JP2001219358A - 研磨装置 - Google Patents

研磨装置

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JP2001219358A JP2000029008A JP2000029008A JP2001219358A JP 2001219358 A JP2001219358 A JP 2001219358A JP 2000029008 A JP2000029008 A JP 2000029008A JP 2000029008 A JP2000029008 A JP 2000029008A JP 2001219358 A JP2001219358 A JP 2001219358A
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    • B24B53/017—Devices or means for dressing, cleaning or otherwise conditioning lapping tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ドレッシングに際してドレッサーツールの研
磨パッド又は研磨プレートへの押圧力をドレッサーツー
ルの自重による押圧力以下にすることができ、研磨パッ
ド又は研磨プレートの消耗量の少ないドレッシングを行
うことができる研磨装置を提供すること。 【解決手段】 研磨パッド２又は砥粒を含んだ研磨プレ
ートを有するターンテーブル１と、被研磨基板を保持す
るトップリング３を具備する研磨装置において、研磨パ
ッド２又は研磨プレートの研磨面に当接し研磨面をドレ
ッシングするドレッサーツール５と、ドレッサーシャフ
ト６と、ドレッサーツール５の研磨パッド２又は研磨プ
レートの研磨面への押圧力を該ドレッサーツール５の自
重による押圧力以下の所定値からそれ以上の任意の値に
調整できるコントローラ８及びレギュレータ１０からな
る押圧力調整手段を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体ウエハ等の基
板を研磨する研磨装置に関し、特に研磨パッドや砥粒を
含んだ研磨プレートの研磨面を削って研磨面の目立等の
再生・修整（以下「ドレッシング」と称する）を行うと
きに用いるドレッサー装置に特徴を有する研磨装置に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の研磨装置は図１に示すよ
うに上面に研磨パッド（研磨布）２を設けたターンテー
ブル１と半導体ウエハ等の被研磨基板（図示せず）を保
持するトップリング３を具備し、該トップリング３の下
面に保持した被研磨基板をターンテーブル１の上面の研
磨パッド２の研磨面に押圧すると共に、該研磨面に砥液
を供給し、ターンテーブル１の矢印Ａ方向の回転と、ト
ップリング３の矢印Ｂ方向の回転により、研磨パッド２
と被研磨基板の相対運動により、該被研磨基板を平坦且
つ鏡面に研磨している。なお、研磨パッド２に替え砥粒
を含んだ研磨プレートを設ける場合もある。
【０００３】上記構成の研磨装置において、何枚かの被
研磨基板を研磨すると、研磨パッド２の研磨面が目詰ま
り等を起こして研磨効率が低下するという問題がある。
そこで、通常は所定枚数の被研磨基板を研磨したら、或
いは目詰まり等で研磨効率が低下した場合、ドレッサー
４により研磨パッド２の研磨面を削って、目立て等のド
レッシングを行っている。
【０００４】上記ドレッサー４はドレッサーツール５と
該ドレッサーツール５を支持するドレッサーシャフト６
を具備し、該ドレッサーシャフト６は図示しない回転機
構で矢印Ｃ方向に回転するようになっている。また、ド
レッサーツール５は空気シリンダ７により、ドレッサー
シャフト６を介して研磨パッド２上に押圧されるように
なっている。ドレッサーツール５の下面にはダイヤモン
ド粒を埋め込んだ部材（ダイヤモンドペレット等）又は
セラミック材等の硬質材からなる環状突起５ａが設けら
れている。ドレッサーシャフト６とターンテーブル１の
回転によるドレッサーツール５と研磨パッド２の相対運
動により、該研磨パッド２の研磨面は削られ、ドレッシ
ングが行われる。
【０００５】上記研磨パッド２の研磨面のドレッシング
に際しては、コントローラ８から空気シリンダ７に空気
を供給し、ドレッサーツール５を研磨パッド２に所定の
圧力で押圧して行っている。そのため、ドレッサーツー
ル５の最下限の押圧力（コントローラ８から供給する空
気量がゼロの場合の押圧力）は、ドレッサーツール５の
自重にドレッサーシャフト６の荷重を加えた荷重による
押圧力となる。
【０００６】ところで、上記ドレッシングに際して、研
磨パッド２の削り量（ｍｍ／Ｈｒ）は、図２に示すよう
に、ドレッサーツール５の研磨パッド押圧力に比例する
