(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨テープと研磨対象物とを相対移動させることにより研磨対象物を研磨する研磨装置において、
研磨対象物を保持する保持部と、
前記研磨テープを研磨対象物に接触させる研磨ヘッドと、
前記研磨テープを前記研磨ヘッドに供給する供給リールと、
研磨対象物に接触した研磨テープを回収する回収リールと、
前記研磨テープを研磨対象物に接触させた状態で前記研磨ヘッドを揺動運動させる揺動機構とを備え、
前記揺動機構は、
前記研磨ヘッドが固定される揺動アームと、
支持アームと、
前記揺動アームを回転自在に前記支持アームに連結する連結軸と、
前記揺動アームを前記連結軸を中心として揺動運動させる駆動機構とを有し、
前記研磨ヘッドの揺動運動の中心点は、前記連結軸の中心線上にあり、かつ前記研磨テープと研磨対象物との接触点から離れていることを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記研磨テープは、前記供給リールから前記研磨ヘッドの揺動運動の中心点を通って研磨対象物まで延びることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項３】
前記揺動運動の中心点は前記研磨ヘッド内に位置することを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項４】
前記研磨対象物は半導体ウエハであり、該半導体ウエハの周縁部を研磨することを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項５】
前記研磨ヘッドおよび前記揺動機構を研磨対象物の表面に対して傾斜させる傾斜機構をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項６】
前記傾斜機構は、
前記支持アームを支持する回転自在な支持軸と、
前記支持軸を回転させる回転機構とを有することを特徴とする請求項５に記載の研磨装置。
【請求項７】
前記連結軸と前記支持軸とは互いに平行であることを特徴とする請求項６に記載の研磨装置。
【請求項８】
揺動運動するときの前記研磨ヘッドは、時計回りおよび反時計回りに同じ角度だけ交互に回転することを特徴とする請求項７に記載の研磨装置。
【請求項９】
研磨テープと研磨対象物とを相対移動させることにより研磨対象物を研磨する研磨方法において、
研磨対象物を保持し、
前記研磨テープを供給リールから研磨ヘッドに送りながら、前記研磨ヘッドにより前記研磨テープを研磨対象物に接触させ、
前記研磨テープを前記研磨対象物に接触させた状態で前記研磨ヘッドを揺動機構により揺動運動させる工程を含み、
前記揺動機構は、
前記研磨ヘッドが固定される揺動アームと、
支持アームと、
前記揺動アームを回転自在に前記支持アームに連結する連結軸と、
前記揺動アームを前記連結軸を中心として揺動運動させる駆動機構とを有し、
前記研磨ヘッドの揺動運動の中心点は、前記連結軸の中心線上にあり、かつ前記研磨テープと研磨対象物との接触点から離れていることを特徴とする研磨方法。
【請求項１０】
前記研磨テープは、前記供給リールから前記研磨ヘッドの揺動運動の中心点を通って研磨対象物まで延びることを特徴とする請求項９に研磨方法。
【請求項１１】
前記揺動運動の中心点は前記研磨ヘッド内に位置することを特徴とする請求項１０に記載の研磨方法。
【請求項１２】
前記研磨対象物は半導体ウエハであり、該半導体ウエハの周縁部を研磨することを特徴とする請求項９に記載の研磨方法。
【請求項１３】
前記研磨ヘッドを揺動させながら、前記研磨ヘッドを前記研磨対象物の表面に対して傾斜させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハなどの基板を研磨する研磨装置および研磨方法に関し、特に研磨テープを用いて基板の周縁部を研磨する研磨装置および研磨方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造における歩留まり向上の観点から、半導体ウエハの周縁部の表面状態の管理が近年注目されている。半導体製造工程では、多くの材料がウエハ上に成膜され、積層されていくため、製品には使用されない周縁部には不必要な材料や表面荒れが形成される。近年では、ウエハの周縁部のみをアームで保持してウエハを搬送する方法が一般的になってきている。このような背景のもとでは、周縁部に残存した不要物質が種々の工程を経ていく間に剥離してデバイス表面に付着し、歩留まりを低下させてしまう。そこで、研磨装置を用いて、ウエハの周縁部を研磨して不要な銅膜や表面荒れを除去することが従来から行われている。
【０００３】
図１はウエハの周縁部を研磨するための従来の研磨装置を示す概略図である。図１に示すように、この種の研磨装置は、ウエハＷを保持するウエハステージユニット１２０と、研磨テープ１４１をウエハＷの周縁部に押し当てる研磨ヘッド１４２と、研磨テープ１４１を研磨ヘッド１４２に供給する供給リール１４５ａと、使用済みの研磨テープ１４１を回収する回収リール１４５ｂとを備えている。これら供給リール１４５ａおよび回収リール１４５ｂは、研磨テープ１４１を供給、回収するために回転する。供給リール１４５ａおよび回収リール１４５ｂは、研磨装置を構成する固定側部材に固定されている。
