JP4289763B2 - テープ研磨装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テープ研磨装置に関し、さらに詳細には砥粒が保持された砥粒面を有する研磨テープと、平面状の被研磨面を有するワークとを前記砥粒面と前記被研磨面とを接触させつつ相対的に運動させると共に、前記研磨テープを長尺方向へ送って前記被研磨面を研磨するテープ研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の高集積化が進むに伴い、その製造工程における高精度な研磨技術が重要になってきている。特に、ウェーハ表面にデバイスを形成する際の堆積形成された層間絶縁膜や金属配線等については、より一層、高精度に研磨することが要求されている。
これに対して、従来のウェーハの研磨装置では、ウェーハの被研磨面を、研磨クロスが定盤に貼付されて形成された研磨面へ、全面的に均等な圧力で押圧できるように、ウェーハを保持する保持部にエアバック機能を備えたものが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のウェーハの研磨装置では、研磨面が平坦に形成され、柔軟性がない。そのため、デバイスが表面に形成されることでベース材であるシリコンとの熱膨張率の違いなどから、うねりが発生したウェーハの場合、その表面を基準に均一に研磨することは困難であった。すなわち、ウェーハのうねりによって生じる高い部分が、より多く削り取られてしまい、均一に研磨できないという課題があった。
【０００４】
また、このウェーハの研磨装置では、研磨を促進させる化学成分と遊離砥粒を含んだ研磨液を用いて研磨するもので、化学成分が堆積形成された層間絶縁膜や金属配線等を所定以上に侵食してしまうという課題があった。
【０００５】
なお、これに対しては、ハードディスクの表面テクスチャリングの技術（テープ研磨技術）を応用することが考えられる。例えば、特開昭６３−９９１７０号（研磨加工装置）に記載された動圧効果によるテープ浮上に配慮した研磨テープによる加工技術を応用することが考えられる。図１３に示すように、ハードディスク１４は、中央が開口したドーナツ状であり、円の中央部分１５の研磨を必要としない。このため、その開口した中央部分１５でスピンドルに固定し、高速で自転させることが可能である。研磨テープ１０は、円柱状のバックアップローラ１６に巻き回され、供給リール２６と巻取リール２８とによって送りがなされる。これにより、被研磨面１４ａと研磨テープ１０との相対運動を得ることができ、研磨が可能となっている。
【０００６】
しかしながら、半導体装置の製造工程では、円形のウェーハ全面について加工する必要がある。つまり、ウェーハを、その中央を通る軸心を中心に高速で回転させたとしても、外周の周速は速いが、中央の周速はゼロである。従って、その中央付近は、研磨テープとの相対運動の速度が小さくなり、研磨できない。このため、ハードディスクに係る表面テクスチャリングの技術を、半導体装置の製造工程にかかる表面研磨へは、直接応用することができないという課題もあった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、より均一で精度の高い表面基準研磨をすることが可能なテープ研磨装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は次の構成を備える。
すなわち、本発明は、砥粒が保持された砥粒面を有する研磨テープと、平面状の被研磨面を有するワークとを、前記砥粒面と前記被研磨面とを加工液を介して接触させつつ相対的に運動させると共に、前記研磨テープを長尺方向へ送って前記被研磨面を研磨するテープ研磨装置であって、前記研磨テープを該研磨テープの背面から前記被研磨面側へ押圧する加圧パッドを有し、該加圧パッドの押圧面に沿わせて前記研磨テープを送る供給リールと巻取リールが設けられた研磨テープ送り機構を有する研磨ヘッドと、該研磨ヘッドを、前記被研磨面に直交する研磨ヘッドの軸心を中心に回転させる研磨ヘッドの回転機構とを備え、前記加圧パッドの円形の押圧面には、前記研磨ヘッドと前記ワークとの相対的な運動方向に交差する方向に延びる複数の凸部が円周方向等分位置に設けられていることを特徴とする。
これによれば、流体を介して動圧効果（流体潤滑又は弾性流体潤滑）が生じ、研磨テープのテープ本体を被研磨面から僅かに浮上させた状態で、研磨テープとワークとを相対的に運動させ、研磨ヘッドの凸部によって研磨テープの砥粒面を被研磨面へ好適に接触させて研磨することができる。
【００１０】
また、前記ワークを保持する保持部を、前記研磨ヘッドの軸心と平行で所定の間隔が離れた軸心を中心に回転させるワークの回転機構を備えることで、ワークの全面を好適に研磨することができる。
また、前記研磨ヘッドの回転角速度が前記ワークの回転角速度に比べて高速であることで、研磨テープの砥粒面を被研磨面へ好適に接触させて精度良く研磨することができる。
また、前記ワークの被研磨面が円形であり、該被研磨面の直径よりも前記押圧面の直径が小さいと共に、前記被研磨面の半径よりも前記押圧面の直径が大きいことで、ワークの全面を効率良く好適に研磨できる。
【００１１】
また、前記凸部の前記相対的な運動方向に沿って切断した場合の断面形状が、断面円弧状、テーパフラット型、又はステップ型のいずれかであることで、研磨テープを好適に浮上させることができ、うねりのある被研磨面でも好適に均一に研磨できる。
【００１２】
また、前記凸部が、弾性に富む軟質材料で設けられていることで、弾性流体潤滑の効果を好適に利用することができ、研磨テープを好適に浮上させることができ、うねりのある被研磨面でもより好適に均一に研磨できる。
【００１３】
また、前記凸部が、放射線状に延びる筋状に形成されていることで、円形の押圧面に凸部を好適に配設することができる。
【００１４】
また、前記加圧パッドの押圧面に形成された複数の凸部が、円の中心から径方向外側へ延びる円弧状の線に沿って形成されていることで、自転による周速が小さくて浮上力を得られない内部側へ流体を導いて、内部側の研磨テープの浮上を補助する。これにより、動圧効果を、研磨テープの全面に均一に作用させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るテープ研磨装置の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係るテープ研磨装置の内部構造の一実施例を説明する断面図である。また、図２は、図１の状態から研磨ヘッドを９０度回転した状態の断面図である。また、図３は、図１の実施例の研磨ヘッドに係る回転状態を説明する平面図である。
【００１６】
１０は研磨テープであり、砥粒が保持された砥粒面１２を有する。この研磨テープ１０は、通常、ポリエステル等のベースフィルム上に、研磨砥粒が、バインダ樹脂及び添加剤よりなる塗料を介して分散塗布されたものである。
この研磨テープ１０が、平面状の被研磨面３１を有するワーク３０に対して相対的に運動され、砥粒面１２が被研磨面３１に接触されつつ研磨がなされる。
【００１７】
また、２０は研磨ヘッドであり、加圧パッド２２を端部（本実施例では下端部）に備え、研磨テープ１０を長尺方向へ送る研磨テープ送り機構２５を内蔵している。
加圧パッド２２は、研磨テープ１０を、その研磨テープ１０の背面から被研磨面３１側へ押圧するものである。また、この加圧パッド２２は、加圧手段４０及びその調整手段によって押圧される。加圧手段４０は、研磨ヘッド２０、加圧パッド２２全体又はその押圧面２３を、往復動、本実施例では上下動させることが可能な機構であればよい。例えば、シリンダ装置、又はモータを駆動源とする上下動機構、或いはエアバック方式による一種の伸縮機構を用いることができる。シリンダ装置やエアバック方式の場合は、圧力室内へ供給する加圧空気の圧力を調整することで、加圧パッド２２による研磨テープ１０の押圧力を調整できる。なお、本実施例では研磨ヘッド２０側から加圧しているが、研磨ヘッド２０の上下位置を固定し、被研磨面３１（ウェーハ３０）側を上下方向に移動可能とし、被研磨面３１側から加圧パッド２２側へ加圧することも可能である。
