JP7766638B2 - 平面研磨装置の定盤平坦度測定器 - Google Patents

Description

本発明は、半導体基板等のワークの一面を鏡面研磨するために用いられる平面研磨装置の定盤の平坦度を計測する下定盤スパンゲージに関するものである。

ワークが、たとえばシリコン、炭化珪素、砒化ガリウム、ＩｎＰ（リン化インジウム）等の単結晶ウェハのような半導体基板のような被研磨部材は、平面研磨装置を用いてその一面を高い平坦度で鏡面研磨されることが望まれている。

たとえば、特許文献１に記載されている両面研磨装置は、上記平面研磨装置の一例である。その両面研磨装置は、下定盤と、その下定盤に所定の間隔を隔てて対向するように設けられた上定盤とを備えている。高い平坦度で被研磨部材を研磨するためには、下定盤及び上定盤又はそれらの研磨面に貼り付けられた研磨パッドの平坦度を測定して、管理する必要がある。

特許第７２１８８３０号公報

ところで、引用文献１に記載のような両面研磨装置の下定盤又はそれらの研磨面に貼り付けられた研磨パッドの平坦度を測定する場合は、上定盤の高い位置につり上げて下定盤と上定盤との間の空間を大きく広げ、下定盤を露出させる。この場合、研磨装置の中心部にある上定盤駆動用の円筒とキャリヤ駆動用のサンギヤとが下定盤の中央に位置しているので、下定盤の回転中心を通る直径に沿って下定盤の平坦度を測定する場合に、それら上定盤駆動用の円筒とキャリヤ駆動用のサンギヤとが邪魔となる。このため、下定盤のうちの径方向に位置する一対の半径に沿って小型スパンゲージでそれぞれ２回測定し、次いで、大型スパンゲージを用いて、下定盤の中心をずらして上記一対の半径に平行な方向に測定するという、３回測定が必要で、下定盤の平坦度測定に手間がかかるという問題があった。一つ定盤のみを備えて被研磨部材の片面を研磨する平面研磨装置においても、定盤の中心部に駆動ローラなどの平坦度測定に障害となる測定障害物が突設されている場合には、その定盤の平坦度の測定に際しては、上記と同様の問題があった。

本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、両面研磨装置の下定盤の平坦度を、一回の測定で可能とする平面研磨機の定盤平坦度測定器を提供することにある。

本発明の要旨とするところは、（ａ）中心部に測定障害物が突設されている定盤を用いて被研磨部材の下面を研磨する平面研磨装置において、前記定盤の平坦度を測定する平面研磨装置の定盤平坦度測定器であって、（ｂ）第１直線に沿って所定の間隔を隔てた位置に複数個の第１ダイヤルゲージを固定する第１ダイヤルゲージ固定部と、（ｃ）前記第１直線に連なる第２直線に沿って所定の間隔を隔てた位置に複数個の第２ダイヤルゲージを固定する第２ダイヤルゲージ固定部と、（ｄ）前記第１ダイヤルゲージ固定部と前記第２ダイヤルゲージ固定部とを、互いに接近した端部間に前記測定障害物を収容可能な空間を形成して前記端部間を相互に連結する湾曲した連結部と、（ｅ）前記第１ダイヤルゲージ固定部の前記第２ダイヤルゲージ固定部から離れた端部に立設され、測定時には前記定盤の上面に当接する第１支柱と、（ｆ）前記第２ダイヤルゲージ固定部の前記第１ダイヤルゲージ固定部から離れた端部に前記定盤の周方向に離隔した２箇所に立設され、測定時には前記定盤の上面に当接する第２支柱及び第３支柱と、を備えることにある。

本発明の平面研磨装置の定盤平坦度測定器によれば、第１ダイヤルゲージ固定部と第２ダイヤルゲージ固定部とが、互いに接近した端部間に前記測定障害物を収容可能な空間を形成して、湾曲した連結部により相互に連結されている。これにより、下定盤の中央に突設されている測定障害物に干渉することなく、前記定盤の上面の平坦度を測定することができるので、一回の操作で、平面研磨装置の定盤の平坦度を測定することが可能となる。

