TW201730953A - 工件研磨方法及研磨墊的修整方法 - Google Patents

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Kazutaka Shibuya
Jun Yanagisawa
Yoshio Nakamura
Michio Uneda
Kenichi Ishikawa
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Fujikoshi Machinery Corp
Kanazawa Institute Of Tech
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Abstract

提供能夠正確地掌握研磨墊的表面狀態，而能夠進行精度佳的修整，從而能夠進行精度佳的研磨的工件研磨方法。本發明的工件研磨方法係含有下述步驟：取得表示預先以複數種階段的修整條件進行了修整時的研磨墊16的表面性狀、與藉由以該各個修整條件進行修整後的研磨墊16研磨了工件20時的工件20的研磨效果之相關關係的相關資料之步驟；從相關資料推斷能達到目標研磨效果的推估修整條件，以該推斷出的推估修整條件進行研磨墊16的修整之修整步驟；研磨工件20之研磨步驟；清洗研磨工件20後的研磨墊16之步驟；及測量該清洗後的研磨墊16的表面性狀之步驟。

Description

工件研磨方法及研磨墊的修整方法
本發明係有關晶圓(wafer)等工件(work)的工件研磨方法及研磨墊(pad)的修整(dressing)方法。
關於半導體晶圓等工件的研磨之進行，係將工件的被研磨面壓接於貼設有研磨墊的平台的該研磨墊表面，一邊供給研磨液至研磨墊一邊令平台旋轉。
然而，當進行大量工件的研磨，研磨墊便會逐漸產生孔洞堵塞，導致研磨率(rate)惡化。於是，係在進行所需片數的工件的研磨後，使用修整磨石來修整(整型)研磨墊的表面，使研磨率回升(例如下述之專利文獻1)。
前述專利文獻1係提出一種半導體裝置的平坦化方法，係具備有檢測隨著研磨加工之進行而變化的研磨墊的修整率之修整率測量裝置、及測量研磨墊表面性狀的表面形狀測量裝置等裝置，運用即時(real time)自動測量到的上述該些資料(data)，以使會高度影響刮傷缺陷(scratch)密度的修整率落在預先求得且記憶在資料庫(database)的管理規定值的範圍內之方式控制修整條件。
在前述專利文獻1中，測量前述研磨墊表面性 狀的表面形狀測量方法係採用圖像處理方法和反射率方式進行。
亦即，在圖像處理方法中，係以投光器照明研磨墊的表面，以CCD(Charge Coupled Device；電荷耦合元件)攝像機(camera)擷取該處的圖像，進行圖像處理，算出因孔洞堵塞而形成的平面部分的面積比率。此外，在反射率方式中，係將雷射光(laser)照射於研磨墊表面，以光接收器接收該反射光，從所接收之光量的變化來測量研磨墊的表面形狀。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開2001-260001
依據專利文獻1，係在工件的研磨處理中測量研磨墊的表面性狀、進行修整，因此有能夠因應時時刻刻變化的研磨墊的表面性狀進行修整的優點。
然而，依據專利文獻1，由於係在工件的研磨處理中測量研磨墊的表面性狀，故圖像會因研磨屑和研磨液(例如，白濁液)而不同於實際情形或是不清晰，因此有針對研磨墊的表面形狀無法獲得高精度的資訊的課題。
本發明乃係為了解決上述課題而研創，目的在於提供能夠正確地掌握研磨墊的表面狀態，而能夠進行精度佳的修整，從而能夠進行精度佳的研磨的工件研磨方法 及研磨墊的修整方法。
為了達成上述目的，本發明係具備下述構成。
亦即，本發明的工件研磨方法乃係將工件壓接於旋轉之平台的研磨墊上，一邊供給研磨液至前述研磨墊一邊進行工件表面的研磨，然後，令具有修整磨石的修整頭(head)往復移動於前述研磨墊上，進行藉由前述修整磨石調整前述研磨墊的表面狀態之修整；該工件研磨方法的特徵為包含：取得表示預先以複數種階段的修整條件進行了修整時的前述研磨墊的表面性狀、與藉由以該各個修整條件進行修整後的研磨墊研磨了工件時的工件的研磨效果之相關關係的相關資料之步驟；從前述相關資料推斷能達到目標研磨效果的推估修整條件，以該推斷出的推估修整條件進行前述研磨墊的修整之修整步驟；研磨工件之研磨步驟；清洗研磨工件後的前述研磨墊之步驟；及測量該清洗後的前述研磨墊的表面性狀之步驟；若測量到的前述研磨墊的表面性狀為在表示所需而設定的表面性狀之設定資料內的表面性狀，則移至工件的研磨步驟，當測量結果為表面性狀比前述設定資料差時，移至以前述推估修整條件進行的再修整步驟或更換前述研磨墊。
能夠構成為，在以前述推估修整條件進行的前述研磨墊的再修整後，清洗前述研磨墊，測量該清洗後的研磨墊的表面性狀；若該測量到的前述研磨墊的表面性狀為表示前述所需而設定的表面性狀之設定資料內 的表面性狀，則移至工件的研磨步驟，當測量結果為表面性狀比前述設定資料差時，更換前述研磨墊。
