(57)【要約】【課題】ウェーハなどの基板の外縁部を含む全体において所望の研磨プロファイルを実現することができる研磨方法を提供する。【解決手段】研磨方法は、研磨ヘッド１の回転速度に対する研磨テーブル３の回転速度の割合が７０％から１３０％の条件下で、研磨ヘッド１および研磨テーブル３を回転させながら、中央圧力室Ｃ１および外側圧力室Ｃ２，Ｃ３に加圧流体が供給された状態で、研磨ヘッド１で基板Ｗを研磨パッド２に押し付けるエッジスロー研磨工程と、研磨ヘッド１の回転速度に対する研磨テーブル３の回転速度の割合が３０％以下の条件下で、研磨ヘッド１および研磨テーブル３を回転させながら、中央圧力室Ｃ１内の圧力が外側圧力室Ｃ２，Ｃ３内の圧力よりも低い状態で、研磨ヘッド１で基板Ｗを研磨パッド２に押し付けるエッジファスト研磨工程を含む。【選択図】図７
2017136665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の中央部を研磨テーブル上の研磨パッドに押し付けるための中央圧力室と、基板の外縁部を前記研磨パッドに押し付けるための外側圧力室と、基板を囲むリテーナリングを有する研磨ヘッドを用いた研磨方法であって、
前記研磨ヘッドの回転速度に対する前記研磨テーブルの回転速度の割合が７０％から１３０％の条件下で、前記研磨ヘッドおよび前記研磨テーブルを回転させながら、前記中央圧力室および前記外側圧力室に加圧流体が供給された状態で、前記研磨ヘッドで基板を前記研磨パッドに押し付けるエッジスロー研磨工程と、
前記研磨ヘッドの回転速度に対する前記研磨テーブルの回転速度の割合が３０％以下の条件下で、前記研磨ヘッドおよび前記研磨テーブルを回転させながら、前記中央圧力室内の圧力が前記外側圧力室内の圧力よりも低い状態で、前記研磨ヘッドで基板を前記研磨パッドに押し付けるエッジファスト研磨工程とを含むことを特徴とする研磨方法。
【請求項２】
前記外側圧力室は、同心状に配置された環状の複数の圧力室から構成されることを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
【請求項３】
前記外側圧力室の外径は、基板の直径と実質的に同じであることを特徴とする請求項１または２に記載の研磨方法。
【請求項４】
前記外側圧力室の幅は２０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の研磨方法。
【請求項５】
前記エッジスロー研磨工程は、基板の中央部の研磨レートよりも低い研磨レートで該基板の外縁部を研磨する工程であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の研磨方法。
【請求項６】
前記エッジファスト研磨工程は、基板の中央部の研磨レートよりも高い研磨レートで該基板の外縁部を研磨する工程であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の研磨方法。
【請求項７】
前記基板の研磨中において、前記エッジスロー研磨工程および前記エッジファスト研磨工程の組み合わせを複数回繰り返すことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の研磨方法。
【請求項８】
前記エッジスロー研磨工程において、前記中央圧力室および前記外側圧力室のうちの少なくとも１つの圧力は、１．２ｐｓｉ以上であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェーハなどの基板を研磨する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な研磨装置においては、研磨パッドを支持する研磨テーブルはウェーハよりも２倍程度の大きさを有する。さらに、ウェーハを保持する研磨ヘッドの中心は、研磨テーブルの中心から偏心しており、これらの中心間の距離は、ウェーハの半径以上である。したがって、ウェーハの研磨中は、ウェーハは研磨テーブルの軸心上に位置しない。この条件下において、研磨ヘッドと研磨テーブルの回転速度と回転方向が同一であると、ウェーハが１回転する間に、ウェーハの表面内の全ての箇所は、研磨パッドに対して相対的に等しい距離を移動する。この事実に基づき、通常、研磨テーブルと研磨ヘッドはほぼ等しい回転速度で回転される。
