JP7149344B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

本開示は、基板処理装置に関する。

特許文献１には、基板の裏面を研磨する基板処理装置が開示されている。この基板処理装置は、基板の裏面を摺動して処理を行うために鉛直軸回りに自転する摺動部材と、自転中の摺動部材を鉛直な公転軸回りに公転させる公転機構と、基板と摺動部材の公転軌道との相対位置を水平方向に移動させるための相対移動機構と、を備えている。

特開２０１８－９３１７８号公報

本開示は、基板を研磨した際に生じる研磨斑の縮小に有効な基板処理装置を提供する。

本開示の一側面に係る基板処理装置は研磨部を備える。この研磨部は、基板の主面を研磨する研磨ヘッドと、第一軸周りに研磨ヘッドを回転させる第一駆動部と、第一軸に平行な第二軸周りの円軌道に沿って第一軸を移動させる第二駆動部と、を有する。研磨ヘッドの中心位置は、第一軸と異なっている。第一軸周りの研磨ヘッドの可動範囲の直径に比較して、研磨ヘッドの外径が小さい。

本開示によれば、基板を研磨した際に生じる研磨斑の縮小に有効な基板処理装置が提供される。

図１は、一つの例示的実施形態に係る基板処理システムの概略構成を示す図である。 図２は、一つの例示的実施形態に係る基板処理装置の内部構成を示す模式図である。 図３は、研磨装置の概略構成を例示する模式的な平面図である。 図４は、研磨装置の概略構成を例示する模式的な側面図である。 図５の（ａ）及び図５の（ｂ）は、研磨ヘッドの構成例を示す模式図である。 図６は、制御装置のハードウェア構成を例示するブロック図である。 図７は、研磨装置による処理手順の一例を示すフローチャートである。 図８の（ａ）は、中心研磨の一例を説明するための図である。図８の（ｂ）は、外周研磨の一例を説明するための図である。 図９の（ａ）は、中心研磨制御の一例を示すフローチャートである。図９の（ｂ）は、外周研磨制御の一例を示すフローチャートである。 図１０は、外周領域を横断する軌跡に沿った研磨ヘッドの動作例を説明するための図である。 図１１は、基板処理装置による研磨処理結果の一例を説明するための図である。

以下、種々の例示的実施形態について説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

［基板処理システム］
基板処理システム１は、基板に対し、感光性被膜の形成、当該感光性被膜の露光、及び当該感光性被膜の現像を施すシステムである。処理対象の基板は、例えば半導体のウェハＷである。感光性被膜は、例えばレジスト膜である。基板処理システム１は、塗布・現像装置２と露光装置３とを備える。露光装置３は、ウェハＷ（基板）上に形成されたレジスト膜（感光性被膜）の露光処理を行う。具体的には、露光装置３は、液浸露光等の方法によりレジスト膜の露光対象部分にエネルギー線を照射する。塗布・現像装置２は、露光装置３による露光処理の前に、ウェハＷ（基板）の表面にレジスト膜を形成する処理を行い、露光処理後にレジスト膜の現像処理を行う。

［基板処理装置］
以下、基板処理装置の一例として、塗布・現像装置２の構成を説明する。図１及び図２に示されるように、塗布・現像装置２は、キャリアブロック４と、処理ブロック５と、インタフェースブロック６と、研磨ユニット２０と、制御装置１００（制御部）とを備える。

キャリアブロック４は、塗布・現像装置２内へのウェハＷの導入及び塗布・現像装置２内からのウェハＷの導出を行う。例えばキャリアブロック４は、ウェハＷ用の複数のキャリアＣを支持可能であり、受け渡しアームＡ１を内蔵している。キャリアＣは、例えば円形の複数枚のウェハＷを収容する。受け渡しアームＡ１は、キャリアＣからウェハＷを取り出して処理ブロック５に渡し、処理ブロック５からウェハＷを受け取ってキャリアＣ内に戻す。

処理ブロック５は、複数の処理モジュール１１，１２，１３，１４を有する。処理モジュール１１，１２，１３は、塗布ユニットＵ１と、熱処理ユニットＵ２と、これらのユニットにウェハＷを搬送する搬送アームＡ３とを内蔵している。

処理モジュール１１は、塗布ユニットＵ１及び熱処理ユニットＵ２によりウェハＷの表面上に下層膜を形成する。処理モジュール１１の塗布ユニットＵ１は、下層膜形成用の処理液をウェハＷ上に塗布する。処理モジュール１１の熱処理ユニットＵ２は、下層膜の形成に伴う各種熱処理を行う。

処理モジュール１２は、塗布ユニットＵ１及び熱処理ユニットＵ２により下層膜上にレジスト膜を形成する。処理モジュール１２の塗布ユニットＵ１は、レジスト膜形成用の処理液を下層膜の上に塗布する。処理モジュール１２の熱処理ユニットＵ２は、レジスト膜の形成に伴う各種熱処理を行う。

処理モジュール１３は、塗布ユニットＵ１及び熱処理ユニットＵ２によりレジスト膜上に上層膜を形成する。処理モジュール１３の塗布ユニットＵ１は、上層膜形成用の液体をレジスト膜の上に塗布する。処理モジュール１３の熱処理ユニットＵ２は、上層膜の形成に伴う各種熱処理を行う。

処理モジュール１４は、現像ユニットＵ３と、熱処理ユニットＵ４と、これらのユニットにウェハＷを搬送する搬送アームＡ３とを内蔵している。処理モジュール１４は、現像ユニットＵ３及び熱処理ユニットＵ４により、露光後のレジスト膜の現像処理を行う。現像ユニットＵ３は、露光済みのウェハＷの表面上に現像液を塗布した後、これをリンス液により洗い流すことで、レジスト膜の現像処理を行う。熱処理ユニットＵ４は、現像処理に伴う各種熱処理を行う。熱処理の具体例としては、現像処理前の加熱処理（ＰＥＢ：Ｐｏｓｔ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｂａｋｅ）、現像処理後の加熱処理（ＰＢ：Ｐｏｓｔ Ｂａｋｅ）等が挙げられる。

処理ブロック５内におけるキャリアブロック４側には棚ユニットＵ１０が設けられている。棚ユニットＵ１０は、上下方向に並ぶ複数のセルに区画されている。棚ユニットＵ１０の近傍には昇降アームＡ７が設けられている。昇降アームＡ７は、棚ユニットＵ１０のセル同士の間でウェハＷを昇降させる。

処理ブロック５内におけるインタフェースブロック６側には棚ユニットＵ１１が設けられている。棚ユニットＵ１１は、上下方向に並ぶ複数のセルに区画されている。

インタフェースブロック６は、露光装置３との間でウェハＷの受け渡しを行う。また、本実施形態では、インタフェースブロック６内にウェハＷを研磨する研磨ユニット２０が配置されている。例えばインタフェースブロック６は、受け渡しアームＡ８を内蔵しており、露光装置３に接続される。受け渡しアームＡ８は、棚ユニットＵ１１に配置されたウェハＷを研磨ユニット２０に搬送し、研磨ユニット２０により研磨されたウェハＷを露光装置３に渡す。受け渡しアームＡ８は、露光装置３からウェハＷを受け取って棚ユニットＵ１１に戻す。

制御装置１００は、例えば以下の手順で塗布・現像処理を実行するように塗布・現像装置２を制御する。まず制御装置１００は、キャリアＣ内のウェハＷを棚ユニットＵ１０に搬送するように受け渡しアームＡ１を制御し、このウェハＷを処理モジュール１１用のセルに配置するように昇降アームＡ７を制御する。

次に制御装置１００は、棚ユニットＵ１０のウェハＷを処理モジュール１１内の塗布ユニットＵ１及び熱処理ユニットＵ２に搬送するように搬送アームＡ３を制御する。また、制御装置１００は、このウェハＷの表面上に下層膜を形成するように塗布ユニットＵ１及び熱処理ユニットＵ２を制御する。その後制御装置１００は、下層膜が形成されたウェハＷを棚ユニットＵ１０に戻すように搬送アームＡ３を制御し、このウェハＷを処理モジュール１２用のセルに配置するように昇降アームＡ７を制御する。

