ドレッシング装置、化学的機械的研磨装置及び方法
【課題】研磨パッドをあまり偏摩耗させることなくドレッシングし、かつドレッシング荷重を軽荷重とすることができるドレッシング装置を提供する。
【解決手段】本発明に係るドレッシング装置は、研磨パッド１０に摺接されるドレッシング面を有するドレッシング部材４２と、回転可能かつ上下動可能なドレッサ駆動軸３２と、ドレッサ駆動軸３２に連結され、ドレッシング部材４２が固定されるドレッサフランジ４１Ａ，４１Ｂと、ドレッサフランジ４１Ａ，４１Ｂ内に配置され、ドレッシング部材４２をドレッサ駆動軸３２に対して傾動可能とする球面軸受４５と、ドレッシング部材４２の傾動に抗する力を発生するばね機構４９とを備える。
【解決手段】本発明に係るドレッシング装置は、研磨パッド１０に摺接されるドレッシング面を有するドレッシング部材４２と、回転可能かつ上下動可能なドレッサ駆動軸３２と、ドレッサ駆動軸３２に連結され、ドレッシング部材４２が固定されるドレッサフランジ４１Ａ，４１Ｂと、ドレッサフランジ４１Ａ，４１Ｂ内に配置され、ドレッシング部材４２をドレッサ駆動軸３２に対して傾動可能とする球面軸受４５と、ドレッシング部材４２の傾動に抗する力を発生するばね機構４９とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハ等の被研磨物の研磨に使用される研磨パッドをドレッシングするドレッシング装置に関し、特に被研磨物の表面を平坦に研磨する研磨装置に設けられるドレッシング装置に関する。また、本発明は、そのようなドレッシング装置を用いた化学的機械的研磨装置及び化学的機械的研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスはますます微細化され、素子構造が複雑になりつつある。半導体デバイスの製造工程において、表面の平坦化は非常に重要な工程とされる。表面の平坦化に用いられる代表的な技術は、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では、シリカ（ＳｉＯ２）等の砥粒を含んだ研磨液を研磨パッドの研磨面上に供給しつつ半導体ウェハを研磨面に摺接させて半導体ウェハの表面を研磨する。研磨パッドに代えて、砥粒をバインダにより固定した固定砥粒が用いられることもある。
【０００３】
この化学的機械的研磨はＣＭＰ装置を用いて行われる。ＣＭＰ装置は、上面に研磨パッドを貼付した研磨テーブルと、ポリッシング対象物である半導体ウェハ等の基板（被研磨物）を保持するトップリングとを一般に備えている。研磨テーブルおよびトップリングをその軸心を中心としてそれぞれ回転させながら、トップリングにより基板を所定の圧力で研磨パッドの研磨面（上面）に押圧し、研磨液を研磨面上に供給しつつ基板の表面を平坦且つ鏡面に研磨する。研磨液には、通常、アルカリ溶液にシリカ等の微粒子からなる砥粒を懸濁したものが用いられる。基板は、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研磨される。
【０００４】
基板の研磨を行なうと、研磨パッドの研磨面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、基板の研磨を繰り返すに従い、研磨速度が低下し、また、研磨むらが生じてしまう。そこで、劣化した研磨パッドの研磨面を再生するために、研磨テーブルに隣接してドレッシング装置が設けられている。
【０００５】
このドレッシング装置は、一般に、回転可能なドレッサヘッドと、該ドレッサヘッドに固定されたドレッシング部材を備えている。ドレッシング装置は、ドレッサヘッドをその軸心を中心として回転させながら、回転する研磨テーブル上の研磨パッドの研磨面にドレッシング部材を押し付けることにより、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）を行なう。ドレッシング部材としては、一般に、研磨面に接触する面（ドレッシング面）にダイヤモンド粒子が電着されたもの等が使用される。
【０００６】
上述したドレッシング装置による研磨パッドの研磨面のドレッシングには、基板の研磨と同時に行なう方法と、基板の研磨と研磨との合間に行なう方法とがある。いずれの方法においても、研磨面はドレッシングによってある程度削り取られてしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、研磨パッドを適切にドレッシングし、かつドレッシング荷重を軽荷重と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、本発明は、そのようなドレッシング装置を用いた化学的機械的研磨装置及び化学的機械的研磨方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、研磨パッドをドレッシングするドレッシング装置において、前記研磨パッドに摺接されるドレッシング面を有するドレッシング部材と、回転可能かつ上下動可能なドレッサ駆動軸と、前記ドレッサ駆動軸に連結され、前記ドレッシング部材が固定されるドレッサフランジと、前記ドレッサフランジ内に配置され、前記ドレッシング部材を前記ドレッサ駆動軸に対して傾動可能とする球面軸受と、前記ドレッシング部材の傾動に抗する力を発生するばね機構とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の好ましい態様は、前記ばね機構は、０．５×１０４Ｎ／ｍ以上で２×１０４Ｎ／ｍ以下のばね定数を有するか、または１２．５Ｎｍ／ｒａｄ以上で５０Ｎｍ／ｒａｄ以下の傾き剛性を前記ドレッシング部材に付与することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ドレッサフランジは、前記ドレッサ駆動軸に固定された上側ドレッサフランジと、前記ドレッシング部材が固定された下側ドレッサフランジとを有し、前記球面軸受は、前記上側ドレッサフランジと前記下側ドレッサフランジとを互いに傾動自在に連結することを特徴とする。
【００１０】
本発明の好ましい態様は、前記上側ドレッサフランジは弾性材から形成されており、該上側ドレッサフランジが前記ばね機構として機能することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記上側ドレッサフランジと前記下側ドレッサフランジとの間に設けられたシール部材をさらに備え、前記球面軸受は、前記上側ドレッサフランジと前記下側ドレッサフランジとの間に形成されている空間内に配置され、前記空間は、前記シール部材によって密閉されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の好ましい態様は、前記ドレッサ駆動軸のトルクを前記ドレッシング部材に伝達するトルク伝達部材をさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記球面軸受は、前記ドレッサ駆動軸の外周面に設けられた球面凸部と、前記ドレッサフランジに設けられた球面凹部とを有することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ドレッシング部材は、前記ドレッサフランジに着脱可能に取り付けられていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ドレッサフランジの少なくとも一部を囲むように配置されたカバーをさらに備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の他の態様は、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、被研磨物を回転させながら前記研磨パッドに押圧するトップリング装置と、前記研磨パッドに研磨液を供給する研磨液供給機構と、上記ドレッシング装置とを備えたことを特徴とする化学的機械的研磨装置である。
本発明の他の態様は、上記化学的機械的研磨装置を用いて被研磨物を研磨することを特徴とする化学的機械的研磨方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ドレッサフランジが、回転する研磨パッドの姿勢や形状に追従してジンバル運動するので、低荷重でドレッシングする際にも、研磨パッドをあまり偏摩耗させることなくドレッシングすることができる。また、本発明によれば、ドレッシング荷重を軽荷重とすることができるため、ドレッシングの際の研磨パッドの削り取り量をできるだけ少なくすることができ、研磨パッド（又は固定砥粒）の寿命を伸ばすことができる。したがって、化学的機械的研磨装置のランニングコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ＣＭＰ装置のポリッシュ部を示す斜視図である。
【図２】ドレッシング装置の荷重機構の一例を模式的に示す正面図である。
【図３】ドレッシング装置の荷重機構の他の例を模式的に示す正面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るドレッシング装置の要部を示す断面図である。
【図５】図４に示すドレッシング装置の一部を示す平面図である。
【図６】上側ドレッサフランジに対して下側ドレッサフランジが傾いた状態を示す図である。
【図７】ドレッシング装置の他の例の一部を示す拡大断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るドレッシング装置の要部を示す断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係るドレッシング装置の変形例を示す断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係るドレッシング装置の要部を示す断面図である。
【図１１】本発明の参考例に係るドレッシング装置の要部を示す断面図である。
【図１２】下側ドレッサフランジの中央を支点に弾性支持した場合のモデルを示す図である。
【図１３】図１３は、ばね定数Ｋによって変化する荷重Ｆと変位ｘとの関係を示すグラフである。
【図１４】図１４（ａ）は、傾き剛性が大きい場合に生じうる問題を説明する図であり、図１４（ｂ）は、傾き剛性が小さい場合に生じうる問題を説明する図である。
