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【発明の名称】 研磨定盤およびその洗浄時期判別方法
【発明者】 【氏名】持丸 順行

【氏名】籾山 昌弘

【氏名】久保 富美夫

【要約】 【課題】研磨布の取り替えが容易であり、研磨定盤の分解・洗浄時期のインターバルを長くし、その分解・洗浄時期が来たら自動的に作業者に知らしめる研磨定盤の提供。

【構成】洗浄液導入管13aと気体排出管13bと気体供給管16の通路を有する基台18の上面に底部に洗浄液・気体流通室7bを有するバキューム受台7を固定し、この上面に研磨布3aが貼着されたポーラスセラミック支持台3が載置された研磨定盤1。洗浄液・気体流通室の圧力を真空圧検出センサー59で検出し、この真空圧検出センサーが検出した真空圧力Vが記憶されている真空圧力の仕切り値Vの値またはそれを超えた値となったとき、電子スイッチが作動し、研磨装置の駆動モータMを停止させるか、警報を伝達する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
(a)洗浄液導入管と気体排出管と気体供給管の通路を有する基台、
(b)この基台の上面に固定され、上下方向に洗浄液・気体流通孔を有し、表面が水平方向に平であり、底部に洗浄液・気体流通室を有するバキューム受台、
(c)前記前記バキューム受台の上面に載置されたポーラスセラミック支持台、
(d)該ポーラスセラミック支持台上面に貼着された研磨布、
(e)前記洗浄液導入管と気体排出管と気体供給管を中空部内に備えるとともに前記基台を軸承する中空軸、
(f)該中空軸を水平方向に回転させる駆動機構、
(g)前記洗浄液導入管に洗浄液を供給する洗浄液供給機構、
(h)前記気体排出管に減圧を賦与するバキューム機構、および、
(i)前記気体供給管に加圧気体を供給する気体供給機構、
を備える研磨定盤。
【請求項2】
請求項1に記載の研磨定盤において、前記洗浄液・気体流通室の圧力を真空圧検出センサーで検出し、この真空圧検出センサーが検出した真空圧力Vが記憶されている真空圧力の仕切り値Vの値またはそれを超えた値となったとき、電子スイッチが作動し、研磨装置の駆動モータを停止させるか、警報を伝達することを特徴とする、研磨定盤の洗浄時期を判別する方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、基板ホルダーに保持された半導体基板、ベアウエハ、液晶ガラス基板等の基板を研磨定盤の研磨パッド面に押し付け、基板ホルダーおよび研磨定盤を回転させることにより基板を研磨パッド面上で摺動させて基板表面を平坦化するのに使用される研磨定盤およびその洗浄時期判別方法に関する。
【背景技術】
【0002】
基板ホルダーに保持された半導体基板、ベアウエハ、液晶ガラス基板等の基板を研磨定盤の研磨パッド面に押し付け、基板ホルダーおよび研磨定盤を回転させることにより基板を研磨パッド面上で摺動させて基板表面を平坦化するのに使用される研磨装置は知られている(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3、および、特許文献4参照。)。
【0003】
かかる研磨装置を構成する研磨定盤として回転可能な中空軸に軸承された多孔質(穿孔板またはポーラスセラミック板)板状剛体表面に研磨布を貼付した研磨定盤が知られている(例えば、特許文献1、特許文献2、および、特許文献3参照。)。
【0004】
例えば、特許文献1は、図3に示すように、(a)冷却媒体導入用チャンバー13c、気体導入・排出通路を有する円盤状基台18、(b)中空部に気体を供給および排出する気体用役管16と冷却媒体を供給する冷却媒体管13とを備えるとともに、前記円盤状基台18を軸承する中空軸2、(c)上下方向に気体流通小孔7aを有し、表面が水平方向に平である円盤状バキューム受台7、(d)該円盤状受台の下面と、前記円盤状基台18の上面との間に形成された気体流通チャンバー16a、(e)該気体流通チャンバーと気体用役管の連絡通路16c、(f)前記中空軸を水平方向に回転させる駆動機構および(g)前記円盤状バキューム受台7の上に載置されされている円盤状ポーラスセラミック支持台3の表面に、気体用役管16を減圧することにより貼着された研磨布3a、を備える研磨定盤3を開示する。
