JP2006231470A - 両面ポリッシュ加工機の定寸方法及び定寸装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、導電性のないワークに対しても利用でき、研磨布の摩耗に対して実質的に影響を受けない、精度の高い定寸性能を発揮できる定寸方法及び定寸装置を提供することを課題とするものである。
【解決手段】 両面ポリッシュ加工機１の上定盤１１に形成された空所内に渦電流センサー２２が設けられており、キャリア１５の上表面１５１までの距離を検出する。加工当初における渦電流センサー２２によって検出されたキャリア１５の上表面までの距離の検出値が初期値として記憶され、初期値として記憶されているキャリア１５の初期表面までの距離１５１と現在のキャリア１５の表面までの距離とが逐次比較される、比較によって得られた差が予め定められた値となったとき、制御装置３０はワーク１６の研磨量がこの差に対応するものとして加工を停止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、両面ポリッシュ加工機の定寸方法及び定寸装置に関する。

両面ポリッシュ加工機は、研磨布が貼り付けられた上定盤と下定盤との間隙に、キャリアのワーク保持孔内に納められたワークを置き、上記間隙にスラリーを供給するとともに、キャリアに遊星運動を、上定盤に所定の研磨圧を加えながら上定盤と下定盤とに回転運動を与えることによって、ワークをポリッシュするものである。

上記ワークの研磨量は研磨時間によって監視されるのが普通であるが、場合により研磨量自体を検知することが必要になる。このためにポリッシュ加工機に定寸装置を備えつけることが試みられている。

従来、この種の自動定寸装置として、特許文献１に見られるようなマグネスケールを用いた装置がある。この自動定寸装置は、マグネスケールのプローブを上向きにし、上定盤と連結して一体回転するチップの下面にプローブの上端を接触させた構成になっている。 上定盤がワークの研磨量に応じて下降すると、チップも上定盤と共に下降し、プローブをマグネスケールに押し込んでいく。そこで、マグネスケールがこのプローブの変位を検出し、その変位量から、上定盤と下定盤との距離を測定して、ワークの厚さを決定するようになっている。

また、他の自動定寸装置として、特許文献２のように、渦電流センサーを用いた装置がある。この自動定寸装置は、渦電流センサーを上定盤に取り付け、渦電流センサーから下定盤に磁場を放射することで、下定盤までの距離を検出し、その検出値をアナログ電圧信号として順次出力する。そして、演算部において、このアナログ電圧信号を所定サンプル数のディジタル電圧信号に変換し、これら複数のディジタル電圧信号のうち最大度数のディジタル電圧信号の電圧値から上定盤と下定盤との距離を演算して、ワークの厚さを決定する構成となっている。

更に、特許文献３に示される定寸装置では、キャリアに基準アルミニウム板を設け、基準アルミニウム板の上面までの距離Ｌ１及びワークであるアルミニウムディスクの上面までの距離Ｌ２をそれぞれ検出し、渦電流センサーからの検出値に基づいて、距離Ｌ１と距離Ｌ２との差を算出し、ワークであるアルミニウムディスクの厚さを決定する。

特公昭６４−４１２６号公報 特公昭６３−９９４３号公報 特開平１０−２０２５１４号公報

しかしながら、特許文献１のマグネスケールを用いた自動定寸装置では、上定盤の下降変位量をワークの研磨量として推定する構成であるので、上下定盤が磨耗すると、測定値に誤差が生じる。つまり、上下定盤が磨耗すると、上定盤の下降変位量は、ワークの研磨量と上下定盤の磨耗量との和となり、ワーク厚さを正確に測定することができない。また、プローブを上定盤と一体回転するチップに接触させた構成であるので、チップの回転でプローブの接触端が磨耗し、測定誤差を発生するおそれがある。このため、マグネスケールを用いた場合の定寸精度は±４〜５μｍ程度であり、±３μｍ以下の精度を出すのは難しかった。