【図１５】図１５（ａ）は、ばね定数Ｋが２×１０４Ｎ／ｍよりも大きい（傾き剛性Ｋθが５０Ｎｍ／ｒａｄよりも大きい）場合の、ドレッサディスクによって削り取られた研磨パッドを模式的に示す平面図であり、図１５（ｂ）は図１５（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図１６】図１６（ａ）は、ばね定数Ｋが２×１０４Ｎ／ｍ以下（傾き剛性Ｋθが５０Ｎｍ／ｒａｄ以下）の場合の、ドレッサディスクによって削り取られた研磨パッドを模式的に示す平面図であり、図１６（ｂ）は図１６（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１７】ばね定数または傾き剛性によって変化するドレッサディスクの回転速度の変動（誤差）を示すグラフである。
【図１８】ばね定数と回転速度の誤差との関係、及びばね定数と研磨パッドプロファイルとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１にＣＭＰ装置のポリッシュ部の斜視図を示す。ポリッシュ部は、研磨パッド１０を支持する研磨テーブル１１と、ウェハなどの基板（被研磨物）を研磨パッド１０に摺接させて研磨するトップリング装置２０と、研磨パッド１０を目立て（ドレッシング）するドレッシング装置３０とを備えている。研磨パッド１０は研磨テーブル１１の上面に取り付けられており、研磨パッド１０の上面は研磨面を構成している。研磨テーブル１１は、図示しないモータに連結されており、このモータによって研磨テーブル１１および研磨パッド１０は、矢印で示す方向に回転されるようになっている。
【００１６】
トップリング装置２０は、基板を保持し研磨パッド１０の上面に押圧するトップリングヘッド２１と、トップリングヘッド２１に連結されるトップリング駆動軸２２と、トップリング駆動軸２２を回転自在に保持するトップリング揺動アーム２３とを備えている。トップリング揺動アーム２３は、トップリング揺動軸２４によって支持されている。トップリング揺動アーム２３の内部には、トップリング駆動軸２２に連結された図示しないモータが設置されている。このモータの回転はトップリング駆動軸２２を介してトップリングヘッド２１に伝達され、これによりトップリングヘッド２１は、矢印で示す方向にトップリング駆動軸２２を中心として回転する。
【００１７】
トップリング装置２０に隣接して、研磨液及びドレッシング液を研磨パッド１０の研磨面に供給する液体供給機構２５が配置されている。液体供給機構２５は、複数の供給ノズルを備えており、この供給ノズルから研磨液及びドレッシング液が研磨パッド１０の研磨面に供給される。この液体供給機構２５は、研磨液を研磨パッド１０に供給する研磨液供給機構と、ドレッシング液（例えば純水）を研磨パッド１０に供給するドレッシング液供給機構とを兼用している。なお、研磨液供給機構とドレッシング液供給機構とを別に設けてもよい。
【００１８】
トップリングヘッド２１の下面は、真空吸着などにより基板を保持する基板保持面を構成している。トップリング駆動軸２２は、図示しない上下動アクチュエータ（例えばエアシリンダ）に連結されている。したがって、トップリングヘッド２１は、上下動アクチュエータによりトップリング駆動軸２２を介して上下動する。
【００１９】
基板の研磨は、次のようにして行なわれる。トップリングヘッド２１の下面に基板が保持され、トップリングヘッド２１および研磨テーブル１１が回転される。この状態で、研磨パッド１０の研磨面には研磨液が供給され、そして、トップリングヘッド２１により基板が研磨パッド１０の研磨面に押圧される。基板の表面（下面）は、研磨液に含まれる砥粒による機械的研磨作用と研磨液の化学的研磨作用により研磨される。トップリング揺動軸２４は、研磨パッド１０の径方向外側に位置している。このトップリング揺動軸２４は回転可能に構成されており、これによりトップリングヘッド２１は研磨パッド１０上の研磨位置と、研磨パッド１０の外側の待機位置との間を移動可能となっている。
【００２０】
ドレッシング装置３０は、研磨パッド１０の研磨面に摺接されるドレッサ３１と、このドレッサ３１に連結されたドレッサ駆動軸３２と、ドレッサ駆動軸３２を回転自在に保持するドレッサ揺動アーム３３とを備えている。ドレッサ３１の下面は、研磨パッド１０の研磨面に摺接されるドレッシング面を構成している。このドレッシング面には、ダイヤモンド粒子などの砥粒が固定されている。ドレッサ揺動アーム３３は、ドレッサ揺動軸３４に支持されている。ドレッサ揺動アーム３３の内部には、ドレッサ駆動軸３２に連結された図示しないモータが設置されている。このモータの回転はドレッサ駆動軸３２を介してドレッサ３１に伝達され、これによりドレッサ３１は、矢印で示す方向にドレッサ駆動軸３２を中心として回転する。
【００２１】
ドレッサ揺動アーム３３は、第１のアーム３３Ａと第２のアーム３３Ｂとから構成される関節アームである。第１のアーム３３Ａには、ドレッサ駆動軸３２を回転させるための上述したモータが設けられている。第２のアーム３３Ｂには、第１のアーム３３Ａを関節軸を中心として所定の角度だけ回転させる図示しない揺動モータが内蔵されている。この揺動モータの駆動により、ドレッサ３１は研磨パッド１０の研磨面をその略半径方向に移動する。
【００２２】
図２は、ドレッシング装置３０の荷重機構の一例を模式的に示す正面図である。図２に示すように、ドレッサ駆動軸３２は複数の軸受３７によって回転自在に支持されている。ドレッサ揺動アーム３３（第１のアーム３３Ａ）の上部には支持台３５が固定され、この支持台３５には上下動アクチュエータとしてのエアシリンダ３６が設置されている。ドレッサ駆動軸３２の上端はエアシリンダ３６に連結されている。ドレッサ３１は、このエアシリンダ３６によりドレッサ駆動軸３２を介して研磨パッド１０の研磨面に押圧される。
【００２３】
図３は、ドレッシング装置３０の荷重機構の他の例を模式的に示す正面図である。図３の荷重機構は、図２に示す荷重機構の構成と基本的に同一であるが、ドレッサ駆動軸３２を上方に持ち上げるばね３９が設けられている点で、上述の例と異なっている。このばね３９は、ドレッサ揺動アーム３３の上部に配置され、ドレッサ駆動軸３２の上端部を上方に付勢する。この例において、ドレッサ３１を研磨パッド１０に対して押圧するときは、エアシリンダ３６により、ばね３９の力に抗してドレッサ駆動軸３２を押し下げる。本発明は、いずれの荷重機構を採用することができるが、低荷重でドレッシングする観点からは、ヒステリシスの少ない、ばねを使用した荷重機構が好ましい。
【００２４】
研磨パッド１０の研磨面をドレッシングするときは、モータによりドレッサ３１を回転させ、次いでエアシリンダ３６によりドレッサ３１を下降させて、ドレッサ３１のドレッシング面を回転する研磨パッド１０の研磨面に摺接させる。その状態で、ドレッサ３１を研磨パッド１０の略径方向に往復移動させる。この回転するドレッサ３１の移動（揺動）により、研磨パッド１０の研磨面に付着した研磨屑などが除去され、かつ研磨面が再生される。ドレッシング中は、液体供給機構２５により、ドレッシング液（例えば純水）が研磨パッド１０の研磨面上に供給される。ドレッサ揺動軸３４は、研磨パッド１０の径方向外側に位置している。このドレッサ揺動軸３４は回転可能に構成されており、これによりドレッサ３１は研磨パッド１０の上のドレッシング位置と、研磨パッド１０の外側の待機位置との間を移動可能となっている。このドレッシング装置２０による研磨パッド１０のドレッシングは、基板の研磨と同時に行なってもよく、または複数の基板を連続して研磨する場合には、研磨処理と研磨処理との合間に行ってもよい。
【００２５】
図４は、本発明の第１の実施形態に係るドレッシング装置の要部を示す断面図である。図５は、図４に示すドレッシング装置の一部を示す平面図である。図４に示すように、ドレッサ３１は、円盤状の上側ドレッサフランジ４１Ａおよび円盤状の下側ドレッサフランジ４１Ｂからなるドレッサフランジ４１と、ドレッサディスク（ドレッシング部材）４２とを備えている。上側ドレッサフランジ４１Ａは、下側ドレッサフランジ４１Ｂよりも小さな直径を有し、下側ドレッサフランジ４１Ｂは、ドレッサディスク４２と同一の直径を有している。上側ドレッサフランジ４１Ａと下側ドレッサフランジ４１Ｂとの間には微小な隙間が形成されている。ドレッサディスク４２の上面は、下側ドレッサフランジ４１Ｂの下面に固定されている。ドレッサディスク４２の下面は、上述したドレッシング面を構成している。上側ドレッサフランジ４１Ａおよび下側ドレッサフランジ４１Ｂは、同じ材料から構成されている。好ましい材料の例としては、ステンレス鋼などの金属が挙げられる。
【００２６】
ドレッサディスク４２とドレッサ駆動軸３２とは、上側ドレッサフランジ４１Ａ、下側ドレッサフランジ４１Ｂ、及び球面軸受４５を介して互いに連結されている。上側ドレッサフランジ４１Ａはドレッサ駆動軸３２の下端に固定されている。球面軸受４５は上側ドレッサフランジ４１Ａと下側ドレッサフランジ４１Ｂとの間に配置されており、上側ドレッサフランジ４１Ａと下側ドレッサフランジ４１Ｂとを互いに傾動可能としている。この球面軸受４５は、ドレッサ駆動軸３２に対するドレッサディスク４２の傾動を許容しつつ、ドレッサ駆動軸３２からのスラスト荷重及びラジアル荷重を下側ドレッサフランジ４１Ｂ及びドレッサディスク４２に伝達する。
【００２７】
球面軸受４５は、上側ドレッサフランジ４１Ａの下面に形成された下向きの球面凹部４５Ａと、下側ドレッサフランジ４１Ｂの上面に形成された球面凹部４５Ｂと、これら球面凹部に４５Ａ，４５Ｂ摺動自在に係合するボール４５Ｃとを備えている。ボール４５Ｃはセラミックなどの耐摩耗性に優れた材料から構成されている。球面凹部４５Ａ，４５Ｂ及びボール４５Ｃは、ドレッサ駆動軸３２の中心軸上に配置されている。なお、本実施形態においては、球面凹部４５Ａ，４５Ｂは上側ドレッサフランジ４１Ａ及び下側ドレッサフランジ４１Ｂに形成されているが、球面凹部が形成された２つの受け部材を、それぞれ上側ドレッサフランジ４１Ａ及び下側ドレッサフランジ４１Ｂに取り付けてもよい。
【００２８】
上側ドレッサフランジ４１Ａと下側ドレッサフランジ４１Ｂとは、複数のトルク伝達ピン（トルク伝達部材）４８により互いに連結されている。これらのトルク伝達ピン４８は、球面軸受４５の周り（すなわち、ドレッサ駆動軸３２及びドレッサディスク４２の中心軸の周り）に等間隔に配置されている。トルク伝達ピン４８は、ドレッサ駆動軸３２に対するドレッサディスク４２の傾動を許容しつつ、ドレッサ駆動軸３２のトルクをドレッサディスク４２に伝達する。
【００２９】
図６は、上側ドレッサフランジに対して下側ドレッサフランジが傾いた状態を示す図である。トルク伝達ピン４８は、球面状の摺接面を有しており、この摺接面は、上側ドレッサフランジ４１Ａの収容孔に緩やかに係合している。トルク伝達ピン４８の摺接面と上側ドレッサフランジ４１Ａの収容孔との間には、微小な隙間が形成されている。上側ドレッサフランジ４１Ａに対して下側ドレッサフランジ４１Ｂが傾くと、トルク伝達ピン４８は、上側ドレッサフランジ４１Ａとの係合を維持しつつ、下側ドレッサフランジ４１Ｂと一体に傾く。
