JPH10230451A - 研磨装置及びワーク測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 研磨レートや装置稼働率を低下させることな
く、ワークをを研磨することができると共に、装置を小
型化することができ、しかも、ワークの研磨状態を高精
度で測定可能な研磨装置及びワーク測定方法を提供す
る。 【解決手段】 回転する定盤１と、ワーク２００をこの
定盤１に加圧しながら定盤１の径方向に揺動させるキャ
リア５とを具備する。そして、定盤１は、同心上に配置
され且つ独立に回転可能な内周定盤部１１と外周定盤部
１３とこれら内及び外周定盤部１１，１３の間の中定盤
部１２とに分割されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、被加圧状態のワ
ークを定盤の回転によって研磨する研磨装置及びワーク
測定方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の研磨装置としては、ＣＭ
Ｐ（Chemical Mechanical Polishing）装置がある。図
１３は、ＣＭＰ装置を示す断面図である。図１３におい
て、符号１００は定盤であり、ウレタン製の研磨パッド
１０１が上面に貼り付けられた円盤体である。この定盤
１００は、中心軸１１１にベアリング１１２を介して回
転自在に取り付けられた回転体１１０の上面に取り付け
られており、モータなどの駆動源１３０によって回転体
１１０を回転させることで、回転体１１０と一体に回転
するようになっている。このＣＭＰ装置では、このよう
な定盤１００の上にワーク２００を載置して、ワーク２
００をキャリア２１０により加圧し、研磨液を供給しな
がら回転させることで、ワーク２００を研磨する。具体
的には、キャリア２１０が下面に貼り付けられたバッキ
ングパッド２１１を介してワーク２００を定盤１００上
に加圧し、この状態で、定盤１００とキャリア２１０と
を同方向に同回転速度で回転させる。このとき、矢印Ａ
で示すように、キャリア２１０を定盤１００の径方向に
揺動させるようにしている。また、このようなＣＭＰ装
置では、ワーク２００の研磨状態を測定するためのレー
ザセンサ３００が設けられている。すなわち、研磨パッ
ド１０１と定盤１００と回転体１１０を貫通する小径の
孔１２０を穿設し、この孔１２０の下側にレーザセンサ
３００を配置している。これにより、定盤１００の回転
時に孔１２０がレーザセンサ３００の真上にきたとき
に、レーザをレーザセンサ３００から孔１２０に向けて
発振し、孔１２０上のワーク２００の研磨状態を測定す
るようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
の研磨装置の回転定盤では、次のような問題があった。
ワーク２００の研磨を続けていると、研磨パッド１０１
の略中央部分がの内周部分や外周部分よりも大きく摩耗
してしまう。すなわち、研磨パッド１０１に偏摩耗が発
生し、その都度、ＣＭＰ装置を止め、内周部分や外周部
分を中央部分の厚さまで削るドレッシングを行ったり、
研磨パッド１０１を貼り変えたりしなければならない。
このため、ＣＭＰ装置を長時間停止しなければならず、
装置稼働率が非常に悪かった。また、回転する孔１２０
がレーザセンサ３００の真上にきたときに、レーザセン
サ３００を作動させなければならないので、そのタイミ
ングの制御が非常に難しい。特に、ワーク２００が定盤
１００の径方向に揺動しているので、孔１２０がレーザ
センサ３００の真上にきたときに、ワーク２００の中央
部や周縁部が孔１２０の上に位置するように、キャリア
２１０の揺動を制御しなければならず、その制御が難し
かった。このため、ワーク２００の研磨状態を正確に測
定することができなかった。また、研磨液が小さな孔１
２０内に溜まってレーザ測定ができなくなる場合もあっ
た。さらに、ワーク２００の中央部や周縁部の一部しか
測定することができない。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明は上述した課題
を解決するためになされたもので、以下の考察に基づく
ものである。発明者は、ワーク２００が研磨パッド１０
１の最外周部に位置するときの研磨パッド１０１の摺接
長と最内周部に位置するときの摺接長との相違を考察し
た。図１４は、ワーク２００の揺動状態を示す概略平面
図であり、図１５は、図１４の摺接線を重ねた比較図で
ある。図１４に示すように、矢印Ａ方向の揺動により、
定盤１００が研磨パッド１０１の最外周部に位置すると
きは、一点鎖線で示すような摺接線Ｂが考えられ、最内
周部に位置するときは破線で示す摺接線Ｃが考えられ
る。そして、摺接線Ｂの長さは、ワーク２００の左から
中央部に至るまで増加し、中央部から右に至ると減少し
ていく。摺接線Ｃの長さも同様に変化する。しかし、図
１５に示すように、ワーク２００の位置によって対応部
分の摺接線Ｂ，Ｃの長さは異なる。例えば、ワーク２０
０が最外周位置にあるときの最左の摺接線Ｂ´と、最内
周位置にあるときの摺接線Ｃ´とでは、摺接線Ｃ´の方
が摺接線Ｂ´よりも長い。