【００１８】
また、本実施例では、加圧パッド２２の押圧面２３が円形に形成されている。これによれば、研磨ヘッド２０の後述する高速回転に好適に対応して、加圧パッド２２及びそれを備える研磨ヘッド２０が、安定的したバランスのよい回転運動をすることができる。また、加圧パッド２２による押圧力が、研磨テープを介して被研磨面に高い対称性をもって作用し、バランスのよい研磨ができる。
【００１９】
研磨テープ送り機構２５には、加圧パッド２２の押圧面２３に沿わせて研磨テープ１０を送る供給リール２６と巻取リール２８が設けられている。加圧パッド２２の押圧面２３は、被研磨面３１に対面（対向）する全体形状としては平面状に形成されている。すなわち、本実施例の押圧面２３は平面状に形成されているため、その押圧面２３に倣って走行する研磨テープ１０の部分も平面状となる。また、この研磨テープ１０の送りは、新鮮な砥粒面１２を順次供給するためになされるもので、低速度でよい。
【００２０】
３５はキャプスタン駆動モータである。３６はテープ送りキャプスタンであり、ベルト３７等を介してキャプスタン駆動モータ３５によって駆動される。また、３８はピンチローラであり、研磨テープ１０をテープ送りキャプスタン３６との間で挟み込む。また、巻取リール２８は、キャプスタン駆動モータ３５が兼用されること、或いは図示しない別の駆動モータによって、研磨テープ１０を巻き取るように回転駆動される。そして、供給リール２６にはブレーキ機能が付いており、研磨テープが緩まないように、所定の張力を与えることができるように設けられている。これらの機構は、研磨テープ１０を一定の速度で送るためのもので公知の技術を用いることができる。
【００２１】
３９は研磨テープの送り用ガイドであり、加圧パッド２２の両側で、押圧面２３より被研磨面３１から離れた位置にそれぞれ設けられている。本実施例では、被研磨面３１が水平に位置されているため、この研磨テープの送り用ガイド３９も研磨テープ１０を水平に案内すべく、水平方向に延びた状態に配設されている。
この一対の研磨テープの送り用ガイド３９、３９によって、研磨テープ１０が、押圧面２３に倣って平面状になるように好適に案内される。
また、研磨テープの送り用ガイド３９は、研磨テープ１０を滑り良く送るものであればよく、ローラ状に回転自在に設けられていてもよい。
【００２２】
４５は回転機構であり、研磨ヘッド２０を、被研磨面３１に直交する研磨ヘッドの軸心２１を中心に回転させることで、砥粒面１２を被研磨面３１に対して高速に自転運動させる。２１ａは研磨ヘッドの回転軸であり、基体５０に対してベアリング４６を介して回転自在に設けられている。また、４７は研磨ヘッドの駆動モータであり、回転軸２１ａに固定されたプーリ４８、及びベルト４９等を介して、研磨ヘッド２０を高速に回転駆動させる。これにより、研磨ヘッド２０（研磨テープ１０）とワーク３０との高速な相対運動（相対速度）を好適に得ることができる。この相対速度（本実施例では主に研磨ヘッド２０の回転速度）は、後述する動圧効果を好適に得ることができる程度に高速度であればよい。
【００２３】
５２は先端振れ止めガイド部であり、研磨ヘッド２０の先端振れを防止すべく、ワーク側の研磨ヘッドの先端部２０ａをガイドする。この先端振れ止めガイド部５２は基体５０の研磨ヘッド２０を内包する筒状部５５の端部５５ａ（本実施例では下端部）に設けられている。
本実施例の先端振れ止めガイド部５２は、図３に示すように円形（円筒状）の研磨ヘッド２０の外周に当接する３個以上のローラ状部材５３から構成されている。なお、このローラ状部材５３は４個以上が配設されていてもよい。このローラ状の部材は、軸受、カムフォロア或いはベアリングと称されるものを適宜用いればよい。これによれば、研磨部分の振れを低減し、研磨ヘッド２０の高速な回転にも好適に対応できる。また、研磨テープ１０の固定砥粒による高速加工で均一性及び平坦性を向上できるという利点を、効果的に得ることができる。
なお、先端振れ止めガイド部５２は、これに限定されず、例えば、研磨ヘッド２０の外周を内包するリング状のベアリングを用いることも可能である。
【００２４】
次に、供給リール２６、巻取リール２８及びキャプスタン駆動モータ３５の研磨ヘッド２０内での位置関係について説明する。
図１に明らかなように、本実施例の研磨ヘッド２０では、下側から巻取リール２８、供給リール２６、キャプスタン駆動モータ３５の順で上下に一列に配設されている。
そして、研磨ヘッドの軸心２１が、供給リール２６及び巻取リール２８の中心を通るように設けられている。別言すれば、主要構成である供給リール２６及び巻取リール２８の重心が研磨ヘッドの軸心２１上にあるように配されている。このように、研磨ヘッド２０の軸心２１と供給リール２６及び巻取リール２８の重心とを一致されておくことで、安定的な回転を得ることができ、高速回転に好適に対応できる。すなわち、供給リール２６から研磨テープ１０が繰り出されると、その重量が減少するが、重心が回転中心にあるため、回転のバランスが崩れない。また、巻取リール２８が研磨テープを巻き取ると、その重量が増大するが、重心が回転中心にあるため、回転のバランスが崩れない。従って、均一で高精度の研磨を行うことができる。
【００２５】
また、研磨ヘッドの軸心２１が、研磨テープ送り機構２５を駆動するモータの重心を通るように設けられている。本実施例では、キャプスタン駆動モータ３５が、巻取リール２８の回転駆動装置も兼用しており、その重心を研磨ヘッドの軸心２１が通っている。
このように駆動モータ（キャプスタン駆動モータ３５）の重心が回転中心にあることで、特別なバランサを装着することを要せずに、回転がアンバランスになることを好適に防止することができる。従って、均一で高精度の研磨を行うことができる。
【００２６】
３２は保持部であり、ワーク３０を保持する。ワーク３０を保持する手段としては、例えば真空減圧による真空吸着、水の表面張力を利用して貼付するもの、接着、静電吸着等、公知の技術を用いればよい。
このとき、保持部３２上のワーク３１の外周部分に、ワークとほぼ同じ厚さのガイドリング３２ｇを設置することにより、ワーク外周部分で研磨テープとワークとの接触力を均一にすることができ、ワーク外周部分ダレを防止することができる。
３４はワークの回転機構であり、保持部３２を、研磨ヘッドの軸心２１と平行で所定の間隔が離れた保持部の軸心３３を中心に回転させることで、ワーク３０を自転運動させる。例えば、モータの回転駆動を、減速装置を介して所望の回転数とする駆動機構から成る。
なお、４１は加工槽であり、研磨用に供給された液体を受ける。
【００２７】
このワークの回転機構３４によれば、ワーク３０の被研磨面３１全面について研磨テープ１０の砥粒面１２が接触できるように、ワーク３０の角度位置を変えことができる。つまり、被研磨面３１を、その被研磨面に直交する軸心３３を中心に回転させ、研磨テープ１０の平面状の砥粒面１２へ順次送ることができる。このワークの回転機構３４によれば、ワーク３０が比較的低速で回転（自転）される。本実施例では、少なくとも、研磨ヘッド２０の回転角速度が前記ワークの回転角速度に比べて高速であるように設定されている。また、このワークの回転機構３４の回転速度を適宜調整することで、研磨速度等を適宜調整できる。例えば、その回転速度の調整によれば、研磨ヘッド２０（研磨テープ）の回転速度及び研磨テープ１０の押圧力等との関係において、被研磨面３１全面をより均一に研磨するように調整することができる。
