JP2012000741A - 研磨布のドレッシング方法およびドレッシング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッチごとにほぼ一定した研磨速度が得られ、精度よくワークの研磨が行え、また修正砥石を用いるドレッシングの回数を減らせることから、作業性よく、また研磨布の寿命も長くできる研磨布のドレッシング方法を提供する。
【解決手段】回転する定盤１４、１５の研磨布上にワークを押接し、研磨布上に研磨液を供給しつつワーク表面の研磨を行った後の、該研磨布の表面状態を砥石を用いて調整する研磨布のドレッシング方法において、ワーク研磨後、研磨布上に高圧洗浄水を供給して研磨布を洗浄する洗浄工程中で、目立て砥石２６を研磨布の径方向に研磨布の凹凸面に追従させて移動させて研磨布の目立てドレッシングを行う工程を含むことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は研磨布のドレッシング方法およびドレッシング装置に関する。

半導体ウェーハ等のワークの研磨は、研磨布を貼設した定盤の該研磨布表面にワークの被研磨面を押接して、研磨布上に研磨液を供給しつつ定盤を回転させることによって行っている。
そして研磨終了後、研磨布には研磨屑や研磨液が染み込んでいて研磨レートが劣化することから、通常研磨の１バッチごとに研磨布に高圧洗浄水を噴射して、染み込んだ研磨屑や研磨液を洗い流すようにしている（特許文献１）。また、研磨の１バッチごとに研磨布を洗浄しても、通常７バッチ程度も研磨すると研磨布が波打ち（凹凸面）、平坦度が低下して、研磨速度が低下する。

そこで、７バッチ程度研磨したら、ワークのキャリアを研磨装置から取り外し、代わりにドレッシングキャリアを装着し、ドレッシングキャリアの４つの各透孔に、リング状の修正砥石を収納して、このリング状の修正砥石により、上下定盤の研磨布を研削して研磨布を平坦にするドレッシングを行うようにしている。４つのリング状の修正砥石のうちの２つは下定盤の研磨布のドレッシング用に、他の２つのリング状の修正砥石は上定盤の研磨布のドレッシング用に用いられる。

特開平７−９３４０

しかしながら、研磨の１バッチごとに高圧洗浄水を噴射して研磨布の洗浄を行っても、バッチごとに次第に研磨布に凹凸面が生じ、ワークの研磨速度が低下する。そして、７バッチ研磨後、修正砥石により研磨布を研削して平坦にすることにより、研磨速度が復活するが、研磨速度が一定せず、研磨時間により研磨度を調整することになり、制御が厄介であり、精度のよい研磨が行い難いという課題がある。また、７バッチ研磨後に、キャリアをドレッシングキャリアに交換してドレッシングを行うのにその都度１５分〜２０分程度の時間を要し、作業性も劣るという課題がある。さらには、７バッチ研磨後ごとに、研磨布を修正砥石で研削するドレッシングを行うので、研磨布の寿命も短いという課題がある。

そこで本発明は上記課題を解決すべくなされたもので、その目的とするところは、バッチごとにほぼ一定した研磨速度が得られ、精度よくワークの研磨が行え、また修正砥石を用いるドレッシングの回数を減らせることから、作業性よく、また研磨布の寿命も長くできる研磨布のドレッシング方法およびドレッシング装置を提供するにある。

上記の目的を達成するため、本発明は次の構成を備える。
すなわち、本発明にかかる研磨布のドレッシング方法は、回転する定盤の研磨布上にワークを押接し、研磨布上に研磨液を供給しつつワーク表面の研磨を行った後の、該研磨布の表面状態を砥石を用いて調整する研磨布のドレッシング方法において、前記ワーク研磨後、研磨布上に高圧洗浄水を供給して研磨布を洗浄する洗浄工程中で、目立て砥石を研磨布の径方向に研磨布の凹凸面に追従させて移動させて研磨布の目立てドレッシングを行う工程を含むことを特徴とする。