次に制御装置１００は、棚ユニットＵ１０のウェハＷを処理モジュール１２内の塗布ユニットＵ１及び熱処理ユニットＵ２に搬送するように搬送アームＡ３を制御する。また、制御装置１００は、このウェハＷの下層膜上にレジスト膜を形成するように塗布ユニットＵ１及び熱処理ユニットＵ２を制御する。その後制御装置１００は、ウェハＷを棚ユニットＵ１０に戻すように搬送アームＡ３を制御し、このウェハＷを処理モジュール１３用のセルに配置するように昇降アームＡ７を制御する。

次に制御装置１００は、棚ユニットＵ１０のウェハＷを処理モジュール１３内の各ユニットに搬送するように搬送アームＡ３を制御する。また、制御装置１００は、このウェハＷのレジスト膜上に上層膜を形成するように塗布ユニットＵ１及び熱処理ユニットＵ２を制御する。その後制御装置１００は、ウェハＷを棚ユニットＵ１１に搬送するように搬送アームＡ３を制御する。

次に制御装置１００は、棚ユニットＵ１１のウェハＷを研磨ユニット２０に搬入し、研磨ユニット２０により研磨されたウェハＷを露光装置３に送り出すように受け渡しアームＡ８を制御する。その後制御装置１００は、露光処理が施されたウェハＷを露光装置３から受け入れて、棚ユニットＵ１１における処理モジュール１４用のセルに配置するように受け渡しアームＡ８を制御する。

次に制御装置１００は、棚ユニットＵ１１のウェハＷを処理モジュール１４内の各ユニットに搬送するように搬送アームＡ３を制御し、このウェハＷのレジスト膜に現像処理を施すように現像ユニットＵ３及び熱処理ユニットＵ４を制御する。その後制御装置１００は、ウェハＷを棚ユニットＵ１０に戻すように搬送アームＡ３を制御し、このウェハＷをキャリアＣ内に戻すように昇降アームＡ７及び受け渡しアームＡ１を制御する。以上で塗布・現像処理が完了する。

なお、基板処理装置の具体的な構成は、以上に例示した塗布・現像装置２の構成に限られない。基板処理装置は、研磨ユニット２０と、これを制御可能な制御装置１００とを備えていればどのようなものであってもよい。塗布・現像装置２は、露光装置３による露光処理前において、研磨ユニット２０によるウェハＷの研磨処理をいずれのタイミングで行ってもよい。例えば塗布・現像装置２は、処理モジュール１１，１２における塗布ユニットＵ１及び熱処理ユニットＵ２による処理の前後で、又は処理モジュール１３における塗布ユニットＵ１及び熱処理ユニットＵ２による処理の前に、ウェハＷの研磨処理を行ってもよい。塗布・現像装置２において、キャリアブロック４又は処理モジュール１１，１２，１３内に研磨ユニット２０が配置されていてもよい。

（研磨ユニット）
続いて、図３～図５の（ｂ）を参照して、研磨ユニット２０の詳細構成の一例を説明する。なお、図４、図５の（ａ）及び図５の（ｂ）では、図３に示される要素の一部が省略されている。図３に示される研磨ユニット２０は、ウェハＷにおけるレジスト膜が形成される表面とは反対側の裏面（主面）を研磨する装置である。研磨ユニット２０は、ウェハＷの裏面を摺動部材（例えば砥石）により研磨することで、ウェハＷの裏面を粗面化する。研磨ユニット２０は、例えば円形に形成されたウェハＷの裏面を中心領域と外周領域とに分けて、それぞれの領域を摺動部材により研磨してもよい。中心領域は、平面視において、ウェハＷの中心から任意に設定された半径を有する円により区画される領域であり、外周領域は、平面視におけるウェハＷの中心領域以外の周縁の領域である。例えば中心領域の半径は、ウェハＷの半径の１／３～１／２程度に設定されてもよい。中心領域の半径は、一例として６０～７０ｍｍ程度であってもよい。

研磨ユニット２０は、研磨時に発生する異物を除去するために、ウェハＷの裏面を研磨した後にウェハＷの裏面を洗浄する。本実施形態では、特に説明がない限り研磨処理には、ウェハＷの裏面の研磨及び洗浄が含まれるとして説明を行う。研磨ユニット２０による研磨処理（研磨）は、例えば露光装置３に設けられるステージにウェハＷを設置する際に、ウェハＷの裏面と当該ステージとの接触面積を減少するために行われる。研磨ユニット２０は、筐体２１と、基板保持機構３０と、切替部６０と、粗面化機構７０（研磨部）とを備える。

筐体２１は、基板保持機構３０、切替部６０、及び粗面化機構７０を収容している。筐体２１は、内部空間を有しており、例えば略直方体状に形成されている。筐体２１の一端に開口部が設けられ、受け渡しアームＡ８が、研磨ユニット２０にウェハＷを搬入、あるいは研磨ユニット２０からウェハＷを搬出する。なお、以降では説明の便宜のために、平面視（鉛直方向上方から見ること）における筐体２１の外縁のうちの長辺の方向を「前後方向」、短辺の方向を「左右方向」として説明を行う。

基板保持機構３０は、ウェハＷの研磨が行われる際に、ウェハＷの裏面を保持する。具体的には、ウェハＷの中心領域の研磨（以下、「中心研磨」という。）が行われる際にウェハＷの外周領域を保持し、ウェハＷの外周領域の研磨（以下、「外周研磨」という。）が行われる際にウェハＷの中心領域を保持してウェハＷを回転させる。基板保持機構３０は、回転保持部４０と、周縁保持部５０とを備える。

回転保持部４０は、ウェハＷの外周研磨が行われる際に、ウェハＷの裏面における中心領域を保持する。回転保持部４０は、平面視において所定位置に固定されていてもよい。回転保持部４０は、スピンチャック４１と、シャフト４２と、回転駆動部４３とを備える（図４参照）。

スピンチャック４１は、ウェハＷの裏面における中心領域を吸着することにより、ウェハＷを水平に支持する。例えばスピンチャック４１は、負圧によりウェハＷを吸着するように構成されていてもよい。シャフト４２は、スピンチャック４１の下方に接続されており、鉛直方向に延びるように形成されている。回転駆動部４３は、シャフト４２を介してスピンチャック４１を回転させるように構成されている。例えば回転駆動部４３は、回転アクチュエータである。回転駆動部４３は、鉛直な軸線Ａｘ０周りにスピンチャック４１を回転させる。回転駆動部４３によるスピンチャック４１の回転に伴って、スピンチャック４１に支持されているウェハＷが軸線Ａｘ０周りに回転する。

周縁保持部５０は、ウェハＷの中心研磨が行われる際に、ウェハＷの裏面における外周領域を保持する。周縁保持部５０は、２つの固定チャック５３を備える。２つの固定チャック５３は、ウェハＷの裏面における外周領域を吸着することにより、ウェハＷを水平に支持する。例えば固定チャック５３は、負圧によりウェハＷを吸着するように構成されていてもよい。２つの固定チャック５３は、左右方向においてスピンチャック４１を挟むように、スピンチャック４１の左右にそれぞれ配置されている。２つの固定チャック５３は、左右方向においてウェハＷの中心位置を２つの固定チャック５３の中間位置に一致させた状態において、ウェハＷの外周領域（周縁）に位置するように配置されている。

切替部６０は、ウェハＷの配置状態を切り替える。具体的には、切替部６０は、ウェハＷの配置状態を、ウェハＷの中心研磨が行われるようにウェハＷが配置された状態、又はウェハＷの外周研磨が行われるようにウェハＷが配置された状態に切り替える。本実施形態では、切替部６０は、ウェハＷの配置状態を切り替えるために、周縁保持部５０を移動させる。切替部６０は、周縁保持部５０の位置を、ウェハＷの中心研磨が行われる位置、又はウェハＷの外周研磨が行われる位置に切り替える。なお、図３及び図４では、ウェハＷの外周研磨が行われる際の周縁保持部５０の配置状態が示されている。切替部６０は、水平駆動機構６１と、昇降駆動機構６２とを備える。

