JP7265885B2 - 研磨装置、研磨方法、プログラムを格納した記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、研磨装置、研磨方法、研磨方法を実行させるためのプログラムを格納した記憶媒体に関する。

半導体ウェハ等の基板を研磨する研磨装置において、研磨処理中に研磨の進行状態を監視する目的でインサイチュウ（in situ）の膜厚センサが用いられる場合がある。膜厚センサとしては、渦電流センサ（特許文献１、３）、光学式センサ（特許文献２）などが使用される。特許文献１及び２に示されるように、このような膜厚センサは、ターンテーブルとともに回転するように設けられ、研磨対象の基板が膜厚センサを通過する際に基板の膜厚を検出する。

特開２０１０－２５３６２７号公報 特開２０１５－２０２４２号公報 特開２０１１－２３５７９号公報

研磨装置では、基板を保持したトップリングを、回転するターンテーブルの研磨面に着地（タッチダウン）及び接触させて、基板と研磨面との間の相対回転により基板を研磨する。トップリングをターンテーブル上に着地させるタイミングは、ターンテーブルの膜厚センサの位置とは関係なく行われる。従って、基板ごとに、トップリング着地後の異なる時間後、つまり基板の研磨開始から異なる時間後から、膜厚センサによる計測が開始され、基板間で計測開始時点が異なる。

例えば、基板が膜厚センサの直前に着地した場合と、基板が膜厚センサの直後に着地した場合とでは、膜厚センサによる計測開始時の基板の研磨量データが大きく異なる可能性がある。即ち、基板が膜厚センサの直前に着地した場合は、ほとんど研磨されていない状態の基板の研磨量データから計測が開始されるが、基板が膜厚センサの直後に着地した場合は、ターンテーブルの回転のほぼ１周分研磨された状態の基板の研磨量データから計測が開始される。近年の基板の薄膜化の進展により、この約１周分の研磨量の違いは見逃せない場合がある。
本発明の目的は、上述した課題の少なくとも一部を解決することである。

本発明の一側面は、 研磨面を有する研磨パッドを支持する研磨テーブルと、 基板を保持し、前記基板を前記研磨面に押し付けるトップリングと、 前記研磨テーブル内に配置された膜厚センサと、 前記研磨テーブルの回転中に前記膜厚センサの回転位置を検出する位置検出装置と、 前記位置検出装置による前記膜厚センサの回転位置の検出結果に基づいて、前記トップリングを前記研磨面に着地させる制御装置と、を備える、 研磨装置に関する。

本発明の一側面は、 研磨テーブルの研磨面に対して、トップリングに保持された基板を押し付けて研磨する研磨方法において、 前記研磨テーブルの回転中に、前記研磨テーブルに固定された膜厚センサの回転位置を検出すること、 前記膜厚センサの回転位置の
検出結果に基づいて、前記トップリングを前記研磨面に着地させること、を含む、方法に関する。

本発明の一実施形態に係る研磨装置を示す図である。 研磨ユニットを模式的に示す斜視図である。 研磨ユニットを模式的に示す平面図である。 トップリングのタッチダウン処理のフローチャートである。 基板の回転位置を検出するためのセンサの構成例を示す図である。 トップリングのタッチダウン処理のフローチャートである。

（第１実施形態）
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、本発明の一実施形態に係る研磨装置を示す図である。図１に示すように、この研磨装置は、ロード／アンロード部２と、研磨部３と、洗浄部４と、を備えている。ロード／アンロード部２と研磨部３と洗浄部４とは、図１に示すように、略矩形のハウジング１の内部において隔壁１ａ、１ｂによって区画されている。また、ハウジング１の内部又は外部において、研磨装置の各部の動作を制御する制御装置５が設けられている。被研磨部材は、半導体ウェハ、プリント基板、液晶基板、ＭＥＭＳ等の任意の基板であり得る。以下の説明では、被研磨部材を単に基板又はウェハと称する。

ロード／アンロード部２は、１又は複数のウェハをストックするウェハカセットが載置されるフロントロード部２０を備えている。このロード／アンロード部２には、フロントロード部２０の並びに沿って走行機構２１が敷設されており、この走行機構２１上にウェハカセットの配列方向に沿って移動可能な２台の搬送ロボット（ローダー）２２が設置されている。搬送ロボット２２は走行機構２１上を移動することによってフロントロード部２０に搭載されたウェハカセットにアクセスできるようになっている。また、この例では、搬送ロボット２２（後述）に隣接してインラインの膜厚測定器８０が設けられている。被研磨部材としてのウェハ（基板）は、研磨前および／または研磨後に、搬送ロボット２２によりインライン膜厚測定器８０に搬送され、ここでウェハの膜厚が測定される。

研磨部３は、ウェハの研磨が行われる領域であり、第１研磨ユニット３Ａ、第２研磨ユニット３Ｂ、第３研磨ユニット３Ｃ、第４研磨ユニット３Ｄを備えている。図１に示すように、第１研磨ユニット３Ａは、研磨面を有する研磨パッド１０が取り付けられた第１研磨テーブル３０Ａと、ウェハを保持しかつウェハを研磨テーブル３０Ａ上の研磨パッド１０に押圧しながら研磨するための第１トップリング３１Ａと、研磨パッド１０に研磨液（例えばスラリー）やドレッシング液（例えば、純水）を供給するための第１研磨液供給機構３２Ａと、研磨パッド１０の研磨面のドレッシングを行うための第１ドレッサ３３Ａと、液体（例えば純水）と気体（例えば窒素ガス）の混合流体または液体（例えば純水）を霧状にして研磨面に噴射する第１アトマイザ３４Ａと、を備えている。

