JP2018015890A - 基板の表面を研磨する装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハなどの基板の表面の最外部を含む表面全体を研磨することができる装置および方法を提供する。【解決手段】装置は、基板Ｗを保持し、該基板Ｗを回転させる基板保持部１０と、研磨具６１を基板Ｗの第一の面１に摺接させて、該第一の面１を研磨する研磨ヘッド５０とを備える。前記基板保持部１０は、基板Ｗの周縁部に接触可能な複数のローラー１１を備え、複数のローラー１１は、各ローラー１１の軸心を中心に回転可能に構成されている。このため、ローラー１１が研磨ヘッド５０に接触することなく、前記研磨具６１は、基板Ｗの第一の面全体を研磨することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、ウェーハなどの基板の表面を研磨する装置および方法に関する。

近年、メモリー回路、ロジック回路、イメージセンサ（例えばＣＭＯＳセンサー）などのデバイスは、より高集積化されつつある。これらのデバイスを形成する工程においては、微粒子や塵埃などの異物がデバイスに付着することがある。デバイスに付着した異物は、配線間の短絡や回路の不具合を引き起こしてしまう。したがって、デバイスの信頼性を向上させるために、デバイスが形成されたウェーハを洗浄して、ウェーハ上の異物を除去することが必要とされる。

ウェーハの裏面（非デバイス面）にも、上述したような微粒子や粉塵などの異物が付着することがある。このような異物がウェーハの裏面に付着すると、ウェーハが露光装置のステージ基準面から離間したりウェーハ表面がステージ基準面に対して傾き、結果として、パターニングのずれや焦点距離のずれが生じることとなる。このような問題を防止するために、ウェーハの裏面に付着した異物を除去することが必要とされる。

最近では、光学式露光技術の他に、ナノインプリント技術を使ったパターンニング装置が開発されている。このナノインプリント技術は、パターンニング用の押型をウェーハに塗布された樹脂材料に押し付けることで配線パターンを転写する技術である。ナノインプリント技術では、押型とウェーハ間、およびウェーハとウェーハ間での汚れの転写を避けるために、ウェーハの表面に存在する異物を除去することが必要となる。そこで、ウェーハを下から高圧の流体で支持しつつ、研磨具を高荷重でウェーハに摺接させることで、ウェーハの表面をわずかに削り取る装置が提案されている。

特開２０１５−１２２００号公報

従来の装置は、基板回転機構によってウェーハを回転させながらウェーハ表面の研磨を行う（例えば、特許文献１参照）。基板回転機構は、ウェーハの周縁部を把持する複数のチャックと、これらチャックを介してウェーハを回転させる環状の中空モータとを備えている。ウェーハは、チャックによって水平に保持され、中空モータによってウェーハの軸心を中心にチャックと共に回転される。研磨具を備えた研磨ヘッドは、回転するチャックと接触しないようにするために、チャックによって把持されたウェーハの周縁部よりも内側に配置される。そのため、ウェーハの表面の最外部は研磨されず、ウェーハの表面の最外部は別途、エッジ研磨用の装置で研磨する必要があった。

従来の装置は、予め設定された時間が経過した時点で基板の研磨を終了するように構成される。しかしながら、異物の量はウェーハごとに異なるため、一定の研磨時間での研磨は、ウェーハの過剰研磨および／または研磨不足を発生させることがある。すなわち、あるウェーハには異物が残ってしまい、他のウェーハでは必要以上にウェーハが削り取られてしまうことがある。

そこで、本発明は、ウェーハなどの基板の表面の最外部を含む表面全体を研磨することができる装置および方法を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、基板を保持し、該基板を回転させる基板保持部と、研磨具を前記基板の第一の面に摺接させて該第一の面を研磨する研磨ヘッドとを備え、前記基板保持部は、前記基板の周縁部に接触可能な複数のローラーを備え、前記複数のローラーは、各ローラーの軸心を中心に回転可能に構成されていることを特徴とする装置である。

本発明の好ましい態様は、前記研磨ヘッドの軸心から前記研磨具の最も外側の縁部までの距離と、前記基板保持部の軸心から前記研磨ヘッドの軸心までの距離との合計は、前記基板の半径よりも長いことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記複数のローラーを各ローラーの軸心を中心に回転させるローラー回転機構をさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第一の面とは反対側の前記基板の第二の面を支持する基板支持ステージをさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記基板の第一の面にリンス液を供給するリンス液供給ノズルと、前記基板の第一の面に供給された前記リンス液を収集し、該リンス液中に含まれる粒子の数を計測するパーティクルカウンタと、前記粒子の数に基づいて前記基板の第一の面の研磨終点を決定する動作制御部とをさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨終点は、前記粒子の数がしきい値よりも低下した点であることを特徴とする。

本発明の一態様は、複数のローラーを基板の周縁部に接触させながら、前記複数のローラーをそれぞれの軸心を中心に回転させることで、前記基板を回転させ、研磨具を前記基板の第一の面に摺接させて該第一の面を研磨することを特徴とする方法である。

本発明の好ましい態様は、前記基板の第一の面を研磨しているとき、前記研磨具の一部は前記基板の周縁部からはみ出ることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記基板の第一の面の研磨中に、前記第一の面とは反対側の前記基板の第二の面を支持することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第一の面を研磨する工程は、前記基板の第一の面にリンス液を供給しながら、研磨具を前記基板の第一の面に摺接させて該第一の面を研磨する工程であり、前記基板の第一の面に供給された前記リンス液を収集し、該リンス液中に含まれる粒子の数を計測し、前記粒子の数に基づいて前記基板の第一の面の研磨終点を決定する工程をさらに含むことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨終点は、前記粒子の数がしきい値よりも低下した点であることを特徴とする。