【０００４】
研磨ヘッド１４２はその内部にテープ送り機構１４３を有している。このテープ送り機構１４３は、テープ送りローラと保持ローラとを備えており、テープ送りローラと保持ローラとの間に研磨テープ１４１を挟むことにより研磨テープ１４１を把持し、テープ送りローラを回転させることにより研磨テープ１４１を送ることができるようになっている。研磨テープ１４１は、テープ送り機構１４３によって研磨ヘッド１４２に向かって引き出され、研磨テープ１４１がウエハＷの周縁部に当接するようにガイドローラ１５７ａ，１５７ｂ，１５７ｃ，１５７ｄ，１５７ｅによってその進行方向がガイドされる。そして、ウエハＷの周縁部と当接した後、研磨テープ１４１は回収リール１４５ｂに巻き取られる。供給リール１４５ａおよび回収リール１４５ｂは、図示しないモータを用いて研磨テープ１４１に適度なテンション（張力）を付与している。研磨ヘッド１４２は、図１の矢印で示すように、上下方向に直線往復運動を行い、これにより研磨テープ１４１と研磨対象物であるウエハＷとを相対移動させてウエハＷの周縁部を研磨する。
【０００５】
図２は研磨ヘッド１４２の直線往復運動の機構を説明するための上面図であり、図３（ａ）乃至図３（ｄ）は図２のIII-III線断面図である。
研磨ヘッド１４２は可動アーム１６０の一端部に固定され、可動アーム１６０の他端部にはカムシャフト１６１が配置されている。可動アーム１６０は支持アーム１６２にリニアガイド１６３を介して支持されており、このリニアガイド１６３によって可動アーム１６０は支持アーム１６２に対して直線運動するようにガイドされている。支持アーム１６２にはカムシャフト１６１を駆動するためのモータＭが取り付けられており、モータＭの回転軸はプーリｐ１０１，ｐ１０２とベルトｂ１００を介してカムシャフト１６１に連結されている。モータＭの回転軸およびカムシャフト１６１は、支持アーム１６２に固定された軸受１６４Ａ，１６４Ｂによって回転自在に支持されている。カムシャフト１６１は、軸受１６４Ｂの中心線から偏心した偏心シャフト１６１ａを有している。この偏心シャフト１６１ａの先端にはカム１６５が取り付けられている。カム１６５は可動アーム１６０の端部に形成されたコの字形状の溝１６６にはめ込まれている（図３（ａ）参照）。
【０００６】
このような構成において、モータＭを回転すると、プーリｐ１０１，ｐ１０２およびベルトｂ１００を介してカムシャフト１６１が回転駆動される。偏心シャフト１６１ａは軸受１６４Ｂの中心線に対して偏心回転するので、偏心シャフト１６１ａに取り付けられたカム１６５も偏心回転する。その結果、図３（ａ）乃至図３（ｄ）に示すように、溝１６６内でカム１６５が偏心回転することにより可動アーム１６０は上下に直線往復運動し、可動アーム１６０の先端に取り付けられた研磨ヘッド１４２が直線往復運動する。
【０００７】
テープ送り機構１４３は、研磨テープ１４１を供給リール１４５ａから回収リール１４５ｂへ一定の速度で送る。このテープ送り速度は極めて低速である一方、研磨ヘッド１４２が上下に直線往復運動する速度は高速である。したがって、次に説明する供給リール１４５ａおよび回収リール１４５ｂの引き出しと巻き取りの動作では、研磨ヘッド１４２の直線往復運動の速度に対して、テープ送り速度はほとんど無視することができる。
【０００８】
図４（ａ）乃至図４（ｃ）は、研磨ヘッド１４２、供給リール１４５ａ、および回収リール１４５ｂの動作を説明するための図である。図４（ａ）乃至図４（ｃ）において、供給リール１４５ａおよび回収リール１４５ｂに取り付けられた研磨テープ１４１のある箇所をそれぞれＡ，Ｂで表す。
【０００９】
図４（ａ）は、研磨ヘッド１４２の中心ＣｈがウエハＷの厚さ方向の中心（以下、単にウエハ中心という）Ｃｗと一致している状態を示している。ウエハ中心Ｃｗの位置は研磨中には同じ位置にある。研磨ヘッド１４２はこのウエハ中心Ｃｗを中心に上下に直線往復運動する。
図４（ｂ）は研磨ヘッド１４２がウエハ中心Ｃｗから下方へ直線的に移動した状態を示している。この時、供給リール１４５ａおよび回収リール１４５ｂからは研磨テープ１４１が引き出され、研磨テープ１４１のＡ点，Ｂ点は、図４（ｂ）に示すように下方に移動する。すなわち、供給リール１４５ａおよび回収リール１４５ｂは研磨テープ１４１が引き出された分だけ回転する。
【００１０】
図４（ｃ）は研磨ヘッド１４２がウエハ中心Ｃｗから上方へ直線的に移動した状態を示している。この時、供給リール１４５ａおよび回収リール１４５ｂは研磨テープ１４１を巻き取り、研磨テープ１４１のＡ点，Ｂ点は、図４（ｃ）に示すように上方に移動する。すなわち、供給リール１４５ａおよび回収リール１４５ｂは研磨テープ１４１を巻き取った分だけ回転する。このように、研磨ヘッド１４２と供給および回収リール１４５ａ，１４５ｂとの距離の変化に伴って、図４（ｂ）および図４（ｃ）に示すように、供給リール１４５ａおよび回収リール１４５ｂは研磨テープ１４１を送り出す動作と巻き取る動作を繰り返すことになる。
【００１１】
ところが、このように研磨テープ１４１を送り出す動作と巻き取る動作を繰り返すと、これら動作の切り替え時においてテンションが変化してしまい、研磨性能が安定しないという問題がある。特に、往復運動を高速にした場合、進行方向の切り替わり時に過度なテンションが研磨テープ１４１にかかり、研磨テープ１４１の切れや伸び（永久歪み）を生じてしまう。また、逆に研磨テープ１４１のテンションがゼロになって研磨テープ１４１がたるみ、所望の研磨性能が得られないという問題がある。
