(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-11-28
(45)【発行日】2023-12-06
(54)【発明の名称】研磨装置、処理システム、および研磨方法
(51)【国際特許分類】
B24B 41/02 20060101AFI20231129BHJP
B24B 37/005 20120101ALI20231129BHJP
B24B 37/30 20120101ALI20231129BHJP
B24B 55/06 20060101ALI20231129BHJP
B24B 41/047 20060101ALI20231129BHJP
B24B 41/06 20120101ALI20231129BHJP
H01L 21/304 20060101ALI20231129BHJP
【ＦＩ】
B24B41/02
B24B37/005 A
B24B37/30 A
B24B55/06
B24B41/047
B24B41/06 A
H01L21/304 621D
【請求項の数】
17
(21)【出願番号】P 2020092211
(22)【出願日】2020-05-27
(65)【公開番号】P2021186905
(43)【公開日】2021-12-13
【審査請求日】2022-09-21
(73)【特許権者】
【識別番号】000000239
【氏名又は名称】株式会社荏原製作所
(74)【代理人】
【識別番号】100106208
【弁理士】
【氏名又は名称】宮前 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100146710
【弁理士】
【氏名又は名称】鐘ヶ江 幸男
(74)【代理人】
【識別番号】100186613
【弁理士】
【氏名又は名称】渡邊 誠
(72)【発明者】
【氏名】古澤 磨奈人
(72)【発明者】
【氏名】赤澤 賢一
(72)【発明者】
【氏名】小林 賢一
【審査官】須中 栄治
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１０－２８６３４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－０６４１９６（ＪＰ，Ａ）
【文献】韓国公開特許第１０－２０２０－００５１４００（ＫＲ，Ａ）
【文献】韓国公開特許第１０－２０１９－００７９１２１（ＫＲ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２４Ｂ３／００－７／３０
Ｂ２４Ｂ２１／００－５７／０４
Ｈ０１Ｌ２１／３０４；２１／４６３
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板の第１の方向に沿って配置された複数の基板保持機構と、前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って配置された複数の研磨ヘッドと、
前記基板保持機構に保持された前記基板を挟んで前記複数の研磨ヘッドに対向して配置される、前記第２の方向に伸びるステージと、
前記複数の研磨ヘッドを前記第１の方向に移動させるための第１の駆動機構と、
前記ステージを前記第１の方向に移動させるための第２の駆動機構と、を含み、
前記第１の駆動機構と前記第２の駆動機構とは、前記複数の研磨ヘッドと前記ステージとを同期して前記第１の方向に移動させるように構成される、
を含む、研磨装置。
【請求項2】
前記複数の研磨ヘッドの各々に取り付けられる研磨工具と、
前記複数の研磨ヘッドの各々を回転させる回転機構と、をさらに有し、
前記研磨工具が前記基板に押し当てられた状態で前記回転機構により前記複数の研磨ヘッドが回転することにより前記基板が研磨されるときに、前記第１の駆動機構と前記第２の駆動機構とは、前記複数の研磨ヘッドと前記ステージとを同期させて前記第１の方向に移動させるように構成される、
請求項１に記載の研磨装置。
【請求項3】
前記ステージの前記第１の方向の移動に応じて前記複数の基板保持機構を上下方向に移動させるための第３の駆動機構をさらに含む、請求項１または２に記載の研磨装置。
【請求項4】
前記基板の周囲を囲み前記基板と同一の厚みを有するマスクをさらに含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項5】
前記複数の研磨ヘッドを前記第２の方向に移動させるための第４の駆動機構をさらに含む、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項6】
前記ステージを前記第２の方向に移動させるための第５の駆動機構をさらに含む、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項7】
前記ステージの前記第１の方向の両端部に配置されたガイド部材であって、前記ステージの上面と同等の高さに配置された第１の端部と、前記ステージの上面より低い位置に配置された第２の端部と、前記第１の端部と前記第２の端部との間に設けられた傾斜と、を有するガイド部材をさらに含む、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項8】
前記ステージは、前記複数の研磨ヘッドに対して前記基板を加圧するための加圧機構を含む、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項9】
前記加圧機構は、基台と、前記基台上に配置された袋状部材と、前記袋状部材に流体を供給するための流体供給部材と、を含む、請求項８に記載の研磨装置。
【請求項10】
前記袋状部材の前記基板との接触面に流体を供給するための流体供給部材をさらに含む、請求項９に記載の研磨装置。
【請求項11】
前記加圧機構は、基台と、前記基台上に配置され前記基板との対向面に複数の孔が形成された加圧部材と、前記加圧部材の前記複数の孔に連通する流路に流体を供給するための流体供給部材と、を含む、請求項８に記載の研磨装置。
【請求項12】
前記ステージは、前記複数の研磨ヘッドによって加圧される基板を支持する平面を有する定盤を含む、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項13】
前記定盤の前記平面に流体を供給するための流体供給部材をさらに含む、請求項１２に記載の研磨装置。
【請求項14】
請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の研磨装置と、前記研磨装置によって研磨された基板を洗浄するための洗浄装置と、
前記洗浄装置によって洗浄された基板を乾燥するための乾燥装置と、
前記研磨装置、前記洗浄装置、および前記乾燥装置間で前記基板を搬送するための搬送装置と、
を含む処理システム。
【請求項15】
第１の方向に沿って配置された複数の基板保持機構に基板を設置する設置ステップと、前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って配置された複数の研磨ヘッドと、前記複数の研磨ヘッドに対向して前記第２の方向に伸びるステージと、によって前記基板を挟んで加圧する加圧ステップと、
前記複数の研磨ヘッドを回転させる研磨ステップと、
前記加圧ステップおよび前記研磨ステップを行いながら前記複数の研磨ヘッドと前記ステージを前記第１の方向に移動させる走査ステップと、
を含み、
前記走査ステップにおける前記ステージの前記第１の方向の移動に応じて前記複数の基板保持機構を上下方向に移動させる上下駆動ステップをさらに含む、
研磨方法。
【請求項16】
前記加圧ステップおよび前記研磨ステップは、前記基板の周囲を囲み前記基板と同一の厚みを有するマスクを複数の研磨ヘッドと前記ステージとによって挟んだ状態で開始される、請求項１５に記載の研磨方法。
【請求項17】
前記走査ステップによって前記複数の研磨ヘッドと前記ステージが前記マスクに到達したら、前記加圧ステップによる加圧を解除し、前記複数の研磨ヘッドを前記第２の方向に移動させる移動ステップをさらに含む、請求項１６に記載に研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、研磨装置、処理システム、および研磨方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体加工工程において用いられる基板研磨装置の一種にＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing、化学的機械的研磨）装置が存在する。ＣＭＰ装置は、基板の被研磨面が向いている方向によって「フェースアップ式（基板の被研磨面が上向きの方式）」と「フェースダウン式（基板の被研磨面が下向きの方式）」に大別され得る。
【0003】
