JP2021130145A - 研磨装置および研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハなどの基板の外周部を含む表側面の全体を高スループットで研磨することができる研磨装置を提供する。【解決手段】研磨装置は、基板Ｗを保持するための基板保持面１１ａを有する保持ステージ１１と、第１研磨具２４で基板Ｗの表側面の外周部を研磨するための研磨ヘッド３５と、第２研磨具６１で基板Ｗの表側面を研磨するためのスクラブヘッド５０と、処理室７を形成する隔壁６を備えている。保持ステージ１１、研磨ヘッド２４、およびスクラブヘッド５０は、処理室７内に配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、ウェーハなどの基板の表側面の全体を研磨するための研磨装置および研磨方法に関する。

ＮＩＬ(ナノインプリントリソグラフィ)においては、テンプレートから回路パターンが直接ウェーハに転写される。ウェーハ表面上にパーティクルなどの微小突起物があると、回路パターンの転写時にテンプレートが破損することがある。そこで、高価なテンプレートの寿命を延ばすために、転写前のウェーハから微小突起物を除去することが求められている。ウェーハ表面に存在する微小突起物には、ウェーハ表面に付着したパーティクルのみならず、膜中に埋め込まれた異物が含まれる。

半導体デバイスの製造工程では、種々の材料からなる膜がウェーハ上に繰り返し形成され、積層構造を形成する。ウェーハの外周部に形成されている膜は、パーティクル汚染の原因となりうるので、ウェーハから除去する必要がある。

特開２０１８−１４８０４８号公報

そこで、本発明は、ウェーハなどの基板の外周部を含む表側面の全体を高スループットで研磨することができる研磨装置および研磨方法を提供する。

一態様では、基板を保持するための基板保持面を有する保持ステージと、第１研磨具で前記基板の表側面の外周部を研磨するための研磨ヘッドと、第２研磨具で前記基板の表側面を研磨するためのスクラブヘッドと、処理室を形成する隔壁を備え、前記保持ステージ、前記研磨ヘッド、および前記スクラブヘッドは、前記処理室内に配置されている、研磨装置が提供される。

一態様では、前記基板保持面は、前記基板と同じ大きさか、または前記基板よりも大きい。
一態様では、前記基板保持面の中央領域を向いて配置された第１液体供給ノズルと、前記スクラブヘッドに保持されている前記第２研磨具を向いて配置された第２液体供給ノズルをさらに備えている。

一態様では、基板を保持ステージの基板保持面上に保持し、前記基板とともに前記保持ステージを回転させ、第１研磨具を前記基板保持面上の基板の表側面の外周部に対して押し付けて、前記表側面の外周部を研磨し、第２研磨具を前記基板保持面上の前記基板の表側面に対して押し付けて、前記表側面を研磨する、研磨方法が提供される。

一態様では、前記表側面の外周部の研磨を終了した後に、前記第２研磨具を前記基板保持面上の前記基板の表側面に対して押し付ける。
一態様では、前記表側面の外周部の研磨が開始された後であって、かつ前記表側面の外周部の研磨が終了する前に、前記第２研磨具を前記基板保持面上の前記基板の表側面に対して押し付けて、前記第１研磨具による前記表側面の外周部の研磨と、前記第２研磨具による前記表側面の研磨を同時に実行する。
一態様では、前記表側面の外周部の研磨が終了した後に、前記第２研磨具による前記基板の表側面の研磨を終了させる。
一態様では、前記基板の裏側面の全体は、前記基板保持面上に保持される。

本発明によれば、同じ処理室内にスクラブヘッドと研磨ヘッドが配置されているので、基板を別々の研磨モジュールに搬送することなく、基板の表側面の中心を含む領域と、基板の表側面の外周部を同時または連続的に研磨することができる。結果として、基板処理のスループットが向上できる。また、異なる２種類の研磨処理を１つの処理室内で完了することができるので、基板の搬送に起因するパーティクル汚染も防止できる。したがって、本発明に係る研磨装置および研磨方法は、ウェーハなどの基板の外周部を含む表側面の全体を高スループットで研磨することができる。

図１（ａ）および図１（ｂ）は、基板の周縁部を示す拡大断面図である。 研磨装置の一実施形態を示す側面図である。 基板の表側面の外周部と中央部との間を揺動するスクラブヘッドを示す図である。 保持ステージの外側にある退避位置まで移動されたスクラブヘッドを示す図である。 リフトピンが上昇位置にあり、かつ研磨ヘッドおよびスクラブヘッドが各退避位置にある状態を示す図である。 保持ステージおよびリフトピンを示す平面図である。 研磨ヘッドの拡大図である。 図７に示す押圧部材の正面図である。 図８に示す押圧部材の側面図である。 図８のＡ−Ａ線断面図である。 スクラブヘッドおよび揺動アームの詳細な構成を示す図である。 スクラブヘッドを下から見た図である。 テープカートリッジを示す断面図である。 研磨装置の動作の一実施形態を示すフローチャートである。 研磨装置の動作の他の実施形態を示すフローチャートである。 上述した研磨装置を備えた基板処理システムを示す平面図である。

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（ａ）および図１（ｂ）は、基板の周縁部を示す拡大断面図である。より詳しくは、図１（ａ）はいわゆるストレート型の基板の断面図であり、図１（ｂ）はいわゆるラウンド型の基板の断面図である。図１（ａ）の基板Ｗにおいて、ベベル部は、上側傾斜部（上側ベベル部）Ｐ、下側傾斜部（下側ベベル部）Ｑ、および側部（アペックス）Ｒから構成される基板Ｗの最外周面（符号Ｂで示す）である。図１（ｂ）の基板Ｗにおいては、ベベル部は、基板Ｗの最外周面を構成する、湾曲した断面を有する部分（符号Ｂで示す）である。基板Ｗの表側面の外周部Ｅ１は、ベベル部Ｂの半径方向内側に位置する平坦な環状部である。基板Ｗの裏側面の外周部Ｅ２は、表側面の外周部Ｅ１とは反対側に位置し、ベベル部Ｂの半径方向内側に位置する平坦な環状部である。表側面の外周部Ｅ１はトップエッジ部と呼ばれ、裏側面の外周部Ｅ２はボトムエッジ部と呼ばれることもある。