【００２８】
また、本実施例によれば、ワーク３０の被研磨面３１が円形である。つまり、本実施例のワーク３０は、半導体装置を製造するための集積回路形成工程中の基部（ベース）がシリコン等で形成されたウェーハである。薄肉板であると共に、ノッチ部やオリエンテーションフラット部の一部を除いて円形に形成されている。
そして、このワーク３０の被研磨面３１の直径よりも押圧面２３の直径が小さく設定されている。また、被研磨面３１の半径よりも押圧面２３の直径の方が大きく形成されている。これにより、ワークの回転機構３４によってワーク３０を回転（自転）させれば、ワーク３０の被研磨面３１が順次高速で回転する前記砥粒面１２へ接触するように供給される。従って、ワーク３０の被研磨面３１の全面を効率良く好適に研磨できる。
【００２９】
なお、ワーク３０を送る運動としては、以上のような回転運動の他に、揺動運動、或いは自転しない旋回運動等を用いることも可能である。また、本実施例のようにワーク３０の保持部３２側を運動させることに限定されず、高速で回転する研磨ヘッド２０側を運動させるようにしてもよい。つまり、被研磨面３１の全面を均一に研磨するように、ワーク３０と研磨テープ１０とが相対的に移動する軌跡を設定すればよい。
【００３０】
図２に示すように、６０は光学的加工終点検出装置であり、研磨ヘッド２０の側部に、ワーク３０に臨んで設けられている。
光学的加工終点検出装置６０としては、ワーク３０がウェーハ状の場合、赤外線を発してワーク３０の表面からの反射光と、ワーク３０を透過して裏面で反射する反射光とを検出し、ワーク３０の厚さを検出するものを用いることができる。これによれば、ワーク３０の厚さを研磨中にリアルタイムで検出できるため、その検出データをもとに、研磨量（研磨の進行）を制御することができる。
このように、光学的加工終点検出装置６０が、ワーク３０の被研磨面３１を研磨中にも好適にモニタするには、研磨ヘッドの軸心２１とワークの回転機構３４にかかる保持部３２の軸心３３とが所定の間隔離れて設定されるか、相互に移動可能に設定と良い。また、図３に示すようにワーク３０（被研磨面３１）よりも加圧パッド２２（押圧面２３）が小さいと好適である。これは、研磨ヘッド２０とワークの回転機構３４にかかる相互の軸心のずれ、又はその相互の軸心の相対的な移動によって、被検出面である被研磨面３１が、光学的加工終点検出装置６０に対面した状態に好適に露出され易くなるためである。
【００３１】
そして、本発明に係るテープ研磨によれば、従来のような遊離砥粒を含んだ不透明の研磨液を用いるものではないため、ワーク３０の表面（被研磨面）がきれいに保たれる。本実施例では、純水が加工液として供給され、その純水が後述する動圧効果（流体潤滑又は弾性流体潤滑）、及びクーラントとしての効果を発現する。純水は勿論のことであるが、砥粒を含まない透明な液体である。このため、以上に説明したような反射光を検出する光学的検出装置によって、ワーク３０を直接観察して、好適にその厚さを計測し、加工終点を判断できる。
また、別の方法として、可視光を含む光源を用い、表面からの反射光の光量変化により表面状態をモニタし、研磨終点を検出することも可能である。
なお、加工液としては、他の液体、例えば、被研磨面３１を腐食させて研磨速度を向上させることができる化学成分を含有させることも可能である。この場合でも砥粒を含まないため、光が透過できる液体とすることができ、光学的加工終点検出装置６０を好適に利用できる。これにより、適正な厚さの研磨を行うことができる。
【００３２】
２４は凸部であり、加圧パッド２２の押圧面２３に、図４に示すように、研磨ヘッド２０とワーク３０との相対的な運動方向に交差する方向に延びるように設けられている。この凸部２４の相対的な運動方向に沿って切断した場合の断面形状は、研磨ヘッド２０のワーク３０に対する相対的な運動方向（図５の矢印Ｆ参照）とは反対の方向へ向けて徐々に突き出し高さが大きくなって最も突き出た部分まで続くように設けられている。
別言すれば、研磨テープ１０背面の加圧パッド２２形状及び材質を、研磨テープ１０と半導体ウェーハ等のワーク３０との間に流体浮上力が発生し、両者間の接触力が微小な状態で研磨テープ１０がワーク３０の被研磨面３１を研削できるように設定する。
【００３３】
これによれば、動圧効果、別言すれば流体潤滑又は弾性流体潤滑の効果が生じ、研磨テープ１０のテープ本体を被研磨面３１から僅かに浮上させた状態で、研磨テープ１０とワーク３０とを相対的に運動させ、その研磨テープ１０の砥粒面１２で、被研磨面３１へ好適に接触して研磨することができる。
すなわち、研磨テープ１０のテープ本体は僅かに浮上した状態であるが、そのテープ本体の表面（砥粒面）に付着して出っ張った状態に固定されている砥粒が、被研磨面３１に接触する。別言すれば、研磨テープ１０は浮いていて、砥粒が接触している状態にある。そして、その砥粒による研削によって被研磨面３１が削られて研磨がなされる。これにより、うねりのある被研磨面３１（表面）でも、そのうねりに倣って小さい圧力で接触し、均一で精度の高い表面基準研磨をすることができる。また、その浮上効果によって、研磨テープ１０を好適に送ることも可能になる。
また、動圧効果を好適に得るには、研磨テープ１０とワーク３０との相対速度を、所定以上に高速にすることが必要であることは勿論である。例えば、本実施例では、研磨ヘッド２０を高速で回転させることで、流体（加工液）が砥粒面１２と被研磨面３１との間に引き込まれるように動圧効果が発生する。
【００３４】
また、凸部２４の相対的な運動方向に沿って切断した場合の断面形状が、図５に示すように、断面円弧状であることで好適に凸面２４ｐが形成され、研磨テープ１０を好適に浮上させることができ、うねりのある被研磨面３１でも好適に均一に研磨できる。
なお、この断面形状は、本実施例に限定されるものではなく、研磨テープ１０の運動に伴って引き込まれた純水等の液体（流体）が、砥粒面１２と被研磨面３１との間でくさび状に入り込むような状態（図５に示した小さな矢印参照）を具現できる形態であればよい。つまり、研磨テープ表面に流体浮上力を発生させ、テープ接触力を低くできる導入部となる徐々に間隙を小さくできる形状であればよい。従って、凸部２４は本実施例のような凸面２４ｐに限定されることはなく、単純な斜面、斜面と平面の組合せ或いは段差付き平面等でもよい。例えば、図６に示すようにテーパ部２４ｔとフラット部２４ｆの組合せによって斜面と平面の組み合わせから成るテーパフラット型の凸部が形成されたものを用いることができる。また、図７に示すようにステップ部２４ｓによって段差付き平面から成るステップ型の凸部が形成されたものを用いることができる。また、図８に示すように、軟質材によって形成され、変形可能な傾斜面２４ｅ（軟質材傾斜面部）を持つ凸部を用いることもできる。図８（ａ）は被加工物であるワーク３０に加圧していない状態を示し、図８（ｂ）はワーク３０に加圧している状態を示す。図８（ｂ）に示すように、図８（ａ）の状態の凸部がワーク３０に対して研磨テープ１０を介して加圧されると、断面三角形の頂点側が変形し、その部分がワーク３０の表面とほぼ平行な平面（加圧平坦化部）となり、結果的に図６のテーパフラット型と同様の形状になる。これらによっても動圧効果を好適に得ることができる。
【００３５】
また、加圧パッド２２の押圧面２３の凸部２４は、螺旋又は放射線状等の適宜な形状に形成すればよい。
前記図４の実施例では、凸部２４が、放射線状に延びる筋状に形成され、複数が円周方向等分位置に設けられている。なお、中央部２３ａが開口されている。これによれば、円形の押圧面２３に凸部２４を好適に配設することができる。
