JP2015157331A

JP2015157331A - 研磨装置

Info

Publication number: JP2015157331A
Application number: JP2014032669A
Authority: JP
Inventors: 真司吉田; Shinji Yoshida
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2014-02-24
Filing date: 2014-02-24
Publication date: 2015-09-03
Anticipated expiration: 2034-02-24
Also published as: JP6232311B2

Abstract

【課題】研磨中の板状ワークの厚さを正確に計測することにより、板状ワークを所望の厚さになるまで研磨する。
【解決手段】第１のワークと第２のワークとの少なくとも２層で形成された板状ワークを研磨する研磨装置１０において、第１の厚さ算出部５３１は、第１のワークの上面及び下面で反射した光の光路長差から第１のワークの厚さを算出し、第２の厚さ算出部５３２は、第２のワークの上面及び下面で反射した光の光路長差から第２のワークの厚さを算出し、温度算出部５３３は、第２の厚さ算出部５３２が算出した厚さに基づいて第２のワークの温度を算出し、厚さ補正部５３４は、温度算出部５３３が算出した温度に基づいて第１のワークの屈折率を算出し、算出した屈折率に基づいて、第１の厚さ算出部５３１が算出した厚さを補正する。板状ワークの厚さの測定と補正を行いながら板状ワークを研磨することで、板状ワークを所望の厚さになるまで研磨する。
【選択図】図１

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所望の厚さになるまで薄化する研磨装置では、板状ワークに研磨パッドを当接させ、スラリーを供給しながら板状ワークを研磨している。

板状ワークを所望の厚さに仕上げるために、特許文献１においては、過去の研磨結果をデータベース化しておくことにより、板状ワークを所望の厚さにするための最適な研磨時間などの研磨条件を算出する研磨装置が提案されている。また、特許文献２においては、研磨を中断して板状ワークの厚さを測定し、測定結果に基づいて最適な研磨条件を算出し、算出した研磨条件に基づいて仕上げ研磨をする研磨装置が提案されている。さらに、特許文献３においては、板状ワークに光を照射し、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、板状ワークの厚さを計測する計測装置が提案されている。

特開２００５−２０３７２９号公報特開２０１１−２２４７５８号公報特開２０１２−１８９５０７号公報

しかし、過去の研磨結果などに基づいて最適な研磨条件を算出する特許文献１に記載された方式では、必ずしも板状ワークが所望の厚さに仕上がるとは限らず、研磨不足や研磨過多が発生する可能性がある。また、研磨を中断して板状ワークの厚さを測定する特許文献２に記載された方式では、板状ワークの厚さを測定するたびに研磨を中断しなければならないため、生産性が低下するという問題がある。さらに、特許文献３に記載された干渉光を用いて研磨中に板状ワークの厚さを計測する方式では、誤差があり、板状ワークの厚さを正確に計測することができないという問題がある。

本発明は、このような問題にかんがみなされたもので、研磨中の板状ワークの厚さを正確に計測することにより、板状ワークを所望の厚さになるまで研磨し、研磨不足や研磨過多の発生を防ぐことを目的とする。