第２研磨ユニット３Ｂは、同様に、研磨パッド１０が取り付けられた第２研磨テーブル３０Ｂと、第２トップリング３１Ｂと、第２研磨液供給機構３２Ｂと、第２ドレッサ３３Ｂと、第２アトマイザ３４Ｂと、を備えている。第３研磨ユニット３Ｃは、同様に、研磨パッド１０が取り付けられた第３研磨テーブル３０Ｃと、第３トップリング３１Ｃと、第３研磨液供給機構３２Ｃと、第３ドレッサ３３Ｃと、第３アトマイザ３４Ｃと、を備えている。第４研磨ユニット３Ｄは、同様に、研磨パッド１０が取り付けられた第４研磨テーブル３０Ｄと、第４トップリング３１Ｄと、第４研磨液供給機構３２Ｄと、第４ドレッサ３３Ｄと、第４アトマイザ３４Ｄと、を備えている。

ウェハＷの研磨は次のようにして行われる。トップリング３１Ａおよび研磨テーブル３０Ａをそれぞれ回転させ（図２参照）、研磨液供給機構３２Ａから研磨パッド１０上に研磨液（スラリー）を供給する。この状態で、下面にウェハＷを保持したトップリング３１Ａは、ウェハＷを研磨パッド１０の研磨面１０ａに着地（接触）させ、押し付ける。ウェハＷの表面は、研磨液に含まれる砥粒の機械的作用と研磨液の化学的作用とにより研磨される。研磨終了後は、ドレッサ３３Ａによる研磨面１０ａのドレッシング（コンディショニング）が行われ、さらにアトマイザ３４Ａから高圧の流体が研磨面１０ａに供給されて、研磨面１０ａに残留する研磨屑や砥粒などが除去される。

図１において、第１研磨ユニット３Ａおよび第２研磨ユニット３Ｂに隣接して、第１リニアトランスポータ６が配置されている。第１リニアトランスポータ６は、４つの搬送位置（第１搬送位置ＴＰ１、第２搬送位置ＴＰ２、第３搬送位置ＴＰ３、第４搬送位置ＴＰ４）の間でウェハを搬送する機構である。また、第３研磨ユニット３Ｃおよび第４研磨ユニット３Ｄに隣接して、第２リニアトランスポータ７が配置されている。第２リニアトランスポータ７は、３つの搬送位置（第５搬送位置ＴＰ５、第６搬送位置ＴＰ６、第７搬送位置ＴＰ７）の間でウェハを搬送する機構である。

ウェハは、第１リニアトランスポータ６によって研磨ユニット３Ａ，３Ｂに搬送される。第１研磨ユニット３Ａのトップリング３１Ａは、そのスイング動作により研磨テーブル３０Ａの上方位置と第２搬送位置ＴＰ２との間を移動する。したがって、トップリング３１Ａへのウェハの受け渡しは第２搬送位置ＴＰ２で行われる。同様に、第２研磨ユニット３Ｂのトップリング３１Ｂは研磨テーブル３０Ｂの上方位置と第３搬送位置ＴＰ３との間を移動し、トップリング３１Ｂへのウェハの受け渡しは第３搬送位置ＴＰ３で行われる。第３研磨ユニット３Ｃのトップリング３１Ｃは研磨テーブル３０Ｃの上方位置と第６搬送位置ＴＰ６との間を移動し、トップリング３１Ｃへのウェハの受け渡しは第６搬送位置ＴＰ６で行われる。第４研磨ユニット３Ｄのトップリング３１Ｄは研磨テーブル３０Ｄの上方位置と第７搬送位置ＴＰ７との間を移動し、トップリング３１Ｄへのウェハの受け渡しは第７搬送位置ＴＰ７で行われる。

第１搬送位置ＴＰ１に隣接して、搬送ロボット２２からウェハを受け取るためのリフタ１１が配置されている。ウェハは、リフタ１１を介して搬送ロボット２２から第１リニアトランスポータ６に渡される。リフタ１１と搬送ロボット２２との間に位置して、シャッタ（図示せず）が隔壁１ａに設けられており、ウェハの搬送時にはシャッタが開かれて搬送ロボット２２からリフタ１１にウェハが渡されるようになっている。

第１リニアトランスポータ６と、第２リニアトランスポータ７と、洗浄部４との間にはスイングトランスポータ１２が配置されている。第１リニアトランスポータ６から第２リニアトランスポータ７へのウェハの搬送は、スイングトランスポータ１２によって行われる。ウェハは、第２リニアトランスポータ７によって第３研磨ユニット３Ｃおよび／または第４研磨ユニット３Ｄに搬送される。

