CN106994649B - 研磨装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种研磨装置，在进行研磨垫的研磨面的修整时，使将修整部推抵于研磨面的力为恒定。该研磨装置具有：弹性波检测传感器(80)，其对当研磨面(401a)与对研磨垫(401)的研磨面(401a)进行修整的修整部的上表面接触时所产生的弹性波进行检测；以及控制部(82)，当弹性波检测传感器(80)检测出预先设定的输出信号的设定值时，该控制部(82)停止研磨单元(4)的移动，在通过控制部(82)的控制使研磨单元(4)的移动停止之后，对研磨单元(4)与修整机构(6)相对地进行修整进给而对研磨面(401a)进行修整，因此能够在修整时使将修整板(601)推抵于研磨面(401a)的力为恒定。

Description

研磨装置
技术领域
本发明涉及研磨装置，该研磨装置具有对研磨工具的研磨面进行修整的机构。
背景技术
在使用研磨垫对晶片进行研磨的研磨装置中，在研磨垫旋转的同时，通过研磨单元进给机构使具有研磨垫的研磨单元朝向晶片进行进给，并使研磨垫的研磨面与晶片接触。由于在研磨中将研磨垫的研磨面按压在晶片上，所以因晶片被研磨而产生的碎屑会进入到研磨垫的研磨面，有时研磨面会产生钝化。因此，为了消除研磨面的钝化，将修整器推抵于研磨面而对研磨面进行修整，从而进行研磨加工能力的维持。例如每研磨一张晶片便进行研磨面的修整(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2006-055971号公报
但是，研磨垫的研磨面较软，有时会因按压在晶片上而被压扁。并且，由于研磨面因研磨加工而消耗，所以在研磨加工之后，研磨面的高度不为恒定。因此当使研磨面与修整器接触时的研磨单元的高度总是恒定时，存在将修整器推抵于研磨面的力不为恒定的问题。
为了使将修整器推抵于研磨面的力为恒定，目前，对研磨加工结束时的研磨单元进给机构所掌握的研磨单元的位置信息进行存储，并且对研磨加工结束时的晶片的上表面高度信息进行存储，根据这些信息，计算出修整时的合适的研磨单元的高度，并在研磨单元进给机构将研磨单元定位为该高度的状态下进行修整。并且，有时被压扁的研磨垫欲恢复到原来的状态而鼓起，所以研磨面的高度会变化，因此在研磨单元进给机构进行对研磨单元的高度控制时也要考虑到研磨垫的鼓起。
但是，在修整时，有时研磨面如上述那样被压扁而导致修整器与研磨面过强地接触，另外，也存在为了使研磨垫不像预想的那样鼓起而导致修整器不与研磨面接触或者推抵的力过弱的情况。
发明内容
因此，在对研磨垫的研磨面的修整中存在使将修整部推抵于研磨面的力为恒定的课题。
本发明的目的在于提供一种研磨装置，在进行研磨垫的研磨面的修整时，使将修整部推抵于研磨面的力为恒定。
根据本发明，提供一种研磨装置，该研磨装置具有：卡盘工作台，其在保持面上对板状工件进行保持；研磨单元，在该研磨单元中安装有对该卡盘工作台所保持的板状工件进行研磨的研磨工具，并且该研磨单元具有使该研磨工具旋转的旋转单元，该研磨单元使该研磨工具的研磨面与板状工件接触而对板状工件进行研磨；研磨进给单元，其使该研磨单元在接近和远离该卡盘工作台的方向上移动；修整机构，其对该研磨面进行修整；以及修整进给单元，其对该研磨单元和该修整机构相对地与该研磨面平行地进行修整进给，其中，该修整机构具有与该研磨面接触的修整部和配设有该修整部的基座，
该研磨装置具有：弹性波检测传感器，其对当该研磨单元使该研磨工具旋转并且该研磨进给单元对该研磨单元在与该卡盘工作台的该保持面接近的方向上进行研磨进给从而该研磨面与该修整部的上表面接触时所产生的弹性波进行检测；以及控制部，当该弹性波检测传感器检测出预先设定的输出信号的设定值时，该控制部使由该研磨进给单元实现的该研磨单元的移动停止，在通过该控制部的控制使该研磨单元的移动停止之后，通过该修整进给单元对该研磨单元与该修整机构相对地进行修整进给并对该研磨面进行修整。
