JP2005022028A - Polishing pad dressing device and working device having the same - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は研磨パッドのドレッシング装置及び該装置を有する加工装置に係り、特に、化学的機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing )に好適に使用できる研磨パッドのドレッシング装置及び該装置を有する加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
CMPにおいては、研磨パッドの目詰まりが研磨レートの低下をもたらすとともに研磨の均一性を悪化させるため、研磨パッドのドレッシング(目立て)が必要不可欠である。研磨パッドのドレッシングとは、ダイヤモンド等の砥粒が付着されてなるパッドドレッサーを研磨パッドに当接させ、研磨パッドの表面を削り取る又は研磨パッドの表面を粗らすなどして、スラリー(研磨材が分散された溶液)の保持性を回復させ、研磨能力を維持させる処理をいう。
【0003】
このパッドドレッサーとしては、従来よりダイヤモンド砥粒が電着されたドレッサー等が用いられている。図6に従来のパッドドレッサー90Aを備えた研磨装置11を示す。このパッドドレッサー90Aは、下面にダイヤモンド砥粒80Bが電着されていたり、砥粒80Bを分散させたボンド層(メタルボンド、ビトリファイドボンド又はレジンボンド)より構成されていたりする。パッドドレッサー90Aは、軸92の回りに回転させられながら力Fで研磨パッド20に押付けられて研磨パッド20をドレッシングする。
【0004】
パッドドレッサー90Aの厚さは、一般的には10〜30mm程度であり、外径は、一般的には100〜250mm(4〜10インチ)程度である。また、パッドドレッサー90Aの台座は金属製とするのが一般的である。
【0005】
図7に示されるように、パッドドレッサー90Aと軸92とはフレキシブルジョイント(たとえば、ユニバーサルジョイント)94を介して接続されていることが多く、この構成により、パッドドレッサー90Aの表面(下面)と研磨パッド20の表面とが面全体で接触し、ドレッシング作業中にもパッドドレッサー90Aの表面が研磨パッド20の表面に倣うようになっている。
【0006】
このような従来のパッドドレッサーに関する改良についても、各種の提案がなされており(たとえば、本出願人による特許文献1参照)、均一かつ安定した研磨パッドのドレッシングが探求されている。
【0007】
【特許文献1】
特願2001−344471号
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来のパッドドレッサー90Aには、以下に説明する問題点がある。研磨定盤に貼り付けられた研磨パッド20は、見かけ上は平面であるが、実際は、研磨パッド20面内の厚さむら、研磨パッド20の貼り付けによるむら等に起因し、表面は大きくうねっている状態にある。平面度では、+−で0.05mm程度になる。
【0009】
同様に、パッドドレッサー90Aにおいて、砥粒を電着する前の台座(金属製母材)の平面度を精度よく加工しておいても、砥粒のサイズのばらつき等により、高精度の平面度になっているとはいえない。この現象は、電着方式のパッドドレッサーのみならず、砥粒を分散させたボンド層(メタルボンド、ビトリファイドボンド又はレジンボンド)より構成されるパッドドレッサー、又は表面に砥粒が付着されているペレット砥石を所定間隔を隔てて表面の略全面に配設したペレットタイプのパッドドレッサーにも共通する。
【0010】
上記のようなパッドドレッサーを使用して研磨パッドのドレッシングを行った場合、見かけ上はパッドドレッサーと研磨パッドとが全面で均一に接触しているようであるが、実際には全面で均一な接触状態にはなっていない。また、研磨パッドを交換する毎に、又はパッドドレッサーを交換する毎に双方の接触状態は大きく変化する。
【0011】
このような状態でパッドドレッサーと研磨パッド(研磨定盤)とを回転させながら研磨パッドのドレッシングを行う場合、パッドドレッサーと研磨パッドとの接触状態が不均一となったり、砥粒突き出し量のばらつき等によりパッドドレッサーと研磨パッドとの摩擦抵抗が不均一となったりする。そのため、パッドドレッサーと研磨パッドの双方が回転する際に相互の相対位置が変化する。
【0012】
これにより、パッドドレッサーと研磨パッドとの間にスティックスリップ現象(Stick Slip)を生じることとなる。すなわち、パッドドレッサーと研磨パッドとが断続的に擦り合わさったり、引っ掛かったりして、滑らかな相互運動が得られない。
【0013】
また、パッドドレッサーと研磨パッドとの摩擦抵抗が回転に同期して周期的に変動し、この摩擦抵抗の周期的な変動により、パッドドレッサー90Aが図7に矢印で示されるように振動することも確認されている。パッドドレッサー90Aの金属製の台座は所定の厚さ(10〜30mm程度)があり、また弾性変形しにくいことより、フレキシブルジョイント94で軸92に支持されていても振動を抑制することは難しい。
【0014】
このようなパッドドレッサー90Aのスティックスリップ現象やパッドドレッサー90Aの表面の振動は、研磨パッドを全面に均一にドレッシングを行うことの妨げとなる。そして、ひいては被加工物の研磨品質にも悪影響を与えることとなる。
【0015】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、均一かつ安定した研磨パッドのドレッシングができる研磨パッドのドレッシング装置及び該研磨パッドのドレッシング装置を有する加工装置を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、スラリーを供給しながらワークを研磨パッドに接触させて加工する加工装置における研磨パッドのドレッシング装置であって、前記研磨パッドに押圧されるパッドドレッサーと、該パッドドレッサーを支持するドレッサー支持機構とを備え、前記ドレッサー支持機構には、前記研磨パッドと前記パッドドレッサーとの間に生じる摩擦力又は衝撃力を検知する力検知手段が備えられてなることを特徴とする研磨パッドのドレッシング装置を提供する。
【0017】
本発明によれば、ドレッサー支持機構に研磨パッドとパッドドレッサーとの間に生じる摩擦力又は衝撃力を検知する力検知手段が備えられており、パッドドレッサーと研磨パッドとの間のスティックスリップ現象や摩擦抵抗の変動による振動が検知できる。これにより、ドレッシング装置の異常検出が容易に行え、均一かつ安定した研磨パッドのドレッシングに役立てることができる。
【0018】
なお、「パッドドレッサー」とは、既述のように、表面にダイヤモンド砥粒が電着されていたり、ダイヤモンド砥粒を分散させたボンド層(メタルボンド、ビトリファイドボンド又はレジンボンド)より構成されており、研磨パッドの表面を削り取る又は研磨パッドの表面を粗らすなどして、スラリーの保持性を回復させ、研磨パッドの研磨能力を維持させるために使用されるものである。
【0019】
また、本発明は、スラリーを供給しながらワークを研磨パッドに接触させて加工する加工装置における研磨パッドのドレッシング装置であって、前記研磨パッドに押圧されるパッドドレッサーと、該パッドドレッサーを支持するドレッサー支持機構とを備え、前記ドレッサー支持機構には、該ドレッサー支持機構若しくは前記パッドドレッサーの変位量又は該ドレッサー支持機構若しくは前記パッドドレッサーに生じる歪量を検知する歪検知手段が備えられてなることを特徴とする研磨パッドのドレッシング装置を提供する。
