(57)【要約】【課題】装置の大型化を伴わずに異なる種類の研磨加工を実現可能な研磨工具、研磨装置および研磨加工方法を提供すること。【解決手段】研磨工具４３の研磨面は、第１の研磨パッド４５によって形成され、ワークの被研磨面の外形以上の大きさを有する中央研磨面と、第２の研磨パッド４６によって形成され、中央研磨面の外周を囲繞する外周研磨面とで構成される。そして、中央研磨面と外周研磨面とが段差を形成して外周研磨面が中央研磨面から突出しており、研磨工具４３は、全体として内側が窪んだ断面視凹型形状を有する。【選択図】図５
2011031359.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨面を有し、該研磨面によって研磨対象のワークの被研磨面を研磨加工する研磨工具であって、
前記研磨面は、前記ワークの被研磨面の外形以上の大きさを有する中央研磨面と、該中央研磨面の外周を囲繞する外周研磨面とで構成され、前記中央研磨面と前記外周研磨面とが段差を形成して前記外周研磨面が前記中央研磨面から突出していることを特徴とする研磨工具。
【請求項２】
前記中央研磨面と前記外周研磨面とが異なる研磨部材で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の研磨工具。
【請求項３】
ワークを保持する保持面を有する保持手段と、
研磨面を有し、前記保持手段の保持面に保持された前記ワークの被研磨面を研磨加工する研磨工具および該研磨工具を回転可能に支持するスピンドルを有する研磨手段と、
前記研磨工具の研磨面と前記保持手段の保持面とを互いに平行な面内で相対的に移動させる平行移動手段と、
前記研磨工具の研磨面と前記保持手段の保持面とを該保持手段の保持面の直交方向に相対的に移動させる直交移動手段と、
を備え、
前記研磨工具の研磨面は、前記ワークの被研磨面の外形以上の大きさを有する中央研磨面と、該中央研磨面の外周を囲繞する外周研磨面とで構成され、前記中央研磨面と前記外周研磨面とが段差を形成して前記外周研磨面が前記中央研磨面から突出していることを特徴とする研磨装置。
【請求項４】
少なくとも前記外周研磨面を洗浄する研磨面洗浄手段と、
前記ワークの被研磨面を洗浄する被研磨面洗浄手段と、
を備えることを特徴とする請求項３に記載の研磨装置。
【請求項５】
研磨面を有する研磨工具を用い、前記研磨面によって研磨対象のワークの被研磨面を研磨加工する研磨加工方法であって、
前記研磨面は、前記ワークの被研磨面の外形以上の大きさを有する中央研磨面と該中央研磨面の外周を囲繞する外周研磨面とで構成され、前記中央研磨面と前記外周研磨面とが段差を形成して前記外周研磨面が前記中央研磨面から突出しており、
前記被研磨面を露出させた状態で前記ワークを保持する保持工程と、
前記ワークの被研磨面に前記中央研磨面を接触させて前記ワークの被研磨面を研磨加工する第１の研磨工程と、
前記ワークの被研磨面に前記外周研磨面を接触させて前記ワークの被研磨面を研磨加工する第２の研磨工程と、
を含むことを特徴とする研磨加工方法。
【請求項６】
前記第１の研磨工程の後、前記第２の研磨工程の前に少なくとも前記外周研磨面および前記ワークの被研磨面を洗浄する洗浄工程を含むことを特徴とする請求項５に記載の研磨加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハ等のワークを研磨加工する研磨工具、研磨装置および研磨加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハは、近年の各種電子機器の小型化・薄型化に伴い、より一層の薄化が求められている。このため、半導体ウェーハの厚さが例えば１００μｍ以下と薄くなった場合、チップ化した後の強度の維持が問題になっている。そこで、研削処理を行った後に加工面を研磨加工することで、研削処理による機械的ダメージを除去する技術が用いられており、研削と研磨の両方の加工を行える加工装置も提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２５２８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、半導体ウェーハを研磨加工する際、高い研磨品質を達成するため、例えばまず粗研磨を行い、この粗研磨の後に仕上げ研磨を行う等、種類の異なる研磨加工を組み合わせて行う場合がある。しかしながら、このような種類の異なる研磨加工を１つの装置で実現しようとすると、その種類毎に個別の機構を設ける必要があるため、装置が大型化するという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みて為されたものであり、装置の大型化を伴わずに異なる種類の研磨加工を実現可能な研磨工具、研磨装置および研磨加工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】
