JP2005305586A - 研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】テープ体を使用して、半導体ウエハのベベル部やエッジ部といった被研磨体の部位を研磨する装置を提供する。
【解決手段】研磨装置は、テープ体Ｔを被研磨体Ｗに接触させるための研磨ヘッド５と、該研磨ヘッド５に移動可能に設けられ、テープ体Ｔを被研磨体Ｗに押し付けるためのパッド手段と、テープ体Ｔと被研磨体Ｗとの接触部分の方向にそって、研磨ヘッド５に連結された回転軸と、研磨ヘッド５を、回転軸の軸線を中心に回転させるため、および研磨ヘッド５をその軸線にそって往復移動させるための回転および往復移動手段と、被研磨体Ｗを支持したまま、被研磨体Ｗの面に対して垂直方向に往復移動するための移動手段とを含む。被研磨体Ｗの面を研磨するときは、パッドにより突き出たテープ体Ｔが被研磨体Ｗの面と接するように、回転および往復移動手段により、研磨ヘッド５を回転させるとともに、移動手段により、被研磨体Ｗを移動させる。
【選択図】図９

Description

本発明は、被研磨体の縁およびその近傍を研磨テープにより研磨する研磨装置に関し、特に、研磨テープを必要以上に屈曲させることなく、被研磨体に接触させて研磨を行う研磨装置に関する。

被研磨体、たとえば、半導体ウエハの表面には、薄膜が形成されるが（図１０（A）を参照）、その半導体ウエアの縁にそったベベル部（B）やそのベベル部から内側にそった周囲部であるエッジ部（E）上の薄膜は、パーティクルや、コンタミネーション等の原因となり、除去すべきものである。

また、半導体デバイスの製造プロセスによっては、ベベル部に生じた荒れからパーティクルが生じ、薄膜を除去した部分の面精度の向上も必要となっている。

不要な薄膜の除去として、半導体ウエハの表面に保護膜を形成し、ベベル部、エッジ部の膜をエッチングで除去する方法がある。

エッチングに代え、研磨テープを使用して、上記部位の膜を除去する装置が開発されている（たとえば、特許文献１、特許文献２）。この装置では、研磨テープを半導体ウエハの上面から端部、そして下面へと渡し、研磨ヘッドを使用して研磨テープを半導体ウエハに押し付けて、不要な膜の除去を行っている。
特開２００２−２０８５７２号公報 特開２００３−２３４３１４号公報

研磨テープを使用しないで、上記部位の膜を除去する装置も開発されている（たとえば、特許文献３を参照）。
特開２００２−３２９６８７号公報

エッチングによる膜の除去の方法では、膜の種類のよってはエッチングレートが遅くなりスループットが低下することがある。また、エッチングのための薬品に対して耐性を装置のもたせる必要もある。さらに、除去後の廃液の処理の必要となる。

研磨テープの使用は、エッチングでの膜の除去にともなう問題はないものの、半導体ウエハの厚さは1mmも満たないため、研磨ケープを半導体ウエアの縁にそって押し付けるためには、研磨テープを極度に屈曲させざるを得ない。

研磨テープは、ベースシート材の上に研磨材を含む研磨層を形成してなるもので、このようなテープを極度に屈曲させると、研磨層が剥離し、パーティクルやコンタミネーションの原因にもなる。

また、研磨テープは上記のように屈曲させるとと、円形の半導体ウエハの縁に接触させると、ほとんど点接触になり、研磨テープの表面全体を有効に利用することができない。研磨テープの幅を狭くすることにより、有効利用を図ると、研磨テープが破断し易くなる。また、装置を複数個設けないと、研磨効率が上がらない。

研磨テープを使用しない装置は、半導体ウエハのベベル部、エッジ部の膜を除去する専用の研磨部材を使用するもので、装置自体が非常に複雑になる。

研磨テープを利用する研磨ヘッドにより、半導体ウエハの端部を研磨する研磨装置（特許文献４、特許文献５）もあるが、この装置は半導体ウエハを回転支持するが、垂直方向に移動できないため、上記したエッジ部の研磨ができない。
特開平７−１６４３０１号公報 特開平８−１７４３９９号公報

