KR20170073489A - 연마 장치, 제어 방법 및 기록매체에 저장된 프로그램 - Google Patents

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오사무 나베야
마코토 후쿠시마
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신타로 이소노
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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

프로세스 종류나 연마 조건에 상관없이 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지한다.
연마 대상물의 피연마면과 연마 부재를 상대적으로 미끄럼 이동시켜 피연마면을 연마하는 연마 장치이며, 연마 대상물의 상기 피연마면의 이면을 압박함으로써, 피연마면을 연마 부재에 압박하는 압박부와, 압박부의 외측에 배치되어 연마 부재를 압박하는 리테이너 부재와, 리테이너 부재의 압박력에 관한 정보를 사용하여 정해진 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지하는 조건에 관계되는 정보가 기억되어 있는 기억부와, 연마 대상물의 피연마면과 연마 부재의 마찰력에 관한 정보 또는 리테이너 부재의 압박력에 관한 정보를 취득하고, 당해 취득한 마찰력에 관한 정보 또는 당해 취득한 리테이너 부재의 압박력에 관한 정보를 사용하여, 슬립 아웃을 방지하는 조건에 적합시키기 위한 제어를 행하는 제어부를 구비한다.

Description

연마 장치, 제어 방법 및 기록매체에 저장된 프로그램{POLISHING APPARATUS, CONTROL METHOD AND PROGRAM STORED IN STORAGE MEDIUM}
본 발명은 연마 장치, 제어 방법 및 프로그램에 관한 것이다.
최근, 반도체 디바이스의 고집적화 및 고밀도화에 수반하여, 회로의 배선이 점점 미세화되고, 다층 배선의 층수도 증가하고 있다. 회로의 미세화를 도모하면서 다층 배선을 실현하고자 하면, 하측의 층의 표면 요철을 답습하면서 단차가 보다 커지므로, 배선층수가 증가함에 따라서, 박막 형성에 있어서의 단차 형상에 대한 막 피복성(스텝 커버리지)이 나빠진다. 따라서, 다층 배선하기 위해서는, 이 스텝 커버리지를 개선하고, 적절한 과정에서 평탄화 처리해야만 한다. 또한, 광 리소그래피의 미세화와 함께 초점 심도가 얕아지기 때문에, 반도체 디바이스의 표면의 요철 단차가 초점 심도 이하에 수용되도록 반도체 디바이스 표면을 평탄화 처리할 필요가 있다. 회로의 미세화에 수반하여, 평탄화 처리에 대한 정밀도의 요구는 높아지고 있다. 또한, 다층 배선 공정뿐만 아니라, FEOL(Front End Of Line)에 있어서도, 트랜지스터 주변부의 구조의 복잡화에 수반하여, 평탄화 처리에 대한 정밀도 요구는 높아지고 있다.
이와 같이, 반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서는, 반도체 디바이스 표면의 평탄화 기술이 점점 중요해지고 있다. 이 평탄화 기술 중, 가장 중요한 기술은, 화학적 기계적 연마(CMP(Chemical Mechanical Polishing))이다. 이 화학적 기계적 연마는, 연마 장치를 사용하여, 실리카(SiO2) 등의 지립을 포함한 연마액을 연마 패드 등의 연마면 상에 공급하면서 반도체 웨이퍼 등의 기판을 연마면에 미끄럼 접촉시켜 연마를 행하는 것이다.
이러한 종류의 연마 장치는, 연마 패드로 이루어지는 연마면을 갖는 연마 테이블과, 반도체 웨이퍼를 보유 지지하기 위한 톱링 또는 연마 헤드 등으로 칭해지는 기판 보유 지지 장치를 구비하고 있다. 이와 같은 연마 장치를 사용하여 반도체 웨이퍼의 연마를 행하는 경우에는, 기판 보유 지지 장치에 의해 반도체 웨이퍼를 보유 지지하면서, 이 반도체 웨이퍼를 연마면에 대하여 소정의 압력으로 압박한다. 이때, 연마 테이블과 기판 보유 지지 장치를 상대 운동시킴으로써 반도체 웨이퍼가 연마면에 미끄럼 접촉하여, 반도체 웨이퍼의 표면이 평탄 또한 경면상으로 연마된다.
이와 같은 연마 장치에 있어서, 연마 중의 반도체 웨이퍼와 연마 패드의 연마면 사이의 상대적인 압박력이 반도체 웨이퍼의 전체면에 걸쳐 균일하지 않은 경우에는, 반도체 웨이퍼의 각 부분에 부여되는 압박력에 따라서 연마 부족이나 과연마가 발생해 버린다. 반도체 웨이퍼에 대한 압박력을 균일화하기 위해, 기판 보유 지지 장치의 하부에 탄성막(멤브레인)으로 형성되는 압력실을 설치하고, 이 압력실에 가압 공기 등의 유체를 공급함으로써 탄성막을 개재하여 유체압에 의해 반도체 웨이퍼를 연마 패드의 연마면에 압박하여 연마하는 것이 행해지고 있다.
또한, 기판 보유 지지 장치에는 반도체 웨이퍼의 주위를 둘러싸는 리테이너 링이 설치되어 있고(예를 들어, 특허문헌 1 참조), 반도체 웨이퍼의 연마를 행하는 경우에는, 기판 보유 지지 장치가 보유 지지한 반도체 웨이퍼가 연마 헤드로부터 튀어나오지 않도록, 리테이너 링을 연마면에 대하여 소정의 압력으로 압박한다. 여기서, 리테이너 링의 압박력은 반도체 웨이퍼 외주부의 연마 프로파일을 조정하기 위한 조정 파라미터이기도 하다.
일본 특허 공개 제2001-96455호 공보
리테이너 링의 압박력을 내려 가면, 웨이퍼와 연마 패드의 마찰에 의해 발생하는 웨이퍼로부터의 수평력에 의해 리테이너 링의 테이블 회전 하류측이 들떠 버린다고 하는 현상을 완전히 억제할 수 없게 되어, 연마 중인 반도체 웨이퍼를 보유 지지할 수 없게 되고, 어떤 리테이너 링의 압박력(이하, 리테이너 링압이라 함)에 의해 반도체 웨이퍼가 연마 패드를 미끄러져 외부로 튀어나온다(이하, 슬립 아웃이라 함). 반도체 웨이퍼를 슬립 아웃시키지 않기 위해서는, 반도체 웨이퍼를 슬립 아웃시키지 않고 연마할 수 있는 리테이너 링압의 하한값(이하, RRP(retainer ring pressure) 하한값이라고도 함) 이상으로 할 필요가 있다. 그러나 RRP 하한값은, 프로세스 종류나 연마 조건 등에 따라서 변하기 때문에, 결정하는 것이 어렵다고 하는 문제가 있다.
이 문제에 대해, 실제로 연마를 실시하여 반도체 웨이퍼가 슬립 아웃될 때까지 리테이너 링의 압박력을 저하시킴으로써, RRP 하한값을 측정하는 방법이 생각된다. 그러나, 이 방법에서는, 실제로 반도체 웨이퍼를 슬립 아웃시키므로, 멤브레인 또는 리테이너 링 등의 소모품을 파손하는 경우가 있다. 또한, 이와 같은 방법은 시간도 요한다. 또한, RRP 하한값은 프로세스 종류나 연마 조건에 따라서 변하기 때문에, 프로세스 종류 또는 연마 조건을 변경할 때마다, RRP 하한값을 조사하는 시험을 다시 할 필요가 있다. 그러나, 프로세스 종류 또는 연마 조건을 변경할 때마다, RRP 하한값을 조사하는 시험을 다시 하는 것은 노동력과 시간이 들어 현실적이지 않다.
본 발명은 상기 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 프로세스 종류나 연마 조건에 상관없이 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지하는 것을 가능하게 하는 연마 장치, 제어 방법 및 프로그램을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 형태에 관한 연마 장치는, 연마 대상물의 피연마면과 연마 부재를 상대적으로 미끄럼 이동시켜 상기 피연마면을 연마하는 연마 장치이며, 상기 연마 대상물의 상기 피연마면의 이면을 압박함으로써, 상기 피연마면을 상기 연마 부재에 압박하는 압박부와, 상기 압박부의 외측에 배치되어 상기 연마 부재를 압박하는 리테이너 부재와, 상기 리테이너 부재의 압박력에 관한 정보를 사용하여 정해진 상기 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지하는 조건에 관계되는 정보가 기억되어 있는 기억부와, 상기 연마 대상물의 상기 피연마면과 상기 연마 부재의 마찰력에 관한 정보 또는 상기 리테이너 부재의 압박력에 관한 정보를 취득하고, 당해 취득한 마찰력에 관한 정보 또는 당해 취득한 리테이너 부재의 압박력에 관한 정보를 사용하여, 상기 슬립 아웃을 방지하는 조건에 적합시키기 위한 제어를 행하는 제어부를 구비한다.
이에 의해, 프로세스 종류나 연마 조건이 변해도 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지하는 조건은 변하지 않으므로, 프로세스 종류나 연마 조건에 상관없이, 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지할 수 있다.
본 발명의 제2 형태에 관한 연마 장치는, 제1 형태에 관한 연마 장치이며, 상기 제어부는, 상기 슬립 아웃을 방지하는 조건에 적합하도록, 연마 중에 있어서의 상기 연마 대상물의 상기 피연마면과 상기 연마 부재의 마찰력에 관한 정보에 따라서, 상기 리테이너 부재의 압박력을 제어한다.
이에 의해, 프로세스 종류나 연마 조건이 변해도 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 조건은 변하지 않으므로, 프로세스 종류나 연마 조건에 상관없이, 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지할 수 있다.
본 발명의 제3 형태에 관한 연마 장치는, 제1 또는 제2 형태에 관한 연마 장치이며, 상기 연마 대상물의 상기 피연마면과 상기 연마 부재의 마찰력에 관한 정보는, 연마 중의 상기 압박부의 압박력이고, 상기 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지하는 조건에 관계되는 정보는, 상기 압박부의 압박력과 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 상기 리테이너 부재의 압박력의 하한값의 관계이고, 상기 제어부는, 상기 피연마면을 연마 중에 현재의 상기 압박부의 압박력을 취득하고, 당해 현재의 상기 압박부의 압박력을, 상기 압박부의 압박력과 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 상기 리테이너 부재의 압박력의 하한값의 관계에 적용하여, 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 상기 리테이너 부재의 압박력의 하한값을 결정하고, 상기 리테이너 부재의 압박력이 상기 하한값 이상으로 되도록 상기 리테이너 부재의 압박력을 제어한다.
이에 의해, 리테이너 부재의 압박력이, 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 리테이너 부재의 압박력의 하한값 이상으로 되므로, 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지할 수 있다.
본 발명의 제4 형태에 관한 연마 장치는, 상기 제3 형태에 관한 연마 장치이며, 상기 제어부는, 상기 현재의 리테이너 부재의 압박력이 상기 하한값 이상인 경우, 상기 현재의 상기 리테이너 부재의 압박력을 유지하고, 상기 현재의 리테이너 부재의 압박력이 상기 하한값 미만인 경우, 상기 리테이너 부재의 압박력을 상기 하한값으로 설정한다.
이에 의해, 리테이너 부재의 압박력이 항상, 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 리테이너 부재의 압박력의 하한값 이상으로 되므로, 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지할 수 있다.
본 발명의 제5 형태에 관한 연마 장치는, 제1 형태에 관한 연마 장치이며, 상기 연마 대상물의 상기 피연마면과 상기 연마 부재의 마찰력에 관한 정보는, 상기 압박부의 압박력의 설정값이고, 상기 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지하는 조건에 관계되는 정보는, 상기 압박부의 압박력과 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 상기 리테이너 부재의 압박력의 하한값의 관계이고, 상기 제어부는, 상기 압박부의 압박력의 설정값과 상기 리테이너 부재의 압박력의 설정값을 취득하고, 당해 압박부의 압박력의 설정값을, 상기 압박부의 압박력과 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 상기 리테이너 부재의 압박력의 하한값의 관계에 적용하여, 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 상기 리테이너 부재의 압박력의 하한값을 결정하고, 상기 리테이너 부재의 압박력의 설정값이 상기 하한값을 하회하는 경우 통지하기 위한 제어를 행한다.
이에 의해, 조작자가, 리테이너 부재의 압박력의 설정값이, 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 리테이너 부재의 압박력의 하한값을 하회하는 경우에 통지받으므로, 리테이너 부재의 압박력의 설정값을 당해 하한값 이상의 값으로 설정할 수 있다. 이 때문에, 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지할 수 있다.
본 발명의 제6 형태에 관한 연마 장치는, 제3 내지 제5 중 어느 하나의 형태에 관한 연마 장치이며, 상기 압박부의 압박력과 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 상기 리테이너 부재의 압박력의 하한값의 관계는, 상기 리테이너 부재를 상기 연마 부재에 압박 접촉하지 않고 또한 상기 연마 대상물을 상기 연마 부재에 압박 접촉한 가상적인 경우에 있어서의, 상기 연마 대상물의 상기 피연마면과 상기 연마 부재의 마찰력에 관한 정보와 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 상기 리테이너 부재의 압박력의 하한값의 관계 및 상기 연마 대상물의 상기 피연마면과 상기 연마 부재의 마찰력에 관한 정보와 상기 압박부의 압박력의 관계에 기초하여 정해져 있다.
이에 의해, 압박부의 압박력과 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 리테이너 부재의 압박력의 하한값의 관계가 정해진다.
본 발명의 제7 형태에 관한 연마 장치는, 제6 형태에 관한 연마 장치이며, 상기 제어부는, 상기 피연마면과 상기 연마 부재 사이의 마찰 계수가 변할 수 있을 때에, 상기 리테이너 부재를 상기 연마 부재에 압박 접촉하지 않고 또한 상기 연마 대상물을 상기 연마 부재에 압박 접촉한 가상적인 경우에 있어서의, 상기 연마 대상물의 상기 피연마면과 상기 연마 부재의 마찰력에 관한 정보와 상기 압박부의 압박력의 관계를 취득하고, 상기 취득한 관계를 사용하여 상기 압박부의 압박력과 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 상기 리테이너 부재의 압박력의 하한값의 관계를 갱신한다.