これに対して、渦電流センサーを用いた特許文献２の自動定寸装置では、渦電流センサーから下定盤に磁場を放射することで、下定盤と上定盤との距離を検出する構成であるので、下定盤の摩耗分も含めて測定が可能であり、マグネスケールを用いた定寸より測定誤差が減少するため、±３μｍ以下の精度でワークを測定することができる。しかしながら、この自動定寸装置では、下定盤の表面に砥石層や研磨布が存在するグラインディング装置やポリッシング装置等の研磨装置では、砥石層や研磨布の摩耗や変形により測定値に誤差が生じるため、渦電流センサーによる正確な測定ができなかった。

さらに、特許文献３に示されるものでは、アルミニウムのような渦電流が生じることのできる導電性ワークに対しては利用可能であるが、半導体ウエハーのような通常では導電性のないワークに対しては適用できないという問題があった。

本発明は、導電性のないワークに対しても利用でき、研磨布の摩耗等に対して実質的に影響を受けない、精度の高い定寸性能を発揮できる定寸方法及び定寸装置を提供することを課題とするものである。

上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第１番目の発明は、機台、上記機台に回転可能に支持され、上面に研磨布が貼り付けられた下定盤、上記機台に回転可能に支持され、外歯を備えたサンギア、上記機台に回転可能に支持され、内歯を備えたインターナルギア、上記サンギアの外歯と上記インターナルギアの内歯とに噛合するための外歯、及び、ワークを納めるためのワーク保持孔を備えるとともに、上記下定盤上に載置される導電性材料からなるキャリア、下面に研磨布が貼り付けられており、上記下定盤および上記キャリアの上部にあって、上記ワーク保持孔に納められたワークに対して、研磨圧を加えると共に、回転可能な上定盤、上記下定盤、上記サンギア、上記インターナルギア、及び、上記上定盤を同一軸線上で回転駆動するため、単一あるいはそれぞれのための複数の駆動源を備えた駆動装置、上記ワークと上記下定盤との研磨部、及び、上記ワークと上記上定盤とも研磨部にスラリーを供給するためのスラリー供給装置、及び、上記上定盤に形成された空所内に設けられており、上記キャリアの上表面までの距離を検出するための渦電流センサーを備えた両面ポリッシュ加工機において、上記渦電流センサーによって検出されたキャリアの上表面までの距離の検出値が、加工当初のものから、加工の進行によって減少し、この減少量が予め定められた値になったとき、上記ワークの研磨量がこの減少量に対応するものとして加工を停止することを特徴とする両面ポリッシュ加工機の定寸方法である。

第２番目の発明は、機台、上記機台に回転可能に支持され、上面に研磨布が貼り付けられた下定盤、上記機台に回転可能に支持され、外歯を備えたサンギア、上記機台に回転可能に支持され、内歯を備えたインターナルギア、上記サンギアの外歯と上記インターナルギアの内歯とに噛合するための外歯、及び、ワークを納めるためのワーク保持孔を備えるとともに、上記下定盤上に載置される導電性材料からなるキャリア、下面に研磨布が貼り付けられており、上記下定盤および上記キャリアの上部にあって、上記ワーク保持孔に納められたワークに対して、研磨圧を加えると共に、回転可能な上定盤、上記下定盤、上記サンギア、上記インターナルギア、及び、上記上定盤を同一軸線上で回転駆動するため、単一あるいはそれぞれのための複数の駆動源を備えた駆動装置、上記ワークと上記下定盤との研磨部、及び、上記ワークと上記上定盤との研磨部にスラリーを供給するためのスラリー供給装置、上記上定盤に形成された空所内に設けられており、上記キャリアの上表面までの距離を検出するための渦電流センサー、加工当初における上記渦電流センサーによって検出されたキャリアの上表面までの距離の検出値を記憶するための初期値記憶装置、上記初期値記憶装置に記憶されているキャリアの初期表面までの距離と現在のキャリア表面までの距離とを逐次比較するための比較装置、及び、上記比較装置における比較によって得られた差が予め定められた値となったとき、上記ワークの研磨量がこの差に対応するものとして加工を停止する制御装置を備えたことを特徴とする両面ポリッシュ加工機の定寸装置である。

