JP2019081215A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】研磨処理中のウェーハからの押圧力をより正確に検出することで、ウェーハの研磨終了を正確に検出する【解決手段】基板処理装置は、ウェーハＷを研磨する研磨パッドと、ウェーハを保持して研磨パッドに押しつけるためのトップリング４１を備えた基板研磨ユニットを有する。トップリング４１には、ウェーハＷの外周を支持する環状のリテーナリングと、このリテーナリングの内部に設けられ、研磨処理中のウェーハＷがリテーナリングを押圧する押圧力を検出するたわみ検出デバイス８２と、たわみ検出デバイス８２にて検出された押圧力の変動量が所定値を上回ったことを検出したときにウェーハＷへの研磨処理が終了したと判定する制御装置１５を備えている。【選択図】図４

Description

本発明は、半導体ウェーハ等の基板の表面を処理する基板処理装置に関する。

半導体デバイスの製造工程では、ウェーハの表面を研磨処理する研磨装置が広く使用されている。この種の研磨装置では、ウェーハはトップリング又は研磨ヘッドと称される基板保持装置により保持された状態で回転する。この状態で、研磨パッドとともに研磨テーブルを回転させながら、ウェーハの表面を研磨パッドの研磨面に押し付け、研磨液の存在下でウェーハの表面を研磨面に摺接させることで、ウェーハの表面が研磨される。

研磨中のウェーハには摩擦力が作用するので、研磨中のウェーハが基板保持装置から外れないようにするために、ウェーハを保持する必要がある。そのため、基板保持装置には、リング状に形成されたリテーナリングが、基板保持装置に保持されたウェーハの外周を囲むように設けられている。このリテーナリングは、その下端面が研磨パッドに接触し、研磨中のウェーハを内周面で受け止めることで、ウェーハの飛び出しを防止する。

研磨処理中のウェーハがトップリングから滑り出すのを防止するために、特許文献１では、リテーナリングの外部に圧力センサが配置されたウェーハ研磨装置が開示されている。当該圧力センサが、研磨中のウェーハがリテーナリングの内周面を押圧することで生じる押圧力を検出し、検出された圧力の減少量が基準値に達した場合にウェーハが滑り出した状態であることを判断する。

また、特許文献１に記載の研磨装置では、研磨に伴いウェーハの被研磨面と研磨パッドとの接触面積が大きくなり、ウェーハに作用する摩擦抵抗が大きくなることに伴い、リテーナリングに作用する半径外方向の圧力が次第に大きくなるため、当該圧力センサにより検出された圧力の変化から研磨の終点を検出している。

特開平１１−８６０号公報

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おり、基板研磨処理の終了タイミングをより正確に検出することが重要になっている。上記特許文献に記載の研磨装置では、リテーナリングの外部に設けられた圧力センサによって、リテーナリングを介して伝達されるウェーハからの押圧力を検出している。しかしながら、リテーナリングがウェーハから受ける押圧力は研磨条件によって異なり、また、リテーナリング自体も研磨によって摩耗しそのたわみ量も変動することから、従来の構成では、ウェーハからの押圧力の変化を正確に検出することが困難であった。

本発明は、上記に鑑みなされたものであり、研磨処理中のウェーハからの押圧力をより正確に検出することで、ウェーハの研磨終了をより正確に検出することが可能な基板処理装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、基板を処理する基板処理装置であって、基板の外周を支持する環状のリテーナリングと、リテーナリングの内部に設けられ、研磨処理中の基板が前記リテーナリングを押圧する押圧力を検出する第１センサ部材とを備えたものである。かかる構成により、基板と研磨部材との摩擦力に起因してリテーナリングを押圧する押圧力を直接的に検出することができ、当該摩擦力の変動に伴う押圧力の変動を検出することにより、研磨終了のタイミングをより正確に検出することができる。

