特許 7562994 ウェーハ外周部の研磨装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-30

(45)【発行日】2024-10-08

(54)【発明の名称】ウェーハ外周部の研磨装置

(51)【国際特許分類】

   B24B 37/24 20120101AFI20241001BHJP

   B24B 37/02 20120101ALI20241001BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20241001BHJP

【ＦＩ】

B24B37/24 Z

B24B37/02

H01L21/304 621E

H01L21/304 622F

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020099438

(22)【出願日】2020-06-08

(65)【公開番号】P2021192932

(43)【公開日】2021-12-23

【審査請求日】2022-06-17

(73)【特許権者】

【識別番号】302006854

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＭＣＯ

(74)【代理人】

【識別番号】110000637

【氏名又は名称】弁理士法人樹之下知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】里村 健治

【審査官】山内 康明

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１５３９３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第０１／０６２４３６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特許第６５６５７８０（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開２０１５－２０７６５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２４Ｂ ３７／２４

Ｂ２４Ｂ ３７／０２

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

円盤状のウェーハを水平に保持する円盤状のステージと、
前記ステージをその中心軸を回転軸として回転させる回転駆動部と、
内周面の上部および下部にそれぞれ研磨パッドが装着された１つ以上の研磨ヘッドと、
前記ウェーハの外周部に前記研磨パッドを当接させ、前記ウェーハの前記外周部に所定の研磨圧力を付与しながら、前記ウェーハの中心軸に対して傾斜した方向に、又は鉛直方向に、前記研磨ヘッドを摺動させる研磨ヘッド駆動機構と、を備え、
前記内周面の下部に装着された前記研磨パッドの圧縮率は、前記内周面の上部に装着された前記研磨パッドの圧縮率よりも大きく、
前記内周面の上部に装着された前記研磨パッドの前記鉛直方向の長さ又は前記研磨ヘッドの内周面の斜面に沿った長さは、前記内周面の下部に装着された前記研磨パッドの前記鉛直方向の長さ又は前記研磨ヘッドの内周面の斜面に沿った長さより長く、
前記研磨ヘッド駆動機構は、１回目の研磨工程において、前記内周面の上部に装着された研磨パッド内で前記研磨ヘッドを摺動させた後、２回目の前記研磨工程において、前記内周面の下部に装着された研磨パッド内で前記研磨ヘッドを摺動させる
ことを特徴とするウェーハ外周部の研磨装置。

【請求項2】

前記内周面の下部に装着される前記研磨パッドの硬度は、前記内周面の上部に装着される前記研磨パッドの硬度よりも低い
ことを特徴とする請求項１に記載のウェーハ外周部の研磨装置。

【請求項3】

前記研磨ヘッドの前記内周面は、前記ウェーハの前記外周部に接近、離隔可能であって、前記外周部の周方向に沿った弧状を呈している
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のウェーハ外周部の研磨装置。

【請求項4】

前記研磨ヘッドは、前記ウェーハの前記外周部を構成する下斜面を研磨する第１の研磨ヘッドと、前記ウェーハの前記外周部を構成する上斜面を研磨する第２の研磨ヘッドと、前記ウェーハを挟んで対向して設けられ、前記ウェーハの前記外周部を構成する端面を研磨する第３及び第４の研磨ヘッドとを備え、
前記研磨ヘッド駆動機構は、前記ウェーハの前記外周部に前記第１乃至第４の研磨ヘッドを当接させ、前記ウェーハの前記外周部に所定の研磨圧力を付与しながら、前記第１の研磨ヘッドは前記下斜面に沿う方向に、前記第２の研磨ヘッドは前記上斜面に沿う方向に、第３及び第４の研磨ヘッドは前記ウェーハの鉛直方向に、同時に摺動させる
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のウェーハ外周部の研磨装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転している円盤状のウェーハの外周部に研磨パッドを接触させて研磨するウェーハ外周部の研磨装置に関する。

【背景技術】

【0002】

通常、半導体ウェーハなどの円盤状のウェーハは、その上面及び下面が鏡面研磨されるとともに、その外周部が鏡面研磨される。ウェーハの外周部とは、図４に示すように、円盤状のウェーハ３１の外縁部に台形状又は円弧状に形成されるものである。ウェーハ３１の外周部４１は、面取り部又はエッジ部ともいう。

