(57)【要約】【課題】ＳｉＣ、ＧａＮやダイヤモンドなどの高硬度のワークであっても効率よく研磨することのできるワーク研磨装置を提供する。【解決手段】上面に研磨布１６が貼られた定盤１２と、下面にワークを保持する研磨ヘッド１８とを具備し、研磨ヘッド１８に保持されたワークを定盤１２の研磨布上に押圧し、研磨液を供給しつつ、定盤１２と研磨ヘッド１８とを相対的に移動させてワークの研磨を行うワーク研磨装置１０において、定盤１２外周部を囲んで設けられ、定盤１２から流出した研磨液が外方に飛散しない高さを有するバンク３８と、定盤１２が回転することによる遠心力によって、定盤１２外方に流出し、バンク３８内壁に這い上がった研磨液を定盤１２に戻す戻し流路４２とを有することを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に研磨布が貼られた定盤と、下面にワークを保持する研磨ヘッドと、を具備し、研磨ヘッドに保持されたワークを定盤の研磨布上に押圧し、研磨液を供給しつつ、定盤と研磨ヘッドとを相対的に移動させてワークの研磨を行うワーク研磨装置において、
前記定盤外周部を囲んで設けられ、前記定盤から流出した研磨液が外方に飛散しない高さを有するバンクと、
前記定盤が回転することによる遠心力によって、定盤外方に流出し、前記バンク内壁に這い上がった研磨液を前記定盤に戻す戻し流路とを有することを特徴とするワーク研磨装置。
【請求項２】
前記バンク内壁に沿って這い上がった研磨液の取り出し位置を所定の高さに設けることにより、大きさが所要の分布である研磨砥粒を含有する研磨液を前記定盤に戻すことを特徴とする請求項１記載のワーク研磨装置。
【請求項３】
前記バンクに、該バンク内壁を這い上がった研磨液を冷却する冷却装置が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載のワーク研磨装置。
【請求項４】
研磨液が、前記戻し流路内を自然流下して前記定盤に戻されることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載のワーク研磨装置。
【請求項５】
前記戻し流路の一部もしくは全部がパイプであることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載のワーク研磨装置。
【請求項６】
前記パイプの取液口が断面矩形状をなすパイプであることを特徴とする請求項５記載のワーク研磨装置。
【請求項７】
前記戻し流路が複数設けられていることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項記載のワーク研磨装置。
【請求項８】
前記複数の戻し流路の各戻し流路が、前記バンク内壁の異なる高さ位置の研磨液を前記定盤に戻すことを特徴とする請求項７記載のワーク研磨装置。
【請求項９】
前記各戻し流路に該流路を遮断するバルブが設けられていることを特徴とする請求項８記載のワーク研磨装置。
【請求項１０】
前記バンク内壁にバンク内方に突出するリングが設けられていることを特徴とする請求項１〜９いずれか１項記載のワーク研磨装置。
【請求項１１】
前記リングは、前記バンクの内壁を這い上がる研磨液が乗り越え可能な高さおよび形状に設けられていることを特徴とする請求項１０記載のワーク研磨装置。
【請求項１２】
前記リングで仕切られた上下の各ゾーンの研磨液を各戻し流路によって、前記定盤に戻すことを特徴とする請求項１１記載のワーク研磨装置。
【請求項１３】
前記複数の戻し流路は、大きな粒子の研磨砥粒が混入する研磨液を定盤の外周部に戻す戻し流路と、小さな粒子の研磨砥粒が混入する研磨液を定盤の中央部に戻す戻し流路とを備え、同一定盤上で異なる研磨を行うことを特徴とする請求項８〜１２いずれか１項記載のワーク研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェーハ等のワークのワーク研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハ等のワークの研磨は、研磨布が貼付された定盤の該研磨布に研磨ヘッドによりワークを押接し、研磨布上にスラリー（研磨液）を供給しつつワークに対して定盤を相対移動させて行う。