【０００６】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる研磨工具は、研磨面を有し、該研磨面によって研磨対象のワークの被研磨面を研磨加工する研磨工具であって、前記研磨面は、前記ワークの被研磨面の外形以上の大きさを有する中央研磨面と、該中央研磨面の外周を囲繞する外周研磨面とで構成され、前記中央研磨面と前記外周研磨面とが段差を形成して前記外周研磨面が前記中央研磨面から突出していることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明にかかる研磨工具は、上記発明において、前記中央研磨面と前記外周研磨面とが異なる研磨部材で形成されたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明にかかる研磨装置は、ワークを保持する保持面を有する保持手段と、研磨面を有し、前記保持手段の保持面に保持された前記ワークの被研磨面を研磨加工する研磨工具および該研磨工具を回転可能に支持するスピンドルを有する研磨手段と、前記研磨工具の研磨面と前記保持手段の保持面とを互いに平行な面内で相対的に移動させる平行移動手段と、前記研磨工具の研磨面と前記保持手段の保持面とを該保持手段の保持面の直交方向に相対的に移動させる直交移動手段と、を備え、前記研磨工具の研磨面は、前記ワークの被研磨面の外形以上の大きさを有する中央研磨面と、該中央研磨面の外周を囲繞する外周研磨面とで構成され、前記中央研磨面と前記外周研磨面とが段差を形成して前記外周研磨面が前記中央研磨面から突出していることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明にかかる研磨装置は、上記発明において、少なくとも前記外周研磨面を洗浄する研磨面洗浄手段と、前記ワークの被研磨面を洗浄する被研磨面洗浄手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかる研磨加工方法は、研磨面を有する研磨工具を用い、前記研磨面によって研磨対象のワークの被研磨面を研磨加工する研磨加工方法であって、前記研磨面は、前記ワークの被研磨面の外形以上の大きさを有する中央研磨面と該中央研磨面の外周を囲繞する外周研磨面とで構成され、前記中央研磨面と前記外周研磨面とが段差を形成して前記外周研磨面が前記中央研磨面から突出しており、前記被研磨面を露出させた状態で前記ワークを保持する保持工程と、前記ワークの被研磨面に前記中央研磨面を接触させて前記ワークの被研磨面を研磨加工する第１の研磨工程と、前記ワークの被研磨面に前記外周研磨面を接触させて前記ワークの被研磨面を研磨加工する第２の研磨工程と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかる研磨加工方法は、上記発明において、前記第１の研磨工程の後、前記第２の研磨工程の前に少なくとも前記外周研磨面および前記ワークの被研磨面を洗浄する洗浄工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ワークの被研磨面を研磨加工する研磨工具の研磨面を、ワークの被研磨面の外形以上の大きさを有する中央研磨面と、中央研磨面の外周を囲繞する外周研磨面とで構成することができる。そして、中央研磨面と外周研磨面とが段差を形成して外周研磨面が中央研磨面から突出するように研磨工具の研磨面を構成することができる。これによれば、中央研磨面と外周研磨面とを個別に用い、ワークの被研磨面に対して中央研磨面による研磨加工と外周研磨面による研磨加工とが行える。したがって、装置の大型化を伴わずに異なる種類の研磨加工が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、ワークの表面側の構成例を示す斜視図である。
【図２】図２は、研磨装置の構成例を示す斜視図である。
【図３】図３は、研磨装置の一部を拡大して示す斜視図である。
【図４】図４は、研磨工具およびチャックテーブルの構成を説明する側面図である。
【図５】図５は、研磨工具の構成を説明する斜視図である。
【図６】図６は、粗研磨工程を説明する説明図である。
【図７】図７は、研磨面洗浄工程を説明する説明図である。
【図８】図８は、被研磨面洗浄工程を説明する説明図である。
【図９】図９は、仕上げ研磨工程を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態である研磨工具、研磨装置および研磨加工方法について図面を参照して説明する。
【００１５】
まず、本実施の形態の研磨装置が研磨対象とするワークについて説明する。図１は、研磨装置が研磨対象とするワーク１の表面側の構成例を示す斜視図である。図１に示すように、ワーク１は、略円板形状を有し、例えば表面に複数のデバイス２が格子状に形成されたものである。また、図１に示すワーク１には、結晶方位を示すノッチ３が形成されている。研磨装置は、このワーク１の表面を被保持面として保持した状態で裏面を被研磨面として研磨加工する。なお、図１中には図示していないが、被保持面となるワーク１の表面に、このワーク１の表面を保護するための保護テープを貼着しておくのが望ましい。
【００１６】
