JP2019034379A - 基板を研磨する方法および装置、並びに基板を処理する方法 - Google Patents

基板を研磨する方法および装置、並びに基板を処理する方法 Download PDF

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Abstract

【課題】基板の裏面が下を向いた状態で、効率的に基板の裏面の最外部を含む裏面全体を研磨することができる方法および装置を提供する。また、基板の裏面が下を向いた状態で、効率的に基板の裏面の最外部を含む裏面全体を処理する方法を提供する。【解決手段】本方法は、基板Ｗの裏面が下向きの状態で複数のローラー１１を基板Ｗの周縁部に接触させながら、複数のローラー１１をそれぞれの軸心を中心に回転させることで、基板Ｗを回転させ、基板Ｗの裏面に液体を供給しながら、かつ基板Ｗの下側に配置された研磨テープ３１を基板Ｗの裏面に接触させながら、研磨テープ３１を基板Ｗに対して相対運動をさせて基板Ｗの裏面全体を研磨する。【選択図】図１

Description

本発明は、ウェーハなどの基板を研磨する方法および装置、並びに基板を処理する方法に関する。
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、チャックによって研磨面を上向きにして水平に保持され、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、ウェーハの上側に配置され、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、例えばウェーハの表面を研磨し、洗浄し、乾燥させる一連の工程を行うことができる基板処理システムに設けられる。このような基板処理システムでは、複数のウェーハは、そのデバイス面が上を向いた状態で、ウェーハカセット内に収容されている。そのため、従来の装置でウェーハの裏面を研磨する場合、ウェーハをウェーハカセットから研磨装置に搬送する過程でウェーハを反転させる必要があった。また、研磨されたウェーハをウェーハカセットに戻す前に、ウェーハを再度反転させる必要があった。しかしながら、このようにウェーハを反転させるときに、ウェーハに空気中の不純物が付着しやすい。また、ウェーハを反転させる工程が繰り返されるので全体の処理時間が増えるという問題があった。
本発明は、上述した従来の問題点を解決するためになされたもので、基板の裏面が下を向いた状態で、効率的に基板の裏面の最外部を含む裏面全体を研磨することができる方法および装置を提供することを目的とする。また、本発明は、基板の裏面が下を向いた状態で、効率的に基板の裏面の最外部を含む裏面全体を処理する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、基板の裏面が下向きの状態で複数のローラーを前記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、前記基板の裏面に液体を供給しながら、かつ前記基板の下側に配置された研磨具を前記基板の裏面に接触させながら、前記研磨具を前記基板に対して相対運動をさせて該基板の裏面全体を研磨することを特徴とする研磨方法である。
本発明の好ましい態様は、前記相対運動は、前記研磨具が円運動をしながら前記基板の裏面の中心と該裏面の最外端との間を移動する運動であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記相対運動は、前記研磨具が前記基板の裏面と平行な方向に往復運動しながら、前記研磨具が前記基板の裏面の中心と該裏面の最外端との間を移動する運動であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記往復運動は、前記研磨具が前記基板の裏面と平行な方向に振動する運動であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記液体は、純水またはアルカリ性の薬液であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨具は、砥粒を表面に有する研磨テープであることを特徴とする。
本発明の一態様は、ロードアンロード部に載置された基板を研磨ユニットに搬送し、前記研磨ユニットで前記基板の裏面全体を研磨し、前記研磨された基板を洗浄ユニットで洗浄し、前記洗浄された基板を乾燥ユニットで乾燥させ、前記乾燥された基板を前記ロードアンロード部に搬送する工程を含み、前記基板を前記研磨ユニットに搬送する工程、前記基板の裏面全体を研磨する工程、前記研磨された基板を洗浄する工程、前記洗浄された基板を乾燥させる工程、および前記乾燥された基板を前記ロードアンロード部に搬送する工程は、前記基板の裏面が下向きの状態で行われ、前記研磨ユニットで前記基板の裏面全体を研磨する工程は、前記基板の裏面が下向きの状態で複数のローラーを前記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、前記基板の裏面に液体を供給しながら、かつ前記基板の下側に配置された研磨具を前記基板の裏面に接触させながら、前記研磨具を前記基板に対して相対運動をさせて該基板の裏面全体を研磨する工程であることを特徴とする基板処理方法である。
