JP2018114559A

JP2018114559A - 研磨装置

Info

Publication number: JP2018114559A
Application number: JP2017004807A
Authority: JP
Inventors: 仕強呉; Shijiang Wu
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2017-01-16
Filing date: 2017-01-16
Publication date: 2018-07-26
Anticipated expiration: 2037-01-16
Also published as: JP6906312B2

Abstract

【課題】保持テーブルの中心に対するウエーハの中心のずれを検出できる研磨装置を提供する。【解決手段】研磨装置は、ウエーハ（Ｗ）を保持する保持面（４２）を有する保持テーブル（４１）を回転可能に装着する保持手段（４０）と、研磨パッド（５３）を回転可能に装着しウエーハに研磨パッドを押し付けてウエーハを研磨する研磨手段（５１）と、研磨手段を保持テーブルに対して垂直方向に研磨送りする研磨送り手段（６１）と、研磨手段もしくは保持手段に配設し研磨パッドをウエーハに押し付ける押し付け力を測定する押し付け力測定部（９１ａ、９１ｂ）と、を備える。研磨加工中において押し付け力測定部が測定する押し付け力に保持テーブルの回転数に同期した周期的な変化が存在していたら、保持テーブルの中心に対してウエーハの中心がずれていると判断する判断手段（７１）を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、ウエーハを研磨加工する研磨装置に関する。

ウエーハを研磨する研磨装置では、ウエーハを保持する保持テーブルと、スピンドルの下部にウエーハより径が大きい研磨パッドを設けて構成される研磨手段とを備えている。保持テーブルが回転するとともに、スピンドルにより回転される研磨パッドがＺ軸方向に研磨送りされることで保持テーブル上のウエーハに押し付けられ、ウエーハが研磨される。保持テーブルの回転軸と研磨パッドの回転軸は間隔を開けて配置されており、研磨パッドがウエーハの上面を覆った状態でウエーハは加工される（例えば、特許文献１、２参照）。

ところで、加工前のウエーハは、位置決め機構でセンタリングされた後、搬送手段の搬送パッドにより保持されて保持テーブルに搬送される。これにより、ウエーハを保持テーブルが保持した際、ウエーハの中心と保持テーブルの中心とは一致する。そして、保持テーブル及びウエーハの中心を回転軸にして、保持テーブル及びウエーハが回転されウエーハが研磨される。

特許第４７５４８７０号公報特許第５７３５２６０号公報

しかしながら、ウエーハの搬送の際に、保持テーブルの中心に対してウエーハの中心が一致しない状態でウエーハが保持テーブルに保持される場合がある。この状態でウエーハに研磨パッドが押し付けられると、ウエーハが安定に研磨されないため振動が発生する。このため、ウエーハの研磨面に斑が発生して加工不良となる問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、保持テーブルの中心に対するウエーハの中心のずれを検出できる研磨装置を提供することを目的の一つとする。

本発明の一態様の研磨装置は、ウエーハを保持する保持面を有する保持テーブルを回転可能に装着する保持手段と、ウエーハを研磨する研磨面を有する研磨パッドを回転可能に装着し保持テーブルが保持したウエーハに研磨パッドを押し付けてウエーハを研磨する研磨手段と、研磨手段を保持テーブルに保持面に対して垂直方向に研磨送りする研磨送り手段と、研磨手段もしくは保持手段に配設し研磨パッドをウエーハに押し付ける押し付け力を測定する押し付け力測定部と、を備える研磨装置であって、保持テーブルの回転軸心と研磨パッドの回転軸心とは、保持面方向において一致していない位置に位置づけられていて、研磨加工中において押し付け力測定部が測定する押し付け力に保持テーブルの回転数に同期した周期的な変化が存在していたら、保持テーブルの中心に対して保持テーブルが保持しているウエーハの中心がずれていると判断する判断手段を備え、判断手段によりウエーハの研磨加工不良を防止するために研磨加工を中断させることを可能にする。

この構成によれば、押し付け力測定部を用いて、研磨加工中に生じる研磨パッドのウエーハに対する押し付け力の変化を測定し、保持テーブルの回転数に同期した周期的な変化を検出することにより保持テーブルの中心に対するウエーハの中心のずれを検出できる。ずれを検出した際は研磨加工が中断されるため、ウエーハの研磨不良を防止できる。