本発明に係る研磨装置は、第１のワークと、該第１のワークよりも厚く該第１のワークに貼り合わせ部材で貼り合わされた第２のワークと、の少なくとも２層で形成された板状ワークを研磨する研磨装置であって、該板状ワークを該第２のワークの側から保持するチャックテーブルと、該板状ワークの該第１のワークを研磨する研磨パッドが回転可能に装着される研磨手段と、該研磨手段を該チャックテーブルに対して接近及び離間する方向に移動させる研磨送り手段と、該研磨パッドと該第１のワークとが接触する接触面にスラリーを供給するスラリー供給手段と、該チャックテーブルに保持された該板状ワークが、該研磨手段によって研磨されている状態で、該第１のワークの厚さと、該第２のワークの厚さとを測定する厚さ測定手段と、を備え、該研磨手段は、スピンドルと、該スピンドルの一端に連結され、該研磨パッドが装着されるマウントと、該スピンドルを回転させる回転手段と、を備え、該厚さ測定手段は、該チャックテーブルに保持された該板状ワークに対して測定光を放射する発光部と、該発光部が放射した測定光が該板状ワークにおいて反射した反射光を受光する受光部と、該受光部が受光した反射光に基づいて、該第１のワークの上面で反射した光と、該第１のワークの下面で反射した光との光路長差を算出することにより、該第１のワークの厚さを算出する第１の厚さ算出部と、該受光部が受光した反射光に基づいて、該第２のワークの上面で反射した光と、該第２のワークの下面で反射した光との光路長差を算出することにより、該第２のワークの厚さを算出する第２の厚さ算出部と、該第２の厚さ算出部が算出した厚さに基づいて、該第２のワークの温度を算出する温度算出部と、該温度算出部が算出した温度に基づいて、該第１のワークの屈折率を算出し、算出した屈折率に基づいて、該第１の厚さ算出部が算出した厚さを補正する厚さ補正部と、を備え、該厚さ測定手段で該第１のワークの厚さを測定しながら該板状ワークを研磨する。
前記温度算出部で算出される温度が、あらかじめ設定された設定温度になるよう、前記研磨送り手段を制御して、前記研磨手段を前記チャックテーブルに対して接近又は離間する方向に移動させ、前記研磨パッドが前記板状ワークに押し付けられる圧力を変化させる制御手段を備えることが好ましい。

本発明に係る研磨装置では、第１のワークの温度変化により屈折率も変化することに着目し、第１のワークの屈折率を算出し、その屈折率に基づき第１の厚さ算出部が算出した厚さを補正するので、研磨中の第１のワークの厚さを正確に計測することができる。研磨中の第１のワークの厚さを正確に計測できるので、板状ワークを所望の厚さになるまで研磨することができ、研磨不足や研磨過多の発生を防ぐことができる。
第１のワークと異なり、第２のワークの厚さは、研磨中も変化しない。一方、第２の厚さ算出部が算出する厚さは、第２のワークの温度変化による屈折率の変化に伴って変化する。このため、第２の厚さ算出部が算出した厚さから、第２のワークの温度を求めることができる。これにより、第１のワークの温度を求めることができるので、研磨中の第１のワークの厚さを正確に計測することができる。
また、温度算出部で算出される温度が所定の設定温度になるように研磨圧力を制御すれば、第２のワークの温度がほぼ一定となるので、第１のワークの温度もほぼ一定となる。これにより、第１のワークの温度を正確に求めることができるので、研磨中の第１のワークの厚さを正確に計測することができる。

研磨装置を示す斜視図。板状ワークを示す斜視図。研磨装置を示す斜視図。厚さ測定手段を示す側面視断面図。スラリー供給手段を示す側面視断面図。第２のワークの温度とワークの厚さの実測値との関係を示すグラフ。第１のワークの温度と屈折率との関係を示すグラフ。

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、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をチャックテーブル１２に対して接近及び離間する±Ｚ方向に移動させる研磨送り手段１４と、チャックテーブル１２に保持された板状ワークの厚さを計測する厚さ測定手段１５と、研磨送り手段１４などを制御する制御手段１７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を備えており、保持面１２１に載置された板状ワークを吸引保持し、回転することにより、保持した板状ワークを回転させる。

研磨手段１３は、スピンドルの下端に連結されたマウント３２と、マウント３２に装着された研磨パッド７０とを備えており、スピンドルを回転させることにより、研磨パッド７０を回転させることができる。

研磨送り手段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。

チャックテーブル１２が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、研磨送り手段１４が研磨手段１３を−Ｚ方向に移動させ、研磨パッド７０の研磨面を板状ワークの上面に接触させることにより、研磨装置１０は、板状ワークを研磨することができる。

厚さ測定手段１５は、板状ワークに測定光を照射して反射光を受光する測定部５１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さを算出する算出部５３とを備えている。算出部５３は、第１の厚さ算出部５３１と、第２の厚さ算出部５３２と、温度算出部５３３と、厚さ補正部５３４とを備える。算出部５３の詳細については、後述する。

