JP5118313B2

JP5118313B2 - 研磨装置

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Publication number: JP5118313B2
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Inventors: 暁明邱
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Description

本発明は、研磨パッドでウエーハを均一深さに研磨する研磨装置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本出願人により提案されている（特許文献１参照）。特許文献１の研磨装置は、回転駆動される研磨工具を被加工物の被処理面に押圧させながら研磨することを基本とし、このような研磨動作中に被加工物を保持したチャック手段を水平方向に往復動させるようにしている。

特許文献１に示される研磨装置によれば、ウエーハの研削面を研磨して鏡面加工できるので、インゴットから切り出されて研削され複数のデバイスを形成するためのベアウエーハを鏡面仕上げする際にも利用可能といえる。

特開２００３−５３６６２号公報

しかしながら、特許文献１の研磨装置は、ウエーハの被研磨面を鏡面仕上げすることはできるものの、ウエーハの厚みを均一に仕上げることはできず、平坦に研削された被研磨面が波打つような平坦状態の仕上がりとなってしまう。よって、例えば精度の高い平坦面を必要とするベアウエーハの鏡面仕上げに適用するには、不十分な現状にあるといえる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、研磨パッドでウエーハの被研磨面から均一厚さに研磨できる研磨装置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、本発明に係る研磨装置は、ウエーハを保持する保持面を有し回転可能なチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持されたウエーハに対面し研磨する研磨面を有する研磨パッドが回転可能に装着された研磨手段と、該研磨手段と前記チャックテーブルとを前記保持面に対して水平方向に相対的に移動する水平移動手段と、前記研磨手段を前記保持面に対して垂直方向に移動する垂直移動手段と、前記保持面に対する前記研磨パッドの押圧荷重を検出する荷重検出手段と、を備える研磨装置であって、前記チャックテーブルに保持されたウエーハに対する前記研磨パッドの接触面積と前記荷重検出手段で検出された荷重とによってウエーハに対する前記研磨パッドの圧力Ｐが所望の圧力Ｐ₀と一致するように前記垂直移動手段を制御する圧力調整手段と、ウエーハの回転中心から外周に向かって所定の間隔で同心円状にウエーハリングを区画し前記水平移動手段を作動して各ウエーハリングに前記研磨パッドを位置付けるウエーハリング位置付け手段と、各ウエーハリングにおける加工時間を管理する加工時間管理手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る研磨装置は、上記発明において、前記加工時間管理手段に加工時間算出手段が連結されていることを特徴とする。

また、本発明に係る研磨装置は、上記発明において、前記研磨パッドは、フェルト材に研磨材を含浸させて構成されていることを特徴とする。

また、本発明に係る研磨装置は、上記発明において、加工量をＷ、定数をη、ウエーハと前記研磨パッドとの間の相対速度をＶ、圧力をＰ、加工時間をＴとした場合、前記加工時間算出手段は、プレストンの式Ｗ＝η・Ｐ・Ｖ・Ｔを適用して、実験により単位時間当たりの関数Ｅ＝ｆ（Ｐ，Ｖ）を決定して記憶する関数記憶部と、前記研磨面を同心円状の工具リングに（仮想的に）区画して前記ウエーハリングとの重なりによって形成される加工セグメントにおける相対速度を該加工セグメント毎に算出して記憶する相対速度算出部と、ウエーハ１回転に対する各加工セグメントの時間比を該加工セグメント毎に算出して記憶する時間比算出部と、前記関数記憶部に記憶された関数Ｅと前記相対速度算出部に記憶された相対速度と前記時間比算出部に記憶された時間比とによって加工セグメント毎の除去レートを算出して記憶する除去レート算出部と、前記ウエーハに対して前記研磨パットを水平方向に相対的に移動して各ウエーハリングと各工具リングとの重なり状態を変化させた加工位置毎に前記除去レート算出部で算出されて記憶された加工セグメント毎の除去レートに各ウエーハリングに前記研磨パッドを位置付けて加工する加工時間Ｔを加工セグメント毎に乗算してウエーハリング毎の除去量ｈを求め、ウエーハリング毎の除去量ｈが等しくなるように各ウエーハリングにおける前記加工時間Ｔを決定して記憶する加工時間算出部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る研磨装置によれば、ウエーハの加工領域を回転中心から同心円状にウエーハリングとして区画し、各ウエーハリングに研磨パッドを位置付けて研磨する上で、ウエーハリング毎の加工量が同一となるように各ウエーハリングに研磨パッドを位置付けて研磨する加工時間を管理するようにしたので、研磨深さがウエーハ全面に亘って均一となり精度の高い平坦面として鏡面仕上げすることができ、ベアウエーハの鏡面加工等に好適に適用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について図面を参照して説明する。

図１は、本実施の形態の研磨装置の一例を示す外観斜視図であり、図２は、その一部を抽出して示す斜視図であり、図３は、研磨パッドを示す斜視図であり、図４は、研磨パッドを裏返して示す斜視図である。本実施の形態の研磨装置１は、ウエーハ２を保持する保持面２１を有し回転可能なチャックテーブル２０と、チャックテーブル２０に保持されたウエーハ２に対面し研磨する研磨面３１（図４参照）を有する研磨パッド３２が回転可能に装着された研磨手段３０と、研磨手段３０とチャックテーブル２０とを保持面２１に対して水平方向であるＸ軸方向に相対的に移動する水平移動手段４０（図２参照）と、研磨手段３０を保持面２１に対して垂直方向であるＺ軸方向に移動する垂直移動手段５０と、保持面２１に対する研磨パッド３２の押圧荷重を検出する荷重検出手段６０（図２参照）と、制御部１００と、を備える。

まず、本実施の形態で研磨対象となるウエーハ２は、図１中に示すような支持基板３上に装着されたウエーハであるが、図示しないフレームに装着テープを介して装着されたウエーハであってもよい。また、ウエーハ２自身は、表面に格子状に配列されたストリートによって規定された多数の矩形領域のそれぞれに半導体回路デバイスが形成されたウエーハであり、厚みを低減させるために上方に向けられた裏面には研削加工が施されており、かかる研削加工に起因して研磨対象となる平坦な裏面には研削歪が残留しているものである。なお、ウエーハ２は、インゴットから切り出された後、両面が平坦に研削されて複数のデバイスを形成するためのベアウエーハであってもよい。

また、チャックテーブル２０は、支持部材２２に対してＺ軸方向の回転中心軸を中心として回転自在に装着された円盤形状のもので、図示しない真空源によってウエーハ２を吸着保持するため、多孔性セラミックス等の多孔性材料から構成されている。また、支持部材２２内にはチャックテーブル２０を回転させる図示しない電動モータが配設されている。さらに、支持部材２２のＸ軸方向両端とハウジング４との間には、後述する水平移動手段４０を覆いチャックテーブル２０のＸ軸方向の移動に伴い伸縮する蛇腹手段２３，２４が付設されている。

