JP6917966B2 - 弾性膜のストレッチ動作プログラム、弾性膜のストレッチ動作方法、および研磨装置 - Google Patents

Description

本発明は、ウェハなどの基板を保持するための基板保持装置に用いられる弾性膜のストレッチ動作を実行するプログラム、弾性膜のストレッチ動作を実行する方法、および研磨装置に関するものである。

ＣＭＰを行うための研磨装置は、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、ウェハを保持するためのトップリングまたは研磨ヘッド等と称される基板保持装置とを備えている。このような研磨装置を用いてウェハの研磨を行う場合には、基板保持装置によりウェハを保持しつつ、このウェハを研磨パッドの研磨面に対して所定の圧力で押圧する。このとき、研磨テーブルと基板保持装置とを相対運動させることによりウェハが研磨面に摺接し、ウェハの表面が研磨される。

研磨中のウェハと研磨パッドの研磨面との間の相対的な押圧力がウェハの全面に亘って均一でない場合には、ウェハの各部分に与えられる押圧力に応じて研磨不足や過研磨が生じてしまう。そこで、ウェハに対する押圧力を均一化するために、基板保持装置の下部に柔軟な弾性膜（メンブレン）から形成される圧力室を設け、この圧力室に空気などの流体を供給することで弾性膜を介して流体圧によりウェハを押圧することが行われている。

特開２００７−７５９７３号公報 特開２０００−２０２７６５号公報

メンテナンスなどの必要に応じて基板保持装置の弾性膜を交換した場合、交換された新たな弾性膜は十分な伸縮性（柔軟性）を有していないため、弾性膜の圧力室への加圧流体の供給および該圧力室の大気開放を行って、交換された新たな弾性膜の伸縮性を向上させる。

弾性膜の圧力室への加圧流体の供給および圧力室の大気開放を行うために、ウェハに対する処理を実行するプログラム（レシピ）を作成し、作成されたレシピに従ってダミーウェハ（Ｎｏｎ Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｗａｆｅｒ）を自動的に搬送して、ダミーウェハに対する処理を実行する。弾性膜の圧力室への加圧流体の供給および圧力室の大気開放は、この処理中に行われる。

しかしながら、ダミーウェハの使用回数は制限されているため、ダミーウェハに対する処理を実行することにより、新たな弾性膜の伸縮性を向上させるためには、大量のダミーウェハを消費しなければならず、結果として、コストが増大する。

さらには、レシピに従ったダミーウェハの処理中に圧力室への加圧流体の供給および圧力室の大気開放を行う場合、ダミーウェハは一連の工程（少なくとも、研磨工程、洗浄工程、および乾燥工程を含む）を経なければならないため、時間が掛かってしまう。

そこで、本発明は、ダミーウェハを使用することなく、短時間で、弾性膜の伸縮性を向上させることができる弾性膜のストレッチ動作プログラムを提供することを目的とする。本発明は、弾性膜のストレッチ動作方法を提供することを目的とする。本発明は、弾性膜のストレッチ動作を行う研磨装置を提供することを目的とする。

一態様は、基板保持装置の弾性膜のストレッチ動作プログラムであって、コンピュータに、研磨装置の待機運転中に、前記基板保持装置が研磨テーブルの上方にある状態で、前記弾性膜の圧力室への加圧流体の供給および該圧力室の大気開放を行うストレッチ動作を所定の回数、圧力調整装置に実行させることを特徴とする。

好ましい態様は、前記プログラムは、前記コンピュータに、旋回可能なヘッドアームに連結された前記基板保持装置を待機位置から前記研磨テーブルの上方に移動させる動作を旋回装置に実行させ、上下動可能なヘッドシャフトに取り付けられた前記基板保持装置を所定の下降位置まで下降させる動作を上下動装置に実行させ、前記ストレッチ動作を前記圧力調整装置に実行させ、前記ストレッチ動作が終了した後、前記基板保持装置を上昇させる動作を前記上下動装置に実行させ、前記基板保持装置を前記待機位置に移動させる動作を前記旋回装置に実行させることを特徴とする。
好ましい態様は、前記所定の下降位置は、前記弾性膜の前記圧力室への加圧流体の供給時において、前記弾性膜が前記研磨テーブルに支持された研磨パッドに接触する位置であることを特徴とする。
好ましい態様は、前記プログラムは、前記コンピュータに、処理液供給ラインを洗浄する洗浄処理をフラッシング装置に実行させ、前記洗浄処理の前後の少なくとも一方において、前記ストレッチ動作を前記圧力調整装置に実行させることを特徴とする。

他の態様は、基板保持装置の弾性膜のストレッチ動作方法であって、研磨装置の待機運転中に、前記基板保持装置が研磨テーブルの上方にある状態で、前記弾性膜の圧力室への加圧流体の供給および該圧力室の大気開放を行うストレッチ動作を所定の回数、実行することを特徴とする。

好ましい態様は、旋回可能なヘッドアームに連結された前記基板保持装置を待機位置から前記研磨テーブルの上方に移動させ、上下動可能なヘッドシャフトに取り付けられた前記基板保持装置を所定の下降位置まで下降させ、前記ストレッチ動作を実行し、前記ストレッチ動作が終了した後、前記ヘッドシャフトによって前記基板保持装置を上昇させ、前記ヘッドアームによって前記基板保持装置を前記待機位置に移動させることを特徴とする。
好ましい態様は、前記所定の下降位置は、前記弾性膜の前記圧力室への加圧流体の供給時において、前記弾性膜が前記研磨テーブルに支持された研磨パッドに接触する位置であることを特徴とする。
好ましい態様は、処理液供給ラインを洗浄する洗浄処理を実行し、前記洗浄処理の前後の少なくとも一方において、前記ストレッチ動作を実行することを特徴とする。

