JP2003145411A - 研磨装置及び研磨装置における研磨パッドのドレッシング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】比較的短時間で安定した研磨パッドのドレッシ
ングができる研磨装置及び研磨装置における研磨パッド
のドレッシング方法を提供する。 【解決手段】ワークを保持するウェーハ保持ヘッド１４
より外径が大である大型パッドドレッサー８４により研
磨パッドのドレッシングを行い、しかる後、大型パッド
ドレッサー８４より外径が小である小型パッドドレッサ
ーにより、小型パッドドレッサーを研磨パッド上で移動
させながら研磨パッドのドレッシングを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は研磨装置及び研磨装
置における研磨パッドのドレッシング方法に係り、 特に
研磨パッドドレッサーを具備した化学的機械研磨（ＣＭ
Ｐ：Chemical Mechanical Polishing）による研磨装置
及び研磨パッドのドレッシング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＭＰにおいては、研磨パッドの目詰ま
りが研磨レートの低下をもたらすとともに研磨の均一性
を悪化させるため、研磨パッドのドレッシング（目立
て）が必要不可欠である。研磨パッドのドレッシングと
は、ダイヤモンド等の砥粒が付着されてなるドレッサー
を研磨パッドに当接させ、研磨パッドの表面を削り取る
又は研磨パッドの表面を粗らすなどして、スラリーの保
持性を回復させ、研磨能力を維持させる処理をいう。

【０００３】このドレッサーとしては、従来よりダイヤ
モンド砥粒が電着されたドレッサーが用いられている。
図８に従来のパッドドレッサー９０Ａを備えた研磨装置
１１を示す。このパッドドレッサー９０Ａは、端面にダ
イヤモンド砥粒９６が電着されている。パッドドレッサ
ー９０Ａは、軸９２の回りに回転させられながら力Ｆで
研磨パッド２０に押付けられて研磨パッド２０をドレッ
シングする。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来のパッドドレッサー９０Ａを使用した場合、研磨パッ
ド２０の外周部と内周部とでは、パッドドレッサー９０
Ａと接触する面積が異なる。すなわち、パッドドレッサ
ー９０Ａのように、ワークを保持する保持ヘッドより外
径が大である又は外径が略等しい、大径のパッドドレッ
サーを使用したドレッシング方法では、パッドドレッサ
ー９０Ａと接する研磨パッド２０の外周部の円周長さと
内周部の円周長さとの差が大きい。そのため、研磨パッ
ド２０の内周部が外周部に比べて過分に削り取られ、研
磨パッド２０の厚さ偏差となる不具合を生じる。

【０００５】一方、従来より、図７に示されるような、
小径（一般的には、外径約１００ｍｍ）のパッドドレッ
サー９０Ｂが用いられている。同図において、パッドド
レッサー９０Ｂは揺動腕８０の一端部に支持されてい
る。また、揺動腕８０の他端部は回動支点８２に回動自
在に支持されている。揺動腕８０を揺動させ、パッドド
レッサー９０Ｂを研磨パッド２０の内周部と外周部との
間で適正速度で往復移動させることにより、研磨パッド
２０の全面を均一に、すなわち、研磨パッド２０の磨耗
量が全面で均一になるようにドレッシングできる。

【０００６】しかし、小径のパッドドレッサー９０Ｂは
研磨パッド２０との接触面積が小さく、そのため、大径
のパッドドレッサー９０Ａと比べ、ドレッシングに長時
間を要するという不具合がある。また、大径のパッドド
レッサー９０Ａと比べ、面積が小さいので、ドレッサー
の寿命が短いという不具合がある。

【０００７】また、小径のパッドドレッサー９０Ｂは、
単に寿命が短い以外にも、新規な研磨パッド２０の立ち
上げ時のドレッシングにおいて、ドレッシング能力が高
いことが求められる。すなわち、単に長時間のドレッシ
ングをすればよいだけではなく、通常のドレッシング時
の倍近いドレッシング能力が求められる。