また、研磨手段３０は、ハウジング３３と、ハウジング３３の下端に回転自在に装着されたホイールマウント３４にボルト３４ａによって装着された研磨パッド３２と、ハウジング３３の上端に装着されて研磨パッド３２を回転させるサーボモータ３５と、ハウジング３３を装着した移動基台３６と、を備える。移動基台３６は、被案内レール３６ａを有し、この被案内レール３６ａをハウジング４の支持板５に設けられた案内レール６に移動可能に嵌合することにより研磨手段３０が上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能に支持される。

ここで、研磨パッド３２は、図３および図４に示すように、研磨面３１を有する円形状の研磨部３７と、エポキシ樹脂系接着剤等の接着剤で接合された研磨部３７を支持する円板形状のホイール基台３８とにより構成されている。ホイール基台３８の外面には、ボルト３４ａによってホイールマウント３４に装着されるねじ穴３８ａが形成されている。また、研磨パッド３２の研磨部３７は、フェルト材にダイヤモンド砥粒のような多数の砥粒による研磨材を分散させて含浸させたものが用いられている。このような研磨部３７の構成の詳細については、特開２００２−２８３２４３号公報により公知であるので、詳細な説明は省略する。なお、研磨パッド３２は、フェルト材によるものの他に、ウレタン、発泡ウレタン、エラストマー樹脂等によるものであってもよい。

また、垂直移動手段５０は、研磨手段３０の移動基台３６を案内レール６に沿って移動させて研磨パッド３２をＺ軸方向に移動させることで、チャックテーブル２０上のウエーハ２に対して研磨パッド３２を押圧接触させるためのものである。垂直移動手段５０は、支持板５に案内レール６と平行に上下方向に配設され回転可能に支持された雄ねじロッド５１と、雄ねじロッド５１を回転駆動するためのＺ軸パルスモータ５２と、移動基台３６に装着され雄ねじロッド５１と螺合する雌ねじブロック（図示せず）と、を備える。このような垂直移動手段５０は、研磨時に、Ｚ軸パルスモータ５２を正転駆動すると研磨手段３０を垂直な方向（Ｚ軸方向）に下降させることで、研磨パッド３２をチャックテーブル２０に保持されたウエーハ２に対して押圧接触させ、Ｚ軸パルスモータ５２を逆転駆動すると研磨手段３０を垂直な方向（Ｚ軸方向）に上昇させることで、研磨パッド３２をチャックテーブル２０に保持されたウエーハ２から離反させる。

また、水平移動手段４０は、図２に示すように、ハウジング４上部においてＸ軸方向に延在する一対の案内レール４１と、支持部材２２を支持して案内レール４１上をスライド自在なスライド部材４２と、Ｘ軸方向に貫通させてスライド部材４２に形成された雌ねじ孔（図示せず）に螺合し、回転自在に支持された雄ねじロッド４３と、この雄ねじロッド４３の一端に連結されて雄ねじロッド４３を回転するＸ軸パルスモータ４４と、を備える。これにより、Ｘ軸パルスモータ４４が正転するとチャックテーブル２０が＋Ｘ軸方向に移動し、Ｘ軸パルスモータ４４が逆転するとチャックテーブル２０が−Ｘ軸方向に移動する。さらに、スライド部材４２上には、チャックテーブル２０の保持面２１に対する研磨パッド３２の押圧荷重を検出する荷重検出手段６０が搭載されている。ここで、本実施の形態では、荷重検出手段６０としては、キスラー荷重計が用いられている。

さらに、本実施の形態の研磨装置１は、ハウジング４上の手前側に、周知の如く、ウエーハ２を収容するカセット７１，７２、カセット７１から研磨前のウエーハ２の搬出または研磨済みのウエーハ２のカセット７２への搬入を行う搬出入手段７３と、ウエーハ２の中心位置合わせを行う位置合わせ手段７４と、チャックテーブル２０に研磨前のウエーハ２を搬入する搬入手段７５と、チャックテーブル２０から研磨済みのウエーハ２を搬出する搬出手段７６と、研磨後のウエーハ２を洗浄する洗浄手段７７とを備えている。

次に、制御部１００の構成について説明する。図５は、本実施の形態の研磨装置１が備える制御部１００の構成例を示す概略ブロック図である。本実施の形態の研磨装置１は、チャックテーブル２０上に保持されたウエーハ２の上面を全面に亘って均一深さで研磨するために、後述のプレストン式を適用する上で、例えば図６に示すようにウエーハ２の回転中心から外周に向かって所定の間隔で同心円状にウエーハリングｗ_iを仮想的に区画し、かつ、区画されたウエーハリングｗ_iに従いウエーハ２に対する研磨パッド３２の加工位置を変化させるとともに各加工位置での加工時間を解析結果に基づき管理して研磨動作を行わせるものである。このための制御部１００は、垂直移動手段５０中のＺ軸パルスモータ５２を制御する圧力調整手段１１０と、水平移動手段４０中のＸ軸パルスモータ４４を作動して各ウエーハリングｗ_iに研磨パッド３２を位置付けるウエーハリング位置付け手段１２０と、連結された加工時間算出手段１４０による算出結果を用いてウエーハリングｗ_i毎の加工量（研磨深さ）が同一となるように各ウエーハリングｗ_iにおける加工時間Ｔ_iを管理するテーブル構成の加工時間管理手段１３０と、を備える。加工時間算出手段１４０は、本実施の形態では当該研磨装置１に内蔵されているが、研磨装置１の外部にあってもよい。

まず、ウエーハ２は、例えば図６に示すように外周側から順にｗ₁〜ｗ₁₀で示すｉ＝１０個のウエーハリングｗ_iに区画されているものとする。ウエーハリング位置付け手段１２０は、研磨動作においてウエーハ２に対する加工位置がウエーハリングｗ₁〜ｗ₁₀に従い変化するように、Ｘ軸パルスモータ４４を作動して各ウエーハリングｗ₁〜ｗ₁₀の外周側部分に研磨パッド３２の外周面を位置付ける。図６（ａ）は、例えばウエーハリングｗ₁に研磨パッド３２を位置付けた様子を模式的に示し、図６（ｂ）は、例えばウエーハリングｗ₄に研磨パッド３２を位置付けた様子を模式的に示し、図６（ｃ）は、例えばウエーハリングｗ₁₀に研磨パッド３２を位置付けた様子を模式的に示している。このような位置付け制御は、各ウエーハリングｗ₁〜ｗ₁₀の外周側部分のＸ軸上の座標Ｘ₁〜Ｘ₁₀で管理できるため、このようなＸ軸上の座標Ｘ_i＝Ｘ₁〜Ｘ₁₀のデータが加工時間管理手段１３０に格納されている。これにより、ウエーハリング位置付け手段１２０は、Ｘ軸パルスモータ４４を作動して例えばＸ軸上の座標Ｘ₄に達した時点でＸ軸パルスモータ４４を一旦停止させると、ウエーハリングｗ₄に研磨パッド３２を位置付けたこととなる。

