JP7078602B2 - 洗浄装置、研磨装置、洗浄装置において基板の回転速度を算出する装置および方法 - Google Patents

洗浄装置、研磨装置、洗浄装置において基板の回転速度を算出する装置および方法 Download PDF

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Description

本発明は、洗浄装置、研磨装置、洗浄装置において基板の回転速度を算出する装置および方法に関する。
半導体デバイスの製造工程においては、半導体ウェハ等の基板の表面に成膜、エッチング、研磨などの各種処理が施される。これら各種処理の前後には、基板の表面を清浄に保つ必要があるため、基板の洗浄処理が行われる。基板の洗浄処理には、基板の周縁部を複数のローラによって保持しつつローラを回転駆動することにより基板を回転させ、回転する基板に洗浄部材を押し当てて洗浄する洗浄機が広く用いられている。
上述したように、基板の周縁部を複数のローラで保持して回転させる洗浄機においては、洗浄部材によって基板の表面に所定の圧力を加えつつ基板の表面を擦ることにより、基板の表面の汚れ(パーティクル等)を落とすようにしているため、基板とローラとの間にスリップが発生して基板の回転速度が設定回転速度より低下する場合がある。
特許文献1には、回転駆動される基板のノッチがローラに当たることで当該ローラに発生する振動を検出し、当該振動の検出に基づいて基板とローラとの間にスリップが発生したか否かを判定する技術が開示されている。
特開2003-77881号公報
しかしながら、振動を検出するための振動センサは、複数のローラのうちの1つのローラに一体に取り付けられるものであるから、基板のノッチがローラに当たることで発生する振動を、基板が1回転する間に1回しか検知することができない。そのため、基板のノッチがローラに当たることで発生する振動に基づいて基板の回転速度を精度よく求めようとすると、十分な測定時間をかける必要がある。測定時間を短縮するために、各ローラに対してそれぞれ振動センサを取り付けることも考えられるが、この場合、装置構成が複雑になり、コストも高くなる。
また振動センサは振動が伝わる筐体等に設置し、且つ振動の減衰を考慮すると振動源の近くに設置する必要があるが、マイクロホンであれば空気中に伝わる音を検知できればよいため、振動センサに比べ設置場所の選択肢が広がる。
本発明は、以上のような点を考慮してなされたものでる。本発明の目的は、基板の周縁部を複数のローラによって保持して回転させる洗浄装置において、装置構成を複雑化することなく、基板の回転速度を精度よく求めることができる技術を提供することにある。
本発明の第1の態様に係る洗浄装置は、
基板の周縁部を保持する複数のローラと、
前記複数のローラを回転駆動することにより前記基板を回転させる回転駆動部と、
前記基板に当接して当該基板の洗浄を行う洗浄部材と、
前記基板に洗浄液を供給する洗浄液供給ノズルと、
前記基板の周縁部のノッチが前記複数のローラに当たることで発生する音を検知するマイクロホンと、
前記マイクロホンにより検知される音に基いて、前記基板の回転速度を算出する回転速度算出部と、
を備える。
このような態様によれば、たとえばローラがN個(Nは2以上の自然数)の場合には、基板が1回転する間にノッチがN個のローラを通過するため、ノッチがローラに当たることで発生する音を1つのマイクロホンでN回検知できる。したがって、ノッチがローラに当たることで発生する振動を1つの振動センサで検知する場合に比べて、分解能をN倍に高めることができ、これにより、装置構成を複雑化することなく、基板の回転速度を短時間で精度よく求めることが可能となる。
本発明の第2の態様に係る洗浄装置は、第1の態様に係る洗浄装置であって、
前記基板の洗浄を行う洗浄空間を画定する筐体をさらに備え、
前記複数のローラと前記洗浄部材と前記洗浄液供給ノズルとは、前記筐体の内側に配置され、
前記マイクロホンは、前記筐体の外側に少なくとも1つ配置されている。
本件発明者らが実際に検証したところ、マイクロホンが筐体の外側に配置されている場合には、マイクロホンが筐体の内側に配置されている場合に比べて、基板のノッチがローラに当たることで発生する音の検知精度を高めることができることがわかった。したがって、このような態様によれば、基板の回転速度をより精度よく求めることが可能となる。また、このような態様によれば、マイクロホンの防水処理が不要であり、さらに、可燃性の洗浄液を使用する場合であっても、マイクロホンの防爆処理が不要である。
本発明の第3の態様に係る洗浄装置は、第1の態様に係る洗浄装置であって、
前記基板の洗浄を行う洗浄空間を画定する筐体をさらに備え、
前記複数のローラと前記洗浄部材と前記洗浄液供給ノズルとは、前記筐体の内側に配置され、
前記マイクロホンは、前記筐体の内側にのみ配置されている。
本発明の第4の態様に係る洗浄装置は、第1~3のいずれかの態様に係る洗浄装置であって、
前記回転速度算出部は、前記音の基本波および高調波に基づいて、前記基板の回転速度を算出する。
音の周波数が変動する場合、ピーク波形の変動量は、高調波ほど大きくなる(たとえば、100Hzの基本波の1%の変動量は1Hzであるが、200Hzの第2高調波の1%の変動量は2Hzであり、基本波の変動量の2倍である)。したがって、このような態様によれば、音の基本波だけでなく高調波も利用して基板の回転速度を算出することで、基板の回転速度をより精度よく求めることができる。
本発明の第5の態様に係る洗浄装置は、第1~4のいずれかの態様に係る洗浄装置であって、
前記基板の周縁部のノッチが前記複数のローラのうちの1つのローラに当たることで発生する振動を検知する振動センサをさらに備え、
前記回転速度算出部は、前記マイクロホンにより検知される音と前記振動センサにより検知される振動とに基いて、前記基板の回転速度を算出する。
本発明の第6の態様に係る洗浄装置は、第1~4のいずれかの態様に係る洗浄装置であって、
前記回転駆動部から発生する音を検知する第2マイクロホンをさらに備え、
前記回転速度算出部は、前記マイクロホンにより検知される音と前記第2マイクロホンにより検知される音とに基いて、前記基板の回転速度を算出する。