本発明の別の態様は、基板を処理する基板処理装置であって、基板の外周を支持する環状のリテーナリングと、リテーナリングの内部に設けられ、研磨処理中の基板が前記リテーナリングを押圧する押圧力を検出する第１センサ部材と、第１センサ部材にて検出された押圧力の変動量が所定範囲から外れたことを検出したときに基板への処理が終了したと判定する制御部とを備えたことを特徴とする。かかる構成によっても、基板と研磨部材との摩擦力に起因してリテーナリングを押圧する押圧力を直接的に検出することができ、当該摩擦力の変動に伴う押圧力の変動を検出することにより、研磨終了のタイミングをより正確に検出することができる。

本発明にかかる基板処理装置において、第１センサ部材は、研磨処理中の基板により押圧されることでたわみが生じる被押圧部と、被押圧部と隣接して配置され、被押圧部のたわみ量を押圧力として検出する圧力検出部と、被押圧部及び圧力検出部を支持する支持部材とを備えるたわみ検出デバイスであることが好ましい。

本発明にかかる基板処理装置において、被押圧部は、その一端が支持部材により支持されていないように構成されていることが好ましい。また、被押圧部及び圧力検出部は、支持部材の内部に埋め込まれていても良い。あるいは、被押圧部が支持部材の内部に埋め込まれ、被押圧部が支持部材の外表面に取り付けられている構成としても良い。さらに、被押圧部が基板から受けた押圧力を圧力検出部に伝達する圧力伝達部材を、被押圧部と圧力検出部との間に配置することが好ましい。

本発明にかかる基板処理装置において、たわみ検出部はリテーナリングの複数の箇所に配置されており、制御部は複数のたわみ検出部からの押圧力の情報に基づき，研磨終了を判定することが好ましい。この構成により、リテーナリングと基板との隙間に起因して、基板によるリテーナリングへの押圧力が一様でない場合であっても、研磨終了のタイミングを正確に検出することができる。

本発明にかかる基板処理装置において、リテーナリングの内部で第１センサ部材の近傍に設けられ、基板を研磨するための研磨パッドからの押圧力を検出する第２センサ部材をさらに備え、制御部は第２センサ部材からの押圧力の変動量に基づいてリテーナリングを交換すべきかどうかを判定するように構成することが好ましい。この構成により、消耗品であるリテーナリングの交換タイミングを正確に検出することができる。

本発明によれば、研磨処理中の基板が前記リテーナリングを押圧することで生じる押圧力を検出する第１センサ部材を、リテーナリングの内部に設けるようにしたから、基板と研磨部材との摩擦力に起因してリテーナリングを押圧する押圧力を直接的に検出することができ、当該摩擦力の変動に伴う押圧力の変動を検出することにより、研磨終了のタイミングをより正確に検出することができる。

本発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す平面図である。 基板研磨ユニットの一実施形態を概略的に示す斜視図である。 基板研磨ユニットの構成の概要を示す側面図である。 基板研磨ユニットの構成を部分的に示す側面図である。 たわみ検出デバイスの構造を示す説明図である。 たわみ検出デバイスで検出される圧力値の時間推移の一例を示す説明図である。 たわみ検出デバイスの配置を示す説明図である。 研磨中のウェーハがリテーナリングを押圧する様子を示す説明図である。 たわみ検出デバイスの別の例を示す説明図である。 たわみ検出デバイスの構造の別の例を示す説明図である。 たわみ検出デバイスの構造の別の例を示す説明図である。 たわみ検出デバイスの構造の別の例を示す説明図である。 たわみ検出デバイスの配置の別の例を示す説明図である。

以下、本発明の一実施形態に係る基板処理装置について、図面を参照して説明する。なお、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図１は、基板処理装置の全体構成を示す平面図である。基板処理装置１０は、ロード／アンロード部１２、研磨部１３と、洗浄部１４とに区画されており、これらは矩形状のハウジング１１の内部に設けられている。また、基板処理装置１０は、基板搬送、研磨、洗浄等の処理の動作制御を行う制御装置１５を有している。

ロード／アンロード部１２は、複数のフロントロード部２０と、走行機構２１と、２台の搬送ロボット２２を備えている。フロントロード部２０には、多数の基板（基板）をストックする基板カセットが載置される。搬送ロボット２２は、上下に２つのハンドを備えており、走行機構２１上を移動することで、フロントロード部２０内の基板カセットから基板Ｗを取り出して研磨部１３へ送るとともに、洗浄部１４から送られる処理済みの基板を基板カセットに戻す動作を行う。

