KR102560691B1 - 연마 장치 및 연마 방법 - Google Patents

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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

톱 링을 요동 아암의 단부에 보유 지지하는 방식에 있어서, 연마 종점 검출의 정밀도를 향상시킨다.
연마 패드(10)와, 연마 패드(10)에 대향하여 배치되는 반도체 웨이퍼(16)와의 사이에서 연마를 행하기 위한 연마 장치는, 연마 패드(10)를 보유 지지하기 위한 연마 테이블(30A)과, 반도체 웨이퍼(16)를 보유 지지하기 위한 톱 링(31A)을 갖는다. 요동축 모터(14)는, 톱 링(31A)을 보유 지지하기 위한 요동 아암(110)을 요동시킨다. 아암 토크 검지부(26)는, 요동 아암(110)에 가해지는 아암 토크를 검지한다. 종점 검출부(28)는, 검지한 아암 토크에 기초하여, 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출한다.

Description

연마 장치 및 연마 방법{POLISHING APPARATUS AND POLISHING METHOD}
본 발명은 연마 장치 및 연마 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 반도체 디바이스의 고집적화가 진행됨에 따라 회로의 배선이 미세화되고 배선 간 거리도 더 좁아지고 있다. 반도체 디바이스의 제조에서는, 실리콘 웨이퍼 상에 많은 종류의 재료가 막 형상으로 반복하여 형성되어 적층 구조를 형성한다. 이 적층 구조를 형성하기 위해서는, 웨이퍼의 표면을 평탄하게 하는 기술이 중요해지고 있다. 이러한 웨이퍼의 표면을 평탄화하는 한 수단으로서, 화학 기계 연마(CMP)를 행하는 연마 장치(화학적 기계적 연마 장치라고도 함)가 널리 사용되고 있다.
이 화학 기계 연마(CMP) 장치는 일반적으로, 연마 대상물(웨이퍼 등의 기판)을 연마하기 위한 연마 패드가 설치된 연마 테이블과, 연마 대상물을 보유 지지하고 연마 패드에 가압하기 위하여 웨이퍼를 보유 지지하는 톱 링을 갖는다. 연마 테이블과 톱 링은 각각 구동부(예를 들어 모터)에 의하여 회전 구동된다. 또한 연마 장치는, 연마액을 연마 패드 상에 공급하는 노즐을 구비하고 있다. 노즐로부터 연마액을 연마 패드 상에 공급하면서 톱 링에 의하여 웨이퍼를 연마 패드에 압박하고, 더욱이 톱 링과 연마 테이블을 상대 이동시킴으로써 웨이퍼를 연마하여 그 표면을 평탄하게 한다. 톱 링과, 톱 링의 구동부의 보유 지지 방식으로서는, 이들을 요동 아암(캔틸레버 아암)의 단부에 보유 지지하는 방식과, 톱 링과, 톱 링의 구동부를 캐러셀에 보유 지지하는 방식이 있다.
연마 장치에서는, 연마 대상물의 연마가 불충분하면 회로 간의 절연이 취해지지 않아 쇼트될 우려가 발생한다. 또한 과연마로 된 경우에는, 배선의 단면적이 감소하는 것에 의한 저항값의 상승, 또는 배선 자체가 완전히 제거되어 회로 자체가 형성되지 않는다는 등의 문제가 발생한다. 이 때문에 연마 장치에서는, 최적의 연마 종점을 검출할 것이 요구된다.
연마 종점 검출 수단의 하나로서, 연마가 이재질의 물질로 이행한 때의 연마 마찰력의 변화를 검출하는 방법이 알려져 있다. 연마 대상물인 반도체 웨이퍼는, 반도체, 도체, 절연체의 상이한 재질로 이루어지는 적층 구조를 갖고 있으며, 이재질층 간에서 마찰 계수가 상이하다. 이 때문에 연마가 이재질층으로 이행함으로써 발생하는 연마 마찰력의 변화를 검출하는 방법이다. 이 방법에 의하면, 연마가 이재질층에 도달한 때가 연마의 종점으로 된다.
또한 연마 장치는, 연마 대상물의 연마 표면이 평탄하지 않은 상태로부터 평탄해진 때의 연마 마찰력의 변화를 검출함으로써 연마 종점을 검출할 수도 있다.
여기서, 연마 대상물을 연마할 때 발생하는 연마 마찰력은, 연마 테이블 또는 톱 링을 회전 구동하는 구동부의 구동 부하로서 나타난다. 예를 들어 구동부가 전동 모터인 경우에는, 구동 부하(토크)는 모터에 흐르는 전류로서 측정할 수 있다. 이 때문에, 모터 전류(토크 전류)는 전류 센서에 의해 검출하고, 검출한 모터 전류의 변화에 기초하여 연마의 종점을 검출할 수 있다.
일본 특허 공개 제2004-249458호에는, 요동 아암의 단부에 톱 링을 보유 지지하는 방식에 있어서, 연마 테이블을 구동하는 모터의 모터 전류를 이용하여 연마 마찰력을 측정하여, 연마의 종점을 검출하는 방법을 개시한다. 캐러셀에 복수의 톱 링을 보유 지지하는 방식에 있어서는, 캐러셀 회전 모터의 토크 전류(모터 전류) 검지에 의한 종점 검지 방법(일본 특허 공개 제2001-252866호, 미국 특허 제6293845호)이 있다. 또한 캐러셀에 설치한 리니어 모터에 의하여 횡 방향으로 톱 링이 구동되는 방식도 있다. 이 방식에서는, 리니어 모터의 토크 전류(모터 전류) 검지에 의한 종점 검지 방법(미국 특허 출원 공개 제2014/0020830호)이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2004-249458호 일본 특허 공개 제2001-252866호 미국 특허 제6293845호 미국 특허 출원 공개 제2014/0020830호
연마 장치에 의하여 실행되는 연마 프로세스에는, 연마 대상물의 종류, 연마 패드의 종류, 연마 지액(슬러리)의 종류 등의 조합에 따라 복수의 연마 조건이 존재한다. 이들 복수의 연마 조건 중에는, 구동부의 구동 부하에 변화가 발생하더라도 토크 전류의 변화(특징점)가 크게 나타나지 않는 경우가 있다. 토크 전류의 변화가 작은 경우, 토크 전류에 나타나는 노이즈나, 토크 전류의 파형에 발생하는 물결 부분의 영향을 받아, 연마의 종점을 적절히 검출할 수 없을 우려가 있고, 과연마 등의 문제가 발생할 수 있다.
또한 연마의 종점을 적절히 검출하는 것은 연마 패드의 드레싱에 있어서도 중요하다. 드레싱은, 다이아몬드 등의 지석이 표면에 배치된 패드 드레서를 연마 패드에 닿게 하여 행한다. 패드 드레서에 의하여 연마 패드의 표면을 깎거나 혹은 조면화하여 연마 개시 전에 연마 패드의 슬러리의 보유 지지성을 양호하게 하거나, 또는 사용 중인 연마 패드의 슬러리의 보유 지지성을 회복시켜 연마 능력을 유지한다.
그래서 본 발명의 일 형태는, 톱 링을 요동 아암의 단부에 보유 지지하는 방식에 있어서, 연마 종점 검출의 정밀도를 향상시키는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 제1 형태에서는, 연마 패드와, 상기 연마 패드에 대향하여 배치되는 연마물과의 사이에서 연마를 행하기 위한 연마 장치이며, 상기 연마 패드를 보유 지지하기 위한 연마 테이블과, 상기 연마물을 보유 지지하기 위한 보유 지지부와, 상기 보유 지지부를 보유 지지하기 위한 요동 아암과, 상기 요동 아암을 요동시키기 위한 아암 구동부와, 상기 요동 아암에 가해지는 아암 토크를 직접 또는 간접으로 검지하는 아암 토크 검지부와, 상기 아암 토크 검지부가 검지한 상기 아암 토크에 기초하여, 상기 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출하는 종점 검출부를 갖는 연마 장치라는 구성을 채용하고 있다.
여기서 연마물이란, 연마 대상물인 기판의 표면을 평탄화할 때는 기판이고, 연마 패드의 드레싱을 행할 때는 패드 드레서이다. 따라서 연마의 종료란, 기판의 경우, 기판의 표면 연마 종료를 의미하고, 연마 패드의 드레싱을 행할 때는 연마 패드의 표면 연마 종료를 의미한다.
본 실시 형태는, 톱 링을 요동 아암의 단부에 보유 지지하는 방식이고, 연마 대상물을 연마할 때 발생하는 연마 마찰력은 아암 구동부의 구동 부하로서도 나타난다. 예를 들어 아암 구동부가 전동 모터인 경우에는, 구동 부하(토크)는 모터에 흐르는 전류로서 측정할 수 있다. 이 때문에, 모터 전류(토크 전류)는 전류 센서 등에 의해 검출하고, 검출한 모터 전류의 변화에 기초하여 연마의 종점을 검출할 수 있다.
톱 링을 요동 아암의 단부에 보유 지지하는 방식에서는, 요동 아암을 요동시키지 않고, 즉 소정의 위치에 정지(停止)시키고{정지(靜止)시키고} 연마를 행할 수도 있다. 요동 아암의 정지 시에, 요동 아암에 가해지는 아암 토크를 검지할 수 있다. 이로 인하여, 회전하고 있는 연마 테이블에 가해지는 테이블 토크를 검지하여 종점 검지하는 방식과 비교하면, 회전에 의하여 발생하는 노이즈가 저감된다. 노이즈가 저감되기 때문에, 테이블 토크를 검지하는 방식과 비교하면 연마 종점 검출의 정밀도가 향상된다.
또한 요동 아암을 요동시키면서 연마를 행하는 경우에는, 요동 아암에 가해지는 아암 토크를 검지할 때, 일시적으로 요동 아암의 요동을 정지시키고 요동 아암에 가해지는 아암 토크를 검지할 수 있다. 또한 노이즈가 증가할 가능성이 있지만, 요동 아암을 요동시키면서 요동 아암에 가해지는 아암 토크를 검지해도 된다.
제2 형태에서는, 상기 보유 지지부와 상기 요동 아암과 상기 아암 구동부와 상기 토크 검지부는 세트를 구성하고, 상기 세트는 복수 세트 있는 것을 특징으로 하는, 제1 형태의 연마 장치라는 구성을 채용하고 있다.
제3 형태에서는, 상기 연마 장치는, 상기 연마 테이블을 회전 구동하는 테이블 구동부와, 상기 연마 테이블에 가해지는 테이블 토크를 검지하는 테이블 토크 검지부를 갖고, 상기 종점 검출부는, 상기 아암 토크 검지부가 검지한 상기 아암 토크와, 상기 테이블 토크 검지부가 검지한 상기 테이블 토크에 기초하여, 상기 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출하는 것을 특징으로 하는, 제1 또는 제2 형태의 연마 장치라는 구성을 채용하고 있다.
제4 형태에서는, 상기 보유 지지부의 중량의, 상기 요동 아암의 중량에 대한 비는, 0.3 내지 1.5인, 제1 내지 제3 중 어느 한 형태의 연마 장치라는 구성을 채용하고 있다.
제5 형태에서는, 상기 요동 아암의, 상기 아암 구동부에의 접속부에 있어서, 상기 아암 토크 검지부는, 상기 요동 아암에 가해지는 상기 아암 토크를 검지하는, 제1 내지 제4 중 어느 한 형태의 연마 장치라는 구성을 채용하고 있다. 토크를 검지하는 수단으로서는, 요동 아암을 회전시키는 회전 모터의 전류값을 검지하는 방법이 있다. 다른 방법으로서는, 예를 들어 아암 구동부에의 접속부 등에 배치한 변형 게이지, 압전 소자, 자기 변형식 토크 센서 등을 사용한 방법이 있다.
제6 형태에서는, 상기 아암 구동부는, 상기 요동 아암을 회전시키는 회전 모터이고, 상기 아암 토크 검지부는, 상기 회전 모터의 전류값으로부터, 상기 요동 아암에 가해지는 상기 아암 토크를 검지하는, 제1 내지 제5 중 어느 한 형태의 연마 장치라는 구성을 채용하고 있다. 연마 대상물을 연마할 때 발생하는 연마 마찰력은, 요동 아암의 정지 시에 있어서도 연마 테이블 또는 톱 링이 회전하고 있기 때문에, 요동 아암을 정지시키기 위한 아암 구동부의 구동 부하에 영향을 미친다. 따라서 요동 아암을 회전시키는 회전 모터의 전류값으로부터, 요동 아암에 가해지는 아암 토크를 검지할 수 있다.
제7 형태에서는, 상기 아암 구동부는, 상기 요동 아암을 회전시키는 회전 모터이고, 상기 아암 토크 검지부는, 상기 회전 모터의 전류값을 검지하고, 상기 종점 검출부는, 상기 회전 모터의 전류값의 미분값에 기초하여, 상기 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출하는, 제1 내지 제5 중 어느 한 형태의 연마 장치라는 구성을 채용하고 있다.
제8 형태에서는, 상기 요동 아암은 복수의 아암을 갖고, 상기 복수의 아암끼리의 접합부에 있어서, 상기 아암 토크 검지부는, 상기 요동 아암에 가해지는 상기 아암 토크를 검지하는, 제1 내지 제4 중 어느 한 형태의 연마 장치라는 구성을 채용하고 있다.
제9 형태에서는, 상기 연마 장치는, 회전축의 주위로 회전 가능한 캐러셀을 갖고, 상기 아암 구동부는 상기 캐러셀에 설치되는, 제1 내지 제8 중 어느 한 형태의 연마 장치라는 구성을 채용하고 있다.
제10 형태에서는, 상기 연마 장치는, 지지 프레임과, 상기 지지 프레임에 설치되고, 상기 아암 구동부의 반송 경로를 획정하는 트랙과, 상기 트랙에 의하여 획정된 상기 경로를 따라 상기 아암 구동부를 반송하는 캐리지이며, 상기 트랙에 결합되고, 상기 트랙을 따라 가동하는 캐리지를 갖는, 제1 내지 제8 중 어느 한 형태의 연마 장치라는 구성을 채용하고 있다.
제11 형태에서는, 상기 연마 장치는, 상기 연마물을 연마하는 연마부와, 상기 연마물을 세정하고 건조시키는 세정부와, 상기 연마부와 상기 세정부 사이를 분리하는 격벽과, 상기 격벽의 개구를 통하여 연마 후의 상기 연마물을 상기 연마부로부터 상기 세정부로 반송하는 반송 기구와, 측벽을 갖고, 상기 연마부와 상기 세정부와 상기 반송 기구를 내부에 수납하는 하우징을 갖고, 상기 세정부는, 연마 후의 상기 연마물을 세정액에 의하여 세정하는 세정 수단과, 세정 후의 상기 연마물을 건조시키는 건조 수단과, 상기 세정 수단과 건조 수단 사이를 수평 및 승강 가능하게 상기 연마물의 전달이 가능한 반송 수단을 갖고, 상기 연마부는, 상기 연마 테이블과 상기 보유 지지부와 상기 요동 아암과 상기 아암 구동부를 갖는, 제1 내지 제9 중 어느 한 형태의 연마 장치라는 구성을 채용하고 있다.
제12 형태에서는, 상기 종점 검출부는, 상기 연마물에 광을 닿게 하여, 상기 연마물로부터의 반사광의 강도를 계측하는 광학식 센서를 갖고, 상기 종점 검출부는, 상기 아암 토크 검지부가 검지한 상기 아암 토크와, 상기 광학식 센서가 계측한 상기 연마물로부터의 반사광의 강도에 기초하여, 상기 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출하는, 제1 내지 제11 중 어느 한 형태의 연마 장치라는 구성을 채용하고 있다.
제13 형태에서는, 상기 종점 검출부는, 연마 시에 상기 연마물과 대향 가능한, 상기 연마 테이블 내의 위치에 내장되는 윈도를 갖고, 상기 윈도의 하부에 상기 광학식 센서가 배치되는, 제12의 형태의 연마 장치라는 구성을 채용하고 있다.
제14 형태에서는, 상기 연마 테이블은, 연마 시에 상기 연마물과 대향 가능한, 상기 연마 테이블 내의 위치에 개구를 갖고, 상기 광학식 센서는 상기 윈도의 하부에 배치되고, 상기 광학식 센서는, 세정용의 유체를 상기 개구 내에 공급하는 유체 공급부를 갖는, 제12의 형태의 연마 장치라는 구성을 채용하고 있다.
제15 형태에서는, 상기 종점 검출부는, 상기 연마물에 자장을 생성하고, 생성한 상기 자장의 강도를 검지하는 와전류식 센서를 갖고, 상기 종점 검출부는, 상기 아암 토크 검지부가 검지한 상기 아암 토크와, 상기 와전류식 센서가 계측한 상기 자장의 강도에 기초하여, 상기 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출하는, 제1 내지 제14 중 어느 한 형태의 연마 장치라는 구성을 채용하고 있다.
제16 형태에서는, 연마 패드와, 상기 연마 패드에 대향하여 배치되는 연마물과의 사이에서 연마를 행하는 연마 방법에 있어서, 상기 연마 패드를 연마 테이블에 보유 지지하고, 요동 아암이, 상기 연마물을 보유 지지하는 보유 지지부를 보유 지지하고, 아암 구동부가 상기 요동 아암을 요동시키고, 상기 요동 아암에 가해지는 아암 토크를 직접 또는 간접으로 검지하고, 검지한 상기 아암 토크에 기초하여, 상기 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출하는 것을 특징으로 하는 연마 방법이라는 구성을 채용하고 있다.
제17 형태에서는, 상기 요동 아암은 복수의 아암을 갖고, 상기 복수의 아암끼리의 접합부에 있어서, 상기 요동 아암에 가해지는 상기 아암 토크를 검지하는 것을 특징으로 하는, 제16 형태의 연마 방법이라는 구성을 채용하고 있다.
제18 형태에서는, 연마물을 보유 지지하기 위한 보유 지지부와, 상기 보유 지지부를 보유 지지하기 위한 요동 아암과, 상기 요동 아암에 가해지는 아암 토크를 직접 또는 간접으로 검지하는 아암 토크 검지부를 갖고 상기 연마물을 연마하는 연마 장치를 제어하기 위한 컴퓨터를, 상기 아암 토크 검지부가 검지한 상기 아암 토크에 기초하여, 상기 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출하는 종점 검출 수단, 상기 연마 장치에 의한 연마를 제어하는 제어 수단으로서 기능시키기 위한 프로그램이라는 구성을 채용하고 있다.
제19 형태에서는, 상기 프로그램은 갱신 가능한 것을 특징으로 하는, 제18 형태에 기재된 프로그램이라는 구성을 채용하고 있다.
제20 형태에서는, 기판을 연마함과 함께 연마에 관한 신호를 취득하는 기판 처리 장치와, 상기 기판 처리 장치와 통신 수단에 의하여 접속되는 데이터 처리 장치를 갖고, 상기 데이터 처리 장치는, 상기 기판 처리 장치가 취득한 신호에 기초하여 연마 처리에 관한 파라미터를 갱신하는 것을 특징으로 하는 연마 장치라는 구성을 채용하고 있다. 여기서, 신호는 아날로그 신호 및/또는 디지털 신호이다.
여기서, 연마 파라미터로서는, 예를 들어 (1) 반도체 웨이퍼의 4개의 영역, 즉, 중앙부, 내측 중간부, 외측 중간부 및 주연부에 대한 가압력, (2) 연마 시간, (3) 연마 테이블이나 톱 링의 회전수, (4) 연마 종점의 판정을 위한 역치 등이 있다. 파라미터의 갱신이란, 이들을 갱신하는 것이다.
제21 형태에서는, 제20 형태에 기재된 연마 장치에 있어서, 상기 신호는, 1종류의 센서 또는 종류가 상이한 복수의 센서에 의하여 취득되는 것을 특징으로 하는 연마 장치라는 구성을 채용하고 있다. 본 형태에서 사용되는 종류가 상이한 센서로서는 이하의 센서 등이 있다. 즉 (1) 요동축 모터의 토크 변동에 관한 측정 신호를 취득하는 센서, (2) SOPM(광학식 센서), (3) 와전류 센서, (4) 연마 테이블 회전용 모터의 모터 전류 변동에 관한 측정 신호를 취득하는 센서이다.
제22 형태에서는, 기판 처리 장치와 데이터 처리 장치를 통신 수단에 의하여 접속하는 스텝과, 상기 기판 처리 장치를 사용하여 기판을 연마함과 함께 연마에 관한 신호를 취득하는 스텝과, 상기 데이터 처리 장치에 의하여, 상기 기판 처리 장치가 취득한 신호에 기초하여 연마 처리에 관한 파라미터를 갱신하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 방법이라는 구성을 채용하고 있다.
제23 형태에서는, 기판을 연마함과 함께 연마에 관한 신호를 취득하는 기판 처리 장치와, 중간 처리 장치와, 데이터 처리 장치를 갖고, 기판 처리 장치와 중간 처리 장치는 제1 통신 수단에 의하여 접속되고, 중간 처리 장치와 데이터 처리 장치는 제2 통신 수단에 의하여 접속되고, 상기 중간 처리 장치는, 상기 기판 처리 장치가 취득한 신호에 기초하여 연마 처리에 관한 데이터 세트를 작성하고, 상기 데이터 처리 장치는, 상기 데이터 세트에 기초하여 상기 기판 처리 장치의 연마 처리의 상태를 감시하고, 상기 중간 처리 장치 또는 상기 데이터 처리 장치는, 상기 데이터 세트에 기초하여 상기 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출하는 것을 특징으로 하는 연마 장치라는 구성을 채용하고 있다.
제24 형태에서는, 제23 형태에 있어서, 상기 신호는, 1종류의 센서 또는 종류가 상이한 복수의 센서에 의하여 취득되는 것을 특징으로 하는 연마 장치라는 구성을 채용할 수 있다. 본 형태에서 사용되는 종류가 상이한 센서로서는 이하의 센서 등이 있다. 즉 (1) 요동축 모터의 토크 변동에 관한 측정 신호를 취득하는 센서, (2) SOPM(광학식 센서), (3) 와전류 센서, (4) 연마 테이블 회전용 모터의 모터 전류 변동에 관한 측정 신호를 취득하는 센서이다.
제25 형태에서는, 제23 형태에 있어서, 상기 데이터 세트의 예로서는 이하가 있다. 상기 센서가 출력하는 센서 신호와, 필요한 제어 파라미터를 데이터 세트로 하는 것이 가능하다. 즉, 데이터 세트는, 톱 링의 반도체 웨이퍼에의 가압·요동축 모터의 전류·연마 테이블의 모터 전류·광학식 센서의 측정 신호·와전류 센서의 측정 신호·연마 패드 상에서의 톱 링의 위치·슬러리와 약액의 유량/종류, 그것들의 상관 산출 데이터 등을 포함할 수 있다.
제26 형태에서는, 제23 형태에 있어서, 상기 데이터 세트의 송신 방법의 예로서는 이하가 있다. 1차원 데이터를 패럴렐하게 송신하는 송신 시스템이나 1차원 데이터를 시??셜하게 송신하는 송신 시스템을 이용하여 송신하는 것이 가능하다. 또한 상기 1차원 데이터를 2차원 데이터로 가공하여 데이터 세트로 하는 것이 가능하다.
제27 형태에서는, 제23 형태에 있어서, 신호값의 변동이 큰 신호를 추출하여 연마 파라미터를 갱신할 수 있다. 연마 파라미터를 갱신하는 방법으로서는, 예를 들어 이하가 있다. 주된 센서와 종된 센서의 양쪽의 목푯값에 우선 비율 계수(가중 계수)를 설정함으로써 주된 센서와 종된 센서의 영향 비율을 규정한다. 신호값의 변동이 큰 신호를 추출하여 우선 비율 계수를 변경한다. 또한 신호값의 변동에는, 단시간만 변동하는 것과 장시간에 걸쳐 변동하는 것이 있다. 또한 신호값의 변동이란, 신호값의 시간에 관한 미분값, 또는 시간에 관한 차분값 등이다.
제28 형태에서는, 기판을 연마함과 함께 연마에 관한 신호를 취득하는 기판 처리 장치와 중간 처리 장치를 제1 통신 수단에 의하여 접속하는 스텝과, 상기 중간 처리 장치와 데이터 처리 장치를 제2 통신 수단에 의하여 접속하는 스텝과, 상기 기판 처리 장치가 취득한 신호에 기초하여 상기 중간 처리 장치가 연마 처리에 관한 데이터 세트를 작성하는 스텝과, 상기 데이터 세트에 기초하여 상기 기판 처리 장치의 연마 처리의 상태를 상기 데이터 처리 장치가 감시하는 스텝과, 상기 데이터 세트에 기초하여 상기 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 상기 중간 처리 장치 또는 상기 데이터 처리 장치가 검출하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 방법이라는 구성을 채용하고 있다.
제29 형태에서는, 기판을 연마함과 함께 연마에 관한 신호를 취득하는 기판 처리 장치와, 중간 처리 장치와, 제1 데이터 처리 장치와, 제2 데이터 처리 장치를 갖고, 상기 기판 처리 장치와 상기 중간 처리 장치는 제1 통신 수단에 의하여 접속되고, 상기 중간 처리 장치와 상기 제1 데이터 처리 장치는 제2 통신 수단에 의하여 접속되고, 상기 제1 데이터 처리 장치와 상기 제2 데이터 처리 장치는 제3 통신 수단에 의하여 접속되고, 상기 제1 통신 수단은, 상기 제2, 제3 통신 수단보다도 고속으로 통신이 가능하고, 상기 중간 처리 장치는, 상기 기판 처리 장치가 취득한 신호에 기초하여 연마 처리에 관한 데이터 세트를 작성하고, 상기 제1 또는 제2 데이터 처리 장치는, 상기 데이터 세트에 기초하여 상기 기판 처리 장치의 연마 처리의 상태를 감시하고, 상기 중간 처리 장치는, 상기 데이터 세트에 기초하여 상기 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출하는 것을 특징으로 하는 연마 장치라는 구성을 채용하고 있다.
제29 형태는, 이미 설명한 제23 내지 제27 형태 중 적어도 한 형태와 조합할 수 있다. 또한 제29 형태에 있어서는, 이미 설명한 제2 내지 제16 형태와 조합할 수 있다.
