JP2001162513A

JP2001162513A - 片面ラップ盤のラップ面修正装置

Info

Publication number: JP2001162513A
Application number: JP35048799A
Authority: JP
Inventors: Michio Kondo; 道雄近藤
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1999-12-09
Filing date: 1999-12-09
Publication date: 2001-06-19

Abstract

(57)【要約】【課題】研磨作業中のラップ面の変形を検出して即座
にこれを修正することにより常にラップ面を所望形状に
保つ。【解決手段】片面ラップ盤１の回転軸Ｌ１上にミラー
１４を設けるとともに、ラップ面１aの周面上に置かれ
た修正リング２の回転軸Ｌ２上にミラー２３を設ける。
投光装置３からの平行光Ｐ１，Ｐ２を各ミラー１４，２
３に入射させ、その反射光をＣＣＤカメラ５上に点像と
して入射させる。制御装置６はＣＣＤカメラ５上におけ
るミラー１４からの反射光の入射点とミラー２３からの
反射光の入射点との間の距離より、回転軸Ｌ１に対する
回転軸Ｌ２の傾きを検出する。そして、上記傾きが零に
なるように重心移動機構６１を介して修正リング２の重
心位置をラップ面１aの内外周方向へ移動制御し、ラッ
プ面を常に平坦な形状に保つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は片面ラップ盤のラッ
プ面修正装置に関し、特にラップ面の凹凸変形を速やか
に検出してこれを所望の面形状に修正するラップ面修正
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミックウエハ等のワークをラッピン
グ研磨する片面ラップ盤では、図１１に示すように、回
転するラップ盤１のラップ面１ａ上にワークＷを置き、
フリーウエイトＦによってワークＷに適度な荷重を印加
しつつ、後述の修正リング（図示略）内に置いた上記ワ
ークＷの下面を研磨している。ところで、研磨の過程で
ラップ面１ａは摩耗し、図１１に示すように中心開口１
１部に向かって低くなった凹面形状あるいは、中心開口
１１部が高くなった凸面形状に変形し、このように変形
したラップ面１ａを使用するとワークＷ下面もこれに倣
った曲面形状になってしまう。そこで、従来は図１２に
示すようなダイヤルゲージ７１を備えた測定治具７を使
用して、ラップ面１ａの径方向へダイヤルゲージ７１を
移動させることによりその変形量を測定している。この
測定は図１３の鎖線で示すように周方向へ位置を変えて
数回行うことにより、ラップ面１ａの周方向でのうねり
変形も検出することができる。

【０００３】ラップ面１ａが大きく変形した場合の修正
は図１４に示すような、下面全周にダイヤモンド粒を電
着した円形修正リング２により行ない、そのリング径は
ラップ面１ａの周面を横断するような大きさとしてあ
る。修正リング２はラップ盤１の回転に伴ってその位置
を維持しつつ自転するようにその側面の一方が図略の支
持具で支持されており、修正リング２の中心を図１５に
示すようにラップ面１ａの外周寄りに移動させて自転さ
せると、修正リング２の荷重がラップ面１ａの外周部に
大きく印加されるためにラップ面１ａは外周部が強く研
磨されて凸面形状になる。反対に、修正リング２の中心
を図１６に示すようにラップ面１ａの内周寄りに移動さ
せて自転させると、修正リング２の荷重がラップ面１ａ
の内周部に大きく印加され、ラップ面１ａは内周部が強
く研磨されて凹面形状になる。したがって、測定治具７
の測定結果に基づき、ラップ面１ａが凸面形状に変形し
ている場合には修正リング２を内周部へ移動させて修正
研磨し、ラップ面１ａが凹面形状に変形している場合に
は修正リング２を外周部へ移動させて修正研磨すること
によってラップ面１ａを平坦化している。