【０００３】
ウェーハに加える圧力分布を変えることを可能とするために、研磨ヘッドは複数の圧力室を備えている。研磨パッドは弾性材から構成されるため、研磨圧力が加えられると、研磨パッドは圧縮し、変形する。実際の研磨では、研磨レート（除去レートともいう）を決定するいくつかの研磨要素が存在する。研磨要素には、研磨液の分布、研磨パッドのドレッシング具合、研磨圧力分布、研磨圧力などに起因する研磨パッドのリバウンド、研磨による摩擦熱の温度分布などが含まれる。これら研磨要素にはばらつきが存在するために、研磨プロファイルは容易に均一にはならない。そこで、研磨プロファイルの不均一性を補正するための方法として、研磨面圧分布の調整やリテーナリング荷重の調整などがある。
【０００４】
研磨面圧分布の調整は、研磨ヘッドの圧力室内の圧力を増減することによって行われる。リテーナリング荷重の調整は、リテーナリングを研磨パッドに押し付ける圧力を増減することによって行われる。研磨中は、ウェーハはリテーナリングに囲まれ、リテーナリングによって研磨ヘッド内に保持される。研磨パッドは弾性材から構成されるため、ウェーハの周囲の研磨パッドの圧縮量は、リテーナリング荷重によって変わる。ウェーハのエッジ部が研磨パッドに沈み込む量は、研磨パッドの圧縮量によって変わる。したがって、リテーナリング荷重を調整することで、ウェーハのエッジ部の研磨レートを調整することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２３８３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、以下に説明するように、ウェーハの研磨中にウェーハの外縁部が波状に変形し、これがフラットな研磨プロファイルの実現を妨げている。研磨中、ウェーハはリテーナリングに囲まれ、リテーナリングによって研磨ヘッド内に保持される。さらに、ウェーハの研磨中は、研磨テーブルは研磨パッドとともに研磨テーブルの軸心を中心として回転する。このため、ウェーハと研磨パッドとの間に発生する摩擦力の全ては、リテーナリングとウェーハとの接触点に作用する。結果として、ウェーハの外縁部は局所的に変形する。特に研磨ヘッドの圧力室内の圧力が１．２ｐｓｉを超える研磨条件では、ウェーハの外縁部は波状に変形しやすい。このような波状の変形のために、フラットな研磨プロファイルを実現することは困難であった。
【０００７】
そこで、本発明は、ウェーハなどの基板の外縁部を含む全体において所望の研磨プロファイルを実現することができる研磨方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、基板の中央部を研磨テーブル上の研磨パッドに押し付けるための中央圧力室と、基板の外縁部を前記研磨パッドに押し付けるための外側圧力室と、基板を囲むリテーナリングを有する研磨ヘッドを用いた研磨方法であって、前記研磨ヘッドの回転速度に対する前記研磨テーブルの回転速度の割合が７０％から１３０％の条件下で、前記研磨ヘッドおよび前記研磨テーブルを回転させながら、前記中央圧力室および前記外側圧力室に加圧流体が供給された状態で、前記研磨ヘッドで基板を前記研磨パッドに押し付けるエッジスロー研磨工程と、前記研磨ヘッドの回転速度に対する前記研磨テーブルの回転速度の割合が３０％以下の条件下で、前記研磨ヘッドおよび前記研磨テーブルを回転させながら、前記中央圧力室内の圧力が前記外側圧力室内の圧力よりも低い状態で、前記研磨ヘッドで基板を前記研磨パッドに押し付けるエッジファスト研磨工程とを含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明の好ましい態様は、前記外側圧力室は、同心状に配置された環状の複数の圧力室から構成されることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記外側圧力室の外径は、基板の直径と実質的に同じであることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記外側圧力室の幅は２０ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の好ましい態様は、前記エッジスロー研磨工程は、基板の中央部の研磨レートよりも低い研磨レートで