(57)【要約】【課題】大型ガラス基板等の矩形の大型基板を高い平坦度で均一に研磨することができ、装置全体がコンパクト（小型）で、かつメンテナンス性が良好な基板研磨装置を提供する。【解決手段】矩形の基板Ｇを被研磨面が上向きの状態で保持して回転する基板回転ステージ３１を有した基板保持機構部３と、基板Ｇの被研磨面より小さい研磨面を有する研磨工具１０を保持して回転する研磨ヘッド４１を有し、研磨工具１０を基板Ｇの被研磨面に押圧する研磨ヘッド機構部４と、研磨ヘッド４を支持して研磨ヘッド４１を水平方向に往復運動させる移動機構部５とを備え、基板Ｇを回転させるとともに研磨工具１０を回転させ、研磨工具１０を基板Ｇに押圧しながら、研磨工具１０を基板Ｇの中心部と基板Ｇの外周端との間で往復運動させることにより基板Ｇを研磨する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形の基板を被研磨面が上向きの状態で保持して回転する基板回転ステージを有した基板保持機構部と、
基板の被研磨面より小さい研磨面を有する研磨工具を保持して回転する研磨ヘッドを有し、前記研磨工具を基板の被研磨面に押圧する研磨ヘッド機構部と、
前記研磨ヘッドを支持して該研磨ヘッドを水平方向に往復運動させる移動機構部とを備え、
基板を回転させるとともに前記研磨工具を回転させ、前記研磨工具を基板に押圧しながら基板の中心近傍と基板の外周端近傍との間で往復運動させることにより基板を研磨することを特徴とする基板研磨装置。
【請求項２】
前記基板回転ステージは、基板の外側に、前記研磨工具の研磨面に接触して該研磨面を水平に保つためのガイドプレートを備えることを特徴とする請求項１記載の基板研磨装置。
【請求項３】
前記研磨工具の研磨面が前記ガイドプレートに接触している際に、前記ガイドプレートの上面は基板の被研磨面と同一の高さの平面を形成していることを特徴とする請求項２記載の基板研磨装置。
【請求項４】
前記ガイドプレートは、弾性体を介して前記基板回転ステージに固定されていることを特徴とする請求項２または３記載の基板研磨装置。
【請求項５】
前記ガイドプレートは、外周が円形をなし、内周が基板形状に合致した矩形をなすことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の基板研磨装置。
【請求項６】
前記ガイドプレートは、複数に分割されていることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の基板研磨装置。
【請求項７】
前記基板回転ステージの基板保持面は、基板の外周部を保持する部分に環状の凹部を有し、該凹部に柔軟性を有するクッション材を設けたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の基板研磨装置。
【請求項８】
前記研磨工具の往復運動の延長線上に、前記研磨工具をドレッシングするドレッシング機構部と、前記研磨ヘッドとの間で研磨工具の受け渡しを行う研磨工具受渡し機構部とを配置し、
前記移動機構部は、前記研磨ヘッドを移動させて前記ドレッシング機構部と前記研磨工具受渡し機構部の上方に位置させることが可能であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の基板研磨装置。
【請求項９】
前記研磨工具は、予め装置外部において研磨パッドを研磨プレートに貼り付けることにより製作されており、該研磨工具は、前記研磨工具受渡し機構部において前記研磨ヘッドに着脱が可能であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の基板研磨装置。
【請求項１０】
前記研磨ヘッドは、前記研磨工具を真空吸着により保持する吸着プレートと、該吸着プレートを保持するヘッド本体と、前記吸着プレートの外周を前記ヘッド本体に接続して前記吸着プレートを前記ヘッド本体に対して上下動可能とするダイヤフラムとを備え、
前記吸着プレート、前記ヘッド本体および前記ダイヤフラムにより圧力流体を供給することが可能な圧力室を形成することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の基板研磨装置。
【請求項１１】
前記圧力流体は、正圧の流体からなり、該正圧の流体により前記研磨工具を基板の被研磨面に押圧することを特徴とする請求項１０記載の基板研磨装置。
【請求項１２】
前記圧力流体は、負圧の流体からなり、該負圧の流体により前記研磨工具を基板の被研磨面から離間させることを特徴とする請求項１０記載の基板研磨装置。
【請求項１３】
前記研磨ヘッドの吸着プレートは開口を有し、前記研磨工具は前記吸着プレートの開口と連通可能な開口を有し、前記吸着プレートの開口は、流体供給ラインを介して研磨液供給源と接続可能であり、
研磨液を前記研磨液供給源から前記流体供給ライン、前記吸着プレートの開口および前記研磨工具の開口を介して基板の被研磨面上に供給可能であることを特徴とする請求項１０記載の基板研磨装置。
【請求項１４】
前記研磨プレートは、柔軟性を有する樹脂材からなることを特徴とする請求項９記載の基板研磨装置。
【請求項１５】
前記吸着プレートは、柔軟性を有する樹脂材からなることを特徴とする請求項１０記載の基板研磨装置。
【請求項１６】
デバイス面を上向きの状態にして装置内に搬入された基板を載置する基板ロード部と、
前記基板ロード部に載置された基板を前記基板回転ステージに搬送する搬送ロボットとを備えたことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の基板研磨装置。
【請求項１７】
研磨後の基板を洗浄する洗浄機と、
洗浄後の基板を装置外に搬出するための基板アンロード部とを備えたことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の基板研磨装置。
【請求項１８】
前記ドレッシング機構部は、ダイヤモンドペレットを電着したコンディショナーを有したドレッシングステージと、該ドレッシングステージを収容する容器と、該容器内に純水を供給する純水供給手段とを備えたことを特徴とする請求項８記載の基板研磨装置。
【請求項１９】
矩形の基板を被研磨面が上向きの状態で保持して基板を回転させ、
基板の被研磨面より小さい研磨面を有する研磨工具を回転させるとともに基板の被研磨面に押圧し、
前記研磨工具を基板の被研磨面に押圧しながら基板の中心近傍と基板の外周端近傍との間で往復運動させることにより基板を研磨することを特徴とする基板研磨方法。
【請求項２０】
前記研磨工具に設けた開口より、研磨液を基板の被研磨面に供給することを特徴とする請求項１９記載の基板研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の研磨装置および方法に係り、特に大型のガラス基板などの矩形の大型基板の表面を研磨して平坦化する基板研磨装置および基板研磨方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フラットパネルディスプレイや太陽電池パネルは、透明のガラス基板上に微細な回路形成を施すことにより、画像の表示や電力の発電等の機能を得ることができる。
近年、液晶ディスプレイなどに代表される画像表示装置の大型化が進み、これに使用されるガラス基板のサイズも大型化が進んでいる。さらに製品機能の高性能化に伴い、これらガラス基板へ形成される配線回路の微細化および精度の向上等のために、回路形成の工程内において、スパッタやＣＶＤあるいはめっき等で成膜された回路表面を平坦化する要求がでてきた。
【０００３】
高い平坦度を実現するための従来の技術としては、半導体デバイスの製造に用いるウエハの研磨加工技術が挙げられる。この研磨加工技術のうち、最も重要な技術は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ（Chemical  Mechanical  Polishing））である。この化学的機械的研磨は、研磨装置を用いて、シリカ（ＳｉＯ２）等の砥粒を含んだ研磨液（スラリー）を研磨パッド上に供給しつつ半導体ウエハなどの基板を研磨パッドに摺接させて研磨を行うものである。
【０００４】
この種の研磨装置は、研磨パッドを有する研磨テーブルと、半導体ウエハの被研磨面（デバイス面）を下向きで保持するためのトップリング又は研磨ヘッド等と称される基板保持部とを備えている。このような研磨装置を用いて半導体ウエハの研磨を行う場合には、基板保持部により半導体ウエハの被研磨面を下向きで保持しつつ、半導体ウエハを研磨テーブル上の研磨パッドに対して所定の圧力で押圧する。このとき、研磨液を研磨パッド上に供給しつつ、研磨テーブルと基板保持部とをそれぞれの回転軸を中心として回転させることにより、半導体ウエハを研磨パッドに摺接させて、半導体ウエハの表面を平坦に研磨する。
【０００５】
