JP2002540409A - 自動処理装置における加工物の存在を識別するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、自動処理装置における加工物の存在を識別するための方法及び装置を提供する。公知の識別装置はあらゆる条件下で加工物の存在と不在との明確な区別を行うことはできない。よって、超音波送信器、超音波受信器及び検出手段（制御部）から構成される装置を提供する。加工物が処理装置のホルダに保持されているかどうかの検出は、このホルダに超音波を放射し、反射される超音波を受信し、この反射される超音波に基づいて検出を行うことによって実施される。この方法は、有利には特にウェハの研磨機械において使用され、この場合、研磨布は音響的な反射率において明瞭に研磨すべきウェハから区別される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 現代の製造装置においてはますます自動処理装置が使用されてきている。これ
らの自動処理装置では加工物が人間のオペレータの介入なしに処理される。処理
すべき加工物を前置接続されたユニットから受け取る装置では、引き渡しが行わ
れたこと、すなわち加工物がこの加工物のために設けられたホルダに実際に存在
することが保証されなければならない。加工物のプールの中から１つの加工物を
自動的にピックアップする処理装置でも同一の課題に直面する。さらに、例えば
加工物がそのホルダから滑り落ちてしまうことによって、部分的にはこの加工物
の処理中にこの加工物が紛失することも起こりうる。この装置が、例えば操作員
への通報乃至は処理の急停止によってこの処理を中断しかつ十分にこの事態に反
応することができるためには、この状態も識別される必要がある。

【０００２】 加工物の存在を検出するために、光学的検出器（カメラ、ライトバリア）又は
電気的なコンタクトのような、様々な方法が開発されてきた。光学的な方法は例
えばＵＳ５８２３８５３に記述されている。

【０００３】 次に、ウェハ研磨装置の例に基づいて、どのようにこのような識別メカニズム
が従来技術において実現されてきたかを示す。

【０００４】 ウェハ研磨装置は、集積回路の製造において使用できるウェハ、すなわち単結
晶の平坦なシリコンディスクの研磨に使用される。この場合、このウェハは研磨
布の上に置かれ、研磨ツール（研磨ヘッド、「キャリア」）によって保持される
。この研磨布には研磨剤（「スラリー」）が加えられ、この研磨布とウェハとの
相対運動が発生される。

【０００５】 ウェハのこの研磨プロセスの間に、まれなケースではあるが、例えば加工物の
問題、プロセス不安定性、ウェハの搬送又は供給におけるエラーのような様々な
イレギュラリティによっていわゆる研磨プレートにおけるウェハ損失に至ってし
まうこともあり得る。紛失したウェハ及び定盤のような研磨ツールに対してこの
ようにして結果的に生じてしまう損害を最小限に抑えるためには又は最善のケー
スでは完全に防止するためには、研磨プロセスを中断するためのウェハ損失の迅
速な検出が重要である。

【０００６】 従って、従来技術の研磨機械は部分的に光学センサを使用する。この光学セン
サは一方ではウェハと他方では定盤（研磨布）の異なる光学的特性に基づいてウ
ェハの損失を検出することができる。しかし、ウェハの表面性質乃至は使用され
る研磨布の色に依存して、これらのセンサはウェハの存在の確実な検出のために
は限定的にしか適していない。なぜなら、これらのセンサはウェハと研磨布とを
必ずしも区別できないからである。従って、これらのセンサは汎用的には使用で
きず、時として検出誤りを引き起こす。さらに、通常使用される研磨剤の多くは
研磨布の染色を引き起こし、これは結果的に反射特性の変化をもたらす。この効
果はとりわけ金属研磨のための研磨剤において発生する。これらの問題によって
検出誤りの割合は増大し、これは研磨機械におけるウェハの障害なしの自動的な
処理に相反する。

【０００７】 ウェハの存在又は不在を検出するための更に別の方法が従来技術において提案
された。この方法においては、研磨ヘッドにおける真空を測定し、この結果、場
合によってはあり得るウェハ損失をこの場合に発生する真空変化によって検出す
る。

