JP7254645B2 - Double-sided polishing machine control system, control device, and substrate manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、板状の被研磨体のTOP面とBOT面を研磨する両面研磨装置の制御システム、制御装置および基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a control system, a control device, and a substrate manufacturing method for a double-sided polishing apparatus for polishing the top surface and the BOT surface of a plate-shaped object to be polished.
この種の制御システムとして、半導体基板に形成された被加工層を研磨する際に、被加工層と研磨剤の保持された定盤との間の摩擦を研磨中に測定し、測定した摩擦に基づいて被加工層の研磨速度を算出し、算出した研磨速度を時間で積分してゆき研磨量を求め、求めた研磨量が所定量となった時点で研磨を終了させるものが開示されている(特許文献1参照)。この制御システムは、さらに、被加工層と研磨剤の保持された定盤との間でなされる仕事量を積算し、積算された仕事量が所定量となった時点で研磨を終了させている。即ち、この制御システムは、仕事量を管理することで半導体基板に形成された被加工層の研磨量を制御している。 As this type of control system, when polishing a layer to be processed formed on a semiconductor substrate, the friction between the layer to be processed and a surface plate holding an abrasive is measured during polishing, and the measured friction is The polishing speed of the layer to be processed is calculated based on the above, the calculated polishing speed is integrated over time to obtain the polishing amount, and polishing is terminated when the obtained polishing amount reaches a predetermined amount. (See Patent Document 1). This control system further integrates the amount of work done between the layer to be processed and the surface plate holding the abrasive, and terminates polishing when the amount of integrated work reaches a predetermined amount. . That is, this control system controls the polishing amount of the layer to be processed formed on the semiconductor substrate by managing the amount of work.
また、上定盤により被研磨体の表面を研磨する相対速度をAとし、下定盤により被研磨体の裏面を研磨する相対速度をBとして、AのBに対する比(A/B)を0.6以上0.8以下とすることで被研磨体の平面度を良好にするものが開示されている(特許文献2参照)。 Let A be the relative speed at which the upper surface plate polishes the surface of the object to be polished, and B be the relative speed at which the lower surface plate polishes the back surface of the object to be polished, and the ratio of A to B (A/B) is 0.0. It is disclosed that the flatness of the object to be polished is improved by making it 6 or more and 0.8 or less (see Patent Document 2).
しかしながら、特許文献1に記載の制御システムは、被加工層と研磨剤の保持された定盤との間でなされる仕事量を積算することで、半導体基板に形成された被加工層の研磨量を制御している。また、特許文献1に記載の制御システムは、半導体基板の表裏の両面ではなく被加工層の片面のみを研磨し、研磨量が一定になるように制御するためのものであり、半導体基板の平坦度を制御するものではない。特許文献1に記載の制御システムを、表裏の両面を研磨することが必要となる基板の平坦度の制御に用いると、平坦度の制御が困難になってしまうという問題がある。
However, the control system described in
また、特許文献2に記載の制御システムは、相対速度比(A/B)を所定の範囲内に制御することで被研磨体の平面度を良好にしているが、被研磨体の平面度は一義的に相対速度のみにより影響を受けるだけでなく、他の研磨条件の影響も受けてしまう。例えば、上定盤および下定盤のトルク変化や被研磨体の加工時間によっても平面度が影響を受けてしまう。したがって、相対速度比(A/B)を所定の範囲内に制御することだけでは、被研磨体の平面度を高い精度で制御することができないおそれがあるという問題がある。
Further, the control system described in
また、記録容量を増やすために基板の搭載枚数が増加するにつれて平坦度の品質要求がより一層強まってきており、平坦度の良好な基板の生産歩留まりを上げ、安定して生産する技術が必要とされている。 In addition, as the number of substrates mounted increases in order to increase the recording capacity, the demand for flatness quality has become even stronger. It is
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、研磨条件を制御することにより基板の平坦度を高い精度で速やかに制御することができる両面研磨装置の制御システム、制御装置および基板の製造方法を提供することを課題とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such problems. An object of the present invention is to provide a substrate manufacturing method.
(1)本発明に係る両面研磨装置の制御システムは、被研磨体を上定盤と下定盤との間に挟んで前記上定盤と前記下定盤を回転させることにより前記被研磨体のTOP面およびBOT面を研磨する両面研磨装置の制御システムにおいて、前記TOP面の研磨に要するTOP面仕事量PT(Ws)と、前記BOT面の研磨に要するBOT面仕事量PB(Ws)とをそれぞれ算出し、算出された前記TOP面仕事量PTと前記BOT面仕事量PBとの差である仕事量TB差を所定の範囲内に収めるように研磨条件を制御することを特徴とする。 (1) A control system for a double-side polishing apparatus according to the present invention rotates an object to be polished between an upper surface plate and a lower surface plate to rotate the upper surface plate and the lower surface plate, thereby removing the top surface of the object to be polished. In a control system for a double-sided polishing apparatus that polishes a surface and a BOT surface, a TOP surface work amount PT (Ws) required for polishing the TOP surface and a BOT surface work amount PB (Ws) required for polishing the BOT surface are determined. The polishing condition is controlled so that the work amount TB difference between the calculated TOP surface work amount PT and the BOT surface work amount PB is within a predetermined range.
(2)本発明に係る両面研磨装置の制御システムは、(1)に記載の両面研磨装置の制御システムであって、前記TOP面仕事量PTおよび前記BOT面仕事量PBは、前記上定盤及び前記下定盤の回転速度(rpm)、トルク(Nm)および前記被研磨体の加工時間T(sec)に基づいて算出されることを特徴とする。 (2) A control system for a double-side polishing apparatus according to the present invention is the control system for a double-side polishing apparatus according to (1), wherein the TOP surface workload PT and the BOT surface workload PB are controlled by the upper surface plate. and the rotation speed (rpm) and torque (Nm) of the lower surface plate and the processing time T (sec) of the object to be polished.
(3)本発明に係る両面研磨装置の制御システムは、(1)または(2)に記載の両面研磨装置の制御システムであって、前記TOP面の研磨に要する前記TOP面仕事量PTは、下記式(1)
(式(1)中、T1は仕事量の測定を開始する時間(sec)、T2は仕事量の測定を終了する時間(sec)、kは定数、NUは上定盤回転速度(rpm)、NCはキャリア公転速度(rpm)、QUは上定盤トルク(Nm)、QUMは上定盤メカロス分のトルク(Nm)、tはサンプリング時間(sec)をそれぞれ表す。)
により算出されることを特徴とする。
(3) A control system for a double-side polishing apparatus according to the present invention is the control system for a double-side polishing apparatus according to (1) or (2), wherein the TOP surface work PT required for polishing the TOP surface is: Formula (1) below
(In formula (1), T 1 is the time to start measuring the work (sec), T 2 is the time to finish measuring the work (sec), k is a constant, NU is the upper surface plate rotation speed (rpm ), NC is the carrier revolution speed (rpm), QU is the upper surface plate torque (Nm), QUM is the torque for the upper surface plate mechanical loss (Nm), and t is the sampling time (sec).)
It is characterized by being calculated by
(4)本発明に係る両面研磨装置の制御システムは、(1)から(3)の何れかに記載の両面研磨装置の制御システムであって、前記BOT面の研磨に要する前記BOT面仕事量PBは、下記式(2)
(式(2)中、T1は仕事量の測定を開始する時間(sec)、T2は仕事量の測定を終了する時間(sec)、kは定数、NLは下定盤回転速度(rpm)、NCはキャリア公転速度(rpm)、QLは下定盤トルク(Nm)、QLMは下定盤メカロス分のトルク(Nm)、tはサンプリング時間(sec)をそれぞれ表す。)
により算出されることを特徴とする。
(4) A control system for a double-side polishing apparatus according to the present invention is the control system for a double-side polishing apparatus according to any one of (1) to (3), wherein the BOT surface work required for polishing the BOT surface is PB is the following formula (2)
(In formula (2), T 1 is the time to start measuring the work (sec), T 2 is the time to finish measuring the work (sec), k is a constant, and NL is the lower surface plate rotation speed (rpm). , NC is the carrier revolution speed (rpm), QL is the lower surface plate torque (Nm), QLM is the lower surface plate mechanical loss torque (Nm), and t is the sampling time (sec).)
It is characterized by being calculated by
(5)本発明に係る両面研磨装置の制御システムは、(1)に記載の両面研磨装置の制御システムであって、前記所定の範囲は、平坦度の閾値と前記仕事量TB差の閾値によって設定されることを特徴とする。 (5) A control system for a double-side polishing apparatus according to the present invention is the control system for a double-side polishing apparatus according to (1), wherein the predetermined range is determined by a flatness threshold value and a workload TB difference threshold value. It is characterized by being set.
(6)本発明に係る両面研磨装置の制御システムは、(1)に記載の両面研磨装置の制御システムであって、前記仕事量TB差に基づいて、前記上定盤または前記下定盤の何れか一方のみを制御することを特徴とする。 (6) A control system for a double-side polishing apparatus according to the present invention is the control system for a double-side polishing apparatus described in (1), wherein the upper surface plate or the lower surface plate is selected based on the work load difference TB. It is characterized by controlling only one of them.
(7)本発明に係る制御装置は、被研磨体を上定盤と下定盤との間に挟んで前記上定盤と前記下定盤を回転させることにより前記被研磨体のTOP面およびBOT面を研磨する両面研磨装置の制御装置において、前記TOP面の研磨に要するTOP面仕事量PT(Ws)を算出する第1算出手段と、前記BOT面の研磨に要するBOT面仕事量PB(Ws)を算出する第2算出手段と、前記第1算出手段により算出された前記TOP面仕事量PTと前記第2算出手段により算出された前記BOT面仕事量PBとの差を所定の範囲内に収めるように研磨条件を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。 (7) The control device according to the present invention sandwiches the object to be polished between the upper surface plate and the lower surface plate, and rotates the upper surface plate and the lower surface plate to rotate the top surface and the BOT surface of the object to be polished. in a control device for a double-sided polishing apparatus for polishing a first calculating means for calculating a TOP surface work PT (Ws) required for polishing the TOP surface; and a BOT surface work PB (Ws) required for polishing the BOT surface and the difference between the TOP surface work amount PT calculated by the first calculation unit and the BOT surface work amount PB calculated by the second calculation unit is kept within a predetermined range. and a control means for controlling the polishing conditions as follows.
(8)本発明に係る基板の製造方法は、両面研磨装置により被研磨体のTOP面およびBOT面を研磨する基板の製造方法において、前記TOP面の研磨に要するTOP面仕事量PT(Ws)を算出する第1算出工程と、前記BOT面の研磨に要するBOT面仕事量PB(Ws)を算出する第2算出工程と、前記第1算出工程により算出された前記TOP面仕事量PTと前記第2算出工程により算出された前記BOT面仕事量PBとの差を所定の範囲内に収めるように研磨条件を制御する制御工程と、を含むことを特徴とする。 (8) A substrate manufacturing method according to the present invention is a substrate manufacturing method in which the TOP surface and the BOT surface of an object to be polished are polished by a double-sided polishing apparatus, wherein the TOP surface work required for polishing the TOP surface PT (Ws) is a first calculation step of calculating the BOT surface work amount PB (Ws) required for polishing the BOT surface; a second calculation step of calculating the BOT surface work amount PB (Ws) required for polishing the BOT surface; and a control step of controlling the polishing conditions so that the difference from the BOT surface work PB calculated in the second calculation step is within a predetermined range.
上記(1)に記載した本発明に係る両面研磨装置の制御システムによれば、研磨条件の制御により、高い精度で速やかに基板の平坦度が制御され、平坦度の良好な基板が得られる。 According to the control system for a double-side polishing apparatus according to the present invention described in (1) above, by controlling the polishing conditions, the flatness of the substrate can be quickly controlled with high accuracy, and a substrate with good flatness can be obtained.
