(57)【要約】【課題】基板の周縁部の研磨終点を正確に検出することができる研磨装置を提供する。【解決手段】研磨装置は、基板Ｗを保持する保持面４ａを有する保持ステージ４と、研磨テープ４１を用いて保持ステージ４上の基板Ｗの周縁部を研磨する研磨ヘッド６０と、研磨テープ４１をその長手方向に送るテープ送り機構１００と、基板Ｗの研磨終点を検出する動作制御部１１を備える。研磨ヘッド６０は、研磨テープ４１の研磨面を基板Ｗの周縁部に押し付ける押圧部材８１，８２，８３と、押圧部材８１，８２，８３の裏側に配置され、研磨テープ４１の研磨面の色を数値に変換するカラーセンサ１２１，１２２，１２３を備えている。動作制御部１１は、数値に基づいて基板Ｗの研磨終点を決定する。【選択図】図１２
2019091831.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を保持する保持面を有する保持ステージと、
研磨テープを用いて前記保持ステージ上の基板の周縁部を研磨する研磨ヘッドと、
前記研磨テープをその長手方向に送るテープ送り機構と、
基板の研磨終点を検出する動作制御部を備え、
前記研磨ヘッドは、
前記研磨テープの研磨面を基板の周縁部に押し付ける押圧部材と、
前記押圧部材の裏側に配置され、前記研磨テープの研磨面の色を数値に変換するカラーセンサを備えており、
前記動作制御部は、前記数値に基づいて基板の研磨終点を決定するように構成されていることを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記研磨テープの送り方向において、前記カラーセンサは前記押圧部材の下流に位置してい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】
前記押圧部材は、互いに隣接する第１押圧部材、第２押圧部材、および第３押圧部材から構成され、
前記カラーセンサは、前記第１押圧部材、前記第２押圧部材、および前記第３押圧部材の裏側に配置された第１カラーセンサ、第２カラーセンサ、および第３カラーセンサから構成されており、
前記研磨テープの送り方向において、前記第１カラーセンサは前記第１押圧部材の下流に位置し、前記第２カラーセンサは前記第２押圧部材の下流に位置し、前記第３カラーセンサは前記第３押圧部材の下流に位置していることを特徴とする請求項１または２に記載の研磨装置。
【請求項４】
前記研磨ヘッドを前記保持面に対して傾斜させるチルト機構をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項５】
前記動作制御部は、前記研磨テープの研磨面の色を表す数値が予め設定されたしきい値に達した時点である研磨終点を決定するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項６】
保持ステージの保持面上に基板を保持し、該基板をその軸心を中心に回転させ、
研磨テープをその長手方向に送りながら、前記研磨テープの研磨面を研磨ヘッドで前記保持ステージ上の基板の周縁部に押し付けて該周縁部を研磨し、
前記研磨テープで前記基板の周縁部を研磨しているとき、前記研磨テープの裏側に配置されたカラーセンサで前記研磨テープの研磨面の色を数値に変換し、
前記数値に基づいて基板の研磨終点を決定することを特徴とする研磨方法。
【請求項７】
保持ステージの保持面上に基板を保持し、該基板をその軸心を中心に回転させ、
前記保持ステージ上の基板のトップエッジ部、ベベル部、およびボトムエッジ部を研磨テープで研磨する工程を含み、
前記トップエッジ部を研磨する工程は、
前記研磨テープをその長手方向に送りながら、前記研磨テープの研磨面を研磨ヘッドで前記保持ステージ上の基板のトップエッジ部に押し付けて該トップエッジ部を研磨し、
前記研磨テープで前記トップエッジ部を研磨しているとき、前記研磨テープの裏側に配置されたカラーセンサで前記研磨テープの研磨面の色を数値に変換し、
前記数値に基づいて前記トップエッジ部の研磨終点を決定する工程を含み、
前記ベベル部を研磨する工程は、
前記研磨テープをその長手方向に送りながら、前記研磨テープの研磨面を前記研磨ヘッドで前記保持ステージ上の基板のベベル部に押し付けて該ベベル部を研磨し、
前記研磨テープで前記ベベル部を研磨しているとき、前記研磨テープの裏側に配置されたカラーセンサで前記研磨テープの研磨面の色を数値に変換し、
前記数値に基づいて前記ベベル部の研磨終点を決定する工程を含み、
前記ボトムエッジ部を研磨する工程は、
前記研磨テープをその長手方向に送りながら、前記研磨テープの研磨面を前記研磨ヘッドで前記保持ステージ上の基板のボトムエッジ部に押し付けて該ボトムエッジ部を研磨し、
前記研磨テープで前記ボトムエッジ部を研磨しているとき、前記研磨テープの裏側に配置されたカラーセンサで前記研磨テープの研磨面の色を数値に変換し、
前記数値に基づいて前記ボトムエッジ部の研磨終点を決定する工程を含むことを特徴とする研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェーハなどの基板の周縁部を研磨テープを用いて研磨する研磨装置および研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造における歩留まり向上の観点から、基板の表面状態の管理が近年注目されている。半導体デバイスの製造工程では、種々の材料がシリコンウェハ上に成膜される。このため、基板の周縁部には不要な膜や表面荒れが形成される。近年では、基板の周縁部のみをアームで保持して基板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な膜が種々の工程を経ていく間に剥離して基板に形成されたデバイスに付着し、歩留まりを低下させてしまう。そこで、基板の周縁部に形成された不要な膜を除去するために、研磨装置を用いて基板の周縁部が研磨される。
