JP5218896B2

JP5218896B2 - 研磨装置

Info

Publication number: JP5218896B2
Application number: JP2008147874A
Authority: JP
Inventors: 直樹浅田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2008-06-05
Filing date: 2008-06-05
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2028-06-05
Also published as: JP2009291886A

Description

本発明は、角型基板の表面を研磨する研磨装置に関し、なお詳細には、角型基板を研磨対象面が上向きの水平姿勢で基板ホルダに保持し、その上方から回転する研磨パッドを押接させて研磨加工を行う研磨装置に関する。

角型基板の表面を研磨する研磨装置として、例えば正方形の石英基板やセラミック基板を平坦に化学的機械研磨するＣＭＰ（Chemical Mechanical Polish）装置、長方形のガラス基板を平坦に研磨するＣＭＰ装置などが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００４−１９５６０１、第２〜３頁、図５

しかしながら、このような角型基板を、円盤状の基板と同様に角型基板の対角寸法よりも大径の研磨パッドで研磨すると、相対回転される角型基板のエッジ部によって研磨パッドが削り取られる「パッドスクレーピング」が発生する。また、角型基板の内接円よりも外側領域では、偏荷重に伴うエッジリバウンドが生じて内接円の内側領域よりも研磨レートが高くなり、角型基板の対角方向について研磨面に非対称性が生じるという課題があった。

上記課題に対し、中央部に角型基板を収容する角孔状の基板収容部を形成した円盤状のリテーナを用いることが考案された。しかし、研磨対象面が上向きの水平姿勢で基板ホルダに保持し、上方から研磨パッドを押接させて研磨加工を行う形態の研磨装置においては、基板ホルダに未加工の角型基板を搬入してチャックに吸着保持させ、研磨加工後に角型基板を上方に引き上げて搬出する必要がある。このワークハンドリングに際し、研磨加工面の汚染や傷つきを防止しようとすれば、角型基板に対してグリップを掛止可能な領域は必然的に基板の側端面近傍に限定される。その結果、角型基板の周辺を掛止する四つ爪グリップの挿抜範囲についてリテーナに切り欠き部を形成する必要が生じ、この切り欠き部に隣接する領域について、パッドスクレーピングの発生や研磨レートの不均一性を改善することが難しいという課題が生じていた。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、研磨対象面を上向き姿勢で研磨加工する研磨装置において、パッドスクレーピングの発生を抑止し研磨レートの不均一性を改善可能な研磨装置を提供することを目的とする。

本発明を例示する態様に従えば、角型基板を研磨対象面が上向きの水平姿勢で保持し下方に延びる回転軸廻りに回転駆動される基板ホルダと、角型基板の対角寸法よりも大径の研磨パッドを研磨面が下向きの水平姿勢で保持し上方に延びる回転軸廻りに回転駆動される研磨ヘッドと、基板ホルダに対して研磨ヘッドを相対移動させるヘッド移動機構とを備えて研磨装置が構成される。そのうえで、この研磨装置における基板ホルダは、中央部に角型基板を吸着保持するチャックが設けられたホルダベース、中央部に角型基板よりも僅かに大きい角孔を有する円盤状のリテーナを複数に分割して形成されホルダベースの上部に設けられた分割リテーナ、ホルダベースに対して分割リテーナを上下移動させるリテーナ昇降機構、及び、分割リテーナをホルダベースの中央部に閉じて角型基板の周囲を囲む一体の円盤状にした閉位置と、分割リテーナをホルダベースの中央部から外方に開いて角型基板の側端面を露出させた開位置とに開閉可能に構成されたリテーナ開閉機構を備え、角型基板を基板ホルダに搬入し及び基板ホルダから搬出する際に、リテーナ開閉機構により分割リテーナを開位置に設定し、角型基板を研磨加工する際に、リテーナ開閉機構により分割リテーナを閉位置に設定するとともにリテーナ昇降機構により分割リテーナの上面が角型基板の上面と略同一高さになるように構成される。

なお、リテーナ昇降機構は、ホルダベースと分割リテーナとの間に設けられたダイヤフラムと、ダイヤフラムの内圧を制御する制御回路（例えば、実施形態における昇降圧制御回路１３５）とを備え、角型基板を研磨加工する際に、ダイヤフラムの内圧を正圧として分割リテーナを研磨パッドに所定圧力で押接させるように構成することが好ましく、角型基板を基板ホルダに搬入し及び基板ホルダから搬出する際に、ダイヤフラムの内圧を負圧として分割リテーナの上面が角型基板の上面よりも低くなるように構成することが好ましい。