上記(2)に記載した本発明に係る両面研磨装置の制御システムによれば、高い精度のTOP面仕事量PTおよびBOT面仕事量PBが算出される。 According to the control system of the double-side polishing apparatus according to the present invention described in (2) above, the TOP surface work PT and the BOT surface work PB are calculated with high accuracy.
上記(3)に記載した本発明に係る両面研磨装置の制御システムによれば、TOP面の研磨に要するTOP面仕事量PTは、式(1)により算出される。式(1)においては、加工時間T(sec)、定数k、上定盤回転速度NU(rpm)、キャリア公転速度NC(rpm)、上定盤トルクQU(Nm)、上定盤メカロス分のトルクQUM(Nm)、サンプリング時間t(sec)に基づいて算出処理がなされる。TOP面仕事量PTの算出処理は、加工時間の開始から終了までが定積分されるので、基板の研磨中に算出処理が行われ、高い精度のTOP面仕事量PTが得られる。 According to the control system of the double-side polishing apparatus according to the present invention described in (3) above, the TOP surface work amount PT required for polishing the TOP surface is calculated by Equation (1). In formula (1), machining time T (sec), constant k, upper surface plate rotation speed NU (rpm), carrier revolution speed NC (rpm), upper surface plate torque QU (Nm), upper surface plate mechanical loss Calculation processing is performed based on torque QUM (Nm) and sampling time t (sec). Since the processing for calculating the top surface work amount PT is a definite integral from the start to the end of the processing time, the calculation processing is performed during polishing of the substrate, and a highly accurate top surface work amount PT can be obtained.
上記(4)に記載した本発明に係る両面研磨装置の制御システムによれば、BOT面の研磨に要するBOT面仕事量PBは、式(2)により算出される。式(2)においては、加工時間T(sec)、定数k、下定盤回転速度NL(rpm)、キャリア公転速度NC(rpm)、下定盤トルクQL(Nm)、下定盤メカロス分のトルクQLM(Nm)、サンプリング時間t(sec)に基づいて算出処理がなされる。BOT面仕事量PBの算出処理は、加工時間の開始から終了までが定積分されるので、基板の研磨中に算出処理が行われ、高い精度のBOT面仕事量PBが得られる。 According to the control system of the double-sided polishing apparatus according to the present invention described in (4) above, the BOT surface work PB required for polishing the BOT surface is calculated by the formula (2). In formula (2), machining time T (sec), constant k, lower surface plate rotation speed NL (rpm), carrier revolution speed NC (rpm), lower surface plate torque QL (Nm), lower surface plate mechanical loss torque QLM ( Nm) and the sampling time t (sec). Since the processing for calculating the BOT surface work PB is performed by definite integration from the start to the end of the processing time, the calculation processing is performed during polishing of the substrate, and a highly accurate BOT surface work PB can be obtained.
上記(5)に記載した本発明に係る両面研磨装置の制御システムによれば、基板の研磨量が所定の範囲に収められ、平坦度の良好な基板が得られる。 According to the control system of the double-sided polishing apparatus according to the present invention described in (5) above, the polishing amount of the substrate is kept within a predetermined range, and a substrate with good flatness can be obtained.
上記(6)に記載した本発明に係る両面研磨装置の制御システムによれば、より速やかなフィードバック制御が行われ、平坦度の良好な基板が速やかに製造される。 According to the control system of the double-side polishing apparatus according to the present invention described in (6) above, more rapid feedback control is performed, and substrates with good flatness are quickly manufactured.
上記(7)に記載した本発明に係る制御装置によれば、第1算出手段によりTOP面の研磨に要するTOP面仕事量PT(Ws)が算出され、第2算出手段によりBOT面の研磨に要するBOT面仕事量PB(Ws)が算出される。さらに、制御手段により、算出されたTOP面仕事量PTとBOT面仕事量PBとの差を所定の範囲内に収めるように研磨条件が制御される。その結果、研磨条件の制御により、高い精度で速やかに基板の平坦度が制御され、平坦度の良好な基板が得られる。 According to the control device of the present invention described in (7) above, the first calculating means calculates the TOP surface work PT (Ws) required for polishing the TOP surface, and the second calculating means calculates the amount of work required for polishing the BOT surface. A required BOT surface work amount PB (Ws) is calculated. Further, the control means controls the polishing conditions so that the difference between the calculated TOP surface work amount PT and BOT surface work amount PB is within a predetermined range. As a result, by controlling the polishing conditions, the flatness of the substrate can be quickly controlled with high accuracy, and a substrate with good flatness can be obtained.
上記(8)に記載した本発明に係る基板の製造方法によれば、第1算出工程によりTOP面の研磨に要するTOP面仕事量PT(Ws)が算出され、第2算出工程によりBOT面の研磨に要するBOT面仕事量PB(Ws)が算出され、制御工程によりTOP面仕事量PTとBOT面仕事量PBとの差が所定の範囲内に収まるように研磨条件が制御される。その結果、研磨条件の制御により、高い精度で速やかに基板の平坦度が制御され、平坦度の良好な基板が得られる。 According to the substrate manufacturing method according to the present invention described in (8) above, the TOP surface work PT (Ws) required for polishing the TOP surface is calculated in the first calculation step, and the BOT surface work amount PT (Ws) required for polishing the TOP surface is calculated in the second calculation step. The BOT surface work PB (Ws) required for polishing is calculated, and the polishing conditions are controlled by the control process so that the difference between the TOP surface work PT and the BOT surface work PB is within a predetermined range. As a result, by controlling the polishing conditions, the flatness of the substrate can be quickly controlled with high accuracy, and a substrate with good flatness can be obtained.
本発明によれば、研磨条件を制御することにより基板の平坦度を高い精度で速やかに制御することができる両面研磨装置の制御システム、制御装置および基板の製造方法を提供することができる。また、本発明によって平坦度の良好な基板を安定して生産することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a control system, a control device, and a substrate manufacturing method for a double-sided polishing apparatus, which can quickly control the flatness of a substrate with high accuracy by controlling the polishing conditions. Further, according to the present invention, substrates with good flatness can be stably produced.
本発明に係る両面研磨装置の制御システムを適用した実施形態に係る両面研磨装置10の制御システム、制御装置20および基板30の製造方法について図面を参照して説明する。
A control system for a double-
まず、実施形態に係る両面研磨装置10により製造される基板30について説明する。基板30は、図1(a)、図1(b)に示すように、厚みがth、外径がD、中心の貫通孔hの内径がdの円盤形状を有している。なお、基板30は、円盤に限定されず、例えば、方形や楕円形等の円盤以外の他の形状であってもよく、中心の貫通孔hは無くてもよい。基板30は、本実施形態ではハードディスク用基板であるが、他の用途に用いる基板であってもよい。
First, the
基板30の厚みthは0.3mm~2mm程度、外径Dは30mm~270mm程度、内径dは10mm~70mm程度の寸法を有している。具体的には、厚みthが1.75mm、1.6mm、1.27mm、1.0mm、0.8mm、0.635mm、0.6mm、0.5mm、0.38mm、0.3mm、外径Dのサイズが3.5inch、2.8inch、2.5inch、内径dが20mm、25mmの内から選択される何れかの円盤形状を有する。
The
基板30は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の板材からなるアルミニウム基材によって構成されている。基板30は、高い精度の平滑性と表面硬度を有しており、高速回転による振動の発生を抑制することができる高い剛性および耐衝撃性も有している。これらの特性を備えるために基板30は硬い素材で形成されており、ガラスの板材からなるガラス基板であってもよい。
The
基板30は、図2(a)に示すように、グラインダー研磨や焼鈍などの表面処理が行われたアルミニウム基材(Al_Sub)の表面および裏面に、無電解ニッケル-りんめっき(NiP)が施されている。図2(a)は、無電解ニッケル-りんめっきの表面と裏面の膜厚差、つまり、アルミニウム基材(Al_Sub)の表面側のめっきと裏面側のめっきとの膜厚差がゼロの理想基板を示している。理想基板は、基板の表面側および裏面側に作用する圧縮応力が同じであり、平坦度はゼロとなっている。なお、この場合、アルミニウム基材(Al_Sub)は、厚みが一定であり、平坦度がゼロの歪みのない基材である。
As shown in FIG. 2(a), the
これに対し、図2(b)は、表面および裏面の研磨により、表裏にめっきの膜厚差が生じた実際の基板30を示している。例えば、基板30を研磨する前の表面側と裏面側のめっきの膜厚は互いに同じであり、膜厚差はゼロであるが、研磨によって、例えば図2(b)に示すように、表面のめっきが厚く、裏面のめっきが薄くなることがある。この場合、表面に作用する圧縮応力が大きく、裏面に作用する圧縮応力が小さい。このように、基板30の表裏に圧縮応力の差があると、基板30の平坦度は悪化する。
On the other hand, FIG. 2(b) shows the
また、図2(c)に示すように、基板30は、アルミニウム基材(Al_Sub)の厚みが薄くなるほど剛性が低下し、無電解ニッケル-りんめっき被膜の表裏の膜厚差により生ずる圧縮応力の影響を大きく受けてしまう。例えば、基板30の厚みが、1.27mmよりも、0.635mmの方が、表裏膜厚差と平坦度との関係を表す傾斜線の傾斜角が大きくなっており、圧縮応力の影響を大きく受けてしまい、平坦度の悪化の程度は大きくなる。
Further, as shown in FIG. 2(c), the rigidity of the
本実施形態の平坦度は、基板30の平坦に対する歪みの大きさのことである。平坦度が高い基板とは、歪みが大きい基板(平坦度が悪い基板)を示し、平坦度が低い基板とは、歪みが小さい基板(平坦度が良い基板)を示す。この歪みの大きさは、平面から基板30の表面までの距離や、干渉縞の本数、研磨量などから求めることができる。
The flatness in this embodiment means the magnitude of distortion with respect to the flatness of the
本発明においては、基板30の両面のうち、上定盤で研磨される面をTOP面30aと定義し、下定盤で研磨される面をBOT面30bと定義する。平坦度は、基板30のTOP面30a側、または、BOT面30b側の凹凸差の最大値と凸方向を示す符号との組み合わせで表すこともできる。