能夠構成為，使用單位面積接觸點數來測量前述研磨墊的表面性狀。
此外，本發明的修整方法乃係將工件壓接於旋轉之平台的研磨墊上，一邊供給研磨液至前述研磨墊一邊進行工件表面的研磨，然後，令具有修整磨石的修整頭往復移動於前述研磨墊上，藉由前述修整磨石調整前述研磨墊的表面狀態；該修整方法的特徵為：取得表示預先以複數種階段的修整條件進行了修整時的前述研磨墊的表面性狀、與藉由以該各個修整條件進行修整後的研磨墊研磨了工件時的工件的研磨效果之相關關係的相關資料；從前述相關資料推斷能重現目標研磨效果的推估修整條件，以前述推估修整條件進行前述研磨墊的修整；在研磨工件後測量前述研磨墊的表面性狀，當結果為測量到的前述研磨墊的表面性狀比表示所需而設定的表面性狀之設定資料差時，藉由前述推估修整條件對前述研磨墊進行再修整或更換前述研磨墊。
依據本發明，係構成為預先取得表示預先以複數種階段的修整條件進行了修整時的前述研磨墊的表面性狀、與藉由以該各個修整條件進行修整後的研磨墊以複數種階段的研磨條件研磨了工件時的工件的研磨效果之相關關係的相關資料，從該相關資料推斷能夠達到所需之目標研磨效果的修整條件，以該修整條件進行研 磨墊的修整，接著，研磨工件並且在研磨工件後進行研磨墊的清洗，接著測量研磨墊的表面性狀，因此，能夠不受研磨屑等影響而正確地掌握研磨墊的表面性狀，能夠進行精度佳的修整，此外，係以使該研磨墊的表面性狀落在所需而設定的表面性狀內之方式進行管理，因此能夠精度佳地進行工件的研磨。
此外，係以容易測量的研磨墊的表面性狀而非工作的研磨率來管理工件的研磨狀況，因此，工件的研磨管理變得容易。
此外，以修整條件及研磨條件的複數種階段的組合，預先取得上述相關關係的資料，藉此，能夠細微地決定實際的修整條件及研磨條件，而能夠良好地維持研磨墊的表面性狀，因此能夠精度佳地研磨工件。
此外，只要構成為以將達夫稜鏡(Dove prism)以預定的推壓力壓接於研磨墊的狀態下的達夫稜鏡與研磨墊的接觸點數來代表研磨墊的表面性狀，雖然並非直接地測量工件與研磨墊的接觸點數，但能夠測量與工件與研磨墊的接觸點數相近的接觸點數，從而達到能夠良好地掌握工件研磨時的狀況之效果。
10‧‧‧研磨裝置
12‧‧‧平台
14‧‧‧旋轉軸
16‧‧‧研磨墊
18‧‧‧研磨頭
20‧‧‧工件
22‧‧‧旋轉軸
24‧‧‧漿液供給噴嘴
26‧‧‧修整裝置
27‧‧‧旋轉軸
28‧‧‧擺動臂
30‧‧‧修整頭
31‧‧‧運算處理部
32‧‧‧輸出部
33‧‧‧輸入部
34‧‧‧資料庫
36‧‧‧修整頭主體
36‧‧‧第1可動板
38‧‧‧膜片
40‧‧‧第1壓力室
41‧‧‧突出部
42‧‧‧修整磨石
44‧‧‧第2可動板
45‧‧‧膜片
48‧‧‧突出部
50‧‧‧修整磨石
60‧‧‧達夫稜鏡
64‧‧‧固定治具
66‧‧‧壓重
68‧‧‧銷
70‧‧‧光源
72‧‧‧光接收部(顯微鏡)
第1圖係顯示研磨裝置的概要之說明圖。
第2圖係修整裝置的說明圖。
第3圖係修整頭的剖面圖。
第4圖係修整頭的立體圖。
第5圖係從別的角度觀看修整頭的立體圖。
第6圖係顯示達夫稜鏡的原理之說明圖。
第7圖係顯示使用達夫稜鏡，以顯微鏡(microscope)接收漫反射光的狀態之說明圖。
第8(A)圖、第8(B)圖係顯示觀察裝置之說明圖。
第9圖係使用達夫稜鏡，以顯微鏡測量到之以#80的修整磨石進行了修整時的研磨墊與達夫稜鏡的接觸圖像。
第10圖係使用達夫稜鏡，以顯微鏡測量到之以#500的修整磨石進行了修整時的研磨墊與達夫稜鏡的接觸圖像。
第11圖係使用達夫稜鏡，以顯微鏡測量到之以#1000的修整磨石進行了修整時的研磨墊與達夫稜鏡的接觸圖像。
第12圖係顯示修整磨石的粒度與研磨墊的表面性狀(接觸點數)的測量結果之關係的圖表(graph)。
第13圖係顯示修整磨石的粒度與研磨墊的表面性狀(接觸率)的測量結果之關係的圖表。
第14圖係顯示修整磨石的粒度與研磨墊的表面性狀(接觸點間隔)的測量結果之關係的圖表。
第15圖係顯示修整磨石的粒度與研磨墊的表面性狀(空間FFT分析)的測量結果之關係的圖表。
第16圖係將研磨條件、修整條件、研磨效果的相關資料以資料庫的形式預先設定的說明圖。
第17圖係研磨墊的修整與工件研磨的動作流程圖(flow chart)。
第18圖係進行研磨墊的更換時的流程圖。
以下，針對本發明的較佳實施形態，根據所附圖式詳細進行說明。
第1圖係顯示研磨裝置10的概要之說明圖。
元件符號12為平台，係藉由公知的驅動機構(未圖示)而以旋轉軸14為中心在水平面內進行旋轉。在平台12的頂面係例如貼附有以聚胺酯(polyurethane)發泡體為主材的研磨墊16。
元件符號18為研磨頭，要研磨的工件(半導體晶圓等)20係保持在其底面側。研磨頭18係以旋轉軸22為中心進行旋轉。此外，研磨頭18係藉由動力缸(cylinder)等上下移動機構(未圖示)而能夠上下移動。