本発明によれば、保持テーブルの中心に対するウエーハの中心のずれを検出できる。

本実施の形態に係るＣＭＰ研磨装置の斜視図である。本実施の形態に係る押し付け力測定部が配設された研磨手段及び保持手段の断面図である。本実施の形態に係る保持テーブルの中心に対してウエーハの中心が一致している様子を示す図である。本実施の形態に係る保持テーブルの中心に対してウエーハの中心がずれている様子を示す図である。本実施の形態に係る保持テーブルの中心に対してウエーハの中心がずれている他の例の様子を示す図である。変形例に係る押し付け力測定部が配設された保持手段及び研磨手段の断面図である。本実施の形態に係る電圧値と閾値との関係を示す図である。変形例に係る振幅と閾値との関係を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係るＣＭＰ研磨装置について説明する。図１は、本実施の形態に係るＣＭＰ研磨装置の斜視図である。なお、本実施の形態に係るＣＭＰ研磨装置は、図１に示すように研磨加工専用の装置構成に限定されず、例えば、研削加工、研磨加工、洗浄加工等の一連の加工が全自動で実施されるフルオートタイプの加工装置に組み込まれてもよい。

図１に示すように、ＣＭＰ研磨装置１は、フルオートタイプの加工装置であり、被加工物であるウエーハＷに対して搬入処理、研磨加工、洗浄処理、搬出処理からなる一連の作業を全自動で実施するように構成されている。ウエーハＷは、略円板状に形成されており、表面に格子状に配列された図示しない分割予定ラインによって複数の領域に区画されている。分割予定ラインによって区画された各領域には、ＩＣ，ＬＳＩなどのデバイスが形成されている。

ウエーハＷの裏面加工時にデバイスを保護するため、ウエーハＷの表面には保護テープＴ（図２参照）が貼着されている。このように構成されたウエーハＷは、搬入側のカセットＣに収容された状態でＣＭＰ研磨装置１に搬入される。

ウエーハＷは、特に限定されないが、例えば、シリコン（Ｓｉ），ガリウムヒ素（ＧａＡｓ），シリコンカーバイト（ＳｉＣ）などの半導体ウエーハや、セラミック、ガラス、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）系の無機材料基板、板状金属や樹脂の延性材料が挙げられる。

ＣＭＰ研磨装置１の基台１１の前側には、複数のウエーハＷが収容された一対のカセットＣ（一つは不図示）が載置されている。一対のカセットＣの後方には、カセットＣに対してウエーハＷを出し入れするカセットロボット１６が設けられている。カセットロボット１６の一方側には、加工前のウエーハＷの中心位置を検出する検出手段としてのウエーハ位置検出部２１が設けられている。また、カセットロボット１６の他方側には、加工済みのワークＷを洗浄する洗浄機構２６が設けられている。ウエーハ位置検出部２１と洗浄機構２６の間には、加工前のウエーハＷを保持テーブル４１に搬入する搬入手段３１と、保持テーブル４１から加工済みのウエーハＷを搬出する搬出手段３６とが設けられている。

カセットロボット１６は、多節リンクからなるロボットアーム１７の先端にハンド部１８を設けて構成されている。カセットロボット１６では、カセットＣから後述するウエーハ位置検出部２１に加工前のウエーハＷが搬送される他、洗浄機構２６からカセットＣに加工済みのウエーハＷが搬送される。

ウエーハ位置検出部２１は、カセットロボット１６によりウエーハＷが載置される支持テーブル２２と、支持テーブル２２に載置されたウエーハＷを撮像する撮像部２３と、を備えている。支持テーブル２２は、ウエーハＷよりも小径の円板状に形成されており、基台１１の内部に設けられた図示しない回転部により所定の角度間隔で断続的に回転される。撮像部２３は、Ｌ字状の支持アーム２４を介して支持テーブル２２の上方に支持され、撮像範囲をウエーハＷの外周縁部に位置付けている。撮像部２３は、支持テーブル２２の断続的な回転に合わせてウエーハＷの外周縁部を逐次撮像する。撮像部２３の撮像結果は、制御部７０に出力されてウエーハＷの中心位置の算出処理に用いられる。このような構成により、支持テーブル２２上のウエーハＷの位置ずれおよびウエーハＷの向きが検出される。

