JPH0970753A - 研磨方法及び研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】本発明は、被加工物を研磨する定盤を回転駆動
する駆動電流の積分値に基づいて加工終点を判定するよ
うにしたものである。 【効果】本発明によれば、被加工物の研磨加工終点検出
を確実かつ迅速に行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、段差を有する被加工物
を研磨により平坦化する場合の終点検出を正確に行うこ
とのできる研磨方法及び研磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体装置の製造プロセスにお
いては、例えば図１４に示すように、シリコン（Ｓｉ）
基板Ａ上にアルミニウム（Ａｌ）製の電極Ｂ…を形成し
た後、このＳｉ基板Ａ上に例えば二酸化けい素などの絶
縁膜Ｃを成膜することが行われている。このような場
合、絶縁膜Ｃは、電極Ｂ…の高さに照応して突出し、段
差Ｄ…が形成される。なお、電極Ｂ…の高さは、例えば
０．５μｍ程度、また、絶縁膜Ｃの厚さは、例えば１．
０μｍ程度である。したがって、後加工として、段差Ｄ
…を除去して絶縁膜Ｃ表面を平坦化するための研磨加工
が行われている。

【０００３】しかるに、この研磨加工は、切込み量が、
例えば０．５μｍ程度というように、極めて微小である
ので、研磨加工終点の検出がすこぶる困難である。たと
えば、従来においては、ある程度までは加工時間で管理
し、その後は、短時間ごとに目視により観察して、加工
終点を検出していた。そのため、能率が悪いばかりか、
加工終点の検出誤差が入る余地が大きかった。他方、ウ
エハの厚さを光学法または電気容量法により測定するこ
とにより加工終点検出することも考えられるが、被測定
面が加工液などで汚れていると測定誤差を生じるため、
オンマシン・インプロセス測定には適していなかった。
また、超音波法によりウエハの厚さを測定することによ
り加工終点を検出する方法もあるがは、精度的に不十分
である。その結果、製造歩留りがすこぶる低くなり、製
品コストの低減を阻む原因の一つとなっていた。とく
に、このことは、例えば「絶縁物上のシリコン」を意味
するＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏ
ｒ）基板の製造において顕著であった。

【０００４】また、情報機器などに用いられるハードデ
ィスクドライブのヘッド部分はスライダと称呼され、主
にAl2O3-TiC からなるセラミック基板を細分化し高精度
に加工したものにＭＲ薄膜を設けて構成されている。こ
のスライダの加工工程にはラッピングによってスライダ
表面を平坦にする工程があるが、この時の研磨の終点の
検出を±０．１μｍで制御する必要がある。しかし、こ
の場合でも前記ＳＯＩ基板の研磨と同様の問題のため歩
留まりが悪くなる等の問題が発生していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
半導体装置の製造プロセスにおけるサブミクロン・オー
ダの平坦化研磨加工は、研磨加工終点の検出がすこぶる
困難である。その結果、製造歩留りがすこぶる低くな
り、製品コストの低減を阻む原因の一つとなっていた。

【０００６】この発明は、上記事情を勘案してなされた
もので、平坦研磨加工の終点検出をインプロセスで、し
かも高精度で行うことのできる研磨方法及び研磨装置を
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１は、上
定盤と、上記上定盤とともに凹凸面を有する被加工物を
挾持する下定盤と、上記上定盤を回転駆動する上定盤駆
動モータと、上記下定盤を回転駆動する下定盤駆動モー
タとを具備する研磨装置により上記被加工物の凹凸面を
平坦化する研磨方法において、上記研磨装置による上記
被加工物の研磨中に上記上定盤駆動モータ及び上記下定
盤駆動モータの少なくとも一方の駆動電流を検出する研
磨駆動電流検出工程と、上記研磨装置により上記被加工
物の研磨をしていない空転時に上記上定盤駆動モータ及
び上記下定盤駆動モータの少なくとも一方の駆動電流を
検出する空転駆動電流検出工程と、上記駆動電流検出工
程にて検出された駆動電流から上記空転駆動電流検出工
程にて検出された駆動電流を減じ終点判定電流を得る駆
動電流減算工程と、この駆動電流減算工程にて得られた
終点判定電流を積分し積分電流値を得る積分電流値演算
工程と、この積分電流値演算工程にて得られた積分電流
値と予め設定され上記凹凸面の平坦化を示す加工終点閾
値とを比較し比較結果に基づいて加工終点と判定する加
工終点判定工程とを具備する研磨方法である。

【０００８】本発明の請求項２は、請求項１において、
加工終点閾値は、被加工物の平面度とこれに対応する積
分電流値に基づいて決定することを特徴とする研磨方法
である。

【０００９】本発明の請求項３は、請求項１において、
加工終点判定工程にては、上定盤駆動モータに対応する
積分電流値及び下定盤駆動モータに対応する積分電流値
のうち少なくとも一方が加工終点閾値を越えたとき加工
終点と判定する研磨方法である。

【００１０】本発明の請求項４は、請求項１において、
加工終点判定工程にては、上定盤駆動モータに対応する
積分電流値及び下定盤駆動モータに対応する積分電流値
のうち両方が加工終点閾値を越えたとき加工終点と判定
する研磨方法である。

【００１１】本発明の請求項５は、請求項１において、
被加工物は、上定盤に固着されていることを特徴とする
研磨方法である。本発明の請求項６は、上定盤と、上記
上定盤とともに被加工物を挾持する下定盤と、上記上定
盤を回転駆動する上定盤駆動モータと、上記下定盤を回
転駆動する下定盤駆動モータと、上記上定盤駆動モータ
及び上記下定盤駆動モータの少なくとも一方の駆動電流
を検出する駆動電流検出部と、上記駆動電流検出部にて
得られた駆動電流のうち上記被加工物の研磨中の駆動電
流から上記被加工物を研磨していない空転時の駆動電流
を減じ終点判定電流を得る駆動電流減算部と、この駆動
電流減算部にて得られた終点判定電流を積分し積分電流
値を得る積分電流値演算部と、この積分電流値演算部に
て得られた積分電流値と予め設定され上記凹凸面の平坦
化を示す加工終点閾値とを比較し比較結果に基づいて加
工終点と判定する加工終点判定部とを具備することを特
徴とする研磨装置である。