元件符號24為漿液(slurry)供給噴嘴(nozzle)，係將漿液(研磨液)供給至研磨墊16上。
工件20係藉由水的表面張力或氣體(air)的吸力等而保持在研磨頭18的底面側，接著使研磨頭18下降，在旋轉於水平面內的平台12的研磨墊16上以預定的推壓力(例如150gf/cm2)推壓，且使研磨頭18以旋轉軸22為中心進行旋轉，藉此，研磨工件20的底面側。於研磨中，從漿液供給噴嘴24供給漿液至研磨布16上。
另外，研磨頭18有各種公知的構造，研磨頭的種類並未特別限定。
第2圖係顯示修整裝置26的概要之說明圖。
修整裝置26係具備以旋轉軸27為中心進行旋轉的擺 動臂(arm)28。在擺動臂28的前端係固定有修整頭30。此外，在修整頭30的底面側係固定有由所需大小的鑽石(diamond)粒構成的修整磨石。修整頭30係設置成在擺動臂28的前端部，以自身的軸線為中心進行旋轉。
關於研磨墊16的修整，係藉由來自運算處理部31的指令，使馬達(motor)等輸出部32動作，使平台12旋轉，並且使擺動臂28以旋轉軸27為中心進行擺動，一邊驅使修整頭30以自身的中心軸為中心進行旋轉一邊沿平台12的半徑方向往復移動，而以修整頭30的修整磨石研削研磨墊16的表面側，藉此，進行研磨墊16的修整(整型)。另外，元件符號33為供輸入各種資料的輸入部，元件符號34為儲存後述資料庫(相關資料)的記憶部。
於修整時，修整頭30係以所需的推壓力推壓研磨墊16。此外，較佳為構成為以使研磨墊16的整面均勻地獲得修整之方式調整平台12的旋轉速度和擺動臂28的搖擺(swing)速度。
針對修整頭30的具體構成例係另作說明。
關於研磨墊16的修整，係在換貼新的研磨墊16時進行、或在所需片數的工件的研磨結束後進行。另外，在換貼研磨墊時，亦可構成為將研磨墊16預先在有別於平台12的地方進行後述的所需的修整，再將該進行過修整的研磨墊16貼附至平台12。當為在研磨工件後進行修整時，係構成為在進行修整之前先藉由研磨墊16的清洗裝置進行研磨墊16的清洗，將研磨時的研磨屑和研磨液沖洗掉之後再進行修整。藉由如上述在沖洗掉研磨 屑和研磨液之後再進行研磨墊16的修整，能夠精度佳地進行修整。
另外，關於研磨墊16的清洗，係構成為從噴嘴對研磨墊16噴出高壓清洗水來進行。該清洗裝置係例如能夠使用日本特開2010-228058所揭示的清洗裝置。
第3圖至第5圖顯示修整頭30的一例。
元件符號36為修整頭主體。
元件符號37為第1可動板，係中介彈性(flexible)的膜片(diaphragm)38安裝至修整頭主體36，而構成為能夠相對於修整頭主體36上下移動。
膜片38係呈環(ring)狀，其內端側藉由螺絲固定在修整頭主體，外端側藉由螺絲固定在第1可動板37。修整頭主體36的底面與膜片38底面及第1可動板37頂面之間形成有第1壓力室40。在第1壓力室40係能夠從壓力源(未圖示)經由流路(未圖示)導入壓力空氣。
在第1可動板37的底面側外端部，沿周方向隔著所需間隔設有複數個突出部41。在各突出部41的底面係例如固定有固著有粒度為#80的鑽石磨粒而成的修整磨石42。
第3圖中，元件符號44為第2可動板，係中介彈性的膜片45安裝至第1可動板37的底面側，而構成為能夠相對於第1可動板37上下移動。
膜片45係呈環狀，其內端側藉由螺絲固定在第2可動板44，外端側藉由螺絲固定在第1可動板37。第1可動板37底面與膜片45頂面及第2可動板44頂面之間形成有第2壓力室47。在第2壓力室47係能夠從壓力源(未圖示)經由 流路(未圖示)導入壓力空氣。
在第2可動板44的底面側外端部係沿周方向隔著所需間隔設有複數個突出部48。各突出部48係以位在突出部41與突出部41之間的空間內之方式設置。因此，突出部41與突出部48係位在同一圓周上。在突出部48的底面係例如固定有固著有粒度為#1000的鑽石磨粒而成的修整磨石50。
係構成為當分別將壓力空氣從未圖示的流路導入至第1壓力室40及第2壓力室47，修整磨石42及修整磨石50便分別獨立地往下方突出，藉此，使各修整磨石42、50壓接於研磨墊16，而能夠進行研磨墊16的修整。另外，亦構成為修整磨石42與修整磨石50係能夠同時壓接於研磨墊16，而能夠以兩種修整磨石42、50同時進行研磨墊16的修整。
另外，在上述實施形態中雖係採用具有粒度#80與粒度#1000兩種修整磨石的修整頭30，但視情況亦能夠依同樣的構成而構成為復設置能夠相對於第2可動板上下移動的第3可動板(未圖示)，在該第3可動板的突出部底面例如設置粒度#500的修整磨石，而能夠進行以#80、#500及#1000三階段之粒度的修整磨石進行的修整。
接著，針對本實施形態的工件研磨方法進行說明。
