特開 2022-185602 研磨装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022185602

(43)【公開日】2022-12-15

(54)【発明の名称】研磨装置

(51)【国際特許分類】

   B24B 37/08 20120101AFI20221208BHJP

   B24B 49/16 20060101ALI20221208BHJP

   B24B 41/047 20060101ALI20221208BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20221208BHJP

【ＦＩ】

B24B37/08

B24B49/16

B24B41/047

H01L21/304 622S

H01L21/304 621A

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021093323

(22)【出願日】2021-06-03

(71)【出願人】

【識別番号】509051026

【氏名又は名称】株式会社ポラテック

(74)【代理人】

【識別番号】110001298

【氏名又は名称】弁理士法人森本国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高田 穣一

(72)【発明者】

【氏名】小関 忠雄

【テーマコード（参考）】

3C034

3C158

5F057

【Ｆターム（参考）】

3C034AA19

3C034BB25

3C034BB92

3C034CA16

3C034CB11

3C158AC02

3C158BA05

3C158BB02

3C158BC02

3C158BC05

3C158CB01

3C158CB03

3C158DA17

3C158EA01

5F057AA12

5F057AA19

5F057BA11

5F057BB11

5F057CA19

5F057DA02

5F057GA02

5F057GA12

5F057GA13

5F057GA16

5F057GA27

5F057GB04

5F057GB11

(57)【要約】

【課題】被研磨物の研磨中における被研磨物の研磨量（被研磨物の厚さ）を正確に検出可能な研磨装置を提供する。
【解決手段】研磨装置１０は、上定盤１１と、上定盤１１と対向して配置される下定盤１２と、上定盤１１を昇降可能に吊り下げ支持する昇降機構２０と、上定盤１１の下方向の荷重を検出するロードセル３０と、を備え、被研磨物９０を上定盤１１及び下定盤１２によって挟持した状態で研磨するものである。研磨装置１０は、昇降機構２０とロードセル３０との間に設けられ、上定盤１１の下方向の荷重に応じて下方向に撓む撓み板４０と、撓み板４０の下方向への撓み量を測定する撓み量測定器５０と、撓み量測定器５０によって測定された撓み量から被研磨物９０の研磨量を算出するコントローラ７０と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

上定盤と、前記上定盤と対向して配置される下定盤と、前記上定盤を昇降可能に吊り下げ支持する昇降機構と、前記上定盤の下方向の荷重を検出する荷重センサと、を備え、被研磨物を前記上定盤及び前記下定盤によって挟持した状態で研磨する研磨装置であって、
前記昇降機構と前記荷重センサとの間に設けられ、前記上定盤の下方向の荷重に応じて下方向に撓む撓み板と、
前記撓み板の下方向への撓み量を測定する測定部と、
前記測定部によって測定された前記撓み量から前記被研磨物の研磨量を算出する算出部と、
を備えること
を特徴とする研磨装置。

【請求項2】

前記昇降機構は、サーボシリンダを備え、
前記撓み板は、サーボシリンダによって吊り下げ支持された前記上定盤の下方向の荷重に応じて下方向に撓むこと
を特徴とする請求項１に記載の研磨装置。

【請求項3】

前記荷重センサは、ロードセルによって構成され、
前記撓み板は、前記昇降機構と前記ロードセルとの間に設けられ、前記ロードセルによって荷重が検出される前記上定盤の下方向の荷重に応じて下方向に撓むこと
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の研磨装置。

【請求項4】

前記上定盤は、前記下定盤と対向する位置から水平方向に移動可能に構成されること
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の研磨装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体ウエハ、リソグラフィ用マスクの基盤として使用される石英ガラス等の被研磨物を研磨する研磨装置の技術に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、半導体ウエハ或いはマスク用ガラス板等の被研磨物を研磨する研磨装置としては、特許文献１に示すようなものが公知となっている。特許文献１の研磨装置では、上定盤と下定盤との間に被研磨物が挟まれる形で研磨が行われる。

【0003】

特許文献１の研磨装置では、上定盤は、サーボモータ及びサーボシリンダからなる昇降機構によって上下動可能に構成されている。上定盤は、当該昇降機構によって下降することで、下定盤上の被研磨物と接触し、被研磨物を下定盤とともに挟持することで、被研磨物を研磨する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５－１３９８５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１の研磨装置では、被研磨物の厚さが極薄であるとともに、被研磨物の研磨量が極めて少量であり、また、被研磨物の研磨中に装置自体の撓みも生じるため、被研磨物の研磨中に被研磨物の研磨量（被研磨物の厚さ）を正確に検出することができなかった。そのため、被研磨物に対する研磨精度を管理することが難しく、被研磨物に対する研磨効率が悪いという問題があった。

