JP2017013183A

JP2017013183A - 研磨装置

Info

Publication number: JP2017013183A
Application number: JP2015132726A
Authority: JP
Inventors: 忠一宮下; Chuichi Miyashita; 大造市川; Taizo Ichikawa; 清瀬下; Kiyoshi Seshimo; 正徳大坪; Masanori Otsubo
Original assignee: Kyushu University NUC; Fujikoshi Machinery Corp
Current assignee: Kyushu University NUC; Fujikoshi Machinery Corp
Priority date: 2015-07-01
Filing date: 2015-07-01
Publication date: 2017-01-19
Also published as: CN106312795A; KR20170004874A; TW201703930A

Abstract

【課題】スラリーのミストの飛散を防止できる研磨装置を提供する。【解決手段】ワーク２０を保持する研磨ヘッド１８と、表面に研磨パッド１６が貼付された定盤１２と、研磨パッド１６上に研磨用のスラリーを供給するスラリー供給部２４と、定盤１２の外周に沿って設けられ、研磨パッド１６から流下するスラリーを受けるスラリー受２６と、研磨ヘッド１８と定盤１２とを相対的に運動させる運動機構とを備える研磨装置１０であって、研磨パッド１６の外周部上面との間に、スラリー供給部２４から研磨パッド１６上に供給されるスラリーが研磨パッド１６上を外方に流れるだけの隙間を空けて研磨パッド１６の外周部上面を覆うと共に、スラリー受２６の上側開口部を覆うリング状をなすスラリー飛散防止用カバー３４を具備することを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、SiC、GaN、ダイヤモンド等の高硬度材料の研磨に用いて好適な研磨装置に関する。

半導体パワーデバイスを作製する上で基板の平坦化は必須であるが、炭化ケイ素（SiC）、窒化ガリウム（GaN）、ダイヤモンドに代表されるワイドバンドギャップ半導体基板は高硬度材料であることから、高能率な平坦化は困難である。
このような高硬度材料からなるワークの研磨には、研磨効率を上げるため、定盤や研磨ヘッドを高速度で回転させる必要が生じる。通常、スラリーを用いる研磨では、定盤回転数は、６０〜１５０ｒｐｍ程度であるが、上記高硬度材料からなるワークの研磨では、定盤の回転数を２００ｒｐｍ以上、場合によっては４００ｒｐｍ以上の高速で回転させる必要が生じる。

スラリーを用いる研磨では、定盤の外周側にスラリー受を設け、定盤の回転による遠心力で定盤外に流出するスラリーをこのスラリー受で回収し、系外へ排出するようにしている。なお、場合によっては回収したスラリーを循環させて再使用することもある。
ところで、定盤を高速回転させると、遠心力によって飛び出したスラリーがスラリー受の壁面に衝突し、ミスト化して飛散するという問題点がある。ミスト化して飛散したスラリーは、研磨室全体を覆うカバー内壁面等に付着し、結晶化しやすい。特に高硬度材料からなるワークの研磨では、研磨時間が長く研磨室内の温度も高くなる傾向にあるため、上記のカバー内壁面等に付着したスラリーが一層結晶化しやすく、結晶化したスラリーが研磨中に研磨パッド上へ脱落し、ワークに研磨スクラッチ等の欠陥を生じさせる不具合がある。
そこで、特許文献１に示される研磨装置では、定盤や研磨パッドの外周面に対向するスラリー受の内壁面を、断面が横向きの放物線状に湾曲する凹面に形成し、遠心力によって研磨パッドから外方に飛び出すスラリーを該凹面で柔らかく受け止めることによって、スラリーのミスト化を減少させるようにしている。

特開２００８−２２９７５６

特許文献１に示される研磨装置では、スラリー受の内壁面を凹面に形成していることから、スラリーのミスト化を低減させることができる。
しかしながら、スラリー受の内壁面を凹面に形成したとしても、研磨パッドの外周上面と前記凹面の上端下面との間には上に開口する隙間が存在することから、多少ともミスト化したスラリーが研磨室内に飛散することは避けられない。特に、前記のように、高硬度材料からなるワークの研磨の場合には、定盤を高速度で回転させる必要があることから、スラリーが凹面に衝突した際に、やはりミスト化しやすいという課題がある。
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、スラリーのミストの飛散を防止でき、ワークの表面にスクラッチ等の欠陥を生じさせることなく、精度良く研磨を行える研磨装置を提供することにある。

