CN104858772A - 研磨装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种研磨装置，通过正确地测量研磨过程中的板状工件的厚度，由此将板状工件研磨至所期望的厚度，可以防止发生研磨不足或研磨过多。厚度计算部(53)根据在板状工件的上表面和下表面上反射的光的光路长度差计算出板状工件的厚度，并且，放射温度计(541)接收从板状工件放射出的红外光来测量板状工件的温度，温度存储部(542)存储由放射温度计(541)测量出的温度。厚度修正部(55)基于温度存储部(542)存储的温度来计算板状工件的折射率，并基于计算出的折射率对厚度计算部(53)计算出的厚度进行修正。这样，通过一边进行板状工件的厚度的测量和修正，一边对板状工件进行研磨，由此将板状工件研磨至所期望的厚度。

Description

研磨装置

技术领域

本发明涉及对板状工件进行研磨的研磨装置。

背景技术

在用于使半导体晶片等板状工件变薄至所期望的厚度的研磨装置中，使研磨垫抵接于板状工件，一边供给研磨液一边对板状工件进行研磨。

为了将板状工件精加工成所期望的厚度，在专利文献1中提出了这样的研磨装置：通过预先使过去的研磨结果数据库化，由此计算用于将板状工件加工成所期望的厚度的最优研磨时间等研磨条件。另外，在专利文献2中提出了这样的研磨装置：中断研磨来测量板状工件的厚度，并基于测量结果计算出最优研磨条件，然后基于计算出的研磨条件进行精磨。此外，在专利文献3中提出了一种测量装置，该测量装置对板状工件照射光线，并测量在上表面上反射的光和在下表面上反射的光的干涉，由此求得光路长度差，并测量出板状工件的厚度。

专利文献1：日本特开2005-203729号公报

专利文献2：日本特开2011-224758号公报

专利文献3：日本特开2012-189507号公报

可是，在基于过去的研磨结果等来计算最优研磨条件的专利文献1所记载的方式中，不一定能将板状工件精加工成所期望的厚度，存在发生研磨不足和研磨过多的可能性。另外，在中断研磨来测量板状工件的厚度的专利文献2所记载的方式中，由于每当测量板状工件的厚度时就必须中断研磨，因此存在生产率降低这样的问题。此外，在专利文献3记载的使用干涉光在研磨过程中测量板状工件的厚度的方式中，存在这样的问题：由于存在误差而无法正确地测量板状工件的厚度。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，通过正确地测量研磨过程中的板状工件的厚度，由此将板状工件研磨至所期望的厚度，防止发生研磨不足或研磨过多。

本发明的研磨装置具备：卡盘工作台，其保持板状工件；研磨构件，其对保持在该卡盘工作台上的板状工件进行研磨，并且在该研磨构件上以能够旋转的方式安装有研磨垫；研磨进给构件，其使该研磨构件向接近或远离该卡盘工作台的方向移动；以及研磨液供给构件，其向该研磨垫与该板状工件接触相接触的接触面供给研磨液，其中，所述研磨装置具备：厚度测量构件，其在利用该研磨构件对保持在该卡盘工作台上的该板状工件进行研磨的状态下测量该板状工件的厚度；温度测量构件，其在利用该研磨构件对保持在该卡盘工作台上的该板状工件进行研磨的状态下测量该板状工件的温度；和厚度修正部，其基于该温度测量构件测量出的温度对该厚度测量构件测量出的厚度进行修正，该研磨构件包括：主轴；安装座，其与该主轴的一端连结，并且在该安装座上安装有该研磨垫；和旋转构件，其使该主轴旋转，该厚度测量构件包括：发光部，其对保持在该卡盘工作台上的该板状工件放射测量光；受光部，其接收由该发光部放射出的测量光在该板状工件上反射而成的反射光；和厚度计算部，其基于该受光部接收到的反射光来计算在该板状工件的上表面上反射的光与在该板状工件的下表面上反射的光的光路长度差，由此计算该板状工件的厚度，该温度测量构件包括：放射温度计，其接收从该板状工件放射出的红外光来测量该板状工件的温度；和温度存储部，其存储由该放射温度计测量出的该温度，该厚度修正部基于该板状工件的温度与折射率之间的关系来计算该温度存储部所存储的该温度时的该板状工件的折射率，并基于计算出的该折射率对该厚度计算部计算出的该厚度进行修正，一边测量该板状工件的厚度一边对该板状工件进行研磨。