【０００８】 この種の検出によってなるほど研磨ヘッドによって行われるウェハ搬送を監視
することができる。しかし、実際の研磨プロセス中の検出は多くの場合不可能で
ある。なぜなら、ウェハと研磨ヘッドとの間の均一な除去を達成するために頻繁
にガスクッションが背後からウェハに加えられ、この結果、研磨中には測定可能
な真空は利用できないからである。

【０００９】 要するに、今日では、あらゆる要求を満たすような、研磨機械におけるウェハ
の存在又は不在を検出するための方法は存在しない。

【００１０】 上記のウェハ研磨装置の他に、加工物のための他の処理装置においても公知の
所定の検出方法による問題点が見出される。これらの問題点はこれらの処理装置
の汎用的な使用可能性を限定してしまう。

【００１１】 従って、本発明の課題は、加工物とホルダ乃至は処理装置との区別の物理的に
異なるタイプのアプローチを提供し、さらにこれによって他の物理的なパラメー
タにより行われる区別を可能にする、処理装置における加工物の存在又は不在に
対する検出器を提供することである。

【００１２】 上記課題は、独立請求項１記載の検出方法ならびに独立請求項１２記載の検出
装置によって解決される。他の有利な実施形態は従属請求項、記述及び添付図面
から得られる。

【００１３】 １つの態様では、本発明は、加工物の周囲、例えばグリップアーム又は定盤に
対して異なるこの加工物の音響的反射率を利用する。

【００１４】 他の態様では、本発明は、とりわけ確実に作動するウェハ損失検出システムを
提供するために使用される。

【００１５】 さらに別の態様では、本発明は、処理すべき加工物の存在及び不在の検出のた
めに音波を使用することを含む。

【００１６】 さらに別の態様では、本発明は、まさに非常に平坦な加工物に対する加工物検
出メカニズムを提供する。

【００１７】 従って、本発明は、自動処理装置における加工物の存在を識別するための方法
を提供し、この方法は、 １） 処理装置において加工物に対してホルダを提供するステップと、 ２） ホルダに及び/又はホルダの周囲の少なくとも一部分に超音波を放射する
ステップと、 ３） 反射される超音波を受信するステップと、 ４） 反射される超音波に基づいて、加工物がホルダに保持されているか、又は
、加工物がホルダの外部に存在するか、を検出するステップとを特徴とする。

【００１８】 有利には、反射される超音波に対する放射される超音波の比に基づいて検出が
行われる。通常は、加工物の不在が検出された場合には、この加工物の処理は行
われない。しかし、この代わりに加工物の存在がホルダの周囲に検出されること
はプログラム技術的には有意義である。しかし、結果的にはこれらの二者択一的
な態様は互いに相応している。なぜなら、ホルダにおける不在は周囲における存
在を意味しているからである。

【００１９】 本発明の方法は、 ５） 加工物の存在が検出された場合には、加工物の処理を行う後続のステップ
を含む。

【００２０】 上記ステップ２）〜４）は、加工物の全処理の間に反復して実施される。有利
には、ホルダにおける加工物の不在が検出される場合には、処理が中断される。

【００２１】 本発明は、とりわけ加工物が平坦である場合の適用事例、例えばウェハである
場合の適用事例を考慮に入れている。

【００２２】 本発明は、同様に、自動処理装置における加工物の存在を識別するための装置
を提供し、この装置において、処理装置における加工物ホルダの領域を放射する
ための超音波送信器が設けられ、少なくとも１つの超音波受信器及び加工物の存
在の検出のための検出手段が設けられている。

【００２３】 有利には、超音波受信器は受信される超音波の強度を電気信号に変換するため
の手段を含む。検出手段は、有利には、超音波受信器により受信された超音波の
強度を決定するための手段、この強度と超音波送信器から放射される超音波の強
度とを比較するための手段及び加工物の存在又は不在に関する判定のための手段
を有する。

