JP2005081523A - 研磨装置、研磨具および砥石ベース - Google Patents
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Abstract
【課題】 中空の回転軸から研磨用流動性媒質を供給しないようにすることで構成をシンプルにし、早く安価に中空の回転軸から研磨用流動性媒質を供給する構成と同等の性能を有する研磨装置を提供するとともに、その研磨装置を実現するための研磨具、およびその研磨具を実現するための砥石ベースを提供する。
【解決手段】 研磨具2は、一方の面に回転軸5が取り付けられる研磨部材ベース3と、研磨部材ベース3に他方の面側に突出するように設けられた砥粒保持式の研磨部材4とからなる。研磨部材ベース3は、プレート部11およびその回転軸側の面に設けられた周壁部12からなり、プレート部11に、回転軸側の面から他方の面に通じる１以上の流動性媒質通路14が形成されている。
【選択図】 図１
【解決手段】 研磨具2は、一方の面に回転軸5が取り付けられる研磨部材ベース3と、研磨部材ベース3に他方の面側に突出するように設けられた砥粒保持式の研磨部材4とからなる。研磨部材ベース3は、プレート部11およびその回転軸側の面に設けられた周壁部12からなり、プレート部11に、回転軸側の面から他方の面に通じる１以上の流動性媒質通路14が形成されている。
【選択図】 図１
Description
この発明は、半導体シリコンウエハ等の平面研磨等に使用される研磨装置、研磨具および砥石ベースに関する。
半導体シリコンウエハの平面研磨に使用される研磨装置における冷却水は、一般的には外部から砥石とワークの接触部分に供給されている。しかしながら、この供給方法では、供給が不十分となりやすいことから、砥石回転軸を中空として、回転軸の開口端から砥石の表面に冷却水を供給することが提案されている（特許文献１および特許文献２）。
特開平６−９９３６０号公報
特開２００１−７１２７２号公報
外部から砥石とワークの接触部分に冷却水などの研磨用流動性媒質を供給するだけでは不十分で、特許文献１および特許文献２のように内部から供給して遠心力により全方向へ供給される方が望ましい一方、上記特許文献に記載の技術では中空の回転軸を用いて研磨用流動性媒質を供給するようになされていることからその構造が特に軸受の部分において複雑となり、製作に時間を要するとともにコストも高くなる。
本願発明の目的は、中空の回転軸から研磨用流動性媒質を供給しないようにすることで構成をシンプルにし、早く安価に中空の回転軸から研磨用流動性媒質を供給する構成と同等の性能を有する研磨装置を提供することを目的とするとともに、その研磨装置を実現するための研磨具、およびその研磨具を実現するための砥石ベースを提供することを目的とする。
この発明による研磨装置は、一方の面に凹部を有する研磨部材ベース、および研磨部材ベースに取り付けられワークとの対向面である他方の面側に突出した砥粒保持式の研磨部材を有する研磨具と、研磨部材ベースの一方の面に取り付けられた回転軸と、前記回転軸に回転駆動力を与える駆動手段と、研磨用流動性媒質を供給する媒質供給手段とからなる研磨装置であって、前記凹部の周面は前記回転軸の周囲を囲み、前記凹部とワークとは研磨部材ベースに設けられた少なくとも１以上の流動性媒質通路で結ばれ、前記凹部に研磨用流動性媒質を注入可能に前記媒質供給手段を設置したことを特徴とするものである。
この明細書において、研磨部材ベースは、板部材であるプレート部と壁部（流動性媒質カバーを含み、周壁部とも呼ぶ）とからなるものとする。凹部は、例えば、プレート部＋流動性媒質カバーとなる。研磨部材ベースの凹部は、切削加工することにより形成することもできる。凹部の内径側の壁は、回転軸周面が兼ねてもよく、別途設けてもよい。
砥粒保持式の研磨部材とは、それ自身が砥粒を固定的または半固定的に保持している部材で、固定的に保持している研磨部材としては砥石がある。砥粒保持式の研磨部材による研磨時には、遊離砥粒を用いた研磨用液を用いる必要がない。