【０００３】
このような研磨装置として、研磨テープを用いて基板の周縁部を研磨する装置が知られている。このタイプの研磨装置は、基板を保持して回転させる基板保持部と、研磨テープを支持する複数のガイドローラを有するテープ供給回収機構と、テープ供給回収機構から供給された研磨テープを基板の周縁部に押し当てる押圧部材を有する研磨ヘッドと、を備えている。テープ供給回収機構は、さらに、供給リールと回収リールとを有しており、複数のガイドローラに支持された研磨テープは、テープ送り機構によって供給リールから研磨ヘッドを経由して回収リールに所定の送り速度で送られる。テープ送り機構によって送られる研磨テープを、研磨ヘッドの押圧部材で回転する基板の周縁部に押し付けることにより、基板の周縁部が研磨される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２１３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
基板の周縁部の研磨は、一般に、研磨テープにより膜が除去されて下地層が露出したときに停止される。基板の研磨終点を検出する技術は従来からいくつか存在する。例えば、研磨テープと基板との摩擦力の変化に基づいて、研磨終点を検出する方法がある。この方法は、基板を回転させる基板保持部に連結されたモータの電流の変化に基づいて、基板の研磨終点を決定するというものである。しかしながら、モータの電流の変化、すなわち研磨テープと基板との摩擦力の変化は、基板の研磨される領域の形状に大きく依存する。このため、研磨される領域によっては、研磨終点を正確に決定することができないことがある。
【０００６】
上記特許文献１は、基板の周縁部の画像を取得し、画像上の色の変化に基づいて研磨終点を検出するという技術を開示する。しかしながら、基板の研磨中に基板に供給される研磨液（通常は純水）の流れが鮮明な画像の取得を阻害し、結果として研磨終点の検出に失敗することがある。また、基板の周縁部は丸みを帯びた形状であるので、基板の研磨された領域の色が正しく画像上に現れないこともある。
【０００７】
そこで、本発明は、基板の周縁部の研磨終点を正確に検出す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】
【０００８】
本発明の一態様は、基板を保持する保持面を有する保持ステージと、研磨テープを用いて前記保持ステージ上の基板の周縁部を研磨する研磨ヘッドと、前記研磨テープをその長手方向に送るテープ送り機構と、基板の研磨終点を検出する動作制御部を備え、前記研磨ヘッドは、前記研磨テープの研磨面を基板の周縁部に押し付ける押圧部材と、前記押圧部材の裏側に配置され、前記研磨テープの研磨面の色を数値に変換するカラーセンサを備えており、前記動作制御部は、前記数値に基づいて基板の研磨終点を決定するように構成されていることを特徴とする研磨装置である。
【０００９】
本発明の好ましい態様は、前記研磨テープの送り方向において、前記カラーセンサは前記押圧部材の下流に位置していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記押圧部材は、互いに隣接する第１押圧部材、第２押圧部材、および第３押圧部材から構成され、前記カラーセンサは、前記第１押圧部材、前記第２押圧部材、および前記第３押圧部材の裏側に配置された第１カラーセンサ、第２カラーセンサ、および第３カラーセンサから構成されており、前記研磨テープの送り方向において、前記第１カラーセンサは前記第１押圧部材の下流に位置し、前記第２カラーセンサは前記第２押圧部材の下流に位置し、前記第３カラーセンサは前記第３押圧部材の下流に位置していることを特徴とする。
【００１０】
本発明の好ましい態様は、前記研磨ヘッドを前記保持面に対して傾斜させるチルト機構をさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記動作制御部は、前記研磨テープの研磨面の色を表す数値が予め設定されたしきい値に達した時点である研磨終点を決定するように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の一態様は、保持ステージの保持面上に基板を保持し、該基板をその軸心を中心に回転させ、研磨テープをその長手方向に送りながら、前記研磨テープの研磨面を研磨ヘッドで前記保持ステージ上の基板の周縁部に押し付けて該周縁部を研磨し、前記研磨テープで前記基板の周縁部を研磨しているとき、前記研磨テープの裏側に配置されたカラーセンサで前記研磨テープの研磨面の色を数値に変換し、前記数値に基づいて基板の研磨終点を決定することを特徴とする研磨方法である。
【００１２】
