KR102613677B1 - 연마 헤드 및 연마 장치 - Google Patents

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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

간단한 구성으로, 콤팩트한 크기의 연마 헤드를 제공한다.
연마 헤드(10)는 연마구(3)를 지지하는 연마구 압박 부재(12)와, 연마구 압박 부재(12)에 연결된 가동축(15)과, 가동축(15)을 내부에 수용하는 하우징(18)과, 가동축(15)의 단부와 하우징(18) 사이에 압력실(20)을 형성하는 격벽막(25)을 구비한다. 격벽막(25)은 가동축(15)의 단부에 접촉하는 중앙부(25a)와, 중앙부(25a)에 접속되어, 가동축(15)의 측면을 따라 연장되는 내벽부(25b)와, 내벽부(25b)에 접속되어, 만곡된 단면을 갖는 폴딩부(25c)와, 폴딩부(25c)에 접속되어, 내벽부(25b)의 외측에 위치하는 외벽부(25d)를 갖는다.

Description

연마 헤드 및 연마 장치 {POLISHING HEAD AND POLISHING APPARATUS}
본 발명은 웨이퍼 등의 기판의 표면에 연마구를 압박하기 위한 연마 헤드에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 그와 같은 연마 헤드로 기판을 연마하기 위한 연마 장치에 관한 것이다.
근년, 메모리 회로, 로직 회로, 이미지 센서(예를 들어, CMOS 센서) 등의 디바이스는 더 고집적화되고 있다. 이들의 디바이스를 형성하는 공정에 있어서는, 미립자나 진애 등의 이물이 디바이스에 부착되는 경우가 있다. 디바이스에 부착된 이물은 배선 사이의 단락이나 회로의 문제를 일으켜 버린다. 따라서, 디바이스의 신뢰성을 향상시키기 위해, 디바이스가 형성된 웨이퍼를 세정하여, 웨이퍼 상의 이물을 제거하는 것이 필요해진다.
웨이퍼의 이면(비디바이스면)에도, 상술한 바와 같은 미립자나 분진 등의 이물이 부착되는 경우가 있다. 이와 같은 이물이 웨이퍼의 이면에 부착되면, 웨이퍼가 노광 장치의 스테이지 기준면으로부터 이격되거나 웨이퍼 표면이 스테이지 기준면에 대하여 기울어, 결과적으로, 패터닝의 어긋남이나 초점 거리의 어긋남이 발생하게 된다. 이와 같은 문제를 방지하기 위해, 웨이퍼의 이면에 부착된 이물을 제거하는 것이 필요해진다.
일본 특허 공개 제2017-148931호 공보
종래의 연마 유닛은 기판 회전 기구에 의해 웨이퍼를 회전시키면서, 연마 헤드로 웨이퍼의 이면의 연마를 행한다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 그러나, 특허문헌 1에 기재된 연마 헤드는 그 내부에 에어 실린더를 갖고 있기 때문에, 연마 헤드 전체가 크고, 또한 구조도 복잡하게 되어 있다. 특히, 웨이퍼의 하방의 스페이스에는 한계가 있기 때문에, 대형화한 연마 헤드를 웨이퍼의 하방에 배치할 수 없는 경우가 있었다.
그래서, 본 발명은 간단한 구성으로, 콤팩트한 크기의 연마 헤드를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 그와 같은 연마 헤드를 구비한 연마 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태는, 연마구를 기판에 압박하기 위한 연마 헤드이며, 상기 연마구를 지지하는 연마구 압박 부재와, 상기 연마구 압박 부재에 연결된 가동축과, 상기 가동축을 내부에 수용하는 하우징과, 상기 가동축의 단부와 상기 하우징 사이에 압력실을 형성하는 격벽막을 구비하고, 상기 격벽막은, 상기 가동축의 단부에 접촉하는 중앙부와, 상기 중앙부에 접속되어, 상기 가동축의 측면을 따라 연장되는 내벽부와, 상기 내벽부에 접속되어, 만곡된 단면을 갖는 폴딩부와, 상기 폴딩부에 접속되어, 상기 내벽부의 외측에 위치하는 외벽부를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 가동축은 그 내부에 통기 구멍을 갖고 있고, 상기 통기 구멍의 한쪽의 개구단은 대기에 연통하고, 상기 통기 구멍의 다른 쪽의 개구단은 상기 가동축의 측면 내에 위치하고, 또한 상기 압력실의 외측에 위치하고 있는 것을 특징으로 한다.
상기 연마구 압박 부재와 상기 가동축 사이에 배치된 유니버설 조인트를 더 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 유니버설 조인트는 상기 연마구 압박 부재의 내부에 수용되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 유니버설 조인트는, 상기 가동축의 축방향에 수직인 제1 지지축과, 상기 제1 지지축에 지지되어, 상기 제1 지지축을 중심으로 회전 가능한 틸팅 보디와, 상기 틸팅 보디에 고정되어, 상기 제1 지지축에 수직인 제2 지지축을 갖고 있는 것을 특징으로 한다.
상기 가동축의 상기 단부를 향해 배치되고, 상기 가동축의 상기 하우징에 대한 상대적인 이동 거리를 측정하는 거리 센서를 더 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 거리 센서는 광학식 거리 센서인 것을 특징으로 한다.
상기 거리 센서로부터 보내지는 상기 이동 거리의 측정값이 임계값보다도 클 때, 또는 작을 때에 경보 신호를 발하는 거리 감시 장치를 더 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양태는, 기판을 보유 지지하는 기판 보유 지지부와, 상기 기판을 연마하기 위한 상기 연마 헤드를 구비한 연마 장치이다.
가동축 및 연마구 압박 부재는 격벽막(다이어프램)에 의해 형성된 압력실 내의 압력을 따라 이동한다. 압력실은 에어 실린더보다도 작으므로, 연마 헤드의 전체를 콤팩트하게 할 수 있다. 또한, 내벽부, 만곡된 폴딩부 및 외벽부를 갖는 격벽막은 장력이 거의 발생하지 않고 압력실 내의 압력의 변화에 따라 자유롭게 변형될 수 있다. 따라서, 격벽막에 접촉하는 가동축은 압력실 내의 압력을 직접 반영한 힘으로 눌린다. 더 구체적으로는, 압력실 내의 압력을 증가시켰을 때, 가동축은 격벽막으로부터의 반력을 거의 받지 않고 기판을 향해 이동할 수 있다. 결과적으로, 가동축에 연결된 연마구 압박 부재는 정밀하게 제어된 힘으로 연마구(예를 들어, 연마 테이프)를 기판에 대하여 압박할 수 있다.
도 1은 연마 테이프를 기판의 일례인 웨이퍼의 표면에 압박하기 위한 연마 헤드를 도시하는 단면도이다.
도 2는 격벽막의 단면도이다.
도 3은 압축 기체의 압력이 격벽막의 중앙부 및 내벽부를 밀어올리고, 동시에 가동축을 밀어올리고 있는 모습을 도시하는 도면이다.
도 4는 가동축 및 연마구 압박 부재가 상승했을 때의 도면이다.
도 5는 가동축의 이동 거리의 측정값에 대하여 형성된 제1 임계값 및 제2 임계값을 설명하는 그래프이다.
도 6은 도 1의 A-A선 단면도이다.
도 7은 상기 연마 헤드를 구비한 연마 장치의 일 실시 형태를 도시하는 모식도이다.
도 8은 기판 보유 지지부의 상세를 도시하는 모식도이다.
도 9는 도 8에 도시하는 롤러 회전 기구를 도시하는 평면도이다.
도 10은 도 9의 B-B선 단면도이다.
도 11은 롤러의 상부의 확대도이다.
도 12는 연마 테이프의 일례를 도시하는 모식도이다.
도 13은 연마 헤드의 배치를 도시하는 평면도이다.
