JP6704244B2

JP6704244B2 - 研磨装置

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Publication number: JP6704244B2
Application number: JP2015236434A
Authority: JP
Inventors: 邱　暁明; 暁明邱; 文照田篠; 直哉介川
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2015-12-03
Filing date: 2015-12-03
Publication date: 2020-06-03
Anticipated expiration: 2035-12-03
Also published as: KR20170065456A; JP2017100254A; CN106994649B; CN106994649A; KR102503527B1; TWI703011B; TW201720585A

Description

本発明は、研磨工具の研磨面をドレスする機構を有する研磨装置に関する。

研磨パッドを用いてウエーハを研磨する研磨装置では、研磨パッドが回転するとともに、研磨パッドを備える研磨ユニットが研磨ユニット送り機構によってウエーハに向けて送られ、研磨パッドの研磨面をウエーハに接触させている。研磨中は、研磨パッドの研磨面をウエーハに押し付けるため、ウエーハが研磨されることにより生じる屑が研磨パッドの研磨面に入り込み、研磨面が目つぶれを起こすことがある。そこで、研磨面の目つぶれを解消するために、研磨面にドレッサーを押し当てて研磨面をドレスすることにより、研磨加工能力を維持することが行われている。研磨面のドレスは、例えば、ウエーハを一枚研磨する毎に行なわれている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−０５５９７１号公報

しかし、研磨パッドの研磨面は軟らかく、ウエーハに押し付けることにより押し潰されることがある。また、研磨加工によって研磨面が消耗するため、研磨加工後は、研磨面の高さが一定にならない。そのため、研磨面をドレッサーに接触させる際の研磨ユニットの高さを常に一定とすると、研磨面に対してドレッサーを押し当てる力が一定にならないと
いう問題がある。

研磨面に対してドレッサーを押し当てる力を一定にするために、現状では、研磨加工終了時の研磨ユニット送り機構が把握する研磨ユニットの位置情報を記憶するとともに、研磨加工終了時のウエーハの上面高さ情報を記憶しておき、これらの情報に基づいて、ドレス時の適正な研磨ユニットの高さを算出し、研磨ユニット送り機構が研磨ユニットをその高さに位置付けた状態でドレスを行うこととしている。また、押し潰された研磨パッドが元に戻ろうとして膨らむことによって研磨面の高さが変化することがあるため、研磨ユニット送り機構は、研磨ユニットの高さ制御に際し、研磨パッドの膨らみも考慮している。

しかし、ドレス時には、上記のように研磨面が押し潰されてドレッサーが研磨面に強く接触しすぎることがあり、また、研磨パッドが予定したように膨らまないためにドレッサーが研磨面に接触しなかったり押し当てる力が弱すぎたりする場合もある。

したがって、研磨パッドの研磨面のドレスにおいては、研磨面に対してドレス部を押し当てる力を一定にするという課題がある。

板状ワークを保持面において保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持される板状ワークを研磨する研磨工具が装着され該研磨工具を回転させる回転手段を備え該研磨工具の研磨面を板状ワークに接触させて板状ワークを研磨する研磨手段と、該研磨手段を該チャックテーブルに対して接近及び離間する方向に移動させる研磨送り手段と、該研磨面をドレスするドレス機構と、該研磨手段と該ドレス機構とを相対的に該研磨面に平行にドレス送りするドレス送り手段とを備える研磨装置であって、該ドレス機構は、該研磨面に接触するドレス部と、該ドレス部が配設されるベースと、を備え、
該研磨手段が該研磨工具を回転させ該研磨送り手段が該研磨手段を該チャックテーブルの該保持面に接近する方向に連続移動させて研磨送りすることにより該ドレス部の上面に該研磨面が接触した時に発生する弾性波を検出する弾性波検出センサと、該弾性波検出センサが検出した出力信号を出力電圧に変換するアンプと、該研磨手段を研磨送りすることにより該研磨面が該ドレス部に接触し該アンプから出力される出力電圧が弾性波検出のための閾値に達した時に該研磨送り手段による該研磨手段の移動を停止させる制御部と、を備え、該制御部の制御により研磨送りを停止した該研磨手段と該ドレス機構とを該ドレス送り手段によって相対的にドレス送りし該研磨面をドレスする。