이에 의해, 피연마면과 연마 부재 사이의 마찰 계수가 변할 수 있을 때마다, 압박부의 압박력과 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 리테이너 부재의 압박력의 하한값의 관계가 갱신된다.
본 발명의 제8 형태에 관한 연마 장치는, 제7 형태에 관한 연마 장치이며, 상기 연마 부재를 표면에 보유 지지하는 연마 테이블과, 상기 연마 테이블을 회전시키는 테이블 회전 모터와, 상기 압박부를 회전시키는 압박부 회전 모터를 더 구비하고, 상기 연마 대상물의 상기 피연마면과 상기 연마 부재의 마찰력에 관한 정보와 상기 압박부의 압박력의 관계에 있어서의 상기 마찰력에 관한 정보는, 상기 피연마면과 상기 연마 부재 사이의 마찰력, 상기 연마 테이블의 회전 토크 또는 상기 테이블 회전 모터의 전류값, 또는, 상기 압박부의 회전 토크 또는 상기 압박부 회전 모터의 전류값이다.
이와 같이, 연마 대상물의 피연마면과 연마 부재의 마찰력에 관한 정보는, 피연마면과 상기 연마 부재 사이의 마찰력에만 한하지 않고, 연마 테이블의 회전 토크 또는 테이블 회전 모터의 전류값, 또는, 압박부의 회전 토크 또는 압박부 회전 모터의 전류값도 포함된다.
본 발명의 제9 형태에 관한 연마 장치는, 제1 형태에 관한 연마 장치이며, 상기 연마 부재를 표면에 보유 지지하는 연마 테이블과, 상기 연마 테이블을 회전시키는 테이블 회전 모터를 더 구비하고, 상기 리테이너 부재의 압박력에 관한 정보는, 상기 리테이너 부재의 압박력의 설정값이고, 상기 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지하는 조건에 관계되는 정보는, 상기 리테이너 부재의 압박력과 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 회전 토크의 상한값의 관계이고, 상기 제어부는, 상기 리테이너 부재의 압박력의 설정값을 취득하고, 당해 취득한 상기 리테이너 부재의 압박력의 설정값을 상기 리테이너 부재의 압박력과 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 회전 토크의 상한값의 관계에 적용하여, 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 상기 회전 토크의 상한값을 결정하고, 당해 상한값과 상기 피연마면을 연마 중인 상기 테이블 회전 모터의 회전 토크를 비교하고, 비교 결과에 따른 처리를 실행한다.
이에 의해, 제어부는, 연마 중인 테이블 회전 모터의 회전 토크가 당해 상한값을 초과하지 않도록 할 수 있으므로, 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지할 수 있다.
본 발명의 제10 형태에 관한 연마 장치는, 상기 제9 형태에 관한 연마 장치이며, 상기 비교 결과에 따른 처리는, 상기 연마 중인 상기 테이블 회전 모터의 회전 토크가 상기 상한값 이하인 경우, 상기 리테이너 부재의 압박력의 설정값으로 연마를 계속하도록 제어하고, 상기 연마 중인 상기 테이블 회전 모터의 회전 토크가 상기 상한값을 초과하는 경우, 상기 리테이너 부재의 압박력을 올리거나 또는 미리 정해진 이상시 처리를 실행하는 것이다.
이에 의해, 회전 토크가 당해 상한값을 초과하지 않는 범위에서 연마를 계속할 수 있고, 회전 토크가 당해 상한값을 초과하는 경우에는, 리테이너 부재의 압박력을 올리거나 미리 정해진 이상시 처리를 실행하여, 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지할 수 있다.
본 발명의 제11 형태에 관한 연마 장치는, 상기 제9 또는 제10 형태에 관한 연마 장치이며, 상기 리테이너 부재의 압박력과 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 상기 회전 토크의 상한값의 관계는, 상기 리테이너 부재를 상기 연마 부재에 압박 접촉하지 않고 또한 상기 연마 대상물을 상기 연마 부재에 압박 접촉한 가상적인 경우에 있어서의, 상기 리테이너 부재의 압박력과 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 상기 회전 토크의 상한값의 관계 및 상기 리테이너 부재를 상기 연마 부재에 압박 접촉하고 또한 상기 연마 대상물을 상기 연마 부재에 압박 접촉하지 않은 경우에 있어서의, 상기 리테이너 부재의 압박력과 상기 회전 토크의 관계에 기초하여 정해져 있다.
이에 의해, 리테이너 부재의 압박력과 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 회전 토크의 상한값의 관계를 결정할 수 있다.
본 발명의 제12 형태에 관한 연마 장치는, 상기 제11 형태에 관한 연마 장치이며, 상기 제어부는, 상기 피연마면과 상기 연마 부재 사이의 마찰 계수가 변할 수 있을 때에, 상기 리테이너 부재를 상기 연마 부재에 압박 접촉하고 또한 상기 연마 대상물을 상기 연마 부재에 압박 접촉하지 않은 경우에 있어서의, 상기 리테이너 부재의 압박력과 상기 회전 토크의 관계를 취득하고, 당해 취득한 관계를 사용하여, 상기 리테이너 부재의 압박력과 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 상기 회전 토크의 상한값의 관계를 갱신한다.
이에 의해, 피연마면과 연마 부재 사이의 마찰 계수가 변할 수 있을 때마다, 리테이너 부재의 압박력과 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 회전 토크의 상한값의 관계가 갱신된다.
본 발명의 제13 형태에 관한 연마 장치는, 제1 형태에 관한 연마 장치이며, 상기 연마 대상물의 상기 피연마면과 상기 연마 부재의 마찰력에 관한 정보는, 연마 중의 상기 압박부의 압박력이고, 상기 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지하는 조건에 관계되는 정보는, 상기 압박부의 압박력과 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하는 상기 리테이너 부재의 압박력의 상한값의 관계이고, 상기 제어부는, 상기 피연마면을 연마 중에 현재의 상기 압박부의 압박력을 취득하고, 당해 현재의 상기 압박부의 압박력을, 상기 압박부의 압박력과 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하는 상기 리테이너 부재의 압박력의 상한값의 관계에 적용하여, 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하는 상기 리테이너 부재의 압박력의 상한값을 결정하고, 상기 리테이너 부재의 압박력이 상기 상한값을 초과하도록 상기 리테이너 부재의 압박력을 제어한다.
이에 의해, 리테이너 부재의 압박력이, 연마 대상물이 슬립 아웃하는 리테이너 부재의 압박력의 상한값을 초과하므로, 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지할 수 있다.
본 발명의 제14 형태에 관한 연마 장치는, 제1 형태에 관한 연마 장치이며, 상기 연마 대상물의 상기 피연마면과 상기 연마 부재의 마찰력에 관한 정보는, 상기 압박부의 압박력의 설정값이고, 상기 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지하는 조건에 관계되는 정보는, 상기 압박부의 압박력과 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하는 상기 리테이너 부재의 압박력의 상한값의 관계이고, 상기 제어부는, 상기 압박부의 압박력의 설정값과 상기 리테이너 부재의 압박력의 설정값을 취득하고, 당해 압박부의 압박력의 설정값을, 상기 압박부의 압박력과 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하는 상기 리테이너 부재의 압박력의 상한값의 관계에 적용하여, 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하는 상기 리테이너 부재의 압박력의 상한값을 결정하고, 상기 리테이너 부재의 압박력의 설정값이 상기 상한값 이하인 경우 통지하기 위한 제어를 행한다.
이에 의해, 조작자가, 리테이너 부재의 압박력의 설정값이, 연마 대상물이 슬립 아웃하는 리테이너 부재의 압박력의 상한값 이하인 경우에 통지받으므로, 리테이너 부재의 압박력의 설정값을, 당해 상한값을 초과하는 값으로 설정할 수 있다. 이 때문에, 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지할 수 있다.
본 발명의 제15 형태에 관한 연마 장치는, 제1 형태에 관한 연마 장치이며, 상기 연마 부재를 표면에 보유 지지하는 연마 테이블과, 상기 연마 테이블을 회전시키는 테이블 회전 모터를 더 구비하고, 상기 리테이너 부재의 압박력에 관한 정보는, 상기 리테이너 부재의 압박력의 설정값이고, 상기 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지하는 조건에 관계되는 정보는, 상기 리테이너 부재의 압박력과 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하는 회전 토크의 하한값의 관계이고, 상기 제어부는, 상기 리테이너 부재의 압박력의 설정값을 취득하고, 당해 취득한 상기 리테이너 부재의 압박력의 설정값을 상기 리테이너 부재의 압박력과 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하는 회전 토크의 하한값의 관계에 적용하여, 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하는 상기 회전 토크의 하한값을 결정하고, 당해 하한값과 상기 피연마면을 연마 중인 상기 테이블 회전 모터의 회전 토크를 비교하고, 비교 결과에 따른 처리를 실행한다.
이에 의해, 제어부는, 연마 중인 테이블 회전 모터의 회전 토크가 당해 하한값을 하회하도록 할 수 있으므로, 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지할 수 있다.
본 발명의 제16 형태에 관한 연마 장치는, 제1 형태에 관한 연마 장치이며, 상기 슬립 아웃을 방지하는 조건은, 상기 리테이너 부재의 압박력이, 상기 리테이너 부재를 상기 연마 부재에 압박 접촉하지 않고 또한 상기 연마 대상물을 상기 연마 부재에 압박 접촉한 가상적인 경우에 있어서의 상기 테이블 회전 모터의 회전 토크에 대응하는 역치 압박력 이상 또는 당해 역치 압박력을 초과한다고 하는 조건이다.
이에 의해, 제어부는, 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않도록 리테이너 부재의 압박력을 제어할 수 있으므로, 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지할 수 있다.
본 발명의 제17 형태에 관한 연마 장치는, 제16 형태에 관한 연마 장치이며, 상기 슬립 아웃을 방지하는 조건은, 상기 리테이너 부재의 압박력이, 상기 리테이너 부재를 상기 연마 부재에 압박 접촉하지 않고 또한 상기 연마 대상물을 상기 연마 부재에 압박 접촉한 가상적인 경우에 있어서의 상기 테이블 회전 모터의 회전 토크를 변수로 하는 1차 함수의 값 이상이라고 하는 조건이다.
이에 의해, 제어부는, 리테이너 부재의 압박력을, 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 압박력의 하한값 이상으로 제어할 수 있으므로, 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지할 수 있다.
본 발명의 제18 형태에 관한 제어 방법은, 리테이너 부재의 압박력에 관한 정보를 사용하여 정해진 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지하는 조건에 관계되는 정보가 기억되어 있는 기억부를 참조하여 제어를 행하는 제어 방법이며, 상기 연마 대상물의 상기 피연마면과 상기 연마 부재의 마찰력에 관한 정보 또는 상기 리테이너 부재의 압박력에 관한 정보를 취득하는 공정과, 당해 취득한 마찰력에 관한 정보 또는 당해 취득한 리테이너 부재의 압박력에 관한 정보를 사용하여, 상기 슬립 아웃을 방지하는 조건에 적합시키기 위한 제어를 행하는 공정을 갖는다.
이에 의해, 프로세스 종류나 연마 조건이 변해도 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지하는 조건은 변하지 않음으로, 프로세스 종류나 연마 조건에 상관없이, 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지할 수 있다.
본 발명의 제19 형태에 관한 프로그램은, 리테이너 부재의 압박력에 관한 정보를 사용하여 정해진 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지하는 조건에 관계되는 정보가 기억되어 있는 기억부를 참조하여 제어를 행하기 위한 프로그램이며, 상기 연마 대상물의 상기 피연마면과 상기 연마 부재의 마찰력에 관한 정보 또는 상기 리테이너 부재의 압박력에 관한 정보를 취득하는 명령과, 당해 취득한 마찰력에 관한 정보 또는 당해 취득한 리테이너 부재의 압박력에 관한 정보를 사용하여, 상기 슬립 아웃을 방지하는 조건에 적합시키기 위한 제어를 행하는 명령을 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램이다.
이에 의해, 프로세스 종류나 연마 조건이 변해도 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지하는 조건은 변하지 않으므로, 프로세스 종류나 연마 조건에 상관없이, 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 프로세스 종류나 연마 조건이 변해도 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지하는 조건은 변하지 않으므로, 프로세스 종류나 연마 조건에 상관없이, 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 연마 장치의 전체 구성을 도시하는 개략도.
도 2는 연마 대상물인 반도체 웨이퍼를 보유 지지하여 연마 테이블(100) 상의 연마면에 압박하는 기판 보유 지지 장치로서의 톱링(1)의 모식적 단면도.
도 3은 연마 동작의 제어를 위한 연마 장치의 구성을 도시하는 도면.
도 4의 (A)는 본 발명의 실시 형태에 관한 연마 장치의 일부의 구성을 도시하는 개략 단면도, 도 4의 (B)는 본 발명의 실시 형태에 관한 톱링(1)의 일부를 확대한 개략 단면도.
도 5의 (A)는 반도체 웨이퍼 W만을 연마 패드(101)에 접촉시켜 연마하였을 때의 연마 테이블(100)의 회전 토크와 RRP 하한값의 관계를 나타내는 그래프의 일례를 도시하는 도면, 도 5의 (B)는 도 5의 (A)의 횡축을 백분율로 한 경우의 그래프의 일례를 도시하는 도면.
도 6의 (A)는 웨이퍼 연마압 PABP와, 웨이퍼 연마만의 경우의 가상 테이블 회전 토크 Tw의 관계의 일례를 나타내는 그래프, 도 6의 (B)는 RRP 하한값 PRRPS와, 웨이퍼 연마만의 경우의 가상 테이블 회전 토크 Tw의 관계의 일례를 나타내는 그래프, 도 6의 (C)는 웨이퍼 연마압 PABP와 RRP 하한값 PRRPS의 관계의 일례를 나타내는 그래프.