【０００５】かかる現象を分析すべく、発明者は、摺接
線の長さを摺接時間として捉え、ワーク２００の各位置
における摺接時間を考察した。図１６は、ワーク２００
の揺動位置を示す概略平面図である。図１７は、摺接時
間を示す線図であり、左側縦軸は各位置における摺接時
間値を示し、右側縦軸は各位置の摺接時間を重畳した時
間値を示す。まず、図１６の点Ｐ１の位置即ち研磨パッ
ド１０１の中心Ｏから１６２ｍｍの位置にワーク２００
−１を置くと、ワーク２００−１に対する研磨パッド１
０１の摺接時間は、曲線Ｓ1のようになる。すなわち、
ワーク２００−１の両端では摺接時間が０秒であり、中
央では、摺接時間が最大となり、略０．４５秒となる。
次に、ワーク２００−２を中心Ｏから１７１ｍｍの点Ｐ
２に置くと、最大値が略０．４２秒の曲線Ｓ２を得た。
このようにして、ワーク２００−３〜ワーク２００−６
を、中心Ｏからそれぞれ１８０ｍｍ，１８９ｍｍ，１９
８ｍｍ，２０７ｍｍ，２１６ｍｍ，２２５ｍｍである点
Ｐ３〜点Ｐ６に位置させると、摺接時間は、曲線Ｓ３〜
Ｓ６のようになった。これら曲線Ｓ1〜Ｓ６から明らか
なように、ワーク２００が研磨パッド１０１の中心Ｏか
ら遠のくほど、即ち外周部に行くほど、曲線における摺
接時間の最大値と曲率とが小さくなっていく。したがっ
て、図１６に示すように、ワーク２００（２００−１〜
２００−６）を距離Ｌの範囲で揺動させると、ワーク２
００が研磨パッド１０１に摺接している時間が曲線Ｓ1
〜Ｓ６を重畳した時間となる。曲線Ｓ1〜Ｓ６を重畳し
たところ、最大値が略３秒の曲線Ｔを得た。この曲線Ｔ
は、範囲Ｍの中央部分がなだらかで、範囲Ｒ，Ｎの内周
部分，外周部分が下がった山形になっている。したがっ
て、研磨パッド１０１は範囲Ｍにおいて激しく摩耗し、
範囲Ｒ，Ｎにおいて摩耗が少ない。この結果、研磨パッ
ド１０１は、図１８に示すように、曲線Ｔを逆さにした
ような形状で摩耗することとなり、偏摩耗が発生する。

【０００６】この偏摩耗に対処する方法として、幅を微
小にした線リング状の研磨パッド１０１を回転させる方
法が考えられる。具体的には、図１７に示すように、曲
線Ｔの頂点付近の微小範囲Δで、曲線Ｔは略水平であ
り、偏摩耗は生じない。したがって、幅がΔであって且
つ曲線Ｔの頂点位置を通る線リング状の研磨パッド１０
１を形成して これを回転させ、ワーク２００を、回転
させながらこの線リング状の研磨パッド１０１の上で揺
動させれば、研磨パッド１０１に偏摩耗が生じない理想
的な研磨が可能となる。しかしながら、このように研磨
パッド１０１を線状にすると、ワーク２００との接触面
積が小さくなり、研磨レートが低下してしまう。他の対
処方法としては、研磨パッド１０１の半径をワーク２０
０の直径の２倍以上にして、揺動中に、研磨パッド１０
１のワーク２００に対する摺接面が常に異なるようにす
ることである。しかし、ＣＭＰ装置の小型化が要求され
ている今日においては、このような大型のＣＭＰ装置を
提供することは好ましいことではない。

【０００７】そこで、この発明は、研磨レートや装置稼
働率を低下させることなく、ワークをを研磨することが
できると共に、装置を小型化することができ、しかも、
ワークの研磨状態を高精度で測定可能な研磨装置及びワ
ーク測定方法を提供することを目的とする。

【０００８】このため、請求項１の発明は、回転する定
盤と、ワークをこの定盤に加圧しながら定盤の径方向に
揺動させる加圧体とを具備する研磨装置において、定盤
を、同心上に配置され且つ独立に回転可能な内周定盤部
と外周定盤部とこれら内周定盤部及び外周定盤部の間の
一以上の中定盤部とに分割した構成としてある。かかる
構成により、定盤を回転させ、加圧体でワークを定盤に
加圧させながら揺動させると、ワークが回転する定盤に
よって研磨される。そして、ワークの研磨を繰り返す
と、一以上の中定盤部が内周定盤部及び外周定盤部に比
べて大きく摩耗し、所定値以下に摩耗する。かかる場合
には、摩耗した一以上の中定盤部のみを取り外し、新し
い中定盤部と交換する。

【０００９】また、請求項２の発明は、請求項１に記載
の研磨装置において、ワークと上記一以上の中定盤部と
の相対速度，ワークと内周定盤部との相対速度，及びワ
ークと外周定盤部との相対速度が同一になるように、一
以上の中定盤部，内周定盤部，及び外周定盤部の回転数
を設定した構成としてある。、かかる構成により、一以
上の中定盤部，内周定盤部，及び外周定盤部によるワー
クの研磨速度が同一になる。

【００１０】また、請求項３の発明は、請求項１に記載
の研磨装置において、内周定盤部及び外周定盤部を、ワ
ークの自転方向と同一方向に同一速度で回転させる構成
とした。かかる構成により、内周定盤部及び外周定盤部
がワークに対して略静止した状態となるので、一以上の
中定盤部のみがワークの研磨に寄与する。

