(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨剤が塗布された表面や、ヤスリ状の凹凸からなる表面を有する定盤（１６）に被研磨物（２７）を密着させ、被研磨物（２７）と定盤（１６）の相対的移動により、被研磨物（２７）を研磨する研磨装置であって、
被研磨物（２７）に圧力を加える加圧機構（４）と、被研磨物（２７）を定盤面（２６）に密着させる被研磨物固定部（２）と、被研磨物（２７）の板厚を測定する厚み計（３）とからなる被研磨物装着部（５）と、
定盤（１６）を回転させる定盤回転機構（６）と、
定盤面（２６）にサイズの異なる砥粒を噴霧する複数の噴出部を具備する砥粒噴霧機構（９）と、
厚み計（３）からの板厚信号により、砥粒噴霧機構（９）の噴出部を切り換える制御をする研磨装置制御部（１）とから構成されていることを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
請求項１に記載の研磨装置において、
厚み計（３）からの板厚信号が無線によって研磨装置制御部（１）に転送される構成であることを特徴とする研磨装置。
【請求項３】
請求項１に記載の研磨装置において、
被研磨物固定部（２）の信号取出端子（４０）を介して厚み計（３）からの板厚信号を研磨装置制御部（１）に転送する構成であることを特徴とする研磨装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の研磨装置において、
加圧機構（４）は、被研磨物（２７）を吸着する真空吸着部（２８）を被研磨物固定部（２）の一端を基準にして下方に押し付けるアクチュエータ（３６）を有することを特徴とする研磨装置。
【請求項５】
請求項１に記載の研磨装置を用いて、被研磨物（２７）を研磨する研磨方法であって、
被研磨物（２７）に加圧機構（４）で圧力を加え、被研磨物（２７）を定盤面（２６）に密着させた状態で、被研磨物（２７）の板厚を厚み計（３）で測定し、
定盤回転機構（６）により回転する定盤（１６）の定盤面（２６）に、選択されたサイズの砥粒を砥粒噴霧機構（９）から噴霧し、
厚み計（３）からの板厚を示す板厚信号により、砥粒噴霧機構（９）から噴出される砥粒のサイズを切り換えることを特徴とする研磨方法。
【請求項６】
請求項５に記載の研磨方法において、
厚み計（３）からの板厚信号によって、加圧機構（４）により被研磨物（２７）に加える圧力を制御することを特徴とする研磨方法。
【請求項７】
請求項５に記載の研磨方法において、
厚み計（３）からの板厚信号によって、定盤回転機構（６）による定盤（１６）の回転を制御することを特徴とする研磨方法。
【請求項８】
請求項５に記載の研磨方法において、
定盤回転機構（６）による定盤（１６）の回転停止後の、厚み計（３）による厚み測定と、測定後の研磨を繰り返すことにより、研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項９】
請求項５に記載の研磨方法において、
厚み計（３）による厚み測定を複数回行い、
それらの平均値に基づいて研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項１０】
請求項５に記載の研磨方法において、
厚み計（３）による厚み測定を、研磨中に時間間隔を決めて行い、
得られた時間と厚み変化との関係から研磨時間および研磨条件を設定して研磨することを特徴とする研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハなどの作製に用いると好適な研磨装置及び研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、半導体ウエハなどの作製工程には研磨工程がある。従来から用いられている研磨装置の基本構成は、研磨材が塗布される定盤にウエハを貼り付けて該定盤に押しつける支持具からなる。定盤はモータの力で回転する。また、支持具は定盤の回転に引きずられて回転する。装置の規模が大きい場合には支持具はモータの力で自転する場合もある。ウエハが所望の厚みに達するまで研磨が続けられる。目標とする板厚に達したとき、研磨を停止する。