ガラス基板を研磨する場合にも、例えば、特開２００８−１１０４７１号公報（特許文献１）において、上述の半導体ウエハを研磨する研磨装置と同様に、基板保持部によりガラス基板等の基板の被研磨面を下向きで保持して、研磨液を研磨パッド上に供給しつつ、基板保持部と研磨テーブルとを回転させるとともに基板を研磨パッドに押圧することにより、基板を研磨パッドに摺接させて、基板の表面を平坦に研磨する基板研磨装置が開示されている。
【０００６】
また、化学的機械的研磨を行う他のタイプの研磨装置として、例えば、特開２０００−１２７０２８号公報（特許文献２）において、半導体ウエハの被研磨面（デバイス面）を上向きで保持するためのチャック機構を有したテーブルと、ウエハの被研磨面より小なる面積の研磨面を有する研磨パッドを保持する研磨盤とを備え、ウエハと研磨パッドとを回転させるとともに研磨パッドを往復動又は揺動（走査）させて、ウエハの表面を平坦に研磨する研磨装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００８−１１０４７１号公報
【特許文献２】特開２０００−１２７０２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１で開示されているような、基板の被研磨面（デバイス面）を下向きで保持して、基板と研磨テーブルとを回転させるとともに基板を研磨テーブル上の研磨パッドに押圧することにより、基板を研磨するロータリ型の基板研磨装置の場合には、このロータリ型の基板研磨装置を大型ガラス基板の研磨に適用しようとすると、研磨テーブルが大型化し、装置自体がさらに大型になり、製作コストが上昇するという問題がある。
また、基板を反転して、被研磨面を下に向け、その後、基板の被研磨面を下向きの状態で基板保持部に保持するという工程は、大型ガラス基板ゆえに、極めて難しいという問題がある。
さらに、研磨テーブルの巨大化により、研磨パッドの交換時間を著しく増大させ、メンテナンス性を大幅に悪化させるという問題もある。
【０００８】
一方、特許文献２で開示されているような、基板の被研磨面より小なる面積の研磨面を有する研磨パッドを走査（スキャン）して基板を研磨する小径スキャン方式の研磨装置の場合には、研磨装置自体を製作することは、比較的容易であるが、矩形状の大型基板を研磨する場合、研磨パッドの走査方法などが複雑になり、大型基板の全面を均一に加工することが困難である。また、研磨パッドの小径化は、研磨パッドの消耗時間が短くなり、交換頻度の増加につながり、交換時間の短縮および交換作業の容易化の要求が増してくる。
【０００９】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、大型ガラス基板等の矩形の大型基板を高い平坦度で均一に研磨することができ、装置全体がコンパクト（小型）で、かつメンテナンス性が良好な基板研磨装置および基板研磨方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するため、本発明の第１の態様は、矩形の基板を被研磨面が上向きの状態で保持して回転する基板回転ステージを有した基板保持機構部と、基板の被研磨面より小さい研磨面を有する研磨工具を保持して回転する研磨ヘッドを有し、前記研磨工具を基板の被研磨面に押圧する研磨ヘッド機構部と、前記研磨ヘッドを支持して該研磨ヘッドを水平方向に往復運動させる移動機構部とを備え、基板を回転させるとともに前記研磨工具を回転させ、前記研磨工具を基板に押圧しながら基板の中心近傍と基板の外周端近傍との間で往復運動させることにより基板を研磨することを特徴とする基板研磨装置である。
本発明によれば、基板を回転させるとともに研磨工具を回転させ、研磨工具を基板に押圧しながら基板の中心部と基板の外周端との間で往復運動させることにより基板を研磨する。すなわち、基板の回転と研磨工具の回転往復運動の組み合わせによる相対運動を与えるとともに、研磨工具を基板の被研磨面に押圧して研磨操作することができるため、矩形の基板全面の均一な研磨加工が容易に得られるとともに装置の小型化を図ることができる。
【００１１】
本発明の好ましい態様によれば、前記基板回転ステージは、基板の外側に、前記研磨工具の研磨面に接触して該研磨面を水平に保つためのガイドプレートを備えることを特徴とする。
本発明によれば、基板の外側に、研磨工具の研磨面に接触して該研磨面を水平に保つためのガイドプレートを備えるため、研磨工具が基板の外周端部を研磨する際に、研磨工具は、基板の外周部の被研磨面とガイドプレートの上面の両面に跨った状態となる。したがって、研磨工具が基板の外側に傾いて基板の外周端部が過研磨になる事態を防ぎ、基板の中心部から外周端まで均一な平坦度で研磨することができる。
【００１２】
本発明の好ましい態様によれば、前記研磨工具の研磨面が前記ガイドプレートに接触している際に、前記ガイドプレートの上面は基板の被研磨面と同一の高さの平面を形成していることを特徴とする。
本発明によれば、基板の被研磨面とガイドプレートの上面は、同一の高さになり、あたかも基板の被研磨面がガイドプレートの部分まで延長されたようになる。したがって、研磨工具が基板の外周端部を研磨する際に、研磨工具が基板の外側に傾いて基板の外周端部が過研磨になる事態を防ぎ、基板の中心部から外周端まで均一な平坦度で研磨することができる。
【００１３】
本発明の好ましい態様によれば、前記ガイドプレートは、弾性体を介して前記基板回転ステージに固定されていることを特徴とする。
本発明によれば、研磨工具により基板の外周端部を研磨する際に、研磨工具は、基板の外周部の被研磨面とガイドプレートの上面の両方に跨った状態となる。このとき、ガイドプレートは研磨工具に押圧されるため、ガイドプレートを支持する弾性体が弾性的に変形し、ガイドプレートがわずかに沈み込み、基板の被研磨面とガイドプレートの上面は、同一の高さになり、あたかも基板の被研磨面がガイドプレートの部分まで延長されたようになる。
【００１４】
本発明の好ましい態様によれば、前記ガイドプレートは、外周が円形をなし、内周が基板形状に合致した矩形をなすことを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記ガイドプレートは、複数に分割されていることを特徴とする。
本発明によれば、研磨中に、研磨工具が分割されたガイドプレート片に摺接するが、全てのガイドプレート片が必ずしも均一に消耗するわけではないため、ガイドプレート片ごとに交換できるので、メンテナンスコストを低減できる。
【００１５】
本発明の好ましい態様によれば、前記基板回転ステージの基板保持面は、基板の外周部を保持する部分に環状の凹部を有し、該凹部に柔軟性を有するクッション材を設けたことを特徴とする。
本発明によれば、基板回転ステージの基板保持面の外周部の四辺に、クッション材を設置することによって、基板保持面の基板吸着時の密着性およびシール性を向上させ、基板の裏面側の真空度を向上させて基板を基板保持面に確実に吸着保持できる。また、基板保持面と基板の裏面との隙間に、パーティクルや異物の混入を防止でき、研磨中のチッピング（欠け）等の基板の損傷を防止することができる。これらのことから、クッション材の設置により、一枚一枚、撓み量（またはソリ量）の異なる基板を吸着した場合でも、確実に吸着できる。
【００１６】
本発明の好ましい態様によれば、前記研磨工具の往復運動の延長線上に、前記研磨工具をドレッシングするドレッシング機構部と、前記研磨ヘッドとの間で研磨工具の受け渡しを行う研磨工具受渡し機構部とを配置し、前記移動機構部は、前記研磨ヘッドを移動させて前記ドレッシング機構部と前記研磨工具受渡し機構部の上方に位置させることが可能であることを特徴とする。
本発明によれば、研磨工具の往復運動の延長線上に、ドレッシング機構部と研磨工具受渡し機構部とを設けることにより、研磨工具の再生や交換に関わる一連の動作時間を最少にすることができる。
【００１７】
本発明の好ましい態様によれば、前記研磨工具は、予め装置外部において研磨パッドを研磨プレートに貼り付けることにより製作されており、該研磨工具は、前記研磨工具受渡し機構部において前記研磨ヘッドに着脱が可能である。
本発明によれば、予め研磨パッドを研磨プレートに貼り付けた研磨工具を用意し、かつ研磨工具は、研磨工具受渡し機構部において研磨ヘッドに着脱が可能である。したがって、消耗品である研磨パッドの交換作業が極めて容易となる。また、予め研磨パッドを研磨プレートに貼り付けた研磨工具を装置内に複数枚ストックしておくことにより、パッド交換作業による装置稼動停止頻度を少なくすることができる。
【００１８】
本発明の好ましい態様によれば、前記研磨ヘッドは、前記研磨工具を真空吸着により保持する吸着プレートと、該吸着プレートを保持するヘッド本体と、前記吸着プレートの外周を前記ヘッド本体に接続して前記吸着プレートを前記ヘッド本体に対して上下動可能とするダイヤフラムとを備え、前記吸着プレート、前記ヘッド本体および前記ダイヤフラムにより圧力流体を供給することが可能な圧力室を形成することを特徴とする。