表側面の外周部Ｅ１は、配線パターンが形成された面、または配線パターンが形成される予定のある面の外周部である。本明細書では、配線パターンが形成された面、または配線パターンが形成される予定のある面を、表側面と称し、配線パターンが形成されていない面、または配線パターンが形成される予定がない面を、裏側面と称する。表側面は、ウェーハなどの基板の片側面であり、裏側面は、基板の反対側の面である。以下に説明する研磨装置は、ウェーハなどの基板の表側面の全体を研磨するための装置である。

図２は、研磨装置の一実施形態を示す側面図である。図２に示すように、研磨装置１は、ウェーハなどの基板Ｗの裏側面を保持し、基板Ｗの軸心を中心に回転させる基板回転装置１０と、この基板回転装置１０に保持された基板Ｗの表側面の外周部を研磨するための第１研磨具の一例である研磨テープ２４を支持する研磨ヘッド３５と、研磨テープ２４を研磨ヘッド３５に供給し、研磨ヘッド３５から回収する研磨テープ供給機構３６と、基板Ｗの表側面を研磨するための第２研磨具の一例である複数の研磨テープ６１を保持するスクラブヘッド５０と、基板Ｗの表側面に液体を供給する液体供給ノズル２６，２７と、基板Ｗを持ち上げるリフト機構３０を備えている。スクラブヘッド５０に保持された第２研磨具の他の例として、研磨テープ６１に代えて、砥石、または砥粒が固定された弾性部材などであってもよい。

研磨ヘッド３５およびスクラブヘッド５０は、基板回転装置１０に保持されている基板Ｗの上側に配置されている。液体供給ノズル２６，２７から供給される液体は、砥粒を含まない液体であり、例えば、純水またはアルカリ水である。

研磨装置１は、隔壁６と換気機構８を備えている。隔壁６の内部空間は処理室７を構成している。基板回転装置１０、研磨ヘッド３５、スクラブヘッド５０、液体供給ノズル２６，２７、リフト機構３０は処理室７内に配置されており、研磨テープ供給機構３６は処理室７の外に配置されている。隔壁６には開口部６ａが形成されており、研磨テープ２４は開口部６ａを通って研磨ヘッド３５と研磨テープ供給機構３６との間を延びている。隔壁６には図示しない扉が設けられており、この扉を通じて基板Ｗを処理室７内に搬入し、かつ処理室７から搬出することが可能となっている。

隔壁６の上部には、クリーンエア取入口６ｂが形成されており、隔壁６の下部には排気ダクト９が形成されている。換気機構８は隔壁６の上面に設置されている。この換気機構８は、ファン８Ａと、このファン８Ａから送られた空気中のパーティクルや粉塵を除去するフィルター８Ｂとを備えている。換気機構８は、清浄な空気をクリーンエア取入口６ｂを通じて処理室７に送り込み、処理室７内の気体を排気ダクト９から排出させる。処理室７内には清浄な空気のダウンフローが形成される。以下に説明する基板の研磨は、この処理室７内で実施され、研磨中に発生する屑、パーティクル、ミストなどの装置外への拡散が防止されている。

基板Ｗの表側面は、配線パターンが形成される面であり、より具体的には、研磨装置１による基板Ｗの研磨後にナノインプリントなどにより配線パターンが形成される面である。配線パターンが形成される面の例としては、レジストを塗布する前の面が挙げられる。基板Ｗの裏側面は配線パターンが形成されない面、つまり配線パターンが形成される予定がない面である。基板Ｗの裏側面の例としては、シリコン面が挙げられる。

基板回転装置１０は、基板Ｗの裏側面を保持する保持ステージ１１と、保持ステージ１１を回転させるステージ回転機構１２と、保持ステージ１１に接続されたロータリージョイント１５と、ロータリージョイント１５に接続された真空ライン１７を備えている。本実施形態では、ステージ回転機構１２は中空モータであり、保持ステージ１１の軸部１１ｂはステージ回転機構１２内を延びてロータリージョイント１５に接続されている。一実施形態では、ステージ回転機構１２は、保持ステージ１１の軸部１１ｂの側方に配置されたモータと、このモータと保持ステージ１１の軸部１１ｂとを連結するベルトなどの動力伝達機構を備えてもよい。

保持ステージ１１は、基板Ｗの裏側面を保持する基板保持面１１ａと、基板保持面１１ａ内に形成された複数の開口２０と、これら開口２０に連通する内部チャンバ２１とを備えている。開口２０は、例えば、孔または溝である。一実施形態では、開口２０は、単一の溝であってもよい。内部チャンバ２１は上記ロータリージョイント１５に連通している。真空ライン１７は、ロータリージョイント１５および内部チャンバ２１を通じて開口２０に連通している。真空ライン１７が開口２０内に真空（負圧）を形成すると、基板Ｗの裏側面は基板保持面１１ａに真空吸引により保持される。基板保持面１１ａは、基板Ｗと実質的に同じ大きさを有している。本実施形態では、基板Ｗおよび基板保持面１１ａは円形であり、基板保持面１１ａは、基板Ｗと実質的に同じ直径を有している。したがって、基板Ｗの裏側面の全体は、基板保持面１１ａによって支持される。

