(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転部材に保持され、当該回転部材の回転軸と直交する平面に沿った研磨面を備える弾性体からなる研磨工具を前記回転部材の回転に応じて回転させ、前記研磨工具の研磨面を保持テーブル上に保持された被研磨対象物の被研磨面に所定の加工圧力で相対的に押し付け、前記被研磨対象物と前記研磨工具とを前記保持テーブルの保持面に平行な平面に沿って相対的に移動させて前記被研磨対象物の被研磨面を研磨する研磨方法であって、
前記研磨工具が固定された前記回転部材の回転軸を前記保持テーブルの保持面に垂直な方向に対して前記研磨工具と前記保持テーブルとの相対的な移動方向における進行方向に向けて第１の角度だけ傾斜させ、かつ、
前記研磨工具の研磨面が前記被研磨対象物の被研磨面の外周端部に乗り上げる領域での前記研磨工具に備えられた弾性体の研磨面の弾性変形を軽減させるように、前記回転部材の回転軸を前記進行方向に直交する方向の平面に沿って、前記研磨工具の被研磨面の外周端部への前記研磨工具の研磨面の乗り上げ領域での前記被研磨対象物の被研磨面に対する高さが、前記研磨工具の研磨面が前記被研磨対象物の被研磨面の外周端部から逃げる領域での前記被研磨対象物の被研磨面に対する高さよりも高くなる向きに第２の角度だけ傾斜させて、
前記研磨工具の研磨面によって前記被研磨対象物の被研磨面を研磨する、
研磨方法。
【請求項２】
前記研磨工具として前記被研磨対象物の被研磨面の直径と略等しい直径を持つ研磨工具を使用し、
前記被研磨対象物の被研磨面の外に位置する前記研磨工具の研磨面の外周端部を前記被研磨対象物の被研磨面の外周端部に位置させ、
前記研磨工具を前記研磨面と前記被研磨面との重なり合う面積が増加する方向に相対的に移動させて前記被研磨面を研磨加工し、
前記研磨工具の研磨面の外周端部が前記被研磨対象物の被研磨面の外周端部に達した位置で研磨加工を停止する、
請求項１に記載の研磨方法。
【請求項３】
前記研磨工具として環状の研磨面をもつ研磨工具を用いて研磨を行う
請求項１に記載の研磨方法。
【請求項４】
前記回転部材の回転軸が前記第１の角度および前記第２の角度で傾斜した状態の前回転部材の回転に応じて回転する前記研磨工具を前記保持テーブルの保持面に平行な修正工具の修正面に沿って相対的に移動させることによってフェーシング加工された研磨面をもつ研磨工具を用いる、
請求項３に記載の研磨方法。
【請求項５】
前記第１の角度を前記第２の角度よりも大きくする、
請求項１に記載の研磨方法。
【請求項６】
前記保持テーブルを回転させ、前記被研磨対象物を回転させながら前記研磨を行う、
請求項１に記載の研磨方法。
【請求項７】
前記被研磨対象物と前記研磨工具の回転方向を逆向きにして前記研磨を行う、
請求項６に記載の研磨方法。
【請求項８】
前記研磨工具の研磨面と前記被研磨対象物の被研磨面との間に研磨剤を介在させて前記研磨を行う
請求項１に記載の研磨方法。
【請求項９】
前記被研磨対象物の被研磨面の外に位置する前記研磨工具の研磨面の外周端部を前記被研磨対象物の被研磨面の外周端部に位置させ、
前記研磨工具の研磨面と前記被研磨対象物の被研磨面との重なり合う面積が増加する方向に移動させて研磨するとき、少なくとも前記研磨工具の研磨面の前記被研磨対象物の被研磨面の外周端部の乗り上げによる前記研磨面の弾性変形が発生しなくなる位置まで、前記第２の角度だけ傾斜させる、
請求項１に記載の研磨方法。
【請求項１０】
前記研磨工具の研磨面の前記被研磨面の外周端部の乗り上げによる前記研磨面の弾性変形が発生しなくなる位置に当該研磨工具が到達したら、前記回転部材の回転軸を前記前記保持テーブルの保持面に対して垂直にする、
請求項９に記載の研磨方法。
【請求項１１】
回転部材と、
被研磨対象物を保持する保持テーブルと、
前記回転部材に保持され、前記回転部材の回転軸と直交する平面に沿った、弾性体の研磨面を備えた研磨工具と、
前記回転部材を垂直方向に昇降させて前記研磨工具の研磨面を前記保持テーブルに保持された前記被研磨対象物の被研磨面に離間させるまたは押しつける、垂直軸方向移動手段と、
水平方向において前記保持テーブルを前記研磨工具に対して相対的に移動させ、前記保持テーブルに保持された前記被研磨対象物の被研磨面と前記研磨工具の研磨面とを、接触または離間させる、水平方向移動手段と、
前記回転部材の外周の少なくとも３か所に設けられ、前記回転部材の回転軸を、水平方向において直交する２方向に傾斜させる、回転軸傾斜手段と、
を有し、
前記回転部材の外周の少なくとも３か所に設けられた回転軸傾斜手段を調整して、
前記水平方向移動手段によって前記研磨工具と前記保持テーブルとを接近させるときの進行方向に向けて、前記回転部材の回転軸を前記保持テーブルの保持面に垂直な方向に対しての第１の角度だけ傾斜させ、かつ、
前記垂直軸方向移動手段および前記水平方向移動手段の動作によって移動された、前記研磨工具の研磨面が前記被研磨対象物の被研磨面の外周端部に乗り上げる領域での当該研磨工具に備えられた弾性体の研磨面の弾性変形を軽減させるように、前記回転部材の回転軸を前記進行方向と直交する方向において、前記被研磨対象物の被研磨面の外周端部への前記研磨工具の研磨面の乗り上げ領域での前記被研磨面に対する高さが、前記研磨工具の研磨面が前記被研磨面の外周端部から逃げる領域での前記被研磨面に対する高さよりも高くする第２の角度だけ傾斜させ、
前記回転部材の回転軸を前記第１の角度および前記第２の角度だけ傾斜させた状態で、前記垂直軸方向移動手段により前記研磨工具を前記被研磨対象物に押しつけて加工圧を前記被研磨対象物に加えながら、前記被研磨対象物の被研磨面と前記研磨工具の研磨面とを前記回転部材の回転に応じて回転接触させ、前記水平方向移動手段により前記被研磨対象物の被研磨面と前記研磨工具の研磨面とを相対的に移動させて、前記被研磨対象物の被研磨面を研磨する、
研磨装置。
【請求項１２】
前記研磨工具は、環状の研磨面をもつ、
請求項１１に記載の研磨装置。
【請求項１３】
前記研磨工具の研磨面は、前記回転部材の回転軸が前記各方向に傾斜した状態の回転する前記研磨工具を前記保持テーブルに平行な修正工具の修正面に沿って相対移動させることによってフェーシング加工されている、
請求項１２に記載の研磨装置。
【請求項１４】
当該研磨装置は、前記保持テーブルを回転させる回転手段をさらに有する、
請求項１１に記載の研磨装置。
【請求項１５】
当該研磨装置は、前記研磨面と前記被研磨面との間に介在させる研磨剤を供給する研磨剤供給手段をさらに有する、
請求項１１に記載の研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨装置および研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の高集積化、多層配線化が進むにつれて、半導体装置の製造工程では、各種層間絶縁膜あるいはその他の膜の平坦化が重要となっている。
平坦化のための技術としては、種々の手段が提案されているが、近年、シリコンウェーハのミラーポリシング技術を応用したＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing：化学的機械研磨）法が注目され、これを利用して平坦化を図る方法が開発されている。
従来のＣＭＰ法を用いた研磨装置の一例を図１７に示す。
図１７に示す研磨装置３０１は、研磨工具３０２を回転させる主軸スピンドル３０３と、ウェーハＷを保持するテーブル３０４とを有する。
テーブル３０４は、レール３０５に沿ってＸ軸方向に移動自在に設けられたスライダ３０６の上に回転自在に装着してあり、たとえば、モータ、プーリ、ベルト等によって構成される回転駆動手段によって回転駆動される。
主軸スピンドル３０３は、Ｚ軸方向に移動自在に保持されており、図示しない駆動機構によってＺ軸方向の目標位置に位置決めされる。