水平駆動機構６１は、固定チャック５３を前後方向に沿って往復移動させる。例えば水平駆動機構６１は、リニアアクチュエータを含んでいる。水平駆動機構６１は、固定チャック５３を移動させることにより、固定チャック５３に支持されているウェハＷを前後方向に沿って移動させる。具体的には、水平駆動機構６１は、スピンチャック４１との間でウェハＷの受け渡しを行う位置（以下、「受渡位置」という。）と、ウェハＷの中心研磨を行う位置（以下、「中心研磨位置」という。）との間で固定チャック５３を移動させる。

昇降駆動機構６２は、固定チャック５３を昇降させる。例えば昇降駆動機構６２は、昇降アクチュエータを含んでいる。昇降駆動機構６２は、スピンチャック４１よりも低い高さ（以下、「待機高さ」という。）と、スピンチャック４１よりも上方の高さ（以下、「保持高さ」という。）との間で固定チャック５３を昇降させる。昇降駆動機構６２により固定チャック５３が保持高さに位置するとき、固定チャック５３がウェハＷを保持する。昇降駆動機構６２により固定チャック５３が待機高さに位置するとき、スピンチャック４１がウェハＷを保持する。

粗面化機構７０は、ウェハＷの裏面を粗面化する機構である。具体的には、基板保持機構３０に保持されているウェハＷの裏面を研磨し、研磨された後のウェハＷの裏面を洗浄する。粗面化機構７０は、研磨機構７１と、洗浄機構７２（処理部）と、旋回機構７４とを備える。

研磨機構７１は、ウェハＷの裏面を研磨する。研磨機構７１は、研磨ヘッド７５と、回転機構７６と、回転機構７７と、昇降機構７８とを有している。研磨ヘッド７５、回転機構７６、回転機構７７、及び昇降機構７８は、上方からこの順で配置されている。研磨ヘッド７５は、ウェハＷに接触して摺動することにより、ウェハＷを研磨する部材である。研磨ヘッド７５は、例えば円筒状又は円柱状に形成されている。研磨ヘッド７５の詳細例は後述する。

回転機構７６は、研磨ヘッド７５を支持して回転させる。具体的には、回転機構７６は、研磨ヘッド７５を鉛直な軸線Ａｘ１（第一軸）周りに回転させるように構成されている。回転機構７６は、回転ステージ８１と回転駆動部８２（第一駆動部）とを備える。

回転ステージ８１は、研磨ヘッド７５を支持している。回転ステージ８１は、円板状に形成されていてもよい。円板状の回転ステージ８１の中心位置は、軸線Ａｘ１と略一致していてもよい。回転ステージ８１は、研磨ヘッド７５を支持する表面（支持面）が水平方向に沿うよう配置されている。回転ステージ８１の直径は、一例として６０ｍｍ～７０ｍｍ程度であってもよい。回転ステージ８１の直径は、研磨ヘッド７５の外径Ｄｈ（図５の（ａ）参照）よりも大きい。回転ステージ８１上には、軸線Ａｘ１（回転ステージ８１の中心位置）と研磨ヘッド７５の中心位置とが互いに異なるように、研磨ヘッド７５が設けられる。研磨ヘッド７５の中心位置は、軸線Ａｘ１に対して偏心している。例えば回転ステージ８１の支持面のうちの周縁部に、平面視にて研磨ヘッド７５の外縁と回転ステージ８１の外縁とが略一致するように研磨ヘッド７５が設けられてもよい。

回転駆動部８２は、軸線Ａｘ１周りに回転ステージ８１を回転させるように構成されている。回転駆動部８２は、回転ステージ８１の支持面とは反対側の裏面に接続されている。例えば回転駆動部８２は、回転アクチュエータである。回転駆動部８２により回転ステージ８１が回転することにより、研磨ヘッド７５が軸線Ａｘ1周りに回転する。研磨ヘッド７５の外径Ｄｈは、軸線Ａｘ１周りの研磨ヘッド７５の可動範囲の直径よりも小さい。軸線Ａｘ１周りの研磨ヘッド７５の可動範囲とは、回転機構７６の駆動により研磨ヘッド７５の研磨面（ウェハＷとの接触面）の少なくとも一部が到達可能な範囲である。換言すると、研磨ヘッド７５の外径Ｄｈは、回転駆動部８２による研磨ヘッド７５の移動軌跡の外縁の直径に比較して小さい。研磨ヘッド７５が回転ステージ８１の周縁部に位置する場合に、軸線Ａｘ１周りの研磨ヘッド７５の可動範囲（回転駆動部８２による研磨ヘッド７５の移動軌跡）の外縁は、回転ステージ８１の外縁と略一致する。

回転機構７７は、軸線Ａｘ１に平行な軸線Ａｘ２（第二軸）周りの円軌道に沿って軸線Ａｘ１を移動させる。例えば回転機構７７は、回転機構７６を支持して軸線Ａｘ２周りに回転させるように構成されている。回転機構７７により回転機構７６が軸線Ａｘ２周りに回転することで、研磨ヘッド７５は、回転機構７６によって回転しつつ軸線Ａｘ２を中心した円軌道に沿って移動する。仮に回転機構７６による研磨ヘッド７５の回転動作を停止した状態で回転機構７７を駆動させると、研磨ヘッド７５は軸線Ａｘ２を中心とした円周に沿って回転する。回転機構７７は、回転ステージ８３と回転駆動部８４（第二駆動部）とを備える。

回転ステージ８３は、回転機構７６（回転駆動部８２）を支持している。回転ステージ８３は、円板状に形成されていてもよい。円板状の回転ステージ８３の中心位置は、軸線Ａｘ２と略一致していてもよい。平面視において、回転ステージ８３の大きさ（面積）は、回転機構７６の回転ステージ８１よりも大きくてもよい。回転ステージ８３は、回転機構７６を支持する表面（支持面）が水平方向に沿うように配置されている。

回転駆動部８４は、回転ステージ８３を軸線Ａｘ２周りに回転させるように構成されている。回転駆動部８４は、回転ステージ８３の支持面とは反対側の裏面に接続されている。例えば回転駆動部８４は、回転アクチュエータである。回転駆動部８４により回転ステージ８３が回転することにより、軸線Ａｘ２を中心とした円軌道に沿って軸線Ａｘ１が移動する。

回転機構７６，７７の回転駆動により、平面視において研磨ヘッド７５は回転ステージ８３の外縁で区画される領域の全域を移動する。回転機構７６の回転によっても回転ステージ８１は移動しないので回転ステージ８１は自転するが、研磨ヘッド７５の中心位置は軸線Ａｘ１に対して偏心しているので研磨ヘッド７５は公転する。回転ステージ８１の中心（軸線Ａｘ１）は軸線Ａｘ２に対して偏心しているので、回転機構７７の回転によって回転ステージ８１は自転しながら軸線Ａｘ２周りに公転する。

研磨機構７１は、軸線Ａｘ１周りの研磨ヘッド７５の可動範囲内に軸線Ａｘ２が位置するように構成されている。図３に示されるように、単一の研磨ヘッド７５が、回転機構７６（回転ステージ８１）上に設けられてもよい。あるいは、複数の研磨ヘッド７５が回転機構７６上に設けられてもよい。研磨機構７１では、平面視において軸線Ａｘ１を中心として非対称となるように、研磨ヘッド７５が回転機構７６に設けられてもよい。平面視における研磨ヘッド７５の大きさ（研磨ヘッド７５の外縁で区画される領域の面積）は、回転ステージ８１よりも小さくてもよい。この構成により、ウェハＷの研磨時のある瞬間においてウェハＷと接触する摺動部材（研磨ヘッド７５）の全ての接触部分の最大幅は、軸線Ａｘ１周りの研磨ヘッド７５の可動範囲の外縁に比較して小さくなる。

昇降機構７８は、回転機構７７を昇降させる。昇降機構７８は、回転機構７７を支持している。例えば昇降機構７８は、昇降アクチュエータを含んでいる。昇降機構７８により回転機構７６，７７が昇降することにより、回転機構７６に支持されている研磨ヘッド７５が昇降する。

