JP2015044273A - ドレッシング装置及びそれを備えた化学的機械的研磨装置、それに用いるドレッサーディスク - Google Patents

Abstract

【課題】ドレッサーディスクの回転が揺らぐことを改善できるドレッシング装置及びそれを備えたＣＭＰ装置、それに用いるドレッサーディスクを提供する。【解決手段】ドレッシング装置は、研磨パッドをドレッシングすることができるものであって、回転可能かつ上下動可能なドレッサ駆動軸２に連結できるホルダー部と、ホルダー部に装着でき、研磨パッドに擦り付けるドレッシング面４ａを有するドレッサーディスク４と、ホルダー部及びドレッサーディスク４に形成し、ドレッサーディスク４をホルダー部に装着した際に嵌合する、ディスク半径方向に延びる凹凸状のトルク伝達部６と、トルク伝達部６の周囲の一面として形成し、ドレッサ駆動軸２のトルクを伝達する際に平面接触する平坦面状の接触面と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウェハ等の被研磨物の研磨に使用する研磨パッドをドレッシングするドレッシング装置及びそれを備えた化学的機械的研磨装置、それに用いるドレッサーディスクに関する。

近年、半導体素子は、微細化及び複雑化が進みつつあり、半導体素子の製造工程において半導体ウェハ等の基板表面の平坦化はナノメートル単位で求められる。それを実現するため、半導体ウェハ等の表面の平坦化には、例えば、化学的機械的研磨装置（以下、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）装置という。）が用いられる。
ＣＭＰ装置は、例えば、図１６に示すように、上面に研磨パッド１０を備えた研磨テーブル１１と、半導体ウェハ等の基板を保持するトップリング１２とを備えている。研磨パッド１０、トップリング１２をそれぞれ矢印の方向に回転させ、研磨パッド１０上に研磨液を供給しながらトップリング１２内に保持した基板を研磨パッド１０に所定の圧力で押し付けることにより基板表面を研磨することができる。研磨液には、例えば、アルカリ溶液にシリカ等の微粒子を砥粒として懸濁したものを用いることができる。これにより、基板表面は、研磨パッドによる研磨だけでなく、研磨液のアルカリによる化学的研磨作用と、砥粒による機械的研磨作用とにより平坦化される。

このようなＣＭＰ装置において、基板の研磨を繰り返すうちに、研磨パッド１０は滑らかになるとともに砥粒や研磨屑などが付着するため研磨性能が低下してしまう。そこで、研磨性能を回復させるために、ドレッシング（目立て）を行う必要がある。研磨パッド１０のドレッシングを行うために、ＣＭＰ装置にはドレッシング装置１３が備え付けられていることがある。
ドレッシング装置１３は、例えば、回転可能なホルダー部１４と、ホルダー部に装着するドレッサーディスクとを備えている。ドレッサーディスクの底面はドレッシング面としてあり、ダイヤモンド粒子などが電着されている。ドレッシング面を回転させながら研磨パッド上に擦り付けることにより、研磨パッド１０をドレッシングするとともに研磨パッド１０に付着した砥粒や研磨屑などを取り除くことができる。

従来のドレッサーディスクとしては、下記特許文献１に、台金の表面に円環状にダイヤモンド粒子を電着し、研磨屑を十分に掻き出すことができるコンディショニングディスク（ドレッサーディスクに相当）が示されている。

従来のドレッシング装置としては、下記特許文献２に、ドレッシング部材（ドレッサーディスクに相当）をドレッサ駆動軸に対して傾動可能とする球面軸受と、ドレッシング部材の傾動に抗する力を発生するばね機構とを備え、研磨パッドを偏摩耗することのないドレッシング装置が示されている。

また、下記特許文献３には、研磨面のコンディショニング中に、研磨面の高さの測定と測定点の位置の算出を繰り返して、研磨面内における高さ分布を生成し、研磨パッドの研磨面を監視する方法が示されている。

特開２００１−１２１４１７号公報 特開２０１０−１７２９９６号公報 特開２０１２−２５０３０９号公報

上記特許文献１−３などに示されるように、半導体素子の微細化及び複雑化を実現するため様々な方法により研磨パッドの平坦化が図られている。
しかし、従来のドレッシング装置においては、例えば、図１７（特許文献２の図４）に示されるように、ホルダー部１４とドレッサーディスク１５とを固定ねじや丸棒状のピンなどの固定具１６で連結して、ホルダー部１４の回転トルクをドレッサーディスク１５に伝達するものであった。
このように固定ねじや丸棒状のピンなどの固定具１６でドレッサーディスク１５に回転トルクを伝達すると固定具１６付近に局所的に応力が集中し、ドレッサーディスク１５の回転が微妙に揺らぎ、水平回転を保てないことがあった。そのため、研磨パッド１０との接触状況がミクロに変化し、研磨パッド１０のドレッシングに影響を及ぼすことがあった。

