面である半導体基板１３の表面温度を赤外放射温度計で計測したときも、回転駆動モータ１２と同様の変化が生じるため、研磨中の温度をモニタして研磨終点を検出することも可能である。特に、薬液と研磨テープとを併用する場合は、半導体基板１３の表面温度の変化から、加工レートの安定化や異常を検知することができる。
【００３９】
具体的には、図５に示すように、半導体基板１３の周縁部上方に温度センサ５０を設置し、基板１３の研磨中の温度を検出する。ここで、温度センサ５０の設置位置は、研磨による温度上昇を速やかに検出するために、基板１３と研磨ヘッド２２との接触部位よりも基板回転方向に僅かにずらした点が望ましい。
【００４０】
研磨終点では、研磨ヘッド２２の研磨テープ２１と基板周縁部との摩擦が変化するため、研磨面の温度が変わる。具体的には、摩擦が大きくなり温度が上昇する。従って、この温度が所定の値にまで上昇したことを温度センサ５０で検出することにより研磨終点の検知が可能である。
【００４１】
（第２の実施形態）
本発明の第２実施形態は、モータの負荷信号から研磨異常の検知と研磨終点の補正を行う方法である。基板処理装置としては、第１の実施形態と同様に前記図１に示す構造のものを用いた。
【００４２】
図６（ａ）は、第１の実施形態で示した半導体基板１３の端面３３の研磨中の回転駆動モータ１２の負荷信号の経時変化である。図中にＬで示すように、平均負荷に対してステージ回転周期に起因した振幅（負荷変動）が生じている。信号波形が安定的に計測されることが理想であるが、実際の装置では、研磨部の回転ステージ１１へ半導体基板１３を供給する際、回転ステージ中心からずれた状態で設置されることがある。原因としては、搬送系の繰返し動作誤差による数１０〜１００μｍの比較的小さなズレや搬送系異常による位置ズレや研磨中基板保持異常による位置ズレ等による数１００μｍを超えるズレが考えられる。
【００４３】
この場合、図６（ａ）で示したモータ１２の負荷変動は、図６（ｂ）に示すようになる。即ち、平均負荷に対する負荷変動量Ｌが、基板１３の回転ステージ中心からのズレ量に応じて大きくなる。
【００４４】
回転ステージ中心からのズレは、研磨ヘッド側の加圧シリンダによる基板１３への接触・加圧が不安定となって、研磨後の基板周縁部の仕上がり状態にバラツキを生じるだけでなく、最悪の場合は、研磨中に基板割れを引き起こすことがある。従って、研磨中の負荷信号から、平均負荷に対する負荷変動量を演算部１４で算出し、異常の程度を把握して適切な処置を施す必要がある。
【００４５】
具体的には、回転ステージ中心からのズレ量が正常範囲において、ズレ量とモータ１２の平均負荷と負荷変動量及び研磨仕上がりバラツキの関係を調べておく。これより、負荷変動量の許容値を決定する。研磨中にこの許容限界値（しきい値）を超えた場合は、異常として検出することが可能となる。
【００４６】
また、しきい値以下であっても負荷変動量が大きいと云うことは、周縁部のバラツキを生じる原因となるため、第１の実施形態の平均負荷の大きな変化点を基に研磨終点時間を決定する方法と組合せて、回転駆動モータの負荷、すなわちトルクを示す電流値の変化点から、負荷変動量に比例して追加研磨時間を算出することにより、研磨不足による周縁部のバラツキを防ぐことが可能である。
【００４７】
図７は、本実施形態における研磨動作を説明するためのフローチャートである。
【００４８】
まず、半導体基板１３を吸着した回転ステージ１１をモータ１２により一定速度で回転させる。そして、研磨ヘッド２２を基板側に移動させ、基板周縁部の端面３３の研磨を開始する（ステップＳ１１）。この研磨は、第１の実施形態と同様に、例えば数秒おきに研磨ヘッド２２の接触と非接触を繰り返し、接触時に研磨し、非接触時に研磨テープ２１の移動を行うようにした。そして、研磨時には、モータ１２の負荷信号をモニタし、平均負荷を計測すると共に、平均負荷に対する基板の回転周期に起因した信号の振幅量（負荷変動量）を算出する（ステップＳ１２）。
【００４９】
次いで、負荷変動量が許容範囲内か否かを判定し（ステップＳ１３）、許容範囲を超えた場合は、研磨異常と判定して研磨を終了する（ステップＳ１４）。許容範囲内であれば、平均負荷が大きく変動したか否かを判定する（ステップＳ１５）。平均負荷の変動が小さい場合は、そのまま研磨を続ける。
【００５０】
一方、平均負荷が所定値を超えた場合、これを仮の研磨終点と判定する。そして、先に算出した負荷変動量に応じて最終的な研磨終点時間を決定する（ステップＳ１６）。具体的には、仮の研磨終点から所定時間ｔの経過後を最終的な研磨終点時間と決定するが、負荷変動量が小さい場合はｔを短くし、負荷変動量が大きい場合はｔを長くする。
【００５１】
最終的な研磨終点時間が決定されたら、この時間まで研磨を続け、研磨終点時間になったら端面３３の研磨を終了する（ステップＳ１７）。
【００５２】
このように本実施形態によれば、基板周縁部の研磨の際にモータ１２の負荷をモニタし、モータ１２の平均負荷に対する負荷変動量を計測することにより、研磨状態の異常を検知することができる。このため、半導体基板１３がステージ中心からずれることによる研磨後の基板周縁部の仕上がりバラツキや基板割れを未然に防止することができる。
【００５３】
