JP7245493B2

JP7245493B2 - 研磨装置

Info

Publication number: JP7245493B2
Application number: JP2018213708A
Authority: JP
Inventors: 恵友鈴木; 侑也加藤
Original assignee: Kyushu Institute of Technology NUC
Current assignee: Kyushu Institute of Technology NUC
Priority date: 2018-11-14
Filing date: 2018-11-14
Publication date: 2023-03-24
Anticipated expiration: 2038-11-14
Also published as: JP2020078850A

Description

本発明は、研磨処理の際に使用される研磨パッドを有する研磨装置に関する。

半導体基板を製造するにあたって半導体基板に対し行われる化学機械研磨（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）は、研磨パッドと共に、研磨スラリーに化学薬品を混合したものを用いることで、機械的研磨作用に溶解作用を付加して研磨効率の向上を図っている。
半導体基板はＳｉを素材としたものが主流であるが、自動車向け等のパワー半導体には高耐電圧特性を有するＳｉＣを素材としたものが使用され、ＬＥＤ用としてサファイアを素材としたものが利用される。

ＳｉＣやサファイアはＳｉと比較して化学的安定性が高く、硬度が非常に高い。ＳｉＣやサファイアを素材とする半導体基板は、研磨処理に長い時間と大きな労力を要する、所謂、難加工材料に分類される。従来、難加工材料用の研磨パッドとして、繊維素材からなる不織布パッドが用いられている（特許文献１参照）。当該不織布パッドは研磨レートが高く、研磨作業の時間短縮が可能である。

特開２０１７－０１３１４９号公報

しかしながら、研磨作業に要する時間の更なる短縮は常に求められる課題である。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、研磨作業の効率化を図ることが可能な研磨パッドを有する研磨装置を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る研磨装置は、被研磨物に接触する加工面が設けられた研磨パッドを有して、該被研磨物を研磨する研磨装置において、前記研磨パッドを覆うカバー体と、前記カバー体に形成された開口を通して前記研磨パッドの前記加工面以外の表面に接している吸引手段と、研磨スラリーを供給するスラリー供給手段とを備え、前記研磨パッドは、前記加工面に開口部を形成する空隙が内側に設けられた基材と、砥粒を担持した状態で前記基材に保持された繊維とを備え、前記吸引手段は、研磨によって生じた研磨くずを、前記加工面から該吸引手段が接している前記研磨パッドの表面まで連通する前記空隙経由で吸い込み、前記研磨パッドには、前記スラリー供給手段から出された前記研磨スラリーを前記被研磨物の表面まで送る貫通孔が形成されている。

本発明に係る研磨装置は、砥粒を担持した繊維が基材に保持された研磨パッドを用いるので、研磨作業の効率化を図ることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る研磨装置の説明図である。本発明の第２の実施の形態に係る研磨装置の説明図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る研磨装置２０において、研磨パッド１０は、被研磨物Ｗの研磨に用いられるものであって、基材１１と、砥粒１２を担持した状態で基材１１に保持された繊維１３を備えている。

本実施の形態における被研磨物Ｗはエンドミル加工がなされて表面にバリが生じた金属製品であるが、被研磨物Ｗは特に限定されず、例えば、ＳｉＣやサファイアを素材とする半導体基板であってもよい。
基材１１はウレタン樹脂であり、砥粒１２は粒径が４ｎｍ～数百ｎｍのシリカ（ＳｉＯ_２）粒子であり、繊維１３は長さが０．１μｍ～１０ｍｍで径が０．１μｍ～１０ｍｍの竹繊維である。繊維１３として竹繊維を採用しているのは、シリカ粒子を安定的に担持（吸着）できるためである。なお、基材としてエポキシ樹脂等の熱可塑性樹脂やその他の樹脂を採用できる。そして、砥粒として、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、セリア（ＣｅＯ_２）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）、チタニア（ＴｉＯ_２）等の粒子を採用でき、繊維として、竹繊維以外の植物性繊維（綿、麻等）や、植物性繊維以外の繊維、例えば、炭素繊維、グラスファイバー等も採用可能である。