本発明の第7の態様に係る洗浄装置は、第1~6のいずれかの態様に係る洗浄装置であって、
前記回転駆動部に前記基板の回転速度の設定値を設定する回転速度設定部をさらに備え、
前記回転速度算出部は、前記回転速度設定部から取得される前記設定値を考慮して、前記基板の回転速度を算出する。
本発明の第8の態様に係る洗浄装置は、第1~7のいずれかの態様に係る洗浄装置であって、
前記回転速度算出部により算出された回転速度をディスプレイに表示させる表示制御部をさらに備える。
本発明の第9の態様に係る洗浄装置は、第8の態様に係る洗浄装置であって、
前記表示制御部は、前記回転速度算出部により算出された過去複数回の回転速度を平均してディスプレイに表示させる。
本発明の第10の態様に係る洗浄装置は、第1~9のいずれかの態様に係る洗浄装置であって、
前記回転速度算出部により算出された回転速度に基づいて、異常の有無を判定する異常判定部をさらに備える。
本発明の第11の態様に係る洗浄装置は、第10の態様に係る洗浄装置であって、
前記異常判定部は、前記回転速度算出部により算出された過去複数回の回転速度の平均値に基づいて、異常の有無を判定する。
本発明の第12の態様に係る洗浄装置は、第10または11の態様に係る洗浄装置であって、
前記異常判定部により異常ありと判定された場合には、異常を発報する、および/または、前記回転駆動部に停止を指示する異常発報部をさらに備える。
本発明の第13の態様に係る洗浄装置は、第10~12のいずれかの態様に係る洗浄装置であって、
前記異常判定部は、前記回転速度算出部により算出された回転速度と前記回転速度設定部から取得される前記設定値との差または比を算出し、当該差または比があらかじめ定められた閾値を超えた場合に、異常ありと判定する。
本発明の第14の態様に係る洗浄装置は、第10~13のいずれかの態様に係る洗浄装置であって、
前記異常判定部は、前記回転速度算出部により算出された回転速度がゼロであって、前記回転速度設定部から取得される前記設定値がゼロではない場合、または、前記マイクロホンにより異常音が検知された場合に、異常ありと判定する。
本発明の第15の態様に係る洗浄装置は、第10~14のいずれかの態様に係る洗浄装置であって、
前記異常判定部は、洗浄部材を回転させるモータに流れる電流の変動を考慮して、異常の有無を判定する。
本発明の第16の態様に係る洗浄装置は、第10~15のいずれかの態様に係る洗浄装置であって、
前記異常判定部は、前記筐体内部の気圧の変動を考慮して、異常の有無を判定する。
本発明の第17の態様に係る洗浄装置は、第2の態様に係る洗浄装置であって、
前記マイクロホンは、前記筐体の内部で発生する音を、前記筐体に設けられた換気用の隙間から集音する。
本発明の第18の態様に係る洗浄装置は、第7の態様に係る洗浄装置であって、
前記回転速度算出部は、前記設定値に応じて、前記音の信号に適用するフィルタのカットオフ周波数を変更する。
本発明の第19の態様に係る研磨装置は、
基板の研磨を行う研磨ユニットと、
研磨後の基板の洗浄を行う洗浄ユニットと、
を備え、
前記洗浄ユニットは、
基板の周縁部を保持する複数のローラと、
前記複数のローラを回転駆動することにより前記基板を回転させる回転駆動部と、
前記基板に当接して当該基板の洗浄を行う洗浄部材と、
前記基板に洗浄液を供給する洗浄液供給ノズルと、
前記基板の周縁部のノッチが前記複数のローラに当たることで発生する音を検知するマイクロホンと、
前記マイクロホンにより検知される音に基いて、前記基板の回転速度を算出する回転速度算出部と、
を有する。
本発明の第20の態様に係る装置は、
基板の周縁部を保持する複数のローラと、
前記複数のローラを回転駆動することにより前記基板を回転させる回転駆動部と、
前記基板に当接して当該基板の洗浄を行う洗浄部材と、
前記基板に洗浄液を供給する洗浄液供給ノズルと、
を備えた洗浄装置において前記基板の回転速度を算出する装置であって、
前記基板の周縁部のノッチが前記複数のローラに当たることで発生する音を検知するマイクロホンと、
前記マイクロホンにより検知される音に基いて、前記基板の回転速度を算出する回転速度算出部と、
を備える。
本発明の第21の態様に係る洗浄方法は、
基板の周縁部を保持する複数のローラと、
前記複数のローラを回転駆動することにより前記基板を回転させる回転駆動部と、
前記基板に当接して当該基板の洗浄を行う洗浄部材と、
前記基板に洗浄液を供給する洗浄液供給ノズルと、
を備えた洗浄装置において前記基板の回転速度を算出する方法であって、
前記基板の周縁部のノッチが前記複数のローラに当たることで発生する音をマイクロホンにより検知するステップと、
前記マイクロホンにより検知される音に基いて、前記基板の回転速度を算出するステップと、
を含む。
本発明によれば、基板の周縁部を複数のローラによって保持して回転させる洗浄装置において、装置構成を複雑化することなく、基板の回転速度を精度よく求めることができる。
図1は、一実施の形態に係る研磨装置の全体構成を示す平面図である。 図2は、一実施の形態に係る洗浄装置の内部構成を示す側面図である。 図3は、図2に示す洗浄装置におけるローラの配置を示す平面図である。 図4は、マイクロホンにより検知された音に基づいて基板の回転速度を算出する信号処理のフローの一例を示す図である。 図5は、マイクロホンにより検知された音に基づいて基板の回転速度を算出する構成を示すブロック図である。 図6は、正常時にマイクロホンで検知される音の信号の生波形を示すグラフの一例である。 図7は、正常時にマイクロホンで検知される音の信号のBPFまたはHPF通過後の波形を示すグラフの一例である。 図8は、正常時にマイクロホンで検知される音の信号の絶対値化処理後の波形を示すグラフの一例である。 図9は、正常時にマイクロホンで検知される音の信号のLPF通過後の波形を示すグラフの一例である。 図10は、正常時にマイクロホンで検知される音の信号のFFT分析結果を示すグラフの一例である。 図11は、正常時および異常時にマイクロホンで検知される音の信号の生波形を重ねて示すグラフの一例である。 図12は、正常時および異常時にマイクロホンで検知される音の信号のBPFまたはHPF通過後の波形を重ねて示すグラフの一例である。 図13は、正常時および異常時にマイクロホンで検知される音の信号の絶対値化処理後の波形を重ねて示すグラフの一例である。 図14は、正常時および異常時にマイクロホンで検知される音の信号のLPF通過後の波形を重ねて示すグラフの一例である。 図15は、正常時および異常時にマイクロホンで検知される音の信号のFFT分析結果を重ねて示すグラフの一例である。