関係となる。通常ドレッサーツール５の重量は３ｋｇ程
度、ドレッサーシャフト６の重量は６ｋｇ程度であり、
ドレッサー４の全体の荷重は１０ｋｇになるため、ドレ
ッサーツールの押圧力を１００Ｎ（ニュートン）以下に
できず、研磨パッド２の削り量が大きくなり、研磨パッ
ド２の消耗が大きいという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の点に鑑
みてなされたもので、ドレッシングに際してドレッサー
ツールの研磨パッド又は砥粒を含んだ研磨プレートへの
押圧力をドレッサーツールの自重による押圧力以下にす
ることができ、研磨パッド又は研磨プレートの消耗量の
少ないドレッシングを行うことができる研磨装置を提供
することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１に記載の発明は、研磨パッド又は砥粒を含んだ
研磨プレートを有するターンテーブルと、被研磨基板を
保持する基板保持機構を具備し、該基板保持機構で保持
した被研磨基板をターンテーブルの研磨パッド又は研磨
プレートに押圧し、該被研磨基板と該研磨パッド又は研
磨プレートの相対運動により、該被研磨基板を研磨する
研磨装置において、研磨パッド又は研磨プレートの研磨
面に当接し該研磨面をドレッシングするドレッサーツー
ルと、該ドレッサーツールを支持するドレッサーシャフ
トと、該ドレッサーツールの該研磨パッド又は研磨プレ
ートの研磨面への押圧力を該ドレッサーツールの自重に
よる押圧力以下の所定値からそれ以上の任意の値に調整
できる押圧力調整手段を具備することを特徴とする。
【０００９】上記のように押圧力調整手段を具備するこ
とにより、ドレッサーツールの該研磨パッド又は研磨プ
レートの研磨面への押圧力をドレッサーツールの自重に
よる押圧力以下の所定値からそれ以上の任意の値に調整
できるから、研磨パッド又は研磨プレートの消耗量を低
減できるドレッシングが実現できる。
【００１０】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の研磨装置において、押圧力調整手段は、空気シ
リンダを具備し、該空気シリンダに供給する空気を調整
して、押圧力をドレッサーツールの自重による押圧力以
下の所定値からそれ以上の任意の値に調整することを特
徴とする。
【００１１】上記の空気シリンダに予めドレッサー荷重
を打ち消すように空気を供給することにより、ドレッサ
ーツールの該研磨パッド又は研磨プレートの研磨面への
押圧力をドレッサーツールの自重による押圧力以下の所
定値からそれ以上の任意の値（例えば、１０Ｎ〜３００
Ｎ）に調整することが容易にできる。
【００１２】また、請求項３に記載の発明は、請求項２
に記載の研磨装置において、空気シリンダに動摩擦抵抗
が０．５ｋｇ以下の低摩擦型の空気シリンダを用いるこ
とを特徴とする。
【００１３】空気シリンダにドレッサー荷重を打ち消す
ように空気を供給すると、摩擦抵抗の大きい空気シリン
ダであると、ドレッサーツールの該研磨パッド又は研磨
プレートの研磨面への押圧力を低く設定すると実際の押
圧力にバラツキが発生するという問題があったが、上記
のように動摩擦抵抗が０．５ｋｇ以下の低摩擦型の空気
シリンダを用いるとこのような問題はなくなる。
【００１４】また、請求項４に記載の発明は、研磨パッ
ド又は砥粒を含んだ研磨プレートを有するターンテーブ
ルと、被研磨基板を保持する基板保持機構を具備し、該
基板保持機構で保持した被研磨基板をターンテーブルの
研磨パッド又は研磨プレートに押圧し、該被研磨基板と
該研磨パッド又は研磨プレートの相対運動により、該被
研磨基板を研磨する研磨装置において、研磨パッド又は
研磨プレートの研磨面に当接し該研磨面をドレッシング
するドレッサーツールと、該ドレッサーツールを支持す
るドレッサーシャフトを具備すると共に、ドレッシング
時にドレッサーツールを該ドレッサーシャフトから分離
し研磨パッド又は研磨プレートの研磨面にその自重で当
接させることを特徴とする。
【００１５】上記のようにドレッシング時にドレッサー
ツールを該ドレッサーシャフトから分離して研磨パッド
又は研磨プレートの研磨面にその自重で当接させるの
で、該研磨面にドレッサーツールの自重による押圧力以
上の圧力が加えられることがなく、研磨パッド又は研磨
プレートの消耗量の少ないドレッシングを実現できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例を図
面に基いて説明する。図３は本発明に係る研磨装置の概
略構成例を示す図である。図３において、図１と同一符
号を付した部分は同一又は相当部分を示す。なお、他の
図においても同様とする。
【００１７】本研磨装置は図示するように、ドレッサー
４を上下動させる空気シリンダ９には動摩擦抵抗が０．