【0020】
本発明によれば、ドレッサー支持機構にドレッサー支持機構若しくはパッドドレッサーの変位量又はドレッサー支持機構若しくはパッドドレッサーに生じる歪量を検知する歪検知手段が備えられており、パッドドレッサーと研磨パッドとの間のスティックスリップ現象や摩擦抵抗の変動による振動が検知できる。これにより、ドレッシング装置の異常検出が容易に行え、均一かつ安定した研磨パッドのドレッシングに役立てることができる。
【0021】
また、本発明は、スラリーを供給しながらワークを研磨パッドに接触させて加工する加工装置における研磨パッドのドレッシング装置であって、前記研磨パッドに押圧されるパッドドレッサーと、該パッドドレッサーを支持するドレッサー支持機構とを備え、前記ドレッサー支持機構には、該ドレッサー支持機構又は前記パッドドレッサーのアコースティックエミッションを検知するAE検知手段が備えられてなることを特徴とする研磨パッドのドレッシング装置を提供する。
【0022】
本発明によれば、ドレッサー支持機構に、ドレッサー支持機構又はパッドドレッサーのアコースティックエミッションを検知するAE検知手段が備えられており、パッドドレッサーと研磨パッドとの間のスティックスリップ現象や摩擦抵抗の変動による振動が検知できる。これにより、ドレッシング装置の異常検出が容易に行え、均一かつ安定した研磨パッドのドレッシングに役立てることができる。
【0023】
ここで、「アコースティックエミッション」(acoustic emission )とは、固体が変形もしくは破壊するときに発生する音をいう。一般には20kHz以上の超音波を指す場合が多い。材料中に発生するき裂の検出が可能であるため、各種構造物の検査、材料の性質究明の手段として有効に利用されている。
【0024】
AEの検出にはPZTをはじめとする圧電素子が用いられる。これを厚み方向に分極し、直径数mm程度に切断し、測定物の表面に接着したり、ばねや磁石により押し付けて使用する。AEセンサにより検出されるAE信号は、発生原因によって連続形と突発形に大別される。
【0025】
構造物の検査だけでなく、溶接、切削、研削加工などのプロセス監視にもしばしば用いられるようになっている。研削加工においては、砥石と工作物やドレッサとの接触を検出するギャップエリミネータとして用いられ、また、ドレッシングによる砥石成形状態の監視、研削中の砥粒切れ刃の状態監視やびびり振動の検出などにも応用可能である(以上、「切削・研削・研磨用語辞典」:砥粒加工学会 編、参照)。
【0026】
また、本発明は、スラリーを供給しながらワークを研磨パッドに接触させて加工する加工装置における研磨パッドのドレッシング装置であって、ドレッシング装置本体と、前記研磨パッドに押圧されるパッドドレッサーと、該パッドドレッサーを支持するとともに前記ドレッシング装置本体に回転自在に支持されるドレッサー支持機構とを備え、前記ドレッサー支持機構とドレッシング装置本体との間のトルクを検知するトルク検知手段が備えられてなることを特徴とする研磨パッドのドレッシング装置を提供する。
【0027】
本発明によれば、ドレッシング装置は、ドレッシング装置本体と、パッドドレッサーと、ドレッシング装置本体に回転自在に支持されるドレッサー支持機構とを備えており、ドレッサー支持機構とドレッシング装置本体との間のトルクを検知するトルク検知手段が備えられている。そして、トルク検知手段により、パッドドレッサーと研磨パッドとの間のスティックスリップ現象や摩擦抵抗の変動による振動が検知できる。これにより、ドレッシング装置の異常検出が容易に行え、均一かつ安定した研磨パッドのドレッシングに役立てることができる。
【0028】
本発明において、前記力検知手段、歪検知手段、AE検知手段、及びトルク検知手段のうち少なくとも1検知手段により検知された検知結果と所定の基準値との比較を行う比較手段を備え、該比較手段による比較結果により加工装置の制御を行う制御手段を備えたことが好ましい。
【0029】
このように、検知された量が所定の基準値を超える場合には、これをスティックスリップ現象や摩擦抵抗の変動による振動等の異常現象としてとらえ、適切な加工装置の制御を行う。このような加工装置の制御を行えば、ドレッシング装置の異常検出が容易に行え、均一かつ安定した研磨パッドのドレッシングに一層役立てることができるからである。加工装置の制御としては、無視できない異常現象と判断して装置を停止させる、要注意の異常現象と判断して警報を発する(ブザー音等)、無視できる程度の現象と判断して処理を続行させる等が挙げられる。
【0030】
また、本発明において、前記力検知手段、歪検知手段、AE検知手段、及びトルク検知手段のうち少なくとも1検知手段により検知された検知結果の時系列のデータを使用した統計処理を行うとともに、該統計処理結果と所定の基準値との比較を行う統計処理手段を備え、該統計処理手段による比較結果により加工装置の制御を行う制御手段を備えたことが好ましい。
【0031】
このように、統計処理を行い、統計処理結果と所定の基準値との比較を行えば、ドレッシング装置の異常検出が容易に行え、均一かつ安定した研磨パッドのドレッシングに一層役立てることができるからである。統計処理としては、平均値算出、メジアン値算出、積算値算出、移動平均値算出等が挙げられる。加工装置の制御としては、前記と同様、無視できない異常現象と判断して装置を停止させる、要注意の異常現象と判断して警報を発する(ブザー音等)、無視できる程度の現象と判断して処理を続行させる等が挙げられる。
【0032】
また、本発明において、前記力検知手段、歪検知手段、AE検知手段、及びトルク検知手段のうち少なくとも1検知手段により検知された検知結果の時系列のデータを使用した統計処理を行う統計処理手段を備え、該統計処理手段による統計処理結果により加工装置の加工速度の予測を行う加工速度予測手段を備えたことが好ましい。
【0033】
このように、統計処理を行い、統計処理結果により加工装置の加工速度の予測を行うことができれば、装置の運転上便宜だからである。また、このような構成は、プリベンティブメンテナンスとして有効である。
【0034】
また、本発明において、前記力検知手段、歪検知手段、AE検知手段、及びトルク検知手段のうち少なくとも1検知手段により検知された検知結果の時系列のデータを使用した統計処理を行う統計処理手段を備え、該統計処理手段による統計処理結果により前記研磨パッドの表面状態を定量的又は段階的に示すパッド状態表示手段を備えたことが好ましい。
【0035】
このように、統計処理を行い、統計処理結果により研磨パッドの表面状態を定量的又は段階的に示すことができれば、装置の運転上便宜だからである。また、このような構成は、プリベンティブメンテナンスとして有効である。
【0036】
また、本発明は、スラリーを供給しながらワークを回転する研磨定盤に貼着された研磨パッドに接触させて研磨するとともに、前記研磨パッドのドレッシングを行う研磨パッドのドレッシング装置を有する加工装置であって、加工装置本体と前記研磨定盤との間のトルクを検知する定盤トルク検知手段が備えられてなることを特徴とする研磨パッドのドレッシング装置を有する加工装置を提供する。
【0037】
