JP2007118146A - 定盤のパッド貼着面用ドレッサ及びパッド貼着面のドレッシング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 定盤のパッド貼着面に固着した凝縮物や錆びなどの異物の除去と、該パッド貼着面の表面粗さの維持とを、該パッド貼着面の平坦度を変化させることなく同時にかつバランス良く行うことができる、両面研磨装置における上定盤のパッド貼着面用のドレッサを得る。
【解決手段】 外周に歯１４を備えた硬質で円環状をなす母材１１の上面に、スポンジ体等からなる柔軟な弾性部材１２を介して柔軟な砥粒層１３Ａを担持させることにより、パッド貼着面に固着した異物等の凹凸に追従させてこれらの弾性部材１２及び砥粒層１３Ａを部分的に変形させながら該パッド貼着面をドレッシングすることが可能なドレッサを形成する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、両面研磨装置における定盤のパッド貼着面、特に上定盤のパッド貼着面をドレッシングするためのドレッサと、このドレッサを使用して上記パッド貼着面をドレッシングする方法とに関するものである。

半導体ウエハやフォトマスク等に用いられるガラスウエハあるいはセラミックスウエハなどの薄板状をしたワークの表面を研磨加工する場合、ポリッシング装置等の両面研磨装置が使用される。この両面研磨装置は、図６に概略的に示すように、円環状をしたパッド貼着面１ａ，２ａに研磨パッド３を貼着した上下の定盤１，２と、下定盤２の中央に位置するサンギア４と、該下定盤２の外周を取り囲むように位置するインターナルギア５と、下定盤２上に位置してこれら両ギア４，５に噛合する複数のキャリヤ６とを有し、各キャリヤ６のワーク保持孔６ａ内にワークＷを嵌合、保持させ、上記サンギア４を回転させるか又はサンギア４とインターナルギア５の両方を回転させて各キャリヤ６をサンギア４の回りで自転及び公転させると共に、上定盤１に形成した供給孔７を通じて両定盤１，２間にスラリーを供給しながら、回転する上下の定盤１，２の研磨パッド３で上記ワークＷの表裏面を研磨加工するものである。

なお、上記サンギア４及びインターナルギア５は、ピン歯車の形態を有していて、円環状をした基体４ａ，５ａの外周又は内周に、歯を構成する多数のピン４ｂ，５ｂを所定のピッチで鉛直かつ円環状に配設することにより構成されているが、これらのギア４，５には、外周又は内周に直線歯を備えた平歯車の形態を有するものもある。

この種の両面研磨装置においては、一般に、上下の定盤１，２のパッド貼着面１ａ，２ａに対する研磨パッド３の貼着は、接着剤により行われている。具体的には、接着剤が塗布された両面接着シートを介して接着するようにしている。その際、例えば特許文献１に開示されているように、接着面積を拡大することによって接着力を高めるため、上記パッド貼着面は完全な平滑面ではなく、ある程度の表面粗さを有するような粗面に形成している。

ところで、研磨により消耗した研磨パッドは、新しいものと交換するが、その際重要なことは、パッド貼着面に固着したスラリーによる凝縮物や錆び等の異物を完全に落とすことと、該パッド貼着面の表面粗さを変化させることなく初期状態に保つことである。特に上定盤のパッド貼着面には、図７に概略的に示すように、スラリー供給孔７が開けられていたり、研磨終了時に上定盤を上昇させる際にワークが該上定盤に付着するのを防止するための付着防止孔８が開けられていたりするため、これらの孔７，８の周辺にスラリーが進入して上述した凝縮物や錆び等の異物９が付着し易い。また、パッド貼着面の外周部にも同様にして異物９が発生し易い。

上述した凝縮物や錆びなどの異物を除去する作業は、従来、オイルストーンやサンドペーパー等を使用して手作業により行っていた。しかし、作業効率が悪いために手数と時間とがかかるだけでなく、磨いた部分が滑面化することによってその部分の表面粗さが初期状態から変化し、新たな研磨パッドを接着する際の接着力が部分的に低下し易いとか、パッド貼着面が部分的に研磨されることによって該パッド貼着面全体の平坦度が変化し易いといったような問題があった。

