TWI836112B - 雙面研磨裝置之控制系統、控制裝置及基板之製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明之課題,係在於提供一種能夠藉由對於研磨條件進行控制來對於基板之平坦度而以高精確度來迅速地作控制的雙面研磨裝置之控制系統、控制裝置以及基板之製造方法。本發明,其特徵為,係在藉由將被研磨體(W)夾在上定盤(21)與下定盤(32)之間並使上定盤與下定盤旋轉來對於被研磨體(W)之TOP面(30a)以及BOT面(30b)進行研磨的雙面研磨裝置(10)之控制系統中,分別算出在TOP面(30a)之研磨中所需要的TOP面工作量PT(Ws)和在BOT面(30b)之研磨中所需要的BOT面工作量PB(Ws),並以使所算出的TOP面工作量PT與BOT面工作量PB之間之差會落於特定之範圍內的方式,來對於研磨條件作控制。
Description
本發明,係有關於對於板狀之被研磨體的TOP面(頂面)與BOT面(底面)進行研磨之雙面研磨裝置之控制系統、研磨裝置及基板之製造方法。
作為此種控制系統,係揭示有:在對於被形成於半導體基板處之被加工層進行研磨時,於研磨中對於被加工層與保持有研磨劑的定盤之間之摩擦作測定,並基於所測定出的摩擦來算出被加工層之研磨速度,再將所算出的研磨速度以時間來逐步積分而求取出研磨量,並在所求取出的研磨量成為了特定量的時間點處而結束研磨(參照專利文獻1)。此控制系統,係更進而對於在被加工層與保持有研磨劑的定盤之間所被進行之工作量作累計,並在所累計的工作量成為了特定量的時間點處而結束研磨。亦即是,此控制系統,係藉由對於工作量作管理來對於被形成於半導體基板處之被加工層之研磨量作控制。
又,係揭示有:將藉由上定盤來對於被研磨體之表面進行研磨的相對速度設為A,並將藉由下定盤來對於被研磨體之背面進行研磨的相對速度設為B,而將A之相對於B之比(A/B)設為0.6以上0.8以下,藉由此,來使被研磨體之平面度成為良好(參照專利文獻2)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平11-265865號公報
[專利文獻2]日本專利第2993184號公報
[發明所欲解決之問題]
然而,在專利文獻1中所記載之控制系統,係藉由對於在被加工層與保持有研磨劑的定盤之間所被進行的工作量作累計,來對於被形成於半導體基板處之被加工層之研磨量作控制。又,在專利文獻1中所記載之控制系統,係並非為對於半導體基板之表背兩面進行研磨,而是僅對於被加工層之單面進行研磨,並以使研磨量成為一定的方式來作控制者,而並非為對於半導體基板之平坦度作控制者。若是將在專利文獻1中所記載之控制系統使用在成為需要對於表背兩面進行研磨之基板的平坦度之控制中,則會有導致平坦度的控制變得困難之問題。
又,在專利文獻2中所記載之控制系統,雖係藉由將相對速度比(A/B)控制在特定之範圍內來使被研磨體之平面度成為良好,但是,被研磨體之平面度,係並非僅唯一地受到相對速度的影響,而也會受到其他之研磨條件的影響。例如,起因於上定盤以及下定盤之轉矩變化或被研磨體之加工時間,也會導致平面度受到影響。故而,若是僅將相對速度比(A/B)控制在特定之範圍內,則係會有成為無法以高精確度來對於被研磨體之平面度作控制的問題。
又,為了將記錄容量增加,基板之搭載枚數係增加,伴隨於此,對於平坦度的品質要求係更為嚴格,而對於將平坦度為良好之基板的產率提升並安定地生產的技術有所需求。
本發明,係為為了解決此種問題所進行者,其課題,係在於提供一種能夠藉由對於研磨條件進行控制來對於基板之平坦度而以高精確度來迅速地作控制的雙面研磨裝置之控制系統、控制裝置以及基板之製造方法。
[用以解決問題之手段]
(1)本發明之雙面研磨裝置之控制系統,該雙面研磨裝置,係藉由將被研磨體夾在上定盤與下定盤之間並使前述上定盤與前述下定盤旋轉,來對於前述被研磨體之TOP面(頂面)以及BOT面(底面)進行研磨,該雙面研磨裝置之控制系統,其特徵為:係分別算出在前述TOP面之研磨中所需要的TOP面工作量PT(Ws)和在前述BOT面之研磨中所需要的BOT面工作量PB(Ws),以使身為所算出的前述TOP面工作量PT與前述BOT面工作量PB之間之差的工作量TB差會落於特定之範圍內的方式,來對於研磨條件作控制。
(2)本發明之雙面研磨裝置之控制系統,係在(1)所記載之雙面研磨裝置之控制系統中,具備有下述特徵:亦即是,前述TOP面工作量PT以及前述BOT面工作量PB,係基於前述上定盤以及前述下定盤之旋轉速度(rpm)、轉矩(Nm)以及前述被研磨體之加工時間T(sec),而被算出。
(3)本發明之雙面研磨裝置之控制系統,係在(1)或(2)所記載之雙面研磨裝置之控制系統中,具備有下述特徵:亦即是,在前述TOP面之研磨中所需要的前述TOP面工作量PT,係藉由下述式(1)而被算出,其中,在式(1)中,T1
係為開始工作量之測定的時間(sec),T2
係為結束工作量之測定的時間(sec),k係為常數,NU係為上定盤旋轉速度(rpm),NC係為載體公轉速度(rpm),QU係為上定盤轉矩(Nm),QUM係為上定盤機械損失量之轉矩(Nm),t係為取樣時間(sec)。
(4)本發明之雙面研磨裝置之控制系統,係在(1)~(3)所記載之雙面研磨裝置之控制系統中,具備有下述特徵:亦即是,在前述BOT面之研磨中所需要的前述BOT面工作量PB,係藉由下述式(2)而被算出,其中,在式(2)中,T1
係為開始工作量之測定的時間(sec),T2
係為結束工作量之測定的時間(sec),k係為常數,NL係為下定盤旋轉速度(rpm),NC係為載體公轉速度(rpm),QL係為下定盤轉矩(Nm),QLM係為下定盤機械損失量之轉矩(Nm),t係為取樣時間(sec)。
(5)本發明之雙面研磨裝置之控制系統,係在(1)所記載之雙面研磨裝置之控制系統中,具備有下述特徵:亦即是,前述特定之範圍,係藉由平坦度之臨限值與前述工作量TB差之臨限值而被作設定。
(6)本發明之雙面研磨裝置之控制系統,係在(1)所記載之雙面研磨裝置之控制系統中,具備有下述特徵:亦即是,係基於前述工作量TB差,來僅對於前述上定盤以及前述下定盤之其中一者作控制。
(7)本發明之雙面研磨裝置之控制裝置,係為藉由將被研磨體夾在上定盤與下定盤之間並使前述上定盤與前述下定盤旋轉來對於前述被研磨體之TOP面(頂面)以及BOT面(底面)進行研磨之雙面研磨裝置之控制裝置,其特徵為,係具備有:第1算出手段,係算出在前述TOP面之研磨中所需要的TOP面工作量PT(Ws);和第2算出手段,係算出在前述BOT面之研磨中所需要的BOT面工作量PB(Ws);和控制手段,係以會使藉由前述第1算出手段所算出的前述TOP面工作量PT與藉由前述第2算出手段所算出的前述BOT面工作量PB之間之差落於特定之範圍內的方式,來對於研磨條件作控制。
(8)本發明之基板之製造方法,係藉由雙面研磨裝置來對於被研磨體之TOP面(頂面)以及BOT面(底面)進行研磨,該基板之製造方法,其特徵為,係包含有:第1算出工程,係算出在前述TOP面之研磨中所需要的TOP面工作量PT(Ws);和第2算出工程,係算出在前述BOT面之研磨中所需要的BOT面工作量PB(Ws);和控制工程,係以會使藉由前述第1算出工程所算出的前述TOP面工作量PT與藉由前述第2算出工程所算出的前述BOT面工作量PB之間之差落於特定之範圍內的方式,來對於研磨條件作控制。
若依據上述(1)中所記載之本發明之雙面研磨裝置之控制系統,則係能夠藉由研磨條件之控制來對於基板之平坦度而以高精確度來迅速地作控制,並能夠得到平坦度為良好之基板。
若依據上述(2)中所記載之本發明之雙面研磨裝置之控制系統,則係算出高精確度之TOP面工作量PT以及BOT面工作量PB。
若依據上述(3)中所記載之本發明之雙面研磨裝置之控制系統,則在TOP面之研磨中所需要的TOP面工作量PT,係藉由式(1)而被算出。在式(1)中,係基於加工時間T(sec)、常數k、上定盤旋轉速度NU(rpm)、載體公轉速度NC(rpm)、上定盤轉矩QU(Nm)、上定盤機械損失量之轉矩QUM(Nm)、取樣時間t(sec),而進行算出處理。TOP面工作量PT之算出處理,由於係從加工時間之開始起直到結束為止而被作定積分,因此,在基板之研磨中,算出處理係被進行,並能夠得到高精確度之TOP面工作量PT。