該基板の外縁部を研磨する工程であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記エッジファスト研磨工程は、基板の中央部の研磨レートよりも高い研磨レートで該基板の外縁部を研磨する工程であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記基板の研磨中において、前記エッジスロー研磨工程および前記エッジファスト研磨工程の組み合わせを複数回繰り返すことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記エッジスロー研磨工程において、前記中央圧力室および前記外側圧力室のうちの少なくとも１つの圧力は、１．２ｐｓｉ以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、基板の外縁部が波状に変形しないエッジスロー研磨工程およびエッジファスト研磨工程が行われる。これら２つの研磨工程のうちのいずれか一方によって得られた研磨プロファイルは、その後に行われる他方の研磨工程によって補正される。２つの研磨工程で得られた研磨プロファイルが組み合わされて、目標の研磨プロファイルが達成される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】研磨装置を示す模式図である。
【図２】研磨装置の詳細な構成を示す図である。
【図３】研磨ヘッドの断面図である。
【図４】メンブレンからウェーハの全体に均一な圧力を加えたときに起こるウェーハの変形を説明する図である。
【図５】第一の研磨を説明する模式図である。
【図６】第二の研磨を説明する模式図である。
【図７】第一の研磨と第二の研磨で得られた研磨プロファイルの組み合わせからなる最終的な研磨プロファイルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００１４】
図１は、研磨装置を示す模式図である。図１に示すように、研磨装置は、基板の一例であるウェーハＷを保持し回転させる研磨ヘッド（基板保持装置）１と、研磨パッド２を支持する研磨テーブル３と、研磨パッド２に研磨液（スラリー）を供給する研磨液供給ノズル５とを備えている。研磨パッド２の上面は、ウェーハＷを研磨するための研磨面２ａを構成する。
【００１５】
研磨ヘッド１は、その下面に真空吸引によりウェーハＷを保持できるように構成されている。研磨ヘッド１および研磨テーブル３は、矢印で示すように同じ方向に回転し、この状態で研磨ヘッド１は、ウェーハＷを研磨パッド２の研磨面２ａに押し付ける。研磨液供給ノズル５からは研磨液が研磨パッド２の研磨面２ａ上に供給され、ウェーハＷは、研磨液の存在下で研磨パッド２の研磨面２ａとの摺接により研磨される。
【００１６】
図２は、研磨装置の詳細な構成を示す図である。研磨テーブル３は、テーブル軸３ａを介してその下方に配置されるテーブルモータ１３に連結されており、そのテーブル軸３ａを中心に回転可能になっている。研磨テーブル３の上面には研磨パッド２が貼付されている。テーブルモータ１３により研磨テーブル３を回転させることにより、研磨面２ａは研磨ヘッド１に対して相対的に移動する。テーブルモータ１３は、研磨面２ａを水平方向に移動させる研磨面移動機構を構成する。
【００１７】
研磨ヘッド１は、ヘッドシャフト１１に接続されており、このヘッドシャフト１１は、上下動機構２７によりヘッドアーム１６に対して上下動するようになっている。このヘッドシャフト１１の上下動により、研磨ヘッド１の全体をヘッドアーム１６に対して昇降させ、位置決めするようになっている。ヘッドシャフト１１の上端にはロータリージョイント２５が取り付けられている。
【００１８】
ヘッドシャフト１１および研磨ヘッド１を上下動させる上下動機構２７は、軸受２６を介してヘッドシャフト１１を回転可能に支持するブリッジ２８と、ブリッジ２８に取り付けられたボールねじ３２と、支柱３０により支持された支持台２９と、支持台２９上に設けられたサーボモータ３８とを備えている。サーボモータ３８を支持する支持台２９は、支柱３０を介してヘッドアーム１６に固定されている。
【００１９】