４４ｋｇの低摩擦型の空気シリンダを用いている。該空
気シリンダ９にはコントローラ８を介してドレッサー４
を下降する方向（研磨パッド２を押圧する方向）に空気
を供給するように構成し、またレギュレータ１０を介し
てドレッサー４を上昇させる方向（ドレッサーの荷重を
打ち消す方向）に空気を供給するように構成している。
【００１８】上記構成の研磨装置において、レギュレー
タ１０に予めドレッサー４を構成するドレッサーツール
５の重量とドレッサーシャフト６の重量を設定してお
き、該レギュレータ１０からドレッサー４の重量を打ち
消す（キャンセル）だけの空気を供給しておく。これに
より、コントローラ８から空気シリンダー９に空気を供
給しないと、ドレッサーツール５の研磨パッド２を押圧
する押圧力はゼロとなる。従って、コントローラ８から
供給する空気量を調整することにより、該押圧力をゼロ
からそれ以上の任意の値に調整することができる。即
ち、ドレッサーツール５の該研磨パッド２の研磨面への
押圧力を該ドレッサーツール５の自重による押圧力以下
の所定値からそれ以上の任意の値に調整できる。
【００１９】上記のように空気シリンダ９にレギュレー
タ１０を介してコントローラ８から供給される方向と逆
方向に空気を供給し、ドレッサー４の荷重とのバランス
をとる場合、図１の従来型の空気シリンダ７だと、摩擦
抵抗（摺動抵抗）が大きく、コントローラ８でドレッサ
ーツール５の押圧力を低く設定すると、実際の研磨パッ
ド２にかかる押圧力がバラツクという問題がある。そこ
で上記のように摩擦抵抗が０．４４ｋｇで動作する低摩
擦型の空気シリンダ９を用いることにより、押圧力を低
い値｛例えば１０Ｎ（ニュートン）｝から設定すること
が可能となる。
【００２０】なお、図３において、１１はドレッサーシ
ャフト６の回転力をドレッサーツール５に伝達するため
の回転力伝達ピン、１２はドレッサーツール５をドレッ
サーシャフト６に傾動自在に支持するためのボール軸受
である。
【００２１】図４は本発明に係る研磨装置の概略構成例
を示す図である。本研磨装置は、研磨パッド２の研磨面
をドレッサー４でドレッシングする時、ドレッサーツー
ル５をドレッサーシャフト６から分離し、ドレッサーツ
ール５がその自重で研磨パッド２の研磨面に当接するよ
うに構成したものである。ドレッサーツール５に設けた
回転力伝達ピン１１の上端には拡径の鍔１１ａが設けら
れている。ドレッサーシャフト６が上昇位置にあるとき
は、該鍔１１ａの下面がドレッサーシャフト６の下端に
設けられたフランジ６ａの上面に当接し、ドレッサーツ
ール５はドレッサーシャフト６に支持されている。
【００２２】ドレッシング時、ドレッサー４を研磨パッ
ド２の研磨面のドレッシング位置に移動させ、この位置
でドレッサーシャフト６を下降させると、初めドレッサ
ーツール５の下面が研磨パッド２の研磨面に当接する。
更に、ドレッサーシャフト６を下降させると（下端がド
レッサーツール５の上面に当接しない範囲内で）、ドレ
ッサーツール５はその自重で研磨パッド２の研磨面に当
接することになる。
【００２３】上記のように、ドレッシング時ドレッサー
ツール５がドレッサーシャフト６から分離してその自重
で当接するように構成することにより、ドレッサーツー
ル５の研磨パッド２への押圧力はその小さい自重による
圧力だけとなり、研磨パッドの消耗量の少ないドレッシ
ングを行うことができる。
【００２４】図５は本発明に係る研磨装置のドレッサー
４の構成例を示す図である。本ドレッサー４のドレッサ
ーツール５は軸受支持部材１５に自動調芯コロ軸受１３
を介して傾動自在に支持されている。また、軸受支持部
材１５は摺動部材１４を介してドレッサーシャフト６下
端に一体的に形成されたガイドピン６ｂに案内されて上
下動するようになっている。また、ドレッサーシャフト
６が上昇位置にあるときは、該鍔１１ａの下面がドレッ
サーシャフト６の下端に設けられたフランジ６ａの上面
に当接し支持されている点は、図４に示すドレッサー４
と同一である。
【００２５】上記のように自動調芯コロ軸受１３を設け
ることにより、例えば研磨パッド２の研磨面が傾斜して
いる場合でも、ドレッサーツール５を研磨面に追従させ
ながら、ドレッサーツール５の小さい自重のみによる押
圧力でドレッシングするので、消耗量の少ないドレッシ
ングを行うことができる。
【００２６】なお、上記実施形態例では、ターンテーブ
ル１の上面に研磨パッド２を設けた構成の研磨装置を対
象に説明したが、本発明の対象とする研磨装置はこれに
限定されるものではなく、ターンテーブルの上面に砥粒
を含んだ研磨プレート（砥石板）を設けたものであって
もよいことは当然である。
【００２７】
【発明の効果】以上、説明したように各請求項に記載の
発明によれば下記のような優れた効果が得られる。
【００２８】請求項１に記載の発明によれば、押圧力調
整手段を具備することにより、ドレッサーツールの研磨
