JP3922887B2 - ドレッサ及びポリッシング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被研磨物に摺接させて該被研磨物を研磨する研磨面にドレッシング部材を摺接させてドレッシングを行うドレッサ、特にポリッシング装置におけるドレッサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスがますます微細化され素子構造が複雑になり、またロジック系の多層配線の層数が増えるに伴い、半導体デバイスの表面の凹凸はますます増え、段差が大きくなる傾向にある。半導体デバイスの製造では薄膜を形成し、パターンニングや開孔を行う微細加工の後、次の薄膜を形成するという工程を何回も繰り返すためである。
【０００３】
半導体デバイスの表面の凹凸が増えると、薄膜形成時に段差部での膜厚が薄くなったり、配線の断線によるオープンや配線層間の絶縁不良によるショートが起こったりするため、良品が取れなかったり、歩留まりが低下したりする傾向がある。また、初期的に正常動作をするものであっても、長時間の使用に対しては信頼性の問題が生じる。更に、リソグラフィ工程における露光時に、照射表面に凹凸があると露光系のレンズ焦点が部分的に合わなくなるため、半導体デバイスの表面の凹凸が増えると微細パターンの形成そのものが難しくなるという問題が生ずる。
【０００４】
従って、半導体デバイスの製造工程においては、半導体デバイス表面の平坦化技術がますます重要になっている。この平坦化技術のうち、最も重要な技術は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing））である。この化学的機械的研磨は、ポリッシング装置を用いて、シリカ（ＳｉＯ２）等の砥粒を含んだ研磨液を研磨パッド等の研磨面上に供給しつつ半導体ウェハなどの被研磨物を研磨面に摺接させて研磨を行うものである。
【０００５】
この種のポリッシング装置は、研磨パッド（又は固定砥粒）からなる研磨面を有する研磨テーブルと、半導体ウェハを保持するためのトップリング又はキャリアヘッド等と称される基板保持装置とを備えている。このようなポリッシング装置を用いて半導体ウェハの研磨を行う場合には、基板保持装置により半導体ウェハを保持しつつ、この半導体ウェハを研磨テーブルに対して所定の圧力で押圧する。このとき、研磨テーブルと基板保持装置とを相対運動させることにより半導体ウェハが研磨面に摺接し、半導体ウェハの表面が平坦かつ鏡面に研磨される。
【０００６】
このようなポリッシング装置を用いて半導体ウェハの研磨を行うと、研磨面（研磨パッド）には砥粒や研磨屑が付着し、また、研磨パッドの特性が変化して研磨性能が劣化してくる。このため、同一の研磨パッドを用いて被研磨物の研磨を繰り返すと研磨速度が低下し、また、研磨ムラが生じる等の問題がある。そこで、研磨を行って劣化した研磨パッドの表面を再生するために、研磨テーブルに隣接してドレッサを設置している。ドレッサは、ドレッサ本体に固定されたドレッシング部材を研磨テーブル上の研磨パッド（研磨面）に押付けつつ、ドレッサ本体及び研磨テーブルを自転させることで、研磨面に付着した砥液や切削屑を除去するとともに、研磨面の平坦化及び目立て（ドレッシング）を行うものである。ドレッシング部材としては、一般に、研磨面に接触する面にダイヤモンド粒子が電着されたものが使用される。
【０００７】
上述したポリッシング装置において、研磨中の半導体ウェハと研磨パッドの研磨面との間の相対的な押圧力が半導体ウェハの全面に亘って均一でない場合には、半導体ウェハに印加される押圧力に応じて研磨不足や過研磨が生じてしまう。そのため、基板保持装置の内部に弾性膜などによって気密室を形成し、この気密室に所定圧力の流体を供給することで基板保持装置の半導体ウェハに印加される押圧力を制御することも行われている。
【０００８】
また、上述したドレッサによる研磨テーブル上の研磨面のドレッシングにおいては、研磨面がドレッシングにより削り取られるため、ドレッシング部材が研磨面を押圧するドレッシング荷重が大きいと研磨パッド（又は固定砥粒）の寿命が短くなり、コストが上昇する。そのため、ドレッサの内部に弾性膜などによって気密室を形成し、この気密室に所定圧力の流体を供給することでドレッシング荷重を制御することも行われている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体ウェハに印加される押圧力を制御して半導体ウェハの研磨を行う基板保持装置において、弾性膜の亀裂などにより気密室がリークした場合には、この気密室の圧力を設定圧力に維持できないばかりでなく、研磨する半導体ウェハが破損する危険性がある。
【００１０】
また、同様に、ドレッシング荷重を制御してドレッシングを行うドレッサにおいて、気密室がリークして設定圧力に保たれないと、ドレッシング荷重が偏り、研磨面にダメージを与えるだけでなく、ドレッサ自体の破損にもつながりかねない。
【００１１】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、ドレッシング荷重を安全かつ的確に制御することのできるドレッサを提供することを目的とする。また、このようなドレッサを備えたポリッシング装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このような従来技術における問題点を解決するために、本発明の一態様は、被研磨物に摺接して該被研磨物を研磨する研磨面にドレッシング部材を摺接させてドレッシングを行うドレッサにおいて、上下動可能なドレッサ基部と、上記ドレッサ基部に対して上下動可能に設けられ、上記ドレッシング部材を保持するドレッサプレートと、上記ドレッサ基部と上記ドレッサプレートとを連結する弾性膜と、上記ドレッサ基部と上記ドレッサプレートと上記弾性膜により形成される気密室の上面及び下面に設けられた座ぐりと、上記気密室に正圧又は負圧の流体を供給してドレッシング荷重を制御する流体供給源と、上記気密室と上記流体供給源とを接続する流体路に設置された流量計とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
なお、被研磨物を保持して研磨面に押圧する基板保持装置の好ましい態様は、上記被研磨物を保持する上下動可能なトップリング本体と、上記トップリング本体の内部に形成された気密室に正圧又は負圧の流体を供給して上記被研磨物の上記研磨面への押圧力を制御する流体供給源と、上記気密室と上記流体供給源とを接続する流体路に設置された流量計とを備えたことを特徴とする。
更に、トップリングにより被研磨物を保持して研磨面に押圧することにより上記被研磨物を研磨する研磨方法の好ましい態様は、上記トップリングの内部に形成された気密室に正圧又は負圧の流体を供給して上記被研磨物の上記研磨面への押圧力を制御し、上記流体が供給される流体路の流量を測定し、上記測定された流量に基づいて上記気密室のリークを検知することを特徴とする。この場合において、上記気密室のリークが検知された場合、または被研磨物がトップリングからスリップアウトした場合に、上記被研磨物の研磨処理を停止するのが好ましい。
【００１４】
このように圧力流体の流れを測定することで、気密室のリークを検知し、気密室を形成する弾性膜等の破損やトップリングの組立不良などを検知することが可能となる。また、気密室の圧力を設定圧力に維持することができるので、被研磨物の破損の危険性を低減することができる。更に、このような気密室のリークを検知できるだけでなく、研磨中にトップリングの下面から被研磨物が外れたことも検知することができ、被研磨物の破損の危険性を更に低減することができる。
【００１６】
また、被研磨物を摺接させて研磨する研磨面をドレッサによってドレッシングするドレッシング方法の好ましい態様は、上記ドレッサの内部に形成された気密室に正圧又は負圧の流体を供給してドレッシング荷重を制御し、上記流体が供給される流体路の流量を測定し、上記測定された流量に基づいて上記気密室のリークを検知することを特徴とする。この場合において、上記気密室のリークが検知された場合に、上記研磨面のドレッシングを停止することが好ましい。
【００１７】
このように圧力流体の流れを測定することで、気密室のリークを検知し、気密室を形成する弾性膜等の破損やドレッサの組立不良などを検知することが可能となる。また、気密室の圧力を設定圧力に維持することができるので、ドレッシング荷重が偏って研磨面にダメージを与えたり、ドレッサ自体を破損したりすることが防止される。
【００１８】
上記基板保持装置のトップリング本体の内部には複数の気密室が形成されることが好ましい。更に、上記ドレッサのドレッサ基部と上記ドレッサプレートと上記弾性膜により複数の気密室が形成されることが好ましい。これらの場合において、上記流体路を上記複数の気密室に対応させて設けると共に、該流体路ごとに上記流量計を設置することとすれば、トップリング又はドレッサのどの気密室でリークが生じたかがすぐにわかり、必要な部分のみについて作業を迅速に行うことができる。
【００１９】
また、上記気密室の少なくとも一部が被研磨物によって構成されることとしてもよい。トップリングの気密室の一部を被研磨物によって構成した場合には、気密室のリークを検知できるだけでなく、被研磨物が前記トップリングから外れたことを流量計により測定された流量に基づいて検知することが可能となる。
【００２０】
更に、本発明の他の態様は、研磨面を有する研磨テーブルと、被研磨物を保持して上記研磨テーブルの研磨面に押圧する基板保持装置と、上述のドレッサとを備えたことを特徴とするポリッシング装置である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るポリッシング装置の一実施形態について図１乃至図６を参照して詳細に説明する。
図１は本実施形態におけるポリッシング装置の全体構成を示す断面図、図２は本実施形態におけるトップリングを示す縦断面図、図３及び図４は本実施形態におけるドレッサを示す縦断面図である。図１に示すように、本実施形態におけるポリッシング装置は、研磨パッド１０１を貼付した研磨テーブル１００と、被研磨物である半導体ウェハＷを保持して研磨パッド１０１の上面に押圧するトップリング１と、研磨パッド１０１の上面をドレッシングするドレッサ２２０とを備えている。また、研磨テーブル１００の上方には研磨液供給ノズル１０２が設置されており、この研磨液供給ノズル１０２によって研磨テーブル１００上の研磨パッド１０１上に研磨液が供給されるようになっている。
【００２２】
市場で入手できる研磨パッドとしては種々のものがあり、例えば、ロデール社製のＳＵＢＡ８００、ＩＣ−１０００、ＩＣ−１０００／ＳＵＢＡ４００（二層クロス）、フジミインコーポレイテッド社製のＳｕｒｆｉｎ ｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ ０００等がある。ＳＵＢＡ８００、Ｓｕｒｆｉｎ ｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ ０００は繊維をウレタン樹脂で固めた不織布であり、ＩＣ−１０００は硬質の発泡ポリウレタン（単層）である。発泡ポリウレタンは、ポーラス（多孔質状）になっており、その表面に多数の微細なへこみ又は孔を有している。このように、研磨パッドは、発泡ポリウレタンや繊維をウレタン樹脂で固めた不織布を円盤状に形成して構成されるものである。
【００２３】
また、上述した研磨パッドに限らず、例えば、固定砥粒により研磨面を形成してもよい。固定砥粒は、砥粒をバインダ中に固定し板状に形成されたものである。固定砥粒を用いた研磨においては、固定砥粒から自生した砥粒により研磨が進行する。固定砥粒は砥粒とバインダと気孔により構成されており、例えば砥粒には平均粒径０．５μｍ以下のＣｅＯ２又はＳｉＯ２又はＡｌ２Ｏ３を用い、バインダにはエポキシ樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂又はＭＢＳ樹脂やＡＢＳ樹脂などの熱可塑性樹脂を用いる。このような固定砥粒は硬質の研磨面を構成する。また、固定砥粒には、上述した板状のものの他に、薄い固定砥粒層の下に弾性を有する研磨パッドを貼付して二層構造とした固定砥粒パッドも含まれる。その他の硬質の研磨面としては、上述したＩＣ−１０００がある。
【００２４】
トップリング１は、図２に示すように自在継手部１０を介してトップリング駆動軸１１に接続されており、このトップリング駆動軸１１はトップリングヘッド１１０に固定されたトップリング用エアシリンダ１１１に連結されている。このトップリング用エアシリンダ１１１によってトップリング駆動軸１１は上下動し、トップリング１の全体を昇降させると共にトップリング本体２の下端に固定されたリテーナリング３を研磨テーブル１００上の研磨パッド１０１に押圧するようになっている。トップリング用エアシリンダ１１１はレギュレータＲ１を介して圧縮空気源１２０に接続されており、レギュレータＲ１によってトップリング用エアシリンダ１１１に供給される加圧空気の空気圧等を調整することができる。これにより、リテーナリング３が研磨パッド１０１を押圧する押圧力を調整することができる。
【００２５】
また、トップリング駆動軸１１はキー（図示せず）を介して回転筒１１２に連結されている。この回転筒１１２はその外周部にタイミングプーリ１１３を備えている。トップリングヘッド１１０にはトップリング用モータ１１４が固定されており、上記タイミングプーリ１１３は、タイミングベルト１１５を介してトップリング用モータ１１４に設けられたタイミングプーリ１１６に接続されている。従って、トップリング用モータ１１４を回転駆動することによってタイミングプーリ１１６、タイミングベルト１１５、及びタイミングプーリ１１３を介して回転筒１１２及びトップリング駆動軸１１が一体に回転し、トップリング１が回転する。