搬入手段３１は、上下方向に延在する移動部としての回動軸３２と、回動軸３２の上端に支持された搬入アーム３３と、搬入アーム３３の先端に設けられたワークＷを吸引保持する搬入パッド３４と、を備えている。搬入アーム３３は先端部３３ａが前方に延び、回動軸３２は、上下移動可能かつ回動可能に構成されている。搬入パッド３４は、搬入アーム３３の先端部３３ａの前方への移動、回動軸３２の回動により水平面内における位置調整がなされ、回動軸３２の上下移動により高さ方向における位置調整がなされる。

また、搬入手段３１は、制御部７０により駆動制御されており、搬入アーム３３の先端部３３ａの移動、回動軸３２の上下方向の移動量、回動量が調整される。そして、搬入手段３１は制御部７０に制御され、搬入パッド３３によって支持テーブル２２からウエーハＷを吸引保持して持ち上げ、搬入アーム３３によって搬入パッド３４を旋回させることで、保持テーブル４１にウエーハＷが搬入される。このとき、制御部７０は、支持テーブル２２に対するウエーハＷの位置ずれ量を考慮しつつ、搬入アーム３３の先端部３３ａの前方への移動量及び回動軸３２の回動量を調整する。これにより、ウエーハＷの中心は、保持テーブル４１の中心に一致するように位置合わせされる。

搬出手段３６は、搬入手段３１と略同一に構成されている。搬出手段３６では、制御部７０に制御されて、搬出パッド３８によって保持テーブル４１からウエーハＷが吸引保持される。搬出アーム３７によって搬出パッド３８が旋回させることで、保持テーブル４１からウエーハＷが搬出され、洗浄機構２６のスピンナーテーブル２７に載置される。このとき、保持テーブル４１の中心およびスピンナーテーブル２７の中心が搬出手段３６の旋回軌跡上に位置するため、ウエーハＷの中心がスピンナーテーブル２７の中心に位置合わせされる。

洗浄機構２６は、スピンナーテーブル２７に向けて洗浄水及び乾燥エアーを噴射する各種ノズル（不図示）を設けて構成される。洗浄機構２６では、ウエーハＷを保持したスピンナーテーブル２７が基台１１内に降下され、基台１１内で洗浄水が噴射されてウエーハＷがスピンナー洗浄された後、乾燥エアーが吹き付けられてウエーハＷが乾燥される。

搬入手段３１及び搬出手段３６の後方には、搬入手段３１および搬出手段３６に隣接して、Ｙ方向に延在する矩形状の開口部４５が形成されている。開口部４５は、保持テーブル４１とともに移動可能な移動板４３および蛇腹状の防水カバー４６により被覆されている。防水カバー４６の下方には、保持テーブル４１を前後方向に移動させる図示しないボールねじ式の移動機構が設けられている。保持テーブル４１は、移動機構により、搬入手段３１および搬出手段３６によるウエーハＷの搬送位置と、後述する研磨手段５１によるＣＭＰ研磨位置との間を前後方向に往復移動可能に構成されている。

保持テーブル４１は、円板状に形成されており、上面にワークＷを吸引保持する保持面４２が形成されている。保持面４２は、例えば、ポーラスセラミック材により形成されており、基台１１内に配置された図示しない吸引源に接続されている。保持テーブル４１の下方には保持テーブル４１を回転させる回転手段としての保持テーブルモータ４４（図２参照）が設けられている。保持テーブル４１、保持テーブルモータ４４及び移動板４３で、保持手段４０を構成している。

また、開口部４５の側方には、コラム１２が立設されている。コラム１２には、研磨手段５１をＺ軸方向に研磨送りする研磨送り手段６１が設けられている。研磨送り手段６１は、コラム１２の前面に配置されたＺ軸方向に平行な一対のガイドレール６２と、一対のガイドレール６２にスライド可能に設置されたモータ駆動のＺ軸テーブル６３とを有している。

Ｚ軸テーブル６３の側面には、スピンドルホルダ６４を介して研磨手段５１が支持されている。Ｚ軸テーブル６３の背面側にはナット部（不図示）が形成され、このナット部にボールネジ６８が螺合されており、ボールネジ６８の一端には駆動モータ６６が連結されている。駆動モータ６６によってボールネジ６８が回転駆動され、研磨手段５１がガイドレール６２に沿ってＺ軸方向に移動される。