好適には、前記平面研磨装置は、前記測定障害物を構成する上定盤駆動用円筒体が中央部に突設されている下定盤と、その下定盤に所定の間隔を隔てて対向するように設けられ、前記上定盤駆動用円筒体を介して前記下定盤と逆方向に回転駆動される上定盤とを備え、前記被研磨部材の下面及び上面を研磨する両面研磨装置であり、前記定盤平坦度測定器は、前記下定盤の上面の平面度を測定するものである。これにより、下定盤の中央に突設されている測定障害物である上定盤駆動用の円筒及びキャリヤ駆動用のサンギヤに干渉することなく、下定盤の平坦度を測定することができるので、一回の操作で下定盤の平坦度を測定することが可能となる。

好適には、前記第２ダイヤルゲージ固定部は、前記下定盤の外周に向かうほど幅寸法が大きくなる扇状に構成された第２ダイヤルゲージ固定部本体を備え、前記第２支柱及び第３支柱は、前記第２ダイヤルゲージ固定部本体の前記下定盤の周方向の端部にそれぞれ固定されている。これにより、前記連結部は測定作業者側に突き出しているので、前記第２ダイヤルゲージ固定部を下定盤と平行な状態として、下定盤の平坦度を測定することができる。

図４の下定盤平坦度測定器が適用される両面研磨装置の基本構成を概念的に示す模式図である。 図１の両面研磨装置に設けられているキャリヤを示す図である。 図１の両面研磨装置の下定盤の平坦度を測定するに際して、上定盤が上方へ持ち上げられた状態を説明する図である。 本発明の一実施例の下定盤平坦度測定器を説明する正面図である。 図３下定盤平坦度測定器を説明する平面図である。

以下、本発明の一適用例を図面と共に詳細に説明する。

図１は、本発明の定盤平坦度測定器の一例である下定盤平坦度測定器４０が適用される両面研磨装置１２の要部を観念的に示している。図１において、両面研磨装置１０には、垂直な回転中心線Ｃ１まわりに回転可能に支持された、下定盤１４及び上定盤１６が、所定の間隔を隔てて対向した状態で設けられている。下定盤１４の上面にはシート状の研磨パッド１４ａが取り付けられ、上定盤１６の下面にはシート状の研磨パッド１６ａが取り付けられている。下定盤１４の上面に取り付けられた研磨パッド１４ａ、及び上定盤１６の下面に取り付けられた研磨パッド１６ａは、被研磨部材２８の両面を研磨する平坦化研磨加工面として機能している。

下定盤１４の下方には、定盤駆動装置１８が設けられている。定盤駆動装置１８は、下定盤１４を回転中心線Ｃ１まわりに回転駆動する一方で、上定盤駆動用円筒体２０を介して上定盤１６を回転中心線Ｃ１まわりに下定盤１４と逆方向に回転駆動する。上定盤駆動用円筒体２０は、下定盤１４から突設されて上定盤１６の中央穴１６ｂに相対回転不能に嵌合されている。上定盤駆動用円筒体２０には、キャリヤ２２の外周歯と噛み合うサンギヤ２４が形成されている。上定盤駆動用円筒体２０及びサンギヤ２４は、下定盤１４の上面の中央部に立設されており、下定盤１４の上面の平坦度測定に関して測定障害物を構成している。

下定盤１４の外周には、内周歯２６ａが形成された環状の部材であるリングギヤ２６が下定盤１４と同心に固設されている。

キャリヤ２２は、下定盤１４の研磨パッド１４ａと上定盤１６の研磨パッド１６ａとの間に介在させられている。キャリヤ２２は、たとえば図２に示すように外周歯３２ａが形成された円板状板材であって、半導体基板のような被研磨部材２８を嵌め入れる透孔３０と、外周歯２２ａとを備えている。また、キャリヤ２２の外周歯２２ａは、サンギヤ２４とリングギヤ２６の内周歯２６ａとに噛み合わされている。これにより、キャリヤ２２がサンギヤ２４の回転に伴って下定盤１４上を自転しつつ公転させられる過程で、キャリヤ２２の透孔３０に嵌め入れられた被研磨部材２８の下定盤１４に接する下面及び上定盤１６に接する上面が同時に研磨される。被研磨部材２８は、キャリヤ２２の厚みよりも大きい厚みを有している。

図３は、下定盤１４の上面の平坦度の測定に際して、上定盤１６が図示しない吊り下げ装置によって上方へ持ち上げられた状態を示している。このように下定盤１４と上定盤１６との間が開かれた状態で、下定盤１４の上面の平坦度を測定する下定盤平坦度測定器４０が用いられる。

図４は、下定盤平坦度測定器４０の正面図を示し、図５は、下定盤平坦度測定器４０の平面図を示している。図５の下定盤平坦度測定器４０は、複数個、本実施例では３個の第１ダイヤルゲージ４２、及び複数個、本実施例では３個の第２ダイヤルゲージ４４が取り外されている。

