JPH07290356A - 研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被研磨体が保持されるブロックの変形を抑制
でき、被研磨体を高平坦度に研磨し得る研磨装置を提供
すること。 【構成】 被研磨体５を保持するブロック３４の厚さ方
向の変位を検出するセンサ２４と、該ブロック３４にモ
ータ主軸であるボールねじ軸２２ａが螺合されて前記ブ
ロック３４を厚さ方向に変位させるモータ２２と、前記
センサ２４の検出値に基づいて、前記ブロック３４が平
坦となるように前記モータ２２を制御する制御手段２１
とを有する研磨装置である。また、前記センサ２４は、
前記ブロック３４の上面の外周部近傍で支持される略円
盤状の支持体２３の前記ブロック３４の中央部を検出す
る位置に一箇所設け、前記モータ２２は、前記ブロック
３４の対称な位置に複数箇所設けるように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シリコンウェーハ等を
鏡面研磨等する際に用いられる研磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、シリコンウェーハ等の鏡面研磨等
に用いられる研磨装置としては、図４に示すものが知ら
れている。この研磨装置は、標準的な構造のものであ
り、加圧軸１に加圧ヘッド３が取り付けられている。こ
の加圧ヘッド３の下方には、複数枚のシリコンウェーハ
等の被研磨体５を保持したブロック４が装着されてい
る。そして、前記ブロック４を、表面に研磨布６が貼付
された定盤９に向けて加圧し摺動させることによって、
被研磨体５の表面が研磨される。

【０００３】この被研磨体５の研磨は、シリコンウェー
ハとしての品質上、きわめて高精度な平坦度が要求され
るため、前記ブロック４を、表面に研磨布６が貼付され
た定盤９に向けて加圧する場合にあっては、加圧機構部
１，３により全体的に均一な加圧が行われるようになっ
ている。

【０００４】また、前記加圧の均一性を高めるため、内
部に流体を充填した螺旋状の弾性チューブ（図示せず）
を設け、この弾性チューブを介して前記加圧ヘッド３に
より前記ブロック４を定盤９に向けて加圧するようにし
たものもある（特開昭６３−１４４９５３号公報参
照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この研磨装
置にあっては、研磨過程における加圧力による被研磨体
５と被研布６の上に供給される研磨剤液との摩擦や化学
反応により発生する研磨熱によって、被研磨体５の温度
が変化するため、この被研磨体５の温度変化を抑制する
ために、冷却機構部が設けられている。一般的な冷却機
構では、図４に示したように、定盤９に水冷ジャケット
１０を取り付け、所定温度となるように温度制御された
冷却水を水冷部１１に供給し、さらに排出する構造が採
用されている。

【０００６】しかしながら、従来の研磨装置では、上記
のように定盤９側の温度制御を行ないつつ、前述した研
磨熱により被研磨体５が研磨作業の適正温度条件である
約４０℃まで昇温されるので、前記ブロック４は、通常
上側凹形状となるように熱応力変形する。すなわち、前
記ブロック４の被研磨体５を保持する側、つまり図中下
面側の温度が上面側よりも高い温度分布となるために熱
応力が発生し、ブロック４自体に５〜１０μｍ程度の変
形が生じる。また、前記加圧機構部１，３による加圧の
僅かな均一性のずれにより前記ブロック４の変形が生じ
る。従来の研磨装置ではこれらの変形を抑制することが
できず、このブロック４自体の変形のため、被研磨体５
を定盤９に向けて均一に加圧することが困難であった。
このため、高い平坦度が要求される研磨加工には対応で
きないという問題があった。

【０００７】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて
なされたものであり、本発明の目的は、被研磨体が保持
されるブロックの変形を抑制でき、被研磨体を高平坦度
に研磨し得る研磨装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、被研磨体を保持するブロックと、該ブロッ
クの前記被研磨体を保持した側に配置される表面に研磨
布が貼付された定盤と、前記ブロックを前記定盤に向け
て加圧する加圧機構部と、前記ブロックと前記定盤とを
相対的に摺動させる摺動駆動機構部とを有する研磨装置
において、前記ブロックの厚さ方向の変位を検出する変
位検出手段と、該ブロックを厚さ方向に変位させる変位
調整手段と、前記変位検出手段の検出値に基づいて、前
記ブロックが平坦となるように前記変位調整手段を制御
する制御手段とを有することを特徴とする研磨装置であ
る。

