JP2016078155A - 研磨装置、及び、基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】研磨対象物を研磨しながら連続的に平坦度をモニタリングする。
【解決手段】研磨装置は、ウェハＷを研磨するための研磨パッド１０が貼り付けられた研磨テーブル３０Ａと、ウェハＷを保持し研磨パッド１０に押圧する保持部と、研磨テーブル３０Ａに設けられウェハＷの膜厚を検出する複数の膜厚センサ１３０と、を備える。保持部は、ウェハＷを研磨パッド１０の研磨面に沿って移動可能である。複数の膜厚センサ１３０は、ウェハＷが研磨パッド１０に対向する第１の位置αにあるときにウェハＷに対向して複数分布するとともに、ウェハＷが保持部によって移動されて研磨パッド１０に対向する第２の位置βにあるときにウェハＷに対向して複数分布する。
【選択図】図４

Description

本発明は、研磨装置、及び、基板処理装置に関するものである。

近年、半導体ウェハなどの基板に対して各種処理を行うために基板処理装置が用いられている。基板処理装置の一例としては、基板の研磨処理を行うためのＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）装置が挙げられる。

ＣＭＰ装置は、基板の研磨処理を行うための研磨装置、基板の洗浄処理及び乾燥処理を行うための洗浄装置、研磨装置へ基板を受け渡すとともに洗浄装置によって洗浄処理及び乾燥処理された基板を受け取るロード／アンロード装置などを備える。また、ＣＭＰ装置は、研磨装置、洗浄装置、及びロード／アンロード装置内で基板の搬送を行う搬送装置を備えている。ＣＭＰ装置は、搬送装置によって基板を搬送しながら研磨、洗浄、及び乾燥の各種処理を順次行う。

また、半導体デバイスの高集積化・高密度化に伴い、回路の配線がますます微細化し、多層配線の層数も増加している。回路の微細化を図りながら多層配線を実現するためには、半導体デバイス表面を精度よく平坦化処理する必要がある。

研磨装置は、研磨パッドが貼り付けられた研磨テーブルと、研磨対象物（例えば半導体ウェハなどの基板、又は基板の表面に形成された各種の膜）を保持するためのトップリングとを備えている。研磨装置は、研磨テーブルを回転させながら、トップリングに保持された研磨対象物を研磨パッドに押圧することによって研磨対象物を研磨する。

ところで、従来技術の研磨装置では、研磨対象物の下部に複数の膜厚モニタを設け、複数の膜厚モニタによって研磨対象物の膜厚をモニタリングすることにより、研磨対象物の平坦化することが知られている。

特開平１１−７７５２５号公報

しかしながら、従来技術は、研磨対象物を研磨しながら連続的に平坦度をモニタリングすることは考慮されていない。

すなわち、従来技術は、２つのローラの周りに巻き回されたベルトをローラの回転によって回転移動させながら、ベルトの直線状の部分に研磨対象物を押圧することによって研磨対象物を研磨するものである。また、ベルトを挟んで研磨対象物の反対側に設けられたプラテンには複数の開口が形成され、各開口にはそれぞれ膜厚モニタが設けられる。一方、ベルトには、プラテンの複数の開口に対応する複数の開口が形成されており、ベルトの回転移動によってベルトの開口とプラテンの開口とが整合するタイミングで研磨対象物の膜厚をモニタするものである。したがって、従来技術は、ベルトの開口とプラテンの開口とが整合するタイミングでしか研磨対象物の膜厚をモニタすることができないので、研磨対象物を研磨しながら連続的に平坦度をモニタリングすることは考慮されていない。

そこで、本願発明は、研磨対象物を研磨しながら連続的に平坦度をモニタリングすることを課題とする。

本願発明の研磨装置の一形態は、上記課題に鑑みなされたもので、研磨対象物を研磨するための研磨パッドが貼り付けられた研磨テーブルと、研磨対象物を保持し前記研磨パッドに押圧する保持部と、前記研磨テーブルに設けられ前記研磨対象物の膜厚を検出する複数の膜厚センサと、を備え、前記保持部は、前記研磨対象物を前記研磨パッドの研磨面に沿って移動可能であり、前記複数の膜厚センサは、前記研磨対象物が前記研磨パッドに対向する第１の位置にあるときに前記研磨対象物に対向して複数分布するとともに、前記研磨対象物が前記保持部によって移動されて前記研磨パッドに対向する第２の位置にあるときに前記研磨対象物に対向して複数分布する、ことを特徴とする。

また、研磨装置の一形態において、前記研磨テーブルは、固定されていてもよい。

また、研磨装置の一形態において、さらに、前記研磨テーブルに設けられ、前記研磨パッドの研磨面の反対側の裏面を押圧する押圧機構を備えることができる。

また、研磨装置の一形態において、前記押圧機構は、前記複数の膜厚センサと一対に設けられるか、前記複数の膜厚センサのそれぞれに対して複数設けられるか、又は、前記複数の膜厚センサを構成する複数の膜厚センサの組みに対して１つ設けられていてもよい。

また、研磨装置の一形態において、前記保持部は、第１のトップリングと、前記第１のトップリングと前記研磨パッドとの間に設けられ前記研磨対象物を保持する第２のトップリングと、前記第１のトップリングの中央に取り付けられた第１の回転軸と、前記第１のトップリングの中央以外の場所と前記第２のトップリングの中央とを連結する第２の回転軸と、前記第１の回転軸及び前記第２の回転軸を回転駆動する駆動部と、を備える、ことができる。

また、研磨装置の一形態において、前記保持部は、前記研磨対象物を保持するトップリングと、前記研磨対象物が前記研磨パッドの研磨面に沿って移動するように前記トップリングを直線状に往復移動させる駆動部と、を備える、ことができる。