また、モータ１２の負荷をモニタし、単位時間当たりの平均負荷及びモータ１２の平均負荷に対する負荷変動量を計測し、平均負荷が所定値以上変化する負荷変化点と負荷変動量に応じて研磨終点時間を決定することにより、基板周縁部の膜厚バラツキや凹凸面の段差バラツキ、研磨装置で使用する研磨砥粒や研磨布のバラツキ等を考慮した研磨を行うことができる。このため、研磨不足による研磨対象膜の残留や凹凸面の平坦化不足、研磨過剰による周縁部の形状変化を招くことなく、良好な基板周縁部形状を実現することができる。
【００５４】
（変形例）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。本実施形態では、研磨面に砥粒を固着させた研磨テープを用いたが、研磨面に不織布を用いて研磨するようにしてもよい。この場合、基板表面に純水の代わりに研磨剤を供給すればよい。研磨剤には薬液と遊離砥粒とが含まれ、薬液は基板の分子の結合を弱くする働きを有する。砥粒は不織布に半固定され、基板と不織布との相対運動により基板の分子が削り取られる。また、研磨テープに薬液を含浸させることも可能であり、薬液と研磨テープとを併用することも可能である。上述した実施形態では、基板周辺部の１箇所に研磨機構を設けて研磨するようにしたが、基板周辺部の複数箇所に研磨機構を設けて研磨するようにしてもよい。この場合も、回転駆動モータの負荷をモニタすることにより研磨終点の検出が可能である。
【００５５】
上述した第１および第２の実施形態では、研磨テープを基板に接触させて、その接触部分を砥粒で削り取ることにより周縁部が研磨される。この研磨テープを用いた研磨方法は次のような利点を有している。すなわち、砥粒は研磨テープに固定されているため、砥粒が装置内に飛び散ることが少ない。また、研磨テープは容易に交換することができ、配管内にスラリーが残留するという問題も生じない。さらに、薬液を使用していない研磨テープの場合は、日常管理(気温、湿度、有効期限)がほとんど不要である。
【００５６】
一般に、研磨剤（スラリー）を用いた研磨方法は、大量の研磨剤を必要とし、研磨剤が装置内に飛び散ることになる。また、基板を激しく汚染してしまい、さらには、研磨剤が基板に固着して、後の洗浄工程に大きな負荷をかけてしまう可能性がある。このような理由から、本発明は、研磨テープを用いた研磨方法に適用することが好ましい。
【００５７】
また、本実施形態による研磨処理方法では、ウェハの周縁部に生じる針状突起の除去も可能である。即ち、前記図２（ａ）に示した状態では、ウェハの周縁部に針状突起が形成されている場合がある。この針状突起は、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工程において、エッチング中に生じる副生成物がＳｉウェハの周縁部に付着し、これがエッチングのマスクとして作用するために形成されるものである。針状突起の高さは位置によりバラツキがあるが、最大で１０μｍ近くにもなり、Ｓｉウェハの搬送時或いはプロセス時に破損してパーティクルが発生する原因となる。このようなパーティクルは歩留りの低下につながるため、周縁部に形成された針状突起を除去する必要がある。
【００５８】
本実施形態による研磨処理方法では、このような針状突起を適切な研磨量で研磨することができ、前記図２（ｂ）に示す状態では針状突起が除去できている。即ち、基板処理対象が不要膜の除去でなく、もっぱらこのような凹凸面の平坦化である場合にも、良好な基板周縁部形状を実現することや研磨異常を検知することが可能となる。このように、本実施形態によれば、基板の周縁部の欠けや切れ込みなどの欠陥、周縁部の表面の凹凸、および周縁部に残留する膜などを除去することができる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】第１の実施形態に使用した基板処理装置を示す概略構成図。
【図２】第１の実施形態において研磨対象となる半導体基板の周縁部構造を示す断面図。
【図３】図１の基板処理装置におけるモータの負荷信号（トルク）の経時変化を示す図。
【図４】第１の実施形態における研磨動作を説明するためのフローチャート。
【図５】第１の実施形態の変形例を説明するためのもので、温度センサを用いた基板処理装置の例を示す概略構成図。
【図６】第２の実施形態を説明するためのもので、研磨中の回転駆動モータの正常時の負荷信号と異常時の負荷信号を示す図。
【図７】第２の実施形態における研磨動作を説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
【００６０】
１１  回転ステージ
１２  モータ
１３  半導体基板
１４  演算部
１５  ノズル
２０  研磨機構
２１  研磨テープ
２２  研磨ヘッド
３１  Ｓｉ基板
３２  ＳｉＮ膜
３３  端面（主面）
３４  上側斜面
３５  下側斜面
４１  研磨ヘッドが非接触の状態の時の負荷
４２  研磨ヘッドが接触の状態の時の負荷
４３  単位時間当たりの平均負荷
５０  温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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