本発明によれば、吸着プレート、ヘッド本体およびダイヤフラムにより構成された圧力室に、所望の流体圧（空気圧）の加圧空気を供給することにより、吸着プレートに吸着保持している研磨工具を所望の圧力で基板の被研磨面に押圧することができる。また、圧力室を真空源に接続し、圧力室内を真空圧（負圧）にして基板表面から研磨工具を離間させることができる。
【００１９】
本発明の好ましい態様によれば、前記圧力流体は、正圧の流体からなり、該正圧の流体により前記研磨工具を基板の被研磨面に押圧することを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記圧力流体は、負圧の流体からなり、該負圧の流体により前記研磨工具を基板の被研磨面から離間させることを特徴とする。
【００２０】
本発明の好ましい態様によれば、前記研磨ヘッドの吸着プレートは開口を有し、前記研磨工具は前記吸着プレートの開口と連通可能な開口を有し、前記吸着プレートの開口は、流体供給ラインを介して研磨液供給源と接続可能であり、研磨液を前記研磨液供給源から前記流体供給ライン、前記吸着プレートの開口および前記研磨工具の開口を介して基板の被研磨面上に供給可能であることを特徴とする。
本発明によれば、基板に摺接している研磨工具の開口から基板の被研磨面上に研磨液を流下させることができるため、研磨工具が接触して研磨されつつある基板の被研磨部分に、研磨液を直接に供給することができる。したがって、研磨工具が接触して研磨されつつある基板の被研磨部分に研磨液を過不足なく必要な量だけ供給できる。
【００２１】
本発明の好ましい態様によれば、前記研磨プレートは、柔軟性を有する樹脂材からなることを特徴とする。
本発明によれば、研磨プレートが柔軟性を有する樹脂材からなるため、研磨工具面内の加圧を均一に行うことが可能である。
本発明の好ましい態様によれば、前記吸着プレートは、柔軟性を有する樹脂材からなることを特徴とする。
本発明によれば、研磨工具を吸着保持する吸着プレートが柔軟性を有する樹脂材からなるため、研磨工具面内の加圧を均一に行うことが可能である。
【００２２】
本発明の好ましい態様によれば、デバイス面を上向きの状態にして装置内に搬入された基板を載置する基板ロード部と、前記基板ロード部に載置された基板を前記基板回転ステージに搬送する搬送ロボットとを備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、研磨後の基板を洗浄する洗浄機と、洗浄後の基板を装置外に搬出するための基板アンロード部とを備えたことを特徴とする。
【００２３】
本発明の好ましい態様によれば、前記ドレッシング機構部は、ダイヤモンドペレットを電着したコンディショナーを有したドレッシングステージと、該ドレッシングステージを収容する容器と、該容器内に純水を供給する純水供給手段とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、研磨ヘッド機構部の研磨ヘッドは、研磨時と同様に作動して、ドレッシングステージのコンディショナーに研磨工具（研磨面）を押し付ける。そして、研磨ヘッドの回転運動および研磨工具の揺動運動（往復運動）の組み合わせにより、研磨工具の目立・再生のためのドレッシングを行う。ドレッシング中に、純水が容器内に供給され、コンディショナーによって掻き出される研磨工具上のごみやドレス滓を効果的に排出できると共に、ドレッシング時の発熱を効果的に抑制することができる。
【００２４】
本発明の第２の態様は、矩形の基板を被研磨面が上向きの状態で保持して基板を回転させ、基板の被研磨面より小さい研磨面を有する研磨工具を回転させるとともに基板の被研磨面に押圧し、前記研磨工具を基板の被研磨面に押圧しながら基板の中心近傍と基板の外周端近傍との間で往復運動させることにより基板を研磨することを特徴とする基板研磨方法である。
本発明によれば、基板を回転させるとともに研磨工具を回転させ、研磨工具を基板に押圧しながら基板の中心部と基板の外周端との間で往復運動させることにより基板を研磨する。すなわち、基板の回転と研磨工具の回転往復運動の組み合わせによる相対運動を与えるとともに、研磨工具を基板の被研磨面に押圧して研磨操作することができるため、矩形の基板全面の均一な研磨加工が容易に得られる。
【００２５】
本発明の好ましい態様によれば、前記研磨工具に設けた開口より、研磨液を基板の被研磨面に供給することを特徴とする。
本発明によれば、基板に摺接している研磨工具の開口から基板の被研磨面上に研磨液を流下させることができるため、研磨工具が接触して研磨されつつある基板の被研磨部分に、研磨液を直接に供給することができる。したがって、研磨工具が接触して研磨されつつある基板の被研磨部分に研磨液を過不足なく必要な量だけ供給できる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、以下に列挙する効果を奏する。
１）基板の被研磨面より小なる面積の研磨面を有する研磨工具を走査（スキャン）して基板を研磨する方式を採用しているため、研磨装置の小型化を図ることができるとともに研磨パッド等の研磨工具の交換の作業性を良好にし、メンテナンス性を大幅に改善できる。
２）基板を回転させるとともに研磨工具を回転させ、研磨工具を基板に押圧しながら基板の中心部と基板の外周端との間で往復運動させることにより基板を研磨するようにしたため、研磨工具を基板の長辺の長さの半分だけ走査（スキャン）すればよく、研磨工具の操作方法が簡単であり、大型基板の全面を均一に研磨することができる。
３）基板回転ステージにより保持された基板の外側に、研磨工具の研磨面に接触して該研磨面を水平に保つためのガイドプレートを設けるようにしたため、基板の外周端まで均一な平坦度で研磨することができる。
４）予め研磨パッドを研磨プレートに貼り付けた研磨工具を用意し、かつ研磨工具は、研磨工具受渡し機構部において研磨ヘッドに着脱が可能である。したがって、消耗品である研磨パッドの交換作業が極めて容易となる。また、予め研磨パッドを研磨プレートに貼り付けた研磨工具を装置内に複数枚ストックしておくことにより、パッド交換作業による装置稼動停止頻度を少なくすることができる。
５）基板に摺接している研磨工具の開口から基板の被研磨面上に研磨液を流下させることができるため、研磨工具が接触して研磨されつつある基板の被研磨部分に、研磨液を直接に供給することができる。したがって、研磨工具が接触して研磨されつつある基板の被研磨部分に研磨液を過不足なく必要な量だけ供給できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明に係る基板研磨装置および方法の実施形態について図１乃至図１８を参照して説明する。なお、図１から図１８において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００２８】
図１は、本発明に係る基板研磨装置の全体構成を示す平面図である。図１に示すように、基板研磨装置１は、ガラス基板等の矩形の大型基板を被研磨面（デバイス面）が上向きの状態で装置内に搬入するための基板ロード部２、矩形の大型基板Ｇを保持して回転する基板回転ステージ３１を有した基板保持機構部３、研磨パッドと研磨プレートからなる研磨工具（後述する）を保持する研磨ヘッド機構部４、研磨ヘッド機構部４を支持して水平方向に移動可能なコラム機構部５、基板を基板ロード部２から基板回転ステージ３１上に搬送する基板搬送ロボット６を備えている。コラム機構部５は、研磨ヘッドを支持して水平方向に往復運動させる移動機構部を構成している。基板研磨装置１は、さらに、研磨後の基板を洗浄して乾燥させる洗浄機７、研磨パッドをドレッシングするドレッシング機構部８、研磨ヘッド機構部４との間で研磨工具の受け渡しを行う研磨工具受渡し機構部９を備えている。前記基板搬送ロボット６は、研磨後の基板Ｇを基板回転ステージ３１から洗浄機７に搬送する機能も有している。ここでは、矩形の大型のガラス基板を基板Ｇとして、この基板Ｇを研磨する基板研磨装置を例に説明するが、本発明に係る基板研磨装置は、矩形のガラス基板の研磨に限定されるものではなく、種々の矩形（四角形）の大型基板の研磨を行うことができるものである。
【００２９】
図２は、図１に示す基板研磨装置１の要部を示す模式的な概略図であり、基板保持機構部３、研磨ヘッド機構部４およびコラム機構部５を示す概略図である。図２に示すように、基板保持機構部３は、矩形の大型の基板Ｇを真空により吸着保持して回転する基板回転ステージ３１を備えている。また、研磨ヘッド機構部４は、研磨パッド１１と研磨プレート１２からなる研磨工具１０を真空により吸着保持して回転する研磨ヘッド４１を備えている。研磨ヘッド機構部４は、コラム機構部５の門型のコラム５１に取り付けられている。研磨ヘッド機構部４は、研磨ヘッド４１に加圧流体（加圧空気）を供給することにより、研磨工具１０を下方に押圧するようになっており、これにより、研磨パッド１１を基板回転ステージ３１上の基板Ｇの被研磨面（デバイス面）に押し付けることが可能になっている。門型のコラム５１は、研磨ヘッド機構部４とともに、図２において紙面に直交する方向（図１においてＹ方向）に往復移動可能になっている。