研磨手段５１は、スピンドルホルダ６４を介してＺ軸テーブル６３の側面に取り付けられており、スピンドルユニット５８の下部に研磨パッド５３を回転可能に装着して構成されている。研磨手段５１は、研磨送り手段６１によりＺ軸方向に移動され保持テーブル４１に保持されたウエーハＷに研磨パッド５３を押し付けてウエーハＷを研磨加工する。スピンドルユニット５８にはフランジ５５が設けられ、フランジ５５を介してスピンドルホルダ６４に研磨手段５１が支持される。スピンドルユニット５８は、エアスピンドルであり、ケーシング５６（図２参照）の内側で高圧エアーを介して回転軸５７が回転可能に支持されている。回転軸５７の下部には、研磨パッド５３が装着されるマウント５２が取り付けられている。研磨パッド５３の研磨面にはスラリーを定着させる多数の孔が形成されている。

また、スピンドルユニット５８の上部には、ウエーハＷの上面と研磨パッド５３の研磨面との間にスラリーを供給するスラリー供給源８０が接続されている（図２参照）。スラリー供給源８０からスラリーが供給されることで、スピンドルユニット５８内の貫通孔５８ａ（図２参照）を通じて研磨面にスラリーが定着される。スラリーは、砥粒を含むアルカリ性水溶液又は酸性水溶液であり、例えば、グリーンカーボランダム、ダイヤモンド、アルミナ、酸化セリウム、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）の砥粒が含有される。

ＣＭＰ研磨装置１には、装置各部を統括制御する制御部７０が設けられている。制御部７０には、判断手段７１が設けられている。制御部７０は、各種処理を実行するプロセッサやメモリ等により構成される。メモリは、用途に応じてＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等の一つ又は複数の記憶媒体で構成される。制御部７０は、ウエーハ位置検出部２１による検出処理のほか、搬入手段３１によるウエーハＷの位置合わせ処理、後述する押し付け力測定部からの出力結果に応じ、研磨手段５１の制御などの各処理を実行する。

このようなＣＭＰ研磨装置１では、カセットロボット１６により、カセットＣ内からウエーハＷがウエーハ位置検出部２１に搬送される。次に、搬入手段３１により、保持テーブル４１上にウエーハＷが搬入され、ウエーハ位置検出部２１の撮像結果に基づき、ウエーハＷの中心が保持テーブル４１の中心に一致するように位置合わせされる。そして、移動機構により、保持テーブル４１に保持されたウエーハＷが搬送位置からＣＭＰ研磨位置に位置づけられ、ＣＭＰ研磨位置ではウエーハＷが研磨加工される。ウエーハＷは、搬出手段３６により洗浄機構２６に搬出され、洗浄機構２６でウエーハＷが洗浄されて、洗浄機構２６からカセットＣへウエーハＷが搬送される。

ここで、ウエーハの真円度のバラつきや、機械精度の低下により、ウエーハ位置検出部によってウエーハの中心位置が正確に検出されない場合がある。この場合、搬入手段でウエーハが保持テーブルに保持される際に、ウエーハＷの中心が、保持テーブルの中心に一致しない状態で保持される。この状態で、研磨パッドがウエーハに押し付けられてウエーハが研磨されると、保持テーブルの回転によりウエーハが面方向に変位して、ウエーハに作用する圧力が変動する。このため、研磨加工を継続すると、ウエーハに振動が発生し、研磨不良となる問題がある。そこで、本実施の形態においては、研磨手段５１に押し付け力測定部９１ａ、９１ｂ、９１ｃを設け、研磨パッド５３がウエーハＷに押し付けられる押し付け力を測定することにより、保持テーブル４１の中心に対するウエーハＷの中心のずれを検出している。

以下、図２を参照して、研磨手段及び押し付け力測定部の構成について詳細に説明する。図２は、本実施の形態に係る押し付け力測定部が配設された研磨手段及び保持手段の断面図である。