ボールねじ３２は、サーボモータ３８に連結されたねじ軸３２ａと、このねじ軸３２ａが螺合するナット３２ｂとを備えている。ヘッドシャフト１１は、ブリッジ２８と一体となって上下動するようになっている。したがって、サーボモータ３８を駆動すると、ボールねじ３２を介してブリッジ２８が上下動し、これによりヘッドシャフト１１および研磨ヘッド１が上下動する。
【００２０】
また、ヘッドシャフト１１はキー（図示せず）を介して回転筒１２に連結されている。この回転筒１２はその外周部にタイミングプーリ１４を備えている。ヘッドアーム１６にはヘッドモータ１８が固定されており、上記タイミングプーリ１４は、タイミングベルト１９を介してヘッドモータ１８に設けられたタイミングプーリ２０に接続されている。したがって、ヘッドモータ１８を回転駆動することによってタイミングプーリ２０、タイミングベルト１９、およびタイミングプーリ１４を介して回転筒１２およびヘッドシャフト１１が一体に回転し、研磨ヘッド１がその軸心を中心として回転する。ヘッドモータ１８、タイミングプーリ２０、タイミングベルト１９、およびタイミングプーリ１４は、研磨ヘッド１をその軸心を中心として回転させる研磨ヘッド回転機構を構成する。ヘッドアーム１６は、フレーム（図示せず）に回転可能に支持されたヘッドアームシャフト２１によって支持されている。
【００２１】
研磨ヘッド１は、その下面にウェーハＷを保持できるように構成されている。ヘッドアーム１６はヘッドアームシャフト２１を中心として旋回可能に構成されており、下面にウェーハＷを保持した研磨ヘッド１は、ヘッドアーム１６の旋回によりウェーハＷの受取位置から研磨テーブル３の上方位置に移動される。研磨ヘッド１および研磨テーブル３をそれぞれ回転させ、研磨テーブル３の上方に設けられた研磨液供給ノズル５から研磨パッド２の研磨面２ａ上に研磨液を供給する。研磨ヘッド１を下降させ、そしてウェーハＷを研磨パッド２の研磨面２ａに押圧する。このように、研磨液の存在下でウェーハＷを研磨パッド２の研磨面２ａに摺接させてウェーハＷの表面を研磨する。
【００２２】
テーブルモータ１３、ヘッドモータ１８、サーボモータ３８は、研磨制御部４０に接続されており、これらの動作は研磨制御部４０によって制御される。
【００２３】
次に、研磨ヘッド１について説明する。図３は、研磨ヘッド１の断面図である。研磨ヘッド１は、トップリングとも呼ばれる。研磨ヘッド１は、ウェーハＷの複数の領域にそれぞれ異なる研磨圧力を加えることができるように構成されている。研磨ヘッド１は、ヘッドシャフト１１に連結されたヘッド本体４１と、ヘッド本体４１の下方に配置されたリテーナリング４２とを備えている。
【００２４】
ヘッド本体４１には、ウェーハＷを研磨パッド２の研磨面２ａに押し付けるための柔軟なメンブレン４４が固定されている。メンブレン４４は、ウェーハ２の上面（研磨すべき表面と反対側の面）に接触する円形の接触部４４ａと、接触部４４ａの縁部から上方に延びる環状の外壁４４ｂと、外壁４４ｂの内側に配置された環状の隔壁４４ｃ，４４ｄを有している。接触部４４ａの下面は、ウェーハＷに接触する接触面４４ｅを構成しており、リテーナリング４２はこの接触面４４ｅを囲んでいる。
【００２５】
ヘッド本体４１とメンブレン４４との間には、３つの圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が設けられている。圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３はヘッド本体４１とメンブレン４４とによって形成されている。圧力室Ｃ１と圧力室Ｃ２は隔壁４４ｄによって仕切られており、圧力室Ｃ２と圧力室Ｃ３は隔壁４４ｃによって仕切られている。中央の圧力室Ｃ１は円形であり、他の圧力室Ｃ２，Ｃ３は環状である。圧力室Ｃ１は、ウェーハＷの中央部を研磨パッド２の研磨面２ａに押し付けるための中央圧力室を構成し、圧力室Ｃ２，Ｃ３は、ウェーハＷの外縁部を研磨パッド２の研磨面２ａに押し付けるための外側圧力室を構成する。
【００２６】
圧力室Ｃ２は圧力室Ｃ１の外側に配置され、圧力室Ｃ３は圧力室Ｃ２の外側に配置されている。圧力室Ｃ２，Ｃ３はリテーナリング４２に囲まれている。圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３は、同心円状に配列されている。本実施形態では、研磨ヘッド１は３つの圧力室Ｃ１〜Ｃ３を備えているが、研磨ヘッド１は３つよりも少ない圧力室、または３つよりも多い圧力室を備えてもよい。