スイングトランスポータ１２の側方には、図示しないフレームに設置されたウェハの仮置き台７２が配置されている。この仮置き台７２は、第１リニアトランスポータ６に隣接して配置されており、第１リニアトランスポータ６と洗浄部４との間に位置している。スイングトランスポータ１２は、第４搬送位置ＴＰ４、第５搬送位置ＴＰ５、および仮置き台７２の間を移動する。仮置き台７２に載置されたウェハは、洗浄部４の第１の搬送ロボット７７によって洗浄部４に搬送される。上述した実施例では、各研磨ユニット３Ａ－３Ｄ間でウェハが授受される際には、ウェハはトップリングから離脱され、リニアトランスポータ６，７を介して他の研磨ユニットに搬送されるが、研磨ユニット間のウェハの受け
渡し機構は上述の例に限定されることなく、例えばウェハを保持したままトップリングが直接他の研磨ユニットに移動することによりウェハを搬送してもよい。

洗浄部４は、研磨されたウェハを洗浄液で洗浄する一次洗浄機７３および二次洗浄機７４と、洗浄されたウェハを乾燥する乾燥機７５と、を備えている。一次洗浄機７３と二次洗浄機７４との間には、第１の搬送ロボット７７が配置されている。第１の搬送ロボット７７は、ウェハを仮置き台７２から一次洗浄機７３に搬送し、さらに一次洗浄機７３から二次洗浄機７４に搬送するように動作する。二次洗浄機７４と乾燥機７５との間には、第２の搬送ロボット７８が配置されている。第２の搬送ロボット７８は、ウェハを二次洗浄機７４から乾燥機７５に搬送するように動作する。

乾燥されたウェハは、搬送ロボット２２により乾燥機７５から取り出され、ウェハカセットに戻される。このようにして、研磨、洗浄、乾燥、および膜厚測定を含む一連の処理がウェハに対して行われる。

制御装置５は、上述した研磨装置の各部の動作を制御することにより、ウェハ処理動作を制御する。制御装置５は、各種の設定データ及び各種のプログラムを格納したメモリ５Ａと、メモリのプログラムを実行するＣＰＵ５Ｂと、を有する。メモリを構成する記憶媒体は、揮発性の記憶媒体及び／又は不揮発性の記憶媒体を含むことができる。記憶媒体は、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、フレキシブルディスクなどの任意の記憶媒体の１又は複数を含むことができる。メモリが格納するプログラムは、例えば、各搬送ロボットの搬送を制御するプログラム、各研磨ユニットの研磨処理を制御するプログラム、洗浄部の洗浄機及び乾燥機の各処理を制御するプログラム、膜厚測定装置の処理を制御するプログラムを含む。また、制御装置５は、研磨装置及びその他の関連装置を統括制御する図示しない上位コントローラと通信可能に構成され、上位コントローラが有するデータベースとの間でデータのやり取りをすることができる。

図２は、第１研磨ユニット３１Ａを模式的に示す斜視図である。なお、同図では、ドレッサ３３Ａおよびアトマイザ３４Ａは省略している。第１研磨ユニット３Ａ、第２研磨ユニット３Ｂ、第３研磨ユニット３Ｃ、および第４研磨ユニット３Ｄは、互いに同様の構成を有しているので、以下、第１研磨ユニット３１Ａについて図２を参照して説明する。

研磨テーブル３０Ａは、テーブル軸３０ａを介してその下方に配置されるテーブルモータ１９に連結されており、このテーブルモータ１９により研磨テーブル３０Ａが矢印で示す方向に回転されるようになっている。この研磨テーブル３０Ａの上面には、ウェハＷを研磨する研磨面１０ａが設けられている。この例では、研磨テーブル３０Ａの上面に研磨パッド１０が貼付され、研磨パッド１０の上面が研磨面１０ａを構成している。なお、研磨パッドの代わりに、研磨テーブル３０Ａの上面に砥石等からなる研磨面１０ａが設けられてもよい。

トップリング３１Ａは、アーム３５Ａに支持されたトップリングシャフト１６の下端に連結されている。トップリング３１Ａは、真空吸着によりその下面にウェハＷを保持できるように構成されている。トップリングシャフト１６は、アーム３５Ａ内部又は外部に設けられた上下動機構２３により上下動するようになっている。上下動機構２３は、ボールねじ、ラックピニオン等の回転直動変換機構、流体により駆動されるシリンダ等の任意の機構を採用してよい。また、トップリングシャフト１６は、ベルト等の連結手段１７を介してトップリングモータ１８に連結されて回転されるようになっている。このトップリングシャフト１６の回転により、トップリング３１Ａが矢印で示す方向に回転する。また、アーム３５Ａは、アームシャフト３６Ａに連結されており、アームモータ３７Ａによりアームシャフト３６Ａの回りに回転されるようになっている。アーム３５Ａの回転により、
トップリング３１Ａは、研磨テーブル３０Ａの上方位置と研磨テーブル３０Ａの外側の位置との間を移動する。

第１研磨ユニット３１Ａは、ウェハＷの膜厚を監視するためのインサイチュウ（Ｉｎ ｓｉｔｕ）膜厚測定器としての膜厚測定装置３９を備えている。膜厚測定装置３９は、研磨テーブル３０Ａの内部に配置されており、研磨テーブル３０Ａの所定の回転角の位置に固定されている。膜厚測定装置３９は、研磨テーブル３０Ａと一体に回転し、研磨テーブル３０Ａの回転とともに軌跡Ａ上を移動するセンサヘッドを有する。膜厚測定装置３９は、トップリング３１Ａに保持されたウェハＷの下方を通過するときに、ウェハＷに関する膜厚信号を取得する。