【０００４】また、研磨作業中には前述したように、図
１７に示すようなダイヤモンド粒を電着していない修正
リング２内にワークＷを挿置してラップ盤１を回転させ
研磨しているが、ワークＷの研磨面(下面）が凸面にな
りつつあるか凹面になりつつあるかを干渉計で適時確認
して修正リング２の位置を内外周方向へ移動調整し、ラ
ップ面１ａの変形が大きくならないようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記研磨作業
中におけるワーク研磨面の変形確認および修正リング２
の位置調整は煩わしい上に、これを行っても長時間の研
磨の後は往々にしてラップ面１ａが大きく変形して、前
述したダイヤモンド粒を電着した修正リングによるラッ
プ面修正作業が必要であるという問題があった。

【０００６】そこで本発明はこのような課題を解決する
もので、研磨作業中のラップ面の変形を検出して即座に
これを修正することにより常にラップ面を所望形状に保
つことができる片面ラップ盤のラップ面修正装置を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本第１発明では、片面ラップ盤（１）のラップ面
（１a）の周面上に置かれた修正リング（２）の回転軸
（Ｌ２）の、ラップ面（１ａ）の回転軸（Ｌ１）に対す
る傾きを検出する傾き検出手段（６）と、検出された傾
きを、零を含む所定値にするように修正リング（２）の
重心位置をラップ面（１a）の内外周方向へ移動制御す
る重心位置制御手段（６）とを具備している。

【０００８】本第1発明において、ラップ面回転軸に対
する修正リング回転軸の傾きの正負、零により、ラップ
面が凸面形状に変形しているか、凹面形状に変形してい
るか、あるいは平坦面であるかを知ることができる。ま
た、修正リングの重心位置をラップ面の内周方向へ移動
させるとラップ面は凹面形状に成形され、外周方向へ移
動させるとラップ面は凸面形状に成形される。したがっ
て、ラップ面が凸面形状に変形している場合には、修正
リングの重心位置をラップ面の内周方向へ移動させる
と、検出される傾きは零に近づき、ラップ面は平坦化さ
れる。反対にラップ面が凹面形状に変形している場合に
は、修正リングの重心位置をラップ面の外周方向へ移動
させると、検出される傾きは零に近づき、ラップ面が平
坦化される。検出される傾きを所定値にするように修正
リングの重心位置を移動させれば、ラップ面を所望の凸
面形状あるいは凹面形状に修正することもできる。この
ようにして、研磨作業中のラップ面の変形を検出して即
座にこれを修正することにより、常にラップ面を所望形
状に保つことが可能となり、研磨作業中におけるラップ
面の変形確認や修正リングの位置調整、あるいは研磨作
業後のダイヤモンド電着修正リングによるラップ面修正
等の煩雑な作業の手間が解消される。

【０００９】本第２発明では、上記修正リング（２）の
回転軸（Ｌ２）上にこれに直交させて第１ミラー（２
３）を設け、上記傾き検出手段（６）は、第１ミラー
（２３）からの反射光を入射させて原点からのその入射
点の移動量より上記傾きを検出するものである。

【００１０】本第２発明において、修正リングの回転軸
がラップ面の回転軸と平行になった時の第1ミラーから
の反射光の入射点を原点としておけば、この原点からの
上記入射点の移動量は、ラップ面の回転軸に対する修正
リングの回転軸の傾きに比例したものになるから、上記
移動量より上記傾きを容易に知ることができる。

【００１１】本第３発明では、上記ラップ面（１ａ）の
回転軸（Ｌ１）上にこれに直交させてさらに第２ミラー
（１４）を設け、上記傾き検出手段（６）は、上記第２
ミラー（１４）からの反射光を入射させてその入射点と
上記第１ミラー（２３）からの反射光の入射点との間の
距離より上記傾きを検出するものである。

【００１２】本第３発明においては、ラップ面の回転軸
の方向が変動しても、ラップ面の回転軸に対する修正リ
ングの回転軸の傾きを常に正確に検出することができ
る。

【００１３】本第４発明では、上記傾き検出手段（６）
は、上記第１ミラー（２３）からの反射光の入射点が描
く円移動軌跡（Ｃ２）の中心（Ｃ21）と、上記第２ミラ
ー（１４）からの反射光の入射点が描く円移動軌跡（Ｃ
１）の中心(Ｃ11)との間の距離より上記傾きを検出する
ものである。