도 14는 복수의 연마 헤드를 구비한 연마 장치를 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 연마 테이프를 기판의 일례인 웨이퍼의 표면에 압박하기 위한 연마 헤드를 도시하는 단면도이다. 연마 헤드(10)는 연마구의 일례인 연마 테이프(3)를 지지하기 위한 연마구 압박 부재(12)와, 연마구 압박 부재(12)에 연결된 가동축(15)과, 가동축(15)을 내부에 수용하는 하우징(18)과, 가동축(15)의 단부와 하우징(18) 사이에 압력실(20)을 형성하는 격벽막(다이어프램)(25)을 구비한다. 연마구 압박 부재(12)는 연마 테이프(3)의 진행 방향에 대하여 비스듬히 기울어진 연마 블레이드(27)를 갖고 있다. 연마 테이프(3)의 이면은 연마 블레이드(27)에 의해 지지된다. 연마 테이프(3)의 이면은 지립을 갖는 연마면과는 반대측의 면이다. 연마 블레이드(27)는 PEEK(폴리에테르에테르케톤) 등의 수지 재료로 구성할 수 있다.
가동축(15)은 그 축방향으로 하우징(18) 내에서 이동 가능하게 되어 있다. 본 실시 형태에서는, 가동축(15)은 볼 스플라인축으로 구성되어 있다. 하우징(18) 내에는 볼 스플라인 너트(30)가 배치되어 있고, 가동축(15)은 볼 스플라인 너트(30)에 의해 연직 방향으로 이동 가능하게 지지되어 있다. 일 실시 형태에서는, 가동축(15)은 하우징(18)의 내면에 이동 가능하게 지지되어도 된다.
하우징(18)은 가동축(15)이 수용되는 공간이 내부에 형성된 하우징 본체(18A)와, 상기 공간을 막는 덮개(18B)를 구비하고 있다. 덮개(18B)는 나사(31)에 의해 하우징 본체(18A)에 착탈 가능하게 고정되어 있다. 격벽막(25)의 에지는 하우징 본체(18A)와 덮개(18B) 사이에 놓여져 있다. 덮개(18B)를 하우징 본체(18A)로부터 떼어내면, 격벽막(25)을 하우징(18)으로부터 떼어낼 수 있다. 압력실(20)은 격벽막(25)과 하우징(18)의 내면에 의해 형성되어 있다. 보다 구체적으로는, 압력실(20)은 격벽막(25)과 덮개(18B)의 내면에 의해 형성되어 있다. 하우징(18)의 덮개(18B)에는 압력실(20)에 연통하는 압축 기체 유로(33)가 형성되어 있다. 이 압축 기체 유로(33)는 압력 레귤레이터(36) 및 전환 밸브(35)를 경유하여 압축 기체 공급원(38)에 접속되어 있다. 전환 밸브(35)는 압축 기체 유로(33)를 압축 기체 공급원(38) 또는 대기에 선택적으로 연통시키는 밸브이다. 전환 밸브(35)로서는 삼방 밸브를 사용할 수 있다. 압축 기체 공급원(38)은 펌프, 또는 공장에 미리 설치되어 있는 유틸리티로서의 압축 기체 공급 라인으로 할 수 있다.
도 2는 격벽막(25)의 단면도이다. 격벽막(25)은 가동축(15)의 단부(하단)에 접촉하는 중앙부(25a)와, 중앙부(25a)에 접속되어, 가동축(15)의 측면을 따라 연장되는 내벽부(25b)와, 내벽부(25b)에 접속되어, 만곡된 단면을 갖는 폴딩부(25c)와, 폴딩부(25c)에 접속되어, 내벽부(25b)의 외측에 위치하는 외벽부(25d)를 갖고 있다. 본 실시 형태에서는, 격벽막(25)은 가동축(15)의 하부에 접촉하고 있다. 중앙부(25a)는 원형이고, 가동축(15)의 단부(하단)를 지지하고 있다. 폴딩부(25c)는 상측으로 만곡되어 있다. 내벽부(25b) 및 외벽부(25d)는 원통 형상을 갖고, 내벽부(25b)는 가동축(15)의 측면에 접촉되어 있다. 외벽부(25d)는 내벽부(25b)를 둘러싸도록 배치되어 있다.
격벽막(25)은 가동축(15)에 접촉하고 있을 뿐이고, 가동축(15)에 고정되어 있지 않다. 격벽막(25)의 에지를 구성하는 후육부(25e)는 하우징 본체(18A)와 덮개(18B) 사이에 놓여져 있다. 격벽막(25)은 유연한 재료로 형성되어 있다. 격벽막(25)을 구성하는 재료의 예로서는, 클로로프렌 고무, 불소 고무, 실리콘 고무를 들 수 있다. 내굴곡 피로성이 높은 클로로프렌 고무가 바람직하게 사용된다.
압력실(20) 내에 압축 기체가 도입되면, 도 3에 도시한 바와 같이, 압축 기체의 압력이 격벽막(25)의 중앙부(25a) 및 내벽부(25b)를 밀어올리고, 동시에 가동축(15)을 밀어올린다. 이때, 폴딩부(25c)는 그 형상을 유지하면서, 내벽부(25b)의 일부는 폴딩부(25c)의 일부가 되고, 또한 폴딩부(25c)의 일부는 외벽부(25d)의 일부가 된다. 압력실(20)을 대기 개방하면, 격벽막(25)의 중앙부(25a) 및 내벽부(25b)가 하강하고, 동시에 가동축(15)도 하강한다. 이때, 폴딩부(25c)는 그 형상을 유지하면서, 외벽부(25d)의 일부는 폴딩부(25c)의 일부가 되고, 또한 폴딩부(25c)의 일부는 내벽부(25b)의 일부가 된다. 이와 같은 격벽막(25)의 움직임에 의해, 가동축(15)은 격벽막(25)으로부터의 반력을 거의 받는 일 없이, 원활하게 상하 이동할 수 있다.
웨이퍼(W)를 연마할 때는, 전환 밸브(35)를 조작하여 압축 기체 유로(33)를 압축 기체 공급원(38)에 연통시킨다. 압축 공기 등의 압축 기체는 압축 기체 공급원(38)으로부터 압축 기체 유로(33)를 통해 압력실(20)에 공급된다. 압력실(20) 내의 압축 기체의 압력은 압력 레귤레이터(36)에 의해 제어된다. 압력실(20) 내의 압축 기체의 압력은 격벽막(25)을 통해 가동축(15)의 단부(하단)에 작용하고, 가동축(15) 및 연마구 압박 부재(12)를 상승시킨다. 도 4는 가동축(15) 및 연마구 압박 부재(12)가 상승했을 때의 도면이다. 연마구 압박 부재(12)의 연마 블레이드(27)는 연마 테이프(3)를 웨이퍼(W)의 하면에 압박할 수 있다.
웨이퍼(W)의 연마를 종료시킬 때는, 전환 밸브(35)를 조작하여 압축 기체 유로(33)를 대기에 연통시킨다. 압력실(20)은 대기 개방되고, 그 결과, 가동축(15)의 자중 및 연마 테이프(3)의 장력에 의해 가동축(15) 및 연마구 압박 부재(12)가 도 1에 도시하는 후퇴 위치까지 하강한다.
가동축(15) 및 연마구 압박 부재(12)는 격벽막(다이어프램)(25)에 의해 형성된 압력실(20) 내의 압력에 따라 이동한다. 압력실(20)은 에어 실린더보다도 작으므로, 연마 헤드(10)의 전체를 콤팩트하게 할 수 있다. 또한, 내벽부(25b), 만곡된 폴딩부(25c) 및 외벽부(25d)를 갖는 격벽막(25)은 장력이 거의 발생하지 않고 압력실(20) 내의 압력의 변화에 따라 자유롭게 변형할 수 있다. 따라서, 격벽막(25)에 접촉하는 가동축(15)은 압력실(20) 내의 압력을 직접 반영한 힘으로 눌린다. 보다 구체적으로는, 압력실(20) 내의 압력을 증가시켰을 때, 가동축(15)은 격벽막(25)으로부터의 반력을 거의 받지 않고 웨이퍼(W)를 향해 이동할 수 있다. 결과적으로, 가동축(15)에 연결된 연마구 압박 부재(12)는 정밀하게 제어된 힘으로 연마 테이프(3)를 웨이퍼(W)에 대하여 압박할 수 있다.