下定盤平坦度測定器４０は、下定盤１４の上面に下定盤１４の上面の回転中心線Ｃ１と円弧状の連結部５０の中心とが同心となるように載置したとき、下定盤１４の上面の回転中心線Ｃ１を通る第１直線Ｌ１に沿って一定の間隔を隔てた等間隔の位置に３個の第１ダイヤルゲージ４２が、それら第１ダイヤルゲージ４２の接触子４２ａが一方向にすなわち下定盤１４の上面に互いに平行に向かうように固定された第１ダイヤルゲージ固定部４６と、第１直線Ｌ１に連なる第２直線Ｌ２に沿って所定の間隔を隔てた等間隔の位置に３個の第２ダイヤルゲージ４４が、それら第２ダイヤルゲージ４４の接触子４４ａが一方向にすなわち下定盤１４の上面に互いに平行に向かうように固定された第２ダイヤルゲージ固定部４８と、第１ダイヤルゲージ固定部４６と第２ダイヤルゲージ固定部４８とを、互いに接近した端部間に上定盤駆動用円筒体２０を収容可能な空間を形成してそれら端部間を、上定盤駆動用円筒体２０と干渉しないように相互に連結する湾曲した円弧状の連結部５０と、第１ダイヤルゲージ固定部４６の両端部のうち第２ダイヤルゲージ固定部４８から離れた端部に立設され、測定時には下定盤１４に当接する第１支柱５２と、第２ダイヤルゲージ固定部４８の両端部のうち第１ダイヤルゲージ固定部４６から離れた端部に下定盤１４の周方向に離隔した２箇所に立設され、測定時には下定盤１４に当接する第２支柱５４及び第３支柱５６と、を一体的に備えている。

第１直線Ｌ１および第２直線Ｌ２は、下定盤１４の上面の回転中心線Ｃ１を通る共通の直径上に位置している。第１ダイヤルゲージ固定部４６は、下定盤１４の回転中心線Ｃ１に向かって緩やかの幅寸法が増加する第１ダイヤルゲージ固定部本体６０を有している。第１ダイヤルゲージ固定部本体６０は、回転中心線Ｃ１側端部に周方向に突設された短円弧状の連結突起５８を有し、連結突起５８が円弧状の連結部５０の一端部に第１連結ねじ６１により締結されることで、第１ダイヤルゲージ固定部本体６０が、連結部５０に一体的に連結されている。第１ダイヤルゲージ固定部本体６０には、３個の第１ダイヤルゲージ４２が固定された第１ダイヤルゲージ固定部材６４が重ねられた状態で第１ねじ６２により固定されている。

第１ダイヤルゲージ固定部材６４には、３個の第１ダイヤルゲージ４２を差し通した状態で押しねじ６６により固定するゲージ固定穴６８が、第１直線Ｌ１に沿って複数設けられている。ゲージ固定穴６８は、第１ダイヤルゲージ４２の配置間隔よりも短い間隔で、第１ダイヤルゲージ４２の個数よりも多い数で複数個形成されている。

第２ダイヤルゲージ固定部４８は、下定盤１４の回転中心線Ｃ１から離れるほど幅寸法が増加する扇状に形成された第２ダイヤルゲージ固定部本体７２を、有している。第２ダイヤルゲージ固定部本体７２は、円弧状の内周縁部７０を有し、内周縁部７０が円弧状の連結部５０の他端部に第２連結ねじ７３により締結されることで、第２ダイヤルゲージ固定部本体７２が連結部５０に一体的に連結されている。第２ダイヤルゲージ固定部本体７２には、３個の第２ダイヤルゲージ４４が固定された第２ダイヤルゲージ固定部材７６が重ねられた状態で第２ねじ７４により固定されている。

第２ダイヤルゲージ固定部材７６には、第１ダイヤルゲージ固定部材６４と同様に３個の第２ダイヤルゲージ４４を差し通した状態で押しねじ７８により固定するゲージ固定穴８０が、第１直線Ｌ１に沿って複数設けられている。ゲージ固定穴８０は、第２ダイヤルゲージ４４の配置間隔よりも短い間隔で、第２ダイヤルゲージ４４の個数よりも多い数で複数個形成されている。