上記構成の研磨装置３０１では、まず、ウェーハＷが所定の回転数で回転され、ウェーハＷ上に、たとえば、酸化シリコン等の研磨砥粒を水酸化カリウムの水溶液等の液体に混ぜた研磨剤としてのスラリーが図示しないスラリー供給装置からウェーハＷ上に供給される。
次に、研磨工具３０２が所定の回転数で回転され、研磨工具３０２の外周端部がウェーハＷの外周端部に重なり合って接触するように、ウェーハＷおよび研磨工具３０２がＸ軸およびＺ軸方向に位置決めされる。
研磨工具３０２はウェーハＷに対して所定の切り込み量となるようにＺ軸方向に位置決めされ、これにより、研磨工具３０２とウェーハＷとの間には所定の加工圧力が発生する。この状態で、ウェーハＷが所定の速度パターンでＸ軸方向に移動され、研磨工具３０２がウェーハＷに接触しながらウェーハＷの研磨加工が行われウェーハＷが平坦化される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記構成の研磨装置３０１では、研磨工具３０２の研磨面３０２ａは回転テーブル３０４の保持面に平行であり、ウェーハＷに対する研磨工具３０２のＸ軸方向の相対移動にしたがって、研磨工具３０２の研磨面３０２ａとウェーハＷの被研磨面とは重なり合う領域が全面的に接触する。このため、研磨工具３０２の研磨面３０２ａのウェーハＷの被研磨面に対する実効的な作用領域の面積は研磨工具３０２の研磨面３０２ａとウェーハＷの被研磨面とは重なり合う領域となり、この面積は比較的大きく、また、研磨工具３０２のＸ軸方向の相対移動にしたがって変化する。
研磨工具３０２の研磨面３０２ａのウェーハＷの被研磨面に対する実効的な作用領域の面積が大きいとウェーハＷの被研磨面に存在する凹凸等によって実効的な作用領域内での研磨量が不均一となりやすく、また、実効的な作用領域の面積が変化すると、単位時間当たりの研磨量である研磨レートが変化するため、ウェーハＷの被研磨面を均一に研磨することが難しい。また、研磨工具３０２の研磨面３０２ａとウェーハＷの被研磨面とが平行であると、研磨工具３０２の研磨面３０２ａとウェーハＷの被研磨面との間にスラリーが侵入しにくく、これによっても研磨量が安定しないことがある。
【０００４】
このため、従来においては、たとえば、図１８（ａ）に示すように、研磨工具３０２の回転軸Ｋ１を傾斜角度αで研磨工具３０２の進行方向に向けて傾斜させて加工を行っていた。
ここで、図１９は、研磨工具３０２の回転軸Ｋ１を研磨工具３０２の進行方向に傾斜させた場合の研磨工具３０２の研磨面３０２ａとウェーハＷの被研磨面との間に発生する圧力分布を示す図である。なお、図１９は、ウェーハＷを回転させず研磨工具３０２のみを回転させてウェーハＷの被研磨面を研磨したときの仮想的な圧力分布を示している。
図１９に示すように、研磨工具３０２の研磨面３０２ａとウェーハＷの被研磨面との間に発生する圧力分布は、略三日月状の領域ＰＲとなり、この三日月状の領域ＰＲには、内部に圧力が比較的高い領域ＰＨと、その周囲に存在する圧力が比較的低いＰＬが発生する。圧力が比較的高い領域ＰＨは、Ｘ軸に関して略対称な形状となっており、この領域ＰＨがウェーハＷの被研磨面に対して実効的に作用する領域となる。領域ＰＨは、ウェーハＷと研磨工具３０２の研磨面３０２ａとの重なり合う面積よりも十分に狭小化されており、また、研磨工具３０２がＸ軸方向に相対移動しても領域ＰＨの面積は略一定となる。このため、実効的な作用領域内での研磨量を均一にでき、また、研磨レートを一定にすることができる。
【０００５】
しかしながら、研磨工具３０２は、たとえば、円板状の部材からなり、たとえば、発泡ポリウレタン等の樹脂から形成されている弾性体であり、図１８に示したように、加工圧力ＦでウェーハＷの表面に押し付けられる。このため、ウェーハＷに押し付けられた研磨工具３０２は弾性変形する。
加えて、研磨工具３０２の研磨面３０２ａがウェーハＷ表面に対して傾斜角度αで傾斜していると、研磨工具３０２の研磨面３０２ａがウェーハＷに乗り上げる際に図１９に示す乗り上げ領域１９０および逃げ領域１９１においては、それぞれ、たとえば、図２０に示すように変形する。乗り上げ領域１９０では、図２０（ａ）に示すように、研磨工具３０２の研磨面３０２ａがウェーハＷの外周端部ＥＧからウェーハＷの表面上に乗り上げるため、研磨工具３０２の研磨面３０２ａは弾性変形し、外周端部ＥＧ近傍に位置するウェーハＷ表面に乗り上げ寸前の研磨面３０２ａは、ウェーハＷの表面に対して下方に突き出た状態になる。逃げ領域１９１では、図２０（ｂ）に示すように、研磨工具３０２の研磨面３０２ａがウェーハＷの表面上から外周端部ＥＧを通過して離れるため、弾性変形した研磨工具３０２の研磨面３０２ａは、ウェーハＷの外周端部ＥＧから離れ、応力が緩和されながら変形が復元される。
【０００６】
研磨工具３０２の研磨面３０２ａが弾性変形すると、研磨面３０２ａのウェーハＷの表面に対して下方に突き出た部分は、ウェーハＷの外周端部ＥＧに強く接触し、加工エネルギーの大半は研磨面３０２ａの突き出た部分がウェーハＷの外周端部ＥＧに乗り上げる作業に費やされ、図１９に示したように、ウェーハＷの外周端部にダメージＤＭを与える。
このような研磨面３０２ａの突き出た部分によるウェーハＷの外周端部ＥＧへのダメージが蓄積されると、ウェーハＷは回転しているため、たとえば、図２１に示すように、ウェーハＷの外周部の全域に過剰研磨された過剰研磨部４０２が形成されてしまう。過剰研磨部４０２が形成されると、１枚のウェーハＷ上に形成される半導体チップの取り数が少なくなり、歩留りが低下するという不利益がある。
また、加工エネルギーがウェーハＷの外周端部ＥＧの過剰研磨に費やされる分、単位時間当たりのウェーハＷ表面の研磨除去量である研磨レートが低下し、単位時間当たりのウェーハＷの処理数が低下し、生産性が低下する。
【０００７】
また、研磨工具３０２の研磨面３０２ａがウェーハＷの外周端部ＥＧに乗り上げる領域では、研磨面３０２ａとウェーハＷの表面との間にスラリーが侵入しにくく、研磨面３０２ａとウェーハＷの表面との間に供給されるスラリーが不足するため、研磨レートが低下する。このスラリーの不足を補うために、コストが高いスラリーを多量に供給しなければならず、生産性が低下する。
さらに、研磨工具３０２の研磨面３０２ａがウェーハＷの外周端部ＥＧに乗り上げる領域では、研磨面３０２ａへのダメージも大きく、研磨面３０２ａの品質が急激に劣化しやすく、このため、加工条件の変動が起こりやすくなる。加工条件の変動を防ぐために、研磨面３０２ａをドレッシング等の手段によってコンディショニングする必要があり、研磨面３０２ａの状態を適切にするためコンディショニングする頻度が増すと研磨装置の生産性が低下してしまう。
【０００８】
本発明は、上述した従来の問題に鑑みてなされたものであって、研磨工具の弾性変形に起因する被研磨対象物の被研磨面の外周端部の過剰研磨を抑制することができ、かつ、研磨レートを安定化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。
【０００９】
本発明によれば、回転部材に保持され、当該回転部材の回転軸と直交する平面に沿った研磨面を備える弾性体からなる研磨工具を前記回転部材の回転に応じて回転させ、前記研磨工具の研磨面を保持テーブル上に保持された被研磨対象物の被研磨面に所定の加工圧力で相対的に押し付け、前記被研磨対象物と前記研磨工具とを前記保持テーブルの保持面に平行な平面に沿って相対的に移動させて前記被研磨対象物の被研磨面を研磨する研磨方法であって、
