平面研磨装置及游星轮的制作方法

本发明涉及对半导体晶片等工件的表背面进行研磨的平面研磨装置、和保持上述工件的游星轮(carrier)。

背景技术：

对半导体晶片或玻璃衬底等板状的工件进行研磨的平面研磨装置通常具有旋转自如地配置的上定盘(uppersurfaceplate)及下定盘(lowersurfaceplate)、和保持上述工件的游星轮，并构成为通过上定盘及下定盘来夹持该游星轮上所保持的上述工件，且通过上述上定盘和下定盘来对该工件的表背面进行研磨。

在这种平面研磨装置中，公知通过在工件的厚度与游星轮的厚度之差成为规定值的时刻结束研磨而得到具有高平面度的工件。因此，以往，如专利文献1所公开的那样，分别测定工件的厚度和游星轮的厚度，并对该工件的厚度与游星轮的厚度之差(间隔)进行管理，进行研磨加工直至该间隔成为规定值。

但是，专利文献1所公开的发明在研磨开始前要测定游星轮的厚度，并且在不研磨时(磨粒的改换时刻)要测定工件的厚度，因此存在作业效率差的缺点。

另一方面，在专利文献2中，公开有如下内容：将基于激光的厚度测定装置安装到支承架上，从该厚度测定装置向工件照射激光，并基于从该工件的表面及背面反射的反射光来计算出该工件的厚度。由此，能够在研磨中测定工件的厚度，因此作业效率优异。关于游星轮，由于来自该游星轮的反射光弱，所以将该反射光作为计测误差来处理，由此没有基于激光进行厚度测定。

用于平面研磨加工的游星轮重复使用，由此需要耐久性，因此，通常使用耐久性优异的游星轮。其中，由金属或纤维增强塑料等构成的不具有光透过性(透光性)的游星轮或光透过性(透光性)低且反射光弱的游星轮(以下称为“不具有光透过性(透光性)的游星轮”)的反射光的强度弱，由此从反射光得到的测定数据的峰值被因研磨加工时的研磨装置的振动等而产生的噪声埋没，导致被作为噪声处理(成为计测误差)。尤其是在金属制游星轮的情况下，由于激光没有透过，所以无法基于该激光来测定厚度。因此，在使用金属制游星轮来对工件进行研磨的情况下，需要在不研磨时特意将该游星轮从研磨装置取出并使用千分尺(micrometer)等测定器来测定厚度，作业效率差。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-45279号公报

专利文献2：日本特开2008-227393号公报

技术实现要素：

因此，本发明的技术课题在于，即使在游星轮为上述不具有光透过性(透光性)的游星轮的情况下，也能够基于激光来测定该游星轮的厚度，由此在测定该游星轮的厚度时不需要将该游星轮从研磨装置拆下，能够基于间隔管理来高效地进行工件的研磨。

为了实现上述目的，根据本发明，提供一种平面研磨装置，具有旋转自如地配置的上定盘及下定盘、和用于保持工件的游星轮，通过上述上定盘和下定盘来夹持该游星轮上所保持的工件并对该工件的两面进行研磨，上述平面研磨装置的特征在于，上述平面研磨装置具有用于测定上述工件及游星轮的厚度的厚度测定装置，上述厚度测定装置构成为，朝向上述工件及游星轮照射激光，并根据来自该工件及游星轮的表面的反射光和来自背面的反射光来测定该工件及游星轮的厚度，上述游星轮具有：主体部，其具有用于保持上述工件的工件保持孔；和厚度测定部，其用于测定该游星轮的厚度，该厚度测定部具有形成在与上述工件保持孔不同的位置上的测定孔、和嵌入在该测定孔中的透光部件，该透光部件与上述主体部相比光透过性(透光性)优异，另外，该透光部件的厚度与上述主体部的厚度相等，且该透光部件的表背面与上述主体部的表背面形成为共面。

