JP6145596B2

JP6145596B2 - 研磨装置および研磨装置に用いられるアタッチメント

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Publication number: JP6145596B2
Application number: JP2013052876A
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Inventors: 陽一赤上; 伸英齊藤; 一幸松下; 大作松下; 佐々木　健二; 健二佐々木
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Publication date: 2017-06-14
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Description

本発明は、半導体が形成される基板を研磨する際に用いられる研磨装置、および研磨装置に用いられるアタッチメントに関するものである。

従来、研磨装置は、半導体が形成される基板であるシリコンウェハー基板を仕上げる加工に用いられる。近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）に用いられる基板として単結晶サファイア基板が注目されている。発光ダイオードは単結晶サファイア基板に窒化ガリウム（ＧａＮ）等をエピタキシャル成長させることで形成される。その際単結晶サファイア基板は、窒化ガリウムの結晶不良を避けるため、平坦かつ原子レベルの粗面粗さに研磨される。また、ＳｉＣ基板やＧａＮ基板といったパワーデバイス向け高硬度半導体基板においても大電流を印加する等の用途上、同様に高度な品位が求められる。ここで単結晶サファイア基板は一般的に以下の工程を経て加工される。

成長した結晶は結晶の引き上げ方向にトップとテールがカットされ、ダイヤモンドが電着されたコアドリル等によって結晶から円筒形のインゴットが抜き取られる。

外径・オリエンテーションフラット加工工程にて、前工程で得られたインゴットは、円筒研磨機によって外径の仕上げ加工が施され、外周の一部または複数個所に結晶方位を判別するための平面加工（オリエンテーションフラット加工）が施される。

切断加工工程にて、表面にダイヤモンド砥粒が固定されたワイヤーソーによってインゴットは、規定の厚さに切断される。なお、その際加工ひずみや反りが生じる。

両面ラップ工程にて、前工程の切断加工工程によって切断された基板の厚みのばらつきを均一化し、加工ひずみや反りを除去し、平坦化処理が施される。これにより、表面（エピタキシャル成長に用いる面）粗さが規格の数値に整えられる。一般に、ラップ工程は、例えば錫、銅、等の金属製鋳物定盤と、緑色炭化ケイ素（ＧＣ）砥粒が水溶性切削液に分散されて生成されたＧＣ研磨スラリーが用いられて遊離砥粒両面研磨加工が施される。なお、砥粒の機械的特性により加工が施されるため、基板に加工ダメージ（加工変質層）が発生する。

ダイヤモンドラップ工程（片面研磨）において、粗面粗さ仕上げとして、前工程である両面ラップ工程で発生した加工変質層が除去される（図９参照）。厚みが約１５から約３０ｍｍであるセラミックス製のプレート５２に、ホットメルトタイプの固形ワックス等によって基板１が貼り付けられている。その際、ダイヤモンド砥粒が水溶性切削液に分散されて生成されたダイヤモンド研磨スラリー２が用いられる。なお、一般的にダイヤモンド研磨スラリー２はダイヤモンド砥粒（多結晶ダイヤモンドまたは形状加工処理が施された単結晶ダイヤモンド）の粒径が約１μｍから約９μｍであり、水溶性切削液に対する砥粒濃度が約０．１から約５ｗｔ％である。

ＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）工程において、表面最終仕上げとして、前工程であるダイヤモンドラップ工程（または上記した各工程）において発生した加工変質層が除去され、オングストロームオーダーで処理された平坦で高品位（Ｒａ０．３ｍｍ以下）の表面粗さに仕上げられる。その際、水および添加剤が混合した溶媒にコロイダルシリカ砥粒が分散されて生成されたコロイダルシリカ研磨スラリーが用いられる。なお、一般的にコロイダルシリカ研磨スラリーは平均粒径が約３０から約１００ｎｍである。

上記した工程において単結晶サファイア基板を加工する研磨装置として、例えば下記特許文献１に記載された仕上げ研削装置がある。この仕上げ研削装置は、基板を研磨する研削砥石が備えられた研削部、研削部と対面して基板が保持されるチャック、研削部をチャックに近づける研削送り部、等から構成され、基板が仕上げ研削される。

特開２０１１−２１８５４５号公報

しかし、単結晶サファイアはビッカース硬度がＨｖ２３００の堅硬かつ脆弱ないわゆる硬脆材料であり、化学的安定性に富むが、従来の研磨装置における基板の加工において長時間を要し、例えばＳｉＣやＧａＮといった他の高硬度半導体基板の研磨加工においても同様に長時間を有する。更に、上記したダイヤモンドラップ工程、およびＣＭＰ工程において以下の課題がある。