本発明によれば、加工装置本体と研磨定盤との間のトルクを検知する定盤トルク検知手段が加工装置に備えられており、この定盤トルク検知手段によって、パッドドレッサーと研磨パッドとの間のスティックスリップ現象や摩擦抵抗の変動による振動が検知できる。これにより、ドレッシング装置の異常検出が容易に行え、均一かつ安定した研磨パッドのドレッシングに役立てることができる。
【0038】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明に係る研磨パッドのドレッシング装置及び該装置を有する加工装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【0039】
図1は、加工装置としての研磨装置10の全体構成を示す斜視図である。同図に示されるように研磨装置10は、主として研磨定盤12と、ワークを保持する保持ヘッドであるウェーハ保持ヘッド14とで構成されている。
【0040】
研磨定盤12は円盤状に形成され、その下面中央には回転軸16が連結されている。研磨定盤12は、この回転軸16に連結されたモータ18を駆動することにより回転する。また、この研磨定盤12の上面には研磨パッド20が貼り付けられており、この研磨パッド20上に図示しないノズルからスラリー(研磨材が分散された溶液であり、多くの場合メカノケミカル研磨剤が使用される)が供給される。
【0041】
図2〜図4に、本発明に係る研磨パッドのドレッシング装置30の各態様が示される。図2において、研磨パッドのドレッシング装置30は、表面に砥粒が電着された可撓性のある金属製シート(板厚が2mm以下)からなるパッドドレッサー32と、ドレッサー支持機構38と、ドレッシング装置本体46等より構成される。パッドドレッサー32としては、たとえば、外径で254mm(10インチ)のものが使用できる。
【0042】
ドレッサー支持機構38は、パッドドレッサー32を支持するとともにドレッシング装置本体46に回転自在に支持されるものであり、パッドドレッサー32の裏面(図2では上面)に配されるバックアップ板34と、バックアップ板34の裏面(図2では上面)に立設される回転軸36とより構成される。
【0043】
ドレッシング装置本体46は、ドレッサー支持機構38の回転軸36を回転自在に支持する押圧ヘッド40と、一端に押圧ヘッド40を支持するとともに、他端が揺動軸44に回動自在に支持されるアーム42と、揺動軸44とより構成される。
【0044】
また、押圧ヘッド40の内部には、ドレッサー支持機構38とドレッシング装置本体46との間のトルクを検知するトルク検知手段(図示略)が備えられている。このトルク検知手段としては、公知の各種のものが使用できるが、たとえば、小野測器社製のビルトイン式トルク計が使用できる。
【0045】
図3は、ウェーハ保持ヘッド14によるワークの加工中に、ドレッシング装置30が研磨定盤12上から退避した状態を示しており、図4は、アーム42、揺動軸44によりアーム42が揺動しながらドレッシング装置30による研磨パッドのドレッシングがなされている状態を示している。
【0046】
ドレッシング装置30は、研磨装置10(図1参照)の脇に配置され、研磨パッドのドレッシングは、ワークを加工していないときに単独で行われる場合もあるし、ワークの加工中に並行して行われる場合もある。その際には、図4ではウェーハ保持ヘッド14と干渉しないように、アーム42の揺動ストロークを設定する必要がある。
【0047】
以上の構成によりドレッシング装置30において、パッドドレッサー32は、回転軸36により回転させられながら所定の力で研磨パッド20に押付けられるとともに、アーム42により揺動されながら研磨パッド20をドレッシングする。
【0048】
すなわち、押圧ヘッド40は旋回可能なアーム42の先端に取り付けられ、アーム42を旋回させながらパッドドレッサー32を研磨パッド20の全面に接触するように揺動させてドレッシングが行われる。研磨作業の合間にドレッシングが行われる場合には、研磨定盤12(研磨パッド20)とドレッシング装置30の双方を回転させながら純水を研磨パッド20に供給してドレッシングが行われる。ドレッシング時におけるドレッシング装置30の上方には、図示しない押圧機構が設けられてもよく、この場合にはこれによりドレッシング装置30が研磨パッド20に押圧される。
【0049】
パッドドレッサー32の表面に電着される砥粒としてはダイヤモンドが好ましいが、これ以外に、たとえば、CBN砥粒も使用できる。なお、電着とは、電解メッキ法を利用した研削・研磨工具の製造法であり、一般的にニッケルが使用される(切削・研削・研磨用語辞典:砥粒加工学会 編、参照)。
【0050】
砥粒の粒径、パッドドレッサー32表面上での砥粒の密度、砥粒の材質、等は研磨パッド20の材質、等を考慮して適宜のものを選択すればよい。
【0051】
パッドドレッサー32の材質としては、電着砥石の場合には、その原理より導電性の金属材料であることが求められ、各種の材料が使用できるが、防錆性、耐食性、強度等の点でステンレス鋼が好ましい。パッドドレッサー32の板厚は、ドレッシング装置30のサイズ(外径)、押付け圧力、パッドドレッサー32の材質等を考慮して最適値を選択することが望ましい。なお、パッドドレッサー32が砥粒を分散させたボンド層(メタルボンド、ビトリファイドボンド又はレジンボンド)より構成される場合にはそれぞれのボンド材で構成される。
【0052】
なお、ドレッシング装置30の構成は、図示の例に限定されず、公知の各種の態様(たとえば、図6に示されるもの)が採用できる。
【0053】
次に、本発明に係る研磨パッドのドレッシング装置及び該装置を有する研磨装置の実施の形態の作用について説明する。図5は、トルク検知手段によりドレッサー支持機構38とドレッシング装置本体46との間の検知したトルクを示すグラフである。同グラフにおいて、縦軸は検知したトルクであり、横軸は時間の経過を示す。
【0054】
図5のグラフにおいて、検知結果Aはトルクの変動が少ない例であり、安定してドレッシングが行われていると推定される状態である。すなわち、検知結果Aは、多少のトルクの変動があるものの、いずれも基準値の値よりも遥かに高い値を常に維持している。
【0055】
一方、図5のグラフにおいて、検知結果Bはトルクの変動が大きい例であり、パッドドレッサーと研磨パッドとの間のスティックスリップ現象や摩擦抵抗の変動による振動が発生していると推定される状態である。すなわち、検知結果Bは、トルクの変動が大きく、基準値の値よりも高い値の場合もあるが、基準値の値よりも低い値の場合も多く、スティックスリップ現象や摩擦抵抗の変動による振動が発生していると推定される。
【0056】
なお、図5のグラフにおいて、所定の基準値をどのレベルに設定するかは、各種の実施データを基に安全率を考慮する等して決定すればよい。
【0057】
このように、ドレッシング装置30は、ドレッシング装置本体46と、パッドドレッサー32と、ドレッシング装置本体46に回転自在に支持されるドレッサー支持機構38とを備えており、ドレッサー支持機構38とドレッシング装置本体46との間のトルクを検知するトルク検知手段が備えられている。そして、トルク検知手段により、パッドドレッサー32と研磨パッド20との間のスティックスリップ現象や摩擦抵抗の変動による振動が検知できる。これにより、ドレッシング装置30の異常検出が容易に行え、均一かつ安定した研磨パッド20のドレッシングに役立てることができる。
【0058】
