KR20190066590A - 연마 장치, 및 연마 방법 - Google Patents

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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

톱링을 요동 암의 단부에 보유 지지하는 연마 방식에 있어서, 연마 종점 검출의 정밀도를 향상시킨다. 연마 테이블에 의해 연마 패드를 보유 지지한다. 연마 테이블을 제1 전동 모터에 의해 회전 구동한다. 반도체 웨이퍼를 보유 지지함과 함께 연마 패드에 압박하기 위한 톱링을 톱링용 모터에 의해 회전 구동한다. 요동 암에 의해 톱링을 유지한다. 요동 암 위의 요동 중심의 둘레로 요동 암을 요동축 모터에 의해 요동한다. 요동축 모터의 전류값을 검출하고, 제1 출력을 생성한다. 반도체 웨이퍼를 요동 암 위의 요동 중심의 둘레로 요동시켜 반도체 웨이퍼를 연마하고 있을 때, 제1 출력의 변화량을 증가시키고, 연마 패드와 반도체 웨이퍼 사이의 마찰력의 변화를 검지한다.

Description

연마 장치, 및 연마 방법{POLISHING APPARATUS AND POLISHING METHOD}
본 발명은, 연마 장치, 및 연마 방법에 관한 것이다.
근년, 반도체 디바이스의 고집적화가 진행됨에 따라서 회로의 배선이 미세화하고, 배선 간 거리도 보다 좁아져 가고 있다. 반도체 디바이스의 제조에서는, 반도체 웨이퍼의 위에 많은 종류의 재료가 막상으로 반복하여 형성되고, 적층 구조를 형성한다. 이 적층 구조를 형성하기 위해서는, 반도체 웨이퍼의 표면을 평탄하게 하는 기술이 중요해지고 있다. 이러한 반도체 웨이퍼의 표면을 평탄화하는 하나의 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(반도체 웨이퍼 등의 기판)을 연마하기 위한 연마 패드가 설치된 연마 테이블과, 연마 대상물을 보유 지지하여 연마 패드에 압박하기 위해서 반도체 웨이퍼를 보유 지지하는 톱링을 갖는다. 연마 테이블과 톱링은 각각, 구동부(예를 들어 모터)에 의해 회전 구동된다. 또한, 연마 장치는, 연마액을 연마 패드 위에 공급하는 노즐을 구비하고 있다. 노즐로부터 연마액을 연마 패드 위로 공급하면서, 톱링에 의해 반도체 웨이퍼를 연마 패드에 압박하고, 또한 톱링과 연마 테이블을 상대 이동시킴으로써, 반도체 웨이퍼를 연마하여 그 표면을 평탄하게 한다. 톱링과, 톱링의 구동부의 보유 지지 방식으로서는, 이들을 요동 암(캔틸레버 암)의 단부에 보유 지지하는 방식과, 톱링과, 톱링의 구동부를 캐러셀에 보유 지지하는 방식이 있다.
연마 장치에서는, 연마 대상물의 연마가 불충분하면, 회로 간의 절연이 취해지지 않아, 쇼트될 우려가 생긴다. 또한, 과연마로 된 경우에는, 배선의 단면적이 줄어드는 것에 따른 저항값의 상승, 또는 배선 자체가 완전히 제거되고, 회로 자체가 형성되지 않는 등의 문제가 발생한다. 이 때문에, 연마 장치에서는, 최적의 연마 종점을 검출하는 것이 요구된다.
연마 종점 검출 수단의 하나로서, 연마가 이재질(異材質)의 물질로 이행했을 때의 연마 마찰력의 변화를 검출하는 방법이 알려져 있다. 연마 대상물인 반도체 웨이퍼는 반도체, 도체, 절연체의 서로 다른 재질로 이루어지는 적층 구조를 갖고 있으며, 이재질 층간에서 마찰 계수가 상이하다. 이 때문에, 연마가 이재질층으로 이행함으로써 발생하는 연마 마찰력의 변화를 검출하는 방법이다. 이 방법에 의하면, 연마가 이재질층에 도달했을 때가 연마의 종점으로 된다.
또한, 연마 장치는, 연마 대상물의 연마 표면이 평탄하지 않은 상태로부터 평탄해졌을 때의 연마 마찰력의 변화를 검출함으로써, 연마 종점을 검출할 수도 있다.
여기서, 연마 대상물을 연마할 때 발생하는 연마 마찰력은, 연마 테이블 또는 톱링을 회전 구동하는 구동부의 구동 부하로서 나타난다. 예를 들어, 구동부가 전동 모터의 경우에는, 구동 부하(토크)는 모터에 흐르는 전류로서 측정할 수 있다. 이 때문에, 모터 전류(토크 전류)를 전류 센서에 의해 검출하고, 검출한 모터 전류의 변화에 기초하여 연마의 종점을 검출할 수 있다.
일본 특허공개 제2004-249458호에는, 요동 암의 단부에 톱링을 보유 지지하는 방식에 있어서, 연마 테이블을 구동하는 모터의 모터 전류를 이용하여 연마 마찰력을 측정하여, 연마의 종점을 검출하는 방법을 개시한다. 캐러셀에 복수의 톱링을 보유 지지하는 방식에 있어서는, 캐러셀 회전 모터의 토크 전류(모터 전류) 검지에 의한 종점 검지 방법(일본 특허공개 제2001-252866호, 미국 특허 제6293845호)이 있다. 또한, 캐러셀에 설치한 리니어 모터에 의해 가로 방향으로 톱링이 구동되는 방식도 있다. 이 방식에서는, 리니어 모터의 토크 전류(모터 전류) 검지에 의한 종점 검지 방법을 행한다.