制御手段１７は、研磨手段１３や研磨送り手段１４を制御する。例えば、厚さ測定手段１５が測定した板状ワークの厚さが、あらかじめ設定された所定の厚さに達したら、制御手段１７は、研磨送り手段１４を制御して研磨手段１３を＋Ｚ方向に移動させ、研磨手段１３を制御して研磨パッド７０の回転を停止させることにより、研磨を終了する。

図２に示すように、研磨装置１０で研磨される板状ワーク９０は、上層の第１のワーク９１と、第１のワーク９１に貼り合わせ部材９３で張り合わされた下層の第２のワーク９２とを備えた２層で形成されている。第１のワーク９１は、研磨装置１０で研磨されるよりも前に、研削装置で薄く研削されている。このため、研磨装置１０で研磨を開始する時点では、第１のワーク９１が第２のワーク９２よりも薄くなっている。

第１のワーク９１の材質と、第２のワーク９２の材質とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。例えば、第１のワーク９１及び第２のワーク９２がともにシリコン、第１のワーク９１が窒化ガリウムで第２のワーク９２がシリコン、第１のワーク９１がシリコンで第２のワーク９２が樹脂などの組み合わせがある。

図３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を囲むスピンドル３３と、回転軸３１を回転させる回転手段であるモータ３４とを備えている。研磨パッド７０は、円板状の円板部７１と、板状ワークに接触して研磨する研磨部７２とを備え、研磨部７２を下に向けた状態でマウント３２に装着されている。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。また、回転軸３１の上方には、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。

厚さ測定手段１５は、図１に示した測定部５１及び算出部５３に加えて、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を備えている。厚さ測定手段１５の測定部５１は、図４に示すように、板状ワーク９０に対して測定光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−Ｚ方向へ反射するミラー５１２と、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に反射した反射光５９６を分光する回折格子５１４と、回折格子５１４で分光された光５９７を受光するイメージセンサー５１５とを備えている。

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、比較的広いスペクトル幅を有する。測定光５９１の波長領域は、板状ワーク９０の材質に応じて、第１のワーク９１、第２のワーク９２及び貼り合わせ部材９３を透過する波長が選択される。例えば第１のワーク９１及び第２のワーク９２の材質がシリコンである場合は、測定光５９１として、赤外線領域の光を用いる。

測定光５９１は、第１のワーク９１の上面９１１で反射する光５９２と、第１のワーク９１の中へ入射する光とに分かれる。第１のワーク９１の中へ入射した光は、第１のワーク９１の下面９１２で反射する光５９３と、貼り合わせ部材９３の中へ入射する光とに分かれる。貼り合わせ部材９３の中へ入射した光は、第２のワーク９２の上面９２１で反射する光５９４と、第２のワーク９２の中へ入射する光とに分かれる。第２のワーク９２の中へ入射した光のうち少なくとも一部は、第２のワーク９２の下面９２２で反射する。したがって、板状ワーク９０で反射した反射光５９６は、第１のワーク９１の上面９１１で反射した光５９２と、第１のワーク９１の下面９１２で反射した光５９３と、第２のワーク９２の上面９２１で反射した光５９４と、第２のワーク９２の下面９２２で反射した光５９５とが合成された光であり、光５９２〜５９５は、光路長が異なるので、位相が異なる。光５９２〜５９５の位相が揃う場合は、振幅が大きくなり、光５９２〜５９５の位相がずれる場合は、振幅が小さくなる。光路長差が同じでも波長が異なると位相差が異なるので、反射光５９６は波長によって振幅が異なる。したがって、反射光５９６のスペクトルを解析することにより、光５９２〜５９５の光路長差を求め、第一のワーク９１及び第２のワーク９２の厚さを算出することができる。

回折格子５１４は、波長によって異なる方向に反射光５９６を反射させることにより、反射光５９６を分光する。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おり、反射光５９６が回折格子５１４によって反射し分光された光５９７を受光する。受光部の位置により、回折格子５１４で反射光５９６が反射する反射点に対する角度が異なるので、各受光部は、反射光５９６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。すなわち、イメージセンサー５１５が出力する信号は、反射光５９６のスペクトルを解析した結果を示す。