【００１４】本第４発明において、各回転軸上に第１ミ
ラーおよび第２ミラーが正確に直交して設けられていな
いと、各ミラーからの入射点は円形移動軌跡を描く。そ
こで、この場合には各円形移動軌跡の中心間の距離が、
ラップ面の回転軸に対する修正リングの回転軸の傾きに
比例したものになるから、上記傾きを常に正確に検出す
ることができる。

【００１５】本第５発明では、重心位置制御手段（６）
は、上記修正リング（２）に偏心荷重を印可することに
よって上記重心位置を移動制御するものである。

【００１６】本第５発明においては、修正リングに偏心
荷重を印加することにより、修正リングを移動させるこ
となくその重心位置のみを移動させることができる。

【００１７】なお、上記カッコ内の符号は、後述する実
施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１にラップ面
修正装置の全体構成を示す。図１において、回転する円
形の片面ラップ盤１にはラップ面１ａの周面上に円形の
修正リング２が載置されている。修正リング２はその側
面の一方が図略の支持具で支持されて、ラップ盤１の回
転に伴ってその位置を維持しつつ自転させられる。この
ような修正リング２内には、フリーウエイト(図示略）
により適度な荷重が印加されたセラミックウエハ等のワ
ークＷが挿置されて、その下面が、移動するラップ面１
ａによって研磨される。

【００１９】ラップ盤１の中心開口１１内には径方向へ
梁部材１２が架設されて、梁部材１２の中央、すなわち
ラップ盤１（ラップ面１ａ）の回転軸Ｌ１に沿って柱体
１３が立設されている。また、修正リング２内にも径方
向へ梁部材２１が架設されて、梁部材２１の中央、すな
わち修正リング２の回転軸Ｌ２に沿って柱体２２が立設
されている。各柱体１３，２２の上端にはミラー１４，
２３が上方へ向けて水平姿勢で設けてあり、これらミラ
ー１４，２３に投光装置３によって生成された平行光Ｐ
１，Ｐ２が入射している。投光装置３は筐体３１内の白
色光源３２から発した光をピンホール３３に通した後、
ハーフミラー３４、凹レンズ３５、および凸レンズ３６
を経て平行光Ｐとするもので、平行光Ｐは砥粒よけのカ
バー体４の一端開口４１から入射して穴開きミラー４２
で一部Ｐ１が下方へ反射されてミラー２３へ入射する。
穴開きミラー４２を通過した残る平行光Ｐ２はミラー４
３で下方へ反射されてミラー１４へ入射する。なお、光
源としてはレーザ光源を使用することもでき、この場合
はピンホール３３は不要である。

【００２０】各回転軸Ｌ１，Ｌ２回りに回転するミラー
１４，２３で反射された平行光Ｐ１，Ｐ２は入射時の経
路を辿って戻り、凸レンズ３６から凹レンズ３５を経て
ハーフミラー３４で下方へ反射されてＣＣＤカメラ５上
に、後述するような点像をそれぞれ結ぶ。これら点像は
ラップ盤１の回転軸Ｌ１に対しして修正リング２の回転
軸Ｌ２が平行である場合、すなわち前者に対する後者の
傾きが零である場合には互いにその位置が一致して重な
り、ラップ盤回転軸Ｌ１に対して修正リング回転軸Ｌ２
が傾くと、傾き角に応じて両点像は離れる。

【００２１】制御装置６が設けられ、これはＣＣＤカメ
ラ５で検出された点像の位置より柱体１３，２２の相対
角度、すなわちラップ面回転軸Ｌ１に対する修正リング
回転軸Ｌ２の傾きを検出して、この傾きを零にするよう
に重心位置変更機構６１を駆動制御する。重心位置変更
機構６１は図２に示すように、制御装置６の出力によっ
て上下方向へ移動駆動される移動体６１１と、移動体６
１１から水平に延びる軸体６１２の先端に装着されたロ
ーラ６１３とで構成され、ローラ６１３は修正リング２
のリング最外側の上面に接している。修正リング２はそ
の重心（図中白矢印）がラップ盤１の内周寄りに位置す
るようにラップ面１ａ上に置かれており、ローラ６１３
からの荷重が印加されていない状態ではラップ盤１およ
び修正リング２の回転に伴ってラップ面１ａは図示のよ
うな凹面形状に成形され（図は凹面の程度を実際よりも
過大に描いてある）、修正リング回転軸Ｌ２はラップ面
回転軸Ｌ１に対して角度θで傾く。

