CN102284910A - 研磨垫的修整方法和修整装置 - Google Patents

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Abstract

研磨垫的修整方法和修整装置。本发明的方法能够稳定研磨速度，减少进行修整操作的次数，提高工作效率，延长研磨垫的寿命。一种通过使用磨石来修整研磨垫的方法，该研磨垫已经用于通过将工件按压到固定于研磨板的研磨垫并且向研磨垫供给研磨液来研磨工件的表面，该方法包括如下步骤：通过向研磨垫供给高压清洗水来清洗研磨垫；通过在进行清洗步骤的同时使修整磨石在研磨垫的径向上沿着研磨垫的表面轮廓移动来修整研磨垫。

Description

研磨垫的修整方法和修整装置
技术领域
本发明涉及一种研磨垫(polishing pad)的修整(dressing)方法和修整装置。
背景技术
通过如下步骤研磨例如半导体晶圆等工件：将待研磨工件的表面按压到附着于研磨板的研磨垫的表面上；在向研磨垫供给研磨液(slurry)的状态下使研磨板转动。
在完成研磨操作之后，研磨垫包括所产生的灰尘和研磨液，由此使研磨速度降低。从而，每当进行了一批研磨操作后向研磨垫喷射高压水，以清洗研磨垫(参见日本特开平7-9340号公报)。即使每当进行了一批研磨操作后清洗研磨垫，在进行了大约七批研磨操作之后，研磨垫的表面也会以具有凹凸部的波状形式变形。因此，研磨垫的表面的平坦度降低，因此研磨速度必定降低。
为了解决该问题，例如，在进行大约七批研磨操作之后从研磨装置拆下工件承载件并且代替地安装修整承载件。在修整承载件的四个通孔中相应地容纳四个环状的整平磨石(flattening grind stone)，由整平磨石磨削(grind)上研磨板的研磨垫和下研磨板的研磨垫，以使研磨垫的表面平坦化。四个整平磨石中的两个整平磨石磨削下研磨板的研磨垫；其余的整平磨石磨削上研磨板的研磨垫。
然而，即使在进行了大约七批研磨操作之后通过喷射高压水来清洗研磨垫，在进行各批研磨操作时也会在研磨垫的表面逐渐形成凹凸部。因此，研磨速度必定降低。通过在进行了七批研磨操作之后利用整平磨石磨削研磨垫的表面，可以提高研磨速度。然而，研磨速度是不稳定的。由此，必须根据研磨时间来调整研磨速度，因此，难以精确地控制对研磨工件的研磨操作。此外，在进行了七批研磨操作之后，需要花费15-20分钟的时间安装修整承载件来代替工件承载件并且修整研磨垫，因此，工作效率必定降低。此外，每当进行了七批研磨操作后由整平磨石来磨削研磨垫的表面，因此，研磨垫的寿命必定缩短。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种能解决传统技术的上述问题的研磨垫的修整方法和修整装置。即，本发明的方法和装置能够稳定研磨速度，减少进行修整操作的次数，提高工作效率并且延长研磨垫的寿命。
为了实现上述目的，本发明具有如下结构。
即，一种通过使用磨石来修整研磨垫的方法，所述研磨垫已经用于通过将工件按压到固定于研磨板的所述研磨垫并且向所述研磨垫供给研磨液来研磨工件的表面，包括步骤：
通过向所述研磨垫供给高压清洗水来清洗所述研磨垫的清洗步骤；和
通过在进行所述清洗步骤的同时使修整磨石在所述研磨垫的径向上沿着所述研磨垫的表面轮廓移动来修整所述研磨垫的修整步骤。
优选地，在完成一批研磨操作之后进行所述修整步骤和所述清洗步骤。
例如，所述方法还包括如下整平步骤：在完成了多批研磨操作之后，使用整平磨石来整平所述研磨垫。
另一方面，一种通过使用磨石来修整研磨垫的装置，所述研磨垫已经用于通过将工件按压到固定于研磨板的所述研磨垫并且向所述研磨垫供给研磨液来研磨工件的表面，包括：
清洗单元，其包括第一移动构件和喷嘴，所述第一移动构件能够在所述研磨垫的径向上移动，所述喷嘴被设置于所述第一移动构件并且能够朝向所述研磨垫喷射高压清洗水；
修整单元，其包括第二移动构件和修整磨石，所述第二移动构件能够在所述研磨垫的径向上移动，所述修整磨石被设置于所述第二移动构件并且能够跟随所述研磨垫的表面轮廓以修整所述研磨垫；以及