研磨部１３は、基板の研磨（平坦化処理）を行う領域であり、複数の研磨ユニット１３Ａ〜１３Ｄが設けられ、基板処理装置の長手方向に沿って配列されている。個々の研磨ユニットは、研磨テーブル上の基板Ｗを研磨パッドに押圧しながら研磨するためのトップリングと、研磨パッドに研磨液やドレッシング液を供給する研磨液供給ノズルと、研磨パッドの研磨面のドレッシングを行うドレッサと、液体と気体の混合流体または霧状の液体を研磨面に噴射して研磨面に残留する研磨屑や砥粒を洗い流すアトマイザを備えている。

研磨部１３と洗浄部１４との間には、基板Ｗを搬送する搬送機構として、第１，第２リニアトランスポータ１６，１７が設けられている。第１リニアトランスポータ１６は、ロード／アンロード部１２から基板Ｗを受け取る第１位置、研磨ユニット１３Ａ，１３Ｂとの間で基板Ｗの受け渡しを行う第２，第３位置、第２リニアトランスポータ１７へ基板Ｗを受け渡すための第４位置との間で移動自在とされている。

第２リニアトランスポータ１７は、第１リニアトランスポータ１６から基板Ｗを受け取るための第５位置、研磨ユニット１３Ｃ，１３Ｄとの間で基板Ｗの受け渡しを行う第６，第７位置との間で移動自在とされている。これらトランスポータ１６，１７の間には、基板Ｗを洗浄部１４へ送るためのスイングトランスポータ２３が備えられている。

洗浄部１４は、第１基板洗浄装置３０、第２基板洗浄装置３１、基板乾燥装置３２と、これら装置間で基板の受け渡しを行うための搬送ロボット３３，３４を備えている。研磨ユニットで研磨処理が施された基板Ｗは、第１基板洗浄装置３０で洗浄（一次洗浄）され、次いで第２基板洗浄装置３１で更に洗浄（仕上げ洗浄）される。洗浄後の基板は、第２基板洗浄装置３１から基板乾燥装置３２に搬入されてスピン乾燥が施される。乾燥後の基板Ｗは、ロード／アンロード部１２に戻される。

図２は研磨ユニットの構成を概略的に示す斜視図であり、図３は研磨ユニットの構成を概略的に示す側面図である。研磨ユニット４０は、ウェーハ（基板）Ｗを保持して回転させるトップリング（基板保持装置）４１と、研磨パッド４２を指示する研磨テーブル４３と、研磨パッド４２にスラリー（研磨液）を供給する研磨液供給ノズル４５と、ウェーハＷの膜厚に応じて変化する信号を取得する膜厚センサ４７とを備えている。

トップリング４１は、その下面に真空吸着によりウェーハＷを保持できるように構成されている。トップリング４１と研磨テーブル４３は、矢印で示す方向に回転し、この状態でトップリング４１は、ウェーハＷを研磨パッド４２の上側の研磨面４２ａに押しつける。研磨液供給ノズル４５から研磨パッド４２上に供給される研磨液の存在下で、ウェーハＷは研磨パッド４２に摺接されて研磨される。

膜厚センサ４７は、例えば光学式センサや渦電流センサが用いられ、研磨テーブル４３の内部に設置されている。ウェーハＷの研磨中、膜厚センサ４７は研磨テーブル４３とともに回転し、ウェーハＷの表面を横切る際に膜厚に応じた膜厚信号を取得する。膜厚センサ４７からの膜厚信号は制御装置１５に送信され、制御装置１５において研磨中のウェーハＷの膜厚を推定することができる。

図３において、トップリング４１は、ウェーハＷを研磨面４２ａに対して押圧するヘッド本体４８と、ウェーハＷの外周部を支持してウェーハＷがトップリング４１から飛び出すのを防止するリテーナリング４９とを備えている。トップリング４１は、トップリングシャフト５１に接続されており、トップリングシャフト５１の上端には、ロータリージョイント５５が取り付けられている。トップリングシャフト５１は、上下動機構５７によりヘッドアーム５６に対して上下動するように構成されており、ヘッドアーム２６に対してトップリング５１の全体を昇降させ位置決めするようになっている。