【０００３】
既に研磨の経験があったり、繰り返し研磨を行っている材料の場合には、この停止するタイミングは研磨速度から推し量って得られる研磨時間を経過した時である。実際に板厚を測定することなく研磨を終わる。板厚の確認は研磨装置からウエハを取り出して行われる。また、新しい材料の場合には、研磨速度が不明であることから研磨速度を見積もるための予備実験が必要であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の研磨装置及び研磨方法では、研磨，研磨装置からの被研磨物の取り出し、および、厚み測定（研磨工程の分割）の各工程が繰り返し行われるので、研磨が仕上がるまでの研磨時間が多くかかっていた。また、その研磨精度も高くない。さらに、もし、研磨装置から被研磨物を取り出して測定したときの測定値が板厚より薄くなっていれば、ウエハは使い物にならなくなる。従って、研磨工程で不良品が発生したり、研磨時間が多くかかったりしていた。
【０００５】
また、効率良く研磨するために、板厚が厚いときには被研磨物に大きな圧力を、板厚が薄くなると小さな圧力を加えるように圧力の制御を行うことがある。この場合にも、作業員が板厚を監視してこの圧力を制御していた。さらに、定盤の回転速度を板厚が厚いときには速く、薄いときには遅くする場合がある。この場合にも同じく作業員が板厚を監視して研磨装置の加圧部を制御していた。さらには、研磨に用いる砥粒の粒度も変える必要がある。板厚が厚いときには粒度を粗くして研磨速度を高める。板厚が薄いときには、粒度を下げて平面度を高めることと、被研磨物への損傷を押さえる必要がある。この場合にも同様に作業員が砥粒の交換を行っていた。
【０００６】
このような状態で研磨せざるを得なかった理由は、研磨中に板厚を測定できる厚み計が搭載されていなかったためである。もし、搭載されていても研磨装置の自転，公転、あるいは遊星回転を停止しなければ目視は不可能である。この目視のためには作業員が必要である。つまり、研磨中は作業員が研磨装置に張り付く必要があり、このことが研磨の工数価を高くする要因となる。従来の研磨装置がこのような構造となっていたのは、被研磨物の支持具が回転体であるために厚み計の電気信号を外部に取り出せなかったためである。
【０００７】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、研磨精度が低い、研磨工程における工数が多い（研磨速度を見積もるための予備実験、精度を出すための研磨工程の分割による時間ロス）、研磨における歩留まりが低い、被研磨物への圧力制御が不十分なことや不適切な定盤回転速度および砥粒サイズの不適切な選択による被研磨物の破損および研磨効率の低下、研磨作業中に監視要員が必ず必要なことにより工数価が高くなる等の問題を解決できる研磨装置及び研磨方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、被研磨物固定部の支持具に厚み計が搭載されていること、被研磨物装着部が回転中でもその指示値を外部に取り出すことのできる機構を有すること、その信号を研磨装置にフィードバックすることによって被研磨物へのタイムリーな圧力制御、研磨砥粒の自動選択、定盤回転数の制御、目標とする板厚となると同時に研磨装置を停止できることを主要な特徴とする。従来の技術とは、厚み計およびその電気信号取り出し機構が異なる。
つまり、請求項１の発明は、研磨剤が塗布された表面や、ヤスリ状の凹凸からなる表面を有する定盤に被研磨物を密着させ、被研磨物と定盤の相対的移動により、被研磨物を研磨する研磨装置であって、被研磨物に圧力を加える加圧機構と、被研磨物を定盤面に密着させる被研磨物固定部と、被研磨物の板厚を測定する厚み計とからなる被研磨物装着部と、定盤を回転させる定盤回転機構と、定盤面にサイズの異なる砥粒を噴霧する複数の噴出部を具備する砥粒噴霧機構と、厚み計からの板厚信号により、砥粒噴霧機構の噴出部を切り換える制御をする研磨装置制御部とから構成されていることを特徴とする研磨装置である。