若依據上述(4)中所記載之本發明之雙面研磨裝置之控制系統,則在BOT面之研磨中所需要的BOT面工作量PB,係藉由式(2)而被算出。在式(2)中,係基於加工時間T(sec)、常數k、下定盤旋轉速度NL(rpm)、載體公轉速度NC(rpm)、下定盤轉矩QL(Nm)、下定盤機械損失量之轉矩QLM(Nm)、取樣時間t(sec),而進行算出處理。BOT面工作量PB之算出處理,由於係從加工時間之開始起直到結束為止而被作定積分,因此,在基板之研磨中,算出處理係被進行,並能夠得到高精確度之BOT面工作量PB。
若依據上述(5)中所記載之本發明之雙面研磨裝置之控制系統,則基板之研磨量係落於特定之範圍內,並能夠得到平坦度為良好之基板。
若依據上述(6)中所記載之本發明之雙面研磨裝置之控制系統,則係更迅速地進行反饋控制,而能夠迅速地製造出平坦度為良好之基板。
若依據上述(7)中所記載之本發明之控制裝置,則藉由第1算出手段,在TOP面之研磨中所需要的TOP面工作量PT(Ws)係被算出,藉由第2算出手段,在BOT面之研磨中所需要的BOT面工作量PB(Ws)係被算出。進而,藉由控制手段,研磨條件係被以會使所算出的TOP面工作量PT與BOT面工作量PB之間之差落於特定之範圍內的方式而被作控制。其結果,藉由研磨條件之控制,基板之平坦度係被以高精確度來迅速地作控制,並能夠得到平坦度為良好之基板。
若依據上述(8)中所記載之本發明之基板之製造方法,則藉由第1算出工程,在TOP面之研磨中所需要的TOP面工作量PT(Ws)係被算出,藉由第2算出工程,在BOT面之研磨中所需要的BOT面工作量PB(Ws)係被算出,藉由控制工程,研磨條件係以會使TOP面工作量PT與BOT面工作量PB之間之差落於特定之範圍內的方式而被作控制。其結果,藉由研磨條件之控制,基板之平坦度係被以高精確度來迅速地作控制,並能夠得到平坦度為良好之基板。
[發明之效果]
若依據本發明,則係可提供一種能夠藉由對於研磨條件進行控制來對於基板之平坦度而以高精確度來迅速地作控制的雙面研磨裝置之控制系統、控制裝置以及基板之製造方法。又,藉由本發明,係能夠安定地生產平坦度為良好之基板。
參照圖面,針對適用有本發明的雙面研磨裝置之控制系統之實施形態的雙面研磨裝置10之控制系統、控制裝置20以及基板30之製造方法作說明。
首先,針對藉由實施形態之雙面研磨裝置10所製造出的基板30作說明。基板30,係如同在圖1(a)、圖1(b)中所示一般,具備有厚度為th、外徑為D、中心之貫通孔h之內徑為d的圓盤形狀。另外,基板30,係並不被限定圓盤,例如,係亦可為方形或橢圓形等之圓盤以外的其他之形狀,並且亦可並不具備中心之貫通孔h。基板30,在本實施形態中,係身為硬碟用基板,但是,係亦可為使用在其他用途中之基板。
基板30之厚度th係為0.3mm~2mm程度,並具備有外徑D為30mm~270mm程度、內徑d為10mm~70mm程度的尺寸。具體而言,係具備有從厚度th為1.75mm、1.6mm、1.27mm、1.0mm、0.8mm、0.635mm、0.6mm、0.5mm、0.38mm、0.3mm、外徑D之尺寸為3.5吋、2.8吋、2.5吋、內徑d為20mm、25mm之中所選擇的任意之圓盤形狀。
基板30,係藉由由鋁或鋁合金之板材所成的鋁基材,而被構成。基板30,係具備有高精確度之平滑性和表面硬度,並且亦具備有能夠對起因於高速旋轉所導致的震動之發生作抑制的高剛性以及耐衝擊性。為了具備有此些之特性,基板30係藉由硬的素材所形成,而亦可為由玻璃之板材所成之玻璃基板。
基板30,係如同圖2(a)中所示一般,在被進行有由研磨機(grinder)研磨或退火等之表面處理的鋁基材(Al_Sub)的表面以及背面處,被施加有無電解鎳-磷鍍敷(NiP)。圖2(a),係對於無電解鎳-磷鍍敷之表面與背面的膜厚差、亦即是鋁基材(Al_Sub)之表面側的鍍敷與背面側的鍍敷之間之膜厚差為0的理想基板作展示。理想基板,係作用在基板之表面側以及背面側處的壓縮應力為相同,平坦度係成為0。另外,於此情況,鋁基材(Al_Sub),其厚度係為一定,並身為平坦度為0之無變形的基材。
相對於此,圖2(b),係針對起因於表面以及背面之研磨而在表、背面產生有鍍敷之膜厚差的實際之基板30作展示。例如,雖然在對於基板30進行研磨之前的表面側與背面側之鍍敷之膜厚係互為相同,而膜厚差係為0,但是,起因於研磨,例如如同圖2(b)中所示一般,係會有表面之鍍敷為厚而背面之鍍敷為變薄的情形。於此情況,作用於表面之壓縮應力係為大,作用於背面之壓縮應力係為小。如此這般,若是在基板30之表背面處存在有壓縮應力之差,則基板30之平坦度係會惡化。
又,如同圖2(c)中所示一般,基板30,係若是鋁基材(Al_Sub)之厚度變得越薄則剛性會越降低,並會更大地受到起因於無電解鎳-磷鍍敷被膜之表、背面的膜厚差所產生的壓縮應力之影響。例如,相較於基板30之厚度為1.27mm的情況,係以0.635mm的情況時,代表表、背面膜厚差與平坦度之間之關係的傾斜線之傾斜角度會變得更大,並更大地受到壓縮應力之影響,平坦度之惡化的程度係變大。
本實施形態之平坦度,係指相對於基板30之平坦的變形之大小。所謂平坦度為高之基板,係代表變形為大之基板(平坦度為差之基板),所謂平坦度為低之基板,係代表變形為小之基板(平坦度為佳之基板)。此變形之大小,係可根據從平面起直到基板30之表面為止的距離、干涉紋之根數、研磨量等而求取出來。
在本發明中,係將基板30之兩面中的被上定盤所研磨之面,定義為TOP面30a,並將被下定盤所研磨之面,定義為BOT面30b。平坦度,係亦可藉由基板30之TOP面30a側或者是BOT面30b側之凹凸差之最大值與代表凸方向之符號之間的組合,來作表現。
平坦度,係可藉由基板30之TOP面30a側以及BOT面30b側之各者之最大值的差分、亦即是藉由TOP-BOT(頂面減去底面)所算出的TB差之值,來作表現。例如,若是TOP面30a側係為凸,則算出的結果係成為+(正),若是BOT面30b側係為凸,則算出的結果係成為-(負),單位係以μm來作表現。
以下,參考圖3,針對具體性的平坦度之測定方法與算出方法的其中一例作說明。圖3,係為對於本發明之實施形態中的平坦度作說明之圖。本實施形態之平坦度,係對於從幾何學上為正確之平面(幾何學性平面)起而至基板30之表面為止的距離作測定,並將該測定出的數值使用在平坦度的算出中。
具體而言,係對於在基板30之TOP面30a處而於厚度方向上最為突出的場所與最為陷下之場所之間之差(TOP)和在基板30之BOT面30b處而於厚度方向上最為突出的場所與最為陷下之場所之間之厚度方向之差(BOT)作計測,並以從TOP而減去了BOT的數值來作表現。
平坦度,例如,當TOP面30a側係為3μm而BOT面30b側係為2μm的情況時,TOP面30a側係為凸,算出的結果係成為3μm-2μm=+(正)1μm,當TOP面30a側係為3μm而BOT面30b側係為5μm的情況時,BOT面30b係為凸,算出之結果係成為3μm-5μm=-(負)2μm。
然而,只要是身為能夠得知TOP面30a側與BOT面30b側之何者乃成為凸的算出方法即可,+與-係亦可成為相反。
另外,平坦度之定義,係並不被限定於上述之內容,例如,係亦可採用與在JIS規格(JIS B 0621-1984)中所定義的平面度相同意義之內容,亦可對於基板30之兩面的干涉紋之根數或者是研磨量作測定,並以從TOP面30a之數值而減去了BOT面30b之數值後的數值來作表現。
為了對於基板30之兩面作測定,係可依據進行檢測之對象而選擇平坦度計或平面度測定器、干涉計等。在此些之測定機器中,係亦可並非僅具有對於基板30之兩面進行測定的機構,而亦具備有用以將所測定出的數值作為特定之數值來算出並作顯示的控制裝置或記憶裝置、輸出裝置。在本實施形態中之平坦度之測定方法,例如,係可藉由平坦度計來進行測定。
接著,參照圖面,針對本實施形態的雙面研磨裝置10之控制系統作說明。
雙面研磨裝置10之控制系統,係如同圖4中所示一般,具備有雙面研磨裝置10、和對於雙面研磨裝置10作控制之控制裝置20,並構成為對於被研磨體W進行研磨而製造出基板30。