以下に説明する本発明の参考例は、基板の表面状態を監視しながら、該基板の表面を研磨することができる装置および方法を提供することを目的とする。
本発明の一参考例は、基板を保持し、該基板を回転させる基板保持部と、研磨具を前記基板の第一の面に摺接させて該第一の面を研磨する研磨ヘッドと、前記基板の第一の面にリンス液を供給するリンス液供給ノズルと、前記基板の第一の面に供給された前記リンス液を収集し、該リンス液中に含まれる粒子の数を計測するパーティクルカウンタと、前記粒子の数に基づいて前記基板の第一の面の研磨終点を決定する動作制御部とを備えたことを特徴とする装置である。

上記参考例の好ましい態様は、前記研磨終点は、前記粒子の数がしきい値よりも低下した点であることを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記第一の面とは反対側の前記基板の第二の面を支持する基板支持ステージをさらに備えたことを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記基板保持部は、前記基板の周縁部に接触可能な複数のローラーを備え、前記複数のローラーは、各ローラーの軸心を中心に回転可能に構成されていることを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記研磨ヘッドの軸心から前記研磨具の最も外側の縁部までの距離と、前記基板保持部の軸心から前記研磨ヘッドの軸心までの距離との合計は、前記基板の半径よりも長いことを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記複数のローラーを各ローラーの軸心を中心に回転させるローラー回転機構をさらに備えたことを特徴とする。

本発明の一参考例は、基板を回転させ、前記基板の第一の面にリンス液を供給しながら、研磨具を前記基板の第一の面に摺接させて該第一の面を研磨し、前記基板の第一の面に供給された前記リンス液を収集し、該リンス液中に含まれる粒子の数を計測し、前記粒子の数に基づいて前記基板の第一の面の研磨終点を決定することを特徴とする方法である。

上記参考例の好ましい態様は、前記研磨終点は、前記粒子の数がしきい値よりも低下した点であることを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記基板の第一の面の研磨中に、前記第一の面とは反対側の前記基板の第二の面を支持することを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記基板を回転させる工程は、複数のローラーを基板の周縁部に接触させながら、前記複数のローラーをそれぞれの軸心を中心に回転させることで、前記基板を回転させる工程であることを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記基板の第一の面を研磨しているとき、前記研磨具の一部は前記基板の周縁部からはみ出ることを特徴とする。

本発明の一参考例は、基板を保持し、該基板を回転させる動作を基板保持部に実行させるステップと、前記基板の表面にリンス液を供給する動作をリンス液供給ノズルに実行させるステップと、研磨具を前記基板の表面に摺接させ、前記リンス液の存在下で該基板の表面を研磨する動作を研磨ヘッド組立体に実行させるステップと、前記基板の表面に供給された前記リンス液を収集し、該リンス液中に含まれる粒子の数を計測する動作をパーティクルカウンタに実行させるステップと、前記リンス液中に含まれる前記粒子の数を表すデータ信号を受信するステップと、前記粒子の数に基づいて前記基板の表面の研磨終点を決定するステップをコンピュータに実行させるためのプログラムを記録した非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。

本発明によれば、研磨ヘッドが基板の第一の面を研磨しているとき、基板の周縁部を把持するローラーは各ローラーの軸心を中心に回転するので、ローラーを基板とともに該基板の中心の周りで回転させる必要がない。したがって、ローラーが研磨ヘッドに接触することなく、研磨具は、基板の表面の最外部を含む第一の面全体を研磨することができる。結果として、基板の表面の最外部をエッジ研磨用の装置で研磨する必要がなくなり、研磨工程を減らすことができる。

上記参考例によれば、異物の除去量を計測しながら基板の第一の面を研磨することができる。したがって、異物の除去量が少なくなった時点で基板の研磨を終了することができる。結果として、異物の初期量が異なる複数の基板を、一定の表面状態に仕上げることができる。さらに、過研磨に起因したスループットの低下、研磨具の過剰消費、基板の研磨痕の増加、研磨プロファイルの悪化が防止される。同様に、研磨不足に起因した歩留まり低下が防止される。

研磨装置の一実施形態を示す模式図である。 ローラー回転機構の詳細を示す平面図である。 ローラーの上部の拡大図である。 第１アクチュエータおよび第２アクチュエータがモータ駆動型アクチュエータから構成された一実施形態を示す図である。 研磨ヘッドの底面図である。 研磨ヘッドの配置を示す平面図である。 研磨ヘッドの配置を示す側面図である。 研磨装置を備えた基板処理システムの一実施形態を模式的に示す平面図である。 パーティクルカウンタの模式図である。 ウェーハの研磨の一実施形態を説明するフローチャートである。 動作制御部の構成を示す模式図である。 研磨ヘッドの下方に配置されたパーティクルカウンタを示す図である。 研磨装置の他の実施形態を示す図である。 研磨ヘッドの配置を示す平面図である。 研磨装置の他の実施形態を模式的に示す平面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、研磨装置の一実施形態を示す模式図である。研磨装置は、基板の一例であるウェーハＷを保持し、その軸心を中心として回転させる基板保持部１０と、この基板保持部１０に保持されたウェーハＷの第一の面１を研磨してウェーハＷの第一の面１から異物や傷を除去する研磨ヘッド組立体４９と、第一の面１とは反対側のウェーハＷの第二の面２を支持する基板支持ステージとしての静圧支持ステージ９０とを備えている。研磨ヘッド組立体４９は、基板保持部１０に保持されているウェーハＷの上側に配置されており、静圧支持ステージ９０は基板保持部１０に保持されているウェーハＷの下側に配置されている。

一実施形態では、ウェーハＷの第一の面１は、デバイスが形成されていないウェーハＷの裏面、すなわち非デバイス面であり、反対側の面であるウェーハＷの第二の面２は、デバイスが形成されている面、すなわちデバイス面である。一実施形態では、ウェーハＷの第一の面１はデバイス面であり、ウェーハＷの第二の面２は、デバイスが形成されていないウェーハＷの裏面である。デバイスが形成されていない裏面の例としては、シリコン面が挙げられる。本実施形態では、ウェーハＷは、その第一の面１が上向きの状態で、基板保持部１０に水平に保持される。