上記構成の研磨装置によれば、角型基板の搬入・搬出時に、分割リテーナが開位置に設定されて角型基板の側端面が露出状態で配設され、研磨加工時には分割リテーナが閉位置に設定されるとともにリテーナ昇降機構により分割リテーナの上面が角型基板の上面と略同一高さになるように構成される。このため、基板の搬入・搬出時に四つ爪グリップ等により角型基板の側端部を掛止することができ、研磨加工時には、角型基板の周囲全体が同一高さの分割リテーナに囲まれて円盤状に設定される。従って、角型基板の研磨対象面を上向き姿勢で研磨加工する研磨装置において、基板エッジ部によるパッドスクレーピングの発生を抑止し、研磨レートの不均一性を改善可能な研磨装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。本発明を適用した研磨装置の概要構成図（側面図）を図２に示しており、まず研磨装置１の全体構成について概要説明する。

研磨装置１は、角型基板Ｗを回転させる基板回転機構１０、角型基板Ｗの対角寸法よりも大径の研磨パッド２３を回転させるパッド回転機構２０、角型基板Ｗに対して研磨パッド２３を昇降し及び相対揺動させるヘッド移動機構３０、研磨領域に加工液を供給する加工液供給装置４０、基板回転機構１０による角型基板Ｗの回転、パッド回転機構２０による研磨パッド２３の回転、ヘッド移動機構３０による研磨パッド２３の昇降及び揺動、加工液供給装置４０による加工液の供給など、研磨装置１の各部の作動を制御する制御装置５０などから構成される。

基板回転機構１０は、ガラス基板やセラミック基板などの角型基板（以下「基板」と称する）Ｗを、研磨対象面Ｗsが上向きの水平姿勢で吸着保持する基板ホルダ１１と、この基板ホルダ１１から鉛直下方に延びるスピンドル１４、スピンドル１４を介して基板ホルダ１１を回転駆動するチャック駆動モータ１５などから構成される。なお、基板ホルダ１１の構成について、後に詳述する。

基板回転機構１０と隣接して、ヘッド移動機構３０が設けられ、ヘッド移動機構３０の研磨アーム３２の先端にパッド回転機構２０が設けられる。パッド回転機構２０は、研磨パッドが設けられた研磨ヘッド２１と、この研磨ヘッド２１から鉛直上方に延びるスピンドル２４、スピンドル２４を介して研磨ヘッド２１を回転駆動するパッド駆動モータ２５などから構成される。研磨ヘッド２１は、基板Ｗの対角寸法よりも大径の円盤状に形成されたパッドプレート２２と、このパッドプレート２２の下面に貼り付けられた研磨パッド２３、パッドプレート２２を介して研磨パッド２３を所定の研磨圧力で基板Ｗに押しつけるパッド加圧構造などを備えて構成される。研磨ヘッド２１は、研磨面２３sが下向きの水平姿勢で研磨パッド２３を保持し、上方に延びるスピンドル２４の回転軸廻りに回転駆動される。研磨パッド２３は、例えば、独立発泡構造を有する硬質ポリウレタン製のパッドが用いられる。研磨ヘッド２１には、パッドプレート２２の中心を上下に貫通して加工液供給路２６が設けられており、加工液供給装置４０から供給される加工液が研磨パッド２３の中心部から研磨対象面に供給されるようになっている。

ヘッド移動機構３０は、研磨装置１のテーブルＴから上方に突出し水平に延びる研磨アーム３２、上下に延びる揺動軸を中心として研磨アーム３２を水平揺動させるアーム揺動モータ３５、及び研磨アーム３２を垂直昇降させるアーム昇降機構（不図示）などからなり、前述したパッド回転機構２０が研磨アーム３２の先端部に設けられている。ヘッド移動機構３０は、研磨アーム３２を水平揺動させたときの研磨ヘッド２１の揺動軌跡上に基板ホルダ１１が位置するように構成されており、研磨ヘッド２１を基板ホルダ１１と対向させて研磨アームを昇降させ、研磨パッドの研磨面２３sを基板の研磨対象面Ｗsに当接させた状態で研磨パッド２３を水平揺動可能に構成されている。

加工液供給装置４０には、加工対象に応じた種々の加工液、すなわちＣＭＰ用の各種スラリーや洗浄用の純水（リンス液）などが貯留されており、制御装置５０から出力される指令信号に基づいて、指定された種別の加工液を指定された流量で送り出し、研磨ヘッド２１に接続された加工液供給ライン４１及びパッドプレート２２の中心を貫通する加工液供給路２６を介して研磨パッド２３の中心から基板Ｗの研磨対象面Ｗsに供給する。