【００２６】
トップリングヘッド１１０は、位置決め可能なトップリングヘッドシャフト１１７によって支持されており、トップリングヘッドシャフト１１７をモータ１１８により回転させることでトップリング１は研磨テーブル１００及びトップリング１との間で半導体ウェハＷを受け渡しする移送装置であるプッシャー（図示せず）にアクセス可能となっている。
【００２７】
半導体ウェハＷを研磨する場合には、半導体ウェハＷをトップリング１の下面に保持し、トップリング１によって半導体ウェハＷを研磨テーブル１００上の研磨パッド１０１に押圧するとともに、研磨テーブル１００及びトップリング１を回転させて研磨パッド１０１と半導体ウェハＷを相対運動させて研磨する。このとき、研磨液供給ノズル１０２から研磨パッド１０１上の研磨面に研磨液を供給する。研磨液は、例えばアルカリ溶液にシリカ（ＳｉＯ２）等の微粒子からなる砥粒を懸濁したものを用い、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の複合作用によって半導体ウェハＷが平坦かつ鏡面状に研磨される。
【００２８】
ドレッサ２２０は、ドレッサ本体２２１と、ドレッサ本体２２１の下端に固定されたドレッシング部材２２２とを備えている。また、ドレッサ２２０は、ドレッサ駆動軸２２３を介してドレッサヘッド２２４に吊下されており、ドレッサ駆動軸２２３はドレッサヘッド２２４に固定されたドレッサ用エアシリンダ（図示せず）に連結されている。このドレッサ用エアシリンダによってドレッサ駆動軸２２３は上下動し、ドレッサ２２０の全体を昇降させると共にドレッサ２２０を研磨テーブル１００上の研磨パッド１０１から定められた高さに移動することができる。
【００２９】
また、ドレッサ駆動軸２２３は、上述したトップリング駆動軸１１と同様の回転機構（図示せず）を備えており、ドレッサ駆動軸２２３の回転によってドレッサ２２０が一体となって回転する。そして、ドレッサヘッド２２４は位置決め可能なドレッサヘッドシャフト２２５によって支持されており、ドレッサヘッドシャフト２２５をモータ２２６により回転させることでドレッサ２２０は研磨テーブル１００及び待機位置にアクセス可能となっている。
【００３０】
研磨面を構成する研磨パッド１０１の表面に研磨液の粒子や研磨屑が目詰まりすると、安定した研磨性能が得られなくなる。そのため、被研磨物の研磨中又は被研磨物の研磨と研磨の間に、回転している研磨テーブル１００上の研磨パッド１０１に、図示しないドレッシング液供給ノズルから純水等のドレッシング液を供給しつつ、ドレッサ２２０のドレッサ本体２２１を回転しながら、ドレッシング部材２２２を研磨面に押し当てる。これにより、研磨面を０．０１〜０．３ｍｍ／ｈ程度のリムーバルレートで薄く荒らし、研磨面上の研磨液の粒子や研磨屑の目詰まりを防止し（再生し）、研磨面を常に一定の状態に保つようにしている。
【００３１】
次に、本実施形態におけるトップリング１についてより詳細に説明する。
トップリング１は本発明に係る基板保持装置を構成するものであり、被研磨物である半導体ウェハ等を保持して研磨テーブル上の研磨面に押圧する装置である。図２に示すように、基板保持装置を構成するトップリング１は、内部に収容空間を有する円筒容器状のトップリング本体２と、トップリング本体２の下端に固定されたリテーナリング３とを備えている。トップリング本体２は金属やセラミックス等の強度及び剛性が高い材料から形成されており、リテーナリング３は、剛性の高い樹脂材又はセラミックス等から形成されている。
【００３２】
トップリング本体２は、円筒容器状のハウジング部２ａと、ハウジング部２ａの円筒部の内側に嵌合される環状の加圧シート支持部２ｂと、ハウジング部２ａの上面の外周縁部に嵌合された環状のシール部２ｃとを備えている。トップリング本体２のハウジング部２ａの下端にはリテーナリング３が固定されている。このリテーナリング３の下部は内方に突出している。なお、リテーナリング３をトップリング本体２と一体的に形成することとしてもよい。
【００３３】
トップリング本体２のハウジング部２ａの中央部の上方には、上述したトップリング駆動軸１１が配設されており、トップリング本体２とトップリング駆動軸１１とは自在継手部１０により連結されている。この自在継手部１０は、トップリング本体２及びトップリング駆動軸１１とを互いに傾動可能とする球面軸受け機構と、トップリング駆動軸１１の回転をトップリング本体２に伝達する回転伝達機構とを備えており、トップリング駆動軸１１からトップリング本体２に対して互いの傾動を許容しつつ押圧力及び回転力を伝達する。
【００３４】
球面軸受機構は、トップリング駆動軸１１の下面の中央に形成された球面状凹部１１ａと、ハウジング部２ａの上面の中央に形成された球面状凹部２ｄと、両凹部１１ａ、２ｄ間に介装されたセラミックスのような高硬度材料からなるベアリングボール１２とから構成されている。一方、回転伝達機構は、トップリング駆動軸１１に固定された駆動ピン（図示せず）とハウジング部２ａに固定された被駆動ピン（図示せず）とから構成される。トップリング本体２が傾いても被駆動ピンと駆動ピンは相対的に上下方向に移動可能であるため、これらは互いの接触点をずらして係合し、回転伝達機構がトップリング駆動軸１１の回転トルクをトップリング本体２に確実に伝達する。
【００３５】
トップリング本体２及びトップリング本体２に一体に固定されたリテーナリング３の内部に画成された空間内には、下端面が被研磨物である半導体ウェハＷの上面に接するシールリング４２と、環状のホルダリング５と、シールリング４２を支持する概略円盤状のチャッキングプレート６とが収容されている。シールリング４２は、その外周部がホルダリング５とホルダリング５の下端に固定されたチャッキングプレート６との間に挟み込まれており、チャッキングプレート６の下面の一部を覆っている。シールリング４２は弾性膜からなるもので、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度および耐久性に優れたゴム材によって形成されている。なお、半導体ウェハＷの外縁にはノッチやオリエンテーションフラットと呼ばれる、半導体ウェハの向きを認識（特定）するための切り欠きが設けられているが、このようなノッチやオリエンテーションフラットよりもチャッキングプレート６の内周側にまでシールリング４２が延出していることが好ましい。
【００３６】
チャッキングプレート６は金属材料から形成されていてもよいが、研磨すべき半導体ウェハがトップリングに保持された状態で、渦電流を用いた膜厚測定方法でその表面に形成された薄膜の膜厚を測定する場合などにおいては、磁性を持たない材料、例えば、フッ素系樹脂やセラミックスなどの絶縁性の材料から形成されていることが好ましい。
【００３７】
ホルダリング５とトップリング本体２との間には弾性膜からなる加圧シート７が張設されている。この加圧シート７は、一端をトップリング本体２のハウジング部２ａと加圧シート支持部２ｂとの間に挟み込み、他端をホルダリング５の上端部５ａとストッパ部５ｂとの間に挟み込んで固定されている。加圧シート７は、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴムなどの強度及び耐久性に優れたゴム材によって形成されている。
【００３８】
トップリング本体２、チャッキングプレート６、ホルダリング５、及び加圧シート７によってトップリング本体２の内部に気密室２１が形成されている。図２に示すように、気密室２１にはチューブ、コネクタ等からなる流体路３１が連通されており、気密室２１は流体路３１上に配置されたレギュレータＲ２を介して圧縮空気源１２０に接続されている。
【００３９】
加圧シート７がゴムなどの弾性体である場合に、加圧シート７をリテーナリング３とトップリング本体２との間に挟み込んで固定した場合には、弾性体としての加圧シート７の弾性変形によってリテーナリング３の下面において好ましい平面が得られなくなってしまう。従って、これを防止するため、本実施形態では、別部材として加圧シート支持部２ｂを設けて、加圧シート７をトップリング本体２のハウジング部２ａと加圧シート支持部２ｂとの間に挟み込んで固定している。なお、特願平８−５０９５６（特開平９−１６８９６４）や特願平１１−２９４５０３に記載されているように、リテーナリング３をトップリング本体２に対して上下動可能としたり、リテーナリング３をトップリング本体２とは独立に押圧可能な構造としたりすることもでき、このような場合には、必ずしも上述した加圧シート７の固定方法が用いられるとは限らない。
【００４０】
ここで、シールリング４２の外周面とリテーナリング３との間には、わずかな間隙Ｇがあるので、ホルダリング５とチャッキングプレート６及びチャッキングプレート６に取付けられたシールリング４２等の部材は、トップリング本体２及びリテーナリング３に対して上下方向に移動可能で、フローティングする構造となっている。ホルダリング５のストッパ部５ｂには、その外周縁部から外方に突出する突起５ｃが複数箇所に設けられており、この突起５ｃがリテーナリング３の内方に突出している部分の上面に係合することにより、上記ホルダリング５等の部材の下方への移動が所定の位置までに制限される。
【００４１】
トップリング本体２のシール部２ｃが嵌合されるハウジング部２ａの上面の外周縁付近には、環状の溝からなる洗浄液路５１が形成されている。この洗浄液路５１はシール部２ｃの貫通孔５２を介して流体路３２に連通されており、この流体路３２を介して洗浄液（純水）が供給される。また、洗浄液路５１からハウジング部２ａ、加圧シート支持部２ｂを貫通する連通孔５３が複数箇所設けられており、この連通孔５３はシールリング４２の外周面とリテーナリング３との間のわずかな間隙Ｇへ連通されている。
【００４２】
チャッキングプレート６の下面には、半導体ウェハＷに当接するセンターバッグ８及びリングチューブ９が設けられている。本実施形態においては、センターバッグ８はチャッキングプレート６の下面の中心部に配置され、リングチューブ９はこのセンターバッグ８の周囲を取り囲むようにセンターバッグ８の外側に配置されている。
【００４３】
センターバッグ８は、半導体ウェハＷの上面に当接する弾性膜８１と、弾性膜８１を着脱可能に保持するセンターバッグホルダ８２とから構成されている。センターバッグホルダ８２にはネジ穴８２ａが形成されており、このネジ穴８２ａにネジ５５を螺合させることにより、センターバッグ８がチャッキングプレート６の下面の中心部に着脱可能に取付けられている。センターバッグ８の内部には、弾性膜８１とセンターバッグホルダ８２とによって気密室２４が形成されている。
【００４４】
同様に、リングチューブ９は、半導体ウェハＷの上面に当接する弾性膜９１と、弾性膜９１を着脱可能に保持するリングチューブホルダ９２とから構成されている。リングチューブホルダ９２にはネジ穴９２ａが形成されており、このネジ穴９２ａにネジ５６を螺合させることにより、リングチューブ９がチャッキングプレート６の下面に着脱可能に取付けられている。リングチューブ９の内部には、弾性膜９１とリングチューブホルダ９２とによって気密室２５が形成されている。なお、センターバッグ８の弾性膜８１及びリングチューブ９の弾性膜９１は、加圧シート７と同様に、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度及び耐久性に優れたゴム材によって形成される。
【００４５】
研磨される半導体ウェハＷは、上記シールリング４２、センターバッグ８の弾性膜８１、及びリングチューブ９の弾性膜９１に当接して保持される。従って、半導体ウェハＷとチャッキングプレート６とシールリング４２とによってトップリング本体２内に気密室が形成されることとなる。そして、この空間には、上記センターバッグ８及びリングチューブ９によって、センターバッグ８とリングチューブ９の間の気密室２２及びリングチューブ９の外側の気密室２３が形成されている。
【００４６】
上記気密室２２〜２５には、チューブ、コネクタ等からなる流体路３３〜３６がそれぞれ連通されており、各気密室２２〜２５はそれぞれの流体路３３〜３６上に配置されたレギュレータＲ３〜Ｒ６を介して流体供給源としての圧縮空気源１２０に接続されている。従って、流体路３３〜３６上に配置された各レギュレータＲ３〜Ｒ６によってそれぞれの気密室に供給される圧力流体の圧力を調整することができる。場合によっては、気密室２２〜２５を真空源に接続することとしてもよい。このようにして、各気密室２２〜２５の内部の圧力を各々独立に制御する又は大気圧や真空にすることができるようになっている。なお、上記流体路３１、３３〜３６は、トップリングヘッド１１０の上端部に設けられたロータリジョイント（図示せず）を介して各レギュレータＲ１〜Ｒ６に接続されている。
【００４７】
ここで、図１に示すように、各気密室２１〜２５に接続された流体路３１、３３〜３６には、各流体路を通って各気密室２１〜２５に供給される流体の流量を測定する流量計Ｆ１〜Ｆ５がそれぞれ設けられている。上記気密室２１〜２５にリークなどがある場合には、気密室２１〜２５内に所定圧力の圧力流体を供給した後も、流体路３１、３３〜３６に圧力流体の流れが生じる。従って、このリークによる圧力流体の流れを測定することで、気密室のリークを検知し、弾性膜８１、９１の破損やトップリング１の組立不良などを検知することができる。即ち、流量計Ｆ１〜Ｆ５は、測定された流量に基づいて各気密室２１〜２５のリークを検知し、リークに応じて所定の処理を行う。典型的には、２段階の処理を行うように設定することができる。例えば、第１段階として、センターバッグ８の弾性膜８１やリングチューブ９の弾性膜９１の微小な亀裂などに起因する微小なリークに対してアラーム信号を出力し、第２段階として、これよりも多いリークに対して故障信号を出力するように設定することができる。
【００４８】
次に、上述したトップリング１の動作について詳細に説明する。