【００１２】本発明の請求項７は、上定盤と、上記上定
盤とともに凹凸面を有する被加工物を挾持する下定盤と
を具備し、上記上定盤と上記下定盤とを相対的に回転駆
動する研磨装置により上記被加工物の凹凸面を平坦化す
る研磨方法において、上記上記被加工物の研磨抵抗を検
出する研磨抵抗検出工程と、この研磨抵抗検出工程にて
検出された研磨抵抗が凹凸面の平坦化とともに飽和する
ことを利用して加工終点を検出する加工終点判定工程と
を具備することを特徴とする研磨方法である。

【００１３】本発明の請求項８は、請求項７において、
上定盤は、係合部を介して回転駆動軸に接離自在に係合
され、研磨抵抗は、被加工物の研磨に伴って上記係合部
に発生した歪みに基づいて測定することを特徴とする研
磨方法である。

【００１４】本発明の請求項９は、請求項８において、
被加工物は上定盤に固着されていることを特徴とする研
磨方法である。本発明の請求項１０は、上定盤と、上記
上定盤とともに凹凸面を有する被加工物を挾持する下定
盤と、上記上定盤に接離自在に設けられ上記上定盤を回
転駆動する回転駆動軸と、上記上定盤を上記回転駆動軸
に係合させる係合部と、上記係合部に設けられた歪セン
サと、上記歪センサにおける検出結果に基づいて上記凹
凸面の平坦化を示す加工終点を検出する加工終点演算部
とを具備することを特徴とする研磨装置である。

【００１５】本発明の請求項１１は、請求項１０におい
て、係合部は、上定盤の上端面半径方向中途部に軸方向
に等配して複数本突設された係止ピンと、回転駆動軸の
下端部水平方向に上記係止ピンに対応して一対ずつ突設
され上記係止ピンに係合して上記回転駆動軸の回転を上
記上定盤に伝達する複数の係合ピンとからなることを特
徴とする研磨装置である。

【００１６】本発明の請求項１２は、請求項１１におい
て、歪センサは、係止ピンに取付けられていることを特
徴とする研磨装置である。本発明の請求項１３は、請求
項１１において、加工終点演算部は、複数の歪センサの
検出値の平均値を算出する平均値算出部と、この平均値
算出部にて算出された平均値と予め設定されている閾値
とを比較し比較結果に基づいて研磨加工終点を判定する
加工終点判定部とを有することを特徴とする研磨装置で
ある。

【００１７】

【作用】本発明の請求項１乃至請求項５に記載された研
磨方法によれば、被加工物を研磨する定盤を回転駆動す
るための駆動電流の積分値に基づいて加工終点を判定す
るようにしているので、被加工物の研磨加工終点検出を
確実かつ迅速に行うことができる。

【００１８】本発明の請求項６に記載された研磨装置に
よれば、被加工物を研磨する定盤を回転駆動するための
駆動電流の積分値を算出積分電流値演算部及びこの積分
電流値に基づいて加工終点を判定する加工終点演算部を
有しているので、被加工物の研磨加工終点検出を確実か
つ迅速に行うことができる。

【００１９】本発明の請求項７乃至請求項９に記載され
た研磨方法によれば、研磨抵抗が凹凸面の平坦化ととも
に飽和することを利用して加工終点を検出するようにし
ているので、被加工物の研磨加工終点検出を確実かつ迅
速に行うことができる。

【００２０】本発明の請求項１０乃至請求項１３に記載
された研磨装置によれば、上定盤に回転駆動力を伝達す
る係合部に取付けた歪センサにおける検出結果に基づい
て上記凹凸面の平坦化を示す加工終点を検出するように
しているので、被加工物の研磨加工終点検出を確実かつ
迅速に行うことができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳
述する。図１は、この実施例の研磨装置Ｍ１を示してい
る。この研磨装置Ｍ１は、ＳＯＩとなる薄板状の被加工
物１を平面研磨する研磨部２と、この研磨部２により平
面研磨されている被加工物１の加工終点を検出する加工
終点検出部３とからなっている。

【００２２】しかして、研磨部２は、下定盤部１３と、
この下定盤部１３に対向して上方位置に配設された上定
盤部１４と、下定盤部１３と上定盤部１４を電気的に統
御する加工制御機構２１とからなっている。なお、この
研磨部２には、研磨部位に加工液Ｌを供給する給液部１
５が付随している。

【００２３】そして、下定盤部１３は、円盤をなす下定
盤１６と、この下定盤１６に貼着された例えば発泡ウレ
タンなどの研磨布１７と、この下定盤１６を保持して回
転駆動する下定盤駆動機構１８とからなっている。さら
に、下定盤駆動機構１８は、下定盤１６の下面に同軸に
連結された保持軸１８ａと、この保持軸１８ａを軸支し
て回転駆動する下定盤駆動モータ１８ｂと、この下定盤
駆動モータ１８ｂの回転速度を検出する例えばロータリ
エンコーダやタコジェネレータなどの下定盤回転速度検
出器１８ｃと、この下定盤回転速度検出器１８ｃから出
力された下定盤駆動モータ１８ｂの回転速度を示す回転
速度信号ＬＶＲに基づいて下定盤駆動モータ１８ｂを制
御する下定盤モータドライバ１８ｄとからなっている。

【００２４】さらに、上定盤部１４は、下定盤１６の半
径よりも小さい直径の上定盤１９と、この上定盤１９を
軸支して回転駆動するとともに下定盤１６に対して加圧
する上定盤駆動機構２０とからなっている。さらに、上
定盤１９の下面には、被加工物１を着脱自在に保持する
ための図示せぬポリウレタン系の吸着シート１９ａが装
着されている。また、上定盤駆動機構２０は、上定盤１
９の背部に同軸に連結された保持軸２０ｂと、この保持
軸２０ｂの上端部を嵌脱自在に取付けられこの保持軸２
０ｂを昇降駆動する例えば空気圧シリンダなどの加圧手
段２０ｃと、この加圧手段２０ｃへの空気圧の印加を制
御する電磁弁２０ｄと、加圧手段２０ｃの上端部を保持
して軸線の回りに回転駆動する上定盤駆動モータ２０ｅ
と、この上定盤駆動モータ２０ｅの回転速度を検出する
例えばロータリエンコーダやタコジェネレータなどの上
定盤回転速度検出器２０ｆと、この上定盤回転速度検出
器２０ｆから出力された上定盤駆動モータ２０ｅの回転
速度を示す回転速度信号ＵＶＲに基づいて上定盤駆動モ
ータ２０ｅを制御する上定盤モータドライバ２０ｇとか
らなっている。