【０００８】このように、従来は大径のパッドドレッサ
ー又は小径のパッドドレッサーのいずれか一方のみが使
用されており、上記のような不具合が解消できない状態
であった。

【０００９】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
で、比較的短時間で安定した研磨パッドのドレッシング
ができる研磨装置及び研磨装置における研磨パッドのド
レッシング方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、スラリーを供給しながらワークを研磨パ
ッドに接触させて研磨する研磨装置における研磨パッド
のドレッシング方法であって、前記ワークを保持する保
持ヘッドより外径が大である大型パッドドレッサーによ
り研磨パッドのドレッシングを行い、しかる後、前記大
型パッドドレッサーより外径が小である小型パッドドレ
ッサーにより、該小型パッドドレッサーを研磨パッド上
で移動させながら研磨パッドのドレッシングを行うこと
を特徴とする研磨装置における研磨パッドのドレッシン
グ方法およびそのための研磨装置を提供する。

【００１１】本発明によれば、大型パッドドレッサーに
より、研磨パッドのドレッシングを行い、研磨パッドの
全面を短時間でドレッシングし、しかる後、小型パッド
ドレッサーにより、小型パッドドレッサーを研磨パッド
上で移動させながら研磨パッドのドレッシングを行う。
これにより、比較的短時間で安定した研磨パッドのドレ
ッシングができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に従って本発明に
係る研磨装置の好ましい実施の形態について詳説する。

【００１３】図１は、研磨装置１０の全体構成を示す斜
視図である。同図に示すように研磨装置１０は、主とし
て研磨定盤１２と、ワークを保持する保持ヘッドである
ウェーハ保持ヘッド１４とで構成されている。

【００１４】研磨定盤１２は円盤状に形成され、その下
面中央には回転軸１６が連結されている。研磨定盤１２
は、この回転軸１６に連結されたモータ１８を駆動する
ことにより回転する。また、この研磨定盤１２の上面に
は研磨パッド２０が貼り付けられており、この研磨パッ
ド２０上に図示しないノズルからスラリー（メカノケミ
カル研磨剤）が供給される。

【００１５】ウェーハ保持ヘッド１４は、図２に示すよ
うに、主としてヘッド本体２２、キャリア２４、キャリ
ア押圧手段２６、リテーナーリング２８、リテーナーリ
ング押圧手段３０、保護シート５２、エア制御手段等で
構成されている。

【００１６】ヘッド本体２２は円盤状に形成され、その
上面中央には回転軸３２が連結されている。ヘッド本体
２２は、この回転軸３２に連結された図示しないモータ
に駆動されて回転する。

【００１７】このウェーハ保持ヘッド１４は、図４に示
されるように、大型パッドドレッサー８４の保持ヘッド
としても使用されるので、その構造を簡単に説明する。

【００１８】キャリア２４は円盤状に形成され、ヘッド
本体２２の下部中央に配置されている。キャリア２４の
上面中央部には円筒状の凹部３４が形成されている。凹
部３４にはヘッド本体２２の軸部３６がピン３８を介し
て嵌着されている。キャリア２４は、このピン３８を介
してヘッド本体２２から回転が伝達される。

【００１９】また、キャリア２４の上面周縁部にはキャ
リア押圧部材４０が設けられている。キャリア２４は、
このキャリア押圧部材４０を介してキャリア押圧手段２
６から押圧力が伝達される。

【００２０】また、キャリア２４の下面には、保護シー
トにエアを噴射するエア供給経路であるエアの吸引・吹
出溝４２が形成されている。この吸引・吹出溝４２に
は、キャリア２４の内部に形成されたエア流路４４が連
通され、エア流路４４には図示しないエア配管を介して
吸気ポンプと給気ポンプが接続されている。上記のエア
の吸引・吹出溝４２、エア流路４４、エア配管、吸気ポ
ンプ、給気ポンプ、および、吸気ポンプと給気ポンプと
の切り替え手段、等でエア制御手段が構成される。