以上、本発明に係る研磨パッドのドレッシング装置及び該装置を有する研磨装置の実施形態の例について説明したが、本発明は上記実施形態の例に限定されるものではなく、各種の態様が採り得る。たとえば、実施形態の例では、トルク検知手段が採用されているが、これに代えて、研磨パッド20とパッドドレッサー32との間に生じる摩擦力又は衝撃力を検知する力検知手段、ドレッサー支持機構38若しくはパッドドレッサー32の変位量又はドレッサー支持機構38若しくはパッドドレッサー32に生じる歪量を検知する歪検知手段、ドレッサー支持機構38又はパッドドレッサー32のアコースティックエミッションを検知するAE検知手段を採用する構成も採り得る。
【0059】
この構成の場合には、公知の各種検知手段、たとえば、ロードセル、歪ゲージ、AEセンサ等の各種センサが採用できる。
【0060】
また、本実施形態の例では、検知したトルクを所定の基準値と比較しているが、これに代えて、力検知手段、歪検知手段、又はAE検知手段により検知された量と所定の基準値との比較を行い、この比較結果により研磨装置の制御を行う形態も採用できる。
【0061】
また、力検知手段、歪検知手段、AE検知手段、又はトルク検知手段により検知された量の時系列のデータを使用した統計処理を行うとともに、この統計処理結果と所定の基準値との比較を行い、その結果により研磨装置の制御を行う形態も採用できる。
【0062】
更に、力検知手段、歪検知手段、AE検知手段、又はトルク検知手段により検知された量の時系列のデータを使用した統計処理を行い、この結果により研磨装置の研磨速度の予測を行う形態も採用できる
【0063】
【発明の効果】
本発明の請求項1によれば、ドレッサー支持機構に研磨パッドとパッドドレッサーとの間に生じる摩擦力又は衝撃力を検知する力検知手段が備えられており、パッドドレッサーと研磨パッドとの間のスティックスリップ現象や摩擦抵抗の変動による振動が検知できる。これにより、ドレッシング装置の異常検出が容易に行え、均一かつ安定した研磨パッドのドレッシングに役立てることができる。
【0064】
本発明の請求項2によれば、ドレッサー支持機構にドレッサー支持機構若しくはパッドドレッサーの変位量又はドレッサー支持機構若しくはパッドドレッサーに生じる歪量を検知する歪検知手段が備えられており、パッドドレッサーと研磨パッドとの間のスティックスリップ現象や摩擦抵抗の変動による振動が検知できる。これにより、ドレッシング装置の異常検出が容易に行え、均一かつ安定した研磨パッドのドレッシングに役立てることができる。
【0065】
本発明の請求項3によれば、ドレッサー支持機構に、ドレッサー支持機構又はパッドドレッサーのアコースティックエミッションを検知するAE検知手段が備えられており、パッドドレッサーと研磨パッドとの間のスティックスリップ現象や摩擦抵抗の変動による振動が検知できる。これにより、ドレッシング装置の異常検出が容易に行え、均一かつ安定した研磨パッドのドレッシングに役立てることができる。
【0066】
本発明の請求項4によれば、ドレッシング装置は、ドレッシング装置本体と、パッドドレッサーと、ドレッシング装置本体に回転自在に支持されるドレッサー支持機構とを備えており、ドレッサー支持機構とドレッシング装置本体との間のトルクを検知するトルク検知手段が備えられている。そして、トルク検知手段により、パッドドレッサーと研磨パッドとの間のスティックスリップ現象や摩擦抵抗の変動による振動が検知できる。これにより、ドレッシング装置の異常検出が容易に行え、均一かつ安定した研磨パッドのドレッシングに役立てることができる。
【0067】
本発明の請求項10によれば、加工装置本体と研磨定盤との間のトルクを検知する定盤トルク検知手段が加工装置に備えられており、この定盤トルク検知手段によって、パッドドレッサーと研磨パッドとの間のスティックスリップ現象や摩擦抵抗の変動による振動が検知できる。これにより、ドレッシング装置の異常検出が容易に行え、均一かつ安定した研磨パッドのドレッシングに役立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】研磨装置の全体構造を示す斜視図
【図2】ドレッシング装置の構成例を示す要部正面図
【図3】ドレッシング装置の構成例を示す斜視図
【図4】ドレッシング装置の構成例の他の態様を示す斜視図
【図5】トルク検知手段により検知したトルクを示すグラフ
【図6】従来のドレッシング装置の全体構造を示す概略図
【図7】従来のドレッシング装置の構成を示す正面図
【符号の説明】
10…研磨装置、20…研磨パッド、30…ドレッシング装置、32…パッドドレッサー、34…バックアップ板、36…回転軸、38…ドレッサー支持機構、40…押圧ヘッド、42…アーム、44…揺動軸、46…ドレッシング装置本体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a polishing pad dressing apparatus and a processing apparatus having the apparatus, and more particularly to a polishing pad dressing apparatus that can be suitably used for chemical mechanical polishing (CMP) and a processing apparatus having the apparatus.
[0002]
[Prior art]
In CMP, clogging of the polishing pad causes a reduction in the polishing rate and deteriorates the uniformity of polishing. Therefore, dressing (sharpening) of the polishing pad is indispensable. The dressing of the polishing pad refers to a slurry (abrasive material) obtained by bringing a pad dresser formed with abrasive grains such as diamond into contact with the polishing pad and scraping the surface of the polishing pad or roughening the surface of the polishing pad. Is a treatment for recovering the retainability of the solution in which is dispersed and maintaining the polishing ability.
[0003]
As this pad dresser, a dresser or the like on which diamond abrasive grains are electrodeposited has been conventionally used. FIG. 6 shows a
[0004]
The thickness of the
[0005]
As shown in FIG. 7, the
[0006]