【００２５】しかして、下定盤駆動モータ１８ｂ及び上
定盤駆動モータ２０ｅは、下記式に従うように設けられ
ている。すなわち、 Ｔ＝Ｋ・Ｉ ただし、Ｔは駆動トルク、Ｋはトルク定数、Ｉは駆動電
流である。つまり、下定盤駆動モータ１８ｂ及び上定盤
駆動モータ２０ｅにては、駆動トルクＴと駆動電流Ｉが
比例関係にあるように設けられている。したがって、駆
動電流Ｉを測定することにより、下定盤駆動モータ１８
ｂ及び上定盤駆動モータ２０ｅのトルクＴ（これは、研
磨抵抗と相関関係を有する。）を検出することが可能と
なる。なお、下定盤１６と上定盤１９は、回転の開始及
び停止時以外の一定速度回転時には、慣性のみで回転す
るため、駆動電流Ｉは０となるはずであるが、実際に
は、軸受系統に摩擦抵抗が生じるので、これに応じた駆
動電流Ｉが流れる。

【００２６】また、給液部１５は、遊離砥粒（例えばコ
ロイダルシリカにアミンを加えたもの。）を含有する加
工液Ｌを研磨部位に噴射するノズル２２と、このノズル
２２に供給する加工液Ｌを貯蔵するタンク２３とからな
っている。

【００２７】他方、加工制御機構２１は、下定盤部１３
及び上定盤部１４並びに加工終点検出部３に電気的に接
続され、後述するような研磨加工の制御を行うように設
けられている。

【００２８】さらに、加工終点検出部３は、下定盤駆動
モータ１８ｂ及び上定盤駆動モータ２０ｅに印加された
駆動電流ＩＬＤ，ＩＵＤを検出する下定盤駆動電流検出
器３ａ及び上定盤駆動電流検出器３ｂと、これら下定盤
駆動電流検出器３ａ及び上定盤駆動電流検出器３ｂの出
力側に接続され駆動電流ＩＬＤ，ＩＵＤを増幅する増幅
器３ｃ，３ｄと、これら増幅器３ｃ，３ｄの出力側に接
続され入力した駆動電流ＩＬＤ，ＩＵＤに基づいて加工
終点を演算する加工終点演算部３ｅとからなっている。
しかして、加工終点演算部３ｅは、図２に示すように、
下定盤駆動モータ１８ｂ及び上定盤駆動モータ２０ｅの
研磨加工時の駆動電流ＩＬＤＲ，ＩＵＤＲを格納する研
磨駆動電流データメモリ部３ｆと、下定盤駆動モータ１
８ｂ及び上定盤駆動モータ２０ｅの空転時の駆動電流Ｉ
ＬＤＶ，ＩＵＤＶを格納する空転駆動電流データメモリ
部３ｇと、研磨駆動電流データメモリ部３ｆに格納され
ている駆動電流ＩＬＤＲ，ＩＵＤＲのデータから空転駆
動電流データメモリ部３ｇに格納されている駆動電流Ｉ
ＬＤＶ，ＩＵＤＶのデータを減じ終点判定電流ＩＬＤ
Ｓ，ＩＵＤＳを得る駆動電流減算部３ｈと、この駆動電
流減算部３ｈにて得られた終点判定電流ＩＬＤＳ，ＩＵ
ＤＳの積分値すなわち積分電流値ΔＩＬ，ΔＩＵを算出
する積分電流値演算部３ｉと、この積分電流値演算部３
ｉにて算出された積分電流値ΔＩＬ，ΔＩＵと予め設定
されている加工終点閾値ＩＬＴ，ＩＵＴとを比較し比較
結果に基づいて加工終点を判定し判定結果を示す判定信
号ＳＪを加工制御機構２１に出力する加工終点判定部３
ｊとからなっている。

【００２９】つぎに、上記構成の研磨装置を用いて、こ
の実施例の研磨方法について述べる。 ここで、研磨対
象としての被加工物１の構造について、図３にて説明す
る。すなわち、この被加工物１は、例えばＳＯＩ基板で
あって、シリコン基板１ａと、このシリコン基板１ａ上
に形成されたアルミニウム製の電極１ｂ…と、これら電
極１ｂ…を覆って成膜された例えば二酸化けい素などの
絶縁膜１ｃとからなつている。この絶縁膜１ｃの表面
は、シリコン基板１ａからの電極１ｂ…の突出に対応し
て、高さが例えば０．４μｍ程度である。なお、電極１
ｂ…の高さは、例えば０．５μｍ程度、また、絶縁膜１
ｃの厚さは、例えば１．０μｍ程度である。そして、こ
の場合の加工終点ＥＷは、図３中の想像線で示すよう
に、絶縁膜１ｃの凸部１ｄ…を除去するために必要な位
置である。

【００３０】そこで、まず、上定盤１９に被加工物１を
吸着シート１９ａを介して装着する。つぎに、加工制御
機構２１から下定盤駆動モータ１８ｂに回転信号ＳＲＤ
を印加し、下定盤１６を矢印Ｒ１方向に例えば６０〜１
２０ｒｐｍ程度で回転させる。つづいて、加工制御機構
２１から上定盤駆動モータ２０ｅに回転信号ＳＲＵを印
加するとともに、電磁弁２０ｄに下降信号ＳＤを印加
し、上定盤１９を矢印Ｒ２方向に例えば毎分６０〜１２
０ｒｐｍ程度回転させるとともに、矢印Ｄ１方向に下降
させ、絶縁膜１ｃを研磨布１７に接触させる。なお、上
定盤１９の下降は、研磨圧が２００〜１，６００ｇｆ／
ｃｍ² 程度の状態で停止する。このとき、加工制御機構
２１から給液部１５に印加された給液信号ＳＬに基づき
ノズル２２を介して加工液Ｌを被加工物１の研磨部位に
噴射する。かくして、絶縁膜１ｃは、加工液Ｌに含有さ
れている遊離砥粒と研磨布１７により平面研磨される。
このとき、下定盤駆動電流検出器３ａ及び上定盤駆動電
流検出器３ｂにては、下定盤駆動モータ１８ｂ及び上定
盤駆動モータ２０ｅに印加された駆動電流ＩＬＤ，ＩＵ
Ｄが検出される。そして、これら検出された駆動電流Ｉ
ＬＤ，ＩＵＤは、増幅器３ｃ，３ｄにて増幅された後、
加工終点演算部３ｅに入力し、逐次、研磨駆動電流デー
タメモリ部３ｆに格納される。