【００３０】
図１および図２に示す基板研磨装置１の基板処理工程を説明する。搬送ロボット等の搬入手段（図示せず）で基板ロード部２に搬入された基板Ｇは、基板ロード部２の基板ロードステージ（図示せず）上にある多数の基板支えピン（図示せず）により受け取られる。このとき、基板Ｇは研磨すべき被研磨面（デバイス面）が上向きの状態で基板ロード部２に搬入され、被研磨面の裏面側が基板支えピンにより支持される。その後、基板搬送ロボット６のアーム６１は、反時計方向に９０°回転するとともに基板ロード部２の方向に延び、基板支えピンにより支持されている基板Ｇの真上に位置する。そして、基板搬送ロボット６のアーム６１が下降してアーム６１の下面にある多数の吸着カップ(図示せず)が基板Ｇを真空吸着する。
【００３１】
次に、基板Ｇを吸着保持したアーム６１は、時計方向に９０°回転するとともに基板保持機構部３の方向に延び、基板Ｇを基板保持機構部３の基板回転ステージ３１の真上に位置させる。続いて、基板Ｇを吸着保持したアーム６１が下降し、基板Ｇを基板回転ステージ３１上に受け渡す。基板回転ステージ３１は、基板Ｇを真空により吸着保持する。
一方、研磨ヘッド機構部４は、予め装置外部において研磨パッド１１を研磨プレート１２に貼り付けることにより製作した研磨工具１０を研磨ヘッド４１により保持している。そして、研磨ヘッド機構部４の研磨ヘッド４１が回転を開始するとともに下降し、研磨ヘッド４１により保持された研磨パッド１１が基板Ｇの被研磨面に押し付けられる。このとき、基板回転ステージ３１が基板Ｇを吸着保持して回転しており、基板Ｇの回転と研磨パッド１１の回転の相対運動により研磨される。研磨中に、コラム機構部５のコラム５１が研磨ヘッド機構部４の研磨ヘッド４１を支持してＹ方向に往復移動するため、研磨パッド１１は基板Ｇの中心部と外周端との間で往復運動することになり、研磨パッド１１が基板Ｇの全面に摺接して、基板Ｇの全面が研磨される。この場合、研磨パッド１１を基板の中心部から基板の外周端まで、矩形の基板Ｇの長辺の長さの半分だけ往復運動させれば、基板の全面が研磨される。
【００３２】
研磨終了後の基板Ｇは、基板搬送ロボット６のアーム６１により吸着保持された後、アーム６１が上昇し、更にアーム６１が洗浄機７に向かって延び、基板Ｇを洗浄機７の真上に位置させる。続いて、基板Ｇを吸着保持したアーム６１が下降し、基板Ｇを洗浄機７に受け渡す。そして、洗浄機７において、基板Ｇは、洗浄され、乾燥される。洗浄により清浄になった基板Ｇは、洗浄機７の下流側にある基板アンロード部７１より装置外部に搬出される。
【００３３】
一方、研磨後の基板Ｇを基板保持機構部３の基板回転ステージ３１から搬出している間に、コラム機構部５のコラム５１により支持された研磨ヘッド機構部４の研磨ヘッド４１は、コラム５１のＹ方向への移動によりドレッシング機構部８の真上に到達する。その後、研磨ヘッド機構部４の研磨ヘッド４１は、研磨プレート１２を真空吸着により保持しつつ回転し、更に下降し、研磨パッド１１をドレッシング機構部８のコンディショナー（後述する）に押し付ける。これにより、研磨パッド１１のドレッシングを行って研磨パッド１１の再生を行う。
【００３４】
所定の枚数の基板Ｇを研磨した後には、研磨パッド１１が消耗するため、研磨パッド１１を研磨プレート１２ごと交換する必要がある。この交換の際には、コラム機構部５のコラム５１により支持された研磨ヘッド機構部４の研磨ヘッド４１は、コラム５１のＹ方向への移動により研磨工具受渡し機構部９の真上に到達する。そして、研磨工具受渡し機構部９において、研磨ヘッド４１から消耗した研磨パッド１１を研磨プレート１２ごと離脱させ、新たな研磨パット１１を研磨プレート１２ごと研磨ヘッド４１に装着する。新たな研磨パット１１を装着した研磨ヘッド４１は、ドレッシング機構部８の真上で停止する。その後、研磨ヘッド４１は、研磨プレート１２を保持しつつ回転し、更に下降し、研磨パッド１１をドレッシング機構部８のコンディショナーに押し付ける。これにより、研磨パッド１１の初期目立て（ドレッシング）を行う。初期目立て後の研磨パッド１１は次の基板Ｇの研磨を行うことができる。
【００３５】
次に、図１および図２に示すように構成された基板研磨装置１の各機構部について詳細に説明する。
まず、基板保持機構部３について詳細に説明する。図３および図４は、基板保持機構部３の詳細構造を示す図であり、図３は基板保持機構部３の平面図であり、図４は図３のIＶ−IＶ線断面図である。なお、図３は、基板保持機構部３が基板Ｇを保持していない状態を示し、図４は、基板保持機構部３が基板Ｇを保持している状態を示している。図３および図４に示すように、基板保持機構部３は、矩形（四角）の大型基板Ｇを被研磨面が上向きの状態で吸着保持して回転する基板回転ステージ３１を備えている。基板回転ステージ３１は、円形のステージからなり、上面に、矩形の基板保持面３１ｈを有している。そして、矩形の基板保持面３１ｈには、全面に亘って、例えば２ｍｍ幅の細い溝３２が形成されており、この溝３２には、真空，加圧空気，純水（ＤＩＷ）等の流体を供給するための流体供給ライン３３が接続されている。これにより、流体供給ライン３３を真空源に接続することにより、基板保持面３１ｈの溝３２内を真空とし、基板Ｇを基板保持面３１ｈに真空吸着により保持することが可能である。
【００３６】
基板回転ステージ３１は、概略円板状をなし、剛性を持たせるために下層部に鋼材を用い、基板保持面３１ｈが形成された上層部に樹脂材（例えば、ＰＶＣ）を用いている。基板回転ステージ３１は、中空軸３１ａに接続されており、その軸端にロータリージョイント３４が設けられており、真空源，加圧空気源，純水供給源などの流体供給源は、ロータリージョイント３４を介して流体供給ライン３３に接続されている。すなわち、中空軸３１ａの下端にロータリージョイント３４を設けることにより、回転するステージ部に固定外部より真空接続が可能である。また、垂直方向に延びる中空軸３１ａは、ウォームギア機構３５を介して水平方向の回転軸を有するモータ３６と接続されており、ウォームギア機構３５により互いに直交する２軸の間で動力の伝達を可能としている。
【００３７】
矩形の基板保持面３１ｈの外周部の四辺には、無端帯状のクッション材３７が貼り付けられており、基板吸着時の密着性およびシール性を向上させるようにしている。また、基板にソリがあっても、クッション材３７によって、基板のソリを吸収して基板との間に隙間ができないようにしている。
クッション材３７は、例えばバッキングフィルム（発泡ポリウレタン）のような、非常に柔軟な材質からなり、基板保持面３１ｈに吸着保持される基板Ｇの外周部に位置するように配置されている。クッション材３７は、基板Ｇの外周端から所定の範囲、例えば内側に２５ｍｍ〜５０ｍｍまでの範囲に設置することが望ましい。更に、クッション材３７は、基板保持面３１ｈの座ぐり部（凹部）に設置し、座ぐりの深さよりも少し厚く（例えば、座ぐりの深さよりも０．１ｍｍから０．５ｍｍ厚く）し、つぶし代を設けている。クッション材３７には、バッキングフィルムの他、シリコンゴムやＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）を用いてもよい。
【００３８】
上述したように、基板保持面３１ｈの外周部の四辺に、クッション材３７を設置することによって、基板保持面３１ｈの基板吸着時の密着性およびシール性を向上させ、基板Ｇの裏面側の真空度を向上させて基板Ｇを基板保持面３１ｈに確実に吸着保持できるようにしている。また、基板保持面３１ｈと基板Ｇの裏面との隙間に、パーティクルや異物の混入を防止でき、研磨中のチッピング（欠け）等の基板の損傷を防止することができる。これらのことから、クッション材３７の設置により、一枚一枚、撓み量（またはソリ量）の異なる基板Ｇを吸着した場合でも、確実に吸着できる。
一方、基板Ｇをクッション材３７を有した基板保持面３１ｈから取り外す際には、流体供給ライン３３に加圧空気を供給して、基板Ｇと基板保持面３１ｈとの間に気層を形成することにより、基板Ｇを容易に取り外すことができる。
【００３９】
前記クッション材３７を有した矩形状の基板保持面３１ｈの周囲を囲むように、ガイドプレート３８が設けられている。ガイドプレート３８の水平面の高さは、基板Ｇの被研磨面の高さと概略同一となるように設定されている。ガイドプレート３８は、外周が円形をなし、内周が基板形状に合致する矩形をなしている。また、ガイドプレート３８は、例えばゴム等の弾性体３９を介して基板回転ステージ３１に固定されている。ガイドプレート３８は、複数に分割されており、例えば、図示するように、基板の角部四隅に当接する４つの鉤型状ガイドプレート片３８ａと、これら鉤型状プレート片３８ａの間に配置されるとともに基板の側面に当接する４つの略矩形状プレート片３８ｂとからなる８つの分割片で構成されている。
【００４０】