本発明の一態様は、基板の裏面を研磨する方法であって、前記基板の裏面の中心側領域を第１の基板保持部で保持し、前記基板の下側に配置された研磨具を前記基板の裏面の外周側領域に接触させながら、前記研磨具を円運動または振動させて該裏面の外周側領域を研磨し、前記基板の裏面の外周側領域を第２の基板保持部で保持し、前記基板の下側に配置された研磨具を前記基板の裏面の中心側領域に接触させながら、前記研磨具を円運動または振動させて該裏面の中心側領域を研磨することを特徴とする研磨方法である。
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裏面に接触させる研磨ヘッドと、前記基板が前記基板保持部に保持されているときに、前記研磨ヘッドを前記基板に対して相対運動させる研磨ヘッド動作部とを備え、前記基板保持部は、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おり、前記複数のローラーは、前記基板の周縁部に接触可能な基板保持面を有し、前記研磨ヘッドは、前記基板保持面よりも下方に配置され、かつ上向きに配置されていることを特徴とする研磨装置である。
本発明の好ましい態様は、前記研磨ヘッド動作部は、前記研磨ヘッドを円運動または振動させる研磨ヘッド駆動機構を備えていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨ヘッド動作部は、前記研磨ヘッドを平行移動させる研磨ヘッド移動機構をさらに備えていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨具は、砥粒を表面に有する研磨テープであることを特徴とする。
本発明の一態様は、基板の裏面の中心側領域を保持し、該基板を回転させる第１の基板保持部と、該裏面の外周側領域を保持する第２の基板保持部と、研磨具を前記基板の裏面に接触させて該基板の裏面を研磨する研磨ヘッドと、前記基板が前記第１または第２の基板保持部に保持されているときに、前記研磨ヘッドを、前記基板に対して相対運動させる研磨ヘッド動作部とを備え、前記研磨ヘッド動作部は、前記研磨ヘッドを円運動または振動させる研磨ヘッド駆動機構を備えていることを特徴とする研磨装置である。
本発明によれば、研磨ヘッドが基板の裏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一方で、ローラー自体の位置は静止しているので、ローラーが研磨ヘッドに接触することなく、研磨具は、基板の裏面の最外部を含む裏面全体を研磨することができる。結果として、基板の裏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。
さらに本発明によれば、研磨具は基板の下側に配置され、基板に対して相対運動をするので、基板の裏面が下を向いた状態で、効率的に基板の裏面全体を研磨することができる。結果として、裏面研磨用に基板を反転させる必要がなくなるため、基板への空気中の不純物の付着を防止し、かつ全体の処理時間を減らすことができる。
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。 研磨ヘッドを円運動させるための研磨ヘッド駆動機構の一実施形態を示す模式図である。 研磨ヘッドを振動させるための研磨ヘッド駆動機構の一実施形態を示す模式図である。 研磨テープの一例を示す模式図である。 研磨テープの他の一例を示す模式図である。 研磨ヘッドを円運動させながらウェーハの第１の面を研磨するときの動作をウェーハの下方から見た模式図である。 研磨ヘッドを往復運動させながらウェーハの第１の面を研磨するときの動作をウェーハの下方から見た模式図である。 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。 研磨装置の他の実施形態を示す模式図である。 第２の基板保持部によってウェーハの第１の面の外周側領域が保持されるときの様子を示す模式図である。
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。図１に示す研磨装置は、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１の面１を研磨してウェーハＷの第１の面１から異物や傷を除去する研磨ヘッド組立体４９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の下側に配置されている。
