KR20210105857A - 연마 장치 및 그 제어 방법 및 드레싱 조건 출력 방법 - Google Patents

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Abstract

소형의 드레서로 연마 패드를 균일하게 할 수 있는 연마 장치 및 그 제어 방법을 제공한다.
기판(W)을 연마하는 연마 패드(11a)가 설치된 턴테이블(11)과, 상기 턴테이블(11)을 회전시키는 턴테이블 회전 기구(12)와, 상기 연마 패드(11a)를 깎음으로써 상기 연마 패드(11a)를 드레싱하는 드레서(51)와, 상기 드레서(51)를 상기 연마 패드(11a) 상의 제1 위치와 제2 위치 사이를 스캔시키는 스캔 기구(56)를 구비하고, 드레싱 시의 상기 턴테이블(11)의 회전 주기를 Ttt로 하고, 상기 드레서(51)가 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이를 스캔할 때의 스캔 주기를 Tds로 할 때, Ttt/Tds 및 Tds/Ttt가 비정수인, 연마 장치가 제공된다.

Description

연마 장치 및 그 제어 방법 및 드레싱 조건 출력 방법 {POLISHING APPARATUS, METHOD FOR CONTROLLING THE SAME, AND METHOD FOR OUTPUTTING A DRESSING CONDITION}
본 발명은 연마 패드용의 드레서를 구비하는 연마 장치 및 그 제어 방법 및 드레싱 조건 출력 방법에 관한 것이다.
CMP(Chemical Mechanical Polishing) 장치로 대표되는 연마 장치는, 연마 패드와 연마 대상의 기판의 표면을 접촉시킨 상태에서 양자를 상대 이동시킴으로써, 기판의 표면을 연마한다. 그로 인해, 연마 패드가 서서히 마모되거나, 연마 패드의 표면의 미세한 요철이 찌부러지거나 하여, 연마 레이트의 저하를 야기한다. 따라서, 표면에 다수의 다이아몬드 입자를 전착시킨 드레서나 표면에 브러시를 식모한 드레서 등으로 연마 패드 표면의 드레싱(날세우기)을 행하고, 연마 패드 표면에 미세한 요철을 재형성할 필요가 있다.(예를 들어, 특허문헌 1, 2).
일본 특허 출원 공개 평9-300207호 공보 일본 특허 출원 공개 제2010-76049호 공보
종래는, 연마 패드 전체를 커버하는 크기의 드레서를 사용하여 드레싱하는 경우가 많았다(특허문헌 1 등). 그러나, 최근에는 기판이 대형화되어 있고, 이에 수반하는 연마 장치의 대형화를 가능한 한 억제하기 위해, 소형의 드레서가 사용되어 왔다(특허문헌 2 등). 드레서가 연마 패드보다 작은 경우, 연마 패드를 균일하게 하는 것이 곤란하다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 문제점에 비추어 이루어진 것이며, 본 발명의 과제는, 소형의 드레서로 연마 패드를 균일하게 할 수 있는 연마 장치 및 그 제어 방법 및 드레싱 조건 출력 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 기판을 연마하는 연마 패드가 설치된 턴테이블과, 상기 턴테이블을 회전시키는 턴테이블 회전 기구와, 상기 연마 패드를 드레싱하는 드레서와, 상기 드레서를 상기 연마 패드 상의 제1 위치와 제2 위치 사이를 스캔시키는 스캔 기구를 구비하고, 드레싱 시의 상기 턴테이블의 회전 주기를 Ttt로 하고, 상기 드레서가 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이를 스캔할 때의 스캔 주기를 Tds로 할 때, Ttt/Tds 및 Tds/Ttt가 비정수인, 연마 장치가 제공된다.
Ttt/Tds 및 Tds/Ttt가 비정수이므로, 드레서의 궤적이 겹치지 않고, 연마 패드를 균일하게 할 수 있다.
상기 Ttt 및/또는 상기 Tds를 설정하는 제어기를 구비하는 것이 바람직하다. 이에 의해, Ttt, Tds의 관계를 적절하게 제어할 수 있다.
1회의 드레싱에 있어서 상기 드레서가 상기 연마 패드 상을 스캔하는 횟수를 N으로 할 때, Tds/Ttt＝n＋1/N(단, n은 임의의 정수)을 충족시키는 것이 바람직하다. 이에 의해, N회의 스캔에 있어서 연마 패드 상의 동일한 위치를 깎는 일 없이, 한정된 스캔 횟수로 효율적으로 연마 패드를 드레싱할 수 있다.
또한, 상기 드레서의 직경을 d, 스캔에 있어서의 상기 드레서의 시작점과 상기 턴테이블의 중심의 거리를 r0으로 할 때, Tds/Ttt＝n±d/2πr0(단, n은 임의의 정수)을 충족시키는 것이 바람직하다. 이에 의해, 드레서가 자신의 직경 d씩 어긋나면서 스캔하므로, 연마 패드의 주위 방향에 있어서 드레싱되지 않는 영역을 작게 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 드레서의 직경을 d로 할 때, 상기 드레서의 평균 스캔 속도가 d/Ttt에 가장 가까워지도록, 상기 n이 선택된다. 이에 의해, 연마 패드의 직경 방향에 있어서 드레싱되지 않는 영역을 작게 할 수 있다.
1개의 기판의 연마 종료 후 또한 다음 기판의 연마 개시 전의 기간에, 상기 드레서가 상기 연마 패드를 드레싱하고, 상기 기간 내에 소정 횟수 이상, 상기 드레서가 상기 연마 패드 상을 스캔하도록, 상기 Tds가 설정되어도 된다. 이에 의해, 기간 내에 충분한 연마 횟수를 확보할 수 있다.
상기 연마 패드가 상기 기판을 연마하는 것과 병행하여, 상기 드레서가 상기 연마 패드를 드레싱하고, 상기 Ttt는, 상기 기판의 연마 조건에서 설정되어도 된다. 이에 의해, 기판의 연마 조건과, 연마 패드의 드레싱 조건을 양립할 수 있다.
상기 스캔 기구는, 상기 연마 패드 상의 중심 근방을 시작점으로 하여 상기 드레서를 스캔시키는 것이 바람직하다. 이에 의해, 연마 패드의 중심 근방에서 드레싱되지 않는 영역을 작게 할 수 있다.
상기 연마 패드에 대해 상기 드레서를 압박시키는 압박 기구를 구비하고, 시각 t에 있어서, 상기 드레서와 상기 연마 패드 사이의 상대 속도를 V(t), 상기 턴테이블의 중심과 상기 드레서의 중심의 거리를 r(t), 상기 연마 패드에 대한 상기 드레서의 압박력 또는 압력을 A(t)로 하면, V(t)A(t)/r(t)가 대략 일정한 것이 바람직하다. 이에 의해, 드레서의 위치에 관계없이 연마 패드의 절삭량을 일정하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 형태에 따르면, 기판을 연마하는 연마 패드가 설치된 턴테이블과, 상기 턴테이블을 회전시키는 턴테이블 회전 기구와, 상기 연마 패드를 드레싱하는 드레서와, 상기 연마 패드에 대해 상기 드레서를 압박시키는 압박 기구와, 상기 드레서를 상기 연마 패드의 제1 위치와 제2 위치 사이를 스캔시키는 스캔 기구를 구비하고, 시각 t에 있어서, 상기 드레서와 상기 연마 패드 사이의 상대 속도를 V(t), 상기 턴테이블의 중심과 상기 드레서의 중심의 거리를 r(t), 상기 연마 패드에 대한 상기 드레서의 압박력 또는 압력을 A(t)로 하면, V(t)A(t)/r(t)가 대략 일정한, 연마 장치가 제공된다. 이에 의해, 드레서의 위치에 관계없이 연마 패드의 절삭량을 일정하게 할 수 있다.
연마 장치는, V(t)A(t)/r(t)가 대략 일정해지도록, 상기 V(t) 및/또는 상기 A(t)를 제어하는 제어기를 구비하는 것이 바람직하다. 이에 의해, V(t), A(t)의 관계를 적절하게 제어할 수 있다.
상기 드레서와 상기 연마 패드 사이의 마찰 계수가 일정해지도록, 상기 V(t) 및/또는 상기 A(t)를 제어하는 제어기를 구비하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 드레서(51)와 연마 패드(11a) 사이의 마찰 계수가 일정해지고, 연마 패드(11a)를 균일하게 할 수 있다.
상기 제어기는, 상기 V(t)와, 상기 A(t)와, 상기 드레서가 상기 연마 패드를 실제로 드레싱하는 힘에 기초하여 상기 마찰 계수를 산출하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 마찰 계수가 일정해지는 제어를 행할 수 있다.