図５（ａ）および図５（ｂ）は、図３のＶ矢視図であり、相隣接するガイドプレートを水平方向から見た図である。図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、相隣接するガイドプレート片３８ａ，３８ｂの間には、０．５〜１ｍｍ程度の隙間ｇが設けられており、研磨パッドがガイドプレート片３８ａ，３８ｂ間を移動する際に引っかかりが生じないように、分割面上部角部には、テーパー面３８Ｔ（図５（ａ）参照）または曲面３８Ｒ（図５（ｂ）参照）が形成されている。
上述したように、ガイドプレート３８を複数の分割片３８ａ，３８ｂで構成することにより、基板Ｇの外周端とガイドプレート３８間のクリアランス調整が容易になり、かつガイドプレート３８の交換も容易になる。研磨中に、研磨パッド１１がガイドプレート片３８ａ，３８ｂに摺接するが、全てのガイドプレート片が必ずしも均一に消耗するわけではないため、分割片ごとに交換できるので、メンテナンスコストを低減できる。
【００４１】
次に、図３乃至図５に示すように構成された基板保持機構部３の動作について、図６（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。
図６（ａ）は、基板搬送ロボット６（図１参照）から基板Ｇが基板保持機構部３の基板回転ステージ３１に受け渡された状態を示す模式的な断面図である。図６（ａ）に示すように、基板Ｇが基板保持機構部３の基板回転ステージ３１に載置されると、流体供給ライン３３をロータリージョイント３４（図４参照）を介して真空源に接続することにより、基板保持面３１ｈの溝３２内を真空とし、基板Ｇを基板保持面３１ｈに真空吸着により保持する。なお、基板Ｇが基板回転ステージ３１に載置される前に、流体供給ライン３３を純水供給源に接続してクッション材３７の上面に純水を供給し、クッション材３７の上面に薄い液膜を形成しておくと、基板Ｇの基板保持面３１ｈへの真空吸着をスムーズに行うことができる。図６（ａ）に示すように、基板Ｇがクッション材３７に密着して基板保持面３１ｈに真空吸着されている状態では、基板Ｇの被研磨面の高さは、ガイドプレート３８の上面の高さよりわずかに低くなっている。
【００４２】
図６（ｂ）は、基板Ｇが研磨パッドにより研磨されている状態を示す模式的な断面図である。図６（ｂ）に示すように、基板回転ステージ３１が基板Ｇを吸着保持して回転し、研磨ヘッド４１が回転を開始するとともに下降し、研磨ヘッド４１により保持された研磨パッド１１が基板Ｇの被研磨面に押し付けられ、基板Ｇと研磨パッド１１の相対運動により研磨される。研磨中に、研磨パッド１１を保持した研磨ヘッド４１が往復移動するため、研磨パッド１１が基板Ｇの全面に摺接することになり、基板Ｇの全面が研磨される。
【００４３】
図６（ｃ）は、基板Ｇの外周部が研磨されている状態を示す模式的な断面図である。図６（ｃ）においては、研磨ヘッド４１の図示を省略している。図６（ｃ）に示すように、研磨パッドにより基板Ｇの外周部を研磨する場合には、研磨パッド１１と研磨プレート１２からなる研磨工具１０は、基板Ｇの外周部の被研磨面とガイドプレート３８の上面の両方に跨った状態となる。このとき、ガイドプレート３８は研磨パッド１１に押圧されるため、ガイドプレート３８を支持する弾性体３９が弾性的に変形し、ガイドプレート３８がわずかに沈み込み、基板Ｇの被研磨面とガイドプレート３８の上面は、同一の高さになり、あたかも基板Ｇの被研磨面がガイドプレート３８の部分まで延長されたようになる。したがって、研磨パッド１１が基板Ｇの外周端部を研磨する際に、研磨パッド１１が基板Ｇの外側に傾いて基板Ｇの外周端部が過研磨になる事態を防ぎ、基板の中心部から外周端まで均一な平坦度で研磨することができる。
【００４４】
研磨が終了したら、流体供給ライン３３（図４参照）と真空源との接続を遮断し、流体供給ライン３３を加圧空気源に接続して基板Ｇの裏面に加圧空気を噴出し、基板Ｇを基板保持面３１ｈから引き剥がす。なお、基板Ｇを基板保持面３１ｈから引き剥がした後に、流体供給ライン３３を純水供給源に接続して基板Ｇの裏面およびクッション材３７を含む基板保持面３１ｈを純水で洗浄することもできる。その後、基板搬送ロボット６（図１参照）により、基板Ｇを洗浄機７に搬送する。
【００４５】
次に、研磨ヘッド機構部４について詳細に説明する。図７および図８は、研磨ヘッド機構部４の詳細構造を示す図であり、研磨ヘッド機構部４の概略断面図である。なお、図７は、研磨ヘッド機構部４が研磨工具１０を保持していない状態を示し、図８は、研磨ヘッド機構部４が研磨工具１０を保持している状態を示している。図７および図８に示すように、研磨ヘッド機構部４は、基板の被研磨面を研磨するための研磨工具１０を保持する研磨ヘッド４１を備えている。研磨工具１０は、基板の被研磨面を研磨するための研磨パッド１１と、研磨パッド１１を保持するための円板状の研磨プレート１２とから構成されている。研磨工具１０は、予め装置外部で研磨パッド１１を研磨プレート１２に貼り付けることにより製作されている。
【００４６】
研磨工具１０に用いることができる研磨パッドとしては種々のものがあり、例えば、ロデール社製のＳＵＢＡ８００、ＩＣ−１０００、ＩＣ−１０００／ＳＵＢＡ４００（二層クロス）、フジミインコーポレイテッド社製のＳｕｒｆｉｎ  ｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ  ０００等がある。ＳＵＢＡ８００、Ｓｕｒｆｉｎ  ｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ  ０００は繊維をウレタン樹脂で固めた不織布であり、ＩＣ−１０００は硬質の発泡ポリウレタン（単層）である。発泡ポリウレタンは、ポーラス（多孔質状）になっており、その表面に多数の微細なへこみまたは孔を有している。
【００４７】
研磨ヘッド４１は、中空軸４１ａに接続されており、その軸端にロータリージョイント４４が設けられている。そして、真空源，加圧空気源，純水（ＤＩＷ）供給源，スラリー供給源（研磨液供給源）は、ロータリージョイント４４を介して、それぞれ第１流体供給ライン４３ａ，第２流体供給ライン４３ｂ，第３流体供給ライン４３ｃに接続可能になっている。すなわち、中空軸４１ａの上端にロータリージョイント４４を設けることにより、回転する研磨ヘッド部に固定外部より真空接続，加圧空気供給，スラリー供給，純水供給が可能である。また、垂直方向に延びる中空軸４１ａは、ウォームギア機構４５を介して水平方向に延びる回転軸を有するモータ４６と接続されており、ウォームギア機構４５により互いに直交する２軸の間で動力の伝達を可能としている。
【００４８】
研磨ヘッド４１は、ヘッド本体４２と、研磨プレート１２を背面から真空吸着して保持することが可能な吸着プレート４７とを備えている。
図９は、図７のＩＸ矢視図であり、吸着プレート４７を下側から見た図である。図９に示すように、吸着プレート４７の下面には、全面に亘って、例えば２ｍｍ幅の円弧状の細い溝４７ａが形成されており、この溝４７ａには、図７および図８に示すように、第１流体供給ライン４３ａが接続されている。これにより、第１流体供給ライン４３ａを真空源に接続することにより、吸着プレート４７の表面の溝４７ａ内を真空とし、研磨工具１０を吸着プレート４７に真空吸着により保持することが可能である。吸着プレート４７には、研磨工具１０の研磨プレート１２が嵌り込むように、円形の凹部４７ｈが形成されている（図７参照）。なお、第１流体供給ライン４３ａは、加圧空気源および純水（ＤＩＷ）供給源に接続可能になっており、吸着プレート４７の溝４７ａより加圧空気や純水を噴出できる。
【００４９】
図７に示すように、吸着プレート４７は、その外周縁がダイヤフラム４８を介してヘッド本体４２に接続されている。ヘッド本体４２のリング状部分４２ａの内周と吸着プレート４７の外周との間のダイヤフラム４８の幅は、全周に亘ってほぼ同一寸法である。即ち、吸着プレート４７は、全周に亘って均一な幅のダイヤフラム４８を介して研磨ヘッド４１に取り付けられており、これにより、吸着プレート４７は、全周に亘って均一に上下動自在となっている。ダイヤフラム４８は、研磨パッド１１の変形に追従しやすい材質と厚さを有している。すなわち、ダイヤフラム４８は、ＥＰＤＭ等の弾性材からなり、その厚さは１．０ｍｍ〜２．０ｍｍに設定されている。
【００５０】
前記吸着プレート４７、ヘッド本体４２およびダイヤフラム４８により、圧力流体が供給されるチャンバ（圧力室）４９を形成している。そして、吸着プレート４７とヘッド本体４２とダイヤフラム４８とで構成されるチャンバ（圧力室）４９内に、第２流体供給ライン４３ｂから所望の流体圧（空気圧）の加圧空気を供給することにより、吸着プレート４７に吸着保持している研磨工具１０を基板Ｇの被研磨面に押し付け、研磨を行うことができる。第２流体供給ライン４３ｂに供給する加圧空気の圧力は、圧力調整機構（図示せず）により所望の圧力に調整可能になっており、研磨工具１０の研磨パッド１１の研磨圧力を任意の値に調整可能である。また、チャンバ４９内に真空圧を供給することにより、研磨工具１０を基板Ｇの被研磨面から離間させることができる。
【００５１】