一方、特許文献２には、両面研磨装置の一種であるラップ盤の表面をドレッシングするためのドレッサ（修正キャリヤ）について開示されている。このドレッサは、外周に歯を備えた円環形の母材（基板）の上下両面に砥粒を固着したもので、複数のドレッサをサンギアとインターナルギアとに噛合させると共に、上下の定盤で挟持し、上記両ギアで該ドレッサを自転及び公転させながら上下の定盤を回転させることにより、これら両定盤の表面をドレッシングするものである。

このようなドレッサでパッド貼着面をドレッシングすると、該ドレッサが硬質の母材の表面に砥粒を直接固着した構成であるため、上下の定盤に対する接触が全体的で当たりも非常に硬く、上記砥粒に高低差がある場合の接触圧のばらつきや、上記異物による接触圧の部分的な変化等をうまく吸収することができない。従って、異物の除去と表面粗さの維持とをバランス良く行うことは殆ど不可能に近く、パッド貼着面の表面状態を変化させてしまうことも考えられる。

また、特許文献３及び特許文献４には、定盤に貼着されている研磨パッドの表面をドレッシングするためのドレッサとして、円盤形又は円環形をした歯車状の母材の下面に、ダイヤモンド砥粒を担持するドレッシング部材を、弾性部材を介して円環状に配設したものが開示されている。そして上記ドレッシング部材として、砥粒を電着等の方法でベース板に担持させた複数のペレットを円環状に並べたものや、円環状をしたステンレス鋼部材の表面のニッケルメッキ層の中に砥粒を埋め込んだものなどが例示されている。

しかし、これらのドレッサも、定盤のパッド貼着面をドレッシングするものとしては適さない構成である。即ち、上記ドレッシング部材が複数のペレットからなる場合は、弾性部材の変形によって各ペレット同士の高さのばらつきや、ペレット間での接触圧の変化等を吸収することはできるが、ペレット自体は硬質であるため、個々のペレットの位置で、異物による接触圧の変化を部分的に吸収することはできず、該ペレット全体が傾いたり浮き上がったりしてパッド貼着面に適正に接触することができない。また、上記ドレッシング部材が円環状のステンレス鋼部材からなる場合も、該ドレッシング部材が一つの硬質部材であるため、弾性部材の変形によって該ドレッシング部材が全体的に傾くだけで、異物による微小な凹凸に応じた部分的な接触圧の変化を吸収することはできない。従って、異物の除去と表面粗さの維持とをバランス良く行うことはほとんど不可能に近く、パッド貼着面の表面状態を変化させてしまうおそれがある。

特開２００２−１０３２０９号公報 特開平９−１９３００２号公報 特開平１０−８６０５７号公報 特開２００４−１１５２号公報

本発明の目的は、定盤のパッド貼着面に固着した凝縮物や錆びなどの異物の除去と、該パッド貼着面の表面粗さの維持とを、同時にかつバランス良く行うことができる、両面研磨装置における上定盤のパッド貼着面をドレッシングするためのドレッサを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、上記ドレッサを使用して、両面研磨装置における上定盤のパッド貼着面の表面を、その平坦度を変化させることなく適度な表面粗さとするための方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明によれば、外周に歯を備えた円形で硬質の母材の上面に柔軟な弾性部材を取り付け、この弾性部材に砥粒を保持させてなることを特徴とする定盤のパッド貼着面用ドレッサが提供される。

本発明においては、上記砥粒が弾性部材に均一に分散保持されていても、弾性部材の表面に層状に配設されていても良い。砥粒を層状に設ける場合は、この砥粒層を母材の中心を取り囲む円環の形に配設することもできる。

また、本発明において好ましくは、上記弾性部材から剥離した砥粒を受けるための砥粒受けを有することである。この砥粒受けは、母材の外周に設けられた円環状の受け皿を含んでいても良い。さらには、定盤のパッド貼着面に摺接するブラシを取り付けることもできる。

更に、本発明によれば、上記構成のドレッサを使用し、両面研磨装置における上定盤の研磨パッドを剥がしたあと、上記ドレッサをサンギアとインターナルギアとに噛合させると共に、上下の定盤間に挟持させることによって上定盤のパッド貼着面に接触させ、その状態で上記両ギヤでこのドレッサを回転させながら少なくとも上定盤を回転させることにより、該ドレッサが保持する砥粒で上定盤のパッド貼着面に付着したスラリーの凝縮物や錆び等の異物を除去すると同時に、該パッド貼着面の表面粗さを初期状態に維持することを特徴とする定盤のパッド貼着面のドレッシング方法が提供される。