In the present invention, of the two surfaces of the
平坦度は、基板30のTOP面30a側およびBOT面30b側のそれぞれの最大値の差分、つまり、TOP-BOT(トップマイナスボトム)で算出したTB差の値で表すことができる。例えば、TOP面30a側が凸であれば算出の結果は+(プラス)となり、BOT面30b側が凸であれば算出の結果は-(マイナス)となり、単位はμmで表される。
The flatness can be represented by the difference between the maximum values of the
具体的な平坦度の測定方法と算出方法の一例について、図3を参照して以下に説明する。図3は、本実施形態における平坦度を説明する図である。本実施形態の平坦度は、幾何学的に正しい平面(幾何学的平面)から基板30の表面までの距離を測定し、その測定した数値を平坦度の算出に用いている。
An example of a specific flatness measurement method and calculation method will be described below with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram for explaining flatness in this embodiment. The flatness of this embodiment is obtained by measuring the distance from a geometrically correct plane (geometrical plane) to the surface of the
具体的には、基板30のTOP面30aにおいて厚さ方向に最も突出した箇所と最も引っ込んだ箇所との差(TOP)と、基板30のBOT面30bにおいて厚さ方向に最も突出した箇所と最も引っ込んだ箇所との厚さ方向の差(BOT)とを計測し、TOPからBOTを引いた数値で表される。
Specifically, the difference (TOP) between the most projected portion and the most recessed portion in the thickness direction on the
平坦度は、例えば、TOP面30a側が3μmでBOT面30b側が2μmの場合、TOP面30a側が凸であり、算出の結果は3μm-2μm=+(プラス)1μmとなり、TOP面30a側が3μmでBOT面30b側が5μmの場合、BOT面30bが凸であり、算出の結果は3μm-5μm=-(マイナス)2μmとなる。
For example, when the
しかしながら、TOP面30a側とBOT面30b側のどちらが凸になっているかが分かるような算出方法であればよく、+と-は逆となっていてもよい。
However, any calculation method may be used as long as it is possible to determine which side, the
なお、平坦度の定義は、上記の内容に限定されるものではなく、例えば、JIS規格(JIS B 0621-1984)に定義されている平面度と同様の意味内容でもよいし、基板30の両面の干渉縞の本数や、研磨量を測定し、TOP面30aの数値からBOT面30bの数値を引いた数値で表してもよい。
The definition of flatness is not limited to the above content, and for example, the same meaning as the flatness defined in the JIS standard (JIS B 0621-1984) may be used. The number of interference fringes and the amount of polishing may be measured, and the numerical value obtained by subtracting the numerical value of the
基板30の両面を測定するためには、平坦度計や平面度測定器、干渉計など、検出する対象によって選ぶことができる。これらの測定機器には、基板30の両面を測定する機構だけでなく、測定した数値を所定の数値として算出・表示するための制御装置や記憶装置、出力装置を備えていてもよい。本実施形態における平坦度の測定方法は、例えば、平坦度計により測定することができる。
In order to measure both surfaces of the
次いで、本実施形態に係る両面研磨装置10の制御システムについて図面を参照して説明する。
両面研磨装置10の制御システムは、図4に示すように、両面研磨装置10、両面研磨装置10を制御する制御装置20を備えており、被研磨体Wを研磨して基板30を製造するように構成されている。
Next, a control system for the double-
As shown in FIG. 4, the control system of the double-
両面研磨装置10は、上定盤部11と、下定盤部12と、空圧ユニット13と、バランサー14と、研磨液供給ユニット15と、ロードセル16と、図示しないトルクセンサー、回転速度センサーを備えている。両面研磨装置10は、被研磨体Wを上定盤部11および下定盤部12の間に挟み込んで、被研磨体Wに対して上定盤部11および下定盤部12を相対的に回転させることにより被研磨体Wの表面および裏面の両面を研磨する構成を有している。
The double-
上定盤部11は、上定盤21と、研磨パッド22と、上定盤駆動モータ23と、回転軸24と、ロッド25と、ユニバーサルジョイント26とを有しており、回転軸24およびユニバーサルジョイント26を介して上定盤駆動モータ23の駆動力が上定盤21に伝達され、上定盤21が回転される構成となっている。
The upper
上定盤21は、所定の厚みを有する円盤からなり、下面に設けられたパッド装着部21aには研磨パッド22が着脱可能に装着されており、上定盤21と研磨パッド22とが一緒に回転するように構成されている。上定盤の21の上面には、複数のロッド21bが設けられており、ロッド25に設けられた貫通孔に僅かの隙間を空けて挿入されるようになっている。上定盤21には、図示しない回転速度センサーが接続されており、上定盤21の回転速度が電気信号に変換され、接続先の制御装置20に送信されるようになっている。
The
研磨パッド22は、基板30の表面を研磨するものであり公知のものが用いられる。研磨パッド22は、中央部に、貫通孔が形成されており、いわゆるドーナツ状の円盤からなる。上面研磨パッドの外周部から内側に離隔した位置に複数の貫通孔が形成されており、この貫通孔を介して研磨パッド22と研磨パッド22の下面に位置する基板30に研磨液が供給されるようになっている。
The
上定盤駆動モータ23は、図示しない静止部材に取り付けられており、タイミングプーリなどのプーリ23aおよびタイミングベルトなどのベルト23bを介して回転軸24に連結されている。上定盤駆動モータ23の駆動力は、プーリ23aおよびベルト23bを介して回転軸24に伝達され、回転軸24を上方から見たとき、回転軸24が時計回りに回転し、上定盤21も時計回りに回転される。
The upper surface
回転軸24には、軸線方向に貫通孔が形成されており、貫通孔には、ロッド25が僅かの隙間を空けて挿入されるように構成されている。回転軸24の下部にはフランジ24aが形成されており、フランジ24aには複数のロッド24bが、下面から下方に突出して設けられている。また、回転軸24の上部には、図示しない連結部が形成されており、上定盤駆動モータ23のベルト23bが連結され駆動力が連結部を介してベルト23bから回転軸24に伝達されるようになっている。
A through-hole is formed in the
ロッド25は、回転軸24の貫通孔に挿入される軸部と軸部の下方に形成されたフランジ部と、ユニバーサルジョイント26に連結される連結部とを有している。ロッド25の連結部は、ユニバーサルジョイント26を介して上定盤21に連結され、空圧ユニット13の圧力が上定盤21に伝達されるようになっている。ロッド25のフランジ部には、複数の貫通孔が形成されており、各貫通孔に上定盤21のロッド21bおよび回転軸24のロッド24bがそれぞれ僅かの隙間を空けて挿入されるようになっている。
The
ロッド25は、ロッド24bを介して回転軸24の回転が伝達されるようになっている。また、ロッド24bおよびロッド21bを介して回転軸24の回転が上定盤21に伝達されるようになっている。
Rotation of the
ユニバーサルジョイント26は、連結される2つの部材が互いに交わる角度が自由に変化する自在継手からなる。ユニバーサルジョイント26には、上定盤21とロッド25の連結部が連結されており、更にロッド25のフランジ部が回転軸24に連結されているので、上定盤21の水平面と回転軸24の軸線とが交わる交角が変化してもユニバーサルジョイント26により上定盤21の水平面が水平に維持される。また、下定盤32の接続部は固定のため、加工時の下定盤の変動に追従することができる。
The
下定盤部12は、テーブル31と、テーブル31に回転自在に取り付けられた下定盤32と、研磨パッド22と、複数のキャリア33と、サンギア34と、下定盤32を回転させる下定盤駆動モータ35と、サンギア34を回転させるサンギア駆動モータ36とを有している。
The lower
テーブル31は、所定の場所に設置された静止部材であり、下定盤32を回転自在に支持している。また、テーブル31は、下定盤32に装着された研磨パッド22の外周面に対向する内周面に内歯31tが形成されており、後述するキャリア33の外歯33tと内歯31tとが噛み合うようになっている。また、テーブル31は、後述する下定盤32の軸部32bを回転自在に支持している。
The table 31 is a stationary member installed at a predetermined location, and supports the
下定盤32は、上面が水平であり、下面が円錐台形状に形成され、パッド装着部32aと、パッド装着部32aと直交する軸部32bとを有している。軸部32bには、軸線方向に貫通する貫通孔が形成されている。この貫通孔には、後述するサンギア34の軸部34bが回転自在に挿入されるようになっている。下定盤32のパッド装着部32aの上面には、研磨パッド22が着脱可能に装着されており、下定盤32と研磨パッド22とが一緒に回転するようになっている。
The
下定盤32には、図示しない回転速度センサーが接続されており、下定盤32のトルクやトルク変動、回転速度が電気信号に変換され、接続先の制御装置20に送信されるように構成されている。なお、下定盤32のトルクは、下定盤駆動モータ35の電流値に基づいて算出されるが、トルクセンサーにより実際に測定された加工時の下定盤駆動モータ35のトルクであってもよい。
A rotation speed sensor (not shown) is connected to the
キャリア33は、外歯33tが形成された円盤からなり、外歯33tは、後述するサンギア34の外歯34tとテーブル31の内歯31tに噛み合うように構成されている。キャリア33は、サンギア34の外歯34tとテーブル31の内歯31tに噛み合いながら、自転するとともに、サンギア34の周りを公転する。キャリア33の公転速度は、サンギア34の回転速度に基づいて算出される。
The
キャリア33には、複数の被研磨体W、例えば、3枚~5枚程度の被研磨体Wを自転可能に収容する収容部が形成されている。また、サンギア34の周りを公転するキャリア33は、10枚程度である。したがって、1度の研磨工程で研磨される被研磨体Wは50枚程度となり、この被研磨体Wの枚数が1バッチとして扱われることがある。
The
サンギア34は、複数のキャリア33の外歯33tと噛み合う外歯34tが形成された歯車部34aと、軸部34bとを有している。軸部34bは、サンギア駆動モータ36により、サンギア34の上方から見て反時計回りに回転し、サンギア34が反時計回りに回転するようになっている。
The
下定盤駆動モータ35は、タイミングプーリなどのプーリ35aおよびタイミングベルトなどのベルト35bを介して下定盤32の軸部32bに連結されている。下定盤駆動モータ35の駆動力は、軸部32bに伝達され、軸部32bを上方から見たとき、軸部32bが反時計回りに回転するようになっている。即ち、下定盤駆動モータ35により、下定盤32が反時計回りに回転するようになっている。
The lower surface
サンギア駆動モータ36は、タイミングプーリなどのプーリ36aおよびタイミングベルトなどのベルト36bを介してサンギア34の軸部34bに連結されている。サンギア駆動モータ36の駆動力は、軸部34bに伝達され、軸部34bを上方から見たとき、軸部34bが反時計回りに回転するようになっている。
The sun
両面研磨装置10においては、図5(a)に示すように、両面研磨装置10を上方から見たとき、上定盤21が時計回りに回転する。また、図5(b)に示すように、下定盤32が反時計回りに回転し、キャリア33が時計回りに自転しながらサンギア34の周りを反時計回りに公転し、サンギア34が反時計回りに回転する。サンギア34の回転速度は、回転速度センサーにより検出される。なお、サンギア34の回転方向は、逆の時計回りとしてもよい。この場合は、キャリア33の自転する回転方向が逆になる。
In the double-
空圧ユニット13は、図4に示すように、上下に往復動する複動形のロッドシリンダからなり、ピストン13a、シリンダボディ13b、ピストンロッド13cを有している。ピストンロッド13cは、上定盤部11のロッド25に接続され、ロッド25およびユニバーサルジョイント26を介して上定盤21を昇降させる構成を有している。
As shown in FIG. 4, the
バランサー14は、バランスシリンダ14aと、ピストン14bと、ワイヤ14cと、ワイヤ14cをガイドするプーリ14d、14eとを有している。ワイヤ14cの一端は、ピストン14bに連結され、他端は、上定盤部11に連結されている。バランサー14は、空圧ユニット13により上定盤21が昇降する際に、上定盤部11の重量を支えてバランスを保ち、空圧ユニット13による上定盤21の昇降動作に要する負荷を軽減するとともに、高精度で速やかな上定盤21の昇降を支援するように機能する。
The
研磨液供給ユニット15は、ポンプ15aと、圧力計15bと、開閉バルブ15cとを有しており、被研磨体Wを研磨する研磨液、いわゆるスラリーを、研磨パッド22の貫通孔を介して研磨パッド22と被研磨体Wに供給するように構成されている。ポンプ15aは制御装置20に接続されており、制御装置20により動作が制御されるようになっている。圧力計15bは、制御装置20に接続されており、ポンプ15aの圧力(MPa)の信号は、制御装置20に送信されるようになっている。
The polishing
スラリーは、酸化アルミニウム(Al2O3)および酸化ケイ素(SiO2)からなる砥粒と、エッチング成分からなる化学成分とを含む液状の研磨液からなる。スラリーは、砥粒自体が有する表面化学作用、または、化学成分の作用によって、スラリーと被研磨体Wとの相対運動による機械的研磨効果を増大させ、平滑な研磨面が得られるように構成されている。 The slurry consists of a liquid polishing liquid containing abrasive grains consisting of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and silicon oxide (SiO 2 ) and chemical components consisting of etching components. The slurry is structured so that the surface chemical action of the abrasive grains or the action of the chemical components increase the mechanical polishing effect due to the relative movement between the slurry and the object W to be polished, and a smooth polished surface can be obtained. ing.