また、これにより、高速回転する凸部２４に倣って位置する研磨テープ１０と、被研磨面３１との間に、研磨テープ１０を被研磨面３１から浮上させる動圧効果（流体潤滑又は弾性流体潤滑）が好適に発生する。そして、その動圧効果が、円形の押圧面２３の複数箇所で好適に発生される。このため、被研磨面を効率良く研磨できる。なお、凸部２４が、４本形成されているが、これに限定されるものではなく、さらに多い５本以上が設けられていてもよい。
【００３６】
また、図９に示すように、凸部２４が、円の接線方向に平行な状態に形成され、複数が円周方向等分位置に設けられていてもよい。なお、中央部２３ａが開口されている。
また、図１０に示すように、凸部２４Ａが、円の中心から径方向外側へ延びる円弧状の線に沿って形成され、複数が円周方向等分位置に設けられていてもよい。なお、中央部２３ａが開口されている。
このように凸部２４の形状を設定して配置することで、自転による周速が小さくて浮上力を得られない内部側へ流体を導いて、内部側の研磨テープの浮上を補助する。これにより、動圧効果を、研磨テープの全面に均一に作用させることができる。
【００３７】
また、凸部２４、２４Ａが、弾性に富む軟質材料で設けられていることで、動圧効果のうち弾性流体潤滑の効果を好適に利用することができる。これにより、研磨テープ１０を好適に浮上させることができ、うねりのある被研磨面３１でもより柔軟に倣うことができ、均一で高精度に研磨できる。つまり、強い押圧力がかかったときには、軟質材料による凸部２４、２４Ａが圧力でへこみ、押圧力を緩衝して被研磨面３１に損傷を与えることを抑制できる。
【００３８】
また、凸部２４、２４Ａについては、耐候性、摩擦低減のため、及び柔軟性を得るため、フッ素ゴムスポンジ等を用いればよい。
次に、図１１及び図１２に基づいて、他の形状の凸部について説明する。
図１１に示す凸部２４Ｂは、断面円弧状を伏せた形態の凸部２４に摩擦低減用の保護シート７０が貼付されている。これによれば、弾性流体潤滑の効果を好適に得ることができると共に、研磨テープ１０を滑り良く好適に送ることができる。
また、図１２に示す凸部２４Ｃは、加圧パッド２２の表層側が、凸形状（波形状）金属加工部２２ａとして設けられている。また、その上の表層が弾性部として、均一膜厚のスポンジシート６８で形成されている。そして、さらにその上の最表層部に保護シート７０が貼付されている。これによっても、弾性流体潤滑の効果を好適に得ることができると共に、研磨テープ１０を滑り良く好適に送ることができる。また、この構造によれば、信頼性のあるものを容易に製造できるという利点もある。
【００３９】
また、６５はドレッシング部材であり、図１に示すように、研磨テープ１０の砥粒面１２を研磨部へ供給る前に、その面を予め調整するために設けられている。研磨テープ１０の表面である砥粒面１２は、初期において凹凸のバラツキが大きい。このため、硬度のある、例えば砥石、石英材等から成るドレッシング部材６５を、接触させて初期ドレッシングすれば、必要以上の砥粒の出っ張りを除去できる。従って、砥粒面１２の均一性を向上できる。これにより、被研磨面３１に損傷を与えることを防止でき、また、研磨の均質性を向上することができる。
【００４０】
また、研磨テープ１０の送り速度を、適宜調整することで、被研磨面３１の研磨量或いは研磨に係る質を調整することができる。送り速度を速くすれば新鮮な砥粒面１２が速く供給されるから単位時間当たりの研磨量を増大させることができる。また、送り速度を低速度にすれば、研削効率のよい砥粒が磨耗して減少するため、より面粗さのない平坦な面に仕上げることができる。
また、研磨テープ１０を送るとは、断続的に送ることを含めて連続的に送ることを意味し、研磨工程中にその送りを断続的或いは連続的に変更してもよい。例えば、連続的に供給された新鮮な面で研磨した後、送りを止めて仕上げ研磨をするようにしてもよい。
ところで、４２は接続電源等であり、例えばキャプスタンモータ電源、ドレッシング用電源、終点検出用電源、検出出力装置、加圧空気供給装置等であり、例えばスリップリング等によって適宜接続されていればよく、説明を省略する。
【００４１】
また、以上に説明したテープ研磨装置によれば、本実施例のような半導体装置用ウェーハの他に、被研磨面の平坦化の精度を向上させる他の分野でも好適に応用できる。例えば、ガラス薄板材をベースとする四角い液晶ディスプレイ用の基板、水晶等の硬脆性薄板材の表面も好適に研磨することができる。
以上、本発明の好適な実施例について種々述べてきたが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内でさらに多くの改変を施し得るのは勿論のことである。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、研磨テープを用いた研磨において、加圧パッドに形成された凸部によって、研磨テープを被研磨面から浮上させるという動圧効果を好適に得ることができる。
従って、本発明によれば、うねりのある表面でも、そのうねりに倣って小さな圧力で接触し、より均一で高精度の表面基準研磨をすることができるいう著効を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るテープ研磨装置の内部構造の一実施例を説明する断面図である。
【図２】図１の状態から研磨ヘッドを９０度回転した状態の断面図である。
【図３】図１の実施例の研磨ヘッドに係る回転状態を説明する平面図である。
【図４】加圧パッドの押圧面に形成される凸部の一実施例を説明する説明図である。
【図５】図４の実施例にかかる凸部の一断面形状を説明する断面図である。
【図６】凸部の他の断面形状を説明する断面図である。
【図７】凸部の他の断面形状を説明する断面図である。
【図８】凸部の他の断面形状を説明する断面図である。
【図９】加圧パッドの押圧面に形成される凸部の他の実施例を説明する説明図である。
【図１０】加圧パッドの押圧面に形成される凸部の他の実施例を説明する説明図である。
【図１１】凸部の他の断面形状を説明する説明図である。
【図１２】凸部の他の断面形状を説明する説明図である。
【図１３】従来の技術を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ 研磨テープ
１２ 砥粒面
２０ 研磨ヘッド
２１ 研磨ヘッドの軸心
２２ 加圧パッド
２３ 押圧面
２４ 凸部
２５ 研磨テープ送り機構
２６ 供給リール
２８ 巻取リール
３０ ワーク
３１ 被研磨面
３２ 保持部
３３ 保持部の軸心
３４ ワークの回転機構
３５ キャプスタン駆動モータ
４０ 加圧手段
４５ 回転機構
５０ 基体
５２ 先端振れ止めガイド部
６０ 光学的加工検出装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、テープ研磨装置に関し、さらに詳細には砥粒が保持された砥粒面を有する研磨テープと、平面状の被研磨面を有するワークとを前記砥粒面と前記被研磨面とを接触させつつ相対的に運動させると共に、前記研磨テープを長尺方向へ送って前記被研磨面を研磨するテープ研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の高集積化が進むに伴い、その製造工程における高精度な研磨技術が重要になってきている。特に、ウェーハ表面にデバイスを形成する際の堆積形成された層間絶縁膜や金属配線等については、より一層、高精度に研磨することが要求されている。
これに対して、従来のウェーハの研磨装置では、ウェーハの被研磨面を、研磨クロスが定盤に貼付されて形成された研磨面へ、全面的に均等な圧力で押圧できるように、ウェーハを保持する保持部にエアバック機能を備えたものが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のウェーハの研磨装置では、研磨面が平坦に形成され、柔軟性がない。そのため、デバイスが表面に形成されることでベース材であるシリコンとの熱膨張率の違いなどから、うねりが発生したウェーハの場合、その表面を基準に均一に研磨することは困難であった。すなわち、ウェーハのうねりによって生じる高い部分が、より多く削り取られてしまい、均一に研磨できないという課題があった。