在上述研磨装置中，也可以是，该研磨装置具有将所述弹性波检测传感器检测出的输出信号变换成输出电压的放大器，当检测出从该放大器输出的电压达到预先设定的设定值时，使由所述研磨进给单元进行的研磨进给停止，并进行所述研磨面的修整。
并且，在上述研磨装置中，也可以是，对所述弹性波检测传感器检测出的输出信号进行傅里叶变换，当检测出作为预先设定的设定值的频率时，使由所述研磨进给单元进行的研磨进给停止，并进行所述研磨面的修整。
本发明的研磨装置具有：弹性波检测传感器，其对当研磨面与对研磨垫的研磨面进行修整的修整部的上表面接触时所产生的弹性波进行检测；以及控制部，当弹性波检测传感器检测出预先设定的输出信号的设定值时该控制部使研磨单元的移动停止，在通过控制部的控制使研磨单元的移动停止之后，对研磨单元与修整机构相对地进行修整进给而对研磨面进行修整，因此能够在修整时使将修整板推抵于研磨面的力为恒定。
附图说明
图1是示出研磨装置的一例的立体图。
图2是示出研磨工具的上表面侧的立体图。
图3是示出研磨工具的下表面侧的立体图。
图4是示出卡盘工作台机构、修整机构和弹性波检测传感器的立体图。
图5是示出支承机构、修整机构和弹性波检测传感器的立体图。
图6是示出使修整板与研磨垫的研磨面接触而进行研磨面的修整的状态的侧视图。
图7是示出将弹性波检测传感器的输出信号变换成输出电压的结果的图表。
图8是示出对弹性波检测传感器的输出信号进行了傅里叶变换的结果的图表。
标号说明
1：研磨装置；2：研磨进给单元；20：滚珠丝杠；21：导轨；22：电动机；23：升降板；24：支架；4：研磨单元；40：研磨工具；400：支承部件；401：研磨垫；41：安装座；42：主轴；43：旋转单元；44：紧固螺栓；5：卡盘工作台机构；51：罩；52：卡盘工作台；520：吸附部；520a：保持面；521：框体；53：移动基台；54：电动机；56：卡盘工作台进给单元；561：滚珠丝杠；562：电动机；563：轴承部；564：导轨；571：线性标尺；572：读取头；6：修整机构；60：修整部；600：支承部；601：修整板；61：基座；611：安装孔；7：支承机构；71：支承板；711：螺纹孔；72：移动基板；721：被引导孔；73：引导杆；74：升降单元；741：脉冲电动机；742：滚珠丝杠；75：水平度调整单元；751：升降单元；76：埋头螺钉；80：弹性波检测传感器；81：信号处理部；82：控制部；100：装拆区域；101：研磨区域。
具体实施方式
图1所示的研磨装置1是通过具有研磨工具40的研磨单元4对保持在卡盘工作台52上的板状工件W进行研磨的装置。
在研磨装置1的基座10上配设有卡盘工作台机构5。卡盘工作台机构5包含以实际上铅直地延伸的旋转中心轴线为中心自由旋转地配设的圆板形状的卡盘工作台52和其周围的罩51。
卡盘工作台52例如其外形为圆形，具有：吸附部520，其由多孔部件等构成并对板状工件W进行吸附；以及框体521，其对吸附部520进行支承。吸附部520与未图示的吸引源连通，因吸引源进行吸引而产生的吸引力被传递到吸附部520的露出面即保持面520a，由此，卡盘工作台520将板状工件W吸引保持在保持面520a上。并且，卡盘工作台52被罩51从周围围住，并被未图示的旋转单元支承为能够旋转。
在基座10上的侧方(-X方向侧)竖立设置有柱11，在柱11的前表面配设有研磨进给单元2，该研磨进给单元2使研磨单元4在接近和远离卡盘工作台52的方向上移动。研磨进给单元2包含：滚珠丝杠20，其具有铅直方向(Z轴方向)的轴心；一对导轨21，它们与滚珠丝杠20平行地配设；电动机22，其与滚珠丝杠20的上端连结并使滚珠丝杠20转动；升降板23，其内部的螺母与滚珠丝杠20螺合且该升降板23的侧部与导轨滑动接触；以及支架24，其与升降板23连结并对研磨单元4进行保持，当电动机22使滚珠丝杠20转动时，与之相伴随地升降板23在导轨21上被引导而在Z轴方向上往复移动，保持在支架24上的研磨单元4在Z轴方向上研磨进给。通过具有CPU、存储器等的控制部82来进行电动机22的控制。