本発明のドレッサは、母材の上面に柔軟な弾性部材を取り付けて、この弾性部材に砥粒を保持させたので、パッド貼着面に対する接触圧のばらつきや、パッド貼着面に付着した凝縮物や錆び等の異物による接触圧の増加等を、上記弾性部材の部分的な変形によって吸収しながら該パッド貼着面をドレッシングすることができ、この結果、異物の凹凸に追従した接触状態と適度な接触圧とによってパッド貼着面をドレッシングすることが可能となるため、該パッド貼着面に対する異物の除去と表面粗さの維持とを、平坦度を変化させることなく同時にかつバランス良く行うことができる。

図１は両面研磨装置の要部の断面を概略的に示すもので、砥粒１３を担持するドレッサ１０を使用して上定盤１のパッド貼着面１ａをドレッシングしている状態を示すものである。
上記両面研磨装置は、半導体ウエハや、フォトマスク等に用いられるガラスウエハあるいはセラミックスウエハといったような、薄板状をしたワークの表裏両面を研磨加工するためのもので、その構成とワークを研磨する際の作用は、図６に示す従来の両面研磨装置と実質的に同じである。従ってここでは、図１の両面研磨装置において、図６と同じ構成部分に図６と同じ符号を付し、その具体的な構成及び作用についての説明は省略する。

上記ドレッサ１０による上定盤１のパッド貼着面１ａのドレッシングは、ワークの研磨により消耗した古い研磨パッド３を新しいものと交換する際に行われる。その手順は次の通りである。
即ち、先ず、上定盤１を図示しないエアシリンダ等の昇降機構により上昇させ、下面のパッド貼着面１ａに接着されている古い研磨パッド３を剥がす。また、一つ又は複数のドレッサ１０を、図２及び図３に示すように、外周の歯１４をサンギア４とインターナルギア５とに噛合させた状態で、研磨パッド３が貼着されたままの下定盤２の該研磨パッド３の上にセットする。

次に、上定盤１を下降させてパッド貼着面１ａを上記ドレッサ１０の上面に当接させ、上記サンギア４及びインターナルギア５のうち少なくとも一方を回転させることによって上記ドレッサ１０を回転（自転、又は自転及び公転）させながら、上下両定盤１，２のうち少なくとも上定盤１を回転させる。これにより、各ドレッサ１０が担持する砥粒１３で上定盤１のパッド貼着面１ａが摺擦され、該パッド貼着面１ａに付着したスラリーによる凝縮物や錆び等の異物９（図７参照）が掻き落とされると共に、該パッド貼着面１ａが上記砥粒１３による摺擦で適度に荒らされることによって表面粗さが初期状態に維持されるものである。

上記ドレッサ１０の具体的構成及びその作用は以下に詳述する通りである。即ち、このドレッサ１０は、図３及び図４からも明らかなように、金属や合成樹脂等の硬質素材からなる円形の母材１１を有し、この母材１１の上面に、スポンジ体やゴム、合成樹脂、不織布等の柔軟性素材のうち少なくとも一つからなる弾性部材１２を取り付け、この弾性部材１２に上記砥粒１３を保持させたもので、図示した例では、該弾性部材１２の上面に、上記砥粒１３を層状に付着させることにより、柔軟な砥粒層１３Ａを形成している。上記母材１１は円環状をなしていて、下側の大径部１１ａと上側の小径部１１ｂとを有し、大径部１１ａの外周には上記歯１４が形成され、小径部１１ｂの上面に上記砥粒層１３Ａが弾性部材１２を介して設けられている。

上記弾性部材１２は、上記小径部１１ｂの外径とほぼ同径の円板形をなすもので、両面接着シート１５ａによって該小径部１１ｂの上面に接着され、母材１１の内孔１６全体を覆っている。