【００２１】キャリア押圧手段２６は、ヘッド本体２２
の下面の中央部周縁に配置され、キャリア押圧部材４０
に押圧力を与えることにより、これに結合されたキャリ
ア２４に押圧力を伝達する。このキャリア押圧手段２６
は、好ましくはエアの吸排気により膨張収縮するゴムシ
ート製のエアバッグ４６で構成される。エアバッグ４６
にはエアを供給するための空気供給機構４８が連結され
る。

【００２２】リテーナーリング２８は、リング状に形成
され、キャリア２４の外周に配置される。このリテーナ
ーリング２８は、ウェーハ保持ヘッド１４に設けられた
ホルダ（リテーナーリングホルダ）５０に取り付けら
れ、その内周部には保護シート５２が張設される。

【００２３】保護シート５２は、円形状に形成され、複
数の孔５２Ａが開けられている。この保護シート５２
は、周縁部がリテーナーリング２８とリテーナーリング
ホルダ５０との間で挟持されることにより、リテーナー
リング２８の内側に張設される。

【００２４】図２のように保護シート５２が張設された
キャリア２４の下部には、キャリア２４と保護シート５
２との間にエア室７４が形成される。ウェーハＷは、こ
のエア室７４を介してキャリア２４に押圧される。この
エア室７４は、キャリア２４の吸引・吹出溝４２からエ
アを吹き出すことにより内圧が高められる。また、保護
シート５２に形成された孔５２Ａは、ウェーハＷを保持
して搬送する際には吸着用の孔として作用し、研磨時に
は、エアの噴き出し用の孔として作用する。

【００２５】リテーナーリングホルダ５０は、リング状
に形成された取付部材６４にスナップリング６６を介し
て取り付けられている。

【００２６】取付部材６４には、図２のリテーナーリン
グ押圧部材６８が連結されている。リテーナーリング２
８は、このリテーナーリング押圧部材６８を介してリテ
ーナーリング押圧手段３０からの押圧力が伝達される。

【００２７】リテーナーリング押圧手段３０は、ヘッド
本体２２の下面の外周部周縁に配置され、リテーナーリ
ング押圧部材６８に押圧力を与えることにより、これに
結合しているリテーナーリング２８を研磨パッド２０に
押し付ける。このリテーナーリング押圧手段３０も、好
ましくはキャリア押圧手段２６と同様にゴムシート製の
エアバッグ７０で構成される。エアバッグ７０にはエア
を供給するための空気供給機構７２が連結される。

【００２８】前記のように構成された研磨装置１０のウ
ェーハ研磨方法は次のとおりである。

【００２９】まず、ウェーハＷをウェーハ保持ヘッド１
４で保持して研磨パッド２０上に載置する。この際、キ
ャリア２４の下面に形成された吸引・吹出溝４２を用い
ウェーハＷを吸引保持する。

【００３０】次に、図示しないポンプからエアバック４
６、７０にエアを供給する。これと同時にキャリア２４
の吸引・吹出溝４２からエア室７４にエアを供給する。
これにより、エア室７４の内圧が高くなるとともにエア
バッグ４６、７０が膨らみ、ウェーハＷとリテーナーリ
ング２８が所定の圧力で研磨パッド２０に押し付けられ
る。この状態で研磨定盤１２を図１Ａ方向に回転させる
とともに、ウェーハ保持ヘッド１４を図１Ｂ方向に回転
させる。そして、その回転する研磨パッド２０上に図示
しないノズルからスラリーを供給する。これにより、ウ
ェーハＷの下面が研磨パッド２０により研磨される。

【００３１】次に、大型パッドドレッサー８４の構成及
び大型パッドドレッサー８４のウェーハ保持ヘッド１４
への取り付け構造について、図４、図５によって説明す
る。なお、図２、図３と同一、類似の部材については、
同様の符号を付し、その説明を省略する。