研磨の１バッチ終了ごとに、研磨布の洗浄と目立てドレッシングとを行うようにすると好適である。
また、例えば、研磨の２０バッチ終了後に、修正砥石を用いて、研磨布の凹凸面を研削して平坦にする修正ドレッシングを行うようにする。

また本発明に係る研磨布のドレッシング装置は、回転する定盤の研磨布上にワークを押接し、研磨布上に研磨液を供給しつつ、ワーク表面の研磨を行った後の、該研磨布の表面状態を砥石を用いて調整する研磨布のドレッシング装置において、前記研磨布の径方向に移動自在に設けられた移動体、および該移動体上に設けられ、研磨布に向けて高圧洗浄水を噴射するノズルを備えた洗浄装置と、前記研磨布の径方向に移動自在に設けられた移動体、および該移動体上に設けられ、研磨布の凹凸面に追従して移動し、研磨布の目立てを行う目立て砥石を備えたドレッシング装置と、前記洗浄装置による研磨布の洗浄工程中に前記ドレッシング装置により研磨布の目立てドレッシングを行うように、前記洗浄装置と前記ドレッシング装置の駆動を制御する制御部とを具備することを特徴とする。

前記洗浄装置の移動体とドレッシング装置の移動体とを共通の移動体とすることにより装置をコンパクトにすることができる。
また、前記移動体の上面側および下面側にそれぞれノズルおよび目立て砥石を設けることにより、下定盤と上定盤とを有する両面研磨装置のそれぞれの研磨布を同時に洗浄および目立てドレッシングを行うようにすることができる。

本発明によれば、バッチごとにほぼ一定した研磨速度が得られ、精度よくワークの研磨が行え、また修正砥石を用いるドレッシングの回数を減らせることから、作業性よく、また研磨布の寿命も長くできる研磨布のドレッシング方法およびドレッシング装置を提供できる。

研磨装置とドレッシング装置の部分平面図である。 研磨装置とドレッシング装置の部分正面図である。 移動体の正面図である。 移動体の側面図である。 移動体を直線移動させる機構の平面図である。 目立て砥石の支持部の側面図である。 目立て砥石の支持部の正面図である。 従来のドレッシングを行った場合のワークの研磨速度と、本実施の形態のドレッシングを行った場合のワークの研磨速度の比較を示すグラフである。 従来のドレッシングを行った場合のワークの平坦度と、本実施の形態のドレッシングを行った場合のワークの平坦度の比較を示すグラフである。

以下本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は両面研磨装置１０の研磨布のドレッシング装置１２の平面図、図２はその正面図である。
両面研磨装置１０は、上面にポリウレタン等からなる研磨布（図示せず）が貼付された下定盤１４、下面に研磨布（図示せず）が貼付された上定盤１５、ピンギアからなるギアを備えた太陽ギア１６、ピンギアからなるギアを備えたインターナルギア１７、太陽ギア１６およびインターナルギア１７に噛合するキャリア１８を有する。

キャリア１８には、半導体ウェーハ等のワーク（図示せず）が収納される透孔１９が形成されている。キャリア１８は、太陽ギア１６およびインターナルギア１７が回転されることによって、太陽ギア１６の周りを公転するとともに自転するようになっている。また、ワークの研磨の際は、下定盤１４および上定盤１５は互いに反対方向に等速で回転される。
両面研磨装置１０は、下定盤１４、上定盤１５、太陽ギア１６、インターナルギア１７を回転させる機構、上定盤１５を上下動させる機構、下定盤１４の研磨布上に研磨液を供給する機構などを有するが、これらは公知の機構なので、図示を省略した。

ワークを研磨するには次のようになされる。
すなわち、キャリア１８の透孔１９内にワークを収納し、上定盤１５を下降して、ワークを上下定盤１４、１５の研磨布間に挟み込み、この状態で、研磨液を供給しつつ、キャリア１８を自公転させ、上下定盤１４、１５を回転させることによってワークの研磨を行える。