【００２７】
圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３は、それぞれ気体移送ラインＦ１，Ｆ２，Ｆ３を介して圧力調整システム５０に連結されている。気体移送ラインＦ１，Ｆ２，Ｆ３は、圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３からロータリージョイント２５を通って圧力調整システム５０まで延びている。圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３内の圧力は、圧力調整システム５０によって調整される。より具体的には、圧力調整システム５０は、加圧流体（例えば加圧空気）を圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を供給することによってこれら圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３内の圧力を上昇させ、かつ圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３から加圧流体を排気することで圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３内の圧力を下げることができる。さらに、圧力調整システム５０は、圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を大気開放することが可能であり、さらに圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３内に真空を形成することも可能である。
【００２８】
圧力調整システム５０は、圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３内の圧力を別々に変えることが可能に構成される。圧力調整システム５０は、研磨制御部４０に接続されており、圧力調整システム５０の動作は研磨制御部４０によって制御される。すなわち、研磨制御部４０は、圧力調整システム５０を介して圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３内の圧力を独立に制御することが可能である。したがって、研磨ヘッド１は、ウェーハＷの対応する３つの領域、すなわち、中央部、内側外縁部、および外側外縁部に同じ圧力または異なる圧力を加えることができる。
【００２９】
ウェーハＷのエッジ部はリテーナリング４２に囲まれており、研磨中にウェーハＷが研磨ヘッド１から飛び出さないようになっている。圧力室Ｃ２を形成するメンブレン４４の接触部４４ａには開口（図示せず）が形成されており、圧力室Ｃ２に真空を形成することによりウェーハＷが研磨ヘッド１に吸着保持されるようになっている。また、この圧力室Ｃ２に窒素ガスやクリーンエアなどを供給することにより、ウェーハＷが研磨ヘッド１からリリースされるようになっている。
【００３０】
ヘッド本体４１とリテーナリング４２との間には、環状のローリングダイヤフラム５２が配置されおり、このローリングダイヤフラム５２によって圧力室Ｃ４が形成されている。圧力室Ｃ４は、気体移送ラインＦ４を介して上記圧力調整システム５０に連結されている。気体移送ラインＦ４は、圧力室Ｃ４からロータリージョイント２５を通って圧力調整システム５０まで延びている。圧力室Ｃ４内の圧力は、圧力調整システム５０によって調整される。研磨制御部４０は、圧力調整システム５０を介して圧力室Ｃ４内の圧力を制御することができる。
【００３１】
ウェーハＷの研磨中、リテーナリング４２は、ウェーハＷの周囲で研磨パッド２の研磨面２ａに接触し、研磨パッド２の研磨面２ａを押し付ける。リテーナリング４２から研磨パッド２に加えられる圧力は、圧力室Ｃ４内の圧力によって調整される。
【００３２】
ウェーハＷは次のようにして研磨される。研磨テーブル３および研磨ヘッド１を同じ方向に回転させながら、研磨液供給ノズル５から研磨液が研磨テーブル３上の研磨パッド２の研磨面２ａに供給される。ウェーハＷは研磨ヘッド１によって回転されながら、研磨パッド２上に研磨液が存在した状態で研磨パッド２の研磨面２ａに押し付けられる。研磨ヘッド１と研磨パッド２は相対移動しながら、ウェーハＷの表面は、研磨液に含まれる砥粒による機械的作用と、研磨液の化学的作用により研磨される。