Various proposals have also been made for improvements related to such a conventional pad dresser (see, for example, Patent Document 1 by the present applicant), and dressing of a uniform and stable polishing pad is being sought.
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application No. 2001-344471
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, such a
[0009]
Similarly, in the
[0010]
When dressing the polishing pad using the pad dresser as described above, the pad dresser and the polishing pad seem to be in uniform contact over the entire surface. It is not in a state. Each time the polishing pad is replaced or each time the pad dresser is replaced, both contact states change greatly.
[0011]
When dressing the polishing pad while rotating the pad dresser and the polishing pad (polishing surface plate) in such a state, the contact state between the pad dresser and the polishing pad is non-uniform or the amount of protrusion of the abrasive grains varies. For example, the frictional resistance between the pad dresser and the polishing pad may be uneven. Therefore, when both the pad dresser and the polishing pad rotate, the relative position of each other changes.
[0012]
As a result, a stick-slip phenomenon (Stick Slip) occurs between the pad dresser and the polishing pad. That is, the pad dresser and the polishing pad are intermittently rubbed or caught, and a smooth mutual motion cannot be obtained.
[0013]
In addition, the frictional resistance between the pad dresser and the polishing pad periodically varies in synchronization with the rotation, and the
[0014]
The stick-slip phenomenon of the
[0015]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a polishing pad dressing apparatus capable of uniformly and stably dressing a polishing pad, and a processing apparatus having the polishing pad dressing apparatus.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a dressing device for a polishing pad in a processing apparatus for processing a workpiece by contacting the polishing pad while supplying slurry, and a pad dresser pressed against the polishing pad; A dresser support mechanism that supports the pad dresser, and the dresser support mechanism includes force detection means that detects a frictional force or an impact force generated between the polishing pad and the pad dresser. A polishing pad dressing apparatus is provided.
[0017]
According to the present invention, the dresser support mechanism is provided with force detection means for detecting a frictional force or an impact force generated between the polishing pad and the pad dresser, and a stick-slip phenomenon between the pad dresser and the polishing pad, Vibrations due to fluctuations in frictional resistance can be detected. As a result, abnormality detection of the dressing apparatus can be easily performed, which can be used for uniform and stable dressing of the polishing pad.
[0018]
As described above, the “pad dresser” is composed of a bond layer (metal bond, vitrified bond, or resin bond) in which diamond abrasive grains are electrodeposited on the surface or diamond abrasive grains are dispersed. The surface of the polishing pad is scraped off or the surface of the polishing pad is roughened to restore the retention of the slurry and maintain the polishing ability of the polishing pad.
