JPH08174399A - 研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】スラリーを用いることなく被研磨体を一様に研
磨できる研磨装置を提供する。 【構成】被研磨面と平行に往復運動し，かつ被研磨面と
垂直面内で回転運動する研磨ヘッドにおいて，研磨テー
プの研磨圧力を一定に制御し被研磨面を一様に研磨でき
る研磨装置。当該研磨ヘッドは穴空き第１Ｌ字プレート
３２と，穴から垂直に突き出た垂直伸長体２１を有す
る。第１Ｌ字プレート３２の先端には研磨バッド２２が
配置され，研磨テープを押圧する。垂直伸長体２１には
第１Ｌ字プレート３２と平行にノンシールシリンダ３４
が固定されている。該ノンシールシリンダの一端が上記
研磨パッドの圧力を調節する。当該研磨ヘッドの回転角
度及び研磨圧力はパルス信号として制御部に送られ，研
磨圧力を一定に保つべくモータの回転角度及びシリンダ
へのエアー供給が最適に制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，被研磨体の端面を研磨
テープにより研磨する装置に関し，特に研磨テープを研
磨面に対して任意の接触角で接触させることのできる，
研磨装置に関する。

【０００２】

【従来技術】従来，半導体ウエハの端面を研磨するに
は，砥粒と溶剤とから成るスラリー（遊粒塗料）をその
上に塗り，研磨布などで擦るという方法がとられてい
た。

【０００３】しかし，このようなスラリーを用いた研磨
では，研磨後，スラリーが残留しないように，ウェハー
を洗浄しなければならない。もし，残留スラリーがある
と，そのウェハー上に形成するデバイスに不良が生じる
原因になる。

【０００４】また，このようなスラリーはアルカリ性で
あるため，研磨後の廃液は化学処理を行わなければ廃棄
できない。

【０００５】このように，従来のスラリーを用いた研磨
では，研磨処理後の洗浄及び廃液の処理が必要となり，
作業効率及びコストの面で問題となっていた。この問題
を解決するべく，ここに参考文献として組み込む出願継
続中の特許出願（整理番号P93819，以下，先行技術とい
う）がなされた。先行技術の概要を図１に示す。研磨テ
ープを使用して研磨ヘッドが自在に回転及び並進往復運
動することで研磨面を効率的に研磨することを特徴とす
る先行技術によれば，ウエハ端面はスラリーを使用する
ことなく迅速に研磨処理される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし，先行技術によ
る研磨において，研磨ヘッドの位置がウエハの上面のと
きと下面のときとでは，重力の作用で研磨テープの研磨
面にかかる圧力に差が生じるため，端面を一様に研磨す
ることが困難であった。また，ウエハの端面を研磨する
際，ウエハの口径及び厚さによって，毎回装置を微調整
しなければならず，非常に手間がかかった。

【０００７】そこで，本発明の目的は，スラリーを用い
ることなく被研磨体を一様に研磨できる研磨装置を提供
することである。

【０００８】本発明の他の目的は，被研磨体の端面の形
状にすばやく適応可能で，効率的な研磨を実行する研磨
装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の研磨装置は，軸線にそって貫通孔をもつ回転軸を有
するモータと，貫通孔内で，軸線にそって往復移動可能
に収納され，その端が回転軸の端から突き出た軸と，回
転軸に垂直に取り付けられた第２のプレートと，第２の
プレートと平行に軸の先端に取り付けられた第１のプレ
ートと，軸を往復移動させるための手段と，第１のプレ
ートが第２のプレートに平行になったまま近づき，また
は遠ざかることができるように第１のプレートと第２の
プレートとを連結する連結手段と，上記第１のプレート
に垂直に固定された，研磨テープが掛けられるところの
少なくとも２つのローラと，上記２つのローラの間に位
置し，研磨テープと接触する平坦面を有する研磨パッド
であって，第１のプレートに対して移動可能に取り付け
られた研磨パッドと，該研磨パッドを研磨テープへと押
しつけるための圧力調節手段と，研磨パッドの研磨テー
プとの接触面と反対側の面に位置する圧力センサとから
成る。上記研磨パッドを研磨テープへ押しつけるための
圧力調節手段は，好適には第１のプレートに平行に取り
付けられたノンシールシリンダである。該ノンシールシ
リンダは左右２つのエアー供給口を有し，一端が研磨パ
ッドと係合する。２つのエアーの圧力を制御することに
より研磨パッドが研磨テープを押しつける圧力を調節す
ることができる。