상기 드레서가 상기 연마 패드에 접촉하지 않는 상태에서, 상기 턴테이블 회전 기구를 제어하여 상기 턴테이블을 회전시킴과 함께, 상기 스캔 기구를 제어하여 상기 드레서를 스캔시키고, 상기 연마 패드 상에서의 상기 드레서의 궤적을 모니터하는 제어기를 구비하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 마모시키는 일 없이, 설정된 조건에서 동작시켰을 때에, 실제로 연마 패드를 균일하게 드레싱할 수 있는지 여부를 체크할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 형태에 따르면, 기판을 연마하는 연마 패드가 설치된 턴테이블과, 상기 턴테이블을 회전시키는 턴테이블 회전 기구와, 상기 연마 패드를 드레싱하는 드레서와, 상기 드레서를 상기 연마 패드 상의 제1 위치와 제2 위치 사이를 스캔시키는 스캔 기구를 구비한 연마 장치의 제어 방법이며, 드레싱 시의 상기 턴테이블의 회전 주기를 Ttt로 하고, 상기 드레서가 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이를 스캔할 때의 스캔 주기를 Tds로 할 때, Ttt/Tds 및 Tds/Ttt가 비정수가 되도록, 상기 턴테이블 회전 기구 및 상기 스캔 기구를 제어하는, 연마 장치의 제어 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 형태에 따르면, 기판을 연마하는 연마 패드가 설치된 턴테이블과, 상기 턴테이블을 회전시키는 턴테이블 회전 기구와, 상기 연마 패드를 드레싱하는 드레서와, 상기 연마 패드에 대해 상기 드레서를 압박시키는 압박 기구와, 상기 드레서를 상기 연마 패드의 제1 위치와 제2 위치 사이를 스캔시키는 스캔 기구를 구비한 연마 장치의 제어 방법이며, 시각 t에 있어서, 상기 드레서와 상기 연마 패드 사이의 상대 속도를 V(t), 상기 턴테이블의 중심과 상기 드레서의 중심의 거리를 r(t), 상기 연마 패드에 대한 상기 드레서의 압박력 또는 압력을 A(t)로 하면, V(t)A(t)/r(t)가 대략 일정해지도록, 상기 턴테이블 회전 기구, 상기 압박 기구 및 상기 스캔 기구를 제어하는, 연마 장치의 제어 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 형태에 따르면, 기판을 연마하는 연마 패드가 설치된 턴테이블과, 상기 턴테이블을 회전시키는 턴테이블 회전 기구와, 상기 연마 패드를 드레싱하는 드레서와, 상기 드레서를 상기 연마 패드 상의 제1 위치와 제2 위치 사이를 스캔시키는 스캔 기구를 구비하는 연마 장치에 있어서의 드레싱 조건을 출력하는 방법이며, 제약 조건을 수신하는 스텝과, 상기 연마 패드를 균일하게 드레싱할 수 있는 드레싱 조건인 제1 조건과, 상기 연마 패드를 균일하게 드레싱할 수 없는 드레싱 조건인 제2 조건을 미리 기억한 데이터베이스를 참조하고, 상기 제약 조건을 충족시키는 상기 제1 조건이 기억되어 있는 경우에, 그 제1 조건을 출력하는 스텝과, 상기 제약 조건을 충족시키는 상기 제1 조건이 기억되어 있지 않은 경우에, 드레싱 조건을 산출하는 스텝과, 상기 데이터베이스를 참조하고, 상기 산출된 드레싱 조건과, 상기 제2 조건이 일치하지 않는 경우에, 산출된 상기 드레싱 조건을 출력하는 스텝을 구비하고, 상기 드레싱 조건을 산출하는 스텝에서는, 드레싱 시의 상기 턴테이블의 회전 주기를 Ttt로 하고, 상기 드레서가 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이를 스캔할 때의 스캔 주기를 Tds로 할 때, Ttt/Tds 및 Tds/Ttt가 비정수가 되도록, 상기 드레싱 조건을 산출하는, 드레싱 조건 출력 방법이 제공된다.
이에 의해, 연마 장치의 자립 제어가 가능해지고, 효율적으로 드레싱 조건이 얻어진다.
기판을 연마하는 연마 패드가 설치된 턴테이블과, 상기 턴테이블을 회전시키는 턴테이블 회전 기구와, 상기 연마 패드를 드레싱하는 드레서와, 상기 연마 패드에 대해 상기 드레서를 압박시키는 압박 기구와, 상기 드레서를 상기 연마 패드 상의 제1 위치와 제2 위치 사이를 스캔시키는 스캔 기구를 구비하는 연마 장치에 있어서의 드레싱 조건을 출력하는 방법이며, 제약 조건을 수신하는 스텝과, 상기 연마 패드를 균일하게 드레싱할 수 있는 드레싱 조건인 제1 조건과, 상기 연마 패드를 균일하게 드레싱할 수 없는 드레싱 조건인 제2 조건을 미리 기억한 데이터베이스를 참조하고, 상기 제약 조건을 충족시키는 상기 제1 조건이 기억되어 있는 경우에, 그 제1 조건을 출력하는 스텝과, 상기 제약 조건을 충족시키는 상기 제1 조건이 기억되어 있지 않은 경우에, 드레싱 조건을 산출하는 스텝과, 상기 데이터베이스를 참조하고, 상기 산출된 드레싱 조건과, 상기 제2 조건이 일치하지 않는 경우에, 산출된 상기 드레싱 조건을 출력하는 스텝을 구비하고, 상기 드레싱 조건을 산출하는 스텝에서는, 시각 t에 있어서, 상기 드레서와 상기 연마 패드 사이의 상대 속도를 V(t), 상기 턴테이블의 중심과 상기 드레서의 중심의 거리를 r(t), 상기 연마 패드에 대한 상기 드레서의 압박력 또는 압력을 A(t)로 하면, V(t)A(t)/r(t)가 대략 일정해지도록, 상기 드레싱 조건을 산출하는, 드레싱 조건 출력 방법이 제공된다.
이에 의해, 연마 장치의 자립 제어가 가능해지고, 효율적으로 드레싱 조건이 얻어진다.
상기 산출된 드레싱 조건과, 상기 제2 조건이 일치하지 않는 경우에, 상기 산출된 드레싱 조건을 상기 데이터베이스에 추가하는 스텝을 구비하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 데이터베이스를 더욱 충실하게 할 수 있다.
상기 산출된 드레싱 조건과, 상기 제2 조건이 일치하지 않는 경우에, 상기 산출된 드레싱 조건으로, 상기 드레서가 상기 연마 패드에 접촉하지 않는 상태에서, 상기 턴테이블 회전 기구를 제어하여 상기 턴테이블을 회전시킴과 함께, 상기 스캔 기구를 제어하여 상기 드레서를 스캔시키고, 상기 연마 패드 상에서의 상기 드레서의 궤적을 모니터함으로써, 상기 연마 패드를 균일하게 드레싱할 수 있는지 여부를 체크하는 스텝을 구비하고, 이 체크의 결과, 상기 연마 패드를 균일하게 드레싱할 수 있는 경우에, 상기 산출된 드레싱 조건을 출력하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 마모시키는 일 없이, 설정된 조건에서 동작시켰을 때에, 실제로 연마 패드를 균일하게 드레싱할 수 있는지 여부를 체크한 후에, 드레싱 조건을 출력할 수 있다.
상기 산출된 드레싱 조건과, 상기 제2 조건이 일치하는 경우에, 다른 드레싱 조건을 산출하는 스텝을 구비하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 적절한 드레싱 조건이 출력된다.
드레서가 연마 패드보다 작은 경우라도, 연마 패드를 균일하게 할 수 있다.
도 1은 연마 장치의 개략 구성을 도시하는 모식도.
도 2는 Ttt/Tds 또는 Tds/Ttt가 정수인 경우의, 연마 패드(11a) 상에서의 드레서(51)의 궤적을 도시하는 도면.
도 3은 Ttt/Tds 및 Tds/Ttt가 비정수인 경우의, 연마 패드(11a) 상에서의 드레서(51)의 궤적을 도시하는 도면.
도 4는 연마 패드(11a) 상에서의 드레서(51)의 궤적을 도시하는 도면.
도 5는 거리 r0을 설명하는 도면.
도 6은 연마 패드(11a) 상에서의 드레서(51)의 궤적을 도시하는 도면.
도 7은 드레싱 조건 산출의 구체예를 설명하는 도면.
도 8은 스트리벡 커브를 모식적으로 나타내는 도면.
도 9는 제5 실시 형태에 있어서의 제어기(6)의 처리 동작의 일례를 나타내는 흐름도.
이하, 본 발명에 관한 실시 형태에 대해, 도면을 참조하면서 구체적으로 설명한다.
(제1 실시 형태)
도 1은 연마 장치의 개략 구성을 도시하는 모식도이다. 이 연마 장치는, 반도체 웨이퍼 등의 기판(W)을 연마하는 것이며, 테이블 유닛(1)과, 연마액 공급 노즐(2)과, 연마 유닛(3)과, 드레싱액 공급 노즐(4)과, 드레싱 유닛(5)과, 제어기(6)를 구비하고 있다. 테이블 유닛(1), 연마 유닛(3) 및 드레싱 유닛(5)은, 베이스(7) 상에 설치되어 있다.
