JP2010120130A

JP2010120130A - 研磨装置、研磨方法および研磨用制御プログラム

Info

Publication number: JP2010120130A
Application number: JP2008297129A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Takada; 暢行高田
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2008-11-20
Filing date: 2008-11-20
Publication date: 2010-06-03

Abstract

【課題】研磨効率を維持しつつワークを研磨しながら同時に加工状態を検出することができるようにする。
【解決手段】研磨面５１ａをワークＷの被研磨面Ｗｂに回転接触させた状態で、研磨面５１ａが被研磨面Ｗｂの全面を覆う位置と被研磨面Ｗｂの一部が露出する位置との間で研磨パッド５１を保持手段７に対して保持面７１に平行な方向に往復移動させるとともに、被研磨面Ｗｂの一部が露出した位置で被研磨面Ｗｂの加工状態を測定手段１８により測定させるようにした。
【選択図】図６

Description

本発明は、半導体ウエーハ等のワークを研磨する研磨装置、研磨方法および研磨用制御プログラムに関するものである。

ＩＣ，ＬＳＩ等のデバイスが複数形成されたウエーハは、研削装置によって裏面が研削されて所定の厚さに形成され、その後ダイシング装置等の分割装置によって個々のデバイスに分割されて携帯電話、パソコン等の電子機器に利用される。

電子機器の軽量化、小型化を可能にするために、ウエーハの厚みが１００μｍ以下、あるいは５０μｍ以下になるように研削されるが、研削によってウエーハの裏面には研削歪層が残存し、それに起因してデバイスの抗折強度が著しく低下するという問題がある。そこで、このようなウエーハの裏面から研削歪層を除去する研磨装置が提案されている。

このような半導体ウエーハの裏面を平坦化する方法としては、化学的機械的研磨（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇまたはＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ、以下では、適宜“ＣＭＰ”と称す）技術が広く用いられている。

ＣＭＰ装置でワークを研磨する場合、通常は、研磨パッドの研磨面をワークの表面を全面的に覆うように接触させて研磨するようにしている。この場合、研磨パッドは、ワークに接触する研磨面にスラリーと呼ばれる研磨液をワークに供給するための供給口を有し、スラリーをワーク全体に効率よく行渡らせるために供給口に連通する格子状の溝が研磨面全体に形成されていることがある。

また、ワークの研磨面の一部が露出した状態で研磨を遂行し、ワークの露出部の表面状態を検出する状態検出センサを配設し、ワークを研磨している際に表面状態を検出するようにした提案例もある（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−９９２６５号公報

しかしながら、前者のように、研磨パッドの研磨面をワークの表面を全面的に覆うように接触させて研磨する研磨方式では、研磨レートが高く研磨効率はよいものの、研磨中のワークが研磨パッドに覆われているために厚みなどのワークの加工状態を研磨しながら同時に検出することができないという不具合がある。

一方、特許文献１に示される後者の研磨方式では、ワークの一部が露出した状態で研磨を遂行するようにしているので、ワークを研磨しながら同時に表面状態を検出することができるものの、露出部分の研磨処理が進まないため、研磨レートが下がって研磨効率が低下してしまうという不具合がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、研磨効率を維持しつつワークを研磨しながら同時に加工状態を検出することができる研磨装置、研磨方法および研磨用制御プログラムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる研磨装置は、ワークを保持する保持面を有する保持手段と、前記保持面に保持された前記ワークを研磨する研磨工具を回転自在に保持する研磨手段と、該研磨手段を前記保持面に対して垂直な方向に移動させる垂直移動手段とを有する研磨装置であって、前記研磨工具は、前記ワークよりも大きな面積に形成されて前記ワークの被研磨面に接触する研磨面と、該研磨面に研磨液を供給する連通路と、該連通路に連通させて前記研磨面に形成された溝とを有し、前記研磨工具と前記保持手段とを前記保持面に平行な方向に相対的に移動させる平行移動手段と、前記保持面に保持された前記ワークの前記被研磨面の加工状態を測定する測定手段と、前記研磨面を前記ワークの前記被研磨面に回転接触させた状態で、前記平行移動手段を駆動させて前記研磨面が前記被研磨面の全面を覆う位置と前記被研磨面の一部が露出する位置との間で前記研磨工具と前記保持手段とを相対的に移動させるとともに、前記被研磨面の一部が露出した位置で前記被研磨面の加工状態を前記測定手段により測定させるように制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明にかかる研磨装置は、上記発明において、前記測定手段は、前記平行移動手段によって前記研磨工具と一体に移動して前記被研磨面の一部が露出した位置に位置付けられることを特徴とする。

また、本発明にかかる研磨装置は、上記発明において、前記平行移動手段は、前記研磨工具を前記保持手段に対して直線的に往復移動させることを特徴とする。

また、本発明にかかる研磨装置は、上記発明において、前記測定手段は、計測光を前記ワークの前記被研磨面に照射する照射部を含み、該照射部と前記被研磨面との間の空間は液体で満たされていることを特徴とする。