가동축(15)은 그 내부에 통기 구멍(40)을 갖고 있다. 통기 구멍(40)의 한쪽의 개구단(40a)은 대기에 연통하고, 통기 구멍(40)의 다른 쪽의 개구단(40b)은 가동축(15)의 측면 내에 위치하고, 또한 압력실(20)의 외측에 위치하고 있다. 보다 구체적으로는, 통기 구멍(40)의 개구단(40b)은 하우징(18)의 내면, 가동축(15)의 측면 및 격벽막(25)에 의해 형성된 공간(41)에 연통하고 있다. 이 공간(41)은 압력실(20)의 외측에 위치하고 있다. 공간(41) 내의 공기는 가동축(15)의 상승에 수반하여 통기 구멍(40)을 통해 대기에 방출된다. 통기 구멍(40)은 가동축(15)의 원활한 이동을 확보하기 위해 마련되어 있다.
압력실(20) 내에는 가동축(15)의 하우징(18)에 대한 상대적인 이동 거리를 측정하는 거리 센서(50)의 적어도 일부가 배치되어 있다. 거리 센서(50)의 전체가 압력실(20) 내에 배치되어도 된다. 본 실시 형태의 거리 센서(50)는 비접촉형의 광학식 거리 센서이다. 거리 센서(50)는 투광부 및 수광부(도시하지 않음)를 선단에 갖는 센서 헤드(51)와, 센서 헤드(51)에 투광 광섬유 케이블(52A) 및 수광 광섬유 케이블(52B)에 의해 연결된 증폭기(53)와, 증폭기(53)에 전기적으로 접속된 거리 산출기(54)를 구비하고 있다. 센서 헤드(51)는 하우징(18)의 덮개(18B)에 고정되어 있지만, 증폭기(53) 및 거리 산출기(54)는 연마 헤드(10)로부터 이격된 위치에 있다. 덮개(18B)를 하우징 본체(18A)로부터 떼어냈을 때, 센서 헤드(51)도 하우징(18)으로부터 떼어내어진다. 거리 센서(50)의 선단, 즉 센서 헤드(51)의 선단은 가동축(15)의 단부를 향해[더 구체적으로는, 가동축(15)의 단부에 접촉하는 격벽막(25)의 중앙부(25a)를 향해] 배치되어 있다.
증폭기(53)는 광을 발하는 광원(53a)과, 광의 강도를 측정하는 광강도 측정기(53b)를 갖고 있다. 증폭기(53)의 광원(53a)으로부터 발해진 광은, 투광 광섬유 케이블(52A)을 통해 센서 헤드(51)로 전달된다. 센서 헤드(51)는 격벽막(25)의 중앙부(25a)[도 1에서는 격벽막(25)의 저면]로 광을 유도하고, 격벽막(25)으로부터의 반사광을 받는다. 격벽막(25)의 저면에 센서 타깃을 고정해도 된다. 반사광은 수광 광섬유 케이블(52B)을 통해 증폭기(53)로 전달된다. 증폭기(53)의 광강도 측정기(53b)는 반사광의 강도를 측정한다. 증폭기(53)는 반사광의 강도의 측정값을 거리 산출기(54)로 보내고, 거리 산출기(54)는 반사광의 강도의 측정값을 거리로 변환한다. 거리 산출기(54)에 의해 얻어지는 거리는 미리 설정된 기준 위치와 격벽막(25)의 거리이다. 이와 같이 구성된 거리 센서(50)는 가동축(15)이 도 1에 도시하는 후퇴 위치로부터 도 4에 도시하는 연마 위치까지 이동했을 때의 이동 거리를 측정할 수 있다.
광학식 거리 센서(50)를 구성하는 요소 중, 센서 헤드(51)만이 연마 헤드(10)에 설치되어 있다. 센서 헤드(51)는 광을 조사하고, 또한 반사광을 받는 기능만을 가지므로, 센서 헤드(51) 자체는 매우 콤팩트하다. 따라서, 연마 헤드(10)의 전체의 크기를 작게 할 수 있다. 도시하지 않지만, 일 실시 형태에서는, 거리 센서(50)로서, 사이즈가 작은 것이라면, 다른 타입의 비접촉형 거리 센서, 또는 접촉형 거리 센서를 사용해도 된다.
거리 센서(50)는 거리 감시 장치(58)에 접속되어 있고, 가동축(15)의 이동 거리의 측정값은 거리 센서(50)로부터 거리 감시 장치(58)로 보내진다. 거리 감시 장치(58)는 기억 장치(HDD 또는 SSD 등) 및 처리 유닛(CPU 등)을 구비한 전용의 컴퓨터 또는 범용의 컴퓨터로 구성해도 된다. 거리 감시 장치(58)는 이동 거리의 측정값이 임계값보다도 클 때, 또는 작을 때에 경보 신호를 발하도록 구성된다. 이동 거리의 측정값이 임계값보다도 큰 것의 원인으로서는, 웨이퍼(W)가 후술하는 기판 보유 지지부에 정확하게 보유 지지되어 있지 않은 것을 생각할 수 있다. 이동 거리의 측정값이 임계값보다도 작은 경우, 연마구 압박 부재(12) 상의 연마 테이프(3)가 웨이퍼(W)에 접촉되어 있지 않다고 생각된다.
이동 거리의 측정값에 대하여 제1 임계값 및 제2 임계값을 형성해도 된다. 구체적으로는, 거리 감시 장치(58)는 이동 거리의 측정값이 제1 임계값보다도 클 때에 경보 신호를 발하고, 이동 거리의 측정값이 제2 임계값보다도 작을 때에 경보 신호를 발하도록 구성된다. 도 5는 가동축(15)의 이동 거리의 측정값에 대하여 형성된 제1 임계값 및 제2 임계값을 설명하는 그래프이다. 제1 임계값은 제2 임계값보다도 크고, 제2 임계값으로부터 제1 임계값까지의 범위는 적정한 연마 위치를 나타내고 있다.
가동축(15)이 도 1에 도시하는 후퇴 위치에 있을 때, 이동 거리의 측정값은 제2 임계값보다도 작다. 압축 기체가 압력실(20) 내에 공급되면, 가동축(15) 및 연마구 압박 부재(12)는 웨이퍼(W)를 향해 이동한다. 가동축(15)의 이동 거리의 측정값이 제2 임계값으로부터 제1 임계값까지의 범위 내에 있을 때는, 연마 테이프(3)가 웨이퍼(W)에 정확하게 접촉되어 있다고 판단된다. 가동축(15)의 이동 거리의 측정값이 제1 임계값보다도 클 때 및 압축 기체가 압력실(20) 내에 공급되어 있음에도 이동 거리의 측정값이 제2 임계값보다도 작을 때, 연마 테이프(3)가 웨이퍼(W)에 정확하게 접촉되어 있지 않다고 생각되므로, 거리 감시 장치(58)는 경보 신호를 발한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 연마구 압박 부재(12)는 유니버설 조인트(60)를 통해 가동축(15)의 상단에 연결되어 있다. 이 유니버설 조인트(60)는 연마구 압박 부재(12)가 가동축(15)에 대하여 전체 방향으로 기울어지는 것을 허용한다. 유니버설 조인트(60)는 가동축(15)과 연마구 압박 부재(12) 사이에 배치되어 있고, 또한 연마구 압박 부재(12)의 내부에 수용되어 있다. 이와 같은 배치는 연마 테이프(3)가 웨이퍼(W)에 접촉되어 있을 때에 웨이퍼(W)로부터 연마구 압박 부재(12)에 가해지는 반력에 기인하는 모멘트를 작게 할 수 있다. 결과적으로, 연마 헤드(10)의 자세를 안정시킬 수 있다.
