JP7240078B1 - ワーク研磨装置および研磨補助装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークを適切に研磨することができるワーク研磨装置および研磨補助装置を提供する。
【解決手段】研磨装置本体１０と、保持部１２の回転を補助する研磨補助装置２０と、研磨補助装置２０の動作を制御する制御装置３０と、を備え、研磨補助装置２０は、モーター２３により回転駆動するサポートローラー２１を有し、制御装置３０は、サポートローラー２１の位置を、保持部１２に当接しない第１位置と、保持部１２に当接する第２位置とで切り替え、研磨装置本体１０は、ワークＷを研磨する際に、サポートローラー２１が保持部１２に当接しない第１位置である場合も、ワークＷを一定位置で保持し研磨することが可能であり、制御装置３０は、研磨補助装置２０に、サポートローラー２１を第２位置まで移動させてサポートローラー２１を保持部１２に当接させることで、保持部１２に回転力を付与し、保持部１２が保持するワークＷを回転することを補助させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワーク研磨装置および研磨補助装置に関する。

従来、ワークを保持具で保持し、保持具で保持したワークを定盤の研磨面に押し当てることで、ワークを研磨するワーク研磨装置が知られている。また、このようなワーク研磨装置において、定盤の中央位置にセンターローラーを配置するとともに、定盤の周囲にガイドローラーを配置し、ワークを研磨する際に、センターローラーとガイドローラーとで保持具を支持しながらワークを研磨する、ワーク研磨装置が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。

特公昭６３－２０６７４号公報

上述したワーク研磨装置では、定盤が回転することで、定盤の研磨面に当接するワークが研磨されるが、定盤が回転する際に、定盤の内側の周速度よりも外側の周速度が速いため、定盤と当接するワークにおいては、定盤の内側に対応する部分よりも、定盤の外側に対応する部分で多く研磨されることとなり、研磨ムラが生じてしまうおそれがある。しかしながら、保持具で１枚のワークを研磨する場合、通常は、定盤の内側と外側の周速度の差により定盤からワークに作用する力が、定盤の内側に対応する部分よりも、定盤の外側に対応する部分において大きくなるため、ワークが定盤上で自転し、研磨ムラの発生を防止することができる。一方で、ワークのサイズが小さく、定盤の内側と外側の周速度の差が小さい場合や、保持具のワークに対する押圧力が大きい場合などに、ワークが自転する力よりも、ワークと定盤との間で発生する摩擦抵抗力が大きくなり、ワークが自転せずに研磨ムラが生じてしまう場合があった。

本発明は、ワークを適切に研磨することができる、ワーク研磨装置および研磨補助装置を提供することを課題とする。

本発明に係るワーク研磨装置は、平板状のワークを保持しながら従動回転可能な保持部と、前記保持部により保持された前記ワークに当接して研磨する研磨面を有する定盤と、前記保持部を支持する支持部材と、を備える研磨装置本体と、前記保持部の回転を補助する研磨補助装置と、
前記研磨補助装置の動作を制御する制御装置と、を備え、前記研磨補助装置は、モーターと、当該モーターにより回転駆動するサポートローラーとを有し、前記制御装置は、前記サポートローラーの位置を、前記保持部に当接しない第１位置と、前記保持部に当接する第２位置とで切り替える制御を行い、前記研磨装置本体は、前記ワークを研磨する際に、前記サポートローラーが前記保持部に当接しない前記第１位置である場合も、前記ワークを保持する前記保持部が前記支持部材により支持されることで、前記ワークを一定位置で保持し研磨することが可能であり、前記制御装置は、前記研磨補助装置に、前記サポートローラーを前記第２位置まで移動させて前記サポートローラーを前記保持部に当接させることで、前記保持部に回転力を付与し、前記保持部が保持する前記ワークを回転することを補助させる。
上記ワーク研磨装置において、前記サポートローラーが前記第１位置である場合に、前記ワークは、当該ワークに当接する前記定盤の周速度差のみを利用して回転し、前記サポートローラーが前記第２位置である場合には、前記ワークは、当該ワークに当接する前記定盤の周速度差と、前記保持部を介して前記サポートローラーから付与される回転力とを利用して回転する構成とすることができる。
上記ワーク研磨装置において、前記支持部材は、前記定盤の中心位置に配設され前記保持部の回転に従動して回転可能なセンターローラー、前記定盤の外周側に配置され前記保持部の回転に従動して回転可能なガイドローラー、および／または、前記保持部と連結する回転軸であり、前記ワークを研磨する際に前記保持部を介して前記ワークに回転力を付与する機能を有しない構成とすることができる。
上記ワーク研磨装置において、前記制御装置は、前記定盤を駆動する駆動源の回転出力の１／１００以下の回転出力で、前記サポートローラーを回転させる構成とすることができる。
上記ワーク研磨装置において、前記制御装置は、前記保持部の回転速度が所定値以下である場合、前記保持部の回転速度が安定せず所定値以上ばらつく場合、または、前記保持部で保持するワークのサイズが所定値以下である場合に、前記サポートローラーを前記第１位置から前記第２位置へと移動させる構成とすることができる。
上記ワーク研磨装置において、前記制御装置は、前記保持部がワークを前記定盤に圧接する押圧力が第１圧力値以上である場合、または、前記第１圧力値よりも低い第２圧力値以下である場合に、前記サポートローラーを前記第１位置から前記第２位置へと移動させる構成とすることができる。
上記ワーク研磨装置において、複数の前記保持部と、当該複数の保持部にそれぞれ対応して設けられた複数の前記研磨補助装置とを有し、前記制御装置は、前記複数の保持部間における、前記保持部の回転速度のばらつきが所定値以下となるように、１または複数の前記研磨補助装置の前記サポートローラーの動作を制御する構成とすることができる。
上記ワーク研磨装置において、前記制御装置は、前記サポートローラーが前記第２位置にある場合に、前記保持部の回転速度、若しくは、前記保持部で保持する前記ワークのサイズまたは前記保持部の前記ワークに対する押圧力に基づいて、前記サポートローラーの回転出力を変更する構成とすることができる。
本発明に係る研磨補助装置は、平板状のワークを保持しながら従動回転可能な保持部と、前記保持部により保持された前記ワークに当接して研磨する研磨面を有する定盤とを備えるワーク研磨装置に、着脱可能な研磨補助装置であって、モーターと、前記モーターにより回転駆動するサポートローラーと、前記サポートローラーの位置を、前記保持部に当接しない第１位置と、前記保持部に当接する第２位置とで切り替える制御を行う制御部と、を有し、前記ワーク研磨装置は、前記ワークを研磨する際に、前記サポートローラーが前記保持部に当接しない前記第１位置である場合も、前記ワークを保持する前記保持部が前記支持部材により支持されることで、前記ワークを一定位置で保持し研磨することが可能であり、前記研磨補助装置は、前記サポートローラーを前記第２位置まで移動させて前記サポートローラーを前記保持部に当接することで、前記保持部に回転力を付与し、前記保持部が保持する前記ワークを回転することを補助する。