优选的是，所述研磨装置具备控制单元，该控制单元以使所述温度测量构件测量出的温度成为预先设定的设定温度的方式控制所述研磨进给构件，使所述研磨构件向接近或远离所述卡盘工作台的方向移动，从而使将所述研磨垫向所述板状工件按压的压力变化。

在本发明的研磨装置中，着眼于折射率也会根据板状工件的温度变化而发生变化这一情况，计算出由温度测量构件测量出的温度时的板状工件的折射率，并基于计算出的折射率对厚度计算部计算出的厚度进行修正，因此，能够正确地求出研磨过程中的板状工件的厚度。由于能够正确地求出研磨过程中的板状工件的厚度，因此，能够将板状工件研磨至所期望的厚度，并且能够防止研磨不足和研磨过多的发生。

另外，只要以由温度计算部计算出的温度成为规定的设定温度的方式控制研磨压力，就能够通过例如提高设定温度来加快研磨速度，相反地，能够通过降低设定温度来使研磨面变得整洁等，从而能够容易地改变研磨条件。

附图说明

图1是示出研磨装置的立体图。

图2是示出研磨装置的立体图。

图3是示出厚度测量构件的侧剖视图。

图4是示出研磨液供给构件的侧剖视图。

图5是示出板状工件的温度和折射率之间的关系的曲线图。

标号说明

10：研磨装置；11：基座；12：卡盘工作台；121：保持面；122：抽吸源；13：研磨构件；31：旋转轴；311：空洞；32：安装座；33：主轴；34：马达；14：研磨进给构件；41；马达；42：丝杠轴；43：移动部；44：引导件；15：厚度测量构件；51：测量部；511：发光部；512：反射镜；513：传感器头；514：衍射光栅；515：图像传感器；52：准直透镜；53：厚度计算部；54：温度测量构件；541：放射温度计；542：温度存储部；55：厚度修正部；591：测量光；592、593、595：光；594：反射光；16：研磨液供给构件；61：连接部；611：底面；612：开口；62：研磨液供给管；63：研磨液供给喷嘴；17：控制单元；70：研磨垫；71：圆板部；72：研磨部；73：圆孔；80：研磨液供给源；81：研磨液；90：板状工件；91：上表面；92：下表面。

具体实施方式

图1所示的研磨装置10具备：基座11；卡盘工作台12，其保持板状工件；研磨构件13，其对保持在卡盘工作台12上的板状工件进行研磨；研磨进给构件14，其使研磨构件13向相对于卡盘工作台12接近和远离的±Z方向移动；厚度测量构件15，其测量保持在卡盘工作台12上的板状工件的厚度；温度测量构件54，其测量保持在卡盘工作台12上的板状工件的温度；厚度修正部55，其基于温度测量构件54所测量出的温度对厚度测量构件15所测量出的厚度进行修正；和控制单元17，其对研磨进给构件14等进行控制。

卡盘工作台12具备与XY平面平行的保持面121，卡盘工作台12通过对载置于保持面121上的板状工件进行抽吸保持并旋转，由此使所保持的板状工件旋转。

研磨构件13具备：与主轴的下端连结的安装座32；和安装在安装座32上的研磨垫70，通过使主轴旋转，能够使研磨垫70旋转。

研磨进给构件14成为下述这样的结构：马达41使与±Z方向平行的丝杠轴42旋转，由此，与丝杠轴42卡合的移动部43被引导件44引导而沿±Z方向移动。研磨构件13被固定在移动部43上，随着移动部43的移动而沿±Z方向移动。

在卡盘工作台12使板状工件旋转且研磨构件13使研磨垫70旋转的状态下，研磨进给构件14使研磨构件13向-Z方向移动，以使研磨垫70的研磨面与板状工件的上表面接触，由此，研磨装置10能够对板状工件进行研磨。