図２に示すように、保持テーブル４１はラジアルベアリング４８及びスラストベアリング４９を介してテーブルベース４７に回転可能に支持されており、テーブルベース４７は移動板４３に支持されている。保持テーブル４１の保持面４２には保護テープＴを介してウエーハＷが保持される。保持テーブル４１の下方には、保持テーブルモータ４４が設けられている。保持テーブル４１の上方には、研磨手段５１が設けられている。スピンドルユニット５８は押し付け力測定部９１ａ、９１ｂ、９１ｃ（９１ｃは不図示、図３参照）を介してスピンドルホルダ６４に支持されている。スピンドルユニット５８内の回転軸５７の下部にはマウント５２が設けられており、マウント５２には保持テーブル４１上のウエーハＷの外径よりも大径の研磨パッド５３が装着されている。

回転軸５７にはスラスト板５７ａが形成され、ケーシング５６には環状溝５６ａが形成されており、環状溝５６ａにスラスト板５７ａが収容される。この際、スラスト板５７ａと環状溝５６ａとの間には、高圧エアーの通り路になる僅かな隙間が設けられている。環状溝５６ａの内壁には高圧エアーをスラスト板５７ａに吹き付ける多数の噴射口５６ｃが形成されており、各噴射口５６ｃはケーシング５６内に形成された流路５６ｂを通じてエアー供給源５９に接続されている。

環状溝５６ａの多数の噴射口５６ｃからスラスト板５７ａの外面に高圧エアーが噴射されることで、回転軸５７が高圧エアーを介してケーシング５６に浮動支持される。これにより、ケーシング５６にラジアルエアベアリングとスラストエアベアリングが形成され、ラジアルエアベアリングとスラストエアベアリングによって径方向及び軸方向で回転軸５７が回転可能に支持される。

研磨パッド５３の中心には空孔Ｈが開口しており、スピンドルユニット５８の回転軸５７の中心には貫通孔５８ａが延在方向（上下方向）に貫通している。貫通孔５８ａの下端は研磨パッド５３の空孔Ｈに連通している。すなわち、研磨手段５１は、研磨パッド５３の中心を中心とした空孔Ｈと、回転軸を延在方向に貫通する貫通孔５８ａとを備えている。貫通孔５８ａの上部には、スラリー供給源８０に接続するスラリー供給ノズル８１が挿し込まれており、スラリー供給源８０からスラリー供給ノズル８１を介して供給されるスラリーは貫通孔５８ａを通って研磨面に定着する。

押し付け力測定部９１ａ、９１ｂ、９１ｃ（９１ｃは不図示、図３参照）は、スピンドルユニット５８とスピンドルホルダ６４との間に配設されており、研磨パッド５３の中心を中心に等角度で３つの押し付け力測定部９１ａ、９１ｂ、９１ｃが配設される。押し付け力測定部９１ａ、９１ｂ、９１ｃとしては、例えば圧電素子が挙げられる。押し付け力測定部９１ａ、９１ｂ、９１ｃは、制御部７０に接続されている。

保持テーブル４１の回転軸と研磨パッド５３の回転軸は間隔を開けて配置されており、研磨手段５１が研磨送り手段６１によりＺ軸方向に移動されると、研磨パッド５３がウエーハＷに押し付けられる。ウエーハＷの上面が研磨パッド５３に覆われた状態で、ウエーハＷは研磨される。研磨パッド５３がウエーハＷに押し付けられると、押し付け力測定部９１ａ、９１ｂ、９１ｃは、押し付け力に比例する電圧を判断手段７１に出力する。

判断手段７１は、３つの押し付け力測定部９１ａ、９１ｂ、９１ｃから出力された電圧値の変化量を検出する。３つの押し付け力測定部９１ａ、９１ｂ、９１ｃの電圧値が一定である場合、保持テーブル４１の中心Ｏ（図３参照）とウエーハＷの中心Ｏ_１（図３参照）とが一致していると判断して、研磨加工を継続する。いずれかの押し付け力測定部９１ａ、９１ｂ、９１ｃの電圧値が周期的に変化しており、電圧値の変化量が予め設定されている閾値より大きい場合、ウエーハＷに作用する圧力が変動していることにより保持テーブル４１の中心に対してウエーハＷの中心がずれていると判断する。この場合、判断手段７１は、ウエーハＷの研磨加工不良を防止するために研磨加工を中断させる。また、いずれかの押し付け力測定部９１ａ、９１ｂ、９１ｃの電圧値が周期的に変化しており、電圧値の変化量が閾値以下の場合、保持テーブル４１の中心に対してウエーハＷの中心のずれが小さいため、研磨加工の継続が可能であると判断する。