さらに他の態様は、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、基板を保持して前記研磨テーブル上の前記研磨パッドに押圧する基板保持装置と、前記基板保持装置の弾性膜の圧力室への加圧流体の供給および該圧力室の大気開放を行うストレッチ動作を実行する圧力調整装置と、研磨装置の待機運転中に、前記基板保持装置が前記研磨テーブルの上方にある状態で、前記ストレッチ動作を所定の回数、前記圧力調整装置に実行させる制御装置とを備えていることを特徴とする研磨装置である。

好ましい態様は、旋回可能なヘッドアームに連結された前記基板保持装置を旋回させる旋回装置と、上下動可能なヘッドシャフトに取り付けられた前記基板保持装置を上下動させる上下動装置とを備え、前記制御装置は、前記基板保持装置を待機位置から前記研磨テーブルの上方に移動させる動作を前記旋回装置に実行させ、前記基板保持装置を所定の下降位置まで下降させる動作を前記上下動装置に実行させ、前記ストレッチ動作を前記圧力調整装置に実行させ、前記ストレッチ動作が終了した後、前記基板保持装置を上昇させる動作を前記上下動装置に実行させ、前記基板保持装置を前記待機位置に移動させる動作を前記旋回装置に実行させることを特徴とする。
好ましい態様は、前記所定の下降位置は、前記弾性膜の前記圧力室への加圧流体の供給時において、前記弾性膜が前記研磨パッドに接触する位置であることを特徴とする。
好ましい態様は、前記研磨パッド上に処理液を供給する処理液供給ノズルが接続された処理液供給ラインを洗浄する洗浄処理を実行するフラッシング装置を備え、前記制御装置は、前記洗浄処理を前記フラッシング装置に実行させ、前記洗浄処理の前後の少なくとも一方において、前記ストレッチ動作を前記圧力調整装置に実行させることを特徴とする。

本発明によれば、ウェハ（またはダミーウェハ）に対する処理中に弾性膜のストレッチ動作を実行する必要はないため、ウェハ（またはダミーウェハ）の消費に起因するコストを削減することができ、かつ短時間で弾性膜の伸縮性を向上させることができる。

研磨装置の一実施形態を示す図である。 研磨ヘッドを示す断面図である。 圧力調整装置を示す模式図である。 制御装置の構成を示す模式図である。 弾性膜のストレッチ動作の動作条件を設定するための設定画像を示す図である。 弾性膜のストレッチ動作プログラムに従って動作する制御装置の処理フローを示す図である。 制御装置によって制御される研磨装置の動作を示す図である。 制御装置に導入される弾性膜のストレッチ動作の動作条件に関するダミーディスペンス設定画像を示す図である。 弾性膜のストレッチ動作が組み込まれたダミーディスペンスを示す図である。

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。図１は、研磨装置の一実施形態を示す図である。図１に示すように、研磨装置は、研磨パッド１９を支持する研磨テーブル１８と、研磨対象物である基板の一例としてのウェハＷを保持して研磨テーブル１８上の研磨パッド１９に押圧する研磨ヘッド（基板保持装置）１とを備えている。

研磨テーブル１８は、テーブル軸１８ａを介してその下方に配置されるテーブルモータ２９に連結されており、そのテーブル軸１８ａ周りに回転可能になっている。研磨パッド１９は研磨テーブル１８の上面に貼付されており、研磨パッド１９の表面１９ａがウェハＷを研磨する研磨面を構成している。研磨パッド１９は研磨テーブル１８に支持されている。

研磨テーブル１８の上方には処理液供給ノズル２５が設置されており、この処理液供給ノズル２５によって研磨テーブル１８上の研磨パッド１９上に研磨液または洗浄液（例えば、純水）または他の液体からなる処理液が供給されるようになっている。

研磨ヘッド１は、ウェハＷを研磨面１９ａに対して押圧するヘッド本体２と、ウェハＷを保持してウェハＷが研磨ヘッド１から飛び出さないようにするリテーナリング３とを備えている。研磨ヘッド１は、ヘッドシャフト２７に接続されており、このヘッドシャフト２７は、上下動装置８１によりヘッドアーム６４に対して上下動するようになっている。このヘッドシャフト２７の上下動により、ヘッドアーム６４に対して研磨ヘッド１の全体を昇降させ位置決めするようになっている。ヘッドシャフト２７の上端にはロータリージョイント８２が取り付けられている。

ヘッドシャフト２７および研磨ヘッド１を上下動させる上下動装置８１は、軸受８３を介してヘッドシャフト２７を回転可能に支持するブリッジ８４と、ブリッジ８４に取り付けられたボールねじ８８と、支柱８６により支持された支持台８５と、支持台８５上に設けられたサーボモータ９０とを備えている。サーボモータ９０を支持する支持台８５は、支柱８６を介してヘッドアーム６４に固定されている。

ボールねじ８８は、サーボモータ９０に連結されたねじ軸８８ａと、このねじ軸８８ａが螺合するナット８８ｂとを備えている。ヘッドシャフト２７は、ブリッジ８４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９０を駆動すると、ボールねじ８８を介してブリッジ８４が上下動し、これによりヘッドシャフト２７および研磨ヘッド１が上下動する。

ヘッドシャフト２７はキー（図示せず）を介して回転筒６６に連結されている。この回転筒６６はその外周部にタイミングプーリ６７を備えている。ヘッドアーム６４にはヘッドモータ６８が固定されており、上記タイミングプーリ６７は、タイミングベルト６９を介してヘッドモータ６８に設けられたタイミングプーリ７０に接続されている。したがって、ヘッドモータ６８を回転駆動することによってタイミングプーリ７０、タイミングベルト６９、およびタイミングプーリ６７を介して回転筒６６およびヘッドシャフト２７が一体に回転し、研磨ヘッド１が回転する。ヘッドアーム６４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８０によって支持されている。研磨装置は、ヘッドモータ６８、サーボモータ９０、および上下動装置８１を含む装置内の各機器を制御する制御装置４０を備えている。

