JP2581478B2

JP2581478B2 - 平面研磨装置

Info

Publication number: JP2581478B2
Application number: JP435295A
Authority: JP
Inventors: 眞成三橋; 秀之小野
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-01-13
Filing date: 1995-01-13
Publication date: 1997-02-12
Anticipated expiration: 2012-02-12
Also published as: KR0184991B1; US5584749A; JPH08192361A; KR960029025A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体ウェハ、半導
体回路の絶縁膜付き又は金属配線付きウェハ、磁気ディ
スク、ガラス基板、その他の板状の被加工物を高平滑に
平面研磨加工するための平面研磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体ウェハ、磁気ディスク等の
研磨のために、特開平４−３３３３６号公報、特開平５
−６９３１０号公報、特開平５−３０９５５９号公報等
に記載の平面研磨装置が利用されている。

【０００３】図７は、上記公報に記載のものと類似の従
来の平面研磨装置の一例を示している。この平面研磨装
置は、回転駆動される円盤状研磨工具３１の上向きの加
工面に、被加工物３２を加圧保持板３３によって加圧接
触させ、研磨液３４を加工面に供給しながら平面研磨す
るものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
平面研磨装置では、図８に示すように、研磨時間が長く
なるに従って、加工面に目詰まりが生じることにより、
研磨レート（研磨量／時間）が低下していく欠点があ
り、被加工物ごとの研磨加工量が変動するという問題点
があった。また、従来では、研磨液は１回の使用で廃棄
しており、研磨液のランニングコストが高いという問題
もあった。

【０００５】この発明は、上述の事情に鑑みてなされた
もので、研磨レートの低下を防止して被加工物ごとの加
工量を一定にすることのできる平面研磨装置を提供する
ことを目的としている。また、高価な研磨液の無駄を排
して、ランニングコストの低減を図ることのできる平面
研磨装置を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、回転駆動される円盤状研磨
工具の加工面に被加工物を加圧接触させ、研磨液を加工
面に供給しながら平面研磨する平面研磨装置において、
上記研磨工具の回転方向に対して、被加工物の後方位置
に上記加工面に研磨液を供給する研磨液供給機構を配置
すると共に、被加工物の前方位置に上記加工面上の研磨
液を吸引回収する研磨液吸引機構を配置したことを特徴
としている。

【０００７】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の平面研磨装置において、上記研磨液吸引機構と研磨
液供給機構が、上記研磨液吸引機構で回収した研磨液を
再生して上記研磨液供給機構に送給する再生循環回路を
介して接続されていることを特徴としている。

【０００８】また、請求項３記載の発明は、請求項２記
載の平面研磨装置において、上記再生循環回路が、上記
研磨液吸引機構で回収した研磨液を貯留して沈降濾過作
用により異物を除去すると共にオーバーフロー分を順次
下流側へ流出させる複数段の沈澱槽と、該複数段の沈澱
槽よりも下流側で且つ上記研磨液供給機構の前段に介在
された研磨屑除去用フィルタとを備えていることを特徴
としている。

【０００９】また、請求項４記載の発明は、請求項１，
２又は３記載の平面研磨装置において、上記研磨液供給
機構及び上記研磨液吸引機構が、上記研磨工具の工具半
径の全幅を供給対象領域及び吸引対象領域としているこ
とを特徴としている。

【００１０】また、請求項５記載の発明は、請求項１，
２，３又は４記載の平面研磨装置において、上記研磨液
供給機構及び上記研磨液吸引機構が、共に円形をなし、
上記研磨工具の加工面上で回転可能に支持されているこ
とを特徴としている。

【００１１】また、請求項６記載の発明は、請求項１，
２，３，４又は５記載の平面研磨装置において、上記研
磨工具の加工面の周縁部に研磨液の流出を防ぐ起立壁が
設けられていることを特徴としている。

【００１２】また、請求項７記載の発明は、請求項１，
２又は４記載の平面研磨装置において、上記研磨液供給
機構が上記研磨工具の加工面に工具半径の略全幅にわた
り接触するブラシを備えていることを特徴としている。

【００１３】

【作用】請求項１記載の発明では、研磨液供給機構によ
って加工面に供給された研磨液は、被加工物の研磨に用
いられた後、直ちに研磨液吸引機構で吸引される。した
がって、研磨液と共に研磨工具表面の研磨屑や研磨工具
屑等がインプロセスで除去され、常に加工面がクリーン
な状態に保たれる。