[0019]
Further, the present invention is a dressing device for a polishing pad in a processing apparatus for processing a workpiece while making contact with a polishing pad while supplying slurry, the pad dresser being pressed against the polishing pad, and supporting the pad dresser A dresser support mechanism, and the dresser support mechanism is provided with strain detection means for detecting a displacement amount of the dresser support mechanism or the pad dresser or a strain amount generated in the dresser support mechanism or the pad dresser. A dressing device for a polishing pad is provided.
[0020]
According to the present invention, the dresser support mechanism is provided with the strain detection means for detecting the displacement amount of the dresser support mechanism or the pad dresser or the strain amount generated in the dresser support mechanism or the pad dresser, and between the pad dresser and the polishing pad. Vibration due to stick-slip phenomenon and frictional resistance fluctuations can be detected. As a result, abnormality detection of the dressing apparatus can be easily performed, which can be used for uniform and stable dressing of the polishing pad.
[0021]
Further, the present invention is a dressing device for a polishing pad in a processing apparatus for processing a workpiece while making contact with a polishing pad while supplying slurry, the pad dresser being pressed against the polishing pad, and supporting the pad dresser And a dresser support mechanism, wherein the dresser support mechanism is provided with AE detection means for detecting the acoustic emission of the dresser support mechanism or the pad dresser.
[0022]
According to the present invention, the dresser support mechanism is provided with AE detection means for detecting the acoustic emission of the dresser support mechanism or the pad dresser, which is caused by a stick-slip phenomenon between the pad dresser and the polishing pad or a variation in frictional resistance. Vibration can be detected. As a result, abnormality detection of the dressing apparatus can be easily performed, which can be used for uniform and stable dressing of the polishing pad.
[0023]
Here, “acoustic emission” refers to a sound generated when a solid is deformed or destroyed. In general, it often refers to ultrasonic waves of 20 kHz or higher. Since cracks generated in the material can be detected, it is effectively used as a means for inspecting various structures and investigating the properties of the material.
[0024]
A piezoelectric element such as PZT is used to detect AE. This is polarized in the thickness direction, cut to a diameter of several millimeters, and adhered to the surface of the object to be measured, or pressed with a spring or magnet. The AE signal detected by the AE sensor is roughly classified into a continuous type and a sudden type depending on the cause of occurrence.
[0025]
In addition to inspection of structures, it is often used for process monitoring such as welding, cutting, and grinding. In grinding, it is used as a gap eliminator that detects contact between the grindstone and the workpiece or dresser, and also for monitoring the grinding wheel forming condition by dressing, monitoring the condition of the abrasive cutting edge during grinding, and detecting chatter vibration. Can also be applied (see “Cutting / Grinding / Polishing Glossary”, edited by the Japan Society for Abrasive Technology).
[0026]
Further, the present invention is a dressing device for a polishing pad in a processing apparatus for processing a workpiece while contacting a polishing pad while supplying slurry, the dressing device main body, a pad dresser pressed against the polishing pad, A dresser support mechanism that supports the pad dresser and is rotatably supported by the dressing apparatus body, and further includes a torque detection means that detects torque between the dresser support mechanism and the dressing apparatus body. A polishing pad dressing apparatus is provided.
[0027]
According to the present invention, a dressing device includes a dressing device body, a pad dresser, and a dresser support mechanism that is rotatably supported by the dressing device body, and a torque between the dresser support mechanism and the dressing device body. Torque detection means for detecting is provided. And the torque detection means can detect the vibration due to the stick-slip phenomenon between the pad dresser and the polishing pad and the frictional resistance. As a result, abnormality detection of the dressing apparatus can be easily performed, which can be used for uniform and stable dressing of the polishing pad.
[0028]
In the present invention, a comparison unit that compares a detection result detected by at least one of the force detection unit, the strain detection unit, the AE detection unit, and the torque detection unit with a predetermined reference value is provided. It is preferable to provide a control means for controlling the machining apparatus based on the comparison result of the means.
[0029]
As described above, when the detected amount exceeds a predetermined reference value, this is regarded as an abnormal phenomenon such as a stick-slip phenomenon or a vibration due to a change in frictional resistance, and an appropriate control of the processing apparatus is performed. This is because such a control of the processing apparatus can easily detect the abnormality of the dressing apparatus and can be further used for uniform and stable dressing of the polishing pad. Control of the processing equipment is judged as an abnormal phenomenon that cannot be ignored, the equipment is stopped, a warning is given as an abnormal phenomenon requiring attention (buzzer sound, etc.), and the processing is judged as a phenomenon that can be ignored. For example.
[0030]
In the present invention, statistical processing using time-series data of detection results detected by at least one of the force detection means, strain detection means, AE detection means, and torque detection means is performed, and It is preferable that a statistical processing unit for comparing the statistical processing result with a predetermined reference value is provided, and a control unit for controlling the machining apparatus based on the comparison result by the statistical processing unit.
[0031]
In this way, if statistical processing is performed and the statistical processing result is compared with a predetermined reference value, abnormality detection of the dressing device can be easily performed, which can be further used for dressing of a uniform and stable polishing pad. is there. Statistical processing includes average value calculation, median value calculation, integrated value calculation, moving average value calculation, and the like. As in the case of the control of the processing device, as described above, it is determined that the abnormal phenomenon cannot be ignored, and the device is stopped. To continue the process.
[0032]
Further, in the present invention, statistical processing means for performing statistical processing using time-series data of detection results detected by at least one of the force detection means, strain detection means, AE detection means, and torque detection means. And a processing speed prediction means for predicting a processing speed of the processing apparatus based on a statistical processing result by the statistical processing means.
[0033]
In this way, if statistical processing is performed and the processing speed of the processing apparatus can be predicted based on the statistical processing result, it is convenient for the operation of the apparatus. Such a configuration is effective as preventive maintenance.
[0034]
Further, in the present invention, statistical processing means for performing statistical processing using time-series data of detection results detected by at least one of the force detection means, strain detection means, AE detection means, and torque detection means. And a pad state display means for quantitatively or stepwise indicating the surface state of the polishing pad based on a statistical processing result by the statistical processing means.
