JP6961343B2 - Polishing equipment - Google Patents

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Description

本発明は、研磨装置に関する。 The present invention relates to a polishing apparatus.

従来より、半導体材料からなるウェハの表面等を研磨する研磨装置として、例えば国際公開2013/038573号(特許文献1)に記載されているような、回転駆動される研磨パッドを用いる研磨装置が知られている。一般に、研磨パッドは、回転軸の先端に設けられており、回転機構及び回転軸を含む研磨パッドが弾性機構を介してヘッドに支持されている。ヘッドは、駆動機構を介して装置本体に支持されている。 Conventionally, as a polishing device for polishing the surface of a wafer made of a semiconductor material or the like, a polishing device using a rotation-driven polishing pad as described in, for example, International Publication No. 2013/038573 (Patent Document 1) has been known. Has been done. Generally, the polishing pad is provided at the tip of the rotating shaft, and the polishing pad including the rotating mechanism and the rotating shaft is supported by the head via an elastic mechanism. The head is supported by the device body via a drive mechanism.

駆動機構の制御方法としては、例えば特開昭59−219152号公報(特許文献2)に記載されているような、位置制御と荷重制御とを組み合わせた方法が採用され得る。この制御方法は、研磨パッドがウェハに接触して研磨時の目標荷重が達成されるまでは、当該研磨パッドの位置(座標)に基づいて駆動機構を制御(位置制御)し、前記目標荷重が達成された後は、研磨パッドとウェハとの接触面に生じる圧力に基づいて駆動機構を制御(荷重制御)する、という方法である。研磨時の目標荷重が達成される時のヘッドの位置(Z座標)は、研磨パッドの研磨面の面積と弾性機構のバネ定数とに基づいて決定される。 As a control method of the drive mechanism, for example, a method that combines position control and load control as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-219152 (Patent Document 2) can be adopted. In this control method, the drive mechanism is controlled (position control) based on the position (coordinates) of the polishing pad until the polishing pad comes into contact with the wafer and the target load at the time of polishing is achieved, and the target load is reduced. After this is achieved, the drive mechanism is controlled (load control) based on the pressure generated on the contact surface between the polishing pad and the wafer. The position (Z coordinate) of the head when the target load at the time of polishing is achieved is determined based on the area of the polishing surface of the polishing pad and the spring constant of the elastic mechanism.

研磨パッドに加わる荷重は、例えば、研磨パッドの回転軸の上方に設けられたロードセルによって測定され得る。測定の手順は次の通りである。すなわち、Z座標軸(鉛直方向軸)に沿ってヘッドが下降(ウェハに近接する方向に移動)され、研磨パッドの研磨面がウェハに押し当てられる。これに伴って、弾性機構(コイルバネ)が変形し、ヘッドに対して研磨パッド及び回転軸が上方に相対移動される。これにより、回転軸の上端部がロードセルに押し付けられてロードセル内のひずみゲージが変形し、回転軸の上端部がひずみゲージを押す力が測定される。そして、ロードセルによって測定される力が目標荷重となるように、ヘッドのZ座標値が調整される。 The load applied to the polishing pad can be measured, for example, by a load cell provided above the axis of rotation of the polishing pad. The measurement procedure is as follows. That is, the head is lowered (moved in a direction closer to the wafer) along the Z coordinate axis (vertical axis), and the polishing surface of the polishing pad is pressed against the wafer. Along with this, the elastic mechanism (coil spring) is deformed, and the polishing pad and the rotating shaft are relatively moved upward with respect to the head. As a result, the upper end of the rotating shaft is pressed against the load cell, the strain gauge in the load cell is deformed, and the force with which the upper end of the rotating shaft pushes the strain gauge is measured. Then, the Z coordinate value of the head is adjusted so that the force measured by the load cell becomes the target load.

以上のような研磨装置においては、荷重制御が行われている際に、微小な突起や異物が存在している場所を研磨体が通過すると、研磨パッドは急激に上方に移動され(押し上げられ)、ロードセルの測定値が急激に上昇する。このような急激な荷重の変化に追従して高精度な荷重制御を行うことは、一般に困難である。また、高精度のロードセルにおいては、測定可能な荷重範囲が比較的狭いため、適正な荷重の測定が行えないおそれがある。 In the above-mentioned polishing apparatus, when the polishing body passes through a place where minute protrusions or foreign substances are present during load control, the polishing pad is rapidly moved upward (pushed up). , The measured value of the load cell rises sharply. It is generally difficult to perform highly accurate load control by following such a sudden change in load. Further, in a high-precision load cell, since the measurable load range is relatively narrow, there is a possibility that an appropriate load cannot be measured.