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、本発明に係る研磨装置は、ワークを保持する研磨ヘッドと、表面に研磨パッドが貼付された定盤と、前記研磨パッド上に研磨用のスラリーを供給するスラリー供給部と、前記定盤の外周に沿って設けられ、前記研磨パッドから流下するスラリーを受けるスラリー受と、前記研磨ヘッドと定盤とを相対的に運動させる運動機構とを備える研磨装置であって、前記研磨パッドの外周部上面との間に、前記スラリー供給部から前記研磨パッド上に供給されるスラリーが該研磨パッド上を外方に流れるだけの隙間を空けて前記研磨パッドの外周部上面を覆うと共に、前記スラリー受の上側開口部を覆うリング状をなすスラリー飛散防止用カバーを具備することを特徴とする。

前記スラリー飛散防止用カバーを、その前記研磨パッドとの対向面が前記研磨パッドの上面と平行になるように設けることができる。
あるいは、前記スラリー飛散防止用カバーを、その前記研磨パッドとの対向面の少なくとも一部が前記研磨パッドの上面に対してスラリー受側に向けて低くなるように１〜５°の範囲で傾斜するように設けることができる。
前記スラリー受内で生じたスラリーのミストが前記カバーの下面に付着し、前記カバー外に流出しないようにすることができる。
前記スラリー飛散防止用カバーを、取り外し可能に前記スラリー受に支持して設けることができる。
前記スラリー飛散防止用カバーを、前記研磨パッドの上面に対する高さを調整可能に設けるようにすることができる。

前記スラリー飛散防止用カバーを、前記研磨パッド上面からの高さが５ｍｍ以下の高さとなるように設けることができる。
前記スラリー飛散防止用カバーにより、前記研磨パッドの外周側から前記研磨パッドの半径の１／３以上を覆うようにすることができる。
前記研磨パッドの外周側を前記スラリー受内に突出させるようにしてもよい。
前記スラリー飛散防止用カバーとは別に、前記研磨ヘッド、前記定盤を覆うカバーを設けるようにすることができる。
ワーク研磨時における前記定盤の回転数を、１００ｒｐｍ以上とすることができる。
SiC、GaN、サファイアもしくはダイヤモンドからなる高硬度材料からなるワークの研磨に好適に用いることができる。
スラリー飛散防止用カバーの少なくとも一部を光透過性を有する樹脂材料で形成すると好適である。
この場合に、前記スラリー飛散防止用カバーを、撥水性を有する材料、もしくは、表面処理剤による撥水コーティングを施した材料で形成すると好適である。

本発明によれば、スラリーのミストの飛散を防止でき、ワークの表面にスクラッチ等の欠陥を生じさせることなく、精度良く研磨を行える研磨装置を提供できる。

研磨装置の概略図である。研磨装置の部分断面図である。研磨装置の部分斜視図である。切欠きのないカバーを用いた研磨装置の部分斜視図である。研磨装置の他の実施の形態を示す部分斜視図である。研磨装置の他の実施の形態における部分断面図である。研磨装置のさらに他の実施の形態を示す部分斜視図である。研磨装置のまたさらに他の実施の形態を示す説明図である。

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（運動機構）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パッド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、スラリー供給部であり、ノズルからスラリー（研磨砥粒入り研磨液）を研磨パッド１６上に供給するものである。

図２は研磨装置１０の部分断面図であり、図３は研磨装置１０の部分斜視図である。
図２に明確なように、定盤１２を囲むようにして、定盤１２の外周に沿って樋状のスラリー受２６が設けられている（図１ではスラリー受２６の図示を省略している）。スラリー受２６は、研磨パッド１６上に供給されたスラリーが、定盤１２が回転することによる遠心力によって、研磨パッド１６上を外方に移動し、研磨パッド１６から外方に流出するスラリーを受け取り、系外に排出するものである。なお、研磨装置１０によっては、スラリー受２６に排出されたスラリーを回収し、循環させて研磨パッド１６上に再供給して、再利用するものもある。