そのため、ヘッド移動機構３０により研磨アーム３２を揺動させて研磨ヘッド２１を基板ホルダ１１上に移動させ、基板回転機構１０及びパッド回転機構２０により基板ホルダ１１及び研磨ヘッド２１をそれぞれ回転させ、アーム昇降機構及びパッド加圧機構により研磨パッドの研磨面２３sを研磨対象面Ｗsに当接させて加圧し、加工液供給装置４０により研磨対象面Ｗsにスラリーを供給しながらヘッド移動機構３０により研磨パッド２３を水平揺動させることにより、研磨対象面Ｗsを平坦にＣＭＰ加工することができる。

このように概要構成される研磨装置１にあって、基板ホルダ１１の平面図を図３に、この基板ホルダ１１におけるリーナ昇降機構を主として示す側断面図を図４に、図４中のＩ−Ｉ矢視の平断面図を図１に示しており、以下、これらの図面を参酌しながら、一辺が１５０mm程度の正方形の石英ガラス基板を保持する基板ホルダの構成例について詳細に説明する。なお、基板ホルダ１１はスピンドル１４の軸廻りに回転駆動されるため、平面視における前後左右の方向が変化するが、説明の便宜上、図１に示す角度姿勢を基準姿勢とし、図１中に付記する矢印Ｆの方向を前方、矢印Ｒの方向を右方と称して説明する。

基板ホルダ１１は、中央部に基板Ｗを吸着保持するチャックが設けられたホルダベース１１０と、中央部に角型の基板Ｗよりも僅かに大きい角孔を有する円盤状のリテーナを円盤の中心で前後二分割して形成された分割リテーナ１２０，１２０、ホルダベース１１０に対して分割リテーナ１２０，１２０を一体的に上下移動させるリテーナ昇降機構１３０、及び、分割リテーナ１２０，１２０をホルダベース１１０の中央部に閉じて基板Ｗの周囲を囲む一体の円盤状にした閉位置Ｐcと、図３中に二点鎖線で示すように、前後の分割リテーナ１２０，１２０をホルダベース１１０の中央部からそれぞれ前方，後方に開いて基板Ｗの側端面を露出させた開位置Ｐoとに開閉可能に構成されたリテーナ開閉機構１５０を備えて構成される。

ホルダベース１１０は、スピンドル１４が接続される円盤状のベース部１１１の中央部に、基板Ｗの背面を吸着保持する角型のチャック１１２が上方に突出して形成されている。チャック１１２は、一辺の長さが基板Ｗよりも２〜４mm程度小さい角型で、上端に平面度の高い基板支持面１１３が形成される。基板支持面１１３の各部には、ピンホール状の吸着ポートが多数形成されて、ホルダベース１１０の内部に中心から放射状に広がる吸着路１１４に繋がっており、吸着路１１４を減圧することにより基板支持面１１３に支持した基板Ｗを真空吸着して保持可能になっている。なお、理解容易のため図示を省略するが、ホルダベース１１０には、種々の空圧回路を形成する多数の通路溝が立体的に設けられており、複数部材の積層構成になっている。

分割リテーナ１２０は、中央部に角孔を有する円盤状のリテーナを円盤の中心で前後に二分割した形態、すなわち、半円の中央部にコの字状の切り欠き部を形成した形態をなし、切り欠き部を向き合わせて連結したときに中央部に角孔を有する一体の円盤を形成するように構成される。角孔の大きさは角型基板Ｗよりも僅かに大きく、例えば、一辺の長さが基板Ｗよりも１〜２mm程度大きく形成される。一方、分割リテーナ１２０の外径は、図３中に二点鎖線で研磨パッド２３の外径線を付記するように、研磨パッド２３の外形よりも大きく形成される。分割リテーナ１２０の上面には、中央部を左右二分割するように前後に延びる細幅の溝１２３が形成されており、分割リテーナ１２０，１２０を一体の円盤状に閉じたときに、前後の分割リテーナの合わせ面と軸対象な十字状の溝が構成されるように、すなわち研磨加工における幾何学的な対称性を確保した構成になっている。

分割リテーナ１２０の下側に、前後の分割リテーナ１２０，１２０を、前後方向にスライド自在に支持する上部プレート１２５が設けられている。上部プレート１２５は、分割リテーナ１２０の半径と同一半径で一体の円盤状をなし、前後の分割リテーナ１２０，１２０を閉じた閉位置において、分割リテーナと上下に重なった円盤を形成する。上部プレート１２５の上面側の左右側部には、Ｔ溝状のスライドレール１２６が前後に延びて形成されており、このスライドレール１２６に嵌挿されたスライドブロック１２７にショルダボルト等により分割リテーナ１２０が締結されて、前後の分割リテーナ１２０，１２０が、各々前後方向にスライド自在に支持される。上部プレート１２５の中央部には、後述するリテーナ開閉機構１５０のフレームを挿通させる角型の開口１２８が上下貫通して形成されている。上部プレート１２５の直径はホルダベース１１０の直径よりも大きく、ホルダベース１１０の上部を覆うように構成される。