国際公開2013/038573号International Publication 2013/038573 特開昭59−219152号公報JP-A-59-219152

本件発明者は、鋭意検討を重ねた結果、位置センサ(例えばリニアスケール)と弾性機構のバネ定数とに基づいて荷重制御を行うことにより、測定可能な荷重範囲を拡大できると共に、急激な荷重の変化が生じても高精度で研磨加工を行い得ることを知見した。 As a result of diligent studies, the present inventor can expand the measurable load range and expand the measurable load range by performing load control based on the position sensor (for example, linear scale) and the spring constant of the elastic mechanism. It was found that polishing can be performed with high accuracy even if changes occur.

本発明は以上の知見に基づいている。すなわち、本発明の目的は、研磨体に加わる荷重の検出範囲を拡大し、微小な突起や異物が存在している場所を研磨体が通過しても、高精度の研磨加工を維持し得る研磨装置を提供することである。 The present invention is based on the above findings. That is, an object of the present invention is to expand the detection range of the load applied to the polishing body, and to maintain high-precision polishing even if the polishing body passes through a place where minute protrusions or foreign substances exist. To provide a device.

本発明は、被研磨材を保持する保持部と、前記保持部に保持された被研磨材を研磨する研磨体と、弾性機構を介して前記研磨体を支持するヘッドと、前記ヘッドを、前記被研磨材に対して当該被研磨材との離間距離が変化する方向に相対移動させる駆動機構と、前記駆動機構に接続され、前記駆動機構を制御する制御部と、を備え、前記ヘッドは、前記研磨体を支持する研磨体支持部材を有し、前記弾性機構は、前記研磨体支持部材を前記被研磨材に向けて加圧する加圧スプリングと、当該加圧スプリングと並列に配置され前記研磨体支持部材の自重を支持するバランス用スプリングと、を備え、前記制御部は、前記ヘッドの位置と前記加圧スプリングの弾性係数に基づき荷重を測定し、荷重が所定の値になるように制御することを特徴とする研磨装置である。 In the present invention, a holding portion that holds the material to be polished, a polishing body that polishes the material to be polished held by the holding portion, a head that supports the polishing body via an elastic mechanism, and the head are described. The head includes a drive mechanism that moves relative to the material to be polished in a direction in which the distance from the material to be polished changes, and a control unit that is connected to the drive mechanism and controls the drive mechanism. It has a polishing body support member that supports the polishing body, and the elastic mechanism is arranged in parallel with a pressure spring that pressurizes the polishing body support member toward the polishing material, and the polishing body. A balance spring that supports the weight of the body support member is provided, and the control unit measures the load based on the position of the head and the elastic coefficient of the pressurizing spring, and controls the load to a predetermined value. a polishing apparatus characterized by.

本発明によれば、研磨体に加わる荷重がロードセル等を介さずに測定されるため、当該荷重の検出範囲を拡大でき、微小な突起や異物が存在している場所を研磨体が通過しても、高精度の研磨加工を維持し得る研磨装置を提供することができる。 According to the present invention, since the load applied to the abrasive body is measured without going through a load cell or the like, the detection range of the load can be expanded, and the abrasive body passes through a place where minute protrusions or foreign substances are present. Also, it is possible to provide a polishing apparatus capable of maintaining a high-precision polishing process.

前記研磨装置は、前記制御部に接続され、前記ヘッドに対する前記研磨体の位置を測定する位置センサを備えていて良い。この場合、ヘッドに対する研磨体の相対位置を正確に測定することができる。 The polishing device may include a position sensor connected to the control unit and measuring the position of the polishing body with respect to the head. In this case, the relative position of the polished body with respect to the head can be accurately measured.

前記位置センサは、リニアスケールであって良い。この場合、ヘッドに対する研磨体の相対位置を正確に測定することが容易である。 The position sensor may be of linear scale. In this case, it is easy to accurately measure the relative position of the polished body with respect to the head.

前記制御部は、前記位置センサの測定値と前記弾性機構のバネ定数とに基づいて、前記研磨体に加えられている荷重を計算し、この荷重を制御するようになっていて良い。この場合、研磨体の位置を正確に制御することができる。 The control unit may calculate the load applied to the abrasive body based on the measured value of the position sensor and the spring constant of the elastic mechanism, and control this load. In this case, the position of the polished body can be accurately controlled.

本発明によれば、研磨体に加わる荷重がロードセルなどによって直接的に測定されないため、当該荷重の検出範囲を拡大でき、微小な突起や異物が存在している場所を研磨体が通過しても、高精度の研磨加工を維持し得る研磨装置を提供することができる。 According to the present invention, since the load applied to the abrasive body is not directly measured by a load cell or the like, the detection range of the load can be expanded, and even if the abrasive body passes through a place where minute protrusions or foreign substances exist. , It is possible to provide a polishing apparatus capable of maintaining a high-precision polishing process.