以下に、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の説明および以下の説明で用いる図面では、同一に構成され得る部分について、同一の符号を用いるとともに、重複する説明を省略する。
<基板処理装置>
図1は、一実施の形態に係る基板処理装置(研磨装置ともいう)1の全体構成を示す平面図である。
図1に示すように、基板処理装置1は、略矩形状のハウジング10と、複数の基板W(図2等参照)をストックする基板カセット(図示せず)が載置されるロードポート12と、を有している。ロードポート12は、ハウジング10に隣接して配置されている。ロードポート12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。SMIFポッドおよびFOUPは、内部に基板カセットを収容し、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。基板Wとしては、たとえば半導体ウェハなどを挙げることができる。
ハウジング10の内部には、複数(図1に示す態様では4つ)の研磨ユニット14a~14dと、研磨後の基板Wを洗浄する第1洗浄ユニット16aおよび第2洗浄ユニット16bと、洗浄後の基板Wを乾燥させる乾燥ユニット20とが収容されている。研磨ユニット14a~14dは、ハウジング10の長手方向に沿って配列されており、洗浄ユニット16a、16bおよび乾燥ユニット20も、ハウジング10の長手方向に沿って配列されている。
ロードポート12と、ロードポート12側に位置する研磨ユニット14aと、乾燥ユニット20とにより囲まれた領域には、第1搬送ロボット22が配置されている。また、研磨ユニット14a~14dが配列された領域と、洗浄ユニット16a、16bおよび乾燥ユニット20が配列された領域との間には、ハウジング10の長手方向と平行に、搬送ユニット24が配置されている。第1搬送ロボット22は、研磨前の基板Wをロードポート12から受け取って搬送ユニット24に受け渡したり、乾燥ユニット20から取り出された乾燥後の基板Wを搬送ユニット24から受け取ったりする。
第1洗浄ユニット16aと第2洗浄ユニット16bとの間には、第1洗浄ユニット16aと第2洗浄ユニット16bとの間で基板Wの受け渡しを行う第2搬送ロボット26が配置されている。また、第2洗浄ユニット16bと乾燥ユニット20との間には、第2洗浄ユニット16bと乾燥ユニット20との間で基板Wの受け渡しを行う第3搬送ロボット28が配置されている。
さらに、基板処理装置1には、各機器14a~14d、16a、16b、22、24、26、28の動きを制御する研磨制御装置30が設けられている。研磨制御装置30としては、たとえば、プログラマブル・ロジック・コントローラ(PLC)が用いられる。図1に示す態様では、研磨制御装置30がハウジング10の内部に配置されているが、これに限られることはなく、研磨制御装置30がハウジング10の外部に配置されていてもよい。
第1洗浄ユニット16aおよび/または第2洗浄ユニット16bとしては、洗浄液の存在下で、基板Wの直径のほぼ全長にわたって直線状に延びるロール洗浄部材を基板Wの表面に接触させ、ロール洗浄部材を自転させながら基板Wの表面をスクラブ洗浄するロール洗浄装置(後述する一実施形態に係る洗浄装置16)が用いられてもよいし、洗浄液の存在下で、鉛直方向に延びる円柱状のペンシル洗浄部材を基板Wの表面に接触させ、ペンシル洗浄部材を自転させながら基板Wの表面と平行な一方向に向けて移動させて、基板Wの表面をスクラブ洗浄するペンシル洗浄装置(不図示)が用いられてもよいし、洗浄液の存在下で、鉛直方向に延びる回転軸線を有するバフ洗浄研磨部材を基板Wの表面に接触させ、バフ洗浄研磨部材を自転させながら基板Wの表面と平行な一方向に向けて移動させて、基板Wの表面をスクラブ洗浄研磨するバフ洗浄研磨装置(不図示)が用いられてもよいし、二流体ジェットにより基板Wの表面を洗浄する二流体ジェット洗浄装置(不図示)が用いられてもよい。また、第1洗浄ユニット16aおよび/または第2洗浄ユニット16bとしては、これらロール洗浄装置、ペンシル洗浄装置、バフ洗浄研磨装置および二流体ジェット洗浄装置のいずれか2つ以上が組み合わされて用いられてもよい。
洗浄液には、純水(DIW)などのリンス液と、アンモニア過酸化水素(SC1)、塩酸過酸化水素(SC2)、硫酸過酸化水素(SPM)、硫酸加水、フッ酸などの薬液とが含まれる。本実施の形態で特に断りのない限り、洗浄液は、リンス液または薬液のいずれかを意味している。
乾燥ユニット20としては、回転する基板Wに向けて、基板Wの表面と平行な一方向に移動する噴射ノズルからイソプロピルアルコール(IPA)蒸気を噴出して基板Wを乾燥させ、さらに基板Wを高速で回転させて遠心力によって基板Wを乾燥させるスピン乾燥装置が用いられてもよい。
<洗浄装置>
次に、一実施の形態に係る洗浄装置16について説明する。図2は、一実施の形態に係る洗浄装置16の内部構成を示す側面図であり、図3は、洗浄装置16におけるローラ42a~42dの配置を示す平面図である。一実施の形態に係る洗浄装置16は、上述した基板処理装置1における第1洗浄ユニット16aおよび/または第2洗浄ユニット16bとして用いられてもよい。
図2および図3に示すように、洗浄装置16は、基板Wの洗浄を行う洗浄空間を画定する筐体41と、基板Wの周縁部を保持する複数(図示された例では4つ)のローラ42a~42dと、複数のローラ42a~42dを回転駆動することにより基板Wを回転させる回転駆動部43a、43bと、基板Wに当接して当該基板Wの洗浄を行う洗浄部材44a、44bと、基板Wに洗浄液を供給する洗浄液供給ノズル45と、を有している。