基板保持部１０は、ウェーハＷの周縁部に接触可能な複数のローラー１１と、これらローラー１１をそれぞれの軸心を中心に回転させるローラー回転機構１２とを備えている。本実施形態では、４つのローラー１１が設けられている。５つ以上のローラー１１を設けてもよい。一実施形態では、ローラー回転機構１２は、モータ、ベルト、プーリーなどを備える。ローラー回転機構１２は、４つのローラー１１を同じ方向に同じ速度で回転させるように構成されている。ウェーハＷの第一の面１の研磨中、ウェーハＷの周縁部は、ローラー１１によって把持される。ウェーハＷは水平に保持され、ローラー１１の回転によってウェーハＷはその軸心を中心に回転される。

図２は、ローラー回転機構１２の詳細を示す平面図である。ローラー回転機構１２は、４つのローラー１１のうちの２つを連結する第１ベルト１４Ａと、第１ベルト１４Ａで連結された２つのローラー１１のうちの一方に連結された第１モータ１５Ａと、第１ベルト１４Ａで連結された２つのローラー１１を回転可能に支持する第１ローラー台１６Ａと、４つのローラー１１のうちの他の２つを連結する第２ベルト１４Ｂと、第２ベルト１４Ｂで連結された２つのローラー１１のうちの一方に連結された第２モータ１５Ｂと、第２ベルト１４Ｂで連結された２つのローラー１１を回転可能に支持する第２ローラー台１６Ｂとを備える。

第１モータ１５Ａおよび第１ベルト１４Ａは第１ローラー台１６Ａの下方に配置され、第２モータ１５Ｂおよび第２ベルト１４Ｂは第２ローラー台１６Ｂの下方に配置されている。第１モータ１５Ａおよび第２モータ１５Ｂは第１ローラー台１６Ａおよび第２ローラー台１６Ｂの下面にそれぞれ固定されている。４つのローラー１１の下部には図示しないプーリーがそれぞれ固定されている。第１ベルト１４Ａは、４つのローラー１１のうちの２つに固定されたプーリーに掛けられ、第２ベルト１４Ｂは他の２のローラー１１に固定されたプーリーに掛けられている。第１モータ１５Ａおよび第２モータ１５Ｂは同じ速度で同じ方向に回転するように構成されている。したがって、４つのローラー１１は、同じ速度で同じ方向に回転することができる。

ローラー回転機構１２は、第１ローラー台１６Ａに連結された第１アクチュエータ１８Ａと、第２ローラー台１６Ｂに連結された第２アクチュエータ１８Ｂをさらに備えている。第１アクチュエータ１８Ａは、第１ローラー台１６Ａに支持されている２つのローラー１１を矢印で示すように水平方向に移動させる。同様に、第２アクチュエータ１８Ｂは、第２ローラー台１６Ｂに支持されている他の２つのローラー１１を矢印で示すように水平方向に移動させる。すなわち、第１アクチュエータ１８Ａおよび第２アクチュエータ１８Ｂは、２組のローラー１１（本実施形態では各組は２つのローラー１１からなる）を互いに近づく方向および離間する方向に移動させるように構成されている。第１アクチュエータ１８Ａおよび第２アクチュエータ１８Ｂは、エアシリンダまたはモータ駆動型アクチュエータなどから構成することができる。図２に示す実施形態では、第１アクチュエータ１８Ａおよび第２アクチュエータ１８Ｂはエアシリンダから構成されている。２組のローラー１１が互いに近づく方向に移動すると、ウェーハＷは４つのローラー１１によって保持され、２組のローラー１１が互いに離れる方向に移動すると、ウェーハＷは４つのローラー１１から解放される。本実施形態では、基板保持部１０の軸心ＣＰの周りに配列された４つのローラー１１が設けられているが、ローラー１１の数は４つに限定されない。例えば、３つのローラー１１を１２０度の角度で等間隔で軸心ＣＰの周りに配列し、それぞれのローラー１１に対して、アクチュエータを１つずつ設けるようにしてもよい。

図３は、ローラー１１の上部の拡大図である。ローラー１１は、円筒状の保持面を有するクランプ部１１ａと、クランプ部１１ａに接続され、かつクランプ部１１ａから下方に傾斜するテーパー面１１ｂとを有している。テーパー面１１ｂは円錐台形状を有しており、クランプ部１１ａよりも大きな直径を有している。ウェーハＷは、まず、図示しない搬送装置によりテーパー面１１ｂ上に載置され、その後ローラー１１がウェーハＷに向かって移動することによりウェーハＷの周縁部がクランプ部１１ａに保持される。ローラー１１がウェーハＷを解放するときは、ローラー１１がウェーハＷから離れる方向に移動することにより、ウェーハＷの周縁部がクランプ部１１ａから離れ、テーパー面１１ｂに支持される（図３の点線参照）。図示しない搬送装置は、テーパー面１１ｂ上のウェーハＷを取り出すことができる。

図４は、第１アクチュエータ１８Ａおよび第２アクチュエータ１８Ｂがモータ駆動型アクチュエータから構成された一実施形態を示す図である。第１アクチュエータ１８Ａは、第１サーボモータ１９Ａと、第１ローラー台１６Ａに連結された第１ボールねじ機構２０Ａとを備える。第２アクチュエータ１８Ｂは、第２サーボモータ１９Ｂと、第２ローラー台１６Ｂに連結された第２ボールねじ機構２０Ｂとを備える。サーボモータ１９Ａ，１９Ｂは、ボールねじ機構２０Ａ，２０Ｂにそれぞれ接続されている。サーボモータ１９Ａ，１９Ｂがボールねじ機構２０Ａ，２０Ｂを駆動すると、２組のローラー１１が互いに近づく方向および離間する方向に移動する。

サーボモータ１９Ａ，１９Ｂは、アクチュエータコントローラ２１に電気的に接続されている。アクチュエータコントローラ２１は、サーボモータ１９Ａ，１９Ｂの動作を制御することによって、ウェーハＷの研磨時のローラー１１の位置を精密に制御することができる。本実施形態では、基板保持部１０の軸心ＣＰの周りに配列された４つのローラー１１が設けられているが、ローラー１１の数は４つに限定されない。例えば、３つのローラー１１を１２０度の角度で等間隔で軸心ＣＰの周りに配列し、それぞれのローラー１１に対して、アクチュエータを１つずつ設けるようにしてもよい。