제30 형태에서는, 기판을 연마함과 함께 연마에 관한 신호를 취득하는 기판 처리 장치와 중간 처리 장치를 제1 통신 수단에 의하여 접속하는 스텝과, 상기 중간 처리 장치와 제1 데이터 처리 장치를 제2 통신 수단에 의하여 접속하는 스텝과, 상기 제1 데이터 처리 장치와 제2 데이터 처리 장치를 제3 통신 수단에 의하여 접속하는 스텝과, 상기 제1 통신 수단이, 상기 제2, 제3 통신 수단보다도 고속으로 통신하는 스텝과, 상기 기판 처리 장치가 취득한 신호에 기초하여 연마 처리에 관한 데이터 세트를 상기 중간 처리 장치가 작성하는 스텝과, 상기 데이터 세트에 기초하여 상기 기판 처리 장치의 연마 처리의 상태를 상기 제1 또는 제2 데이터 처리 장치가 감시하는 스텝과, 상기 데이터 세트에 기초하여 상기 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 상기 중간 처리 장치가 검출하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 방법이라는 구성을 채용하고 있다.
제31 형태에서는, 기판을 연마함과 함께 연마에 관한 신호를 취득하는 기판 처리 장치와, 중간 처리 장치와, 데이터 처리 장치를 갖고, 상기 기판 처리 장치와 상기 중간 처리 장치는 제1 통신 수단에 의하여 접속되고, 상기 기판 처리 장치와 상기 데이터 처리 장치는 제2 통신 수단에 의하여 접속되고, 상기 제1 통신 수단은, 상기 제2 통신 수단보다도 고속으로 통신이 가능하고, 상기 중간 처리 장치는, 상기 기판 처리 장치가 취득한 신호에 기초하여 연마 처리에 관한 데이터 세트를 작성하고, 상기 데이터 처리 장치는, 상기 기판 처리 장치의 상태를 감시하고, 상기 중간 처리 장치는, 상기 데이터 세트에 기초하여 상기 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출하는 것을 특징으로 하는 연마 장치라는 구성을 채용하고 있다.
제32 형태에서는, 제31 형태에 기재된 연마 장치에 있어서, 상기 데이터 처리 장치는, 상기 중간 처리 장치에 의한 상기 연마 종점의 검출을 감시하는 것을 특징으로 하는 연마 장치라는 구성을 채용하고 있다.
제33 형태에서는, 제31 형태에 기재된 연마 장치에 있어서, 상기 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출하기 위한 복수의 종류의 종점 검지 센서를 갖고, 상기 중간 처리 장치는, 상기 복수의 종류의 종점 검지 센서가 출력하는 복수의 신호값 중, 상기 신호값의 변동이 다른 신호값보다 큰 신호값을 추출하여 연마 파라미터를 갱신하는 것을 특징으로 하는 연마 장치라는 구성을 채용하고 있다.
제34 형태에서는, 제31 형태에 기재된 연마 장치에 있어서, 상기 기판 처리 장치는, 상기 연마물을 보유 지지하기 위한 보유 지지부와, 상기 보유 지지부를 보유 지지하기 위한 요동 아암과, 상기 요동 아암을 요동시키기 위한 아암 구동부와, 상기 요동 아암에 가해지는 아암 토크를 직접 또는 간접으로 검지하는 아암 토크 검지부를 갖고, 상기 아암 토크 검지부가 검지한 상기 아암 토크에 기초하여, 상기 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출하는 것을 특징으로 하는 연마 장치라는 구성을 채용하고 있다.
또한 제31 형태는, 이미 설명한 제23 내지 제27 형태 중 적어도 한 형태와 조합할 수 있다. 또한 제31 형태에 있어서는, 이미 설명한 제2 내지 제16 형태와 조합할 수 있다.
제35의 형태에서는, 기판을 연마함과 함께 연마에 관한 신호를 취득하는 기판 처리 장치와 중간 처리 장치를 제1 통신 수단에 의하여 접속하는 스텝과, 상기 기판 처리 장치와 데이터 처리 장치는 제2 통신 수단에 의하여 접속하는 스텝과, 상기 제1 통신 수단이, 상기 제2 통신 수단보다도 고속으로 통신하는 스텝과, 상기 기판 처리 장치가 취득한 신호에 기초하여 연마 처리에 관한 데이터 세트를 상기 중간 처리 장치가 작성하는 스텝과, 상기 기판 처리 장치의 상태를 상기 데이터 처리 장치가 감시하는 스텝과, 상기 데이터 세트에 기초하여 상기 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 상기 중간 처리 장치가 검출하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 방법이라는 구성을 채용하고 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 전체 구성을 도시하는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 연마 장치의 전체 구성을 도시하는 개략도이다.
도 3은 아암 토크 검지부(26)에 의한 아암 토크의 검지 방법을 설명하는 블록도이다.
도 4는 연마 테이블(30A)의 회전 토크의 데이터(44)와 아암 토크의 데이터(46)를 나타낸다.
도 5는 도 4의 아암 토크의 데이터(46)만을 나타낸다.
도 6은 데이터(46)를 미분한 데이터이다.
도 7은 도 4의 연마 테이블(30A)의 회전 토크의 데이터(44)만을 나타낸다.
도 8은 데이터(44)를 미분한 데이터이다.
도 9는 참고로서 톱 링(31A)의 회전 토크의 데이터(68)를 나타낸다.
도 10은 데이터(68)를 미분한 데이터이다.
도 11은 기판의 단면도를 도시한다.
도 12는 연마 테이블(30A) 및 톱 링(31A)의 회전수를 나타낸다.
도 13은 톱 링(31A) 내의 에어 백에 의하여 반도체 웨이퍼(16)에 인가된 압력의 데이터를 나타낸다.
도 14는 연마 테이블(30A)의 회전 토크의 데이터(88)와 아암 토크의 데이터(90)를 나타낸다.
도 15는 데이터(88) 및 데이터(92)를 미분한 데이터이다.
도 16은 연마 테이블(30A)의 회전 토크의 데이터에 포함되는 노이즈 레벨과, 아암 토크의 데이터에 포함되는 노이즈 레벨을 비교한 예를 나타낸다.
도 17은 도 16에 나타내는 데이터를, 횡축은 반도체 웨이퍼(16)에 인가한 압력, 종축은 노이즈의 크기로서 나타낸 것이다.
도 18은 연마 테이블(30A)의 회전 토크의 데이터에 포함되는 노이즈와, 아암 토크의 데이터에 포함되는 노이즈를 푸리에 변환하여 얻어지는 노이즈의 주파수 스펙트럼을 나타낸다.
도 19는 제1 연마 유닛을 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 20은 톱 링의 구조를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 21은 톱 링의 다른 구조예를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 22는 톱 링을 회전 및 요동시키는 기구를 설명하기 위한 단면도이다.
도 23은 연마 테이블의 내부 구조를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 24는 광학식 센서를 구비한 연마 테이블을 도시하는 모식도이다.
도 25는 마이크로파 센서를 구비한 연마 테이블을 도시하는 모식도이다.
도 26은 드레서를 도시하는 사시도이다.
도 27a는 아토마이저를 도시하는 사시도이고, 도 27b는 아암의 하부를 도시하는 모식도이다.
도 28a는 아토마이저의 내부 구조를 도시하는 측면도이고, 도 28b는 아토마이저를 도시하는 평면도이다.
도 29a는 세정부를 도시하는 평면도이고, 도 29b는 세정부를 도시하는 측면도이다.
도 30은 세정 라인의 일례를 도시하는 모식도이다.
도 31은 상측 건조 모듈을 도시하는 종단면도이다.
도 32는 상측 건조 모듈을 도시하는 평면도이다.
도 33은 캐러셀에 의하여 지지된 멀티헤드형의 톱 링과 연마 테이블의 관계를 도시하는 개략 측면도이다.
도 34는 연마 테이블(30A)이 하나인 경우에 복수의 TR 유닛을 설치하는 경우를 도시하는 도면이다.
도 35는 로드 셀(706)의 설치예를 도시하는 도면이다.
도 36은 트랙 상을 요동 아암이 이동하는 실시 형태를 도시하는 도면이다.
도 37은 광학식 센서를 갖는 다른 실시 형태를 도시하는 도면이다.
도 38은 광학식 센서를 갖는 다른 실시 형태를 도시하는 도면이다.
도 39는 종점부의 막 구조가 금속과 절연막의 혼재 상태인 경우의 예를 도시하는 도면이다.
도 40은 종점부의 막 구조가 금속과 절연막의 혼재 상태인 경우의 예를 도시하는 도면이다.
도 41은 종점부의 막 구조가 금속과 절연막의 혼재 상태인 경우의 예를 도시하는 도면이다.
도 42는 도 2의 변형예로서의 실시 형태를 도시하는 도면이다.
도 43은 제어부(65)에 의한 전체의 제어를 도시하는 도면이다.
도 44는 다른 실시 형태의 구성을 도시하는 도면이다.
도 45는 도 44의 실시 형태의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 46은 도 44의 실시 형태의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 47은 도 44의 실시 형태의 변형예를 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 또한 이하의 각 실시 형태에 있어서, 동일 또는 상당하는 부재에는 동일한 부호를 붙여 중복된 설명을 생략한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 전체 구성을 도시하는 평면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 이 기판 처리 장치는 대략 직사각형의 하우징(61)을 구비하고 있다. 하우징(61)은 측벽(700)을 갖는다. 하우징(61)의 내부는 격벽(1a, 1b)에 의하여 로드/언로드부(62)와 연마부(63)와 세정부(64)로 구획되어 있다. 이들 로드/언로드부(62), 연마부(63) 및 세정부(64)는 각각 독립적으로 조립되고 독립적으로 배기된다. 또한 기판 처리 장치는, 기판 처리 동작을 제어하는 제어부(65)를 갖고 있다.
로드/언로드부(62)는, 다수의 웨이퍼(기판)를 스톡하는 웨이퍼 카세트가 적재되는 2개 이상(본 실시 형태에서는 4개)의 프런트 로드부(20)를 구비하고 있다. 이들 프런트 로드부(20)는 하우징(61)에 인접하여 배치되며, 기판 처리 장치의 폭 방향(길이 방향에 수직인 방향)을 따라 배열되어 있다. 프런트 로드부(20)에는, 오픈 카세트, SMIF(Standard Manufacturing Interface) 포드, 또는 FOUP(Front Opening Unified Pod)를 탑재할 수 있도록 되어 있다. 여기서, SMIF, FOUP는, 내부에 웨이퍼 카세트를 수납하고 격벽으로 덮음으로써 외부 공간과는 독립된 환경을 유지할 수 있는 밀폐 용기이다.
또한 로드/언로드부(62)에는, 프런트 로드부(20)의 나열을 따라 주행 기구(21)가 부설되어 있다. 주행 기구(21) 상에 웨이퍼 카세트의 배열 방향을 따라 이동 가능한 2대의 반송 로봇(로더)(22)이 설치되어 있다. 반송 로봇(22)은 주행 기구(21) 상을 이동함으로써 프런트 로드부(20)에 탑재된 웨이퍼 카세트에 액세스할 수 있도록 되어 있다. 각각의 반송 로봇(22)은 상하에 2개의 핸드를 구비하고 있다. 상측의 핸드는, 처리된 웨이퍼를 웨이퍼 카세트로 복귀시킬 때 사용된다. 하측의 핸드는, 처리 전의 웨이퍼를 웨이퍼 카세트로부터 취출할 때 사용된다. 이와 같이 상하의 핸드는 구분하여 사용된다. 또한 반송 로봇(22)의 하측 핸드는, 그 축심 주위로 회전함으로써 웨이퍼를 반전시킬 수 있다.
로드/언로드부(62)는 가장 클린한 상태를 유지할 필요가 있는 영역이다. 그 때문에, 로드/언로드부(62)의 내부는, 기판 처리 장치 외부, 연마부(63) 및 세정부(64) 중 어느 곳보다도 높은 압력으로 항시 유지되고 있다. 연마부(63)는 연마액으로서 슬러리를 사용하기 때문에 가장 더러운 영역이다. 따라서 연마부(63)의 내부에는 부압이 형성되며, 그 압력은 세정부(64)의 내부 압력보다도 낮게 유지되고 있다. 로드/언로드부(62)에는, HEPA 필터, ULPA 필터 또는 케미컬 필터 등의 클린 에어 필터를 갖는 필터 팬 유닛(도시되지 않음)이 설치되어 있다. 필터 팬 유닛으로부터는 파티클이나 유독 증기, 유독 가스가 제거된 클린 에어가 항시 분출하고 있다.
연마부(63)는 웨이퍼의 연마(평탄화)가 행해지는 영역이며, 제1 연마 유닛(3A), 제2 연마 유닛(3B), 제3 연마 유닛(3C), 제4 연마 유닛(3D)을 구비하고 있다. 제1 연마 유닛(3A), 제2 연마 유닛(3B), 제3 연마 유닛(3C) 및 제4 연마 유닛(3D)은, 도 1에 도시한 바와 같이 기판 처리 장치의 길이 방향을 따라 배열되어 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 제1 연마 유닛(3A)은, 연마 테이블(30A)과 톱 링(31A)과 연마액 공급 노즐(32A)과 드레서(33A)와 아토마이저(34A)를 구비하고 있다. 연마 테이블(30A)에는, 연마면을 갖는 연마 패드(10)가 설치되어 있다. 톱 링(보유 지지부)(31A)은 웨이퍼를 보유 지지하고, 또한 웨이퍼를 연마 테이블(30A) 상의 연마 패드(10)에 가압하면서 연마한다. 연마액 공급 노즐(32A)은, 연마 패드(10)에 연마액이나 드레싱액(예를 들어 순수)을 공급한다. 드레서(33A)는, 연마 패드(10)의 연마면의 드레싱을 행한다. 아토마이저(34A)는, 액체(예를 들어 순수)와 기체(예를 들어 질소 가스)의 혼합 유체 또는 액체(예를 들어 순수)를 안개 형상으로 하여 연마면에 분사한다.
마찬가지로 제2 연마 유닛(3B)은, 연마 패드(10)가 설치된 연마 테이블(30B)과 톱 링(31B)과 연마액 공급 노즐(32B)과 드레서(33B)와 아토마이저(34B)를 구비하고 있다. 제3 연마 유닛(3C)은, 연마 패드(10)가 설치된 연마 테이블(30C)과 톱 링(31C)과 연마액 공급 노즐(32C)과 드레서(33C)와 아토마이저(34C)를 구비하고 있다. 제4 연마 유닛(3D)은, 연마 패드(10)가 설치된 연마 테이블(30D)과 톱 링(31D)과 연마액 공급 노즐(32D)과 드레서(33D)와 아토마이저(34D)를 구비하고 있다.
제1 연마 유닛(3A), 제2 연마 유닛(3B), 제3 연마 유닛(3C) 및 제4 연마 유닛(3D)은 서로 동일한 구성을 갖고 있으므로, 연마 유닛의 상세에 대해서는, 이하에서는 제1 연마 유닛(3A)을 대상으로 하여 설명한다.
도 19는 제1 연마 유닛(3A)을 모식적으로 도시하는 사시도이다. 톱 링(31A)은 톱 링 샤프트(636)에 지지되어 있다. 연마 테이블(30A)의 상면에는 연마 패드(10)가 첩부되어 있으며, 이 연마 패드(10)의 상면은 반도체 웨이퍼(16)를 연마하는 연마면을 구성한다. 또한 연마 패드(10) 대신 고정 지립을 사용할 수도 있다. 톱 링(31A) 및 연마 테이블(30A)은, 화살표로 나타낸 바와 같이 그 축심 주위로 회전하도록 구성되어 있다. 반도체 웨이퍼(16)는, 톱 링(31A)의 하면에 진공 흡착에 의하여 보유 지지된다. 연마 시에는, 연마액 공급 노즐(32A)로부터 연마 패드(10)의 연마면에 연마액이 공급되며, 연마 대상인 반도체 웨이퍼(16)가 톱 링(31A)에 의하여 연마면에 가압되어 연마된다.
도 20은 톱 링(31A)의 구조를 모식적으로 도시하는 단면도이다. 톱 링(31A)은, 톱 링 샤프트(636)의 하단부에 유니버설 조인트(637)를 통하여 연결되어 있다. 유니버설 조인트(637)는, 톱 링(31A)과 톱 링 샤프트(636)의 서로의 틸팅을 허용하면서, 톱 링 샤프트(636)의 회전을 톱 링(31A)에 전달하는 볼 조인트이다. 톱 링(31A)은, 대략 원반형의 톱 링 본체(638)와, 톱 링 본체(638)의 하부에 배치된 리테이너 링(640)을 구비하고 있다. 톱 링 본체(638)는 금속이나 세라믹스 등의 강도 및 강성이 높은 재료로 형성되어 있다. 또한 리테이너 링(640)은, 강성이 높은 수지재 또는 세라믹스 등으로 형성되어 있다. 또한 리테이너 링(640)을 톱 링 본체(638)와 일체적으로 형성하는 것으로 해도 된다.
톱 링 본체(638) 및 리테이너 링(640)의 내측에 형성된 공간 내에는, 반도체 웨이퍼(16)와 맞닿는 원형의 탄성 패드(642)와, 탄성 막으로 이루어지는 환형의 가압 시트(643)와, 탄성 패드(642)를 보유 지지하는 개략 원반형의 척킹 플레이트(644)가 수용되어 있다. 탄성 패드(642) 상측 주위 단부는 척킹 플레이트(644)에 보유 지지되며, 탄성 패드(642)와 척킹 플레이트(644) 사이에는 4개의 압력실(에어 백) P1, P2, P3, P4가 설치되어 있다. 압력실 P1, P2, P3, P4는 탄성 패드(642)와 척킹 플레이트(644)에 의하여 형성되어 있다. 압력실 P1, P2, P3, P4에는 각각 유체로(651, 652, 653, 654)를 통하여 가압 공기 등의 가압 유체가 공급되거나, 또는 진공화가 이루어지도록 되어 있다. 중앙의 압력실 P1은 원형이고, 다른 압력실 P2, P3, P4는 환형이다. 이들 압력실 P1, P2, P3, P4는 동심 상에 배열되어 있다.
압력실 P1, P2, P3, P4의 내부 압력은 후술하는 압력 조정부에 의하여 서로 독립적으로 변화시키는 것이 가능하며, 이것에 의하여 반도체 웨이퍼(16)의 4개의 영역, 즉, 중앙부, 내측 중간부, 외측 중간부 및 주연부에 대한 가압력을 독립적으로 조정할 수 있다. 또한 톱 링(31A)의 전체를 승강시킴으로써 리테이너 링(640)을 소정의 가압력으로 연마 패드(10)에 가압할 수 있도록 되어 있다. 척킹 플레이트(644)와 톱 링 본체(638) 사이에는 압력실 P5가 형성되며, 이 압력실 P5에는 유체로(655)를 통하여 가압 유체가 공급되거나, 또는 진공화가 이루어지도록 되어 있다. 이것에 의하여 척킹 플레이트(644) 및 탄성 패드(642) 전체가 상하 방향으로 움직일 수 있다.
반도체 웨이퍼(16)의 주위 단부는 리테이너 링(640)에 둘러싸여 있으며, 연마 중에 반도체 웨이퍼(16)가 톱 링(31A)으로부터 튀어나오지 않도록 되어 있다. 압력실 P3을 구성하는, 탄성 패드(642)의 부위에는 개구(도시되지 않음)가 형성되어 있으며, 압력실 P3에 진공을 형성함으로써 반도체 웨이퍼(16)가 톱 링(31A)에 흡착 보유 지지되도록 되어 있다. 또한 이 압력실 P3에 질소 가스, 건조 공기, 압축 공기 등을 공급함으로써, 반도체 웨이퍼(16)가 톱 링(31A)으로부터 릴리스되도록 되어 있다.
도 21은 톱 링(31A)의 다른 구조예를 모식적으로 도시하는 단면도이다. 이 예에서는 척킹 플레이트는 설치되어 있지 않으며, 탄성 패드(642)는 톱 링 본체(638)의 하면에 설치되어 있다. 또한 척킹 플레이트와 톱 링 본체(638) 사이의 압력실 P5도 설치되어 있지 않다. 그 대신, 리테이너 링(640)과 톱 링 본체(638) 사이에는 탄성 백(646)이 배치되어 있으며, 그 탄성 백(646)의 내부에는 압력실 P6이 형성되어 있다. 리테이너 링(640)은 톱 링 본체(638)에 대하여 상대적으로 상하 이동 가능하게 되어 있다. 압력실 P6에는 유체로(656)가 연통되어 있으며, 가압 공기 등의 가압 유체가 유체로(656)를 통하여 압력실 P6에 공급되도록 되어 있다. 압력실 P6의 내부 압력은 후술하는 압력 조정부에 의하여 조정 가능하게 되어 있다. 따라서 반도체 웨이퍼(16)에 대한 가압력과는 독립적으로 리테이너 링(640)의 연마 패드(10)에 대한 가압력을 조정할 수 있다. 다른 구성 및 동작은 도 20에 도시하는 톱 링의 구성과 동일하다. 본 실시 형태에서는, 도 20 또는 도 21 중 어느 타입의 톱 링을 사용할 수 있다.
도 22는 톱 링(31A)을 회전 및 요동시키는 기구를 설명하기 위한 단면도이다. 톱 링 샤프트(예를 들어 스플라인 샤프트)(636)는 톱 링 헤드(660)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 또한 톱 링 샤프트(636)는, 풀리(661, 662) 및 벨트(663)를 통하여 모터 M1의 회전축에 연결되어 있으며, 모터 M1에 의하여 톱 링 샤프트(636) 및 톱 링(31A)이 그 축심 주위로 회전한다. 이 모터 M1은 톱 링 헤드(660)의 상부에 설치되어 있다. 또한 톱 링 헤드(660)와 톱 링 샤프트(636)는 상하 구동원으로서의 에어 실린더(665)에 의하여 연결되어 있다. 이 에어 실린더(665)에 공급되는 에어(압축 기체)에 의하여 톱 링 샤프트(636) 및 톱 링(31A)이 일체로 상하 이동한다. 또한 에어 실린더(665) 대신, 볼 나사 및 서보 모터를 갖는 기구를 상하 구동원으로서 사용해도 된다.
톱 링 헤드(660)는, 지지축(667)에 베어링(672)을 통하여 회전 가능하게 지지되어 있다. 이 지지축(667)은 고정축이며, 회전하지 않는 구조로 되어 있다. 톱 링 헤드(660)에는 모터 M2가 설치되어 있으며, 톱 링 헤드(660)와 모터 M2의 상대 위치는 고정이다. 이 모터 M2의 회전축은, 도시되지 않은 회전 전달 기구(기어 등)를 통하여 지지축(667)에 연결되어 있으며, 모터 M2를 회전시킴으로써 톱 링 헤드(660)가 지지축(667)을 중심으로 하여 요동(스윙)하도록 되어 있다. 따라서 톱 링 헤드(660)의 요동 운동에 의하여, 그 선단에 지지된 톱 링(31A)은 연마 테이블(30A)의 상방의 연마 위치와 연마 테이블(30A)의 측방의 반송 위치 사이를 이동한다. 또한 본 실시 형태에서는, 톱 링(31A)을 요동시키는 요동 기구는 모터 M2로 구성된다.
톱 링 샤프트(36)의 내부에는, 그 길이 방향으로 연장되는 관통 구멍(도시되지 않음)이 형성되어 있다. 상술한 톱 링(31A)의 유체로(651, 652, 653, 654, 655, 656)는, 이 관통 구멍을 통하여, 톱 링 샤프트(636)의 상단부에 설치되어 있는 회전 조인트(669)에 접속되어 있다. 이 회전 조인트(669)를 통하여 톱 링(31A)에 가압 기체(클린 에어)나 질소 가스 등의 유체가 공급되고, 또한 톱 링(31A)으로부터 기체가 진공 배기된다. 회전 조인트(669)에는, 상기 유체 통로(651, 652, 653, 654, 655, 656)(도 20 및 도 21 참조)에 연통되는 복수의 유체관(670)이 접속되며, 이들 유체관(670)은 압력 조정부(675)에 접속되어 있다. 또한 에어 실린더(665)에 가압 공기를 공급하는 유체관(671)도 압력 조정부(675)에 접속되어 있다.
압력 조정부(675)는, 톱 링(31A)에 공급되는 유체의 압력을 조정하는 전공 레귤레이터나, 유체관(670, 671)에 접속되는 배관, 이들 배관에 설치된 에어 오퍼레이트 밸브, 이들 에어 오퍼레이트 밸브의 작동원이 되는 에어의 압력을 조정하는 전공 레귤레이터, 톱 링(31A)에 진공을 형성하는 이젝터 등을 갖고 있으며, 이들이 집합하여 하나의 블록(유닛)을 구성하고 있다. 압력 조정부(675)는 톱 링 헤드(660)의 상부에 고정되어 있다. 톱 링(31A)의 압력실 P1, P2, P3, P4, P5(도 20 참조)에 공급되는 가압 기체나, 에어 실린더(665)에 공급되는 가압 공기의 압력은, 이 압력 조정부(675)의 전공 레귤레이터에 의하여 조정된다. 마찬가지로 압력 조정부(675)의 이젝터에 의하여 톱 링(31A)의 에어 백 P1, P2, P3, P4 내나, 척킹 플레이트(44)와 톱 링 본체(38) 사이의 압력실 P5 내에 진공이 형성된다.
이와 같이, 압력 조정 기기인 전공 레귤레이터나 밸브가 톱 링(31A)의 근처에 설치되어 있으므로 톱 링(31A) 내의 압력 제어성이 향상된다. 더 구체적으로는, 전공 레귤레이터와 압력실 P1, P2, P3, P4, P5의 거리가 짧으므로 제어부(65)로부터의 압력 변경 명령에 대한 응답성이 향상된다. 마찬가지로 진공원인 이젝터도 톱 링(31A)의 근처에 설치되어 있으므로 톱 링(31A) 내에 진공을 형성할 때의 응답성이 향상된다. 또한 압력 조정부(675)의 이면을 전장 기기의 설치용 받침대로서 이용할 수 있어, 종래 필요했던 설치용의 프레임을 불요로 할 수 있다.
