JP2012000689A

JP2012000689A - 研磨装置

Info

Publication number: JP2012000689A
Application number: JP2010135260A
Authority: JP
Inventors: Shinsuke Matsui; 伸介松井; Yoshiteru Abe; 宜輝阿部; Junya Kobayashi; 潤也小林
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2010-06-14
Filing date: 2010-06-14
Publication date: 2012-01-05
Anticipated expiration: 2030-06-14
Also published as: JP5628563B2

Abstract

【課題】本発明は、高速に研磨パッドを駆動しても研磨可能な研磨装置を提供することを目的とする。
【解決手段】上記課題を解決するために、本発明は、被加工部品を研磨する研磨装置であって、被加工部品の表面を研磨する研磨パッドであって、研磨パッドが被加工部の表面に接触する面の大きさは被加工部品の表面の大きさより小さい研磨パッドを備え、研磨パッドは、研磨パッドより小さい半径で公転し、研磨パッドの近傍にスラリーが供給され、研磨パッドが被加工部品に接触した状態で研磨装置自体あるいは研磨パッドに加工圧が付加され、研磨パッドが移動することにより被加工部品を研磨することができることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、様々な部品を研磨するための研磨装置に関する。

近年、シリコン基板、液晶パネル等の被加工部品の大型化に伴い部分高速研磨を複合させて、被加工部品の全体を研磨することによって、研磨装置の小型化、高精度化を達成しようとする考え方が出てきている。これは、部分高速研磨を行う研磨装置を、被加工部品の表面上のＸ軸とＹ軸の方向に移動させることにより、被加工部品の表面が広い場合でも、高精度研磨を実行可能とするものである。また、被加工部品の表面上での研磨装置のＸ軸とＹ軸方向の移動量に加えて、その移動速度および加工圧をも制御することにより、被加工部品の表面が広くて、自由局面を有する場合にも、高精度研磨が可能となる。また、多層配線基板の平坦化等では、必要な部分のみを研磨することにより加工の高速化、部材、研磨材の省資源化等が図られている。これは環境への配慮からも必要な技術となってきている。さらには、従来は超精密研削で仕上げられていたマイクロ光学部品等において、更なる高品位面を求めるために、マイクロ研磨の導入等、高品位高速部分研磨技術が重要になりつつある。例えば、このような研磨技術として、特許文献１には、揺動可能に保持された工具保持部材のバランスをとることが容易な研磨装置および研磨方法が開示されている。

特開２００７−２７６０８１号公報

従来は研磨パッドを自転させ、自転する研磨パッドを含む研磨装置を、被加工部品の表面上のＸ軸とＹ軸の方向に移動し研磨する方法が取れられていた。図１は、このような方法を用いた研磨装置を示す図である。図１において、加工圧５０１４が研磨装置に加圧され、モータ５０１３により研磨パッド５０１１が方向５０１２の方向に自転して、被加工部品５０１５の研磨が行われる。図１に示されている研磨装置の場合には研磨パッド５０１１の中心部で自転による被加工部品５０１５に対する相対速度が0となり加工力が無くなる。このため、研磨パッド５０１１の自転機構をわずかに傾けて、研磨パッド５０１１の回転中心が被加工部品５０１５と干渉しないようにした方法もあった。図２は、このような方法を用いた研磨装置を示す図である。

しかし、上記の方法では、仮に一定の圧力が研磨パッドに作用していたとしても、被加工部品との相対摺動速度が自転の内側方向と外側方向では異なる。したがって、研磨パッド面内で均一な加工量を得ることが難しく、結果として被加工部品全体での加工量の制御が難しくなるという問題があった。また、充分早い加工速度を実現するために高速に研磨パッドを自転させようとすると研磨パッド自体の遠心力によって研磨パッドの近傍にある研磨液（スラリー）が飛散し、研磨に必要な部位にスラリーが進入しないという問題が起こる。たとえば、直径数センチの円形の研磨パッドを500 min^-1程度で回転させるとスラリーは飛散してしまうことがある。

本発明は、上記課題を解決するものであり、部分高速研磨において均一な加工速度が得られ、なおかつ高速に研磨パッドを駆動しても研磨可能な研磨装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、被加工部品を研磨する研磨装置であって、被加工部品の表面を研磨する研磨パッドであって、前記研磨パッドが前記被加工部の表面に接触する面の大きさは前記被加工部品の表面の大きさより小さい研磨パッドを備え、前記研磨パッドは、前記研磨パッドより小さい半径で公転し、前記研磨パッドの近傍にスラリーが供給され、前記研磨パッドが前記被加工部品に接触した状態で前記研磨装置自体あるいは前記研磨パッドに加工圧が付加され、前記研磨パッドが移動することにより前記被加工部品を研磨することができることを特徴とする。