雙面研磨裝置10,係具備有上定盤部11、和下定盤部12、和空壓單元13、和平衡器14、和研磨液供給單元15、和荷重元16、和未圖示之轉矩感測器、旋轉速度感測器。雙面研磨裝置10,係具備有下述之構成:亦即是,係將被研磨體W夾入至上定盤部11以及下定盤部12之間,並藉由相對於被研磨體体W而使上定盤部11以及下定盤部12相對性地旋轉,來對於被研磨體W之表面以及背面之兩面進行研磨。
上定盤部11,係具備有上定盤21、和研磨墊22、和上定盤驅動馬達23、和旋轉軸24、和桿25、以及萬向接頭26,並構成為:經由旋轉軸24以及萬用接頭26,上定盤驅動馬達23之驅動力係被傳導至上定盤21處,上定盤21係被作旋轉。
上定盤21,係由具備有特定之厚度的圓盤所成,在被設置於其之下面處的墊片裝著部21a處,係被可裝卸地而裝著有研磨墊22,並構成為使上定盤21與研磨墊片22一同作旋轉。在上定盤21之上面處,係被設置有複數之桿21b,並成為空出有些許之間隙地而被***至被設置於桿25處之貫通孔中。在上定盤21處,係被連接有未圖示之旋轉速度感測器,上定盤21之旋轉速度係被轉換為電性訊號,並成為被送訊至連接目標之控制裝置20處。
研磨墊22,係身為對於基板30之表面進行研磨者,並使用有公知之物。研磨墊22,係於中央部處被形成有貫通孔,而由所謂的甜甜圈狀之圓盤所成。在從上面研磨墊之外週部起而朝向內側作了分離的位置處,係被形成有複數之貫通孔,並成為使研磨液經由此貫通孔而被供給至研磨墊22與位置於研磨墊22之下面的基板30處。
上定盤驅動馬達23,係被安裝在未圖示之靜止構件處,並經由正時滑車等之滑車23a以及正時皮帶等之皮帶23b而被與旋轉軸24作連結。上定盤驅動馬達23之驅動力,係經由滑車23a以及皮帶23b而被傳導至旋轉軸24處,在從上方來對於旋轉軸24作了觀察時,旋轉軸24係朝順時針方向旋轉,上定盤21亦係朝向順時針方向旋轉。
在旋轉軸24處,係於軸線方向上被形成有貫通孔,並構成為,在貫通孔中,桿25係空出有些許之間隙地而被***。在旋轉軸24之下部處,係被形成有凸緣24a,在凸緣24a處,複數之桿24b係從下面起朝向下方突出地而被作設置。又,在旋轉軸24之上部處,係被形成有未圖示之連結部,並被連結有上定盤驅動馬達23之皮帶23b,驅動力係成為經由連結部而從皮帶23b來傳導至旋轉軸24處。
桿25,係具備有被***至旋轉軸24之貫通孔中之軸部、和被形成於軸部之下方處的凸緣部、以及被與萬向接頭26作連結之連結部。桿25之連結部,係經由萬用接頭26而被與上定盤21作連結,空壓單元13之壓力係成為被傳導至上定盤21處。在桿25之凸緣部處,係被形成有複數之貫通孔,在各貫通孔中,上定盤21之桿21b以及旋轉軸24之桿24b係分別成為空出有些許之間隙地而被作***。
桿25,係成為經由桿24b而被傳導有旋轉軸24之旋轉。又,旋轉軸24之旋轉,係成為經由桿24b以及桿21b而被傳導至上定盤21處。
萬用接頭26,係由使被作連結之2個的構件之相交的角度自由作變化的自由接頭所成。在萬用接頭26處,由於係被連接有上定盤21與桿25之連結部,並且,桿25之凸緣部係被與旋轉軸24作連結,因此,就算是上定盤21之水平面與旋轉軸24之軸線所相交的交角改變,藉由萬向接頭26,上定盤21之水平面亦係被維持為水平。又,下定盤23之連接部由於係為固定,因此係能夠追隨於加工時之下定盤之變動。
下定盤部12,係具備有台31、和被可自由旋轉地安裝於台31處之下定盤32、和研磨墊22、和複數之載體33、和太陽齒輪34、和使下定盤32旋轉之下定盤驅動馬達35、以及使太陽齒輪34旋轉之太陽齒輪驅動馬達36。
台31,係身為被設置於特定之場所處的靜止構件,並將下定盤32可自由旋轉地作支持。又,台31,係於與被裝著在下定盤32處之研磨墊22的外週面相對向之內週面處,被形成有內齒31t,後述之載體33的外齒33t與內齒31t係成為相互咬合。又,台31,係將後述之下定盤32之軸部32b可自由旋轉地作支持。
下定盤32,其上面係為水平,下面係被形成為圓錐梯形狀,並具備有墊片裝著部32a、和與墊片裝著部32a相正交之軸部32b。在軸部32b處,係被形成有貫通軸線方向之貫通孔。在此貫通孔中,後述之太陽齒輪34之軸部34b係成為被可自由旋轉地作***。在下定盤32之墊片裝著部32a的上面處,係被可裝卸地而裝著有研磨墊22,並構成為使下定盤32與研磨墊片22一同作旋轉。
在下定盤32處,係被連接有未圖示之旋轉速度感測器,下定盤32之轉矩或轉矩變動、旋轉速度係被轉換為電性訊號,並成為被送訊至連接目標之控制裝置20處。另外,下定盤32之轉矩,係基於下定盤驅動馬達35之電流值而被算出,但是,係亦可身為藉由轉矩感測器所實際測定出的加工時之下定盤驅動馬達35之轉矩。
載體33,係由被形成有外齒33t之圓盤所成,外齒33t,係構成為與後述之太陽齒輪34之外齒34t和台31之內齒31t相咬合。載體33,係一面與太陽齒輪34之外齒34t和台31之內齒31t相咬合,一面進行自轉,並且亦在太陽齒輪34之周圍公轉。載體33之公轉速度,係基於太陽齒輪34之旋轉速度而被算出。
在載體33處,係被形成有收容部,該收容部,係將複數之被研磨體W、例如3枚~5枚程度的被研磨體W可自轉地作收容。又,在太陽齒輪34之周圍公轉的載體33,係為10枚程度。故而,在1次的研磨工程中所被作研磨的被研磨體W係成為50枚程度,係會有將此被研磨體W之枚數作為1個批次來處理的情形。
太陽齒輪34,係具備有齒輪部34a和軸部34b,該齒輪部34a,係被形成有與複數之載體33之外齒33t相咬合之外齒34t。軸部34b,係藉由太陽齒輪驅動馬達36,而在從太陽齒輪34之上方作觀察時朝逆時針方向旋轉,太陽齒輪34係成為朝向逆時針方向作旋轉。
下定盤驅動馬達35,係經由正時滑車等之滑車35a以及正時皮帶等之皮帶35b而被與下定盤32之軸部32b作連結。下定盤驅動馬達35之驅動力,係被傳導至軸部32b處,在對於軸部32b而從上方作觀察時,軸部32b係成為朝逆時針方向旋轉。亦即是,藉由下定盤驅動馬達35,下定盤32係成為朝逆時針方向旋轉。
太陽齒輪驅動馬達36,係經由正時滑車等之滑車36a以及正時皮帶等之皮帶36b而被與太陽齒輪34之軸部34b作連結。太陽齒輪驅動馬達36之驅動力,係被傳導至軸部34b處,在對於軸部34b而從上方作觀察時,軸部34b係成為朝逆時針方向旋轉。
在雙面研磨裝置10處,如同圖5(a)中所示一般,在從上方來對於雙面研磨裝置10作了觀察時,上定盤21係朝向順時針方向旋轉。又,如同圖5(b)中所示一般,下定盤32係朝向逆時針方向旋轉,載體33係一面朝向順時針方向自轉一面在太陽齒輪34之周圍朝向逆時針方向公轉,太陽齒輪34係朝向逆時針方向旋轉。太陽齒輪34之旋轉速度,係藉由旋轉速度感測器而被檢測出來。另外,太陽齒輪34之旋轉方向,係亦可設為相反的順時針方向。於此情況,載體33之進行自轉的自轉方向係成為相反。
空壓單元13,係如同圖4中所示一般,由朝上下進行往返動作的複動型之桿汽缸所成,並具備有活塞13a、汽缸體部13b、活塞桿13c。活塞桿13c,係被與上定盤部11之桿25作連接,並具備有經由桿25以及萬向接頭26來使上定盤21作升降之構成。
平衡器14,係具備有平衡汽缸14a、和活塞14b、和線14c、以及對線(wire)14c作導引之滑車14d、14e。線14c之其中一端,係被與活塞14b作連結,另外一端,係被與上定盤部11作連結。在藉由空壓單元13來使上定盤21進行升降時,平衡器14,係支撐上定盤部11之重量而保持平衡,而以減輕在由空壓單元13所致之上定盤21之升降動作中所需要的負載並且以高精確度來迅速地對於上定盤21之升降作支援的方式來起作用。
研磨液供給單元15,係具備有幫浦15a和壓力計15b以及開閉閥15c,並構成為將研磨被研磨體W的研磨液(亦即是所謂的漿料)經由研磨墊22之貫通孔來對於研磨墊22與被研磨體W作供給。幫浦15a係被與控制裝置20作連接,並成為藉由控制裝置20而使動作被作控制。壓力計15b,係被與控制裝置20作連接,幫浦15a之壓力(MPa)之訊號係成為被送訊至控制裝置20處。
漿料,係由包含有「由氧化鋁(Al2
O3
)和氧化矽(SiO2