基板保持部１０に保持されたウェーハＷの上方には、ウェーハＷの第一の面１にリンス液（例えば純水）を供給するリンス液供給ノズル２７が配置されている。このリンス液供給ノズル２７は、図示しないリンス液供給源に接続されている。リンス液供給ノズル２７は、ウェーハＷの中心を向いて配置されている。リンス液は、リンス液供給ノズル２７からウェーハＷの中心に供給され、回転するウェーハＷの遠心力によりリンス液はウェーハＷの第一の面１上を広がる。

研磨ヘッド組立体４９は、基板保持部１０に保持されたウェーハＷの第一の面１を研磨してウェーハＷの第一の面１から異物や傷を除去する研磨ヘッド５０を有している。研磨ヘッド５０はヘッドシャフト５１に連結されている。このヘッドシャフト５１は、研磨ヘッド５０をその軸心を中心として回転させるヘッド回転機構５８に連結されている。さらに、ヘッドシャフト５１には、研磨ヘッド５０に下向きの荷重を付与する荷重付与装置としてのエアシリンダ５７が連結されている。研磨ヘッド５０は、ウェーハＷの第一の面１を研磨するための複数の研磨具６１を備えている。研磨ヘッド５０の下面は、これら研磨具６１から構成された研磨面である。研磨ヘッド組立体４９は、研磨ヘッド５０、ヘッドシャフト５１、ヘッド回転機構５８、エアシリンダ５７を少なくとも含む。一実施形態では、ヘッド回転機構５８は、モータ、ベルト、プーリーなどの公知の構成を備える。

本実施形態では、研磨具６１は、砥粒を含んだ研磨層が片面に形成された研磨テープから構成されている。研磨テープの両端は、研磨ヘッド５０内に配置された図示しない２つのリールに保持されており、２つのリールの間を延びる研磨テープの下面がウェーハＷの第一の面１に接触可能となっている。一実施形態では、研磨具６１は、スポンジ、不織布、発泡ポリウレタン、または固定砥粒であってもよい。

図５は、研磨ヘッド５０の底面図である。図５に示すように、研磨具６１は、研磨ヘッド５０の半径方向に延びており、研磨ヘッド５０の軸心まわりに等間隔に配列されている。研磨ヘッド５０は、その軸心を中心に回転しながら研磨具６１をウェーハＷの第一の面１に摺接させて、該第一の面１を研磨する。

図６は、研磨ヘッド５０の配置を示す平面図であり、図７は、研磨ヘッド５０の配置を示す側面図である。複数のローラー１１は、基板保持部１０の軸心ＣＰの周りに配置されており、基板保持部１０の軸心ＣＰから同じ距離に位置している。複数のローラー１１によってウェーハＷが保持されたとき、ウェーハＷの中心点は基板保持部１０の軸心ＣＰ上にある。

研磨ヘッド５０は、ウェーハＷの半径Ｒよりも大きい直径を有している。研磨ヘッド５０の軸心（符号ＨＰで示す）は、基板保持部１０の軸心ＣＰからずれている。したがって、研磨ヘッド５０は、基板保持部１０に保持されたウェーハＷに対して偏心している。研磨ヘッド５０の軸心ＨＰから研磨具６１の最も外側の縁部までの距離をＬ１とし、基板保持部１０の軸心ＣＰから研磨ヘッド５０の軸心ＨＰまでの距離をＬ２とすると、距離Ｌ１と距離Ｌ２との合計は、ウェーハＷの半径Ｒよりも長い。結果として、図６および図７に示すように、研磨ヘッド５０がウェーハＷの第一の面１を研磨しているとき、研磨具６１の一部は、ローラー１１で保持されているウェーハＷの周縁部からはみ出る。

図６および図７から分かるように、研磨ヘッド５０が回転しているとき、研磨具６１は、ウェーハＷの第一の面１の中心から最外部まで接触することができる。したがって、研磨具６１は、ウェーハＷの第一の面１の全体を研磨することが可能である。結果として、ウェーハＷの表面の最外部をエッジ研磨用の装置で研磨する必要がなくなり、研磨工程を減らすことができる。ウェーハＷの第一の面１研磨中、全てのローラー１１は各軸心を中心に回転するが、これらローラー１１の位置は固定されている。したがって、研磨具６１の一部がウェーハＷの周縁部からはみ出ていても、ローラー１１は研磨ヘッド５０に接触しない。

図８は、上述した研磨装置を備えた基板処理システムの一実施形態を模式的に示す平面図である。本実施形態では、基板処理システムは、多数のウェーハをストックするウェーハカセットが載置されるフロントロード部１２２を備えたロードアンロード部１２１を有している。フロントロード部１２２には、オープンカセット、ＳＭＩＦ（Standard Manufacturing Interface）ポッド、またはＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）を搭載することができるようになっている。ＳＭＩＦ、ＦＯＵＰは、内部にウェーハカセットを収納し、隔壁で覆うことにより、外部空間とは独立した環境を保つことができる密閉容器である。

ロードアンロード部１２１には、フロントロード部１２２の配列方向に沿って移動可能な第１の搬送ロボット（ローダー）１２３が設置されている。第１の搬送ロボット１２３はフロントロード部１２２に搭載されたウェーハカセットにアクセスして、ウェーハをウェーハカセットから取り出すことができるようになっている。

基板処理システムは、水平方向に移動可能な第２の搬送ロボット１２６と、研磨装置１２７と、基板処理システム全体の動作を制御するシステムコントローラ１３３と、研磨されたウェーハを洗浄する洗浄ユニット１７２と、洗浄されたウェーハを乾燥させる乾燥ユニット１７３とをさらに備えている。洗浄ユニット１７２および乾燥ユニット１７３は上下方向に重なるように配置されてもよい。研磨装置１２７は、図１に示す上述した研磨装置である。