本発明によれば、ワークの回転を適切に制御することで、ワークを適切に研磨することができる、ワーク研磨装置および研磨補助装置を提供することができる。

本実施形態に係るワーク研磨装置の平面図である。 本実施形態に係るワーク研磨装置の側面断面図である。 ワーク研磨装置におけるワークの回転を説明するための図である。 本実施形態に係る研磨補助装置の動作を説明するための図である。 研磨補助装置の他の動作例を示す図である。 研磨補助装置の補助がない場合の、ワークのサイズと、ワークの回転との関係を説明するための図である。 複数のワークを研磨する場合の研磨補助装置の制御方法を説明するための図である。

以下に、図を参照して、本発明に係るワーク研磨装置および研磨補助装置の実施形態について説明する。なお、本実施形態では、ワークとして、半導体ウエハを研磨するワーク研磨装置を例示して説明するが、ワークは半導体ウエハに限定されず、たとえば、平板状のガラス、セラミックスなどであってもよい。また、半導体ウエハの種類も特に限定されず、たとえばシリコン単結晶ウエハ、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）ウエハ、ＳｉＣウエハなどの化合物半導体ウエハなどを用いることができる。

図１は、本実施形態にかかるワーク研磨装置１を示す平面図である。また、図２は、本実施形態に係るワーク研磨装置１を、図１に示すII方向から見た側面断面図である。なお、図２においては、説明の便宜上、ワーク研磨装置１に内蔵される制御装置３０を図示している。また、図２においては、回転検出センサー２４，２５による回転検出用の光線を破線で示している。図１および図２に示すように、本実施形態に係るワーク研磨装置１は、研磨装置本体１０と、研磨補助装置２０と、制御装置３０と、を有する。以下に、本実施形態に係るワーク研磨装置１の各構成について説明する。

まず、研磨装置本体１０について説明する。研磨装置本体１０は、図１に示すように、ワークＷを研磨するための定盤１１と、ワークＷを保持する保持部１２と、定盤１１の中心位置に設置されたセンターローラー１３と、ガイドローラー４０とを有する。定盤１１は、図２に示すように、ワークＷと接する表面に研磨布や研磨パッドなどが敷設された研磨面１１０を有し、図示しない定盤１１用の回転モーターにより回転駆動することで、研磨面１１０と当接するワークＷの表面を研磨することができる。

保持部１２は、図２に示すように、研磨ヘッド１２０および保持プレート１２１を有している。研磨ヘッド１２０は、円筒形の形状を有し、少なくともセンターローラー１３、ガイドローラー４０およびサポートローラー２１が当接する面はＳＵＳなどの金属で構成し、あるいは、ＳＵＳなどの金属を樹脂シールや樹脂コートした構成とすることができる。また、研磨ヘッド１２０のサポートローラー２１との当接部は、サポートローラー２１の駆動力を受け取り易い所定の摩擦係数を持つことが好ましい。本実施形態において、研磨ヘッド１２０は、保持プレート１２１を介して、ワークＷを保持する。具体的には、研磨ヘッド１２０は、研磨ヘッド１２０の外形と同じ外径を有する保持プレート１２１を保持することで、保持プレート１２１に貼り付けられたワークＷを保持する。また、研磨ヘッド１２０は、センターローラー１３およびガイドローラー４０により側面方から支持される。保持プレート１２１としては、たとえば、セラミックスやガラスからなる円盤状のプレートであって、保持プレートの下面にワックスなどでワークＷを貼付して保持するものを例示することができる。また、研磨ヘッド１２０は、保持したワークＷを定盤１１の研磨面１１０に押し当てることで、ワークＷの研磨を行うことができる。本実施形態において、保持部１２（研磨ヘッド１２０）は、自ら回転駆動は行わないが、後述する定盤１１の周速度の差に応じたワークＷの回転や、研磨補助装置２０のサポートローラー２１の回転に従動して、回転可能となっている。

また、本実施形態に係る研磨装置本体１０では、図１に示すように、定盤１１の中心位置にセンターローラー１３が配設され、定盤１１の外周側にガイドローラー４０が配置される。センターローラー１３は、図１に示すように、保持部１２（より具体的には研磨ヘッド１２０の側面）と当接し、保持部１２の回転に従動して回転可能となっている。同様に、ガイドローラー４０も、保持部１２（より具体的には研磨ヘッド１２０の側面）と当接し、保持部１２の回転に従動して回転可能となっている。そのため、研磨補助装置２０のサポートローラー２１でワークＷの回転を補助する場合、センターローラー１３と、ガイドローラー４０とが、保持部１２（より具体的には研磨ヘッド１２０の側面）を支持することができ、保持部１２が保持するワークＷを安定して研磨することが可能となる。なお、センターローラー１３およびガイドローラー４０の素材は、特に限定されないが、保持部１２と当接する面には、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）や超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）を用いることが好ましい。

