特許 6121284 研磨装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6121284

(24)【登録日】2017年4月7日

(45)【発行日】2017年4月26日

(54)【発明の名称】研磨装置

(51)【国際特許分類】

   B24B 37/005 20120101AFI20170417BHJP

【ＦＩ】

   B24B37/005 Z

【請求項の数】1

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2013-168041(P2013-168041)

(22)【出願日】2013年8月13日

(65)【公開番号】特開2015-36166(P2015-36166A)

(43)【公開日】2015年2月23日

【審査請求日】2016年6月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000134051

【氏名又は名称】株式会社ディスコ

(74)【代理人】

【識別番号】110001014

【氏名又は名称】特許業務法人東京アルパ特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100087099

【弁理士】

【氏名又は名称】川村 恭子

(74)【代理人】

【識別番号】100063174

【弁理士】

【氏名又は名称】佐々木 功

(74)【代理人】

【識別番号】100124338

【弁理士】

【氏名又は名称】久保 健

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 真也

(72)【発明者】

【氏名】浅井 宏平

【審査官】 亀田 貴志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−１７６７６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１２２５２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３５８６２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２４Ｂ ３７／００５

Ｂ２４Ｂ ４１／０６

Ｂ２４Ｂ ４９／１０

Ｂ２３Ｑ １／３４

ＤＷＰＩ（Ｔｈｏｍｓｏｎ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

保持面に板状ワークを保持する保持テーブルと、
該保持面に保持された板状ワークを研磨する研磨パッドが回転可能に装着される研磨手段と、
該研磨手段と該保持テーブルとを相対的に接近及び離間させる研磨送り手段と、
該研磨送り手段が該研磨手段と該保持テーブルとを接近させることにより該保持テーブルに保持された板状ワークに該研磨パッドが押圧される研磨荷重を検出する３つ以上の荷重センサーと、
該研磨パッドの研磨面と、該保持テーブルの保持面との間の傾きを調整する傾き調整手段と、
該傾き調整手段を制御する制御部と、
を備えた研磨装置において、
各荷重センサーは、該保持テーブルの中心を重心とする正多角形の頂点に均等間隔で配設され、
研磨加工中に各荷重センサーで検出される研磨荷重が均等になるよう、該制御部が該傾き調整手段を制御する、研磨装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、板状ワークを研磨する研磨装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ウェーハなどの板状ワークを研磨する研磨装置においては、保持テーブルの保持面に板状ワークを保持し、研磨手段に装着された研磨パッドを板状ワークに押圧することにより研磨が行われる（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３−３１１６１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このような研磨装置では、板状ワークの全面が同じように研磨パッドに接触し、板状ワークの中心付近も研磨できるようにするために、研磨パッドの回転軸と保持テーブルの回転軸とをずらして配置している。

【0005】

しかし、板状ワークの大きさや材質などが変化すると、研磨パッドの回転数、保持テーブルの回転数、研磨荷重、研磨パッドと保持テーブルとの位置関係などの設定を変更する必要がある。これらの設定が変化すると、保持テーブルの保持面と、研磨パッドの研磨面とが平行になる条件も変化するため、保持テーブルの保持面と研磨パッドの研磨面とを平行に維持することが難しい。そして、研磨加工中に、保持テーブルの保持面と研磨パッドの研磨面とが平行に維持されないと、研磨した板状ワークに波紋状の研磨斑（径方向に生じるわずかな厚みの差）ができる場合がある。

【0006】

本発明は、このような問題にかんがみなされたもので、研磨加工中に、保持テーブルの保持面と研磨パッドの研磨面とを平行に維持することにより、板状ワークの被研磨面の平面度を高め、研磨斑の発生を防ぐことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る研磨装置は、保持面に板状ワークを保持する保持テーブルと、該保持面に保持された板状ワークを研磨する研磨パッドが回転可能に装着される研磨手段と、該研磨手段と該保持テーブルとを相対的に接近及び離間させる研磨送り手段と、該研磨送り手段が該研磨手段と該保持テーブルとを接近させることにより該保持テーブルに保持された板状ワークに該研磨パッドが押圧される研磨荷重を検出する３つ以上の荷重センサーと、該研磨パッドの研磨面と、該保持テーブルの保持面との間の傾きを調整する傾き調整手段と、該傾き調整手段を制御する制御部と、を備えた研磨装置において、各荷重センサーは、該保持テーブルの中心を重心とする正多角形の頂点に均等間隔で配設され、研磨加工中に各荷重センサーで検出される研磨荷重が均等になるよう、該制御部が該傾き調整手段を制御する。