特許文献１には、フェースアップ式のＣＭＰ装置が開示されている。このＣＭＰ装置は、裏面基準研磨を行うようになっている。すなわち、このＣＭＰ装置は、矩形の基板の被研磨面の反対側（裏面）を基部で支持し、基板よりも小径の複数の研磨ヘッドによって基板を基部に押し付けながら基板全面が一定厚になるように研磨を行うようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特表２００９－５０２７２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来のフェースアップ式のＣＭＰ装置は、上記のとおり裏面基準研磨が採用されており、表面基準研磨には適していなかった。
【0006】
すなわち、表面基準研磨とは、研磨ヘッドを研磨基準として、基板の被研磨面の反対側（裏面）から基板を研磨ヘッドへ押し付けながら、基板全面のどこにおいても一定厚を除去する方式である。従来のフェースアップ式のＣＭＰ装置を用いて表面基準研磨を行うためには、例えば基板の裏面をエアバッグなどによって押圧することが考えられる。しかしながら、この場合、研磨ヘッドは基板よりも小径であるため、基板の研磨ヘッドが存在しない領域もエアバッグで押圧することになり、これによって基板が破損するおそれがある。このように、従来のフェースアップ式のＣＭＰ装置は、表面基準研磨のニーズに対応するのが困難である。
【0007】
そこで本願は、表面基準研磨に好適な研磨装置、処理システム、および研磨方法を実現することを一つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本願は、一実施形態として、基板の第１の方向に沿って配置された複数の基板保持機構と、前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って配置された複数の研磨ヘッドと、前記複数の研磨ヘッドに対向して前記第２の方向に伸びるステージと、前記複数の研磨ヘッドと前記ステージを前記第１の方向に移動させるための駆動機構と、を含む、研磨装置を開示する。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下では、図面を参照しながら本発明の一実施形態について説明する。ただし、用いられる図面は模式図である。したがって、図示された部品の大きさ、位置および形状などは、実際の装置における大きさ、位置および形状などとは異なり得る。
【0011】
まず、本発明にかかる実施形態の研磨装置の概要について図１を用いて説明する。図１は、本発明にかかる実施形態の研磨装置の構成を模式的に示す図である。本実施形態の研磨装置はフェースアップ式の化学機械研磨装置(以下ＣＭＰ装置と記す)を想定しているが、砥粒を含む砥液を用いない機械研磨装置であってもよい。ここでフェースアップ式の研磨装置とは、基板の研磨対象面（被研磨面）を上方に向けた状態で研磨する装置である。
【0012】
図１に示すように、研磨装置１００は、基板保持機構２００、研磨ヘッド２０１、およびステージ２０２を含む。基板保持機構２００は、基板３００が研磨中に動かないように固定するための部材である。研磨ヘッド２０１は、基板３００の上方に設置され、基板３００を研磨するための部材である。ステージ２０２は、研磨ヘッド２０１と共に基板３００を挟むように基板３００の下方に設置され、基板３００を研磨ヘッド２０１に押し当てるための部材である。
【0013】
基板保持機構２００は、研磨対象である基板３００を搭載し、これを支持する。基板保持機構２００は吸着部材３０１を含み、これで基板３００を吸着することによって研磨中に基板３００が動かないよう保持する。吸着部材３０１は真空吸着するパッドなどを想定しているが、他の手段によって基板３００を保持しても良い。吸着部材３０１は繰り返しの使用によりその性能が低下したら適宜交換しても良い。
【0014】
基板保持機構２００が基板３００を保持している個所は、ステージ２０２が干渉するので研磨ヘッド２０１によって研磨することができない。基板３００にハンドリングエリア
として研磨不要な領域が設けられていればそこを保持すれば良いが、基板全面の研磨が必要な場合は基板保持機構２００と研磨ヘッド２０１やステージ２０２が干渉する恐れがある。
として研磨不要な領域が設けられていればそこを保持すれば良いが、基板全面の研磨が必要な場合は基板保持機構２００と研磨ヘッド２０１やステージ２０２が干渉する恐れがある。
【0015】
そこで基板保持機構２００を分割し、それぞれが保持する基板３００の領域を分けても良い。これにより、研磨ヘッド２０１やステージ２０２が研磨している個所に関しては基板保持機構２００を退避させ、研磨ヘッド２０１やステージ２０２から離れた箇所のみで基板を保持することが可能になる。具体的には、本実施形態では、研磨装置１００は、矩形の基板３００の長手方向に沿って間隔をあけて配置された複数の基板保持機構２００を含む。
【0016】
研磨が完了したら基板３００を交換するため基板保持機構２００は基板３００を着脱可能であり、吸着部材３０１は基板３００の吸着を解除することができる。
【0017】
研磨ヘッド２０１は、回転軸２０３を介して回転機構２０４によって回転するように構成される。回転機構２０４は、研磨ヘッド２０１を任意の回転数で駆動することができる。また研磨ヘッド２０１の下面には研磨工具３０２が取り付けられる。研磨工具３０２は機械研磨に使われる砥石、またはＣＭＰ装置に使われる研磨パッドを想定しているが、その他の工具であっても良い。研磨工具３０２は研磨ヘッド２０１の回転に伴って回転し、基板表面と繰り返し摺動されることで基板３００を研磨する。研磨工具３０２は消耗品であり、繰り返し使用され摩耗すると適宜交換される。また研磨工具３０２は多数の種類があり、研磨対象および目的に応じて適切なものが選択される。
【0018】
研磨ヘッド２０１は薬液供給孔２０５を含み、研磨中はここから薬液が供給される。薬液供給孔２０５は薬液供給装置２０６に接続される。薬液供給装置２０６は薬液の品質を維持しつつ、薬液を薬液供給孔２０５に圧送する。薬液供給装置２０６は研磨装置１００が内蔵しても、外部に別装置として設置されても良い。ＣＭＰの場合、薬液は砥粒を含む砥液でもよい。機械研磨の場合、薬液は水や純水でもよい。
【0019】
研磨中、研磨ヘッド２０１は回転することで研磨工具３０２を基板３００に対して摺動させる。この時、基板３００は動かないため研磨ヘッド２０１の中心近辺では、研磨工具３０２と基板３００の相対速度が小さくなり、ほとんど研磨されない。そこで研磨ヘッド２０１は基板３００に沿って水平方向に移動することで、基板全面を研磨することができる。この時、ステージ２０２は研磨ヘッド２０１に追従し、常に研磨ヘッド２０１の直下に来る。
【0020】
研磨ヘッド２０１は基板３００と比較して小径である場合、基板全面の研磨には時間を要することが想定される。そこで研磨装置１００は、研磨時間の短縮を目的に複数の研磨ヘッド２０１を含んでいても良く、これらは並列して基板３００を研磨する。その場合、研磨装置１００はステージ２０２を複数含んでいても良い。
【0021】
研磨ヘッド２０１は、基板３００の厚さや研磨工具３０２の厚さの違いを吸収するため上下動機構２０７を備える。研磨装置１００は研磨を開始する前に研磨ヘッド２０１を下降させ、研磨工具３０２と基板３００の接触を検出する。上下動機構２０７にモータを使用していれば、研磨ヘッド２０１を下降させ、駆動電流が一定値を上回ったら研磨工具３０２が基板３００に接触したと判定することが可能である。これにより研磨対象である基板３００の厚みが変更された、あるいは研磨工具３０２が摩耗して薄くなったなどの状況でも、適切な高さに研磨ヘッド２０１を配置することが可能になる。
【0022】
ステージ２０２は基板３００が研磨ヘッド２０１に押し当てられる力の反力を受ける。
ステージ２０２の形態は研磨装置の目的に応じて高い面精度と剛性を持った定盤であっても、エアバッグのように基板の形状に沿う柔軟な構造をしていても良い。
ステージ２０２の形態は研磨装置の目的に応じて高い面精度と剛性を持った定盤であっても、エアバッグのように基板の形状に沿う柔軟な構造をしていても良い。
【0023】
また研磨中、ステージ２０２は研磨ヘッド２０１に追従して動く。つまりステージ２０２は基板３００と接した状態で動くため、常にステージ２０２の上面と基板３００は摺動する。そのためステージ２０２の上面は摩擦抵抗が小さく、耐摩耗性が高いことが望ましい。ステージ２０２をこのような材料で製造できない場合は、これらの特性を持つ保護シート３０３をステージ２０２上面に貼り付け、劣化したらその都度貼り替えるという運用を行っても良い。
【0024】
研磨装置１００は基板３００を研磨ヘッド２０１とステージ２０２で挟み込んで、研磨工具３０２を基板３００に押し当てるための加圧機構２０８を含む。加圧機構２０８は基板上方の研磨ヘッド側にあっても、基板下方のステージ側にあっても良い。表面基準研磨を行う場合には、加圧機構２０８はステージ側に設けられ、裏面基準研磨を行う場合には、加圧機構２０８は研磨ヘッド側に設けられる。研磨ヘッド２０１の上下動機構２０７が加圧機構２０８を兼ねても良いし、ステージ２０２の形態がエアバッグ状であれば空気圧によって基板３００を押圧可能なので、ステージ２０２が加圧機構２０８を兼ねてもよい。
【0025】