また、ウエーハ２に対する研磨パッド３２の加工位置を変化させた場合、ウエーハ２に対する研磨パッド３２の接触面積も、図６中に斜線を施して示すＡ₁，Ａ₄，Ａ₁₀のように変化する。圧力調整手段１１０は、チャックテーブル２０に保持されたウエーハ２に対する研磨パッド３２の接触面積が変化しても、この接触面積と荷重検出手段１６０で検出される荷重とによってウエーハ２に対する研磨パッド３２の圧力Ｐが常に所望の圧力Ｐ₀（例えば、Ｐ₀＝５０００Ｐａの如く設定されている）と一致するように垂直移動手段５０を制御するものである。すなわち、圧力Ｐは、接触面積と荷重との積で表されるので、接触面積が変化した場合、圧力ＰがＰ₀として一定となるように研磨パッド３２の押圧荷重を垂直移動手段５０によって変化させるものである。ここで、研磨パッド３２を位置付けるウエーハリングｗ₁〜ｗ₁₀毎に変化する接触面積Ａ₁〜Ａ₁₀の値は幾何学的に予め算出できるものであり、このような接触面積Ａ_iのデータＡ₁〜Ａ₁₀も加工時間管理手段１３０に予め格納され、圧力調整手段１１０による制御に供される。

加工時間算出手段１４０は、圧力調整手段１１０による定圧制御条件下で、ウエーハリングｗ₁〜ｗ₁₀毎の加工量（研磨深さ）が全て同一となるように、各ウエーハリングｗ₁〜ｗ₁₀に研磨パッド３２を位置付けて加工する加工時間Ｔ₁〜Ｔ₁₀を後述するような解析結果によって決定して加工時間管理手段１３０に格納しておくことにより、加工時間Ｔ_iを管理する。

これにより、例えば図５に示すような制御部１００の構成の場合、まず、ウエーハリング位置付け手段１２０によってＸ軸パルスモータ４４を作動してチャックテーブル２０上のウエーハ２が加工時間管理手段１３０に登録されている座標Ｘ₁に移動した時点で一旦停止させることでウエーハリングｗ₁に研磨パッド３２を位置付ける。この状態で、圧力調整手段１１０は加工時間管理手段１３０から座標Ｘ₁に対応する接触面積Ａ₁の情報を取得して研磨パッド３２の圧力Ｐが所望の圧力Ｐ₀に一致する押圧荷重が荷重検出手段６０から得られるようにＺ軸パルスモータ５２を制御する。この状態で、ウエーハ２および研磨パッド３２がともに高速回転して研磨動作を実行する。ここで、加工時間管理手段１３０に格納されている加工時間Ｔ₁が経過すると、Ｘ軸パルスモータ４４を再び作動してチャックテーブル２０の位置を移動させ、座標Ｘ₂に移動した時点で一旦停止させることでウエーハリングｗ₂に研磨パッド３２を位置付ける。そして、圧力調整手段１１０は加工時間管理手段１３０から座標Ｘ₂に対応する接触面積Ａ₂の情報を取得して研磨パッド３２の圧力Ｐが所望の圧力Ｐ₀に一致する押圧荷重が荷重検出手段６０から得られるようにＺ軸パルスモータ５２を制御し、この状態で研磨動作を実行する。ここで、加工時間管理手段１３０に格納されている加工時間Ｔ₂が経過すると、同様にしてウエーハリングｗ₃に対する加工位置に変化させ、加工時間Ｔ₃分の研磨動作を実行し、以下同様に繰り返し、最後にウエーハリングｗ₉での研磨動作が終了すると、ウエーハリングｗ₁₀に対する加工位置に変化させ、加工時間Ｔ₁₀分の研磨動作を実行して、一連の研磨動作を終了する。

このような研磨動作により、各ウエーハリングｗ₁〜ｗ₁₀は、それぞれのウエーハリングｗ₁〜ｗ₁₀に位置付けられた研磨パッド３２による研磨作用を重畳して受けることとなるが、それぞれのウエーハリングｗ₁〜ｗ₁₀が一連の研磨動作により受ける最終的な加工量（研磨深さ）が全て同一となるように、それぞれのウエーハリングｗ₁〜ｗ₁₀に研磨パッド３２を位置付けて加工する加工時間Ｔ₁〜Ｔ₁₀が決定されているので、ウエーハ２の被研磨面は全面に亘って均一厚さに研磨されることとなり、精度の高い平坦面を鏡面状態で得ることができる。また、表面に複数のデバイスが形成されたウエーハ２の場合であれば、ウエーハ２の裏面から均一厚さで研削歪層を除去することができ、後で個々に分割されるデバイスの厚さばらつきをなくすことができる。

次に、各ウエーハリングにおける加工時間Ｔ_iを決定するための加工時間算出手段１４０での解析処理について説明する。加工時間算出手段１４０は、プレストン式に基づき各ウエーハリングにおける加工時間Ｔ_iを決定するものであり、関数記憶部１４１と相対速度算出部１４２と時間比算出部１４３と除去レート算出部１４４と加工時間算出部１４５とを備える。

まず、本実施の形態のような研磨加工における加工量（研磨深さ）Ｗは、定数をη、ウエーハ２と研磨パッド３２との間の相対速度をＶ、ウエーハ２に対する研磨パッド３２の圧力をＰとすると、次のプレストン式
Ｗ＝η・Ｖ・Ｐ・Ｔ
で表すことができる。ここで、定数ηは、ウエーハ２の材質や研磨パッド３２に含まれる砥粒などによって決定される固有値であって、プレストン式においては比例係数を示すため、上記プレストン式は、
Ｗ＝ｆ（Ｐ，Ｖ）・Ｔ＝Ｅ・Ｔ
に書き換えて表現することができる。ここで、Ｅ＝ｆ（Ｐ，Ｖ）は、圧力Ｐ、相対速度Ｖの関数であり、単位時間での加工量或いは除去レートの関数を意味する。このような除去レートの関数Ｅ＝ｆ（Ｐ，Ｖ）は、当該研磨装置１を用いた実験により求めることができる。図７は、圧力ＰをＰ₁，Ｐ₂，Ｐ₃，…，Ｐ_nとした場合の相対速度Ｖに応じた除去レートの関数Ｅの実験結果に基づく特性例を示している。

ここで、本実施の形態では、前述したように、圧力調整手段１１０の調整によって圧力Ｐが常に所望の圧力Ｐ₀となるように制御するので、除去レートの関数Ｅ＝ｆ（Ｐ，Ｖ）は、Ｅ＝ｆ（Ｐ₀，Ｖ）として、相対速度Ｖのみが変数となる関数として表現できる。特に、研削砥石のような硬い工具とは異なり、フェルト材等からなる研磨パッド３２の場合には軟らかいので、研磨パッド３２がウエーハ２に対して部分的な接触による偏りをもって押圧する場合でもウエーハ２の接触面にかかる押圧圧力を均一化しやすい。よって、圧力を特定した実験により除去レートの関数Ｅ＝ｆ（Ｐ，Ｖ）＝ｆ（Ｐ₀，Ｖ）が求まれば、プレストン式は、
Ｗ＝ｆ（Ｐ₀，Ｖ）・Ｔ
となり、相対速度Ｖと加工時間Ｔとを変数とする関数として取り扱うことができる。

