JP6719125B2 - 研磨部材、及び、研磨方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造工程等に用いる研磨機能を有する装置に適用される研磨部材、及び、研磨方法に関し、より具体的には、シリコンウエハ等の被加工素材の周端側面から主表面にわたって滑らかに研磨可能にする研磨部材、及び、研磨方法に関する。

近年、半導体デバイスの微細化に伴い、エッチング、研磨、洗浄といったウェット処理における歩留まりの向上が重要な課題となっている。例えば、洗浄装置においては、被洗浄体としての例えば半導体ウエハ（以下、単にウエハという）の表面に付着した汚染物やパーティクルを除去するため、水平方向（縦方向）または垂直方向（横方向）に配置されたウエハに円筒形ブラシをその円筒側面を接触面として接触させつつ回転させることにより、ブラシの回転に伴って回転するウエハの主表面および周端側面をブラシで擦って汚れを一方向に掻き出すブラシスクラブ装置が従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、洗浄のみならず、ウエハを被加工素材として研磨加工する場合には、例えば、多数枚のウエハを各ウエハ同士の間にスペーサを介在させつつ重ね合わせた状態で、これらのウエハの例えば周端側面をまとめて一度に研磨するバッチ式の処理や、ウエハを１枚ずつ処理する枚葉式の処理（例えば、特許文献２参照）も行なわれる。

特開２０１５−２２５９４５号 特開２００２−３０７２７６号

ウエハなどの被加工素材を研磨加工する場合には、滑らかな面に研磨することが重要である。これは、滑らかに研磨できずに凹凸やエッジ等の不良部位が加工後に残存する場合には、その不良部位を起点に破損が生じ易くなり、或いは、不良部位に異物が付着し易くなるからある。

しかしながら、前述したバッチ式の研磨加工では、比較的硬質な砥石等の研磨部材により多数枚のウエハの周端側面がまとめて研磨されることから、ウエハの周端側面と主表面（面積が最も広い表面及び裏面）との境界にエッジが生じ易く（すなわち、それぞれのウエハをその周端側面から主表面に至るまで滑らかに研磨することが難しく）、したがって、そのようなエッジに異物が付着し易い。また、加工後のスペーサ除去作業で更に異物が付着する場合もある。更に、作業者が１枚ずつ手作業によりウエハを重ね合わせてバッチ処理を行なう状況では、ウエハの位置ずれ等によりウエハ同士で研磨状態にバラツキが生じ易く、エッジの発生は無論のこと、歩留まりの低下を招きやすい。

一方、枚葉式の研磨処理では、バッチ式の処理と比べて歩留まりの向上が期待できるものの、特許文献２に開示されるようにウエハの周端側面を１つのノッチ用研磨部材、１つの周側面用研磨部材、２つのべベル用研磨部材の４種類の研磨部材でそれぞれ異なる方向から研磨する場合には、加工条件の設定が複雑でバラツキ易く、ウエハが破損し易い。また、４つの研磨部材による研磨を段階的に分けて面取り加工する結果となるため、各段階の加工面同士の繋がりを滑らかにすることが難しい。すなわち、ウエハをその周端側面から主表面に至るまで滑らかに研磨することが難しく、粗面部位に異物が付着し易い。

また、バッチ式及び枚葉式のいずれにおいても、特に被加工素材としてウエハの周端側面を研磨加工する場合には、ウエハの結晶軸方向を規定するノッチまたは平坦面状の切り欠きであるオリエンテーションフラット（Orientation Flat）（以下、オリフラと略称する）の存在により、ウエハの周端側面を研磨している研磨部材がこのオリフラの部位でウエハに十分に接触できず、そのため、このオリフラの部位でウエハの研磨が不十分となる或いは不可能となる場合がある。

本発明は、上記した問題に着目してなされたものであり、半導体製造工程等に用いる研磨機能を有する装置に適用され、被加工素材をその形状にかかわらず周端側面から主表面に至るまで滑らかに研磨することができる研磨部材、及び、研磨方法を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明に係る研磨部材は、被加工素材の周端側面、及び／又は、主表面に接触して回転することにより前記周端側面、及び／又は、主表面を研磨するよう構成され、前記研磨部材は、柔軟性を有する研磨布を有し、その研磨布の表面には、粒状の研磨材が担持されていることを特徴とする。

上記した構成によれば、研磨部材の研磨布が柔軟性を有することから、その変形によって被加工素材の周端側面から主表面へと回り込むことができ、被加工素材の周端側面と主表面との境界にエッジを生じさせることなく、被加工素材をその周端側面から主表面に至るまで滑らかに研磨することができる。このように被加工素材をその周端側面から主表面に至るまで滑らかに研磨できてエッジを生じさせなければ、異物の付着も回避できる。また、研磨加工時における研磨部材（研磨布）の変形は、バッチ式や枚葉式などの処理形態にかかわらず、被加工素材の所定の加工位置からのずれ等を含むセッティング不良が存在した場合であっても、そのような不良因子を吸収して、被加工素材のその周端側面から主表面に至るまでの滑らかな研磨を可能にする。したがって、手作業による処理はもとより、研磨処理の自動化にも好適に対応でき、歩留まりの向上に寄与できる。

