(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周が四辺形に形成された基板を研磨する研磨装置において；
前記基板の被研磨面を研磨する研磨面を有する研磨盤と；
前記基板を保持して前記研磨面に押し付ける研磨ヘッドとを備え；
前記研磨ヘッドは、前記基板の外周四辺形より僅かに大なる四辺形の開口が形成され、前記基板とは独立に前記研磨面に向けて押圧可能に構成されたガイドリングを有し；
さらに、前記ガイドリングを前記研磨面に向けて押圧する圧力流体を供給する第１の圧力流体供給ラインと；
前記基板を前記研磨面に押し付ける圧力流体を供給する第２の圧力流体供給ラインとを備え；
前記ガイドリングは、前記開口の四辺形の各辺毎のセグメントに分割され、各セグメントは互いに独立して動作可能に構成され、さらに前記ガイドリングの外周が前記基板の対角線を直径とする円を包含するよう構成された；
四辺形基板の研磨装置。
【請求項２】
前記第１の圧力流体供給ラインが供給する圧力流体が、前記各セグメントを前記各セグメント毎に独立した押圧力で前記研磨面に向けて押圧できる、請求項１に記載の四辺形基板の研磨装置。
【請求項３】
前記研磨ヘッドは、前記基板の裏面を保持する保持面を有し；
前記保持面は、前記基板を保持するために前記基板の主として外周部のみと接触するように配置された弾性リングを有する；
請求項１または請求項２に記載の四辺形基板の研磨装置。
【請求項４】
前記弾性リングの内側に空間が形成され、前記第２の圧力流体供給ラインは、該空間に前記圧力流体を供給し、あるいは該空間を真空にするように構成された、請求項３に記載の四辺形基板の研磨装置。
【請求項５】
外周が四辺形に形成された基板を研磨面に押圧して、前記基板と前記研磨面とを互いに相対運動させて前記基板を研磨するよう構成された研磨装置において；
前記基板を保持する研磨ヘッドを備え；
前記研磨ヘッドが、前記研磨ヘッドに対し上下動可能に取り付けられたガイドリングを有し；
前記ガイドリングが、前記各基板の各辺に対応する４つのセグメントに分割され、前記各セグメントごとに独立した押圧力で前記研磨面に押圧できる；
四辺形基板の研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、四辺形の基板を研磨し平坦化する研磨装置に関するものであり、特に半導体製造装置に使用される四辺形のフォトマスク基板を化学的、機械的に研磨し平坦化する研磨装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスに使用される基板は円盤形状であり、当該基板を研磨する研磨装置は、回転する研磨盤と、研磨対象物である基板を下面に保持し研磨盤に押し付ける研磨ヘッドと、研磨中に基板が研磨ヘッドの下面から外れないように基板の研磨盤上の動きを規制するリング形状のガイドリングと、研磨盤に砥液を供給する砥液供給ノズルとを具備する。砥液は、例えばアルカリ溶液に微粒子からなる砥粒を懸濁したものを用い、アルカリによる化学研磨作用と、砥粒による機械的研磨作用との複合作用によって基板を研磨し、基板の表面を平坦に仕上げる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来の研磨装置においては、研磨される基板の形状は円盤形状であり、研磨装置は、円盤形状基板の研磨に適し、円盤形状基板の表面の平坦度を向上させるように構成されていた。しかし、半導体デバイスに限らず、フォトマスク基板やディスプレイパネル等の四辺形の基板の表面の平坦度も要求が高まっており、四辺形の基板の表面を化学的、機械的研磨によって平坦度よく仕上げる必要が生じた。
特に、図６に示すように四辺形基板では、四辺形基板の外周形状に内接する円の内側は面の均一性がよいが、角部の過研磨という問題が生じ、仕上げの平坦度はよくなかった。
【０００４】
そこで本発明は、四辺形の基板の表面を平坦度よく仕上げることのできる研磨装置、特に基板の角部の過研磨を軽減することのできる化学的、機械的研磨による研磨装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による四辺形基板の研磨装置１は、例えば図１、図２および図３に示すように、外周が四辺形に形成された基板Ｗを研磨する研磨装置１において；基板Ｗの被研磨面Ｗ３を研磨する研磨面３９Ａを有する研磨盤３８と；基板Ｗを保持して研磨面３９Ａに押し付ける研磨ヘッドとを備え；研磨ヘッド２１は、基板Ｗの外周四辺形より僅かに大なる四辺形の開口３０が形成され、基板Ｗとは独立に研磨面３９Ａに向けて押圧可能に構成されたガイドリング２３を有し；さらに、ガイドリング２３を研磨面３９Ａに向けて押圧する圧力流体を供給する第１の圧力流体供給ライン３６と；基板Ｗを研磨面３９Ａに押し付ける圧力流体を供給する第２の圧力流体供給ライン６２とを備え；ガイドリング２３は、開口３０の四辺形の各辺毎のセグメント２４に分割され、各セグメント２４は互いに独立して動作可能に構成され、さらにガイドリング２３の外周が基板Ｗの対角線を直径とする円を包含するよう構成される。