次に、図３から図５及び図７を参照して、保持テーブル４１及びウエーハＷの中心の位置と押し付け力との関係から、押し付け力測定部９１ａ、９１ｂ、９１ｃが保持テーブル４１の中心に対してウエーハＷの中心のずれを検出する動作について詳細に説明する。図３は、本実施の形態に係る保持テーブルの中心に対してウエーハの中心が一致している様子を示す図である。図４は、本実施の形態に係る保持テーブルの中心に対してウエーハの中心がずれている様子を示す図である。図５は、本実施の形態に係る保持テーブルの中心に対してウエーハの中心がずれている他の例の様子を示す図である。図３から図５の各構成の位置は、研磨パッド５３がウエーハＷに押し付けられ、ウエーハＷが研磨されている際のＺ軸方向における位置関係を示している。図７は、本実施の形態に係る電圧値と閾値との関係を示す図である。なお、図７において、横軸は時間、縦軸は電圧値をそれぞれ示している。

図３に示すように、搬入手段３１により保持テーブル４１にウエーハＷが保持され（図１参照）、保持テーブル４１の中心ＯとウエーハＷの中心Ｏ_１とが一致している。研磨パッド５３の外周上方には（図２参照）、研磨パッド５３の中心Ｏ_２を中心に等角度で３つの押し付け力測定部９１ａ、９１ｂ、９１ｃが配設されている。保持テーブル４１が回転するとともに、回転される搬送パッド５３がＺ軸方向に研磨送りされると、研磨パッド５３がウエーハＷに押し付けられ、ウエーハＷの上面が研磨パッド５３に覆われた状態でウエーハが研磨される。研磨パッド５３の中央に形成されている空孔Ｈは、保持テーブル４１の中心Ｏ及びウエーハＷの中心Ｏ_１の近傍に位置している。研磨パッド５３によるウエーハＷへの押し付け力は、空孔Ｈの近傍において小さくなる。

保持テーブル４１の中心ＯとウエーハＷの中心Ｏ_１とが一致しているため、保持テーブル４１が回転してもウエーハＷは面方向に変位しない。このため、ウエーハＷの中心Ｏ_１と空孔Ｈとの距離、すなわちウエーハＷの中心Ｏ_１と研磨パッド５３の中心Ｏ_２との距離ｌ_１は所定の値に維持されて、ウエーハＷが研磨される。このとき、研磨パッド５３によるウエーハＷへの押し付け力は、保持テーブル４１が回転しても一定に維持される。すなわち、押し付け力測定部９１ａ、９１ｂ、９１ｃで測定される押し付け力はそれぞれ、保持テーブル４１が回転しても変化しない。押し付け力測定部９１ａ、９１ｂ、９１ｃはそれぞれ、測定した押し付け力に比例する電圧を判断手段７１に出力する。判断手段７１は、押し付け力が変化していないため、保持テーブル４１の中心ＯとウエーハＷの中心Ｏ_１とが一致していると判断し、研磨手段５１に研磨加工を継続させる。

図４に示すように、搬入手段３１により保持テーブル４１にウエーハＷが保持された際に（図１参照）、ウエーハＷの外周縁部が保持テーブル４１の外周縁部側に寄せられて保持されている。このため、保持テーブル４１の中心Ｏに対してウエーハＷの中心Ｏ_１がずれており、ウエーハＷの中心Ｏ_１は保持テーブルの中心Ｏの紙面左側に位置している。研磨パッド５３の空孔Ｈは、保持テーブル４１の中心Ｏの近傍に位置しており、ウエーハＷの中心Ｏ_１と研磨パッド５３の中心Ｏ_２とは距離ｌ_２だけ離れている。

図４の状態から保持テーブル４１が１８０度回転すると、図５に示すように、ウエーハＷは面方向に変位する。このため、ウエーハＷの中心Ｏ_１は保持テーブル４１の中心Ｏの紙面右側に位置している。研磨パッド５３の空孔Ｈは、ウエーハＷの中心Ｏ_１の近傍に位置しており、ウエーハＷの中心Ｏ_１と研磨パッド５３の中心Ｏ_２との距離ｌ_３は、図４の距離ｌ_２より短くなる。