【００１０】また，当該研磨装置は前記第１プレートの
回転角度を検知するための角度センサを含むことができ
る。

【００１１】さらに，当該研磨装置は圧力センサによる
信号及び角度センサによる信号を受信し，常に研磨面の
圧力が一定であるように前記モータの回転と前記ノンシ
ールシリンダへのエアー供給を同時に制御するための制
御手段を含むこともできる。

【００１２】上記モータは，好適には回転軸を所定の角
度まで回転させ，または所定の角度の間往復回転させる
ことができる。

【００１３】研磨テープと被研磨体とが接触するところ
に，液体を放出する手段がさらに設けられ，たとえば水
が放出される。

【００１４】

【作用】モータの回転軸を貫通する軸が往復運動をする
と，第１のプレートが第２のプレートに関して，平行を
保ったまま近づき，または遠ざかるというオシレーショ
ン運動をし，第１のプレートに供給される研磨テープが
供給方向と垂直方向にオシレーション運動する。

【００１５】さらに，モータの回転軸が回転すると，第
１のプレートが第２のプレートと一緒に回転する。した
がって，研磨テープが被研磨体に対して任意の角度で接
触する。

【００１６】この際，研磨テープの研磨圧力はノンシー
ルシリンダにエアーを供給することにより常に一定に保
たれる。研磨パッドの裏面にある圧力センサからの信号
及び上記モータによる研磨ヘッドの回転角度信号は制御
部に送られ，研磨圧力が一定になるよう上記ノンシール
シリンダへのエアー供給を制御する。

【００１７】

【実施例】先行技術による研磨装置の概要を図１に示
す。図１（ａ）は，研磨装置１の正面図を示し，図１
（ｂ）は，図１（ａ）に示す装置のｂ−ｂ断面を示す。
研磨装置１は，水平な台プレート２上に，被研磨体水平
移動および回転機構３が設置されている。被研磨体水平
移動および回転機構３は，被研磨体の設置位置と被研磨
体の研磨位置（図１（ａ）の位置）との間で被研磨体を
水平移動させ，かつ被研磨体研磨位置で被研磨体を回転
させるための機構である。

【００１８】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，被研磨体設
置装置５および研磨ヘッド６が設けられている。さら
に，研磨テープによる研磨の際に使用する液体，たとえ
ば水を供給するためのパイプ７が設けられている。

【００１９】さらにまた，台プレートの側方にあるプレ
ートには，研磨テープを供給する供給ローラ１０，研磨
テープを巻き取る巻取ローラ１１が設けられている。さ
らに，研磨テープを一定の速度で送り出すための送出ロ
ーラ１２が設けられている。研磨テープは，供給ローラ
１０から，送出ローラ１２を経て，上方のローラ１３
ａ，ｂ，ｃを介して，研磨ヘッド６に供給される。そし
て，研磨ヘッド６からの研磨テープは巻取ローラに巻き
取られる。

【００２０】上方のローラ１３ａ，ｂおよびｃは，研磨
ヘッド６が以下に示すようにオシレーション運動（往復
運動）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。したがっ
て，ローラ１３の位置は，研磨ヘッド６のオシレーショ
ン運動の移動量に対応して決定される。

【００２１】図１（ｂ）に示すように，正面プレート４
の背後に，メガトルクモータ８が取り付けられている。
メガトルクモータ８は，任意の回転角度まで回転軸を回
転させることができ，また，所定の角度の間で往復回転
させることができるものである。

【００２２】このメガトルクモータ８の中心は貫通孔を
もち，その貫通孔内の軸方向に往復移動可能なオシレー
ション軸１４が収納されている。このオシレーション軸
１４の一端は研磨ヘッド６に連結され，その他端はオシ
レーション機構（図２及び３）を構成する。