一方、上記砥粒層１３Ａは、上記弾性部材１２の上面に、紙や布などからなる柔軟性シートに砥粒１３を担持させてなるサンドペーパーを、両面接着シート１５ｂを介して接着することにより形成されたもので、母材１１の中心を取り囲む円環の形を有し、上記弾性部材１２の変形に追随して部分的に変形可能である。この場合、該砥粒層１３Ａは円環状に連続していても良いが、円形や楕円形、矩形、扇紙形など任意の形状をした複数の砥粒層１３Ａを間隔をおいて、あるいは相互に近接させて、円環状に配列したものであっても良い。
なお、上記砥粒層１３Ａは、上記弾性部材１２の上面に砥粒１３を接着剤等で直接保持させることにより形成することもできる。

このように、柔軟な弾性部材１２に砥粒１３を柔軟な砥粒層１３Ａとして保持させることにより、該砥粒の高低差等に起因する接触圧のばらつきや、パッド貼着面１ａに付着した凝縮物や錆び等の異物９の凹凸による接触圧の増加等を、上記弾性部材１２と砥粒層１３Ａとの部分的な変形によって確実に吸収させることができ、この結果、異物等の凹凸に追従した良好な接触状態と適度な接触圧とによってパッド貼着面１ａをドレッシングすることが可能となるため、該パッド貼着面１ａに対する異物の除去と表面粗さの維持とを平坦度を変化させることなく同時にかつバランス良く行うことができる。

上記ドレッサ１０には、また、上記砥粒層１３Ａから剥離した砥粒を受けるための砥粒受けとして、円環状の受け皿１８が設けられている。この受け皿１８は、母材１１における小径部１１ｂの外周を取り囲むように配設されたもので、上記砥粒層１３Ａよりも低い位置に該砥粒層１３Ａより外側に張り出した状態に設けられており、その外周部に上向きに立ち上がった縁枠１８ａを有している。この縁枠１８ａの高さは比較的低く、その上端は上記砥粒層１３Ａより低い位置を占めており、それによってこの縁枠１８ａが、上定盤１のパッド貼着面１ａのドレッシング時に該パッド貼着面１ａに接触しないようになっている。

上記ドレッサ１０は、更に、定盤のパッド貼着面１ａに摺接するブラシ１９を有している。このブラシ１９は、ドレッシング時に上記砥粒層１３Ａから剥離してパッド貼着面１ａに付着した砥粒の粒子や、該パッド貼着面１ａから剥離したが未だ該貼着面に付着したままの上記凝縮物あるいは錆びなどの粒子を掻き落とすことにより、該パッド貼着面１ａを清浄化するもので、上記受け皿１８における縁枠１８ａの内側の位置に該縁枠１８ａに沿って円環状かつ上向きに設けられている。このブラシ１９の高さは、上記縁枠１８ａより高く、かつその先端が上記砥粒層１３Ａより上方に突出するような高さである。このブラシ１９で掻き落とされた砥粒や凝縮物あるいは錆びなどの粒子は、主として上記受け皿１８上に落下する。
なお、上記ブラシ１９は、上記縁枠１８ａの上端に形成しても良い。

また、ドレッシング作業時に上記砥粒層１３Ａから剥離した砥粒は、一部が該砥粒層１３Ａの内側に落下するが、それらの砥粒は上記弾性部材１２によって受け止められ、母材１１の内孔１６から下定盤２の研磨パッド３上に落下することはない。従って上記弾性部材１２は、砥粒受けとしての機能をも兼備するものである。これにより、上記砥粒層１３Ａから脱落した砥粒が研磨装置の他の部分に付着してワークの研磨に悪影響を及ぼすのを確実に防止することができる。

上記ドレッサ１０による上定盤１のパッド貼着面１ａのドレッシングが終了すると、研磨装置の駆動を停止して該上定盤１を上昇させると共に、各ドレッサ１０を取り除き、下定盤２の研磨パッド３を剥がしたあと、上下両定盤１，２のパッド貼着面１ａ，２ａをクリーニングし、それぞれのパッド貼着面１ａ，２ａに新たな研磨パッド３を両面接着シートで接着する。これによって両定盤１，２に対する研磨パッド３の交換が完了する。