半導体ウェハＷを吸着する際には、センターバッグ８及びリングチューブ９の内部に所定の圧力の圧力流体を供給して、センターバッグ８及びリングチューブ９の下端面を半導体ウェハＷに密着させる。その後、気密室２２及び２３をそれぞれ流体路３３及び３４を介して真空源に接続することにより、気密室２２及び２３の内部を負圧にし、気密室２２、２３の吸引作用により半導体ウェハＷを真空吸着する。なお、半導体ウェハＷの外周縁はリテーナリング３によって保持され、半導体ウェハＷがトップリング１から飛び出さないようになっている。
【００４９】
また、半導体ウェハＷを研磨する際には、トップリング１の下面に半導体ウェハＷを保持させると共に、トップリング１の下端に固定されたリテーナリング３を所定の押圧力で研磨テーブル１００の研磨面に押圧する。この状態で、気密室２２〜２５にそれぞれ所定の圧力の圧力流体を供給し、半導体ウェハＷを研磨テーブル１００の研磨面に押圧する。そして、研磨液供給ノズル１０２から供給される研磨液が半導体ウェハＷの研磨される面（下面）と研磨面との間に存在した状態で研磨が行われる。
【００５０】
ここで、半導体ウェハＷの気密室２２及び２３の下方に位置する部分は、それぞれ気密室２２、２３に供給される圧力流体の圧力で研磨面に押圧される。また、半導体ウェハＷの気密室２４の下方に位置する部分は、センターバッグ８の弾性膜８１を介して気密室２４に供給される圧力流体の圧力で研磨面に押圧される。半導体ウェハＷの気密室２５の下方に位置する部分は、リングチューブ９の弾性膜９１を介して気密室２５に供給される圧力流体の圧力で研磨面に押圧される。
【００５１】
従って、各気密室２２〜２５に供給される圧力流体の圧力をそれぞれ制御することにより、半導体ウェハＷに加わる研磨圧力を半導体ウェハＷの部分ごとに調整することができる。研磨レートは半導体ウェハＷの研磨面に対する押圧力に依存するが、このように各部分の押圧力を制御することができるので、半導体ウェハＷの各部分の研磨レートを独立に制御することが可能となる。従って、半導体ウェハＷの表面の研磨すべき薄膜の膜厚に半径方向の分布があっても、半導体ウェハ全面に亘って研磨の不足や過研磨をなくすことができる。
【００５２】
即ち、半導体ウェハＷの表面の研磨すべき薄膜が、半導体ウェハＷの半径方向の位置によって膜厚が異なっている場合であっても、上記各気密室２２〜２５のうち、半導体ウェハＷの表面の膜厚の厚い部分の上方に位置する気密室の圧力を他の気密室の圧力よりも高くすることにより、あるいは、半導体ウェハＷの表面の膜厚の薄い部分の上方に位置する気密室の圧力を他の気密室の圧力よりも低くすることにより、膜厚の厚い部分の研磨面への押圧力を膜厚の薄い部分の研磨面への押圧力より大きくすることが可能となり、その部分の研磨レートを選択的に高めることができる。これにより、成膜時の膜厚分布に依存せずに半導体ウェハＷの全面に亘って過不足のない研磨が可能となる。
【００５３】
なお、研磨時には、シールリング４２は半導体ウェハＷの裏面に密着するため、気密室２３内の圧力流体が外部に漏れることはほとんどない。同様の理由で、センターバッグ８の弾性膜８１及びリングチューブ９の弾性膜９１の下面に貫通孔を設けたとしても、研磨時に、気密室２４及び２５内の圧力流体が外部に漏れることはほとんどない。
【００５４】
研磨の終了後は、上述と同様の吸着方法で半導体ウェハＷを真空吸着し、気密室２１内の圧力を大気圧に開放するか、もしくは負圧にする。半導体ウェハＷを吸着させた後、トップリング１の全体を半導体ウェハの移送位置に位置させ、流体路３３及び流体路３４を介して半導体ウェハＷに流体（例えば、圧縮空気もしくは窒素と純水を混合したもの）を噴射して半導体ウェハＷをリリースする。この場合において、センターバッグ８の弾性膜８１及びリングチューブ９の弾性膜９１の下面に貫通孔を設けた場合には、この貫通孔からも半導体ウェハＷに下方向の圧力が加わるため、半導体ウェハＷのリリースがよりスムーズになる。また、半導体ウェハＷのリリース後、チャッキングプレート６の下面の大部分が露出することとなるので、研磨終了後の洗浄が比較的容易にできる。
【００５５】
ところで、シールリング４２の外周面とリテーナリング３との間のわずかな間隙Ｇには、研磨に用いられる研磨液が侵入してくるが、この研磨液が固着すると、ホルダリング５、チャッキングプレート６、及びシールリング４２などの部材のトップリング本体２及びリテーナリング３に対する円滑な上下動が妨げられる。そのため、流体路３２を介して洗浄液路５１に洗浄液（純水）を供給する。これにより、複数の連通孔５３より間隙Ｇの上方に純水が供給され、純水が間隙Ｇを洗い流して上述した研磨液の固着が防止される。この純水の供給は、研磨後の半導体ウェハがリリースされ、次に研磨される半導体ウェハが吸着されるまでの間に行われるのが好ましい。また、次の研磨までに供給された純水が全て外部に排出されるように、リテーナリング３には図２に示すような複数の貫通孔３ａを設けるのが好ましい。更に、リテーナリング３、ホルダリング５、及び加圧シート７により形成される空間２６内に圧力がこもっていると、チャッキングプレート６の上昇を妨げることとなるので、スムーズにチャッキングプレート６を上昇させるためにも上記貫通孔３ａを設け、空間２６を大気と同圧にすることが好ましい。
【００５６】
ここで、研磨中には、上述した流量計Ｆ１〜Ｆ５によって各流体路３１〜３６を通って各気密室２１〜２５に供給される流体の流量が測定され、各気密室２１〜２５のリークが検知される。本実施形態では、上述したようにリークに対して２段階の処理を行うように設定する。
【００５７】
上述の２段階の設定では、微小なリークに対してアラーム信号が出力されるが、このような微小なリークでは気密室内の圧力を設定圧力に維持することができるため、そのまま研磨処理を続行する。また、故障信号が出力された場合には、トップリング１による研磨処理が即時停止される。リーク量が多いときには、各気密室２１〜２５の圧力を設定圧力に維持できないばかりでなく半導体ウェハＷの破損の危険性があるため、瞬時に研磨処理を停止させた方がよいためである。具体的には、トップリング１の回転を停止させ、トップリング１を上昇させると共に研磨テーブル１００の回転も停止させる。なお、後述するドレッシングと同時に研磨処理を行っていた場合には、ドレッサ２２０の回転も停止させ、ドレッサ２２０を上昇させる。また、アラーム信号の出力によって研磨処理を即時停止させるようにしてもよい。
【００５８】
気密室のリークによって研磨処理を停止させた場合には、リークの原因となった弾性膜の交換やトップリング１の組立て直しが行われる。この場合において、各流体路ごとに流量計Ｆ１〜Ｆ５を設置しているので、トップリング１のどの気密室でリークが生じたかがすぐにわかり、必要な部分のみについて作業を迅速に行うことができる。
【００５９】
また、トップリング１の内部に形成される気密室には、弾性膜８１、９１と半導体ウェハＷによりシールされている気密室２２、２３があるが、この気密室２２、２３の流体路３３、３４に設置された流量計Ｆ２、Ｆ３によって、弾性膜８１、９１の亀裂などによるリークを検知できるだけでなく、研磨中にトップリング１の下面から半導体ウェハＷが外れたことも検知することができる。半導体ウェハＷがトップリング１の下面から外れてしまうと、半導体ウェハＷの破損の可能性が高いので研磨処理を即時停止することが好ましいが、このような場合には、流量計Ｆ２、Ｆ３で検知されるリーク量が大きくなり故障信号が出力されるため、ポリッシング装置が即時停止される。
【００６０】
なお、気密室２１〜２５には、弾性膜８１、９１等で完全に密閉された気密室２１、２４、２５と、半導体ウェハＷと弾性膜８１、９１でシールされた気密室２２、２３とがあるが、それぞれの気密室におけるリークのしやすさが異なるため、流量計Ｆ１〜Ｆ５のアラーム信号、故障信号の閾値を個別に設定してもよい。
【００６１】
次に、本実施形態におけるドレッサ２２０についてより詳細に説明する。
図３及び図４は、本実施形態におけるドレッサ２２０を示す縦断面図であり、図３はドレッサ２２０が研磨面から持ち上げられた状態を示す断面図であり、図４はドレッサ２２０が研磨面のドレッシングを行っている状態を示す断面図である。図３及び図４に示すように、ドレッサ２２０は、ドレッサ駆動軸２２３に連結されたドレッサ本体２２１を備えており、ドレッサ本体２２１に固定されたドレッシング部材２２２とを備えている。ドレッシング部材２２２としては、下面にダイヤモンド粒子が電着されたもの、ＳｉＣ等のセラミックスで形成したもの、あるいは他の素材で形成したものなどを用いることができる。また、このドレッシング部材２２２は、円環状の形状であってもよく、あるいは円盤状の形状であってもよい。
【００６２】
ドレッサ本体２２１は、ドレッサ駆動軸２２３に結合されたドレッサ基部２３１と、ドレッシング部材２２２を保持する円盤状のドレッサプレート２３２と、ドレッサプレート２３２がドレッサ基部２３１に対して傾動できるようにドレッサ基部２３１とドレッサプレート２３２とを連結するジンバル機構２３３と、ドレッサ駆動軸２２３の回転をドレッサプレート２３２に伝達するための回転伝達機構２４０とを備えている。なお、ドレッサ基部２３１とドレッサ駆動軸２２３とを直接結合せずに、別の部材を介して連結してもよい。
【００６３】
ジンバル機構２３３は、ドレッサプレート２３２の中央上部に形成された凹部２３２ａ内に配置されており、ジンバル機構２３３は、球面軸受２３４と、ドレッサ基部２３１に固定された芯出し軸２３５と、球面軸受２３４と芯出し軸２３５との間に挿入されたリニアベアリング２３６とから構成されている。球面軸受２３４は、ドレッサプレート２３２に固定されるとともに凹球面を有する固定部２３７と、固定部２３７の凹球面に摺動可能に嵌合された概略球状の可動部２３８とから構成されている。球状の可動部２３８にはリニアベアリング２３６が挿入され固定されており、リニアベアリング２３６の内側にはドレッサ基部２３１に固定された芯出し軸２３５が嵌装されている。
【００６４】
このような構成において、芯出し軸２３５がリニアベアリング２３６に対して上下動可能になっており、リニアベアリング２３６及び可動部２３８が固定部２３７に対して回転可能になっている。従って、ドレッサプレート２３２の芯がずれることなく、球面軸受２３４がドレッサプレート２３２の傾動を許容し、リニアベアリング２３６がドレッサプレート２３２の上下動を許容する。
【００６５】
回転伝達機構２４０は、ドレッサプレート２３２上の所定円周上に複数個配置されており、ドレッサプレート２３２に固定されたトルク伝達ピン２４１を備えている。各トルク伝達ピン２４１はドレッサ基部２３１の外周近傍に設けられた貫通孔２３１ｂを貫通するように設けられている。図５は図４のドレッサ２２０の要部を示す詳細図であり、図４のＶ−Ｖ線矢視図である。図５に示すように、ドレッサ基部２３１の各貫通孔２３１ｂの箇所には、２本のピン２４２がトルク伝達ピン２４１を挟むように設けられている。トルク伝達ピン２４１の外周にはゴム等の緩衝部材２４３が嵌装されており、トルク伝達ピン２４１とピン２４２とは緩衝部材２４３を介して係合するようになっている。
【００６６】
このような構成によって、ドレッサ駆動軸２２３が回転駆動されるとドレッサ基部２３１がドレッサ駆動軸２２３と一体に回転し、ドレッサ基部２３１の回転力はトルク伝達ピン２４１とピン２４２との係合によりドレッサプレート２３２に伝達される。ドレッシング中に、研磨テーブル１００上の研磨面の傾きに追従してドレッサプレート２３２は傾動するが、ドレッサプレート２３２が傾動した際にも、ドレッサプレート２３２側のトルク伝達ピン２４１とドレッサ基部２３１側のピン２４２は点接触で係合するので、傾動した場合においても接触点をずらして確実に係合し、ドレッサ駆動軸２２３の回転力はドレッサプレート２３２に確実に伝達される。
【００６７】
トルク伝達ピン２４１の上端部には、貫通孔２３１ｂの直径より大きなストッパ２４１ａが形成されており、ドレッサ本体２２１が持ち上げられた際に、ストッパ２４１ａがドレッサ基部２３１の上面と係合し、ドレッサプレート２３２の脱落が防止される。なお、ドレッサ本体２２１内への研磨液やドレッシング液の浸入を防ぐために、ドレッサ基部２３１及びドレッサプレート２３２には、カバー２４８、２４９がそれぞれ設けられている。
【００６８】
ドレッサプレート２３２の上面には、Ｌ字状部材２６０が固定されており、Ｌ字状部材２６０の上部はドレッサ基部２３１の上方に突出している。そして、Ｌ字状部材２６０の突出部２６０ａには、筒状（蛇腹状）の弾性膜２６１と円盤状の加圧プレート２６２が設けられており、これら弾性膜２６１と加圧プレート２６２によりエアバッグ２６３（気密室）が形成されている。エアバッグ２６３及びＬ字状部材２６０は同一円周上に複数個均等に設けられていることが好ましく、本実施形態においては、エアバッグ２６３及びＬ字状部材２６０は３個、１２０゜等配に設けられている。なお、エアバッグ２６３の弾性膜２６１は、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴムなどの強度及び耐久性に優れたゴム材によって形成されている。また、エアバッグ２６３の加圧プレート２６２はドレッサ基部２３１の上面に係合するが、加圧プレート２６２及びドレッサ基部２３１は相互に固定されておらず、摺動可能となっている。
【００６９】
エアバッグ２６３には、チューブ、コネクタ等からなる流体路２５５が連通されており、エアバッグ２６３は流体路２５５上に配置されたレギュレータＲ７を介して圧縮空気源１２０に接続されている。従って、流体路２５５上に配置されたレギュレータＲ７によってエアバッグ２６３に供給される圧力流体の圧力を調整することができる。場合によっては、エアバッグ２６３を真空源に接続することとしてもよい。このようにして、これによりエアバッグ２６３の内部の圧力を制御する又は大気圧や真空にすることができるようになっている。なお、上記流体路２５５は、ドレッサヘッド２２４の上端部に設けられたロータリジョイント（図示せず）を介してレギュレータＲ７に接続されている。