도 6은 도 1의 A-A선 단면도이다. 유니버설 조인트(60)는 가동축(15)의 축방향에 수직인 제1 지지축(61)과, 제1 지지축(61)을 중심으로 회전 가능한 틸팅 보디(63)와, 제1 지지축(61)에 수직인 제2 지지축(65)을 갖고 있다. 제1 지지축(61)은 가동축(15)을 수직으로 관통하여 연장되어 있고, 가동축(15)에 고정되어 있다. 틸팅 보디(63)는 제1 지지축(61)에 의해 지지되고, 제1 지지축(61)을 중심으로 틸팅 가능하게 되어 있다. 틸팅 보디(63)는 그 중앙에 구멍(63a)을 갖고 있고, 가동축(15)은 구멍(63a)에 삽입되어 있다. 제2 지지축(65)은 틸팅 보디(63)에 고정되어 있고, 틸팅 보디(63)의 측면으로부터 외측으로 돌출되어 있다. 연마구 압박 부재(12)는 제2 지지축(65)이 삽입되는 구멍(67)을 갖고 있고, 연마구 압박 부재(12)는 제2 지지축(65)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 연마구 압박 부재(12)는 제2 지지축(65)을 중심으로 틸팅 가능하게 되어 있다. 또한, 연마구 압박 부재(12)는 틸팅 보디(63)와 함께 제1 지지축(61)을 중심으로 틸팅 가능하게 되어 있다.
상기 구성을 갖는 유니버설 조인트(60)는 연마구 압박 부재(12)가 전체 방향으로 기울어지는 것을 가능하게 한다. 따라서, 연마구 압박 부재(12)가 연마 테이프(3)를 웨이퍼(W)의 표면에 대하여 압박하면, 연마구 압박 부재(12)는 자동적으로 웨이퍼(W)의 표면과 평행이 된다. 연마구 압박 부재(12)를 틸팅 가능하게 지지하는 유니버설 조인트(60)는 연마 테이프(3)가 웨이퍼(W)의 표면에 균일하게 압박되는 것을 가능하게 한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 연마구 압박 부재(12)에는 스커트(71)가 고정되어 있다. 이 스커트(71)는 연마구 압박 부재(12)로부터 하방으로 연장되고, 하우징(18)의 상부를 둘러싸고 있다. 본 실시 형태에서는 스커트(71)는 원통형이지만, 하우징(18)의 상부를 둘러쌀 수 있는 것이라면, 다른 형상이어도 된다. 스커트(71)는 웨이퍼(W)의 연마에 사용되는 순수 등의 연마액이 유니버설 조인트(60)나 하우징(18) 내에 침입하는 것을 방지할 수 있다.
상술한 구성을 갖는 연마 헤드(10)는 그 전체가 콤팩트하므로, 웨이퍼(W)의 하방에 배치하는 것이 가능하다. 또한, 복수의 연마 헤드(10)를 웨이퍼(W)의 하방에 배치하는 것도 가능하다.
도 7은 상기 연마 헤드(10)를 구비한 연마 장치의 일 실시 형태를 도시하는 모식도이다. 도 7에 도시하는 연마 장치는 기판의 일례인 웨이퍼(W)를 보유 지지하고, 그 축심을 중심으로 하여 회전시키는 기판 보유 지지부(110)와, 연마구로서의 연마 테이프(3)를 이 기판 보유 지지부(110)에 보유 지지된 웨이퍼(W)의 제1 면(1)에 접촉시켜 웨이퍼(W)의 제1 면(1)을 연마하는 상기 연마 헤드(10)와, 연마 테이프(3)를 연마 헤드(10)에 공급하는 연마 테이프 공급 기구(141)를 구비하고 있다.
기판 보유 지지부(110)는 웨이퍼(W)의 주연부에 접촉 가능한 복수의 롤러(111)를 구비하고 있다. 연마 헤드(10)는 기판 보유 지지부(110)에 보유 지지되어 있는 웨이퍼(W)의 하측에 배치되어 있다. 도 7에서는 기판 보유 지지부(110)의 일부의 도시는 생략되어 있다.
본 실시 형태에서는, 웨이퍼(W)의 제1 면(1)은 디바이스가 형성되어 있지 않거나 또는 디바이스가 형성될 예정이 없는 웨이퍼(W)의 이면, 즉 비디바이스면이다. 제1 면(1)과는 반대측의 웨이퍼(W)의 제2 면(2)은 디바이스가 형성되어 있거나, 또는 디바이스가 형성될 예정인 면, 즉 디바이스면이다. 본 실시 형태에서는, 웨이퍼(W)는 그 제1 면(1)이 하향의 상태이고, 기판 보유 지지부(110)에 수평으로 보유 지지된다.
도 8은 기판 보유 지지부(110)의 상세를 도시하는 모식도이고, 도 9는 도 8에 도시하는 롤러 회전 기구(112)를 도시하는 평면도이다. 기판 보유 지지부(110)는 웨이퍼(W)의 주연부에 접촉 가능한 복수의 롤러(111)와, 이들 롤러(111)를 각각의 축심을 중심으로 회전시키는 롤러 회전 기구(112)를 구비하고 있다. 본 실시 형태에서는, 4개의 롤러(111)가 설치되어 있다. 5개 이상의 롤러(111)를 설치해도 된다. 웨이퍼(W)의 주연부에 접촉하고 있을 때의[즉, 웨이퍼(W)를 보유 지지하고 있을 때의] 상기 복수의 롤러(111)는 기판 보유 지지부(110)의 축심 CP로부터 동일한 거리에 있다.
롤러 회전 기구(112)는 4개의 롤러(111) 중 2개를 연결하는 제1 벨트(114A)와, 제1 벨트(114A)로 연결된 2개의 롤러(111) 중 한쪽에 연결된 제1 모터(115A)와, 제1 모터(115A)를 지지하는 제1 모터 지지체(125A)와, 제1 벨트(114A)로 연결된 2개의 롤러(111)를 회전 가능하게 지지하는 제1 롤러대(116A)와, 4개의 롤러(111) 중 다른 2개를 연결하는 제2 벨트(114B)와, 제2 벨트(114B)로 연결된 2개의 롤러(111) 중 한쪽에 연결된 제2 모터(115B)와, 제2 모터(115B)를 지지하는 제2 모터 지지체(125B)와, 제2 벨트(114B)로 연결된 2개의 롤러(111)를 베어링(124B)을 통해 회전 가능하게 지지하는 제2 롤러대(116B)를 구비한다. 제1 롤러대(116A)는 상측 제1 롤러대(117A)와, 하측 제1 롤러대(117B)를 구비하고 있다. 제1 모터(115A) 및 제1 벨트(114A)는 제1 롤러대(116A)의 하방에 배치되고, 제2 모터(115B) 및 제2 벨트(114B)는 제2 롤러대(116B)의 하방에 배치되어 있다. 제1 모터(115A)는 제1 모터 지지체(125A)를 통해 제1 롤러대(116A)에 고정되어 있다. 제2 모터(115B)는 제2 모터 지지체(125B)를 통해 제2 롤러대(116B)의 하면에 고정되어 있다.
도 10은 도 9의 B-B선 단면도이다. 도 10에 도시한 바와 같이, 제1 롤러대(116A)는 제1 벨트(114A)로 연결된 2개의 롤러(111)를 베어링(124A)(도 8 참조)을 통해 회전 가능하게 지지하는 하측 제1 롤러대(117B)와, 하측 제1 롤러대(117B)에 고정된 피봇축(117C)과, 피봇축(117C)을 베어링(124C)을 통해 회전 가능하게 지지하는 상측 제1 롤러대(117A)를 구비하고 있다. 상측 제1 롤러대(117A)와 하측 제1 롤러대(117B)는 피봇축(117C)을 통해 서로 연결되어 있다. 도 9에 도시한 바와 같이, 피봇축(117C)은 제1 벨트(114A)로 연결된 2개의 롤러(111) 사이에 위치하고 있다. 도 8에 도시한 바와 같이, 제1 모터(115A)는 제1 모터 지지체(125A)를 통해 하측 제1 롤러대(117B)의 하면에 고정되어 있다. 따라서, 제1 벨트(114A), 제1 벨트(114A)로 연결된 2개의 롤러(111), 하측 제1 롤러대(117B), 제1 모터(115A) 및 제1 모터 지지체(125A)는 일체로, 피봇축(117C)을 중심으로 회전 가능하다.