ダイヤモンドラップ工程における研磨装置の定盤は金属製であるため、以下の弊害がある。金属製の定盤は、例えば錫、銅等の素材から形成されて高価な上（４０インチサイズで約３００万円）、基板の加工において摺動により摩耗するため定期的な補修や交換を要し費用が嵩む。基板が高硬度であるため、例えば局所的に高荷重がかかる場合や、大径の砥粒や異物が混入した場合等において基板にスクラッチ痕等の損傷を与える。また、摩耗により発生した摩耗粉により研磨品質を低下する。ダイヤモンド砥粒スラリーによる機械的な研磨を施すため、砥粒が基板に加工変質層を生じ次工程であるＣＭＰ工程における加工の負担となる。

ＣＭＰ工程において、一般的に高硬度半導体材料の研磨加工では、研磨速度を向上させるため、２００から４００ｇ／ｃｍ^２の高荷重をかける。その際、定盤に搭載された軟質な研磨パッドは弾性変形し、これにより基板には局所的に応力集中が発生し、基板の平坦性が悪化する。また、例えばφ６インチサイズ以上の大型の基板の中心部までスラリーが到達し難くいため、平坦性の悪化の要因となる。平坦性の悪化は、後工程の歩留まりに大きく影響を与えるため、ＣＭＰ工程において平坦性を維持し、表面粗さの平滑化を図る必要がある。その方法として、低荷重化が挙げられる。しかしながら、プレストンの経験則で表されるように、研磨速度は研磨荷重と相対運動速度に比例することから、低荷重化により研磨速度が低下すると共に加工効率が低下する。一方、相対運動速度の高速化により研磨速度を向上させることは可能となるが、相対運動速度の高速化、例えば研磨定盤回転数を上げた場合、スラリーに働く遠心力が次第に増大し、一定速度を超えると研磨領域より散逸してしまうため、研磨速度は同様に低下する。これより従来の遊離砥粒研磨法において、研磨速度と平坦性はトレードオフの関係にあるといえる。

本発明は、上記の実情に鑑み、基板の品質を決定する表面仕上げ工程であるダイヤモンドラップ工程、およびＣＭＰ工程の研磨効率を向上させるために提案されたものである。すなわち、ダイヤモンドラップ工程に関し、砥粒の配置制御技術である電界砥粒制御技術により電界ラップ技術を開発し、一方、ＣＭＰ工程に関し、電界ＣＭＰ技術を導入して重研磨技術を開発した。これらの加工技術により、迅速な加工、副資材費用の抑制、および基板の大型化への対応を実現し、高品位な基板を製造することができる研磨装置および研磨装置に用いられるアタッチメントの提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る研磨装置は、互いに対面した第一プレート部材と第二プレート部材との間に、試料となる基盤である被研磨物が挟まれると共にダイヤモンドラップ工程に関しては、誘電性溶媒と誘電性研磨材で構成されるスラリーが、一方、ＣＭＰ工程に関しては導電性溶媒と誘電性研磨材で構成されるスラリーが供給され、前記第一プレート部材および前記第二プレート部材が回転することによって前記被研磨物が研磨される研磨装置において、前記第二プレート部材が緩衝材である樹脂製であり、前記第一プレート部材が通電される金属製であり、前記第一プレート部材と前記被研磨物との間に金属製の台座を備え、前記被研磨物が挟まれた前記台座と前記第二プレート部材との間隔は、前記第一プレート部材と前記第二プレート部材との間隔よりも狭く形成され、前記第一プレート部材および前記第二プレート部材間に電圧が印加され生じた電界は、間隔が狭い前記台座と前記第二プレート部材との間には電界が集中し、より強い電界を生じることによって前記研磨材が引き寄せられる、ことを特徴としている。

本発明に係る研磨装置に用いられるアタッチメントは、互いに対面した第一プレート部材と第二プレート部材との間に、被研磨物が挟まれると共にダイヤモンドラップ工程に関しては、誘電性溶媒と誘電性研磨材で構成されるスラリーが、一方、ＣＭＰ工程に関しては導電性溶媒と誘電性研磨材で構成されるコロダルシリカスラリーが供給され、前記第一プレート部材および前記第二プレート部材が回転することによって前記被研磨物が研磨される研磨装置に用いられるアタッチメントであって、前記被研磨物が表面に配置される金属製の取り換えプレート部材と、この取り換えプレート部材の裏面に備えられた給電部材と、前記取り換えプレート部材の表面に備えられて前記第二プレート部材との間に前記被研磨物が挟まれる金属製の台座から構成され、前記第一プレート部材と交換されることにより、前記第二プレート部材との間に電圧が印加されて生じた電界によって前記台座と前記第二プレート部材との間に前記スラリーが引き寄せられる、ことを特徴としている。