[0035]
Thus, if statistical processing is performed and the surface state of the polishing pad can be quantitatively or stepwise indicated by the statistical processing result, it is convenient for the operation of the apparatus. Such a configuration is effective as preventive maintenance.
[0036]
Further, the present invention is a processing apparatus having a polishing pad dressing device for performing polishing by contacting a polishing pad attached to a polishing surface plate rotating a workpiece while supplying slurry, and dressing the polishing pad. A processing apparatus having a polishing pad dressing device, comprising a surface plate torque detecting means for detecting a torque between a processing apparatus main body and the polishing surface plate.
[0037]
According to the present invention, the processing apparatus is provided with the surface plate torque detecting means for detecting the torque between the processing apparatus main body and the polishing surface plate. It can detect vibration caused by stick-slip phenomenon and frictional resistance. Thereby, abnormality detection of the dressing apparatus can be easily performed, and this can be used for uniform and stable dressing of the polishing pad.
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of a dressing apparatus for a polishing pad and a processing apparatus having the apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0039]
FIG. 1 is a perspective view showing an overall configuration of a polishing
[0040]
The polishing
[0041]
2 to 4 show each aspect of a
[0042]
The
[0043]
The dressing apparatus
[0044]
Further, a torque detection means (not shown) for detecting the torque between the
[0045]
FIG. 3 shows a state in which the
[0046]
The dressing
[0047]
With the above configuration, in the
[0048]
That is, the
[0049]
As an abrasive grain electrodeposited on the surface of the
[0050]
The grain size of the abrasive grains, the density of the abrasive grains on the surface of the
[0051]
In the case of an electrodeposition grindstone, the
[0052]
In addition, the structure of the
[0053]
Next, the operation of the embodiment of the dressing apparatus for the polishing pad and the polishing apparatus having the apparatus according to the present invention will be described. FIG. 5 is a graph showing the torque detected between the
[0054]
In the graph of FIG. 5, the detection result A is an example in which the torque fluctuation is small, and is a state in which it is estimated that the dressing is performed stably. That is, the detection result A always maintains a value much higher than the reference value, although there is some torque fluctuation.
[0055]
On the other hand, in the graph of FIG. 5, the detection result B is an example in which the torque variation is large, and it is estimated that the vibration due to the stick-slip phenomenon and the frictional resistance variation between the pad dresser and the polishing pad is generated. It is. That is, the detection result B has a large torque variation and may be a value higher than the reference value, but is often a value lower than the reference value, and vibration due to stick-slip phenomenon or frictional resistance variation. Is estimated to have occurred.
[0056]
In the graph of FIG. 5, the level at which the predetermined reference value is set may be determined by considering the safety factor based on various implementation data.
[0057]
As described above, the dressing
[0058]
As mentioned above, although the example of embodiment of the dressing apparatus of the polishing pad which concerns on this invention, and the polishing apparatus which has this apparatus was demonstrated, this invention is not limited to the example of the said embodiment, Various aspects can be taken. . For example, in the example of the embodiment, torque detecting means is adopted, but instead of this, force detecting means for detecting a frictional force or impact force generated between the polishing
[0059]
In the case of this configuration, various known detection means such as various sensors such as a load cell, a strain gauge, and an AE sensor can be employed.
[0060]
In the example of the present embodiment, the detected torque is compared with a predetermined reference value. Instead, the amount detected by the force detection unit, the strain detection unit, or the AE detection unit and the predetermined reference value are used. It is also possible to adopt a form in which the polishing apparatus is controlled based on the comparison result by comparing with the value.
[0061]
In addition, statistical processing is performed using time-series data of the amount detected by the force detection means, strain detection means, AE detection means, or torque detection means, and the statistical processing result is compared with a predetermined reference value. It is possible to adopt a mode in which the polishing apparatus is controlled based on the result.
[0062]
Further, there is a mode in which statistical processing is performed using time-series data of the amount detected by the force detection means, strain detection means, AE detection means, or torque detection means, and the polishing speed of the polishing apparatus is predicted based on the result. Can be adopted
[0063]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the dresser support mechanism is provided with force detection means for detecting a frictional force or an impact force generated between the polishing pad and the pad dresser, and is provided between the pad dresser and the polishing pad. Vibration due to stick-slip phenomenon and frictional resistance fluctuations can be detected. As a result, abnormality detection of the dressing apparatus can be easily performed, which can be used for uniform and stable dressing of the polishing pad.
[0064]
According to the second aspect of the present invention, the dresser support mechanism is provided with strain detection means for detecting the displacement amount of the dresser support mechanism or the pad dresser or the strain amount generated in the dresser support mechanism or the pad dresser. The vibration due to the stick-slip phenomenon between the pad and the frictional resistance can be detected. As a result, abnormality detection of the dressing apparatus can be easily performed, which can be used for uniform and stable dressing of the polishing pad.
[0065]
According to the third aspect of the present invention, the dresser support mechanism is provided with AE detection means for detecting the acoustic emission of the dresser support mechanism or the pad dresser, and the stick-slip phenomenon and friction between the pad dresser and the polishing pad. Vibrations due to resistance fluctuations can be detected. As a result, abnormality detection of the dressing apparatus can be easily performed, which can be used for uniform and stable dressing of the polishing pad.
[0066]
According to claim 4 of the present invention, the dressing device includes a dressing device main body, a pad dresser, and a dresser support mechanism that is rotatably supported by the dressing device main body, and the dresser support mechanism, the dressing device main body, Torque detection means for detecting the torque between the two is provided. And the torque detection means can detect the vibration due to the stick-slip phenomenon between the pad dresser and the polishing pad and the frictional resistance. As a result, abnormality detection of the dressing apparatus can be easily performed, which can be used for uniform and stable dressing of the polishing pad.
[0067]
According to the tenth aspect of the present invention, the processing apparatus is provided with the surface plate torque detecting means for detecting the torque between the main body of the processing apparatus and the polishing surface plate. By the surface plate torque detecting means, the pad dresser and Vibration due to stick-slip phenomenon between the polishing pad and fluctuation of frictional resistance can be detected. As a result, abnormality detection of the dressing apparatus can be easily performed, which can be used for uniform and stable dressing of the polishing pad.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing the overall structure of a polishing apparatus.