ロードセル16は、荷重やトルクなどの力を検出するセンサーからなり、ロッド25に設けられ、ロッド25の荷重や荷重の変動、トルクやトルク変動、ひいてはロッド25に連結されている上定盤21に加わる荷重や荷重の変動、トルクやトルク変動が電気信号に変換され、接続先の制御装置20に送信されるようになっている。
The
次いで、本実施形態に係る制御装置20について、図面を参照して説明する。
制御装置20は、演算処理を行う中央処理装置および制御プログラムを格納したメモリを有しており、図示しない第1算出手段、第2算出手段および制御手段を備えている。制御装置20は、研磨液供給ユニット15、空圧ユニット13、上定盤駆動モータ23、下定盤駆動モータ35およびサンギア駆動モータ36にそれぞれ接続され、各構成要素の動作を制御する。
Next, the
The
制御装置20は、被研磨体WのTOP面30aの研磨に要する仕事量PT(Ws)と、
被研磨体WのBOT面30bの研磨に要する仕事量PB(Ws)とをそれぞれ算出し、算出された仕事量PTと仕事量PBとの差を所定の範囲内に収めるように研磨条件を制御する。制御装置20は、具体的には、両面研磨装置10の研磨条件を制御することで、基板30の平坦度を速やかに制御し、両面研磨装置10により、平坦度の良好な基板30を製造する。
The
The amount of work PB (Ws) required for polishing the
第1算出手段は、被研磨体Wの図3に示すTOP面30aの研磨に要するTOP面仕事量PT(Ws)を算出する。第1算出手段は、上定盤21の上定盤回転速度(rpm)および上定盤トルク(Nm)、被研磨体Wの加工時間T(sec)に基づいて、TOP面仕事量PTを算出する。
The first calculation means calculates the TOP surface work PT (Ws) required for polishing the
仕事量(Ws)は、被研磨体Wの研磨加工に使用したエネルギー量(J)であり、仕事量(Ws)=回転速度(rpm)×トルク(Nm)×加工時間(sec)で算出される。 The amount of work (Ws) is the amount of energy (J) used for polishing the object W to be polished, and is calculated by the following formula: amount of work (Ws) = rotation speed (rpm) x torque (Nm) x processing time (sec). be.
具体的には、第1算出手段は、TOP面仕事量PTを下記の式(1)に基づいて算出する。
Specifically, the first calculation means calculates the TOP surface work PT based on the following formula (1).
なお、式(1)中、T1は仕事量の測定を開始する時間(sec)、T2は仕事量の測定を終了する時間(sec)、kは定数、NUは上定盤回転速度(rpm)、NCはキャリア公転速度(rpm)、QUは上定盤トルク(Nm)、QUMは上定盤メカロス分のトルク(Nm)、tはサンプリング時間(sec)をそれぞれ表している。 In formula (1), T 1 is the time to start measuring the work (sec), T 2 is the time to finish measuring the work (sec), k is a constant, and NU is the upper surface plate rotation speed ( rpm), NC is the carrier revolution speed (rpm), QU is the upper platen torque (Nm), QUM is the upper platen mechanical loss torque (Nm), and t is the sampling time (sec).
加工時間Tは、所定の加工経過時間、即ち、仕事量を測定する加工時間を表わしている。つまり、式(1)中のT1からT2の間の仕事量を測定していることを表わしており、T1は仕事量の測定を開始する時間、T2は仕事量の測定を終了する時間を表わしている。 The machining time T represents a predetermined elapsed machining time, that is, the machining time for measuring the amount of work. In other words, it represents that the work is measured between T 1 and T 2 in equation (1), T 1 is the time to start measuring the work, and T 2 is the end of the work measurement. represents the time to
T1とT2は、仕事量を測定する区間に応じて決定すればよく、T1には測定開始時間または前回のサンプリング終了時間を用いることが好ましく、T2には測定終了時間または今回のサンプリング終了時間を用いることが好ましい。 T 1 and T 2 may be determined according to the interval for measuring the amount of work, it is preferable to use the measurement start time or the previous sampling end time for T 1 , and the measurement end time or this time for T 2 Preferably, the sampling end time is used.
T1とT2は、適宜変更することができ、例えば、バッチ毎管理の場合、T1には測定開始時間、T2には測定終了時間を用いることができる。所定バッチの研磨の開始から終了までの10分間の仕事量を測定する場合には、T1には所定バッチの仕事量測定開始時間の0、T2には所定バッチの仕事量測定終了時間(例えば研磨終了時間)の600(sec)を用いて仕事量を算出することができる。 T 1 and T 2 can be changed as appropriate. For example, in the case of batch-by-batch management, the measurement start time can be used for T 1 and the measurement end time can be used for T 2 . When measuring the work for 10 minutes from the start to the end of polishing of a given batch, T 1 is the work measurement start time of the given batch, 0, and T 2 is the work measurement end time of the given batch ( For example, the work amount can be calculated using 600 (sec) of the polishing end time).
また、予め決められたサンプリング時間によって仕事量を算出することもできる。例えば所定バッチ内での仕事量測定間隔を10秒おきとしたとき、初回のサンプリングではT1には測定開始時間の0を用い、T2には今回のサンプリング終了時間の10(sec)を用い、2回目のサンプリングではT1には測定開始時間の0、T2には今回のサンプリング終了時間の20(sec)を用い、サンプリングのタイミングが変わる毎にT2のみを変更することで、つまり、サンプリング時間を累積することで仕事量を算出することができる。 In addition, the amount of work can also be calculated based on a predetermined sampling time. For example, when the work load measurement interval in a predetermined batch is every 10 seconds, in the first sampling, the measurement start time of 0 is used for T1 , and the current sampling end time of 10 (sec) is used for T2 . , in the second sampling, the measurement start time of 0 is used for T1 , and the current sampling end time of 20 (sec) is used for T2 . , the amount of work can be calculated by accumulating the sampling time.
また、サンプリング時間を累積せずに仕事量を測定する際には、例えば、T1は前回のサンプリング終了時間の10(sec)、T2には今回のサンプリング終了時間の20(sec)を用いて、サンプリングのタイミングが変わる毎にT1およびT2の数値を変更して算出することができる。なお、式(1)と後述の式(2)のT1およびT2は同じである必要がある。 Also, when measuring the work amount without accumulating the sampling time, for example, T 1 is the last sampling end time of 10 (sec), and T 2 is the current sampling end time of 20 (sec). Therefore, it is possible to calculate by changing the numerical values of T1 and T2 each time the timing of sampling changes. Note that T 1 and T 2 in equation (1) and equation (2) described later must be the same.
式(1)中の上定盤回転速度NUは、上定盤21に設けられた回転速度センサーにより検出された上定盤21の回転速度であり、キャリア公転速度NCは、サンギア34の回転速度センサーにより検出されたサンギア34の回転速度から算出されるキャリア33の公転速度であり、上定盤トルクQUは、ロードセル16により検出された上定盤21のトルクである。
The upper surface plate rotation speed NU in the formula (1) is the rotation speed of the
なお、式(1)における上定盤メカロスQUM(Nm)は、上定盤21自体が回転することで失われるトルク損失を表し、上定盤メカロスQUMは、例えば、上定盤21に負荷を掛けずに、上定盤21を空転させた際の上定盤21のトルクを事前に検出することにより得られる。
In addition, the upper surface plate mechanical loss QUM (Nm) in the equation (1) represents the torque loss lost due to the rotation of the
第2算出手段は、被研磨体Wの図3に示すBOT面30bの研磨に要するBOT面仕事量PB(Ws)を算出するように構成されている。第2算出手段は、下定盤32の下定盤回転速度(rpm)および下定盤トルク(Nm)、被研磨体Wの加工時間T(sec)に基づいて、BOT面仕事量PBを算出する。
The second calculator is configured to calculate the BOT surface work PB (Ws) required for polishing the
具体的には、第2算出手段は、BOT面仕事量PBを下記の式(2)に基づいて算出する。
Specifically, the second calculation means calculates the BOT surface work PB based on the following equation (2).
なお、式(2)中、T1は仕事量の測定を開始する時間(sec)、T2は仕事量の測定を終了する時間(sec)、kは定数、NLは下定盤回転速度(rpm)、NCはキャリア公転速度(rpm)、QLは下定盤トルク(Nm)、QLMは下定盤メカロス分のトルク(Nm)、tはサンプリング時間(sec)をそれぞれ表している。 In equation (2), T 1 is the time to start measuring the work (sec), T 2 is the time to finish measuring the work (sec), k is a constant, and NL is the lower surface plate rotation speed (rpm ), NC is the carrier revolution speed (rpm), QL is the lower surface plate torque (Nm), QLM is the lower surface plate mechanical loss torque (Nm), and t is the sampling time (sec).
式(2)中の下定盤回転速度NLおよび下定盤トルクQLは、下定盤32に設けられた回転速度センサーにより検出された下定盤32の回転速度および下定盤駆動モータ35の電流値に基づいて算出された加工時の下定盤32のトルクであり、キャリア公転速度NCは、サンギア34の回転速度センサーにより検出されたサンギア34の回転速度から算出されるキャリア33の公転速度である。
The lower surface plate rotation speed NL and the lower surface plate torque QL in the equation (2) are based on the rotation speed of the
なお、式(2)における下定盤メカロスQLM(Nm)は、下定盤32自体が回転することで失われるトルク損失を表し、下定盤メカロスQLMは、例えば、下定盤32に負荷を掛けずに、下定盤32を空転させた際の下定盤32のトルクを事前に検出することにより得られる。
In addition, the lower surface plate mechanical loss QLM (Nm) in the formula (2) represents the torque loss lost due to the rotation of the
式(1)および式(2)におけるサンプリング時間t(sec)は、加工時間Tの研磨時間の中でサンプリングされる時間間隔をいう。例えば、サンプリング時間tが1secであれば、1secごとに、その瞬間のトルクや回転速度などのデータを検出し、検出された各データに基づいて、式(1)によりサンプリング時間1secにおけるTOP面仕事量PT(Ws)が算出され、式(2)によりサンプリング時間1secにおけるBOT面仕事量PB(Ws)が算出される。 The sampling time t (sec) in equations (1) and (2) refers to the time interval at which samples are taken during the polishing time of the processing time T. As shown in FIG. For example, if the sampling time t is 1 sec, data such as torque and rotation speed at that moment are detected every 1 sec, and based on the detected data, the top surface work at the sampling time of 1 sec is calculated by equation (1). The amount PT (Ws) is calculated, and the BOT surface work PB (Ws) at the sampling time of 1 sec is calculated by Equation (2).
式(1)は、サンプリング時間1secにおけるTOP面仕事量PTのT1(sec)からT2(sec)まで定積分された仕事量(Ws)となっている。式(2)も、式(1)と同様に、サンプリング時間1secにおけるBOT面仕事量PBのT1(sec)からT2(sec)まで定積分された仕事量(Ws)となっている。 Equation (1) is the work (Ws) obtained by definite integration from T 1 (sec) to T 2 (sec) of the TOP surface work PT at a sampling time of 1 sec. Similarly to Equation (1), Equation (2) is the work (Ws) obtained by definite integration from T 1 (sec) to T 2 (sec) of the BOT surface work PB at the sampling time of 1 sec.