また、本発明に係る研磨装置は、前記研磨パッドは、自転せずに公転することを特徴とする。

また、本発明に係る研磨装置は、前記研磨パッドは、自転しながら公転することを特徴とする。

また、本発明に係る研磨装置は、前記研磨パッドの側面に段差があることを特徴とする。

また、本発明に係る研磨装置は、前記研磨パッドの周辺に前記研磨パッドの公転運動を妨げずに、前記被加工部品の表面にスラリーを保持するスラリー保持部をさらに備え、前記スラリー保持部に、スラリーが供給されることを特徴とする。

本発明によれば、高速に研磨パッドを駆動しても研磨可能な研磨装置を提供することができる。

従来技術を示す図である。従来技術を示す図である。本発明に係る研磨装置を示す図である。本発明に係る研磨装置における研磨パッド１１と被加工部品の相対運動の軌跡２１を示す図である。研磨パッドによりどのようにスラリーが保持されるかを示す図である。研磨パッドに段差をつけることによりスラリー保持量が増大することを示す図である。公転する研磨パッドの周辺にスラリー保持部が設けられた研磨装置を示す図である。本発明に係る大型平面研磨システムを示す図である。

図３は、本発明に係る研磨装置を示す図である。図３において、加工圧１５が研磨装置に加圧され、モータ１４に連結された公転歯車機構部１３が、研磨パッド１１が公転運動軌跡１２を描くように公転して、被加工部品１６の加工が行われる。

図３に示されているように、本発明に係る研磨装置は、被加工部品１６の表面に接触する面の大きさが被加工部品１６の表面の大きさより小さい研磨パッド１１をコンパクトな歯車機構部１３により研磨パッド１１自体を自転させずに公転させる。この場合、研磨パッド１１の公転直径も小径とすれば、歯車機構部１３を非常にコンパクトにすることができる。このコンパクトな歯車機構部１３と小径小型の研磨パッド１１を用いると低消費電力の１つのモータでも高速に研磨パッドを駆動できる。

例えば、図３の研磨パッド１１を、φ20 mm程度の発泡ポリウレタン製のものとしてもよい。また、例えば、図３の研磨パッドの公転運動の公転半径を、4 mm 程度としてもよい。この状態で、例えば、1500 min^-1の高速で、研磨パッド１１を公転させても、スラリーは研磨パッド近傍に保持され、飛散することもないので、研磨部位をスラリーの液だめができるように囲う必要もない。

図４は、本発明に係る研磨装置における研磨パッド１１と被加工部品の相対運動の軌跡２１を示す図である。本発明に係る研磨装置では、歯車機構部１３にカウンターウェートを設置することにより、研磨パッド１１の偏荷重による公転中の振動も抑制可能である。研磨パッド１１が自転せずに公転する場合、研磨パッド１１と被加工部品１６の相対運動ベクトル及び軌跡２１は、図４に示されているように、研磨パッド１１の全面で同一となる。また、図４に示されているように、全ての点で、研磨パッド１１の１公転で同一の半径の円が描かれるので、研磨パッド１１の均一な摺動距離および摺動速度が得られる。そして、研磨装置に均一な加工圧を負荷すれば研磨パッド１１の面内で均一な加工速度を得ることができ、高い研磨の制御性が確保される。

研磨パッド１１が自転せずに公転のみする場合には、例えば、研磨パッド１１にうねり等の特徴的な形状が存在した場合それがそのまま加工速度の違いとなり被加工部品に転写されてしまうことも起こりえる。これが高精度研磨において問題となる場合は、研磨パッド１１を、毎分数回から数十回の程度でゆっくり自転させてもよい。ここで、歯車機構部１３のかみ合う歯数の変更のみで、研磨パッド１１を自転させることができる。上記の場合に、研磨パッド１１の自転がゆっくりである必要性を次に述べる。

研磨バッド１１の運動において自転せずに公転のみの構成であると、研磨パッド１１の近傍のスラリーもこの公転運動によりつれまわる。このとき、スラリーは、常に進行方向の変わる力を感じる。公転半径が小径であれば研磨パッド１１が自転運動のみをする場合の回転中心から離心する方向への常に一定の遠心力が働く場合と異なり、常に方向が変化する力によりスラリーの慣性力で液が研磨パッド１１の近傍に保持されやすい。したがってより高速に研磨パッド１１を駆動させても加工が可能となる。この理由で研磨パッド１１を公転にあわせ自転させる場合も低速が望ましい。

図５は、研磨パッドによりどのようにスラリーが保持されるかを示す図である。図５において、被加工部品３１の上にある研磨パッド３３の側面にメニスカスを有するスラリー３２が保持されている。図５の場合において、スラリー３２は、研磨パッド３３の側面に、キャピラリー力(表面張力)により保持されている。

図５に示されているように表面張力によりスラリー３２のメニスカスが公転運動する研磨パッド３３の側面に形成される。ここで、メニスカスが形成されたスラリーは、研磨パッド３３の小径公転により常に進行方向が変わり、それに従う駆動力方向の変化を受けるため慣性力によりかなり高速になっても飛散しない。