図３に示すように、研磨手段１３の回転軸３１は、パイプ状の直管であり、中央には、±Ｚ方向に貫通する空洞３１１が形成されている。また、研磨パッド７０は、中央を±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９０に到達する。板状ワーク９０に測定光が到達して反射した反射光は、＋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。コリメータレンズ５２が測定光を平行光に変換するので、板状ワーク９０の厚さを測定することができる。

このように、厚さ測定手段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９０の第１のワーク９１と第２のワーク９２との厚さを計測する。これにより、板状ワーク９０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９０の厚さを計測することができる。また、測定光の照射によって板状ワーク９０の厚さを計測するので、空洞３１１及び円孔７３は、スラリーの間を光が通れるだけの大きさがあればよい。空洞３１１及び円孔７３を大きくする必要がないので、研磨力の低下を防ぐことができる。

算出部５３は、第１のワーク９１を研磨手段１３が研磨するのと並行して、研磨中の第１のワーク９１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さを管理することができる。算出部５３が算出した第１のワーク９１の厚さが、あらかじめ設定された仕上げ厚さに達したら、制御手段１７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さに仕上げることができる。

図５に示すように、スラリー供給手段１６は、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。

板状ワーク９０の第２のワーク９２側がチャックテーブル１２の保持面１２１に載置されると、吸引源１２２の吸引力によって、載置された板状ワーク９０の第２のワーク９２が保持面１２１において保持される。そして、図２に示したモータ３４がスピンドル３３を回転させることにより研磨パッド７０を回転させながら、図１に示した研磨送り手段１４が研磨手段１３を下降させることにより、板状ワーク９０の上面９１に研磨部７２を接触させる。本実施形態では、図４に示すように、研磨パッド７０は、板状ワーク９０より大径に形成されており、板状ワーク９０の上面９１の全面に研磨パッド７０の研磨部７２が当接する。

一方、図４に示すように、スラリー供給手段１６は、スラリー供給ノズル６３からスラリー８１を噴出させる。噴出されたスラリーは、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。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９０の上面９１との間に供給される。研磨面と板状ワーク９０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、外側へ広がる。そして、板状ワーク９０の上面９１と研磨パッド７０の研磨部７２との間にスラリーが入り込み、板状ワーク９０の上面９１が研磨される。

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、厚さ測定手段１５が放射する測定光が板状ワーク９０に到達することができる。また、研磨面に到達したスラリー８１が、回転による遠心力で外側に広がるので、測定光が当たる部分には、波が立たない。これにより、板状ワーク９０の厚さを正確に測定することができる。

図１に示した厚さ算出部５３は、研磨手段１３がチャックテーブル１２に保持された板状ワーク９０を研磨している状態で、図３に示したイメージセンサー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との光路差、光５９４と光５９５との光路長差を算出する。以下、算出部５３の詳細について説明する。

第１の厚さ算出部５３１は、光５９２と光５９３との光路長差に基づいて、第１のワーク９１の厚さを算出する。光５９２と光５９３との光路長差は、第１のワーク９１の厚さの２倍である。なお、反射光５９６は、４つの光５９２〜５９５の合成光であるため、算出部５３は、４つの中から２つを選ぶ組み合わせの数である６個の光路長差を算出する。したがって、６個の光路長差のなかから、光５９２と光５９３との光路長差を選び出す必要がある。

第１のワーク９１が研磨されるにつれて、第１のワーク９１が薄くなっていくので、光５９２と光５９３との光路長差は、徐々に短くなっていく。光５９２と光５９４との光路長差及び光５９２と光５９５との光路長差も同様に短くなっていく。第１の厚さ算出部５３１は、６個の光路長差のなかから、研磨速度のほぼ２倍の速さで徐々に短くなっていく光路長差を抽出する。抽出される光路長差は３つある。第１の厚さ算出部５３１は、その中から最も短い光路長差を選択する。第１の厚さ算出部５３１は、選択した光路長差から、第１のワーク９１の厚さを算出する。

