JP2020082323A - 研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】付加価値を高めることができる研磨装置を提供する。【解決手段】研磨装置ＰＡは、研磨パッド１を支持する研磨テーブル２と、基板Ｗを研磨パッド１に押し付けるトップリング３と、液体を研磨パッド１に供給する液体供給機構４と、を備える。液体供給機構４は、研磨テーブル２の半径方向に移動可能なノズルアーム３０と、ノズルアーム３０に取り付けられた液体噴射ノズル３３と、を備えている。液体噴射ノズル３３は、その内面３４に形成され、かつテーパー形状を有する液体絞り面３４ｃを有する扇形ノズルである。【選択図】図１

Description

本発明は、ウェハなどの基板を研磨する研磨装置に関するものである。

半導体デバイスの製造工程においては、デバイス表面の平坦化技術が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、化学的機械研磨（Chemical Mechanical PolishingまたはＣＭＰ）である。この化学的機械的研磨（以下、ＣＭＰと呼ぶ）は、研磨装置を用いて、シリカ（ＳｉＯ_２）やセリア（ＣｅＯ_２）などの砥粒を含んだ研磨液（スラリー）を研磨パッドに供給しつつ、ウェハなどの基板を研磨面に摺接させて研磨を行うものである。

特開２００３−７１７２０号公報 特開２００７−１１８１３０号公報 特開２００９−２９０１号公報 特開２００９−３４８０９号公報 特開２００６−１４７７７３号公報 特表２０１１−５３０４２２号公報

基板の研磨プロセスの安定化を図り、研磨装置の付加価値を高めることは重要である。特に、研磨パッド上の的確な領域に、研磨液を的確に供給し続け、さらには、研磨液の供給量を管理し続けることにより、基板の研磨プロセスの安定化を図ることができ、研磨装置の付加価値を向上することができる。

研磨装置の付加価値を高めるため、消耗品の削減が求められている。特に、研磨液は、比較的高価な消耗品であるため、研磨液の使用量の削減が求められている。その一方で、研磨液の噴出位置と噴出範囲、および供給量は、基板の除去レート（研磨レート）に多大な影響を及ぼす。したがって、基板の除去レートの低下を回避するために、研磨液の噴出位置と噴出範囲、および供給量を適切に管理することは必要である。

そこで、本発明は、付加価値を高めることができる研磨装置を提供することを目的とする。

一態様は、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、基板を前記研磨パッドに押し付けるトップリングと、液体を前記研磨パッドに供給する液体供給機構と、を備え、前記液体供給機構は、前記研磨テーブルの半径方向に移動可能なノズルアームと、前記ノズルアームに取り付けられた液体噴射ノズルと、を備えており、前記液体噴射ノズルは、その内面に形成され、かつテーパー形状を有する液体絞り面を有する扇形ノズルである、研磨装置である。

一態様は、前記液体供給機構は、前記ノズルアームに取り付けられたスラリーノズルを備えており、前記スラリーノズルは、前記ノズルアームが処理位置にあるとき、前記研磨パッドの中心の上方に配置され、前記液体噴射ノズルは、前記ノズルアームが処理位置にあるとき、前記研磨パッドの中心と前記研磨パッドの外周部との間の領域に配置される。
一態様は、前記液体供給機構は、前記研磨パッドの外側に配置されたノズル洗浄装置を備えており、前記ノズル洗浄装置は、前記スラリーノズルを洗浄する第１洗浄ノズルと、前記液体噴射ノズルを洗浄する第２洗浄ノズルと、を備えている。
一態様は、前記液体供給機構は、前記液体噴射ノズルに連結され、かつ研磨液が流れるスラリーラインと、前記液体噴射ノズルに連結され、かつ前記液体噴射ノズルを洗浄するためのフラッシング液体が流れるフラッシングラインと、を備えている。

一態様は、前記研磨装置は、洗浄流体を前記研磨パッドに噴射するアトマイザを備えており、前記液体供給機構は、前記アトマイザに取り付けられたドレッシング液供給装置を備えている。
一態様は、前記液体供給機構は、前記ノズルアームに取り付けられたスラリーノズルを備えており、前記スラリーノズルおよび前記液体噴射ノズルは、前記ノズルアームが処理位置にあるとき、前記研磨パッドの中心の上方に配置される。

一態様は、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、基板を前記研磨パッドに押し付けるトップリングと、液体を前記研磨パッドに供給する液体供給機構と、を備え、前記液体供給機構は、前記研磨テーブルの半径方向に移動可能なノズルアームに取り付けられた液体噴射ノズルの異常を検出するノズル異常検出装置を備えており、前記ノズル異常検出装置は、前記液体噴射ノズルに連結された液体供給ラインの流路の大きさを調整する流量調整バルブの開度に基づいて、前記液体噴射ノズルの異常を判定する、研磨装置である。

一態様は、前記ノズル異常検出装置は、前記流量調整バルブの開度が所定の上限側しきい値に達すると、前記液体噴射ノズルの異常な詰まりを決定し、前記流量調整バルブの開度が所定の下限側しきい値に達すると、前記液体噴射ノズルの異常な摩耗を決定する。
一態様は、前記上限側しきい値は、第１上限側しきい値と、前記第１上限側しきい値よりも大きな第２上限側しきい値とを有しており、前記ノズル異常検出装置は、前記第１上限側しきい値および前記第２上限側しきい値に基づいて、前記液体噴射ノズルの交換を推奨する軽故障アラームおよび前記研磨装置の運転を停止する重故障アラームのうちのいずれか１つを発報する。
一態様は、前記下限側しきい値は、第１下限側しきい値と、前記第１下限側しきい値よりも小さな第２下限側しきい値とを有しており、前記ノズル異常検出装置は、前記第１下限側しきい値および前記第２下限側しきい値に基づいて、前記液体噴射ノズルの交換を推奨する軽故障アラームおよび前記研磨装置の運転を停止する重故障アラームのうちのいずれか１つを発報する。