また、本発明にかかる研磨装置は、被研磨面を露出させてワークを保持する保持面を有する回転可能な保持手段と、前記保持面に保持された前記ワークの前記被研磨面を研磨する研磨パッドと該研磨パッドを回転自在に支持する支持部とを有し、前記研磨パッドが、前記ワークよりも大きな面積に形成されて前記被研磨面に接触する研磨面と、該研磨面の中心に開口してスラリー供給源に連通するスラリー供給口と、該スラリー供給口に連通させて前記研磨面全体に広がるように形成された格子状の溝とを有する研磨手段と、前記研磨手段を前記保持面に対して垂直な方向に移動させる垂直移動手段と、前記研磨手段を前記保持面に対して平行な方向に直線的に往復移動させる平行移動手段と、前記被研磨面に向けて計測光を照射する照射部と、前記被研磨面で反射した前記計測光を受光する受光部と、前記被研磨面と前記照射部および前記受光部との間の空間に水を供給して該空間を水で満たす水供給部とを有して前記研磨手段と一体に設けられ、前記保持面に保持された前記ワークの前記被研磨面の加工状態を測定する測定手段と、前記研磨面を前記ワークの前記被研磨面に回転接触させた状態で、前記平行移動手段を駆動させて前記研磨面が前記被研磨面の全面を覆う位置と前記被研磨面の一部が露出する位置との間で前記研磨パッドを前記被研磨面に対して直線的に往復移動させるとともに、前記被研磨面の一部が露出した位置で前記被研磨面の加工状態を前記測定手段により測定させるように制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明にかかる研磨方法は、被研磨面を露出させてワークを保持する保持面を有する保持手段と、前記保持面に保持された前記ワークを研磨する研磨面を有する研磨工具を回転自在に保持する研磨手段と、該研磨手段を前記保持面に対して垂直な方向に移動させる垂直移動手段と、前記研磨工具と前記保持手段とを前記保持面に平行な方向に相対的に移動させる平行移動手段と、前記保持面に保持された前記ワークの前記被研磨面の加工状態を測定する測定手段と、を有する研磨装置を用い、前記保持面に保持された前記ワークに対する研磨開始に際して前記垂直移動手段を駆動させて前記研磨工具の前記研磨面を前記被研磨面に接触させる接触工程と、研磨液供給源を駆動させて前記研磨面と前記被研磨面との間に研磨液を供給させる研磨液供給工程と、前記研磨面を前記被研磨面に回転接触させた状態で、前記平行移動手段を駆動させて前記研磨面が前記被研磨面の全面を覆う位置と前記被研磨面の一部が露出する位置との間で前記研磨工具と前記保持手段とを相対的に移動させる研磨工程と、該研磨工程中において前記被研磨面の一部が露出した位置で前記被研磨面の加工状態を測定手段により測定する測定工程と、該測定工程の測定結果による研磨終了後に前記垂直移動手段を駆動させて前記研磨面を前記被研磨面から離反させる離反工程と、を含み、前記研磨工程と前記測定工程とを複数回繰り返すことを特徴とする。

また、本発明にかかる研磨用制御プログラムは、被研磨面を露出させてワークを保持する保持面を有する保持手段と、前記保持面に保持された前記ワークを研磨する研磨面を有する研磨工具を回転自在に保持する研磨手段と、該研磨手段を前記保持面に対して垂直な方向に移動させる垂直移動手段と、前記研磨工具と前記保持手段とを前記保持面に平行な方向に相対的に移動させる平行移動手段と、前記保持面に保持された前記ワークの前記被研磨面の加工状態を測定する測定手段と、を有する研磨装置が備えるコンピュータに、前記保持面に保持された前記ワークに対する研磨開始に際して前記垂直移動手段を駆動させて前記研磨工具の前記研磨面を前記被研磨面に接触させる接触手順と、研磨液供給源を駆動させて前記研磨面と前記被研磨面との間に研磨液を供給する研磨液供給手順と、前記研磨面を前記被研磨面に回転接触させた状態で、前記平行移動手段を駆動させて前記研磨面が前記被研磨面の全面を覆う位置と前記被研磨面の一部が露出する位置との間で前記研磨工具と前記保持手段とを相対的に移動させる研磨手順と、該研磨手順の実行中において前記被研磨面の一部が露出した位置で前記被研磨面の加工状態を前記測定手段により測定させる測定手順と、該測定手順の測定結果による研磨終了後に前記垂直移動手段を駆動させて前記研磨面を前記被研磨面から離反させる離反手順と、を実行させ、前記研磨手順と前記測定手順とを複数回繰り返し実行させることを特徴とする。

本発明によれば、研磨面をワークの被研磨面に回転接触させた状態で、研磨面が被研磨面の全面を覆う位置と被研磨面の一部が露出する位置との間で研磨工具と保持手段とを相対的に移動させるとともに、被研磨面の一部が露出した位置で被研磨面の加工状態を測定手段により測定させるようにしたので、研磨面が被研磨面の全面を覆う位置で研磨加工を行わせることで、研磨レートが高いため研磨効率を維持することができ、また、研磨中であっても加工状態の測定を要する場合には被研磨面の一部が露出する位置に移動させて研磨加工を継続させることで、ワークを研磨しながら同時に加工状態を検出することができるという効果を奏する。

以下、本発明を実施するための最良の形態である研磨装置、研磨方法および研磨用制御プログラムについて図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態にかかる研磨装置を含む加工装置の構成例を示す斜視図であり、図２は、研磨手段周りの構成を拡大して示す斜視図であり、図３は、研磨手段周りの構成を示す概略側面図であり、図４は、研磨パッドの研磨面の構成を示す平面図である。