【０００４】
また、このウェーハの研磨装置では、研磨を促進させる化学成分と遊離砥粒を含んだ研磨液を用いて研磨するもので、化学成分が堆積形成された層間絶縁膜や金属配線等を所定以上に侵食してしまうという課題があった。
【０００５】
なお、これに対しては、ハードディスクの表面テクスチャリングの技術（テープ研磨技術）を応用することが考えられる。例えば、特開昭６３−９９１７０号（研磨加工装置）に記載された動圧効果によるテープ浮上に配慮した研磨テープによる加工技術を応用することが考えられる。図１３に示すように、ハードディスク１４は、中央が開口したドーナツ状であり、円の中央部分１５の研磨を必要としない。このため、その開口した中央部分１５でスピンドルに固定し、高速で自転させることが可能である。研磨テープ１０は、円柱状のバックアップローラ１６に巻き回され、供給リール２６と巻取リール２８とによって送りがなされる。これにより、被研磨面１４ａと研磨テープ１０との相対運動を得ることができ、研磨が可能となっている。
【０００６】
しかしながら、半導体装置の製造工程では、円形のウェーハ全面について加工する必要がある。つまり、ウェーハを、その中央を通る軸心を中心に高速で回転させたとしても、外周の周速は速いが、中央の周速はゼロである。従って、その中央付近は、研磨テープとの相対運動の速度が小さくなり、研磨できない。このため、ハードディスクに係る表面テクスチャリングの技術を、半導体装置の製造工程にかかる表面研磨へは、直接応用することができないという課題もあった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、より均一で精度の高い表面基準研磨をすることが可能なテープ研磨装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は次の構成を備える。
すなわち、本発明は、砥粒が保持された砥粒面を有する研磨テープと、平面状の被研磨面を有するワークとを、前記砥粒面と前記被研磨面とを加工液を介して接触させつつ相対的に運動させると共に、前記研磨テープを長尺方向へ送って前記被研磨面を研磨するテープ研磨装置であって、前記研磨テープを該研磨テープの背面から前記被研磨面側へ押圧する加圧パッドを有し、該加圧パッドの押圧面に沿わせて前記研磨テープを送る供給リールと巻取リールが設けられた研磨テープ送り機構を有する研磨ヘッドと、該研磨ヘッドを、前記被研磨面に直交する研磨ヘッドの軸心を中心に回転させる研磨ヘッドの回転機構とを備え、前記加圧パッドの円形の押圧面には、前記研磨ヘッドと前記ワークとの相対的な運動方向に交差する方向に延びる複数の凸部が円周方向等分位置に設けられていることを特徴とする。
これによれば、流体を介して動圧効果（流体潤滑又は弾性流体潤滑）が生じ、研磨テープのテープ本体を被研磨面から僅かに浮上させた状態で、研磨テープとワークとを相対的に運動させ、研磨ヘッドの凸部によって研磨テープの砥粒面を被研磨面へ好適に接触させて研磨することができる。
【００１０】
また、前記ワークを保持する保持部を、前記研磨ヘッドの軸心と平行で所定の間隔が離れた軸心を中心に回転させるワークの回転機構を備えることで、ワークの全面を好適に研磨することができる。
また、前記研磨ヘッドの回転角速度が前記ワークの回転角速度に比べて高速であることで、研磨テープの砥粒面を被研磨面へ好適に接触させて精度良く研磨することができる。
また、前記ワークの被研磨面が円形であり、該被研磨面の直径よりも前記押圧面の直径が小さいと共に、前記被研磨面の半径よりも前記押圧面の直径が大きいことで、ワークの全面を効率良く好適に研磨できる。
【００１１】
また、前記凸部の前記相対的な運動方向に沿って切断した場合の断面形状が、断面円弧状、テーパフラット型、又はステップ型のいずれかであることで、研磨テープを好適に浮上させることができ、うねりのある被研磨面でも好適に均一に研磨できる。
【００１２】
また、前記凸部が、弾性に富む軟質材料で設けられていることで、弾性流体潤滑の効果を好適に利用することができ、研磨テープを好適に浮上させることができ、うねりのある被研磨面でもより好適に均一に研磨できる。
【００１３】
また、前記凸部が、放射線状に延びる筋状に形成されていることで、円形の押圧面に凸部を好適に配設することができる。
【００１４】
また、前記加圧パッドの押圧面に形成された複数の凸部が、円の中心から径方向外側へ延びる円弧状の線に沿って形成されていることで、自転による周速が小さくて浮上力を得られない内部側へ流体を導いて、内部側の研磨テープの浮上を補助する。これにより、動圧効果を、研磨テープの全面に均一に作用させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るテープ研磨装置の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係るテープ研磨装置の内部構造の一実施例を説明する断面図である。また、図２は、図１の状態から研磨ヘッドを９０度回転した状態の断面図である。また、図３は、図１の実施例の研磨ヘッドに係る回転状態を説明する平面図である。
【００１６】
１０は研磨テープであり、砥粒が保持された砥粒面１２を有する。この研磨テープ１０は、通常、ポリエステル等のベースフィルム上に、研磨砥粒が、バインダ樹脂及び添加剤よりなる塗料を介して分散塗布されたものである。
この研磨テープ１０が、平面状の被研磨面３１を有するワーク３０に対して相対的に運動され、砥粒面１２が被研磨面３１に接触されつつ研磨がなされる。
【００１７】
また、２０は研磨ヘッドであり、加圧パッド２２を端部（本実施例では下端部）に備え、研磨テープ１０を長尺方向へ送る研磨テープ送り機構２５を内蔵している。
加圧パッド２２は、研磨テープ１０を、その研磨テープ１０の背面から被研磨面３１側へ押圧するものである。また、この加圧パッド２２は、加圧手段４０及びその調整手段によって押圧される。加圧手段４０は、研磨ヘッド２０、加圧パッド２２全体又はその押圧面２３を、往復動、本実施例では上下動させることが可能な機構であればよい。例えば、シリンダ装置、又はモータを駆動源とする上下動機構、或いはエアバック方式による一種の伸縮機構を用いることができる。シリンダ装置やエアバック方式の場合は、圧力室内へ供給する加圧空気の圧力を調整することで、加圧パッド２２による研磨テープ１０の押圧力を調整できる。なお、本実施例では研磨ヘッド２０側から加圧しているが、研磨ヘッド２０の上下位置を固定し、被研磨面３１（ウェーハ３０）側を上下方向に移動可能とし、被研磨面３１側から加圧パッド２２側へ加圧することも可能である。
【００１８】
また、本実施例では、加圧パッド２２の押圧面２３が円形に形成されている。これによれば、研磨ヘッド２０の後述する高速回転に好適に対応して、加圧パッド２２及びそれを備える研磨ヘッド２０が、安定的したバランスのよい回転運動をすることができる。また、加圧パッド２２による押圧力が、研磨テープを介して被研磨面に高い対称性をもって作用し、バランスのよい研磨ができる。
【００１９】
研磨テープ送り機構２５には、加圧パッド２２の押圧面２３に沿わせて研磨テープ１０を送る供給リール２６と巻取リール２８が設けられている。加圧パッド２２の押圧面２３は、被研磨面３１に対面（対向）する全体形状としては平面状に形成されている。すなわち、本実施例の押圧面２３は平面状に形成されているため、その押圧面２３に倣って走行する研磨テープ１０の部分も平面状となる。また、この研磨テープ１０の送りは、新鮮な砥粒面１２を順次供給するためになされるもので、低速度でよい。