本実施形態において、研磨装置本体１０は、公知の研磨方法で、ワークＷを研磨することができる。たとえば、ワークＷが半導体ウエハである場合、研磨スラリーを用いた湿式研磨や、乾式研磨を行ことができる。また、研磨に使用する砥粒も特に限定されず、遊離砥粒、固定砥粒、あるいは砥粒なしで研磨を行うことができる。さらに、定盤１１の研磨面１１０に公知の研磨布や研磨パッドを貼り付ける構成に代えて、金属製（鋳鉄、錫、銅など）の研磨面１１０で、そのままワークＷを研磨する構成とすることもできる。

ここで、図３を参照して、従来のワーク研磨装置について説明する。図３は、ワーク研磨装置におけるワークＷの回転を説明するための図である。ワーク研磨装置１では、ワークＷを定盤１１に当接させることでワークＷが研磨されるが、保持部１２により保持されるワークＷは、図３に示すように、定盤１１の中心位置から外れた位置に配置される。この場合、定盤１１の内周側の周速度Ｓｉよりも、外周側の周速度Ｓｏが速くなるため、ワークＷの研磨面のうち、定盤１１の内周側よりも、定盤１１の外周側の方が、研磨の度合いが高くなり、研磨ムラが生じるおそれがある。しかしながら、定盤１１の内周側の周速度Ｓｉと外周側の周速度Ｓｏとに差が生じるため、定盤１１からワークＷに作用する力は、定盤１１の内周側の力Ｆｉよりも、定盤１１の外周側の力Ｆｏの方が高くなる。その結果、ワークＷに対して、定盤１１の外周側の回転方向に回転する回転力Ｆｃが働き、この回転力ＦｃがワークＷと定盤１１との間の摩擦抵抗力μよりも高くなる場合に、ワークＷは定盤１１の回転方向と同じ方向に回転（自転）することとなる。このように、ワークＷが研磨されながら回転することで、ワークＷを均一に研磨することが可能となっている。

一方、図３に示す例において、ワークＷのサイズを小さくすると、ワークＷにかかる定盤１１の内周側の力Ｆｉと定盤１１の外周側の力Ｆｏとの差は小さくなり、ワークＷに作用する回転力Ｆｃよりも、ワークＷと定盤１１との摩擦抵抗力μが高くなり、ワークＷや研磨ヘッド１２０が回転しない場合や、ワークＷや研磨ヘッド１２０の回転が安定しない場合がある。本実施形態に係るワーク研磨装置１は、ワークＷや研磨ヘッド１２０が回転しない場合や、ワークＷや研磨ヘッド１２０の回転が安定しない場合に、研磨補助装置２０により、保持部１２（研磨ヘッド１２０）に回転力を付与することで、ワークＷの回転を補助し、ワークＷの研磨精度を高めることを特徴とする。

このような機能を実行するため、本実施形態に係るワーク研磨装置１は、１または複数の研磨補助装置２０と、制御装置３０とを有する。なお、本実施形態では、ワーク研磨装置１が４台の研磨補助装置２０を有する構成を例示するが、この構成に限定されず、たとえば、１～３台、あるいは５台以上の研磨補助装置２０を有する構成とすることができる。また、本実施形態において、各研磨補助装置２０は、研磨装置本体１０から分離可能となっており、既存の研磨装置本体１０に自在に着脱可能となっている。

まず、研磨補助装置２０について説明する。研磨補助装置２０は、図１および図２に示すように、サポートローラー２１と、アクチュエーター２２と、回転モーター２３と、回転検出センサー２４，２５と、を有する。

サポートローラー２１は、回転モーター２３と連結し、回転モーター２３の回転動作に応じて回転可能となっている。なお、サポートローラー２１の動作は、制御装置３０により制御されている。また、サポートローラー２１の素材としては、ウレタンゴムなどの弾性ゴムを用いることが好ましい。また、ウレタンゴムの他、天然ゴム、合成天然ゴム、ブタジェンゴム、クロロプレンゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム、スチレンブタジエンゴム、アクリロニトリルゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴムなどの弾性ゴムも用いることができる。このような弾性ゴムを用いることで、研磨ヘッド１２０と接触する場合も発塵などを抑制することができる。

回転モーター２３は、サポートローラー２１を回転させるためのモーターであり、本実施形態においては、サポートローラー２１に直接連結している。回転モーター２３の回転出力は、制御装置３０の制御に基づいて適宜調整することができる。なお、制御装置３０による回転モーター２３の回転出力の調整については、後述する。

アクチュエーター２２は、たとえばエアシリンダーなどの駆動機構であり、サポートローラー２１の位置を移動させることができる。なお、アクチュエーター２２は、エアシリンダーに限定されず、リニアモーター、ボールベアリング、バネ、ギア、ラックアンドピニオンなどの駆動機構を用いることができる。ここで、図４は、研磨補助装置２０の動作を説明するための図である。具体的には、図４（Ａ）は、アクチュエーター２２が、サポートローラー２１を、保持部１２（より具体的には研磨ヘッド１２０の側面）に当接しない第１位置に移動している場面を例示しており、図４（Ｂ）は、サポートローラー２１を、保持部１２に当接する第２位置に移動している場面を例示している。

図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、アクチュエーター２２は、サポートローラー２１を研磨ヘッド１２０側に距離Ｌだけ進出させることで、サポートローラー２１を、研磨ヘッド１２０に当接しない第１位置から、研磨ヘッド１２０に当接する第２位置へと移動させる。また、本実施形態では、サポートローラー２１が第１位置から第２位置へと移動する前に、回転モーター２３を駆動させてサポートローラー２１を回転させることで、サポートローラー２１が研磨ヘッド１２０の側面に当接するタイミングから、当接する研磨ヘッド１２０の回転を補助することができる。また、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、アクチュエーター２２は、サポートローラー２１を研磨ヘッド１２０側から距離Ｌだけ後退させることで、サポートローラー２１を、研磨ヘッド１２０の側面に当接する第２位置から、研磨ヘッド１２０に当接しない第１位置へと移動させることもできる。