FIG. 2 is a front view of an essential part showing a configuration example of a dressing apparatus.
FIG. 3 is a perspective view illustrating a configuration example of a dressing apparatus.
FIG. 4 is a perspective view showing another aspect of the configuration example of the dressing apparatus.
FIG. 5 is a graph showing torque detected by the torque detection means.
FIG. 6 is a schematic view showing the overall structure of a conventional dressing apparatus.
FIG. 7 is a front view showing a configuration of a conventional dressing apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記研磨パッドに押圧されるパッドドレッサーと、該パッドドレッサーを支持するドレッサー支持機構とを備え、
前記ドレッサー支持機構には、前記研磨パッドと前記パッドドレッサーとの間に生じる摩擦力又は衝撃力を検知する力検知手段が備えられてなることを特徴とする研磨パッドのドレッシング装置。A polishing pad dressing apparatus in a processing apparatus for processing a workpiece while contacting the polishing pad while supplying slurry,
A pad dresser that is pressed against the polishing pad, and a dresser support mechanism that supports the pad dresser,
A dressing apparatus for a polishing pad, wherein the dresser support mechanism is provided with force detection means for detecting a frictional force or an impact force generated between the polishing pad and the pad dresser.
前記研磨パッドに押圧されるパッドドレッサーと、該パッドドレッサーを支持するドレッサー支持機構とを備え、
前記ドレッサー支持機構には、該ドレッサー支持機構若しくは前記パッドドレッサーの変位量又は該ドレッサー支持機構若しくは前記パッドドレッサーに生じる歪量を検知する歪検知手段が備えられてなることを特徴とする研磨パッドのドレッシング装置。A polishing pad dressing apparatus in a processing apparatus for processing a workpiece while contacting the polishing pad while supplying slurry,
A pad dresser that is pressed against the polishing pad, and a dresser support mechanism that supports the pad dresser,
The dresser support mechanism is provided with a strain detection means for detecting a displacement amount of the dresser support mechanism or the pad dresser or a strain amount generated in the dresser support mechanism or the pad dresser. Dressing equipment.
前記研磨パッドに押圧されるパッドドレッサーと、該パッドドレッサーを支持するドレッサー支持機構とを備え、
前記ドレッサー支持機構には、該ドレッサー支持機構又は前記パッドドレッサーのアコースティックエミッションを検知するAE検知手段が備えられてなることを特徴とする研磨パッドのドレッシング装置。A polishing pad dressing apparatus in a processing apparatus for processing a workpiece while contacting the polishing pad while supplying slurry,
A pad dresser that is pressed against the polishing pad, and a dresser support mechanism that supports the pad dresser,
A dressing apparatus for a polishing pad, wherein the dresser support mechanism is provided with AE detection means for detecting acoustic emission of the dresser support mechanism or the pad dresser.
ドレッシング装置本体と、前記研磨パッドに押圧されるパッドドレッサーと、該パッドドレッサーを支持するとともに前記ドレッシング装置本体に回転自在に支持されるドレッサー支持機構とを備え、
前記ドレッサー支持機構とドレッシング装置本体との間のトルクを検知するトルク検知手段が備えられてなることを特徴とする研磨パッドのドレッシング装置。A polishing pad dressing apparatus in a processing apparatus for processing a workpiece while contacting the polishing pad while supplying slurry,
A dressing device main body, a pad dresser pressed against the polishing pad, and a dresser support mechanism that supports the pad dresser and is rotatably supported by the dressing device main body,
A polishing pad dressing device comprising torque detecting means for detecting torque between the dresser support mechanism and the dressing device body.
該比較手段による比較結果により加工装置の制御を行う制御手段を備えたことを特徴とする研磨パッドのドレッシング装置。Comparing means for comparing a detection result detected by at least one of the force detecting means, strain detecting means, AE detecting means, and torque detecting means with a predetermined reference value;
A polishing pad dressing apparatus, comprising control means for controlling the processing apparatus based on a comparison result of the comparison means.
該統計処理手段による比較結果により加工装置の制御を行う制御手段を備えたことを特徴とする研磨パッドのドレッシング装置。Statistical processing is performed using time-series data of detection results detected by at least one of the force detection means, strain detection means, AE detection means, and torque detection means. Provide statistical processing means to compare with the reference value,
A polishing pad dressing apparatus, comprising control means for controlling the processing apparatus based on a comparison result by the statistical processing means.
該統計処理手段による統計処理結果により加工装置の加工速度の予測を行う加工速度予測手段を備えたことを特徴とする研磨パッドのドレッシング装置。Statistical processing means for performing statistical processing using time-series data of detection results detected by at least one of the force detection means, strain detection means, AE detection means, and torque detection means,
A polishing pad dressing apparatus comprising processing speed prediction means for predicting a processing speed of a processing apparatus based on a statistical processing result of the statistical processing means.
該統計処理手段による統計処理結果により前記研磨パッドの表面状態を定量的又は段階的に示すパッド状態表示手段を備えたことを特徴とする研磨パッドのドレッシング装置。Statistical processing means for performing statistical processing using time-series data of detection results detected by at least one of the force detection means, strain detection means, AE detection means, and torque detection means,
A polishing pad dressing apparatus comprising pad state display means for quantitatively or stepwise indicating a surface state of the polishing pad based on a statistical processing result by the statistical processing means.
加工装置本体と前記研磨定盤との間のトルクを検知する定盤トルク検知手段が備えられてなることを特徴とする研磨パッドのドレッシング装置を有する加工装置。A processing apparatus having a polishing pad dressing device for dressing the polishing pad, while processing by contacting a polishing pad attached to a polishing surface plate rotating a workpiece while supplying slurry,
A processing apparatus having a polishing pad dressing device, comprising a surface plate torque detecting means for detecting a torque between a processing apparatus main body and the polishing surface plate.
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