도 7은 웨이퍼 연마압 PABP와 웨이퍼 연마만의 경우의 가상 테이블 회전 토크 Tw의 관계의 일례를 나타내는 그래프.
도 8은 실시예 1에 관한 테스트 연마 시의 처리의 일례를 나타내는 흐름도.
도 9는 실시예 1에 관한 연마 레시피 작성 시에 있어서의 처리의 일례를 나타내는 흐름도.
도 10은 실시예 1에 관한 연마 중에 있어서의 처리의 일례를 나타내는 흐름도.
도 11의 (A)는 리테이너 링압 PRRP와, 리테이너 링 연마만의 경우의 테이블 회전 토크 Tr의 관계의 일례를 나타내는 그래프, 도 11의 (B)는 리테이너 링압 PRRP와, 웨이퍼 연마만의 경우에 있어서 반도체 웨이퍼 W가 슬립 아웃하지 않는 가상 테이블 회전 토크의 상한값 TwS의 관계의 일례를 나타내는 그래프, 도 11의 (C)는 리테이너 링압 PRRP와, 반도체 웨이퍼 W가 슬립 아웃하지 않는 테이블 회전 토크의 상한값 Tts의 관계의 일례를 나타내는 그래프.
도 12는 실시예 2에 관한 테스트 연마 시의 처리의 일례를 나타내는 흐름도.
도 13은 실시예 2에 관한 연마 중의 이상 검출 처리의 일례를 나타내는 흐름도.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 실시 형태는, 본 발명을 실시하는 경우의 일례를 나타내는 것이며, 본 발명을 이하에 설명하는 구체적 구성에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시에 있어서는, 실시 형태에 관한 구체적 구성이 적절히 채용되어도 된다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 연마 장치(10)의 전체 구성을 도시하는 개략도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 연마 장치(10)는 연마 테이블(100)과, 연마 대상물의 일례인 반도체 웨이퍼 W 등의 기판을 보유 지지하여 연마 테이블(100) 상의 연마면에 압박하는 기판 보유 지지 장치로서의 톱링(1)을 구비하고 있다. 연마 테이블(100)은 테이블축(100a)를 통해 그 하방에 배치되는 테이블 회전 모터(103)에 연결되어 있다. 연마 테이블(100)은 테이블 회전 모터(103)가 회전함으로써, 테이블 축(100a) 주위로 회전한다. 즉, 테이블 회전 모터(103)는 연마 테이블(100)을 회전시킨다. 연마 테이블(100)의 상면에는, 연마 부재로서의 연마 패드(101)가 부착되어 있다. 즉, 연마 테이블(100)은 연마 부재를 표면에 보유 지지한다. 이 연마 패드(101)의 표면은, 반도체 웨이퍼 W를 연마하는 연마면(101a)을 구성하고 있다. 연마 테이블(100)의 상방에는 연마액 공급 노즐(60)이 설치되어 있다. 이 연마액 공급 노즐(60)로부터, 연마 테이블(100) 상의 연마 패드(101) 상에 연마액(연마 슬러리) Q가 공급된다.
또한, 시장에서 입수할 수 있는 연마 패드로서는 다양한 것이 있고, 예를 들어 닛타 하스사제의 SUBA800, IC-1000, IC-1000/SUBA400(2층 크로스), 후지미 인코퍼레이티드사제의 Surfin xxx-5, Surfin 000 등이 있다. SUBA800, Surfin xxx-5, Surfin 000은 섬유를 우레탄 수지로 굳힌 부직포이며, IC-1000은 경질의 발포 폴리우레탄(단층)이다. 발포 폴리우레탄은, 포러스(다공질상)로 되어 있어, 그 표면에 다수의 미세한 오목부 또는 구멍을 갖고 있다.
테이블 회전 모터(103)에는, 당해 테이블 회전 모터(103)의 로터의 회전 속도를 검출하기 위한 속도 센서(16)가 설치되어 있다. 속도 센서(16)는 자기식 인코더, 광학식 인코더, 리졸버 등으로 구성할 수 있다. 리졸버를 채용한 경우, 리졸버 로터를 전동 모터의 로터에 직결하는 것이 바람직하다. 리졸버 로터가 회전하면, 90° 어긋나게 하여 배치된 2차측의 코일에 sin 신호와, cos 신호가 얻어지고, 이 2개의 신호에 기초하여, 테이블 회전 모터(103)의 로터 위치를 검지하고, 미분기를 사용함으로써, 테이블 회전 모터(103)의 회전 속도를 구할 수 있다.
톱링(1)은 반도체 웨이퍼 W를 연마면(101a)에 대하여 압박하는 톱링 본체(2)와, 반도체 웨이퍼 W의 외주연을 보유 지지하여 반도체 웨이퍼 W가 톱링(1)으로부터 튀어나오지 않도록 하는 리테이너 부재로서의 리테이너 링(3)으로 기본적으로 구성되어 있다. 톱링(1)은 톱링 샤프트(111)에 접속되어 있다. 이 톱링 샤프트(111)는 상하 이동 기구(124)에 의해 톱링 헤드(110)에 대하여 상하 이동한다. 톱링(1)의 상하 방향의 위치 결정은, 톱링 샤프트(111)의 상하 이동에 의해, 톱링 헤드(110)에 대하여 톱링(1)의 전체를 승강시켜 행해진다. 톱링 샤프트(111)의 상단부에는 로터리 조인트(25)가 설치되어 있다.
톱링 샤프트(111) 및 톱링(1)을 상하 이동시키는 상하 이동 기구(124)는 베어링(126)을 통해 톱링 샤프트(111)를 회전 가능하게 지지하는 브리지(128)와, 브리지(128)에 설치된 볼 나사(132)와, 지주(130)에 의해 지지된 지지대(129)와, 지지대(129) 상에 설치된 서보 모터(138)를 구비하고 있다. 서보 모터(138)를 지지하는 지지대(129)는 지주(130)를 통해 톱링 헤드(110)에 고정되어 있다.
볼 나사(132)는 서보 모터(138)에 연결된 나사축(132a)과, 이 나사축(132a)이 나사 결합하는 너트(132b)를 구비하고 있다. 톱링 샤프트(111)는 브리지(128)와 일체로 되어 상하 이동한다. 따라서, 서보 모터(138)를 구동하면, 볼 나사(132)를 통해 브리지(128)가 상하 이동하고, 이에 의해 톱링 샤프트(111) 및 톱링(1)이 상하 이동한다.
또한, 톱링 샤프트(111)는 키(도시하지 않음)를 통해 회전 통(112)에 연결되어 있다. 회전 통(112)은 그 외주부에 타이밍 풀리(113)를 구비하고 있다. 톱링 헤드(110)에는 톱링용 회전 모터(압박부 회전 모터)(114)가 고정되어 있고, 타이밍 풀리(113)는 타이밍 벨트(115)를 통해 톱링용 회전 모터(114)에 설치된 타이밍 풀리(116)에 접속되어 있다. 따라서, 톱링용 회전 모터(114)를 회전 구동함으로써 타이밍 풀리(116), 타이밍 벨트(115) 및 타이밍 풀리(113)를 통해 회전 통(112) 및 톱링 샤프트(111)가 일체로 회전하여, 톱링(1)이 회전한다.
톱링 헤드(110)는 프레임(도시하지 않음)에 회전 가능하게 지지된 톱링 헤드 샤프트(117)에 의해 지지되어 있다. 연마 장치(10)는 톱링용 회전 모터(114), 서보 모터(138), 테이블 회전 모터(103)를 비롯한 장치 내의 각 기기를 제어하는 제어부(500)를 구비하고 있다. 또한, 제어부(500)는 테이블 회전 모터(103)의 회전 속도를 나타내는 회전 속도 신호를 속도 센서(16)로부터 취득한다. 연마 장치(10)는 제어부(500)에 접속되고 또한 연마 장치(10)의 조작자로부터의 입력을 접수하는 입력부(510)와, 제어부(500)와 접속된 통지부(520)와, 제어부(500)와 접속된 기억부(530)를 구비한다. 입력부(510)는 접수한 입력을 나타내는 입력 신호를 제어부(500)에 출력한다. 통지부(520)는 제어부(500)에 의한 제어에 기초하여 통지한다. 기억부(530)에는, 리테이너 부재의 압박력에 관한 정보를 사용하여 정해진 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지하는 조건에 관계되는 정보가 기억되어 있다. 제어부(500)는 연마 대상물의 피연마면과 연마 부재의 마찰력에 관한 정보 또는 리테이너 부재의 압박력에 관한 정보를 취득하고, 당해 취득한 마찰력에 관한 정보 또는 당해 취득한 리테이너 부재의 압박력에 관한 정보를 사용하여, 기억부(530)에 기억되어 있는 조건에 적합시키기 위한 제어를 행한다.
다음에, 본 발명의 연마 장치에 있어서의 톱링(연마 헤드)(1)에 대하여 설명한다. 도 2는 연마 대상물인 반도체 웨이퍼를 보유 지지하여 연마 테이블(100) 상의 연마면에 압박하는 기판 보유 지지 장치로서의 톱링(1)의 모식적 단면도이다. 도 2에 있어서는, 톱링(1)을 구성하는 주요 구성 요소만을 도시하고 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 톱링(1)은 반도체 웨이퍼 W를 연마면(101a)에 대하여 압박하는 톱링 본체(캐리어라고도 칭함)(2)와, 연마면(101a)을 직접 압박하는 리테이너 부재로서의 리테이너 링(3)으로 기본적으로 구성되어 있다. 톱링 본체(캐리어)(2)는 개략 원반 형상의 부재로 이루어지고, 리테이너 링(3)은 톱링 본체(2)의 외주부에 설치되어 있다. 톱링 본체(2)는 엔지니어링 플라스틱(예를 들어, PEEK) 등의 수지에 의해 형성되어 있다. 톱링 본체(2)의 하면에는, 반도체 웨이퍼의 이면에 맞닿는 탄성막(멤브레인)(4)이 설치되어 있다. 탄성막(멤브레인)(4)은, 에틸렌프로필렌 고무(EPDM), 폴리우레탄 고무, 실리콘 고무 등의 강도 및 내구성이 우수한 고무재에 의해 형성되어 있다. 탄성막(멤브레인)(4)은, 반도체 웨이퍼 등의 기판을 보유 지지하는 기판 보유 지지면을 구성하고 있다.
탄성막(멤브레인)(4)은 동심상의 복수의 격벽(4a)을 갖고, 이들 격벽(4a)에 의해, 멤브레인(4)의 상면과 톱링 본체(2)의 하면 사이에 원 형상의 센터실(5), 환상의 리플실(6), 환상의 아우터실(7), 환상의 에지실(8)이 형성되어 있다. 즉, 톱링 본체(2)의 중심부에 센터실(5)이 형성되고, 중심으로부터 외주 방향을 향하여, 순차적으로 동심상으로, 리플실(6), 아우터실(7), 에지실(8)이 형성되어 있다. 톱링 본체(2) 내에는, 센터실(5)에 연통하는 유로(11), 리플실(6)에 연통하는 유로(12), 아우터실(7)에 연통하는 유로(13), 에지실(8)에 연통하는 유로(14)가 각각 형성되어 있다.
한편, 리플실(6)에 연통하는 유로(12)는 로터리 조인트(25)를 통해 유로(22)에 접속되어 있다. 그리고, 유로(22)는 기수 분리조(35), 밸브 V2-1 및 압력 레귤레이터 R2를 통해 압력 조정부(30)에 접속되어 있다. 또한, 유로(22)는 기수 분리 조(35) 및 밸브 V2-2를 통해 진공원(131)에 접속됨과 함께, 밸브 V2-3을 통해 대기에 연통 가능하게 되어 있다.
또한, 리테이너 링(3)의 바로 위에도 탄성막(멤브레인)(32)에 의해 리테이너 링 압력실(9)이 형성되어 있다. 탄성막(멤브레인)(32)은, 톱링(1)의 플랜지부에 고정된 실린더(33) 내에 수용되어 있다. 리테이너 링 압력실(9)은 톱링 본체(캐리어)(2) 내에 형성된 유로(15) 및 로터리 조인트(25)를 통해 유로(26)에 접속되어 있다. 유로(26)는 밸브 V5-1 및 압력 레귤레이터 R5를 통해 압력 조정부(30)에 접속되어 있다. 또한, 유로(26)는 밸브 V5-2를 통해 진공원(31)에 접속됨과 함께, 밸브 V5-3을 통해 대기에 연통 가능하게 되어 있다.
압력 레귤레이터 R1, R2, R3, R4, R5는, 각각 압력 조정부(30)로부터 센터실(5), 리플실(6), 아우터실(7), 에지실(8), 리테이너 링 압력실(9)에 공급하는 압력 유체의 압력을 조정하는 압력 조정 기능을 갖고 있다. 압력 레귤레이터 R1, R2, R3, R4, R5 및 각 밸브 V1-1∼V1-3, V2-1∼V2-3, V3-1∼V3-3, V4-1∼V4-3, V5-1∼V5-3은, 제어부(500)(도 1 참조)에 접속되어 있어, 그들의 작동이 제어되도록 되어 있다. 또한, 유로(21, 22, 23, 24, 26)에는 각각 압력 센서 P1, P2, P3, P4, P5 및 유량 센서 F1, F2, F3, F4, F5가 설치되어 있다.
센터실(5), 리플실(6), 아우터실(7), 에지실(8), 리테이너 링 압력실(9)에 공급하는 유체의 압력은, 압력 조정부(30) 및 압력 레귤레이터 R1, R2, R3, R4, R5에 의해 각각 독립적으로 조정된다. 이와 같은 구조에 의해, 반도체 웨이퍼 W를 연마 패드(101)에 압박하는 압박력을 반도체 웨이퍼 W의 영역마다 조정할 수 있고, 또한 리테이너 링(3)이 연마 패드(101)를 압박하는 압박력을 조정할 수 있다.