洗浄機構７２は、研磨機構７１により研磨されたウェハＷの裏面を洗浄する。洗浄機構７２は、洗浄ヘッド７９と、回転機構９６と、回転機構９７と、昇降機構９８とを有している。回転機構９６，９７及び昇降機構９８は、それぞれ回転機構７６，７７及び昇降機構７８と同様の機能及び構成を有するので、説明は省略する。なお、軸線Ａｘ４，Ａｘ５は、研磨機構７１における軸線Ａｘ１，Ａｘ２にそれぞれ対応している。洗浄ヘッド７９は、ウェハＷに摺動することにより、ウェハＷの裏面に付着しているパーティクルを除去する。例えば洗浄ヘッド７９はブラシによって構成されている。洗浄ヘッド７９は、平面視において回転機構９６（回転ステージ）と略同一の大きさ（面積）を有していてもよい。なお、粗面化機構７０は、洗浄機構７２に代えて、ウェハＷの裏面に対して研磨とは別の洗浄以外の処理を施す処理部を備えていてもよい。

旋回機構７４は、ウェハＷの裏面への研磨処理用の位置（以下、「処理位置」という。）に研磨機構７１が配置される状態と、当該処理位置に洗浄機構７２が配置される状態とを切り替える。旋回機構７４は、軸線Ａｘ１（軸線Ａｘ２）と平行な軸線Ａｘ３（第三軸）を中心とした円軌道に沿って研磨機構７１及び洗浄機構７２を移動させるように構成されている。旋回機構７４は、軸線Ａｘ３を中心とした円周の一部を移動軌跡として軸線Ａｘ２及び軸線Ａｘ５を移動させるように構成されている。旋回機構７４により研磨機構７１が軸線Ａｘ３を中心とした円軌道に沿って移動することで、研磨ヘッド７５は、軸線Ａｘ３を中心した円軌道に沿って移動する。仮に回転機構７６，７７による研磨ヘッド７５の回転動作を停止した状態で旋回機構７４を駆動させると、研磨ヘッド７５は軸線Ａｘ３を中心とした円周に沿って回転する。

軸線Ａｘ０（回転保持部４０の回転中心）と軸線Ａｘ３（旋回機構７４の旋回中心）とは、スピンチャック４１にウェハＷが配置されている状態において、当該ウェハＷの外周領域に研磨機構７１及び洗浄機構７２を配置することが可能な間隔だけ離間している。例えば、軸線Ａｘ０と軸線Ａｘ３との距離Ｌは、回転機構７６がスピンチャック４１に最も接近している状態において、回転機構７６の回転ステージ８１の周縁部の一部がウェハＷの中心領域に重なるように設定される。軸線Ａｘ０～Ａｘ３が前後方向に順に並んだ場合において、軸線Ａｘ０と軸線Ａｘ３との距離Ｌは、式（１）の条件を満たしている。すなわち、距離Ｌは、距離Ｌ１と距離Ｌ２の２倍の値とを加算して得られる距離よりも小さい。距離Ｌが式（１）の条件を満たすことにより、回転機構７６がスピンチャック４１に最も接近している状態において、回転機構７６により回転ステージ８１が回転すると、研磨ヘッド７５は、ウェハＷの中心領域と外周領域とを跨った範囲を移動する。
Ｌ＜Ｌ１＋２×Ｌ２ ・・・（１）
Ｌ１：軸線Ａｘ２と軸線Ａｘ３との距離
Ｌ２：軸線Ａｘ１周りの研磨ヘッド７５の可動範囲の直径

旋回機構７４は、旋回ステージ８６と旋回駆動部８７（第三駆動部）とを備える。旋回ステージ８６は、軸線Ａｘ３周りの周方向に並べて研磨機構７１及び洗浄機構７２を支持する。換言すると旋回ステージ８６上において、研磨機構７１及び洗浄機構７２は互いに離間して配置されている。旋回ステージ８６は、円板状に形成されていてもよい。円板状の旋回ステージ８６の中心位置は、軸線Ａｘ３と略一致していてもよい。平面視において、旋回ステージ８６の大きさ（面積）は、回転機構７７の回転ステージ８３よりも大きくてもよい。旋回ステージ８６上には、研磨機構７１及び洗浄機構７２の昇降機構７８，９８が設けられている。旋回ステージ８６は、昇降機構７８を支持する表面（支持面）が水平方向に沿うように配置されている。

旋回駆動部８７は、旋回ステージ８６を軸線Ａｘ３周りに回転させるように構成されている。旋回駆動部８７は、旋回ステージ８６の支持面とは反対側の裏面に接続されている。例えば旋回駆動部８７は、回転アクチュエータである。旋回駆動部８７により旋回ステージ８６が、軸線Ａｘ３を中心とした円周に沿って移動することで、旋回駆動部８７は、当該円周に沿って軸線Ａｘ２，Ａｘ５を移動させる。これにより、旋回駆動部８７は、軸線Ａｘ３周りの円軌道に沿って、軸線Ａｘ２と共に洗浄機構７２を移動させる。

図４では、軸線Ａｘ１，Ａｘ２，Ａｘ３が一直線上に並んでいる場合の模式的な研磨ユニット２０の側面図が示されている。軸線Ａｘ１と軸線Ａｘ２との間隔Ｄ１は、軸線Ａｘ２と軸線Ａｘ３との間隔Ｄ２よりも短くてもよい。軸線Ａｘ１と軸線Ａｘ２との間隔Ｄ１は、軸線Ａｘ１周りの研磨ヘッド７５の可動範囲の半径以下であってもよい。例えば、本実施形態において回転ステージ８３の半径が、回転ステージ８１の直径よりも小さくてもよい。

図５の（ａ）及び図５の（ｂ）は、研磨ヘッド７５のより詳細な構成を例示する図である。研磨ヘッド７５は、ウェハＷの研磨処理が行われる際に、ウェハＷの裏面と接触しウェハＷに対して摺動する。研磨ヘッド７５は、砥石により構成されてもよい。例えば研磨ヘッド７５は、ダイヤモンド砥石であってもよい。ダイヤモンド砥石として、粒度が６００００番であるダイヤモンドが用いられてもよい。

研磨ヘッド７５は、中空円柱状、すなわち平面視においてリング状（円環状）に形成されていてもよい。リング状の研磨ヘッド７５の中心位置は、リング中心により規定される。リング状の研磨ヘッド７５は、平面視において、リング中心を実質的に囲むように形成されていればよく、円環形状の一部が欠けていてもよい。一部が欠けている円環状として、リング状の研磨ヘッド７５は、リング中心の周囲沿って間隔を空けて配置された複数（例えば６個以上）の柱体によって構成されてもよい。なお、研磨ヘッド７５は、中実円柱状に形成されていてもよい。

研磨ヘッド７５の外径Ｄｈは、ウェハＷの半径の３％～８％程度の大きさであってもよい。例えば外径Ｄｈは、５ｍｍ～１２ｍｍであってもよい。又は、外径Ｄｈは６ｍｍ～１１ｍｍであってもよい。あるいは、外径Ｄｈは８ｍｍ～１０ｍｍであってもよい。研磨ヘッド７５の厚さＴｈは、外径Ｄｈの１／３～１／２程度であってもよい。研磨ヘッド７５がリング状に形成されている場合、当該研磨ヘッド７５の内径は、外径Ｄｈの１／３～２／３程度であってもよい。研磨ヘッド７５の外径Ｄｈは、研磨ヘッド７５のウェハＷとの接触面である上面の外径により規定されてもよい。

粗面化機構７０は、更にクッション部材９２と、取付部材９３とを含んでもよい。クッション部材９２は、研磨ヘッド７５と回転ステージ８１との間に介在する。クッション部材９２は、研磨ヘッド７５よりも柔らかい部材で構成される。クッション部材９２は、研磨ヘッド７５に下方を向く力が加わった際に、鉛直方向に沿って伸縮変形する程度の硬さを有する。例えばクッション部材９２はスポンジ又はゴムにより構成されていてもよい。クッション部材９２は、ウェハＷの裏面に反りが含まれる場合に、当該反りに研磨ヘッド７５が追従できるように伸縮する。クッション部材９２は、リング状に形成されている。クッション部材９２の外径は、外径Ｄｈと同程度であってもよく、クッション部材９２の内径は、研磨ヘッド７５の内径よりも小さくてもよい。クッション部材９２の厚さＴｓは、研磨ヘッド７５の厚さＴｈよりも小さくてもよい。厚さＴｓは、例えば厚さＴｈの１／３以下であってもよく、厚さＴｈの半分以下であってもよい。例えば研磨ヘッド７５の外径Ｄｈの最大値は、クッション部材９２の伸縮によりウェハＷの反りに追従できる大きさかどうかを検証して設定されてもよい。研磨ヘッド７５の外径Ｄｈの最小値は、ウェハＷの研磨時に研磨ヘッド７５がウェハＷの裏面に対して傾かないかどうかを検証して設定されてもよい。