また、アクチュエーター２２を、図５に示す構成とすることもできる。図５は、研磨補助装置２０の他の動作例を示す図である。たとえば、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、アクチュエーター２２ａがアーム２２１を有し、アーム２２１の先端にサポートローラー２１が取り付けられている。また、アーム２２１は、軸２２２において軸支された構成とする。そして、アクチュエーター２２ａは、アーム２２１を軸２２２に固定したまま、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、アーム２２１の他端（サポートローラー２１を取り付けている端部と反対側の端部）を水平方向にスライドさせることで、サポートローラー２１を、研磨ヘッド１２０に当接しない第１位置と、研磨ヘッド１２０に当接する第２位置との間で移動させる構成とすることができる。さらに、図５（Ｃ），（Ｄ）に示すように、アクチュエーター２２ｂがサポートローラー２１および回転モーター２３を上下方向（鉛直方向）に移動させることで、サポートローラー２１を、研磨ヘッド１２０の側面に当接しない第１位置と、研磨ヘッド１２０の側面に当接する第２位置との間で移動させる構成とすることもできる。加えて、図５（Ｅ），（Ｆ）に示すように、アクチュエーター２２ｃが、軸Ｘ２を中心としてピッチ方向に旋回可能となっており、サポートローラー２１を、軸Ｘ２を中心としてピッチ方向に旋回させることで、サポートローラー２１を、研磨ヘッド１２０の側面に当接しない第１位置と、研磨ヘッド１２０の側面に当接する第２位置との間で移動させる構成とすることもできる。

さらに、本実施形態に係る研磨補助装置２０は、図２に示すように、保持部１２（より具体的には研磨ヘッド１２０）の回転を検出する回転検出センサー２４，２５を有する構成とすることができる。たとえば、回転検出センサー２４，２５として光センサーを用い、研磨ヘッド１２０の上面や側面にマーカーを付与しておき、そのマーカーを回転検出センサー２４，２５で検出することで、回転数や回転速度などの回転情報を検出する構成とすることができる。また、回転検出センサー２４，２５として画像センサー、近接センサーまたは磁気センサーを用いる構成としてもよい。また、回転検出センサー２４，２５は、研磨ヘッド１２０の回転を検出する構成に限定されず、保持プレート１２１の回転を検出する構成としてもよい。回転検出センサー２４，２５により検出された研磨ヘッド１２０の回転情報は、制御装置３０へと出力される。

制御装置３０は、研磨補助装置２０の動作を制御する。具体的には、制御装置３０は、回転検出センサー２４，２５により検出された研磨ヘッド１２０の回転速度の情報を回転情報として取得する。そして、制御装置３０は、取得した研磨ヘッド１２０の回転情報に基づいて、研磨補助装置２０のアクチュエーター２２の動作を制御する。

具体的には、制御装置３０は、研磨ヘッド１２０の回転速度が所定値以下である場合に、アクチュエーター２２の動作を制御して、サポートローラー２１を、図４（Ａ）に示す、研磨ヘッド１２０の側面に当接しない第１位置から、図４（Ｂ）に示す、研磨ヘッド１２０の側面に当接する第２位置へと移動させる。また、制御装置３０は、サポートローラー２１を第２位置へと移動する前から、回転モーター２３を予め回転させることで、サポートローラー２１が研磨ヘッド１２０の側面に当接したタイミングから、研磨ヘッド１２０の回転を補助することができる。

また、制御装置３０は、サポートローラー２１を回転させる場合には、ワークＷの研磨面全体が均一に一定の研磨速度で研磨されるように、回転モーター２３の駆動出力を制御する。たとえば、図３に示す例のように、ワークＷに係る定盤１１の周速度の差に応じてワークＷに作用する回転力をＦｃとし、ワークＷと定盤１１との間の摩擦抵抗力をμとした場合、制御装置３０は、ワークＷの回転力Ｆｃと摩擦抵抗力μとの差（Ｆｃ－μ）とサポートローラー２１が付与するワークＷの回転力Ｆｓとの合算値が少なくとも「正（０＞（Ｆｃ－μ）＋Ｆｓ）」、好ましくはワークＷが所定の安定した回転数を得られる程度に、回転モーター２３の回転出力を調整する。なお、通常、回転モーター２３の駆動出力を、定盤１１を回転させる回転モーターの１／１００以下の出力としても、上記関係（０＞（Ｆｃ－μ）＋Ｆｓ）を満たすことができ、定盤１１の回転モーターの出力の１／３００以下、あるいは、１／５００以下としても、上記関係を満たすことができる場合が多い。よって、制御装置３０は、単に、定盤１１を回転させる回転モーターの１／１００以下の出力で回転モーター２３を駆動させる構成としてもよいし、定盤１１の回転モーターの出力の１／３００以下、あるいは、１／５００以下の出力で回転モーター２３を駆動させる構成としてもよい。

また、ワークＷの摩擦抵抗力μは、ワークＷの面積が大きくなるほど、あるいは、ワークＷにかかる荷重が大きくなるほど、大きくなり、また、定盤１１の回転速度、ワークＷと定盤１１の研磨面（研磨布や研磨パッドとの動摩擦係数）、研磨剤（スラリー、砥粒、水など）に応じても変動する。そのため、制御装置３０は、これら研磨条件に応じて、回転モーター２３の回転出力を予め調整可能な構成とすることができる。このように、制御装置３０は、研磨補助装置２０により研磨ヘッド１２０を回転させることで、研磨ヘッド１２０の回転を介してワークＷを回転させることができ、ワークＷの研磨ムラを防止することができる。

また、制御装置３０は、研磨補助装置２０がワークＷの回転を補助している場合に、回転モーター２３の出力と、研磨ヘッド１２０の回転速度とに基づいて、研磨補助装置２０の補助がなくても、ワークＷが回転するか否かを判定する構成とすることができる。そして、制御装置３０は、研磨補助装置２０の補助がなくてもワークＷが安定して回転すると判断した場合には、アクチュエーター２２の動作を制御して、サポートローラー２１を、研磨ヘッド１２０に当接する第２位置から、研磨ヘッド１２０に当接しない第１位置へと移動させ、サポートローラー２１の動作を停止するように、回転モーター２３の動作を停止させることができる。このように、制御装置３０は、研磨補助装置２０の補助が必要ない場合には、研磨補助装置２０の動作を停止することで、研磨補助装置２０の長寿命化を図ることもできる。また、この場合、制御装置３０は、サポートローラー２１が第２位置から第１位置へと移動した後に、回転モーター２３の回転を停止することで、サポートローラー２１が研磨ヘッド１２０から離れた後のタイミングで、サポートローラー２１の回転を停止させることができる。