このような研磨液を用いた研磨では、定盤の回転数は１００〜１５０ｒｐｍ、研磨荷重は２００〜３００ｇ／ｃｍ２程度が一般的である（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２０１０−２２８０５８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、パワー半導体などの用途では、省エネルギー化を図るなどのため、半導体材料として、ＳｉＣやＧａＮが用いられるようになってきている。
しかしＳｉＣ、ＧａＮ、あるいはダイヤモンドは非常に高硬度の材料であることから、その研磨には長時間を要する。この研磨時間を短縮するためには、定盤の回転数を例えば１０００ｒｐｍなどと高くし、また、研磨荷重も例えば１００００ｇ／ｃｍ２（１０００ｋＰａ）などと大きくする必要がある。しかしながら、定盤を高速回転すると研磨液が飛散し、大半の研磨液が研磨に寄与せず、研磨液切れにより発熱が生じるという課題がある。また、研磨荷重を大きくした場合にも、当然ながら発熱が生じる。各所が発熱すると、ワークの焼き付きが発生したり、研磨布が変質したり、研磨ヘッドへ悪影響が及ぼされるなどの不具合が発生してしまう。
【０００５】
従来、各所の冷却機構としては、定盤に冷却水を供給する冷却機構が採用されている。また、供給される研磨液も冷却に寄与している。しかしながら、上記のような高速、高圧化による発熱を抑えるためには、定盤に冷却機構を設けるだけでは足りず、また研磨液による冷却を期待するとすれば、極めて大量の研磨液を用いる必要がある。しかしながら、大量の研磨液を用いると装置が大型化してしまうという課題がある。この大型化の要因としては、スラリー循環方式を採用する場合、スラリー循環水量を多くすると循環装置がかなり大掛かりな装置になってしまうことなどがある。
本発明は、上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、装置を高速化、高圧化した場合でも発熱を抑えることができ、ＳｉＣ、ＧａＮやダイヤモンドなどの高硬度のワークであっても効率よく研磨することのできるワーク研磨装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、本発明に係るワークの研磨装置は、上面に研磨布が貼られた定盤と、下面にワークを保持する研磨ヘッドとを具備し、研磨ヘッドに保持されたワークを定盤の研磨布上に押圧し、研磨液を供給しつつ、定盤と研磨ヘッドとを相対的に移動させてワークの研磨を行うワーク研磨装置において、前記定盤外周部を囲んで設けられ、前記定盤から流出した研磨液が外方に飛散しない高さを有するバンクと、前記定盤が回転することによる遠心力によって、定盤外方に流出し、前記バンク内壁に這い上がった研磨液を前記定盤に戻す戻し流路とを有することを特徴とする。
【０００７】
前記バンク内壁に沿って這い上がった研磨液の取り出し位置を所定の高さに設けて、大きさが所要の分布である研磨砥粒を含有する研磨液を前記定盤に戻すようにしてもよい。
前記バンクに、該バンク内壁を這い上がった研磨液を冷却する冷却装置を設けると好適である。
また研磨液が、前記戻し流路内を自然流下して前記定盤に戻されるようにするとよい。
前記戻し流路の一部もしくは全部をパイプで構成することができる。
前記パイプの取液口を断面矩形状とすることで、バンク内壁を這い上がった研磨液の取液を容易に行うことができる。
【０００８】
また、前記戻し流路を複数設けるようにすることができる。
前記複数の戻し流路の各戻し流路により、前記バンク内壁の異なる高さ位置の研磨液を前記定盤に戻すようにすることができる。
また、前記各戻し流路に該流路を開閉するバルブを設けるようにして、各流路から個別に研磨液を定盤に戻すようにすることができる。