前記吸着プレート４７は、研磨ヘッド４１の内部に形成されるチャンバ（圧力室）４９内の流体圧を研磨プレート１２に対して均一に伝達できるように十分な柔軟性を有している。吸着プレート４７は、例えば、厚さ２ｍｍのＰＶＣを用いている。また、研磨プレート１２も同様に十分な柔軟性を有する素材を用いることが望ましく、例えば、厚さ３〜５ｍｍのＰＶＣを用いる。これにより、吸着プレート４７および研磨プレート１２を介して、研磨パッド１１の全面を均一な荷重分布で基板Ｇの被研磨面に押し付けることが可能である。例えば、５０〜２５０ｈＰａの研磨圧力で基板を研磨することが可能である。なお、吸着プレート４７および研磨プレート１２は、ＰＶＣ以外にＦＲＰ（繊維強化プラスチック）や硬質ゴム等を用いることができる。
【００５２】
図１０は、図８のＸ部の拡大図である。図１０に示すように、研磨パッド１１および研磨プレート１２は、それぞれ中央に開口部１１ａ，１２ａを有している。そして、これら開口部１１ａ，１２ａは、吸着プレート４７の中央部の開口部４７ｂに連通されるようになっており、吸着プレート４７の開口部４７ｂには、チューブ配管ＴＰを有した第３流体供給ライン４３ｃが接続されている。なお、吸着プレート４７と研磨プレート１２との接触面をシールするために、シール部材Ｓが介装されている。
上述の構成により、第３流体供給ライン４３ｃをスラリー供給源（研磨液供給源）に接続することにより（図７参照）、スラリー（研磨液）を吸着プレート４７の中央部の開口部４７ｂを通して研磨パッド１１の中心より基板Ｇの表面に供給し、基板Ｇの被研磨面と研磨パッド１１との間にスラリーを介在させることができる。なお、第３流体供給ライン４３ｃは、純水（ＤＩＷ）供給源に接続可能になっており、純水を吸着プレート４７の中央部の開口部４７ｂを通して研磨パッド１１の中心より基板Ｇの表面に供給し、水ポリッシング（水研磨）時に基板Ｇの被研磨面と研磨パッド１１との間に純水を介在させることができる。
【００５３】
次に、図７乃至図１０に示すように構成された研磨ヘッド機構部４の動作を説明する。
研磨ヘッド機構部４は、研磨工具受渡し機構部９（後述する）から、研磨パッド１１を研磨プレート１２に貼り付けることにより構成した研磨工具１０を受け取る。この際、第１流体供給ライン４３ａを真空源に接続することにより、吸着プレート４７の表面の溝４７ａ内を真空とし、研磨工具１０を吸着プレート４７に真空吸着により保持する。そして、研磨ヘッド機構部４の研磨ヘッド４１が回転を開始するとともに下降し、チャンバ（圧力室）４９内に、第２流体供給ライン４３ｂから所望の流体圧（空気圧）の加圧空気を供給することにより、吸着プレート４７に吸着保持している研磨工具１０を所望の圧力で基板Ｇの被研磨面に押圧する。このとき、第３流体供給ライン４３ｃをスラリー供給源（研磨液供給源）に接続することにより、スラリー（研磨液）を研磨パッド１１の中心より基板Ｇの表面に供給し、基板Ｇの被研磨面と研磨パッド１１との間にスラリーを介在させる。そして、基板回転ステージ３１が基板Ｇを吸着保持して回転しており、また研磨ヘッド４１も基板Ｇを吸着保持して回転しており、基板Ｇと研磨パッド１１の相対運動により研磨される。
【００５４】
本実施形態によれば、基板Ｇに摺接している研磨パッド１１の開口から基板Ｇの被研磨面上にスラリー（研磨液）を流下させることができるため、研磨パッド１１が接触して研磨されつつある基板Ｇの被研磨部分に、研磨液を直接に供給することができる。したがって、研磨パッド１１が接触して研磨されつつある基板Ｇの被研磨部分にスラリー（研磨液）を過不足なく必要な量だけ供給できる。
【００５５】
スラリー（研磨液）を用いた研磨が終了すると、第３流体供給ライン４３ｃを純水供給源に接続することにより、純水を研磨パッド１１の中心より基板Ｇの表面に供給し、基板Ｇの被研磨面と研磨パッド１１との間に純水を介在させて水ポリッシングを行い、基板表面に残留するスラリーを排除する。水ポリッシングの終了後、研磨ヘッド４１に加圧空気を供給する第２流体供給ライン４３ｂのバルブを閉め、研磨ヘッド４１を上昇させて、基板表面から研磨工具１０を離間させる。なお、第２流体供給ライン４３ｂを真空源に接続し、チャンバ（圧力室）４９内を真空圧（負圧）にして基板表面から研磨工具１０を離間させるようにしてもよい。その後、研磨ヘッド４１をドレッシング機構部８に移動させて研磨パッド１１のドレッシングを行う。
【００５６】
次に、コラム機構部５について詳細に説明する。図１１および図１２は、コラム機構部５の詳細構造を示す図であり、図１１はコラム機構部５の立面図であり、図１２はコラム機構部５の側面図である。コラム機構部５は、研磨ヘッド４１を支持して水平方向に往復運動させる移動機構部を構成している。図１１および図１２に示すように、コラム機構部５は、門型の形状を有するコラム５１を備えており、門型のコラム５１は基板保持機構部３の基板回転ステージ３１を跨ぐように設けられている。コラム５１は、ベースフレーム５２の上面に設置された水平方向に延びるリニアガイド５３，５３に走行可能に支持されている。そして、コラム５１の中央部に、研磨工具１０を保持する研磨ヘッド４１を有した研磨ヘッド機構部４が取り付けられている。すなわち、コラム５１は、基板回転ステージ３１の両サイドのベースフレーム５２に設けられた水平方向のリニアガイド５３，５３に走行可能に支持されており、コラム５１は、基板回転ステージ３１を跨ぐように配置されている。そして、コラム５１の中央部に、研磨ヘッド４１がコラム５１から垂下するように取り付けられている。
【００５７】
前記コラム５１の両サイドには、リニアガイド５３，５３と平行に延びるラック５５，５５が配置されており、これらラック５５，５５は、ベースフレーム５２の上面に固定されている。そして、コラム５１の両側部には、ピニオン５６を有したコラム走行駆動モータ５７が固定されている。ピニオン５６はラック５５に係合するようになっており、コラム走行駆動モータ５７を駆動することにより、ラック５５とピニオン５６とから構成されるラックピニオン機構が作動し、コラム５１はリニアガイド５３，５３に沿って走行して往復移動可能になっている。
また、図１１に示すように、研磨ヘッド機構部４のウォームギア機構４５、モータ４６を収納した上部ケース５０と、コラム機構部５のコラム５１とは、上下方向のリニアガイド５８を介して接続されており、研磨ヘッド機構部４の全体は、コラム５１に対して、ボールネジ５９とモータ６０により上下方向に移動可能になっている。ボールネジ５９とモータ６０は、コラム５１に対して研磨ヘッド４１を上下動させる上下動機構を構成している。
【００５８】
図１３は図１２のＸIII矢視図である。図１２および図１３に示すように、コラム機構５のコラム５１には、洗浄ロール機構１１０が設置されている。洗浄ロール機構１１０は、円筒状の洗浄ロール１１１と、洗浄ロール１１１の両端部に設けられ洗浄ロール１１１を昇降させる洗浄ロール昇降シリンダ１１２とを備えている。洗浄ロール１１１は、ＰＶＡスポンジロールなどからなり、基板回転ステージ３１の直径よりやや長く設定されている。また、洗浄ロール昇降シリンダ１１２は、シリンダ部がコラム５１に固定され、ピストン部が洗浄ロール１１１の端部に接続されるように構成されている。したがって、昇降シリンダ１１２を作動させることに、洗浄ロール１１１をコラム５１に対して上下動させて、洗浄ロール１１１を基板Ｇに接触させ又は基板Ｇから離間させることができる。洗浄ロール１１１の一端には、洗浄ロール回転モータ１１３が連結されており、このモータ１１３により洗浄ロール１１１が軸芯の周りに回転可能になっている。
【００５９】
次に、図１１乃至図１３に示すように構成されたコラム機構５を備えた研磨装置の動作を説明する。
ラック５５とピニオン５６とから構成されるラックピニオン機構を作動させることにより、コラム５１はリニアガイド５３，５３に沿って走行して往復移動（往復運動）する。したがって、研磨ヘッド４１は、回転する基板Ｇに対して、回転する研磨パッド１１を押付けながら、基板回転ステージ３１の半径方向に往復移動（往復運動）することができる。これにより、研磨パッド１１を基板の中心部と基板の外周端との間で往復移動（往復運動）させることができる。研磨パッド１１を基板の中心部から外周端まで基板の対角線の長さのおよそ半分だけ走査（スキャン）すれば、基板全面に亘って研磨できる。基板の中心部を研磨するには、必ずしも研磨パッドの中心が基板の中心に一致するまで移動する必要はなく、研磨パッドの研磨面の少なくとも一部が基板の中心を通過すれば良い。また、基板の外周端を研磨するには、研磨パッドの研磨面の少なくとも一部が基板の角部を通過すれば良い。なお、研磨パッドの中心が基板の中心を越えて反対側まで移動しても良く、また、研磨パッドの中心が基板の角部を越えて外側にオーバーハングしても良いのはもちろんである。
【００６０】