また、研磨部材は、変形可能であるため、オリフラを有するウエハなど、被加工素材が不規則な形状を成す場合であっても、被加工素材の全周にわたって周端側面に所望の圧力で常時接触できる。つまり、本発明によれば、被加工素材をその形状にかかわらず周端側面から主表面に至るまで全周にわたって滑らかに研磨することができる。

また、本発明に係る研磨部材は、被加工素材の周端側面に接触して回転することにより前記周端側面を研磨するよう構成され、回転可能な支持部材と、前記支持部材の外周に取着されて表面に研磨材を担持する研磨布とを有し、前記研磨布は、前記被加工素材と押圧接触することにより変形可能であることを特徴とする。

このような研磨部材においても、研磨布が被加工素材と押圧接触した際に変形可能であるため、その変形によって被加工素材の周端側面から主表面へと回り込むことができ、被加工素材の周端側面と主表面との境界にエッジを生じさせることなく、被加工素材をその周端側面から主表面に至るまで滑らかに研磨することができる。

上記した構成では、研磨布が支持部材に対して取り外し可能（交換可能）に取着されることが好ましい。それにより、研磨材の消耗時に研磨布だけを交換すれば済み、加工コスト（ひいては製造コスト）を抑えることができる。また、上記構成において、研磨部材は、被加工素材に対するその研磨位置が変えられるように移動可能であることが好ましい。この場合、研磨部材は、例えば、被加工素材の主表面に対して垂直な方向（すなわち、被加工素材の周端側面に沿う方向）、好ましくは研磨部材の長手方向で移動されてもよい。このようにすれば、研磨材の消耗度合いを研磨部材全体にわたって均一にすることができ、研磨部材をムラなく使用できる（研磨布の広い範囲を活用して、研磨布を効率良く有効に使えるようになる）。また、この場合、研磨部材を長手方向に長く形成し、長手方向に沿う任意の位置で被加工素材を研磨できるようにすれば、研磨部材は、従来の移動を行わない研磨部材と比べて長時間使用できる耐久性の優れたものとなり、その結果、長時間にわたって、被加工素材のバラツキの少ない安定した品質を確保できる。また、研磨部材が傾動できてもよく、そのようにすれば、被加工素材の周端側面から主表面に至るまでの滑らかな研磨が更に容易となる。

上記構成において、研磨布は、例えば不織布や織布によって形成されてもよい。また、研磨布に対する研磨材の担持方法としては、例えば、研磨布の表面に羽毛立ち又は植毛状の突起を形成し、これらの羽毛立部分又は突起に研磨材を付着（食い込ませるように付着することも含む）させたり、別途、複数の突起を形成しておき、この突起の側面に研磨材を食い込ませるように付着させたり、食い込まないように表面に付着させるなど、様々な方法が考えられる。この場合、研磨材としては、粒子状のダイヤモンドやアルミナ等を挙げることができる。

なお、本明細書中において、「主表面」とは、被加工素材を構成する面のうち面積が最も広い表および裏を含む面のことであり、例えば被加工素材が半導体ウエハの場合には、トランジスタや配線等を含む回路、パターン等の機能層が堆積されるウエハの表面および裏面を意味する。また、本明細書中において、「周端側面」とは、被加工素材の主表面同士を接続する外周端縁に位置する側面のことを意味する。

また、本発明は、上記した目的を達成するために、被加工素材を支持体によって位置規制しつつ回転可能に支持し、前記支持体に支持された前記被加工素材の周端側面に対して研磨部材を押圧接触させて、前記被加工素材の周端側面が前記研磨部材に食い込むように前記研磨部材を変形させる食い込み押圧状態にし、前記食い込み押圧状態で前記研磨部材を回転させることにより前記被加工素材の前記周端側面を研磨する研磨方法を提供する。