厚度测量构件15具备：测量部51，其向板状工件照射测量光并接收反射光；和厚度计算部53，其基于测量部51接收的反射光来计算板状工件的厚度。

温度测量构件54具备：放射温度计541，其接收从板状工件放射出的红外光来测量板状工件的温度；和温度存储部542，其存储放射温度计541测量出的温度。

厚度修正部55基于在温度存储部542中存储的温度对厚度计算部53计算出的厚度进行修正。

控制单元17控制研磨构件13和研磨进给构件14。例如，如果通过厚度修正部55修正后的板状工件的厚度达到了预先设定的规定的厚度，则控制单元17控制研磨进给构件14使研磨构件13向+Z方向移动，并且，控制研磨构件13使研磨垫70的旋转停止，由此，结束研磨。

如图2所示，研磨构件13具备：与±Z方向平行的旋转轴31；固定在旋转轴31的下端的安装座32；包围旋转轴31的主轴33；和使旋转轴31旋转的作为旋转构件的马达34。研磨垫70具备：圆板状的圆板部71；和与板状工件接触来进行研磨的研磨部72，研磨垫70以研磨部72朝下的状态安装在安装座32上。安装在安装座32上的研磨垫70的研磨面与XY平面平行，且垂直于旋转轴31。当马达34成为驱动源使旋转轴31旋转时，随着旋转轴31的旋转，安装座32和安装在安装座32上的研磨垫70旋转。另外，在旋转轴31的上方具备向研磨垫70的研磨面供给研磨液的研磨液供给构件16。

厚度测量构件15除了图1所示的测量部51和厚度计算部53外，还具备将测量部51放射出的测量光转换成平行光的准直透镜52。如图3所示，厚度测量构件15的测量部51具备：对板状工件90放射测量光591的发光部511；使发光部511放射的测量光591向-Z方向反射的反射镜512；使测量光591透过的传感器头513；对测量光591在板状工件90上反射而成的反射光594进行分光的衍射光栅514；和接收由衍射光栅514分出的光595的图像传感器515。

发光部511例如是超辐射发光二极管(SLD)，发光部511放射出的测量光591具有较大的谱宽。关于测量光591的波长区域，根据板状工件90的材质来选择透过板状工件90的波长。例如，在板状工件90的材质为硅的情况下，使用红外线区域的光作为测量光591。

测量光591分为在板状工件90的上表面91上反射的光592和入射到板状工件90中的光。入射到板状工件90中的光的至少一部分在板状工件90的下表面92进行反射。因此，在板状工件90上反射的反射光594是将在板状工件90的上表面91上反射的光592和在板状工件90的下表面92上反射的光593合成所得到的光。对于光592和光593，由于光路长度不同，因此，相位也不同。在光592和光593的相位一致的情况下，振幅变大，在光592和光593的相位错开的情况下，振幅变小。即使光路长度差相同，如果波长不同，则相位差也不同，因此，反射光594根据波长不同而振幅不同。因此，通过对反射光594的光谱进行解析，能够求得光592与光593的光路长度差，从而计算出板状工件90的厚度。

衍射光栅514根据波长的不同而使反射光594向不同的方向反射，由此对反射光594进行分光。图像传感器515由多个受光部呈直线状配置而构成，图像传感器515接收光595，该光595是反射光594被衍射光栅514反射并分光而成的。根据受光部的位置不同，所述受光部相对于反射光594在衍射光栅514上反射的反射点的角度也不同，因此，各受光部接收反射光594中的特定波长的成分。图像传感器515输出表示各受光部接收的光的强度的信号。即，图像传感器515输出的信号表示对反射光594的光谱进行解析的结果。

如图2所示，温度测量构件54的放射温度计541配置在与测量部51相邻的位置，且配置在旋转轴31的上方。

研磨构件13的旋转轴31为管状的直管，在旋转轴31的中央形成有沿±Z方向贯穿的空洞311。另外，研磨垫70在中央具备沿±Z方向贯穿的圆孔73。安装在安装座32上的研磨垫70的圆孔73与旋转轴31的空洞311连通。测量部51放射出的测量光向-Z方向前进，通过旋转轴31的空洞311和研磨垫70的圆孔73到达保持在卡盘工作台12上的板状工件。测量光到达板状工件后反射的反射光向+Z方向前进，通过研磨垫70的圆孔73和旋转轴31的空洞311返回测量部51。由于准直透镜52将测量光转换成平行光，因此能够测量出板状工件的厚度。