最適な基板Ｇの回転数と研磨ヘッド４１の半径方向の揺動速度を組み合わせることにより、基板全面に亘って所望の研磨レートで研磨して、所望の研磨プロファイルを創出することが可能となる。また、好ましくは、研磨ヘッド４１の回転数を基板Ｇの回転数に近づけることにより、研磨パッド全面内の基板に対する相対速度分布を均一にすることが可能となり、より均一な研磨を行うことが容易になる。研磨ヘッド４１の回転数は１０〜５０ｒｐｍ、研磨ヘッド４１の揺動速度（往復運動の速度）は５〜１００ｍｍ／ｓｅｃが望ましい。さらに、研磨ヘッド４１の揺動速度は、基板Ｇを半径方向に５〜２０程度のエリアに分割して、それぞれのエリアを段階的に速度変化（例えば、半径方向で外側にいくほど速度を下げる）させていくことが可能なようにプログラミングする。一例として、揺動速度と研磨プロファイルの関係をシミュレートした結果を図１９に示す。なお、本シミュレートのモデルにおいては、研磨ヘッドの移動は直線運動でなく円弧運動のため、揺動速度の単位が（degree/sec）になっているが、これを移動速度に換算すればよい。
この例においては、研磨ヘッドが一定速度で揺動した場合、基板中心付近が研磨量が大きく、基板外周に行くに従い研磨量が小さく、グラフでは右下がりのプロファイルになる実データがあることを前提とする。そのようなデータがあった場合に、基板の中心付近では研磨ヘッドの滞在時間が相対的に短く、基板外周に行くに従い滞在時間が長くなるように、研磨ヘッドの走査（揺動）速度は逆に中心付近では速く、外周付近では遅くする（研磨ヘッド走査レシピ）。そうすることで、各々の場所で研磨量は、研磨ヘッドが一定速度だった場合に比べてその滞在時間が変化した倍数分だけ変化する。予測研磨量とは、その計算値をプロットしたものである。この場合は、研磨ヘッドを外周側を遅く揺動させたことによりフラットな研磨プロファイルになるはずであるというシミュレート結果を示している。
また、ガラス基板のソリや前工程での不均一性などにより、研磨残りが発生した場合、基板回転軸と研磨ヘッド揺動軸の位置決めにより、追い研磨したい領域にのみ、研磨ヘッドを当てて研磨ヘッドのみの回転と、１０ｍｍ程度の小刻みな揺動をかけて研磨し、タッチアップすることが可能である。
【００６１】
スラリー（研磨液）による研磨が終了すると、第３流体供給ライン４３ｃ（図８参照）から純水を供給し、基板Ｇの被研磨面と研磨パッド１１との間に純水を介在させて水ポリッシングを連続で実施し、基板表面に残留するスラリーを排除する。水ポリッシングが終了したら、研磨ヘッド４１に加圧空気を供給する第２流体供給ライン４３ｂのバルブを閉め、研磨ヘッド４１を上昇させて、基板表面から研磨工具１０を離間させる。次に、コラム機構部５に設けられた洗浄ロール機構１１０を作動させる。すなわち、洗浄ロール１１１を回転させながら、洗浄ロール昇降シリンダ１１２を作動させて洗浄ロール１１１を下降させ、洗浄ロール１１１を基板Ｇに押し付ける。このとき、第３流体供給ライン４３ｃを純水供給源に接続することにより、純水を研磨パッド１１の中心より基板Ｇの表面に供給する。そして、コラム５１を走行させ、洗浄ロール１１１を基板の中心部と基板の外周端との間で往復移動（往復運動）させる。これにより、基板回転と洗浄ロールの水平移動の組み合わせにより、効果的な洗浄を行うことができる。
【００６２】
基板の洗浄後に、ラックピニオン機構を作動させることにより、コラム５１を移動させ、研磨工具１０を保持した研磨ヘッド４１をドレッシング機構部８または研磨工具受渡し機構部９に移動させることができる。本実施形態によれば、研磨工具１０の往復運動の延長線上に、ドレッシング機構部８および研磨工具受渡し機構部９を設けることにより、研磨パッド１１の再生や交換に関わる一連の動作時間を最少にすることができる。
【００６３】
次に、ドレッシング機構部８について詳細に説明する。図１４および図１５は、ドレッシング機構部８を示す図であり、図１４は、ドレッシング機構部８、コラム機構部５および基板保持機構部３の配置関係を示す模式的な平面図であり、図１５は図１４のＸＶ−ＸＶ線断面図である。
図１４に示すように、基板回転ステージ３１の横、コラム移動線上には、研磨パッドの表面を所望の粗さに再生するためのドレッシング機構部８が配置されている。図１４および図１５に示すように、ドレッシング機構部８は研磨パッドの表面に接触して所望の粗さに再生するためのドレッシングステージ８１を備えている。ドレッシングステージ８１には、小径のコンディショナー８２が複数個配置されており、コンディショナー８２の上面には、ダイヤモンドペレットが電着されている。研磨ヘッド機構部４の研磨ヘッド４１は、ドレッシングステージ８１のコンディショナー８２の表面に研磨パッド１１を加圧して押付けることが可能である。コンディショナー８２を有したドレッシングステージ８１の全体は、容器８３内に収容されている。また、ドレッシングステージ８１を収容している容器８３内に純水供給部８４から純水を供給することにより、ドレッシングステージ８１を常に純水に水没させた状態を形成することができる。
【００６４】
図１４および図１５に示すように構成されたドレッシング機構部８により、卸し立ての新しい研磨パッドのドレッシングや、研磨後の研磨パッドの再生を行うドレッシングを行うことができる。新しい研磨パッドは、表面が荒れていないため研磨能力に欠け、また製品ごとの個体差によって研磨パッド表面にはうねりがあるため、それらを是正して研磨に使える状態にするために、研磨能力が大きくなるようにパッド表面を荒らす初期目立てと称する表面調整（ドレッシング）をする必要がある。また、研磨パッドは、研磨後には、研磨能力が衰えるため、衰えた研磨能力を回復するためのドレッシングを行うことが必要がある。
【００６５】
上記ドレッシングに際して、研磨ヘッド機構部４の研磨ヘッド４１は、研磨時と同様に作動して、ドレッシングステージ８１のコンディショナー８２に研磨パッド１１の表面（研磨面）を押し付ける。そして、研磨ヘッド４１の回転運動およびコラム５１の揺動運動（往復運動）の組み合わせにより、研磨パッド１１の目立・再生のためのドレッシングを行う。ドレッシング中、純水が純水供給部８４から容器８３内に供給され、純水は容器８３の上端からオーバーフローするようになっている。これにより、コンディショナー８２によって掻き出される研磨パッド１１上のごみやドレス滓を効果的に排出できると共に、ドレッシング時の発熱を効果的に抑制することができる。また、非研磨時（アイドリング時）には、ドレッシングステージ８１上で研磨パッドの表面を純水に浸漬し、研磨パッドの乾燥を防止することができる。
ドレッシングが終了した研磨パッド１１を保持した研磨ヘッド４１は、次の基板Ｇの研磨を行うために基板保持機構部３の基板回転ステージ３１の上方に戻る。
【００６６】
次に、研磨工具受渡し機構部９について詳細に説明する。
図１に示すように、研磨工具受渡し機構部９は、コラム移動線上に配置されており、研磨ヘッド機構部４の研磨ヘッド４１との間で研磨工具１０の受け渡しを行うプッシャー９１と、研磨工具１０を収納する棚を垂直方向に複数段備えて複数の研磨工具１０を収納することができる研磨工具ステーション９２と、研磨工具１０をプッシャー９１と研磨工具ステーション９２との間で移載する移載ユニット９３とを備えている。
【００６７】
図１６および図１７は、プッシャー９１の詳細構造を示す図であり、図１６はプッシャー９１を示す断面図であり、図１７は研磨ヘッド機構部４とプッシャー９１との間で研磨工具１０を受け渡す状態を示す断面図である。
図１６に示すように、プッシャー９１は、昇降エアシリンダ９４により昇降可能な昇降ステージ９５と、昇降ステージ９５上に設けられ研磨工具１０を支持するための複数の研磨工具支えピン９６とを備えている。また、プッシャー９１は、円形の研磨工具１０の外周縁に接して研磨工具１０の昇降をガイドするための略円筒状の受渡しガイド９７を備えている。受渡しガイド９７は、円周方向に間隔を置いて設けられた複数の受渡しガイド昇降シリンダ９８により昇降可能になっている。
所定の枚数の基板Ｇを研磨した後には、研磨パッド１１が消耗するため、研磨パッド１１を研磨プレート１２ごと交換する必要がある。研磨パッド１１の交換は、研磨プレート１２ごと交換可能であり、作業が容易となり、生産性の向上が期待できる。この交換の際には、コラム機構部５のコラム５１により支持された研磨ヘッド機構部４は、コラム５１のＹの方向への移動によりプッシャー９１の真上に到達する。そして、プッシャー９１において、研磨ヘッド機構部４の研磨ヘッド４１から消耗した研磨パッド１１を研磨プレート１２ごと離脱させ、新たな研磨パット１１を研磨プレート１２ごと研磨ヘッド４１に装着する。
【００６８】
次に、研磨工具の交換作業について説明する。
図１７に示すように、研磨工具の交換の際には、コラム機構部５のコラム５１により支持された研磨ヘッド機構部４は、コラム５１のＹ方向への移動によりプッシャー９１の真上に到達する。その後、受渡しガイド昇降シリンダ９８が作動して受渡しガイド９７が上昇し、受渡しガイド９７が研磨ヘッド４１の吸着プレート４７とカップリングする。このとき、研磨工具支えピン９６は、吸着プレート４７により真空吸着されている研磨工具１０のやや下方に位置している。その後、吸着プレート４７による研磨工具１０の真空吸着を解除し、吸着プレート４７の溝４７ａから加圧空気を噴出することにより研磨工具１０を吸着プレート４７から引き剥がして研磨工具支えピン９６に受け渡す。その後、研磨工具支えピン９６と受渡しガイド９７とが下降してプッシャー９１と研磨ヘッド４１とのカップリングが解除される。
