JP2006346859A

JP2006346859A - 研磨装置の研磨面ドレッシング方法

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Publication number: JP2006346859A
Application number: JP2006231296A
Authority: JP
Inventors: Norio Kimura; 憲雄木村; Chuichi Sone; 忠一曽根
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2006-08-28
Filing date: 2006-08-28
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2020-02-07
Also published as: JP4441514B2

Abstract

【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。
【選択図】図３

Description

本発明は半導体ウエハ等の基板を研磨する研磨装置の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目立等の再生・修整（以下「ドレッシング」と称する）を行う研磨面ドレッシング方法に関するものである。

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。

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。

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。

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。
特開２０００−１１０５１４号公報特表２００１−５２５５１２号公報

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。

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の研磨面ドレッシング方法を提供することを目的とする。

上気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の該研磨パッド又は砥粒を含んだ研磨プレートの研磨プレートの研磨面に基板保持機構で保持した被研磨基板を押圧し、該研磨面と被研磨基板の相対運動により該被研磨基板を研磨する研磨装置の該研磨面をドレッサーツールとドレッサーシャフトシャフトからなるドレッサーによりドレッシングする研磨装置の研磨面ドレッシング方法において、前記ドレッサーツールの押圧力調整手段として動摩擦抵抗が０．５ｋｇ以下の低摩擦型空気シリンダを用い、該空気シリンダはピストンを下降させる方向と上昇させる方向にそれぞれコントローラ及びレギュレータを介して空気を供給するように構成されており、前記ドレッサーツールはドレッサーシャフトを介して前記ピストンに接続されており、
前記ドレッシング開始前に、前記空気シリンダに前記コントロールを介して前記ピストンを上昇させる方向に前記ドレッサーの自重を打ち消すだけの空気を供給し、前記ドレッシング中に前記空気シリンダに前記コントローラを介して前記ピストンを下降させる方向の空気の供給量を調整することにより前記ドレッサーツールを前記研磨面にゼロからそれ以上の任意の押圧力で当接させて該研磨面をドレッシングすることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、上記のように押圧力調整手段の押圧力調整により、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ゼロからそれ以上の任意の押圧力で当接させて該研磨面をドレッシングするので、研磨パッド又は研磨プレートの研磨面の消耗量を低減できるドレッシングが容易に実現できる。
また、空気シリンダにコントローラを介してピストンを上昇させる方向の空気を供給しドレッサーの自重による研磨面の押圧力をゼロとすると、動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るが、ここでは動摩擦抵抗が０．５ｋｇ以下の低摩擦型の空気シリンダを用いるので、ドレッサーツールをバラツキのない一定の小さい（低い）押圧力で研磨パッド又は研磨プレートの研磨面に当接させてドレッシングすることができる。

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〜３００Ｎ）に調整することができる。

以下、本願発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

従来の研磨装置の概略構成例を示す図である。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。本発明に係る研磨装置の概略構成例を示す図である。本発明に係る研磨装置の概略構成例を示す図である。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

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の該研磨パッド又は砥粒を含んだ研磨プレートの研磨プレートの研磨面に基板保持機構で保持した被研磨基板を押圧し、該研磨面と被研磨基板の相対運動により該被研磨基板を研磨する研磨装置の該研磨面をドレッサーツールとドレッサーシャフトシャフトからなるドレッサーによりドレッシングする研磨装置の研磨面ドレッシング方法において、
前記ドレッサーツールの押圧力調整手段として動摩擦抵抗が０．５ｋｇ以下の低摩擦型空気シリンダを用い、該空気シリンダはピストンを下降させる方向と上昇させる方向にそれぞれコントローラ及びレギュレータを介して空気を供給するように構成されており、前記ドレッサーツールはドレッサーシャフトを介して前記ピストンに接続されており、
前記ドレッシング開始前に、前記空気シリンダに前記コントロールを介して前記ピストンを上昇させる方向に前記ドレッサーの自重を打ち消すだけの空気を供給し、前記ドレッシング中に前記空気シリンダに前記コントローラを介して前記ピストンを下降させる方向の空気の供給量を調整することにより前記ドレッサーツールを前記研磨面にゼロからそれ以上の任意の押圧力で当接させて該研磨面をドレッシングすることを特徴とする研磨装置の研磨面ドレッシング方法。