加圧機構２０８の押し付ける力、研磨ヘッド２０１を回転させる回転機構２０４の回転数、および研磨ヘッド２０１が基板３００に沿って水平駆動する速度を制御することによって研磨レート(単位時間あたりの研磨量)を制御することができる。これらの制御は制御部２０９によってなされる。
【0026】
図２は、基板外周を研磨する際の研磨ヘッド２０１の状態を模式的に示す図である。基板外周を研磨する際、図２のように研磨ヘッド２０１が基板３００に対して傾き、基板端部を過剰に研磨する恐れがある。またステージ２０２にエアバッグ形状を採用していた場合、膨張したエアバッグが研磨ヘッド２０１に接触して損傷する恐れもある。
【0027】
そこで研磨装置１００は図３に示すようなマスク２１０を備えても良い。図３は、基板外周を研磨する際の研磨ヘッド２０１の状態を模式的に示す図である。マスク２１０はその機能上、基板３００と同じ厚さでないと不都合が生じるため、基板３００の厚みに応じてマスク２１０を適切な厚みの物に交換する必要がある。またマスク２１０が研磨中に摩耗して薄くなってしまってもその機能を失ってしまうので、マスク２１０は耐摩耗性の高い材料で製作するか、そのような材質で表面をコーティングする必要がある。
【0028】
マスク２１０を備えない場合、図２に示すように研磨工具３０２の一部が基板３００に押し付けられることになる。その際、研磨工具３０２の全面が基板３００にあたっている時と同等の力で基板３００を押し付けてしまうと、接触箇所に押し付け力が集中して研磨レートが極端に上昇してしまう。これを避けるために、マスク２１０を備えない場合、制御部２０９は研磨工具３０２が基板３００に接触している面積に応じて、加圧機構２０８の押し付け力を制御できても良い。
【0029】
次に研磨装置を含む処理システムについて説明する。図４は、研磨装置を含む処理システム１０００の構成を模式的に示す図である。連続して研磨を行っていると研磨工具３０２が劣化して徐々に研磨レートが低下する。これを回避するため図４に示すように、研磨装置１００は研磨工具３０２を再生するため工具再生（ドレッシング）部材２１１を備えても良い。一般的に工具の再生にはダイヤモンドやセラミクス系の砥石が用いられるが、他の手段によって研磨工具３０２の再生を行っても良い。
【0030】
また研磨装置１００が複数の研磨ヘッド２０１を備える場合は、単一の工具再生部材２１１を交互に使用しても良いが、工具再生ユニット使用中は研磨を行えずスループットが低下するため、研磨ヘッド２０１と同数の工具再生部材２１１を備えても良い。
【0031】
工具再生部材２１１を使用するタイミングは研磨を終えて基板３００を交換している間に実施しても良いが、大型基板を小径のパッドで研磨する構成上、短時間で研磨工具３０２が使用できなくなってしまう場合は、基板を研磨している間に適宜工具再生部材２１１を用いて研磨工具３０２の再生を実施してもよい。
【0032】
研磨装置１００は研磨量を測定するセンサ２１２を備えても良い。センサ２１２を用いて研磨の前後で基板表面の膜厚を測定・比較して研磨量を測る方式でも、基板上に被膜が残っているのか、すべての被膜が除去されて研磨が完了したのか判別する方式でも良い。
【0033】
制御部２０９はセンサ２１２によって取得した膜厚のデータをもとに、回転機構の回転数や、加圧機構の押し付け力、研磨ヘッドの水平移動速度を制御して、任意の研磨レートとなるように調整し、基板全面で均一に研磨できるように制御しても良い。
【0034】
研磨を終えた基板３００は速やかに薬液を洗い流す必要がある。そこで処理システム１０００は、研磨装置１００によって研磨された基板を洗浄するための洗浄装置２１３を含む。洗浄装置２１３は、基板の洗浄のために薬液、純水、または純水とガスの混合流体を用いることができる。基板の洗浄は研磨と並行して行っても良いが、独立したユニットを持たせ、研磨完了後に基板３００をそちらへ搬送し、そこで洗浄を行っても良い。その場合、処理システムは、研磨装置１００と洗浄装置２１３との間で基板３００を搬送するための搬送装置２１４を含む。
【0035】
水に濡れた基板３００を自然乾燥させると基板上にウォータマーク(乾燥痕)が残るため、処理システム１０００は、洗浄装置２１３によって洗浄された基板３００を乾燥するための乾燥装置２１５を含む。ウォータマークは基板上に残留した水分中の物質が、水の表面張力によって水滴外周部に集められることで生じる。乾燥装置２１５は、高圧ガスで水滴ごと吹き飛ばしたり、表面張力が小さい溶剤で基板上の水分を置き換えて揮発させたりして、基板３００を乾燥させるものである。搬送装置２１４は、研磨装置１００、洗浄装置２１３、および乾燥装置２１５間で基板３００を搬送することができる。
【0036】
＜第１の実施形態：エアバッグ方式を用いた表面基準研磨＞
以下、研磨装置１００のより具体的な構成を説明する。第１の実施形態は、上述の加圧機構２０８としてエアバッグ方式を用いた研磨装置１００である。図５，図６は、研磨装置の全体構成を示す斜視図である。上述のとおり、研磨装置１００は、複数の基板保持機構２００を含む。基板保持機構２００は、矩形の基板３００の長辺に沿って水平に伸びる第１の方向に沿って間隔をあけて配置されている。本実施形態では、複数の基板保持機構２００はそれぞれ、上下方向に伸びる棒状の土台２００ａと、土台２００ａの上端から上方向に伸びる支持部材２００ｂと、を含んで構成される。支持部材２００ｂは、上下方向に移動可能になっている。基板保持機構２００は、第１の方向に沿って間隔をあけて複数配置されるとともに、基板３００の短辺に沿った第２の方向にも間隔をあけてマトリクス状に配置されている。第２の方向は、第１の方向に交差して水平に伸びる方向であり、本実施形態では、第１の方向および鉛直方向（上下方向）に直交する方向である。以下の説明では、第１の方向を「Ｘ方向」、第２の方向を「Ｙ方向」、鉛直方向を「Ｚ方向」という場合がある。
以下、研磨装置１００のより具体的な構成を説明する。第１の実施形態は、上述の加圧機構２０８としてエアバッグ方式を用いた研磨装置１００である。図５，図６は、研磨装置の全体構成を示す斜視図である。上述のとおり、研磨装置１００は、複数の基板保持機構２００を含む。基板保持機構２００は、矩形の基板３００の長辺に沿って水平に伸びる第１の方向に沿って間隔をあけて配置されている。本実施形態では、複数の基板保持機構２００はそれぞれ、上下方向に伸びる棒状の土台２００ａと、土台２００ａの上端から上方向に伸びる支持部材２００ｂと、を含んで構成される。支持部材２００ｂは、上下方向に移動可能になっている。基板保持機構２００は、第１の方向に沿って間隔をあけて複数配置されるとともに、基板３００の短辺に沿った第２の方向にも間隔をあけてマトリクス状に配置されている。第２の方向は、第１の方向に交差して水平に伸びる方向であり、本実施形態では、第１の方向および鉛直方向（上下方向）に直交する方向である。以下の説明では、第１の方向を「Ｘ方向」、第２の方向を「Ｙ方向」、鉛直方向を「Ｚ方向」という場合がある。
【0037】
基板３００を研磨する際には、図５に示すように、ハンド４００によって基板３００が搬送される。ハンド４００は、相互に間隔をあけてＸ方向に伸びる複数の棒状部材４０１
と、複数の棒状部材４０１の一方の端部を連結する連結部材４０２と、を含み、複数の棒状部材４０１に基板３００を載せて搬送する。基板３００を研磨装置１００に搬入する際には、支持部材２００ｂが下降し、ハンド４００に搭載された基板３００が支持部材２００ｂの上端よりも高い位置においてＸ方向に沿って複数の基板保持機構２００上に搬送される。図６に示すように、基板３００が複数の基板保持機構２００上の所定の位置まで搬送されたら、支持部材２００ｂを上昇させることによって、基板保持機構２００は基板３００を受け取る。これにより、基板３００を複数の基板保持機構２００に設置することができる。基板保持機構２００は、受け取った基板３００がマスク２１０と同一の高さになるように、支持部材２００ｂのＺ方向の位置を調整する。上述のように、基板保持機構２００は、吸着部材３０１を用いて基板３００を吸着することによって研磨中に基板３００が動かないよう保持することができる。基板保持機構２００が基板３００を受け取ったらハンド４００はＸ方向に沿って退避する。
と、複数の棒状部材４０１の一方の端部を連結する連結部材４０２と、を含み、複数の棒状部材４０１に基板３００を載せて搬送する。基板３００を研磨装置１００に搬入する際には、支持部材２００ｂが下降し、ハンド４００に搭載された基板３００が支持部材２００ｂの上端よりも高い位置においてＸ方向に沿って複数の基板保持機構２００上に搬送される。図６に示すように、基板３００が複数の基板保持機構２００上の所定の位置まで搬送されたら、支持部材２００ｂを上昇させることによって、基板保持機構２００は基板３００を受け取る。これにより、基板３００を複数の基板保持機構２００に設置することができる。基板保持機構２００は、受け取った基板３００がマスク２１０と同一の高さになるように、支持部材２００ｂのＺ方向の位置を調整する。上述のように、基板保持機構２００は、吸着部材３０１を用いて基板３００を吸着することによって研磨中に基板３００が動かないよう保持することができる。基板保持機構２００が基板３００を受け取ったらハンド４００はＸ方向に沿って退避する。
