用于清洗研磨布的装置和方法.pdf

本发明涉及用于清洗研磨布的装置和方法，本发明的用于清洗研磨布的装置能够提高研磨布受到的清洗水的压力、确保从研磨布移除沉积物并提高研磨效率。该用于清洗研磨布的装置用于如下研磨设备：在该研磨设备中，工件被压到粘附于研磨板的研磨布上，在将研磨液供给到研磨布的同时使工件相对于研磨板移动，从而研磨工件。该用于清洗研磨布的装置包括具有能够向研磨布喷射高压清洗水以清洗研磨布的喷嘴的喷嘴单元。所述喷嘴是直喷嘴，该直喷嘴能够直线状地喷射清洗水并且与研磨布垂直地喷射清洗水。

1.  一种用于清洗研磨布的装置，该装置被用于如下研磨设备：在该研磨设备中，工件被压到粘附于研磨板的研磨布上，在将研磨液供给到所述研磨布的同时使所述工件相对于所述研磨板移动，从而研磨所述工件，
所述装置包括：
喷嘴单元，所述喷嘴单元具有能够向所述研磨布喷射高压清洗水以清洗所述研磨布的喷嘴，
其中，所述喷嘴是能够直线状地喷射所述清洗水并且与所述研磨布垂直地喷射所述清洗水的直喷嘴。

2.  根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述喷嘴单元包括多个所述喷嘴。

3.  根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述装置还包括在所述研磨板上方移动所述喷嘴单元的单元。

4.  根据权利要求2所述的装置，其特征在于，
所述装置还包括在所述研磨板上方移动所述喷嘴单元的单元。

5.  一种用于清洗研磨布的方法，该方法用于如下研磨设备：在该研磨设备中，工件被压到粘附于研磨板的研磨布上，在将研磨液供给到所述研磨布的同时使工件相对于所述研磨板移动，从而研磨所述工件，
所述方法包括如下步骤：
从喷嘴单元的喷嘴向所述研磨布喷射高压清洗水以清洗所述研磨布，
其中，所述喷嘴是直喷嘴，并且
所述直喷嘴直线状地喷射所述清洗水并且与所述研磨布垂直地喷射所述清洗水。

6.  根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
所述研磨布受到的所述清洗水的压力近似等于或大于在研磨所述工件时施加到所述工件的研磨负荷。

7.  根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
所述研磨布受到的所述清洗水的压力是150gf/cm²～350gf/cm²。

8.  根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述研磨布受到的所述清洗水的压力是150gf/cm²～350gf/cm²。

9.  根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
所述研磨布的主要材料是泡沫聚氨酯。

10.  根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
在清洗所述研磨布的时候，在从所述直喷嘴喷射所述清洗水的同时使所述喷嘴单元在所述研磨板上方移动。