また、前記バンク内壁にバンク内方に突出するリングを設けてもよい。
前記リングは、前記バンクの内壁を這い上がる研磨液が乗り越え可能な高さおよび形状に設けるようにし、前記リングで仕切られた上下の各ゾーンの研磨液を各戻し流路によって、前記定盤に戻すようにしてもよい。
また、前記複数の戻し流路として、大きな粒子の研磨砥粒が混入する研磨液を定盤の外周部に戻す戻し流路と、小さな粒子の研磨砥粒が混入する研磨液を定盤の中央部に戻す戻し流路とを設け、同一定盤上で異なる研磨を行うようにしてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、定盤外周部を囲んでバンクを設け、定盤が回転することによる遠心力によって、定盤外方に流出し、バンク内壁に這い上がった研磨液を定盤に戻す戻し流路を設けたので、バンク内壁に這い上がって冷却された研磨液を循環して定盤に戻すことができ、装置を大型化することなく、装置を高速化、高圧化した場合でも発熱を抑えることができ、ＳｉＣ、ＧａＮやダイヤモンドなどの高硬度のワークであっても効率よく研磨することのできるワーク研磨装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ワーク研磨装置の概略を示す説明図である。
【図２】ワーク研磨装置の斜視図である。
【図３】定盤の組立断面図である。
【図４】研磨液の戻し流路の概念説明図である。
【図５】バンクに液溜まりを２箇所設けた説明図である。
【図６】バンク内壁にリングを設けた説明図である。
【図７】研磨砥粒がリングを乗り越える状態を示す説明図である。
【図８】研磨布の表面温度の推移を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は研磨装置１０の概略を示す説明図である。
図１において、１２は定盤であり、駆動機構により回転軸１４を中心に水平面内で回転する。定盤１２の上面には、例えば発泡ポリウレタンを主材とする研磨布１６が貼付されている。
１８は研磨ヘッドであり、その下面側に研磨すべきワーク（半導体ウェーハ等）２０が保持される。研磨ヘッド１８は回転軸２２を中心に回転される。また研磨ヘッド１８は、加圧シリンダ等の上下動機構により上下動可能となっている。
２４はスラリー供給ノズルであり、スラリー（研磨液）を研磨布１６上に供給するものである。
【００１２】
図２は研磨装置１０の斜視図である。
図２において、２６は定盤駆動モータであり、定盤１２を水平面内で回転させる。定盤駆動モータ２６は基台２８上に配設されている。３０は加圧シリンダであり、研磨ヘッド１８を上下方向に移動可能であると共に、研磨ヘッド１８に保持されたワーク２０を定盤１２の研磨布１６上に所要荷重で押圧する。３２はヘッド駆動モータであり、研磨ヘッド１８を回転軸２２を中心に回転駆動する。加圧シリンダ３０およびヘッド駆動モータ３２は、基台２８に定盤１２を跨いで配置された門形の支持台３４上に配設されている。なお、３６は操作盤である。
【００１３】
定盤１２は、基台２８に水平面内で回転可能に配設され、上記のように、定盤駆動モータ２６により回転駆動される。定盤１２には、図示しないが空洞に冷却水を通流させる公知の冷却機構が設けられている。
本実施の形態では、定盤１２外周部を囲むようにしてバンク３８を設けている。バンク３８は、定盤１２から流失した研磨液がバンク３６の外方に飛散しない高さに形成されている。
【００１４】
図３は定盤１２とバンク３８の組立断面図である。
バンク３８は、上記の所要高さを有する円筒状に形成され、本実施の形態では、その下端において定盤１２の外周部に液密に固定して一体に設けられている。また、バンク３８の上縁にはフランジ４０が内方に向けて突出するようにして設けられ、研磨液のバンク３８外への飛散を防止している。
図示しないが、バンク３８にも冷却機構を設けると好適である。この冷却機構は、バンク３８に設けた空洞部（図示せず）に冷却水を通流する水冷機構が好適である。