トップリングシャフト５１およびトップリング４１を上下動させる上下動機構６７は、軸受６６を介してトップリングシャフト５１を回転可能に支持するブリッジ６８と、ブリッジ６８に取り付けられたボールねじ７２と、支柱７０により支持された支持台６９と、支持台６９上に設けられたサーボモータ７８とを備えている。サーボモータ７８を支持する支持台６９は、支柱７０を介してヘッドアーム５６に固定されている。

ボールねじ７２は、サーボモータ７８に連結されたねじ軸７２ａと、このねじ軸４２ａが螺合するナット７２ｂとを備えている。トップリングシャフト５１は、ブリッジ６８と一体となって上下動するようになっている。したがって、サーボモータ７８を駆動すると、ボールねじ７８を介してブリッジ６８が上下動し、これによりトップリングシャフト５１およびトップリング４１が上下動する。

トップリングシャフト５１はキー（図示せず）を介して回転筒５２に連結されている。この回転筒５２はその外周部にタイミングプーリ５４を備えている。ヘッドアーム５６にはヘッドモータ５８が固定されており、上記タイミングプーリ５４は、タイミングベルト５９を介してヘッドモータ５８に設けられたタイミングプーリ６０に接続されている。ヘッドモータ５８を回転駆動することによってタイミングプーリ６０、タイミングベルト５９、およびタイミングプーリ５４を介して回転筒５２およびトップリングシャフト５１が一体に回転し、トップリング１１が回転する。ヘッドアーム５６は、フレーム（図示せず）に回転可能に支持されたアームシャフト６１によって支持されている。研磨装置を構成するヘッドモータ５８、サーボモータ７８をはじめとする装置内の各部品は、制御装置１５によってその動作が制御されている。

ヘッドアーム５６はアームシャフト６１を中心として旋回可能に構成されており、下面にウェーハＷを保持したトップリング４１は、ヘッドアーム５６の旋回によりウェーハＷの受取位置から研磨テーブル５２の上方の研磨位置に移動される。トップリング４１および研磨テーブル４２をそれぞれ回転させ、研磨液供給ノズル４５から研磨パッド４２上に研磨液を供給する。この状態で、トップリング４１を所定の位置（高さ）まで下降させ、この所定の位置でウェーハＷを研磨パッド４２の研磨面４２ａに押圧することで、ウェーハＷは研磨面４２ａに摺接されてその表面が研磨される。

トップリング４１を構成するトップリング本体４８およびリテーナリング４９は、トップリングシャフト５１の回転により一体に回転するように構成されている。図４において、図４において、トップリングの下側には、ウェーハＷの裏面に当接する弾性膜（メンブレン）８０が取り付けられており、弾性膜８０の下面が基板保持面を構成する。弾性膜８０は、鉛直方向に延びる環状の隔壁を有しており、これにより弾性膜８０とトップリング本体４８との間に圧力室８１が形成される。

この圧力室８１には、図示しない流体供給源より加圧流体（ガス）が供給されるようになっており、図示しないバルブを制御することで圧力室８１内の圧力を調整することができ、圧力室８１内に負圧を形成することも可能となっている。また、圧力室８１は、大気開放するための大気開放機構（図示せず）に接続されている。

弾性膜８０には、図示しない通孔が形成されており、この通孔に負圧を形成することにより、弾性膜８０の基板保持面上でウェーハＷを保持できるようになっている。弾性膜８０は、例えばエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコーンゴムといった、強度および耐久性に優れたゴム材や合成樹脂によって形成されている。

リテーナリング４９は、トップリング本体４８及び弾性膜８０を囲むように配置されている。このリテーナリング４９は、研磨パッド４２の研磨面４２ａに接触するリング状の樹脂材料から構成された部材であり、トップリング本体４８に保持されるウェーハＷの外周縁を囲むように配置されており、研磨中のウェーハＷがトップリング４１から飛び出さないようにウェーハＷの外周縁を支持している。