また、研磨装置の一形態において、前記保持部は、前記トップリングの中央に取り付けられた回転軸と、前記回転軸を回転駆動する駆動部と、を備える、ことができる。

また、研磨装置の一形態において、前記押圧機構は、前記研磨テーブルに形成された穴に設けられたピストンと、前記研磨パッドの裏面を押圧する方向に前記ピストンを駆動可能な駆動機構と、を備える、ことができる。

また、研磨装置の一形態において、前記駆動機構は、流体を流入出可能な第１及び第２の連通口が形成されたシリンダと、前記シリンダ内の前記第１の連通口と連通する第１の空間と前記シリンダ内の前記第２の連通口と連通する第２の空間とを仕切る仕切り部材と、前記仕切り部材と前記ピストンとを連結する連結部材と、を備え、前記第１及び第２の連通口に対する前記流体の流入出によって前記ピストンを前記研磨パッドの裏面に対して接離する方向に駆動する流体シリンダを含む、ことができる。

また、研磨装置の一形態において、さらに、前記複数の膜厚センサによって検出された前記研磨対象物の１又は複数の測定点における時系列の膜厚データに基づいて、前記保持部に対して前記研磨対象物が位置ずれ又はスリップしたことを検出する制御部を備えてい
てもよい。

また、研磨装置の一形態において、前記制御部は、前記複数の膜厚センサによって検出された前記研磨対象物の１又は複数の測定点における時系列の膜厚データに基づいて、前記保持部に対する前記研磨対象物の位置ずれ又はスリップの量及び方向を検出し、検出した位置ずれ又はスリップの量に基づいて、前記研磨対象物の１又は複数の測定点を補正することができる。

また、本願発明の基板処理装置の一形態は、基板の研磨処理を行うための上記のいずれか研磨装置と、前記基板の洗浄処理及び乾燥処理を行うための洗浄装置と、前記研磨装置へ基板を受け渡すとともに前記洗浄装置によって洗浄処理及び乾燥処理された基板を受け取るロード／アンロード装置と、を備えることを特徴とする。

かかる本願発明によれば、研磨対象物を研磨しながら連続的に平坦度をモニタリングすることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置の全体構成を示す平面図である。 図２（ａ）は洗浄装置を示す平面図であり、図２（ｂ）は洗浄装置を示す側面図である。 図３は、第１実施形態の第１研磨装置を模式的に示す図である。 図４は、第１実施形態における膜厚センサの配置態様を示す図である。 図５は、第２実施形態の第１研磨装置を模式的に示す図である。 図６は、第２実施形態における膜厚センサの配置態様を示す図である。 図７は、第３実施形態の第１研磨装置を模式的に示す図である。 図８は、押圧機構の一例を示す図である。 図９は、押圧機構の一例を示す図である。

以下、本願発明の一実施形態に係る研磨装置、及び、基板処理装置を図面に基づいて説明する。以下では、基板処理装置の一例として、ＣＭＰ装置を説明するが、これには限られない。

まず、ＣＭＰ装置の全体構成について説明し、その後に研磨装置について説明する。

＜基板処理装置＞
図１は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置の全体構成を示す平面図である。図１に示すように、ＣＭＰ装置は、略矩形状のハウジング１を備えており、ハウジング１の内部は隔壁１ａ，１ｂによってロード／アンロード装置２と研磨装置３と洗浄装置４とに区画されている。ロード／アンロード装置２、研磨装置３、及び洗浄装置４は、それぞれ独立に組み立てられ、独立に排気される。また、洗浄装置４は、ＣＭＰ装置に関する各種制御を行う制御部５を有している。

＜ロード／アンロード装置＞
ロード／アンロード装置２は、多数のウェハ（基板）をストックするウェハカセットが載置される２つ以上（本実施形態では４つ）のフロントロード部２０を備えている。これらのフロントロード部２０はハウジング１に隣接して配置され、基板処理装置の幅方向（長手方向と垂直な方向）に沿って配列されている。フロントロード部２０には、オープン
カセット、ＳＭＩＦ（Standard Manufacturing Interface）ポッド、またはＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）を搭載することができるようになっている。ここで、ＳＭＩＦ、ＦＯＵＰは、内部にウェハカセットを収納し、隔壁で覆うことにより、外部空間とは独立した環境を保つことができる密閉容器である。

また、ロード／アンロード装置２には、フロントロード部２０の並びに沿って走行機構２１が敷設されており、この走行機構２１上にウェハカセットの配列方向に沿って移動可能な２台の搬送ロボット（ローダー、搬送機構）２２が設置されている。搬送ロボット２２は走行機構２１上を移動することによってフロントロード部２０に搭載されたウェハカセットにアクセスできるようになっている。各搬送ロボット２２は上下に２つのハンドを備えている。上側のハンドは、処理されたウェハをウェハカセットに戻すときに使用される。下側のハンドは、処理前のウェハをウェハカセットから取り出すときに使用される。このように、上下のハンドを使い分けることができるようになっている。さらに、搬送ロボット２２の下側のハンドは、その軸心周りに回転することで、ウェハを反転させることができるように構成されている。

ロード／アンロード装置２は最もクリーンな状態を保つ必要がある領域であるため、ロード／アンロード装置２の内部は、ＣＭＰ装置外部、研磨装置３、及び洗浄装置４のいずれよりも高い圧力に常時維持されている。研磨装置３は研磨液としてスラリーを用いるため最もダーティな領域である。したがって、研磨装置３の内部には負圧が形成され、その圧力は洗浄装置４の内部圧力よりも低く維持されている。ロード／アンロード装置２には、ＨＥＰＡフィルタ、ＵＬＰＡフィルタ、またはケミカルフィルタなどのクリーンエアフィルタを有するフィルタファンユニット（図示せず）が設けられており、このフィルタファンユニットからはパーティクルや有毒蒸気、有毒ガスが除去されたクリーンエアが常時吹き出している。