이상과 같이 구성된 연마 장치에 의한 연마 동작을 설명한다. 톱링(1)은 도시하지 않은 기판 전달 장치(푸셔)로부터 반도체 웨이퍼 W를 수취하고, 그 하면에 반도체 웨이퍼 W를 진공 흡착에 의해 보유 지지한다. 이때, 톱링(1)은 피연마면(통상은 디바이스가 구성되는 면, 「표면」이라고도 칭함)을 하향으로 하여, 피연마면이 연마 패드(101)의 표면에 대향하도록 반도체 웨이퍼 W를 보유 지지한다. 하면에 반도체 웨이퍼 W를 보유 지지한 톱링(1)은 톱링 헤드 샤프트(117)의 회전에 의한 톱링 헤드(110)의 선회에 의해 반도체 웨이퍼 W의 수취 위치로부터 연마 테이블(100)의 상방으로 이동된다.
그리고, 반도체 웨이퍼 W를 진공 흡착에 의해 보유 지지한 톱링(1)을 미리 설정한 톱링의 연마 시 설정 위치까지 하강시킨다. 이 연마 시 설정 위치에서는, 리테이너 링(3)은 연마 패드(101)의 표면(연마면)(101a)에 접지하고 있지만, 연마 전에는, 톱링(1)에 의해 반도체 웨이퍼 W를 흡착 보유 지지하고 있으므로, 반도체 웨이퍼 W의 하면(피연마면)과 연마 패드(101)의 표면(연마면)(101a) 사이에는, 약간의 간극(예를 들어, 약 1㎜)이 있다. 이때, 연마 테이블(100) 및 톱링(1)은 모두 회전 구동되고 있으며, 연마 테이블(100)의 상방에 설치된 연마액 공급 노즐(60)로부터 연마 패드(101) 상에 연마액이 공급되고 있다.
이 상태에서, 반도체 웨이퍼 W의 이면측에 있는 탄성막(멤브레인)(4)을 부풀려, 반도체 웨이퍼 W의 피연마면의 이면을 압박함으로써, 반도체 웨이퍼 W의 피연마면을 연마 패드(101)의 표면(연마면)(101a)에 압박하고, 반도체 웨이퍼 W의 피연마면과 연마 패드(101)의 연마면을 상대적으로 미끄럼 이동시켜, 반도체 웨이퍼 W의 피연마면을 소정의 상태(예를 들어, 소정의 막 두께)로 될 때까지 연마 패드(101)의 연마면(101a)으로 연마한다. 연마 패드(101) 상에서의 웨이퍼 처리 공정의 종료 후, 반도체 웨이퍼 W를 톱링(1)에 흡착하고, 톱링(1)을 상승시켜, 기판 반송 기구를 구성하는 기판 전달 장치로 이동시켜, 반도체 웨이퍼 W의 이탈(릴리스)을 행한다.
도 3은 연마 동작의 제어를 위한 연마 장치(10)의 구성을 도시하는 도면이다. 제어부(500)는 연마 제어 장치(501)와 폐루프 제어 장치(502)를 구비하고 있다.
연마 장치(10)가 연마를 개시하면, 막 두께 측정부(40)는 잔막 프로파일을 추정(또는 측정)하여, 추정값(또는 측정값)을 폐루프 제어 장치(502)에 출력한다. 폐루프 제어 장치(502)는 잔막 프로파일이 목표로 하는 막 두께 프로파일(이하, 목표 프로파일이라 함)로 되었는지 여부를 판단한다. 막 두께 측정부(40)에서 추정된 잔막 프로파일이 목표 프로파일로 되어 있는 경우에는, 연마 처리를 종료한다. 여기서, 목표 프로파일은, 완전한 플랫한 형상(전체면에 있어서 균일한 막 두께)이어도, 요철이나 구배를 갖는 형상이어도 된다.
추정된 잔막 프로파일이 목표 프로파일로 되어 있지 않은 경우에는, 폐루프 제어 장치(502)는, 추정된 잔막 프로파일에 기초하여, 센터실(5), 리플실(6), 아우터실(7), 에지실(8), 리테이너 링 압력실(9)(이하, 총칭하여 「압력실」이라 칭함)에 공급하는 유체의 압력 지령값(압력 파라미터)을 산출하고, 이들 압력 지령값을 나타내는 CLC 신호를 연마 제어 장치(501)에 출력한다. 연마 제어 장치(501)는 CLC 신호가 나타내는 압력 지령값에 따라서, 각 압력실에 공급하는 유체의 압력을 조정한다. 연마 장치(10)는 추정된 잔막 프로파일이 목표 막 두께 프로파일로 될 때까지, 상기의 스텝을 일정한 주기로 반복한다. 또한, 압력실은, 본 발명의 압박부에 상당하고, 톱링용 회전 모터(압박부 회전 모터)(114)에 의해, 회전시켜진다. 리테이너 링(3)은 압박부의 근방에서 연마 패드(101)를 압박한다.
계속하여 도 4를 사용하여 반도체 웨이퍼 W가 슬립 아웃하는 경우에 대하여 설명한다. 도 4의 (A)는 본 발명의 실시 형태에 관한 연마 장치의 일부의 구성을 도시하는 개략 단면도이다. 도 4의 (A)에 도시한 바와 같이, 테이블 회전 모터(103)에 전류 I가 공급된다. 연마 테이블(100)의 회전축 A1과 톱링(1)의 회전축 A2의 거리가 R이다. 그렇게 하면, 연마 테이블(100)의 회전축 A1로부터 거리 R 이격된 위치에 있어서의 토탈 테이블 회전 토크 Tt는, 다음 수학식 1로 나타내어진다.
Figure pat00001
여기서, NW는 반도체 웨이퍼 W의 압박 하중, Nr은 리테이너 링(3)의 압박 하중, μW는 반도체 웨이퍼 W와의 마찰 계수이고, μr은 리테이너 링(3)과 연마 패드(101)의 마찰 계수이다. 도 4의 (B)는 본 발명의 실시 형태에 관한 톱링(1)의 일부를 확대한 개략 단면도이다. 도 4의 (B)에 도시한 바와 같이, 반도체 웨이퍼 W에는, 반도체 웨이퍼 W의 마찰력 fW(=μWNW)가 연마 테이블(100)의 반경 방향으로 가해진다. 이에 의해, 리테이너 링(3)이 반도체 웨이퍼 W의 마찰력 fW로 연마 테이블(100)의 반경 방향에서 압박되므로, 리테이너 링(3)의 압박 하중 Nr이 불충분한 경우에는, 반도체 웨이퍼 W가 슬립 아웃한다.
도 5의 (A)는 반도체 웨이퍼 W만을 연마 패드(101)에 접촉시켜 연마하였을 때의 연마 테이블(100)의 회전 토크와 RRP 하한값의 관계를 나타내는 그래프의 일례이다. 반도체 웨이퍼 W만을 연마 패드(101)에 접촉시켜 연마하였을 때란, 리테이너 링(3) 등(드레스가 있는 경우 드레스를 포함함)을 연마 패드(101)와 접촉시키지 않고 또한 반도체 웨이퍼 W를 연마 패드(101)에 접촉시켜 연마하였을 때이다. 도 5의 (B)는 도 5의 (A)의 횡축을 백분율로 한 경우의 그래프의 일례이다.
본원의 발명자는, 연마 테이블(100)의 회전수 및 톱링(1)의 회전수를 각각 일정하게 하는 제어 하에서 리테이너 링압을 내림으로써, 반도체 웨이퍼 W만을 연마하였을 때의 연마 테이블(100)의 회전 토크(이하, 테이블 회전 토크라고도 함)와 RRP 하한값 사이에, 도 5의 (A)에 도시한 바와 같은 정의 상관이 보이는 것을 발견하였다. 여기서, 점 d1∼d5는, 실제로 연마 시험을 실시하여 얻어진 반도체 웨이퍼 W만을 연마하였을 때의 가상 테이블 회전 토크와 RRP 하한값을 나타내고 있다. 도 5의 (A)의 직선 L1은, 점 d1∼d5를 최소 제곱법으로 근사한 근사 직선이고, 그 관계식은 RRP 하한값=0.74×Tw-34.83으로 나타내어진다. 여기서, Tw는 웨이퍼 연마만의 경우의 가상 테이블 회전 토크이다. 또한, 도 5의 (A)의 직선 L1을 경계로 하여 이것보다 아래의 영역은, 반도체 웨이퍼 W가 슬립 아웃하는 웨이퍼 슬립 아웃 영역이다. 한편, 도 5의 (A)의 직선 L1을 경계로 하여 그 이상의 영역은, 반도체 웨이퍼 W가 슬립 아웃하지 않는 영역이다. 이와 같이, 반도체 웨이퍼 W만을 연마하였을 때의 가상 테이블 회전 토크와 RRP 하한값 사이에는 선형의 관계가 있는 것을 알 수 있다. 이 관계는, 프로세스 종류 및 연마 조건이 변해도 변하는 일이 없다.
또한, 톱링(연마 헤드)(1)의 무게 중심의 위치가 변하면, 리테이너 링(3)의 기울기 용이성이 변하므로, 반도체 웨이퍼 W 슬립 아웃의 용이성도 변한다. 이 때문에, 톱링(연마 헤드)(1)의 무게 중심이 변하면, 상기 1차 함수의 기울기 및/또는 절편은 변할 수 있다. 예를 들어, 톱링(연마 헤드)(1)의 무게 중심이 높아지면 리테이너 링(3)이 기울어지기 쉬워지므로, 상기 1차 함수의 절편은 -34.83보다 크게 설정된다. 이와 같이, 톱링(연마 헤드)(1)의 무게 중심에 따라서, 상기 1차 함수가 설정된다.
또한, RRP 하한값에 대하여 마진을 갖게 하기 위해, 상기 1차 함수의 절편은, 예를 들어 -34.83보다 소정의 값(예를 들어, 100hPa 이하의 범위의 값)만큼 크게 설정되어도 된다.
이와 같이, 슬립 아웃을 방지하는 조건은, 리테이너 링압이, 웨이퍼 연마만의 경우의 가상 테이블 회전 토크를 변수로 하는 1차 함수의 값 이상이라고 하는 조건으로 설정해도 된다. 또한, 1차 함수를 사용하는 것에 한한 것은 아니고, 웨이퍼 연마만의 경우의 가상 테이블 회전 토크와 역치 압박력의 조가 관련지어진 테이블이 기억부(530)에 기억되어 있고, 이 테이블을 제어부(500)가 참조함으로써, 결정해도 된다. 즉, 웨이퍼 연마만의 경우의 가상 테이블 회전 토크와 역치 압박력의 관계가, 1차 함수 또는 테이블 등의 형식으로 기억부(530)에 기억되어 있고, 제어부(500)가 이 관계를 참조할 수 있으면 된다. 여기서, 역치 압박력은, RRP 하한값이어도 되고, RRP 하한값에 마진으로서 소정의 값을 더한 값이어도 된다. 그리고, 슬립 아웃을 방지하는 조건은, 리테이너 부재의 압박력이, 웨이퍼 연마만의 경우의 가상 테이블 회전 토크에 대응하는 역치 압박력 이상이라고 하는 조건이어도 된다.
또한, 역치 압박력은, 슬립 아웃하는 리테이너 링의 압박력의 상한값이어도 된다. 그 경우, 슬립 아웃을 방지하는 조건은, 리테이너 부재의 압박력이, 웨이퍼 연마만의 경우의 가상 테이블 회전 토크에 대응하는 역치 압박력을 초과한다고 하는 조건이어도 된다.
또한 연마 테이블(100)의 회전 토크는, 테이블 전류값에 비례하기 때문에, 테이블 전류값과 RRP 하한값 사이에도 선형의 관계가 있다. 여기서, 테이블 회전 모터(103)에 공급하는 전류의 값을 테이블 전류값이라 부른다. 리테이너 링(3)을 연마 패드(101)에 접촉시키지 않고 또한 반도체 웨이퍼 W만을 연마 패드(101)에 접촉시켜 소정의 회전수로 연마하였다고 가정한 경우의 테이블 전류값(이하, 웨이퍼 연마만의 경우의 테이블 전류값이라고도 함) Iw는, 다음 수학식 2로 나타내어진다. 또한, 리테이너 링(3)을 연마 패드(101)에 접촉시키지 않고 또한 반도체 웨이퍼 W만을 연마한다고 하는 것은 실제로는 불가능한 실험이므로, 이 웨이퍼 연마만의 경우의 테이블 전류값 Iw는, 어디까지나 계산상 또는 가상상의 수치이다.
Figure pat00002
여기서, It는, 연마 패드(101), 리테이너 링(3) 및 드레스 모두를 상기와 동일한 소정의 회전수로 연마하였을 때의 테이블 전류값이다. Ir은 리테이너 링(3)만을 연마 패드(101)에 접촉시켜 상기와 동일한 소정의 회전수로 연마하였을 때의 테이블 전류값(이하, 리테이너 링 연마만의 경우의 테이블 전류값이라고도 함)이다. Id는 도시하지 않은 드레스만을 연마 패드(101)에 접촉시켜 상기와 동일한 소정의 회전수로 연마하였을 때의 테이블 전류값(이하, 드레스만의 테이블 전류값이라고도 함)이다. 수학식 2를 변형하면, 다음 수학식 3이 얻어진다.