本実施の形態では、回転駆動部43a、43bは、モータを有している。図示された例では、符号43aの回転駆動部のモータが、プーリおよびベルトを介して、符号42a、42dのローラを回転駆動し、符号43bの回転駆動部のモータが、プーリおよびベルトを介して、符号42b、42cのローラを回転駆動する。回転駆動部43a、43bにより複数のローラ42a~42dが同一方向(図3に示す例では反時計回り)に回転駆動されることにより、複数のローラ42a~42dに保持された基板Wは、各ローラ42a~42dと基板Wの周縁部との間にはたらく摩擦力により、各ローラ42a~42dの回転方向とは逆向き(図3に示す例では時計回り)に回転される。
本実施の形態では、洗浄部材44a、44bは、円柱状で長尺状に延びる、たとえばポリビニルアルコール(PVA)からなるロール洗浄部材(ロールスポンジ)であるが、これに限定されるものではなく、鉛直方向に延びる円柱状のペンシル洗浄部材であってもよいし、鉛直方向に延びる回転軸線を有するバフ洗浄研磨部材であってもよい。
図2に示すように、複数のローラ42a~42dと洗浄部材44a、44bと洗浄液供給ノズル45とは、筐体41の内側に配置されており、基板W上に供給される洗浄液が洗浄空間の外側へと飛散することが防止されている。
図2に示す例では、筐体41の側壁には、基板Wを搬入または搬出するための開口(基板搬入出口)が形成されており、当該基板搬入出口は、シャッタ41a、41bにより開閉可能となっている。また、筐体41の底部には排気口41cが形成されている。筐体41の内部の空気が排気口41cから排出されるとともに、筐体41の外部の空気が基板搬入出口とシャッタ41a、41bとの隙間から流入することにより、洗浄空間の換気が行われる。
図2に示すように、本実施の形態に係る洗浄装置16は、基板Wの周縁部のノッチ(不図示)が複数のローラ42a~42dに当たることで発生する音を検知するマイクロホン51a、51bと、マイクロホン51a、51bにより検知される音に基いて、基板Wの回転速度を算出する回転速度算出部52と、を有している。
マイクロホン51a、51bは、当該音を検出できる位置であれば、基板処理装置1のハウジング10の内部のいずれの箇所に配置されてもよい。また、マイクロホン51a、51bは、筐体41の外側に配置されていてもよいし、筐体41の内側に配置されていてもよい。図2に示す例では、符号51aのマイクロホンが、筐体41の外側に配置されており、符号51bのマイクロホンが、筐体41の内側に配置されている。すなわち、図2に示す例では、マイクロホンが、筐体41の外側に少なくとも1つ配置されている。なお、図示は省略するが、マイクロホンは、筐体41の内側にのみ配置されていてもよい。
本件発明者らが実際に検証したところ、マイクロホン51aが筐体41の外側に配置されている場合には、マイクロホン51bが筐体の内側に配置されている場合に比べて、基板Wのノッチがローラ42a~42dに当たることで発生する音の検知精度を高めることができることがわかった。この理由について、本件発明者らが検討したところ、以下のようなものであると推測される。すなわち、基板Wの洗浄中に筐体41内部で発生する大きな音としては、洗浄液が流れる音(ジャバジャバという音)があるが、この音は空気の振動により伝わる音であるため、洗浄空間を取り囲む筐体41により遮られ、筐体41の外側では大幅に減衰される(筐体41の内側では、筐体41の内面での反響がある)。これに対し、基板Wのノッチがローラ42a~42dに当たることで発生する音は、硬い部材の振動により伝わる固体伝搬音を含んでいるため、洗浄空間を筐体41により取り囲んでいても、当該筐体41自体を通して筐体41の外側に伝わり得る。したがって、マイクロホン51aが筐体41の外側に配置されている場合には、マイクロホン51bが筐体の内側に配置されている場合に比べて、洗浄液が流れる音(ジャバジャバという音)の影響が大きく低減され、S/N比が向上するため、基板Wのノッチがローラ42a~42dに当たることで発生する音の検知精度を高めることが可能となる。
また、マイクロホン51aが筐体41の外側に配置されている場合には、マイクロホン51aの防水処理が不要であり、さらに、可燃性の洗浄液を使用する場合であっても、マイクロホン51aの防爆処理が不要であるという利点がある。
マイクロホン51aが筐体41の外側に配置されている場合には、当該マイクロホン51aは、筐体41の内部で発生する音を、筐体41に設けられた換気(吸気)用の隙間から集音してもよい。図2に示す例では、マイクロホン51aは、筐体41の外側において基板搬入出口に隣接して配置されており、筐体41の内部で発生する音を、基板搬入出口とシャッタ41aとの間の隙間から集音できるようになっている。
マイクロホン51bが筐体41の内側に配置されている場合には、マイクロホン51bをポリ袋(不図示)で覆うなど、防水処理を施すことが望ましい。
図5は、マイクロホン51a、51bにより検知された音に基づいて基板Wの回転速度(実回転速度ともいう)を算出する構成を示すブロック図である。
図5に示すように、回転速度算出部52は、信号入力部52aと、演算部52bと、結果出力部52cとを有しており、マイクロホン51a、51bにより検知された音に基づいて、基板Wの回転速度(実回転速度)を算出する。ここで、回転速度算出部52は、マイクロホン51a、51bにより検知された音の基本波に基づいて、基板Wの回転速度を算出してもよいし、マイクロホン51a、51bにより検知された音の基本波および高調波に基づいて、基板Wの回転速度を算出してもよい。
図4は、マイクロホン51a、51bにより検知された音に基づいて基板Wの回転速度(実回転速度)を算出する信号処理のフローの一例を示す図である。