リテーナリング４９の上面には、図示しない環状のリテーナリング押圧機構に連結されており、リテーナリング４９の上面の全体に均一な下向きの荷重を与える。これによりリテーナリング４９の下面を研磨パッド４２の研磨面に対して押圧する。

図４に示すように、リテーナリング４９の内部には、センサ部材としてのたわみ検出デバイス８２が埋め込まれている。このたわみ検出デバイス８２は、後述するとおり、研磨中のウェーハＷにより押圧されるリテーナリングのたわみ量に応じた圧力信号を出力する圧力センサを備えている。たわみ検出デバイス８２は、信号線８３を介して制御装置１５に接続されており、検出された圧力信号を制御装置１５に出力する。

図４の例では、たわみ検出デバイス８２は、リテーナリング４９の内部のうち、研磨中のウェーハＷの近傍（ウェーハＷと相対する位置）に配置されており、これにより、研磨中のウェーハＷからの押圧力を直接検知することができる。

研磨中のウェーハＷがたわみ検出デバイス８２の検出領域に入るようにするために、たわみ検出デバイス８２の高さ位置（リテーナリング４９の底面を基準としたときの、たわみ検出デバイス８２の中心の位置）は、ウェーハＷの厚み中心位置とウェーハＷに対するリテーナリング４９のパッド沈み量の和を考慮して定められている。なお、研磨パッド４２の沈み量は、研磨時の押圧力と研磨パッド４２の硬さで決まるパラメータである。

例えば、ウェーハＷの厚み７７５μｍとし、ウェーハＷに対するリテーナリング４９の沈み量が１０μｍ〜１００μｍとする場合、たわみ検出デバイス８２は、その高さ位置が、７７５÷２＋１０μｍ〜７７５÷２＋１００μｍの間に入るように定められ、これにより、研磨中のウェーハＷが研磨中のたわみ検出デバイス８２の検出領域に入るようになる。実際には、リテーナリング４９の下面は研磨するほど削れていくため、さらにリテーナリング４９の削れ量を考慮して、たわみ検出デバイス８２の検出領域は設計される。

なお、たわみ検出デバイス８２は、リテーナリング４９の内部に完全に埋め込まれている必要はなく、ウェーハＷの研磨プロファイルに影響が生じない限りにおいて、リテーナリング４９の内周面から露呈されていても良い。

図５は、たわみ検出デバイス８２の構造の概略を示したものである。たわみ検出デバイス８２は、支持部材８２ａ、被押圧部（たわみ部）８２ｂ、圧力検出部（たわみ検出部）８２ｃと、出力配線８２ｄを備えている。支持部材８２ａは、例えばリテーナリング４９と同じ材料から構成されており、被押圧部８２ｂ、圧力検出部８２ｃ及び出力配線８２ｄをその内部で支持しており、被押圧部８２ｂ、圧力検出部８２ｃ及び出力配線８２ｄがたわみ検出デバイス８２の内部に埋め込まれた構造となっている。

被押圧部８２ｂは、リテーナリング４９と同じ材料（あるいは同様の弾性を有する樹脂材料）から構成されており、研磨中のウェーハＷからの押圧力を受けて変形し、その押圧力を圧力検出部８２ｃに伝達する。圧力検出部８２ｃは、被押圧部８２ｂを介して伝達されるウェーハＷからの押圧力に応じた電気信号（圧力信号）を生成するものであり、例えば歪みゲージや圧電薄膜が用いられる。出力配線８２ｄは、圧力検出部８２ｃで生成された圧力信号を外部に出力するための金属配線である。

図６は、ウェーハＷの研磨処理中における圧力検出部８２ｃからの出力信号の一例を示したものである。ウェーハＷの研磨中に、被研磨層の膜種や構造が変わった場合に、ウェーハＷが研磨テーブルから受ける摩擦抵抗が変化し、これに伴いウェーハＷがリテーナリング（被押圧部８２ｂ）を押しつける押圧力が急激に変化する。この変動量が所定範囲から外れたときに、ウェーハＷの研磨終了を検出することができる。研磨テーブル４３を駆動するテーブルモータのトルクの変動により研磨終了を検出する従来の方式と比べ、モータやベアリング等の機構の個体差やノイズによる影響が抑えられるので、ウェーハＷの研磨終了のタイミングを正確に検出することができる。

