JP6941008B2 - 基板を研磨する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェーハなどの基板を研磨する研磨方法および研磨装置に関し、特に基板の周縁部を研磨する研磨方法および研磨装置に関するものである。

半導体デバイスの製造における歩留まり向上の観点から、基板の表面状態の管理が近年注目されている。半導体デバイスの製造工程では、種々の材料がシリコンウェーハ上に成膜される。このため、基板の周縁部には不要な膜や表面荒れが形成される。近年では、基板の周縁部のみをアームで保持して基板を搬送する方法が一般的になってきている。このような背景のもとでは、周縁部に残存した不要な膜が種々の工程を経ていく間に剥離して基板に形成されたデバイスに付着し、歩留まりを低下させてしまう。そこで、基板の周縁部に形成された不要な膜を除去するために、研磨装置を用いて基板の周縁部が研磨される。

この種の研磨装置は、研磨具を基板の周縁部に摺接させることで基板の周縁部を研磨する。具体的には、基板をステージで保持し、ステージを回転またはスイングさせながら、研磨ヘッドによって研磨テープなどの研磨具を基板の周縁部に押し付けることによって基板の周縁部を研磨する。

特開２００６−３０３１１２号公報

しかしながら、上述した従来の装置は、研磨速度が遅いことや、研磨中に研磨具が目詰まりしやすいなどの問題があった。また、コストダウンの観点から研磨具の使用量を削減することが要求されていた。

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、研磨具を有効に使用することによって、研磨速度を上げ、研磨中の研磨具の目詰まりを防ぐことができ、さらに研磨具の使用量を削減できる基板の周縁部の研磨方法および研磨装置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、基板の周縁部を研磨する方法であって、基板保持部で前記基板を保持し、研磨ヘッドによって研磨具を前記基板の周縁部に接触させた状態で、前記研磨ヘッドを並進回転運動させ、かつ前記研磨ヘッドの前記基板に対して傾斜する角度を変化させながら、該基板の周縁部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、基板の周縁部を研磨する方法であって、基板保持部で前記基板を保持し、研磨ヘッドの先端に配置されたガイドローラにより支持された研磨テープを、押圧パッドで前記基板の周縁部に押しながら、前記押圧パッドを前記ガイドローラとは独立に並進回転運動させて、該基板の周縁部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、基板の周縁部を研磨する方法であって、基板保持部で前記基板を保持し、研磨ヘッドの先端に配置されたガイドローラにより支持された研磨テープを、押圧パッドで前記基板の周縁部に押しながら、前記ガイドローラを前記押圧パッドとは独立に並進回転運動させて、該基板の周縁部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、前記基板の周縁部は、該基板のベベル部であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記基板の周縁部は、該基板のノッチ部であることを特徴とする。

本発明の一態様は、基板を保持する基板保持部と、研磨具を前記基板の周縁部に接触させる研磨ヘッドと、前記研磨ヘッドを並進回転運動させる円運動機構と、前記研磨ヘッドを前記基板の表面に対して傾斜させるチルト機構を備え、前記円運動機構は前記チルト機構に固定され、前記研磨ヘッドは前記円運動機構に固定されていることを特徴とする研磨装置である。

本発明の一態様は、基板を保持する基板保持部と、研磨テープを前記基板の周縁部に接触させる研磨ヘッドと、円運動機構を備え、前記研磨ヘッドは、前記研磨テープを支持するガイドローラと、前記ガイドローラに支持された前記研磨テープを前記基板の周縁部に対して押圧する押圧パッドを備え、前記ガイドローラは前記研磨ヘッドの先端に配置されており、前記円運動機構は、前記押圧パッドに連結されており、前記押圧パッドを前記ガイドローラとは独立に並進回転運動させるように構成されていることを特徴とする研磨装置である。
本発明の一態様は、基板を保持する基板保持部と、研磨テープを前記基板の周縁部に接触させる研磨ヘッドと、円運動機構を備え、前記研磨ヘッドは、前記研磨テープを支持するガイドローラと、前記ガイドローラに支持された前記研磨テープを前記基板の周縁部に対して押圧する押圧パッドを備え、前記ガイドローラは前記研磨ヘッドの先端に配置されており、前記円運動機構は、前記ガイドローラに連結されており、前記ガイドローラを前記押圧パッドとは独立に並進回転運動させるように構成され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、研磨具支持構造体を円運動させることによって、研磨具を基板の周縁部に対して相対運動させるので、研磨具を有効に使用することができる。その結果、研磨速度を上げることができ、かつ研磨中の研磨具の目詰まりを防ぐことができる。さらには、研磨具を有効に使用することができるため、研磨具の使用量を削減し、研磨具の寿命を向上させることができる。