本発明の両面ポリッシュ加工機の定寸方法及び定寸装置によれば、上定盤からキャリアの表面までの距離を測定しており、しかも加工当初の測定値（検出値）から現在の表面までの距離との差がワークの研磨量に対応するものとして加工量を検出しているので、半導体ウエハーのような通常では導電性のないワークに対してもその電気的性質に依存することなく使用することができ、さらに、研磨布の摩耗等の影響もほとんど受けることなく使用することができる。このため、精度の高い定寸性能を発揮することができる。

図１は、本発明が適用された両面ポリッシュ加工機１の要部を示す縦断面図である。図２は、図１のＡ−Ａから見たときの平面図である。図３は、図１の要部拡大図である。図４は、定寸動作を説明するための比較図であって、（１）が研磨開始当初、（２）が研磨終了時の要部断面である。

上定盤１１、下定盤１２、サンギア１３及びインターナルギア１４は、機台１０上に同一の軸線の周りに回転可能に支持されている。これらの上定盤１１、下定盤１２、サンギア１３及びインターナルギア１４には、それぞれ、第１駆動ギア１１ｄ、第２駆動ギア１２ｄ、第３駆動ギア１３ｄ、及び、第４駆動ギア１４ｄが回転動力を伝達する上では一体に結合されており、これらのギアには、それぞれ、第１モータＭ１、第２モータＭ２、第３モータＭ３及び第４モータＭ４からの回転動力が伝達される。ここではこの駆動装置１０２について、４つのモータの場合が示されているが、これを一つのモータとし、これから歯車装置を介して動力を分岐させて各ギアを駆動するようにすることもできる。

上定盤１１の下側の平坦な面と下定盤１２の上側の平坦な面には、不織布等できた研磨布１７が貼り付けられ、上定盤１１と下定盤１２とがその平坦な面が向かい合うように配置される。この向かい合う面の間隙には、キャリア１５が配置され、このキャリア１５は上記サンギア１３の有する外歯及び、上記インターナルギア１４の内歯と噛合する外歯を備えており、被加工物の厚さよりも薄く作られている。

上記上定盤１１と、上記第１駆動ギア１１ｄとは、適宜の位置で上方に向かって係合及び離脱できるように構成されている。上定盤１１側だけを吊り部材２１とビーム１０１に設けられた適宜のリフト手段により上方に持ち上げることができ、上定盤１１を持ち上げた際に空いた空間からキャリア１５が入れられる。このとき、上記サンギア１３の外歯と上記インターナルギア１４の内歯とに、キャリア１５の外歯を噛合させる。キャリア１５には多数のワーク保持孔が設けられており、これらの保持孔内には、平板状のワーク１６が嵌装される。上定盤１１と下定盤１２の間隙には、不図示のスラリー供給装置からスラリーが供給される。

上定盤１１には空所が設けられ、この中に渦電流センサー２２が挿入されている。渦電流センサー２２は下方を向けられており、渦電流センサー２２の検出基準位置に対する導電性材料からなるキャリア１５の表面１５１までの距離を検出する。渦電流センサー２２の取り付け位置が分かっているため、上定盤１１に対するキャリア１５の表面までの距離を検出できる。なお、この渦電流センサー自体の検出原理については特許文献２に記載されているので、ここでは説明しない。制御装置３０は、渦電流センサー２２に基づいて研磨量を監視し、予めセットされた目的研磨量だけ研磨が進行したとき駆動装置１０２を停止させる制御を行う。