【００６９】
次に、移載ユニット９３のアーム９９（図１参照）が移動してきて、研磨工具支えピン９６により支持された研磨工具１０をアーム９９により保持し、研磨工具１０を研磨工具ステーション９２（図１参照）に移載する。そして、アーム９９は、新たな研磨パッド１１を有した研磨工具１０を研磨工具ステーション９２から取り出してプッシャー９１（図１参照）に移載する。その後、プッシャー９１の受渡しガイド昇降シリンダ９８が作動して受渡しガイド９７が上昇し、受渡しガイド９７が研磨ヘッド４１の吸着プレート４７とカップリングする（図１７参照）。このとき、研磨工具支えピン９６により支持された研磨工具１０は、吸着プレート４７のやや下方に位置している。その後、昇降エアシリンダ９４が作動して研磨工具支えピン９６が上昇し、研磨工具支えピン９６により支持された研磨工具１０を押し上げて吸着プレート４７に向かって押圧する。このとき、吸着プレート４７の溝４７ａは、真空源に接続され、研磨工具１０は吸着プレート４７により真空吸着される。
【００７０】
その後、新たな研磨パット１１を装着した研磨ヘッド４１は、ドレッシング機構部８の真上で停止して研磨パットの初期目立てを行う。初期目立てを終了した研磨パッド１１を保持した研磨ヘッド４１は、次の基板Ｇの研磨を行うために基板保持機構部３の基板回転ステージ３１の上方に戻る。
【００７１】
次に、基板ロード部２および基板搬送ロボット６について詳細に説明する。図１８は、基板搬送ロボット６により基板Ｇを基板ロード部２から基板保持機構部３の基板回転ステージ３１に搬送する状態を示す模式的な立面図である。図１８に示すように、基板ロード部２は基板ロードステージ２１を備えており、基板ロードステージ２１には多数の基板支えピン２２が設けられている。これら基板支えピン２２はエアシリンダ等の駆動手段（図示せず）により上下動可能になっている。そして、基板Ｇが搬送ロボット等の搬入手段により基板ロード部２内に搬入されたときに、基板支えピン２２が基板Ｇを搬入手段から受け取るようになっている。基板ロード部２には、基板は、デバイス面を上向きにした状態で搬入される。
【００７２】
次に、基板搬送ロボット６のアーム６１は、図１８の破線で示すように、反時計方向に９０°回転するとともに基板ロード部２に向かって延び、基板支えピン２２により支持されている基板Ｇの真上に位置する。そして、基板搬送ロボット６のアーム６１が下降してアーム６１の下面にある多数の吸着カップ６２が基板Ｇを真空吸着する。その後、基板Ｇを吸着保持したアーム６１は、時計方向に９０°回転するとともに基板回転ステージ３１に向かって延び、基板Ｇを基板回転ステージ３１の真上に位置させる。続いて、基板Ｇを吸着保持したアーム６１が下降し、基板Ｇを基板回転ステージ３１上に受け渡す。基板回転ステージ３１は、基板Ｇを真空により吸着保持する。
【００７３】
次に、洗浄機７について簡単に説明する。洗浄機７は、洗浄ロールを回転させて基板Ｇに押付けるとともに洗浄ロールを走査して洗浄するロール型の洗浄ユニット（図示せず）と、洗浄後の基板に空気や窒素などの気体を吹き付けて乾燥させる乾燥ユニット（図示せず）とを備えている。研磨後の基板Ｇは、基板搬送ロボット６により洗浄機７に搬送され、洗浄機７において、洗浄ユニットにより洗浄され、乾燥ユニットにより乾燥される。洗浄により清浄になった基板Ｇは、洗浄機７の下流側にある基板アンロード部７１（図１参照）より装置外部に搬出される。
【００７４】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態においては、研磨工具１０の往復運動の延長線上で基板回転ステージ３１の一方側にドレッシング機構部８と研磨工具受渡し機構部９とをそれぞれ１セットずつ設けるようにしたが、研磨工具１０の往復運動の延長線上で基板回転ステージ３１の一方側にドレッシング機構部８と研磨工具受渡し機構部９とをそれぞれ１セットずつ設け、基板回転ステージ３１の他方側にドレッシング機構部８と研磨工具受渡し機構部９とをそれぞれ１セットずつ設けてもよい。これにより、研磨パッド１１の再生や交換に関わる一連の動作時間を更に短縮することができる。また、研磨工具を研磨パッドとしたが、研磨工具は研磨パッドに限定されたものではなく、例えば砥粒をバインダで固めた砥石のようなものでもよい。要はコンデショナーで目立・再生して研磨に適した状態にできる研磨工具であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】図１は、本発明に係る基板研磨装置の全体構成を示す平面図である。
【図２】図２は、図１に示す基板研磨装置の要部を示す模式的な概略図である。
【図３】図３は、基板保持機構部の平面図である。
【図４】図４は、図３のIＶ−IＶ線断面図である。
【図５】図５（ａ）および図５（ｂ）は、図３のＶ矢視図であり、相隣接するガイドプレートを水平方向から見た図である。
【図６】図６（ａ）は、基板搬送ロボットから基板が基板保持機構部の基板回転ステージに受け渡された状態を示す模式的な断面図であり、図６（ｂ）は、基板が研磨パッドにより研磨されている状態を示す模式的な断面図であり、図６（ｃ）は、基板の外周部が研磨されている状態を示す模式的な断面図である。
【図７】図７は、研磨ヘッド機構部の詳細構造を示す断面図であり、研磨ヘッド機構部が研磨プレートを保持していない状態を示す図である。
【図８】図８は、研磨ヘッド機構部の詳細構造を示す断面図であり、研磨ヘッド機構部が研磨プレートを保持している状態を示す図である。
【図９】図９は、図７のＩＸ矢視図であり、吸着プレートを下側から見た図である。
【図１０】図１０は、図８のＸ部の拡大図である。
【図１１】図１１は、コラム機構部の立面図である。
【図１２】図１２は、コラム機構部の側面図である。
【図１３】図１３は、図１２のＸIII矢視図である。
【図１４】図１４は、ドレッシング機構部、コラム機構部および基板保持機構部の配置関係を示す模式的な平面図である。
【図１５】図１５は、図１４のＸＶ−ＸＶ線断面図である。
【図１６】図１６は、プッシャーを示す断面図である。
【図１７】図１７は、研磨ヘッド機構部とプッシャーとの間で研磨工具を受け渡す状態を示す断面図である。
【図１８】図１８は、基板搬送ロボットにより基板を基板ロード部から基板保持機構部の基板回転ステージに搬送する状態を示す模式的な立面図である。
【図１９】図１９は、揺動速度と研磨プロファイルの関係をシミュレートした結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７６】
１  基板研磨装置
２  基板ロード部
３  基板保持機構部
４  研磨ヘッド機構部
５  コラム機構部
６  基板搬送ロボット
７  洗浄機
８  ドレッシング機構部
９  研磨工具受渡し機構部
１０  研磨工具
１１  研磨パッド
１２  研磨プレート
１１ａ，１２ａ  開口部
２１  基板ロードステージ
２２  基板支えピン
３１  基板回転ステージ
３１ｈ  基板保持面
３２  溝
３３  流体供給ライン
３４  ロータリージョイント
３５  ウォームギア機構
３６  モータ
３７  クッション材
３８  ガイドプレート
３８ａ，３８ｂ  ガイドプレート片
３８Ｔ  テーパー面
３８Ｒ  曲面
４１  研磨ヘッド
４１ａ  中空軸
４２  ヘッド本体
４７ａ  溝
４３ａ  第１流体供給ライン
４３ｂ  第２流体供給加圧空気ライン
４３ｃ  第３流体供給ライン
４４  ロータリージョイント
４５  ウォームギア機構
４６  モータ
４７  吸着プレート
４７ａ  開口部
４８  ダイヤフラム
４９  チャンバ（圧力室）
５１  コラム
５２  ベースフレーム
５３  リニアガイド
５８  リニアガイド
５９  ネジボール
６０  モータ
８１  ドレッシングステージ
８２  コンディショナー
８３  カバー
９１  プッシャー
９２  研磨工具ステーション
９３  移載ユニット
９４  昇降エアシリンダ
９５  昇降ステージ
９６  研磨工具支えピン
９７  受渡しガイド
９８  受渡しガイド昇降シリンダ
９９  アーム
１１０  洗浄ロール機構
１１１  洗浄ロール
１１２  洗浄ロール昇降シリンダ
Ｇ  基板
Ｓ  シール部材
ＴＰ  チューブ配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2010064196.tif 000015
【図１５】
2010064196.tif 000016
【図１６】
2010064196.tif 000017
【図１７】
2010064196.tif 000018
【図１９】
2010064196.tif 000019
【図１４】
2010064196.tif 000020
【図１８】
2010064196.tif 000021