請求項２の発明は、請求項１に記載の研磨装置において、厚み計からの板厚信号が無線によって研磨装置制御部に転送される構成であることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１に記載の研磨装置において、被研磨物固定部の信号取出端子を介して厚み計からの板厚信号を研磨装置制御部に転送する構成であることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の研磨装置において、加圧機構は、被研磨物を吸着する真空吸着部を被研磨物固定部の一端を基準にして下方に押し付けるアクチュエータを有することを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１に記載の研磨装置を用いて、被研磨物を研磨する研磨方法であって、被研磨物に加圧機構で圧力を加え、被研磨物を定盤面に密着させた状態で、被研磨物の板厚を厚み計で測定し、定盤回転機構により回転する定盤の定盤面に、選択されたサイズの砥粒を砥粒噴霧機構から噴霧し、厚み計からの板厚を示す板厚信号により、砥粒噴霧機構から噴出される砥粒のサイズを切り換えることを特徴とする研磨方法である。
請求項６の発明は、請求項５に記載の研磨方法において、厚み計からの板厚信号によって、加圧機構により被研磨物に加える圧力を制御することを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項５に記載の研磨方法において、厚み計からの板厚信号によって、定盤回転機構による定盤の回転を制御することを特徴とする。
請求項８の発明は、請求項５に記載の研磨方法において、定盤回転機構による定盤の回転停止後の、厚み計による厚み測定と、測定後の研磨を繰り返すことにより、研磨することを特徴とする。
請求項９の発明は、請求項５に記載の研磨方法において、厚み計による厚み測定を複数回行い、それらの平均値に基づいて研磨することを特徴とする。
請求項１０の発明は、請求項５に記載の研磨方法において、厚み計による厚み測定を、研磨中に時間間隔を決めて行い、得られた時間と厚み変化との関係から研磨時間および研磨条件を設定して研磨することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
上記課題を解決するため本発明の研磨装置は、研磨剤が塗布された表面や、ヤスリ状の凹凸からなる表面を有する定盤１６に被研磨物２７を密着させ、被研磨物２７と定盤１６の相対的移動により、被研磨物２７を研磨する研磨装置であって、被研磨物２７に圧力を加える加圧機構４と、被研磨物２７を定盤面２６に密着させる被研磨物固定部２と、被研磨物２７の板厚を測定する厚み計３とからなる被研磨物装着部５と、定盤１６を回転させる定盤回転機構６と、定盤面２６に砥粒を噴霧する砥粒噴霧機構９と、厚み計３からの板厚信号により研磨を制御する研磨装置制御部１とから構成されていることに特徴を有している。
【００１０】
また、本発明の研磨装置は、厚み計３からの板厚信号が無線によって研磨装置制御部１に転送される構成であることに特徴を有している。
【００１１】
さらに、本発明の研磨装置は、被研磨物固定部２の信号取出端子４０を介して厚み計３からの板厚信号を研磨装置制御部１に転送する構成であることに特徴を有している。
【００１２】
また、本発明の研磨装置は、加圧機構４に被研磨物２７を吸着する真空吸着部２８を被研磨物固定部２の一端を基準にして下方に押し付けるアクチュエータ３６を有することに特徴を有している。
【００１３】
上記課題を解決するため本発明の研磨方法は、研磨装置制御部１から送出される厚み計３からの板厚信号によって、加圧機構４が制御されることに特徴を有している。
【００１４】
また、本発明の研磨方法は、研磨装置制御部１から送出される厚み計３からの板厚信号によって、定盤回転機構６が制御されることに特徴を有している。
【００１５】
さらに、本発明の研磨方法は、研磨装置制御部１から送出される厚み計３からの板厚信号によって、砥粒噴霧機構９が制御されることに特徴を有している。
【００１６】
また、本発明の研磨方法は、定盤１６の回転停止後の厚み測定と測定後の研磨を繰り返すことにより、研磨することに特徴を有している。
【００１７】
さらに、本発明の研磨方法は、厚み測定を複数回行い、それらの平均値に基づいて研磨することに特徴を有している。