)所成之砥粒」和「由蝕刻成分所成之化學成分」的液狀之研磨液所成。漿料,係構成為藉由砥粒自身所具備的表面化學作用或者是化學成分的作用,來使由漿料與被研磨體W之間之相對運動所致的機械性研磨效果增大並成為能夠得到平滑的研磨面。
荷重元16,係由檢測出荷重或轉矩等之力的感測器所成,並被設置在桿25處,桿25之荷重和荷重之變動、轉矩和轉矩變動、乃至於在被與桿25作連結的上定盤21處所施加之荷重和荷重之變動、轉矩和轉矩變動,係被轉換為電性訊號,並成為被送訊至連接目標之控制裝置20處。
接著,參照圖面,針對本實施形態的控制裝置20作說明。
控制裝置20,係具備有進行演算處理之中央處理裝置以及儲存控制程式之記憶體,並具備有未圖示之第1算出手段、第2算出手段以及控制手段。控制裝置20,係分別被與研磨液供給單元15、空壓單元13、上定盤驅動馬達23、下定盤驅動馬達35以及太陽齒輪驅動馬達36作連接,並對於各構成要素之動作作控制。
控制裝置20,係分別算出在被研磨體W之TOP面30a之研磨中所需要的工作量PT(Ws)和在被研磨體W之BOT面30b之研磨中所需要的工作量PB(Ws),並以使所算出的工作量PT與工作量PB之間之差會落於特定之範圍內的方式,來對於研磨條件作控制。控制裝置20,具體而言,係藉由對於雙面研磨裝置10之研磨條件進行控制,來對於基板30之平坦度迅速地作控制,並藉由雙面研磨裝置10來製造出平坦度為良好之基板30。
第1算出手段,係算出被研磨體W之在圖3中所示的TOP面30a之研磨中所需要的TOP面工作量PT(Ws)。第1算出手段,係基於上定盤21之上定盤旋轉速度(rpm)以及上定盤轉矩(Nm)、被研磨體W之加工時間T(sec),來算出TOP面工作量PT。
工作量(Ws),係身為在被研磨體W之研磨加工中所使用了的能源量(J),並藉由工作量(Ws)=旋轉速度(rpm)×轉矩(Nm)×加工時間(sec)而被算出。
具體而言,第1算出手段,係將TOP面工作量PT基於下述之式(1)來算出。
其中,在式(1)中,T1
係為開始工作量之測定的時間(sec),T2
係為結束工作量之測定的時間(sec),k係為常數,NU係為上定盤旋轉速度(rpm),NC係為載體公轉速度(rpm),QU係為上定盤轉矩(Nm),QUM係為上定盤機械損失量之轉矩(Nm),t係為取樣時間(sec)。
加工時間T,係代表特定之加工經過時間,亦即是代表對於工作量作測定的加工時間。亦即是,係代表對於式(1)中之T1
~T2
之間之工作量作測定,T1
係代表開始工作量之測定的時間,T2
係代表結束工作量之測定的時間。
T1
與T2
,係只要因應於對工作量進行測定的區間來決定即可,在T1
處,較理想,係使用測定開始時間或者是前一次的取樣結束時間,在T2
處,較理想,係使用測定結束時間或者是此次的取樣結束時間。
T1
與T2
,係可適宜作變更,例如,在進行個別批次管理的情況時,在T1
處係可使用測定開始時間,在T2
處係可使用測定結束時間。在對於從特定批次之研磨之開始起直到結束為止的10分鐘間之工作量進行測定的情況時,係在T1
處使用特定批次之工作量測定開始時間的「0」,並在T2
處使用特定批次之工作量測定結束時間(例如研磨結束時間)之「600(sec)」,而能夠算出工作量。
又,係亦可藉由預先所決定了的取樣時間來算出工作量。例如,在將於特定批次內的工作量測定間隔設為每隔10sec時,在第1次的取樣中,於T1
處係使用測定開始時間之「0」,在T2
處係使用此次的取樣結束時間之「10(sec)」,在第2次的取樣中,於T1
處係使用測定開始時間之「0」,在T2
處係使用此次的取樣結束時間之「20(sec)」,來在每次改變取樣之時序時,僅對於T2
作變更,藉由此、亦即是藉由將取樣時間作累積,係能夠算出工作量。
又,在並不使取樣時間作累積地而對於工作量進行測定的情況時,例如,係可藉由「在T1
處係使用前一次的取樣結束時間之「10(sec)」,在T2
處係使用此次的取樣結束時間之「20(sec)」」,來在每次改變取樣之時序時,對於T1
以及T2
之數值作變更,而算出之。另外,式(1)與後述之式(2)的T1
以及T2
係需要為相同。
式(1)中之上定盤旋轉速度NU,係身為藉由被設置在上定盤21處之旋轉速度感測器所檢測出的上定盤21之旋轉速度,載體公轉速度NC,係身為根據藉由太陽齒輪34之旋轉速度感測器所檢測出的太陽齒輪34之旋轉速度所算出的載體33之公轉速度,上定盤轉矩QU,係身為藉由荷重元16所檢測出的上定盤21之轉矩。
另外,在式(1)中之上定盤機械損失QUM(Nm),係代表起因於上定盤21自身作旋轉一事所喪失的轉矩損失,上定盤機械損失QUM,例如,係可藉由事先檢測出在並不對於上定盤21施加負載地來使上定盤21作了空轉時之上定盤21之轉矩,而得到之。
第2算出手段,係構成為算出被研磨體W之在圖3中所示的BOT面30b之研磨中所需要的BOT面工作量PB(Ws)。第2算出手段,係基於下定盤32之下定盤旋轉速度(rpm)以及下定盤轉矩(Nm)、被研磨體W之加工時間T(sec),來算出BOT面工作量PB。
具體而言,第2算出手段,係將BOT面工作量PB基於下述之式(2)來算出。
其中,在式(2)中,T1
係為開始工作量之測定的時間(sec),T2
係為結束工作量之測定的時間(sec),k係為常數,NL係為下定盤旋轉速度(rpm),NC係為載體公轉速度(rpm),QL係為下定盤轉矩(Nm),QLM係為下定盤機械損失量之轉矩(Nm),t係為取樣時間(sec)。
式(2)中之下定盤旋轉速度NL以及下定盤轉矩QL,係身為藉由被設置在下定盤32處之旋轉速度感測器所檢測出的下定盤32之旋轉速度以及基於下定盤驅動馬達35之電流值所算出的加工時之下定盤32之轉矩,載體公轉速度NC,係身為根據藉由太陽齒輪34之旋轉速度感測器所檢測出的太陽齒輪34之旋轉速度所算出的載體33之公轉速度。
另外,在式(2)中之下定盤機械損失QLM(Nm),係代表起因於下定盤32自身作旋轉一事所喪失的轉矩損失,下定盤機械損失QLM,例如,係可藉由事先檢測出在並不對於下定盤32施加負載地來使下定盤32作了空轉時之下定盤32之轉矩,而得到之。
在式(1)以及式(2)中的取樣時間t(sec),係指在加工時間T之研磨時間中而被作取樣的時間間隔。例如,若是取樣時間t為1sec,則係在每1sec而分別檢測出該瞬間的轉矩和旋轉速度等之資料,並基於所檢測出的各資料,來藉由式(1)而算出在取樣時間1sec中的TOP面工作量PT(Ws),並且藉由式(2)而算出在取樣時間1sec中的BOT面工作量PB(Ws)。
式(1),係成為在取樣時間1sec中的TOP面工作量PT之從T1
(sec)起直到T2
(sec)而作了定積分的工作量(Ws)。式(2),亦係與式(1)相同的,係成為在取樣時間1sec中的BOT面工作量PB之從T1
(sec)起直到T2
(sec)而作了定積分的工作量(Ws)。
在式(1)以及式(2)中之取樣時間t以及加工時間T,係基於被研磨體W之構造、大小、材質、形狀和雙面研磨裝置10之構造、大小等的設定諸規格、研磨墊片和研磨液之種類等的諸條件以及實驗值等之資料,而被適宜作選擇。又,在式(1)以及(2)中之常數k,係身為用以將上定盤或下定盤之旋轉速度(rpm)以及轉矩(Nm)換算為工作量(Ws)之數值,而可使用一般性的換算式來得到之。
控制手段,係藉由使所算出的TOP面工作量PT與BOT面工作量PB之間之差落於特定之範圍內的方式,來以會使基板30之平坦度落於特定之平坦度範圍內的方式而控制研磨條件。亦即是,藉由以會使身為TOP面工作量PT與BOT面工作量PB之間之差的工作量TB差落於身為特定之範圍之目標工作量TB差內的方式,來對於研磨條件作控制,係能夠使基板30之平坦度落於特定之平坦度範圍內。
控制手段,係構成為基於工作量TB差、亦即是基於藉由第1算出手段所算出的TOP面工作量PT與藉由第2算出手段所算出的BOT面工作量PB之間之差,來僅對於上定盤21或下定盤32之其中一者作控制。藉由對於上定盤21或下定盤32作控制,係以高精確度而進行有迅速的控制。