一方、ホルダベース１１０のベース部１１１の上面に下部プレート１１５が取り付けられている。下部プレート１１５は、ホルダベース１１０と略同一直径の円盤状に形成され、中央部にはリテーナ開閉機構１５０のフレームを挿通させる角型の開口１１８が上下貫通して形成されている。そして、この開口１１８を囲む前後左右４か所に、上部プレート１２５を介して分割リテーナ１２０，１２０を一体的に上下移動させるリテーナ昇降機構１３０が設けられている。図５は図４中のリテーナ昇降機構１３０の部分を拡大し、(ａ)分割リテーナ１２０を下端位置まで下降させた状態と、(ｂ)分割リテーナ１２０を上端位置まで上昇させた状態とについて示す。

リテーナ昇降機構１３０は、下部プレート１１５と上部プレート１２５との間に位置して下部プレート１１５に固定されたダイヤフラム１３１と、このダイヤフラム１３１により仕切られて下部プレートとの間に形成される圧力室１３２の内圧を制御する昇降圧制御回路１３５とを主体として構成される。本構成形態の各図には、平面視の形状が長方形状の角皿型ダイヤフラムを用いた構成を示し、例えばブチルゴムやフッ素ゴム等のゴム材料を図示形状に成型し、ステンレス等の金属製の枠部材により周辺部分を固定して下部プレートに取り付けられる。下部プレート１１５には、このプレートを上下に貫通して圧力室１３２に開口する昇降圧導入路１３４が形成されており、各昇降圧導入路１３４の他端側がホルダベース１１０において集合され昇降圧制御回路１３５に繋がっている。

ダイヤフラム１３１を挟む長辺方向外側には、ザグリ穴（段付き穴）状のガイド孔１３６が下部プレートの下面側から形成されており、このガイド孔１３６に嵌挿された段付き円柱状のスライドブッシュ１３７に上部プレート１２５がショルダボルト等により締結されて構成される。このように上部プレート１２５と下部プレート１１５とが連結され、上部プレート１２５と下部プレート１１５とが密着した状態において、スライドブッシュ１３７の段付き部に形成される円環面と、ガイド孔１３６の座面との間に上下に所定寸法の間隔が形成されるように設定されている。すなわち、上部プレート１２５と下部プレート１１５とは、ガイド孔１３６とスライドブッシュ１３７との嵌合により、上記所定寸法の範囲において上下方向にのみ相対移動自在に連結される。

ここで、上部プレート１２５が下部プレート１１５と密着し、上部プレート１２５が下部プレート１１５に支持された状態では、分割リテーナ１２０の上面がチャック１１２に吸着保持された基板Ｗの上面よりも幾分低く（例えば、０．５〜１mm程度低く）、上部プレート１２５が下部プレート１１５と離間して、スライドブッシュ１３７の円環面がガイド孔１３６の座面に当接支持された状態では、分割リテーナ１２０の上面が、チャック１１２に吸着保持された基板Ｗの上面よりも高く（例えば、１〜２mm程度高く）なるように、上記所定寸法及び各部の厚さ寸法が設定される。

一方、昇降圧制御回路１３５は、大気圧を挟んで負圧側から正圧側まで所定の圧力範囲（例えば、−１０〜１００kPaの範囲）で圧力制御が可能な、いわゆる連成圧タイプの電空レギュレータを用いて構成されており、研磨装置１の作動を制御する制御装置５０からの指令信号に応じ、昇降圧導入路１３４を介して圧力室１３２の圧力を負圧側から正圧側までの任意の圧力に設定可能になっている。

そこで、昇降圧制御回路１３５により昇降圧導入路１３４にエアを供給して各圧力室１３２を加圧すると、４か所のダイヤフラム１３１により上部プレート１２５が押圧されて上部プレート１２５及び前後の分割リテーナ１２０,１２０が一体的に上昇する。基板ホルダ１１の上方に研磨ヘッド２１が存在しない状態では、上部プレート１２５は、スライドブッシュ１３７の円環面がガイド孔１３６の座面に当接するまで、すなわち、分割リテーナ１２０の上面が、チャック１１２に保持された基板Ｗの上面よりも上方となる高さ位置まで上昇する。