本発明の一態様は、保持ステージの保持面上に基板を保持し、該基板をその軸心を中心に回転させ、前記保持ステージ上の基板のトップエッジ部、ベベル部、およびボトムエッジ部を研磨テープで研磨する工程を含み、前記トップエッジ部を研磨する工程は、前記研磨テープをその長手方向に送りながら、前記研磨テープの研磨面を研磨ヘッドで前記保持ステージ上の基板のトップエッジ部に押し付けて該トップエッジ部を研磨し、前記研磨テープで前記トップエッジ部を研磨しているとき、前記研磨テープの裏側に配置されたカラーセンサで前記研磨テープの研磨面の色を数値に変換し、前記数値に基づいて前記トップエッジ部の研磨終点を決定する工程を含み、前記ベベル部を研磨する工程は、前記研磨テープをその長手方向に送りながら、前記研磨テープの研磨面を前記研磨ヘッドで前記保持ステージ上の基板のベベル部に押し付けて該ベベル部を研磨し、前記研磨テープで前記ベベル部を研磨しているとき、前記研磨テープの裏側に配置されたカラーセンサで前記研磨テープの研磨面の色を数値に変換し、前記数値に基づいて前記ベベル部の研磨終点を決定する工程を含み、前記ボトムエッジ部を研磨する工程は、前記研磨テープをその長手方向に送りながら、前記研磨テープの研磨面を前記研磨ヘッドで前記保持ステージ上の基板のボトムエッジ部に押し付けて該ボトムエッジ部を研磨し、前記研磨テープで前記ボトムエッジ部を研磨しているとき、前記研磨テープの裏側に配置されたカラーセンサで前記研磨テープの研磨面の色を数値に変換し、前記数値に基づいて前記ボトムエッジ部の研磨終点を決定する工程を含むことを特徴とする研磨方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、研磨テープの裏側に配置されたカラーセンサにより研磨テープの研磨面の色が数値化される。研磨テープを用いた研磨工程では、基板に形成されているシリコン窒化膜や酸化膜などの被研磨膜が研磨テープにより除去されると、研磨テープの研磨面は下地層であるシリコン層に到達する。被研磨膜に比べて、シリコン層の研磨レートはかなり高いので、研磨屑が大量に発生し、その研磨屑が研磨テープの研磨面に付着することで研磨面が黒くなる。研磨テープを構成する基材テープは透明であるので、研磨面の色は研磨テープの裏面に現れる。
【００１４】
カラーセンサは、研磨ヘッドに組み込まれているので、研磨テープの研磨面の色の変化に基づいて、基板の研磨終点を速やかに決定することができる。すなわち、本発明の装置および方法は、ｉｎ−ｓｉｔｕ方式の（つまり、基板研磨中での）研磨終点検知を実行することができる。また、カラーセンサは、基板の周縁部の色ではなく、研磨テープの色を感知するので、基板上の研磨液（例えば純水）の流れおよび基板の周縁部の形状に影響されずに、カラーセンサは研磨テープの研磨面の色を正しく数値化できる。結果として、本発明の装置および方法は、基板の周縁部の研磨終点を正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１（ａ）および図１（ｂ）は、基板の周縁部を示す拡大断面図である。
【図２】研磨装置の一実施形態を示す断面図である。
【図３】図２に示す研磨装置の実施形態の平面図である。
【図４】図２および図３に示す研磨ヘッドの拡大図である。
【図５】図４に示す押圧部材の正面図である。
【図６】図５に示す押圧部材の側面図である。
【図７】図５のＡ−Ａ線断面図である。
【図８】砥粒を表面に有する研磨テープの一例を示す模式図である。
【図９】基板のベベル部を研磨しているときの研磨ヘッドを示す図である。
【図１０】基板のトップエッジ部を研磨しているときの研磨ヘッドを示す図である。
【図１１】基板のボトムエッジ部を研磨しているときの研磨ヘッドを示す図である。
【図１２】研磨ヘッドの一部を示す拡大断面図である。
【図１３】研磨ヘッドの他の実施形態の一部を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
本明細書では、基板の周縁部を、基板の最外周に位置するベベル部と、このベベル部の半径方向内側に位置するトップエッジ部およびボトムエッジ部とを含む領域として定義する。基板の例としては、ウェーハが挙げられる。
【００１７】
図１（ａ）および図１（ｂ）は、基板の周縁部を示す拡大断面図である。より詳しくは、図１（ａ）はいわゆるストレート型の基板の断面図であり、図１（ｂ）はいわゆるラウンド型の基板の断面図である。図１（ａ）の基板Ｗにおいて、ベベル部は、上側傾斜部（上側ベベル部）Ｐ、下側傾斜部（下側ベベル部）Ｑ、および側部（アペックス）Ｒから構成される基板Ｗの最外周面（符号Ｂで示す）である。図１（ｂ）の基板Ｗにおいては、ベベル部は、基板Ｗの最外周面を構成する、湾曲した断面を有する部分（符号Ｂで示す）である。トップエッジ部は、ベベル部Ｂよりも半径方向内側に位置する平坦部Ｅ１である。ボトムエッジ部は、トップエッジ部Ｅ１とは反対側に位置し、ベベル部Ｂよりも半径方向内側に位置する平坦部Ｅ２である。トップエッジ部Ｅ１は、デバイスが形成された領域を含むこともある。
【００１８】
本実施形態では、研磨の対象となる基板Ｗは、下地層であるシリコン層と、その上に形成されたシリコン窒化膜や酸化膜などの被研磨膜を有する。
【００１９】
図２は、研磨装置の一実施形態を示す断面図であり、図３は図２に示す研磨装置の実施形態の平面図である。研磨装置は、研磨対象物である基板Ｗを保持し、回転させる基板保持部３を備えている。図２および図３においては、基板保持部３が基板Ｗを保持している状態を示している。基板保持部３は、基板Ｗの下面を真空吸引により保持する保持面４ａを有する保持ステージ４と、保持ステージ４の中央部に連結された中空シャフト５と、この中空シャフト５を回転させるモータＭ１とを備えている。
【００２０】
基板Ｗは、基板Ｗの中心が中空シャフト５の軸心と一致するように保持ステージ４の保持面４ａ上に載置される。保持ステージ４は、隔壁２０とベースプレート２１によって形成された研磨室２２内に配置されている。保持ステージ４の上方には、保持面４ａ上の基板Ｗの表面に研磨液を供給する研磨液供給ノズル３０が配置されている。研磨液としては、砥粒を含まない液体（例えば純水）が使用される。
【００２１】
