(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被研磨物に摺接して該被研磨物を研磨する研磨テーブルの研磨面をドレッシング部材を摺接させてドレッシングを行なうドレッシング装置において、
上下動可能なドレッサ駆動軸に連結されたドレッサ本体部と、該ドレッサ本体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を備え、
前記ドレッサプレートには、前記ドレッサ駆動軸の上昇動作により、前記ドレッサ本体部の上面と係合して前記ドレッサプレートの脱落を防止するストッパを設けたことを特徴とするドレッシング装置。
【請求項２】
前記ドレッサ本体部と前記ドレッサプレートとの間に位置し、該ドレッサプレートが研磨面に対して追従するように傾動可能とし、かつ該ドレッサプレートが前記ドレッサ本体部に対して上下動することを可能とするジンバル機構を設け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３】
前記ドレッシング部材を含む前記ドレッサプレートの自重でドレッシング荷重を得ることができ、かつ前記ドレッサプレートに任意の数の重りを固定することで任意の荷重に設定することができる荷重調節機構を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のドレッシング装置。
【請求項４】
前記ドレッサ本体部と前記ドレッサプレートとは弾性膜で結合され、前記ドレッサ本体部、前記ドレッサプレートおよび前記弾性膜により気密空間が形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のドレッシング装置。
【請求項５】
前記気密空間に正圧又は負圧の流体を供給し、かつ正圧又は負圧の流体の圧力を調整することによりドレッシング荷重を調整す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】
前記ドレッサ本体部と、前記ドレッサプレート又は該ドレッサプレートに固定された部材との間に、少なくとも一部が弾性膜によって形成された気密空間が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のドレッシング装置。
【請求項７】
前記気密空間に正圧又は負圧の流体を供給することにより前記ドレッサプレートに対して上方又は下方への力を発生させることを特徴とする請求項６に記載のドレッシング装置。
【請求項８】
前記ドレッサプレートに対して上方への力を発生させる場合、前記ドレッシング部材を含む前記ドレッサプレートの自重から前記気密空間に正圧又は負圧の流体を供給することにより得られる上方への力を減算した値がドレッシング荷重になることを特徴とする請求項７に記載のドレッシング装置。
【請求項９】
前記ドレッサプレートが前記ドレッサ本体部に対して相対的に上下動をした場合に、前記気密空間の上面と下面の前記流体による受圧面積が変化しないことを特徴とする請求項７又は８に記載のドレッシング装置。
【請求項１０】
研磨面を有する研磨テーブルと、
被研磨物を保持する保持部材と、
該保持部材に保持された被研磨物を前記研磨面に押圧する押圧手段と、
請求項１乃至９のいずれかに記載のドレッシング装置とを有することを特徴とするポリッシング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の被研磨物の表面を平坦且つ鏡面状に研磨するポリッシング装置に設け、研磨に使用される研磨テーブルの研磨面をドレッシングするドレッシング装置及びそのようなドレッシング装置を備えたポリッシング装置に関する。
【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、半導体デバイス表面はますます凹凸が増え、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、パターニングや開孔を行う微細加工の後、次の薄膜を積むという工程を何回も繰り返すためである。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、また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るため、良品が取れなかったり、歩留りが低下したりする。また初期的に正常動作しても、長時間の使用に対し信頼性の問題が生じる。
【０００３】
表面凹凸のもう一つの大きな問題は、リソグラフィ工程である。露光時、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り微細パターンの形成そのものが難しくなるためである。
これらの理由により、半導体デバイスの製造工程において、表面の平坦化技術は、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においては、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エハを研磨面に摺接させて研磨を行うものである。
【０００４】
従来、この種のポリッシング装置は、上面に研磨パッド（又は固定砥粒）を貼付して研磨面を構成する研磨テーブルと、ポリッシング対象物である半導体ウエハ等の基板（被研磨物）を保持するトップリングとを備えている。研磨テーブルおよびトップリングをそれぞれ自転させながら、トップリングにより基板を所定の圧力で研磨テーブルの研磨面に押圧し、ノズルより研磨液を研磨面上に供給しつつ基板の被研磨面を平坦且つ鏡面に研磨している。研磨液は、例えば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である化学的機械的研磨（ＣＭＰ）によって基板を研磨する。