【0003】

図４に示すウェーハ３１の外周部４１は、台形状を呈し、上斜面５１と、下斜面５２と、端面５３とから構成されている。上斜面５１は、ウェーハ３１の外縁部において、ウェーハ３１の上面３１Ａに対して下面３１Ｂ側に傾斜して形成されている。

【0004】

下斜面５２は、ウェーハ３１の外縁部において、ウェーハ３１の下面３１Ｂに対して上面３１Ａ側に傾斜して形成されている。端面５３は、上斜面５１と下斜面５２との間に、ウェーハ３１の中心軸に対して平行な方向に形成されている。外周部４１の研磨とは、前記上斜面５１、前記下斜面５２及び前記端面５３を研磨することをいう。

【0005】

従来のウェーハ外周部の研磨装置には、ウェーハを把持するウェーハ把持手段と、把持されたウェーハを回転させるウェーハ回転手段と、研磨パッドが装着された研磨面を有する研磨ヘッドと、研磨パッドの内部に研磨液（スラリー）を含浸させるスラリー含浸手段とを有するものがある。このウェーハ外周部の研磨装置では、研磨ヘッドに装着され、内部にスラリーを含浸させた研磨パッドとウェーハ外周部とが相対的に接触するように配設されている（例えば、特許文献１参照）。

【0006】

また、従来のウェーハ外周部の研磨装置には、ウェーハをチャックしてウェーハの中心軸を回転軸として回転させるチャック手段と、ウェーハの上斜面を研磨する一対の上斜面研磨部材と、ウェーハの下斜面を研磨する下斜面研磨部材と、ウェーハの端面を研磨する端面研磨部材とを備えたものがある。一対の上斜面研磨部材はチャック手段を挟んで対向位置に配置され、下斜面研磨部材は一対の上斜面研磨部材の間であって、チャック手段に向かうように配置され、端面研磨部材は一対の上斜面研磨部材の間であって、チャック手段に向かうように配置されている。また、このウェーハ外周部の研磨装置は、ウェーハの上斜面、下斜面及び端面に向かう研磨圧をそれぞれの研磨部材に付与する荷重手段を備える（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１５－２０７６５８号公報

【文献】特開２００３－２５７９０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ウェーハの外周部を研磨パッドを用いて研磨することにより、ウェーハの外周部は所定の表面粗さＲａに調整される。ウェーハの外周部の表面粗さＲａは、使用する研磨パッドの硬度や圧縮率に応じて異なる。ウェーハの外周部の表面粗さＲａは、例えば、低い硬度を有する研磨パッドを使用すれば小さくなり、大きい圧縮率を有する研磨パッドを使用すれば小さくなる。

【0009】

ウェーハの上面及び下面を研磨する際、一般に、粗研磨用の研磨装置では高い硬度を有する（硬質の）研磨パッドが使用され、仕上げ研磨用の研磨装置では低い硬度を有する（軟質の）研磨パッドが使用される。

【0010】

ウェーハの外周部を研磨する際、例えば、軟質の研磨パッドを使用した場合、この研磨パッドが研磨対象であるウェーハの外周部だけでなく、ウェーハの表面側（上面側、下面側）にまで回り込んで研磨するオーバーポリッシュという現象が発生する場合がある。オーバーポリッシュが発生した場合、ウェーハの外周部の厚みが薄くなるエッジロールオフという不具合を生じるため、ウェーハの上面及び下面の平坦度が悪化する。また、軟質の研磨パッドを使用した場合、研磨速度が遅いため生産性が劣るが、表面粗さＲａを小さくすることができる。

【0011】

一方、ウェーハの外周部を研磨する際、硬質の研磨パッドを使用した場合、研磨速度が速いため、生産性に優れているとともに、研磨パッドがウェーハの表面側へ回り込むことが抑制され、前記オーバーポリッシュの発生を低減することができる。しかし、硬質の研磨パッドを使用した場合、ウェーハの外周部表面は、軟質の研磨パッドを使用した場合と比較して表面粗さＲａが大きい。

【0012】

この点、粗研磨及び仕上げ研磨を１台の研磨装置を用いて行う場合、硬質の研磨パッドを使用して粗研磨した後、研磨ヘッドから硬質の研磨パッドを取り外し、研磨ヘッドに軟質の研磨パッドを装着して仕上げ研磨をすることが考えられる。しかし、研磨パッドを交換するための作業が必要となり、生産性の低下を招く。