일본 특허공개 제2004-249458호 일본 특허공개 제2001-252866호 미국 특허 제6293845호
연마 장치에 의해 실행되는 연마 프로세스에는, 요동 암을 요동시키면서 연마하는 경우, 요동 암을 요동시키지 않고 연마하는 경우, 연마 대상물의 종류, 연마 패드의 종류, 연마지액(슬러리)의 종류 등의 조합에 의해 복수의 연마 조건이 존재한다. 이들 복수의 연마 조건 중에는, 구동부의 구동 부하에 변화가 발생해도 토크 전류의 변화(특징점)가 크게 나타나지 않는 경우가 있다. 토크 전류의 변화가 작은 경우, 토크 전류에 드러나는 노이즈나, 토크 전류의 파형에 발생하는 굴곡 부분의 영향을 받아, 연마의 종점을 적절하게 검출할 수 없을 우려가 있어, 과연마 등의 문제가 발생할 수 있다.
특히, 요동 암을 요동시키면서 연마하는 경우, 톱링이나 연마 테이블의 모터 전류의 변동에 의한 마찰력 변동의 검지는, 이하의 문제가 있다. 요동 암의 요동 동작에 기인하여 모터 전류가 변동한다. 예를 들어, 톱링이 요동하기 때문에 톱링과 연마 테이블 사이의 상대 속도가 변화하는 것에 기인하여 모터 전류가 변동된다. 모터 전류의 변동 요인으로서, 요동 암을 요동시키지 않고 연마하는 경우에 비하여, 변동 요소가 증가한다. 이 때문에, 마찰력의 변동 검지를, 톱링이나 연마 테이블의 모터 전류의 변동으로부터 검지하는 것이 곤란하였다.
또한, 연마의 종점을 적절하게 검출하는 것은, 연마 패드의 드레싱에 있어서도 중요하다. 드레싱은, 다이아몬드 등의 지석이 표면에 배치된 패드 드레서를 연마 패드에 접촉하여 행한다. 패드 드레서에 의해, 연마 패드의 표면을 깎거나, 또는, 조면화하여 연마 개시 전에 연마 패드의 슬러리의 보유 지지성을 양호하게 하고, 또는 사용 중인 연마 패드의 슬러리의 보유 지지성을 회복시켜 연마 능력을 유지한다.
그래서, 본 발명의 일 형태는, 톱링을 요동 암의 단부에 보유 지지하는 방식에 있어서, 연마 종점 검출의 정밀도를 향상시키는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 제1 형태에서는, 연마 패드와, 상기 연마 패드에 대향하여 배치되는 피연마물의 사이에서 연마를 행하기 위한 연마 장치이며, 상기 연마 패드를 보유 지지 가능한 연마 테이블과, 상기 연마 테이블을 회전 구동 가능한 제1 전동 모터와, 상기 피연마물을 보유 지지함과 함께 상기 연마 패드로 압박 가능한 보유 지지부와, 상기 보유 지지부를 회전 구동 가능한 제2 전동 모터와, 상기 보유 지지부를 보유 지지하는 요동 암과, 상기 요동 암 위의 요동 중심의 둘레로 상기 요동 암을 요동 가능한 제3 전동 모터와, 상기 제1, 제2 및 제3 전동 모터 중 1개의 전동 모터의 전류값, 및/또는 상기 1개의 전동 모터의 토크 명령값을 검출하여, 제1 출력을 생성 가능한 검출부와, 상기 피연마물을 상기 요동 암 위의 요동 중심의 둘레로 요동시켜 상기 피연마물을 연마하고 있을 때, 상기 제1 출력의 변화량을 증가시키고, 상기 연마 패드와 상기 피연마물 사이의 마찰력의 변화를 검지 가능한 변화 검지부를 갖는 것을 특징으로 하는 연마 장치라는 구성을 취하고 있다.
여기서, 피연마물에는, 「기판」, 「웨이퍼」, 「실리콘 웨이퍼」, 「반도체 웨이퍼」, 「유리 기판」, 「프린트 기판」이 포함된다. 피연마물의 형상은, 원형의 형상으로 한정되지 않고, 예를 들어 사각 형상이어도 된다. 또한, 피연마물에는, 기판 등 이외에, 연마 패드도 포함된다. 즉, 연마 패드의 드레싱에도, 본 실시 형태를 적용할 수 있다. 따라서, 연마의 종료란, 기판 등의 경우, 기판 등의 표면의 연마 종료를 의미한다. 또한, 처리의 종료란, 기판 등의 연마를 행할 때는 연마의 종료를, 연마 패드의 드레싱을 행할 때에는, 연마 패드의 표면의 드레싱 처리(또는 dressing 처리)의 종료를 의미한다.
본 실시 형태에서는, 피연마물을 요동 암 위의 요동 중심의 둘레로 요동시켜 피연마물을 연마하고 있을 때, 제1 출력의 변화량을 증가시켜, 연마 패드와 피연마물 사이의 마찰력의 변화를 검지하기 때문에, 연마 종점 검출의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
요동 암의 루트부에서 토크 측정을 행하는 방식(예를 들어, 제3 전동 모터의 전류를 측정하는 방식)의 경우, 상술한 톱링이나 연마 테이블의 모터 전류의 변동에 의한 마찰력 변동의 검지 방식에 비하여, 마찰력 변동의 검출 감도(S/N)는 향상된다. 그러나, 종래 기술에서는, 요동 암을 요동시키면서 연마하는 경우에 발생하는 상술한 문제에 의해, 요동하고 있을 때의 마찰력의 변화 검지는 곤란하였다.