本発明に係る研磨装置は、研磨パッドの研磨面をドレスするドレス部の上面に研磨面が接触した時に発生する弾性波を検出する弾性波検出センサと、弾性波検出センサが予め設定される出力信号の設定値を検出した時に研磨手段の移動を停止させる制御部と、を備え、制御部の制御により研磨手段の移動を停止させた後、研磨手段とドレス機構とを相対的にドレス送りして研磨面をドレスするため、ドレス時に研磨面に対してドレスボードを押し当てる力を一定にすることができる。

研磨装置の一例を示す斜視図である。研磨工具の上面側を示す斜視図である。研磨工具の下面側を示す斜視図である。チャックテーブル機構、ドレス機構及び弾性波検出センサを示す斜視図である。支持機構、ドレス機構及び弾性波検出センサを示す斜視図である。ドレスボードを研磨パッドの研磨面に接触させて研磨面のドレスを行う状態を示す側面図である。弾性波検出センサの出力信号を出力電圧に変換した結果を示すグラフである。弾性波検出センサの出力信号をフーリエ変換した結果を示すグラフである。

図１に示す研磨装置１は、チャックテーブル５２に保持された板状ワークＷを、研磨工具４０を備える研磨手段４によって研磨する装置である。

研磨装置１のベース１０上には、チャックテーブル機構５が配設されている。チャックテーブル機構５は、実質上鉛直に延びる回転中心軸線を中心として回転自在に配設された円板形状のチャックテーブル５２と、その周囲のカバー５１とを含んでいる。

チャックテーブル５２は、例えば、その外形が円形状であり、ポーラス部材等からなり板状ワークＷを吸着する吸着部５２０と、吸着部５２０を支持する枠体５２１とを備える。吸着部５２０は図示しない吸引源に連通し、吸引源が吸引することで生み出された吸引力が、吸着部５２０の露出面である保持面５２０ａに伝達されることで、チャックテーブル５２０は、保持面５２０ａ上で板状ワークＷを吸引保持する。また、チャックテーブル５２は、カバー５１によって周囲から囲まれ、図示しない回転手段により回転可能に支持されている。

ベース１０上の側方（−Ｘ方向側）にはコラム１１が立設されており、コラム１１の前面には、研磨手段４をチャックテーブル５２に対して接近及び離反する方向に移動させる研磨送り手段２が配設されている。研磨送り手段２は、鉛直方向（Ｚ軸方向）の軸心を有するボールネジ２０と、ボールネジ２０と平行に配設された一対のガイドレール２１と、ボールネジ２０の上端に連結しボールネジ２０を回動させるモータ２２と、内部のナットがボールネジ２０に螺合し側部がガイドレールに摺接する昇降板２３と、昇降板２３に連結され研磨手段４を保持するホルダ２４とから構成され、モータ２２がボールネジ２０を回動させると、これに伴い昇降板２３がガイドレール２１にガイドされてＺ軸方向に往復移動し、ホルダ２４に保持された研磨手段４がＺ軸方向に研磨送りされる。モータ２２の制御は、ＣＰＵ、メモリ等を備えた制御部８２によって行われる。

研磨手段４は、マウント４１を有するスピンドル４２と、マウント４１に装着されチャックテーブル５２に保持される板状ワークＷを研磨する研磨工具４０と、スピンドル４２に装着される研磨工具４０と、スピンドル４２を回転させることにより研磨工具４０を回転させる回転手段４３とを備えている。