【0013】

また、粗研磨専用の研磨装置と仕上げ研磨専用の研磨装置をそれぞれ設置することが考えられる。しかし、その場合、両装置間でウェーハを受け渡すためのウェーハ搬送機構が必要となるため、製造コストがかかるとともに、作業効率（サイクルタイム）が低下し、生産性が低下する。

【0014】

本発明は、前記様々な問題を解決することを課題の一例とするものであり、これらの課題を解決できるウェーハ外周部の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】

【0015】

本発明に係るウェーハ外周部の研磨装置は、円盤状のウェーハを水平に保持する円盤状のステージと、前記ステージをその中心軸を回転軸として回転させる回転駆動部と、内周面に研磨パッドが装着された１つ以上の研磨ヘッドと、前記ウェーハの外周部に前記研磨パッドを当接させ、前記ウェーハの前記外周部に所定の研磨圧力を付与しながら、前記ウェーハの中心軸に対して傾斜した方向に、又は鉛直方向に、前記研磨ヘッドを摺動させる研磨ヘッド駆動機構と、を備え、前記研磨ヘッドの前記内周面には、物性値が異なる２種類以上の前記研磨パッドが前記研磨ヘッドの鉛直方向に装着されていることを特徴とする。

【0016】

本発明に係るウェーハ外周部の研磨装置において、前記研磨ヘッド駆動機構は、１回の研磨工程において前記物性値が同一の前記研磨パッド内で前記研磨ヘッドを摺動させることを特徴とする。

【0017】

本発明に係るウェーハ外周部の研磨装置において、前記研磨ヘッドの前記内周面は、前記ウェーハの前記外周部に接近、離隔可能であって、前記外周部の周方向に沿った弧状を呈していることを特徴とする。

【0018】

本発明に係るウェーハ外周部の研磨装置において、前記研磨ヘッドは、前記ウェーハの前記外周部を構成する下斜面を研磨する第１の研磨ヘッドと、前記ウェーハの前記外周部を構成する上斜面を研磨する第２の研磨ヘッドと、前記ウェーハを挟んで対向して設けられ、前記ウェーハの前記外周部を構成する端面を研磨する第３及び第４の研磨ヘッドとを備え、前記研磨ヘッド駆動機構は、前記ウェーハの前記外周部に前記第１乃至第４の研磨ヘッドを当接させ、前記ウェーハの前記外周部に所定の研磨圧力を付与しながら、前記第１の研磨ヘッドは前記下斜面に沿う方向に、前記第２の研磨ヘッドは前記上斜面に沿う方向に、第３及び第４の研磨ヘッドは前記ウェーハの鉛直方向に、同時に摺動させることを特徴とする。

【0019】

本発明に係るウェーハ外周部の研磨装置において、前記研磨パッドは前記内周面の上部に装着される研磨パッドと、前記内周面の下部に装着される研磨パッドで構成され、前記内周面の下部に装着される前記研磨パッドの圧縮率は、前記内周面の上部に装着される前記研磨パッドの圧縮率よりも大きいことを特徴とする。

【0020】

本発明に係るウェーハ外周部の研磨装置において、前記研磨パッドは前記内周面の上部に装着される研磨パッドと、前記内周面の下部に装着される研磨パッドで構成され、前記内周面の下部に装着される前記研磨パッドの硬度は、前記内周面の上部に装着される前記研磨パッドの硬度よりも低いことを特徴とする。

【0021】

本発明に係るウェーハ外周部の研磨装置において、前記内周面の上部に装着される前記研磨パッドの前記鉛直方向の長さ又は前記研磨ヘッドの内周面の斜面に沿った長さは、前記内周面の下部に装着される前記研磨パッドの前記鉛直方向の長さ又は前記研磨ヘッドの内周面の斜面に沿った長さより長いことを特徴とする。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、作業効率（サイクルタイム）を低下させることなく、オーバーポリッシュの発生を抑制できるとともに、ウェーハ外周部表面の粗さを改善できる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の一実施形態に係るウェーハ外周部の研磨装置の構成の一例を示す概念図である。

【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】ウェーハ外周部の形状の一例を示す部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
［ウェーハ外周部の研磨装置の構成］
図１は本発明の一実施形態に係るウェーハ外周部の研磨装置１の構成の一例を示す概念図、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。