扇形ノズルである液体噴射ノズルは、少量の研磨液を広範囲に亘って噴射することができる。したがって、研磨装置は、研磨液の使用量を削減することができ、かつ基板の除去レート（研磨レート）を向上させることができる。結果として、研磨装置は、その付加価値を向上させることができる。

ノズル異常検出装置は、液体噴射ノズルの異常を判定することができる。したがって、研磨装置は、研磨液の噴出位置と噴出範囲、および供給量を適切に管理することができる。結果として、研磨装置は、その付加価値を向上させることができる。

研磨装置の一実施形態の平面図である。 図２（ａ）は、図１のＡ線方向から見た図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の汚れ防止カバーを取り外した状態を示す図である。 図３（ａ）は図２（ａ）のＢ線方向から見た図であり、図３（ｂ）は図２（ａ）のＣ線方向から見た図である。 液体噴射ノズルに連結された第３スラリーラインおよびフラッシングラインを示す図である。 液体噴射ノズルを示す断面図である。 スラリーの噴出範囲を示す図である。 ノズル洗浄装置を示す図である。 図８（ａ）はノズル洗浄装置の第１洗浄ノズルを示す図であり、図８（ｂ）はノズル洗浄装置の第２洗浄ノズルを示す図である。 アトマイザに固定されたドレッシング液供給装置を示す図である。 基板の処理工程を示すフローチャートである。 研磨装置の配管系統を示す模式図である。 ノズル異常検出装置を示す図である。 判定部の構成を示す図である。 判定部が液体噴射ノズルの異常を検出する様子を示す図である。 液体噴射ノズルの異常を検出するフローチャートを示す図である。 液体噴射ノズルの異常を検出するフローチャートを示す図である。 液体供給機構の他の実施形態を示す図である。 図１７に示す実施形態における第３スラリーラインを示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下で説明する図面において、同一又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、研磨装置ＰＡの一実施形態の平面図である。図１に示すように、研磨装置ＰＡは、研磨パッド１を支持する研磨テーブル２と、ウェハなどの基板Ｗを研磨パッド１に押し付けるトップリング３と、研磨パッド１に液体を供給するための液体供給機構４とを備えている。液体供給機構４から研磨パッド１上に供給される液体は、研磨液（スラリー）または純水（ＤＩＷ）である。

研磨テーブル２は、研磨テーブル２を支持するテーブル軸（図示しない）を介して、研磨テーブル２を回転させるテーブルモータ（図示しない）に連結されている。研磨パッド１は研磨テーブル２の上面に貼付されており、研磨パッド１の上面が基板Ｗを研磨する研磨面１ａを構成している。

トップリング３はトップリングシャフト（図示しない）の下端に固定されている。トップリング３は、その下面に真空吸着により基板Ｗを保持できるように構成されている。トップリングシャフトは、トップリングアーム８内に設置された回転機構（図示しない）に連結されている。トップリング３は、この回転機構によりトップリングシャフトを介して回転される。

トップリングアーム８は、トップリングアーム８を旋回させるトップリング旋回軸９に連結されている。トップリング旋回軸９は、研磨パッド１の外側に配置されている。トップリング３、トップリングアーム８、トップリング旋回軸９は、トップリング装置５を構成している。

研磨装置ＰＡは、研磨パッド１をドレッシングするためのドレッシング装置１０をさらに備えている。ドレッシング装置１０は、研磨パッド１の研磨面１ａに摺接されるドレッサ１５と、ドレッサ１５を支持するドレッサアーム１１と、ドレッサアーム１１を旋回させるドレッサ旋回軸１２とを備えている。ドレッサ旋回軸１２は、研磨パッド１の外側に配置されている。

ドレッサアーム１１の旋回に伴って、ドレッサ１５は研磨面１ａ上を揺動する。ドレッサ１５の下面は、ダイヤモンド粒子などの多数の砥粒からなるドレッシング面を構成する。ドレッサ１５は、研磨面１ａ上を揺動しながら回転し、研磨パッド１を僅かに削り取ることにより研磨面１ａをドレッシングする。研磨パッド１のドレッシング中、液体供給機構４（より具体的には、ドレッシング液供給装置６０）は、純水を研磨パッド１の研磨面１ａ上に供給する。液体供給機構４の構成の詳細については、後述する。

研磨装置ＰＡは、霧状の洗浄流体を研磨パッド１の研磨面１ａに噴射して研磨面１ａを洗浄するアトマイザ２０をさらに備えている。洗浄流体は、液体（通常は純水）と気体（例えば、窒素ガスなどの不活性ガス）との混合流体から構成される。アトマイザ２０は、研磨パッド１（または研磨テーブル２）の半径方向に沿って延びており、研磨パッド１の研磨面１ａの上方に位置している。アトマイザ２０は、高圧の洗浄流体を研磨面１ａに噴射することにより、研磨パッド１の研磨面１ａから研磨屑および研磨液に含まれる砥粒を除去する。

以下、液体供給機構４の構成について、図面を参照して説明する。図２（ａ）は、図１のＡ線方向から見た図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の汚れ防止カバーを取り外した状態を示す図である。

液体供給機構４は、研磨テーブル２の半径方向に移動可能なノズルアーム３０と、ノズルアーム３０の先端部分３０ａに配置された第１スラリーノズル３１および第２スラリーノズル３２と、ノズルアーム３０のアーム部分３０ｂに配置された液体噴射ノズル３３とを備えている。

ノズルアーム３０は、ノズルアーム３０を旋回させるノズル旋回軸３５に連結されている（図１参照）。ノズル旋回軸３５は、研磨パッド１の外側に配置されている。ノズルアーム３０は、ノズル旋回軸３５の駆動（より具体的には、ノズル旋回軸３５に連結されたモータ）によって、研磨パッド１の外側にある退避位置と研磨パッド１の上方にある処理位置との間を移動可能に構成されている。