式(1)および式(2)におけるサンプリング時間tおよび加工時間Tは、被研磨体Wの構造、大きさ、材質、形状や両面研磨装置10の構造、大きさなどの設定諸元、研磨パッドや研磨液の種類などの諸条件や実験値などのデータに基づいて適宜選択される。また、式(1)および式(2)における定数kは、上定盤又は下定盤の回転速度(rpm)およびトルク(Nm)を仕事量(Ws)に換算するための数値であり、一般的な換算式を用いて得ることができる。
The sampling time t and the processing time T in the formulas (1) and (2) depend on setting parameters such as the structure, size, material, and shape of the object to be polished W, the structure and size of the double-
制御手段は、算出されたTOP面仕事量PTとBOT面仕事量PBとの差を所定の範囲内に収めることで、基板30の平坦度を所定の平坦度範囲内に収まるように研磨条件を制御する。つまり、TOP面仕事量PTとBOT面仕事量PBとの差である仕事量TB差が、所定の範囲である目標仕事量TB差に収まるように、研磨条件を制御することで、基板30の平坦度を所定の平坦度範囲内に収めることができる。
The control means adjusts the polishing conditions so that the flatness of the
制御手段は、仕事量TB差、即ち、第1算出手段により算出されたTOP面仕事量PTと第2算出手段により算出されたBOT面仕事量PBとの差に基づいて、上定盤21または下定盤32の何れか一方のみを制御するように構成されている。上定盤21または下定盤32を制御することにより、高い精度で速やかな制御が行われる。
Based on the work amount TB difference, that is, the difference between the TOP surface work amount PT calculated by the first calculation means and the BOT surface work amount PB calculated by the second calculation means, the
また、制御する研磨条件としては、回転速度(rpm)、荷重(kg)、キャリアの公転数(rpm)、時間(sec)、研磨液流量(mL/min)などが挙げられ、定盤による制御を行う場合には、回転速度、荷重、キャリアの公転数のうちいずれか、またはこれらの組み合わせを制御することが好ましく、制御が容易という観点から回転速度および/または荷重を制御することがより好ましく、回転速度のみを制御することがさらに好ましい。 Polishing conditions to be controlled include rotation speed (rpm), load (kg), number of revolutions of carrier (rpm), time (sec), flow rate of polishing liquid (mL/min), etc., and are controlled by a surface plate. When performing, it is preferable to control the rotation speed, the load, the number of revolutions of the carrier, or a combination thereof, and from the viewpoint of easy control, it is more preferable to control the rotation speed and / or the load. , it is even more preferable to control only the rotational speed.
所定の範囲は、図6(a)に示すように、平坦度の閾値と仕事量TB差の閾値によって設定される。所定の範囲の設定手順としては、まず、被研磨体Wに許容される平坦度の範囲(平坦度の上限閾値と下限閾値との間の範囲)が決定される。次いで、被研磨体Wに許容される仕事量TB差の閾値が決定される。仕事量TB差の閾値は、例えば、事前に別途行う研磨によって決定することができる。 The predetermined range is set by a flatness threshold and a workload TB difference threshold, as shown in FIG. 6(a). As a procedure for setting the predetermined range, first, the range of flatness allowed for the object W to be polished (the range between the upper limit threshold value and the lower limit threshold value of flatness) is determined. Next, the threshold value of the work amount TB difference allowed for the object W to be polished is determined. The threshold value of the workload TB difference can be determined, for example, by previously performing separate polishing.
仕事量TB差は、S=PT-PBで表すことができ、Sが所定の範囲に収まるように、上定盤21または下定盤32の何れか一方のみが制御手段により制御される。なお、制御は、バッチ毎の管理またはバッチ内の管理により行われることが好ましい。バッチ毎の管理においては、1バッチが終わる毎に制御が行われ、バッチ内の管理においては、バッチ内で、つまり研磨中に制御が行われる。バッチは、1度の研磨工程で研磨される被研磨体Wの枚数単位を表しており、1バッチはこれに限定されないが被研磨体Wが50枚程度である。
The work load difference TB can be represented by S=PT-PB, and either the
目標仕事量TB差は、決定された平坦度閾値と、仕事量TB差閾値とで囲まれた網掛けで表される方形の領域である。仕事量TB差閾値は、平坦度閾値からはみ出さないものが作れる領域である。 The target work TB difference is the shaded rectangular area bounded by the determined flatness threshold and the work TB difference threshold. The workload TB difference threshold is a region in which objects can be created that do not protrude from the flatness threshold.
なお、図6(a)は、横軸を仕事量TB差(kWs)とし、縦軸を平坦度(μm)としており、算出された仕事量TB差に対する通常生産時における平坦度(μm)が、黒点でプロットされたグラフである。 In FIG. 6(a), the horizontal axis is the workload TB difference (kWs), and the vertical axis is the flatness (μm). , is a graph plotted with black dots.
図6(b)は、図6(a)と同様のグラフであり、横軸に仕事量TB差(kWs)をとり、縦軸に平坦度(μm)をとり、算出された仕事量TB差に対する仕事量管理時における平坦度(μm)が、黒点でプロットされたグラフである。図6(b)に示されるように、仕事量管理時においては、即ち、仕事量を制御することにより、平坦度を制御することができ、被研磨体Wの平坦度を目標仕事量TB差の領域内に収めることができる。 FIG. 6(b) is a graph similar to FIG. 6(a), in which the horizontal axis represents the work load TB difference (kWs) and the vertical axis represents the flatness (μm). is a graph in which the flatness (μm) at the time of workload control is plotted with black dots. As shown in FIG. 6(b), when managing the amount of work, that is, by controlling the amount of work, the flatness can be controlled. can be accommodated within the area of
平坦度閾値、仕事量TB差閾値および目標仕事量TB差は、被研磨体Wの構造、大きさ、材質、形状や両面研磨装置10の構造、大きさなどの設定諸元や実験値などのデータに基づいて適宜選択される。平坦度閾値、仕事量TB差閾値および目標仕事量TB差は、例えば、製造装置(製造ライン)、研磨パッド、研磨液、研磨液の流量のいずれかが変化するごとに試験研磨を行って決定される。
The flatness threshold, work load TB difference threshold, and target work load TB difference are determined by setting parameters such as the structure, size, material, and shape of the object W to be polished and the structure and size of the double-
次いで、通常生産時および仕事量管理時について図面を参照して説明する。
仕事量管理を行っていない従来の通常生産時においては、図7(a)に示すように、研磨された被研磨体Wの表面検査が行われた後に、平坦度計により被研磨体Wの平坦度が測定される。測定結果は、例えば、平坦度TB差として平坦度計にグラフで表示される。
Next, normal production and workload management will be described with reference to the drawings.
In the conventional normal production where work volume management is not performed, as shown in FIG. Flatness is measured. The measurement result is displayed on the flatness meter as a flatness TB difference, for example, as a graph.
そして、平坦度TB差が上限を超えていると判定された場合、被研磨体Wのめっき厚が、TOP>BOTであることが分かり、TOP相対速度UPが設定される。即ち、上定盤21の回転速度を下定盤32に比べて相対的に速くする設定がなされる。一方、平坦度TB差のグラフから、平坦度TB差が下限を超えていると判定された場合、被研磨体Wのめっき厚が、TOP<BOTであることが分かり、BOT相対速度UPが設定される。即ち、下定盤32の回転速度を上定盤21に比べて相対的に速くする設定がなされる。これらの判定及び設定は、作業者によって行われる。
Then, when it is determined that the flatness TB difference exceeds the upper limit, it is found that the plating thickness of the object W to be polished satisfies TOP>BOT, and the TOP relative speed UP is set. That is, the rotational speed of the
したがって、仕事量管理を行っていない通常生産時においては、表面検査後にTOP相対速度UPの設定およびBOT相対速度UPの設定がなされ、被研磨体Wの平坦度が適正になるように両面研磨装置10が調整される。したがって、制御タイムラグが長時間かかっており、数バッチ経過後に制御されることもあった。 Therefore, during normal production without workload management, the TOP relative speed UP and the BOT relative speed UP are set after the surface inspection so that the flatness of the object W to be polished is appropriate. 10 is adjusted. Therefore, the control time lag took a long time, and the control was sometimes performed after several batches had passed.
これに対して、本実施形態の仕事量管理時においては、図7(b)に示すように、研磨から表面検査までの間、即ち、被研磨体Wの研磨中に、仕事量TB差が算出されるため、制御タイムラグを大幅に短縮することができ、高精度な平坦度を実現することができる。また、平坦度の測定結果が出るのを待って行う制御も不要となり、製造費用を大幅にコストダウンすることができる。 On the other hand, at the time of workload management in this embodiment, as shown in FIG. Since it is calculated, the control time lag can be greatly shortened, and highly accurate flatness can be achieved. In addition, the control that waits until the flatness measurement result is obtained is not necessary, and the manufacturing cost can be greatly reduced.
次いで、被研磨体Wの仕事量(kWs)と被研磨体Wの研磨量(mg)との相関係数について図面を参照して説明する。なお、被研磨体Wの1枚当たりの研磨量(mg)は、被研磨体Wが50枚の1バッチ分の研磨前の被研磨体Wの総重量(mg)と被研磨体Wが50枚の1バッチ分の研磨後の被研磨体Wの総重量(mg)を減算し、減算された総重量を50枚で除算することにより取得することができる。 Next, the correlation coefficient between the amount of work (kWs) of the object W to be polished and the amount of polishing (mg) of the object W to be polished will be described with reference to the drawings. The polishing amount (mg) per one object W to be polished is the total weight (mg) of the objects W to be polished for one batch of 50 objects W to be polished and the total weight (mg) of the objects W to be polished before polishing of 50 objects W It can be obtained by subtracting the total weight (mg) of the object to be polished W after polishing for one batch of sheets and dividing the subtracted total weight by 50 sheets.
図8は、横軸をバッチナンバーとし、1バッチ~18バッチまでの範囲を示している。パッド時間、即ち、1バッチ目を研磨するまでのパッドの使用時間は、25時間前後経過したものとなっている。図8の左側の縦軸は、仕事量(kWs)を示し、右側の縦軸は、研磨量(mg)を示している。図8には、各バッチと仕事量との関係を示す折れ線グラフと、各バッチと研磨量との関係を示す折れ線グラフが表されている。
In FIG. 8, the batch number is plotted on the horizontal axis, and the range from
具体的には、各バッチに対する両面研磨量が実線の折れ線で表され、各バッチに対する両面仕事量が細かな破線の折れ線で表され、各バッチに対するBOT仕事量が一点鎖線の折れ線で表され、各バッチに対するTOP仕事量が大まかな破線の折れ線で表されている。なお、両面仕事量とは、TOP面の仕事量とBOT面の仕事量とを足し合わせたもののことをいう。 Specifically, the amount of double-sided polishing for each batch is represented by a solid polygonal line, the double-sided work amount for each batch is represented by a fine broken polygonal line, and the BOT workload for each batch is represented by a dashed-dotted polygonal line, The TOP work for each batch is represented by the rough dashed polygonal line. The double-sided work amount is the sum of the work amount for the TOP surface and the work amount for the BOT surface.
図8のグラフによれば、実線の折れ線で表される両面研磨量と、細かな破線の折れ線で表される両面仕事量とが近似したグラフとなっており、研磨条件を調整するたびに両者の折れ線が同じ傾向で上昇・降下しており、相関があることが分かる。また、一点鎖線の折れ線で表されるBOT仕事量と、大まかな破線の折れ線で表されるTOP仕事量とが近似したグラフとなっており、両者は相関関係にあることが分かる。また、4つの各折れ線グラフは、数値は異なっているが、折れ線の形状が近似しており、各バッチに対する両面研磨量、各バッチに対する両面仕事量、各バッチに対するBOT仕事量および各バッチに対するTOP仕事量は、互いに相関関係にあることが分かる。 According to the graph of FIG. 8, the amount of double-side polishing represented by the solid polygonal line and the amount of double-side polishing represented by the fine broken polygonal line are similar. It can be seen that there is a correlation between the lines of . In addition, the graph shows that the BOT work amount represented by the dashed-dotted line and the TOP work amount represented by the rough broken line line are similar, and it can be seen that there is a correlation between the two. Although the four line graphs have different numerical values, the shapes of the lines are similar. It can be seen that the workloads are correlated with each other.