第２の厚さ算出部５３２は、光５９４と光５９５との光路長差に基づいて、第２のワーク９２の厚さを算出する。光５９４と光５９５との光路長差は、第２のワーク９２の厚さの２倍である。第１の厚さ算出部５３１と同様、第２の厚さ算出部５３２は、６個の光路長差の中から、光５９４と光５９５との光路長差を選び出す必要がある。第１のワーク９１が研磨されても、第２のワーク９２の厚さは変わらないので、光５９４と光５９５との光路長差は、変わらない。光５９３と光５９４との光路長差及び光５９３と光５９５との光路長差も同様に変わらない。第２の厚さ算出部５３２は、６個の光路長差の中から、ほぼ変化しない光路長差を抽出する。抽出される光路長差は３つある。第２のワーク９２が貼り合わせ部材９３よりも厚い場合、第２の厚さ算出部５３２は、その中から真ん中の光路長差を選択する。第２の厚さ算出部５３２は、選択した光路長差から、第２のワーク９２の厚さを算出する。

光の波長は、光が通る物質の屈折率によって変化する。すなわち、真空中で波長がλである光が絶対屈折率ｎの物質に入射すると、波長はλ／ｎになる。このため、光路長差が同じでも、板状ワーク９０の屈折率が異なると、位相差が異なる。したがって、板状ワーク９０の屈折率によって、受光部が受光した干渉光のスペクトル分布と、板状ワーク９０の厚さとの間の関係が変化する。第１の厚さ算出部５３１は、第１のワーク９１の屈折率が、第１のワーク９１の材質に基づいてあらかじめ設定された屈折率ｎ_１であるとの前提に基づいて、第１のワーク９１の厚さを算出する。同様に、第２の厚さ算出部５３２は、第２のワーク９２の屈折率が、第２のワーク９２の材質に基づいてあらかじめ設定された屈折率ｎ_２であるとの前提に基づいて、第２のワーク９２の厚さを算出する。

しかし、物質の屈折率は、温度によって変化する。研磨開始時には、第１のワーク９１及び第２のワーク９２の温度は、常温（例えば２０℃）であるのに対し、研磨がある程度進行した後は、板状ワーク９０の第１のワーク９１と研磨パッド７０との接触面に供給されるスラリー８１の摩擦による加工熱で、例えば６０℃まで温度が上昇する。この温度上昇による屈折率の変化が、干渉光を使う計測装置で研磨中の板状ワークの厚さを正確に計測できない原因であることが判明した。このため、温度上昇による屈折率の変化を考慮すれば、研磨中の板状ワークの厚さを正確に計測することができる。

温度算出部５３３は、第２の厚さ算出部５３２が算出した第２のワーク９２の厚さに基づいて、第２のワーク９２の温度を算出する。第２のワーク９２の厚さは、既知であり、研磨中も変化しない。したがって、第２の厚さ算出部５３２が算出する第２のワーク９２の厚さｄ_２は、測定時における第２のワーク９２の屈折率ｎ_２’の影響を受けている。屈折率ｎ_２’は、測定時における第２のワーク９２の温度Ｔ_２の関数であるから、厚さｄ_２も温度Ｔ_２の関数となり、例えば図６に示すような関係を有する。そこで、実験などにより、厚さｄ_２と温度Ｔ_２との間の関係を求め、温度算出部５３３にあらかじめ記憶させておく。温度算出部５３３は、例えば、厚さｄ_２と温度Ｔ_２との間の関係を表す関係式の係数を記憶したり、厚さｄ_２と温度Ｔ_２との間の関係を表すテーブルを記憶したりする。

温度算出部５３３は、あらかじめ記憶した厚さｄ_２と温度Ｔ_２との間の関係に基づいて、第２の厚さ算出部５３２が算出した厚さｄ_２から、温度Ｔ_２を算出する。そして、厚さ補正部５３４は、温度算出部５３３が算出した温度Ｔ_２に基づいて、測定時における第１のワーク９１の屈折率ｎ_１’を推定する。

第１のワーク９１の温度Ｔ_１と、第１のワーク９１の屈折率ｎ_１’とは、例えば図７に示すように、第１のワーク９１の材質によって定まる所定の関係を有する。そこで、温度Ｔ_１と屈折率ｎ_１’との間の関係を、厚さ補正部５３４にあらかじめ記憶させておく。厚さ補正部５３４は、例えば、温度Ｔ_１と屈折率ｎ_１’との間の関係を表す関係式の係数を記憶する。あるいは、厚さ補正部５３４は、温度Ｔ_１と屈折率ｎ_１’との間の関係を表すテーブルを記憶する構成であってもよい。