控制单元，其用于控制所述清洗单元和所述修整单元，以在所述修整单元修整所述研磨垫的同时使所述清洗单元清洗所述研磨垫。。
优选地，共用移动构件用作所述第一移动构件和所述第二移动构件。利用该结构，可以使装置小型化。
此外，所述喷嘴和所述修整磨石均被设置于所述移动构件的上部和下部，以同时修整和清洗上研磨板的研磨垫和下研磨板的研磨垫。利用该结构，可以同时修整和清洗上研磨板的研磨垫和下研磨板的研磨垫。
在本发明中，可以以稳定的研磨速度进行各批研磨操作，可以精确地研磨工件，可以减少利用整平磨石修整研磨垫的次数，可以提高工作效率，并且可以延长研磨垫的寿命。
附图说明
现在将借助于示例并且参照附图说明本发明的实施方式，其中：
图1是本发明的实施方式的研磨装置和修整装置的部分平面图；
图2是研磨装置和修整装置的部分主视图；
图3是共用移动构件的主视图；
图4是共用移动构件的侧视图；
图5是用于使共用移动构件直线移动的机构的平面图；
图6是修整磨石的支撑部的侧视图；
图7是修整磨石的支撑部的主视图；
图8是示出由本实施方式的修整装置修整的研磨垫的研磨速度和由传统装置修整的研磨垫的研磨速度的图；
图9是示出由本实施方式的修整装置所修整的研磨垫研磨的工件的平坦度和由传统装置所修整的研磨垫研磨的工件的平坦度的图；
图10是控制单元的方框图；
图11是研磨垫的整平步骤的说明图，其中，使用修整承载件来代替承载件，并且由整平磨石整平研磨垫。
具体实施方式
现在将参照附图详细地说明本发明的优选实施方式。
图1是涉及本发明的两面研磨装置10和研磨垫修整装置12的部分平面图，图2是两面研磨装置10和研磨垫修整装置12的部分主视图。
两面研磨装置10包括：下研磨板14，其具有附着有由例如聚氨酯构成的研磨垫(未示出)的上表面；上研磨板15，其具有附着有研磨垫(未示出)的下表面；太阳齿轮16，其由滚销齿轮(pin gear)构成；内啮合齿轮(internal gear)17，其由滚销齿轮构成；和承载件18，其与太阳齿轮16和内啮合齿轮17啮合。
各承载件18均具有通孔19，在各通孔19中将容纳例如半导体晶圆等待研磨工件。通过使太阳齿轮16和内啮合齿轮17转动，承载件18在绕其自身的轴线旋转的状态下绕太阳齿轮16移动。在研磨工件时，下研磨板14和上研磨板15以相同的速度沿相反的转动方向转动。
两面研磨装置10还包括：用于使下研磨板14、上研磨板15、太阳齿轮16和内啮合齿轮17转动的机构；用于使上研磨板15上下移动的机构；和用于向下研磨板14的研磨垫供给研磨液的机构。注意，这些机构是已知的机构，因此，在图中没有示出也未说明这些机构。
将说明工件的研磨操作。
将待研磨工件(未示出)分别容纳在承载件18的通孔19中。使上研磨板15向下移动直到工件被夹在下研磨板14和上研磨板15之间。在该状态下，使承载件18在绕其自身的轴线旋转的状态下绕太阳齿轮16移动，并且供给研磨液。通过使下研磨板14和上研磨板15转动，可以研磨各工件的两个面。
接着，将说明用于修整研磨垫的修整装置12。
如图3和图4所示，修整装置12包括：清洗单元24；修整单元28；和控制单元60(图10)。各清洗单元24包括：共用移动构件20，其能够在研磨垫的径向上移动；和喷嘴22，其被设置于共用移动构件20并且能够朝向研磨垫喷射高压清洗水。各修整单元28包括：共用移动构件20；修整磨石26，其被设置于共用移动构件20并且能够跟随(follow)研磨垫的表面轮廓以修整研磨垫。控制单元60控制清洗单元24和修整单元28，使得在清洗单元24清洗研磨垫的同时修整单元28修整研磨垫。
如图1、图2和图5所示，共用移动构件20被固定到中空轴30的前端。中空轴30的后端被轴承31保持并且被可转动地安装到行进构件32。中空轴30可以绕其轴线转动。定时齿轮33被固定到中空轴30。定时带36与定时齿轮33和设置于转动致动器34的转轴的定时齿轮35接合。转动致动器34被气动驱动单元驱动。