ここで、ワーク１の具体例としては、特に限定されないが、例えば、シリコンウェーハやＧａＡｓ等の半導体ウェーハ、セラミック、ガラス、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）系の無機材料基板、板状金属や樹脂等の延性材料、さらには、ミクロンオーダーからサブミクロンオーダーの平坦度（ＴＴＶ：total  thickness  variation：ワークの被研磨面を基準面として厚み方向に測定した高さの被研磨面全面における最大値と最小値の差）が要求される各種加工材料が挙げられる。
【００１７】
つぎに、本実施の形態の研磨装置について説明する。図２は、本実施の形態の研磨装置１０の構成例を示す斜視図であり、図３は、研磨装置１０の一部を拡大して示す斜視図である。また、図４は、研磨装置１０を構成する研磨工具４３および保持手段としてのチャックテーブル３２の構成を説明する側面図であり、研磨工具４３の周辺および後述するワーク研磨加工域Ｅ２に位置するチャックテーブル３２の側面を示している。そして、図５は、研磨工具４３の構成を説明する斜視図であり、その研磨面側を上にして示している。
【００１８】
本実施の形態の研磨装置１０は、研磨工具４３を用いてワーク１の被研磨面を研磨加工するものであり、図２に示すように、装置ハウジング２０を備える。装置ハウジング２０は、細長く延在する直方体形状の主部２１と、この主部２１の後端部（図３において右上端）に設けられ、実質上鉛直上方に延びる直立壁２２とを有する。
【００１９】
主部２１の上面には、チャックテーブル機構３０が配設されている。チャックテーブル機構３０は、支持基台３１とこの支持基台３１上に配設された円板形状のチャックテーブル３２とを具備している。
【００２０】
支持基台３１は、主部２１上の矢印Ａ１で示す前後方向（直立壁２２の前面に垂直な方向）に延在する平行移動手段としてのテーブル水平移動機構２１１によって、チャックテーブル３２を水平移動自在に支持する。これによって、チャックテーブル３２は、図２中に一点鎖線で示すテーブル水平移動機構２１１上のワーク搬入出域Ｅ１と、図２中に二点鎖線で示すように研磨加工ユニット４０下方の研磨工具４３と対向するテーブル水平移動機構２１１上の位置であるワーク研磨加工域Ｅ２との間で移動される。なお、ここでは、テーブル水平移動機構２１１によってチャックテーブル３２を水平移動させる構成としたが、研磨工具４３の研磨面とチャックテーブル３２（詳細には、後述する吸引保持部３２１によって形成される保持面）とが互いに並行な面内で相対的に移動される構成であれば別の構成でもよい。例えば、チャックテーブル３２を移動させずに研磨工具４３側を水平移動させる構成としてもよいし、チャックテーブル３２および研磨工具４３の双方を水平面内で逆方向に移動させて研磨工具４３の研磨面とチャックテーブル３２の保持面とを相対移動させることとしてもよい。
【００２１】
さらに、支持基台３１は、不図示のテーブル回転機構により、支持基台３１に対して実質上鉛直に延びる回転中心軸線を中心としてチャックテーブル３２を回転自在に支持する。
【００２２】
チャックテーブル３２は、図４に示すように、上面が保持面を形成する吸引保持部３２１を備え、ワーク１は、被研磨面（裏面）を上にして被研磨面が露出するように吸引保持部３２１上に載置される。吸引保持部３２１は、例えば多孔質セラミッックス等の多孔性材料から構成されており、不図示の吸引機構によって上面に載置されたワーク１（詳細には被保持面であるワーク１の表面）を吸引保持する。
【００２３】
図２に戻り、装置ハウジング２０の直立壁２２の前面には、鉛直方向（上下方向）に延びる一対の案内レール２２１，２２１が設けられており、研磨手段としての研磨加工ユニット４０が昇降移動自在に装着されている。
【００２４】
研磨加工ユニット４０は、移動基台４１とこの移動基台４１に装着されたスピンドルユニット４２とを具備している。移動基台４１の後面には、鉛直方向に沿うように一対の係合部（不図示）が設けられており、この一対の係合部が直立壁２２の一対の案内レール２２１，２２１と摺動自在に係合して研磨加工ユニット４０の昇降移動を可能にしている。この研磨加工ユニット４０の昇降移動は、直交移動手段としての加工ユニット送り機構５０によって実現される。
【００２５】
加工ユニット送り機構５０は、直立壁２２の前側に配設され実質上鉛直に延びる雄ねじロッド５１を具備しており、この雄ねじロッド５１は、その上端部および下端部が直立壁２２に取り付けられた軸受部材５２，５３によって回転自在に支持されている。上側の軸受部材５２には雄ねじロッド５１を回転駆動するための駆動源としてのパルスモータ５４が配設されており、このパルスモータ５４の出力軸が雄ねじロッド５１に伝動連結されている。そして、移動基台４１の後面には、その幅方向中央部から後方に延びる貫通雌ねじ孔（不図示）が形成されており、この貫通雌ねじ孔に雄ねじロッド５１が螺合している。したがって、パルスモータ５４が正転すると、案内レール２２１，２２１に沿って移動基台４１すなわち研磨加工ユニット４０が下降（前進）し、パルスモータ５４が逆転すると、案内レール２２１，２２１に沿って移動基台４１すなわち研磨加工ユニット４０が上昇（後退）する。