JP5464386B2

JP5464386B2 - ドレッシング装置、およびこのドレッシング装置によりドレッシングされる加工工具を用いた製造装置

Info

Publication number: JP5464386B2
Application number: JP2012148191A
Authority: JP
Inventors: 一泰大根
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2012-07-02
Filing date: 2012-07-02
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2025-11-30
Also published as: JP2012183638A

Description

本発明は、研磨、研削、ラッピング加工等を行う加工工具の加工面をドレッシングするためのドレッシング装置と、このようなドレッシング装置によりドレッシングされる加工工具を用いた製造装置に関する。

研磨、研削、ラッピング加工等を行う加工工具は、加工時間に応じて加工面の目詰まりが進行して劣化するため、定期的なドレッシングを行って常に良好な加工が行われるようにメンテナンスされる。このような加工工具としては、例えば、半導体ウェハの製造工程においてウェハ表面に形成された回路構成膜等の研磨加工を行う化学機械研磨装置（ＣＭＰ装置）に用いられる研磨パッドがあり、この研磨パッドについても所定間隔をおいてドレッシング工具によるドレッシングが行われる。このようなドレッシング装置として、例えば、特開２００３−８０４５６号公報に開示のものがある（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００３−８０４５６号公報

しかしながら、ドレッシングが行われる時間が加工工具である研磨パッドに与える影響は少なくない。そのため、ドレッシングが行われることによる研磨加工に対する影響を把握するために、ドレッシングが行われる時間を正確に把握する必要があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、ドレッシングが行われる時間を正確に把握することができるドレッシング装置を提供することを目的とする。また、このドレッシング装置によりドレッシングされる加工工具を用いた製造装置を提供することを目的とする。

このような目的達成のため、本発明に係るドレッシング装置は、ドレッシング工具と、ドレッシング工具を回転駆動する駆動源とを備え、ドレッシング工具をドレッシング面内で回転させてドレッシング工具のドレッシング面に当接する加工工具のドレッシングを行うドレッシング装置において、駆動源の回転駆動トルクを測定するトルク測定手段と、トルク測定手段により測定された駆動源の回転駆動トルクに基づいてドレッシング面が加工面に当接していた時間を測定するドレッシング時間測定手段とを有し、ドレッシング時間測定手段は、加工工具の回転方向に対してドレッシング工具の回転方向が逆回転となる場合、ドレッシング面が加工面に当接している状態で予め測定した回転駆動トルクの値に基づいて、ドレッシング面が加工面に当接していた時間を測定するよう構成される。

なお、上述の発明において、ドレッシング時間測定手段は、加工面のドレッシングを行うときに、トルク測定手段により測定された回転駆動トルクの時間変化特性が所定の変動特性を示す時間を、ドレッシング面が加工面に当接していた時間として測定することが好ましい。また、上述の発明において、ドレッシング時間測定手段は、所定の変動特性として、回転駆動トルクが０近傍で推移した時間を、ドレッシング面が加工面に当接していた時間として測定することが好ましい。

さらに、本発明に係る製造装置は、本発明に係るドレッシング装置によりドレッシングされた加工工具を用いて被加工物の加工を行うように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、ドレッシングが行われる時間を正確に把握することができ、これにより、ドレッシング後の加工条件をより適切に設定することが可能になる。

本発明に係るドレッシング装置の概略構成を示す正面図である。上記ドレッシング装置の概略構成を示す平面図である。ドレッシング工具の振れ量と時間との関係を示すグラフである。サーボモータの駆動トルクと時間との関係を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明に係る研磨パッド用ドレッシング装置ＤＡを図１に示している。このドレッシング装置ＤＡは、半導体ウェハ等の研磨を行うＣＭＰ装置に用いられる研磨パッド１５（加工工具）の研磨面１６（加工面）をドレッシングする装置であり、研磨パッド１５を真空吸着などにより保持して回転するパッド保持機構１０（加工工具保持手段）と、このパッド保持機構１０により保持されて回転する研磨パッド１５の研磨面１６のドレッシングを行うドレッシング工具１と、このドレッシング工具１を回転自在に保持するドレッシング工具保持機構５（ドレッシング工具保持手段）とから構成される。