【００３３】
外側圧力室を構成する２つの環状の圧力室Ｃ２，Ｃ３は隣り合っている。外側圧力室の外径、すなわち最も外側の圧力室Ｃ３の外径は、ウェーハＷの直径と実質的に同じである。本実施形態では、外側圧力室の幅、すなわち圧力室Ｃ２，Ｃ３の幅の合計は、２０ｍｍ以下である。なお、より多くの圧力室から外側圧力室が構成されれば、より細かい研磨圧力の調整が可能である。したがって、幅の合計が２０ｍｍ以内であれば、外側圧力室は３つ以上の圧力室から構成されてもよい。外側圧力室は１つの環状の圧力室から構成されてもよいが、本実施形態のように複数の環状の圧力室から構成されることが好ましい。中央圧力室Ｃ１は、複数の同心状の圧力室から構成されてもよい。
【００３４】
リテーナリング４２は、ウェーハＷが研磨ヘッド１から飛び出すことを防止することのみならず、弾性材からなる研磨パッド２の表面形状を変える役割を持つ。ウェーハＷの研磨中、ウェーハＷと研磨パッド２との間には摩擦力が発生する。この摩擦力によってウェーハＷは、リテーナリング４２の内周面に押し付けられる。結果として、ウェーハＷの外縁部は変形する。
【００３５】
ウェーハの外縁部に起こる変形には３つのタイプがある。第１のタイプは、ウェーハのエッジ部が研磨パッド２から離れる方向への変形である。この場合は、ウェーハのエッジ部の研磨レートは低下する（エッジスロー研磨）。第２のタイプは、ウェーハのエッジ部が研磨パッド２に向かう変形である。この場合は、ウェーハのエッジ部の研磨レートは上昇する（エッジファスト研磨）。第３のタイプは、エッジ部を含むウェーハの全体で均一な研磨レートが得られるような圧力をウェーハに加えた場合に発生する波状の変形である。この場合、ウェーハはフラットになろうとする一方で、フラットに近づいたウェーハは、リテーナリング４２との接触点において波状に変形し、ウェーハの外縁部には波形状に応じた面圧分布が生じる。
【００３６】
図４は、メンブレン４４からウェーハＷの全体に均一な圧力を加えたときに起こるウェーハＷの変形を説明する図である。図４では、ウェーハＷと研磨パッド２の変形は誇張されている。ウェーハＷの研磨中、ウェーハＷに作用する摩擦力はリテーナリング４２の一点で受け止められる。リテーナリング４２はこの摩擦力によって傾き、ウェーハＷの外縁部は局所的に変形する。この結果、ウェーハＷの全体に均一な圧力が加えられていても、ウェーハＷが上向きに変形する部分では研磨レートが下がり、ウェーハＷが下向きに変形する部分では研磨レートが上がる。
【００３７】
そこで、本実施形態の第一の研磨では、図５に示すように、ウェーハＷの外縁部の研磨レートがウェーハＷの中央部の研磨レートよりも低くなるように、研磨制御部４０は圧力調整システム５０を操作して全ての圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３内の圧力を調整する。第一の研磨では、圧力調整システム５０を通じて全ての圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３内に加圧流体（例えば、加圧空気）が供給される。
【００３８】
この第一の研磨は、ウェーハＷの外縁部を中央部よりも低い研磨レートで研磨するエッジスロー研磨工程である。図５に示すように、エッジスロー研磨工程では、ウェーハＷの外縁部の研磨レートは、ウェーハＷの外側に向かってなだらかに低くなる。圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３内の圧力は、達成すべき研磨レートによって決定される。通常は、エッジスロー研磨工程での圧力室Ｃ２，Ｃ３内の圧力は、圧力室Ｃ１内の圧力よりも低いが、メンブレン４４の外壁４４ｂおよび隔壁４４ｃ，４４ｄ（図３参照）の伸び（膨らみ）の損失等に起因して、圧力室Ｃ２，Ｃ３内の圧力は、圧力室Ｃ１内の圧力よりも高い場合もある。圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３のうちの少なくとも１つの圧力室内の圧力は、１．２ｐｓｉ以上である。図５に示すように、圧力室Ｃ２内の圧力を、圧力室Ｃ３内の圧力よりも高くしてもよし、または圧力室Ｃ２内の圧力は、圧力室Ｃ３内の圧力と同じであってもよい。