【発明の効果】

【0008】

本発明に係る研磨装置によれば、研磨加工中に各荷重センサーで検出される研磨荷重が均等になるように制御手段が傾き調整手段を制御するので、研磨パッドの回転数、保持テーブルの回転数、研磨荷重、研磨パッドと保持テーブルとの位置関係などの設定を変更した場合でも、保持テーブルの保持面と研磨パッドの研磨面とが平行な状態を維持することができる。これにより、板状ワークの被研磨面の平面度を高め、研磨斑の発生を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】研磨装置を示す正面図及び平面図。

【図2】研磨送りの位置と研磨荷重と支持手段による支持位置との変化を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１に示す研磨装置１０は、基台１１と、板状ワーク２０を保持する保持テーブル１２と、板状ワーク２０を研磨する研磨手段１３と、研磨手段１３を±Ｚ方向に移動させる研磨送り手段１４と、保持テーブル１２を支持する３つの支持手段１５ａ〜１５ｃと、研磨荷重を測定する３つの荷重センサー１６ａ〜１６ｃと、保持テーブル１２の傾きを調整する傾き調整手段１９ａ〜１９ｃと、傾き調整手段１９ａ〜１９ｃを制御する制御部１７とを備えている。

【0011】

保持テーブル１２は、例えばチャックテーブルであり、保持面１２１に載置された板状ワーク２０を吸着して保持する。保持テーブル１２は、±Ｚ方向に平行な回転軸１２９を中心として回転可能となっている。

【0012】

研磨手段１３は、先端に研磨パッド３０が装着され、±Ｚ方向に平行な回転軸１３９を中心として研磨パッド３０を回転させることにより、保持テーブル１２に保持されて回転している板状ワーク２０を研磨する。研磨の方式は、例えば化学機械研磨（ＣＭＰ）であってもよいし、ドライポリッシュであってもよい。研磨パッド３０は、例えば布や樹脂で形成されている。研磨パッド３０が砥粒を含有している構成であってもよいし、外部から砥粒を供給する構成であってもよい。研磨パッド３０の回転軸１３９と、保持テーブル１２の回転軸１２９とは、離れている。研磨パッド３０の直径は、板状ワーク２０の直径より大きく、研磨加工中は、板状ワーク２０の被研磨面（＋Ｚ方向の面）全体に、研磨パッド３０の研磨面（−Ｚ方向の面）が接触する。

【0013】

研磨送り手段１４は、例えばボールねじ機構を備え、制御部１７からの指示にしたがって研磨手段１３を±Ｚ方向に移動させる。研磨送り手段１４が研磨手段１３を＋Ｚ方向に移動させると、保持テーブル１２と研磨手段１３とは相対的に離間し、研磨送り手段１４が研磨手段１３を−Ｚ方向に移動させると、保持テーブル１２と研磨手段１３とは相対的に接近する。

【0014】

３つの支持手段１５ａ〜１５ｃは、保持テーブル１２の回転軸１２９を中心として、１２０度ずつ離れた方向に等距離に配置されている。各支持手段１５ａ〜１５ｃは、傾き調整手段１９ａ〜１９ｃを介して、保持テーブル１２を支持している。傾き調整手段１９ａ〜１９ｃは、例えばねじやてこなどにより支持手段１５ａ〜１５ｃが保持テーブル１２を支持する位置を±Ｚ方向に移動させることにより、保持テーブル１２の保持面１２１と、研磨パッド３０の研磨面との間の傾きを調整する。

【0015】

各荷重センサー１６ａ〜１６ｃは、支持手段１５ａ〜１５ｃと基台１１との間に配置されている。したがって、３つの荷重センサー１６ａ〜１６ｃは、保持テーブル１２の回転軸１２９から等距離の位置に互いに等間隔に配設されている。３つの荷重センサー１６ａ〜１６ｃが研磨荷重を検出する位置を頂点とする三角形は正三角形であり、この正三角形は回転軸１２９に対して垂直であり、その重心は回転軸１２９上に位置する。研磨送り手段１４が研磨手段１３を−Ｚ方向に移動させて、研磨パッド３０の研磨面が板状ワーク２０の被研磨面に接触し、研磨パッド３０が板状ワーク２０を押圧すると、その圧力を荷重センサー１６ａ〜１６ｃが研磨荷重として検出する。