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。 基板のノッチ部を模式的に示す平面図である。 研磨装置の一実施形態を示す模式図である。 研磨具支持構造体を円運動させるための円運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。 研磨テープの他の例を示す模式図である。 図３に示す研磨ヘッド組立体を上方から見た模式図である。 チルト機構によって研磨ヘッドおよび円運動機構を上方に傾けた状態を示す模式図である。 チルト機構によって研磨ヘッドおよび円運動機構を下方に傾けた状態を示す模式図である。 研磨装置の他の実施形態を示す模式図である。 研磨装置のさらに他の実施形態を示す模式図である。 研磨装置のさらに他の実施形態を示す模式図である。 スイング機構を駆動したときの基板の動作を基板の上方から見た模式図である。 チルト機構によって研磨ヘッドおよび円運動機構を上方に傾けた状態を示す模式図である。 チルト機構によって研磨ヘッドおよび円運動機構を下方に傾けた状態を示す模式図である。 研磨装置のさらに他の実施形態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。
本明細書では、基板の周縁部を、基板の最外周に位置するベベル部と、このベベル部の半径方向内側に位置するトップエッジ部およびボトムエッジ部と、結晶方位を特定するために基板の周縁部に形成されたノッチ部とを含む領域として定義する。

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。トップエッジ部は、ベベル部Ｂよりも半径方向内側に位置する平坦部Ｅ１である。ボトムエッジ部は、トップエッジ部とは反対側に位置し、ベベル部Ｂよりも半径方向内側に位置する平坦部Ｅ２である。トップエッジ部Ｅ１は、デバイスが形成された領域を含むこともある。

図２は、基板のノッチ部を模式的に示す平面図である。図２の基板Ｗにおいてノッチ部は、符号Ｎで示す周縁部に形成された切り欠きである。基板の周縁部を研磨する研磨装置は、ベベル部を研磨するベベル研磨装置とノッチ部を研磨するノッチ研磨装置に大別することができる。

図３は、研磨装置の一実施形態を示す模式図である。図３に示す研磨装置は、基板の周縁部であるベベル部を研磨するベベル研磨装置に好適に使用される。図３に示すように、研磨装置は、研磨対象物である基板Ｗを保持し、回転させる基板保持部１０と、基板保持部１０に保持された基板Ｗのベベル部を研磨して基板Ｗのベベル部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。

図３においては、基板保持部１０が基板Ｗを保持している状態を示している。基板保持部１０は、基板Ｗを真空吸着により保持する保持ステージ４と、保持ステージ４の中央部に連結されたシャフト５と、このシャフト５の下端に連結された保持ステージ駆動機構７とを備えている。

保持ステージ駆動機構７は、保持ステージ４を回転させ、かつ上下動させるための図示しないモータおよびエアシリンダを備えている。すなわち、保持ステージ駆動機構７は、保持ステージ４を、その軸心Ｃｒを中心に回転させ、軸心Ｃｒに沿って上下方向に移動させることが可能に構成されている。

基板Ｗは、図示しない搬送機構により、基板Ｗの中心Ｏ１が保持ステージ４の軸心Ｃｒ上にあるように保持ステージ４の上面に載置される。基板Ｗは、その表面（デバイス面）が上向きの状態で保持ステージ４の上面に保持される。このような構成により、基板保持部１０は、基板Ｗを保持ステージ４の軸心Ｃｒ（すなわち基板Ｗの軸心）を中心に回転させ、かつ基板Ｗを保持ステージ４の軸心Ｃｒに沿って上昇下降させることができる。

研磨ヘッド組立体４９は、基板保持部１０に保持された基板Ｗのベベル部に研磨具の一例である研磨テープ３１を接触させて基板Ｗのベベル部を研磨する研磨ヘッド５０と、研磨具支持構造体を基板Ｗに対して相対的に円運動させる円運動機構６１を備えている。本明細書において、研磨具支持構造体は、研磨具を支持し、研磨ヘッド５０の少なくとも一部を構成する構造体と定義される。本実施形態では、研磨具は研磨テープ３１であり、研磨具支持構造体は研磨ヘッド５０の全体である。研磨ヘッド５０は、基板保持部１０に基板Ｗが保持されているとき、基板Ｗの周縁部を向いている。

図４は、研磨具支持構造体を円運動させるための円運動機構６１の一実施形態を示す模式図である。図４に示す円運動機構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４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。

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。本実施形態では、研磨ヘッド５０は、保持部材８９を介してテーブル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、円運動機構６１は、研磨具支持構造体（研磨ヘッド５０全体）を並進回転運動させる並進回転機構である。本実施形態の円運動（並進回転運動）は、研磨ヘッド５０の向きを法線方向とする平面内での円運動（並進回転運動）である。

図３に戻り、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、基板Ｗの表面に液体を供給する液体供給ノズル２８とをさらに備えている。基板保持部１０、研磨ヘッド組立体４９、液体供給ノズル２８は、隔壁１００の内部に配置され、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５は、研磨テープ３１の一例を示す模式図である。図５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。研磨層３５の表面は、基板Ｗを研磨するための研磨面を構成する。図６は、研磨テープ３１の他の例を示す模式図である。図６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。