【００７０】
このような構成によって、エアバッグ２６３内の圧力を正圧から負圧に至るまで任意に調節することができ、流体路２５５を介してエアバッグ２６３内に圧力流体を供給すると、エアバッグ２６３によりドレッサプレート２３２に上向きの力が働く。従って、レギュレータＲ７により圧力流体の圧力を調整することで、ドレッサヘッド可動部（ドレッサプレート２３２、ドレッシング部材２２２、トルク伝達ピン２４１、球面軸受２３４、リニアベアリング２３６、Ｌ字状部材２６０及びカバー２４９）の自重とのバランスでドレッシング荷重を制御することができる。
【００７１】
具体的には、上記ドレッサヘッド可動部の総重量は１２ｋｇ程度あり、エアバッグ２６３内の正圧とのバランスでドレッシング荷重を約０Ｎ〜約１２０Ｎまで任意に制御できる。一般に正圧の方が負圧よりも制御の範囲が広く、また制御しやすいため、ドレッサヘッド可動部の重量を必要最大限のドレッシング荷重に合わせておき、正圧で荷重を制御することが好ましい。
【００７２】
ここで、図１に示すように、エアバッグ２６３に接続された流体路２５５には、流体路２５５を通ってエアバッグ２６３に供給される流体の流量を測定する流量計Ｆ６が設けられている。この流量計Ｆ６は、上述した流量計Ｆ１〜Ｆ５と同様に、測定された流量に基づいてエアバッグ２６３のリークを検知し、リークに応じて所定の処理を行う。本実施形態においては２段階の処理を行うように設定されている。
【００７３】
図６は、図３及び図４に示すエアバッグの動作を示す図であり、図６（ａ）はエアバッグを膨らませた状態を示す断面図であり、図６（ｂ）はエアバッグに圧力を加えない状態を示す断面図である。図６（ａ）に示す状態においては、エアバッグ２６３内に圧力流体が供給され、弾性膜２６１が伸張し、加圧プレート２６２がドレッサ基部２３１を押圧する結果、ドレッサプレート２３２に上向きの力が働く。その結果、ドレッサ２２０が研磨面を押圧するドレッシング荷重を低減することができる。また、図６（ｂ）に示す状態においては、エアバッグ２６３内が脱圧されているため、弾性膜２６１が収縮し、加圧プレート２６２がドレッサ基部２３１を押圧することはなく、ドレッサプレート２３２には上向きの力が働くことはない。
【００７４】
エアバッグ２６３に供給する流体の圧力によりドレッサプレート２３２に加わる上向きの力を精密に制御するために、弾性膜２６１が多少撓んだ際にもエアバッグ２６３内の上面と下面の面積が一定に保たれるように、座ぐり２６５，２６６をＬ字状部材２６０の突出部２６０ａの下面及び加圧プレート２６２の上面にそれぞれ設けておいてもよい。
【００７５】
次に、上述したドレッサ２２０の動作について詳細に説明する。
ドレッシングを行う場合には、図３に示す状態から、ドレッサヘッド２２４内に固定されたドレッサ用エアシリンダ（図示せず）を作動させることにより、ドレッサ駆動軸２２３をドレッサ本体２２１と共に下降させる。このとき、ストッパ２４１ａとドレッサ基部２３１の上面とは係合している。ドレッサ駆動軸２２３は所定距離だけ下降されるが、ドレッシング部材２２２が研磨テーブル１００上の研磨面に接触した後においては、ドレッサ駆動軸２２３とドレッサ基部２３１のみが下降し、ストッパ２４１ａがドレッサ基部２３１から離れ、また芯出し軸２３５がリニアベアリング２３６内を摺動して、図４に示す状態になる。弾性膜２６１の撓みがなくなる程度までドレッサ駆動軸２２３は下降され、ドレッシング時のエアバッグ２６３内の上面と下面の面積は、上記座ぐり２６５，２６６との作用で研磨面の多少の摩耗に拘わらず一定に保たれる。
【００７６】
そして、図４に示す状態で、ドレッサ駆動軸２２３を回転させ、ドレッシング部材２２２を研磨面に摺接させて研磨面をドレッシングする。この際、ドレッシング部材２２２が研磨面を押圧するドレッシング荷重は、ドレッサプレート２３２とドレッサプレート２３２に固定された部材のみの荷重になり軽荷重になる。即ち、図３及び図４に示す実施形態においては、ドレッシング荷重は、ドレッサプレート２３２、ドレッシング部材２２２、トルク伝達ピン２４１、球面軸受２３４、リニアベアリング２３６、Ｌ字状部材２６０及びカバー２４９のみの荷重（ドレッサヘッド可動部の自重）となり、軽荷重にすることができる。このように、ドレッシング荷重を軽荷重にできるため、ドレッシングの際の研磨面の削り取り量を必要最小限にできる。
【００７７】
ドレッシング荷重を更に軽荷重にする必要がある場合には、エアバッグ２６３を圧縮空気源１２０に接続し、レギュレータＲ７によりエアバッグ２６３内の流体圧を調節することにより、ドレッサヘッド可動部の自重とエアバッグ２６３内の流体圧のバランスにより、任意の軽荷重が得られる。
【００７８】
ただし、自重よりも更に軽荷重とする場合には、上述の手順で動作させると、ドレッシング部材２２２が研磨面に接触したときに、自重の全てという必要以上のドレッシング荷重が一時期かかってしまうため、以下のように動作させることが更に好ましい。
【００７９】
即ち、図３に示す状態から、まずエアバッグ２６３内に圧力流体を供給し、エアバッグ２６３を圧力流体源に接続して膨らませ、ドレッサプレート２３２を最大限上方に位置させる。その後ドレッサヘッド２２４に固定されたドレッサ用エアシリンダを作動させることにより、ドレッサ駆動軸２２３をドレッサ本体２２１と共に所定距離だけ下降させる。この状態でドレッシング部材２２２の下面と研磨面との間には若干の隙間が存在する。その後エアバッグ２６３内の流体圧をレギュレータＲ７により所定の圧力に制御することにより、ドレッサプレート２３２は更に下降し、ドレッシング部材２２２の下面が研磨面に接触し、図４に示す状態になり、ドレッシング荷重は所望の荷重となる。このドレッサヘッド可動部の下降距離は小さいため、弾性膜２６１の撓みはほとんどなく、ドレッシング時のエアバッグ２６３内の上面と下面の受圧面積は、上記座ぐり２６５、２６６との併用で研磨面の多少の摩耗に拘わらず一定に保たれる。なお、ドレッサ駆動軸２２３を下降させる前のエアバッグ２６３内の流体圧は、予め所望のドレッシング荷重が得られる大きさにしておいてもよい。
【００８０】
ここで、ドレッシング中には、上述した流量計Ｆ６によって流体路２５５を通ってエアバッグ２６３に供給される流体の流量が測定され、エアバッグ２６３のリークが検知される。上述の流量計Ｆ１〜Ｆ５と同様に、微小なリークに対してアラーム信号が出力されるが、この場合にはドレッシング処理が続行される。また、故障信号が出力された場合には、ドレッサ２２０によるドレッシングが即時停止される。ドレッサ２２０のエアバッグ２６３は複数あるが（図３及び図４においては１つだけを示す）、設定圧力に保たれないエアバック２６３があると、ドレッシング荷重が偏り、研磨面にダメージを与えるだけでなく、最悪の場合にはドレッサ２２０自体の破損にもつながりかねないためである。具体的には、ドレッサ２２０の回転を停止させ、ドレッサ２２０を上昇させると共に研磨テーブル１００の回転も停止させる。なお、研磨処理と同時にドレッシングを行っていた場合には、トップリング１の回転も停止させ、トップリング１を上昇させる。また、アラーム信号の出力によってドレッシングを即時停止させるようにしてもよい。
【００８１】
エアバッグ２６３のリークによってドレッシングを停止させた場合には、リークの原因になった弾性膜２６１の交換や、ドレッサ２２０の組立て直しが行われる。この場合において、複数のエアバッグ２６３に通じる各流体路ごとに流量計が設置されているので（図１においては、１つのエアバッグの流体路のみを示し、他の流体路及び流量計については図示を省略している）、ドレッサ２２０のどのエアバッグ２６３でリークが生じたかがすぐにわかり、必要な部分のみについて作業を迅速に行うことができる。
【００８２】
なお、上述したトップリング１の気密室２１〜２５、ドレッサ２２０のエアバッグ２６３のリークは、流量計だけではなく圧力計によっても検知することができるが、上述したように気密室２１〜２５及びエアバッグ２６３はレギュレータＲ２〜Ｒ７によって圧力が一定に保たれるようになっているため、微小なリークを検知したり、リークを瞬時に検知したりするためには、流量計を用いるのが好ましい。
【００８３】
さてこれまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてもよいことは言うまでもない。
【００８４】
例えば、トップリング１内の気密室の配置や構成、ドレッサ２２０内のエアバッグの配置や構成などは図示のものに限られるものではなく、必要に応じて改変することが可能である。また、トップリング１内の気密室及びドレッサ２２０内のエアバッグを複数備えたポリッシング装置について説明したが、これらの気密室やエアバッグは１つ以上あればよく、例えば、半導体ウェハの全面を１つの弾性膜で保持して研磨するトップリングなどに適用できることは言うまでもない。更に、この場合においても、弾性膜の半導体ウェハに当接する面に少なくとも１つ以上の穴が形成されている場合など、気密室の少なくとも一部が半導体ウェハによって構成されていれば、半導体ウェハのスリップアウトも検知することができる。
【００８５】
また、上述の実施形態においては、２段階でリークを検知する流量計を用いた場合について説明したが、リークの検知を１段階で行ってもよく、３段階以上で行うこととしてもよい。また、このリークの検知信号をアラーム信号又は故障信号としてポリッシング装置の運用に利用することとしてもよい。
【００８６】
【発明の効果】
上述の基板保持装置の態様によれば、圧力流体の流れを測定することで、気密室のリークを検知し、気密室を形成する弾性膜等の破損やトップリングの組立不良などを検知することが可能となる。また、気密室の圧力を設定圧力に維持することができるので、被研磨物の破損の危険性を低減することができる。更に、このような気密室のリークを検知できるだけでなく、研磨中にトップリングの下面から被研磨物が外れたことも検知することができ、被研磨物の破損の危険性を更に低減することができる。
【００８７】
また、本発明のドレッサの態様によれば、圧力流体の流れを測定することで、気密室のリークを検知し、気密室を形成する弾性膜等の破損やドレッサの組立不良などを検知することが可能となる。また、気密室の圧力を設定圧力に維持することができるので、ドレッシング荷重が偏って研磨面にダメージを与えたり、ドレッサ自体を破損したりすることが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるポリッシング装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態におけるトップリングを示す縦断面図である。
【図３】本発明の一実施形態におけるドレッサを示す図であり、ドレッサが研磨テーブルから持ち上げられた状態を示す縦断面図である。
【図４】図３のドレッサが研磨面のドレッシングを行っている状態を示す縦断面図である。
【図５】図４のドレッサの要部を示す詳細図であり、図４のＶ−Ｖ線矢視図である。
【図６】図３及び図４に示すエアバッグの動作を示す図であり、図６（ａ）はエアバッグを膨らませた状態を示す断面図であり、図６（ｂ）はエアバッグに圧力を加えない状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１ トップリング
２ トップリング本体
２ａ ハウジング部
２ｂ 加圧シート支持部
２ｃ シール部
２ｄ 球面状凹部
３ リテーナリング
３ａ、５２、２３１ｂ 貫通孔
５ ホルダリング
５ａ 上端部
５ｂ ストッパ部
５ｃ 突起
６ チャッキングプレート
７ 加圧シート
８ センターバッグ
９ リングチューブ
１０ 自在継手部
１１ トップリング駆動軸
１１ａ 球面状凹部
１２ ベアリングボール
２１〜２５ 気密室
２６ 空間
３１〜３６、２５５ 流体路
４２ シールリング
５１ 洗浄液路
５３ 連通孔
５５、５６ ネジ
８１、９１ 弾性膜
８２ センターバッグホルダ
８２ａ、９２ａ ネジ穴
９２ リングチューブホルダ
１０１ 研磨パッド
１００ 研磨テーブル
１０２ 研磨液供給ノズル
１１０ トップリングヘッド
１１１ トップリング用エアシリンダ
１１２ 回転筒
１１３、１１６ タイミングプーリ
１１４ トップリング用モータ
１１５ タイミングベルト
１１７ トップリングヘッドシャフト
１１８、２２６ モータ
１２０ 圧縮空気源
２２０ ドレッサ
２２１ ドレッサ本体
２２２ ドレッシング部材
２２３ ドレッサ駆動軸
２２４ ドレッサヘッド
２２５ ドレッサヘッドシャフト
２３１ ドレッサ基部
２３２ ドレッサプレート
２３２ａ 凹部
２３３ ジンバル機構
２３４ 球面軸受
２３５ 芯出し軸
２３６ リニアベアリング
２３７ 固定部
２３８ 可動部
２４０ 回転伝達機構
２４１ トルク伝達ピン
２４１ａ ストッパ
２４２ ピン
２４３ 緩衝部材
２４８、２４９ カバー
２６１ 弾性膜
２６０ａ 突出部
２６０ Ｌ字状部材
２６２ 加圧プレート
２６３ エアバッグ（気密室）
２６５、２６６ 座ぐり
Ｆ１〜Ｆ６ 流量計
Ｇ 間隙
Ｒ１〜Ｒ７ レギュレータ
Ｗ 半導体ウェハ
【発明の属する技術分野】
本発明は、被研磨物に摺接させて該被研磨物を研磨する研磨面にドレッシング部材を摺接させてドレッシングを行うドレッサ、特にポリッシング装置におけるドレッサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスがますます微細化され素子構造が複雑になり、またロジック系の多層配線の層数が増えるに伴い、半導体デバイスの表面の凹凸はますます増え、段差が大きくなる傾向にある。半導体デバイスの製造では薄膜を形成し、パターンニングや開孔を行う微細加工の後、次の薄膜を形成するという工程を何回も繰り返すためである。