【００３０】
トルク伝達ピン４８は、ドレッサ駆動軸３２からのスラスト荷重はドレッサディスク４２には伝達せず、ドレッサ駆動軸３２のトルクのみを下側ドレッサフランジ４１Ｂ及びドレッサディスク４２に伝達する。本実施形態では、トルク伝達ピン４８は下側ドレッサフランジ４１Ｂに固定されているが、上側ドレッサフランジ４１Ａに固定されていてもよい。上述の構成にすることで、ドレッサディスク４２及び下側ドレッサフランジ４１Ｂは、ボール４５Ｃの中心を支点にジンバル運動が可能であり、かつそのジンバル運動を拘束せずにドレッサ駆動軸３２のトルクをトルク伝達ピン４８を介してドレッサディスク４２に伝達することができる。
【００３１】
さらに、上側ドレッサフランジ４１Ａと下側ドレッサフランジ４１Ｂとは、複数のばね機構４９により互いに連結されている。これらのばね機構４９は、球面軸受４５の周り（すなわち、ドレッサ駆動軸３２及びドレッサディスク４２の中心軸の周り）に等間隔に配置されている。各ばね機構４９は、下側ドレッサフランジ４１Ｂに固定され、上側ドレッサフランジ４１Ａを貫通して延びるロッド４９Ａと、ロッド４９Ａの上端に形成された鍔部と上側ドレッサフランジ４１Ａの上面との間に配置されたばね４９Ｂとを有している。ばね機構４９は、ドレッサディスク４２及び下側ドレッサフランジ４１Ｂの傾動に抗する力を発生して、ドレッサディスク４２を元の位置（姿勢）に戻すものである。
【００３２】
上述した構成により、ドレッサディスク４２及び下側ドレッサフランジ４１Ｂは、ボール４５Ｃの中心を支点にジンバル運動が可能となっている。ドレッシング中は、研磨パッド１０の研磨面の表面形状に追従してドレッサディスク４２が傾くので、良好なドレッシングができる。また、ドレッサディスク４２の傾動の支点（すなわち、球面軸受４５の中心の研磨面からの位置）が低いので、ドレッサディスク４２は研磨パッド１０の研磨面の変動にスムーズに追従し、研磨面の摩擦力によるモーメント力を受けにくい。したがって、過度にドレッサディスク４２が傾くことなく、研磨パッド１０の研磨面をドレッシングすることができる。また、ドレッサディスク４２の傾動により研磨パッド１０の偏摩耗が防止されるので、低荷重のドレッシングが可能となる。
【００３３】
図４に示すように、下側ドレッサフランジ４１Ｂの上面には円筒状の第１のカバー５３Ａが固定されている。この第１のカバー５３Ａは、上側ドレッサフランジ４１Ａ、球面軸受４５、トルク伝達ピン４８、ばね機構４９、及びドレッサ駆動軸３２の下端を囲むように配置されている。さらに、第１のカバー５３Ａの上端を囲むように、第２のカバー５３Ｂが設けられている。この第２のカバー５３Ｂはドレッサ揺動アーム３３（図１参照）に固定されており、第１のカバー５３Ａの上端及びドレッサ駆動軸３２を囲むように配置されている。第１のカバー５３Ａと第２のカバー５３Ｂとの間には隙間が形成されており、第１のカバー５３Ａが下側ドレッサフランジ４１Ｂ及びドレッサディスク４２の傾動に伴って傾いたときに、第１のカバー５３Ａが第２のカバー５３Ｂに接触しないようになっている。このような第１のカバー５３Ａ及び第２のカバー５３Ｂを設けることにより、球面軸受４５のボール４５Ｃにドレッシング液や研磨液が付着してしまうことを防止でき、またトルク伝達ピン４８などの摺動部から発生する粉が研磨パッド１０上に落ちてしまうことを防止することができる。
【００３４】
ドレッサディスク４２は下側ドレッサフランジ４１Ｂに着脱可能に取り付けられている。より具体的には、ドレッサディスク４２は、３つ以上の固定ねじ５５（図５では３つの固定ねじ５５を示す）によって下側ドレッサフランジ４１Ｂの下面に取り付けられている。したがって、固定ねじ５５を取り外すことによって、ドレッサディスク４２を取り外すことができ、新しいドレッサディスクに交換することができる。
【００３５】
なお、ドレッサディスク４２が鉄などの磁性材料で構成されている場合は、図７に示すように、固定ねじ５５に代えて、複数の磁石５６を用いてドレッサディスク４２を固定することもできる。この場合は、ドレッサディスク４２の上面に窪みを形成して、この窪みに磁石５６を配置することが好ましい。
【００３６】
図８は、本発明の第２の実施形態に係るドレッシング装置の要部を示す断面図である。なお、特に説明しない本実施形態の構成及び動作は、上述した第１の実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。
【００３７】
本実施形態に係るドレッシング装置３０は、上述したばね機構４９及びトルク伝達ピン４８を備えていなく、上側ドレッサフランジ４１Ａがばね機構及びトルク伝達部材として機能する。すなわち、上側ドレッサフランジ４１Ａは弾性材（例えば樹脂）から構成されており、板ばねとして作用する。好ましく使用される弾性材の例としては、優れた機械的強さ、化学的熱的特性、成形加工性を持ったアセタール樹脂（ＰＯＭ）が挙げられる。上側ドレッサフランジ４１Ａは、第１の実施形態に係る上側ドレッサフランジよりも大きい直径を有している。上側ドレッサフランジ４１Ａは、環状のフランジプレート６０とねじ６１により、下側ドレッサフランジ４１Ｂの上面に固定されている。
【００３８】
下側ドレッサフランジ４１Ｂの上面には、円形の窪み４３が同心状に形成されている。この円形の窪み４３は、上側ドレッサフランジ４１Ａよりも小さい径を有している。環状のフランジプレート６０の外径は上側ドレッサフランジ４１Ａの直径と略等しく、フランジプレート６０の内径は、下側ドレッサフランジ４１Ｂに形成された円形の窪み４３と同一またはやや小さい。したがって、上側ドレッサフランジ４１Ａの周縁部のみがフランジプレート６０及び下側ドレッサフランジ４１Ｂに保持されており、上側ドレッサフランジ４１Ａの弾性変形を阻害しない構造となっている。なお、フランジプレート６０、上側ドレッサフランジ４１Ａ、下側ドレッサフランジ４１Ｂ、及びドレッサフランジ４２は同じ径を有してもよい。球面軸受４５は、第１の実施形態と同様である。第１のカバー５３Ａの下端は、ドレッサ駆動軸３２の外周面に固定されている。第２のカバー５３Ｂの構成、及び第１のカバー５３Ａと第２のカバー５３Ｂとの位置関係は第１の実施形態と同様である。
【００３９】
上側ドレッサフランジ４１Ａの上面にドレッシング液などの液体が溜まらないように、上側ドレッサフランジ４１Ａとフランジプレート６０との間に径方向に延びる少なくとも１つの溝６３が形成されている。この溝６３は、フランジプレート６０の下面及び上側ドレッサフランジ４１Ａの上面の少なくとも一方に形成される。
【００４０】
下側ドレッサフランジ４１Ｂの上面には、円形の窪み４３を囲むようにＯリング（シール部材）６２が設けられている。上側ドレッサフランジ４１Ａと窪み４３とによって形成される空間は、Ｏリング６２によって密閉されている。球面軸受４５はこの空間内に位置しているので、球面軸受４５にドレッシング液、研磨液、研磨屑などが侵入しないようにすることができ、球面軸受４５の潤滑性を維持することができる。なお、Ｏリング６２は上側ドレッサフランジ４１Ａの下面に取り付けてもよい。また、窪み４３は上側ドレッサフランジ４１Ａの下面に形成してもよい。
【００４１】
本実施形態においては、上述したように、上側ドレッサフランジ４１Ａがばね機構及びトルク伝達部材として機能する。すなわち、ドレッサディスク４２及び下側ドレッサフランジ４１Ｂがドレッサ駆動軸３２に対して傾くと、上側ドレッサフランジ４１Ａが弾性変形する。したがって、ドレッシング中、ドレッサディスク４２は、上側ドレッサフランジ４１Ａの弾性変形により、研磨パッド１０の研磨面の形状に追従して傾動することができる。
【００４２】
図９は、本発明の第２の実施形態に係るドレッシング装置の変形例を示す断面図である。この例では、上側ドレッサフランジ４１Ａの下面は平坦に形成されており、上側ドレッサフランジ４１Ａに球面凹部４５Ａは形成されていない。ボール４５Ｃは下側ドレッサフランジ４１Ｂの上面に形成された球面凹部４５Ｂに収容されている。この場合でも、球面軸受４５は、下側ドレッサフランジ４１Ｂ及びドレッサディスク４２の傾動を許容しつつ、上側ドレッサフランジ４１Ａからのスラスト荷重を下側ドレッサフランジ４１Ｂに伝達することができる。なお、この例では、図示しない位置決めピンにより、上側ドレッサフランジ４１Ａと下側ドレッサフランジ４１Ｂとの中心軸が合わせられる。
【００４３】
図１０は、本発明の第３の実施形態に係るドレッシング装置の要部を示す断面図である。なお、特に説明しない本実施形態の構成及び動作は、上述した第１の実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。
【００４４】
ドレッサ駆動軸３２は、その下端に小径部３２ａを有している。上側ドレッサフランジ４１Ａの下面と下側ドレッサフランジ４１Ｂの上面とは互いに固定されており、１つのドレッサフランジを形成している。上側ドレッサフランジ４１Ａ及び下側ドレッサフランジ４１Ｂには、同心状の孔が形成されており、ドレッサ駆動軸３２の小径部３２ａはこの孔に収容されている。上側ドレッサフランジ４１Ａ及び下側ドレッサフランジ４１Ｂは、球面軸受４５を介してドレッサ駆動軸３２の小径部３２ａに傾動自在に連結されている。より具体的には、小径部３２ａの外周面には球面凸部４５Ｄが固定されており、孔の内周面には、球面凹部４５Ｅが固定されている。球面凸部４５Ｄと球面凹部４５Ｅとは互いに摺動自在に係合している。
【００４５】
上側ドレッサフランジ４１Ａの上面には、ばね機構としての複数のスプリングピン４９（図１０には１つのスプリングピンのみを示す）が固定されている。これらのスプリングピン４９は、球面軸受４５の周り（すなわち、ドレッサ駆動軸３２及びドレッサディスク４２の中心軸の周り）に等間隔に配置されている。スプリングピン４９はドレッサ駆動軸３２を上方に押圧するように配置されている。上側ドレッサフランジ４１Ａとドレッサ駆動軸３２とは、複数のトルク伝達ピン４８によって連結されている。第１のカバー５３Ａの下端は、上側ドレッサフランジ４１Ａの外周面に固定されている。第２のカバー５３Ｂの構成、及び第１のカバー５３Ａと第２のカバー５３Ｂとの位置関係は第１の実施形態と同様である。
【００４６】
本実施形態においては、上側ドレッサフランジ４１Ａ、下側ドレッサフランジ４１Ｂ、及びドレッサディスク４２は一体にドレッサ駆動軸３２に対して傾斜可能に構成されている。したがって、ドレッシング中、ドレッサディスク４２は、研磨パッド１０の研磨面の形状に応じて傾動することができる。