図３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、基板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の研磨面が基板Ｗのベベル部の被研磨面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を基板Ｗのベベル部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の端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。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、砥石は押圧機構５２を構成するエアシリンダ５２ｂに保持され、研磨具供給回収機構４１および押圧パッド５２ａは省略することができる。

押圧機構５２は、研磨テープ３１をその裏側から押圧し、研磨テープ３１の研磨面を基板Ｗのベベル部に接触させることによって基板Ｗのベベル部を研磨する。研磨ヘッド５０は、研磨テープ３１を支持するための複数のガイドローラ５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄ，５３ｅ，５３ｆをさらに備えている。研磨具供給回収機構４１は、研磨テープ３１を支持するための複数のガイドローラ５３ｇ，５３ｈをさらに備えている。研磨テープ３１の進行方向は、ガイドローラ５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄ，５３ｅ，５３ｆ，５３ｇ，５３ｈによってガイドされる。特に、研磨ヘッド５０の先端に配置されたガイドローラ５３ａ，５３ｃは、基板Ｗのベベル部の被研磨面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２８は、基板保持部１０に保持された基板Ｗの上方に配置されている。液体供給ノズル２８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２８は基板Ｗの中心Ｏ１を向いて配置されており、液体は液体供給ノズル２８から基板Ｗの表面に供給される。基板Ｗの表面に供給された液体は、遠心力により基板Ｗの表面全体に広がり、基板Ｗのベベル部上に液体の流れを形成する。基板Ｗのベベル部は液体の存在下で研磨される。液体は、基板Ｗの周縁部から下方に流れ落ち、これにより研磨屑を基板Ｗのベベル部から除去することができる。また、上述の液体は、基板Ｗの研磨で生じた研磨屑や異物を含む液体が基板Ｗの表面に付着することを防止する。その結果、基板Ｗの表面を清浄に保つことができる。本実施形態において、上述の液体としては、純水またはアルカリ水が使用される。

図７は、図３に示す研磨ヘッド組立体４９を上方から見た模式図である。図７に示すように、研磨ヘッド組立体４９は、研磨ヘッド５０を基板保持部１０上の基板Ｗの表面に対して傾斜させるチルト機構８１をさらに備えている。円運動機構６１は、チルト機構８１に固定されており、研磨ヘッド５０は保持部材８９を介して円運動機構６１に固定されている。研磨ヘッド５０は円運動機構６１に直接固定されてもよい。

チルト機構８１は、回転駆動装置８２と、クランクアーム８５とを備えている。回転駆動装置８２は、図示しないモータ、プーリー、ベルトなどを備えている。クランクアーム８５の一端は円運動機構６１に連結され、その他端は回転駆動装置８２に連結されている。クランクアーム８５は、回転駆動装置８２の回転軸線Ｃｔを中心に回転される。回転軸線Ｃｔは、基板保持部１０上の基板Ｗの接線方向に延びている。回転駆動装置８２がクランクアーム８５を回転軸心Ｃｔを中心に時計回りおよび反時計回りに所定の角度だけ回転させると、クランクアーム８５に連結された円運動機構６１および研磨ヘッド５０も回転軸線Ｃｔを中心に時計回りおよび反時計回りに所定の角度だけ回転する。

回転駆動装置８２の回転軸線Ｃｔの延長線上には、研磨ヘッド５０に支持された研磨テープ３１の研磨面が位置している。したがって、回転駆動装置８２を駆動させると、研磨ヘッド５０は研磨テープ３１の研磨面を中心に時計回りおよび反時計回りに所定の角度だけ回転する。

このように研磨ヘッド５０を回転軸線Ｃｔを中心に回転させることにより、研磨ヘッド５０の基板Ｗのベベル部に対する角度を変えることができる。回転駆動装置８２には、サーボモータやステッピングモータなどの位置や速度を精密に制御できるモータが採用されており、研磨ヘッド５０はプログラムされた所望の角度へ所望の速度で回転可能に構成されている。

図８は、チルト機構８１によって研磨ヘッド５０および円運動機構６１を上方に傾けた状態を示す模式図であり、図９は、チルト機構８１によって研磨ヘッド５０および円運動機構６１を下方に傾けた状態を示す模式図である。図８では、研磨テープ３１は、基板Ｗのベベル部の下側領域に接触しており、図９では、研磨テープ３１は、基板Ｗのベベル部の上側領域に接触している。このように、基板Ｗのベベル部に沿って研磨ヘッド５０の角度を変えることにより、基板Ｗのベベル部の全体を研磨することができる。また、ベベル部の断面形状が曲率を持ったものである場合は、研磨ヘッド５０の角度を細かく変化させて研磨することや、研磨ヘッド５０の回転速度を緩やかにして連続的に研磨ヘッド５０の角度を変化させることも可能である。