【００２３】図２および図３に示されているように，正
面プレート４の背後に取り付けられたメガトルクモータ
８（図１を参照）の回転軸４１は貫通孔４１′を有し，
その中にオシレーション軸４４が伸長している。軸４４
の先端は第１基本プレート３０の第２Ｌ字プレート３８
に垂直に連結されている。ここで，オシレーション軸４
４の中心がパッド２２（図４）の表面中央と整合する。

【００２４】図３は，オシレーション機構を示す。メガ
トルクモータ８の後端から伸長したオシレーション軸４
４の後端と，自在継手４５，リンク４６および回転プレ
ート４７とからオシレーション機構が形成される。リン
クの一端はモータにより回転する回転プレート４７の周
囲縁近くに回動自在に連結し，他端はオシレーション軸
４４の後端とで自在継手４５を構成する。ここで好適な
自在継手はリンク４６の端部に形成された球と，オシレ
ーション軸の後端にその球を収納できる空洞とから構成
される。このように構成することで，オシレーション軸
４４がその軸線の回りで回転することも可能となる。こ
のようなオシレーション軸の回転は，第２基本プレート
４２（図２）とともに研磨ヘッド６が揺動するときに生
じる。

【００２５】なお，オシレーション軸４４がその軸線の
回りに回転できるように第２Ｌ字プレート３８に連結さ
れているときは，上記自在継手の代わりに，カムを用い
てオシレーション軸を往復運動させることもできる。

【００２６】回転プレート４７が回転すると，オシレー
ション軸４４は，メガトルクモータ８の穴内で往復運動
をする。この往復移動により，第１基本プレート３０
は，第２基本プレート４２に対し平行を保ったまま接近
し，遠ざかる（図２）。つまり，第２基本プレート３０
はオシレーション運動を行う。

【００２７】図４は本発明の第１の特徴である研磨ヘッ
ドを示し，図４（ａ）は研磨ヘッド６の正面図を，図４
（ｂ）は研磨ヘッドの部分断面平面図を示す。

【００２８】研磨ヘッド６は第１基本プレート３０と第
１Ｌ字プレート３２を有し，これら両者は取付け体３１
（ａ）および３１（ｂ）により互いに平行に移動可能に
連結されている。第１基本プレート３０には，垂直に伸
びる垂直伸長体２１が固着されている。第１Ｌ字プレー
ト３２の後端には，Ｃ字形枠３２′がその中央の開口の
中に垂直伸長体２１が伸びるように取り付けられてい
る。第１Ｌ字プレート３２の先端には弾性部材のパッド
２２が取り付けられ，さらにその裏側には圧力センサ２
３が取り付けられている。

【００２９】垂直伸長体２１により第１Ｌ字プレート３
２と平行にノンシールシリンダ３４が固定されている。
該シリンダの一端からはピストンロッド３６が伸長し，
その先端は固定片３３と係合している。当該シリンダの
ピストンロッド３６の他端はシリンダ内部を２つの部屋
に仕切るピストン（図示せず）と係合する。好適にはシ
リンダ３４は上記２つの部屋にそれぞれ対応する前後に
２つのエアー供給口３５，３５′を有する。第１基本プ
レート３０の左側の上下端にそれぞれ一対のロッド３９
ａ，３９ａ′および３９ｂ，３９ｂ′が，さらに右側の
上下端にそれぞれロッド３９ｃおよび３９ｄが垂直に取
り付けられている。各ロッドの前方は研磨テープ（図４
（ａ）において破線で示す）のためのローラが回転自在
に取り付けられている。研磨テープは，パッド２２上に
位置するように，ロッド３９ａおよびａ′のローラ，な
らびにロッド３９ｂおよびｂ′のローラに順に掛けられ
る（図４（ａ）)。ロッド３９ｃおよびｄのローラは，
研磨テープが研磨中（研磨ヘッドが揺動して研磨を実行
するとき）研磨ヘッドに接触しないように機能する。