【００３１】ところで、この実施例の研磨方法は、図４
に示すように、大別すると、加工終点閾値ＩＬＴ，ＩＵ
Ｔを算出する加工終点閾値決定工程（図４ステップＳＡ
１）と、この加工終点閾値決定工程にて決定された加工
終点閾値ＩＬＴ，ＩＵＴに基づいて被加工物１の研磨加
工を行い平坦化する研磨加工工程（図４ステップＳＡ
２）とからなっている。

【００３２】しかして、加工終点閾値決定工程は、図５
に示すように、上述のようにして上定盤１９に吸着シー
ト１９ａを介して装着された被加工物１を上定盤１９と
下定盤１６とにより挾圧しながら研磨布１７と加工液Ｌ
とにより標準研磨加工条件下にて研磨加工する標準研磨
加工工程（図５ステップＳＢ１）と、この標準研磨加工
工程において研磨駆動電流データメモリ部３ｆに格納さ
れている下定盤駆動モータ１８ｂ及び上定盤駆動モータ
２０ｅに印加された駆動電流ＩＬＤＲ，ＩＵＤＲ（図６
Ａ参照）に基づいて駆動電流ＩＬＤＲ，ＩＵＤＲのプロ
ファイル上の主要部位Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄ，Ｐｅ
（図６Ａ参照）に対応する絶縁膜１ｃの膜厚（加工
量），平坦性及び均一性を測定し研磨加工すべき駆動電
流ＩＬＤ，ＩＵＤのプロファイル上の位置ＰＥを決定す
る研磨加工終点決定工程（図５ステップＳＢ２）と、上
定盤１９と下定盤１６を空転したときの下定盤駆動モー
タ１８ｂ及び上定盤駆動モータ２０ｅに印加された駆動
電流ＩＬＤＶ，ＩＵＤＶ（図６Ｂ参照）を格納する空転
駆動電流データ格納工程（図５ステップＳＢ３）と、研
磨駆動電流データメモリ部３ｆに格納されている駆動電
流ＩＬＤＲ，ＩＵＤＲのデータから空転駆動電流データ
メモリ部３ｇに格納されている駆動電流ＩＬＤＶ，ＩＵ
ＤＶのデータを駆動電流減算部３ｈにて対応時間データ
ごとに減じ終点判定電流ＩＬＤＳ，ＩＵＤＳ（図６Ｃ参
照）を得る駆動電流減算工程（図５ステップＳＢ４）
と、この駆動電流減算工程にて得られた終点判定電流Ｉ
ＬＤＳ，ＩＵＤＳに基づいて積分電流値演算部３ｉにて
プロファイル上の位置ＰＥまでの積分電流値を加工終点
閾値ＩＬＴ，ＩＵＴ（図６Ｄ参照）として算出する加工
終点閾値算出工程（図５ステップＳＢ５）とからなって
いる。しかして、加工終点閾値算出工程にて算出された
加工終点閾値ＩＬＴ，ＩＵＴは、図３に示す最終切込量
ΔＤＯに対応している。

【００３３】一方、研磨加工工程は、図７に示すよう
に、上述のようにして上定盤１９に吸着シート１９ａを
介して装着された被加工物１を上定盤１９と下定盤１６
とにより挾圧しながら研磨布１７と加工液Ｌとにより標
準研磨加工工程と同一の研磨加工条件下にて研磨加工す
る実働研磨加工工程（図７ステップＳＣ１）と、この実
働研磨加工工程において研磨駆動電流データメモリ部３
ｆに格納されている駆動電流ＩＬＤＲ，ＩＵＤＲ（図８
Ａ参照）から空転駆動電流データメモリ部３ｇに格納さ
れている駆動電流ＩＬＤＶ，ＩＵＤＶ（図８Ｂ参照）の
データを駆動電流減算部３ｈにて対応時間データごとに
減じ終点判定電流ＩＬＤＳ，ＩＵＤＳ（図８Ｃ参照）を
得る駆動電流減算工程（図７ステップＳＣ２）と、これ
により得られた終点判定電流ＩＬＤＳ，ＩＵＤＳに基づ
いて積分電流値演算部３ｉにて積分電流値ΔＩＬ，ΔＩ
Ｕ（図８Ｄ参照）を算出する積分電流値演算工程（図７
ステップＳＣ３）と、加工終点判定部３ｊにて積分電流
値演算工程にて算出された積分電流値ΔＩＬ，ΔＩＵと
前記加工終点閾値決定工程にて求められた加工終点閾値
ＩＬＴ，ＩＵＴ（図８Ｄ参照）とを比較し少なくとも積
分電流値ΔＩＬ，ΔＩＵのうち一方が対応する加工終点
閾値と一致した時点を研磨加工終点ＰＥと判定し判定結
果を示す判定信号ＳＪを加工制御機構２１に出力する加
工終点判定工程（図７ステップＳＣ４）と、入力した判
定信号ＳＪに基づいて加工制御機構２１により研磨加工
を終了させる研磨加工終了工程（図７ステップＳＣ５）
とからなっている。しかして、研磨加工終了工程におい
ては、加工制御機構２１から電磁弁２０ｄに上昇信号Ｓ
Ｄを印加することにより、加圧手段２０ｃをＤ２方向に
作動させ、保持軸２０ｂを介して上定盤１９に装着され
ている被加工物１を下定盤１６に装着されている研磨布
１７から離間させる。ついで、回転停止信号ＳＳＵ，Ｓ
ＳＬが、上定盤駆動モータ２０ｅ及び下定盤駆動モータ
１８ｂに印加され、研磨加工が停止する。

