JP2015134383A

JP2015134383A - 研磨装置

Info

Publication number: JP2015134383A
Application number: JP2014005788A
Authority: JP
Inventors: 真司吉田; Shinji Yoshida
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2014-01-16
Filing date: 2014-01-16
Publication date: 2015-07-27
Anticipated expiration: 2034-01-16
Also published as: JP6230921B2

Abstract

【課題】スラリーを供給しながら研磨をする研磨装置において、研磨中に板状ワークの厚みを測定する。
【解決手段】研磨手段１３の回転軸３１は、パイプ状に形成され、研磨面に対して垂直な方向に延在し、研磨パッド７０は、円板状に形成され、その中心を貫通する円孔７３を有し、回転軸３１は、モータ３４によって駆動されて回転する。スラリー供給手段１６は、回転軸３１が回転可能に回転軸３１に接続され、スラリー供給源からスラリー供給管を介して供給されるスラリーを回転軸３１の内壁に沿って供給し、厚み測定手段１５は、研磨パッド７０の円孔７３と回転軸３１の内側の空洞３１１とを介して、研磨中における板状ワークの厚みを計測するため、研磨パッドの外側に板状ワークが露出していない状態であっても、板状ワークの厚みを計測することができ、厚み測定手段による計測にスラリーが影響することもない。
【選択図】図２

Description

本発明は、板状ワークを研磨する研磨装置に関する。

半導体ウェーハなどの板状ワークを研磨する研磨装置では、板状ワークに研磨パッドの研磨面を当接させ、スラリーを供給しながら板状ワークの研磨を行う（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された研磨装置では、研磨開始前に、チャックテーブル及び板状ワークの上面に測定ゲージの接触子を接触させて板状ワークの厚みを計測し、計測した厚みに基づいて研磨時間を設定することにより、板状ワークを所望の厚みに仕上げることとしている。

また、板状ワークの厚みの計測に関しては、圧力流体層を介して板状ワークの裏面と対向したキャリアの上下方向の変動量と、圧力流体層の層厚の変動量とを検出することにより、研磨中に板状ワークの厚みを計測する研磨装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。さらに、板状ワークに光を照射し、板状ワークの上面で反射した光と下面で反射した光との干渉を測定することにより光路長差を求め、板状ワークの厚みを計測する計測装置も提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特許４５５３８６８号特許２８９７２０７号特開２０１２−１８９５０７号公報

研磨開始前に板状ワークの厚みを計測して、研磨時間などの研磨条件を設定する方式は、必ずしも板状ワークが所望の厚みに仕上がるとは限らない。このため、板状ワークの厚みを計測しながら研磨を行い、所望の厚みに達したら研磨を終了することが望ましい。

一方、測定ゲージを接触させたり、光を照射したりすることによって板状ワークの厚みを計測するためには、板状ワークの上面の少なくとも一部が露出している必要がある。研磨中において、間欠的に板状ワークの上面が研磨パッドの外側に露出する構成であれば、板状ワークの上面が研磨パッドの外側に露出したタイミングで板状ワークの厚みを計測することが可能であるが、板状ワークの上面が研磨パッドの外側に露出したり研磨パッドの下に進入したりすることを繰り返すと、研磨パッドと板状ワークの外周とが接触する部分の接触抵抗が大きくなり、板状ワークの外周に欠けが発生する場合がある。このため、研削の場合とは異なり、通常は、板状ワークよりも大きい研磨パッドの研磨面を板状ワークに全面的に接触させた状態で研磨をする。したがって、研磨中に板状ワークの厚みを計測することは困難である。

特許文献２に記載された計測方式であれば、研磨中に板状ワークの厚みを計測することはできるが、この方式は、スラリーを供給しながら研磨をする場合に適用することはできない。

本発明は、このような問題にかんがみなされたもので、スラリーを供給しながら研磨をする研磨装置において、研磨中に板状ワークの厚みを測定することを目的とする。

本発明に係る研磨装置は、保持面で板状ワークを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルの上方に配置され、該チャックテーブルに保持された該板状ワークの上面を研磨する研磨手段と、該研磨手段によって研磨される該板状ワークの該上面にスラリーを供給するスラリー供給手段と、該研磨手段によって研磨される該板状ワークの厚みを計測する厚み測定手段と、を備えた研磨装置であって、該研磨手段は、円板状に形成され中心を貫通する円孔を有する研磨パッドと、該研磨パッドが該板状ワークに接する研磨面に対して垂直な方向に延在し、長さ方向に貫通する空洞を有するパイプ状の回転軸と、該回転軸を回転させるモータと、を備え、該スラリー供給手段は、スラリー供給源に接続されるスラリー供給管と、該回転軸が回転可能となるように該回転軸に対して接続され、該スラリー供給管を介して該スラリー供給源から供給される該スラリーを該回転軸の内壁に沿って供給する接続部と、を備え、該厚み測定手段は、該研磨パッドの該円孔と該回転軸の該空洞とを介して、研磨中における該板状ワークの厚みを計測する。