研磨用流動性媒質は、少なくとも冷却、研磨性向上を目的として用いられる流動性の媒質であって、例えば水や純水等がある。
「研磨部材ベースに取り付けられワークとの対向面である他方の面側に突出した」は、研磨部材ベースの他方の面に研磨部材が取り付けられる（他方の面側に突出）場合と、研磨部材ベースの周面に研磨部材が取り付けられ研磨部材の一部が他方の面側に突出するようになされた場合の両方を含むものとする。
「前記凹部とワークとは少なくとも研磨部材ベースを貫通した１以上の研磨用流動性媒質通路で結ばれ」は、凹部側の流動性媒質通路の開口部（入口）は凹部の周壁に設けられてもよく、底部に設けられていてもよい。回転軸より離れれば離れるほど遠心力による流動性媒質通路を介した放出（排出）力が高まるため、特に底部に設ける場合は可能な限り回転軸から離れた位置の方がよい。
流動性媒質通路の出口である供給口は、研磨部材ベースの外周縁部に位置させられ、研磨部材がこの外周縁部に位置する流動性媒質通路の出口を塞いでいる場合には、研磨部材に、研磨部材ベースの流動性媒質通路の出口から研磨部材の表面に通じる貫通孔（研磨部材内流動性媒質通路）が形成される。
上記研磨装置において、前記凹部の周面は、開口部よりも底部の方が回転軸より離れていることが好ましい。
この発明による研磨具は、一方の面に回転軸が取り付けられる研磨部材ベースと、研磨部材ベースに他方の面側に突出するように設けられた砥粒保持式の研磨部材とからなる研磨具であって、研磨部材ベースは、プレート部およびその回転軸側の面に設けられた周壁部からなり、プレート部に、回転軸側の面から他方の面に通じる１以上の流動性媒質通路が形成されていることを特徴とするものである。
上記研磨具において、前記周壁部内面は、開口部よりも底部の方が回転軸より離れていることが好ましい。
この発明による砥石ベースは、一方の面に回転軸が取り付けられ、他方の面に突出するように砥石などの研磨部材が設けられる砥石ベースであって、プレート部およびその回転軸側の面に設けられた周壁部からなり、プレート部の一方の面と周壁部内面とで構成された凹部は、前記回転軸の取付け後も外部から流動性媒質流入可能な開口を維持し、プレート部に、前記凹部から研磨部材ベースの他方の面側に前記開口部から注入された流動性媒質を供給可能な流動性媒質通路が１以上形成されていることを特徴とするものである。
上記砥石ベースにおいて、前記周壁部内面は、開口部よりも底部の方が回転軸より離れていることが好ましい。
この発明の研磨装置によると、媒質供給手段により研磨用流動性媒質が凹部に注入されると、研磨用流動性媒質は、研磨部材ベースの凹部と回転軸の周囲との間に一時的に保持されるとともに、研磨部材ベースに設けられた少なくとも１以上の流動性媒質通路を通って、研磨部材のワークとの対向面すなわち研磨部に送られる。したがって、中空の回転軸を用いて回転軸内部から研磨用流動性媒質を研磨部に供給するものと比べて構造が簡単であり、安価に同等の供給効果（冷却効果）が得られる。
この発明の研磨具によると、研磨用流動性媒質は、研磨部材ベースのプレート部と周壁部との間に一時的に保持されるとともに、研磨部材ベースのプレート部に設けられた少なくとも１以上の流動性媒質通路を通って、研磨部材の回転軸側の面から他方の面に送られる。したがって、中空の回転軸を用いて回転軸内部から研磨用流動性媒質を研磨部に供給するものと比べて構造が簡単であり、安価に同等の供給効果（冷却効果）が得られる。
この発明の砥石ベースによると、研磨用流動性媒質は、プレート部と周壁部との間に一時的に保持されるとともに、プレート部に設けられた少なくとも１以上の流動性媒質通路を通って、プレート部の回転軸側の面から他方の面に送られる。したがって、この砥石ベースに砥石などの砥粒保持式の研磨部材を設けることにより、中空の回転軸を用いて回転軸内部から研磨用流動性媒質を研磨部に供給する研磨具と比べて構造が簡単であり、安価に同等の供給効果（冷却効果）を有する研磨具を得ることができる。
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。