【０００６】
このように構成すると、研磨ヘッド２１が基板Ｗの外周四辺形より僅かに大なる四辺形の開口３０を備えるので、開口３０に基板Ｗを安定して収納し、研磨することができる。さらにガイドリング２３が、基板Ｗとは独立に研磨盤３８に向けて押圧可能に構成されているので、過研磨の発生をガイドリングの部分に、より集中させることができ、基板Ｗの角部の過研磨をさらに緩和することができるので、研磨対象物である基板Ｗの平坦度を向上させることができる。ガイドリング２３を基板Ｗとは独立に上下動可能であり、研磨盤３８の被研磨面Ｗ３に直角な方向、すなわち基板Ｗが研磨されている場合は基板Ｗの被研磨面Ｗ３に直角な方向に移動するようにするとよい。
【０００７】
外周が基板Ｗの対角線を直径とする円を包含するよう構成されたガイドリング２３を備えるので、基板Ｗとガイドリング２３とを一枚の基板のように研磨し過研磨を主としてガイドリング２３の部分に発生させることができる。よって基板Ｗの角部の過研磨を緩和することができ、研磨対象物である基板Ｗの平坦度をさらに向上させることができる。なお、包含するとは、ガイドリング２３の外周が全て前記円上かそれよりも外側にあればよい。
【０００８】
ガイドリング２３は、開口３０の四辺形の各辺毎のセグメント２４に分割され、各セグメント２４は互いに独立して動作可能に構成されているので、各セグメント２４は、他のセグメント２４の動作の影響が排除されて動作し、研磨による基板Ｗのうねりの解消度が向上し、また研磨後の平坦度が向上する。すなわち、例えば、基板Ｗの研磨速度が大きい箇所に隣接するセグメント２４と、研磨速度が小さい箇所に隣接するセグメント２４と、または基板Ｗのそり上がっている辺に隣接するセグメント２４と、そりが生じていない辺に隣接するセグメント２４を互いに影響を受けずに独立に動作させることができるので、研磨による基板Ｗのうねりの解消度を向上させ、研磨後の平坦度を向上させることができる。
【０００９】
四辺形基板の研磨装置１は、例えば図１、図２および図３に示すように、外周が四辺形に形成された基板Ｗを研磨する研磨装置１において；基板Ｗの被研磨面Ｗ３を研磨する研磨面３９Ａを有する研磨盤３８と；基板Ｗを保持して研磨面３９Ａに押し付ける研磨ヘッドとを備え；研磨ヘッド２１は、基板Ｗの外周四辺形より僅かに大なる四辺形の開口が形成され、基板Ｗとは独立に研磨面３９Ａに向けて押圧可能に構成されたガイドリング２３を有し；さらに、ガイドリング２３を研磨面３９Ａに向けて押圧する圧力流体を供給する第１の圧力流体供給ライン３６と；基板Ｗを研磨面３９Ａに押し付ける圧力流体を供給する第２の圧力流体供給ライン６２とを備え；ガイドリング２３が、外周が基板Ｗの対角線を直径とする円を包含するものであってもよい。
【００１１】
請求項２に係る発明による四辺形基板の研磨装置１は、例えば図１、図２および図３に示すように、請求項１に記載の四辺形基板の研磨装置１において、第１の圧力流体供給ライン３６が供給する圧力流体が、各セグメント２４を各セグメント２４毎に独立した押圧力で研磨面３９Ａに向けて押圧できる。
【００１２】
このように構成するとガイドリング２３は、複数のセグメント２４に分割され、各セグメント２４はそれぞれ互いに独立に研磨面３９Ａに対して押圧可能であるので、各セグメント２４は、他のセグメント２４の押圧の影響が排除されて押圧され、研磨による基板Ｗのうねりの解消度が向上し、また研磨後の平坦度が向上する。
四辺形基板の研磨装置１は、例えば図１、図２および図３に示すように、各セグメント２４を押圧する押圧力は、各セグメント２４毎に独立して変更可能に構成されているようにしてもよい。
各セグメント２４を押圧する押圧力は、各セグメント２４毎に独立して変更可能に構成されているので、各セグメント２４を押圧する押圧力を各セグメント２４毎に独立して各セグメント２４に適するように変更させることができ、研磨による基板のうねりの解消度を向上させ、また研磨後の平坦度が向上させることができる。例えば、基板Ｗの研磨速度を大きくしたい箇所に隣接するセグメント２４の押圧力を強くするとよい。また、例えば、基板Ｗのそり上がっている辺に隣接するセグメント２４の押圧力を強くし、そりが生じていない辺に隣接するセグメント２４の押圧力を弱くするとよい。
【００１３】
請求項３に係る発明による四辺形基板の研磨装置１は、例えば図１、図２および図３に示すように、請求項１または請求項２に記載の四辺形基板の研磨装置１において、研磨ヘッド２１は、基板Ｗの裏面Ｗ１を保持する保持面２９を有し；保持面２９は、基板Ｗを保持するために基板Ｗの主として外周部のみと接触するように配置された弾性リング５０を有する。