本発明は、かかる欠点を解消するためになされたもの、研磨テープを使用して、半導体ウエハのベベル部やエッジ部といった被研磨体の部位を研磨する装置を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、研磨テープによる二次的なコンタミネーション等が生ずることがない、上記研磨装置を提供することである。

さらに、本発明の目的は、研磨テープの幅全体が研磨に寄与する、上記研磨装置を提供することである。

本発明の研磨装置は、テープ体を被研磨体に接触させるための研磨ヘッドと、該研磨ヘッドに移動可能に設けられ、テープ体を被研磨体に押し付けるためのパッド手段と、テープ体と被研磨体との接触部分の方向にそって、研磨ヘッドに連結された回転軸と、研磨ヘッドを、回転軸の軸線を中心に回転させるため、および研磨ヘッドをその軸線にそって往復移動させるための回転および往復移動手段と、被研磨体を支持したまま、被研磨体の面に対して垂直方向に往復移動するための移動手段とを含む。

被研磨体の面を研磨するときは、パッドが外側に移動してテープ体を突き出させ、かつ突き出たテープ体が被研磨体の面と接するように、回転および往復移動手段により、研磨ヘッドを軸線を中心に回転させるとともに、移動手段により、被研磨体を移動させる。被研磨体の縁を研磨するときは、テープ体と被研磨体の縁と接触させたまま、研磨ヘッドを回転および往復移動手段により、回転させ、往復移動させる。

ここで、テープ体は、ベースシート材とベースシート材上の形成された研磨層とから研磨テープのほか、パッド体であってもよい。また研磨に対して、研磨液、化学的機械的研磨のための薬剤を使用することもできる。

好適に、移動手段は、テープ体と被研磨体の面との接触部分を調節するために、被研磨体をその面に対して平行に移動するための移動装置を含む。好適に、移動手段は被研磨体をその中心で回転させる回転装置を含み、該回転装置は、回転駆動部により回転する回転軸部と、該回転軸部を中央に収納し、被研磨体を支持する支持面を有する回転支持部とを有する。回転支持部は、回転軸部に対して、一緒に回転はするが、軸線にそっては移動可能に、回転軸と係合するものである。

回転支持部の底部と係合し、回転支持部を、支持面に対して垂直方向に往復移動させるため第一の移動手段が設けられる。第一の移動装置は、底部と係合するカムとそのカムを回転する回転駆動部とからなってもよい。

好適に、回転および往復移動手段は、中央に回転軸を収納し、回転駆動部により回転可能な回転部を有し、回転部は、回転軸を軸線方向に移動可能に収納するが、一緒に回転する。回転軸をその軸線方向に往復移動させるための第二の移動手段が、回転軸に設けられる。第二の移動手段が、回転軸に、その軸線にそって移動は不可能であるが回転自在に設けられた二つの回転板と、該回転板の間で両方の回転板に接するように位置するカムと、該カムを回転させる回転駆動部とからなってもよい。

研磨ヘッドは、二枚の平行なプレートとその間に回転可能に支持されたローラからなり、テープ体が、ローラ上で走行自在となり、パッド手段が、プレートに設けられたエアシリンダーにより移動可能となってもよい。

本発明の研磨装置は、テープ体を使用して研磨することから、エッチングにともなう欠点、すなわち装置が薬品に対する耐性をもたせる必要がなく、また廃液の処理もいらない。

さらに、本発明の研磨装置では、パッドが外側に移動してテープ体を突き出させ、かつ突き出たテープ体が被研磨体の面と接するように、回転および往復移動手段により、研磨ヘッドを回転させるとともに、移動手段により、被研磨体を移動させることで、被研磨体の面を研磨し、テープ体と被研磨体の縁と接触させたまま、研磨ヘッドを回転および往復移動手段により、回転させ、往復移動させることで、被研磨体の縁を研磨することから、テープ体を極度に屈曲させる必要がなくなる。その際、テープ体の全体が研磨に寄与することができる。