【０００５】
基板の研磨を行うと、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基板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シング装置を設置している。ドレッシング装置は、ドレッサヘッド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、ドレッサヘッドおよ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にダイヤモンド粒子が電着されたものが使用される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したドレッシング装置による研磨テーブル上の研磨面のドレッシングは、被研磨物の研磨と同時に行う方法と、被研磨物の研磨と研磨の合間に行う方法とがある。この場合、いずれの方法においても、研磨面は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、ドレッシング荷重を小さくし、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したいという要請がある。
本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、研磨テーブル上の研磨面をドレッシングする際の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及び該ドレッシング装置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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明のドレッシング装置は、被研磨物に摺接して該被研磨物を研磨する研磨テーブルの研磨面をドレッシング部材を摺接させてドレッシングを行なうドレッシング装置において、上下動可能なドレッサ駆動軸に連結されたドレッサ本体部と、該ドレッサ本体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を備え、前記ドレッサプレートには、前記ドレッサ駆動軸の上昇動作により、前記ドレッサ本体部の上面と係合して前記ドレッサプレートの脱落を防止するストッパを設けたものである。
【０００８】
本発明によれば、ドレッシング部材を保持するドレッサプレートがドレッサ本体部に対して上下動可能になっているため、ドレッサ駆動軸を下降させてドレッシング部材が研磨テーブル上の研磨面に着地、即ち接触した後に、ドレッサ本体部を更に下降させると、ドレッサプレートがドレッサ本体部から解放され、ドレッシング部材を含むドレッサプレートの自重のみが研磨面に加わることになる。したがって、ドレッシング荷重を軽荷重とすることができる。ドレッサプレートはドレッサ本体部に対して上下方向に自由に運動できるように構成されているが、ドレッサ本体部を持ち上げるときに、ストッパがドレッサ本体部に係合するため、ドレッサプレートがドレッサ本体部から脱落することがない。
【０００９】
本発明の１態様によれば、前記ドレッサ本体部と前記ドレッサプレートとの間に位置し、該ドレッサプレートが研磨面に対して追従するように傾動可能とし、かつ該ドレッサプレートが前記ドレッサ本体部に対して上下動することを可能とするジンバル機構を設けたものである。即ち、ジンバル機構によりドレッシング部材を含むドレッサプレートは研磨面のうねりに追従して傾動自在になっている。
【００１１】
本発明の１態様によれば、前記ドレッシング部材を含む前記ドレッサプレートの自重でドレッシング荷重を得ることができ、かつ前記ドレッサプレートに任意の数の重りを固定することで任意の荷重に設定することができる荷重調節機構を設けたものである。即ち、ドレッシング部材を含むドレッサプレートの自重のみではドレッシング荷重が不足する場合に、ドレッサプレートに重りを固定することによりドレッシング荷重を増加させることができる。
【００１２】
本発明の１態様によれば、前記ドレッサ本体部と前記ドレッサプレートとは弾性膜で結合され、前記ドレッサ本体部、前記ドレッサプレートおよび前記弾性膜により気密空間が形成される。そして、前記気密空間に正圧又は負圧の流体を供給し、かつ正圧又は負圧の流体の圧力を調整することによりドレッシング荷重を調整することができる。
【００１３】
本発明の１態様によれば、前記ドレッサ本体部と、前記ドレッサプレート又は該ドレッサプレートに固定された部材との間に、少なくとも一部が弾性膜によって形成された気密空間が設けられている。また前記気密空間に正圧又は負圧の流体を供給することにより前記ドレッサプレートに対して上方又は下方への力を発生させることができる。
本発明によれば、前記ドレッサプレートに対して上方への力を発生させる場合、前記ドレッシング部材を含む前記ドレッサプレートの自重から前記気密空間に正圧又は負圧の流体を供給することにより得られる上方への力を減算した値がドレッシング荷重になるものである。そのためドレッサプレートの自重よりも軽微なドレッシング荷重が実現でき、さらには無荷重に近いドレッシング荷重の制御も可能となる。
【００１４】
本発明の１態様によれば、前記ドレッサプレートが前記ドレッサ本体部に対して相対的に上下動をした場合に、前記気密空間の上面と下面の前記流体による受圧面積が変化しないように構成されている。