そこで、まず、関数記憶部１４１は、当該研磨装置１を用いた研磨実験により除去レートの関数Ｅ＝ｆ（Ｐ，Ｖ）＝ｆ（Ｐ₀，Ｖ）を決定し記憶する。本実施の形態においては、例えば、直径２００ｍｍ、平均厚さ約５００μｍのウエーハ２を保持したチャックテーブル２０を固定とし、研磨パッド３２の外周面がウエーハ２の中心を通るように位置付け、圧力Ｐ＝Ｐ₀＝５０００Ｐａとし、６０秒間研磨動作を行うことで、除去レートの関数Ｅ＝ｆ（Ｐ，Ｖ）＝ｆ（Ｐ₀，Ｖ）を求める実験を行ったものである。図８（ａ）は実験における研磨加工前のウエーハ２の表面の様子を示す斜視図であり、図８（ｂ）は実験における研磨加工後のウエーハ２の表面の様子を示す斜視図である。図９（ａ）（ｂ）は、図８（ａ）（ｂ）のウエーハ２の表面状態を数値的に示すグラフである。ウエーハ２と研磨パッド３２との間の相対速度Ｖが、研磨パッド３２の外周側ほど速く内週側ほど遅く、研磨パッド３２の外周側ほど研磨深さが大きいため、平坦であったウエーハ２の表面が大きく傾斜した状態に研磨されることが判る。このような実験結果によれば、図１０に示すように、相対速度Ｖを変数とする除去レートの関数Ｅ＝ｆ（Ｐ，Ｖ）＝ｆ（Ｐ₀，Ｖ）を求めることができ、関数記憶部１４１は求められた除去レートの関数Ｅのデータを記憶する。なお、図１０に示す除去レートは、加工時間Ｔを乗算することにより加工量Ｗを算出するため、単位時間のデータに変換されている。

除去レートの関数Ｅ＝ｆ（Ｐ，Ｖ）＝ｆ（Ｐ₀，Ｖ）が決定されると、相対速度Ｖを求めることで除去レートを決定することができるが、実際の研磨動作においては、ウエーハ２および研磨パッド３２はともに高速回転しており、例えば、図１１−１に示すように、ウエーハ２上の半径の異なる任意の点Ａ，Ｃでの相対速度Ｖ_A，Ｖ_Cが異なるのはもちろん、例えば、図１１−２に示すように、ウエーハ２上の同じ半径の点Ａ，Ｂでも相対速度Ｖ_A，Ｖ_Bも異なる如く、相対速度Ｖの分布は複雑であり、取扱いが容易でない。

ところが、ウエーハ２と研磨パッド３２との接触領域を多数の小面積領域に分ければ、各小面積領域内での相対速度は同じであるとみなすことができるので、例えば各小面積領域の中心点での相対速度を求めることで、小面積領域毎の除去レートを求めることが可能となる。

ここで、ウエーハ２と研磨パッド３２との接触領域を多数の小面積領域に分ける方法には、色々あるが、本実施の形態では、ウエーハ２と研磨パッド３２とがともに回転体である点を考慮し、ウエーハ２の中心から外周に向かって所定の間隔で同心円状にｉ個のウエーハリングを仮想的に区画するとともに、研磨パッド３２の研磨面３１についても中心から外周に向かって所定の間隔で同心円状にｊ個の工具リングを仮想的に区画し、ウエーハリングと工具リングとの重なりによって形成される小面積領域を加工セグメントとして扱うものである。図１２は、説明を簡単にするため、ｉ＝ｊ＝４とする場合のウエーハリングｗ₁〜ｗ₄、工具リングｆ₁〜ｆ₄をある特定の加工位置で部分的に重ね合わせた状態での加工セグメントｓの様子を示す模式図である。例えば、ウエーハリングｗ₂と工具リングｆ₁との重なり領域が加工セグメントｓ₂₁となり、ウエーハリングｗ₂と工具リングｆ₂との重なり領域が加工セグメントｓ₂₂となり、ウエーハリングｗ₂と工具リングｆ₃との重なり領域が加工セグメントｓ₂₃となり、ウエーハリングｗ₂と工具リングｆ₄との重なり領域が加工セグメントｓ₂₄となる。他の加工セグメントｗ_ijについても同様である。

そこで、相対速度算出部１４２は、ウエーハリングｗ₁〜ｗ₄と工具リングｆ₁〜ｆ₄との重なりによって形成される加工セグメントｓ_ijにおける相対速度Ｖ_ijを図１３に示すように加工セグメントｓ_ij毎に算出して記憶する。ここで、相対速度算出部１４２は、各ウエーハリングｗ₁〜ｗ₄の中心半径と各工具リングｆ₁〜ｆ₄の中心半径との交点となる各加工セグメントｓ_ijの中心点での相対速度を、ウエーハ２、研磨パッド３２の回転速度に基づき算出する。相対速度算出部１４２は、算出した加工セグメントｓ_ij毎の相対速度Ｖ_ijを、図１４に示すような相対速度テーブル１５１として記憶する。

次に、ウエーハ２の回転を考慮した加工セグメントｓ_ijの挙動について考察する。例えば、図１５および図１６に示すようにウエーハリングｗ₂を例に挙げると、ウエーハ２が１回転する間に、ウエーハリングｗ₂内の全ての箇所は、加工セグメントｓ₂₁，ｓ₂₂，ｓ₂₃，ｓ₂₄，ｓ₂₃，ｓ₂₂，ｓ₂₁および無加工セグメントｓ₂₀を通過することとなる。すなわち、ウエーハ２が１回転する間に、ウエーハリングｗ₂内の全ての箇所は、加工セグメントｓ₂₁，ｓ₂₂，ｓ₂₃，ｓ₂₄，ｓ₂₃，ｓ₂₂，ｓ₂₁による研磨作用を均等に受けることとなる。逆にいえば、各加工セグメントｓ₂₁，ｓ₂₂，ｓ₂₃，ｓ₂₄，ｓ₂₃，ｓ₂₂，ｓ₂₁は、ウエーハリングｗ₂全周に亘って研磨作用を示すものではないので、各加工セグメントｓ₂₁，ｓ₂₂，ｓ₂₃，ｓ₂₄，ｓ₂₃，ｓ₂₂，ｓ₂₁における除去レートを算出するためには、ウエーハ２の１回転（ウエーハリングｗ₂全周）に対して各加工セグメントｓ₂₁，ｓ₂₂，ｓ₂₃，ｓ₂₄，ｓ₂₃，ｓ₂₂，ｓ₂₁が実際にウエーハリングｗ₂に作用する時間比を算出する必要がある。他の加工セグメントについても同様である。