如前述，本實施形態的工件研磨方法係含有下述步驟：A：取得表示預先以複數種階段的修整條件進行了修 整時的前述研磨墊的表面性狀、與藉由以該各個修整條件進行修整後的研磨墊研磨了工件時的工件的研磨效果之相關關係的相關資料之步驟；B：從前述相關資料推斷能達到目標研磨效果的推估修整條件，以該推斷出的推估修整條件進行前述研磨墊的修整之修整步驟；C：研磨工件之研磨步驟；D：清洗研磨工件後的前述研磨墊之步驟；及E：測量該清洗後的前述研磨墊的表面性狀之步驟；F：若測量到的前述研磨墊的表面性狀為在表示所需而設定的表面性狀之設定資料內的表面性狀，則移至工件的研磨步驟，當測量結果為表面性狀比前述設定資料差時，移至以前述推估修整條件進行的再修整步驟或更換前述研磨墊。
更具體而言，係在以前述推估修整條件進行的前述研磨墊的再修整後，清洗前述研磨墊，測量該清洗後的研磨墊的表面性狀；若該測量到的前述研磨墊的表面性狀為表示前述所需而設定的表面性狀之設定資料內的表面性狀則移至工件的研磨步驟，當測量結果為表面性狀比前述設定資料差時，更換前述研磨墊。
此外，本實施形態的修整方法具體而言係：取得表示預先以複數種階段的修整條件進行了修整時的前述研磨墊的表面性狀、與藉由以該各個修整條件進行修整後的研磨墊研磨了工件時的工件的研磨效果之 相關關係的相關資料；從前述相關資料推斷能重現目標研磨效果的推估修整條件，以前述推估修整條件進行前述研磨墊的修整；在研磨工件後測量前述研磨墊的表面性狀，當結果為測量到的前述研磨墊的表面性狀比表示所需而設定的表面性狀之設定資料差時，藉由前述推估修整條件對前述研磨墊進行再修整或更換前述研磨墊。
接著，針對各步驟的具體實施例進行說明。
<A：取得相關資料的步驟>
下表1及表2乃係表示預先以複數種階段的修整條件進行了修整時的前述研磨墊16的表面性狀、與藉由以該各個修整條件進行修整後的研磨墊16研磨了工件20時的工件20的研磨效果之相關關係的相關資料的一例。另外，在本實施例中，就複數種階段的修整條件而言，係設定為以下的修整條件：準備三個不同的修整頭，其等具有三階段之粒度(#80、#500、#1000)的修整磨石，以各個修整頭進行修整。此外，關於研磨條件，亦將工件20加壓至平台12的加壓力設定為有低負荷(30kPa)與高負荷(90kPa)兩階段。
表1係顯示在表1中條件1的研磨條件(加壓力：兩階段)下，以分別經磨石粒度號數#80、#500、#1000(條件2)的修整磨石修整後的研磨墊16研磨了工件20時的研磨率(研磨效果)。此外，表2乃係顯示分別以磨石粒度號數#80、#500、#1000的修整磨石進行了修整時的研磨墊16的表面性狀(接觸點數)之資料。研磨墊16的表面性狀(接觸點數等)的測量方法係於後說明。
關於研磨條件的條件1，上述中雖例示以藍寶石(sapphire)作為工件20，但較佳為按Si(矽)和SiC(碳化矽)等研磨對象(工件)的每一種類進行設定。此外，研磨時的加壓力(負荷)亦可設定為三階段、四階段等更多的階段。此外，亦能夠在平台12的旋轉速度和研磨頭18的 旋轉速度等方面分階段進行設定。
此外，同樣的，關於修整條件(條件2)，修整磨石的粒度階段(並非一定要為三階段，亦可為兩階段、四階段以上)屬基本條件，亦能夠進一步在修整時間、修整壓力、擺動臂28的搖擺速度、修整頭的旋轉速度、平台的旋轉速度等方面分階段進行設定。
另外，在修整磨石方面，當使用由#1000等平均粒度小的磨粒構成的修整磨石進行研磨墊的修整時，較佳為事先使用平均粒度更大的修整磨石(例如#80)進行修整過後再進行修整。藉由依大粒度的修整磨石到小粒度的修整磨石之順序，階段性地使研磨墊16的面粗化，便能夠進行獲得更多接觸點數、有效果的研磨墊16之整型。
接著，針對研磨墊16的表面性狀(接觸點數等)的測量方法進行說明。該測量方法係例如使用日本專利第5366041號所揭示的方法。
在該日本專利第5366041號所揭示的方法中，係採用使用達夫稜鏡的觀察方法作為觀察墊表面性狀的方法。達夫稜鏡乃係光學玻璃(glass)的一種，亦稱為像旋轉稜鏡。如第6圖所示，達夫稜鏡60係具有以角度45°射入入光面60a的光會在稜鏡底面60b(接觸面)全反射後從稜鏡60透射出之特性。另外，在接觸點(即與墊16之間的接觸點)，全反射的條件被破壞，光發生漫反射。此外，在與墊16之間的接觸點以外的部位(非接觸點)係發生全反射。入光面60a係相對於接觸面60b呈銳角。另外，就稜鏡 而言，亦可並非一定要為如第6圖所示的梯形的達夫稜鏡。
在本實施形態中，係一邊隔介達夫稜鏡60給予墊16預定的壓力，一邊以光接收部(顯微鏡)取得當下從接觸點漫反射的反射光，藉此，取得墊16與達夫稜鏡60相互間的接觸圖像。
在該顯微鏡，係能夠以1600pixel(像素)×1200pixel取得7.3mm(millimeter；毫米)×5.5mm之範圍的圖像。