【０００９】また、前記変位検出手段は、前記ブロック
の上面の外周部近傍で支持される略円盤状の支持体に取
り付けるように構成するとよい。

【００１０】さらに、前記変位検出手段は、前記ブロッ
クの中央部を検出する位置に一箇所設け、前記変位調整
手段は、前記ブロックの対称な位置に複数箇所設けるよ
うに構成するとよい。

【００１１】

【作用】このように構成した本発明にあっては、被研磨
体５が保持されたブロックを、加圧機構部により研磨布
が貼付された定盤に向けて加圧する。この際、摺動駆動
機構部により前記定盤を回転駆動させながら前記ブロッ
クを回転させる。こうして、定盤とブロックとが相対的
に摺動せられ、これにより、被研磨体の表面の研磨加工
が行われる。

【００１２】この研磨作業においては、変位検出手段に
より、ブロックの厚さ方向の変位が検出される。ここ
で、ブロックは、被研磨体が所定の温度条件になるまで
研磨熱により昇温されるのに伴い熱変形を生じたり、加
圧機構部の不均一性により変形されたりするが、制御手
段は、前記変位検出手段の検出値に基づいて、前記ブロ
ックが平坦となるように、該ブロックを厚さ方向に変位
させる変位調整手段を制御する。このような作動が研磨
作業中に逐次繰り返されることにより、ブロックの変形
が抑制され、したがって、きわめて高平坦度に被研磨体
の表面が研磨加工される。

【００１３】また、前記変位検出手段は、前記ブロック
の上面の外周部近傍で支持される略円盤状の支持体に取
り付けたので、容易かつ正確に、ブロックの外周部に対
する各部の変位量が検出される。さらに、前記変位検出
手段は、前記ブロックの中央部を検出する位置に一箇所
設け、前記変位調整手段は、前記ブロックの対称な位置
に複数箇所設けたので、簡易な構成で低廉となり、しか
も効率良く前記ブロックの変形が抑制される。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１は、本発明の一実施例に係る研磨装置の要
部を示す概略ブロック構成図、図２（ａ）は、図１に示
されるブロック上面に形成されたボールねじ穴の配置箇
所を示す平面図、図２（ｂ）は、同ブロックの変形した
状態を示す正面図、図３は、図１に示される研磨装置の
ブロックを厚さ方向に変位させる作動フローチャートで
あり、図４に示した部材と共通する部材には同一の符号
を付し、その説明は一部省略する。

【００１５】図１に示したように、本実施例の研磨装置
は、シリコンウェーハ等の被研磨体５を保持するブロッ
ク３４を有し、該ブロック３４の被研磨体５を保持した
側には、定盤９が配置されている。ブロック３４に保持
された被研磨体５を、表面に研磨布６が貼付された定盤
９に対して加圧する加圧機構として、加圧軸１と、この
加圧軸１に、首振りおよび回転自在に取り付けられる加
圧ヘッド３３とが設けられている。

【００１６】本実施例では、特に、この加圧ヘッド３３
の下面に、図示のような複数箇所に、変位調整手段とし
てのモータ２２が取付部３５を介して設けられており、
このモータ２２の主軸は、ボールねじ軸２２ａとして構
成される。

【００１７】一方、前記加圧ヘッド３３の下方には、前
記ブロック３４が配置される。このブロック３４の上面
には、図２（ａ）に示したように、対称な位置に複数箇
所ボールねじ穴２６が形成されている。このボールねじ
穴２６の配置箇所は、前記加圧ヘッド３３の下面に配設
されたモータ２２の位置と対応しており、このモータ２
２のボールねじ軸２２ａが前記ボールねじ穴２６に螺合
することにより、加圧ヘッド３３の下方にブロック３４
が装着されるようになっている。

【００１８】したがって、前記モータ２２を所定角度だ
け回転させて前記ブロック３４をその厚さ方向に変位さ
せることが可能であり、これにより、複数箇所に配設さ
れた前記モータ２２をそれぞれ作動させ所定の形状に変
形させることができるように構成されている。また、前
記モータ２２の作動は、本実施例の場合、任意の変形に
対処するためそれぞれ独立して制御されるが、対称性の
ある変形に対しては、簡易的には、ブロック３４の中心
から同半径位置にあるモータについては同一の作動を行
うように構成することも可能である。