Figure pat00003
수학식 2로부터, 리테이너 링 연마만의 경우의 테이블 전류값 Ir과, 드레스만의 테이블 전류값 Id에 대해서는, 각각의 단체에서의 연마를 실시하여, 데이터를 미리 취득해 둔다. 이에 의해, 연마 시의 테이블 전류값 It를 연마 시에 취득함으로써, 웨이퍼 연마만의 경우의 테이블 전류값 Iw를 결정할 수 있다. 그리고, 반도체 웨이퍼 W만을 연마하였을 때의 테이블 전류값과 RRP 하한값의 관계에 있어서, 이 웨이퍼 연마만의 경우의 테이블 전류값 Iw에 대응하는 RRP 하한값을 취득함으로써, RRP 하한값을 결정할 수 있다. 반도체 웨이퍼 W만을 연마하였을 때의 테이블 회전 토크와 RRP 하한값의 관계는 프로세스 종류 및 연마 조건이 변해도 변하지 않으므로, 프로세스 종류 및 연마 조건에 상관없이, 연마 시의 테이블 전류값 It로부터 RRP 하한값을 결정할 수 있다.
이것으로부터, 제어부(500)는 예를 들어, 연마 시의 테이블 전류값 It로부터 웨이퍼 연마만의 경우의 테이블 전류값 Iw를 결정하고, 연마 중에 있어서의 리테이너 링(3)의 압박력과 웨이퍼 연마만의 경우의 테이블 전류값 Iw를, 반도체 웨이퍼 W가 슬립 아웃하지 않는 조건에 적용하여, 연마 중에 있어서의 리테이너 링(3)의 압박력이 RRP 하한값 이상을 유지하도록 리테이너 링(3)의 압박력을 제어해도 된다.
이와 같이 RRP 하한값과 선형의 관계로 되는 파라미터는, 반도체 웨이퍼 W만을 연마하였을 때의 연마 테이블(100)의 회전 토크(이하, 웨이퍼 연마만의 경우의 테이블 회전 토크) 또는 웨이퍼 연마만의 경우의 테이블 전류값 Iw에만 한정된 것은 아니다.
피연마면과 연마 패드(101) 사이의 마찰력(즉 피연마면과 연마 부재 사이의 마찰력), 또는 테이블 회전 모터(103)의 전류값(이하, 테이블 전류값이라고도 함), 압박부의 회전 토크 또는 톱링용 회전 모터(압박부 회전 모터)(114)의 전류값도 해당한다.
이들의 것을 감안하면, 제어부(500)는 슬립 아웃을 방지하는 조건에 적합하도록, 연마 중에 있어서의 연마 대상물의 피연마면과 연마 부재의 마찰력에 관한 정보에 따라서, 리테이너 부재의 압박력을 제어해도 된다. 이에 의해, 프로세스 종류나 연마 조건이 변해도 슬립 아웃을 방지하는 조건은 변하지 않으므로, 프로세스 종류나 연마 조건에 상관없이, 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지할 수 있다.
보다 상세하게는, 제어부(500)는 연마 대상물의 피연마면과 연마 부재의 마찰력에 관한 정보와 RRP 하한값의 관계를 참조하여, 연마 중에 있어서의 연마 대상물의 피연마면과 연마 부재의 마찰력에 관한 정보에 대응하는 RRP 하한값 이상으로 되도록, 연마 중에 있어서의 리테이너 부재의 압박력을 제어한다. 이에 의해, 리테이너 부재의 압박력이, 슬립 아웃하지 않는 리테이너 부재의 압박력의 하한값 이상으로 되므로, 프로세스 종류나 연마 조건에 상관없이, 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지할 수 있다.
여기서, 제어부(500)가 리테이너 부재의 압박력의 제어 시에 따르는, 연마 대상물의 피연마면과 연마 부재의 마찰력에 관한 정보는, 피연마면과 상기 연마 부재 사이의 마찰력, 연마 테이블(100)의 회전 토크 또는 테이블 회전 모터의 전류값, 또는, 압박부의 회전 토크 또는 압박부 회전 모터의 전류값이다. 이와 같이, 연마 대상물의 피연마면과 연마 부재의 마찰력에 관한 정보는, 피연마면과 연마 부재 사이의 마찰력에만 한하지 않고, 연마 테이블의 회전 토크 또는 테이블 회전 모터의 전류값, 또는, 압박부의 회전 토크 또는 압박부 회전 모터의 전류값도 포함된다.
<실시예 1>
계속해서, 본 실시 형태의 실시예 1에 대하여 설명한다. 도 6을 사용하여 슬립 아웃하지 않는 리테이너 링압의 하한값의 결정 방법에 대하여 설명한다. 도 6의 (A)는 웨이퍼 연마압 PABP와, 웨이퍼 연마만의 경우의 가상 테이블 회전 토크 Tw의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다. 도 6의 (A)의 직선 L3에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 연마압 PABP와, 웨이퍼 연마만의 경우의 가상 테이블 회전 토크 Tw는 선형의 관계를 갖는다. 웨이퍼 연마만의 경우의 가상 테이블 회전 토크 Tw는, 다음 수학식 4로 나타내어진다.
Figure pat00004
여기서, a1은 기울기를 나타내는 계수, b1은 절편을 나타내는 계수이다. 이들 계수 a1 및 b1은, 연마면(101a)의 마찰 계수가 변하면 변화되므로, 연마면(101a)의 마찰 계수가 변할 수 있는 경우에 다시 취득할 필요가 있다. 연마면(101a)의 마찰 계수가 변할 수 있는 경우란, 예를 들어 연마 패드(101), 슬러리 종류, 슬러리 유량, 웨이퍼 막종, 리테이너 링 홈, 리테이너 링 폭 등에 변경이 있는 경우이다.
도 6의 (B)는 RRP 하한값 PRRPS와, 웨이퍼 연마만의 경우의 가상 테이블 회전 토크 Tw의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다. 종축은 리테이너 링압 PRRP이고, 횡축이 웨이퍼 연마만의 경우의 가상 테이블 회전 토크 Tw이다. 도 5의 (B)에서도 설명하였지만, 도 6의 (B)의 직선 L4에 나타내는 바와 같이, RRP 하한값 PRRPS와, 웨이퍼 연마만의 경우의 테이블 회전 토크 Tw는 선형의 관계에 있다. 도 6의 (B)의 직선 L4를 하회하는 영역은 웨이퍼 슬립 아웃 영역이다. RRP 하한값 PRRPS는, 다음 수학식 5로 나타내어진다.
Figure pat00005
여기서, a2는 기울기를 나타내는 계수, b2는 절편을 나타내는 계수이다. 이들 계수 a2 및 b2는, 연마면(101a)의 마찰 계수가 변해도 불변이다.
수학식 5에 수학식 4의 Tw를 대입하면, RRP 하한값 PRRPS는 다음 수학식 6으로 나타내어진다.
Figure pat00006
수학식 6으로부터, RRP 하한값 PRRPS는, 웨이퍼 연마압 PABP에 비례한다. 도 6의 (C)는 웨이퍼 연마압 PABP와 RRP 하한값 PRRPS의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다. 종축은 리테이너 링압이고, 횡축은 웨이퍼 연마압 PABP이다. 도 6의 (C)의 직선 L5를 하회하는 영역은, 웨이퍼 슬립 아웃 영역이다.
계속해서, 수학식 4의 계수 a1과 계수 b1의 결정 방법에 대하여 설명한다. 도 7은 웨이퍼 연마압 PABP와 웨이퍼 연마만의 경우의 가상 테이블 회전 토크 Tw의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다. 여기서, 토탈 테이블 회전 토크 Tt는, 웨이퍼 연마만의 경우의 가상 테이블 회전 토크 Tw와 리테이너 링 연마만의 경우의 테이블 회전 토크 Tr의 합이다(Tt=Tw+Tr). 도 7에 도시한 직선 L6은 수학식 4에 의해 나타내어지지만, 상술한 Tt=Tw+Tr이라는 관계로부터, 수학식 4의 계수 a1은 Δ테이블 회전 토크/Δ웨이퍼 연마압=(Tw2-Tw1)/(p2-p1)=((Tt2-Tr)-(Tt1-Tr))/(p2-p1)=(Tt2-Tt1)/(p2-p1)로 나타내어진다. 이것으로부터, 제1 연마압 p1로 웨이퍼를 연마한 경우의 토탈 테이블 회전 토크 Tt1을 취득하고, 제2 연마압 p2로 웨이퍼를 연마한 경우의 토탈 테이블 회전 토크 Tt2를 취득함으로써, 계수 a1을 결정할 수 있다. 계수 b1은 무부하 공전회 시의 테이블 회전 토크이다. 여기서, 본 실시 형태에서는, 멤브레인이 복수의 영역(에리어)을 갖는 멀티에리어 멤브레인이므로, 웨이퍼 연마압은, 모든 에리어 내압의 평균값이다. 또한, 멤브레인이 하나의 영역(에리어)으로 이루어지는 싱글 에리어 멤브레인인 경우, 웨이퍼 연마압은 에리어 내압이다.
도 8은 실시예 1에 관한 테스트 연마 시의 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다. 이 테스트 연마 시에, 웨이퍼 연마압 PABP와 웨이퍼 연마만의 경우의 가상 테이블 회전 토크 Tw의 관계를 취득한다.
(스텝 S101)
제어부(500)는 테이블 회전수, 연마 패드(101), 연마 패드 표면 상태, 슬러리 종류, 슬러리 유량, 웨이퍼 막종, 리테이너 링 홈, 리테이너 링 폭 등에 변경이 있는지 여부를 판정한다. 여기에서 어떠한 변경이 있는 경우, 마찰 계수가 변할 수 있는 경우이다.
(스텝 S102)
스텝 S101에 있어서, 테이블 회전수, 연마 패드(101), 연마 패드 표면 상태, 슬러리 종류, 슬러리 유량, 웨이퍼 막종, 리테이너 링 홈, 리테이너 링 폭 등에 변경이 없다고 판정된 경우, 제어부(500)는 기존의 웨이퍼 연마압 PABP와 웨이퍼 연마만의 경우의 테이블 회전 토크 Tw의 관계식을 사용한다.
(스텝 S103)
스텝 S101에 있어서, 테이블 회전수, 연마 패드(101), 연마 패드 표면 상태, 슬러리 종류, 슬러리 유량, 웨이퍼 막종, 리테이너 링 홈, 리테이너 링 폭 등에 변경이 있다고 판정된 경우, 제어부(500)는 무부하 공회전으로 소정의 속도로 연마 테이블(100)이 회전하도록 제어한다. 그리고, 제어부(500)는 이때의 테이블 회전 토크 Tw를 계수 b1로서 취득한다.
(스텝 S104)
다음에, 제어부(500)는 반도체 웨이퍼 W, 리테이너 링(3)을 모두 연마 패드(101)에 접지시킨 상태에서, 제1 연마압 p1로 반도체 웨이퍼 W를 압박하면서 소정의 속도로 연마 테이블(100)을 회전시킨다. 그리고, 제어부(500)는 이때의 토탈 테이블 회전 토크 Tt1을 취득한다.
(스텝 S105)
다음에, 제어부(500)는 반도체 웨이퍼 W, 리테이너 링(3)을 모두 연마 패드(101)에 접지시킨 상태에서, 제2 연마압 p2로 반도체 웨이퍼 W를 압박하면서 소정의 속도로 연마 테이블(100)을 회전시킨다. 그리고, 제어부(500)는 이때의 토탈 테이블 회전 토크 Tt2를 취득한다.
(스텝 S106)
그리고, 제어부(500)는 계수 a1(=(Tw2-Tw1)/(p2-p1))을 산출한다(단, Tt=Tw+Tr로부터, Tw2-Tw1=(Tt2-Tr)-(Tt1-Tr)). 이에 의해, 웨이퍼 연마압 PABP와 웨이퍼 연마만의 경우의 테이블 회전 토크 Tw의 관계식(즉 수학식 4)이 결정된다. 그리고 제어부(500)는 계수 a1과 계수 b1을 갱신하여 기억한다. 이에 의해, 계수 a1과 계수 b1이 갱신되므로, 수학식 6도 갱신된다.
도 9는 연마 레시피 작성 시에 있어서의 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다.
(스텝 S201)
입력부(510)는 웨이퍼 연마압 설정값과 리테이너 링압 설정값의 입력을 접수하고, 접수한 웨이퍼 연마압 설정값과 리테이너 링압 설정값을 포함하는 입력 신호를 제어부(500)에 출력한다.
(스텝 S202)
다음에 제어부(500)는 웨이퍼 연마압 설정값을 수학식 6에 대입하고, 수학식 6에 따라서 반도체 웨이퍼 W가 슬립 아웃하지 않는 리테이너 링압의 하한값(RRP 하한값) PRRPS를 산출한다.
(스텝 S203)
다음에 제어부(500)는 스텝 S201에서 접수한 리테이너 링압 설정값이 RRP 하한값 PRRPS 이상인지 여부를 판정한다. 제어부(500)는 리테이너 링압 설정값이 RRP 하한값 PRRPS 이상이라고 판정한 경우, 그 리테이너 링압 설정값이면 반도체 웨이퍼 W가 슬립 아웃하지 않으므로, 연마 레시피의 작성을 종료한다.
(스텝 S204)
한편, 스텝 S203에서 리테이너 링압 설정값이 RRP 하한값 PRRPS 이상이 아니(즉 리테이너 링압 설정값이 RRP 하한값 PRRPS 미만)라고 판정된 경우, 제어부(500)는 경고를 발보한다. 예를 들어, 제어부(500)는 도시하지 않은 표시부에, 입력된 리테이너 링압 설정값에서는 반도체 웨이퍼 W가 슬립 아웃하므로, RRP 하한값 PRRPS 이상의 값을 입력하도록 촉구하는 정보를 표시시킨다. 그 후, 스텝 S201은, 입력부(510)는 다시, 웨이퍼 연마압 설정값과 리테이너 링압 설정값의 입력을 접수한다.