ウェーハカセット内のウェーハは、第１の搬送ロボット１２３によって研磨装置１２７に搬送され、ここでウェーハの表面が研磨される。ウェーハの研磨終了後、研磨ヘッド５０は退避位置に移動される。ウェーハは第２の搬送ロボット１２６により研磨装置１２７から取り出され、洗浄ユニット１７２に搬送される。一実施形態では、洗浄ユニット１７２は、ウェーハを挟むように配置された上側ロールスポンジおよび下側ロールスポンジを備えており、洗浄液をウェーハの両面に供給しながらこれらロールスポンジでウェーハの両面を洗浄する。

洗浄されたウェーハは、第２の搬送ロボット１２６によって乾燥ユニット１７３に搬送される。一実施形態では、乾燥ユニット１７３は、ウェーハをその軸心まわりに高速で回転させることによってウェーハをスピン乾燥する。乾燥されたウェーハは、第１の搬送ロボット１２３によりフロントロード部１２２のウェーハカセットに戻される。このようにして、基板処理システムは、ウェーハの研磨、洗浄、および乾燥の一連の工程を行うことができる。

図１に戻り、静圧支持ステージ９０は、ローラー１１に保持されたウェーハＷの第二の面２（第一の面１とは反対側の面）を支持する基板支持ステージの一実施形態である。本実施形態では、静圧支持ステージ９０は、ローラー１１に保持されたウェーハＷの第二の面２に流体を接触させてウェーハＷを流体で支持するように構成されている。静圧支持ステージ９０は、ローラー１１に保持されたウェーハＷの第二の面２に近接した基板支持面９１を有している。さらに、静圧支持ステージ９０は、基板支持面９１に形成された複数の流体噴射口９４と、流体排出口９４に接続された流体供給路９２を備えている。静圧支持ステージ９０は、基板保持部１０に保持されているウェーハＷの下方に配置され、基板支持面９１はウェーハＷの第二の面２から僅かに離れている。流体供給路９２は、図示しない流体供給源に接続されている。本実施形態の基板支持面９１は円形であるが、四角形または他の形状を有していてもよい。

静圧支持ステージ９０は、流体（例えば、純水などの液体）を流体供給路９２を通じて複数の流体噴射口９４に供給し、基板支持面９１とウェーハＷの第二の面２との間の空間を流体で満たす。ウェーハＷは、基板支持面９１とウェーハＷの第二の面２との間に存在する流体によって支持される。ウェーハＷと静圧支持ステージ９０とは非接触に保たれ、ウェーハＷと静圧支持ステージ９０との間のクリアランスは５０μｍ〜５００μｍとされる。

静圧支持ステージ９０は、流体を介してウェーハＷの第二の面２を非接触に支持することができる。したがって、ウェーハＷの第二の面２にデバイスが形成されている場合には、静圧支持ステージ９０は、デバイスを破壊することなくウェーハＷを支持することができる。静圧支持ステージ９０に使用される流体としては、非圧縮性流体である純水などの液体、または空気や窒素などの圧縮性流体である気体を用いてもよい。純水が使用される場合、流体供給路９２に接続される流体供給源として、研磨装置が設置されている工場に設置された純水供給ラインを使用することができる。

研磨ヘッド５０の下面（研磨面）と静圧支持ステージ９０の基板支持面９１は、同心状に配置される。さらに、研磨ヘッド５０の下面と静圧支持ステージ９０の基板支持面９１は、ウェーハＷに関して対称的に配置される。すなわち、研磨ヘッド５０の下面と静圧支持ステージ９０の基板支持面９１はウェーハＷを挟むように配置されており、研磨ヘッド５０からウェーハＷに加えられる荷重は、研磨ヘッド５０の真下から静圧支持ステージ９０によって支持される。したがって、研磨ヘッド５０は、流体圧により支持されているウェーハＷを撓ませることを抑えつつ、大きな荷重をウェーハＷの第一の面１に加えることができる。

研磨ヘッド５０は、その下面の端部がウェーハＷの中心上に位置するように配置されることが好ましい。研磨ヘッド５０の下面の直径は、ウェーハＷの半径と同じか、ウェーハＷの半径よりも大きいことが好ましい。本実施形態では、基板支持面９１の直径は研磨ヘッド５０の下面の直径よりも大きいが、基板支持面９１の直径は研磨ヘッド５０の下面の直径と同じでもよく、あるいは研磨ヘッド５０の下面の直径よりも小さくてもよい。

次に、研磨装置の動作について説明する。研磨されるウェーハＷは、第一の面１が上向きの状態で、基板保持部１０のローラー１１により保持され、さらにウェーハＷの軸心を中心に回転される。流体（例えば、純水などの液体）は、流体供給路９２を通じて複数の流体噴射口９４に供給され、静圧支持ステージ９０の基板支持面９１とウェーハＷの第二の面２との間の空間は流体で満たされる。ウェーハＷは、基板支持面９１とウェーハＷの第二の面２との間を流れる流体によって支持される。

リンス液供給ノズル２７は、リンス液をウェーハＷの中心に供給し、リンス液は回転するウェーハＷの遠心力によりウェーハＷの第一の面１上を広がる。ヘッド回転機構５８は、研磨ヘッド５０をその軸心ＨＰを中心にウェーハＷと同じ方向に回転させる。そして、エアシリンダ５７は、回転する研磨ヘッド５０をウェーハＷの第一の面１に対して押し付ける。研磨ヘッド５０は、リンス液がウェーハＷの第一の面１上に存在する状態で、研磨具６１をウェーハＷの第一の面１に摺接させ、第一の面１を研磨する。

図１および図６に示すように、パーティクルカウンタ７０が研磨ヘッド５０に隣接して配置されている。このパーティクルカウンタ７０は、ウェーハＷの第一の面１に供給されたリンス液を吸引（収集）し、該リンス液中に含まれる粒子（パーティクル）の数を計測することが可能に構成されている。パーティクルカウンタ７０は、吸引ノズル７１を備えており、吸引ノズル７１を通じてリンス液をウェーハＷの第一の面１から吸引するように構成されている。