【0005】
この研磨定盤の使用済研磨布3aの新しい研磨布交換は、気体用役管の減圧を解除し、ついで、円盤状受台7からの使用済研磨布3aの剥離を容易とするため気体用役管16より0.5〜2kg/cmgの圧空を瞬時供給した後、この研磨布3aを研磨定盤の円盤状ポーラスセラミック支持台3から取り剥がし、その後、取換用の研磨布3aを円盤状ポーラスセラミック支持台3上に載置し、気体用役管を減圧することにより円盤状ポーラスセラミック支持台3上に固定して行われる。勿論、円盤状受台7を円盤状基台18から取り外す際も、圧空を円盤状受台7裏面に供給して行われる。
【0006】
また、特許文献3に開示される研磨装置は、基板ホルダーと研磨定盤の上下位置関係が特許文献1のものと逆であるが、被研磨面を上方に向けた状態で基板を保持する基板保持装置と、前記被研磨面に当接して研磨する研磨面を有した研磨パッド部材と、前記研磨面を下方に向けた状態で前記研磨パッド部材を保持するパッド保持装置とを備え、前記研磨パッド部材を前記被研磨面に当接させながら相対移動させて前記被研磨面の研磨を行うように構成される研磨装置において、前記パッド保持装置の下端部に、前記研磨面を下に向けて前記研磨パッド部材を着脱自在に固定保持する固定保持機構を備え、前記固定保持機構により前記パッド保持装置に対して前記研磨パッド部材を自動的に着脱して交換するように構成される研磨装置を開示する。
【0007】
【特許文献1】特開2000−84833号公報、図1および図3
【特許文献2】特開平11−309672号
【特許文献3】特開2001−148361号公報
【特許文献4】特開2005−7521号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
研磨装置の製作メーカーは、半導体基板の加工メーカーに、研磨定盤を長期使用しているうちにポーラスセラミック支持台3の裏面に研磨剤砥粒や基板研磨屑が付着し、研磨定盤の減圧度が低下することがあるので、1年に1回、研磨定盤を分解し、ポーラスセラミック支持台3に付着した研磨剤砥粒や基板研磨屑を薬剤により溶解洗浄、あるいは加圧水流洗浄の定期洗浄をすることを義務づけているが、半導体基板の加工メーカーにおいては、半導体基板や液晶ガラス基板の種類によっては2〜3年間もポーラスセラミック支持台3に目詰まりが生じることがない故、この定期洗浄を怠ることがある。また、研磨定盤を長期使用しているうちに研磨布上に供給された研磨剤スラリーが真空系管や切換バルブに侵入し、研磨剤砥粒が減圧管や切換バルブに付着し、研磨定盤の減圧度が低下することがある。
【0009】
DRAM基板の径が300mmから450mmと拡径、ガラス基板のサイズが14インチから30〜60インチと拡大するにつれ、加工メーカーの定期洗浄を怠ることにより発生するこの研磨定盤の目詰まりは、有る日突然に研磨布を圧空で剥離する際にポーラスセラミック支持台3が円盤状基台18より剥がれて研磨装置外へ吹っ飛んだり、基板の研磨加工中に研磨布3aを吸着貼付しているポーラスセラミック支持台3が位置ずれしたり、ポーラスセラミック支持台3が円盤状基台18より外れるおそれが予測される。
【0010】
本発明の目的は、研磨剤砥粒が真空系統の減圧管や切換バルブに付着しがたい研磨定盤を提供することにある。本発明の別の目的は、加工メーカーの定期洗浄の怠りがあったときでも、自動的に定期洗浄の時期を警報する、あるいは、自動的に研磨装置の駆動系を停止させる方法の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