本実施形態では、ウェーハＷの第１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２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。本実施形態では、ウェーハＷは、その第１の面１が下向きの状態で、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。一実施形態では、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１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。ウェーハＷの第１の面１の研磨中、４つのローラー１１はそれぞれの軸心を中心に回転するが、ローラー１１自体の位置は静止している。
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、円筒状の基板保持面１１ａと、基板保持面１１ａに接続され、かつ基板保持面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、基板保持面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の周縁部が基板保持面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の周縁部が基板保持面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。
図１に戻り、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１の面１に研磨具としての研磨テープ３１を接触させてウェーハＷの第１の面１を研磨する研磨ヘッド５０と、研磨ヘッド５０をウェーハＷに対して相対運動させる研磨ヘッド動作部６０とを備えている。研磨ヘッド５０は、ローラー１１の基板保持面１１ａよりも下方に配置され、かつ上向きに配置されている。研磨ヘッド動作部６０は、研磨ヘッド５０を円運動または往復運動させる研磨ヘッド駆動機構６１と、研磨ヘッド５０を平行移動させる研磨ヘッド移動機構９１とを備えている。
図５は、研磨ヘッド５０を円運動させるための研磨ヘッド駆動機構６１の一実施形態を示す模式図である。図５に示す研磨ヘッド駆動機構６１は、モータ６２と、モータ６２の回転軸６３に固定された偏心回転体６５と、偏心回転体６５に軸受６７を介して連結されたテーブル６９と、テーブル６９を支持する複数のクランク７０を備えている。図５では１つのクランク７０のみが図示されているが、少なくとも３つのクランク７０が偏心回転体６５の周りに配列されている。モータ６２は、基台７１に固定されている。
偏心回転体６５の軸心６５ａは、モータ６２の回転軸６３の軸心６３ａから距離ｅだけ離れている。よって、モータ６２が作動すると、偏心回転体６５は半径ｅの円運動を行う。クランク７０は、互いに固定された第１軸体７２と第２軸体７３を有する。第１軸体７２の軸心７２ａと第２軸体７３の軸心７３ａも、同様に、距離ｅだけ離れている。第１軸体７２は、テーブル６９に保持された軸受７５によって回転可能に支持されており、第２軸体７３は軸受７７によって回転可能に支持されている。軸受７７は、基台７１に固定された支持部材７９に固定されている。
上記構成によれば、モータ６２が回転すると、偏心回転体６５が半径ｅの円運動を行い、軸受６７を介して偏心回転体６５に連結されたテーブル６９も半径ｅの円運動を行う。本明細書において、円運動は、対象物が円軌道上を移動する運動と定義される。本実施形態の円運動は、ウェーハＷの第１の面１と平行な平面内での円運動である。すなわち、円運動をしているときの研磨ヘッド５０および研磨テープ３１の移動方向は、ウェーハＷの第１の面１と平行である。
テーブル６９は、複数のクランク７０によって支持されているので、テーブル６９が円運動を行っているとき、テーブル６９自体は回転しない。このようなテーブル６９の運動は、並進回転運動とも呼ばれる。本明細書において、対象物自体は回転せずに、対象物が円軌道上を移動する運動は、並進回転運動と定義される。この並進回転運動は、円運動の１つの具体例である。研磨ヘッド５０はテーブル６９に固定される。よって、研磨ヘッド５０は、テーブル６９とともに円運動（並進回転運動）を行う。本実施形態では、研磨ヘッド駆動機構６１は、研磨ヘッド５０を並進回転運動させる並進回転機構である。
図６は、研磨ヘッド５０をウェーハＷの第１の面１と平行な方向に振動（往復運動）させるための研磨ヘッド駆動機構６１の一実施形態を示す模式図である。図６に示す研磨ヘッド駆動機構６１は、モータ６２と、モータ６２の回転軸６３に固定されたクランク６６と、クランク６６に連結されたリンク機構８０と、リンク機構８０を支持する直動ガイド８１とを備えている。モータ６２は、基台７１に固定されている。