吸引ノズル７１の先端は、基板保持部１０に保持されているウェーハＷの第一の面１の直ぐ上方に位置している。吸引ノズル７１の先端は、リンス液供給ノズル２７の先端よりも外側に配置されている。より具体的には、基板保持部１０の軸心ＣＰから吸引ノズル７１の先端までの距離は、基板保持部１０の軸心ＣＰからリンス液供給ノズル２７の先端までの距離よりも長い。したがって、リンス液供給ノズル２７から供給されたリンス液は、ウェーハＷ上を半径方向外側に流れ、研磨具６１に接触し、そして、リンス液の一部は吸引ノズル７１に吸引される。本実施形態では、吸引ノズル７１の先端は、基板保持部１０に保持されているウェーハＷの周縁部に近接している。

図９は、パーティクルカウンタ７０の模式図である。パーティクルカウンタ７０は、吸引ノズル７１（図１参照）に接続されたフローセル７３と、フローセル７３に接続された吸引ポンプ７４と、フローセル７３にレーザー光線を照射するレーザー７６と、フローセル７３からの散乱光を検出する光検出器７７（例えば、フォトダイオード）と、散乱光の検出回数から粒子の数を決定し、さらに散乱光の強さから粒子の大きさを決定する計数処理部７９とを備えている。フローセル７３は、レーザー光線を透過させる透明な壁を有している。

吸引ポンプ７４が駆動されると、ウェーハＷの第一の面１上のリンス液は、吸引ノズル７１（図１参照）を通じてフローセル７３に導入され、フローセル７３内を流れる。レーザー７６はフローセル７３内を流れるリンス液にレーザー光線を照射する。リンス液中に粒子が存在すると、レーザー光線は粒子で散乱し、散乱光を形成する。この散乱光は光検出器７７によって検出される。光検出器７７は、散乱光の強さに依存した大きさを持つ電気信号を出力し、この電気信号を計数処理部７９に送る。散乱光の強さは粒子の大きさに依存するので、電気信号の大きさは粒子の大きさに依存する。計数処理部７９は、電気信号の大きさから粒子の大きさを決定し、さらに電気信号が設定値を超えた回数から粒子の数を決定する。電気信号が設定値を超えた回数は、散乱光の検出回数に相当する。このようなパーティクルカウンタ７０は、市場で入手可能である。

図１に示すように、パーティクルカウンタ７０は、動作制御部８１に接続されている。パーティクルカウンタ７０は、リンス液に含まれる粒子の数を表すデータ信号を動作制御部８１に送り、動作制御部８１は粒子の数に基づいて、ウェーハＷの第一の面１の研磨の研磨終点を決定する。本実施形態では、第一の面１の研磨の研磨終点は、粒子の数がしきい値よりも低下した点である。したがって、動作制御部８１は、粒子の数がしきい値よりも低下したときに、第一の面１の研磨を終了させる。第一の面１の研磨の終了は、エアシリンダ５７によって研磨ヘッド５０をウェーハＷの第一の面１から離間させることによって達成される。

次に、図１０のフローチャートを参照しながら、ウェーハＷの第一の面１の研磨の一実施形態について説明する。ステップ１では、ウェーハＷの周縁部を基板保持部１０のローラー１１で保持し、さらにローラー１１を回転させることでウェーハＷをその軸心を中心に回転させる。ステップ２では、リンス液供給ノズル２７からリンス液がウェーハＷの第一の面１に供給される。ステップ３では、研磨ヘッド５０は、ヘッド回転機構５８によってウェーハＷと同じ方向に回転させられながら、エアシリンダ５７によってウェーハＷの第一の面１に押し付けられる。研磨具６１は、リンス液の存在下でウェーハＷの第一の面１に摺接され、これによりウェーハＷの第一の面１を研磨する。研磨具６１は、ウェーハＷの第一の面１を僅かに削り取ることにより、ウェーハＷの第一の面１から異物を除去する。

ステップ４では、ウェーハＷの第一の面１の研磨中に、パーティクルカウンタ７０はリンス液をウェーハＷの第一の面１から吸引（収集）し、リンス液に含まれる粒子の数を計測する。リンス液に含まれる粒子のほとんどは、ウェーハＷの第一の面１から除去された異物から構成される。したがって、リンス液に含まれる粒子の数は、ウェーハＷの第一の面１から除去された異物の量に実質的に比例する。ステップ５では、動作制御部８１は、粒子の数をしきい値と比較し、粒子の数がしきい値よりも小さいか否かを決定する。粒子の数がしきい値よりも小さい場合は、動作制御部８１は、ステップ６において、ウェーハＷの第一の面１の研磨終点に達したことを決定し、第一の面１の研磨を終了させる。粒子の数がしきい値以上である場合は、ステップ４およびステップ５が繰り返される。

動作制御部８１は、基板保持部１０、リンス液供給ノズル２７、研磨ヘッド組立体４９、パーティクルカウンタ７０、静圧支持ステージ９０に電気的に接続されている。基板保持部１０、リンス液供給ノズル２７、研磨ヘッド組立体４９、パーティクルカウンタ７０、静圧支持ステージ９０の動作は動作制御部８１によって制御される。動作制御部８１は、専用のコンピュータまたは汎用のコンピュータから構成される。

図１１は、動作制御部８１の構成を示す模式図である。動作制御部８１は、プログラムやデータなどが格納される記憶装置１１０と、記憶装置１１０に格納されているプログラムに従って演算を行うＣＰＵ（中央処理装置）などの処理装置１２０と、データ、プログラム、および各種情報を記憶装置１１０に入力するための入力装置１３０と、処理結果や処理されたデータを出力するための出力装置１４０と、インターネットなどのネットワークに接続するための通信装置１５０を備えている。

記憶装置１１０は、処理装置１２０がアクセス可能な主記憶装置１１１と、データおよびプログラムを格納する補助記憶装置１１２を備えている。主記憶装置１１１は、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）であり、補助記憶装置１１２は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）またはソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）などのストレージ装置である。