中空シャフト５は、ボールスプライン軸受（直動軸受）６によって上下動自在に支持されている。保持ステージ４の保持面４ａには溝４ｂが形成されており、この溝４ｂは、中空シャフト５を通って延びる連通路７に連通している。連通路７は中空シャフト５の下端に取り付けられたロータリジョイント８を介して真空ライン９に接続されている。連通路７は、研磨後の基板Ｗを保持ステージ４から離脱させるための窒素ガス供給ライン１０にも接続されている。これらの真空ライン９と窒素ガス供給ライン１０を切り替えることによって、基板Ｗを保持ステージ４の保持面４ａに保持し、離脱させる。
【００２２】
中空シャフト５は、この中空シャフト５に連結されたプーリーｐ１と、モータＭ１の回転軸に取り付けられたプーリーｐ２と、これらプーリーｐ１，ｐ２に掛けられたベルトｂ１を介してモータＭ１によって回転される。ボールスプライン軸受６は、中空シャフト５がその長手方向へ自由に移動することを許容する軸受である。ボールスプライン軸受６は円筒状のケーシング１２に固定されている。したがって、中空シャフト５は、ケーシング１２に対して上下に直線移動が可能であり、中空シャフト５とケーシング１２は一体に回転する。中空シャフト５は、エアシリンダ（昇降機構）１５に連結されており、エアシリンダ１５によって中空シャフト５および保持ステージ４が上昇および下降できるようになっている。
【００２３】
ケーシング１２と、その外側に同心上に配置された円筒状のケーシング１４との間にはラジアル軸受１８が介装されており、ケーシング１２はラジアル軸受１８によって回転自在に支持されている。このような構成により、基板保持部３は、基板Ｗを保持した保持ステージ４をその軸心を中心に回転させ、かつ保持ステージ４の軸心に沿って上昇下降させることができる。
【００２４】
基板保持部３の保持ステージ４の半径方向外側には、基板Ｗの周縁部を研磨する研磨ユニット４０が配置されている。この研磨ユニット４０は、基板Ｗの周縁部に研磨テープ４１を押し当てて該周縁部を研磨する研磨ヘッド組立体４４と、この研磨ヘッド組立体４４に研磨テープ４１を供給する研磨テープ供給機構４５とを備えている。研磨ヘッド組立体４４は、研磨室２２の内部に配置され、研磨テープ供給機構４５は、研磨室２２の外に配置されている。基板保持部３および研磨ユニット４０は動作制御部１１に電気的に接続されており、基板保持部３および研磨ユニット４０の動作は動作制御部１１によって制御される。動作制御部１１は、専用または汎用のコンピュータから構成されている。
【００２５】
研磨テープ供給機構４５は、研磨テープ４１を研磨ヘッド組立体４４に供給する供給リール４８と、基板Ｗの研磨に使用された研磨テープ４１を回収する回収リール４９とを備えている。供給リール４８および回収リール４９にはモータ５１，５１がそれぞれ連結されている（図３には、供給リール４８に連結されたモータ５１のみを示す）。それぞれのモータ５１，５１は、供給リール４８および回収リール４９に所定のトルクを与え、研磨テープ４１に所定のテンションを掛けることができるようになっている。
【００２６】
研磨ヘッド組立体４４は、研磨テープ４１の研磨面を基板Ｗの周縁部に押し付けるための研磨ヘッド６０を備えている。研磨テープ４１は、研磨テープ４１の研磨面が基板Ｗの周縁部を向くように研磨ヘッド６０に供給される。研磨テープ４１は、隔壁２０に設けられた開口部２０ｂを通して供給リール４８から研磨ヘッド６０へ供給され、使用された研磨テープ４１は開口部２０ｂを通って回収リール４９に回収される。
【００２７】
研磨ヘッド６０はアーム６３の一端に固定され、アーム６３は、基板Ｗの接線方向に平行な回転軸Ｃｔまわりに回転自在に構成されている。アーム６３の他端はプーリーｐ３，ｐ４およびベルトｂ２を介してモータ６５に連結されている。モータ６５が時計回りおよび反時計回りに所定の角度だけ回転することで、アーム６３が軸Ｃｔまわりに所定の角度だけ回転する。本実施形態では、モータ６５、アーム６３、プーリーｐ３，ｐ４、およびベルトｂ２によって、保持ステージ４の保持面４ａ（すなわち、基板Ｗの表面）に対して研磨ヘッド６０を傾斜させるチルト機構が構成されている。
【００２８】
チルト機構は、移動台７０に搭載されている。移動台７０は、直動ガイド７１を介してベースプレート２１に移動自在に連結されている。直動ガイド７１は、基板保持部３に保持された基板Ｗの半径方向に直線的に延びており、移動台７０は基板Ｗの半径方向に直線的に移動可能になっている。移動台７０にはベースプレート２１を貫通する連結板７３が取り付けられ、連結板７３にはリニアアクチュエータ７５がジョイント７６を介して連結されている。リニアアクチュエータ７５はベースプレート２１に直接または間接的に固定されている。
【００２９】
リニアアクチュエータ７５としては、エアシリンダや位置決め用モータとボールねじとの組み合わせなどを採用することができる。このリニアアクチュエータ７５および直動ガイド７１によって、研磨ヘッド６０を基板Ｗの半径方向に直線的に移動させる移動機構が構成されている。すなわち、移動機構は直動ガイド７１に沿って研磨ヘッド６０を保持ステージ４の保持面４ａ（すなわち、基板Ｗ）へ近接および離間させるように動作する。一方、研磨テープ供給機構４５はベースプレート２１に固定されている。
【００３０】
隔壁２０は、基板Ｗを研磨室２２に搬入および搬出するための搬送口２０ａを備えている。搬送口２０ａは、水平に延びる切り欠きとして形成されている。この搬送口２０ａは、シャッター２３により閉じることが可能となっている。
【００３１】