요동 암의 단부에 톱링을 보유 지지하는 방식에서는, 요동 암을 구동하는 모터의 전류값은 요동 암을 요동시키면서 연마할지 여부에 따라서, 후술하는 바와 같이 파형이 상이하다. 요동 암을 요동시키지 않고 연마하는 경우, 요동 암을 구동하는 모터는, 톱링을, 소정의 정위치에 유지하기 위해서 전류를 흐르게 한다(서보 로크 상태). 요동 암을 요동시키면서 연마하는 경우, 요동 암을 구동하는 모터는, 모터를 회전시키기 위한 전류를 흐르게 한다. 요동 암을 요동시키면서 연마하는 경우에는, 요동시키지 않고 연마하는 경우에 비하여, 마찰력이 변화되었을 때의 요동 암을 구동하는 모터의 전류 및 토크 명령값의 변화량이 적다는 것을 알게 되었다. 따라서, 요동 암을 요동시키면서 연마하는 경우에는, 요동시키지 않고 연마하는 경우에 비하여, 모터의 전류 및 토크 명령값의 변화점을 검출하는 것이 상대적으로 곤란하다.
요동 암이 요동하고 있을 때에는, 요동 암의 부속품이나 베어링의 영향을 받기 때문에, 모터의 구동 전류에는, 요동시키지 않고 연마하는 경우에 비하여, 많은 노이즈가 발생한다는 문제도 있다. 이러한 점에서도, 요동 암을 요동시키면서 연마하는 경우에는, 요동시키지 않고 연마하는 경우에 비하여, 모터의 전류 및 토크 명령값의 변화점을 검출하는 것이 상대적으로 곤란하다.
본 실시 형태에서는, 모터의 전류 및/또는 토크 명령값의 변화점을 검출하는 것이 상대적으로 곤란하다는 상황에 있어서, 연마 종점 검출의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
제2 형태에서는, 상기 제1 출력은, 상기 요동 암의 요동 운동과 동기 가능한 것을 특징으로 하는 제1 형태에 기재된 연마 장치라는 구성을 취하고 있다.
제3 형태에서는, 상기 제1 출력은, 상기 요동 암에 가해지는 상기 요동 중심에 있어서의 암 토크의 변동과 동기 가능한 것을 특징으로 하는 제1 형태 또는 제2 형태에 기재된 연마 장치라는 구성을 취하고 있다.
제4 형태에서는, 상기 변화 검지부는, 상기 제1 출력을 상수 배로 함으로써, 상기 제1 출력의 변화량을 증가시킬 수 있는 것을 특징으로 하는, 제1 형태 내지 제3 형태 중 어느 하나에 기재된 연마 장치라는 구성을 취하고 있다.
제5 형태에서는, 상기 변화 검지부는, 상기 제1 출력을 평균화함으로써, 상기 제1 출력에 포함되는 노이즈를 저감할 수 있는 것을 특징으로 하는, 제1 형태 내지 제4 형태 중 어느 하나에 기재된 연마 장치라는 구성을 취하고 있다.
제6 형태에서는, 검지된 상기 마찰력의 변화에 기초하여, 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출 가능한 종점 검출부를 갖는 것을 특징으로 하는, 제1 형태 내지 제5 형태 중 어느 하나에 기재된 연마 장치라는 구성을 취하고 있다.
제7 형태에서는, 상기 변화 검지부는, 상기 제1 출력을 증폭시킴으로써, 또는 상기 제1 출력에, 상기 제1 출력에 따른 소정값을 가산함으로써, 상기 제1 출력의 변화량을 증가시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 연마 장치 제1 형태 내지 제6 형태 중 어느 하나에 기재된 연마 장치라는 구성을 취하고 있다.
제8 형태에서는, 상기 변화 검지부는, 상기 제1 출력을 평활화한 양을 구할 수 있는 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 연마 장치라는 구성을 취하고 있다.
제9 형태에서는, 연마 패드와, 상기 연마 패드에 대향하여 배치되는 피연마물의 사이에서 연마를 행하기 위한 연마 방법이며, 연마 테이블에 의해 상기 연마 패드를 보유 지지하는 스텝과, 상기 연마 테이블을 제1 전동 모터에 의해 회전 구동하는 스텝과, 상기 피연마물을 보유 지지함과 함께 상기 연마 패드에 압박하기 위한 보유 지지부를 제2 전동 모터에 의해 회전 구동하는 스텝과, 요동 암에 의해 상기 보유 지지부를 보유 지지하는 스텝과, 상기 요동 암 위의 요동 중심의 둘레로 상기 요동 암을 제3 전동 모터에 의해 요동시키는 스텝과, 상기 제1, 제2 및 제3 전동 모터 중 1개의 전동 모터의 전류값 및/또는 상기 1개의 전동 모터의 토크 명령값을 검출하고, 제1 출력을 생성하는 스텝과, 상기 피연마물을 상기 요동 암 위의 요동 중심의 둘레로 요동시켜 상기 피연마물을 연마하고 있을 때, 상기 제1 출력의 변화량을 증가시키고, 상기 연마 패드와 상기 피연마물 사이의 마찰력의 변화를 검지하는 스텝을 갖는 것을 특징으로 하는 연마 방법이라는 구성을 취하고 있다.