【００１１】また、請求項４の発明は、請求項１ないし
請求項３のいずれかに記載の研磨装置において、内周定
盤部の幅と外周定盤部の幅と一以上の中定盤部の幅を略
等しく設定した構成としてある。かかる構成により、一
以上の中定盤部の幅が定盤全体の略３分の１という大き
さとなるので、ワークの研磨に最も寄与する一以上の中
定盤部とワークとの接触面積を大きくすることができ
る。

【００１２】また、請求項５の発明は、請求項１ないし
請求項４のいずれかに記載の研磨装置において、内周定
盤部及び外周定盤部と一以上の中定盤部の各表面に、研
磨パッドを設けた構成としてある。かかる構成により、
定盤を回転させ、加圧体でワークを定盤に加圧しながら
揺動させると、ワークが定盤表面の研磨パッドによって
研磨される。

【００１３】また、請求項６の発明は、請求項５に記載
の研磨装置において、一以上の中定盤部の研磨パッドを
硬質材料で形成し、内周定盤部及び外周定盤部の各研磨
パッドを、軟質材料で形成した構成としてある。かかる
構成により、硬質材料の研磨パッドでワークを平坦化す
ることができると共に、軟質材料の研磨パッドでワーク
を均一化することができる。

【００１４】さらに、請求項７の発明は、回転する定盤
と、ワークをこの定盤に加圧しながら揺動させる加圧体
とを具備し、定盤が、同心上に配置され且つ独立に回転
可能な複数の分割定盤部で構成された研磨装置に適用可
能なワーク測定方法であって、測定器を、複数の分割定
盤部の間隙内であってワークの通過位置に、分割定盤部
と非接触状態で配置し、測定器により、間隙を通過する
ワークの研磨状態を測定する構成とした。かかる構成に
よれば、測定器が分割定盤部の間隙内に配置されている
ので、分割定盤部の回転に影響されることなく、常時測
定が可能となる。

【００１５】請求項８の発明は、請求項７に記載のワー
ク測定方法において、ワークを、回転させながら、定盤
の半径方向に揺動させ、第１の測定器を、間隙内であっ
て、ワークの中心部が通過する位置に配置することによ
り、ワークの中心部近傍の研磨状態を測定し、第２の測
定器を、間隙内であって、ワークの周縁部が通過する位
置に配置することにより、ワークの周縁部近傍の研磨状
態を測定する構成とした。かかる構成によれば、回転す
るワークの中心部近傍が第１の測定器によって測定され
ると共に周縁部が第２の測定器によって測定されるの
で、ワークの略全面の研磨状態をこれら第１及び第２の
測定器によって測定することができる。

【００１６】請求項９の発明は、請求項７に記載のワー
ク測定方法において、ワークを、回転させながら、定盤
の半径方向と略直交する方向に揺動させ、一の上記測定
器を、間隙内であって、ワークの中心部が通過する位置
に配置することにより、ワークの中心部から周縁部に渡
る研磨状態を測定する構成とした。かかる構成によれ
ば、回転するワークの中心部から周縁部に渡って測定す
るので、たった一の測定器でワークの略全面の研磨状態
を測定することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。 （第１の実施形態）図１は、この発明の第１の実施形態
に係る研磨装置を示す断面図である。この研磨装置は、
ＣＭＰ装置であり、定盤１と加圧体としてのキャリア５
とを具備している。

【００１８】定盤１は、三分割された内周定盤部１１と
中定盤部１２と外周定盤部１３とよりなり、内周定盤部
１１，中定盤部１２，外周定盤部１３は、同じく分割さ
れた回転体２１，２２，２３の上面に取り付けられてい
る。

【００１９】具体的には、回転体２１がベアリング３１
を介して中心軸２の外側に回転自在に取り付けられ、こ
の回転体２１の外側に、順に回転体２２，２３がベアリ
ング３２，３３を介して回転自在に取り付けられてい
る。これら回転体２１，２２，２３の下部には、歯部２
１ａ，２２ａ，２３ａがそれぞれ形成されている。歯部
２１ａ，２２ａ，２３ａは、駆動部４１，４２，４３の
回転軸に設けられた歯車４１ａ，４２ａ，４３ａにそれ
ぞれ噛み合っており、駆動部４１〜４３を駆動すること
で、回転体２１〜２２が中心軸２の周りで回転するよう
になっている。かかる回転体２１〜２３の上部は、リン
グ状に形成されており、各上部の幅はほぼ等しく設定さ
れている。内周定盤部１１，中定盤部１２，外周定盤部
１３は、このような上部の上面に着脱自在に取り付けら
れている。

【００２０】内周定盤部１１は、回転体２１の上部と同
幅の金属製リング体であり、その表面には、研磨パッド
１１ａが貼り付けられている。同様に、中定盤部１２，
外周定盤部１３も、回転体２２，２３の上部とそれぞれ
同幅の金属製リング体であり、その表面にも、研磨パッ
ド１２ａ，１３ａが貼り付けらている。すなわち、研磨
パッド１１ａ〜１３ａを有した内周定盤部１１〜外周定
盤部１３は、幅が略等しく設定され、中心軸２を中心と
する同心上に配置されており、駆動部４１〜４３によっ
て、独立に回転されるようになっている。