【００２０】
３５はキャプスタン駆動モータである。３６はテープ送りキャプスタンであり、ベルト３７等を介してキャプスタン駆動モータ３５によって駆動される。また、３８はピンチローラであり、研磨テープ１０をテープ送りキャプスタン３６との間で挟み込む。また、巻取リール２８は、キャプスタン駆動モータ３５が兼用されること、或いは図示しない別の駆動モータによって、研磨テープ１０を巻き取るように回転駆動される。そして、供給リール２６にはブレーキ機能が付いており、研磨テープが緩まないように、所定の張力を与えることができるように設けられている。これらの機構は、研磨テープ１０を一定の速度で送るためのもので公知の技術を用いることができる。
【００２１】
３９は研磨テープの送り用ガイドであり、加圧パッド２２の両側で、押圧面２３より被研磨面３１から離れた位置にそれぞれ設けられている。本実施例では、被研磨面３１が水平に位置されているため、この研磨テープの送り用ガイド３９も研磨テープ１０を水平に案内すべく、水平方向に延びた状態に配設されている。
この一対の研磨テープの送り用ガイド３９、３９によって、研磨テープ１０が、押圧面２３に倣って平面状になるように好適に案内される。
また、研磨テープの送り用ガイド３９は、研磨テープ１０を滑り良く送るものであればよく、ローラ状に回転自在に設けられていてもよい。
【００２２】
４５は回転機構であり、研磨ヘッド２０を、被研磨面３１に直交する研磨ヘッドの軸心２１を中心に回転させることで、砥粒面１２を被研磨面３１に対して高速に自転運動させる。２１ａは研磨ヘッドの回転軸であり、基体５０に対してベアリング４６を介して回転自在に設けられている。また、４７は研磨ヘッドの駆動モータであり、回転軸２１ａに固定されたプーリ４８、及びベルト４９等を介して、研磨ヘッド２０を高速に回転駆動させる。これにより、研磨ヘッド２０（研磨テープ１０）とワーク３０との高速な相対運動（相対速度）を好適に得ることができる。この相対速度（本実施例では主に研磨ヘッド２０の回転速度）は、後述する動圧効果を好適に得ることができる程度に高速度であればよい。
【００２３】
５２は先端振れ止めガイド部であり、研磨ヘッド２０の先端振れを防止すべく、ワーク側の研磨ヘッドの先端部２０ａをガイドする。この先端振れ止めガイド部５２は基体５０の研磨ヘッド２０を内包する筒状部５５の端部５５ａ（本実施例では下端部）に設けられている。
本実施例の先端振れ止めガイド部５２は、図３に示すように円形（円筒状）の研磨ヘッド２０の外周に当接する３個以上のローラ状部材５３から構成されている。なお、このローラ状部材５３は４個以上が配設されていてもよい。このローラ状の部材は、軸受、カムフォロア或いはベアリングと称されるものを適宜用いればよい。これによれば、研磨部分の振れを低減し、研磨ヘッド２０の高速な回転にも好適に対応できる。また、研磨テープ１０の固定砥粒による高速加工で均一性及び平坦性を向上できるという利点を、効果的に得ることができる。
なお、先端振れ止めガイド部５２は、これに限定されず、例えば、研磨ヘッド２０の外周を内包するリング状のベアリングを用いることも可能である。
【００２４】
次に、供給リール２６、巻取リール２８及びキャプスタン駆動モータ３５の研磨ヘッド２０内での位置関係について説明する。
図１に明らかなように、本実施例の研磨ヘッド２０では、下側から巻取リール２８、供給リール２６、キャプスタン駆動モータ３５の順で上下に一列に配設されている。
そして、研磨ヘッドの軸心２１が、供給リール２６及び巻取リール２８の中心を通るように設けられている。別言すれば、主要構成である供給リール２６及び巻取リール２８の重心が研磨ヘッドの軸心２１上にあるように配されている。このように、研磨ヘッド２０の軸心２１と供給リール２６及び巻取リール２８の重心とを一致されておくことで、安定的な回転を得ることができ、高速回転に好適に対応できる。すなわち、供給リール２６から研磨テープ１０が繰り出されると、その重量が減少するが、重心が回転中心にあるため、回転のバランスが崩れない。また、巻取リール２８が研磨テープを巻き取ると、その重量が増大するが、重心が回転中心にあるため、回転のバランスが崩れない。従って、均一で高精度の研磨を行うことができる。
【００２５】
また、研磨ヘッドの軸心２１が、研磨テープ送り機構２５を駆動するモータの重心を通るように設けられている。本実施例では、キャプスタン駆動モータ３５が、巻取リール２８の回転駆動装置も兼用しており、その重心を研磨ヘッドの軸心２１が通っている。
このように駆動モータ（キャプスタン駆動モータ３５）の重心が回転中心にあることで、特別なバランサを装着することを要せずに、回転がアンバランスになることを好適に防止することができる。従って、均一で高精度の研磨を行うことができる。
【００２６】
３２は保持部であり、ワーク３０を保持する。ワーク３０を保持する手段としては、例えば真空減圧による真空吸着、水の表面張力を利用して貼付するもの、接着、静電吸着等、公知の技術を用いればよい。
このとき、保持部３２上のワーク３１の外周部分に、ワークとほぼ同じ厚さのガイドリング３２ｇを設置することにより、ワーク外周部分で研磨テープとワークとの接触力を均一にすることができ、ワーク外周部分ダレを防止することができる。
３４はワークの回転機構であり、保持部３２を、研磨ヘッドの軸心２１と平行で所定の間隔が離れた保持部の軸心３３を中心に回転させることで、ワーク３０を自転運動させる。例えば、モータの回転駆動を、減速装置を介して所望の回転数とする駆動機構から成る。
なお、４１は加工槽であり、研磨用に供給された液体を受ける。
【００２７】
このワークの回転機構３４によれば、ワーク３０の被研磨面３１全面について研磨テープ１０の砥粒面１２が接触できるように、ワーク３０の角度位置を変えことができる。つまり、被研磨面３１を、その被研磨面に直交する軸心３３を中心に回転させ、研磨テープ１０の平面状の砥粒面１２へ順次送ることができる。このワークの回転機構３４によれば、ワーク３０が比較的低速で回転（自転）される。本実施例では、少なくとも、研磨ヘッド２０の回転角速度が前記ワークの回転角速度に比べて高速であるように設定されている。また、このワークの回転機構３４の回転速度を適宜調整することで、研磨速度等を適宜調整できる。例えば、その回転速度の調整によれば、研磨ヘッド２０（研磨テープ）の回転速度及び研磨テープ１０の押圧力等との関係において、被研磨面３１全面をより均一に研磨するように調整することができる。
【００２８】
また、本実施例によれば、ワーク３０の被研磨面３１が円形である。つまり、本実施例のワーク３０は、半導体装置を製造するための集積回路形成工程中の基部（ベース）がシリコン等で形成されたウェーハである。薄肉板であると共に、ノッチ部やオリエンテーションフラット部の一部を除いて円形に形成されている。
そして、このワーク３０の被研磨面３１の直径よりも押圧面２３の直径が小さく設定されている。また、被研磨面３１の半径よりも押圧面２３の直径の方が大きく形成されている。これにより、ワークの回転機構３４によってワーク３０を回転（自転）させれば、ワーク３０の被研磨面３１が順次高速で回転する前記砥粒面１２へ接触するように供給される。従って、ワーク３０の被研磨面３１の全面を効率良く好適に研磨できる。
【００２９】
なお、ワーク３０を送る運動としては、以上のような回転運動の他に、揺動運動、或いは自転しない旋回運動等を用いることも可能である。また、本実施例のようにワーク３０の保持部３２側を運動させることに限定されず、高速で回転する研磨ヘッド２０側を運動させるようにしてもよい。つまり、被研磨面３１の全面を均一に研磨するように、ワーク３０と研磨テープ１０とが相対的に移動する軌跡を設定すればよい。
【００３０】