取付部材９３は、研磨ヘッド７５及びクッション部材９２を回転ステージ８１に取り付ける。取付部材９３は、軸部９３ｃと、軸部９３ｃの両端に形成されたフランジ部９３ａ，９３ｂとを有する。軸部９３ｃは、クッション部材９２と回転ステージ８１の周縁部の孔とに通される。フランジ部９３ａ，９３ｂは、鉛直方向において回転ステージ８１とクッション部材９２とを挟み込む。これにより、クッション部材９２が回転ステージ８１上に保持される。また、フランジ部９３ａの上面は研磨ヘッド７５の下面に接着されている。これにより、研磨ヘッド７５が回転ステージ８１上に保持される。取付部材９３は、２つの部材により構成されていてもよい。取付部材９３には、鉛直方向に貫通する孔が形成されている。これにより、リング状の研磨ヘッド７５及び取付部材９３それぞれの孔によって鉛直方向上下に開口する貫通孔が構成され、研磨時に生じる研磨滓を当該貫通孔から下方に逃すことができる。

（制御装置１００）
以上のように構成された研磨ユニット２０は、制御装置１００により制御される。制御装置１００は、ウェハＷの中心領域を研磨ヘッド７５に研磨させる中心研磨制御と、ウェハＷの外周領域を研磨ヘッド７５に研磨させる外周研磨制御とを実行するように構成されている。

例えば制御装置１００は、一つ又は複数の制御用コンピュータにより構成される。例えば図６に示されるように、制御装置１００は回路１２０を有する。回路１２０は、一つ又は複数のプロセッサ１２１と、メモリ１２２と、ストレージ１２３と、入出力ポート１２４とを有する。ストレージ１２３は、例えばハードディスク等、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を有する。記憶媒体は、後述の基板処理手順を研磨ユニット２０に実行させるためのプログラムを記憶している。記憶媒体は、不揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク及び光ディスク等の取り出し可能な媒体であってもよい。メモリ１２２は、ストレージ１２３の記憶媒体からロードしたプログラム及びプロセッサ１２１による演算結果を一時的に記憶する。プロセッサ１２１は、メモリ１２２と協働して上記プログラムを実行することで、上述した各機能モジュールを構成する。入出力ポート１２４は、プロセッサ１２１からの指令に従って、基板保持機構３０、切替部６０及び粗面化機構７０との間で電気信号の入出力を行う。

なお、制御装置１００のハードウェア構成は、必ずしもプログラムにより各機能モジュールを構成するものに限られない。例えば制御装置１００の各機能モジュールは、専用の論理回路又はこれを集積したＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）により構成されていてもよい。

制御装置１００のストレージ１２３には、ウェハＷに対する研磨動作指令及び洗浄動作指令が記憶されていてもよい。例えば研磨動作指令には、中心研磨に関する動作指令、外周研磨に関する動作指令、及び洗浄動作に関する動作指令が含まれてもよい。中心研磨に関する動作指令には、回転機構７６，７７の回転速度及び研磨時間に関する情報が含まれてもよい。外周研磨に関する動作指令には、回転機構７６，７７の回転速度、ウェハＷ（回転駆動部４３）の回転速度、並びに旋回駆動部８７による移動速度が含まれてもよい。

［基板処理方法］
続いて、図７を参照して、基板処理方法の一例として、研磨ユニット２０において実行される研磨及び洗浄の処理手順例を説明する。なお、初期状態において固定チャック５３は待機位置及び待機高さに配置されているとして説明を行う。

図７に示されるように、制御装置１００は、まずステップＳ０１，Ｓ０２を実行する。ステップＳ０１では、制御装置１００が、研磨処理の対象であるウェハＷを研磨ユニット２０に搬入するように受け渡しアームＡ８を制御する。例えば制御装置１００は、受け渡しアームＡ８によりウェハＷをスピンチャック４１に載置させる。そして、ステップＳ０２では、制御装置１００が、昇降駆動機構６２により固定チャック５３を待機高さから保持高さまで上昇させることで、固定チャック５３上にウェハＷを載置させた後、固定チャック５３にウェハＷの外周領域を保持させる。その後、図８の（ａ）に示されるように、制御装置１００は、水平駆動機構６１により固定チャック５３を待機位置から中心研磨位置まで移動させる。

次に、制御装置１００は、ステップＳ０３を実行する。ステップＳ０３では、制御装置１００が、周縁保持部５０により保持されているウェハＷの中心領域を粗面化機構７０に研磨させる中心研磨制御を実行する。例えば制御装置１００は、周縁保持部５０にウェハＷを保持させた状態にて、回転機構７６，７７により研磨ヘッド７５を回転駆動させながらウェハＷの中心領域を摺動させる。中心研磨制御の詳細は後述する。ステップＳ０３の実行後、制御装置１００は、旋回駆動部８７により、研磨処理用の処理位置に研磨機構７１（研磨ヘッド７５）が配置される状態から、当該処理位置に洗浄機構７２（洗浄ヘッド７９）が配置される状態に切り替えてもよい。

次に、制御装置１００は、ステップＳ０４を実行する。ステップＳ０４では、制御装置１００が、周縁保持部５０により保持されているウェハＷの中心領域を粗面化機構７０に洗浄させる中心洗浄制御を実行する。例えば制御装置１００は、周縁保持部５０にウェハＷを保持させた状態にて、回転機構９６，９７により洗浄ヘッド７９を回転駆動させながらウェハＷの中心領域を摺動させる。中心洗浄制御における洗浄ヘッド７９の駆動手順は、中心研磨制御における研磨ヘッド７５の駆動手順と同じである。制御装置１００は、洗浄ヘッド７９の駆動中に、不図示の洗浄水供給部によりウェハＷの裏面に洗浄水を供給してもよい。ステップＳ０４の実行後、制御装置１００は、旋回駆動部８７により、処理位置に洗浄機構７２（洗浄ヘッド７９）が配置される状態から、当該処理位置に研磨機構７１（研磨ヘッド７５）が配置される状態に切り替えてもよい。

次に、制御装置１００は、ステップＳ０５を実行する。ステップＳ０５では、制御装置１００が、切替部６０により周縁保持部５０（固定チャック５３）により保持されているウェハＷを移動させる。例えば制御装置１００は、図８の（ｂ）に示されるように、切替部６０の水平駆動機構６１を駆動させることにより、ウェハＷを保持している固定チャック５３を中心研磨位置から受渡位置まで移動させる。そして、制御装置１００は、固定チャック５３によるウェハＷの吸着を解除させつつ、昇降駆動機構６２を駆動して固定チャック５３を保持高さから待機高さまで下降させる。これにより、ウェハＷはスピンチャック４１に載置される。制御装置１００は、ウェハＷがスピンチャック４１に載置された後に、スピンチャック４１にウェハＷを吸着させる。これにより、回転保持部４０はウェハＷの裏面の中心領域を保持する。ステップＳ０５において、切替部６０が、周縁保持部５０に保持されたウェハＷの中心領域に軸線Ａｘ２が配置される状態と、回転保持部４０に保持されたウェハＷの外周領域に軸線Ａｘ２が配置される状態と、を切り替える。

次に、制御装置１００は、ステップＳ０６を実行する。ステップＳ０６では、制御装置１００が、回転保持部４０により回転しているウェハＷの外周領域を粗面化機構７０により研磨させる外周研磨制御を実行する。例えば制御装置１００は、回転保持部４０によりウェハＷを回転させながらウェハＷの裏面に研磨ヘッド７５を摺動させることで、ウェハＷの外周領域を研磨させる。外周研磨制御の詳細は後述する。ステップＳ０６の実行後、制御装置１００は、旋回駆動部８７により、処理位置に研磨機構７１（研磨ヘッド７５）が配置される状態から、当該処理位置に洗浄機構７２（洗浄ヘッド７９）が配置される状態に切り替えてもよい。

