(57)【要約】【課題】  基板の外周領域を研磨する場合に、研磨領域を広げることができ、また簡単な装置で製造コストも低減することができ、基板を所望の曲率で高精度に研磨でき、さらにその高精度の研磨を再現性よく安定して行うことができるようにする。【解決手段】  この発明は、基板Ｄを研磨する基板研磨装置１において、基板Ｄを軸回りに回転自在に支持する基板支持部２と、略円盤状でその外周に研磨部３０が形成された研磨体３と、研磨体３を軸回りに回転自在に支持する研磨体支持部４と、研磨体支持部４を移動させる研磨体移動部５とを備え、基板Ｄおよび研磨体３を回転させつつ、研磨体移動部５により研磨体３の研磨部３０を基板Ｄの外周領域に接触させかつその外周領域の形状に沿って移動させ、研磨部３０で外周領域を研磨する、ことを特徴としている。【選択図】  図１
2006173379.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を研磨する基板研磨装置において、
上記基板を軸回りに回転自在に支持する基板支持部と、
略円盤状でその外周に研磨部が形成された研磨体と、
上記研磨体を軸回りに回転自在に支持する研磨体支持部と、
上記研磨体支持部を移動させる研磨体移動部と、を備え、
上記基板および研磨体を回転させつつ、上記研磨体移動部により研磨体の研磨部を基板の外周縁部および外周端部（以下「外周領域」という）に接触させかつその外周領域の形状に沿って移動させ、研磨部で外周領域を研磨する、
ことを特徴とする基板研磨装置。
【請求項２】
上記研磨体移動部は、
研磨体を基板に対して垂直方向に移動させる垂直移動部と、
研磨体を基板の所定の径方向に移動させる径方向移動部と、を備える請求項１に記載の基板研磨装置。
【請求項３】
上記研磨体移動部は、
研磨体を基板の上記所定の径方向とは直交する方向に移動させる直交方向移動部、を備える請求項２に記載の基板研磨装置。
【請求項４】
上記研磨体移動部による研磨体の研磨部の移動は、基板の一方の面の外周縁部から外周端部を経由し他方の面の外周縁部に向かう第１の移動と、その逆方向の他方の面の外周縁部から外周端面を経由して一方の面の外周縁部に向かう第２の移動との組み合わせである、請求項１から３の何れかに記載の基板研磨装置。
【請求項５】
基板を研磨する基板研磨方法において、
上記基板と、略円盤状でその外周に研磨部が形成された研磨体とを回転させつつ、研磨体の研磨部を基板の外周領域に接触させかつその外周領域の形状に沿って移動させ、研磨部で外周領域を研磨する、
ことを特徴とする基板研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を研磨する基板研磨装置および基板研磨方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体基板は、配線の微細化等により、使用される金属材料も多岐にわたるようになりつつある。この金属材料は、通常ＣＶＤ法で基板表面に付着させているため、基板の表面や裏面の外周縁部および外周端部（以下、「外周領域」という）への付着は避けることができない。そして、このような外周領域に付着した金属材料は、その後の工程で剥離、発塵したり、溶けて汚染物質となるため、基板が不良品となる原因となっていた。
【０００３】
そこで、基板の外周領域に付着した金属材料を除去するために、例えば下記の特許文献１に示すような種々の装置が提案されている。
【特許文献１】特開２００３−２５７９０１号公報
【０００４】
この特許文献１に示されているエッジ研磨装置は、「円板形ワークをチャックして軸線の回りに回転させながら、ワークを挟んで互いに対向する一対の上側エッジ用研磨部材の弧状の作業面をワークの傾斜した上側エッジに接触させ、また下側エッジ用研磨部材の弧状の作業面をワークの傾斜した下側エッジに接触させ、さらに外周面用研磨部材の弧状の作業面をワークの外周面に接触させてワークの外周領域を研磨する」装置であり、この装置で確かにワークの上側エッジ、下側エッジ及び外周面を同時に効率よく研磨することできる。
【０００５】
しかし、上記のエッジ研磨装置では、弧状の作業面をワークに接触させて研磨しているため、外周面付近のエッジまでは研磨できるものの、エッジからより基板中心方向に入りこんだ、平坦な面は研磨することができない。