そこで、本発明は、ドレッサーディスクの回転が揺らぐことを改善できるドレッシング装置及びそれを備えたＣＭＰ装置、それに用いるドレッサーディスクを提案する。

本発明の一態様は、研磨パッドをドレッシングするドレッシング装置において、回転可能かつ上下動可能なドレッサ駆動軸に連結できるホルダー部と、ホルダー部に装着でき、研磨パッドに擦り付けるドレッシング面を有するドレッサーディスクと、ホルダー部及びドレッサーディスクに形成し、ドレッサーディスクをホルダー部に装着した際に嵌合する、ディスク半径方向に延びる凹凸状のトルク伝達部と、トルク伝達部の周囲の一面として形成し、ドレッサ駆動軸のトルクを伝達する際に平面接触する平坦面状の接触面と、を備えたドレッシング装置である。

本発明の好ましい態様として、トルク伝達部は、ドレッサーディスク側を凹溝状に形成し、ホルダー部側を凸条状に形成することができ、また、トルク伝達部は、ディスク平面視において、ドレッサーディスクの回転中心に対して点対称に少なくとも一対形成することができる。
本発明の好ましい態様として、接触面は、ディスク平面視において、ドレッサーディスクの回転中心を通る直線上に形成することができ、又は、ドレッサーディスクの回転中心を通る直線に対して１３°以下に形成することができる。

本発明の好ましい態様として、ホルダー部は、外周に、下方に突出する周壁部を設け、その内側に前記ドレッサーディスクを収納できるディスク収納部を形成することができる。

本発明の好ましい態様として、トルク伝達部は、ディスク平面視において、ディスク外縁側の幅が、接触面の内側端点から回転中心までの距離の１／２以下に形成することができ、また、接触面は、ディスク平面視において、ドレッシングディスクの上面に表れる縁部の長さが、ディスク半径に対して０．４以上に形成することができる。

本発明の他の態様は、上記ドレッシング装置を備えた化学的機械的研磨装置である。

本発明の他の態様は、研磨パッドをドレッシングするドレッシング装置に用い、回転可能かつ上下動可能なドレッサ駆動軸に連結できるホルダー部に装着可能なドレッサーディスクにおいて、ホルダー部に装着した際に嵌合する、ディスク半径方向に延びる凹状又は凸状のトルク伝達部と、トルク伝達部の周囲の一面として形成した平坦面状の接触面と、を備えたドレッサーディスクである。

本発明は、ホルダー部及びドッレサーディスクに、ディスク半径方向に延びる凸状又は凹状のトルク伝達部を形成し、トルク伝達部に平坦面状の接触面を形成して、この面で平面接触してドッレサ駆動軸のトルクを伝達できるようにしたため、応力を分散して応力集中を緩和でき、ドレッサーディスクが水平回転しやすくなり、研磨パッドを偏摩耗させることなくドレッシングすることができる。

本発明の一実施形態のドレッシング装置を示した概略斜視図である。 図１に示したドレッシング装置のホルダー部及びドレッサーディスク付近の断面図である。 ホルダー部及びドレッサーディスクを示した斜視図である。 ホルダー部にドレッサーディスクを装着した状態を示した底面図である。 ドレッサーディスクの各変形例を示した平面図である。 ドレッサーディスクの被嵌合部付近を示した拡大斜視図である。 トルク伝達部付近を示した拡大断面図である。 トルク伝達部の角度を説明するための図である。 トルク伝達部の幅と位置との関係を説明するための図である。 トルク伝達部の接触面の長さとディスク半径との関係を説明するための図である。 従来のＣＭＰ装置の一例を示す概略斜視図である。 従来のドレッシング装置の一例を示す断面図である。

以下、本発明のドレッシング装置の好適な実施形態について説明する。

本発明の一実施形態のドレッシング装置１は、図１に示すように、半導体基板などを研磨する研磨パッド８ｂをドレッシングするために用いることができ、図２などに示すように、ドレッサ駆動軸２と、ホルダー部３と、ドレッサーディスク４と、を備える。