一方、基板ホルダ１１の上方に研磨ヘッド２１が位置し、チャックに保持された基板の被研磨面に研磨パッド２３が押接された状態（研磨加工時）においては、分割リテーナの上面が研磨パッドの研磨面に当接する高さ位置、すなわち、分割リテーナ１２０の上面と、チャック１１２に保持された基板Ｗの上面とが同一の高さ位置になるまで上昇する。そして、制御装置５０からの指令信号に基づき、昇降圧制御回路１３５により設定された加圧力で分割リテーナ１２０が研磨パッド２３に押接される。ダイヤフラム１３１を用いた加圧構造は、スピンドル１４の回転軸を中心として対象に設けられており、円盤状の上部レート１２５を介して前後の分割リテーナ１２０，１２０が均等な圧力で上向きに加圧される。

昇降圧制御回路１３５により設定される加圧力は、基板とリテーナとの面積比や材質等に応じて適宜設定することができ、例えば、基板Ｗの研磨パッド２３の基板Ｗに対する圧力と分割リテーナ１２０に対する圧力とが略同一となるように、すなわち、研磨パッド２３が基板Ｗ及び分割リテーナ１２０に略同一の研磨圧力で作用するように設定することができる。

４つのダイヤフラム１３１を用いた加圧構造に囲まれて、分割リテーナ１２０，１２０を開閉するリテーナ開閉機構１５０が設けられている。リテーナ開閉機構１５０は、この機構のベースとなる方形枠状のフレーム１５１と、フレーム１５１の左右の枠部に前後に伸縮可能に設けられた四つの開閉シリンダ１５５と、これらの開閉シリンダ１５５へのエア供給を制御するリテーナ開閉制御回路１６５とを主体として構成される。

フレーム１５１は、平面視において正方形のホルダベースのチャック１１２と、これよりも大きな正方形の上下プレートの開口１１８，１２８との間に位置し、概観的には、幅及び厚さがある矩形断面の前後左右の枠部からなる方形枠状に形成される。前後左右の枠部の中央部には、ワークハンドリングに用いられるグリップの形状寸法に合わせて、フレーム上面から所定深さで切り込まれ各枠部の内周側に開くグリップ受容部１５６が形成されている。

図１中に付記するVI−VI矢視の断面図を図６に示すように、各開閉シリンダ１５５は、左右の枠部に内蔵されている。すなわち、開閉シリンダ１５５は、枠部の前後の端部から穿設された円筒状のシリンダ１５５ａと、このシリンダ１５５ａに嵌挿されて前後方向に摺動自在なピストンロッド１５５ｂと、シリンダ内のロッド側シリンダ室に介装されてピストンロッド１５５ｂを常時シリンダ内に引き込む方向に付勢するコイルスプリング１５５ｃなどからなり、常には、ピストンロッドが引き込まれた状態でロッド先端部が枠部から突出した状態で配設される。

左右枠部の中央寄りに、各開閉シリンダ１５５のピストン側シリンダ室と、リテーナ開閉制御回路１６５とを繋ぐスライドマニホールド１５２が設けられている。スライドマニホールド１５２は、中心に上方に延びる軸部を有しホルダベース１１０に固定された固定ブロック１５３と、固定ブロックの軸部を上下に摺動自在に受容する軸受容穴を有しフレームに固定された摺動ブロック１５４とから構成される。

固定ブロック１５３には、開閉制御回路１６５と繋がって軸部の中心を上方に延び中間部から水平に放射状に延びて軸部外周面に開口するベース側スライド圧導入路１５３ａが形成されている。一方、摺動ブロック１５４には、ベース側スライド圧導入路１５３ａの軸部の開口を囲む軸受容穴の内面に、前述した上部プレート１２５と下部プレート１１５との上下方向の相対移動範囲に合わせた溝幅の移動吸収溝が形成されて上下でＯリングシールされ、この移動吸収溝から放射状に延びる円孔を介して上下がＯリングシールされた摺動ブロック外周の円環溝と繋がっている。そして、摺動ブロック外周の円環溝とピストン側シリンダ室とがフレーム側スライド圧導入路１５４ａで接続されている。なお、ロッド側シリンダ室は、図示省略する開放路により大気に開放されている。

このため、リテーナ開閉制御回路１６５からベース側スライド圧導入路１５３ａに所定圧力のエアを供給すると、ベース側スライド圧導入路１５３ａに供給されたエアが、ベース側スライド圧導入路１５３ａからフレーム側スライド圧導入路１５４ａを介して開閉シリンダ１５５のピストン側シリンダ室に供給され、コイルスプリング１５５ｃのばね力に抗してピストンロッド１５５ｂが開閉シリンダの伸長方向に移動される。一方、リテーナ開閉制御回路１６５においてベース側スライド圧導入路１５３ａを大気に開放すると、コイルスプリング１５５ｃにより付勢されたピストンロッド１５５ｂがピストン側シリンダ室のエアを押し出しながら移動してフレーム側スライド圧導入路１５４ａ及びベース側スライド圧導入路１５３ａを介してパージさせ、各図に示すようにピストンロッド１５５ｂが引き込まれた縮長位置に移動される。