次に研磨布のドレッシング装置１２について説明する。
ドレッシング装置１２は、図３、図４に示すように、研磨布の径方向に移動自在に設けられた移動体２０、および該移動体２０上に設けられ、研磨布に向けて高圧洗浄水を噴射するノズル２２を備えた洗浄装置２４と、研磨布の径方向に移動自在に設けられた移動体２０、および該移動体上に設けられ、研磨布の凹凸面に追従して移動し、研磨布の目立てを行う目立て砥石２６を備えたドレッシング装置２８と、洗浄装置２４による研磨布の洗浄工程中にドレッシング装置２８により研磨布の目立てドレッシングを行うように、洗浄装置２４とドレッシング装置２８の駆動を制御する制御部（図示せず）とを具備する。

図１、図２に示すように、移動体２０は、中空シャフト３０の先端に固定されている。中空シャフト３０の後端は、軸受３１を介して軸線を中心に回転自在に走行体３２に固定されている。中空シャフト３０上にはタイミングギア３３が固定され、このタイミングギア３３と、ロータリーアクチュエータ３４の回転軸に設けられたタイミングギア３５との間にタイミングベルト３６が掛け渡されている。ロータリーアクチュエータ３４はエア駆動される。

このロータリーアクチュエータ３４によって、タイミングベルト３６を介して、中空シャフト３０は軸線を中心として水平面内で約９０°の角度範囲で往復回動可能になっている。これにより、中空シャフト３０の先端に固定されている移動体２０も水平面内で約９０°の角度範囲で回動する。移動体２０には、ノズル２２や目立て砥石２６が固定され、使用状態で縦長の形状となっている。この縦長の形状のままでは、移動体２０を上下定盤１４，１５の外側位置から上下定盤１４、１５間に移動させるとき、インターナルギア１７のピンギアが邪魔となる。そこで、シャフト３０、したがって移動体２０を軸線を中心として９０°の角度で回転させて、横長の状態とする。これにより、上下定盤１４、１５間にスムーズに移動させることができる。使用状態にするには、シャフト３０を回転させて縦長の状態とする。

図５に示すように、走行体３２は、ガイドレール３８によって、研磨装置１０に対して接離方向に移動自在にガイドされている。また走行体３２にはボールねじ４０が螺合され、このボールねじ４０がモータ４１によって回転駆動されることによって、走行体３２はガイドレール３８に沿って移動可能となっている。

次に、図３、図４によって、洗浄装置２４とドレッシング装置２８とをさらに詳細に説明する。
ノズル２２および目立て砥石２６は、移動体２０の上面側および下面側にそれぞれ設けられている。ノズル２２には、中空シャフト３０内を挿通する高圧ホース２３が接続されて、３〜１５ＭＰａ程度の高圧水が噴出可能となっている。ノズル２２は、上下にそれぞれ１個ずつ配設されているがこれに限定されるものではなく、複数個配設してもよい。また、ノズル２２から噴出される高圧水が周囲に飛び散らないように、ノズル２２の周りに、飛散防止用のブラシ（図示せず）を設けるようにしてもよい。
なお、研磨布に対して目立てドレッシングが洗浄に先行して行われるようにノズル２２および目立て砥石２６が移動体２０に配置されるようにするとよい。

本実施の形態において、目立て砥石２６は、図６、図７に示すように、断面が四角形の柱状に形成され、その４面が共に砥石面に形成されている。砥石面には、ダイヤモンド砥粒が電着されることによって砥石面に形成されている。
目立て砥石２６は、コの字状をなすステー４３（図７）にその端がねじによって固定され、ステー４３への取り付け位置を変えることによって、柱状砥石の各面を順次砥石面として用いることができるようになっている。
なお、柱状の目立て砥石２６の各面と面との角部はＲ面に形成され、研磨布が引っかからないようになっているが、砥石の形状はこれに限定されない。