本発明に係る研磨装置は、互いに対面した第一プレート部材と第二プレート部材との間に、被研磨物が挟まれると共にダイヤモンドラップ工程に関しては、誘電性溶媒と誘電性研磨材で構成されるスラリーが、一方、ＣＭＰ工程に関しては導電性溶媒と誘電性研磨材で構成されるスラリーが供給され、前記第一プレート部材および前記第二プレート部材が回転することによって前記被研磨物が研磨される研磨装置において、前記第一プレート部材が、前記研磨材との接触を避けるために内側に電極を備え絶縁性を有し、前記第一プレート部材および前記第二プレート部材間に電圧が印加されて生じた電界によって前記第一プレート部材と前記第二プレート部材との間に前記研磨材が引き寄せられる、ことを特徴としている。

本発明に係る研磨装置に用いられるアタッチメントは、互いに対面した第一プレート部材と第二プレート部材との間に、被研磨物が挟まれると共にダイヤモンドラップ工程に関しては、誘電性溶媒と誘電性研磨材で構成されるスラリーが、一方、ＣＭＰ工程に関しては導電性溶媒と誘電性研磨材で構成されるスラリーが供給され、前記第一プレート部材および前記第二プレート部材が回転することによって前記被研磨物が研磨される研磨装置に用いられるアタッチメントであって、前記被研磨物が表面に配置される絶縁性の取り換えプレート部材と、前記研磨材との接触を避けるために前記取り換えプレート部材の内側に備えられた電極と、から構成され、前記第一プレート部材と交換されることにより、前記第二プレート部材との間に電圧が印加されて生じた電界によって前記第一プレート部材と前記第二プレート部材との間に前記研磨材が引き寄せられる、ことを特徴としている。

本発明に係る研磨装置は、第一プレート部材と被研磨物との間に金属製の台座が備えられ、被研磨物が挟まれた台座と第二プレート部材との間隔が、第一プレート部材と第二プレート部材との間隔よりも狭く形成され、第一プレート部材および第二プレート部材間に電圧が印加されて生じた電界によって台座と第二プレート部材との間に研磨材が引き寄せられる。この構成により、電界ラップ技術により被研磨物の研磨面における砥粒の配置が制御される。すなわち、第一プレート部材と第二プレート部材との間に生じた電界によって、スラリー中の誘電性の研磨材が引き寄せられて第一プレート部材と第二プレート部材との間で被研磨物に均等に及ぶ。したがって、被研磨物を効率よく迅速に加工することができる。

更に、第一プレート部材の表面に備えられた台座により、被研磨物が挟まれた台座と第二プレート部材との間隔が、第一プレート部材と第二プレート部材との間隔よりも狭く形成されている。この構成により、台座および第二プレート部材間の電界が第一プレート部材および第二プレート部材間の電界が集中し電界強度が強くなり、スラリー中の誘電性の研磨材が台座および第二プレート部材間に挟まれた被研磨物の周囲に引き寄せられる。したがって、被研磨物を更に効率よく迅速に加工することができる。

本発明に係る研磨装置は、第二プレート部材が緩衝材である樹脂製である。この構成により、第二プレート部材が樹脂製であり安価であるため、副資材の費用を抑制することができる。また、弾性の樹脂が緩衝材として機能するため、基板の加工変質層の発生を抑制し高品位な基板を製造することができる。第二プレート部材が樹脂製のため、摩耗後の修正加工が容易であり、用いる工具の寿命も長い。また樹脂製のため、砥粒がより留まる溝加工や微細突起を創製することができる。

本発明に係るアタッチメントは、被研磨物が表面に配置される金属製の取り換えプレート部材と、この取り換えプレート部材の裏面に備えられた給電部材と、取り換えプレート部材の表面に備えられて第二プレート部材との間に被研磨物が挟まれる金属製の台座と、から構成され、第一プレート部材と交換されることにより、第二プレート部材との間に電圧が印加されて生じた電界によって台座と第二プレート部材との間に研磨材が引き寄せられる。この構成により、アタッチメントを既存の研磨装置に適用することができる。したがって、被研磨物を効率よく迅速に加工することができる。

本発明に係る研磨装置は、第一プレート部材が、研磨材との接触を避けるために内側に電極が備えられた絶縁性であり、第一プレート部材および第二プレート部材間に電圧が印加されて生じた電界によって第一プレート部材と第二プレート部材との間に研磨材が引き寄せられるである。この構成により、電界ＣＭＰ技術により、電界における吸引力により研磨材の飛散および偏在化が抑制される。これにより、研磨速度を維持しつつ、相対運動速度を高速化させると共に低荷重化させる。すなわち、第一プレート部材と第二プレート部材との間に生じた電界によって、スラリー中の導電性の研磨材が引き寄せられて第一プレート部材と第二プレート部材との間で被研磨物に均等に及ぶ。したがって、被研磨物を効率よく迅速に加工することができ、また大型の基板を加工することができる。