本実施の形態の研磨装置を含む加工装置１は、半導体ウエーハ等の円盤状のワークＷの裏面を薄型化のために研削加工するとともに、研削加工されたワークＷの研削面である被研磨面を高精度に平坦化するために研磨加工するものである。本実施の形態の加工装置１は、例えば、ハウジング２と、第１の研削手段３と、第２の研削手段４と、研磨手段５と、ターンテーブル６上に設置された例えば４つの保持手段７と、カセット８，９と、位置合わせ手段１０と、搬入手段１１と、搬出手段１２と、洗浄手段１３と、搬出入手段１４と、制御手段１５とを備えている。

第１の研削手段３は、保持手段７に保持されたワークＷの裏面を粗研削加工するためのものである。同様に、第２の研削手段４は、保持手段７に保持された粗研削済みのワークＷの裏面を仕上げ研削加工するためのものである。

ターンテーブル６は、ハウジング２の上面に設けられた円盤状のテーブルであり、水平面内で回転可能に設けられ、適宜タイミングで回転駆動される。このターンテーブル６上には、例えば４つの保持手段７が、例えば９０度の位相角で等間隔に配設されている。これら保持手段７は、上面に真空チャックを備えたチャックテーブル構造のものであり、保持面７１に載置されたワークＷを真空吸着して保持する。これら保持手段７は、研削加工時及び研磨加工時には、回転駆動機構によって水平面内で回転駆動される。このような保持手段７は、ターンテーブル６の回転によって、搬入搬出位置Ａ、粗研削位置Ｂ、仕上げ研削位置Ｃ、研磨位置Ｄ、搬入搬出位置Ａに順次移動される。

なお、ワークＷは、特に限定はされないが、例えばシリコンウエーハやＧａＡｓ等の半導体ウエーハや、セラミック、ガラス、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）系の無機材料基板や、板状金属や樹脂の延性材料、さらには、ミクロンオーダからサブミクロンオーダの平坦度（ＴＴＶ：ＴｏｔａｌＴｈｉｃｋｎｅｓｓＶａｒｉａｔｉｏｎ：ウエーハ被研削面を基準面として厚み方向に測定した高さのウエーハ全面における最大値と最小値の差）が要求される各種加工材料が挙げられる。

カセット８，９は、複数のスロットを有するワークＷ用の収容器である。一方のカセット８は、研削加工前のワークＷを収容し、他方のカセット９は、研磨加工後のワークＷを収容する。また、位置合わせ手段１０は、カセット８から取り出されたワークＷが仮置きされて、その中心位置合わせを行うためのテーブルである。

また、搬入手段１１は、吸着パッドを有して水平面内で回転駆動される搬送アームからなり、位置合わせ手段１０で位置合わせされた研削加工前のワークＷを吸着保持して搬入搬出位置Ａに位置する保持手段７上に搬入する。搬出手段１２は、吸着パッドを有して水平面内で回転駆動される搬送アームからなり、搬入搬出位置Ａに位置する保持手段７上に保持された研磨加工後のワークＷを吸着保持して洗浄手段１３に搬出する。

また、搬出入手段１４は、例えばＵ字型ハンド１４ａを備えるロボットピックであり、Ｕ字型ハンド１４ａによってワークＷを吸着保持して搬送する。具体的には、搬出入手段１４は、研削加工前のワークＷをカセット８から位置合わせ手段１０へ搬出するとともに、研磨加工後のワークＷを洗浄手段１３からカセット９へ搬入する。洗浄手段１３は、研磨加工後のワークＷを洗浄し、研削及び研磨された加工面に付着している研削屑や研磨屑等のコンタミネーションを除去する。

また、研磨手段５は、研磨位置Ｄの保持手段７の保持面７１に保持されたワークＷの被研磨面Ｗｂを研磨するためのものであり、研磨パッド５１と、支持部５２と、ハウジング５３と、駆動モータ５４とを備える。研磨パッド５１は、研磨工具として設けられたもので、研磨位置Ｄにて保持面７１に対向するように配設されている。また、支持部５２は、研磨パッド５１を回転自在に支持するものであり、ハウジング５３は、この支持部５２を覆う円筒状部材である。駆動モータ５４は、研磨パッド５１を高速回転させるための駆動源である。

ここで、研磨パッド５１は、円盤状に形成されたものであり、研磨位置Ｄの保持手段７の保持面７１上に保持されたワークＷの被研磨面Ｗｂに接触してこの被研磨面Ｗｂを研磨する下面は、研磨面５１ａとされている。この研磨面５１ａは、研磨対象となるワークＷよりも大きな円形形状に形成されている。また、研磨パッド５１は、ＣＭＰ方式のものであり、研磨面５１ａの中心に開口して研磨液であるスラリーを供給する研磨液供給源としてのスラリー供給源５５（図３参照）に連通する連通路としてのスラリー供給口５１ｂを備える。さらに、研磨パッド５１の研磨面５１ａには溝５１ｃが形成されている。この溝５１ｃは、図４に示すように、中央のスラリー供給口５１ｂに連通させて研磨面５１ａ全体に広がるように格子状に形成されている。