【００４７】
図１１は、本発明の参考例に係るドレッシング装置の要部を示す断面図である。なお、特に説明しない本例の構成及び動作は、上述した第３の実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。
【００４８】
ドレッシング装置３０は、上述したばね機構及びトルク伝達ピンを備えていなく、ドレッサ駆動軸３２の下端と上側ドレッサフランジ４１Ａの上面とを接続するベローズ６５を備えている。このベローズ６５は、ドレッサ駆動軸３２のトルクを上側ドレッサフランジ４１Ａ（すなわちドレッサディスク４２）に伝達する。
【００４９】
ドレッサディスク４２がスムーズに研磨パッド１０の研磨面に追従しないと、研磨パッド１０の偏摩耗が生じうる。図１１に示す参考例の場合、ベローズ６５が比較的硬いため、研磨パッド１０の表面状態によっては、適切にドレッシングが行われない場合もありうる。そのような場合には、第１乃至第３の実施形態を用いることが望ましい。なお、第１及び第２の実施形態は、その構造上、第３の実施形態に比べて、ドレッサディスク４２の傾動の支点（すなわち、球面軸受４５の中心の研磨面からの位置）を低くすることができるという利点がある。
【００５０】
図１２は、下側ドレッサフランジ４１Ｂ（及びドレッサディスク４２）の中央を支点に弾性支持した場合のモデルを示す図である。荷重Ｆは、ドレッサフランジ４１Ｂの中心から距離Ｌだけ離れた箇所に加わった力であり、変位ｘは、荷重Ｆによるドレッサフランジ４１Ｂの端部の変位であり、ｋｎ（ｎ＝１，２，…）は、各ばね機構のばね定数である。ドレッサディスク４２が、研磨パッド１０の形状に追従してスムーズに傾くためには、適切な傾き剛性を実現するばね定数Ｋが必要である。第１乃至第３の実施形態では、ばね定数Ｋは、０．５×１０４Ｎ／ｍ以上で２×１０４Ｎ／ｍ以下、またはドレッサディスク４２の傾き剛性Ｋθは、１２．５Ｎｍ／ｒａｄ以上で５０Ｎｍ／ｒａｄ以下に設定されている。ここで、傾き剛性とは、回転運動させる力（トルク）を与えたときのトルクと回転変位（角度）との関係を示す数値として定義される。ばね定数Ｋは、第１及び第３の実施形態においては、複数のばね機構４９全体のばね定数を示し、第２の実施形態においては、弾性体である上側ドレッサフランジ４１Ａ全体のばね定数を示している。
【００５１】
図１３は、ばね定数Ｋによって変化する荷重Ｆと変位ｘとの関係を示すグラフである。図１４（ａ）は、傾き剛性が大きい場合に生じうる問題を説明する図であり、図１４（ｂ）は、傾き剛性が小さい場合に生じうる問題を説明する図である。
研磨パッド１０のドレッシング中は、研磨テーブル１１の回転に伴って、研磨パッド１０の最外周部は最大で１００μｍ程度上下動する。このような条件下では、ドレッサディスク４２の傾き剛性が大きい場合、図１４（ａ）に示すように、ドレッサディスク４２が研磨パッド１０の変動に追従できない。その結果、ドレッサディスク４２の外周部が研磨パッド１０を局所的に削り取ってしまう。
【００５２】
図１５（ａ）は、ばね定数Ｋが２×１０４Ｎ／ｍよりも大きい（傾き剛性Ｋθが５０Ｎｍ／ｒａｄよりも大きい）場合の、ドレッサディスクによって削り取られた研磨パッドを模式的に示す平面図であり、図１５（ｂ）は図１５（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示すように、ドレッサディスク４２の傾き剛性が大きい場合、研磨パッド１０が局所的に大きく削り取られてしまう。一方、図１６（ａ）は、ばね定数Ｋが２×１０４Ｎ／ｍ以下（傾き剛性Ｋθが５０Ｎｍ／ｒａｄ以下）の場合の、ドレッサディスクによって削り取られた研磨パッドを模式的に示す平面図であり、図１６（ｂ）は図１６（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。図１６（ａ）および図１６（ｂ）に示すように、ドレッサディスク４２の傾き剛性がある程度小さい場合、研磨パッド１０は均一に削り取られることが分かる。
【００５３】
ドレッサディスク４２の傾き剛性がほどんどなく、かつ傾動の支点が高い場合は、図１４（ｂ）に示すように、ドレッサディスク４２が研磨パッド１０に突っかかりやすくなる。その結果、ドレッサディスク４２の傾動動作にスティック・スリップ現象が起き、ドレッサディスク４２の回転速度にむら（誤差）が生じてしまう。図１７は、ばね定数または傾き剛性によって変化するドレッサディスクの回転速度の変動（誤差）を示すグラフである。図１７に示すように、ばね定数Ｋが０．５×１０４Ｎ／ｍ以上、または傾き剛性Ｋθが１２．５Ｎｍ／ｒａｄ以上の場合におけるドレッサディスク４２の回転速度の誤差は、ばね定数Ｋが０．５×１０４Ｎ／ｍ未満、または傾き剛性Ｋθが１２．５Ｎｍ／ｒａｄ未満の場合に比べて、小さいことが分かる。
【００５４】
図１８は、ばね定数と回転速度の誤差との関係、及びばね定数と研磨パッドプロファイルとの関係を示すグラフである。ばね定数Ｋが０．５×１０４Ｎ／ｍよりも小さいと、傾き剛性が小さくなり、研磨パッドの表面で発生する摩擦力によるモーメント力によってドレッサディスクが傾き、上述したスティック・スリップ現象に起因したドレッサディスクの振動が発生しやすくなる。この振動によってドレッサディスクの回転速度にむら（誤差）が生じてしまう。
【００５５】
一方、ばね定数Ｋが２×１０４Ｎ／ｍよりも大きいと、傾き剛性が大きくなる。その結果、ドレッサディスクの外周部が研磨パッドを局所的に削り取り、研磨パッドを偏摩耗させてしまう。したがって、研磨パッドを安定的にドレッシングするためには、ばね機構のばね定数は、０．５×１０４Ｎ／ｍ以上で２×１０４Ｎ／ｍ以下（傾き剛性Ｋθが１２．５Ｎｍ／ｒａｄ以上で５０Ｎｍ／ｒａｄ以下）であることが必要となる。
【００５６】
以上説明したように、本発明によれば、研磨テーブル上の研磨パッドを適切にドレッシングすることができる。また、本発明によれば、ドレッシング荷重を軽荷重とすることができるため、ドレッシングの際の研磨パッドの削り取り量をできるだけ少なくすることができ、研磨パッド（又は固定砥粒）の寿命を伸ばすことができる。したがって、化学的機械的研磨装置のランニングコストを低減することができる。また、本発明によれば、ドレッシングを短時間で行うことができるので、研磨パッドのプロファイルを比較的短時間で良好に維持することができ、化学的機械的研磨装置及び方法のスループットを向上させることができる。さらに、ボルトまたは磁石を取り外すことによって、ドレッサディスクを簡単に交換することができる。
【００５７】
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。
【符号の説明】
【００５８】
１０ 研磨パッド
１１ 研磨テーブル
２０ トップリング装置
２１ トップリングヘッド
２２ トップリング駆動軸
２３ トップリング揺動アーム
２５ 液体供給機構
３０ ドレッシング装置
３１ ドレッサヘッド
３２ ドレッサ駆動軸
３３ ドレッサ揺動アーム
３５ 支持台
３６ エアシリンダ
３７ 軸受
３９ ばね
４１ ドレッサフランジ
４１Ａ 上側ドレッサフランジ
４１Ｂ 下側ドレッサフランジ
４２ ドレッサディスク（ドレッシング部材）
４５ 球面軸受
４８ トルク伝達ピン
４９ ばね機構
５３Ａ 第１のカバー
５３Ｂ 第２のカバー
５５ 固定ねじ
５６ 磁石
６０ フランジプレート
６１ ねじ
６２ Ｏリング
６５ ベローズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハ等の被研磨物の研磨に使用される研磨パッドをドレッシングするドレッシング装置に関し、特に被研磨物の表面を平坦に研磨する研磨装置に設けられるドレッシング装置に関する。また、本発明は、そのようなドレッシング装置を用いた化学的機械的研磨装置及び化学的機械的研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスはますます微細化され、素子構造が複雑になりつつある。半導体デバイスの製造工程において、表面の平坦化は非常に重要な工程とされる。表面の平坦化に用いられる代表的な技術は、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では、シリカ（ＳｉＯ２）等の砥粒を含んだ研磨液を研磨パッドの研磨面上に供給しつつ半導体ウェハを研磨面に摺接させて半導体ウェハの表面を研磨する。研磨パッドに代えて、砥粒をバインダにより固定した固定砥粒が用いられることもある。
【０００３】
この化学的機械的研磨はＣＭＰ装置を用いて行われる。ＣＭＰ装置は、上面に研磨パッドを貼付した研磨テーブルと、ポリッシング対象物である半導体ウェハ等の基板（被研磨物）を保持するトップリングとを一般に備えている。研磨テーブルおよびトップリングをその軸心を中心としてそれぞれ回転させながら、トップリングにより基板を所定の圧力で研磨パッドの研磨面（上面）に押圧し、研磨液を研磨面上に供給しつつ基板の表面を平坦且つ鏡面に研磨する。研磨液には、通常、アルカリ溶液にシリカ等の微粒子からなる砥粒を懸濁したものが用いられる。基板は、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研磨される。
【０００４】
基板の研磨を行なうと、研磨パッドの研磨面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、基板の研磨を繰り返すに従い、研磨速度が低下し、また、研磨むらが生じてしまう。そこで、劣化した研磨パッドの研磨面を再生するために、研磨テーブルに隣接してドレッシング装置が設けられている。
【０００５】
このドレッシング装置は、一般に、回転可能なドレッサヘッドと、該ドレッサヘッドに固定されたドレッシング部材を備えている。ドレッシング装置は、ドレッサヘッドをその軸心を中心として回転させながら、回転する研磨テーブル上の研磨パッドの研磨面にドレッシング部材を押し付けることにより、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）を行なう。ドレッシング部材としては、一般に、研磨面に接触する面（ドレッシング面）にダイヤモンド粒子が電着されたもの等が使用される。
【０００６】