更に、研磨材との接触を避けるために絶縁性の第一プレート部材の内側に電極が備えられているため、水を溶媒とする導電性研磨スラリー材であっても短絡を防ぐことができる。

本発明に係るアタッチメントは、被研磨物が表面に配置される絶縁性の取り換えプレート部材と、研磨材との接触を避けるために取り換えプレート部材の内側に備えられた電極と、から構成され、第一プレート部材と交換されることにより、第二プレート部材との間に電圧が印加されて生じた電界によって第一プレート部材と第二プレート部材との間に前記研磨材が引き寄せられる。この構成により、アタッチメントを既存の研磨装置に適用することができる。したがって、被研磨物を効率よく迅速に加工することができ、また大型の基板を加工することができる。

本発明の第一実施形態に係る研磨装置の概略図である。本発明の第一実施形態に係るアタッチメントの概略図である。本発明の第一実施形態に係る研磨装置の第二プレート部材の修正状態を示す概略図である。本発明の第一実施形態に係る研磨装置の第二プレート部材の拡大断面概略図である。本発明の第一実施形態に係る研磨装置における研磨材の分布を示し、（ａ）が、電界が生じていない状態の分布図であり、（ｂ）が、電界が生じている場合の分布図である。本発明の第二実施形態に係る研磨装置の概略図である。本発明の第二実施形態に係るアタッチメントの概略図である。本発明の第二実施形態に係る研磨装置における実施例と比較例との加工レートを示した図である。従来の研磨装置の概略図である。

以下に、本発明の第一実施形態に係る研磨装置としての電界ラップ用研磨装置１０を図面に基づいて説明する。本実施形態に係る電界ラップ用研磨装置１０により電界ラップ技術が実現される。電界ラップ技術とは、研磨材としての研磨スラリー２に含まれた砥粒の配置制御技術である電界砥粒制御技術をダイヤモンドラップ工程に応用するものである。電界ラップ技術は、研磨領域に生じさせた電界によって発生する吸引力により、砥粒が含まれる研磨スラリー２の飛散を抑制して流れを良好にし、被研磨物としての基板１を効率よく迅速に加工するものである。

図１において電界ラップ用研磨装置１０は、互いに対面して配置された円盤状の定盤１１と加圧ヘッド部材１２、加圧ヘッド部材１２に取り付けられた絶縁プレート部材１３、絶縁プレート部材１３を介して加圧ヘッド部材１２に取り付けられた円盤状の第一プレート部材としての金属製第一プレート部材１４、金属製第一プレート部材１４の裏面に取り付けられた給電部材としての給電用銅部材１５、金属製第一プレート部材１４の表面に取り付けられた金属製の板状の台座１６、定盤１１の表面に取り付けられて金属製第一プレート部材１４と対面させられた円盤状の第二プレート部材としての硬質第二プレート部材１７、これらを回転させる駆動部（図示せず）、研磨スラリー２を供給するスラリー供給部５３（図９参照）等から構成されている。

加圧ヘッド部材１２は絶縁プレート部材１３に至って中空の給電通路１８が形成されている。給電通路１８の側面は樹脂製の絶縁パイプ部材１９が取り付けられ、給電用被覆導線２０が通されている。給電用被覆導線２０は給電用バネ電極２１を介して給電用銅部材１５に接続されている。給電用銅部材１５は金属製第一プレート部材１４の中央近傍に取り付けられ、絶縁プレート部材１３によって絶縁されている。絶縁プレート部材１３および絶縁パイプ部材１９は例えばエポキシ樹脂等により形成されている。

金属製第一プレート部材１４および台座１６は例えばステンレス等の通電される金属製であり、台座１６が金属製第一プレート部材１４よりも小さく形成されている。台座１６は基板１が貼り付けられている。基板１は例えば単結晶サファイア等であり、台座１６と硬質第二プレート部材１７との間に挟まれている。硬質第二プレート部材１７は例えば硬質ポリウレタン、エポキシ樹脂等の高硬度の樹脂製である。台座１６と硬質第二プレート部材１７との間隔は、金属製第一プレート部材１４と硬質第二プレート部材１７との間隔よりも狭く形成されている（図５参照）。

図２において、上記した金属製第一プレート部材１４と同じ仕様の取り換えプレート部材としての金属製取り換えプレート部材２２、この金属製取り換えプレート部材２２の表面に取り付けられた金属製の板状の台座１６、金属製取り換えプレート部材２２の裏面に取り付けられた給電用銅部材１５および絶縁プレート部材１３が、既存の第一プレート部材と交換可能なアタッチメントとしてのラップ用電界アタッチメント２３として構成されていてもよい。