＜洗浄装置＞
図２（ａ）は洗浄装置４を示す平面図であり、図２（ｂ）は洗浄装置４を示す側面図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、洗浄装置４は、第１洗浄室１９０と、第１搬送室１９１と、第２洗浄室１９２と、第２搬送室１９３と、乾燥室１９４とに区画されている。第１洗浄室１９０内には、縦方向に沿って配列された上側一次洗浄モジュール２０１Ａ及び下側一次洗浄モジュール２０１Ｂが配置されている。上側一次洗浄モジュール２０１Ａは下側一次洗浄モジュール２０１Ｂの上方に配置されている。同様に、第２洗浄室１９２内には、縦方向に沿って配列された上側二次洗浄モジュール２０２Ａ及び下側二次洗浄モジュール２０２Ｂが配置されている。上側二次洗浄モジュール２０２Ａは下側二次洗浄モジュール２０２Ｂの上方に配置されている。一次及び二次洗浄モジュール２０１Ａ，２０１Ｂ，２０２Ａ，２０２Ｂは、洗浄液を用いてウェハを洗浄する洗浄機である。これらの一次及び二次洗浄モジュール２０１Ａ，２０１Ｂ，２０２Ａ，２０２Ｂは垂直方向に沿って配列されているので、フットプリント面積が小さいという利点が得られる。

上側二次洗浄モジュール２０２Ａと下側二次洗浄モジュール２０２Ｂとの間には、ウェハの仮置き台２０３が設けられている。乾燥室１９４内には、縦方向に沿って配列された上側乾燥モジュール２０５Ａ及び下側乾燥モジュール２０５Ｂが配置されている。これら上側乾燥モジュール２０５Ａ及び下側乾燥モジュール２０５Ｂは互いに隔離されている。上側乾燥モジュール２０５Ａ及び下側乾燥モジュール２０５Ｂの上部には、清浄な空気を乾燥モジュール２０５Ａ，２０５Ｂ内にそれぞれ供給するフィルタファンユニット２０７，２０７が設けられている。上側一次洗浄モジュール２０１Ａ、下側一次洗浄モジュール２０１Ｂ、上側二次洗浄モジュール２０２Ａ、下側二次洗浄モジュール２０２Ｂ、仮置き台２０３、上側乾燥モジュール２０５Ａ、及び下側乾燥モジュール２０５Ｂは、図示しないフレームにボルトなどを介して固定されている。

第１搬送室１９１には、上下動可能な第１搬送ロボット（搬送機構）２０９が配置され、第２搬送室１９３には、上下動可能な第２搬送ロボット２１０が配置されている。第１搬送ロボット２０９及び第２搬送ロボット２１０は、縦方向に延びる支持軸２１１，２１２にそれぞれ移動自在に支持されている。第１搬送ロボット２０９及び第２搬送ロボット２１０は、その内部にモータなどの駆動機構を有しており、支持軸２１１，２１２に沿って上下に移動自在となっている。第１搬送ロボット２０９は、搬送ロボット２２と同様に、上下二段のハンドを有している。第１搬送ロボット２０９は、図２（ａ）の点線が示すように、その下側のハンドが上述した仮置き台１８０にアクセス可能な位置に配置されている。第１搬送ロボット２０９の下側のハンドが仮置き台１８０にアクセスするときには、隔壁１ｂに設けられているシャッタ（図示せず）が開くようになっている。

第１搬送ロボット２０９は、仮置き台１８０、上側一次洗浄モジュール２０１Ａ、下側一次洗浄モジュール２０１Ｂ、仮置き台２０３、上側二次洗浄モジュール２０２Ａ、下側二次洗浄モジュール２０２Ｂの間でウェハＷを搬送するように動作する。洗浄前のウェハ（スラリーが付着しているウェハ）を搬送するときは、第１搬送ロボット２０９は、下側のハンドを用い、洗浄後のウェハを搬送するときは上側のハンドを用いる。第２搬送ロボット２１０は、上側二次洗浄モジュール２０２Ａ、下側二次洗浄モジュール２０２Ｂ、仮置き台２０３、上側乾燥モジュール２０５Ａ、下側乾燥モジュール２０５Ｂの間でウェハＷを搬送するように動作する。第２搬送ロボット２１０は、洗浄されたウェハのみを搬送するので、１つのハンドのみを備えている。図１に示す搬送ロボット２２は、その上側のハンドを用いて上側乾燥モジュール２０５Ａまたは下側乾燥モジュール２０５Ｂからウェハを取り出し、そのウェハをウェハカセットに戻す。搬送ロボット２２の上側ハンドが乾燥モジュール２０５Ａ，２０５Ｂにアクセスするときには、隔壁１ａに設けられているシャッタ（図示せず）が開くようになっている。

＜研磨装置＞
研磨装置３は、ウェハの研磨（平坦化）が行われる領域であり、第１研磨装置３Ａ、第２研磨装置３Ｂ、第３研磨装置３Ｃ、第４研磨装置３Ｄを備えている。これらの第１研磨装置３Ａ、第２研磨装置３Ｂ、第３研磨装置３Ｃ、及び第４研磨装置３Ｄは、図１に示すように、基板処理装置の長手方向に沿って配列されている。

図１に示すように、第１研磨装置３Ａは、研磨面を有する研磨パッド１０が取り付けられた研磨テーブル３０Ａと、ウェハを保持しかつウェハを研磨テーブル３０Ａ上の研磨パッド１０に押圧しながら研磨するための保持部３１Ａと、研磨パッド１０に研磨液やドレッシング液（例えば、純水）を供給するための研磨液供給ノズル３２Ａと、研磨パッド１０の研磨面のドレッシングを行うためのドレッサ３３Ａと、液体（例えば純水）と気体（例えば窒素ガス）の混合流体または液体（例えば純水）を霧状にして研磨面に噴射するアトマイザ３４Ａとを備えている。