本発明によれば、被加工素材をその形状にかかわらず周端側面から主表面に至るまで滑らかに研磨することができる研磨部材、及び、研磨方法が得られる。

本発明の一実施形態に係る研磨機能を有する装置の要部構成を示す概略平面図。 図１の研磨機能を有する装置の全体を概略的に示す側面図。 （ａ）は、研磨部材の平面図、（ｂ）は、被加工素材の周端側面に対向して位置される垂直状態の研磨部材を示す側面図、（ｃ）は、（ｂ）の状態から研磨部材が傾動された状態を示す側面図。 被加工素材の周端側面に対して研磨部材を押圧接触させて、被加工素材の周端側面が研磨部材に食い込むように研磨部材を変形させる食い込み押圧状態を示す部分側断面図。 （ａ）は、研磨部材により研磨された被加工素材の周端側面の研磨状態の一例を示す部分側断面部、（ｂ）は、研磨部材により研磨された被加工素材の周端側面の研磨状態の他の例を示す部分側断面部。 研磨布の表面の突起に研磨材を保持した一例を示す概略図。 ウエハを研磨材部材に押し付けた状態を示す概略図であり、（ａ）は、弱く押し付けた状態を示す図、（ｂ）は、強く押し付けた状態を示す図。 ウエハに対する研磨部材の構成、及び配置態様の異なる実施形態を示す図。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれディスク状の研磨部材の構成例を示す図。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれウエハに対して接触する研磨布の配置例を示す図。

以下、図面を参照しながら本発明に係る研磨部材、及び、研磨方法の一実施形態について説明する。
なお、以下の説明では、最初に被加工素材を研磨する研磨機能を有する装置（以下、装置とも称する）の一構成例を説明し、その後、そのような装置に用いられる研磨部材の実施形態、及び、研磨方法について説明する。また、以下の説明では、研磨加工される被加工素材は、真円の半導体ウエハが示されるが、オリフラを有する輪郭が真円でない半導体ウエハなど、異形状の被加工素材を加工する場合にも本発明は適用可能である。

本実施形態に係る装置１は、例えば、いわゆるインライン処理装置、すなわち、研磨加工されるべき被加工素材としてのウエハ３０が搬入されて収容されるローダ部（図示せず）と、ウエハ３０を回転させた状態で研磨加工する図１及び図２に示される研磨加工部５と、研磨加工済みのウエハ３０を洗浄するための洗浄部（図示せず）と、洗浄済みのウエハ３０を乾燥するための乾燥部（図示せず）と、洗浄乾燥後のウエハ３０を搬出のために収容するアンローダ部（図示せず）とを有し、内部の各種搬送ロボット（図示せず）が各部間でウエハ３０を搬出入する処理装置として構成されている。このような装置は、研磨加工部５のみから構成されるそれ単独の研磨加工装置であってもよく、その構造配置形態は任意である。いずれにしても、この装置１に対しては、手動で或いは搬送ロボットを介して自動で、研磨加工されるべきウエハ３０が搬出入される。

また、本実施形態では、装置１内でウエハ３０が水平方向に配置された状態で研磨加工される例について説明するが、本発明は、水平方向のみならず、ウエハ３０を垂直方向に配置した状態、斜めに配置した状態、逆さまに配置した状態等、様々な状態に配置して研磨加工する場合にも適用可能である。

図１及び図２に概略的に示されるように、本実施形態の装置１の研磨加工部５は、ウエハ３０を位置規制しつつ回転可能に支持する例えばターンテーブルから構成される支持体２と、支持体２に支持されたウエハ３０の少なくとも周端側面３６に接触（これについては後述する）して回転することにより少なくともこの周端側面３６を研磨加工する研磨部材１０とを備える。この場合、研磨部材１０は、支持体２に支持されるウエハ３０の外周に沿って所定の角度間隔（例えば等しい角度間隔）で複数（本実施形態では４つ）配置される。

なお、ウエハ３０は、表面を形成する第１の主表面３２（以下、単に表面３２という）と、裏面を形成する第２の主表面３４（以下、単に裏面３４という）と、これらの面３２，３４同士を接続する外周端面に位置する前述した周端側面３６とを有し、また、ターンテーブルとしての支持体２は、例えば吸引経路７を介して真空引きすることによってウエハ３０の裏面３４を吸着してウエハ３０を支持し、研磨加工時にそれ自体が回転駆動される。また、研磨部材１０は、図示しない搬送ロボットの搬送経路を遮断しないように或いは搬送経路から退避可能に配置される（例えばエアシリンダを使用してウエハ３０の周端側面３６に対して離接自在に移動できる）。また、研磨部材１０を回転駆動させるモータ等の駆動要素や研磨部材１０の動作を制御する制御装置などは全て、例えば研磨部材１０を移動（回転、並進、傾動）可能に支持するハウジング７０内に配置される。