이상 도 9에서 예시한 것을 정리하면, 기억부(530)에는, 압박부의 압박력과 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 리테이너 부재의 압박력의 하한값의 관계가 기억되어 있다. 또한, 이 관계는, 관계식에만 한하지 않고, 테이블 등이어도 된다. 그리고, 제어부(500)는 압박부의 압박력의 설정값과 리테이너 부재의 압박력의 설정값을 취득하고, 당해 압박부의 압박력의 설정값을, 기억부(530)에 기억되어 있는 「압박부의 압박력과 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 리테이너 부재의 압박력의 하한값의 관계」에 적용하여, 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 리테이너 부재의 압박력의 하한값을 결정하고, 리테이너 부재의 압박력의 설정값이 하한값을 하회하는 경우 통지하기 위한 제어를 행한다.
이에 의해, 조작자가, 리테이너 부재의 압박력의 설정값이, 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 리테이너 부재의 압박력의 하한값을 하회하는 경우에 통지받으므로, 리테이너 부재의 압박력의 설정값을 당해 하한값 이상의 값으로 설정할 수 있다. 이 때문에, 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지할 수 있다.
또한, 압박부의 압박력과 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 리테이너 부재의 압박력의 하한값의 관계(도 6의 (C)의 관계 참조)는, 리테이너 부재를 연마 부재에 압박 접촉하지 않고 또한 연마 대상물을 연마 부재에 압박 접촉한 가상적인 경우에 있어서의, 연마 대상물의 피연마면과 연마 부재의 마찰력에 관한 정보와 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 리테이너 부재의 압박력의 하한값의 관계(도 6의 (B)의 관계 참조), 및 연마 대상물의 피연마면과 연마 부재의 마찰력에 관한 정보와 압박부의 압박력(웨이퍼 연마압)의 관계(도 6의 (A)의 관계)에 기초하여 정해져 있다.
이에 의해, 압박부의 압박력과 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 리테이너 부재의 압박력의 하한값의 관계가 정해진다.
또한, 도 8에서 설명한 바와 같이, 제어부(500)는 피연마면과 연마 부재 사이의 마찰 계수가 변할 수 있을 때에(도 8의 스텝 S101에서 "예"인 경우), 리테이너 부재를 연마 부재에 압박 접촉하지 않고 또한 연마 대상물을 연마 부재에 압박 접촉한 가상적인 경우에 있어서의, 「연마 대상물의 피연마면과 연마 부재의 마찰력에 관한 정보」와 압박부의 압박력의 관계(도 6의 (A)의 관계 참조)를 취득(도 8의 스텝 S103∼S106 참조)한다. 그리고 제어부(500)는 취득한 관계를 사용하여 압박부의 압박력과 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 리테이너 부재의 압박력의 하한값의 관계(도 6의 (C)의 관계 참조)를 갱신한다.
이것으로부터, 피연마면과 연마 부재 사이의 마찰 계수가 변할 수 있을 때마다, 압박부의 압박력과 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 리테이너 부재의 압박력의 하한값의 관계가 갱신된다.
여기서, 「연마 대상물의 피연마면과 연마 부재의 마찰력에 관한 정보」는, 피연마면과 연마 부재 사이의 마찰력, 연마 테이블의 회전 토크 또는 테이블 회전 모터의 전류값, 또는, 압박부의 회전 토크 또는 압박부 회전 모터의 전류값이다. 이와 같이, 연마 대상물의 피연마면과 연마 부재의 마찰력에 관한 정보는, 피연마면과 연마 부재 사이의 마찰력에만 한하지 않고, 연마 테이블의 회전 토크 또는 테이블 회전 모터의 전류값, 또는, 압박부의 회전 토크 또는 압박부 회전 모터의 전류값도 포함된다.
또한, 제어부(500)는 압박부의 압박력과 연마 대상물이 「슬립 아웃하지 않는」 리테이너 부재의 압박력의 「하한값」의 관계를 사용하였지만, 이에 한정되지 않고, 압박부의 압박력과 연마 대상물이 「슬립 아웃하는」 리테이너 부재의 압박력의 「상한값」의 관계를 사용해도 된다. 이 경우, 기억부(530)에는, 압박부의 압박력과 연마 대상물이 슬립 아웃하는 리테이너 부재의 압박력의 상한값의 관계가 기억되어 있다. 또한, 이 관계는, 관계식에만 한하지 않고, 테이블 등이어도 된다. 그리고 제어부(500)는 압박부의 압박력의 설정값과 리테이너 부재의 압박력의 설정값을 취득하고, 당해 압박부의 압박력의 설정값을, 기억부(530)에 기억되어 있는 「압박부의 압박력과 연마 대상물이 슬립 아웃하는 리테이너 부재의 압박력의 상한값의 관계」에 적용하여, 연마 대상물이 슬립 아웃하는 리테이너 부재의 압박력의 상한값을 결정하고, 리테이너 부재의 압박력의 설정값이 상한값 이하인 경우 통지하기 위한 제어를 행해도 된다.
이에 의해, 조작자가, 리테이너 부재의 압박력의 설정값이, 연마 대상물이 슬립 아웃하는 리테이너 부재의 압박력의 상한값 이하인 경우에 통지받으므로, 리테이너 부재의 압박력의 설정값을, 당해 상한값을 초과하는 값으로 설정할 수 있다. 이 때문에, 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지할 수 있다.
도 10은 실시예 1에 관한 연마 중에 있어서의 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다. 먼저, 도 3에 있어서의 제어부(500)는 반도체 웨이퍼 W의 연마를 개시하도록 제어한다. 이때, 반도체 웨이퍼 W의 피연마면의 이면을 압박부로 압박함으로써, 피연마면을 연마 패드(101)에 압박한다.
(스텝 S301)
막 두께 측정부(40)는 잔막 프로파일을 측정하고, 측정값을 제어부(500)의 폐루프 제어 장치(502)에 출력한다.
(스텝 S302)
다음에, 제어부(500)의 폐루프 제어 장치(502)는 잔막 프로파일이 목표 프로파일로 되어 있는지 여부를 판단한다. 잔막 프로파일이 목표 프로파일로 되어 있는 경우, 제어부(500)는 연마를 종료한다.
(스텝 S303)
한편, 스텝 S302에서 잔막 프로파일이 목표 프로파일로 되어 있지 않다고 판정된 경우, 폐루프 제어 장치(502)는 잔막 프로파일에 기초하여, 센터실(5), 리플실(6), 아우터실(7), 에지실(8), 리테이너 링 압력실(9)(이하, 총칭하여 「압력실」이라 칭함)에 공급하는 유체의 압력 지령값(압력 파라미터)을 산출하고, 이 압력 지령값을 나타내는 CLC 신호를 제어부(500)의 연마 제어 장치(501)에 출력한다.
(스텝 S304)
연마 제어 장치(501)는 CLC 신호를 사용하여, 웨이퍼 연마압과 리테이너 링 연마압을 갱신한다.
(스텝 S305)
연마 제어 장치(501)는 스텝 S304에서 갱신된 웨이퍼 연마압 갱신값을 수학식 6에 대입하고, 수학식 6에 따라서 반도체 웨이퍼 W가 슬립 아웃하지 않는 리테이너 링압의 하한값(RRP 하한값) PRRPS를 산출한다.
(스텝 S306)
다음에, 스텝 S304에서 갱신된 리테이너 링압 갱신값이, 스텝 S305에서 산출된 RRP 하한값 PRRPS 이상인지 여부를 판정한다.
(스텝 S307)
스텝 S306에 있어서 리테이너 링압 갱신값이 RRP 하한값 PRRPS 이상이라고 판정된 경우, 리테이너 링압 갱신값으로 되도록 리테이너 링압을 제어한다. 그 후, 처리가 스텝 S301로 되돌아간다.
(스텝 S308)
스텝 S306에 있어서 리테이너 링압 갱신값이 RRP 하한값 PRRPS 이상이 아니(즉 리테이너 링압 갱신값이 RRP 하한값 PRRPS 미만)라고 판정된 경우, RRP 하한값 PRRPS로 되도록 리테이너 링압을 제어한다. 그 후, 처리가 스텝 S301로 되돌아간다.
이상 도 10에서 예시한 것을 정리하면, 기억부(530)에는, 압박부의 압박력과 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 리테이너 부재의 압박력의 하한값의 관계가 기억되어 있다. 또한, 이 관계는, 관계식에만 한하지 않고, 테이블 등이어도 된다. 그리고 제어부(500)는 피연마면을 연마 중에 현재의 상기 압박부의 압박력을 취득하고, 당해 현재의 상기 압박부의 압박력을, 기억부(530)에 기억되어 있는 「압박부의 압박력과 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 리테이너 부재의 압박력의 하한값의 관계」(수학식 6 참조)에 적용하여, 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 리테이너 부재의 압박력의 하한값(RRP 하한값) PRRPS를 결정하고, 리테이너 부재의 압박력이 RRP 하한값 PRRPS 이상으로 되도록 리테이너 부재의 압박력을 제어한다.
이에 의해, 리테이너 부재의 압박력이 RRP 하한값 PRRPS 이상으로 되므로, 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지할 수 있다.
본 실시예에서는, 그 제어의 일례로서 제어부(500)는 현재의 리테이너 부재의 압박력이 상기 하한값 이상인 경우, 현재의 리테이너 부재의 압박력을 유지하고, 현재의 리테이너 부재의 압박력이 하한값 미만인 경우, 리테이너 부재의 압박력을 하한값으로 설정한다. 이에 의해, 리테이너 부재의 압박력이 항상 RRP 하한값 PRRPS 이상으로 되므로, 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지할 수 있다.
또한, 제어부(500)는 압박부의 압박력과 연마 대상물이 「슬립 아웃하지 않는」 리테이너 부재의 압박력의 「하한값」의 관계를 사용하였지만, 이에 한하지 않고, 압박부의 압박력과 연마 대상물이 「슬립 아웃하는」 리테이너 부재의 압박력의 「상한값」의 관계를 사용해도 된다. 이 경우, 기억부(530)에는, 압박부의 압박력과 연마 대상물이 슬립 아웃하는 리테이너 부재의 압박력의 상한값의 관계가 기억되어 있다. 또한, 이 관계는, 관계식에만 한하지 않고, 테이블 등이어도 된다. 그리고 제어부(500)는 상기 피연마면을 연마 중에 현재의 상기 압박부의 압박력을 취득하고, 당해 현재의 압박부의 압박력을, 기억부(530)에 기억되어 있는 「압박부의 압박력과 연마 대상물이 슬립 아웃하는 리테이너 부재의 압박력의 상한값의 관계」에 적용하여, 연마 대상물이 슬립 아웃하는 리테이너 부재의 압박력의 상한값을 결정하고, 리테이너 부재의 압박력이 상한값을 초과하도록 리테이너 부재의 압박력을 제어해도 된다.
이에 의해, 리테이너 부재의 압박력이, 연마 대상물이 슬립 아웃하는 리테이너 부재의 압박력의 상한값을 초과하므로, 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지할 수 있다.
<실시예 2>
계속해서, 실시예 2에 대하여 설명한다. 도 11을 사용하여 슬립 아웃하지 않는 토탈 테이블 회전 토크 Tt의 상한값의 결정 방법에 대하여 설명한다. 여기서, 토탈 테이블 회전 토크 Tt는, 리테이너 링 연마만의 경우의 테이블 회전 토크 Tr과 웨이퍼 연마만의 경우의 테이블 회전 토크 Tw의 합이다(Tt=Tr+Tw).
도 11의 (A)는 리테이너 링압 PRRP와, 리테이너 링 연마만의 경우의 테이블 회전 토크 Tr의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다. 도 11의 (A)의 직선 L7에 나타내는 바와 같이, 리테이너 링압 PRRP와 리테이너 링 연마만의 경우의 테이블 회전 토크 Tr은 선형의 관계를 갖는다. 리테이너 링 연마만의 경우의 테이블 회전 토크 Tr은 다음 수학식 7로 나타내어진다.
Figure pat00007
여기서, a3은 기울기를 나타내는 계수, b3은 절편을 나타내는 계수이다. 이들 계수 a3 및 b3은, 연마면(101a)의 마찰 계수가 변하면 변화되므로, 연마면(101a)의 마찰 계수가 변할 수 있는 경우에 다시 취득할 필요가 있다. 연마면(101a)의 마찰 계수가 변할 수 있는 경우란, 예를 들어 테이블 회전수, 연마 패드(101), 연마 패드 표면 상태, 슬러리 종류, 슬러리 유량, 웨이퍼 막종, 리테이너 링 홈, 리테이너 링 폭 등에 변경이 있는 경우이다.
도 11의 (B)는 리테이너 링압 PRRP와, 웨이퍼 연마만의 경우에 있어서 반도체 웨이퍼 W가 슬립 아웃하지 않는 테이블 회전 토크의 상한값 TwS의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다. 종축은, 웨이퍼 연마만의 경우의 테이블 회전 토크 Tw이고, 횡축이 리테이너 링압 PRRP이다. 도 11의 (B)의 직선 L8에 나타내는 바와 같이, 리테이너 링압 PRRP와, 웨이퍼 연마만의 경우에 있어서 반도체 웨이퍼 W가 슬립 아웃하지 않는 테이블 회전 토크의 상한값 TwS는 선형의 관계에 있다. 도 11의 (B)의 직선 L8을 상회하는 영역은, 웨이퍼 슬립 아웃 영역이다. 웨이퍼 연마만의 경우에 있어서 반도체 웨이퍼 W가 슬립 아웃하지 않는 테이블 회전 토크의 상한값 TwS는 다음 수학식 8로 나타내어진다.
Figure pat00008
여기서, a4는 기울기를 나타내는 계수, b4는 절편을 나타내는 계수이다. 이들 계수 a4 및 b4는, 연마면(101a)의 마찰 계수가 변해도 불변이다. 다음 수학식 9에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 연마만의 경우의 테이블 회전 토크 Tw는, 웨이퍼 연마만의 경우에 있어서 반도체 웨이퍼 W가 슬립 아웃하지 않는 테이블 회전 토크의 상한값 TwS 이하일 필요가 있다.