【0006】

本発明は上記課題を解決するもので、被研磨物の研磨中における被研磨物の研磨量（被研磨物の厚さ）を正確に検出可能な研磨装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明の研磨装置は、上定盤と、前記上定盤と対向して配置される下定盤と、前記上定盤を昇降可能に吊り下げ支持する昇降機構と、前記上定盤の下方向の荷重を検出する荷重センサと、を備え、被研磨物を前記上定盤及び前記下定盤によって挟持した状態で研磨する研磨装置であって、前記昇降機構と前記荷重センサとの間に設けられ、前記上定盤の下方向の荷重に応じて下方向に撓む撓み板と、前記撓み板の下方向への撓み量を測定する測定部と、前記測定部によって測定された前記撓み量から前記被研磨物の研磨量を算出する算出部と、を備えるものである。

【0008】

上記構成では、上定盤の下方向の荷重に応じて下方向に撓む撓み板の撓み量から被研磨物の研磨量を検出できる。

【0009】

本発明の研磨装置では、前記昇降機構は、サーボシリンダを備え、前記撓み板は、サーボシリンダによって吊り下げ支持された前記上定盤の下方向の荷重に応じて下方向に撓むものである。

【0010】

上記構成では、サーボシリンダによって昇降移動が制御される上定盤の荷重に応じて撓む撓み板の撓み量から被研磨物の研磨量を検出できる。

【0011】

本発明の研磨装置では、前記荷重センサは、ロードセルによって構成され、前記撓み板は、前記昇降機構と前記ロードセルとの間に設けられ、前記ロードセルによって荷重が検出される前記上定盤の下方向の荷重に応じて下方向に撓むものである。

【0012】

上記構成では、ロードセルによって荷重が検出される上定盤の荷重に応じて撓む撓み板の撓み量から被研磨物の研磨量を検出できる。

【0013】

本発明の研磨装置では、前記上定盤は、前記下定盤と対向する位置から水平方向に移動可能に構成されるものである。

【0014】

上記構成では、被研磨物を下定盤上に載置する際に、上定盤を下定盤と対向する位置から水平方向に移動させることができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明の研磨装置によれば、上定盤の下方向の荷重に応じて下方向に撓む撓み板の撓み量から被研磨物の研磨量を検出できることから、被研磨物の研磨中に上定盤を除く装置自体の撓みの影響を受けることなく被研磨物の研磨量を検出できる。そのため、被研磨物の研磨中における被研磨物に対する研磨精度を容易に管理することができ、被研磨物に対する研磨効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施の形態に係る研磨装置の正面図である。

【図2】同研磨装置の側面図である。

【図3】同研磨装置の平面図である。

【図4】同研磨装置の撓み板近傍の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明に係る研磨装置１０について説明する。図１から図３に示すように、研磨装置１０は、例えば、半導体ウエハや光学ガラス等の被研磨物９０の研磨加工において使用される装置である。研磨装置１０は、上定盤１１と、上定盤１１と対向して配置される下定盤１２と、上定盤１１を昇降可能に吊り下げ支持する昇降機構２０と、上定盤１１の下方向の荷重を検出するロードセル３０（「荷重センサ」の一例）と、装置全体を制御するコントローラ７０と、を主に備える。研磨装置１０は、昇降機構２０によって固定位置まで下降した上定盤１１と、上定盤１１と対向する下定盤１２と、によって被研磨物９０を挟持した状態で、被研磨物９０の両面を同時に研磨する。

【0018】

上定盤１１及び下定盤１２は、互いに上下方向に対向して設けられる。上定盤１１の下面及び下定盤１２の上面には研磨布が貼付されている。上定盤１１は、支持フレーム１３に支持ロッド１４を介して吊り下げた状態で支持されている。支持フレーム１３は、その中央部にベアリング（図示せず）を有することでロードセル支持フレーム３１（連結部３６）に対して回転可能に構成されている。上定盤１１は、支持フレーム１３を介して昇降機構２０によって昇降可能に構成され、その高さ位置が昇降機構２０によって制御される。