제10 형태에서는, 연마 패드를 보유 지지하는 연마 테이블을 회전 구동 가능한 제1 전동 모터와, 피연마물을 보유 지지함과 함께 상기 연마 패드에 압박 가능한 보유 지지부를 회전 구동 가능한 제2 전동 모터와, 상기 보유 지지부를 보유 지지하는 요동 암 위의 요동 중심의 둘레로 상기 요동 암을 요동 가능한 제3 전동 모터와, 상기 제1, 제2 및 제3 전동 모터 중 1개의 전동 모터의 전류값, 및/또는 상기 1개의 전동 모터의 토크 명령값을 검출하여, 제1 출력을 생성 가능한 검출부를 갖고 상기 피연마물을 연마 가능한 연마 장치를 제어하기 위한 컴퓨터를, 상기 피연마물을 상기 요동 암 위의 요동 중심의 둘레로 요동시켜 상기 피연마물을 연마하고 있을 때, 상기 제1 출력의 변화량을 증가시키고, 상기 연마 패드와 상기 피연마물 사이의 마찰력의 변화를 검지 가능한 변화 검지부 수단, 상기 연마 장치에 의한 연마를 제어 가능한 제어 수단으로서 기능시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체라는 구성을 취하고 있다.
제11 형태에서는, 상기 연마 장치는, 상기 연마 패드에 설치된 관통 구멍을 통하여, 광 파이버에 의해 상기 피연마물의 피연마면에 광을 조사하고, 반사된 반사광을 광 파이버에 의해 수광하는 광학계와, 해당 광학계에서 수광한 반사광을 분석 처리하는 분석 처리 수단을 설치하여, 해당 분석 처리 수단에서 상기 반사광을 분석 처리하고, 피연마물의 피연마면 위에 형성된 박막의 연마 진행 상황을 감시하는 피연마물 막 두께 모니터 장치를 갖고, 상기 연마 장치는, 상기 연마 패드에 설치된 관통 구멍에 투명액체를 공급하는 급액 구멍을 상기 연마 테이블에 설치하고, 해당 급액 구멍은 그곳으로부터 공급되는 투명액이 상기 피연마물의 피연마면에 대해서 수직으로 진행하는 흐름을 형성하고 또한 상기 관통 구멍을 충족하도록 배치 형성되며, 상기 광 파이버는 조사광 및 반사광이 해당 피연마면에 대해서 수직으로 진행하는 흐름 부분의 투명액을 통과하도록 배치되고, 상기 관통 구멍의 투명액을 배액하는 배액 구멍을 설치하고, 해당 배액 구멍은 상기 급액 구멍에 대하여 상기 연마 테이블의 이동 방향 후방에 위치하고, 상기 관통 구멍의 상기 피연마물 반대측의 단부면에 개구하고 있는 것을 특징으로 하는, 제1 형태 내지 제8 형태 중 어느 하나에 기재된 연마 장치라는 구성을 취하고 있다.
제12 형태에서는, 상기 급액 구멍의 중심과 상기 배액 구멍의 중심을 연결하는 선분의 중점이 상기 관통 구멍의 중심점보다 상기 연마 테이블의 이동 방향의 전방에 있는 것을 특징으로 하는, 제11 형태에 기재된 연마 장치라는 구성을 취하고 있다.
제13 형태에서는, 상기 관통 구멍은 그 단부면 외주가 상기 급액 구멍과 배액 구멍의 단부면을 에워싸도록 단면이 대략 타원형상의 구멍인 것을 특징으로 하는, 제11 형태 또는 제12 형태에 기재된 연마 장치라는 구성을 취하고 있다.
제14 형태에서는, 강제 배액 기구를 설치하고, 해당 강제 배액 기구로 상기 배액 구멍으로부터 강제 배액을 하는 것을 특징으로 하는, 제11 형태 내지 제13 형태 중 어느 하나에 기재된 연마 장치라는 구성을 취하고 있다.
제15 형태에서는, 투광액 노즐과 해당 투광액 노즐의 외주부에 해당 투광액 노즐을 에워싸도록 배치된 투광액 받침부를 구비하고, 상기 투광액 노즐로부터 피연마물의 피연마면에 기둥형상의 투광액류를 접촉시킴과 함께 해당 투광액류를 상기 투광액 받침부에서 받음으로써, 상기 투광액 노즐 내의 투광액과 상기 투광액 받침부 내의 투광액이 연통하고 또한 외부로부터 밀봉된 상태의 투광액류를 형성하고, 광학계에 의해 상기 투광액류를 통하여 상기 피연마물의 피연마면에 광을 조사함과 함께, 해당 투광액류를 통하여 상기 피연마물의 피연마면에서 반사된 반사광을 해당 광학계에서 수광하고, 해당 수광한 반사광 강도로부터 해당 피연마면의 막 두께를 측정하는 것을 특징으로 하는 제9 형태에 기재된 연마 방법이라는 구성을 취하고 있다.
제16 형태에서는, 상기 광학계는 적어도 1개의 광 파이버를 구비하고, 해당 광 파이버의 선단부를 상기 투광액류에 삽입하고, 해당 광 파이버 및 투광액류를 통과하여 상기 피연마물의 피연마면에 광을 조사함과 함께, 해당 피연마면에서 반사되는 반사광을 해당 투광액류 및 광 파이버를 통하여 수광하는 것을 특징으로 하는, 제15 형태에 기재된 연마 방법이라는 구성을 취하고 있다.