【０００６】
一方、基板の外周面やエッジだけでなく、エッジからより基板中心方向に入りこんだ平坦な面も研磨し、研磨領域を広げて上記の不良要因を確実に除去したいという要望が、近年高まっている。
【０００７】
また、上記のエッジ研磨装置では、一対の上側エッジ用研磨部材、下側エッジ用研磨部材および外周面用研磨部材の４つの研磨部材が必要であり、装置が複雑で、製造コストも高くなっていた。
【０００８】
また、上記のエッジ研磨装置では、各研磨部材の弧状の作業面をワークのエッジや外周面に線接触させているため、作業面とワークとの間では、ワークの形状が異なる毎に、接触面積が異なり、また面圧も異なってしまう。したがって、研磨加工条件が不安定となり、精度良い研磨を再現性良く安定して行うことができない。さらにワークが弧状の作業面に規制され、弧状作業面と同じ曲率に加工されてしまい、ワークのエッジや外周面を所望の曲率に加工できないという問題点も有していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明は上記に鑑み提案されたもので、基板の外周領域を研磨する場合に、研磨領域を広げることができ、また簡単な装置で製造コストも低減することができ、基板を所望の曲率で高精度に研磨でき、さらにその高精度の研磨を再現性よく安定して行うことができる基板研磨装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、基板を研磨する基板研磨装置において、上記基板を軸回りに回転自在に支持する基板支持部と、略円盤状でその外周に研磨部が形成された研磨体と、上記研磨体を軸回りに回転自在に支持する研磨体支持部と、上記研磨体支持部を移動させる研磨体移動部と、を備え、上記基板および研磨体を回転させつつ、上記研磨体移動部により研磨体の研磨部を基板の外周縁部および外周端部（以下「外周領域」という）に接触させかつその外周領域の形状に沿って移動させ、研磨部で外周領域を研磨する、ことを特徴としている。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、上記した請求項１に記載の発明の構成に加えて、上記研磨体移動部は、研磨体を基板に対して垂直方向に移動させる垂直移動部と、研磨体を基板の所定の径方向に移動させる径方向移動部と、を備えることを特徴としている。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、上記した請求項１または２に記載の発明の構成に加えて、上記研磨体移動部は、研磨体を基板の上記所定の径方向とは直交する方向に移動させる直交方向移動部、を備えることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明は、上記した請求項１から３の何れか１項に記載発明の構成に加えて、上記研磨体移動部による研磨体の研磨部の移動は、基板の一方の面の外周縁部から外周端部を経由し他方の面の外周縁部に向かう第１の移動と、その逆方向の他方の面の外周縁部から外周端面を経由して一方の面の外周縁部に向かう第２の移動との組み合わせである、ことを特徴としている。
【００１４】
さらに、請求項５に記載の発明は、基板を研磨する基板研磨方法において、上記基板と、略円盤状でその外周に研磨部が形成された研磨体とを回転させつつ、研磨体の研磨部を基板の外周領域に接触させかつその外周領域の形状に沿って移動させ、研磨部で外周領域を研磨する、ことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
この発明の基板研磨装置では、略円盤状の研磨体の外周に形成されている研磨部を基板の外周領域に接触させかつその外周領域の形状に沿って移動させつつ、外周領域を研磨するようにしたので、外周より基板中心方向に入りこんだ面も自在に研磨可能となる。この面は平坦面であっても、斜面であってもよく、またその表面に凹凸があってもよい。このように研磨領域を広げることで付着物をより広範囲に除くことができ、したがってその付着物に起因して発生していた不良を確実に除去することができる。
【００１６】