【００１８】
また、本発明の研磨方法は、研磨中に厚み測定を時間間隔を決めて行い、得られた時間と厚み変化との関係から研磨時間および研磨条件を設定して研磨することに特徴を有している。
【００１９】
【実施例】
本発明による研磨装置は、被研磨物固定部の支持部に厚み計が搭載されており、被研磨物固定部が回転中でもその板厚信号を外部に取り出すことができ、その信号を研磨装置にフィードバックして目標とする板厚となると同時に研磨装置を停止できる構造からなっている。また、本発明による研磨方法は、研磨中にリアルタイムで自動的に板厚を測定しており、その信号を研磨定盤の回転機構にフィードバックして定盤の回転速度の制御及び停止が可能である。そのため、新しい材料であっても研磨速度を見積もる予備実験が不要である。該信号を加圧機構にフィードバックすることにより、被研磨物への最適な加圧が可能である。また、厚み計からの板厚信号を噴霧する研磨材の粒度を選択できる砥粒噴霧機構にフィードバックすることにより、最適な砥粒の選択が可能である。
【００２０】
次に本発明の実施例における研磨装置ついて説明する。なお、実施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の変更あるいは改良を行い得ることは言うまでもない。
【００２１】
（実施例１）
図１は本発明の研磨装置のブロックダイアグラムである。研磨装置の構成は、研磨装置制御部１、被研磨物固定部２、厚み計３、加圧機構４、被研磨物装着部５、定盤回転機構６、厚み計３から研磨装置制御部１への信号路７、研磨装置制御部１から加圧機構４への信号路８、および、砥粒噴霧機構９からなっている。
【００２２】
厚み計３からの測定データは、信号路７を介して研磨装置制御部１に転送される。研磨装置制御部１では、高品質な研磨を効率良く行うために、板厚をパラメータとして定盤の回転数、被研磨物へ加える圧力、および、砥粒の粒度についてプログラム機構を有する制御が可能である。厚み計３からの板厚信号は、研磨装置制御部１から加圧機構４へ信号路８を介して転送される。また、研磨装置制御部１から定盤回転機構６および砥粒噴霧機構９への制御信号は、通常一般に用いられる電気信号のケーブルによって転送される。
【００２３】
図２は、本発明による研磨装置の構造を示す。本発明の研磨装置は、研磨装置から着脱可能な被研磨物固定部２、真空チャック用の真空排気ホース出口１１、厚み計３、被研磨物固定部２の自転の補助回転機構１３，１４、補助回転機構１３，１４の支持腕１５、定盤１６、研磨装置の架台１７、定盤面成型リング１８、定盤面成型リング１８の自転の補助回転機構１９，２０、補助回転機構１９，２０の支持腕２１、研磨装置制御部１、研磨材Ａの噴出部２３、研磨材Ｂの噴出部２４、および、研磨材Ｃの噴出部２５からなる。
【００２４】
続いて、各部の機構を説明する。定盤１６は、図中の矢印の方向に回転する。定盤１６の回転に引きずられて、被研磨物固定部２は図中の矢印の方向に回転する。ここで、真空排気ホース出口１１は固定されていない。被研磨物固定部２の自転の補助回転機構１３，１４は、被研磨物固定部２が定盤１６上を移動しないための固定治具であり、かつ、被研磨物固定部２が定盤１６の回転により自転するように補助する役目もしている。また、補助回転機構１３，１４は、それぞれ、被研磨物固定部２の自転に伴い図中の矢印の方向に友回りする。被研磨物装着部５の被研磨物固定部２に搭載されている厚み計３と研磨装置制御部１との間での信号の転送には無線を用いた。また、厚み計３としては、ダイヤルゲージを用いた。これにより、被研磨物装着部５と研磨装置制御部１との間の相対的位置関係が変化しても、また、被研磨物装着部５が研磨装置制御部１に対して回転しても、信号のやり取りが可能となる。
【００２５】
また、被研磨物の被研磨物固定部２への固定は真空吸着で行ったが、そのための真空引きは、被研磨物固定部２の中央に設置されている真空引きホースから行った。このホースの接続には市販の真空機密な回転口を用いた。このため、被研磨物固定部２が回転してもホースは回転することがなく真空引きを継続でき、被研磨物を安定して被研磨物固定部２に固定できる。ここで用いた定盤面成型リング１８の定盤１６に接する面が気相ダイヤによって作られており、研磨中終始定盤上に搭載されており、定盤１６の回転に伴って自転する。この間、定盤面は定盤面成型リング１８の気相ダイヤによって研磨され、その平坦性が保たれる。