そこで、時間比算出部１４３は、ウエーハ２の１回転に対する各加工セグメントｓ_ijの時間比τ_ijを加工セグメントｓ_ij毎に算出して記憶する。例えば、図１７に示すようにウエーハリングｗ₂と工具リングｆ₁との重なりにより形成される加工セグメントｓ₂₁の例で考えると、加工セグメントｓ₂₁の時間比τ₂₁は、ウエーハリングｗ₂の中心半径上において工具リングｆ₁と接触する部分の角度をθ₂₁とすると、ウエーハリングｗ₂上に加工セグメントｓ₂₁が２箇所存在することから、τ₂₁＝２θ₂₁／２πとして算出できる。他の加工セグメントについても同様である。時間比算出部１４３は、算出した加工セグメントｓ_ij毎の時間比τ_ijを、図１８に示すような時間比テーブル１５２として記憶する。

そして、除去レート算出部１４４は、関数記憶部１４に記憶された関数Ｅ＝ｆ（Ｐ₀，Ｖ）と相対速度算出部１４２に記憶された相対速度Ｖ_ijと時間比算出部１４３に記憶された時間比τ_ijとによって加工セグメントｓ_ij毎の除去レートを算出して記憶する。ここで、関数Ｅ＝ｆ（Ｐ₀，Ｖ）に相対速度Ｖ_ijの値を代入した結果を、Ｅ_ijで表すものとすると、加工セグメントｓ_ij毎の除去レートは、Ｅ_ijτ_ijとして算出される。除去レート比算出部１４４は、算出した加工セグメントｓ_ij毎の除去レートＥ_ijτ_ijを、図１９に示すような除去レートテーブル１５３として記憶する。

そして、加工セグメントｓ_ij毎の除去レートＥ_ijτ_ijに対して或る加工時間Ｔを乗算することにより、プレストン式に従い加工セグメントｓ_ij毎の除去量（研磨深さ）が求まり、求められた加工セグメントｓ_ij毎の除去量をウエーハリングｗ₁〜ｗ₄毎に加算することにより、ウエーハリングｗ₁〜ｗ₄毎の除去量（研磨深さ）が求まることとなる。例えば、ウエーハ２の半径位置に応じたウエーハリングｗ₁〜ｗ₄毎の除去量を、ｈ(ｗ₁)〜ｈ(ｗ₄)とすると、
ｈ(ｗ₁)＝Ｅ₁₁τ₁₁Ｔ＋Ｅ₁₂τ₁₂Ｔ＋Ｅ₁₃τ₁₃Ｔ＋Ｅ₁₄τ₁₄Ｔ
ｈ(ｗ₂)＝Ｅ₂₁τ₂₁Ｔ＋Ｅ₂₂τ₂₂Ｔ＋Ｅ₂₃τ₂₃Ｔ＋Ｅ₂₄τ₂₄Ｔ
ｈ(ｗ₃)＝Ｅ₃₁τ₃₁Ｔ＋Ｅ₃₂τ₃₂Ｔ＋Ｅ₃₃τ₃₃Ｔ＋Ｅ₃₄τ₃₄Ｔ
ｈ(ｗ₄)＝Ｅ₄₁τ₄₁Ｔ＋Ｅ₄₂τ₄₂Ｔ＋Ｅ₄₃τ₄₃Ｔ＋Ｅ₄₄τ₄₄Ｔ
となる。

ところで、上述の説明は、ウエーハ２に対して研磨パッド３２を或る特定の加工位置、例えばウエーハリングｗ₄に対して位置付けた場合の加工セグメントｓ_ij毎の相対速度、時間比および除去レートを算出するようにしたが、本実施の形態では、加工位置が変化するように研磨パッド３２を各ウエーハリングｗ₁〜ｗ₄なる加工位置ｉに位置付けてそれぞれ研磨動作を実行するものであり、それぞれの加工位置ｉで加工セグメントｓ_ij毎の相対速度、時間比および除去レートが変動する。そこで、本実施の形態の相対速度算出部１４２、時間比算出部１４３および除去レート算出部１４４は、研磨パッド３２を位置付ける加工位置ｉ毎で加工セグメントｓ_iji毎にそれぞれ相対速度Ｖ_iji、時間比τ_ijiおよび除去レートＥ_ijiτ_ijiを上述の場合と同様に算出して記憶する。

例えば、相対速度算出部１４２では、加工位置ｉ毎に加工セグメントｓ_iji毎の相対速度Ｖ_ijiを算出して、図２０に示すように、加工位置ｉ毎に相対速度テーブル１５１ａ，１５１ｂ，…，１５１ｉとして記憶する。同様に、時間比算出部１４３では、加工位置ｉ毎に加工セグメントｓ_iji毎の時間比τ_ijiを算出して、図２１に示すように、加工位置ｉ毎に時間比テーブル１５２ａ，１５２ｂ，…，１５２ｉとして記憶する。同様に、除去レート算出部１４４では、関数記憶部１４１に記憶された関数Ｅ、相対速度テーブル１５１ａ，１５１ｂ，…，１５１ｉに記憶された相対速度Ｖ_ijiおよび時間比テーブル１５２ａ，１５２ｂ，…，１５２ｉに記憶された時間比τ_ijiに基づき、加工位置ｉ毎に加工セグメントｓ_iji毎の除去レートＥ_ijiτ_ijiを算出して、図２２に示すように、加工位置ｉ毎に除去レートテーブル１５３ａ，１５３ｂ，…，１５３ｉとして記憶する。

そして、加工時間算出部１４５は、ウエーハ２に対して研磨パット３２をＸ軸方向に相対的に移動して各ウエーハリングｗ₁〜ｗ₄と各工具リングｆ₁〜ｆ₄との重なり状態を変化させた加工位置ｉ毎に除去レート算出部１４４で算出されて除去レートテーブル１５３ａ，１５３ｂ，…，１５３ｉに記憶された加工セグメントｅ_iji毎の除去レートＥ_ijiτ_ijiに各ウエーハリングｗ₁〜ｗ₄に研磨パッド３２を位置付けて加工する加工時間Ｔ₁〜Ｔ₄を加工セグメントｅ_iji毎に乗算してウエーハリングｗ₁〜ｗ₄毎の除去量ｈ(ｗ₁)〜ｈ(ｗ₄)を求め、ウエーハリングｗ₁〜ｗ₄毎の除去量ｈ(ｗ₁)〜ｈ(ｗ₄)が所望の除去量ｈに等しくなるように各ウエーハリングｗ₁〜ｗ₄における加工時間Ｔ₁〜Ｔ₄を決定して加工時間管理手段１３０に記憶する。