本発明の一実施の形態による研磨装置を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the polishing apparatus by one Embodiment of this invention. 図1に示す研磨装置のヘッドの内部構造を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the internal structure of the head of the polishing apparatus shown in FIG. 図1に示す研磨装置のヘッドを、図2の左上方から見た場合の概略側面図である。It is a schematic side view when the head of the polishing apparatus shown in FIG. 1 is seen from the upper left side of FIG. 図3の紙面に平行でスピンドルの軸心を通過する平面における、図3のヘッドの概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the head of FIG. 3 in a plane parallel to the paper surface of FIG. 3 and passing through the axis of the spindle. 図1に示す研磨装置の制御装置を概略的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic the control device of the polishing apparatus shown in FIG.

以下に、添付の図面を参照して本発明の一実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の一実施の形態による研磨装置100を示す概略斜視図である。図1に示すように、本実施の形態による研磨装置100は、ベッド70と、ベッド70上に設けられ、被研磨材(ウェハWa)を保持する保持部としてのテーブル60と、テーブル60に保持された被研磨材を研磨する研磨体10と、弾性機構32(図2参照)を介して研磨体10を支持するヘッド30と、ヘッド30を装置本体20に対してZ座標方向(図1における上下方向)に移動させる駆動機構24と、駆動機構24に接続され、当該駆動機構24を制御する制御部50とを備えている。 FIG. 1 is a schematic perspective view showing a polishing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the polishing apparatus 100 according to the present embodiment is held on the bed 70, the table 60 as a holding portion provided on the bed 70 and holding the material to be polished (wafer Wa), and the table 60. The abrasive body 10 for polishing the polished material, the head 30 for supporting the abrasive body 10 via the elastic mechanism 32 (see FIG. 2), and the head 30 in the Z coordinate direction with respect to the apparatus main body 20 (in FIG. 1). It includes a drive mechanism 24 that moves in the vertical direction) and a control unit 50 that is connected to the drive mechanism 24 and controls the drive mechanism 24.

このうちテーブル(保持部)60は、被研磨材としての円盤状のウェハWaを保持するものである。テーブル60は、ベッド70上に配置された直方体状の支持ブロック61により支持されている。 Of these, the table (holding portion) 60 holds a disk-shaped wafer Wa as an abrasive. The table 60 is supported by a rectangular parallelepiped support block 61 arranged on the bed 70.

また、研磨体10は、テーブル60に保持されたウェハWaを研磨するものである。この研磨体10は、図1に示すように、スピンドル11と、当該スピンドル11の一端部(図1の下端部)に取り付けられた研磨パッド12と、を有している。本実施の形態の研磨パッド12には、直径が10mmの円盤状のものが採用されている。 Further, the polishing body 10 polishes the wafer Wa held on the table 60. As shown in FIG. 1, the polishing body 10 has a spindle 11 and a polishing pad 12 attached to one end of the spindle 11 (lower end of FIG. 1). As the polishing pad 12 of the present embodiment, a disk-shaped polishing pad 12 having a diameter of 10 mm is adopted.

本実施の形態の装置本体20は、ヘッド30をウェハWaに対して相対移動させる駆動機構24を介して当該ヘッド30を支持するものである。装置本体20は、図1に示すように、直方体状のコラム21と、コラム21の一側面21a上に駆動機構24を介して一端が支持された円柱状のアーム22と、コラム21を上面23aにおいて支持する直方体状のベース23と、を有している。アーム22の他端にはヘッド30が取り付けられており、駆動機構24によってアーム22がコラム21の前記一側面21a上を鉛直方向(図1のZ座標方向)に移動されるようになっている。これにより、ヘッド30のZ座標方向の位置決めが行われるようになっている。 The apparatus main body 20 of the present embodiment supports the head 30 via a drive mechanism 24 that moves the head 30 relative to the wafer Wa. As shown in FIG. 1, the apparatus main body 20 has a rectangular parallelepiped column 21, a columnar arm 22 whose one end is supported on one side surface 21a of the column 21 via a drive mechanism 24, and a column 21 on the upper surface 23a. It has a rectangular parallelepiped base 23 and a support in the above. A head 30 is attached to the other end of the arm 22, and the drive mechanism 24 moves the arm 22 in the vertical direction (Z coordinate direction in FIG. 1) on the one side surface 21a of the column 21. .. As a result, the head 30 is positioned in the Z coordinate direction.

また、本実施の形態のコラム21は、既知の駆動機構によって、ベース23上をアーム22の長さ方向(図1のX座標方向)に移動されるようになっており、これにより、ヘッド30のX座標方向の位置決めが行われるようになっている。 Further, the column 21 of the present embodiment is moved on the base 23 in the length direction of the arm 22 (X coordinate direction in FIG. 1) by a known drive mechanism, whereby the head 30 is moved. Is positioned in the X coordinate direction.