第１研磨装置３Ａと同様に、第２研磨装置３Ｂは、研磨テーブル３０Ｂと、保持部３１Ｂと、研磨液供給ノズル３２Ｂと、ドレッサ３３Ｂと、アトマイザ３４Ｂとを備えている。第３研磨装置３Ｃは、研磨テーブル３０Ｃと、保持部３１Ｃと、研磨液供給ノズル３２Ｃと、ドレッサ３３Ｃと、アトマイザ３４Ｃとを備えている。第４研磨装置３Ｄは、研磨テーブル３０Ｄと、保持部３１Ｄと、研磨液供給ノズル３２Ｄと、ドレッサ３３Ｄと、アトマイザ３４Ｄとを備えている。

図１に示すように、第１研磨装置３Ａ及び第２研磨装置３Ｂに隣接して、第１リニアトランスポータ６が配置されている。この第１リニアトランスポータ６は、研磨装置３Ａ，３Ｂが配列する方向に沿った４つの搬送位置（ロード／アンロード装置側から順番に第１
搬送位置ＴＰ１、第２搬送位置ＴＰ２、第３搬送位置ＴＰ３、第４搬送位置ＴＰ４とする）の間でウェハＷを搬送する機構である。

また、第３研磨装置３Ｃ及び第４研磨装置３Ｄに隣接して、第２リニアトランスポータ７が配置されている。この第２リニアトランスポータ７は、研磨装置３Ｃ，３Ｄが配列する方向に沿った３つの搬送位置（ロード／アンロード装置側から順番に第５搬送位置ＴＰ５、第６搬送位置ＴＰ６、第７搬送位置ＴＰ７とする）の間でウェハＷを搬送する機構である。

ウェハＷは、第１リニアトランスポータ６によって研磨装置３Ａ，３Ｂに搬送される。第１研磨装置３Ａの保持部３１Ａは、トップリングヘッドのスイング動作により研磨位置と第２搬送位置ＴＰ２との間を移動する。したがって、保持部３１Ａへのウェハの受け渡しは第２搬送位置ＴＰ２で行われる。同様に、第２研磨装置３Ｂの保持部３１Ｂは研磨位置と第３搬送位置ＴＰ３との間を移動し、保持部３１ＢへのウェハＷの受け渡しは第３搬送位置ＴＰ３で行われる。第３研磨装置３Ｃの保持部３１Ｃは研磨位置と第６搬送位置ＴＰ６との間を移動し、保持部３１ＣへのウェハＷの受け渡しは第６搬送位置ＴＰ６で行われる。第４研磨装置３Ｄの保持部３１Ｄは研磨位置と第７搬送位置ＴＰ７との間を移動し、保持部３１ＤへのウェハＷの受け渡しは第７搬送位置ＴＰ７で行われる。

第１搬送位置ＴＰ１には、搬送ロボット２２からウェハを受け取るためのリフタ１１が配置されている。ウェハＷはこのリフタ１１を介して搬送ロボット２２から第１リニアトランスポータ６に渡される。リフタ１１と搬送ロボット２２との間に位置して、シャッタ（図示せず）が隔壁１ａに設けられており、ウェハＷの搬送時にはシャッタが開かれて搬送ロボット２２からリフタ１１にウェハが渡されるようになっている。また、第１リニアトランスポータ６と、第２リニアトランスポータ７と、洗浄装置４との間にはスイングトランスポータ１２が配置されている。スイングトランスポータ１２は、第４搬送位置ＴＰ４と第５搬送位置ＴＰ５との間を移動可能なハンドを有しており、第１リニアトランスポータ６から第２リニアトランスポータ７へのウェハの受け渡しは、スイングトランスポータ１２によって行われる。ウェハＷは、第２リニアトランスポータ７によって第３研磨装置３Ｃ及び／又は第４研磨装置３Ｄに搬送される。また、研磨装置３で研磨されたウェハＷはスイングトランスポータ１２を経由して洗浄装置４に搬送される。

第１研磨装置３Ａ、第２研磨装置３Ｂ、第３研磨装置３Ｃ、及び第４研磨装置３Ｄは、互いに同一の構成を有しているので、以下、第１研磨装置３Ａについて説明する。

＜第１実施形態＞
図３は、第１実施形態の第１研磨装置３Ａを模式的に示す図である。図３に示すように、第１研磨装置３Ａは、研磨対象物であるウェハＷを研磨するための研磨パッド１０が貼り付けられた研磨テーブル３０Ａと、ウェハＷを保持し研磨パッド１０に押圧する保持部３１Ａと、研磨テーブル３０Ａに設けられウェハＷの膜厚を検出する複数の膜厚センサ１３０と、を備える。研磨パッド１０の上面はウェハＷを研磨する研磨面となる。研磨時には、研磨液供給ノズル３２Ａから研磨パッド１０の研磨面に研磨液が供給され、研磨対象であるウェハＷが保持部３１Ａによって研磨面に押圧されて研磨される。なお、膜厚センサ１３０は、例えば、渦電流センサ（Ｒ−ＥＣＭ）、光学式センサ（Ｓ−ＯＰＭ）、又は磁気センサなどが挙げられるが、これらには限られない。

保持部３１Ａは、第１のトップリング３１１と、第１のトップリング３１１と研磨パッド１０との間に設けられ真空吸着によりウェハＷを保持する第２のトップリング３１２と、第１のトップリング３１１の中央に取り付けられ上方へ延伸する第１の回転軸３１３と、第１のトップリング３１１の中央以外の場所と第２のトップリング３１２の中央とを連
結する第２の回転軸３１４と、第１の回転軸３１３を回転駆動する第１の駆動部３１５と、第２の回転軸３１４を回転駆動する駆動部３１６、を備える。なお、本実施形態では、第１の駆動部３１５と第２の駆動部３１６は、第１の回転軸３１３と第２の回転軸３１４とを互いに反対方向に回転駆動するが、これには限られない。また、本実施形態では、ウェハＷは、保持部３１Ａによって、ウェハＷ自体が回転（自転）しながら、研磨テーブル３０Ａ（研磨パッド１０）の中心周りに回転（公転）する。このため、本実施形態では、研磨テーブル３０Ａは回転又は移動などせず固定又は静止されているが、これには限られない。