図4に示すように、回転速度算出部52は、まず、マイクロホン51a、51bにより検知された音の信号(音圧)を、アンプで増幅したのち、アナログデジタル(A/D)変換を行い、次いで、バンドパスフィルタ(BPF)またはハイパスフィルタ(HPF)を通過させる。一例として、A/D変換のサンプリング周波数fs=10kHz、サンプリング周期Ts=2secであり、HPFのカットオフ周波数fc=2000Hzである。図6は、正常時にマイクロホン51a、51bで検知される音の信号の生波形(すなわちBPFまたはHPF通過前の波形)を示すグラフの一例であり、図7は、正常時にマイクロホン51a、51bで検知される音の信号のBPFまたはHPF通過後の波形を示すグラフの一例である。また、図11は、異常時にマイクロホンで検知される音の信号の生波形を、正常時にマイクロホンで検知される音の信号の生波形に重ねて示すグラフの一例であり、図12は、異常時にマイクロホンで検知される音の信号のBPFまたはHPF通過後の波形を、正常時にマイクロホンで検知される音の信号のBPFまたはHPF通過後の波形に重ねて示すグラフの一例である。図11および図12において、「×」は正常時のピークが異常時になくなっている箇所を示しており、「〇」は正常時にはなくて異常時に追加されるピークの箇所を示している。
次に、回転速度算出部52は、HPFを通過した信号を、絶対値化したのち、ローパスフィルタ(LPF)を通過させることで、包絡線処理(エンベロープ処理ともいう)を行う。一例として、LPFのカットオフ周波数fc=1000Hzである。図8は、正常時にマイクロホン51a、51bで検知される音の信号の絶対値化処理後の波形を示すグラフの一例であり、図9は、正常時にマイクロホン51a、51bで検知される音の信号のLPF通過後の波形を示すグラフの一例である。また、図13は、異常時にマイクロホンで検知される音の信号の絶対値化処理後の波形を、正常時にマイクロホンで検知される音の信号の絶対値化処理後の波形に重ねて示すグラフの一例であり、図14は、異常時にマイクロホンで検知される音の信号のLPF通過後の波形を、正常時にマイクロホンで検知される音の信号のLPF通過後の波形に重ねて示すグラフの一例である。図13および図14において、「×」は正常時のピークが異常時になくなっている箇所を示しており、「〇」は正常時にはなくて異常時に追加されるピークの箇所を示している。
次いで、回転速度算出部52は、LPFを通過した信号に対して、たとえば0~100Hzにて高速フーリエ変換(FFT)を行い、周波数スペクトラムを生成する。回転速度算出部52は、過去複数回のFFT分析結果を平均して、周波数スペクトラムを生成してもよい。平均しない場合には、より短時間での演算が可能である。図10は、正常時にマイクロホン51a、51bで検知される音の信号のFFT分析結果を示すグラフの一例である。また、図15は、異常時にマイクロホンで検知される音の信号のFFT分析結果を、正常時にマイクロホンで検知される音の信号のFFT分析結果に重ねて示すグラフである。図15において、「×」は正常時のピークが異常時になくなっている箇所を示しており、「〇」は正常時にはなくて異常時に追加されるピークの箇所を示している。図15を参照し、正常時のFFT分析結果と異常時のFFT分析結果とを比べると、異常時のピーク(「〇」)の周波数(横軸の位置座標)が正常時のピーク(「△」)の周波数(位置座標)に比べて小さくなっており、このことから、異常時には正常時に比べて基板Wの回転速度が低下していることが分かる。
次に、回転速度算出部52は、生成された周波数スペクトラム(FFT分析結果)からピークを抽出(たとえば第1~5ピーク周波数を抽出)し、抽出されたピーク周波数と、後述する回転速度設定部56から取得される基板Wの回転速度の設定値(設定回転速度ともいう)とに基づいて、基板Wの回転周波数を推定し、推定された回転周波数Tから基板Wの回転速度(実回転速度)を算出する。
回転速度算出部52は、回転速度設定部56から取得される基板Wの回転速度の設定値(設定回転速度)に応じて、マイクロホン51a、51bにより検知された音の信号に適用するフィルタ(すなわちBPFまたはHPF、もしくはLPF)のカットオフ周波数fcを変更してもよい。
回転速度算出部52は、洗浄液の種類(たとえば、薬液、洗剤、水など)や構造物(たとえばローラ42a~42d)の固有値に応じて、マイクロホン51a、51bにより検知された音の信号に適用するフィルタ(すなわちBPFまたはHPF、もしくはLPF)のカットオフ周波数fcを変更してもよい。
一変形として、洗浄装置16には、基板Wの周縁部のノッチが複数のローラ42a~42dのうちの1つのローラに当たることで発生する振動を検知する振動センサ(不図示)が設けられており、回転速度算出部52は、マイクロホン51a、51bにより検知される音と振動センサ(不図示)により検知される振動とに基いて、基板Wの回転速度を算出してもよい。振動センサは、当該振動を検出できる位置であれば、基板処理装置1のハウジング10の内部のいずれの箇所に配置されてもよい。また、洗浄装置16の筐体41の内側に配置されてもよいし、筐体41の外側である筐体41の外板や底板、支柱などに配置されてもよい。
別の変形例として、洗浄装置16には、回転駆動部43a、43bから発生する音を検知する第2マイクロホン51c(図2参照)が設けられており、回転速度算出部52は、マイクロホン51a、51bにより検知される音と第2マイクロホン51cにより検知される音とに基いて、基板Wの回転速度を算出してもよい。
図2に示すように、本実施の形態に係る洗浄装置16には、回転速度設定部56と、表示制御部53と、異常判定部54と、異常発報部55とがさらに設けられている。
回転速度設定部56は、基板Wの回転速度の設定値(設定回転速度)を回転駆動部43a、43bに設定する。上述したように、回転速度算出部52は、回転速度設定部56から取得される基板Wの回転速度の設定値(設定回転速度)を考慮して、基板Wの回転速度(実回転速度)を算出してもよい。なお、回転速度設定部56は、研磨制御装置30(図1参照)に設けられていてもよい。
表示制御部53は、回転速度算出部52により算出された回転速度をディスプレイ(不図示)に表示させる。表示制御部53は、回転速度算出部52により算出された最新の回転速度をディスプレイに表示させてもよいし、回転速度算出部52により算出された過去複数回(たとえば10回)の回転速度を平均して、当該平均値をディスプレイに表示させてもよい。