また、図1に示すように、ベッド70は、テーブル60の支持ブロック61及び装置本体20を支持するものである。具体的には、テーブル60及び支持ブロック61は、ベッド70の上面において、研磨体10に対応する位置に配置されている。本実施の形態では、支持ブロック61の下面には、ベッド70上に図1のY座標方向に沿って刻まれた2本の平行溝71に係合する突条62が設けられており、当該支持ブロック61は当該2本の平行溝71に沿って移動され得るようになっている。これにより、テーブル60のY座標方向の位置決め、すなわち、テーブル60に対するヘッド30のY座標方向の位置決めが行われるようになっている。本実施の形態のテーブル60は、例えば直径が200mmの載置面60aを有している。 Further, as shown in FIG. 1, the bed 70 supports the support block 61 of the table 60 and the apparatus main body 20. Specifically, the table 60 and the support block 61 are arranged at positions corresponding to the polished body 10 on the upper surface of the bed 70. In the present embodiment, on the lower surface of the support block 61, a ridge 62 that engages with two parallel grooves 71 carved along the Y coordinate direction of FIG. 1 is provided on the bed 70. The support block 61 can be moved along the two parallel grooves 71. As a result, the table 60 is positioned in the Y coordinate direction, that is, the head 30 is positioned with respect to the table 60 in the Y coordinate direction. The table 60 of the present embodiment has, for example, a mounting surface 60a having a diameter of 200 mm.

次に、ヘッド30の構成について更に説明する。図2は、図1に示す研磨装置100のヘッド30の内部構造を示す概略斜視図であり、図3は、図1に示す研磨装置100のヘッド30を、図2の左上方から見た場合の概略側面図であり、図4は、図3の紙面に平行でスピンドル11の軸心を通過する平面における、図3のヘッド30の概略断面図である。 Next, the configuration of the head 30 will be further described. FIG. 2 is a schematic perspective view showing the internal structure of the head 30 of the polishing apparatus 100 shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a case where the head 30 of the polishing apparatus 100 shown in FIG. 1 is viewed from the upper left side of FIG. FIG. 4 is a schematic side view of the head 30 of FIG. 3 in a plane parallel to the paper surface of FIG. 3 and passing through the axis of the spindle 11.

図2乃至図4に示すように、本実施の形態のヘッド30は、研磨体10を支持するものである。このヘッド30は、弾性機構32を介して支持され、研磨体10のスピンドル11を支持する研磨体支持部材31を有している。研磨体支持部材31の内部には、スピンドル11を回転駆動する既知の駆動機構(不図示)が設けられており、所望の回転速度で研磨体10を回転させるようになっている。研磨体支持部材31は、図4に示すように、側面上にフランジ部31aを有する円柱状であり、当該フランジ部31aの上方には、アーム22に固定され、研磨体支持部材31を取り囲むカバー35が設けられている。カバー35の外形は、図2に示すように、八角柱状である。カバー35には、上下方向に貫通孔35aが形成され、この貫通孔35a内で研磨体支持部材31が上下方向に移動可能となっている。 As shown in FIGS. 2 to 4, the head 30 of the present embodiment supports the polished body 10. The head 30 has a polishing body support member 31 that is supported via an elastic mechanism 32 and supports the spindle 11 of the polishing body 10. A known drive mechanism (not shown) for rotationally driving the spindle 11 is provided inside the abrasive body support member 31, so that the abrasive body 10 is rotated at a desired rotational speed. As shown in FIG. 4, the polished body support member 31 is a columnar shape having a flange portion 31a on the side surface, and above the flange portion 31a is a cover fixed to the arm 22 and surrounding the polished body support member 31. 35 is provided. As shown in FIG. 2, the outer shape of the cover 35 is an octagonal columnar shape. A through hole 35a is formed in the cover 35 in the vertical direction, and the abrasive body support member 31 can move in the vertical direction in the through hole 35a.