【００２４】 検出手段は、加工物の処理の開始及び中断のための制御手段を有する。複数の
超音波受信器が存在する。超音波送信器は指向性超音波を送出することもできる
。

【００２５】 次に本発明を詳しく記述し、その際に図面を参照する。これらの図面において
、 図１ａは加工物の保持のためのグリップアームを有する処理装置における検出
装置を示し、 図１ｂは加工物のない場合の同じ処理装置を示し、 図２ａはウェハを有するウェハ研磨装置における検出装置を示し、 図２ｂはウェハ損失後のウェハ研磨装置における検出装置を示す。

【００２６】 本発明は、加工物の音響的反射率を利用する。この加工物の音響的反射率は、
バックグラウンドの、例えばウェハ研磨装置の研磨布の反射率から、又は、加工
物が存在しない場合にグリップアームのホルダの間に存在する空虚な空間の反射
率から常に区別される。

【００２７】 超音波送信器からは所定の強度の超音波が放射され、この超音波は加工物が存
在する限りはこの加工物に及び/又は周囲、例えば加工物の研磨布にぶつかる。
そこからこの超音波の一部分が反射され、超音波受信器によって受信される。次
に、検出手段、すなわち制御部、例えばプロセスコンピュータが検出方法を実施
する。この検出方法において加工物が適正な位置に存在するのか否かが判定され
る。この場合、ホルダ又はバックグラウンドとは異なるこの加工物の反射率が使
用される。

【００２８】 有利には、このために受信される超音波に対する放射される超音波の強度の比
がもとめられる。

【００２９】 加工物が検出できなかった場合には、処理ステップは開始しない。加工物の存
在が検出できた場合には、制御部はこの加工物の処理を行う又は指示する。

【００３０】 処理中に加工物の損失が発生しないことが確実には推量できない場合には、有
利には反復的な測定が実施される。この反復的な測定は加工物の存在の継続的な
監視を保証する。

【００３１】 図１ａは概略的に加工物２を保持するグリップアーム１を有する装置を示す。
フライスヘッド４を有するスピンドル駆動部３は加工物２の処理のために用意さ
れている。超音波送信器５は超音波（矢印）を放射し、超音波は加工物によって
反射され、超音波受信器６に到達する。この受信器６によってこれらの超音波は
電気信号に変換され、これらの電気信号は制御部７によって線路８を介して受信
され、そこで評価される。この加工物２は、この加工物２にぶつかる超音波の大
部分を反射し、これによりその存在を示す。

【００３２】 図１ｂはグリップアーム１によって加工物が保持されていない場合の同一の加
工機械を同一の参照符号を付けて示している。この場合、ほんの僅かな超音波が
グリップアーム１によって反射され、他方で超音波の大部分はこのグリップアー
ム１のホルダを通り抜けてしまう。この結果、加工物の不在が検出される。

【００３３】 特に有利には、本発明は、前述したウェハのような平坦な加工物において使用
される。この場合には、次のような付加的な困難が生じる。すなわち、平坦な加
工物の場合、例えばライトバリアなどを介する検出は困難であるという付加的な
困難が生じる。

【００３４】 ウェハは研磨布の上で研磨される。これらの研磨布はその圧縮率（弾性）に関
して明らかにこれらの研磨布の上にあるウェハとは区別される。研磨布の圧縮率
は比較的高い。これは、これに関連する音波吸収係数のために次のことを引き起
こす。すなわち、ウェハの場合よりもはるかに小さい強度で音波が反射される。
研磨布とウェハはこれにより明瞭にかつ簡単に区別される。

【００３５】 図２ａは概略的にバックグラウンドとして研磨布１１及びこの研磨布１１の上
に配置されたウェハ１２を有するウェハ用研磨装置を示している。検出装置自体
は図１ａ及びｂと同一の構造を有し、それゆえ同一の参照符号が使用される。こ
のウェハ１２は、このウェハ１２にぶつかる超音波放射の大部分を反射し、この
結果、超音波受信器６において受信される強度は大きい。