基板Ｗは、保持ステージ１１によって水平に保持され、ステージ回転機構１２によって保持ステージ１１の軸心（基板Ｗの軸心に一致する）を中心に回転される。液体供給ノズル２７は保持ステージ１１の上方に配置されている。この液体供給ノズル２６，２７は、図示しない液体供給源に接続されており、基板Ｗの表側面に液体（例えば純水、またはアルカリ水）を供給するように構成されている。

液体供給ノズル２６は、保持ステージ１１の基板保持面１１ａの中央領域を向いており、基板保持面１１ａ上の基板Ｗの中央領域に液体を供給するように配置されている。液体供給ノズル２７は、スクラブヘッド５０に保持された研磨テープ６１を向いて配置されている。液体供給ノズル２７は、保持ステージ１１の基板保持面１１ａに対して１度〜１５度の範囲内の角度で傾斜している。液体供給ノズル２７は、基板Ｗの外周縁に向かう液体の流れを基板Ｗ上に形成して、基板Ｗから遊離している粒子を液体によって洗い流せるため、基板Ｗ上に微小な異物が残存しないようにすることができる。ナノインプリント工程の転写工程にこの基板Ｗを用いても、テンプレートに悪影響を与えたりすることを防止できる。

研磨ヘッド３５は、保持ステージ１１の基板保持面１１ａの上方に配置されている。研磨ヘッド３５は、該研磨ヘッド３５を平行移動させる研磨ヘッド移動装置４０に連結部材３９を介して連結されている。研磨ヘッド移動装置４０は、例えば、ボールねじ機構とサーボモータとの組み合わせから構成される。研磨ヘッド移動装置４０は、研磨ヘッド３５を予め設定された速度で基板保持面１１ａと平行な方向に（すなわち、基板Ｗの表側面と平行な方向に）移動させることができる。さらに、研磨ヘッド移動装置４０は、研磨ヘッド３５を保持ステージ１１の基板保持面１１ａの外側にある退避位置に移動させることができる。

研磨テープ供給機構３６は、研磨テープ２４を研磨ヘッド３５に供給する供給リール３７と、基板Ｗの研磨に使用された研磨テープ２４を巻き取る巻き取りリール３８とを備えている。供給リール３７および巻き取りリール３８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３７および巻き取りリール３８に反対方向のトルクを与え、研磨テープ２４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２４は、研磨テープ２４の研磨面が基板Ｗの表側面の外周部（図１（ａ）および図１（ｂ）の符号Ｅ１参照）を向くように研磨ヘッド３５に供給される。研磨テープ２４は、隔壁６に設けられた開口部６ａを通して供給リール３７から研磨ヘッド３５へ供給され、使用された研磨テープ２４は開口部６ａを通って巻き取りリール３８に巻き取られる。

スクラブヘッド５０は、保持ステージ１１の基板保持面１１ａの上方に配置されている。本実施形態では、保持ステージ１１の基板保持面１１ａは円形であり、スクラブヘッド５０の横幅は、保持ステージ１１の基板保持面１１ａおよび基板Ｗの直径よりも小さい。一実施形態では、スクラブヘッド５０の横幅は、保持ステージ１１の基板保持面１１ａの直径の半分である。

スクラブヘッド５０はスクラブヘッドシャフト５１に連結されている。このスクラブヘッドシャフト５１は揺動アーム５３の一端に回転可能に保持されており、揺動アーム５３の他端は揺動軸５４に固定されている。揺動軸５４は軸回転機構５５に連結されている。軸回転機構５５は、モータ、プーリ、ベルトなどから構成することができる。この軸回転機構５５により揺動軸５４が時計回りおよび反時計回りに所定の角度だけ回転されると、図３に示すように、スクラブヘッド５０は基板Ｗの表側面の外周部と中央部との間を揺動する。さらに、図４に示すように、軸回転機構５５が揺動軸５４を回転すると、スクラブヘッド５０は、保持ステージ１１の外側にある退避位置まで移動される。本実施形態では、軸回転機構５５および揺動軸５４は、スクラブヘッド５０を保持ステージ１１の基板保持面１１ａと平行な方向に揺動させる揺動機構を構成する。

図２に示すように、揺動軸５４には、揺動軸５４、スクラブヘッドシャフト５１、およびスクラブヘッド５０を昇降させるスクラブヘッド昇降機構５６が連結されている。スクラブヘッド昇降機構５６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との組み合わせなどが使用される。

リフト機構３０は、基板Ｗの周縁部を支持する複数のリフトピン３１と、これらリフトピン３１が固定されたブリッジ３２と、ブリッジ３２に連結された昇降機３３とを備えている。本実施形態では、４本のリフトピン３１が配置され、昇降機３３にはエアシリンダが使用されている。昇降機３３は、ブリッジ３２およびリフトピン３１を、保持ステージ１１に対して相対的に上昇および下降させることが可能に構成されている。より具体的には、昇降機３３は、リフトピン３１の上端が保持ステージ１１の基板保持面１１ａよりも高い上昇位置と、リフトピン３１の上端が保持ステージ１１の基板保持面１１ａよりも低い下降位置との間で、リフトピン３１を上下動させる。図２は、リフトピン３１が下降位置にある状態を示している。

図５は、リフトピン３１が上昇位置にあり、かつ研磨ヘッド３５およびスクラブヘッド５０が各退避位置にある状態を示している。液体供給ノズル２７も、図２に示す液体供給位置から退避位置（図示せず）に移動可能となっている。基板Ｗは、研磨ヘッド３５およびスクラブヘッド５０が各退避位置にあり、かつリフトピン３１が上昇位置にあるときに、搬送ロボット（図示せず）によってリフトピン３１上に置かれる。

リフトピン３１が保持ステージ１１の基板保持面１１ａよりも下方に下降すると、基板Ｗは基板保持面１１ａ上に置かれる。基板Ｗが基板保持面１１ａ上にあるときに、開口２０に真空が形成されると、基板Ｗの裏側面は基板保持面１１ａ上に真空吸引により保持される。基板Ｗの研磨後、基板Ｗはリフトピン３１によって基板保持面１１ａから持ち上げられる。基板Ｗは、研磨ヘッド３５およびスクラブヘッド５０が退避位置にあり、かつリフトピン３１が上昇位置にあるときに、搬送ロボットによってリフトピン３１から取り除かれる。