また、図2に示すように、本実施の形態の弾性機構32は、研磨体支持部材31と共に研磨体10を下方に加圧する1つの加圧スプリング32aと、研磨体支持部材31の自重を支持する2つのバランス用スプリング32b、32cによって構成されている。加圧スプリング32aは、研磨体支持部材31の上端に設置されており、研磨体10のスピンドル11の軸心に沿って弾発力を発生させるようになっている。また、バランス用スプリング32b、32cは、加圧スプリング32aのY軸方向両側において、当該加圧スプリング32aと並列にカバー35の上面に設けられている。本実施の形態では、加圧スプリング32aの上端が支持体33に連結されており、当該加圧スプリング32aを介して、研磨体10に加わる荷重が測定されるようになっている。 Further, as shown in FIG. 2, the elastic mechanism 32 of the present embodiment supports one pressure spring 32a that presses the polishing body 10 downward together with the polishing body support member 31 and the own weight of the polishing body support member 31. It is composed of two balancing springs 32b and 32c. The pressure spring 32a is installed at the upper end of the polishing body support member 31, and is adapted to generate an elastic force along the axial center of the spindle 11 of the polishing body 10. Further, the balance springs 32b and 32c are provided on the upper surface of the cover 35 in parallel with the pressure spring 32a on both sides of the pressure spring 32a in the Y-axis direction. In the present embodiment, the upper end of the pressure spring 32a is connected to the support 33, and the load applied to the polishing body 10 is measured via the pressure spring 32a.

更に、研磨装置100は、ヘッド30に対する研磨体10の鉛直方向の座標(図2におけるW座標)を測定する位置センサとして、リニアスケール34を備えている。図2に示すように、リニアスケール34は、研磨体支持部材31の上端に固定された固定子34aと支持部材36を介してカバー35の上方に固定された可動子34bとを有している。このリニアスケール34は、カバー35に対する研磨体支持部材31の相対位置を測定するようになっている。そして、この測定値に基づいて、制御装置50がヘッド10に対する研磨体10の位置(W座標)を評価するようになっている。 Further, the polishing apparatus 100 includes a linear scale 34 as a position sensor for measuring the vertical coordinates (W coordinates in FIG. 2) of the polishing body 10 with respect to the head 30. As shown in FIG. 2, the linear scale 34 has a stator 34a fixed to the upper end of the abrasive body support member 31 and a mover 34b fixed above the cover 35 via the support member 36. .. The linear scale 34 measures the relative position of the polished body support member 31 with respect to the cover 35. Then, based on this measured value, the control device 50 evaluates the position (W coordinate) of the polished body 10 with respect to the head 10.

図5は、図1に示す研磨装置100に接続されている制御装置50の概略的なブロック図である。本実施の形態の制御装置50は、図5に示すように、研磨体10のスピンドル11の軸心とテーブル60の回転の中心との相対位置関係を検出する検出部51と、位置制御から荷重制御へ切り替える時の研磨体支持部材31のZ座標を記憶している記憶部52と、研磨体支持部材31が前記Z座標に到達したか否かを判定する判定部53と、検出部51によって検出された研磨体10のスピンドル11の軸心とテーブル60の回転の中心との相対位置関係に基づいて研磨パッド12とウェハWaとの接触面積を評価し、当該接触面積とリニアスケール34の測定値とに基づいて当該ウェハWaに加わる圧力が適切か否かを評価する圧力評価部54と、を有している。 FIG. 5 is a schematic block diagram of the control device 50 connected to the polishing device 100 shown in FIG. As shown in FIG. 5, the control device 50 of the present embodiment includes a detection unit 51 that detects the relative positional relationship between the axial center of the spindle 11 of the polishing body 10 and the center of rotation of the table 60, and a load from the position control. A storage unit 52 that stores the Z coordinate of the abrasive body support member 31 when switching to control, a determination unit 53 that determines whether or not the abrasive body support member 31 has reached the Z coordinate, and a detection unit 51 The contact area between the polishing pad 12 and the wafer Wa is evaluated based on the relative positional relationship between the detected axial center of the spindle 11 of the polishing body 10 and the center of rotation of the table 60, and the contact area and the linear scale 34 are measured. It has a pressure evaluation unit 54 that evaluates whether or not the pressure applied to the wafer Wa is appropriate based on the value.

次に、本実施の形態による研磨装置100の作用について説明する。 Next, the operation of the polishing apparatus 100 according to the present embodiment will be described.

まず、研磨加工に先立ち、テーブル60の回転の中心と研磨体10のスピンドル11の軸心とがY軸方向において一致するように、テーブル60が、ベッド70上に刻まれた2本の平行溝に沿って位置決めされる。当該テーブル60には、被研磨材としてのウェハWaが研磨対象の面を上方にして載置される。そして、ユーザにより研磨装置100が起動されると、テーブル60の回転の中心とスピンドル11の軸心とが図1のX軸方向において一致するまで、コラム21がベース23上を移動させられる。なお、この時に研磨体10の研磨パッド12がテーブル60の縁部と干渉しないよう、初期状態において、ヘッド30は十分な高さに退避されている。 First, prior to the polishing process, the table 60 has two parallel grooves carved on the bed 70 so that the center of rotation of the table 60 and the axis of the spindle 11 of the polishing body 10 coincide with each other in the Y-axis direction. Positioned along. A wafer Wa as a material to be polished is placed on the table 60 with the surface to be polished facing upward. Then, when the polishing device 100 is activated by the user, the column 21 is moved on the base 23 until the center of rotation of the table 60 and the axis of the spindle 11 coincide with each other in the X-axis direction of FIG. At this time, the head 30 is retracted to a sufficient height in the initial state so that the polishing pad 12 of the polishing body 10 does not interfere with the edge of the table 60.