用于清洗研磨布的装置和方法
技术领域
本发明涉及用于清洗研磨布的装置和方法。
背景技术
例如半导体晶圆等工件在研磨设备中通过如下步骤被研磨：将工件压到粘附于研磨板的研磨布；使研磨板相对于工件移动；并在研磨工件的同时将研磨液(slurry)供给到研磨布。
顺便提及，在长时间使用研磨布的情况下，例如磨屑、研磨液、反应生成物等各种沉积物逐渐沉积于研磨布。沉积物将会导致一些问题，例如，降低研磨效率、损伤工件。因此，高压清洗水被周期性地喷射向研磨布以清洗研磨布。
在日本特开平7-9340A中公开了一个传统清洗装置。该传统清洗装置从喷嘴倾斜地将高压(约50kg/cm2)清洗水喷射向研磨布，使得研磨布中的沉积物浮起并被移除。注意，喷嘴可以被刷部件包围以防止高压清洗水飞溅。
然而，在上述传统装置中，研磨布中的例如磨屑等沉积物不能被充分地移除，不能获得所期望的研磨效率。
因为被倾斜地喷射的高压清洗水以扇状形式扩散，沉积物不能被充分地移除。本发明的发明人认为因为研磨布所受到的单元面积的清洗水压力较小，所以不能充分地解决该问题。
近来，研磨布主要由泡沫聚氨酯构成。与由无纺布构成的研磨布相比，更难以通过喷射清洗水来从由泡沫聚氨酯构成的研磨布移除沉积物。
发明内容
因此，本发明的一个方面的目的在于提供用于清洗研磨布的装置和方法，其能够提高研磨布所受到的清洗水的压力、确保从研磨布移除沉积物并提高研磨效率。
为实现该目的，提供了一种用于清洗研磨布的装置，该装置被用于如下研磨设备：在该研磨设备中，工件被压到粘附于研磨板的研磨布上，在将研磨液供给到研磨布的同时使工件相对于研磨板移动，从而研磨工件，该装置包括：喷嘴单元，该喷嘴单元具有能够向研磨布喷射高压清洗水以清洗研磨布的喷嘴，喷嘴是能够直线状地喷射清洗水并且与研磨布垂直地喷射清洗水的直喷嘴。
在该装置中，喷嘴单元可以包括多个喷嘴。
该装置可以还包括用于在研磨板上方移动喷嘴单元的单元。
接着，提供了一种用于清洗研磨布的方法，该方法用于如下研磨设备：在该研磨设备中，工件被压到粘附于研磨板的研磨布上，在将研磨液供给到研磨布的同时使工件相对于研磨板移动，从而研磨工件，该方法包括如下步骤：从喷嘴单元的喷嘴向研磨布喷射高压清洗水以清洗研磨布，其中，喷嘴是直喷嘴，并且直喷嘴直线状地喷射清洗水并且与研磨布垂直地喷射清洗水。
在该方法中，研磨布受到的清洗水的压力可以近似等于或大于研磨工件时施加到工件的研磨负荷(polishing load)。
例如，研磨布受到的清洗水的压力是150～350gf/cm²。
在该方法中，研磨布的主要材料可以是泡沫聚氨酯。
在该方法中，在清洗研磨布的时候，在从直喷嘴喷射清洗水的同时可以使喷嘴单元在研磨板上方移动。
在本发明中，通过采用直喷嘴，能够增加研磨布受到的清洗水的压力，使得研磨布中的例如磨屑等沉积物能被充分地移除。因此，能够大大地防止对工件表面的损伤，并能够提高研磨精度。另外，能够提高研磨效率，缩短研磨时间，能够延长研磨布的使用寿命。
本发明的目的和优点将能够利用特别是在权利要求中提出的元件和组合来实现和获得。
应当理解，先前的概述和随后的详细描述都是示例性的和说明性的，并且不是为了限制如所要求保护的本发明。
附图说明
现在将通过示例并参考附图说明本发明的实施方式，在附图中：
图1是研磨设备的说明图；
图2是研磨头的另一示例的说明图；
图3是清洗装置的说明图；
图4是喷嘴单元的说明图。
具体实施方式
现在将参考附图详细说明本发明的优选实施方式。
图1是示出研磨设备10的外形的说明图。
研磨板12能够在水平面内与转轴14一起转动。转轴14被例如马达等已知的驱动机构(未示出)转动。主材料是泡沫聚氨酯的研磨布16被粘附于研磨板12的上面。
例如半导体晶圆等工件20被保持在各研磨头18的下面侧。各研磨头18与转轴22一起被例如马达等已知的驱动机构(未示出)转动。各研磨头18被例如气缸单元等上下驱动机构上下移动。
研磨液供给喷嘴24将研磨液供给到研磨布16的上面。
工件20通过例如水的表面张力或空气吸引力等适当手段被保持于各研磨头18的下面侧。各研磨头18向下移动以将工件20压到研磨板12的研磨布16上，研磨板12在水平面中以例如150gf/cm²的规定压力转动。通过使研磨头18与转轴22一起转动，工件20的下面侧能够被研磨。在研磨工件的同时，研磨液被持续地供给到研磨布16的上面。
已知各种类型的研磨头，所以不限制本发明的研磨头18的类型。例如，如图2所示，研磨头18可以被能转动地保持在保持辊28和位于研磨板12的中央部处的中央辊26之间，各保持辊28能在位于研磨板12的外侧的外侧位置与沿着研磨板12的外缘的内侧位置之间移动。各保持辊28被能绕轴30转动的摇臂(swingarm)保持。
接着，图3是示出用于清洗研磨布16的装置34的实施方式的说明图。
清洗装置34位于研磨设备10的研磨板12的侧方。
升降台36通过例如气缸单元38等已知机构上下移动。能移动到研磨板12且能离开研磨板12的可移动构件40被设置于升降台36。可移动构件40通过适当的已知机构(移动单元)往复移动。对移动单元的构造不作限制。例如，可移动构件40可以通过设置于升降台36的滚珠丝杠或气缸单元而往复移动。