第１ダイヤルゲージ固定部４６の第２ダイヤルゲージ固定部４８から離れた端部には、測定時において下定盤１４に当接する第１支柱５２が、立設されている。また、第２ダイヤルゲージ固定部４８の第１ダイヤルゲージ固定部４６から離れた端部には、測定時において下定盤１４に当接する下定盤１４の周方向に離隔した２箇所に立設され、測定時には下定盤１４に当接する第２支柱５４及び第３支柱５６が、立設されている。第１支柱５２は、第１ダイヤルゲージ固定部本体６０に螺合され且つロックナット５２ａにより固定されている。同様に、第２支柱５４及び第３支柱５６は、第２ダイヤルゲージ固定部本体７２に螺合され且つロックナット５４ａ及び５６ａにより固定されている。

第２ダイヤルゲージ固定部本体７２は、下定盤１４の外周に向かうほど連結部側５０に幅寸法が大きくなる扇状に構成されており、第２支柱５４及び第３支柱５６は、下定盤１４の周方向の端部にそれぞれ固定されている。これにより、下定盤１４の平坦度の測定に際して、下定盤平坦度測定器４０は、第１支柱５２、第２支柱５４、及び第３支柱５６により、下定盤１４上で支持されるようになっている。

以上のように構成された下定盤平坦度測定器４０は、例えば、御影石製の平坦度の高い基準定盤上において、第１支柱５２、第２支柱５４及び第３支柱５６の突出し高さを調整して第１ダイヤルゲージ固定部４６及び第２ダイヤルゲージ固定部４８を基準定盤と平行とした上で、各第１ダイヤルゲージ４２及び各第２ダイヤルゲージ４４の表示を予め零に設定し、次いで、下定盤１４の上に下定盤１４の上面の回転中心線Ｃ１と円弧状の連結部５０の中心とが同心となるように載置したとき、各第１ダイヤルゲージ４２及び各第２ダイヤルゲージ４４の表示を読み取ることにより、下定盤１４の平坦度を測定する。

上述のように、本実施例の両面研磨装置１２の下定盤平坦度測定器４０によれば、第１ダイヤルゲージ４２が固定された第１ダイヤルゲージ固定部４６と第２ダイヤルゲージ４４が固定された第２ダイヤルゲージ固定部４８とが、互いに接近した端部間に空間を形成して、湾曲した連結部５０により相互に連結されている。これにより、下定盤平坦度測定器４０が、下定盤１４の中央に立設されている上定盤１６を駆動する上定盤駆動用円筒体２０とキャリヤ２２の駆動用のサンギヤ２４とに干渉することなく、下定盤１４の平坦度を測定することができるので、一回の操作で下定盤１４の平坦度を測定することが可能となる。

また、本実施例の下定盤平坦度測定器４０によれば、第２ダイヤルゲージ固定部４８は、下定盤１４の外周に向かうほど連結部５０側に幅寸法が大きくなる扇状に構成された第２ダイヤルゲージ固定部本体７２を備え、第２支柱５４及び第３支柱５６は、第２ダイヤルゲージ固定部本体７２の下定盤１４の周方向の端部にそれぞれ固定されている。これにより、連結部５０は測定作業者側に突き出しているので、第２ダイヤルゲージ固定部４８を下定盤１４と平行な状態として、下定盤１４の平坦度を測定することができる。

以上、本発明の一実施例を説明したが、本発明は他の態様においても適用される。

たとえば、前述の実施例の下定盤平坦度測定器４０は、第１ダイヤルゲージ４２及び各第２ダイヤルゲージ４４をそれぞれ３個ずつ備えたものであったが、４個以上の第１ダイヤルゲージ４２及び各第２ダイヤルゲージ４４をそれぞれ備えたものであってもよい。

また、下定盤平坦度測定器４０に設けられた第１ダイヤルゲージ４２及び各第２ダイヤルゲージ４４は、機械式のものであってもよいし、電子式のものであってもよい。

また、前述の実施例の下定盤平坦度測定器４０の第１ダイヤルゲージ固定部４６は、第１ダイヤルゲージ固定部本体６０とそれに固定された第１ダイヤルゲージ固定部材６４とから構成されていたが、それら第１ダイヤルゲージ固定部本体６０及び第１ダイヤルゲージ固定部材６４は、一体の部材から構成されていてもよい。同様に、第２ダイヤルゲージ固定部４８は、第２ダイヤルゲージ固定部本体７２とそれに固定された第２ダイヤルゲージ固定部材７６とから構成されていたが、それら第２ダイヤルゲージ固定部本体７２及び第２ダイヤルゲージ固定部材７６は、一体の部材から構成されていてもよい。