異常判定部54は、回転速度算出部52により算出された回転速度に基づいて、異常の有無を判定する。ここで、異常判定部54は、回転速度算出部52により算出された過去複数回(たとえば10回)の回転速度の平均値に基づいて、異常の有無を判定してもよい。異常判定部54により判定される異常は、回転異常(たとえばスリップの発生)であってもよいし、その他の異常(たとえば装置の異常)であってもよい。
具体的には、たとえば、異常判定部54は、回転速度算出部52により算出された回転速度(実回転速度)と、回転速度設定部56から取得される回転速度の設定値(設定回転速度)との差または比を算出し、当該差または比があらかじめ定められた閾値を超えた場合(たとえば、設定回転速度に比べて実回転速度が10%以上低下し場合)に、回転異常(たとえばスリップの発生)ありと判定する。
洗浄装置16において、ローラ42a~42dが摩耗して径が小さくなると、ローラ42a~42dの周速が低下するため、それに比例して基板Wの回転速度が徐々に遅くなる。したがって、異常判定部54は、回転速度算出部52により算出された回転速度(実回転速度)と、回転速度設定部56から取得される回転速度の設定値(設定回転速度)との差または比を算出し、設定回転速度に比べて実回転速度が徐々に低下している場合に、装置の異常(たとえばローラ42a~42dの摩耗)ありと判定してもよい。
あるいは、たとえば、異常判定部54は、回転速度算出部52により算出された回転速度(実回転速度)がゼロであって、回転速度設定部56から取得される回転速度の設定値(設定回転速度)がゼロではない場合、または、マイクロホン51a~51cにより異常音が検知された場合に、異常(たとえばウエハの割れ)ありと判定してもよい。
異常判定部54は、洗浄部材44a、44bを回転させるモータ(不図示)に流れる電流の変動を考慮して、異常の有無を判定してもよい。この場合、洗浄部材44a、44bを回転させるモータ(不図示)に流れる電流の変動が考慮されることで、洗浄部材44a、44bの回転機構に使用されるベアリング等の異常を検知できる。
異常判定部54は、筐体41の内部の気圧の変動(たとえばノッチ付近の微小な気流の変動)を考慮して、異常の有無を判定してもよい。
異常判定部54は、基板Wの周縁部に対するローラ42a~42dの押付け力の変動を考慮して、異常の有無を判定してもよい。
図5を参照し、異常発報部55は、異常判定部54により異常ありと判定された場合には、中央制御装置61またはクラウドサーバ62に異常を発報してもよいし、回転駆動部43a、43bに停止信号を送信して運転停止を指示してもよい。
なお、上述した回転速度算出部52と、表示制御部53と、異常判定部54と、異常発報部55の少なくとも一部は、1または複数のコンピュータにより構成され得る。
図示は省略するが、洗浄装置16には、ローラ42a~42dとは別に、基板Wの周縁部のノッチに当たることで積極的に音を発生させる機構(たとえば従動ローラ)がさらに設けられていてもよい。この場合、回転速度算出部52が、その発生音にチューニングされることで、基板Wの回転速度に応じた周期音を、より明確に検出可能となる。ここで積極的に音を発生させる機構は、特定の周波数(たとえば洗浄液が流れる音(ジャバジャバという音)などのノイズとは明らかに異なる周波数)の音を発生させるものであってもよいし、発生音を放射しやすいものであってもよい。
ところで、発明が解決しようとする課題の欄でも言及したように、従来、回転駆動される基板のノッチがローラに当たることで当該ローラに発生する振動を検出し、当該振動の検出に基づいて基板とローラとの間にスリップが発生したか否かを判定する技術があったが、振動を検出するための振動センサは、複数のローラのうちの1つのローラに一体に取り付けられるものであるから、基板のノッチがローラに当たることで発生する振動を、基板が1回転する間に1回しか検知することができなかった。そのため、基板のノッチがローラに当たることで発生する振動に基づいて基板の回転速度を精度よく求めようとすると、十分な測定時間をかける必要があった。測定時間を短縮するために、各ローラに対してそれぞれ振動センサを取り付けることも考えられるが、この場合、装置構成が複雑になり、コストも高くなっていた。
これに対し、以上のような本実施の形態によれば、たとえばローラ42a~42dがN個(Nは2以上の自然数)の場合には、基板Wが1回転する間にノッチがN個のローラ42a~42dを通過するため、ノッチがローラ42a~42dに当たることで発生する音を1つのマイクロホン51aまたは51bでN回検知できる。したがって、ノッチがローラに当たることで発生する振動を1つの振動センサで検知する場合に比べて、分解能をN倍に高めることができ、これにより、装置構成を複雑化することなく、基板Wの回転速度(実回転速度)を短時間で精度よく求めることが可能となる。
また、本件発明者らが実際に検証したところ、マイクロホン51aが筐体41の外側に配置されている場合には、マイクロホン51bが筐体41の内側に配置されている場合に比べて、基板Wのノッチがローラ42a~42dに当たることで発生する音の検知精度を高めることができることがわかった。したがって、本実施の形態によれば、少なくとも1つのマイクロホン51aが筐体41の外側に配置されていることにより、基板Wの回転速度をより精度よく求めることが可能となる。また、少なくとも1つのマイクロホン51aが筐体41の外側に配置されていることにより、マイクロホン51aの防水処理が不要であり、さらに、可燃性の洗浄液を使用する場合であっても、マイクロホン51aの防爆処理が不要である。
また、音の周波数が変動する場合、ピーク波形の変動量は、高調波ほど大きくなる(たとえば、100Hzの基本波の1%の変動量は1Hzであるが、200Hzの第2高調波の1%の変動量は2Hzであり、基本波の変動量の2倍である)。したがって、本実施の形態によれば、回転速度算出部52が、マイクロホン51により検知される音の基本波だけでなく高調波も利用して、基板Wの回転速度(実回転速度)を算出するため、基板Wの回転速度(実回転速度)をより精度よく求めることができる。