【００１９】なお、変位調整手段として、前記モータ２
２の替わりに、圧電素子を前記加圧ヘッド３３とブロッ
ク３４との間に介在させ、この圧電素子に対する負荷電
圧を調整して、ブロック３４をその厚さ方向に変位させ
るように構成してもよい。さらに、ブロック３４の上面
に部分的に異なる油圧を付加できる油圧機構部を設け
て、この油圧を制御するようにしてもよい。

【００２０】図１に示したように、前記ブロック３４の
上面に、略円盤状の支持体２３が載置されている。この
支持体２３には、外周端から水平面に垂直に折り曲げら
れて伸延する脚部２３ａが形成されており、支持体２３
は、この脚部２３ａの先端部が支持されるようにして前
記ブロック３４の上面に載置される。ここで、前記ブロ
ック３４の外周部近傍には、リング状の溝部２７が形成
されており、この溝部２７に前記支持体２３の脚部２３
ａを嵌挿させることにより支持体２３のブロック３４上
での位置がずれないように規制している。また、前記支
持体２３には、孔部２３ｂが形成され、前記モータ２２
との干渉を回避している。

【００２１】なお、前記支持体２３の脚部２３ａは、円
周方向に連続した筒体として構成する必要は必ずしもな
く、図示省略するが、円周上数箇所、好ましくは３箇所
にのみ所定幅を有する脚部２３ａとして構成すれば安定
性も良好となる。

【００２２】前記支持体２３の中央部の下面には、変位
検出手段としてのセンサ２４が取り付けられている。こ
のセンサ２４は、図２（ｂ）に示したように、レーザー
光を利用して前記ブロック３４の中央部上面（図２
（ａ）参照）までの距離δを精密測定するものである。
センサ２４は、これに限定されるものではなく、たとえ
ば、電気マイクロメータ等により検出するようにしても
よい。

【００２３】前述したように、このセンサ２４は、ブロ
ック３４の上面の外周部近傍で支持される略円盤状の支
持体２３に取り付けられているため、予め設定された平
坦時の前記距離δからの変化を見れば、前記ブロック３
４の外周部に対する中央部の凹凸量がわかる。このよう
に、通常のブロック３４の変形に対しては、これで十分
足りるものであるが、センサ２４を複数箇所に設けてブ
ロック３４の変位を検出するように構成してもよく、こ
のようにすれば、ブロック３４のいかなる変形について
も精密に対処することが可能となる。

【００２４】前記モータ２２およびセンサ２４は、図１
に示したように、スリップリング２５を介して制御手段
２１に接続されている。この制御手段２１は、前記セン
サ２４の検出値に基づいて、前記ブロック３４が平坦と
なるように前記モータ２２を制御する。すなわち、目標
値（ここでは、予め設定された平坦時の前記距離δ）と
前記センサ２４からの研磨作業時の情報との差を算出
し、ブロック３４の変形を抑制するための制御量に応じ
た信号を各モータ２２に伝達する。なお、前記スリップ
リング２５は、前記加圧ヘッド３３等が回転駆動されて
も前記制御手段２１と前記モータ２２およびセンサ２４
との接続を保つ電気的接点であり、たとえば、接触式の
ものや水銀を介して接続するようにしたものがある。

【００２５】前記ブロック３４は、セラミックス、ガラ
ス等の材料から構成されており、両面が高平坦度に研磨
された円盤状を呈している。このブロック３４の図中下
面には、図示省略するが、複数枚の被研磨体５が円周方
向等間隔に対称位置に装着されるようになっている。な
お、この被研磨体５のブロック３４への装着は、ワック
スによる接着等によりなされる。

【００２６】定盤９は、図示しないモータなどが接続さ
れた回転軸１６により回転駆動され、ブロック３４と相
対的に摺動する。これらのモータや回転軸１６などによ
り、ブロック３４と定盤９とを相対的に摺動させる摺動
駆動機構部が構成されている。また、定盤９の上面に
は、研磨布６が貼り付けられており、定盤９に向けてブ
ロック３４を加圧し摺動させることによって、被研磨体
５の表面が研磨される。本実施例の研磨装置において
は、被研磨体５の適性な研磨面品質と研磨生産性とを得
るための温度条件である約４０℃になるまで研磨熱で昇
温されるように、研磨圧等の設定がなされている。