研磨单元4具有：主轴42，其具有安装座41；研磨工具40，其安装在安装座41上并对保持在卡盘工作台52上的板状工件W进行研磨，并且该研磨工具40安装在主轴42上；以及旋转单元43，其通过使主轴42旋转而使研磨工具40旋转。
如图2和图3所示，研磨工具40由圆板形状的支承部件400和圆板形状的研磨垫401构成。研磨垫401的下表面作为研磨面401a。在支承部件400上，在周向上隔开间隔地形成有从其上表面向下方延伸的多个盲螺纹孔400a。支承部件400的下表面构成圆形支承面，研磨垫401例如被包含环氧树脂类粘合剂在内的粘合剂粘接在支承部件400的圆形支承面上。关于研磨垫401，在图示的实施方式中使用将磨粒分散在毛毡中并利用合适的粘合剂将其固定的毛毡磨具。
将研磨工具40相对于固定于主轴42的下端的安装座41的下表面进行定位，并穿过形成于安装座41的贯通孔将紧固螺栓44拧入形成于研磨工具40的支承部件400的盲螺纹孔400a中，由此，在安装座41上安装研磨工具40。
如图4所示，卡盘工作台机构5具有使卡盘工作台52在Y轴方向上移动的卡盘工作台进给单元56。卡盘工作台进给单元56包含：滚珠丝杠561，其在Y轴方向上延伸；电动机562，其与滚珠丝杠561的一端连结并使滚珠丝杠561在正反两方向上旋转；轴承部563，其在滚珠丝杠561的另一端将滚珠丝杠561支承为能够旋转；一对导轨564，它们与滚珠丝杠561平行配设；以及移动基台53，其内部的螺母531与滚珠丝杠561螺合并且底部与导轨564滑动接触，当电动机562对滚珠丝杠561进行正转驱动时，移动基台53在+Y方向上移动，当电动机562对滚珠丝杠561进行反转驱动时，移动基台53在-Y方向上移动。通过使移动基台53在Y轴方向上移动，卡盘工作台52能够在图1所示的装拆区域100与研磨区域101之间移动，其中，该装拆区域100是进行板状工件相对于卡盘工作台52的装拆的区域，该研磨区域101是进行由研磨工具40实现的研磨的区域。并且，与导轨564平行地配设有线性标尺571，并且在移动基台53上还具有对线性标尺571进行读取的读取头572，读取头572将移动基台53的Y轴方向的位置信息通知到控制部82。
如图4所示，在移动基台53上配设有经由未图示的旋转轴而与卡盘工作台52连结的电动机54，电动机54使卡盘工作台52以希望的旋转速度旋转。
如图1和图4所示，在罩51的上表面配设有对研磨工具40的研磨面401a进行修整的修整机构6。如图5所示，修整机构6具有：修整部60，其与研磨工具40的研磨面401a接触而进行修整；基座61，在该基座61上配设有修整部60；以及支承机构7，其将基座61支承为能够升降。修整部60由从基座61竖立设置的支承部600和固定在支承部600的上端的修整板601构成。
支承机构7具有：支承板71，其对基座61进行支承；移动基板72，其对支承板71进行支承；4个引导杆73，它们竖立设置在图4所示的移动基台53上并对移动基板72的上下方向的移动进行引导；升降单元74，其使移动基板72沿着引导杆73移动；以及水平度调整单元75，其配设在移动基板72与支承板71之间。支承板71形成为矩形，在其上表面上，在与设置于基座61的3个安装孔611对应的位置处形成有3个螺纹孔711。使通过了设置于基座61的安装孔611的埋头螺钉76与该螺纹孔711螺合，由此，在支承板71上安装修整机构6。另外，在将修整机构6安装在支承板71上的状态下，埋头螺钉76的头部与安装孔611的上部的锥面嵌合而被定位在比基座61的上表面低的位置。