本発明によれば、気密空間に供給する流体は、空気、窒素等の圧縮性流体である。そして、気密空間を形成する弾性膜は、屈曲性が良く比較的柔らかい材料、例えば、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンモノマー）、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等により形成されている。
【００１５】
本発明のポリッシング装置は、研磨面を有する研磨テーブルと、被研磨物を保持する保持部材と、該保持部材に保持された被研磨物を前記研磨面に押圧する押圧手段と、上述した構成のドレッシング装置とを有するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るドレッシング装置および該ドレッシング装置を備えたポリッシング装置の実施の形態を図１乃至図８を参照して説明する。
図１は本発明のドレッシング装置を備えたポリッシング装置を示す概略正面図である。図１に示すポリッシング装置は、研磨パッド（又は固定砥粒）１を貼り付けた研磨テーブル５と、基板である半導体ウエハＷを保持して研磨パッド１の上面の研磨面１ａに押圧するトップリング１０と、研磨パッド（又は固定砥粒）１の上面をドレッシングするドレッシング装置２０とを配置して構成されている。研磨パッド１の上面の研磨面１ａには、研磨液供給ノズル２７からスラリー状の研磨液が供給されるようになっている。
【００１７】
トップリング１０の外周部には、半導体ウエハＷがトップリング１０から外れることを防止するためのガイドリング１１が設けられている。そして、トップリング１０はトップリング駆動軸１５によってトップリングアーム１２から吊下されている。トップリングアーム１２は位置決め可能な揺動軸１３によって支持されており、揺動軸１３をモータ１４により回転させることでトップリング１０は研磨テーブル５およびプッシャー（図示せず）にアクセス可能になっている。プッシャーはトップリング１０との間で半導体ウエハＷを受け渡しする移送装置である。
【００１８】
また、ドレッシング装置２０はドレッサヘッド２１と、ドレッサヘッド２１に固定されたドレッシング部材２２とを備えている。ドレッサヘッド２１はドレッサ駆動軸２３によってドレッサアーム２４から吊下されている。ドレッサアーム２４は位置決め可能な揺動軸２５によって支持されており、揺動軸２５をモータ２６により回転させることでドレッサヘッド２１は研磨テーブル５および待機位置にアクセス可能になっている。
【００１９】
前記研磨面１ａが研磨パッドで構成されている場合には、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ている。一方、研磨面１ａが固定砥粒で構成されている場合には、固定砥粒は、ＣｅＯ２又はＳｉＯ２又はＡｌ２Ｏ３からなる砥粒を、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からなるバインダを用いて固定することにより製作されている。前記砥粒は、その平均粒子径が０．５μｍ以下のものを用いている。
【００２０】
上述の構成において、半導体ウエハＷをトップリング１０の下面に保持し、トップリング１０によって半導体ウエハＷを研磨テーブル５上の研磨パッド（又は固定砥粒）１に押圧するとともに、研磨テーブル５およびトップリング１０を回転させて研磨パッド１と半導体ウエハ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２７から研磨パッド１上の研磨面１ａ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エハＷを平坦かつ鏡面状に研磨する。
【００２１】
一方、研磨面１ａを構成する研磨パッド（又は固定砥粒）１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５上の研磨パッド１の研磨面１ａに、図示しないドレッシング液供給手段から純水等のドレッシング液を供給しつつ、ドレッシング装置２０のドレッサヘッド２１を回転しながら、ドレッシング部材２２を研磨面１ａに押し当てる。これにより、研磨面１ａをμｍ単位で薄く削り、前記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１ａを常に一定の状態に保つようにしている。
【００２２】
次に、図１に示すドレッシング装置の詳細構造を図２乃至図８を参照して説明する。
図２は本発明の第１の実施形態に係るドレッシング装置の断面図である。図２に示すように、ドレッシング装置２０は、ドレッサ駆動軸２３に連結されたドレッサヘッド２１と、ドレッサヘッド２１に固定されたドレッシング部材２２とを備えている。ドレッサヘッド２１は、ドレッサ駆動軸２３に結合されたドレッサ本体部３１と、ドレッシング部材２２を保持する円盤状のドレッサプレート３２と、ドレッサプレート３２がドレッサ本体部３１に対して傾動できるようにドレッサ本体部３１とドレッサプレート３２とを連結するジンバル機構３３と、ドレッサ駆動軸２３の回転をドレッサプレート３２に伝達するための回転伝達機構４０とを備えている。なお、ドレッサ本体部３１とドレッサ駆動軸２３とは、直接に結合されていないで、別の部材を介して連結されていてもよい。
【００２３】