Figure pat00009
여기서, 본 실시 형태에서는 일례로서 드레스가 없으므로, Tt=Tw+Tr의 관계가 성립된다. 수학식 9의 우변의 TwS에 수학식 8을 대입하고, 수학식 9의 좌변의 Tw에 Tw=Tt-Tr을 대입하면, 다음 수학식 10이 얻어진다.
Figure pat00010
또한, 수학식 10의 좌변의 Tr에 수학식 7을 대입하면, 다음 수학식 11이 얻어진다.
Figure pat00011
여기서, Tts는, 반도체 웨이퍼 W가 슬립 아웃하지 않는 테이블 회전 토크의 상한값 Tts이다. 도 11의 (C)는 리테이너 링압 PRRP와, 반도체 웨이퍼 W가 슬립 아웃하지 않는 테이블 회전 토크의 상한값 Tts의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다. 종축은 테이블 회전 토크의 상한값 Tts이고, 횡축은 리테이너 링압 PRRP이다. 도 11의 (C)의 직선 L9를 상회하는 영역은, 웨이퍼 슬립 아웃 영역이다.
계속해서, 수학식 7의 계수 a3과 계수 b3의 결정 방법에 대하여 도 12를 사용하여 설명한다. 도 12는 실시예 2에 관한 테스트 연마 시의 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다. 이 테스트 연마 시에, 리테이너 링압 PRRP와, 리테이너 링 연마만의 경우의 테이블 회전 토크 Tr의 관계를 취득한다.
(스텝 S401)
제어부(500)는 테이블 회전수, 연마 패드(101), 연마 패드 표면 상태, 슬러리 종류, 슬러리 유량, 웨이퍼 막종, 리테이너 링 홈, 리테이너 링 폭 등에 변경이 있는지 여부를 판정한다. 여기에서 어떠한 변경이 있는 경우, 마찰 계수가 변할 수 있는 경우이다.
(스텝 S402)
스텝 S401에 있어서, 테이블 회전수, 연마 패드(101), 연마 패드 표면 상태, 슬러리 종류, 슬러리 유량, 웨이퍼 막종, 리테이너 링 홈, 리테이너 링 폭 등에 변경이 없다고 판정된 경우, 제어부(500)는 기존의 리테이너 링압 PRRP와, 리테이너 링 연마만의 경우의 테이블 회전 토크 Tr의 관계식을 사용한다.
(스텝 S403)
스텝 S401에 있어서, 테이블 회전수, 연마 패드(101), 연마 패드 표면 상태, 슬러리 종류, 슬러리 유량, 웨이퍼 막종, 리테이너 링 홈, 리테이너 링 폭 등에 변경이 있다고 판정된 경우, 제어부(500)는 무부하 공회전으로 소정의 속도로 연마 테이블(100)이 회전하도록 제어한다. 그리고, 제어부(500)는 이때의 테이블 회전 토크 Tr을 계수 b3으로서 취득한다.
(스텝 S404)
다음에, 제어부(500)는 반도체 웨이퍼 W를 연마 패드(101)에 접지시키지 않고 리테이너 링(3)을 연마 패드(101)에 접지시킨 상태에서, 제1 리테이너 링압 p3으로 리테이너 링(3)을 압박하면서 소정의 속도로 연마 테이블(100)을 회전시킨다. 그리고, 제어부(500)는 이때의 테이블 회전 토크 T3을 취득한다.
(스텝 S405)
다음에, 제어부(500)는 반도체 웨이퍼 W를 연마 패드(101)에 접지시키지 않고 리테이너 링(3)을 연마 패드(101)에 접지시킨 상태에서, 제2 리테이너 링압 p4로 리테이너 링(3)을 압박하면서 소정의 속도로 연마 테이블(100)을 회전시킨다. 그리고, 제어부(500)는 이때의 테이블 회전 토크 T4를 취득한다.
(스텝 S406)
그리고, 제어부(500)는 계수 a3(=(T4-T3)/(p4-p3))을 산출한다. 이에 의해, 리테이너 링압 PRRP와, 반도체 웨이퍼 W가 슬립 아웃하지 않는 테이블 회전 토크의 상한값 Tts의 관계식(즉 수학식 7)이 결정된다. 그리고 제어부(500)는 계수 a3과 계수 b3을 갱신하여 기억한다. 이에 의해, 계수 a3과 계수 b3이 갱신되므로, 수학식 11이 갱신된다.
계속해서, 실시예 2에 관한 연마 중의 이상 검출 처리에 대하여 설명한다. 도 13은 실시예 2에 관한 연마 중의 이상 검출 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다. 먼저, 제어부(500)는 반도체 웨이퍼 W의 연마를 개시하도록 제어한다. 이때, 반도체 웨이퍼 W의 피연마면의 이면을 압박부로 압박함으로써, 피연마면을 연마 패드(101)에 압박한다.
(스텝 S501)
제어부(500)는 연마 중에, 피연마면을 연마 중인 테이블 회전 모터(103)의 회전 토크(테이블 회전 토크)를 감시(모니터링)한다. 구체적으로는 예를 들어, 제어부(500)는 피연마면을 연마 중에 테이블 회전 모터(103)에 공급하는 전류의 값으로부터, 테이블 회전 토크를 갱신해 간다.
(스텝 S502)
다음에 제어부(500)는, 스텝 S501에서 검출한 테이블 회전 토크는, 수학식 11에 리테이너 링압 설정값을 대입함으로써 얻어지는, 반도체 웨이퍼 W가 슬립 아웃(웨이퍼 슬립 아웃)하지 않는 테이블 회전 토크의 상한값 Tts 이하인지 여부를 판정한다. 즉, 제어부(500)는, 스텝 S501에서 검출한 테이블 회전 토크는, 리테이너 링압 설정값에 대응하는, 웨이퍼 슬립 아웃하지 않는 테이블 회전 토크의 상한값 Tts 이하인지 여부를 판정한다.
(스텝 S503)
스텝 S502에 있어서 테이블 회전 토크가 웨이퍼 슬립 아웃하지 않는 테이블 회전 토크의 상한값 Tts 이하라고 판정된 경우, 제어부(500)는 그 상태 그대로의 리테이너 링압 설정값으로 연마를 계속한다.
(스텝 S504)
스텝 S502에 있어서 테이블 회전 토크가 웨이퍼 슬립 아웃하지 않는 테이블 회전 토크의 상한값 Tts 이하가 아니(즉 테이블 회전 토크가 웨이퍼 슬립 아웃하지 않는 테이블 회전 토크의 상한값 Tts를 초과한다)라고 판정된 경우, 제어부(500)는 리테이너 링압 설정값을 올리거나 또는 미리 정해진 이상시 처리를 실행한다. 리테이너 링압 설정값을 올릴 때에는, 예를 들어 제어부(500)는 리테이너 링압 설정값을 현재의 리테이너 링압 설정값에 대하여 미리 정해된 배율(예를 들어, 1.3배)로 되도록 변경해도 된다. 또한 이상시 처리는, 예를 들어 연마압을 가하지 않은 상태에서 연마를 강제 종료하는 처리, 물로 연마하는 처리, 또는 리테이너 링압을 내리지 않고 멤브레인의 압력만 내리는 처리 등이다. 그 후, 제어부(500)는 반도체 웨이퍼 W의 연마를 종료한다.
이상 도 13에서 예시한 것을 정리하면, 기억부(530)에는, 리테이너 부재의 압박력과 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 회전 토크의 상한값의 관계가 기억되어 있다. 또한, 이 관계는, 관계식에만 한하지 않고, 테이블 등이어도 된다. 그리고 제어부(500)는 리테이너 부재의 압박력의 설정값을 취득하고, 당해 취득한 리테이너 부재의 압박력의 설정값을, 기억부(530)에 기억되어 있는 「리테이너 부재의 압박력과 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 회전 토크의 상한값의 관계」에 적용하여, 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 회전 토크의 상한값을 결정하고, 당해 상한값과 피연마면을 연마 중인 테이블 회전 모터(103)의 회전 토크를 비교하고, 비교 결과에 따른 처리를 실행한다.
이에 의해, 제어부(500)는 연마 중인 테이블 회전 모터의 회전 토크가 당해 상한값을 초과하지 않도록 할 수 있으므로, 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지할 수 있다.
본 실시예에서는, 비교 결과에 따른 처리는, 연마 중인 테이블 회전 모터(103)의 회전 토크가 상한값 이하인 경우, 리테이너 부재의 압박력의 설정값으로 연마를 계속하도록 제어하고, 연마 중인 테이블 회전 모터(103)의 회전 토크가 상한값을 초과하는 경우, 리테이너 부재의 압박력을 올리거나 또는 미리 정해진 이상시 처리를 실행하는 것이다.
이에 의해, 회전 토크가 당해 상한값을 초과하지 않는 범위에서 연마를 계속할 수 있고, 회전 토크가 당해 상한값을 초과하는 경우에는, 리테이너 부재의 압박력을 올리거나 미리 정해진 이상시 처리를 실행하여, 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지할 수 있다.
리테이너 부재의 압박력과 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 회전 토크의 상한값의 관계(도 11의 (C)의 관계 참조)는 리테이너 부재를 연마 부재에 압박 접촉하지 않고 또한 연마 대상물을 연마 부재에 압박 접촉한 가상적인 경우에 있어서의, 리테이너 부재의 압박력과 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 회전 토크의 상한값의 관계(도 11의 (B)의 관계 참조) 및 리테이너 부재를 연마 부재에 압박 접촉하고 또한 연마 대상물을 연마 부재에 압박 접촉하지 않은 경우에 있어서의, 리테이너 부재의 압박력과 회전 토크의 관계(도 11의 (A)의 관계 참조)에 기초하여 정해져 있다.
이에 의해, 리테이너 부재의 압박력과 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 회전 토크의 상한값의 관계를 결정할 수 있다.
또한 제어부(500)는 피연마면과 연마 부재 사이의 마찰 계수가 변할 수 있을 때에(도 12의 스텝 S401에서 "예"일 때), 리테이너 부재를 연마 부재에 압박 접촉하고 또한 연마 대상물을 연마 부재에 압박 접촉하지 않은 경우에 있어서의, 리테이너 부재의 압박력과 회전 토크의 관계(도 11의 (A)의 관계 참조)를 취득한다(도 12의 스텝 S403∼S406 참조). 그리고 제어부(500)는 당해 취득한 관계를 사용하여, 리테이너 부재의 압박력과 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 회전 토크의 상한값의 관계(도 11의 (C)의 관계 참조)를 갱신한다.
이에 의해, 피연마면과 연마 부재 사이의 마찰 계수가 변할 수 있을 때마다, 리테이너 부재의 압박력과 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 회전 토크의 상한값의 관계가 갱신된다.
또한, 제어부(500)는 리테이너 부재의 압박력과 연마 대상물이 「슬립 아웃하지 않는」 회전 토크의 「상한값」의 관계를 사용하였지만, 이에 한하지 않고, 리테이너 부재의 압박력과 연마 대상물이 「슬립 아웃하는」 회전 토크의 「하한값」의 관계를 사용해도 된다. 그 경우, 기억부(530)에는, 리테이너 부재의 압박력과 연마 대상물이 슬립 아웃하는 회전 토크의 하한값의 관계가 기억되어 있다. 또한, 이 관계는, 관계식에만 한하지 않고, 테이블 등이어도 된다. 그리고 제어부(500)는 리테이너 부재의 압박력의 설정값을 취득하고, 당해 취득한 리테이너 부재의 압박력의 설정값을, 기억부(530)에 기억되어 있는 「리테이너 부재의 압박력과 연마 대상물이 슬립 아웃하는 회전 토크의 하한값의 관계」에 적용하여, 연마 대상물이 슬립 아웃하는 상기 회전 토크의 하한값을 결정해도 된다. 그리고, 제어부(500)는 당해 하한값과 피연마면을 연마 중인 테이블 회전 모터의 회전 토크를 비교하고, 비교 결과에 따른 처리를 실행해도 된다.
이에 의해, 제어부(500)는 연마 중인 테이블 회전 모터의 회전 토크가 당해 하한값을 하회하도록 할 수 있으므로, 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지할 수 있다.
또한, 각 실시 형태의 제어부(500)의 각 처리를 실행하기 위한 프로그램 또는 프로그램 프로덕트를 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록하고, 당해 기록 매체에 기록된 프로그램을 컴퓨터 시스템에 판독시켜, 프로세서가 실행함으로써, 각 실시 형태의 제어부(500)에 관한 상술한 다양한 처리를 행해도 된다.
이상, 본 발명은 상기 실시 형태 그대로 한정되는 것은 아니고, 실시 단계에서는 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소를 변형하여 구체화할 수 있다. 또한, 상기 실시 형태에 개시되어 있는 복수의 구성 요소의 적당한 조합에 의해, 다양한 발명을 형성할 수 있다. 예를 들어, 실시 형태에 나타내어지는 전체 구성 요소로부터 몇 가지의 구성 요소를 삭제해도 된다. 또한, 상이한 실시 형태에 관한 구성 요소를 적절히 조합해도 된다.