図４は図２および図３に示す研磨ヘッド６０の拡大図である。図４に示すように、研磨ヘッド６０は、研磨テープ４１の研磨面を基板Ｗの周縁部に押し付けるための３つの押圧部材８１，８２，８３と、この押圧部材８１，８２，８３を保持ステージ４の保持面４ａに向かって（すなわち、基板Ｗの周縁部に向かって）移動させるヘッドアクチュエータとしてのエアシリンダ９０とを備えている。押圧部材８１，８２，８３およびエアシリンダ９０は、研磨テープ４１の裏側に配置されている。エアシリンダ９０へ供給する気体の圧力を制御することによって、基板Ｗへの研磨荷重が調整される。
【００３２】
研磨ヘッド６０には、研磨テープ４１をその長手方向に送るテープ送り機構１００が取り付けられている。本実施形態では、テープ送り機構１００は研磨ヘッド６０に固定されているが、一実施形態ではテープ送り機構１００は研磨ヘッド６０から離れた位置に設けられてもよい。
【００３３】
テープ送り機構１００は、テープ送りローラ１００ａと、ニップローラ１００ｂと、テープ送りローラ１００ａを回転させるモータ１００ｃとを備えている。モータ１００ｃは研磨ヘッド６０の側面に設けられ、モータ１００ｃの回転軸にテープ送りローラ１００ａが取り付けられている。ニップローラ１００ｂはテープ送りローラ１００ａに隣接して配置されている。ニップローラ１００ｂは、図４の矢印ＮＦで示す方向（テープ送りローラ１００ａに向かう方向）に力を発生するように図示しない機構で支持されており、テープ送りローラ１００ａを押圧するように構成されている。
【００３４】
モータ１００ｃが図４に示す矢印方向に回転すると、テープ送りローラ１００ａが回転して研磨テープ４１を供給リール４８から研磨ヘッド６０を経由して回収リール４９へ送る。ニップローラ１００ｂはそれ自身の軸まわりに回転することができるように構成されている。基板Ｗの研磨中、テープ送り機構１００は、研磨テープ４１をその長手方向に所定の速度（例えば、１分当たり数ｍｍ〜数十ｍｍ）で送る。
【００３５】
研磨ヘッド６０は複数のガイドローラ１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃ，１０３Ｄ，１０３Ｅ，１０３Ｆ，１０３Ｇを有している。これらのガイドローラ１０３Ａ〜１０３Ｇは、基板Ｗの接線方向と直交する方向に研磨テープ４１が進行するように研磨テープ４１をガイドする。
【００３６】
図５は、図４に示す押圧部材８１，８２，８３の正面図であり、図６は、図５に示す押圧部材８１，８２，８３の側面図であり、図７は、図５のＡ−Ａ線断面図である。図５乃至図７に示すように、押圧部材８１，８２，８３は、研磨テープ４１を基板Ｗのトップエッジ部（図１（ａ）および図１（ｂ）の符号Ｅ１参照）に押し付けるための第１押圧部材８１と、研磨テープ４１を基板Ｗのベベル部（図１（ａ）および図１（ｂ）の符号Ｂ参照）に押し付けるための第２押圧部材８２と、研磨テープ４１を基板Ｗのボトムエッジ部（図１（ａ）および図１（ｂ）の符号Ｅ２参照）に押し付けるための第３押圧部材８３から構成されている。
【００３７】
第１押圧部材８１、第２押圧部材８２、および第３押圧部材８３は、基台１０５に固定されている。第１押圧部材８１および第３押圧部材８３は、基台１０５と一体に構成されてもよい。第２押圧部材８２は、第１押圧部材８１と第３押圧部材８３との間に配置されている。第１押圧部材８１と第２押圧部材８２との間には隙間があり、同様に、第２押圧部材８２と第３押圧部材８３との間には隙間がある。基台１０５は、第１押圧部材８１と第２押圧部材８２との間に位置する第１通孔１０５ａと、第２押圧部材８２と第３押圧部材８３との間に位置する第２通孔１０５ｂと、第３押圧部材８３の外側に位置する第３通孔１０５ｃを有している。
【００３８】
第１押圧部材８１および第３押圧部材８３の先端は、レールのような形状の突起部８１Ａ，８３Ａから構成されている。これら突起部８１Ａ，８３Ａは互いに並列に配置されている。突起部８１Ａ，８３Ａは、基板Ｗの周方向に沿って湾曲している。より具体的には、突起部８１Ａ，８３Ａは、基板Ｗの曲率と実質的に同じ曲率を有する円弧形状を有している。
【００３９】
２つの突起部８１Ａ，８３Ａは、第２押圧部材８２に関して対称に配置されている。すなわち、図５に示すように、正面から見たときに突起部８１Ａ，８３Ａは第２押圧部材８２に向かって内側に湾曲している。研磨ヘッド６０は、第２押圧部材８２の中心が基板Ｗの厚さ方向における中心と一致するように設置される。突起部８１Ａ，８３Ａは、研磨ヘッド６０の前面に配置されたガイドローラ１０３Ｄ，１０３Ｅ（図４参照）よりも基板Ｗに近接して配置されており、研磨テープ４１の裏面は突起部８１Ａ，８３Ａによって支持されている。突起部８１Ａ，８３Ａは、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）などの樹脂から形成されている。
【００４０】
第２押圧部材８２は、２つの突起部８１Ａ，８３Ａの間に配置されている。第２押圧部材８２は、シリコーンゴムなどの弾力材から構成されている。第２押圧部材８２の高さは、突起部８１Ａ，８３Ａの高さよりもやや低い。研磨ヘッド６０を保持ステージ４の保持面４ａ（図２参照）と平行に維持した状態で押圧部材８１，８２，８３がエアシリンダ９０によって基板Ｗに向かって移動されると、第２押圧部材８２は、研磨テープ４１をその裏側から基板Ｗのベベル部に対して押圧する。
【００４１】
図８は、砥粒を表面に有する研磨テープ４１の一例を示す模式図である。図８に示す研磨テープ４１は、基材テープ１１１と、研磨層１１２とを有する。基材テープ１１１の表面は、研磨層１１２で覆われている。研磨層１１２は、砥粒１１４と、砥粒１１４を保持するバインダ（樹脂）１１５とを有する。研磨テープ４１の研磨面４１ａは、研磨層１１２の露出面から構成されている。基材テープ１１１は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの透明な樹脂から構成されている。本明細書において、研磨テープ４１の裏面４１ｂは、研磨面４１ａ（基板Ｗに接触する面）とは反対側の面と定義される。この研磨テープ４１の裏面４１ｂは、透明な基材テープ１１１の露出面から構成されている。