研磨ヘッド１は、その下面にウェハＷを保持できるように構成されている。ヘッドアーム６４は、アームシャフト８０を介してその下方に配置されるアームモータ８９に連結されており、アームシャフト８０周りに回転可能になっている。制御装置４０は、アームモータ８９に電気的に接続されており、研磨ヘッド１を旋回させる旋回装置としてのアームモータ８９を制御するように構成されている。

ヘッドアーム６４はアームシャフト８０を中心として旋回可能に構成されており、下面にウェハＷを保持した研磨ヘッド１は、ヘッドアーム６４の旋回によりウェハＷの受取位置（待機位置）から研磨パッド１９の上方に移動される。

処理液供給ノズル２５は、ノズル旋回軸５１に固定されており、ノズル旋回軸５１を中心として旋回可能に構成されている。ノズル旋回軸５１は、ノズルモータ５２に連結されており、このノズルモータ５２によって、処理液供給ノズル２５は、研磨パッド１９の外側の待避位置と研磨パッド１９の上方の処理位置との間を移動可能に構成されている。制御装置４０はノズルモータ５２に電気的に接続されており、ノズルモータ５２の動作は制御装置４０によって制御される。

処理液供給ノズル２５は処理液供給ライン５３に接続されており、処理液供給ライン５３には処理液供給バルブ５４が取り付けられている。処理液供給バルブ５４は制御装置４０に電気的に接続されており、処理液供給バルブ５４の開閉動作は制御装置４０によって制御される。

処理液供給バルブ５４が開かれると、処理液（洗浄液または研磨液）は、処理液供給ライン５３および処理液供給ノズル２５を通じて研磨パッド１９の表面１９ａ上に供給される。処理液供給バルブ５４が閉じられると、処理液の供給は停止される。

処理液供給ライン５３および処理液供給ノズル２５を洗浄する処理はフラッシング装置によって行われる。フラッシング装置は、処理液供給ライン５３および処理液供給ノズル２５を洗浄する洗浄装置である。このフラッシング装置は、ノズルモータ５２と、処理液供給バルブ５４とを備えている。フラッシング装置は、制御装置４０の指令に従って処理液供給バルブ５４を開き、処理液供給ライン５３および処理液供給ノズル２５に処理液を流して、処理液供給ライン５３および処理液供給ノズル２５を洗浄する処理を実行する。

ウェハＷの研磨は次のようにして行われる。研磨ヘッド１および研磨テーブル１８をそれぞれ回転させ、研磨テーブル１８の上方に設けられた処理液供給ノズル２５から研磨パッド１９上に研磨液を供給する。この状態で、研磨ヘッド１を所定の位置（所定の高さ）まで下降させ、この所定の位置でウェハＷを研磨パッド１９の研磨面１９ａに押圧する。ウェハＷは研磨パッド１９の研磨面１９ａに摺接され、これによりウェハＷの表面が研磨される。

次に、図１に示す研磨装置に備えられている研磨ヘッド（基板保持装置）１について、図２を参照して詳細に説明する。図２は研磨ヘッド１を示す断面図である。図２に示すように、研磨ヘッド１は、ヘッドシャフト２７の下端に固定されたヘッド本体２と、研磨面１９ａを直接押圧するリテーナリング３と、ウェハＷを研磨面１９ａに対して押圧する弾性膜（メンブレン）１０とから基本的に構成される。リテーナリング３はウェハＷおよび弾性膜１０を囲むように配置されており、ヘッド本体２に連結されている。弾性膜１０は、ヘッド本体２の下面を覆うようにヘッド本体２に取り付けられている。

弾性膜１０は、同心状に配置された複数（図示では８つ）の環状の周壁１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈを有している。これら複数の周壁１０ａ〜１０ｈによって、弾性膜１０の上面とヘッド本体２の下面との間に、中央に位置する円形状の中央圧力室１２、最外周に位置する環状のエッジ圧力室１４ａ，１４ｂ、および中央圧力室１２とエッジ圧力室１４ａ，１４ｂとの間に位置する環状の５つ（この例では）の中間圧力室（第１〜第５中間圧力室）１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅが形成されている。本実施形態では、弾性膜１０に形成される圧力室の数は８であるが、圧力室の数は本実施形態には限定されない。圧力室の数は弾性膜１０の構造に応じて増減されてもよい。

ヘッド本体２内には、中央圧力室１２に連通する流路２０、エッジ圧力室１４ａに連通する流路２２、エッジ圧力室１４ｂに連通する流路２４ｆ、および中間圧力室１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅにそれぞれ連通する流路２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅがそれぞれ形成されている。そして、流路２０，２２，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ，２４ｆは、それぞれ流体ライン２６，２８，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ，３０ｆに接続され、これら流体ラインはロータリージョイント８２を介して圧力調整装置６５に接続されている。圧力調整装置６５は制御装置４０に電気的に接続されており、制御装置４０は圧力調整装置６５を制御することができる。

リテーナリング３の直上にはリテーナ室３４が形成されており、リテーナ室３４は、ヘッド本体２内に形成された流路３６および流体ライン３８を介して圧力調整装置６５に接続されている。

図２に示すように構成された研磨ヘッド１によれば、ウェハＷを研磨ヘッド１で保持した状態で、各圧力室１２，１４ａ，１４ｂ，１６ａ〜１６ｅに供給される圧力流体の圧力をそれぞれ制御することで、ウェハＷの半径方向に沿った弾性膜１０上の複数のエリア毎に異なった圧力でウェハＷを押圧することができる。このように、研磨ヘッド１においては、ヘッド本体２と弾性膜１０との間に形成される各圧力室１２，１４ａ，１４ｂ，１６ａ〜１６ｅに供給する流体の圧力を調整することにより、ウェハＷに加えられる押圧力をウェハＷの領域毎に調整できる。同時に、リテーナ室３４に供給する圧力流体の圧力を制御することで、リテーナリング３が研磨パッド１９を押圧する押圧力を調整できる。