図７に示すように、研磨ヘッド組立体４９は研磨ヘッド移動機構１０５に連結されている。研磨ヘッド移動機構１０５は、チルト機構８１の回転駆動装置８２に固定されており、研磨ヘッド５０は、チルト機構８１および円運動機構６１を介して研磨ヘッド移動機構１０５に連結されている。研磨ヘッド移動機構１０５は、研磨ヘッド組立体４９を基板Ｗの半径方向に移動させることが可能に構成されている。研磨ヘッド移動機構１０５は、エアシリンダなどのリニアアクチュエータから構成することができる。研磨ヘッド移動機構１０５は、図３に示す動作制御部１８０に電気的に接続されており、動作制御部１８０によって動作を制御される。

基板Ｗが基板保持部１０の保持ステージ４上に搬送されるとき、および基板Ｗが基板保持部１０の保持ステージ４から取り出されるときは、研磨ヘッド移動機構１０５は研磨ヘッド組立体４９を保持ステージ４から離れる方向に移動させる。保持ステージ４に保持された基板Ｗのベベル部が研磨されるときは、研磨ヘッド移動機構１０５は研磨ヘッド組立体４９を基板Ｗに向けて移動させる。

本実施形態の研磨装置は、１組の研磨ヘッド組立体４９および研磨具供給回収機構４１を備えているが、一実施形態では、２組またはそれよりも多い研磨ヘッド組立体４９および研磨具供給回収機構４１を備えてもよい。一実施形態では、２つ以上の液体供給ノズル２８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３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、液体供給ノズル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。

研磨される基板Ｗは、図示しない搬送機構により、表面（デバイス面）が上向きの状態で、かつ基板Ｗの中心Ｏ１が保持ステージ４の軸心Ｃｒ上に位置するように保持ステージ４により保持される。そして基板Ｗは、保持ステージ４の軸心Ｃｒ（すなわち基板Ｗの軸心）を中心に回転される。次に、液体供給ノズル２８から基板Ｗの表面に液体が供給される。基板Ｗの表面に供給された液体は、遠心力により基板Ｗの表面全体に広がり、基板Ｗのベベル部上に液体の流れを形成する。

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を押圧機構５２の端面と平行な方向に進行させる。

そして、基板Ｗの表面に液体を供給しながら、かつ研磨テープ３１を回転する基板Ｗのベベル部に接触させながら、円運動機構６１によって研磨具支持構造体（研磨ヘッド５０全体）を円運動させて基板Ｗのベベル部を研磨する。研磨ヘッド５０全体を円運動させることによって、研磨テープ３１を基板Ｗのベベル部に対して相対運動させる。これにより、研磨テープ３１を有効に使用することができ、研磨速度を上げ、研磨中の研磨テープ３１の目詰まりを防ぐことができる。さらには、研磨テープ３１を有効に使用することができるため、研磨テープ３１の使用量を削減し、研磨テープ３１の寿命を向上させることができる。一実施形態では、チルト機構８１によって研磨ヘッド５０の基板Ｗに対する角度を変化させながら、研磨ヘッド５０全体を円運動させて基板Ｗのベベル部を研磨してもよい。

動作制御部１８０は、予め設定された時間が経過した後、基板保持部１０、研磨ヘッド組立体４９、および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。

図１０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３乃至図９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。本実施形態では、円運動機構６１は押圧機構５２に連結されている。より具体的には、押圧パッド５２ａは、保持部材９０を介して円運動機構６１のテーブル６９（図４参照）に固定されており、円運動機構６１はエアシリンダ５２ｂに連結されている。円運動機構６１は、押圧機構５２に組み込まれている。このような構成により、エアシリンダ５２ｂが円運動機構６１および押圧パッド５２ａを基板Ｗのベベル部に向かって押しながら、円運動機構６１は押圧パッド５２ａを円運動（並進回転運動）させることができる。本実施形態では、研磨具は研磨テープ３１である。また、本実施形態では、研磨具支持構造体は押圧機構５２であり、より具体的には押圧パッド５２ａである。

本実施形態では、円運動機構６１は、押圧パッド５２ａを並進回転運動させる並進回転機構である。本実施形態の円運動（並進回転運動）は、研磨ヘッド５０の向きを法線方向とする平面内での円運動（並進回転運動）である。本実施形態においても、押圧パッド５２ａを円運動させることによって、研磨テープ３１を基板Ｗのベベル部に対して相対運動させることができる。

一実施形態では、円運動機構６１はエアシリンダ５２ｂに連結され、押圧パッド５２ａおよびエアシリンダ５２ｂを含む押圧機構５２の全体を円運動させてもよい。この場合は、研磨具支持構造体は、押圧機構５２の全体である。

図１１は、研磨装置のさらに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３乃至図９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１１に示す研磨装置のガイドローラ５３ａ，５３ｃは、円運動機構６１に連結されている。より具体的には、ガイドローラ５３ａ，５３ｃは、保持部材９１を介して円運動機構６１のテーブル６９（図４参照）に固定される。よって、ガイドローラ５３ａ，５３ｃは、円運動機構６１によって円運動（並進回転運動）を行う。すなわち、ガイドローラ５３ａ，５３ｃは、テーブル６９の動きに同期して同じ円運動を行う。