【００２７】定盤９の下方には、被研磨体５の温度変化
を抑制するために、該定盤９を冷却する冷却機構部が設
けられる。これにより、前述したように、研磨過程にお
ける加圧力による被研磨体５と研磨布６の上にノズル１
７から供給される研磨剤液との摩擦や化学反応により発
生する研磨熱によって被研磨体５の温度が所定値以上に
上昇するのを防止している。

【００２８】前記冷却機構部は、定盤９の下方に水冷ジ
ャケット１０を取り付け、所定温度となるように温度制
御された冷却水を、図示しない給水系統を介して水冷部
１１に供給するとともに、この水冷部１１内の冷却水を
図示しない排水系統を介して排出する構造が採用されて
いる。

【００２９】また、定盤９と水冷ジャケット１０とは、
回転軸１６により回転するときの鉛直方向の振れ発生を
防止するため、架台１３上に取り付けたスラスト軸受け
１２などに搭載されている。これにより、定盤９とブロ
ック３４との相対的な摺動が安定して行われる。

【００３０】次に、図３のフローチャートを参照しつ
つ、本実施例の作用を説明する。まず、ノズル１７から
研磨剤液を供給しながら、複数枚の被研磨体５が装着さ
れたブロック３４を、加圧軸１および加圧ヘッド３３等
からなる加圧機構部により、研磨布６が貼り付けられた
定盤９に向けて加圧する。

【００３１】この際、図示しないモータなどが接続され
た回転軸１６により定盤９を回転駆動させながら、前記
ブロック３４とともに加圧ヘッド３３を回転させる。こ
うして、定盤９とブロック３４とが相対的に摺動せら
れ、これにより、被研磨体５の表面の研磨加工が行われ
る。

【００３２】この研磨作業においては、センサ２４によ
りブロック３４の中央部上面までの距離δを検出する
（ステップＳ１）。ここで、ブロック３４は、被研磨体
５が適性な研磨面品質と研磨生産性とを得るための温度
条件である約４０℃になるまで研磨熱により昇温される
のに伴って熱変形を生じたり、加圧機構部の不均一性に
より変形されたりするが、制御手段２１は、予め設定さ
れた平坦時の距離δからの変化を求め、各モータ２２の
位置における変位量にそれぞれ独立して換算する（ステ
ップＳ２）。

【００３３】次に、制御手段２１は、前記各モータ２２
の位置における変位量を、モータ２２の回転角制御量に
変換する（ステップＳ３）。そして、制御手段２１は、
各モータ２２に、前記回転角制御量に応じた信号を出力
し（ステップＳ４）、各モータ２２は、前記信号に応じ
て所定角度だけ回転駆動される（ステップＳ５）。

【００３４】以上のような作動が研磨作業中に逐次繰り
返され、リアルタイムにブロック３４の変形が抑制され
ることになる。

【００３５】このように、本実施例にあっては、ブロッ
ク３４の厚さ方向の変位を検出するセンサ２４と、該ブ
ロック３４にモータ主軸であるボールねじ軸２２ａが螺
合されて前記ブロック３４を厚さ方向に変位させるモー
タ２２と、前記センサ２４の検出値に基づいて、前記ブ
ロック３４が平坦となるように前記モータ２２を制御す
る制御手段２１とを有するので、従来の研磨装置では対
処できなかった熱応力によるブロック３４自体の変形は
もとより、ブロック３４のいかなる種類の変形に対して
も、強制的に、しかもリアルタイムに変形を抑制するこ
とができる。したがって、従来得られなかったきわめて
高平坦度が要求される研磨加工に対応可能となる。

【００３６】また、前記センサ２４は、前記ブロック３
４の上面の外周部近傍で支持される略円盤状の支持体２
３に取り付けたので、容易かつ正確に、ブロック３４の
外周部に対する各部の変位量が検出可能となる。