リンク機構８０は、クランク６６に回転可能に連結された第１リンク８３と、直動ガイド８１に支持された第２リンク８５と、第１リンク８３を第２リンク８５に連結するジョイント８７を備えている。直動ガイド８１は、第２リンク８５が直線方向にのみ動くことを許容する装置である。この直動ガイド８１は、基台７１に固定された支持部材７９に固定されている。
上記構成によれば、モータ６２が作動すると、クランク６６に連結された第１リンク８３の端部が円運動する。第１リンク８３の端部の円運動は第２リンク８５に伝達され、第２リンク８５は直線的に往復運動する。このようにして、クランク６６の回転は往復運動に変換される。第２リンク８５には、保持部材８９が固定されている。研磨ヘッド５０は保持部材８９に固定される。よって、研磨ヘッド５０は、第２リンク８５とともに往復運動を行う。第２リンク８５は、水平に配置されている。よって、ウェーハＷがその第１の面１が下向きの状態で基板保持部１０に保持されているとき、研磨ヘッド５０は、ウェーハＷの第１の面１と平行な方向に往復運動を行う。この研磨ヘッド５０の往復運動は、ウェーハＷの第１の面１と平行な方向への直線的な振動でもある。
図１に戻り、研磨ヘッド移動機構９１は、ボールねじ機構９３と、ボールねじ機構９３を駆動するモータ９４とを備えている。研磨ヘッド駆動機構６１は、ボールねじ機構９３の可動部９３ａに固定されている。可動部９３ａはボールねじ機構９３のねじ軸９３ｂに連結されている。モータ９４を作動させると、ボールねじ機構９３の可動部９３ａがウェーハＷの第１の面１と平行な方向に移動し、研磨ヘッド駆動機構６１および研磨ヘッド５０がウェーハＷの第１の面１と平行な方向に移動する。一実施形態では、モータ９４は図示しないモータ制御部に電気的に接続されたサーボモータとしてもよい。
本実施形態の研磨装置は、隔壁１００と、研磨テープ３１を研磨ヘッド５０に供給し、かつ研磨ヘッド５０から回収する研磨具供給回収機構４１と、ウェーハＷの第１の面１に液体を供給する液体供給ノズル２７と、ウェーハＷの第２の面２に保護液を供給する保護液供給ノズル２８とをさらに備えている。複数のローラー１１、研磨ヘッド５０、研磨ヘッド駆動機構６１、液体供給ノズル２７、および保護液供給ノズル２８は、隔壁１００の内部に配置され、ローラー回転機構１２、研磨ヘッド移動機構９１、および研磨具供給回収機構４１は隔壁１００の外に配置されている。
本実施形態では、研磨具として、砥粒を表面に有する研磨テープ３１が使用されている。図７は、研磨テープ３１の一例を示す模式図である。図７に示す研磨テープ３１は、基材テープ３３と、研磨層３５とを有する。基材テープ３３の表面は、研磨層３５で覆われている。研磨層３５は、砥粒３７と、砥粒３７を保持するバインダ（樹脂）３９とを有する。図８は、研磨テープ３１の他の一例を示す模式図である。図８に示す研磨テープ３１は、基材テープ３３と、研磨層３５と、これらの間に位置する弾性層４０とを有する。弾性層４０は、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリエステル、またはナイロンからなる不織布、もしくはシリコンゴムなどの弾性材料から構成されている。一実施形態では、研磨具は、研磨テープ３１に代えて、砥石であってもよい。この場合、研磨具供給回収機構４１は省略することができる。
図１に戻り、研磨具供給回収機構４１は、研磨テープ３１を研磨ヘッド５０に供給する供給リール４３と、ウェーハＷの研磨に使用された研磨テープ３１を回収する回収リール４４とを備えている。供給リール４３および回収リール４４には図示しないテンションモータがそれぞれ連結されている。それぞれのテンションモータは、供給リール４３および回収リール４４に所定のトルクを与え、研磨テープ３１に所定のテンションを掛けることができるようになっている。
研磨テープ３１は、研磨テープ３１の研磨層３５がウェーハＷの第１の面１を向くように研磨ヘッド５０に供給される。研磨テープ３１は、隔壁１００に設けられた開口部（図示せず）を通して供給リール４３から研磨ヘッド５０へ供給され、使用された研磨テープ３１は開口部を通って回収リール４４に回収される。
研磨ヘッド５０は、研磨テープ３１をウェーハＷの第１の面１に対して押圧する押圧機構５２を備えている。研磨テープ３１は、押圧機構５２の上面を通るように供給される。本実施形態では、押圧機構５２は、研磨テープ３１の裏面を支持する押圧パッド５２ａと、押圧パッド５２ａに連結されたエアシリンダ５２ｂとを備える。
押圧機構５２は、研磨テープ３１を下方から押圧し、研磨層３５の表面から構成される研磨面をウェーハＷの第１の面１に接触させることによってウェーハＷの第１の面１を研磨する。研磨ヘッド５０は、複数のガイドローラ５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄをさらに備えている。研磨具供給回収機構４１は、複数のガイドローラ５３ｅ，５３ｆをさらに備えている。研磨ヘッド５０の上部に配置されたガイドローラ５３ａ，５３ｃは、ウェーハＷの第１の面１と平行な方向に研磨テープ３１が進行するように研磨テープ３１をガイドする。