【００２６】
ここでは、被研磨物装着部５の厚み計３からの板厚信号を研磨装置制御部１に転送するための信号路７および研磨装置制御部１から加圧機構４への信号路８として無線を用いたが、現在、パソコンやプリンタとの接続に広く用いられている赤外線でも良い。
【００２７】
（実施例２）
実施例１では被研磨物装着部５と研磨装置制御部１との間で信号を転送するための厚み計３から研磨装置制御部１への信号路７および研磨装置制御部１から加圧機構４への信号路８として無線を用いていたが、本実施例では、厚み計３の搭載された被研磨物固定部２が電極を有しており、かつ、被研磨物固定部２以外の領域に設置された電極端子を介して厚み計３の信号を研磨装置制御部１に転送する構成としている。以下、これについて述べる。
【００２８】
図３は、図２における被研磨物固定部２、真空排気ホース出口１１、厚み計３の中心を通って切断した縦断面図であり、定盤１６の定盤面２６上に被研磨物２７が固定された被研磨物固定部２が載っている状態を示す。すなわち、被研磨物２７が真空吸着部２８の真空吸着口２９のところで真空吸着されて固定されている。被研磨物固定部２は、真空吸着部２８，真空吸着口２９及びこれらが内設された支持部３２から構成されている。真空吸着部２８の真空引きは、上方に設けられた真空用ロータリコネクタ３０を介して真空ポンプ引き口３１から行われている。真空用ロータリコネクタ３０を用いているため、被研磨物固定部２が自転しても、真空引き用ホースが捩れることはない。真空吸着部２８は、被研磨物固定部２の支持部３２の中に入っている。真空吸着部２８と被研磨物固定部２の支持部３２の間には滑りリング３３によってギャップが保たれ、お互いが滑るようになっている。
【００２９】
また、被研磨物２７の板厚方向に厚み計３に設けられた探針３７の先端が真空吸着部２８の上面に接するように配置されている。厚み計３からの信号は、被研磨物固定部２の支持部３２の外周上に絶縁体３９を介して取り付けられている厚み計の信号取出端子４０に導かれている。この絶縁体３９と信号取出端子４０は、被研磨物固定部２の支持部３２の外周を一周している。厚み計３と信号取出端子４０の間は電気ケーブル（図示せず）で接続して良い。厚み計３と信号取出端子４０は共に支持部３２の上に搭載されているので、例え支持部３２が回転しても相対位置は変わらないため、この電気ケーブルが捩れることはない。なお、耐研磨部３８は超硬台金からなっており、被研磨物２７より遥かに硬く、ほとんど磨耗しない。
【００３０】
次に、図４，図５を用いて、厚み計信号の取り出し端子４０から被研磨物固定部２の支持部３２の外部への信号取り出し機構について説明する。図４は平面図であり、図５は立面図である。厚み計の信号取出端子４０は、絶縁体３９によって互いに絶縁されており、かつ、被研磨物固定部２の支持部３２からも絶縁されている。被研磨物固定部２の自転の補助回転機構１３，１４、補助回転機構１３，１４を支持するための支持腕１５により、被研磨物固定部２の支持部３２を主構成品とする被研磨物固定部２を定盤１６上で揺動させる。支持腕１５にはアクチュエータ４６，支持バネ４７，電極支持体４８、および、電極支持体４８に張り付けられた電極４９が搭載されている。電極４９からリード線５０が出ており、このリード線５０から厚み計３の信号を取り出すことができる。
【００３１】
なお、図中、５１は定盤１６の回転方向を、５２は被研磨物固定部２の回転方向を、５３は揺動機構の揺動方向を示す。ここで用いたアクチュエータ４６は、信号取出端子４０に電極４９を押しつける働きをする。電極４９から信号取出端子４０へ一定以上の力が加わらないようにアクチュエータ４６は圧力センサ（図示せず）を有している。信号取出端子４０と電極４９との間の接触面積を大きくし、かつ、被研磨物固定部２に横方向の力を加えないために、電極支持体４８と電極４９の剛性が小さくなるように作られている。実際には、電極支持体４８にプラスチックシートを、電極４９には板厚０．１μｍのリン青銅を用いた。
【００３２】
（実施例３）