【０００３】
半導体デバイスの表面の凹凸が増えると、薄膜形成時に段差部での膜厚が薄くなったり、配線の断線によるオープンや配線層間の絶縁不良によるショートが起こったりするため、良品が取れなかったり、歩留まりが低下したりする傾向がある。また、初期的に正常動作をするものであっても、長時間の使用に対しては信頼性の問題が生じる。更に、リソグラフィ工程における露光時に、照射表面に凹凸があると露光系のレンズ焦点が部分的に合わなくなるため、半導体デバイスの表面の凹凸が増えると微細パターンの形成そのものが難しくなるという問題が生ずる。
【０００４】
従って、半導体デバイスの製造工程においては、半導体デバイス表面の平坦化技術がますます重要になっている。この平坦化技術のうち、最も重要な技術は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing））である。この化学的機械的研磨は、ポリッシング装置を用いて、シリカ（ＳｉＯ２）等の砥粒を含んだ研磨液を研磨パッド等の研磨面上に供給しつつ半導体ウェハなどの被研磨物を研磨面に摺接させて研磨を行うものである。
【０００５】
この種のポリッシング装置は、研磨パッド（又は固定砥粒）からなる研磨面を有する研磨テーブルと、半導体ウェハを保持するためのトップリング又はキャリアヘッド等と称される基板保持装置とを備えている。このようなポリッシング装置を用いて半導体ウェハの研磨を行う場合には、基板保持装置により半導体ウェハを保持しつつ、この半導体ウェハを研磨テーブルに対して所定の圧力で押圧する。このとき、研磨テーブルと基板保持装置とを相対運動させることにより半導体ウェハが研磨面に摺接し、半導体ウェハの表面が平坦かつ鏡面に研磨される。
【０００６】
このようなポリッシング装置を用いて半導体ウェハの研磨を行うと、研磨面（研磨パッド）には砥粒や研磨屑が付着し、また、研磨パッドの特性が変化して研磨性能が劣化してくる。このため、同一の研磨パッドを用いて被研磨物の研磨を繰り返すと研磨速度が低下し、また、研磨ムラが生じる等の問題がある。そこで、研磨を行って劣化した研磨パッドの表面を再生するために、研磨テーブルに隣接してドレッサを設置している。ドレッサは、ドレッサ本体に固定されたドレッシング部材を研磨テーブル上の研磨パッド（研磨面）に押付けつつ、ドレッサ本体及び研磨テーブルを自転させることで、研磨面に付着した砥液や切削屑を除去するとともに、研磨面の平坦化及び目立て（ドレッシング）を行うものである。ドレッシング部材としては、一般に、研磨面に接触する面にダイヤモンド粒子が電着されたものが使用される。
【０００７】
上述したポリッシング装置において、研磨中の半導体ウェハと研磨パッドの研磨面との間の相対的な押圧力が半導体ウェハの全面に亘って均一でない場合には、半導体ウェハに印加される押圧力に応じて研磨不足や過研磨が生じてしまう。そのため、基板保持装置の内部に弾性膜などによって気密室を形成し、この気密室に所定圧力の流体を供給することで基板保持装置の半導体ウェハに印加される押圧力を制御することも行われている。
【０００８】
また、上述したドレッサによる研磨テーブル上の研磨面のドレッシングにおいては、研磨面がドレッシングにより削り取られるため、ドレッシング部材が研磨面を押圧するドレッシング荷重が大きいと研磨パッド（又は固定砥粒）の寿命が短くなり、コストが上昇する。そのため、ドレッサの内部に弾性膜などによって気密室を形成し、この気密室に所定圧力の流体を供給することでドレッシング荷重を制御することも行われている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体ウェハに印加される押圧力を制御して半導体ウェハの研磨を行う基板保持装置において、弾性膜の亀裂などにより気密室がリークした場合には、この気密室の圧力を設定圧力に維持できないばかりでなく、研磨する半導体ウェハが破損する危険性がある。
【００１０】
また、同様に、ドレッシング荷重を制御してドレッシングを行うドレッサにおいて、気密室がリークして設定圧力に保たれないと、ドレッシング荷重が偏り、研磨面にダメージを与えるだけでなく、ドレッサ自体の破損にもつながりかねない。
【００１１】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、ドレッシング荷重を安全かつ的確に制御することのできるドレッサを提供することを目的とする。また、このようなドレッサを備えたポリッシング装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このような従来技術における問題点を解決するために、本発明の一態様は、被研磨物に摺接して該被研磨物を研磨する研磨面にドレッシング部材を摺接させてドレッシングを行うドレッサにおいて、上下動可能なドレッサ基部と、上記ドレッサ基部に対して上下動可能に設けられ、上記ドレッシング部材を保持するドレッサプレートと、上記ドレッサ基部と上記ドレッサプレートとを連結する弾性膜と、上記ドレッサ基部と上記ドレッサプレートと上記弾性膜により形成される気密室の上面及び下面に設けられた座ぐりと、上記気密室に正圧又は負圧の流体を供給してドレッシング荷重を制御する流体供給源と、上記気密室と上記流体供給源とを接続する流体路に設置された流量計とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
なお、被研磨物を保持して研磨面に押圧する基板保持装置の好ましい態様は、上記被研磨物を保持する上下動可能なトップリング本体と、上記トップリング本体の内部に形成された気密室に正圧又は負圧の流体を供給して上記被研磨物の上記研磨面への押圧力を制御する流体供給源と、上記気密室と上記流体供給源とを接続する流体路に設置された流量計とを備えたことを特徴とする。
更に、トップリングにより被研磨物を保持して研磨面に押圧することにより上記被研磨物を研磨する研磨方法の好ましい態様は、上記トップリングの内部に形成された気密室に正圧又は負圧の流体を供給して上記被研磨物の上記研磨面への押圧力を制御し、上記流体が供給される流体路の流量を測定し、上記測定された流量に基づいて上記気密室のリークを検知することを特徴とする。この場合において、上記気密室のリークが検知された場合、または被研磨物がトップリングからスリップアウトした場合に、上記被研磨物の研磨処理を停止するのが好ましい。
【００１４】
このように圧力流体の流れを測定することで、気密室のリークを検知し、気密室を形成する弾性膜等の破損やトップリングの組立不良などを検知することが可能となる。また、気密室の圧力を設定圧力に維持することができるので、被研磨物の破損の危険性を低減することができる。更に、このような気密室のリークを検知できるだけでなく、研磨中にトップリングの下面から被研磨物が外れたことも検知することができ、被研磨物の破損の危険性を更に低減することができる。
【００１６】
また、被研磨物を摺接させて研磨する研磨面をドレッサによってドレッシングするドレッシング方法の好ましい態様は、上記ドレッサの内部に形成された気密室に正圧又は負圧の流体を供給してドレッシング荷重を制御し、上記流体が供給される流体路の流量を測定し、上記測定された流量に基づいて上記気密室のリークを検知することを特徴とする。この場合において、上記気密室のリークが検知された場合に、上記研磨面のドレッシングを停止することが好ましい。
【００１７】
このように圧力流体の流れを測定することで、気密室のリークを検知し、気密室を形成する弾性膜等の破損やドレッサの組立不良などを検知することが可能となる。また、気密室の圧力を設定圧力に維持することができるので、ドレッシング荷重が偏って研磨面にダメージを与えたり、ドレッサ自体を破損したりすることが防止される。
【００１８】
上記基板保持装置のトップリング本体の内部には複数の気密室が形成されることが好ましい。更に、上記ドレッサのドレッサ基部と上記ドレッサプレートと上記弾性膜により複数の気密室が形成されることが好ましい。これらの場合において、上記流体路を上記複数の気密室に対応させて設けると共に、該流体路ごとに上記流量計を設置することとすれば、トップリング又はドレッサのどの気密室でリークが生じたかがすぐにわかり、必要な部分のみについて作業を迅速に行うことができる。
【００１９】
また、上記気密室の少なくとも一部が被研磨物によって構成されることとしてもよい。トップリングの気密室の一部を被研磨物によって構成した場合には、気密室のリークを検知できるだけでなく、被研磨物が前記トップリングから外れたことを流量計により測定された流量に基づいて検知することが可能となる。
【００２０】
更に、本発明の他の態様は、研磨面を有する研磨テーブルと、被研磨物を保持して上記研磨テーブルの研磨面に押圧する基板保持装置と、上述のドレッサとを備えたことを特徴とするポリッシング装置である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るポリッシング装置の一実施形態について図１乃至図６を参照して詳細に説明する。
図１は本実施形態におけるポリッシング装置の全体構成を示す断面図、図２は本実施形態におけるトップリングを示す縦断面図、図３及び図４は本実施形態におけるドレッサを示す縦断面図である。図１に示すように、本実施形態におけるポリッシング装置は、研磨パッド１０１を貼付した研磨テーブル１００と、被研磨物である半導体ウェハＷを保持して研磨パッド１０１の上面に押圧するトップリング１と、研磨パッド１０１の上面をドレッシングするドレッサ２２０とを備えている。また、研磨テーブル１００の上方には研磨液供給ノズル１０２が設置されており、この研磨液供給ノズル１０２によって研磨テーブル１００上の研磨パッド１０１上に研磨液が供給されるようになっている。
【００２２】
市場で入手できる研磨パッドとしては種々のものがあり、例えば、ロデール社製のＳＵＢＡ８００、ＩＣ−１０００、ＩＣ−１０００／ＳＵＢＡ４００（二層クロス）、フジミインコーポレイテッド社製のＳｕｒｆｉｎ ｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ ０００等がある。ＳＵＢＡ８００、Ｓｕｒｆｉｎ ｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ ０００は繊維をウレタン樹脂で固めた不織布であり、ＩＣ−１０００は硬質の発泡ポリウレタン（単層）である。発泡ポリウレタンは、ポーラス（多孔質状）になっており、その表面に多数の微細なへこみ又は孔を有している。このように、研磨パッドは、発泡ポリウレタンや繊維をウレタン樹脂で固めた不織布を円盤状に形成して構成されるものである。
【００２３】
また、上述した研磨パッドに限らず、例えば、固定砥粒により研磨面を形成してもよい。固定砥粒は、砥粒をバインダ中に固定し板状に形成されたものである。固定砥粒を用いた研磨においては、固定砥粒から自生した砥粒により研磨が進行する。固定砥粒は砥粒とバインダと気孔により構成されており、例えば砥粒には平均粒径０．５μｍ以下のＣｅＯ２又はＳｉＯ２又はＡｌ２Ｏ３を用い、バインダにはエポキシ樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂又はＭＢＳ樹脂やＡＢＳ樹脂などの熱可塑性樹脂を用いる。このような固定砥粒は硬質の研磨面を構成する。また、固定砥粒には、上述した板状のものの他に、薄い固定砥粒層の下に弾性を有する研磨パッドを貼付して二層構造とした固定砥粒パッドも含まれる。その他の硬質の研磨面としては、上述したＩＣ−１０００がある。
【００２４】
トップリング１は、図２に示すように自在継手部１０を介してトップリング駆動軸１１に接続されており、このトップリング駆動軸１１はトップリングヘッド１１０に固定されたトップリング用エアシリンダ１１１に連結されている。このトップリング用エアシリンダ１１１によってトップリング駆動軸１１は上下動し、トップリング１の全体を昇降させると共にトップリング本体２の下端に固定されたリテーナリング３を研磨テーブル１００上の研磨パッド１０１に押圧するようになっている。トップリング用エアシリンダ１１１はレギュレータＲ１を介して圧縮空気源１２０に接続されており、レギュレータＲ１によってトップリング用エアシリンダ１１１に供給される加圧空気の空気圧等を調整することができる。これにより、リテーナリング３が研磨パッド１０１を押圧する押圧力を調整することができる。
【００２５】
また、トップリング駆動軸１１はキー（図示せず）を介して回転筒１１２に連結されている。この回転筒１１２はその外周部にタイミングプーリ１１３を備えている。トップリングヘッド１１０にはトップリング用モータ１１４が固定されており、上記タイミングプーリ１１３は、タイミングベルト１１５を介してトップリング用モータ１１４に設けられたタイミングプーリ１１６に接続されている。従って、トップリング用モータ１１４を回転駆動することによってタイミングプーリ１１６、タイミングベルト１１５、及びタイミングプーリ１１３を介して回転筒１１２及びトップリング駆動軸１１が一体に回転し、トップリング１が回転する。
【００２６】
トップリングヘッド１１０は、位置決め可能なトップリングヘッドシャフト１１７によって支持されており、トップリングヘッドシャフト１１７をモータ１１８により回転させることでトップリング１は研磨テーブル１００及びトップリング１との間で半導体ウェハＷを受け渡しする移送装置であるプッシャー（図示せず）にアクセス可能となっている。
【００２７】
半導体ウェハＷを研磨する場合には、半導体ウェハＷをトップリング１の下面に保持し、トップリング１によって半導体ウェハＷを研磨テーブル１００上の研磨パッド１０１に押圧するとともに、研磨テーブル１００及びトップリング１を回転させて研磨パッド１０１と半導体ウェハＷを相対運動させて研磨する。このとき、研磨液供給ノズル１０２から研磨パッド１０１上の研磨面に研磨液を供給する。研磨液は、例えばアルカリ溶液にシリカ（ＳｉＯ２）等の微粒子からなる砥粒を懸濁したものを用い、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の複合作用によって半導体ウェハＷが平坦かつ鏡面状に研磨される。