例えば、ウエーハリングｗ₁に着目した場合、ウエーハリングｗ₁に対する除去量ｈ(ｗ₁)は、
ｈ(ｗ₁)
＝（Ｅ₁₁₁τ₁₁₁Ｔ₁＋Ｅ₁₂₁τ₁₂₁Ｔ₁＋Ｅ₁₃₁τ₁₃₁Ｔ₁＋Ｅ₁₄₁τ₁₄₁Ｔ₁）
＋（Ｅ₁₁₂τ₁₁₂Ｔ₂＋Ｅ₁₂₂τ₁₂₂Ｔ₂＋Ｅ₁₃₂τ₁₃₂Ｔ₂＋Ｅ₁₄₂τ₁₄₂Ｔ₂）
＋（Ｅ₁₁₃τ₁₁₃Ｔ₃＋Ｅ₁₂₃τ₁₂₃Ｔ₃＋Ｅ₁₃₃τ₁₃₃Ｔ₃＋Ｅ₁₄₃τ₁₄₃Ｔ₃）
＋（Ｅ₁₁₄τ₁₁₄Ｔ₄＋Ｅ₁₂₄τ₁₂₄Ｔ₄＋Ｅ₁₃₄τ₁₃₄Ｔ₄＋Ｅ₁₄₄τ₁₄₄Ｔ₄）
＝ｇ₁(ｗ₁)Ｔ₁＋ｇ₂(ｗ₁)Ｔ₂＋ｇ₃(ｗ₁)Ｔ₃＋ｇ₄(ｗ₁)Ｔ₄
となる。ここで、ｇ₁(ｗ₁)，ｇ₂(ｗ₁)，ｇ₃(ｗ₁)，ｇ₄(ｗ₁)は、それぞれの加工位置ｉ＝１〜４に位置付けた場合のウエーハリングｗ₁における除去レートである。

ウエーハリングｗ₂に対する除去量ｈ(ｗ₂)は、
ｈ(ｗ₂)
＝（Ｅ₂₁₁τ₂₁₁Ｔ₁＋Ｅ₂₂₁τ₂₂₁Ｔ₁＋Ｅ₂₃₁τ₂₃₁Ｔ₁＋Ｅ₂₄₁τ₂₄₁Ｔ₁）
＋（Ｅ₂₁₂τ₂₁₂Ｔ₂＋Ｅ₂₂₂τ₂₂₂Ｔ₂＋Ｅ₂₃₂τ₂₃₂Ｔ₂＋Ｅ₂₄₂τ₂₄₂Ｔ₂）
＋（Ｅ₂₁₃τ₂₁₃Ｔ₃＋Ｅ₂₂₃τ₂₂₃Ｔ₃＋Ｅ₂₃₃τ₂₃₃Ｔ₃＋Ｅ₂₄₃τ₂₄₃Ｔ₃）
＋（Ｅ₂₁₄τ₂₁₄Ｔ₄＋Ｅ₂₂₄τ₂₂₄Ｔ₄＋Ｅ₂₃₄τ₂₃₄Ｔ₄＋Ｅ₂₄₄τ₂₄₄Ｔ₄）
＝ｇ₁(ｗ₂)Ｔ₁＋ｇ₂(ｗ₂)Ｔ₂＋ｇ₃(ｗ₂)Ｔ₃＋ｇ₄(ｗ₂)Ｔ₄
となる。ここで、ｇ₁(ｗ₂)，ｇ₂(ｗ₂)，ｇ₃(ｗ₂)，ｇ₄(ｗ₂)は、それぞれの加工位置ｉ＝１〜４に位置付けた場合のウエーハリングｗ₂における除去レートである。

ウエーハリングｗ₃に対する除去量ｈ(ｗ₃)は、
ｈ(ｗ₃)
＝（Ｅ₃₁₁τ₃₁₁Ｔ₁＋Ｅ₃₂₁τ₃₂₁Ｔ₁＋Ｅ₃₃₁τ₃₃₁Ｔ₁＋Ｅ₃₄₁τ₃₄₁Ｔ₁）
＋（Ｅ₃₁₂τ₃₁₂Ｔ₂＋Ｅ₃₂₂τ₃₂₂Ｔ₂＋Ｅ₃₃₂τ₃₃₂Ｔ₂＋Ｅ₃₄₂τ₃₄₂Ｔ₂）
＋（Ｅ₃₁₃τ₃₁₃Ｔ₃＋Ｅ₃₂₃τ₃₂₃Ｔ₃＋Ｅ₃₃₃τ₃₃₃Ｔ₃＋Ｅ₃₄₃τ₃₄₃Ｔ₃）
＋（Ｅ₃₁₄τ₃₁₄Ｔ₄＋Ｅ₃₂₄τ₃₂₄Ｔ₄＋Ｅ₃₃₄τ₃₃₄Ｔ₄＋Ｅ₃₄₄τ₃₄₄Ｔ₄）
＝ｇ₁(ｗ₃)Ｔ₁＋ｇ₂(ｗ₃)Ｔ₂＋ｇ₃(ｗ₃)Ｔ₃＋ｇ₄(ｗ₃)Ｔ₄
となる。ここで、ｇ₁(ｗ₃)，ｇ₂(ｗ₃)，ｇ₃(ｗ₃)，ｇ₄(ｗ₃)は、それぞれの加工位置ｉ＝１〜４に位置付けた場合のウエーハリングｗ₃における除去レートである。

さらに、ウエーハリングｗ₄に対する除去量ｈ(ｗ₄)は、
ｈ(ｗ₄)
＝（Ｅ₄₁₁τ₄₁₁Ｔ₁＋Ｅ₄₂₁τ₄₂₁Ｔ₁＋Ｅ₄₃₁τ₄₃₁Ｔ₁＋Ｅ₄₄₁τ₄₄₁Ｔ₁）
＋（Ｅ₄₁₂τ₄₁₂Ｔ₂＋Ｅ₄₂₂τ₄₂₂Ｔ₂＋Ｅ₄₃₂τ₄₃₂Ｔ₂＋Ｅ₄₄₂τ₄₄₂Ｔ₂）
＋（Ｅ₄₁₃τ₄₁₃Ｔ₃＋Ｅ₄₂₃τ₄₂₃Ｔ₃＋Ｅ₄₃₃τ₄₃₃Ｔ₃＋Ｅ₄₄₃τ₄₄₃Ｔ₃）
＋（Ｅ₄₁₄τ₄₁₄Ｔ₄＋Ｅ₄₂₄τ₄₂₄Ｔ₄＋Ｅ₄₃₄τ₄₃₄Ｔ₄＋Ｅ₄₄₄τ₄₄₄Ｔ₄）
＝ｇ₁(ｗ₄)Ｔ₁＋ｇ₂(ｗ₄)Ｔ₂＋ｇ₃(ｗ₄)Ｔ₃＋ｇ₄(ｗ₄)Ｔ₄
となる。ここで、ｇ₁(ｗ₄)，ｇ₂(ｗ₄)，ｇ₃(ｗ₄)，ｇ₄(ｗ₄)は、それぞれの加工位置ｉ＝１〜４に位置付けた場合のウエーハリングｗ₄における除去レートである。