また、本実施形態の装置１（研磨加工部５）は、支持体２上に支持されるウエハ３０の周端側面３６と接触する研磨部材１０をウエハ３０に向けて（例えば、ウエハ３０の中心へ向けて）常時付勢する付勢機構を備える。特に、本実施形態において、この付勢機構は、シリンダ７２により介在部材７４を押し引きして付勢バネ７６の付勢力をハウジング７０内の図示しない力伝達部材を介して研磨部材１０に作用させることにより実現される。或いは、オモリの重さを利用してウエハに研磨布を当て、オリフラ等の段差にも研磨布が形状に倣うように追従して動く構成等、その他の付勢形態が採用されてもよい。また、このような付勢力（ウエハ３０と研磨部材１０との接触圧）を調整できる機構（例えば、サーボモータ制御とバネ７６との組み合わせ機構）が設けられることが好ましい。なお、研磨部材１０を付勢する付勢機構については、例えば、自重と錘の組み合わせで研磨部材をウエハに押し当てる構成であってもよい。

前記研磨部材１０は、図３に示されるように、回転可能な支持部材１４と、支持部材１４の外周面に取着されて表面に研磨材を担持する研磨布１２とを有する。この場合、研磨布１２は、連続した研磨面を有するとともに、前記付勢機構の付勢力によってウエハ３０と接触することにより変形できるような柔軟性を有し、例えば、不織布や織布によって構成することが可能である。

研磨布１２の表面に担持される研磨材としては、粒状のものが挙げられ、例えば、ダイヤモンド、アルミナ、酸化セリウム、或いは、粒子状の砥粒等（粒径は例えば数ミクロン〜ナノレベル）を挙げることができる。このような研磨材は、研磨布１２に対して担持（付着、接着等を含む）されるのであり、その担持方法としては、例えば、研磨布１２の表面に羽毛立ち又は植毛状の突起（図４，図６において、そのような羽毛立ちや突起が符号１６で示される；以下、突起１６とする）を形成し、これらの突起１６に研磨材を付着させるなど、様々な方法が考えられる。この場合、粒状の研磨材を単に表面に堆積したり、堆積する際に研磨布に対して接着したり、圧力を加えながら押し付ける等、様々な方法で付着させることが可能である。具体的には、図６に示すように、研磨布が不織布であれば、その繊維１２Ｆの表面に堆積するように研磨材（研磨砥粒）１７を振り掛ければ、繊維１２Ｆの毛羽立っている部分（突起１６）に研磨材が付着するとともに、その表面部分に絡んだ状態で堆積するようになる。或いは、そのように毛羽立っている繊維や、研磨布の表面に形成した突起に対して研磨材（研磨砥粒）を圧接（圧着を含む）することで、突起１６の側面に研磨材１７を食い込ませるように付着させたり、食い込まないように表面に付着させることも可能である。すなわち、研磨材については、研磨布の表面に層状に堆積させる（表面が変形し易いように層状に堆積させるのがよい）とともに、突起の部分に付着させることで両方に保持させてもよく、ウエハの周端側面と主表面（表、裏）に至る部分との加工条件に関する関係に応じて、担持させる位置、担持させる量、その粒子径、材料等を変えてもよい。例えば、研磨布の部分よりも突起の部分での研磨量が少なくなるようにするとよい。更に、研磨部材１０を研磨及び洗浄の両方で使用できるように研磨布や研磨材を選択することもできる。

また、本実施形態において、研磨布１２は、支持部材１４に対して取り外し可能（交換可能）に取着されるようになっている。この場合、研磨布１２は、１枚布で支持部材１４の全周にわたって巻き付けられてもよく、或いは、図３の（ｂ）に示されるような例えば斜めの継ぎ合わせ部１９により継ぎ合わされるように複数枚に分けて別個に支持部材１４に貼り付けられても構わない。その際の継ぎ合わせ部分の形状は垂直やのこぎりの刃のように山刃の組み合わせも可能で、研磨布１２の両端を重ねてもよい。

また、研磨布１２を支持する支持部材１４は、研磨布１２のようにウエハ３０の周端側面３６に押し付けられて変形するような柔軟な材料でなくてもよく、或いは、少なくともその外表面の所定の厚さにわたって研磨布１２と共に変形するような所定の柔軟性を有する材料から形成されてもよい。そのような材料として、例えばウレタン、シリコン、ベルクリン、軟質ＰＶＣ、硬質の樹脂や金属を網目状に加工したり細い棒状にして組み合わせる等、応力での変形による柔軟性を持たせた素材等を挙げることができる。この場合、研磨部材１０（研磨布１２）は、図７に示すような柔軟性（変形可能な柔軟性）を有することが好ましい。すなわち、ウエハ３０を研磨部材に押し付けた際、直接、ウエハ３０の端面によって変形している研磨部材の位置（最も押し込まれている位置）をＰ１，研磨部材がウエハ３０で押圧されたことによって引っ張られて変形している研磨部材の位置（平坦面から変形する屈曲位置）をＰ２として、各位置における曲率半径をそれぞれＲ１，Ｒ２とすると、図７（ａ）に示すように、弱い力で押圧した場合では、Ｒ１≧Ｒ２となり、図７（ｂ）に示すように、強い力で押圧した場合では、Ｒ１≦Ｒ２となるような柔軟性を有することが好ましい。