在本发明的平面研磨装置中，优选的是，上述测定孔的口径比上述工件保持孔的口径小。另外，更优选的是，上述透光部件的研磨率与上述主体部的研磨率同等或为其以下。

另外，根据本发明，提供一种游星轮，配置在平面研磨装置的上定盘与下定盘之间，且用于保持通过该上定盘和下定盘而被研磨的工件，上述游星轮的特征在于，上述游星轮具有：主体部，其具有用于保持上述工件的工件保持孔；和厚度测定部，其用于通过激光来测定该游星轮的厚度，该厚度测定部具有形成在与上述工件保持孔不同的位置上的测定孔、和嵌入在该测定孔中的透光部件，该透光部件与上述主体部相比光透过性(透光性)优异，另外，该透光部件的厚度与上述主体部的厚度相等，且该透光部件的表背面与上述主体部的表背面形成为共面。

在本发明的游星轮中，优选的是，上述测定孔的口径比上述工件保持孔的口径小。另外，更优选的是，上述透光部件的研磨率与上述主体部的研磨率同等或为其以下。

发明效果

像这样，根据本发明，即使游星轮为不具有光透过性(透光性)或光透过性(透光性)低的材料，也能够通过激光来测定该游星轮的厚度，且在测定游星轮的厚度时不需要特意将该游星轮从研磨装置拆下，因此容易进行工件的厚度与游星轮的厚度之间的间隔管理，而减少其作业工时。另外，由于能够防止因游星轮的拆下/再装填而导致的游星轮变形和破损，所以能够防止产生因该变形和破损使研磨面相对于上下定盘的接触变得不均匀、且研磨面的状态不稳定而导致的工件加工精度的偏差，从而能够实现稳定的研磨加工。

附图说明

图1是表示本发明的平面研磨装置的一个实施方式的整体结构的概略剖视图。

图2是表示上定盘和配置在下定盘上的多个游星轮的概略俯视图。

图3是表示对工件的厚度进行测定的状态的概略局部放大图。

图4是表示本实施方式的游星轮的第一例子的概略俯视图。

图5是表示上述游星轮的第二例子的概略俯视图。

图6是表示上述游星轮的第三例子的概略俯视图。

图7是表示上述游星轮的第四例子的概略俯视图。

图8是表示对游星轮的厚度进行测定的状态的概略局部放大图。

附图标记说明

1平面研磨装置

2上定盘

3下定盘

30游星轮

31主体部

32工件保持孔

34测定孔

35透光部件

40工件

50第2探头

x厚度测定装置

y厚度测定部

具体实施方式

以下使用附图来详细地说明本发明的平面研磨装置的一个实施方式。本实施方式的平面研磨装置1用于对硅晶片或玻璃衬底那样的具有光透过性(透光性)的板状的工件40的表背面进行研磨，如图1所示，具有以轴线l为中心旋转自如地配置在该平面研磨装置1的机体上的上定盘2及下定盘3、太阳齿轮(sungear)4及内齿轮(internalgear)5，并且具有以相等间隔载置在上述下定盘3上且与上述太阳齿轮4及内齿轮5啮合的金属制的游星轮30。在该游星轮30上形成有用于保持上述工件40的工件保持孔32。

另外，上述平面研磨装置1具有以上述轴线l为中心配置成同轴状且下端与驱动马达等驱动源连接的第1-第4驱动轴2a-5a，在第1驱动轴2a的上端安装有驱动器10，第2驱动轴3a的上端与上述下定盘3连接，第3驱动轴4a的上端与上述太阳齿轮4连接，第4驱动轴5a的上端与上述内齿轮5连接，通过这些驱动轴2a-5a，使上述上定盘2及下定盘3、和太阳齿轮4及内齿轮5以上述轴线l为中心驱动并旋转。此外，基于上述第1驱动轴2a对上定盘2的驱动将通过以下的说明而得以明确。

在上述上定盘2的上方设有与上述机体一体的支承架6，在该支承架6上安装有马达或气缸等升降用致动器7，在该升降用致动器7的升降杆7a的下端连结有定盘悬吊件8，在该定盘悬吊件8上通过多个支承螺柱8a而支承有上述上定盘2。在上述定盘悬吊件8的内周与上述升降杆7a的外周之间设有轴承12，通过该轴承12而使上述升降杆7a和定盘悬吊件8以在上下方向上相互固定但在以上述轴线l为中心的旋转方向上相对地旋转自如的方式连结。