本実施形態では、円運動機構６１は、ガイドローラ５３ａ，５３ｃを並進回転運動させる並進回転機構である。本実施形態の円運動（並進回転運動）は、研磨ヘッド５０の向きを法線方向とする平面内での円運動（並進回転運動）である。本実施形態においても、ガイドローラ５３ａ，５３ｃを円運動させることによって、研磨テープ３１を基板Ｗのベベル部に対して相対運動させることができる。本実施形態では、研磨具は研磨テープ３１であり、研磨具支持構造体はガイドローラ５３ａ，５３ｃである。

図１２は、研磨装置のさらに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３乃至図９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、基板の周縁部であるノッチ部を研磨するノッチ研磨装置に好適に使用される。図１２に示すように、研磨装置は、研磨対象物である基板Ｗを保持し、回転させる基板保持部１１０と、基板保持部１１０に保持された基板Ｗのノッチ部を研磨して基板Ｗのノッチ部から異物や傷を除去する研磨ヘッド組立体１４９と、基板Ｗを平面内でノッチ部を中心としてスイングさせるスイング機構１２０とを備えている。

図１２においては、基板保持部１１０が基板Ｗを保持している状態を示している。基板保持部１１０は、基板Ｗを真空吸着により保持する保持ステージ１１４と、保持ステージ１１４の中央部に連結された第１のシャフト１１５と、この第１のシャフト１１５の下端に連結された第１の保持ステージ駆動機構１１７とを備えている。第１の保持ステージ駆動機構１１７は、保持ステージ１１４を回転させ、かつ上下動させるための図示しないモータおよびエアシリンダを備えている。第１の保持ステージ駆動機構１１７は、保持ステージ１１４を、その軸心Ｃｐを中心に回転させ、軸心Ｃｐに沿って上下方向に移動させることが可能に構成されている。

スイング機構１２０は、第２のシャフト１２５と、第２の保持ステージ駆動機構１２７と、スイングアーム１３０を備えている。基板保持部１１０の第１の保持ステージ駆動機構１１７は、スイングアーム１３０によって第２のシャフト１２５に連結されている。すなわち、スイングアーム１３０の一端は第１の保持ステージ駆動機構１１７に固定され、スイングアーム１３０の他端は第２のシャフト１２５に固定されている。第２の保持ステージ駆動機構１２７は、図示しないモータを備えている。第２のシャフト１２５およびスイングアーム１３０は、第２の保持ステージ駆動機構１２７によって、第２のシャフト１２５の軸心Ｃｑを中心に回転可能に構成されている。第１のシャフト１１５および第２のシャフト１２５は互いに平行に延びている。

第２の保持ステージ駆動機構１２７は第２のシャフト１２５およびスイングアーム１３０を時計回りおよび反時計回りに所定の角度だけ回転させるように構成されている。第２の保持ステージ駆動機構１２７が第２のシャフト１２５およびスイングアーム１３０を時計回りおよび反時計回りに回転させると、基板保持部１１０も時計回りおよび反時計回りに所定の角度だけ回転する。第１のシャフト１１５の軸心Ｃｐは、第２のシャフト１２５の軸心Ｃｑから距離ｄだけ離れており、第２のシャフト１２５の軸心Ｃｑの延長線上には、保持ステージ１１４に保持された基板Ｗのノッチ部が位置している。

図１３は、スイング機構１２０を駆動したときの基板Ｗの動作を基板Ｗの上方から見た模式図である。図１３に示すように、第２の保持ステージ駆動機構１２７を駆動させると、基板Ｗは平面内でノッチ部を中心に時計回りおよび反時計回りに所定の角度だけ回転する（すなわちスイングする）ように構成されている。

図１２に戻り、第２の保持ステージ駆動機構１２７は、第２のシャフト１２５、スイングアーム１３０、および基板保持部１１０を上下動させるための図示しないエアシリンダをさらに備えている。すなわち、第２の保持ステージ駆動機構１２７は、第２のシャフト１２５、スイングアーム１３０、および基板保持部１１０を軸心Ｃｑ，Ｃｐに沿って上下方向に移動させることが可能に構成されている。

基板Ｗは、図示しない搬送機構により、基板Ｗの中心Ｏ１が保持ステージ１１４の軸心Ｃｐ上にあるように保持ステージ１１４の上面に載置される。基板Ｗは、表面（デバイス面）が上向きの状態で保持ステージ１１４の上面に保持される。このような構成により、基板保持部１１０は、基板Ｗを保持ステージ１１４の軸心Ｃｐ（すなわち基板Ｗの軸心）を中心に回転させることができ、第２の保持ステージ駆動機構１２７は、基板Ｗを基板保持部１１０と共に、保持ステージ１１４の軸心Ｃｐに沿って上昇下降させることができる。