なお、ここでは、加工ユニット送り機構５０によって研磨加工ユニット４０を鉛直方向に昇降移動させる構成としたが、加工ユニット送り機構５０（詳細には、この加工ユニット送り機構５０において下端部に装着される研磨工具４３の研磨面）とチャックテーブル３２の保持面とがこのチャックテーブル３２の保持面の直交方向に相対的に移動される構成であれば別の構成でもよい。例えば、加工ユニット送り機構５０を移動させずにチャックテーブル３２側を昇降移動させる構成としてもよいし、加工ユニット送り機構５０およびチャックテーブル３２の双方を鉛直方向に沿って逆方向に昇降移動させて研磨工具４３の研磨面とチャックテーブル３２の保持面とを相対移動させることとしてもよい。
【００２６】
一方、移動基台４１の前面には、前方に突出した支持部４１３が設けられ、この支持部４１３にスピンドルユニット４２が取り付けられている。スピンドルユニット４２は、支持部４１３に装着されたスピンドルハウジング４２１と、このスピンドルハウジング４２１に回転自在に配設されたスピンドルとしての回転スピンドル４２２と、この回転スピンドル４２２を回転駆動するための駆動源としてのサーボモータ４２３とを具備している。回転スピンドル４２２の下端部はスピンドルハウジング４２１の下端を越えて下方に突出しており、その下端において平面視円板形状の工具装着部材４２４が設けられている。この工具装着部材４２４の下面に、研磨工具４３がその研磨面側を下に向けて装着される。この構成により、サーボモータ４２３の回転によって研磨工具４３の研磨面が水平面内で回転する。
【００２７】
研磨工具４３は、円板形状のホイール基台４３１と、このホイール基台４３１に例えば接着剤等で貼り付けられて研磨面を形成する研磨パッド４４とから構成されている。研磨パッド４４は、図５に示すように、円板形状の第１の研磨パッド４５と、この第１の研磨パッド４５の外周部に配設されたリング形状の第２の研磨パッド４６とを備え、研磨パッド４４は、内側において露出した第１の研磨パッド４５の表面（図５中の上面）を中央研磨面とし、外側の第２の研磨パッド４６の表面（図５中の上面）を外周研磨面とした研磨工具４３の研磨面を形成している。そして、図４に示すように、第１の研磨パッド４５によって形成される中央研磨面と第２の研磨パッド４６によって形成される外周研磨面とが段差を形成して外周研磨面が中央研磨面から突出しており、研磨工具４３は、全体として内側が窪んだ断面視凹型形状を有する。
【００２８】
第１の研磨パッド４５は、例えば粗研磨用であり、ポリウレタン発泡体等が用いられる。この第１の研磨パッド４５の表面中央には、後述するように研磨加工ユニット４０の上端部と連結されるスラリー供給路６１を介し、スラリー供給源６０と連通するスラリー供給口４５１が形成されている。そして、第１の研磨パッド４５の表面には、その全域に広がるようにスラリー供給口４５１と連通する溝４５２が格子状に形成されている。この構成によって、スラリー供給源６０から供給された遊離砥粒を含む研磨液（スラリー）がスラリー供給口４５１に導かれ、溝４５２に沿って中央研磨面の全域に供給される。一方、第２の研磨パッド４６は、例えば仕上げ研磨用であり、スウェード等の研磨布が用いられる。なお、第１の研磨パッド４５および第２の研磨パッド４６の材質は一例であって、適宜選択できる。
【００２９】
このように構成される研磨工具４３は、第１の研磨パッド４５によって形成される中央研磨面が研磨対象とするワーク１の直径以上となる大きさを有している。そして、研磨工具４３は、図４に示すように、中央研磨面と外周研磨面とで構成される研磨面側がワーク研磨加工域Ｅ２に位置したチャックテーブル３２上のワーク１の被研磨面（裏面）と対向するように工具装着部材４２４に装着される。なお、本構成の研磨工具４３は、第１の研磨パッド４５から第２の研磨パッド４６のみを取り外すことが可能である。したがって、第１の研磨パッド４５に対して第２の研磨パッド４６の磨耗が激しい場合には、この第２の研磨パッド４６のみを取り外して交換が可能である。
【００３０】
図２に戻り、研磨装置１０は、装置内の適所に配設されたスラリー供給源６０を備え、スラリー供給路６１を介して研磨加工ユニット４０の上端部と連結されている。このスラリー供給源６０は、スラリーを貯留する。スラリーは、例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）や水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、アンモニア（ＮＨ3ＯＨ）等のアルカリ薬液水溶液に、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）や酸化セリウム（ＣｅＯ2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等の砥粒を研磨剤として懸濁させたものである。
【００３１】