入力装置１３０は、キーボード、マウスを備えており、さらに、記録媒体からデータを読み込むための記録媒体読み込み装置１３２と、記録媒体が接続される記録媒体ポート１３４を備えている。記録媒体は、非一時的な有形物であるコンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、例えば、光ディスク（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ）や、半導体メモリー（例えば、ＵＳＢフラッシュドライブ、メモリーカード）である。記録媒体読み込み装置１３２の例としては、ＣＤドライブ、ＤＶＤドライブなどの光学ドライブや、カードリーダーが挙げられる。記録媒体ポート１３４の例としては、ＵＳＢ端子が挙げられる。記録媒体に記録されているプログラムおよび／またはデータは、入力装置１３０を介して動作制御部８１に導入され、記憶装置１１０の補助記憶装置１１２に格納される。出力装置１４０は、ディスプレイ装置１４１、印刷装置１４２を備えている。

動作制御部８１は、記憶装置１１０に電気的に格納されたプログラムに従って動作する。すなわち、動作制御部８１は、ウェーハＷを保持し、該ウェーハＷを回転させる動作を基板保持部１０に実行させるステップ（図１０のステップ１参照）と、ウェーハＷの第一の面１にリンス液を供給する動作をリンス液供給ノズル２７に実行させるステップ（図１０のステップ２参照）と、研磨具６１をウェーハＷの第一の面１に摺接させ、リンス液の存在下でウェーハＷの第一の面１を研磨する動作を研磨ヘッド組立体４９に実行させるステップ（図１０のステップ３参照）と、ウェーハＷの第一の面１に供給されたリンス液を吸引（収集）し、該リンス液中に含まれる粒子の数を計測する動作をパーティクルカウンタ７０に実行させるステップ（図１０のステップ４参照）と、リンス液中に含まれる粒子の数を表すデータ信号を受信し、粒子の数をしきい値と比較するステップ（図１０のステップ５参照）と、粒子の数に基づいてウェーハＷの第一の面１の研磨終点を決定するステップ（図１０のステップ６参照）を実行する。

これらステップを動作制御部８１に実行させるためのプログラムは、非一時的な有形物であるコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録され、記録媒体を介して動作制御部８１に提供される。または、プログラムは、インターネットなどの通信ネットワークを介して動作制御部８１に提供されてもよい。

本実施形態に係る研磨装置は、異物の除去量を計測しながらウェーハＷの第一の面１を研磨することができる。したがって、異物の除去量が少なくなった時点でウェーハＷの研磨を終了することができる。結果として、異物の初期量が異なる複数のウェーハを、一定の表面状態に仕上げることができる。さらに、過研磨に起因したスループットの低下、研磨具の過剰消費、ウェーハの研磨痕の増加、研磨プロファイルの悪化が防止される。同様に、研磨不足に起因した歩留まり低下が防止される。

図１２に示すように、パーティクルカウンタ７０を研磨ヘッド５０の下方に配置してもよい。より具体的には、吸引ノズル７１の先端がウェーハＷの周縁部の直ぐ下方に位置するように、パーティクルカウンタ７０を配置してもよい。

図１３は、研磨装置の他の実施形態を示す図である。この実施形態では、ローラー１１に変えて、ウェーハＷの周縁部を把持する複数のチャック１０１が設けられている。すなわち、基板保持部１０は、ウェーハＷの周縁部を把持する複数のチャック１０１と、これらチャック１０１を介してウェーハＷを回転させる環状の中空モータ１０２とを備えている。ウェーハＷは、チャック１０１によって水平に保持され、中空モータ１０２によってウェーハＷの軸心を中心に回転される。特に説明しない本実施形態の構成および動作は、先に説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。

図１４は、研磨ヘッド５０の配置を示す平面図である。ウェーハＷを保持した全てのチャック１０１は、中空モータ１０２（図１３参照）によって基板保持部１０の軸心ＣＰを中心に一体に回転される。チャック１０１が研磨ヘッド５０に接触しないようにするために、研磨ヘッド５０は、チャック１０１に保持されたウェーハＷの周縁部よりも内側に配置されている。研磨具６１がウェーハＷの第一の面１に接触できる面積をできるだけ大きくするために、回転するチャック１０１が研磨ヘッド５０に接触しない限りにおいて、研磨ヘッド５０とチャック１０１との距離は、できるだけ小さいことが好ましい。

上述した実施形態では、ウェーハＷの第二の面２（第一の面１とは反対側の面）を支持する基板支持ステージとして、ウェーハＷの第二の面２に流体を接触させてウェーハＷを流体で支持する静圧支持ステージ９０が使用されているが、第二の面２が、デバイスが形成されていない非デバイス面である場合には、基板支持ステージは真空チャックなどの接触タイプの構造を有してもよい。

また、上述した各実施形態では、処理対象となる基板としては、デバイスウェーハやガラス基板が挙げられる。さらに、様々なサイズの基板を処理対象とすることができる。例えば、直径１００ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍのウェーハを処理することも可能である。また、サイズの大きなガラス基板を処理することも可能である。

図１５は、研磨装置の他の実施形態を模式的に示す平面図である。本実施形態における研磨装置は、隔壁８７を有し、隔壁８７に囲まれた処理室１８０内に、研磨ヘッド５０、基板保持部１０、洗浄ノズル８５が配置されている。研磨ヘッド５０は、揺動アーム５３の一端に連結されており、揺動アーム５３の他端は、揺動軸５４に固定されている。図示しない軸回転機構により揺動軸５４が駆動されると、研磨ヘッド５０が揺動アーム５３を介して、点線で示す処理位置と、ウェーハＷの半径方向外側にある、実線で示す退避位置との間を移動するようになっている。揺動軸５４には、図示しない研磨ヘッド５０を上下方向に移動させる研磨ヘッド昇降機構がさらに連結されている。この研磨ヘッド昇降機構は、揺動軸５４および揺動アーム５３を介して研磨ヘッド５０を昇降させる。研磨中、研磨ヘッド５０は、研磨ヘッド昇降機構によりウェーハＷの表面に接触するまで下降される。研磨ヘッド昇降機構としては、エアシリンダ、またはサーボモータとボールねじ機構との組み合わせなどが使用される。