【００２１】ここで、内周定盤部１１，中定盤部１２，
外周定盤部１３の幅について述べる。図１７の曲線Ｔで
示したように、ワークを揺動させると、研磨パッドの範
囲Ｍの箇所が最も摩耗する。しかも、範囲Ｍの部分の曲
線Ｔの曲率は非常に小さく、略平坦である。このため、
範囲Ｍの部分においては、偏摩耗という現象がほとんど
生じないといえる。かかる点から、中定盤部１２の幅
を、範囲Ｍと略同じ大きさに設定すると共に、内周定盤
部１１，外周定盤部１３を中定盤部１２の幅と略等しく
設定した。

【００２２】一方、図１において、キャリア５はバッキ
ングパッド５１が貼り付けられたワーク保持穴５０を下
面に有しており、その上面にはロッド５２が立設されて
いる。ロッド５２の上端は、図２に示すように、モータ
部３に連結されており、このモータ部３の駆動で、キャ
リア５が自転するようになっている。そして、このモー
タ部３は、シリンダ部４０に連結されており、このシリ
ンダ部４０により、モータ部３を介してキャリア５を昇
降させることができるようになっている。また、シリン
ダ部４０は、揺動機構４１に連結されており、この揺動
機構４１によって、シリンダ部４０とモータ部３とキャ
リア５との全体を図２の左右方向に揺動することができ
るようになっている。

【００２３】次に、この実施形態の研磨装置が示す動作
について説明する。図１に示すように、キャリア５によ
り、ワーク２００を保持した状態で、キャリア５を図２
に示したモータ部３によって自転させながら、シリンダ
部４０を作動させてキャリア５を下方向に押す。この状
態で、揺動機構４１を作動させ、キャリア５を定盤１の
径方向即ち図１の左右方向に揺動させると、ワーク２０
０が加圧された状態で自転しながら定盤１上を揺動す
る。

【００２４】かかる動作と並行して、図示しない研磨液
を供給しながら、定盤１の内周定盤部１１，中定盤部１
２，外周定盤部１３を駆動部４１〜４３によって回転さ
せる。具体的には、中定盤部１２を、駆動部４２によっ
て、図３に示すように、ワーク２００の自転方向と同一
方向に回転させる。このとき、中定盤部１２とワーク２
００との回転数を同一に設定しておく。また、内周定盤
部１１は、揺動機構４１によって、ワーク２００の自転
方向と逆方向に回転させる。このとき、内周定盤部１１
の回転数は、ワーク２００との接触部分の相対速度が最
小になるように設定しておく。さらに、外周定盤部１３
は、駆動部４３によってワーク２００の自転方向と同方
向に回転させる。このときも、外周定盤部１３の回転数
は、ワーク２００との接触部分の相対速度が最小になる
ように設定しておく。すなわち、内周定盤部１１上の研
磨パッド１１ａと外周定盤部１３上の研磨パッド１３ａ
とがワーク２００に対して相対的に略静止した状態にな
るように、内周定盤部１１と外周定盤部１３との回転方
向と回転数とを設定し、中定盤部１２の研磨パッド１２
ａがワーク２００の研磨に最も寄与する状態になるよう
に、中定盤部１２の回転方向と回転数とを設定する。

【００２５】これにより、定盤１の回転によって、自
転，揺動するワーク２００が研磨される。このとき、内
周定盤部１１及び外周定盤部１３は、ワーク２００に対
して相対的に略静止しており、ワーク２００の両側を単
に支持している状態であるので、研磨パッド１１ａ及び
研磨パッド１３ａはほとんど摩耗しない。また、ワーク
２００は、自転及び揺動中に、その下面全体を研磨パッ
ド１２ａに接触させることから、ワーク２００の下面全
体が研磨されることとなる。したがって、研磨パッド１
２ａが摩耗し、偏摩耗が研磨パッド１２ａに発生するお
それがある。もし、偏摩耗が発生すると、ワーク２００
が研磨パッド１２ａに均一に接触しなくなり、ワーク２
００の研磨に偏りが発生することとなる。しかし、上記
したように、研磨パッド１２ａの幅は、図１７に示した
範囲Ｍに略等しく設定されているので、研磨パッド１２
ａは略平坦に摩耗することとなり、研磨パッド１２ａに
おける偏摩耗はほとんど生じない。したがって、ワーク
２００に研磨の偏りが生ずることはほとんどなく、この
結果、ワーク２００が高い研磨レートで平坦化されるこ
ととなる。このような研磨作業を繰り返し、研磨パッド
１２ａが所定値（例えば元厚の６０％）よりも摩耗した
場合には、図４に示すように、中定盤部１２のみを回転
体２２から取り外し、新しい研磨パッドが貼り付けられ
た中定盤部と交換すれば良い。