開閉シリンダ１５５が設けられたフレーム１５１の左右の枠部には、枠部から左右外方に突出するフランジ状の連結部１５９が４か所形成される一方、上部プレート１２５の対応位置に連結部１５９を受容する連結受容部が形成されている。そのため、上部プレートの開口１２８内にフレーム１５１を配置し、４か所の連結部１５９をボルト等により締結することにより上部プレート１２５とフレーム１５１とが連結固定される。このとき上部プレート１２５の上面とフレーム１５１の上面とが略同一高さで配設されるようになっている。また、上部プレート１２５には、開閉シリンダ１５５のピストンロッド１５５ｂの先端位置及び伸縮範囲に合わせて、ロッド連結口１２９が上下貫通して形成されている。

そこで、このように一体連結された上部プレート１２５及びフレーム１５１の上方から前述したように前後の分割リテーナ１２０，１２０を前後にスライド自在に取り付ける。すなわち、分割リテーナ１２０を上部プレート１２５に載置し、分割リテーナの左右側部のザグリ穴から、Ｔ溝状のスライドレール１２６に嵌挿されたスライドブロック１２７にショルダボルト等を螺合締結する。これにより前後の分割リテーナ１２０，１２０が、各々前後方向にスライド自在な状態で上部プレート１２５に装着支持される。次いで、前後の分割リテーナ１２０，１２０をともに中央に寄せて、上部プレートと重なる円盤状とし、分割リテーナの中央寄りに形成されたザグリ穴にボルトを挿通し、図示省略するスペーサを介してピストンロッド１５５ｂの先端部に螺合締結する。これにより、前後スライド自在に支持された分割リテーナ１２０が開閉シリンダ１５５と接続され、分割リテーナを開閉するリテーナ開閉機構１５０が形成される。

リテーナ開閉機構１５０による分割リテーナ１２０の移動範囲は、前後の分割リテーナ１２０，１２０をホルダベース１１０の中央部に閉じて基板Ｗの周囲を囲む一体の円盤状にした閉位置Ｐc〜前後の分割リテーナ１２０，１２０をホルダベース１１０の中央部からそれぞれ前方，後方に開いて基板Ｗの側端面を露出させた開位置Ｐoの範囲である。

より具体的には、開閉シリンダ１５５にエアを供給せず、コイルスプリング１５５ｃのばね力によってピストンロッド１５５ｂが引き込まれた自然状態において分割リテーナ１２０が基板Ｗの周囲を囲む閉位置Ｐcにあり、開閉シリンダ１５５にエアを供給してピストンロッドを所定量伸長させた伸長状態（ピストンロッドの段付き部が口金に当接して移動規制された状態）において、図３中に二点鎖線で示すように、フレーム１５１の前後左右の枠部に形成されたグリップ受容部１５６が現れた開位置Ｐoになるように設定される。このため、分割リテーナ１２０を開位置Ｐoに設定した状態では、基板ホルダ１１の上方からグリップをアプローチさせてチャック１１２に保持された基板Ｗの側面にグリップを掛止可能である。

次に、以上のように構成される研磨装置１において、基板Ｗを研磨加工する際の作用について説明する。制御装置５０は、まず基板ホルダ１１に基板Ｗを搬入するにあたり、ヘッド移動機構３０により研磨アーム３２を水平揺動させ、研磨ヘッド２１を基板ホルダ１１の上方から退避させる。そして、昇降圧制御回路１３５に回路圧を負圧状態とする指令信号を出力し、昇降圧導入路１３４を介してダイヤフラム１３１の圧力室１３２を微負圧状態に減圧する。これにより、リテーナ昇降機構１３０では、分割リテーナ１２０，１２０の上面高さが、導入される基板Ｗの上面よりも低い待機位置に設定される。

また制御装置５０は、リテーナ開閉制御回路１６５にエア供給を行う指令信号を出力し、ベース側及びフレーム側のスライド圧導入路１５３ａ，１５４ａを介して開閉シリンダ１５５のピストン側シリンダ室に所定圧力のエアを供給させる。これにより前後の分割リテーナ１２０，１２０が、それぞれ中央部から外方にスライド移動され、分割リテーナ１２０，１２０が開いた開位置Ｐoに設定される。開位置Ｐoでは、図３中に二点鎖線で示すように、チャック１１２の周辺でグリップ受容部１５６が露出した状態になり、このグリップ受容部１５６に、基板Ｗをハンドリングする四つ爪グリップを侵入させて基板Ｗをチャック１１２上に載置することができる。基板Ｗがチャック１１２上に載置されると、制御装置５０は吸着路１１４を減圧状態として基板Ｗをチャック１１２に吸着保持させ、四つ爪グリップを退避させる。

