JP2001198794A - 研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 研磨面の状態変化を簡便に測定でき、研磨面
のドレッシングのタイミング及び研磨面を構成する部材
の交換時期を適切に判定し、基板の研磨面を高品質に研
磨できる研磨装置を提供すること。 【解決手段】 トップリング、研磨面１２ａを有するタ
ーンテーブル１２及び該研磨面を再生するドレッサ１１
を具備し、各々独立して回転するトップリングとターン
テーブル１２の研磨面１２ａの間に被研磨物を介在さ
せ、該被研磨物を研磨すると共に、所定のタイミングで
研磨面１２ａをドレッサ１１により再生することができ
る研磨装置において、ターンテーブル１２の研磨面１２
ａの性状を観測するセンサー１３等を具備する性状測定
器を設け、ドレッサ１１で研磨面１２ａの再生を行う
際、該性状測定器で該研磨面１２ａの性状を観測し、観
測結果を表示する表示器２１を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は研磨装置に係り、特
に半導体ウエハ等の被研磨基板を平坦且つ鏡面状に研磨
する研磨装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体ウエハ等の基板を平坦且つ
鏡面状に研磨する研磨装置は、研磨布又は砥石を設置し
たターンテーブルとトップリングとを具備し、該ターン
テーブルの研磨布又は砥石とトップリングのトップリン
グヘッドの間に被研磨基板を介在させ所定の圧力で押圧
し、各々回転するターンテーブルとトップリングヘッド
の相対運動により、被研磨基板を研磨する構成である。

【０００３】上記研磨装置のうち、ターンテーブルに研
磨布を設置した研磨装置においては研磨布の研磨部に砥
液を供給し、砥石を設置した研磨装置では砥石の研磨部
に水を供給している（なお、砥石に潤滑液体を含浸させ
ることで外部から液体供給を不用としたものもある）。
この研磨工程によって被研磨基板の表面を平坦且つ鏡面
状に研磨している。研磨終了後は被研磨基板をトップリ
ングヘッドから離脱させ、通常洗浄工程へと移送する。

【０００４】上記研磨装置において、上記研磨時、トッ
プリングヘッドに保持された被研磨基板が研磨布又は砥
石に押圧されることにより、研磨布の目がつぶれたり、
砥石表面の凹凸がつぶれたり、研磨布や砥石の研磨面の
傾きが許容値以上となった場合、本来要求される状態の
研磨面に修正するために、ドレッシングという目立て作
業を行なっている。

【０００５】しかしながら、従来のこの種の研磨装置で
は基板の研磨枚数や研磨時間等によりドレッシングのタ
イミングを管理したり、研磨面の変化を知るために研磨
布をターンテーブルから剥がし、更に研磨布の軟質部分
を剥がして研磨布の硬質部分の厚さ等の形状変化を測定
する必要があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の点に鑑
みてなされたもので、研磨面の状態変化を簡便に測定で
き、研磨面のドレッシングのタイミング及び研磨面を構
成する部材の交換時期を適切に判定し、基板の研磨面を
高品質に研磨できる研磨装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１に記載の発明は、トップリング、研磨面を有す
るターンテーブル及び該研磨面を再生するドレッサを具
備し、各々独立して回転するトップリングとターンテー
ブルの研磨面の間に被研磨物を介在させ、該被研磨物を
研磨すると共に、所定のタイミングで研磨面をドレッサ
により再生することができる研磨装置において、ターン
テーブルの研磨面の性状を観測する性状測定器を設け、
ドレッサで研磨面の再生を行う際、該性状測定器で該研
磨面の性状を観測し、観測結果を表示する表示手段を設
けたことを特徴とする。

【０００８】ターンテーブルの研磨面の性状を観測する
性状測定器を設け、ドレッサで研磨面の再生を行う際、
研磨面の性状を観測し、観測結果を表示手段に表示する
ので、研磨面の性状を簡単に知ることができる。

【０００９】また、性状測定器は揺動するトップリング
若しくはドレッサの各々の回転しない部位に装着する。
また、性状測定器のセンサー部には変位センサーを用い
る。

【００１０】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の研磨装置において、性状測定器のセンサー部は
トップリング若しくはドレッサのアーム部に対して独立
に昇降移動可能に設けていることを特徴とする。

【００１１】上記のように性状測定器のセンサー部はト
ップリング若しくはドレッサのアーム部に対して独立に
昇降移動可能に設けているので、センサー部の研磨面に
対する位置の調整が容易となり、センサー部を研磨面の
性状測定に最適な位置に調整することが容易となる。