洗浄ノズル８５は、ノズルアーム８３の一端に連結されており、ノズルアーム８３の他端は、ノズルアーム軸８４に固定されている。図示しない軸回転機構によりノズルアーム軸８４が駆動されると、洗浄ノズル８５がノズルアーム８３を介して、点線で示す処理位置とウェーハＷの半径方向外側にある、実線で示す退避位置との間を移動するようになっている。洗浄ノズル８５が処理位置にあるとき、ウェーハＷの表面には洗浄液が洗浄ノズル８５から供給され、ウェーハＷの表面が洗浄される。そして、本実施形態においても、パーティクルカウンタ７０を研磨ヘッド５０の上方や下方といった近傍に設けることができる。さらに、図１５に示す基板保持部１０は、複数のローラー１１でウェーハＷを保持するように構成されている。このように構成すれば、研磨ヘッド５０に取り付けられた図示しない研磨具がウェーハＷの表面の最外部を含む第一の面全体を研磨することができるので、これに続けて、ウェーハＷの表面の最外部を別途エッジ研磨用の装置で研磨する工程を省くことができる。ただし、本実施形態はこれに限定されるものでなく、図１３および図１４に示す複数のチャック１０１でウェーハＷを保持するように構成してもよい。

一実施形態では、パーティクルカウンタ７０を研磨ヘッド５０の上方や下方といった近傍に設ける代わりに、基板支持ステージ上にある基板に供給されたリンス液が研磨装置の下にあるドレインから排出され、不図示の排液タンクに収集されるので、その排液タンクの中に収容された排液中に含まれる粒子数をモニタリングし、これにより研磨終点を検知するようにしてもよい。

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。

１０ 基板保持部
１１ ローラー
１１ａ クランプ部
１１ｂ テーパー面
１２ ローラー回転機構
１４Ａ 第１ベルト
１４Ｂ 第２ベルト
１５Ａ 第１モータ
１５Ｂ 第２モータ
１６Ａ 第１ローラー台
１６Ｂ 第２ローラー台
１８Ａ 第１アクチュエータ
１８Ｂ 第２アクチュエータ
１９Ａ 第１サーボモータ
１９Ｂ 第２サーボモータ
２０Ａ 第１ボールねじ機構
２０Ｂ 第２ボールねじ機構
２１ アクチュエータコントローラ
２７ リンス液供給ノズル
４９ 研磨ヘッド組立体
５０ 研磨ヘッド
５３ 揺動アーム
５４ 揺動軸
５７ エアシリンダ
５８ ヘッド回転機構
６１ 研磨具
７０ パーティクルカウンタ
７１ 吸引ノズル
７３ フローセル
７４ 吸引ポンプ
７６ レーザー
７７ 光検出器
７９ 計数処理部
８１ 動作制御部
８３ ノズルアーム
８４ ノズルアーム軸
８５ 洗浄ノズル
８７ 隔壁
９０ 静圧支持ステージ
９１ 基板支持面
９２ 流体供給路
９４ 流体噴射口
１０１ チャック
１０２ 中空モータ
１１０ 記憶装置
１１１ 主記憶装置
１１２ 補助記憶装置
１２０ 処理装置
１２１ ロードアンロード部
１２２ フロントロード部
１２３ 第１の搬送ロボット
１２６ 第２の搬送ロボット
１２７ 研磨装置
１３０ 入力装置
１３２ 記録媒体読み込み装置
１３３ システムコントローラ
１３４ 記録媒体ポート
１４０ 出力装置
１４１ ディスプレイ装置
１４２ 印刷装置
１５０ 通信装置
１７２ 洗浄ユニット
１７３ 乾燥ユニット
１８０ 処理室

Claims (11)

1. 基板を保持し、該基板を回転させる基板保持部と、
   研磨具を前記基板の第一の面に摺接させて該第一の面を研磨する研磨ヘッドとを備え、
   前記基板保持部は、前記基板の周縁部に接触可能な複数のローラーを備え、
   前記複数のローラーは、各ローラーの軸心を中心に回転可能に構成されていることを特徴とする装置。
2. 前記研磨ヘッドの軸心から前記研磨具の最も外側の縁部までの距離と、前記基板保持部の軸心から前記研磨ヘッドの軸心までの距離との合計は、前記基板の半径よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記複数のローラーを各ローラーの軸心を中心に回転させるローラー回転機構をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 前記第一の面とは反対側の前記基板の第二の面を支持する基板支持ステージをさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記基板の第一の面にリンス液を供給するリンス液供給ノズルと、
   前記基板の第一の面に供給された前記リンス液を収集し、該リンス液中に含まれる粒子の数を計測するパーティクルカウンタと、
   前記粒子の数に基づいて前記基板の第一の面の研磨終点を決定する動作制御部とをさらに備えた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装置。
6. 前記研磨終点は、前記粒子の数がしきい値よりも低下した点であることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 複数のローラーを基板の周縁部に接触させながら、前記複数のローラーをそれぞれの軸心を中心に回転させることで、前記基板を回転させ、
   研磨具を前記基板の第一の面に摺接させて該第一の面を研磨することを特徴とする方法。
8. 前記基板の第一の面を研磨しているとき、前記研磨具の一部は前記基板の周縁部からはみ出ることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記基板の第一の面の研磨中に、前記第一の面とは反対側の前記基板の第二の面を支持することを特徴とする請求項７または８に記載の方法。
10. 前記第一の面を研磨する工程は、前記基板の第一の面にリンス液を供給しながら、研磨具を前記基板の第一の面に摺接させて該第一の面を研磨する工程であり、
    前記基板の第一の面に供給された前記リンス液を収集し、
    該リンス液中に含まれる粒子の数を計測し、
    前記粒子の数に基づいて前記基板の第一の面の研磨終点を決定する工程をさらに含むことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記研磨終点は、前記粒子の数がしきい値よりも低下した点であることを特徴とする請求項１０に記載の方法。

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