【００１４】また、請求項２の発明では、研磨液吸引機
構によって研磨工具の加工面から吸引回収した研磨液
を、再生循環回路を経由することで再生し、研磨液供給
機構で再び研磨工具の加工面に供給する。

【００１５】また、請求項３記載の発明では、回収した
研磨液を複数段の沈澱槽に導き、更にフィルタを通して
研磨液吸引機構に導くので、研磨液中に混入している研
磨屑等の異物を効率良く除去し、研磨液を再生すること
ができる。

【００１６】また、請求項４記載の発明では、研磨工具
の加工面の全幅に研磨液を供給し、加工面の全幅から研
磨液を回収するので、被加工物の大きさによらず、同じ
条件で研磨加工することができる。

【００１７】また、請求項５記載の発明では、研磨液供
給機構及び研磨液吸引機構が回転することにより、加工
面に対してむら無く研磨液の供給及び吸引を行うことが
できる。

【００１８】また、請求項６記載の発明では、加工面に
供給された研磨液は加工面外に流出しなくなる。

【００１９】また、請求項７記載の発明では、ブラッシ
が研磨工具の加工面の凹部にある研磨屑や研磨工具屑等
を掃き出すので、吸引効率が一段と向上する。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例につ
いて説明する。 ◇第１実施例図１は、この発明の第１実施例である平面研磨装置の構
成を示す平面図、図２は側面図である。図１及び図２に
おいて、平面研磨装置の架台１の上部フレーム２には、
加工面を上向きにして回転自在に円盤状の研磨工具１１
が装備され、モータ２０によって矢印イ方向（上から見
て時計回り）に回転駆動されるようになっている。研磨
工具１１の加工面には、加圧保持板２１によって被加工
物１２が加圧接触させられている。加圧保持板２１及び
被加工物１２は、研磨工具１１の加工面に乗っており、
研磨工具１１の回転方向に対して、被加工物１１の前方
に位置する水平フレーム３の一対の支持ローラ４、４に
より、定位置にて自転可能に止められている。

【００２１】また、研磨工具１１の加工面の上方には、
加工面との間に僅かの隙間（１ｍｍ程度）を保持して、
直方体状研磨液吹き付け機構（研磨液供給機構）１３と
直方体状研磨液吸引機構１４とが配設されている。直方
体状研磨液吹き付け機構１３は、直方体形の箱の底面の
小径孔から研磨工具１１の加工面に対して研磨液を吹き
付けるものであり、直方体状研磨液吸引機構１４は、直
方体形の箱の底面の小径孔から研磨工具１１の加工面の
研磨液を吸引回収するものである。

【００２２】直方体状研磨液吹き付け機構１３は、研磨
工具１１の回転方向に対して被加工物１２の後方位置に
配設され、直方体状研磨液吸引機構１４は、研磨工具１
１の回転方向に対して被加工物１２の前方位置に配設さ
れ、共に研磨工具１１の半径方向の全幅をカバーするよ
うな形態で、架台１によって支持されている。なお、直
方体状研磨液吹き付け機構１３及び直方体状研磨液吸引
機構１４の底面の小径孔は、それぞれの直径が約１ｍｍ
であって、３ｍｍピッチで多数配列されている。

【００２３】架台１の上部フレーム２の下方には、直方
体状研磨液吸引機構１４で吸引回収した研磨液を再生し
て、直方体状研磨液吹き付け機構１３に送給する再生循
環回路５が装備されている。この再生循環回路５は、研
磨液タンク１８と、研磨屑除去用のフィルタ１６とを備
えている。研磨液タンク１８は、回収した研磨液を貯留
して、沈降濾過作用により異物を除去すると共に、オー
バーフロー分を順次下流側へ流出させる複数段（この例
では３段）の沈澱槽１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃを備えてい
る。各沈澱槽１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃは、仕切壁の高さ
を順々に違えることで、オーバーフロー分を上流段の沈
澱槽から下流段の沈澱槽へ順次流下させるようになって
いる。

【００２４】そして、上流側の沈澱槽１８Ａに直方体状
研磨液吸引機構１４がポンプ１９を介してパイプ１５で
接続され、下流側の沈澱槽１８Ｃに直方体状研磨液吹き
付け機構１３がポンプ１７とフィルタ１６を介してパイ
プ１５で接続されている。吸引側のポンプ１９は、直方
体状研磨液吸引機構１４から空気もろとも研磨液を吸い
込める強力なものであり、一緒に吸い込んだエアは、図
示しない機構により、研磨液タンク１８内へあまり入り
込まないように処理される。また、供給側のポンプ１７
は、供給量１００ｃｃ／ｍｉｎ程度の能力で研磨液を吐
出できるものである。また、フィルタ１６は、研磨液１
８内の沈澱槽１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃで除去できなかっ
た異物を除去するためのもので、３μｍと０．２μｍ程
度の２段のメッシュを備えている。