図６は、研磨パッドに段差をつけることによりスラリー保持量が増大することを示す図である。図６に示されているように、研磨パッド４２の側面に段差をつけることにより、キャピラリー力により研磨パッド４２の側面に保持されるスラリー４１の体積と保持量を増加させることができる。

研磨が進行するにつれて、スラリー中の粒子が破砕されたり被加工部品４３と結合したりする。また、研磨が進行するにつれて、被加工部品４４から加工により生成されるいわゆる切りくずもスラリー中に増えてくる。したがって、より長く初期の加工力をスラリーが維持するためには、図６に示されているように、研磨パッド４２の側面に段差４３がつけられることにより、段差４３がない場合より大きな体積のスラリーが、研磨パッドの側面に存在することが望ましい。

このため、本発明に係る研磨装置では、図６に示されているように、スラリーのメニスカスよりも小さい段差４３を研磨パッド４２の側面に設けることにより多くのスラリーが研磨パッドの近傍に保持されてもよい。スラリーのメニスカスの大きさは、スラリーと材料の濡れ性に影響されるので、研磨パッド４２を装着する部材の材料を選択し濡れ性を制御することによりメニスカスをより高くして、研磨パッド４２の側面に保持されるスラリーの量を大きくすることも可能である。

また、公転する研磨パッドの周辺にリング状のスラリー保持機構（保持リング）を装着することによりスラリー保持量を増大させることも可能である。

図７は、公転する研磨パッドの周辺にスラリー保持部が設けられた研磨装置を示す図である。図７において、研磨パッド５５は、公転軌跡５２を描くように公転し、スラリー供給ノズル５４からスラリー液滴５３がスラリー保持部５１に供給される。

図７において、小径公転する小径の研磨パッド５５の外側に円盤状のスラリー保持部５１が設けられており、スラリー保持部５１と被加工部品５６との間に比較的小さな隙間が形成されており、この隙間にメニスカス力によってスラリーが保持される。そして、この隙間からスラリーが研磨パッド５５に供給される。また、スラリー保持部５１の近傍にスラリー液滴５３が滴下されることにより、新しいスラリーの供給も容易に行うことができる。ここで、スラリー保持部５１は、研磨パッド５５の周辺に研磨パッド５５の公転運動を妨げずに、被加工部品５６の表面にスラリーを保持することができる。

図７の場合もスラリー保持部５１の部材の材料の選択により濡れ性を向上させ、スラリーの保持量を増大させることも可能である。また、図７のようにスラリー供給ノズル５４によりスラリーを少量ずつ滴下すれば定常的なスラリーの成分状況の維持も可能となる。ここで、スラリーとしては、コロイダルシリカのような非常に分散性の良いものを前提としているが、スラリーは、ある程度の分散性があればコロイダルなものでなくてもよい。

図８は、本発明に係る大型平面研磨システムを示す図である。図８において、ステージコントロール部６６の指示を受けて動作可能なステージドライブ部６５の上に被加工部品６４が載せられており、研磨パッド６７が研磨パッド駆動部６３に駆動され、Ｘ軸ステージ６１に連結された加圧部６２により研磨パッド６７に圧力が加えられる。研磨パッド６７は、上述したように、公転運動軌跡６８を描くように公転する。その際、研磨パッド６７は、自転してもよいし、自転しなくてもよい。

加圧部６２が用いる加圧方式としては、デッドウエイト、平行板バネ、空圧方式等を用いてもよい。加圧部６２、Ｘ軸ステージ６１は、ステージコントロール部６６の指示により駆動され、Ｘ軸ステージ６１を、被加工部品６４の平面上のＸ軸方向およびＹ軸方向、および被加工部品６４の平面に垂直な方向にも移動可能なものとすれば、被加工部品６４の高精度平面加工のみならず曲面加工も可能となる。また、図８に示されている大型平面研磨システムとオンマシン計測を組み合わせて、フィードバック制御を用いた高度な加工システムの構築も可能である。

１１研磨パッド
１２公転運動軌跡
１３歯車機構部
１４モータ
１５加工圧

Claims

被加工部品を研磨する研磨装置であって、
被加工部品の表面を研磨する研磨パッドであって、前記研磨パッドが前記被加工部の表面に接触する面の大きさは前記被加工部品の表面の大きさより小さい研磨パッドを備え、
前記研磨パッドは、前記研磨パッドより小さい半径で公転し、前記研磨パッドの近傍にスラリーが供給され、前記研磨パッドが前記被加工部品に接触した状態で前記研磨装置自体あるいは前記研磨パッドに加工圧が付加され、前記研磨パッドが移動することにより前記被加工部品を研磨することができることを特徴とする研磨装置。
前記研磨パッドは、自転せずに公転することを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
前記研磨パッドは、自転しながら公転することを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
前記研磨パッドの側面に段差があることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の研磨装置。
前記研磨パッドの周辺に前記研磨パッドの公転運動を妨げずに、前記被加工部品の表面にスラリーを保持するスラリー保持部をさらに備え、
前記スラリー保持部に、スラリーが供給されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の研磨装置。