次に、制御装置１００は、ステップＳ０７を実行する。ステップＳ０７では、制御装置１００が、回転保持部４０により回転しているウェハＷの外周領域を粗面化機構７０に洗浄させる外周洗浄制御を実行する。例えば制御装置１００は、回転保持部４０によりウェハＷを回転させながらウェハＷの裏面に洗浄ヘッド７９を摺動させることで、ウェハＷの外周領域を洗浄させる。外周洗浄制御における洗浄ヘッド７９の駆動手順（摺動のさせ方）は、外周研磨制御における研磨ヘッド７５の駆動手順と同じである。制御装置１００は、洗浄ヘッド７９がウェハＷに対して摺動している間に、不図示の洗浄水供給部によりウェハＷの裏面に洗浄水を供給してもよい。

次に、制御装置１００は、ステップＳ０８を実行する。ステップＳ０８では、制御装置１００が、研磨及び洗浄（研磨処理）が終了したウェハＷを研磨ユニット２０から搬出させる。例えば制御装置１００は、受け渡しアームＡ８を制御することにより、搬出対象のウェハＷを研磨ユニット２０から外部に搬出させる。以上のステップＳ０１～０８が実行されることで、１枚のウェハＷに対する研磨処理含む一連の処理が終了する。制御装置１００は、ウェハＷごとにステップＳ０１～Ｓ０８を繰り返す。

図９の（ａ）には、中心研磨制御の一例を示すフローチャートが示されている。中心研磨制御において、まず制御装置１００は、ステップＳ３１を実行する。ステップＳ３１では、例えば制御装置１００が旋回機構７４により軸線Ａｘ２を移動させることにより、軸線Ａｘ２（研磨機構７１）を初期位置に配置する。制御装置１００は、研磨機構７１が固定チャック５３に保持されているウェハＷの中心領域に位置するように、研磨機構７１を初期位置に配置してもよい。研磨機構７１が初期位置に配置されている状態において、軸線Ａｘ２と固定チャック５３に保持されているウェハＷの中心とが略一致していてもよい。

次に、制御装置１００は、ステップＳ３２を実行する。ステップＳ３２では、例えば制御装置１００が、回転機構７６，７７による研磨ヘッド７５の回転駆動を開始する。つまり、制御装置１００は、軸線Ａｘ１を中心として研磨ヘッド７５を回転させつつ、軸線Ａｘ２を中心とした円軌道に沿って軸線Ａｘ１（回転ステージ８１）を移動させる。例えば、制御装置１００は、ストレージ１２３に記憶されている回転動作指令に基づいて、所定の回転速度（回転数）で回転ステージ８１，８３がそれぞれ回数するように回転駆動部８２，８４を駆動させる。

次に、制御装置１００は、ステップＳ３３，Ｓ３４を実行する。ステップＳ３３では、例えば制御装置１００が、研磨ヘッド７５を回転駆動させながら、研磨ヘッド７５がウェハＷの裏面に接触するまで昇降機構７８により研磨ヘッド７５を上昇させる。研磨ヘッド７５が回転駆動しながらウェハＷに接触することで、研磨ヘッド７５がウェハＷに対して摺動してウェハＷの裏面を研磨する。ステップＳ３４では、例えば制御装置１００が、回転機構７６，７７による回転を停止することで、研磨ヘッド７５の回転駆動を停止する。例えば制御装置１００は、研磨ヘッド７５がウェハＷに接触してから所定時間経過後に、研磨ヘッド７５の回転駆動を停止してもよい。

図９の（ｂ）には、外周研磨制御の一例を示すフローチャートが示されている。外周研磨制御では、まず制御装置１００は、ステップＳ６１を実行する。ステップＳ６１では、例えば制御装置１００が、旋回機構７４及び回転機構７６，７７によって研磨ヘッド７５を初期位置に配置する。例えば初期位置は、軸線Ａｘ１と軸線Ａｘ３との間隔Ｄ３が、軸線Ａｘ２と軸線Ａｘ３との間隔Ｄ２よりも大きくなり、研磨ヘッド７５の少なくとも一部がウェハＷの中心領域に重なるように設定されている。初期位置は、研磨ヘッド７５が軸線Ａｘ３から最も遠くなるように設定されていてもよい。なお、ステップＳ６１は、上述のステップＳ０５の処理と並行して行われてもよい。

次に、制御装置１００は、ステップＳ６２を実行する。ステップＳ６２では、例えば制御装置１００が、回転駆動部４３によるウェハＷの回転を開始する。制御装置１００は、ストレージ１２３に記憶されている動作指令に基づいて、所定の回転速度で回転駆動部４３によりウェハＷを回転させる。

次に、制御装置１００は、ステップＳ６３を実行する。ステップＳ６３では、例えば制御装置１００が、研磨ヘッド７５がウェハＷに接触するまで昇降機構７８により研磨ヘッド７５を上昇させる。この例では、制御装置１００は、回転機構７６，７７による研磨ヘッド７５の回転駆動を停止した状態にて、研磨ヘッド７５を上昇させて、回転しているウェハＷの外周領域に接触させる。

次に、制御装置１００は、ステップＳ６４，６５を実行する。ステップＳ６４において、制御装置１００は、ウェハＷの外周領域を横断する軌跡に沿って研磨ヘッド７５を移動させるように旋回機構７４及び回転機構７６，７７（粗面化機構７０）を制御する。ウェハＷの外周領域を横断する軌跡（以下、「横断軌跡」という。）とは、ウェハＷの中心領域の任意の点からウェハＷの外の領域（以下、「ウェハ外領域」という。）まで延びる線である。制御装置１００は、横断軌跡に沿って研磨ヘッド７５を移動させる際に、軸線Ａｘ１と軸線Ａｘ３との間隔Ｄ３が軸線Ａｘ２と軸線Ａｘ３との間隔Ｄ２よりも大きい状態を保つように粗面化機構７０を制御してもよい。例えば制御装置１００は、回転機構７６，７７による回転駆動を停止した状態で研磨ヘッド７５が横断軌道に沿って移動するように旋回機構７４を駆動してもよい。ステップＳ６１において、間隔Ｄ３が間隔Ｄ２よりも大きい状態に研磨機構７１（軸線Ａｘ１，Ａｘ２）が配置されているので、回転機構７６，７７を固定しておけば、間隔Ｄ３が間隔Ｄ２よりも大きい状態が維持される。

制御装置１００は、横断軌跡に沿って研磨ヘッド７５を移動させる際に、旋回機構７４による駆動に回転機構７６，７７による研磨ヘッド７５の動きを組み合わせて、研磨ヘッド７５の移動軌跡を調整してもよい。なお、制御装置１００は、横断軌跡に沿って研磨ヘッド７５を移動させる際に、回転機構７６及び回転機構７７の少なくとも一方による回転動作を繰り返してもよい。この場合、研磨ヘッド７５は、横断軌跡と平行な方向及び直交する方向に振動しながら横断軌跡に沿って移動することになる。そして、ステップＳ６５において、制御装置１００が、旋回機構７４による研磨ヘッド７５の横断軌跡に沿った移動がウェハＷの中心領域からウェハ外領域に向けて片道分終了すると、ウェハＷの回転駆動を停止する。

なお、外周研磨制御において、制御装置１００は、ウェハ外領域から中心領域に向けて片道分だけ、横断軌跡に沿って研磨ヘッド７５を移動させるように旋回機構７４及び回転機構７６，７７を制御してもよい。あるいは、制御装置１００は、ウェハＷの中心領域とウェハ外領域との間を、横断軌跡に沿って研磨ヘッド７５を往復移動させるように旋回機構７４及び回転機構７６，７７を制御してもよい。横断軌跡に沿って研磨ヘッド７５を往復移動させる場合、制御装置１００は、ウェハ外領域から中心領域に向かって移動した研磨ヘッド７５をウェハ外領域に向けて折り返す際に、ウェハＷとは重ならない位置において研磨ヘッド７５の移動方向を反転させてもよい。これにより、折り返し時の研磨ヘッド７５の移動方向の反転動作に起因して研磨ヘッド７５がウェハＷの特定箇所に長く滞在してしまうことが抑制される。