図8に示される研磨量-仕事量の相関を検証した結果、被研磨体Wの研磨量と被研磨体Wの両面仕事量との間の相関は、図9のグラフによっても表される。図9は、横軸を両面仕事量(kWs)とし、縦軸を両面研磨量(mg)としており、算出された両面仕事量に対する両面研磨量(mg)が、黒点でプロットされたグラフである。 As a result of verifying the polishing amount-work load correlation shown in FIG. 8, the correlation between the polishing amount of the object W to be polished and the double-sided work amount of the object W to be polished is also represented by the graph of FIG. FIG. 9 is a graph in which the horizontal axis is double-sided work (kWs) and the vertical axis is double-sided polishing amount (mg), and the double-sided polishing amount (mg) against the calculated double-sided work is plotted with black dots. .
図9に示す両面研磨量-両面仕事量のグラフは、標準偏差σ2.4において、両面仕事量(kWs)に対する、両面研磨量(mg)を黒点でプロットしたグラフを示している。プロットされた黒点は、破線の傾斜線付近に集まっており、両面仕事量(kWs)と、両面研磨量(mg)とは相関があり、比例関係にあることが分かる。 The double-side polishing amount-double-side work amount graph shown in FIG. 9 is a graph in which the double-side polishing amount (mg) is plotted with black dots against the double-side work amount (kWs) at a standard deviation σ of 2.4. The plotted black dots are concentrated near the dashed sloping line, and it can be seen that there is a correlation between the double-side work (kWs) and the double-side polishing amount (mg), which is in a proportional relationship.
なお、破線の傾斜線は、図9の右上に示すように、回帰式からなる近似式、y=0.1346x-2.2355で表される。また、R2=0.9592は、エクセルで近似式を扱った場合の、決定係数を表している。この決定係数とは、データに対する推定された回帰式の当てはまりの度合いを表す値で、決定係数は、全変動(それぞれの数値と平均値の差)の平方和・回帰変動(それぞれの予測値と平均値の差)の平方和を求め、回帰変動を全変動で割ることにより求めることができ、相関係数の2乗となる。この回帰式からも、被研磨体Wを研磨する仕事量を管理することで、被研磨体Wの研磨量を管理することができることが分かる。 Note that the dashed slope line is represented by an approximation formula, y=0.1346x-2.2355, which is a regression equation, as shown in the upper right of FIG. Also, R 2 =0.9592 represents the coefficient of determination when the approximation formula is handled in Excel. This coefficient of determination is a value that expresses the degree of fit of the estimated regression formula to the data. mean difference) and dividing the regression variation by the total variation, which is the square of the correlation coefficient. Also from this regression equation, it can be seen that the polishing amount of the object W to be polished can be controlled by controlling the amount of work for polishing the object W to be polished.
被研磨体Wの研磨量と被研磨体Wの両面仕事量との間には、相関関係があるので、被研磨体Wを加工するTOP面の仕事量とBOT面の仕事量から被研磨体W1枚の両面研磨量を推定することができる。同様に、めっき厚は、平坦度と相関関係があることから、TOP面の仕事量とBOT面の仕事量(=研磨量=めっき厚)を制御することで、TOP面とBOT面の研磨量を制御することができ、ひいては、平坦度の制御をすることが可能となり、被研磨体Wが薄い基板であっても、基板30の生産における歩留まりを改善することができる。
Since there is a correlation between the amount of polishing of the object W to be polished and the amount of work on both sides of the object W to be polished, the amount of work on the top surface and the amount of work on the BOT surface of the object W are used to determine the amount of work on the object to be polished. It is possible to estimate the amount of double-side polishing for one W sheet. Similarly, since the plating thickness has a correlation with the flatness, by controlling the work amount of the TOP surface and the work amount of the BOT surface (= polishing amount = plating thickness), the polishing amount of the TOP surface and the BOT surface can be controlled, and in turn, the flatness can be controlled, and the yield in the production of the
なお、仕事量は、TOP面およびBOT面のそれぞれについて算出されるが、研磨量は、被研磨体WのTOP面およびBOT面が、両面研磨装置10により同時に研磨されるので、被研磨体WのTOP面およびBOT面のそれぞれは個別に計測されず、1枚両面の研磨量となる。 The amount of work is calculated for each of the TOP surface and the BOT surface. Each of the TOP surface and BOT surface of is not individually measured, and the polishing amount of both surfaces of one sheet is obtained.
次いで、実施形態に係る基板30の製造方法について図面を参照して説明する。
Next, a method for manufacturing the
実施形態に係る基板30の製造方法は、アルミブランク作製工程、旋盤加工工程、焼鈍工程、グラインダー研削工程、焼鈍工程、無電解ニッケル-りんめっき(Ni-P)工程、焼鈍工程、研磨工程、平坦度の制御工程、表面検査工程、平坦度測定工程、出荷工程の各工程が含まれる。各工程は順に行われ、各工程を経て基板30が製造される。
The method for manufacturing the
実施形態に係る基板30の製造方法の各工程の内、研磨工程および平坦度の制御工程以外の各工程は、公知の工程で構成されており、主に研磨工程および平坦度の制御工程について図面を参照して説明する。
Among the steps of the method for manufacturing the
研磨工程においては、図4に示すキャリア33に被研磨体Wの1バッチ分50枚がセットされる。被研磨体Wのセットが完了すると、設定された研磨条件で両面研磨装置10が稼働され研磨が開始される。両面研磨装置10が稼働されると、図5(a)および図5(b)に示すように、上定盤21が時計回りに回転し、下定盤32、キャリア33およびサンギア34が反時計回りに回転する。この回転により、キャリア33にセットされた被研磨体Wは公転するとともにキャリア内で自転している。なお、サンギア34は、時計回りに回転するようにしてもよい。この場合は、キャリア33の回転方向が時計回りになる。
In the polishing step, fifty pieces of one batch of objects W to be polished are set on the
研磨が開始されると同時に、研磨液供給圧ユニット15から研磨液が被研磨体Wに供給される。被研磨体Wは、上定盤21のパッド装着部21aに装着された研磨パッド22と、下定盤32のパッド装着部32aに装着された研磨パッド22と、供給された研磨液により、被研磨体WのTOP面30aおよびBOT面30bが同時に研磨される。
At the same time as the polishing is started, the polishing liquid is supplied to the object W to be polished from the polishing liquid
バッチ内管理における平坦度の制御工程は、図10に示すように、上定盤仕事量測定(ステップS1)と、上定盤仕事量算出(第1算出工程;ステップS2)と、回転速度算出(ステップS3)と、下定盤仕事量測定(ステップS4)と、下定盤仕事量算出(第2算出工程;ステップS5)と、下定盤回転速度設定(ステップS6)と、設定加工時間判定(ステップS7)とを含んで構成されている。 As shown in FIG. 10, the flatness control process in the in-batch management includes upper surface plate work amount measurement (step S1), upper surface plate work amount calculation (first calculation step; step S2), and rotation speed calculation. (Step S3), lower surface plate workload measurement (step S4), lower surface plate workload calculation (second calculation step; step S5), lower surface plate rotation speed setting (step S6), set machining time determination (step S7).
なお、ステップS1~ステップS7までの平坦度の制御工程は、制御装置20により被研磨体Wの研磨中に行われる。上定盤仕事量測定(ステップS1)と下定盤仕事量測定(ステップS4)は、同時に行われるが、順番に行われても良く、順番に行われる場合には何れが先に行われてもよい。
The flatness control process from step S1 to step S7 is performed by the
また、下定盤回転速度設定(ステップS6)で下定盤32の回転速度を設定しているが、代わりに、上定盤21の回転速度を設定するようにしてもよい。また、平坦度の制御工程は、上定盤21または下定盤32の研磨条件を変更することによって制御することができる。図10は回転速度を設定して回転速度を制御する場合のみを示しているが、さらに被研磨体Wに加える荷重を制御することで更に平坦度の精度を向上させることが可能となる。この場合、パッド使用時間差で基板30に品質差が生ずることを抑制することが可能となる。また、研磨液供給ユニット15により供給される研磨液の流量調整の自動化ができれば、より安定した研磨制御が可能となる。
Further, although the rotation speed of the
上定盤仕事量測定(ステップS1)においては、上定盤のトルク、即ちΣ(相対速度×定盤トルク)に基づいて、上定盤21の仕事量が測定され、上定盤仕事量算出(ステップS2)においては、上定盤仕事量測定(ステップS1)により測定された測定データに基づいて前述の式(1)を用いて上定盤21の仕事量が算出される。算出は、制御タイムラグおよびパッド経過時間を考慮した上で行われる。なお、上定盤仕事量算出(ステップS2)は、本発明に係る第1算出工程に対応する。
In the upper surface plate work amount measurement (step S1), the work amount of the
回転速度算出(ステップS3)においては、まず、加工経過時間でのTOP仕事量から加工完了時の目標仕事量TB差より経過時間に換算した目標仕事量TB差を減算した値が演算され、加工経過時間でのBOTの目標仕事量として算出される。なお、TOP仕事量は、TOP面仕事量PTを算出する式(1)によって取得される。加工完了時の目標仕事量TB差は、図6(a)に示すように、平坦度閾値、仕事量TB差閾値に基づいて決定される。 In the rotational speed calculation (step S3), first, a value obtained by subtracting the target work amount TB difference converted to the elapsed time from the target work amount TB difference at the time of completion of machining from the TOP work amount in the machining elapsed time is calculated. It is calculated as the target work amount of the BOT in the elapsed time. It should be noted that the TOP work amount is obtained by Equation (1) for calculating the TOP surface work amount PT. The target workload TB difference at the completion of processing is determined based on the flatness threshold and the workload TB difference threshold, as shown in FIG. 6(a).
次いで、取得されたBOTの目標仕事量、BOTの実測トルクおよび時間から、下記の式により、BOTの相対速度が算出される。
BOTの目標仕事量÷BOTの実測トルク÷時間=BOTの相対速度
上記の式により、BOTの相対速度が取得される。
Next, from the obtained target work amount of BOT, measured torque of BOT, and time, the relative speed of BOT is calculated by the following formula.
Target work amount of BOT÷Actual torque of BOT÷Time=Relative speed of BOT The relative speed of BOT is obtained from the above formula.