本実施形態の研磨ヘッド組立体１４９は、基板保持部１１０に保持された基板Ｗのノッチ部に研磨具の一例である研磨テープ１６０を接触させて基板Ｗのノッチ部を研磨する研磨ヘッド１５０と、研磨具支持構造体を基板Ｗに対して円運動させる円運動機構６１を備えている。研磨ヘッド１５０の基本的構成は、図３に示す研磨ヘッド１５０と同様であるが、研磨ヘッド１５０は、押圧機構５２を備えていない点で研磨ヘッド１５０と異なっている。

円運動機構６１の構成および動作は、図４に示す円運動機構６１の構成および動作を同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態では、研磨ヘッド１５０は、保持部材８９を介して円運動機構６１のテーブル６９（図４参照）に固定される。本実施形態においても、研磨具支持構造体は、研磨具を支持し、研磨ヘッド１５０の少なくとも一部を構成する構造体と定義される。本実施形態では、研磨具は研磨テープ１６０であり、研磨具支持構造体は研磨ヘッド１５０の全体である。研磨ヘッド１５０は、基板保持部１１０に基板Ｗが保持されているとき、基板Ｗの周縁部を向いている。

研磨テープ１６０の基本的構成は、図５および図６に示す研磨テープ３１の構成と同じであるが、研磨テープ１６０は、ノッチ部に入り込む必要があるため、図３に示す実施形態で使用される研磨テープ３１よりも狭い幅を有している。研磨テープ１６０の研磨面は、研磨テープ３１と同じように、砥粒を有する研磨層の表面から構成される。

本実施形態の研磨装置は、隔壁１９０と、研磨テープ１６０を研磨ヘッド１５０に供給し、かつ研磨ヘッド１５０から回収する研磨具供給回収機構１４１と、基板Ｗの表面に液体を供給する液体供給ノズル１２８とをさらに備えている。液体供給ノズル１２８は、保持部材１２９を介してスイング機構１２０の第２のシャフト１２５に接続されており、保持ステージ１１４と一体に基板Ｗのノッチ部を中心として所定の角度だけ回転するようになっている。本実施形態では、基板保持部１１０、研磨ヘッド組立体１４９、第２のシャフト１２５、スイングアーム１３０、液体供給ノズル１２８は隔壁１９０の内部に配置され、研磨具供給回収機構１４１および第２の保持ステージ駆動機構１２７は隔壁１９０の外に配置されている。

研磨具供給回収機構１４１は、研磨テープ１６０を研磨ヘッド１５０に供給する供給リール１４３と、基板Ｗの研磨に使用された研磨テープ１６０を回収する回収リール１４４とを備えている。供給リール１４３および回収リール１４４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１４３および回収リール１４４に所定のトルクを与え、研磨テープ１６０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１６０は、研磨テープ１６０の研磨面が基板Ｗのノッチ部の被研磨面を向くように研磨ヘッド１５０に供給される。研磨テープ１６０は、隔壁１９０に設けられた開口部（図示せず）を通して供給リール１４３から研磨ヘッド１５０へ供給され、使用された研磨テープ１６０は開口部を通って回収リール１４４に回収される。

研磨ヘッド１５０は、研磨テープ１６０を支持するための複数のガイドローラ１５３ａ，１５３ｂ，１５３ｃ，１５３ｄ，１５３ｅ，１５３ｆを備えている。研磨具供給回収機構１４１は、研磨テープ１６０を支持するための複数のガイドローラ１５３ｇ，１５３ｈをさらに備えている。研磨テープ１６０の進行方向は、ガイドローラ１５３ａ，１５３ｂ，１５３ｃ，１５３ｄ，１５３ｅ，１５３ｆ，１５３ｇ，１５３ｈによってガイドされる。特に、研磨ヘッド１５０の先端に配置されたガイドローラ１５３ａ，１５３ｃは、基板Ｗのノッチ部の被研磨面と平行な方向に研磨テープ１６０が進行するように研磨テープ１６０をガイドする。研磨ヘッド１５０は、ガイドローラ１５３ａ，１５３ｃの間を延びる研磨テープ１６０を基板Ｗのノッチ部に接触させることによって、基板Ｗのノッチ部を研磨する。

液体供給ノズル１２８は、保持ステージ１１４の外側に配置されている。液体供給ノズル１２８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１２８は基板Ｗの中心Ｏ１を向いて配置されている。液体は液体供給ノズル１２８から基板Ｗの表面に供給され、基板Ｗのノッチ部上に液体の流れを形成する。基板Ｗのノッチ部は液体の存在下で研磨される。液体は、基板Ｗの周縁部から下方に流れ落ち、これにより研磨屑を基板Ｗのノッチ部から除去することができる。また、上述の液体は、基板Ｗの研磨で生じた研磨屑や異物を含む液体が基板Ｗの表面に付着することを防止する。その結果、基板Ｗの表面を清浄に保つことができる。本実施形態において、上述の液体としては、純水またはアルカリ水が使用される。

図１３に示すように、研磨ヘッド組立体１４９は、チルト機構８１をさらに備えている。このチルト機構８１の構成および動作は、図７に示すチルト機構８１と同じであるので、その重複する説明を省略する。