以上、本発明の実施の形態および変形例を例示により説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において目的に応じて変更・変形することが可能である。また、各実施の形態および変形例は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。
1 基板処理装置(研磨装置)
10 ハウジング
12 ロードポート
14a~14d 研磨ユニット
16 洗浄装置
16a 第1洗浄ユニット(洗浄装置)
16b 第2洗浄ユニット(洗浄装置)
20 乾燥ユニット
22 第1搬送ロボット
24 搬送ユニット
26 第2搬送ロボット
28 第3搬送ロボット
30 研磨制御装置
41 筐体
41a、41b シャッタ
42a~42d ローラ
43a、43b 回転駆動部
44a、44b 洗浄部材
45 洗浄液供給ノズル
51a、51b マイクロホン
51c 第2マイクロホン
52 回転速度算出部
53 表示制御部
54 異常判定部
55 異常発報部
56 回転速度設定部
61 中央制御装置
62 クラウドサーバ

Claims (22)

  1. 基板の周縁部を保持する複数のローラと、
    前記複数のローラを回転駆動することにより前記基板を回転させる回転駆動部と、
    前記基板に当接して当該基板の洗浄を行う洗浄部材と、
    前記基板に洗浄液を供給する洗浄液供給ノズルと、
    前記基板の周縁部のノッチが前記複数のローラに当たることで発生する音を検知するマイクロホンと、
    前記マイクロホンにより検知される音に基いて、前記基板の回転速度を算出する回転速度算出部と、
    前記基板の洗浄を行う洗浄空間を画定する筐体と、
    を備え、
    前記複数のローラと前記洗浄部材と前記洗浄液供給ノズルとは、前記筐体の内側に配置され、
    前記マイクロホンは、前記筐体の外側に少なくとも1つ配置されている
    ことを特徴とする洗浄装置。
  2. 基板の周縁部を保持する複数のローラと、
    前記複数のローラを回転駆動することにより前記基板を回転させる回転駆動部と、
    前記基板に当接して当該基板の洗浄を行う洗浄部材と、
    前記基板に洗浄液を供給する洗浄液供給ノズルと、
    前記基板の周縁部のノッチが前記複数のローラに当たることで発生する音を検知するマイクロホンと、
    前記マイクロホンにより検知される音に基いて、前記基板の回転速度を算出する回転速度算出部と、
    前記基板の洗浄を行う洗浄空間を画定する筐体と、
    前記回転速度算出部により算出された回転速度に基づいて、異常の有無を判定する異常判定部を備え、
    前記異常判定部は、前記筐体内部の気圧の変動を考慮して、異常の有無を判定する
    ことを特徴とする洗浄装置。
  3. 前記異常判定部は、前記回転速度算出部により算出された過去複数回の回転速度の平均値に基づいて、異常の有無を判定する
    ことを特徴とする請求項2に記載の洗浄装置。
  4. 前記異常判定部により異常ありと判定された場合には、異常を発報する、および/または、前記回転駆動部に停止を指示する異常発報部をさらに備えた
    ことを特徴とする請求項2または3に記載の洗浄装置。
  5. 前記異常判定部は、前記回転速度算出部により算出された回転速度と、前記回転駆動部に前記基板の回転速度の設定値を設定する回転速度設定部から取得される前記設定値との差または比を算出し、当該差または比があらかじめ定められた閾値を超えた場合に、異常ありと判定する
    ことを特徴とする請求項2~4のいずれかに記載の洗浄装置。
  6. 前記異常判定部は、前記回転速度算出部により算出された回転速度がゼロであって、前記回転駆動部に前記基板の回転速度の設定値を設定する回転速度設定部から取得される前記設定値がゼロではない場合、または、前記マイクロホンにより異常音が検知された場合に、異常ありと判定する
    ことを特徴とする請求項2~5のいずれかに記載の洗浄装置。
  7. 前記異常判定部は、洗浄部材を回転させるモータに流れる電流の変動を考慮して、異常の有無を判定する
    ことを特徴とする請求項2~6のいずれかに記載の洗浄装置。
  8. 前記マイクロホンは、前記筐体の内部で発生する音を、前記筐体に設けられた換気用の隙間から集音する
    ことを特徴とする請求項1に記載の洗浄装置。
  9. 前記複数のローラと前記洗浄部材と前記洗浄液供給ノズルとは、前記筐体の内側に配置され、
    前記マイクロホンは、前記筐体の内側にのみ配置されている
    ことを特徴とする請求項2~7のいずれかに記載の洗浄装置。
  10. 前記回転速度算出部は、前記音の基本波および高調波に基づいて、前記基板の回転速度を算出する
    ことを特徴とする請求項1~9のいずれかに記載の洗浄装置。
  11. 前記基板の周縁部のノッチが前記複数のローラのうちの1つのローラに当たることで発生する振動を検知する振動センサをさらに備え、
    前記回転速度算出部は、前記マイクロホンにより検知される音と前記振動センサにより検知される振動とに基いて、前記基板の回転速度を算出する
    ことを特徴とする請求項1~10のいずれかに記載の洗浄装置。
  12. 前記回転駆動部から発生する音を検知する第2マイクロホンをさらに備え、
    前記回転速度算出部は、前記マイクロホンにより検知される音と前記第2マイクロホンにより検知される音とに基いて、前記基板の回転速度を算出する
    ことを特徴とする請求項1~10のいずれかに記載の洗浄装置。
  13. 前記回転速度算出部は、前記回転駆動部に前記基板の回転速度の設定値を設定する回転速度設定部から取得される前記設定値を考慮して、前記基板の回転速度を算出する
    ことを特徴とする請求項1~12のいずれかに記載の洗浄装置。
  14. 前記回転速度算出部により算出された回転速度をディスプレイに表示させる表示制御部をさらに備えた
    ことを特徴とする請求項1~13のいずれかに記載の洗浄装置。
  15. 前記表示制御部は、前記回転速度算出部により算出された過去複数回の回転速度を平均
    してディスプレイに表示させる