研磨工具４０は、図２および図３に示すように、円板形状の支持部材４００と円板形状の研磨パッド４０１とから構成されている。研磨パッド４０１の下面が研磨面４０１ａとなっている。支持部材４００には、周方向に間隔をおいてその上面から下方に延びる複数の盲ねじ穴４００ａが形成されている。支持部材４００の下面は円形支持面を構成しており、研磨パッド４０１は、例えばエポキシ樹脂系接着剤からなる接着剤によって支持部材４００の円形支持面に接合されている。研磨パッド４０１は、図示の実施形態においてはフエルトに砥粒を分散させ適宜のボンド剤で固定したフエルト砥石が用いられている。

スピンドル４２の下端に固定されているマウント４１の下面に研磨工具４０を位置付け、マウント４１に形成されている貫通孔を通して研磨工具４０の支持部材４００に形成されている盲ねじ孔４００ａに締結ボルト４４を螺着することによって、マウント４１に研磨工具４０が装着される。

図４に示すように、チャックテーブル機構５は、チャックテーブル５２をＹ軸方向に移動させるチャックテーブル送り手段５６を備えている。チャックテーブル送り手段５６は、Ｙ軸方向に延在するボールネジ５６１と、ボールネジ５６１の一端に連結されボールネジ５６１を正逆両方向に回転させるモータ５６２と、ボールネジ５６１の他端においてボールネジ５６１を回転可能に支持する軸受部５６３と、ボールネジ５６１と平行に配設された一対のガイドレール５６４と、内部のナット５３１がボールネジ５６１に螺合するとともに底部がガイドレール５６４に摺接する移動基台５３とから構成されており、モータ５６２がボールネジ５６１を正転駆動すると移動基台５３が＋Ｙ方向に移動し、モータ５６２がボールネジ５６１を逆転駆動すると移動基台５３が−Ｙ方向に移動する。移動基台５３がＹ軸方向に移動することにより、チャックテーブル５２が、チャックテーブル５２に対する板状ワークの着脱が行われる領域である図１に示す着脱域１００と、研磨工具４０による研磨が行われる領域である研磨域１０１との間を移動可能となっている。また、ガイドレール５６４と平行にリニアスケール５７１が配設されるとともに、移動基台５３にはリニアスケール５７１を読み取る読み取りヘッド５７２を備えており、読み取りヘッド５７２は、移動基台５３のＹ軸方向の位置情報を、制御部８２に通知する。

図４に示すように、移動基台５３には、図示しない回転軸を介してチャックテーブル５２に連結されたモータ５４が配設されており、モータ５４がチャックテーブル５２を所望の回転速度で回転させる。

図１及び図４に示すように、カバー５１の上面には、研磨工具４０の研磨面４００をドレスするドレス機構６が配設されている。ドレス機構６は、図５に示すように、研磨工具４０の研磨面４００に接触してドレスを行うドレス部６０と、ドレス６０が配設されるベース６１と、ベース６１を昇降可能に支持する支持機構７とを備えている。ドレス部６０は、ベース６１から立設された支持部６００と、支持部６００の上端に固定されたドレスボード６０１とから構成されている。

支持機構７は、ベース６１を支持する支持板７１と、支持板７１を支持する移動基板７２と、図４に示した移動基台５３に立設され移動基板７２の上下方向の移動を案内する４本の案内ロッド７３と、移動基板７２を案内ロッド７３に沿って移動させる昇降手段７４と、移動基板７２と支持板７１との間に配設された水平度調整手段７５とを具備している。支持板７１は、矩形状に形成されており、その上面には、ベース６１に設けられた３個の取付け穴６１１に対応する位置に３個のネジ穴７１１が形成されている。このネジ穴７１１にベース６１に設けられた取付け穴６１１を通した皿ネジ７６を螺合させることによって、支持板７１上にドレス機構６が装着される。なお、支持板７１上にドレス機構６を取り付けた状態において、皿ネジ７６は、その頭部が取付け穴６１１の上部のテーパー面に嵌合してベース６１の上面より低い位置に位置付けられる。