また、装置ハウジング２０の主部２１上において、テーブル水平移動機構２１１のワーク研磨加工域Ｅ２の近傍位置に薬液供給機構７０と研磨面洗浄手段としての外周研磨面洗浄機構８１とが隣接配置されている。
【００３２】
薬液供給機構７０は、図３に示すように、薬液供給ノズル７１の他、薬液供給源や薬液供給源からの薬液を薬液供給ノズル７１に導くパイプ等を含む。薬液としては、例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）や水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、アンモニア（ＮＨ3ＯＨ）等のアルカリ薬液水溶液、界面活性剤等が用いられる。この薬液供給機構７０は、図４に示すように、薬液供給ノズル７１からの薬液を後述する仕上げ研磨位置に位置した研磨工具４３の外周研磨面に向けて供給可能な構成となっている。
【００３３】
外周研磨面洗浄機構８１は、図３に示すように、外周研磨面洗浄ノズル８１１の他、洗浄液供給源やエアー供給源、洗浄液供給源からの洗浄液およびエアー供給源からのエアーを各々外周研磨面洗浄ノズル８１１に導くパイプ等を含む。外周研磨面洗浄ノズル８１１は、例えば液体と気体とを混合し気液混合ミストとして噴射する二流体洗浄ノズルで構成され、純水等の洗浄液をミスト状にして噴射する。なお、この外周研磨面洗浄機構８１は、薬液供給機構７０と同様の要領で、外周研磨面洗浄ノズル８１１からの洗浄液を後述する研磨面洗浄位置に位置した研磨工具４３の外周研磨面に向けて供給可能な構成となっている。
【００３４】
さらに、主部２１上には、図２に示すように、テーブル水平移動機構２１１を挟んで薬液供給機構７０および外周研磨面洗浄機構８１の反対側に、中央研磨面洗浄機構８２と被研磨面洗浄手段としての被研磨面洗浄機構８３とが隣接配置されている。
【００３５】
中央研磨面洗浄機構８２は、図３に示すように、鉛直方向への昇降および自身の基端部を通過する鉛直線を中心軸とする回転を自在に行う支軸８２１と、この支軸８２１の上端に一端が連結された洗浄アーム８２２と、この洗浄アーム８２２の他端側に噴射口が上を向くようにして設けられた例えば二流体洗浄ノズルで構成される中央研磨面洗浄ノズル８２３とを備え、この他に、洗浄液供給源やエアー供給源、洗浄液供給源からの洗浄液およびエアー供給源からのエアーを各々中央研磨面洗浄ノズル８２３に導くパイプ等を含む。この中央研磨面洗浄機構８２は、中央研磨面の洗浄時において支軸８２１の回転によって洗浄アーム８２２が回動し、研磨面洗浄位置に位置した研磨工具４３の中央研磨面の下方に中央研磨面洗浄ノズル８２３が移動するようになっており、これによって、中央研磨面洗浄ノズル８２３からの洗浄液を研磨面洗浄位置の研磨工具４３の中央研磨面に向けて供給可能な構成となっている。なお、洗浄アーム８２２は、中央研磨面の洗浄時を除いてチャックテーブル３２の水平移動および研磨加工ユニット４０の昇降移動と干渉しない位置に位置付けられる。
【００３６】
また、被研磨面洗浄機構８３も同様に、鉛直方向への昇降および自身の基端部を通過する鉛直線を中心軸とする回転を自在に行う支軸８３１と、この支軸８３１の上端に一端が連結された洗浄アーム８３２と、この洗浄アーム８３２の他端側に噴射口が下を向くようにして設けられた例えば二流体洗浄ノズルで構成される被研磨面洗浄ノズル８３３とを備え、この他に、洗浄液供給源やエアー供給源、洗浄液供給源からの洗浄液およびエアー供給源からのエアーを各々被研磨面洗浄ノズル８３３に導くパイプ等を含む。この被研磨面洗浄機構８３は、被研磨面の洗浄時において支軸８３１の回転によって洗浄アーム８３２が回動し、ワーク搬入出域Ｅ１とワーク研磨加工域Ｅ２との間の後述する被研磨面洗浄位置に位置したチャックテーブル３２の上方に被研磨面洗浄ノズル８３３が移動するようになっており、これによって、被研磨面洗浄ノズル８３３からの洗浄液を被研磨面洗浄位置のチャックテーブル３２上に供給可能な構成となっている。なお、洗浄アーム８３２は、被研磨面の洗浄時を除いてチャックテーブル３２の水平移動と干渉しない位置に位置付けられる。
【００３７】
また、研磨装置１０は、図２に示すように、搬入手段９１と、搬出手段９２と、カセット１０１，１０２と、搬出入手段１１０と、位置決め手段１２０と、洗浄手段１３０と、制御手段１４０とを備えている。
【００３８】
搬入手段９１は、鉛直方向への昇降および自身の基端部を通過する鉛直線を中心軸とする回転を自在に行う搬送アーム９１１を備え、この搬送アーム９１１に、ワーク１を吸着保持する吸着パッド９１２が取り付けられて構成されている。この搬入手段９１は、位置決め手段１２０で位置決めされた研磨加工前のワーク１の被研磨面を吸着保持してワーク搬入出域Ｅ１に位置するチャックテーブル３２上に搬入する。一方、搬出手段９２は、鉛直方向への昇降および自身の基端部を通過する鉛直線を中心軸とする回転を自在に行う搬送アーム９２１を備え、この搬送アーム９２１に、ワーク１を吸着保持する吸着パッド９２２が取り付けられて構成されている。この搬出手段９２は、搬入搬出位置に位置するチャックテーブル３２上の研磨加工後のワーク１を吸着保持し、洗浄手段１３０に搬出する。