并且，在研磨工件40时，当通过上述升降用致动器7使升降杆7a伸长而使上定盘2下降至图1的研磨位置时，设在该上定盘2上的钩9与上述第1驱动轴2a的上端的上述驱动器10卡合，由此该上定盘2经由上述驱动器10且通过上述第1驱动轴2a而被驱动并旋转。

在不研磨工件时，当通过上述升降用致动器7使升降杆7a收缩而使上述上定盘2上升到从研磨位置远离的退避位置时，上述钩9与驱动器10的卡合被解除。

如图1所示，在上述上定盘2的下表面和下定盘3的上表面上分别贴付有具有均匀厚度的研磨垫11。作为该研磨垫11，使用无纺布制的研磨垫或聚氨酯制的研磨垫。但是，研磨垫11不是必须的，也可以代替研磨垫11而是贴付磨粒的构造或定盘面自身形成研磨面的构造。

上述游星轮30为由不具有光透过性(透光性)或光透过性(透光性)低的材料构成的游星轮。作为这样的游星轮的材质，具有不锈钢/sk钢/钛等金属、陶瓷、使用了玻璃纤维/碳纤维/芳香族聚酰胺纤维等的纤维增强塑料、芳香族聚酰胺树脂、氯乙烯、夹布酚醛塑料(clothinsertedbakelite)、或将它们以具有耐磨损性/耐药品性/耐久性的材料涂布而得到的材质等，但在此以金属来说明。如图4所示，游星轮30在主体部31的外周具有齿轮31a，并且在偏心的位置上具有与工件为相同形状的一个工件保持孔32，在该工件保持孔32内保持上述工件40(参照图1及图2)。该游星轮30载置在上述下定盘3的研磨垫11上，使外周的齿轮31a与上述太阳齿轮4和内齿轮5啮合，由此，通过这些太阳齿轮4和内齿轮5的旋转，该游星轮30一边自转一边绕上述太阳齿轮4公转。

上述游星轮30制作得比研磨前的工件40的厚度薄，在将该研磨前的工件40保持在工件保持孔32上时，该工件40与游星轮30的表面相比向上方突出(参照图1及图3)。

另外，如图4-图7所示，上述游星轮30具有浆料(slurry)导入孔33，在研磨工件40时，从未图示的浆料供给部供给的研磨浆料通过该浆料导入孔33而遍及工件40的表背面。

在通过上述平面研磨装置1来进行工件40的研磨时，在使上述上定盘2上升到退避位置的状态下，如图2所示，将多个上述游星轮30以相等间隔配置在下定盘3上，并且使形成在其外周上的上述齿轮31a与上述太阳齿轮4和内齿轮5啮合。并且，在使工件40保持在各游星轮30的工件保持孔32中之后，如图1所示，使上述上定盘2下降至研磨位置，并通过该上定盘2和下定盘3来夹入游星轮30。在该状态下，一边经由上述驱动轴2a-5a使上定盘2及下定盘3和太阳齿轮4及内齿轮5以预先设定的旋转方向及旋转速度旋转，一边向上述上定盘2与下定盘3之间供给研磨浆料，由此，保持在绕上述太阳齿轮4自转及公转的上述游星轮30上的工件40的表背面通过上述上定盘2和下定盘3而被研磨。

此外，在图2的例子中，将四个游星轮30沿圆周方向以相等间隔排列，但配置在下定盘3上的游星轮30的数量是任意的。

另外，本实施方式的平面研磨装置1构成为进行如下间隔管理方式的研磨，即分别测定工件40的厚度(t)和游星轮30的厚度(t)，并在该工件40的厚度与游星轮30的厚度之差(间隔)成为所期望的值的时刻结束研磨。因此，上述平面研磨装置1具有通过激光来测定工件40的厚度和游星轮30的厚度的光学式的厚度测定装置x。