【００２８】
ドレッサ２２０は、ドレッサ本体２２１と、ドレッサ本体２２１の下端に固定されたドレッシング部材２２２とを備えている。また、ドレッサ２２０は、ドレッサ駆動軸２２３を介してドレッサヘッド２２４に吊下されており、ドレッサ駆動軸２２３はドレッサヘッド２２４に固定されたドレッサ用エアシリンダ（図示せず）に連結されている。このドレッサ用エアシリンダによってドレッサ駆動軸２２３は上下動し、ドレッサ２２０の全体を昇降させると共にドレッサ２２０を研磨テーブル１００上の研磨パッド１０１から定められた高さに移動することができる。
【００２９】
また、ドレッサ駆動軸２２３は、上述したトップリング駆動軸１１と同様の回転機構（図示せず）を備えており、ドレッサ駆動軸２２３の回転によってドレッサ２２０が一体となって回転する。そして、ドレッサヘッド２２４は位置決め可能なドレッサヘッドシャフト２２５によって支持されており、ドレッサヘッドシャフト２２５をモータ２２６により回転させることでドレッサ２２０は研磨テーブル１００及び待機位置にアクセス可能となっている。
【００３０】
研磨面を構成する研磨パッド１０１の表面に研磨液の粒子や研磨屑が目詰まりすると、安定した研磨性能が得られなくなる。そのため、被研磨物の研磨中又は被研磨物の研磨と研磨の間に、回転している研磨テーブル１００上の研磨パッド１０１に、図示しないドレッシング液供給ノズルから純水等のドレッシング液を供給しつつ、ドレッサ２２０のドレッサ本体２２１を回転しながら、ドレッシング部材２２２を研磨面に押し当てる。これにより、研磨面を０．０１〜０．３ｍｍ／ｈ程度のリムーバルレートで薄く荒らし、研磨面上の研磨液の粒子や研磨屑の目詰まりを防止し（再生し）、研磨面を常に一定の状態に保つようにしている。
【００３１】
次に、本実施形態におけるトップリング１についてより詳細に説明する。
トップリング１は本発明に係る基板保持装置を構成するものであり、被研磨物である半導体ウェハ等を保持して研磨テーブル上の研磨面に押圧する装置である。図２に示すように、基板保持装置を構成するトップリング１は、内部に収容空間を有する円筒容器状のトップリング本体２と、トップリング本体２の下端に固定されたリテーナリング３とを備えている。トップリング本体２は金属やセラミックス等の強度及び剛性が高い材料から形成されており、リテーナリング３は、剛性の高い樹脂材又はセラミックス等から形成されている。
【００３２】
トップリング本体２は、円筒容器状のハウジング部２ａと、ハウジング部２ａの円筒部の内側に嵌合される環状の加圧シート支持部２ｂと、ハウジング部２ａの上面の外周縁部に嵌合された環状のシール部２ｃとを備えている。トップリング本体２のハウジング部２ａの下端にはリテーナリング３が固定されている。このリテーナリング３の下部は内方に突出している。なお、リテーナリング３をトップリング本体２と一体的に形成することとしてもよい。
【００３３】
トップリング本体２のハウジング部２ａの中央部の上方には、上述したトップリング駆動軸１１が配設されており、トップリング本体２とトップリング駆動軸１１とは自在継手部１０により連結されている。この自在継手部１０は、トップリング本体２及びトップリング駆動軸１１とを互いに傾動可能とする球面軸受け機構と、トップリング駆動軸１１の回転をトップリング本体２に伝達する回転伝達機構とを備えており、トップリング駆動軸１１からトップリング本体２に対して互いの傾動を許容しつつ押圧力及び回転力を伝達する。
【００３４】
球面軸受機構は、トップリング駆動軸１１の下面の中央に形成された球面状凹部１１ａと、ハウジング部２ａの上面の中央に形成された球面状凹部２ｄと、両凹部１１ａ、２ｄ間に介装されたセラミックスのような高硬度材料からなるベアリングボール１２とから構成されている。一方、回転伝達機構は、トップリング駆動軸１１に固定された駆動ピン（図示せず）とハウジング部２ａに固定された被駆動ピン（図示せず）とから構成される。トップリング本体２が傾いても被駆動ピンと駆動ピンは相対的に上下方向に移動可能であるため、これらは互いの接触点をずらして係合し、回転伝達機構がトップリング駆動軸１１の回転トルクをトップリング本体２に確実に伝達する。
【００３５】
トップリング本体２及びトップリング本体２に一体に固定されたリテーナリング３の内部に画成された空間内には、下端面が被研磨物である半導体ウェハＷの上面に接するシールリング４２と、環状のホルダリング５と、シールリング４２を支持する概略円盤状のチャッキングプレート６とが収容されている。シールリング４２は、その外周部がホルダリング５とホルダリング５の下端に固定されたチャッキングプレート６との間に挟み込まれており、チャッキングプレート６の下面の一部を覆っている。シールリング４２は弾性膜からなるもので、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度および耐久性に優れたゴム材によって形成されている。なお、半導体ウェハＷの外縁にはノッチやオリエンテーションフラットと呼ばれる、半導体ウェハの向きを認識（特定）するための切り欠きが設けられているが、このようなノッチやオリエンテーションフラットよりもチャッキングプレート６の内周側にまでシールリング４２が延出していることが好ましい。
【００３６】
チャッキングプレート６は金属材料から形成されていてもよいが、研磨すべき半導体ウェハがトップリングに保持された状態で、渦電流を用いた膜厚測定方法でその表面に形成された薄膜の膜厚を測定する場合などにおいては、磁性を持たない材料、例えば、フッ素系樹脂やセラミックスなどの絶縁性の材料から形成されていることが好ましい。
【００３７】
ホルダリング５とトップリング本体２との間には弾性膜からなる加圧シート７が張設されている。この加圧シート７は、一端をトップリング本体２のハウジング部２ａと加圧シート支持部２ｂとの間に挟み込み、他端をホルダリング５の上端部５ａとストッパ部５ｂとの間に挟み込んで固定されている。加圧シート７は、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴムなどの強度及び耐久性に優れたゴム材によって形成されている。
【００３８】
トップリング本体２、チャッキングプレート６、ホルダリング５、及び加圧シート７によってトップリング本体２の内部に気密室２１が形成されている。図２に示すように、気密室２１にはチューブ、コネクタ等からなる流体路３１が連通されており、気密室２１は流体路３１上に配置されたレギュレータＲ２を介して圧縮空気源１２０に接続されている。
【００３９】
加圧シート７がゴムなどの弾性体である場合に、加圧シート７をリテーナリング３とトップリング本体２との間に挟み込んで固定した場合には、弾性体としての加圧シート７の弾性変形によってリテーナリング３の下面において好ましい平面が得られなくなってしまう。従って、これを防止するため、本実施形態では、別部材として加圧シート支持部２ｂを設けて、加圧シート７をトップリング本体２のハウジング部２ａと加圧シート支持部２ｂとの間に挟み込んで固定している。なお、特願平８−５０９５６（特開平９−１６８９６４）や特願平１１−２９４５０３に記載されているように、リテーナリング３をトップリング本体２に対して上下動可能としたり、リテーナリング３をトップリング本体２とは独立に押圧可能な構造としたりすることもでき、このような場合には、必ずしも上述した加圧シート７の固定方法が用いられるとは限らない。
【００４０】
ここで、シールリング４２の外周面とリテーナリング３との間には、わずかな間隙Ｇがあるので、ホルダリング５とチャッキングプレート６及びチャッキングプレート６に取付けられたシールリング４２等の部材は、トップリング本体２及びリテーナリング３に対して上下方向に移動可能で、フローティングする構造となっている。ホルダリング５のストッパ部５ｂには、その外周縁部から外方に突出する突起５ｃが複数箇所に設けられており、この突起５ｃがリテーナリング３の内方に突出している部分の上面に係合することにより、上記ホルダリング５等の部材の下方への移動が所定の位置までに制限される。
【００４１】
トップリング本体２のシール部２ｃが嵌合されるハウジング部２ａの上面の外周縁付近には、環状の溝からなる洗浄液路５１が形成されている。この洗浄液路５１はシール部２ｃの貫通孔５２を介して流体路３２に連通されており、この流体路３２を介して洗浄液（純水）が供給される。また、洗浄液路５１からハウジング部２ａ、加圧シート支持部２ｂを貫通する連通孔５３が複数箇所設けられており、この連通孔５３はシールリング４２の外周面とリテーナリング３との間のわずかな間隙Ｇへ連通されている。
【００４２】
チャッキングプレート６の下面には、半導体ウェハＷに当接するセンターバッグ８及びリングチューブ９が設けられている。本実施形態においては、センターバッグ８はチャッキングプレート６の下面の中心部に配置され、リングチューブ９はこのセンターバッグ８の周囲を取り囲むようにセンターバッグ８の外側に配置されている。
【００４３】
センターバッグ８は、半導体ウェハＷの上面に当接する弾性膜８１と、弾性膜８１を着脱可能に保持するセンターバッグホルダ８２とから構成されている。センターバッグホルダ８２にはネジ穴８２ａが形成されており、このネジ穴８２ａにネジ５５を螺合させることにより、センターバッグ８がチャッキングプレート６の下面の中心部に着脱可能に取付けられている。センターバッグ８の内部には、弾性膜８１とセンターバッグホルダ８２とによって気密室２４が形成されている。
【００４４】
同様に、リングチューブ９は、半導体ウェハＷの上面に当接する弾性膜９１と、弾性膜９１を着脱可能に保持するリングチューブホルダ９２とから構成されている。リングチューブホルダ９２にはネジ穴９２ａが形成されており、このネジ穴９２ａにネジ５６を螺合させることにより、リングチューブ９がチャッキングプレート６の下面に着脱可能に取付けられている。リングチューブ９の内部には、弾性膜９１とリングチューブホルダ９２とによって気密室２５が形成されている。なお、センターバッグ８の弾性膜８１及びリングチューブ９の弾性膜９１は、加圧シート７と同様に、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度及び耐久性に優れたゴム材によって形成される。
【００４５】
研磨される半導体ウェハＷは、上記シールリング４２、センターバッグ８の弾性膜８１、及びリングチューブ９の弾性膜９１に当接して保持される。従って、半導体ウェハＷとチャッキングプレート６とシールリング４２とによってトップリング本体２内に気密室が形成されることとなる。そして、この空間には、上記センターバッグ８及びリングチューブ９によって、センターバッグ８とリングチューブ９の間の気密室２２及びリングチューブ９の外側の気密室２３が形成されている。
【００４６】
上記気密室２２〜２５には、チューブ、コネクタ等からなる流体路３３〜３６がそれぞれ連通されており、各気密室２２〜２５はそれぞれの流体路３３〜３６上に配置されたレギュレータＲ３〜Ｒ６を介して流体供給源としての圧縮空気源１２０に接続されている。従って、流体路３３〜３６上に配置された各レギュレータＲ３〜Ｒ６によってそれぞれの気密室に供給される圧力流体の圧力を調整することができる。場合によっては、気密室２２〜２５を真空源に接続することとしてもよい。このようにして、各気密室２２〜２５の内部の圧力を各々独立に制御する又は大気圧や真空にすることができるようになっている。なお、上記流体路３１、３３〜３６は、トップリングヘッド１１０の上端部に設けられたロータリジョイント（図示せず）を介して各レギュレータＲ１〜Ｒ６に接続されている。
【００４７】
ここで、図１に示すように、各気密室２１〜２５に接続された流体路３１、３３〜３６には、各流体路を通って各気密室２１〜２５に供給される流体の流量を測定する流量計Ｆ１〜Ｆ５がそれぞれ設けられている。上記気密室２１〜２５にリークなどがある場合には、気密室２１〜２５内に所定圧力の圧力流体を供給した後も、流体路３１、３３〜３６に圧力流体の流れが生じる。従って、このリークによる圧力流体の流れを測定することで、気密室のリークを検知し、弾性膜８１、９１の破損やトップリング１の組立不良などを検知することができる。即ち、流量計Ｆ１〜Ｆ５は、測定された流量に基づいて各気密室２１〜２５のリークを検知し、リークに応じて所定の処理を行う。典型的には、２段階の処理を行うように設定することができる。例えば、第１段階として、センターバッグ８の弾性膜８１やリングチューブ９の弾性膜９１の微小な亀裂などに起因する微小なリークに対してアラーム信号を出力し、第２段階として、これよりも多いリークに対して故障信号を出力するように設定することができる。
【００４８】
次に、上述したトップリング１の動作について詳細に説明する。
半導体ウェハＷを吸着する際には、センターバッグ８及びリングチューブ９の内部に所定の圧力の圧力流体を供給して、センターバッグ８及びリングチューブ９の下端面を半導体ウェハＷに密着させる。その後、気密室２２及び２３をそれぞれ流体路３３及び３４を介して真空源に接続することにより、気密室２２及び２３の内部を負圧にし、気密室２２、２３の吸引作用により半導体ウェハＷを真空吸着する。なお、半導体ウェハＷの外周縁はリテーナリング３によって保持され、半導体ウェハＷがトップリング１から飛び出さないようになっている。
【００４９】