롤러 회전 기구(112)는 4개의 롤러(111)를 동일한 방향으로 동일한 속도로 회전시키도록 구성되어 있다. 웨이퍼(W)의 제1 면(1)의 연마 중, 웨이퍼(W)의 주연부는 롤러(111)에 의해 파지된다. 웨이퍼(W)는 수평으로 보유 지지되고, 롤러(111)의 회전에 의해 웨이퍼(W)는 그 축심을 중심으로 회전된다. 웨이퍼(W)의 제1 면(1)의 연마 중, 4개의 롤러(111)는 각각의 축심을 중심으로 회전하지만, 롤러(111) 자체의 위치는 정지하고 있다.
4개의 롤러(111)의 하부에는 풀리(122)가 각각 고정되어 있다. 제1 벨트(114A)는 4개의 롤러(111) 중 2개에 고정된 풀리(122)에 걸리고, 제2 벨트(114B)는 다른 2개의 롤러(111)에 고정된 풀리(122)에 걸려 있다. 제1 모터(115A) 및 제2 모터(115B)는 동일한 속도로 동일한 방향으로 회전하도록 구성되어 있다. 따라서, 4개의 롤러(111)는 동일한 속도로 동일한 방향으로 회전할 수 있다.
도 9에 도시한 바와 같이, 롤러 회전 기구(112)는 제1 롤러대(116A)의 상측 제1 롤러대(117A)에 연결된 제1 액추에이터(118A)와, 제2 롤러대(116B)에 연결된 제2 액추에이터(118B)를 더 구비하고 있다. 제1 액추에이터(118A)는 제1 롤러대(116A)에 지지되어 있는 2개의 롤러(111)를 화살표로 나타낸 바와 같이 수평 방향으로 이동시킨다. 마찬가지로, 제2 액추에이터(118B)는 제2 롤러대(116B)에 지지되어 있는 다른 2개의 롤러(111)를 화살표로 나타낸 바와 같이 수평 방향으로 이동시킨다. 즉, 제1 액추에이터(118A) 및 제2 액추에이터(118B)는 2조의 롤러(111)[본 실시 형태에서는 각 조는 2개의 롤러(111)로 이루어짐]를 서로 가까워지는 방향 및 이격되는 방향으로 이동시키도록 구성되어 있다. 제1 액추에이터(118A) 및 제2 액추에이터(118B)는 에어 실린더 또는 모터 구동형 액추에이터 등으로 구성할 수 있다. 도 8 및 도 9에 도시하는 실시 형태에서는, 제1 액추에이터(118A) 및 제2 액추에이터(118B)는 에어 실린더로 구성되어 있다. 제1 액추에이터(118A) 및 제2 액추에이터(118B)는 베이스 플레이트(123)의 하면에 고정되어 있다.
롤러(111)는 베이스 플레이트(123)를 관통하여 상방으로 연장되어 있다. 베이스 플레이트(123)의 하면에는 제1 직동 가이드(126A) 및 제2 직동 가이드(126B)가 고정되어 있다. 제1 직동 가이드(126A)의 가동부는 상측 제1 롤러대(117A)에 연결되어 있고, 제2 직동 가이드(126B)의 가동부는 제2 롤러대(116B)에 연결되어 있다. 2개의 직동 가이드(126A, 126B)는 롤러(111)의 움직임을 수평 방향으로의 직선 운동으로 제한한다.
2조의 롤러(111)가 서로 근접하는 방향으로 이동하면, 웨이퍼(W)는 4개의 롤러(111)에 의해 보유 지지된다. 4개의 롤러(111) 중 2개는 피봇축(117C)의 주위를 회전 가능하므로, 4개의 롤러(111)가 웨이퍼(W)를 보유 지지하고 있을 때, 상기 2개의 롤러(111)의 위치가 자동적으로 조정된다. 2조의 롤러(111)가 서로 이격되는 방향으로 이동하면, 웨이퍼(W)는 4개의 롤러(111)로부터 해방된다. 본 실시 형태에서는, 기판 보유 지지부(110)의 축심 CP의 주위에 배열된 4개의 롤러(111)가 설치되어 있지만, 롤러(111)의 수는 4개에 한정되지 않는다. 예를 들어, 3개의 롤러(111)를 120도의 각도로 등간격으로 축심 CP의 주위에 배열하고, 각각의 롤러(111)에 대하여, 액추에이터를 1개씩 설치하도록 해도 된다. 일 실시 형태에서는, 3개의 롤러(111)를 120도의 각도로 등간격으로 축심 CP의 주위에 배열하고, 3개의 롤러(111) 중 2개를 제1 벨트(114A)로 연결하고, 제1 벨트(114A)로 연결된 2개의 롤러(111)와, 제1 벨트(114A)로 연결되어 있지 않은 롤러(111)에 대하여, 액추에이터를 1개씩 설치해도 된다.
도 11은 롤러(111)의 상부의 확대도이다. 롤러(111)는 웨이퍼(W)의 주연부에 접촉 가능한 원통형의 기판 보유 지지면(111a)과, 기판 보유 지지면(111a)에 접속되고, 또한 기판 보유 지지면(111a)으로부터 하방으로 경사지는 테이퍼면(111b)을 갖고 있다. 테이퍼면(111b)은 원뿔대 형상을 갖고 있고, 기판 보유 지지면(111a)보다도 큰 직경을 갖고 있다. 웨이퍼(W)는 먼저, 도시하지 않은 반송 장치에 의해 테이퍼면(111b) 상에 적재되고, 그 후 롤러(111)가 웨이퍼(W)를 향해 이동함으로써 웨이퍼(W)의 주연부가 기판 보유 지지면(111a)에 보유 지지된다. 롤러(111)가 웨이퍼(W)를 해방할 때는, 롤러(111)가 웨이퍼(W)로부터 이격되는 방향으로 이동함으로써, 웨이퍼(W)의 주연부가 기판 보유 지지면(111a)으로부터 이격되고, 테이퍼면(111b)에 지지된다(도 11의 점선 참조). 도시하지 않은 반송 장치는 테이퍼면(111b) 상의 웨이퍼(W)를 취출할 수 있다.
도 7에 도시한 바와 같이, 기판 보유 지지부(110)에 보유 지지된 웨이퍼(W)의 하방에는 웨이퍼(W)의 제1 면(1)에 린스액(예를 들어, 순수 또는 알칼리성의 약액)을 공급하는 린스액 공급 노즐(127)이 배치되어 있다. 이 린스액 공급 노즐(127)은 도시하지 않은 린스액 공급원에 접속되어 있다. 린스액 공급 노즐(127)은 웨이퍼(W)의 제1 면(1)의 중심 O1을 향해 배치되어 있다. 린스액은 린스액 공급 노즐(127)로부터 웨이퍼(W)의 제1 면(1)에 공급되고, 원심력에 의해 린스액은 웨이퍼(W)의 제1 면(1) 상을 퍼진다. 린스액은 웨이퍼(W)의 제1 면(1) 상을 반경 방향 외측으로 흐르고, 이에 의해 연마 칩을 웨이퍼(W)의 제1 면(1)으로부터 제거할 수 있다.