図２（ａ）に示すように、ノズルアーム３０が処理位置にあるとき、ノズルアーム３０の先端部分３０ａは、研磨パッド１の中心ＣＬの上方に配置される。したがって、ノズルアーム３０の先端部分３０ａに配置された第１スラリーノズル３１および第２スラリーノズル３２は、第１スラリーノズル３１の噴射口および第２スラリーノズル３２の噴射口が研磨パッド１の中心ＣＬに対向するように、研磨パッド１の中心ＣＬの上方に配置される。

ノズルアーム３０が処理位置にあるとき、液体噴射ノズル３３は、その噴射口が研磨パッド１の中心ＣＬと研磨パッド１の外周部１ｂとの間の領域に対向するように、この領域の上方に配置される。

一実施形態では、液体噴射ノズル３３は、樹脂から構成されている。液体噴射ノズル３３の材質の一例として、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、またはポリプロピレン（ＰＰ）を挙げることができる。

液体噴射ノズル３３はスラリーＡを供給し、第１スラリーノズル３１はスラリーＢを供給し、第２スラリーノズル３２はスラリーＣを供給する。スラリーＡ、スラリーＢ、およびスラリーＣは、それぞれ異なる種類の液体である。

図３（ａ）は図２（ａ）のＢ線方向から見た図であり、図３（ｂ）は図２（ａ）のＣ線方向から見た図である。図３（ａ）に示すように、第１スラリーノズル（第１液体ノズル）３１および第２スラリーノズル（第２液体ノズル）３２は互いに隣接して配置されている。第１スラリーノズル３１はスラリーＢが流れる流路が形成された第１スラリーライン（第１液体供給ライン）４０に接続されており、第２スラリーノズル３２はスラリーＣが流れる流路が形成された第２スラリーライン（第２液体供給ライン）４１に接続されている。これら第１スラリーライン４０および第２スラリーライン４１は、ノズルアーム３０の内部に配置されている。

図２（ｂ）に示すように、液体噴射ノズル３３は、ノズルアーム３０から下方に延びるノズルホルダー４５に取り付けられている。ノズルホルダー４５はノズルアーム３０に固定されている。本実施形態では、図２（ａ）に示すように、ノズルホルダー４５は、汚れ防止カバー４４によって覆われており、異物のノズルホルダー４５および連結部材４８への付着は防止される。

図２（ａ）に示すように、液体噴射ノズル３３は、第１スラリーノズル３１および第２スラリーノズル３２よりも研磨パッド１の研磨面１ａに近接して配置されている。つまり、研磨パッド１の研磨面１ａと液体噴射ノズル３３との間の距離は、研磨パッド１の研磨面１ａと第１スラリーノズル３１および第２スラリーノズル３２との間の距離よりも小さい。

液体噴射ノズル３３は、鉛直方向に対して研磨パッド１の外周部１ｂ側（すなわち、研磨パッド１の中心ＣＬから離間する方向）を向いて傾斜している。一実施形態では、液体噴射ノズル３３の傾斜角度は１３度である。

図４は、液体噴射ノズル３３に連結された第３スラリーライン（第３液体供給ライン）４６およびフラッシングライン４７を示す図である。図４に示すように、液体噴射ノズル３３は、スラリーＡが流れる流路が形成された第３スラリーライン４６に接続されている。第３スラリーライン４６の途中部分には、連結部材４８が接続されており、連結部材４８には、純水が流れる流路が形成されたフラッシングライン４７が接続されている。連結部材４８は、フラッシングライン４７と第３スラリーライン４６との合流部分に設けられている。

以下、本明細書において、スラリーＡの流れる方向において、連結部材４８の上流側を第３スラリーライン４６の上流流路と呼ぶことがあり、連結部材４８の下流側を第３スラリーライン４６の下流流路と呼ぶことがある。

連結部材４８は、液体噴射ノズル３３に隣接して配置されている。フラッシングライン４７および第３スラリーライン４６の先端部分（言い換えれば、第３スラリーライン４６の下流流路）を流れる純水は、液体噴射ノズル３３から噴射される。第３スラリーライン４６およびフラッシングライン４７のうちのいずれか一方を流れる液体（スラリーＡまたは純水）は、液体噴射ノズル３３から噴射される。

フラッシングライン４７を流れる純水は、第３スラリーライン４６の先端部分および液体噴射ノズル３３を通過して、外部に噴射される。この純水は、第３スラリーライン４６の先端部分および液体噴射ノズル３３を洗浄するためのフラッシング液体である。フラッシング液体としての純水は、液体噴射ノズル３３の内部を勢いよく流れて、第３スラリーライン４６の先端部分および液体噴射ノズル３３の内部に滞留するスラリーを瞬時に除去する。結果として、第３スラリーライン４６の先端部分および液体噴射ノズル３３の内部でのスラリーの固着は防止される。

連結部材４８は、スラリー噴出位置に近接した位置にある液体噴射ノズル３３に隣接して配置されている。このような配置により、研磨装置ＰＡは、スラリーを純水に置換する量（すなわち、スラリー置換量）を最小限にすることができ、研磨装置ＰＡのスループット（基板Ｗの処理枚数）を維持することができる。

図５は、液体噴射ノズル３３を示す断面図である。図５に示すように、液体噴射ノズル３３は、液体を扇状に噴射する扇形ノズルである。液体噴射ノズル３３は、その内面３４に形成された液体通過面３４ａ、液体噴射面３４ｂ、および液体絞り面３４ｃを有している。