【００２６】以上のように、この実施形態の研磨装置に
よれば、摩耗した研磨パッド１２ａが貼り付けられた中
定盤部１２のみを交換するだけで、直ちに研磨作業を続
けることができるので、装置の停止時間を短縮すること
ができ、この結果、装置稼働率の向上を図ることができ
る。また、研磨パッド１２ａが均一に摩耗されるので、
その面粗さのみを監視すれば良く、管理が容易である。
また、内周定盤部１１と外周定盤部１３とがワーク２０
０に対して略静止した状態になるので、内周定盤部１１
及び外周定盤部はほとんど摩耗されず、その分、定盤１
の長寿命化を図ることができる。そして、内周定盤部１
１と中定盤部１２と外周定盤部１３が摩耗し、これらを
交換する場合には、分割された内周定盤部１１，中定盤
部１２，外周定盤部１３を別々に取り外し、新しい内周
定盤部１１，中定盤部１２，外周定盤部１３を取り付け
ることができる。すなわち、従来では、大型且つ大重量
の定盤１００を取り外し及び取り付ける作業をしなけれ
ばならなかったので、定盤１００の交換が大変であった
が、この実施形態では、定盤１が三分割され、小型且つ
軽量の内周定盤部１１，中定盤部１２，外周定盤部１３
を別々に交換することができるので、その交換作業を迅
速且つ楽に行うことができる。また、中定盤部１２の幅
を図１７に示す範囲Ｍとほぼ等しくしたので、ワーク２
００との接触面積を大きく確保することができ、この結
果、研磨レートを極めて高くすることができる。また、
上記した従来の技術により、ワークとの接触面積を保ち
ながら研磨パッドの偏摩耗を防止するには、ワークの直
径の２倍以上の半径を有した大型の定盤が必要であっ
た。しかし、この実施形態のＣＭＰ装置のように、定盤
１を内周定盤部１１〜外周定盤部１３の三分割構造とす
ることで、ワーク２００の揺動距離が小さくとも、同様
の効果を達成することができる。この結果、定盤１の小
型化を図ることができる。また、従来は重量のある大型
の定盤を回転させなければならず、定盤の高速回転が困
難であったが、このＣＭＰ装置では、定盤１を三分割し
たので、回転させる中定盤部１２の重量を非常に小さく
することができる。このため、研磨に寄与する中定盤部
１２を高速回転させて、研磨パッド１２ａを実質的に硬
質化することができ、この結果、ワーク２００の高精度
な平坦化を達成することができる。

【００２７】（第２の実施形態）図５は、この発明の第
２の実施形態にかかるＣＭＰ装置の要部を示す断面図で
ある。一般に、ワークは真っ平らではない。例えば、ウ
エハなどのワークでは、プロセス時の熱で反りや歪みが
生じている。また、配線パターンによる凹凸間の段差も
存在する。このため、このようなワークを研磨する場合
には、凹凸間の段差を少なくする平坦性と、反りや凹凸
などに追従して変形し、表層膜を一定の厚さに研磨する
均一性とが、研磨パッドに要求される。この実施形態の
ＣＭＰ装置は、一層の研磨パッドで上記要求に応えるも
ので、内周定盤部１１，中定盤部１２，外周定盤部１３
に貼り付ける研磨パッドの硬度を異ならしめている。具
体的には、内周定盤部１１，外周定盤部１３にＳＵＢＡ
−ＩＶである軟質研磨パッド１１ａ´，１３ａ´を貼
り、中定盤部１２には、ＩＣ−１０００ウレタンパッド
なである硬質研磨パッド１２ａ´を貼り付けた。

【００２８】このＣＭＰ装置の動作において、内周定盤
部１１，中定盤部１２，外周定盤部１３の回転方向は、
上記第１の実施形態の場合と同様であるが、内周定盤部
１１，外周定盤部１３の回転速度は、上記第１の実施形
態の場合と異なる。すなわち、軟質研磨パッド１１ａ
´，１３ａ´のワーク２００に対する相対速度を大きく
して、軟質研磨パッド１１ａ´，１３ａ´でワーク２０
０を研磨することができる状態に内周定盤部１１，外周
定盤部１３の回転速度を設定する。さらに、図６に示す
ように、ワーク２００の揺動距離Ｌが硬質研磨パッド１
２ａ´の幅よりも大きくなるようにキャリア５を制御す
る。

【００２９】これにより、図６の実線で示すように、ワ
ーク２００が硬質研磨パッド１２ａ´上に存在するとき
には、図７に示すように、硬質研磨パッド１２ａ´がワ
ーク２００の配線パターン２０１で生じた凸部分を研磨
して、段差Ｈを小さくするので、ワーク２００は硬質研
磨パッド１２ａ´によって平坦化される。そして、、図
６の破線及び二点鎖線で示すように、ワーク２００が軟
質研磨パッド１１ａ´，１３ａ´上に存在するときに
は、図８に示すように、軟質研磨パッド１１ａ´，１３
ａ´がワーク２００の凹凸やに反りなどに追従するよう
に変形して、ワーク２００の表面をまんべんなく研磨す
るので、ワーク２００の表面は、軟質研磨パッド１１ａ
´，１３ａ´によって均一化される。

【００３０】このように、この実施形態のＣＭＰ装置に
よれば、軟質研磨パッド１１ａ´，１３ａ´及び硬質研
磨パッド１２ａ´により構成される一層の研磨パッドに
よって、ワーク２００を平坦化及び均一化することがで
きる。このような平坦性と均一性を一台のＣＭＰ装置で
達成する技術としては、一枚の定盤上に、軟質研磨パッ
ドと硬質研磨パッドとを重層し、軟質研磨パッドでワー
クの反りなどに追従しながら、硬質研磨パッドでワーク
表面を平坦化する技術が一般的である。しかし、この技
術では、定盤一枚分の広い研磨パッドを二枚必要とする
ので、部品コストが高くなってしまう。これに対して、
この実施形態のＣＭＰ装置では、たった一層の研磨パッ
ドで済むので、その分部品コストを非常に低く抑えるこ
とができる。その他の構成，作用効果は上記第１の実施
形態と同様であるので、その記載は省略する。