そして、ユーザの指示に基づいて、研磨体10のスピンドル11及びテーブル60の駆動機構がそれぞれ起動され、研磨体10及びテーブル60が所望の速度で回転される。すなわち、研磨パッド12とウェハWaとが、それぞれ所望の速度で回転される。この状態で、ヘッド30が、コラム21に設けられた駆動機構によって、アーム22と共に下方に移動され、ウェハWaに研磨パッド12が押し当てられる。本実施の形態では、円滑な研磨加工を行うため、ウェハWaに研磨パッド12が押し当てられる前に、ウェハWaの研磨対象の面に研磨液が供給される。 Then, based on the user's instruction, the driving mechanisms of the spindle 11 and the table 60 of the polishing body 10 are activated, respectively, and the polishing body 10 and the table 60 are rotated at a desired speed. That is, the polishing pad 12 and the wafer Wa are each rotated at a desired speed. In this state, the head 30 is moved downward together with the arm 22 by the drive mechanism provided on the column 21, and the polishing pad 12 is pressed against the wafer Wa. In the present embodiment, in order to perform a smooth polishing process, the polishing liquid is supplied to the surface to be polished on the wafer Wa before the polishing pad 12 is pressed against the wafer Wa.

本実施の形態による研磨装置100において、ウェハWaに研磨パッド12が押し当てられるまでのヘッド30の移動は、位置制御、すなわち、ヘッド30の位置(Z座標)に基づく制御である。そして、ウェハWaに研磨パッド12が押し当てられ、研磨時の目標荷重が達成された時に、リニアスケール34が検出するヘッド30に対する研磨体10の位置(W座標)に基づく荷重制御に切り替えられる。本実施の形態の荷重制御では、ウェハWaと研磨パッド12との接触面に加わる圧力(面圧)が一定となるように、弾性機構32のバネ定数を勘案して、研磨体支持部材31の位置(W座標)が制御される。 In the polishing apparatus 100 according to the present embodiment, the movement of the head 30 until the polishing pad 12 is pressed against the wafer Wa is position control, that is, control based on the position (Z coordinate) of the head 30. Then, when the polishing pad 12 is pressed against the wafer Wa and the target load at the time of polishing is achieved, the load control is switched based on the position (W coordinate) of the polishing body 10 with respect to the head 30 detected by the linear scale 34. In the load control of the present embodiment, the polishing body support member 31 takes into consideration the spring constant of the elastic mechanism 32 so that the pressure (surface pressure) applied to the contact surface between the wafer Wa and the polishing pad 12 becomes constant. The position (W coordinate) is controlled.

以上から明らかなとおり、本実施の形態における荷重制御は、研磨体10に加わる荷重を直接的に測定することによって行われるのではなく、リニアスケール34によって測定される、ヘッド30に対する研磨体10の位置(W座標)に基づいて行われる。具体的には、このW座標と弾性機構32のバネ定数とにより、研磨体10に加わる荷重を評価し、この荷重が所定の値となるように、ヘッド30の位置(Z座標)を制御する。 As is clear from the above, the load control in the present embodiment is not performed by directly measuring the load applied to the polishing body 10, but is measured by the linear scale 34 of the polishing body 10 with respect to the head 30. It is performed based on the position (W coordinate). Specifically, the load applied to the abrasive body 10 is evaluated by the W coordinate and the spring constant of the elastic mechanism 32, and the position (Z coordinate) of the head 30 is controlled so that this load becomes a predetermined value. ..

荷重制御が開始すると、圧力評価部54は、研磨体支持部材31のW座標をリアルタイムで監視する。研磨パッド12は、ウェハWaの上方から次第に当該ウェハWaに近接し、同時に、ウェハWaの径方向外側から径方向内側に向けて移動される。そして、研磨パッド12の一部がウェハWaに押し当てられて当該ウェハWaの研磨が開始される。研磨パッド12は、次第にウェハWaの径方向内側に移動される。これに伴って、研磨パッド12の研磨面とウェハWaとの接触面積は次第に増大し、最終的に当該研磨面の全てがウェハWaに接触して接触面積は一定となる。本実施の形態においては、研磨パッド12とウェハWaとの接触面に加わる圧力(面圧)が一定となるようにヘッド30の位置(Z座標)が制御されるため、研磨体10に加わる荷重は、次第に増大しその後一定となる。 When the load control starts, the pressure evaluation unit 54 monitors the W coordinate of the abrasive body support member 31 in real time. The polishing pad 12 gradually approaches the wafer Wa from above the wafer Wa, and at the same time, is moved from the radial outer side to the radial inner side of the wafer Wa. Then, a part of the polishing pad 12 is pressed against the wafer Wa, and polishing of the wafer Wa is started. The polishing pad 12 is gradually moved inward in the radial direction of the wafer Wa. Along with this, the contact area between the polishing surface of the polishing pad 12 and the wafer Wa gradually increases, and finally all of the polishing surface comes into contact with the wafer Wa, and the contact area becomes constant. In the present embodiment, the position (Z coordinate) of the head 30 is controlled so that the pressure (surface pressure) applied to the contact surface between the polishing pad 12 and the wafer Wa is constant, so that the load applied to the polishing body 10 is applied. Gradually increases and then becomes constant.