保持部３１Ａは、第１の回転軸３１３周りに第１のトップリング３１１を回転させるとともに第２の回転軸周りに第２のトップリング３１２を回転させながら、ウェハＷを研磨パッド１０へ押圧することができる。保持部３１Ａは、第１の回転軸３１３周りに第１のトップリング３１１を回転させることによって、ウェハＷを研磨パッド１０の研磨面に沿って移動可能である。

図４は、第１実施形態における膜厚センサ１３０の配置態様を示す図である。図４に示すように、膜厚センサ１３０は、研磨テーブル３０Ａに格子状に多数配置される。具体的には、膜厚センサ１３０は、第１の回転軸３１３周りに第１のトップリング３１１を回転させることによってウェハＷが移動する領域に対向して配置される。なお、研磨テーブル３０Ａの中央の領域はウェハＷが通過しないので膜厚センサ１３０は配置されない。その結果、膜厚センサ１３０は、ドーナツ状に複数配置される。なお、膜厚センサ１３０の配置は格子状には限られない。また、膜厚センサ１３０の配置間隔、及び、配置個数は、ウェハＷに求められる平坦度の精度などに応じて適宜選択することができる。

また、複数の膜厚センサ１３０は、ウェハＷが研磨パッド１０に対向する第１の位置αにあるときにウェハＷに対向して複数分布するとともに、ウェハＷが保持部３１Ａによって移動されて研磨パッド１０に対向する第１の位置αとは異なる第２の位置βにあるときにもウェハＷに対向して複数分布している。なお、第１の位置αと第２の位置βは、ウェハＷが相互に重ならない位置関係である。また、第１の位置αと第２の位置βとの間のウェハＷの移動軌跡には、ウェハＷが研磨パッド１０に対向する位置が複数あるが、これら複数の位置のいずれにおいても、複数の膜厚センサ１３０がウェハＷに対向して複数分布している。

以上、本実施形態によれば、ウェハＷを研磨しながら連続的に平坦度をモニタリングすることができる。すなわち、本実施形態では、ウェハＷの研磨工程においてウェハＷが移動する軌跡上には、複数の膜厚センサ１３０がウェハＷに対向して分布している。したがって、ウェハＷを研磨しながら連続的にウェハＷの複数箇所の膜厚を検出することができる。その結果、ウェハＷを研磨しながら連続的に平坦度をモニタリングすることができる。

さらに、本実施形態によれば、研磨テーブル３０Ａが固定されているので、研磨テーブル３０Ａに複数の膜厚センサ１３０を容易に配置することができる。すなわち、研磨テーブル３０Ａが例えば回転する場合には、回転体である研磨テーブル３０Ａに研磨テーブル３０Ａに冷却水又は膜厚センサ１３０用の純水などの流体を供給したり、膜厚センサ１３０などの電気部品のための配線を供給したりするために、ロータリジョイント及びロータリコネクタなどが必要になる。ロータリジョイント及びロータリコネクタなどを設ける場合には、特に、研磨テーブル３０Ａに流体を供給するための系統数などに制限が生じるため、複数の膜厚センサ１３０を配置することが難しくなるおそれがある。これに対して、本実施形態は、研磨テーブル３０Ａが固定されているので、ロータリジョイント及びロータリコネクタなどが不要となり、その結果、研磨テーブル３０Ａに複数の膜厚センサ１３
０を容易に配置することができる。

＜第２実施形態＞
図５は、第２実施形態の第１研磨装置３Ａを模式的に示す図である。図５に示すように、第１研磨装置３Ａは、研磨対象物であるウェハＷを研磨するための研磨パッド１０が貼り付けられた研磨テーブル３０Ａと、ウェハＷを保持し研磨パッド１０に押圧する保持部３１Ａと、研磨テーブル３０Ａに設けられウェハＷの膜厚を検出する複数の膜厚センサ１３０と、を備える。研磨パッド１０の上面はウェハＷを研磨する研磨面となる。研磨時には、研磨液供給ノズル３２Ａから研磨パッド１０の研磨面に研磨液が供給され、研磨対象であるウェハＷが保持部３１Ａによって研磨面に押圧されて研磨される。なお、膜厚センサ１３０は、例えば、渦電流センサ（Ｒ−ＥＣＭ）、光学式センサ（Ｓ−ＯＰＭ）、又は磁気センサなどが挙げられるが、これらには限られない。

保持部３１Ａは、真空吸着によりウェハＷを保持するトップリング３２１と、トップリング３２１の中央に取り付けられ上方へ延伸する回転軸３２２と、回転軸３２２を回転駆動する駆動部３２３と、ウェハＷが研磨パッド１０の研磨面に沿って移動するようにトップリング３２１を直線状に往復移動させる駆動部３２４と、を備える。なお、本実施形態では、ウェハＷは、保持部３１Ａによって、ウェハＷ自体が回転（自転）しながら、研磨パッド１０の研磨面に沿って往復移動する。このため、本実施形態では、研磨テーブル３０Ａは回転又は移動などせず固定されているが、これには限られない。また、本実施形態では、駆動部３２３によってウェハＷを回転させながら駆動部３２４によってウェハＷを直線状に往復移動させる例を示すが、これに限らず、例えば、ウェハＷを回転させずに駆動部３２４によってウェハＷを直線状に往復移動させてもよい。

図６は、第２実施形態における膜厚センサ１３０の配置態様を示す図である。図６に示すように、研磨テーブル３０Ａは矩形状に形成される。また、図６に示すように、膜厚センサ１３０は、研磨テーブル３０Ａに格子状に多数配置される。具体的には、膜厚センサ１３０は、駆動部３２４によってウェハＷが移動する領域に対向して配置される。なお、膜厚センサ１３０の配置は格子状には限られない。また、膜厚センサ１３０の配置間隔、及び、配置個数は、ウェハＷに求められる平坦度の精度などに応じて適宜選択することができる。