【００１４】
保持面２９は、基板Ｗを保持し、または基板Ｗに押付力を与えるために基板Ｗの主として外周部のみと接触するように配置された弾性リング５０を有するので、基板Ｗの裏面Ｗ１の形状の平面からのずれ、水平面からの傾きを弾性リング５０により吸収する。よって、弾性リング５０、保持面２９、基板Ｗの裏面Ｗ１により画成された空間４３を確実にシールすることができ、保持面２９で確実に基板Ｗを保持し、基板Ｗを押し付けることができる。
【００１５】
裏面とは、基板の、研磨しようとする被研磨面とは反対側の面をいう。弾性リング５０は、断面を凸形状とし、凸形の出っ張った部分が基板Ｗに接触するように形成するのが好ましい。このようにすると基板Ｗの裏面Ｗ１の形状の平面からのずれ、水平面からの傾きをより確実に吸収し、空間４３をより安定してシールすることができる。弾性リング５０の内側に形成された空間４３は、典型的には真空排気源４９と圧縮空気源４２とに接続を切り換えることが可能に構成されているので、基板Ｗの保持、取り外し、押付けが可能である。弾性リング５０の材質は典型的にはゴム、但し軟質樹脂であってもよい。主として外周のみ接触とは、実質的に外周で接触していればよく、内側に名目的な接触部がある場合も含む。
【００１６】
請求項４に係る発明による四辺形基板の研磨装置１は、例えば図１、図２および図３に示すように、請求項３に記載の四辺形基板の研磨装置１において、弾性リング５０の内側に空間４３が形成され、該空間４３に圧力流体を供給し、あるいは該空間４３を真空にするように構成されている。
【００１７】
空間４３を真空にすることにより、基板Ｗを保持面２９に確実に保持し、空間４３に圧力流体を供給することにより、基板Ｗを研磨盤３８に押し付け、あるいは基板Ｗを保持面２９から取り外すことができる。
【００１８】
四辺形基板の研磨装置は、例えば図１、図３に示すように、外周が四辺形に形成された基板Ｗを研磨面３９Ａに押圧して、基板Ｗと研磨面３９Ａとを互いに相対運動させて基板Ｗを研磨するよう構成された研磨装置１において；基板Ｗを保持する研磨ヘッド２１を備え；研磨ヘッド２１が、研磨ヘッド２１に対し上下動可能に取り付けられたガイドリング２３を有し；ガイドリング２３の外周が、基板Ｗの対角線を直径とする円を包含するようにしてもよい。
【００１９】
このように構成すると、研磨ヘッド２１が、研磨ヘッド２１に対し上下動可能に取り付けられたガイドリング２３を有し、ガイドリング２３の外周が、基板Ｗの対角線を直径とする円を包含するので、基板とガイドリング２３とを一枚の基板のように研磨することができ、さらに過研磨をガイドリング２３の部分に発生させ、基板Ｗの角部の過研磨を緩和することができるので、研磨対象物である基板Ｗの平坦度が向上する。
【００２０】
四辺形基板の研磨装置１は、例えば図１、図３に示すように、ガイドリング２３が研磨面３９Ａに対して、基板Ｗの押圧とは独立して押圧可能としてもよい。
【００２１】
ガイドリング２３が研磨面３９Ａに対して、基板Ｗの押圧とは独立して押圧可能であるので、過研磨の発生をガイドリング２３の部分に、より集中させるようにガイドリング２３を押圧することができる。よって、基板Ｗの角部の過研磨をさらに緩和することができ、基板Ｗの平坦度をさらに向上させることができる。
【００２２】
四辺形基板の研磨装置１は、例えば図１、図３に示すように、ガイドリング２３が複数のセグメント２４に分割され、セグメント２４はそれぞれ独立に研磨面３９Ａに対して押圧可能としてもよい。
【００２３】
ガイドリング２３は、複数のセグメント２４に分割され、各セグメント２４はそれぞれ互いに独立に研磨面３９Ａに対して押圧可能であるので、各セグメント２４は、他のセグメント２４の押圧の影響が排除されて押圧され、研磨による基板Ｗのうねりの解消度が向上し、また研磨後の平坦度が向上する。
【００２４】
上記目的を達成するために、請求項５に係る発明による四辺形基板の研磨装置１は、例えば図１、図３に示すように、外周が四辺形に形成された基板Ｗを研磨面３９Ａに押圧して、基板Ｗと研磨面３９Ａとを互いに相対運動させて基板Ｗを研磨するよう構成された研磨装置１において；基板Ｗを保持する研磨ヘッド２１を備え；研磨ヘッド２１が、研磨ヘッド２１に対し上下動可能に取り付けられたガイドリング２３を有し；ガイドリング２３が、各基板Ｗの各辺に対応する４つのセグメント２４に分割され、前記各セグメントごとに独立した押圧力で前記研磨面に押圧できる。
【００２５】
このように構成すると、研磨ヘッド２１が、研磨ヘッド２１に対し上下動可能に取り付けられたガイドリング２３を有し、ガイドリング２３が、複数のセグメント２４に分割されているので、各セグメント２４は、他のセグメント２４の動作の影響が排除されて上下動し、研磨による基板Ｗのうねりの解消度が向上し、また研磨後の平坦度が向上する。典型的には、分割された各セグメント２４全てが研磨ヘッド２１に対し上下動可能である。