管状臂46被设置于可移动构件40。喷嘴单元48被设置于臂46的前端。通过往复移动可移动构件40，能够在径向方向上在研磨板12的上方移动喷嘴单元48。
如图4所示，直喷嘴(straight nozzle)50被安装到喷嘴单元48。直喷嘴50通过固定件(fixture)52被垂直地固定到喷嘴单元48的壳体54。直喷嘴50能够无扩散地、直线状地朝向研磨布16喷射高压清洗水，并且能够与研磨布16的上面成直角地喷射清洗水。
高压清洗水经由柔性配管56和被设置于可移动构件40和臂46的配管58被供给到直喷嘴50。刷构件60被设置于壳体54的下面。刷构件60包围喷嘴50的出口以防止高压清洗水的飞溅(splash)，其中，高压清洗水从该出口被喷射向研磨布16。
在上述示例中，移动单元如上所述地直线地移动喷嘴单元48，但是，移动单元可以绕图2中示出的轴47往复地转动设置有喷嘴单元48的臂46。
另外，喷嘴单元48可以具有多个喷嘴50(未示出)。在该情况中，例如，喷嘴50能被设置到和直线地配置于臂46。
刷构件60可以被省略。另外，可以采用其它的防飞溅手段。
接着，将说明清洗研磨布16的步骤。
在研磨工件20的时候，可移动构件40已经被向后移动，并且喷嘴单元48已经被置于待机位置以不会妨碍研磨工件20的进行。
在工件20完成研磨之后，开始清洗研磨布16的处理。首先，可移动构件40被移动到研磨板12上方，并且喷嘴单元48在研磨布16上径向地往复移动研磨板12的半径的长度，同时将高压清洗水从直喷嘴50喷射向研磨布16。研磨板12被转动。利用该动作，能清洗研磨布16的整个表面。
利用所示的实施方式的清洗装置34进行了一次实验。直喷嘴50与研磨布16的表面成直角地喷射清洗水。清洗水的喷射角度是零度，也就是，清洗水被近似直线状地喷射向研磨布16，而没有扩散。从直喷嘴50喷射的清洗水的压力是13Mpa，喷射量是1l/min。喷嘴50的出口的内径是大约4mm，并且研磨布16所受到的清洗水的压力是270gf/cm²。注意，在研磨工件20时，例如大约150gf/cm²的预定负荷被从工件20施加到研磨布16。
直喷嘴50和研磨布16之间的距离是大约100mm。但是，直喷嘴50近似直线状地喷射清洗水，从而研磨布16受到的压力不会受到直喷嘴50和研磨布16之间的距离的影响。即使该距离变化大约±20mm，研磨布16受到的压力也近似恒定。因此，不需要严格地设定直喷嘴50和研磨布16之间的距离。
另外，还进行了比较实验。普通喷嘴与研磨布的表面垂直地喷射清洗水。清洗水的喷射角度是25度，用以清洗研磨布。从喷嘴喷射的清洗水的压力是13Mpa，并且喷射量是1l/min，与上述实验相同。喷嘴的出口的内径是大约4mm，并且研磨布受到的清洗水的压力是大约80gf/cm²。在研磨工件时，例如大约150gf/cm²的预定负荷被从工件施加到研磨布。
普通喷嘴和研磨布之间的距离是大约100mm，与上述实验相同。
根据该实施方式的清洗装置34进行的实验，研磨布16受到的压力能通过使用直喷嘴50而增加。通过提高所述压力，主材料是泡沫聚氨酯的研磨布16中的例如磨屑等沉积物能被适当地移除。在比较例中，工件的表面受到损伤；另一方面，在由该实施方式的装置进行的实施例中，沉积物能被适当地移除，从而能够大大减小工件20的研磨面的损伤。在该实施方式的装置34中，损伤的发生率大概是比较例的损伤的发生率的一半(1/2)。因此，能够提高研磨精度。研磨效率(研磨时间)能够提高大约10％。修整(dressing)研磨布16的频率能够从每3批次进行一次减少到每10批次进行一次。因此，能够延长研磨布16的使用寿命。
通过采用直喷嘴50，即使喷嘴50和研磨布16之间的距离变化，研磨布16受到的压力也近似恒定。因此，能够省略对于喷嘴50和研磨布16之间的距离的精细调整。
注意，通过采用直喷嘴50，喷射清洗水的区域较小，所以需要较长的时间来清洗研磨布16的整个表面。但是，假使研磨布16的表面的20％或以下未被清洗，工件20的研磨面也具有足够的品质。
如果研磨布16受到的压力较大，则增加了清洗作用(detergency)。但是，如果所述压力过大，研磨布16将会破裂。在研磨工件20时，从工件20施加到研磨布16的压力是150-300gf/cm²。研磨布16受到的压力可以稍微大于该压力。例如，研磨布16受到的适当的压力是150-350gf/cm²。
在上述实施方式中，研磨设备是单侧研磨设备，但是，本发明的清洗装置能够清洗双侧研磨设备的研磨布。
这里提到的全部示例和有限制的语言意图用于示教的目的，以帮助读者理解由发明人贡献的本发明及概念，以促进技术之进步，本发明应当被理解为不局限于所特别地提到的示例和条件，并且说明书中的示例的组织并不是示出本发明的优势和劣势。尽管已经详细说明了本发明的实施方式，应当理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以作出各种改变、替换和变型。
相关申请的引用
本申请基于2009年3月27日提交的日本专利申请No.P2009-79630，并要求该日本专利申请的优先权，该日本专利申请的全部内容通过引用包含于此。