液体供給ノズル２７は、基板保持部１０に保持されたウェーハＷの下方に配置されている。液体供給ノズル２７は、図示しない液体供給源に接続されている。液体供給ノズル２７はウェーハＷの第１の面１の中心Ｏ１を向いて、かつウェーハＷの半径方向外側を向いて配置されており、液体はウェーハＷの第１の面１上に供給される。ウェーハＷは液体の存在下で研磨される。液体は、ウェーハＷの第１の面１上を半径方向外側に流れ、これにより研磨屑をウェーハＷの第１の面１から除去することができる。本実施形態において、上述の液体は純水であるが、一実施形態では、エッチング作用のあるアルカリ性の薬液としてもよい。
液体供給ノズル２８は、基板保持部１０の上方に配置されている。保護液供給ノズル２８は、図示しない保護液供給源に接続されている。保護液供給ノズル２８はウェーハＷの第２の面２の中心を向いて配置されており、保護液は、ウェーハＷの第２の面２上に供給される。ウェーハＷの第２の面２に供給された保護液は、遠心力によりウェーハＷの第２の面２の全体に広がり、ウェーハＷの第２の面２を保護する。上述の保護液は、ウェーハＷの研磨で生じた研磨屑や異物を含む液体がウェーハＷの第２の面に回り込んでウェーハＷの第２の面に付着することを防止する。その結果、ウェーハＷの第２の面２を清浄に保つことができる。本実施形態において、上述の保護液は純水である。
本実施形態の研磨装置は、研磨ヘッド組立体４９および研磨具供給回収機構４１をそれぞれ１つずつ備えているが、一実施形態では、２つ以上の研磨ヘッド組立体４９および２つ以上の研磨具供給回収機構４１を備えてもよい。さらに一実施形態では、２つ以上の液体供給ノズル２７を備えてもよい。
次に、本実施形態の研磨装置の動作について説明する。以下に説明する研磨装置の動作は、図１に示す動作制御部１８０によって制御される。動作制御部１８０は、基板保持部１０、研磨ヘッド組立体４９、研磨具供給回収機構４１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、保護液供給ノズル２８、研磨ヘッド組立体４９、研磨具供給回収機構４１の動作は動作制御部１８０によって制御される。動作制御部１８０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。
研磨されるウェーハＷは、第１の面１が下向きの状態で、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。次に、液体供給ノズル２７からウェーハＷの第１の面１に液体が供給され、保護液供給ノズル２８からウェーハＷの第２の面２に保護液が供給される。ウェーハＷの第１の面１に供給された液体は、ウェーハの第１の面１上を半径方向外側に流れ、ウェーハＷの第２の面２に供給された保護液は、遠心力によりウェーハＷの第２の面２の全体に広がる。
研磨テープ３１は、予め研磨ヘッド５０に供給されている。動作制御部１８０は、研磨具供給回収機構４１を駆動し、所定のテンションを掛けながら研磨テープ３１をウェーハＷの第１の面１と平行な方向に進行させる。そして、ウェーハＷの第１の面１に液体を供給しながら、かつ研磨テープ３１をウェーハＷの第１の面１に接触させながら、研磨ヘッド５０および研磨テープ３１をウェーハＷに対して相対運動をさせてウェーハＷの第１の面１を研磨する。具体的には、研磨ヘッド駆動機構６１は、研磨ヘッド５０および研磨テープ３１を円運動または、ウェーハＷの第１の面１と平行な方向に往復運動（振動）させながら、研磨ヘッド移動機構９１は、研磨ヘッド５０および研磨テープ３１をウェーハＷの第１の面１の中心Ｏ１と第１の面１の最外端との間を移動させる。
図９は、研磨ヘッド５０を円運動させながらウェーハＷの第１の面１を研磨するときの動作をウェーハＷの下方から見た模式図であり、図１０は研磨ヘッド５０を往復運動させながらウェーハＷの第１の面１を研磨するときの動作をウェーハＷの下方から見た模式図である。研磨ヘッド５０は、点線で示す円運動または往復運動しながら、回転するウェーハＷの第１の面１の全体を研磨する。
図１０において、研磨ヘッド５０が研磨ヘッド駆動機構６１の駆動によって往復運動する方向（以下第１の方向という）は、研磨ヘッド５０が、研磨ヘッド移動機構９１によって移動される方向（以下第２の方向という）と垂直であるが、本発明はこの実施形態に限定されず、第１の方向は第２の方向と垂直でなくてもよい。動作制御部１８０は、予め設定された時間が経過した後、または研磨ヘッド５０がウェーハＷの第１の面１の中心Ｏ１と第１の面１の最外端との間を予め設定された回数だけ移動した後、基板保持部１０、リンス液供給ノズル２７、保護液供給ノズル２８、研磨ヘッド組立体４９、研磨具供給回収機構４１の動作を停止させ、研磨を終了する。