次に、制御装置５０は、リテーナ開閉制御回路１６５に回路圧をパージする指令信号を出力し、ピストン側シリンダ室の加圧エアをフレーム側及びベース側のスライド圧導入路１５４ａ，１５３ａを介して大気に開放させる。すると、コイルスプリング１５５ｃに付勢されたピストンロッド１５５ｂがピストン側シリンダ室のエアを押し出しながら移動してピストンロッド１５５ｂが引き込まれた縮長位置に移動され、これにより前後の分割リテーナ１２０，１２０が、外方から中央に移動して基板Ｗの周囲を囲む閉位置Ｐcに設定される。既述したように、閉位置において前後の分割リテーナにより形成される角孔の大きさは基板Ｗよりも僅かに大きい程度に形成されており、基板Ｗの各辺とこれを囲む分割リテーナ１２０の囲壁とがほぼ隙間なく、例えば、０．５〜１mm程度の間隔で、基板の周囲を囲んだ状態で配設される。

リテーナ開閉機構１５０により分割リテーナ１２０，１２０が閉位置Ｐcに設定されると、制御装置５０は、ヘッド移動機構３０により、研磨アーム３２を水平揺動させて研磨ヘッド２１を基板ホルダ１１の上方に位置させ、基板ホルダ１１及び研磨ヘッド２１を回転させ、加工液供給装置４０から加工内容に応じた加工液を供給しながら研磨ヘッド２１を下降させて、研磨パッド２３を基板Ｗの上面（被研磨面）に所定の研磨圧力で押接させる。この際、分割リテーナ１２０は基板上面よりも低い待機位置に設定されており、研磨パッド２３が研磨条件（研磨レシピ）で設定された規定の研磨圧力で基板の被研磨面Ｗｓに押接される。

次いで、制御装置５０は、昇降圧制御回路１３５に回路圧を正圧状態とする指令信号を出力し、昇降圧導入路１３４を介してダイヤフラム１３１の圧力室１３２を正圧状態に加圧する。すると、リテーナ昇降機構１３０において前後の分割リテーナ１２０，１２０が一体的に上昇し、分割リテーナ１２０，１２０の上面が研磨パッドの研磨面２３ｓに押接される。すなわち、分割リテーナ１２０，１２０の上面が基板Ｗの上面と同一高さに設定され、分割リテーナ１２０，１２０が基板Ｗとともに研磨パッドの研磨面２３ｓに押接される。

このとき、分割リテーナ１２０の研磨面２３ｓに対する押圧力は、昇降圧制御回路１３５において任意に設定することができる。従って、基板Ｗと分割リテーナ１２０の材質に起因する研磨レートの差異に応じて、基板Ｗの研磨圧力よりも分割リテーナ１２０の研磨圧力の方が低くなるように（あるいは高くなるように）分割リテーナの押圧力を設定し、基板Ｗと分割リテーナ１２０がほぼ同じ研磨レートで均等に研磨されるように構成することができる。なお、例えば初期の押圧力を比較的低圧とし、研磨加工の進行とともに増大させるなど、押圧力が時間的に変化するように構成してもよい。

また、分割リテーナ１２０の上面に、基板Ｗの材質と同じ材質のカバー部材を粘付する等により、少なくとも分割リテーナ１２０の上面が基板Ｗと同一材質になるように構成することができる。この場合、基板Ｗの研磨圧力と分割リテーナ１２０の研磨圧力が同一となるように、分割リテーナ１２０の研磨面２３ｓに対する押圧力を設定することにより、基板Ｗと分割リテーナ１２０が同一の研磨レートで均等に研磨されるように構成することができる。

このように、分割リテーナ１２０を基板上面と同一高さで加圧制御することにより、研磨加工時に、基板Ｗの周囲全体が同一高さの分割リテーナに囲まれて、あたかも円盤の一部として研磨される。そのため、基板Ｗのエッジ部によって研磨パッドの研磨面２３ｓが削り取られるようなパッドスクレーピングを発生させることがなく、また、エッジリバウンドに伴う研磨レートの不均一性を発生させるようなことがなく、平面度の高い角型基板を得ることができる。