また、複数の膜厚センサ１３０は、ウェハＷが研磨パッド１０に対向する第１の位置αにあるときにウェハＷに対向して複数分布するとともに、ウェハＷが保持部３１Ａによって移動されて研磨パッド１０に対向する第１の位置αとは異なる第２の位置βにあるときにもウェハＷに対向して複数分布している。なお、第１の位置αと第２の位置βは、ウェハＷが相互に重ならない位置関係である。また、第１の位置αと第２の位置βとの間のウェハＷの移動軌跡には、ウェハＷが研磨パッド１０に対向する位置が複数あるが、これら複数の位置のいずれにおいても、複数の膜厚センサ１３０がウェハＷに対向して複数分布している。

以上、本実施形態によれば、ウェハＷを研磨しながら連続的に平坦度をモニタリングすることができる。すなわち、本実施形態では、ウェハＷの研磨工程においてウェハＷが移動する軌跡上には、複数の膜厚センサ１３０がウェハＷに対向して分布している。したがって、ウェハＷを研磨しながら連続的にウェハＷの複数箇所の膜厚を検出することができる。その結果、ウェハＷを研磨しながら連続的に平坦度をモニタリングすることができる。

さらに、本実施形態によれば、研磨テーブル３０Ａが固定されているので、研磨テーブル３０Ａに複数の膜厚センサ１３０を容易に配置することができる。すなわち、研磨テー
ブル３０Ａが例えば回転する場合には、回転体である研磨テーブル３０Ａに研磨テーブル３０Ａに冷却水又は膜厚センサ１３０用の純水などの流体を供給したり、膜厚センサ１３０などの電気部品のための配線を供給したりするために、ロータリジョイント及びロータリコネクタなどが必要になる。ロータリジョイント及びロータリコネクタなどを設ける場合には、特に、研磨テーブル３０Ａに流体を供給するための系統数などに制限が生じるため、複数の膜厚センサ１３０を配置することが難しくなるおそれがある。これに対して、本実施形態は、研磨テーブル３０Ａが固定されているので、ロータリジョイント及びロータリコネクタなどが不要となり、その結果、研磨テーブル３０Ａに複数の膜厚センサ１３０を容易に配置することができる。

＜第３実施形態＞
上記の第１及び第２実施形態では、研磨テーブル３０Ａに複数の膜厚センサ１３０を配置する例を示したが、これに限らず、研磨テーブル３０Ａに、研磨パッド１０の研磨面の反対側の裏面を押圧する押圧機構を配置することもできる。

図７は、第３実施形態の第１研磨装置３Ａを模式的に示す図である。図７に示すように、押圧機構３００は研磨テーブル３０Ａ内に複数配置される。また、図７に示すように、押圧機構３００は、複数の膜厚センサ１３０と一対に複数設けることができる。ただし、押圧機構３００の配置態様は、図７に示す場合には限られない。例えば、２つの膜厚センサ１３０に対して１つの押圧機構３００を設けることができる。この場合、例えば、２つの膜厚センサ１３０の中央に押圧機構３００を設けることができる。また、例えば、４つの膜厚センサ１３０に対して１つの押圧機構３００を設けることができる。この場合、例えば、矩形状に配置された４つの膜厚センサ１３０の中央に押圧機構３００を設けることができる。

図８，９は、押圧機構３００の一例を示す図である。なお、図８，９では、１つの押圧機構３００を代表的に図示しているが、実際には、押圧機構３００は上述のように複数配置される。なお、押圧機構３００は、複数の膜厚センサ１３０と一対に設けられていてもよいし、複数の膜厚センサ１３０のそれぞれに対して複数設けられていてもよい。また、押圧機構３００は、複数の膜厚センサ１３０を構成する複数の膜厚センサの組みに対して１つ設けられていてもよい。

図８に示すように、研磨装置３Ａは、ウェハＷの平坦化に関する各種の操作指令を入力したり、ウェハＷの平坦化に関する各種情報を出力したりするための操作パネル１３５と、研磨装置３Ａの各部品を制御する制御部５と、を備える。

制御部５は、ウェハＷの研磨工程において、研磨テーブル３０Ａに貼り付けられた研磨パッド１０の研磨面の反対側の裏面１０ｂを押圧するためのコントローラである。

また、研磨装置３Ａは、押圧機構３００を動作させるための圧縮空気ライン１５２を備える。圧縮空気ライン１５２には、圧力レギュレータ１５６が設けられている。圧縮空気ライン１５２は、圧力レギュレータ１５６の下流側で２系統の圧縮空気ライン１５２−１，１５２−２に分岐されている。圧縮空気ライン１５２−１，１５２−２にはそれぞれ、ラインを開閉するバルブ１５８−１，１５８−２が設けられる。圧力レギュレータ１５６は、圧縮空気ライン１５２から注入される空気の圧力を、例えば高圧，低圧などに制御する電空レギュレータである。なお、圧力レギュレータ１５６は、電空レギュレータには限定されない。

図８，図９に示すように、研磨テーブル３０Ａには、穴１１１が形成されている。具体的には、研磨テーブル３０Ａには、研磨パッド１０が貼り付けられる貼り付け面３０Ａａ
と貼り付け面３０Ａａ以外の面（本実施形態では、研磨テーブル３０Ａの裏面３０Ａｂ）とを連通する穴（連通路）１１１が形成されている。