図３に戻って、加圧機構について説明する。真空吸着部２８には、パイプの外周に設けられた加圧用バネ３４と加圧用バネ３４を下方に押し付ける押付板３５が組み込まれている。この押付板３５と被研磨物固定部２の支持部３２との間にアクチュエータ３６が配置されている。すなわち、支持部３２を支点にしてアクチュエータ３６が延び、押付板３５を下に向けて押しつけることにより被研磨物２７を加圧する。アクチュエータ３６には圧力センサ（図示せず）が付いており、任意の圧力を外部から加えられるようになっている。
【００３３】
さらに、本発明の実施例における研磨方法をフローチャートに基づいて説明する。図６は、厚み計３からの板厚信号に基づく研磨工程を示すフローチャート図である。例として、板厚３３０μｍのサファイア基板を目標板厚５０μｍに研磨する。
【００３４】
研磨装置作動：研磨装置を手動で始動させる。
厚み計：研磨装置の作動により、初めに板厚の計測が自動的に行われる。
板厚＞１００μｍ：プログラムに従って、砥石粒噴霧機構の研磨材Ａの噴出部から砥粒サイズ９μｍの多結晶ダイヤが分散剤とともに定盤１６上に噴霧される。次に、加圧機構からサファイア基板に２ｋｇ／ｃｍ２  の圧力が加えられ、定盤回転機構により定盤１６が２０ｒｐｍの速度で回転する。この一連の動作は、研磨装置制御部によって自動的になされる。このようにして、研磨が始まる。研磨の間中、被研磨物固定部と定盤面成型具板厚は、常時測定されている。
【００３５】
板厚＞６０μｍ：板厚が１００μｍとなったところで、サファイア基板に加えられる圧力が０ｋｇ／ｃｍ２  となり、定盤１６表面には水が流れ、定盤面成型リングによって定盤面表面についているダイヤ粒が除去される。この時間は、本実施例では、１０分とした。その後、水が止まり、研磨材Ｂの噴出部から砥粒サイズ３μｍの多結晶ダイヤが分散剤とともに定盤１６上に噴霧される。サファイア基板には１ｋｇ／ｃｍ２  の圧力が加えられ、定盤１６が１５ｒｐｍの速度で回転する。このようにして、研磨が再開される。
【００３６】
板厚＞５０μｍ：板厚が６０μｍとなったところで、サファイア基板に加えられる圧力が０ｋｇ／ｃｍ２  となり、定盤１６表面には水が流れ、定盤面成型リングによって定盤面表面についているダイヤ粒が除去される。この時間は、本実施例では、１０分とした。その後、水が止まり、研磨材の噴出部Ｃから砥粒サイズ１μｍの多結晶ダイヤが分散剤とともに定盤１６上に噴霧される。サファイア基板には０．５ｋｇ／ｃｍ２  の圧力が加えられ、定盤１６が１０ｒｐｍの速度で回転する。このようにして、研磨が再開される。
【００３７】
研磨装置停止：板厚が５０μｍになったところで、サファイア基板に加えられる圧力が０ｋｇ／ｃｍ２  となり、定盤１６の回転が停止し、研磨が終了となる。以上の一連の動作が、自動的に行われる。その結果として、所望の板厚を短時間の研磨で得ることができる。また、研磨しすぎることがないため、工程の歩留まりが高い。さらに、板厚に応じた適正な定盤回転速度や被研磨物２７への圧力が加えられるため、被研磨物２７が破損されない。これにより、さらに歩留まりが高くなる。
【００３８】
図７は、定盤の回転停止後の板厚測定とその後の研磨の繰り返しに基づく研磨工程を示すフローチャート図である。今までに研磨の経験のない新しい材料を研磨する場合には、研磨速度が不明である。このため、何度か研磨速度を測定し、研磨を慎重に行う必要があるので、数十時間という長い時間が生じる場合がある。一方、時間を惜しんで慎重さを欠いた研磨をすると、板厚が薄く成りすぎたり、被研磨物２７を破損することもある。本実施例では、研磨データのない被研磨物２７を初めて研磨するとき、最適の研磨条件を出しながら、効率よく研磨する方法である。例として、板厚３３０μｍのサファイア基板を目標板厚５０μｍに研磨する。
【００３９】
研磨装置定盤停止状態：研磨装置を手動で始動させるた時の初期状態である。厚み計板厚測定：研磨装置の定盤１６が停止状態の時にサファイア基板の板厚を測定する。
板厚＞１００μｍ：プログラムに従って、砥石粒噴霧機構の研磨材Ａの噴出部から砥粒サイズ９μｍの多結晶ダイヤが分散剤とともに定盤１６上に噴霧される。次に、加圧機構からサファイア基板に２ｋｇ／ｃｍ２  の圧力が加えられ、定盤回転機構により定盤１６が２０ｒｐｍの速度で回転する。