ウェハWaの研磨加工に伴って当該ウェハWaの厚みが減少し、研磨体10に加わる荷重が減少した場合には、ヘッド30が、コラム21に設けられた駆動機構24によってアーム22と共に下方に移動される。この移動により、研磨体10がウェハWaに対してより強く押し当てられるため、研磨体10に加わる荷重が増大するすると共に、加圧スプリング32aが圧縮される。そして、リニアスケール34によって、研磨装置100内に予め登録された研磨体支持部材31のW座標が回復されたことが検出されると、移動は停止される。 When the thickness of the wafer Wa decreases with the polishing process of the wafer Wa and the load applied to the polishing body 10 decreases, the head 30 moves downward together with the arm 22 by the drive mechanism 24 provided on the column 21. Will be done. Due to this movement, the polishing body 10 is pressed more strongly against the wafer Wa, so that the load applied to the polishing body 10 increases and the pressure spring 32a is compressed. Then, when the linear scale 34 detects that the W coordinate of the polishing body support member 31 registered in advance in the polishing apparatus 100 has been restored, the movement is stopped.

ウェハWaの研磨時には、コラム21がベース23上を移動させられることにより研磨体10がウェハWaの一方の周縁部から他方の周縁部までX座標方向に沿って直線状に移動される。この研磨の過程において、ウェハWaの表面に微小な突起や異物が存在している場所を研磨体10が通過すると、研磨体10は急激に上方に移動される(押し上げられる)。
しかしながら、本実施の形態においては、リニアスケール34を利用して間接的に荷重を測定しているため、測定可能な荷重範囲は、例えばロードセルによって直接的に測定する場合よりも広い。
When polishing the wafer Wa, the column 21 is moved on the base 23, so that the polishing body 10 is linearly moved from one peripheral edge portion of the wafer Wa to the other peripheral edge portion along the X coordinate direction. In this polishing process, when the polishing body 10 passes through a place where minute protrusions or foreign substances exist on the surface of the wafer Wa, the polishing body 10 is rapidly moved upward (pushed up).
However, in the present embodiment, since the load is indirectly measured by using the linear scale 34, the measurable load range is wider than that of the case where the load is directly measured by, for example, a load cell.

そして、所望の研磨加工が達成されると、研磨液の供給が停止されると共に、ヘッド30が、駆動機構24によってアーム22と共に上方に移動される。そして、ユーザの指示に基づいて、研磨体10及びテーブル60の回転が停止され、ウェハWaがテーブル60から取り外される。この時、必要に応じて、コラム21がベース23上を図1のX座標の負の方向に移動させられて、ヘッド30が退避される。 Then, when the desired polishing process is achieved, the supply of the polishing liquid is stopped, and the head 30 is moved upward together with the arm 22 by the drive mechanism 24. Then, based on the user's instruction, the rotation of the polishing body 10 and the table 60 is stopped, and the wafer Wa is removed from the table 60. At this time, if necessary, the column 21 is moved on the base 23 in the negative direction of the X coordinate of FIG. 1, and the head 30 is retracted.

以上のような本実施の形態によれば、研磨体10に加わる荷重がロードセル等を介さずに測定されるため、当該荷重の検出範囲を拡大でき、微小な突起や異物が存在している場所を研磨体10が通過しても、高精度の研磨加工を維持し得る研磨装置100を提供することができる。 According to the present embodiment as described above, since the load applied to the polishing body 10 is measured without going through a load cell or the like, the detection range of the load can be expanded and a place where minute protrusions or foreign matters are present. It is possible to provide a polishing apparatus 100 capable of maintaining high-precision polishing processing even when the polishing body 10 passes through.

本実施の形態では、位置センサとしてリニアスケール34が採用されているため、ヘッド30に対する研磨体10の相対位置を容易且つ正確に測定することができる。 In the present embodiment, since the linear scale 34 is adopted as the position sensor, the relative position of the polishing body 10 with respect to the head 30 can be easily and accurately measured.