また、本実施形態の研磨部材１０は、ウエハ３０に対するその研磨位置が変えられるように移動できるようになっている。そのような移動機構は、前述したようにハウジング７０に設けられる。具体的に、研磨部材１０は、研磨材の消耗度合いを研磨部材１０全体にわたって均一にすることができ、研磨部材１０をムラなく使用できるように（研磨布１２の広い範囲を活用して、研磨布１２を効率良く有効に使えるように）、例えば、ウエハ３０の表面３２及び裏面３４に対して垂直な方向（すなわち、ウエハ３０の周端側面３６に沿う方向）、本実施形態では研磨部材１０の長手方向（図３（ｂ）の上下方向）で移動できるようになっている。特に、本実施形態の研磨部材１０は、その長手方向に沿う任意の位置でウエハ３０を研磨できるように、研磨面が長手方向に長く延在し（研磨部材１０が長手方向に長く形成され）、少なくともその半径寸法よりもその高さ寸法（ウエハ３０の厚さ寸法よりも大きい）が大きく設定される。

加えて、本実施形態の研磨部材１０は、ハウジング７０に設けられる駆動機構により、図３の（ｃ）に示されるようにその回転軸Ｏを垂直軸Ｖに対して所定の角度範囲（θ）内で傾けることができる（傾動できる）ようになっている。この場合、研磨部材１０は、ウエハが固定状態で、その周囲を回転しながら研磨するようになっているが、両者は相対回転可能な関係となっていればよく、研磨部材が固定されてウエハが回転したり、双方が回転するような構造であってもよい。すなわち、研磨部材は、ウエハの周端側面に接触して回転するものであればよく、一方に対して他方が回転するもの、及び、双方が回転するものの両方が含まれる。

次に、特に図４及び図５を参照して、上記構成の装置１によってウエハ３０を研磨加工する動作について簡単に説明する。
まず、研磨加工されるべきウエハ３０がオペレータによって手動で或いは搬送ロボットにより自動で装置１内に搬入される。例えば、複数枚のウエハ３０が収容されたカセットが装置１内の前述したローダ部にセットされる。

続いて、搬送ロボットを有する自動式の装置においては、搬送ロボットがローダ部のカセットから１枚のウエハ３０を取り出し、これを研磨加工部５内に搬入して支持体２上に載置する。このとき、支持体２によって取り囲まれる円形の支持領域内に障害なくウエハ３０を搬入できるように、研磨部材１０は、例えば前述したエアシリンダなどの移動機構により所定の待機位置に待避される。

支持体２によって取り囲まれる円形の支持領域内にウエハ３０が搬入されて支持体２上にウエハ３０が吸着支持されると、続いて、研磨部材１０が所定の研磨加工位置へと移動される。このとき、研磨部材１０は、図４に示されるように、前述した付勢機構による付勢力により、支持体２上に支持されたウエハ３０の周端側面３６に対して押圧接触されて、ウエハ３０の周端側面３６が研磨部材１０に食い込むように変形される（本実施形態では、研磨布１２及び支持部材１４が共に変形される）食い込み押圧状態にされる。そのため、本実施形態では、支持体２によるウエハ３０の保持力（支持力）が付勢力による研磨部材１０の押し付け圧よりも大きく設定される。

なお、ウエハ３０の周端側面３６に対する研磨部材１０の食い込み量は、研磨布１２の肉厚に対して、押し当て動作時の変形も含めて３０％以下に設定するのがよい。また、この食い込み押圧状態において、研磨布１２の変形部１２Ａは、ウエハ３０の周端側面３６に対向してこれと平行に押圧される第１の押圧部１２ａと、ウエハ３０の周端側面３６から表面３２へと跨って斜めに変形する第２の押圧部１２ｂと、ウエハ３０の周端側面３６から裏面３４へと跨って斜めに変形する第３の押圧部１２ｃとを有する。すなわち、研磨布１２は、その変形によってウエハ３０の周端側面３６から表面３２及び裏面３４へと回り込むようになる。

そして、この食い込み押圧状態で、今度は、モータによって研磨部材１０が所定の回転速度で回転駆動され、研磨布１２の変形部１２Ａの押圧部１２ａ，１２ｂ，１２ｃと接触するウエハ３０の周端側面３６の全体並びに表面３２及び裏面３４の一部が同時に研磨される。また、このような研磨加工時、所定のタイミングで図示しない噴射ノズルにより水、薬液及び研磨液等が研磨領域に対して吹き付けられる。なお、このような研磨は、例えばウエハ３０の外周５ｍｍ以下の範囲でなされ、また、ウエハ３０と研磨布１２との相対的な回転差が一定であることが好ましい。