本実施形態におけるリテーナリング４９には、前述したたわみ検出デバイス８２が、ほぼ等間隔で複数設けられている。図７はその一例を示したものであり、この例では４つのたわみ検出デバイス８４〜８７が配置されている。図８に示すように、ウェーハＷとリテーナリング４９との間には隙間が設けられており、研磨テーブル４３の回転に伴うウェーハＷとの間の摩擦力により、ウェーハＷがリテーナリング４９の一方の側に相対的に移動する（図８の例では、見やすさの観点から隙間を大きく示しているが、実際の装置では隙間は小さい）。また、研磨中のウェーハＷは、トップリングとともに回転する。このため、研磨中のウェーハＷがリテーナリング４９を押圧する押圧力は、リテーナリング４９の内周面の全体にわたって同一ではなく、位置に応じてばらつき（分布）が生じる。

そこで、本実施形態の研磨装置においては、これら４つのたわみ検出デバイス８４〜８７のそれぞれによって検出されたウェーハＷからの押圧力の情報を用いることによって、制御装置１５においてウェーハＷからの押圧力のデータとして抽出する。例えば、４つのたわみ検出デバイス８４〜８７から検出された押圧力のうち、最大値をとるものを抽出してもよく、あるいは、数値の高い複数の押圧力のデータを平均した値を、ウェーハＷからの押圧力として算出するようにしても良い。さらに、全てのたわみ検出デバイスから検出された押圧力の変動量が所定範囲から外れた場合に、研磨終了として判断するようにしても良い。

また、たわみ検出デバイスの数及び配置は、図８に示された態様に限定されることはなく、１〜３つのたわみ検出デバイスを配置しても良く、あるいはたわみ検出デバイスを５つ以上配置しても良い。たわみ検出デバイスの数は、研磨レートとトップリングの回転数によって決定するように構成しても良い。例えば、研磨レートが遅くトップリング回転数が早い場合は、たわみ検出デバイスの数を少なくすることができる。

また、たわみ検出デバイスの構成は、図５で示した構造に限られることはなく、リテーナリング４９が受ける押圧力を検出できるものであれば、種々の構造をとることができる。図９〜図１２は、たわみ検出デバイスの別の実施例を示したものである。

図９に示す例では、たわみ検出デバイス９０は、被押圧部（たわみ部）９０ｂ、圧力検出部（たわみ検出部）９０ｃ、出力配線９０ｄと、これらを支持する支持部材９０ａを備えており、被押圧部９０ｂ及び圧力検出部９０ｃは、その一方の側面のみが支持部材９０ａに固定されており、いわゆる片持ちカンチレバータイプの圧力センサとされている。カンチレバータイプの圧力センサは、片持ちであるためダイヤフラム式の圧力検出デバイス（例えば図５の例）と検出領域が異なる。被押圧部９０ｂが最もたわむ箇所の高さ位置（リテーナリング４９の底面を基準としたときの高さ）が、ウェーハの厚み中心とウェーハに対するリテーナリングのパッド沈み量の和になるように設置される。

図１０に示す例では、たわみ検出デバイス９１は、被押圧部（たわみ部）９１ｂ、圧力検出部（たわみ検出部）９１ｃ、出力配線９１ｄと、これらを支持する支持部材９１ａを備えている。被押圧部９１ｂが支持部材９１ａの側面に取り付けられた構造となっており、被押圧部９１ｂを後から取り付ければ良いため、他の形態のたわみ検出デバイスと比べて容易に製造することができる。なお、図９及び図１０で示したたわみ検出デバイス９０及び９１を構成する各部材は、図５のたわみ検出デバイス８２と同じ材料から形成することができる。