上述したドレッシング装置による研磨パッドの研磨面のドレッシングには、基板の研磨と同時に行なう方法と、基板の研磨と研磨との合間に行なう方法とがある。いずれの方法においても、研磨面はドレッシングによってある程度削り取られてしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、研磨パッドを適切にドレッシングし、かつドレッシング荷重を軽荷重と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、本発明は、そのようなドレッシング装置を用いた化学的機械的研磨装置及び化学的機械的研磨方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、研磨パッドをドレッシングするドレッシング装置において、前記研磨パッドに摺接されるドレッシング面を有するドレッシング部材と、回転可能かつ上下動可能なドレッサ駆動軸と、前記ドレッサ駆動軸に連結され、前記ドレッシング部材が固定されるドレッサフランジと、前記ドレッサフランジ内に配置され、前記ドレッシング部材を前記ドレッサ駆動軸に対して傾動可能とする球面軸受と、前記ドレッシング部材の傾動に抗する力を発生するばね機構とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の好ましい態様は、前記ばね機構は、０．５×１０４Ｎ／ｍ以上で２×１０４Ｎ／ｍ以下のばね定数を有するか、または１２．５Ｎｍ／ｒａｄ以上で５０Ｎｍ／ｒａｄ以下の傾き剛性を前記ドレッシング部材に付与することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ドレッサフランジは、前記ドレッサ駆動軸に固定された上側ドレッサフランジと、前記ドレッシング部材が固定された下側ドレッサフランジとを有し、前記球面軸受は、前記上側ドレッサフランジと前記下側ドレッサフランジとを互いに傾動自在に連結することを特徴とする。
【００１０】
本発明の好ましい態様は、前記上側ドレッサフランジは弾性材から形成されており、該上側ドレッサフランジが前記ばね機構として機能することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記上側ドレッサフランジと前記下側ドレッサフランジとの間に設けられたシール部材をさらに備え、前記球面軸受は、前記上側ドレッサフランジと前記下側ドレッサフランジとの間に形成されている空間内に配置され、前記空間は、前記シール部材によって密閉されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の好ましい態様は、前記ドレッサ駆動軸のトルクを前記ドレッシング部材に伝達するトルク伝達部材をさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記球面軸受は、前記ドレッサ駆動軸の外周面に設けられた球面凸部と、前記ドレッサフランジに設けられた球面凹部とを有することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ドレッシング部材は、前記ドレッサフランジに着脱可能に取り付けられていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ドレッサフランジの少なくとも一部を囲むように配置されたカバーをさらに備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の他の態様は、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、被研磨物を回転させながら前記研磨パッドに押圧するトップリング装置と、前記研磨パッドに研磨液を供給する研磨液供給機構と、上記ドレッシング装置とを備えたことを特徴とする化学的機械的研磨装置である。
本発明の他の態様は、上記化学的機械的研磨装置を用いて被研磨物を研磨することを特徴とする化学的機械的研磨方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ドレッサフランジが、回転する研磨パッドの姿勢や形状に追従してジンバル運動するので、低荷重でドレッシングする際にも、研磨パッドをあまり偏摩耗させることなくドレッシングすることができる。また、本発明によれば、ドレッシング荷重を軽荷重とすることができるため、ドレッシングの際の研磨パッドの削り取り量をできるだけ少なくすることができ、研磨パッド（又は固定砥粒）の寿命を伸ばすことができる。したがって、化学的機械的研磨装置のランニングコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ＣＭＰ装置のポリッシュ部を示す斜視図である。
【図２】ドレッシング装置の荷重機構の一例を模式的に示す正面図である。
【図３】ドレッシング装置の荷重機構の他の例を模式的に示す正面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るドレッシング装置の要部を示す断面図である。
【図５】図４に示すドレッシング装置の一部を示す平面図である。
【図６】上側ドレッサフランジに対して下側ドレッサフランジが傾いた状態を示す図である。
【図７】ドレッシング装置の他の例の一部を示す拡大断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るドレッシング装置の要部を示す断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係るドレッシング装置の変形例を示す断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係るドレッシング装置の要部を示す断面図である。
【図１１】本発明の参考例に係るドレッシング装置の要部を示す断面図である。
【図１２】下側ドレッサフランジの中央を支点に弾性支持した場合のモデルを示す図である。
【図１３】図１３は、ばね定数Ｋによって変化する荷重Ｆと変位ｘとの関係を示すグラフである。
【図１４】図１４（ａ）は、傾き剛性が大きい場合に生じうる問題を説明する図であり、図１４（ｂ）は、傾き剛性が小さい場合に生じうる問題を説明する図である。
【図１５】図１５（ａ）は、ばね定数Ｋが２×１０４Ｎ／ｍよりも大きい（傾き剛性Ｋθが５０Ｎｍ／ｒａｄよりも大きい）場合の、ドレッサディスクによって削り取られた研磨パッドを模式的に示す平面図であり、図１５（ｂ）は図１５（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図１６】図１６（ａ）は、ばね定数Ｋが２×１０４Ｎ／ｍ以下（傾き剛性Ｋθが５０Ｎｍ／ｒａｄ以下）の場合の、ドレッサディスクによって削り取られた研磨パッドを模式的に示す平面図であり、図１６（ｂ）は図１６（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１７】ばね定数または傾き剛性によって変化するドレッサディスクの回転速度の変動（誤差）を示すグラフである。
【図１８】ばね定数と回転速度の誤差との関係、及びばね定数と研磨パッドプロファイルとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１にＣＭＰ装置のポリッシュ部の斜視図を示す。ポリッシュ部は、研磨パッド１０を支持する研磨テーブル１１と、ウェハなどの基板（被研磨物）を研磨パッド１０に摺接させて研磨するトップリング装置２０と、研磨パッド１０を目立て（ドレッシング）するドレッシング装置３０とを備えている。研磨パッド１０は研磨テーブル１１の上面に取り付けられており、研磨パッド１０の上面は研磨面を構成している。研磨テーブル１１は、図示しないモータに連結されており、このモータによって研磨テーブル１１および研磨パッド１０は、矢印で示す方向に回転されるようになっている。
【００１６】
トップリング装置２０は、基板を保持し研磨パッド１０の上面に押圧するトップリングヘッド２１と、トップリングヘッド２１に連結されるトップリング駆動軸２２と、トップリング駆動軸２２を回転自在に保持するトップリング揺動アーム２３とを備えている。トップリング揺動アーム２３は、トップリング揺動軸２４によって支持されている。トップリング揺動アーム２３の内部には、トップリング駆動軸２２に連結された図示しないモータが設置されている。このモータの回転はトップリング駆動軸２２を介してトップリングヘッド２１に伝達され、これによりトップリングヘッド２１は、矢印で示す方向にトップリング駆動軸２２を中心として回転する。
【００１７】
トップリング装置２０に隣接して、研磨液及びドレッシング液を研磨パッド１０の研磨面に供給する液体供給機構２５が配置されている。液体供給機構２５は、複数の供給ノズルを備えており、この供給ノズルから研磨液及びドレッシング液が研磨パッド１０の研磨面に供給される。この液体供給機構２５は、研磨液を研磨パッド１０に供給する研磨液供給機構と、ドレッシング液（例えば純水）を研磨パッド１０に供給するドレッシング液供給機構とを兼用している。なお、研磨液供給機構とドレッシング液供給機構とを別に設けてもよい。
【００１８】
トップリングヘッド２１の下面は、真空吸着などにより基板を保持する基板保持面を構成している。トップリング駆動軸２２は、図示しない上下動アクチュエータ（例えばエアシリンダ）に連結されている。したがって、トップリングヘッド２１は、上下動アクチュエータによりトップリング駆動軸２２を介して上下動する。
【００１９】
基板の研磨は、次のようにして行なわれる。トップリングヘッド２１の下面に基板が保持され、トップリングヘッド２１および研磨テーブル１１が回転される。この状態で、研磨パッド１０の研磨面には研磨液が供給され、そして、トップリングヘッド２１により基板が研磨パッド１０の研磨面に押圧される。基板の表面（下面）は、研磨液に含まれる砥粒による機械的研磨作用と研磨液の化学的研磨作用により研磨される。トップリング揺動軸２４は、研磨パッド１０の径方向外側に位置している。このトップリング揺動軸２４は回転可能に構成されており、これによりトップリングヘッド２１は研磨パッド１０上の研磨位置と、研磨パッド１０の外側の待機位置との間を移動可能となっている。
【００２０】
ドレッシング装置３０は、研磨パッド１０の研磨面に摺接されるドレッサ３１と、このドレッサ３１に連結されたドレッサ駆動軸３２と、ドレッサ駆動軸３２を回転自在に保持するドレッサ揺動アーム３３とを備えている。ドレッサ３１の下面は、研磨パッド１０の研磨面に摺接されるドレッシング面を構成している。このドレッシング面には、ダイヤモンド粒子などの砥粒が固定されている。ドレッサ揺動アーム３３は、ドレッサ揺動軸３４に支持されている。ドレッサ揺動アーム３３の内部には、ドレッサ駆動軸３２に連結された図示しないモータが設置されている。このモータの回転はドレッサ駆動軸３２を介してドレッサ３１に伝達され、これによりドレッサ３１は、矢印で示す方向にドレッサ駆動軸３２を中心として回転する。