对支承板71进行支承的移动基板72形成为矩形，在其四角部设置有在上下方向上贯通的4个被引导孔721。分别使4个引导杆73贯穿插入到该4个被引导孔721中，由此，移动基板72构成为能够沿着引导杆73在上下方向上移动。使移动基板72沿着引导杆73移动的升降单元74包含配设在图4所示的移动基台53上并能够进行正转/反转的脉冲电动机741和由脉冲电动机741驱动的滚珠丝杠742，当对脉冲电动机741进行正转驱动时，移动基板72上升，当对脉冲电动机741进行反转驱动时，移动基板72下降。并且，配设在移动基板72与支承板71之间的水平度调整单元75由在支承板71的长度方向上隔开间隔地配设的两个升降单元751构成。该升降单元751包含脉冲电动机和由脉冲电动机驱动的滚珠丝杠，当对脉冲电动机进行正转驱动时，支承板71上升，当对脉冲电动机进行反转驱动时，支承板71下降。通过使两个升降单元751分别升降，能够对安装在支承板71的上表面的基座61的水平度进行调整。
在罩51上的与修整部60相邻的位置处配设有弹性波检测传感器80。该弹性波检测传感器80具有对当研磨垫401与修整部60的上表面接触时所产生的弹性波进行检测的功能。作为弹性波检测传感器80，能够使用例如AE传感器。
如图1所示，弹性波检测传感器80与信号处理部81连接。在信号处理部81中具有将弹性波检测传感器80检测出的输出信号变换成输出电压的放大器或者对弹性波检测传感器80检测出的输出信号进行傅里叶变换的傅里叶变换部。
在图1所示的研磨装置1中，在研磨对象的晶片W的一个面W1上粘贴有带T。并且，图4所示的卡盘工作台进给单元56使卡盘工作台52移动至装拆区域100，带T侧被载置在卡盘工作台52的保持面520a上，因未图示的吸引源进行吸引而产生的吸引力被传递到卡盘工作台52的保持面520a上，卡盘工作台52隔着带T对板状工件W进行吸引保持，成为被研磨面W2露出的状态。
接着，卡盘工作台进给单元56将卡盘工作台52移动至研磨区域101，并且图4所示的电动机54使卡盘工作台52旋转。并且，在研磨单元4中旋转单元43使主轴42旋转而使研磨垫401旋转，研磨进给单元2对研磨单元4在接近卡盘工作台52的保持面520a的方向(-Z方向)上进行研磨进给，使旋转的研磨垫401的研磨面401a与板状工件W的被研磨面W2接触而进行研磨。此时，图5所示的升降单元74使修整机构6下降，至少使修整部60的修整板601的上表面位于比卡盘工作台52的保持面520a靠下侧(-Z方向)的位置，暂不使研磨面401a与修整板601接触。
为了消除及防止由该研磨产生的研磨屑进入到研磨垫401的研磨面401a而引起研磨面401a钝化，在合适的时机将修整器推抵于研磨面401a而对研磨面401a进行修整。
在进行研磨面401a的修整时，图4所示的卡盘工作台进给单元56使移动基台53在Y轴方向上移动，使修整板601移动至研磨垫401的下方。
并且，图5所示的升降单元74使支承板71上升从而使基座61上升，将修整板601的上表面定位在比卡盘工作台52的保持面520a靠上侧(+Z轴方向)的位置。之后，在研磨单元4中，在旋转单元43使研磨垫401旋转的同时，研磨进给单元2对研磨单元4在接近卡盘工作台52的保持面520a的方向上进行研磨进给。这样，如图6所示，修整板601与旋转的研磨垫401的研磨面401a接触。
当修整板601的上表面与旋转的研磨垫401的研磨面401a接触时，会产生弹性波。位于修整机构6的附近的弹性波检测传感器80对该弹性波进行检测，当检测出该输出信号达到规定的设定值时，图1所示的控制部82停止由研磨进给单元2实现的研磨单元4向-Z方向的移动。规定的设定值被存储到例如控制部82所具有的存储器中。
并且，此后，卡盘工作台进给单元56对修整机构6相对于研磨单元4在Y轴方向上进行修整进给，由此通过修整板601对旋转的研磨垫401的研磨面401a的整个面进行修整。即，卡盘工作台进给单元56作为修整进给单元而发挥功能，该修整进给单元使研磨单元4与修整机构6相对于研磨面401a平行地移动。
这样，当检测出弹性波检测传感器80的输出信号达到规定的设定值时，停止研磨单元4的-Z方向的移动，并在研磨单元4保持此时的Z轴方向的位置的状态下进行研磨面401a的修整，因此在修整中能够使将修整板601推抵于研磨面401a的力为恒定。