図６は、保持ステージ１１およびリフトピン３１を示す平面図である。図６に示すように、保持ステージ１１の外周部には、リフトピン３１が通過可能な窪み１１ｃが形成されている。本実施形態では、窪み１１ｃは、リフトピン３１の外周面に沿った半円形状の水平断面を有している。

図７は、研磨ヘッド３５の拡大図である。図７に示すように、研磨ヘッド３５は、研磨テープ２４の研磨面を基板Ｗの表側面の外周部に押し付けるための押圧部材４５と、この押圧部材４５を保持ステージ１１の基板保持面１１ａに向かって（すなわち、基板Ｗの表側面の外周部に向かって）移動させるヘッドアクチュエータとしてのエアシリンダ４６とを備えている。押圧部材４５は、基板保持面１１ａに向かって突出する突起ブレード４５Ａを有している。この突起ブレード４５Ａは、研磨テープ２４の裏側を支持しており、研磨テープ２４の表側である研磨面を基板Ｗの表側面の外周部に対して押し付けるように配置されている。押圧部材４５およびエアシリンダ４６は、研磨テープ２４の裏側に配置されている。エアシリンダ４６へ供給する気体の圧力を制御することによって、基板Ｗへの研磨荷重が調整される。

研磨ヘッド３５には、研磨テープ２４をその長手方向に送るテープ送り機構４１が取り付けられている。本実施形態では、テープ送り機構４１は研磨ヘッド３５に固定されているが、一実施形態ではテープ送り機構４１は研磨ヘッド３５から離れた位置に設けられてもよい。

テープ送り機構４１は、テープ送りローラ４１Ａと、ニップローラ４１Ｂと、テープ送りローラ４１Ａを回転させるテープ送りモータ４１Ｃとを備えている。テープ送りモータ４１Ｃは研磨ヘッド３５の側面に設けられ、テープ送りモータ４１Ｃの回転軸にテープ送りローラ４１Ａが取り付けられている。ニップローラ４１Ｂはテープ送りローラ４１Ａに隣接して配置されている。ニップローラ４１Ｂは、テープ送りローラ４１Ａに向かう方向に力を発生する図示しない付勢装置に支持されている。研磨テープ２４は、テープ送りローラ４１Ａとニップローラ４１Ｂとの間に挟まれている。

テープ送りモータ４１Ｃが回転すると、テープ送りローラ４１Ａが回転して研磨テープ２４を供給リール３７から研磨ヘッド３５を経由して巻き取りリール３８へ送る。ニップローラ４１Ｂはそれ自身の軸まわりに回転することができるように構成されている。基板Ｗの研磨中、テープ送り機構４１は、研磨テープ２４をその長手方向に所定の速度（例えば、１分当たり数ｍｍ〜数十ｍｍ）で送る。

研磨ヘッド３５は複数のガイドローラ４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄ，４２Ｅ，４２Ｆ，４２Ｇを有している。これらのガイドローラ４２Ａ〜４２Ｇは、基板Ｗの研磨点において、基板Ｗの接線方向と直交する方向に研磨テープ２４が進行するように研磨テープ２４をガイドする。

図８は、図７に示す押圧部材４５の正面図であり、図９は、図８に示す押圧部材４５の側面図であり、図１０は、図８のＡ−Ａ線断面図である。押圧部材４５は、研磨テープ２４を基板Ｗの表側面の外周部（図１（ａ）および図１（ｂ）の符号Ｅ１参照）に押し付けるための、レールのような形状の突起ブレード４５Ａを有している。この突起ブレード４５Ａは、基板Ｗの周方向に沿って湾曲している。より具体的には、突起ブレード４５Ａは、基板Ｗの曲率と実質的に同じ曲率を有する円弧形状を有している。突起ブレード４５Ａは、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）などの樹脂から形成されている。

研磨ヘッド３５を用いた基板Ｗの研磨は次のようにして行われる。基板Ｗを保持した保持ステージ１１を回転させながら、液体供給ノズル２６から液体が基板Ｗの表側面に供給される。液体は、遠心力により基板Ｗの表側面上を広がり、表側面を研磨屑から保護する。研磨ヘッド３５は、エアシリンダ４６で押圧部材４５を押し下げ、押圧部材４５は研磨テープ２４を基板Ｗの表側面の外周部に対して押し付ける。押圧部材４５が研磨テープ２４を基板Ｗの表側面の外周部に押しつけながら、研磨ヘッド移動装置４０は、研磨ヘッド３５を基板Ｗの外側に少しずつ移動させる。研磨テープ２４は、液体の存在下で基板Ｗの表側面の外周部に摺接され、これにより基板Ｗの表側面の外周部を研磨する。

基板Ｗの研磨中に研磨ヘッド３５から研磨テープ２４を通じて基板Ｗに与えられる力は、保持ステージ１１の基板保持面１１ａによって受けられる。保持ステージ１１の基板保持面１１ａは、基板Ｗと実質的に同じ大きさを有しているので、基板Ｗの裏側面の全体は基板保持面１１ａによって支持される。よって、研磨ヘッド３５が研磨テープ２４を基板Ｗの表側面の外周部に押し付けているとき、基板Ｗは撓まない。