테이블 유닛(1)은, 턴테이블(11)과, 턴테이블(11)을 회전시키는 턴테이블 회전 기구(12)를 갖는다. 턴테이블(11)의 단면은 원형이며, 그 상면에는 기판(W)을 연마하는 연마 패드(11a)가 고정되어 있다. 연마 패드(11a)의 단면은, 턴테이블(11)의 단면과 동일하게 원형이다. 턴테이블 회전 기구(12)는, 턴테이블 모터 드라이버(121)와, 턴테이블 모터(122)와, 전류 검출기(123)로 구성된다. 턴테이블 모터 드라이버(121)는 구동 전류를 턴테이블 모터(122)에 공급한다. 턴테이블 모터(122)는 턴테이블(11)에 연결되어 있고, 구동 전류에 의해 턴테이블(11)을 회전시킨다. 전류 검출기(123)는 구동 전류의 값을 검출한다. 구동 전류가 클수록 턴테이블(11)의 토크가 커지므로, 구동 전류의 값에 기초하여 턴테이블(11)의 토크를 산출할 수 있다.
턴테이블(11)의 회전 주기 및 회전수를 각각 Ttt[s], Ntt[rpm]로 하면, Ttt＝60/Ntt의 관계를 충족시킨다. 회전 주기 Ttt(또는 회전 속도 Ntt)는, 제어기(6)가 구동 전류를 조정함으로써 제어할 수 있다.
연마액 공급 노즐(2)은 연마 패드(11a) 상에 슬러리 등의 연마액을 공급한다.
연마 유닛(3)은, 톱 링 샤프트(31)와, 톱 링 샤프트(31)의 하단부에 연결된 톱 링(32)을 갖는다. 톱 링(32)은 진공 흡착에 의해 기판(W)을 그 하면에 보유 지지한다. 모터(도시하지 않음)에 의해 톱 링 샤프트(31)가 회전하고, 이에 의해, 톱 링(32) 및 보유 지지된 기판(W)이 회전한다. 또한, 톱 링 샤프트(31)는, 예를 들어 서보 모터 및 볼 나사 등으로 구성되는 상하 이동 기구(도시하지 않음)에 의해 연마 패드(11a)에 대해 상하 이동한다.
기판(W)의 연마는 다음과 같이 하여 행해진다. 연마액 공급 노즐(2)로부터 연마 패드(11a) 상에 연마액을 공급하면서, 톱 링(32) 및 턴테이블(11)을 각각 회전시킨다. 이 상태에서, 기판(W)을 보유 지지한 톱 링(32)을 하강시키고, 기판(W)을 연마 패드(11a)의 상면에 압박한다. 기판(W) 및 연마 패드(11a)는 연마액의 존재하에서 서로 미끄럼 접촉되고, 이에 의해 기판(W)의 표면이 연마되어 평탄화된다. 이때의 턴테이블(11)의 회전 주기 Ttt는 연마 조건에서 설정된다.
드레싱액 공급 노즐(4)은 연마 패드(11a) 상에 순수 등의 드레싱액을 공급한다.
드레싱 유닛(5)은, 드레서(51)와, 드레서 샤프트(52)와, 압박 기구(53)와, 드레서 회전 기구(54)와, 드레서 아암(55)과, 스캔 기구(56)를 갖는다.
드레서(51)는 단면이 원형이며, 그 하면이 드레싱면이다. 드레싱면은 다이아몬드 입자 등이 고정된 드레스 디스크(51a)에 의해 구성된다. 드레서(51)는, 드레스 디스크(51a)가 연마 패드(11a)에 접촉하여 그 표면을 깎음으로써, 연마 패드(11a)를 드레싱(컨디셔닝)한다.
드레서 샤프트(52)는, 그 하단부에 드레서(51)가 연결되고, 그 상단부에서 압박 기구(53)에 연결되어 있다.
압박 기구(53)는 드레서 샤프트(52)를 승강시키는 것이며, 드레서 샤프트(52)가 하강함으로써 드레서(51)가 연마 패드(11a)에 압박된다. 구체적인 구성예로서, 압박 기구(53)는, 소정의 압력을 생성하는 전공 레귤레이터(531)와, 드레서 샤프트(52)의 상부에 설치되고, 생성된 압력으로 드레서 샤프트(52)를 승강시키는 실린더(532)로 구성된다.
연마 패드(11a)에 대한 드레서(51)의 압박력 F[N]는, 제어기(6)가 압박 기구(53)를 제어함으로써 제어된다. 예를 들어, 전공 레귤레이터(531)에 의해 생성되는 압력 P[N/㎡]를 제어기(6)가 조정함으로써 압박력 F가 제어된다. 혹은, 전공 레귤레이터(531)에 의해 생성되는 압력 P는 일정하게 하고, 드레서 샤프트(52)를 기울이는 각도를 제어기(6)가 조정함으로써, 수직 방향의 압박력 F가 제어된다. 후자의 제어에 따르면, 드레서 샤프트(52)를 상하 이동시킬 때의 히스테리시스에 영향을 받는 일 없이, 압박력 F를 제어할 수 있다.
드레서 회전 기구(54)는, 드레서 모터 드라이버(541)와, 드레서 모터(542)로 구성된다. 드레서 모터 드라이버(541)는 구동 전류를 드레서 모터(542)에 공급한다. 드레서 모터(542)는 드레서 샤프트(52)에 연결되어 있고, 구동 전류에 의해 드레서 샤프트(52)를 회전시키고, 이에 의해 드레서(51)는 회전한다.
드레서(51)의 회전 속도 Nd[rpm]는, 제어기(6)가 구동 전류를 조정함으로써 제어할 수 있다.
드레서 아암(55)의 일단부는 드레서 샤프트(52)를 회전 가능하게 지지한다. 또한, 드레서 아암(55)의 타단부는 스캔 기구(56)에 연결된다.
스캔 기구(56)는, 지지축(561)과, 요동 모터 드라이버(562)와, 요동 모터(563)로 구성되고, 드레서(51)를 연마 패드(11a) 상에서 스캔시킨다. 즉, 지지축(561)의 상단부는 드레서 아암(55)의 타단부에 연결되고, 하단부는 요동 모터(563)에 연결된다. 요동 모터 드라이버(562)는 구동 전류를 요동 모터(563)에 공급한다. 요동 모터(563)는 구동 전류에 의해 지지축(561)을 회전시키고, 이에 의해 드레서(51)는, 연마 패드(11a) 상에서, 그 중심과 테두리 사이에서 요동한다. 또한, 스캔 기구(56)는, 변위 센서나 인코더 등의 검출기(도시하지 않음)에 의해, 연마 패드(11a) 상에 있어서의 드레서(51)의 위치 및 요동 방향을 검출한다.
드레서(51)의 스캔 주기[드레서(51)가 연마 패드(11a)의 중심으로부터 테두리로 이동하고, 또한 중심으로 복귀될 때까지의 1왕복에 필요로 하는 시간] Tds[s]는, 제어기(6)가, 미리 설정된 드레서 레시피의 스캔 이동시키는 구간과 속도 설정에 기초하여, 요동 모터 드라이버(562)에 지령함으로써 제어할 수 있다.
연마 패드(11a)의 드레싱은 다음과 같이 하여 행해진다. 드레싱액 공급 노즐(4)로부터 연마 패드(11a) 상에 드레싱액을 공급하면서, 턴테이블 회전 기구(12)에 의해 턴테이블(11)을 회전시키고, 드레서 회전 기구(54)에 의해 드레서(51)를 회전시키고, 또한 스캔 기구(56)에 의해 드레서(51)를 스캔시킨다. 이 상태에서, 압박 기구(53)가 드레서(51)를 연마 패드(11a)의 표면에 압박하고, 드레스 디스크(51a)를 연마 패드(11a)의 표면에서 미끄럼 이동시킨다. 연마 패드(11a)의 표면은 회전하는 드레서(51)에 의해 깎아 내어지고, 이에 의해 연마 패드(11a) 표면의 드레싱이 행해진다.
제어기(6)는 연마 장치 전체를 제어하는 것이며, 상술한 바와 같이, 턴테이블(11)의 회전 주기 Ttt(회전 속도 Ntt), 드레서(51)의 회전 속도 Nd, 동 스캔 주기 Tds 등의 제어를 행한다. 제어기(6)는 컴퓨터여도 되고, 이하에 설명하는 제어를, 소정의 프로그램을 실행함으로써 실현해도 된다.
상술한 바와 같이, 연마 장치에 있어서, 기판(W)의 연마 처리와, 연마 패드(11a)의 드레싱 처리가 행해진다. 이들 2개의 처리의 타이밍으로서, 예를 들어 다음의 직렬 처리 및 병렬 처리가 생각되어진다.
직렬 처리에서는, 1개의 기판(W)의 연마 종료 후, 또한 다음 기판(W)의 연마 개시 전의 기간에 드레싱을 행한다. 바꾸어 말하면, 직렬 처리에서는, 기판(W)의 연마와 연마 패드(11a)의 드레싱을 별개로 행한다. 따라서, 기판(W)의 연마 조건과는 별도로 드레싱 조건을 자유롭게 설정할 수 있다고 하는 이점이 있다. 단, 드레싱을 행하는 기간은 기판(W)을 처리하고 있지 않은 오버헤드 타임이기도 하므로, 가능한 한 이 기간이 짧은 것이 바람직하고, 단시간에 드레싱을 행해야 한다고 하는 제약이 있다.