ヘッド本体２は、例えばエンジニアリングプラスティック（例えば、ＰＥＥＫ）などの樹脂により形成され、弾性膜１０は、例えばエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度および耐久性に優れたゴム材によって形成されている。

圧力調整装置６５の詳細について図３を参照しつつ説明する。図３は圧力調整装置６５を示す模式図である。図３に示すように、流体ライン２６，２８，３０ａ〜３０ｆ，３８には、開閉バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８，Ｖ９と圧力レギュレータＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９がそれぞれ設けられている。

図２に示すように、各圧力室に連通している流路２０，２２，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ，２４ｆ，３６は、それぞれ流体ライン２６，２８，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ，３０ｆ，３８に接続されている。図３に示すように、流体ライン２６，２８，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ，３０ｆ，３８は、流体供給源３２に接続されている。

流体ライン２６，３０ａ〜３０ｆ，２８，３８には、大気開放ライン９１〜９９が接続されている。これら大気開放ライン９１〜９９には、大気開放バルブＬ１〜Ｌ９がそれぞれ取り付けられている。

圧力レギュレータＲ１〜Ｒ９は、それぞれ流体供給源３２から圧力室１２，１４ａ，１４ｂ，１６ａ〜１６ｅおよびリテーナ室３４に供給する加圧流体の圧力を調整する圧力調整機能を有している。圧力レギュレータＲ１〜Ｒ９、開閉バルブＶ１〜Ｖ９、および大気開放バルブＬ１〜Ｌ９は、制御装置４０に接続されていて、それらの作動が制御装置４０で制御されるようになっている。大気開放バルブＬ１〜Ｌ９が作動されると、各室１２，１４ａ，１４ｂ，１６ａ〜１６ｅ，３４は、大気開放され、大気圧状態になる。

図示しないが、流体ライン２６，２８，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ，３０ｆ，３８には、真空ラインがそれぞれ接続されており、これら真空ラインを通じて各室１２，１４ａ，１４ｂ，１６ａ〜１６ｅ，３４には負圧が形成される。このように、各室１２，１４ａ，１４ｂ，１６ａ〜１６ｅ，３４は、圧力調整装置６５によって加圧状態、負圧状態、大気圧状態のいずれかの圧力状態に調整される。

弾性膜１０の下面にウェハＷが接触した状態で中間圧力室１６ｃに真空が形成されると、ウェハＷが研磨ヘッド１に真空吸引により保持される。さらに、ウェハＷが研磨パッド１９から離れた状態で中間圧力室１６ｃに加圧流体を供給すると、ウェハＷが研磨ヘッド１からリリースされる。

メンテナンスなどの必要に応じて弾性膜１０を交換した場合、交換された新たな弾性膜１０は十分な伸縮性（柔軟性）を有していないため、弾性膜１０の各圧力室１２，１４ａ，１４ｂ，１６ａ〜１６ｅへの加圧流体の供給および該圧力室の大気開放を行って、弾性膜１０の伸縮性を向上させる必要がある。以下、本明細書中において、ウェハ（ダミーウェハを含む）が研磨ヘッド１に保持されていない状態、すなわちウェハが弾性膜１０に接触していない状態で、各圧力室１２，１４ａ，１４ｂ，１６ａ〜１６ｅへの加圧流体の供給および大気開放を行う動作をストレッチ動作（慣らし動作）と云う。この弾性膜１０のストレッチ動作を行うことにより、弾性膜１０の伸縮性（柔軟性）を向上することができ、ウェハＷに対する押圧力を均一化することができる。結果として、ウェハＷの表面を安定的に研磨することができる。

弾性膜１０のストレッチ動作は、制御装置４０によって制御される。本実施形態では、制御装置４０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。図４は、制御装置４０の構成を示す模式図である。制御装置４０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）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。

記憶装置１１０は、処理装置１２０がアクセス可能な主記憶装置１１１と、データおよびプログラムを格納する補助記憶装置１１２を備えている。主記憶装置１１１は、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）であり、補助記憶装置１１２は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）またはソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）などのストレージ装置である。

入力装置１３０は、キーボード、マウスを備えており、さらに、記録媒体からデータを読み込むための記録媒体読み込み装置１３２と、記録媒体が接続される記録媒体ポート１３４を備えている。記録媒体は、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であり、例えば、光ディスク（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ）や、半導体メモリー（例えば、ＵＳＢフラッシュドライブ、メモリーカード）である。記録媒体読み込み装置１３２の例としては、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、ＤＶＤ−ＲＯＭドライブなどの光学ドライブや、カードリーダーが挙げられる。記録媒体ポート１３４の例としては、ＵＳＢポートが挙げられる。記録媒体に記憶されているプログラムおよび／またはデータは、入力装置１３０を介して制御装置４０に導入され、記憶装置１１０の補助記憶装置１１２に格納される。出力装置１４０は、ディスプレイ装置１４１、印刷装置１４２を備えている。制御装置４０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。

図５は弾性膜１０のストレッチ動作の動作条件を設定するための設定画像を示す図である。図６は弾性膜１０のストレッチ動作プログラムに従って動作する制御装置４０の処理フローを示す図である。図７は制御装置４０によって制御される研磨装置の動作を示す図である。

図５に示すように、ストレッチ動作の動作条件を設定するための設定画像はディスプレイ装置１４１の表示画面上に表示される。この設定画像の上部には、ストレッチ動作の対象となる圧力室を示す欄２５０、対象となる圧力室に供給される加圧流体の圧力値を示す欄２５１、加圧流体の供給時間を示す欄２５２、大気開放時間を示す欄２５３、ストレッチ動作の繰り返し回数を示す欄２５４、メンブレンハイトの数値を示す欄２５５を含む設定値表示欄が表示されている。なお、図５では、上記欄には、具体的な数値は表示されていない。