前記厚み測定手段は、測定光を放射する発光部と、該発光部から放射された該測定光を平行光に変換するコリメータレンズと、該コリメータレンズによって変換された該平行光が前記板状ワークに入射し該板状ワークの上面で反射した光と該板状ワークの下面で反射した光とが干渉した反射光を分光する回折格子と、該回折格子によって分光された光を受光するイメージセンサーと、該イメージセンサーで受光した該光の受光量に基づいて、該板状ワークの該上面で反射した光と該板状ワークの該下面で反射した光との光路長差を算出することにより、該板状ワークの厚みを算出する制御手段と、を備えることが好ましい。

本発明に係る研磨装置によれば、研磨パッドの中心に設けられた円孔を介して板状ワークの厚みを計測するので、板状ワークよりも大きい研磨パッドの研磨面が板状ワークの上面全面に接触し、研磨パッドの外側に板状ワークが露出していない状態であっても、板状ワークの厚みを計測することができる。また、回転軸の内壁に沿って供給されたスラリーは、研磨パッドの中心に設けられた円孔から研磨面に供給され、遠心力により研磨面全体に広がる。このため、厚み測定手段による計測にスラリーが影響することなく、板状ワークの厚みを精度よく計測することができる。
さらに、板状ワークの上面で反射した光と下面で反射した光との光路長差を算出することで板状ワークの厚みを算出すれば、板状ワークの厚みを正確に計測することができる。

研磨装置を示す斜視図。研磨装置の研磨手段、厚み測定手段及びスラリー供給手段を示す斜視図。スラリー供給手段を示す側面視断面図。厚み測定手段を示す側面視断面図。第二の研磨装置の研磨手段、厚み測定手段及びスラリー供給手段を示す側面視断面図。

図１に示す研磨装置１０は、基台１１と、板状ワークを保持するチャックテーブル１２と、研磨パッド７０を備えチャックテーブル１２に保持された板状ワークを研磨する研磨手段１３と、研磨手段１３を±Ｚ方向に移動させる送り手段１４と、チャックテーブル１２に保持された板状ワークの厚みを計測する厚み測定手段１５とを備えている。

チャックテーブル１２は、ＸＹ平面に平行な保持面１２１に載置された板状ワークを吸引して保持し、回転することにより、保持した板状ワークを回転させる。また、チャックテーブル１２は、±Ｙ方向に移動可能となっている。

送り手段１４は、±Ｚ方向に平行なねじ軸４２をモータ４１が回転させることにより、ねじ軸４２に係合した移動部４３がガイド４４に案内されて±Ｚ方向に移動する構成となっている。研磨手段１３は、移動部４３に固定されており、移動部４３の移動に伴って±Ｚ方向に移動する。

このように構成される研磨装置１０では、板状ワークを保持したチャックテーブル１２が回転することにより板状ワークを回転させ、研磨手段１３が研磨パッド７０を回転させた状態で、送り手段１４が研磨手段１３を−Ｚ方向に移動させ、研磨パッド７０の下面（研磨面）を板状ワークの上面に接触させることにより、板状ワークが研磨される。研磨パッド７０は、研磨対象の板状ワークより大径に形成されており、研磨中は、板状ワークの上面全面に研磨パッド７０が接触する。

図２に示すように、研磨手段１３は、±Ｚ方向に平行な回転軸３１と、回転軸３１の下端に固定されたマウント３２と、回転軸３１を回転可能に支持するハウジング３３と、回転軸３１を回転させるモータ３４とを備えている。研磨パッド７０は、円板状の基台７１と、基台７１の下面に固着され板状ワークを研磨する研磨部７２とを備え、研磨部７２を下に向けた状態でマウント３２に装着される。マウント３２に装着された研磨パッド７０の研磨面は、ＸＹ平面に平行であり、回転軸３１に対して垂直である。モータ３４が駆動源となって回転軸３１を回転させると、回転軸３１の回転に伴って、マウント３２及びマウント３２に装着された研磨パッド７０が回転する。