병렬 처리에서는, 연마 패드(11a) 상의 어느 위치에서 기판(W)을 연마하면서, 다른 위치를 드레싱한다. 바꾸어 말하면, 병렬 처리에서는, 기판(W)의 연마와 연마 패드(11a)의 드레싱을 병렬하여 행한다. 따라서, 연마 패드(11a)의 드레싱만을 행하고 있는 시간이 없으므로, 오버헤드 타임을 짧게 할 수 있다고 하는 이점이 있다. 단, 기판(W)의 연마 조건에서 드레싱을 행하게 되므로, 드레싱 조건의 자유도가 작아진다고 하는 제약이 있다.
어느 처리라도, 본 실시 형태의 제어기(6)는, 하기 (1)식을 충족시키도록, 턴테이블(11)의 회전 주기 Ttt 및/또는 드레서(51)의 스캔 주기 Tds를 설정한다.
Figure pat00001
이하에 설명하는 바와 같이, Ttt/Tds 또는 Tds/Ttt가 정수인 경우, 드레서(51)가 연마 패드(11a)를 균일하게 드레싱할 수 없는 경우가 있기 때문이다.
도 2는 Ttt/Tds 또는 Tds/Ttt가 정수인 경우의, 연마 패드(11a) 상에서의 드레서(51)의 궤적을 도시하는 도면이다. 도 2의 (a)∼(c)는 Ttt/Tds＝2, 1, 0.5의 각 케이스에 대해, 드레서(51)가 연마 패드(11a)의 중심과 테두리 사이를 4왕복한 경우의, 연마 패드(11a) 상에서의 드레서(51)의 중심의 궤적을 도시하고 있다. 예를 들어, 도 2의 「C-E1」은, 연마 패드(11a)의 중심으로부터 테두리에의 1회째의 궤적이다. 또한, 「E-C1」은, 연마 패드(11a)의 테두리로부터 중심에의 1회째의 궤적이다. 다른 기호도 마찬가지이다. 또한, 드레서(51)의 시작점은 연마 패드(11a)의 중심[정확하게는, 드레서(51)의 테두리가 연마 패드(11a)의 중심]이다.
도시와 같이, Ttt/Tds 또는 Tds/Ttt가 정수인 경우, 드레서(51)는 연마 패드(11a) 상의 동일한 위치를 반복해서 이동한다. 즉, Ttt/Tds＝2의 경우, 드레서(51)의 1왕복째와 3왕복째가 동일한 궤적이 되고, 2왕복째와 4왕복째가 동일한 궤적이 된다. 또한, Ttt/Tds＝1, 0.5의 경우, 드레서(51)의 1∼4왕복째는 모두 동일한 궤적이 된다.
이와 같이 궤적이 겹치는 이유는, 예를 들어 Ttt/Tds＝1의 경우, 턴테이블(11)이 1주하였을 때에 드레서(51)가 정확히 1왕복하고, 원래의 위치 S1로 복귀되기 때문이다. 더욱 일반적으로는, Ttt/Tds＝n(n은 정수)이면, 턴테이블(11)이 1주하였을 때에 드레서(51)가 정확히 n왕복하고, 드레서(51)가 연마 패드(11a) 상의 원래의 위치 S1로 복귀된다. 또한, Tds/Ttt＝n이면, 드레서(51)가 1왕복하였을 때에 턴테이블(11)이 정확히 n주하고, 역시 드레서(51)가 연마 패드(11a) 상의 원래의 위치 S1로 복귀된다.
결과적으로, Ttt/Tds 또는 Tds/Ttt가 정수인 경우, 연마 패드(11a)의 일부만이 깍여지고, 연마 패드(11a)가 균일해지기 어렵다.
도 3은 Ttt/Tds 및 Tds/Ttt가 비정수인 경우, 연마 패드(11a) 상에서의 드레서(51)의 궤적을 도시하는 도면이다. 도 3의 (a)∼(c)는 Ttt/Tds＝2.7, 1.7, 0.59의 각 케이스에 대해, 드레서(51)가 연마 패드(11a)의 중심과 테두리 사이를 4왕복한 경우의, 연마 패드(11a) 상에서의 드레서(51)의 중심의 궤적을 도시하고 있다. 또한, 드레서(51)의 시작점은 연마 패드(11a)의 중심이다.
도 2의 (a)∼(c)와 도 3의 (a)∼(c)를 각각 비교하면 명백한 바와 같이, Ttt/Tds 및 Tds/Ttt가 비정수인 경우, 드레서(51)는, 적어도 4왕복에 있어서는 궤적이 겹치는 일 없이, 연마 패드(11a) 상의 보다 많은 위치를 이동한다. 도 2에서는 4왕복분의 궤적밖에 도시하고 있지 않지만, 5왕복 이상 함으로써, 연마 패드(11a)의 보다 많은 위치를 드레싱할 수 있다.
이와 같이 드레서(51)가 많은 위치를 이동하는 이유는, 예를 들어 Ttt/Tds＝1.7의 경우, 드레서(51)가 1왕복하였을 때에 턴테이블(11)은 1/1.7주밖에 하고 있지 않고, 드레서(51)는 원래의 위치 S1과는 다른 위치 S2에 있기 때문이다. 이와 같이, Ttt/Tds 및 Tds/Ttt가 비정수인 경우, 드레서(51)가 연마 패드(11a) 상의 원래의 위치 S1로 복귀될 때까지는, 드레서(51)의 왕복 횟수나 턴테이블(11)의 주회수가 많이 걸린다.
결과적으로, Ttt/Tds 및 Tds/Ttt를 비정수로 설정함으로써, 연마 패드(11a)의 많은 위치를 깎을 수 있고, 연마 패드(11a)를 균일하게 할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 Ttt/Tds 및 Tds/Ttt가 비정수이면 되지만, 더욱 바람직한 설정으로서, 1회의 드레싱에 있어서의 드레서(51)의 스캔 횟수를 N으로 할 때, 제어기(6)는, 턴테이블(11)의 회전 주기 Ttt 및 드레서(51)의 스캔 주기 Tds를, 하기 (2)식을 충족시키도록 설정해도 된다.
Figure pat00002
여기서, n은 임의의 정수이다.
도 4는 상기 (2)식을 충족시키는 경우의, 연마 패드(11a) 상에서의 드레서(51)의 궤적을 도시하는 도면이다. 도 4의 (a)∼(c)는 Tds/Ttt＝1.5(n＝1, N＝2), 2.5(n＝2, N＝2), 1.25(n＝1, N＝4)의 각 케이스에 대해, 드레서(51)가 연마 패드(11a)의 중심과 테두리 사이를 2 또는 4왕복한 경우의, 턴테이블(11) 상에서의 드레서(51)의 중심의 궤적을 도시하고 있다. 또한, 드레서(51)의 시작점은 연마 패드(11a)의 중심이다.
N＝2[도 4의 (a), (b)]의 경우, 드레서(51)가 2왕복하였을 때에 처음으로 연마 패드(11a)의 원래의 위치 S1로 복귀된다. 또한, N＝4[도 4의 (c)]의 경우, 드레서(51)가 4왕복하였을 때에 처음으로 연마 패드(11a)의 원래의 위치 S1로 복귀된다.
더욱 일반적으로는, 드레서(51)가 N왕복을 종료하였을 때에 처음으로 연마 패드(11a) 상의 원래의 위치 S1로 복귀된다. 바꾸어 말하면, 1∼(N－1)왕복에 있어서는, 드레서(51)가 연마 패드(11a) 상의 원래의 위치 S1로 복귀되지 않고, 궤적이 겹치지 않는다. 상기 (2)식의 관계를 충족시키는 경우, 턴테이블(11)이 (nN＋1) 회전하였을 때에 드레서(51)가 정확히 N왕복하고, 드레서(51)가 원래의 위치 S1로 복귀되기 때문이다.
결과적으로, N왕복의 사이에 연마 패드(11a)의 동일한 위치를 깎는 일 없이, 한정된 왕복 횟수로 효율적으로 연마 패드(11a)를 드레싱할 수 있다.
또한, 다른 더욱 바람직한 설정으로서, 드레서(51)의 반경을 d, 드레서(51)의 시작점과 연마 패드(11a)의 중심의 거리를 r0으로 할 때, 제어기(6)는, 턴테이블(11)의 회전 주기 Ttt 및 드레서(51)의 스캔 주기 Tds를, 하기 (3)식을 충족시키도록 설정해도 된다.
Figure pat00003
도 5는 거리 r0을 설명하는 도면이다. 도 5의 (a)에 도시하는 바와 같이, 드레서(51)의 시작점이 연마 패드(11a)의 중심(C)인 경우, 드레서(51)의 테두리가 연마 패드(11a)의 중심(C) 상에 있으므로, r0＝d/2이다. 또한, 도 5의 (b)에 도시하는 바와 같이, 드레서(51)의 시작점이 연마 패드(11a)의 테두리인 경우, 드레서(51)의 테두리가 연마 패드(11a)의 테두리 상에 있으므로, r0＝r－d/2[r은 연마 패드(11a)의 반경]이다.
또한, 실제로는, 드레서(51)를 오버행시켜 사용하는 경우가 많다. 그 이유는, 연마 패드(11a)의 테두리까지의 드레서 스캔 동작에서는, 연마 패드(11a)의 테두리 부분의 절삭량이 부족한 경향이 있기 때문이다. 그렇게 하면, 연마 패드(11a)의 평탄도가 열화되고, 열화된 영역이 기판(W)의 연마면과 겹치면 연마 성능에 악영향을 미쳐 버린다. 따라서, 드레서(51)를 연마 패드(11a)의 테두리에서 오버행시키는 경우에는, 거리 r0을 오버행시킨 드레서(51)의 외경과 연마 패드(11a)의 중심간 거리로서 다루는 것이 바람직하다.