【００１２】
研磨ヘッド１４２の往復運動の速度を高速にできれば、単位時間当たりの研磨量、すなわち研磨速度を上げることができるので、研磨装置の処理能力を上げることができるのであるが、上記の問題があるために、ある速度以上に研磨ヘッド１４２の往復運動の速度を上げることができなかった。このような問題の解決策として、供給リール１４５ａを研磨ヘッド１４２に内蔵することが考えられるが、研磨テープ１４１にテンションを付与するモータの重量や、長尺の研磨テープ１４１を使用する場合に供給リール１４５ａが大きくなるため、研磨ヘッド１４２のサイズおよび往復運動させる駆動源が大型化することとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００６−３０３１１２号公報
【特許文献２】特開２００４−２４１４３４号公報
【特許文献３】ＷＯ２００６−１１２５３０公報
【特許文献４】特開２００３−７７８７２号公報
【特許文献５】特開２００３−２３４３１４号公報
【特許文献６】特開２００４−９８２１８号公報
【特許文献７】特開２００２−９３７５５号公報
【特許文献８】ＷＯ２００６−０４１１９６公報
【特許文献９】特開２００１−２３９４４５号公報
【特許文献１０】特開２００１−３４７４４４号公報
【特許文献１１】特許第３０８１１４０号公報
【特許文献１２】特許第３３９１００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたもので、研磨中における研磨テープのテンション（張力）をほぼ一定として安定した研磨性能を実現することができ、かつ研磨速度を上げることができる研磨装置および研磨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】
【００１５】
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、研磨テープと研磨対象物とを相対移動させることにより研磨対象物を研磨する研磨装置において、研磨対象物を保持する保持部と、前記研磨テープを研磨対象物に接触させる研磨ヘッドと、前記研磨テープを前記研磨ヘッドに供給する供給リールと、研磨対象物に接触した研磨テープを回収する回収リールと、前記研磨テープを研磨対象物に接触させた状態で前記研磨ヘッドを揺動運動させる揺動機構とを備え、前記揺動機構は、前記研磨ヘッドが固定される揺動アームと、支持アームと、前記揺動アームを回転自在に前記支持アームに連結する連結軸と、前記揺動アームを前記連結軸を中心として揺動運動させる駆動機構とを有し、前記研磨ヘッドの揺動運動の中心点は、前記連結軸の中心線上にあり、かつ前記研磨テープと研磨対象物との接触点から離れていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の好ましい態様は、前記研磨テープは、前記供給リールから前記研磨ヘッドの揺動運動の中心点を通って研磨対象物まで延びることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記揺動運動の中心点は前記研磨ヘッド内に位置することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨対象物は半導体ウエハであり、該半導体ウエハの周縁部を研磨することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨ヘッドおよび前記揺動機構を研磨対象物の表面に対して傾斜させる傾斜機構をさらに備えたことを特徴とする。
【００１７】
本発明の好ましい態様は、前記傾斜機構は、前記支持アームを支持する回転自在な支持軸と、前記支持軸を回転させる回転機構とを有することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記連結軸と前記支持軸とは互いに平行であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、揺動運動するときの前記研磨ヘッドは、時計回りおよび反時計回りに同じ角度だけ交互に回転することを特徴とする。
【００１８】
本発明の他の態様は、研磨テープと研磨対象物とを相対移動させることにより研磨対象物を研磨する研磨方法において、研磨対象物を保持し、前記研磨テープを供給リールから研磨ヘッドに送りながら、前記研磨ヘッドにより前記研磨テープを研磨対象物に接触させ、前記研磨テープを前記研磨対象物に接触させた状態で前記研磨ヘッドを揺動機構により揺動運動させる工程を含み、前記揺動機構は、前記研磨ヘッドが固定される揺動アームと、支持アームと、前記揺動アームを回転自在に前記支持アームに連結する連結軸と、前記揺動アームを前記連結軸を中心として揺動運動させる駆動機構とを有し、前記研磨ヘッドの揺動運動の中心点は、前記連結軸の中心線上にあり、かつ前記研磨テープと研磨対象物との接触点から離れていることを特徴とする。
【００１９】