図１１に示す例では、たわみ検出デバイス９２は、被押圧部（たわみ部）９２ｂ、圧力検出部（たわみ検出部）９２ｃ、出力配線９２ｄ、たわみ伝達部９２ｅと、これらを支持する支持部材９２ａを備えている。圧力検出部９２ｃは、例えば半導体ピエゾ抵抗式（あるいは静電容量式）のセンサを用いることができる。本実施例ではウェーハの押圧力の変化を圧力から直接電気信号に変換するセンサで達成する例を示しているが、センサの種類に限りはなく、例えば荷重センサや加速度センサなどを用いた場合でも同様にウェーハ押圧力の変化を捉えることが可能となる。また、たわみ伝達部９２ｅは、被押圧部９２ｂで受けたウェーハＷからの押圧力を伝達できるものであれば、その材質に限定はないが、例えばシリコーン系接着剤、エポキシ系接着剤、UV硬化性樹脂、シリコーンオイル、導電性接着剤等から形成されていることが好ましい。

図１２に示す例では、たわみ検出デバイス９３は、被押圧部（たわみ部）９３ｂ、圧力検出部（たわみ検出部）９３ｃ、出力配線９３ｄと、これらを支持する支持部材９３ａを備えている。この実施例において、圧力検出部９３ｃは、たわみ伝達部９３ｅとの境界付近（共振領域９３ｆ）において、たわみ伝達部９３ｅに接している。ウェーハＷからの押圧力により、たわみ伝達部９３ｅの内圧が上昇し、共振時に往復運動する共振領域９３ｆに与える粘性が変わることで、振動の振幅が変化し、結果的にＱ値が変化する。これにより、ウェーハＷからの押圧力を検出することができる。ただし、圧力検出方法については、本実施例に限定するものではなく、例えばたわみに応じた周波数変化量で検出する方式であっても良い。

これら図９〜図１２で示したたわみ検出デバイス９０〜９３の構成によっても、圧力検出部は、被押圧部を介して伝達される研磨中のウェーハＷからの押圧力を検出することができる。

上記の実施形態では、たわみ検出デバイスは、リテーナリングの（１つまたは複数の）各所定領域に１つずつ配置されているが、本発明はこれに限られず、各所定領域に複数のたわみ検出デバイスを配置するように構成しても良い。

図１３は、２つのたわみ検出デバイス９５，９６が隣接して配置された例を示したものである。上側のたわみ検出デバイス９５は、前記の実施例で説明したのと同様に、被押圧部（たわみ部）が内側（研磨中のウェーハＷの側）を向くように配置されており、ウェーハＷからの押圧力（摩擦力）に応じた信号を出力し、制御装置１５においてその変化を検出することで、研磨終了の可否を判断することができる。ここで言う研磨終了とは、ステップ毎に異なる研磨条件にて続けてウェーハ研磨処理をする際に、それぞれのステップの終了可否の判断も含まれる。

下側のたわみ検出デバイス９６は、被押圧部（たわみ部）が下側（研磨パッドの側）を向くように配置されており、研磨処理中に研磨パッドから受ける押圧力を検出する。研磨処理を繰り返すことに伴いリテーナリングが摩耗すると、リテーナリングが研磨パッドから受ける押圧力が増大する。たわみ検出デバイス９６により検出された押圧力が所定値を超えた場合に、制御装置１５はリテーナリングを交換すべきタイミングであると判定し、その旨を図示しないディスプレイに表示する等して、オペレータにリテーナリングの交換を促すことができる。なお、たわみ検出デバイス９６はリテーナリングの径方向に複数設置されていても良い。実際には、リテーナリングの傾きによって、リテーナリングの摩耗量が径方向に分布がある場合がある。より正確な寿命を見積もるために、径方向のリテーナリングの削れ方をモニタリングすることが有効となる。

上記実施形態では、圧力信号の出力用の配線が設けられているが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば圧力信号を無線で制御装置に送信するための無線通信部をたわみ検出デバイスに設けても良い。また、たわみ検出デバイスに記憶部（メモリ）を設け、消耗品であるリテーナリングのパーツナンバー（部品ＩＤ）、シリアルナンバー、使用期限、出荷検査データ（弾性膜のゴム物性検査データ、外形寸法データ、膨らみ測定データ）、製造データ（プレス圧力、プレス温度、プレス時間、二次加硫温度、二次加硫時間といった加工条件のデータ）といった情報が保存されている。制御装置１５は、ウェーハＷの研磨に先立ち、たわみ検出デバイスの記憶部に記憶されているこれら情報を読み出して、基板処理の条件（レシピやマシン定数）を設定することができる。