次いで、取得されたBOTの相対速度およびキャリア33の公転速度から、下記の式により、制御する下定盤32の回転速度が算出される。
BOTの相対速度+キャリア33の公転速度=制御する下定盤32の回転速度
なお、下定盤32の回転速度の代わりに上定盤21の回転速度を取得するようにしてもよく、その場合、TOPの相対速度およびキャリア33の公転速度から、下記の式により、次工程で設定される上定盤回転速度が算出される。
TOPの相対速度-キャリア33の公転速度=制御する上定盤21の回転速度
上記の式によりステップS6において下定盤32または上定盤21の回転速度が設定される。
Next, from the obtained relative speed of the BOT and the revolution speed of the
Relative speed of BOT+Revolution speed of
Relative speed of TOP−Revolution speed of
下定盤仕事量測定(ステップS4)においては、下定盤のトルク、即ちΣ(相対速度×定盤トルク)に基づいて、下定盤32の仕事量が測定され、下定盤仕事量算出(ステップS5)においては、下定盤仕事量測定(ステップS4)により測定された測定データに基づいて前述の式(2)を用いて下定盤32の仕事量が算出される。算出は、制御タイムラグおよびパッド経過時間を考慮した上で行われる。なお、下定盤仕事量算出(ステップS5)は、本発明に係る第2算出工程に対応する。
In the lower surface plate work amount measurement (step S4), the work amount of the
下定盤回転速度設定(ステップS6)においては、回転速度算出(ステップS3)において取得された制御する下定盤32の回転速度が設定される。下定盤回転速度設定(ステップS6)は、本発明に係る制御工程に対応する。なお、前述のように下定盤32の回転速度に代えて上定盤21の回転速度を設定してもよい。
In the lower surface plate rotation speed setting (step S6), the rotation speed of the
設定加工時間判定(ステップS7)においては、予め設定された加工時間に到達したか否かが判定される。予め設定された加工時間に到達したと判定された場合には、研磨が終了する。予め設定された加工時間に到達したと判定されない場合には、研磨が継続され、上定盤仕事量測定(ステップS1)および下定盤仕事量測定(ステップS4)に進む。 In the set machining time determination (step S7), it is determined whether or not a preset machining time has been reached. If it is determined that the preset processing time has been reached, the polishing ends. If it is not determined that the preset processing time has been reached, polishing is continued, and the process advances to upper surface plate work amount measurement (step S1) and lower surface plate work amount measurement (step S4).
以下、実施形態に係る両面研磨装置10の制御システム、制御装置20および基板30の製造方法の効果について説明する。
Hereinafter, effects of the control system of the double-
(1)本実施形態に係る両面研磨装置10の制御システムによれば、制御装置20により、TOP面30aの研磨に要するTOP面仕事量PT(Ws)と、BOT面30bの研磨に要するBOT面仕事量PB(Ws)とがそれぞれ算出される。また、算出されたTOP面仕事量PTとBOT面仕事量PBとの差、即ち、仕事量TB差が所定の範囲内に収まるように研磨条件が制御される。その結果、研磨条件の制御により、高い精度で速やかに基板の平坦度が制御され、平坦度の良好な基板が得られるという効果が得られる。
(1) According to the control system of the double-
具体的には、図11(a)に示すように、仕事量管理を行っていない従来の通常生産時における仕事量TB差の度数分布は、横軸の被研磨体Wの仕事量TB差の範囲区分が[-0.5以上~0未満]で、縦軸の被研磨体Wの各仕事量TB差の範囲区分内の枚数が最も多く、被研磨体Wの枚数は、[-2.5未満]から[2.5以上]の広範囲に広がっている。グラフ中の曲線は、正規分布を表しているが、正規分布においても、[-0.5以上~0未満]を頂部としてなだらかな曲線となっている。なお、通常生産時においては、被研磨体Wの枚数、即ち、N数は2519枚、平均が0.2、σが1.1となっている。 Specifically, as shown in FIG. 11(a), the frequency distribution of the workload TB difference in the conventional normal production where no workload management is performed is as follows: The range division is [-0.5 or more to less than 0], and the number of pieces within the range division of each work load difference TB of the objects W to be polished on the vertical axis is the largest, and the number of objects W to be polished is [-2. 5] to [2.5 or more]. The curve in the graph represents a normal distribution, but even the normal distribution is a smooth curve with [-0.5 or more to less than 0] as the top. In normal production, the number of objects W to be polished, that is, the number N is 2519, the average is 0.2, and σ is 1.1.
この通常生産時に対して、仕事量管理時には、図11(b)に示すように、仕事量TB差の度数分布は、横軸の被研磨体Wの仕事量TB差の範囲区分が[-0.5以上~0未満]で、縦軸の被研磨体Wの各仕事量TB差の範囲区分内の枚数が最も多く、被研磨体Wの枚数は、[-1以上~-0.5未満]と[0以上~0.5未満]に集中している。グラフ中の曲線で表される正規分布においても、[-1以上~-0.5未満]を頂部として突出した曲線となっている。なお、仕事量管理時においては、被研磨体Wの枚数、即ち、N数は1057枚、平均が-0.4、σが0.2となっている。 11(b), the frequency distribution of the workload TB difference of the workpiece W to be polished W on the horizontal axis is [-0 .5 or more to less than 0], the number of objects to be polished W within the range division of each work amount TB difference on the vertical axis is the largest, and the number of objects to be polished W is [-1 or more to less than -0.5 ] and [0 to less than 0.5]. The normal distribution represented by the curve in the graph is also a curve with a peak at [-1 or more to less than -0.5]. In addition, at the time of workload management, the number of objects W to be polished, that is, the number of N is 1057, the average is −0.4, and σ is 0.2.
したがって、仕事量TB差が所定の範囲内に収まるように研磨条件が制御された結果、σが1.1から0.2となり、被研磨体Wの仕事量TB差のばらつきが極めて小さくなったことが確認され、研磨条件の制御が極めて良好に行われているという効果が得られた。 Therefore, as a result of controlling the polishing conditions so that the work amount TB difference falls within a predetermined range, .sigma. This was confirmed, and an effect was obtained that the polishing conditions were very well controlled.
また、図12は、本発明の実施形態に係る両面研磨装置の制御システムにおける仕事量TB差の正規分布曲線とグラフである。図12に示すように、仕事量管理時の正規分布の実線で示す曲線は、中央部が著しく突出して高くなっているのに対して、通常生産時における正規分布の破線で示す曲線は、突出部分がなく極めてなだらかになっている。図12のグラフからも、被研磨体Wの仕事量TB差のばらつきが極めて小さくなったことが確認された。 Also, FIG. 12 is a normal distribution curve and a graph of the workload TB difference in the control system of the double-sided polishing apparatus according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 12, the curve indicated by the solid line of the normal distribution during workload management has a significantly high central portion, whereas the curve indicated by the broken line of the normal distribution during normal production is prominent. It has no parts and is extremely smooth. From the graph of FIG. 12 as well, it was confirmed that the variation in the work amount TB difference of the object W to be polished was extremely small.
また、図13(a)に示すように、仕事量管理を行っていない従来の通常生産時における平坦度TB差の度数分布は、横軸の被研磨体Wの平坦度TB差の範囲区分が[0以上~0.5未満]で、縦軸の被研磨体Wの各平坦度TB差の範囲区分内の枚数が最も多く、被研磨体Wの枚数は、[-2.5未満]から[2.5以上]の広範囲に広がっている。グラフ中の曲線で表わされる正規分布においても、[0以上~0.5未満]を頂部としてなだらかな曲線となっている。なお、通常生産時においては、被研磨体Wの枚数、即ち、N数は2519枚、平均が0.19、σが1.02となっている。 Further, as shown in FIG. 13(a), the frequency distribution of the flatness TB difference in the conventional normal production in which the workload is not managed is as follows: In [0 or more to less than 0.5], the number of objects to be polished W within the range division of each flatness TB difference on the vertical axis is the largest, and the number of objects to be polished W is from [less than -2.5]. It spreads over a wide range of [2.5 or more]. The normal distribution represented by the curve in the graph also forms a smooth curve with [0 or more to less than 0.5] as the top. In normal production, the number of objects W to be polished, that is, the number N is 2519, the average is 0.19, and σ is 1.02.
この通常生産時に対して、仕事量管理時には、図13(b)に示すように、平坦度TB差の度数分布は、横軸の被研磨体Wの平坦度TB差の範囲区分が[-0.5以上~0未満]で、縦軸の被研磨体Wの各平坦度TB差の範囲区分内の枚数が最も多く、被研磨体Wの枚数は、[-2以上~-1.5未満]と[0.5以上~1未満]の間に集まっている。グラフ中の曲線で表される正規分布においても、[-1以上~-0.5未満]を頂部として突出した曲線となっている。なお、仕事量管理時においては、被研磨体Wの枚数、即ち、N数は1057枚、平均が-0.45、σが0.77となっている。 13(b), the frequency distribution of the flatness TB difference of the object to be polished W on the horizontal axis is [-0 .5 or more to less than 0], the number of objects to be polished W within the range division of each flatness TB difference on the vertical axis is the largest, and the number of objects to be polished W is [-2 or more to less than -1.5 ] and [0.5 or more to less than 1]. The normal distribution represented by the curve in the graph is also a curve with a peak at [-1 or more to less than -0.5]. In addition, at the time of workload management, the number of objects W to be polished, that is, the number of N is 1057, the average is −0.45, and σ is 0.77.
したがって、平坦度TB差が所定の範囲内に収まるように研磨条件が制御された結果、σが1.02から0.77となり、被研磨体Wの平坦度TB差のばらつきが小さくなったことが確認され、研磨条件の制御が良好に行われているという効果が得られた。 Therefore, as a result of controlling the polishing conditions so that the difference in flatness TB falls within a predetermined range, σ was changed from 1.02 to 0.77, and the variation in the difference in flatness TB of the object W to be polished was reduced. was confirmed, and an effect was obtained that the polishing conditions were well controlled.
また、図14は、本発明の実施形態に係る両面研磨装置の制御システムにおける平坦度TB差の正規分布曲線とグラフである。図14に示すように、仕事量管理時の正規分布の実線で示す曲線は、中央部がやや突出して高くなっているのに対して、通常生産時における正規分布の破線で示す曲線は、突出部分が小さくなだらかになっている。図12のグラフからも、被研磨体Wの仕事量TB差のばらつきがやや小さくなったことが確認された。 Also, FIG. 14 is a normal distribution curve and a graph of the flatness TB difference in the control system of the double-sided polishing apparatus according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 14, the curve indicated by the solid line of the normal distribution at the time of workload management has a slightly protruding central part, whereas the curve indicated by the broken line of the normal distribution at the time of normal production is protruding. The parts are small and smooth. Also from the graph of FIG. 12, it was confirmed that the variation in the work amount TB difference of the object W to be polished was slightly reduced.