さらに、制御装置３０は、それぞれの研磨ヘッド１２０について、研磨ヘッド１２０の回転速度を時系列に沿って記憶し、時間的に回転速度が所定値以上ばらつく場合に、研磨ヘッド１２０の回転速度が一定（時間的な回転速度のばらつきが所定値以内）となるように、サポートローラー２１の回転速度を調整し、サポートローラー２１を研磨ヘッド１２０の側面に当接させる構成としてもよい。あるいは、制御装置３０は、複数の研磨ヘッド１２０間の回転速度を比較し、複数の研磨ヘッド１２０間における回転速度のばらつきが所定値以上である場合には、研磨ヘッド１２０間の回転速度のばらつきが所定値以内となるように、回転速度の遅い研磨ヘッド１２０に対応するサポートローラー２１の回転速度を調整し、研磨ヘッド１２０の側面に当接させる構成としてもよい。

また、制御装置３０は、保持部１２で保持するワークＷのサイズに基づいて、研磨補助装置２０の動作を制御する構成としてもよい。ここで、図６は、研磨補助装置２０の補助がない場合の、ワークＷのサイズと、ワークＷの回転との関係を説明するための図である。図６では、（Ａ）から（Ｄ）に向かうほど、ワークＷのサイズは小さくなっており、（Ａ）ではワークＷのサイズをφ３００とし、（Ｂ）ではワークＷのサイズをφ２００とし、（Ｃ）ではワークＷのサイズをφ１５０とし、（Ｄ）ではワークＷのサイズをφ１００としている。また、図６に示す例では、定盤１１の直径を９００ｍｍとし、研磨ヘッド１２０の直径を３６０ｍｍとし、定盤１１を２０ｒｐｍで回転させた場合の、各ワークＷに係る周速度の差（ワークＷの研磨面のうち、最も定盤１１の内側における定盤１１の周速度と、最も定盤１１の外側における定盤１１の周速度との差）をシミュレーションした。その結果、（Ａ）において、ワークＷの研磨面での周速度の差は１８８４ｃｍ／分となり、（Ｂ）において、ワークＷの研磨面での周速度の差は１２５６ｃｍ／分となり、（Ｃ）において、ワークＷの研磨面での周速度の差は９４２ｃｍ／分となり、（Ｄ）において、ワークＷの研磨面での周速度の差は６２８ｃｍ／分となることがわかった。このように、ワークＷのサイズが大きいほど、ワークＷの研磨面での周速度の差は大きくなり、周速度の差に応じてワークＷに作用する回転力Ｆｃは大きくなる一方、ワークＷのサイズが小さいほど、ワークＷの研磨面での周速度の差は小さくなり、ワークＷに作用する回転力Ｆｃが小さくなる。

実際に、図６に示す例において、ワークＷとしてＳiウエハを用い、ワークＷを定盤１１に圧接させる際の加重を２００ｇ／ｃｍ^２とし、コロイダルシリカ含有の研磨スラリーを用いて研磨試験を行った結果、ワークＷのサイズが大きい（Ａ），（Ｂ）に示す研磨条件では、研磨補助装置２０の補助が無くても、ワークＷは定盤１１の周速度の差に応じた回転力Ｆｃにより回転した。これに対して、ワークＷのサイズが小さい（Ｃ），（Ｄ）に示す研磨条件では、研磨補助装置２０の補助が無い場合には、ワークＷの研磨面における定盤１１の周速度の差が小さくなり、ワークＷは回転しなかった。このように、ワークＷを保持部１２で保持して研磨する場合、ワークＷのサイズによってはワークＷが研磨補助装置２０の補助なしで回転しない場合がある。そのため、本実施形態において、制御装置３０は、ワークＷのサイズに基づいて、研磨ヘッド１２０に当接しない第１位置から、研磨ヘッド１２０に当接する第２位置へと移動させる構成とすることができる。

ここで、図６および図７を参照して、研磨ヘッド１２０で複数のワークＷを研磨する場合の研磨補助装置２０の制御方法について説明する。図７は、複数のワークＷを研磨する場合の研磨補助装置２０の制御方法を説明するための図である。たとえば、図６および図７（Ａ）に示すように、保持部１２（研磨ヘッド１２０）で保持するワークＷが１枚である場合は、図６に示す例のように、ワークＷそのもののサイズが小さい場合に、ワークＷが補助なしでは回転しない場合があるため、制御装置３０は、当該ワークＷのサイズが所定値以下である場合に、サポートローラー２１を、研磨ヘッド１２０に当接しない第１位置から、研磨ヘッド１２０に当接する第２位置へと移動させる構成とする。