【００３９】
エッジスロー研磨工程では、研磨テーブル３と研磨ヘッド１の回転速度はほぼ同一である。通常、研磨テーブル３と研磨ヘッド１との間の回転速度差は、約１ｍｉｎ−１（約１ｒｐｍ）である。この回転速度差は、研磨パッド２の表面に加工された溝のパターンによって生じる研磨の不均一性を防止するために必要とされる。一実施形態では、研磨ヘッド１の回転速度に対する研磨テーブル３の回転速度の割合は、７０％から１３０％の範囲である。この条件下で、スラリーを研磨パッド２上に供給しながらウェーハＷを研磨し、必要であれば研磨パッド２のコンディショニング（またはドレッシング）も同時に行う。
【００４０】
エッジスロー研磨工程である第一の研磨の終点は、電気式または光学式の終点検知システムを用いて決定してもよい。また、ウェーハＷの研磨中、電気式または光学式の終点検知システムを用いて、ウェーハＷの膜厚を測定しながら、第一の研磨によって所望する研磨プロファイルになるように圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３内の圧力を調整してもよい。
【００４１】
第一の研磨の後に、第二の研磨が行われる。この第二の研磨では、図６に示すように、所望する最終的な研磨プロファイルを達成するために、第一の研磨で十分に研磨されなかったウェーハＷの外縁部が研磨される。この第二の研磨は、第一の研磨によって得られた研磨プロファイルを補正する補正研磨工程である。本実施形態では、第二の研磨は、ウェーハＷの外縁部を中央部よりも高い研磨レートで研磨するエッジファスト研磨工程である。このエッジファスト研磨工程では、ウェーハＷと研磨パッド２との間に発生する摩擦力を低減するため、研磨テーブル３の回転速度は、研磨ヘッド１の回転速度よりも低い回転速度とされる。さらに、ウェーハＷの中央部に対応する圧力室Ｃ１内の圧力は、大気圧かそれに近い圧力とする。
【００４２】
エッジファスト研磨工程では、研磨ヘッド１の回転速度に対する研磨テーブル３の回転速度の割合は、０％よりも大きく、かつ３０％以下である。２つの圧力室Ｃ２，Ｃ３内の圧力は、エッジスロー研磨工程での設定圧力に近い圧力である。さらに、圧力室Ｃ２，Ｃ３は、エッジスロー研磨工程での研磨レートの不足を補う研磨レートを達成できる圧力に設定される。図６に示すように、圧力室Ｃ２内の圧力を、圧力室Ｃ３内の圧力よりも低くしてもよし、または圧力室Ｃ２内の圧力は、圧力室Ｃ３内の圧力と同じであってもよい。
【００４３】
エッジファスト研磨工程ではウェーハ押圧面積が減るので、研磨の仕事量（規模）が実質的に小さくなる。したがって、スラリーの消費量、発生する摩擦熱、研磨パッド２の必要なドレッシング量などが低減される。そのため、エッジファスト研磨工程ではウェーハＷの外縁部に対する研磨圧力を更に増加させることも可能である。
【００４４】
エッジファスト研磨工程での研磨テーブル３の回転速度は、エッジスロー研磨工程での研磨テーブル３の回転速度よりも低いが、０にすることはできない。これは、研磨テーブル３の回転速度が０であると、ウェーハＷの被研磨面にスラリーを供給することができないこと、研磨パッド２の同じ位置でウェーハＷを研磨し続けると研磨パッド２のスラリー保持能力が低下すること、研磨屑などが研磨パッド２の表面に堆積して、研磨効率を著しく低下させることなどが理由である。したがって、エッジファスト研磨工程では、ウェーハＷの変形の影響が無視できる範囲内で研磨テーブル３を回転させる必要がある。
【００４５】
第二の研磨（本実施形態ではエッジファスト研磨工程）の主な目的は、第一の研磨（本実施形態ではエッジスロー研磨工程）で得られた研磨プロファイルを補正して目標の研磨プロファイルを達成することである。第二の研磨での研磨時間を短縮するために、補正に必要な研磨レートが達成できる範囲内で研磨テーブル３の回転速度はできる限り増やすことが好ましい。
【００４６】
隣り合う圧力室の圧力差が大きくなると、２つの圧力室を隔てる隔壁が大きく変形し、研磨プロファイルに悪影響を与えることがある。そこで、圧力差が大きくなり過ぎないようにするために、圧力室の数を増やして中央に向かって圧力室内の圧力を徐々に下げるようにしてもよい。
【００４７】
図７に示すように、第一の研磨と第二の研磨を実行することによって、従来の一段研磨、特にウェーハＷの外縁部が変形するような研磨プロセスでは得られなかった研磨プロファイル（図７ではフラットプロファイル）を得ることができる。