なお、図２において、２７は軸受であり、定盤１２を基台２８上に回転自在に支持している。定盤１２には、パイプ２９から冷却水が通流される冷却水流路３０が設けられている。
研磨ヘッド１８は公知の機構のものを採用し得るものであって、その構造は特に限定されるものではない。なお、本実施の形態における研磨ヘッド１８は、その下面にワーク２０を吸着機構によって吸着保持するようになっている。また、ヘッド本体１９は、球軸受構造によって、水平面内で回動可能に固定部２１に支持され、定盤１２の動き（傾き）に追随して回動するようになっている。

次に、３４は、本実施の形態にしたがって設けられた、リング状をなすスラリー（ミスト）飛散防止用カバーである。
カバー３４は、第１リング３１、第２リング３２、第３リング３３の３つのリング体が一体に積層されたリング状をなしている。カバー３４は、第１リング３１、第２リング３２がスラリー受２６の側壁部２６ａに嵌合し、第３リング３３の外周部がスラリー受２６の上端縁に載っており、これにより、スラリー受２６に上方向に取り外し自在に支持されている。第３リング３３の外周部が、カバー３４がスラリー受２６に係止する係止部３６となる。係止部３６はフック状に設けることもできる。このように、カバー３４をスラリー受２６から取り外し自在に設けることによって、研磨パッド１６の貼り換えを容易に行うことができる。なお、カバー３４は、作製の便宜上、第１〜第３のリング体で構成したが、リング体の数は特に限定されず、２つあるいは単体等のリング体で構成することもできる。

カバー３４は、研磨パッド１６の外周部上面との間に、スラリー供給部２４から研磨パッド１６上に供給されるスラリーが研磨パッド１６上を外方に流れるだけの隙間を空けて、研磨パッド１６の外周部上面を覆うと共に、スラリー受２６の上側開口部を覆うようになっている。
具体的には、第１リング３１が、研磨パッド１６との対向面が研磨パッド１６の上面と平行になるように設けられて、研磨パッド１６の外周部上面を覆う。
第１リング３１は、さらにスラリー受２６の上側開口部をも覆うようになっている。
あるいは、スラリー飛散防止用カバー３４の第１リング３１を、その研磨パッド１６との対向面の少なくとも一部が研磨パッド１６の上面に対してスラリー受２６側に向けて低くなるように１〜５°の範囲で傾斜するように設けてもよい。例えば、第１リング３１の研磨パッド１６との対向面が、定盤１２中央側の部位が研磨パッド１６と平行で、スラリー受２６側の部位がスラリー受２６側に向けて低くなるように傾斜して設けることによって、当該傾斜面に付着したミストが凝縮し、スラリー受２６内に流れ落ちるので、定盤１２中央方向へのスラリー（ミスト）の飛散を良好に防止できる。

第１リング３１の下面と、研磨パッド１６の上面との隙間の大きさは、好適には５ｍｍ以下、さらに好適には３ｍｍ以下となるように設けられ、スラリー受２６内で生じたスラリーのミストがカバー３４（第１リング３１）の下面に付着し、前記隙間からカバー３４外（定盤１２の中央方向）に流出しないようになっている。すなわち、第１リング３１の下面に付着したミストは、第１リング３１下面で凝縮し、研磨パッド１６上に落下し、定盤１２の中央方向には流出しない。

また、カバー３４は、研磨パッドの上面に対する高さを調整可能に設けられている。このカバー３４の高さ調整は、例えば、第３リング３３の外周部（係止部３６）下面と側壁部２６ａ上端縁との間に、適宜リング状のスペーサー（図示せず）を介在させることによって行える。
このように、カバー３４の高さ調整を行うことによって、カバー３４下面と研磨パッド１６上面との間の前記隙間の大きさを最適に調整することができる。
また、カバー３４は、研磨パッド１６の外周側から研磨パッド１６の半径の１／３以上を覆うようにすると好適である。このように、カバー３４による研磨パッド１６を覆う範囲が大きくなればなるほど、カバー３４下面と研磨パッド１６上面との間の隙間を大きくしても、ミストの定盤中央方向への飛散を防止できる。