【0038】
なお、本実施形態では、棒状の土台２００ａと支持部材２００ｂとを含む基板保持機構２００がマトリクス状に配置される例を示したが、基板保持機構２００の構成はこれに限定されない。図７は、基板保持機構の変形例を示す図である。図７に示すように、基板保持機構２００は、第１の方向（Ｘ方向）に間隔をあけて配置された複数の支持部材２００ｃを含んで構成され得る。支持部材２００ｃはそれぞれ、Ｙ方向に沿って伸びる板状の部材であり、その上端には、ハンド４００の棒状部材４０１および以下に説明するレール土台６０１、レール部材６０２との干渉を避けるための切り欠き２００ｄが形成される。支持部材２００ｃはそれぞれ、Ｚ方向に移動可能になっている。
【0039】
上述のとおり、研磨装置１００は、基板３００を研磨するための複数の研磨ヘッド２０１を含んでいる。図５に示すように、複数の研磨ヘッド２０１はＹ方向に沿って配置されている。研磨装置１００は、複数の研磨ヘッド２０１を第１の方向（Ｘ方向）に沿って移動させるための第１の駆動機構５００を含む。第１の駆動機構５００は、Ｘ方向に沿って伸び、複数の研磨ヘッド２０１を挟んで一対に設けられたレール土台５０１と、レール土台５０１の上面に配置されＸ方向に沿って伸びる一対のレール部材５０２と、を含む。第１の駆動機構５００は、レール部材５０２に沿って移動可能な一対の支持台５０３と、一対の支持台５０３にわたってＹ方向に伸び、支持台５０３に支持される桁部材５０４と、を含む。複数の研磨ヘッド２０１は、桁部材５０４に吊り下げられて保持される。図８は、複数の研磨ヘッド２０１の第１の方向（Ｘ方向）の移動を示す図である。図８において工具再生部材２１１が設けられている側をＸ方向の上流側とすると、第１の駆動機構５００は、ラックピニオン、電動シリンダ、アクチュエータなどの公知の機構によって支持台５０３をレール部材５０２に沿ってＸ方向の下流側へ移動させることによって、複数の研磨ヘッド２０１をＸ方向に移動させることができる。
【0040】
また、研磨装置１００は、複数の研磨ヘッド２０１を第２の方向（Ｙ方向）に移動させる第４の駆動機構５５０を含む。図９は、第４の駆動機構５５０を模式的に示す図である。図９に示すように、第４の駆動機構５５０は、例えば、桁部材５０４の下面に設けられＹ方向に沿って伸びるレール部材５５１と、レール部材５５１に沿って移動可能な支持台５５２と、を含んで構成することができる。複数の研磨ヘッド２０１は、支持台５５２に吊り下げられて保持される。第４の駆動機構５５０は、ラックピニオン、電動シリンダ、アクチュエータなどの公知の機構によって支持台５５２をＹ方向に沿って移動させることによって、複数の研磨ヘッド２０１をＹ方向に移動させることができる。
【0041】
また、上述のとおり、研磨装置１００は、マスク２１０を含む。マスク２１０は、基板３００と同一の厚みを有する枠形状の板状部材であり、図６，８に示すように、基板３００の４辺の周囲を囲んで配置される。マスク２１０は、研磨時における基板３００のＺ方向の配置位置と同じ高さで一対のレール土台５０１に固定されている。マスク２１０を設
けることによって、上述のとおり、基板３００の周縁部において研磨ヘッド２０１の押し付け力が集中して研磨レートが極端に上昇することを抑制することができる。
けることによって、上述のとおり、基板３００の周縁部において研磨ヘッド２０１の押し付け力が集中して研磨レートが極端に上昇することを抑制することができる。
【0042】
図１０は、ステージの構成を模式的に示す図である。図１０に示すように、研磨装置１００は、第２の方向（Ｙ方向）に伸びるステージ２０２を含む。図１０において研磨ヘッド２０１の図示を省略しているが、ステージ２０２は、基板３００を挟んで複数の研磨ヘッド２０１に対向して配置される。ステージ２０２は、複数の研磨ヘッド２０１に対して基板３００を加圧するための加圧機構２０８を含む。
【0043】
図１１は、加圧機構２０８の構成を模式的に示す斜視図である。図１２は、加圧機構２０８およびガイド部材２９０の構成を模式的に示す断面図である。図１０～図１２に示すように、加圧機構２０８は、Ｙ方向に沿って伸びる基台２２２と、基台２２２上に配置された複数の袋状部材２２４と、複数の袋状部材２２４に流体を供給するための流体供給部材２２６と、を含む。複数の袋状部材２２４は、複数の研磨ヘッド２０１の数に対応して設けられ、Ｙ方向に沿って配列される。
【0044】
袋状部材２２４は、例えばエアバッグであり、流体供給部材２２６は、エアバッグに空気を供給するように構成される。流体供給部材２２６から袋状部材２２４に流体を供給することによって袋状部材２２４が膨張し、基板３００を複数の研磨ヘッド２０１に押圧するようになっている。すなわち、本実施形態の研磨装置１００は、研磨ヘッド２０１を研磨基準として、基板３００の被研磨面の反対側（裏面）から袋状部材２２４によって基板３００を研磨ヘッド２０１へ押し付けながら、基板全面のどこにおいても一定厚を除去する表面基準研磨を行うようになっている。
【0045】
袋状部材２２４の基板３００と接触する面は、摩擦抵抗が小さく、耐摩耗性が高いことが望ましい。袋状部材２２４をこのような材料で製造できない場合は、これらの特性を持つ保護シート２２８（例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）シート）を袋状部材２２４の上面に貼り付け、劣化したらその都度貼り替えるという運用を行っても良い。また、袋状部材２２４の上面に例えばＰＴＦＥコーティングを施してもよい。本実施形態の袋状部材２２４は例えばシリコンゴムなどの材料を環状（ドーナツ状）に成形して作成することができる。袋状部材２２４を環状に成形することによって袋状部材２２４の中央には穴２２４ａが形成される。加圧機構２０８は、穴２２４ａを介して袋状部材２２４と基板３００との間に流体（例えば純水や界面活性剤等を含む薬液）を供給するための流体供給部材２２７を含む。流体供給部材２２７から流体を供給することによって、袋状部材２２４と基板３００との間の摩擦抵抗を小さくするとともに両者の摺動に伴う発熱を抑制することができる。
【0046】
図１２に示すように、研磨装置１００は、ステージ２０２の第１の方向（Ｘ方向）の両端部に配置されたガイド部材２９０を含む。ガイド部材２９０は、ステージ２０２の上面と同等の高さに配置された第１の端部２９０ａと、ステージ２０２の上面より低い位置に配置された第２の端部２９０ｂと、第１の端部２９０ａと第２の端部２９０ｂとの間に設けられた傾斜２９０ｃと、を有する。ガイド部材２９０は、研磨ヘッド２０１およびステージ２０２がマスク２１０を挟んでいる状態から基板３００を挟む状態へ移動する際に、基板３００やステージ２０２が破損することを防止するための部材である。
【0047】
図１３は、研磨ヘッド２０１およびステージ２０２がマスク２１０を挟んでいる状態から基板３００を挟む状態へ移動する際の、ガイド部材２９０の役割を模式的に示す図である。図１３において破線で示すように、基板３００の端部３００ａは自重により垂れ下がっている場合がある。この場合、ガイド部材２９０を有さないステージ２０２がマスク２１０の下部から基板３００の下部へ移動すると、ステージ２０２が基板３００の垂れ下が
った端部３００ａに干渉して基板３００が破損するおそれがある。また、ステージ２０２と基板３００の垂れ下がった端部３００ａが干渉すると、ステージ２０２が破損するおそれもある。例えばステージ２０２が袋状部材２２４を含んでいる場合、袋状部材２２４の側面に基板３００の垂れ下がった部分３００ａが押し付けられると、袋状部材２２４が破裂するおそれがある。これに対して、ガイド部材２９０は、ステージ２０２がマスク２１０の下部から基板３００の下部へ移動する際に、基板３００の垂れ下がった端部３００ａを第２の端部２９０ｂおよび傾斜２９０ｃによって持ち上げて研磨ヘッド２０１とステージ２０２との間に導くことができる。これにより、基板３００の破損を防止することができる。図１４は、ガイド部材２９０の変形例を示す図である。図１４に示すように、ガイド部材２９０´は、ステージ２０２から遠ざかるにしたがって上面の高さが低くなる複数の滑車２９１ａ、２９１ｃ、２９１ｂを含んで構成することもできる。滑車２９１ａの上面の第１の端部２９０ａ´と、滑車２９１ｂの上面の第２の端部２９０ｂ´との間には、滑車２９１ａ、２９１ｃ、２９１ｂの上面を結ぶ仮想的な傾斜２９０ｃ´が形成される。これにより、ガイド部材２９０´は、ステージ２０２がマスク２１０の下部から基板３００の下部へ移動する際に、基板３００の垂れ下がった端部３００ａを第２の端部２９０ｂ´および傾斜２９０ｃ´によって持ち上げて研磨ヘッド２０１とステージ２０２との間に導くことができる。