パッド保持機構１０は、研磨パッド１５を真空吸着保持するパッド保持ヘッド１１と、パッド保持ヘッド１１に繋がる回転軸１２と、この回転軸１２を介してパッド保持ヘッド１１を略水平面内で回転させる図示しない回転駆動装置とから構成される。なお、研磨パッド１５は、ドーナツ円形の研磨面１６を有した板状の部材からなり、その中心点を通り研磨面１６に垂直な軸線が回転中心となるようにパッド保持ヘッド１１に保持される。

ドレッシング工具１は、研磨パッド１５の研磨面１６より径が小さい円形のドレッシング面２を有した円盤状に形成される。ドレッシング工具保持機構５は、ベース部材６と、ベース部材６の上側に取り付けられた本体ケース部材７と、本体ケース部材７に対し回転自在に且つ上下移動可能に取り付けられた回転軸部材８と、回転軸部材８の上端に固定されてドレッシング工具１を保持する工具保持部材９を有して構成され、ドレッシング面２が研磨パッド１５の研磨面１６と対向するように、ドレッシング工具１を略水平面内で回転自在に且つ上下移動可能に保持するようになっている。

本体ケース部材７の内部には、回転軸部材８および工具保持部材９を回転駆動するサーボモータ２１や、回転軸部材８および工具保持部材９を上下移動させる図示しないシリンダ機構などが配設される。そして、これらサーボモータ２１およびシリンダ機構の作動により、工具保持部材９に保持されたドレッシング工具１が回転しつつ上方に移動し、ドレッシング工具１のドレッシング面２が（回転する状態で）回転する研磨パッド１５の研磨面１６に押し付けられる。このときのドレッシング工具１の回転力および押圧力は、詳細図示は省略するコントローラ３０により適切な値に設定および制御され、研磨面１６のドレッシングが行われる。

図１および図２に示すように、本体ケース部材７の上部におけるドレッシング工具１の側方には、２つの変位センサ２２，２３が取り付けられており、ドレッシング面２と平行な面内（水平面内）におけるドレッシング工具１の所定基準位置からの振れ量（水平方向）をそれぞれ測定するようになっている。なお、変位センサ２２，２３に測定されたドレッシング工具１の振れ量は、コントローラ３０に出力されるようになっている。また、図２に示すように、本体ケース部材７には、２つの水供給装置２４，２５が取り付けられており、ドレッシング工具１のドレッシング面２および研磨パッド１５の研磨面１６に向けてそれぞれ洗浄用の水を供給するようになっている。

このような構成のドレッシング装置ＤＡにおいて、前述したように、サーボモータ２１およびシリンダ機構の作動により、工具保持部材９に保持されたドレッシング工具１が回転しつつ上方に移動し、ドレッシング工具１のドレッシング面２が（回転する状態で）回転する研磨パッド１５の研磨面１６に押し付けられる。そして、コントローラ３０によりドレッシング工具１の回転力および押圧力が適切な値に制御され、研磨面１６のドレッシングが行われる。

また、本実施形態においては、コントローラ３０が、変位センサ２２，２３により測定されたドレッシング工具の振れ量に基づいて、ドレッシング面２が実際に研磨面１６に当接していた時間（すなわち、ドレッシングが行われた時間）を測定する。このように、研磨パッド１５（研磨面１６）に対してドレッシングが行われる時間を正確に把握することで、ドレッシング後のＣＭＰ装置における研磨条件（加工条件）をより適切に設定することが可能になる。