中空轴30可以绕其轴线在水平面中在90度的转动范围内沿两个转动方向转动。利用该结构，被固定到中空轴30的前端的共用移动构件20也在水平面中在90度的转动范围内转动。喷嘴22和修整磨石26被固定到共用移动构件20。在使用状态中，包括喷嘴22和修整磨石26的共用移动构件20处于竖直伸长状态。如果共用移动构件20处于竖直伸长状态，则当共用移动构件20从研磨板14和15的外侧位置向研磨板14和15之间的位置移动时，共用移动构件20与内啮合齿轮17的滚销齿轮干涉。为了避免这种干涉，共用移动构件20与中空轴30一起绕轴线转动90度，使得共用移动构件20处于水平伸长状态。在该状态下，可以使共用移动构件20移动到研磨板14和15之间的位置。
如图5所示，行进构件32能够沿着导轨38朝向研磨装置10移动以及远离研磨装置10移动。滚珠丝杆(ball screw)40与行进构件32螺纹接合。通过由马达41使滚珠丝杆40转动，行进构件32沿着导轨38移动。
接着，将参照图3和图4说明清洗单元24和修整单元28。
喷嘴22和修整磨石26分别被设置到共用移动构件20的上部和下部。高压管23被插入到中空轴30中并且被连接到喷嘴22。可以从喷嘴22喷射例如压力为3-15MPa的高压水。在本实施方式中，采用上喷嘴和下喷嘴，但是，喷嘴的数量不受限制。此外，可以在喷嘴22的周围设置能够防止高压水飞溅的刷(未示出)。
优选地，喷嘴22和修整磨石26被适当地配置于共用移动构件20，使得在进行研磨垫的清洗操作之前进行研磨垫的修整操作。
在本实施方式中，如图6和图7所示，修整磨石26被形成为具有矩形截面形状的方柱，修整磨石26的四个侧面可以用作磨削面(grinding surface)。金刚石磨粒(diamond abrasive grain)被电沉积于磨削面。
修整磨石26的端部通过螺钉被连接到U形保持件43(参见图7)。通过改变修整磨石26相对于保持件43的连接端部，修整磨石26的侧面可以顺次用作磨削面。
注意，在本实施方式中，形成为方柱的修整磨石26的各面之间的角部被圆角化从而不与研磨垫接合，但是，修整磨石26的形状不限于本实施方式。
两个支撑棒44被固定到保持件43。支撑棒43贯穿支撑基部45，并且支撑棒44的端部从支撑基部45突出。止动板46通过螺钉被固定到支撑棒44的突出端部。分别覆盖支撑棒44的螺旋弹簧47被设置在保持件43和支撑基部45之间。利用该结构，总是对修整磨石26施加使修整磨石26远离支撑基部45的偏压。
如图3和图4所示，在形成为方柱的修整磨石26与中空轴30平行的状态下，各支撑基部45被设置于共用移动构件20。
各支撑基部45被安装到共用移动构件20的侧壁板20a和20b，支撑基部45的各侧均通过两个螺钉50a和50b分别被连接到各侧壁板20a和20b。支撑基部45可在与图3的纸面平行的方向上、即在与形成为方柱的修整磨石26的长度方向平行的方向上在规定范围内倾斜。利用该结构，形成为方柱且长度为几厘米的修整磨石26能够以跟随研磨垫的表面轮廓、即凹凸部的方式倾斜。
注意，侧壁板20a和20b的分别供螺钉50a贯通的通孔(未示出)是长的通孔，使得支撑基部45的可倾斜范围由长的通孔限定。
上面已经说明了修整装置12的结构。接着，将说明由修整装置12进行的修整步骤。
在完成研磨操作后，使上研磨板15向上移动，并且从承载件18取出研磨后的工件。承载件18不必从研磨装置10取出。
接着，通过驱动转动致动器34使中空轴30转动，以使共用移动构件20处于水平伸长状态。
然后，驱动马达41，以使行进构件32沿着导轨38移动直至到达研磨板14和15之间的位置。
此时，共用移动构件20处于水平伸长状态，因此，可以将共用移动构件平稳地移动到研磨板14和15之间的位置。注意，共用移动构件20通过承载件18之间的空间在研磨垫上移动(参见图1)。即，在完成研磨操作之后，承载件18的位置被调整到所示出的位置。
接着，通过驱动转动致动器34使中空轴30转动到初始状态，以使共用移动构件处于竖直伸长状态。
接着，使上研磨板15向下移动，以将研磨板14和15的研磨垫按压到修整磨石26上。
由螺旋弹簧47对修整磨石26的施压，以使修整磨石26从支撑基部45突出。通过将研磨板14和15的研磨垫按压到修整磨石26上，修整磨石26抵抗螺旋弹簧47的弹性而向内移动，使得支撑棒44被压入支撑基部45中。利用该动作，被压缩的螺旋弹簧47总是对修整磨石26施压，使得修整磨石26以恒定的力与研磨垫接触。