【0019】

昇降機構２０は、サーボシリンダ２１と、サーボモータ２２と、を主に備える。昇降機構２０は、サーボモータ２２によってサーボシリンダ２１を駆動させることで、撓み板４０と、ロードセル３０と、上定盤１１と、を昇降移動させる。すなわち、昇降機構２０は、撓み板４０及びロードセル３０を介して上定盤１１を昇降可能に吊り下げ支持する。昇降機構２０では、上定盤１１の昇降移動にサーボシリンダ２１を用いることで、上定盤１１の移動距離及び移動速度を制御する。また、サーボシリンダ２１は、エアシリンダのような摺動抵抗となるピストンシールを有さないため、摺動抵抗による制御遅れが生じず、より反応速度の速い制御を行うことができる。サーボモータ２２は、コントローラ７０に接続され、コントローラ７０の指示信号に従って駆動する。

【0020】

昇降機構２０と上定盤１１との間には、上定盤１１の下方向の荷重を検出するロードセル３０（「荷重センサ」の一例）が設けられている。より具体的は、ロードセル３０は、サーボシリンダ２１のシャフトの下方であって、上定盤１１の支持フレーム１３の上部に設けられている。ロードセル３０は、連結部材３５を介して撓み板４０に連結されている。ロードセル３０はその下部にロードセル支持フレーム３１が固定されている。ロードセル支持フレーム３１は、ロードセル３０を支持するフレームであり、上定盤１１の支持フレーム１３の中央上部に連結部３６を介して連結されている。ロードセル３０は、コントローラ７０に接続され、検出した上定盤１１の下方向の荷重を検出信号としてコントローラ７０に送信する。ロードセル３０は、上定盤１１（上定盤１１に貼付される研磨布）が被研磨物９０に接触していない場合には、上定盤１１の全重量を、上定盤１１の下方向の荷重として検出する。また、ロードセル３０は、上定盤１１（上定盤１１に貼付される研磨布）が被研磨物９０に接触している場合には、上定盤１１の全重量と被研磨物９０に加わる研磨荷重との差を、上定盤１１の下方向の荷重として検出する。

【0021】

コントローラ７０は、ロードセル３０によって検出される上定盤１１の下方向の荷重に基づいてサーボモータ２２の駆動を制御することでサーボシリンダ２１の移動量を変化させて被研磨物９０に対する上定盤１１の加工圧力を制御する。具体的には、コントローラ７０は、ロードセル３０によって検出される上定盤１１の荷重変化を打ち消すようにサーボシリンダ２１の移動量を変化させることで、被研磨物９０に対する上定盤１１の加工圧力を制御する。コントローラ７０は、ロードセル３０によって検出される上定盤１１の下方向の荷重に基づいてサーボシリンダ２１の移動速度を制御することで、被研磨物９０に対する上定盤１１の接触圧力を一定に制御する。コントローラ７０は、サーボシリンダ２１の移動量によって上定盤１１の位置を検出する。そのため、コントローラ７０は、下定盤１２の下端位置を制御することによって、被研磨物９０の最終厚さを一定に制御することができる。

【0022】

図１及び図２に示すように、昇降機構２０（サーボシリンダ２１）とロードセル３０との間には、上定盤１１の下方向の荷重に応じて下方向に撓む撓み板４０が設けられている。撓み板４０は、平面視略四角形に形成される板材によって構成される。撓み板４０は、下方向への荷重によって撓む程度の所定の厚みで構成されている。

【0023】

撓み板４０は、その上方に設けられる上方支持フレーム４１に回り止めガイド４２を介して吊り下げられた状態で支持されている。上方支持フレーム４１は、サーボシリンダ２１のシャフトの下方に設けられ、サーボシリンダ２１の駆動によって昇降移動可能に構成されている。回り止めガイド４２は、撓み板４０を上方支持フレーム４１に対して回転させずに、撓み板４０と上方支持フレーム４１とを上下方向に所定の間隔で保持するように、撓み板４０と上方支持フレーム４１との間に設けられる。

【0024】

撓み板４０は、連結部材３５を介してロードセル３０を吊り下げ支持する。図４に示すように、撓み板４０は、上定盤１１（上定盤１１に貼付される研磨布）が被研磨物９０に接触していない場合には、上定盤１１の下方向の荷重が連結部材３５を介して下方向に掛かり、その中央部分が下方に撓む（図４の二点鎖線参照）。すなわち、撓み板４０は、上定盤１１の重量に見合った撓み量でその中央部分が下方に撓む。