【００３９】
カセット１０１，１０２は、複数のスロットを有するワーク１用の収容器である。一方のカセット１０１は、研磨加工前のワーク１を収容し、他方のカセット１０２は、研磨加工後のワーク１を収容する。
【００４０】
搬出入手段１１０は、例えばＵ字型ハンドを備えるロボットアーム１１１を具備しており、このロボットアーム１１１によってワーク１の被研磨面を吸着保持して搬送する。具体的には、搬出入手段１１０は、研磨加工前のワーク１をカセット１０１から位置決め手段１２０へ搬出するとともに、研磨加工後のワーク１を洗浄手段１３０からカセット１０２へ搬入する。
【００４１】
位置決め手段１２０は、カセット１０１から取り出されたワーク１を仮置きし、その中心位置の位置決めを行うためのテーブルである。洗浄手段１３０は、研磨加工後（詳細には仕上げ研磨後）のワーク１を洗浄し、ワーク１の表面に付着している研磨屑等のコンタミネーションを除去する。
【００４２】
制御手段１４０は、研磨装置１０の動作に必要な各種データを保持するメモリを内蔵したマイクロコンピュータ等で構成され、研磨装置１０を構成する各部の動作を制御して研磨装置１０を統括的に制御する。具体的には、研磨装置１０は、本実施の形態の研磨加工方法を実現するため、チャックテーブル３２上で裏面である被研磨面を上にしてワーク１を吸引保持するワーク保持工程と、このようにチャックテーブル３２上に保持されたワーク１の被研磨面の粗研磨を第１の研磨工程として行う粗研磨工程と、この粗研磨工程の後、ワーク１の被研磨面の仕上げ研磨を第２の研磨工程として行う仕上げ研磨工程とを制御する。また、本実施の形態では、制御手段１４０は、粗研磨工程と仕上げ研磨工程との間に洗浄工程を制御するようになっている。具体的には、制御手段１４０は、洗浄工程として、研磨工具４３の研磨面を洗浄する研磨面洗浄工程およびワーク１の被研磨面を洗浄する被研磨面洗浄工程を制御する。
【００４３】
つぎに、研磨装置１０が行うワーク保持工程、粗研磨工程、研磨面洗浄工程、被研磨面洗浄工程および仕上げ研磨工程について説明する。図６は、粗研磨工程を説明する説明図であり、図７は、研磨面洗浄工程を説明する説明図であり、図８は、被研磨面洗浄工程を説明する説明図であり、図９は、仕上げ研磨工程を説明する説明図である。なお、図６および図９では、下段において研磨工具４３およびチャックテーブル３２の側面を示し、上段において下段に示す研磨パッド４４とチャックテーブル３２上のワーク１との位置関係を示している。
【００４４】
まず、研磨装置１０は、ワーク保持工程を行う。ここで、ワーク保持工程に先立ち、チャックテーブル３２がワーク搬入出域Ｅ１に移動し、搬入手段９１が、チャックテーブル３２上に被研磨面を上にしてワーク１を搬入する。そして、ワーク保持工程では、制御手段１４０がチャックテーブル機構３０の吸引機構（不図示）を駆動し、チャックテーブル３２上にワーク２の被保持面を吸引保持させる。
【００４５】
このワーク保持工程の後、制御手段１４０は、テーブル水平移動機構２１１を駆動してチャックテーブル３２をワーク搬入出域Ｅ１からワーク研磨加工域Ｅ２へと水平移動させる。詳細には、図６に示すように、チャックテーブル３２上のワーク１の被研磨面全域が研磨工具４３の中央研磨面とオーバーラップする位置までチャックテーブル３２を移動させる。
【００４６】
つぎに、研磨装置１０は、粗研磨工程を行う。具体的には、制御手段１４０は、サーボモータ４２３を駆動し、回転スピンドル４２２を回転駆動させて研磨工具４３の研磨面を水平面内で回転させるとともに、加工ユニット送り機構５０のパルスモータ５４を駆動し、研磨加工ユニット４０を下降移動させる。この研磨加工ユニット４０の下降移動によって研磨工具４３（詳細には第１の研磨パッド４５によって形成される中央研磨面）が予めワーク１の厚み等をもとに設定される粗研磨位置に移動し、この粗研磨位置において、ワーク１の被研磨面の全域が中央研磨面を形成する第１の研磨パッド４５と接触する。また、制御手段１４０は、これらの制御と並行して不図示のテーブル回転機構を駆動し、チャックテーブル３２を回転駆動させてワーク１の被研磨面を水平面内で回転させる。さらに、制御手段１４０は、スラリー供給源６０を駆動し、スラリー供給口４５１から格子状の溝４５２を介して中央研磨面とワーク１の被研磨面との間にスラリーを供給する。
【００４７】
この研磨工程では、以上のように各部が動作することで、中央研磨面とワーク１の被研磨面とを相対的に回転させながらワーク１の被研磨面全域に中央研磨面を押し付け、スラリー供給源６０から中央研磨面全域に供給されるスラリーによってワーク１の被研磨面全域をＣＭＰ（Chemical  Mechanical  Polishing：化学的機械的研磨）加工して粗研磨する。
【００４８】
以上の粗研磨工程を終えたならば、研磨装置１０は、洗浄工程として、研磨面洗浄工程および被研磨面洗浄工程を行う。まず、制御手段１４０は、加工ユニット送り機構５０のパルスモータ５４を駆動し、研磨加工ユニット４０を上昇移動させる。そして、この研磨加工ユニット４０の上昇移動によって、研磨工具４３の研磨面を予め設定される研磨面洗浄位置に移動させる。