【００３１】（第３の実施形態）図９は、この発明の第
３の実施形態に係るＣＭＰ装置の断面図であり、請求項
７及び請求項８の発明に係るワーク測定方法を具体的に
達成するものでもある。このＣＭＰ装置は、定盤間の間
隙を通じてワークの厚さを測定する測定器を有する点が
上記第１及び第２の実施形態と異なる。この測定器は、
２つのレーザセンサ６−１，６−２と演算器７とで構成
されている。

【００３２】レーザセンサ６−１（６−２）は、二分割
された中定盤部１２−１，１２−２の間隙Ｄ内に配置さ
れている。具体的には、回転体２１の外側に、回転体２
２−１がベアリング３２−１を介して回転自在に取り付
けられている。そして、この回転体２２−１の外側に
は、中空の固定部材６０が固設されており、回転体２２
−２がベアリング３２−２を介してこの固定部材６０の
外側に回転自在に取り付けられている。また、これら回
転体２２−１，２２−２は、駆動部４２によって一体に
回転させられるようになっている。このような回転体２
２−１，２２−２の上に、それぞれ研磨パッド１２ａ−
１，１２ａ−２を有した中定盤部１２−１，１２−２が
着脱自在に取り付けられている。研磨パッド１２ａ−
１，１２ａ−２の幅の和は、図１７に示した範囲Ｍと略
等しく設定されている。各レーザセンサ６−１（６−
２）は、これら中定盤部１２−１，１２−２と接触しな
いように間隙Ｄ内に配置され、固定部材６０の上端に連
結され且つ回転体２２−１，２２−２の間隙に沿って折
れ曲がった硬質の細管６１の上端に保持されている。こ
のように配置されたレーザセンサ６−１（６−２）は、
レーザビームをワーク２００に照射して、ワーク２００
の膜厚を測定し、その測定値を示す信号を演算器７に出
力する周知の機器であり、その導線６２は、細管６１と
固定部材６０との内部に通され、固定部材６０の下部か
ら引き出されて、演算器７に接続されている。２つのレ
ーザセンサ６−１，６−２は、それぞれリング状の間隙
Ｄの所定箇所に配設されている。具体的には、図１０に
示すように、レーザセンサ６−１は、自転しながら矢印
Ａ方向（定盤１の半径方向）に揺動するワーク２００の
中心部が通過する位置に配され、レーザセンサ６−２
は、ワーク２００の周縁部が通過する位置に配されてい
る。

【００３３】一方、演算器７は、レーザセンサ６−１，
６−２からの信号が示す膜厚の測定値に基づいて、ワー
ク２００の平坦度や均一度を演算することができる周知
の機器である。

【００３４】次に、この実施形態のＣＭＰ装置が示す動
作について説明する。図１０に示すように、ワーク２０
０が自転しながら矢印Ａ方向に揺動すると、レーザセン
サ６−１が真上を通過するワーク２００の膜厚を常時測
定し、その信号が演算器７に送られ、レーザセンサ６−
１の真上を通過する部分の膜厚が演算器７によって演算
される。ところで、ワーク２００は自転しながら揺動を
繰り返すので、レーザセンサ６−１では、図１１に示す
ように、ワーク２００の中心点Ｐ近傍の領域であって直
径が揺動幅に等しい円形状領域Ｓ１の膜厚が測定され、
領域Ｓ１の膜厚が演算器７で演算されることとなる。ま
た、レーザセンサ６−２においては、ワーク２００の周
縁部が測定され、ワーク２００が自転しながら揺動を繰
り返していることから、図１１に示すように、ワーク２
００の周縁部分のリング状領域Ｓ２の膜厚が測定される
こととなる。したがって、この実施形態において、ワー
ク２００の揺動幅を大きくし、レーザセンサ６−２の位
置をワーク２００の中心点Ｐに近付けることにより、ワ
ーク２００の略全面の膜厚を測定することができる。ま
た、レーザセンサ６−１の測定値からレーザセンサ６−
２の測定値を差し引いた値から、ワーク２００下面の均
一性を知ることができると同時に加工状態を示す研磨の
凹凸の状態を知ることができる。すなわち、上記差引値
が正の値である場合には、ワーク２００下面は凸状態で
あり、負の値である場合には、凹状態である。

【００３５】このように、この実施形態のＣＭＰ装置に
よれば、レーザセンサ６−１，６−２の作動タイミング
を考慮する必要がないので、簡単な測定制御で、ワーク
２００の平坦度や均一度を高精度に測定することができ
る。また、間隙Ｄが小さな孔でなくリング状であるの
で、研磨液が間隙Ｄに溜まって、レーザセンサ６−１，
６−２による測定ができなくなるという事態を防止する
ことができる。その他の構成，作用効果は上記第１及び
第２の実施形態と同様であるので、その記載は省略す
る。

【００３６】（第４の実施形態）この実施形態は、ワー
ク測定方法であり、上記第３の実施形態のＣＭＰ装置を
利用して、請求項９の発明に係るワーク測定方法を具体
的に達成する。図１２は、この実施形態におけるワーク
測定方法を示す平面図である。