本発明の好ましい態様は、前記研磨テープは、前記供給リールから前記研磨ヘッドの揺動運動の中心点を通って研磨対象物まで延びることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記揺動運動の中心点は前記研磨ヘッド内に位置することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨対象物は半導体ウエハであり、該半導体ウエハの周縁部を研磨することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨ヘッドを揺動させながら、前記研磨ヘッドを前記研磨対象物の表面に対して傾斜させる工程をさらに含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、揺動運動を高速にしても、研磨テープのテンションがほぼ一定となるので、研磨性能を安定に保つことができる。したがって、単位時間当たりの研磨量、すなわち、研磨速度を速くすることができ、その結果、研磨装置の稼動率を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ウエハの周縁部を研磨するための従来の研磨装置を示す概略図である。
【図２】研磨ヘッドの直線往復運動の機構を説明するための上面図である。
【図３】図３（ａ）乃至図３（ｄ）は図２のIII-III線断面図である。
【図４】図４（ａ）乃至図４（ｃ）は、研磨ヘッド、供給リール、および回収リールの動作を説明するための図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る研磨装置を示す平面図である。
【図６】図５に示す研磨装置の断面図である。
【図７】ウエハチャック機構のチャックハンドを示す平面図である。
【図８】揺動機構を説明するための上面図である。
【図９】図９（ａ）乃至図９（ｄ）は図８のIX-IX線断面図である。
【図１０】図１０（ａ）乃至図１０（ｃ）は研磨ヘッドの傾斜動作を説明するための図である。
【図１１】図１１（ａ）乃至図１１（ｃ）は、図６に示す研磨装置の一部を示す図である。
【図１２】研磨ヘッドを従来の直線往復運動で動作させた場合と、本発明の揺動運動をさせた場合の研磨テープにかかっているテンションの測定値の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図５は、本発明の一実施形態に係る研磨装置を示す平面図である。図６は図５に示す研磨装置の断面図である。本実施形態に係る研磨装置は、半導体ウエハなどの基板の周縁部に形成されたベベル部またはノッチ部の研磨に好適に用いることができる。ここで、ベベル部とは、ウエハの周縁部において角取りされた部分であり、ウエハの欠けやパーティクルの発生などを防止するために形成されるものである。ノッチ部とは、ウエハの方向（周方向の位置）を特定しやすくするためにウエハの周縁部に形成された切り欠きである。以下では、ウエハのノッチ部を研磨する研磨装置に本発明を適用した例について説明する。
【００２３】
図５および図６に示すように、本実施形態に係る研磨装置は、ウエハＷを保持するためのウエハステージ２３を有するウエハステージユニット（基板保持部）２０と、ウエハステージユニット２０をウエハステージ２３の上面（ウエハ保持面）と平行な方向に移動させるためのステージ移動機構３０と、ウエハステージ２３に保持されたウエハＷのノッチ部Ｖを研磨するノッチ研磨ユニット４０とを備えている。
【００２４】
ウエハステージユニット２０、ステージ移動機構３０、ノッチ研磨ユニット４０は、ハウジング１１内に収容されている。このハウジング１１は仕切板１４によって２つの空間、すなわち上室（研磨室）１５と下室（機械室）１６とに区画されている。上述したウエハステージ２３およびノッチ研磨ユニット４０は上室１５内に配置され、ステージ移動機構３０は下室１６内に配置されている。上室１５の側壁には開口部１２が形成されており、この開口部１２は図示しないエアシリンダにより駆動されるシャッター１３により閉じられる。
【００２５】
ウエハＷは、開口部１２を通じてハウジング１１の内外に搬入および搬出される。ウエハＷの搬送は、搬送ロボットのような既知のウエハ搬送機構（図示せず）により行われる。ウエハステージ２３の上面には複数の溝２６が形成されている。これらの溝２６は垂直に延びる中空シャフト２７を介して図示しない真空ポンプに連通している。この真空ポンプを駆動すると、溝２６に真空が形成され、これによりウエハＷがウエハステージ２３の上面に保持される。中空シャフト２７は軸受２８によって回転可能に支持され、さらにプーリｐ１，ｐ２およびベルトｂ１を介してモータｍ１の回転軸に連結されている。このような構成により、ウエハＷは、ウエハステージ２３の上面に保持された状態でモータｍ１により回転する。
【００２６】
研磨装置は、ハウジング１１内に配置されたウエハチャック機構８０を更に備えている。このウエハチャック機構８０は、上記ウエハ搬送機構によりハウジング１１内に搬入されたウエハＷを受け取ってウエハステージ２３に載置し、またウエハＷをウエハステージ２３から取り上げて上記ウエハ搬送機構に渡すように構成されている。なお、図５にはウエハチャック機構８０の一部のみが示されている。
【００２７】