【００３４】ところで、研磨駆動電流データメモリ部３
ｆに格納されている駆動電流ＩＬＤ，ＩＵＤは、空回転
時のモータ電流値と、研磨加工時に発生する摩擦負荷ト
ルクに比例した電流値の合計値となる。よって、上記駆
動電流減算工程にて、実働研磨時の駆動電流ＩＬＤ，Ｉ
ＵＤから、空回転時の駆動電流ＩＬＤＶ，ＩＵＤＶを、
対応時間データごとに減じることにより、終点判定電流
ＩＬＤＳ，ＩＵＤＳは、摩擦負荷トルクに比例した電流
値となっている。したがって、これら終点判定電流ＩＬ
ＤＳ，ＩＵＤＳを積分することにより得られた積分電流
値ΔＩＬ，ΔＩＵは、被加工物１の研磨量すなわち切込
量ΔＤに忠実に比例するものとなる。しかして、加工終
点判定部３ｊにては、これら切込量ΔＤを示す積分電流
値ΔＩＬ，ΔＩＵと、前述した最終切込量ΔＤＯを示す
加工終点閾値ＩＬＴ，ＩＵＴを比較するようにしている
ので、終点検出を確実かつ迅速に行うことができる。

【００３５】このように、この実施例の研磨装置におい
ては、研磨駆動電流データメモリ部３ｆに格納されてい
る駆動電流ＩＬＤＲ，ＩＵＤＲのデータから空転駆動電
流データメモリ部３ｇに格納されている駆動電流ＩＬＤ
Ｖ，ＩＵＤＶのデータを減じ終点判定電流ＩＬＤＳ，Ｉ
ＵＤＳを得る駆動電流減算部３ｈと、この駆動電流減算
部３ｈにて得られた終点判定電流ＩＬＤＳ，ＩＵＤＳの
積分値すなわち積分電流値を算出する積分電流値ΔＩ
Ｌ，ΔＩＵを算出する積分電流値演算部３ｉと、この積
分電流値演算部３ｉにて算出された積分電流値ΔＩＬ，
ΔＩＵと予め設定されている加工終点閾値ＩＬＴ，ＩＵ
Ｔとを比較し比較結果に基づいて加工終点を判定し判定
結果を示す判定信号ＳＪを加工制御機構２１に出力する
加工終点判定部３ｊとを有する加工終点演算部３ｅを具
備しているので、被加工物１の研磨加工終点検出を確実
かつ迅速に行うことができる。その結果、研磨量の厳密
な制御が可能となる結果、例えば高速ＭＯＳ用に必要な
超薄膜ＳＯＩ等の超精密研磨プロセスに適用した場合、
歩留りや信頼性等が飛躍的に向上する。

【００３６】また、この実施例の研磨方法は、実働研磨
加工工程における駆動電流ＩＬＤ，ＩＵＤから空転駆動
時の駆動電流ＩＬＤＶ，ＩＵＤＶのデータを対応時間デ
ータごとに減じ終点判定電流ＩＬＤＳ，ＩＵＤＳを得る
駆動電流減算工程と、これにより得られた終点判定電流
ＩＬＤＳ，ＩＵＤＳに基づいて積分電流値ΔＩＬ，ΔＩ
Ｕを算出する積分電流値演算工程と、積分電流値演算工
程にて算出された積分電流値ΔＩＬ，ΔＩＵと予め設定
された加工終点閾値ＩＬＴ，ＩＵＴとを比較し少なくと
も積分電流値ΔＩＬ，ΔＩＵのうち一方が対応する加工
終点閾値と一致した時点を研磨加工終点と判定する加工
終点判定工程と、加工終点判定結果に基づいて研磨加工
を終了させる研磨加工終了工程とを具備するもので、被
加工物１の研磨加工終点検出を確実かつ迅速に行うこと
ができる。その結果、研磨量の厳密な制御が可能となる
結果、例えば高速ＭＯＳ用に必要な超薄膜ＳＯＩ等の超
精密研磨プロセスに適用した場合、歩留りや信頼性等が
飛躍的に向上する。

【００３７】なお、上記実施例においては、加工終点判
定部３ｊにて、積分電流値ΔＩＬ，ΔＩＵと加工終点閾
値決定工程にて求められた加工終点閾値ＩＬＴ，ＩＵＴ
とを比較し、少なくとも積分電流値ΔＩＬ，ΔＩＵのう
ち一方が対応する加工終点閾値と一致した時点をもって
研磨加工終点と判定しているが、積分電流値ΔＩＬ，Δ
ＩＵと加工終点閾値決定工程にて求められた加工終点閾
値ＩＬＴ，ＩＵＴとを比較し、少なくとも積分電流値Δ
ＩＬ，ΔＩＵのうち両方とも対応する加工終点閾値と一
致した時点をもって研磨加工終点と判定するようにして
もよい。さらに、上記実施例は、下定盤駆動電流検出器
３ａ及び上定盤駆動電流検出器３ｂを同時に設けている
が、いずれか一方のみ取り付け、その取付けた検出器か
らの電気信号に基づいて、研磨加工終点を判定するよう
にしてもよい。

【００３８】さらに、この発明は、上記実施例のよう
に、特に平面加工に限ることなく、曲面加工，溝加工等
の他の研磨プロセスにも適用可能である。さらにまた、
上記実施例は通常のポリシング加工を例示しているが、
メカニカル・ケミカル・ポリシング（ＣＭＰ），メカノ
ケミカル・ポリシング等にも適用可能である。

【００３９】また、上記実施例においては、研磨の種類
として、ポリシングを例示しているが、ラッピッング、
研削等、平面研磨であるならばどのような加工方法にも
適用することができる。もちろん、片面研磨あるいは両
面研磨のいずれにも適用可能である。