基板Ｗの研磨加工が終了すると、制御装置５０は、ヘッド移動機構３０により研磨アーム３２を水平揺動させて基板ホルダ１１の上方から研磨ヘッド２１を退避させる。そして、昇降圧制御回路１３５に回路圧を負圧状態とする指令信号を出力してダイヤフラムの圧力室１３２を微負圧状態に減圧し、分割リテーナ１２０，１２０を基板Ｗの上面よりも低い待機位置に設定する。また、リテーナ開閉制御回路１６５にエア供給を行う指令信号を出力して開閉シリンダ１５５のピストン側シリンダ室に所定圧力のエアを供給させ、前後の分割リテーナ１２０，１２０を開位置Ｐoに設定する。

これにより、チャック１１２の周辺でグリップ受容部１５６が露出した状態になる。制御装置５０は、基板ホルダ１１の上方からグリップ受容部１５６に四つ爪グリップを侵入させて基板Ｗの側端部に掛止させ、チャック１１２の吸着を解除して基板Ｗを基板ホルダ１１から取り出し、次工程に搬出させる。

従って、以上説明したような構成によれば、研磨対象面を上向き姿勢で研磨加工する研磨装置において、パッドスクレーピングの発生を抑止し研磨レートの不均一性を改善可能な研磨装置を提供することができる。

なお、以上の実施形態では、角型基板の代表例として正方形の基板Ｗを示したが、以上の説明から明らかなように、角型基板の形状は長方形や六角形等であっても良く、分割リテーナの分割形態は二分割に限らず、三以上に分割されるように構成してもよい。

本発明を適用した研磨装置における基板ホルダの要部断面図であり、図４中に付記するＩ−Ｉ矢視の平断面図である。本発明を適用した研磨装置の概要構成図である。上記研磨装置における基板ホルダの平面図である。基板ホルダにおけるリテーナ昇降機構を主として示す側断面図である。図４中のリテーナ昇降機構の部分を拡大して示す側断面図であり、(ａ)は分割リテーナを下端位置まで下降させた状態、(ｂ)は分割リテーナを上端位置まで上昇させた状態を示す。図１中に付記するVI−VI矢視の断面図である。

符号の説明

Ｗ角型基板１研磨装置
１１基板ホルダ２１研磨ヘッド
２３研磨パッド３０ヘッド移動機構
１１０ホルダベース１２０分割リテーナ
１３０リテーナ昇降機構１３１ダイヤフラム
１３５昇降圧制御回路（制御回路）１５０リテーナ開閉機構

Claims

角型基板を研磨対象面が上向きの水平姿勢で保持し下方に延びる回転軸廻りに回転駆動される基板ホルダと、前記角型基板の対角寸法よりも大径の研磨パッドを研磨面が下向きの水平姿勢で保持し上方に延びる回転軸廻りに回転駆動される研磨ヘッドと、前記基板ホルダに対して前記研磨ヘッドを相対移動させるヘッド移動機構とを備え、
前記基板ホルダは、
中央部に前記角型基板を吸着保持するチャックが設けられたホルダベース、
中央部に前記角型基板よりも僅かに大きい角孔を有する円盤状のリテーナを複数に分割して形成され前記ホルダベースの上部に設けられた分割リテーナ、
前記ホルダベースに対して前記分割リテーナを上下移動させるリテーナ昇降機構、
及び、前記分割リテーナを前記ホルダベースの中央部に閉じて前記角型基板の周囲を囲む一体の円盤状にした閉位置と、前記分割リテーナを前記ホルダベースの中央部から外方に開いて前記角型基板の側端面を露出させた開位置とに開閉可能に構成されたリテーナ開閉機構を備え、
前記角型基板を前記基板ホルダに搬入し及び前記基板ホルダから搬出する際に、前記リテーナ開閉機構により前記分割リテーナを前記開位置に設定し、前記角型基板を研磨加工する際に、前記リテーナ開閉機構により前記分割リテーナを前記閉位置に設定するとともに前記リテーナ昇降機構により前記分割リテーナの上面が前記角型基板の上面と略同一高さになるように構成したことを特徴とする研磨装置。
前記リテーナ昇降機構は、前記ホルダベースと前記分割リテーナとの間に設けられたダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの内圧を制御する制御回路とを備え、
前記角型基板を研磨加工する際に、前記ダイヤフラムの内圧を正圧として前記分割リテーナを前記研磨パッドに所定圧力で押接させるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
前記角型基板を前記基板ホルダに搬入し及び前記基板ホルダから搬出する際に、前記ダイヤフラムの内圧を負圧として前記分割リテーナの上面が前記角型基板の上面よりも低くなるように構成したことを特徴とする請求項２に記載の研磨装置。
前記分割リテーナの上面が前記角型基板の材料と同一材料で形成され、前記所定圧力が前記角型基板の研磨加工圧と同一圧力となるように構成したことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の研磨装置。