また、研磨テーブル３０Ａの裏面側には、研磨工程において、研磨パッド１０の研磨面の反対側の裏面１０ｂを押圧する押圧機構３００が設けられている。

押圧機構３００は、穴１１１に設けられたピストン３１０と、研磨工程において研磨パッド１０の裏面１０ｂを押圧する方向にピストン３１０を駆動可能な駆動機構３２０と、を備える。駆動機構３２０は、研磨テーブル３０Ａの裏面側に取り付けられた筐体３３０内に収容されている。ピストン３１０は、研磨工程の際に研磨パッド１０の裏面１０ｂを押圧する押圧面３１０ａを有する。

また、押圧機構３００は、ピストン３１０が研磨テーブル３０Ａの裏面３０Ａｂへ向かう方向（ピストン３１０が研磨パッド１０の裏面１０ｂから離れる方向）へ移動した際に、ピストン３１０の移動を規制するストッパ部材３４０を備える。具体的には、ストッパ部材３４０は、円筒状部３４０−ａと、円筒状部３４０−ａの一方の端部から外方へ張り出すフランジ部３４０−ｂとを有する。

また、押圧機構３００は、ピストン３１０がストッパ部材３４０によって移動を規制された状態において、ピストン３１０の押圧面３１０ａと、研磨テーブル３０Ａの貼り付け面３０Ａａとが同一面になるように、ストッパ部材３４０の位置を調整するシム部材３５０を備える。

具体的には、シム部材３５０は円板状に形成され、円板の中央に穴が形成されている。ストッパ部材３４０は、円筒状部３４０−ａの他方の端部がシム部材３５０の穴を介して穴１１１に挿入され、フランジ部３４０−ｂがシム部材３５０を介して研磨テーブル３０Ａの裏面３０Ａｂにねじ３４２によって固定されることによって、研磨テーブル３０Ａに取り付けられる。

ピストン３１０が研磨テーブル３０Ａの裏面３０Ａｂへ向かう方向へ移動すると、ピストン３１０が円筒状部３４０−ａの他方の端部に当接することによって移動が規制される。押圧機構３００は、シム部材３５０の厚みを調節することによって、ピストン３１０がストッパ部材３４０によって移動を規制された状態においてピストン３１０の押圧面３１０ａと研磨テーブル３０Ａの貼り付け面３０Ａａとを同一面にすることができる。

駆動機構３２０は、流体（空気等）を流入出可能な第１及び第２の連通口３６０ａ，３６０ｂが形成されたシリンダ３６０と、仕切り部材３７０と、を備える。仕切り部材３７０は、シリンダ３６０内の第１の連通口３６０ａと連通する第１の空間３６２と、シリンダ３６０内の第２の連通口３６０ｂと連通する第２の空間３６４と、を仕切る部材である。また、駆動機構３２０は、仕切り部材３７０とピストン３１０とを連結する連結部材３８０を備える。

駆動機構３２０は、第１及び第２の連通口３６０ａ，３６０ｂに対する流体の流入出によってピストン３１０を研磨パッド１０の裏面１０ｂに対して接離する方向に駆動する流体シリンダを含んでいる。ただし、駆動機構３２０は、流体シリンダに限らず、研磨工程において、研磨パッド１０の裏面１０ｂを押圧する方向にピストンを駆動可能なものであればよい。例えば、押圧機構は、ステッピングモータを用いてピストンを駆動してもよい。また、押圧機構は、袋状部材に流体を出し入れすることによって研磨パッド１０を押圧可能なエアバッグ型の押圧機構であってもよい。

また、図８，９においては、シリンダ３６０が研磨テーブル３０Ａの外部に設けられる例を示したが、これには限られない。シリンダ３６０は、研磨テーブル３０Ａに形成された穴１１１の一部によって形成されてもよい。これによれば、研磨テーブル３０Ａの裏面側に筐体３３０を取り付ける必要がないので、押圧機構３００をコンパクトに形成することができる。

また、図８，図９に示すように、圧縮空気ライン１５２−１，１５２−２はそれぞれ、第１及び第２の連通口３６０ａ，３６０ｂに接続される。圧縮空気ライン１５２−１には、ピストン３１０が下降する際のスピードを調整するためのスピードコントロールバルブ１８２が設けられている。また、圧縮空気ライン１５２−２には、ピストン３１０が上昇する際のスピードを調整するためのスピードコントロールバルブ１８４、及びピストン３１０が研磨テーブルから急に飛び出すのを防止するためのスピードコントロールバルブ１８６が設けられている。

本実施形態によれば、第１，第２実施形態と同様の効果に加えて、ウェハＷの平坦度を向上させることができる。すなわち、本実施形態では、複数の押圧機構３００が配置されている。これにより、複数の膜厚センサ１３０によってウェハＷの膜厚を複数ポイントで計測し、複数ポイントの計測結果に基づいてウェハＷの平坦度をモニタする結果、膜厚がウェハＷの他の場所に比べて厚い場所を検出することができる。この場合、膜厚が厚い場所に対応する押圧機構３００によって研磨パッド１０を押圧することによって、膜厚が厚い場所の研磨レートを向上させ、その結果、ウェハＷの平坦度を向上させることができる。

なお、上記第１〜第３実施形態において、制御部５は、複数の膜厚センサ１３０によって検出されたウェハＷの１又は複数の測定点における時系列の膜厚データに基づいて、トップリング３１２，３２１に対してウェハＷが位置ずれ又はスリップしたことを検出することができる。また、制御部５は、複数の膜厚センサ１３０によって検出されたウェハＷの１又は複数の測定点における時系列の膜厚データに基づいて、トップリング３１２，３２１に対するウェハＷの位置ずれ又はスリップの量及び方向を検出し、検出した位置ずれ又はスリップの量に基づいて、ウェハＷの１又は複数の測定点を補正することができる。すなわち、上記第１〜第３実施形態を実現した場合、ウェハプロファイルの取得が可能となる。従来技術の構成では、トップリング及び研磨テーブルの回転数からウェハ上の位置の特定は可能であったが、トップリング内のウェハ位置ズレ、スリップについては計算から想定できない座標のズレが起こり得る。そこで、ウェハ上の適当な１又は複数の測定点を常時監視して、トップリング内で生じたウェハの位置ズレ、スリップに対しても補正を行うためのデータを取得することによって、ウェハの位置ズレ、スリップを補正することが可能となる。例えば、位置ズレ、スリップは、いくつかの測定点の組み合わせで膜厚を監視し、膜厚が突然大きく変化したりした場合に検出することができる。