【００４２】
上述のように構成された研磨装置の動作は次の通りである。図２に示すシャッター２３が開かれた状態で、研磨される基板Ｗは、搬送機構のハンド（図示せず）により搬送口２０ａから研磨室２２内に搬入される。エアシリンダ１５が作動して保持ステージ４が上昇し、基板Ｗは保持ステージ４の保持面４ａに保持される。その後、搬送機構のハンドが研磨室２２の外に移動し、搬送口２０ａはシャッター２３により閉じられる。保持ステージ４は、基板Ｗとともに所定の研磨位置まで下降する。図２は基板Ｗが研磨位置にある状態を示している。
【００４３】
保持ステージ４および基板Ｗは、モータＭ１により回転される。研磨液供給ノズル３０は、回転する基板Ｗの上面の中央に研磨液（例えば純水）を供給しながら、研磨ヘッド６０は研磨テープ４１の研磨面を基板Ｗの周縁部に押し付ける。基板Ｗの周縁部は、研磨液の存在下で研磨テープ４１によって研磨される。基板Ｗの研磨中は、研磨テープ４１はテープ送り機構１００により所定の速度で供給リール４８から研磨ヘッド６０を経由して回収リール４９に送られる。
【００４４】
基板Ｗのベベル部を研磨するときは、図９に示すように、上述のチルト機構により研磨ヘッド６０の傾斜角度を連続的に変化させながら、第２押圧部材８２により研磨テープ４１の研磨面を基板Ｗのベベル部に押し当てる。基板Ｗのトップエッジ部を研磨するときは、図１０に示すように、研磨ヘッド６０を上方に傾けて、突起部８１Ａにより研磨テープ４１の研磨面を基板Ｗのトップエッジ部に押圧し、トップエッジ部を研磨する。基板Ｗのボトムエッジ部を研磨するときは、図１１に示すように、研磨ヘッド６０を下方に傾けて、突起部８３Ａにより研磨テープ４１の研磨面を基板Ｗのボトムエッジ部に押圧し、ボトムエッジ部を研磨する。
【００４５】
このように、本実施形態の研磨ヘッド６０は、トップエッジ部、ベベル部、およびボトムエッジ部を含む基板Ｗの周縁部全体を研磨することができる。トップエッジ部、ベベル部、およびボトムエッジ部を研磨する順序は、特に限定されない。例えば、トップエッジ部、ベベル部、およびボトムエッジ部の順に基板Ｗの周縁部が研磨されてもよいし、またはベベル部、トップエッジ部、およびボトムエッジ部の順に基板Ｗの周縁部が研磨されてもよい。
【００４６】
基板Ｗの研磨が終了すると、研磨液の供給が停止され、保持ステージ４および基板Ｗの回転が停止される。シャッター２３が開かれ、搬送機構のハンド（図示せず）が研磨室２２内に進入する。さらに、保持ステージ４は基板Ｗとともに上昇する。搬送機構のハンドは基板Ｗを把持し、基板Ｗを研磨室２２から搬送口２０ａを通って搬出する。
【００４７】
図１２は、研磨ヘッド６０の一部を示す拡大断面図である。図１２に示すように、第１押圧部材８１、第２押圧部材８２、および第３押圧部材８３は、研磨テープ４１の送り方向に沿って配列されている。研磨ヘッド６０は、第１押圧部材８１、第２押圧部材８２、および第３押圧部材８３の裏側に配置された第１カラーセンサ１２１、第２カラーセンサ１２２、および第３カラーセンサ１２３をさらに備えている。第１押圧部材８１、第２押圧部材８２、および第３押圧部材８３の裏側とは、第１押圧部材８１、第２押圧部材８２、および第３押圧部材８３が研磨テープ４１と接触する前側とは反対側のことをいう。第１カラーセンサ１２１は、互いに隣接する第１投光部１２１Ａおよび第１受光部１２１Ｂを備え、第２カラーセンサ１２２は、互いに隣接する第２投光部１２２Ａおよび第２受光部１２２Ｂを備え、第３カラーセンサ１２３は、互いに隣接する第３投光部１２３Ａおよび第３受光部１２３Ｂを備えている。第１押圧部材８１、第２押圧部材８２、および第３押圧部材８３を保持する基台１０５は、連結フレーム１４０によってエアシリンダ９０に連結されている。
【００４８】
研磨テープ４１の送り方向において、第１カラーセンサ１２１は第１押圧部材８１の下流に位置し、第２カラーセンサ１２２は第２押圧部材８２の下流に位置し、第３カラーセンサ１２３は第３押圧部材８３の下流に位置している。基台１０５は、第１押圧部材８１と第２押圧部材８２との間に位置する第１通孔１０５ａと、第２押圧部材８２と第３押圧部材８３との間に位置する第２通孔１０５ｂと、第３押圧部材８３の外側に位置する第３通孔１０５ｃを有している。研磨テープ４１の送り方向において、第１通孔１０５ａは第１押圧部材８１の下流に位置し、第２通孔１０５ｂは第２押圧部材８２の下流に位置し、第３通孔１０５ｃは第３押圧部材８３の下流に位置している。
【００４９】
第１カラーセンサ１２１は、第１押圧部材８１と第２押圧部材８２との間に位置しており、かつ第１通孔１０５ａと直線上に配列されている。第２カラーセンサ１２２は、第２押圧部材８２と第３押圧部材８３との間に位置しており、かつ第２通孔１０５ｂと直線上に配列されている。第３カラーセンサ１２３は、第３押圧部材８３の外側に位置しており、かつ第３通孔１０５ｃと直線上に配列されている。カラーセンサ１２１，１２２，１２３は、研磨ヘッド６０に支持されている研磨テープ４１の裏側に配置されている。
【００５０】