たとえば、図６に示す例では、サイズがφ２００のワークＷ（Ｂ）では研磨補助装置２０の補助なしでワークＷは回転するが、サイズがφ１５０のワークＷ（Ｃ）では研磨補助装置２０の補助なしでワークＷは回転しないため、たとえば、ワークＷのサイズがφ１８０以下である場合に、サポートローラー２１を、研磨ヘッド１２０に当接しない第１位置から、研磨ヘッド１２０に当接する第２位置へと移動させる構成とすることができる。また、図７（Ａ）に示すように、定盤１１の中心点Ｃ１とワークＷの中心点Ｃ２と通過する直線の、ワークＷの外周側から定盤１１の中心点Ｃ１までの距離Ｌ１と、ワークＷの内周側から定盤１１の中心点Ｃ１までの距離Ｌ２との比（ワークＷの外周側から定盤１１の中心点Ｃ１までの距離Ｌ１÷ワークＷの内周側から定盤１１の中心点Ｃ１までの距離Ｌ２」）に基づいて、サポートローラー２１の動作を制御する構成とすることができる。たとえば、図６に示す例においては、ワークＷの外周側から定盤１１の中心点Ｃ１までの距離Ｌ１÷ワークＷの内周側から定盤１１の中心点Ｃ１までの距離Ｌ２は、（Ａ）～（Ｄ）の各ワークＷにおいて、下記の通りとなった。
（Ａ）φ３００ｍｍ ６９０φ／３９０φ＝１．７７
（Ｂ）φ２００ｍｍ ６４０φ／４４０φ＝１．４５
（Ｃ）φ１５０ｍｍ ６１５φ／４６５φ＝１．３２
（Ｄ）φ１００ｍｍ ５９０φ／４９０φ＝１．２０
そのため、ワークＷの外周側から定盤１１の中心点Ｃ１までの距離Ｌ１と、ワークＷの内周側から定盤１１の中心点Ｃ１までの距離Ｌ２との比が１．４５未満の場合、より好ましくは１．３５未満の場合に、サポートローラー２１を、研磨ヘッド１２０に当接しない第１位置から、研磨ヘッド１２０に当接する第２位置へと移動させる構成とすることができる。
なお、ワークＷの外周側から定盤１１の中心点Ｃ１までの距離Ｌ１および内周側から定盤１１の中心点Ｃ１までの距離Ｌ２は、ワークＷの外周側の周速度と内周側の周速度の速度にそれぞれ比例するため、ワークＷの外周側と内周側との周速度比が１．４５未満、の場合、より好ましくは１．３５未満の場合に、サポートローラー２１を、研磨ヘッド１２０に当接しない第１位置から、研磨ヘッド１２０に当接する第２位置へと移動させる構成とすることもできる。また、当然ながら、ワークＷの内周側から定盤１１の中心点Ｃ１までの距離Ｌ２÷ワークＷの外周側から定盤１１の中心点Ｃ１までの距離Ｌ１でサポートローラー２１の動作を制御する構成とすることもできる。

一方、図７（Ｂ）に示すように、保持部１２（研磨ヘッド１２０）で保持するワークＷが複数枚ある場合は、制御装置３０は、複数のワークＷを１枚の仮想ワークＷ’とみなし、この仮想ワークＷ’のサイズを、本発明における「ワークＷのサイズ」とみなして、研磨補助装置２０の動作を制御する。具体的には、制御装置３０は、複数のワークＷの全てが周内に含まれる円領域であって、かつ、半径が最も小さくなる円領域（面積が最も小さくなる円領域）を、仮想ワークＷ’として特定する。たとえば、図７（Ｂ）に示す例では、３つのワークＷが半径ｒ１内に配置されるため、制御装置３０は、半径ｒ１の円領域を仮想ワークＷ’として特定する。また、図７（Ｃ）に示す例では、３つのワークＷが半径ｒ２（ｒ２＜ｒ１）内に配置されるため、制御装置３０は、半径ｒ２の円領域を仮想ワークＷ’として特定する。ここで、仮想ワークＷ’の要件を、「半径が最も小さくなる円領域」と定義したのは、「複数のワークＷの全てが周内に含まれる円領域」だけでは、図７（Ｄ）に示すような円領域も仮想ワークＷ’として特定できてしまうためである。すなわち、図７（Ｄ）に示す例は、図７（Ｃ）と同様にワークＷが配置されている場面を示す例であるが、図７（Ｄ）に示す円領域Ｃも、複数のワークＷの全てが周内に含まれる円領域となっている。しかしながら、円領域Ｃは、図７（Ｃ）に示す仮想ワークＷ’よりも半径が大きく、面積が大きい円領域となっている。この場合、円領域Ｃに応じたサイズを、仮想ワークＷ’のサイズとしてしまうと、仮想ワークＷ’のサイズが、ワークＷの実際の配置から乖離してしまい、ワークＷに作用する周速度の差に基づく回転力Ｆｃが仮想ワークＷ’のサイズに見合うものとはならず、ワークＷの回転を適切に補助することができない場合がある。そのため、制御装置３０は、図７（Ｂ），（Ｃ）に示すように、複数のワークＷの全てが周内に含まれる円領域であって、かつ、半径が最も小さくなる円領域を、仮想ワークＷ’として特定する。

なお、通常の研磨作業では、作業者が、ワークＷを均等に配置するとともに、各ワークＷを、保持部１２（研磨ヘッド１２０）の中心から一定距離となる位置に配置するため、図７（Ｂ），（Ｃ）に示すように、全てのワークＷは、外周の一部が仮想ワークＷ’の外周と接した状態で配置されることとなる。このように、通常、複数のワークＷをどのように配置して研磨するかは研磨作業の設計事項として予め決められており、これにより、仮想ワークＷ’のサイズ（直径）も予め決定することができる。そのため、ワークＷの研磨前に、仮想ワークＷ’のサイズを、制御装置３０に入力することが可能である。なお、図７（Ｅ）に示すように、ワークＷが４枚の場合も、同様に、制御装置３０は、４枚全てのワークＷが外周内に含まれ、かつ、半径が最も小さくなる（面積が最小となる）円領域を、仮想ワークＷ’のサイズとして求めておき、予め求めた仮想ワークＷ’のサイズに基づいて、研磨補助装置２０の動作を制御することができる。なお、ワークＷが４枚以上の場合も同様である。このように、本実施形態では、研磨ヘッド１２０で複数のワークＷを研磨する場合には、仮想ワークＷ’のサイズを「ワークＷのサイズ」とみなし、「ワークＷのサイズ」が所定値以下である場合に、サポートローラー２１を、研磨ヘッド１２０に当接しない第１位置から、研磨ヘッド１２０に当接する第２位置へと移動させる構成とすることができる。