前記研磨工具が固定された前記回転部材の回転軸を前記保持テーブルの保持面に垂直な方向に対して前記研磨工具と前記保持テーブルとの相対的な移動方向における進行方向に向けて第１の角度だけ傾斜させ、かつ、前記研磨工具の研磨面が前記被研磨対象物の被研磨面の外周端部に乗り上げる領域での前記研磨工具に備えられた弾性体の研磨面の弾性変形を軽減させるように、前記回転部材の回転軸を前記進行方向に直交する方向の平面に沿って、前記研磨工具の被研磨面の外周端部への前記研磨工具の研磨面の乗り上げ領域での前記被研磨対象物の被研磨面に対する高さが、前記研磨工具の研磨面が前記被研磨対象物の被研磨面の外周端部から逃げる領域での前記被研磨対象物の被研磨面に対する高さよりも高くなる向きに第２の角度だけ傾斜させて、
前記研磨工具の研磨面によって前記被研磨対象物の被研磨面を研磨する、
研磨方法が提供される。
【００１０】
好ましくは、前記研磨工具として前記被研磨対象物の被研磨面の直径と略等しい直径を持つ研磨工具を使用し、前記被研磨対象物の被研磨面の外に位置する前記研磨工具の研磨面の外周端部を前記被研磨対象物の被研磨面の外周端部に位置させ、前記研磨工具を前記研磨面と前記被研磨面との重なり合う面積が増加する方向に相対的に移動させて前記被研磨面を研磨加工し、前記研磨工具の研磨面の外周端部が前記被研磨対象物の被研磨面の外周端部に達した位置で研磨加工を停止する。
【００１１】
好ましくは、前記研磨工具として環状の研磨面をもつ研磨工具を用いて研磨を行う。
【００１２】
好ましくは、前記回転部材の回転軸が前記第１の角度および前記第２の角度で傾斜した状態の前回転部材の回転に応じて回転する前記研磨工具を前記保持テーブルの保持面に平行な修正工具の修正面に沿って相対的に移動させることによってフェーシング加工された研磨面をもつ研磨工具を用いる。
【００１３】
好ましくは、前記第１の角度を前記第２の角度よりも大きくする。
【００１４】
好ましくは、前記保持テーブルを回転させ、前記被研磨対象物を回転させながら前記研磨を行う。
あるいは、好ましくは、前記被研磨対象物と前記研磨工具の回転方向を逆向きにして前記研磨を行う。
【００１５】
好ましくは、前記研磨工具の研磨面と前記被研磨対象物の被研磨面との間に研磨剤を介在させて前記研磨を行う。
また好ましくは、前記被研磨対象物の被研磨面の外に位置する前記研磨工具の研磨面の外周端部を前記被研磨対象物の被研磨面の外周端部に位置させ、前記研磨工具の研磨面と前記被研磨対象物の被研磨面との重なり合う面積が増加する方向に移動させて研磨するとき、少なくとも前記研磨工具の研磨面の前記被研磨対象物の被研磨面の外周端部の乗り上げによる前記研磨面の弾性変形が発生しなくなる位置まで、前記第２の角度だけ傾斜させる。
好ましくは、前記研磨工具の研磨面の前記被研磨面の外周端部の乗り上げによる前記研磨面の弾性変形が発生しなくなる位置に当該研磨工具が到達したら、前記回転部材の回転軸を前記前記保持テーブルの保持面に対して垂直にする。
【００１６】
また本発明によれば、回転部材と、被研磨対象物を保持する保持テーブルと、前記回転部材に保持され、前記回転部材の回転軸と直交する平面に沿った、弾性体の研磨面を備えた研磨工具と、前記回転部材を垂直方向に昇降させて前記研磨工具の研磨面を前記保持テーブルに保持された前記被研磨対象物の被研磨面に離間させるまたは押しつける、垂直軸方向移動手段と、水平方向において前記保持テーブルを前記研磨工具に対して相対的に移動させ、前記保持テーブルに保持された前記被研磨対象物の被研磨面と前記研磨工具の研磨面とを、接触または離間させる、水平方向移動手段と、前記回転部材の外周の少なくとも３か所に設けられ、前記回転部材の回転軸を、水平方向において直交する２方向に傾斜させる、回転軸傾斜手段と、を有し、
前記回転部材の外周の少なくとも３か所に設けられた回転軸傾斜手段を調整して、前記水平方向移動手段によって前記研磨工具と前記保持テーブルとを接近させるときの進行方向に向けて、前記回転部材の回転軸を前記保持テーブルの保持面に垂直な方向に対しての第１の角度だけ傾斜させ、かつ、前記垂直軸方向移動手段および前記水平方向移動手段の動作によって移動された、前記研磨工具の研磨面が前記被研磨対象物の被研磨面の外周端部に乗り上げる領域での当該研磨工具に備えられた弾性体の研磨面の弾性変形を軽減させるように、前記回転部材の回転軸を前記進行方向と直交する方向において、前記被研磨対象物の被研磨面の外周端部への前記研磨工具の研磨面の乗り上げ領域での前記被研磨面に対する高さが、前記研磨工具の研磨面が前記被研磨面の外周端部から逃げる領域での前記被研磨面に対する高さよりも高くする第２の角度だけ傾斜させ、
前記回転部材の回転軸を前記第１の角度および前記第２の角度だけ傾斜させた状態で、前記垂直軸方向移動手段により前記研磨工具を前記被研磨対象物に押しつけて加工圧を前記被研磨対象物に加えながら、前記被研磨対象物の被研磨面と前記研磨工具の研磨面とを前記回転部材の回転に応じて回転接触させ、前記水平方向移動手段により前記被研磨対象物の被研磨面と前記研磨工具の研磨面とを相対的に移動させて、前記被研磨対象物の被研磨面を研磨する、
研磨装置が提供される。
好ましくは、前記研磨工具は、環状の研磨面をもつ。
好ましくは、前記研磨工具の研磨面は、前記回転部材の回転軸が前記各方向に傾斜した状態の回転する前記研磨工具を前記保持テーブルに平行な修正工具の修正面に沿って相対移動させることによってフェーシング加工されている。
好ましくは、当該研磨装置は、前記保持テーブルを回転させる回転手段をさらに有する。
好ましくは、当該研磨装置は、前記研磨面と前記被研磨面との間に介在させる研磨剤を供給する研磨剤供給手段をさらに有する。
【００１７】
本発明では、研磨工具をその研磨面が被研磨対象物の被研磨面の外周端部に乗り上げる領域での当該研磨面の弾性変形を軽減させる向きに傾斜させて研磨を行うため、研磨面の被研磨面の外周端部への乗り上げによる弾性変形によって被研磨面の外周端部が受けるダメージが抑制され、研磨面の被研磨面の外周端部への加工エネルギの集中が抑制される。この結果、単位時間当たりの被研磨対象物の研磨面の研磨除去量である研磨レートの低下が抑制される。
また、研磨面を被研磨面に対して傾斜させることで、乗り上げ領域での研磨面の被研磨面に対する高さが相対的に高くなり、研磨面と被研磨面との間に介在させる研磨剤を供給した際に、乗り上げ領域での研磨面と被研磨面との間に研磨面の回転方向に向けて研磨剤が侵入しやすくなり、研磨面と被研磨面との間に十分量の研磨剤が安定して供給される。
【００１８】
さらに、研磨工具の回転軸を保持テーブルの保持面に垂直な方向に対して、研磨工具の進行方向に向けて所定の角度傾斜させることで、研磨面と被研磨面との実効的な接触面積が狭小化される。これにより、接触面積内での被研磨面の研磨量の分布が不均一となることが抑制され、被研磨面内での研磨量のバラツキが抑制される。一方、研磨工具の回転軸を保持テーブルの保持面に垂直な方向に対して、研磨工具の進行方向に向けて所定の角度傾斜させると、研磨工具の進行方向の研磨面の前方部では、傾斜させない場合よりも被研磨面への乗り上げ領域で大きな弾性変形が生じ、被研磨面の外周端部が受けるダメージが増大することになるが、本発明では、研磨工具の回転軸を研磨面の乗り上げ領域で弾性変形を軽減させる向きに傾斜させているので、被研磨面の外周端部が受けるダメージを抑制することができる。
【００１９】
さらに、本発明では、研磨面が回転軸に直交する平面に対して、研磨工具の進行方向の向きの傾斜角度と略同じ角度で傾斜した研磨工具を用いて研磨を行うことで、研磨面は曲面となり、研磨面と被研磨面との実効的な接触面積はさらに狭小化され、かつ、研磨面の被研磨面への乗り上げ領域での被研磨面に対する高さが高くなり、研磨面の弾性変形量がさらに軽減され、研磨面の弾性変形により被研磨面の外周端部が受けるダメージを一層抑制することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
第１実施形態
図１は、本発明の第１の実施形態に係る研磨装置の構成を示す図である。
図１に示す研磨装置１は、研磨工具８と、研磨工具８を回転保持する主軸スピンドル２１と、主軸スピンドル２１をＺ軸方向に移動位置決めするＺ軸移動機構１１と、ウェーハＷを保持し回転させる回転テーブル４１と、回転テーブル４１をＸ軸方向に移動させるＸ軸移動機構５１とを備える。