上記したように、研磨部材１０の食い込み押圧状態で研磨することにより、ウエハ３０の周端側面の厚さ方向を、表側から裏側の主表面に至るまで研磨することができるが、下記のように、ウエハの周端側面と主表面（表、裏）に至る部分との加工条件に関する関係を以下のようにすることで、表側から裏側の主表面に至るまで、より一層滑らかな曲面に形成することが可能である。

この場合、研磨布がウエハによって押し込まれると、主表面に至る部分が馴染み易くなり、柔軟性を有する部分（不織布など）が硬めであれば上記の表のとおりの関係となるが、柔軟性を有する部分を柔らかめにすれば上記の表とは逆の関係にすることも可能である。また、周端側面の研磨が成される際、それと合せて主表面の少なくとも一面（全面又は一部の面が含まれる）を研磨することが好ましいが、このような研磨方法では、周端側面の研磨の前、研磨の後に少なくとも一面を研磨するか、或いは、周端側面の研磨と同時に主表面の少なくとも一面を研磨する態様が含まれる。

本実施形態の研磨方法によれば、従来の研磨方法と対比すると、下記のような作用効果が得られる。
従来の研磨は、研磨部材とスラリー（研磨液）を用いており、押し付け圧力を強くしたり、研磨スピードを上げる場合には発熱量が多く、ウエハ及びスラリーの温度が上昇することからスラリーは温度管理を行いながら供給している。このため、装置や供給路・研磨槽・洗浄槽のスラリーによる汚染や廃液処理によるコスト、環境問題が生じることから、スラリーは使用しない方が望ましい。

これに対し、例えば、上記した支持部材１４に対し、前記研磨布１２を貼り合せた研磨部材１０を使用してウエハの一方又は両方を回転させることによりウエハの研磨を行なう場合、研磨材（研磨砥粒）１７は、図６に示したように、柔軟性のある部位に堆積し、不織布・織布等の柔らかい部分（突起）に付着しているため、研磨材が付着している突起部分と、堆積している研磨材の位置関係に動く余裕があり、研磨布における研磨材は不安定に微小振動している。

これにより、研磨部材が回転するだけの研磨方法と比較すると、よりランダム（不均一）な研磨状態を創出することが可能となり、ランダムな研磨を積み重ねることで研磨ムラが解消され、より良好な研磨効果が得られる。また、この不安定な微小振動は、スラリー（研磨液＝遊離砥粒）を使用した研磨の効果に近く、スラリーを使用しない場合でも良好な研磨結果を得ることができる。すなわち、スラリーを使用しなければ、水だけの温度管理で済むため、研磨装置、ウエハ（被研磨対象物）、スラリー供給経路、洗浄槽、研磨槽等の汚染が無く、廃液処理も不要なため、メンテナンス、使用材料、廃液処理のコストが削減でき、環境にやさしい研磨を行なうことができる。

以上のような研磨加工によって得られる研磨状態の例が図５に示される。図５の（ａ）は、図３の（ｂ）及び図４に示されるように研磨部材１０が垂直軸Ｖ（図３参照）に沿って垂直方向に方向付けられた状態で研磨がなされた際のウエハ３０の周端側面３６と表面３２及び裏面３４との研磨状態を示す。図示のように、この研磨状態では、研磨布１２の変形部１２Ａの第１の押圧部１２ａによって研磨される平坦な第１の研磨領域３６ａと、研磨布１２の第２の押圧部１２ｂによって研磨される、エッジを伴うことなく第１の研磨領域３６ａと滑らかに繋がって湾曲する第２の研磨領域３６ｂと、研磨布１２の第３の押圧部１２ｃによって研磨される、エッジを伴うことなく第１の研磨領域３６ａと滑らかに繋がって湾曲する第３の研磨領域３６ｃとが形成される。

一方、図５の（ｂ）は、図３の（ｃ）に示されるように研磨部材１０が垂直軸Ｖ（図３参照）に対して所定の角度θだけ傾けられた状態で研磨がなされた際のウエハ３０の周端側面３６と表面３２及び裏面３４との研磨状態を示す。図示のように、この研磨状態では、研磨布１２の第１の押圧部１２ａによって研磨される、垂直軸Ｖに対して角度θをほぼ成すように傾斜する第１の研磨領域３６ａ’と、研磨布１２の第２の押圧部１２ｂによって研磨される、エッジを伴うことなく第１の研磨領域３６ａ’と滑らかに繋がって湾曲する第２の研磨領域３６ｂ’と、研磨布１２の第３の押圧部１２ｃによって研磨される、エッジを伴うことなく第１の研磨領域３６ａ’と滑らかに繋がって湾曲する第３の研磨領域３６ｃ’とが形成される。