ステー４３には、２本の支持棒４４が固定されている。この２本の支持棒４４は支持台４５を貫通して頭部が逆側に突出し、この突出している支持棒４４の先端に規制板４６がねじ止めされている。
ステー４３と支持台４５との間には、支持棒４４が貫通するコイルスプリング４７が介装され、規制板４６が支持台４５の面に当接するまでステー４３、したがって目立て砥石２６を支持台４５から離れる方向に付勢している。

支持台４５は、図３、図４に示されるように、柱状の目立て砥石２６がシャフト３０と平行な方向となるように、移動体２０内に固定される。
支持台４５は、片側２本ずつのねじ５０ａ、５０ｂによって、移動体２０の側壁板２０ａ、２０ｂに、ねじ５０ｂを中心として、図３上、紙面に平行な方向、すなわち、柱状の目立て砥石２６が延びる方向と平行な方向に所要角度傾動自在に設けられている。これにより、長さ数ｃｍ程度の柱状の目立て砥石２６は、研磨布の凹凸面に追従して傾動可能となっている。
なお、側壁板２０ａ、２０ｂをねじ５０ａが貫通する孔は長孔（図示せず）に形成されていて、この長孔の範囲で支持台４５が傾動するようになっているのである。

本実施の形態における研磨布のドレッシング装置１２は上記のように形成されている。
研磨布のドレッシングは次のようにしてなされる。
ワークの研磨終了後、上定盤１５を上方に引き上げ、キャリアからワークを取り出す。キャリアは研磨装置１０から取り外す必要はない。
次に、ロータリーアクチュエータ３４を駆動してシャフト３０を回転させ、移動体２０を横長の状態にする。
次に、モータ４１を駆動して走行体３２をガイドレール３８に沿わせて移動させて、移動体２０を上下定盤１４、１５間に進入させる。

移動体２０は横長の状態となっているから、インターナルギア１７のピンギアに邪魔されることなく、上下定盤１４、１５間に進入する。なお、移動体２０は、研磨布上であって、キャリアとキャリアとの間の隙間に位置するところを移動させるようにする（図１参照）。すなわち、研磨終了後、キャリアの位置を上記位置となるように調整する。
次に、ロータリーアクチュエータ３４を駆動してシャフト３０をもとの位置まで回動し、移動体２０を縦長の状態とする。

次に、上定盤１５を下降し、上下定盤１４、１５の研磨布によって移動体２０の上下面側の目立て砥石２６を挟み込むようにする。
目立て砥石２６はコイルスプリング４７によって支持台４５から突出する方向に付勢されている。したがって、上下面の目立て砥石２６が上下定盤１４、１５の研磨布によって挟み込まれると、目立て砥石２６はコイルスプリング４７の付勢力に抗して、支持棒４４が支持台４５に突入する方向に移動される。これにより、目立て砥石２６は、圧縮されたコイルスプリング４７によって、常に一定の力で研磨布に当接することになる。

上記によって、ドレッシングの準備が完了する。
次いで、図示しない制御部により各部を制御して、ノズル２２から高圧水を研磨布に向けて噴出させ、上下定盤１４、１５を互いに逆方向に回転させ、モータ４１を駆動させてシャフト３０を移動させる。これにより、目立て砥石２６は研磨布上を研磨布の径方向に移動し、研磨布の洗浄と目立てが同時に行われる。目立て砥石２６は移動体２０に傾動可能に設けられているので、研磨布の凹凸面に追随して移動可能である。
このように、目立て砥石２６によって上流側で研磨布の目立てを行いつつ、下流側で、目立ての終わった研磨布上に、ノズル２２から高圧水を噴出させることによって、研磨布の洗浄と、研磨布の目立てを同時に行うことができる。
移動体２０は、研磨布上を径方向に適宜往復動させて、研磨布を万遍なく洗浄、目立てを行うようにするとよい。