膜厚測定装置３９は、光学式の膜厚センサ、磁気的な膜厚センサ等の任意の膜厚測定装置を含む。光学式の膜厚センサでは、ウェハＷの表面に光を照射し、ウェハＷからの反射光を受光し、受光した反射光の強度に基づいてウェハＷの膜厚を測定する。例えば、予め反射光の強度と膜厚との関係を測定したデータベースを作成しておき、受光した反射光の強度に対応する膜厚をデータベースから求めるようにすることができる。また、光学式の膜厚センサが分光式膜厚センサである場合には、ウェハから受光した反射光を波長ごとに分解したスペクトルを測定し、測定されたスペクトルに基づいてウェハＷの膜厚を測定する（例えば、特許文献２を参照）。この場合、例えば、予め反射光のスペクトルと膜厚との関係を測定したデータベースを作成しておき、測定した反射光のスペクトルに対応する膜厚をデータベースから求めるようにすることができる。磁気的な膜厚センサとしては、渦電流式の膜厚センサがある（例えば、特許文献３を参照）。渦電流式の膜厚センサでは、交流信号源に接続された励磁コイルから発生する磁力線をウェハ面上の導電層に通過させ、導電層にて渦電流を発生させる。この渦電流により当初の磁束とは逆方向に発生する磁束を検出コイルで測定することにより、導電層の厚さを検出する。なお、渦電流式の膜厚センサは、渦電流による交流信号源の発振周波数の変化を検出することにより膜厚を検出する周波数タイプ、渦電流による交流信号源からみたインピーダンス変化を検出することにより膜厚を検出するインピーダンスタイプの何れでもよい。

また、第１研磨ユニット３１Ａは、研磨テーブル３０Ａの回転方向の位置（回転位置、回転角）を検出するための回転位置検出装置１０１（図３参照）を備えている。

図３は、研磨ユニットを模式的に示す平面図である。回転位置検出装置１０１は、近接センサユニットとしての近接センサ１０２及びセンサターゲット１０３を有している。同図の例では、近接センサ１０２及びセンサターゲット１０３は、研磨テーブル３００Ａ（回転系）及び研磨テーブル３０Ａ外（静止系）にそれぞれ設置されている。但し、この逆の配置であってもよい。つまり、近接センサ１０２が研磨テーブル３０Ａ外（静止系）に設置され、センサターゲット１０３が研磨テーブル３００Ａ（回転系）に設置されてもよい。同図の例では、近接センサ１０２は、例えば、研磨テーブル３００Ａの外側側面に固定されており、研磨テーブル３００Ａの回転に伴いセンサターゲット１０３に対向する位置を通過する位置（高さ）に固定されている。また、同図の例では、近接センサ１０２は、研磨テーブル３０Ａにおいて膜厚測定装置３９と同じ位相（回転方向の位置）に固定されている。言い換えれば、研磨テーブル３０Ａの中心ＯＴと膜厚測定装置３９とを通る半径上に、近接センサ１０２が配置されている。但し、近接センサ１０２と膜厚測定装置３９との位置関係が分かれば、近接センサ１０２の検知結果から膜厚測定装置３９の回転位置を算出することができるので、近接センサ１０２の位置は膜厚測定装置３９と異なる位相に配置してもよい。

図３に示すように、トップリング３１Ａが研磨面に着地する位置におけるウェハＷの中心と、研磨テーブル３０Ａの中心ＯＴを結ぶ線をｘ軸とし、中心ＯＴ周りにｘ軸から時計
回りの回転角をθとする。このとき、トップリング３１Ａは、θ＝０の位置で研磨面１０ａに着地（接触）する。また、研磨テーブル３０Ａとともに回転する膜厚測定装置３９及び近接センサ１０２の回転位置（回転角）をθ１とする。また、センサターゲット１０３は、θ＝α（一定）の回転位置において、研磨テーブル３０Ａの外部で固定されているとする。この構成では、研磨テーブル３０Ａの回転に伴い、近接センサ１０２がセンサターゲット１０３を検知したとき、膜厚測定装置３９の回転位置が、θ１＝αに到達したことを検知することができる。言い換えれば、近接センサ１０２がセンサターゲット１０３を検知することにより、膜厚測定装置３９が、ウェハＷが着地される位置（θ＝０）よりもθ＝３６０度－αだけ前の回転位置に到達したことを検知することができる。従って、近接センサ１０２がセンサターゲット１０３を検知したタイミングと同期して、トップリング３１ＡによりウェハＷを研磨面１０ａ上に着地させることにより、ウェハＷの着地後の一定の時間後（一定の研磨処理後）に、膜厚測定装置３９によるウェハＷの膜厚の測定を開始することができる。

なお、近接センサ１０２がセンサターゲット１０３を検知する回転位置を、ウェハＷの外周縁と膜厚測定装置３９の軌跡Ａとの交点Ｗ１の回転位置に一致させる、又は、近づけることにより、ウェハＷの着地又は研磨開始と実質的に同時に、膜厚測定装置３９によるウェハＷの膜厚測定を開始することができる。また、近接センサ１０２がセンサターゲット１０３を検知する回転位置が、交点Ｗ１の回転位置と離れている場合であっても、常に、ウェハＷの着地又は研磨開始から一定時間後に、膜厚測定装置３９によるウェハＷの膜厚測定を開始することができる。