【００２１】
主軸スピンドル２１は、研磨工具８を保持しており、この研磨工具８を回転軸Ｋ１を中心に回転させる。この主軸スピンドル２１は、内部に主軸２３、この主軸２３を回転自在に保持する静圧軸受、および主軸２２を回転させるサーボモータを内蔵している。また、主軸スピンドル２１は、スピンドルホルダ２０に保持されている。スピンドルホルダ２０は、コラム３に対して図示しないガイドによってＺ軸方向に沿って移動自在に保持されている。
さらに、主軸スピンドル２１の外周の所定の位置には、研磨剤としてのスラリーおよび純水をウェーハＷ上に供給するスラリー／純水供給ノズル８１が設けられている。
【００２２】
Ｚ軸移動機構１１は、ベース２上に立設された門型のコラム３にＺ軸方向（垂直方向）に沿って設けられており、主軸スピンドル２１をＺ軸方向に移動自在に保持している。Ｚ軸移動機構１１は、研磨工具８の研磨面８ａがウェーハＷの被研磨面に対向する方向に保持し、当該対向方向の研磨面８ａのウェーハＷの被研磨面に対する相対位置を決定する移動位置決め手段として機能する。
具体的には、Ｚ軸移動機構１１は、コラム３に固定されたサーボモータ１２と、サーボモータ１２と接続されたネジが形成されたネジ軸１３と、ネジ軸１３と螺合するネジ部が形成されスピンドルホルダ２０に連結されたＺ軸スライダ１４とを備えている。
サーボモータ１２を回転駆動することにより、Ｚ軸スライダ１４がＺ軸方向に沿って上昇または下降し、Ｚ軸スライダ１４に連結されたスピンドルホルダ２０がＺ軸方向に沿って上昇または下降する。これにより、サーボモータ１２の回転量を制御することで、研磨工具８のＺ軸方向の位置決めを行うことができる。
【００２３】
回転テーブル４１は、被研磨対象物としてのウェーハＷを保持する水平方向に平行に設けられた保持面４１ａを備えており、ウェーハＷを保持面４１ａに、たとえば、真空吸着等のチャキング手段によってチャッキングする。また、回転テーブル４１は、たとえば、モータ等の駆動手段を備えており、ウェーハＷを回転させる。なお、回転テーブル４１は、本発明の保持テーブルの一具体例に対応している。また、回転テーブル４１の周囲には、スラリー／純水ノズル８１からウェーハＷ上に供給されたスラリーを回収するための回収パン８２が設けられている。
【００２４】
Ｘ軸移動機構５１は、サーボモータ５５と、サーボモータ５５に接続されたネジが形成されたネジ軸５４と、ネジ軸５４に螺合するネジ部が形成されたＸ軸スライダ５３と、Ｘ軸スライダ５３に連結され、Ｘ軸方向に図示しないガイドによって移動自在に保持され、上記の回転テーブル４１が設置されたＸ軸テーブル５２とを備える。
このＸ軸移動機構５１は、回転テーブル４１を保持しており、研磨工具８とウェーハＷとを回転テーブル４１の保持面４１ａに沿って相対的に移動させる本発明の相対移動手段として機能する。
すなわち、サーボモータ５５を回転駆動することにより、Ｘ軸スライダ５３はＸ軸方向のいずれかの向きに移動し、Ｘ軸テーブル５２もＸ軸方向のいずれかの向きに移動し、回転テーブル４１の保持面４１ａは水平面に沿ってＸ軸方向のいずれかの方向に移動するため、ウェーハＷと研磨工具８とは回転テーブル４１の保持面４１ａに沿って相対的に移動する。
【００２５】
研磨工具８は、主軸２２の下端面に固定されており、ウェーハＷに押し付けられることによって弾性変形する弾性体からなる円筒状の部材である。研磨工具８の形成材料としては、たとえば、発泡性ポリウレタン等の樹脂や、たとえば、酸化セリウム（ＣｅＯ2 ）からなる固定砥粒を軟質結合材で固めたものを用いることができる。軟質結合材としては、たとえば、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、またはフェノール樹脂を用いることができる。
研磨工具８は、円筒状の部材の下端面に回転軸Ｋ１に垂直な平面に平行な環状の端面を有しており、これがウェーハＷの被研磨面を加工する研磨面８ａとなる。
研磨工具８は、直径８インチのウェーハを研磨する場合には、たとえば、直径２００×幅２０×厚さ２０（ｍｍ）の寸法のものを使用することができる。すなわち、ウェーハＷの直径と研磨工具８の外径とは略同じである。
【００２６】
回転軸Ｋ１の傾斜機構
図２は、上記構成の研磨装置１の主軸スピンドル２１とスピンドルホルダ２０との間に設けられ、主軸スピンドル２１（研磨工具８））の回転軸Ｋ１を回転テーブル４１の保持面４１ａに垂直な軸Ｋ２に対する傾斜量を調整する回転軸傾斜機構を説明するための図である。
図２において、主軸スピンドル２１の外周にはフランジ部２４が形成されている。この主軸スピンドル２１のフランジ部２４の上側の挿入軸部２７は、フランジ部２４に近い位置では平行部となっており、上方にいくにしたがって先細りのテーパ面となっており、この挿入軸部２７にスピンドルホルダ２０の嵌合孔２０ｂが嵌合挿入される。
また、回転軸傾斜機構６１は、主軸スピンドル２１の外周に形成されたフランジ部２４の上端面２４ａとスピンドルホルダ２０の下端面２０ａとの間に設けられている。回転軸傾斜機構６１は、たとえば、フランジ部２４の周方向の等間隔に位置する３ヶ所に設けられている。
なお、フランジ部２４の上端面２４ａは、主軸スピンドル２１（研磨工具８））の回転軸Ｋ１に垂直な平面に平行な面である。
【００２７】
主軸スピンドル２１のフランジ部２４の回転軸傾斜機構６１の設置位置には、固定用ボルト６５を挿入するための貫通孔がそれぞれ形成されており、また、スピンドルホルダ２０の下端面２０ａには、これらの貫通孔と対応する位置に固定用ボルト６５が螺合するネジ穴が形成されており、主軸スピンドル２１のフランジ部２４とスピンドルホルダ２０の下端面２０ａとは、回転軸傾斜機構６１を間に挟んで固定用ボルト６５で固定されている。
【００２８】
回転軸傾斜機構６１は、図３に示すように、２つの傾斜調整用ブロック６２および６３を備えている。
傾斜調整用ブロック６２は、断面がＬ字状の形状を有しており、スピンドルホルダ２０の下端面２０ａと当接する面６２ａは、基準面となっており、この基準面６２ａと反対側の面６２ｂは基準面６２ａに対して傾斜する傾斜面となっている。
また、図４に示すように、傾斜調整用ブロック６２の基準面６２ａには、上記の固定用ボルト６５が挿入される挿入孔６２ｃが形成されている。
さらに、傾斜調整用ブロック６２の側面側の中央部には、突っ張り用ボルト６７が螺合するネジ孔６２ｅと、このネジ孔６２ｅの両側に固定用ボルト６６が挿入される２つの貫通孔６６が形成されている。
【００２９】
傾斜調整用ブロック６３は、断面がＬ字状の形状を有しており、主軸スピンドル２１のフランジ部２４の上端面２４ａに当接する面は、基準面となっており、この基準面６３ａと反対側の面６３ｂは基準面６３ａに対して傾斜する傾斜面となっている。この傾斜面６３ｂは、傾斜調整用ブロック６２の傾斜面６２ｂと当接し、当該傾斜面６２ｂ同じ角度で且つ逆向きに傾斜している。
また、図５に示すように、傾斜調整用ブロック６３の基準面６３ａには、上記の固定用ボルト６５が挿入される挿入孔６３ｃが形成されている。
さらに、傾斜調整用ブロック６３の側面側の上記の傾斜調整用ブロック６２の２つの貫通孔６６に対応する位置には、固定用ボルト６６が螺合する２つのネジ孔６３ｄが形成されている。
【００３０】
傾斜調整用ブロック６２の傾斜面６２ｂと傾斜調整用ブロック６３の傾斜面６３ｂとを接触させた状態では、傾斜調整用ブロック６２の基準面６２ａと傾斜調整用ブロック６３の基準面６３ａとは平行な関係となり、傾斜調整用ブロック６２の傾斜面６２ｂと傾斜調整用ブロック６３の傾斜面６３ｂとの相対位置関係によって、傾斜調整用ブロック６２の基準面６２ａと傾斜調整用ブロック６３の基準面６３ａとの距離ＴＨは変化する。