目立て砥石２６は、長さが数ｃｍ程度のものが用いられ、研磨布の凹凸面に追随して研磨布の径方向に移動するものであるから、リング状の修正砥石のように、研磨布の径方向全体に接触して研削し、これにより研磨布の凹凸面を平坦なものにするようなドレッシングは行わない。
目立て砥石２６は、研磨布の凹凸面に追従して移動し、凹凸面の表面状態を調整する（多少の研削と、表面の目立て）作用をするのである。
研磨面の洗浄は、研磨が１バッチ終了するごとに行う。したがって、目立て砥石２６による目立てドレッシングも、研磨の１バッチが終了するごとに行われることになる。

図８は、従来のドレッシングを行った場合のワークの研磨速度と、本実施の形態のドレッシングを行った場合のワークの研磨速度の比較を示すグラフである。従来は、１バッチ終了ごとに研磨布の洗浄をするのみである。図８からわかるように、従来では、研磨の７バッチ終了時点で研磨速度が大幅に低下する。そのため、研磨時間を次第に伸ばして一定の研磨量を確保していた。また、７バッチ終了時点で、キャリアを取り外し、ドレスキャリアと交換して、リング状の修正砥石を用いて修正ドレッシングして、研磨布の平坦化を行う必要があった。

これに対して、本実施の形態では、洗浄と目立てドレッシングを研磨の１バッチ終了ごとに行うことで、図８に明瞭なように、１バッチ終了後のワークの研磨速度がそれほど落ちず、均一な研磨速度を維持できることがわかる。２０バッチ終了後で、修正ドレッシングが必要となる程度である。したがって、時間のかかる修正ドレッシングをする回数を減らすことができ、研磨効率を向上させることができる。また、研磨速度の変化が少ないことから、研磨量の制御が容易となり、精度のよい研磨を行うことが可能となる。また、修正ドレッシングの回数を減らすことができるから、研磨布の寿命も長くすることができる。

図９は、従来のドレッシングを行った場合のワークの平坦度と、本実施の形態のドレッシングを行った場合のワークの平坦度の比較を示すグラフである。図９からわかるように、従来の場合、研磨後のワークの平坦度の変化が激しいのに対し、本実施の形態の場合、均一な平坦度が維持され、品質が安定していることがわかる。これは、図８にも示されるように、研磨布の状態が安定して維持されることからくるものである。

上記実施の形態では、洗浄装置２４と目立てドレッシング装置２８とを同一の移動体２０上に設けたが、洗浄装置と目立てドレッシング装置とは別に設けてもよい。しかし、この場合も、研磨布の洗浄と目立てドレッシングを同時に行う。
また、上記実施の形態では、両面研磨装置における研磨布のドレッシングについて説明したが、片面研磨装置の研磨布のドレッシングに適用することもできる。片面研磨装置では、ワーク保持ヘッド下面にワークを保持して、下定盤の研磨布上にワークを押接して、ワークの片面を研磨する。研磨終了後、研磨布上に上記目立てドレッシング装置を用いて、研磨布の洗浄と目立てドレッシングとを同時に行うようにするのである。この場合、上定盤が存在しないので、適宜な押圧機構（図示せず）によって、目立てドレッシング装置を下定盤上に押圧する必要がある。

１０ 研磨装置
１２ 研磨布のドレッシング装置
１４ 下定盤
１５ 上定盤
１６ 太陽ギア
１７ インターナルギア
１８ キャリア
１９ 透孔
２０ 移動体
２２ ノズル
２４ 洗浄装置
２６ 目立て砥石
２８ ドレッシング装置
３０ シャフト
３１ 軸受
３２ 走行体
３４ ロータリーアクチュエータ
３６ タイミングベルト
３８ ガイドレール
４０ ボールねじ
４１ モータ
４３ ステー
４４ 支持棒
４５ 支持台
４７ コイルスプリング

Claims (16)