図７は、ウエハチャック機構のチャックハンドを示す平面図である。図７に示すように、ウエハチャック機構８０は、複数のコマ８３を有する第一のチャックハンド８１と、複数のコマ８３を有する第二のチャックハンド８２とを有している。これらの第一及び第二のチャックハンド８１，８２は、図示しない開閉機構により互いに近接および離間する方向（矢印Ｔで示す）に移動する。また、第一及び第二のチャックハンド８１，８２は、図示しないチャック移動機構によりウエハステージ２３に保持されたウエハＷの表面に垂直な方向に移動する。
【００２８】
ウエハ搬送機構のハンド７３は、ウエハＷを第一及び第二のチャックハンド８１，８２の間の位置にまで搬送する。そして、第一及び第二のチャックハンド８１，８２を互いに近接する方向に移動させると、これら第一及び第二のチャックハンド８１，８２のコマ８３がウエハＷの周縁部に接触する。これにより、ウエハＷが第一及び第二のチャックハンド８１，８２に挟持される。このときのウエハＷの中心とウエハステージ２３の中心（ウエハステージ２３の回転軸）とは一致するように構成されている。したがって、第一及び第二のチャックハンド８１，８２はセンタリング機構としても機能する。
【００２９】
図６に示すように、ステージ移動機構３０は、中空シャフト２７を回転自在に支持する円筒状の軸台２９と、軸台２９が固定される支持板３２と、支持板３２と一体に移動可能な可動板３３と、可動板３３に連結されるボールねじｂ２と、このボールねじｂ２を回転させるモータｍ２とを備えている。可動板３３はリニアガイド３５を介して仕切板１４の下面に連結されており、これにより可動板３３はウエハステージ２３の上面と平行な方向に移動可能となっている。軸台２９は、仕切板１４に形成された貫通孔１７を通って延びている。支持板３２には、中空シャフト２７を回転させる上述のモータｍ１が固定されている。
【００３０】
このような構成において、モータｍ２によりボールねじｂ２を回転させると、可動板３３、軸台２９、および中空シャフト２７がリニアガイド３５の長手方向に沿って移動する。これにより、ウエハステージ２３がその上面と平行な方向に移動する。なお、図６においては、ステージ移動機構３０によるウエハステージ２３の移動方向を矢印Ｘで示している。
【００３１】
図６に示すように、ノッチ研磨ユニット４０は、研磨テープ４１と、この研磨テープ４１をウエハＷのノッチ部Ｖに押圧する研磨ヘッド４２と、研磨テープ４１を研磨ヘッド４２に供給する供給リール４５ａと、研磨ヘッド４２に繰り出された研磨テープ４１を巻き取る回収リール４５ｂとを備えている。供給リール４５ａおよび回収リール４５ｂは、研磨装置のハウジング１１に設けられたリール室４６に収容されている。これら供給リール４５ａおよび回収リール４５ｂの位置は固定されている。
【００３２】
研磨ヘッド４２は、その内部にテープ送り機構４３を有している。このテープ送り機構４３は、テープ送りローラと保持ローラとを備えており、テープ送りローラと保持ローラとの間に研磨テープ４１を挟むことにより研磨テープ４１を把持し、テープ送りローラを回転させることにより研磨テープ４１を送ることができるようになっている。研磨テープ４１は、テープ送り機構４３によって供給リール４５ａから引き出され、ガイドローラ５７ａを通って研磨ヘッド４２に向かう。研磨ヘッド４２は研磨テープ４１の研磨面をウエハＷのノッチ部Ｖに接触させる。そして、ノッチ部Ｖと接触した後、研磨テープ４１はガイドローラ５７ｂを通って回収リール４５ｂに巻き取られるようになっている。図６に示すように、ウエハＷの上方および下方には研磨液供給ノズル５８がそれぞれ配置されており、研磨液や冷却水などがウエハＷと研磨テープ４１との接触箇所に供給されるようになっている。
【００３３】
研磨ヘッド４２は、研磨テープ４１の進行方向をガイドする複数のガイドローラ５７ｃ，５７ｄ，５７ｅ，５７ｆ，５７ｇをその内部に有している。研磨ヘッド４２は、ガイドローラ５７ｃの下端点（ガイドローラ５７ｃの外周面上の最下点）Ｃｎを中心としてスイング運動（オシレーション動作）をするように構成されている。より詳しくは、研磨ヘッド４２は、以下に説明する揺動機構によりガイドローラ５７ｃの下端点Ｃｎを中心として所定の角度だけ回転するようになっている。以下の説明では、このガイドローラ５７ｃの下端点を中心点Ｃｎという。
【００３４】
図８は揺動機構を説明するための上面図であり、図９（ａ）乃至図９（ｄ）は図８のIX-IX線断面図である。
図８に示すように、揺動機構は、研磨ヘッド４２が固定される揺動アーム６０と、揺動アーム６０を支持する支持アーム６２と、揺動アーム６０と支持アーム６２とを互いに回転自在に連結する連結軸６７と、揺動アーム６０を揺動（スイング）させる駆動機構とを備えている。この駆動機構は、偏心シャフト６１ａを有するカムシャフト（クランクシャフト）６１と、カムシャフト６１に固定されたカム６５と、カムシャフト６１を回転させる動力源としてのモータＭ１とを備えている。
【００３５】
研磨ヘッド４２は揺動アーム６０の一端部に配置され、揺動アーム６０の他端部にカムシャフト６１が配置されている。連結軸６７は揺動アーム６０に固定されており、さらに連結軸６７は支持アーム６２に固定された軸受６４Ａにより回転自在に支持されている。したがって、揺動アーム６０は、連結軸６７を中心として回転可能となっている。上述した中心点Ｃｎは連結軸６７の中心線Ｌｎ上に位置している。モータＭ１は支持アーム６２に固定されており、モータＭ１の回転軸はプーリｐ１１，ｐ１２とベルトｂ１０を介してカムシャフト６１に連結されている。カムシャフト６１は、支持アーム６２に固定された軸受６４Ｂによって回転自在に支持されている。カムシャフト６１は、軸受６４Ｂの中心軸から偏心した偏心シャフト６１ａを有している。この偏心シャフト６１ａの先端にはカム６５が取り付けられている。カム６５は揺動アーム６０の端部に形成されたコの字形状の溝６６にはめ込まれている（図９（ａ）参照）。