また、本実施の形態の加工装置１は、研磨手段５に対して垂直移動手段１６と平行移動手段１７と測定手段１８とを備える。まず、垂直移動手段１６は、研磨パッド５１等を有する研磨手段５を保持面７１に対して垂直な方向（Ｚ方向）に移動させることで、研磨パッド５１の研磨面５１ａをワークＷの被研磨面Ｗｂに押圧接触させたり、研磨パッド５１の研磨面５１ａをワークＷの被研磨面Ｗｂから離反させるためのものである。この垂直移動手段１６は、垂直に設けられた基台１６１と、この基台１６１に支持されて垂直方向に配設されたボールねじ１６２と、ボールねじ１６２の上端に連結されたパルスモータ１６３と、基台１６１上にボールねじ１６２と平行に配設された垂直方向のガイドレール部材１６４と、図示しない内部のナットがボールねじ１６２と螺合するとともにガイドレール部材１６４に対する摺動部を有して垂直方向に移動自在で研磨手段５を支持する昇降ブロック１６５とからなる。これにより、パルスモータ１６３が駆動されてボールねじ１６２が正逆両方向に回転することにより、昇降ブロック１６５がガイドレール部材１６４にガイドされて昇降し、研磨手段５および測定手段１８も昇降する構成となっている。

平行移動手段１７は、研磨パッド５１等を有する研磨手段５を研磨位置Ｄの保持手段７の保持面７１に対して平行な方向（Ｘ方向）に直線的に往復移動させるためのものである。具体的には、研磨パッド５１の研磨面５１ａがワークＷの被研磨面Ｗｂの全面を覆う位置と被研磨面Ｗｂの一部が露出する位置との間で研磨手段５（研磨パッド５１）を被研磨面Ｗｂに対して平行な方向（Ｘ方向）に直線的に往復移動させるために用いられる。この平行移動手段１７は、ハウジング２の一部に垂直に設けられた支持ブロック１７１と、この支持ブロック１７１に支持されて水平方向（Ｘ方向）に配設されたボールねじ１７２と、ボールねじ１７２の一端に連結されたパルスモータ１７３と、支持ブロック１７１上にボールねじ１７２と平行に配設された水平方向のガイドレール１７４と、基台１６１に形成されてボールねじ１７２が螺合する図示しない内部のナットと、基台１６１に形成されてガイドレール１７４に沿って移動する摺動部１６１ａとからなる。これにより、パルスモータ１７３が駆動されてボールねじ１７２が正逆両方向に回転することにより、基台１６１がガイドレール１７４にガイドされて水平方向に移動し、研磨手段５、垂直移動手段１６および測定手段１８も、水平方向に往復移動する構成となっている。

また、測定手段１８は、研磨位置Ｄの保持手段７の保持面７１に保持されたワークＷの被研磨面Ｗｂの加工状態として、例えば被研磨面Ｗｂの研磨量を測定するためのものであり、研磨手段５と一体に設けられている。より具体的には、この測定手段１８は、図１等に示すように、平行移動手段１７による研磨手段５の移動方向であるＸ方向の一側に位置させて、保持面７１側に対向可能となるように研磨手段５と一体に設けられている。図５は、測定手段１８の構成を示す縦断側面図である。測定手段１８は、まず、計測光の処理を行なう第１室１８１と、計測光の反射位置を覆うとともに下部が開口し水１８２が満たされる第２室１８３と、第１室１８１と第２室１８３とを仕切る仕切り壁１８４とを備える。仕切り壁１８４は、計測光を通す部分に位置させて透明な発光側レンズ１８４ａと受光側レンズ１８４ｂとを備えている。

また、測定手段１８は、第１室１８１内に位置させて、照射部１８５と受光部１８６とを備えている。照射部１８５は、照射点１８５ａから被研磨面Ｗｂに向けてレーザ光等の計測光１８７ａを照射するための光源部である。受光部１８６は、照射部１８５から照射されて被研磨面Ｗｂで反射した計測光１８７ｂを受光面１８６ａで受光してその受光点の位置を認識するとともに認識された受光点の位置から計測光１８７ａのワークＷにおける反射点の厚さ方向（Ｚ方向）の位置を算出させるためのスケール素子である。この受光部１８６は、例えばリニアスケール、ラインセンサ等からなる。なお、受光面１８６ａは、照射点１８５ａとほぼ同一高さ位置となるように配置されている。

ここで、照射部１８５から照射される計測光１８７ａの光軸は、ワークＷの被研磨面Ｗｂに対して垂直な方向から若干傾斜し、既知の入射角αをなすように設定されている。したがって、被研磨面Ｗｂで反射される計測光１８７ｂも逆方向に反射角αだけ傾斜して受光部１８６の受光面１８６ａに到達するように設定されている。なお、計測光１８７ａ，１８７ｂのなす角度２αは、三角関数の近似式を適用可能な程度に小さい角度となるように設定されている。ワークＷに対する計測光１８７ａの照射およびその反射された計測光１８７ｂの受光は、いずれもレンズ１８４ａ，１８４ｂを介して行われる。

さらに、測定手段１８の第２室１８３は、側壁１８３ａによって覆われ下部側が開口した筒状に形成されることで、被研磨面Ｗｂに近接対向する位置に位置付けられた場合に、被研磨面Ｗｂと照射部１８５および受光部１８６との間に略閉塞された空間を形成するように構成されている。このような第２室１８３が形成する空間には、水源１８８から水１８２を供給して水１８２で満たすための水供給部１８３ｂが形成されている。