在该状态下，开始修整步骤。
控制单元60控制各单元和各机构，使得从喷嘴22朝向研磨垫喷射高压水，使研磨板14和15沿相反的方向转动并且驱动马达41以使中空轴30移动。利用该控制，使修整磨石26沿研磨垫的径向方向在研磨垫上移动，然后同时进行研磨垫的修整操作和清洗操作。由于修整磨石26可相对于共用移动构件20倾斜，因此，修整磨石26能够跟随研磨垫的表面轮廓。
在上游侧，由修整磨石26修整研磨垫，在下游侧，朝向修整后的研磨垫喷射高压水。因此，可以同时进行研磨垫的修整操作和清洗操作。
优选地，共用移动构件20在研磨垫上往复移动数次，从而均一地清洗和修整研磨垫的整个表面。
修整磨石26的长度是几厘米，并且修整磨石26以跟随研磨垫的表面轮廓的方式在研磨垫的径向上移动。与环状的整平磨石不同，修整磨石26接触并磨削研磨垫的整个表面，但是，修整磨石26不整平研磨垫的凹凸部。
修整磨石26以跟随研磨垫的表面轮廓的方式移动，以修整研磨垫的表面(即，稍微磨削表面以恢复表面)。
接着，在完成多批(例如20批)研磨操作之后，由整平磨石修整研磨垫。
图8是示出由本实施方式的修整装置修整的研磨垫的研磨速度和由传统装置修整的研磨垫的研磨速度的图。在传统装置中，每当完成一批研磨操作时，仅进行清洗操作。如图8所示，在完成几批研磨操作之后，研磨速度显著降低。因此，在传统装置中，研磨时间逐渐延长以确保工件的研磨量，在进行七批研磨操作之后拆下承载件并且用修整承载件来更换承载件。然后，必须由整平磨石来整平研磨垫的表面。
另一方面，在本实施方式的修整装置中，每当完成一批研磨操作时，进行修整步骤和清洗步骤。因此，如图8清楚示出的那样，在完成一批研磨操作之后，研磨速度没有显著降低，因此，维持了固定的研磨速度。在完成20批研磨操作之后，需要整平研磨垫。通常，整平研磨垫需要长的时间。因此，本发明可以减少整平研磨垫的次数以及提高研磨效率。研磨速度稍微变化，使得可以容易地控制工件的研磨量从而可以精确地研磨工件。此外，可以减少整平研磨垫的次数，从而可以延长研磨垫的寿命。
图9是示出由本实施方式的修整装置所修整的研磨垫研磨的工件的平坦度和由传统装置所修整的研磨垫研磨的工件的平坦度的图。如图9所示，在使用传统装置的情况下，工件的平坦度显著地变化。另一方面，在使用本实施方式的修整装置的情况下，均一地维持平坦度，因此，可以使工件的品质稳定。如图8所示，研磨垫的状态可稳定地维持，使得可以由本实施方式的装置获得研磨垫的状态被稳定地维持的效果。
图11示出了研磨垫的整平步骤。在整平步骤中，从研磨装置10拆下承载件18并且安装修整承载件61来代替承载件18。环状的整平磨石62分别被容纳在修整承载件61的通孔中。由环状的整平磨石62来磨削和整平上研磨板15的研磨垫和下研磨板14的研磨垫。可以在完成了大约20批研磨操作之后进行该整平步骤。
在上述实施方式中，清洗单元24和修整单元28被设置于共用移动构件20，但是，清洗单元24可以被设置于第一移动构件，修整单元28可以被设置于与第一移动构件分开的第二移动构件。在采用第一和第二移动构件的情况下，也同时进行修整操作和清洗操作。
在上述实施方式中，研磨装置是两面研磨装置，但是，本发明的修整装置可以用于单面研磨装置。在用于单面研磨装置的情况下，工件被保持在工件保持头的底面并且被按压到下研磨板的研磨垫上，以研磨工件的下表面。在完成研磨操作之后，由本发明的修整装置同时修整和清洗研磨垫的表面。在该情况下，不存在上研磨板，因此，必须由适当的按压机构(未示出)将修整单元按压到下研磨板。
这里提及的所有示例和条件性文字都是为了教示的目的，以帮助读者理解发明者作出的对现有技术进行改进的发明和构思，并且本发明应该被理解为不限于具体提及的示例和条件，说明书中的这些示例的组织也不是本发明的优劣性的展示。虽然已经详细说明了本发明的实施方式，但应该理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改、置换和替换。

Claims (16)