厚み測定手段１５は、板状ワークに測定光を放射して板状ワークで反射した反射光を受光する測定部５１と、測定部５１が放射した測定光を平行光に変換するコリメータレンズ５２と、測定部５１が受光した反射光に基づいて板状ワークの厚みを算出する制御手段５３とを備えている。

研磨手段１３を構成する回転軸３１は、パイプ状の直管であり、中央には長さ方向（±Ｚ方向）に貫通する空洞３１１を備えている。また、研磨パッド７０の中央には、±Ｚ方向に貫通する円孔７３を備えている。マウント３２に装着された研磨パッド７０の円孔７３は、回転軸３１の空洞３１１と連通している。測定部５１が放射する測定光は、−Ｚ方向へ進み、回転軸３１の空洞３１１及び研磨パッド７０の円孔７３を通って、チャックテーブル１２に保持された板状ワークに到達する。板状ワークに到達した測定光が反射した反射光は、＋Ｚ方向へ進み、研磨パッド７０の円孔７３及び回転軸３１の空洞３１１を通って、測定部５１に戻る。

また、研磨装置１０は、研磨パッド７０の研磨面にスラリーを供給するスラリー供給手段１６を備えている。

スラリー供給手段１６は、図３に示すように、有底円筒状の接続部６１と、スラリー供給源８０に接続されるスラリー供給管６２と、スラリー供給管６２を介してスラリー供給源８０から供給されるスラリー８１を接続部６１の内側に噴射するスラリー供給ノズル６３とを備えている。

接続部６１は、底面６１１の中央に開口６１２を備え、回転軸３１に固定され、回転軸３１とともに回転する。開口６１２は、回転軸３１の空洞３１１と連通している。スラリー供給ノズル６３から噴射されたスラリー８１は、回転軸３１の回転による遠心力を受けつつ、開口６１２から回転軸３１の空洞３１１内に流れ込む。空洞３１１内に流れ込んだスラリー８１も、回転による遠心力を受け、回転軸３１の内壁に沿って流れる。そして、回転軸３１の下端まで達したスラリー８１は、円孔７３の内壁に沿って流れ、円孔７３の下端から放出され、研磨部７２の研磨面とチャックテーブル１２に保持された板状ワークの上面との間に供給される。研磨面と板状ワークとの間に供給されたスラリー８１は、やはり回転による遠心力を受けて、板状ワークの外側へと広がる。これにより、研磨面全体にスラリー８１を供給することができる。

スラリー８１は、回転による遠心力を受けて回転軸３１の内壁に沿って供給されるので、空洞３１１の中央には、光が通る通り道が確保され、厚み測定手段１５が放射する測定光を板状ワークに到達させることができる。

図４に示すように、厚み測定手段１５の測定部５１は、測定光５９１を放射する発光部５１１と、発光部５１１が放射した測定光５９１を板状ワークに向けて−Ｚ方向へ反射させるミラー５１２と、反射した測定光５９１を透過するセンサーヘッド５１３と、測定光５９１が板状ワーク９０において反射した反射光５９４を分光する回折格子５１４と、回折格子５１４で分光された光５９５を受光するイメージセンサー５１５とを備えている。イメージセンサー５１５は、複数の受光部が直線状に配置されて構成されている。

発光部５１１は、例えばスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）であり、発光部５１１が放射する測定光５９１は、例えば近赤外線領域で比較的広いスペクトル幅を有する。測定光５９１の波長は、例えば８００μｍ以上であることが好ましい。板状ワーク９０で反射した反射光５９４は、板状ワーク９０の上面９１で反射した光５９２と、下面９２で反射した光とが干渉した光である。光５９２と光５９３との位相が揃う場合は、振幅が大きくなり、光５９２と光５９３との位相がずれる場合は、振幅が小さくなり、特に、光５９２と光５９３との位相が逆になる場合は、振幅が０になる。波長によって光５９２と光５９３との位相差が異なるので、反射光５９４は波長によって振幅が異なる。したがって、反射光５９４のスペクトルを解析することにより、光５９２と光５９３との光路長差を求めることができる。光５９２と光５９３との光路長差は板状ワーク９０の厚みｄの２倍であるため、求めた光路長差の１／２が板状ワーク９０の厚みｄとなる。