又,作為進行控制的研磨條件,係可列舉出旋轉速度(rpm)、荷重(kg)、載體之公轉數(rpm)、時間(sec)、研磨液流量(mL/min)等,在進行由定盤所致之控制的情況時,較理想,係對於旋轉速度、荷重、載體之公轉數中的任一者或者是此些之組合作控制,從使控制成為容易的觀點來看,更理想,係對於旋轉速度及/或荷重作控制,又更理想,係僅對於旋轉速度作控制。
特定之範圍,係如同圖6(a)中所示一般,藉由平坦度之臨限值與工作量TB差之臨限值而被作設定。作為特定之範圍之設定程序,首先,係決定在被研磨體W處所容許的平坦度之範圍(平坦度之上限臨限值與下限臨限值之間之範圍)。接著,決定在被研磨體W處所容許的工作量TB差之臨限值。工作量TB差之臨限值,例如,係可藉由事先所另外進行之研磨來決定之。
工作量TB差,係藉由藉由S=PT-PB來作表現,以使S會落於特定之範圍內的方式,來藉由控制手段而僅對於上定盤21或下定盤32之其中一者作控制。另外,控制,較理想,係藉由個別批次之管理或者是批次內之管理來進行。在個別批次之管理中,係於每1批次結束時而進行控制,在批次內之管理中,係於批次內、亦即是於研磨中而進行控制。批次,係代表在1次的研磨工程中所被作研磨的被研磨體W之枚數單位,一個批次,被研磨體W係成為50枚程度,但是,係並不被限定於此。
目標工作量TB差,係身為藉由所決定了的平坦度臨限值與工作量TB差臨限值所作了包圍的以網格所標示之方形之區域。工作量TB差臨限值,係身為能夠製作出不會超出平坦度臨限值之物的區域。
另外,圖6(a),係為將橫軸設為工作量TB差(kWs),並將縱軸設為平坦度(μm),並且將相對於所算出的工作量TB差之在通常生產時之平坦度(μm)以黑點來作了描繪的圖表。
圖6(b),係為與圖6(a)相同之圖表,並為將橫軸設為工作量TB差(kWs),並將縱軸設為平坦度(μm),並且將相對於所算出的工作量TB差之在工作量管理時的平坦度(μm)以黑點來作了描繪的圖表。如同圖6(b)中所示一般,在工作量管理時(亦即是,藉由對工作量作控制),係能夠對於平坦度作控制,而能夠使被研磨體W之平坦度落於目標工作量TB差之區域內。
平坦度臨限值、工作量TB差臨限值以及目標工作量TB差,係基於被研磨體W之構造、大小、材質、形狀和雙面研磨裝置10之構造、大小等的設定諸規格以及實驗值等之資料,而被適宜作選擇。平坦度臨限值、工作量TB差臨限值以及目標工作量TB差,例如,係在每次使製造裝置(製造生產線)、研磨墊片、研磨液、研磨液之流量的任一者作變化時,分別進行試驗研磨,而決定之。
接著,參考圖面,針對通常生產時以及工作量管理時作說明。
在並未進行工作量管理的先前技術之通常生產時,如同圖7(a)中所示一般,係在進行了被作了研磨的被研磨體W之表面檢查之後,藉由平坦度計來測定被研磨體W之平坦度。測定結果,例如,係作為平坦度TB差而在平坦度計處以圖表來作顯示。
之後,當被判定為平坦度TB差係超過上限的情況時,係得知被研磨體W之鍍敷厚度乃身為TOP>BOT,並被設定為TOP相對速度UP。亦即是,係進行有將上定盤21之旋轉速度相較於下定盤32而相對性地增快的設定。另一方面,當根據平坦度TB差之圖表而被判定為平坦度TB差係超過下限的情況時,係得知被研磨體W之鍍敷厚度乃身為TOP<BOT,並被設定為BOT相對速度UP。亦即是,係進行有將下定盤32之旋轉速度相較於上定盤21而相對性地增快的設定。此些之判定以及設定,係由作業者來進行。
故而,在並未進行工作量管理的通常生產時,係於表面檢查後,被進行有TOP相對速度UP之設定以及BOT相對速度UP之設定,雙面研磨裝置10係以使被研磨體W之平坦度會成為適當的方式而被作調整。因此,係會耗費長時間的控制時間延遲(time lag),並且也會有在經過數個批次後才被作控制的情形。
相對於此,在本實施形態之工作量管理時,如同在圖7(b)中所示一般,工作量TB差,係於從研磨起直到表面檢查為止的期間中、亦即是於被研磨體W之研磨中而被算出,因此,係能夠將控制時間延遲大幅度地縮短,而能夠實現高精確度的平坦度。又,係亦成為不需要先等待平坦度的測定結果再進行控制,而能夠使製造費用大幅度地降低。
接著,參考圖面,針對被研磨體W之工作量(kWs)與被研磨體W之研磨量(mg)之間之相關係數作說明。另外,被研磨體W之1枚的單位研磨量(mg),係可藉由將「被研磨體W為50枚的1個批次之量之研磨前之被研磨體W的總重量(mg)」與「被研磨體W為50枚的1個批次之量之研磨後之被研磨體W的總重量(mg)」作減算,並將作了減算後的總重量以50枚來作除算,而取得之。
圖8,係將橫軸設為批次編號,並對於1批次~18批次之範圍作展示。墊片時間、亦即是直到對第1批次進行研磨為止的墊片之使用時間,係設為經過了25小時左右者。圖8之左側之縱軸,係代表工作量(kWs),右側之縱軸,係代表研磨量(mg)。在圖8中,係標示有對於各批次與工作量之間之關係作展示的折線圖表、和對於各批次與研磨量之間之關係作展示的折線圖表。
具體而言,相對於各批次的兩面研磨量,係以實線之折線來作標示,相對於各批次之兩面工作量,係以細小的虛線之折線來作標示,相對於各批次之BOT工作量,係以一點鍊線之折線來作標示,相對於各批次之TOP工作量,係以粗大的虛線之折線來作標示。另外,所謂兩面工作量,係指將TOP面之工作量與BOT面之工作量作了加總者。
若依據圖8之圖表,則以實線之折線所標示的兩面研磨量和以細小的虛線之折線來作標示的兩面工作量,係成為相近似的圖表,在每次對於研磨條件進行調整時,兩者之折線係以相同之傾向來作上升、下降,而可得知係存在有相關。又,以一點鍊線之折線所標示的BOT工作量和以粗大的虛線之折線來作標示的TOP工作量,係成為相近似的圖表,而可得知兩者係存在有相關關係。又,4個的各折線圖表,雖然數值係為相異,但是折線之形狀係為近似,而可以得知,相對於各批次的兩面研磨量、相對於各批次之兩面工作量、相對於各批次之BOT工作量以及相對於各批次之TOP工作量,係相互存在有相關關係。
在對於圖8中所示之研磨量-工作量之相關進行了驗證後,其結果,被研磨體W之研磨量與被研磨體W之兩面工作量之間之相關,係亦可藉由圖9之圖表來作表現。圖9,係為將橫軸設為兩面工作量(kWs),並將縱軸設為兩面研磨量(mg),並且將相對於所算出的兩面工作量之兩面研磨量(mg)以黑點來作了描繪的圖表。
圖9中所示之兩面研磨量-兩面工作量之圖表,係對於在標準差σ2.4下之將相對於兩面工作量(kWs)之兩面研磨量(mg)以黑點來作了描繪的圖表作展示。被作了描繪的黑點,係集中於虛線之傾斜線附近,可以得知,兩面工作量(kWs)與兩面研磨量(mg)係存在有相關,並且係身為正比關係。
另外,虛線之傾斜線,係如同在圖9之右上處所示一般,藉由由迴歸式所成之近似式y=0.1346x-2.2355而被作表現。又,R2
=0.9592,係代表在以excel來對於近似式作了處理的情況時之決定係數。此一所謂決定係數,係為代表相對於資料所推測出的迴歸式之符合程度之值,決定係數,係可藉由求取出所有變動(各個的數值與平均值之差)之平方和、迴歸變動(各個的預測值與平均值之差)之平方和,並將迴歸變動以所有變動來作除算,而求取之,並成為相關係數之平方。根據此迴歸式,亦可得知,藉由對於對被研磨體W進行研磨之工作量作管理,係能夠對於被研磨體W之研磨量作管理。
在被研磨體W之研磨量與被研磨體W之兩面工作量之間,由於係存在有相關關係,因此,係能夠根據對被研磨體W進行加工之TOP面之工作量與BOT面之工作量,來推測出被研磨體W之1枚的兩面研磨量。同樣的,鍍敷厚度,由於係與平坦度之間存在有相關關係,因此,藉由對於TOP面之工作量與BOT面之工作量(=研磨量=鍍敷厚度)作控制,係能夠對於TOP面與BOT面之研磨量作控制,乃至於成為能夠進行平坦度之控制,就算是被研磨體W係身為薄的基板,也能夠對於在基板30之生產中的良率作改善。
另外,工作量,係針對TOP面以及BOT面之各者而分別被算出,但是,關於研磨量,由於被研磨體W之TOP面以及BOT面係藉由雙面研磨裝置10而被同時進行研磨,因此,被研磨體W之TOP面以及BOT面之各者,係並不會個別地作計測,而是成為1枚兩面之研磨量。
接著,參照圖面,針對實施形態的基板30之製造方法作說明。
實施形態之基板30之製造方法,係包含有鋁空白基板(blank)製作工程、旋盤加工工程、退火工程、研磨機研削工程、退火工程、無電解鎳-磷鍍敷(Ni-P)工程、退火工程、研磨工程、平坦度之控制工程、表面檢查工程、平坦度測定工程、出貨工程之各工程。各工程係被依序進行,經過各工程,基板30係被製造出來。