ドレッシング装置１は、図１に示すように、ドレッサ駆動軸２の下端部にホルダー部３を連結してある。ホルダー部３はドレッサーディスク４を装着してある。回転する研磨テーブル８ａ上に設けた研磨パッド８ｂにドレッサーディスク４を水平回転させながら擦り付けることにより、研磨パッド８ｂをドレッシングすることができる。ドレッサ駆動軸２は、支持アーム１ａにより支持され、適宜位置に移動可能にしてある。
ドレッシング装置１は、図１に示すように、ＣＭＰ装置８に備えてあり、ＣＭＰ装置８は半導体ウェハ等の基板を保持するトップリング９なども備えている。ＣＭＰ装置８は、トップリング９、研磨パッド８ｂをそれぞれ矢印の方向に回転させ、研磨パッド８ｂ上に研磨液を供給しながらトップリング９内に保持した基板を研磨パッド８ｂに所定の圧力で押し付けることにより基板表面を研磨することができる。研磨液には、例えば、アルカリ溶液にシリカ等の微粒子を砥粒として懸濁したものを用いることができる。これにより、基板表面は、研磨パッド８ｂによる研磨だけでなく、研磨液のアルカリによる化学的研磨作用と、砥粒による機械的研磨作用とにより平坦化することができる。

ドレッサ駆動軸２は、図１又は図２などに示すように、回転可能かつ上下動可能に形成してあり、下端にホルダー部３を固定できる。ドレッサ駆動軸２を上下動させることにより、ホルダー部４に装着したドレッサーディスク４を昇降させて研磨パッドに対する荷重を調整することができ、また、回転させることにより、ホルダー部３に装着したドレッサーディスク４が回転し、研磨パッドをドレッシングすることができる。

ホルダー部３は、図２又は図３などに示すように、円盤状に形成してあり、上面側はドレッサ駆動軸２の下端部に連結でき、底面側はドレッサーディスク４を装着できるように形成してある。ホルダー部３の材質は、特に限定するものではないが、合成樹脂などから選択することができる。
ホルダー部３の中心には円形状の開口部３ａが形成してあり、ドレッサ駆動軸２に嵌め合せて連結できるようにしてある。ドレッサ駆動軸２に連結する方法は、これに限定されるものではなく、従来公知の連結方法を用いることができるが、例えば、球面軸受などを介して固定し、駆動軸２に対して傾動可能に連結することができる。

ホルダー部３の底面３ｂは、水平面状に形成し、外周に、全周に渡り下方に突出する周壁部３ｃが設けてある。周壁部３ｃの内側は、ドレッサーディスク４を装着できるディスク収納部３ｄとしてある。
周壁部３ｃは、断面矩形状に形成し、その内側面は装着したドレッサーディスク４の外縁に沿うように形成してある。周壁部３ｃを設けることにより、ドレッサーディスク４の位置決めをし、回転時にドレッサーディスク４が遠心力によりずれることを防止できる。

ホルダー部３の底面３ｂには、半径方向に延びる凸状の嵌合部５ａが形成してあり、ドレッサーディスク４に形成した被嵌合部５ｂに嵌め合せてトルク伝達部６を形成できるようにしてある。嵌合部５ａは、凹状に形成することもでき、詳しくは後述する。

ドレッサーディスク４は、図３などに示すように、中心に円形開口部を有する円盤板状に形成してあり、底面には、研磨パッドに擦り付けるドレッシング面４ａを形成し、上面側は、ホルダー部３に装着できるように形成してある。円形開口部は設けなくてもよい。

ドレッシング面４ａは、図４などに示すように、一定幅の円環状に形成してあり、ダイヤモンドなどの硬度のある粒子を電着などさせて形成してある。ドレッシング面４ａの形状は、これに限定されるものではなく、従来公知の形状にすることができ、例えば、外周を一定幅で下方に突出させた凸部を形成し、この凸部の先端面にドレッシング面４ａを形成してもよい。

ホルダー部３にドレッサーディスク４を装着するには、従来公知の方法を用いることができるが、ホルダー部３内に磁石などを埋設させ、ドレッサーディスク４を磁力により装着できるようにすることが好ましい。この際、ドレッサーディスク４は、磁性を有する金属、例えば、ステンレス鋼などで形成することが好ましい。これ以外にも、例えば、ピン、ねじ、ボルトなどを用いて装着することもでき、また、ホルダー部３の上面に貫通する孔を設けておき、吸引によりドレッサーディスク４を装着できるようにしてもよい。