ここで、本実施の形態の測定手段１８による被研磨面Ｗｂの研磨量の測定方法について図５を参照して説明する。図５は、実線で示す研磨加工前のワークＷの被研磨面Ｗｂが、一点鎖線で示す被研磨面Ｗｂ´の位置まで研磨された場合を誇張して示している。この場合、研磨加工前に照射部１８５の照射点１８５ａから計測光１８７ａを入射角αでワークＷに向けて照射し、研磨加工前のワークＷの被研磨面Ｗｂの反射点位置から反射角αで反射された計測光１８７ｂを受光部１８６の受光面１８６ａにおいて受光する。そして、そのときの受光部１８６の受光点での読み取り値（照射部１８５の照射点１８５ａの位置を基準とする；以下同様）Ｌ１に基づく演算処理により、ワークＷの被研磨面Ｗｂの反射点の厚さ方向（Ｚ方向）の位置情報（照射部１８５の照射点１８５ａの位置を基準とする；以下同様）を第１の表面位置情報Ｚ１として取得する。

一方、被研磨面Ｗｂ´については、計測時に照射部１８５から計測光１８７ａを入射角αでワークＷに向けて照射し、研磨されたワークＷの被研磨面Ｗｂ´の反射点位置から反射角αで反射された計測光１８７ｃを受光部１８６の受光面１８６ａにおいて受光する。そして、そのときの受光部１８６の受光点での読み取り値Ｌ２に基づく演算処理により、ワークＷの被研磨面Ｗｂ´の反射点の厚さ方向の位置情報を第２の表面位置情報Ｚ２として取得する。

よって、ワークＷの研磨量ｈは、
ｈ＝Ｚ１−Ｚ２
により算出することができる（なお、図５では、上述のように研磨量ｈを誇張して示している）。これにより、研磨量ｈを、ワークＷに対して非接触で測定することができる。この際、被研磨面Ｗｂ上には水１８２が供給されて満たされており、レーザ光を用いた計測光１８７は、水中を直進するため、測定を正確に行うことができる。

なお、計測光１８７ａの反射点の厚さ方向の位置情報をＺｉとし、反射点で反射された各計測光１８７ｂ，１８７ｃの受光部１８６における受光点での読み取り値をＬｉとすると、上述の照射点と反射点と受光点とを結ぶ三角形を用いた三角関数の近似式により、
（Ｚｉ／cosα）＝（Ｌｉ／sin２α）
なる関係が成立する。よって、Ｚｉは、
Ｚｉ＝Ｌｉ／２sinα
によって求めることができる。したがって、既知の角度αを用いることにより、Ｌｉ＝Ｌ１の場合にはＺ１＝Ｌ１／２sinα，Ｌｉ＝Ｌ２の場合にはＺ２＝Ｌ２／２sinαとして求められる。

また、制御手段１５は、コンピュータによって構成されて加工装置１の各部を制御するものである。この制御手段１５は、特に図示しないが、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）や、研削制御用プログラムや研磨制御用プログラム等を格納するＲＯＭや、各種データや演算結果等を格納する読み書き可能なＲＡＭなどを備えている。本実施の形態の制御手段１５中のＣＰＵは、研磨制御用プログラムに従い実行される接触手順、研磨液供給手順、研磨手順、測定手順、離反手順等の機能を備えている。

以下、本実施の形態の加工装置１において、研磨制御用プログラムに従い制御手段１５の制御の下に実行されるワークＷに対する研磨処理について図６および図７を参照して説明する。図６は、研磨加工中の研磨手段５周りの構成を示す概略側面図であり、図７は、研磨制御用プログラムに従う研磨動作の制御例を示す概略フローチャートである。

研磨処理の開始が指示されると、制御手段１５は、仕上げ研削位置Ｃに位置して仕上げ研削済みのワークＷを被研磨面Ｗｂが上向きで露出する状態で真空吸着している保持手段７をターンテーブル６の回転により研磨位置Ｄに移動させることで、研磨パッド５１の直下に位置付ける（ステップＳ１）。

ついで、制御手段１５は、駆動モータ５４を駆動させて研磨パッド５１を所定の速度で高速回転させるとともに、垂直移動手段１６のパルスモータ１６３を駆動させて研磨手段５全体を下降させることで、研磨パッド５１の研磨面５１ａをワークＷの被研磨面Ｗｂに接触させる（ステップＳ２；接触工程、接触手順）。この際、図６（ｂ）に示すように、研磨パッド５１を、被研磨面Ｗｂの一部が露出する位置でこの被研磨面Ｗｂに接触させる。制御手段１５は、この処理に並行して、スラリー供給源５５を駆動させることで、スラリー供給口５１ｂ、格子状の溝５１ｃを介して、研磨面５１ａと被研磨面Ｗｂとの間にスラリーを供給する（ステップＳ３；研磨液供給工程、研磨液供給手順）。

また、制御手段１５は、このような研磨加工開始の状態で、図６（ｂ）に示すように、被研磨面Ｗｂの露出した位置に位置付けられている測定手段１８を動作させて、照射部１８５から計測光１８７ａを照射させ、被研磨面Ｗｂから反射される計測光１８７ｂを受光部１８６に受光させる。この動作により、研磨加工前の初期の加工状態の検知として、ワークＷの被研磨面Ｗｂの位置を第１の表面位置情報Ｚ１として測定する（ステップＳ４；測定工程、測定手順）。