【００２５】次に作用を説明する。研磨工具１１で加工
を開始するのに伴い、直方体状研磨液吹き付け機構１３
から研磨液を加工面に供給する。被加工物１２の手前で
加工面に供給された研磨液は、研磨工具１１の回転によ
り被加工物１２の加工箇所に到達し、研磨工具１１の回
転と被加工物１２の回転（図１のロ方向の回転）により
生じる研磨工具１１と被加工物１２の間の摩擦により、
被加工物１２を研磨する。

【００２６】研磨に使用された研磨液は、被加工物１２
を通過した後、直ちに流れの下流側に位置する直方体状
研磨液吸引機構１４によって吸引される。したがって、
研磨液と共に研磨工具１１表面の研磨屑や研磨工具屑等
がインプロセスで除去され、常に加工面がクリーンな状
態に保たれる。

【００２７】よって、研磨レートの低下を来さずに、長
時間にわたって、効率良く研磨することができる。この
場合、研磨工具１１の加工面の全幅に研磨液が供給さ
れ、加工面の全幅から研磨液が回収されるので、被加工
物１２の大きさによらず、同じ条件で研磨加工すること
ができる。

【００２８】直方体状研磨液吸引機構１４によって研磨
工具の加工面から吸引回収された研磨液は、再生循環回
路５の研磨液タンク１８に回収され、ここで沈澱槽１８
Ａ、１８Ｂ、１８Ｃを順次経由することにより、大きい
異物から小さい異物まで順々に除去されて、最終段の沈
澱槽１８Ｃから、フィルタ１６を介して直方体状研磨液
吹き付け機構１３により、再び研磨工具１１の加工面に
送られる。このため、研磨液が何度も循環使用されるこ
とにより、研磨液の無駄がなくなる。

【００２９】次に具体的なテスト結果について述べる。
このテストでは、円盤状の研磨工具１１としてポリウレ
タン（直径２５インチ）製のものを用い、研磨液として
コロイダルシリカ（粒径１００オングストローム）を用
い、二酸化シリコン膜付きウェハ（被加工物）を研磨し
た。

【００３０】研磨工具回転数は２４ｒｐｍ、加工圧力は
４００ｇ／平方センチメートルでテストしたところ、研
磨レートは、研磨累計時間１０時間以内で１５００±５
０オングストローム／ｍｉｎとなり、従来の平面研磨装
置のように、加工時間が長くなると研磨レートが低下す
るという問題点が解消された。

【００３１】これは、直方体状研磨液吹き付け機構１３
及び直方体状研磨液吸引機構１４によって、研磨加工
中、研磨工具１１の加工面に供給された研磨液が被加工
物１２の研磨に用いられた後、直ちに吸引され、研磨液
と共に研磨工具１１の加工面の研磨屑、研磨工具屑等が
インプロセスで除去され、かつフィルタ１６を通過した
クリーンな研磨液が加工面に供給されたためであると考
えられる。

【００３２】◇第２実施例次に、この発明の第２実施例を説明する。図３は、この
発明の第２実施例である平面研磨装置の構成を示す平面
図、図４は側面図である。この第２実施例の平面研磨装
置では、研磨液供給機構として円板状研磨液吹き付け機
構２３を用い、研磨液吸引機構として円板状研磨液吸引
機構２４を用いている。それ以外は第１実施例と同様で
ある。

【００３３】円板状研磨液吹き付け機構２３及び円板状
研磨液吸引機構２４は、上から見た場合、被加工物１２
の径より大きい円形のドラム状のものであり、円板状研
磨液吹き付け機構２３は、研磨工具１１の回転方向に対
して被加工物１２の後方位置に配設され、円板状研磨液
吸引機構２４は、研磨工具１１の回転方向に対して被加
工物１２の前方位置に配設されている。

【００３４】円板状研磨液吹き付け機構２３及び円板状
研磨液吸引機構２４は、それぞれの底面に該底面の直径
より小径のリング（厚さ１ｍｍ）２５、２６を有し、該
リング２５、２６により、研磨工具１１の加工面に乗っ
ている。そして、前述した加圧保持板２１の支持と同じ
ように、研磨工具１１の回転方向に対して、それぞれ前
方に位置する水平フレーム３の一対の支持ローラ４、４
により、定位置にて自転可能に止められている。