톱 링 헤드(660), 톱 링(31A), 압력 조정부(675), 톱 링 샤프트(636), 모터 M1, 모터 M2, 에어 실린더(665)는 하나의 모듈(이하, 톱 링 어셈블리라 함)로서 구성되어 있다. 즉, 톱 링 샤프트(636), 모터 M1, 모터 M2, 압력 조정부(675), 에어 실린더(665)는 톱 링 헤드(660)에 설치되어 있다. 톱 링 헤드(660)는 지지축(667)으로부터 떼어낼 수 있도록 구성되어 있다. 따라서 톱 링 헤드(660)와 지지축(667)을 분리함으로써 톱 링 어셈블리를 기판 처리 장치로부터 떼어낼 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면 지지축(667)이나 톱 링 헤드(660) 등의 메인터넌스성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어 베어링(672)으로부터 이음이 발생한 때 베어링(672)을 용이하게 교환할 수 있고, 또한 모터 M2나 회전 전달 기구(감속기)를 교환할 때 인접하는 기기를 떼어낼 필요도 없다.
도 23은 연마 테이블(30A)의 내부 구조를 모식적으로 도시하는 단면도이다. 도 23에 도시한 바와 같이, 연마 테이블(30A)의 내부에는, 반도체 웨이퍼(16)의 막 상태를 검지하는 센서(676)가 매설되어 있다. 이 예에서는, 센서(676)로서 와전류 센서가 사용되고 있다. 센서(676)의 신호는 제어부(65)에 송신되며, 제어부(65)에 의하여 막 두께를 나타내는 모니터링 신호가 생성되도록 되어 있다. 이 모니터링 신호(및 센서 신호)의 값은 막 두께 자체를 나타내는 것은 아니지만, 모니터링 신호의 값은 막 두께에 따라 변화된다. 따라서 모니터링 신호는 반도체 웨이퍼(16)의 막 두께를 나타내는 신호라 할 수 있다.
제어부(65)는, 모니터링 신호에 기초하여 각각의 압력실 P1, P2, P3, P4의 내부 압력을 결정하고, 결정된 내부 압력이 각각의 압력실 P1, P2, P3, P4에 형성되도록 압력 조정부(675)에 명령을 내리게 되어 있다. 제어부(65)는, 모니터링 신호에 기초하여 각각의 압력실 P1, P2, P3, P4의 내부 압력을 조작하는 압력 제어부로서, 및 연마 종점을 검지하는 종점 검지부로서 기능한다.
센서(676)는, 제1 연마 유닛(3A)과 마찬가지로, 제2 연마 유닛(3B), 제3 연마 유닛(3C) 및 제4 연마 유닛(3D)의 연마 테이블에도 설치되어 있다. 제어부(65)는, 각각의 연마 유닛(3A 내지 3D)의 센서(76)로부터 보내져 오는 신호로부터 모니터링 신호를 생성하고, 각각의 연마 유닛(3A 내지 3D)에서의 웨이퍼 연마의 진척을 감시한다. 복수의 웨이퍼가 연마 유닛(3A 내지 3D)에서 연마되는 경우, 제어부(5)는, 웨이퍼의 막 두께를 나타내는 모니터링 신호를 연마 중에 감시하고, 그것들의 모니터링 신호에 기초하여, 연마 유닛(3A 내지 3D)에서의 연마 시간이 거의 동일해지도록 톱 링(31A 내지 31D)의 가압력을 제어한다. 이와 같이 연마 중의 톱 링(31A 내지 31D)의 가압력을 모니터링 신호에 기초하여 조정함으로써 연마 유닛(3A 내지 3D)에서의 연마 시간을 평준화할 수 있다.
반도체 웨이퍼(16)는, 제1 연마 유닛(3A), 제2 연마 유닛(3B), 제3 연마 유닛(3C), 제4 연마 유닛(3D) 중 어디에서 연마되어도 되고, 또는 이들 연마 유닛(3A 내지 3D)으로부터 미리 선택된 복수의 연마 유닛에서 연속적으로 연마되어도 된다. 예를 들어 반도체 웨이퍼(16)를 제1 연마 유닛(3A)→제2 연마 유닛(3B)의 순으로 연마해도 되고, 또는 반도체 웨이퍼(16)를 제3 연마 유닛(3C)→제4 연마 유닛(3D)의 순으로 연마해도 된다. 또한 반도체 웨이퍼(16)를 제1 연마 유닛(3A)→제2 연마 유닛(3B)→제3 연마 유닛(3C)→제4 연마 유닛(3D)의 순으로 연마해도 된다. 어느 경우에도 연마 유닛(3A 내지 3D) 모두의 연마 시간을 평준화함으로써 스루풋을 향상시킬 수 있다.
와전류 센서는, 웨이퍼의 막이 금속 막인 경우에 적합하게 사용된다. 웨이퍼의 막이 산화 막 등의 광 투과성을 갖는 막인 경우에는 센서(76)로서 광학식 센서를 사용할 수 있다. 또는 센서(76)로서 마이크로파 센서를 사용해도 된다. 마이크로파 센서는 금속 막 및 비금속 막의 어느 경우에도 사용할 수 있다. 이하, 광학식 센서 및 마이크로파 센서의 일례에 대하여 설명한다.
도 24는 광학식 센서를 구비한 연마 테이블을 도시하는 모식도이다. 도 24에 도시한 바와 같이, 연마 테이블(30A)의 내부에, 반도체 웨이퍼(16)의 막 상태를 검지하는 광학식 센서(676)가 매설되어 있다. 이 센서(676)는, 반도체 웨이퍼(16)에 광을 조사하여, 반도체 웨이퍼(16)로부터의 반사광의 강도(반사 강도 또는 반사율)로부터 반도체 웨이퍼(16)의 막 상태(막 두께 등)를 검지한다.
또한 연마 패드(10)에는, 센서(676)로부터의 광을 투과시키기 위한 투광부(677)가 설치되어 있다. 이 투광부(677)는 투과율이 높은 재질로 형성되어 있으며, 예를 들어 무발포 폴리우레탄 등에 의하여 형성된다. 또는 연마 패드(10)에 관통 구멍을 형성하고, 이 관통 구멍이 반도체 웨이퍼(16)로 막히는 동안 하방으로부터 투명액을 흐르게 함으로써, 투광부(677)를 구성해도 된다. 투광부(677)는, 톱 링(31A)에 보유 지지된 반도체 웨이퍼(16)의 중심을 통과하는 위치에 배치된다.
센서(676)는 도 24에 도시한 바와 같이, 광원(678a)과, 광원(678a)으로부터의 광을 반도체 웨이퍼(16)의 피연마면에 조사하는 발광부로서의 발광 광 파이버(678b)와, 피연마면으로부터의 반사광을 수광하는 수광부로서의 수광 광 파이버(678c)와, 수광 광 파이버(678c)에 의하여 수광된 광을 분광하는 분광기 및 이 분광기에 의하여 분광된 광을 전기적 정보로서 축적하는 복수의 수광 소자를 내부에 갖는 분광기 유닛(678d)과, 광원(678a)의 점등 및 소등이나 분광기 유닛(678d) 내의 수광 소자의 판독 개시의 타이밍 등의 제어를 행하는 동작 제어부(678e)와, 동작 제어부(678e)에 전력을 공급하는 전원(678f)을 구비하고 있다. 또한 광원(678a) 및 분광기 유닛(678d)에는 동작 제어부(678e)를 통하여 전력이 공급된다.
발광 광 파이버(678b)의 발광단과 수광 광 파이버(678c)의 수광단은, 반도체 웨이퍼(16)의 피연마면에 대하여 대략 수직으로 되도록 구성되어 있다. 분광기 유닛(678d) 내의 수광 소자로서는, 예를 들어 128소자의 포토다이오드 어레이를 사용할 수 있다. 분광기 유닛(678d)은 동작 제어부(678e)에 접속되어 있다. 분광기 유닛(678d) 내의 수광 소자로부터의 정보는 동작 제어부(678e)로 보내져, 이 정보에 기초하여 반사광의 스펙트럼 데이터가 생성된다. 즉, 동작 제어부(678e)는, 수광 소자에 축적된 전기적 정보를 판독하여 반사광의 스펙트럼 데이터를 생성한다. 이 스펙트럼 데이터는, 파장에 따라 분해된 반사광의 강도를 나타내며, 막 두께에 따라 변화된다.
동작 제어부(678e)는 상술한 제어부(65)에 접속되어 있다. 이와 같이 하여 동작 제어부(678e)에서 생성된 스펙트럼 데이터는 제어부(65)에 송신된다. 제어부(65)에서는, 동작 제어부(678e)로부터 수신한 스펙트럼 데이터에 기초하여, 반도체 웨이퍼(16)의 막 두께에 관련지어진 특성값을 산출하여, 이를 모니터링 신호로서 사용한다.
도 25는 마이크로파 센서를 구비한 연마 테이블을 도시하는 모식도이다. 센서(676)는, 마이크로파를 반도체 웨이퍼(16)의 피연마면을 향하여 조사하는 안테나(680a)와, 안테나(680a)에 마이크로파를 공급하는 센서 본체(680b)와, 안테나(680a)와 센서 본체(680b)를 접속하는 도파관(681)을 구비하고 있다. 안테나(680a)는 연마 테이블(30A)에 매설되어 있으며, 톱 링(31A)에 보유 지지된 반도체 웨이퍼(16)의 중심 위치에 대향하도록 배치되어 있다.
센서 본체(680b)는, 마이크로파를 생성하여 안테나(680a)에 마이크로파를 공급하는 마이크로파원(680c)와, 마이크로파원(680c)에 의하여 생성된 마이크로파(입사파)와 반도체 웨이퍼(16)의 표면으로부터 반사된 마이크로파(반사파)를 분리시키는 분리기(680d)와, 분리기(680d)에 의하여 분리된 반사파를 수신하여 반사파의 진폭 및 위상을 검출하는 검출부(680e)를 구비하고 있다. 또한 분리기(680d)로서는 방향성 결합기가 적합하게 사용된다.
안테나(680a)는 도파관(681)을 통하여 분리기(680d)에 접속되어 있다. 마이크로파원(680c)은 분리기(680d)에 접속되며, 마이크로파원(680c)에 의하여 생성된 마이크로파는 분리기(680d) 및 도파관(681)을 통하여 안테나(680a)에 공급된다. 마이크로파는 안테나(680a)로부터 반도체 웨이퍼(16)를 향하여 조사되어, 연마 패드(610)를 투과(관통)하여 반도체 웨이퍼(16)에 도달한다. 반도체 웨이퍼(16)로부터의 반사파는 다시 연마 패드(10)를 투과한 후, 안테나(680a)에 의하여 수신된다.
반사파는 안테나(680a)로부터 도파관(681)을 통하여 분리기(680d)로 보내져, 분리기(680d)에 의하여 입사파와 반사파가 분리된다. 분리기(680d)에 의하여 분리된 반사파는 검출부(680e)에 송신된다. 검출부(680e)에서는 반사파의 진폭 및 위상이 검출된다. 반사파의 진폭은 전력(dbm 또는 W) 또는 전압(V)으로서 검출되고, 반사파의 위상은 검출부(680e)에 내장된 위상 계측기(도시되지 않음)에 의하여 검출된다. 검출부(680e)에 의하여 검출된 반사파의 진폭 및 위상은 제어부(65)로 보내져, 여기서 반사파의 진폭 및 위상에 기초하여 반도체 웨이퍼(16)의 금속 막이나 비금속 막 등의 막 두께가 해석된다. 해석된 값은 모니터링 신호로서 제어부(65)에 의하여 감시된다.
도 26은, 본 발명의 일 실시예로서 사용할 수 있는 드레서(33A)를 도시하는 사시도이다. 도 26에 도시한 바와 같이 드레서(33A)는, 드레서 아암(685)과, 드레서 아암(685)의 선단에 회전 가능하게 설치된 드레싱 부재(686)와, 드레서 아암(685)의 타단에 연결되는 요동축(688)과, 요동축(688)을 중심으로 드레서 아암(685)을 요동(스윙)시키는 구동 기구로서의 모터(689)를 구비하고 있다. 드레싱 부재(686)는 원형의 드레싱면을 갖고 있으며, 드레싱면에는 경질의 입자가 고정되어 있다. 이 경질의 입자로서는 다이아몬드 입자나 세라믹 입자 등을 들 수 있다. 드레서 아암(685) 내에는, 도시되지 않은 모터가 내장되어 있으며, 이 모터에 의하여 드레싱 부재(686)가 회전하도록 되어 있다. 요동축(688)은 도시되지 않은 승강 기구에 연결되어 있으며, 이 승강 기구에 의하여 드레서 아암(685)이 하강함으로써 드레싱 부재(686)가 연마 패드(10)의 연마면을 가압하도록 되어 있다.
도 27a는 아토마이저(34A)를 도시하는 사시도이다. 아토마이저(34A)는, 하부에 하나 또는 복수의 분사 구멍을 갖는 아암(690)과, 이 아암(690)에 연결된 유체 유로(691)와, 아암(690)을 지지하는 요동축(694)을 구비하고 있다. 도 27b는 아암(690)의 하부를 도시하는 모식도이다. 도 27b에 도시하는 예에서는, 아암(690)의 하부에는 복수의 분사 구멍(690a)이 등간격으로 형성되어 있다. 유체 유로(691)로서는, 튜브 또는 파이프 또는 이들의 조합으로 구성할 수 있다.
도 28a는 아토마이저(34A)의 내부 구조를 도시하는 측면도이고, 도 28b는 아토마이저(34A)를 도시하는 평면도이다. 유체 유로(691)의 개구 단부는, 도시되지 않은 유체 공급 파이프에 접속되며, 이 유체 공급 파이프로부터 유체가 유체 유로(691)에 공급되도록 되어 있다. 사용되는 유체의 예로서는 액체(예를 들어 순수) 또는 액체와 기체의 혼합 유체(예를 들어 순수와 질소 가스의 혼합 유체) 등을 들 수 있다. 유체 유로(691)는 아암(690)의 분사 구멍(690a)에 연통되어 있으며, 유체는 안개 형상으로 되어 분사 구멍(690a)으로부터 연마 패드(10)의 연마면에 분사된다.
아암(690)은 도 27a 및 도 28b의 점선으로 나타낸 바와 같이, 요동축(694)을 중심으로 하여 세정 위치와 퇴피 위치 사이에서 선회 가능하게 되어 있다. 아암(690)의 가동 각도는 약 90°이다. 통상, 아암(690)은 세정 위치에 있으며, 도 1에 도시한 바와 같이, 연마 패드(10)의 연마면의 직경 방향을 따라 배치되어 있다. 연마 패드(10)의 교환 등의 메인터넌스 시에는, 아암(690)은 수동에 의하여 퇴피 위치로 이동한다. 따라서 메인터넌스 시에 아암(690)을 떼어낼 필요가 없어 메인터넌스성을 향상시킬 수 있다. 또한 회전 기구를 요동축(694)에 연결하고, 이 회전 기구에 의하여 아암(690)을 선회시켜도 된다.
도 28b에 도시한 바와 같이 아암(690)의 양 측면에는 서로 형상이 상이한 2개의 보강 부재(696, 696)가 설치되어 있다. 이들 보강 부재(696, 696)를 설치함으로써, 세정 위치와 퇴피 위치 사이에서 아암(690)이 선회 동작을 행한 때 아암(690)의 축심이 대폭으로 어긋나는 일이 없어, 아토마이징 동작을 효과적으로 행할 수 있다. 또한 아토마이저(34A)는, 아암(690)의 선회 위치{아암(690)이 선회 가능한 각도 범위}를 고정하기 위한 레버(695)를 구비하고 있다. 즉, 레버(695)를 조작함으로써, 아암(690)이 선회 가능한 각도를 조건에 맞추어 조정할 수 있다. 레버(695)를 돌리면 아암(690)이 자유로이 선회 가능해져, 수동에 의하여 아암(690)을 세정 위치와 퇴피 위치 사이에서 이동시킨다. 그리고 레버(695)를 죄면 아암(690)의 위치가 세정 위치와 퇴피 위치 중 어느 하나로 고정된다.
아토마이저의 아암(690)은 절첩 가능한 구조로 할 수도 있다. 구체적으로는 아암(690)을, 조인트로 연결된 적어도 2개의 아암 부재로 구성해도 된다. 이 경우, 절첩된 때의 아암 부재끼리가 이루는 각도는 1° 이상 45° 이하로 하고, 바람직하게는 5° 이상 30° 이하로 한다. 아암 부재끼리가 이루는 각도가 45°보다도 크면 아암(690)이 차지하는 공간이 커지고, 1° 미만으로 하면 아암(690)의 폭을 좁게 할 수밖에 없어 기계적 강도가 낮아진다. 이 예에서는, 아암(690)은 요동축(694) 주위로 회전하지 않도록 구성해도 된다. 연마 패드(10)의 교환 등의 메인터넌스 시에는, 아암(690)을 절첩함으로써 아토마이저가 메인터넌스 작업에 방해가 되지 않게 할 수 있다. 다른 변형예로서는 아토마이저의 아암(690)을 신축 가능한 구조로 할 수도 있다. 이 예에서도 메인터넌스 시에 아암(690)을 수축시킴으로써 아토마이저가 방해가 되는 일은 없다.
이 아토마이저(34A)를 설치하는 목적은, 연마 패드(10)의 연마면에 잔류하는 연마 칩이나 지립 등을 고압의 유체에 의하여 씻어내는 것이다. 아토마이저(34A)의 유체압에 의한 연마면의 정화와, 기계적 접촉인 드레서(33A)에 의한 연마면의 드레싱 작업에 의하여, 더 바람직한 드레싱, 즉 연마면의 재생을 달성할 수 있다. 통상은 접촉형의 드레서(다이아몬드 드레서 등)에 의한 드레싱 후에 아토마이저에 의한 연마면의 재생을 행하는 경우가 많다.
다음으로, 기판을 반송하기 위한 반송 기구에 대하여 도 1에 의하여 설명한다. 반송 기구는, 리프터(11)와 제1 리니어 트랜스포터(66)와 스윙 트랜스포터(12)와 제2 리니어 트랜스포터(67)와 임시 거치대(180)를 구비한다.
리프터(11)는 반송 로봇(22)으로부터 기판을 수취한다. 제1 리니어 트랜스포터(66)는, 리프터(11)로부터 수취한 기판을 제1 반송 위치 TP1, 제2 반송 위치 TP2, 제3 반송 위치 TP3 및 제4 반송 위치 TP4 사이에서 반송한다. 제1 연마 유닛(3A) 및 제2 연마 유닛(3B)은 제1 리니어 트랜스포터(66)로부터 기판을 수취하여 연마한다. 제1 연마 유닛(3A) 및 제2 연마 유닛(3B)은 연마한 기판을 제1 리니어 트랜스포터(66)로 넘긴다.
스윙 트랜스포터(12)는 제1 리니어 트랜스포터(66)와 제2 리니어 트랜스포터(67) 사이에서 기판의 전달을 행한다. 제2 리니어 트랜스포터(67)는, 스윙 트랜스포터(12)로부터 수취한 기판을 제5 반송 위치 TP5, 제6 반송 위치 TP6 및 제7 반송 위치 TP7 사이에서 반송한다. 제3 연마 유닛(3C) 및 제4 연마 유닛(3D)은 제2 리니어 트랜스포터(67)로부터 기판을 수취하여 연마한다. 제3 연마 유닛(3C) 및 제4 연마 유닛(3D)은 연마한 기판을 제2 리니어 트랜스포터(67)로 넘긴다. 연마 유닛(3)에 의하여 연마 처리가 행해진 기판은 스윙 트랜스포터(12)에 의하여 임시 거치대(180)에 놓인다.
도 29a는 세정부(64)를 도시하는 평면도이고, 도 29b는 세정부(64)를 도시하는 측면도이다. 도 29a 및 도 29b에 도시한 바와 같이 세정부(64)는, 제1 세정실(190)과 제1 반송실(191)과 제2 세정실(192)과 제2 반송실(193)과 건조실(194)로 구획되어 있다. 제1 세정실(190) 내에는, 종 방향을 따라 배열된 상측 1차 세정 모듈(201A) 및 하측 1차 세정 모듈(201B)이 배치되어 있다. 상측 1차 세정 모듈(201A)은 하측 1차 세정 모듈(201B)의 상방에 배치되어 있다. 마찬가지로 제2 세정실(192) 내에는, 종 방향을 따라 배열된 상측 2차 세정 모듈(202A) 및 하측 2차 세정 모듈(202B)이 배치되어 있다. 상측 2차 세정 모듈(202A)은 하측 2차 세정 모듈(202B)의 상방에 배치되어 있다. 1차 및 2차 세정 모듈(201A, 201B, 202A, 202B)은 세정액을 사용하여 웨이퍼를 세정하는 세정기이다. 이들 1차 및 2차 세정 모듈(201A, 201B, 202A, 202B)은 수직 방향을 따라 배열되어 있으므로, 풋프린트 면적이 작다는 이점이 얻어진다.
상측 2차 세정 모듈(202A)과 하측 2차 세정 모듈(202B) 사이에는 웨이퍼의 임시 거치대(203)가 설치되어 있다. 건조실(194) 내에는, 종 방향을 따라 배열된 상측 건조 모듈(205A) 및 하측 건조 모듈(205B)이 배치되어 있다. 이들 상측 건조 모듈(205A) 및 하측 건조 모듈(205B)은 서로 격리되어 있다. 상측 건조 모듈(205A) 및 하측 건조 모듈(205B)의 상부에는, 청정한 공기를 건조 모듈(205A, 205B) 내에 각각 공급하는 필터 팬 유닛(207, 207)이 설치되어 있다. 상측 1차 세정 모듈(201A), 하측 1차 세정 모듈(201B), 상측 2차 세정 모듈(202A), 하측 2차 세정 모듈(202B), 임시 거치대(203), 상측 건조 모듈(205A) 및 하측 건조 모듈(205B)은, 도시되지 않은 프레임에 볼트 등을 통하여 고정되어 있다.
제1 반송실(191)에는, 상하 이동 가능한 제1 반송 로봇(209)이 배치되고, 제2 반송실(193)에는, 상하 이동 가능한 제2 반송 로봇(210)이 배치되어 있다. 제1 반송 로봇(209) 및 제2 반송 로봇(210)은, 종 방향으로 연장되는 지지축(211, 212)에 각각 이동 가능하게 지지되어 있다. 제1 반송 로봇(209) 및 제2 반송 로봇(210)은 그 내부에 모터 등의 구동 기구를 갖고 있으며, 지지축(211, 212)을 따라 상하로 이동 가능하게 되어 있다. 제1 반송 로봇(209)은 반송 로봇(22)과 마찬가지로 상하 2단의 핸드를 갖고 있다. 제1 반송 로봇(209)은 도 29a의 점선이 나타내듯이, 그 하측의 핸드가 상술한 임시 거치대(180)에 액세스 가능한 위치에 배치되어 있다. 제1 반송 로봇(209)의 하측 핸드가 임시 거치대(180)에 액세스할 때는, 격벽(1b)에 설치되어 있는 셔터(도시되지 않음)가 개방되도록 되어 있다.
제1 반송 로봇(209)은, 임시 거치대(180), 상측 1차 세정 모듈(201A), 하측 1차 세정 모듈(201B), 임시 거치대(203), 상측 2차 세정 모듈(202A), 하측 2차 세정 모듈(202B) 사이에서 반도체 웨이퍼(16)를 반송하도록 동작한다. 세정 전의 웨이퍼(슬러리가 부착되어 있는 웨이퍼)를 반송할 때는, 제1 반송 로봇(209)은 하측의 핸드를 사용하고, 세정 후의 웨이퍼를 반송할 때는 상측의 핸드를 사용한다. 제2 반송 로봇(210)은, 상측 2차 세정 모듈(202A), 하측 2차 세정 모듈(202B), 임시 거치대(203), 상측 건조 모듈(205A), 하측 건조 모듈(205B) 사이에서 반도체 웨이퍼(16)를 반송하도록 동작한다. 제2 반송 로봇(210)은 세정된 웨이퍼만을 반송하므로, 하나의 핸드만을 구비하고 있다. 도 1에 도시하는 반송 로봇(22)은, 그 상측의 핸드를 사용하여 상측 건조 모듈(205A) 또는 하측 건조 모듈(205B)로부터 웨이퍼를 취출하여, 그 웨이퍼를 웨이퍼 카세트로 복귀시킨다. 반송 로봇(22)의 상측 핸드가 건조 모듈(205A, 205B)에 액세스할 때는, 격벽(1a)에 설치되어 있는 셔터(도시되지 않음)가 개방되도록 되어 있다.
세정부(64)는 2대의 1차 세정 모듈 및 2대의 2차 세정 모듈을 구비하고 있으므로, 복수의 웨이퍼를 병렬로 세정하는 복수의 세정 라인을 구성할 수 있다. 「세정 라인」이란, 세정부(64)의 내부에 있어서 하나의 웨이퍼가 복수의 세정 모듈에 의하여 세정될 때의 이동 경로이다. 예를 들어 도 30에 도시한 바와 같이, 하나의 웨이퍼를 제1 반송 로봇(209), 상측 1차 세정 모듈(201A), 제1 반송 로봇(209), 상측 2차 세정 모듈(202A), 제2 반송 로봇(210), 그리고 상측 건조 모듈(205A)의 순으로 반송하고(세정 라인 1 참조), 이와 병렬로, 다른 웨이퍼를 제1 반송 로봇(209), 하측 1차 세정 모듈(201B), 제1 반송 로봇(209), 하측 2차 세정 모듈(202B), 제2 반송 로봇(210), 그리고 하측 건조 모듈(205B)의 순으로 반송할 수 있다(세정 라인 2 참조). 이와 같이 2개의 병렬하는 세정 라인에 의하여 복수(전형적으로는 2매)의 웨이퍼를 거의 동시에 세정 및 건조시킬 수 있다.
다음으로, 상측 건조 모듈(205A) 및 하측 건조 모듈(205B)의 구성에 대하여 설명한다. 상측 건조 모듈(205A) 및 하측 건조 모듈(205B)은 모두 로타고니 건조를 행하는 건조기이다. 상측 건조 모듈(205A) 및 하측 건조 모듈(205B)은 동일한 구성을 갖고 있으므로, 이하, 상측 건조 모듈(205A)에 대하여 설명한다. 도 31은 상측 건조 모듈(205A)을 도시하는 종단면도이고, 도 32는 상측 건조 모듈(205A)을 도시하는 평면도이다. 상측 건조 모듈(205A)은, 기대(401)와, 이 기대(401)에 지지된 4개의 원통형의 기판 지지 부재(402)를 구비하고 있다. 기대(401)는 회전축(406)의 상단에 고정되어 있으며, 이 회전축(406)은 베어링(405)에 의하여 회전 가능하게 지지되어 있다. 베어링(405)은, 회전축(406)과 평행하게 연장되는 원통체(407)의 내주면에 고정되어 있다. 원통체(407)의 하단은 가대(409)에 설치되어 있으며, 그 위치는 고정되어 있다. 회전축(406)은 풀리(411, 412) 및 벨트(414)를 통하여 모터(415)에 연결되어 있으며, 모터(415)를 구동시킴으로써 기대(401)는 그 축심을 중심으로 하여 회전하도록 되어 있다.