なお、駆動部およびスラリー供給部等は従来の研磨装置と同じ構成であるため説明が省略されている。研磨スラリー２は、多結晶ダイヤモンドまたは化学処理等の形状加工処理が施された単結晶ダイヤモンド等の誘電性の砥粒が用いられる。ここで、いわゆる爆発法により製造され多結晶ダイヤモンド砥粒が用いられる場合、放電を避けるために砥粒表面のカーボン除去処理を施す必要がある。溶媒は例えばシリコンオイル等の絶縁流体が用いられる。

以上のようにして第一実施形態にかる電界ラップ用研磨装置１０が構成されている。

ここで、硬質第二プレート部材１７の平坦性は基板１の平坦性に大きく影響を与える。このため、硬質第二プレート部材１７は、基板１を加工する前に平坦度修正や、表面状態調整が施される。

平坦度修正の方法は大きく分けて二種類が挙げられる。一つ目は、ダイヤモンドやアルミナ砥石等を、例えば樹脂、金属もしくはセラミックス製のプレートに貼り付けたものを硬質第二プレート部材１７と摺動させ、表面を研削する方法である。この方式によれば、定盤面修正用の特別な機構を有していなくても定盤修正が可能である。なお、硬質第二プレート部材１７に対し、基板１の加工に有効なパターニングや形状加工を施すことは困難である。

二つ目は、フェーシンング機構４０を用いた修正法である。図３において、フェーシング機構４０は、超硬工具等の一般的な金属加工用のバイト４１、バイト固定用治具（図示せず）、バイトＸ軸移動用アクチュエーターユニット４２、バイトＺ軸移動用アクチュエーターユニット４３、等から構成される。フェーシング機構４０を用いた修正は、硬質第二プレート部材１７を約１から約２００ｒｐｍの回転速度で回転させると共に、Ｘ軸移動用アクチュエーターユニット４２によってバイト４１を硬質第二プレート部材１７の中心部まで移動させ、Ｚ軸移動用アクチュエーターユニット４３によりバイト４１が硬質第二プレート部材１７に接触するまで下降させる。その際、バイト４１の高さ（硬質第二プレート部材１７との接触深さ）は任意に設定が可能であり、一般的に、硬質第二プレート部材１７の表面より約１から約１０００μｍの深さで加工される。更に、任意の速度でＸ軸を円周側に向かって半径方向と平行に移動させて硬質第二プレート部材１７の表面が研削除去され、平坦性が創出される。その際、硬質第二プレート部材１７の平坦性はＸ軸移動用アクチュエーターユニット４２の平行移動の精度に依存するが、Ｚ軸アクチュエーターユニット４３によって複合的に制御が行われるため、機械的な傾きの成分がキャンセルされて加工される。

図４において、遊離砥粒加工を行う上で、硬質第二プレート部材１７は研磨スラリー２の流れを良好にし、研磨屑の排出を可能とする溝加工を施す必要があるが、フェーシング機構４０を用いてＸ軸移動速度を調整することで、らせん状、または同心円状の任意の幅の溝加工が可能である（スラリー流れ用溝４４）。基板１との接触部に対して、矩形もしくはＶ字型で深さ約１から５０μｍ、幅約１から１０００μｍの微細な溝加工が施される（砥粒保持用微細溝４５）。

次に、第一実施形態の作用を説明する。

図１において、基板１が金属製第一プレート部材１４の表面に取り付けられた台座１６に貼り付けられると共に、硬質第二プレート部材１７に接触される。この状態で研磨スラリー２を供給しつつ、加圧ヘッド部材１２で圧力を加えると共に金属製第一プレート部材１４と硬質第二プレート部材１７とを相対的に回転させる。その際、給電用被覆電線２０、給電用バネ電極２１、および給電用銅部材１５を通して給電させて金属製第一プレート部材１４と硬質第二プレート部材１７との間に高電圧を印加して電界を生じさせる。電界において研磨スラリー２はクーロン力の作用によって台座１６と硬質第二プレート部材１７との間に引き寄せられて基板１に均一に及ぶ。

ここで、電界強度は電極間距離に依存する事から、図５において、基板１が貼り付けられる位置が台座１６によって硬質第二プレート部材１７の表面に近づけられることにより、電極間の距離が金属製第一プレート部材１４と硬質第二プレート部材１７との距離よりも短くなる。これにより電界効果に変化が生じ、研磨スラリー２に含まれた砥粒に作用する電界効果が相対的に強くなり、砥粒が基板１に均一に集中し易くなる。なお、電界の印加条件は、周波数が約０．１から約１００Ｈｚの矩形波、研磨面の電界強度が約０．１ｋＶから約３ｋＶの範囲である。