【0025】

ウェーハ外周部の研磨装置１は、ステージ１１と、回転駆動部１２と、研磨ヘッド１３、１４、１５及び１６と、第１研磨パッド２１、２２、２３及び２４と、第２研磨パッド２５、２６、２７及び２８と、ノズル２９と、研磨ヘッド駆動機構３０とを備えている。なお、図１には、ステージ１１、回転駆動部１２、第２研磨パッド２７及び２８、ノズル２９並びに研磨ヘッド駆動機構３０を示していない。

【0026】

図２及び図３に示すステージ１１は、ほぼ円盤状を呈している。ステージ１１は、ウェーハ３１の下面３１Ｂを真空吸着して又は、ウェーハ３１の下面３１Ｂを静電気によって付着してウェーハ３１を水平に保持する。ステージ１１の直径は特に限定されないが、直径３００ｍｍのウェーハ３１の外周部４１を研磨する場合には２８０±１０ｍｍ程度、直径４５０ｍｍのウェーハ３１の外周部４１を研磨する場合には、４３０±１０ｍｍ程度とすることができる。回転駆動部１２は、ステージ１１の中心部下部に取りつけられ、ステージ１１をその中心軸を回転軸として回転させる。

【0027】

研磨ヘッド１３は、ウェーハ３１の外周部４１に接近、離隔可能であって、外周部４１の周方向に沿った弧状を呈した内周面を有し、この内周面上部に第１研磨パッド２１が装着され、前記内周面下部に第２研磨パッド２５が装着され、ウェーハ３１の外周部４１を構成する下斜面５２（図４参照）を研磨する。

【0028】

研磨ヘッド１４は、ウェーハ３１の外周部４１に接近、離隔可能であって、外周部４１の周方向に沿った弧状を呈した内周面を有し、この内周面上部に第１研磨パッド２２が装着され、前記内周面下部に第２研磨パッド２６が装着され、ウェーハ３１の外周部４１を構成する上斜面５１（図４参照）を研磨する。

【0029】

研磨ヘッド１５は、ウェーハ３１の外周部４１に接近、離隔可能であって、外周部４１の周方向に沿った弧状を呈した内周面を有し、この内周面上部に第１研磨パッド２３が装着され、前記内周面下部に第２研磨パッド２７が装着され、ウェーハ３１の外周部４１を構成する端面５３（図４参照）を研磨する。

【0030】

研磨ヘッド１６は、ウェーハ３１の外周部４１に接近、離隔可能であって、外周部４１の周方向に沿った弧状を呈した内周面を有し、この内周面上部に第１研磨パッド２４が装着され、前記内周面下部に第２研磨パッド２８が装着され、ウェーハ３１の外周部４１を構成する端面５３（図４参照）を研磨する。

【0031】

研磨ヘッド１３、１４、１５及び１６は、ウェーハ３１の外周部４１との接触面積を最大とするために、外周部４１に沿って配置されている。

【0032】

第１研磨パッド２１、２２、２３及び２４並びに第２研磨パッド２５、２６、２７及び２８を総称する際には、単に、研磨パッドという。

【0033】

研磨パッドの種類としては、例えば、不織布タイプ、発泡ポリウレタンタイプ、スウェードタイプなどがある。不織布タイプは、例えば、ポリエステルフェルトにポリウレタン樹脂を含浸させたものである。スウェードタイプは、例えば、ポリエステルフェルトにポリウレタンを含浸させた基材に、前記ポリウレタン内に発泡層を成長させ、表面部位を除去し発泡層に開口部を設けたもの（この層をナップ層と呼ぶ）である。ナップ層には、研磨液が貯留される。

【0034】

研磨パッドの物性値としては、例えば、硬度、圧縮率、厚さなどがある。圧縮率とは、所定形状の成形体に一定の荷重をかけたときに縮む割合をいう。主な研磨パッドの硬度の測定方法は、以下に示す（１）及び（２）であり、主な圧縮率の測定方法は、以下に示す（３）である。

【0035】

（１）硬度（ＪＩＳ）
硬度（ＪＩＳ）は、日本工業規格（ＪＩＳ Ｋ７３１２－１９９６）のタイプＡによる硬さ試験に準拠して測定する。
（２）硬度（ＡＳＫＥＲ）
硬度（ＡＳＫＥＲ）は、ＡＳＫＥＲ Ｃ硬度計で測定する。