【００２７】
ガイドリング２３が、基板Ｗの各辺に対応する４つのセグメント２４に分割されているので、研磨中におけるセグメント２４間の影響の分離を、確実に行うことができる。
【００２９】
各セグメント２４を、互いに独立した押圧力で研磨面３９Ａに押圧できるので、各セグメント２４は、他のセグメント２４の押圧の影響が排除され、研磨による基板Ｗのうねりの解消度が向上し、また研磨後の平坦度が向上する。
【００３０】
四辺形基板の研磨装置１は、例えば図１、図３に示すように、外周が四辺形に形成された基板Ｗを研磨面３９Ａに押圧して、基板Ｗと研磨面３９Ａとを互いに相対運動させて基板Ｗを研磨するよう構成された研磨装置において；基板Ｗの裏面Ｗ１の主として外周部のみと接触するように配置された弾性リング５０を有する、基板Ｗの裏面Ｗ１を保持する保持面２９と；弾性リング５０の内側の空間４３に圧力流体を供給し、空間４３内の空気を真空に引く供給ライン６２を備えるようにしてもよい。
【００３１】
このように構成すると、基板Ｗの裏面の主として外周部のみと接触するように配置された弾性リング５０を有する、基板Ｗの裏面を保持する保持面２９と、弾性リング５０の内側の空間４３に圧力流体を供給し、空間４３内の空気を真空に引く供給ライン６２を備えるので、基板Ｗの裏面Ｗ１の形状の平面からのずれ、水平面からの傾きを弾性リング５０により吸収し、弾性リング５０の内側の空間を、確実にシールすることができる。よって、供給ライン６２によって空間４３内の空気を真空に引いて、保持面２９に基板Ｗを確実に保持することができ、あるいは供給ライン６２によって空間４３に圧力流体を供給し、基板Ｗを研磨面３９Ａに確実に押圧し、または基板Ｗを保持面２９から取り外すことができる。
【００３２】
四辺形基板の研磨装置１は、例えば図１、図３に示すように、弾性リング５０が、先端に丸みが形成されたＶ字の断面形状を有するようにしてもよい。
【００３３】
弾性リング５０が先端に丸みが形成されたＶ字の断面形状を有するので、弾性リング５０の先端が基板Ｗに接触したとき、先端が安定して変形し、弾性リング５０と基板Ｗとの接触面積を小さくするので、空間４３を確実にシールすることができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号または類似符号を付し、重複した説明は省略する。
【００３５】
図１は、本発明の実施の形態に係る研磨装置１（図３参照）に用いる研磨ヘッド２１の断面図、図２は同底面図である。図１、図２を参照して、研磨ヘッド２１の構成、その周辺部品の構成を説明する。研磨ヘッド２１は、研磨ヘッド本体２２、ガイドリング２３、外周部材２５を具備する。
【００３６】
研磨ヘッド本体２２の下側外周部には、セグメントとしての４個のガイドリング部材２４からなるガイドリング２３が配置され、研磨ヘッド本体２２の上部外周側面２６およびガイドリング部材２４のそれぞれの外周側面２７に接触して覆う環状の外周部材２５が配置されている。外周部材２５の外周形状は角の丸い正四辺形である。研磨ヘッド本体２２およびガイドリング２３は、研磨対象物たる四辺形の基板としての、正四辺形（正方形）のフォトマスク基板Ｗ（図１中、２点鎖線にて表示）を後述のように吸着して収納して保持する。この状態で、研磨ヘッド本体２２の保持面としての下面２９がフォトマスク基板Ｗの裏面Ｗ１に直接対向し、ガイドリング部材２４の内周側面２８がフォトマスク基板Ｗの側面Ｗ２に直接対向している。
【００３７】
なお、フォトマスク基板Ｗは、シリコン基板、液晶基板であってもよく、そのときは、ガイドリング２３の材質は、一般に高分子材料やセラミック材料が用いられ、例えばＰＰＳ等の硬化プラスチックとする。フォトマスク基板Ｗの材質は石英ガラスである。ガイドリング２３の材質は、好ましくはフォトマスク基板Ｗに類似した石英ガラスである。
【００３８】
図１中、ガイドリング２３の外形は、角が丸い正四辺形としているが、円形としてもよい。こうするとフォトマスク基板Ｗとガイドリング２３とが一枚の基板のように研磨されるのでフォトマスク基板Ｗの角部の過研磨の軽減がより図れるので好ましい。
【００３９】
研磨ヘッド２１の図１中、鉛直方向下側には、研磨盤３８（図３）が位置し、研磨盤３８の上面には研磨布３９（図３）が貼り付けられ、研磨布３９にフォトマスク基板Ｗの被研磨面Ｗ３が接触するよう構成されている。研磨布３９の、フォトマスク基板Ｗの被研磨面Ｗ３と接触する面が、研磨面３９Ａ（図３）である。
【００４０】