次に、本発明の第二実施形態に係る研磨装置としてのＣＭＰ用研磨装置３０を図面に基づいて説明する。第二実施形態に係るＣＭＰ用研磨装置３０により電界ＣＭＰ技術が実現される。電界ＣＭＰ技術とは、研磨スラリー２に含まれた砥粒の配置制御技術である電界砥粒制御技術をＣＭＰ工程に応用するものである。電界ＣＭＰ技術は、研磨領域に生じさせた電界によって発生する吸引力により、砥粒が含まれた研磨スラリー２の飛散を抑制して流れを良好にし、基板１を効率よく迅速に加工するものである。なお、以下では上記した電界ラップ用研磨装置１０と異なる構成のみの説明がなされ、同一の構成に関する説明が省略されている。

図６においてＣＭＰ用研磨装置３０は、加圧ヘッド部材１２に取り付けられた円盤状の第一プレート部材としての絶縁性第一プレート部材３４、絶縁性第一プレート部材３４の内側に取り付けられた電極３１、この電極３１に接触されると共に絶縁性第一プレート部材３４の裏面に露出された給電用銅部材１５、定盤１１の表面に取り付けられて絶縁性第一プレート部材３４と対面させられた円盤状の第二プレート部材としての軟質第二プレート部材３７等から構成されている。絶縁性第一プレート部材３４は表面に基板１が貼り付けられている。

絶縁性第一プレート部材３４は例えばエポキシ樹脂、セラミックス等の絶縁性の樹脂である。研磨スラリー２がコロイダルシリカ研磨スラリーであり、溶媒が水であるため、接触を避けるために絶縁性第一プレート部材３４は電極３１と一体型、またはシーリング等の封入処理による絶縁処理が施される。軟質第二プレート部材３７は例えばポリウレタン、不織布等であり軟質である。

図７において、上記した絶縁性第一プレート部材３４と同じ仕様の取り換えプレート部材としての絶縁性取り換えプレート部材３２、この絶縁性取り換えプレート部材３２の内側に取り付けられた電極３１、この電極３１に接触されると共に絶縁性第一プレート部材３４の裏面に露出された給電用銅部材１５が、既存の第一プレート部材と交換可能なアタッチメントとしてのＣＭＰ用電界アタッチメント３３として構成されていてもよい。

摺動による研磨、給電、電界の形成、および作用は上記した電界ラップ用研磨装置１０と同じである。なお、加工条件は、定盤１１の定盤径がφ９１０ｍｍである場合、定盤回転数が約３０から約２００ｒｐｍの範囲であり、加工ヘッドの搖動があっても良い。研磨荷重は約１００から約３００ｇ／ｃｍ^２の範囲である。電界の印加条件は、周波数が約０．１から約１００Ｈｚの矩形波、研磨面の電界強度が約０．１ｋＶから約３ｋＶの範囲である。

以上のようにして第二実施形態にかるＣＭＰ用研磨装置３０が構成されている。

次に、本発明の実施形態の効果を説明する。

上記したように、第一実施形態によれば、電界ラップ用研磨装置１０は、金属製第一プレート部材１４の表面に金属製の板状の台座１６が取り付けられ、基板１が挟まれた台座１６と硬質第二プレート部材１７との間隔が、金属製第一プレート部材１４と、硬質第二プレート部材１７との間隔よりも狭く形成されている。この状態で金属製第一プレート部材１４および硬質第二プレート部材１７間に高電圧が印加されて電界が生じさせられる。この構成により、電界効果に変化が生じ、研磨スラリー２に含まれた砥粒に作用する電界効果が相対的に強くなり、砥粒が基板１に均一に集中し易くなる。すなわち、金属製第一プレート部材１４と硬質第二プレート部材１７との間に生じた電界によって、導電性の研磨スラリーが引き寄せられて金属製第一プレート部材１４と硬質第二プレート部材１７との間で基板１に均等に及ぶ。したがって、基板１を効率よく迅速に加工することができる。

第一実施形態によれば、硬質第二プレート部材１７は例えば硬質ポリウレタン、エポキシ樹脂等の高硬度の樹脂製である。この構成により、硬質第二プレート部材１７が樹脂製であり安価であるため、副資材の費用を抑制することができる。また、弾性の樹脂が緩衝材として機能するため、基板１の加工変質層の発生を抑制し高品位な基板を製造することができる。

第一実施形態によれば、硬質第二プレート部材１７は、エポキシ樹脂のビッカース硬度がＨｖ４からＨｖ５０であり、金属と比して柔らかい材料である。したがって、フェーシング機構４０による加工において硬質第二プレート部材１７の加工が容易であり、一方バイト４１の損耗が抑制可能である（図３参照）。バリの問題が発生しないことかことから、基板１との接触部に対して、矩形もしくはＶ字型で深さ約１から５０μｍ、幅約１から１０００μｍの微細な溝加工を施し、研磨スラリーに含まれる砥粒の保持力を向上させると共に、せん断応力を高めることが可能である。例えばバリが発生した場合においても、軟質であるためよる研磨品位低下等のリスクも低減可能である。