初期の加工状態の検知後、制御手段１５は、研磨面５１ａをワークＷの被研磨面Ｗｂに回転接触させた状態で、平行移動手段１７のパルスモータ１７３を駆動させて、図６（ｂ）に示す被研磨面Ｗｂの一部が露出する位置から、図６（ａ）に示す研磨面５１ａが被研磨面Ｗｂの全面を覆う位置まで、研磨パッド５１を被研磨面Ｗｂに対して直線的に移動させながら研磨加工を行わせる（ステップＳ５；研磨工程、研磨手順）。さらに、制御手段１５は、研磨面５１ａをワークＷの被研磨面Ｗｂに回転接触させた状態で、平行移動手段１７のパルスモータ１７３を正逆転駆動させて、ワークＷよりも大きな面積で形成された研磨面５１ａが被研磨面Ｗｂの全面を覆う範囲内で、研磨パッド５１を被研磨面Ｗｂに対して直線往復移動させながら研磨加工を継続させる（ステップＳ６；研磨工程、研磨手順）。このステップＳ７の往復移動処理は、加工状態検知タイミングとなる予め設定された所定回数に達するまで（ステップＳ７；Ｎｏ）、繰り返して実行される。

そして、制御手段１５は、加工状態検知タイミングに達すると（ステップＳ７；Ｙｅｓ）、研磨面５１ａをワークＷの被研磨面Ｗｂに回転接触させた状態で、平行移動手段１７のパルスモータ１７３を駆動させて、図６（ａ）に示す研磨面５１ａが被研磨面Ｗｂの全面を覆う位置から、図６（ｂ）に示す被研磨面Ｗｂの一部が露出する位置まで、研磨パッド５１を被研磨面Ｗｂに対して直線的に移動させながら研磨加工を継続させる（ステップＳ８；研磨工程、研磨手順）。

また、制御手段１５は、このような加工状態検知タイミングで、図６（ｂ）に示すように、被研磨面Ｗｂの露出した位置に位置付けられた測定手段１８を動作させて、照射部１８５から計測光１８７ａを照射させ、被研磨面Ｗｂから反射される計測光１８７ｂを受光部１８６に受光させる。この動作により、研磨加工状態の検知として、ワークＷの被研磨面Ｗｂ´の位置を第２の表面位置情報Ｚ２として測定する（ステップＳ９；測定工程、測定手順）。

そして、制御手段１５は、測定された第１，第２の表面位置情報Ｚ１，Ｚ２に基づき研磨量ｈ＝Ｚ１−Ｚ２を算出し、予めＲＡＭ等に格納されている目標とする研磨量に一致するか否かにより、所望の加工状態に達したか否かを判定する（ステップＳ１０）。所望の加工状態に達していなければ（ステップＳ１０；Ｎｏ）、ステップＳ５以降の処理を繰り返す。

所望の加工状態に達した場合には（ステップＳ１０；Ｙｅｓ）、制御手段１５は、垂直移動手段１６のパルスモータ１６３を駆動させて研磨手段５全体を上昇させることで、研磨パッド５１の研磨面５１ａをワークＷの被研磨面Ｗｂから離反させる（ステップＳ１１；離反工程、離反手順）。この際、制御手段１５は、駆動モータ５４を停止させて研磨パッド５１の回転を停止させるとともに、スラリー供給源５５を停止させてスラリーの供給も停止させる。そして、制御手段１５は、ターンテーブル６の回転に伴い研磨加工済みのワークＷを保持した保持手段７を研磨位置Ｄから搬入搬出位置Ａまで移動させ、真空吸着を解除して研磨加工済みのワークＷを搬出手段１２により保持面７１から外し、洗浄手段１３により洗浄を経て、搬出入手段１４によりカセット９内に排出させる（ステップＳ１２）。この後、仕上げ研削位置Ｃの保持手段７に次の仕上げ研削済みのワークＷがあるか
否かを判定し（ステップＳ１３）、あれば（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、ステップＳ１以降の処理を繰り返し、なければ（ステップＳ１３；Ｎｏ）、一連の研磨処理を終了する。

このように本実施の形態によれば、研磨面５１ａをワークＷの被研磨面Ｗｂに回転接触させた状態で、研磨面５１ａが被研磨面Ｗｂの全面を覆う位置と被研磨面Ｗｂの一部が露出する位置との間で研磨パッド５１を保持手段７に対して保持面７１に平行な方向に直線的に往復移動させるとともに、被研磨面Ｗｂの一部が露出した位置で被研磨面Ｗｂの加工状態、例えば研磨量を測定手段１８により測定させるようにしたものである。よって、研磨面５１ａが被研磨面Ｗｂの全面を覆う位置で研磨加工を行わせることで、研磨レートが高いため研磨効率を維持することができ、また、研磨中であっても加工状態の測定を要する場合には被研磨面Ｗｂの一部が露出する位置に移動させて研磨加工を継続させることで、ワークＷを研磨しながら同時に加工状態を検出することができる。

また、スラリー供給を伴う研磨加工中には、研磨パッド５１を保持面７１に平行な方向に直線往復移動させるので、スラリーをワークＷの被研磨面Ｗｂの全面に十分かつ効率よく供給させることができ、ＣＭＰ方式の研磨加工を良好に行わせることができる。