【００３６】
上述の構成において、モータＭ１を回転すると、プーリｐ１１，ｐ１２およびベルトｂ１０を介してカムシャフト６１が回転駆動される。偏心シャフト６１ａは軸受６４Ｂの中心線に対して偏心回転するので、偏心シャフト６１ａに取り付けられたカム６５も偏心回転する。揺動アーム６０は、連結軸６７を中心として回転するように連結軸６７により規制されているので、図９（ａ）乃至図９（ｄ）に示すように、カム６５が溝６６の中で偏心回転することにより揺動アーム６０は連結軸６７を中心として揺動運動する。上述したように、連結軸６７の中心線Ｌｎの位置は、図６に示す中心点Ｃｎの位置に一致する。したがって、揺動アーム６０の先端に取り付けられた研磨ヘッド４２は、中心点Ｃｎを中心として揺動運動する。このように、本明細書において、揺動運動とは、ある点（本実施形態ではＣｎ）を中心として研磨ヘッド４２が時計回りおよび反時計回りにある角度だけ交互に回転することをいう。
【００３７】
また、研磨ヘッド４２および揺動機構全体が一体的にウエハＷの表面に対して傾斜できるように、支持アーム６２は図８に示す支持軸９０を中心に回転できるように支持されている。支持軸９０は連結軸６７に平行に延びており、固定部材９５に固定された軸受９１に回転自在に支持されている。支持軸９０はプーリｐ１３，ｐ１４およびベルトｂ１１を介して動力源としてのモータＭ２の回転軸に連結されている。研磨点（研磨テープ４１とウエハＷとの接触点）は支持軸９０の中心線Ｌｔ上に位置している。したがって、モータＭ２により支持軸９０を回転させることにより、研磨ヘッド４２および揺動機構全体を研磨点を中心として回転させる（すなわち傾斜させる）ことができる。本実施形態においては、支持軸９０、プーリｐ１３，ｐ１４、ベルトｂ１１、およびモータＭ２により、研磨ヘッド４２を傾斜させるための傾斜機構が構成される。
【００３８】
図９（ｂ）および図９（ｃ）に示すように、研磨ヘッド４２が時計回りに回転するときの角度θと反時計回りに回転するときの角度θとは互いに同じである。すなわち、研磨ヘッド４２は、基準線Ｌｒから同じ角度θだけ時計回り及び反時計回りに交互に回転する。この基準線Ｌｒは、連結軸６７の中心線Ｌｎと支持軸９０の中心線Ｌｔとを通り、かつこれら中心線Ｌｎ，Ｌｔに垂直に延びる線として定義される。このような研磨ヘッド４２の揺動運動は、傾斜機構により研磨ヘッド４２が傾斜しているときも同様に行われる。
【００３９】
図１０（ａ）乃至図１０（ｃ）は研磨ヘッド４２の傾斜動作を説明するための図である。より詳しくは、図１０（ａ）は、研磨ヘッド４２の中心点ＣｎとウエハＷの中心Ｃｗとが一致している状態を示し、図１０（ｂ）は研磨ヘッド４２が上方に傾いている状態を示し、図１０（ｃ）は研磨ヘッド４２が下方に傾いている状態を示している。
【００４０】
支持アーム６２と一体的に揺動アーム６０および研磨ヘッド４２が傾斜するので、研磨ヘッド４２の傾斜角度によらず、揺動運動の中心点Ｃｎは常に研磨ヘッド４２の内部に位置する。したがって、研磨ヘッド４２が傾斜しても、中心点Ｃｎを中心に研磨ヘッド４２が揺動運動することが可能となっている。また、研磨ヘッド４２の傾斜角度によらず、研磨ヘッド４２が中心点Ｃｎを中心に時計回りに回転するときの角度と反時計回りに回転するときの角度とは互いに同じである。
【００４１】
供給リール４５ａから供給された研磨テープ４１は、ガイドローラ５７ａおよびガイドローラ５７ｃにガイドされ、中心点Ｃｎを通って研磨ヘッド４２の先端に配置されたガイドローラ５７ｄおよび５７ｅに送られる。これらガイドローラ５７ｄおよび５７ｅは上下に配置されており、研磨テープ４１はこれらガイドローラ５７ｄおよび５７ｅによってその進行方向がガイドされ、ウエハＷに接触する。
【００４２】
供給リール４５ａおよび回収リール４５ｂは、研磨テープ４１がたるまないように、図示しないモータを用いて研磨テープ４１に適度なテンション（張力）を付与している。テープ送り機構４３は、研磨テープ４１を供給リール４５ａから回収リール４５ｂへ一定の速度で送るようになっている。このテープ送り速度は、毎分数ミリメートル〜数十ミリメートルである。一方、研磨ヘッド４２が上下に揺動運動する速度は、毎分数百回という高速である。したがって、研磨ヘッド４２の揺動運動の速度に対して、テープ送り速度はほとんど無視することができる。
【００４３】
研磨テープ４１としては、研磨面となるその片面に、例えば、ダイヤモンド粒子やＳｉＣ粒子などの砥粒をベースフィルムに接着した研磨テープを用いることができる。研磨テープ４１に接着する砥粒は、ウエハＷの種類や要求される性能に応じて選択されるが、例えば平均粒径０．１μｍ〜５．０μｍの範囲にあるダイヤモンド粒子やＳｉＣ粒子を用いることができる。また、砥粒を接着させていない帯状の研磨布でもよい。また、ベースフィルムとしては、例えば、ポリエステル、ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレートなどの可撓性を有する材料からなるフィルムが使用できる。