２ ロード／アンロード装置
３ 研磨装置
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ 研磨装置
４ 洗浄装置
１０ 研磨パッド
３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ 研磨テーブル
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ 保持部
１１１ 穴
１３０ 膜厚センサ
３００ 押圧機構
３１０ ピストン
３１１ 第１のトップリング
３１２ 第２のトップリング
３１３ 第１の回転軸
３１４ 第２の回転軸
３１５ 第１の駆動部
３１６ 第２の駆動部
３２０ 駆動機構
３２１ トップリング
３２２ 回転軸
３２３ 駆動部
３２４ 駆動部
３３０ 筐体
３６０ シリンダ
３６０ａ 第１の連通口
３６０ｂ 第２の連通口
３６２ 第１の空間
３６４ 第２の空間
３７０ 仕切り部材
３８０ 連結部材
Ｗ ウェハ
α 第１の位置
β 第２の位置

Claims (12)

1. 研磨対象物を研磨するための研磨パッドが貼り付けられた研磨テーブルと、
   研磨対象物を保持し前記研磨パッドに押圧する保持部と、
   前記研磨テーブルに設けられ前記研磨対象物の膜厚を検出する複数の膜厚センサと、
   を備えた研磨装置において、
   前記保持部は、前記研磨対象物を前記研磨パッドの研磨面に沿って移動可能であり、
   前記複数の膜厚センサは、前記研磨対象物が前記研磨パッドに対向する第１の位置にあるときに前記研磨対象物に対向して複数分布するとともに、前記研磨対象物が前記保持部によって移動されて前記研磨パッドに対向する第２の位置にあるときに前記研磨対象物に対向して複数分布する、
   ことを特徴とする研磨装置。
2. 請求項１の研磨装置において、
   前記研磨テーブルは、固定されている、
   ことを特徴とする研磨装置。
3. 請求項１又は２の研磨装置において、さらに、
   前記研磨テーブルに設けられ、前記研磨パッドの研磨面の反対側の裏面を押圧する押圧機構を備える、
   ことを特徴とする研磨装置。
4. 請求項３の研磨装置において、
   前記押圧機構は、前記複数の膜厚センサと一対に設けられるか、前記複数の膜厚センサのそれぞれに対して複数設けられるか、又は、前記複数の膜厚センサを構成する複数の膜厚センサの組みに対して１つ設けられる、
   ことを特徴とする研磨装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項の研磨装置において、
   前記保持部は、第１のトップリングと、前記第１のトップリングと前記研磨パッドとの間に設けられ前記研磨対象物を保持する第２のトップリングと、前記第１のトップリングの中央に取り付けられた第１の回転軸と、前記第１のトップリングの中央以外の場所と前記第２のトップリングの中央とを連結する第２の回転軸と、前記第１の回転軸及び前記第２の回転軸を回転駆動する駆動部と、を備える、
   ことを特徴とする研磨装置。
6. 請求項１〜４のいずれか１項の研磨装置において、
   前記保持部は、前記研磨対象物を保持するトップリングと、前記研磨対象物が前記研磨パッドの研磨面に沿って移動するように前記トップリングを直線状に往復移動させる駆動部と、を備える、
   ことを特徴とする研磨装置。
7. 請求項６の研磨装置において、
   前記保持部は、前記トップリングの中央に取り付けられた回転軸と、前記回転軸を回転駆動する駆動部と、を備える、
   ことを特徴とする研磨装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項の研磨装置において、
   前記押圧機構は、前記研磨テーブルに形成された穴に設けられたピストンと、
   前記研磨パッドの裏面を押圧する方向に前記ピストンを駆動可能な駆動機構と、を備え
   る、
   ことを特徴とする研磨装置。
9. 請求項８の研磨装置において、
   前記駆動機構は、
   流体を流入出可能な第１及び第２の連通口が形成されたシリンダと、
   前記シリンダ内の前記第１の連通口と連通する第１の空間と前記シリンダ内の前記第２の連通口と連通する第２の空間とを仕切る仕切り部材と、
   前記仕切り部材と前記ピストンとを連結する連結部材と、
   を備え、前記第１及び第２の連通口に対する前記流体の流入出によって前記ピストンを前記研磨パッドの裏面に対して接離する方向に駆動する流体シリンダを含む、
   ことを特徴とする研磨装置。
10. 請求項１の研磨装置において、さらに、
    前記複数の膜厚センサによって検出された前記研磨対象物の１又は複数の測定点における時系列の膜厚データに基づいて、前記保持部に対して前記研磨対象物が位置ずれ又はスリップしたことを検出する制御部を備える、
    ことを特徴とする研磨装置。
11. 請求項１０の研磨装置において、
    前記制御部は、前記複数の膜厚センサによって検出された前記研磨対象物の１又は複数の測定点における時系列の膜厚データに基づいて、前記保持部に対する前記研磨対象物の位置ずれ又はスリップの量及び方向を検出し、検出した位置ずれ又はスリップの量に基づいて、前記研磨対象物の１又は複数の測定点を補正する、
    ことを特徴とする研磨装置。
12. 基板の研磨処理を行うための請求項１〜１１のいずれか１項の研磨装置と、
    前記基板の洗浄処理及び乾燥処理を行うための洗浄装置と、
    前記研磨装置へ基板を受け渡すとともに前記洗浄装置によって洗浄処理及び乾燥処理された基板を受け取るロード／アンロード装置と、
    を備えることを特徴とする基板処理装置。