なお、バンク３８は必ずしも円筒形状でなくともよい。また、バンク３８は定盤１２外周との間を液密にして、定盤１２とは別体に設けるようにしてもよい。
【００１５】
本実施の形態では、図４の概念説明図に示すように、定盤１２が回転することによる遠心力によって、定盤１２外方に流出し、バンク３８内壁に沿って這い上がった研磨液Ｑを定盤１２の略中央部に戻す戻し流路４２を設けたことを特徴としている。定盤１２を、例えば２００〜１０００ｒｐｍ程度で高速で回転することで、研磨液は定盤１２の外方に流出し、さらにバンク３８の内壁を這い上がる状態となる。
戻し流路４２は、断面円形あるいは矩形状のパイプ状のものとするのが好適である。あるいは戻し流路４２は樋状のものとすることもできる。
戻し流路４２は、支持台２８に支持部（図示せず）を介して吊持するようにするとよい。
【００１６】
戻し流路４２の、バンク３８内壁に接近する端部に、バンク３８内壁に沿って這い上がる研磨液を取り入れる取液口４４が設けられている。この取液口４４は、バンク３８の内壁上部から流下する研磨液を受けるロート状に設けることができる。
あるいは、戻し流路４２をパイプ状に形成し、取液口４４を、単にパイプの開口部としてもよい。この場合には、この開口したパイプの端部をバンク３８の内壁に沿わせるようにして、バンク３８内壁に沿って這い上がった研磨液が自然流入するようにするとよい。
【００１７】
戻し流路４２が断面矩形のパイプであれば、パイプの開口端（取液口）をバンク３８の内壁に沿わせることで、容易に研磨液をパイプ内に流入させることができる。
なお、取液口４４から取液された研磨液が、戻し流路４２を自重により自然流下して定盤１２の中央部に戻されるように、戻し流路は、取液口４４から定盤１２の中央部に向けて低くなるように傾斜して設けるようにするとよい。
【００１８】
上記のように、本実施の形態では、定盤１２外周部を囲んでバンク３８を設け、定盤１２が回転することによる遠心力によって、定盤１２外方に流出し、バンク３８内壁を這い上がった研磨液を定盤１２に戻す戻し流路４２を設けている。研磨液はバンク３８内壁を這い上がることによって冷却される。バンク３８に冷却機構を設ければ、研磨液をさらに好適に冷却できる。そして、バンク内壁を這い上がって冷却された研磨液が、戻し流路４２を通じて定盤１２のほぼ中央部に戻される。これにより、定盤を高速で回転しても研磨液の液切れを生じさせることがなく、発熱を抑えることができる。また、研磨ヘッドによりワークを高い圧力で研磨布に押圧しても、研磨液が液切れすることなく、定盤１２に供給されるので、発熱を抑えることができる。
【００１９】
なお、研磨液は、あらかじめ所要量の研磨液を供給、滞留させておき、新たに外部から供給することなく、上記のように戻し流路４２により循環させて使用するようにすることができる。
あるいは、図１に示すスラリー供給ノズル２４から所要量ずつ研磨液を定盤１２上に供給しつつワークの研磨を行ってもよい。この場合にも、戻し流路４２により所要量の研磨液を定盤１２に戻しつつワークの研磨を行えるので、全体として、大量の研磨液を用いる必要がなく、したがって、装置の大型化を解消できる。このように、本実施の形態では、装置を大型化することなく、装置を高速化、高圧化した場合でも発熱を抑えることができ、ＳｉＣ、ＧａＮやダイヤモンドなどの高硬度のワークであっても効率よく研磨することができる。
【００２０】
定盤１２の中央部に戻される研磨液を必要量確保するために、戻し流路４２を適宜複数設けるようにするとよい。この場合の各戻し流路４２の取液口４４は、バンク３８内壁の同一高さ位置（ただし、周方向に異なる位置）となるようにしてもよいし、異なる高さ位置となるようにしてもよい。
図５は、バンク３８内壁の異なる高さ位置に溝状の液溜まり４６、４６を設け、この液溜まり４６に取液口４４が臨むようにして各戻し流路（図示せず）を設けた例を示す。
【００２１】
なお、研磨液には、粒子状の研磨砥粒が含有されている。定盤１２が高速回転され、遠心力により定盤１２から外方に流出してバンク３８内壁を這い上がる際、研磨砥粒は、遠心力により、大きい粒子がバンク３８の内壁下部に、小さい粒子が内壁の上部に分級される傾向にある。