另外，接觸圖像中，接觸區域為白色，非接觸區域為黑色。此外，在本實施形態中，係為了穩定地隔介達夫稜鏡60給予墊16預定的壓力並且能夠以顯微鏡拍攝從達夫稜鏡60的頂面(觀察面60c)射出的反射光，而使用第7圖、第8圖所示的裝置。在第7圖、第8圖中，元件符號60為達夫稜鏡，構成為藉由固定治具64夾持達夫稜鏡60的兩側予以固定。在達夫稜鏡60的頂面(觀察面60c)係載置透光之壓重66，而構成為藉由該壓重66而能夠隔介達夫稜鏡60賦予墊16預定的推壓力。在壓重66的所需部位係設有定位孔，藉由將設在固定治具64的銷68嵌入該定位孔使壓重66定位而載置於固定治具64上。元件符號70為光源，元件符號72為顯微鏡。
使用上述測量裝置的日本專利第5366041號所揭示的方法係如下述。
亦即，其申請專利範圍為：
1.一種墊表面狀態觀察方法，係觀察貼附於研磨裝置的平台之墊的研磨面的表面狀態之墊表面狀態觀察方法，其特徵為：將具有接觸面、讓光射入到該接觸面的 入光面、及觀察面的稜鏡，以使前述接觸面抵接於墊的研磨面之方式配置在研磨面上；對配置在該研磨面上的稜鏡施加預定的推壓力而以接觸面推壓墊的研磨面；當令光射入前述入光面而以前述接觸面使折射光反射時，在與未抵接前述接觸面的墊的凹部對應的接觸面係使光全反射，在與抵接前述接觸面的墊的凸部對應的接觸面係使因全反射被破壞而發生的反射光反射；以光接收部接收從前述稜鏡的前述觀察面側射出的反射光，藉由該接收光的狀態觀察研磨面的表面狀態；在該墊表面狀態觀察方法中，構成為在前述稜鏡載置透光之壓重來推壓稜鏡，且以光接收部接收穿透該壓重的反射光(發明1)。
2.如請求項1之墊表面狀態觀察方法，其中前述稜鏡使用的是達夫稜鏡(發明2)。
3.如請求項1或2之墊表面狀態觀察方法，其中進行將藉由前述光接收部而檢測出的接觸圖像設為白色或黑色的任一者的二值化處理，使用從藉由該二值化處理而得的二值化圖像資料算出的接觸點數進行進行圖像診斷(發明3)。
4.如請求項第1或2之墊表面狀態觀察方法，其中進行將藉由前述光接收部而檢測出的接觸圖像設為白色或黑色的任一者的二值化處理，使用藉由該二值化處理而得的二值化圖像資料算出的接觸率進行圖像診斷(發明4)。
5.如請求項第1或2之墊表面狀態觀察方法，其中進行將藉由前述光接收部而檢測出的接觸圖像設為白色或 黑色的任一者的二值化處理，使用藉由該二值化處理而得的二值化圖像資料進行空間FFT分析，使用空間FFT分析結果的半值寬進行圖像診斷(發明5)。
詳細內容參照日本專利第5366041號公報。
另外，墊表面狀態觀察方法的圖像診斷並不限於使用藉由臨限值進行二值化處理而得的二值化圖像資料來進行之方法，亦可利用接觸圖像的灰階(gray scale)值分布(例如，灰階值直方圖(gray scale histogram))來進行。
第9圖、第10圖、第11圖係使用上述達夫稜鏡，以顯微鏡測量到之分別以#80、#500、#1000的修整磨石進行了修整時的研磨墊16與達夫稜鏡的接觸圖像。從第9圖至第11圖可知，以平均粒度小的修整磨石進行修整時的接觸點數較多。前述表2乃係以前述發明3的方法測量到的每單位面積接觸點數。此外，從表1、表2可知，以經平均粒度小的修整磨石進行過修整的研磨墊16研磨工件時的研磨率較大，能夠獲得較高的研磨效率。
第12圖係顯示修整磨石的粒度與研磨墊16的表面性狀(接觸點數)的測量結果之關係的圖表，下表3乃係顯示其具體的測量數值之表。
在第12圖及表3中，#80修整的接觸點數19.4係指以#80的修整磨石進行了修整時的研磨墊16與達夫稜鏡的接觸點數為19.4/mm2；第1次研磨係指以該研磨墊16研磨工件20一次後的研磨墊16與達夫稜鏡的接觸點數為19.2/mm2；又第2次研磨係指原封不動地接著進行第2次的研磨後的研磨墊16與達夫稜鏡的接觸點數為18.9/mm2。
如上述，#500修整係指在以#80的修整磨石進行修整後，復以#500的修整磨石進行了修整。
此外，#1000修整係指以#80的修整磨石進行修整，再以#500的修整磨石進行修整，復以#1000的修整磨石進行了修整。
平均粒度小的修整磨石所產生的接觸點數比平均粒度大的修整磨石所產生的多，如前述，研磨率亦大。
然而，在各修整階段中，研磨次數間的接觸點數的減少並沒有那麼顯著。當然，研磨次數愈多，接觸點數會變得愈少。亦即，因研磨墊表面的劣化加劇，使得接觸點數減少。
第13圖係顯示修整磨石的粒度與研磨墊16的表面性狀(接觸率：以前述發明4進行的測量)的測量結果之關係的圖表，下表4乃係顯示其具體的測量數值之表。
如第13圖及表4所示，在各修整階段中，依研磨次數，其接觸率的變動大，且亦不規則，使用接觸率作為表示研磨墊16的表面性狀之資料係不甚理想。此乃今後的課題。
另外，所謂的接觸率，係指所取得的接觸圖像中的真實接觸面積(於接觸圖像內觀測的接觸區域的面積合計)與表觀的接觸面積(觀測的接觸圖像的面積)之比率。關於接觸率的算出，係藉由未圖示的運算部，進行將藉由光接收部72而檢測出的接觸圖像區域的各像素設為黑白的任一者的二值化處理，算出藉由該二值化處理而得的二值化圖像資料的黑白比率。
第14圖係顯示修整磨石的粒度與研磨墊16的表面性狀(接觸點間隔)的測量結果之關係的圖表，表5乃係顯示其具體的測量數值之表。