カバー３４で定盤外周側を覆う範囲と上記隙間の大きさとの兼ね合いでミストの飛散を防止するようにするとよい。
その他、ミストの飛散防止のファクターとしては、スラリーの種類、定盤１２の回転数が関係する。
定盤１２の回転数は、一般的には前記のように、６０〜１５０ｒｐｍであるが、ワーク材料が、SiC、GaN、サファイアもしくはダイヤモンドなどの高硬度材料の場合には、研磨効率を上げるため定盤１２の回転数を大きくする必要がある。定盤１２の回転数を大きくした場合には、前記のようにミストの飛散のおそれが大きくなる。本実施の形態では、上記のように、カバー３４で定盤外周側を覆う範囲と上記隙間の大きさとの兼ね合いを調整することで、定盤１２を４００ｒｐｍ以上の大きな回転数で回転させても、ミストの飛散を防止することができた。

なお、定盤１２の径が大きくなれば、その外周側での周速が大きくなる。したがって、大きな径の定盤１２の場合には、回転数が１００ｒｐｍ程度から、ミスト飛散防止条件（カバー３４の覆う範囲や、上記隙間の大きさ）を考慮する必要が生じてくる。
また、スラリーの種類については、スラリーの種類に応じて、あらかじめカバー３４で定盤外周側を覆う範囲と上記隙間の大きさとの兼ね合い（条件）を決定しておくとよい。

なお、図３における実施の形態では、研磨ヘッド１８が定盤１２上で、水平面内でも若干揺動するようになっている。図３において、カバー３４に切欠き３８を設けているが、この切欠き３８は、研磨ヘッド１８の揺動を逃がすための切欠きである。研磨ヘッド１８が揺動しない場合や、研磨ヘッド１８が小径のものの場合には、この切欠き３８は設ける必要がない（図４参照）。

図５は、研磨装置１０の他の実施の形態における部分斜視図、図６はその部分断面図である。
前記実施の形態と同一の部材は同一の符号をもって示し、その説明を省略する。
本実施の形態では、カバー３４のうち、第１リング３１で研磨パッド１６（定盤１２）の上方全体を覆うようにしている。そして、第１リング３１の研磨ヘッド１８に対応する位置には透孔４０を設け、この透孔４０に、研磨ヘッド１８の側方を囲む筒状カバー４２を設けている。筒状カバー４２は第１リング３１により支持されている。また、第１リング３１に、スラリー供給部２４からスラリーを研磨パッド１６上に供給するための筒体４４を設けている。
本実施の形態では、第１リング３１により定盤１２の上方全体を覆い、また筒状カバー４２により研磨ヘッド１８の側方を覆うようにしているので、万一ミストが定盤１２の中央方向に漏れ出しても、ミストの外部への飛散を完全に防止できる。

図７は、研磨装置１０のさらに他の実施の形態を示す部分斜視図である。
本実施の形態は、図２、図３の実施の形態のものにおいて、さらに、研磨室全体を開閉自在に覆う扉式のカバー４６を設けている。本実施の形態でも、ミストの外部への飛散を完全に防止できる。

上記の実施の形態において、スラリー飛散防止用カバー３４により、ミストをカバー３４下面に留めるようにして、ミストの飛散を防止できることを説明したが、これにより、研磨パッド１６の外周部上部からスラリー受２６の上側開口部までの領域における湿度が高く保たれるので、スラリーが結晶化することは殆どない。また、仮にスラリーが結晶化しても、ミストがカバー３４の外部に出なければ、結晶化したスラリーが外部に運び出されることはなく、ワークに欠陥を生じさせることもない。