液体絞り面３４ｃは、液体通過面３４ａと液体噴射面３４ｂとの間に配置されている。液体絞り面３４ｃは、液体通過面３４ａおよび液体噴射面３４ｂに接続されており、テーパー形状を有している。より具体的には、液体絞り面３４ｃは、液体通過面３４ａから液体噴射面３４ｂに向かって液体噴射ノズル３３の内径が徐々に小さくなる形状を有している。

液体噴射ノズル３３が扇形ノズルである場合、微小な砥粒を含むスラリーが液体噴射ノズル３３の内部に固着するおそれがある。本実施形態では、液体噴射ノズル３３は、その内面３４に形成されたテーパー形状を有する液体絞り面３４ｃを有している。したがって、液体噴射ノズル３３の内部のスラリーは、液体絞り面３４ｃ上に留まることなく、液体絞り面３４ｃ上をスムーズに流れる。このようにして、液体噴射ノズル３３の内部でのスラリーの滞留は防止される。結果として、液体噴射ノズル３３の内部でのスラリーの固着は防止される。

図６は、スラリーＡの噴出範囲を示す図である。図６に示すように、本実施形態では、液体噴射ノズル３３から噴射されるスラリーＡは、扇状に研磨パッド１の研磨面１ａ上に供給される。スラリーＡは、研磨パッド１の中心ＣＬを含み、かつ研磨パッド１の外周部１ｂよりも内側の領域に噴射される。一実施形態では、液体噴射ノズル３３の噴射角度（言い換えれば、液体噴射ノズル３３から噴射されるスラリーＡの角度）は、５０度から１５０度の範囲内である。

本実施形態によれば、液体噴射ノズル３３は、少量のスラリーを広範囲に亘って噴射することができる。したがって、スラリーの使用量を削減することができ、かつ使用するスラリー量に対する基板の除去レート（研磨レート）を向上させることができる。

図７は、ノズル洗浄装置５０を示す図である。図８（ａ）はノズル洗浄装置５０の第１洗浄ノズル５１を示す図であり、図８（ｂ）はノズル洗浄装置５０の第２洗浄ノズル５２を示す図である。液体供給機構４は、ノズルアーム３０に取り付けられたノズル（すなわち、第１スラリーノズル３１、第２スラリーノズル３２、および液体噴射ノズル３３）を洗浄するノズル洗浄装置５０を備えている。

ノズル洗浄装置５０は、ノズルアーム３０の先端部分３０ａに取り付けられた第１スラリーノズル３１および第２スラリーノズル３２を洗浄する第１洗浄ノズル５１と、ノズルアーム３０のアーム部分３０ｂに取り付けられた液体噴射ノズル３３を洗浄する第２洗浄ノズル５２と、第１洗浄ノズル５１および第２洗浄ノズル５２が連結された洗浄ライン５３とを備えている。

図７に示すように、ノズル洗浄装置５０は、研磨パッド１の外側に配置されている。ノズルアーム３０が退避位置に移動すると、ノズルアーム３０は、ノズル洗浄装置５０に隣接する。より具体的には、ノズルアーム３０が退避位置にあるとき、第１洗浄ノズル５１は、第１スラリーノズル３１および第２スラリーノズル３２に対向しており、第２洗浄ノズル５２は、液体噴射ノズル３３に対向している。

第１洗浄ノズル５１および第２洗浄ノズル５２のそれぞれは、扇形ノズルである。第１洗浄ノズル５１から第１スラリーノズル３１および第２スラリーノズル３２に向かって純水が扇状に噴射される。同様に、第２洗浄ノズル５２から液体噴射ノズル３３に向かって純水が扇状に噴射される。このようにして、第１スラリーノズル３１、第２スラリーノズル３２、および液体噴射ノズル３３は、洗浄ライン５３を流れる純水（洗浄液）によって洗浄される。

図８（ａ）に示すように、第１洗浄ノズル５１の噴射口は斜め下方を向いている。第１洗浄ノズル５１は、第１スラリーノズル３１および第２スラリーノズル３２に対して斜め上方向から純水を噴射する。

図８（ｂ）に示すように、第２洗浄ノズル５２の噴射口は、斜め上方を向いている。第２洗浄ノズル５２は、液体噴射ノズル３３に対して斜め下方から純水を噴射する。第２洗浄ノズル５２は、液体噴射ノズル３３の下方に配置されているため、第２洗浄ノズル５２は、液体噴射ノズル３３、特に、液体噴射ノズル３３の液体噴射面３４ｂ（図５参照）を確実に洗浄することができる。結果として、液体噴射面３４ｂでのスラリーの固着は防止される。

本実施形態によれば、第１スラリーノズル３１、第２スラリーノズル３２、および液体噴射ノズル３３が研磨パッド１に噴射されたスラリーによって汚れた場合であっても、ノズル洗浄装置５０は、これら第１スラリーノズル３１、第２スラリーノズル３２、および液体噴射ノズル３３を洗浄することができる。

図９は、アトマイザ２０に固定されたドレッシング液供給装置６０を示す図である。図９に示すように、液体供給機構４は、アトマイザ２０に固定されたドレッシング液供給装置６０を備えている。したがって、アトマイザ２０およびドレッシング液供給装置６０は、一体的に移動可能である。ドレッシング液供給装置６０は、ドレッサ１５（図１参照）による研磨パッド１のドレッシング中、ドレッシング液（例えば、純水）を研磨パッド１の研磨面１ａ上に供給する。

ドレッシング液供給装置６０は、アトマイザ２０が研磨パッド１の上方の処理位置にあるとき、研磨パッド１の中心ＣＬの上方に位置するドレッシング液供給ノズル６１と、ドレッシング液供給ノズル６１が接続され、ドレッシング液が流れるドレッシング液供給ライン６２とを備えている。ドレッシング液はドレッシング液供給ノズル６１から研磨パッド１の中心ＣＬ上に供給される。