作業者は、入力装置１３０を介してストレッチ動作の動作条件を設定することができる。ストレッチ動作の動作条件を設定するための設定値入力項目は設定画像の下部に表示されている。ストレッチ動作の対象となる圧力室を新たに追加する場合、作業者は、入力装置１３０を介して設定画像に表示されている追加ボタン２６０を選択する。ストレッチ動作の対象となる圧力室を削除する場合、作業者は、入力装置１３０を介して削除対象となる圧力室を決定し、設定画像に表示されている削除ボタン２６１を選択する。このようにして、作業者は、ストレッチ動作の対象となる圧力室の追加および削除を行うことができる。

設定画像の最上部には、ストレッチ動作を開始するスタートボタン２７０と、ストレッチ動作を中断する中断ボタン２７１とが表示されている。作業者は、入力装置１３０を介してスタートボタン２７０を選択することにより、ストレッチ動作が開始される。このように、作業者の操作に従って開始されるストレッチ動作はマニュアルモードによるストレッチ動作である。作業者が入力装置１３０を介して中断ボタン２７１を選択することにより、ストレッチ動作は中断される。

図６はスタートボタン２７０の選択によって動作する制御装置４０の処理フローを示す図である。図６のステップＳ１０１に示すように、制御装置４０は、マニュアルモードによるストレッチ動作の開始条件を満たしているか否かを判定する。例えば、制御装置４０は、ストレッチ動作を実行するために必要な機器が動作可能であるか否か、および研磨装置が待機運転中であるか否か、すなわち、実際にウェハＷを処理中でないか否かなどの条件をチェックする。

制御装置４０は、ストレッチ動作の開始条件を満たしていると判定した場合（図６のステップＳ１０１の「ＹＥＳ」参照）、記憶装置１１０に格納されたストレッチ動作プログラムに従って、図６のステップＳ１０２〜Ｓ１０７を実行する。弾性膜１０のストレッチ動作は、ウェハＷが研磨ヘッド１に保持されていない状態、すなわちウェハＷが弾性膜１０に接触していない状態で行われる。

制御装置４０は、ストレッチ動作の開始条件を満たしていないと判定した場合（図６のステップＳ１０１の「ＮＯ」参照）、ストレッチ動作の中断（ストレッチ動作の不実行）を決定し（図６のステップＳ１０８参照）、エンド処理を実行する（図６のステップＳ１０９参照）。

図６および図７に示すように、制御装置４０は、旋回可能なヘッドアーム６４に連結された研磨ヘッド１を待機位置から研磨パッド１９の上方の研磨位置に移動させる動作をアームモータ８９（旋回装置）に実行させるステップ（図６のステップＳ１０２参照）を実行する。結果として、研磨ヘッド１は、研磨テーブル１８の外側の待機位置から研磨テーブル１８の上方の研磨位置まで移動する。

図６のステップＳ１０２の後、すなわち、研磨ヘッド１が研磨位置に移動した後、制御装置４０は、上下動可能なヘッドシャフト２７に取り付けられた研磨ヘッド１を研磨パッド１９の上方位置から所定の下降位置まで下降させる動作を上下動装置８１に実行させるステップ（図６のステップＳ１０３参照）を実行する。結果として、研磨ヘッド１は上方位置から所定の下降位置まで下降する。

所定の下降位置は、研磨パッド１９の表面１９ａと弾性膜１０の下面との間の距離として定義されるメンブレンハイトによって決定される。メンブレンハイトは、圧力室を負圧状態にした状態で測定された弾性膜の下面の位置（基準位置）から研磨パッド表面までの高さである。基準位置が決定されれば、メンブレンハイトはボールねじ８８の回転によって制御されるため、メンブレンハイトは、圧力室の状態に依存することなく、基準位置に基づいて決定される。

所定の下降位置は、弾性膜１０の圧力室への加圧流体の供給時において、弾性膜１０が研磨テーブル１８に支持された研磨パッド１９に接触する位置であってもよい。一実施形態では、所定の下降位置はメンブレンハイトが０ｍｍ、すなわち、研磨パッド１９の表面１９ａと圧力室を負圧状態にした状態での弾性膜１０の下面とが接触する位置であってもよい。他の実施形態では、所定の下降位置は、圧力室を負圧状態にした状態での弾性膜１０の下面が研磨パッド１９の表面１９ａから離間している位置（すなわち、研磨テーブル１８の上方の位置、より具体的には、研磨パッド１９の上方の位置）であってもよい。例えば、メンブレンハイトは、ウェハＷの厚さを考慮した高さに決定されてもよい。この場合、研磨パッド１９の表面１９ａと圧力室を負圧状態にした状態での弾性膜１０の下面との間の距離は、ウェハＷの厚さに相当する。

図６のステップＳ１０３の後、制御装置４０は、弾性膜１０のストレッチ動作を所定の回数、圧力調整装置６５に実行させるステップ（図６のステップＳ１０４参照）を実行する。

圧力調整装置６５は、制御装置４０の指令に従って、ストレッチ動作の対象となる圧力室に対応する圧力レギュレータおよび開閉バルブを操作して、圧力室に加圧流体を供給する。圧力室は加圧流体の供給によって加圧状態になり、弾性膜１０は伸張する。所定時間の経過後、圧力調整装置６５は、制御装置４０の指令に従って、加圧流体の供給を停止しつつ、ストレッチ動作の対象となる圧力室に対応する大気開放バルブを操作して圧力室を大気開放状態にする。このように、弾性膜１０のストレッチ動作を行うことにより、弾性膜１０は柔軟になり、弾性膜１０の伸縮性を向上させることができる。

図７に示す実施形態では、ストレッチ動作の回数は１回である（すなわち、圧力室に加圧流体が供給された回数は１回であり、圧力室が大気開放された回数は１回である）。弾性膜１０のストレッチ動作は、弾性膜１０が所望の伸縮性（柔軟性）を確保するまで、繰り返されてもよい。