在實施形態之基板30之製造方法的各工程之中,除了研磨工程以及平坦度之控制工程以外的各工程,係藉由公知之工程而被構成,參照圖面,主要針對研磨工程以及平坦度之控制工程來作說明。
在研磨工程中,在圖4中所示之載體33處,係被安置有被研磨體W之一個批次之量的50枚。若是被研磨體W之安置結束,則藉由所設定了的研磨條件,雙面研磨裝置10係動作,研磨係開始。若是雙面研磨裝置10動作,則如同圖5(a)以及圖5(b)中所示一般,上定盤21係朝向順時針方向旋轉,下定盤32、載體33以及太陽齒輪34係朝向逆時針方向旋轉。藉由此旋轉,被安置於載體33處的被研磨體W係進行公轉並且亦在載體內而自轉。另外,太陽齒輪34,係亦可設為朝向順時針方向旋轉。於此情況,載體33之旋轉方向係成為順時針方向。
與研磨被開始同時地,研磨液係被從研磨液供給單元15而供給至被研磨體W處。被研磨體W,係藉由被裝著於上定盤21之墊片裝著部21a處的研磨墊片22、和被裝著於下定盤32之墊片裝著部32a處的研磨墊片22、以及被供給之研磨液,而使被研磨體W之TOP面30a以及BOT面30b同時被研磨。
在批次內管理中之平坦度之控制工程,係如同圖10中所示一般,包含有上定盤工作量測定(步驟S1)、和上定盤工作量算出(第1算出工程:步驟S2)、和旋轉速度算出(步驟S3)、和下定盤工作量測定(步驟S4)、和下定盤工作量算出(第2算出工程:步驟S5)、和下定盤旋轉速度設定(步驟S6)、和設定加工時間判定(步驟S7),而構成之。
另外,步驟S1~步驟S7之平坦度之控制工程,係藉由控制裝置20而在被研磨體W之研磨中被進行。上定盤工作量測定(步驟S1)和下定盤工作量測定(步驟S4),係可同時被進行,或者是亦可依序被進行,在依序被進行的情況時,不論是先進行何者均可。
又,係藉由下定盤旋轉速度設定(步驟S6)來設定下定盤32之旋轉速度,但是,替代於此,係亦可構成為對於上定盤21之旋轉速度作設定。又,平坦度之控制工程,係可藉由對於上定盤21或下定盤32之研磨條件作變更,來進行控制。圖10,雖係僅對於設定旋轉速度並對旋轉速度作控制的情況作展示,但是,藉由更進一步對於施加在被研磨體W處之荷重作控制,係成為能夠更進而使平坦度之精確度提升。於此情況,係成為能夠針對起因於墊片使用時間差而在基板30處產生品質差異的情形作抑制。又,若是能夠進行藉由研磨液供給單元15所供給的研磨液之流量調整之自動化,則係成為能夠進行更為安定之研磨控制。
在上定盤工作量測定(步驟S1)中,係基於上定盤之轉矩、亦即是基於Σ(相對速度×定盤轉矩),來測定上定盤21之工作量,在上定盤工作量算出(步驟S2)中,係基於藉由上定盤工作量測定(步驟S1)所測定出的測定資料,來使用前述之式(1)而算出上定盤21之工作量。算出,係在對於控制時間延遲以及墊片經過時間有所考量的情況下而進行。另外,上定盤工作量算出(步驟S2),係對應於本發明之第1算出工程。
在旋轉速度算出(步驟S3)中,首先,係演算出從在加工經過時間中之TOP工作量而減算了根據加工結束時之目標工作量TB差來換算成了經過時間的目標工作量TB差後之值,並作為在加工經過時間中之BOT之目標工作量而算出之。另外,TOP工作量,係藉由算出TOP面工作量PT之式(1)而取得之。加工結束時之目標工作量TB差,係如同圖6(a)中所示一般,基於平坦度之臨限值與工作量TB差之臨限值而被決定。
接著,根據所取得的BOT之目標工作量、BOT之實際測定轉矩以及時間,來藉由下述之數式而算出BOT之相對速度。
BOT之目標工作量÷BOT之實際測定轉矩÷時間=BOT之相對速度
藉由上述之數式,係取得BOT之相對速度。
接著,根據所取得的BOT之相對速度以及載體33之公轉速度,來藉由下述之數式而算出進行控制的下定盤32之旋轉速度。
BOT之相對速度+載體33之公轉速度=進行控制的下定盤32之旋轉速度
另外,係亦可替代下定盤32之旋轉速度,而設為取得上定盤21之旋轉速度,於此情況,係根據TOP之相對速度以及載體33之公轉速度,來藉由下述之數式而算出在下一工程中所被設定的上定盤旋轉速度。
TOP之相對速度-載體33之公轉速度=進行控制的上定盤21之旋轉速度
藉由上述之數式,在步驟S6中,下定盤32或上定盤21之旋轉速度係被設定。
在下定盤工作量測定(步驟S4)中,係基於下定盤之轉矩、亦即是基於Σ(相對速度×定盤轉矩),來測定下定盤32之工作量,在下定盤工作量算出(步驟S5)中,係基於藉由下定盤工作量測定(步驟S4)所測定出的測定資料,來使用前述之式(2)而算出下定盤32之工作量。算出,係在對於控制時間延遲以及墊片經過時間有所考量的情況下而進行。另外,下定盤工作量算出(步驟S5),係對應於本發明之第2算出工程。
在下定盤旋轉速度設定(步驟S6)中,係被設定有在旋轉速度算出(步驟S3)中所取得了的進行控制之下定盤32之旋轉速度。下定盤旋轉速度設定(步驟S6),係對應於本發明之控制工程。另外,如同前述一般,係亦可替代下定盤32之旋轉速度而設定上定盤21之旋轉速度。
在設定加工時間判定(步驟S7)中,係判定是否到達了預先所設定了的加工時間。在被判定為係到達了預先所設定了的加工時間的情況時,研磨係結束。在並未被判定為係到達了預先所設定了的加工時間的情況時,研磨係繼續,並前進至上定盤工作量測定(步驟S1)以及下定盤工作量測定(步驟S4)處。
以下,針對實施形態之雙面研磨裝置10之控制系統、控制裝置20以及基板30之製造方法的效果作說明。
(1)若依據本實施形態之雙面研磨裝置10之控制系統,則藉由控制裝置20,在TOP面30a之研磨中所需要的TOP面工作量PT(Ws)和在BOT面30b之研磨中所需要的BOT面工作量PB(Ws)係分別被算出。又,研磨條件係被以會使所算出的TOP面工作量PT與BOT面工作量PB之間之差、亦即是工作量TB差落於特定之範圍內的方式而被作控制。其結果,藉由研磨條件之控制,基板之平坦度係被以高精確度來迅速地作控制,並可獲得能夠得到平坦度為良好之基板的效果。
具體而言,如同圖11(a)中所示一般,在並未進行有工作量管理的先前技術之通常生產時之工作量TB差之次數分配,在橫軸之被研磨體W之工作量TB差的範圍區分為[-0.5以上~未滿0]中,縱軸之被研磨體W之各工作量TB差之範圍區分內的枚數係為最多,被研磨體W之枚數,係擴廣至[未滿-2.5]~[2.5以上]之廣範圍中。圖表中之曲線,雖係表現有常態分布,但是,就算是在常態分布中,亦係成為以[-0.5以上~未滿0]作為頂部的平緩之曲線。另外,在通常生產時,被研磨體W之枚數、亦即是N數,係為2519枚,平均係為0.2,σ係成為1.1。
相對於此通常生產時,在工作量管理時,如同圖11(b)中所示一般,工作量TB差之次數分配,在橫軸之被研磨體W之工作量TB差的範圍區分為[-0.5以上~未滿0]中,縱軸之被研磨體W之各工作量TB差之範圍區分內的枚數係為最多,被研磨體W之枚數,係集中於[-1以上~未滿-0.5]和[0以上~未滿0.5]之範圍中。在以圖表中之曲線所表現的常態分布中,亦同樣的,係成為以[-1以上~未滿-0.5]作為頂部而突出之曲線。另外,在工作量管理時,被研磨體W之枚數、亦即是N數,係為1057枚,平均係為-0.4,σ係成為0.2。
故而,在以會使工作量TB差落於特定之範圍內的方式來使研磨條件被作了控制後,其結果,σ係從1.1而成為0.2,而可確認到被研磨體W之工作量TB差的參差係成為極小,並得到了研磨條件的控制係被極為良好地進行之效果。
又,圖12,係為在本發明之實施形態的雙面研磨裝置之控制系統處的工作量TB差之常態分布曲線與圖表。如同圖12中所示一般,工作量管理時之常態分布的以實線所示之曲線,係中央部為顯著地突出並成為高,相對於此,在通常生產時之常態分布的以虛線所示之曲線,係並不存在有多大的突出量,而成為極為平緩。根據圖12之圖表,也可以確認到,被研磨體W之工作量TB差的參差係成為極小。