【００３５】円板状研磨液吹き付け機構２３及び円板状
研磨液吸引機構２４の底面のリング２５、２６より外側
には、小径孔（直径約１ｍｍの孔で、かつピッチ約３ｍ
ｍで配列されている）が多数設けてあり、これらの小径
孔を通して、それぞれが研磨液の吹き付け及び吸引作用
を行うようになっている。

【００３６】また、円板状研磨液吹き付け機構２３及び
円板状研磨液吸引機構２４は、第１実施例と同様に再生
循環回路５に接続されている。すなわち、研磨液タンク
１８の上流側の沈澱槽１８Ａに、円板状研磨液吸引機構
２４がポンプ１９を介してパイプ１５で接続され、下流
側の沈澱槽１８Ｃに円板状研磨液吹き付け機構２３がポ
ンプ１７とフィルタ１６を介してパイプ１５で接続され
ている。なお、パイプ１５と円板状研磨液吹き付け機構
２３及び円板状研磨液吸引機構２４の連結部には、回転
許容式のジョイントが用いられている。

【００３７】次に作用を説明する。研磨工具１１で加工
を開始するのに伴い、円板状研磨液吹き付け機構２３か
ら研磨液を加工面に供給する。被加工物１２の手前で加
工面に供給された研磨液は研磨工具１１の回転により被
加工物１２の加工箇所に到達し、研磨工具１１の回転と
被加工物１２の回転（図１のロ方向の回転）により生じ
る研磨工具１１と被加工物１２の間の摩擦により、被加
工物１２を研磨する。この際、円板状研磨液吹き付け機
構２３も自転することになり、底面の小径孔から回転し
ながら周囲に万遍なく研磨液を供給する。

【００３８】研磨に使用された研磨液は、被加工物１２
を通過した後、直ちに流れの下流側に位置する円板状研
磨液吸引機構２４によって吸引される。この際も、円板
状研磨液吸引機構２４は、自転しながら研磨液を吸引す
ることになるため、平均して研磨液を吸引回収すること
ができる。したがって、研磨液と共に研磨工具１１表面
の研磨屑や研磨工具屑等がインプロセスで除去され、常
に加工面がクリーンな状態に保たれる。

【００３９】それゆえ、研磨レートの低下を来さずに、
長時間にわたって、効率良く研磨することができる。こ
の場合、研磨工具１１の加工面の広い範囲に平均して研
磨液を供給することができ、また加工面の広い範囲から
平均して研磨液を回収することができるので、加工面を
平均して良好な状態に保つことができる。

【００４０】円板状研磨液吸引機構２４によって研磨工
具の加工面から吸引回収された研磨液は、第１実施例と
同等に、再生循環回路５によって再生され、円板状研磨
液吹き付け機構２３によって、再び研磨工具１１の加工
面に送られる。このため、研磨液が何度も循環使用され
ることにより、研磨液の無駄がなくなる。

【００４１】次に具体的なテスト結果について述べる。
このテストも上記第１実施例の場合と同じ条件で行っ
た。その結果、研磨累計時間１０時間以内で研磨レート
は１５００±４５オングストローム／ｍｉｎとなり、従
来の平面研磨装置のように、加工時間が長くなると研磨
レートが低下するという問題点が解消された。

【００４２】以上、この発明の実施例を図面により詳述
してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるもの
ではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変
更等があってもこの発明に含まれる。例えば、図５に示
すように、研磨工具１１の加工面の周縁部に研磨液の流
出を防ぐ起立壁１１ａを設ければ、加工面に供給される
研磨液が加工面外に流出しなくなるので、より研磨液の
回収効率が良くなり、ランニングコスト低減に寄与す
る。また、図６に示すように、研磨工具１１の回転方向
に対して、直方体状研磨液吸引機構１４の後方に、すな
わち、直方体状研磨液吸引機構１４と被加工物１２との
間に、ブラシ２７を研磨工具１１の加工面に、かつ、工
具半径の略全幅にわたり接触するように設ければ、研磨
工具１１の加工面の凹部にある研磨屑や研磨工具屑等が
掃き出されるので、吸引効率が一段と向上する。また、
被加工物は、二酸化シリコン膜付きウェハに限定される
ものではなく、例えば、金属配線付きウェハ、磁気ディ
スク、ガラス基板、その他の板状のものも含まれる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、使用済みの研磨液を直ちに加工面から除去
し、同時に研磨屑や研磨工具屑を加工面から取り除くの
で、研磨工具面の目詰まりを防止して、常に加工面をク
リーンな状態に保つことができる。よって、研磨時間が
長くなっても、研磨レートが低下することがなく、被加
工物ごとの研磨加工量の変動を無くすことができる。