【００１２】また、性状測定器のセンサー部の少なくと
も接液部は耐薬品性を有する材料で構成し、砥液やドレ
ッシング液に対してセンサー部が腐食しないようにす
る。これによりセンサー部の耐久性が向上する。

【００１３】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
又は２に記載の研磨装置において、性状測定器で測定す
る研磨面の範囲がドレッサで再生される研磨面の範囲よ
り広く設定できることを特徴とする。

【００１４】上記のように性状測定器で測定する研磨面
の範囲がドレッサで再生される研磨面の範囲より広く設
定できるので、ドレッサで再生できる研磨面の性状は確
実に測定できる。

【００１５】また、請求項４に記載の発明は、請求項１
又は２又は３に記載の研磨装置において、性状測定器で
測定した研磨面の初期の測定状態とドレッサで所定回数
再生した後の測定状態とを比較し、研磨面を構成する部
材の交換時期を判定する研磨面交換時期判定手段を具備
することを特徴とする。

【００１６】上記のように、研磨面交換時期判定手段を
具備することにより、研磨面の初期の測定状態とドレッ
サで所定回数再生した後の測定状態とを比較し、研磨面
を構成する部材を最適なタイミングで交換することがで
きる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例を図
面に基づいて説明する。図１は本発明に係る研磨装置の
構成を示す図である。本研磨装置は研磨部１０、計測ボ
ックス２０、記録部３０からなる。

【００１８】研磨部１０は被研磨基板を保持するトップ
リング（図示せず）、研磨面を有するターンテーブル１
２、研磨面を再生するドレッサ１１を具備し、各々独立
して回転する前記トップリングとターンテーブル１２の
研磨面１２ａ（ターンテーブル１２の上面に貼り付けた
研磨布上面）の間に被研磨基板を介在させ、該被研磨基
板を研磨すると共に、所定のタイミングで研磨面をドレ
ッサ１１により再生することができるようになってい
る。

【００１９】計測ボックス２０内には表示器２１及び電
源供給部２２を具備し、記録部３０はデータ収集システ
ム３１及びパソコン３２を具備する。研磨部１０には、
更にターンテーブル１２の研磨面の性状を測定するセン
サー１３、ドレッサ旋回スイッチ１４、フォトマイクロ
センサー１５及びアンプ１６が設けられている。

【００２０】センサー１３で測定された研磨面の測定信
号は配線Ｌ１（この配線Ｌ１は極力短くする）を通して
アンプ１６に送られ増幅される。増幅された測定信号は
ノイズに強い配線Ｌ２を通して計測ボックス２０の表示
器２１に送られ、ここで研磨面の性状状態を表示すると
共に、該測定信号はノイズに強い配線Ｌ３を通して記録
部３０のデータ収集システム３１に送られる。計測ボッ
クス２０の電源供給部２２はノイズに強い配線Ｌ４及び
Ｌ５を通してそれぞれ表示器２１及び研磨部１０のアン
プ１６に電源を供給している。

【００２１】ドレッサ１１はドレッサヘッド１１ａを具
備し、該ドレッサヘッド１１ａは上下動及び図示しない
旋回アームにより旋回可能となっている。該ドレッサヘ
ッド１１ａには研磨面１２ａを再生するためのドレッシ
ングツール１１ｃが回転軸１１ｂにより回転可能に取り
付けられている。

【００２２】ドレッサヘッド１１ａには前記センサー１
３が取り付けられている。該センサー１３はドレッサヘ
ッド１１ａとは独立に上下動可能で、センサー１３の本
体がドレッサヘッド１１ａ及び研磨面１２ａに干渉する
ことがないようにフォトマイクロセンサー１５により自
身の位置を制御できるようになっている。

【００２３】センサー１３は図２に示すように接触型の
センサーで、ローラー部１３ａが研磨面１２ａを転動す
ることにより、ローラー部１３ａが研磨面１２ａの凹凸
に応じて上下動し、この上下動を検知部（図示せず）に
より電気信号に替え、研磨面１２ａの相対的な厚さを測
定するようになっている。また、研磨面１２ａと接触す
るローラー部１３ａは耐薬品性を有するセラミック材で
構成され、研磨対象物である半導体ウエハ等の被研磨基
板が金属などにより汚染されないようになっている。上
記センサー１３は取付け部材１７によりドレッサヘッド
１１ａとは独立に上下可動できるように取り付けられ
る。

【００２４】また、上記のような構成の接触型のセンサ
ー１３は研磨面１２ａの凹凸によって上下動し、固定部
と可動部の間に摺動部分を生じるが、ここでは摺動部を
耐薬品性の樹脂で覆ってセンサー１３への外部からの汚
染及びセンサー１３から外部への汚染を防止している。