研磨パッド１のドレッシングの実行時において、ノズルアーム３０は退避位置にあることがある。本実施形態では、アトマイザ２０は、研磨パッド１のドレッシングの実行時において、研磨パッド１の上方の処理位置に配置されている。したがって、アトマイザ２０に取り付けられたドレッシング液供給装置６０は、研磨パッド１のドレッシングの実行時において、研磨パッド１の上方の処理位置に配置されている。このような構成により、研磨パッド１のドレッシングの実行時において、ノズルアーム３０が退避位置に移動していても、ドレッシング装置１０は、ドレッシング液供給装置６０から供給されたドレッシング液の存在下において、研磨パッド１のドレッシングを行うことができる。

図１０は、基板の処理工程を示すフローチャートである。研磨装置ＰＡは、搬送された基板Ｗの研磨を開始する（ステップＳ１０１参照）。基板Ｗの研磨時において、ノズルアーム３０は、研磨パッド１の上方の処理位置に配置されている。

ノズルアーム３０は、基板Ｗを１枚処理するごとに、研磨パッド１の外側の退避位置に移動し（ステップＳ１０２参照）、第１スラリーノズル３１、第２スラリーノズル３２、および液体噴射ノズル３３は、基板Ｗを１枚処理するごとに、ノズル洗浄装置５０によって洗浄される（ステップＳ１０３参照）。したがって、ノズル洗浄装置５０は、第１スラリーノズル３１、第２スラリーノズル３２、および液体噴射ノズル３３の清浄度を向上させることができる。

ノズル洗浄装置５０による洗浄処理が終了した後、ノズルアーム３０は、処理位置に再び移動し（ステップＳ１０４参照）、研磨装置ＰＡは、新たに搬送された基板の研磨を開始する。このように、ステップＳ１０１からステップＳ１０４の処理が複数回繰り返され、所定単位（１ロット数）の基板が研磨される（ステップＳ１０５参照）。

その後、ノズルアーム３０は、退避位置に移動する（ステップＳ１０６参照）。ステップＳ１０６の後、ドレッシング装置１０は研磨パッド１のドレッシングを実行し、ノズル洗浄装置５０は第１スラリーノズル３１、第２スラリーノズル３２、および液体噴射ノズル３３の洗浄を行う（ステップＳ１０７参照）。

図１１は、研磨装置ＰＡの配管系統を示す模式図である。図１１に示すように、研磨装置ＰＡは、純水が流れる流路が形成された純水ライン９０およびクリーニング主ライン９１を備えている。純水ライン９０およびクリーニング主ライン９１は、別個のラインである。

純水ライン９０には、フラッシングライン４７（図４参照）が接続されており、純水ライン９０およびフラッシングライン４７を流れる純水（フラッシング液体）は、液体噴射ノズル３３から噴射される。フラッシングライン４７には、洗浄ライン５３（図７参照）が接続されており、純水ライン９０、フラッシングライン４７、および洗浄ライン５３を流れる純水（洗浄液）は、第１洗浄ノズル５１および第２洗浄ノズル５２から噴射される。

図１１に示すように、クリーニング主ライン９１には、クリーニング主ライン９１の途中から分岐するクリーニング分岐ライン９２が接続されている。クリーニング主ライン９１を流れる純水（洗浄液）は、ノズルアーム３０を洗浄し、クリーニング主ライン９１およびクリーニング分岐ライン９２を流れる純水（洗浄液）は、ドレッサアーム１１を洗浄する。

図１１に示すように、液体供給機構４は、液体噴射ノズル３３の異常を検出するノズル異常検出装置７０を備えている。スラリーの流量（供給量）および／またはスラリーの噴射範囲（噴出位置および噴出範囲）は基板の除去レートに多大な影響を及ぼすため、スラリーの流量および／またはスラリー噴射範囲の管理は重要である。そこで、ノズル異常検出装置７０は、液体噴射ノズル３３の異常（より具体的には、液体噴射ノズル３３の異常な詰まりおよび異常な摩耗のうちの少なくとも１つ）を判定する。

ノズル異常検出装置７０は、第３スラリーライン４６を流れるスラリーの流量を制御する流量制御部７１と、流量制御部７１から送られる信号に基づいて、液体噴射ノズル３３の異常の判定を行う判定部７２とを備えている。

図１２は、ノズル異常検出装置７０を示す図である。図１２に示すように、流量制御部７１および判定部７２は、互いに電気的に接続されている。流量制御部７１は、閉ループ制御（Closed Loop Control）を行う装置である。

流量制御部７１は、第３スラリーライン４６の流路の大きさを調整する流量調整バルブ７３と、第３スラリーライン４６を流れるスラリーの流量を検出するフローセンサ７４と、フローセンサ７４によって測定された流量に基づいて、流量調整バルブ７３の開度を制御するフローコントローラ７５とを備えている。

流量調整バルブ７３の一例として、ピンチバルブを挙げることができる。フローセンサ７４は、第３スラリーライン４６を流れるスラリーの流れ方向において、流量調整バルブ７３の下流側に配置されている。フローコントローラ７５は、流量調整バルブ７３およびフローセンサ７４に電気的に接続されている。フローコントローラ７５は、第３スラリーライン４６を流れるスラリーの流量が予め設定された流量になるように、流量調整バルブ７３の開度を制御する。

流量調整バルブ７３の開度（より具体的には、開度を示す信号）は、判定部７２に送られる。判定部７２は、流量調整バルブ７３の開度に基づいて、液体噴射ノズル３３の異常を判定する。

図１３は、判定部７２の構成を示す図である。図１３に示すように、判定部７２は、専用のコンピュータまたは汎用のコンピュータから構成される。判定部７２は、プログラムやデータなどが格納される記憶装置１１０と、記憶装置１１０に格納されているプログラムに従って演算を行うＣＰＵ（中央処理装置）またはＧＰＵ（グラフィックプロセッシングユニット）などの処理装置１２０と、データ、プログラム、および各種情報を記憶装置１１０に入力するための入力装置１３０と、処理結果や処理されたデータを出力するための出力装置１４０と、インターネットなどのネットワークに接続するための通信装置１５０を備えている。