図１において、本発明の研磨装置1の概要正面図が示されている。研磨装置1には、水平な台プレート2上に移動装置3が設けられている。移動装置3は、以下で説明するように、被研磨体Wの昇降、回転および水平方向の移動を行うものである。

台プレート2に対して垂直な正面プレート4が台プレート2に取り付けられ、そこに、以下で説明する研磨ヘッド5が設けられている。必要に応じて、研磨に使用する水を供給するパイプ、化学的機械的研磨に必要な薬剤を供給するパイプがこの正面プレート4に設けられ得る。

さらに、台プレート2の側方にあるプレートには、研磨テープTを供給する供給ローラ10、研磨テープを巻き取る巻き取りローラ11が設けられている。他に、送り出しローラ12、補助ローラ13が設けられている。送り出しローラ12は、研磨テープを一定の速度で送り出すためのものである。補助ローラ13は、以下で説明するように、研磨ヘッド5がオシレーション運動（往復移動）を行ったとき、研磨テープに必要以上のストレスがかからないようにするためのものである。

図２は、移動装置3の、一部切り欠きした正面図である。この移動装置3は、水平に往復移動（図１において左右方向に移動）するための装置3’（図１を参照）を介して、台プレート2に取り付けられている。装置3’により、移動装置3は被研磨体の面上の任意に位置に、研磨ヘッドを配置することができる。

移動装置3は、装置3’上に取り付けられたベース20上に固着される立方体ブロックフレーム21を有する。このフレーム21の上の片側にはモータ22がシャフト22’を鉛直方向に向けて取り付けられ、他の側には回転装置23が設けられている。

回転装置23は、その中央に鉛直方向に伸びる回転軸部24を有し、この回転軸部24と、モータ22のシャフト22’とがベルト25により連結されている。モータが駆動すると、シャフト22’の回転が回転軸部24に伝えられる。その回転軸部24には中心にパイプ26が埋め込まれ、回転を拘束しないように排気ポンプ（図示せず）に連結される。

回転軸部24を中央に収納し、回転軸部24に対して、一緒には回転するが、その軸線の方向に移動可能な回転支持部28がフレーム21に回転自在でかつ上下動可能に取り付けられている。回転支持部28は、その底面28aに接するカム29により支持されている。図ではひとつのカムを示すが、必要に応じて同様にカムが取り付けられる。カム29には、モータ30の回転軸が連結されている。モータ30の駆動により、カム29は回転して、接触する底面28aを上げ、または下げ、これにより、回転支持部28が昇降する（図において破線で示す）。

回転支持部28の上面には、凹所28bが形成され、さらに貫通孔28cが設けられている。上記したパイプ26により排気がなされると、貫通孔28cを介して、凹所28bは、負圧になり、その上に被研磨体、たとえば半導体ウエハが配置されると、そのウエハは回転支持部28の上面で吸引支持される。

このように、移動装置3に支持された被研磨体は回転し、また左右さらには上下に移動可能となる。ここで、説明する実施例は、半導体ウエハのような円盤を研磨するための装置であるが、回転させる必要のない被研磨体の場合は、回転のためのモータ、ベルト、回転軸部等は不要となる。上記した実施例では、回転支持部と回転軸部とで、被研磨体を上昇させまたは下降させているが、移動装置3全体を上下動する機構を装置3’にもたせてもよい。この場合は、回転支持部と回転軸部とが一体となる。

図３は研磨ヘッドを示し、図３（A）は研磨ヘッドの平面図（ただし、構造が分かるように上側の二つのローラが外されている）、図３（B）は研磨ヘッドの正面図（ただし、構造が分かるように手前側のプレートが外されている）である。研磨ヘッド5は、二枚の平行なプレート41、42、およびそれらの間に位置し、回転自在なローラ43a、43b、43c、43dを有する。プレート41の中央にはエアシリンダー44が設けられ、そのエアシリンダー44のロッド44’の先端にパッド45が取り付けられている。エアシリンダー44が稼働すると、ロッド44’が突き出し、または引っ込む。これにより、以下で説明するように、パッド45は研磨テープTを突き出し、被研磨体に接触させることができる。この実施例のエアシリンダーは例示であり、パッド45を突き出させ、または引き込ませる機能をもつ他の手段も利用可能である。