【0036】

（３）圧縮率（ＪＩＳ）
圧縮率（ＪＩＳ）は、日本工業規格（ＪＩＳ Ｌ １０２１）に準拠して、ショッパー型厚さ測定器（加圧面：直径１ｃｍの円形）を用いて測定する。具体的には、初荷重で３０秒間加圧した後の厚さｔ_０を測定し、次に最終圧力の下で５分間放置後の厚さｔ_１を測定する。これらから、圧縮率を式（１）により算出する。このとき、初荷重は１００ｇ／ｃｍ^２、最終荷重は１１２０ｇ／ｃｍ^２とする。
圧縮率（％）＝（ｔ_０－ｔ_１）／ｔ_０×１００ ・・・（１）

【0037】

研磨パッドの具体例について、表１に示す。

【0038】

【表1】

【0039】

本実施形態では、ウェーハ３１の外周部４１の粗研磨から仕上げ研磨までを１台の研磨装置を用いて行う。第１研磨パッド２１、２２、２３及び２４は、同一の物性値を備えたものを使用する。また、第２研磨パッド２５、２６、２７及び２８は、同一の物性値を備えたものを使用する。

【0040】

一方、第１研磨パッド２１と第２研磨パッド２５とは、互いの物性値が異なるものを使用する。同様に、第１研磨パッド２２と第２研磨パッド２６、第１研磨パッド２３と第２研磨パッド２７並びに、第１研磨パッド２４と第２研磨パッド２８は、互いの物性値が異なるものを使用する。

【0041】

第１研磨パッド２１、２２、２３及び２４と、対応する第２研磨パッド２５、２６、２７及び２８との組み合わせは、研磨後のウェーハ３１の外周部４１の表面粗さＲａについてユーザから要求される仕様に応じて、表１に示す物性値を有する研磨パッドの中から選択すれば良い。

【0042】

硬度を基準とする場合、第１研磨パッド２１、２２、２３及び２４は、第２研磨パッド２５、２６、２７及び２８よりも高い硬度を有するものを選択する。また、圧縮率を基準とする場合、第１研磨パッド２１、２２、２３及び２４は、第２研磨パッド２５、２６、２７及び２８よりも小さい圧縮率を有するものを選択する。第１研磨パッド２１、２２、２３及び２４と、第２研磨パッド２５、２６、２７及び２８との組み合わせは、同一タイプの研磨パッドの中で物性値の異なるものを選択しても良い。

【0043】

以下、前記した研磨パッドの装着方法を採用する理由について説明する。低い硬度又は大きい圧縮率を有する研磨パッドは、劣化しやすいので、ウェーハ３１の外周部４１の研磨中に研磨パッド本体から分離する分離屑が発生しやすい。

【0044】

このため、研磨ヘッド１３、１４、１５及び１６の内周面上部に低い硬度又は大きい圧縮率を有する研磨パッドを装着した場合、次のウェーハ３１の外周部４１を研磨する際、前記分離屑が当該ウェーハ３１の外周部４１の研磨精度を悪化させる原因の１つとなるおそれがある。

【0045】

この点、研磨ヘッド１３、１４、１５及び１６の内周面上部に、高い硬度又は小さい圧縮率を有する研磨パッドを装着した場合、ウェーハ３１の外周部４１の研磨中にウェーハ３１の外周部４１自体から研磨屑が分離する。

【0046】

しかし、ウェーハ３１の外周部４１の研磨中は、ウェーハ３１上方から常時供給されている研磨液により大部分の前記研磨屑は除去され、残存する前記研磨屑は微細であって、ウェーハ３１と同一の材質であるため、ウェーハ３１の外周部４１を研磨する際の前記研磨屑の影響は無視できると思われる。

【0047】

これに対し、低い硬度又は大きい圧縮率を有する研磨パッドの前記分離屑は、ウェーハ３１とは異種の材質であるので、前記研磨屑よりもウェーハ３１の外周部４１を研磨する際の影響が大きいと思われる。

【0048】

次に、第１研磨パッド２１、２２、２３及び２４と、第２研磨パッド２５、２６、２７及び２８のサイズについて説明する。端面５３を研磨する第１研磨パッド２３及び２４の長さは、対応する研磨ヘッド１５及び１６の内周面の鉛直方向の長さの６０％～９０％の範囲内にすることが好ましい。下斜面５２を研磨する第１研磨パッド２１及び上斜面５１を研磨する第１研磨パッド２２の長さは、対応する研磨ヘッド１３及び１４の内周面の斜面長の６０％～９０％の範囲内にすることが好ましい。