研磨装置作動：１０分間の研磨後に研磨装置定盤停止状態→厚み計板厚測定→板厚＞１００μｍにおける研磨→１０分間の研磨後に研磨装置定盤停止状態を繰り返す。
【００４０】
板厚＞６０μｍ：板厚が１００μｍとなったところで、サファイア基板に加えられる圧力が０ｋｇ／ｃｍ２  となり、定盤１６表面には水が流れ、定盤面成型リングによって定盤面表面についているダイヤ粒が除去される。この時間は、本実施例では、１０分とした。その後、水が止まり、研磨材Ｂの噴出部から砥粒サイズ３μｍの多結晶ダイヤが分散剤とともに定盤１６上に噴霧される。サファイア基板には１ｋｇ／ｃｍ２  の圧力が加えられ、定盤１６が１５ｒｐｍの速度で回転する。このようにして、研磨が再開される。
研磨装置作動：１０分間の研磨後に研磨装置定盤停止状態→厚み計板厚測定→板厚＞１００μｍ→板厚＞６０μｍにおける研磨→１０分間の研磨後に研磨装置定盤停止状態を繰り返す。
【００４１】
板厚＞５０μｍ：板厚が６０μｍとなったところで、サファイア基板に加えられる圧力が０ｋｇ／ｃｍ２  となり、定盤１６表面には水が流れ、定盤面成型リングによって定盤面表面についているダイヤ粒が除去される。この時間は、本実施例では、１０分とした。その後、水が止まり、研磨材Ｃの噴出部から砥粒サイズ１μｍの多結晶ダイヤが分散剤とともに定盤１６上に噴霧される。サファイア基板には０．５ｋｇ／ｃｍ２  の圧力が加えられ、定盤１６が１０ｒｐｍの速度で回転する。このようにして、研磨が再開される。
研磨装置作動：１０分間の研磨後に研磨装置定盤停止状態→厚み計板厚測定→板厚＞１００μｍ→板厚＞６０μｍ→板厚＞５０μｍにおける研磨→１０分間の研磨後に研磨装置定盤停止状態を繰り返す。
【００４２】
研磨装置停止：板厚が５０μｍになったところで、サファイア基板に加えられる圧力が０ｋｇ／ｃｍ２  となり、定盤１６の回転が停止し、研磨が終了となる。以上の一連の動作が、自動的に行われ、所望の板厚を得ることができる。また、研磨しすぎることがないため、工程の歩留まりが高い。さらに、板厚に応じた適正な定盤回転速度や被研磨物への圧力が加えられるため、被研磨物２７が破損されない。これにより、さらに歩留まりが高くなる。
【００４３】
図８は、複数の板厚測定から板厚の平均値を算出するフローチャート図である。
ｎ＝０：初期値としてｎを０とする。
ｎ＝ｎ＋１：ｎ＝ｎ＋１を通過する毎にｎの数値を１づつ増やす。
ｎ≦５：ｎが５以下であるかどうかをチェックする。ここでのｎの数値は実際の板厚測定回数より１少ない。
研磨装置定盤停止状態：ｎが５以下であれば定盤１６を停止状態にする。
厚み計板厚測定ｄ（ｎ）：板厚を測定する。
研磨装置定盤回転：定盤回転により研磨を１分行う→ｎ＝ｎ＋１→ｎ≦５→研磨装置定盤停止状態→厚み計板厚測定ｄ（ｎ）→研磨装置定盤回転をｎが６になるまで繰り返す。
厚み計、板厚計算、Ｄ＝｛ｄ（１）＋ｄ（２）＋ｄ（３）＋ｄ（４）＋ｄ（４）｝／５：厚み計３による５回の板厚測定値からから平均の板厚を算出する。
【００４４】
図９は、板厚測定を時間間隔を決めて行うことにより研磨条件を求めるフローチャート図である。
初期設定条件：定盤回転数を２０ｒｐｍ、加圧２ｋｇ／ｃｍ２  、砥粒を９μｍとする。
研磨開始：研磨を開始する。
厚み計：研磨開始１０分後に最初の板厚測定ｄ（１）を行う。
厚み計：研磨開始２０分後に２回目の板厚測定ｄ（２）を行う。
研磨速度推定：Ｖ＝｛ｄ（１）＋ｄ（２）｝／３０の式を計算する。
研磨速度を出力：式からの計算値を研磨速度として出力する。
速度と研磨条件の対応表から研磨条件を研磨装置に出力する。
【００４５】
厚み計３で板厚を測定する場合、振動などによりノイズが入りデータにばらつきが生じる場合がある。ノイズの源は定盤１６の振動や砥粒の分布による場合が多い。すなわち、定盤１６の振動は定盤１６の面内での振動や定盤面２６のたわみのために面に垂直な方向での振動である。また、砥粒が原因の場合には定盤面２６での不均一分布によっている。砥粒サイズが大きいほど、砥粒濃度が低いほど影響が大きい。本実施例では、このような場合に対する厚み計３の使い方について説明する。
【００４６】