【００２１】
ドレッサ揺動アーム３３は、第１のアーム３３Ａと第２のアーム３３Ｂとから構成される関節アームである。第１のアーム３３Ａには、ドレッサ駆動軸３２を回転させるための上述したモータが設けられている。第２のアーム３３Ｂには、第１のアーム３３Ａを関節軸を中心として所定の角度だけ回転させる図示しない揺動モータが内蔵されている。この揺動モータの駆動により、ドレッサ３１は研磨パッド１０の研磨面をその略半径方向に移動する。
【００２２】
図２は、ドレッシング装置３０の荷重機構の一例を模式的に示す正面図である。図２に示すように、ドレッサ駆動軸３２は複数の軸受３７によって回転自在に支持されている。ドレッサ揺動アーム３３（第１のアーム３３Ａ）の上部には支持台３５が固定され、この支持台３５には上下動アクチュエータとしてのエアシリンダ３６が設置されている。ドレッサ駆動軸３２の上端はエアシリンダ３６に連結されている。ドレッサ３１は、このエアシリンダ３６によりドレッサ駆動軸３２を介して研磨パッド１０の研磨面に押圧される。
【００２３】
図３は、ドレッシング装置３０の荷重機構の他の例を模式的に示す正面図である。図３の荷重機構は、図２に示す荷重機構の構成と基本的に同一であるが、ドレッサ駆動軸３２を上方に持ち上げるばね３９が設けられている点で、上述の例と異なっている。このばね３９は、ドレッサ揺動アーム３３の上部に配置され、ドレッサ駆動軸３２の上端部を上方に付勢する。この例において、ドレッサ３１を研磨パッド１０に対して押圧するときは、エアシリンダ３６により、ばね３９の力に抗してドレッサ駆動軸３２を押し下げる。本発明は、いずれの荷重機構を採用することができるが、低荷重でドレッシングする観点からは、ヒステリシスの少ない、ばねを使用した荷重機構が好ましい。
【００２４】
研磨パッド１０の研磨面をドレッシングするときは、モータによりドレッサ３１を回転させ、次いでエアシリンダ３６によりドレッサ３１を下降させて、ドレッサ３１のドレッシング面を回転する研磨パッド１０の研磨面に摺接させる。その状態で、ドレッサ３１を研磨パッド１０の略径方向に往復移動させる。この回転するドレッサ３１の移動（揺動）により、研磨パッド１０の研磨面に付着した研磨屑などが除去され、かつ研磨面が再生される。ドレッシング中は、液体供給機構２５により、ドレッシング液（例えば純水）が研磨パッド１０の研磨面上に供給される。ドレッサ揺動軸３４は、研磨パッド１０の径方向外側に位置している。このドレッサ揺動軸３４は回転可能に構成されており、これによりドレッサ３１は研磨パッド１０の上のドレッシング位置と、研磨パッド１０の外側の待機位置との間を移動可能となっている。このドレッシング装置２０による研磨パッド１０のドレッシングは、基板の研磨と同時に行なってもよく、または複数の基板を連続して研磨する場合には、研磨処理と研磨処理との合間に行ってもよい。
【００２５】
図４は、本発明の第１の実施形態に係るドレッシング装置の要部を示す断面図である。図５は、図４に示すドレッシング装置の一部を示す平面図である。図４に示すように、ドレッサ３１は、円盤状の上側ドレッサフランジ４１Ａおよび円盤状の下側ドレッサフランジ４１Ｂからなるドレッサフランジ４１と、ドレッサディスク（ドレッシング部材）４２とを備えている。上側ドレッサフランジ４１Ａは、下側ドレッサフランジ４１Ｂよりも小さな直径を有し、下側ドレッサフランジ４１Ｂは、ドレッサディスク４２と同一の直径を有している。上側ドレッサフランジ４１Ａと下側ドレッサフランジ４１Ｂとの間には微小な隙間が形成されている。ドレッサディスク４２の上面は、下側ドレッサフランジ４１Ｂの下面に固定されている。ドレッサディスク４２の下面は、上述したドレッシング面を構成している。上側ドレッサフランジ４１Ａおよび下側ドレッサフランジ４１Ｂは、同じ材料から構成されている。好ましい材料の例としては、ステンレス鋼などの金属が挙げられる。
【００２６】
ドレッサディスク４２とドレッサ駆動軸３２とは、上側ドレッサフランジ４１Ａ、下側ドレッサフランジ４１Ｂ、及び球面軸受４５を介して互いに連結されている。上側ドレッサフランジ４１Ａはドレッサ駆動軸３２の下端に固定されている。球面軸受４５は上側ドレッサフランジ４１Ａと下側ドレッサフランジ４１Ｂとの間に配置されており、上側ドレッサフランジ４１Ａと下側ドレッサフランジ４１Ｂとを互いに傾動可能としている。この球面軸受４５は、ドレッサ駆動軸３２に対するドレッサディスク４２の傾動を許容しつつ、ドレッサ駆動軸３２からのスラスト荷重及びラジアル荷重を下側ドレッサフランジ４１Ｂ及びドレッサディスク４２に伝達する。
【００２７】
球面軸受４５は、上側ドレッサフランジ４１Ａの下面に形成された下向きの球面凹部４５Ａと、下側ドレッサフランジ４１Ｂの上面に形成された球面凹部４５Ｂと、これら球面凹部に４５Ａ，４５Ｂ摺動自在に係合するボール４５Ｃとを備えている。ボール４５Ｃはセラミックなどの耐摩耗性に優れた材料から構成されている。球面凹部４５Ａ，４５Ｂ及びボール４５Ｃは、ドレッサ駆動軸３２の中心軸上に配置されている。なお、本実施形態においては、球面凹部４５Ａ，４５Ｂは上側ドレッサフランジ４１Ａ及び下側ドレッサフランジ４１Ｂに形成されているが、球面凹部が形成された２つの受け部材を、それぞれ上側ドレッサフランジ４１Ａ及び下側ドレッサフランジ４１Ｂに取り付けてもよい。
【００２８】
上側ドレッサフランジ４１Ａと下側ドレッサフランジ４１Ｂとは、複数のトルク伝達ピン（トルク伝達部材）４８により互いに連結されている。これらのトルク伝達ピン４８は、球面軸受４５の周り（すなわち、ドレッサ駆動軸３２及びドレッサディスク４２の中心軸の周り）に等間隔に配置されている。トルク伝達ピン４８は、ドレッサ駆動軸３２に対するドレッサディスク４２の傾動を許容しつつ、ドレッサ駆動軸３２のトルクをドレッサディスク４２に伝達する。
【００２９】
図６は、上側ドレッサフランジに対して下側ドレッサフランジが傾いた状態を示す図である。トルク伝達ピン４８は、球面状の摺接面を有しており、この摺接面は、上側ドレッサフランジ４１Ａの収容孔に緩やかに係合している。トルク伝達ピン４８の摺接面と上側ドレッサフランジ４１Ａの収容孔との間には、微小な隙間が形成されている。上側ドレッサフランジ４１Ａに対して下側ドレッサフランジ４１Ｂが傾くと、トルク伝達ピン４８は、上側ドレッサフランジ４１Ａとの係合を維持しつつ、下側ドレッサフランジ４１Ｂと一体に傾く。
【００３０】
トルク伝達ピン４８は、ドレッサ駆動軸３２からのスラスト荷重はドレッサディスク４２には伝達せず、ドレッサ駆動軸３２のトルクのみを下側ドレッサフランジ４１Ｂ及びドレッサディスク４２に伝達する。本実施形態では、トルク伝達ピン４８は下側ドレッサフランジ４１Ｂに固定されているが、上側ドレッサフランジ４１Ａに固定されていてもよい。上述の構成にすることで、ドレッサディスク４２及び下側ドレッサフランジ４１Ｂは、ボール４５Ｃの中心を支点にジンバル運動が可能であり、かつそのジンバル運動を拘束せずにドレッサ駆動軸３２のトルクをトルク伝達ピン４８を介してドレッサディスク４２に伝達することができる。
【００３１】
さらに、上側ドレッサフランジ４１Ａと下側ドレッサフランジ４１Ｂとは、複数のばね機構４９により互いに連結されている。これらのばね機構４９は、球面軸受４５の周り（すなわち、ドレッサ駆動軸３２及びドレッサディスク４２の中心軸の周り）に等間隔に配置されている。各ばね機構４９は、下側ドレッサフランジ４１Ｂに固定され、上側ドレッサフランジ４１Ａを貫通して延びるロッド４９Ａと、ロッド４９Ａの上端に形成された鍔部と上側ドレッサフランジ４１Ａの上面との間に配置されたばね４９Ｂとを有している。ばね機構４９は、ドレッサディスク４２及び下側ドレッサフランジ４１Ｂの傾動に抗する力を発生して、ドレッサディスク４２を元の位置（姿勢）に戻すものである。
【００３２】
上述した構成により、ドレッサディスク４２及び下側ドレッサフランジ４１Ｂは、ボール４５Ｃの中心を支点にジンバル運動が可能となっている。ドレッシング中は、研磨パッド１０の研磨面の表面形状に追従してドレッサディスク４２が傾くので、良好なドレッシングができる。また、ドレッサディスク４２の傾動の支点（すなわち、球面軸受４５の中心の研磨面からの位置）が低いので、ドレッサディスク４２は研磨パッド１０の研磨面の変動にスムーズに追従し、研磨面の摩擦力によるモーメント力を受けにくい。したがって、過度にドレッサディスク４２が傾くことなく、研磨パッド１０の研磨面をドレッシングすることができる。また、ドレッサディスク４２の傾動により研磨パッド１０の偏摩耗が防止されるので、低荷重のドレッシングが可能となる。
【００３３】
図４に示すように、下側ドレッサフランジ４１Ｂの上面には円筒状の第１のカバー５３Ａが固定されている。この第１のカバー５３Ａは、上側ドレッサフランジ４１Ａ、球面軸受４５、トルク伝達ピン４８、ばね機構４９、及びドレッサ駆動軸３２の下端を囲むように配置されている。さらに、第１のカバー５３Ａの上端を囲むように、第２のカバー５３Ｂが設けられている。この第２のカバー５３Ｂはドレッサ揺動アーム３３（図１参照）に固定されており、第１のカバー５３Ａの上端及びドレッサ駆動軸３２を囲むように配置されている。第１のカバー５３Ａと第２のカバー５３Ｂとの間には隙間が形成されており、第１のカバー５３Ａが下側ドレッサフランジ４１Ｂ及びドレッサディスク４２の傾動に伴って傾いたときに、第１のカバー５３Ａが第２のカバー５３Ｂに接触しないようになっている。このような第１のカバー５３Ａ及び第２のカバー５３Ｂを設けることにより、球面軸受４５のボール４５Ｃにドレッシング液や研磨液が付着してしまうことを防止でき、またトルク伝達ピン４８などの摺動部から発生する粉が研磨パッド１０上に落ちてしまうことを防止することができる。
【００３４】
ドレッサディスク４２は下側ドレッサフランジ４１Ｂに着脱可能に取り付けられている。より具体的には、ドレッサディスク４２は、３つ以上の固定ねじ５５（図５では３つの固定ねじ５５を示す）によって下側ドレッサフランジ４１Ｂの下面に取り付けられている。したがって、固定ねじ５５を取り外すことによって、ドレッサディスク４２を取り外すことができ、新しいドレッサディスクに交換することができる。
【００３５】
なお、ドレッサディスク４２が鉄などの磁性材料で構成されている場合は、図７に示すように、固定ねじ５５に代えて、複数の磁石５６を用いてドレッサディスク４２を固定することもできる。この場合は、ドレッサディスク４２の上面に窪みを形成して、この窪みに磁石５６を配置することが好ましい。
【００３６】