この場合に、各戻し流路に流路を独立に開閉できる電磁バルブ（図示せず）を設け、各戻し流路から別々に研磨液を定盤１２に戻すようにして、大きさの異なる研磨砥粒が混入する性質の異なる研磨液により、ワークの研磨を行うようにすることができる。
【００２２】
例えば、研磨初期の粗研磨のときには、バンク３８内壁の下部から取液した、大きな粒子の研磨砥粒が混入する研磨液を定盤１２の中央部に戻して、研磨効率を上げ、研磨終盤の仕上げ研磨のときには、バンク３８内壁の上部から取液した、小さな粒子の研磨砥粒が混入する研磨液を定盤１２の中央部に戻して、仕上げ研磨を行うようにすることができる。
あるいは、大きな粒子の研磨砥粒が混入する研磨液を定盤１２の外周部に戻す戻し流路を設け、小さな粒子の研磨砥粒が混入する研磨液を定盤１２の中央部に戻す戻し流路を設けることにより、同一定盤上で中央部の粗研磨と外周部の精密研磨（仕上げ研磨）を同時にできるようにしてもよい。なお、このときの定盤上の研磨布は、同一のものでもよいが、中央部と外周部で異なるものを貼付してもよい。
【００２３】
図６、図７はさらに他の実施の形態を示す説明図である。
本実施の形態では、バンク３８内壁の中途部に該内壁を這い上がる研磨液が乗り越え可能な高さで内方に突出するリング４８を設けている。
本実施の形態の場合、図７に原理を説明するように、定盤１２が回転することにより、研磨液中の大きな研磨砥粒は遠心力により外方に飛ばされ、リング４８より下方に捕捉され、小さな研磨砥粒はその内方に位置してリング４８を乗り越え、リング４８の上方に集まる傾向になる。つまり、大きな粒子と小さな粒子の分級がより進行して行われる。
【００２４】
したがって、リング４８の下方に取液口４４が位置するように一方の戻し流路４２を配設し、大きな研磨砥粒が混入する研磨液を取液して定盤１２に戻すことによってワークの粗研磨を行うことができる。また、リング４８の上方に取液口４４が位置するように他方の戻し流路４２を配設し、小さな研磨砥粒が混入する研磨液を取液して定盤１２に戻すことによってワークの仕上げ研磨を行うことができる。
なお、リング４８の断面形状は特に限定されるものではなく、円形、三角形、矩形等、研磨液の粘性等に応じて適宜選定するようにするとよい。
【００２５】
図８は、従来の、バンクを有しないワーク研磨装置と、本実施の形態の、バンク３８および戻し流路４２を備えるワーク研磨装置を用いて、それぞれＳｉＣ基板を研磨した際の、経過研磨時間における研磨布（パッド）の表面温度を計測したグラフである。
なお、定盤の回転速度はそれぞれ２００ｒｐｍ、研磨荷重はそれぞれ３００ｋＰａ、研磨液の研磨砥粒濃度は１ｗｔ％であり、条件を揃えるため、本実施の形態においてバンクに冷却機構は設けていない。
【００２６】
研磨液の供給量は、従来装置の場合、研磨液供給ノズルから室温の研磨液を１分当たり６ｍｌ（１時間使用量３６０ｍｌ）で掛け流しとし、本実施の形態の研磨装置の場合、研磨液の総量を３００ｍｌとし、１時間当たりの研磨液使用量を両者ほぼ同じとなるようにした。
図８からわかるように、従来装置の場合、研磨布の表面温度は１５分ほどで５０℃以上にまで上昇したが、本実施の形態の装置の場合、１５分ほどの研磨で７℃程度上昇したにすぎない。
【符号の説明】
【００２７】
１０ 研磨装置、１２  定盤、１４  回転軸、１６  研磨布、１８  研磨ヘッド、２０  ワーク、２２  回転軸、２４  スラリー供給ノズル、２６  定盤駆動モータ、２８  基台、３０  加圧シリンダ、３２  ヘッド駆動モータ、３４  支持台、３６  操作盤、３８  バンク、４０  フランジ、４２  戻し流路、４４  取液口、４６  液溜まり、４８  リング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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