기대(401)의 상면에는 회전 커버(450)가 고정되어 있다. 또한 도 31은 회전 커버(450)의 종단면을 도시하고 있다. 회전 커버(450)는 반도체 웨이퍼(16)의 전체 주위를 둘러싸도록 배치되어 있다. 회전 커버(450)의 종단면 형상은 직경 방향 내측으로 경사져 있다. 또한 회전 커버(450)의 종단면은 매끄러운 곡선으로 구성되어 있다. 회전 커버(450)의 상단은 반도체 웨이퍼(16)에 근접해 있으며, 회전 커버(450)의 상단의 내경은 반도체 웨이퍼(16)의 직경보다도 약간 크게 설정되어 있다. 또한 회전 커버(450)의 상단에는, 기판 지지 부재(402)의 외주면 형상에 따른 노치(450a)가 각각의 기판 지지 부재(402)에 대응하여 형성되어 있다. 회전 커버(450)의 저면에는, 비스듬히 연장되는 액체 배출 구멍(451)이 형성되어 있다.
반도체 웨이퍼(16)의 상방에는, 반도체 웨이퍼(16)의 표면(프런트면)에 세정액으로서 순수를 공급하는 프런트 노즐(454)이 배치되어 있다. 프런트 노즐(454)은 반도체 웨이퍼(16)의 중심을 향하여 배치되어 있다. 이 프런트 노즐(454)은, 도시되지 않은 순수 공급원(세정액 공급원)에 접속되며, 프런트 노즐(454)을 통하여 반도체 웨이퍼(16)의 표면의 중심에 순수가 공급되도록 되어 있다. 세정액으로서는 순수 이외에 약액을 들 수 있다. 또한 반도체 웨이퍼(16)의 상방에는, 로타고니 건조를 실행하기 위한 2개의 노즐(460, 461)이 병렬로 배치되어 있다. 노즐(460)은, 반도체 웨이퍼(16)의 표면에 IPA 증기(이소프로필알코올과 N2 가스의 혼합 기체)을 공급하기 위한 것이고, 노즐(461)은 반도체 웨이퍼(16)의 표면의 건조를 방지하기 위하여 순수를 공급하는 것이다. 이들 노즐(460, 461)은 반도체 웨이퍼(16)의 직경 방향을 따라 이동 가능하게 구성되어 있다.
회전축(406)의 내부에는, 세정액 공급원(465)에 접속된 백 노즐(463)과, 건조 기체 공급원(466)에 접속된 가스 노즐(464)이 배치되어 있다. 세정액 공급원(465)에는, 세정액으로서 순수가 저류되어 있으며, 백 노즐(463)을 통하여 반도체 웨이퍼(16)의 이면에 순수가 공급되도록 되어 있다. 또한 건조 기체 공급원(466)에는, 건조 기체로서 N2 가스 또는 건조 공기 등이 저류되어 있으며, 가스 노즐(464)을 통하여 반도체 웨이퍼(16)의 이면에 건조 기체가 공급되도록 되어 있다.
다음으로, 프런트 노즐(454)로부터의 순수의 공급을 정지시키고, 프런트 노즐(454)을 반도체 웨이퍼(16)로부터 이격된 소정의 대기 위치로 이동시킴과 함께, 2개의 노즐(460, 461)을 반도체 웨이퍼(16)의 상방의 작업 위치로 이동시킨다. 그리고 반도체 웨이퍼(16)를 30 내지 150min-1의 속도로 저속 회전시키면서, 노즐(460)로부터 IPA 증기를, 노즐(461)로부터 순수를 반도체 웨이퍼(16)의 표면을 향하여 공급한다. 이때, 반도체 웨이퍼(16)의 이면에도 백 노즐(463)로부터 순수를 공급한다. 그리고 2개의 노즐(460, 461)을 동시에 반도체 웨이퍼(16)의 직경 방향을 따라 이동시킨다. 이것에 의하여 반도체 웨이퍼(16)의 표면(상면)이 건조된다.
그 후, 2개의 노즐(460, 461)을 소정의 대기 위치로 이동시키고, 백 노즐(463)로부터의 순수의 공급을 정지시킨다. 그리고 반도체 웨이퍼(16)를 1000 내지 1500min-1의 속도로 고속 회전시켜, 반도체 웨이퍼(16)의 이면에 부착되어 있는 순수를 털어낸다. 이때, 가스 노즐(464)로부터 건조 기체를 반도체 웨이퍼(16)의 이면에 분사한다. 이와 같이 하여 반도체 웨이퍼(16)의 이면이 건조된다. 건조된 반도체 웨이퍼(16)는, 도 1에 도시하는 반송 로봇(22)에 의하여 건조 모듈(205A)로부터 취출되어 웨이퍼 카세트로 복귀된다. 이와 같이 하여, 연마, 세정 및 건조를 포함하는 일련의 처리가 웨이퍼에 대하여 행해진다. 상술한 바와 같이 구성된 건조 모듈(205A)에 의하면, 반도체 웨이퍼(16)의 양면을 신속하고도 효과적으로 건조시킬 수 있고, 또한 정확히 건조 처리의 종료 시점을 제어할 수 있다. 따라서 건조 처리를 위한 처리 시간이 세정 프로세스 전체의 율속 공정으로 되는 일은 없다. 또한 세정부(4)에 형성되는 상술한 복수의 세정 라인에서의 처리 시간을 평준화할 수 있으므로, 프로세스 전체의 스루풋을 향상시킬 수 있다.
본 실시 형태에 의하면, 기판을 연마 장치에 반입한 때(로드 전) 기판이 건조 상태에 있고, 연마와 세정이 종료된 후, 언로드 전에 기판이 건조 상태로 되어 기판 카세트에 언로드된다. 건조 상태의 기판을 연마 장치로부터 카세트에 넣고 취출하는 것이 가능해진다. 즉, 드라이 인/드라이 아웃이 가능하다.
임시 거치대(180)에 놓인 기판은 제1 반송실(191)을 통하여 제1 세정실(190) 또는 제2 세정실(192)로 반송된다. 기판은 제1 세정실(190) 또는 제2 세정실(192)에 있어서 세정 처리된다. 제1 세정실(190) 또는 제2 세정실(192)에 있어서 세정 처리된 기판은 제2 반송실(193)을 통하여 건조실(194)로 반송된다. 기판은 건조실(194)에 있어서 건조 처리된다. 건조 처리된 기판은 반송 로봇(22)에 의하여 건조실(194)로부터 취출되어 카세트로 복귀된다.
도 2는, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 연마 유닛(연마 장치)의 전체 구성을 도시하는 개략도이다. 도 2에 도시한 바와 같이 연마 장치는, 연마 테이블(30A)과, 연마 대상물인 반도체 웨이퍼 등의 기판을 보유 지지하고 연마 테이블 상의 연마면에 가압하는 톱 링(31A)을 구비하고 있다.
제1 연마 유닛(3A)은, 연마 패드(10)와, 연마 패드(10)에 대향하여 배치되는 반도체 웨이퍼(16)와의 사이에서 연마를 행하기 위한 연마 유닛이다. 제1 연마 유닛(3A)은, 연마 패드(10)를 보유 지지하기 위한 연마 테이블(30A)과, 반도체 웨이퍼(16)를 보유 지지하기 위한 톱 링(31A)을 갖는다. 제1 연마 유닛(3A)은, 톱 링(31A)을 보유 지지하기 위한 요동 아암(110)과, 요동 아암(110)을 요동시키기 위한 요동축 모터(14)(아암 구동부)와, 요동축 모터(14)에 구동 전력을 공급하는 드라이버(18)를 갖는다. 또한 제1 연마 유닛(3A)은, 요동 아암(110)에 가해지는 아암 토크를 검지하는 아암 토크 검지부(26)과, 아암 토크 검지부(26)가 검지한 아암 토크에 기초하여, 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출하는 종점 검출부(28)를 갖는다.
도 2 내지 도 18에 의하여 설명하는 본 실시 형태에 의하면, 이하의 과제를 해결할 수 있다. 연마 종점 검출 수단의 하나로서, 아암 토크에 기초하는 방법과는 별도로, 연마 테이블 또는 톱 링을 회전 구동하는 구동부의 구동 부하를 검출하여 이용하는 방법이 있다. 연마 장치에 의하여 실행되는 연마 프로세스에는, 연마 대상물의 종류, 연마 패드의 종류, 연마 지액(슬러리)의 종류 등의 조합에 따라 복수의 연마 조건이 존재한다. 이들 복수의 연마 조건 중에는, 구동부의 구동 부하에 변화가 발생하더라도 구동부의 토크 전류의 변화(특징점)가 크게 나타나지 않는 경우가 있다. 토크 전류의 변화가 작은 경우, 토크 전류에 나타나는 노이즈나, 토크 전류의 파형에 발생하는 물결 부분의 영향을 받아, 연마의 종점을 적절히 검출하지 못할 우려가 있고, 과연마 등의 문제가 발생할 수 있다. 도 2 내지 도 18에 의하여 설명하는 본 실시 형태는, 톱 링을 요동 아암의 단부에 보유 지지하는 방식에 있어서, 아암 토크에 기초하여 연마 종점 검출을 행함으로써 이 과제를 해결한다.
도 1에 있어서는, 보유 지지부와 요동 아암과 아암 구동부와 토크 검지부는 세트를 구성하고, 동일한 구성을 갖는 세트가 제1 연마 유닛(3A), 제2 연마 유닛(3B), 제3 연마 유닛(3C), 제4 연마 유닛(3D)의 각각에 설치되어 있다.
연마 테이블(30A)은, 테이블 축(102)을 통하여 그 하방에 배치되는 구동부인 모터(도시되지 않음)에 연결되어 있으며, 그 테이블 축(102) 주위로 회전 가능하게 되어 있다. 연마 테이블(30A)의 상면에는 연마 패드(10)가 첩부되어 있으며, 연마 패드(10)의 표면(101)이 반도체 웨이퍼(16)를 연마하는 연마면을 구성하고 있다. 연마 테이블(30A)의 상방에는 연마액 공급 노즐(도시되지 않음)이 설치되어 있으며, 연마액 공급 노즐에 의하여 연마 테이블(30A) 상의 연마 패드(10)에 연마액 Q가 공급된다. 도 2에 도시한 바와 같이 연마 테이블(30A)의 내부에는, 반도체 웨이퍼(16) 내에 와전류를 생성하고, 당해 와전류를 검출함으로써 연마 종점을 검지할 수 있는 와전류 센서(50)가 매설되어 있어도 된다.
톱 링(31A)은, 반도체 웨이퍼(16)를 연마면(101)에 대하여 가압하는 톱 링 본체(24)와, 반도체 웨이퍼(16)의 외주연을 보유 지지하여 반도체 웨이퍼(16)가 톱 링으로부터 튀어나오지 않도록 하는 리테이너 링(23)으로 구성되어 있다.
톱 링(31A)은 톱 링 샤프트(111)에 접속되어 있다. 톱 링 샤프트(111)는 도시되지 않은 상하 이동 기구에 의하여 요동 아암(110)에 대하여 상하 이동한다. 톱 링 샤프트(111)의 상하 이동에 의하여, 요동 아암(110)에 대하여 톱 링(31A)의 전체를 승강시켜 위치 결정한다.
또한 톱 링 샤프트(111)는 키(도시되지 않음)를 통하여 회전통(112)에 연결되어 있다. 이 회전통(112)은 그 외주부에 타이밍 풀리(113)를 구비하고 있다. 요동 아암(110)에는 톱 링용 모터(114)가 고정되어 있다. 상기 타이밍 풀리(113)는, 타이밍 벨트(115)를 통하여 톱 링용 모터(114)에 설치된 타이밍 풀리(116)에 접속되어 있다. 톱 링용 모터(114)가 회전하면 타이밍 풀리(116), 타이밍 벨트(115) 및 타이밍 풀리(113)를 통하여 회전통(112) 및 톱 링 샤프트(111)가 일체로 회전하여, 톱 링(31A)이 회전한다.
요동 아암(110)은 요동축 모터(14)의 회전축에 접속되어 있다. 요동축 모터(14)는 요동 아암 샤프트(117)에 고정되어 있다. 따라서 요동 아암(110)은 요동 아암 샤프트(117)에 대하여 회전 가능하게 지지되어 있다.
톱 링(31A)은 그 하면에 반도체 웨이퍼(16) 등의 기판을 보유 지지할 수 있다. 요동 아암(110)은 요동 아암 샤프트(117)를 중심으로 하여 선회 가능하다. 하면에 반도체 웨이퍼(16)를 보유 지지한 톱 링(31A)은, 요동 아암(110)의 선회에 의하여 반도체 웨이퍼(16)의 수취 위치로부터 연마 테이블(30A)의 상방으로 이동된다. 그리고 톱 링(31A)을 하강시켜 반도체 웨이퍼(16)를 연마 패드(10)의 표면(연마면)(101)에 가압한다. 이때, 톱 링(31A) 및 연마 테이블(30A)을 각각 회전시킨다. 동시에, 연마 테이블(30A)의 상방에 설치된 연마액 공급 노즐로부터 연마 패드(10) 상에 연마액을 공급한다. 이와 같이 반도체 웨이퍼(16)를 연마 패드(10)의 연마면(101)에 미끄럼 접촉시켜 반도체 웨이퍼(16)의 표면을 연마한다.
제1 연마 유닛(3A)은, 연마 테이블(30A)을 회전 구동하는 테이블 구동부(도시되지 않음)를 갖는다. 제1 연마 유닛(3A)은, 연마 테이블(30A)에 가해지는 테이블 토크를 검지하는 테이블 토크 검지부(도시되지 않음)를 가져도 된다. 테이블 토크 검지부는, 회전 모터인 테이블 구동부의 전류로부터 테이블 토크를 검지할 수 있다. 종점 검출부(28)는, 아암 토크 검지부(26)가 검지한 아암 토크만으로부터 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출해도 되고, 테이블 토크 검지부가 검지한 테이블 토크도 고려하여 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출해도 된다.
도 2에 있어서는, 요동 아암(110)의, 요동축 모터(14)에의 접속부에 있어서, 아암 토크 검지부(26)는, 요동 아암(110)에 가해지는 아암 토크를 검지한다. 구체적으로는 아암 구동부는, 요동 아암(110)을 회전시키는 요동축 모터(회전 모터)(14)이며, 아암 토크 검지부(26)는 요동축 모터(14)의 전류값으로부터, 요동 아암(110)에 가해지는 아암 토크를 검지한다. 요동축 모터(14)의 전류값은, 요동 아암(110)의, 요동축 모터(14)에의 접속부에 있어서의 아암 토크에 의존하는 양이다. 요동축 모터(14)의 전류값은, 본 실시 형태에서는 드라이버(18)로부터 요동축 모터(14)에 공급되는 전류값(18b), 또는 드라이버(18) 내에서 생성되는 후술하는 전류 명령(18a)이다.
아암 토크 검지부(26)에 의한 아암 토크의 검지 방법을 도 3에 의하여 설명한다. 드라이버(18)는, 제어부(65)로부터 요동 아암(110)의 위치에 관한 위치 명령(65a)을 입력받는다. 위치 명령(65a)은, 요동 아암 샤프트(117)에 대한 요동 아암(110)의 회전 각도에 상당하는 데이터이다. 드라이버(18)는 또한 요동축 모터(14)에 내장하여 설치된 인코더(36)로부터 요동 아암 샤프트(117)의 회전 각도(36a)를 입력받는다.
인코더(36)는, 요동축 모터(14)의 회전축의 회전 각도(36a), 즉 요동 아암 샤프트(117)의 회전 각도(36a)를 검지할 수 있는 것이다. 도 3에서는, 요동축 모터(14)와 인코더(36)는 독립적으로 도시되어 있지만, 실제로는 요동축 모터(14)와 인코더(36)는 일체화되어 있다. 이러한 일체형 모터의 일례로서, 피드백 인코더를 갖는 동기형 AC 서보 모터가 있다.
드라이버(18)는, 편차 회로(38)와 전류 생성 회로(40)와 PWM 회로(42)를 갖는다. 편차 회로(38)는, 위치 명령(65a)과 회전 각도(36a)로부터 위치 명령(65a)과 회전 각도(36a)의 편차(38a)를 구한다. 편차(38a)와 전류값(18b)은 전류 생성 회로(40)에 입력된다. 전류 생성 회로(40)는, 편차(38a)와 현재의 전류값(18b)으로부터 편차(38a)에 따른 전류 명령(18a)를 생성한다. PWM 회로(42)는 전류 명령(18a)를 입력받아 PWM(Pulse Width Modulation) 제어에 의하여 전류값(18b)을 생성한다. 전류값(18b)은, 요동축 모터(14)를 구동할 수 있는 3상(U상, V상, W상)의 전류이다. 전류값(18b)은 요동축 모터(14)에 공급된다.
전류 명령(18a)은 요동축 모터(14)의 전류값에 의존하는 양이며, 아암 토크에 의존하는 양이다. 아암 토크 검지부(26)는, 전류 명령(18a)에 대하여 AD 변환, 증폭, 정류, 실효값 변환 등의 처리 중 적어도 하나의 처리를 한 후에, 종점 검출부(28)에 아암 토크로서 출력한다.
전류값(18b)은 요동축 모터(14)의 전류값 그것임과 함께, 아암 토크에 의존하는 양이다. 아암 토크 검지부(26)는, 전류값(18b)으로부터, 요동 아암(110)에 가해지는 아암 토크를 검지해도 된다. 아암 토크 검지부(26)는 전류값(18b)을 검출할 때, 홀 센서 등의 전류 센서를 사용할 수 있다.
아암 토크 검지부(26)가 검지한 전류 명령(18a)(아암 토크)의 구체적인 데이터, 연마 테이블(30A)의 회전 토크 및 톱 링(31A)의 회전 토크의 데이터의 일례를 도 4 이후에 나타낸다. 연마 테이블(30A)의 회전 토크, 톱 링(31A)의 회전 토크의 데이터는 본 실시예의 효과를 설명하기 위한 비교예이다. 도 4는 연마 테이블(30A)의 회전 토크의 데이터(44)와 아암 토크의 데이터(46)를 나타낸다. 횡축은 시간, 종축은 전류값이다. 데이터(44)와 데이터(46)를 비교하면, 회전 토크의 데이터(44)와 아암 토크의 데이터(46)는 반대의 경향을 나타낸다. 즉, 회전 토크의 데이터(44)가 증가할 때는 아암 토크의 데이터(46)는 감소하는 경향이 있고, 회전 토크의 데이터(44)가 감소할 때는 아암 토크의 데이터(46)는 증가하는 경향이 있다. 회전 토크의 데이터(44)와 아암 토크의 데이터(46) 사이에는 상관 관계가 있다. 이 점에서, 아암 토크의 데이터(46)를 이용하여 연마 마찰력의 측정이 가능한 것을 알 수 있다.
도 5는 도 4의 아암 토크의 데이터(46)만을 나타낸다. 도 6은 데이터(46)를 시간으로 미분한 데이터이다. 데이터(48)는 데이터(46)를 시간으로 미분한 것이다. 데이터(52)는, 데이터(48)의 노이즈를 감소시키기 위하여 수 초간에 걸쳐 데이터(48)의 시간 평균을 취한 데이터이다. 도 6의 횡축은 시간, 종축은 전류값/시간(전류의 시간에 의한 미분값)이다. 데이터(48) 및 데이터(52)에는 평탄부(60) 뒤에 피크(54)가 있다. 평탄부(60)가 있음으로써 피크(54)가 있는 것을 명확히 알 수 있다. 피크(54)는 연마 종점을 나타낸다. 본 도면의 경우, 아암 토크의 데이터에 대하여, 데이터(46)에서는 명확하지 않은 연마 종점이, 미분함으로써 명확히 나타나는 것을 알 수 있다.
도 7은 도 4의 연마 테이블(30A)의 회전 토크의 데이터(44)만을 나타낸다. 도 8은 데이터(44)를 미분한 데이터이다. 데이터(56)는 데이터(44)를 시간으로 미분한 것이다. 데이터(58)는, 데이터(44)의 노이즈를 감소시키기 위하여 수 초간에 걸쳐 시간 평균을 취한 데이터이다. 도 8의 횡축은 시간, 종축은 전류값/시간(전류의 시간에 의한 미분값)이다. 데이터(56) 및 데이터(58)에는 평탄부가 없어 피크가 있는 것이 불명확하다. 연마 테이블(30A)의 회전 토크의 데이터(44)보다도 아암 토크의 데이터에 연마 종점이 명확히 나타나는 것을 알 수 있다.
도 9는 참고로서 톱 링(31A)의 회전 토크의 데이터(68)를 나타낸다. 도 10은 데이터(68)를 시간으로 미분한 데이터이다. 데이터(70)는 데이터(68)를 미분한 것이며, 데이터(72)는, 데이터(68)의 노이즈를 감소시키기 위하여 수 초간에 걸쳐 시간 평균을 취한 데이터이다. 도 10의 횡축은 시간, 종축은 전류값/시간(전류의 시간에 의한 미분값)이다. 데이터(70) 및 데이터(72)에는, 도 8에 나타내는 데이터(56) 및 데이터(58)과 마찬가지로 평탄부가 없어, 피크가 있는 것이 불명확하다. 톱 링(31A)의 회전 토크의 데이터(68)보다도 아암 토크의 데이터에 연마 종점이 명확히 나타나는 것을 알 수 있다.
또한 도 4 내지 도 10에 있어서, 연마 종점을 검지한 후에 있어서도 연마를 속행하고 있는 이유는 이하와 같다. 이들 도면의 데이터는 본 발명의 실시 형태의 유효성을 확인하기 위한 데이터이며, 연마 종점을 검지한 후에 있어서도 연마를 속행하여 데이터의 변화의 상태를 확인하는 것도 목적으로 하고 있기 때문이다. 이들 도면의 데이터를 취득한 기판의 막 구성을 참고로서 도 11에 도시한다.
도 11은 기판인 반도체 웨이퍼(16)의 단면도를 도시한다. 반도체 웨이퍼(16)는 상층(74)과 하층(76)을 갖는다. 상층(74)이 연마 대상이며, 위에서 아래로 화살표(78)의 방향으로 연마가 행해진다. 화살표(80)로 나타내는 위치가 연마 종점이다. 화살표(80)로 나타내는 위치에서 막의 재질 또는 구성이 변화된다. 막의 일례로서는, 반도체 웨이퍼(16) 상의 절연막{하층(76)}에 배선 홈(104)이나 구멍을 갖고, 배선 홈(104)이나 구멍에 Cu 등의 금속 막이 성막되어 있는 것이 있다. 상층(74)에는 Cu 등의 금속 막이 성막되어 있다. 절연막은, 예를 들어 SiO2 등의 산화 막이다. 여기에 기재한 것 이외의 다른 막 재질이나 구조에 대해서도 본 발명은 적용 가능하다.
도 4 내지 도 10에 나타내는 데이터를 측정한 때의 연마 테이블(30A) 및 톱 링(31A)의 회전수를 도 12에 나타낸다. 도 12의 횡축은 시간, 종축은 회전수이다. 데이터(82)가 회전수를 나타내며, 본 실시예에서는, 연마 테이블(30A)의 회전수와 톱 링(31A)의 회전수는 동일하게 설정되었다.
도 4 내지 도 10에 나타내는 데이터를 측정한 때, 톱 링(31A) 내의 에어 백에 의하여 반도체 웨이퍼(16)에 인가된 압력의 데이터를 도 13에 나타낸다. 도 13의 횡축은 시간, 종축은 압력의 크기이다. 에어 백(도시되지 않음)은 동심원형으로 반도체 웨이퍼(16)의 중심으로부터 외측을 향하여 5개 배치되어 있다. 중심에 1개의 원반형의 에어 백이 있고, 그 외측에 도너츠형으로 4개의 에어 백이 있다. 데이터(84)는 가장 외측에 있는 에어 백의 압력 프로파일이고, 데이터(86)는 그 외의 4개의 에어 백의 압력 프로파일이다. 데이터(84)는 데이터(86)와 상이하다. 즉, 가장 외측의 압력을 높게 하고, 그 외의 압력은 동일하게 하였다.
도 4 내지 도 10에서는, 아암 토크 검지부(26)가, 아암 토크로서 전류 명령(18a)을 이용한 경우를 나타내었다. 다음으로, 아암 토크 검지부(26)가, 아암 토크로서 전류값(18b)을 이용한 경우의 구체적인 데이터를 도 14 이후에 나타낸다. 도 14 이후는, 도 4 내지 도 10과는 다른 반도체 웨이퍼(16)에 관한 데이터이다. 전류값(18b)은, 본 실시 형태에서는 요동축 모터(14)에 인가되는 3상 중 1상, 예를 들어 V상이다. 아암 토크 검지부(26)는 복수 상을 이용해도 된다. 도 14는, 비교를 위하여 연마 테이블(30A)의 회전 토크의 데이터(88)와 아암 토크의 데이터(90)를 나타낸다. 횡축은 시간, 종축은 전류값이다. 또한 연마 테이블(30A)의 회전 토크의 실제 데이터(88)와 아암 토크의 실제 데이터(90)에는, 후술하는 도 16에 나타내는 바와 같이 각각 노이즈가 있다. 노이즈의 상세는 도 16에 있어서 설명하겠지만, 회전 토크의 실제 데이터(88)에는, 아암 토크의 실제 데이터(90)와 비교한 때, 10배 이상이라는 상당히 큰 노이즈가 포함된다. 도 14에서는, 종점 검지를 위하여 노이즈를 제거한 후의 데이터(88)와 데이터(90)를 나타낸다.
데이터(88)와 데이터(90)를 비교하면, 회전 토크의 데이터(88)와 아암 토크의 데이터(90)는 동일한 경향을 나타낸다. 즉, 회전 토크의 데이터(88)가 증가할 때는 아암 토크의 데이터(90)는 증가하는 경향이 있고, 데이터(88)가 감소할 때는 데이터(90)는 감소하는 경향이 있다. 또한 데이터(88)와 데이터(90) 사이에 시간 지연은 없다. 회전 토크의 데이터(88)와 아암 토크의 데이터(90) 사이에는 상관 관계가 있다. 이 점에서, 아암 토크의 데이터(90)를 이용하여 연마 마찰력의 측정이 가능한 것을 알 수 있다. 데이터(88)보다도 데이터(90) 쪽이 변화량이 크다. 이들 관점에서, 아암 토크의 데이터(46)를 이용하여 연마 마찰력의 측정을 행하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.