上述厚度测定装置x构成为能够在研磨上述工件40的过程中实时地测定该工件40的厚度和上述游星轮30的厚度这两方。因此如图1所示，该厚度测定装置x具有：光源部20，其输出红外线波长区域的激光；第1探头(probe)21，其通过将从该光源部20输出的激光朝向工件40照射来测定该工件40的厚度；和第2探头50，其通过将从上述光源部20输出的激光朝向游星轮30照射来测定该游星轮30的厚度。

上述第1探头21以与上述上定盘2一起旋转的方式设置。即，该第1探头21经由保持架24向下地安装在上述定盘悬吊件8或上述支承螺柱8a等上，由此配置在上述上定盘2的上方，且通过第1光缆22并经由旋转接头23而与上述光源部20连接。并且，如图3所示，在上述工件40的研磨加工中，通过形成在上述上定盘2上的测定用的第1测定窗部25而向该工件40照射激光，并且接收从该工件40的表面及背面反射的反射光。基于接收到的反射光的测定数据通过上述第1光缆22而被向运算控制部29输送，并在运算控制部29中进行运算处理而计算出工件40的厚度。

基于上述第1探头21进行的工件40的厚度测定在保持于绕太阳齿轮4自转及公转的游星轮30上的工件40从上述第1探头21的正下方即上述第1测定窗部25的正下方通过时进行。

此外，基于由上述第1探头21接收的反射光的测定数据可以通过上述第1光缆22而保持光的状态向上述运算控制部29输送，但也可以在上述第1探头21中转换成电信号，并通过经由旋转接头23将该第1探头21和上述运算控制部29连结的未图示的电缆向上述运算控制部29输送，或者也可以通过无线方式输送。

上述第1测定窗部25配置在上述第1探头21的正下方，且具有将该上定盘2沿上下贯穿的通过孔26、与该通过孔26嵌合的套筒27、和安装在该套筒27的下端的透过板28。此外，在贴付于上述上定盘2的研磨垫11上，在设有上述第1测定窗部25的部分上设有开口11a。

上述套筒27为合成树脂制或玻璃制等的圆筒体，具有与上述通过孔26的口径大致相等的外径，上端的凸缘部27a固定在上定盘2的上表面上。此外，上述通过孔26及上述套筒27并不限于圆筒体，也可以为多边筒体等形状。

另外，上述透过板28由合成树脂或玻璃等具有光透过性(透光性)的材料形成为板状，优选由透明的材料形成为板状，以封堵上述套筒27的下端的开口的方式安装。

另一方面，用于测定游星轮30的厚度的上述第2探头50向下地安装在上述支承架6上，且通过第2光缆51而与上述光源部20连接。该第2探头50和与上定盘2一起旋转的上述第1探头21不同，而是通过适当的固定机构固定地配置在上述支承架6的固定位置上。

为了通过上述第2探头50并通过旋转的上述上定盘2来测定游星轮30的厚度，在该上定盘2上设有一个或多个用于供激光透过的第2测定窗部52。在图2所示的实施方式中，合计五个第2测定窗部52隔开相等间隔地与上述第1测定窗部25配置在相同圆周上。但是，配置有上述第2测定窗部52的位置也可以为与上述第1测定窗部25在上定盘2的半径方向上不同的位置。

另外，如图8所示，上述第2测定窗部52与上述第1测定窗部25同样地，具有将上定盘2沿上下贯穿的通过孔26、与该通过孔26嵌合的套筒27、和安装在该套筒27的下端的透过板28。此外，在贴付于上述上定盘2的研磨垫11上，在设有上述第2测定窗部52的部分上，与设有上述第1测定窗部25的部分同样地设有开口11a。

上述套筒27为合成树脂制或玻璃制等的圆筒体，具有与上述通过孔26的口径大致相等的外径，上端的凸缘部27a固定在上定盘2的上表面上。此外，上述通过孔26及上述套筒27并不限于圆筒体，也可以为多边筒体等形状。

另外，上述透过板28由合成树脂或玻璃等具有光透过性(透光性)的材料形成为板状，优选由透明的材料形成为板状，以封堵上述套筒27的下端的开口的方式安装。

另外，在上述游星轮30为金属制的情况下，即使通过上述第2探头50向该游星轮30照射激光，激光也不会从该游星轮30透过而无法得到来自该游星轮30的背面侧的反射光，因此无法测定该游星轮30的厚度。