【0049】

ここで、第１研磨パッド２３及び２４並びに第２研磨パッド２７及び２８の長さとは、鉛直方向の長さをいう。一方、第１研磨パッド２１及び２２並びに、第２研磨パッド２５及び２６における前記長さとは、対応する研磨ヘッド１３及び１４の内周面の斜面に沿った長さをいう。

【0050】

前記長さの範囲の下限は第１研磨の仕事量を考慮するとともに、高い硬度又は小さい圧縮率を有する研磨パッドの寿命を延ばすため、前記長さの範囲の上限は第２研磨の仕事量を考慮するためである。

【0051】

端面５３を研磨する第２研磨パッド２７及び２８の長さは、対応する研磨ヘッド１５及び１６の内周面の鉛直方向の長さの４０％～１０％の範囲内にすることが好ましい。下斜面５２を研磨する第２研磨パッド２５及び上斜面５１を研磨する第２研磨パッド２６の長さは、対応する研磨ヘッド１３及び１４の内周面の斜面長の４０％～１０％の範囲内にすることが好ましい。前記長さの範囲の下限は、第２研磨の仕事量を考慮するため、前記長さの範囲の上限は第１研磨と第２研磨との仕事量のバランスを考慮するためである。

【0052】

図２及び図３に示すように、ステージ１１の略中央部上方には、研磨液（スラリー）をウェーハ３１のほぼ中心に供給するためのノズル２９が設けられている。ウェーハ３１が装着されたステージ１１がその中心軸を回転軸として回転駆動部１２によって回転されることにより、ノズル２９から供給された研磨液が遠心力によりウェーハ３１の上面３１Ａを外周部４１に向かって流れ、研磨対象であるウェーハ３１の外周部４１に供給される。

【0053】

第１研磨パッド２１、２２、２３及び２４の使用時には、研磨液として、砥粒が含有されたアルカリ水溶液を使用することが好ましい。このうち、砥粒としては平均粒径５０ｎｍのコロイダルシリカ（ＳｉＯ_２）、アルカリ水溶液としてはｐＨ１０～１１程度の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液を使用することが特に好ましい。

【0054】

一方、第２研磨パッド２５、２６、２７及び２８の使用時には、研磨液として、砥粒が含有されないアルカリ水溶液を使用することが好ましい。アルカリ水溶液としてはｐＨ１０～１１程度の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液を使用することが特に好ましい。また、研磨液には、ポリマーが添加されていることが好ましい。

【0055】

図２及び図３に示す研磨ヘッド駆動機構３０は、研磨ヘッド１３、１４、１５及び１６をステージ１１の中心軸に向かう方向及びステージ１１の中心軸から離れる方向に水平移動させるとともに、研磨ヘッド１３、１４、１５及び１６を鉛直方向に上下移動させる。研磨ヘッド駆動機構３０は、研磨ヘッド１３及び１４については、ウェーハ３１の外周部４１を構成する上斜面５１及び下斜面５２を研磨する際に、上斜面５１及び下斜面５２がウェーハ３１の上面３１Ａ及び下面３１Ｂに対し所望の角度をなすように、水平移動及び上下移動を連動させる（図２の斜めの矢印参照）。

【0056】

研磨ヘッド駆動機構３０は、上下及び水平方向へ移動自在のすべり部材と、これらを駆動するボールネジ、その他の直動駆動機構とから構成されている。直動駆動機構は、ステップモータなどにより駆動量を制御できる。

【0057】

前記研磨ヘッド駆動機構３０は、研磨ヘッド１３、１４、１５及び１６をステージ１１の中心軸に向かう方向に同時に水平移動させることにより、第１研磨パッド２１、２２、２３及び２４又は、第２研磨パッド２５、２６、２７及び２８を、回転するステージ１１に保持されたウェーハ３１の外周部４１に当接させ、ウェーハ３１の外周部４１に所定の研磨圧力を付与しながら、ウェーハ３１の中心軸に対して傾斜した方向に、又は鉛直方向に、同時に摺動させてウェーハ３１の外周部４１を研磨する。