도 6은 상기 (3)식을 충족시키는 경우의, 연마 패드(11a) 상에서의 드레서(51)의 궤적을 도시하는 도면이다. 도 6에 있어서, 드레서(51)의 시작점은 연마 패드(11a)의 중심[도 5의 (a) 상당]이다. 그리고, d＝100[㎜], r0＝50[㎜]으로 하고 있고, 상기 (3)식의 우변 제2항 d/2πr0≒0.32이다. 그리고, 도 6의 (a), (b)는 Tds/Ttt＝1.32(＝1＋0.32), 1.68(＝2－0.32)의 각 케이스에 대해, 드레서(51)가 연마 패드(11a)의 중심과 테두리 사이를 4왕복한 경우의, 연마 패드(11a) 상에서의 드레서(51)의 중심의 궤적을 도시하고 있다.
도 6의 (a)에 도시하는 바와 같이, 드레서(51)가 1왕복하여 연마 패드(11a)의 중심으로 복귀되었을 때, 드레서(51)는 연마 패드(11a) 상에 있어서, 시작점 위치 S1로부터 거리 d만큼 드레서(51)의 궤적 전방으로 어긋난 위치 S2에 있다. 이후, 드레서(51)가 1왕복할 때마다, 거리 d만큼 어긋난다.
도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이, 드레서(51)가 1왕복하여 연마 패드(11a)의 중심으로 복귀되었을 때, 드레서(51)는 연마 패드(11a) 상에 있어서, 시작점 위치 S1로부터 거리 d만큼 드레서(51)의 궤적 후방 어긋난 위치 S3에 있다. 이후, 드레서(51)가 1왕복할 때마다, 거리 d만큼 어긋난다.
이와 같이, 드레서(51)가 자신의 직경 d씩 어긋나면서 왕복하므로, 연마 패드(11a)의 주위 방향에 있어서 드레싱되지 않는 영역을 작게 할 수 있다. 특히, 드레서(51)의 시작점을 연마 패드(11a)의 중심으로 함으로써, 연마 패드(11a)의 중심 근방을 구석구석까지 드레싱할 수 있다.
또한, 드레서(51)의 시작점을 연마 패드(11a)의 테두리로 해도 되지만, 그 경우, 거리 d에 비해 원주 2πr0의 값이 커지고, 거리 d씩 어긋나면서 드레서(51)가 원주 2πr0을 1주하는 데 많은 왕복 횟수가 필요해져 버린다. 따라서, 스캔 기구(56)는, 연마 패드(11a)의 중심 근방을 시작점으로 하여 드레서(51)를 요동시키는 것이 바람직하다.
그런데, 연마 패드(11a)의 직경 방향에 있어서 드레싱되지 않는 영역을 작게 하기 위해서는, 턴테이블(11)이 1회전할 때마다, 드레서(51)가 직경 d씩 직경 방향으로 이동하는 것이 바람직하다. 즉, 드레서(51)의 왕복의 평균 스캔 속도를 Vds[㎜/s]로 하면, 상기 (1)∼(3)식의 조건에 더하여, 하기 (4)식을 더 충족시키는 것이 바람직하다.
Figure pat00004
따라서, 제어기(6)는, 상기 (1)∼(3)식 중 어느 하나뿐만 아니라, 상기 (4)식도 충족시키도록, 턴테이블(11)의 회전 주기 Ttt 및/또는 드레서(51)의 스캔 주기 Tds를 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제어기(6)는, 평균 스캔 속도 Vds가 d/Ttt에 가장 가까워지도록, 상기 (2), (3)식의 n을 선택해도 된다.
또한, 드레서(51)의 요동 거리(1왕복에서의 이동 거리)를 L[㎜][도 1에 있어서의 드레서 아암(55)의 길이 및 요동의 각도로 정해짐]로 하고, 드레서(51)의 가감속을 무시하면, 드레서(51)의 평균 스캔 속도 Vds는 하기 (5)식으로 나타내어진다.
Figure pat00005
상기 (4), (5)식으로부터 하기 (6)식이 유도된다.
Figure pat00006
통상의 드레서(51)는 교환 가능하므로, 제어기(6)가 상기 (1)∼(3)식 중 어느 하나를 충족시키도록 턴테이블(11)의 회전 주기 Ttt 및/또는 드레서(51)의 스캔 주기 Tds를 설정하고, 또한 상기 (6)식을 충족시키는 직경 d를 갖는 드레서(51)를 사용하도록 해도 된다. 이에 의해, 상기 (4)식이 충족된다.
그런데, 상술한 바와 같이, 드레싱의 타이밍으로서 병렬 처리와 직렬 처리가 생각되어진다. 상기 (1)∼(3)식에서는, 턴테이블(11)의 회전 주기 Ttt 및 드레서(51)의 스캔 주기 Tds가 제어될 수 있지만, 다음에 설명하는 바와 같이, 병렬 처리의 경우에는 드레서(51)의 스캔 주기 Tds의 설정 자유도가 높고, 직렬 처리의 경우에는 턴테이블(11)의 회전 주기 Ttt의 설정 자유도가 높다.
직렬 처리의 경우, 드레싱을 행하는 기간, 즉, 기판(W)의 연마와 다음 기판(W)의 연마 사이의 기간은 오버헤드 타임이므로, 그다지 길게 할 수는 없다. 구체적으로는, 이 기간은 12∼16초 정도이다. 이 짧은 기간 내에 드레서(51)를 어느 정도의 횟수 왕복시키지 않으면, 충분히 연마 패드(11a)를 드레싱할 수 없다. 제어기(6)는, 이들 제약하에서, 상기 (1)∼(3)식 중 어느 하나를 충족시키도록 턴테이블(11)의 회전 주기 Ttt 및/또는 드레서(51)의 스캔 주기 Tds를 설정한다.
구체적으로는, 상기 드레싱을 행하는 기간을 T0으로 하고, 드레서(51)의 최소 왕복 횟수를 m회로 하면, 제어기(6)는 하기 (7)식을 충족시키도록, 드레서(51)의 스캔 주기 Tds를 설정한다.
Figure pat00007
즉, 드레서(51)를 m회 이상 왕복시키기 위해서는, 제어기(6)는 드레서(51)의 스캔 주기 Tds를 극단적으로 크게 설정할 수는 없고, 상기 (7)식에 기초하는 스캔 주기 Tds의 상한값 T0/m이 존재한다.
한편, 드레싱 중에는 기판(W)의 연마가 행해지지 않으므로, 턴테이블(11)의 회전 주기 Ttt에는 그다지 제한은 없다. 따라서, 제어기(6)는, 우선 상기 (7)식을 충족시키도록 드레서(51)의 스캔 주기 Tds를 설정하고, 또한, 상기 (1)∼(3)식 중 어느 하나를 충족시키도록 턴테이블(11)의 회전 주기 Ttt를 설정할 수 있다.
단, 회전 주기 Ttt를 지나치게 짧게 하면, 드레싱액 공급 노즐(4)로부터 공급되는 드레싱액의 영향으로 드레서(51)가 부상하고(하이드로플레이닝 현상이라 함), 연마 패드(11a)가 깎여지지 않게 되는 경우가 있다. 그로 인해, 회전 주기 Ttt는 하이드로플레이닝 현상이 발생하지 않는 범위에서 설정할 필요가 있다.
병렬 처리의 경우, 드레싱 중에 기판(W)의 연마도 행해지고 있다. 그로 인해, 턴테이블(11)의 회전 주기 Ttt는 기판(W)의 연마 조건에서 정해지고, 드레싱의 사정으로 설정하는 것은 어렵다. 한편, 드레싱을 행하는 기간을 짧게 할 필요는 없으므로, 드레서(51)의 스캔 주기 Tds에는 그다지 제한은 없다. 따라서, 제어기(6)는, 기판(W)의 연마 조건에서 정해지는 턴테이블(11)의 회전 주기 Ttt에 대해, 상기 (1)∼(3)식 중 어느 하나를 충족시키도록 드레서(51)의 스캔 주기 Tds를 설정할 수 있다.
또한, 직렬 처리라도 병렬 처리라도, 제어기(6)는 드레서(51)의 왕복 주기 Ts를 극단적으로 작게 설정할 수는 없다. 스캔 기구(56), 더욱 구체적으로는, 요동 모터 드라이버(562)나 요동 모터(563)의 능력에 따른, 드레서(51)의 이동 속도의 한계가 있기 때문이다.
이하, 도 7을 사용하여 구체예를 설명한다. 본 예에서는, 드레서(51)의 직경 d＝100[㎜], 턴테이블(11)의 회전 주기 Ttt＝0.666[s], 드레서(51)의 시작점[연마 패드(11a)의 중심으로 함]과 연마 패드(11a)의 중심의 거리 r0＝50[㎜], 드레서(51)의 왕복 거리 L＝620[㎜]을 가정하고 있다. 이 상황에서, 상기 (3)식을 충족시키는 드레서(51)의 스캔 주기 Tds를 산출한다.