如第14圖及表5所示，在各修整階段中，依研磨次數，其接觸點間隔的變動大，且亦不規則，使用接觸點間隔作為表示研磨墊16的表面性狀之資料係不甚理想。
第15圖係顯示修整磨石的粒度與研磨墊16的表面性狀(空間FFT分析：以前述發明5進行的測量)的測量結果之關係的圖表，表6乃係顯示其具體的測量數值之表。
如第15圖及表6所示，在各修整階段中，依研磨次數，其空間FFT分析值的分布不規則，使用空間FFT分析作 為表示研磨墊16的表面性狀之資料係不甚理想。
另外，FFT乃係快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform)的簡稱，通常用於了解相對於時間軸變動的信號的頻率成分。另一方面，空間FFT乃係了解作為對象的圖像含有哪些空間頻率成分之用的分析。亦即，能夠視為一種對藉由修整條件的差異而取得的接觸圖像中存在的接觸點彼此間的間隔進行定量性評價的手法。亦即，就一例而言，當接觸點彼此間的間隔大時係代表其空間頻率小。結果，以空間FFT分析所獲得的頻譜(spectrum)係集中在中心頻率(=0)，因此該頻譜波數的半值寬係成為小的數值。因此，以其倒數求得的空間波長係成為大的數值。關於該半值寬，同樣地，能夠藉由運算部，進行將藉由光接收部72而檢測出的接觸圖像區域的各像素設為黑白的任一者的二值化處理，根據藉由該二值化處理而得的二值化圖像資料進行空間FFT分析而獲得。
從以上的結果可知，就表示研磨墊16的修整後的表面性狀之資料而言，較佳為使用接觸點數。此外，接觸點數與研磨後的研磨率之關係亦存在直線性的相關關係，從該關係來看亦顯示使用接觸點數作為表示研磨墊16的表面性狀之資料為佳。
另外，前述接觸點數的測量雖非直接地測量工件20與研磨墊16的接觸點數，但在本實施形態中乃係在將達夫稜鏡以預定的推壓力壓接於研磨墊16的狀態下測量該接觸點數，因此，係測量和工件20與研磨墊16的接觸點 數相近的接觸點數，從而成為能夠反映工件20研磨時的狀況。
關於此點，在前述專利文獻1(日本特開2001-260001)中則係藉由非接觸的測量方式測量修整時的研磨墊的表面性狀，故有無法掌握工件與研磨墊的實際接觸狀態的課題。
如上述進行，能夠取得表示預先以複數種階段的修整條件進行了修整時的研磨墊16的表面性狀、與藉由以該各個修整條件進行修整後的研磨墊16以複數種階段的研磨條件研磨了工件20時的工件20的研磨效果之相關關係的相關資料。
所獲得的相關資料係如第16圖所示，以研磨條件、修整條件(修整磨石與接觸點數的關係)之資料庫的形式預先設定。
此外，在前述專利文獻1(日本特開2001-260001)係記載有因研磨造成磨粒磨平而形成平坦部分使得接觸面積比率提高的見解，但本實施形態中的接觸點數及接觸率卻在進行研磨時呈現減少的傾向。因此，在接觸點數及接觸率方面，因孔洞堵塞(磨粒磨平)形成平坦部分而造成的影響並未出現，推測是使研磨墊16的表面容易接觸至工件20的作用(例如，當將研磨墊16的表面推壓至工件20，研磨墊16的彈性便會促使研磨墊16朝工件20接觸的作用)減弱的影響出現所致。
亦即，前述專利文獻1所記載的表面性狀乃係研磨中的研磨墊的平坦度，與本實施形態中的表面性狀(接觸點 數及接觸率)為不同傾向的資訊，在本實施形態中若使用以前述專利文獻1的記載為基礎的表面性狀的資訊，本實施形態之實施便無法實現。
接著，針對工件20的研磨步驟進行說明。第17圖係工件20的研磨步驟的動作流程圖。首先，藉由按下裝置的動作開關(switch)(未圖示)而開始(步驟1：S1)。
<B：研磨墊的修整步驟>
接著輸入研磨條件(步驟2：S2)。例如，就研磨對象(工件)而言，輸入藍寶石、其尺寸(size)、研磨負荷條件(低負荷：30kPa)。此外，就目標研磨率而言，例如，輸入5.0。
當包括目標研磨率在內的研磨條件輸入完成，便從前述相關資料推斷能達目標研磨效果(5.0)的推估修整條件。例如，從表1及表2的相關資料中，因研磨率5.28與目標研磨率相近而選擇以#1000修整進行的推估修整條件。
在工件20的研磨步驟之前先以前述推斷出的推估修整條件進行研磨墊16的修整(步驟3：S3)。
假設藉由該修整會使研磨墊16的表面性狀(接觸點數)成為43.5。
<C：工件的研磨步驟>
在研磨墊16的修整後進行工件20的研磨(步驟4：S4)。
在研磨工件20後，若無要繼續進行研磨的工件20(步驟5)，便結束研磨(步驟6：S6)。
<D：研磨墊的清洗步驟>
若存在要繼續進行研磨的工件20(步驟5)，便進行研磨墊16的清洗(步驟7：S7)。
<E：研磨墊的性狀測量>
接著，如前述方式進行研磨墊16的表面性狀(接觸點數)的測量(步驟8：S8)。
<F：再修整步驟>
若所測量到的表面性狀(接觸點數)為設定資料(例如，考慮到因測量誤差及磨耗而降低5%而設定41.3)以上(設定資料內)，便繼續進行工件20的研磨(S4)；當比設定資料差時，係以前述推估修整條件再度進行研磨墊的修整(S3)，接著進行工件的研磨(S4)。