パッド又は研磨プレートの研磨面への押圧力をドレッサ
ーツールの自重による押圧力以下の所定値からそれ以上
の任意の値に調整できるから、研磨パッド又は研磨プレ
ートの消耗量を低減できるドレッシングが実現できる。
【００２９】また、請求項２に記載の発明によれば、空
気シリンダに予めドレッサー荷重を打ち消すように空気
を供給することにより、ドレッサーツールの該研磨パッ
ド又は研磨プレートの研磨面への押圧力をドレッサーツ
ールの自重による押圧力以下の所定値からそれ以上の任
意の値に調整することが容易にできる。
【００３０】また、請求項３に記載の発明によれば、空
気シリンダにドレッサー荷重を打ち消すように空気を供
給すると、摩擦抵抗の大きい空気シリンダであると、ド
レッサーツールの該研磨パッド又は研磨プレートの研磨
面への押圧力を低く設定すると実際の押圧力にバラツキ
が発生するという問題があったが、上記のように動摩擦
抵抗が０．５ｋｇ以下の低摩擦型の空気シリンダを用い
るとこのような問題はなくなる。
【００３１】また、請求項４に記載の発明によれば、ド
レッシング時にドレッサーツールを該ドレッサーシャフ
トから分離して研磨パッド又は研磨プレートの研磨面に
その自重で当接させるので、該研磨面にドレッサーツー
ルの自重による押圧力以上の圧力が加えられることがな
く、研磨パッド又は研磨プレートの消耗量の少ないドレ
ッシングを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の研磨装置の概略構成例を示す図である。
【図２】ドレッサーツールの押圧力と研磨パッドの削り
量の関係を示す図である。
【図３】本発明に係る研磨装置の概略構成例を示す図で
ある。
【図４】本発明に係る研磨装置の概略構成例を示す図で
ある。
【図５】本発明に係る研磨装置のドレッサーの構成例を
示す図である。
【符号の説明】
１ ターンテーブル ２ 研磨パッド ３ トップリング ４ ドレッサー ５ ドレッサーツール ６ ドレッサーシャフト ７ 空気シリンダ ８ コントローラ ９ 空気シリンダ １０ レギュレータ １１ 回転力伝達ピン １２ ボール軸受 １３ 自動調芯コロ軸受 １４ 摺動部材 １５ 軸受支持部材

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 研磨パッド又は砥粒を含んだ研磨プレー
    トを有するターンテーブルと、被研磨基板を保持する基
    板保持機構を具備し、該基板保持機構で保持した被研磨
    基板を前記ターンテーブルの研磨パッド又は研磨プレー
    トに押圧し、該被研磨基板と該研磨パッド又は研磨プレ
    ートの相対運動により、該被研磨基板を研磨する研磨装
    置において、 前記研磨パッド又は研磨プレートの研磨面に当接し該研
    磨面をドレッシングするドレッサーツールと、該ドレッ
    サーツールを支持するドレッサーシャフトと、該ドレッ
    サーツールの該研磨パッド又は研磨プレートの研磨面へ
    の押圧力を該ドレッサーツールの自重による押圧力以下
    の所定値からそれ以上の任意の値に調整できる押圧力調
    整手段を具備することを特徴とする研磨装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の研磨装置において、 前記押圧力調整手段は、空気シリンダを具備し、該空気
    シリンダに供給する空気を調整して、前記押圧力をドレ
    ッサーツールの自重による押圧力以下の所定値からそれ
    以上の任意の値に調整することを特徴とする研磨装置。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載の研磨装置において、 前記空気シリンダに動摩擦抵抗が０．５ｋｇ以下の低摩
    擦型の空気シリンダを用いることを特徴とする研磨装
    置。
  4. 【請求項４】 研磨パッド又は砥粒を含んだ研磨プレー
    トを有するターンテーブルと、被研磨基板を保持する基
    板保持機構を具備し、該基板保持機構で保持した被研磨
    基板を前記ターンテーブルの研磨パッド又は研磨プレー
    トに押圧し、該被研磨基板と該研磨パッド又は研磨プレ
    ートの相対運動により、該被研磨基板を研磨する研磨装
    置において、 前記研磨パッド又は研磨プレートの研磨面に当接し該研
    磨面をドレッシングするドレッサーツールと、該ドレッ
    サーツールを支持するドレッサーシャフトを具備すると
    共に、ドレッシング時に前記ドレッサーツールを該ドレ
    ッサーシャフトから分離し前記研磨パッド又は研磨プレ
    ートの研磨面にその自重で当接させることを特徴とする
    研磨装置。
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