제17 형태에서는, 차광 처리를 실시한 복수의 처리 유닛을 상하로 배치하여 내부에 수납하는 복수의 처리 에어리어와, 반송기를 내부에 수납하여 상기 처리 에어리어의 사이에 설치되는 반송 에어리어를 갖고, 상기 처리 에어리어와 상기 반송 에어리어의 사이를 차광벽으로, 상기 반송 에어리어의 전방면을 메인터넌스용 도어로 각각 차광하고, 상기 처리 유닛을 상기 차광벽에 차광 상태에서 연결한 것을 특징으로 하는, 제1 형태 내지 제8 형태, 및 제11 형태 내지 제14 형태 중 어느 하나에 기재된 연마 장치라는 구성을 취하고 있다.
제18 형태에서는, 상기 처리 유닛에는, 개폐 가능한 셔터를 갖는 기판 삽입구가 설치되고, 상기 차광벽에는, 상기 피연마물 삽입구의 주위를 둘러싸는 차광막이 설치되고, 상기 차광벽의 상기 차광막으로 포위된 영역 내에 개구부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 제17 형태에 기재된 연마 장치라는 구성을 취하고 있다.
제19 형태에서는, 상기 처리 에어리어는 세정 에어리어이며, 피연마물의 처리는, 피연마물의 세정인 것을 특징으로 하는 제17 형태 또는 제18 형태에 기재된 연마 장치라는 구성을 취하고 있다.
제20 형태에서는, 상기 연마 장치는, 상기 피연마물을 연마하는 연마부와, 상기 피연마물을 세정하여 건조시키는 세정부와, 상기 연마부와 상기 세정부의 사이를 분리하는 격벽과, 상기 격벽의 개구를 통해 연마 후의 상기 피연마물을 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 피연마물을 세정액에 의해 세정하는 세정 수단과, 세정 후의 상기 피연마물을 건조시키는 건조 수단과, 상기 세정 수단과 건조 수단 사이를 수평 및 승강 가능하게 상기 피연마물의 수수가 가능한 반송 수단을 갖고, 상기 연마부는, 상기 연마 테이블과, 상기 보유 지지부와, 상기 요동 암과, 상기 제1, 제2 및 제3 전동 모터를 갖는 것을 특징으로 하는, 제1 형태 내지 제8 형태, 및 제11 형태 내지 제14 형태 및 제17 형태 내지 제19 형태 중 어느 하나에 기재된 연마 장치라는 구성을 취하고 있다. 또한, 미국 특허 제5,885,138호는, 인용에 의해 그 전체가 본 명세서에 포함된다.
제21 형태에서는, 상기 피연마물을 연마하는 연마부와, 상기 피연마물을 세정하여 건조시키는 세정부와, 상기 연마부와 상기 세정부의 사이를 분리하는 격벽과, 상기 격벽의 개구를 통해 연마 후의 상기 피연마물을 상기 연마부로부터 상기 세정부로 반송하는 반송 기구와, 측벽을 갖고, 상기 연마부와 상기 세정부와 상기 반송 기구를 내부에 수납하는 하우징을 갖는 연마 장치를 사용한 상기 연마 방법에 있어서, 상기 세정부에 있어서는, 연마 후의 상기 피연마물을 세정액에 의해 세정하고, 세정 후의 상기 피연마물을 건조시켜, 해당 세정하는 공정과 해당 건조하는 공정의 사이에서 수평 및 승강 가능하게 상기 피연마물의 수수를 행하여, 상기 피연마물을 반송하는 것을 특징으로 하는, 제9, 15, 및 16 형태 중 어느 하나에 기재된 연마 방법이라는 구성을 취하고 있다.
제22 형태에서는, 상기 피연마물에 광을 조사하여, 상기 피연마물로부터의 반사광의 강도를 계측하는 광학식 센서를 갖고, 상기 제1 출력과, 상기 광학식 센서가 계측한 상기 피연마물로부터의 반사광의 강도에 기초하여, 상기 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출하는 것을 특징으로 하는, 제1 형태 내지 제8 형태, 및 제11 형태 내지 제14 형태, 및 제17 형태 내지 제20 형태 중 어느 하나에 기재된 연마 장치라는 구성을 취하고 있다.
제23 형태에서는, 연마 시에 상기 피연마물과 대향 가능한, 상기 연마 테이블 내의 위치에 내장되는 윈도우를 갖고, 상기 윈도우의 하부에, 상기 광학식 센서가 배치되는 것을 특징으로 하는, 제22 형태에 기재된 연마 장치라는 구성을 취하고 있다.
제24 형태에서는, 상기 연마 테이블은, 연마 시에 상기 피연마물과 대향 가능한, 상기 연마 테이블 내의 위치에 개구를 갖고, 상기 광학식 센서는, 상기 윈도우의 하부에 배치되며, 상기 광학식 센서는, 세정용 유체를 상기 개구 내에 공급하는 유체 공급부를 갖는 것을 특징으로 하는, 제22 형태에 기재된 연마 장치라는 구성을 취하고 있다.
제25 형태에서는, 상기 피연마물에 자장을 생성하고, 생성된 상기 자장의 강도를 검지하는 와전류식 센서를 갖고, 상기 제1 출력과, 상기 와전류식 센서가 계측한 상기 자장의 강도에 기초하여, 상기 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출하는 것을 특징으로 하는 제1 형태 내지 제8 형태, 및 제11 형태 내지 제14 형태, 제17 형태 내지 제20 형태, 및 제22 형태 내지 제24 형태 중 어느 하나에 기재된 연마 장치라는 구성을 취하고 있다.