った端部３００ａに干渉して基板３００が破損するおそれがある。また、ステージ２０２と基板３００の垂れ下がった端部３００ａが干渉すると、ステージ２０２が破損するおそれもある。例えばステージ２０２が袋状部材２２４を含んでいる場合、袋状部材２２４の側面に基板３００の垂れ下がった部分３００ａが押し付けられると、袋状部材２２４が破裂するおそれがある。これに対して、ガイド部材２９０は、ステージ２０２がマスク２１０の下部から基板３００の下部へ移動する際に、基板３００の垂れ下がった端部３００ａを第２の端部２９０ｂおよび傾斜２９０ｃによって持ち上げて研磨ヘッド２０１とステージ２０２との間に導くことができる。これにより、基板３００の破損を防止することができる。図１４は、ガイド部材２９０の変形例を示す図である。図１４に示すように、ガイド部材２９０´は、ステージ２０２から遠ざかるにしたがって上面の高さが低くなる複数の滑車２９１ａ、２９１ｃ、２９１ｂを含んで構成することもできる。滑車２９１ａの上面の第１の端部２９０ａ´と、滑車２９１ｂの上面の第２の端部２９０ｂ´との間には、滑車２９１ａ、２９１ｃ、２９１ｂの上面を結ぶ仮想的な傾斜２９０ｃ´が形成される。これにより、ガイド部材２９０´は、ステージ２０２がマスク２１０の下部から基板３００の下部へ移動する際に、基板３００の垂れ下がった端部３００ａを第２の端部２９０ｂ´および傾斜２９０ｃ´によって持ち上げて研磨ヘッド２０１とステージ２０２との間に導くことができる。
【0048】
図１０に示すように、研磨装置１００は、ステージ２０２を第１の方向（Ｘ方向）に移動させるための第２の駆動機構６００を含む。第２の駆動機構６００は、Ｘ方向に沿って伸び、相互に間隔をあけて配置された３本のレール土台６０１と、３本のレール土台６０１それぞれの上面に配置されＸ方向に沿って伸びるレール部材６０２と、を含む。第２の駆動機構６００は、３本のレール土台６０１にわたってＹ方向に伸び、レール土台６０１に支持され、レール部材６０２に沿って移動可能な桁部材６０４を含む。ステージ２０２は、桁部材６０４上に保持される。図１５は、ステージ２０２の第１の方向（Ｘ方向）の移動を示す図である。図１５に示すように、第２の駆動機構６００は、ラックピニオン、電動シリンダ、アクチュエータなどの公知の機構によって桁部材６０４をレール部材６０２に沿ってＸ方向の下流側へ移動させることによって、ステージ２０２をＸ方向に移動させることができる。上述の第１の駆動機構５００と第２の駆動機構６００は、複数の研磨ヘッド２０１とステージ２０２とを同期してＸ方向に移動させることができる。また、本実施形態では、第１の駆動機構５００と第２の駆動機構６００を別部材として説明したが、これらは複数の研磨ヘッド２０１とステージ２０２とを同期してＸ方向に移動させる一体の部材であってもよい。この場合、研磨装置１００は、複数の研磨ヘッド２０１とステージ２０２とを機械的に連結したり切り離したりすることができる連結機構を含んでいてもよい。一体化された駆動機構は、基板３００の研磨を行う際には、連結機構によって複数の研磨ヘッド２０１とステージ２０２とを連結し、第１の駆動機構５００におけるラックピニオン、電動シリンダ、アクチュエータなどの公知の機構を用いて、支持台５０３をＸ方向に移動させることにより、複数の研磨ヘッド２０１とステージ２０２とを同期してＸ方向に移動させることができる。一方、一体化された駆動機構は、研磨工具３０２のドレッシングを行う際には、両者を切り離して、第１の駆動機構５００におけるラックピニオン、電動シリンダ、アクチュエータなどの公知の機構を用いて、支持台５０３をＸ方向に移動させることにより、複数の研磨ヘッド２０１のみを工具再生部材２１１まで移動させることができる。
【0049】
また、研磨装置１００は、ステージ２０２を第２の方向（Ｙ方向）に移動させる第５の駆動機構６５０を含む。図１５に示すように、第５の駆動機構６５０は、桁部材６０４の上面に設けられＹ方向に沿って伸びるレール部材６５１と、レール部材６５１に沿って移動可能な支持台６５２と、を含んで構成することができる。ステージ２０２は、支持台６５２上に保持される。第５の駆動機構６５０は、ラックピニオン、電動シリンダ、アクチュエータなどの公知の機構によって支持台６５２をＹ方向に沿って移動させることによっ
て、ステージ２０２をＹ方向に移動させることができる。上述の第４の駆動機構５５０と第５の機構６５０は、複数の研磨ヘッド２０１とステージ２０２とを同期してＹ方向に移動させることができる。また、本実施形態では、第４の駆動機構５５０と第５の駆動機構６５０を別部材として説明したが、これらは複数の研磨ヘッド２０１とステージ２０２とを同期してＹ方向に移動させる一体の部材であってもよい。この場合、一体化された駆動機構は、基板３００の研磨を行う際には、上述の連結機構によって複数の研磨ヘッド２０１とステージ２０２とを連結し、例えば第４の駆動機構５５０におけるラックピニオン、電動シリンダ、アクチュエータなどの公知の機構を用いて、支持台５５２をＹ方向に移動させることにより、複数の研磨ヘッド２０１とステージ２０２とを同期してＹ方向に移動させることができる。第５の駆動機構６５０におけるラックピニオン、電動シリンダ、アクチュエータなどの公知の機構を用いて、支持台６５２をＹ方向に移動させることにより、複数の研磨ヘッド２０１とステージ２０２とを同期してＹ方向に移動させてもよい。
て、ステージ２０２をＹ方向に移動させることができる。上述の第４の駆動機構５５０と第５の機構６５０は、複数の研磨ヘッド２０１とステージ２０２とを同期してＹ方向に移動させることができる。また、本実施形態では、第４の駆動機構５５０と第５の駆動機構６５０を別部材として説明したが、これらは複数の研磨ヘッド２０１とステージ２０２とを同期してＹ方向に移動させる一体の部材であってもよい。この場合、一体化された駆動機構は、基板３００の研磨を行う際には、上述の連結機構によって複数の研磨ヘッド２０１とステージ２０２とを連結し、例えば第４の駆動機構５５０におけるラックピニオン、電動シリンダ、アクチュエータなどの公知の機構を用いて、支持台５５２をＹ方向に移動させることにより、複数の研磨ヘッド２０１とステージ２０２とを同期してＹ方向に移動させることができる。第５の駆動機構６５０におけるラックピニオン、電動シリンダ、アクチュエータなどの公知の機構を用いて、支持台６５２をＹ方向に移動させることにより、複数の研磨ヘッド２０１とステージ２０２とを同期してＹ方向に移動させてもよい。
【0050】
図１０，１５に示すように、研磨装置１００は、ステージ２０２の第１の方向（Ｘ方向）の移動に応じて複数の基板保持機構２００を上下方向（Ｚ方向）に移動させるための第３の駆動機構２８０を含む。複数の基板保持機構２００は基板３００を保持するための部材であるが、ステージ２０２が存在する領域においてはステージ２０２と干渉する。そこで、第３の駆動機構２８０は、ステージ２０２と干渉する領域における基板保持機構２００の支持部材２００ｂを下方向に退避させるようになっている。
【0051】
具体的には、図１０に示す状態では、破線で囲んだ領域Ａ内のＹ方向に配列された複数の基板保持機構２００の支持部材２００ｂが下方向に退避する。これに対して、ステージ２０２がＸ方向の下流側に移動した図１５に示す状態では、領域ＡよりもＸ方向の下流側において破線で囲んだ領域Ｂ内のＹ方向に配列された複数の基板保持機構２００の支持部材２００ｂが下方向に退避する一方、領域Ａの複数の基板保持機構２００の支持部材２００ｂは上方向に伸びて基板３００を支持する。なお、第３の駆動機構２８０は、電動シリンダ、アクチュエータなどの公知の機構によって支持部材２００ｂをＺ方向に移動させることができる。
【0052】
次に、研磨装置１００の研磨処理の流れについて説明する。研磨装置１００は、図６に示すようにＸ方向の上流側のマスク２１０上に複数の研磨ヘッド２０１が配置され、そのマスク２１０下にステージ２０２が配置されている状態で、加圧機構２０８による加圧を行いながら複数の研磨ヘッド２０１を回転軸２０３の周りに回転させる。続いて、研磨装置１００は、図８に示すように、複数の研磨ヘッド２０１およびステージ２０２をＸ方向の下流側へ移動させながら基板３００の表面基準研磨を行う。図１６～図１８は、研磨装置１００の研磨処理の流れを説明するための図である。図１６に示すように複数の研磨ヘッド２０１とステージ２０２が下流側のマスク２１０を挟むまで移動したら、研磨装置１００は、加圧機構２０８による加圧を停止するとともに、図１７に示すように複数の研磨ヘッド２０１およびステージ２０２をＹ方向に移動させる。続いて、研磨装置１００は、加圧機構２０８による加圧を再開するとともに、図１８に示すように、複数の研磨ヘッド２０１およびステージ２０２をＸ方向の上流側へ移動させる。研磨装置１００は、複数の研磨ヘッド２０１とステージ２０２が上流側のマスク２１０を挟むまで移動したら、加圧機構２０８による加圧を停止するとともに、複数の研磨ヘッド２０１とステージ２０２のＹ方向の位置をずらして、上記のようなＸ方向の走査を繰り返す。
【0053】
図１９は、複数の研磨ヘッド２０１とステージ２０２の走査例を示す図である。図１９（ａ）に示すように、研磨装置１００は、２つのストローク間でＹ方向の位置を変えながら複数の研磨ヘッド２０１とステージ２０２をＸ方向に往復移動させることができる。また、図１９（ｂ）に示すように、研磨装置１００は、４つのストローク間でＹ方向の位置を変えながら複数の研磨ヘッド２０１とステージ２０２をＸ方向に往復移動させてもよい