また、研磨体を基板に接触させるだけでよいため、簡単な装置で研磨することができ、製造コストも低減することができる。
【００１７】
さらに、研磨部を基板の外周領域の形状に沿って移動させるので、どのような基板の形状にも追随させることができ、したがって、基板を所望の曲率で高精度に研磨でき、さらにその高精度の研磨を再現性よく安定して行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
先ずこの発明の第１の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１はこの発明の基板研磨装置の平面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面図である。なお、図３における研磨体３は、図１の研磨体３をＹ方向に移動した状態となっている。これらの図において、この発明の基板研磨装置１は、基台９１，９２上に構築され、基板Ｄを軸回りに回転自在に支持する基板支持部２と、略円盤状でその外周に研磨部３０が形成された研磨体３と、その研磨体３を軸回りに回転自在に支持する研磨体支持部４と、その研磨体支持部４を移動させる研磨体移動部５とを備えている。
【００２０】
そして、研磨体移動部５は、研磨体３を基板Ｄに対して垂直方向に移動させる垂直移動部６と、研磨体３を基板Ｄの所定の径方向に移動させる径方向移動部７と、研磨体３を基板Ｄの所定の径方向とは直交する方向に移動させる直交方向移動部８とを有している。
【００２１】
上記の基板Ｄは、例えば略円板状の半導体ウェハであり、図４（ａ）（ｂ）に示すように、表面側のパターン形成部Ｄ０と、そのパターン形成部Ｄ０より外周側の外周縁部Ｄ１と、外周端部Ｄ２と、裏面の外周縁部Ｄ３とを有している。外周縁部Ｄ１，Ｄ３は平坦であってもよいし、斜面であってもよい。またその表面に凹凸があってもよい。外周端部Ｄ２は、通常は図４（ａ）のように曲率を有しているが、図４（ｂ）のように斜面と垂直面とで形成されていてもよい。またその表面に凹凸があってもよい。以下の説明では、表面の外周縁部Ｄ１、外周端部Ｄ２および裏面の外周縁部Ｄ３を合わせた領域を「外周領域」と称することとする。
【００２２】
上記の基板支持部２は、図２および図３に示すように、基台９１上に設けられ、基台９１に立設された支持用シャフト２１と、その支持用シャフト２１の頂部に設けられた基板受け部２２と、回転駆動部２３とを有している。支持用シャフト２１は、基台９１に固定されている円筒部２１ａとその円筒部２１ａの中空部にベアリング機構で回転自在に設けられている軸部２１ｂとを有し、この軸部２１ｂには、回転駆動部２３のモータ２３ａの回転がギヤ列２３ｂを介して伝達され、それによって基板受け部２２が回転する。また軸部２１ｂには垂直方向に孔２１ｃが形成され、その孔２１ｃの下方から空気が吸引され、その吸引力によって基板受け部２２にセッティングされた基板Ｄがチャッキングされ固定される。
【００２３】
基板Ｄは、基板受け部２２にセッティングされた状態で、基板受け部２２に対して、少なくとも外周領域がはみ出すようになる（図２、図３参照）。
【００２４】
基台９１には、位置決め部２Ａが３カ所に設けられている。図１では２カ所のみ図示したが、図示されていない残り１カ所の位置決め部２Ａが、例えば研磨体支持部４の位置の近傍に配置されている。位置決め部２Ａは、その頂部の回転自在な円柱体２０１が基板Ｄの外周面に当接し、基板Ｄのチャッキング時の位置決めを３方向から高精度に行う。研磨時には基板Ｄから離れた位置に退避する。なお、この位置決め部２Ａは、３カ所だけでなく、必要に応じて２カ所、あるいは４カ所以上設けるようにしてもよい。
【００２５】
次に上記の研磨体移動部５および研磨体支持部４について説明する。
【００２６】
研磨体移動部５は、上記したように、垂直移動部６と径方向移動部７と直交方向移動部８とから構成されている。直交方向移動部８は、基台９２上に設けられ、レール８ａ，８ｂ、サーボモータ８１、ボールネジ８２、および直交方向移動テーブル８３を備えている。この構成により、サーボモータ８１が回転しボールネジ８２が回転すると、ナット状移動体を介して直交方向移動テーブル８３が、レール８ａ，８ｂに沿って図中Ｙ方向に移動する。
【００２７】