【００３７】この実施形態では、図１２に示すように、
ワーク２００を定盤１の半径方向と直交する矢印Ｂ方
向、即ちリング状の間隙Ｄの接線方向に揺動させる。具
体的にはワーク２００の中心点Ｐがレーザセンサ６−１
の真上を通過し、破線で示すように、図１２の最上位置
において、ワーク２００の周縁部下端がレーザセンサ６
−１の真上に位置すると共に、二点鎖線で示すように、
図１２の最下位置において、周縁部上端がレーザセンサ
６−１の真上に位置するように、ワーク２００を揺動さ
せる。これにより、レーザセンサ６−１がワーク２００
の中心点Ｐから周縁部端に渡って膜厚を測定することと
なるので、ワーク２００が自転しながら矢印Ｂ方向に揺
動すると、ワーク２００下面の全面がたった１つのレー
ザセンサ６−１によって測定されることとなる。その他
の構成，作用効果は上記第１ないし第３の実施形態と同
様であるので、その記載は省略する。

【００３８】なお、この発明は、上記実施形態に限定さ
れるものではなく、発明の要旨の範囲内において種々の
変形や変更が可能である。上記実施形態では、一貫して
ＣＭＰ装置について説明してきたが、他の装置にも適用
することができる。例えば、加圧体としてのヘッドでワ
ークを下定盤に加圧しながら下定盤を回転させて研磨す
る片面ラッピング装置において、ヘッドの揺動させる構
造のものについては、上記下定盤を複数に分割すること
で、上記実施形態のＣＭＰ装置と同様の作用効果を達成
することができる。また、加圧体としてのヘッドと研磨
パッドが貼られた下定盤とで繊細な研磨を行う片面ポリ
ッシング装置においても、下定盤を研磨パッドと共に分
割することで、同様の作用効果を達成することができ
る。また、上記実施形態では、内周定盤部と中定盤部と
外周定盤部との幅を略等しく設定したが、中定盤部の幅
が図１７に示した範囲Ｍと略等しいか小さいならば、内
周定盤部と中定盤部と外周定盤部との幅が異なっていて
も良いことは明らかである。上記第２の実施形態におい
て、軟質研磨パッド１１ａ´，１３ａ´にＳＵＢＡ−Ｉ
Ｖを用い、硬質研磨パッド１２ａ´に、ＩＣ−１０００
ウレタンパッドを用いたが、これに限るものではない。
ワーク２００の反りなどに追従することができる軟質性
の材料の全てを軟質研磨パッド１１ａ´，１３ａ´に用
いることができ、ワーク２００を平坦化することができ
る硬質性の材料の全てを硬質研磨パッド１２ａ´に用い
ることができる。また、内周定盤部，中定盤部，外周定
盤部の回転方向及び回転速度は、作業内容に応じて適宜
決定されるものであり、上記実施形態で適用した回転方
向及び回転速度に限るものではない。たとえば、ワーク
と中定盤部との相対速度，ワークと内周定盤部との相対
速度，及びワークと外周定盤部との相対速度が同一にな
るように、中定盤部，内周定盤部，及び外周定盤部の回
転数を設定することができる。これにより、中定盤部，
内周定盤部，及び外周定盤部によるワークの研磨速度を
同一にすることができる。さらに、上記実施形態では、
定盤を三分割及び四分割した例を挙げたが、分割数は任
意である。

【００３９】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、請求項１の
発明によれば、定盤が内周定盤部及び外周定盤部と中定
盤部とに分割されているので、偏摩耗が生じた場合に、
激しく摩耗している一以上の中定盤部のみを交換するだ
けで、直ちに研磨作業を続けることができるので、装置
の停止時間を短縮することができ、この結果、装置稼働
率の向上を図ることができるというという効果がある。
また、定盤全体を交換する場合でも、分割され軽量にな
った各定盤部を別々に交換すれば済むので、定盤の交換
作業を迅速且つ楽に行うことができる。

【００４０】請求項２の発明によれば、各定盤部による
ワークの研磨速度が同一になるので、ワークの均一な研
磨を確実且つ短時間で行うことができるという効果があ
る。

【００４１】請求項３の発明によれば、内周定盤部及び
外周定盤部がワークに対して略静止した状態となるよう
に構成したので、内周定盤部及び外周定盤部の摩耗がほ
とんど発生せず、その分、定盤の長寿命化を図ることが
できるという効果がある。

【００４２】請求項４の発明によれば、一以上の中定盤
部とワークとの接触面積を大きく確保することができる
ので、研磨レートの更なる向上を図ることができるとい
う効果がある。

【００４３】請求項５の発明によれば、内周定盤部及び
外周定盤部と一以上の中定盤部とに研磨パッドを設けた
構成としたので、この装置をＣＭＰ装置などの各種のポ
リッシング装置に使用することができ、しかも、これら
の装置において、装置稼働率及び研磨レートの向上と、
定盤の長寿命化と小型化とを図ることができるという効
果がある。

【００４４】請求項６の発明によれば、軟質材料の研磨
パッドと硬質材料の研磨パッドで構成されるたった一層
の研磨パッドによって、ワークの平坦化と均一化との両
方を達成することができるので、部品コストの低減化を
図ることができるという効果がある。