제26 형태에서는, 피연마물을 보유 지지하기 위한 보유 지지부와, 상기 보유 지지부를 보유 지지하기 위한 요동 암과, 상기 요동 암에 가해지는 암 토크를 직접 또는 간접으로 검지하는 암 토크 검지부를 갖고 상기 피연마물을 연마하는 연마 장치를 제어하기 위한 컴퓨터를, 상기 암 토크 검지부가 검지한 상기 암 토크에 기초하여, 상기 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출하는 종점 검출 수단, 상기 연마 장치에 의한 연마를 제어하는 제어 수단으로서 기능시키기 위한 프로그램이라는 구성을 취하고 있다.
제27 형태에서는, 상기 프로그램은 갱신 가능한 것을 특징으로 하는 제26 형태에 기재된 프로그램이라는 구성을 취하고 있다.
제28 형태에서는, 기판을 연마함과 함께 연마에 관한 신호를 취득하는 기판 처리 장치와, 상기 기판 처리 장치와 통신 수단에 의해 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 취하고 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 압박력, (2) 연마 시간, (3) 연마 테이블이나 톱링의 회전수, (4) 연마 종점의 판정을 위한 역치 등이 있다. 파라미터의 갱신은 이들을 갱신하는 것이다.
제29 형태에서는, 제28 형태에 기재된 연마 장치에 있어서, 상기 신호는, 1종류의 센서 또는 종류가 서로 다른 복수의 센서에 의해 취득되는 것을 특징으로 하는 연마 장치라는 구성을 취하고 있다. 본 형태에서 사용되는 종류가 서로 다른 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.
제30 형태에서는, 기판 처리 장치와 데이터 처리 장치를 통신 수단에 의해 접속하는 스텝과, 상기 기판 처리 장치를 사용하여 기판을 연마함과 함께 연마에 관한 신호를 취득하는 스텝과, 상기 데이터 처리 장치에 의해, 상기 기판 처리 장치가 취득한 신호에 기초하여, 연마 처리에 관한 파라미터를 갱신하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 방법이라는 구성을 취하고 있다.
제31 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 의해 접속되고, 중간 처리 장치와 데이터 처리 장치는 제2 통신 수단에 의해 접속되며, 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 취하고 있다.
제32 형태에서는, 제31 형태에 있어서, 상기 신호는, 1종류의 센서 또는 종류가 서로 다른 복수의 센서에 의해 취득되는 것을 특징으로 하는 연마 장치라는 구성을 취할 수 있다. 본 형태에서 사용되는 종류가 다른 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.
제33 형태에서는, 제31 형태에 있어서, 상기 데이터 세트의 예로서는, 이하와 같은 것이 있다. 상기 센서가 출력하는 센서 신호와, 필요한 제어 파라미터를 데이터 세트로 하는 것이 가능하다. 즉, 데이터 세트는, 톱링의 반도체 웨이퍼에 대한 압박 · 요동축 모터의 전류 · 연마 테이블의 모터 전류 · 광학식 센서의 측정 신호 · 와전류 센서의 측정 신호 · 연마 패드 위에서의 톱링의 위치 · 슬러리와 약액의 유량/종류, 그것들의 상관 산출 데이터 등을 포함할 수 있다.
제34 형태에서는, 제31 형태에 있어서, 상기 데이터 세트의 송신 방법의 예로서는, 이하와 같은 것이 있다. 1차원 데이터를 패러렐 송신하는 송신 시스템이나, 1차원 데이터를 시퀀셜 송신하는 송신 시스템을 사용하여, 송신하는 것이 가능하다. 또한, 상기 1차원 데이터를 2차원 데이터로 가공하여, 데이터 세트로 하는 것이 가능하다.
제35 형태에서는, 제31 형태에 있어서, 신호값의 변동이 큰 신호를 추출하여 연마 파라미터를 갱신할 수 있다. 연마 파라미터를 갱신하는 방법으로서는, 예를 들어, 이하와 같은 것이 있다. 주 센서와 종 센서의 양쪽의 목표값에 우선 비율 계수(가중 계수)를 설정함으로써, 주 센서와 종 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 변동은, 신호값의 시간에 관한 미분값, 또는 시간에 관한 차분값 등이다.
제36 형태에서는, 기판을 연마함과 함께 연마에 관한 신호를 취득하는 기판 처리 장치와 중간 처리 장치를 제1 통신 수단에 의해 접속하는 스텝과, 상기 중간 처리 장치와 데이터 처리 장치를 제2 통신 수단에 의해 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 취하고 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 전체 구성을 나타내는 평면도이다.
도 2는, 제1 연마 유닛을 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은, 톱링의 구조를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는, 톱링의 다른 구조예를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는, 톱링을 회전 및 요동시키는 기구를 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은, 연마 테이블의 내부 구조를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 7은, 광학식 센서를 구비한 연마 테이블을 나타내는 모식도이다.
도 8은, 마이크로파 센서를 구비한 연마 테이블을 나타내는 모식도이다.
도 9는, 드레서를 나타내는 사시도이다.
도 10의 (a)는, 아토마이저를 나타내는 사시도이며, 도 10의 (b)는, 암의 하부를 나타내는 모식도이다.