기판 보유 지지부(110)에 보유 지지된 웨이퍼(W)의 상방에는 웨이퍼(W)의 제2 면(2)에 보호액(예를 들어, 순수)을 공급하는 보호액 공급 노즐(128)이 배치되어 있다. 보호액 공급 노즐(128)은 도시하지 않은 보호액 공급원에 접속되어 있다. 보호액 공급 노즐(128)은 웨이퍼(W)의 제2 면(2)의 중심을 향해 배치되어 있다. 보호액은 보호액 공급 노즐(128)로부터 웨이퍼(W)의 제2 면(2)의 중심에 공급되고, 원심력에 의해 보호액은 웨이퍼(W)의 제2 면(2) 상을 퍼진다. 보호액은 웨이퍼(W)의 연마에서 발생한 연마 칩이나 이물을 포함하는 린스액이 웨이퍼(W)의 제2 면(2)으로 돌아들어가 웨이퍼(W)의 제2 면에 부착되는 것을 방지한다. 그 결과, 웨이퍼(W)의 제2 면(2)을 청정하게 유지할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 연마구로서, 지립을 표면에 갖는 연마 테이프(3)가 사용되어 있다. 도 12는 연마 테이프(3)의 일례를 도시하는 모식도이다. 도 12에 도시하는 연마 테이프(3)는 기재 테이프(4)와, 연마층(5)을 갖는다. 기재 테이프(4)의 표면은 연마층(5)으로 덮여 있다. 연마층(5)은 지립(6)과, 지립(6)을 보유 지지하는 바인더(수지)(7)를 갖는다. 연마 테이프(3)의 연마면(3a)은 연마층(5)의 노출면으로 구성되어 있다.
도 7로 돌아가, 연마 헤드(10)는 지지 부재(131)에 지지되어 있고, 지지 부재(131)는 가동 플레이트(120)에 고정되어 있다. 따라서, 연마 헤드(10)의 전체는 가동 플레이트(120)와 일체로 이동 가능하게 되어 있다. 지지 부재(131)는 도시하지 않은 통과 구멍을 갖고 있고, 연마 테이프(3)는 이 통과 구멍을 통해 연장되어 있다.
연마 테이프 공급 기구(141)는 연마 테이프(3)를 공급하는 테이프 권출 릴(143)과, 연마 테이프(3)를 회수하는 테이프 권취 릴(144)을 구비하고 있다. 테이프 권출 릴(143) 및 테이프 권취 릴(144)은 각각 텐션 모터(143a, 144a)에 연결되어 있다. 이들 텐션 모터(143a, 144a)는 릴 베이스(142)에 고정되어 있고, 소정의 토크를 테이프 권출 릴(143) 및 테이프 권취 릴(144)에 부여함으로써, 연마 테이프(3)에 소정의 텐션을 가할 수 있다. 릴 베이스(142)는 가동 플레이트(120)에 고정되어 있고, 연마 테이프 공급 기구(141)의 전체는 가동 플레이트(120)와 일체로 이동 가능하게 되어 있다.
테이프 권출 릴(143)과 테이프 권취 릴(144) 사이에는 연마 테이프(3)를 그 길이 방향으로 보내는 테이프 이송 장치(146)가 설치되어 있다. 이 테이프 이송 장치(146)는 연마 테이프(3)를 보내는 테이프 이송 롤러(148)와, 연마 테이프(3)를 테이프 이송 롤러(148)에 대하여 압박하는 닙 롤러(149)와, 테이프 이송 롤러(148)를 회전시키는 테이프 이송 모터(147)를 구비하고 있다. 연마 테이프(3)는 닙 롤러(149)와 테이프 이송 롤러(148) 사이에 놓여져 있다. 테이프 이송 모터(147)가 테이프 이송 롤러(148)를 도 7의 화살표로 나타내는 방향으로 회전시키면, 연마 테이프(3)는 테이프 권출 릴(143)로부터 연마 헤드(10)의 연마구 압박 부재(12)를 경유하여 테이프 권취 릴(144)로 보내진다. 연마 테이프(3)를 보내는 속도는 테이프 이송 모터(147)의 회전 속도를 변화시킴으로써 변경할 수 있다. 일 실시 형태에서는, 연마 테이프(3)를 보내는 방향은 도 7의 화살표로 나타내는 방향의 역방향으로 해도 된다[테이프 권출 릴(143)과 테이프 권취 릴(144)의 배치를 교체해도 됨]. 이 경우도, 테이프 이송 장치(146)는 테이프 권취 릴(144)측에 설치된다. 연마 테이프(3)는 연마 테이프(3)의 연마면(3a)이 웨이퍼(W)의 제1 면(1)을 향하도록 연마구 압박 부재(12)에 공급된다.
연마 장치는 연마 테이프(3)를 지지하는 복수의 가이드 롤러(153a, 153b, 153c, 153d)를 더 구비하고 있다. 연마 테이프(3)는 이들 가이드 롤러(153a, 153b, 153c, 153d)에 의해 연마 헤드(10)를 둘러싸도록 안내된다. 연마 헤드(10)는 연마구 압박 부재(12)에 의해 연마 테이프(3)를 그 이측으로부터 웨이퍼(W)의 제1 면(1)에 압박함으로써 웨이퍼(W)의 제1 면(1)을 연마한다. 연마 헤드(10)의 양측에 배치된 가이드 롤러(153b, 153c)는 웨이퍼(W)의 제1 면(1)과 평행한 방향으로 연마 테이프(3)가 진행되도록 연마 테이프(3)를 가이드한다.
테이프 이송 장치(146) 및 가이드 롤러(153a, 153b, 153c, 153d)는 도시하지 않은 보유 지지 부재에 고정되어 있고, 이 보유 지지 부재는 가동 플레이트(120)에 고정되어 있다.
연마 테이프(3)를 웨이퍼(W)의 제1 면(1)의 중심 O1로부터 최외부까지 접촉시키기 위해, 본 실시 형태의 연마 장치는 연마 헤드(10)를 기판 보유 지지부(110)에 대하여 상대적으로 평행 이동시키는 연마 헤드 이동 기구(191)를 구비하고 있다. 연마 헤드 이동 기구(191)는 연마 헤드(10)를 웨이퍼(W)의 제1 면(1)의 중심 O1과 제1 면(1)의 최외부 사이에서 이동시키도록 구성되어 있다.
가동 플레이트(120)의 하면에는 복수의 직동 가이드(195)가 고정되어 있고, 가동 플레이트(120)는 복수의 직동 가이드(195)에 지지되어 있다. 복수의 직동 가이드(195)는 설치면(197)에 배치되어 있다. 가동 플레이트(120)는 연마 헤드 이동 기구(191)에 의해 이동되고, 직동 가이드(195)는 가동 플레이트(120)의 움직임을 웨이퍼(W)의 반경 방향으로의 직선 운동으로 제한한다.
연마 헤드 이동 기구(191)는 볼 나사 기구(193)와, 볼 나사 기구(193)를 구동하는 모터(194)를 구비하고 있다. 모터(194)로서 서보 모터를 사용할 수 있다. 가동 플레이트(120)는 볼 나사 기구(193)의 나사축(193b)에 연결되어 있다. 연마 헤드 이동 기구(191)를 작동시키면, 연마 헤드(10), 연마 테이프 공급 기구(141), 테이프 이송 장치(146) 및 가이드 롤러(153a, 153b, 153c, 153d)는 기판 보유 지지부(110)에 대하여 상대적으로 웨이퍼(W)의 반경 방향으로 이동한다.
웨이퍼(W)의 연마 중, 연마 헤드 이동 기구(191)는 연마 헤드(10)를 웨이퍼(W)의 제1 면(1)의 중심 O1과 제1 면(1)의 최외부 사이에서 이동시킨다. 연마 헤드 이동 기구(191)는 동작 제어부(180)에 전기적으로 접속되어 있고, 연마 헤드 이동 기구(191)의 동작은 동작 제어부(180)에 의해 제어된다. 연마 헤드 이동 기구(191)가 동작하면, 연마 헤드(10), 연마 테이프 공급 기구(141), 테이프 이송 장치(146) 및 가이드 롤러(153a, 153b, 153c, 153d)는 일체로 이동한다.
웨이퍼(W)의 연마 중, 웨이퍼(W)는 롤러(111)에 의해 회전된다. 모든 롤러(111)는 각 축심을 중심으로 회전하지만, 이들 롤러(111)의 위치는 고정되어 있다. 따라서, 연마 헤드(10)가 연마 헤드 이동 기구(191)에 의해 웨이퍼(W)의 중심측으로부터 외측으로 이동해도, 롤러(111)는 연마 헤드(10)에 접촉하지 않는다. 결과적으로, 연마 테이프(3)는 최외부를 포함하는 웨이퍼(W)의 제1 면(1)의 전체를 연마하는 것이 가능해진다.