定盤がノイズの原因の場合には定盤１６を一旦停止し、その後、板厚の測定を行う。これによって、振動によるノイズを防ぐことができる。この場合、マイクロプロセッサを厚み計３に搭載しておき、この測定の手順をプログラムしておけば自動的に測定を行うことができる。また、定盤面２６の平坦度を損ねるようなたわみがある場合には上述した測定を繰り替えし、得られたデータの平均値を測定値とする。
【００４７】
砥粒がノイズの原因の場合には、測定を繰り返し、その平均値を測定値とする。以上述べた方法で板厚を測定し、その値を研磨装置制御部に転送し、加圧機構、定盤回転機構、および、砥粒噴霧機構を制御して、効率よく、精度の高い、加工損傷の少ない研磨を行うことができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の研磨装置および研磨方法を用いて研磨を行うと、逐次、被研磨物の板厚測定、かつ、板厚に依存して被研磨物に加える圧力調整、定盤の回転速度の制御、および、砥粒の選択を行える。特に、厚み計とこれらの機能を連動させておけば、全自動で、最短時間で、被研磨物に加工損傷を最低限に押さえた最適研磨が可能となる。
以上の利点から、上記研磨装置および研磨方法によって研磨効率の向上、人手の削減、研磨精度の向上、および、歩留まりの向上を図ることができる。特に、研磨経験のない材料の研磨には、最高の性能を発揮する。このことは産業界、および、材料・部品研究大きな効果をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における研磨装置のブロックダイアグラム図である。
【図２】本発明の一実施例における研磨装置の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施例における研磨装置の断面図である。
【図４】本発明の一実施例における研磨装置の厚み計信号の取り出し機構を示す平面図である。
【図５】本発明の一実施例における研磨装置の厚み計信号の取り出し機構を示す立面図である。
【図６】本発明の一実施例の研磨方法における厚み計からの板厚信号に基づく研磨工程を示すフローチャート図である。
【図７】本発明の一実施例の研磨方法における定盤の回転停止後の板厚測定とその後の研磨の繰り返しに基づく研磨工程を示すフローチャート図である。
【図８】本発明の一実施例の研磨方法における複数の板厚測定から板厚の平均値を算出するフローチャート図である。
【図９】本発明の一実施例の研磨方法における板厚測定を時間間隔を決めて行うことにより研磨条件を求めるフローチャート図である。
【符号の説明】
１  研磨装置制御部
２  被研磨物固定部
３  厚み計
４  加圧機構
５  被研磨物装着部
６  定盤回転機構
７  信号路
８  信号路
９  砥粒噴霧機構
１１  真空排気ホース出口
１３  補助回転機構
１４  補助回転機構
１５  支持腕
１６  定盤
１７  架台
１８  定盤面成型リング
１９  補助回転機構
２０  補助回転機構
２１  支持腕
２３  研磨材Ａの噴出部
２４  研磨材Ｂの噴出部
２５  研磨材Ｃの噴出部
２６  定盤面
２７  被研磨物
２８  真空吸着部
２９  真空吸着口
３０  真空用ロータリコネクタ
３１  真空ポンプ引き口
３２  支持部
３３  滑りリング
３４  加圧用バネ
３５  押付板
３６  アクチュエータ
３７  探針
３８  耐研磨部
３９  絶縁体
４０  信号取出端子
４６  アクチュエータ
４７  支持バネ
４８  電極支持体
４９  電極
５０  リード線
５１  定盤の回転方向
５２  被研磨物固定部の回転方向
５３  揺動機構の揺動方向
【図１】
0003616989.tif 000002
【図２】
0003616989.tif 000003
【図３】
0003616989.tif 000004
【図４】
0003616989.tif 000005
【図５】
0003616989.tif 000006
【図６】
0003616989.tif 000007
【図７】
0003616989.tif 000008
【図８】
0003616989.tif 000009
【図９】
0003616989.tif 000010