以上のようにして、研磨加工が完了すると、続いて、搬送ロボットにより研磨加工済みのウエハ３０が前述した洗浄部へと搬送されてもよいが、本実施形態では、特に、研磨加工部５で研磨部材１０を用いて洗浄を行なうことも可能である。具体的には、研磨加工時の前述した食い込み押圧状態を解除して、研磨部材１０を研磨加工済みのウエハ３０の周端側面３６ａ（３６ａ’）に軽く接触させる。そして、その状態で研磨部材１０を再び回転させて研磨領域を洗浄する。このとき、図示しない噴射ノズルから水、薬液等を含む洗浄液（例えば、アルカリ性洗浄液）を洗浄領域へ向けて噴射する。また、必要に応じて、ブラシ、高圧スプレー、洗剤などを併用して洗浄を行なう。なお、このとき、研磨部材１０についても、前記洗浄液を吹き付けることで、ウエハと併せて、或いは、ウエハとは別に洗浄するようにしてもよい。

このような洗浄が終了したら、続いて、洗浄済みのウエハ３０が前述した乾燥部へと搬送される。またはそのまま洗浄槽・研磨槽等（研磨を行った位置）で搬送せずに続けて乾燥工程を行なう。このとき、研磨加工部５の研磨部材１０は、次のウエハが送り込まれる前に、その長手方向に移動されて、研磨位置が変更される。なお、乾燥部での乾燥は、例えば、ターンテーブルによって回転されるウエハ３０に対して乾燥ガスを吹き付けることによって行なわれる。そして、乾燥終了後、ウエハ３０は、搬送ロボットにより、アンローダ部へと搬出されて、元のカセット内に収納される。

以上説明したように、本実施形態の装置１では、研磨部材１０が付勢機構の付勢力によりウエハ３０の周端側面３６に押圧接触して変形された状態で周端側面３６を研磨するため、ウエハ３０の周端側面３６と表面３２及び裏面３４との境界にエッジを生じさせることなく、ウエハ３０をその周端側面３６から表面３２及び裏面３４に至るまで滑らかに研磨することができる。これは、前述したように研磨部材１０の研磨布１２がその変形によってウエハ３０の周端側面３６から表面３２及び裏面３４へと回り込むことができることにも起因する。また、このように、ウエハ３０をその周端側面３６から表面３２及び裏面３４に至るまで滑らかに研磨できてウエハにエッジを生じさせなければ、異物の付着も回避できる。また、研磨加工時の研磨部材１０（研磨布１２）のこのような変形は、バッチ式や枚葉式などの処理形態にかかわらず、ウエハ３０の所定の加工位置からのずれ等を含むセッティング不良が存在した場合であっても、そのような不良因子を吸収して、ウエハ３０のその周端側面３６から表面３２及び裏面３４に至るまでの滑らかな研磨を可能にする。この場合、研磨部材１０はウエハと接触する際と離れる際に、停止した状態で移動しても良いが、回転しながら移動することで回転し始める際の研磨跡を薄く小さくすることが好ましい。したがって、手作業による処理はもとより、研磨処理の自動化にも好適に対応でき、歩留まりの向上に寄与できる。

また、研磨部材１０は、付勢機構による付勢力によりウエハ３０の周端側面３６に押圧されるため、ウエハ３０がオリフラを有する場合であっても、ウエハ３０の外周の輪郭に追従するように径方向に移動して、オリフラを含むウエハ３０の全周にわたって周端側面３６に所望の圧力で常時接触できる。つまり、本実施形態によれば、ウエハ３０をその形状にかかわらず周端側面３８から表面３２及び裏面３４に至るまで全周にわたって滑らかに研磨することができる。

また、上記した研磨部材によれば、側面の研磨、表面の研磨において、柔軟性を有する部位が必要以上の圧力を分散して表面に追従した研磨が成される。この場合、変形不可能な研磨部材であれば、機械的な精度と剛性が必要になるが、上述したような変形可能な研磨部材を用いることで、これらを吸収することができ、機械的な精度や剛性のレベルを下げることが可能となる。さらに、上記した研磨部材は、変形可能であり、ウエハのどの位置でも研磨することができ、同時に付勢力も調整できるので、ウエハを１枚単位、又は複数枚や多数枚単位での研磨を行なうこともできる。この場合、研磨部材の位置と付勢力を連続運転中に調整（又は自動制御）することで、運転を止めることなしに研磨することが可能である。

また、本実施形態では、研磨布１２が支持部材１４に対して取り外し可能（交換可能）に取着されるようになっているため、研磨材の消耗時に研磨布１２だけを交換すれば済み、加工コスト（ひいては製造コスト）を抑えることができる。また、本実施形態では、研磨布１２だけでなく、支持部材１４の少なくとも外表面も所定の厚さにわたって前記付勢力により変形可能であるため、研磨部材１０の変形量が研磨布１２の厚さに制約されず、研磨布１２と支持部材１４との組み合わせによって研磨部材１０の所望の変形を実現でき、常に良好な研磨処理が可能となる。

