JP2000218532A - 平面研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡素な構造を備えながら高い加工精度を備
え、占有面積が小さく、製作コストも比較的低いドレッ
シング装置を備えた平面研磨装置を提供する。 【解決手段】 ドレッシングヘッド１０は、ガイドプレ
ート１１、ダイヤモンドスティック１４、昇降機構１６
などから構成される。ガイドプレート１１は、ターンテ
ーブル２に隣接して配置され、その上面にガイド面１２
が形成されている。ガイドプレート１１の中心には、貫
通孔１３が形成され、その中にダイヤモンドスティック
１４が収容されている。ダイヤモンドスティック１４の
先端には、シングルポイントダイヤモンドツール１５が
埋め込まれている。ダイヤモンドスティック１４の後端
は、昇降機構１６に接続されている。研磨ヘッド４を用
いて、研磨工具３を回転しながらガイド面上１１で揺動
運動させることによって、シングルポイントダイヤモン
ドツール１５で研磨工具３の表面を研削する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエーハな
どの平板状の被加工物の表面を平坦に加工する際に使用
される平面研磨装置に係り、特に、平面研磨装置におい
て研磨工具の表面の形状を整える際に使用されるドレッ
シングヘッドの構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエーハの表面を平坦に加工する
装置として、ＣＭＰ装置（ケミカルメカニカルポリッシ
ング装置）が広く使用されている。

【０００３】枚葉式の一般的なＣＭＰ装置では、ウエー
ハの直径よりも２．５〜３．０倍程度、大きな直径の研
磨布が使用される。研磨布は、ターンテーブルの上面に
貼り付けられ、ウエーハは、研磨ヘッドの下面に保持さ
れる。研磨布の上に研摩剤を供給しながら、研磨ヘッド
を用いて、ウエーハを回転させるとともに研磨布に対し
て押し付け、更に、ターンテーブルの上面に平行な面内
で揺動運動させることによって、ウエーハの表面の研磨
が行われる。

【０００４】大口径のウエーハの表面を平坦に加工する
場合には、装置の大型化を避けるべく、ウエーハの直径
よりも小さな直径の研磨工具が使用される。その一例
を、図２に示す。

【０００５】図２（ｂ）に示す様に、ウエーハ１は、タ
ーンテーブル２の上面に保持される。ターンテーブル２
の上方には、ターンテーブル２と対向する様に研磨工具
３が配置される。研磨工具３の直径は、ウエーハ１の直
径と比べて小さい。図２（ａ）に示す様に、ターンテー
ブル２に隣接して、ドレッシングヘッド１０が配置され
る。

【０００６】図２（ｂ）に示す様に、研磨工具３は、研
磨ヘッド４の中心部を貫通する主軸５の下端に取り付け
られる。主軸５は、研磨ヘッド４の内部に設けられた軸
貫通式のＤＤモータ（図示せず）によって回転駆動され
る。

【０００７】研磨ヘッド４は、揺動ブラケット６の先端
部に設けられた案内面に取り付けられ、この案内面に沿
って上下方向に移動することができる。揺動ブラケット
６の先端部の上部には、エアシリンダ７が搭載されてい
る。ウエーハ１の研磨を行う際、エアシリンダ７から研
磨ヘッド４を介して研磨工具３に下向きの押し付け力が
与えられる。

【０００８】揺動ブラケット６の後端側は、ベアリング
機構を介して、コラム９の周りに支持されている。これ
によって、研磨ヘッド４は、コラム９を旋回軸にして揺
動運動を行うことができる。

【０００９】上記の装置において、ターンテーブル２を
駆動してウエーハ１を回転させた状態で、研磨工具３を
ターンテーブル２と同一方向に回転させながらウエーハ
１に対して押し付け、更に、研磨工具３をウエーハ１の
表面上で端から端まで揺動運動させることによって、ウ
エーハ１の表面の全体を平坦に加工することができる。

【００１０】ウエーハ１を研磨することにより、研磨工
具３の表面にも摩耗が生じ、その平坦度が低下する。こ
のため、研磨工具３の表面を研削してその形状を整える
べく、適宜、研磨工具３のドレッシングが行われる。