【００４９】
その後、研磨面洗浄工程として、制御手段１４０は、回転スピンドル４２２の回転によって研磨工具４３の研磨面を水平面内で回転させた状態で、外周研磨面洗浄機構８１および中央研磨面洗浄機構８２を駆動する。そして、制御手段１４０は、図７に示すように、外周研磨面洗浄ノズル８１１から外周研磨面に向けて洗浄液を噴射するとともに、支軸８２１を回転させることによって洗浄アーム８２２を回動させながら中央研磨面洗浄ノズル８２３から中央研磨面に向けて洗浄液を噴射する。
【００５０】
この研磨面洗浄工程では、以上のように各部が動作することで、研磨面洗浄位置に位置して回転する研磨工具４３の研磨面に対し、外周研磨面（第２の研磨パッド４６の表面）および中央研磨面（第１の研磨パッド４５の表面）の各々に洗浄液を供給する。これによって、中央研磨面に付着したスラリーや研磨屑、あるいは粗研磨時の飛散等によって外周研磨面に付着したスラリー等のコンタミネーションが除去される。
【００５１】
また、被研磨面洗浄工程として、制御手段１４０は、テーブル水平移動機構２１１を駆動し、チャックテーブル３２をワーク研磨加工域Ｅ２からワーク搬入出域Ｅ１側へと水平移動させ、ワーク搬入出域Ｅ１とワーク研磨加工域Ｅ２との間の位置として予め設定される被研磨面洗浄位置にチャックテーブル３２を移動させる。ここで、被研磨面洗浄位置は、チャックテーブル３２上のワーク１の被研磨面の全域が研磨工具４３の研磨面の全域とオーバーラップしない位置として設定される。そして、制御手段１４０は、これと並行して不図示のテーブル回転機構を駆動し、チャックテーブル３２を回転駆動させてワーク１の被研磨面を水平面内で回転させるとともに、被研磨面洗浄機構８３を駆動し、図８に示すように、支軸８３１を回転させることによって洗浄アーム８３２を回動させながらワーク１の被研磨面洗浄ノズル８３３から被研磨面に洗浄液を噴射する。
【００５２】
この被研磨面洗浄工程では、以上のように各部が動作することで、ワーク研磨加工域Ｅ２から被研磨面洗浄位置へと移動してくるチャックテーブル３２上のワーク１の被研磨面に向けて洗浄液を供給する。これによって、ワーク１の被研磨面に付着したスラリーや研磨屑等のコンタミネーションが除去される。
【００５３】
以上の洗浄工程の後、制御手段１４０は、テーブル水平移動機構２１１を駆動してチャックテーブル３２を被研磨面洗浄位置からワーク研磨加工域Ｅ２へと水平移動させる。詳細には、図９に示すように、研磨工具４３の外周研磨面の鉛直下方にワーク１の被研磨面の中心Ｗｏが位置するようにチャックテーブル３２を移動させる。
【００５４】
つぎに、研磨装置１０は、仕上げ研磨工程を行う。具体的には、制御手段１４０は、サーボモータ４２３を駆動して回転スピンドル４２２を回転駆動させて研磨工具４３の研磨面を水平面内で回転させるとともに、加工ユニット送り機構５０のパルスモータ５４を駆動し、研磨加工ユニット４０を下降移動させる。この研磨加工ユニット４０の下降移動によって研磨工具４３（詳細には第２の研磨パッド４６によって形成される外周研磨面）が予めワーク１の厚み等をもとに設定される仕上げ研磨位置に移動し、この仕上げ研磨位置において、ワーク１の被研磨面の中心Ｗｏを含む領域が外周研磨面を形成する第２の研磨パッド４６と接触する。また、制御手段１４０は、これらの制御と並行して不図示のテーブル回転機構を駆動し、チャックテーブル３２を回転駆動させてワーク１の被研磨面を水平面内で回転させる。さらに、制御手段１４０は、薬液供給機構７０を駆動し、図９に示すように、薬液供給ノズル７１から外周研磨面に薬液を供給する。
【００５５】
この仕上げ研磨では、以上のように各部が動作することで、ワーク１の被研磨面に外周研磨面を部分的に押し付け、薬液供給ノズル７１から外周研磨面に供給される薬液によってワーク１の被研磨面をＣＭＰ加工する。そして、このＣＭＰ加工を外周研磨面とワーク１の被研磨面とを相対的に回転させながら行うことで、被研磨面の全域をＣＭＰ加工して仕上げ研磨する。
【００５６】
なお、ここでは、研磨工具４３の外周研磨面の鉛直下方にワーク１の被研磨面の中心Ｗｏが位置するようにチャックテーブル３２を移動させ、この位置で外周研磨面とワーク１の被研磨面とを接触させてこれらを相対的に回転させることにより、被研磨面の全域を仕上げ研磨することとした。これに対し、チャックテーブル３２上のワーク１の被研磨面の一部（例えば、ワーク１の被研磨面の研磨工具４３下方への侵入側の端部部分）が研磨工具４３の外周研磨面とオーバーラップする位置を初期位置として外周研磨面とワーク１の被研磨面とを接触させてＣＭＰ加工を開始し、その後チャックテーブル３２を水平移動させて研磨工具４３の下方に進入させながらＣＭＰ加工を行い、被研磨面の全域を仕上げ研磨するようにしてもよい。
【００５７】