さらに、本実施形態では、研磨部材とウエハの位置関係は移動可能な機構を有しており、回転に加え必要に応じて位置を移動させることができるため、研磨布と研磨工程を重ね合せることで万遍なく研磨を行なうことができる。この場合、研磨部材１０は、ウエハ３０に対するその研磨位置が変えられるように移動可能であるため、それぞれの研磨処理ごとに研磨位置を変えることにより、研磨材の消耗度合いを研磨部材１０全体にわたって均一にすることができ、研磨部材１０をムラなく使用できる（研磨布１２の広い範囲を活用して、研磨布１２を効率良く有効に使えるようになる）。また、本実施形態では、研磨部材１０が傾動できるため、ウエハ３０の周端側面３６から表面３２及び裏面３４に至るまでの滑らかな研磨が更に容易となる。

なお、上記した研磨部材（研磨布）は、水が浸透する素材を使用しても良く、その場合は、研磨熱に対する放熱効果が得られ、供給する水の温度管理をすることで、研磨時の温度管理を行なうことも可能である。これにより、ウエハ等の温度上昇による熱膨張が抑えられ、良好な研磨結果が得られる。

また、研磨布に関しては、上記した不織布や織布のような布に限定されることはなく、例えば、断片的な素材が圧縮されて作られた物を含むシート状、織物状、研磨材・粒子・支持部材等が練り込まれる等により一体となっている部材などの表面に、研磨材・粒子等が露出・付着した物によって構成することも可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。例えば、上述した実施形態では、研磨部材１０の数が４つであったが、研磨部材１０の数は任意に設定できる。また、上述した実施形態では、本装置が枚葉式の処理装置として開示されたが、本発明はバッチ式の処理にも適用可能である。

また、上記の実施形態では、研磨部材は、図８の右側に示すように、ロール状（円柱状）に構成されていたが、その左側に示すように、ディスク状（円板状）に構成されたものであってもよい。このようなディスク状の研磨部材１１０は、例えば、図９（ａ）に示すように、円板状の支持部材１１４の一方の面に、上記したように構成される円板状の研磨布１１２を被着し、他方の面にモータ等の回転機構の取付部１１８を設けておけばよい。この場合、図９（ｂ）（ｃ）に示すように、研磨布１１２は、取付部１１８に対して小径であってもよいし、大径であってもよい。

また、ウエハに対する研磨時の研磨部材については、例えば、図１０（ａ）に示すように、複数の研磨布１１２がウエハ３０に接触して研磨するもの、図１０（ｂ）に示すように、ウエハ３０の径よりも大きい研磨布１１２Ａがウエハに接触して研磨するもの、図１０（ｃ）に示すように、ウエハ３０の径よりも小さい径の複数の研磨布１１２Ｂが設けられ、これがウエハ３０に対して位置を変えながら接触して研磨するものであってもよい。

また、上記した実施形態では、研磨部材は、図３（ａ）に示したように、円柱状の支持部材１４の表面に別部材となる研磨布１２を取着した構造（複合構造）となっていたが、研磨部材を単体構造としてもよい。例えば、ウレタン等の弾性変形可能な素材の表面に研磨材が混ぜ込まれた弾性を有する研磨部材等で構成してもよい。

１ 装置
２ 支持体
１０，１１０ 研磨部材
１２，１１２，１１２Ａ，１１２Ｂ 研磨布
１４ 支持部材
３０ ウエハ（被加工素材）
３２，３４ 主表面
３６ 周端側面
７６ バネ（付勢機構）

Claims (3)

1. 表面を羽毛立たせるか植毛状の突起が形成された織布又は不織布で構成された柔軟性を有する研磨布を有し、前記羽毛立った部分又は突起に、粒状の研磨材を付着、及び／又は、食い込ませて担持した研磨部材を用いた研磨方法であって、
   被加工素材を支持体によって位置規制しつつ回転可能に支持し、
   前記支持体に支持された前記被加工素材の周端側面に対して前記研磨部材を押圧接触させて、前記被加工素材の周端側面が前記研磨部材に食い込むように前記研磨部材を変形させる食い込み押圧状態にし、
   前記食い込み押圧状態で前記研磨部材を回転させることにより前記被加工素材の前記周端側面の研磨を行ない、
   引き続いて前記食い込み押圧状態を解除して前記研磨部材により前記被加工素材の前記周端側面の洗浄を更に行なう
   ことを特徴とする研磨方法。
2. 前記研磨部材を洗浄液によって洗浄することを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
3. 前記被加工素材の周端側面とあわせて、前記被加工素材の主表面の少なくとも一面を研磨することを特徴とする請求項１又は２に記載の研磨方法。
   

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