判定部７２は、記憶装置１１０に電気的に格納されたプログラムに従って動作する。プログラムは、非一時的な有形物であるコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶され、記録媒体を介して判定部７２に提供される。または、プログラムは、インターネットなどの通信ネットワークを介して判定部７２に提供されてもよい。

図１４は、判定部７２が液体噴射ノズル３３の異常を検出する様子を示す図である。スラリーが液体噴射ノズル３３に詰まると、第３スラリーライン４６を流れる液体（スラリーまたは純水）の流量が小さくなり、液体の圧力が異常に上昇する。フローコントローラ７５は、液体の流量が大きくなるように、流量調整バルブ７３の開度を大きくする。流量調整バルブ７３の開度が所定の上限側しきい値に達すると、すなわち、開度が上限側しきい値以上になると、判定部７２は、液体噴射ノズル３３の異常な詰まりを決定し、異常信号を発報する。

液体噴射ノズル３３がスラリーによって摩耗すると、第３スラリーライン４６を流れる液体の流量（スラリーまたは純水）が大きくなり、液体の圧力が異常に低下する。フローコントローラ７５は、液体の流量が小さくなるように、流量調整バルブ７３の開度を小さくする。流量調整バルブ７３の開度が所定の下限側しきい値に達すると、すなわち、開度が下限側しきい値まで小さくなると、判定部７２は、液体噴射ノズル３３の異常な摩耗を決定し、異常信号を発報する。

図１４に示す実施形態では、記憶装置１１０は、単一の上限側しきい値および単一の下限側しきい値を記憶している。一実施形態では、記憶装置１１０は、複数の上限側しきい値および複数の下限側しきい値を記憶してもよい。例えば、上限側しきい値は、軽故障用の第１上限側しきい値および重故障用の第２上限側しきい値を有してもよい。第２上限側しきい値は、第１上限側しきい値よりも大きい。

同様に、下限側しきい値は、軽故障用の第１下限側しきい値および重故障用の第２下限側しきい値を有してもよい。第２下限側しきい値は第１下限側しきい値よりも小さい。

図１５は、液体噴射ノズル３３の異常を検出するフローチャートを示す図である。判定部７２は、記憶装置１１０に電気的に格納された、液体噴射ノズル３３の異常検出プログラムに従って、図１５に示すステップを実行する。図１５では、液体噴射ノズル３３の異常検出の一例として、液体噴射ノズル３３に詰まりが発生した場合について説明する。

判定部７２は、流量制御部７１から送られる流量調整バルブ７３の開度を常時監視する。上述したように、スラリーが液体噴射ノズル３３に詰まると、流量調整バルブ７３の開度が大きくなり、判定部７２は、液体噴射ノズル３３の詰まりを検出する（ステップＳ２０１参照）。

ステップＳ２０１の後、判定部７２は、流量調整バルブ７３の開度が上限側しきい値以上か否かを判定する（ステップＳ２０２参照）。判定部７２が流量調整バルブ７３の開度が上限側しきい値未満であると決定した場合（ステップＳ２０２の「ＮＯ」参照）、判定部７２は、液体噴射ノズル３３の詰まり具合は異常でないと判断し、液体噴射ノズル３３の異常検出プログラムを終了する。この場合、液体噴射ノズル３３の交換は不要である。

判定部７２が流量調整バルブ７３の開度が上限側しきい値以上であると決定した場合（ステップＳ２０２の「ＹＥＳ」参照）、判定部７２は、液体噴射ノズル３３の詰まり具合は異常であると判断する。

図１５に示す実施形態では、記憶装置１１０は、第１上限側しきい値および第２上限側しきい値を有する上限側しきい値を記憶している。図１５のステップＳ２０３に示すように、判定部７２は、流量調整バルブ７３の開度が第２上限側しきい値に達したか否かを判定する。

判定部７２が流量調整バルブ７３の開度が第２上限側しきい値に達していないと決定した場合（ステップＳ２０３の「ＮＯ」参照）、判定部７２は、液体噴射ノズル３３に軽故障が発生したと判断する。言い換えれば、判定部７２は、流量調整バルブ７３の開度が第１上限側しきい値以上であり、かつ第２上限側しきい値未満であると判断する。

この場合、判定部７２は、軽故障アラームを発報する（ステップＳ２０４参照）。この軽故障アラームは、液体噴射ノズル３３の交換を推奨するためのアラームであり、作業者は、この軽故障アラームに基づいて、液体噴射ノズル３３を交換してもよい。

判定部７２が流量調整バルブ７３の開度が第２上限側しきい値に達していると決定した場合（ステップＳ２０３の「ＹＥＳ」参照）、判定部７２は、液体噴射ノズル３３に重故障が発生したと判断し、重故障アラームを発報する（ステップＳ２０５参照）。この重故障アラームは、基板Ｗの処理を終了させるためのアラームである（プロセスインターロック）。この場合、判定部７２は、研磨装置ＰＡの運転を停止させて（ステップＳ２０６）、液体噴射ノズル３３の異常検出プログラムを終了する。

図１５に示す実施形態では、ノズル異常検出装置７０が液体噴射ノズル３３の詰まりを検出する実施形態について説明したが、ノズル異常検出装置７０は、図１５に示すステップと同様のステップを経て、液体噴射ノズル３３の摩耗を検出してもよい。