ガイドリング部材２４の内周側面２８は、正四辺形の開口３０のそれぞれの辺を形成し、開口３０の正四辺形は、フォトマスク基板Ｗの外周正四辺形より僅かに大きく形成されている。また、ガイドリング２３は、フォトマスク基板Ｗの対角線（長さＤ１）を直径とする円６３を包含する大きさに形成されている（図４参照）。なお、表現を変えれば、ガイドリング２３は開口３０の四辺形の各辺毎に４個のガイドリング部材２４に分割されているということもできる。フォトマスク基板Ｗの対角線の長さは、フォトマスク基板Ｗの外周形状に外接する外接円の直径と言いかえてもよい。すなわち、ここで対角線の長さとは、四辺形のフォトマスク基板Ｗの角部に面取りが施してあったり丸みを付けてある場合は、相対する面取りの角同士を結ぶ線の長さ、あるいは相対する丸みの頂点同士を結ぶ線の長さを言うものとする。
【００４１】
ガイドリング部材２４は、図１中、その上部に上部部材３１を有し、上部部材３１は、研磨ヘッド本体２２の下部外周側面５３に形成された凹部３２に部分的に挿入されている。各ガイドリング部材２４は、研磨ヘッド２１に対し上下動可能に凹部３２に挿入されている。上部部材３１の凹部３２に挿入した部分に、研磨ヘッド本体２２を貫通して打ち込んだガイドリング部材２４の回り止め用のピン６０が係合している。研磨ヘッド本体２２の中間下面３３には、円柱形状に凹んだ４個の空間部３４が形成され、各空間部３４は、各ガイドリング部材２４の上部部材３１の上側に位置し、かつ上部部材３１の長手方向の中央部に位置している。
【００４２】
各空間部３４は上部に各空気供給ノズル３５を有し、各空気供給ノズル３５は各空気供給ライン３６に接続され、各空気供給ライン３６は、締め切り手段である各バルブＶ１（図３参照）、制御手段である各第１エアレギュレータＲ１（図３参照）を介して圧力流体としての圧縮空気を供給する圧縮空気源４２（図３参照）に接続されている。各空間部３４の圧力は、各第１エアレギュレータＲ１によって独立に制御され、独立に変更可能である。よって、各ガイドリング部材２４を、それぞれ独立して、またフォトマスク基板Ｗとは独立して、研磨面３９Ａ（図３参照）に対して押圧可能である。
【００４３】
空間部３４にはシール部材３７が挿入され、空間部３４をシールし空間部３４の圧力を維持している。シール部材３７は空間部３４内部で図１中、上下に移動が可能であり、シール部材３７は空間部３４の圧力により図１中、下側に押されガイドリング部材２４の上部部材３１を押すので、ガイドリング部材２４は、研磨盤３８すなわち研磨布３９、研磨面３９Ａに向けて押圧される。
【００４４】
研磨ヘッド本体２２の下面２９は、形状がフォトマスク基板Ｗとほぼ同じ大きさの正四辺形であり、フォトマスク基板Ｗを保持する下面２９の外周部には環状の溝４０が形成され、溝４０には弾性リングとしての環状のゴム材５０（図２中、２点鎖線にて表示、外周はフォトマスク基板Ｗの外周と一致するように示されている。）がはめ込まれている。ゴム材５０が、溝４０にはめ込まれた状態で、下面２９からゴム材５０の凸部４４が突出し、凸部４４が研磨対象物であるフォトマスク基板Ｗの裏面Ｗ１に接触する。下面２９、ゴム材５０の凸部４４、フォトマスク基板Ｗの裏面Ｗ１は、空間としての空間部４３を画成する。
【００４５】
研磨ヘッド本体２２には、空間部４３に連通する第２空気供給ノズル４１が形成され、第２空気供給ノズル４１は、供給ラインとしての第２空気供給ライン６２に接続されている。第２空気供給ライン６２は、第２バルブＶ２（図３参照）、第２エアレギュレータＲ２（図３参照）を介して圧縮空気源４２（図３参照）に接続され、バルブＶ０（図３参照）を介して真空排気源４９（図３参照）に接続されている。バルブＶ０を閉と第２バルブＶ２を開にした状態で空間部４３の圧力は、第２エアレギュレータＲ２によって所定の圧力に制御されるので、この圧力によりフォトマスク基板Ｗは研磨盤３８に向かって押し付けられる。また、第２バルブＶ２を閉とした状態で、バルブＶ０を開とすることで、空間部４３が真空となりフォトマスク基板Ｗが、下面２９に吸着される。
【００４６】
ゴム材５０は、シリコンゴム、フッ素ゴム等から形成され、先端に丸みが形成されたＶ字の断面形状の凸部４４を有する。凸部４４の断面形状を先端に丸みが形成されたＶ字型としたので、フォトマスク基板Ｗが研磨盤３８上で完全に水平でなくても、ゴム材５０とフォトマスク基板Ｗの裏面Ｗ１との接触面積を最小にし、かつ空間部４３を安定してシールし、空間部４３内の圧力を保持することができる。
【００４７】
研磨ヘッド本体２２には、純水供給ライン４６に接続された純水供給ノズル４５が形成され、各ガイドリング部材２４の上部部材３１、研磨ヘッド本体２２の凹部３２に純水を供給し、ガイドリング部材２４の周囲の隙間に入り込んだ砥液等を洗い流すことができる。純水供給ライン４６は、純水バルブＶ４（図３参照）、純水レギュレータＲ４（図３参照）を介して純水供給源４７（図３参照）に接続されている。純水レギュレータＲ４によって純水の供給圧力は、所定の圧力に制御され、または供給量が所定の量に制御される。
【００４８】