図１４は、チルト機構８１によって研磨ヘッド１５０および円運動機構６１を上方に傾けた状態を示す模式図であり、図１５は、チルト機構８１によって研磨ヘッド１５０および円運動機構６１を下方に傾けた状態を示す模式図である。図１４に示す実施形態では、研磨テープ１６０は、基板Ｗのノッチ部の下側領域に接触しており、図１５に示す実施形態では、研磨テープ１６０は、基板Ｗのノッチ部の上側領域に接触している。このように、基板Ｗのノッチ部に沿って研磨ヘッド１５０の角度を変えることにより、基板Ｗのノッチ部の全体を研磨することができる。また、ノッチ部の断面形状が曲率を持ったものである場合は、研磨ヘッド１５０の角度を細かく変化させて研磨することや、研磨ヘッド１５０の回転速度を緩やかにして連続的に研磨ヘッド１５０の角度を変化させることも可能である。

図１３に示すように、研磨ヘッド組立体１４９は研磨ヘッド移動機構１５５に連結されている。研磨ヘッド移動機構１５５は、チルト機構８１の回転駆動装置８２に固定されており、研磨ヘッド１５０は、チルト機構８１および円運動機構６１を介して研磨ヘッド移動機構１５５に連結されている。研磨ヘッド移動機構１５５は、研磨ヘッド組立体１４９を基板Ｗの半径方向に移動させることが可能に構成されている。研磨ヘッド移動機構１５５は、エアシリンダなどのリニアアクチュエータから構成することができる。研磨ヘッド移動機構１５５は、図１２に示す動作制御部１８０に電気的に接続されており、動作制御部１８０によって動作を制御される。

基板Ｗが基板保持部１１０の保持ステージ１１４上に搬送されるとき、および基板Ｗが基板保持部１１０の保持ステージ１１４から取り出されるときは、研磨ヘッド移動機構１５５は研磨ヘッド組立体１４９を保持ステージ１１４から離れる方向に移動させる。保持ステージ１１４上に保持された基板Ｗのノッチ部が研磨されるときは、研磨ヘッド移動機構１５５は研磨テープ１６０がノッチ部に接触するまで、研磨ヘッド組立体１４９を基板Ｗに向けて移動させる。

本実施形態の研磨装置は、１組の研磨ヘッド組立体１４９および研磨具供給回収機構１４１を備えているが、一実施形態では、２組またはそれよりも多い研磨ヘッド組立体１４９および研磨具供給回収機構１４１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１２８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１２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１１０、スイング機構１２０、研磨ヘッド組立体１４９、研磨具供給回収機構１４１に電気的に接続されている。基板保持部１１０、スイング機構１２０、液体供給ノズル１２８、研磨ヘッド組立体１４９、研磨具供給回収機構１４１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。

研磨される基板Ｗは、図示しない搬送機構により、表面（デバイス面）が上向きの状態で、かつ基板Ｗの中心Ｏ１が保持ステージ１１４の軸心Ｃｐにあるように保持ステージ１１４により保持される。隔壁１９０の内部には、保持ステージ１１４に保持された基板Ｗのノッチ部を検出するノッチサーチユニット（図示せず）が設けられている。ノッチサーチユニットは、図示しないアクチュエータにより、ノッチサーチ位置と退避位置との間を移動するように構成されている。ノッチサーチユニットによりノッチ部が検出されると、ノッチ部が研磨ヘッド１５０の方を向くまで、保持ステージ１１４は、第１の保持ステージ駆動機構１１７によって回転される。さらに、液体供給ノズル１２８から基板Ｗの表面に液体が供給される。液体供給ノズル１２８は、基板Ｗの研磨中常に液体を供給し続ける。

研磨テープ１６０は、予め研磨ヘッド１５０に供給されている。研磨ヘッド移動機構１５５（図１３参照）は研磨テープ１６０がノッチ部に接触するまで、研磨ヘッド１５０を基板Ｗに向けて移動させる。動作制御部１８０は、研磨具供給回収機構１４１を駆動し、所定のテンションを掛けながら研磨テープ１６０を基板Ｗのノッチ部の被研磨面と平行な方向に進行させる。

そして、スイング機構１２０を駆動し、基板Ｗを平面内でノッチ部を中心に時計回りおよび反時計回りに所定の角度だけ回転させる（スイングさせる）。研磨テープ１６０を基板Ｗのノッチ部に接触させながら、円運動機構６１によって研磨具支持構造体（研磨ヘッド１５０全体）を円運動させて基板Ｗのノッチ部を研磨する。研磨ヘッド１５０全体を円運動させることによって、研磨テープ１６０を基板Ｗのノッチ部に対して相対運動させることができる。一実施形態では、チルト機構８１によって研磨ヘッド１５０の角度を変化させながら、研磨ヘッド１５０全体を円運動させて基板Ｗのノッチ部を研磨してもよい。