図１１は、スクラブヘッド５０および揺動アーム５３の詳細な構成を示す図である。スクラブヘッドシャフト５１は、スクラブヘッド５０をその軸心ＣＬを中心として回転させるスクラブヘッド回転機構５８に連結されている。軸心ＣＬは、保持ステージ１１の基板保持面１１ａおよび基板Ｗの表側面に対して垂直である。スクラブヘッド回転機構５８は揺動アーム５３内に配置されている。このスクラブヘッド回転機構５８は、スクラブヘッドシャフト５１に取り付けられたプーリｐ１と、揺動アーム５３に設けられたヘッドモータＭ１と、ヘッドモータＭ１の回転軸に固定されたプーリｐ２と、プーリｐ１，ｐ２に掛け渡されたベルトｂ１とを備えている。ヘッドモータＭ１の回転は、プーリｐ１，ｐ２およびベルトｂ１によりスクラブヘッドシャフト５１に伝達され、スクラブヘッドシャフト５１とともにスクラブヘッド５０が回転する。

スクラブヘッドシャフト５１の上端にはエアシリンダ５７が連結されている。このエアシリンダ５７は、スクラブヘッド５０に下向きの荷重を付与するように構成されたアクチュエータである。スクラブヘッドシャフト５１には縦方向に延びる溝（図示せず）が形成されており、プーリｐ１はスクラブヘッドシャフト５１の溝に係合する複数の負荷伝達ボール（図示せず）を備えている。これら溝と負荷伝達ボールとによりボールスプライン軸受が構成されている。すなわち、プーリｐ１は、スクラブヘッドシャフト５１の縦方向の移動を許容しつつ、スクラブヘッドシャフト５１にトルクを伝達することが可能となっている。

スクラブヘッド５０には、基板Ｗの表側面を研磨するための複数の研磨テープ６１が着脱可能に取り付けられている。複数の研磨テープ６１は、軸心ＣＬの周りに等間隔で配置されている。エアシリンダ５７は、スクラブヘッド５０に下向きの荷重を付与し、スクラブヘッド５０は、軸心ＣＬを中心に回転しながら、研磨テープ６１を基板Ｗの表側面に対して押し付けることができる。

図１２は、スクラブヘッド５０を下から見た図である。スクラブヘッド５０には、複数の（図１２では３つの）テープカートリッジ６０が着脱可能に取り付けられている。各テープカートリッジ６０は研磨テープ６１を有している。これらのテープカートリッジ６０は、スクラブヘッド５０の内部に設置されている。

図１３は、テープカートリッジ６０を示す断面図である。図１３に示すように、テープカートリッジ６０は、研磨テープ６１と、この研磨テープ６１の裏側を支持する支持部材６２と、この支持部材６２を保持ステージ１１の基板保持面１１ａに向かって付勢する付勢装置６３と、研磨テープ６１を繰り出すテープ繰り出しリール６４と、研磨に使用された研磨テープ６１を巻き取るテープ巻き取りリール６５とを備えている。図１３に示す実施形態では、付勢装置６３としてばねが使用されている。研磨テープ６１は、テープ繰り出しリール６４から、支持部材６２を経由して、テープ巻き取りリール６５に送られる。複数の支持部材６２は、スクラブヘッド５０の半径方向に沿って延びており、かつスクラブヘッド５０の軸心ＣＬ（図１１参照）の周りに等間隔に配置されている。各研磨テープ６１の基板接触面も、スクラブヘッド５０の半径方向に延びている。

テープ巻き取りリール６５は、図１１および図１２に示すテープ巻き取り軸６７の一端に連結されている。テープ巻き取り軸６７の他端には、かさ歯車６９が固定されている。複数のテープカートリッジ６０に連結されたこれらのかさ歯車６９は、テープ送りモータＭ２に連結されたかさ歯車７０と噛み合っている。テープカートリッジ６０のテープ巻き取りリール６５は、テープ送りモータＭ２により駆動されて研磨テープ６１を巻き取るようになっている。テープ送りモータＭ２、かさ歯車６９，７０、およびテープ巻き取り軸６７は、研磨テープ６１をテープ繰り出しリール６４からテープ巻き取りリール６５に送るテープ送り機構を構成する。テープ送り機構は、研磨テープ６１をその長手方向に所定の速度で送ることが可能である。

研磨テープ６１は、１０ｍｍ〜６０ｍｍの幅を有し、２０ｍ〜１００ｍの長さを有する。研磨テープ６１は、砥粒を含む研磨層が片面に形成されたテープである。研磨層の表面は、研磨テープ６１の研磨面を構成する。砥粒には、粒径２０ｎｍ程度のシリカ（ＳｉＯ_２）が使用される。シリカからなる砥粒は、基板Ｗの面に傷を生じさせにくいという利点がある。このような研磨テープ６１を使用することで、基板Ｗに存在している微小突起物、特に基板Ｗの表面に食い込んだパーティクルを除去することができる。

この実施例では、基板Ｗの研磨中は、研磨テープ６１は、テープ繰り出しリール６４からテープ巻き取りリール６５に所定の速度で送られる。したがって、常に新しい（未使用の）研磨テープ６１の研磨面が基板Ｗに接触する。あるいは、研磨開始直後だけ研磨テープ６１を送るようにし、所定の時間（例えば１秒程度）が経過したら研磨テープ６１を送らないようにしてもよい。研磨テープ６１は、その終端の近傍にエンドマーク（図示せず）を有している。このエンドマークは、研磨テープ６１に近接して配置されたエンドマーク検知センサ７１によって検知されるようになっている。エンドマーク検知センサ７１が研磨テープ６１のエンドマークを検知すると、エンドマーク検知センサ７１から検知信号が動作制御部（図示せず）に送られる。検知信号を受け取った動作制御部は、研磨テープ６１の交換を促す信号（警報など）を発するようになっている。テープカートリッジ６０は、別々に取り外しが可能となっており、簡単な操作でテープカートリッジ６０を交換することが可能となっている。