なお、本実施の形態では、研磨体10は、スピンドル11を介して研磨体支持部材31に回転可能に支持されているが、当該研磨体10は必ずしも回転可能に支持されている必要はない。 In the present embodiment, the polishing body 10 is rotatably supported by the polishing body support member 31 via the spindle 11, but the polishing body 10 does not necessarily have to be rotatably supported.

また、本実施の形態においては、研磨時の目標荷重が達成されたときに、位置制御から荷重制御に切り替えられたが、当該目標荷重が達成される前に荷重制御に切り替えられても良い。この場合、弾性機構32の反発力に起因して生じる目標荷重に対する荷重のオーバーシュートを回避することができる。 Further, in the present embodiment, when the target load at the time of polishing is achieved, the position control is switched to the load control, but the load control may be switched before the target load is achieved. In this case, it is possible to avoid overshoot of the load with respect to the target load caused by the repulsive force of the elastic mechanism 32.

10 研磨体
11 スピンドル
12 研磨パッド
20 装置本体
21 コラム
21a コラムの一側面
22 アーム
23 ベース
23a ベースの上面
30 ヘッド
31 研磨体支持部材
31a フランジ部
32 弾性機構
32a 加圧スプリング
32b、32c バランス用スプリング
33 支持体
34 リニアスケール
34a 固定子
34b 可動子
35 カバー
50 制御装置
51 検出部
52 記憶部
53 判定部
54 圧力評価部
60 テーブル
60a 載置面
61 支持ブロック
62 突条
70 ベッド
71 平行溝
100 研磨装置
Wa ウェハ
10 Polished body 11 Spindle 12 Polished pad 20 Device body 21 Column 21a One side of column 22 Arm 23 Base 23a Top surface of base 30 Head 31 Polished body support member 31a Flange 32 Elastic mechanism 32a Pressurized spring 32b, 32c Balance spring 33 Support 34 Linear scale 34a Stator 34b Movable 35 Cover 50 Control device 51 Detection unit 52 Storage unit 53 Judgment unit 54 Pressure evaluation unit 60 Table 60a Mounting surface 61 Support block 62 Protrusion 70 Bed 71 Parallel groove 100 Polishing device Wa Wafer

Claims (4)

被研磨材を保持する保持部と、
前記保持部に保持された被研磨材を研磨する研磨体と、
弾性機構を介して前記研磨体を支持するヘッドと、
前記ヘッドを、前記被研磨材に対して当該被研磨材との離間距離が変化する方向に相対移動させる駆動機構と、
前記駆動機構に接続され、前記駆動機構を制御する制御部と、
を備え、
前記ヘッドは、前記研磨体を支持する研磨体支持部材を有し、
前記弾性機構は、前記研磨体支持部材を前記被研磨材に向けて加圧する加圧スプリングと、当該加圧スプリングと並列に配置され前記研磨体支持部材の自重を支持するバランス用スプリングと、を備え、
前記制御部は、前記ヘッドの位置と前記加圧スプリングの弾性係数に基づき荷重を測定し、荷重が所定の値になるように制御することを特徴とする研磨装置。
A holding part that holds the material to be polished and
An abrasive body that polishes the material to be polished held in the holding portion, and
A head that supports the polished body via an elastic mechanism,
A drive mechanism that moves the head relative to the material to be polished in a direction in which the distance from the material to be polished changes.
A control unit connected to the drive mechanism and controlling the drive mechanism,
With
The head has a polishing body support member that supports the polishing body, and has a polishing body support member.
The elastic mechanism includes a pressure spring that pressurizes the abrasive body support member toward the material to be polished, and a balance spring that is arranged in parallel with the pressure spring and supports the weight of the abrasive body support member. Prepare,
The control unit is a polishing device that measures a load based on the position of the head and the elastic modulus of the pressure spring, and controls the load so as to have a predetermined value.
前記研磨装置は、前記制御部に接続され、前記ヘッドに対する前記研磨体の位置を測定する位置センサを備えている
ことを特徴とする請求項1に記載の研磨装置。
The polishing apparatus according to claim 1, wherein the polishing apparatus is connected to the control unit and includes a position sensor for measuring the position of the polishing body with respect to the head.
前記位置センサは、リニアスケールである
ことを特徴とする請求項2に記載の研磨装置。
The polishing apparatus according to claim 2, wherein the position sensor is a linear scale.
前記制御部は、前記位置センサの測定値と前記弾性機構のバネ定数とに基づいて、前記研磨体に加えられている荷重を計算し、この荷重を制御する
ことを特徴とする請求項2または3に記載の研磨装置。
The control unit calculates the load applied to the polished body based on the measured value of the position sensor and the spring constant of the elastic mechanism, and controls the load. The polishing apparatus according to 3.
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