【００３２】図４に示されるように、大型パッドドレッ
サー８４はカップ形砥石であり、カップの台座部分を形
成する大型パッドドレッサー本体８４Ａ、カップの先端
部分に形成された砥石部分８４Ｂ、および、大型パッド
ドレッサー本体８４Ａの上面に形成されたフランジ部８
４Ｃとで構成される。

【００３３】砥石部分８４Ｂは、ダイヤモンド砥粒を使
用した電着層、又は、ダイヤモンド砥粒を分散させたボ
ンド層（メタルボンド、ビトリファイドボンド又はレジ
ンボンド）より構成される。ダイヤモンド砥粒の粒度、
集中度、砥石部分８４Ｂの幅、等は研磨パッド２０の材
質等に合わせて適宜の値が採用できる。また、場合によ
ってはダイヤモンド以外の砥粒を使用してもよい。

【００３４】砥石部分８４Ｂの外径は、ワークを保持す
る保持ヘッドであるウェーハ保持ヘッド１４より外径が
大であることが求められる。外径がウェーハ保持ヘッド
１４の外径より小さいと、研磨パッド２０のウェーハＷ
の研磨に使用される部分に段差を生じ、研磨品質の劣化
となるからである。

【００３５】フランジ部８４Ｃは、図４に示されるよう
に、内径がキャリア２４の外周と嵌合できるサイズとな
っており、上面が、リテーナーリング押圧部材６８の下
に配されリング状に形成された取付部材６４の下面に密
着するようになっており、かつ、外周部に張り出し部が
形成されている。したがって、大型パッドドレッサー８
４は、取付部材６４にスナップリング６６を介して取り
付けられる。

【００３６】大型パッドドレッサー８４をウェーハ保持
ヘッド１４に取り付けるには、図２、図３に示される構
成において、まず、スナップリング６６を取り外し、リ
テーナーリングホルダ５０等を取り外す。次に、図４に
示されるように、スナップリング６６を介して大型パッ
ドドレッサー８４を取付部材６４に取り付ければよい。

【００３７】図５に示される大型パッドドレッサー８４
は、上記と異なる構成のものであり、大型パッドドレッ
サー本体８４Ａの上面には、フランジ部８４Ｃに代えて
リング土手８４Ｄが形成されている。他の構成は上記の
ものと同様であるので、同一の部材には同一の番号を付
し、説明を省略する。

【００３８】リング土手８４Ｄの内周の径は、キャリア
２４の外周の径と略同一に形成されており、リング土手
８４Ｄの内部にはキャリア２４が嵌合できるようになっ
ている。したがって、キャリア２４に大型パッドドレッ
サー８４を嵌着させ、かつ、キャリア２４の吸引・吹出
溝４２からエア流路４４を介して吸気ポンプによりエア
の吸引を行うことで、大型パッドドレッサー８４をウェ
ーハ保持ヘッド１４に取り付けられる。

【００３９】小型パッドドレッサー９０Ｂは、従来例と
同様の形態のものが使用できる。ただし、大型パッドド
レッサー８４と組み合わせて使用することにより、外
径、ダイヤモンド砥粒の粒度、集中度、砥石部分の幅、
等は適宜の値を採用することが望ましい。

【００４０】小型パッドドレッサー９０Ｂを研磨パッド
上で移動させる手段としては、図７に示される従来例と
同様の構成が使用できる。なお、図７の構成において、
揺動腕８０の揺動速度は、研磨パッド２０の内周部と外
周部とで適正な値を選択し、研磨パッド２０表面の最終
仕上がり状態が最適状態となるように設定することが好
ましい。また、小型パッドドレッサー９０Ｂは、自転さ
せなくともよいが、駆動手段を設け自転できるようにす
ることが、研磨パッド２０表面の最終仕上がり状態の点
では好ましい。