図４は、トップリングのタッチダウン処理のフローチャートである。ウェハＷを保持するトップリング３１Ａ、および研磨テーブル３０Ａをそれぞれ回転させ、研磨液供給機構３２Ａから研磨パッド１０上に研磨液（スラリー）を供給した後（図２、図３参照）、図４の処理が開始される。

ステップＳ１１では、近接センサ１０２がセンサターゲット１０３を検知したか否かに基づいて、膜厚測定装置３９が所定の回転位置θ１＝αに到達したか否かを判断する。この処理は、膜厚測定装置３９が所定の回転位置θ１＝αに到達するまで繰り返される。膜厚測定装置３９が所定の回転位置θ１＝αに到達すると、ステップＳ１２に移行する。一例では、制御装置５が、回転位置検出装置１０１からの出力信号に基づいて、膜厚測定装置３９が所定の回転位置θ１＝αに到達したか否かを判断する。

ステップＳ１２では、膜厚測定装置３９に計測開始の指示が出力される。一例では、制御装置５が、回転位置検出装置１０１からの出力信号に基づいて、膜厚測定装置３９が所定の回転位置θ１＝αに到達したと判断すると、膜厚測定装置３９に計測開始の指示を出力する。

ステップＳ１３では、トップリング３１Ａを研磨面１０ａに着地させる。一例では、制御装置５がトップリングシャフト１６の上下動機構２３を駆動して、トップリング３１Ａを研磨面１０ａに向かって下降及び着地させる。なお、トップリング３１Ａは、膜厚測定装置３９がθ１＝αの回転位置に到達すると同時に着地されてもよく、到達時から所定の時間後に着地されるようにしてもよい。

この実施形態によれば、膜厚測定装置３９の回転位置の検出結果に基づいて、トップリング３１Ａに保持されたウェハを研磨面に着地させるので、ウェハの研磨開始時の一定の時間後（研磨開始とほぼ同時の場合を含む）に膜厚測定を開始することができ、複数のウェハ間で研磨開始時に対する膜厚測定開始時を均一にすることができる。各ウェハの膜厚測定を均一な条件で行うことができるので、ウェハ間の膜厚データの比較が容易になる。

上記実施形態を採用しない構成では、例えば、ウェハが膜厚センサの直前に着地した場合と、ウェハが膜厚センサの直後に着地した場合とで、計測開始時において膜厚センサで計測されるウェハの研磨量データが大きく異なる可能性がある。即ち、ウェハが膜厚センサの直前に着地した場合は、ほとんど研磨されていない状態のウェハの研磨量データから計測が開始されるが、ウェハが膜厚センサの直後に着地した場合は、ターンテーブルの回転のほぼ１周分研磨された状態の基板の研磨量データから計測が開始される。この場合、膜厚計測開始時において、約１周分の研磨量の相違が生じる。一方、上記実施形態によれば、ウェハの研磨開始時と略同時又は一定の時間後に膜厚測定を開始することができるので、各ウェハの膜厚測定を均一な条件で行うことができ、ウェハ間の膜厚データの比較が容易になる。

また、複数のウェハ間で、研磨及び膜厚測定を開始する研磨テーブル３０Ａ上の位置を同一にすることができる。研磨面１０ａの状態が場所によって均一でない場合であっても、各ウェハの研磨処理及び膜厚測定をより均一な条件で開始することができる。各ウェハの膜厚測定を更に均一な条件で行うことができ、ウェハ間の膜厚データの比較が更に容易になる。

なお、上記では、回転位置検出装置１０１として、近接センサユニットを採用したが、回転位置検出装置１０１として、研磨テーブル３０Ａの回転位置を検出するエンコーダ（図示省略）を使用してもよい。エンコーダで検出された回転位置を制御装置５において所定の回転位置と比較することにより、膜厚測定装置３９が所定の位置に到達したことを検出することができる。エンコーダは、テーブルモータ１９の回転軸、動力伝達機構、研磨テーブル３０などに設けることができる。

（第２実施形態）
上記実施形態では、近接センサ又はエンコーダを設けて、研磨テーブル３０Ａの回転位置（回転角）を検出したが、研磨テーブル３０Ａを回転するテーブルモータ１９の位相を取得することにより、研磨テーブル３０Ａの回転位置、又は研磨テーブル３０Ａの所定位置に固定された膜厚測定装置３９の回転位置（回転角）を検出するようにしてもよい。テーブルモータ１９の位相は、例えば、テーブルモータ１９を駆動する電流及び／又は電圧の波形から取得することができる。この場合、図４のステップＳ１１において、制御装置５が、テーブルモータ１９から位相を取得することにより、取得した位相に基づいて、膜厚測定装置３９の回転位置θ１を決定し、膜厚測定装置３９の回転位置θ１を所定の回転位置θ＝αと比較することにより、膜厚測定装置３９の回転位置θ１がαになったことを検出することができる。