【００３６】 図２ｂには、ウェハ損失が生じた場合の研磨装置を示している。研磨布１１は
ウェハ１２ほどは超音波を反射せず、この結果、相応の僅かな超音波が超音波受
信器６によって受信される。従って、この反射された超音波の強度に基づいて、
簡単なやり方でウェハ損失が迅速に、プロセス（例えば研磨ペーストなど）及び
ハードウェアに依存せずに検出できる。

【００３７】 市販されて工業用に使用されているウェハホルダ、いわゆるキャリア又は研磨
ヘッドはしばしばウェハを上から完全に被覆する。従って、監視のためのウェハ
の超音波放射は不可能である。このような場合には、有利には、このキャリアの
周囲に、すなわち例えば研磨布に超音波を放射する。ウェハがこのキャリアのホ
ルダから外れてしまう場合、このウェハはこのウェハとバックグラウンドとの間
の摩擦によってこのキャリアからはみ出してしまい、この結果、このウェハはこ
のキャリアの外側の研磨布の上に位置するようになる。この場合、このバックグ
ラウンドの反射率は、このウェハが存在する箇所で変化する。この差異が識別さ
れて、評価の間にウェハ損失として評価され、この結果、処理装置が停止される
。

【００３８】 制御部７は予定された位置における加工物の存在及び不在の検出に使用される
。この制御部７には、超音波受信器によって発生される電気信号を線路８を介し
て受信するための手段が設けられている。さらに、この制御部７は、加工物が存
在するか否かを判定する手段を有する。さらに、この制御部は超音波送信器５に
超音波の放射を指示する手段を有する。これは、制御部７と超音波送信器５とを
相互に接続する別の線路８を介して行われる。これによって、放射と測定との同
期が可能であり、これは場合によって起こり得る妨害波の影響を低減する。さら
に、放射の強度が制御され、従ってこの強度は明確に定められる。

【００３９】 有利な実施形態では、この制御部は、放射される超音波の強度を超音波受信器
により受信される波の強度と比較し、これらの強度の比から加工物の検出を実施
することができる。この制御部のために使用される様々な手段は、例えばプロセ
スコンピュータに格納される。

【００４０】 有利には、この制御部は、加工物の処理を開始し、必要ならば中断することに
よって、加工物の処理に直接介入する。これは制御部７と処理装置３、４との間
の通常の制御線路を介して実現される。

【００４１】 また、１つの超音波受信器６の代わりに、複数のこのような受信器を設けるこ
とも可能である。これは複雑な形状の加工物の場合に又は複数の加工物、例えば
ウェハを同時に処理しなければならない場合に有利である。

【００４２】 さらに、加工物の存在と不在との間のさらにより精確な区別を可能にするため
に、指向性超音波で作動させることができる。特に配向された超音波送信器から
放射される指向性超音波は、この装置において加工物が存在するはずの位置の比
較的精確な測位を可能にする。従って、処理装置における他の部材の影響を最小
限に抑えられる。これは制御部の判定プロセスの精度をさらに改善する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１ａは加工物の保持のためのグリップアームを有する処理装置における検出
装置を示す。図１ｂは加工物のない場合の同じ処理装置を示す。

【図２】 図２ａはウェハを有するウェハ研磨装置における検出装置を示す。図２ｂはウ
ェハ損失後のウェハ研磨装置における検出装置を示す。

【符号の説明】

１ グリップアーム ２ 加工物 ３ スピンドル駆動部 ４ フライスヘッド ５ 超音波送信器 ６ 超音波受信器 ７ 制御部 ８ 線路 １１ 研磨布 １２ ウェハ

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１３年１月１５日（２００１．１．１５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【０００７】 刊行物ＷＯ-Ａ-９８/４２６０５から、材料の一部分の表面に超音波を放射す
る、加工物の識別のための方法が公知である。この場合、反射波によって、この
材料が正しく位置しているか又は間違って周辺に位置しているかが検出される。 ウェハの存在又は不在を検出するための更に別の方法が従来技術において提案
された。この方法においては、研磨ヘッドにおける真空を測定し、この結果、場
合によってはあり得るウェハ損失をこの場合に発生する真空変化によって検出す
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G005 AA04 3C058 AA07 AA09 AB03 AB04 AC02 BA09 BB09 BC03 CB03 DA17 5F031 CA02 JA09 JA22 MA22