したがって、傾斜調整用ブロック６２の傾斜面６２ｂと傾斜調整用ブロック６３の傾斜面６３ｂとの相対位置を調整することによって、距離ＴＨを調整でき、主軸スピンドル２１のフランジ部２４の上端面２４ａとスピンドルホルダ２０の下端面２０ａとの距離を調整できる。
【００３１】
すなわち、主軸スピンドル２１のフランジ部２４の上端面２４ａとスピンドルホルダ２０の下端面２０ａとの間の３ヶ所に、傾斜調整用ブロック６２，６３を設置し、それぞれの基準面６２ａ，６３ａ間の距離ＴＨを調整することにより、主軸スピンドル２１（研磨工具８）の回転軸Ｋ１の回転テーブル４１の保持面４１ａに垂直な軸Ｋ２に対する傾斜角度を任意に調整することができ、かつ、任意の方向に傾斜させることができる。
主軸スピンドル２１（研磨工具８）の回転軸Ｋ１の傾斜角度の調整は、まず、主軸スピンドル２１とスピンドルホルダ２０とを固定するための固定ボルト６５をゆるめ、突っ張り用ボルト６７をいずれかの向きに回すと、突っ張り用ボルト６７の先端部が傾斜調整用ブロック６３の側面６３ｅに当接することで、傾斜調整用ブロック６２，６３間の相対位置を決定でき、この相対位置に応じて傾斜調整用ブロック６２，６３の基準面６２ａ，６３ａ間の距離ＴＨを変更することができる。各傾斜調整用ブロック６２，６３の基準面６２ａ，６３ａ間の距離ＴＨを適宜に調整することで、主軸スピンドル２１（研磨工具８）の回転軸Ｋ１の傾斜方向および傾斜量を調整する。
傾斜調整用ブロック６２，６３の基準面６２ａ，６３ａ間の距離ＴＨを所望の値に調整したら、固定ボルト６６を締め、傾斜調整用ブロック６２，６３間の相対位置を固定し、さらに、固定ボルト６５を締めることで、主軸スピンドル２１（研磨工具８）の回転軸Ｋ１の傾斜方向および傾斜量の調整が完了する。
【００３２】
次に、上記構成の研磨装置１を用いた本発明の研磨方法について説明する。
回転軸の傾斜（角度α）
まず、研磨装置１の回転軸傾斜機構６１を調整して、研磨工具８の回転軸Ｋ１を回転テーブル４１の保持面４１ａに平行な平面に垂直な方向に対して研磨工具８の進行方向に向けて所定の角度傾斜させる。
具体的には、図６に示すように、研磨工具８の回転軸Ｋ１を、回転テーブル４１の保持面４１ａに平行な平面（ＸーＹ平面）に垂直な軸Ｏに対して研磨工具８のウェーハＷに対する相対的な進行方向Ｄ（研磨加工の進む方向）に向けて角度αで傾斜させる。
研磨工具８の回転軸Ｋ１の傾斜角度αは、ウェーハＷに直径８インチのものを使用した場合に、たとえば、図６に示す研磨工具８の研磨面８ａのＸ軸方向に関する前後端部のＺ軸方向の高低差Ｈαが１５〜５０μｍ程度の値に設定される。すなわち、８インチの長さに対して１５〜５０μｍ程度の傾斜角度である。
【００３３】
回転軸の傾斜（角度β）
さらに、研磨工具８の回転軸Ｋ１を回転テーブルの保持面４１ａに垂直な方向に対して、研磨面８ａがウェーハＷの被研磨面の外周端部に乗り上げる領域での研磨面８ａの弾性変形を軽減させる向きに傾斜させる。
この弾性変形を軽減させる向きの傾斜は、一方向に限定されないが、好ましくは、図７（ａ）に示すように、研磨工具８の回転軸Ｋ１を、研磨工具８のウェーハＷに対する相対的な進行方向Ｄに直交する平面（ＹーＺ平面）に沿って軸Ｏから角度βで傾斜させる。なお、図７（ａ）は研磨工具８の進行方向Ｄから見た研磨工具８とウェーハＷとの関係を示しており、図７（ｂ）はＺ軸方向から見た研磨工具８とウェーハＷとの関係を示している。
研磨工具８の回転軸Ｋ１の傾斜の向きは、図７（ｂ）に示すウェーハＷの外周端部への研磨工具８の乗り上げ領域９０および研磨工具８がウェーハＷの外周端部から逃げる領域９１において、乗り上げ領域９０での研磨工具８の研磨面８ａのウェーハＷ表面に対する高さが、逃げる領域９１よりも高くなる向きである。
【００３４】
研磨工具８の回転軸Ｋ１の傾斜角度βは、図８に示す研磨工具８の研磨面８ａのＹ軸方向に関する前後端部のＺ軸方向の高低差Ｈβが、たとえば、１５〜３０μｍ程度の値に設定される。すなわち、８インチの長さに対して１５〜３０μｍ程度の傾斜角度である。また、後述するように、研磨工具８の回転軸Ｋ１の傾斜角度αは、傾斜角度βよりも大きい値に設定するのが好ましい。
【００３５】
次いで、回転軸Ｋ１が異なる２方向に傾斜角度αおよびβで傾斜した状態の研磨装置１において、ウェーハＷの裏面を回転テーブル４１の保持面４１ａ上に固定し、回転テーブル４１および研磨工具８を回転させた状態にする。
図８に示すように、研磨工具８の回転方向Ｒ１とウェーハＷの回転方向Ｒ２は、逆向きにする。
【００３６】
さらに、図８に示すように、スラリーＳＬをスラリー／純水供給ノズル８１からウェーハＷ上に一定量吐出させておく。なお、スラリーＳＬは研磨加工時にも必要量だけ常時補充する。スラリーは、特に限定されないが、たとえば、酸化膜用として、シリカ系のヒュームドシリカと高純度セリアを水酸化カリウムをベースとした水溶液に懸濁させたものや、配線メタル用として、アルミナを研磨砥粒とした加工液に酸化力のある溶剤を混ぜたもの等を使用することができる。
【００３７】
次いで、研磨工具８をＺ軸方向に下降させ、図８に示すように、ウェーハＷの外に位置する研磨工具８の研磨面８ａの外周端部をの外周端部に位置させ、ウェーハＷの外周縁部の加工開始点Ｐ１と研磨工具８の外周縁部をオーバーラップさせた状態とする。なお、この状態では、研磨工具８およびウェーハＷの回転中心はＸ軸に沿った同一直線上に位置している。
【００３８】
次いで、研磨工具８をウェーハＷに押し付けて加工圧ＦをウェーハＷの被研磨面に垂直な方向に加えながら、ウェーハＷと研磨工具８の研磨面とを回転接触させる。
この状態から、Ｘ軸テーブル５２を駆動して、ウェーハＷを加工開始点Ｐ１から、ウェーハＷと研磨工具８との重なり合う面積が相対的に増加する矢印Ｃの方向に所定の速度パターンで移動する。これによって、研磨工具８は、ウェーハＷの半径方向に向かって相対的に進行する。
なお、研磨開始時において、研磨工具８の研磨面８ａをウェーハＷの加工開始点Ｐ１に接触させたのち、研磨工具８をウェーハＷに対して相対的に移動させる際に、加工圧Ｆは研磨工具８の相対移動に対応させて徐々に増加させ、研磨工具８がウェーハＷに対して所定の位置に達したら、加工圧Ｆを一定の値にして研磨加工を行う。
後述する三日月形状の領域の面積は、加工圧Ｆの増加に伴って加工開始点Ｐ１から徐々に大きくなり、研磨工具８がウェーハＷに対して所定の位置に達した後は、この三日月形状の領域の面積は略一定の面積となる。これにより、研磨工具８による研磨量の均一性が得られる。さらに、研磨工具８のＸ軸方向の速度パターンは、ウェーハＷ面内での研磨量が均一になるようにあらかじめ調整されている。
【００３９】
図９（ａ）は、研磨工具８の研磨面８ａとウェーハＷの被研磨面との間に発生する圧力分布の一例を示す図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ線方向の断面図である。なお、図９（ａ）は、ウェーハＷを回転させないで研磨工具８によって研磨を行ったときの仮想的な圧力分布を示している。
研磨工具８の回転軸Ｋ１は、図６において説明したように、軸Ｏに対して研磨工具８のウェーハＷに対する相対的な進行方向Ｄに向けて角度αで傾斜している。このため、図９（ａ）に示すように、研磨工具８の研磨面８ａとウェーハＷの被研磨面との間に発生する圧力分布は、基本的には略三日月状の領域ＰＲとなるる。
【００４０】
この三日月状の領域ＰＲには、内部に圧力が比較的高い領域ＰＨと、その周囲に存在する圧力が比較的低いＰＬが発生する。圧力が比較的高い領域ＰＨがウェーハＷの被研磨面に対して実効的に作用する領域となる。領域ＰＨは、ウェーハＷと研磨工具８の研磨面８ａとの重なり合う面積よりも十分に狭小化されており、また、研磨工具８が進行方向Ｄに相対移動しても領域ＰＨの面積は略一定となる。このため、実効的な作用領域内での研磨量は均一になり、また、研磨レートは略一定になる。
【００４１】