(2)本実施形態に係る両面研磨装置10の制御システムによれば、TOP面仕事量PTおよびBOT面仕事量PBは、制御装置20により、被研磨体Wを研磨する上定盤21および下定盤32の回転速度(rpm)と、被研磨体Wを研磨する上定盤21および下定盤32のトルク(Nm)と、被研磨体Wの加工時間T(sec)に基づいて算出されるので、高い精度のTOP面仕事量PTおよびBOT面仕事量PBが算出されるという効果が得られる。
(2) According to the control system of the double-
(3)本実施形態に係る両面研磨装置10の制御システムによれば、制御装置20により、TOP面30aの研磨に要するTOP面仕事量PTは、式(1)により算出される。式(1)においては、加工時間T(sec)、定数k、上定盤回転速度NU(rpm)、キャリア公転速度NC(rpm)、上定盤トルクQU(Nm)、上定盤メカロス分のトルクQUM(Nm)、サンプリングt時間(sec)に基づいて算出処理がなされる。TOP面仕事量PTの算出処理は、加工時間の開始から終了までが定積分されるので、基板30の研磨中に算出処理が行われ、高い精度のTOP面仕事量PTが得られるという効果が得られる。
(3) According to the control system of the double-
(4)本実施形態に係る両面研磨装置10の制御システムによれば、制御装置20により、BOT面30bの研磨に要するBOT面仕事量PBは、式(2)により算出される。式(2)においては、加工時間T(sec)、定数k、下定盤回転速度NL(rpm)、キャリア公転速度NC(rpm)、下定盤トルクQL(Nm)、下定盤メカロス分のトルクQLM(Nm)、サンプリング時間t(sec)に基づいて算出処理がなされる。BOT面仕事量PBの算出処理は、加工時間の開始から終了までが定積分されるので、基板の研磨中に算出処理が行われ、高い精度のBOT面仕事量PBが得られるという効果が得られる。
(4) According to the control system of the double-
(5)本実施形態に係る両面研磨装置10の制御システムによれば、制御装置20により、所定の範囲は、平坦度の閾値と仕事量TB差の閾値によって設定されるため、仕事量が所定の範囲に収められることにより、基板30の研磨量が所定の範囲に収められ、平坦度の良好な基板30が得られるという効果が得られる。
(5) According to the control system of the double-
(6)本実施形態に係る両面研磨装置10の制御システムによれば、制御装置20により、TOP面仕事量PTとBOT面仕事量PBとの差に基づいて、被研磨体Wの研磨中に上定盤21および下定盤32が制御されるので、より速やかなフィードバック制御が行われ、基板30が速やかに製造されるという効果が得られる。具体的には、図7(a)および図7(b)に示すように、制御タイムラグが、通常生産の場合、約1時間30分程度であったのに対して、本実施形態に係る仕事管理においては、約10分に短縮されるという効果が得られる。
(6) According to the control system of the double-
なお、上定盤21または下定盤32の何れか一方のみを制御することで、被研磨体WのTOP面とBOT面との間における研磨量のばらつきを抑えることができ、研磨量差の悪化を抑えることができる。
By controlling only one of the
従来、研磨パッドの目詰まりや劣化、研磨液の流量、被研磨体Wの搬送途中の停止などにより、研磨パッドと被研磨体Wの摩擦係数が増えることがあった。研磨パッドと被研磨体Wの摩擦係数が増えると、トルクが上昇するため、仕事量は増加するが、増加した仕事量は研磨に寄与しないものも含まれており、前述の原因で増加した仕事量のうち研磨に寄与する仕事量はほぼ変わっていないことが分かった。即ち、摩擦係数が増えたことによる仕事量の増加と研磨量の増加は等しくないという場合があり、被研磨体Wの片面の仕事量のみで判断すると、研磨量がばらつき、被研磨体WのTB差が悪化する場合がある。 Conventionally, the coefficient of friction between the polishing pad and the object W to be polished increased due to clogging or deterioration of the polishing pad, flow rate of the polishing liquid, stoppage of the object W to be polished during transportation, and the like. When the coefficient of friction between the polishing pad and the object to be polished W increases, the torque increases, so the amount of work increases. It was found that the amount of work contributing to polishing remained almost unchanged. That is, the increase in the amount of work due to the increase in the coefficient of friction may not be equal to the increase in the amount of polishing. The TB difference may get worse.
そこで、本実施形態に係る両面研磨装置10の制御システムでは、TBの仕事量の差で評価することで、研磨に寄与しない仕事量が相殺され、仕事量TB差=研磨量TB差となる。
Therefore, in the control system of the double-
ここで、被研磨体Wの両面の上定盤21と下定盤32の回転速度を制御するという方法が考えられるが、前述のとおり、各種原因の影響で、研磨に寄与する仕事量、または研磨に寄与しない仕事量は一定でないため、目標値となる制御量を決めることが難しい。
Here, a method of controlling the rotational speeds of the
そこで、被研磨体Wの片面の上定盤21または下定盤32の仕事量を成り行きでモニタリングし、仕事量TB差が一定になるように、もう片面の上定盤21かまたは下定盤32のの制御量を決めることで、より速やかなフィードバック制御が行われ、平坦度の良好な基板が速やかに製造される。具体的な制御方法としては、定盤の回転速度および/または荷重を制御することが好ましい。
Therefore, the work amount of the
(7)本実施形態に係る制御装置20は、TOP面30aの研磨に要するTOP面仕事量PT(Ws)を算出する第1算出手段と、BOT面30bの研磨に要するBOT面仕事量PB(Ws)を算出する第2算出手段と、TOP面仕事量PTとBOT面仕事量PBとの差を所定の範囲内に収めるように研磨条件を制御する制御手段とを備えている。
(7) The
この構成により、第1算出手段によりTOP面30aの研磨に要するTOP面仕事量PT(Ws)が算出され、第2算出手段によりBOT面30bの研磨に要するBOT面仕事量PB(Ws)が算出される。さらに、制御手段により、算出されたTOP面仕事量PTとBOT面仕事量PBとの差を所定の範囲内に収めるように研磨条件が制御される。その結果、研磨条件の制御により、高い精度で速やかに基板30の平坦度が制御され、平坦度の良好な基板30が得られるという効果が得られる。
With this configuration, the first calculating means calculates the TOP surface work PT (Ws) required for polishing the
(8)本実施形態に係る基板30の製造方法によれば、第1算出工程によりTOP面30aの研磨に要するTOP面仕事量PT(Ws)が算出され、第2算出工程によりBOT面30bの研磨に要するBOT面仕事量PB(Ws)が算出され、制御工程によりTOP面仕事量PTとBOT面仕事量PBとの差が所定の範囲内に収まるように研磨条件が制御される。その結果、研磨条件の制御により、高い精度で速やかに基板30の平坦度が制御され、平坦度の良好な基板30が得られるという効果が得られる。
(8) According to the method for manufacturing the
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various designs can be made without departing from the scope of the invention described in the claims. Changes can be made.
10・・・両面研磨装置
11・・・上定盤部
12・・・下定盤部
13・・・空圧ユニット
13a、14b・・・ピストン
13b・・・シリンダボディ
13c・・・ピストンロッド
14・・・バランサー
14a・・・バランスシリンダ
14c・・・ワイヤ
15・・・研磨液供給ユニット
15a・・・ポンプ
15b・・・圧力計
15c・・・開閉バルブ
16・・・ロードセル
20・・・制御装置
21・・・上定盤
21a、32a・・・パッド装着部
21b・・・ロッド
22・・・研磨パッド
23・・・上定盤駆動モータ
23a、35a、36a、14d、14e・・・プーリ
23b、35b、36b・・・ベルト
24・・・回転軸
24a・・・フランジ
24b・・・ロッド
25・・・ロッド
26・・・ユニバーサルジョイント
30・・・基板
30a・・・TOP面
30b・・・BOT面
31・・・テーブル
31t・・・内歯
32・・・下定盤
32b、34b・・・軸部
33・・・キャリア
33t、34t・・・外歯
34・・・サンギア
34a・・・歯車部
35・・・下定盤駆動モータ
36・・・サンギア駆動モータ
D・・・外径
d・・・内径
h・・・貫通孔
k・・・定数
NC・・・キャリア公転速度
NL・・・下定盤回転速度
NU・・・上定盤回転速度
QL・・・下定盤トルク
QLM・・・下定盤メカロス分のトルク
QU・・・上定盤トルク
QUM・・・上定盤メカロス分のトルク
t・・・サンプリング時間
th・・・厚み
T・・・加工時間
W・・・被研磨体
REFERENCE SIGNS
Claims (8)
前記TOP面の研磨に要するTOP面仕事量PT(Ws)と、
前記BOT面の研磨に要するBOT面仕事量PB(Ws)とをそれぞれ算出し、
算出された前記TOP面仕事量PTと前記BOT面仕事量PBとの差である仕事量TB差を所定の範囲内に収めるように研磨中に研磨条件を制御することを特徴とする両面研磨装置の制御システム。 In a control system for a double-sided polishing apparatus that polishes the top surface and the BOT surface of the object to be polished by sandwiching the object to be polished between an upper surface plate and a lower surface plate and rotating the upper surface plate and the lower surface plate,
A TOP surface work amount PT (Ws) required for polishing the TOP surface;
Calculate the BOT surface work PB (Ws) required for polishing the BOT surface,
A double-sided polishing apparatus characterized in that polishing conditions are controlled during polishing so that a work amount difference TB, which is a difference between the calculated top surface work amount PT and the BOT surface work amount PB, is within a predetermined range. control system.
(式(1)中、T1は仕事量の測定を開始する時間(sec)、T2は仕事量の測定を終了する時間(sec)、kは定数、NUは上定盤回転速度(rpm)、NCはキャリア公転速度(rpm)、QUは上定盤トルク(Nm)、QUMは上定盤メカロス分のトルク(Nm)、tはサンプリング時間(sec)をそれぞれ表す。)
により算出されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の両面研磨装置の制御システム。 The TOP surface work amount PT required for polishing the TOP surface is expressed by the following formula (1)
(In formula (1), T 1 is the time to start measuring the work (sec), T 2 is the time to finish measuring the work (sec), k is a constant, NU is the upper surface plate rotation speed (rpm ), NC is the carrier revolution speed (rpm), QU is the upper surface plate torque (Nm), QUM is the torque for the upper surface plate mechanical loss (Nm), and t is the sampling time (sec).)
3. The control system for a double-side polishing apparatus according to claim 1, wherein the control system is calculated by:
(式(2)中、T1は仕事量の測定を開始する時間(sec)、T2は仕事量の測定を終了する時間(sec)、kは定数、NLは下定盤回転速度(rpm)、NCはキャリア公転速度(rpm)、QLは下定盤トルク(Nm)、QLMは下定盤メカロス分のトルク(Nm)、tはサンプリング時間(sec)をそれぞれ表す。)
により算出されることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の両面研磨装置の制御システム。 The BOT surface work PB required for polishing the BOT surface is expressed by the following formula (2)
(In formula (2), T 1 is the time to start measuring the work (sec), T 2 is the time to finish measuring the work (sec), k is a constant, and NL is the lower surface plate rotation speed (rpm). , NC is the carrier revolution speed (rpm), QL is the lower surface plate torque (Nm), QLM is the lower surface plate mechanical loss torque (Nm), and t is the sampling time (sec).)
4. The control system for a double-side polishing apparatus according to claim 1, wherein the control system is calculated by:
前記TOP面の研磨に要するTOP面仕事量PT(Ws)を算出する第1算出手段と、 前記BOT面の研磨に要するBOT面仕事量PB(Ws)を算出する第2算出手段と、 前記第1算出手段により算出された前記TOP面仕事量PTと前記第2算出手段により算出された前記BOT面仕事量PBとの差を所定の範囲内に収めるように研磨中に研磨条件を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする両面研磨装置の制御装置。 A control device for a double-side polishing apparatus that polishes the top surface and the BOT surface of the object to be polished by sandwiching the object to be polished between an upper surface plate and a lower surface plate and rotating the upper surface plate and the lower surface plate,
a first calculating means for calculating a TOP surface work amount PT (Ws) required for polishing the TOP surface; a second calculating means for calculating a BOT surface work amount PB (Ws) required for polishing the BOT surface; Control for controlling the polishing conditions during polishing so that the difference between the top surface work amount PT calculated by the first calculating means and the BOT surface work amount PB calculated by the second calculating means is within a predetermined range. A control device for a double-sided polishing apparatus, comprising: means.
前記TOP面の研磨に要するTOP面仕事量PT(Ws)を算出する第1算出工程と、 前記BOT面の研磨に要するBOT面仕事量PB(Ws)を算出する第2算出工程と、 前記第1算出工程により算出された前記TOP面仕事量PTと前記第2算出工程により算出された前記BOT面仕事量PBとの差を所定の範囲内に収めるように研磨中に研磨条件を制御する制御工程と、を含むことを特徴とする基板の製造方法。 In a substrate manufacturing method in which the top surface and the BOT surface of an object to be polished are polished by a double-side polishing machine,
a first calculating step of calculating a TOP surface work amount PT (Ws) required for polishing the TOP surface; a second calculating step of calculating a BOT surface work amount PB (Ws) required for polishing the BOT surface; Control for controlling the polishing conditions during polishing so that the difference between the TOP surface work amount PT calculated in the first calculation step and the BOT surface work amount PB calculated in the second calculation step is within a predetermined range. A method of manufacturing a substrate, comprising:
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