基材１１中には、それぞれ複数の気泡が連続してなる多数の空隙１４が形成されている。空隙１４には研磨パッド１０の加工面１５や加工面１５以外の表面に達するものが数多く存在し、被研磨物Ｗに接触する加工面１５及び加工面１５以外の表面にはそれらの空隙１４によって開口部１６が形成されている。
本実施の形態では、加工面１５が平面であるが、これに限定されず、例えば、被研磨物Ｗの形状に合わせて凹凸が設けられた面であってもよい。

研磨パッド１０は、以下の工程を経て製造することができる。
工程１）それぞれ多数の砥粒１２を担持した多くの繊維１３と溶媒（水やエタノール等）と樹脂の原料（ポリオール及びポリイソシアネート等）とを混合し、多くの繊維１３が内側に分散した状態の樹脂の原料を型内に入れ硬化させる。
工程２）硬化した樹脂を冷却し、樹脂中に分散している溶媒を析出させて凍結させ、樹脂内に多数の気泡を設けて連続気泡からなる空隙１４を形成し、加工面１５を含む全表面それぞれに多数の開口部１６が設けられた基材１１と、砥粒１２を担持した状態で基材１１内に分散した繊維１３とを有する研磨パッド１０を得る。

溶媒の代わりに発泡剤を使用し、発砲剤と繊維と樹脂の原料とを混合し、加熱によって発泡剤を発砲させ、空隙が形成された基材を得て、研磨パッドを製造するようにしてもよいし、溶剤や発泡剤を用いる代わりに、繊維の量に対する樹脂の原料の量を調整して基材内に空隙が形成されるようにし、研磨パッドを製造してもよい。
本実施の形態では、樹脂の原料を入れる型に、被研磨物Ｗを研磨加工により仕上げた理想面が設けられているので、理想面が転写された（理想面に対応した）加工面１５を具備する研磨パッド１０を安定的に製造することが可能である。本実施の形態では、研磨パッド１０が円柱状であり、底面が加工面１５である。

基材１１中に含有されている繊維１３の一部は、加工面１５を含む研磨パッド１０の表面で露出している。そのため、加工面１５を被研磨物Ｗに接触させて研磨パッド１０を被研磨物Ｗに対し往復動（又は回転）させることによって、加工面１５で露出した繊維１３と被研磨物Ｗとが擦り合い、被研磨物Ｗを研磨する。繊維１３には砥粒１２が担持されていることから、研磨パッド１０を用いることで、被研磨物Ｗを効率的に研磨することができる。なお、基材１１は、主として研磨パッド１０を所望の形状に成形する役割と、各繊維１３を支持する役割を担っている。

また、本実施の形態では、図１に示すように、被研磨物Ｗを研磨する研磨装置２０が、研磨パッド１０、研磨パッド１０を覆うカバー体２１、及び、研磨によって生じた研磨くずを吸引する吸引手段２２を有して、構成されている。カバー体２１は、実質的に空気を通さない合成樹脂からなり、研磨パッド１０の加工面１５を除く表面（側面及び上面）を覆った状態で環状のスポンジパッキン２３によって研磨パッド１０に固定されている。

吸引手段２２は、真空ポンプ部２４と、一端部が真空ポンプ部２４に連結され他端部が研磨パッド１０の表面（側面）に接した管部材２５を備えている。カバー体２１は管部材２５の他端部が配された箇所に開口が形成されており、管部材２５の他端部はその開口内に配された状態で図示しない支持部材によって固定されている。
本実施の形態では、研磨パッド１０に連結された図示しない駆動手段の作動によって、研磨パッド１０がカバー体２１及び管部材２５の他端部と共に往復動して、被研磨物Ｗに接触している加工面１５で被研磨物Ｗを研磨する。

被研磨物Ｗの研磨によって生じる研磨くずは、真空ポンプ部２４による吸引によって、研磨パッド１０の加工面１５近傍の空気と共に研磨パッド１０の加工面１５の開口部１６から研磨パッド１０内に取り込まれ、空隙１４を管部材２５の他端部に向かって（空隙１４経由で）進み、管部材２５を通って真空ポンプ部２４内に回収される。従って、被研磨物Ｗの表面（研磨パッド１０の加工面１５が接する面）に研磨くずが残存するのを抑制した状態で被研磨物Ｗを研磨でき、被研磨物Ｗの表面を精度よく研磨して理想面に仕上げることが可能である。