도 13은 연마 헤드(10)의 배치를 도시하는 평면도이다. 도 13에 도시한 바와 같이, 연마 블레이드(27)는 웨이퍼(W)의 반경보다도 짧다. 연마 블레이드(27)는 연마 테이프(3)의 진행 방향(화살표 C로 나타냄)에 대하여 비스듬히 연장되어 있다. 본 실시 형태에서는, 연마 테이프(3)의 진행 방향 C는 연마 테이프(3)의 길이 방향에 일치한다. 또한, 연마 블레이드(27)는 연마 테이프(3)로부터 비어져 나오지 않는 한에 있어서, 연마 테이프(3)의 전체 폭에 걸쳐서 연장되어 있다. 연마 블레이드(27)를 연마 테이프(3)의 진행 방향 C[연마 테이프(3)의 길이 방향]에 대하여 비스듬히 기울임으로써, 연마 테이프(3)의 진행 방향의 하류측[본 실시 형태의 경우, 웨이퍼(W)의 외주측]에서도 미사용의 연마 테이프(3)를 웨이퍼(W)에 접촉시킬 수 있다. 결과적으로, 연마에 의해 열화된 연마 테이프(3)가 사용되는 것에 기인하는 연마 레이트의 저하를 방지할 수 있다. 일 실시 형태에서는, 연마 블레이드(27)는 웨이퍼(W)의 반경보다도 길어도 된다. 또한, 일 실시 형태에서는, 연마 블레이드(27)를 연마 테이프(3)의 진행 방향 C에 대하여 수직으로 배치해도 된다.
이어서, 본 실시 형태의 연마 장치의 동작에 대하여 설명한다. 이하에 설명하는 연마 장치의 동작은, 도 7에 도시하는 동작 제어부(180)에 의해 제어된다. 동작 제어부(180)는 기판 보유 지지부(110), 연마 헤드(10), 연마 테이프 공급 기구(141), 테이프 이송 장치(146) 및 연마 헤드 이동 기구(191)에 전기적으로 접속되어 있다. 기판 보유 지지부(110), 린스액 공급 노즐(127), 보호액 공급 노즐(128), 연마 헤드(10), 연마 테이프 공급 기구(141), 테이프 이송 장치(146) 및 연마 헤드 이동 기구(191)의 동작은 동작 제어부(180)에 의해 제어된다. 동작 제어부(180)는 전용의 컴퓨터 또는 범용의 컴퓨터로 구성된다.
연마되는 웨이퍼(W)는 제1 면(1)이 하향의 상태에서, 기판 보유 지지부(110)의 롤러(111)에 의해 보유 지지되고, 또한 웨이퍼(W)의 축심을 중심으로 회전된다. 구체적으로는, 기판 보유 지지부(110)는 웨이퍼(W)의 제1 면(1)이 하향의 상태에서 복수의 롤러(111)를 웨이퍼(W)의 주연부에 접촉시키면서, 복수의 롤러(111)를 각각의 축심을 중심으로 회전시킴으로써, 웨이퍼(W)를 회전시킨다. 이어서, 린스액 공급 노즐(127)로부터 웨이퍼(W)의 제1 면(1)에 린스액이 공급되고, 보호액 공급 노즐(128)로부터 웨이퍼(W)의 제2 면(2)에 보호액이 공급된다. 린스액은 웨이퍼(W)의 제1 면(1) 상을 반경 방향 외측으로 흐르고, 보호액은 원심력에 의해 웨이퍼(W)의 제2 면(2)의 전체에 퍼진다.
연마 헤드 이동 기구(191)는 연마 헤드(10)를 웨이퍼(W)의 제1 면(1)의 중심 O1의 하방으로 이동시킨다. 동작 제어부(180)는 연마 테이프 공급 기구(141) 및 테이프 이송 장치(146)를 구동하고, 소정의 텐션을 가하면서 연마 테이프(3)를 그 길이 방향으로 소정의 속도로 진행시킨다. 이어서, 연마 헤드(10)는 연마 테이프(3)의 연마면(3a)을 웨이퍼(W)의 제1 면(1)에 접촉시키고, 린스액의 존재 하에서 웨이퍼(W)의 제1 면(1)의 연마를 개시한다. 또한, 연마 헤드(10)가 연마 테이프(3)로 웨이퍼(W)의 제1 면(1)을 압박하면서, 연마 헤드 이동 기구(191)는 연마 헤드(10), 연마 테이프 공급 기구(141), 가이드 롤러(153a, 153b, 153c, 153d) 및 테이프 이송 장치(146)를 웨이퍼(W)의 반경 방향 외측으로 이동시킨다. 웨이퍼(W)의 연마 중, 린스액 공급 노즐(127) 및 보호액 공급 노즐(128)은 린스액 및 보호액을 항상 웨이퍼(W)에 계속해서 공급한다.
연마 헤드(10)가 웨이퍼(W)의 제1 면(1)의 최외부에 도달했을 때, 동작 제어부(180)는 웨이퍼(W)의 연마를 종료시킨다. 구체적으로는, 연마 헤드(10)는 연마구 압박 부재(12)를 하강시켜, 연마 테이프(3)를 웨이퍼(W)의 제1 면(1)으로부터 이격시킨다. 그 후, 동작 제어부(180)는 기판 보유 지지부(110), 린스액 공급 노즐(127), 보호액 공급 노즐(128), 연마 테이프 공급 기구(141) 및 테이프 이송 장치(146)의 동작을 정지시켜, 웨이퍼(W)의 연마를 종료한다.
일 실시 형태에서는, 연마 헤드 이동 기구(191)는 연마 헤드(10)를 웨이퍼(W)의 제1 면(1)의 최외부와 중심 O1 사이에서 왕복시켜도 된다.
일 실시 형태에서는, 연마구는 연마 테이프(3) 대신에, 지석 등의 고정 지립이어도 된다. 이 경우, 고정 지립은 연마구 압박 부재(12)의 표면에 고정되어도 된다. 연마 헤드(10)는 고정 지립을 웨이퍼(W)의 제1 면(1)에 접촉시켜 웨이퍼(W)의 제1 면(1)을 연마할 수 있다.
연마 헤드(10)는 콤팩트하므로, 도 14에 도시한 바와 같이 웨이퍼(W)의 하방에 복수의 연마 헤드(10)를 배치하는 것도 가능하다. 이 경우, 연마 헤드 이동 기구(191)는 생략해도 된다.
상술한 실시 형태는, 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 자가 본 발명을 실시할 수 있는 것을 목적으로 하여 기재된 것이다. 상기 실시 형태의 다양한 변형예는 당업자라면 당연히 이룰 수 있는 것이고, 본 발명의 기술적 사상은 다른 실시 형태에도 적용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 기재된 실시 형태에 한정되지 않고, 특허 청구 범위에 의해 정의되는 기술적 사상을 따른 가장 넓은 범위로 해석되는 것이다.