さらに、制御装置３０は、研磨ヘッド１２０がワークＷを定盤１１に圧接する押圧力が、適切な押圧力を超えており、定盤１１の周速度の差に応じたワークＷの回転を止めてしまう第１圧力値以上である場合、または、適切な押圧力を下回り、ワークＷがスリップして回転しない、あるいは、センターローラー１３やガイドローラー４０の摩擦力により研磨ヘッド１２０の回転が停止してしまう第２圧力値（第２圧力値＜第１圧力値）以下である場合に、アクチュエーター２２の動作を制御して、サポートローラー２１を、研磨ヘッド１２０の側面に当接しない第１位置から、研磨ヘッド１２０の側面に当接する第２位置へと移動させる構成とすることもできる。

なお、制御装置３０は、研磨ヘッド１２０が保持するワークＷのサイズに基づいて、あるいは、研磨ヘッド１２０のワークＷに対する押圧力に基づいて、サポートローラー２１を研磨ヘッド１２０の側面に当接する第２位置へと移動させる場合、ワークＷを研磨装置本体１０にセットして、ワークＷの研磨が開始されてから一定時間が経過した後に、サポートローラー２１を第２位置へと移動させる構成とすることが好ましい。

以上のように、本実施形態に係るワーク研磨装置１は、平板状のワークＷを保持しながら回転可能な保持部１２と、保持部１２により保持されたワークＷに当接して研磨する研磨面を有する定盤１１と、を備え、さらに、保持部１２の回転を補助する研磨補助装置２０と、研磨補助装置２０の動作を制御する制御装置３０と、を備える。そして、制御装置３０は、保持部１２の回転速度が所定値以下である場合に、研磨補助装置２０がワークＷの回転を補助するように、研磨補助装置２０の動作を制御する。これにより、本実施形態に係るワーク研磨装置１は、ワークＷや保持部１２（あるいは研磨ヘッド１２０）が回転しない場合や、ワークＷの回転や保持部１２（あるいは研磨ヘッド１２０）の回転が安定しない場合に、ワークＷや保持部１２（あるいは研磨ヘッド１２０）を回転させることができ、ワークＷの研磨ムラを防止し、あるいは、ワークＷのエッジ部分だけが研磨されてエッジ部分がテーパー形状となってしまうことを防止し、ワークＷの平坦化を高めることができる。また、本実施形態に係るワーク研磨装置１では、研磨ヘッド１２０の側面にサポートローラー２１を当接させる構成のため、研磨ヘッド１２０が、研磨ヘッド１２０を支持するための回転軸を有しない構造である場合でも、有効に動作することができる。

また、本実施形態に係るワーク研磨装置１では、ワークＷのサイズが所定値以下である場合に、研磨補助装置２０を保持部１２に当接しない第１位置から、保持部１２に当接する第２位置へと移動させることができる。これにより、図６（Ｃ），（Ｄ）に示すように、ワークＷのサイズが小さく、ワークＷの研磨面における定盤１１の周速度の差が小さくなり、ワークＷに作用する回転力Ｆｃが小さくなることで、ワークＷが回転しない場合でも、研磨補助装置２０でワークの回転を適切に補助することができる。また、本実施形態では、研磨ヘッド１２０がワークＷを定盤１１に圧接する押圧力が、ワークＷの回転を止めてしまう第１圧力値以上である場合、または、ワークＷが空転してしまう第２圧力値（第２圧力値＜第１圧力値）以下である場合に、サポートローラー２１を、研磨ヘッド１２０の側面に当接しない第１位置から、研磨ヘッド１２０の側面に当接する第２位置へと移動させることで、既設の研磨装置本体１０だけでは研磨できなかった押圧力での研磨で、ワークを研磨することも可能となる。

さらに、本実施形態では、研磨補助装置２０は、サポートローラー２１を有し、サポートローラー２１を予め回転させながら、サポートローラー２１を保持部１２に当接させることで、ワークＷの回転を阻害することなく、ワークＷの回転を補助することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態例について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態の記載に限定されるものではない。上記実施形態例には様々な変更・改良を加えることが可能であり、そのような変更または改良を加えた形態のものも本発明の技術的範囲に含まれる。

たとえば、上述した実施形態では、研磨装置本体１０がセンターローラー１３およびガイドローラー４０を備える構成を例示したが、この構成に限定されず、研磨装置本体１０がセンターローラー１３およびガイドローラー４０を備えない構成とすることができる。また、研磨装置本体１０が、センターローラー１３を備えず、複数のガイドローラー４０を備え、複数のガイドローラー４０で保持部１２を保持する構成とすることもできる。この場合、研磨補助装置２０は、保持部１２に当接することで、あるいは、保持プレート１２１に当接することで、ワークＷの回転を補助する構成とすることもできる。

また、上述した実施形態では、研磨ヘッド１２０が保持プレート１２１を介してワークＷを保持する構成を例示したが、この構成に限定されず、たとえば、研磨ヘッド１２０が、ワークＷの側面を把持することなどで、ワークＷを直接保持する構成とすることができる。また、上述した実施形態では、ワークＷをワックスなどにより保持プレート１２１に貼付して保持する構成を例示したが、この構成に限定されず、保持プレートの下面に形成され、ワークを保持するための孔部を有するテンプレートにワークＷをはめ込み、ワークＷを側面から支持することで、保持プレート１２１でワークＷを保持する構成とすることもできる。

また、上述した実施形態では、サポートローラー２１が研磨ヘッド１２０に当接することで、ワークＷの回転を補助する構成を例示したが、この構成に限定されず、サポートローラー２１が、研磨ヘッド１２０が保持する保持プレート１２１の側面に当接することで、ワークＷの回転を補助する構成としてもよい。

加えて、上述した実施形態では、回転モーター２３がサポートローラー２１に連結し、サポートローラー２１を回転させる構成を例示したが、この構成に限定されず、回転モーター２３が、ベルトやギアなどの駆動伝達系を駆動し、当該駆動伝達系を介して、サポートローラー２１を回転駆動させる構成とすることもできる。

また、上述した実施形態では、制御装置３０を、研磨装置本体１０に組み込んだ構成を例示したが、この構成に限定されず、制御装置３０を研磨装置本体１０および研磨補助装置２０から独立した装置とする構成とすることもできるし、研磨補助装置２０に制御装置３０を組み込む構成とすることもできる。また、研磨装置本体１０および研磨補助装置２０に制御装置３０の機能をそれぞれ分離して組み込む構成とすることもできる。