。また、図１９（ｃ）に示すように、研磨装置１００は、８つのストローク間でＹ方向の位置を変えながら複数の研磨ヘッド２０１とステージ２０２をＸ方向に往復移動させてもよい。研磨装置１００は、図１９に示すように、往復ストローク数を増やすことによって、研磨ヘッド２０１のＹ方向の位置を変える距離（ステップ距離）が小さくなるので、基板３００を均一に研磨することができる。なお、図１９ではストローク数が２、４、８の場合を例示したが、ストローク数は任意である。ストローク数が偶数であれば、研磨ヘッド２０１およびステージ２０２のＸ方向の移動を全て研磨に利用することができるが、奇数であってもかまわない。ストローク数が奇数の場合は、研磨開始前、または、研磨終了後に、研磨ヘッド２０１が基板３００に接しない状態で、研磨ヘッド２０１とステージ２０２をＸ方向に移動させることが必要となる。
。また、図１９（ｃ）に示すように、研磨装置１００は、８つのストローク間でＹ方向の位置を変えながら複数の研磨ヘッド２０１とステージ２０２をＸ方向に往復移動させてもよい。研磨装置１００は、図１９に示すように、往復ストローク数を増やすことによって、研磨ヘッド２０１のＹ方向の位置を変える距離（ステップ距離）が小さくなるので、基板３００を均一に研磨することができる。なお、図１９ではストローク数が２、４、８の場合を例示したが、ストローク数は任意である。ストローク数が偶数であれば、研磨ヘッド２０１およびステージ２０２のＸ方向の移動を全て研磨に利用することができるが、奇数であってもかまわない。ストローク数が奇数の場合は、研磨開始前、または、研磨終了後に、研磨ヘッド２０１が基板３００に接しない状態で、研磨ヘッド２０１とステージ２０２をＸ方向に移動させることが必要となる。
【0054】
ここで、研磨ヘッド２０１のＸ方向の移動速度が低速であれば基板３００の研磨量は大きくなり、高速であれば基板３００の研磨量は小さくなる。すなわち、研磨ヘッド２０１のＸ方向の移動速度と基板３００の研磨量は反比例する。したがって、基板３００の研磨中に研磨ヘッド２０１のＸ方向の移動速度が変動すると、基板３００の研磨量が部位によって変わり、その結果研磨ムラが生じるので好ましくない。これに対して、研磨装置１００は、基板３００の長手方向の範囲内にある等速領域αにおいて、一定の速度で複数の研磨ヘッド２０１およびステージ２０２をＸ方向に移動させる。一方、研磨装置１００は、基板３００の長手方向の範囲外にある加減速領域βにおいて複数の研磨ヘッド２０１およびステージ２０２のＸ方向の移動を減速して停止させるとともに、Ｙ方向に位置をずらした後、Ｘ方向の移動を開始して加速させることができる。このように、研磨装置１００は、基板３００の長手方向の範囲内において、つまり基板３００の研磨中に、一定の速度で複数の研磨ヘッド２０１およびステージ２０２を移動させることによって、基板３００を均一に研磨することができる。
【0055】
図２０，２１は、研磨装置１００の研磨処理後の流れを説明するための図である。基板３００の研磨処理が終了すると、あるいは、基板３００の研磨中に研磨工具３０２が使用できなくなった場合には、図２０に示すように、研磨装置１００は、複数の研磨ヘッド２０１をＸ方向の最上流へ移動させて、工具再生部材２１１を用いて研磨工具３０２の再生処理（ドレッシング）を行う。研磨工具３０２の再生処理を行っている間に、研磨装置１００は、基板３００の搬出処理を行う。すなわち、研磨装置１００は、ハンド４００を基板３００の下方に差し込み、基板保持機構２００の支持部材２００ｂまたは２００ｃを下降させることによってハンド４００に基板３００を乗せ、図２１に示すように、ハンド４００をＸ方向の下流側へ退避させることによって基板３００を搬出する。
【0056】
第１の実施形態の研磨装置１００は、表面基準研磨に好適である。すなわち、本実施形態のように大型の基板３００を小径の研磨ヘッド２０１を用いてフェースアップ式で研磨する場合、従来は裏面基準研磨を行うのが一般的であった。表面基準研磨を行うためには、基板３００の裏面にエアバッグなどの加圧機構を設けることになるが、基板３００全体を加圧すると研磨ヘッドが存在しない領域まで加圧することになり基板３００を破損するおそれがある。これに対して第１の実施形態の研磨装置１００は、複数の研磨ヘッド２０１の大きさに対応する大きさのステージ２０２が複数の研磨ヘッド２０１と同期してＸ方向に移動するように構成されおり、研磨ヘッド２０１が存在する領域のみ基板３００を押圧することができるので、大型の基板３００であっても好適に表面基準研磨を行うことができる。
【0057】
＜第２の実施形態：静圧方式を用いた表面基準研磨＞
次に、第２の実施形態の研磨装置１００の構成を説明する。第２の実施形態は、上述の加圧機構２０８として静圧方式を用いた研磨装置１００である。第２の実施形態は、加圧機構２０８の構成が異なる以外は、第１の実施形態と同様である。第１の実施形態と重複
する構成の説明は省略する。
次に、第２の実施形態の研磨装置１００の構成を説明する。第２の実施形態は、上述の加圧機構２０８として静圧方式を用いた研磨装置１００である。第２の実施形態は、加圧機構２０８の構成が異なる以外は、第１の実施形態と同様である。第１の実施形態と重複
する構成の説明は省略する。
【0058】
図２２は、加圧機構２０８およびガイド部材２９０の構成を模式的に示す断面図である。図２２に示すように、加圧機構２０８は、第１の実施形態と同様にＹ方向に沿って伸びる基台２２２と、基台２２２上に配置された加圧部材２２５と、を含む。加圧部材２２５は、Ｙ方向に沿って伸びており、複数の研磨ヘッド２０１が存在する領域に対応して設けられる。加圧部材２２５は、基板３００との対向面２２５ａに複数の孔２２５ｂが形成されている。加圧機構２０８は、加圧部材２２５の複数の孔２２５ｂに連通する流路に流体を供給するための流体供給部材２２６を含む。
【0059】
流体供給部材２２６は、加圧部材２２５に対して例えば空気などの流体を供給するように構成される。流体供給部材２２６から加圧部材２２５に流体を供給することによって複数の孔２２５ｂから流体が吹き出し、基板３００を複数の研磨ヘッド２０１に押圧するようになっている。すなわち、本実施形態の研磨装置１００は、研磨ヘッド２０１を研磨基準として、基板３００の被研磨面の反対側（裏面）から加圧部材２２５によって基板３００を研磨ヘッド２０１へ押し付けながら、基板全面のどこにおいても一定厚を除去する表面基準研磨を行うようになっている。なお、加圧部材２２５は、図２２に示したような構造に限らず、多数の細孔が形成された多孔質体を含んで構成されてもよい。この場合、流体供給部材２２６から多孔質体に供給された流体は、多孔質体の基板３００との対向面から吹き出し、基板３００を複数の研磨ヘッド２０１に押圧する。多孔質体の側面に流体を遮蔽する遮蔽部材を設けることによって、多孔質体の基板３００との対向面からのみ流体が吹き出すようにしてもよい。
【0060】
第２の実施形態の研磨装置１００によれば、第１の実施形態と同様に、表面基準研磨に好適である。
【0061】
＜第３の実施形態：定盤を用いた裏面基準研磨＞
次に、第３の実施形態の研磨装置１００の構成を説明する。第３の実施形態の研磨装置１００は、上述の加圧機構２０８の代わりに定盤を用い、上下動機構２０７が基板３００を加圧するように構成される。第３の実施形態は、加圧機構２０８の代わりに定盤を用い、上下動機構２０７が基板３００を加圧する以外は、第１の実施形態と同様である。第１の実施形態と重複する構成の説明は省略する。
次に、第３の実施形態の研磨装置１００の構成を説明する。第３の実施形態の研磨装置１００は、上述の加圧機構２０８の代わりに定盤を用い、上下動機構２０７が基板３００を加圧するように構成される。第３の実施形態は、加圧機構２０８の代わりに定盤を用い、上下動機構２０７が基板３００を加圧する以外は、第１の実施形態と同様である。第１の実施形態と重複する構成の説明は省略する。
【0062】
図２３は、定盤２２９およびガイド部材２９０の構成を模式的に示す斜視図である。図２３に示すように、ステージ２０２は、第１の実施形態と同様にＹ方向に沿って伸びる基台２２２と、基台２２２上に設けられた定盤２２９と、を含む。定盤２２９は、複数の研磨ヘッド２０１によって加圧される基板３００を支持するための平面２２９ａを有する。定盤２２９の基板３００と接触する平面２２９ａは、摩擦抵抗が小さく、耐摩耗性が高いことが望ましい。定盤２２９をこのような材料で製造できない場合は、これらの特性を持つ保護シート（例えばＰＴＦＥシート）を定盤２２９の上面に貼り付け、劣化したらその都度貼り替えるという運用を行っても良い。また、定盤２２９の上面に例えばＰＴＦＥコーティングを施してもよい。
【0063】