上記各実施の形態において、スラリー飛散防止用カバー３４、筒状カバー４２、扉式のカバー４６は、少なくとも一部を光透過性を有する樹脂材料で形成すると好適である。これにより、ミストの発生状態、ミストの付着状態等を確認できる。この場合に、スラリー飛散防止用カバー３４を、撥水性を有する材料、もしくは、表面処理剤による撥水コーティングを施した材料で形成すると好適である。これにより、カバー３４へのミストの付着を少なくすることができる。
また、図８に示すように、研磨パッド１６の外周側をスラリー受２６内に突出させるようにしてもよい。これにより、定盤１２外で、カバー３４により研磨パッド１６を覆う範囲を確保できることから、リング状のカバー３４の内径を大きくでき、研磨パッド１６による研磨エリアを広く確保できる利点がある。

１０研磨装置、１２定盤、１４回転軸、１６研磨パッド、１８研磨ヘッド、２０ワーク、２２回転軸、２４スラリー供給部、２６スラリー受、２７軸受、２８基台、２９パイプ、３０冷却水流路、３１第１リング、３２第２リング、３３第３リング、３４スラリー飛散防止用カバー、３６係止部、３８切欠き部、４０透孔、４２筒状カバー、４４筒体、４６扉式のカバー

Claims

ワークを保持する研磨ヘッドと、表面に研磨パッドが貼付された定盤と、前記研磨パッド上に研磨用のスラリーを供給するスラリー供給部と、前記定盤の外周に沿って設けられ、前記研磨パッドから流下するスラリーを受けるスラリー受と、前記研磨ヘッドと定盤とを相対的に運動させる運動機構とを備える研磨装置であって、
前記研磨パッドの外周部上面との間に、前記スラリー供給部から前記研磨パッド上に供給されるスラリーが該研磨パッド上を外方に流れるだけの隙間を空けて前記研磨パッドの外周部上面を覆うと共に、前記スラリー受の上側開口部を覆うリング状をなすスラリー飛散防止用カバーを具備することを特徴とする研磨装置。
前記スラリー飛散防止用カバーが、前記研磨パッドとの対向面が前記研磨パッドの上面と平行になるように設けられていることを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
前記スラリー飛散防止用カバーが、前記研磨パッドとの対向面の少なくとも一部が前記研磨パッドの上面に対してスラリー受側に向けて低くなるように１〜５°傾斜させて設けられていることを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
前記スラリー受内で生じたスラリーのミストが前記カバーの下面に付着し、前記カバー外に流出しないことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の研磨装置。
前記スラリー飛散防止用カバーが、取り外し可能に前記スラリー受に支持されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の研磨装置。
前記スラリー飛散防止用カバーが、前記スラリー受の側壁部に係止する係止部を有することを特徴とする請求項５記載の研磨装置。
前記スラリー飛散防止用カバーが、前記研磨パッドの上面に対する高さを調整可能に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項記載の研磨装置。
前記スラリー飛散防止用カバーが、前記研磨パッド上面からの高さが５ｍｍ以下の高さとなるように設けられていることを特徴とする請求項１〜７いずれか１項記載の研磨装置。
前記スラリー飛散防止用カバーが、前記研磨パッドの外周側から前記研磨パッドの半径の１／３以上を覆うことを特徴とする請求項１〜８いずれか１項記載の研磨装置。
前記研磨パッドの外周側が前記スラリー受内に突出していることを特徴とする請求項１〜９いずれか１項記載の研磨装置。
前記スラリー飛散防止用カバーとは別に、前記研磨ヘッド、前記定盤を覆うカバーが設けられていることを特徴とする請求項１〜１０いずれか１項記載の研磨装置。
ワーク研磨時における前記定盤の回転数が、１００ｒｐｍ以上であることを特徴とする請求項１〜１１いずれか１項記載の研磨装置。
研磨するワークが、SiC、GaN、サファイアもしくはダイヤモンドであることを特徴とする請求項１〜１２いずれか１項記載の研磨装置。
前記スラリー飛散防止用カバーは、少なくとも一部が光透過性を有する樹脂材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜１３いずれか１項記載の研磨装置。
前記スラリー飛散防止用カバーが、撥水性を有する材料、もしくは、表面処理剤による撥水コーティングを施した材料で形成されていることを特徴とする請求項１４記載の研磨装置。