    ことを特徴とする請求項14に記載の洗浄装置。
  16. 前記回転速度算出部は、前記設定値に応じて、前記音の信号に適用するフィルタのカットオフ周波数を変更する
    ことを特徴とする請求項13に記載の洗浄装置。
  17. 基板の研磨を行う研磨ユニットと、
    研磨後の基板の洗浄を行う洗浄ユニットと、
    を備え、
    前記洗浄ユニットは、
    基板の周縁部を保持する複数のローラと、
    前記複数のローラを回転駆動することにより前記基板を回転させる回転駆動部と、
    前記基板に当接して当該基板の洗浄を行う洗浄部材と、
    前記基板に洗浄液を供給する洗浄液供給ノズルと、
    前記基板の周縁部のノッチが前記複数のローラに当たることで発生する音を検知するマイクロホンと、
    前記マイクロホンにより検知される音に基いて、前記基板の回転速度を算出する回転速度算出部と、
    前記基板の洗浄を行う洗浄空間を画定する筐体と、
    を有し、
    前記複数のローラと前記洗浄部材と前記洗浄液供給ノズルとは、前記筐体の内側に配置され、
    前記マイクロホンは、前記筐体の外側に少なくとも1つ配置されている
    ことを特徴とする研磨装置。
  18. 基板の研磨を行う研磨ユニットと、
    研磨後の基板の洗浄を行う洗浄ユニットと、
    を備え、
    前記洗浄ユニットは、
    基板の周縁部を保持する複数のローラと、
    前記複数のローラを回転駆動することにより前記基板を回転させる回転駆動部と、
    前記基板に当接して当該基板の洗浄を行う洗浄部材と、
    前記基板に洗浄液を供給する洗浄液供給ノズルと、
    前記基板の周縁部のノッチが前記複数のローラに当たることで発生する音を検知するマイクロホンと、
    前記マイクロホンにより検知される音に基いて、前記基板の回転速度を算出する回転速度算出部と、
    前記基板の洗浄を行う洗浄空間を画定する筐体と、
    前記回転速度算出部により算出された回転速度に基づいて、異常の有無を判定する異常判定部と、
    を有し、
    前記異常判定部は、前記筐体内部の気圧の変動を考慮して、異常の有無を判定する
    ことを特徴とする研磨装置。
  19. 基板の周縁部を保持する複数のローラと、
    前記複数のローラを回転駆動することにより前記基板を回転させる回転駆動部と、
    前記基板に当接して当該基板の洗浄を行う洗浄部材と、
    前記基板に洗浄液を供給する洗浄液供給ノズルと、
    前記基板の洗浄を行う洗浄空間を画定する筐体と、
    を備えた洗浄装置において前記基板の回転速度を算出する装置であって、
    前記基板の周縁部のノッチが前記複数のローラに当たることで発生する音を検知するマイクロホンと、
    前記マイクロホンにより検知される音に基いて、前記基板の回転速度を算出する回転速度算出部と、
    を備え、
    前記複数のローラと前記洗浄部材と前記洗浄液供給ノズルとは、前記筐体の内側に配置され、
    前記マイクロホンは、前記筐体の外側に少なくとも1つ配置されている
    ことを特徴とする装置。
  20. 基板の周縁部を保持する複数のローラと、
    前記複数のローラを回転駆動することにより前記基板を回転させる回転駆動部と、
    前記基板に当接して当該基板の洗浄を行う洗浄部材と、
    前記基板に洗浄液を供給する洗浄液供給ノズルと、
    前記基板の洗浄を行う洗浄空間を画定する筐体と、
    を備えた洗浄装置において前記基板の回転速度を算出する装置であって、
    前記基板の周縁部のノッチが前記複数のローラに当たることで発生する音を検知するマイクロホンと、
    前記マイクロホンにより検知される音に基いて、前記基板の回転速度を算出する回転速度算出部と、
    前記回転速度算出部により算出された回転速度に基づいて、異常の有無を判定する異常判定部と、
    を備え、
    前記異常判定部は、前記筐体内部の気圧の変動を考慮して、異常の有無を判定する
    ことを特徴とする装置。
  21. 基板の周縁部を保持する複数のローラと、
    前記複数のローラを回転駆動することにより前記基板を回転させる回転駆動部と、
    前記基板に当接して当該基板の洗浄を行う洗浄部材と、
    前記基板に洗浄液を供給する洗浄液供給ノズルと、
    前記基板の洗浄を行う洗浄空間を画定する筐体と、
    を備えた洗浄装置において前記基板の回転速度を算出する方法であって、
    前記基板の周縁部のノッチが前記複数のローラに当たることで発生する音をマイクロホンにより検知するステップであって、前記複数のローラと前記洗浄部材と前記洗浄液供給ノズルとは、前記筐体の内側に配置され、前記マイクロホンは、前記筐体の外側に少なくとも1つ配置されている、ステップと、
    前記マイクロホンにより検知される音に基いて、前記基板の回転速度を算出するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
  22. 基板の周縁部を保持する複数のローラと、
    前記複数のローラを回転駆動することにより前記基板を回転させる回転駆動部と、
    前記基板に当接して当該基板の洗浄を行う洗浄部材と、
    前記基板に洗浄液を供給する洗浄液供給ノズルと、
    前記基板の洗浄を行う洗浄空間を画定する筐体と、
    を備えた洗浄装置において前記基板の回転速度を算出する方法であって、
    前記基板の周縁部のノッチが前記複数のローラに当たることで発生する音をマイクロホンにより検知するステップと、
    前記マイクロホンにより検知される音に基いて、前記基板の回転速度を算出するステップと、
    算出された回転速度に基づいて、異常の有無を判定するステップであって、前記筐体内部の気圧の変動を考慮して、異常の有無を判定する、ステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
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