这样，厚度测量构件15经由研磨垫70的圆孔73和旋转轴31的内侧的空洞311来测量保持在卡盘工作台12上的板状工件的厚度。另外，从板状工件放射的红外光通过圆孔73和空洞311到达放射温度计541。由此，即使板状工件的上表面没有露出至研磨垫70的外侧，也能够测量板状工件的厚度和温度。另外，通过照射测量光来测量板状工件的厚度，并通过接收从板状工件放射出的红外光来测量板状工件的温度，因此，空洞311和圆孔73只要具有能够使光在研磨液之间通过的大小即可，无需增大空洞311和圆孔73，因此能够防止研磨能力的降低。

如图4所示，研磨液供给构件16具备：有底圆筒状的连接部61；与研磨液供给源80连接的研磨液供给管62；和研磨液供给喷嘴63，其将经由研磨液供给管62从研磨液供给源80供给的研磨液81喷射至连接部61的内侧。连接部61在底面611的中央具备开口612，连接部61被固定在旋转轴31上且与旋转轴31一起旋转。开口612与旋转轴31的空洞311连通。

当将板状工件90载置于卡盘工作台12的保持面121上时，借助于抽吸源122的抽吸力将载置的板状工件90保持在保持面121上。然后，图2所示的马达34使主轴33旋转，从而使研磨垫70旋转，同时，图1所示的研磨进给构件14使研磨构件13下降，由此使研磨部72与板状工件90的上表面91接触。在本实施方式中，如图4所示，研磨垫70形成为比板状工件90大的直径，研磨垫70的研磨部72抵接于板状工件90的上表面91的整个表面。

另一方面，如图4所示，研磨液供给构件16使研磨液81从研磨液供给喷嘴63喷出。喷出的研磨液受到由旋转所引起的离心力，并从开口612流入旋转轴31的空洞311内。流入空洞311内的研磨液81也受到由旋转所引起的离心力，并且沿着旋转轴31的内壁流动。到达旋转轴31的下端的研磨液81沿着圆孔73的内壁流动，从圆孔73的下端排出，被供给至研磨部72的研磨面与保持在卡盘工作台12上的板状工件90的上表面91之间。被供给至研磨面与板状工件90之间的研磨液81也受到由旋转所引起的离心力而向外侧扩展。然后，研磨液进入板状工件90的上表面91与研磨垫70的研磨部72之间，对板状工件90的上表面91进行研磨。

由于研磨液81受到由旋转所引起的离心力而沿着旋转轴31的内壁进行供给，因此，在空洞311的中央能够确保使光通过的通道，从而能够使厚度测量构件15放射出的测量光到达板状工件90，并且，从板状工件90放射出的红外光能够到达放射温度计541。另外，由于到达研磨面的研磨液81受到由旋转所引起的离心力而向外侧扩展，因此不会在测量光照射到的部分不会起波浪。由此，能够正确地测量板状工件90的厚度。

在研磨构件13对保持在卡盘工作台12上的板状工件90进行研磨的状态下，图1所示的厚度计算部53对图3所示的图像传感器515所输出的信号进行傅里叶变换等，由此计算光592和光593的光路长度差。光592和光593的光路长度差为板状工件90的厚度d的2倍。厚度计算部53供给计算出的光路长度差计算出板状工件90的厚度d。

并且，光的波长根据光所通过的物质的折射率发生变化。即，当在真空中波长为λ的光入射到绝对折射率n的物质时，波长变成λ/n。因此，即使光路长度差相同，如果板状工件90的折射率不同，则相位差也不同。因此，受光部接收的干涉光的光谱分布与板状工件90的厚度之间的关系根据板状工件90的折射率不同而发生变化。厚度计算部53基于板状工件90的折射率是根据板状工件90的材质预先设定的折射率n这一前提，来计算板状工件90的厚度。