【００４４】
次に、上述のように構成された研磨装置の動作ついて説明する。ウエハＷは、図示しないウエハ搬送機構により開口部１２を通ってハウジング１１内に搬入される。ウエハチャック機構８０はウエハ搬送機構のハンド７３（図７参照）からウエハＷを受け取り、第一及び第二のチャックハンド８１，８２によりウエハＷを把持する。ウエハ搬送機構のハンド７３はウエハＷを第一及び第二のチャックハンド８１，８２に受け渡した後、ハウジング１１の外に移動し、次いでシャッター１３が閉じられる。ウエハＷを保持したウエハチャック機構８０はウエハＷを下降させ、ウエハステージ２３の上面に載置する。そして、図示しない真空ポンプを駆動してウエハＷをウエハステージ２３の上面に吸着させる。
【００４５】
その後、ウエハステージ２３は、ウエハＷとともにステージ移動機構３０によって研磨ヘッド４２の近傍まで移動する。次に、モータｍ１によりウエハステージ２３を回転させて、ウエハＷのノッチ部Ｖを研磨ヘッド４２に対向させる。次いで研磨液供給ノズル５８からウエハＷに研磨液の供給を開始する。研磨液の供給流量が所定の値になった時点で、ウエハＷを研磨テープ４１と接触する位置までステージ移動機構３０によって移動させる。そして、揺動機構により研磨ヘッド４２を揺動運動させる。これにより研磨テープ４１をウエハＷの表面と垂直な方向にオシレートさせ、研磨テープ４１の研磨面をノッチ部Ｖに摺接させる。このようにして、ウエハＷのノッチ部Ｖが研磨される。さらに、研磨ヘッド４２を傾斜させて、研磨テープ４１がウエハＷに接触する角度を変更することにより、ノッチ部Ｖの上面から下面まで全体を研磨する。
【００４６】
図１１（ａ）乃至図１１（ｃ）は、図６に示す研磨装置の一部を示す図である。以下、図１１（ａ）乃至図１１（ｃ）に基づいて、研磨ヘッド４２が揺動運動した場合の研磨ヘッド４２、供給リール４５ａ、および回収リール４５ｂの動作について説明する。図１１（ａ）乃至図１１（ｃ）において、供給リール４５ａおよび回収リール４５ｂに取り付けられた研磨テープ４１のある箇所をそれぞれＡ，Ｂで表す。なお、上述したように、研磨ヘッド４２の揺動運動の速度に対して、研磨テープ４１の送り速度はほとんど無視することができるので、以下の説明では、研磨テープ４１の送り速度を０と仮定する。
【００４７】
図１１（ａ）は中心点ＣｎがウエハＷの厚さ方向の中心線Ｃｗと同一平面内にある状態を示している。研磨ヘッド４２は研磨ヘッド４２内の中心点Ｃｎを中心として矢印で示すように揺動運動をする。したがって、供給リール４５ａと中心点Ｃｎとの距離は、研磨ヘッド４２が揺動運動をしているかしていないかにかかわらず、常に一定である。
【００４８】
図１１（ｂ）は研磨ヘッド４２が揺動運動をして研磨ヘッド４２の先端が上方へ移動した状態を示している。この上方への移動中、供給リール４５ａと中心点Ｃｎ上に配置されたガイドローラ５７ｃとの間に渡された研磨テープ４１の長さはほとんど変化しない。同様に、ガイドローラ５７ｃと研磨ヘッド４２の先端に配置されたガイドローラ５７ｄとの間に渡された研磨テープ４１の長さもほとんど変化しない。このため、図１１（ａ）および図１１（ｂ）から分かるように、供給リール側のＡ点の位置はほとんど変わらず、回収リール側のＢ点も僅かな移動量となる。
【００４９】
図１１（ｃ）は研磨ヘッド４２が揺動運動をして研磨ヘッド４２の先端が下方へ移動した状態を示している。この下方への移動中、供給リール４５ａと中心点Ｃｎ上に配置されたガイドローラ５７ｃとの間に渡された研磨テープ４１の長さはほとんど変化しない。同様に、ガイドローラ５７ｃと研磨ヘッド４２の先端に配置されたガイドローラ５７ｄとの間に渡された研磨テープ４１の長さもほとんど変化しない。このため、図１１（ａ）および図１１（ｃ）から分かるように、供給リール側のＡ点の位置はほとんど変わらず、回収リール側のＢ点の移動量も僅かとなる。
【００５０】
このようにして、図１１（ｂ）および図１１（ｃ）に示すように、研磨ヘッド４２が揺動運動をすることによって、研磨ヘッド４２の先端に位置する研磨テープ４１がウエハＷに対して相対移動する。この研磨テープ４１の移動の間、供給リール側のＡ点の位置はほとんど変わることがない。
【００５１】
研磨テープ４１はテープ送り機構４３によって把持されているので、研磨性能に重要な研磨テープ４１のテンションはテープ送り機構４３と供給リール４５ａの間では維持されている。したがって、研磨ヘッド４２の回収リール側のガイドローラ５７ｆ，５７ｇは、研磨テープ４１の回収に悪影響を及ぼさない配置、例えば研磨テープ４１がたるみすぎてガイドローラから外れるようなことがないような配置とすることが好ましい。さらに、回収リール側のＢ点の移動量を少なくするためには、ガイドローラ５７ｆ，５７ｇは、研磨テープ４１が研磨ヘッド４２の揺動運動の中心点Ｃｎにできるだけ近い点を通って回収リール４５ｂへ戻るように配置されることが好ましい。
【００５２】