第１投光部１２１Ａ、第２投光部１２２Ａ、および第３投光部１２３Ａは、光を発する光源（図示せず）を備えており、研磨テープ４１の裏面を照明するように配置されている。研磨テープ４１の裏面とは、研磨テープ４１の研磨面（基板Ｗに接触する面）とは反対側の面である。第１投光部１２１Ａから研磨テープ４１の裏面に向けて発せられた光は、研磨テープ４１で反射し、第１受光部１２１Ｂによって検出される。第２投光部１２２Ａから研磨テープ４１の裏面に向けて発せられた光は、研磨テープ４１で反射し、第２受光部１２２Ｂによって検出される。第３投光部１２３Ａから研磨テープ４１の裏面に向けて発せられた光は、研磨テープ４１で反射し、第３受光部１２３Ｂによって検出される。
【００５１】
研磨テープ４１を構成する基材テープ１１１（図８参照）は透明であるので、研磨テープ４１の研磨面の色は研磨テープ４１の裏面に現れる。第１受光部１２１Ｂは、第１投光部１２１Ａから発せられた光の量と、研磨テープ４１で反射した光の量との差から研磨テープ４１の研磨面の色を数値に変換する（色を数値化する）ように構成されている。第２受光部１２２Ｂおよび第３受光部１２３Ｂも第１受光部１２１Ｂと同様に構成されているので、その重複する説明を省略する。カラーセンサ１２１，１２２，１２３として、市場で販売されているカラーセンサを適用することができる。研磨テープ４１の裏側から研磨テープ４１の研磨面の色を数値に変換できるのであれば、他のタイプのカラーセンサを用いてもよい。例えば、本実施形態では、投光部と受光部が一体型のカラーセンサが用いられているが、投光部と受光部が別体となっているカラーセンサを用いてもよい。
【００５２】
より具体的には、第１投光部１２１Ａは、第１通孔１０５ａを通じて、第１押圧部材８１を通過した研磨テープ４１の裏面に光を導き、第１受光部１２１Ｂは、第１押圧部材８１を通過した研磨テープ４１の研磨面の色を数値に変換する。第２投光部１２２Ａは、第２通孔１０５ｂを通じて、第２押圧部材８２を通過した研磨テープ４１の裏面に光を導き、第２受光部１２２Ｂは、第２押圧部材８２を通過した研磨テープ４１の研磨面の色を数値に変換する。第３投光部１２３Ａは、第３通孔１０５ｃを通じて、第３押圧部材８３を通過した研磨テープ４１の裏面に光を導き、第３受光部１２３Ｂは、第３押圧部材８３を通過した研磨テープ４１の研磨面の色を数値に変換する。第１通孔１０５ａ、第２通孔１０５ｂ、および第３通孔１０５ｃは、光を通すことができるのであれば、透明な部材（例えば、透明なガラス、またはポリエチレンテレフタレートなどの透明な樹脂）で塞がれてもよい。一実施形態では、基台１０５の全体を透明な部材（例えば、ポリエチレンテレフタレートなどの透明な樹脂）から構成してもよい。
【００５３】
第１カラーセンサ１２１の第１受光部１２１Ｂ、第２カラーセンサ１２２の第２受光部１２２Ｂ、および第３カラーセンサ１２３の第３受光部１２３Ｂは、動作制御部１１に接続されている。動作制御部１１は、研磨テープ４１の研磨面の色を表す数値に基づいて基板Ｗの研磨終点を決定するように構成されている。より具体的には、動作制御部１１は、研磨テープ４１の研磨面の色を表す数値が、予め設定されたしきい値に達した時点である研磨終点を決定するように構成されている。尚、これらの一連の動作は、基板Ｗの研磨中に行われる。
【００５４】
研磨テープ４１を用いた研磨工程では、基板Ｗに形成されているシリコン窒化膜や酸化膜などの被研磨膜が研磨テープ４１により除去されると、研磨テープ４１の研磨面は下地層であるシリコン層に到達する。被研磨膜に比べて、シリコン層の研磨レートはかなり高いので、研磨屑が大量に発生し、その研磨屑が研磨テープ４１の研磨面に付着することで研磨テープ４１の研磨面が黒くなる。研磨テープ４１を構成する基材テープ１１１（図８参照）は透明であるので、研磨テープ４１の研磨面の色は研磨テープ４１の裏面に現れる。
【００５５】
第１カラーセンサ１２１、第２カラーセンサ１２２、および第３カラーセンサ１２３は、研磨ヘッド６０に組み込まれているので、研磨テープ４１の研磨面の色の変化に基づいて、基板Ｗの研磨終点を速やかに決定することができる。すなわち、本実施形態の研磨装置は、ｉｎ−ｓｉｔｕ方式の（つまり、基板研磨中での）研磨終点検知を実行することができる。また、第１カラーセンサ１２１、第２カラーセンサ１２２、および第３カラーセンサ１２３は、基板Ｗの周縁部の色ではなく、研磨テープ４１の研磨面の色を研磨テープ４１の裏側から感知するので、基板Ｗ上の研磨液（例えば純水）の流れおよび基板Ｗの周縁部の形状に影響されずに、第１カラーセンサ１２１、第２カラーセンサ１２２、および第３カラーセンサ１２３は研磨テープ４１の研磨面の色を正しく数値化できる。結果として、動作制御部１１は、基板Ｗの周縁部の研磨終点を正確に決定することができる。
【００５６】
図９乃至図１１に示すように、トップエッジ部、ベベル部、およびボトムエッジ部は、第１押圧部材８１、第２押圧部材８２、および第３押圧部材８３でそれぞれ別々に研磨される。第１カラーセンサ１２１は第１押圧部材８１と第２押圧部材８２との間に配置されているので、第１カラーセンサ１２１は、トップエッジ部に接触した直後の研磨テープ４１の色を数値に変換することができる。したがって、動作制御部１１は、研磨テープ４１の研磨面の色を示す数値に基づいて、トップエッジ部の研磨終点を速やかに決定することができる。同様に、動作制御部１１は、ベベル部およびボトムエッジ部に接触した直後の研磨テープ４１の研磨面の色を示す数値に基づいて、ベベル部およびボトムエッジ部の研磨終点を速やかに決定することができる。
【００５７】