研磨時には、キャリア１５を研磨布１７が貼付された下定盤１２上に置くとともに、キャリア１５の外歯をサンギア１３、インターナルギア１４に噛合させる。キャリア１５のワーク保持孔にワーク１６をセットし、上定盤１１を降下させる。スラリー供給装置から上定盤１１と下定盤１２との間隙にスラリーを供給するとともに、上定盤１１、下定盤１２、サンギア１３、インターナルギア１４を回転駆動する。キャリア１５は、サンギア１３とインターナルギア１４によって回転されるので、ワーク１６は遊星運動しながら上定盤１１、下定盤１２の研磨布１７、上定盤１１からの研磨圧及びスラリーの作用によって研磨される。以上の研磨作用はごく普通のものであって、特別の研磨ではない。

図５は本実施例の定寸装置の動作を示す流れ図である。図１から図４を参照しながら図５を用いて本実施例の両面ポリッシュ加工機１の定寸装置の動作を説明する。

定寸動作がスタートする（Ｓ００）と制御装置３０は、オペレーターに目的とする研磨量を入力するようにうながし、目的研磨量ｓｏがセットされる（Ｓ０１）。目的研磨量は、加工前のワークの厚みを測定し、その値から目標とする厚みを引くことにより算出される。目的研磨量ｓｏのセットによって、上定盤１１が降下し、駆動装置１０２、スラリー供給装置が始動（Ｓ０２）し、ポリシングが開始される。ついで、渦電流センサー２２によって、キャリア１５の表面までの距離ｄが検出される（Ｓ０３）。この検出値ｄは初期検出値ｄｏとして記憶される（Ｓ０４）。

再度、渦電流センサー２２によって、キャリア１５の表面までの距離ｄが検出され（Ｓ０５）、先の初期検出値ｄｏから現在の検出値ｄとの差が求められる。この差（ｄｏ−ｄ）はこれまで研磨された総量を示しており、研磨量現在値ｓに代入される（Ｓ０６）。

最初に入力した目的研磨量ｓｏと上記研磨量現在値ｓとが比較され（Ｓ０７）、研磨量現在値ｓが目的研磨量ｓｏに至っていない場合（ｎｏ）、再度ステップＳ０５へと還る。研磨量現在値ｓが目的研磨量ｓｏよりも小さい場合には、Ｓ０５、Ｓ０６、Ｓ０７の動作が繰り返されるため、この間研磨が進行する。そして、ついに研磨量現在値ｓが目的研磨量ｓｏと一致した場合（ｙｅｓ）、目的研磨量ｓｏの研磨が遂行されたことになる。

この点を図４を用いて説明する。図４（１）に示されるように、研磨当初の状態からスタートし、研磨が進行して、（２）の状態に移ると、研磨量に対応して上定盤１１が下に移動する。この移動によって、上定盤１１に固定されている渦電流センサー２２は同量ｓだけ下に移動する。ところが、キャリア１５は常に下定盤１２上に重力によって接しているため、渦電流センサー２２とキャリア１５の表面までの距離１５１との距離は上記量だけ接近したことになる。つまり、渦電流センサー２２とキャリア１５の表面までの距離１５１との距離の変化（ｄｏ−ｄ）は、研磨量を示すことになる。

このようにして目的研磨量だけ研磨が行われたことになり、これ以上研磨する必要がないため、駆動装置１０２、スラリー供給装置が停止（Ｓ０２）し、上定盤１１が上昇し、ポリシングが終了する。その後次のワークをセットする。

実施例に示されるように、この両面ポリッシュ加工機の定寸方法及び定寸装置によれば、上定盤からキャリアの表面までの距離を測定しており、しかも加工当初の測定値（検出値）から現在の表面までの距離との差がワークの研磨量に対応するものとして加工量を検出しているので、半導体ウエハーのような通常では導電性のないワークに対してもその電気的性質に依存することなく使用することができ、さらに、研磨布の摩耗等の影響もほとんど受けることなく使用することができる。このため、精度の高い定寸性能を発揮することができる。

図１は、本発明が適用された両面ポリッシュ加工機１の要部を示す縦断面図である。 図２は、図１のＡ−Ａから見たときの平面図である。 図３は、図１の要部拡大図である。 図４は、定寸動作を説明するための比較図であって、（１）が研磨開始当初、（２）が研磨終了時の要部断面である。 図５は定寸装置の動作を示す流れ図である。