回折格子５１４は、波長によって異なる方向に反射光５９４を反射させることにより、反射光５９４を分光し、回折格子５１４によって分光された光５９５をイメージセンサー５１５が受光する。イメージセンサー５１５の受光部の位置により、回折格子５１４における反射光５９４の反射点に対する角度が異なるので、各受光部は、反射光５９４のうち特定の波長の成分を受光する。

イメージセンサー５１５は、各受光部が受光した光の強さを示す信号を出力する。図２に示した制御手段５３は、イメージセンサー５１５が出力した信号をフーリエ変換するなどして、光５９２と光５９３との光路長差を算出し、板状ワーク９０の厚みｄを求める。

このように、板状ワーク９０の上面９１で反射した光５９２と下面９２で反射した光５９３との光路長差を算出することにより、板状ワーク９０の厚みｄを求めるので、板状ワーク９０の厚みｄを正確に計測することができる。

図２に示したように、厚み測定手段１５は、研磨パッド７０の円孔７３と回転軸３１の内側の空洞３１１とを介して、チャックテーブル１２に保持された板状ワークの厚みを計測する。これにより、板状ワークの上面が、研磨パッド７０の外側に露出していなくても、板状ワークの厚みを計測することができる。すなわち、板状ワークの上面が研磨パッド７０の外側に露出しない研磨加工中であっても、板状ワークの厚みを計測することができる。板状ワークの上面を研磨パッド７０の外側に露出させる必要がないので、板状ワークの外周に欠けが生じるのを防ぐことができる。

厚み測定手段１５の制御手段５３は、板状ワークの厚みを所定の間隔で繰返し算出する。これにより、研磨効率を低下させることなく、研磨する板状ワークの厚みを管理することができる。制御手段５３が算出した板状ワークの厚みが、あらかじめ設定された仕上げ厚みに達したら、研磨装置１０は、研磨を終了する。これにより、確実に板状ワークを所望の厚みに仕上げることができる。

図５に示す第二の研磨装置１０Ａは、上述した研磨装置１０の厚み測定手段１５及びスラリー供給手段１６に代えて、厚み測定手段１５Ａとスラリー供給手段１６Ａとを備えている。それ以外は、研磨装置１０と同様である。

スラリー供給手段１６Ａは、中空円柱状の接続部６１Ａと、スラリー供給源８０に接続されてスラリー供給源８０と接続部６１Ａとを連通させるスラリー供給管６２とを備えている。接続部６１Ａは、ロータリージョイントであり、上面及び下面に円形の開口を有し、その中を回転軸３１が貫通している。上面及び下面の開口と回転軸３１との間は、回転軸３１を回転可能とするとともに、スラリーが漏れないように密閉されている。

回転軸３１の側面には、空洞３１１と回転軸３１の外周側とを連通させるスラリー取入口３１２が設けられている。スラリー取入口３１２は、接続部６１Ａの内部に相当する高さに配置され、回転軸３１が回転しても常に接続部６１Ａの中に位置する。スラリー供給源８０からスラリー供給管６２を介して供給されたスラリーは、接続部６１Ａの中に溜まり、スラリー取入口３１２を介して空洞３１１内に流れ込む。空洞３１１内に流れ込んだスラリーは、回転軸３１の内壁に沿って下降し、回転軸３１と棒状部５４との間を通って、円孔７３の下端から放出される。

厚み測定手段１５Ａは、±Ｚ方向に延びる棒状部５４と、棒状部５４の先端に設けられた先端部５５と、棒状部５４を研磨手段１３の回転軸３１の空洞３１１内に挿入された状態で支持する支持部５６とを備えている。先端部５５は、研磨手段１３のマウント３２に装着された研磨パッド７０の円孔７３の内部に位置している。

厚み測定手段１５Ａは、図２に示した研磨装置１０の厚み測定手段１５と同様、測定光を板状ワークに放射し、反射光をスペクトル解析することにより、板状ワークの厚みを測定する。棒状部５４は、例えば光ファイバであり、上端に設けられた測定部が放射した測定光を伝達して先端部５５から板状ワークに放射し、測定光が板状ワークで反射した反射光を伝達して測定部に戻す。なお、棒状部５４は、±Ｚ方向に貫通した貫通孔を備える円筒状の単なる直管であってもよい。

このように、棒状部５４の中を測定光や反射光が通ることにより、スラリー供給手段１６によって供給されるスラリー８１の量が多い場合でも、測定光や反射光がスラリー８１に遮られることなく、板状ワークの厚みを測定することができる。