另外，在以推估修整條件進行研磨墊的再修整後，清洗研磨墊16，再度進行研磨墊16的表面性狀的測量，當進行了再度修整但表面性狀還是無法回復時，較佳為更換研磨墊16。
此外，只要讓複數種階段的修整條件的條件數量增加，各相關資料的間隔便變小，能夠進行更精確(pinpoint)的相關應對。因此，可增加複數種階段的階段數(磨石粒度號數的種類)，但亦可新增新的條件(例如，修整頭的推壓時間、推壓修整頭的推壓力等)。
或者，亦可從相關資料建立近似式，根據該近似式來補缺無相關資料之處。
第18圖係另行進行研磨墊16的更換時的流程圖。
在步驟8進行研磨墊16的表面性狀(接觸點數)的測 量後，進行研磨墊16的壽命判定(步驟9：S9)。例如，將壽命判定基準定為工件20的研磨次數，若工件20的研磨次數為所需而設定的次數以上，便判定為屬於更換期間，進行研磨墊16的更換(步驟10：S10)。在進行研磨墊16的更換後，係以前述推估修整條件進行研磨墊16的修整(S3)，然後，進行工件20的研磨(S4)。在工件20的研磨次數未達設定次數的情形中，係進行研磨墊16的修整(S3)，接著繼續進行工件20的研磨(S5)。
如上述方式進行，能夠進行工件20的研磨及研磨墊16的修整。
在本實施形態中，係構成為預先取得表示預先以複數種階段的修整條件進行了修整時的研磨墊16的表面性狀、與藉由以該各個修整條件進行修整後的研磨墊16以複數種階段的研磨條件研磨了工件20時的工件20的研磨效果之相關關係的相關資料，從該相關資料推斷能夠達到所需之目標研磨效果的修整條件，以該修整條件進行研磨墊16的修整，接著，研磨工件20並且在研磨工件20後進行研磨墊16的清洗，接著測量研磨墊16的表面性狀，因此，能夠不受研磨屑等影響而正確地掌握研磨墊16的表面性狀，能夠進行精度佳的修整，此外，係以使該研磨墊16的表面性狀落在所需而設定的表面性狀內之方式進行管理，因此能夠精度佳地進行工件20的研磨。
此外，係以容易測量的研磨墊16的表面性狀而非工作20的研磨率來管理工件20的研磨狀況，因此，工件20的研磨管理變得容易。
此外，以修整條件及研磨條件的複數種階段的組合，預先取得上述相關關係的資料，藉此，能夠細微地決定實際的修整條件及研磨條件，而能夠良好地維持研磨墊16的表面性狀，因此能夠精度佳地研磨工件20。
此外，只要構成為在將達夫稜鏡以預定的推壓力壓接於研磨墊16的狀態下以達夫稜鏡與研磨墊16的接觸點數來代表研磨墊16的表面性狀，雖然並非直接地測量工件20與研磨墊16的接觸點數，但能夠測量與工件20與研磨墊16的接觸點數相近的接觸點數，從而能夠良好地反映工件20研磨時的狀況。
另外，在上述實施形態中雖係以接觸點數來代表研磨墊16的表面性狀，但亦可構成為以研磨墊16從中心至外端之表面的傾斜度(平坦度)來代表。
當令修整頭30從研磨墊16的中心到外端等速擺動(搖擺)，因修整磨石與研磨墊16的接觸長度等關係，通常研磨墊16中心側的修整量(研削量)會比外端側多，研磨墊16的表面性狀(表面形狀)係形成研缽型。
該研磨墊16的表面形狀的調整係依存於擺動臂28的搖擺速度(等速或變速)、修整頭30的旋轉速度、修整頭30加壓於研磨墊16的加壓度、平台12的旋轉速度等修整條件。
此外，依據在研磨墊16的外端側將修整頭(修整磨石)30偏移(offset)多少(設定要使修整頭30擺動至從研磨墊16外緣突出外側多少的位置)，亦使修整頭30加壓於研磨墊16外端側的加壓度變位，而使研磨墊16外端側的表面 形狀變化。
調整如上述研磨墊的表面性狀(表面形狀)，係能夠使用日本專利第4358763號揭示的方法。
此時，同樣地，預先取得表示預先以複數種階段的修整條件進行了修整時的研磨墊16的表面性狀(表面形狀)、與藉由以該各個修整條件進行修整後的研磨墊16以複數種階段的研磨條件研磨了工件20時的工件20的研磨效果之相關關係的相關資料，藉此，同前述實施形態，能夠良好地進行工件20的研磨與研磨墊16的修整。

Claims (18)

  1. 一種工件研磨方法，係將工件壓接於旋轉之平台的研磨墊上，一邊供給研磨液至前述研磨墊一邊進行工件表面的研磨，然後，令具有修整磨石的修整頭往復移動於前述研磨墊上，進行藉由前述修整磨石調整前述研磨墊的表面狀態之修整；該工件研磨方法的特徵為包含：取得表示預先以複數種階段的修整條件進行了修整時的前述研磨墊的表面性狀、與藉由以該各個修整條件進行修整後的研磨墊研磨了工件時的工件的研磨效果之相關關係的相關資料之步驟；從前述相關資料推斷能達到目標研磨效果的推估修整條件，以該推斷出的推估修整條件進行前述研磨墊的修整之修整步驟；研磨工件之研磨步驟；清洗研磨工件後的前述研磨墊之步驟；及測量該清洗後的前述研磨墊的表面性狀之步驟；若測量到的前述研磨墊的表面性狀為在表示所需而設定的表面性狀之設定資料內的表面性狀，則移至工件的研磨步驟，當測量結果為表面性狀比前述設定資料差時，移至以前述推估修整條件進行的再修整步驟或更換前述研磨墊。