また、研磨ヘッド４２と供給および回収リール４５ａ，４５ｂとの間では、研磨テープ４１の移動量がほとんど無い、あるいは小さくできるので、研磨テープの巻き取りと引き出しを繰り返す従来の直線往復運動と比較して、研磨テープ４１のテンションを安定させることができる。したがって、揺動運動を高速にした場合でも、研磨ヘッド４２の移動方向の切り替え時に過度なテンションが研磨テープ４１にかかることがなく、安定した研磨性能を維持することができる。さらに、研磨テープ４１の切断や伸び（永久歪み）を生じることもない。また、研磨テープ４１のテンションがゼロになることもなく、研磨テープ４１がたるむこともない。
【００５３】
図１２は研磨ヘッドを従来の直線往復運動で動作させた場合と、本発明の揺動運動をさせた場合の研磨テープにかかっているテンションの測定値の一例を示すグラフである。横軸が時間を示し、縦軸は研磨テープの設定テンション（１００％）に対する実際のテンションの割合（パーセンテージ）を示している。テンションは市販のテンションセンサを取り付けて測定した。
【００５４】
図１２は直線往復運動と揺動運動ともに毎分３００サイクルで研磨ヘッドを動作させたときのデータを示す。図１２から、従来の直線往復運動では研磨テープが引き出し、巻き取りを繰り返すためにテンションが変動している様子がわかる。研磨ヘッドの直線往復運動の方向の切り換わりの影響だけでなく、ガイドローラの回転方向も変わるので、ガイドローラの回転摩擦も影響していると考えられる。一方、図１２に示した本発明の揺動運動のテンションは、変動が小さく、かつ安定していることがわかる。これは研磨ヘッド４２の運動によって研磨テープ４１の移動量がほとんどないため、研磨テープ４１の引き出しおよび巻き取り、ガイドローラの摩擦などの影響を受けなくなったことによるものである。
【００５５】
研磨ヘッドを毎分５００サイクルで動作させた場合には、直線往復運動のテンションの変動は大きくなったが、揺動運動では依然変動が少ない結果となった。これにより、研磨テープと研磨対象物であるウエハとの相対速度を上げることが可能となり、研磨速度が格段に速くなることが実験的に証明された。
【００５６】
さらに、表面に１００ｎｍの酸化膜が成膜されたシリコンウエハを研磨し、ノッチ部の酸化膜を研磨し除去するのに要した時間を測定した。その結果、直線往復運動を行う従来の研磨ヘッドが２８秒を要したのに対して、揺動運動を行う研磨ヘッドでは１５秒で完全に除去することができた。これは、毎分３００サイクルで研磨ヘッドを動作させた条件での結果である。研磨ヘッドを毎分５００サイクルで揺動運動させたときでも安定して研磨可能であった。この場合は、１０秒以下で完全に酸化膜を除去することができた。さらに、研磨後の研磨箇所の検査を通して、深い傷が入りにくくなる傾向があるという評価結果を得た。これはテンションの変動が小さく、変動のピークで大きな荷重がかからなくなったためであると推測される。
【００５７】
以上述べたように、本発明によれば、研磨性能を安定に保ちながら、揺動運動を高速にすることができるので、単位時間当たりの研磨量、すなわち、研磨速度を速くすることができ、その結果、研磨装置の稼動率を上げることができる。
【符号の説明】
【００５８】
１１      ハウジング
１２      開口部
１３      シャッター
１４      仕切板
１５      上室
１６      下室
１７      貫通孔
２０，１２０    ウエハステージユニット
２３      ウエハステージ
２６      溝
２７      中空シャフト
２８      軸受
２９      軸台
３０      ステージ移動機構
３２      支持板
３３      可動板
３５      リニアガイド
４０      ノッチ研磨ユニット
４１，１４１    研磨テープ
４２，１４２    研磨ヘッド
４３，１４３      テープ送り機構
４５ａ，１４５ａ    供給リール
４５ｂ，１４５ｂ    回収リール
４６      リール室
５７ａ〜５７ｇ，１５７ａ〜１５７ｅ      ガイドローラ
５８      研磨液供給ノズル
６０      揺動アーム
６１      カムシャフト
６２      支持アーム
６５      カム
６６      溝
６７      連結軸
７３      ハンド
８０      ウエハチャック機構
８１      第一のチャックハンド
８２      第二のチャックハンド
８３      コマ
９０      支持軸
９１      軸受
９５      固定部材
Ｗ        ウエハ
ｂ１      ベルト
ｂ２      ボールねじ
ｍ１，ｍ２，Ｍ１，Ｍ２    モータ
ｐ１，ｐ２，ｐ１１〜ｐ１４      プーリ
【図１】
0005525590.tif 000002
【図２】
0005525590.tif 000003
【図３】
0005525590.tif 000004
【図４】
0005525590.tif 000005
【図５】
0005525590.tif 000006
【図６】
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【図７】
0005525590.tif 000008
【図８】
0005525590.tif 000009
【図１０】
0005525590.tif 000010
【図１１】
0005525590.tif 000011
【図１２】
0005525590.tif 000012
【図９】
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