研磨ヘッド２１は、セラミックス製のベアリングボール３を介して研磨ヘッド軸２に接続されている。研磨ヘッド軸２の下部には、外周部に切り欠き５４、外周部近傍に貫通孔５５を有するフランジ部５６が形成され（図１中の部品５６の平面図参照）、この切り欠き５４に研磨ヘッド本体２２に打ち込まれた第１ピン５７が係合し、切り欠き５４からこの係合する第１ピン５７にトルクの伝達が可能なように構成され、研磨ヘッド軸２から研磨ヘッド２１にトルクが伝達される。貫通孔５５には、研磨ヘッド本体２２にねじ込まれた鍔付きの第２ピン５８が挿入され、フランジ部５６と第２ピン５８の鍔の間に圧縮バネ５９が掛け渡され、圧縮バネ５９のバランスにより研磨ヘッド軸２が鉛直に保たれている。
【００４９】
なお、研磨ヘッド本体２２の中間下面３３に凹んで形成された空間部３４は、円柱形状で４個形成され、ガイドリング部材２４の上部部材３１の上側に位置し、かつ上部部材３１の長手方向の中央部に位置しているとして説明した。
しかし、図５に二点差線にて示すように、断面形状が細長い長方形である空間部３４Ａとしてもよいし、または個数がガイドリング部材２４あたり３個、合計１２個の空間部３４Ｂとしてもよい。空間部３４Ｂの個数はガイドリング部材２４あたり２個（図中、中央部の１個を除く）、合計８個であってもよい。
【００５０】
図３は、研磨ヘッド２１を用いた研磨装置１の構成を示す概念図である。図３を参照し、適宜図１、図２を参照して、研磨装置１の構成を説明する。研磨装置１は、研磨ヘッド２１、ベアリングボール３、研磨ヘッド軸２、研磨盤３８、研磨布３９、第１空気供給ライン３６、第２空気供給ライン６２、第１エアレギュレータＲ１、第２エアレギュレータＲ２、純水供給ライン４６、純水レギュレータＲ４を備える。研磨装置１は、さらに研磨ヘッド固定部材４、連結軸４８、エアシリンダ５、ピストン１４、第３空気供給ライン５１、第３エアレギュレータＲ３、回転筒６、タイミングプーリ７、タイミングベルト８、タイミングプーリ１０、モータ９、砥液供給ノズル１３等を備える。
【００５１】
前述のように研磨ヘッド２１は、ベアリングボール３を介して研磨ヘッド軸２に係合されている。研磨ヘッド軸２は、研磨ヘッド固定部材４に昇降及び回転自在に図示しない軸受を介して係合され、連結軸４８、連結棒６１を介してエアシリンダ５内のピストン１４に連結されいる。エアシリンダ５は、第３空気供給ライン５１に接続されている。第３空気供給ライン５１は、第３バルブＶ３、第３エアレギュレータＲ３を介して圧縮空気源４２に接続される。エアシリンダ５の圧力は、第３エアレギュレータＲ３によって所定の圧力に制御される。
【００５２】
エアシリンダ５の圧力によって、ピストン１４は上下動し、ピストン１４の上下動により、連結軸４８、研磨ヘッド軸２は、連結棒６１を介し上下動し、研磨ヘッド２１の下面に保持されたフォトマスク基板Ｗを研磨盤３８から離し、あるいは研磨盤３８向かって押し付ける。また、研磨ヘッド２１の上面と研磨ヘッド軸２の下端面は、ベアリングボール３を収容するボール軸受を形成しており、研磨ヘッド２１はベアリングボール３を介して研磨盤３８に対してまた研磨布３９に対してベアリングボール３を中心に傾動可能になっている。なお、ベアリングボール３は研磨ヘッド軸２の中心に位置する。
【００５３】
また、研磨ヘッド軸２には回転筒６が取り付けられており、回転筒６はその外周にタイミングプーリ７を備えている。そして、タイミングプーリ７は、タイミングベルト８を介して、研磨ヘッド固定部材４に固定されたモータ９に設けられたタイミングプーリ１０に接続されている。したがって、モータ９を回転駆動することによって、タイミングベルト８およびタイミングプーリ７を介して回転筒６および研磨ヘッド軸２が一体に回転し、研磨ヘッド軸２の回転により研磨ヘッド２１が回転する。また、研磨ヘッド固定部材４の一端は、揺動軸６４により支持され、揺動自在となっている。なお、連結軸４８へは、研磨ヘッド軸２からの回転は伝達されない。
【００５４】
次に、図１、図２および図３を参照して、研磨装置１の作用を説明する。上記構成の研磨装置１において、研磨ヘッド２１の下面２９に形成された開口３０にフォトマスク基板Ｗを収納し、バルブＶ０を開とし、空間部４３の圧力を真空とし、フォトマスク基板Ｗを下面２９に吸着させる。
なお、具体的には、フォトマスク基板Ｗの裏面Ｗ１の外周のみがゴム材５０の凸部４４に接触する。
【００５５】
最初の状態では、研磨ヘッド２１は研磨盤３８を離れ研磨盤３８より上に位置している。次に、バルブＶ３を閉から開にし、第３エアレギュレータＲ３により圧縮空気源４２から第３空気供給ライン５１を通ってエアシリンダ５に供給される空気圧を制御して、所定の圧力とする。エアシリンダ５内の圧力が所定の値になると、ピストン１４が下に移動するので、連結軸４８を介して研磨ヘッド軸２、研磨ヘッド２１が下に移動し、フォトマスク基板Ｗが研磨布３９の研磨面３９Ａ上に載置される。回転筒６は、研磨ヘッド軸２に取り付けられ、軸方向に相対的に移動可能であるので、研磨ヘッド軸２が上下動しても、回転筒６は研磨ヘッド固定部材４に対して静止している。