ドレッサーディスク４の上面には、図２又は図３などに示すように、ディスク半径方向に延びる凹状の被嵌合部５ｂが形成してあり、被嵌合部５ｂは、嵌合部５ａに嵌め合せ可能な形状に形成し、嵌合部５ａとともにトルク伝達部６を形成する。
トルク伝達部６は、互いに嵌り合う嵌合部５ａと被嵌合部５ｂとで形成され、レッサ駆動軸２のトルクを、ホルダー部３からドレッサーディスク４に効率良く伝達することができる。被嵌合部５ｂは、凸状に形成することもでき、嵌合部５ａに嵌り合うようにそれぞれ対応した凹凸状として形成することができる。嵌合部５ａ及び被嵌合部５ｂは、嵌合した際、略隙間なく嵌め合せできることが好ましく、また、周囲の各面は、略垂直な面とするのが好ましい。

図２又は図３などに示す形態では、ドレッサーディスク４に凹溝状の被嵌合部５ｂを設け、ホルダー部３に凸条状の嵌合部５ａを設けてある。ドレッサーディスク４に凸条状の被嵌合部５ｂを設け、ホルダー部３に凹溝状の嵌合部５ａを設けてもよいが、このようにすると、例えば、ドレッサーディスク４の上面が平面状であれば装着できてしまうことがある。そのため、誤装着を防ぐために被嵌合部５ｂを凹溝状に、嵌合部５ａを凸条状に形成した方が好ましい。

被嵌合部５ｂ（又は嵌合部５ａ）は、ディスク平面視において、ディスク半径方向に延びる形状に形成してある。例えば、図５〜図８には、ドレッサーディスク４の被嵌合部５ｂの変形例を示してあるが、図５に示すような楔形状、図６に示すような半円状乃至蒲鉾状、図７に示すような長方形状、図８に示すような長円状などに形成することができる。ディスク半径方向に延びる形状とすることにより、ディスク半径方向に力が働きにくくなり、ドレッサーディスク４の回転が安定する。図６に示すような半円状乃至蒲鉾状に形成した場合は、ドレッサーディスクが回転した際に特に位置ずれがしにくいものである。なお、図５〜図８に示した被嵌合部５ｂは凹溝状に形成した場合を示してある。

被嵌合部５ｂ（又は嵌合部５ａ）の深さ（又は出代幅）は、特に限定するものではないが、トルクを伝達する際にお互いが掛り合う深さ（又は出代幅）に形成することができ、ドレッサーディスク４の外縁の厚みに対して２０％〜８０％、特に４０％〜６０％が好ましい。

トルク伝達部６は、少なくとも一つ形成してあればよいが、ドレッサーディスク４の回転中心に対して点対称に少なくとも一対形成することが好ましく、特に一対〜四対形成することが好ましい。これにより、応力集中がより緩和できる。図８に示すように、レッサーディスク４の回転中心に対して点対称に四対形成してもよい。

トルク伝達部６には、図９又は図１０などに示すように、ドレッサ駆動軸２が回転した際に、嵌合部５ａと被嵌合部５ｂとが平面接触するように平坦面状の接触面７を形成してある。接触面７を有することにより、応力が適度に分散するとともにドレッサーディスク４に損失を少なくして伝達できる。図１０に示すように、ホルダー部３が矢印の方向に回転する際は、図１０において、嵌合部５ａ及び被嵌合部５ｂの左側の面が接触面７となる。

接触面７は、効率良くトルクを伝達するため、略垂直な面とするのが好ましい。また、接触面７は平坦面として形成してあるため、ドッレサーディスク４の上面において接触面７の縁部が直線状に表れる。
トルク伝達部６を、平面視において、楔形状、長円状、長方形状などに形成した場合は、接触面７に対向する面も接触面７’にすることができ、どちら向きに回転しても対応できるドレッサーディスク４になる。

接触面７は、図１１又は図１２に示すように、ディスク平面視において、ドレッサーディスク４の回転中心及び接触面７の内側端点Ｉを通る直線に対する角度θが、１３°以下、特に５°以下に形成することが好ましい。この値が１３°を超えると、トルクがディスク半径方向に逃げやすくなり、ドレッサーディスク４の回転が安定しにくくなる。
特に、図１３に示すように、ドレッサーディスク４の回転中心及び接触面７の内側端点Ｉを通る直線上（つまりθ＝０）になるように形成することが好ましい。図１１又は図１２に示すように、接触面７はディスク半径方向に対して斜めでもよいが、図１３に示すよう接触面７がディスク半径方向になることにより、トルクの損失が減少し、トルクをドレッサーディスク４に確実に伝達できる。