このように、保持テーブル４１の中心Ｏに対してウエーハＷの中心Ｏ_１がずれている場合、保持テーブル４１が回転すると、ウエーハＷは面方向に変位する。このため、ウエーハＷの中心Ｏ_１と空孔Ｈとの距離が変化しながら、ウエーハＷが研磨される。このような変位や変化によって、研磨パッド５３によるウエーハＷへの押し付け力は、保持テーブル４１が回転することにより周期的に変動する。すなわち、押し付け力測定部９１ａ、９１ｂ、９１ｃで測定される押し付け力はそれぞれ、保持テーブル４１の回転数に同期して周期的に変化する。

押し付け力は電圧として押し付け力測定部９１ａ、９１ｂ、９１ｃから判断手段７１に出力される。図７は、押し付け力測定部９１ａ、９１ｂ、９１ｃでそれぞれ測定される電圧値を示している。ウエーハＷの中心Ｏ_１と空孔Ｈとの距離が変化することにより、図７に示すように、押し付け力測定部９１ａ、９１ｂ、９１ｃで測定される電圧値は、周期的にバランスが崩れる（変化している）。

判断手段７１は、３つの押し付け力測定部９１ａ、９１ｂ、９１ｃで測定される押し付け力（電圧値）のうち少なくとも一つの押し付け力が保持テーブル４１の回転に伴い変化しているとき、保持テーブル４１の中心Ｏに対してウエーハＷの中心Ｏ₁がずれていると判断する。この際、図７の押し付け力測定部９１ａで測定される電圧値に示されるように、少なくとも一つの押し付け力の変化量が判断手段７１に設定される閾値より大きい場合は、研磨手段５１に研磨加工を中断させる。

また、押し付け力測定部９１ａ、９１ｂ、９１ｃで測定される少なくとも一つの押し付け力が保持テーブル４１の回転に伴い変化しており、いずれの押し付け力の変化量も判断手段７１に設定される閾値以下となる場合は、判断手段７１は保持テーブル４１の中心Ｏに対してウエーハＷの中心Ｏ_１のずれが小さく、研磨加工可能であると判断する。

このように、研磨手段５１に押し付け力測定部９１ａ、９１ｂ、９１ｃを配設し、ウエーハＷの中心Ｏ_１と空孔Ｈとの距離の変化による押し付け力の変化を測定することで、保持テーブル４１の中心Ｏに対するウエーハＷの中心Ｏ_１のずれを検出することができる。また、研磨中断となるずれと、研磨が継続可能なずれを区別して検出することができる。これにより、ＣＭＰ研磨装置１に撮像手段を配置して保持テーブル４１の中心Ｏに対するウエーハＷの中心Ｏ_１のずれを検出するよりも、装置構成を簡易にすることができる。また、押し付け力の変化量が大きい、すなわち保持テーブル４１の中心Ｏに対してウエーハＷの中心Ｏ_１の大きなずれを検出した場合は、研磨加工が中断されるため、ウエーハＷの研磨不良を防止できる。

以上のように、本実施の形態に係る研磨装置１は、押し付け力測定部９１ａ、９１ｂ、９１ｃを用いて、研磨加工中に生じる研磨パッド５３のウエーハＷに対する押し付け力の変化を測定し、保持テーブル４１の回転数に同期した周期的な変化を検出することにより保持テーブル４１の中心Ｏに対するウエーハＷの中心Ｏ_１のずれを検出できる。ずれを検出した際は研磨加工が中断されるため、ウエーハＷの研磨不良を防止できる。

上記実施の形態においては、押し付け力測定部９１ａ、９１ｂ、９１ｃを研磨手段５１に配設する構成としたが、押し付け力測定部は保持手段４０に配設されていてもよい。図６は、変形例に係る押し付け力測定部が配設された保持手段及び研磨手段の断面図である。図６に示すように、３つの押し付け力測定部９５ａ、９５ｂ（１つは不図示）は、テーブルベース４７と移動板４３との間に配置され、保持テーブル４１の中心を中心に等角度で配設されている。研磨パッド５３がウエーハＷに押し付けられると、移動板４３上で保持テーブル４１が上方から押し付けられ、押し付け力測定部９５ａ、９５ｂは押し付け力に比例する電圧を判断手段７１に出力する。