前記ジンバル機構３３はドレッサ本体部３１の中央下部に形成された凹部３１ａ内に配置されており、ジンバル機構３３は球面軸受３４と、ドレッサプレート３２に固定された芯出し軸３５と、球面軸受３４と芯出し軸３５との間に挿入されたリニアベアリング３６とから構成されている。球面軸受３４は、ドレッサ本体部３１に固定されるとともに凹球面を有する固定部３７と、固定部３７の凹球面に摺動可能に嵌合された概略球状の可動部３８とから構成されている。球状の可動部３８にはリニアベアリング３６が挿入され固定されており、リニアベアリング３６の内側にはドレッサプレート３２に固定された芯出し軸３５が嵌装されている。
【００２４】
上述の構成において、芯出し軸３５がリニアベアリング３６に対して上下動可能になっており、リニアベアリング３６および可動部３８が固定部３７に対して回転可能になっている。したがって、ドレッサプレート３２の芯がずれることなく、球面軸受３４がドレッサプレート３２の傾動を許容し、リニアベアリング３６がドレッサプレート３２の上下動を許容する。
【００２５】
また回転伝達機構４０は、ドレッサプレート３２上の所定円周上に複数個配置されるとともにドレッサプレート３２に固定されたトルク伝達ピン４１を備えている。各トルク伝達ピン４１はドレッサ本体部３１の外周近傍に設けられた貫通孔３１ｂを貫通するように設けられている。
【００２６】
図３は図２の要部を示す詳細図であり、図２のIII−III線矢視図である。図３に示すように、ドレッサ本体部３１の各貫通孔３１ｂの箇所には、２本のピン４２がトルク伝達ピン４１を挟むように設けられている。トルク伝達ピン４１の外周にはゴム等の緩衝部材４３が嵌装されており、トルク伝達ピン４１とピン４２とは緩衝部材４３を介して係合するようになっている。したがって、ドレッサ駆動軸２３が回転駆動されるとドレッサ本体部３１がドレッサ駆動軸２３と一体に回転し、ドレッサ本体部３１の回転力はトルク伝達ピン４１とピン４２との係合によりドレッサプレート３２に伝達される。ドレッシング中に、研磨テーブル５上の研磨面１ａの傾きに追従してドレッサプレート３２は傾動するが、ドレッサプレート３２が傾動した際にも、ドレッサプレート３２側のトルク伝達ピン４１とドレッサ本体部３１側のピン４２は点接触で係合するためにそれぞれの場合で接触点をずらして確実に係合し、ドレッサ駆動軸２３の回転力はドレッサプレート３２に確実に伝達される。
【００２７】
前記トルク伝達ピン４１の上端部には、貫通孔３１ｂの直径より大きなストッパ４１ａが形成されており、ドレッサヘッド２１が持ち上げられた際に、ストッパ４１ａはドレッサ本体部３１の上面と係合し、ドレッサプレート３２の脱落が防止される。ドレッサプレート３２には、重り４５をボルト４６により固定することにより構成される荷重調整機構４７が設けられている。荷重調整機構４７は複数個設けられており、この複数の荷重調整機構４７はドレッサプレート３２上の所定円周上に均等な間隔で配置されている。各荷重調整機構４７における重り４５の数は任意に選定できるようになっている。
【００２８】
ドレッサヘッド２１内への研磨液やドレッシング液の浸入を防ぐために、ドレッサ本体部３１およびドレッサプレート３２には、カバー４８，４９がそれぞれ設けられている。
また、ドレッサヘッド２１に固定されたドレッシング部材２２は、図１に示すような円環状の形状であっても良く、又は円盤状の形状であっても良い。ドレッシング部材２２の下面にはダイヤモンド粒子が電着されている。なお、ドレッシング部材２２はＳｉＣ等のセラミックスで形成してもよく、また他の素材で形成してもよい。
【００２９】
次に、図２および図３に示すように構成されたドレッシング装置の動作を説明する。
ドレッサアーム２４（図１参照）内に収容されたエアシリンダ（図示せず）を作動させることにより、ドレッサ駆動軸２３がドレッサヘッド２１とともに下降する。この時、ストッパ４１ａとドレッサ本体部３１の上面とは係合している。ドレッサ駆動軸２３は所定距離だけ下降させるが、ドレッシング部材２２が研磨テーブル５上の研磨面１ａに接触した後においては、ドレッサ駆動軸２３とドレッサ本体部３１のみが下降し、ストッパ４１ａがドレッサ本体部３１から離れ、また芯出し軸３５がリニアベアリング３６内を摺動して、図２に示すような状態になる。
【００３０】
図２に示す状態で、ドレッサ駆動軸２３を回転させ、ドレッシング部材２２を研磨面１ａに摺接させて研磨面１ａをドレッシングする。この際、ドレッシング部材２２が研磨面１ａを押圧するドレッシング荷重は、ドレッサプレート３２とドレッサプレート３２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２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３２、ドレッシング部材２２、トルク伝達ピン４１、芯出し軸３５、荷重調節機構４７およびカバー４９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１ａの削り取り量を必要最小限にできる。なお、荷重調節機構４７による荷重を調節することにより、ドレッシング荷重を最適な軽荷重に調節できる。
【００３１】
図４は本発明の第２の実施形態に係るドレッシング装置の断面図である。図４に示すように、ドレッシング装置２０は、ドレッサ駆動軸２３に連結されたドレッサヘッド２１と、ドレッサヘッド２１に固定されたドレッシング部材２２とを備えている。ドレッサヘッド２１は、ドレッサ駆動軸２３に結合されたドレッサ本体部３１と、ドレッシング部材２２を保持する円盤状のドレッサプレート３２と、ドレッサプレート３２がドレッサ本体部３１に対して傾動できるようにドレッサ本体部３１とドレッサプレート３２とを連結するジンバル機構３３と、ドレッサプレート３２とドレッサ本体部３１とを結合する円環状の弾性膜５０とを備えている。
【００３２】