又,如同圖13(a)中所示一般,在並未進行有工作量管理的先前技術之通常生產時之平坦度TB差之次數分配,在橫軸之被研磨體W之平坦度TB差的範圍區分為[0以上~未滿0.5]中,縱軸之被研磨體W之各平坦度TB差之範圍區分內的枚數係為最多,被研磨體W之枚數,係擴廣至[未滿-2.5]~[2.5以上]之廣範圍中。在以圖表中之曲線所表現的常態分布中,亦同樣的,係成為以[0以上~未滿0.5]作為頂部的平緩之曲線。另外,在通常生產時,被研磨體W之枚數、亦即是N數,係為2519枚,平均係為0.19,σ係成為1.02。
相對於此通常生產時,在工作量管理時,如同圖13(b)中所示一般,平坦度TB差之次數分配,在橫軸之被研磨體W之平坦度TB差的範圍區分為[-0.5以上~未滿0]中,縱軸之被研磨體W之各平坦度TB差之範圍區分內的枚數係為最多,被研磨體W之枚數,係集中於[-2以上~未滿-1.5]和[0.5以上~未滿1]之間。在以圖表中之曲線所表現的常態分布中,亦同樣的,係成為以[-1以上~未滿-0.5]作為頂部而突出之曲線。另外,在工作量管理時,被研磨體W之枚數、亦即是N數,係為1057枚,平均係為-0.45,σ係成為0.77。
故而,在以會使平坦度TB差落於特定之範圍內的方式來使研磨條件被作了控制後,其結果,σ係從1.02而成為0.77,而可確認到被研磨體W之平坦度TB差的參差係變小,並得到了研磨條件的控制係被良好地進行之效果。
又,圖14,係為在本發明之實施形態的雙面研磨裝置之控制系統處的平坦度TB差之常態分布曲線與圖表。如同圖14中所示一般,工作量管理時之常態分布的以實線所示之曲線,係中央部為略為突出並成為高,相對於此,在通常生產時之常態分布的以虛線所示之曲線,突出部分係為小,而成為平緩。根據圖12之圖表,也可以確認到,被研磨體W之平坦度TB差的參差係變得較小。
(2)若依據本發明之雙面研磨裝置10之控制系統,則由於TOP面工作量PT以及BOT面工作量PB,係藉由控制裝置20,來基於對被研磨體W進行研磨之上定盤21以及下定盤32之旋轉速度(rpm)、和對於被研磨體W進行研磨之上定盤21以及下定盤32之轉矩(Nm)、以及被研磨體W之加工時間T(sec),而被算出,因此,係可得到能夠算出高精確度之TOP面工作量PT以及BOT面工作量PB的效果。
(3)若依據本實施形態之雙面研磨裝置10之控制系統,則藉由控制裝置20,在TOP面30a之研磨中所需要的TOP面工作量PT,係藉由式(1)而被算出。在式(1)中,係基於加工時間T(sec)、常數k、上定盤旋轉速度NU(rpm)、載體公轉速度NC(rpm)、上定盤轉矩QU(Nm)、上定盤機械損失量之轉矩QUM(Nm)、取樣時間t(sec),而進行算出處理。TOP面工作量PT之算出處理,由於係從加工時間之開始起直到結束為止而被作定積分,因此,在基板30之研磨中,算出處理係被進行,而可得到能夠得到高精確度之TOP面工作量PT的效果。
(4)若依據本實施形態之雙面研磨裝置10之控制系統,則藉由控制裝置20,在BOT面30b之研磨中所需要的BOT面工作量PB,係藉由式(2)而被算出。在式(2)中,係基於加工時間T(sec)、常數k、下定盤旋轉速度NL(rpm)、載體公轉速度NC(rpm)、下定盤轉矩QL(Nm)、下定盤機械損失量之轉矩QLM(Nm)、取樣時間t(sec),而進行算出處理。BOT面工作量PB之算出處理,由於係從加工時間之開始起直到結束為止而被作定積分,因此,在基板之研磨中,算出處理係被進行,並可得到能夠得到高精確度之BOT面工作量PB的效果。
(5)若依據本實施形態之雙面研磨裝置10之控制系統,則藉由控制裝置20,由於特定之範圍係根據平坦度之臨限值與工作量TB差之臨限值而被作設定,因此,藉由使工作量落於特定之範圍內,基板30之研磨量係落於特定之範圍內,而可得到能夠得到平坦度為良好之基板30的效果。
(6)若依據本發明之雙面研磨裝置10之控制系統,則由於係藉由控制裝置20,來基於TOP面工作量PT與BOT面工作量PB之間之差,來在被研磨體W之研磨中使上定盤21以及下定盤32被作控制,因此,係進行有更為迅速之反饋控制,而能夠得到使基板30被迅速地製造出來之效果。具體而言,如同圖7(a)以及圖7(b)中所示一般,控制時間延遲,在通常生產的情況時,係為約1小時30分鐘左右,相對於此,在本實施形態之工作管理中,係可得到被縮短為約10分鐘的效果。
另外,藉由僅對於上定盤21或下定盤32之其中一者進行控制,係能夠抑制在被研磨體W之TOP面與BOT面之間之研磨量的參差,而能夠對於研磨量差之惡化作抑制。
於先前技術中,起因於研磨墊片之堵塞或劣化、研磨液之流量、被研磨體W之搬送途中之停止等,係會有研磨墊片與被研磨體W之摩擦係數增加的情形。若是研磨墊片與被研磨體W之摩擦係數增加,則由於轉矩係會上升,因此,工作量係增加,但是,在所增加的工作量中係亦包含有對於研磨並無助益者,而得知了,在起因於前述之原因所增加的工作量之中,對於研磨有所助益之工作量係幾乎沒有改變。亦即是,係會有「起因於摩擦係數增加一事所導致的工作量之增加」與「研磨量之增加」並非為相等的情況,若是僅根據被研磨體W之單面的工作量來作判斷,則研磨量係會有所參差,而會有導致被研磨體W之TB差惡化的情形。
因此,在本實施形態之雙面研磨裝置10之控制系統中,係藉由以TB之工作量之差來進行評價,而使對於研磨並無助益之工作量相互抵消,並成為工作量TB差=研磨量TB差。
於此,雖然亦可考慮有對於被研磨體W之兩面的上定盤21與下定盤32之旋轉速度進行控制的方法,但是,如同前述一般,起因於各種原因的影響,由於對於研磨有所助益之工作量或者是對於研磨並無助益之工作量係並非為一定,因此係難以決定成為目標值之控制量。
故而,藉由對於被研磨體W之單面的上定盤21或下定盤32之工作量而自然地進行監測,並以會使工作量TB差成為一定的方式來決定另外一面之上定盤21或下定盤32之控制量,係進行有更為迅速之反饋控制,而能夠迅速地製造出平坦度為良好之基板。作為具體性之控制方法,較理想,係對於定盤之旋轉速度及/或荷重作控制。
(7)本實施形態之控制裝置20,係具備有算出在TOP面30a之研磨中所需要的TOP面工作量PT(Ws)之第1算出手段、和算出在BOT面30b之研磨中所需要的BOT面工作量PB(Ws)之第2算出手段、和以會使TOP面工作量PT與BOT面工作量PB之間之差會落於特定之範圍內的方式,來對於研磨條件作控制之控制手段。
藉由此構成,藉由第1算出手段,在TOP面30a之研磨中所需要的TOP面工作量PT(Ws)係被算出,藉由第2算出手段,在BOT面30b之研磨中所需要的BOT面工作量PB(Ws)係被算出。進而,藉由控制手段,研磨條件係被以會使所算出的TOP面工作量PT與BOT面工作量PB之間之差落於特定之範圍內的方式而被作控制。其結果,藉由研磨條件之控制,基板30之平坦度係被以高精確度來迅速地作控制,並可獲得能夠得到平坦度為良好之基板30的效果。
(8)若依據本實施形態之基板30之製造方法,則藉由第1算出工程,在TOP面30a之研磨中所需要的TOP面工作量PT(Ws)係被算出,藉由第2算出工程,在BOT面30b之研磨中所需要的BOT面工作量PB(Ws)係被算出,藉由控制工程,研磨條件係以會使TOP面工作量PT與BOT面工作量PB之間之差落於特定之範圍內的方式而被作控制。其結果,藉由研磨條件之控制,基板30之平坦度係被以高精確度來迅速地作控制,並可獲得能夠得到平坦度為良好之基板30的效果。
以上,雖係針對本發明之實施形態作了詳細敘述,但是,本發明係不被前述之實施形態所限定,在不脫離申請專利範圍中所記載之本發明之要旨的範圍內,係可進行各種之設計變更。
10:雙面研磨裝置
11:上定盤部
12:下定盤部
13:空壓單元
13a,14b:活塞
13b:汽缸體部
13c:活塞桿
14:平衡器
14a:平衡汽缸
14c:線
15:研磨液供給單元
15a:幫浦
15b:壓力計
15c:開閉閥
16:荷重元
20:控制裝置
21:上定盤
21a,32a:墊片裝著部
21b:桿
22:研磨墊
23:上定盤驅動馬達
23a,35a,36a,14d,14e:滑車
23b,35b,36b:皮帶
24:旋轉軸
24a:凸緣
24b:桿
25:桿
26:萬向接頭
30:基板
30a:TOP面
30b:BOT面
31:台
31t:內齒
32:下定盤
32b,34b:軸部
33:載體
33t,34t:外齒
34:太陽齒輪
34a:齒輪部