また、制御装置１５において、リテーナリングの種類、交換時期及び歪み測定回数の情報を取得しておき、これら情報に基づいて、基板処理装置のメンテナンスの日時（あるいはメンテナンスまでの時間）を算出し、表示出力するようにしても良い。これにより、オペレータにおいて、装置のメンテナンスのタイミングを適切に把握することができる。

さらに、制御装置において、上記算出されたメンテナンスの日時に近づいたとき（例えば数日前）に、リテーナリング等の消耗品を自動で発注するように構成しても良く、これにより、メンテナンス時に消耗品を確実に準備することができる。なお、制御装置に対して、メンテナンスの日時の算出ないし消耗品の発注を行わせるプログラムは、予め制御装置のメモリに記憶しておいても良いし、インターネット等を介して後からインストール可能としても良い。

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。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に解釈されるものである。

１０ 基板処理装置
１５ 制御装置
４０ 研磨ユニット
４１ トップリング
４３ 研磨テーブル
４９ リテーナリング
８２，８４〜８７，９０〜９３ たわみ検出デバイス
８２ａ，９０ａ，９１ａ，９２ａ，９３ａ 支持部材
８２ｂ，９０ｂ，９１ｂ，９２ｂ，９３ｂ 被押圧部
８２ｃ，９０ｃ，９１ｃ，９２ｃ，９３ｃ 圧力検出部
Ｗ ウェーハ

Claims (9)

1. 基板を研磨する基板研磨装置であって、
   前記基板の外周を支持する環状のリテーナリングと、
   前記リテーナリングの内部に設けられ、研磨処理中の前記基板が前記リテーナリングを押圧する押圧力を検出する第１センサ部材と、を備えたことを特徴とする基板処理装置。
2. 基板を研磨する基板研磨装置であって、
   前記基板の外周を支持する環状のリテーナリングと、
   前記リテーナリングの内部に設けられ、研磨処理中の前記基板が前記リテーナリングを押圧する押圧力を検出する第１センサ部材と、
   前記第１センサ部材にて検出された押圧力の変動量が所定範囲から外れたことを検出したときに前記基板への処理が終了したと判定する制御部と、を備えたことを特徴とする基板処理装置。
3. 前記第１センサ部材は、研磨処理中の前記基板により押圧されることでたわみが生じる被押圧部と、前記被押圧部と隣接して配置され、前記被押圧部のたわみ量を前記押圧力として検出する圧力検出部と、前記被押圧部及び前記圧力検出部を支持する支持部材とを備えるたわみ検出デバイスであることを特徴とする、請求項２記載の基板処理装置。
4. 前記被押圧部は、その一端が前記支持部材により支持されていないことを特徴とする、請求項３記載の基板処理装置。
5. 前記被押圧部及び前記圧力検出部は、前記支持部材の内部に埋め込まれていることを特徴とする、請求項３記載の基板処理装置。
6. 前記被押圧部は前記支持部材の内部に埋め込まれており、前記被押圧部は前記支持部材の外表面に取り付けられていることを特徴とする、請求項３記載の基板処理装置。
7. 前記被押圧部と前記圧力検出部との間に配置され、前記被押圧部が前記基板から受けた押圧力を前記圧力検出部に伝達する圧力伝達部材を備えたことを特徴とする、請求項３記載の基板処理装置。
8. 前記たわみ検出部は前記リテーナリングの複数の箇所に配置されており、前記制御部は複数の前記たわみ検出部からの押圧力の情報に基づき、前記判定する処理を行うことを特徴とする、請求項３記載の基板処理装置。
9. 前記リテーナリングの内部で前記第１センサ部材の近傍に設けられ、前記基板を研磨するための研磨パッドからの押圧力を検出する第２センサ部材をさらに備え、
   前記制御部は、前記第２センサ部材からの押圧力の変動量に基づいて、前記リテーナリングを交換すべきかどうかを判定することを特徴とする、請求項２記載の基板処理装置。

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