前記弾性膜５０によるドレッサプレート３２とドレッサ本体部３１との結合は、ドレッサプレート３２に固定された円筒状の突出部５１と略円筒状のストッパリング５２とにより弾性膜５０の外周端を挟み込み、ドレッサ本体部３１の下面周縁部と円環状のホルダリング５３とにより弾性膜５０の内周端を挟み込むことにより行っている。前記弾性膜５０はＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンモノマー）、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等により形成されており、更には耐食性を有していることが望ましい。この構成により、ドレッサ本体部３１、弾性膜５０およびドレッサプレート３２により囲まれた気密空間５４が形成される。気密空間５４には流体路５５が接続されており、流体路５５は、図示されていないが、駆動軸２３に設けられた貫通孔（図示せず）を通り、ロータリジョイント、レギュレータ、切り替えバルブ等を介して加圧流体源及び／又は真空源に接続されている。したがって、気密空間５４内は正圧から負圧に至る任意の圧力に調節可能になっている。
【００３３】
前記ストッパリング５２には、上端部に半径方向内方に延びるストッパー部５２ａが形成されており、ドレッサヘッド２１が持ち上げられた際に、ストッパー部５２ａはドレッサ本体部３１の上面と係合し、ドレッサプレート３２の脱落が防止される。ジンバル機構３３、ドレッシング部材２２およびカバー４８，４９等の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００３４】
次に、図４に示すように構成されたドレッシング装置の動作を説明する。
ドレッサアーム２４（図１参照）内に収容されたエアシリンダ（図示せず）を作動させることにより、ドレッサ駆動軸２３がドレッサヘッド２１とともに下降する。この時、ストッパー部５２ａとドレッサ本体部３１の上面とは係合している。ドレッサ駆動軸２３は所定距離だけ下降させるが、ドレッシング部材２２が研磨テーブル５上の研磨面１ａに接触した後においては、ドレッサ駆動軸２３とドレッサ本体部３１のみが下降し、ストッパー部５２ａがドレッサ本体部３１から離れ、また芯出し軸３５がリニアベアリング３６内を摺動して、図４に示すような状態になる。
【００３５】
図４に示す状態で、ドレッサ駆動軸２３を回転させ、ドレッシング部材２２を研磨面１ａに摺接させて研磨面１ａをドレッシングする。この際、ドレッシング部材２２が研磨面１ａを押圧するドレッシング荷重は、ドレッサプレート３２とドレッサプレート３２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３２、ドレッシング部材２２、突出部５１、ストッパリング５２、芯出し軸３５、カバー４９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１ａの削り取り量を必要最小限にできる。
【００３６】
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、気密空間５４を真空源に接続し、かつレギュレータにより気密空間５４内の負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気密空間５４内の負圧のバランスにより、任意の軽荷重が得られる。一方、気密空間５４を加圧流体源に接続して気密空間５４内に圧縮空気等の加圧流体を供給し、かつレギュレータにより気密空間５４内の正圧を調節することにより、ドレッサヘッド可動部の自重に加えて加圧流体による押圧力を付与し、研磨面１ａにドレッサヘッド可動部よりも大きなドレッシング荷重を加えることができる。
【００３７】
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２２が研磨面１ａ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望ましい。
即ち、駆動軸２３をドレッサアーム２４（図１参照）内に収容されたエアシリンダ（図示せず）により下降させる前に、予め気密空間５４を真空源に接続し、気密空間５４内に最大限の負圧をかけておく。その状態でドレッサ駆動軸２３をドレッサヘッド２１とともに所定距離だけ下降させてドレッシング部材２２の下面を研磨面１ａに接触させ、その後気密空間５４内を所定の負圧に制御することにより所望のドレッシング荷重とする。こうすることで、ドレッシング部材２２が研磨面１ａに接触したときの荷重を必要以上に大きくすることがない。なお、駆動軸２３を下降させる前の気密空間５４内の負圧は、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。
【００３８】
図５および図６は、本発明の第３の実施形態に係るドレッシング装置を示す図であり、図５はドレッシング装置が研磨テーブルから持ち上げられた状態を示す断面図であり、図６はドレッシング装置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５および図６に示すように、ドレッシング装置２０は、ドレッサ駆動軸２３に連結されたドレッサヘッド２１と、ドレッサヘッド２１に固定されたドレッシング部材２２とを備えている。ドレッサヘッド２１は、ドレッサ駆動軸２３に結合されたドレッサ本体部３１と、ドレッシング部材２２を保持する円盤状のドレッサプレート３２と、ドレッサプレート３２がドレッサ本体部３１に対して傾動できるようにドレッサ本体部３１とドレッサプレート３２とを連結するジンバル機構３３と、ドレッサ駆動軸２３の回転をドレッサプレート３２に伝達するための回転伝達機構４０とを備えている。