上述のように、研磨ヘッド５０がウェーハＷの第１の面１を研磨しているとき、ウェーハＷの周縁部を把持するローラー１１は各ローラー１１の軸心を中心に回転する一方で、ローラー１１自体の位置は静止しているので、ローラー１１が研磨ヘッド５０に接触することなく、研磨テープ３１は、ウェーハＷの第１の面１の最外部を含むウェーハＷの第１の面１全体を研磨することができる。結果として、ウェーハＷの第１の面１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、全体の研磨時間を減らすことができる。
ウェーハＷの第１の面１を下向きの状態で第１の面１を研磨するとき、ウェーハＷの第１の面１に供給された液体が下方に流れるため、研磨ヘッド組立体４９およびその周辺の機構は防水構造（図示せず）を有している。本実施形態では、研磨ヘッド５０の運動は、円運動、往復運動、または平行移動であるため、研磨テープ３１の捻れなどの問題が生じず、研磨ヘッド５０を研磨具供給回収機構４１と分離して駆動させることができる。そのため、研磨具供給回収機構４１を隔壁１００の外に配置することができ、上述の防水構造も簡素化できる。
図１１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、多数のウェーハが収容されたウェーハカセット（基板カセット）が載置される複数のロードポート１２２を備えたロードアンロード部１２１を有している。ロードポート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、ロードポート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はロードポート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、ウェーハが一時的に置かれる第１仮置き台１４０および第２仮置き台１４１と、研磨ユニット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。第２仮置き台１４１と洗浄ユニット１７２との間には、ウェーハを搬送するための第３の搬送ロボット１５０が配置されており、洗浄ユニット１７２と乾燥ユニット１７３との間には、ウェーハを搬送するための第４の搬送ロボット１５１が配置されている。研磨ユニット１２７は、図１に示す上述した研磨装置である。
次に、研磨ユニット１２７を用いてウェーハを研磨するときのウェーハの搬送ルートについて説明する。複数（例えば２５枚）のウェーハは、そのデバイス面が上を向いた状態で、ロードポート１２２のウェーハカセット（基板カセット）内に収容されている。第１の搬送ロボット１２３は、ウェーハカセットから１枚のウェーハを取り出し、ウェーハを第１仮置き台１４０に載置する。第２の搬送ロボット１２６は、ウェーハを第１仮置き台１４０から取り出し、ウェーハの裏面が下向きの状態でウェーハを研磨ユニット１２７に搬送する。図９および図１０を参照して説明したように、ウェーハの裏面は研磨ユニット１２７によって研磨される。第２の搬送ロボット１２６は、研磨されたウェーハを研磨ユニット１２７から取り出し、第２仮置き台１４１に載置する。第３の搬送ロボット１５０は、ウェーハを第２仮置き台１４１から取り出し、洗浄ユニット１７２に搬送する。
ウェーハは、その研磨された裏面が下向きの状態で、洗浄ユニット１７２によって洗浄される。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。
第４の搬送ロボット１５１は、洗浄されたウェーハを洗浄ユニット１７２から取り出し、乾燥ユニット１７３に搬送する。ウェーハは、その洗浄された裏面が下向きの状態で、乾燥ユニット１７３によって乾燥される。本実施形態では、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させるように構成されている。一実施形態では、乾燥ユニット１７３は、純水ノズルおよびＩＰＡノズルをウェーハの半径方向に移動させながら、純水ノズルおよびＩＰＡノズルから純水とＩＰＡ蒸気（イソプロピルアルコールとＮ２ガスとの混合物）をウェーハの上面に供給することでウェーハを乾燥させるＩＰＡタイプであってもよい。
乾燥されたウェーハは、その裏面が下向きの状態で第１の搬送ロボット１２３によりロードポート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、ウェーハの裏面が下向きの状態のまま、ウェーハの研磨、洗浄、乾燥、およびロードアンロード部への搬送の一連の工程を行うことができる。
本実施形態によれば、ウェーハＷの裏面が下向きの状態で、効率的にウェーハＷの裏面全体を研磨することができる。結果として、裏面研磨用にウェーハＷを反転させる必要がなくなるため、ウェーハＷへの空気中の不純物の付着を防止し、かつ全体の処理時間を減らすことができる。