ここで、図１０を参照して、上記ステップＳ６４の外周研磨時における横断軌跡に沿った研磨ヘッド７５の移動動作について他の動作の例も含めて説明する。図１０の表に示される３つの例では、いずれも研磨ヘッド７５を、横断軌跡に沿って移動させた場合の動作が例示されている。制御装置１００は、研磨ヘッド７５を、移動速度が所定の範囲に維持されるように横断軌跡に沿って移動させてもよい。例えば制御装置１００は、研磨ヘッド７５（軸線Ａｘ１）を、移動速度が一定となるように横断軌跡に沿って移動させてもよい。

図１０における「公転動作」で示される動作では、制御装置１００が、回転駆動部８４を駆動制御し研磨ヘッド７５を軸線Ａｘ２周りに回転動作させることで、研磨ヘッド７５を横断軌跡に沿って移動させている。例えば粗面化機構７０が洗浄機構７２を備えていない場合、粗面化機構７０は旋回機構７４を備えていなくてもよい。この場合に、制御装置１００は、回転機構７６，７７を制御することにより研磨ヘッド７５を横断軌跡に沿って移動させてもよい。

図１０における「旋回動作」で示される動作では、制御装置１００が、旋回駆動部８７を駆動制御し軸線Ａｘ３を旋回中心として研磨機構７１を旋回動作させることで、研磨ヘッド７５を横断軌跡に沿って移動させている。この旋回動作が、上述のステップＳ６４における制御装置１００の処理に対応している。

図１０における「直進動作」で示される動作では、研磨ヘッド７５（軸線Ａｘ２）をウェハＷの半径方向に略直線状に移動させることで、研磨ヘッド７５が横断軌跡に沿って移動している。すなわち、この場合、横断軌跡とウェハＷの半径方向とが略一致している。この動作を行うために、例えば研磨ユニット２０は、旋回機構７４に代えて、前後方向に研磨機構７１を移動させるための直進移動機構を備えていてもよい。この直進移動機構は、研磨機構７１を支持する移動ステージと、当該移動ステージ（軸線Ａｘ２）を前後方向に往復移動させる直進駆動部（第三駆動部）を含んでいてもよい。例えば制御装置１００は、外周研磨制御の実行時において、研磨ヘッド７５、回転機構７６，７７及び上記直進駆動部で構成される研磨部を制御することにより、研磨ヘッド７５（軸線Ａｘ２）を横断軌跡に沿って移動させてもよい。例えば、直進移動機構は、移動ステージが昇降機構７８を支持するように配置されてもよい。

図１０に示されるように、公転動作、旋回動作、及び直進動作は、この順で、ウェハＷの半径方向に沿った軌跡に近くなっている。制御装置１００は、旋回機構７４及び回転機構７７を制御することで、研磨ヘッド７５の移動を公転動作と旋回動作との組み合わせによりウェハＷの半径方向に沿った軌跡に近づけてもよい。

（本実施形態の効果）
本実施形態に係る塗布・現像装置２は、ウェハＷの主面を研磨する研磨ヘッド７５と、軸線Ａｘ１周りに研磨ヘッド７５を回転させる回転駆動部８２と、軸線Ａｘ１に平行な軸線Ａｘ２周りの円軌道に沿って軸線Ａｘ１を移動させる回転駆動部８４と、を有する粗面化機構７０を備える。研磨ヘッド７５の中心位置は、軸線Ａｘ１と異なっている。軸線Ａｘ１周りの研磨ヘッド７５の可動範囲の直径に比較して、研磨ヘッド７５の外径が小さい。

例えば回転ステージ８１と同程度の面積を有する中実円柱状の研磨ヘッドによりウェハＷの裏面を研磨することも考えられる。この構成では、研磨時のある瞬間において研磨ヘッドがウェハＷに接触している面積が比較的大きくなり、研磨ヘッド内においてウェハＷに対する接触具合による研磨の程度が異なる箇所が発生しやすくなる。ウェハＷに反りが含まれていた場合、研磨ヘッドが当該反りに追従できない場合がある。その結果として、研磨の程度が互いに異なる研磨斑が生じるおそれがある。これに対して、上記塗布・現像装置２では、研磨ヘッド７５の外径Ｄｈは、回転駆動部８２による研磨ヘッド７５の移動軌跡の外縁の直径に比較して小さいので、研磨ヘッド７５が片当たりし難い。このため、研磨ヘッド７５内において略均一の接触具合にてウェハＷに接触してウェハＷを研磨することができる。その結果、塗布・現像装置２では、ウェハＷを研磨した際に生じる研磨斑を縮小することが可能となる。

さらに塗布・現像装置２では、研磨ヘッド７５の中心位置が軸線Ａｘ１に対して偏心している。これにより、片当たりし難い小さい外径の研磨ヘッド７５であっても、研磨ヘッド７５の中心位置を軸線Ａｘ１に略一致させた場合に比べて、研磨ヘッド７５を広い範囲に移動させることができる。このため、研磨具合の均一性と生産効率との両立を図ることが可能となる。なお、研磨ヘッド７５の中心位置が軸線Ａｘ１と略一致している場合であっても、上記の少なくとも研磨斑の縮小には有効なので、研磨ヘッド７５の中心位置が軸線Ａｘ１に対して偏心していることは必須ではない。

塗布・現像装置２では、研磨ヘッド７５の外径Ｄｈは５ｍｍ～１２ｍｍである。外径Ｄｈが１２ｍｍ以下であることによって、研磨ヘッド７５が片当たりした状態でウェハＷに接触（摺動）することが抑制される。また、外径Ｄｈが５ｍｍ以上であることによって、ウェハＷに研磨ヘッド７５が接触した際に研磨ヘッド７５がウェハＷの裏面に対して傾き過ぎて、研磨ヘッド７５が片当たりしてしまうことが抑制される。その結果、ウェハＷを研磨した際に生じる研磨斑を縮小することが可能となる。

塗布・現像装置２では、研磨ヘッド７５はリング状に形成されている。このため、研磨時の研磨ヘッドの傾きを抑制しつつ、同じ外径を有する中実円柱状の研磨ヘッドに比較して、研磨ヘッド７５におけるウェハＷの接触面積を減らすことできる。これにより、研磨ヘッド７５の研磨面全体をより強固にウェハＷに接触させることができるので、ウェハＷを研磨した際に生じる研磨斑をより縮小することが可能となる。

塗布・現像装置２では、軸線Ａｘ１と軸線Ａｘ２との間隔Ｄ１は、軸線Ａｘ１周りの研磨ヘッド７５の可動範囲の半径以下である。この場合、中心研磨が行われる際に、回転機構７６，７７により研磨ヘッド７５を回転駆動させることで、軸線Ａｘ２を移動させることなくウェハＷの中心領域の全域を研磨することが可能となる。その結果、ウェハＷの生産効率を向上させることが可能となる。

塗布・現像装置２は、ウェハＷの中心領域を保持して回転させる回転保持部４０と、ウェハＷの外周領域を保持する周縁保持部５０と、周縁保持部５０にウェハＷを保持させながらウェハＷの中心領域を研磨ヘッド７５により研磨させる中心研磨制御と、回転保持部４０によってウェハＷを回転させながらウェハＷの外周領域を研磨ヘッド７５に研磨させる外周研磨制御とを実行する制御装置１００と、を更に備える。外周研磨制御において、制御装置１００は、外周領域を横断する軌跡に沿って研磨ヘッド７５を移動させるように粗面化機構７０を制御する。この場合、ウェハＷの半径方向において一か所に研磨ヘッド７５が留まらずに外周研磨が行われるので、ウェハＷを研磨した際の研磨斑を縮小することが可能となる。

粗面化機構７０は、軸線Ａｘ２を移動させる旋回駆動部８７又は直進移動機構を更に備える。外周領域を横断する軌跡に沿って研磨ヘッド７５を移動させる際に、制御装置１００は、旋回駆動部８７又は直進移動機構によって軸線Ａｘ２を移動させるように粗面化機構７０を制御する。この場合、回転機構７６，７７により横断軌跡に沿って研磨ヘッド７５を移動させるよりも、ウェハＷの半径方向により近い軌跡にて研磨ヘッド７５が移動するので、より研磨斑を縮小することが可能となる。