図８は、本発明の第２の実施形態に係るドレッシング装置の要部を示す断面図である。なお、特に説明しない本実施形態の構成及び動作は、上述した第１の実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。
【００３７】
本実施形態に係るドレッシング装置３０は、上述したばね機構４９及びトルク伝達ピン４８を備えていなく、上側ドレッサフランジ４１Ａがばね機構及びトルク伝達部材として機能する。すなわち、上側ドレッサフランジ４１Ａは弾性材（例えば樹脂）から構成されており、板ばねとして作用する。好ましく使用される弾性材の例としては、優れた機械的強さ、化学的熱的特性、成形加工性を持ったアセタール樹脂（ＰＯＭ）が挙げられる。上側ドレッサフランジ４１Ａは、第１の実施形態に係る上側ドレッサフランジよりも大きい直径を有している。上側ドレッサフランジ４１Ａは、環状のフランジプレート６０とねじ６１により、下側ドレッサフランジ４１Ｂの上面に固定されている。
【００３８】
下側ドレッサフランジ４１Ｂの上面には、円形の窪み４３が同心状に形成されている。この円形の窪み４３は、上側ドレッサフランジ４１Ａよりも小さい径を有している。環状のフランジプレート６０の外径は上側ドレッサフランジ４１Ａの直径と略等しく、フランジプレート６０の内径は、下側ドレッサフランジ４１Ｂに形成された円形の窪み４３と同一またはやや小さい。したがって、上側ドレッサフランジ４１Ａの周縁部のみがフランジプレート６０及び下側ドレッサフランジ４１Ｂに保持されており、上側ドレッサフランジ４１Ａの弾性変形を阻害しない構造となっている。なお、フランジプレート６０、上側ドレッサフランジ４１Ａ、下側ドレッサフランジ４１Ｂ、及びドレッサフランジ４２は同じ径を有してもよい。球面軸受４５は、第１の実施形態と同様である。第１のカバー５３Ａの下端は、ドレッサ駆動軸３２の外周面に固定されている。第２のカバー５３Ｂの構成、及び第１のカバー５３Ａと第２のカバー５３Ｂとの位置関係は第１の実施形態と同様である。
【００３９】
上側ドレッサフランジ４１Ａの上面にドレッシング液などの液体が溜まらないように、上側ドレッサフランジ４１Ａとフランジプレート６０との間に径方向に延びる少なくとも１つの溝６３が形成されている。この溝６３は、フランジプレート６０の下面及び上側ドレッサフランジ４１Ａの上面の少なくとも一方に形成される。
【００４０】
下側ドレッサフランジ４１Ｂの上面には、円形の窪み４３を囲むようにＯリング（シール部材）６２が設けられている。上側ドレッサフランジ４１Ａと窪み４３とによって形成される空間は、Ｏリング６２によって密閉されている。球面軸受４５はこの空間内に位置しているので、球面軸受４５にドレッシング液、研磨液、研磨屑などが侵入しないようにすることができ、球面軸受４５の潤滑性を維持することができる。なお、Ｏリング６２は上側ドレッサフランジ４１Ａの下面に取り付けてもよい。また、窪み４３は上側ドレッサフランジ４１Ａの下面に形成してもよい。
【００４１】
本実施形態においては、上述したように、上側ドレッサフランジ４１Ａがばね機構及びトルク伝達部材として機能する。すなわち、ドレッサディスク４２及び下側ドレッサフランジ４１Ｂがドレッサ駆動軸３２に対して傾くと、上側ドレッサフランジ４１Ａが弾性変形する。したがって、ドレッシング中、ドレッサディスク４２は、上側ドレッサフランジ４１Ａの弾性変形により、研磨パッド１０の研磨面の形状に追従して傾動することができる。
【００４２】
図９は、本発明の第２の実施形態に係るドレッシング装置の変形例を示す断面図である。この例では、上側ドレッサフランジ４１Ａの下面は平坦に形成されており、上側ドレッサフランジ４１Ａに球面凹部４５Ａは形成されていない。ボール４５Ｃは下側ドレッサフランジ４１Ｂの上面に形成された球面凹部４５Ｂに収容されている。この場合でも、球面軸受４５は、下側ドレッサフランジ４１Ｂ及びドレッサディスク４２の傾動を許容しつつ、上側ドレッサフランジ４１Ａからのスラスト荷重を下側ドレッサフランジ４１Ｂに伝達することができる。なお、この例では、図示しない位置決めピンにより、上側ドレッサフランジ４１Ａと下側ドレッサフランジ４１Ｂとの中心軸が合わせられる。
【００４３】
図１０は、本発明の第３の実施形態に係るドレッシング装置の要部を示す断面図である。なお、特に説明しない本実施形態の構成及び動作は、上述した第１の実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。
【００４４】
ドレッサ駆動軸３２は、その下端に小径部３２ａを有している。上側ドレッサフランジ４１Ａの下面と下側ドレッサフランジ４１Ｂの上面とは互いに固定されており、１つのドレッサフランジを形成している。上側ドレッサフランジ４１Ａ及び下側ドレッサフランジ４１Ｂには、同心状の孔が形成されており、ドレッサ駆動軸３２の小径部３２ａはこの孔に収容されている。上側ドレッサフランジ４１Ａ及び下側ドレッサフランジ４１Ｂは、球面軸受４５を介してドレッサ駆動軸３２の小径部３２ａに傾動自在に連結されている。より具体的には、小径部３２ａの外周面には球面凸部４５Ｄが固定されており、孔の内周面には、球面凹部４５Ｅが固定されている。球面凸部４５Ｄと球面凹部４５Ｅとは互いに摺動自在に係合している。
【００４５】
上側ドレッサフランジ４１Ａの上面には、ばね機構としての複数のスプリングピン４９（図１０には１つのスプリングピンのみを示す）が固定されている。これらのスプリングピン４９は、球面軸受４５の周り（すなわち、ドレッサ駆動軸３２及びドレッサディスク４２の中心軸の周り）に等間隔に配置されている。スプリングピン４９はドレッサ駆動軸３２を上方に押圧するように配置されている。上側ドレッサフランジ４１Ａとドレッサ駆動軸３２とは、複数のトルク伝達ピン４８によって連結されている。第１のカバー５３Ａの下端は、上側ドレッサフランジ４１Ａの外周面に固定されている。第２のカバー５３Ｂの構成、及び第１のカバー５３Ａと第２のカバー５３Ｂとの位置関係は第１の実施形態と同様である。
【００４６】
本実施形態においては、上側ドレッサフランジ４１Ａ、下側ドレッサフランジ４１Ｂ、及びドレッサディスク４２は一体にドレッサ駆動軸３２に対して傾斜可能に構成されている。したがって、ドレッシング中、ドレッサディスク４２は、研磨パッド１０の研磨面の形状に応じて傾動することができる。
【００４７】
図１１は、本発明の参考例に係るドレッシング装置の要部を示す断面図である。なお、特に説明しない本例の構成及び動作は、上述した第３の実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。
【００４８】
ドレッシング装置３０は、上述したばね機構及びトルク伝達ピンを備えていなく、ドレッサ駆動軸３２の下端と上側ドレッサフランジ４１Ａの上面とを接続するベローズ６５を備えている。このベローズ６５は、ドレッサ駆動軸３２のトルクを上側ドレッサフランジ４１Ａ（すなわちドレッサディスク４２）に伝達する。
【００４９】
ドレッサディスク４２がスムーズに研磨パッド１０の研磨面に追従しないと、研磨パッド１０の偏摩耗が生じうる。図１１に示す参考例の場合、ベローズ６５が比較的硬いため、研磨パッド１０の表面状態によっては、適切にドレッシングが行われない場合もありうる。そのような場合には、第１乃至第３の実施形態を用いることが望ましい。なお、第１及び第２の実施形態は、その構造上、第３の実施形態に比べて、ドレッサディスク４２の傾動の支点（すなわち、球面軸受４５の中心の研磨面からの位置）を低くすることができるという利点がある。
【００５０】
図１２は、下側ドレッサフランジ４１Ｂ（及びドレッサディスク４２）の中央を支点に弾性支持した場合のモデルを示す図である。荷重Ｆは、ドレッサフランジ４１Ｂの中心から距離Ｌだけ離れた箇所に加わった力であり、変位ｘは、荷重Ｆによるドレッサフランジ４１Ｂの端部の変位であり、ｋｎ（ｎ＝１，２，…）は、各ばね機構のばね定数である。ドレッサディスク４２が、研磨パッド１０の形状に追従してスムーズに傾くためには、適切な傾き剛性を実現するばね定数Ｋが必要である。第１乃至第３の実施形態では、ばね定数Ｋは、０．５×１０４Ｎ／ｍ以上で２×１０４Ｎ／ｍ以下、またはドレッサディスク４２の傾き剛性Ｋθは、１２．５Ｎｍ／ｒａｄ以上で５０Ｎｍ／ｒａｄ以下に設定されている。ここで、傾き剛性とは、回転運動させる力（トルク）を与えたときのトルクと回転変位（角度）との関係を示す数値として定義される。ばね定数Ｋは、第１及び第３の実施形態においては、複数のばね機構４９全体のばね定数を示し、第２の実施形態においては、弾性体である上側ドレッサフランジ４１Ａ全体のばね定数を示している。
【００５１】
図１３は、ばね定数Ｋによって変化する荷重Ｆと変位ｘとの関係を示すグラフである。図１４（ａ）は、傾き剛性が大きい場合に生じうる問題を説明する図であり、図１４（ｂ）は、傾き剛性が小さい場合に生じうる問題を説明する図である。
研磨パッド１０のドレッシング中は、研磨テーブル１１の回転に伴って、研磨パッド１０の最外周部は最大で１００μｍ程度上下動する。このような条件下では、ドレッサディスク４２の傾き剛性が大きい場合、図１４（ａ）に示すように、ドレッサディスク４２が研磨パッド１０の変動に追従できない。その結果、ドレッサディスク４２の外周部が研磨パッド１０を局所的に削り取ってしまう。
【００５２】
図１５（ａ）は、ばね定数Ｋが２×１０４Ｎ／ｍよりも大きい（傾き剛性Ｋθが５０Ｎｍ／ｒａｄよりも大きい）場合の、ドレッサディスクによって削り取られた研磨パッドを模式的に示す平面図であり、図１５（ｂ）は図１５（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示すように、ドレッサディスク４２の傾き剛性が大きい場合、研磨パッド１０が局所的に大きく削り取られてしまう。一方、図１６（ａ）は、ばね定数Ｋが２×１０４Ｎ／ｍ以下（傾き剛性Ｋθが５０Ｎｍ／ｒａｄ以下）の場合の、ドレッサディスクによって削り取られた研磨パッドを模式的に示す平面図であり、図１６（ｂ）は図１６（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。図１６（ａ）および図１６（ｂ）に示すように、ドレッサディスク４２の傾き剛性がある程度小さい場合、研磨パッド１０は均一に削り取られることが分かる。
【００５３】