도 11의 (a)는, 아토마이저의 내부 구조를 나타내는 측면도이며, 도 11의 (b)는 아토마이저를 나타내는 평면도이다.
도 12의 (a)는, 세정부를 나타내는 평면도이며, 도 12의 (b)는, 세정부를 나타내는 측면도이다.
도 13은, 세정 라인의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 14는, 상측 건조 모듈을 나타내는 종단면도이다.
도 15는, 상측 건조 모듈을 나타내는 평면도이다.
도 16은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 연마 장치의 전체 구성을 나타내는 개략도이다.
도 17은, 암 토크 검지부에 의한 암 토크의 검지 방법을 설명하는 블록도이다.
도 18은, 전류 검출부가 생성한 제1 출력의 일례를 나타내는 도면이다.
도 19는, 종점 검출부에 있어서의 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 20은, 광학식 센서를 갖는 다른 실시 형태를 나타내는 도면이다.
도 21은, 광학식 센서를 갖는 다른 실시 형태를 나타내는 도면이다.
도 22는, 종점부의 막 구조가 금속과 절연막의 혼재 상태인 경우의 예를 나타내는 도면이다.
도 23은, 종점부의 막 구조가 금속과 절연막의 혼재 상태인 경우의 예를 나타내는 도면이다.
도 24는, 종점부의 막 구조가 금속과 절연막의 혼재 상태인 경우의 예를 나타내는 도면이다.
도 25는, 도 16의 변형예로서의 실시 형태를 나타내는 도면이다.
도 26은, 제어부에 의한 전체의 제어를 나타내는 도면이다.
도 27은, 다른 실시 형태의 구성을 나타내는 도면이다.
도 28은, 도 27의 실시 형태의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 29는, 본 발명에 따른 연마 장치의 센서의 다른 개략 구성예를 나타내는 도면이며, 도 29의 (a)는 평면도, 도 29의 (b)는 측단면도이다.
도 30은, 다른 실시 형태의 개략 구성예를 나타내는 도면이다.
도 31은, 다른 실시 형태의 개략 구성예를 나타내는 도면이다.
도 32는, 다른 실시 형태의 연마 장치의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 33은, 도 32의 Y-Y 화살표 방향에서 보았을 때를 나타내는 도면이다.
도 34는, PN 접속의 예를 나타내는 단면도이다.
도 35는, 캐러셀에 의해 지지된 멀티 헤드형의 톱링과 연마 테이블의 관계를 나타내는 개략 측면도이다.
도 36은, 암 구동부를 갖는 캐러셀에 의해 지지된 멀티 헤드형의 톱링과 연마 테이블의 관계를 나타내는 개략 측면도이다.
도 37은, 도 36에 도시한 실시 형태의 상면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이하의 각 실시 형태에 있어서, 동일 또는 상당하는 부재에는 동일 부호를 붙여 중복된 설명을 생략한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 전체 구성을 나타내는 평면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 이 기판 처리 장치는, 하우징부, 즉, 본 실시 형태에서는 대략 직사각 형상의 하우징(61)을 구비하고 있다. 하우징(61)은 측벽(700)을 갖는다. 하우징(61)의 내부는 격벽(1a, 1b)에 의해 로드/언로드부(62)와 연마부(63)와 세정부(64)로 구획되어 있다. 이들의 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 반도체 웨이퍼(기판)를 스톡하는 웨이퍼 카세트가 적재되는 2개 이상(본 실시 형태에서는 4개)의 프론트 로드부(20)를 구비하고 있다. 이들의 프론트 로드부(20)는 하우징(61)에 인접하여 배치되고, 기판 처리 장치의 폭 방향(길이 방향으로 수직인 방향)을 따라 배열되어 있다. 프론트 로드부(20)에는, 오픈 카세트, SMIF(Standard Manufacturing Interface) 포드, 또는FOUP(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, 프론트 로드부(20)의 배열을 따라 주행 기구(21)가 부설되어 있다. 주행 기구(21) 위에 웨이퍼 카세트의 배열 방향을 따라서 이동 가능한 2대의 반송 로봇(로더)(22)이 설치되어 있다. 반송 로봇(22)은 주행 기구(21) 위를 이동함으로써 프론트 로드부(20)에 탑재된 웨이퍼 카세트에 액세스할 수 있도록 되어 있다. 각각의 반송 로봇(22)은 상하로 2개의 핸드를 구비하고 있다. 상측의 핸드는, 처리된 반도체 웨이퍼를 웨이퍼 카세트로 되돌릴 때 사용된다. 하측의 핸드는, 처리 전의 반도체 웨이퍼를 웨이퍼 카세트로부터 취출할 때 사용된다. 이와 같이, 상하의 핸드는 구분지어 사용된다. 또한, 반송 로봇(22)의 하측 핸드는, 그 축심 둘레로 회전함으로써, 반도체 웨이퍼를 반전시킬 수 있다.
로드/언로드부(62)는 가장 깨끗한 상태를 유지할 필요가 있는 영역이다. 그 때문에, 로드/언로드부(62)의 내부는, 기판 처리 장치 외부, 연마부(63), 및 세정부(64) 중 어느 것보다도 높은 압력으로 상시 유지되어 있다. 연마부(63)는 연마액으로서 슬러리를 사용하기 때문에 가장 더러운 영역이다. 따라서, 연마부(63)의 내부에는 부압이 형성되고, 그 압력은 세정부(64)의 내부 압력보다도 낮게 유지되어 있다. 로드/언로드부(62)에는, HEPA 필터, ULPA 필터, 또는 케미컬 필터 등의 클린 에어 필터를 갖는 필터 팬 유닛(도시생략)이 설치되어 있다. 필터 팬 유닛으로부터는 파티클이나 유독 증기, 유독 가스가 제거된 클린 에어가 상시 분출되고 있다.