【００４０】さらに、図９は、本発明の他の実施例の研
磨装置Ｍ２を示している。なお、この研磨装置Ｍ２にお
いて、研磨装置Ｍ１と同一部分には同一記号を付する。
すなわち、この研磨装置Ｍ２は、ＳＯＩとなる薄板状の
被加工物１を平面研磨する研磨部２と、この研磨部２に
より平面研磨されている被加工物１の加工終点を検出す
る加工終点検出部３とからなっている。ここで、研磨対
象としての被加工物１の構造については、図３と同一で
あるので、説明を省略する。しかして、研磨部２は、下
定盤部１３と、この下定盤部１３に対向して上方位置に
配設された上定盤部１４と、下定盤部１３と上定盤部１
４を電気的に統御する加工制御機構２１とからなってい
る。なお、この研磨部２には、研磨部位に加工液Ｌを供
給する給液部１５が付随している。そして、下定盤部１
３は、円盤をなす下定盤１６と、この下定盤１６に貼着
された例えば発泡ウレタンなどの研磨布１７と、この下
定盤１６を保持して回転駆動する下定盤駆動機構１８と
からなっている。さらに、下定盤駆動機構１８は、下定
盤１６の下面に同軸に連結された保持軸１８ａと、この
保持軸１８ａを軸支して回転駆動する下定盤駆動モータ
１８ｂと、この下定盤駆動モータ１８ｂの回転速度を検
出する例えばロータリエンコーダやタコジェネレータな
どの下定盤回転速度検出器１８ｃと、この下定盤回転速
度検出器１８ｃから出力された下定盤駆動モータ１８ｂ
の回転速度を示す回転速度信号ＬＶＲに基づいて下定盤
駆動モータ１８ｂを制御する下定盤モータドライバ１８
ｄとからなっている。さらに、上定盤部１４は、下定盤
１６の半径よりも小さい直径の上定盤１９と、この上定
盤１９に対して接離自在に係合して回転駆動するととも
に下定盤１６に対して加圧する上定盤駆動機構２０とか
らなっている。そして、上定盤１９の下面には、被加工
物１を着脱自在に保持するための図示せぬポリウレタン
系の吸着シート１９ａが装着されている。さらに、上定
盤１９の上面には、軸方向に突設された係止ピン７１…
（図１０及び図１１参照）が半径方向中途部の円周方向
に沿って３本等配して設けられている。また、上定盤駆
動機構２０は、上定盤１９の背部に接離自在に当接する
保持軸２０ｂと、この保持軸２０ｂの下端部側面の円周
方向に沿う３箇所にて２本ずつＶ字状をなして水平方向
に突設され係止ピン７１…を係止させ回転駆動力を上定
盤１９に伝達するる係合ピン７２…（図１０及び図１１
参照）と、この保持軸２０ｂの上端部に嵌脱自在に取付
けられこの保持軸２０ｂを昇降駆動する例えば空気圧シ
リンダなどの加圧手段２０ｃと、この加圧手段２０ｃへ
の空気圧の印加を制御する電磁弁２０ｄと、加圧手段２
０ｃの上端部を保持して軸線の回りに回転駆動する上定
盤駆動モータ２０ｅと、この上定盤駆動モータ２０ｅの
回転速度を検出する例えばロータリエンコーダやタコジ
ェネレータなどの上定盤回転速度検出器２０ｆと、この
上定盤回転速度検出器２０ｆから出力された上定盤駆動
モータ２０ｅの回転速度を示す回転速度信号ＵＶＲに基
づいて上定盤駆動モータ２０ｅを制御する上定盤モータ
ドライバ２０ｇとからなっている。また、給液部１５
は、遊離砥粒（例えばコロイダルシリカにアミンを加え
たもの。）を含有する加工液Ｌを研磨部位に噴射するノ
ズル２２と、このノズル２２に供給する加工液Ｌを貯蔵
するタンク２３とからなっている。他方、加工制御機構
２１は、下定盤部１３及び上定盤部１４並びに加工終点
検出部３に電気的に接続され、後述するような研磨加工
の制御を行うように設けられている。さらに、加工終点
検出部３は、図９及び図１２に示すように、係合ピン７
２…の外周面に固着された３個の歪センサ８１…と、こ
の歪センサ８１…にて検出された係合ピン７２…の歪ε
１，ε２，ε３を示す歪信号ＳＳ１，ＳＳ２，ＳＳ３を
入力して増幅する増幅器８２…と、これらの増幅器８２
…からの信号に基づいて加工終点を演算する加工終点演
算部８３とからなっている。しかして、加工終点演算部
８３は、歪信号ＳＳ１，ＳＳ２，ＳＳ３の平均値を算出
する平均値算出部８４と、この平均値算出部８４にて算
出された平均歪信号ＳＳＡと予め研磨加工終点における
歪に対応して設定されている閾値Ｔεとを比較すること
により研磨加工終点を判定して判定結果を示す判定信号
ＳＪを加工制御機構２１に出力する加工終点判定部８５
とからなっている。つぎに、上記構成の研磨装置Ｍ２を
用いて、この実施例の研磨方法について述べる。まず、
上定盤１９を下定盤駆動機構１８から取り外した状態
で、この上定盤１９に被加工物１を吸着シート１９ａを
介して装着する。つぎに、この上定盤１９を被加工物１
を下定盤１６の研磨布１７に接触させた状態で下定盤１
６に載置する。ついで、保持軸２０ｂを下降させ、上定
盤１９に突設されている係止ピン７１…を保持軸２０ｂ
の先端に設けられている係合ピン７２…に係合させる。
しかして、加工制御機構２１から下定盤駆動モータ１８
ｂに回転信号ＳＲＤを印加し、矢印Ｒ１方向に例えば６
０〜１２０ｒｐｍ程度で回転させる。つづいて、加工制
御機構２１から上定盤駆動モータ２０ｅに回転信号ＳＲ
Ｕを印加するとともに、電磁弁２０ｄに下降信号ＳＤを
印加することにより、駆動力を保持軸２０ｂから係合ピ
ン７２…及び係止ピン７１…を介して上定盤１９に伝達
し、上定盤１９を矢印Ｒ２方向に例えば毎分６０〜１２
０ｒｐｍ程度回転させるとともに、矢印Ｄ１方向に下降
させ、絶縁膜１ｃを研磨布１７に接触させる。なお、上
定盤１９の下降は、研磨圧が２００〜１，６００ｇｆ／
ｃｍ² 程度の状態で停止する。このとき、加工制御機構
２１から給液部１５に印加された給液信号ＳＬに基づき
ノズル２２を介して加工液Ｌを被加工物１の研磨部位に
噴射する。かくして、絶縁膜１ｃは、加工液Ｌに含有さ
れている遊離砥粒と研磨布１７により平面研磨される。
このとき、３個の歪センサ８１…からは、係合ピン７２
…にて発生した歪ε１，ε２，ε３を示す歪信号ＳＳ
１，ＳＳ２，ＳＳ３が、増幅器８２…を経由して、加工
終点演算部８３に入力する。ここで、歪信号ＳＳ１，Ｓ
Ｓ２，ＳＳ３は、研磨抵抗に比例して発生する。しかし
て、加工終点演算部８３にては、その平均値算出部８４
にて、歪信号ＳＳ１，ＳＳ２，ＳＳ３の平均値を算出
し、平均歪信号ＳＳＡを加工終点判定部８５にて予め設
定されている閾値Ｔεとの比較演算を行う。ここで、図
１３の曲線ＣＧは、研磨時間ｔｇと平均歪信号ＳＳＡと
の関係を示している。ここで、曲線ＣＧの領域ＡＧ１
は、絶縁膜１ｃの凸部１ｄ…の研磨に対応する。そし
て、曲線ＣＧの領域ＡＧ２は、凸部１ｄ…を完全に研削
除去し、絶縁膜１ｃ全面の研磨に移行した状態を示して
いる。すなわち、研磨抵抗は、凸部１ｄ…のみを研磨し
ているときは研磨時間の経過とともに漸増するが、凸部
１ｄ…が完全に除去された状態、すなわち絶縁膜１ｃが
完全に平坦化した段階においては、研磨抵抗の増加は飽
和し、ほぼ横ばい状態となる。そこで、曲線ＣＧの領域
ＡＧ１から領域ＡＧ２に移行する変曲部分ＢＧを加工終
点とする。すなわち、前記閾値Ｔεは、この変曲部分Ｂ
Ｇを検出するためのものである。しかして、加工終点演
算部８３にては、平均歪信号ＳＳＡが閾値Ｔεを越えた
時点で、検出時点から所定時間後に、回転停止信号ＳＳ
Ｕ，ＳＳＤが、上定盤駆動モータ２０ｅ及び下定盤駆動
モータ１８ｂに印加され、研磨加工を停止させる。つい
で、電磁弁２０ｄに上昇信号ＳＤを印加することによ
り、加圧手段２０ｃをＤ２方向に作動させ、保持軸２０
ｂを上定盤１９から離間させる。このように、この実施
例の研磨装置においては、研磨抵抗に比例して係合ピン
７２…に生ずる歪ε１，ε２，ε３に基づいて加工終点
を検出するようにしているので、被加工物１の研磨加工
終点検出を確実かつ迅速に行うことができる。その結
果、研磨量の厳密な制御が可能となる結果、例えば高速
ＭＯＳ用に必要な超薄膜ＳＯＩ等の超精密研磨プロセス
に適用した場合、歩留りや信頼性等が飛躍的に向上す
る。なお、上記実施例においては、３本の係合ピン７２
…に発生した歪ε１，ε２，ε３の平均値をもって、研
磨加工終点の検出を行っているが、歪ε１，ε２，ε３
のそれぞれについて研磨加工終点の検出を行い、それら
検出結果の論理積（ＡＮＤ、すなわち歪信号ＳＳ１，Ｓ
Ｓ２，ＳＳ３のすべてが閾値Ｔεを越えた時点で、研磨
加工終点と判定すること。）又は論理和（ＯＲ、すなわ
ち歪信号ＳＳ１，ＳＳ２，ＳＳ３のいずれか一つが閾値
Ｔεを越えた時点で、研磨加工終点と判定すること。）
により、最終的に研磨加工終点と判定するようにしても
よい。さらに、上記実施例においては、Ｖ字状をなす係
合ピン７２…は、３箇所に配設したが、これに制約する
ことなく、４箇所以上でもよく、そのそれぞれに係合さ
れた係止ピン７１…に歪センサ８１…を取付けるように
してもよい。さらに、上記実施例においては、歪センサ
８１…は、各係合ピン７２…のすべてに取付けている
が、少なくとも１本の係合ピン７２に歪センサ８１を取
付け、その歪信号に基づいて加工終点の判定を行うよう
にしてもよい。さらに、この発明は、上記実施例のよう
に、特に平面加工に限ることなく、曲面加工，溝加工等
の他の研磨プロセスにも適用可能である。さらにまた、
上記実施例は通常のポリシング加工を例示しているが、
メカニカル・ケミカル・ポリシング（ＣＭＰ），メカノ
ケミカル・ポリシング等にも適用可能である。また、上
記実施例においては、研磨の種類として、ポリシングを
例示しているが、ラッピッング、研削等、平面研磨であ
るならばどのような加工方法にも適用することができ
る。もちろん、片面研磨あるいは両面研磨のいずれにも
適用可能である。