厚さ補正部５３４は、温度算出部５３３が算出した第２のワーク９２の温度Ｔ_２から、第１のワーク９１の温度Ｔ_１を求める。第１のワーク９１の上面９１１で発生した熱が第１のワーク９１及び貼り合わせ部材９３を介して第２のワーク９２に伝わるため、例えば、第１のワーク９１の温度Ｔ_１が第２のワーク９２の温度Ｔ_２と等しいとみなし、温度算出部５３３が算出した温度Ｔ_２を、そのまま第１のワーク９１の温度Ｔ_１として使用する。厚さ補正部５３４は、あらかじめ記憶した温度Ｔ_１と屈折率ｎ_１’との間の関係に基づいて、第１のワーク９１の温度Ｔ_１から、屈折率ｎ_１’を算出する。

更に、厚さ補正部５３４は、推定した屈折率ｎ_１’に基づいて、第１の厚さ算出部５３１が算出した厚さｄ_１を補正する。具体的には、例えば、第１の厚さ算出部５３１に設定された屈折率ｎ_１を、測定時における屈折率の推定値ｎ_１’で割ることによって求められる補正率α（＝ｎ_１／ｎ_１’）を、第１の厚さ算出部５３１が算出した厚さｄ_１に乗じることにより、補正された厚さｄ_１’（＝α・ｄ_１）を算出する。

制御手段１７は、厚さ補正部５３４によって補正された厚さｄ_１’に基づいて、研磨手段１３や研磨送り手段１４を制御し、例えば、厚さｄ_１’があらかじめ設定された所望の厚さに達したら、研磨を終了する。

このように、リアルタイムで板状ワーク９０の厚さを測定しながら板状ワーク９０の研磨を行い、測定した厚さが所望の厚さに達したら研磨を終了することにより、研磨不足や研磨過多の発生を防ぐことができる。加工熱による板状ワーク９０の温度上昇によって起こる屈折率の変化を考慮することにより、第１のワーク９１の厚さを正確に測定することができる。

干渉光によって測定される第２のワーク９２の厚さに基づいて板状ワーク９０の温度を推定するので、板状ワーク９０の温度を測定するための温度計などの装置が不要であり、研磨装置１０の部品数の増加を抑えることができる。これにより、研磨装置１０の製造コストを削減し、研磨装置１０を小型化し、研磨装置１０の信頼性を向上させることができる。

制御手段１７は、温度算出部５３３が算出する温度Ｔ_２があらかじめ設定された設定温度Ｔ_０になるよう、研磨送り手段１４を制御して、研磨手段１３をチャックテーブル１２に接近又は離間する方向に移動させ、研磨パッド７０が板状ワーク９０に押し付けられる圧力を変化させることが望ましい。研磨中に、研磨送り手段１４をチャックテーブル１２に近づく−Ｚ方向に移動させると、板状ワーク９０に研磨パッド７０が強く押し付けられ、研磨圧力が増加する。これにより、摩擦による加工熱が高くなり、板状ワーク９０の温度が上昇する。逆に、研磨送り手段１４をチャックテーブル１２から遠ざかる＋Ｚ方向に移動させると、研磨圧力が減少する。これにより、摩擦による加工熱が低くなり、板状ワーク９０の温度が低下する。

例えば、温度算出部５３３が算出した温度Ｔ_２が設定温度Ｔ_０より低い場合、制御手段１７は、研磨送り手段１４を−Ｚ方向に移動させ、研磨圧力を増加させることにより、板状ワーク９０の温度を上昇させる。逆に、温度算出部５３３が算出した温度Ｔ_２が設定温度Ｔ_０より高い場合、制御手段１７は、研磨送り手段１４を＋Ｚ方向に移動させ、研磨圧力を減少させることにより、板状ワーク９０の温度を下降させる。これにより、板状ワーク９０の温度がほぼ一定になる。