パッド45が不用意に突き出ないように、ストッパ手段46がエアシリンダー44上に設けられている。ストッパ手段46が稼働すると、ロッド部が回転して、留め金との係合が解け、ロッド44’が伸長できるようになる（図８を参照）。

図４は研磨ヘッドを回転させ、往復移動させる回転および往復移動装置を示し、図４（A）は回転および往復移動装置の、一部切り欠きされた概略平面図であり、
図４（B）は回転および往復移動装置の、一部切り欠きされた概略側面図である。研磨ヘッド5のプレート41の裏面に回転軸50が固定されている。この回転軸50は、被研磨体Wと、ロッド43aと43bとに渡される研磨テープTとの接触部分の方向にそって伸長し、そして、補助ブロック4’および正面プレート4を垂直に貫通する。補助ブロック4’および正面プレート4は、回転軸50を回転自在に支持するとともに、その軸線方向に移動可能に支持する。

回転軸50を中央に収納し、軸線にそっては移動可能に支持するが、一緒に回転する回転部52が、回転軸50に取り付けられている。回転軸50と平行なモータ53のシャフト54とベルト55により連結されている。かくして、モータ53が駆動してシャフト54が回転すると、その回転がベルト55により、回転部52に伝えられ、したがって、回転軸50が回転する。

さらに、回転軸50の端部には、図５に詳細に示されているように、二枚の回転板56、57が平行でかつ回転軸の軸線に対して垂直に取り付けられている。両回転板56、57は回転軸50に対して回転自在に取り付けられているが、その軸線方向には移動できないように取り付けられている。両回転板56、57の間に、円形のカム58が両者に接して位置する。カム58の中心からずれた位置（すなわち偏心した位置）59（図５を参照）に、支持プレート4”上に取り付けられたモータ60のシャフトが取り付けられている。かくして、モータ60が駆動すると、カム58が位置59を中心に回転し、これにより、カム58を間に挟む回転板56、57はカム58の回転とともに回転しながら、（回転軸の軸線方向に）移動しようとする。上述のように、回転板56、57は回転軸50に対して軸線方向には移動できないことから、回転軸50自身が、回転板56、57の移動とともに、軸線方向に移動することになる。したがって、モータ60が駆動している間、回転軸50は軸線方向に往復移動し、回転軸50に取り付けられた研磨ヘット5も往復移動（オシレーション運動）する。

操作
本発明の研磨装置の操作を、半導体ウエハのベベル部とエッジ部を研磨する例をもって説明する。

図１に示されているように、研磨テープTが研磨ヘッド5に渡されされるとともに（図６を参照）、半導体ウエハWが、回転装置23の回転支持部28の上面に配置される。このとき、パイプ29により凹所28bが負圧になり、半導体ウエハWは吸引支持される。

装置3’が稼働して、回転支持部28の半導体ウエハの端部が研磨ヘッドのパッド45上の研磨テープTと接するように水平方向に移動し、さらに、モータの駆動により、カム29が回転して回転支持部28を昇降させて、半導体ウエハの端部とパッド45上の研磨テープTとの接触部分が、回転軸50の軸線上にあるようにする。このとき、パッド45が不用意に突き出ることがないように、ストッパ手段46により、ロッド44’の移動が制限される。

図１０（A）に示されているように、半導体ウエハ上のベベル部Bの薄膜を除去するために、モータ22の駆動により、回転軸部26、そして回転支持部28を回転させて、半導体ウエハを回転させるとともに、モータ53の駆動により、回転部52、そして回転軸50を回転させる。回転軸50が回転すると、図７に示されているように、研磨ヘッド5が回転する。回転軸50が所定の角度回転した後、モータ53は反転し、回転軸50も反転する。回転軸50の回転、反転を繰り返すことにより、図７において、（A）から（B）、そして（A）から（C）へと研磨ヘッド5は、回転軸50を中心に揺動する。この間、研磨テープは供給され、巻き取られることから、常に新しい研磨層が研磨に提供される。