本実施の形態では、研磨装置２０が、更に、加工面１５に研磨スラリー（例えば、シリカスラリー）を供給するスラリー供給手段２６を備えている。スラリー供給手段２６は、研磨スラリーを蓄えているタンク部２７と、一端部がタンク部２７に接続され他端部が研磨パッド１０の表面（上面）に接した管部材２８を有している。カバー体２１には、管部材２８の他端部が内側に配された開口が形成されている。

タンク部２７内の研磨スラリーは、タンク部２７に設けられた図示しないポンプの作動によって、タンク部２７から管部材２８を通って研磨パッド１０に進み、研磨パッド１０内の空隙１４経由で自重によって加工面１５に送られる。
なお、スラリー供給手段２６から研磨パッド１０の空隙１４内に入った研磨スラリーの一部は、空隙１４を通って吸引手段２２に吸い込まれることとなる。従って、吸引手段及びスラリー供給手段のいずれか一方のみを設けるようにしてもよい。

また、図２に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る研磨装置４０において、研磨パッド３０には、研磨スラリーを被研磨物Ｗの表面に送る貫通孔３１が形成されている。以下、研磨パッド３０及びそれを有する研磨装置４０について説明する。なお、研磨パッド１０及び研磨装置２０と同様の構成については、同じ符号を付して詳しい説明を省略する。

研磨パッド３０は円柱形状であり、底部に平面状の加工面３２が設けられ、加工面３２から、砥粒１２を担持した状態で基材３３中に分散している繊維１３が露出している。加工面３２及びそれ以外の表面には、空隙３４の一部からなる多くの開口部３６が形成されている。研磨くずは、開口部３６から空隙３４内に入り、空隙３４、管部材２５を順に通って真空ポンプ部２４に回収される。

貫通孔３１は研磨パッド３０の軸心に沿って形成され、貫通孔３１の上端部（一端部）とスラリー供給手段２６の管部材２８が連通している。タンク部２７に設けられたポンプの作動によって、タンク部２７から出た研磨スラリーは管部材２８を通って、貫通孔３１内に流入し自重により貫通孔３１内を降下して被研磨物Ｗの表面に送られる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、研磨パッドの形状は円柱状に限定されない。また、研磨パッドには必ずしも空隙を設ける必要はなく、研磨パッドの形状は切断加工によって形状を整えるようにしてもよい。

１０：研磨パッド、１１：基材、１２：砥粒、１３：繊維、１４：空隙、１５：加工面、１６：開口部、２０：研磨装置、２１：カバー体、２２：吸引手段、２３：スポンジパッキン、２４：真空ポンプ部、２５：管部材、２６：スラリー供給手段、２７：タンク部、２８：管部材、３０：研磨パッド、３１：貫通孔、３２：加工面、３３：基材、３４：空隙、３６：開口部、４０：研磨装置、Ｗ：被研磨物

Claims

被研磨物に接触する加工面が設けられた研磨パッドを有して、該被研磨物を研磨する研磨装置において、
前記研磨パッドを覆うカバー体と、
前記カバー体に形成された開口を通して前記研磨パッドの前記加工面以外の表面に接している吸引手段と、
研磨スラリーを供給するスラリー供給手段とを備え、
前記研磨パッドは、前記加工面に開口部を形成する空隙が内側に設けられた基材と、砥粒を担持した状態で前記基材に保持された繊維とを備え、
前記吸引手段は、研磨によって生じた研磨くずを、前記加工面から該吸引手段が接している前記研磨パッドの表面まで連通する前記空隙経由で吸い込み、
前記研磨パッドには、前記スラリー供給手段から出された前記研磨スラリーを前記被研磨物の表面まで送る貫通孔が形成されていることを特徴とする研磨装置。
請求項１記載の研磨装置において、前記研磨パッドは、円柱状で、底面が前記加工面であり、前記吸引手段は、前記研磨パッドの側面に接していることを特徴とする研磨装置。
請求項２記載の研磨装置において、前記貫通孔は前記研磨パッドの軸心に沿って形成され、前記スラリー供給手段から出された前記研磨スラリーは、前記被研磨物の表面に向けて、前記貫通孔内を自重で降下することを特徴とする研磨装置。