상기 (3)식에 수치를 대입하면 하기 (3’), (3’’)식이 얻어진다.
Figure pat00008
Figure pat00009
여기서, 또한 상기 (4)식을 충족시키는 드레서(51)의 스캔 주기 Tds를 검토한다. 상기 (4)식에 수치를 대입하면 하기 (4’)식이 얻어진다.
Figure pat00010
또한, 드레서(51)의 가감속을 무시하고, 상기 (5)식에 수치 및 상기 (4’)식의 결과를 대입하면 하기 (5’)식이 얻어진다.
Figure pat00011
정확성을 향상시키기 위해, 드레서(51)의 가감속을 고려한다. 연마 패드(11a)의 중심 및 테두리 부근에서의 가속도를 500㎜/s2로 하면, 상기 드레서(51)의 스캔 속도 Vds＝150[㎜/s]에 도달할 때까지 필요로 하는 시간은 0.3[s]이다. 그리고, 1왕복에 있어서 가감속이 4회 발생하므로, 가감속의 합계 시간은 1.2[s]이다. 따라서, 드레서(51)의 스캔 주기 Tds는 하기 (5’’)식이 된다.
Figure pat00012
따라서, 이 값 4.73[s]에 가까운 것은 상기 (3’)식의 4.87(n＝7)이다. 따라서, 제어기(6)는 드레서(51)의 스캔 주기 Tds를 4.87[s]로 하는 것이 최적이다. Tds/Ttt＝4.87/0.666＝7.31이 되어 비정수이다.
이와 같이, 제1 실시 형태에서는, 턴테이블(11)의 회전 주기 Ttt 및 드레서(51)의 스캔 주기 Tds에 대해, 드레싱 시에, Tds/Ttt 및 Ttt/Tds가 비정수가 되도록 한다. 그로 인해, 연마 패드(11a)의 많은 위치를 드레싱할 수 있고, 연마 패드(11a)를 균일하게 할 수 있다.
(제2 실시 형태)
상술한 제1 실시 형태는, 드레서(51)의 궤적이 겹치지 않는 것, 바꾸어 말하면, 연마 패드(11a)의 가능한 한 많은 위치를 연마하는 것에 주안을 두고 있었다. 이에 반해, 다음에 설명하는 제2 실시 형태에서는, 드레서(51)의 위치에 따라 연마 패드(11a)의 절삭량이 변동하는 것을 억제하는 것이다.
단위 시간당 드레서(51)가 연마 패드(11a)를 깎는 양(이하, 단순히 「절삭 레이트」라고도 함)은, 드레서(51)와 연마 패드(11a) 사이의 상대 속도 V에 비례한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 드레서(51)가 턴테이블(11)보다 충분히 작은 것으로 하여, 드레서(51)의 중심에 있어서의 상대 속도 V를 생각한다. 또한, 드레서(51)와 연마 패드(11a) 사이의 마찰 계수가 일정하다고 하면, 절삭 레이트는 연마 패드(11a)에 대한 드레서(51)의 압박력 F에도 비례한다. 결국, 절삭 레이트는 상대 속도 V와 압박력 F의 곱에 비례한다.
한편, 드레서(51)가 연마 패드(11a) 상의 어느 위치를 깎고 있는 시간(이하, 단순히 「절삭 시간」이라고도 함)은, 연마 패드(11a) 상의 당해 위치의 속도에 반비례한다. 이 속도는, 연마 패드(11a) 상의 당해 위치[즉, 드레서(51)가 있는 위치]의, 연마 패드(11a)의 중심으로부터의 거리 r에 비례한다. 결국, 절삭 시간은 드레서(51)와 연마 패드(11a)의 중심의 거리 r에 반비례한다.
상기 상대 속도 V, 압박력 F 및 거리 r은 시시각각 변화할 수 있으므로, 시각 t에 있어서의 값을 각각 V(t), F(t), r(t)라고 표기한다.
드레서(51)가 연마 패드(11a) 상의 어느 위치를 깎는 양(이하, 단순히 「절삭량」이라고도 함)은, 절삭 레이트와, 절삭 시간의 곱이다. 이상으로부터, 절삭량은, 상대 속도 V(t)와 압박력 F(t)의 곱에 비례하고, 또한 거리 r(t)에 반비례한다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 드레서(51)의 위치(즉, 시각 t)에 상관없이 절삭량이 일정해지도록, 제어기(6)는 하기 (7)식을 충족시키는 제어를 행한다.
Figure pat00013
거리 r(t)의 제어는 곤란하므로, 제어기(6)는 상기 (7)식을 충족시키도록 상대 속도 V(t) 및/또는 압박력 F(t)를 제어한다.
본 실시 형태에서는 드레서(51)의 중심에 있어서의 상대 속도 V(t)를 생각하고 있으므로, 상대 속도 V(t)는, 턴테이블(11)의 속도[즉, 2πr(t)/Ttt＝2πr(t)*Ntt/60] 및 드레서(51)의 스캔 속도 Vds[㎜/s]로 정해진다. 따라서, 제어기(6)는, 상대 속도 V(t)를 제어하는 경우, 턴테이블(11)의 회전 속도 Ntt 및/또는 드레서(51)의 스캔 속도 Vds를 조정하면 된다.
단, 본 실시 형태에서는, 드레서(51)는 연마 패드(11a)의 중심과 테두리 사이를 직선 형상이 아니라 원호 형상으로 왕복하고 있고, 드레서(51)의 스캔 속도 Vds는 직경 방향 성분뿐만 아니라 주위 방향 성분을 갖는다. 그 경우, 제어기(6)는, 드레서(51)의 스캔 속도 Vds가 아니라, 턴테이블(11)의 회전 속도 Ntt를 조정하는 것이 바람직하다.
턴테이블(11)의 회전 방향과, 드레서(51)의 스캔 속도 Vds의 주위 방향 성분이 일치하는 경우, 상대 속도 V(t)는 작아지고, 절삭 레이트가 작아진다. 절삭 시간을 길게 하기 위해 드레서(51)의 스캔 속도 Vds를 작게 해 버리면, 드레서(51)가 연마 패드(11a) 상을 왕복하는 횟수가 줄어들어 충분히 드레싱할 수 없다. 그로 인해, 제어기(6)는, 상기 (7)식을 충족시키기 위해, 드레서(51)의 스캔 속도 Vds는 일정하게 하고, 턴테이블(11)의 회전 속도 Ntt를 조정하는 것이 바람직하다.
또한, 턴테이블(11)의 회전 방향과, 드레서(51)의 스캔 속도 Vds의 주위 방향 성분이 반대 방향인 경우, 상대 속도 V(t)는 커진다. 따라서, 절삭 레이트가 커진다. 절삭 시간을 짧게 하기 위해 드레서(51)의 스캔 속도 Vds를 크게 해 버리면, 상대 속도 V(t)가 더욱 커져 버린다. 그로 인해, 제어기(6)는, 상기 (7)식을 충족시키기 위해, 역시 드레서(51)의 스캔 속도 Vds는 일정하게 하고, 턴테이블(11)의 회전 속도 Ntt를 조정하는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 (7)식을 충족시키기 위한 제어의 일례로서, 제어기(6)는, 압박력 F(t)를 일정하게 하고, 거리 r(t)에 따라, 턴테이블(11)의 회전 속도 Ntt를 수시 조정하는 것이 생각되어진다. 이 경우, 드레싱의 타이밍으로서는 직렬 처리를 채용하는 것이 바람직하다. 병렬 처리에서는, 턴테이블(11)의 회전 속도 Ntt는 연마 조건에서 정해지고, 드레싱의 사정으로 설정하는 것은 어렵기 때문이다.
또한, 상기 (7)식을 충족시키기 위한 제어의 다른 예로서, 제어기(6)는, 턴테이블(11)의 회전 속도 Ntt를 일정하게 하고, 거리 r(t)에 따라, 압박력 F(t)를 조정해도 된다. 이 경우, 드레싱의 타이밍으로서는, 직렬 처리여도 병렬 처리여도 상관없다.
또한, 드레서(51)와 연마 패드(11a)의 접촉 면적은 일정하므로, 압박력 F(t)는 연마 패드(11a)에 대한 드레서(51)의 압력 P(t)에 비례한다. 그로 인해, 상기 (7)식에 있어서, 압박력 F(t) 대신에 압력 P(t)를 사용해도 된다.
이와 같이, 제2 실시 형태에서는, V(t)F(t)/r(t)가 일정해지도록 제어한다. 그로 인해, 드레서(51)의 위치에 관계없이 연마 패드(11a)의 절삭량을 일정하게 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태는, 제1 실시 형태와 조합해도 된다. 즉, 상기 (1)∼(3)식 중 어느 하나[경우에 따라서는 상기 (4)식도]를 충족시키고, 또한 V(t)F(t)/r(t)가 일정해지도록 제어해도 된다.
(제3 실시 형태)
상술한 제2 실시 형태에서는, 드레서(51)와 연마 패드(11a) 사이의 마찰 계수가 일정하다고 하고 있었다. 그러나, 실제로는 마찰 계수가 변동하는 경우도 있다. 따라서, 다음에 설명하는 제3 실시 형태에서는, 마찰 계수의 변동도 고려한 제어를 행하는 것이다.