【００４１】

【発明の効果】本発明の請求項１乃至請求項５に記載さ
れた研磨方法によれば、被加工物を研磨する定盤を回転
駆動するための駆動電流の積分値に基づいて加工終点を
判定するようにしているので、被加工物の研磨加工終点
検出を確実かつ迅速に行うことができる。本発明の請求
項６に記載された研磨装置によれば、被加工物を研磨す
る定盤を回転駆動するための駆動電流の積分値を算出積
分電流値演算部及びこの積分電流値に基づいて加工終点
を判定する加工終点演算部を有しているので、被加工物
の研磨加工終点検出を確実かつ迅速に行うことができ
る。本発明の請求項７乃至請求項９に記載された研磨方
法によれば、研磨抵抗が凹凸面の平坦化とともに飽和す
ることを利用して加工終点を検出するようにしているの
で、被加工物の研磨加工終点検出を確実かつ迅速に行う
ことができる。本発明の請求項１０乃至請求項１３に記
載された研磨装置によれば、上定盤に回転駆動力を伝達
する係合部に取付けた歪センサにおける検出結果に基づ
いて上記凹凸面の平坦化を示す加工終点を検出するよう
にしているので、被加工物の研磨加工終点検出を確実か
つ迅速に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の研磨装置の一実施例を示す全体構成図
である。