【００４４】また、請求項２の発明によれば、研磨液を
再生循環回路を経由して何回も使用することができるの
で、ランニングコストの低減が図れる。

【００４５】また、請求項３記載の発明によれば、複数
段の沈澱槽とフィルタを経由して研磨液を再生するの
で、クリーンな研磨液を循環使用することができる。

【００４６】また、請求項４記載の発明によれば、被加
工物の大きさによらず、同じ条件で加工精度、加工効率
を向上させることができる。

【００４７】また、請求項５記載の発明によれば、研磨
液の供給及び吸引のむらを無くすことができ、加工面全
域を平均して良好な状態に保つことができる。

【００４８】また、請求項６記載の発明によれば、加工
面上に供給された研磨液が加工面外に流出しなくなるの
で、回収効率が上がり、ランニングコストが一段と低減
される。

【００４９】また、請求項７記載の発明によれば、ブラ
ッシが研磨工具の加工面の凹部にある研磨屑や研磨工具
屑等を掃き出すので、吸引効率が一段と向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例である平面研磨装置の構
成を示す平面図である。

【図２】同平面研磨装置の構成を示す側面図である。

【図３】この発明の第２実施例である平面研磨装置の構
成を示す平面図である。

【図４】同平面研磨装置の側面図である。

【図５】この発明の各実施例に用いる研磨工具の他の例
を示す側断面図である。

【図６】この発明の各実施例にの用いる直方体状研磨液
吸引機構の他の例を示す側断面図である。

【図７】従来の平面研磨装置の側面図である。

【図８】従来の平面研磨装置における研磨レートを説明
するための図である。

【符号の説明】

５再生循環回路１１研磨工具１１ａ起立壁１２被加工物１３直方体状研磨液吹き付け機構（研磨液供給機
構）１４直方体状研磨液吸引機構１６フィルタ１８研磨液タンク１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ沈澱槽２１加圧保持板２３円板状研磨液吹き付け機構（研磨液供給機
構）２４円板状研磨液吸引機構２７ブラシ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】回転駆動される円盤状研磨工具の加工面
に被加工物を加圧接触させ、研磨液を加工面に供給しな
がら平面研磨する平面研磨装置において、前記研磨工具の回転方向に対して、被加工物の後方位置
に、前記加工面に研磨液を供給する研磨液供給機構を配
置すると共に、被加工物の前方位置に、前記加工面上の研磨液を吸引回
収する研磨液吸引機構を配置したことを特徴とする平面
研磨装置。
【請求項２】前記研磨液吸引機構と研磨液供給機構
が、前記研磨液吸引機構で回収した研磨液を再生して前
記研磨液供給機構に送給する再生循環回路を介して接続
されていることを特徴とする請求項１記載の平面研磨装
置。
【請求項３】前記再生循環回路が、前記研磨液吸引機構で回収した研磨液を貯留して沈降濾
過作用により異物を除去すると共にオーバーフロー分を
順次下流側へ流出させる複数段の沈澱槽と、該複数段の沈澱槽よりも下流側で且つ前記研磨液供給機
構の前段に介在された研磨屑除去用フィルタとを備えて
いることを特徴とする請求項２記載の平面研磨装置。
【請求項４】前記研磨液供給機構及び前記研磨液吸引
機構が、前記研磨工具の工具半径の全幅を供給対象領域
及び吸引対象領域としていることを特徴とする請求項
１，２又は３記載の平面研磨装置。
【請求項５】前記研磨液供給機構及び前記研磨液吸引
機構が、共に円形をなし、前記研磨工具の加工面上で回
転可能に支持されていることを特徴とする請求項１，
２，３又は４記載の平面研磨装置。
【請求項６】前記研磨工具の加工面の周縁部に研磨液
の流出を防ぐ起立壁が設けられていることを特徴とする
請求項１，２，３，４又は５記載の平面研磨装置。
【請求項７】前記研磨液供給機構が前記研磨工具の加
工面に工具半径の略全幅にわたり接触するブラシを備え
ていることを特徴とする１，２又は４記載の平面研磨装
置。