図２４は、定盤の構成を模式的に示す斜視図である。図２４に示すように、本実施形態の定盤２２９の平面２２９ａにはＹ方向に沿って複数の孔２２９ｂが形成される。研磨装置１００は、孔２２９ｂを介して定盤２２９と基板３００との間に流体（例えば純水）を供給するための流体供給部材２２７を含む。流体供給部材２２７から流体を供給することによって、定盤２２９と基板３００との間の摩擦抵抗を小さくするとともに両者の摺動に伴う発熱を抑制することができる。なお、本実施形態では、定盤２２９の平面２２９ａのＸ方向の中央においてＹ方向に沿って複数の孔２２９ｂが形成される例を示したが、これ
に限定されない。図２５は、定盤の変形例の構成を模式的に示す斜視図である。図２５に示すように、定盤２２９の平面２２９ａのＸ方向の両端部においてＹ方向に沿って複数の孔２２９ｃ、２２９ｄを形成することもできる。これにより、ステージ２０２がＸ方向に移動する際に、常に進行方向の前方の孔（複数の孔２２９ｃまたは複数の孔２２９ｄ）から流体を供給することができるので、定盤２２９全体の潤滑を行うことができる。例えば、研磨装置１００は、複数の孔２２９ｃおよび複数の孔２２９ｄのいずれか一方から流体を供給するように切り替え可能な切り替え機構（例えば切り替え弁）を含み得る。研磨装置１００は、切り替え機構を用いて、ステージ２０２の進行方向の前方の複数の孔からのみ流体を供給することによって、流体の使用量を抑制するとともに、定盤２２９全体の潤滑を行うことができる。
に限定されない。図２５は、定盤の変形例の構成を模式的に示す斜視図である。図２５に示すように、定盤２２９の平面２２９ａのＸ方向の両端部においてＹ方向に沿って複数の孔２２９ｃ、２２９ｄを形成することもできる。これにより、ステージ２０２がＸ方向に移動する際に、常に進行方向の前方の孔（複数の孔２２９ｃまたは複数の孔２２９ｄ）から流体を供給することができるので、定盤２２９全体の潤滑を行うことができる。例えば、研磨装置１００は、複数の孔２２９ｃおよび複数の孔２２９ｄのいずれか一方から流体を供給するように切り替え可能な切り替え機構（例えば切り替え弁）を含み得る。研磨装置１００は、切り替え機構を用いて、ステージ２０２の進行方向の前方の複数の孔からのみ流体を供給することによって、流体の使用量を抑制するとともに、定盤２２９全体の潤滑を行うことができる。
【0064】
第３の実施形態の研磨装置１００によれば、安価な小型の定盤２２９を用いて裏面基準研磨を好適に行うことができる。すなわち、本実施形態のように大型の基板３００を小径の研磨ヘッド２０１を用いてフェースアップ式で研磨する場合、従来の裏面基準研磨では、基板３００全体を支持する大型の定盤を用いるのが一般的であった。裏面基準研磨を精度良く実行するためには高い面精度の平面を有する定盤が必要であるが、高い面精度の平面を有する大型の定盤は高価であるため、研磨装置のコストが高騰する。これに対して第３の実施形態の研磨装置１００は、ステージ２０２が複数の研磨ヘッド２０１と同期して第１の方向に移動するように構成されている。したがって、定盤は複数の研磨ヘッド２０１の大きさに対応する大きさがあればよいので、大型の基板３００を研磨する場合であっても安価な小型の定盤２２９を用いて裏面基準研磨を行うことができる。
【0065】
以上のように、第１の実施形態から第３の実施形態によれば、フェースアップ式の研磨装置において、好適に表面基準研磨を行うことができるとともに裏面基準研磨に対応することができる。すなわち、表面基準研磨を行う場合には、第１の実施形態または第２の実施形態で説明したステージ２０２を採用すればよいし、裏面基準研磨を行う場合には、第３の実施形態で説明したステージ２０２を採用すればよい。このように、１台の研磨装置１００であっても、ステージ２０２を交換することによって、表面基準研磨、裏面基準研磨のどちらにも対応することができる。
【0066】
＜研磨方法＞
次に、上記のいずれかの実施形態の研磨装置１００を用いて行う研磨方法について説明する。図２６は、本実施形態の研磨方法を示すフローチャートである。図２６に示すように、本実施形態の研磨方法は、まず、ハンド４００を用いて基板３００の搬入処理を行う（搬入ステップ１０２）。搬入ステップ１０２では、上記のとおり、支持部材２００ｂが下降した状態で、ハンド４００に搭載された基板３００が支持部材２００ｂの上端よりも高い位置においてＸ方向に沿って複数の基板保持機構２００上に搬送される。
次に、上記のいずれかの実施形態の研磨装置１００を用いて行う研磨方法について説明する。図２６は、本実施形態の研磨方法を示すフローチャートである。図２６に示すように、本実施形態の研磨方法は、まず、ハンド４００を用いて基板３００の搬入処理を行う（搬入ステップ１０２）。搬入ステップ１０２では、上記のとおり、支持部材２００ｂが下降した状態で、ハンド４００に搭載された基板３００が支持部材２００ｂの上端よりも高い位置においてＸ方向に沿って複数の基板保持機構２００上に搬送される。
【0067】
基板３００が複数の基板保持機構２００上の所定の位置まで搬送されたら、研磨方法は、複数の基板保持機構２００を用いて基板３００の設置処理を行う（設置ステップ１０４）。設置ステップ１０４では、上記のとおり、支持部材２００ｂを上昇させることによって、基板保持機構２００が基板３００を受け取り、これにより、基板３００が複数の基板保持機構２００に設置される。基板保持機構２００が基板３００を受け取ったらハンド４００はＸ方向に沿って退避する。
【0068】
続いて、研磨方法は、第１の駆動機構５００および第２の駆動機構６００を用いて、Ｘ方向の上流側のマスク２１０の端部の研磨開始位置に複数の研磨ヘッド２０１とステージ２０２を移動させる（移動ステップ１０５）。続いて、研磨方法は、回転機構２０４を用いて複数の研磨ヘッド２０１を回転させるとともに研磨ヘッド２０１の薬液供給孔２０５から薬液（砥液、水や純水）を供給させて研磨を開始する（研磨ステップ１０６）。続い
て、研磨方法は、複数の研磨ヘッド２０１とステージ２０２によってマスク２１０を挟んで加圧を開始する（加圧ステップ１０８）。加圧ステップ１０８は、第１および第２の実施形態のようにステージ２０２が加圧機構２０８を含んでいる場合には、ステージ２０２側からマスク２１０を研磨ヘッド２０１側へ押圧して行われる。一方、加圧ステップ１０８は、第３の実施形態のようにステージ２０２が定盤２２９を含んでいる場合には、研磨ヘッド２０１側からマスク２１０をステージ２０２側へ押圧して行われる。研磨ステップ１０６および加圧ステップ１０８は以下に説明するように複数の研磨ヘッド２０１とステージ２０２をＸ方向に走査する間も継続して行われるので、複数の研磨ヘッド２０１とステージ２０２が基板３００を挟んでいる間は基板３００を加圧することになる。
て、研磨方法は、複数の研磨ヘッド２０１とステージ２０２によってマスク２１０を挟んで加圧を開始する（加圧ステップ１０８）。加圧ステップ１０８は、第１および第２の実施形態のようにステージ２０２が加圧機構２０８を含んでいる場合には、ステージ２０２側からマスク２１０を研磨ヘッド２０１側へ押圧して行われる。一方、加圧ステップ１０８は、第３の実施形態のようにステージ２０２が定盤２２９を含んでいる場合には、研磨ヘッド２０１側からマスク２１０をステージ２０２側へ押圧して行われる。研磨ステップ１０６および加圧ステップ１０８は以下に説明するように複数の研磨ヘッド２０１とステージ２０２をＸ方向に走査する間も継続して行われるので、複数の研磨ヘッド２０１とステージ２０２が基板３００を挟んでいる間は基板３００を加圧することになる。
【0069】
続いて、研磨方法は、研磨ステップ１０６および加圧ステップ１０８を行いながら第１の駆動機構５００および第２の駆動機構６００を用いて複数の研磨ヘッド２０１とステージ２０２を第１の方向（Ｘ方向）に移動させる（走査ステップ１１０）。
【0070】
続いて、研磨方法は、走査ステップ１１０におけるステージ２０２のＸ方向の移動に応じて第３の駆動機構２８０を用いて複数の基板保持機構２００を上下方向（Ｚ方向）に移動させる（上下駆動ステップ１１２）。上下駆動ステップ１１２は、ステージ２０２が接近している基板保持機構２００を下降させてステージ２０２との干渉を防ぐとともに、ステージ２０２が通過したら下降させた基板保持機構２００を上昇させて再度基板３００を支持させることによって行われる。
【0071】
続いて、研磨方法は、走査ステップ１１０によって複数の研磨ヘッド２０１とステージ２０２が反対側のマスク２１０に到達したか否かを判定する（判定ステップ１１３）。研磨方法は、複数の研磨ヘッド２０１とステージ２０２が反対側のマスク２１０に到達していないと判定されたら（判定ステップ１１３、Ｎｏ）、走査ステップ１１０へ戻って処理を繰り返す。一方、研磨方法は、複数の研磨ヘッド２０１とステージ２０２が反対側のマスク２１０に到達したと判定されたら（判定ステップ１１３、Ｙｅｓ）、加圧ステップ１０８による加圧を解除し（ステップ１１４）、基板３００の研磨処理が終了したか否かを判定する（判定ステップ１１６）。
【0072】