1. 回転する定盤の研磨布上にワークを押接し、研磨布上に研磨液を供給しつつワーク表面の研磨を行った後の、該研磨布の表面状態を砥石を用いて調整する研磨布のドレッシング方法において、
   前記ワーク研磨後、研磨布上に高圧洗浄水を供給して研磨布を洗浄する洗浄工程中で、目立て砥石を研磨布の径方向に研磨布の凹凸面に追従させて移動させて研磨布の目立てドレッシングを行う工程を含むことを特徴とする研磨布のドレッシング方法。
2. 研磨の１バッチ終了ごとに、研磨布の洗浄と目立てドレッシングとを行うことを特徴とする請求項１記載の研磨布のドレッシング方法。
3. 研磨の複数バッチ終了後に、修正砥石を用いて、研磨布の凹凸面を研削して平坦にする修正ドレッシングを行う工程を含むことを特徴とする請求項１または２記載の研磨布のドレッシング方法。
4. 研磨布の凹凸面に追従して傾動可能に設けた目立て砥石を用いることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の研磨布のドレッシング方法。
5. 目立て砥石に、断面四角形の柱状の目立て砥石を用い、該柱状砥石の各面を順次砥石面として用いることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の研磨布のドレッシング方法。
6. 高圧水を噴出するノズルと目立て砥石が移動体に搭載されたドレッシング装置を用い、移動体を研磨布の径方向に移動させて研磨布の洗浄と目立てドレッシングを行うことを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載の研磨布のドレッシング方法。
7. 研磨布の目立てドレッシングを研磨布の洗浄に先行して行うことを特徴とする請求項１〜６いずれか１項記載の研磨布のドレッシング方法。
8. 下定盤と上定盤を有する両面研磨装置の研磨布を、同時に洗浄および目立てドレッシングを行うことを特徴とする請求項１〜７いずれか１項記載の研磨布のドレッシング方法。
9. 回転する定盤の研磨布上にワークを押接し、研磨布上に研磨液を供給しつつ、ワーク表面の研磨を行った後の、該研磨布の表面状態を砥石を用いて調整する研磨布のドレッシング装置において、
   前記研磨布の径方向に移動自在に設けられた移動体、および該移動体上に設けられ、研磨布に向けて高圧洗浄水を噴射するノズルを備えた洗浄装置と、
   前記研磨布の径方向に移動自在に設けられた移動体、および該移動体上に設けられ、研磨布の凹凸面に追従して移動し、研磨布の目立てを行う目立て砥石を備えたドレッシング装置と、
   前記洗浄装置による研磨布の洗浄工程中に前記ドレッシング装置により研磨布の目立てドレッシングを行うように、前記洗浄装置と前記ドレッシング装置の駆動を制御する制御部とを具備することを特徴とするドレッシング装置。
10. 前記洗浄装置の移動体とドレッシング装置の移動体とが共通の移動体であることを特徴とする請求項９記載の研磨布のドレッシング装置。
11. 前記移動体の上面側および下面側にそれぞれノズルおよび目立て砥石を有し、
    下定盤と上定盤とを有する両面研磨装置のそれぞれの研磨布を同時に洗浄および目立てドレッシングを行うことを特徴とする請求項１０記載の研磨布のドレッシング装置。
12. 研磨布に対して目立てドレッシングが洗浄に先行して行われるようにノズルおよび目立て砥石が移動体に配置されていることを特徴とする請求項９〜１１いずれか１項記載の研磨布のドレッシング装置。
13. 目立て砥石が研磨布に押接されるように、付勢部材により目立て砥石が移動体に研磨布方向に付勢して設けられていることを特徴とする請求項９〜１２いずれか１項記載の研磨布のドレッシング装置。
14. 目立て砥石が研磨布の凹凸面に追随して移動可能なように、目立て砥石が移動体に傾動可能に設けられていることを特徴とする請求項９〜１３いずれか１項記載の研磨布のドレッシング装置。
15. 目立て砥石に、断面四角形の柱状の目立て砥石を用い、該柱状砥石の各面を順次砥石面として用いることを特徴とする請求項９〜１４いずれか１項記載の研磨布のドレッシング装置。
16. 前記移動体が水平面に対して９０°反転可能に設けられていることを特徴とする請求項９〜１５いずれか１項記載の研磨布のドレッシング装置。