35:下定盤驅動馬達
36:太陽齒輪驅動馬達
D:外徑
d:內徑
h:貫通孔
k:常數
NC:載體公轉速度
NL:下定盤旋轉速度
NU:上定盤旋轉速度
QL:下定盤轉矩
QLM:下定盤機械損失量之轉矩
QU:上定盤轉矩
QUM:上定盤機械損失量之轉矩
t:取樣時間
th:厚度
T:加工時間
W:被研磨體
[圖1]係為藉由本發明之實施形態的雙面研磨裝置之控制系統所製造出之基板之圖,圖1(a)係對於基板之立體圖作展示,圖1(b)係對於基板之剖面圖作展示。
[圖2]係為對於本發明之實施形態的由鋁基板所成之基板之平坦度作說明之概略圖,圖2(a)係對於平坦度為0之狀態作展示,圖2(b)係對於平坦度有所惡化的狀態作展示,圖2(c)係對於針對起因於板厚差異所導致的對於平坦度之影響作表現的圖表作展示。
[圖3]係為對於平坦度的算出方法之其中一例作說明之圖。
[圖4]係為本發明之實施形態的雙面研磨裝置之控制系統之構成圖。
[圖5]係為對於本發明之實施形態的雙面研磨裝置之旋轉方向之其中一例作說明之圖,圖5(a)係對於上定盤之旋轉方向作展示,圖5(b)係對於下定盤、太陽齒輪以及載體之旋轉方向(公轉、自轉)作展示。
[圖6]係為對於在本發明之實施形態的雙面研磨裝置之控制系統中之平坦度-工作量TB差之臨限值作展示之圖表,圖6(a)係對於通常生產時之分布作展示,圖6(b)係對於工作量管理時之分布作展示。
[圖7]係為對於在本發明之實施形態的雙面研磨裝置之控制系統中之平坦度的管理方法作說明之圖,圖7(a)係對於先前技術之由平坦度所致之管理之圖作展示,圖7(b)係對於在批次個別管理方式之工作量測定器中的由平坦度所致之管理作展示。
[圖8]係為對於在本發明之實施形態的雙面研磨裝置之控制系統處的研磨量與工作量之間之相關作展示之折線圖。
[圖9]係為對於在本發明之實施形態的雙面研磨裝置之控制系統處的兩面研磨量與兩面工作量之間之關係作展示之圖表。
[圖10]係為對於在本發明之實施形態的雙面研磨裝置之批次內管理方式之控制系統中的從研磨開始起直到研磨結束為止的處理之其中一例作說明之流程圖。
[圖11]係為在本發明之實施形態的雙面研磨裝置之控制系統中之工作量TB差之次數分布的圖表,圖11(a)係對於並未進行工作量管理時(通常生產時)之圖表作展示,圖11(b)係對於工作量管理時之圖表作展示。
[圖12]係為在本發明之實施形態的雙面研磨裝置之控制系統處的工作量TB差之常態分布曲線與圖表。
[圖13]係為在本發明之實施形態的雙面研磨裝置之控制系統中之平坦度TB差之次數分布的圖表,圖13(a)係對於並未進行工作量管理時(通常生產時)之圖表作展示,圖13(b)係對於工作量管理時之圖表作展示。
[圖14]係為在本發明之實施形態的雙面研磨裝置之控制系統處的平坦度TB差之常態分布曲線與圖表。
10:雙面研磨裝置
11:上定盤部
12:下定盤部
13:空壓單元
13a,14b:活塞
13b:汽缸體部
13c:活塞桿
14:平衡器
14a:平衡汽缸
14c:線
15:研磨液供給單元
15a:幫浦
15b:壓力計
15c:開閉閥
16:荷重元
20:控制裝置
21:上定盤
21a,32a:墊片裝著部
21b:桿
22:研磨墊
23:上定盤驅動馬達
23a,35a,36a,14d,14e:滑車
23b,35b,36b:皮帶
24:旋轉軸
24a:凸緣
24b:桿
25:桿
26:萬向接頭
31:台
31t:內齒
32:下定盤
32b,34b:軸部
33:載體
33t,34t:外齒
34:太陽齒輪
34a:齒輪部
35:下定盤驅動馬達
36:太陽齒輪驅動馬達
Claims (8)
- 一種雙面研磨裝置之控制系統,該雙面研磨裝置,係藉由將被研磨體夾在上定盤與下定盤之間並使前述上定盤與前述下定盤旋轉,來對於前述被研磨體之TOP面(頂面)以及BOT面(底面)進行研磨,該雙面研磨裝置之控制系統,其特徵為:係分別算出在前述TOP面之研磨中所需要的TOP面工作量PT(Ws)和在前述BOT面之研磨中所需要的BOT面工作量PB(Ws),以使身為所算出的前述TOP面工作量PT與前述BOT面工作量PB之間之差的工作量TB差會落於特定之範圍內的方式,來對於研磨條件作控制,在前述TOP面之研磨中所需要的前述TOP面工作量PT,係藉由下述式(1)而被算出,
- 一種雙面研磨裝置之控制系統,該雙面研磨裝置,係藉由將被研磨體夾在上定盤與下定盤之間並 使前述上定盤與前述下定盤旋轉,來對於前述被研磨體之TOP面(頂面)以及BOT面(底面)進行研磨,該雙面研磨裝置之控制系統,其特徵為:係分別算出在前述TOP面之研磨中所需要的TOP面工作量PT(Ws)和在前述BOT面之研磨中所需要的BOT面工作量PB(Ws),以使身為所算出的前述TOP面工作量PT與前述BOT面工作量PB之間之差的工作量TB差會落於特定之範圍內的方式,來對於研磨條件作控制,在前述BOT面之研磨中所需要的前述BOT面工作量PB,係藉由下述式(2)而被算出,
- 如請求項1或2所記載之雙面研磨裝置之控制系統,其中,前述特定之範圍,係藉由平坦度之臨限值與前述工作量TB差之臨限值而被作設定。
- 如請求項1或2所記載之雙面研磨裝置之控制系統,其中, 係基於前述工作量TB差,來僅對於前述上定盤或前述下定盤之其中一者作控制。
- 一種雙面研磨裝置之控制裝置,該雙面研磨裝置,係藉由將被研磨體夾在上定盤與下定盤之間並使前述上定盤與前述下定盤旋轉,來對於前述被研磨體之TOP面(頂面)以及BOT面(底面)進行研磨,該雙面研磨裝置之控制裝置,其特徵為,係具備有:第1算出手段,係算出在前述TOP面之研磨中所需要的TOP面工作量PT(Ws);和第2算出手段,係算出在前述BOT面之研磨中所需要的BOT面工作量PB(Ws);和控制手段,係以會使藉由前述第1算出手段所算出的前述TOP面工作量PT與藉由前述第2算出手段所算出的前述BOT面工作量PB之間之差落於特定之範圍內的方式,來對於研磨條件作控制,在前述TOP面之研磨中所需要的前述TOP面工作量PT,係藉由下述式(1)而被算出,
- 一種雙面研磨裝置之控制裝置,該雙面研磨裝置,係藉由將被研磨體夾在上定盤與下定盤之間並使前述上定盤與前述下定盤旋轉,來對於前述被研磨體之TOP面(頂面)以及BOT面(底面)進行研磨,該雙面研磨裝置之控制裝置,其特徵為,係具備有:第1算出手段,係算出在前述TOP面之研磨中所需要的TOP面工作量PT(Ws);和第2算出手段,係算出在前述BOT面之研磨中所需要的BOT面工作量PB(Ws);和控制手段,係以會使藉由前述第1算出手段所算出的前述TOP面工作量PT與藉由前述第2算出手段所算出的前述BOT面工作量PB之間之差落於特定之範圍內的方式,來對於研磨條件作控制,在前述BOT面之研磨中所需要的前述BOT面工作量PB,係藉由下述式(2)而被算出,
- 一種基板之製造方法,係藉由雙面研磨裝置來對於被研磨體之TOP面(頂面)以及BOT面(底面)進行 研磨,該基板之製造方法,其特徵為,係包含有:第1算出工程,係算出在前述TOP面之研磨中所需要的TOP面工作量PT(Ws);和第2算出工程,係算出在前述BOT面之研磨中所需要的BOT面工作量PB(Ws);和控制工程,係以會使藉由前述第1算出工程所算出的前述TOP面工作量PT與藉由前述第2算出工程所算出的前述BOT面工作量PB之間之差落於特定之範圍內的方式,來對於研磨條件作控制,在前述TOP面之研磨中所需要的前述TOP面工作量PT,係藉由下述式(1)而被算出,
- 一種基板之製造方法,係藉由雙面研磨裝置來對於被研磨體之TOP面(頂面)以及BOT面(底面)進行研磨,該基板之製造方法,其特徵為,係包含有:第1算出工程,係算出在前述TOP面之研磨中所需要 的TOP面工作量PT(Ws);和第2算出工程,係算出在前述BOT面之研磨中所需要的BOT面工作量PB(Ws);和控制工程,係以會使藉由前述第1算出工程所算出的前述TOP面工作量PT與藉由前述第2算出工程所算出的前述BOT面工作量PB之間之差落於特定之範圍內的方式,來對於研磨條件作控制,在前述BOT面之研磨中所需要的前述BOT面工作量PB,係藉由下述式(2)而被算出,
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