【００１１】この様なドレッシングを行うために、ター
ンテーブル２に隣接して、ドレッシングヘッド１０が設
置されている。研磨工具３は、ターンテーブル２上から
ドレッシングヘッド１０上まで旋回され、そこで、研磨
工具３のドレッシングが行われる。

【００１２】研磨工具のドレッシングを行う際には、下
記に示す各種の方法が採用されている。

【００１３】（イ）ドレッシング用工具を回転させた状
態で、研磨工具を回転させながら接触させてドレッシン
グを行う方法。

【００１４】（ロ）ドレッシング用工具を回転させた状
態で、研磨工具を回転させながら往復運動させてドレッ
シングを行う方法。

【００１５】（ハ）ドレッシング用工具を回転させなが
ら往復直線運動させ、研磨工具を定位置に保持した状態
でドレッシングを行う方法。

【００１６】（従来の平面研磨装置の問題点） （イ）ドレッシング用工具を回転させたり、場合によっ
ては往復直線運動させたりしているので、ドレッシング
用工具の回転機構あるいは往復直線運動機構が必要にな
るとともに、それらに対して高い精度が要求される。こ
のため、ドレッシング装置部分の構造が複雑になり、平
面研磨装置全体の製作コストを増大させる要因となる。

【００１７】（ロ）ドレッシング装置部分のサイズが大
型化し、平面研磨装置の中で相当大きなスペースを占有
することになる。

【００１８】（ハ）消耗品が多く、メインテナンスが容
易ではない。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の様な
従来の平面研磨装置の問題点に鑑み成されたもので、本
発明の目的は、簡素な構造を備えながら高い加工精度を
備え、占有面積が小さく、製作コストも比較的低いドレ
ッシング装置を備えた平面研磨装置を提供することにあ
る。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の平面研磨装置
は、上面に平板上の被加工物が保持されるターンテーブ
ルと、ターンテーブルに対向してその上方に配置され、
下面に研磨工具が装着され、この研磨工具を回転しなが
ら被加工物に対して押し付けるとともに、ターンテーブ
ルの上面に対して平行な平面内で揺動又は往復運動させ
る研磨ヘッドと、ターンテーブルに隣接して配置され、
研磨工具の表面を研削してその形状を整えるドレッシン
グヘッドと、を備えた平面研磨装置において、前記ドレ
ッシングヘッドは、前記ターンテーブルの上面に対して
平行なガイド面を備え、中央に貫通孔が形成されたガイ
ドプレートと、この貫通孔の中に配置され、先端にシン
グルポイントダイヤモンドツールが埋め込まれたダイヤ
モンドスティックと、このダイヤモンドスティックの上
下方向の位置を調整する昇降機構と、を備え、前記研磨
ヘッドを用いて、前記研磨工具を回転しながら前記ガイ
ド面上で揺動又は往復運動させて前記シングルポイント
ダイヤモンドツールの上を通過させることによって、前
記研磨工具の表面を研削することを特徴とする。

【００２１】本発明の平面研磨装置によれば、シングル
ポイントダイヤモンドツールのガイド面からの突き出し
量を、前記昇降機構を用いて調整しながら、ガイドプレ
ートの上面に形成されたガイド面上で研磨工具に回転、
及び揺動又は往復運動を行わせて、研磨工具のドレッシ
ングを行う。

【００２２】この様に、ドレッシングの際、研磨工具が
ガイド面に沿って揺動又は往復運動を行うので、研磨工
具の表面を高い精度で平坦に加工することができる。ま
た、ドレッシングの際、ドレッシングヘッド側を駆動す
る必要がないので、ドレッシングヘッドの構造を単純に
することができる。更に、研磨ヘッドの回転及び揺動機
構として、被加工物の研磨の際に使用される駆動機構
を、そのまま利用することができるので、それらが装置
の製作コストを増大させる要因となることはない。