トルク伝達部６は、図１４に示すように、ディスク平面視において、ディスク外縁側の幅Ｗが、接触面７の内側端点Ｉから回転中心までの距離Ｒの１／２以下、特に１／４以下に形成することが好ましい。これにより、応力がディスク半径方向に逃れにくくなり、トルクの損失が減少する。図１４は、被嵌合部５ｂを、ディスク平面視において、長方形状の凹溝状に形成した場合を示してあるが、これに限定されるものではない。

接触面７は、図１５に示すように、ディスク平面視において、ドッレサーディスク４の上面に表れる縁部の長さＬがディスク半径ｒに対して０．４以上、特に０．７以上に形成することが好ましい。これにより、接触面７において応力が適度に分散されるため、ドレッサーディスク４が回転する際に揺らぐことを防止できる。

ドレッシング装置１は、ホルダー部３及びドッレサーディスク４に、ディスク半径方向に延びる凸状又は凹状のトルク伝達部６を形成し、トルク伝達部６に平坦面状の接触面７を形成して、この面で平面接触してドッレサ駆動軸２のトルクを伝達できるようにしたため、応力集中を緩和し、ドレッサーディスク４が回転する際の揺らぎが減少し、研磨パッド８ｂを偏摩耗させることなくドレッシングすることができる。

ドレッシング装置１は、ＣＭＰ装置８に備えることができ、半導体ウェハ等の被研磨物の研磨に使用する研磨パッドをドレッシングすることができる。

上記実施形態の構成態様は、本発明を限定するものとして挙げたものではなく、技術目的を共通にするかぎり変更は可能であり、本発明はそのような変更を含むものである。

１ドレッシング装置
１ａ支持アーム
２ドレッサ駆動軸
３ホルダー部
３ａ開口部
３ｂ底面
３ｃ周壁部
３ｄディスク収納部
４ドレッサーディスク
４ａドレッシング面
５ａ嵌合部
５ｂ被嵌合部
６トルク伝達部
７接触面
８ＣＭＰ装置
８ａ研磨テーブル
８ｂ研磨パッド
９トップリング

Claims (10)

1. 研磨パッドをドレッシングするドレッシング装置において、
   回転可能かつ上下動可能なドレッサ駆動軸に連結できるホルダー部と、
   ホルダー部に装着でき、研磨パッドに擦り付けるドレッシング面を有するドレッサーディスクと、
   ホルダー部及びドレッサーディスクに形成し、ドレッサーディスクをホルダー部に装着した際に嵌合する、ディスク半径方向に延びる凹凸状のトルク伝達部と、
   トルク伝達部の周囲の一面として形成し、ドレッサ駆動軸のトルクを伝達する際に平面接触する平坦面状の接触面と、
   を備えたドレッシング装置。
2. トルク伝達部は、ドレッサーディスク側を凹溝状に形成し、ホルダー部側を凸条状に形成した請求項１に記載のドレッシング装置。
3. トルク伝達部は、ディスク平面視において、ドレッサーディスクの回転中心に対して点対称に少なくとも一対形成した請求項１又は２に記載のドレッシング装置。
4. 接触面は、ディスク平面視において、ドレッサーディスクの回転中心を通る直線上に形成した請求項１〜３のいずれかに記載のドレッシング装置。
5. 接触面は、ディスク平面視において、ドレッサーディスクの回転中心を通る直線に対して１３°以下に形成した請求項１〜３のいずれかに記載のドレッシング装置。
6. ホルダー部は、外周に、下方に突出する周壁部を設け、その内側にドレッサーディスクを収納できるディスク収納部を形成した請求項１〜５のいずれかに記載のドレッシング装置。
7. トルク伝達部は、ディスク平面視において、ディスク外縁側の幅が、接触面の内側端点から回転中心までの距離の１／２以下に形成した請求項１〜６に記載のドレッシング装置。
8. 接触面は、ディスク平面視において、ドレッシングディスクの上面に表れる縁部の長さが、ディスク半径に対して０．４以上に形成した請求項１〜７に記載のドレッシング装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載のドレッシング装置を備えた化学的機械的研磨装置。
10. 研磨パッドをドレッシングするドレッシング装置に用い、回転可能かつ上下動可能なドレッサ駆動軸に連結されたホルダー部に装着可能なドレッサーディスクにおいて、
    ホルダー部に装着した際に嵌合する、ディスク半径方向に延びる凹状又は凸状のトルク伝達部と、
    トルク伝達部の周囲の一面として形成した平坦面状の接触面と、
    を備えたドレッサーディスク。

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