因此，在本发明中，如图1-图4所示，在上述游星轮30上形成有用于通过激光来测定厚度的一个厚度测定部y。该厚度测定部y由形成在与上述工件保持孔32及浆料导入孔33不同的位置上的测定孔34、和埋入至该测定孔34中的透光部件35形成。

上述测定孔34为将游星轮30从表面向背面贯穿的圆形的孔，优选其口径比上述工件保持孔32的口径小。由此，能够不损害游星轮30的强度地抑制因设置在上述测定孔中的上述透光部件35与研磨面接触而产生的磨损。期望该测定孔34形成在尽可能接近游星轮30的中心的位置上。此外，上述测定孔34的形状并不限于圆形，也可以为多边形。

上述透光部件35由具有光透过性(透光性)的材料形成，与上述主体部31相比光透过性(透光性)优异，具有与上述主体部31的厚度相等的厚度，并以其表背面与上述主体部31的表背面形成为共面的方式嵌入在上述测定孔34内。

在金属制的游星轮30上形成由这样的测定孔34及透光部件35构成的厚度测定部y，由此，通过用上述第2探头50向该透光部件35照射激光，而能够得到来自该透光部件35的表面及背面的反射光，其结果为，能够测定该游星轮30的厚度。

作为具有光透过性(透光性)的材料，上述透光部件35能够由例如丙烯酸类树脂/聚氨酯类树脂/聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(pet)等合成树脂、石英、蓝宝石、玻璃、硅等构成，重要的是适当选择光透过性(透光性)比上述主体部31的材质优异的材料。尤其重要的是，适当选择红外线波长区域的激光的光透过性(透光性)比上述主体部31的材质优异的材料(红外线透过材料)。此外，该透光部件35向上述测定孔34的安装例如可以为基于粘结剂进行的粘结，可以为基于楔合进行的安装，能够通过适当的方法来安装。

另外，期望上述透光部件35的研磨率与上述主体部31的研磨率同等或研磨率比上述主体部31低(难以被研磨)。其理由是，在研磨加工中，下定盘3的研磨面始终与上述主体部31的下表面接触，因此存在上述主体部31被研磨的情况，另外，随着研磨加工的进行，上述上定盘2与上述主体部31的上表面之间的距离缩短，上述上定盘2的研磨面与上述主体部31的上表面接触，由此存在上述主体部31被研磨的情况。因此，若上述透光部件35的研磨率比上述主体部31的研磨率高(容易被研磨)，则该透光部件35会被研磨而变得比上述主体部31薄，厚度的测定精度会降低。

如图8所示，工件40的研磨加工中的基于上述第2探头50对游星轮30的厚度测定，在形成于旋转的上定盘2上的上述第2测定窗部52、和安装在游星轮30上的上述透光部件35到达上述第2探头50的正下方时进行。此时，从上述第2探头50向上述透光部件35照射的激光在该透光部件35的表面及背面被反射，该反射光作为测定数据被上述第2探头50接收。接收到的测定数据通过上述第2光缆51而被向运算控制部29输送，并在运算控制部29中进行运算处理而计算出游星轮30的厚度。

来自上述第2探头50的激光可以在工件40的研磨加工中始终照射，也可以是以仅在上定盘2的第2测定窗部52和游星轮30的透光部件35在该第2探头50的正下方排列的瞬间照射的方式进行控制。在该情况下，通过以相等间隔配置多个第2测定窗部52，而能够以有规则的定时进行照射。此外，通过设置多个第2测定窗部52，测定次数增多，测定精度也会提高。

另外，基于上述第2探头50得到的测定数据可以通过上述第2光缆51保持光的状态地向上述运算控制部29输送，但也可以在上述第2探头50中转换成电信号，并通过将该第2探头50和上述运算控制部29连结的未图示的电缆向该运算控制部29输送，或者也可以通过无线方式输送。