さらに、モータ60の駆動により、回転軸50が軸線方向に往復移動し、研磨ヘッド50も往復移動（オシレーション運動）し、研磨テープTの横幅全体が研磨に寄与し、研磨テープの有効利用を図ることができる。このような研磨ヘッドの揺動運動、オシレーション運動により、図１０（B）の示されているように、半導体ウエハのベベル部B上の薄膜が除去できる。この薄膜除去において、研磨テープは過度に屈曲することがなく、研磨テープの研磨層の剥離によるパーティクル、コンタミネーションの発生を防止できる。

つぎに、半導体ウエハのエッジ部E上の薄膜の除去を行うために、図８に示されているように、モータ53を駆動して、回転部52を回転させて、研磨ヘッド5を垂直に位置させる。このとき、ストッパ手段46を起動させて、ロッド44’が伸長できるようにして、エアシリンダー44を起動させる。これにより、パッド45が突き出る。

上記のように、パッド45が突き出た状態では、半導体ウエハの縁とパッド45とが干渉し合うことから（図９において破線で示す）、図１１（A）に示されているように、半導体ウエハWを後退さるとともに、下降させる必要がある。このために、前述の動作とは逆に、装置3’により移動装置3を後退させ、またカム29の回転により回転支持部28を下降させる。図９に示されているように、研磨テープが半導体ウエハのエッジ部に接触するようにして、研磨テープを供給し、巻き取り、さらにカム58の回転により、研磨ヘッド5のオシレーション運動で、エッジ部Eの薄膜を除去することができる（図１１（B））。

パッド45を上記のように突き出させても、従来技術のように、半導体ウエハの縁にそって研磨テープを沿わせる装置と異なり、研磨層の剥離は生じない。さらに、パッド45により研磨テープが突き出ることで、図１１（B）に示されているように、薄膜の縁にエッジを立てることができる（つまりエッジをシャープにすることができる）。

半導体ウエハの下面についての除去を行うときは、図９において破線で示されているように、他の研磨ヘッドを上下対称的に設け、半導体ウエハの上面および下面を同時に研磨する。

移動装置により、半導体ウエハを（水平方向に）適宜移動させることで、エッジ部を任意に設定することができる。

上記のように好適な実施例を通じて、本発明の研磨装置を説明してきたが、本発明はこの実施例に限定されない。たとえば、被研磨体は半導体ウエハに限定されず、ガラス基板などの縁に形成されて異物の除去に本研磨装置を適用できる。また、研磨テープに限定されず、機械的化学的研磨を行うときは、研磨層のないテープ体が使用される。

図１は本発明の研磨装置の正面図である。 図２は，本発明の研磨装置に組み込まれる移動装置の、一部切り欠きされた正面図である。 図３（A）は本発明の研磨装置に組み込まれる研磨ヘッドの平面図であり、図３（B）は本発明の研磨装置に組み込まれる研磨ヘッドの略示正面図である。 図４（A）は本発明の研磨装置に組み込まれる回転および往復移動装置の、一部切り欠きされた平面図であり、図４（B）は本発明の研磨装置に組み込まれる回転および往復移動装置の、一部切り欠きされた側面図である。 図５は，図４に示された回転および往復移動装置の回転軸の端部の拡大略示図である。 図６は，研磨テープがかけられた研磨ヘッドの略示正面図である。 図７は，研磨ヘッドが半導体ウエハと接して揺動する状態を示す。 図８は，研磨ヘッドを垂直に回転し、パッドと突き出させて状態を示す。 図９は，後退し、かつ下降した半導体ウエハに、垂直になった研磨ヘッドを接触させた状態を示す。 図１０（A）は、上面およびベベル部が薄膜で覆われた半導体ウエハの一部断面拡大図であり、図１０（B）はベベル部の薄膜が研磨、除去された半導体ウエハの一部断面拡大図である。 図１１（A）は半導体ウエハのエッジ部の薄膜を除去するために、半導体ウエハを後退させ、下降させた状態を示し、図１１（B）はエッジ部の薄膜が研磨、除去された半導体ウエハの一部断面拡大図である。