【００２２】そこで、移動体６１１を下方へ移動させて
ローラ６１３から修正リング２に荷重を加えると、修正
リング２の重心は荷重の大きさに応じてラップ盤１の外
周方向へ移動し、ラップ面１ａの外周部が強く研磨され
るようになって、ラップ面１ａは次第に平坦になる。ロ
ーラ６１３の荷重を過大にかけ続けるとラップ面１ａは
次第に凸面形状になってしまうから、以下に説明するＣ
ＣＤカメラ５上での点像の位置情報に基づいて制御装置
６はローラ荷重を適当に調整する。

【００２３】ＣＣＤカメラ５で検出される点像の一例を
図３に示す。各柱体１３，２２がラップ盤１や修正リン
グ２に対して正確に直立し、かつミラー１４，２３が各
柱体１３，２２に対して正確に直交して設けられていれ
ば、ラップ盤１や修正リング２が回転してもＣＣＤカメ
ラ５上の点像が移動することはない。しかしながら、実
際には柱体１３，２２やミラー１４，２３の姿勢が若干
のズレを生じることは避けられず、この結果、各ミラー
１４，２３からの反射光による点像はラップ盤１や修正
リング２の回転に伴って図３に示すようにそれぞれ円軌
跡Ｃ1，Ｃ2を描いて矢印で示すように移動する。そこで
制御装置５は各円移動軌跡Ｃ1，Ｃ2の中心Ｃ11，Ｃ21の
位置を演算し、中心Ｃ11のＹ座標が中心Ｃ21のＹ座標と
一致するように、すなわち両中心Ｃ11，Ｃ21がＹ軸方向
で一致するように上記移動体６１１を移動させて、ロー
ラ６１３からの修正リング２への荷重を変更調整する。
これにより、修正リング２の回転軸Ｌ２はラップ盤１の
回転軸Ｌ１と常に平行になるように維持され、修正リン
グ２の置かれたラップ面１ａは常に平坦な面に維持され
る。

【００２４】なお、中心Ｃ11，Ｃ21間のＹ方向距離ｄが
一定になるように、すなわち修正リング回転軸Ｌ２のラ
ップ盤回転軸Ｌ１に対する傾き角θが一定になるように
重心位置を制御するようにすれば、ラップ面１ａを所望
の凹形状ないし凸形状に維持することができる。また、
図３において、中心Ｃ11の中心Ｃ21に対するＸ方向への
ズレは、ラップ面１ａが周方向へ傾いていることを示
す。ラップ面１ａの周面に図４に示すようなうねり変形
があると、点像の移動軌跡は真円から例えば図５（イ）
に示すような楕円あるいは図５（ロ）に示すようなヒト
デ形の円等となる。また、ラップ盤１の回転軸受が寿命
でガタを生じると、図６（イ）、（ロ）に示すように、
点像の移動軌跡は細かく内外に振れる。したがって、Ｃ
ＣＤカメラ５で得られた点像の移動軌跡を監視すること
により、ラップ面１ａにおけるうねり変形の発生や、ラ
ップ盤１の回転軸受におけるガタ等の発生を検出するこ
ともできる。