なお、参考までに銅製の金属定盤の場合、銅のビッカース硬度がＨｖ５０からＨｖ５００であり、加工速度（定盤回転速度、バイトＸ軸移動速度）やバイト４１の接触深さ、バイト４１の材質等が最適化されていなければ、定盤の表面にバリが発生して研磨加工品位の低下、フェーシング機構による加工時間の増大、バイトの急激な損耗による消耗品コストの増大等の問題が発生する。

ラップ用電界アタッチメント２３は、金属製取り換えプレート部材２２、この金属製取り換えプレート部材２２の表面に取り付けられた金属製の板状の台座１６、金属製取り換えプレート部材２２の裏面に取り付けられた給電用銅部材１５および絶縁プレート部材１３から構成され、既存の第一プレート部材と交換可能である。この構成により、ラップ用電界アタッチメント２３を既存の研磨装置５０に適用することができる。したがって、基板１を効率よく迅速に加工することができる。

第二実施形態によれば、ＣＭＰ用研磨装置３０は、絶縁性第一プレート部材３４が、研磨スラリー２との接触を避けるために内側に電極３１が取り付けられた絶縁性である。この状態で絶縁性第一プレート部材３４および軟質第二プレート部材３７間に高電圧が印加されて電界が生じさせられる。この構成により絶縁性第一プレート部材３４および軟質第二プレート部材３７間に電圧が印加されて生じた電界によって絶縁性第一プレート部材３４と軟質第二プレート部材３７との間に研磨スラリー２が引き寄せられて基板１に均等に及ぶ。したがって、基板１を効率よく迅速に加工することができ、また大型の基板を加工することができる。

第二実施形態によれば、絶縁性第一プレート部材３４は例えばエポキシ樹脂、セラミックス等の絶縁性の樹脂である。研磨スラリー２がコロイダルシリカ研磨スラリーであり、溶媒が水であるため、接触を避けるために絶縁性第一プレート部材３４は電極３１と一体型、またはシーリング等の封入処理による絶縁処理が施される。したがって短絡を防ぐことができる。

ＣＭＰ用電界アタッチメント３３は、絶縁性取り換えプレート部材３２、この絶縁性取り換えプレート部材３２の内側に取り付けられた電極３１、この電極３１に接触されると共に絶縁性第一プレート部材３４の裏面に露出された給電用銅部材１５から構成され、既存の第一プレート部材と交換可能である。この構成により、ＣＭＰ用電界アタッチメント３３を既存の研磨装置５０に適用することができる。したがって、基板１を効率よく迅速に加工することができ、また大型の基板を加工することができる。

次に、本発明の実施例を説明する。

＜実施例１＞
電界ラップ用研磨装置１０において、硬質第二プレート部材１７が硬質ポリウレタン樹脂製であり、刃先半径Ｒ０．３ｍｍのバイト４１を用いて溝深さ５μｍの微細溝加工が施されている。比較例は従来の金属製定盤５１である。表１に加工条件を示す。

ミツトヨ製の接触式厚さ計を用いて加工前後の基板厚みの評価を行った。加工レートは、金属製定盤５１が１０μｍ／ｈであり、一方、硬質第二プレート部材１７が９μｍ／ｈであった。ＺＹＧＯ製非接触粗さ計を用いて加工後の表面性状を計測した。金属製定盤５１はＰＶ値で３５．８５ｎｍ、Ｒａ値で２．１４ｎｍであり、一方、硬質第二プレート部材１７はＰＶ値で１６．２８ｎｍ、Ｒａ値で１．６３ｎｍであり、最大粗さ、平均粗さ共に減少し、良好な加工品位が得られた。これより後工程の負担を低減可能な知見が得られた。

＜実施例２＞
ラップ用電界アタッチメント２３を、定盤直径９１０ｍｍの従来の研磨装置５０に導入し加工実験を実施した。表２に加工条件を示す。

基礎信号をファンクションジェネレータ（ＮＦ回路製：ＷＦ１９７４）を用いて発生させ、この信号を利得１０００の高電圧アンプ（ＴＲＥＫ製：６０９Ｅ―６）において昇圧させて電極間に供給することで電界を発生させた。信号の観測は、デジタルオシロスコープ（Ｔｅｋｔｒｏｎｉｘ製：ＴＤＳ−２０１４Ｂ）を用いた。電界印加条件は矩形波、周波数２Ｈｚにて電界強度１ｋＶ／ｍｍとし、無電界時との比較を行った。加工レートは、ミツトヨ製の接触式厚さ計を用いて計測した。電界を印加しない場合の加工レートは４．１μｍ／ｈであり、一方、電界印加時の加工レートは９μｍ／ｈであり、電界を印加しない場合と比して２２０％の研磨レート向上効果が得られた。