図１および図２は、この発明による研磨装置の第１実施形態を示している。研磨装置(1)は、砥石ベース（研磨部材ベース）(3)および砥石ベース(3)のワークとの対向面（以下「表面」と称す）に設けられた環状砥石（砥粒保持式の研磨部材）(4)からなる研磨具(2)と、砥石ベース(3)の他方の面（以下「裏面」と称す）に取り付けられた研磨具回転軸(5)と、研磨具回転軸(5)とコレットチャック(7)を介して結合された主軸(6)と、主軸(6)を回転可能に支持する軸受(8)と、主軸(6)したがって研磨具回転軸(5)に回転駆動力を与える駆動手段（図示略）と、砥石ベース(3)の裏面側から研磨用流動性媒質を供給する媒質供給手段(9)とを備えている。
研磨具(2)の砥石ベース(3)は、板状のプレート部(11)と、プレート部(11)の裏面に設けられた流動性媒質カバー（凹部の周壁）(12)とからなる。研磨具回転軸(5)は、プレート部(11)の裏面の中央部に結合されている固定用フランジ(5a)を有している。プレート部(11)の外周面は、表面の径が裏面の径よりも大きくなるようにテーパ状とされている。流動性媒質カバー(12)は、研磨具回転軸(5)と同心の筒状部(12a)および筒状部(12a)のプレート部側端部に設けられてプレート部(11)の裏面にボルト(13)により固定されている外向きフランジ部(12b)からなる。カバー(12)の筒状部(12a)は、前記研磨具回転軸(5)の周囲を囲んでおり、プレート部(11)裏面と流動性媒質カバー(12)の筒状部(12a)内周面とによって、研磨用流動性媒質を保持する砥石ベース(3)の凹部(10)が形成されている。流動性媒質カバー(12)の筒状部(12a)内周面したがって凹部(10)の周面は、開口部よりも底部の方が研磨具回転軸(5)より離れている。
砥石ベース(3)のプレート部(11)には、同部(11)を貫通する複数の流動性媒質通路(14)が等間隔で形成されている。これにより、凹部(10)とワークとは少なくとも１以上の流動性媒質通路(14)で結ばれている。
砥石(4)には、径方向に対して傾斜するように形成された排出溝(15)が設けられている。排出溝(15)の傾斜角度は、径方向に対して回転方向と逆向きの方向に３０°〜６０°とされている。
媒質供給手段(9)は、凹部(10)に研磨用流動性媒質を注入するように設置されており、媒質供給手段(9)から供給された研磨用流動性媒質は、凹部(10)に一時的に保持される。流動性媒質通路(14)は、プレート部(11)の裏面側にある通路入口(14a)よりもプレート部(11)の表面側にある通路出口(14b)が外周側に位置するように形成されている。この実施形態では、通路入口(14a)は、流動性媒質カバー(12)のフランジ部(12b)の径方向すぐ内側に、通路出口(14b)は、砥石(4)の内周面の径方向すぐ内側にそれぞれ位置させられている。したがって、研磨具回転軸(5)が矢印で示す回転方向に回転させられると、研磨用流動性媒質は、遠心力によって、流動性媒質通路(14)内をプレート部(11)の裏面側から表面側に移動させられ、プレート部(11)の表面側に送り出されて、砥石(4)の内周面に当てられる。こうして、研磨具回転軸(5)の回転中は、常にプレート部(11)の表面側すなわち研磨部に研磨用流動性媒質が供給され、これにより、研磨時の冷却および研磨性向上効果が維持される。ここで、凹部(10)の周面が開口部よりも底部の方が研磨具回転軸(5)より離れていることから、さらに放出（排出）力が高められる。また、研磨屑は、砥石(4)に形成された排出溝(15)から研磨用流動性媒質とともに砥石(4)外部へ排出され、これにより、研削屑によるワークの傷の発生が防止される。
図３および図４は、この発明による研磨装置の第２実施形態を示している。研磨装置(21)は、砥石ベース（研磨部材ベース）(23)および砥石ベース(23)のワークとの対向面（以下「表面」と称す）に設けられた環状砥石（砥粒保持式の研磨部材）(24)からなる研磨具(22)と、砥石ベース(23)の他方の面（以下「裏面」と称す）に取り付けられた研磨具回転軸(25)と、研磨具回転軸(25)とコレットチャック(27)を介して結合された主軸(26)と、主軸(26)を回転可能に支持する軸受(28)と、主軸(26)したがって研磨具回転軸(25)に回転駆動力を与える駆動手段（図示略）と、砥石ベース(23)の裏面側から研磨用流動性媒質を供給する媒質供給手段(29)とを備えている。