図３に、ドレッシング工具の変位（振れ量）と時間との関係の一例を示す。この図から、ドレッシング面２が研磨面１６に押し付けられてドレッシングが行われる間、ドレッシング工具の変位（振れ量）が０と−０．２ｍｍとの間で推移することが分かる。このとき、コントローラ３０は、例えば、ドレッシング工具の変位（振れ量）が０と−０．２ｍｍとの間の値となるときの時間を測定し、測定した時間をドレッシング面２が研磨面１６に当接していた時間（すなわち、ドレッシングが行われた時間）として測定する。図３においては、ドレッシング面２が研磨面１６に当接していた時間は、（約３１分１７秒から３１分２４秒までの）約７秒となる。なお、グラフの波形が所定の形状（図３における中央部付近の波形）を示す時間をドレッシング面２が研磨面１６に当接していた時間として測定するようにしてもよい。

この結果、本実施形態によるドレッシング装置ＤＡによれば、コントローラ３０が、変位センサ２２，２３により測定されたドレッシング工具１の振れ量に基づいてドレッシング面２が研磨面１６（加工面）に当接していた時間を測定するため、ドレッシングが行われる時間を正確に把握することができ、これにより、ドレッシング後の研磨条件（加工条件）をより適切に設定することが可能になる。また、ドレッシングが行われる時間を正確に把握することができるため、余分なドレッシングを行う必要がなくなり、研磨パッド１５（加工工具）の寿命を延ばすことが可能になる。

また、本実施形態におけるＣＭＰ装置（製造装置）が、本実施形態のドレッシング装置ＤＡによりドレッシングされた研磨パッド１５を用いて被加工物の研磨加工を行うように構成されることで、より適切に設定された研磨条件（加工条件）で被加工物の研磨加工を行うことが可能となり、研磨加工の加工精度を向上させることができる。

なお、上述の実施形態において、研磨パッド１５の下方においてドレッシング工具保持機構５によりドレッシング工具１が保持されるドレッシング装置について説明したが、これに限られるものではなく、本発明は、研磨パッドの上方においてドレッシング工具保持機構によりドレッシング工具が保持される構成のドレッシング装置にも用いることができる。

また、上述の実施形態において、本発明に係る製造装置の一例として半導体ウェハ等の研磨を行うＣＭＰ装置を例に説明したが、これに限られるものではなく、例えば、研削装置やラッピング装置等でもよく、研磨、研削、ラッピング加工等を行う加工工具の加工面をドレッシングするためのドレッシング装置および、このようなドレッシング装置によりドレッシングされる加工工具を用いた製造装置であれば、本発明を適用することができる。

さらに、上述の実施形態において、ドレッシング面２が研磨面１６（加工面）に当接していた時間をコントローラ３０が測定するように構成されているが、これに限られるものではなく、このようなドレッシング時間測定手段をコントローラと別に独立して設けるようにしてもよい。

また、上述の実施形態において、コントローラ３０が、変位センサ２２，２３により測定されたドレッシング工具１の振れ量に基づいてドレッシング面２が研磨面１６（加工面）に当接していた時間を測定するように構成されているが、これに限られるものではない。例えば、図１の二点鎖線で示すように、トルク測定器３５（トルク測定手段）により測定されたサーボモータ２１の回転駆動トルクに基づいて、ドレッシング面２が研磨面１６（加工面）に当接していた時間を測定するようにしてもよい。このようにしても、ドレッシングが行われる時間を正確に把握することができ、これにより、ドレッシング後の研磨条件（加工条件）をより適切に設定することが可能になる。

なお実際には、トルク測定器３５はサーボモータ２１の駆動電流を検出し、検出した駆動電流から推測されるサーボモータ２１の回転駆動トルクを電圧に変換してコントローラ３０に出力する。図４に、サーボモータ２１の駆動トルク（電圧）と時間との関係の一例を示す。この図から、サーボモータ２１が作動してドレッシング工具１が回転駆動されるとき、ドレッシング面２が研磨面１６に押し付けられてドレッシングが行われる間、サーボモータ２１の駆動トルク（電圧）が０近傍で推移することが分かる。これは、研磨パッド１５を回転させる回転駆動装置の回転駆動トルクがサーボモータ２１の回転駆動トルクよりもかなり大きく、かつ研磨パッド１５の回転方向とドレッシング工具１の回転方向が同じであり、ドレッシング面２が研磨面１６に押し付けられるドレッシング時にはドレッシング工具１に回転駆動トルクを付与する必要が殆どないため、サーボモータ２１に駆動電流があまり出力されないためである。