【００５６】
フォトマスク基板Ｗが研磨布３９上に載置されたのち、バルブＶ３は、開の状態を保つのでエアシリンダ５内の圧力に起因するピストン１４を押す力により、研磨ヘッド２１が、フォトマスク基板Ｗを研磨布３９に向かって押し付けている。なお、フォトマスク基板Ｗを研磨布３９に向かって押し付けるとは、フォトマスク基板Ｗを研磨盤３８に向かって押し付けることも意味している。
【００５７】
次に、バルブＶ０を開から閉にし、さらにバルブＶ２を閉から開にし、第２エアレギュレータＲ２により圧縮空気源４２から第２空気供給ライン６２、第２空気供給ノズル４１を通って供給される空間部４３の空気圧を制御して、所定の圧力とする。空間部４３の空気圧を所定の圧力とすることによりフォトマスク基板Ｗは、研磨布３９に向かって押し付けられる。空間部４３を加圧することによりフォトマスク基板Ｗの中央部を均一な力で押圧することができ、研磨によるフォトマスク基板Ｗの平坦度が向上する。また、空間部４３が構成されているので、フォトマスク基板Ｗの裏面Ｗ１に仮に砥液、研磨屑が回り込んでも、裏面Ｗ１に傷が形成されない。
【００５８】
なお、フォトマスク基板Ｗの裏面Ｗ１の外周のみにゴム材５０の凸部４４が接触しているので、フォトマスク基板Ｗの裏面Ｗ１の形状の平面からのずれ、水平面からの傾きをより確実に吸収し、空間部４３をより安定してシールすることができ、安定した押し付け力をフォトマスク基板Ｗに付加することができ、研磨によるフォトマスク基板Ｗの平坦度がさらに向上する。
【００５９】
ゴム材５０を備えない装置でシリコン基板を研磨する際には、シリコン基板の裏面全面を研磨ヘッドの下面と直接接触させて研磨している。この場合は、仮に砥液や研磨屑が基板の裏面に回り込みシリコン基板と研磨ヘッドが擦れて基板の裏面に傷を付けてもシリコン基板の場合には、大きな問題にはならない。しかし、使用時に光を透過させるフォトマスク基板Ｗは裏面に傷ができることは好ましくなく、ゴム材を上記のように設け、空間部４３が形成されるようにしたこと、ゴム材に凸部を設けたことにより上記効果が得られるようになった。
【００６０】
次に、すべてのバルブＶ１を閉から開とし、圧縮空気源４２から第１空気供給ライン３６、第１空気供給ノズル３５を通って供給される空間部３４の空気圧を第１エアレギュレータＲ１によりそれぞれ独立に制御して、独立の所定の圧力とする。空間部３４の空気圧を所定の圧力とすることにより、シール部材３７がガイドリング部材２４の上部部材３１を所定の押圧力で押し、ガイドリング部材２４は、研磨布３９（研磨盤３８）に向かってそれぞれの押圧力により押圧される。また、ガイドリング２３が、フォトマスク基板Ｗとは独立に研磨盤３８に向けて押圧され、フォトマスク基板Ｗとは独立に上下動するように構成されているので、フォトマスク基板Ｗの周囲において研磨盤３８を押圧し、研磨布３９の表面の凹凸に呼応してまたはフォトマスク基板Ｗの過研磨を予測してフォトマスク基板Ｗとは独立に上下動させ、フォトマスク基板Ｗの角部及び各辺近傍の過研磨を緩和することができ、フォトマスク基板Ｗの平坦度を向上させることができる。
【００６１】
ガイドリング２３が、開口３０の四辺形の各辺毎にガイドリング部材２４に４分割され、ガイドリング部材２４が互いに独立に動作する。したがって、各ガイドリング部材２４は、他のガイドリング部材２４の動作の影響を受けずに動作してフォトマスク基板Ｗの周囲を押すので研磨によるフォトマスク基板Ｗのうねりの解消度が向上し、また研磨後の平坦度が向上する。
【００６２】
ガイドリング部材２４を、それぞれ独立に制御された押圧力で押圧することができるので、フォトマスク基板Ｗの四辺形の各辺に隣接した領域毎に独立した押圧力で押される。したがって、フォトマスク基板Ｗの研磨速度を大きくしたい箇所に隣接するガイドリング部材２４の押圧力を弱くし、研磨速度を小さくしたい箇所に隣接するガイドリング部材２４の押圧力を強くすることができる。また、フォトマスク基板Ｗのそり上がっている辺に隣接するガイドリング部材２４の押圧力を強くし、そりが生じていない辺に隣接するガイドリング部材２４の押圧力を弱くすることができる。このように押圧力を制御することにより、研磨によるフォトマスク基板Ｗのうねりの解消度を向上させ、また研磨後の平坦度を向上させることができる。
【００６３】
次に、バルブＶ４を閉から開とし、純水供給源４７から純水供給ライン４６、純水供給ノズル４５を通って研磨ヘッド本体２２の凹部３２に供給される、純水の供給圧力または供給量は純水レギュレータＲ４によって所定の圧力、所定の量に制御される。純水の供給によってガイドリング部材２４の周囲の隙間に入り込んだ砥液等を洗い流すことができる。
【００６４】