研磨方法は、基板３００の研磨処理が終了していないと判定された場合には（判定ステップ１１６、Ｎｏ）、現在使用中の研磨工具３０２を前回ドレッシングした後の研磨時間またはＸ方向のストローク回数などに基づいて、研磨工具３０２の再生が必要か否かを判定する（判定ステップ１１７）。研磨方法は、研磨工具３０２の再生が必要であると判定された場合には（判定ステップ１１７、Ｙｅｓ）、研磨ヘッド２０１の回転を停止させる（ステップ１１８）。続いて、研磨方法は、第１の駆動機構５００を用いて複数の研磨ヘッド２０１を工具再生部材２１１の位置へ移動させ、工具再生部材２１１を用いて研磨工具３０２のドレッシングを行う（ドレッシングステップ１１９）。研磨方法は、ドレッシングステップ１１９が終了したら、移動ステップ１０５へ戻って処理を繰り返す。一方、研磨方法は、研磨工具３０２の再生が不要であると判定された場合には（判定ステップ１１７、Ｎｏ）、第４の駆動機構５５０を用いて複数の研磨ヘッド２０１を第２の方向（Ｙ方向）に移動させる（移動ステップ１２０）。移動ステップ１２０は、第１および第２の実施形態のようにステージ２０２が加圧機構２０８を含む場合には、第５の駆動機構６５０を用いて複数の研磨ヘッド２０１と同期してステージ２０２もＹ方向に移動させる。また、移動ステップ１２０は、第３の実施形態のようにステージ２０２が定盤２２９を含むが、定盤２２９のＹ方向の長さが複数の研磨ヘッド２０１のＹ方向の長さと同等である場合には、第５の駆動機構６５０を用いて複数の研磨ヘッド２０１と同期してステージ２０２もＹ方向に移動させる。一方、移動ステップ１２０は、第３の実施形態のようにステージ２０２が定盤２２９を含み、定盤２２９のＹ方向の長さが複数の研磨ヘッド２０１のＹ方向の長さとＹ方向の移動分とを併せた長さ以上である場合には、ステージ２０２をＹ方
向へ移動させなくてもよい。研磨方法は、移動ステップ１２０の後、加圧ステップ１０８へ戻って処理を繰り返す。
向へ移動させなくてもよい。研磨方法は、移動ステップ１２０の後、加圧ステップ１０８へ戻って処理を繰り返す。
【0073】
研磨方法は、基板３００の研磨処理が終了したと判定された場合には（判定ステップ１１６、Ｙｅｓ）、研磨ヘッド２０１の回転を停止させる（ステップ１２２）。続いて、研磨方法は、第１の駆動機構５００を用いて複数の研磨ヘッド２０１を工具再生部材２１１の位置へ移動させ、工具再生部材２１１を用いて研磨工具３０２のドレッシングを行う（ドレッシングステップ１２４）。次に、研磨方法は、ハンド４００を用いて基板３００の搬出処理を行う（搬出ステップ１２６）。搬出ステップ１２６は、ハンド４００を基板３００の下方に差し込み、基板保持機構２００の支持部材２００ｂを下降させることによってハンド４００に基板３００を乗せ、ハンド４００をＸ方向の下流側へ退避させることによって行われる。
【0074】
以上、いくつかの本発明の実施形態について説明してきたが、上記した発明の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。
【0075】
本願は、一実施形態として、基板の第１の方向に沿って配置された複数の基板保持機構と、前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って配置された複数の研磨ヘッドと、前記複数の研磨ヘッドに対向して前記第２の方向に伸びるステージと、前記複数の研磨ヘッドと前記ステージを前記第１の方向に移動させるための駆動機構と、を含む、研磨装置を開示する。
【0076】
また、本願は、一実施形態として、前記駆動機構は、前記複数の研磨ヘッドを前記第１の方向に移動させるための第１の駆動機構と、前記ステージを前記第１の方向に移動させるための第２の駆動機構と、を含み、前記第１の駆動機構と前記第２の駆動機構は、前記複数の研磨ヘッドと前記ステージを同期して前記第１の方向に移動させるように構成される、研磨装置を開示する。
【0077】
また、本願は、一実施形態として、前記ステージの前記第１の方向の移動に応じて前記複数の基板保持機構を上下方向に移動させるための第３の駆動機構をさらに含む、研磨装置を開示する。
【0078】
また、本願は、一実施形態として、前記基板の周囲を囲み前記基板と同一の厚みを有するマスクをさらに含む、研磨装置を開示する。
【0079】
また、本願は、一実施形態として、前記複数の研磨ヘッドを前記第２の方向に移動させるための第４の駆動機構をさらに含む、研磨装置を開示する。
【0080】
また、本願は、一実施形態として、前記ステージを前記第２の方向に移動させるための第５の駆動機構をさらに含む、研磨装置を開示する。
【0081】
また、本願は、一実施形態として、前記ステージの前記第１の方向の両端部に配置されたガイド部材であって、前記ステージの上面と同等の高さに配置された第１の端部と、前記ステージの上面より低い位置に配置された第２の端部と、前記第１の端部と前記第２の端部との間に設けられた傾斜と、を有するガイド部材をさらに含む、研磨装置を開示する。
【0082】
また、本願は、一実施形態として、前記ステージは、前記複数の研磨ヘッドに対して前記基板を加圧するための加圧機構を含む、研磨装置を開示する。
【0083】
また、本願は、一実施形態として、前記加圧機構は、基台と、前記基台上に配置された袋状部材と、前記袋状部材に流体を供給するための流体供給部材と、を含む、研磨装置を開示する。
【0084】
また、本願は、一実施形態として、前記袋状部材の前記基板との接触面に流体を供給するための流体供給部材をさらに含む、研磨装置を開示する。
【0085】
また、本願は、一実施形態として、前記加圧機構は、基台と、前記基台上に配置され前記基板との対向面に複数の孔が形成された加圧部材と、前記加圧部材の前記複数の孔に連通する流路に流体を供給するための流体供給部材と、を含む、研磨装置を開示する。
【0086】
また、本願は、一実施形態として、前記ステージは、前記複数の研磨ヘッドによって加圧される基板を支持する平面を有する定盤を含む、研磨装置を開示する。
【0087】
また、本願は、一実施形態として、前記定盤の前記平面に流体を供給するための流体供給部材をさらに含む、研磨装置を開示する。
【0088】
また、本願は、一実施形態として、上記のいずれかの研磨装置と、前記研磨装置によって研磨された基板を洗浄するための洗浄装置と、前記洗浄装置によって洗浄された基板を乾燥するための乾燥装置と、前記研磨装置、前記洗浄装置、および前記乾燥装置間で前記基板を搬送するための搬送装置と、を含む処理システムを開示する。
【0089】
また、本願は、一実施形態として、第１の方向に沿って配置された複数の基板保持機構に基板を設置する設置ステップと、前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って配置された複数の研磨ヘッドと、前記複数の研磨ヘッドに対向して前記第２の方向に伸びるステージと、によって前記基板を挟んで加圧する加圧ステップと、前記複数の研磨ヘッドを回転させる研磨ステップと、前記加圧ステップおよび前記研磨ステップを行いながら前記複数の研磨ヘッドと前記ステージを前記第１の方向に移動させる走査ステップと、を含む、研磨方法を開示する。
【0090】
また、本願は、一実施形態として、前記走査ステップにおける前記ステージの前記第１の方向の移動に応じて前記複数の基板保持機構を上下方向に移動させる上下駆動ステップをさらに含む、研磨方法を開示する。
【0091】
また、本願は、一実施形態として、前記加圧ステップおよび前記研磨ステップは、前記基板の周囲を囲み前記基板と同一の厚みを有するマスクを複数の研磨ヘッドと前記ステージとによって挟んだ状態で開始される、研磨方法を開示する。
【0092】
また、本願は、一実施形態として、前記走査ステップによって前記複数の研磨ヘッドと前記ステージが前記マスクに到達したら、前記加圧ステップによる加圧を解除し、前記複数の研磨ヘッドを前記第２の方向に移動させる移動ステップをさらに含む、研磨方法を開示する。
【符号の説明】
【0093】
１００ 研磨装置
２００ 基板保持機構
２０１ 研磨ヘッド
２０２ ステージ
２０８ 加圧機構
２０９ 制御部
２１０ マスク
２１３ 洗浄装置
２１４ 搬送装置
２１５ 乾燥装置
２２４ 袋状部材
２２５ 加圧部材
２２５ｂ 孔
２２６ 流体供給部材
２２７ 流体供給部材
２２９ 定盤
２２９ａ 平面
２２９ｂ 孔
２８０ 第３の駆動機構
２９０ ガイド部材
２９０ａ 第１の端部
２９０ｂ 第２の端部
２９０ｃ 傾斜
３００ 基板
３０２ 研磨工具
５００ 第１の駆動機構
５５０ 第４の駆動機構
６００ 第２の駆動機構
６５０ 第５の駆動機構
１０００ 処理システム
２００ 基板保持機構
２０１ 研磨ヘッド
２０２ ステージ
２０８ 加圧機構
２０９ 制御部
２１０ マスク
２１３ 洗浄装置
２１４ 搬送装置
２１５ 乾燥装置
２２４ 袋状部材
２２５ 加圧部材
２２５ｂ 孔
２２６ 流体供給部材
２２７ 流体供給部材
２２９ 定盤
２２９ａ 平面
２２９ｂ 孔
２８０ 第３の駆動機構
２９０ ガイド部材
２９０ａ 第１の端部
２９０ｂ 第２の端部
２９０ｃ 傾斜
３００ 基板
３０２ 研磨工具
５００ 第１の駆動機構
５５０ 第４の駆動機構
６００ 第２の駆動機構
６５０ 第５の駆動機構
１０００ 処理システム
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】