また、上記実施の形態においては、判断手段７１は、押し付け力測定部９１ａ、９１ｂ、９１ｃで測定される電圧値と閾値を比較して研磨加工の中断を判断する構成としたが、これに限定されない。判断手段７１は、押し付け力測定部９１ａ、９１ｂ、９１ｃで測定される電圧値をフーリエ変換した値と閾値を比較する構成としてもよい。図８は、変形例に係る振幅と閾値との関係を示す図である。なお、図８において、横軸は周波数、縦軸は振幅をそれぞれ示している。図８は、図７の押し付け力測定部９１ａで測定された電圧値をフーリエ変換した結果を示している。図８に示すように、押し付け力測定部９１ａで測定された電圧値をフーリエ変換することにより、電圧値は例えば２つの周波数成分に分けられる。このように、判断手段７１はフーリエ変換した値に閾値を設定して、研磨加工の中断を判断する構成としてもよい。

また、上記実施の形態においては、３つの押し付け力測定部９１ａ、９１ｂ、９１ｃで測定される押し付け力のうち少なくとも一つの押し付け力が保持テーブル４１の回転に伴い変化しているとき、保持テーブル４１の中心Ｏに対してウエーハＷの中心Ｏ₁がずれていると判断する構成としたが、これに限定されない。所定の閾値を設定し研磨不良を防止できれば、３つの押し付け力測定部９１ａ、９１ｂ、９１ｃの押し付け力の合算値の変化量により、保持テーブル４１の中心に対するウエーハＷの中心のずれを検出してもよい。また、３つの押し付け力測定部９１ａ、９１ｂ、９１ｃで測定される押し付け力のうち、変化量の大きい少なくとも二つあるいは全ての押し付け力（合算値の変化量）を用いてもよいし、３つの押し付け力測定部９１ａ、９１ｂ、９１ｃのうち最も大きい変化量が所定の閾値を超えたら研磨加工を中断させてもよい。

また、上記実施の形態においては、押し付け力測定部９１ａ、９１ｂ、９１ｃをＣＭＰ研磨装置に配設する構成としたが、押し付け力測定部９１ａ、９１ｂ、９１ｃは乾式研磨装置に配設される構成としてもよい。この場合、図２において貫通孔５８ａの上部に挿し込まれるノズル８６にはスラリー供給源８０の代わりにエアー供給源８５が接続される。

また、本発明の各実施の形態を説明したが、本発明の他の実施の形態として、上記各実施の形態を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。

また、本発明の実施の形態は上記の各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施態様をカバーしている。

本実施の形態では、本発明をウエーハを研磨加工する研磨装置に適用した構成について説明したが、保持テーブルの中心に対するウエーハの中心のずれを防止する他の装置に適用することも可能である。

以上説明したように、本発明は、保持テーブルの中心に対するウエーハの中心のずれを検出できるという効果を有し、特にウエーハを研磨加工する研磨装置に有用である。

１ＣＭＰ研磨装置
４０保持手段
４１保持テーブル
４２保持面
５１研磨手段
５３研磨パッド
６１研磨送り手段
７１判断手段
９１ａ、９１ｂ、９１ｃ押し付け力測定部
Ｏ保持テーブルの中心
Ｏ_１ウエーハの中心
Ｗウエーハ

Claims

ウエーハを保持する保持面を有する保持テーブルを回転可能に装着する保持手段と、ウエーハを研磨する研磨面を有する研磨パッドを回転可能に装着し該保持テーブルが保持したウエーハに該研磨パッドを押し付けてウエーハを研磨する研磨手段と、該研磨手段を該保持テーブルに該保持面に対して垂直方向に研磨送りする研磨送り手段と、該研磨手段もしくは該保持手段に配設し該研磨パッドをウエーハに押し付ける押し付け力を測定する押し付け力測定部と、を備える研磨装置であって、
該保持テーブルの回転軸心と該研磨パッドの回転軸心とは、該保持面方向において一致していない位置に位置づけられていて、
研磨加工中において該押し付け力測定部が測定する押し付け力に該保持テーブルの回転数に同期した周期的な変化が存在していたら、該保持テーブルの中心に対して該保持テーブルが保持しているウエーハの中心がずれていると判断する判断手段を備え、
該判断手段によりウエーハの研磨加工不良を防止するために研磨加工を中断させることを可能にした研磨装置。