一方、研磨工具８の回転軸Ｋ１は、図９（ｂ）に示すように、ウェーハＷの外周端部への研磨工具８の乗り上げ領域９０での研磨工具８の研磨面８ａのウェーハＷ表面に対する高さが、研磨工具８がウェーハＷの外周端部から逃げる領域９１での研磨面８ａのウェーハＷ表面に対する高さよりも高くなる向きに角度βで傾斜している。
このため、乗り上げ領域９０での研磨工具８の研磨面８ａの弾性変形が軽減され、ウェーハＷの外周端部に発生するダメージを抑制することができる。
【００４２】
ここで、研磨工具８の研磨面８ａの乗り上げ領域９０および逃げる領域９１での状態を図１０に示す。
図１０は、研磨工具８の研磨面８ａの状態を示す図であって、（ａ）は乗り上げ領域９０、（ｂ）は逃げる領域９１の状態を示している。なお、図１０（ａ）および図１０（ｂ）は領域９０，９１でのウェーハＷの半径方向に沿った断面図である。
傾斜角度βが比較的小さいと、図１０に示すように、研磨工具８の研磨面８ａの乗り上げ領域９０での弾性変形は発生するが、弾性変形量は逃げ領域９１での弾性変形量よりも相対的に小さくなる。このため、研磨工具８の研磨面８ａの乗り上げ領域９０では、弾性変形した研磨工具８の研磨面８ａのウェーハＷの外周端部に対する接触圧が傾斜させない場合よりも軽減され、ウェーハＷの外周端部に発生する過剰研磨を抑制できる。
また、乗り上げ領域９０で研磨工具８の研磨面８ａの弾性変形が軽減されることによって消費されなくなった加工エネルギは、上記したウェーハＷの被研磨面に対して実効的に作用する圧力が比較的高い領域ＰＨに集中し、研磨レートが向上する。
さらに、弾性変形した研磨工具８の研磨面８ａのウェーハＷの外周端部に対する接触圧が軽減されることにより、回転する研磨工具８の研磨面８ａに付着したスラリーＳＬは、乗り上げ領域９０において研磨工具８の研磨面８ａとウェーハＷの外周端部の表面との間に侵入し易くなる。このため、研磨面８ａとウェーハＷの被研磨面との実効的な作用領域にスラリーが安定的かつ効率的に供給されるようになり、研磨レートが向上、安定化する。
【００４３】
一方、研磨工具８の研磨面８ａの逃げ領域９１では、乗り上げ領域９０における研磨面８ａの弾性変形の軽減に応じて、加圧力が増加し弾性変形量が増加すると考えられる。逃げ領域９１で研磨面８ａの弾性変形量が増加すると、ウェーハＷの外周端部に対する影響も増加するが、逃げ領域９１では弾性変形した研磨面８ａがウェーハＷの外周端部に巻きつくことがなく、その影響は乗り上げ領域９０における影響に比べて十分に小さい。
【００４４】
図１１は、傾斜角度βを図１０に示した場合よりも相対的に大きくした状態を示している。
傾斜角度βを大きくしていくと、図１１（ａ）に示すように、乗り上げ領域９０で研磨工具８の研磨面８ａの弾性変形の発生を完全になくし、研磨面８ａとウェーハＷ表面との間に隙間が形成される状態とすることができる。
このような状態にすると、乗り上げ領域９０で加工エネルギが消費されることがほとんどなくなり、加工エネルギをウェーハＷの被研磨面に対して実効的に作用する圧力が比較的高い領域ＰＨに集中させて、研磨レートをさらに向上させることができる。また、研磨面８ａとウェーハＷ表面との間に隙間が形成されることで、研磨面８ａとウェーハＷの被研磨面との間にスラリーＳＬがさらに入り込み易くなり、実効的な作用領域にスラリーＳＬをさらに安定的かつ効率的に供給できる。
【００４５】
傾斜角度βを大きくすると、図１１（ｂ）に示すように、逃げ領域９１における研磨面８ａの弾性変形量も増大すると考えられる。上記したように、逃げ領域９１では弾性変形した研磨面８ａがウェーハＷの外周端部に巻きつくことがないため影響は比較的小さいが、逃げ領域９１における研磨面８ａの弾性変形の影響が無視できない場合には、たとえば、研磨工具８のウェーハＷに対する加工圧力Ｆを調整（小さく）して、逃げ領域９１における研磨面８ａの弾性変形量を小さくする。これにより、逃げ領域９１における研磨面８ａの弾性変形の影響を軽減できる。加工圧力Ｆを減少させても、加工エネルギを領域ＰＨに集中させているので、研磨レートの低下は最小限にすることができる。
【００４６】
図９（ａ）に示したように、回転軸Ｋ１を角度βで傾斜させると、三日月状の領域ＰＲ全体は、角度βの傾斜に応じて、研磨面８ａのウェーハＷの外周端部から逃げる領域９１に向かってシフトする。実効的な作用領域である圧力の高い領域ＰＨも研磨面８ａのウェーハＷの外周端部から逃げる領域９１に向かってシフトする。このため、実効的な作用領域である圧力の高い領域ＰＨは、ウェーハＷの中心を通るＸ軸に関して対称な形状ではなくなり、角度βが大きいほどウェーハＷの中心を通るＸ軸から離れていく。
したがって、研磨工具８の回転軸Ｋ１の傾斜角度βをあまりに大きく設定すると、実効的な作用領域である圧力の高い領域ＰＨがウェーハＷの回転中心を通るＸ軸から完全に離れてしまい、研磨工具８およびウェーハＷを共に回転させてウェーハＷを研磨した際に、ウェーハＷの中心領域の研磨を十分に行えなくなってしまう。
これを防ぐためには、研磨工具８の回転軸Ｋ１の傾斜角度βは、傾斜角度αよりも小さく設定するのが好ましく、さらに、実効的な作用領域である圧力の高い領域ＰＨがウェーハＷの回転中心を通るＸ軸に交わるように傾斜角度βを設定するのが好ましい。
【００４７】
上述したように、ウェーハＷの外周端部の過剰研磨が抑制されつつ研磨工具８による研磨加工が進行方向Ｄに沿って行われ、研磨工具８の外周端部は、図８に示すウェーハＷの加工終了点Ｐ２に到達する。
ウェーハＷの加工終了点Ｐ２まで研磨工具８の外周縁部が移動したら、ウェーハＷの被研磨面の加工を終了させる。研磨加工の終了は、研磨工具８をＺ軸方向に上昇させることによって行う。
このように、ウェーハＷの外周端部と研磨工具８とが略重なる位置で研磨加工を終了することにより、ウェーハＷの外周端部へのダメージの発生はほとんどない。
また、加工終了点Ｐ２から研磨工具８の外周端部が多少突出する位置で加工を終了したとしても、研磨工具８の外径とウェーハＷの直径とは略等しいため、研磨工具８の研磨面８ａのウェーハＷの中心に向かう速度成分が殆どなく、研磨面８ａの乗り上げによるウェーハＷの外周端部のダメージの発生はほとんどない。
【００４８】
以上のように、本実施形態に係る研磨方法によれば、研磨工具８の回転軸Ｋ１を回転する研磨工具８の研磨面８ａに発生するウェーハＷの外周端部への乗り上げ領域９０での弾性変形を軽減する向きに傾斜させることにより、研磨工具８の研磨面８ａの弾性変形が緩和され、その分、ウェーハＷと研磨面８ａとの間の実効的な作用領域である圧力の高い領域ＰＨの加工圧が増加する。
これにより、加工エネルギがウェーハＷと研磨面８ａとの間の実効的な作用領域に集中し、研磨効率が向上する。
また、本実施形態によれば、研磨工具８の研磨面８ａのウェーハＷの外周端部への乗り上げ領域９０の高さが相対的に高くなるため、こららの間に隙間が形成され、研磨面８ａのウェーハＷの被研磨面との間にスラリーが入り込み易くなる。すなわち、回転した研磨面８ａに付着したスラリーが研磨面８ａのウェーハＷの被研磨面との間に運ばれる。
この結果、研磨面８ａとウェーハＷの被研磨面との実効的な作用領域にスラリーが安定的かつ効率的に供給され、研磨レートが向上、安定化する。
【００４９】
さらに、本実施形態では、ウェーハＷの外周端部への乗り上げによる加工エネルギの消費を抑制できることから、研磨工具８の研磨面８ａの一部、すなわち、上記した三日月形状の領域ＰＲの圧力が高い領域ＰＨによってウェーハＷの被研磨面の部分的な研磨を行う際に、狭小化された実効的な作用領域である領域ＰＨに加工エネルギが集中するので、領域ＰＨのウェーハＷ表面に存在する反りやうねりへの追従性が向上する。
すなわち、ウェーハＷの被研磨面には、前工程までに生じた歪等がウェーハＷの形状に影響し、数μｍ〜１０μｍ程度の反りやうねりがある場合があるが、研磨工具８の研磨面８ａがウェーハＷの外周端部を強く押さえ付けると、研磨を行う実効的な作用領域である三日月形状の領域ＰＲの圧力が高い領域ＰＨの反りやうねりへの追従性が低下するが、本実施形態ではこの追従性の低下を防ぐことができ、加工均一性を向上させることができる。