【0016】

制御部１７は、荷重センサー１６ａ〜１６ｃで検出される研磨荷重が均等になるよう、傾き調整手段１９ａ〜１９ｃを制御する。
例えば、荷重センサー１６ａで検出された研磨荷重が、他の２つの荷重センサー１６ｂ，１６ｃで検出された研磨荷重よりも小さい場合、制御部１７は、その荷重センサー１６ａが配置された支持手段１５ａに接続された傾き調整手段１９ａを制御して、支持手段１５ａが保持テーブル１２を支持する位置を＋Ｚ方向に移動させる。これにより、支持手段１５ａに近い位置における保持テーブル１２の保持面１２１と研磨パッド３０の研磨面との間の距離が小さくなるので、荷重センサー１６ａが検出する研磨荷重が大きくなる。
逆に、荷重センサー１６ａで検出された研磨荷重が、他の２つの荷重センサー１６ｂ，１６ｃで検出された研磨荷重よりも大きい場合、制御部１７は、その荷重センサー１６ａが配置された支持手段１５ａに接続された傾き調整手段１９ａを制御して、支持手段１５ａが保持テーブル１２を支持する位置を−Ｚ方向に移動させる。これにより、支持手段１５ａに近い位置における保持テーブル１２の保持面１２１と研磨パッド３０の研磨面との間の距離が大きくなるので、荷重センサー１６ａが検出する研磨荷重が小さくなる。

【0017】

研磨パッド３０の直径は板状ワーク２０の直径より大きく、研磨加工中は、常に、板状ワーク２０の被研磨面全体に研磨パッド３０の研磨面が接触している。この点が、研削砥石の研削面が板状ワーク２０の被研削面全体には接触していない研削加工中の研削装置と異なる点である。このため、各センサーの研磨荷重が等しくなるように、保持テーブル１２の保持面１２１と研磨パッド３０の研磨面との間の傾きを調整すると、保持テーブル１２の保持面１２１と研磨パッド３０の研磨面とが平行になる。

【0018】

また、制御部１７は、研磨加工中に各荷重センサー１６ａ〜１６ｃで検出される研磨荷重があらかじめ定めた荷重範囲内になるように、傾き調整手段１９ａ〜１９ｃを制御する。例えば、研磨荷重が荷重範囲の上限より大きい場合、制御部１７は、傾き調整手段１９ａ〜１９ｃを制御して、支持手段１５ａ〜１５ｃが保持テーブル１２を支持する位置を−Ｚ方向に移動させる。逆に、研磨荷重が荷重範囲の下限より小さい場合、制御部１７は、傾き調整手段１９ａ〜１９ｃを制御して、支持手段１５ａ〜１５ｃが保持テーブル１２を支持する位置を＋Ｚ方向に移動させる。

【0019】

図２において、位置６１は、研磨送り手段１４が研磨手段１３を移動させるときの±Ｚ方向における位置であり、研磨荷重６２ａ〜６２ｃは、それぞれ、荷重センサー１６ａ〜１６ｃで検出される研磨荷重であり、支持位置６３ａ〜６３ｃは、それぞれ、傾き調整手段１９ａ〜１９ｃによって調整される支持手段１５ａ〜１５ｃが保持テーブル１２を支持する±Ｚ方向における支持位置である。

【0020】

研磨開始時は、＋Ｚ方向に退避している研磨手段１３を、時刻４１に、研磨送り手段１４が−Ｚ方向へ移動させ始める。この時点で、研磨手段１３に装着された研磨パッド３０の研磨面と、保持テーブル１２の保持面１２１とが平行ではなく、Ｙ軸を挟んで＋Ｘ方向の側は、研磨パッド３０の研磨面と保持テーブル１２の保持面１２１との距離が近く、−Ｘ方向の側は、研磨パッド３０の研磨面と保持テーブル１２の保持面１２１との距離が遠いと仮定する。

【0021】

その場合、＋Ｘ方向の側において、研磨パッド３０の研磨面と、板状ワーク２０の被研磨面とが最初に接触する。このため、時刻４２に荷重センサー１６ｃが研磨荷重を検出したとき、他の荷重センサー１６ａ，１６ｂは、まだ、研磨荷重を検出しない。荷重センサー１６ｃで検出された研磨荷重が、他の２つの荷重センサー１６ａ，１６ｂで検出された研磨荷重より大きいので、制御部１７は、傾き調整手段１９ｃを制御し、支持手段１５ｃによる保持テーブル１２の支持位置を−Ｚ方向に移動させる。

【0022】

時刻４３において、荷重センサー１６ａが研磨荷重を検出し始めるが、まだ、荷重センサー１６ｃで検出された研磨荷重が、他の２つの荷重センサー１６ａ，１６ｂで検出された研磨荷重より大きいので、制御部１７は、傾き調整手段１９ｃを制御し、支持手段１５ｃによる保持テーブル１２の支持位置を更に−Ｚ方向に移動させる。また、荷重センサー１６ｂだけがまだ研磨荷重を検出せず、荷重センサー１６ｂで検出された研磨荷重が、他の２つの荷重センサー１６ａ，１６ｃで検出された研磨荷重より小さいので、制御部１７は、傾き調整手段１９ｂを制御し、支持手段１５ｂによる保持テーブル１２の支持位置を＋Ｚ方向に移動させる。