【００３０】本発明による研磨ヘッドにおいて，研磨テ
ープの研磨圧力は一定に保たれることがわかる。研磨圧
力が大きい時（たとえば研磨ヘッドの位置がウエハ端面
の上側である場合）には，エアー供給口３５から電空レ
ギュレータ（図示せず）によりエアーを供給する。する
とピストンが図４（ａ）で右側に移動するためピストン
ロッド３６及び固定片３３も同時に右側に引かれ，研磨
パッド２２への圧力が減少する。その結果，研磨テープ
の研磨圧力が減少する。一方，研磨圧力が小さい時（た
とえば研磨ヘッドの位置がウエハ端面の下側である場
合）には，供給口３５′にエアーを供給する。するとピ
ストンが今度は逆に左側に移動するため，研磨パッド２
２を左側に押す。その結果，研磨テープの研磨圧力が増
加する。このようにして，エアー供給を調節するだけ
で，研磨圧力を常に一定に保つことができるのである。

【００３１】図５は本発明による研磨ヘッドの角度セン
サの概略図であり，図５（ａ）は本発明による研磨ヘッ
ド及び角度センサ部の正面図を，図５（ｂ）は（ａ）の
ｂ−ｂ断面図を示す。本発明による角度センサ５０は上
記メガトルクモータ５１の回転軸と同軸に枢着された第
１プーリ５２と，第２プーリ５３，それぞれのプーリに
掛けられたチェン５４，及び第２プーリの軸に接続され
たエンコーダ５５から成る。モータが回転し，研磨ヘッ
ドが回転すると，同時に第１プーリが回転し，研磨ヘッ
ドの回転に応じて第２プーリが回転する。第２プーリの
回転角によりエンコーダ５５はパルス信号を生成する。

【００３２】図６は本発明による研磨装置の研磨圧力制
御のブロック図である。メガトルクモータ６０の回転角
に応じてエンコーダ６３はパルス信号を生成する。該パ
ルス信号とともに圧力センサ６２からの圧力信号が制御
シーケンサ６４に入力される。制御シーケンサ６４はこ
れらの信号から研磨圧力を一定に保つための最適な電圧
信号を電空レギュレータ６５及びメガトルクモータコン
トローラ６１に出力する。電空レギュレータ６５は上記
制御信号に応じて制御されたエアーを好適にはスパイラ
ルチューブ（図示せず）によりノンシールシリンダ６６
に供給する。メガトルクモータは上記制御信号に応じて
回転角度を変化させる。

【００３３】以上，研磨圧力が一定でかつ研磨効率が改
良された本発明による研磨装置は，特に半導体ウエハの
前処理工程としてその端面を研磨する際に有効である
が，それ以外にもさまざまな分野に応用可能である。た
とえば，ガラス板，鉄板，石板または合成樹脂板等の端
面を研磨することもできる。被研磨体の大きさ及び形状
によって装置のディメンジョンは任意に適応可能であ
る。すなわち，図４の研磨ヘッド部では，研磨パッド面
の大きさ並びに研磨テープの幅及びそれが掛けられるロ
ッドの長さが被研磨体（たとえば，ガラス板等）の大き
さ及び形状に応じて変更可能である。同様に図２のオシ
レーション部ではオシレーション軸及び回転軸の長さが
変更可能である。

【００３４】また本発明による研磨装置を使用すると，
被研磨体の材質，大きさ及び形状に関わりなく，該被研
磨体の端面を所望の角度で一様に研磨することが可能で
ある。たとえば，被研磨体の端面をなめらかに連続的に
研磨することもできるし，また該端面の上面及び下面を
それぞれ45°に研磨することもできる。これらの研磨動
作は，被研磨体の固定装置の動作と連動させるように上
記制御部６４にあらかじめプログラム可能であるため，
ユーザはさまざまな研磨メニューを任意に選択し，容易
に実行することができるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は先行技術の研磨装置の正面図であ
り，図１（ｂ）は図１（ａ）の装置の線ｂ−ｂにそった
断面図である。