符号の説明

3 移動装置 5 研磨ヘッド 20 ベース
21 フレーム 22 モータ 22’ シャフト
23 回転装置 24 回転軸部 25 ベルト
26 パイプ 28a 底面 28b 凹所
28c 貫通孔 29 カム 30 モータ
41 プレート 42 プレート 44 エアシリンダー
45 パッド 43a、b、c、d ローラ
46 ストッパ手段 50 回転軸 52 回転部
53 モータ 54 シャフト 55 ベルト
56、57 回転板 58 カム 60 モータ
T 研磨テープ W 被研磨体 B ベベル部
E エッジ部

Claims (9)

1. テープ体による研磨装置であって、
   テープ体を被研磨体に接触させるための研磨ヘッドと、
   該研磨ヘッドに移動可能に設けられ、前記テープ体を前記被研磨体に押し付けるためのパッド手段と、
   前記テープ体と前記被研磨体との接触部分の方向にそって、前記研磨ヘッドに連結された回転軸と、
   前記研磨ヘッドを、前記回転軸の軸線を中心に回転させるため、およびその軸線にそって前記研磨ヘッドを往復移動させるための回転および往復移動手段と、
   前記被研磨体を支持したまま、前記被研磨体の面に対して垂直方向に往復移動するための移動手段と、
   を含み、
   前記被研磨体の面を研磨するときは、前記パッドが外側に移動して前記テープ体を突き出させ、かつ突き出たテープ体が前記被研磨体の面と接するように、前記回転および往復移動手段により、前記研磨ヘッドを回転させるとともに、前記移動手段により、前記被研磨体を移動させる、
   ことを特徴とする研磨装置。
2. 前記テープ体が、ベースシート材とそのベースシート材上の形成された研磨層とからなる研磨テープである、請求項１に記載の研磨装置。
3. 前記移動手段は、前記テープ体と前記被研磨体の面との接触部分を調節するために、前記被研磨体をその面に対して平行に移動可能にするための装置を含む、請求項１に記載の研磨装置。
4. 前記移動手段が前記被研磨体をその中心で回転させる回転装置を含み、
   該回転装置が、回転駆動部により回転する回転軸部と、該回転軸部を中央に収納し、前記被研磨体を支持する支持面を有する回転支持部とを有し、
   前記回転支持部は、前記回転軸部に対して、一緒に回転はするが、軸線にそっては移動可能に、前記回転軸と係合する、請求項１に記載の研磨装置。
5. 前記回転支持部の底部と係合し、前記回転支持部を、前記支持面に対して垂直方向に往復移動させるため第一の移動手段が設けられる、請求項４に記載の研磨装置。
6. 前記第一の移動装置が、前記底部と係合するカムとそのカムを回転する回転駆動部とからなる、請求項５に記載の研磨装置。
7. 前記回転および往復移動手段が、中央に前記回転軸を収納し、回転駆動部により回転可能な回転部を有し、
   前記回転部は、前記回転軸を軸線方向に移動可能に収納するが、前記回転軸と一緒に回転し、
   前記回転軸をその軸線方向に往復移動させるための第二の移動手段が、前記回転軸に設けられる、
   請求項１に記載の研磨装置。
8. 前記第二の移動手段が、前記回転軸に、その軸線にそって移動は不可能であるが回転自在に設けられた二つの回転板と、該回転板の間で両方の回転板に接するように位置するカムと、該カムを回転させる回転駆動部とを有してなる、
   請求項７に記載の研磨装置。
9. 前記研磨ヘッドが、二枚の平行なプレートとその間に回転可能に支持されたローラを含み、
   前記テープ体が、前記ローラ上で走行自在となり、
   前記パッド手段が、前記プレートに設けられたエアシリンダーにより移動可能となる、
   請求項１に記載の研磨装置。

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