【００２３】好ましくは、前記ガイドプレートとして、
そのガイド面に砥粒が埋め込まれたものを使用する。こ
れによって、前記シングルポイントダイヤモンドツール
による研削に、ガイド面によるドレッシング効果を補助
的に付け加えることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】図１に、本発明の平面研磨装置の
主要部を構成するドレッシングヘッドの構造を示す。な
お、平面研磨装置の全体的な構成は、先に従来技術の項
で図２を用いて説明したものと共通なので、その説明は
省略する。図中、３は研磨工具、１０はドレッシングヘ
ッド、１１はガイドプレート、１２はガイド面、１３は
貫通孔、１４はダイヤモンドスティック、１５はシング
ルポイントダイヤモンドツール、１６は昇降機構、を表
す。

【００２５】この例では、研磨工具３として、ツールボ
ディ３２の下面に周縁に沿って複数個のセグメント砥石
３１が埋め込まれたものを使用している。研磨剤は、ツ
ールボディ３２の下面に形成された研磨剤供給ノズル３
３から、セグメント砥石３１の研磨面に向けて吐出され
る。

【００２６】ドレッシングヘッド１０は、ガイドプレー
ト１１、ダイヤモンドスティック１４、昇降機構１６、
架台２２などから構成される。ガイドプレート１１は、
ターンテーブル２（図２（ｂ））に隣接して配置され、
ターンテーブル２と共通のベース２１上に架台２２を介
して設置されている。ガイドプレート１１の上面には、
ターンテーブル２の上面に対して平行なガイド面１２が
形成されている。ガイドプレート１１の中心には、貫通
孔１３が形成され、その中には、ダイヤモンドスティッ
ク１４が収容されている。ダイヤモンドスティック１４
の先端（上端）の高さは、ガイド面１２とほぼ同一の高
さに位置している。ダイヤモンドスティック１４の先端
には、シングルポイントダイヤモンドツール１５が埋め
込まれている。

【００２７】ダイヤモンドスティック１４の後端（下
端）は、ガイドプレート１１の下側において、昇降機構
１６に接続されている。昇降機構１６は、ネジ軸１７、
ウオーム歯車１８及びウオーム１９などから構成され
る。ウオーム歯車１８はネジ軸１７の周囲に固定され、
ウオーム１９はウオーム歯車１８に噛み合っている。ウ
オーム１９を操作することによって、ネジ軸１７を上下
方向に移動することができる。ダイヤモンドスティック
１４は、ネジ軸１７の上端に取り付けられ、上下方向の
位置の調整が行われる。

【００２８】次に、このドレッシングヘッド１０を用い
て、研磨工具３のドレッシングを行う方法について説明
する。

【００２９】新品の研磨工具３を平面研磨装置に装着し
たとき、あるいは、摩耗した研磨工具３をドレッシング
により再生するときには、研磨ヘッド４（図２）を旋回
させて、ターンテーブル２（図２）の上からドレッシン
グヘッド１０の上へ移動する。次に、研磨ヘッド４を用
いて、研磨工具３を回転しながらガイド面上１１で揺動
運動させると同時に、エアシリンダ７（図２）で押し付
け力を与えた状態で、研磨工具３をシングルポイントダ
イヤモンドツール１５の上を通過させる。この際、シン
グルポイントダイヤモンドツール１５のガイド面１１か
らの突き出し量を、昇降機構１６を用いて徐々に減らし
て行くことによって、研磨工具３の研磨面が平坦に加工
される。なお、シングルポイントダイヤモンドツール１
５の突き出し量の最適な調整方法は、研磨工具の砥粒の
種類やボンド剤の材質により異なるので、試行錯誤的に
求める。

【００３０】好ましくは、ガイドプレート１１として、
そのガイド面１２に砥粒が埋め込まれたものを使用す
る。これによって、シングルポイントダイヤモンドツー
ル１５による研削に、ガイド面１２によるドレッシング
効果（例えば、平坦度向上効果）を補助的に付け加える
ことができる。ガイドプレート１１として、例えば、下
記の様なものを挙げることができる。

【００３１】（イ）ステンレス板の上にドレッサ布を貼
ったもの （ロ）ステンレス板の上にナイロンブラシを植えたもの （ハ）多孔質プラスチックス （ニ）セラミックス これらを、研磨工具の砥粒の種類やボンド剤の材質の差
異により、適宜、選択して使用することが望ましい。