【図２】本発明のオシレーション機構を示した一部断面
図である。

【図３】本発明のオシレーション機構を示した一部断面
図である。

【図４】図４（ａ）は本発明の研磨装置に組み込まれる
研磨ヘッドの正面図であり，図４（ｂ）は研磨ヘッド
の，一部断面となった平面図である。

【図５】図５（ａ）は本発明による研磨圧力制御機構の
正面図であり，図５（ｂ）は同機構の断面図を示す。

【図６】本発明による研磨圧力制御のブロック図であ
る。

【符号の説明】

２１ 垂直伸長体 ２２ 研磨パッド ２３ 圧力センサ ３２ 第１Ｌ字プレート ３４ ノンシールシリンダ ３５ エアー供給口 ３５′ エアー供給口 ３６ ピストンロッド

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸線に沿って貫通孔をもつ回転軸を有す
   るモータと，前記貫通孔内で，軸線に沿って往復移動可
   能に収納され，その端が前記回転軸の端から突き出た軸
   と，前記回転軸に垂直に取り付けられた第２のプレート
   と，前記軸の先端に取り付けられた第１のプレートと，
   前記軸を往復移動させるための手段と，前記第１のプレ
   ートが前記第２のプレートに平行になったまま近づき，
   または遠ざかることができるように前記第１のプレート
   と前記第２のプレートとを連結する連結手段と，前記第
   １のプレートに垂直に固定された，研磨テープが掛けら
   れるところの少なくとも２つのローラと，前記ローラの
   間に位置し，研磨テープと接触する平坦面を有する研磨
   パッドであって，前記第１のプレートに対して移動可能
   に取り付けられた研磨パッドと，前記研磨パッドを前記
   研磨テープに押しつけ，それによって被研磨体を研磨す
   るための圧力調節手段と，前記研磨パッドの前記研磨テ
   ープとの接触面と反対側の面に位置する圧力センサと，
   から成る研磨装置において，前記研磨パッドを前記研磨
   テープに押しつけ，それによって被研磨体を研磨するた
   めの圧力調節手段は，前記第１のプレートに平行に取り
   付けられたノンシールシリンダであって，左右２つのエ
   アー供給口を有し，該ノンシールシリンダの一端が前記
   研磨パッドと係合し，前記２つのエアーの圧力を同時に
   制御することにより研磨パッドが研磨テープを被研磨体
   の端面に押しつける圧力を調節することが可能である，
   ところのノンシールシリンダである，ところの研磨装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の研磨装置であって，前
   記軸を往復移動させるための手段が，回転プレートと，
   該回転プレートの周囲付近に回動自在に後端が連結され
   たリンクと，該リンクの先端と前記軸の後端とで構成す
   る自在継手とから成る，ところの研磨装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の研磨装置であ
   って，前記連結手段が，前記第１のプレートから垂直
   に，前記第２のプレートの対応する穴を貫通して伸びる
   ロッドから成る，ところの研磨装置。
4. 【請求項４】 請求項１から３のいずれかに記載の研磨
   装置であって，前記モータが，前記回転軸を所定の角度
   まで回転させ，または所定の角度の間往復回転させるこ
   とのできるモータである，ところの研磨装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の研磨装置であって，さ
   らに前記第１プレートの回転角度を検知するための角度
   センサを含む，ところの研磨装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の研磨装置であって，さ
   らに前記圧力センサによる信号及び前記角度センサによ
   る信号を受信し，常に研磨面の圧力が一定であるように
   前記モータの回転と前記ノンシールシリンダへのエアー
   供給を同時に制御するための制御手段を含む，ところの
   研磨装置。
7. 【請求項７】 請求項１から６のいずれかに記載の研磨
   装置であって，前記研磨テープと被研磨体とが接触する
   ところに，液体を放出する手段をさらに有する，ところ
   の研磨装置。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の研磨装置であって，前
   記液体が水である，ところの研磨装置。
9. 【請求項９】 請求項１から８のいずれかに記載の研磨
   装置であって，前記被研磨体を保持し，回転させる手段
   をさらに有する，ところの研磨装置。
10. 【請求項１０】 請求項１から９のいずれかに記載の研
    磨装置であって，前記被研磨体がウエハである，ところ
    の研磨装置。
11. 【請求項１１】 請求項１から９のいずれかに記載の研
    磨装置であって，前記被研磨体がガラス板，金属板，石
    板または合成樹脂板のいずれかである，ところの研磨装
    置。