  2. 如請求項1之工件研磨方法，其中在以前述推估修整條件進行的前述研磨墊的再修整後，清洗前述研磨墊，測量該清洗後的研磨墊的表面性狀； 若該測量到的前述研磨墊的表面性狀為表示前述所需而設定的表面性狀之設定資料內的表面性狀則移至工件的研磨步驟，當測量結果為表面性狀比前述設定資料差時，更換前述研磨墊。
  3. 如請求項1或2之工件研磨方法，其中前述修整磨石係有由平均粒度相異的磨粒構成的複數種修整磨石，前述複數種階段的修整條件乃係分別使用相異的修整磨石進行的修整條件。
  4. 如請求項3之工件研磨方法，其中前述修整條件係進一步含有對前述修整頭的推壓前述研磨墊的推壓力、沿前述平台的半徑方向的往復移動速度、以前述軸線為中心的旋轉速度、修整時間、及前述平台的旋轉速度中的至少一者進行變更。
  5. 如請求項3之工件研磨方法，其中當使用由前述平均粒度小的磨粒構成的修整磨石進行前述研磨墊的修整時，事先使用平均粒度比其更大的修整磨石進行修整過後再進行修整。
  6. 如請求項3之工件研磨方法，其中前述修整頭使用的是將分別固定有前述平均粒度相異的磨粒而成的複數種修整磨石沿周方向交替配置在底面的修整頭。
  7. 如請求項6之工件研磨方法，其中將前述複數種修整磨石以分別能夠藉由空氣壓力而從前述修整頭底面突出/突入的方式設置。
  8. 如請求項1或2之工件研磨方法，其中在取得前述相關資料時含有複數個研磨條件，前述複數個研磨條件含 有將工件壓接於前述研磨墊的研磨壓力相異的階段。
  9. 如請求項1或2之工件研磨方法，其中如下述進行前述研磨墊的表面性狀的測量：將具有接觸面、讓光射入到該接觸面的入光面、及觀察面的稜鏡，以使前述接觸面抵接於前述研磨墊的研磨面之方式配置在該研磨面上；對配置在該研磨面上的前述稜鏡施加預定的推壓力而以接觸面推壓前述研磨墊的研磨面；當令光射入前述入光面而以前述接觸面使折射光反射時，在與未抵接前述接觸面的前述研磨墊的凹部對應的接觸面使之全反射，在與抵接前述接觸面的前述研磨墊的凸部對應的接觸面使因全反射被破壞而發生的反射光反射；以光接收部接收從前述稜鏡的前述觀察面側射出的反射光，藉由該接收光的狀態觀察研磨面的表面狀態。
  10. 如請求項9之工件研磨方法，其中前述稜鏡使用的是達夫稜鏡。
  11. 如請求項9之工件研磨方法，其中進行將藉由前述光接收部而檢測出的接觸圖像設為白色或黑色的任一者的二值化處理，使用從藉由該二值化處理而得的二值化圖像資料算出的每單位面積接觸點數來測量前述研磨墊的表面性狀。
  12. 如請求項1或2之工件研磨方法，其中前述研磨墊的表面性狀乃係該研磨墊從中心至外端之表面的傾斜度。
  13. 如請求項1或2之工件研磨方法，其中工件的前述研磨效果乃係工件的研磨率。
  14. 如請求項1或2之工件研磨方法，其中前述研磨步驟與前述修整步驟係在相異的裝置上進行。
  15. 一種研磨墊的修整方法，係將工件壓接於旋轉之平台的研磨墊上，一邊供給研磨液至前述研磨墊一邊進行工件表面的研磨，然後，令具有修整磨石的修整頭往復移動於前述研磨墊上，藉由前述修整磨石調整前述研磨墊的表面狀態；該研磨墊的修整方法的特徵為：取得表示預先以複數種階段的修整條件進行了修整時的前述研磨墊的表面性狀、與藉由以該各個修整條件進行修整後的研磨墊研磨了工件時的工件的研磨效果之相關關係的相關資料；從前述相關資料推斷能重現目標研磨效果的推估修整條件，以前述推估修整條件進行前述研磨墊的修整；在研磨工件後測量前述研磨墊的表面性狀，當結果為測量到的前述研磨墊的表面性狀比表示所需而設定的表面性狀之設定資料差時，藉由前述推估修整條件對前述研磨墊進行再修整或更換前述研磨墊。
  16. 如請求項15之研磨墊的修整方法，其中如下述進行前述研磨墊的表面性狀的測量：將具有接觸面、讓光射入到該接觸面的入光面、及觀察面的稜鏡，以使前述接觸面抵接於前述研磨墊 的研磨面之方式配置在該研磨面上；對配置在該研磨面上的前述稜鏡施加預定的推壓力而以接觸面推壓前述研磨墊的研磨面；當令光射入前述入光面而以前述接觸面使折射光反射時，在與未抵接前述接觸面的前述研磨墊的凹部對應的接觸面使之全反射，在與抵接前述接觸面的前述研磨墊的凸部對應的接觸面使因全反射被破壞而發生的反射光反射；以光接收部接收從前述稜鏡的前述觀察面側射出的反射光，藉由該接收光的狀態觀察研磨面的表面狀態。
  17. 如請求項15或16之研磨墊的修整方法，其中前述複數種階段的修整條件乃係三階段以上。
  18. 如請求項15或16之研磨墊的修整方法，其中前述修整磨石係有由平均粒度相異的磨粒構成的複數種修整磨石，前述複數種階段的修整條件乃係分別使用相異的修整磨石進行的修整條件，當使用由前述平均粒度小的磨粒構成的修整磨石進行前述研磨墊的修整時，事先使用平均粒度比其更大的修整磨石進行修整過後再進行修整。
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