図５はドレッサの第２実施形態を示すもので、このドレッサ１０Ａが上記第１実施形態のドレッサ１０と異なる点は、第１実施形態のドレッサ１０は、母材１１が円環形をしていて、上下に貫通する円形の内孔１６を有し、この内孔１６全体が円板形の弾性部材１２で覆われているのに対し、この第２実施形態のドレッサ１０Ａは、母材１１が円盤形で、上面に円形の窪み２１を有し、この窪み２１の回りを取り囲むように円環状の弾性部材１２が取り付けられているという点である。従って、上記窪み２１の上面は開放していて、砥粒層１３Ａから脱落した砥粒がこの窪み２１内に落下して受け止められるようになっており、それによって該窪み２１が、砥粒受けとして機能するように構成されている。
この第２実施形態のドレッサ１０Ａの上記以外の構成とその作用については、上記第１形態のドレッサ１０と実質的に同じであるから、第１実施形態と同一の構成部分に同一の符号を付してその説明は省略する。

上記各実施形態のドレッサ１０，１０Ａは、両面研磨装置における上定盤１のパッド貼着面１ａだけをドレッシングするものとして構成されているが、本発明のドレッサは、上下両定盤２のパッド貼着面２ａを同時に修正できるように構成することも可能である。この場合、上記ドレッサ１０，１０Ａにおいて、母材１１の下面にも上述した砥粒層１３Ａを弾性部材１２を介して担持させれば良い。
また、このような両面タイプのドレッサによるドレッシング作業時には、下定盤についても古い研磨パッドをパッド貼着面から剥がし、ドレッサの下面の砥粒層をこの下定盤のパッド貼着面に当接させ、上面の砥粒層は上述したように上定盤のパッド貼着面に当接させ、その状態で両定盤を同時にドレッシングする。

更に、上記各実施形態のドレッサ１０，１０Ａは、弾性部材１２の表面に砥粒１３を層状に保持させているが、弾性部材１２の内部に砥粒を均一に分散保持させたものであって良い。

本発明に係るドレッサを使用して上定盤のパッド貼着面をドレッシングする態様を概略的に示す要部断面図である。 図１の両面研磨装置を上定盤を取り除いて示す平面図である。 図１の要部拡大図である。 図３のドレッサの平面図（左半部）及び底面図（右半部）である。 本発明に係るドレッサの第２実施形態を示す断面図である。 両面研磨装置の一般的な構成を概略的に示す要部断面図である。 上定盤のパッド貼着面から古い研磨パッドを剥がした直後の状態を概略的に示す下面図である。

符号の説明

１ 上定盤
２ 下定盤
３ 研磨パッド
４ サンギア
５ インターナルギア
１０ ドレッサ
１１ 母材
１２ 弾性部材
１３ 砥粒
１３Ａ 砥粒層
１６ 内孔
１８ 受け皿（砥粒受け）
１９ ブラシ
２１ 窪み（砥粒受け）

Claims (8)

1. 外周に歯を備えた円形で硬質の母材の上面に柔軟な弾性部材を取り付け、この弾性部材に砥粒を保持させてなることを特徴とする定盤のパッド貼着面用ドレッサ。
2. 上記砥粒が弾性部材に均一に分散保持されていることを特徴とする請求項１に記載のドレッサ。
3. 上記砥粒が弾性部材の表面に層状に配設されていることを特徴とする請求項１に記載のドレッサ。
4. 上記砥粒層が、上記母材の中心を取り囲む円環の形に配設されていることを特徴とする請求項３に記載のドレッサ。
5. 上記弾性部材から剥離した砥粒を受けるための砥粒受けを有することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のドレッサ。
6. 上記砥粒受けが、母材の外周に設けられた円環状の受け皿を含むことを特徴とする請求項５に記載のドレッサ。
7. 定盤のパッド貼着面に摺接するブラシを有することを特徴とする請求項１から６の何れかに記載のドレッサ。
8. 請求項１から７の何れかに記載のドレッサを使用し、両面研磨装置における上定盤の研磨パッドを剥がしたあと、上記ドレッサをサンギアとインターナルギアとに噛合させると共に、上下の定盤間に挟持させることによって上定盤のパッド貼着面に接触させ、その状態で上記両ギヤでこのドレッサを回転させながら少なくとも上定盤を回転させることにより、該ドレッサが保持する砥粒で上定盤のパッド貼着面に付着したスラリーの凝縮物や錆び等の異物を除去すると同時に、該パッド貼着面の表面粗さを初期状態に維持することを特徴とする定盤のパッド貼着面のドレッシング方法。

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