【００５０】
また、本実施形態によれば、研磨工具８の研磨面８ａのウェーハＷの外周端部への乗り上げ領域９０での研磨面８ａの弾性変形が軽減されるため、研磨工具８の研磨面８ａの品質の劣化が少なく、研磨面８ａのコンディショニングの頻度を抑えることができる。
【００５１】
なお、上記したように、回転軸Ｋ１を大きな傾斜角度βで傾斜させることにより、実効的な作用領域である三日月形状の領域ＰＲの圧力が高い領域ＰＨがウェーハＷの中心を通るＸ軸方向の直線から隔たることにより、ウェーハＷの中心部領域の研磨が十分に行えない場合には、たとえば、回転テーブル４１を保持するＸ軸テーブル５２に代えて、Ｘ軸およびＹ軸方向に回転テーブル４１を移動可能に保持するＸーＹテーブル上に回転テーブル４１を保持し、回転テーブル４１をＸ軸およびＹ軸に移動させることによって、実効的な作用領域である三日月形状の領域ＰＲの圧力が高い領域ＰＨがウェーハＷの回転中心上を通過するようにしてもよい。
【００５２】
第２実施形態
次に、本発明の第２の実施形態として、上記の研磨装置１を用いた他の研磨方法について説明する。
図１２は、本発明の第２の実施形態に係る研磨方法を説明するための図であって、（ａ）は研磨装置１における研磨工具８の傾斜状態を示す図であり、（ｂ）はウェーハＷと研磨工具８の相対移動方向の位置関係を示す図である。
本実施形態では、研磨工具８とウェーハＷとを、図１２（ｂ）に示すような位置関係で、相対的に移動させる。すなわち、研磨工具８をＸ軸方向に沿ったウェーハＷの回転中心を通る直線Ｘ１に平行で所定距離ｄ離れた直線Ｘ２に沿って進行方向Ｄの向き移動させる。
さらに、図１２（ａ）に示すように、研磨工具８の回転軸Ｋ１を、研磨工具８のウェーハＷに対する相対的な進行方向Ｄに直交するＹーＺ平面に沿って回転テーブル４１の保持面４１ａに垂直な軸Ｏから角度βで傾斜させる。研磨工具８の回転軸Ｋ１を、回転テーブル４１の保持面４１ａに垂直な軸Ｏに対してＹーＺ平面に沿って角度βで傾斜させる。
また、角度βの傾斜の向きは、図１２（ａ）に示すように、ウェーハＷの中心を通る直線上に位置する研磨工具８の研磨面８ａのウェーハＷに対する高さが相対的に低くなる向きである。
【００５３】
研磨工具８の回転軸Ｋ１の傾斜角度βは、図１２（ａ）に示す研磨工具８の研磨面８ａのＹ軸方向に関する前後端部のＺ軸方向の高低差Ｈβが、たとえば、１５〜３０μｍ程度の値に設定される。すなわち、８インチの長さに対して１５〜３０μｍ程度の傾斜角度である。
【００５４】
研磨工具８の回転軸Ｋ１を角度βで傾斜させると、研磨工具８の研磨面８ａのウェーハＷに対する実効的な作用領域Ｓは、たとえば、図１２（ｂ）に示すように、三日月状になる。
直線Ｘ１とＸ２との距離ｄは、図１２（ｂ）に示す研磨面８ａの実効的な作用領域ＳがウェーハＷの中心を通る直線Ｘ１上に位置するような距離とする。
さらに、研磨工具８の回転方向Ｒ１およびウェーハＷの回転方向Ｒ２は、図１２（ｂ）に示すように、逆向きとする。
【００５５】
図１３は、本実施形態に係る研磨方法の研磨手順を説明するための図である。
ウェーハＷの研磨加工は、たとえば、図１３（ａ）に示す加工開始位置Ｐ１から開始する。
すなわち、ウェーハＷの加工開始位置Ｐ１に、研磨工具８の研磨面８ａの実効的な作用領域Ｓが位置するように、研磨工具８をウェーハＷに押し付ける。
この時、円Ａ内に示す領域が研磨工具８の研磨面８ａがウェーハＷの外周端部に乗り上げる乗り上げ領域となり、円Ｂ内に示す領域が研磨工具８の研磨面８ａがウェーハＷの外周端部から逃げる逃げ領域となる。
この乗り上げ領域では、研磨工具８の回転軸Ｋ１を角度βで傾斜させているため、研磨面８ａの弾性変形は軽減されており、ウェーハＷの外周端部へのダメージは抑制されている。
【００５６】
図１３（ａ）に示す位置から、研磨工具８を相対的な進行方向Ｄに移動させていくと、実効的な作用領域Ｓは、回転するウェーハＷの半径方向に沿って移動する。このため、図１３（ｂ）に示すように、実効的な作用領域Ｓは、ウェーハＷの回転中心を通過するため、ウェーハＷの中心部における研磨不足が発生することがない。
【００５７】
研磨工具８を相対的な進行方向Ｄに移動させていくにしたがって、円Ａ内に示す乗り上げ領域は、直線Ｘ１に近づいていく。このため、乗り上げ領域における研磨面８ａとウェーハＷの被研磨面との距離は接近していき、乗り上げ領域における研磨面８ａの弾性変形が発生してくる。あるいは、軽減されていた弾性変形量が増加してくる。
このため、図１３（ｃ）に示すように、実効的な作用領域Ｓの進行方向Ｄの先端部がウェーハＷの外周端部の加工終了位置Ｐ２に到達するあたりで、研磨を終了する。
これにより、研磨面８ａの乗り上げによるウェーハＷの外周端部の過剰研磨を防ぐことができる。
【００５８】
以上のように、本実施形態によれば、ウェーハＷと研磨工具の配置および相対移動方向を適切に選択するよって、回転軸Ｋ１を一方向のみに傾斜させた場合にも、ウェーハＷの外周端部の過剰研磨を防ぐことができるとともに、ウェーハＷの中心部における研磨不足の発生を回避することができる。
【００５９】
第３実施形態
次に、本発明の第３の実施形態として、上記の研磨装置を用いたさらに他の研磨方法について説明する。
上述した第１の実施形態では、研磨工具８の回転軸Ｋ１を、回転テーブル４１の保持面４１ａに平行な平面に垂直な方向に対して研磨工具８の進行方向に向けて傾斜角度αで傾斜させ、かつ、研磨工具８の回転軸Ｋ１を回転テーブルの保持面４１ａに垂直な方向に対して、研磨面８ａがウェーハＷの被研磨面の外周端部に乗り上げる領域での研磨面８ａの弾性変形を軽減させる向きに傾斜角度βで傾斜させて研磨した。
本実施形態では、上述した第１の実施形態と同様に、異なる２方向に傾斜角度αおよびβで傾斜させて研磨するが、さらに、保持テーブル４１の保持面４１ａに平行な修正工具の修正面に沿ってフェーシング加工されている研磨面８ａをもつ研磨工具８を用いる。
具体的には、図１４（ａ）および図１４（ｂ）に示すように、研磨工具８は、回転軸Ｋ１が保持テーブル４１の保持面４１ａに平行な平面に垂直な軸Ｏに対して、研磨工具の進行方向Ｄに向けて傾斜角度αで傾斜しており、かつ、軸Ｏに対して進行方向Ｄに垂直な平面に沿って傾斜角度βで傾斜している。
さらに、研磨工具８の研磨面８ａは、角度αと角度βから合成された角度γで傾斜している。
【００６０】
上記のような研磨工具８の研磨面８ａの形成方法は、たとえば、図１５（ａ）に示すように、研磨工具８の回転軸Ｋ１が研磨工具８の進行方向Ｄに向けて角度αで傾斜し、さらに、図示しないが、軸Ｏに対して進行方向Ｄに垂直な平面に沿って傾斜角度βで傾斜した状態で回転させる。
また、図１５（ｂ）に示すように、Ｘ軸テーブル５２上に修正工具５６を設置する。修正工具５６は、軸Ｏに対して垂直な、すなわち、傾斜していない回転軸Ｋ１に垂直な修正面５６ａをもっており、この修正面５６ａは、ウェーハＷを保持する保持テーブル４１の保持面４１ａに平行な面である。この修正面５６ａには、たとえば、ダイアモンド砥粒などの研磨砥粒が固着されている。
そして、図１５（ｃ）に示すように、Ｘ軸テーブル５２を研磨工具８に対して研磨面８ａの回転軸Ｋ１が修正工具５６の修正面５６ａを通過するように、相対的に移動させながら、研磨面８ａに修正工具５６の先端部を接触させて研磨面８ａを面取り加工（フェーシング加工）して形成する。
このようなフェーシング加工によって形成された研磨面８ａは、円錐面となり、この円錐面の母線の傾斜角度は、図１４に示すように、角度αおよび角度βを合成した角度γとなり、角度γで傾斜した研磨面８ａが得られる。
【００６１】