并且，一旦研磨面401a的修整结束之后，进行其他的板状工件的研磨，并再次进行研磨面401a的修整，同样在该修整时，当检测出弹性波检测传感器80的输出信号达到所述规定的设定值时，也停止研磨单元4的-Z方向的移动，并在研磨单元4保持此时的Z轴方向的位置的状态下进行研磨面401a的修整。因此，能够使将修整板601推抵于研磨面401a的力与上一次的修整时相同。即，即使重复进行多次修整，也能够使每次修整时将修整板601推抵于研磨面401a的力为恒定。并且，即使当研磨垫401的鼓起情况在每次修整时不同的情况下，也能够应对鼓起的差别而对推抵修整板601的力进行调整。
在信号处理部81中具有将弹性波检测传感器80所检测的输出信号变换成输出电压的放大器，在该情况下，将用于弹性波检测的电压的阈值存储在控制部82中。并且，在来自放大器的输出电压变为例如图7所示的图表那样的情况下，如果将规定的电压值作为阈值设定在控制部82中，那么当从放大器输出的实际的电压值达到该阈值时，停止由研磨进给单元2进行的研磨单元4的研磨进给，并开始对研磨垫401的研磨面401a的修整。由此，能够使修整时将修整板601推抵于研磨面401a的力为恒定。
另一方面，在信号处理部81中也可以具有对弹性波检测传感器80所检测的输出信号进行傅里叶变换的傅里叶变换部。傅里叶变换部具有CPU、存储器等，通过对来自弹性波检测传感器80的输出信号进行傅里叶变换，得到例如图8所示的波形。在该波形中，在特定的频率下波形向上方突出的部分是频率的峰值，将该频率的峰值存储在控制部82的存储器中，由此，当控制部82检测到该峰值时，停止由研磨进给单元2进行的研磨单元4的研磨进给，并开始对研磨垫401的研磨面401a的修整。由此，能够使修整时将修整板601推抵于研磨面401a的力为恒定。
另外，在上述实施方式中，将卡盘工作台进给单元56兼用作修整进给单元，但卡盘工作台进给单元和修整进给单元也可以分别单独地存在。因此，修整机构6也可以不配设在卡盘工作台机构5的罩51上。
并且，在上述实施方式中，将弹性波检测传感器80配设在卡盘工作台机构5的罩51上的与修整机构6相邻的位置处，但也可以构成为在研磨单元4中具有弹性波检测传感器。不过，当如上述实施方式那样采用将弹性波检测传感器80配设在卡盘工作台机构5的罩51上的结构时，能够防止装置结构复杂化。
上述实施方式所示的研磨装置1是所谓的干抛光装置，但本发明也能够适用于除研磨垫外还使用浆料进行研磨的CMP装置。

Claims (1)

1.一种研磨装置，该研磨装置具有：
卡盘工作台，其在保持面上对板状工件进行保持；
研磨单元，在该研磨单元中安装有对该卡盘工作台所保持的板状工件进行研磨的研磨工具，并且该研磨单元具有使该研磨工具旋转的旋转单元，该研磨单元使该研磨工具的研磨面与板状工件接触而对板状工件进行研磨；
研磨进给单元，其使该研磨单元在接近和远离该卡盘工作台的方向上移动；
修整机构，其对该研磨面进行修整；以及
修整进给单元，其对该研磨单元和该修整机构相对地与该研磨面平行地进行修整进给，
其中，
该修整机构具有与该研磨面接触的修整部和配设有该修整部的基座，
该研磨装置具有：
弹性波检测传感器，其对当该研磨单元使该研磨工具旋转并且该研磨进给单元使该研磨单元在与该卡盘工作台接近的方向上连续移动而对该研磨单元进行研磨进给从而该研磨面与该修整部的上表面接触时所产生的弹性波进行检测；
放大器，其将该弹性波检测传感器检测出的输出信号变换成输出电压；以及
控制部，当对该研磨单元进行研磨进给从而该研磨面与该修整部接触并且从该放大器输出的输出电压达到用于弹性波检测的阈值时，该控制部使由该研磨进给单元实现的该研磨单元的移动停止，
通过该修整进给单元对通过该控制部的控制而停止了研磨进给的该研磨单元与该修整机构相对地进行修整进给并对该研磨面进行修整。
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