도 15는 데이터(88) 및 데이터(92)를 미분한 데이터이다. 데이터(92)는 데이터(88)를 시간으로 미분한 것이고, 데이터(94)는 데이터(90)를 시간으로 미분한 것이다. 도 15의 횡축은 시간, 종축은 전류값/시간(전류의 시간에 의한 미분값)이다. 데이터(92)와 데이터(94)를 비교하면 회전 토크의 데이터(92)와 아암 토크의 데이터(94)는 동일한 경향을 나타낸다. 즉, 회전 토크의 데이터(92)가 증가할 때는 아암 토크의 데이터(94)는 증가하는 경향이 있고, 회전 토크의 데이터(92)가 감소할 때는 아암 토크의 데이터(94)는 감소하는 경향이 있다. 또한 데이터(92)와 데이터(94) 사이에 시간 지연은 없다. 데이터(92)보다도 데이터(94) 쪽이 변화량이 크다. 이들 관점에서, 아암 토크의 데이터(94)를 이용하여 연마 마찰력의 측정을 행하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.
연마 테이블(30A)의 회전 토크의 데이터에 포함되는 노이즈 레벨과, 아암 토크의 데이터에 포함되는 노이즈 레벨을 비교한 예를 다음에 설명한다. 도 16은, 이미 설명한 예와는 상이한 반도체 웨이퍼(16)에 대하여 노이즈를 나타내는 예이다. 횡축은 시간, 종축은 노이즈의 크기이다. 데이터(96)는 연마 테이블(30A)의 회전 토크의 데이터에 포함되는 노이즈이다. 데이터(98)는 아암 토크의 데이터에 포함되는 노이즈이다. 데이터(96a), 데이터(98a)는 반도체 웨이퍼(16)에 인가한 압력이 작을 때의 데이터이고, 데이터(96b), 데이터(98b)는 반도체 웨이퍼(16)에 인가한 압력이 클 때의 데이터이고, 데이터(96c), 데이터(98c)는 반도체 웨이퍼(16)에 압력을 인가하지 않을 때의 데이터이다. 데이터(96)와 데이터(98)를 비교하면, 아암 토크의 노이즈 레벨은 연마 테이블(30A)의 회전 토크에 대하여 1/17 정도로까지 경감되어 있다.
도 17은, 도 16에 나타내는 데이터를, 횡축은 반도체 웨이퍼(16)에 인가한 압력, 종축은 노이즈의 크기로서 나타낸 것이다. 종축은 데이터(96)와 데이터(98)의 진폭(최댓값-최솟값)을 나타낸다. 도 17에 의하여, 아암 토크의 노이즈 레벨은 연마 테이블(30A)의 회전 토크에 대하여 1/17 정도로까지 경감되어 있는 것을 더 명확히 알 수 있다.
다음으로, 노이즈의 주파수 분포를 설명한다. 도 18은, 연마 테이블(30A)의 회전 토크의 데이터에 포함되는 노이즈와, 아암 토크의 데이터에 포함되는 노이즈를 푸리에 변환하여 얻어지는 노이즈의 주파수 스펙트럼을 나타낸다. 양자를 비교하면, 연마 테이블(30A)의 회전 토크의 데이터(96)에는, 점선(106)으로 둘러싼 부분에 큰 노이즈가 발생하고 있는 것을 알 수 있다.
이 큰 노이즈는, 연마 테이블(30A)의 회전수와 톱 링(31A)의 회전수비에 의존하는 노이즈이다. 아암 토크의 데이터(98)에는 이러한 노이즈는 발생하고 있지 않다. 이 점에서, 톱 링(31A)을 요동시키는 요동 아암(110)의 토크는, 상기 회전수비에 기인하는 노이즈의 영향을 받기 어렵다는 이점을 갖는다. 도 18의 예에서는, 아암 토크의 데이터(98)에 있어서 노이즈가 1/17 정도로 저감되었다. 이와 같이, 톱 링을 갖는 아암의 토크 신호(요동 모터 신호 등)는 회전 테이블 구동 모터의 토크 신호에 비하여 1/10 이하로 노이즈를 용이하게 저감하는 것이 가능하다. 연마 조건에 따라 상이하지만 1/10 내지 1/100의 범위로 노이즈를 용이하게 저감하는 것이 가능하다.
이상 설명한 본 발명의 복수의 실시 형태를 종래 기술과 비교하면 이하의 점을 알 수 있다. 연마 테이블(30A)을 회전시키는 테이블 모터의 회전 토크를 이용하는 종래의 경우에는 이하의 과제가 있었다. 1) 연마 테이블(30A)의 회전 속도를 소정값으로 제어할 때, 연마 프로세스를 위한 실질적인 연마력 이외의 외력/외란에 대하여 속도를 안정시키기 위하여 추가의 토크(전류)를 발생시킬 필요가 있었다. 외력/외란으로서는, 예를 들어 연마 테이블(30A)의 회전축의 베어링의 구름 마찰력이나, 테이블의 회전축에 연결된 로터리 조인트의 미끄럼 이동 저항력이 있다. 이들 힘의 변동을 보상하기 위한 토크 전류는, 테이블 모터의 회전 토크의 노이즈 성분이라 할 수 있다. 2) 연마 테이블(30A)의 회전수를 일정하게 하기 위한 회전 센서의 검출 오차(회전수의 보정 오차)가 연마 테이블(30A)의 회전 속도의 10배 이상의 주파수에서 발생하는 경우가 있었다. 이때, 회전 센서가 출력하는 신호에 따라, 보상 회로에서 검출 오차를 처리한 후의 토크 명령값에, 10배 이상의 주파수의 성분이 포함되어 있었다. 이것에 의하여 불요한 전류가 발생했다. 가령 회전 속도 주파수의 10배의 주파수를 갖는 불요한 전류 성분이 있으면, 테이블 회전 거동에의 영향은 10%이며, 이 성분은 연마 프로세스에 영향을 미친다. 나머지 90%의 불요 전류 성분은 테이블 모터의 회전 토크의 노이즈 성분이라 할 수 있다.
본 발명의 실시 형태의 경우, 즉, 요동 아암(110)의 모터 토크를 종점 검지에 이용하는 경우, 연마 시에 톱 링을 요동시키지 않고 요동 아암(110)의 위치를 정지시키면, 상기 1), 2)의 과제는 요동 아암(110)의 모터 토크에 대해서는 발생하지 않는다. 또한 통상, 요동 아암(110)을 정지시키고 연마가 행해진다. 본 발명의 실시 형태에서는 모터 토크의 노이즈 성분이 적은 계측계를 실현할 수 있다.
1개의 캐러셀에 본 발명의 한 실시 형태를 적용한 경우에도 이들 효과를 얻을 수 있다. 즉, 캐러셀에, 연마물을 보유 지지하기 위한 보유 지지부와, 보유 지지부를 보유 지지하기 위한 요동 아암과, 요동 아암을 요동시키기 위한 아암 구동부를 설치할 수 있다. 이들 보유 지지부와 요동 아암과 아암 구동부가 세트를 구성하며, 이 세트는 1개의 캐러셀에 복수 세트 설치할 수 있다. 이것에 의하여 1개의 캐러셀에 복수의 톱 링을 보유 지지할 수 있다. 또한 요동 아암에 가해지는 아암 토크를 직접 또는 간접으로 검지하는 아암 토크 검지부, 및/또는 아암 토크 검지부가 검지한 아암 토크에 기초하여, 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출하는 종점 검출부는, 캐러셀에 설치해도 되고 캐러셀의 외부에 설치해도 된다.
본 발명의 실시 형태의 효과에 대하여 더 설명한다. 본 발명의 실시 형태에서는, 도 2에 도시한 바와 같이 요동 아암(110)의 선회축(108)이 연마 테이블(30A)의 외측에 있다. 연마 테이블(30A)의 회전 중심으로부터 톱 링(31A)의 회전 중심까지의 거리 R1과, 요동 아암(110)의 회전 중심으로부터 톱 링(31A)의 회전 중심까지의 거리 R2를 비교하면, R1<R2로 된다. 가공점 중심{톱 링(31A)의 회전 중심}과, 토크를 검지하는 선회축(108)까지의 반경 거리가 클수록, 연마력에 대항하기 위한 토크를 크게 할 필요가 있다. 따라서 반경 R2가 클수록, 작은 연마 부하 변동을 검지하기 쉬워진다. 즉, R1<R2이기 때문에, 요동 아암(110)의 모터 토크 쪽이 연마 테이블(30A)의 모터 토크보다도 검지가 용이하다.
이미 설명한 바와 같이, 회전 동작에 의한 연마 테이블(30A)의 모터 토크에 있어서의 노이즈 성분이 요동 아암(110)의 모터 토크에는 발생하지 않기 때문에, 연마 테이블(30A)의 모터 토크보다도 검출 정밀도가 향상된 연마 종점 검지 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 형태를, 1개의 캐러셀에 복수의 톱 링을 보유 지지하는 방식과 비교한 때, 다음의 효과가 있다. 캐러셀 타입에서는 복수의 톱 링을 1개의 캐러셀에 보유 지지하기 때문에, 캐러셀의 회전축 주위의 관성 모멘트가, 1개의 톱 링을 보유 지지하는 본 발명의 실시 형태의 선회축(108) 주위의 관성 모멘트보다 크다. 회전축 주위의 관성 모멘트가 작은 편이 부하 변동에 응답하는 응답 속도를 빠르게 할 수 있으므로, 더 신속한 종점 검지의 판정이 가능해진다.
캐러셀 타입의 연마 장치에서는 R1=R2이다. 캐러셀 타입의 연마 장치에서는, 복수의 톱 링 중 하나는, 다른 톱 링의 위치를 보유 지지하기 위한 토크 반력을, 캐러셀 본체를 경유하여 받는다. 복수의 톱 링 중 하나의 거동이 다른 톱 링의 거동에 영향을 미친다. 그 때문에 캐러셀 타입의 연마 장치에서는, 톱 링의 선회축의 모터 토크만으로 연마 종점을 판단하면, 본 발명의 실시 형태에 비교하여 오검지의 위험성이 높아진다. 캐러셀 타입인 미국 특허 제6293845호에 기재된 장치에서는, 이 문제를 해결하기 위하여, 연마 테이블(30A)의 회전 모터의 토크와, 톱 링의 회전 모터의 토크를 병용한 종점 판정 방법이 개시되어 있다.
그런데 톱 링(31A)의 중량의, 요동 아암(110)의 중량에 대한 비는, 0.3 내지 1.5인 것이 바람직하다. 0.3 내지 1.5인 것이 바람직한 이유는 이하와 같다. 0.3보다 작은 경우에는 톱 링(31A)의 중량이 가볍다는 것이어서, 톱 링(31A)은 진동을 발생시키기 쉽기 때문이다. 1.5보다 큰 경우에는 톱 링(31A)의 중량이 커서, 요동 아암(110)의 근원에 큰 중량이 걸린다. 큰 중량이 걸리기 때문에, 요동 아암(110)의 근원의 강성이 부족하여 요동 아암(110)의 거동이 불안정해진다.
본 발명의 실시 형태의 동작은 이하의 소프트웨어 및/또는 시스템을 이용하여 행하는 것도 가능하다. 예를 들어 시스템(기판 처리 장치)은, 전체를 제어하는 메인 컨트롤러{제어부(65)}와, 각각의 유닛{언로드부(62), 연마부(63), 세정부(64)}의 동작을 각각 제어하는 복수의 유닛 컨트롤러를 갖는다. 메인 컨트롤러 및 유닛 컨트롤러는 각각, CPU, 메모리, 기록 매체와, 각각의 유닛을 동작시키기 위하여 기록 매체에 저장된 소프트웨어를 갖는다.
유닛이 연마부(63)인 경우, 연마부(63)의 유닛 컨트롤러는, 톱 링 본체(24)의 회전 제어와, 연마 테이블(30A) 상의 연마 패드(10)에 반도체 웨이퍼(16)를 압박하는 가압의 제어와, 연마 테이블(30A)의 회전의 제어를 행한다. 메인 컨트롤러는, 유닛 컨트롤러의 제어를 감시하는 일과, 유닛 컨트롤러에 동작을 지시하는 일을 행한다. 이들 제어에 필요한 센서로서는, 톱 링 본체(24)의 가압력 측정용 센서, 요동 아암(110)의 고정부의 토크 측정용 센서, 및 요동축 모터(14)의 전류 모니터용 센서가 있다. 소프트웨어에 대해서는, 초기의 소프트웨어로부터 갱신할 수 있도록 하기 위하여, 갱신한 소프트웨어를 인스톨 가능하다.
본 발명의 각 실시 형태에 의하면 이하의 효과 중 하나 또는 복수를 달성할 수 있다. 연마 테이블의 회전 모터의 토크에 의한 종점 검출과 비교하여, 본 발명의 실시 형태에 의하면 종점 검출의 정밀도가 향상된다. 예를 들어 S/N을 10배 이상 개선 가능하다. S/N이 10배 이상 개선됨으로써, 종래, 노이즈가 크기 때문에 필요했던 노이즈 저감을 위한 데이터 평균 처리에 요하는 시간이 감소 또는 불요로 된다. 이것에 의하여, 데이터 평균 처리에 요하는 시간에 기인하는 종점 검출이 지연되는 종점 검출 지연 시간을 단축할 수 있다. 검출 지연 시간이 단축됨으로써 디싱, 에로전 등의 발생을 감소시킬 수 있다. 디싱이란, 주로 광폭 배선 패턴에서 배선 단면이 접시형으로 패는 현상이고, 에로전이란, 주로 미세 배선부에서 배선과 함께 절연막도 깎여 버리는 현상이며, 모두 과잉으로 연마되는 현상이다. 이와 같이 종점 검출의 정밀도가 향상되면 프로세스 전체의 정밀도가 향상되며, 예를 들어 CMOS 센서의 가공이나, 미세 구조 상관막의 가공 정밀도가 향상되어, 칩이나 기기의 성능 향상이 가능해진다.
다음으로, 연마 장치는, 회전축의 주위로 회전 가능한 캐러셀을 갖고, 아암 구동부는 캐러셀에 설치되는 실시 형태에 대하여, 도 33에 의하여 설명한다. 도 33은, 캐러셀(702)에 의하여 지지된 멀티헤드형의 톱 링(31A) 및 요동 아암(110)과, 연마 테이블(30A)의 관계를 도시하는 개략 측면도이다.
도 33 내지 도 35에 도시하는 캐러셀(702), 및 후술하는 도 36에 도시하는 트랙(714)에 톱 링이 붙어 있는 실시 형태에 의하면, 이하의 과제를 해결할 수 있다. 큰 캐러셀(702) 또는 트랙(714)에 복수의 톱 링(31A)이 설치되어 있을 때, 연마 종점 검출 수단의 하나로서, 아암 토크에 기초하는 방법과는 별도로, 연마 테이블의 회전 구동 모터 또는 톱 링 회전 구동 모터의 토크 변동을 모니터링하는 방법이 있다. 이 방법에서는, 톱 링(31A)의 회전 저항력(마찰력)의 변화를 검지하게 된다. 그러나 톱 링의 회전의 변동과, 테이블의 회전의 변동에 의한 오차 등에 의한 마찰력 검지 신호의 오차가 있어, 고정밀도의 종점 검지가 어렵다. 또한 1개의 회전 테이블에 복수 톱 링이 있을 때는, 테이블의 회전이 복수의 톱 링(31A)의 영향에 의하여 복잡하게 변동되기 때문에, 톱 링(31A)마다의 정확한 마찰력의 변동을 파악하는 것이 곤란해진다. 도 33 내지 도 36에 도시하는 실시 형태에 의하면, 톱 링의 회전의 변동과, 테이블의 회전의 변동에 의한 오차가 저감되고, 또한 복수의 톱 링(31A)의 영향도 저감되기 때문에, 이들 과제를 해결할 수 있다.
캐러셀(702)에 요동 아암(110)이 설치되고, 요동 아암(110)에 톱 링(31A)이 설치된 연마 장치이다. 1개의 요동 아암(110)과 1개의 톱 링(31A)으로 이루어지는 유닛(이하에서는 「TR 유닛」이라 칭함)은, 캐러셀(702)에 하나 설치되어 있는 경우와 복수 설치되어 있는 경우(멀티헤드형)가 있다. 도 33은 복수 설치되어 있는 캐러셀(702)의 경우이다.
도 33에 도시한 바와 같이, 연마 장치에 복수의 연마 테이블(30A)이 있어서 복수의 연마를 행할 수 있는 경우에는 복수의 TR 유닛을 설치한다. 연마 테이블(30A)이 하나인 경우, 복수의 TR 유닛을 설치하는 경우와 1개의 TR 유닛을 설치하는 경우가 있다. 도 34는 연마 테이블(30A)이 하나인 경우에 복수의 TR 유닛을 설치하는 경우를 도시한다. 이 경우, 연마 테이블(30A) 상에서 2개의 TR 유닛이 동시에 연마를 행하는 연마 장치와, 연마 테이블(30A) 상에서는 1개의 TR 유닛만이 연마를 행하는 연마 장치가 있을 수 있다. 도 34의 (a)는, 연마 테이블(30A) 상에서는 1개의 TR 유닛만이 연마를 행하는 연마 장치를 도시한다. 도 34의 (b)는, 연마 테이블(30A) 상에서 2개의 TR 유닛이 동시에 연마를 행하는 연마 장치를 도시한다.
도 34의 (a)의 장치에서는, 1개의 TR 유닛이 연마를 행하고 있을 때, 다른 쪽 TR 유닛은 다음 반도체 웨이퍼(16)의 연마를 행하기 위한 준비를 행한다.
도 33, 34에 도시하는 예에서는 캐러셀(702)은 회전 가능하다. 캐러셀(702)의 중심부 부근에 회전 기구를 설치한다. 캐러셀(702)은 지주(도시되지 않음)에 의하여 지지되어 있다. 캐러셀(702)은 지주에 설치된 모터(도시되지 않음)의 회전 주축에 지지되어 있다. 따라서 캐러셀(702)은 회전 주축의 회전에 의하여 수직의 회전 축심(704)을 중심으로 회전 가능하다. 도 33, 34에서는 요동축 모터(14)에 의하여 요동 아암(110)은 회전 가능하지만, 요동 아암(110)을 고정해도 된다.
캐러셀(702)에 요동 아암(110)을 고정한 때의 요동 토크를 로드 셀(706)에 의해 측정하는 경우의 로드 셀(706)의 설치예를 도 35에 도시한다. 로드 셀(706)을 볼트(708)로 캐러셀(702)에 고정한다. 로드 셀(706)을 금속 부재(710)에 볼트(712)에 의해 설치한다. 금속 부재(710)에 볼트(715)에 의해 요동 아암(110)을 설치한다. 이 구성에 의하여, 로드 셀(706)은 금속 부재(710)에 걸리는 회전 토크, 즉, 요동 아암(110)에 걸리는 요동 토크를 측정할 수 있다.
다음으로, 도 36에 의하여, 트랙 상을 요동 아암(110)이 이동하는 다른 실시 형태를 설명한다. 연마 장치는, 도시되지 않은 지지 프레임과, 지지 프레임에 설치되고, 톱 링용 모터(114)의 반송 경로를 획정하는 트랙(714)과, 트랙(714)에 의하여 획정된 경로를 따라 톱 링용 모터(114)를 반송하는 캐리지(716)이며, 트랙(714)에 결합되고, 트랙(714)을 따라 가동하는 캐리지(716)를 갖는다. 연마 테이블(30A)은 복수 설치된다.
트랙(714)과, 트랙(714)을 따라 이동하는 기구(캐리지)는, 리니어 모터 구동 방식을 이용하는 것도 가능하다. 또한 모터와 베어링을 사용하는 궤도 기구도 가능하다. 도 36의 다른 형태로서, 트랙 자체가 회전 가능한 형태가 있다. 이 형태에서는 트랙 자체가 회전하여 톱 링을 다른 테이블부로 이동 가능하다. 그때 소량의 이동 조정이 캐리지에 의하여 행해진다.
다음으로, 도 37에 의하여, 광학식 센서를 갖는 다른 실시 형태를 설명한다. 본 형태에서는, 연마 테이블(30A)을 요동시키는 요동축 모터(14)의 토크 변동의 검지와, 광학식 센서에 의한 반도체 웨이퍼(16)의 연마면의 반사율의 검지를 병용한다. 종점 검지를 위하여 연마 테이블(30A)에 센서가 내장되어 있다. 센서는 광학식 센서(724)이다. 광학식 센서(724)로서는 파이버를 이용한 센서 등이 사용된다. 또한 광학식 센서(724) 대신 와전류 센서를 사용할 수도 있다.
도 37의 실시 형태의 경우, 이하의 과제를 해결할 수 있다. 종점 검지를 위하여 토크 변동 검지 방식 또는 광학식 검지 방식 중 한쪽만을 이용한 경우, 연마 대상물의 연마에 금속 막의 연마와 절연막의 연마가 혼재하는 경우, 이하의 문제가 있다. 토크 변동 검지 방식은, 금속 막과 절연막의 경계의 검지에 적합하고, 광학식 검지 방식은, 막의 두께의 변화의 검지에 적합하다. 그 때문에, 한쪽 방식만으로는, 막의 경계의 검지와 잔막의 두께의 검지의 양쪽이 필요한 경우에 불충분한 검지 정밀도밖에 얻어지지 않는다. 막의 경계의 검지와 잔막의 두께의 검지 중 어느 것인지에 따라 토크 변동 검지와 광학식 검지를 구분하여 이용함으로써 과제를 해결할 수 있다.
광학식 센서의 경우, 연마 장치의 종점 검출부는, 반도체 웨이퍼(16)에 광을 닿게 하여, 반도체 웨이퍼(16)로부터의 반사광의 강도를 계측한다. 종점 검출부는, 아암 토크 검지부가 검지한 아암 토크와, 광학식 센서(724)가 계측한 반도체 웨이퍼(16)로부터의 반사광의 강도에 기초하여, 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출한다. 광학식 센서(724)의 출력은 배선(726)을 통하여 제어부(65)로 보내진다.
광학식 센서의 경우, 연마 패드(10)의 일부에 개구(720)가 있다. 개구(720)에 윈도인 뷰포트(722)가 있다. 뷰포트(722)를 통하여, 광 조사와, 반사광의 검지가 행해진다. 연마 시에 반도체 웨이퍼(16)와 대향 가능한, 연마 테이블(30A) 내의 위치에 뷰포트(722)는 내장된다. 뷰포트(722)의 하부에 광학식 센서(724)가 배치된다. 광학식 센서(724)가 파이버 센서인 경우에는 뷰포트(722)가 없는 경우도 있다.
뷰포트(722)가 없는 경우, 파이버 센서의 주위로부터 순수를 배출하여, 노즐(728)로부터 공급되는 슬러리를 제거하고 종점 검지를 행하는 경우도 있다. 광학식 센서는, 슬러리를 세정하기 위한 순수(또는 고순도 가스, 액체와 가스의 혼합물 등의 유체)를 개구(420) 내에 공급하는 유체 공급부(도시되지 않음)를 갖는다.
센서는 복수 있어도 된다. 예를 들어 도 37에 도시한 바와 같이, 중심부와 단부에 설치하여, 중심부와 단부의 양쪽에 있어서의 검지 신호를 모니터한다. 도 37의 (a)는 광학식 센서(724)의 배치를 도시하고, 도 37의 (b)는 광학식 센서(724)의 확대도이다. 종점 검출부(28)는, 그것들의 복수의 신호 중에서 연마 조건{반도체 웨이퍼(16)의 재질, 연마 시간 등}의 변화에 따라, 연마 조건의 영향을 받지 않는(또는 당해 연마 조건에 최적의) 검지 신호를 선택하여 종점을 판단하여, 연마를 정지시킨다.
이 점에 대하여 더 설명한다. 이미 설명한 요동축 모터(14)에 의한 토크 변동 검지(모터 전류 변동 측정)와 광학식 검지의 조합은, 층간 절연막(ILD)이나 STI(Shallow Trench Isolation)에 의한 소자 분리막의 연마 종점을 검지하는 것에 이용하면 유효하다. SOPM(Spectrum Optical Endpoint Monitoring) 등의 광학식 검지에서는, 잔막의 두께의 검출을 행하고 종점 검지를 행한다. 예를 들어 LSI의 적층막의 제조 프로세스에 있어서, 금속 막의 연마와 절연막의 연마에 의하여 잔막을 형성하는 것이 필요한 경우가 있다. 금속 막의 연마와 절연막의 연마를 행할 필요가 있고 금속 막의 연마와 절연막의 연마 중 어느 것인지에 따라, 토크 변동 검지와 광학식 검지를 구분하여 이용하는 것이 가능해진다.
또한 종점부의 막 구조가 금속과 절연막의 혼재 상태인 경우, 토크 변동 검지와 광학식 검지 중 한쪽 방식만으로는 정확한 종점 검지가 곤란하다. 그 때문에, 토크 변동 검지와 광학식 검지에 의한 막 두께 측정을 행하여, 양쪽의 검지 결과로부터 종점인지를 판정하여, 최적의 시점에서 연마를 종료한다. 혼재 상태에서는, 토크 변동 검지와 광학식 검지 중 어느 것에 있어서도 측정 신호가 약하기 때문에 측정 정밀도가 저하된다. 그러나 2종류 이상의 측정 방법에 의하여 얻어진 신호를 이용하여 판정함으로써 최적의 종점 위치를 판정하는 것이 가능해진다. 예를 들어 2종류 이상의 측정 방법에 의하여 얻어진 신호를 이용한 판정 모두가 종점이라는 결과를 낸 때 종점이라고 판단한다.
다음으로, 도 38에 의하여, 광학식 센서를 갖는 다른 실시 형태를 설명한다. 본 형태에서는, 연마 테이블(30A)을 요동시키는 요동축 모터(14)의 토크 변동{연마 테이블(30A)의 마찰 변동}의 검지와, 광학식 센서에 의한 반도체 웨이퍼(16)의 연마면의 반사율의 검지와, 와전류 센서에 의한 반도체 웨이퍼(16)의 연마물 중의 와전류의 검지를 병용한다. 3종류의 검지 방법이 병용된다.