【0025】

一方で、撓み板４０は、上定盤１１（上定盤１１に貼付される研磨布）が被研磨物９０に接触して上定盤１１の下方向の荷重が減少することで、その中央部分の撓み量が減少する。すなわち、撓み板４０は、上定盤１１の荷重の減少量に合わせてその中央部分の撓み量が減少する。

【0026】

このように、撓み板４０は、上定盤１１の下方向の荷重に応じて下方向に撓み、その撓み量は上定盤１１の荷重変化に合わせて変化する。すなわち、撓み板４０の撓み量は、上定盤１１の荷重と対比関係にある。

【0027】

図２に示すように、撓み板４０の中央部分の下方向への撓み量は、撓み量測定器５０（「測定部」の一例）によって測定される。撓み量測定器５０は、ダイヤルゲージによって構成されている。撓み量測定器５０は、昇降機構２０とロードセル３０との間に設けられ、具体的には、撓み板４０と上方支持フレーム４１との間に設けられえる。撓み量測定器５０は、コントローラ７０に接続され、測定した撓み板４０の撓み量を検出信号としてコントローラ７０に送信する。

【0028】

図１から図３に示すように、研磨装置１０は、上定盤１１を下定盤１２と対向する位置から水平方向に移動させるための水平移動機構６０を有する。水平移動機構６０は、本体６１と、昇降機構２０を支持するための支持アーム６２と、支持アーム６２を水平移動させるためのレール６３と、支持アーム６２を走行させるためのＬＭガイドアクチュエータ６４と、を備える。

【0029】

本体６１は、下定盤１２の側方に形成され、研磨装置１０の本体１５から上方に立設される立設部６１Ａと、立設部６１Ａの上部側方から水平方向に延設される延設部６１Ｂと、から構成される。

【0030】

支持アーム６２は、昇降機構２０（サーボシリンダ２１）の上部を支持し、本体６１の延設部６１Ｂに沿って形成されるレール６３上を走行可能に構成されている。支持アーム６２は、昇降機構２０を支持した状態でレール６３上を走行することで、昇降機構２０によって吊り下げ支持されている上定盤１１を、下定盤１２と対向する位置から水平方向に移動させる。

【0031】

ＬＭガイドアクチュエータ６４は、本体６１の延設部６１Ｂに沿って延設されている。ＬＭガイドアクチュエータ６４は、ボールねじ軸６４Ａと、ボールねじ軸６４Ａの回動によって移動するブロック６４Ｂと、ボールねじ軸６４Ａを回動させるためのモータ６４Ｃと、から主に構成されている。ボールねじ軸６４Ａは、水平方向に延設され、その下端に設けられるモータ６４Ｃの駆動によって回動する。ブロック６４Ｂは、支持アーム６２の下端に固定され、ボールねじ軸６４Ａが回動することでボールねじ軸６４Ａ上を水平方向に移動する。ＬＭガイドアクチュエータ６４では、ブロック６４Ｂが水平方向に移動することで、支持アーム６２が水平方向に移動する。

【0032】

このように、研磨装置１０では、支持アーム６２がＬＭガイドアクチュエータ６４の駆動によって水平方向に移動することで、昇降機構２０によって吊り下げ支持されている上定盤１１を、下定盤１２と対向する位置から水平方向に移動させることができるため、被研磨物９０を下定盤１２上に載置する際に上定盤１１を水平方向に移動させることで、上定盤１１が障害とならず、被研磨物９０を容易に下定盤１２上に載置することができる。

【0033】

次に、撓み量測定器５０によって測定された撓み板４０の撓み量から被研磨物９０の研磨量を算出する方法について説明する。

【0034】

被研磨物９０の研磨量は、コントローラ７０（「算出部」の一例）によって算出される。コントローラ７０は、撓み量測定器５０によって測定された撓み板４０の撓み量に基づいて被研磨物９０の研磨量を算出する。

【0035】

ここで、研磨装置１０では、ロードセル３０によって上定盤１１の荷重を検出しながら、サーボシリンダ２１のシャフトを下げることで、上定盤１１の上下方向の移動量が制御され、上定盤１１が被研磨物９０に対して所定の圧力を加える。この上定盤１１によって被研磨物９０に加えられる圧力は、コントローラ７０によって予め設定されている。