図２に示すように、６０は光学的加工終点検出装置であり、研磨ヘッド２０の側部に、ワーク３０に臨んで設けられている。
光学的加工終点検出装置６０としては、ワーク３０がウェーハ状の場合、赤外線を発してワーク３０の表面からの反射光と、ワーク３０を透過して裏面で反射する反射光とを検出し、ワーク３０の厚さを検出するものを用いることができる。これによれば、ワーク３０の厚さを研磨中にリアルタイムで検出できるため、その検出データをもとに、研磨量（研磨の進行）を制御することができる。
このように、光学的加工終点検出装置６０が、ワーク３０の被研磨面３１を研磨中にも好適にモニタするには、研磨ヘッドの軸心２１とワークの回転機構３４にかかる保持部３２の軸心３３とが所定の間隔離れて設定されるか、相互に移動可能に設定と良い。また、図３に示すようにワーク３０（被研磨面３１）よりも加圧パッド２２（押圧面２３）が小さいと好適である。これは、研磨ヘッド２０とワークの回転機構３４にかかる相互の軸心のずれ、又はその相互の軸心の相対的な移動によって、被検出面である被研磨面３１が、光学的加工終点検出装置６０に対面した状態に好適に露出され易くなるためである。
【００３１】
そして、本発明に係るテープ研磨によれば、従来のような遊離砥粒を含んだ不透明の研磨液を用いるものではないため、ワーク３０の表面（被研磨面）がきれいに保たれる。本実施例では、純水が加工液として供給され、その純水が後述する動圧効果（流体潤滑又は弾性流体潤滑）、及びクーラントとしての効果を発現する。純水は勿論のことであるが、砥粒を含まない透明な液体である。このため、以上に説明したような反射光を検出する光学的検出装置によって、ワーク３０を直接観察して、好適にその厚さを計測し、加工終点を判断できる。
また、別の方法として、可視光を含む光源を用い、表面からの反射光の光量変化により表面状態をモニタし、研磨終点を検出することも可能である。
なお、加工液としては、他の液体、例えば、被研磨面３１を腐食させて研磨速度を向上させることができる化学成分を含有させることも可能である。この場合でも砥粒を含まないため、光が透過できる液体とすることができ、光学的加工終点検出装置６０を好適に利用できる。これにより、適正な厚さの研磨を行うことができる。
【００３２】
２４は凸部であり、加圧パッド２２の押圧面２３に、図４に示すように、研磨ヘッド２０とワーク３０との相対的な運動方向に交差する方向に延びるように設けられている。この凸部２４の相対的な運動方向に沿って切断した場合の断面形状は、研磨ヘッド２０のワーク３０に対する相対的な運動方向（図５の矢印Ｆ参照）とは反対の方向へ向けて徐々に突き出し高さが大きくなって最も突き出た部分まで続くように設けられている。
別言すれば、研磨テープ１０背面の加圧パッド２２形状及び材質を、研磨テープ１０と半導体ウェーハ等のワーク３０との間に流体浮上力が発生し、両者間の接触力が微小な状態で研磨テープ１０がワーク３０の被研磨面３１を研削できるように設定する。
【００３３】
これによれば、動圧効果、別言すれば流体潤滑又は弾性流体潤滑の効果が生じ、研磨テープ１０のテープ本体を被研磨面３１から僅かに浮上させた状態で、研磨テープ１０とワーク３０とを相対的に運動させ、その研磨テープ１０の砥粒面１２で、被研磨面３１へ好適に接触して研磨することができる。
すなわち、研磨テープ１０のテープ本体は僅かに浮上した状態であるが、そのテープ本体の表面（砥粒面）に付着して出っ張った状態に固定されている砥粒が、被研磨面３１に接触する。別言すれば、研磨テープ１０は浮いていて、砥粒が接触している状態にある。そして、その砥粒による研削によって被研磨面３１が削られて研磨がなされる。これにより、うねりのある被研磨面３１（表面）でも、そのうねりに倣って小さい圧力で接触し、均一で精度の高い表面基準研磨をすることができる。また、その浮上効果によって、研磨テープ１０を好適に送ることも可能になる。
また、動圧効果を好適に得るには、研磨テープ１０とワーク３０との相対速度を、所定以上に高速にすることが必要であることは勿論である。例えば、本実施例では、研磨ヘッド２０を高速で回転させることで、流体（加工液）が砥粒面１２と被研磨面３１との間に引き込まれるように動圧効果が発生する。
【００３４】
また、凸部２４の相対的な運動方向に沿って切断した場合の断面形状が、図５に示すように、断面円弧状であることで好適に凸面２４ｐが形成され、研磨テープ１０を好適に浮上させることができ、うねりのある被研磨面３１でも好適に均一に研磨できる。
なお、この断面形状は、本実施例に限定されるものではなく、研磨テープ１０の運動に伴って引き込まれた純水等の液体（流体）が、砥粒面１２と被研磨面３１との間でくさび状に入り込むような状態（図５に示した小さな矢印参照）を具現できる形態であればよい。つまり、研磨テープ表面に流体浮上力を発生させ、テープ接触力を低くできる導入部となる徐々に間隙を小さくできる形状であればよい。従って、凸部２４は本実施例のような凸面２４ｐに限定されることはなく、単純な斜面、斜面と平面の組合せ或いは段差付き平面等でもよい。例えば、図６に示すようにテーパ部２４ｔとフラット部２４ｆの組合せによって斜面と平面の組み合わせから成るテーパフラット型の凸部が形成されたものを用いることができる。また、図７に示すようにステップ部２４ｓによって段差付き平面から成るステップ型の凸部が形成されたものを用いることができる。また、図８に示すように、軟質材によって形成され、変形可能な傾斜面２４ｅ（軟質材傾斜面部）を持つ凸部を用いることもできる。図８（ａ）は被加工物であるワーク３０に加圧していない状態を示し、図８（ｂ）はワーク３０に加圧している状態を示す。図８（ｂ）に示すように、図８（ａ）の状態の凸部がワーク３０に対して研磨テープ１０を介して加圧されると、断面三角形の頂点側が変形し、その部分がワーク３０の表面とほぼ平行な平面（加圧平坦化部）となり、結果的に図６のテーパフラット型と同様の形状になる。これらによっても動圧効果を好適に得ることができる。
【００３５】
また、加圧パッド２２の押圧面２３の凸部２４は、螺旋又は放射線状等の適宜な形状に形成すればよい。
前記図４の実施例では、凸部２４が、放射線状に延びる筋状に形成され、複数が円周方向等分位置に設けられている。なお、中央部２３ａが開口されている。これによれば、円形の押圧面２３に凸部２４を好適に配設することができる。
また、これにより、高速回転する凸部２４に倣って位置する研磨テープ１０と、被研磨面３１との間に、研磨テープ１０を被研磨面３１から浮上させる動圧効果（流体潤滑又は弾性流体潤滑）が好適に発生する。そして、その動圧効果が、円形の押圧面２３の複数箇所で好適に発生される。このため、被研磨面を効率良く研磨できる。なお、凸部２４が、４本形成されているが、これに限定されるものではなく、さらに多い５本以上が設けられていてもよい。
【００３６】
また、図９に示すように、凸部２４が、円の接線方向に平行な状態に形成され、複数が円周方向等分位置に設けられていてもよい。なお、中央部２３ａが開口されている。
また、図１０に示すように、凸部２４Ａが、円の中心から径方向外側へ延びる円弧状の線に沿って形成され、複数が円周方向等分位置に設けられていてもよい。なお、中央部２３ａが開口されている。
このように凸部２４の形状を設定して配置することで、自転による周速が小さくて浮上力を得られない内部側へ流体を導いて、内部側の研磨テープの浮上を補助する。これにより、動圧効果を、研磨テープの全面に均一に作用させることができる。
【００３７】
また、凸部２４、２４Ａが、弾性に富む軟質材料で設けられていることで、動圧効果のうち弾性流体潤滑の効果を好適に利用することができる。これにより、研磨テープ１０を好適に浮上させることができ、うねりのある被研磨面３１でもより柔軟に倣うことができ、均一で高精度に研磨できる。つまり、強い押圧力がかかったときには、軟質材料による凸部２４、２４Ａが圧力でへこみ、押圧力を緩衝して被研磨面３１に損傷を与えることを抑制できる。