次に砥液供給ノズル１３から研磨布３９上面に研磨液としての砥液Ｑを流し、モータ９によって回転させる。モータ９が回転すると、タイミングプーリ１０が回転し、タイミングベルト８を介してタイミングプーリ７が回転し、回転が研磨ヘッド軸２に伝達される。研磨ヘッド軸２が回転すると、研磨ヘッド２１が回転し、研磨ヘッド２１によって研磨布３９に押し付けられているフォトマスク基板Ｗが回転する。このときガイドリング２３は、フォトマスク基板Ｗに同期して回転する。一方、研磨盤３８も不図示の回転駆動装置によって、研磨ヘッド２１の回転方向と同一の方向に回転するのでフォトマスク基板Ｗと研磨布３９の研磨面３９Ａとの間に相対運動が生じ、フォトマスク基板Ｗの被研磨面Ｗ３の化学的、機械的研磨が行われる。砥液供給ノズル１３から研磨布３９上面に研磨液としての砥液Ｑを流しているので、研磨布３９に砥液Ｑが保持され、フォトマスク基板Ｗはその被研磨面Ｗ３と研磨布３９の間に砥液Ｑが残存した状態で研磨される。
【００６５】
図７を参照して、ガイドリング２３−１の他の実施の形態を説明する。前述のように、本実施の形態では、ガイドリング部材２４を４つ設けたが、図に示すようにガイドリング部材２４−１を一体とし、研磨ヘッド本体２２（図１参照）に形成される空間部３４−１（図中破線にて表示）もそれに合わせて１つにしてもよい。この場合も、フォトマスク基板Ｗの角部およびその近傍の過研磨が抑制され、平坦な面が得られるという同様の効果を有する。
【００６６】
図８を参照して、ガイドリング２３−２のさらに他の実施の形態を説明する。図に示すようにガイドリング部材２４−２Ａ、Ｂを８つに分割されたものとしてもよく、研磨ヘッド本体２２（図１参照）に形成される空間部３４−２Ａ、Ｂ（図中破線にて表示）もそれに合わせて８つに分割してもよい。なお、図に示すようにフォトマスク基板Ｗの角部に配置される鉤型のものを、ガイドリング部材２４−２Ａとし、ガイドリング部材２４−２Ａに対応して略鉤型の空間部３４−２Ａが形成されるとした。また、図に示すようにフォトマスク基板Ｗの辺の中央部に沿って配置される長方形のものをガイドリング部材２４−２Ｂとし、ガイドリング部材２４−２Ｂに対応して略長方形の空間部３４−２Ｂが形成されるとした。この場合、それぞれのガイドリング部材３４−２Ａ、Ｂに対応するフォトマスク基板Ｗの角部や、辺の中央部近傍の研磨速度を制御し、フォトマスク基板Ｗの角部およびその近傍の過研磨を抑制することができ、平坦な面が得られる。
【００６７】
また、いままで説明してきた実施の形態において、フォトマスク基板は正方形としたが、長方形または多角形の基板の場合にも、ガイドリング部材の形状および／または数を実用上任意に変えて基板の周囲を囲うように構成すれば、これらの前述の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように本発明に係る研磨装置によれば、基板の外周四辺形より僅かに大なる四辺形の開口を形成し、基板とは独立に研磨盤に向けて押圧可能に構成されているガイドリングを設けたので、過研磨の発生をガイドリングの部分に、より集中させることができ、基板の角部の過研磨をさらに緩和することができるので、研磨対象物である基板の平坦度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る研磨装置の研磨ヘッドの断面図である。
【図２】図１の底面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る研磨装置を示す概念図である。
【図４】基板の大きさとガイドリングの大きさの関係を説明する図面である。
【図５】研磨ヘッド本体の中間下面に形成された空間部の、他の実施の形態を説明する図面である。
【図６】四辺形の基板を研磨した場合の従来の問題点を説明する図面である。
【図７】ガイドリングの他の実施の形態を説明する、研磨ヘッドの下方から見た概念図である。
【図８】ガイドリングのさらに他の実施の形態を説明する、研磨ヘッドの下方から見た概念図である。
【符号の説明】
１  研磨装置
２  研磨ヘッド軸
３  ベアリングボール
５  エアシリンダ
６  回転筒
１４  ピストン
２１  研磨ヘッド
２２  研磨ヘッド本体
２３  ガイドリング
２４  ガイドリング部材
２５  外周部材
２９  下面
３０  開口
３４  空間部
３７  シール部材
３８  研磨盤
３９  研磨布
３９Ａ  研磨面
４３  空間部
４４  凸部
４８  連結軸
５０  ゴム材
Ｗ  フォトマスク基板
Ｗ１  裏面
Ｗ２  側面
Ｗ３  被研磨面
Ｑ  砥液
【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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