도 38의 실시 형태의 경우, 이하의 과제를 해결할 수 있다. 도 37의 실시 형태의 토크 변동 검지 방식 및 광학식 검지 방식은 금속 막의 두께의 변화를 검지하는 것이 어렵다는 과제가 있다. 도 38의 실시 형태는 이 과제를 해결하는 것이며, 도 37의 실시 형태에 추가로 와전류의 검지를 병용하고 있다. 금속 막 중의 와전류를 검지하기 때문에 금속 막의 두께의 변화를 검지하는 것이 더 용이해진다.
도 38의 (a)는 광학식 센서(724)와 와전류식 센서(730)의 배치를 도시하며, 도 38의 (b)는 광학식 센서(724)의 확대도이고, 도 38의 (c)는 와전류식 센서(730)의 확대도이다. 와전류식 센서(730)는 연마 테이블(30A) 내에 배치된다. 와전류식 센서(730)는, 반도체 웨이퍼(16)에 자장을 생성하고, 생성한 자장의 강도를 검지한다. 종점 검출부(28)는, 아암 토크 검지부(26)가 검지한 아암 토크와, 광학식 센서(724)가 계측한 반도체 웨이퍼(16)로부터의 반사광의 강도와, 와전류식 센서(730)가 계측한 자장의 강도에 기초하여, 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출한다.
본 형태는, 종점 검지를 위하여, 요동축 모터(14)의 토크 변동 검출, 연마 테이블(30A)에 내장된 광학식 센서(724)와 와전류식 센서(730)에 의한 반도체 웨이퍼(16)의 물리량의 검출이 조합된 예이다. 요동축 모터(14)의 토크 변동 검지(모터 전류 변동 측정)는, 연마하는 시료의 막질이 변화되는 부위의 종점 검지가 우수하다. 광학 방식은, ILD, STI 등의 절연막의 잔막량의 검출과, 그것에 의한 종점 검출이 우수하다. 와전류 센서에 의한 종점 검출은, 예를 들어 도금된 금속 막을 연마하여 종점인 하층의 절연막까지 연마한 시점의 종점 검출이 우수하다.
LSI 등의 다층을 갖는 반도체의 제조 프로세스에 있어서는, 다양한 재료로 이루어지는 다층의 연마를 행하게 되므로, 다양한 막의 연마와 종점 검출을 고정밀도로 행하기 때문에 3종류의 종점 검출 방법을 이용한다. 3종류 이상도 가능하다. 예를 들어, 추가로, 연마 테이블(30A)을 회전시키는 모터의 토크 변동 검지{모터 전류 변동 측정(TCM))}를 병용할 수 있다.
이들 4종류의 종점 검출의 조합을 이용하여, 고기능 제어나 정밀도가 높은 종점 검지를 행하는 것이 가능해진다. 예를 들어 연마 테이블(30A) 상을 톱 링(31A)이 이동하여(요동하여) 연마를 행하는 경우, 톱 링(31A)의 위치의 변화에 의한 연마 테이블(30A)의 토크 변동을 TCM에 의하여 검출한다. 이것에 의하여, 톱 링(31A)이 연마 테이블(30A)의 중심부에 있을 때, 톱 링(31A)이 연마 테이블(30A)의 한쪽 단부로 이동한 때, 톱 링(31A)이 연마 테이블(30A)의 다른 쪽 단부로 이동한 때의 토크 변동에 의하여, 톱 링(31A)의 시료에의 가압이 상이한 요인을 찾아내는 것이 가능해진다. 요인을 찾아내면, 시료에의 가압을 균일화하기 위하여, 톱 링(31A)의 표면의 가압 조정을 행하는 등의 피드백을 행할 수 있다.
톱 링(31A)의 위치의 변화에 의한 연마 테이블(30A)의 토크 변동의 요인으로서는, 톱 링(31A)과 연마 테이블(30A)의 수평도의 어긋남이나, 시료면과 연마 패드(10)의 표면의 수평도의 어긋남, 또는 연마 패드(10)의 마모도의 차이에 의하여, 중심부에 톱 링(31A)이 있을 때와, 중심부로부터 어긋난 위치에 톱 링(31A)이 있을 때의 마찰력이 상이한 것 등이 생각된다.
또한 반도체 웨이퍼(16)의 막의 연마 종점부의 막 구조가 금속과 절연막의 혼재 상태인 경우, 하나의 검지 방식만으로는 정확한 종점 검지가 곤란하기 때문에, 아암 토크 변동을 검지하는 방식과 광학식 검지 방법, 또는 아암 토크 변동을 검지하는 방식과 와전류를 검지하는 방식, 또는 3종류 모두의 신호 검출로부터 종점 상태를 판정하여, 최적의 시점에서 연마를 종료한다. 혼재 상태에서는, 토크 변동 검지와 광학식과 검지 와전류를 검지하는 방식 중 어느 것에 있어서도 측정 신호가 약하기 때문에 측정 정밀도가 저하된다. 그러나 3종류 이상의 측정 방법에 의하여 얻어진 신호를 이용하여 판정함으로써, 최적의 종점 위치를 판정하는 것이 가능해진다. 예를 들어 3종류 이상의 측정 방법에 의하여 얻어진 신호를 이용한 판정 모두가 종점이라는 결과를 낸 때 종점이라고 판단한다.
이들 조합을 열기하면 이하와 같다. ⅰ. 아암 토크 검지+테이블 토크 검지 ⅱ. 아암 토크 검지+광학식 검지 ⅲ. 아암 토크 검지+와전류 검지 ⅳ. 아암 토크 검지+마이크로파 센서에 의한 광학식 검지 ⅴ. 아암 토크 검지+광학식 검지+테이블 토크 검지 ⅵ. 아암 토크 검지+광학식 검지+와전류 검지 ⅶ. 아암 토크 검지+광학식 검지+마이크로파 센서에 의한 광학식 검지 ⅷ. 아암 토크 검지+와전류 검지+테이블 토크 검지 ⅸ. 아암 토크 검지+와전류 검지+마이크로파 센서에 의한 광학식 검지 ⅹ. 아암 토크 검지+테이블 토크 검지+마이크로파 센서에 의한 광학식 검지 ⅹⅰ. 이 외에, 아암 토크 검지와 조합되는 어떠한 센서의 조합도 포함한다.
종점부의 막 구조가 금속과 절연막의 혼재 상태인 경우의 예를 도 39, 40, 41에 도시한다. 이하의 예에서는, 금속으로서는 Cu, Al, W, Co 등의 금속이고, 절연막은 SiO2, SiN, 유리재{SOG(Spin-on Glass), BPSG(Boron Phosphorus Silicon Glass) 등}, Lowk재, 수지재, 다른 절연 재료이다. SiO2, SOG, BPSG 등은 CVD 또는 코팅에 의하여 제조된다. 도 39의 (a), 39의 (b)는 절연막을 연마하는 예이다. 도 39의 (a)는 연마 전의 상태를 도시하고, 도 39의 (b)는 연마 후의 상태를 도시한다. 막(732)은 실리콘이다. 막(732) 상에 SiO2(열산화 막)나 SiN 등의 절연막인 막(734)이 형성되어 있다. 막(734) 상에, 성막에 의한 산화 막(SiO2)이나 유리재(SOG, BPSG) 등의 절연막인 막(736)이 형성되어 있다. 막(736)은 도 39의 (b)에 도시하는 상태까지 연마된다.
막(736)은 광학식 검지에 의하여 막 두께를 측정한다. 막(736)과 막(734)의 경계(758)나, 막(734)과 막(732)의 경계는 광의 반사에 민감하다. 따라서 광학식 검지가 바람직하다. 또한 막(736)과 막(734)의 재질이 상이할 때는 연마 시의 마찰의 변화가 큰 경우가 있다. 이때는 광학식 검지+토크 검지가 바람직하다.
도 40의 (a), 40의 (b)는 금속 막을 연마하는 예이다. 도 40의 (a)는 연마 전의 상태를 도시하고, 도 40의 (b)는 연마 후의 상태를 도시한다. 매립부(737)는 STI이다. 막(734) 상에, 막(736)과 마찬가지의 막(738)이 형성되어 있다. 막(734) 상에 게이트 전극(740)이 형성되어 있다. 막(734) 하에는 드레인 또는 소스인 확산층(744)이 형성되어 있다. 확산층(744)은, 비아나 플러그 등의 종 배선(742)에 접속되어 있다. 게이트 전극(740)은, 도시되지 않은 종 배선(742)에 접속되어 있다. 종 배선(742)은 막(738) 내를 관통하고 있다. 막(738) 상에 금속 막(746)이 형성되어 있다. 종 배선(742)과 금속 막(746)은 동일한 금속이다. 금속 막(746)은 도 40의 (b)에 도시하는 상태까지 연마된다. 또한 도 40에서는 게이트 전극(740)이나 확산층(744)이 형성되어 있지만, 다른 회로 요소가 형성되어도 된다.
금속 막(746)은, 금속 막이기 때문에, 금속 막이 급격히 감소한 때의, 금속 막(746) 내의 와전류의 파형 변화가 크다는 것을 이용하여 와전류를 검지한다. 또한 금속 막의 반사량이 큰 상태로부터 금속 막이 감소하여, 반사량이 급격히 변화되는 것을 이용하는 광학식 검지를, 와전류 검지와 병용할 수도 있다. 막(738)은 절연막이기 때문에, 광학식 검지에 의하여 막 두께를 측정한다.
도 41의 (a), 41의 (b)는 금속 막을 연마하는 예이다. 도 41의 (a)는 연마 전의 상태를 도시하고, 도 41의 (b)는 연마 후의 상태를 도시한다. 매립부(737)는 STI이다. 막(734) 상에 막(738)이 형성되어 있다. 막(734) 상에 게이트 전극(740)이 형성되어 있다. 막(734) 하에는 드레인 또는 소스인 확산층(744)이 형성되어 있다. 확산층(744)은, 비아나 플러그 등의 종 배선(742)에 접속되어 있다. 게이트 전극(740)은, 도시되지 않은 종 배선(742)에 접속되어 있다. 종 배선(742)은 막(738) 내를 관통하고 있다. 비아(742) 상에 금속의 횡 배선(750)이 형성되어 있다. 금속 막(748)과 횡 배선(750)은 동일한 금속이다. 금속 막(748)은 도 41의 (b)에 도시하는 상태까지 연마된다.
금속 막(748)은, 금속 막이기 때문에, 와전류 센서를 사용하여 와전류를 검지한다. 절연막(738)은, 절연막이기 때문에, 광학식 검지에 의하여 막 두께를 측정한다. 또한 도 39 이하에 나타내는 실시 형태는, 도 1에서 도 38까지의 실시 형태 모두에 대하여 적용 가능하다.
다음으로, 도 42에 의하여 도 2의 변형예로서의 실시 형태를 설명한다. 본 형태에서는, 요동 아암(110)이 복수의 아암으로 구성되어 있다. 도 42에서는, 예를 들어 아암(752)과 아암(754)으로 구성되어 있다. 아암(752)은 요동축 모터(14)에 설치되며, 아암(754)에 톱 링(31A)이 설치된다. 아암(752)과 아암(754)의 접합부에 있어서, 요동 아암의 토크 변동을 검출하여 종점 검지를 행한다.
도 42의 실시 형태의 경우, 이하의 과제를 해결할 수 있다. 도 2의 경우, 종점 검지에 있어서, 후술하는 클리어런스 진동 등의 영향에 의하여 종점 검지 정밀도가 저하된다는 과제가 있다. 도 42의 실시 형태의 경우, 클리어런스 진동 등의 영향을 저감할 수 있기 때문에 이 과제를 해결할 수 있다.
아암(752)과 아암(754)의 접합부(756)에, 요동 아암의 토크 변동을 검출하는 토크 센서가 배치된다. 토크 센서는 로드 셀(706)이나 변형 게이지를 갖는다. 접합부(756)의 구조는, 예를 들어 도 35와 마찬가지의 구조로 할 수 있다. 도 35에 도시한 바와 같이, 아암(752)과 아암(754)은 금속 부재(710)에 의하여 서로 고정된다. 아암(752)은 요동축 모터(14)에 의하여 요동이 가능하다. 상술한 요동 모터 전류의 변동에 의한 토크 변화를 측정할 때, 요동 동작을 일단 정지시키고 토크 변화를 측정하는 것이 바람직한 경우가 있다. 이는, 요동 동작에 수반하여 요동 모터의 모터 전류의 노이즈가 증가하는 경우가 있기 때문이다.
본 형태의 경우, 도 39의 (a)의 경계(758)와 같이 막질이 변화되는 부분의 마찰 변동에 의한 연마 토크의 변동이 발생한 경우, 접합부(756)의 토크 센서에 의한 경계(758)의 검지가 가능해진다. 연마 토크의 변동의 검지는, 요동축 모터(14)의 전류 변동의 검지에 의해서도 가능하다. 전류 변동에 의한 토크 변동 검출에 비하여, 접합부(756)의 토크 센서에 의한 토크 변동 검출은 이하의 장점을 갖는다.
전류 변동의 검지에 의한 토크 변동 검출은, 요동축 모터(14)의 회전 동작(스윙)에 의한 오차, 예를 들어 요동축 모터(14)에 의한 요동 아암(110)의 클리어런스 진동 등의 영향이 있다. 클리어런스 진동이란, 요동 아암(110)의 요동축 모터(14)에의 설치부에 약간의 덜걱거림이 있기 때문에, 요동축 모터(14)의 회전 동작 시에 덜걱거림에 기인하여 발생하는 진동이다. 접합부(756)의 토크 센서에 의한 토크 변동 검출에 있어서는, 접합부(756)에는 클리어런스 진동이 없으며, 연마부의 마찰 변화에 대응한 토크 변동을 검출할 수 있다. 이로 인하여 더 고정밀도의 종점 검출을 행하는 것이 가능해진다. 클리어런스 진동을 저감시키기 위해서는 요동 아암(110)의 스윙을 정지시킬 필요가 있다. 그러나 접합부(756)의 토크 센서에 의한 토크 변동 검출에 있어서는, 요동 아암(110)의 스윙을 정지시키지 않더라도 고정밀도의 종점 검출이 가능해진다.
본 형태는, 톱 링(31A)이 복수 있는 경우나 캐러셀 방식에도 적용 가능하다. LSI의 적층막의 박막화나 기능 소자의 미세화가 진행되면, 성능 안정화와 수율 유지를 위하여, 종래와 비교하여 더 높은 정밀도로 연마 종점을 행할 필요가 발생한다. 이와 같은 요구에 대응할 수 있는 기술로서 본 형태는 유효하다.
다음으로, 도 43에 의하여, 제어부(65)에 의한 기판 처리 장치 전체의 제어에 대하여 설명한다. 메인 컨트롤러인 제어부(65)는, CPU와 메모리와 기록 매체와, 기록 매체에 기록된 소프트웨어 등을 갖는다. 제어부(65)는, 기판 처리 장치 전체의 감시·제어를 행하며, 그러기 위한 신호의 수수, 정보 기록, 연산을 행한다. 제어부(65)는 주로 유닛 컨트롤러(760)와의 사이에서 신호의 수수를 행한다. 유닛 컨트롤러(760)도, CPU와 메모리와 기록 매체와, 기록 매체에 기록된 소프트웨어 등을 갖는다. 도 43의 경우, 제어부(65)는, 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출하는 종점 검출 수단, 연마 유닛에 의한 연마를 제어하는 제어 수단으로서 기능하는 프로그램을 내장한다. 또한 유닛 컨트롤러(760)가 이 프로그램의 일부 또는 전부를 내장해도 된다. 프로그램은 갱신 가능하다. 또한 프로그램은 갱신 가능하지 않아도 된다.
도 43 내지 도 47에 의하여 설명하는 실시 형태에 의하면, 이하의 과제를 해결할 수 있다. 지금까지의 전형적인 연마 장치의 제어 방식의 과제로서 이하의 점이 있다. 종점 검출에 대하여, 대상물의 연마를 행하기 전에 복수의 테스트를 행하고, 얻어진 데이터로부터 연마 조건이나 종점 판정 조건을 구하여, 연마 조건인 레시피 작성을 행한다. 일부 신호 해석을 이용하고 있는 것도 있지만, 웨이퍼 구조에 대하여 하나의 센서 신호를 이용하여 종점 검출을 판단하는 처리를 행한다. 이래서는 다음과 같은 요구에 대하여 충분한 정밀도가 얻어지지 않았다. 제작하는 디바이스나 칩의 수율 향상을 위하여, 디바이스나 칩의 제작에 있어서 추가로 고정밀도의 종점 검출과, 로트 간이나 칩 간의 변동을 작게 억제할 필요가 있다. 그것을 실현하기 위하여, 도 43 이후에 있는 실시예를 적용한 종점 검지를 행하는 시스템을 이용함으로써 더 고정밀도의 종점 검출을 행하는 것이 가능해져, 수율 향상이나 칩 간의 연마량 변동을 저감하는 것이 가능해진다.
특히 고속의 데이터 처리, 다수 종류 및 다수의 센서의 신호 처리, 이들 신호를 규격화한 데이터, 데이터로부터 인공지능(Artificial Intelligence; AI)을 이용한 학습 및 종점 검출의 판정에 이용하는 데이터 세트의 작성과, 작성된 데이터 세트에 의한 판정예의 축적에 의한 학습과, 학습 효과에 의한 정밀도 향상, 학습된 판정 기능에 의하여 판단되고 갱신된 연마 파라미터, 이 연마 파라미터의 고속의 제어계에의 반영을 실현하는 고속 통신 처리계 등을 실현할 수 있다. 이들은, 도 42 이전에 나타낸 모든 실시예에 대하여 적용 가능하다.
유닛 컨트롤러(760)는, 기판 처리 장치에 탑재되어 있는 유닛(762)(1개 또는 복수)의 제어를 행한다. 유닛 컨트롤러(760)는 각각의 유닛(762)마다 본 실시 형태에서는 설치된다. 유닛(762)으로서는 언로드부(62), 연마부(63), 세정부(64) 등이 있다. 유닛 컨트롤러(760)는, 유닛(762)의 동작 제어, 감시용 센서와의 신호 수수, 제어 신호의 수수, 고속의 신호 처리 등을 행한다. 유닛 컨트롤러(760)는 FPGA(field-programmable gate array)나 ASIC(application specific integrated circuit, 특정 용도용 집적 회로) 등으로 구성되어 있다.
유닛(762), 유닛 컨트롤러(760)로부터의 신호에 의하여 동작을 행한다. 또한 유닛(762)은, 센서 신호를 센서로부터 수신하여 유닛 컨트롤러(760)에 송신한다. 센서 신호는, 유닛 컨트롤러(760)로부터 또한 제어부(65)로 보내지는 경우도 있다. 센서 신호가 제어부(65) 또는 유닛 컨트롤러(760)에 의하여 처리(연산 처리를 포함함)되고, 다음 동작을 위한 신호가 유닛 컨트롤러(760)로부터 보내져 온다. 그에 따라 유닛(762)은 동작을 행한다. 예를 들어 유닛 컨트롤러(760)는, 요동 아암(110)의 토크 변동을 요동축 모터(14)의 전류 변화에 따라 검지한다. 유닛 컨트롤러(760)는 검지 결과를 제어부(65)로 보낸다. 제어부(65)는 종점 검지를 행한다.
소프트웨어로서는, 예를 들어 이하의 것이 있다. 소프트웨어는, 컨트롤 기기{제어부(65) 또는 유닛 컨트롤러(760)} 내에 기록되어 있는 데이터에 의하여 연마 패드(10)의 종류와 슬러리 공급량을 구한다. 다음으로, 소프트웨어는 연마 패드(10)의 메인터넌스 시기 또는 메인터넌스 시기까지 사용할 수 있는 연마 패드(10)를 특정하고 슬러리 공급량을 연산하고, 이들을 출력한다. 소프트웨어는, 기판 처리 장치(764)를 출하한 후에, 기판 처리 장치(764)에 인스톨 가능한 소프트웨어여도 된다.
제어부(65), 유닛 컨트롤러(760), 유닛(762) 사이에 있어서의 통신은 유선, 무선 모두 가능하다. 기판 처리 장치(764)의 외부와의 사이에서는 인터넷을 통한 통신이나 다른 통신 수단(전용 회선에 의한 고속 통신)을 사용 가능하다. 데이터의 통신에 대해서는, 클라우드 제휴에 의하여 클라우드를 이용하는 것, 스마트폰 제휴에 의하여 기판 처리 장치에 있어서 스마트폰 경유 데이터의 교환 등을 행하는 것이 가능하다. 이들에 의하여, 기판 처리 장치의 운전 상황, 기판 처리의 설정 정보를 기판 처리 장치의 외부와 교환을 행하는 것이 가능하다. 통신 기기로서, 센서 간에 통신 네트워크를 형성하고, 이 통신 네트워크를 이용해도 된다.
상기 제어 기능, 통신 기능을 이용하여, 기판 처리 장치의 자동화 운전을 행하는 것도 가능하다. 자동화 운전을 위하여, 기판 처리 장치의 제어 패턴의 규격화나, 연마 종점의 판단에 있어서의 역치의 이용이 가능하다.
기판 처리 장치의 이상/수명의 예측/판단/표시를 행하는 것이 가능하다. 또한 성능 안정화를 위한 제어를 행하는 것도 가능하다.
기판 처리 장치의 운전 시의 다양한 데이터나 연마 데이터(막 두께나 연마의 종점)의 특징량을 자동적으로 추출하여 운전 상태나 연마 상태를 자동 학습하는 것이나, 제어 패턴의 자동 규격화를 행하여 이상/수명의 예측/판단/표시를 행하는 것이 가능하다.
통신 방식, 기기 인터페이스 등에 있어서, 예를 들어 포맷 등의 규격화를 행하여 장치·기기 상호의 정보 통신에 이용하여, 장치·기기의 관리를 행하는 것이 가능하다.
다음으로, 기판 처리 장치(764)에 있어서, 센서에서 반도체 웨이퍼(16)로부터 정보를 취득하고, 인터넷 등의 통신 수단을 경유하여, 기판 처리 장치가 설치된 공장 안/공장 밖에 설치된 데이터 처리 장치(클라우드 등)에 데이터를 축적하고, 클라우드 등에 축적된 데이터를 분석하고, 분석 결과에 따라 기판 처리 장치를 제어하는 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 44는 이 실시 형태의 구성을 나타낸다.
1. 센서에서 반도체 웨이퍼(16)로부터 취득하는 정보로서는 이하가 가능하다. ·요동축 모터(14)의 토크 변동에 관한 측정 신호 또는 측정 데이터·SOPM(광학식 센서)의 측정 신호 또는 측정 데이터·와전류 센서의 측정 신호 또는 측정 데이터 ·상기 하나 또는 복수의 조합의 측정 신호 또는 측정 데이터 2. 인터넷 등의 통신 수단의 기능 및 구성으로서는 이하가 가능하다. ·상기 측정 신호 또는 측정 데이터를 포함하는 신호 또는 데이터를, 네트워크(766)에 접속된 데이터 처리 장치(768)에 전송한다. ·네트워크(766)는, 인터넷 또는 고속 통신 등의 통신 수단이면 된다. 예를 들어 기판 처리 장치, 게이트웨이, 인터넷, 클라우드, 인터넷, 데이터 처리 장치라는 순서로 접속된 네트워크(766)가 가능하다. 고속 통신으로서는 고속 광 통신, 고속 무선 통신 등이 있다. 또한 고속 무선 통신으로서는 Wi-Fi(등록 상표), Bluetooth(등록 상표), Wi-Max(등록 상표), 3G, LTE 등이 생각된다. 이 이외의 고속 무선 통신도 적용 가능하다. 또한 클라우드를 데이터 처리 장치로 하는 것도 가능하다. ·데이터 처리 장치(768)가 공장 안에 설치되는 경우에는, 공장 안에 있는 1대 또는 복수의 기판 처리 장치로부터의 신호를 처리하는 것이 가능하다. ·데이터 처리 장치(768)가 공장 밖에 설치되는 경우에는, 공장 안에 있는 1대 또는 복수의 기판 처리 장치로부터의 신호를 공장 외부에 전달하여, 처리하는 것이 가능하다. 이때는 국내 또는 외국에 설치된 데이터 처리 장치와의 접속이 가능하다. 3. 클라우드 등에 축적된 데이터를 데이터 처리 장치(768)가 분석하고, 분석 결과에 따라 기판 처리 장치(764)를 제어하는 것에 대해서는, 이하와 같은 것이 가능하다. ·측정 신호 또는 측정 데이터가 처리된 후에, 제어 신호 또는 제어 데이터로서 기판 처리 장치(764)에 전달할 수 있다. ·데이터를 수취한 기판 처리 장치(764)는 그 데이터에 기초하여, 연마 처리에 관한 연마 파라미터를 갱신하여 연마 동작을 행하고, 또한 데이터 처리 장치(768)로부터의 데이터가 종점이 검지된 것을 나타내는 신호/데이터인 경우, 종점이 검지되었다고 판단하여 연마를 종료한다. 연마 파라미터로서는, (1) 반도체 웨이퍼(16)의 4개의 영역, 즉, 중앙부, 내측 중간부, 외측 중간부 및 주연부에 대한 가압력, (2) 연마 시간, (3) 연마 테이블(30A)이나 톱 링(31A)의 회전수, (4) 연마 종점의 판정을 위한 역치 등이 있다.
다음으로, 도 45에 의하여 다른 실시 형태를 설명한다. 도 45는, 도 44의 실시 형태의 변형예를 나타내는 도면이다. 본 실시 형태는, 기판 처리 장치, 중간 처리 장치, 네트워크(766), 데이터 처리 장치라는 순으로 접속된 구성이다. 중간 처리 장치는, 예를 들어 FPGA나 ASIC로 구성되며, 필터링 기능, 연산 기능, 데이터 가공 기능, 데이터 세트 작성 기능 등을 갖는다.
인터넷과 고속 광 통신을 어떤 식으로 사용하는지에 따라 이하의 3케이스로 나뉜다. (1) 기판 처리 장치와 중간 처리 장치 사이가 인터넷이고 네트워크(766)가 인터넷인 경우, (2) 기판 처리 장치와 중간 처리 장치 사이가 고속 광 통신이고 네트워크(766)가 고속 광 통신인 경우, (3) 기판 처리 장치와 중간 처리 장치 사이가 고속 광 통신이고 중간 처리 장치로부터 외측이 인터넷인 경우가 있다.