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自動処理装置における加工物の存在を識別するための方法に
   おいて、 １） 処理装置において加工物（２、１２）に対してホルダを提供するステップ
   と、 ２） 前記ホルダに及び/又は該ホルダの周囲の少なくとも一部分に超音波を放
   射するステップと、 ３） 反射される超音波を受信するステップと、 ４） 前記反射される超音波に基づいて、前記加工物が前記ホルダに保持されて
   いるか、又は、前記加工物が前記ホルダの外部に存在するか、を検出するステッ
   プとを特徴とする、自動処理装置における加工物の存在を識別するための方法。
2. 【請求項２】 反射される超音波に対する放射される超音波の比に基づいて
   検出が行われることを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 加工物（２、１２）の不在が検出された場合には、前記加工
   物（２、１２）の処理は行われないことを特徴とする、請求項１又は２の方法。
4. 【請求項４】 前記方法は、 ５） 加工物（２、１２）の存在が検出された場合には、前記加工物（２、１２
   ）の処理を行う後続のステップを含むことを特徴とする、請求項１〜３のうちの
   １項記載の方法。
5. 【請求項５】 ステップ２）〜４）は、加工物（２、１２）の全処理の間に
   反復して実施されることを特徴とする、請求項４記載の方法。
6. 【請求項６】 ホルダにおける加工物（２、１２）の不在が検出される場合
   には、処理が中断されることを特徴とする、請求項５記載の方法。
7. 【請求項７】 加工物（２、１２）は平坦であることを特徴とする、請求項
   １〜６のうちの１項記載の方法。
8. 【請求項８】 加工物はウェハ（１２）であることを特徴とする、請求項７
   記載の方法。
9. 【請求項９】 ホルダは載置平面を有することを特徴とする、請求項１〜８
   のうちの１項記載の方法。
10. 【請求項１０】 ホルダは研磨ヘッド及び研磨布（１１）を研磨装置におい
    て有することを特徴とする請求項１〜９のうちの１項記載の方法。
11. 【請求項１１】 ホルダはグリップアーム（１）を有することを特徴とする
    、請求項１〜８のうちの１項記載の方法。
12. 【請求項１２】 自動処理装置における加工物の存在を識別するための装置
    において、 処理装置における加工物ホルダ（１、１１）の領域を放射するための超音波送
    信器（５）が設けられ、 少なくとも１つの超音波受信器（６）及び加工物（２、１２）の存在の検出の
    ための検出手段（７）が設けられていることを特徴とする、自動処理装置におけ
    る加工物の存在を識別するための装置。
13. 【請求項１３】 超音波受信器（６）は受信される超音波の強度を電気信号
    に変換するための手段を含むことを特徴とする、請求項１２記載の装置。
14. 【請求項１４】 検出手段（７）は、超音波受信器（６）により受信された
    超音波の強度をもとめるための手段、前記強度と超音波送信器（５）から放射さ
    れる超音波の強度とを比較するための手段、及び、加工物（２、１２）の存在又
    は不在に関する判定のための手段を有することを特徴とする、請求項１２又は１
    ３記載の装置。
15. 【請求項１５】 検出手段（７）は、加工物の処理の開始及び中断のための
    制御手段を有することを特徴とする、請求項１２〜１４のうちの１項記載の装置
    。
16. 【請求項１６】 複数の超音波受信器が存在することを特徴とする、請求項
    １２〜１５のうちの１項記載の装置。
17. 【請求項１７】 超音波送信器（５）は指向性超音波を送出することができ
    ることを特徴とする、請求項１２〜１６のうちの１項記載の装置。