ストレッチ動作時において、研磨パッド１９の乾燥を防止するために、処理液供給バルブ５４を開いて洗浄液を研磨パッド１９上に供給してもよい。

ストレッチ動作時において、圧力室に供給される加圧流体の圧力は図示しない圧力検出器（例えば、圧力センサ）によって検出され、圧力検出器による圧力検出値は制御装置４０に送られる。制御装置４０は、この圧力検出値に基づいて圧力室に供給される加圧流体の圧力の異常を監視し、加圧流体の圧力に異常がある場合には、エラーを発報する。中間圧力室１６ｃを形成する弾性膜１０の下面には、ウェハＷを真空吸引するための小孔が形成されている。したがって、中間圧力室１６ｃに供給された加圧流体は小孔を通じて外部に僅かに漏れるため、制御装置４０は中間圧力室１６ｃの圧力エラー監視は行わない。

制御装置４０は、弾性膜１０のストレッチ動作が終了（完了）したか否かを判定し（図６のステップＳ１０５参照）、ストレッチ動作の終了を判定した後（図６のステップＳ１０５の「ＹＥＳ」参照）、研磨ヘッド１を上昇させる動作を上下動装置８１に実行させるステップ（図６のステップＳ１０６参照）を実行する。結果として、図７に示すように、研磨ヘッド１は、所定の下降位置から所定の上方位置まで移動する。制御装置４０は、弾性膜１０のストレッチ動作が終了していない場合には、ストレッチ動作が終了していないことを判定する（図６のステップＳ１０５の「ＮＯ」参照）。

弾性膜１０のストレッチ動作が終了し、研磨ヘッド１が上昇した後は、制御装置４０は、研磨ヘッド１を待機位置に移動させる動作をアームモータ８９（旋回装置）に実行させるステップ（図６のステップＳ１０７参照）を実行する。結果として、図７に示すように、研磨ヘッド１は、研磨位置から待機位置まで移動する。

これらステップを制御装置４０に実行させるためのプログラムは、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、記録媒体を介して制御装置４０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制御装置４０に提供されてもよい。

複数の圧力室に対してストレッチ動作を実行する場合、一実施形態では、制御装置４０は、これら複数の圧力室に対して同時にストレッチ動作を実行してもよい。この場合、制御装置４０は、ストレッチ動作の対象となるすべての圧力室に対するストレッチ動作が実行された後に、ストレッチ動作が終了したか否かを判定する。

他の実施形態では、複数の圧力室に対して連続的にストレッチ動作を実行してもよい。複数の圧力室に対して連続的にストレッチ動作を実行する場合、制御装置４０は、ストレッチ動作の対象となるすべての圧力室のうちの１つの圧力室に対するストレッチ動作が実行された後に、この圧力室に対するストレッチ動作が終了したか否かを判定し、ストレッチ動作の終了を判定した後に、次の圧力室に対するストレッチ動作を実行する。つまり、制御装置４０は、複数の圧力室に対して、ストレッチ動作が終了したか否かを個別的に判定する。

上述した実施形態では、制御装置４０は、研磨ヘッド１を所定の下降位置まで下降させた状態で、弾性膜１０のストレッチ動作を実行する。このストレッチ動作による効果は次の通りである。実際のウェハＷに対する処理では、弾性膜１０は、ウェハＷが研磨ヘッド１に保持された状態、すなわち、ウェハＷが弾性膜１０に接触した状態で伸縮する。したがって、研磨ヘッド１を研磨パッド１９に接触させた状態で、弾性膜１０の圧力室に加圧流体を供給することにより弾性膜１０を研磨パッド１９に接触させ、所定時間の経過後、圧力室の大気開放を行うストレッチ動作を行うことにより、実際のウェハＷの処理条件に近い条件で弾性膜１０を伸縮させることができる。

本実施形態によれば、制御装置４０が作業者による操作を介してストレッチ動作の開始を決定すると、制御装置４０は、記憶装置１１０に電気的に格納されたストレッチ動作プログラムに従って、自動的にストレッチ動作を実行する。したがって、ウェハＷ（またはダミーウェハ）に対する処理中にストレッチ動作を実行する必要はないため、ウェハＷ（またはダミーウェハ）の消費に起因するコストを削減することができ、かつ短時間で効率よく弾性膜１０の伸縮性を向上させることができる。

研磨装置の待機運転中に行われる操作として、ダミーディスペンス（ＤＤＳＰ）と呼ばれる操作を挙げることができる。このダミーディスペンスは、研磨装置の待機運転中において、処理液供給バルブ５４を開き、処理液供給ライン５３および処理液供給ノズル２５に定期的に処理液（洗浄液または研磨液）を流すことにより、処理液供給ライン５３および処理液供給ノズル２５の内部の清浄度を保つための洗浄処理である。本実施形態では、弾性膜１０のストレッチ動作はダミーディスペンスに組み込まれてもよい。したがって、本実施形態では、ダミーディスペンスは、処理液供給ノズル２５および処理液供給ライン５３を洗浄する洗浄処理と、弾性膜１０のストレッチ動作とを含む。

ダミーディスペンスに含まれるストレッチ動作の動作条件（例えば、ストレッチ動作の回数や継続時間）は、予め制御装置４０に導入される。図８は制御装置４０に導入される弾性膜１０のストレッチ動作の動作条件に関するダミーディスペンス設定画像を示す図である。

図８に示すダミーディスペンス設定画像は、制御装置４０のディスプレイ装置１４１の表示画面上に表示可能である。このダミーディスペンス設定画像には、圧力流体の供給、メンブレンハイト、圧力室の大気開放時間、およびストレッチ動作の対象となる圧力室が表示される項目を示す欄２００、欄２００に表示された項目に対する設定項目（例えば、ストレッチ動作の非動作時間（インターバルタイム）、設定値、ストレッチ動作の繰り返し回数）が表示される列項目を示す欄２０１、設定値の小数点以下の桁数を示す欄２０２、初期値を示す欄２０３、最大設定値を示す欄２０４、最小設定値を示す欄２０５が表示されている。