研磨具(22)の砥石ベース(23)は、板状のプレート部(31)と、プレート部(31)の裏面に設けられた流動性媒質カバー（凹部の周壁）(32)とからなる。研磨具回転軸(25)は、プレート部(31)の裏面の中央部にボルト(33)により結合されている固定用フランジ(25a)を有している。流動性媒質カバー(32)は、研磨具回転軸(25)と同心の筒状部(32a)、筒状部(32a)のプレート部側端部に設けられてプレート部(31)の裏面に固定されている外向きフランジ部(32b)、および筒状部(32a)の他方の端部に設けられている内向きフランジ部(32c)からなる。カバー(32)の筒状部(32a)は、前記研磨具回転軸(25)の周囲を囲んでおり、プレート部(31)裏面と流動性媒質カバー(32)の筒状部(32a)内周面とによって、研磨用流動性媒質を保持する砥石ベース(23)の凹部(30)が形成されている。流動性媒質カバー(32)の筒状部(32a)内周面は、プレート部(31)裏面から離れるに連れて細くなるテーパ状とされており、これにより、凹部(30)の周面は、開口部よりも底部の方が研磨具回転軸(25)より離れている。
砥石ベース(23)のプレート部(31)には、同部(31)を貫通する複数の流動性媒質通路(34)が等間隔で形成されている。これにより、凹部(30)とワークとは少なくとも１以上の流動性媒質通路(34)で結ばれている。
砥石(24)には、径方向に対して傾斜するように形成された排出溝(35)が設けられている。排出溝(35)の傾斜角度は、径方向に対して回転方向と逆向きの方向に３０°〜６０°とされている。
媒質供給手段(29)は、凹部(30)に研磨用流動性媒質を注入するように設置されており、媒質供給手段(29)から供給された研磨用流動性媒質は、凹部(30)に一時的に保持される。流動性媒質通路(34)は、プレート部(31)の裏面側にある通路入口(34a)よりもプレート部(31)の表面側にある通路出口(34b)が外周側に位置するように形成されている。この実施形態では、通路入口(34a)は、流動性媒質カバー(32)の外向きフランジ部(32b)の径方向すぐ内側に、通路出口(34b)は、砥石(24)の裏面に当たるようにそれぞれ位置させられている。そして、砥石(24)には、一端が流動性媒質通路(34)の通路出口(34b)に通じ、他端が砥石(24)の表面に開口する貫通孔（磁石内流動性媒質通路）(36)が形成されている。したがって、研磨具回転軸(25)が矢印で示す回転方向に回転させられると、研磨用流動性媒質は、遠心力によって、砥石ベース(23)のプレート部(31)の流動性媒質通路(34)内および砥石(24)の貫通孔(36)を砥石ベース(23)の裏面側から表面側に移動させられ、砥石(24)の表面側に送り出される。こうして、研磨具回転軸(25)の回転中は、常にプレート部(31)の表面側すなわち研磨部に研磨用流動性媒質が供給され、これにより、研磨時の冷却および研磨性向上効果が維持される。ここで、凹部(30)の周面が開口部よりも底部の方が研磨具回転軸(25)より離れていることから、さらに放出（排出）力が高められる。また、研磨屑は、砥石(24)に形成された排出溝(35)から研磨用流動性媒質とともに砥石(24)外部へ排出され、これにより、研削屑によるワークの傷の発生が防止される。
なお、この第２実施形態における砥石(24)は、環状とされているが、貫通孔（磁石内流動性媒質通路）(36)が砥石(24)に形成されていることから、砥石を円盤状とすることもできる。
また、上記各実施形態において図示した例では、砥石ベース(3)(23)のプレート部(11)(31)の流動性媒質通路(14)(34)は、４５°おきに計１２個設けられているが、孔の数および孔の径は、これに限られるものではなく、必要な水量に応じて適宜増減される。また、砥石(4)(24)の排出溝(15)(35)は、厚みのある砥石に所定の厚み分の排出溝(15)(35)を切削加工して設けることにより作成してもよく、砥石の断片を複数円状に取り付けることにより排出溝を設けてもよい。