【００３７】さらに、前記センサ２４は、前記ブロック
３４の中央部を検出する位置に一箇所設け、前記モータ
２２は、前記ブロック３４の対称な位置に複数箇所設け
るように構成したので、簡易な構成で低廉となり、しか
も効率良く前記ブロック３４の変形を抑制することがで
きる。

【００３８】なお、以上説明した実施例は、本発明の理
解を容易にするために記載されたものであって、本発明
を限定するために記載されたものではない。したがっ
て、上記実施例に開示された各要素は、本発明の技術的
範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨であ
る。たとえば、上述した実施例では、図２（ａ）に示し
たように、モータ２２を前記ブロック３４の対称な位置
に９０°間隔に８箇所設けるようにしたが、本発明はこ
のような配置に限定されるものではなく、ブロック３４
の変形を抑制できるような配置であれば、適宜変更して
適用することができる。

【００３９】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明は、ブロ
ックの厚さ方向の変位を検出する変位検出手段と、該ブ
ロックを厚さ方向に変位させる変位調整手段と、前記変
位検出手段の検出値に基づいて、前記ブロックが平坦と
なるように前記変位調整手段を制御する制御手段とを有
するので、従来の研磨装置では対処できなかった熱応力
によるブロック自体の変形はもとより、ブロックのいか
なる種類の変形に対しても、強制的に、しかもリアルタ
イムに変形を抑制することができる。したがって、きわ
めて高平坦度が要求される研磨加工に対応可能となる。

【００４０】また、前記変位検出手段は、前記ブロック
の上面の外周部近傍で支持される略円盤状の支持体に取
り付けたので、容易かつ正確に、ブロックの外周部に対
する各部の変位量が検出可能となる。

【００４１】さらに、前記変位検出手段は、前記ブロッ
クの中央部を検出する位置に一箇所設け、前記変位調整
手段は、前記ブロックの対称な位置に複数箇所設けるよ
うに構成したので、簡易な構成で低廉となり、しかも効
率良く前記ブロックの変形を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係る研磨装置の要部を示
す概略ブロック構成図である。

【図２】 （ａ）は、図１に示されるブロック上面に形
成されたボールねじ穴の配置箇所を示す平面図、（ｂ）
は、同ブロックの変形した状態を示す正面図である。

【図３】 図１に示される研磨装置のブロックを厚さ方
向に変位させる作動フローチャートである。

【図４】 従来の研磨装置の要部の概略構成図である。

【符号の説明】

１…加圧軸（加圧機構部）、 ５…被研磨体、６…
被研布、 ９…定盤、１０…水冷ジ
ャケット、 １１…水冷部、１２…スラスト軸
受け、 １３…架台、１６…回転軸（摺動駆動
機構部） ２１…制御手段、２２…モータ（変位調整手
段） ２３…支持体、２４…センサ（変位検出手
段）、３３…加圧ヘッド（加圧機構部）、３４…ブロッ
ク。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被研磨体(5) を保持するブロック(34)
   と、該ブロック(34)の前記被研磨体(5) を保持した側に
   配置される表面に研磨布(6) が貼付された定盤(9) と、
   前記ブロック(34)を前記定盤(9) に向けて加圧する加圧
   機構部(1,33)と、前記ブロック(34)と前記定盤(9) とを
   相対的に摺動させる摺動駆動機構部とを有する研磨装置
   において、 前記ブロック(34)の厚さ方向の変位を検出する変位検出
   手段(24)と、 該ブロック(34)を厚さ方向に変位させる変位調整手段(2
   2)と、 前記変位検出手段(24)の検出値に基づいて、前記ブロッ
   ク(34)が平坦となるように前記変位調整手段(22)を制御
   する制御手段(21)とを有することを特徴とする研磨装
   置。
2. 【請求項２】 前記変位検出手段(24)は、前記ブロック
   (34)の上面の外周部近傍で支持される略円盤状の支持体
   (23)に取り付けられてなる請求項１に記載の研磨装置。
3. 【請求項３】 前記変位検出手段(24)は、前記ブロック
   (34)の中央部を検出する位置に一箇所設けられ、前記変
   位調整手段(22)は、前記ブロック(34)の対称な位置に複
   数箇所設けられてなる請求項１又は２に記載の研磨装
   置。