1 : 제1 면
2 : 제2 면
3 : 연마 테이프
4 : 기재 테이프
5 : 연마층
6 : 지립
7 : 바인더(수지)
10 : 연마 헤드
12 : 연마구 압박 부재
15 : 가동축
18 : 하우징
18A : 하우징 본체
18B : 덮개
20 : 압력실
25 : 격벽막
25a : 중앙부
25b : 내벽부
25c : 폴딩부
25d : 외벽부
25e : 후육부
27 : 연마 블레이드
30 : 볼 스플라인 너트
31 : 나사
33 : 압축 기체 유로
35 : 전환 밸브
36 : 압력 레귤레이터
38 : 압축 기체 공급원
40 : 통기 구멍
40a : 개구단
40b : 개구단
50 : 거리 센서
51 : 센서 헤드
52A : 투광 광섬유 케이블
52B : 수광 광섬유 케이블
53 : 증폭기
54 : 거리 산출기
58 : 거리 감시 장치
60 : 유니버설 조인트
61 : 제1 지지축
63 : 틸팅 보디
65 : 제2 지지축
67 : 구멍
71 : 스커트
110 : 기판 보유 지지부
111 : 롤러
112 : 롤러 회전 기구
114A : 제1 벨트
114B : 제2 벨트
115A : 제1 모터
115B : 제2 모터
116A : 제1 롤러대
116B : 제2 롤러대
117A : 상측 제1 롤러대
117B : 하측 제1 롤러대
117C : 피봇축
118A : 제1 액추에이터
118B : 제2 액추에이터
120 : 가동 플레이트
122 : 풀리
123 : 베이스 플레이트
124A : 베어링
124B : 베어링
124C : 베어링
125A : 제1 모터 지지체
125B : 제2 모터 지지체
126A : 제1 직동 가이드
126B : 제2 직동 가이드
127 : 린스액 공급 노즐
128 : 보호액 공급 노즐
131 : 지지 부재
141 : 연마 테이프 공급 기구
142 : 릴 베이스
143 : 테이프 권출 릴
143a, 144a : 텐션 모터
144 : 테이프 권취 릴
146 : 테이프 이송 장치
147 : 테이프 이송 모터
148 : 테이프 이송 롤러
149 : 닙 롤러
153a, 153b, 153c, 153d : 가이드 롤러
191 : 연마 헤드 이동 기구
193 : 볼 나사 기구
194 : 모터
195 : 직동 가이드

Claims (11)

  1. 연마구를 기판에 압박하기 위한 연마 헤드이며,
    상기 연마구를 지지하는 연마구 압박 부재와,
    상기 연마구 압박 부재에 연결된 가동축과,
    상기 가동축을 내부에 수용하는 하우징과,
    상기 가동축의 단부와 상기 하우징 사이에 압력실을 형성하는 격벽막을 구비하고,
    상기 격벽막은,
    상기 가동축의 단부에 접촉하는 중앙부와,
    상기 중앙부에 접속되어, 상기 가동축의 측면을 따라 연장되는 내벽부와,
    상기 내벽부에 접속되어, 만곡된 단면을 갖는 폴딩부와,
    상기 폴딩부에 접속되어, 상기 내벽부의 외측에 위치하는 외벽부를 갖고,
    상기 가동축은 그 내부에 통기 구멍을 갖고 있고,
    상기 통기 구멍의 한쪽의 개구단은 대기에 연통하고,
    상기 통기 구멍의 다른 쪽의 개구단은 상기 가동축의 측면 내에 위치하고, 또한 상기 압력실의 외측에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 연마 헤드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연마구 압박 부재와 상기 가동축 사이에 배치된 유니버설 조인트를 더 구비한 것을 특징으로 하는 연마 헤드.
  3. 제2항에 있어서, 상기 유니버설 조인트는 상기 연마구 압박 부재의 내부에 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 연마 헤드.
  4. 연마구를 기판에 압박하기 위한 연마 헤드이며,
    상기 연마구를 지지하는 연마구 압박 부재와,
    상기 연마구 압박 부재에 연결된 가동축과,
    상기 가동축을 내부에 수용하는 하우징과,
    상기 가동축의 단부와 상기 하우징 사이에 압력실을 형성하는 격벽막과,
    상기 연마구 압박 부재와 상기 가동축 사이에 배치된 유니버설 조인트를 구비하고,
    상기 격벽막은,
    상기 가동축의 단부에 접촉하는 중앙부와,
    상기 중앙부에 접속되어, 상기 가동축의 측면을 따라 연장되는 내벽부와,
    상기 내벽부에 접속되어, 만곡된 단면을 갖는 폴딩부와,
    상기 폴딩부에 접속되어, 상기 내벽부의 외측에 위치하는 외벽부를 갖고,
    상기 유니버설 조인트는,
    상기 가동축의 축방향에 수직인 제1 지지축과,
    상기 제1 지지축에 지지되어, 상기 제1 지지축을 중심으로 회전 가능한 틸팅 보디와,
    상기 틸팅 보디에 고정되어, 상기 제1 지지축에 수직인 제2 지지축을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 연마 헤드.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가동축의 상기 단부를 향해 배치되고, 상기 가동축의 상기 하우징에 대한 상대적인 이동 거리를 측정하는 거리 센서를 더 구비한 것을 특징으로 하는 연마 헤드.
  6. 제5항에 있어서, 상기 거리 센서는 광학식 거리 센서인 것을 특징으로 하는 연마 헤드.
  7. 연마구를 기판에 압박하기 위한 연마 헤드이며,
    상기 연마구를 지지하는 연마구 압박 부재와,
    상기 연마구 압박 부재에 연결된 가동축과,
    상기 가동축을 내부에 수용하는 하우징과,
    상기 가동축의 단부와 상기 하우징 사이에 압력실을 형성하는 격벽막과,
    상기 가동축의 상기 단부를 향해 배치되고, 상기 가동축의 상기 하우징에 대한 상대적인 이동 거리를 측정하는 거리 센서와,
    상기 거리 센서로부터 보내지는 상기 이동 거리의 측정값이 임계값보다도 클 때, 또는 작을 때에 경보 신호를 발하는 거리 감시 장치를 구비하고,
    상기 격벽막은,
    상기 가동축의 단부에 접촉하는 중앙부와,
    상기 중앙부에 접속되어, 상기 가동축의 측면을 따라 연장되는 내벽부와,
    상기 내벽부에 접속되어, 만곡된 단면을 갖는 폴딩부와,
    상기 폴딩부에 접속되어, 상기 내벽부의 외측에 위치하는 외벽부를 갖는 것을 특징으로 하는 연마 헤드.
  8. 기판을 보유 지지하는 기판 보유 지지부와,
    상기 기판을 연마하기 위한 연마 헤드를 구비하고,
    상기 연마 헤드는 제1항, 제4항 및 제7항 중 어느 한 항에 기재된 연마 헤드인 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  9. 연마구를 기판에 압박하기 위한 연마 헤드이며,
    상기 연마구를 지지하는 연마구 압박 부재와,
    상기 연마구 압박 부재에 연결된 가동축과,
    상기 가동축을 내부에 수용하는 하우징과,
    상기 가동축의 단부와 상기 하우징 사이에 압력실을 형성하는 격벽막과,
    상기 가동축의 상기 단부를 향해 배치되고, 상기 가동축의 상기 하우징에 대한 상대적인 이동 거리를 측정하는 거리 센서와,
    센서 타깃을 구비하고,
    상기 격벽막은,
    상기 가동축의 단부에 접촉하는 중앙부와,
    상기 중앙부에 접속되어, 상기 가동축의 측면을 따라 연장되는 내벽부와,
    상기 내벽부에 접속되어, 만곡된 단면을 갖는 폴딩부와,
    상기 폴딩부에 접속되어, 상기 내벽부의 외측에 위치하는 외벽부를 갖고,
    상기 센서 타깃은, 상기 격벽막의 상기 중앙부에 고정되어 있고,
    상기 거리 센서는, 상기 센서 타깃을 향하여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 연마 헤드.
  10. 제9항에 있어서, 상기 하우징은, 상기 가동축이 수용되는 공간이 내부에 형성된 하우징 본체와, 상기 공간을 막는 덮개를 구비하고 있고,
    상기 거리 센서는, 투광부 및 수광부를 선단에 갖는 센서 헤드와, 투광 광섬유 케이블 및 수광 광섬유 케이블에 의해 상기 센서 헤드에 연결된 증폭기와, 상기 증폭기에 전기적으로 접속된 거리 산출기를 구비하고 있고,
    상기 센서 헤드는, 상기 하우징의 상기 덮개에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 연마 헤드.
  11. 기판을 보유 지지하는 기판 보유 지지부와,
    상기 기판을 연마하기 위한 연마 헤드를 구비하고,
    상기 연마 헤드는, 제9항 또는 제10항에 기재된 연마 헤드인 것을 특징으로 하는 연마 장치.
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