＜実施例３＞
ＣＭＰ用電界アタッチメント３３を、定盤直径９１０ｍｍの従来の研磨装置５０に導入し加工実験を実施した。表３に加工条件を示す。

基礎信号をファンクションジェネレータ（ＮＦ回路製：ＷＦ１９７４）を用いて発生させ、この信号を利得１０００の高電圧アンプ（ＴＲＥＫ製：６０９Ｅ―６）において昇圧させ電極間に供給することで電界を発生させた。信号の観測は、デジタルオシロスコープ（Ｔｅｋｔｒｏｎｉｘ製：ＴＤＳ−２０１４Ｂ）を用いた。電界印加条件は矩形波、周波数１．５Ｈｚにて電界強度０．７５ｋＶ／ｍｍとして無電界時との比較を行った。加工レートは、ミツトヨ製の接触式厚さ計を用いて計測した。電界有無それぞれの加工レートを図８に示す。

図８において、電界を印加することで、どの回転数においても研磨速度は向上し、定盤回転数６０ｒｐｍのとき、無電界、電界印加の研磨速度はそれぞれ１．６μｍ／ｈ、２．１μｍ／ｈであり、研磨速度が２３％向上した。また、無電界時は５０ｒｐｍをピークに研磨速度が低下しているが、電界を印加することで、研磨速度は更に向上する結果を得た。このことにより、本電界ＣＭＰ技術により、研磨速度を低下させず、研磨加工を行うことが可能である。

以上、本発明の実施形態を詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。そして本発明は、特許請求の範囲に記載された事項を逸脱することがなければ、種々の設計変更を行うことが可能である。

１基板（被研磨物）
２研磨スラリー（研磨材）
１０電界ラップ用研磨装置（研磨装置）
１１定盤
１２加圧ヘッド部材
１３絶縁プレート部材
１４金属製第一プレート部材（第一プレート部材）
１５給電用銅部材（給電部材）
１６台座
１７硬質第二プレート部材（第二プレート部材）
１８給電通路
１９絶縁パイプ部材
２０給電用被覆導線
２１給電用バネ電極
２２金属製取り換えプレート部材（取り換えプレート部材）
２３ラップ用電界アタッチメント（アタッチメント）
３０ＣＭＰ用研磨装置（研磨装置）
３１電極
３２絶縁性取り換えプレート部材（取り換えプレート部材）
３３ＣＭＰ用電界アタッチメント（アタッチメント）
３４絶縁性第一プレート部材（第一プレート部材）
３７軟質第二プレート部材（第二プレート部材）
４０フェーシング機構
４１バイト
４２バイトＸ軸移動用アクチュエーターユニット
４３バイトＺ軸移動用アクチュエーターユニット
４４スラリー流れ用溝
４５砥粒保持用微細溝
５０従来の研磨装置
５１金属製定盤
５２セラミックス製第一プレート部材
５３スラリー供給部

Claims

互いに対面した第一プレート部材と第二プレート部材との間に、被研磨物が挟まれると共に誘電性の研磨材が供給され、前記第一プレート部材および前記第二プレート部材が回転することによって前記被研磨物が研磨される研磨装置において、
前記第二プレート部材が緩衝材である樹脂製であり、
前記第一プレート部材が通電される金属製であり、
前記第一プレート部材と前記被研磨物との間に金属製の台座が備えられ、前記被研磨物が挟まれた前記台座と前記第二プレート部材との間隔が、前記第一プレート部材と前記第二プレート部材との間隔よりも狭く形成され、
前記第一プレート部材および前記第二プレート部材間に電圧が印加されて生じた電界によって前記台座と前記第二プレート部材との間に前記研磨材が引き寄せられる、
ことを特徴とする研磨装置。
互いに対面した第一プレート部材と第二プレート部材との間に、被研磨物が挟まれると共に誘電性の研磨材が供給され、前記第一プレート部材および前記第二プレート部材が回転することによって前記被研磨物が研磨される研磨装置に用いられるアタッチメントであって、
前記被研磨物が表面に配置される金属製の取り換えプレート部材と、
この取り換えプレート部材の裏面に備えられた給電部材と、
前記取り換えプレート部材の表面に備えられて前記第二プレート部材との間に前記被研磨物が挟まれる金属製の台座と、
から構成され、
前記第一プレート部材と交換されることにより、前記第二プレート部材との間に電圧が印加されて生じた電界によって前記台座と前記第二プレート部材との間に前記研磨材が引き寄せられる、
ことを特徴とする研磨装置に用いられるアタッチメント。