支持板７１を支持する移動基板７２は矩形状に形成されており、その四隅部には、上下方向に貫通する４個の被案内穴７２１が設けられている。この４個の被案内穴７２１を４本の案内ロッド７３にそれぞれ挿通することにより、移動基板７２が案内ロッド７３に沿って上下方向に移動可能に構成される。移動基板７２を案内ロッド７３に沿って移動させる昇降手段７４は、図４に示した移動基台５３上に配設され正転・逆転可能なパルスモータ７４１及びパルスモータ７４１によって駆動されるボールネジ７４２を含んでおり、パルスモータ７４１を正転駆動すると移動基板７２が上昇し、パルスモータ７４１を逆転駆
動すると移動基板７２が下降する。また、移動基板７２と支持板７１との間に配設された水平度調整手段７５は、支持板７１の長手方向に間隔をおいて配設された２個の昇降手段７５１からなっている。この昇降手段７５１は、パルスモータおよびパルスモータによって駆動されるボールネジを含んでおり、パルスモータを正転駆動すると支持板７１が上昇し、パルスモータを逆転駆動すると支持板７１が下降する。２個の昇降手段７５１を個別に昇降させることにより、支持板７１の上面に装着されたベース６１の水平度を調整することができる。

カバー５１上のドレス部６０に隣接する位置には、弾性波検出センサ８０が配設されている。この弾性波検出センサ８０は、ドレス部６０の上面に研磨パッド４０１が接触したときに発生する弾性波を検出する機能を有している。弾性波検出センサ８０としては、例えばＡＥセンサを用いることができる。

図１に示すように、弾性波検出センサ８０は、信号処理部８１に接続されている。信号処理部８１には、弾性波検出センサ８０が検出した出力信号を出力電圧に変換するアンプ、又は、弾性波検出センサ８０が検出した出力信号をフーリエ変換するフーリエ変換部を備えている。

図１に示した研磨装置１においては、研磨対象のウエーハＷの一方の面Ｗ１にテープＴが貼着される。そして、図４に示したチャックテーブル送り手段５６がチャックテーブル５２を着脱域１００に移動させ、テープＴ側がチャックテーブル５２の保持面５２０ａに載置され、図示しない吸引源が吸引することで生み出された吸引力がチャックテーブル５２の保持面５２０ａに伝達されて、チャックテーブル５２がテープＴを介して板状ワークＷを吸引保持し、被研磨面Ｗ２が露出した状態となる。

次に、チャックテーブル送り手段５６がチャックテーブル５２を研磨域１０１に移動させるとともに、図４に示したモータ５４がチャックテーブル５２を回転させる。そして、研磨手段４においては回転手段４３がスピンドル４２を回転させて研磨パッド４００を回転させ、研磨送り手段２が研磨手段４をチャックテーブル５２の保持面５２０ａに接近する方向（−Ｚ方向）に研磨送りし、回転する研磨パッド４０１の研磨面４０１ａを板状ワークＷの被研磨面Ｗ２に接触させて研磨を行う。このとき、図５に示した昇降手段７４がドレス機構６を下降させておき、少なくともドレス部６０のドレスボード６１の上面がチャックテーブル５２の保持面５２０ａよりも下側（−Ｚ方向）に位置するようにし、研磨面４０１ａがドレスボード６１に接触しないようにしておく。

かかる研磨により生じた研磨屑が研磨パッド４０１の研磨面４０１ａに入り込んで研磨面４０１ａが目つぶれを起こすのを解消したり防止したりするために、適宜のタイミングで、研磨面４０１ａにドレッサーを押し当てて研磨面４０１ａをドレスする。