上記の角度γで傾斜した研磨工具８の研磨面８ａをウェーハＷに押し付けると、研磨面８ａはウェーハＷの表面に略平行に接する。また、ウェーハＷと研磨面８ａとの実効的な作用領域Ｓの形状は、たとえば、図１６に示すように、研磨工具８の半径方向に伸びる直線状の形状となる。また、この作用領域Ｓの形状は、研磨工具８のウェーハＷに対する加工圧力に応じて変化し、加工圧力が大きくなると直線状の形状から扇状に変化する。
また、作用領域Ｓの位置は、研磨工具８の回転軸Ｋ１が弾性変形を軽減させる方向に傾斜角度βで傾斜しているため、この傾斜角度βに応じてウェーハＷの中心を通るＸ軸方向の直線から研磨工具８の研磨面８ａのウェーハＷの外周端部からの逃げ領域９１側に多少シフトする。
【００６２】
このとき、研磨工具８のウェーハＷの外周端部への乗り上げ領域９０およびウェーハＷの外周端部からの逃げ領域９１では、研磨工具８の研磨面８ａは、曲面に形成されているため、ウェーハＷの表面に対する研磨工具８の研磨面８ａの高さは、作用領域ＳにおけるウェーハＷの表面に対する研磨工具８の研磨面８ａの高さに比べて高くなる。
このため、研磨工具８をウェーハＷに押し付けても、乗り上げ領域９０での研磨工具８の研磨面８ａの弾性変形量は上述した実施形態の場合より、すなわち、研磨面８ａが平面の場合よりも小さくなる。
【００６３】
したがって、研磨工具８の研磨面８ａの弾性変形量が小さい分、研磨工具８の回転軸Ｋ１の弾性変形を軽減させる方向の傾斜角度βを小さくできる。
この結果、作用領域Ｓの位置がウェーハＷの中心を通るＸ軸方向の直線から研磨工具８の研磨面８ａのウェーハＷの外周端部からの逃げ領域９１側へシフトする量を極力抑制できる。このため、ウェーハＷと研磨工具８とのＸ軸方向の相対移動によって、作用領域Ｓは回転するウェーハＷの半径方向に向かって進行し、ウェーハＷの回転中心を通過するため、ウェーハＷの回転中心での研磨不足の発生を防ぐことができる。
【００６４】
また、本実施形態によれば、研磨工具８の研磨面８ａを角度αと角度βとの合成による角度γで傾斜させることで、研磨工具８の研磨面８ａとウェーハＷの被研磨面との実効的な作用領域Ｓがさらに狭小化され、また、研磨工具８の研磨面８ａの形状によって作用領域Ｓの形状を形成しているため、作用領域Ｓの面積の変動が少なく、研磨レートを一層安定化させやすくなり、また、作用領域ＳのウェーハＷ表面に存在する反りやうねりへの追従性がさらに向上し、ウェーハＷの被研磨面内での加工均一性を向上させることができる。
【００６５】
本発明は、上述した種々の実施形態に限定されない。
上述した実施形態では、研磨装置１の回転軸傾斜機構６１によって、研磨工具８の回転軸Ｋ１を異なる２方向にそれぞれ傾斜角度α、βで傾斜させた状態で、ウェーハＷの被研磨面の全面の加工を行う場合について説明した。
上述した実施形態では、研磨工具８の回転軸Ｋ１を研磨工具８の進行方向Ｄに向けて傾斜角度αで傾斜させているため、研磨工具８をウェーハＷに対してある位置まで相対移動させると、研磨面８ａのウェーハＷの外周端部への乗り上げによる弾性変形が生じない、あるいは、非常に小さな値となる。なお、この研磨工具８のウェーハＷに対する位置は、傾斜角度αの大きさや研磨工具８のウェーハＷに対する加工圧力の大きさや、研磨面８ａの傾斜角度に応じて異なる。
【００６６】
このため、研磨面８ａのウェーハＷの外周端部への乗り上げによる弾性変形が生じない、あるいは、非常に小さな値となる位置まで、研磨工具８がウェーハＷに対して相対移動したら、研磨工具８の回転軸Ｋ１を弾性変形を軽減する向きに関して回転テーブル４１の保持面４１ａに垂直な向きに戻す構成としてもよい。
このように、研磨工具８の回転軸Ｋ１を弾性変形を軽減する向きの傾斜を無くすることにより、研磨工具８とウェーハＷとのＸ軸方向の相対移動によって移動する研磨工具８の研磨面８ａとウェーハＷの被研磨面との実効的な作用領域は、ウェーハの回転中心を通るＸ軸方向の直線に沿って移動するため、ウェーハＷの中心部の研磨不足が発生することがない。
【００６７】
なお、研磨工具８とウェーハＷとのＸ軸方向の相対移動の途中に、研磨工具８の回転軸Ｋ１を弾性変形を軽減する向きに関して回転テーブル４１の保持面４１ａに垂直な向きに戻すには、研磨装置１の回転軸傾斜機構６１の各２つの傾斜調整用ブロック６２および６３の相対位置の調整を手動ではなく、たとえば、サーボモータや、シリンダ装置によって行う構成とし、研磨工具８とウェーハＷとのＸ軸方向の相対位置が所定の位置に到達したら、駆動する構成とすることができる。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、研磨工具の研磨面の被研磨対象物の外周端部への乗り上げ領域での弾性変形による、被研磨対象物の外周端部の過剰研磨を抑制することができる。
さらに、研磨工具の研磨面を異なる２方向に傾斜させることで、実効的な作用領域を狭小化でき、かつ、研磨面と被研磨面との間への研磨剤の供給を安定化でき、被研磨面内での加工均一性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る研磨装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の回転軸傾斜手段としての回転軸傾斜機構を説明するための図である。
【図３】回転軸傾斜機構６１の構造を示す断面図である。
【図４】角度調整用ブロック６２の構造を示す図である。
【図５】角度調整用ブロック６３の構造を示す図である。
【図６】本発明の研磨方法を説明するための図であって、研磨工具の回転軸Ｋ１の進行方向の傾斜を示す図である。
【図７】本発明の研磨方法を説明するための図であって、研磨工具の回転軸Ｋ１の乗り上げ領域での研磨面の弾性変形を軽減させる向きの傾斜を示す図である。
【図８】本発明の研磨方法を説明するための図であって、ウェーハＷと研磨工具８の相対的な位置関係を示す図である。
【図９】（ａ）は研磨工具８の研磨面８ａとウェーハＷの被研磨面との間に発生する圧力分布の一例を示す図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線方向の断面図である。
【図１０】研磨工具８の研磨面８ａの状態を示す図であって、（ａ）は乗り上げ領域９０、（ｂ）は逃げる領域９１の状態を示す断面図である。
【図１１】傾斜角度βを図１０に示した場合よりも相対的に大きくした場合の研磨工具８の研磨面８ａの状態を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る研磨方法を説明するための図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る研磨方法の研磨手順を説明するための図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態に係る研磨方法を説明するための図である。
【図１５】研磨工具の研磨面のフェーシング方法を説明するための図である。
【図１６】ウェーハＷと研磨面８ａとの実効的な作用領域Ｓの形状を示す図である。
【図１７】従来の研磨装置の一例を示す斜視図である。
【図１８】従来の研磨方法の一例を説明するための図である。
【図１９】図１８に示す研磨方法におけるウェーハと研磨工具との間に発生する圧力分布の一例を示す図である。
【図２０】研磨工具の研磨面のウェーハに対する押し付けによって発生するウェーハ外周端部での弾性変形を示す断面図である。
【図２１】研磨工具の研磨面の弾性変形によって発生するウェーハＷの外周端部の過剰研磨の状態を示す平面図である。
【符号の説明】
１…研磨装置、３…コラム、８…研磨工具、８ａ…研磨面、１１…Ｚ軸移動機構、２０…スピンドルホルダ、２１…主軸スピンドル、４１…回転テーブル、５１…Ｘ軸移動機構、Ｗ…ウェーハ。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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