そして、ｈ(ｗ₁)＝ｈ(ｗ₂)＝ｈ(ｗ₃)＝ｈ(ｗ₄)＝ｈとなるように各加工時間Ｔ₁〜Ｔ₄を決定する。この加工時間Ｔ₁〜Ｔ₄は、
ｈ＝ｇ₁(ｗ₁)Ｔ₁＋ｇ₂(ｗ₁)Ｔ₂＋ｇ₃(ｗ₁)Ｔ₃＋ｇ₄(ｗ₁)Ｔ₄
ｈ＝ｇ₁(ｗ₂)Ｔ₁＋ｇ₂(ｗ₂)Ｔ₂＋ｇ₃(ｗ₂)Ｔ₃＋ｇ₄(ｗ₂)Ｔ₄
ｈ＝ｇ₁(ｗ₃)Ｔ₁＋ｇ₂(ｗ₃)Ｔ₂＋ｇ₃(ｗ₃)Ｔ₃＋ｇ₄(ｗ₃)Ｔ₄
ｈ＝ｇ₁(ｗ₄)Ｔ₁＋ｇ₂(ｗ₄)Ｔ₂＋ｇ₃(ｗ₄)Ｔ₃＋ｇ₄(ｗ₄)Ｔ₄
なる連立方程式を解くことによる求めることができる。

ウエーハリングの数をｎとして一般化した場合も同様であり、
ｈ＝ｇ₁(ｗ₁)Ｔ₁＋ｇ₂(ｗ₁)Ｔ₂＋ｇ₃(ｗ₁)Ｔ₃＋ｇ₄(ｗ₁)Ｔ₄…＋ｇ_n(ｗ₁)Ｔ_n
ｈ＝ｇ₁(ｗ₂)Ｔ₁＋ｇ₂(ｗ₂)Ｔ₂＋ｇ₃(ｗ₂)Ｔ₃＋ｇ₄(ｗ₂)Ｔ₄…＋ｇ_n(ｗ₂)Ｔ_n
ｈ＝ｇ₁(ｗ₃)Ｔ₁＋ｇ₂(ｗ₃)Ｔ₂＋ｇ₃(ｗ₃)Ｔ₃＋ｇ₄(ｗ₃)Ｔ₄…＋ｇ_n(ｗ₃)Ｔ_n
ｈ＝ｇ₁(ｗ₄)Ｔ₁＋ｇ₂(ｗ₄)Ｔ₂＋ｇ₃(ｗ₄)Ｔ₃＋ｇ₄(ｗ₄)Ｔ₄…＋ｇ_n(ｗ₄)Ｔ_n
…
ｈ＝ｇ₁(ｗ_n)Ｔ₁＋ｇ₂(ｗ_n)Ｔ₂＋ｇ₃(ｗ_n)Ｔ₃＋ｇ₄(ｗ_n)Ｔ₄…＋ｇ_n(ｗ_n)Ｔ_n
なる連立方程式を解くことによる求めることができる。

このようにして加工時間算出部１４５により算出された各ウエーハリングｗ_iにおける加工時間Ｔ_iが加工時間管理手段１３０に記憶され、研磨動作時の各ウエーハリングｗ_iにおける加工時間Ｔ_iの制御に供される。図１は、ウエーハリングの数ｎが１０の場合を例示している。

具体例として、直径２００ｍｍのウエーハ２を５ｍｍの等間隔で２０個のウエーハリングに区画し、各ウエーハリングに位置付けた加工位置Ｘ_i（ウエーハ中心から研磨パッド３２の外周位置までの距離）での加工時間Ｔ_iを算出したところ、図２３に示すような結果が得られたものである。このような加工時間Ｔ_iの割り当て管理により、ウエーハ２を研磨パッド３２で研磨したところ、図２４−１および図２４−２に示すように加工前の１．２４μｍなる平坦度のばらつきが加工後には０．４８μｍとなる平坦度の精度の高い研磨結果が得られたものである。図２４−１は、研磨結果の様子を示すウエーハ２の外観斜視図であり、図２４−２は、研磨結果の数値例を示す説明図である。

ちなみに、図２５−１および図２５−２は、加工位置を６０ｍｍの位置に固定し、６２秒間研磨加工した従来方式の場合の研磨結果を示すものである。従来方式の場合、加工前の１．０６μｍなる平坦度のばらつきが加工後にはさらに１．３２μｍ程度に広がってしまい平坦度が低い研磨結果となっていることが判る。

なお、ウエーハ２のウエーハリングの数や研磨パッド３２の工具リングの数は、任意であるが、より多くなるように細分化する程、ウエーハ２の被研磨面の平面性が向上する。また、ウエーハリングや工具リングは、必ずしも等間隔で区画されていなくてもよい。さらに、研磨パッド３２による各ウエーハリングに対する位置付け順序（加工順序）は、ウエーハリング順に連続的に順次位置付けるようにしてもよいが、順不同でランダムに各ウエーハリングに位置付けるようにしてもよい。要は、研磨パッド３２が各ウエーハリングに位置付けられた場合に各ウエーハリングに割り当てられた加工時間分の研磨動作を行うように制御すればよい。また、本実施の形態では、水平移動手段４０は、チャックテーブル２０をＸ軸方向に移動させるようにしたが、ウエーハ２と研磨パッド３２とが相対的にＸ軸方向に移動すればよく、研磨パッド３２（研磨手段３０）をＸ軸方向に移動させるように構成してもよい。

また、本実施の形態では、乾式研磨装置への適用例として説明したが、遊離砥粒を用いるＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）方式にも適用可能であり、さらには、デバイスが複数形成されたウエーハやベアウエーハの平坦化に限らず、半導体プロセスにおける平坦化工程に適用することも可能である。

本実施の形態の研磨装置の一例を示す外観斜視図である。図１の一部を抽出して示す斜視図である。研磨パッドを示す斜視図である。研磨パッドを裏返して示す斜視図である。本実施の形態の研磨装置が備える制御部の構成例を示す概略ブロック図である。ウエーハに対する研磨パッドの加工位置を変化させた場合の接触面積の変化の様子を示す模式図である。圧力Ｐを変えた場合の相対速度Ｖに応じた除去レートの関数Ｅの実験結果に基づく特性例を示す図である。実験における研磨加工前後のウエーハの表面の様子を示す斜視図である。図８のウエーハの表面状態を数値的に示すグラフである。実験結果により得られた関数Ｅの例を示す図である。点Ａ，Ｃで相対速度が異なる様子を示す模式図である。点Ａ，Ｂで相対速度が異なる様子を示す模式図である。ウエーハリング、工具リングをある特定の加工位置で部分的に重ね合わせた状態での加工セグメントｓの様子を示す模式図である。加工セグメント毎の相対速度を示す模式図である。相対速度テーブル例を示す図である。ウエーハの回転を考慮した加工セグメントの挙動を説明するための模式図である。ウエーハリングを展開してウエーハの回転を考慮した加工セグメント挙動を説明するための模式図である。時間比の算出例を示す模式図である。時間比テーブル例を示す図である。除去レートテーブル例を示す図である。加工位置毎の相対速度テーブル例を示す図である。加工位置毎の時間比テーブル例を示す図である。加工位置毎の除去レートテーブル例を示す図である。加工時間の算出結果例を示す図である。計算結果に基づく研磨結果を示すウエーハの斜視図である。図２４−１の研磨結果を数値的に示すグラフである。従来方式による研磨結果を示すウエーハの斜視図である。図２５−１の研磨結果を数値的に示すグラフである。