また、半導体ウェハＷを研磨する際には、トップリング１の下面に半導体ウェハＷを保持させると共に、トップリング１の下端に固定されたリテーナリング３を所定の押圧力で研磨テーブル１００の研磨面に押圧する。この状態で、気密室２２〜２５にそれぞれ所定の圧力の圧力流体を供給し、半導体ウェハＷを研磨テーブル１００の研磨面に押圧する。そして、研磨液供給ノズル１０２から供給される研磨液が半導体ウェハＷの研磨される面（下面）と研磨面との間に存在した状態で研磨が行われる。
【００５０】
ここで、半導体ウェハＷの気密室２２及び２３の下方に位置する部分は、それぞれ気密室２２、２３に供給される圧力流体の圧力で研磨面に押圧される。また、半導体ウェハＷの気密室２４の下方に位置する部分は、センターバッグ８の弾性膜８１を介して気密室２４に供給される圧力流体の圧力で研磨面に押圧される。半導体ウェハＷの気密室２５の下方に位置する部分は、リングチューブ９の弾性膜９１を介して気密室２５に供給される圧力流体の圧力で研磨面に押圧される。
【００５１】
従って、各気密室２２〜２５に供給される圧力流体の圧力をそれぞれ制御することにより、半導体ウェハＷに加わる研磨圧力を半導体ウェハＷの部分ごとに調整することができる。研磨レートは半導体ウェハＷの研磨面に対する押圧力に依存するが、このように各部分の押圧力を制御することができるので、半導体ウェハＷの各部分の研磨レートを独立に制御することが可能となる。従って、半導体ウェハＷの表面の研磨すべき薄膜の膜厚に半径方向の分布があっても、半導体ウェハ全面に亘って研磨の不足や過研磨をなくすことができる。
【００５２】
即ち、半導体ウェハＷの表面の研磨すべき薄膜が、半導体ウェハＷの半径方向の位置によって膜厚が異なっている場合であっても、上記各気密室２２〜２５のうち、半導体ウェハＷの表面の膜厚の厚い部分の上方に位置する気密室の圧力を他の気密室の圧力よりも高くすることにより、あるいは、半導体ウェハＷの表面の膜厚の薄い部分の上方に位置する気密室の圧力を他の気密室の圧力よりも低くすることにより、膜厚の厚い部分の研磨面への押圧力を膜厚の薄い部分の研磨面への押圧力より大きくすることが可能となり、その部分の研磨レートを選択的に高めることができる。これにより、成膜時の膜厚分布に依存せずに半導体ウェハＷの全面に亘って過不足のない研磨が可能となる。
【００５３】
なお、研磨時には、シールリング４２は半導体ウェハＷの裏面に密着するため、気密室２３内の圧力流体が外部に漏れることはほとんどない。同様の理由で、センターバッグ８の弾性膜８１及びリングチューブ９の弾性膜９１の下面に貫通孔を設けたとしても、研磨時に、気密室２４及び２５内の圧力流体が外部に漏れることはほとんどない。
【００５４】
研磨の終了後は、上述と同様の吸着方法で半導体ウェハＷを真空吸着し、気密室２１内の圧力を大気圧に開放するか、もしくは負圧にする。半導体ウェハＷを吸着させた後、トップリング１の全体を半導体ウェハの移送位置に位置させ、流体路３３及び流体路３４を介して半導体ウェハＷに流体（例えば、圧縮空気もしくは窒素と純水を混合したもの）を噴射して半導体ウェハＷをリリースする。この場合において、センターバッグ８の弾性膜８１及びリングチューブ９の弾性膜９１の下面に貫通孔を設けた場合には、この貫通孔からも半導体ウェハＷに下方向の圧力が加わるため、半導体ウェハＷのリリースがよりスムーズになる。また、半導体ウェハＷのリリース後、チャッキングプレート６の下面の大部分が露出することとなるので、研磨終了後の洗浄が比較的容易にできる。
【００５５】
ところで、シールリング４２の外周面とリテーナリング３との間のわずかな間隙Ｇには、研磨に用いられる研磨液が侵入してくるが、この研磨液が固着すると、ホルダリング５、チャッキングプレート６、及びシールリング４２などの部材のトップリング本体２及びリテーナリング３に対する円滑な上下動が妨げられる。そのため、流体路３２を介して洗浄液路５１に洗浄液（純水）を供給する。これにより、複数の連通孔５３より間隙Ｇの上方に純水が供給され、純水が間隙Ｇを洗い流して上述した研磨液の固着が防止される。この純水の供給は、研磨後の半導体ウェハがリリースされ、次に研磨される半導体ウェハが吸着されるまでの間に行われるのが好ましい。また、次の研磨までに供給された純水が全て外部に排出されるように、リテーナリング３には図２に示すような複数の貫通孔３ａを設けるのが好ましい。更に、リテーナリング３、ホルダリング５、及び加圧シート７により形成される空間２６内に圧力がこもっていると、チャッキングプレート６の上昇を妨げることとなるので、スムーズにチャッキングプレート６を上昇させるためにも上記貫通孔３ａを設け、空間２６を大気と同圧にすることが好ましい。
【００５６】
ここで、研磨中には、上述した流量計Ｆ１〜Ｆ５によって各流体路３１〜３６を通って各気密室２１〜２５に供給される流体の流量が測定され、各気密室２１〜２５のリークが検知される。本実施形態では、上述したようにリークに対して２段階の処理を行うように設定する。
【００５７】
上述の２段階の設定では、微小なリークに対してアラーム信号が出力されるが、このような微小なリークでは気密室内の圧力を設定圧力に維持することができるため、そのまま研磨処理を続行する。また、故障信号が出力された場合には、トップリング１による研磨処理が即時停止される。リーク量が多いときには、各気密室２１〜２５の圧力を設定圧力に維持できないばかりでなく半導体ウェハＷの破損の危険性があるため、瞬時に研磨処理を停止させた方がよいためである。具体的には、トップリング１の回転を停止させ、トップリング１を上昇させると共に研磨テーブル１００の回転も停止させる。なお、後述するドレッシングと同時に研磨処理を行っていた場合には、ドレッサ２２０の回転も停止させ、ドレッサ２２０を上昇させる。また、アラーム信号の出力によって研磨処理を即時停止させるようにしてもよい。
【００５８】
気密室のリークによって研磨処理を停止させた場合には、リークの原因となった弾性膜の交換やトップリング１の組立て直しが行われる。この場合において、各流体路ごとに流量計Ｆ１〜Ｆ５を設置しているので、トップリング１のどの気密室でリークが生じたかがすぐにわかり、必要な部分のみについて作業を迅速に行うことができる。
【００５９】
また、トップリング１の内部に形成される気密室には、弾性膜８１、９１と半導体ウェハＷによりシールされている気密室２２、２３があるが、この気密室２２、２３の流体路３３、３４に設置された流量計Ｆ２、Ｆ３によって、弾性膜８１、９１の亀裂などによるリークを検知できるだけでなく、研磨中にトップリング１の下面から半導体ウェハＷが外れたことも検知することができる。半導体ウェハＷがトップリング１の下面から外れてしまうと、半導体ウェハＷの破損の可能性が高いので研磨処理を即時停止することが好ましいが、このような場合には、流量計Ｆ２、Ｆ３で検知されるリーク量が大きくなり故障信号が出力されるため、ポリッシング装置が即時停止される。
【００６０】
なお、気密室２１〜２５には、弾性膜８１、９１等で完全に密閉された気密室２１、２４、２５と、半導体ウェハＷと弾性膜８１、９１でシールされた気密室２２、２３とがあるが、それぞれの気密室におけるリークのしやすさが異なるため、流量計Ｆ１〜Ｆ５のアラーム信号、故障信号の閾値を個別に設定してもよい。
【００６１】
次に、本実施形態におけるドレッサ２２０についてより詳細に説明する。
図３及び図４は、本実施形態におけるドレッサ２２０を示す縦断面図であり、図３はドレッサ２２０が研磨面から持ち上げられた状態を示す断面図であり、図４はドレッサ２２０が研磨面のドレッシングを行っている状態を示す断面図である。図３及び図４に示すように、ドレッサ２２０は、ドレッサ駆動軸２２３に連結されたドレッサ本体２２１を備えており、ドレッサ本体２２１に固定されたドレッシング部材２２２とを備えている。ドレッシング部材２２２としては、下面にダイヤモンド粒子が電着されたもの、ＳｉＣ等のセラミックスで形成したもの、あるいは他の素材で形成したものなどを用いることができる。また、このドレッシング部材２２２は、円環状の形状であってもよく、あるいは円盤状の形状であってもよい。
【００６２】
ドレッサ本体２２１は、ドレッサ駆動軸２２３に結合されたドレッサ基部２３１と、ドレッシング部材２２２を保持する円盤状のドレッサプレート２３２と、ドレッサプレート２３２がドレッサ基部２３１に対して傾動できるようにドレッサ基部２３１とドレッサプレート２３２とを連結するジンバル機構２３３と、ドレッサ駆動軸２２３の回転をドレッサプレート２３２に伝達するための回転伝達機構２４０とを備えている。なお、ドレッサ基部２３１とドレッサ駆動軸２２３とを直接結合せずに、別の部材を介して連結してもよい。
【００６３】
ジンバル機構２３３は、ドレッサプレート２３２の中央上部に形成された凹部２３２ａ内に配置されており、ジンバル機構２３３は、球面軸受２３４と、ドレッサ基部２３１に固定された芯出し軸２３５と、球面軸受２３４と芯出し軸２３５との間に挿入されたリニアベアリング２３６とから構成されている。球面軸受２３４は、ドレッサプレート２３２に固定されるとともに凹球面を有する固定部２３７と、固定部２３７の凹球面に摺動可能に嵌合された概略球状の可動部２３８とから構成されている。球状の可動部２３８にはリニアベアリング２３６が挿入され固定されており、リニアベアリング２３６の内側にはドレッサ基部２３１に固定された芯出し軸２３５が嵌装されている。
【００６４】
このような構成において、芯出し軸２３５がリニアベアリング２３６に対して上下動可能になっており、リニアベアリング２３６及び可動部２３８が固定部２３７に対して回転可能になっている。従って、ドレッサプレート２３２の芯がずれることなく、球面軸受２３４がドレッサプレート２３２の傾動を許容し、リニアベアリング２３６がドレッサプレート２３２の上下動を許容する。
【００６５】
回転伝達機構２４０は、ドレッサプレート２３２上の所定円周上に複数個配置されており、ドレッサプレート２３２に固定されたトルク伝達ピン２４１を備えている。各トルク伝達ピン２４１はドレッサ基部２３１の外周近傍に設けられた貫通孔２３１ｂを貫通するように設けられている。図５は図４のドレッサ２２０の要部を示す詳細図であり、図４のＶ−Ｖ線矢視図である。図５に示すように、ドレッサ基部２３１の各貫通孔２３１ｂの箇所には、２本のピン２４２がトルク伝達ピン２４１を挟むように設けられている。トルク伝達ピン２４１の外周にはゴム等の緩衝部材２４３が嵌装されており、トルク伝達ピン２４１とピン２４２とは緩衝部材２４３を介して係合するようになっている。
【００６６】
このような構成によって、ドレッサ駆動軸２２３が回転駆動されるとドレッサ基部２３１がドレッサ駆動軸２２３と一体に回転し、ドレッサ基部２３１の回転力はトルク伝達ピン２４１とピン２４２との係合によりドレッサプレート２３２に伝達される。ドレッシング中に、研磨テーブル１００上の研磨面の傾きに追従してドレッサプレート２３２は傾動するが、ドレッサプレート２３２が傾動した際にも、ドレッサプレート２３２側のトルク伝達ピン２４１とドレッサ基部２３１側のピン２４２は点接触で係合するので、傾動した場合においても接触点をずらして確実に係合し、ドレッサ駆動軸２２３の回転力はドレッサプレート２３２に確実に伝達される。
【００６７】
トルク伝達ピン２４１の上端部には、貫通孔２３１ｂの直径より大きなストッパ２４１ａが形成されており、ドレッサ本体２２１が持ち上げられた際に、ストッパ２４１ａがドレッサ基部２３１の上面と係合し、ドレッサプレート２３２の脱落が防止される。なお、ドレッサ本体２２１内への研磨液やドレッシング液の浸入を防ぐために、ドレッサ基部２３１及びドレッサプレート２３２には、カバー２４８、２４９がそれぞれ設けられている。
【００６８】
ドレッサプレート２３２の上面には、Ｌ字状部材２６０が固定されており、Ｌ字状部材２６０の上部はドレッサ基部２３１の上方に突出している。そして、Ｌ字状部材２６０の突出部２６０ａには、筒状（蛇腹状）の弾性膜２６１と円盤状の加圧プレート２６２が設けられており、これら弾性膜２６１と加圧プレート２６２によりエアバッグ２６３（気密室）が形成されている。エアバッグ２６３及びＬ字状部材２６０は同一円周上に複数個均等に設けられていることが好ましく、本実施形態においては、エアバッグ２６３及びＬ字状部材２６０は３個、１２０゜等配に設けられている。なお、エアバッグ２６３の弾性膜２６１は、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴムなどの強度及び耐久性に優れたゴム材によって形成されている。また、エアバッグ２６３の加圧プレート２６２はドレッサ基部２３１の上面に係合するが、加圧プレート２６２及びドレッサ基部２３１は相互に固定されておらず、摺動可能となっている。
【００６９】
エアバッグ２６３には、チューブ、コネクタ等からなる流体路２５５が連通されており、エアバッグ２６３は流体路２５５上に配置されたレギュレータＲ７を介して圧縮空気源１２０に接続されている。従って、流体路２５５上に配置されたレギュレータＲ７によってエアバッグ２６３に供給される圧力流体の圧力を調整することができる。場合によっては、エアバッグ２６３を真空源に接続することとしてもよい。このようにして、これによりエアバッグ２６３の内部の圧力を制御する又は大気圧や真空にすることができるようになっている。なお、上記流体路２５５は、ドレッサヘッド２２４の上端部に設けられたロータリジョイント（図示せず）を介してレギュレータＲ７に接続されている。
【００７０】
このような構成によって、エアバッグ２６３内の圧力を正圧から負圧に至るまで任意に調節することができ、流体路２５５を介してエアバッグ２６３内に圧力流体を供給すると、エアバッグ２６３によりドレッサプレート２３２に上向きの力が働く。従って、レギュレータＲ７により圧力流体の圧力を調整することで、ドレッサヘッド可動部（ドレッサプレート２３２、ドレッシング部材２２２、トルク伝達ピン２４１、球面軸受２３４、リニアベアリング２３６、Ｌ字状部材２６０及びカバー２４９）の自重とのバランスでドレッシング荷重を制御することができる。
【００７１】