【0036】

また、同種の被研磨物９０を繰り返し研磨する場合には、上定盤１１によって被研磨物９０に加えられる圧力は、研磨される被研磨物９０毎に常に一定である。そのため、コントローラ７０は、上定盤１１によって被研磨物９０に加えられる圧力が、研磨される被研磨物９０毎に常に一定となるように、サーボシリンダ２１の移動量を制御し、被研磨物９０に対する上定盤１１の位置を調整する。それゆえに、被研磨物９０への研磨開始時の上定盤１１の位置は、研磨する被研磨物９０毎に常に同一の位置となる。

【0037】

さらに、同種の被研磨物９０を同一の研磨量（例えば、２０μｍ）で繰り返し研磨する場合、上定盤１１は、同一の圧力を被研磨物９０に加えながら、設定された研磨量まで被研磨物９０を研磨する。そのため、上定盤１１は、常に同じ研磨圧力位置（研磨終了位置）で停止して、研磨加工を終了する。

【0038】

このように、研磨装置１０において同種の被研磨物９０を同一の研磨量で繰り返し研磨する場合には、上定盤１１は、常に同じ研磨圧力位置（研磨開始位置）から被研磨物９０の研磨を開始し、常に同じ研磨圧力位置（研磨終了位置）で停止して、研磨加工を終了する。

【0039】

そのため、同種の被研磨物９０を同一の研磨量で繰り返し研磨する場合には、コントローラ７０は、サーボシリンダ２１の下降移動を所定の位置で停止させることで、上定盤１１を初期設定の研磨圧力位置（研磨開始時の研磨圧力位置）に停止させる。そして、コントローラ７０は、上定盤１１及び下定盤１２に対して被研磨物９０の研磨を指示する。

【0040】

上定盤１１及び下定盤１２がコントローラ７０からの指示を受けて被研磨物９０を研磨することで、被研磨物９０の厚さは徐々に薄くなる。この時、上定盤１１の研磨圧力位置は、被研磨物９０の厚さが薄くなるにつれて、初期設定の研磨圧力位置より下方に下がる。そして、上定盤１１の研磨圧力位置が下方に下がると、上定盤１１の下方向の荷重が増加するため、撓み板４０に対する荷重が増加し、それによって撓み板４０の撓み量が増加する。すなわち、上定盤１１及び下定盤１２が被研磨物９０を研磨して、被研磨物９０の厚さが薄くなることで、撓み板４０の撓み量は増加する。そのため、予め、コントローラ７０に、撓み板４０の撓み量と、上定盤１１及び下定盤１２よる被研磨物９０の研磨量と、の関係を設定することで、コントローラ７０は、撓み量測定器５０によって測定された撓み板４０の撓み量に基づいて被研磨物９０の研磨量を算出することができ、算出した被研磨物９０の研磨量に基づいて、上定盤１１の移動を制御することができる。

【0041】

具体的には、コントローラ７０は、上定盤１１が初期設定の研磨圧力位置（研磨開始時の研磨圧力位置）に停止している場合の撓み板４０の撓み量を撓み量測定器５０から取得する。さらに、コントローラ７０は、上定盤１１及び下定盤１２が設定された研磨量（例えば、２０μｍ）まで被研磨物９０を研磨する間も、撓み量測定器５０から撓み板４０の撓み量を取得し、取得した撓み板４０の撓み量に基づいて被研磨物９０の研磨量を算出する。そして、コントローラ７０は、算出した被研磨物９０の研磨量が設定された研磨量となることで、上定盤１１及び下定盤１２に対して被研磨物９０の研磨の停止を指示する。

【0042】

以上のように、研磨装置１０においては、上定盤１１の下方向の荷重に応じて下方向に撓む撓み板４０の撓み量から被研磨物９０の研磨量を検出できることから、被研磨物９０の研磨中に上定盤１１を除く装置自体の撓みの影響を受けることなく被研磨物９０の研磨量を検出できる。そのため、被研磨物９０の研磨中における被研磨物９０に対する研磨精度を容易に管理することができ、被研磨物９０に対する研磨効率を向上させることができる。

【符号の説明】

【0043】

１０ 研磨装置
１１ 上定盤
１２ 下定盤
２０ 昇降機構
３０ ロードセル（荷重センサ）
４０ 撓み板
５０ 撓み量測定器（測定部）
７０ コントローラ（算出部）
９０ 被研磨物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】