(1)의 경우: 전체 시스템에 있어서의 데이터 통신 속도와 데이터 처리 속도가 인터넷 통신 속도이면 되는 경우이다. 데이터 샘플링 속도 1 내지 1000mS 정도이고, 복수의 연마 조건 파라미터의 데이터 통신을 행할 수 있다. 이 경우에는, 중간 처리 장치(770)는, 데이터 처리 장치(768)로 보내는 데이터 세트의 작성을 행한다. 데이터 세트의 상세는 후술한다. 데이터 세트를 수령한 데이터 처리 장치(768)는 데이터 처리를 행하며, 예를 들어 종점 위치까지의 연마 조건 파라미터의 변경값의 산출과, 연마 프로세스의 공정 계획을 작성하고, 네트워크(766)를 통하여 중간 처리 장치(770)로 반환한다. 중간 처리 장치(770)는 연마 조건 파라미터의 변경값과, 필요한 제어 신호를 기판 처리 장치(764)로 보낸다.
(2)의 경우: 기판 처리 장치-중간 처리 장치 사이, 중간 처리 장치-데이터 처리 장치 사이의 센서 신호나 상태 관리 기기 간의 통신이 고속 통신이다. 고속 통신으로는, 통신 속도 1 내지 1000Gbps로 통신이 가능하다. 고속 통신으로는 데이터·데이터 세트·커맨드·제어 신호 등을 통신할 수 있다. 이 경우, 중간 처리 장치(770)에서 데이터 세트의 작성을 행하고, 그것을 데이터 처리 장치(768)에 송신한다. 중간 처리 장치(770)는, 데이터 처리 장치(768)에 있어서의 처리에 필요한 데이터를 추출하여 가공을 행하여, 데이터 세트로서 작성한다. 예를 들어 종점 검출용의 복수의 센서 신호를 추출하여 데이터 세트로서 작성한다.
중간 처리 장치(770)는 작성한 데이터 세트를 고속 통신으로 데이터 처리 장치(768)로 보낸다. 데이터 처리 장치(768)는, 데이터 세트에 기초하여, 연마 종점까지의 파라미터 변경값의 산출·공정 계획 작성을 행한다. 데이터 처리 장치(768)는, 복수의 기판 처리 장치(764)로부터의 데이터 세트를 수령하여, 각각의 장치에 대한, 다음 스텝의 파라미터 갱신값의 산출과 공정 계획 작성을 행하고, 갱신된 데이터 세트를 중간 처리 장치(770)에 송신한다. 중간 처리 장치(770)는, 갱신된 데이터 세트에 기초하여, 갱신된 데이터 세트를 제어 신호로 변환하여, 기판 처리 장치(764)의 제어부(65)에 고속 통신으로 송신한다. 기판 처리 장치(764)는, 갱신된 제어 신호에 따라 연마를 실시하여, 고정밀도의 종점 검출을 행한다.
(3)의 경우: 중간 처리 장치(770)는, 기판 처리 장치(764)의 복수의 센서 신호를 고속 통신에 의하여 수령한다. 고속 광 통신에서는 통신 속도 1 내지 1000Gbps의 통신이 가능하다. 이 경우, 기판 처리 장치(764), 센서, 제어부(65)와, 중간 처리 장치(770)와의 사이는, 고속 통신에 의한 온라인의 연마 조건의 제어를 행하는 것이 가능하다. 데이터의 처리 순서는, 예를 들어 센서 신호 수령{기판 처리 장치(764)로부터 중간 처리 장치(766)}, 데이터 세트 작성, 데이터 처리, 파라미터 갱신값 산출, 갱신 파라미터 신호의 송신, 제어부(65)에 의한 연마 제어, 갱신한 종점 검지라는 순서이다.
이때, 중간 처리 장치(770)는, 고속의 종점 검출 제어를 고속 통신의 중간 처리 장치(770)에서 행한다. 중간 처리 장치(770)로부터는, 스테이터스 신호를 데이터 처리 장치(768)에 정기적으로 송신하고, 제어 상태의 모니터링 처리를 데이터 처리 장치(768)에서 행한다. 데이터 처리 장치(768)는, 복수의 기판 처리 장치(764)로부터의 스테이터스 신호를 수령하여, 각각의 기판 처리 장치(764)에 대하여 다음 프로세스 공정의 계획 작성을 행한다. 계획에 기초한 프로세스 공정의 계획 신호를 각각의 기판 처리 장치(764)로 보내고, 각각의 기판 처리 장치(764)에 있어서, 서로 독립적으로 연마 프로세스의 준비·연마 프로세스의 실시를 행한다. 이와 같이, 고속의 종점 검출 제어를 고속 통신의 중간 처리 장치(770)에서 행하고, 복수의 기판 처리 장치(764)의 상태 관리를 데이터 처리 장치(768)에서 행한다.
다음으로, 데이터 세트의 예에 대하여 설명한다. 센서 신호와, 필요한 제어 파라미터를 데이터 세트로 하는 것이 가능하다. 데이터 세트는, 톱 링(31A)의 반도체 웨이퍼(16)에의 가압·요동축 모터(14)의 전류·연마 테이블(30A)의 모터 전류·광학식 센서의 측정 신호·와전류 센서의 측정 신호·연마 패드(10) 상에서의 톱 링(31A)의 위치·슬러리와 약액의 유량/종류, 그것들의 상관 산출 데이터 등을 포함할 수 있다.
상기 종류의 데이터 세트는, 1차원 데이터를 패럴렐하게 송신하는 송신 시스템이나 1차원 데이터를 시??셜하게 송신하는 송신 시스템을 이용하여 송신하는 것이 가능하다. 데이터 세트로서, 상기 1차원 데이터를 2차원 데이터로 가공하여 데이터 세트로 하는 것이 가능하다. 예를 들어 X축을 시간으로 하고, Y축을 다수의 데이터 열로 하면, 동시각에 있어서의 복수의 파라미터 데이터가 하나의 데이터 세트로 가공 처리된다. 2차원 데이터는, 2차원의 화상 데이터와 같은 것으로서 취급할 수 있다. 이의 장점은, 2차원 데이터의 전송으로 하기 때문에, 1차원 데이터의 전송보다도 적은 배선으로 시간에 관련된 데이터로서 수수할 수 있고, 또한 취급할 수 있는 점이다. 구체적으로는, 1차원 데이터를 그대로 1신호 1라인으로 하면 다수의 배선이 필요해지지만, 2차원 데이터의 전송의 경우, 1개의 라인에 의하여 복수의 신호를 보낼 수 있다. 또한 복수 개의 라인을 사용하면, 송신된 데이터를 받는 데이터 처리 장치(768)와의 인터페이스가 복잡해져, 데이터 처리 장치(768)에 있어서의 데이터 재조립이 복잡해진다.
또한 이러한 시간에 관련된 2차원 데이터 세트가 있으면, 이전에 행한 표준적인 연마 조건에 의한 연마 시의 데이터 세트와, 현시점에서 행하고 있는 표준적인 연마 조건의 데이터 세트의 비교가 용이해진다. 또한 2차원 데이터 상호의 상위점을 차분 처리 등에 의하여 용이하게 아는 것이 가능해진다. 차가 있는 곳을 추출하여, 이상이 일어난 센서나 파라미터 신호를 검출하는 것도 용이해진다. 또한 이전의 표준적인 연마 조건과 현시점의 연마 중의 데이터 세트의 비교를 행하여, 주위와의 차분이 상이한 부위의 파라미터 신호의 추출에 의한 이상 검지도 용이해진다.
다음으로, 도 46에 의하여 다른 실시 형태를 설명한다. 도 46은, 도 44의 실시 형태의 변형예를 도시하는 도면이다. 본 실시 형태는 반도체 공장의 예이다. 복수의 기판 처리 장치(764)가 공장 안에 있다. 연마나 종점 검지를 행하는 기판 처리 장치(764)에 대해서는, 도 43 내지 45에 도시한 기기나 기능과 동일한 것을 가질 수 있다. 예를 들어 다수의 센서(10개 이상이고 종류 수≥3임)를 사용하는 종점 검지에서는, 센서 신호의 데이터양이 다량으로 된다. 이때, 데이터 세트를 작성하여 데이터 해석 및 연마 조건 파라미터의 갱신을 행하기 때문에, 인터넷을 사용하여 통신을 행하면 통신에 시간이 걸린다. 그래서 기판 처리 장치(764)와 중간 처리 장치(770)를 접속하는 통신 회선 L1은, 고속 광 통신이나 고속 무선 통신 등을 행하는 고속 통신 기기를 사용하여 행한다. 중간 처리 장치(770)는 센서 또는 기판 처리 장치(764)의 근처에 있으며, 고속으로 센서 또는 센서의 컨트롤러로부터의 신호를 처리한다. 처리 결과를 반영한 피드백 또는 피드포워드의 파라미터 갱신을 행하기 위한 신호를 기판 처리 장치(764)에 고속으로 전달한다. 기판 처리 장치(764)는, 파라미터 갱신의 신호를 수취하여 연마 처리를 행하고, 또한 종점 검지를 행한다.
기판 처리 장치(764)가, 도 46에 도시한 바와 같이 복수 있는 경우, 공장 안에서는 각각의 기판 처리 장치(764)로부터의 신호를 수취하여 처리를 행하는 제1 처리 장치(772)가 있어도 된다. 제1 처리 장치(772)는, 중형의 메모리와 연산 기능을 가지며, 고속 계산을 행하는 것이 가능하다. 제1 처리 장치(772)는 자동 학습 기능을 가지며, 데이터를 축적하면서 자동 학습을 행하여, 가공량 균일성의 향상이나 종점 검출 정밀도 향상 등을 위한 파라미터 갱신을 행한다. 자동 학습에 의하여 파라미터를 최적값에 근접시키는 파라미터 갱신을 계속하여 행하는 것이 가능하다. 이 경우, In situ에서 온라인 처리를 행할 때는 고속 통신이 필요하며, 통신 회선 L1/통신 회선 L2는, 예를 들어 고속 광 통신용 통신 회선이다. 이때 예를 들어 데이터 세트 작성이 중간 처리 장치(770)에서 행해지고, 데이터 해석이나 파라미터 갱신은 제1 처리 장치(772)에서 행할 수 있다. 그리고 각각의 기판 처리 장치(764)에 갱신 파라미터값을 반영시키기 위한 신호를 통신 회선 L1/통신 회선 L2에 의하여 기판 처리 장치(764)로 보낸다.
또한 연마부 상호 간을 이동하는 동안에 균일성 측정 등을 행하는 In line 모니터링과 같은, 그다지 고속성을 필요로 하지 않는 경우에는, 통신 회선 L2가 인터넷 통신용 통신 회선 등의, 비교적 저속의 통신 회선이면 되는 경우도 있다. 초기 연마의 데이터를 중간 처리 장치(770)에 있어서 처리하고, 생성된 데이터 세트를 인터넷에 의하여 제1 처리 장치(772)로 보낸다. 제1 처리 장치(772)는, 해석 및 파라미터 갱신값을 구하여 갱신 데이터 세트를 작성한다. 제1 처리 장치(772)는 그것을 중간 처리 장치(770)로 보낸다. 다음 연마부에서 본 연마를 행하는 경우에, 중간 처리 장치(770)에 있는 갱신 데이터 세트로부터 반영된 갱신 파라미터값이 기판 처리 장치(764)로 보내져, 그에 따라 연마를 행한다.
공장 외부와 정보의 수수를 행할 때는, 제1 처리 장치(772)로부터 네트워크(766)를 이용하여, 공장 밖의 제2 처리 장치(774) 또는 퍼스널 컴퓨터 등의 관리 기기와, 당해 정보에 관한 데이터의 교환을 행한다. 이 경우, 공장 밖의 제2 처리 장치(774)와 통신을 행하는 경우에는, 보안을 확보하기 위하여 당해 정보에 관한 데이터는 암호화되는 경우가 있다. 또한 당해 정보에 관한 데이터로서는, 기판 처리 장치(764)의 스테이터스에 관련된 정보를 나타내는 데이터가 있다. 또한 기판 처리 장치(764)의 소모품의 상태에 관한 정보의 데이터의 수수를 행하고, 그 교환 시기를 외부의 제2 처리 장치(774)에서 산출하여 교환 시기를 고객에게 알리는 것, 또는 기판 처리 장치(764) 상에 표시하는 것이 가능하다.
다음으로, 도 47에 의하여 다른 실시 형태를 설명한다. 도 47은 도 44의 실시 형태의 변형예를 도시하는 도면이다. 본 실시 형태는 반도체 공장의 예이다. 복수의 기판 처리 장치(764)가 공장 안에 있다. 연마나 종점 검지를 행하는 기판 처리 장치(764)에 대해서는, 도 43 내지 45에 도시한 기기나 기능과 동일한 것을 가질 수 있다. 도 46의 실시 형태와 비교하면, 본 실시 형태에서는, 기판 처리 장치(764)로부터, 중간 처리 장치(770)를 통하지 않고 제1 처리 장치(772)에 접속되는 통신 회선 L3이 있는 점에서 상이하다. 본 형태의 특징은, 다량의 센서 군으로부터의 데이터로부터 작성되며, 그 작성에 고속 통신이 필요한 데이터 세트를 형성하는 데이터의 통신에 대해서는, 고속인 통신 회선 L1 및 통신 회선 L2를 사용한 통신을 이용하는 것이다. 그 외의, 고속 통신을 필요로 하지 않는 제어 파라미터의 통신은, 통신 회선 L3에 의하여, 기판 처리 장치(764)를 제1 처리 장치(772)에 접속하여 행한다. 예를 들어 반송계·세정계·건조계 등은, 고속 제어가 필요하지 않은 파라미터 군을 이용할 수 있기 때문에, 이들 계에 대해서는, 통신 회선 L3에 의하여 기판 처리 장치(764)를 제1 처리 장치(772)에 접속하여 행한다. 기판 처리 장치(764)의 가동 상황에 따라, 고속 통신·고속 해석·고속 통신용 데이터 세트가 필요한 파라미터 신호나 센서 신호를 가변적으로 선택하고, 당해 신호 등을 통신 회선 L1 및 통신 회선 L2를 사용하여 송수신하는 것으로 해도 된다.
본 실시 형태에서는, 공장 안에 있는 제1 처리 장치(772)에, 통신 회선 L2와 통신 회선 L3을 사용하여 기판 처리 장치(764)로부터의 데이터를 보내고, 데이터 해석·자동 학습·파라미터 갱신값 작성 등을 행한다. 그리고 제1 처리 장치(772)는, 각각의 기판 처리 장치(764)에 대하여 다음 공정에서의 당해 장치의 제어 파라미터를 보낸다. 본 실시 형태에 의하면, 공장 안에 복수의 기판 처리 장치(764)가 있을 때, 제1 처리 장치(772)는, 복수의 기판 처리 장치(764)로부터 데이터를 수취하여 데이터를 처리하고, 각각의 기판 처리 장치(764)에 중간 처리 장치(770)를 통하여 처리 결과를 보내는 것이 가능해진다.
본 실시 형태를 변경한 다른 형태로서는, 통신 회선 L2가 없는 형태도 가능하다. 통신 회선 L2를 사용하지 않고, 중간 처리 장치(770)에서 처리가 행해진 고속 처리 상태의 스테이터스에 관한 데이터를, 다른 장치 상태 스테이터스에 관한 데이터와 함께 통신 회선 L3을 통하여 제1 처리 장치(772)로 보내는 것이 가능하다. 이 경우, 통신 회선 L2에 관한 통신 회선용 배선을 삭감할 수 있다. 즉, 고속 데이터 처리 및 고속 제어를 행할 필요가 있는 곳만 고속 통신 회선과 고속의 중간 처리 장치(770)에 의하여 데이터 처리·자동 학습·제어 파라미터 갱신을 행하고, 기판 처리 장치(764)로 처리 결과를 보낸다. 고속 데이터 처리 및 고속 제어에 관한 스테이터스 신호와 다른 스테이터스 신호를 함께 통신 회선 L3으로 제1 처리 장치(772)로 보내고, 제1 처리 장치(772)에서 데이터 처리·자동 학습·제어 파라미터 갱신을 행하여, 각각의 기판 처리 장치(764)에, 처리 결과를 포함하는 신호를 보내는 것이 가능하다. 도 47에 도시하는 형태 및 그것을 변경한 다른 형태에서는, 복수의 기판 처리 장치(764)에 대하여 1개의 제1 처리 장치(772)에 의하여 대응 가능하다. 이들 형태에서는, 공장 밖에의 통신에 대해서는 도 46의 형태와 마찬가지이다.
다음으로, 상술한 도 43 내지 도 47에 나타내는 데이터 처리 및 제어 형태에 있어서의 데이터 세트와 자동 학습, 및 그에 관한 연산의 예에 대하여 설명한다. 처음에 데이터 세트의 일례에 대하여 설명한다. 데이터 세트에 대해서는, 연마 등의 처리의 진행에 수반하여, 유효한 제어 파라미터의 갱신을 행하기 때문에, 처리에 따른 데이터 세트를 작성할 필요가 있다. 예를 들어 종점 검출에는, 반도체의 막의 특징을 효과적으로 파악한 센서 신호를 선택한 데이터 세트를 사용하면 된다. 연마 레시피를 이용하여, 웨이퍼 상에 형성된 막 구조에 대응한 레시피(연마 조건) 선택이 행해진다. 그때, 막 구조에 대하여, 다음의 특징에 의하여 막의 분류를 행하는 것이 가능하다. (1) 산화 막 또는 절연막을 얇게 한다, (2)금속 막 또는 도전막을 얇게 한다, (3) 하층과의 경계면까지 연마한다(도전층과 절연층의 경계면 등), (4) 성막부를 패턴 경계부까지 연마한다(배선 재료나 절연 재료의 성막 후의 불요부의 연마 등). 이 분류에 대응하여, 데이터 세트로서는, 센서의 종류에 대하여, 모든 종류의 센서로부터의 데이터를 도입하여 작성하는 경우와, 당해 막의 연마 상태의 검지에 대하여, 막에 적합한 종류의 센서로부터의 데이터를 선택하여, 데이터 세트를 작성하는 경우가 있다.
모든 종류의 센서로부터의 데이터를 도입하여 작성하는 경우의 데이터 세트로서는 이하가 있다. 예를 들어 TCM에 있어서의 토크 데이터(모터 전류 등), 톱 링을 갖는 아암의 토크 데이터(요동 모터 전류 등), 광학식 센서(SOPM 등) 데이터, 와전류 센서 데이터 등의 데이터와, 그것들의 데이터를 연산한 데이터(미분 데이터 등), 상관 데이터(미분한 데이터의 절댓값 등이 높은 데이터와 낮은 데이터의 차분 데이터 등)를 세트로 한 데이터 세트 등을 작성한다.
막의 연마 상태의 검지에 대하여, 막에 적합한 종류의 센서로부터의 데이터를 선택하여 데이터 세트를 작성하는 경우의 데이터 세트로서는 이하가 있다. (1) 산화 막 또는 절연막을 얇게 하는 경우, 막 두께 변화에 대하여 감도가 높은 광학식 센서 신호는, 연산한 데이터의 값이 높아진다. 이 경우, 복수의 데이터를 평가함으로써, 예를 들어 연마 시간을 가산함으로써, 목표의 연마량을 달성할 수 있던 것으로, 종점의 검지를 행한다. 예를 들어 TCM에 의한 측정값 및 톱 링을 갖는 아암 토크 데이터가 안정되어 있으면, 동일한 연마 레이트에 의한 연마가 달성되어 있다고 생각된다. 광학식 센서 데이터에 의한 막 두께 변화에 따라 막 두께가 어느 두께에 도달한 시점을 기준으로 한 시간 카운트에 의한 종점 검지를 고정밀도로 할 수 있다.
(2) 금속 막 또는 도전막을 얇게 하는 경우에는, 도전막이나 금속 막의 박막화를 행하기 위하여, 도전막의 막 두께 변화에 대하여 감도가 높은 와전류 센서와 광학식 센서의 연산 데이터가, 막 두께가 어느 두께에 도달한 것을 판정하는 기준으로서 이용된다. (1)과 마찬가지로, TCM에 의한 측정값 및 톱 링을 갖는 아암 토크 데이터가 안정되어 있는 경우, 목푯값에 가까운 막 두께에서의 연산 데이터값이 높은 쪽을 주로 선택하고, 다른 쪽을 종으로 선택한다. 주로 선택한 센서의 데이터에 의한 막 두께 변화에 따라, 막 두께가 어느 두께에 도달한 시점을 기준으로 한 시간 카운트에 의한 종점 검지를 행한다. 종으로 선택한 센서의 데이터에 의하여, 어긋남 없음 확인(거의 목표 영역에 도달해 있는 것의 확인)을 행하여 검지 정밀도를 높인다.
종으로 선택한 센서의 데이터의 사용 방법으로서는, 주된 센서와 종된 센서의 양쪽의 목푯값에 우선 비율 계수(가중 계수)를 설정하고, 주된 센서와 종된 센서의 영향 비율을 규정하여, 목푯값을 설정하여 종점 검지를 행하는 것도 가능하다. 또한 이때, 횟수를 거듭할 때마다 데이터를 학습 데이터로서 이용하여, 판단 기능(우선 비율 계수의 변경 등)에 있어서, 학습에 의한 판단 기능의 갱신을 행하여, 더 높은 정밀도의 종점 검지로 되도록 개량해 가는 것이 가능하다.
(3) 하층과의 경계면까지 연마(과연마)하는 경우에는, TCM에 있어서의 토크 데이터, 톱 링을 갖는 아암의 토크 데이터, 광학식 센서의 데이터, 와전류식 센서의 데이터 모두에 있어서 변화가 발생한다. 이때, TCM에 있어서의 토크 데이터와 톱 링을 갖는 아암 토크 데이터는, 연산 데이터에서 보면, 경계면 부근에서 급격한 변화(펄스적인 변화)를 발생시킨다. 따라서 경계면 부근의 연마 영역에 근접한 것의 판정을 광학식 센서의 데이터 및/또는 와전류식 센서의 데이터로 행한다. 다음으로, TCM에 있어서의 토크 데이터 및/또는 톱 링을 갖는 아암의 토크 데이터의 변화를 확인한 시점을 기준으로, 소정 시간 경과 후를 종점 검지 시각으로서 재설정하는 것이 가능해진다. 이와 같이 과연마를 행하는 이유는 이하와 같다. 경계면까지 연마한 때, 연마 잔류물이 있으면, 예를 들어 금속이 매립된 종 배선, 예를 들어 비아나 플러그 바닥에 산화 막이 잔류하고 있으면, 종 배선의 저항값이 높아져 회로 동작 불량의 원인으로 된다. 그 때문에, 연마 잔류물이 없도록 과연마를 행한다. 경계면에 있어서 산화 막은, 연마 전에는 통상, 작은 요철을 갖고, 파상이다. 따라서 작은 요철이 존재하는 것을 고려하여, 과연마를 행하여 경계면에 있는 산화 막을 제거할 필요가 있다. 과연마를 행하는 다른 이유로서는, 연마 장치를, 경계면에 도달한 때 급격히 정지시키는 것은 불가능하기 때문이다. 그래서, 상술한 소정 시간 경과 후를 종점 검지 시각으로 하여 과연마를 행하고, 연마 장치를 정지시킨다.
재설정이란, 예를 들어 이하와 같은 처리 방법을 가리킨다. 톱 링을 갖는 아암 토크 데이터의 신호 파형 변화량의 역치를, 연마 개시 시에 임시 기준으로서 설정하고, 실제로 파형 검지를 행한 시점을 기준으로 하여, 소정 시간을 나머지 연마 시간의 카운트 수로서 설정하고, 카운트 수를, 종점 검지 시각의 갱신값으로서 설정하여, 연마를 행하는 것이 가능하다. 이때, TCM에 있어서의 토크 데이터 및/또는 톱 링을 갖는 아암의 토크 데이터 중, 감도가 높은 쪽을 주, 낮은 쪽을 종으로 하여, (2)와 마찬가지로 처리하는 것이 가능하다. 재설정의 정밀도를 높이기 위하여, 학습을 이용하여, 연마 파라미터를 설정하는 것이나, 설정된 연마 파라미터를 갱신하는 것이 가능하다. 또한 재설정의 정밀도를 높이기 위하여, 복수의 센서를 사용할 수 있다. 학습은 자동 학습이 가능하지만, 일부 매뉴얼에 의한 복합식의 학습도 가능하다.
(4) 성막부를 패턴 경계부까지 연마(배선 재료나 절연 재료의 성막 후의 불요부의 연마 등)하는 경우에는, (3)과 마찬가지이다. 단, 성막부에서는, 금속 막과 절연막이 혼재하고 있기 때문에, 경계부의 패턴과 재료의 영향을 받아, 경계부 이후의 파형의 변동은 다른 것에 비하여 크다. 와전류 센서만, 또는 광학식 센서만으로는 종점 검지가 곤란하다. 이러한 때, 복수 센서의 데이터로부터 작성한 데이터 세트와, 그것을 이용한 학습 기능에 의한 정밀도 개량과, 우선 비율 계수에 의한 종점 검지용 카운트 수의 갱신이 유효해진다. 하나 또는 2개의 센서 신호만을 이용한 경우에는, 종점 부근의 정밀도가 높은 모니터링이 어려우므로, 복수 종(3종 이상)의 센서 데이터와, 이들 데이터로부터 작성한 데이터 세트를 이용한 종점 검출이 대단히 유효해진다. 이러한 많은 데이터를 이용할 때는, 학습에 의하여 정밀도 개량 작업의 효율이 향상된다.
(4)의 경우, 모든 종점 검지에 관한 센서 신호를 이용하여 데이터 세트를 작성하지만, 데이터 세트 작성 시에 유효한 센서 데이터를 선택하여 데이터 세트를 작성하는 것도 가능하다. (1), (2), (3)의 단순한 막 구조의 경우에는 특히 유효해진다.
본 발명의 실시 형태는 이하와 같은 것이다.