この実施形態によれば、近接センサ、エンコーダのような別途のセンサを設けることなく、膜厚測定装置３９の回転位置θ１を検出することができる。

（第３実施形態）
図５は、基板の回転位置を検出するためのセンサの構成例を示す図である。上記実施形態では、研磨テーブル３０Ａ、又は研磨テーブル３０Ａに固定された膜厚測定装置３９の回転位置（回転角）を検出したが、これに加えて、トップリング３１Ａ、又はトップリング３１Ａに保持されたウェハＷの回転位置（回転角）を検出するようにしてもよい。例えば、図５に示すように、トップリング３１Ａの底面において、ウェハＷに面する位置にウェハＷの周方向に沿うように複数のセンサ３８Ａを設け、複数のセンサ３８Ａによりトップリング３１Ａに対するウェハＷのオリエンテーションフラット又はノッチの向き（回転位置、回転角）を検出するように構成する。センサ３８Ａは、光学的又は磁気的なセンサの何れであってもよい。一例では、各センサ３８Ａは、発光部及び受光部を備える反射型
の光学センサを使用することができる。各センサの発光部からウェハＷに向けて光を出力し、ウェハＷからの反射光を受光部で受光し、反射光の強度の異なる部分を検出することにより、ウェハのオリエンテーションフラット又はノッチの回転位置を検出することができる。また、トップリング３１Ａを回転させるトップリングモータ１８、及び／又はアーム３５Ａを回転するアームモータ３７Ａの位相を検出することにより、静止系であるｘ軸（図３）に対するトップリング３１Ａの回転角、つまり各センサ３８Ａの回転位置を特定する。各モータの位相は、例えば、各モータを駆動する電流及び／又は電圧の波形から取得することができる。また、各モータの回転軸、動力伝達機構等にエンコーダを設けて、各モータの位相（回転角）を検出してもよい。

トップリング３１Ａが研磨前のウェハＷを受け取った後、センサ３８ＡによってウェハＷのオリエンテーションフラット又はノッチの位置を検出するとともに、トップリング３１Ａが回転される前のトップリング３１Ａに対するウェハＷの回転位置を特定する。そして、アーム３５Ａ及びトップリング３１Ａを回転後には、トップリングモータ１８及び／又はアームモータ３７Ａの位相を取得することにより、センサ３８Ａの検出結果とトップリングモータ１８及び／又はアームモータ３７Ａの位相とから、ｘ軸（図３）に対するウェハＷのオリエンテーションフラット／又はノッチの回転位置を検出する。トップリング３１Ａの回転終了時には、各センサ３８Ａの回転位置を記憶する。

図６は、トップリングのタッチダウン処理のフローチャートである。
ステップＳ２１では、トップリング３１Ａが研磨前のウェハＷを受け取った後、トップリング３１Ａ底面のセンサ３８ＡによってウェハＷのオリエンテーションフラット又はノッチの位置を検出することにより、トップリング３１Ａに対するウェハＷの回転位置を特定する。その後、アーム３５Ａの回転によりトップリング３１Ａが揺動され及び／又はトップリング３１Ａの回転が開始されると、トップリングモータ１８及び／又はアームモータ３７Ａの位相に基づいて、ｘ軸（図３）に対するトップリング３１Ａの回転位置を算出する。これらのトップリング３１Ａに対するウェハＷの回転位置と、ｘ軸（図３）に対するトップリング３１Ａの回転位置とに基づいて、ｘ軸（図３）に対するウェハＷの回転位置θ２を検出する。また、ステップＳ２１の前後又は途中において、研磨テーブル３０Ａの回転が開始される。一例では、これらの処理は、制御装置５によって実行される。

ステップＳ２２では、研磨テーブル３０Ａ及びトップリング３１Ａの回転中、膜厚測定装置３９が所定の回転位置（θ１＝α）となり、かつ、ウェハＷが所定の回転位置（例えば、θ２＝０）となったか否かを判断する。膜厚測定装置３９が所定の回転位置（θ１＝α）となり、かつ、ウェハＷが所定の回転位置θ２＝β（例えば、β＝０）である条件が満たされるまで、ステップＳ２２の処理を繰り返し、条件が満たされると、ステップＳ２３に移行する。一例では、これらの処理は、制御装置５によって実行される。

ステップＳ２３では、膜厚測定装置３９に計測開始の指示が出力される。一例では、制御装置５が、膜厚測定装置３９が所定の回転位置（θ１＝α）となり、かつ、ウェハＷが所定の回転位置（例えば、θ２＝０）である条件が満たされたと判断したとき、膜厚測定装置３９に計測開始の指示を出力する。

ステップＳ２４では、トップリング３１Ａを研磨面１０ａに着地させる。一例では、制御装置５がトップリングシャフト１６の上下動機構２３を駆動して、トップリング３１Ａを研磨面１０ａに向かって下降させる。

なお、トップリング３１Ａは、膜厚測定装置３９がθ１＝αの回転位置に到達すると同時に着地されてよい。また、トップリング３１Ａは、膜厚測定装置３９がθ１＝αの回転位置に到達してから所定の時間後に着地されるようにしてもよい。この場合、ウェハＷの
着地時の所定の回転位置βの値は、膜厚測定装置３９の回転位置がθ１＝αとなってからウェハＷを着地させるまでの経過時間を考慮して決定してもよい。