さらに、上述した実施形態では、研磨ヘッド１２０の側面にサポートローラー２１を当接させて、研磨ヘッド１２０を回転させる構成を例示したが、この構成に限定されず、研磨ヘッド１２０の上面にサポートローラー２１を当接させて、研磨ヘッド１２０を回転させる構成とすることもできる。

また、上述した実施形態に係るワーク研磨装置１では、研磨装置本体１０と研磨補助装置２０とを独立して備える構成を例示したが、研磨装置本体１０と研磨補助装置２０とを一体的に備える構成とすることもできる。

加えて、上述した実施形態では、２つの回転検出センサー２４，２５を用いて、保持部１２（研磨ヘッド１２０）の回転を検出する構成を例示したが、この構成に限定されず、たとえば、回転検出センサー２４，２５のいずれか一方のみを用いて、保持部１２（研磨ヘッド１２０）の回転を検出する構成とすることができる。

１…ワーク研磨装置
１０…研磨装置本体
１１…定盤
１１０…研磨面
１２…保持部
１２０…研磨ヘッド
１２１…保持プレート
１３…センターローラー
２０…研磨補助装置
２１…サポートローラー
２２…アクチュエーター
２３…回転モーター
２４，２５…回転検出センサー
３０…制御装置
４０…ガイドローラー
Ｗ…ワーク

Claims (9)

1. 平板状のワークを保持しながら従動回転可能な保持部と、前記保持部を支持する支持部材と、前記保持部により保持された前記ワークに当接して研磨する研磨面を有する定盤と、を備える研磨装置本体と、
   前記保持部の回転を補助する研磨補助装置と、
   前記研磨補助装置の動作を制御する制御装置と、を備え、
   前記研磨補助装置は、モーターと、当該モーターにより回転駆動するサポートローラーとを有し、
   前記制御装置は、前記サポートローラーの位置を、前記保持部に当接しない第１位置と、前記保持部に当接する第２位置とで切り替える制御を行い、
   前記研磨装置本体は、前記ワークを研磨する際に、前記サポートローラーが前記保持部に当接しない前記第１位置である場合も、前記ワークを保持する前記保持部が前記支持部材により支持されることで、前記ワークを一定位置で保持し研磨することが可能であり、
   前記制御装置は、前記研磨補助装置に、前記サポートローラーを前記第２位置まで移動させて前記サポートローラーを前記保持部に当接させることで、前記保持部に回転力を付与し、前記保持部が保持する前記ワークを回転することを補助させる、ワーク研磨装置。
2. 前記サポートローラーが前記第１位置である場合に、前記ワークは、当該ワークに当接する前記定盤の周速度差のみを利用して回転し、
   前記サポートローラーが前記第２位置である場合には、前記ワークは、当該ワークに当接する前記定盤の周速度差と、前記保持部を介して前記サポートローラーから付与される回転力とを利用して回転する、請求項１に記載のワーク研磨装置。
3. 前記支持部材は、前記定盤の中心位置に配設され前記保持部の回転に従動して回転可能なセンターローラー、前記定盤の外周側に配置され前記保持部の回転に従動して回転可能なガイドローラー、および／または、前記保持部と連結する回転軸であり、前記ワークを研磨する際に前記保持部を介して前記ワークに回転力を付与する機能を有しない、請求項１または２に記載のワーク研磨装置。
4. 前記制御装置は、前記定盤を駆動する駆動源の回転出力の１／１００以下の回転出力で、前記サポートローラーを回転させる、請求項１ないし３のいずれかに記載のワーク研磨装置。
5. 前記制御装置は、前記保持部の回転速度が所定値以下である場合、前記保持部の回転速度が安定せず所定値以上ばらつく場合、または、前記保持部で保持するワークのサイズが所定値以下である場合に、前記サポートローラーを前記第１位置から前記第２位置へと移動させる、請求項１ないし４のいずれかに記載のワーク研磨装置。
6. 前記制御装置は、前記保持部がワークを前記定盤に圧接する押圧力が第１圧力値以上である場合、または、前記第１圧力値よりも低い第２圧力値以下である場合に、前記サポートローラーを前記第１位置から前記第２位置へと移動させる、請求項１ないし５のいずれかに記載のワーク研磨装置。
7. 複数の前記保持部と、当該複数の保持部にそれぞれ対応して設けられた複数の前記研磨補助装置とを有し、
   前記制御装置は、前記複数の保持部間における、前記保持部の回転速度のばらつきが所定値以下となるように、１または複数の前記研磨補助装置の前記サポートローラーの動作を制御する、請求項１ないし６のいずれかに記載のワーク研磨装置。
8. 前記制御装置は、前記サポートローラーが前記第２位置にある場合に、前記保持部の回転速度、若しくは、前記保持部で保持する前記ワークのサイズまたは前記保持部の前記ワークに対する押圧力に基づいて、前記サポートローラーの回転出力を変更する、請求項１ないし７のいずれかに記載のワーク研磨装置。
9. 平板状のワークを保持しながら従動回転可能な保持部と、前記保持部を支持する支持部材と、前記保持部により保持された前記ワークに当接して研磨する研磨面を有する定盤とを備えるワーク研磨装置に、着脱可能な研磨補助装置であって、
   モーターと、
   前記モーターにより回転駆動するサポートローラーと、
   前記サポートローラーの位置を、前記保持部に当接しない第１位置と、前記保持部に当接する第２位置とで切り替える制御を行う制御部と、を有し、
   前記ワーク研磨装置は、前記ワークを研磨する際に、前記サポートローラーが前記保持部に当接しない前記第１位置である場合も、前記ワークを保持する前記保持部が前記支持部材により支持されることで、前記ワークを一定位置で保持し研磨することが可能であり、
   前記研磨補助装置は、前記サポートローラーを前記第２位置まで移動させて前記サポートローラーを前記保持部に当接することで、前記保持部に回転力を付与し、前記保持部が保持する前記ワークを回転することを補助する、研磨補助装置。

Images