제1 실시 형태에서는, 연마 패드와, 상기 연마 패드에 대향하여 배치되는 연마물과의 사이에서 연마를 행하기 위한 연마 시스템이며,
상기 연마 패드를 보유 지지하기 위한 연마 테이블과, 상기 연마물을 보유 지지하기 위한 보유 지지부와, 상기 보유 지지부를 보유 지지하기 위한 요동 아암과, 상기 요동 아암 상의 회전 중심의 주위로 상기 요동 아암을 요동시키기 위한 아암 구동부와, 상기 요동 아암에 가해지는 상기 회전 중심의 주위의 아암 토크를 직접 또는 간접으로 검지하는 아암 토크 검지부와, 연마를 제어하는 제어부를 갖는 연마 장치와,
상기 아암 토크 검지부가 검지한 상기 아암 토크에 기초하여, 상기 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출하는 종점 검출부
를 갖는 것을 특징으로 하는, 연마 시스템이다.
제2 실시 형태에서는, 상기 보유 지지부와 상기 요동 아암과 상기 아암 구동부와 상기 토크 검지부는 세트를 구성하고, 상기 세트는 복수 세트 있는 것을 특징으로 하는, 제1 실시 형태에 나타내는 연마 시스템이다.
제3 실시 형태에서는, 상기 연마 장치는, 상기 연마 테이블을 회전 구동하는 테이블 구동부와,
상기 연마 테이블에 가해지는 테이블 토크를 검지하는 테이블 토크 검지부를 갖고,
상기 종점 검출부는, 상기 아암 토크 검지부가 검지한 상기 아암 토크와, 상기 테이블 토크 검지부가 검지한 상기 테이블 토크에 기초하여, 상기 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출하는 것을 특징으로 하는, 제1 또는 제2 실시 형태에 나타내는 연마 시스템이다.
제4 실시 형태에서는, 상기 보유 지지부의 중량의, 상기 요동 아암의 중량에 대한 비는, 0.3 내지 1.5인 것을 특징으로 하는, 제1 내지 제3 중 어느 한 실시 형태에 나타내는 연마 시스템이다.
제5 실시 형태에서는, 상기 요동 아암의, 상기 아암 구동부에의 접속부에 있어서, 상기 아암 토크 검지부는, 상기 요동 아암에 가해지는 상기 아암 토크를 검지하는 것을 특징으로 하는, 제1 내지 제4 중 어느 한 실시 형태에 나타내는 연마 시스템이다.
제6 실시 형태에서는, 상기 아암 구동부는, 상기 요동 아암을 회전시키는 회전 모터이고,
상기 아암 토크 검지부는, 상기 회전 모터의 전류값으로부터, 상기 요동 아암에 가해지는 상기 아암 토크를 검지하는 것을 특징으로 하는, 제1 내지 제5 중 어느 한 실시 형태에 나타내는 연마 시스템이다.
제7 실시 형태에서는, 상기 아암 구동부는, 상기 요동 아암을 회전시키는 회전 모터이고,
상기 아암 토크 검지부는, 상기 회전 모터의 전류값을 검지하고,
상기 종점 검출부는, 상기 회전 모터의 전류값의 미분값에 기초하여, 상기 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출하는 것을 특징으로 하는, 제1 내지 제5 중 어느 한 실시 형태에 나타내는 연마 시스템이다.
제8 실시 형태에서는 상기 요동 아암은 복수의 아암을 갖고, 상기 복수의 아암끼리의 접합부에 있어서, 상기 아암 토크 검지부는, 상기 요동 아암에 가해지는 상기 아암 토크를 검지하는 것을 특징으로 하는, 제1 내지 제4 중 어느 한 실시 형태에 나타내는 연마 시스템이다.
제9 실시 형태에서는, 상기 연마 장치는, 회전축의 주위로 회전 가능한 캐러셀을 갖고, 상기 아암 구동부는 상기 캐러셀에 설치되는 것을 특징으로 하는, 제1 내지 제8 중 어느 한 실시 형태에 나타내는 연마 시스템이다.
제10 실시 형태에서는, 상기 연마 장치는,
지지 프레임과,
상기 지지 프레임에 설치되고, 상기 아암 구동부의 반송 경로를 획정하는 트랙과,
상기 트랙에 의하여 획정된 상기 경로를 따라 상기 아암 구동부를 반송하는 캐리지이며, 상기 트랙에 결합되고, 상기 트랙을 따라 가동하는 캐리지를 갖는 것을 특징으로 하는, 제1 내지 제8 중 어느 한 실시 형태에 나타내는 연마 시스템이다.
제11 실시 형태에서는, 상기 연마 장치는, 상기 연마물에 광을 닿게 하여, 상기 연마물로부터의 반사광의 강도를 계측하는 광학식 센서를 갖고,
상기 종점 검출부는, 상기 아암 토크 검지부가 검지한 상기 아암 토크와, 상기 광학식 센서가 계측한 상기 연마물로부터의 반사광의 강도에 기초하여, 상기 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출하는 것을 특징으로 하는, 제1 내지 제10 중 어느 한 실시 형태에 나타내는 연마 시스템이다.
제12 실시 형태에서는, 상기 연마 장치는,
연마 시에 상기 연마물과 대향 가능한, 상기 연마 테이블 내의 위치에 내장되는 윈도를 갖고,
상기 윈도의 하부에 상기 광학식 센서가 배치되는 것을 특징으로 하는, 제11 실시 형태에 나타내는 연마 시스템이다.
제13 실시 형태에서는, 상기 연마 테이블은, 연마 시에 상기 연마물과 대향 가능한, 상기 연마 테이블 내의 위치에 개구를 갖고,
상기 광학식 센서는 상기 윈도의 하부에 배치되고,
상기 광학식 센서는, 세정용의 유체를 상기 개구 내에 공급하는 유체 공급부를 갖는 것을 특징으로 하는, 제12 실시 형태에 나타내는 연마 시스템이다.
제14 실시 형태에서는, 상기 연마 장치는, 상기 연마물에 자장을 생성하고, 생성한 상기 자장의 강도를 검지하는 와전류식 센서를 갖고,
상기 종점 검출부는, 상기 아암 토크 검지부가 검지한 상기 아암 토크와, 상기 와전류식 센서가 계측한 상기 자장의 강도에 기초하여, 상기 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출하는 것을 특징으로 하는, 제1 내지 제13 중 어느 한 실시 형태에 나타내는 연마 시스템이다.
제15 실시 형태에서는, 상기 연마 장치는,
상기 연마물을 연마하는 연마부와,
상기 연마물을 세정하고 건조시키는 세정부와,
상기 연마부와 상기 세정부 사이를 분리하는 격벽과,
상기 격벽의 개구를 통하여 연마 후의 상기 연마물을 상기 연마부로부터 상기 세정부로 반송하는 반송 기구와,
측벽을 갖고, 상기 연마부와 상기 세정부와 상기 반송 기구를 내부에 수납하는 하우징을 갖고,
상기 세정부는, 연마 후의 상기 연마물을 세정액에 의하여 세정하는 세정 수단과, 세정 후의 상기 연마물을 건조시키는 건조 수단과, 상기 세정 수단과 건조 수단 사이를 수평 및 승강 가능하게 상기 연마물의 전달이 가능한 반송 수단을 갖고,
상기 연마부는, 상기 연마 테이블과 상기 보유 지지부와 상기 요동 아암과 상기 아암 구동부를 갖는 것을 특징으로 하는, 제1 내지 제14 중 어느 한 실시 형태에 나타내는 연마 시스템이다.
제16 실시 형태에서는, 연마 패드와, 상기 연마 패드에 대향하여 배치되는 연마물과의 사이에서 연마를 행하는 연마 방법에 있어서,
상기 연마 패드를 연마 테이블에 보유 지지하고,
요동 아암이, 상기 연마물을 보유 지지하는 보유 지지부를 보유 지지하고,
아암 구동부가 상기 요동 아암을 상기 요동 아암 상의 회전 중심의 주위로 요동시키고,
상기 요동 아암에 가해지는 상기 회전 중심의 주위의 아암 토크를 직접 또는 간접으로 검지하고,
검지한 상기 아암 토크에 기초하여, 상기 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출하는 것을 특징으로 하는 연마 방법이다.
제17 실시 형태에서는, 상기 요동 아암은 복수의 아암을 갖고, 상기 복수의 아암끼리의 접합부에 있어서, 상기 요동 아암에 가해지는 상기 아암 토크를 검지하는 것을 특징으로 하는, 제16 실시 형태에 나타내는 연마 방법이다.
제18 실시 형태에서는, 상기 연마부의 제어를 행하는 유닛 컨트롤러와, 상기 연마부와 상기 유닛 컨트롤러를 접속하는 제1 통신 수단과, 상기 유닛 컨트롤러와 상기 제어부를 접속하는 제2 통신 수단을 갖는 것을 특징으로 하는, 제1 내지 제15 중 어느 한 실시 형태에 나타내는 연마 시스템이다.
제19 실시 형태에서는, 상기 연마 장치는, 연마에 관한 신호를 취득하고,
상기 연마 시스템은, 상기 연마 장치와 통신 수단에 의하여 접속되는 데이터 처리 장치를 갖고, 상기 데이터 처리 장치는, 상기 연마 장치가 취득한 신호에 기초하여 연마 처리에 관한 파라미터를 갱신하는 것을 특징으로 하는, 제1 내지 제15 중 어느 한 실시 형태에 나타내는 연마 시스템이다.
제20 실시 형태에서는, 상기 신호는, 1종류의 센서 또는 종류가 상이한 복수의 센서에 의하여 취득되는 것을 특징으로 하는, 제19 실시 형태에 나타내는 연마 시스템이다.
제21 실시 형태에서는, 상기 연마 장치는, 연마에 관한 신호를 취득하고,
상기 연마 시스템은, 중간 처리 장치와 데이터 처리 장치를 갖고,
상기 연마 장치와 상기 중간 처리 장치는 제1 통신 수단에 의하여 접속되고, 상기 중간 처리 장치와 상기 데이터 처리 장치는 제2 통신 수단에 의하여 접속되고,
상기 중간 처리 장치는, 상기 연마 장치가 취득한 신호에 기초하여 연마 처리에 관한 데이터 세트를 작성하고, 상기 데이터 처리 장치는, 상기 데이터 세트에 기초하여 상기 연마 장치의 연마 처리의 상태를 감시하고, 상기 중간 처리 장치 또는 상기 데이터 처리 장치는, 상기 종점 검출부를 포함하며, 상기 데이터 세트에 기초하여 상기 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출하는 것을 특징으로 하는, 제1 내지 제15 중 어느 한 실시 형태에 나타내는 연마 시스템이다.
제22 실시 형태에서는, 상기 연마 장치는, 연마에 관한 신호를 취득하고,
상기 연마 시스템은, 중간 처리 장치와 제1 데이터 처리 장치와 제2 데이터 처리 장치를 갖고,
상기 연마 장치와 상기 중간 처리 장치는 제1 통신 수단에 의하여 접속되고, 상기 중간 처리 장치와 상기 제1 데이터 처리 장치는 제2 통신 수단에 의하여 접속되고, 상기 제1 데이터 처리 장치와 상기 제2 데이터 처리 장치는 제3 통신 수단에 의하여 접속되고,
상기 제1 통신 수단은, 상기 제2, 제3 통신 수단보다도 고속으로 통신이 가능하고, 상기 중간 처리 장치는, 상기 연마 장치가 취득한 신호에 기초하여 연마 처리에 관한 데이터 세트를 작성하고, 상기 제1 또는 제2 데이터 처리 장치는, 상기 데이터 세트에 기초하여 상기 연마 장치의 연마 처리의 상태를 감시하고, 상기 중간 처리 장치는, 상기 종점 검출부를 포함하며, 상기 데이터 세트에 기초하여 상기 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출하는 것을 특징으로 하는, 제1 내지 제15 중 어느 한 실시 형태에 나타내는 연마 시스템이다.
제23 실시 형태에서는, 상기 데이터 세트를 송신하는 상기 제2 통신 수단은, 1차원 데이터를 패럴렐하게 송신하거나 또는 1차원 데이터를 시??셜하게 송신하는 것을 특징으로 하는, 제21 또는 제22 실시 형태에 나타내는 연마 시스템이다.
제24 실시 형태에서는, 상기 데이터 세트를 송신하는 상기 제3 통신 수단은, 1차원 데이터를 패럴렐하게 송신하거나 또는 1차원 데이터를 시??셜하게 송신하는 것을 특징으로 하는, 제22 실시 형태에 나타내는 연마 시스템이다.
제25 실시 형태에서는, 1차원 데이터를 2차원 데이터로 가공하여 상기 데이터 세트로 된 것임을 특징으로 하는, 제21 또는 제22 실시 형태에 나타내는 연마 시스템이다.
제26 실시 형태에서는, 상기 신호는, 1종류의 센서 또는 종류가 상이한 복수의 센서에 의하여 취득되는 것을 특징으로 하는, 제21 내지 제25 중 어느 한 실시 형태에 나타내는 연마 시스템이다.
제27 실시 형태에서는, 상기 종류가 상이한 센서는, (1) 연마물을 보유 지지하기 위한 보유 지지부를 보유 지지하기 위한 요동 아암의 토크 변동에 관한 측정 신호를 취득하는 센서, 및/또는 (2) 상기 연마물의 막 두께를 측정하기 위한 SOPM(광학식 센서), 및/또는 (3) 상기 연마물의 막 두께를 측정하기 위한 와전류 센서, 및/또는 (4) 연마 테이블 회전용 모터의 모터 전류 변동에 관한 측정 신호를 취득하는 센서인 것을 특징으로 하는, 제26 실시 형태에 나타내는 연마 시스템이다.
제28 실시 형태에서는, 상기 데이터 세트는, 상기 센서가 출력하는 센서 신호와, 필요한 제어 파라미터를 데이터 세트로 한 것이고, 상기 데이터 세트는, 톱 링의 반도체 웨이퍼에의 가압, 또는 요동축 모터의 전류, 또는 연마 테이블의 모터 전류, 또는 광학식 센서의 측정 신호, 또는 와전류 센서의 측정 신호, 또는 연마 패드 상에서의 톱 링의 위치, 또는 슬러리와 약액의 유량/종류, 또는 그것들의 상관 산출 데이터인 것을 특징으로 하는, 제21 내지 제26 중 어느 한 실시 형태에 나타내는 연마 시스템이다.
제29 실시 형태에서는, 신호값의 변동이 큰 상기 신호를 추출하여 연마 파라미터를 갱신하는 것을 특징으로 하는, 제21 내지 제28 중 어느 한 실시 형태에 나타내는 연마 시스템이다.
제30 실시 형태에서는, 주된 센서와 종된 센서의 양쪽의 목푯값에 우선 비율 계수를 설정함으로써 주된 센서와 종된 센서의 영향 비율을 규정하고, 신호값의 변동이 큰 상기 신호를 추출하여 우선 비율 계수를 변경하여, 연마 파라미터를 갱신하는 것을 특징으로 하는, 제29 실시 형태에 나타내는 연마 시스템이다.
제31 실시 형태에서는, 상기 연마 장치는, 연마에 관한 신호를 취득하고,
상기 연마 시스템은, 중간 처리 장치와 데이터 처리 장치를 갖고,
상기 연마 장치와 상기 중간 처리 장치는 제1 통신 수단에 의하여 접속되고, 상기 연마 장치와 상기 데이터 처리 장치는 제2 통신 수단에 의하여 접속되고,
상기 제1 통신 수단은, 상기 제2 통신 수단보다도 고속으로 통신이 가능하고, 상기 중간 처리 장치는, 상기 연마 장치가 취득한 신호에 기초하여 연마 처리에 관한 데이터 세트를 작성하고, 상기 데이터 처리 장치는, 상기 연마 장치의 상태를 감시하고, 상기 중간 처리 장치는, 상기 종점 검출부를 포함하며, 상기 데이터 세트에 기초하여 상기 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출하는 것을 특징으로 하는, 제1 내지 제15 중 어느 한 실시 형태에 나타내는 연마 시스템이다.
제32 실시 형태에서는, 상기 데이터 처리 장치는, 상기 중간 처리 장치에 의한 상기 연마 종점의 검출을 감시하는 것을 특징으로 하는, 제31 실시 형태에 나타내는 연마 시스템이다.
제33 실시 형태에서는, 상기 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출하기 위한 복수의 종류의 종점 검지 센서를 갖고, 상기 중간 처리 장치는, 상기 복수의 종류의 종점 검지 센서가 출력하는 복수의 신호값 중, 상기 신호값의 변동이 다른 신호값보다 큰 신호값을 추출하여 연마 파라미터를 갱신하는 것을 특징으로 하는, 제31 또는 제32 실시 형태에 나타내는 연마 시스템이다.
제34 실시 형태에서는, 상기 연마 장치는 상기 종점 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제1 내지 제15 중 어느 한 실시 형태에 나타내는 연마 시스템이다.
이상, 본 발명의 실시 형태의 예에 대하여 설명해 왔지만, 상기한 발명의 실시 형태는 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것이지, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 본 발명은 그 취지를 일탈하지 않고 변경, 개량될 수 있음과 함께, 본 발명에는 그의 균등물이 포함되는 것은 물론이다. 또한 상술한 과제의 적어도 일부를 해결할 수 있는 범위 또는 효과의 적어도 일부를 발휘하는 범위에 있어서, 특허 청구범위 및 명세서에 기재된 각 구성 요소의 임의의 조합 또는 생략이 가능하다.
3: 연마 유닛
10: 연마 패드
14: 요동축 모터
16: 반도체 웨이퍼
24: 톱 링 본체
26: 아암 토크 검지부
28: 종점 검출부
30A: 연마 테이블
31A: 톱 링
63: 연마부
64: 세정부
65: 제어부
101: 연마면
108: 선회축
110: 요동 아암
111: 톱 링 샤프트
112: 회전통
117: 요동 아암 샤프트

Claims (14)

  1. 기판을 연마함과 함께 연마에 관한 신호를 취득하는 기판 처리 장치와,
    중간 처리 장치와,
    제1 데이터 처리 장치를 갖고,
    상기 기판 처리 장치와 상기 중간 처리 장치는 제1 통신 수단에 의해 접속되고, 상기 중간 처리 장치와 상기 제1 데이터 처리 장치는 제2 통신 수단에 의해 접속되고,
    상기 제1 통신 수단은, 상기 제2 통신 수단보다도 고속으로 통신이 가능하고,
    상기 중간 처리 장치는, 상기 기판 처리 장치가 취득한 신호에 기초하여, 연마 처리에 관한 데이터 세트를 작성하고,
    상기 제1 데이터 처리 장치는, 상기 데이터 세트에 기초하여 상기 기판 처리 장치의 연마 처리의 상태를 감시하고,
    상기 중간 처리 장치는 상기 데이터 세트에 기초하여 상기 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출하고,
    신호값의 변동이 다른 신호값보다 큰 상기 신호를 추출하여, 추출된 상기 신호에 기초하여 연마 파라미터를 갱신하고,
    주된 센서와 종된 센서의 양쪽의 목푯값에 우선 비율 계수를 설정함으로써, 주된 센서와 종된 센서와의 영향 비율을 규정하고, 신호값의 변동이 다른 신호값보다 큰 상기 신호를 추출하여 우선 비율 계수를 갱신하여, 연마 파라미터를 갱신하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중간 처리 장치 또는 상기 제1 데이터 처리 장치는, 연마 종점의 상기 검출과 연마 처리의 상태의 상기 감시 중 어느 하나 이상에 대하여 학습에 의한 판단 기능의 갱신을 행하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연마 장치는, 제2 데이터 처리 장치를 갖고, 상기 제1 데이터 처리 장치와 상기 제2 데이터 처리 장치는 제3 통신 수단에 의해 접속되고, 상기 제1 통신 수단은, 상기 제3 통신 수단보다도 고속으로 통신이 가능하고, 상기 제1 또는 제2 데이터 처리 장치는, 상기 데이터 세트에 기초하여 상기 기판 처리 장치의 연마 처리의 상태를 감시하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  4. 기판을 연마함과 함께 연마에 관한 신호를 취득하는 기판 처리 장치와 중간 처리 장치를 제1 통신 수단에 의해 접속하는 스텝과,
    상기 중간 처리 장치와 제1 데이터 처리 장치를 제2 통신 수단에 의해 접속하는 스텝과,
    상기 제1 통신 수단이, 상기 제2 통신 수단보다도 고속으로 통신하는 스텝과,
    상기 기판 처리 장치가 취득한 신호에 기초하여, 연마 처리에 관한 데이터 세트를 상기 중간 처리 장치가 작성하는 스텝과,
    상기 데이터 세트에 기초하여 상기 기판 처리 장치의 연마 처리의 상태를 상기 제1 데이터 처리 장치가 감시하는 스텝과,
    상기 데이터 세트에 기초하여 상기 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 상기 중간 처리 장치가 검출하는 스텝과,
    신호값의 변동이 다른 신호값보다 큰 상기 신호를 추출하여, 추출된 상기 신호에 기초하여 연마 파라미터를 갱신하는 스텝과,
    주된 센서와 종된 센서의 양쪽의 목푯값에 우선 비율 계수를 설정함으로써, 주된 센서와 종된 센서와의 영향 비율을 규정하고, 신호값의 변동이 다른 신호값보다 큰 상기 신호를 추출하여 우선 비율 계수를 갱신하여, 연마 파라미터를 갱신하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 중간 처리 장치 또는 상기 제1 데이터 처리 장치가, 연마 종점의 상기 검출과 연마 처리의 상태의 상기 감시 중 어느 하나 이상에 대하여 학습에 의한 판단 기능의 갱신을 행하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 데이터 처리 장치와 제2 데이터 처리 장치를 제3 통신 수단에 의해 접속하는 스텝과, 상기 제1 통신 수단이, 상기 제3 통신 수단보다도 고속으로 통신하는 스텝과, 상기 데이터 세트에 기초하여 상기 기판 처리 장치의 연마 처리의 상태를 상기 제1 또는 제2 데이터 처리 장치가 감시하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 방법.
  7. 기판을 연마함과 함께 연마에 관한 신호를 취득하는 기판 처리 장치와,
    중간 처리 장치와,
    제1 데이터 처리 장치를 갖고,
    상기 기판 처리 장치와 상기 중간 처리 장치는 제1 통신 수단에 의해 접속되고, 상기 기판 처리 장치와 상기 제1 데이터 처리 장치는 제2 통신 수단에 의해 접속되고,
    상기 제1 통신 수단은, 상기 제2 통신 수단보다도 고속으로 통신이 가능하고,
    상기 중간 처리 장치는, 상기 기판 처리 장치가 취득한 신호에 기초하여, 연마 처리에 관한 데이터 세트를 작성하고,
    상기 제1 데이터 처리 장치는, 상기 기판 처리 장치의 상태를 감시하고,
    상기 중간 처리 장치는 상기 데이터 세트에 기초하여 상기 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출하고,
    신호값의 변동이 다른 신호값보다 큰 상기 신호를 추출하여, 추출된 상기 신호에 기초하여 연마 파라미터를 갱신하고,
    주된 센서와 종된 센서의 양쪽의 목푯값에 우선 비율 계수를 설정함으로써, 주된 센서와 종된 센서와의 영향 비율을 규정하고, 신호값의 변동이 다른 신호값보다 큰 상기 신호를 추출하여 우선 비율 계수를 갱신하여, 연마 파라미터를 갱신하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 데이터 처리 장치는, 상기 중간 처리 장치에 의한 상기 연마 종점의 검출을 감시하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출하기 위한 복수의 종류의 종점 검지 센서를 갖고, 상기 중간 처리 장치는, 상기 복수의 종류의 종점 검지 센서가 출력하는 복수의 신호값 중, 상기 신호값의 변동이 다른 신호값보다 큰 신호값을 추출하여 연마 파라미터를 갱신하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  10. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 기판 처리 장치는, 연마물을 보유 지지하기 위한 보유 지지부와, 상기 보유 지지부를 보유 지지하기 위한 요동 아암과, 상기 요동 아암을 요동하기 위한 아암 구동부와, 상기 요동 아암에 가해지는 아암 토크를 검지하는 아암 토크 검지부를 갖고, 상기 아암 토크 검지부가 검지한 상기 아암 토크에 기초하여, 상기 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 종류가 상이한 센서는, (1) 연마물을 보유 지지하기 위한 보유 지지부를 보유 지지하기 위한 요동 아암의 토크 변동에 관한 측정 신호를 취득하는 센서, 또는 (2) 상기 연마물의 막 두께를 측정하기 위한 SOPM(광학식 센서), 또는 (3) 상기 연마물의 막 두께를 측정하기 위한 와전류 센서, 또는 (4) 연마 테이블 회전용 모터의 모터 전류 변동에 관한 측정 신호를 취득하는 센서인 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  12. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 연마 장치는, 제2 데이터 처리 장치를 갖고, 상기 제1 데이터 처리 장치와 상기 제2 데이터 처리 장치는 제3 통신 수단에 의해 접속되고, 상기 제1 통신 수단은, 상기 제3 통신 수단보다도 고속으로 통신이 가능하고, 상기 제1 또는 제2 데이터 처리 장치는, 상기 기판 처리 장치의 상태를 감시하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  13. 기판을 연마함과 함께 연마에 관한 신호를 취득하는 기판 처리 장치와 중간 처리 장치를 제1 통신 수단에 의해 접속하는 스텝과,
    상기 기판 처리 장치와 제1 데이터 처리 장치는 제2 통신 수단에 의해 접속하는 스텝과,
    상기 제1 통신 수단이, 상기 제2 통신 수단보다도 고속으로 통신하는 스텝과,
    상기 기판 처리 장치가 취득한 신호에 기초하여, 연마 처리에 관한 데이터 세트를 상기 중간 처리 장치가 작성하는 스텝과,
    상기 기판 처리 장치의 상태를 상기 제1 데이터 처리 장치가 감시하는 스텝과,
    상기 데이터 세트에 기초하여 상기 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 상기 중간 처리 장치가 검출하는 스텝과,
    신호값의 변동이 다른 신호값보다 큰 상기 신호를 추출하여, 추출된 상기 신호에 기초하여 연마 파라미터를 갱신하는 스텝과,
    주된 센서와 종된 센서의 양쪽의 목푯값에 우선 비율 계수를 설정함으로써, 주된 센서와 종된 센서와의 영향 비율을 규정하고, 신호값의 변동이 다른 신호값보다 큰 상기 신호를 추출하여 우선 비율 계수를 갱신하여, 연마 파라미터를 갱신하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 데이터 처리 장치와 제2 데이터 처리 장치를 제3 통신 수단에 의해 접속하는 스텝과, 상기 제1 통신 수단이, 상기 제3 통신 수단보다도 고속으로 통신하는 스텝과, 상기 기판 처리 장치의 상태를 상기 제1 또는 제2 데이터 처리 장치가 감시하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 방법.
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