また、平行移動手段１７を駆動させることで、研磨面５１ａが被研磨面Ｗｂの全面を覆う位置と被研磨面Ｗｂの一部が露出する位置との間で研磨パッド５１を保持手段７に対して保持面７１に平行な方向に直線的に往復移動させて研磨加工を行わせるので、研磨パッド５１が研磨面５１ａ全体に格子状の溝５１ｃを有していても、研磨パッド５１とワークＷとの接触位置がランダムとなり、研磨パッド５１の研磨面５１ａの形状（溝５１ｃの型）がワークＷの被研磨面Ｗｂ側に転写するようなことはなく、均一性のよい研磨結果を得ることができる。また、研磨パッド５１の研磨面５１ａ自体に不均一さがあったとしても、回転接触させた状態で直線的に往復移動させる研磨加工により、研磨面５１ａの不均一さに由来する研磨の不均一さの影響を分散させることができる。特に、本実施の形態では、被研磨面Ｗｂの一部を露出させるのは加工状態の検知タイミングだけの最小限とし、研磨面５１ａが被研磨面Ｗｂを全面的に覆う位置での研磨加工状態を長くし、かつ、研磨面５１ａが被研磨面Ｗｂを全面的に覆う範囲内でも直線的に往復移動させて研磨加工を行わせるので、研磨効率をより一層向上させ得るとともに、溝５１ｃの型の転写や研磨の不均一さのない良好なる研磨を行わせることができる。

本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変形が可能である。例えば、本実施の形態では、研磨面５１ａが被研磨面Ｗｂを全面的に覆う位置でも被研磨面Ｗｂを全面的に覆う範囲内で研磨パッド５１を直線的に往復移動させて研磨加工を行わせるようにしたが、研磨面５１ａが被研磨面Ｗｂを全面的に覆う位置では研磨パッド５１を位置固定させて研磨加工を行わせるようにしてもよい。この場合の加工状態検知タイミングは、例えば予め設定された時間により管理するようにしてもよい。

また、本実施の形態では、研磨面５１ａが被研磨面Ｗｂを全面的に覆う位置での研磨加工状態を長く設定したが、毎回、研磨面５１ａが被研磨面Ｗｂを全面的に覆う位置と被研磨面Ｗｂの一部が露出する位置との間で研磨パッド５１を直線的に往復移動させて研磨加工を行わせるとともに、毎回、測定手段１８で被研磨面Ｗｂの加工状態を測定させるようにしてもよい。

また、本実施の形態では、被研磨面Ｗｂの加工状態として研磨量ｈの測定を行わせるようにしたが、ワークＷの厚み測定であってもよい。この場合、ワークＷを載置させる前の保持面７１の表面位置情報と研磨加工される被研磨面Ｗｂの表面位置情報とを測定手段１８によって測定し、両者の差を求めるようにすればよい。さらには、ワークＷの研磨量や厚みに限らず、例えば被研磨面Ｗｂにおけるスクラッチの有無を対象として加工状態を測定させるようにしてもよい。

また、本実施の形態では、非接触の測定手段１８として光学式のものを用いるようにしたが、このような方式に限らず、例えば送波部から超音波を被研磨面Ｗｂに向けて送波し被研磨面Ｗｂで反射された超音波の反射波を受波部で受波することで、ワークＷの研磨量や厚みを測定するものであってもよい。

さらに、本実施の形態では、研磨装置として、ワークＷに対して研削処理を施す研削手段３，４を研磨手段５の上流側に配置させた加工装置への適用例で説明したが、研磨手段のみを備える研磨単独の研磨装置であっても同様に適用可能である。

本発明の実施の形態にかかる研磨装置を含む加工装置の構成例を示す斜視図である。研磨手段周りの構成を拡大して示す斜視図である。研磨手段周りの構成を示す概略側面図である。研磨パッドの研磨面の構成を示す平面図である。測定手段の構成を示す縦断側面図である。研磨加工中の研磨手段周りの構成を示す概略側面図である。研磨制御用プログラムに従う研磨動作の制御例を示す概略フローチャートである。

符号の説明

１加工装置
５研磨手段
７保持手段
１５制御手段
１６垂直移動手段
１７平行移動手段
１８測定手段
５１研磨パッド
５１ａ研磨面
５１ｂスラリー供給口
５１ｃ溝
５２支持部
５５スラリー供給源
７１保持面
１８２水
１８３ｂ水供給部
１８５照射部
１８６受光部
１８７ａ〜１８７ｃ計測光
Ｗワーク
Ｗｂ，Ｗｂ´ 被研磨面