符号の説明

２ウエーハ
２０チャックテーブル
２１保持面
３０研磨手段
３１研磨面
３２研磨パッド
４０水平移動手段
５０垂直移動手段
６０荷重検出手段
１１０圧力調整手段
１２０ウエーハリング位置付け手段
１３０加工時間管理手段
１４０加工時間算出手段
１４１関数記憶部
１４２相対速度算出部
１４３時間比算出部
１４４除去レート算出部
１４５加工時間算出部
ｗ₁〜ｗ₄ ウエーハリング
ｆ₁〜ｆ₄ 工具リング
ｅ₁₁〜ｅ₄₄ 加工セグメント

Claims

ウエーハを保持する保持面を有し回転可能なチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持されたウエーハに対面し研磨する研磨面を有する研磨パッドが回転可能に装着された研磨手段と、該研磨手段と前記チャックテーブルとを前記保持面に対して水平方向に相対的に移動する水平移動手段と、前記研磨手段を前記保持面に対して垂直方向に移動する垂直移動手段と、前記保持面に対する前記研磨パッドの押圧荷重を検出する荷重検出手段と、を備える研磨装置であって、
前記チャックテーブルに保持されたウエーハに対する前記研磨パッドの接触面積と前記荷重検出手段で検出された荷重とによってウエーハに対する前記研磨パッドの圧力Ｐが所望の圧力Ｐ ₀ と一致するように前記垂直移動手段を制御する圧力調整手段と、
ウエーハの回転中心から外周に向かって所定の間隔で同心円状にウエーハリングを区画し前記水平移動手段を作動して各ウエーハリングに前記研磨パッドを位置付けるウエーハリング位置付け手段と、
各ウエーハリングにおける加工時間を管理する加工時間管理手段と、
前記加工時間管理手段に連結された加工時間算出手段と、
を備え、
加工量をＷ、定数をη、ウエーハと前記研磨パッドとの間の相対速度をＶ、圧力をＰ、加工時間をＴとした場合、
前記加工時間算出手段は、
プレストンの式Ｗ＝η・Ｐ・Ｖ・Ｔを適用して、実験により単位時間当たりの関数Ｅ＝ｆ（Ｐ，Ｖ）を決定して記憶する関数記憶部と、
前記研磨面を同心円状の工具リングに区画して前記ウエーハリングとの重なりによって形成される加工セグメントにおける相対速度を該加工セグメント毎に算出して記憶する相対速度算出部と、
ウエーハ１回転に対する各加工セグメントの時間比を該加工セグメント毎に算出して記憶する時間比算出部と、
前記関数記憶部に記憶された関数Ｅと前記相対速度算出部に記憶された相対速度と前記時間比算出部に記憶された時間比とによって加工セグメント毎の除去レートを算出して記憶する除去レート算出部と、
前記ウエーハに対して前記研磨パットを水平方向に相対的に移動して各ウエーハリングと各工具リングとの重なり状態を変化させた加工位置毎に前記除去レート算出部で算出されて記憶された加工セグメント毎の除去レートに各ウエーハリングに前記研磨パッドを位置付けて加工する加工時間Ｔを加工セグメント毎に乗算してウエーハリング毎の除去量ｈを求め、ウエーハリング毎の除去量ｈが等しくなるように各ウエーハリングにおける前記加工時間Ｔを決定して記憶する加工時間算出部と、
を備えることを特徴とする研磨装置。
ウエーハを保持する保持面を有し回転可能なチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持されたウエーハに対面し研磨する研磨面を有するとともにフェルト材に研磨材を含浸させて構成された研磨パッドが回転可能に装着された研磨手段と、該研磨手段と前記チャックテーブルとを前記保持面に対して水平方向に相対的に移動する水平移動手段と、前記研磨手段を前記保持面に対して垂直方向に移動する垂直移動手段と、前記保持面に対する前記研磨パッドの押圧荷重を検出する荷重検出手段と、を備える研磨装置であって、
前記チャックテーブルに保持されたウエーハに対する前記研磨パッドの接触面積と前記荷重検出手段で検出された荷重とによってウエーハに対する前記研磨パッドの圧力Ｐが所望の圧力Ｐ ₀ と一致するように前記垂直移動手段を制御する圧力調整手段と、
ウエーハの回転中心から外周に向かって所定の間隔で同心円状にウエーハリングを区画し前記水平移動手段を作動して各ウエーハリングに前記研磨パッドを位置付けるウエーハリング位置付け手段と、
各ウエーハリングにおける加工時間を管理する加工時間管理手段と、
を備え、
加工量をＷ、定数をη、ウエーハと前記研磨パッドとの間の相対速度をＶ、圧力をＰ、加工時間をＴとした場合、
前記加工時間算出手段は、
プレストンの式Ｗ＝η・Ｐ・Ｖ・Ｔを適用して、実験により単位時間当たりの関数Ｅ＝ｆ（Ｐ，Ｖ）を決定して記憶する関数記憶部と、
前記研磨面を同心円状の工具リングに区画して前記ウエーハリングとの重なりによって形成される加工セグメントにおける相対速度を該加工セグメント毎に算出して記憶する相対速度算出部と、
ウエーハ１回転に対する各加工セグメントの時間比を該加工セグメント毎に算出して記憶する時間比算出部と、
前記関数記憶部に記憶された関数Ｅと前記相対速度算出部に記憶された相対速度と前記時間比算出部に記憶された時間比とによって加工セグメント毎の除去レートを算出して記憶する除去レート算出部と、
前記ウエーハに対して前記研磨パットを水平方向に相対的に移動して各ウエーハリングと各工具リングとの重なり状態を変化させた加工位置毎に前記除去レート算出部で算出されて記憶された加工セグメント毎の除去レートに各ウエーハリングに前記研磨パッドを位置付けて加工する加工時間Ｔを加工セグメント毎に乗算してウエーハリング毎の除去量ｈを求め、ウエーハリング毎の除去量ｈが等しくなるように各ウエーハリングにおける前記加工時間Ｔを決定して記憶する加工時間算出部と、
を備えることを特徴とする研磨装置。
前記加工時間管理手段に加工時間算出手段が連結されていることを特徴とする請求項２に記載の研磨装置。