【００３９】
前記ジンバル機構３３はドレッサプレート３２の中央上部に形成された凹部３２ａ内に配置されており、ジンバル機構３３は球面軸受３４と、ドレッサ本体部３１に固定された芯出し軸３５と、球面軸受３４と芯出し軸３５との間に挿入されたリニアベアリング３６とから構成されている。球面軸受３４は、ドレッサプレート３２に固定されるとともに凹球面を有する固定部３７と、固定部３７の凹球面に摺動可能に嵌合された概略球状の可動部３８とから構成されている。球状の可動部３８にはリニアベアリング３６が挿入され固定されており、リニアベアリング３６の内側にはドレッサプレート３２に固定された芯出し軸３５が嵌装されている。
【００４０】
上述の構成において、芯出し軸３５がリニアベアリング３６に対して上下動可能になっており、リニアベアリング３６および可動部３８が固定部３７に対して回転可能になっている。したがって、ドレッサプレート３２の芯がずれることなく、球面軸受３４がドレッサプレート３２の傾動を許容し、リニアベアリング３６がドレッサプレート３２の上下動を許容する。
【００４１】
また回転伝達機構４０は、ドレッサプレート３２上の所定円周上に複数個配置されるとともにドレッサプレート３２に固定されたトルク伝達ピン４１を備えている。各トルク伝達ピン４１はドレッサ本体部３１の外周近傍に設けられた貫通孔３１ｂを貫通するように設けられている。
【００４２】
ドレッサ本体部３１の各貫通孔３１ｂの箇所には、図３に示す実施形態と同様に、２本のピン４２がトルク伝達ピン４１を挟むように設けられている。トルク伝達ピン４１の外周にはゴム等の緩衝部材４３が嵌装されており、トルク伝達ピン４１とピン４２とは緩衝部材４３を介して係合するようになっている。したがって、ドレッサ駆動軸２３が回転駆動されるとドレッサ本体部３１がドレッサ駆動軸２３と一体に回転し、ドレッサ本体部３１の回転力はトルク伝達ピン４１とピン４２との係合によりドレッサプレート３２に伝達される。ドレッシング中に、研磨テーブル５上の研磨面１ａの傾きに追従してドレッサプレート３２は傾動するが、ドレッサプレート３２が傾動した際にも、ドレッサプレート３２側のトルク伝達ピン４１とドレッサ本体部３１側のピン４２は点接触で係合するためにそれぞれの場合で接触点をずらして確実に係合し、ドレッサ駆動軸２３の回転力はドレッサプレート３２に確実に伝達される。
【００４３】
前記トルク伝達ピン４１の上端部には、貫通孔３１ｂの直径より大きなストッパ４１ａが形成されており、ドレッサヘッド２１が持ち上げられた際に、ストッパ４１ａはドレッサ本体部３１の上面と係合し、ドレッサプレート３２の脱落が防止される。ドレッシング部材２２およびカバー４８，４９等の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００４４】
前記ドレッサプレート３２にはＬ字状部材６０が固定されており、Ｌ字状部材６０の上部はドレッサ本体部３１の上方に突出している。そして、Ｌ字状部材６０の突出部６０ａには、筒状（蛇腹状）の弾性膜６１と円盤状の加圧プレート６２が設けられており、これら弾性膜６１と加圧プレート６２によりエアバッグ６３が形成されている。弾性膜６１はＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンモノマー）、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等により形成されており、更には耐食性を有していることが望ましい。エアバッグ６３およびＬ字状部材６０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い。本実施の形態においては、エアバッグ６３およびＬ字状部材６０は３個、１２０゜等配に設けられている。なおＬ字状部材６０は環状であっても良い。加圧プレート６２はドレッサ本体部３１の上面に係合するが、加圧プレート６２およびドレッサ本体部３１は相互に固定されておらず、摺動可能になっている。
【００４５】
エアバッグ６３には流体路５５が連結されており、この流体路５５は、駆動軸２３に設けられた貫通孔（図示せず）を通り、図示しないロータリジョイント、レギュレータ、切り替えバルブ等を介して、加圧流体源および／又は真空源に接続されており、エアバッグ６３内の圧力を正圧から負圧に至るまで任意に調節可能になっている。このため、流体路５５を介してエアバッグ６３内に圧縮空気等の圧力流体を供給すると、エアバッグ６３によりドレッサプレート３２に上向きの力が働く。レギュレータ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の自重とのバランスでドレッシング荷重を制御できる。
【００４６】
具体的には、ドレッサプレート３２、ドレッシング部材２２、トルク伝達ピン４１、カバー４９、Ｌ字状部材６０、球面軸受３４およびリニアベアリング３６からなる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６３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。
【００４７】
図７は図５および図６に示すエアバッグの動作を示す図であり、図７（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７（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７（ａ）に示す状態においては、エアバッグ６３内に圧力流体が供給され、弾性膜６１が伸張し、加圧プレート６２がドレッサ本体部３１を押圧する結果、ドレッサプレート３２に上向きの力が働く。その結果、ドレッサヘッド可動部が研磨面１ａ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７（ｂ）に示す状態においては、エアバッグ６３内が脱圧されているため、弾性膜６１が収縮し、加圧プレート６２がドレッサ本体部３１を押圧することはなく、ドレッサプレート３２には上向きの力が働くことはない。