【図２】図１の加工終点検出部のブロック図である。

【図３】本発明にて用いられる被加工物の要部拡大断面
図である。

【図４】本発明の研磨方法の一実施例を示すフローチャ
ートである。

【図５】本発明の研磨方法の一実施例を示すフローチャ
ートである。

【図６】本発明の研磨方法の一実施例を説明するための
タイミング・チャートである。

【図７】本発明の研磨方法の一実施例を示すフローチャ
ートである。

【図８】本発明の研磨方法の一実施例を説明するための
タイミング・チャートである。

【図９】本発明の研磨装置の一実施例を示す全体構成図
である。

【図１０】図９の要部拡大斜視図である。

【図１１】図１０の一部断面平面図である。

【図１２】図９の加工終点検出部のブロック図である。

【図１３】本発明の研磨方法の一実施例を説明するため
のグラフである。

【図１４】従来技術の説明図である。

【符号の説明】

１：被加工物，２：研磨部，３：加工終点検出部，２
１：加工制御機構，１６ 下定盤，１９：上定盤。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上定盤と、上記上定盤とともに凹凸面を有
   する被加工物を挾持する下定盤と、上記上定盤を回転駆
   動する上定盤駆動モータと、上記下定盤を回転駆動する
   下定盤駆動モータとを具備する研磨装置により上記被加
   工物の凹凸面を平坦化する研磨方法において、上記研磨
   装置による上記被加工物の研磨中に上記上定盤駆動モー
   タ及び上記下定盤駆動モータの少なくとも一方の駆動電
   流を検出する研磨駆動電流検出工程と、上記研磨装置に
   より上記被加工物の研磨をしていない空転時に上記上定
   盤駆動モータ及び上記下定盤駆動モータの少なくとも一
   方の駆動電流を検出する空転駆動電流検出工程と、上記
   駆動電流検出工程にて検出された駆動電流から上記空転
   駆動電流検出工程にて検出された駆動電流を減じ終点判
   定電流を得る駆動電流減算工程と、この駆動電流減算工
   程にて得られた終点判定電流を積分し積分電流値を得る
   積分電流値演算工程と、この積分電流値演算工程にて得
   られた積分電流値と予め設定され上記凹凸面の平坦化を
   示す加工終点閾値とを比較し比較結果に基づいて加工終
   点と判定する加工終点判定工程とを具備することを特徴
   とする研磨方法。
2. 【請求項２】加工終点閾値は、被加工物の平面度とこれ
   に対応する積分電流値に基づいて決定することを特徴と
   する請求項１記載の研磨方法。
3. 【請求項３】加工終点判定工程にては、上定盤駆動モー
   タに対応する積分電流値及び下定盤駆動モータに対応す
   る積分電流値のうち少なくとも一方が加工終点閾値を越
   えたとき加工終点と判定する請求項１記載の研磨方法。
4. 【請求項４】加工終点判定工程にては、上定盤駆動モー
   タに対応する積分電流値及び下定盤駆動モータに対応す
   る積分電流値のうち両方が加工終点閾値を越えたとき加
   工終点と判定する請求項１記載の研磨方法。
5. 【請求項５】被加工物は、上定盤に固着されていること
   を特徴とする請求項１記載の研磨方法。
6. 【請求項６】上定盤と、上記上定盤とともに被加工物を
   挾持する下定盤と、上記上定盤を回転駆動する上定盤駆
   動モータと、上記下定盤を回転駆動する下定盤駆動モー
   タと、上記上定盤駆動モータ及び上記下定盤駆動モータ
   の少なくとも一方の駆動電流を検出する駆動電流検出部
   と、上記駆動電流検出部にて得られた駆動電流のうち上
   記被加工物の研磨中の駆動電流から上記被加工物を研磨
   していない空転時の駆動電流を減じ終点判定電流を得る
   駆動電流減算部と、この駆動電流減算部にて得られた終
   点判定電流を積分し積分電流値を得る積分電流値演算部
   と、この積分電流値演算部にて得られた積分電流値と予
   め設定され上記凹凸面の平坦化を示す加工終点閾値とを
   比較し比較結果に基づいて加工終点と判定する加工終点
   判定部とを具備することを特徴とする研磨装置。
7. 【請求項７】上定盤と、上記上定盤とともに凹凸面を有
   する被加工物を挾持する下定盤とを具備し、上記上定盤
   と上記下定盤とを相対的に回転駆動する研磨装置により
   上記被加工物の凹凸面を平坦化する研磨方法において、
   上記被加工物の研磨抵抗を検出する研磨抵抗検出工程
   と、この研磨抵抗検出工程にて検出された研磨抵抗が凹
   凸面の平坦化とともに飽和することを利用して加工終点
   を検出する加工終点判定工程とを具備することを特徴と
   する研磨方法。
8. 【請求項８】上定盤は、係合部を介して回転駆動軸に接
   離自在に係合され、研磨抵抗は、被加工物の研磨に伴っ
   て上記係合部に発生した歪みに基づいて測定することを
   特徴とする請求項７記載の研磨方法。
9. 【請求項９】被加工物は上定盤に固着されていることを
   特徴とする請求項８記載の研磨方法。
10. 【請求項１０】上定盤と、上記上定盤とともに凹凸面を
    有する被加工物を挾持する下定盤と、上記上定盤に接離
    自在に設けられ上記上定盤を回転駆動する回転駆動軸
    と、上記上定盤を上記回転駆動軸に係合させる係合部
    と、上記係合部に設けられた歪センサと、上記歪センサ
    における検出結果に基づいて上記凹凸面の平坦化を示す
    加工終点を検出する加工終点演算部とを具備することを
    特徴とする研磨装置。
11. 【請求項１１】係合部は、上定盤の上端面半径方向中途
    部に軸方向に等配して複数本突設された係止ピンと、回
    転駆動軸の下端部水平方向に上記係止ピンに対応して一
    対ずつ突設され上記係止ピンに係合して上記回転駆動軸
    の回転を上記上定盤に伝達する複数の係合ピンとからな
    ることを特徴とする請求項１０記載の研磨装置。
12. 【請求項１２】歪センサは、係止ピンに取付けられてい
    ることを特徴とする請求項１１記載の研磨装置。
13. 【請求項１３】加工終点演算部は、複数の歪センサの検
    出値の平均値を算出する平均値算出部と、この平均値算
    出部にて算出された平均値と予め設定されている閾値と
    を比較し比較結果に基づいて研磨加工終点を判定する加
    工終点判定部とを有することを特徴とする請求項１１記
    載の研磨装置。