ドレッサディスク４２の傾き剛性がほどんどなく、かつ傾動の支点が高い場合は、図１４（ｂ）に示すように、ドレッサディスク４２が研磨パッド１０に突っかかりやすくなる。その結果、ドレッサディスク４２の傾動動作にスティック・スリップ現象が起き、ドレッサディスク４２の回転速度にむら（誤差）が生じてしまう。図１７は、ばね定数または傾き剛性によって変化するドレッサディスクの回転速度の変動（誤差）を示すグラフである。図１７に示すように、ばね定数Ｋが０．５×１０４Ｎ／ｍ以上、または傾き剛性Ｋθが１２．５Ｎｍ／ｒａｄ以上の場合におけるドレッサディスク４２の回転速度の誤差は、ばね定数Ｋが０．５×１０４Ｎ／ｍ未満、または傾き剛性Ｋθが１２．５Ｎｍ／ｒａｄ未満の場合に比べて、小さいことが分かる。
【００５４】
図１８は、ばね定数と回転速度の誤差との関係、及びばね定数と研磨パッドプロファイルとの関係を示すグラフである。ばね定数Ｋが０．５×１０４Ｎ／ｍよりも小さいと、傾き剛性が小さくなり、研磨パッドの表面で発生する摩擦力によるモーメント力によってドレッサディスクが傾き、上述したスティック・スリップ現象に起因したドレッサディスクの振動が発生しやすくなる。この振動によってドレッサディスクの回転速度にむら（誤差）が生じてしまう。
【００５５】
一方、ばね定数Ｋが２×１０４Ｎ／ｍよりも大きいと、傾き剛性が大きくなる。その結果、ドレッサディスクの外周部が研磨パッドを局所的に削り取り、研磨パッドを偏摩耗させてしまう。したがって、研磨パッドを安定的にドレッシングするためには、ばね機構のばね定数は、０．５×１０４Ｎ／ｍ以上で２×１０４Ｎ／ｍ以下（傾き剛性Ｋθが１２．５Ｎｍ／ｒａｄ以上で５０Ｎｍ／ｒａｄ以下）であることが必要となる。
【００５６】
以上説明したように、本発明によれば、研磨テーブル上の研磨パッドを適切にドレッシングすることができる。また、本発明によれば、ドレッシング荷重を軽荷重とすることができるため、ドレッシングの際の研磨パッドの削り取り量をできるだけ少なくすることができ、研磨パッド（又は固定砥粒）の寿命を伸ばすことができる。したがって、化学的機械的研磨装置のランニングコストを低減することができる。また、本発明によれば、ドレッシングを短時間で行うことができるので、研磨パッドのプロファイルを比較的短時間で良好に維持することができ、化学的機械的研磨装置及び方法のスループットを向上させることができる。さらに、ボルトまたは磁石を取り外すことによって、ドレッサディスクを簡単に交換することができる。
【００５７】
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。
【符号の説明】
【００５８】
１０ 研磨パッド
１１ 研磨テーブル
２０ トップリング装置
２１ トップリングヘッド
２２ トップリング駆動軸
２３ トップリング揺動アーム
２５ 液体供給機構
３０ ドレッシング装置
３１ ドレッサヘッド
３２ ドレッサ駆動軸
３３ ドレッサ揺動アーム
３５ 支持台
３６ エアシリンダ
３７ 軸受
３９ ばね
４１ ドレッサフランジ
４１Ａ 上側ドレッサフランジ
４１Ｂ 下側ドレッサフランジ
４２ ドレッサディスク（ドレッシング部材）
４５ 球面軸受
４８ トルク伝達ピン
４９ ばね機構
５３Ａ 第１のカバー
５３Ｂ 第２のカバー
５５ 固定ねじ
５６ 磁石
６０ フランジプレート
６１ ねじ
６２ Ｏリング
６５ ベローズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨パッドをドレッシングするドレッシング装置において、
前記研磨パッドに摺接されるドレッシング面を有するドレッシング部材と、
回転可能かつ上下動可能なドレッサ駆動軸と、
前記ドレッサ駆動軸に連結され、前記ドレッシング部材が固定されるドレッサフランジと、
前記ドレッサフランジ内に配置され、前記ドレッシング部材を前記ドレッサ駆動軸に対して傾動可能とする球面軸受と、
前記ドレッシング部材の傾動に抗する力を発生するばね機構とを備えたことを特徴とするドレッシング装置。
【請求項２】
前記ばね機構は、０．５×１０４Ｎ／ｍ以上で２×１０４Ｎ／ｍ以下のばね定数を有するか、または１２．５Ｎｍ／ｒａｄ以上で５０Ｎｍ／ｒａｄ以下の傾き剛性を前記ドレッシング部材に付与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。
【請求項３】
前記ドレッサフランジは、前記ドレッサ駆動軸に固定された上側ドレッサフランジと、前記ドレッシング部材が固定された下側ドレッサフランジとを有し、
前記球面軸受は、前記上側ドレッサフランジと前記下側ドレッサフランジとを互いに傾動自在に連結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。
【請求項４】
前記上側ドレッサフランジは弾性材から形成されており、該上側ドレッサフランジが前記ばね機構として機能することを特徴とする請求項３に記載のドレッシング装置。
【請求項５】
前記上側ドレッサフランジと前記下側ドレッサフランジとの間に設けられたシール部材をさらに備え、
前記球面軸受は、前記上側ドレッサフランジと前記下側ドレッサフランジとの間に形成されている空間内に配置され、
前記空間は、前記シール部材によって密閉されていることを特徴とする請求項４に記載のドレッシング装置。
【請求項６】
前記ドレッサ駆動軸のトルクを前記ドレッシング部材に伝達するトルク伝達部材をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のドレッシング装置。
【請求項７】
前記球面軸受は、前記ドレッサ駆動軸の外周面に設けられた球面凸部と、前記ドレッサフランジに設けられた球面凹部とを有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。
【請求項８】
前記ドレッシング部材は、前記ドレッサフランジに着脱可能に取り付けられてい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。
【請求項９】
前記ドレッサフランジの少なくとも一部を囲むように配置されたカバーをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のドレッシング装置。
【請求項１０】
研磨パッドを支持する研磨テーブルと、
被研磨物を回転させながら前記研磨パッドに押圧するトップリング装置と、
前記研磨パッドに研磨液を供給する研磨液供給機構と、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載のドレッシング装置とを備えたことを特徴とする化学的機械的研磨装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の化学的機械的研磨装置を用いて被研磨物を研磨することを特徴とする化学的機械的研磨方法。
【請求項１】
研磨パッドをドレッシングするドレッシング装置において、
前記研磨パッドに摺接されるドレッシング面を有するドレッシング部材と、
回転可能かつ上下動可能なドレッサ駆動軸と、
前記ドレッサ駆動軸に連結され、前記ドレッシング部材が固定されるドレッサフランジと、
前記ドレッサフランジ内に配置され、前記ドレッシング部材を前記ドレッサ駆動軸に対して傾動可能とする球面軸受と、
前記ドレッシング部材の傾動に抗する力を発生するばね機構とを備えたことを特徴とするドレッシング装置。
【請求項２】
前記ばね機構は、０．５×１０４Ｎ／ｍ以上で２×１０４Ｎ／ｍ以下のばね定数を有するか、または１２．５Ｎｍ／ｒａｄ以上で５０Ｎｍ／ｒａｄ以下の傾き剛性を前記ドレッシング部材に付与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。
【請求項３】
前記ドレッサフランジは、前記ドレッサ駆動軸に固定された上側ドレッサフランジと、前記ドレッシング部材が固定された下側ドレッサフランジとを有し、
前記球面軸受は、前記上側ドレッサフランジと前記下側ドレッサフランジとを互いに傾動自在に連結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。
【請求項４】
前記上側ドレッサフランジは弾性材から形成されており、該上側ドレッサフランジが前記ばね機構として機能することを特徴とする請求項３に記載のドレッシング装置。
【請求項５】
前記上側ドレッサフランジと前記下側ドレッサフランジとの間に設けられたシール部材をさらに備え、
前記球面軸受は、前記上側ドレッサフランジと前記下側ドレッサフランジとの間に形成されている空間内に配置され、
前記空間は、前記シール部材によって密閉されていることを特徴とする請求項４に記載のドレッシング装置。
【請求項６】
前記ドレッサ駆動軸のトルクを前記ドレッシング部材に伝達するトルク伝達部材をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のドレッシング装置。
【請求項７】
前記球面軸受は、前記ドレッサ駆動軸の外周面に設けられた球面凸部と、前記ドレッサフランジに設けられた球面凹部とを有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。
【請求項８】
前記ドレッシング部材は、前記ドレッサフランジに着脱可能に取り付けられてい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。
【請求項９】
前記ドレッサフランジの少なくとも一部を囲むように配置されたカバーをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のドレッシング装置。
【請求項１０】
研磨パッドを支持する研磨テーブルと、
被研磨物を回転させながら前記研磨パッドに押圧するトップリング装置と、
前記研磨パッドに研磨液を供給する研磨液供給機構と、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載のドレッシング装置とを備えたことを特徴とする化学的機械的研磨装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の化学的機械的研磨装置を用いて被研磨物を研磨することを特徴とする化学的機械的研磨方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１０−１７２９９６（Ｐ２０１０−１７２９９６Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６８５１（Ｐ２００９−１６８５１）
【出願日】平成２１年１月２８日（２００９．１．２８）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２８日（２００９．１．２８）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]