請求項1の発明は、(a)洗浄液導入管と気体排出管と気体供給管の通路を有する基台、(b)この基台の上面に固定され、上下方向に洗浄液・気体流通孔を有し、表面が水平方向に平であり、底部に洗浄液・気体流通室を有するバキューム受台、(c)前記前記バキューム受台の上面に載置されたポーラスセラミック支持台、(d)該ポーラスセラミック支持台上面に貼着された研磨布、(e)前記洗浄液導入管と気体排出管と気体供給管を中空部内に備えるとともに前記基台を軸承する中空軸、(f)該中空軸を水平方向に回転させる駆動機構、(g)前記洗浄液導入管に洗浄液を供給する洗浄液供給機構、(h)前記気体排出管に減圧を賦与するバキューム機構、および、(i)前記気体供給管に加圧気体を供給する気体供給機構、
を備える研磨定盤を提供するものである。
【0012】
請求項2の発明は、請求項1に記載の研磨定盤において、前記洗浄液・気体流通室の圧力を真空圧検出センサーで検出し、この真空圧検出センサーが検出した真空圧力Vが記憶されている真空圧力の仕切り値Vの値またはそれを超えた値となったとき、電子スイッチが作動し、研磨装置の駆動モータを停止させるか、警報を伝達することを特徴とする、研磨定盤の洗浄時期を判別する方法を提供するものである。
【発明の効果】
【0013】
洗浄液(湿式)がバキューム機構の気体排出管(真空管)を通過する構造としたので、バキューム機構の気体排出管内部や切換バルブに付着した研磨砥粒や研磨屑が洗浄・除去される。この除去効果は、特許文献1に記載の加圧空気(乾式)で切換バルブや減圧管内面に固着した研磨砥粒や研磨屑を吹き飛ばして除去する方法より効果が高い。
【0014】
作業者が研磨定盤の定期洗浄時期を忘れていても、研磨定盤の制御系が適切な洗浄時期を作業者に知らしめてくれる。真空圧検出センサーが検出した真空圧力Vが記憶されている真空圧力の仕切り値Vの値またはそれを超えた値となったとき、電子スイッチが作動し、研磨装置の駆動モータを停止させるか、警報が鳴らされる。すなわち、洗浄液で溶解除去できなかった研磨砥粒や研磨屑がポーラスセラミック支持台や切換バルブ、減圧管内面に付着し、危険な状態に近いことが作業者に知らされるので、作業者は、研磨定盤を分解し、ポーラスセラミック支持台や切換バルブ、減圧管内面を薬剤洗浄や高圧空気流洗浄を組み合わせて行って研磨砥粒や研磨屑を除去する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
以下、図を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
図1は本発明の研磨定盤の断面図、および、図2は本発明の研磨定盤の別態様を示す断面図である。
【0016】
図1に示す研磨定盤1において、この研磨定盤1は、洗浄液導入管13aと気体排出(真空)管13bと気体供給管16の通路を有する基台18、(b)この基台18の上面に固定され、上下方向に洗浄液・気体流通小孔7aを有し、表面が水平方向に平であり、底部に洗浄液・気体流通室7bを有するバキューム受台7、(c)前記前記バキューム受台7の上面に載置されたポーラスセラミック支持台3、(d)該ポーラスセラミック支持台3上面に貼着された研磨布3a、(e)前記洗浄液導入管13aと気体排出管13bと気体供給管16を中空部内に備えるとともに前記基台18を軸承する中空軸2、(f)該中空軸2を水平方向に回転させる駆動機構、(g)前記洗浄液導入管13aに洗浄液を供給する洗浄液供給機構40、(h)前記気体排出管13bに減圧を賦与するバキューム機構50、(i)前記気体供給管16に加圧気体を供給する気体供給機構60を備える。
【0017】