作業者は、入力装置１３０を介してディスプレイ装置１４１の表示画面上に表示されるダミーディスペンス設定画像の設定項目の値を設定することができる。なお、図８では、上記欄２０２〜２０５には、具体的な数値は表示されていない。

図９は弾性膜１０のストレッチ動作が組み込まれたダミーディスペンスを示す図である。図９において、第１圧力室〜第３圧力室は、それぞれ異なる圧力室であり、これら第１圧力室〜第３圧力室は、それぞれ、上記圧力室１２，１４ａ，１４ｂ，１６ａ〜１６ｅから選択される。なお、図９では、３つの圧力室を対象とするストレッチ動作について説明するが、ストレッチ動作の対象となる圧力室の数は図９に示す実施形態に限定されない。

図９に示すように、洗浄処理およびストレッチ動作を含むダミーディスペンスは、研磨装置の一定のアイドル時間経過後に自動的に開始される。このように、一定のアイドル時間経過後に自動的に開始されるストレッチ動作はオートモードによるストレッチ動作である。アイドル時間が長時間であると、弾性膜１０は硬化し、圧力室を加圧した際の弾性膜１０の膨張具合が変わるため、ウェハＷの研磨プロファイルが変化してしまう。すなわち、ウェハＷの表面を安定的に研磨することができない。したがって、このアイドル時間は、ウェハＷの研磨プロファイルに変化が生じないように、決定される。

研磨装置のアイドル時間中、研磨テーブル１８の回転は継続され、研磨ヘッド１は待機位置にある。一定のアイドル時間経過後、制御装置４０は、ストレッチ動作を除くダミーディスペンスを実行する。より具体的には、制御装置４０は、処理液供給ライン５３および処理液供給ノズル２５を洗浄する洗浄処理をフラッシング装置に実行させる。言い換えれば、制御装置４０は、処理液供給バルブ５４を作動させて洗浄処理を実行する。この洗浄処理はストレッチ動作の非動作時間（インターバルタイム）の間に行われる。ストレッチ動作の目的は、弾性膜１０の硬化を防ぐことをも含む。したがって、弾性膜１０が硬化することなく、弾性膜１０の適度な弾性を保てる時間間隔を考慮して、インターバルタイムは決定される。仮に、インターバルタイムが設けられていないと、ストレッチ動作が長時間、継続的に行われて、ストレッチ動作の時間が長くなると、弾性膜１０が必要以上に伸びてしまい、弾性膜１０の寿命が短くなってしまう。したがって、弾性膜１０の弾性を適度に維持することができるように、インターバルタイムを設けて、ストレッチ動作の時間間隔を決定する。

洗浄処理で使用された処理液（洗浄液または研磨液）は研磨パッド１９上に供給されてもよく、または研磨パッド１９の外部に配置されたドレイン（図示しない）に供給されてもよい。

図９に示すように、洗浄処理が終了した後、制御装置４０は、研磨テーブル１８の回転を停止させる動作をテーブルモータ２９に実行させつつ、アームモータ８９によって研磨ヘッド１を待機位置から研磨パッド１９の上方の研磨位置まで移動させる。研磨ヘッド１が研磨位置への移動を開始すると同時に、処理液供給ノズル２５は、ノズルモータ５２によって待避位置から研磨パッド１９の上方の処理位置まで移動を開始する。処理液供給ノズル２５が処理位置まで移動したら、制御装置４０は、研磨パッド１９の乾燥を防止するために、処理液供給バルブ５４を開く制御を行い、処理液供給ノズル２５から洗浄液を研磨パッド１９上に供給する。

研磨ヘッド１は、上下動装置８１によって研磨パッド１９の上方の所定の上方位置から所定の下降位置まで下降し、その後、弾性膜１０のストレッチ動作が開始される。洗浄液の研磨パッド１９上への供給は、このストレッチ動作が行われている間、継続される。

図９に示す実施形態では、第１圧力室および第３圧力室に対するストレッチ動作は、それぞれ１回だけ行われており、第２圧力室に対するストレッチ動作は２回繰り返して行われている。ストレッチ動作が２回以上繰り返される場合、圧力室が大気開放される時間は共通化されてもよく、または異なってもよい。

第１圧力室〜第３圧力室に対するストレッチ動作は、同時に並列的に開始される。すべての圧力室に対するストレッチ動作が終了した後、処理液供給バルブ５４は閉じられ、研磨ヘッド１は下降位置から上方位置まで移動し、これと同時に、処理液供給ノズル２５は処理位置から待避位置まで移動する。

研磨ヘッド１は、アームモータ８９によって研磨位置から研磨テーブル１８の外側の待機位置まで移動する。研磨ヘッド１の待機位置への移動を開始すると、研磨テーブル１８の回転が再開される。その後、再び、洗浄処理が開始される。すなわち、ストレッチ動作の非動作時間がカウントされる。このようにして、洗浄処理およびストレッチ動作は交互に繰り返される。本実施形態では、ストレッチ動作は、洗浄処理の後に行われているが、洗浄処理の前に行われてもよい。ストレッチ動作は洗浄処理の前後の少なくとも一方において行われる。

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。例えば、制御装置は、研磨ヘッドが待機位置にある状態で、圧力調整装置を操作して弾性膜のストレッチ動作を実行してもよい。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。