このとき、コントローラ３０は、例えば、サーボモータ２１の駆動トルク（電圧）が０近傍となるときの時間を測定し、測定した時間をドレッシング面２が研磨面１６に当接していた時間（すなわち、ドレッシングが行われた時間）として測定する。図４においては、ドレッシング面２が研磨面１６に当接していた時間は、（約２７分３５秒から２７分４１秒までの）約６秒となる。なお、グラフの波形が所定の形状（図４における中央部付近の波形）を示す時間をドレッシング面２が研磨面１６に当接していた時間として測定するようにしてもよい。

なお、研磨パッド１５の回転方向に対してドレッシング工具１の回転方向が逆回転となる場合は、ドレッシング面２が研磨面１６に当接している状態でのサーボモータ２１の駆動トルク（電圧）は０近傍にはならないので、予め、当接時の駆動トルク（電圧）の値を測定しておき、その駆動トルク（電圧）の値を使って当接していた時間を測定すればよい。

このように、コントローラ３０が、トルク測定器３５により測定されたサーボモータ２１の駆動トルクに基づいてドレッシング面２が研磨面１６（加工面）に当接していた時間を測定するようにしても、ドレッシングが行われる時間を正確に把握することができ、これにより、ドレッシング後の研磨条件（加工条件）をより適切に設定することが可能になる。また、余分なドレッシングを行う必要もなくなり、研磨パッド１５（加工工具）の寿命を延ばすことが可能になる。

１ドレッシング工具２ドレッシング面
５ドレッシング工具保持機構（ドレッシング工具保持手段）
１０パッド保持機構（加工工具保持手段）
１５研磨パッド（加工工具）１６研磨面（加工面）
２１サーボモータ（駆動源）
２２変位センサ（振れ量測定手段）２３変位センサ（振れ量測定手段）
３０コントローラ（ドレッシング時間測定手段）
３５トルク測定器（トルク測定手段）

Claims

ドレッシング工具と、前記ドレッシング工具を回転駆動する駆動源とを備え、前記ドレッシング工具をドレッシング面内で回転させて前記ドレッシング工具の前記ドレッシング面に当接する加工工具のドレッシングを行うドレッシング装置において、
前記駆動源の回転駆動トルクを測定するトルク測定手段と、
前記トルク測定手段により測定された前記駆動源の回転駆動トルクに基づいて前記ドレッシング面が前記加工面に当接していた時間を測定するドレッシング時間測定手段とを有し、
前記ドレッシング時間測定手段は、前記加工工具の回転方向に対して前記ドレッシング工具の回転方向が逆回転となる場合、前記ドレッシング面が前記加工面に当接している状態で予め測定した回転駆動トルクの値に基づいて、前記ドレッシング面が前記加工面に当接していた時間を測定することを特徴とするドレッシング装置。
前記ドレッシング時間測定手段は、前記加工面のドレッシングを行うときに、前記トルク測定手段により測定された回転駆動トルクの時間変化特性が所定の変動特性を示す時間を、前記ドレッシング面が前記加工面に当接していた時間として測定することを特徴とする請求項１に記載のドレッシング装置。
前記ドレッシング時間測定手段は、前記所定の変動特性として、前記回転駆動トルクが０近傍で推移した時間を、前記ドレッシング面が前記加工面に当接していた時間として測定することを特徴とする請求項２に記載のドレッシング装置。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の前記ドレッシング装置によりドレッシングされた前記加工工具を用いて被加工物の加工を行うように構成されていることを特徴とする製造装置。