スクラブヘッド５０を用いた基板Ｗの研磨は次のようにして行われる。基板Ｗを保持した保持ステージ１１を回転させながら、基板Ｗの表側面と、スクラブヘッド５０に保持されている研磨テープ６１との接触点に液体供給ノズル２７から液体が噴射される。スクラブヘッド５０および研磨テープ６１は軸心ＣＬを中心にスクラブヘッド回転機構５８によって回転させられながら、研磨テープ６１はスクラブヘッド５０によって基板Ｗの表側面に押し付けられる。スクラブヘッド５０の回転方向は、保持ステージ１１の回転方向と同じであってもよく、または反対であってもよい。研磨テープ６１は、液体の存在下で基板Ｗの表側面に摺接され、これにより基板Ｗの表側面を研磨する。基板Ｗの研磨中は、スクラブヘッド５０はその軸心ＣＬを中心に回転しながら、かつ研磨テープ６１を基板Ｗの表側面に押し付けながら、図３に示すように、スクラブヘッド５０は基板Ｗの表側面の外周部と中央部との間を揺動し、表側面の外周部と中央部を研磨する。

図３に示すように、スクラブヘッド５０が基板Ｗの表側面の外周部上にあるとき、研磨テープ６１の一部は、基板Ｗから外側にはみ出している。したがって、研磨テープ６１は、基板Ｗの表側面の全体を研磨することができる。スクラブヘッド５０の横幅が、保持ステージ１１の基板保持面１１ａの半径よりも大きく、基板保持面１１ａの直径よりも小さい場合は、基板Ｗの研磨中にスクラブヘッド５０を揺動させなくてもよい。研磨テープ６１を用いた基板Ｗの研磨は、基板Ｗの表側面を削り取ることにより、基板Ｗの表側面から微小突起物を除去し、および／または基板Ｗの表側面を構成する材料の少なくとも一部を除去する処理である。

図１４は、上述した研磨装置１の動作の一実施形態を示すフローチャートである。
ステップ１では、研磨すべき基板Ｗは、リフトピン３１によって保持ステージ１１の基板保持面１１ａ上に置かれ、基板Ｗの裏側面は、真空吸引によって保持ステージ１１の基板保持面１１ａ上に保持される。基板Ｗがリフトピン３１によって基板保持面１１ａ上に置かれるときは、研磨ヘッド３５およびスクラブヘッド５０は退避位置にある。基板Ｗが基板保持面１１ａに保持された後、研磨ヘッド３５は、研磨ヘッド移動装置４０によって基板Ｗの表側面の外周部の上方位置に移動される。

ステップ２では、保持ステージ１１および基板Ｗをステージ回転機構１２によって回転させる。
ステップ３では、研磨ヘッド３５は研磨テープ２４を、回転する基板Ｗの表側面の外周部に予め設定された研磨荷重で押し付ける。さらに、研磨テープ２４を基板Ｗの表側面の外周部に押し付けながら、研磨ヘッド移動装置４０は、研磨ヘッド３５を基板Ｗの外側に向かって移動させる。基板Ｗの回転が開始された後であって、研磨テープ２４が基板Ｗに接触する前に、液体供給ノズル２６からの液体の供給が開始される。基板Ｗの表側面の外周部は、液体の存在下で研磨テープ２４によって研磨される。

ステップ４では、研磨テープ２４を用いた基板Ｗの表側面の外周部の研磨を終了させ、その後、研磨ヘッド３５を図５に示す退避位置に移動させる。
ステップ５では、スクラブヘッド５０をその軸心ＣＬを中心に回転させながら、スクラブヘッド５０で研磨テープ６１を基板Ｗの表側面に押し付ける。研磨テープ６１が基板Ｗに接触する前に、液体供給ノズル２７からの液体の供給が開始される。さらに、軸回転機構５５および揺動軸５４から構成される揺動機構は、回転するスクラブヘッド５０を、基板Ｗの表側面上で揺動させる（図３参照）。基板Ｗの表側面は、液体の存在下で研磨テープ６１によって研磨される。特に、研磨テープ２４を用いた表側面の外周部の研磨時に発生した研磨屑は、研磨テープ６１によって除去される。

ステップ６では、研磨テープ６１を用いた基板Ｗの表側面の研磨を終了させる。その後、スクラブヘッド５０を上昇させて、研磨テープ６１を基板Ｗから離間させ、さらに、スクラブヘッド５０の回転、保持ステージ１１および基板Ｗの回転、および液体の供給が停止される。その後、スクラブヘッド５０は、図５に示す退避位置に移動される。
ステップ７では、基板保持面１１ａの開口２０を大気に開放し、リフトピン３１を上昇させて、基板Ｗを基板保持面１１ａから持ち上げる。研磨された基板Ｗは図示しない搬送ロボットにより処理室７から搬送される。

本実施形態によれば、同じ処理室７内にスクラブヘッド５０と研磨ヘッド３５が配置されているので、基板Ｗを別々の研磨モジュールに搬送することなく、基板Ｗの表側面の外周部と、基板Ｗの表側面の全体を連続的に研磨することができる。結果として、基板処理のスループットが向上できる。また、異なる２種類の研磨処理を１つの処理室７内で完了することができるので、基板Ｗの搬送に起因するパーティクル汚染も防止できる。

図１５は、上述した研磨装置１の動作の他の実施形態を示すフローチャートである。
ステップ１では、研磨すべき基板Ｗは、リフトピン３１によって保持ステージ１１の基板保持面１１ａ上に置かれ、基板Ｗの裏側面は、真空吸引によって保持ステージ１１の基板保持面１１ａ上に保持される。基板Ｗがリフトピン３１によって基板保持面１１ａ上に置かれるときは、研磨ヘッド３５およびスクラブヘッド５０は退避位置にある。基板Ｗが基板保持面１１ａに保持された後、研磨ヘッド３５は、研磨ヘッド移動装置４０によって基板Ｗの表側面の外周部の上方位置に移動される。