可是，物质的折射率根据温度的不同而变化。在开始研磨时，板状工件90的温度为常温(例如20℃)，与此相对，在研磨进行了某种程度之后，由于供给至板状工件90与研磨垫70的接触面的研磨液81的摩擦所产生的加工热，温度上升至例如60℃。判明了下述内容：因该温度上升所引起的折射率的变化是无法通过使用干涉光的测量装置正确地测量研磨过程中的板状工件的厚度的原因。因此，如果考虑了因温度上升所引起的折射率的变化，则能够正确地测量研磨过程中的板状工件的厚度。

因此，在研磨构件13对保持在卡盘工作台12上的板状工件90进行研磨的状态下，放射温度计541接收从板状工件90的表面放射出的红外光，并基于接收的红外光的光谱分布来计算板状工件90的温度。放射温度计541接收从下述位置附近放射出的红外光：该位置是从厚度测量构件15的发光部511照射的测量光591在板状工件90上进行反射的位置。因此，放射温度计541能够测量出板状工件90的由厚度测量构件15测量板状工件90的厚度的位置处的温度。

这样，由于通过接收从板状工件90放射出的红外光来测量板状工件90的温度，因此，不与板状工件90接触就能够测量板状工件90的温度。因此，即使在对板状工件90进行研磨的期间，也能够实时地测量板状工件90的温度。

放射温度计541与研磨构件13对板状工件90进行研磨并行地以规定的间隔重复测量研磨过程中的板状工件的温度。并且，由于在厚度测量构件15的发光部511对板状工件90照射测量光591的期间，放射温度计541会接收到反射光594，因此，无法正确地测量板状工件90的温度。因此，放射温度计541与厚度测量构件15测量板状工件90的厚度这一情况错开时机来测量板状工件90的温度。由此，能够正确地测量出板状工件90的厚度。

温度存储部542用于存储放射温度计541测量出的温度。厚度修正部55基于温度存储部542存储的温度对厚度计算部53计算出的厚度进行修正。厚度修正部55例如在厚度测量构件15测量出板状工件90的厚度的时刻，使用温度测量构件54刚刚在此之前测量出的温度，来对厚度计算部53计算出的厚度进行修正。由于温度存储部542存储了温度测量构件54刚刚在此之前测量出的温度，因此，即使厚度测量构件15测量板状工件90的厚度的时刻和温度测量构件54测量板状工件90的温度的时刻错开，也能够对厚度计算部53计算出的厚度进行修正。

例如如图5所示，板状工件90的温度T和板状工件90的折射率n’具有根据板状工件90的材质确定的规定的关系。因此，将温度T与折射率n’之间的关系预先存储于厚度修正部55。厚度修正部55例如存储表示温度T与折射率n’之间的关系的关系式的系数，或存储表示温度T与折射率n’之间的关系的表格。

厚度修正部55基于预先存储的温度T与折射率n’之间的关系来计算温度测量构件54测量出的温度T时的折射率n’。此外，厚度修正部55基于计算出的折射率n’对厚度测量构件15计算出的厚度d进行修正。具体而言，例如，将通过以在厚度计算部53中设定的折射率n除以测量时的折射率n’所求得的修正率α(＝n/n’)，乘以厚度计算部53计算出的厚度d，由此计算出进行了修正的厚度d’(＝α·d)。

控制单元17基于由厚度修正部55进行了修正的厚度d’来控制研磨进给构件14，例如在厚度d’达到预先设定的所期望的厚度时，结束研磨。

这样，一边实时地测量板状工件90的厚度一边进行板状工件90的研磨，当测量出的厚度达到所期望的厚度时，结束研磨，由此，能够防止研磨不足或研磨过多的发生。通过考虑由于加工热导致的板状工件90的温度上升所引起的折射率的变化，能够正确地测量板状工件90的厚度。