上記の径方向移動部７は、直交方向移動テーブル８３上に設けられ、レール７ａ，７ｂ、サーボモータ７１、ボールネジ７２および径方向移動テーブル７３を備えている。この構成により、サーボモータ７１が回転しボールネジ７２が回転すると、ナット状移動体７４を介して径方向移動テーブル７３が、レール７ａ，７ｂに沿って図中Ｘ方向（所定の径方向）に移動する。
【００２８】
上記の垂直移動部６は、径方向移動テーブル７３上に立設された機枠６０に設けられる。この垂直移動部６は、レール６ａ，６ｂ、サーボモータ６１、ボールネジ６２、ナット状移動体６４および垂直方向移動テーブル６３を備えている。この構成により、サーボモータ６１が回転しボールネジ６２が回転すると、ナット状移動体６４を介して垂直方向移動テーブル６３が、レール６ａ，６ｂに沿って図中Ｚ方向に移動する。そして、垂直方向移動テーブル６３には水平方向に横機枠６５が設けられ、この横機枠６５の水平方向先端側には研磨体支持部４が設けられ、この研磨体支持部４によって研磨体３が回転自在に支持されている。すなわち、横機枠６５にはモータ６６が配置され、モータ６６の回転がプーリを介して研磨体３に伝達され、研磨体３が回転する。
【００２９】
研磨体３は、上記したように、略円盤状でその外周に研磨部３０が形成されている。この研磨部３０は、例えば研磨布や砥石の表面である。研磨時には研磨部３０と基板Ｄとの間に研磨液が供給される。
【００３０】
また、基板研磨装置１には、基板Ｄの少し上方に高さ位置計測センサＳ１が、また基板Ｄの外周面から少し離れた位置に偏心量計測センサＳ２が配置され、高さ位置計測センサＳ１は、基板受け部２２にセッティングされた基板Ｄの正確な高さ位置を計測し、偏心量計測センサＳ２は、基板受け部２２にセッティングされた基板Ｄが回転する際の径方向の偏心量（振れ量）を計測する。
【００３１】
基板研磨装置１の各部の動作は、ここでは図示されていない制御装置を用いて行われる。すなわち、制御装置は、モータ２３ａ，６６、サーボモータ６１，７１，８１に指令してこれらのモータを駆動して所定の動作を行わせ、また基板Ｄをチャッキングする時の吸引動作、研磨液供給動作等の制御も行う。
【００３２】
上記構成の基板研磨装置１において、外周領域の研磨は次のように行われる。  先ず、基板Ｄの外周領域の形状をプロファイラ（表面形状測定装置）を用いて計測し、その形状データを制御装置に入力する。
【００３３】
次に、基板Ｄを基板受け部２２にチャッキングし、位置決め部２Ａで位置決めしてセッティングし、その状態で、高さ位置計測センサＳ１を用いて基板Ｄの高さ位置を高精度に計測し、偏心量計測センサＳ２を用いて基板回転時の基板Ｄの振れ量を計測し、制御装置にフィードバックする。
【００３４】
制御装置では、プロファイラで求めた形状データから研磨体３の外周領域の研磨を行うための各部の軌跡（ＸＹＺ方向での軌跡）を求め、さらにその軌跡に、高さ位置計測センサＳ１および偏心量計測センサＳ２からの諸データを加味して補正を加え、研磨体３の高精度の軌跡を求める。
【００３５】
その後、制御装置は、基板Ｄおよび研磨体３を回転させるとともに、求めた軌跡データに従って、研磨体移動部５（垂直移動部６、径方向移動部７および直交方向移動部８）を動作させる。その結果、基板Ｄと研磨部３０とは接触しつつ、研磨体３が、例えば図５、図６に示すように、軌跡Ｐに従ってＭ位置から外周領域に沿ってＮ位置までの第１の移動を行い、また軌跡Ｐに従ってＮ位置から外周領域に沿ってＭ位置まで第２の移動を行い、少なくともその何れかの移動を行うことで、また多くの場合は第１の移動と第２の移動とを組み合わせて行うことにより、外周領域の研磨が行われる。なお、図５は研磨体の直径が大きい場合を、図６は研磨体の直径が小さい場合をそれぞれ示している。
【００３６】
図７は本発明での研磨範囲の説明図である。本発明では、研磨体３の外周に形成されている研磨部３０を基板Ｄに接触させつつ研磨するようにしたので、基板Ｄの外周領域での研磨範囲Ｗは、図７（ａ）に示すような外周端部Ｄ２だけでなく、図７（ｂ）に示すような外周縁部Ｄ１，Ｄ３を含めた範囲が研磨可能となり、さらには図７（ｃ）に示すような、より基板中心方向に入りこんで平坦な領域がより広くなった外周縁部Ｄ１，Ｄ３も自在に研磨可能となる。また、図７（ｄ）に示すように、基板Ｄの表面と裏面とで研磨範囲が異なる場合でも自在に対応することができる。なお、特許文献１に示したような、弧状の作動面を用いるエッジ研磨装置では、図７（ａ）の外周端部の研磨に対応できるのみである。