【００４１】前記のように構成された研磨装置１０にお
ける研磨パッドのドレッシング方法は次のとおりであ
る。

【００４２】まず、大型パッドドレッサー８４をウェー
ハ保持ヘッド１４に取り付け、この状態で研磨定盤１２
を図６Ａ方向に回転させるとともに、ウェーハ保持ヘッ
ド１４を図６Ｂ方向に回転させる。そして、その回転す
る研磨パッド２０上に図示しないノズルから水を供給す
る。これにより、研磨パッド２０が大型パッドドレッサ
ー８４によりドレッシングされる。

【００４３】次に、ウェーハ保持ヘッド１４を退避さ
せ、図７に示されるように、小型パッドドレッサー９０
Ｂにより、小型パッドドレッサー９０Ｂを研磨パッド２
０上で、研磨パッド２０の内周部と外周部との間を揺動
移動させながらドレッシングを行う。

【００４４】大型パッドドレッサー８４によるドレッシ
ング時間と小型パッドドレッサー９０Ｂによるドレッシ
ング時間との配分は、ドレッシング条件、研磨パッド２
０の最終仕上がり状態等により最適化すればよい。

【００４５】なお、実際に研磨パッド２０で必要なドレ
ッシングの範囲は、ウェーハＷの研磨に使用されている
部分だけであるが、この範囲のみドレッシングすると、
研磨パッド２０表面に段差を生じる。したがって、研磨
パッド２０でドレッシングする範囲は、これより広くす
ることが好ましい。そのため、大型パッドドレッサー８
４の外径はリテーナーリング２８の外径より大きくする
のがよい。

【００４６】以上に説明した構成、方法は、本発明の実
施例であるが、本発明の構成等はこれらに限定されるも
のではなく、各種の構成等が採り得る。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、大型パッドドレッサー
により、研磨パッドのドレッシングを行い、研磨パッド
の全面を短時間でドレッシングし、しかる後、小型パッ
ドドレッサーにより、小型パッドドレッサーを研磨パッ
ド上で研磨パッドの内周部と外周部との間を揺動移動さ
せながら研磨パッドのドレッシングを行う。これによ
り、比較的短時間で安定した研磨パッドのドレッシング
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】研磨装置の全体構造を示す斜視図

【図２】ウェーハ保持ヘッドの構成を示す縦断面図

【図３】ウェーハ保持ヘッドの外周部の構成を示す拡大
断面図

【図４】本発明に使用する大型パッドドレッサーの例を
示す縦断面図

【図５】本発明に使用する大型パッドドレッサーの他の
例を示す縦断面図

【図６】大型パッドドレッサーの使用状態を示す斜視図

【図７】小型パッドドレッサーの使用状態を示す斜視図

【図８】従来のパッドドレッサーを備えた研磨装置を示
す断面図

【符号の説明】

１０…研磨装置、１２…研磨定盤、１４…ウェーハ保持
ヘッド、２０…研磨パッド、８０…揺動腕、８２…回動
支点、８４…大型パッドドレッサー、９０Ｂ…小型パッ
ドドレッサー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スラリーを供給しながらワークを研磨パッ
   ドに接触させて研磨する研磨装置における研磨パッドの
   ドレッシング方法であって、 前記ワークを保持する保持ヘッドより外径が大である大
   型パッドドレッサーにより研磨パッドのドレッシングを
   行い、 しかる後、前記大型パッドドレッサーより外径が小であ
   る小型パッドドレッサーにより、該小型パッドドレッサ
   ーを研磨パッド上で移動させながら研磨パッドのドレッ
   シングを行うことを特徴とする研磨装置における研磨パ
   ッドのドレッシング方法。
2. 【請求項２】スラリーを供給しながらワークを研磨パッ
   ドに接触させて研磨する研磨装置において、 前記ワークを保持する保持ヘッドには、該保持ヘッドよ
   り外径が大である大型パッドドレッサーが着脱可能とな
   っているとともに、 前記大型パッドドレッサーより外径が小である小型パッ
   ドドレッサーを保持しながら該小型パッドドレッサーを
   研磨パッド上で移動させる駆動手段を具備していること
   を特徴とする研磨装置。