【0023】

時刻４４において、荷重センサー１６ｂが研磨荷重を検出し始める頃には、２つの荷重センサー１６ａ，１６ｃで検出される研磨荷重がほぼ等しくなったとすると、荷重センサー１６ｂで検出された研磨荷重だけが、他の２つの荷重センサー１６ａ，１６ｃで検出された研磨荷重より小さいので、制御部１７は、傾き調整手段１９ｂを制御し、支持手段１５ｂによる保持テーブル１２の支持位置を更に＋Ｚ方向に移動させる。

【0024】

そして、時刻４５において、３つの荷重センサー１６ａ〜１６ｃで検出される研磨荷重が同じになったとすると、これにより、研磨パッド３０の研磨面と、保持テーブル１２の保持面１２１とが平行になる。このように、研磨を開始したかなり早い段階で、研磨パッド３０の研磨面と、保持テーブル１２の保持面１２１とが平行になる。

【0025】

研磨加工中は、常に、３つの荷重センサー１６ａ〜１６ｃで検出される研磨荷重を制御部１７が監視している。３つの研磨荷重が等しくなくなった場合、制御部１７は、すぐに、傾き調整手段１９ａ〜１９ｃを制御して、バランスが崩れた研磨荷重に対応する支持手段の支持位置を変化させ、３つの研磨荷重を等しくする。これにより、研磨加工中は常に、研磨パッド３０の研磨面と、保持テーブル１２の保持面１２１とが平行な状態が維持される。このため、保持面１２１に保持された板状ワーク２０の被研磨面の平面度を高くすることができ、研磨斑の発生を防ぐことができる。

【0026】

また、研磨加工中に各荷重センサー１６ａ〜１６ｃで検出される研磨荷重が、適正荷重範囲５１の上限５１２に達した場合、各傾き調整手段１９ａ〜１９ｃを制御して、各支持手段１５ａ〜１５ｃによる保持テーブル１２の支持位置を同じように−Ｚ方向に移動させる。これにより、研磨パッド３０の研磨面と、保持テーブル１２の保持面１２１との平行が保たれたまま、研磨パッド３０の研磨面と、保持テーブル１２の保持面１２１との間の距離が大きくなるため、各荷重センサー１６ａ〜１６ｃで検出される研磨荷重は、同じように小さくなり、適正荷重範囲５１内に収まる。

【0027】

逆に、研磨加工中に、各荷重センサー１６ａ〜１６ｃで検出される研磨荷重が、適正荷重範囲５１の下限５１１に達した場合、各傾き調整手段１９ａ〜１９ｃを制御して、各支持手段１５ａ〜１５ｃによる保持テーブル１２の支持位置を同じように＋Ｚ方向に移動させる。これにより、研磨パッド３０の研磨面と、保持テーブル１２の保持面１２１との平行が保たれたまま、研磨パッド３０の研磨面と、保持テーブル１２の保持面１２１との間の距離が小さくなるため、各荷重センサー１６ａ〜１６ｃで検出される研磨荷重は、同じように大きくなり、適正荷重範囲５１内に収まる。

【0028】

以上説明した実施形態は、一例であり、本発明は、これに限定されるものではない。
例えば、研磨送り手段１４は、保持テーブル１２と研磨手段１３とを相対的に接近及び離間させるものであればよく、研磨手段１３を移動させるのではなく、保持テーブル１２を移動させる構成であってもよいし、保持テーブル１２と研磨手段１３との双方を±Ｚ方向に移動させる構成であってもよい。
また、荷重センサー１６ａ〜１６ｃは、保持テーブル１２の回転軸１２９を中心に回転対称に配置されていればよく、３つに限らず、４つ以上であってもよい。
さらに、傾き調整手段１９ａ〜１９ｃは、保持テーブル１２の保持面１２１と研磨パッド３０の研磨面との間の傾きを調整するものであればよく、保持テーブル１２の傾きを調整するのではなく、研磨手段１３の傾きを調整する構成であってもよいし、保持テーブル１２と研磨手段１３との双方の傾きを調整する構成であってもよい。
制御部１７は、研磨荷重が荷重範囲内に収まるようにするため、傾き調整手段１９ａ〜１９ｃを制御するのではなく、研磨送り手段１４を制御することにより研磨送り量を調整する構成であってもよい。

【符号の説明】

【0029】

１０ 研磨装置、１１ 基台、１２ 保持テーブル、１２１ 保持面、
１２９，１３９ 回転軸、
１３ 研磨手段、１４ 研磨送り手段、１５ 支持手段、１６ 荷重センサー、
１７ 制御部、１８ 判断部、１９ 傾き調整手段、２０ 板状ワーク、
３０ 研磨パッド、４１，４２，４３，４４，４５，４６ 時刻、
５１ 適正荷重範囲、５１１ 下限、５１２ 上限、
６１ 位置、６２ 研磨荷重、６３ 支持位置

【図1】

【図2】