【００２５】上記のように、研磨面１２ａのドレッシン
グ時にセンサー１３は該研磨面１２ａの性状を測定し、
その測定信号をアンプ１６に出力し、該アンプ１６で増
幅して計測ボックス２０の表示器２１に送り、ここで研
磨面１２ａの性状状態を表示する。また、該測定信号は
記録部３０のデータ収集システム３１に送られる。パソ
コン３２は、該データ収集システムの研磨面１２ａの測
定データにアクセスし、今後のドレッシング条件の見直
し等に供する。

【００２６】ドレッサ旋回スイッチ１４はセンサー１３
がターンテーブル１２の研磨面１２ａに載った状態でド
レッサアームを旋回させ、研磨面１２ａに沿ってセンサ
ー１３を移動させるためのＯＮ／ＯＦＦスイッチであ
り、該ドレッサ旋回スイッチ１４のＯＮ信号は記録部３
０のデータ収集システム３１を介してパソコン３２に伝
送される。パソコン３２はこのドレッサ旋回スイッチ１
４のＯＮ信号を受けて、データ収集システム３１にアク
セスして、収集された研磨面１２ａの測定データをロー
ドする。

【００２７】図３は研磨面１２ａとトップリングＴ／Ｒ
とドレッシングツール１１ｃの関係を示す図である。タ
ーンテーブル１２の研磨面１２ａのドレッシング箇所は
ハッチングの施されないＢの部分であり、ハッチングを
施したＡ及びＣの部分は研磨に寄与せずドレッシングも
行なわれない部分である。しかし研磨面１２ａの形状モ
ニター時には、図４に示すようにドレッシング箇所Ｂの
部分を越えた領域で研磨面形状のモニターを行なってい
る。その理由は、研磨面１２ａの実際にドレッシングを
行なっていない部分Ａ及びＣの研磨面１２ａの表面を基
準面とすることで、実際に研磨やドレッシングで摩耗し
た研磨面の絶対量を測定することが可能となるからであ
る。

【００２８】上記のように研磨面１２ａのドレッシング
時に研磨面１２ａの形状を図４に示すように、モニタリ
ングすることにより、研磨面１２ａの摩耗した絶対量の
二次元分布を研磨条件やドレッシング条件と関連づける
ことができ、短時間に最適なトップリング条件、ドレッ
シング条件を導き出すことができる。

【００２９】研磨面１２ａの実際の測定手法について以
下に説明する。ここでは、センサー１３の移動速度は１
０〜２００ｍｍ／ｓｅｃとしている。センサー１３はド
レッサヘッド１１ａに取り付けられ、該ドレッサヘッド
１１ａの移動に伴ってターンテーブル１２の研磨面１２
ａをなぞって研磨面１２ａの凹凸を電気信号に変換す
る。本発明者はセンサー１３の移動速度を約１００ｍｍ
／ｓｅｃとした場合がデータ精度許容値の範囲内で、移
動速度の最大値であることを実験装置の設備的観点から
導き出して装置化した。

【００３０】センサー１３は研磨面１２ａの上を上記移
動速度で移動し、研磨面１２ａの状態を測定するが、移
動時の全ての点で表面の凹凸を計測しているのではな
く、センサー１３からの測定信号を４ｍｓｅｃ毎にサン
プリングしている。このサンプリングした測定信号の処
理としては、例えば５回分のサンプリング信号の平均値
を算出し、その付近の代表的研磨面形状としてデータを
処理するか、若しくは１回毎のサンプリング信号をその
まま使用してもよい。

【００３１】研磨面１２ａの面形状は、ある基準の位置
での研磨面半径方向の凹凸について計測するのがデータ
処理の点で便利であるが、本発明でセンサー１３が揺動
するドレッサヘッド１１ａに取り付けられているため、
図３に示すようにドレッサツール１１ｃの描く軌跡のよ
うに単純な直線ではなく、ドレッサ１１の回転中心Ｏか
らみて曲率を持った軌跡で研磨面をなぞる。

【００３２】なお、図３ではドレッシングツール１１ｃ
の直径がドレッシング箇所Ｂの幅寸法より小さく、ドレ
ッシングに際してはドレッシングツール１１ｃをドレッ
シング箇所Ｂの範囲で揺動させるようにしているが、直
径がドレッシング箇所Ｂの幅寸法と同じドレッシングツ
ールを用い、ドレッシングの際、アームを揺動させない
ようにしたものでもよい。