1 : 톱링(기판 보유 지지 장치)
2 : 톱링 본체
3 : 리테이너 링
4 : 탄성막(멤브레인)
4a : 격벽
5 : 센터실
6 : 리플실
7 : 아우터실
8 : 에지실
9 : 리테이너 링 압력실
10 : 연마 장치
11, 12, 13, 14, 15 : 유로
16 : 속도 센서
21, 22, 23, 24, 26 : 유로
25 : 로터리 조인트
31 : 진공원
32 : 탄성막(멤브레인)
33 : 실린더
35 : 기수 분리조
V1-1∼V1-3, V2-1∼V2-3, V3-1∼V3-3, V4-1∼V4-3, V5-1∼V5-3 : 밸브
R1, R2, R3, R4, R5 : 압력 레귤레이터
P1, P2, P3, P4, P5 : 압력 센서
F1, F2, F3, F4, F5 : 유량 센서
40 : 막 두께 측정부
60 : 연마액 공급 노즐
100 : 연마 테이블
101 : 연마 패드
101a : 연마면
103 : 테이블 회전 모터
110 : 톱링 헤드
111 : 톱링 샤프트
112 : 회전 통
113 : 타이밍 풀리
114 : 톱링용 회전 모터(압박부 회전 모터)
115 : 타이밍 벨트
116 : 타이밍 풀리
117 : 톱링 헤드 샤프트
124 : 상하 이동 기구
126 : 베어링
128 : 브리지
129 : 지지대
130 : 지주
131 : 진공원
132 : 볼 나사
132a : 나사축
132b : 너트
138 : 서보 모터
500 : 제어부
501 : 연마 제어 장치
502 : 폐루프 제어 장치
510 : 입력부
520 : 통지부
530 : 기억부

Claims (19)

  1. 연마 대상물의 피연마면과 연마 부재를 상대적으로 미끄럼 이동시켜 상기 피연마면을 연마하는 연마 장치이며,
    상기 연마 대상물의 상기 피연마면의 이면을 압박함으로써, 상기 피연마면을 상기 연마 부재에 압박하는 압박부와,
    상기 압박부의 외측에 배치되어 상기 연마 부재를 압박하는 리테이너 부재와,
    상기 리테이너 부재의 압박력에 관한 정보를 사용하여 정해진 상기 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지하는 조건에 관계되는 정보가 기억되어 있는 기억부와,
    상기 연마 대상물의 상기 피연마면과 상기 연마 부재의 마찰력에 관한 정보 또는 상기 리테이너 부재의 압박력에 관한 정보를 취득하고, 당해 취득한 마찰력에 관한 정보 또는 당해 취득한 리테이너 부재의 압박력에 관한 정보를 사용하여, 상기 슬립 아웃을 방지하는 조건에 적합시키기 위한 제어를 행하는 제어부를 구비하는, 연마 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 슬립 아웃을 방지하는 조건에 적합하도록, 연마 중에 있어서의 상기 연마 대상물의 상기 피연마면과 상기 연마 부재의 마찰력에 관한 정보에 따라서, 상기 리테이너 부재의 압박력을 제어하는, 연마 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 연마 대상물의 상기 피연마면과 상기 연마 부재의 마찰력에 관한 정보는, 연마 중의 상기 압박부의 압박력이고,
    상기 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지하는 조건에 관계되는 정보는, 상기 압박부의 압박력과 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 상기 리테이너 부재의 압박력의 하한값의 관계이고,
    상기 제어부는, 상기 피연마면을 연마 중에 현재의 상기 압박부의 압박력을 취득하고, 당해 현재의 상기 압박부의 압박력을, 상기 압박부의 압박력과 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 상기 리테이너 부재의 압박력의 하한값의 관계에 적용하여, 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 상기 리테이너 부재의 압박력의 하한값을 결정하고, 상기 리테이너 부재의 압박력이 상기 하한값 이상으로 되도록 상기 리테이너 부재의 압박력을 제어하는, 연마 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 현재의 리테이너 부재의 압박력이 상기 하한값 이상인 경우, 상기 현재의 상기 리테이너 부재의 압박력을 유지하고, 상기 현재의 리테이너 부재의 압박력이 상기 하한값 미만인 경우, 상기 리테이너 부재의 압박력을 상기 하한값으로 설정하는, 연마 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연마 대상물의 상기 피연마면과 상기 연마 부재의 마찰력에 관한 정보는, 상기 압박부의 압박력의 설정값이고,
    상기 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지하는 조건에 관계되는 정보는, 상기 압박부의 압박력과 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 상기 리테이너 부재의 압박력의 하한값의 관계이고,
    상기 제어부는, 상기 압박부의 압박력의 설정값과 상기 리테이너 부재의 압박력의 설정값을 취득하고, 당해 압박부의 압박력의 설정값을, 상기 압박부의 압박력과 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 상기 리테이너 부재의 압박력의 하한값의 관계에 적용하여, 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 상기 리테이너 부재의 압박력의 하한값을 결정하고, 상기 리테이너 부재의 압박력의 설정값이 상기 하한값을 하회하는 경우 통지하기 위한 제어를 행하는, 연마 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 압박부의 압박력과 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 상기 리테이너 부재의 압박력의 하한값의 관계는, 상기 리테이너 부재를 상기 연마 부재에 압박 접촉하지 않고 또한 상기 연마 대상물을 상기 연마 부재에 압박 접촉한 가상적인 경우에 있어서의, 상기 연마 대상물의 상기 피연마면과 상기 연마 부재의 마찰력에 관한 정보와 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 상기 리테이너 부재의 압박력의 하한값의 관계, 및 상기 연마 대상물의 상기 피연마면과 상기 연마 부재의 마찰력에 관한 정보와 상기 압박부의 압박력의 관계에 기초하여 정해져 있는, 연마 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 피연마면과 상기 연마 부재 사이의 마찰 계수가 변할 수 있을 때에, 상기 리테이너 부재를 상기 연마 부재에 압박 접촉하지 않고 또한 상기 연마 대상물을 상기 연마 부재에 압박 접촉한 가상적인 경우에 있어서의, 상기 연마 대상물의 상기 피연마면과 상기 연마 부재의 마찰력에 관한 정보와 상기 압박부의 압박력의 관계를 취득하고, 상기 취득한 관계를 사용하여 상기 압박부의 압박력과 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 상기 리테이너 부재의 압박력의 하한값의 관계를 갱신하는, 연마 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 연마 부재를 표면에 보유 지지하는 연마 테이블과,
    상기 연마 테이블을 회전시키는 테이블 회전 모터와,
    상기 압박부를 회전시키는 압박부 회전 모터를 더 구비하고,
    상기 연마 대상물의 상기 피연마면과 상기 연마 부재의 마찰력에 관한 정보와 상기 압박부의 압박력의 관계에 있어서의 상기 마찰력에 관한 정보는, 상기 피연마면과 상기 연마 부재 사이의 마찰력, 상기 연마 테이블의 회전 토크 또는 상기 테이블 회전 모터의 전류값, 또는, 상기 압박부의 회전 토크 또는 상기 압박부 회전 모터의 전류값인, 연마 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 연마 부재를 표면에 보유 지지하는 연마 테이블과,
    상기 연마 테이블을 회전시키는 테이블 회전 모터를 더 구비하고,
    상기 리테이너 부재의 압박력에 관한 정보는, 상기 리테이너 부재의 압박력의 설정값이고,
    상기 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지하는 조건에 관계되는 정보는, 상기 리테이너 부재의 압박력과 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 회전 토크의 상한값의 관계이고,
    상기 제어부는, 상기 리테이너 부재의 압박력의 설정값을 취득하고, 당해 취득한 상기 리테이너 부재의 압박력의 설정값을 상기 리테이너 부재의 압박력과 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 회전 토크의 상한값의 관계에 적용하여, 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 상기 회전 토크의 상한값을 결정하고, 당해 상한값과 상기 피연마면을 연마 중인 상기 테이블 회전 모터의 회전 토크를 비교하고, 비교 결과에 따른 처리를 실행하는, 연마 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 비교 결과에 따른 처리는, 상기 연마 중인 상기 테이블 회전 모터의 회전 토크가 상기 상한값 이하인 경우, 상기 리테이너 부재의 압박력의 설정값으로 연마를 계속하도록 제어하고, 상기 연마 중인 상기 테이블 회전 모터의 회전 토크가 상기 상한값을 초과하는 경우, 상기 리테이너 부재의 압박력을 올리거나 또는 미리 정해진 이상시 처리를 실행하는 것인, 연마 장치.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 리테이너 부재의 압박력과 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 상기 회전 토크의 상한값의 관계는, 상기 리테이너 부재를 상기 연마 부재에 압박 접촉하지 않고 또한 상기 연마 대상물을 상기 연마 부재에 압박 접촉한 가상적인 경우에 있어서의, 상기 리테이너 부재의 압박력과 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 상기 회전 토크의 상한값의 관계, 및 상기 리테이너 부재를 상기 연마 부재에 압박 접촉하고 또한 상기 연마 대상물을 상기 연마 부재에 압박 접촉하지 않은 경우에 있어서의, 상기 리테이너 부재의 압박력과 상기 회전 토크의 관계에 기초하여 정해져 있는, 연마 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 피연마면과 상기 연마 부재 사이의 마찰 계수가 변할 수 있을 때에, 상기 리테이너 부재를 상기 연마 부재에 압박 접촉하고 또한 상기 연마 대상물을 상기 연마 부재에 압박 접촉하지 않은 경우에 있어서의, 상기 리테이너 부재의 압박력과 상기 회전 토크의 관계를 취득하고, 당해 취득한 관계를 사용하여, 상기 리테이너 부재의 압박력과 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하지 않는 상기 회전 토크의 상한값의 관계를 갱신하는, 연마 장치.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 연마 대상물의 상기 피연마면과 상기 연마 부재의 마찰력에 관한 정보는, 연마 중의 상기 압박부의 압박력이고,
    상기 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지하는 조건에 관계되는 정보는, 상기 압박부의 압박력과 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하는 상기 리테이너 부재의 압박력의 상한값의 관계이고,
    상기 제어부는, 상기 피연마면을 연마 중에 현재의 상기 압박부의 압박력을 취득하고, 당해 현재의 상기 압박부의 압박력을, 상기 압박부의 압박력과 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하는 상기 리테이너 부재의 압박력의 상한값의 관계에 적용하여, 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하는 상기 리테이너 부재의 압박력의 상한값을 결정하고, 상기 리테이너 부재의 압박력이 상기 상한값을 초과하도록 상기 리테이너 부재의 압박력을 제어하는, 연마 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 연마 대상물의 상기 피연마면과 상기 연마 부재의 마찰력에 관한 정보는, 상기 압박부의 압박력의 설정값이고,
    상기 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지하는 조건에 관계되는 정보는, 상기 압박부의 압박력과 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하는 상기 리테이너 부재의 압박력의 상한값의 관계이고,
    상기 제어부는, 상기 압박부의 압박력의 설정값과 상기 리테이너 부재의 압박력의 설정값을 취득하고, 당해 압박부의 압박력의 설정값을, 상기 압박부의 압박력과 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하는 상기 리테이너 부재의 압박력의 상한값의 관계에 적용하여, 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하는 상기 리테이너 부재의 압박력의 상한값을 결정하고, 상기 리테이너 부재의 압박력의 설정값이 상기 상한값 이하인 경우 통지하기 위한 제어를 행하는, 연마 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 연마 부재를 표면에 보유 지지하는 연마 테이블과,
    상기 연마 테이블을 회전시키는 테이블 회전 모터를 더 구비하고,
    상기 리테이너 부재의 압박력에 관한 정보는, 상기 리테이너 부재의 압박력의 설정값이고,
    상기 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지하는 조건에 관계되는 정보는, 상기 리테이너 부재의 압박력과 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하는 회전 토크의 하한값의 관계이고,
    상기 제어부는, 상기 리테이너 부재의 압박력의 설정값을 취득하고, 당해 취득한 상기 리테이너 부재의 압박력의 설정값을 상기 리테이너 부재의 압박력과 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하는 회전 토크의 하한값의 관계에 적용하여, 상기 연마 대상물이 슬립 아웃하는 상기 회전 토크의 하한값을 결정하고, 당해 하한값과 상기 피연마면을 연마 중인 상기 테이블 회전 모터의 회전 토크를 비교하고, 비교 결과에 따른 처리를 실행하는, 연마 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 슬립 아웃을 방지하는 조건은, 상기 리테이너 부재의 압박력이, 상기 리테이너 부재를 상기 연마 부재에 압박 접촉하지 않고 또한 상기 연마 대상물을 상기 연마 부재에 압박 접촉한 가상적인 경우에 있어서의 상기 테이블 회전 모터의 회전 토크에 대응하는 역치 압박력 이상 또는 당해 역치 압박력을 초과한다고 하는 조건인, 연마 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 슬립 아웃을 방지하는 조건은, 상기 리테이너 부재의 압박력이, 상기 리테이너 부재를 상기 연마 부재에 압박 접촉하지 않고 또한 상기 연마 대상물을 상기 연마 부재에 압박 접촉한 가상적인 경우에 있어서의 상기 테이블 회전 모터의 회전 토크를 변수로 하는 1차 함수의 값 이상이라고 하는 조건인, 연마 장치.
  18. 리테이너 부재의 압박력에 관한 정보를 사용하여 정해진 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지하는 조건에 관계되는 정보가 기억되어 있는 기억부를 참조하여 제어를 행하는 제어 방법이며,
    상기 연마 대상물의 상기 피연마면과 상기 연마 부재의 마찰력에 관한 정보 또는 상기 리테이너 부재의 압박력에 관한 정보를 취득하는 공정과,
    당해 취득한 마찰력에 관한 정보 또는 당해 취득한 리테이너 부재의 압박력에 관한 정보를 사용하여, 상기 슬립 아웃을 방지하는 조건에 적합시키기 위한 제어를 행하는 공정을 갖는, 제어 방법.
  19. 리테이너 부재의 압박력에 관한 정보를 사용하여 정해진 연마 대상물의 슬립 아웃을 방지하는 조건에 관계되는 정보가 기억되어 있는 기억부를 참조하여 제어를 행하기 위한 기록매체에 저장된 프로그램이며,
    상기 연마 대상물의 상기 피연마면과 상기 연마 부재의 마찰력에 관한 정보 또는 상기 리테이너 부재의 압박력에 관한 정보를 취득하는 명령과,
    당해 취득한 마찰력에 관한 정보 또는 당해 취득한 리테이너 부재의 압박력에 관한 정보를 사용하여, 상기 슬립 아웃을 방지하는 조건에 적합시키기 위한 제어를 행하는 명령을 컴퓨터에 실행시키기 위한, 기록매체에 저장된 프로그램.
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