【００３７】
以上述べたように、この発明の基板研磨装置１では、略円盤状の研磨体３の外周に形成されている研磨部３０を基板Ｄの外周領域に接触させかつその外周領域の形状に沿って移動させつつ、外周領域を研磨するようにしたので、外周より基板中心方向に入りこんだ面も自在に研磨可能となる。この面は平坦面であっても、斜面であってもよく、またその表面に凹凸があってもよい。このように研磨領域を広げることで付着物をより広範囲に除くことができ、したがってその付着物に起因して発生していた不良を確実に除去することができる。
【００３８】
また、研磨体３を基板Ｄに接触させるだけでよいため、簡単な装置で研磨することができ、製造コストも低減することができる。
【００３９】
さらに、研磨部３０を基板Ｄの外周領域の形状に沿って移動させるので、どのような基板の形状にも追随させることができ、したがって、基板Ｄを所望の曲率で高精度に研磨でき、さらにその高精度の研磨を再現性よく安定して行うことができる。
【００４０】
次にこの発明の第２の実施形態を説明する。
【００４１】
図８はこの発明の第２の実施形態の説明図である。この第２の実施形態では研磨体３を基板Ｄの表側と裏側の双方に配置している。上記第１の実施形態において、研磨体３を図１の状態からＹ方向に移動させた場合は図３の状態になるが、この図３において、基板Ｄの表側と裏側とを研磨する場合は、それぞれの位置に研磨体３を移動させて順に行うこととなる。これに対して、図８に示す第２の実施形態では、研磨体３を基板Ｄの表側と裏側の双方に配置し、表側の研磨と裏側の研磨を同時に行えるようにしている。したがって、より効率よく研磨を行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１はこの発明の基板研磨装置の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】基板の外周領域の説明図である。
【図５】研磨体の軌跡の説明図である。
【図６】この発明での研磨領域の説明図である。
【図７】この発明での研磨領域の説明図である。
【図８】この発明の第２の実施形態の説明図である。
【符号の説明】
【００４３】
１    基板研磨装置
２    基板支持部
２Ａ  位置決め部
２１    支持用シャフト
２１ａ  円筒部
２１ｂ  軸部
２１ｃ  孔
２２    基板受け部
２３    回転駆動部
２３ａ  モータ
２３ｂ  ギヤ列
２０１    円柱体
３    研磨体
３０    研磨部
４    研磨体支持部
５    研磨体移動部
６    垂直移動部
６ａ，６ｂ  レール
６０    機枠
６１    サーボモータ
６２    ボールネジ
６３    垂直方向移動テーブル
６４    ナット状移動体
６５    横機枠
６６    モータ
７    径方向移動部
７ａ，７ｂ  レール
７１    サーボモータ
７２    ボールネジ
７３    径方向移動テーブル
７４    ナット状移動体
８    直交方向移動部
８ａ，８ｂ  レール
８１    サーボモータ
８２    ボールネジ
８３    直交方向移動テーブル
９１    基台
９２    基台
Ｄ    基板
Ｄ０  パターン形成部
Ｄ１，Ｄ３  外周縁部
Ｄ２  外周端部
Ｐ    軌跡
Ｓ１    高さ位置計測センサ
Ｓ２    偏心量計測センサ
Ｗ    研磨範囲
Ｘ    所定の径方向
Ｙ    所定の径方向とは直交する方向
Ｚ    垂直方向
【図１】
2006173379.tif 000003
【図２】
2006173379.tif 000004
【図３】
2006173379.tif 000005
【図４】
2006173379.tif 000006
【図５】
2006173379.tif 000007
【図６】
2006173379.tif 000008
【図７】
2006173379.tif 000009
【図８】
2006173379.tif 000010