エアバッグ６３に供給する圧力によりドレッサプレート３２に加わる上向きの力を精密に制御するため、弾性膜６１が多少撓んだ際にもエアバッグ６３内の上面と下面の面積が一定に保たれるように、Ｌ字状部材６０の突出部６０ａの下面および加圧プレート６２の上面に、座ぐり６５，６６をそれぞれ設けておいても良い。
【００４８】
次に、図５および図６に示すように構成されたドレッシング装置の動作を説明する。
図５に示す状態から、ドレッサアーム２４（図１参照）内に収容されたエアシリンダ（図示せず）を作動させることにより、ドレッサ駆動軸２３がドレッサヘッド２１とともに下降する。この時、ストッパ４１ａとドレッサ本体部３１の上面とは係合している。ドレッサ駆動軸２３は所定距離だけ下降させるが、ドレッシング部材２２が研磨テーブル５上の研磨面１ａに接触した後においては、ドレッサ駆動軸２３とドレッサ本体部３１のみが下降し、ストッパ４１ａがドレッサ本体部３１から離れ、また芯出し軸３５がリニアベアリング３６内を摺動して、図６に示す状態になる。弾性膜６１の撓みがなくなる程度までドレッサ駆動軸２３は下降されるため、ドレッシング時のエアバッグ６３内の上面と下面の面積は、前記座ぐり６５，６６との作用で研磨面１ａの多少の摩耗に拘わらず一定に保たれる。
【００４９】
図６に示す状態で、ドレッサ駆動軸２３を回転させ、ドレッシング部材２２を研磨面１ａに摺接させて研磨面１ａをドレッシングする。この際、ドレッシング部材２２が研磨面１ａを押圧するドレッシング荷重は、ドレッサプレート３２とドレッサプレート３２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５および図６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３２、ドレッシング部材２２、トルク伝達ピン４１、球面軸受３４、リニアベアリング３６、Ｌ字状部材６０およびカバー４９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１ａの削り取り量を必要最小限にできる。
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６３を加圧流体源に接続し、かつレギュレータによりエアバッグ６３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６３内の流体圧のバランスにより、任意の軽荷重が得られる。
【００５０】
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２２が研磨面１ａ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望ましい。
即ち、図５に示す状態から、まずエアバッグ６３内に圧力流体を供給し、エアバッグ６３を圧力流体源に接続して膨らませ、ドレッサプレート３２を最大限上方に位置させる。その後ドレッサアーム２４（図１参照）内に収容されたエアシリンダ（図示せず）を作動させることにより、ドレッサ駆動軸２３をドレッサヘッド２１ととも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２２の下面と研磨面１ａとの間には若干の隙間が存在する。その後エアバッグ６３内の流体圧をレギュレータにより所定の圧力に制御することにより、ドレッサプレートは更に下降し、ドレッシング部材２２の下面が研磨面１ａに接触し、図６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６１の撓みは殆どなく、ドレッシング時のエアバッグ６３内の上面と下面の受圧面積は、前記座ぐり６５，６６との併用で研磨面１ａの多少の摩耗に拘わらず一定に保たれる。なお、駆動軸２３を下降させる前のエアバッグ６３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。
【００５１】
図８は本発明の第３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５および図６に示す実施形態においては、ドレッサ本体部３１の上面とドレッサプレート３２に固定されたＬ字状部材６０との間にエアバッグ６３を配置したが、図８に示す実施形態においては、ドレッサ本体部３１の下面とドレッサプレート３２の上面との間にエアバッグ６３を配置している。即ち、ドレッサ本体部３１の下面とドレッサプレート３２の上面とを弾性膜６１により結合するようにエアバッグ６３を設けている。図８に示す実施形態のドレッシング装置の動作は、図４に示す第２の実施形態のドレッシング装置の動作に類似している。即ち、ドレッシング荷重は、ドレッサプレート３２、ドレッシング部材２２、球面軸受３４、リニアベアリング３６、トルク伝達ピン４１、カバー４９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。
【００５２】