１ 研磨ヘッド（基板保持装置）
２ ヘッド本体
３ リテーナリング
１０ 弾性膜（メンブレン）
１０ａ〜１０ｈ 周壁
１２ 中央圧力室
１４ａ，１４ｂ エッジ圧力室
１６ａ〜１６ｅ 中間圧力室
１８ 研磨テーブル
１８ａ テーブル軸
１９ 研磨パッド
１９ａ 表面
２０，２２，２４ａ〜２４ｆ，３６ 流路
２６，２８，３０ａ〜３０ｆ，３８ 流体ライン
２５ 処理液供給ノズル
２７ ヘッドシャフト
２９ テーブルモータ
３２ 流体供給源
３４ リテーナ室
４０ 制御装置
５１ ノズル旋回軸
５２ ノズルモータ
５３ 処理液供給ライン
５４ 処理液供給バルブ
６４ ヘッドアーム
６５ 圧力調整装置
６６ 回転筒
６７，７０ タイミングプーリ
６８ ヘッドモータ
６９ タイミングベルト
８０ アームシャフト
８１ 上下動装置
８２ ロータリージョイント
８３ 軸受
８４ ブリッジ
８５ 支持台
８６ 支柱
８８ ボールねじ
８８ａ ねじ軸
８８ｂ ナット
８９ アームモータ
９０ サーボモータ
９１〜９９ 大気開放ライン
Ｖ１〜Ｖ９ 開閉バルブ
Ｒ１〜Ｒ９ 圧力レギュレータ
Ｌ１〜Ｌ９ 大気開放バルブ
１１０ 記憶装置
１１１ 主記憶装置
１１２ 補助記憶装置
１２０ 処理装置
１３０ 入力装置
１３２ 記録媒体読み込み装置
１３４ 記録媒体ポート
１４０ 出力装置
１４１ ディスプレイ装置
１４２ 印刷装置
１５０ 通信装置

Claims (12)

1. 基板保持装置の弾性膜のストレッチ動作プログラムであって、
   コンピュータに、
   研磨装置の待機運転中に、前記基板保持装置が研磨テーブルの上方にある状態で、前記弾性膜の圧力室への加圧流体の供給および該圧力室の大気開放を行うストレッチ動作を所定の回数、圧力調整装置に実行させることを特徴とするプログラム。
2. 前記プログラムは、前記コンピュータに、
   旋回可能なヘッドアームに連結された前記基板保持装置を待機位置から前記研磨テーブルの上方に移動させる動作を旋回装置に実行させ、
   上下動可能なヘッドシャフトに取り付けられた前記基板保持装置を所定の下降位置まで下降させる動作を上下動装置に実行させ、
   前記ストレッチ動作を前記圧力調整装置に実行させ、
   前記ストレッチ動作が終了した後、前記基板保持装置を上昇させる動作を前記上下動装置に実行させ、
   前記基板保持装置を前記待機位置に移動させる動作を前記旋回装置に実行させることを特徴とする請求項１に記載のプログラム。
3. 前記所定の下降位置は、前記弾性膜の前記圧力室への加圧流体の供給時において、前記弾性膜が前記研磨テーブルに支持された研磨パッドに接触する位置であることを特徴とする請求項２に記載のプログラム。
4. 前記プログラムは、前記コンピュータに、
   処理液供給ラインを洗浄する洗浄処理をフラッシング装置に実行させ、
   前記洗浄処理の前後の少なくとも一方において、前記ストレッチ動作を前記圧力調整装置に実行させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のプログラム。
5. 基板保持装置の弾性膜のストレッチ動作方法であって、
   研磨装置の待機運転中に、前記基板保持装置が研磨テーブルの上方にある状態で、前記弾性膜の圧力室への加圧流体の供給および該圧力室の大気開放を行うストレッチ動作を所定の回数、実行することを特徴とする方法。
6. 旋回可能なヘッドアームに連結された前記基板保持装置を待機位置から前記研磨テーブルの上方に移動させ、
   上下動可能なヘッドシャフトに取り付けられた前記基板保持装置を所定の下降位置まで下降させ、
   前記ストレッチ動作を実行し、
   前記ストレッチ動作が終了した後、前記ヘッドシャフトによって前記基板保持装置を上昇させ、
   前記ヘッドアームによって前記基板保持装置を前記待機位置に移動させることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記所定の下降位置は、前記弾性膜の前記圧力室への加圧流体の供給時において、前記弾性膜が前記研磨テーブルに支持された研磨パッドに接触する位置であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 処理液供給ラインを洗浄する洗浄処理を実行し、
   前記洗浄処理の前後の少なくとも一方において、前記ストレッチ動作を実行することを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載の方法。
9. 研磨パッドを支持する研磨テーブルと、
   基板を保持して前記研磨テーブル上の前記研磨パッドに押圧する基板保持装置と、
   前記基板保持装置の弾性膜の圧力室への加圧流体の供給および該圧力室の大気開放を行うストレッチ動作を実行する圧力調整装置と、
   研磨装置の待機運転中に、前記基板保持装置が前記研磨テーブルの上方にある状態で、前記ストレッチ動作を所定の回数、前記圧力調整装置に実行させる制御装置とを備えていることを特徴とする研磨装置。
10. 旋回可能なヘッドアームに連結された前記基板保持装置を旋回させる旋回装置と、
    上下動可能なヘッドシャフトに取り付けられた前記基板保持装置を上下動させる上下動装置とを備え、
    前記制御装置は、
    前記基板保持装置を待機位置から前記研磨テーブルの上方に移動させる動作を前記旋回装置に実行させ、
    前記基板保持装置を所定の下降位置まで下降させる動作を前記上下動装置に実行させ、
    前記ストレッチ動作を前記圧力調整装置に実行させ、
    前記ストレッチ動作が終了した後、前記基板保持装置を上昇させる動作を前記上下動装置に実行させ、
    前記基板保持装置を前記待機位置に移動させる動作を前記旋回装置に実行させることを特徴とする請求項９に記載の研磨装置。
11. 前記所定の下降位置は、前記弾性膜の前記圧力室への加圧流体の供給時において、前記弾性膜が前記研磨パッドに接触する位置であることを特徴とする請求項１０に記載の研磨装置。
12. 前記研磨パッド上に処理液を供給する処理液供給ノズルが接続された処理液供給ラインを洗浄する洗浄処理を実行するフラッシング装置を備え、
    前記制御装置は、
    前記洗浄処理を前記フラッシング装置に実行させ、
    前記洗浄処理の前後の少なくとも一方において、前記ストレッチ動作を前記圧力調整装置に実行させることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の研磨装置。

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