ステップ２では、保持ステージ１１および基板Ｗをステージ回転機構１２によって回転させる。
ステップ３では、研磨ヘッド３５は研磨テープ２４を、回転する基板Ｗの表側面の外周部に予め設定された研磨荷重で押し付ける。さらに、研磨テープ２４を基板Ｗの表側面の外周部に押し付けながら、研磨ヘッド移動装置４０は、研磨ヘッド３５を基板Ｗの外側に向かって移動させる。基板Ｗの回転が開始された後であって、研磨テープ２４が基板Ｗに接触する前に、液体供給ノズル２６からの液体の供給が開始される。基板Ｗの表側面の外周部は、液体の存在下で研磨テープ２４によって研磨される。

ステップ４では、基板Ｗの表側面の外周部の研磨開始後であって、表側面の外周部の研磨終了前に、スクラブヘッド５０をその軸心ＣＬを中心に回転させながら、スクラブヘッド５０で研磨テープ６１を基板Ｗの表側面に押し付ける。研磨テープ６１が基板Ｗに接触する前に、液体供給ノズル２７からの液体の供給が開始される。さらに、軸回転機構５５および揺動軸５４から構成される揺動機構は、回転するスクラブヘッド５０を、基板Ｗの表側面上で揺動させる（図３参照）。基板Ｗの表側面の外周部が研磨テープ２４によって研磨されながら、基板Ｗの表側面は、液体の存在下で研磨テープ６１によって研磨される。すなわち、研磨テープ２４による表側面の外周部の研磨と、研磨テープ６１による表側面の研磨は、同時に実行される。

ステップ５では、研磨テープ２４を用いた表側面の外周部の研磨を終了させる。この段階では、研磨テープ６１を用いた基板Ｗの表側面の研磨は継続されている。表側面の外周部の研磨終了後に、研磨ヘッド３５を図５に示す退避位置に移動させる。
ステップ６では、研磨テープ６１を用いた基板Ｗの表側面の研磨を終了させる。その後、スクラブヘッド５０を上昇させて研磨テープ６１を基板Ｗから離間させ、さらに、スクラブヘッド５０の回転、保持ステージ１１および基板Ｗの回転、および液体の供給が停止される。その後、スクラブヘッド５０は、図５に示す退避位置に移動される。表側面の外周部の研磨の後に、スクラブヘッド５０を用いた表側面の研磨を終了させる理由は、表側面の外周部の研磨で発生した研磨屑を研磨テープ６１により基板Ｗの表側面から除去するためである。
ステップ７では、基板保持面１１ａの開口２０を大気に開放し、リフトピン３１を上昇させて、基板Ｗを基板保持面１１ａから持ち上げる。研磨された基板Ｗは図示しない搬送ロボットにより処理室７から搬送される。

本実施形態によれば、基板Ｗの表側面の外周部と、基板Ｗの表側面の全体を同時に研磨することができる。結果として、基板処理のスループットがさらに向上する。

図１６は、上述した研磨装置１を備えた基板処理システムを示す平面図である。この基板処理システムは、複数の基板を連続的に処理（すなわち、研磨、洗浄、および乾燥）することができる複合型処理システムである。図１６に示すように、基板処理システムは、多数の基板を収容する基板カセット（ウェーハカセット）が載置される４つのフロントロード部１２１を備えたロードアンロード部１２０を有している。フロントロード部１２１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、内部に基板カセットを収納し、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１２０には、フロントロード部１２１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は各フロントロード部１２１に搭載された基板カセットにアクセスして、基板を基板カセットから取り出すことができるようになっている。第１の搬送ロボット１２３に隣接してパーティクルカウンター１２４が設置されている。このパーティクルカウンター１２４は、基板の表側面に存在しているパーティクルなどの微小突起物の数をカウントするための装置である。なお、このパーティクルカウンター１２４は省略することもできる。

基板処理システムは、さらに、上述した複数の研磨装置１と、研磨装置１の近傍に配置された第２の搬送ロボット１２６と、基板が一時的に置かれる第１の基板ステーション１３１および第２の基板ステーション１３２を備えている。この実施形態では、２台の研磨装置１が隣り合わせに設けられている。一実施形態では、１台の研磨装置１、または３台以上の研磨装置１を設けてもよい。

基板処理システムは、さらに、研磨装置１で研磨された基板を洗浄する洗浄ユニット１３４と、洗浄された基板を乾燥させる乾燥ユニット１３５と、基板を第２の基板ステーション１３２から洗浄ユニット１３４に搬送する第３の搬送ロボット１３７と、基板を洗浄ユニット１３４から乾燥ユニット１３５に搬送する第４の搬送ロボット１３８と、基板処理システム全体の動作を制御する動作制御部１３３とを備えている。本実施形態では、洗浄ユニット１３４は、２つのロールスポンジを回転させながら基板の表側面および裏側面に接触させるロールスポンジタイプの洗浄機である。乾燥ユニット１３５は、ＩＰＡ蒸気（イソプロピルアルコールとＮ_２ガスとの混合気体）と、純水をそれぞれのノズルから基板の表側面に供給しながら、これらノズルを基板の表側面に沿って移動させるように構成されている。

基板処理システムの動作は次の通りである。第１の搬送ロボット１２３は、基板を基板カセットから取り出し、パーティクルカウンター１２４に搬送する。パーティクルカウンター１２４は、基板の表側面に存在しているパーティクルなどの微小突起物の数をカウントし、その微小突起物の数を動作制御部１３３に送信する。動作制御部１３３は、微小突起物の数に基づいて研磨装置１での研磨レシピを変更してもよい。例えば、微小突起物の数が所定の基準値を上回った場合は、基板の研磨時間を長くしてもよい。

第１の搬送ロボット１２３は、基板をパーティクルカウンター１２４から取り出し、さらに第１の基板ステーション１３１の上に置く。第２の搬送ロボット１２６は、基板を第１の基板ステーション１３１から取り上げ、２台の研磨装置１のいずれかに基板を搬入する。