具体的には、上記ドレッサヘッド可動部の総重量は１２ｋｇ程度あり、エアバッグ２６３内の正圧とのバランスでドレッシング荷重を約０Ｎ〜約１２０Ｎまで任意に制御できる。一般に正圧の方が負圧よりも制御の範囲が広く、また制御しやすいため、ドレッサヘッド可動部の重量を必要最大限のドレッシング荷重に合わせておき、正圧で荷重を制御することが好ましい。
【００７２】
ここで、図１に示すように、エアバッグ２６３に接続された流体路２５５には、流体路２５５を通ってエアバッグ２６３に供給される流体の流量を測定する流量計Ｆ６が設けられている。この流量計Ｆ６は、上述した流量計Ｆ１〜Ｆ５と同様に、測定された流量に基づいてエアバッグ２６３のリークを検知し、リークに応じて所定の処理を行う。本実施形態においては２段階の処理を行うように設定されている。
【００７３】
図６は、図３及び図４に示すエアバッグの動作を示す図であり、図６（ａ）はエアバッグを膨らませた状態を示す断面図であり、図６（ｂ）はエアバッグに圧力を加えない状態を示す断面図である。図６（ａ）に示す状態においては、エアバッグ２６３内に圧力流体が供給され、弾性膜２６１が伸張し、加圧プレート２６２がドレッサ基部２３１を押圧する結果、ドレッサプレート２３２に上向きの力が働く。その結果、ドレッサ２２０が研磨面を押圧するドレッシング荷重を低減することができる。また、図６（ｂ）に示す状態においては、エアバッグ２６３内が脱圧されているため、弾性膜２６１が収縮し、加圧プレート２６２がドレッサ基部２３１を押圧することはなく、ドレッサプレート２３２には上向きの力が働くことはない。
【００７４】
エアバッグ２６３に供給する流体の圧力によりドレッサプレート２３２に加わる上向きの力を精密に制御するために、弾性膜２６１が多少撓んだ際にもエアバッグ２６３内の上面と下面の面積が一定に保たれるように、座ぐり２６５，２６６をＬ字状部材２６０の突出部２６０ａの下面及び加圧プレート２６２の上面にそれぞれ設けておいてもよい。
【００７５】
次に、上述したドレッサ２２０の動作について詳細に説明する。
ドレッシングを行う場合には、図３に示す状態から、ドレッサヘッド２２４内に固定されたドレッサ用エアシリンダ（図示せず）を作動させることにより、ドレッサ駆動軸２２３をドレッサ本体２２１と共に下降させる。このとき、ストッパ２４１ａとドレッサ基部２３１の上面とは係合している。ドレッサ駆動軸２２３は所定距離だけ下降されるが、ドレッシング部材２２２が研磨テーブル１００上の研磨面に接触した後においては、ドレッサ駆動軸２２３とドレッサ基部２３１のみが下降し、ストッパ２４１ａがドレッサ基部２３１から離れ、また芯出し軸２３５がリニアベアリング２３６内を摺動して、図４に示す状態になる。弾性膜２６１の撓みがなくなる程度までドレッサ駆動軸２２３は下降され、ドレッシング時のエアバッグ２６３内の上面と下面の面積は、上記座ぐり２６５，２６６との作用で研磨面の多少の摩耗に拘わらず一定に保たれる。
【００７６】
そして、図４に示す状態で、ドレッサ駆動軸２２３を回転させ、ドレッシング部材２２２を研磨面に摺接させて研磨面をドレッシングする。この際、ドレッシング部材２２２が研磨面を押圧するドレッシング荷重は、ドレッサプレート２３２とドレッサプレート２３２に固定された部材のみの荷重になり軽荷重になる。即ち、図３及び図４に示す実施形態においては、ドレッシング荷重は、ドレッサプレート２３２、ドレッシング部材２２２、トルク伝達ピン２４１、球面軸受２３４、リニアベアリング２３６、Ｌ字状部材２６０及びカバー２４９のみの荷重（ドレッサヘッド可動部の自重）となり、軽荷重にすることができる。このように、ドレッシング荷重を軽荷重にできるため、ドレッシングの際の研磨面の削り取り量を必要最小限にできる。
【００７７】
ドレッシング荷重を更に軽荷重にする必要がある場合には、エアバッグ２６３を圧縮空気源１２０に接続し、レギュレータＲ７によりエアバッグ２６３内の流体圧を調節することにより、ドレッサヘッド可動部の自重とエアバッグ２６３内の流体圧のバランスにより、任意の軽荷重が得られる。
【００７８】
ただし、自重よりも更に軽荷重とする場合には、上述の手順で動作させると、ドレッシング部材２２２が研磨面に接触したときに、自重の全てという必要以上のドレッシング荷重が一時期かかってしまうため、以下のように動作させることが更に好ましい。
【００７９】
即ち、図３に示す状態から、まずエアバッグ２６３内に圧力流体を供給し、エアバッグ２６３を圧力流体源に接続して膨らませ、ドレッサプレート２３２を最大限上方に位置させる。その後ドレッサヘッド２２４に固定されたドレッサ用エアシリンダを作動させることにより、ドレッサ駆動軸２２３をドレッサ本体２２１と共に所定距離だけ下降させる。この状態でドレッシング部材２２２の下面と研磨面との間には若干の隙間が存在する。その後エアバッグ２６３内の流体圧をレギュレータＲ７により所定の圧力に制御することにより、ドレッサプレート２３２は更に下降し、ドレッシング部材２２２の下面が研磨面に接触し、図４に示す状態になり、ドレッシング荷重は所望の荷重となる。このドレッサヘッド可動部の下降距離は小さいため、弾性膜２６１の撓みはほとんどなく、ドレッシング時のエアバッグ２６３内の上面と下面の受圧面積は、上記座ぐり２６５、２６６との併用で研磨面の多少の摩耗に拘わらず一定に保たれる。なお、ドレッサ駆動軸２２３を下降させる前のエアバッグ２６３内の流体圧は、予め所望のドレッシング荷重が得られる大きさにしておいてもよい。
【００８０】
ここで、ドレッシング中には、上述した流量計Ｆ６によって流体路２５５を通ってエアバッグ２６３に供給される流体の流量が測定され、エアバッグ２６３のリークが検知される。上述の流量計Ｆ１〜Ｆ５と同様に、微小なリークに対してアラーム信号が出力されるが、この場合にはドレッシング処理が続行される。また、故障信号が出力された場合には、ドレッサ２２０によるドレッシングが即時停止される。ドレッサ２２０のエアバッグ２６３は複数あるが（図３及び図４においては１つだけを示す）、設定圧力に保たれないエアバック２６３があると、ドレッシング荷重が偏り、研磨面にダメージを与えるだけでなく、最悪の場合にはドレッサ２２０自体の破損にもつながりかねないためである。具体的には、ドレッサ２２０の回転を停止させ、ドレッサ２２０を上昇させると共に研磨テーブル１００の回転も停止させる。なお、研磨処理と同時にドレッシングを行っていた場合には、トップリング１の回転も停止させ、トップリング１を上昇させる。また、アラーム信号の出力によってドレッシングを即時停止させるようにしてもよい。
【００８１】
エアバッグ２６３のリークによってドレッシングを停止させた場合には、リークの原因になった弾性膜２６１の交換や、ドレッサ２２０の組立て直しが行われる。この場合において、複数のエアバッグ２６３に通じる各流体路ごとに流量計が設置されているので（図１においては、１つのエアバッグの流体路のみを示し、他の流体路及び流量計については図示を省略している）、ドレッサ２２０のどのエアバッグ２６３でリークが生じたかがすぐにわかり、必要な部分のみについて作業を迅速に行うことができる。
【００８２】
なお、上述したトップリング１の気密室２１〜２５、ドレッサ２２０のエアバッグ２６３のリークは、流量計だけではなく圧力計によっても検知することができるが、上述したように気密室２１〜２５及びエアバッグ２６３はレギュレータＲ２〜Ｒ７によって圧力が一定に保たれるようになっているため、微小なリークを検知したり、リークを瞬時に検知したりするためには、流量計を用いるのが好ましい。
【００８３】
さてこれまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてもよいことは言うまでもない。
【００８４】
例えば、トップリング１内の気密室の配置や構成、ドレッサ２２０内のエアバッグの配置や構成などは図示のものに限られるものではなく、必要に応じて改変することが可能である。また、トップリング１内の気密室及びドレッサ２２０内のエアバッグを複数備えたポリッシング装置について説明したが、これらの気密室やエアバッグは１つ以上あればよく、例えば、半導体ウェハの全面を１つの弾性膜で保持して研磨するトップリングなどに適用できることは言うまでもない。更に、この場合においても、弾性膜の半導体ウェハに当接する面に少なくとも１つ以上の穴が形成されている場合など、気密室の少なくとも一部が半導体ウェハによって構成されていれば、半導体ウェハのスリップアウトも検知することができる。
【００８５】
また、上述の実施形態においては、２段階でリークを検知する流量計を用いた場合について説明したが、リークの検知を１段階で行ってもよく、３段階以上で行うこととしてもよい。また、このリークの検知信号をアラーム信号又は故障信号としてポリッシング装置の運用に利用することとしてもよい。
【００８６】
【発明の効果】
上述の基板保持装置の態様によれば、圧力流体の流れを測定することで、気密室のリークを検知し、気密室を形成する弾性膜等の破損やトップリングの組立不良などを検知することが可能となる。また、気密室の圧力を設定圧力に維持することができるので、被研磨物の破損の危険性を低減することができる。更に、このような気密室のリークを検知できるだけでなく、研磨中にトップリングの下面から被研磨物が外れたことも検知することができ、被研磨物の破損の危険性を更に低減することができる。
【００８７】
また、本発明のドレッサの態様によれば、圧力流体の流れを測定することで、気密室のリークを検知し、気密室を形成する弾性膜等の破損やドレッサの組立不良などを検知することが可能となる。また、気密室の圧力を設定圧力に維持することができるので、ドレッシング荷重が偏って研磨面にダメージを与えたり、ドレッサ自体を破損したりすることが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるポリッシング装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態におけるトップリングを示す縦断面図である。
【図３】本発明の一実施形態におけるドレッサを示す図であり、ドレッサが研磨テーブルから持ち上げられた状態を示す縦断面図である。
【図４】図３のドレッサが研磨面のドレッシングを行っている状態を示す縦断面図である。
【図５】図４のドレッサの要部を示す詳細図であり、図４のＶ−Ｖ線矢視図である。
【図６】図３及び図４に示すエアバッグの動作を示す図であり、図６（ａ）はエアバッグを膨らませた状態を示す断面図であり、図６（ｂ）はエアバッグに圧力を加えない状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１ トップリング
２ トップリング本体
２ａ ハウジング部
２ｂ 加圧シート支持部
２ｃ シール部
２ｄ 球面状凹部
３ リテーナリング
３ａ、５２、２３１ｂ 貫通孔
５ ホルダリング
５ａ 上端部
５ｂ ストッパ部
５ｃ 突起
６ チャッキングプレート
７ 加圧シート
８ センターバッグ
９ リングチューブ
１０ 自在継手部
１１ トップリング駆動軸
１１ａ 球面状凹部
１２ ベアリングボール
２１〜２５ 気密室
２６ 空間
３１〜３６、２５５ 流体路
４２ シールリング
５１ 洗浄液路
５３ 連通孔
５５、５６ ネジ
８１、９１ 弾性膜
８２ センターバッグホルダ
８２ａ、９２ａ ネジ穴
９２ リングチューブホルダ
１０１ 研磨パッド
１００ 研磨テーブル
１０２ 研磨液供給ノズル
１１０ トップリングヘッド
１１１ トップリング用エアシリンダ
１１２ 回転筒
１１３、１１６ タイミングプーリ
１１４ トップリング用モータ
１１５ タイミングベルト
１１７ トップリングヘッドシャフト
１１８、２２６ モータ
１２０ 圧縮空気源
２２０ ドレッサ
２２１ ドレッサ本体
２２２ ドレッシング部材
２２３ ドレッサ駆動軸
２２４ ドレッサヘッド
２２５ ドレッサヘッドシャフト
２３１ ドレッサ基部
２３２ ドレッサプレート
２３２ａ 凹部
２３３ ジンバル機構
２３４ 球面軸受
２３５ 芯出し軸
２３６ リニアベアリング
２３７ 固定部
２３８ 可動部
２４０ 回転伝達機構
２４１ トルク伝達ピン
２４１ａ ストッパ
２４２ ピン
２４３ 緩衝部材
２４８、２４９ カバー
２６１ 弾性膜
２６０ａ 突出部
２６０ Ｌ字状部材
２６２ 加圧プレート
２６３ エアバッグ（気密室）
２６５、２６６ 座ぐり
Ｆ１〜Ｆ６ 流量計
Ｇ 間隙
Ｒ１〜Ｒ７ レギュレータ
Ｗ 半導体ウェハ
Claims (4)
- 被研磨物に摺接して該被研磨物を研磨する研磨面にドレッシング部材を摺接させてドレッシングを行うドレッサにおいて、
上下動可能なドレッサ基部と、
前記ドレッサ基部に対して上下動可能に設けられ、前記ドレッシング部材を保持するドレッサプレートと、
前記ドレッサ基部と前記ドレッサプレートとを連結する弾性膜と、
前記ドレッサ基部と前記ドレッサプレートと前記弾性膜により形成される気密室の上面及び下面に設けられた座ぐりと、
前記気密室に正圧又は負圧の流体を供給してドレッシング荷重を制御する流体供給源と、
前記気密室と前記流体供給源とを接続する流体路に設置された流量計とを備えたことを特徴とするドレッサ。 - 前記ドレッサ基部と前記ドレッサプレートと前記弾性膜により複数の気密室が形成されることを特徴とする請求項１に記載のドレッサ。
- 前記流体路を前記複数の気密室に対応させて設けると共に、該流体路ごとに前記流量計を設置したことを特徴とする請求項２に記載のドレッサ。
- 研磨面を有する研磨テーブルと、
被研磨物を保持して前記研磨テーブルの研磨面に押圧する基板保持装置と、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のドレッサとを備えたことを特徴とするポリッシング装置。
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