図１２は、研磨装置の他の実施形態を示す模式図である。特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図１および図５乃至図１０を参照して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１２に示す研磨装置は、基板保持部１０に代えて第１の基板保持部２００を備えている。第１の基板保持部２００は、その軸心を中心に回転可能、かつ上下方向に移動自在に構成されている。
ウェーハＷは、その第１の面１が下向きの状態で、第１の基板保持部２００に水平に保持される。ウェーハＷは、真空吸着などにより、第１の基板保持部２００に、その第１の面１の中心側領域を保持され、第１の基板保持部２００の軸心を中心に回転される。ウェーハＷが回転された状態で、研磨テープ３１をウェーハＷの第１の面１の外周側領域に接触させながら、研磨ヘッド動作部６０の研磨ヘッド駆動機構６１によって研磨ヘッド５０および研磨テープ３１を円運動または、ウェーハＷの第１の面１と平行な方向に往復運動（振動）させてウェーハＷの第１の面１の外周側領域を研磨する。一実施形態では、研磨ヘッド５０および研磨テープ３１を円運動または往復運動（振動）させながら、研磨ヘッド動作部６０の研磨ヘッド移動機構９１によって研磨ヘッド５０および研磨テープ３１をウェーハＷの第１の面１の外周側領域内で移動させてもよい。
本実施形態の研磨装置は、ウェーハＷの第１の面１の外周側領域を保持する第２の基板保持部２０２をさらに備えている。図１３は、第２の基板保持部２０２によってウェーハＷの第１の面１の外周側領域が保持されるときの様子を示す模式図である。第２の基板保持部２０２によってウェーハＷが保持されるとき、第１の基板保持部２００は下方に移動し退避する。第２の基板保持部２０２は、上下方向かつ、水平方向に移動自在に構成されている。第１の基板保持部２００によってウェーハＷが保持されるとき、第２の基板保持部２０２は水平方向に移動し退避する。
ウェーハＷは、その第１の面１が下向きの状態で、第２の基板保持部２０２に水平に保持される。ウェーハＷは、真空吸着などにより、第２の基板保持部２０２に、その第１の面１の外周側領域を保持される。ウェーハＷの第１の面１の外周側領域が保持された状態で、研磨テープ３１をウェーハＷの第１の面１の中心側領域に接触させながら、研磨ヘッド動作部６０の研磨ヘッド駆動機構６１によって研磨ヘッド５０および研磨テープ３１を円運動または、ウェーハＷの第１の面１と平行な方向に往復運動（振動）させてウェーハＷの第１の面１の中心側領域を研磨する。一実施形態では、研磨ヘッド５０および研磨テープ３１を円運動または往復運動（振動）させながら、研磨ヘッド動作部６０の研磨ヘッド移動機構９１によって研磨ヘッド５０および研磨テープ３１をウェーハＷの第１の面１の中心側領域内（図１３に示す矢印の範囲）で移動させてもよい。
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 基板保持面
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 液体供給ノズル
２８ 保護液供給ノズル
３１ 研磨テープ
３３ 基材テープ
３５ 研磨層
３７ 砥粒
３９ バインダ
４０ 弾性層
４１ 研磨具供給回収機構
４３ 供給リール
４４ 回収リール
４９ 研磨ヘッド組立体
５０ 研磨ヘッド
５２ 押圧機構
５２ａ 押圧パッド
５２ｂ エアシリンダ
５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄ，５３ｅ，５３ｆ ガイドローラ
６０ 研磨ヘッド動作部
６１ 研磨ヘッド駆動機構
６２ モータ
６３ 回転軸
６３ａ 軸心
６５ 偏心回転体
６５ａ 軸心
６６ クランク
６７ 軸受
６９ テーブル
７０ クランク
７１ 基台
７２ 第１軸体
７２ａ 軸心
７３ 第２軸体
７３ａ 軸心
７５ 軸受
７７ 軸受
７９ 支持部材
８０ リンク機構
８１ 直動ガイド
８３ 第１リンク
８５ 第２リンク
８７ ジョイント
８９ 保持部材
９１ 研磨ヘッド移動機構
９３ ボールねじ機構
９３ａ 可動部
９３ｂ ねじ軸
９４ モータ
１００ 隔壁
１２１ ロードアンロード部
１２２ ロードポート
１２３ 第１の搬送ロボット
１２６ 第２の搬送ロボット
１２７ 研磨ユニット
１３３ システムコントローラ
１４０ 第１仮置き台
１４１ 第２仮置き台
１５０ 第３の搬送ロボット
１５１ 第４の搬送ロボット
１７２ 洗浄ユニット
１７３ 乾燥ユニット
１８０ 動作制御部
２００ 第１の基板保持部
２０２ 第２の基板保持部

Claims (13)

  1. 基板の裏面が下向きの状態で複数のローラーを前記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、