Claims

ワークを保持する保持面を有する保持手段と、前記保持面に保持された前記ワークを研磨する研磨工具を回転自在に保持する研磨手段と、該研磨手段を前記保持面に対して垂直な方向に移動させる垂直移動手段とを有する研磨装置であって、
前記研磨工具は、前記ワークよりも大きな面積に形成されて前記ワークの被研磨面に接触する研磨面と、該研磨面に研磨液を供給する連通路と、該連通路に連通させて前記研磨面に形成された溝とを有し、
前記研磨工具と前記保持手段とを前記保持面に平行な方向に相対的に移動させる平行移動手段と、
前記保持面に保持された前記ワークの前記被研磨面の加工状態を測定する測定手段と、
前記研磨面を前記ワークの前記被研磨面に回転接触させた状態で、前記平行移動手段を駆動させて前記研磨面が前記被研磨面の全面を覆う位置と前記被研磨面の一部が露出する位置との間で前記研磨工具と前記保持手段とを相対的に移動させるとともに、前記被研磨面の一部が露出した位置で前記被研磨面の加工状態を前記測定手段により測定させるように制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする研磨装置。
前記測定手段は、前記平行移動手段によって前記研磨工具と一体に移動して前記被研磨面の一部が露出した位置に位置付けられることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
前記平行移動手段は、前記研磨工具を前記保持手段に対して直線的に往復移動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の研磨装置。
前記測定手段は、計測光を前記ワークの前記被研磨面に照射する照射部を含み、該照射部と前記被研磨面との間の空間は液体で満たされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の研磨装置。
被研磨面を露出させてワークを保持する保持面を有する回転可能な保持手段と、
前記保持面に保持された前記ワークの前記被研磨面を研磨する研磨パッドと該研磨パッドを回転自在に支持する支持部とを有し、前記研磨パッドが、前記ワークよりも大きな面積に形成されて前記被研磨面に接触する研磨面と、該研磨面の中心に開口してスラリー供給源に連通するスラリー供給口と、該スラリー供給口に連通させて前記研磨面全体に広がるように形成された格子状の溝とを有する研磨手段と、
前記研磨手段を前記保持面に対して垂直な方向に移動させる垂直移動手段と、
前記研磨手段を前記保持面に対して平行な方向に直線的に往復移動させる平行移動手段と、
前記被研磨面に向けて計測光を照射する照射部と、前記被研磨面で反射した前記計測光を受光する受光部と、前記被研磨面と前記照射部および前記受光部との間の空間に水を供給して該空間を水で満たす水供給部とを有して前記研磨手段と一体に設けられ、前記保持面に保持された前記ワークの前記被研磨面の加工状態を測定する測定手段と、
前記研磨面を前記ワークの前記被研磨面に回転接触させた状態で、前記平行移動手段を駆動させて前記研磨面が前記被研磨面の全面を覆う位置と前記被研磨面の一部が露出する位置との間で前記研磨パッドを前記被研磨面に対して直線的に往復移動させるとともに、前記被研磨面の一部が露出した位置で前記被研磨面の加工状態を前記測定手段により測定させるように制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする研磨装置。
被研磨面を露出させてワークを保持する保持面を有する保持手段と、前記保持面に保持された前記ワークを研磨する研磨面を有する研磨工具を回転自在に保持する研磨手段と、該研磨手段を前記保持面に対して垂直な方向に移動させる垂直移動手段と、前記研磨工具と前記保持手段とを前記保持面に平行な方向に相対的に移動させる平行移動手段と、前記保持面に保持された前記ワークの前記被研磨面の加工状態を測定する測定手段と、を有する研磨装置を用い、
前記保持面に保持された前記ワークに対する研磨開始に際して前記垂直移動手段を駆動させて前記研磨工具の前記研磨面を前記被研磨面に接触させる接触工程と、
研磨液供給源を駆動させて前記研磨面と前記被研磨面との間に研磨液を供給させる研磨液供給工程と、
前記研磨面を前記被研磨面に回転接触させた状態で、前記平行移動手段を駆動させて前記研磨面が前記被研磨面の全面を覆う位置と前記被研磨面の一部が露出する位置との間で前記研磨工具と前記保持手段とを相対的に移動させる研磨工程と、
該研磨工程中において前記被研磨面の一部が露出した位置で前記被研磨面の加工状態を測定手段により測定する測定工程と、
該測定工程の測定結果による研磨終了後に前記垂直移動手段を駆動させて前記研磨面を前記被研磨面から離反させる離反工程と、
を含み、
前記研磨工程と前記測定工程とを複数回繰り返すことを特徴とする研磨方法。
被研磨面を露出させてワークを保持する保持面を有する保持手段と、前記保持面に保持された前記ワークを研磨する研磨面を有する研磨工具を回転自在に保持する研磨手段と、該研磨手段を前記保持面に対して垂直な方向に移動させる垂直移動手段と、前記研磨工具と前記保持手段とを前記保持面に平行な方向に相対的に移動させる平行移動手段と、前記保持面に保持された前記ワークの前記被研磨面の加工状態を測定する測定手段と、を有する研磨装置が備えるコンピュータに、
前記保持面に保持された前記ワークに対する研磨開始に際して前記垂直移動手段を駆動させて前記研磨工具の前記研磨面を前記被研磨面に接触させる接触手順と、
研磨液供給源を駆動させて前記研磨面と前記被研磨面との間に研磨液を供給する研磨液供給手順と、
前記研磨面を前記被研磨面に回転接触させた状態で、前記平行移動手段を駆動させて前記研磨面が前記被研磨面の全面を覆う位置と前記被研磨面の一部が露出する位置との間で前記研磨工具と前記保持手段とを相対的に移動させる研磨手順と、
該研磨手順の実行中において前記被研磨面の一部が露出した位置で前記被研磨面の加工状態を前記測定手段により測定させる測定手順と、
該測定手順の測定結果による研磨終了後に前記垂直移動手段を駆動させて前記研磨面を前記被研磨面から離反させる離反手順と、
を実行させ、
前記研磨手順と前記測定手順とを複数回繰り返し実行させることを特徴とする研磨用制御プログラム。