研磨面４０１ａのドレス時は、図４に示したチャックテーブル送り手段５６が移動基台５３をＹ軸方向に移動させ、ドレスボード６０１を研磨パッド４０１の下方に移動させる。

そして、図５に示した昇降手段７４が支持板７１を上昇させることによりベース６１を上昇させ、ドレスボード６０１の上面を、チャックテーブル５２の保持面５２０ａよりも上側（＋Ｚ軸方向）に位置付ける。その後、研磨手段４において回転手段４３が研磨パッド４０１を回転させながら、研磨送り手段２が研磨手段４をチャックテーブル５２の保持面５２０ａに接近する方向に研磨送りする。そうすると、図６に示すように、ドレスボード６０１が、回転する研磨パッド４０１の研磨面４０１ａに接触する。

ドレスボード６０１の上面が回転する研磨パッド４０１の研磨面４０１ａに接触すると、弾性波が発生する。ドレス機構６の近傍に位置する弾性波検出センサ８０は、この弾性波を検出し、この出力信号が所定の設定値に到達したことを検出した時に、図１に示した制御部８２は、研磨送り手段２による研磨手段４の−Ｚ方向の移動を停止させる。所定の設定値は、例えば制御部８２に備えるメモリに記憶される。

そしてその後、チャックテーブル送り手段５６が、研磨手段４に対してドレス機構６をＹ軸方向にドレス送りすることにより、回転する研磨パッド４０１の研磨面４０１ａの全面をドレスボード６０１によってドレスする。すなわち、チャックテーブル送り手段５６は、研磨手段４とドレス機構６とを研磨面４０１ａに平行に移動させるドレス送り手段として機能する。

このように、弾性波検出センサ８０の出力信号が所定の設定値に到達したことを検出した時に、研磨手段４の−Ｚ方向の移動が停止し、研磨手段４がその時のＺ軸方向の位置を保ったまま研磨面４０１ａのドレスを行うため、ドレス中は、ドレスボード６０１を研磨面４０１ａに対して押し当てる力を一定にすることができる。

また、研磨面４０１ａのドレスがいったん終了した後は、別の板状ワークの研磨を行い、再び研磨面４０１ａのドレスを行うが、そのドレス時においても、弾性波検出センサ８０の出力信号が前記所定の設定値に到達したことを検出した時に、研磨手段４の−Ｚ方向の移動が停止し、研磨手段４がその時のＺ軸方向の位置を保ったまま研磨面４０１ａのドレスを行う。したがって、研磨面４０１ａに対してドレスボード６０１を押し当てる力を、前回のドレス時と同じにすることができる。すなわち、何度ドレスを繰り返しても、ドレス時ごとに研磨面４０１ａに対してドレスボード６０１を押し当てる力を常に一定とすることができる。また、ドレス時ごとに研磨パッド４０１の膨らみが異なる場合であっても、膨らみの違いに対応してドレスボード６０１を押し当てる力を調整することができる。

信号処理部８１に、弾性波検出センサ８０が検出した出力信号を出力電圧に変換するアンプを備えている場合は、弾性波検出のための電圧の閾値を制御部８２に記憶しておく。そして、アンプからの出力電圧が例えば図７に示すグラフのようになる場合において、所定の電圧値を閾値として制御部８２に設定しておけば、アンプから出力される実際の電圧値がその閾値に達した時に、研磨送り手段２による研磨手段４の研磨送りを停止させ、研磨パッド４０１の研磨面４０１ａのドレスを開始する。そうすることにより、ドレス時に研磨面４０１ａに対してドレスボード６０１を押し当てる力を一定にすることができる。

一方、信号処理部８１には、弾性波検出センサ８０が検出した出力信号をフーリエ変換するフーリエ変換部を備えてもよい。フーリエ変換部は、ＣＰＵ、メモリ等を備え、弾性波検出センサ８０からの出力信号をフーリエ変換することにより、例えば図８に示す波形を得る。この波形において、特定の周波数において波形が上方に突出している部分が周波数のピーク値であり、この周波数のピーク値を制御部８２のメモリに記憶しておくことにより、このピーク値を制御部８２が検出した時に、研磨送り手段２による研磨手段４の研磨送りを停止させ、研磨パッド４０１の研磨面４０１ａのドレスを開始する。そうすることにより、ドレス時に研磨面４０１ａに対してドレスボード６０１を押し当てる力を一定にすることができる。