図１６は、液体噴射ノズル３３の異常を検出するフローチャートを示す図である。ノズル異常検出装置７０が液体噴射ノズル３３の摩耗を検出すると（ステップＳ３０１参照）、流量調整バルブ７３の開度が下限側しきい値以下か否かを判定する（ステップＳ３０２参照）。判定部７２が流量調整バルブ７３の開度が下限側しきい値よりも大きいと決定した場合（ステップＳ３０２の「ＮＯ」参照）、判定部７２は、液体噴射ノズル３３の摩耗具合は異常でないと判断し、液体噴射ノズル３３の異常検出プログラムを終了する。

判定部７２が流量調整バルブ７３の開度が下限側しきい値以下であると決定した場合（ステップＳ３０２の「ＹＥＳ」参照）、判定部７２は、液体噴射ノズル３３の摩耗具合は異常であると判断し、流量調整バルブ７３の開度が第２下限側しきい値に達したか否かを判定する（ステップＳ３０３参照）。

判定部７２が流量調整バルブ７３の開度が第２下限側しきい値に達していないと決定した場合（ステップＳ３０３の「ＮＯ」参照）、判定部７２は、液体噴射ノズル３３に軽故障が発生したと判断する。言い換えれば、判定部７２は、流量調整バルブ７３の開度が第１下限側しきい値以下であり、かつ第２下限側しきい値よりも大きいと判断する。この場合、判定部７２は、軽故障アラームを発報する（ステップＳ３０４参照）。

判定部７２が流量調整バルブ７３の開度が第２下限側しきい値に達していると決定した場合（ステップＳ３０３の「ＹＥＳ」参照）、判定部７２は、液体噴射ノズル３３に重故障が発生したと判断し、重故障アラームを発報する（ステップＳ３０５参照）。その後、判定部７２は、研磨装置ＰＡの運転を停止させて（ステップＳ３０６）、液体噴射ノズル３３の異常検出プログラムを終了する。

液体噴射ノズル３３に異常が発生すると、液体噴射ノズル３３の噴射角度が変わったり、適切な量のスラリーを供給することができなくなるおそれがある。上述したように、研磨液の噴出範囲および供給量は基板Ｗの除去レートに多大な影響を及ぼす。本実施形態では、ノズル異常検出装置７０は、液体噴射ノズル３３の異常を判定することができる。したがって、研磨装置ＰＡは、その付加価値を向上させることができる。

一実施形態では、ノズル異常検出装置７０は、液体噴射ノズル３３の異常を判定するのみならず、第１スラリーノズル３１および第２スラリーノズル３２のうちの少なくとも１つの異常を判定してもよい。

図１７は、液体供給機構４の他の実施形態を示す図である。特に説明しない本実施形態の構成は、上述した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。

図１７では、ノズルアーム３０の先端部分３０ａを下から見たときの、第１スラリーノズル３１、第２スラリーノズル３２、ドレッシング液供給ノズル６１、および液体噴射ノズル３３が描かれている。図１７に示すように、液体噴射ノズル３３は、ノズルアーム３０の先端部分３０ａに配置されてもよい。

図１７に示す実施形態では、第１スラリーノズル３１および第２スラリーノズル３２のみならず、液体噴射ノズル３３およびドレッシング液供給ノズル６１もノズルアーム３０の先端部分３０ａに配置されている。液体噴射ノズル３３は、図５に示す構造と同一の構造を有している。より具体的には、液体噴射ノズル３３は、その内面３４に形成され、かつテーパー形状を有する液体絞り面３４ｃを有する扇形ノズルである。

ノズルアーム３０の先端部分３０ａは、液体噴射ノズル３３の位置決めを行うための位置決め部位８０を有している。位置決め部位８０は、液体噴射ノズル３３の両面３３ａが嵌まり込む嵌合面８０ａを有している。したがって、液体噴射ノズル３３の両面３３ａを位置決め部位８０の嵌合面８０ａに嵌め込むことにより、液体噴射ノズル３３の位置決めが行われる。図１７に示す実施形態では、液体噴射ノズル３３を鉛直方向に対して傾斜させることにより、液体噴射ノズル３３の傾斜角度を変更することができる。

図１８は、図１７に示す実施形態における第３スラリーライン４６を示す図である。図１８では、第１スラリーノズル３１が接続された第１スラリーライン４０、第２スラリーノズル３２が接続された第２スラリーライン４１、およびドレッシング液供給ノズル６１が接続されたドレッシング液供給ライン６２の図示は省略されている。

図１８に示すように、第３スラリーライン４６および液体噴射ノズル３３は、ジョイント８１によって連結されている。ジョイント８１は、スラリーの滞留を防止する構造を有している。本実施形態では、ジョイント８１は、スラリーの滞留（固着）を防止するために、鉛直方向ＶＬに対して傾斜している。一実施形態では、ジョイント８１は、鉛直方向ＶＬに対して４５度の角度で傾斜している。

このような構造により、ジョイント８１を通過して、液体噴射ノズル３３から噴射されるスラリーは、ジョイント８１の内部に留まることなく、ジョイント８１の内面上をスムーズに流れる。

図１７および図１８に示す実施形態においても、液体噴射ノズル３３は、扇形ノズルである。したがって、液体噴射ノズル３３は、スラリーを広範囲に亘って噴射することができる。結果として、研磨装置ＰＡは、スラリーの使用量を削減することができ、かつ使用するスラリー量に対する基板Ｗの除去レートを向上させることができる。

一実施形態では、ジョイント８１は第１スラリーライン４０および第２スラリーライン４１のうちの少なくとも１つに接続されてもよい。一実施形態では、ノズル異常検出装置７０による液体噴射ノズル３３の異常検出プログラムは、図１乃至図９に示す実施形態のみならず、図１７および図１８に示す実施形態にも適用可能である。言い換えれば、ノズル異常検出装置７０は、上述した実施形態で説明したすべての構成要素と組み合わせてもよい。

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ことである。したがって、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とすべきである。