【００４８】
上述した実施形態によれば、ウェーハＷに波状の変形が生じない第一の研磨、すなわちエッジスロー研磨工程を行い、その後、このエッジスロー研磨工程によって得られた研磨プロファイルを補正する第二の研磨、すなわちエッジファスト研磨工程を行う。エッジスロー研磨工程は、メンブレン４４の外縁部での研磨圧力を低下させ、通常通り研磨テーブル３と研磨ヘッド１をほぼ同一の回転速度で回転させながら、ウェーハＷを研磨する工程である。エッジファスト研磨工程は、ウェーハＷの外縁部のみに研磨圧力を加えながら、基本的には研磨テーブル３の回転速度を研磨ヘッド１の回転速度よりも相対的に十分低くした状態で行われる。
【００４９】
エッジファスト研磨工程では、ウェーハＷの外縁部のみが押圧され、エッジスロー研磨工程よりも低い回転速度で研磨テーブル３が回転されるので、ウェーハＷに生じる摩擦力は小さくなる。このため、ウェーハＷの外縁部が変形しにくい。
【００５０】
エッジファスト研磨工程における研磨テーブル３の回転速度を、研磨テーブル３を一定の速度で回転させるために必要なトルク（すなわち、図２に示すテーブルモータ１３のトルク）の絶対値に基づいて決定することで、エッジファスト研磨工程の研磨条件を効率的に決定することができる。これは、ウェーハＷの外縁部に波状の変形を起こす力は研磨テーブル３上の研磨パッド２とウェーハＷとの間に生じる摩擦力であり、テーブルモータ１３のトルクはこの摩擦力に比例するからである。ウェーハＷの外縁部が波状に変形しない範囲でウェーハＷを研磨するために、テーブルモータ１３のトルクにしきい値を設定してもよい。
【００５１】
第二の研磨での研磨テーブル３の回転速度を決定するために、第一の研磨と第二の研磨におけるテーブルモータ１３のトルクの比率を予め決めてもよい。第二の研磨での研磨テーブル３の回転速度は、第一の研磨での研磨テーブル３の回転速度と、上記比率から決定することができる。例えば、第一の研磨がエッジスロー研磨工程であって、第二の研磨がエッジファスト研磨工程である実施形態では、第一の研磨でのテーブルモータ１３のトルクに対する、第二の研磨でのテーブルモータ１３のトルクの比率は、３０％に設定される。
【００５２】
第一の研磨および第二の研磨の組み合わせを１セットとし、１枚のウェーハの研磨中に数セットを実行してもよい。これは、第二の研磨時の研磨テーブル３の回転速度をより低くした場合において、スラリーの供給や研磨パッド２のドレッシングを助長するために有効である。
【００５３】
上述した実施形態では、エッジスロー研磨工程が第一の研磨として行われ、その後、エッジファスト研磨工程が第二の研磨として行われるが、本発明はこの実施形態に限定されない。一実施形態では、エッジファスト研磨工程を第一の研磨として実行し、その後、エッジスロー研磨工程を第二の研磨として実行してもよい。この場合でも、同じ効果が得られる。
【００５４】
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。
【符号の説明】
【００５５】
１    研磨ヘッド
２    研磨パッド
３    研磨テーブル
５    研磨液供給ノズル
１１    ヘッドシャフト
１２    回転筒
１３    テーブルモータ
１４    タイミングプーリ
１６    ヘッドアーム
１８    ヘッドモータ
１９    タイミングベルト
２０    タイミングプーリ
２１    ヘッドアームシャフト
２５    ロータリージョイント
２６    軸受
２７    上下動機構
２８    ブリッジ
２９    支持台
３０    支柱
３２    ボールねじ
３８    サーボモータ
４０    研磨制御部
４１    ヘッド本体
４２    リテーナリング
４４    メンブレン
５０    圧力調整システム
５２    ローリングダイヤフラム
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４    圧力室
【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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