なお、厚み測定手段１５Ａは、反射光の光路差長に基づいて板状ワークの厚みを計測する分光干渉厚み測定器ではなく、異なる構成で板状ワークの厚みを計測するものであってもよい。例えば、厚み測定手段１５Ａは、先端部５５から超音波を放射し、放射した超音波が板状ワークの上面及び下面で反射した超音波を受信することにより、板状ワークの厚みを計測する超音波センサーであってもよい。また、厚み測定手段１５Ａは、先端部５５から板状ワークの上面に空気などの流体を吹き付け、流体の圧力を測定することにより、先端部５５から板状ワークの上面までの距離を算出し、あらかじめ算出しておいた先端部５５からチャックテーブル１２の保持面１２１までの距離との差を求めることにより、板状ワークの厚みを計測する背圧センサーであってもよい。

研磨装置は、図２に示した厚み測定手段１５と図５に示したスラリー供給手段１６Ａとを組み合わせたものであってもよいし、図５に示した厚み測定手段１５Ａと図３に示したスラリー供給手段１６とを組み合わせたものであってもよい。

厚み測定手段は、研磨パッド７０の円孔７３と回転軸３１の内側の空洞３１１とを介して板状ワークにアクセスし、板状ワークの厚みを計測するものであればよく、回転軸３１よりも上に配置されてもよいし、一部が回転軸３１の空洞３１１内に配置されていてもよいし、全部が回転軸３１の空洞３１１内に配置されてもよい。

１０，１０Ａ研磨装置、
１１基台、１２チャックテーブル、１２１保持面、
１３研磨手段、３１回転軸、３１１空洞、３１２スラリー取入口、
３２マウント、３３ハウジング、３４モータ、
１４送り手段、４１モータ、４２ねじ軸、４３移動部、４４ガイド、
１５，１５Ａ厚み測定手段、
５１測定部、５１１発光部、５１２ミラー、５１３センサーヘッド、
５１４回折格子、５１５イメージセンサー、５２コリメータレンズ、
５３制御手段、５４棒状部、５５先端部、５６支持部、
５９１測定光、５９２，５９３，５９５光、５９４反射光、
１６，１６Ａスラリー供給手段、６１，６１Ａ接続部、６１１底面、
６１２開口、６２スラリー供給管、６３スラリー供給ノズル、
７０研磨パッド、７１基台、７２研磨部、７３円孔、
８０スラリー供給源、８１スラリー、
９０板状ワーク、９１上面、９２下面

Claims

保持面で板状ワークを保持するチャックテーブルと、
該チャックテーブルの上方に配置され、該チャックテーブルに保持された該板状ワークの上面を研磨する研磨手段と、
該研磨手段によって研磨される該板状ワークの該上面にスラリーを供給するスラリー供給手段と、
該研磨手段によって研磨される該板状ワークの厚みを計測する厚み測定手段と、
を備えた研磨装置であって、
該研磨手段は、
円板状に形成され中心を貫通する円孔を有する研磨パッドと、
該研磨パッドが該板状ワークに接する研磨面に対して垂直な方向に延在し、長さ方向に貫通する空洞を有するパイプ状の回転軸と、
該回転軸を回転させるモータと、
を備え、
該スラリー供給手段は、
スラリー供給源に接続されるスラリー供給管と、
該回転軸が回転可能となるように該回転軸に対して接続され、該スラリー供給管を介して該スラリー供給源から供給される該スラリーを該回転軸の内壁に沿って供給する接続部と、
を備え、
該厚み測定手段は、該研磨パッドの該円孔と該回転軸の該空洞とを介して、研磨中における該板状ワークの厚みを計測する、研磨装置。
前記厚み測定手段は、
測定光を放射する発光部と、
該発光部から放射された該測定光を平行光に変換するコリメータレンズと、
該コリメータレンズによって変換された該平行光が前記板状ワークに入射し該板状ワークの上面で反射した光と該板状ワークの下面で反射した光とが干渉した反射光を分光する回折格子と、
該回折格子によって分光された光を受光するイメージセンサーと、
該イメージセンサーで受光した該光の受光量に基づいて、該板状ワークの該上面で反射した光と該板状ワークの該下面で反射した光との光路長差を算出することにより、該板状ワークの厚みを算出する制御手段と、
を備える、請求項１記載の研磨装置。