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６３を流体路５５を介して真空源に接続し、かつレギュレータによりエアバッグ６３内の負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６３内の負圧のバランスにより、任意の軽荷重が得られる。一方、エアバッグ６３を加圧流体源に接続してエアバッグ６３内に圧縮空気等の加圧流体を供給し、かつレギュレータによりエアバッグ６３内の正圧を調節することにより、ドレッサヘッド可動部の自重に加えて加圧流体による押圧力を付与し、研磨面１ａに大きなドレッシング荷重を加えることができる。
また、エアバッグ６３内の上面と下面に座ぐり６５，６６をそれぞれ設けることにより、受圧面積が一定となり、精密な荷重制御が可能となる。
【００５３】
次に、研磨パッドの初期化に関するドレッシング方法について説明する。
研磨パッド（又は固定砥粒）を新しいものに交換した際には、研磨面１ａの初期化のためドレッシングを行うが、被研磨物の研磨中又は被研磨物の研磨と研磨の間に行うドレッシングに比してドレッシング量が非常に大きい。そのため、ドレッシング荷重が小さすぎると初期化に非常に時間がかかり、ポリッシング装置の稼働率が下がる。
【００５４】
図４乃至図８に示す第２および第３の実施形態のドレッシング装置では、レギュレータの制御のみでドレッシング荷重を変えることができるため、研磨面１ａの初期化の際は１００Ｎ程度の比較的大きなドレッシング荷重でドレッシングを行い、初期化を迅速に行い、その後、速やかに被研磨物の研磨に移ることができる。そして、被研磨物の研磨と同時にドレッシングをする場合には１Ｎ〜５Ｎの軽荷重でドレッシングを行い、被研磨物の研磨と研磨の間にドレッシングをする場合には５Ｎ〜２０Ｎの軽荷重でドレッシングを行うことができるとともに、必要に応じて０〜１００Ｎもしくはそれ以上の任意の荷重でドレッシングを行うことも可能である。
【００５５】
【発明の効果】
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面をドレッシングする際の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面の削り取り量を必要最小限にでき、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、ポリッシング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】
【図１】本発明のドレッシング装置を備えたポリッシング装置を示す概略正面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るドレッシング装置の断面図である。
【図３】図２の要部を示す詳細図であり、図２のIII−III線矢視図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るドレッシング装置の断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係るドレッシング装置を示す図であり、ドレッシング装置が研磨テーブルから持ち上げられた状態を示す断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係るドレッシング装置を示す図であり、ドレッシング装置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７】図５および図６に示すエアバッグの動作を示す図であり、図７（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７（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８】本発明の第３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。
【符号の説明】
１    研磨パッド（固定砥粒）
１ａ    研磨面
５    研磨テーブル
１０    トップリング
１１    ガイドリング
１２    トップリングアーム
１３，２５    揺動軸
１４，２６    モータ
１５    トップリング駆動軸
２０    ドレッシング装置
２１    ドレッサヘッド
２２    ドレッシング部材
２３    ドレッサ駆動軸
２４    ドレッサアーム
２７    研磨液供給ノズル
３１    ドレッサ本体部
３１ａ，３２ａ    凹部
３１ｂ    貫通孔
３２    ドレッサプレート
３３    ジンバル機構
３４    球面軸受
３５    芯出し軸
３６    リニアベアリング
３７    固定部
３８    可動部
４０    回転伝達機構
４１    トルク伝達ピン
４１ａ    ストッパ
４２    ピン
４３    緩衝部材
４５    重り
４６    ボルト
４７    荷重調節機構
４８，４９    カバー
５０，６１    弾性膜
５１，６０ａ    突出部
５２    ストッパリング
５２ａ    ストッパー部
５３    ホルダリング
５４    気密空間
５５    流体路
６０    Ｌ字状部材
６２    加圧プレート
６３    エアバッグ
６５，６６    座ぐり
Ｗ    半導体ウエハ
【図１】
0004072810.tif 000002
【図２】
0004072810.tif 000003
【図３】
0004072810.tif 000004
【図４】
0004072810.tif 000005
【図５】
0004072810.tif 000006
【図６】
0004072810.tif 000007
【図７】
0004072810.tif 000008
【図８】
0004072810.tif 000009