旋回駆動部８７は、軸線Ａｘ２に平行な軸線Ａｘ３周りの円軌道に沿って軸線Ａｘ２を移動させる。この場合、旋回駆動部８７により横断軌跡に沿って研磨ヘッド７５が移動するので研磨ユニット２０の構造を簡略化することが可能となる。

粗面化機構７０は、ウェハＷの裏面に対して研磨とは別の処理を施す洗浄機構７２を更に備える。旋回駆動部８７は、軸線Ａｘ２と共に洗浄機構７２を移動させるように構成されている。制御装置１００は、旋回駆動部８７により、所定の処理位置に研磨ヘッド７５が配置される状態と、処理位置に洗浄機構７２が配置される状態とを切り替える。この構成では、研磨機構７１及び研磨とは別の処理を行う機構の配置位置を切り替える旋回駆動部８７を利用して、横断軌跡に沿って研磨ヘッド７５を移動させることができる。このため、研磨ユニット２０の構造がより簡素化されている。

塗布・現像装置２では、外周領域を横断する軌跡に沿って研磨ヘッド７５を移動させる際に、制御装置１００は、軸線Ａｘ１と軸線Ａｘ３との間隔Ｄ３が、軸線Ａｘ２と軸線Ａｘ３との間隔Ｄ２よりも大きい状態が保たれるように旋回機構７４、及び回転機構７６，７７を制御する。この場合、軸線Ａｘ３を中心とした円軌道における研磨ヘッド７５の移動軌跡の半径が大きくなるので、旋回機構７４による研磨ヘッド７５の移動をウェハＷの半径方向により近づけることができる。このため、当該半径方向における研磨の程度の差をより縮小することができる。

塗布・現像装置２では、外周領域を横断する軌跡に沿って研磨ヘッド７５を移動させる際に、制御装置１００は、回転駆動部８４によって軸線Ａｘ１を移動させるように回転機構７６，７７を制御する。回転機構７７を用いて研磨ヘッド７５を横断軌跡に沿って移動させる場合、例えば外周研磨を行う際には旋回機構７４が不要となり研磨ユニット２０の構造を簡略化することが可能となる。あるいは、旋回機構７４に加えて回転機構７７を用いて研磨ヘッド７５を横断軌跡に沿って移動させる場合、ウェハＷの半径方向に近づくように研磨ヘッド７５の移動軌跡を調整することが可能となる。

図１１には、ウェハＷの裏面の研磨処理に対する評価結果の一例が示されている。比較例では、研磨ヘッドとして、回転駆動部８２による研磨ヘッドの移動軌跡の外縁と略同一の外径（６５ｍｍ）を有する研磨ヘッドを用いて検証を行った。実施例では、研磨ヘッドとして、回転駆動部８２による研磨ヘッドの移動軌跡の外形よりも小さい外径（９ｍｍ）を有する研磨ヘッド７５を用いて検証を行った。なお、比較例では公転動作により半径方向に沿って研磨ヘッドを移動させ、実施例では旋回動作により半径方向に沿って研磨ヘッドを移動させて検証を行った。また、比較例及び実施例とも、それぞれ同一の条件にて２枚のウェハＷに対して研磨処理結果を検証した。

検証方法として、研磨後のウェハＷの研磨された面の画像情報を取得し、当該画像情報から研磨の程度を示す指標値をウェハＷの半径方向に沿って取得した。比較例において、１枚のウェハＷにおける指標値の変化を確認すると、指標値が半径方向において変動していることがわかる。また、１枚目のウェハＷと２枚目のウェハＷとを比較すると、異なるウェハＷ間において互いの指標値の差が大きく、指標値の変化傾向が互いに異なることがわかる。これに対して、実施例において、１枚のウェハＷにおける指標値の変化を確認すると、比較例と比べて指標値の半径方向における変動が小さいことがわかる。また、１枚目のウェハＷと２枚目のウェハＷとで、指標値の変化傾向の差が比較例に比べて小さいことがわかる。つまり、上述の塗布・現像装置２（研磨ユニット２０）が、研磨斑の縮小に有効であることがわかる。

以上、実施形態について説明したが、本開示は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、処理対象の基板は半導体ウェハに限られず、例えばガラス基板、マスク基板、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）などであってもよい。

なお、上述した具体例は以下の構成も含んでいる。
（付記１）
基板の主面を研磨する研磨ヘッドと、第一軸周りに前記研磨ヘッドを回転させる第一駆動部と、前記第一軸に平行な第二軸周りの円軌道に沿って前記第一軸を移動させる第二駆動部と、を有する研磨部を備え、
前記研磨ヘッドの外径は５ｍｍ～１２ｍｍである、基板処理装置。
（付記２）
前記研磨ヘッドの外径は６～１１ｍｍである、付記１記載の基板処理装置。
（付記３）
前記研磨ヘッドの外径は８～１０ｍｍである、付記２記載の基板処理装置。

２…塗布・現像装置（基板処理装置）、２０…研磨ユニット、３０…基板保持機構、４０…回転保持部、５０…周縁保持部、６０…切替部、７０…粗面化機構、７１…研磨機構、７４…旋回機構、７５…研磨ヘッド、７６，７７…回転機構、８２，８４…回転駆動部、８７…旋回駆動部、Ａｘ１，Ａｘ２，Ａｘ３…軸線。

Claims (9)

1. 基板の主面を研磨する研磨ヘッドと、第一軸周りに前記研磨ヘッドを回転させる第一駆動部と、前記第一軸に平行な第二軸周りの円軌道に沿って前記第一軸を移動させる第二駆動部と、前記第二軸を移動させる第三駆動部と、を有する研磨部と、
   前記基板の中心領域を保持して回転させる回転保持部と、
   前記回転保持部によって前記基板を回転させながら、前記基板の外周領域を横断する軌跡に沿って前記研磨ヘッドを移動させることで、前記外周領域を前記研磨ヘッドに研磨させる外周研磨制御を実行する制御部と、を備え、
   前記研磨ヘッドの中心位置は、前記第一軸と異なっており、
   前記第一軸周りの前記研磨ヘッドの可動範囲の直径に比較して、前記研磨ヘッドの外径が小さく、
   前記外周領域を横断する軌跡に沿って前記研磨ヘッドを移動させる際に、前記制御部は、前記第三駆動部によって前記第二軸を移動させるように前記研磨部を制御する、基板処理装置。
2. 前記研磨ヘッドの外径は５ｍｍ～１２ｍｍである、請求項１記載の基板処理装置。
3. 前記研磨ヘッドはリング状に形成されている、請求項１又は２記載の基板処理装置。
4. 前記第一軸と前記第二軸との間隔は、前記可動範囲の半径以下である、請求項１～３のいずれか一項記載の基板処理装置。
5. 前記基板の前記外周領域を保持する周縁保持部を更に備え、
   前記制御部は、前記周縁保持部に前記基板を保持させながら前記基板の前記中心領域を前記研磨ヘッドにより研磨させる中心研磨制御を更に実行する、請求項１～４のいずれか一項記載の基板処理装置。
6. 前記第三駆動部は、前記第二軸に平行な第三軸周りの円軌道に沿って前記第二軸を移動させる、請求項１～５のいずれか一項記載の基板処理装置。
7. 前記外周領域を横断する軌跡に沿って前記研磨ヘッドを移動させる際に、前記制御部は、前記第一軸と前記第三軸との間隔が前記第二軸と前記第三軸との間隔よりも大きい状態を保つように前記研磨部を制御する、請求項６記載の基板処理装置。
8. 前記研磨部は、前記主面に対して研磨とは別の処理を施す処理部を更に備え、
   前記第三駆動部は、前記第二軸と共に前記処理部を移動させるように構成されており、
   前記制御部は、前記第三駆動部により、所定の処理位置に前記研磨ヘッドが配置される状態と、前記処理位置に前記処理部が配置される状態とを切り替える、請求項１～７のいずれか一項記載の基板処理装置。
9. 前記外周領域を横断する軌跡に沿って前記研磨ヘッドを移動させる際に、前記制御部は、前記第二駆動部によって前記第一軸を移動させるように前記研磨部を制御する、請求項１～８のいずれか一項記載の基板処理装置。

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