符号の説明

１ 両面ポリッシュ加工機
１０ 機台
１０１ ビーム
１０２ 駆動装置
１１ 上定盤
１１ｄ 第１駆動ギア
１２ 下定盤
１２ｄ 第２駆動ギア
１３ サンギア
１３ｄ 第３駆動ギア
１４ インターナルギア
１４ｄ 第４駆動ギア
１５ キャリア
１５１ キャリアの表面、表面位置
１６ ワーク
１７ 研磨布
２１ 吊り部材
２２ 渦電流センサー
３０ 制御装置
Ｍ１ 第１モータ
Ｍ２ 第２モータ
Ｍ３ 第３モータ
Ｍ４ 第４モータ

Claims (2)

1. 機台、
   上記機台に回転可能に支持され、上面に研磨布が貼り付けられた下定盤、
   上記機台に回転可能に支持され、外歯を備えたサンギア、
   上記機台に回転可能に支持され、内歯を備えたインターナルギア、
   上記サンギアの外歯と上記インターナルギアの内歯とに噛合するための外歯、及び、ワークを納めるためのワーク嵌挿孔を備えるとともに、上記下定盤上に載置される導電性材料からなるキャリア、
   下面に研磨布が貼り付けられており、上記下定盤および上記キャリアの上部にあって、上記ワーク保持孔に納められたワークに対して、研磨圧を加えると共に、回転可能な上定盤、
   上記下定盤、上記サンギア、上記インターナルギア、及び、上記上定盤を同一軸線上で回転駆動するため、単一あるいはそれぞれのための複数の駆動源を備えた駆動装置、
   上記ワークと上記下定盤との研磨部、及び、上記ワークと上記上定盤とも研磨部にスラリーを供給するためのスラリー供給装置、及び、
   上記上定盤に形成された空所内に設けられており、上記キャリアの上表面までの距離を検出するための渦電流センサー
   を備えた両面ポリッシュ加工機において、
   上記渦電流センサーによって検出されたキャリアの上表面までの距離の検出値が、加工当初のものから、加工の進行によって減少し、この減少量が予め定められた値になったとき、上記ワークの研磨量がこの減少量に対応するものとして加工を停止すること
   を特徴とする両面ポリッシュ加工機の定寸方法。
2. 機台、
   上記機台に回転可能に支持され、上面に研磨布が貼り付けられた下定盤、
   上記機台に回転可能に支持され、外歯を備えたサンギア、
   上記機台に回転可能に支持され、内歯を備えたインターナルギア、
   上記サンギアの外歯と上記インターナルギアの内歯とに噛合するための外歯、及び、ワークを納めるためのワーク保持孔を備えるとともに、上記下定盤上に載置される導電性材料からなるキャリア、
   下面に研磨布が貼り付けられており、上記下定盤および上記キャリアの上部にあって、上記ワーク保持孔に納められたワークに対して、研磨圧を加えると共に、回転可能な上定盤、
   上記下定盤、上記サンギア、上記インターナルギア、及び、上記上定盤を同一軸線上で回転駆動するため、単一あるいはそれぞれのための複数の駆動源を備えた駆動装置、
   上記ワークと上記下定盤との研磨部、及び、上記ワークと上記上定盤との研磨部にスラリーを供給するためのスラリー供給装置、
   上記上定盤に形成された空所内に設けられており、上記キャリアの上表面までの距離を検出するための渦電流センサー、
   加工当初における上記渦電流センサーによって検出されたキャリアの上表面までの距離の検出値を記憶するための初期値記憶装置、
   上記初期値記憶装置に記憶されているキャリアの初期表面までの距離と現在のキャリア表面までの距離とを逐次比較するための比較装置、及び、
   上記比較装置における比較によって得られた差が予め定められた値となったとき、上記ワークの研磨量がこの差に対応するものとして加工を停止する制御装置
   を備えたことを特徴とする両面ポリッシュ加工機の定寸装置。

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