优选的是，控制单元17以使温度测量构件54测量出的温度T成为预先设定的设定温度T0的方式控制研磨进给构件14，使研磨构件13向接近或远离卡盘工作台12的方向移动，从而使研磨垫70被板状工件90按压的压力变化。在研磨过程中，如果使研磨进给构件14向接近卡盘工作台12的-Z方向移动，则研磨垫70被强有力地按压在板状工件90上，研磨压力增加。由此，由摩擦引起的加工热增多，板状工件90的温度上升。相反地，如果使研磨进给构件14向远离卡盘工作台12的+Z方向移动，则研磨压力减小。由此，由摩擦引起的加工热减少，板状工件90的温度降低。

例如，在温度测量构件54测量出的温度T比设定温度T0低的情况下，控制单元17使研磨进给构件14向-Z方向移动，使研磨压力增加，由此，使板状工件90的温度上升。相反地，在温度测量构件54测量出的温度T比设定温度T0高的情况下，控制单元17使研磨进给构件14向+Z方向移动，使研磨压力减小，由此，使板状工件90的温度下降。由此，板状工件90的温度变得大致固定。

每当厚度计算部53计算出板状工件的厚度时，厚度修正部55就对该厚度进行修正。由此，能够对要研磨的板状工件的厚度进行管理，而不会降低研磨效率。

控制单元17可以是随着加工条件来改变设定温度T0的结构。例如，在希望加快加工速度的情况下，提高设定温度T0。由此，研磨压力升高，因此加工速度变快。另外，在希望被研磨面变得整洁的情况下，相反地降低设定温度T0。由此，研磨压力降低，被研磨面变得整洁。这样，能够通过监视加工温度来改变加工条件。

并且，在研磨垫形成为比板状工件小的直径从而以板状工件的上表面露出至研磨垫的外侧的方式进行研磨的情况下，厚度测量构件可以是这样的结构：通过对露出至研磨垫的外侧的部分照射测量光来测量板状工件的厚度。在这种情况下，可以是不在研磨构件的旋转轴中设置空洞并且不在研磨垫上设置圆孔的结构。

Claims (2)

1.一种研磨装置，所述研磨装置具备：

卡盘工作台，其保持板状工件；

研磨构件，其对保持在该卡盘工作台上的板状工件进行研磨，并且在该研磨构件上以能够旋转的方式安装有研磨垫；

研磨进给构件，其使该研磨构件向接近或远离该卡盘工作台的方向移动；

研磨液供给构件，其向该研磨垫与该板状工件相接触的接触面供给研磨液；

厚度测量构件，其在利用该研磨构件对保持在该卡盘工作台上的该板状工件进行研磨的状态下测量该板状工件的厚度；

温度测量构件，其在利用该研磨构件对保持在该卡盘工作台上的该板状工件进行研磨的状态下测量该板状工件的温度；和

厚度修正部，其基于该温度测量构件测量出的温度对该厚度测量构件测量出的厚度进行修正，

该研磨构件包括：

主轴；

安装座，其与该主轴的一端连结，并且在该安装座上安装有该研磨垫；和

旋转构件，其使该主轴旋转，

该厚度测量构件包括：

发光部，其对保持在该卡盘工作台上的该板状工件放射测量光；

受光部，其接收由该发光部放射出的测量光在该板状工件上反射而成的反射光；和

厚度计算部，其基于该受光部接收到的反射光来计算在该板状工件的上表面上反射的光与在该板状工件的下表面上反射的光的光路长度差，由此计算该板状工件的厚度，

该温度测量构件包括：

放射温度计，其接收从该板状工件放射出的红外光来测量该板状工件的温度；和

温度存储部，其存储由该放射温度计测量出的该温度，

该厚度修正部基于该板状工件的温度与折射率之间的关系来计算该温度存储部所存储的该温度时的该板状工件的折射率，并基于计算出的该折射率对该厚度计算部计算出的该厚度进行修正，

一边测量该板状工件的厚度一边对该板状工件进行研磨。

2.根据权利要求1所述的研磨装置，其中，

所述研磨装置还具备控制单元，该控制单元以使所述温度测量构件测量出的温度成为预先设定的设定温度的方式控制所述研磨进给构件，使所述研磨构件向接近或远离所述卡盘工作台的方向移动，从而使将所述研磨垫向所述板状工件按压的压力变化。