【００３３】パソコン３２はセンサー１３で測定した研
磨面の初期の測定状態とドレッサで所定回数再生した後
の測定状態とを比較し、研磨面を構成する研磨布の交換
時期を判定する。このように、パソコン３２でセンサー
１３で測定し、データ収集システム３１に収集された、
研磨面１２ａの測定データから研磨布の交換時期を判定
することにより、最適なタイミングで研磨布の交換をす
ることができる。

【００３４】なお、上記例では研磨面１２ａを構成する
部材として研磨布を使用する研磨装置を例に説明した
が、ターンテーブル１２上に砥石板を設置した研磨装置
も本発明の対象になることは当然である。

【００３５】また、上記例ではセンサー１３をドレッサ
ヘッド１１ａに、該ドレッサヘッド１１ａとは独立に上
下動可能に取付ける例を示したが、センサー１３の取付
けはこれに限定されるものではなく、例えばトップリン
グヘッドに設けてもよく、要はドレッサによるドレッシ
ングやトップリングによる研磨に支障にならないで、研
磨面１２ａの性状を測定できるのであれば、その取付け
位置は特に限定されない。

【００３６】

【発明の効果】以上、説明したように各請求項に記載の
発明によれば下記のような優れた効果が得られる。

【００３７】請求項１に記載の発明によれば、ターンテ
ーブルの研磨面の性状を観測する性状測定器を設け、ド
レッサで研磨面の再生を行う際、研磨面の性状を観測
し、観測結果を表示手段に表示するので、研磨面の性状
を簡単に知ることができる。

【００３８】請求項２に記載の発明によれば、性状測定
器のセンサー部はトップリング若しくはドレッサのアー
ム部に対して独立に昇降移動可能に設けているので、セ
ンサー部の研磨面に対する位置の調整が容易となり、セ
ンサー部を研磨面の性状測定に最適な位置に調整するこ
とが容易となる。

【００３９】請求項３に記載の発明によれば、性状測定
器で測定する研磨面の範囲がドレッサで再生される研磨
面の範囲より広く設定できるので、ドレッサで再生でき
る研磨面の性状は確実に測定できる。

【００４０】請求項４に記載の発明によれば、研磨面交
換時期判定手段を具備することにより、研磨面の初期の
測定状態とドレッサで所定回数再生した後の測定状態と
を比較し、研磨面を構成する部材を最適なタイミングで
交換することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る研磨装置の構成を示す図である。

【図２】本発明に係る研磨装置に用いる研磨面の性状を
測定するセンサーを示す図である。

【図３】研磨装置の研磨面とトップリングとドレッシン
グツールの関係を示す図である。

【図４】本発明の研磨装置による研磨面の性状測定例を
示す図である。

【符号の説明】

１０ 研磨部 １１ ドレッサ １２ ターンテーブル １３ センサー １４ ドレッサ旋回スイッチ １５ フォトマイクロセンサー １６ アンプ １７ 取付け部材 ２０ 計測ボックス ２１ 表示器 ２２ 電源供給部 ３０ 記録部 ３１ データ収集システム ３２ パソコン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 相澤 英夫 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 重田 賢一 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 竪山 佳邦 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Ｆターム(参考） 3C034 AA13 AA17 BB15 CA09 CA30 CB12 CB13 DD05 DD20 3C047 AA03 AA34 3C058 AA07 AC02 BA09 BC03 DA17

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トップリング、研磨面を有するターンテ
   ーブル及び該研磨面を再生するドレッサを具備し、各々
   独立して回転する前記トップリングと前記ターンテーブ
   ルの研磨面の間に被研磨物を介在させ、該被研磨物を研
   磨すると共に、所定のタイミングで前記研磨面を前記ド
   レッサにより再生することができる研磨装置において、 前記ターンテーブルの研磨面の性状を観測する性状測定
   器を設け、前記ドレッサで前記研磨面の再生を行う際、
   該性状測定器で該研磨面の性状を観測し、観測結果を表
   示する表示手段を設けたことを特徴とする研磨装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の研磨装置において、 前記性状測定器のセンサー部は前記トップリング若しく
   はドレッサのアーム部に対して独立に昇降移動可能に設
   けていることを特徴とする研磨装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の研磨装置におい
   て、 前記性状測定器で測定する研磨面の範囲が前記ドレッサ
   で再生される前記研磨面の範囲より広く設定できること
   を特徴とする研磨装置。
4. 【請求項４】 請求項１又は２又は３に記載の研磨装置
   において、 前記性状測定器で測定した前記研磨面の初期の測定状態
   と前記ドレッサで所定回数再生した後の測定状態とを比
   較し、研磨面を構成する部材の交換時期を判定する研磨
   面交換時期判定手段を具備することを特徴とする研磨装
   置。