【００４５】請求項７の発明によれば、定盤の回転に影
響されることなく、ワークの研磨状態を常時測定するこ
とができるので、従来のレーザセンサ３００のように、
孔１２０の回転とレーザ発振とのタイミングを考慮する
必要がなく、測定制御の簡略化とワークの高精度な測定
とが可能になるという効果がある。

【００４６】請求項８の発明によれば、第１及び第２の
測定器によって、ワークの略全面の研磨状態を測定する
ことができるので、さらに高精度な測定が可能になると
いう効果がある。

【００４７】請求項９の発明によれば、たった一つの測
定器でワークの略全面の研磨状態を測定することができ
るので、測定設備コストの低減化を図ることができると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施形態に係る研磨装置を示
す断面図である。

【図２】キャリアの駆動機構を示すブロック図である。

【図３】各定盤部の回転方向を示す平面図である。

【図４】中定盤部の取り外し状態を示す断面図である。

【図５】この発明の第２の実施形態にかかるＣＭＰ装置
の要部を示す断面図である。

【図６】ワークの揺動状態を示す平面図である。

【図７】硬質研磨パッドによる平坦化作用を示す断面図
である。

【図８】軟質研磨パッドによる均一化作用を示す断面図
である。

【図９】この発明の第３の実施形態に係るＣＭＰ装置の
断面図である。

【図１０】レーザセンサの配置状態を示す平面図であ
る。

【図１１】レーザセンサの測定領域を示す平面図であ
る。

【図１２】この発明の第４の実施形態に係るワーク測定
方法を示す平面図である。

【図１３】従来のＣＭＰ装置を示す断面図である。

【図１４】ワークの揺動状態を示す概略平面図である。

【図１５】図１４の摺接線を重ねた比較図である。

【図１６】ワークの揺動位置を示す概略平面図である。

【図１７】摺接時間を示す線図であり、左側縦軸は各位
置における摺接時間値を示し、右側縦軸は各位置の摺接
時間を重畳した時間値を示す。

【図１８】研磨パッドの偏摩耗状態を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１・・・定盤、 ５・・・キャリア、 １１・・・内周
定盤部、 １１ａ〜１３ａ・・・研磨パッド、 １２・
・・中定盤部、 １３・・・外周定盤部、 ２００・・
・ワーク。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転する定盤と、ワークをこの定盤に加
   圧しながら定盤の径方向に揺動させる加圧体とを具備す
   る研磨装置において、 上記定盤を、同心上に配置され且つ独立に回転可能な内
   周定盤部と外周定盤部とこれら内周定盤部及び外周定盤
   部の間の一以上の中定盤部とに分割した、 ことを特徴とする研磨装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の研磨装置において、 上記ワークと上記一以上の中定盤部との相対速度，上記
   ワークと上記内周定盤部との相対速度，及び上記ワーク
   と上記外周定盤部との相対速度が同一になるように、上
   記一以上の中定盤部，内周定盤部，及び外周定盤部の回
   転数を設定した、 ことを特徴とする研磨装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の研磨装置において、 上記内周定盤部及び外周定盤部を、上記ワークの自転方
   向と同一方向に同一速度で回転させる、 ことを特徴とする研磨装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれかに記
   載の研磨装置において、 上記内周定盤部の幅と外周定盤部の幅と一以上の中定盤
   部の幅を略等しく設定した、 ことを特徴とする研磨装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれかに記
   載の研磨装置において、 上記内周定盤部及び外周定盤部と一以上の中定盤部の各
   表面に、研磨パッドを設けた、 ことを特徴とする研磨装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の研磨装置において、 上記一以上の中定盤部の研磨パッドを硬質材料で形成
   し、 上記内周定盤部及び外周定盤部の各研磨パッドを、軟質
   材料で形成した、 ことを特徴とする研磨装置。
7. 【請求項７】 回転する定盤と、ワークをこの定盤に加
   圧しながら揺動させる加圧体とを具備し、上記定盤が、
   同心上に配置され且つ独立に回転可能な複数の分割定盤
   部で構成された研磨装置に適用可能なワーク測定方法で
   あって、 測定器を、上記複数の分割定盤部の間隙内であって上記
   ワークの通過位置に、上記分割定盤部と非接触状態で配
   置し、 上記測定器により、上記間隙を通過するワークの研磨状
   態を測定する、 ことを特徴とするワーク測定方法。
8. 【請求項８】 請求項７に記載のワーク測定方法におい
   て、 上記ワークを、回転させながら、上記定盤の半径方向に
   揺動させ、 第１の上記測定器を、上記間隙内であって、上記ワーク
   の中心部が通過する位置に配置することにより、上記ワ
   ークの中心部近傍の研磨状態を測定し、 第２の上記測定器を、上記間隙内であって、上記ワーク
   の周縁部が通過する位置に配置することにより、上記ワ
   ークの周縁部近傍の研磨状態を測定する、 ことを特徴とするワーク測定方法。
9. 【請求項９】 請求項７に記載のワーク測定方法におい
   て、 上記ワークを、回転させながら、上記定盤の半径方向と
   略直交する方向に揺動させ、 一の上記測定器を、上記間隙内であって、上記ワークの
   中心部が通過する位置に配置することにより、上記ワー
   クの中心部から周縁部に渡る研磨状態を測定する、 ことを特徴とするワーク測定方法。