【００３８】
また、凸部２４、２４Ａについては、耐候性、摩擦低減のため、及び柔軟性を得るため、フッ素ゴムスポンジ等を用いればよい。
次に、図１１及び図１２に基づいて、他の形状の凸部について説明する。
図１１に示す凸部２４Ｂは、断面円弧状を伏せた形態の凸部２４に摩擦低減用の保護シート７０が貼付されている。これによれば、弾性流体潤滑の効果を好適に得ることができると共に、研磨テープ１０を滑り良く好適に送ることができる。
また、図１２に示す凸部２４Ｃは、加圧パッド２２の表層側が、凸形状（波形状）金属加工部２２ａとして設けられている。また、その上の表層が弾性部として、均一膜厚のスポンジシート６８で形成されている。そして、さらにその上の最表層部に保護シート７０が貼付されている。これによっても、弾性流体潤滑の効果を好適に得ることができると共に、研磨テープ１０を滑り良く好適に送ることができる。また、この構造によれば、信頼性のあるものを容易に製造できるという利点もある。
【００３９】
また、６５はドレッシング部材であり、図１に示すように、研磨テープ１０の砥粒面１２を研磨部へ供給る前に、その面を予め調整するために設けられている。研磨テープ１０の表面である砥粒面１２は、初期において凹凸のバラツキが大きい。このため、硬度のある、例えば砥石、石英材等から成るドレッシング部材６５を、接触させて初期ドレッシングすれば、必要以上の砥粒の出っ張りを除去できる。従って、砥粒面１２の均一性を向上できる。これにより、被研磨面３１に損傷を与えることを防止でき、また、研磨の均質性を向上することができる。
【００４０】
また、研磨テープ１０の送り速度を、適宜調整することで、被研磨面３１の研磨量或いは研磨に係る質を調整することができる。送り速度を速くすれば新鮮な砥粒面１２が速く供給されるから単位時間当たりの研磨量を増大させることができる。また、送り速度を低速度にすれば、研削効率のよい砥粒が磨耗して減少するため、より面粗さのない平坦な面に仕上げることができる。
また、研磨テープ１０を送るとは、断続的に送ることを含めて連続的に送ることを意味し、研磨工程中にその送りを断続的或いは連続的に変更してもよい。例えば、連続的に供給された新鮮な面で研磨した後、送りを止めて仕上げ研磨をするようにしてもよい。
ところで、４２は接続電源等であり、例えばキャプスタンモータ電源、ドレッシング用電源、終点検出用電源、検出出力装置、加圧空気供給装置等であり、例えばスリップリング等によって適宜接続されていればよく、説明を省略する。
【００４１】
また、以上に説明したテープ研磨装置によれば、本実施例のような半導体装置用ウェーハの他に、被研磨面の平坦化の精度を向上させる他の分野でも好適に応用できる。例えば、ガラス薄板材をベースとする四角い液晶ディスプレイ用の基板、水晶等の硬脆性薄板材の表面も好適に研磨することができる。
以上、本発明の好適な実施例について種々述べてきたが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内でさらに多くの改変を施し得るのは勿論のことである。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、研磨テープを用いた研磨において、加圧パッドに形成された凸部によって、研磨テープを被研磨面から浮上させるという動圧効果を好適に得ることができる。
従って、本発明によれば、うねりのある表面でも、そのうねりに倣って小さな圧力で接触し、より均一で高精度の表面基準研磨をすることができるいう著効を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るテープ研磨装置の内部構造の一実施例を説明する断面図である。
【図２】図１の状態から研磨ヘッドを９０度回転した状態の断面図である。
【図３】図１の実施例の研磨ヘッドに係る回転状態を説明する平面図である。
【図４】加圧パッドの押圧面に形成される凸部の一実施例を説明する説明図である。
【図５】図４の実施例にかかる凸部の一断面形状を説明する断面図である。
【図６】凸部の他の断面形状を説明する断面図である。
【図７】凸部の他の断面形状を説明する断面図である。
【図８】凸部の他の断面形状を説明する断面図である。
【図９】加圧パッドの押圧面に形成される凸部の他の実施例を説明する説明図である。
【図１０】加圧パッドの押圧面に形成される凸部の他の実施例を説明する説明図である。
【図１１】凸部の他の断面形状を説明する説明図である。
【図１２】凸部の他の断面形状を説明する説明図である。
【図１３】従来の技術を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ 研磨テープ
１２ 砥粒面
２０ 研磨ヘッド
２１ 研磨ヘッドの軸心
２２ 加圧パッド
２３ 押圧面
２４ 凸部
２５ 研磨テープ送り機構
２６ 供給リール
２８ 巻取リール
３０ ワーク
３１ 被研磨面
３２ 保持部
３３ 保持部の軸心
３４ ワークの回転機構
３５ キャプスタン駆動モータ
４０ 加圧手段
４５ 回転機構
５０ 基体
５２ 先端振れ止めガイド部
６０ 光学的加工検出装置
Claims (8)
- 砥粒が保持された砥粒面を有する研磨テープと、平面状の被研磨面を有するワークとを、前記砥粒面と前記被研磨面とを加工液を介して接触させつつ相対的に運動させると共に、前記研磨テープを長尺方向へ送って前記被研磨面を研磨するテープ研磨装置であって、
前記研磨テープを該研磨テープの背面から前記被研磨面側へ押圧する加圧パッドを有し、該加圧パッドの押圧面に沿わせて前記研磨テープを送る供給リールと巻取リールが設けられた研磨テープ送り機構を有する研磨ヘッドと、該研磨ヘッドを、前記被研磨面に直交する研磨ヘッドの軸心を中心に回転させる研磨ヘッドの回転機構とを備え、
前記加圧パッドの円形の押圧面には、前記研磨ヘッドと前記ワークとの相対的な運動方向に交差する方向に延びる複数の凸部が円周方向等分位置に設けられていることを特徴とするテープ研磨装置。 - 前記ワークを保持する保持部を、前記研磨ヘッドの軸心と平行で所定の間隔が離れた軸心を中心に回転させるワークの回転機構を備えることを特徴とする請求項１記載のテープ研磨装置。
- 前記研磨ヘッドの回転角速度が前記ワークの回転角速度に比べて高速であることを特徴とする請求項２記載のテープ研磨装置。
- 前記ワークの被研磨面が円形であり、該被研磨面の直径よりも前記押圧面の直径が小さいと共に、前記被研磨面の半径よりも前記押圧面の直径が大きいことを特徴とする請求項１、２又は３記載のテープ研磨装置。
- 前記凸部の前記相対的な運動方向に沿って切断した場合の断面形状が、断面円弧状、テーパフラット型、又はステップ型のいずれかであることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のテープ研磨装置。
- 前記凸部が、弾性に富む軟質材料で設けられていることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載のテープ研磨装置。
- 前記凸部が、放射線状に延びる筋状に形成されていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６記載のテープ研磨装置。
- 前記加圧パッドの押圧面に形成された複数の凸部が、円の中心から径方向外側へ延びる円弧状の線に沿って形成されていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６又は７記載のテープ研磨装置。
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