当在工件40的研磨加工中像这样测定工件40的厚度和游星轮30的厚度时，两者的测定数据会在上述运算控制部29中进行比较，在工件40的厚度与游星轮30的厚度之差成为所期望的值的时刻，结束研磨。

此外，在像这样在工件40的研磨加工中测定该工件40的厚度和游星轮30的厚度的情况下，上述第1探头21及第2探头50接收来自上述工件40的表背面的反射光、和来自上述游星轮30的透光部件35的表背面的反射光这两方的反射光，但两者的峰值具有差值，因此，需要利用该差值，以上述第1探头21仅将来自工件40的反射光作为测定数据而接收、第2探头50仅将来自游星轮30的透光部件35的反射光作为测定数据而接收的方式事先进行调整。

上述游星轮30的厚度测定也能够在不对工件40进行研磨时进行。例如，能够利用在研磨开始前将新的工件40设置到游星轮30上时、在工件40的研磨后使用纯水进行的冲洗工序时等的间歇(batch)处理期间的时间来进行。此时的厚度测定通过如下来进行：在该上定盘2的某一个第2测定窗部52处于第2探头50的正下方的位置上使该上定盘2停止，并使太阳齿轮4和内齿轮5缓慢地旋转，使游星轮30自转及公转而使上述透光部件35从上述第2测定窗部52的下方通过。像这样，在不研磨工件40时进行游星轮30的厚度测定的装置中，形成在上定盘2上的上述第2测定窗部52可以为一个。

在图5-图7中示出本发明的游星轮30的变形例。

图5所示的游星轮30与图4所示的游星轮30的不同点在于，三个厚度测定部y在游星轮30的周向上以相等间隔(120度间隔)形成。通过像这样设置多个厚度测定部y，测定数据的获取数增多。

在图6所示的游星轮30上，三个工件保持孔32在游星轮30的周向上隔开相等间隔(120度间隔)地形成，并且，三个浆料导入孔33一个一个地形成在相邻的上述工件保持孔32之间，在该游星轮30的中心部上设有单一的厚度测定部y。游星轮30的中心部为该游星轮30自转及公转时的移动量最小的位置，因此通过在此处设置厚度测定部y，而具有在研磨加工中透光部件35难以被上定盘2和下定盘3研磨的优点。

图7所示的游星轮30与图6所示的游星轮30的不同点在于形成有多个厚度测定部y。即，以分别夹持各浆料导入孔33的方式各形成有两个厚度测定部y，由此形成总共三组即六个厚度测定部y。

像这样，在本实施方式的平面研磨装置1中，使用由照射激光时的反射光的强度比来自工件40的反射光的强度低的材料构成的游星轮30，且能够测定工件40的厚度和游星轮30的厚度来进行基于间隔管理方式的研磨，其结果为，能够得到具有高平面度的工件40。而且，能够将该游星轮30保持设置在平面研磨装置上的状态不取出地通过激光来进行上述游星轮30的厚度测定，因此不需要如以往装置那样将游星轮从装置取出后通过千分尺等来测定，省去了测定的劳力和时间，作业性优异。另外，由于不需要每次进行游星轮的拆下/再装填，所以能够防止游星轮的变形和破损，从而能够防止产生因该变形和破损使研磨面相对于上下定盘的接触不均匀且研磨面的状态不稳定而导致的工件加工精度的偏差，其结果为，能够实现稳定的研磨加工。

以上，说明了本发明的平面研磨装置，但本发明并不限定于上述的实施方式及变形例，能够在不脱离权利要求书的主旨的范围内进行各种设计变更。例如，如上述那样，上述第1探头21及第2探头50能够接收来自上述工件40的表背面的反射光、和来自上述游星轮30的透光部件35的表背面的反射光这两方的反射光，因此也能够构成为省略某一方的探头并通过第1探头21或第2探头50来测定工件40的厚度和游星轮30的厚度这两方。另外，也能够构成为省略第1测定窗部25和第2测定窗部52中的任一方的测定窗部并通过第1测定窗部25或第2测定窗部52来测定工件40的厚度和游星轮30的厚度这两方。