일반적으로, 2 물체간의 마찰 계수는 이들의 상대 속도 및 서로의 압박력에 따라 변동한다. 이 관계는 스트리벡 커브라 한다. 본 실시 형태에 있어서는, 드레서(51)와 연마 패드(11a) 사이의 마찰 계수 z는, 상대 속도 V와, 연마 패드(11a)에 대한 드레서(51)의 압박력 F에 따라 변동한다.
도 8은 스트리벡 커브를 모식적으로 나타내는 도면이다. 횡축은, 상대 속도 V와 압박력 F의 비 V/F이며, 종축은 마찰 계수 z이다. 도시와 같이, 비 V/F에 상관없이 마찰 계수 z가 거의 일정한 영역 a와, 비 V/F에 따라 마찰 계수 z가 변동하는 영역 b∼e가 있다. 드레서(51)가 영역 a에서 동작하고 있으면, 드레서(51)의 위치에 따라 상대 속도 V가 변동해도, 마찰 계수 z는 일정하다. 따라서, 제어기(6)는, 마찰 계수 z와 비 V/F의 관계를 모니터하고, 드레서(51)가 영역 a에서 동작하도록, 상대 속도 V 및/또는 압박력 F를 조정하면 된다. 이 관계는 다음과 같이 하여 모니터할 수 있고, 제어기(6)는 이 관계를 도시하지 않은 디스플레이에 표시해도 된다.
압박력 F(t)는, 전공 레귤레이터(531)로부터 실린더(532)에 공급되는 압력 P와 실린더(532)의 면적의 곱으로부터[혹은, 드레서(51)와 실린더(532) 사이의 축 상에 설치한 로드셀(도시하지 않음)로부터] 취득된다. 또한, 압박력 F와 상기 압력 P는 비례하므로, 압박력 F 대신에 압력 P를 사용해도 되는 것은 상술한 바와 같다.
본 실시 형태에서는 드레서(51)의 중심에 있어서의 상대 속도 V(t)를 생각하고 있으므로, 상대 속도 V는, 턴테이블(11)의 속도[즉, 2πr(t)/Ttt＝2πr(t)*Ntt/60, r(t)는 드레서(51)와 연마 패드(11a)의 중심의 거리], 및 드레서(51)의 스캔 속도 Vds[즉, L/Tds, L은 드레서(51)의 1왕복에 있어서의 요동 거리]로 정해진다. 턴테이블(11)의 회전 속도 Ntt 및 드레서(51)의 스캔 주기 Tds는, 제어기(6)가 제어 가능하므로, 제어기(6)가 파악할 수 있다. 드레서(51)의 왕복 거리 L은 기지이다. 거리 r(t)는 스캔 기구(56)의 검출기에 의해 검출된다.
마찰 계수 z는, 압박력 F와, 실제로 드레서(51)가 연마 패드(11a)를 깎는 힘 f의 비 f/F이다. 깎는 힘 f는, 연마 패드(11a)에 작용하는 수평 방향의 힘 Fx와 거의 동등하므로, 드레싱에 의한 턴테이블(11)의 토크[턴테이블(11)의 토크 Tr과, 드레서(51)가 연마 패드(11a)에 접촉하지 않는 경우의 정상 토크 Tr0의 차분]를, 거리 r로 제산함으로써 취득된다. 여기서, 토크 Tr은, 전류 검출기(123)에 의해 검출되는 구동 전류 I와, 턴테이블 모터(122)에 고유의 토크 상수 Km[Nm/A]을 곱함으로써 취득된다.
이상과 같이 하여, 마찰 계수 z, 상대 속도 V(t) 및 압박력 F를 시각 t마다 취득함으로써 마찰 계수 z를 모니터할 수 있고, 제어기(6)는 드레서(51)가 스트리벡 곡선에 있어서의 어느 영역에서 동작하고 있는지를 파악할 수 있다. 따라서, 드레서(51)가 영역 b∼e에서 동작하고 있는 경우, 제어기(6)는, 드레서(51)가 영역 a에서 동작하도록, 압박력 F(또는 압력 P) 및/또는 상대 속도 V(t)를 제어하면 된다. 결과적으로, 드레서(51)와 연마 패드(11a) 사이의 마찰 계수가 일정해지고, 연마 패드(11a)를 균일하게 할 수 있다.
(제4 실시 형태)
제4 실시 형태에 있어서의 제어기(6)는, 제1∼제3 실시 형태 중 어느 하나에서 설정된 조건에서 턴테이블(11) 및 드레서(51)를 제어한다. 단, 드레서(51) 및 연마 패드(11a)의 마모를 방지하기 위해, 제어기(6)는, 드레서(51)가 연마 패드(11a)와는 접촉하지 않고 연마 패드(11a)의 상방에 있는 상태에서, 턴테이블(11) 및 드레서(51)를 동작시킨다. 소위 「공 레시피」라 하는 것이다.
상기한 조건은 계산상 얻어지는 조건이지만, 실제로는, 연마 장치의 하드웨어 제약이나 통신 속도, 소프트웨어 처리의 사정으로, 조건대로 턴테이블(11) 및 드레서(51)가 동작할 수 없는 경우도 있다. 따라서, 제어기(6)는 공 레시피를 사용하여 동작시키고, 실제의 턴테이블(11)의 회전 속도 Ntt, 드레서(51)의 스캔 속도 Vds, 드레서(51)의 위치 r을 정기적으로 취득한다. 그리고, 이들 값에 기초하여, 제어기(6)는, 도 2∼4 및 도 6에 도시하는 바와 같은, 연마 패드(11a) 상에서의 드레서(51)의 궤적을 산출한다. 이 궤적이 디스플레이에 표시되어도 된다. 이 궤적에 기초하여, 연마 패드(11a)를 균일하게 드레싱할 수 있는지 여부를 판단할 수 있다. 이 판단은 사람이 행해도 되고 제어기(6)가 행해도 된다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 제어기(6)는 공 레시피를 사용하여 턴테이블(11) 및 드레서(51)를 동작시킨다. 그로 인해, 턴테이블(11) 및 드레서(51)를 마모시키는 일 없이, 설정된 조건에서 동작시켰을 때에 연마 패드(11a)를 균일하게 드레싱할 수 있는지 여부를 체크할 수 있다.
(제5 실시 형태)
제5 실시 형태에 있어서의 제어기(6)는 자립 제어를 행하는 것이다. 본 실시 형태에 있어서의 제어기(6)는, 연마 패드(11a)를 균일하게 드레싱할 수 있는 드레싱 조건과, 균일하게 드레싱할 수 없는 드레싱 조건을 미리 데이터베이스에 유지하고 있는 것으로 한다. 전자는, 예를 들어 상기 (1)∼(3)식을 충족시키고, 또한 제4 실시 형태에서 나타낸 체크에 의해 좋은 결과가 얻어진 조건이다. 후자는, 예를 들어 상기 (1)∼(3)식을 충족시키지 않는 조건이나, 충족시켰다고 해도 제4 실시 형태에서 나타낸 체크에 의해 좋은 결과가 얻어지지 않은 조건이다.
또한, 여기에서의 드레싱 조건이라 함은, 예를 들어 턴테이블(11)의 회전 주기 Ttt, 드레서(51)의 스캔 주기 Tds, 드레서(51)의 스캔 속도 Vds, 압박력 F(t), 압력 P(t) 등, 혹은 이들의 관계를 말한다.
도 9는 제5 실시 형태에 있어서의 제어기(6)의 처리 동작의 일례를 나타내는 흐름도이다. 제어기(6)는 드레싱 조건을 설정할 때의 제약 조건을 수취한다(스텝 S1). 제약 조건은, 예를 들어 직렬 처리를 행하는 경우의 턴테이블(11)의 회전 속도 Ntt나, 연마 장치의 머신 콘스탄트[드레서(51)의 스캔 속도 Vds의 최댓값 등]이다.
계속해서, 제어기(6)는, 데이터베이스를 참조하고, 제약 조건을 충족시키고, 연마 패드(11a)를 균일하게 드레싱할 수 있는 드레싱 조건의 유무를 확인한다(스텝 S2).
있는 경우(스텝 S2의 "예"), 제어기(6)는 해당하는 드레싱 조건을 출력한다(스텝 S3).
없는 경우(스텝 S2의 "아니오"), 제어기(6)는 상술한 제1∼제3 실시 형태에서의 방법으로 드레싱 조건을 산출한다(스텝 S4). 그리고, 제어기(6)는 데이터베이스를 참조하고, 산출된 결과가, 연마 패드(11a)를 균일하게 할 수 없는 드레싱 조건과 일치하지 않는지 확인한다(스텝 S5). 일치해 버리는 경우(스텝 S5의 "예"), 제어기(6)는 다른 드레싱 조건을 산출한다(스텝 S4). 일치하지 않는 경우, 제4 실시 형태에서 설명한 체크를 행한다(스텝 S6).
얻어진 드레서(51)의 궤적에 기초하여, 연마 패드(11a)를 균일하게 할 수 없다고 판단되는 경우(스텝 S6의 "아니오"), 다른 드레싱 조건을 산출한다(스텝 S4).