この実施形態によれば、上記実施形態で述べた作用効果に加えて、ウェハＷを研磨面１０ａに着地させる時点のウェハＷの回転位置（向き）を常に一定にすることができる。言い換えれば、基板内で膜厚測定装置が最初に通過し膜厚測定が開始される位置を一定にすることができる。これにより、複数のウェハ間で研磨データをより均一の条件で比較することが可能になる。

上記実施形態から少なくとも以下の技術的思想が把握される。
第１形態によれば、 研磨面を有する研磨パッドを支持する研磨テーブルと、 基板を保持し、前記基板を前記研磨面に押し付けるトップリングと、 前記研磨テーブル内に配置された膜厚センサと、 前記研磨テーブルの回転中に前記膜厚センサの回転位置を検出する位置検出装置と、 前記位置検出装置による前記膜厚センサの回転位置の検出結果に基づいて、前記トップリングを前記研磨面に着地させる制御装置と、を備える、 研磨装置が提供される。

この形態によれば、膜厚センサによる回転位置の検出結果に基づいて、トップリングに保持されたウェハを研磨面に着地させるので、ウェハの研磨開始時の一定の時間後（研磨開始とほぼ同時の場合を含む）に膜厚測定を開始することができ、複数のウェハ間で研磨開始時に対する膜厚測定開始時を均一にすることができる。ウェハの研磨開始時と略同時又は一定の時間後に膜厚測定を開始することができるので、各ウェハの膜厚測定を均一な条件で行うことができる。また、各ウェハの膜厚測定を均一な条件で行うことができるので、ウェハ間の膜厚データの比較が容易になる。また、複数のウェハ間で、研磨及び膜厚測定を開始する研磨テーブル上の位置を同一にすることができる。これにより、研磨面の状態が場所によって均一でない場合であっても、各ウェハの研磨処理及び膜厚測定をより均一な条件で開始することができる。各ウェハの膜厚測定を更に均一な条件で行うことができ、ウェハ間の膜厚データの比較が更に容易になる。

第２形態によれば、 第１形態の研磨装置において、 前記位置検出装置は、前記膜厚センサが所定の回転位置になったことを検出する近接センサを有する。この形態によれば、近接センサを用いて、簡易かつ十分な精度で膜厚センサの位置を検出することができる。

第３形態によれば、 第１形態の研磨装置において、前記位置検出装置はエンコーダを有する。この形態によれば、エンコーダを用いて、簡易かつ十分な精度で膜厚センサの位置を検出することができる。

第４形態によれば、 第１形態の研磨装置において、 前記研磨テーブルを回転させるモータを更に備え、 前記位置検出装置は、前記モータの位相を取得することにより、前記膜厚センサの位置を検出する。この形態によれば、モータの位相を取得することにより、簡易かつ十分な精度で膜厚センサの位置を検出することができる。モータを駆動する電流及び又は電圧から位相を算出する場合、膜厚センサの位置を検出するためのセンサを別途設けることなく、膜厚センサの位置を検出することができる。

第５形態によれば、 第１形態の研磨装置において、 前記トップリングを回転させる回転揺動機構を更に備え、 前記トップリングは、前記基板の回転位置を検出する回転角検出装置を有し、 前記位置検出装置及び前記回転角検出装置の検出結果に基づいて、前記トップリングを前記研磨面に着地させる。この形態によれば、トップリング着地時に対する膜厚測定の開始時を管理するとともに、膜厚測定開始時の基板の向き、つまり基板内
で膜厚測定装置が最初に通過し膜厚測定が開始される位置を管理することができる。これにより、複数のウェハ間で研磨データをより均一の条件で比較することが可能になる。

第６形態によれば、 第５形態の研磨装置において、 前記回転角検出装置の検出結果に基づいて、前記基板を所定の方向に向いた状態で前記トップリングを前記研磨面に着地させる。この形態によれば、基板を一定の向きで研磨テーブルの研磨面に着地させるとともに、着地と同時又は一定の時間後に膜厚測定装置による基板の膜厚測定を開始することができる。これにより、基板内で膜厚測定が開始される基板の位置も複数の基板間で一定となる。よって、複数の基板間で膜厚測定の条件がより均一となり、膜厚データの比較の精度がより向上する。

第７形態によれば、第５又は６形態の研磨装置において、 前記回転角検出装置は、前記基板のオリエンテーションフラット又はノッチの位置を検出する。この形態によれば、基板のオリエンテーションフラット又はノッチの位置を検出することにより、基板の向きを十分な精度で検出することができる。

第８形態によれば、第５乃至７形態の何れかの研磨装置において、 前記回転揺動機構は、１又は複数のモータを有し、 前記回転角検出装置は、前記モータの位相を検出することにより、前記基板の回転位置を検出する。この形態によれば、トップリングを回転及び／又は揺動させるモータの位相に基づいて、基板の回転位置を簡易かつ十分な精度で検出することができる。

第９形態によれば、第８形態の研磨装置において、 前記回転角検出装置は、前記トップリングに周方向に沿って設けられた複数のセンサを有する。この形態によれば、トップリングに対する基板の回転位置（向き）を簡易且つ十分な精度で決定することができる。

第１０形態によれば、 研磨テーブル上の研磨面に対して、トップリングに保持された基板を押し付けて研磨する研磨方法において、 前記研磨テーブルの回転中に、前記研磨テーブルに固定された膜厚センサの回転位置を検出すること、 前記膜厚センサの回転位置の検出結果に基づいて、前記トップリングを前記研磨面に着地させること、を含む、方法が提供される。