【0058】

［ウェーハ外周部の研磨方法］
次に、前記構成を有するウェーハ外周部の研磨装置１を用いたウェーハ外周部の研磨方法の一例について説明する。まず、ウェーハ３１の下面３１Ｂをステージ１１に水平に保持させる。

【0059】

次に、ノズル２９から研磨液をウェーハ３１のほぼ中心に供給しつつ、回転駆動部１２によりステージ１１及びウェーハ３１を所定の回転数（例えば、１０ｒｐｍ）で回転させ、研磨ヘッド駆動機構３０により研磨ヘッド１３、１４、１５及び１６の第１研磨パッド２１、２２、２３及び２４を所定の加工荷重により、ウェーハ３１の外周部４１の対応する箇所にそれぞれ同時に当接させて、ウェーハ３１の外周部４１の第１研磨加工を行う。

【0060】

この際、研磨ヘッド駆動機構３０は、第１研磨パッド２１及び２２の内周面の斜面に沿った長さ及び、第１研磨パッド２３及び２４の鉛直方向の長さの範囲内において、研磨ヘッド１３、１４、１５及び１６をそれぞれの長さ方向に摺動させる。言い換えれば、研磨ヘッド駆動機構３０は、第１研磨において、物性値が同一の第１研磨パッド２１、２２、２３及び２４内で研磨ヘッド１３、１４、１５及び１６を摺動させる。このようにすれば、第１研磨パッド２１、２２、２３及び２４の寿命を長くすることができる。

【0061】

この第１研磨の加工時間は、例えば、４０～５０秒程度とする。また、研磨ヘッド１３、１４、１５及び１６の摺動回数は、例えば、２～３往復とする。

【0062】

これにより、ウェーハ３１の外周部４１の下斜面５２が第１研磨パッド２１により、外周部４１の上斜面５１が第１研磨パッド２２により、外周部４１の端面５３が第１研磨パッド２３及び２４によりそれぞれ研磨される。

【0063】

次に、ノズル２９から研磨液をウェーハ３１のほぼ中心に供給しつつ、回転駆動部１２によりステージ１１及びウェーハ３１を所定の回転数（例えば、１０ｒｐｍ）で回転させ、研磨ヘッド駆動機構３０により研磨ヘッド１３、１４、１５及び１６の第２研磨パッド２５、２６、２７及び２８を所定の加工荷重により、ウェーハ３１の外周部４１の対応する箇所にそれぞれ同時に当接させて、ウェーハ３１の外周部４１の第２研磨加工を行う。

【0064】

この際、研磨ヘッド駆動機構３０は、第２研磨パッド２５及び２６の内周面の斜面に沿った長さ及び、第２研磨パッド２７及び２８の鉛直方向の長さの範囲内において、研磨ヘッド１３、１４、１５及び１６をそれぞれの長さ方向に摺動させる。言い換えれば、研磨ヘッド駆動機構３０は、第２研磨において、物性値が同一の第２研磨パッド２５、２６、２７及び２８内で研磨ヘッド１３、１４、１５及び１６を摺動させる。このようにすれば、第２研磨パッド２５、２６、２７及び２８の寿命を長くすることができる。

【0065】

この第２研磨の加工時間は、例えば、５～１０秒程度とする。また、研磨ヘッド１３、１４、１５及び１６の摺動回数は、例えば、１～２往復とする。

【0066】

これにより、ウェーハ３１の外周部４１の下斜面５２が第２研磨パッド２５により、外周部４１の上斜面５１が第２研磨パッド２６により、外周部４１の端面５３が第２研磨パッド２７及び２８によりそれぞれ研磨される。

【0067】

［本実施形態の作用効果］
以上説明したように、前記実施形態では、以下に示す効果を奏することができる。
１）第１研磨では、第１研磨パッド２１、２２、２３及び２４として、高い硬度又は小さい圧縮率を有する研磨パッドを使用しているので、第１研磨時におけるウェーハ３１への第１研磨パッド２１、２２、２３及び２４の沈み込みが低減される。

【0068】

このため、第１研磨パッド２１、２２、２３及び２４がウェーハ３１の上面３１Ａ側又は下面３１Ｂ側にまで回り込むことを抑制できる。結果として、この第１研磨では、オーバーポリッシュの発生を低減することができ、前工程で生じた傷や圧痕も除去される。また、研磨速度が速いため、生産性に優れている。