얻어진 드레서(51)의 궤적에 기초하여, 연마 패드(11a)를 균일하게 할 수 있다고 판단되는 경우(스텝 S6의 "예"), 스텝 S4에서 산출된 드레싱 조건을 데이터베이스에 추가(스텝 S7)하고, 출력한다(스텝 S3).
또한, 스텝 S6의 공 레시피를 사용한 체크 후, 또한 실제로 드레싱을 행하여 연마 패드(11a)를 균일하게 드레싱할 수 있는 것을 확인해도 된다. 또한, 일부의 스텝을 생략하는 등, 도 9의 흐름도를 적절히 변경해도 되는 것은 물론이다.
이와 같이, 제5 실시 형태에서는, 제어기(6)가 자립 제어를 행한다. 그로 인해, 효율적으로 연마 패드(11a)를 균일하게 드레싱할 수 있는 드레싱 조건을 얻을 수 있다.
상술한 실시 형태는, 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 사람이 본 발명을 실시할 수 있는 것을 목적으로 하여 기재된 것이다. 상기 실시 형태의 다양한 변형예는, 당업자라면 당연히 이룰 수 있는 것이며, 본 발명의 기술적 사상은 다른 실시 형태에도 적용할 수 있는 것이다. 따라서, 본 발명은 기재된 실시 형태에 한정되는 일은 없고, 특허 청구 범위에 의해 정의되는 기술적 사상에 따른 가장 넓은 범위로 해야 한다.
11 : 턴테이블
11a : 연마 패드
12 : 턴테이블 회전 기구
51 : 드레서
53 : 압박 기구
56 : 스캔 기구
6 : 제어기

Claims (16)

  1. 기판을 연마하는 연마 패드가 설치된 턴테이블과,
    상기 턴테이블을 회전시키는 턴테이블 회전 기구와,
    상기 연마 패드를 드레싱하는 드레서와,
    상기 연마 패드에 대해 상기 드레서를 압박시키는 압박 기구와,
    상기 드레서를 회전시키는 드레서 회전 기구와,
    상기 드레서를 상기 연마 패드의 제1 위치와 제2 위치 사이를 스캔시키는 스캔 기구를 구비하고,
    상기 턴테이블의 회전 방향과 상기 드레서의 회전 방향은 동일하고,
    상기 턴테이블의 회전축과 상기 드레서의 회전축은 서로 평행하고,
    시각 t에 있어서, 상기 드레서와 상기 연마 패드 사이의 상대 속도를 V(t), 상기 턴테이블의 중심과 상기 드레서의 중심의 거리를 r(t), 상기 연마 패드에 대한 상기 드레서의 압박력 또는 압력을 A(t)로 하면, V(t)A(t)/r(t)가 대략 일정한, 연마 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    V(t)A(t)/r(t)가 대략 일정해지도록, 상기 V(t) 및/또는 상기 A(t)를 제어하는 제어기를 구비하는, 연마 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 드레서와 상기 연마 패드 사이의 마찰 계수가 일정해지도록, 상기 V(t) 및/또는 상기 A(t)를 제어하는 제어기를 구비하는, 연마 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 V(t)와, 상기 A(t)와, 상기 드레서가 상기 연마 패드를 실제로 드레싱하는 힘에 기초하여 상기 마찰 계수를 산출하는, 연마 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 드레서가 상기 연마 패드에 접촉하지 않는 상태에서, 상기 턴테이블 회전 기구를 제어하여 상기 턴테이블을 회전시킴과 함께, 상기 스캔 기구를 제어하여 상기 드레서를 스캔시키고, 상기 연마 패드 상에서의 상기 드레서의 궤적을 모니터하는 제어기를 구비하는, 연마 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 드레서의 스캔 속도를 일정하게 하고, 상기 V(t)A(t)/r(t)가 대략 일정해지도록, 상기 턴테이블의 회전 속도를 제어하는 제어기를 구비하는, 연마 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 A(t)를 일정하게 하고, 상기 V(t)A(t)/r(t)가 대략 일정해지도록, 상기 r(t)에 따라서, 상기 턴테이블의 회전 속도를 제어하는 제어기를 구비하는, 연마 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 턴테이블의 회전 속도를 일정하게 하고, 상기 V(t)A(t)/r(t)가 대략 일정해지도록, 상기 r(t)에 따라서, 상기 A(t)를 제어하는 제어기를 구비하는, 연마 장치.
  9. 기판을 연마하는 연마 패드가 설치된 턴테이블과,
    상기 턴테이블을 회전시키는 턴테이블 회전 기구와,
    상기 연마 패드를 드레싱하는 드레서와,
    상기 연마 패드에 대해 상기 드레서를 압박시키는 압박 기구와,
    상기 드레서를 회전시키는 드레서 회전 기구와,
    상기 드레서를 상기 연마 패드의 제1 위치와 제2 위치 사이를 스캔시키는 스캔 기구를 구비한 연마 장치의 제어 방법이며,
    상기 턴테이블의 회전 방향과 상기 드레서의 회전 방향은 동일하고,
    상기 턴테이블의 회전축과 상기 드레서의 회전축은 서로 평행하고,
    시각 t에 있어서, 상기 드레서와 상기 연마 패드 사이의 상대 속도를 V(t), 상기 턴테이블의 중심과 상기 드레서의 중심의 거리를 r(t), 상기 연마 패드에 대한 상기 드레서의 압박력 또는 압력을 A(t)로 하면, V(t)A(t)/r(t)가 대략 일정해지도록, 상기 턴테이블 회전 기구, 상기 압박 기구 및 상기 스캔 기구를 제어하는, 연마 장치의 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 드레서의 스캔 속도를 일정하게 하고, 상기 V(t)A(t)/r(t)가 대략 일정해지도록, 상기 턴테이블의 회전 속도를 제어하는, 연마 장치의 제어 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 A(t)를 일정하게 하고, 상기 V(t)A(t)/r(t)가 대략 일정해지도록, 상기 r(t)에 따라서,상기 턴테이블의 회전 속도를 제어하는, 연마 장치의 제어 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 턴테이블의 회전 속도를 일정하게 하고, 상기 V(t)A(t)/r(t)가 대략 일정해지도록, 상기 r(t)에 따라서, 상기 A(t)를 제어하는, 연마 장치의 제어 방법.
  13. 기판을 연마하는 연마 패드가 설치된 턴테이블과,
    상기 턴테이블을 회전시키는 턴테이블 회전 기구와,
    상기 연마 패드를 드레싱하는 드레서와,
    상기 연마 패드에 대해 상기 드레서를 압박시키는 압박 기구와,
    상기 드레서를 상기 연마 패드의 제1 위치와 제2 위치 사이를 스캔시키는 스캔 기구를 구비하는 연마 장치에 있어서의 드레싱 조건을 출력하는 방법이며,
    제약 조건을 수신하는 스텝과,
    상기 연마 패드를 균일하게 드레싱할 수 있는 드레싱 조건인 제1 조건과, 상기 연마 패드를 균일하게 드레싱할 수 없는 드레싱 조건인 제2 조건을 미리 기억한 데이터 베이스를 참조하고, 상기 제약 조건을 충족시키는 상기 제1 조건이 기억되어 있는 경우에, 그 제1 조건을 출력하는 스텝과,
    상기 제약 조건을 충족시키는 상기 제1 조건이 기억되어 있지 않은 경우에, 드레싱 조건을 산출하는 스텝과,
    상기 데이터 베이스를 참조하고, 상기 산출된 드레싱 조건과 상기 제2 조건이 일치하지 않는 경우에, 산출된 상기 드레싱 조건을 출력하는 스텝을 구비하고,
    상기 드레싱 조건을 산출하는 스텝에서는, 시각 t에 있어서, 상기 드레서와 상기 연마 패드 사이의 상대 속도를 V(t), 상기 턴테이블의 중심과 상기 드레서의 중심의 거리를 r(t), 상기 연마 패드에 대한 상기 드레서의 압박력 또는 압력을 A(t)로 하면, V(t)A(t)/r(t)가 대략 일정해지도록, 상기 드레싱 조건을 산출하는, 드레싱 조건 출력 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 산출된 드레싱 조건과 상기 제2 조건이 일치하지 않는 경우에, 상기 산출된 드레싱 조건을 상기 데이터 베이스에 추가하는 스텝을 구비하는, 드레싱 조건 출력 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 산출된 드레싱 조건과 상기 제2 조건이 일치하지 않는 경우에, 상기 산출된 드레싱 조건으로, 상기 드레서가 상기 연마 패드에 접촉하지 않는 상태에서, 상기 턴테이블 회전 기구를 제어하여 상기 턴테이블을 회전시킴과 함께, 상기 스캔 기구를 제어하여 상기 드레서를 스캔시키고, 상기 연마 패드 상에서의 상기 드레서의 궤적을 모니터함으로써, 상기 연마 패드를 균일하게 드레싱할 수 있는지 여부를 체크하는 스텝을 구비하고,
    그 체크의 결과, 상기 연마 패드를 균일하게 드레싱할 수 있는 경우에, 상기 산출된 드레싱 조건을 출력하는, 드레싱 조건 출력 방법.
  16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산출된 드레싱 조건과 상기 제2 조건이 일치하는 경우에, 별도의 드레싱 조건을 산출하는 스텝을 구비하는, 드레싱 조건 출력 방법.
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