研磨装置１は、上述した動作シーケンスに従って基板の表側面を研磨する。必要に応じて、研磨された基板を他方の研磨装置１でさらに研磨してもよい。第２の搬送ロボット１２６は、研磨された基板を研磨装置１から第２の基板ステーション１３２に搬送する。第３の搬送ロボット１３７は、基板を第２の基板ステーション１３２から洗浄ユニット１３４に搬送する。洗浄ユニット１３４は、液体を基板に供給しながら、ロールスポンジを基板の両面に擦り付けて基板を洗浄する。

第４の搬送ロボット１３８は、洗浄された基板を洗浄ユニット１３４から乾燥ユニット１３５に搬送する。乾燥ユニット１３５は、移動するノズルからＩＰＡ蒸気と純水を基板に供給することにより、基板を乾燥する。第１の搬送ロボット１２３は、乾燥された基板を乾燥ユニット１３５から取り出し、基板カセットに戻す。このようにして、基板の研磨、洗浄、および乾燥が実行される。

一実施形態では、乾燥された基板を基板カセットに戻す前に、第１の搬送ロボット１２３は基板をパーティクルカウンター１２４に搬送してもよい。パーティクルカウンター１２４は、研磨装置１により研磨された基板の表側面上に存在する微小突起物の数をカウントし、その微小突起物の数を動作制御部１３３に送信する。動作制御部１３３は、微小突起物の数に基づいて研磨装置１での後続の基板のための研磨レシピを変更してもよい。例えば、微小突起物の数が所定の基準値を上回った場合は、後続の基板の研磨時間を長くしてもよい。

上述した基板処理システムは、１枚の基板を複数の研磨装置１で連続的に研磨するシリアル研磨と、複数枚の基板を複数の研磨装置１で並行して研磨するパラレル研磨と、複数の基板のそれぞれを複数の研磨装置１で連続的に研磨しながら、複数の基板を複数の研磨装置１で同時に研磨するシリアル研磨とパラレル研磨の組み合わせのいずれかを選択的に実行することができる。さらに、２つの研磨装置１のうちの一方は、研磨テープに代えて、砥粒を持たないクリーニングテープを用いてもよい。この場合は、２つの研磨装置１のうちの一方で研磨テープにより基板を研磨した後、他方の研磨装置１でクリーニングテープにより基板をクリーニングすることができる。

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。

１ 研磨装置
６ 隔壁
７ 処理室
８ 換気機構
９ 排気ダクト
１０ 基板回転装置
１１ 保持ステージ
１１ａ 基板保持面
１２ ステージ回転機構
１５ ロータリージョイント
１７ 真空ライン
２０ 開口
２１ 内部チャンバ
２４ 研磨テープ
２６，２７ 液体供給ノズル
３０ リフト機構
３１ リフトピン
３２ ブリッジ
３３ 昇降機
３５ 研磨ヘッド
３６ 研磨テープ供給機構
３７ 供給リール
３８ 巻き取りリール
３９ 連結部材
４０ 研磨ヘッド移動装置
４１ テープ送り機構
４２Ａ〜４２Ｇ ガイドローラ
４５ 押圧部材
５０ スクラブヘッド
５１ スクラブヘッドシャフト
５３ 揺動アーム
５４ 揺動軸
５５ 軸回転機構
５６ スクラブヘッド昇降機構
５７ エアシリンダ
５８ スクラブヘッド回転機構
５９ 状態検出センサ
６０ テープカートリッジ
６１ 研磨テープ
６２ 支持部材
６３ 付勢装置
６４ テープ繰り出しリール
６５ テープ巻き取りリール
６９ かさ歯車
７０ かさ歯車

Claims (8)

1. 基板を保持するための基板保持面を有する保持ステージと、
   第１研磨具で前記基板の表側面の外周部を研磨するための研磨ヘッドと、
   第２研磨具で前記基板の表側面を研磨するためのスクラブヘッドと、
   処理室を形成する隔壁を備え、
   前記保持ステージ、前記研磨ヘッド、および前記スクラブヘッドは、前記処理室内に配置されている、研磨装置。
2. 前記基板保持面は、前記基板と同じ大きさか、または前記基板よりも大きい、請求項１に記載の研磨装置。
3. 前記基板保持面の中央領域を向いて配置された第１液体供給ノズルと、
   前記スクラブヘッドに保持されている前記第２研磨具を向いて配置された第２液体供給ノズルをさらに備えている、請求項１または２に記載の研磨装置。
4. 基板を保持ステージの基板保持面上に保持し、
   前記基板とともに前記保持ステージを回転させ、
   第１研磨具を前記基板保持面上の基板の表側面の外周部に対して押し付けて、前記表側面の外周部を研磨し、
   第２研磨具を前記基板保持面上の前記基板の表側面に対して押し付けて、前記表側面を研磨する、研磨方法。
5. 前記表側面の外周部の研磨を終了した後に、前記第２研磨具を前記基板保持面上の前記基板の表側面に対して押し付ける、請求項４に記載の研磨方法。
6. 前記表側面の外周部の研磨が開始された後であって、かつ前記表側面の外周部の研磨が終了する前に、前記第２研磨具を前記基板保持面上の前記基板の表側面に対して押し付けて、前記第１研磨具による前記表側面の外周部の研磨と、前記第２研磨具による前記表側面の研磨を同時に実行する、請求項４に記載の研磨方法。
7. 前記表側面の外周部の研磨が終了した後に、前記第２研磨具による前記基板の表側面の研磨を終了させる、請求項６に記載の研磨方法。
8. 前記基板の裏側面の全体は、前記基板保持面上に保持される、請求項４乃至７のいずれか一項に記載の研磨方法。

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