１ 研磨パッド
１ａ 研磨面
１ｂ 外周部
２ 研磨テーブル
３ トップリング
４ 液体供給機構
５ トップリング装置
８ トップリングアーム
９ トップリング旋回軸
１０ ドレッシング装置
１１ ドレッサアーム
１２ ドレッサ旋回軸
１５ ドレッサ
２０ アトマイザ
３０ ノズルアーム
３０ａ 先端部分
３０ｂ アーム部分
３１ 第１スラリーノズル（第１液体ノズル）
３２ 第２スラリーノズル（第２液体ノズル）
３３ 液体噴射ノズル
３３ａ 両面
３４ 内面
３４ａ 液体通過面
３４ｂ 液体噴射面
３４ｃ 液体絞り面
３５ ノズル旋回軸
４０ 第１スラリーライン（第１液体供給ライン）
４１ 第２スラリーライン（第２液体供給ライン）
４４ 汚れ防止カバー
４５ ノズルホルダー
４６ 第３スラリーライン（第３液体供給ライン）
４７ フラッシングライン
４８ 連結部材
５０ ノズル洗浄装置
５１ 第１洗浄ノズル
５２ 第２洗浄ノズル
５３ 洗浄ライン
６０ ドレッシング液供給装置
６１ ドレッシング液供給ノズル
６２ ドレッシング液供給ライン
７０ ノズル異常検出装置
７１ 流量制御部
７２ 判定部
７３ 流量調整バルブ
７４ フローセンサ
７５ フローコントローラ
８０ 位置決め部位
８０ａ 嵌合面
８１ ジョイント
９０ 純水ライン
９１ クリーニング主ライン
９２ クリーニング分岐ライン
１１０ 記憶装置
１２０ 処理装置
１３０ 入力装置
１４０ 出力装置
１５０ 通信装置
ＰＡ 研磨装置

Claims (10)

1. 研磨パッドを支持する研磨テーブルと、
   基板を前記研磨パッドに押し付けるトップリングと、
   液体を前記研磨パッドに供給する液体供給機構と、を備え、
   前記液体供給機構は、
   前記研磨テーブルの半径方向に移動可能なノズルアームと、
   前記ノズルアームに取り付けられた液体噴射ノズルと、を備えており、
   前記液体噴射ノズルは、その内面に形成され、かつテーパー形状を有する液体絞り面を有する扇形ノズルである、研磨装置。
2. 前記液体供給機構は、前記ノズルアームに取り付けられたスラリーノズルを備えており、
   前記スラリーノズルは、前記ノズルアームが処理位置にあるとき、前記研磨パッドの中心の上方に配置され、
   前記液体噴射ノズルは、前記ノズルアームが処理位置にあるとき、前記研磨パッドの中心と前記研磨パッドの外周部との間の領域に配置される、請求項１に記載の研磨装置。
3. 前記液体供給機構は、前記研磨パッドの外側に配置されたノズル洗浄装置を備えており、
   前記ノズル洗浄装置は、
   前記スラリーノズルを洗浄する第１洗浄ノズルと、
   前記液体噴射ノズルを洗浄する第２洗浄ノズルと、を備えている、請求項２に記載の研磨装置。
4. 前記液体供給機構は、
   前記液体噴射ノズルに連結され、かつ研磨液が流れるスラリーラインと、
   前記液体噴射ノズルに連結され、かつ前記液体噴射ノズルを洗浄するためのフラッシング液体が流れるフラッシングラインと、を備えている、請求項１に記載の研磨装置。
5. 前記研磨装置は、洗浄流体を前記研磨パッドに噴射するアトマイザを備えており、
   前記液体供給機構は、前記アトマイザに取り付けられたドレッシング液供給装置を備えている、請求項１に記載の研磨装置。
6. 前記液体供給機構は、前記ノズルアームに取り付けられたスラリーノズルを備えており、
   前記スラリーノズルおよび前記液体噴射ノズルは、前記ノズルアームが処理位置にあるとき、前記研磨パッドの中心の上方に配置される、請求項１に記載の研磨装置。
7. 研磨パッドを支持する研磨テーブルと、
   基板を前記研磨パッドに押し付けるトップリングと、
   液体を前記研磨パッドに供給する液体供給機構と、を備え、
   前記液体供給機構は、前記研磨テーブルの半径方向に移動可能なノズルアームに取り付けられた液体噴射ノズルの異常を検出するノズル異常検出装置を備えており、
   前記ノズル異常検出装置は、前記液体噴射ノズルに連結された液体供給ラインの流路の大きさを調整する流量調整バルブの開度に基づいて、前記液体噴射ノズルの異常を判定する、研磨装置。
8. 前記ノズル異常検出装置は、
   前記流量調整バルブの開度が所定の上限側しきい値に達すると、前記液体噴射ノズルの異常な詰まりを決定し、
   前記流量調整バルブの開度が所定の下限側しきい値に達すると、前記液体噴射ノズルの異常な摩耗を決定する、請求項７に記載の研磨装置。
9. 前記上限側しきい値は、第１上限側しきい値と、前記第１上限側しきい値よりも大きな第２上限側しきい値とを有しており、
   前記ノズル異常検出装置は、前記第１上限側しきい値および前記第２上限側しきい値に基づいて、前記液体噴射ノズルの交換を推奨する軽故障アラームおよび前記研磨装置の運転を停止する重故障アラームのうちのいずれか１つを発報する、請求項８に記載の研磨装置。
10. 前記下限側しきい値は、第１下限側しきい値と、前記第１下限側しきい値よりも小さな第２下限側しきい値とを有しており、
    前記ノズル異常検出装置は、前記第１下限側しきい値および前記第２下限側しきい値に基づいて、前記液体噴射ノズルの交換を推奨する軽故障アラームおよび前記研磨装置の運転を停止する重故障アラームのうちのいずれか１つを発報する、請求項８に記載の研磨装置。

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