1.一种通过使用磨石来修整研磨垫的方法，所述研磨垫已经用于通过将工件按压到固定于研磨板的所述研磨垫并且向所述研磨垫供给研磨液来研磨工件的表面，所述方法包括通过向所述研磨垫供给高压清洗水来清洗所述研磨垫的清洗步骤，
所述方法的特征在于如下步骤：
通过在进行所述清洗步骤的同时使修整磨石在所述研磨垫的径向上沿着所述研磨垫的表面轮廓移动来修整所述研磨垫的修整步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
在完成一批研磨操作之后进行所述修整步骤和所述清洗步骤。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
所述方法还包括如下整平步骤：在完成了多批研磨操作之后，使用整平磨石来整平所述研磨垫。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，
所述修整磨石能以跟随所述研磨垫的表面轮廓的方式倾斜。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，
所述修整磨石形成为具有矩形截面形状的方柱，
所述修整磨石的表面被顺次用作磨削面。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，
所述方法在修整装置中进行，在所述修整装置中，所述修整磨石和用于喷射所述高压清洗水的喷嘴被设置于移动构件，
通过使所述移动构件在所述研磨垫的径向上移动来进行所述修整步骤和所述清洗步骤。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，
在所述研磨垫的移动方向上，所述修整磨石位于用于喷射所述高压清洗水的喷嘴的上游侧。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，
同时进行用于上研磨板的研磨垫和用于下研磨板的研磨垫的所述修整步骤和所述清洗步骤。
9.一种通过使用磨石来修整研磨垫的装置，所述研磨垫已经用于通过将工件按压到固定于研磨板的所述研磨垫并且向所述研磨垫供给研磨液来研磨工件的表面，
所述装置的特征在于，
所述装置包括：
清洗单元，其包括第一移动构件和喷嘴，所述第一移动构件能够在所述研磨垫的径向上移动，所述喷嘴被设置于所述第一移动构件并且能够朝向所述研磨垫喷射高压清洗水；
修整单元，其包括第二移动构件和修整磨石，所述第二移动构件能够在所述研磨垫的径向上移动，所述修整磨石被设置于所述第二移动构件并且能够跟随所述研磨垫的表面轮廓以修整所述研磨垫；以及
控制单元，其用于控制所述清洗单元和所述修整单元，以在所述修整单元修整所述研磨垫的同时使所述清洗单元清洗所述研磨垫。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，
共用移动构件用作所述第一移动构件和所述第二移动构件。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，
所述喷嘴和所述修整磨石均被设置于所述移动构件的上部和下部，以同时修整和清洗上研磨板的研磨垫和下研磨板的研磨垫。
12.根据权利要求9-11中任一项所述的装置，其特征在于，
所述喷嘴和所述修整磨石被配置于所述移动构件，使得在清洗所述研磨垫之前修整所述研磨垫。
13.根据权利要求9-12中任一项所述的装置，其特征在于，
所述装置还包括施力构件，所述施力构件用于将所述修整磨石按压到所述研磨垫。
14.根据权利要求9-13中任一项所述的装置，其特征在于，
所述修整磨石能以跟随所述研磨垫的表面轮廓的方式倾斜。
15.根据权利要求9-14中任一项所述的装置，其特征在于，
所述修整磨石被形成为具有矩形截面形状的方柱，
所述修整磨石的表面被顺次用作磨削面。
16.根据权利要求9-15中任一项所述的装置，其特征在于，
所述移动构件能够相对于水平面在90度的范围内沿两个方向转动。
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