トップエッジ部、ベベル部、およびボトムエッジ部のうちのいずれか１つの研磨終点が決定された後に、トップエッジ部、ベベル部、およびボトムエッジ部のうちの他の１つの研磨が開始される。例えば、トップエッジ部、ベベル部、およびボトムエッジ部の順に基板Ｗの周縁部が研磨される場合は、トップエッジ部の研磨終点が決定されたときにトップエッジ部の研磨が終了され、次いで、ベベル部の研磨が開始される。同様に、ベベル部の研磨終点が決定されたときにベベル部の研磨が終了され、次いで、ボトムエッジ部の研磨が開始される。さらに、ボトムエッジ部の研磨終点が決定されたときにボトムエッジ部の研磨が終了される。ベベル部、トップエッジ部、およびボトムエッジ部の順に基板Ｗの周縁部が研磨される場合も、同様にして研磨の開始および研磨の終了が行われる。
【００５８】
押圧部材およびカラーセンサの数は、本実施形態に限定されない。一実施形態では、図１３に示すように、１つの押圧部材８４および１つのカラーセンサ１２０のみを備えてもよい。カラーセンサ１２０は、互いに隣接する投光部１２０Ａおよび受光部１２０Ｂを備えている。カラーセンサ１２０の機能は、上述したカラーセンサ１２１，１２２，１２３と同じであるのでその重複する説明を省略する。
【００５９】
カラーセンサ１２０は、押圧部材８４の裏側に配置され、かつ研磨テープ４１の送り方向において、押圧部材８４の下流に位置している。押圧部材８４の裏側とは、押圧部材８４が研磨テープ４１と接触する前側とは反対側のことをいう。基台１０５は通孔１０５ｄを有しており、この通孔１０５ｄは研磨テープ４１の送り方向において、押圧部材８４の下流に位置している。カラーセンサ１２０は、通孔１０５ｄと直線上に配列されている。投光部１２０Ａは、通孔１０５ｄを通じて、押圧部材８４を通過した研磨テープ４１の裏面に光を導き、受光部１２０Ｂは、押圧部材８４を通過した研磨テープ４１の研磨面の色を数値に変換する。この実施形態においても、動作制御部１１は、研磨テープ４１の研磨面の色を示す数値に基づいて、基板Ｗの周縁部の研磨終点を速やかに決定することができる。尚、これらの一連の動作は、基板Ｗの研磨中に行われる。
【００６０】
一実施形態では、複数の研磨ヘッド６０を保持テーブル４の保持面４ａの周囲に配列してもよい。例えば、少なくとも３つの研磨ヘッド６０で基板Ｗのトップエッジ部、ベベル部、およびボトムエッジ部を同時に研磨してもよい。トップエッジ部の研磨終点、ベベル部の研磨終点、およびボトムエッジ部の研磨終点は、各研磨テープの研磨面の色に基づいてそれぞれ別々に決定される。
【００６１】
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。
【符号の説明】
【００６２】
３      基板保持部
４      保持ステージ
４ａ    保持面
４ｂ    溝
５      中空シャフト
６      ボールスプライン軸受（直動軸受）
７      連通路
８      ロータリジョイント
９      真空ライン
１０      窒素ガス供給ライン
１１      動作制御部
１２      ケーシング
１４      ケーシング
１５      エアシリンダ（昇降機構）
１８      ラジアル軸受
２０      隔壁
２０ａ    搬送口
２１      ベースプレート
２２      研磨室
２３      シャッター
３０      研磨液供給ノズル
４０      研磨ユニット
４１      研磨テープ
４４      研磨ヘッド組立体
４５      研磨テープ供給機構
４８      供給リール
４９      回収リール
５１      モータ
６０      研磨ヘッド
６３      アーム
６５      モータ
７０      移動台
７１      直動ガイド
７３      連結板
７５      リニアアクチュエータ
７６      ジョイント
８１      第１押圧部材
８１Ａ    突起部
８２      第２押圧部材
８３      第３押圧部材
８３Ａ    突起部
８４      押圧部材
９０      エアシリンダ
１００    テープ送り機構
１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃ，１０３Ｄ，１０３Ｅ，１０３Ｆ，１０３Ｇ    ガイドローラ
１０５    基台
１０５ａ    第１通孔
１０５ｂ    第２通孔
１０５ｃ    第３通孔
１０５ｄ    通孔
１１１    基材テープ
１１２    研磨層
１１４    砥粒
１１５    バインダ（樹脂）
１２０    カラーセンサ
１２０Ａ    投光部
１２０Ｂ    受光部
１２１    第１カラーセンサ
１２１Ａ    第１投光部
１２１Ｂ    第１受光部
１２２    第２カラーセンサ
１２２Ａ    第２投光部
１２２Ｂ    第２受光部
１２３    第３カラーセンサ
１２３Ａ    第３投光部
１２３Ｂ    第３受光部
１４０    連結フレーム
ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４      プーリー
ｂ１，ｂ２      ベルト
Ｍ１      モータ
Ｗ        基板
【図１】
2019091831.tif 000003
【図２】
2019091831.tif 000004
【図３】
2019091831.tif 000005
【図４】
2019091831.tif 000006
【図５】
2019091831.tif 000007
【図６】
2019091831.tif 000008
【図７】
2019091831.tif 000009
【図８】
2019091831.tif 000010
【図９】
2019091831.tif 000011
【図１０】
2019091831.tif 000012
【図１１】
2019091831.tif 000013
【図１２】
2019091831.tif 000014
【図１３】
2019091831.tif 000015