なお、上記実施形態では、チャックテーブル送り手段５６がドレス送り手段を兼ねることとしたが、チャックテーブル送り手段とドレス送り手段とがそれぞれが単独に存在してもよい。したがって、ドレス機構６は、チャックテーブル機構５のカバー５１上に配設されていなくてもよい。

また、上記実施形態では、弾性波検出センサ８０をチャックテーブル機構５のカバー５１上においてドレス機構６に隣接する位置に配設したが、弾性波検出センサを研磨手段４に備える構成としてもよい。もっとも、上記実施形態のようにチャックテーブル機構５のカバー５１上に弾性波検出センサ８０を配設する構成とすると、装置構成が複雑化するのを防ぐことができる。

上記実施形態に示した研磨装置１は、いわゆるドライポリッシュ装置であるが、研磨パッドに加えてスラリーも用いて研磨を行うＣＭＰ装置にも本発明を適用することができる。

１：研磨装置
２：研磨送り手段
２０：ボールネジ２１：ガイドレール２２：モータ２３：昇降板２４：ホルダ
４：研磨手段
４０：研磨工具４００：支持部材４０１：研磨パッド
４１：マウント４２：スピンドル４３：回転手段４４：締結ボルト
５：チャックテーブル機構
５１：カバー５２：チャックテーブル５２０：吸着部５２０ａ：保持面
５２１：枠体
５３：移動基台５４：モータ
５６：チャックテーブル送り手段
５６１：ボールネジ５６２：モータ５６３：軸受部５６４：ガイドレール
５７１：リニアスケール５７２：読み取りヘッド
６：ドレス機構
６０：ドレス部６００：支持部６０１：ドレスボード
６１：ベース６１１：取付け穴
７：支持機構
７１：支持板７１１：ネジ穴
７２：移動基板７２１：被案内穴７３：案内ロッド
７４：昇降手段７４１：パルスモータ７４２：ボールネジ
７５：水平度調整手段７５１：昇降手段
７６：皿ネジ
８０：弾性波検出センサ８１：信号処理部８２：制御部
１００：着脱域１０１：研磨域

Claims

板状ワークを保持面において保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持される板状ワークを研磨する研磨工具が装着され該研磨工具を回転させる回転手段を備え該研磨工具の研磨面を板状ワークに接触させて板状ワークを研磨する研磨手段と、該研磨手段を該チャックテーブルに対して接近及び離間する方向に移動させる研磨送り手段と、該研磨面をドレスするドレス機構と、該研磨手段と該ドレス機構とを相対的に該研磨面に平行にドレス送りするドレス送り手段とを備える研磨装置であって、
該ドレス機構は、該研磨面に接触するドレス部と、該ドレス部が配設されるベースと、を備え、
該研磨手段が該研磨工具を回転させ該研磨送り手段が該研磨手段を該チャックテーブルに接近する方向に連続移動させて研磨送りすることにより該ドレス部の上面に該研磨面が接触した時に発生する弾性波を検出する弾性波検出センサと、該弾性波検出センサが検出した出力信号を出力電圧に変換するアンプと、該研磨手段を研磨送りすることにより該研磨面が該ドレス部に接触し該アンプから出力される出力電圧が弾性波検出のための閾値に達した時に該研磨送り手段による該研磨手段の移動を停止させる制御部と、
を備え、
該制御部の制御により研磨送りを停止した該研磨手段と該ドレス機構とを該ドレス送り手段によって相対的にドレス送りし該研磨面をドレスする研磨装置。