動作制御部１８０は、予め設定された時間が経過した後、スイング機構１２０、研磨ヘッド組立体１４９、および研磨具供給回収機構１４１の動作を停止させ、研磨を終了する。

図１６は、研磨装置のさらに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１２乃至図１５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１６に示す研磨装置ガイドローラ１５３ａ，１５３ｃは、円運動機構６１に連結されている。より具体的には、ガイドローラ１５３ａ，１５３ｃは、保持部材１９１を介して円運動機構６１のテーブル６９（図４参照）に固定される。本実施形態においても、ガイドローラ１５３ａ，１５３ｃを円運動させることによって、研磨テープ１６０を基板Ｗのノッチ部に対して相対運動させることができる。本実施形態では、研磨具は研磨テープ１６０であり、研磨具支持構造体はガイドローラ１５３ａ，１５３ｃである。

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。

４ 保持ステージ
５ シャフト
７ 保持ステージ駆動機構
１０ 基板保持部
２８ 液体供給ノズル
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〜５３ｈ ガイドローラ
６１ 円運動機構
６２ モータ
６３ 回転軸
６３ａ 軸心
６５ 偏心回転体
６５ａ 軸心
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
８１ チルト機構
８２ 回転駆動装置
８５ クランクアーム
８９ 保持部材
９０ 保持部材
９１ 保持部材
１００ 隔壁
１０５ 研磨ヘッド移動機構
１１０ 基板保持部
１１４ 保持ステージ
１１５ 第１のシャフト
１１７ 第１の保持ステージ駆動機構
１２０ スイング機構
１２５ 第２のシャフト
１２７ 第２の保持ステージ駆動機構
１２８ 液体供給ノズル
１２９ 保持部材
１３０ スイングアーム
１４１ 研磨具供給回収機構
１４３ 供給リール
１４４ 回収リール
１４９ 研磨ヘッド組立体
１５０ 研磨ヘッド
１５３ａ〜１５３ｈ ガイドローラ
１５５ 研磨ヘッド移動機構
１６０ 研磨テープ
１８０ 動作制御部
１９１ 保持部材

Claims (8)

1. 基板の周縁部を研磨する方法であって、
   基板保持部で前記基板を保持し、
   研磨ヘッドによって研磨具を前記基板の周縁部に接触させた状態で、前記研磨ヘッドを並進回転運動させ、かつ前記研磨ヘッドの前記基板に対して傾斜する角度を変化させながら、該基板の周縁部を研磨することを特徴とする研磨方法。
2. 基板の周縁部を研磨する方法であって、
   基板保持部で前記基板を保持し、
   研磨ヘッドの先端に配置されたガイドローラにより支持された研磨テープを、押圧パッドで前記基板の周縁部に押しながら、前記押圧パッドを前記ガイドローラとは独立に並進回転運動させて、該基板の周縁部を研磨することを特徴とする研磨方法。
3. 基板の周縁部を研磨する方法であって、
   基板保持部で前記基板を保持し、
   研磨ヘッドの先端に配置されたガイドローラにより支持された研磨テープを、押圧パッドで前記基板の周縁部に押しながら、前記ガイドローラを前記押圧パッドとは独立に並進回転運動させて、該基板の周縁部を研磨することを特徴とする研磨方法。
4. 前記基板の周縁部は、該基板のベベル部である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研磨方法。
5. 前記基板の周縁部は、該基板のノッチ部である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研磨方法。
6. 基板を保持する基板保持部と、
   研磨具を前記基板の周縁部に接触させる研磨ヘッドと、
   前記研磨ヘッドを並進回転運動させる円運動機構と、
   前記研磨ヘッドを前記基板の表面に対して傾斜させるチルト機構を備え、
   前記円運動機構は前記チルト機構に固定され、前記研磨ヘッドは前記円運動機構に固定されていることを特徴とする研磨装置。
7. 基板を保持する基板保持部と、
   研磨テープを前記基板の周縁部に接触させる研磨ヘッドと、
   円運動機構を備え、
   前記研磨ヘッドは、
   前記研磨テープを支持するガイドローラと、
   前記ガイドローラに支持された前記研磨テープを前記基板の周縁部に対して押圧する押圧パッドを備え、
   前記ガイドローラは前記研磨ヘッドの先端に配置されており、
   前記円運動機構は、前記押圧パッドに連結されており、前記押圧パッドを前記ガイドローラとは独立に並進回転運動させるように構成されていることを特徴とする研磨装置。
8. 基板を保持する基板保持部と、
   研磨テープを前記基板の周縁部に接触させる研磨ヘッドと、
   円運動機構を備え、
   前記研磨ヘッドは、
   前記研磨テープを支持するガイドローラと、
   前記ガイドローラに支持された前記研磨テープを前記基板の周縁部に対して押圧する押圧パッドを備え、
   前記ガイドローラは前記研磨ヘッドの先端に配置されており、
   前記円運動機構は、前記ガイドローラに連結されており、前記ガイドローラを前記押圧パッドとは独立に並進回転運動させるように構成されていることを特徴とする研磨装置。

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