【0069】

２）第２研磨では、第１研磨終了後直ちに、研磨ヘッド１３、１４、１５及び１６の内周面下部に装着した第２研磨パッド２５、２６、２７及び２８によりウェーハ３１の外周部４１を研磨している。すなわち、本実施形態では、研磨ヘッド１３、１４、１５及び１６から第１研磨パッド２１、２２、２３及び２４を取り外して研磨ヘッド１３、１４、１５及び１６に第２研磨パッド２５、２６、２７及び２８を装着したり、ウェーハ搬送機構により第１研磨が終了したウェーハを第２研磨専用の研磨装置に搬送したりする必要はない。このため、製造コストを削減できるとともに、作業効率（サイクルタイム）が向上するため、生産性が向上する。

【0070】

３）本実施形態では、第１研磨の加工時間が４０～５０秒程度であり、第２研磨の加工時間が５～１０秒程度であるので、ウェーハ３１の外周部４１の表面粗さＲａを０．４以下にすることができるとともに、オーバーポリッシュの発生を可及的に低減することができ、生産性の低下も抑制できる。

【0071】

４）本実施形態では、第２研磨では、研磨液にポリマーが添加されているので、第２研磨時におけるウェーハ３１の外周部４１の濡れ性を向上できる。

【0072】

［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

【0073】

前記実施形態では、ウェーハ３１の回転方向については特に説明してないが、第１研磨時及び第２研磨時の両方において、ウェーハ３１を時計回り方向への回転と、反時計回り方向への回転と行っても良い。

【0074】

前記実施形態では、研磨パッドは２種類である例を示したが、これに限定されず、３種類以上としても良い。このように構成すれば、例えば、ウェーハ３１の外周部４１の表面粗さＲａについて、ユーザが現在より厳しい条件を要求した場合、２種類以上の第２研磨パッドを用いて第２研磨を複数回行うことにより対応できる。

【0075】

前記実施形態では、ステージ１１の略中央部上方に研磨液をウェーハ３１の中心に供給するためのノズル２９が設ける例を示したが、これに限定されない。例えば、前記ノズル２９を各研磨ヘッド１３、１４、１５及び１６の上方にそれぞれ設け、外周部４１の研磨前に第１研磨パッド２１、２２、２３及び２４並びに第２研磨パッド２５、２６、２７及び２８にのみ研磨液を供給して含浸させても良い。

【0076】

前記実施形態では、外周部４１の下斜面５２を研磨する研磨ヘッド１３及び外周部４１の上斜面５１を研磨する研磨ヘッド１４を１つずつ設けるとともに、外周部４１の端面５３を研磨する一対の研磨ヘッド１５及び１６を設ける例を示したが、これに限定されない。例えば、複数の研磨ヘッド１３及び１４を設けるとともに、複数対の研磨ヘッド１５及び１６を設けても良い。

【0077】

前記実施形態では、第２研磨時の研磨液にポリマーを添加する例を示したが、第２研磨時の研磨液にもポリマーを添加しても良い。

【0078】

前記実施形態では、本発明を図１～図３に示す研磨装置に適用する例を示したが、これに限定されない。本発明は、例えば、特開２００３－２５７９０１号公報（特許文献２）に記載された研磨装置にも適用することができる。

【0079】

特許文献２に記載された研磨装置では、一対の上斜面研磨部材は、チャック手段に保持されたウェーハの直径方向両側の相対向する位置に配置されるとともに、それぞれの中心軸をウェーハの中心軸に対して傾斜させて、各上斜面研磨部材の作業面がウェーハの上斜面に全幅にわたり接触するように配設されている。前記研磨装置は、研磨時には上斜面研磨部材の作業面がウェーハの上斜面に線接触した状態で当該上斜面を研磨する。下斜面研磨部材は、一対の上斜面研磨部材の間に配設され、研磨時には下斜面研磨部材の作業面がウェーハの下斜面に線接触した状態で当該下斜面を研磨する。

【符号の説明】

【0080】

１…ウェーハ外周部の研磨装置、１１…ステージ、１２…回転駆動部、１３，１４，１５，１６…研磨ヘッド、２１，２２，２３，２４…第１研磨パッド、２５，２６，２７，２８…第２研磨パッド、２９…ノズル、３０…研磨ヘッド駆動機構、３１…ウェーハ、３１Ａ…上面、３１Ｂ…下面、４１…外周部、５１…上斜面，５２…下斜面、５３…端面。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】