従来用いられていた中空の回転軸から冷却水などの研磨用流動性媒質を供給する構造よりも非常にシンプルであるため安価に製造でき、よって利用の可能性は非常に高い。
(1)(21) 研磨装置
(2)(22) 研磨具
(3)(23) 砥石ベース（研磨部材ベース）
(4)(24) 砥石（研磨部材）
(5)(25) 研磨具回転軸
(9)(29) 媒質供給手段
(10)(30) 凹部
(11)(31) プレート部
(12)(32) 流動性媒質カバー
(14)(34) 流動性媒質通路
(2)(22) 研磨具
(3)(23) 砥石ベース（研磨部材ベース）
(4)(24) 砥石（研磨部材）
(5)(25) 研磨具回転軸
(9)(29) 媒質供給手段
(10)(30) 凹部
(11)(31) プレート部
(12)(32) 流動性媒質カバー
(14)(34) 流動性媒質通路
Claims (6)
- 一方の面に凹部を有する研磨部材ベース、および研磨部材ベースに取り付けられワークとの対向面である他方の面側に突出した砥粒保持式の研磨部材を有する研磨具と、研磨部材ベースの一方の面に取り付けられた回転軸と、前記回転軸に回転駆動力を与える駆動手段と、研磨用流動性媒質を供給する媒質供給手段とからなる研磨装置であって、前記凹部の周面は前記回転軸の周囲を囲み、前記凹部とワークとは研磨部材ベースに設けられた少なくとも１以上の流動性媒質通路で結ばれ、前記凹部に研磨用流動性媒質を注入可能に前記媒質供給手段を設置したことを特徴とする研磨装置。
- 前記凹部の周面は、開口部よりも底部の方が回転軸より離れていることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
- 一方の面に回転軸が取り付けられる研磨部材ベースと、研磨部材ベースに他方の面側に突出するように設けられた砥粒保持式の研磨部材とからなる研磨具であって、研磨部材ベースは、プレート部およびその回転軸側の面に設けられた周壁部からなり、プレート部に、回転軸側の面から他方の面に通じる１以上の流動性媒質通路が形成されていることを特徴とする研磨具。
- 前記周壁部内面は、開口部よりも底部の方が回転軸より離れていることを特徴とする請求項３に記載の研磨具。
- 一方の面に回転軸が取り付けられ、他方の面に突出するように砥石などの研磨部材が設けられる砥石ベースであって、プレート部およびその回転軸側の面に設けられた周壁部からなり、プレート部の一方の面と周壁部内面とで構成された凹部は、前記回転軸の取付け後も外部から流動性媒質流入可能な開口を維持し、プレート部に、前記凹部から研磨部材ベースの他方の面側に前記開口部から注入された流動性媒質を供給可能な流動性媒質通路が１以上形成されていることを特徴とする砥石ベース。
- 前記周壁部内面は、開口部よりも底部の方が回転軸より離れていることを特徴とする請求項５に記載の砥石ベース。
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|---|---|---|---|
| JP2003319247A JP2005081523A (ja) | 2003-09-11 | 2003-09-11 | 研磨装置、研磨具および砥石ベース |
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| JP2003319247A JP2005081523A (ja) | 2003-09-11 | 2003-09-11 | 研磨装置、研磨具および砥石ベース |
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|---|---|
| JP2005081523A true JP2005081523A (ja) | 2005-03-31 |
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