【００２５】（第２実施形態）上記第１実施形態では、
各ミラー１４，２３からの白色反射光がＣＣＤカメラ５
に同時に入射するために、二つの点像の移動軌跡Ｃ１，
Ｃ２を制御装置６内で分離演算する必要がある。そこ
で、この演算負担を解消する構成の一例を図７に示す。
図７において、修正リング２（図１参照）に設けたミラ
ー２３の直上位置にはダイクロイックミラー４４が設け
てあり、投光装置３から発せられた白色光のうち、例え
ば赤色光Ｐ３のみが下方へ反射されてミラー２３へ入射
する。白色光の残る成分光Ｐ４はダイクロイックミラー
４４を通過し、ミラー４３によって下方へ反射されて、
ラップ盤１に設けたミラー１４に入射する。これら赤色
光Ｐ３と残る成分光Ｐ４は各ミラー１４，２３で反射さ
れ、入射経路を反対に辿ってダイクロイックミラー４４
で再び白色光に合成されて、投光装置３に付設されたＣ
ＣＤカメラ５に点像を生じる。

【００２６】そこで本実施形態ではカラーのＣＣＤカメ
ラ５を使用して、赤色、緑色、青色の各受光素子のう
ち、赤色受光素子から得られる点像と、緑色あるいは青
色受光素子から得られる点像の各移動軌跡を検出する。
このようにすれば、制御装置６内での分離演算を行なう
ことなく、ラップ盤１のミラー１４による点像と修正リ
ング２のミラー２３による点像とを確実に識別すること
ができる。

【００２７】（第３実施形態）点像を分離演算によるこ
となく識別する構成として、図８にさらに他の例を示
す。図８において、カバー体４の開口４１近くに直線偏
光器４５と偏光方向切換器４６が設けられ、投光装置３
から入射した白色光は直線偏光器４５で直線偏光とな
り、続く偏光方向切換器４６で偏光方向が９０度切り換
えられる。修正リング２（図１参照）に設けたミラー２
３の直上位置には偏光ビームスプリッタ４７が設けてあ
り、これは紙面垂直方向の偏光Ｐ５を下方のミラー２３
へ向けて反射し、紙面方向の偏光Ｐ６は通過させる。偏
光ビームスプリッタ４７を通過した偏光Ｐ６はミラー４
３で下方へ反射されてラップ盤１に設けたミラー１４へ
入射する。偏光方向切換器４６を一定周期で切換作動さ
せて偏光Ｐ１，Ｐ２を交互に生成することにより、修正
リング２のミラー２３で反射した偏光Ｐ５による点像と
ラップ盤１のミラー１４で反射した偏光Ｐ６による点像
とが上記周期でＣＣＤカメラ５に交互に現れる。これに
より、両点像を確実に識別することができる。

【００２８】（第４実施形態）図９には点像を分離演算
によることなく識別するためのさらに他の構成を示す。
カバー体４内には第１実施形態と同様の穴開きミラー４
２の前方、およびこれとミラー４３との間にそれぞれ異
なる周波数で回転する光チョッパ４７Ａ，４７Ｂが設け
てある。このような光チョッパ４７Ａ，４７Ｂの存在に
より、穴開きミラー４２で下方へ反射されて修正リング
２(図１）のミラー２３に至り、ここで反射された光Ｐ
７と、穴開きミラー４２を通過してラップ盤１のミラー
１４に至り、ここで反射された光Ｐ８のチョッピング周
波数が異なってくる。そこで、ＣＣＤカメラ６には異な
る周波数で点滅する二つの点像が生じ、これらをフィル
タリングすることによって両点像を確実に識別すること
ができる。

【００２９】（第５実施形態）図１０には点像を分離演
算によることなく識別するさらに他の構成を示す。図１
０においては、投光装置３から出力される平行光Ｐの上
半部Ｐ１０を遮蔽するシャッタ４８Ａと下半部Ｐ９を遮
蔽するシャッタ４８Ｂをカバー体４の開口４１に設け
る。そして、平行光Ｐの下半部Ｐ９をミラー４９Ｂを介
して修正リング２（図１）のミラー２３に入射させ、平
行光Ｐの上半部Ｐ１０をミラー４９Ａを介してラップ盤
１のミラー１４に入射させる。そして、一定周期でシャ
ッタ４８Ａ，４８Ｂを交互に作動させることにより、修
正リング２のミラー２３で反射した光Ｐ９による点像と
ラップ盤１のミラー１４で反射した光Ｐ１０による点像
とが上記周期でＣＣＤカメラ６上に交互に現れる。これ
により、両点像を確実に識別することができる。