図中、11は歯付ベルト、12はプーリー、13aは洗浄液供給口、13bは気体排出口、7aは孔径が0.3〜2mmの洗浄液・気体流通小孔、17は枠、19は中空スピンドル軸2に固定され、基台18およびバキューム受台7を軸承する支持体、20,21はロータリージョイント、22は保護カバー、59は真空圧検出センサーである。なお、ポーラスセラミック支持台3は不透気性金属支持板に小孔を多数穿孔した支持台を用いてもよい。
【0018】
前記洗浄液・気体流通室7bは、バキューム受台7の底部に設けられた空間部7bと基台18の上面とで形成され、洗浄液(通常は純水)、減圧気体(通常は空気)、加圧気体(通常は空気)が滞留できる。
【0019】
研磨布3aは、粘着力が低い粘着剤層を裏面に有する研磨布を用いてもよく、ポーラスセラミック支持台3上に研磨布3aを敷設し、気体排出管13bを減圧することによりポーラスセラミック支持台3を減圧下に保ち研磨布3aを貼着する。
【0020】
中空軸2を水平方向に回転させる駆動機構は、図示されていないモータの回転駆動力を歯付ベルト11およびプーリー12が受けて中空軸2を回転させる。
【0021】
洗浄液供給機構40は、洗浄液貯蔵タンク41内の洗浄液をモータM駆動によりポンプ43でフィルター42を通して汲み上げ、圧力計44、切り換えバルブ45を経由して洗浄液導入管13aに洗浄液を供給する。洗浄液は、基板の研磨終了後、バキューム受台7の底部に設けられた空間部7bに供給され、ポーラスセラミック支持台3裏面を洗浄する。バキューム受台7の洗浄後、気体排出管13bに減圧を作動させ、空間部7bに滞留する洗浄液を気体排出管13bを経由してドレーンタンクへと排出する。
【0022】
バキューム機構50は、モータM駆動された真空ポンプ51により気体排出管13b内部を減圧する。気体排出および停止は切り換えバルブ52を用いて行われる。53は真空圧力計、55はシーケンスバルブ、59は真空圧検出センサーである。真空圧検出センサー59は、洗浄液・気体流通室7bの圧力を検出し、制御部へ圧力信号を送信する。54は電子スイッチで、真空圧検出センサー59が検出した真空圧力Vが制御部のメモリー部に記憶されている真空圧力の仕切り値Vの値またはそれを超えた値となったとき、電子スイッチ54が作動し、真空ポンプ駆動用モータMを含め研磨装置の駆動モータを停止させるか、制御部の出力部より警報を鳴らす指令がなされる。
【0023】
気体供給機構60は、フィルター62を通じて大気を圧縮機61で吸気し、セパレータ63を通してタンク64内へ圧縮空気を送り、更に調節弁65、フィルター66を経由して気体供給管16に加圧気体を供給する。タンク64の先方の気体供給管には電子スイッチ67、シーケンス弁68が接続され、圧力計69で示される気体供給管内圧が異常に高い数値となったときは、電子スイッチ67がoffとなって圧縮機61を駆動するモータMの駆動を停止させる。
【0024】
気体供給機構60は、洗浄液・気体流通室7b内へ気体供給管16より圧力 0.5〜2kg/cm2Gの圧空を瞬時供給し、バキューム受台7からのポーラスセラミック支持台3の取り外しを容易、あるいは、研磨布3aのポーラスセラミック支持台3表面からの取り外しを容易とする。
【0025】
研磨布3aの取り替えは、ポーラスセラミック支持台3上の使用済研磨布3aを気体排出管13bの減圧を解除した後、気体供給管16より圧力 0.5〜2kg/cm2Gの圧空を瞬時供給し、研磨布3aをポーラスセラミック支持台3表面から取り除いた後、取換用の研磨布をポーラスセラミック支持台3上に刻印された位置合わせ用目印(トンボ)に併せて載置き、ついで、気体排出管13bを減圧させることにより研磨布をポーラスセラミック支持台に強固に貼着させる。あるいは、古い研磨布3aが貼着したポーラスセラミック支持台3の裏面にある洗浄液・気体流通室7bに気体供給管16より圧空を供給し、研磨布3aを貼着したポーラスセラミック支持台3をバキューム受台7から取り除いた後、取換用の研磨布を載置したポーラスセラミック支持台3をバキューム受台より起立された目印用の3本のピンに嵌合させ、ついで、気体排出管13bを減圧させることにより研磨布をポーラスセラミック支持台に強固に貼着させる。減圧の程度は、研磨定盤1の回転時に研磨布がポーラスセラミック支持台3から遠心力により外方向にはじき出されない50〜700mmHgである。