また、前述の実施例では、両面研磨装置１２の下定盤１４の上面の平坦度が下定盤平坦度測定器４０により測定されていたが、一つ定盤のみを備えて被研磨部材２８の片（下）面を研磨する平面研磨装置において、その定盤の平坦度が下定盤平坦度測定器４０により測定されてもよい。この平面研磨装置の定盤の中央部に駆動ローラなどの平坦度測定に障害となる測定障害物が突設されている場合の、上記定盤の平坦度の測定に際しては、下定盤平坦度測定器４０が、定盤の中央部に立設されている駆動ローラなどの平坦度測定に障害となる測定障害物とに干渉することなく、上記定盤の平坦度を測定することができるので、一回の操作で定盤の平坦度を測定することが可能となる。

その他一々例示はしないが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて用いられるものである。

１２：両面研磨装置（平面研磨装置）
１４：下定盤（定盤）
１４ａ：研磨パッド
１６：上定盤
１６ａ：研磨パッド
１８：定盤駆動装置
２０：上定盤駆動用円筒体（測定障害物）
２２：キャリヤ
２２ａ：外周歯
２４：サンギヤ（測定障害物）
２６：リングギヤ
２６ａ：内周歯
２８：被研磨部材
３０：透孔
４０：下定盤平坦度測定器
４２：第１ダイヤルゲージ
４４：第２ダイヤルゲージ
４６：第１ダイヤルゲージ固定部
４８：第２ダイヤルゲージ固定部
５０：連結部
５２：第１支柱
５２ａ：ロックナット
５４：第２支柱
５４ａ：ロックナット
５６：第３支柱
５６ａ：ロックナット
５８：連結突起
６０：第１ダイヤルゲージ固定部本体
６１：第１連結ねじ
６２：第１ねじ
６４：第１ダイヤルゲージ固定部材
６６：押しねじ
６８：ゲージ固定穴
７０：連結突起
７２：第２ダイヤルゲージ固定部本体
７３：第２連結ねじ
７４：第２ねじ
７６：第２ダイヤルゲージ固定部材
７８：押しねじ
８０：ゲージ固定穴
Ｃ１：回転中心線

Claims (3)

1. 中心部に測定障害物が突設されている定盤を用いて被研磨部材の下面を研磨する平面研磨装置において、前記定盤の平坦度を測定する平面研磨装置の定盤平坦度測定器であって、
   第１直線に沿って所定の間隔を隔てた位置に複数個の第１ダイヤルゲージを固定する第１ダイヤルゲージ固定部と、
   前記第１直線に連なる第２直線に沿って所定の間隔を隔てた位置に複数個の第２ダイヤルゲージを固定する第２ダイヤルゲージ固定部と、
   前記第１ダイヤルゲージ固定部と前記第２ダイヤルゲージ固定部とを、互いに接近した端部間に前記測定障害物を収容可能な空間を形成して前記端部間を相互に連結する湾曲した連結部と、
   前記第１ダイヤルゲージ固定部の前記第２ダイヤルゲージ固定部から離れた端部に立設され、測定時には前記定盤の上面に当接する第１支柱と、
   前記第２ダイヤルゲージ固定部の前記第１ダイヤルゲージ固定部から離れた端部に前記定盤の周方向に離隔した２箇所に立設され、測定時には前記定盤の上面に当接する第２支柱及び第３支柱と、を備える
   ことを特徴とする平面研磨装置の定盤平坦度測定器。
2. 前記平面研磨装置は、前記測定障害物を構成する上定盤駆動用円筒体が中央部に突設されている下定盤と、その下定盤に所定の間隔を隔てて対向するように設けられ、前記上定盤駆動用円筒体を介して前記下定盤と逆方向に回転駆動される上定盤とを備え、前記被研磨部材の下面及び上面を研磨する両面研磨装置であり、
   前記定盤平坦度測定器は、前記下定盤の上面の平面度を測定するものである
   ことを特徴とする請求項１の平面研磨装置の定盤平坦度測定器。
3. 前記第２ダイヤルゲージ固定部は、前記下定盤の外周に向かうほど幅寸法が大きくなる扇状に構成された第２ダイヤルゲージ固定部本体を備え、
   前記第２支柱及び第３支柱は、前記第２ダイヤルゲージ固定部本体の前記下定盤の周方向の端部にそれぞれ固定されている
   ことを特徴とする請求項２の平面研磨装置の定盤平坦度測定器。