第１１形態によれば、研磨テーブル上の研磨面に対して、トップリングに保持された基板を押し付けて研磨する研磨装置の制御方法を実行するようにコンピュータを動作させるプログラムを記憶する不揮発性の記録媒体であって、 前記研磨テーブルの回転中に、前記研磨テーブルに固定された膜厚センサの回転位置を検出すること、 前記膜厚センサの回転位置の検出結果に基づいて、前記トップリングを前記研磨面に着地させること、を含む、プログラムを記憶する不揮発性の記録媒体が提供される。

以上、いくつかの例に基づいて本発明の実施形態について説明してきたが、上記した発明の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明には、その均等物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。

１ ハウジング
２ ロード／アンロード部
３ 研磨部
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ 研磨ユニット
４ 洗浄部
５ 動作制御部
６ 第１リニアトランスポータ
７ 第２リニアトランスポータ
１０ 研磨パッド
１１ リフタ
１２ スイングトランスポータ
１６ トップリングシャフト
１７ 連結手段
１８ トップリングモータ
１９ テーブルモータ
２０ フロントロード部
２１ 走行機構
２２ 搬送ロボット
３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ 研磨テーブル
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ トップリング
３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ 研磨液供給機構
３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ ドレッサ
３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ アトマイザ
３５Ａ アーム
３６Ａ アームシャフト
３７Ａ アームモータ
３８Ａ センサ
３９ 膜厚測定装置
７２ 仮置き台
７３ 一次洗浄機
７４ 二次洗浄機
７５ 乾燥機
７７ 第１搬送ロボット
７８ 第２搬送ロボット
８０ インライン膜厚測定器

Claims (11)

1. 研磨面を有する研磨パッドを支持する研磨テーブルと、
   基板を保持し、前記基板を前記研磨面に押し付けるトップリングと、
   前記研磨テーブル内に配置された膜厚センサと、
   前記研磨テーブルの回転中に前記膜厚センサの回転位置を検出する位置検出装置と、
   前記位置検出装置からの出力信号に基づいて前記膜厚センサの回転位置が所定の回転位置になったことを検出したとき、又は所定の回転位置になったことを検出してから所定の時間経過したときに、前記トップリングを前記研磨面に着地させる制御装置と、を備える、
   研磨装置。
2. 請求項１に記載の研磨装置において、
   前記位置検出装置は、前記膜厚センサが所定の回転位置になったことを検出する近接センサを有する、研磨装置。
3. 請求項１に記載の研磨装置において、
   前記位置検出装置はエンコーダを有する、研磨装置。
4. 請求項１に記載の研磨装置において、
   前記研磨テーブルを回転させるモータを更に備え、
   前記位置検出装置は、前記モータの位相を取得することにより、前記膜厚センサの位置を検出する、研磨装置。
5. 請求項１に記載の研磨装置において、
   前記トップリングを回転及び／又は揺動させる回転揺動機構を更に備え、
   前記トップリングは、前記基板の回転位置を検出する回転角検出装置を有し、
   前記位置検出装置及び前記回転角検出装置の検出結果に基づいて、前記トップリングを
   前記研磨面に着地させる、
   研磨装置。
6. 請求項５に記載の研磨装置において、
   前記回転角検出装置の検出結果に基づいて、前記基板を所定の方向に向いた状態で前記トップリングを前記研磨面に着地させる、研磨装置。
7. 請求項５又は６に記載の研磨装置において、
   前記回転角検出装置は、前記基板のオリエンテーションフラット又はノッチの位置を検出する、研磨装置。
8. 請求項５乃至７の何れかに記載の研磨装置において、
   前記回転揺動機構は、１又は複数のモータを有し、
   前記回転角検出装置は、前記モータの位相を検出することにより、前記基板の回転位置を検出する、研磨装置。
9. 請求項８に記載の研磨装置において、
   前記回転角検出装置は、前記トップリングに周方向に沿って設けられた複数のセンサを有する、研磨装置。
10. 研磨テーブル上の研磨面に対して、トップリングに保持された基板を押し付けて研磨する研磨方法において、
    位置検出装置によって、前記研磨テーブルの回転中に、前記研磨テーブルに固定された膜厚センサの回転位置を検出すること、
    制御装置によって、前記位置検出装置からの出力信号に基づいて前記膜厚センサの回転位置が所定の回転位置になったことを検出したとき、又は所定の回転位置になったことを検出してから所定の時間経過したときに、前記トップリングを前記研磨面に着地させること、
    を含む、方法。
11. 研磨テーブル上の研磨面に対して、トップリングに保持された基板を押し付けて研磨する研磨装置の制御方法を実行するようにコンピュータを動作させるプログラムを記憶する不揮発性の記録媒体であって、
    位置検出装置によって、前記研磨テーブルの回転中に、前記研磨テーブルに固定された膜厚センサの回転位置を検出すること、
    制御装置によって、前記位置検出装置からの出力信号に基づいて前記膜厚センサの回転位置が所定の回転位置になったことを検出したとき、又は所定の回転位置になったことを検出してから所定の時間経過したときに、前記トップリングを前記研磨面に着地させること、
    を含む、プログラムを記憶する不揮発性の記録媒体。

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