【0026】
基板ホルダーに保持された基板を研磨定盤で研磨するには、気体排出管13bを減圧したまま、図示されていないモーターの駆動を歯車、歯付ベルト11、プーリー12で中空軸2に伝達し、研磨布を水平方向に回転させる。ついで、研磨定盤1の上方より基板ホルダーに保持された基板を下降させ、研磨定盤の研磨布表面に押圧して中空軸2と基板ホルダー軸を同方向、または逆方向に回転させて基板の研磨を行う。研磨布をパッドコンディショナ−で修復しても基板の研磨速度が著しく低下し、その回復が望まれないときは研磨布の取り換えを行う。
【0027】
図2に示す別態様の研磨定盤1は、洗浄液導入管13aと気体排出管13bを統合して1本化し、先方が1本となった洗浄液導入・気体排出管13の先端をポーラスセラミック支持台3の裏面にある洗浄液・気体流通室7bに臨ませ、前記洗浄液導入管13a,気体排出管13bの両者をソレノイドバルブ45(52)で切り換え可能としたものである。
【0028】
この研磨定盤1の用役系では洗浄液が管13およびソレノイドバルブ45(52)を通過するので、研磨砥粒や研磨屑の管13およびソレノイドバルブ45へ付着する機会が減じられる。
【0029】
研磨布3a素材としては、発泡ポリウレタンシート、不織布にウレタンプレポリマーを含浸させ、これを硬化させたもの、これらの積層物、連通気泡の発泡ポリウレタンシートと独立気泡の発泡ポリエチレンシートとの積層物、発泡倍率の異なる発泡ポリウレタンシートの積層物などが使用できる。
【0030】
洗浄液としては、基板に応じて純水、脱イオン水、深層水、過酸化水素水、希苛性カリ水溶液、過酸化水素水・苛性カリ水溶液、アルコール・酢酸水溶液、テトラエチルアミン水溶液等が利用される。通常は、純水、脱イオン水が用いられる。
【0031】
取り外されたポーラスセラミック支持台3に付着した研磨砥粒や研磨屑を洗浄する薬剤としては、これら付着物と反対の性質を示すアルカリ水溶液、酸性水溶液、酸化剤、還元剤を先ず用いて付着物と反応させて付着物を溶解させ、ついで、純水、脱イオン水で洗浄する。
【産業上の利用可能性】
【0032】
本発明の研磨定盤は、研磨布の取り替えが容易である。また、気体排出管や切換バルブを洗浄液で洗浄できるので、研磨定盤を分解し、その構成部材であるポーラスセラミック支持台を洗浄するインターバルを長くできる。さらに、研磨装置の運転作業員が研磨定盤の定期洗浄日を忘れていても、研磨定盤の電子スイッチが自動的に警報で、あるいは研磨定盤の運転駆動系を停止させるので、研磨装置の運転時に、研磨布や研磨布を貼着したポーラスセラミック支持台が研磨定盤から外れて吹っ飛んだり、作業現場が洗浄液で水浸しとなることはない。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】本発明の研磨定盤の断面図である。
【図2】本発明の研磨定盤の別態様を示す断面図である。
【図3】公知の研磨定盤の断面図である。(公知)
【符号の説明】
【0034】
1 研磨定盤
2 中空軸
3 ポーラスセラミック支持台
3a 研磨布
7 バキューム受台
7a 洗浄液・気体流通小孔
13 洗浄液導入・気体排出管
13a 洗浄液導入管
13b 気体排出管
16 気体供給管
18 基台
40 洗浄液供給機構
50 バキューム機構
60 気体供給機構
【出願人】 【識別番号】391011102
【氏名又は名称】株式会社岡本工作機械製作所
【出願日】 平成18年6月20日(2006.6.20)
【代理人】
【公開番号】 特開2008−819(P2008−819A)
【公開日】 平成20年1月10日(2008.1.10)
【出願番号】 特願2006−169492(P2006−169492)