なお、仕上げ研磨を終えたならば、制御手段１４０の制御のもと、チャックテーブル３２がワーク搬入出域Ｅ１に移動し、搬出手段９２の吸着パッド９２２により吸着保持されて洗浄手段１３０に搬出される。洗浄手段１３０に搬出されたワーク１は、洗浄手段１３０にて被研磨面が洗浄された後、搬出入手段１１０のロボットアーム１１１によって把持されてカセット１０２に搬出され、カセット１０２内に収容される。また、上記の研磨加工後のワーク１の搬出の後、チャックテーブル３２上には、搬入手段９１によって次のワーク１が搬入保持される。
【００５８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、研磨工具４３の研磨面を、ワーク１の被研磨面の外形以上の大きさを有する第１の研磨パッド４５で形成された中央研磨面と、中央研磨面の外周を囲繞する第２の研磨パッド４６で形成された外周研磨面とで構成することができる。そして、中央研磨面と外周研磨面とが段差を形成して外周研磨面が中央研磨面から突出するように研磨工具４３の研磨面を構成することができる。これによれば、中央研磨面と外周研磨面とを個別に用い、ワークの被研磨面に対し、第１の研磨パッド４５による粗研磨と第２の研磨パッド４６による仕上げ研磨とを行うことができる。具体的には、ワーク１の被研磨面の全域が中央研磨面とオーバーラップする態様でワーク１の被研磨面に中央研磨面を接触させて被研磨面の全域をＣＭＰ加工して粗研磨することができる。そして、ワーク１の被研磨面の中心Ｗｏを含む領域が外周研磨面とオーバーラップする態様でワーク１の被研磨面に外周研磨面を部分的に接触させながら、これらを相対的に回転させることによって被研磨面の全域をＣＭＰ加工して仕上げ研磨することができる。ここで、このように中央研磨面によって粗研磨を行い、その後外周研磨面によって仕上げ研磨を行うことにより、仕上げ研磨後の被研磨面のヘイズを示す値（１０ｎｍ以下、数ｎｍ〜数十ｎｍの周期の極めて微細な凹凸を示す値）の改善が実現でき、高い研磨品質が達成できる。したがって、本実施の形態によれば、装置の大型化を伴わずに異なる種類の研磨（本実施の形態では粗研磨と仕上げ研磨）の実現が可能となる。これによれば、コストの増大を防止できるとともに、装置構成の複雑化を防止できる。
【００５９】
また、スラリーを使用する粗研磨の後に、外周研磨面（第２の研磨パッド４６の表面）および中央研磨面（第１の研磨パッド４５の表面）の各々に洗浄液を供給して洗浄を行い、中央研磨面および外周研磨面に付着したスラリー等を除去することができる。また、ワーク１の被研磨面に洗浄液を供給して洗浄を行い、ワーク１の被研磨面に付着したスラリー等を除去することができる。これによれば、仕上げ研磨の際に外周研磨面および中央研磨面やワーク１の被研磨面にスラリー等のパーティクルが残留しないため、仕上げ研磨時におけるスクラッチの発生を防止でき、研磨品質をさらに向上させることが可能となる。
【００６０】
なお、上記した実施の形態では、研磨面洗浄工程として外周研磨面および中央研磨面の双方を洗浄する構成について説明したが、外周研磨面のみを洗浄する構成としてもよい。この場合には、中央研磨面洗浄機構８２は不要であるのでこれを除いて研磨装置１０を構成してもよい。
【００６１】
また、上記した実施の形態では、中央研磨面によってワーク１の被研磨面の粗研磨を行い、外周研磨面によってワーク１の被研磨面の仕上げ研磨を行う構成としたが、中央研磨面および外周研磨面を用いた研磨の種類は一例であって、適宜選択できる。そして、例えば、選択した研磨の種類に応じた材質の研磨部材で中央研磨面および外周研磨面のそれぞれを形成することによって、ワーク１の被研磨面に対して異なる研磨が実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
以上のように、本発明の研磨工具、研磨装置および研磨加工方法は、装置の大型化を伴わずに異なる種類の研磨加工を実現するのに適している。
【符号の説明】
【００６３】
１      ワーク
１０      研磨装置
２０      装置ハウジング
２１１      テーブル水平移動機構
３０      チャックテーブル機構
３２      チャックテーブル
４０      研磨加工ユニット
４２      スピンドルユニット
４２２      回転スピンドル
４２３      サーボモータ
４３      研磨工具
４４      研磨パッド
４５      第１の研磨パッド
４６      第２の研磨パッド
５０      加工ユニット送り機構
５４      パルスモータ
６０      スラリー供給源
６１      スラリー供給路
７０      薬液供給機構
８１      外周研磨面洗浄機構
８２      中央研磨面洗浄機構
８３      被研磨面洗浄機構
９１      搬入手段
９２      搬出手段
１０１，１０２      カセット
１１０      搬出入手段
１２０      位置決め手段
１３０      洗浄手段
１４０      制御手段
Ｅ１      ワーク搬入出域
Ｅ２      ワーク研磨加工域
【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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