制御手段１７は、加工条件に従って設定温度Ｔ_０を変える構成であってもよい。例えば、加工速度を速くしたい場合は、設定温度Ｔ_０を高くする。これにより、研磨圧力が高くなるので、加工速度が速くなる。また、被研磨面をきれいにしたい場合は、逆に、設定温度Ｔ_０を低くする。これにより、研磨圧力が低くなるので、被研磨面がきれいになる。このように、加工温度を監視することで、加工条件を変えることができる。

なお、研磨パッドが板状ワークより小径に形成されており、研磨中に、板状ワークの上面が研磨パッドの外側に露出する場合は、厚さ測定手段が、研磨パッドの外側に露出した部分に測定光を当てて板状ワークの厚さを測定する構成であってもよい。その場合、研磨手段の回転軸に空洞を設けず、研磨パッドに円孔を設けない構成であってもよい。

第１のワーク９１及び第２のワーク９２の厚さの値は、あらかじめわかっているので、第１の厚さ算出部５３１及び第２の厚さ算出部５３２は、その厚さの値に対応する光路長差に最も近い光路長差を選び出すようにしてもよい。

１０研磨装置、１１基台、
１２チャックテーブル、１２１保持面、１２２吸引源、
１３研磨手段、３１回転軸、３１１空洞、３２マウント、３３スピンドル、
３４モータ、
１４研磨送り手段、４１モータ、４２ねじ軸、４３移動部、４４ガイド、
１５厚さ測定手段、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算出部、５３１第１の厚さ算出部、５３２第２の厚さ算出部、
５３３温度算出部、５３４厚さ補正部、５９１測定光、
５９２〜５９５，５９７光、５９６反射光、
１６スラリー供給手段、６１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、
１７制御手段、
７０研磨パッド、７１円板部、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第１のワーク、９１１上面、９１２下面、
９２第２のワーク、９２１上面、９２２下面、
９３貼り合わせ部材

Claims

第１のワークと、該第１のワークよりも厚く該第１のワークに貼り合わせ部材で貼り合わされた第２のワークと、の少なくとも２層で形成された板状ワークを研磨する研磨装置であって、
該板状ワークを該第２のワークの側から保持するチャックテーブルと、
該板状ワークの該第１のワークを研磨する研磨パッドが回転可能に装着される研磨手段と、
該研磨手段を該チャックテーブルに対して接近及び離間する方向に移動させる研磨送り手段と、
該研磨パッドと該第１のワークとが接触する接触面にスラリーを供給するスラリー供給手段と、
該チャックテーブルに保持された該板状ワークが該研磨手段によって研磨されている状態で、該第１のワークの厚さと、該第２のワークの厚さとを測定する厚さ測定手段と、
を備え、
該研磨手段は、
スピンドルと、
該スピンドルの一端に連結され、該研磨パッドが装着されるマウントと、
該スピンドルを回転させる回転手段と、
を備え、
該厚さ測定手段は、
該チャックテーブルに保持された該板状ワークに対して測定光を放射する発光部と、
該発光部が放射した測定光が該板状ワークにおいて反射した反射光を受光する受光部と、
該受光部が受光した反射光に基づいて、該第１のワークの上面で反射した光と、該第１のワークの下面で反射した光との光路長差を算出することにより、該第１のワークの厚さを算出する第１の厚さ算出部と、
該受光部が受光した反射光に基づいて、該第２のワークの上面で反射した光と、該第２のワークの下面で反射した光との光路長差を算出することにより、該第２のワークの厚さを算出する第２の厚さ算出部と、
該第２の厚さ算出部が算出した厚さに基づいて、該第２のワークの温度を算出する温度算出部と、
該温度算出部が算出した温度に基づいて、該第１のワークの屈折率を算出し、算出した屈折率に基づいて、該第１の厚さ算出部が算出した厚さを補正する厚さ補正部と、
を備え、
該厚さ測定手段で該第１のワークの厚さを測定しながら該板状ワークを研磨する、研磨装置。
前記温度算出部で算出される温度が、あらかじめ設定された設定温度になるよう、前記研磨送り手段を制御して、前記研磨手段を前記チャックテーブルに対して接近又は離間する方向に移動させ、前記研磨パッドが前記板状ワークに押し付けられる圧力を変化させる制御手段を備える、
請求項１記載の研磨装置。