【００３０】なお、点像が同時には生じない第３実施形
態および第５実施形態では、ＣＣＤカメラ６に代えて安
価なＰＳＤ（半導体位置検出器）を使用することができ
る。上記各実施形態において、ミラー１４，２３は必ず
しも柱体１３，２２上に設ける必要はなく、梁部材１
２，２１に直接設けても良い。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る片面ラップ
盤のラップ面修正装置によれば、研磨作業中のラップ面
の変形を検出して即座にこれを修正することにより常に
ラップ面を所望形状に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第1実施形態における、ラップ面修正
装置の全体構成を示す図である。

【図２】ラップ面修正装置の要部断面図である。

【図３】ＣＣＤカメラで撮像された点像の移動軌跡を示
す図である。

【図４】ラップ面にうねり変形を生じた片面ラップ盤の
斜視図である。

【図５】ＣＣＤカメラで撮像された点像の移動軌跡を示
す図である。

【図６】ＣＣＤカメラで撮像された点像の移動軌跡を示
す図である。

【図７】本発明の第２実施形態における、ラップ面修正
装置の要部構成を示す図である。

【図８】本発明の第３実施形態における、ラップ面修正
装置の要部構成を示す図である。

【図９】本発明の第４実施形態における、ラップ面修正
装置の要部構成を示す図である。

【図１０】本発明の第５実施形態における、ラップ面修
正装置の要部構成を示す図である。

【図１１】従来におけるワーク研磨中の片面ラップ盤の
断面図である。

【図１２】従来におけるワーク面変形測定の方法を示す
断面図である。

【図１３】従来におけるワーク面変形測定の方法を示す
平面図である。

【図１４】従来におけるワーク面修正の方法を示す斜視
図である。

【図１５】従来におけるワーク面修正の方法を示す断面
図である。

【図１６】従来におけるワーク面修正の方法を示す断面
図である。

【図１７】従来におけるワーク面修正の方法を示す斜視
図である。

【符号の説明】

１…片面ラップ盤、１ａ…ラップ面、１４…ミラー、２
…修正リング、２３…ミラー、３…投光装置、５…ＣＣ
Ｄカメラ、６…制御装置（傾き検出手段、重心位置制御
手段）、６１…重心位置移動機構、Ｃ１，Ｃ２…円形移
動軌跡、Ｃ11，Ｃ21…中心、Ｌ１，Ｌ２…回転軸。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】片面ラップ盤のラップ面の周面上に置か
れた修正リングの回転軸の、ラップ面の回転軸に対する
傾きを検出する傾き検出手段と、検出された傾きを、零
を含む所定値にするように前記修正リングの重心位置を
前記ラップ面の内外周方向へ移動制御する重心位置制御
手段とを具備する片面ラップ盤のラップ面修正装置。
【請求項２】前記修正リングの回転軸上にこれに直交
させて第１ミラーを設け、前記傾き検出手段は、前記第
１ミラーからの反射光を入射させて原点からのその入射
点の移動量より前記傾きを検出するものである請求項１
に記載の片面ラップ盤のラップ面修正装置。
【請求項３】前記ラップ面の回転軸上にこれに直交さ
せてさらに第２ミラーを設け、前記傾き検出手段は、前
記第２ミラーからの反射光を入射させてその入射点と前
記第１ミラーからの反射光の入射点との間の距離より前
記傾きを検出するものである請求項２に記載の片面ラッ
プ盤のラップ面修正装置。
【請求項４】前記傾き検出手段は、前記第１ミラーか
らの反射光の入射点が描く円移動軌跡の中心と、前記第
２ミラーからの反射光の入射点が描く円移動軌跡の中心
との間の距離より前記傾きを検出するものである請求項
３に記載の片面ラップ盤のラップ面修正装置。
【請求項５】前記重心位置制御手段は、前記修正リン
グに偏心荷重を印可することによって前記重心位置を移
動制御するものである請求項１ないし４のいずれか一つ
に記載の片面ラップ盤のラップ面修正装置。