【００３２】なお、研磨工具３のドレッシングを行う
際、ガイドプレート１１のガイド面１２も研磨工具３に
よって研磨されることになるが、半導体ウエーハ研磨用
の研磨工具３の場合、ガイドプレート１１に対する研磨
速度が小さいので、研磨量は極く微量である。

【００３３】本発明のドレッシングヘッド１０では、ダ
イヤモンドスティック１４及びガイドプレート１１が消
耗品である。ダイヤモンドスティック１４は、シングル
ポイントダイヤモンドツール１５を交換することによ
り、ガイドプレート１１は、ガイド面１２の材料を交換
することにより、いずれも再生することが可能である。
この様に、本発明のドレッシングヘッド１０は、消耗品
の種類が少なく、且つその交換も容易である。

【００３４】

【発明の効果】本発明の平面研磨装置によれば、ドレッ
シングの際、研磨工具をガイド面に沿って揺動又は往復
運動させているので、研磨工具の表面を高い精度で平坦
に加工することができる。

【００３５】本発明の平面研磨装置では、ドレッシング
の際、ドレッシングヘッド側を駆動する必要がないの
で、ドレッシングヘッドの構造が単純になり、ドレッシ
ングヘッドの占有面積を小さくすることができる。更
に、研磨ヘッドの回転及び揺動又は往復機構として、被
加工物の研磨の際に使用される駆動機構を、そのまま利
用することができるので、それらが装置の製作コストを
増大させる要因となることはない。

【００３６】本発明の平面研磨装置は、消耗品の種類が
少なく、且つその交換も容易である。従って、従来の装
置と比較してメンテナンスが容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の平面研磨装置の主要部を構成するドレ
ッシングヘッドの構造を示す図。

【図２】平面研磨装置の構成を示す模式図、（ａ）は平
面図、（ｂ）は正面図を表す。

【符号の説明】

１・・・ウエーハ、 ２・・・ターンテーブル、 ３・・・研磨工具、 ４・・・研磨ヘッド、 ５・・・主軸、 ６・・・揺動ブラケット、 ７・・・エアシリンダ、 ９・・・コラム、 １０・・・ドレッシングヘッド、 １１・・・ガイドプレート、 １２・・・ガイド面、 １３・・・貫通孔、 １４・・・ダイヤモンドスティック、 １５・・・シングルポイントダイヤモンドツール、 １６・・・昇降機構、 １７・・・ネジ軸、 １８・・・ウォーム歯車、 １９・・・ウォーム ２１・・・ベース、 ２２・・・架台、 ３１・・・セグメント砥石、 ３２・・・ツールボディ、 ３３・・・研磨剤供給ノズル。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上面に平板上の被加工物が保持されるタ
   ーンテーブルと、 ターンテーブルに対向してその上方に配置され、下面に
   研磨工具が装着され、この研磨工具を回転しながら被加
   工物に対して押し付けるとともに、ターンテーブルの上
   面に対して平行な平面内で揺動又は往復運動させる研磨
   ヘッドと、 ターンテーブルに隣接して配置され、研磨工具の表面を
   研削してその形状を整えるドレッシングヘッドと、 を備えた平面研磨装置において、 前記ドレッシングヘッドは、 前記ターンテーブルの上面に対して平行なガイド面を備
   え、中央に貫通孔が形成されたガイドプレートと、 この貫通孔の中に配置され、先端にシングルポイントダ
   イヤモンドツールが埋め込まれたダイヤモンドスティッ
   クと、 このダイヤモンドスティックの上下方向の位置を調整す
   る昇降機構と、 を備え、 前記研磨ヘッドを用いて、前記研磨工具を回転しながら
   前記ガイド面上で揺動又は往復運動させて前記シングル
   ポイントダイヤモンドツールの上を通過させることによ
   って、前記研磨工具の表面を研削することを特徴とする
   平面研磨装置。
2. 【請求項２】 前記ガイドプレートは、そのガイド面に
   砥粒が埋め込まれていることを特徴とする請求項１に記
   載の平面研磨装置。