    前記基板の裏面に液体を供給しながら、かつ前記基板の下側に配置された研磨具を前記基板の裏面に接触させながら、前記研磨具を前記基板に対して相対運動をさせて該基板の裏面全体を研磨することを特徴とする研磨方法。
  2. 前記相対運動は、前記研磨具が円運動をしながら前記基板の裏面の中心と該裏面の最外端との間を移動する運動であることを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
  3. 前記相対運動は、前記研磨具が前記基板の裏面と平行な方向に往復運動しながら、前記研磨具が前記基板の裏面の中心と該裏面の最外端との間を移動する運動であることを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
  4. 前記往復運動は、前記研磨具が前記基板の裏面と平行な方向に振動する運動であることを特徴とする請求項３に記載の研磨方法。
  5. 前記液体は、純水またはアルカリ性の薬液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。
  6. 前記研磨具は、砥粒を表面に有する研磨テープ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。
  7. ロードアンロード部に載置された基板を研磨ユニットに搬送し、
    前記研磨ユニットで前記基板の裏面全体を研磨し、
    前記研磨された基板を洗浄ユニットで洗浄し、
    前記洗浄された基板を乾燥ユニットで乾燥させ、
    前記乾燥された基板を前記ロードアンロード部に搬送する工程を含み、
    前記基板を前記研磨ユニットに搬送する工程、前記基板の裏面全体を研磨する工程、前記研磨された基板を洗浄する工程、前記洗浄された基板を乾燥させる工程、および前記乾燥された基板を前記ロードアンロード部に搬送する工程は、前記基板の裏面が下向きの状態で行われ、
    前記研磨ユニットで前記基板の裏面全体を研磨する工程は、前記基板の裏面が下向きの状態で複数のローラーを前記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、前記基板の裏面に液体を供給しながら、かつ前記基板の下側に配置された研磨具を前記基板の裏面に接触させながら、前記研磨具を前記基板に対して相対運動をさせて該基板の裏面全体を研磨する工程であることを特徴とする基板処理方法。
  8. 基板の裏面を研磨する方法であって、
    前記基板の裏面の中心側領域を第１の基板保持部で保持し、
    前記基板の下側に配置された研磨具を前記基板の裏面の外周側領域に接触させながら、前記研磨具を円運動または振動させて該裏面の外周側領域を研磨し、
    前記基板の裏面の外周側領域を第２の基板保持部で保持し、
    前記基板の下側に配置された研磨具を前記基板の裏面の中心側領域に接触させながら、前記研磨具を円運動または振動させて該裏面の中心側領域を研磨することを特徴とする研磨方法。
  9. 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裏面に接触させる研磨ヘッドと、
    前記基板が前記基板保持部に保持されているときに、前記研磨ヘッドを前記基板に対して相対運動させる研磨ヘッド動作部とを備え、
    前記基板保持部は、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おり、
    前記複数のローラーは、前記基板の周縁部に接触可能な基板保持面を有し、
    前記研磨ヘッドは、前記基板保持面よりも下方に配置され、かつ上向きに配置されていることを特徴とする研磨装置。
  10. 前記研磨ヘッド動作部は、前記研磨ヘッドを円運動または振動させる研磨ヘッド駆動機構を備えていることを特徴とする請求項９に記載の研磨装置。
  11. 前記研磨ヘッド動作部は、前記研磨ヘッドを平行移動させる研磨ヘッド移動機構をさらに備えていることを特徴とする請求項１０に記載の研磨装置。
  12. 前記研磨具は、砥粒を表面に有する研磨テープであることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の研磨装置。
  13. 基板の裏面の中心側領域を保持し、該基板を回転させる第１の基板保持部と、
    該裏面の外周側領域を保持する第２の基板保持部と、
    研磨具を前記基板の裏面に接触させて該基板の裏面を研磨する研磨ヘッドと、
    前記基板が前記第１または第２の基板保持部に保持されているときに、前記研磨ヘッドを、前記基板に対して相対運動させる研磨ヘッド動作部とを備え、
    前記研磨ヘッド動作部は、前記研磨ヘッドを円運動または振動させる研磨ヘッド駆動機構を備えていることを特徴とする研磨装置。
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