연마부(63)는, 반도체 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 따라서 배열되어 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 제1 연마 유닛(3A)은, 연마 테이블(30A)과, 톱링(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. 톱링(보유 지지부)(31A)은, 반도체 웨이퍼를 보유 지지하며, 또한 반도체 웨이퍼를 연마 테이블(30A) 위의 연마 패드(10)에 압박하면서 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 미스트상으로서 연마면에 분사한다.
마찬가지로, 제2 연마 유닛(3B)은, 연마 패드(10)가 설치된 연마 테이블(30B)과, 톱링(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, 톱링(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, 톱링(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 관해서는, 이하에서는, 제1 연마 유닛(3A)을 대상으로 하여 설명한다.
도 2는, 제1 연마 유닛(3A)을 모식적으로 나타내는 사시도이다. 톱링(31A)은 톱링 샤프트(111)에 지지되어 있다. 연마 테이블(30A)의 상면에는 연마 패드(10)가 점착되어 있으며, 이 연마 패드(10)의 상면은 반도체 웨이퍼(16)를 연마하는 연마면을 구성한다. 또한, 연마 패드(10)를 대신하여 고정 지립을 사용할 수도 있다. 톱링(31A) 및 연마 테이블(30A)은, 화살표로 나타낸 바와 같이, 그 축심 둘레로 회전하도록 구성되어 있다. 반도체 웨이퍼(16)는, 톱링(31A)의 하면에 진공 흡착에 의해 유지된다. 연마 시에는, 연마액 공급 노즐(32A)로부터 연마 패드(10)의 연마면에 연마액이 공급되고, 연마 대상인 반도체 웨이퍼(16)가 톱링(31A)에 의해 연마면에 압박되어 연마된다.
도 3은 톱링(31A)의 구조를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 톱링(31A)은, 톱링 샤프트(111)의 하단에 유니버셜 조인트(637)를 통해 연결되어 있다. 유니버셜 조인트(637)는, 톱링(31A)과 톱링 샤프트(111)의 서로의 틸팅을 허용하면서, 톱링 샤프트(111)의 회전을 톱링(31A)에 전달하는 볼 조인트이다. 톱링(31A)은, 대략 원반형상의 톱링 본체(638)와, 톱링 본체(638)의 하부에 배치된 리테이너 링(640)을 구비하고 있다. 톱링 본체(638)는 금속이나 세라믹스 등의 강도 및 강성이 높은 재료로 형성되어 있다. 또한, 리테이너 링(640)은, 강성이 높은 수지 재 또는 세라믹스 등으로 형성되어 있다. 또한, 리테이너 링(640)을 톱링 본체(638)와 일체적으로 형성하도록 해도 된다.
톱링 본체(638) 및 리테이너 링(640)의 내측에 형성된 공간 내에는, 반도체 웨이퍼(16)에 접촉하는 원형의 탄성 패드(642)와, 탄성막으로 이루어지는 환형상의 가압 시트(643)와, 탄성 패드(642)를 보유 지지하는 대략 원반형상의 척킹 플레이트(644)가 수용되어 있다. 탄성 패드(642)의 상부 둘레 단부는 척킹 플레이트(644)에 유지되고, 탄성 패드(642)와 척킹 플레이트(644)의 사이에는, 4개의 압력실(에어백) P1, P2, P3, P4가 설치되어 있다. 압력실 P1, P2, P3, P4는 탄성 패드(642)와 척킹 플레이트(644)에 의해 형성되어 있다. 압력실 P1, P2, P3, P4에는 각각 유체로(651, 652, 653, 654)를 통해 가압 공기 등의 가압 유체가 공급되거나, 또는 진공화가 되도록 되어 있다. 중앙의 압력실 P1은 원형이며, 다른 압력실 P2, P3, P4는 환형상이다. 이들의 압력실 P1, P2, P3, P4는, 동심상으로 배열되어 있다.
압력실 P1, P2, P3, P4의 내부 압력은 후술하는 압력 조정부에 의해 서로 독립적으로 변화시키는 것이 가능하며, 이에 의해, 반도체 웨이퍼(16)의 4개의 영역, 즉, 중앙부, 내측 중간부, 외측 중간부, 및 주연부에 대한 압박력을 독립적으로 조정할 수 있다. 또한, 톱링(31A)의 전체를 승강시킴으로써, 리테이너 링(640)을 소정의 압박력으로 연마 패드(10)에 압박할 수 있도록 되어 있다. 척킹 플레이트(644)와 톱링 본체(638)의 사이에는 압력실 P5가 형성되고, 이 압력실 P5에는 유체로(655)를 통해 가압 유체가 공급되거나, 또는 진공화가 되도록 되어 있다. 이에 의해, 척킹 플레이트(644) 및 탄성 패드(642) 전체가 상하 방향으로 움직일 수 있다.
반도체 웨이퍼(16)의 둘레 단부는 리테이너 링(640)에 둘러싸여 있으며, 연마 중에 반도체 웨이퍼(16)가 톱링(31A)으로부터 튀어나오지 않게 되어 있다. 압력실 P3을 구성하는, 탄성 패드(642)의 부위에는 개구(도시생략)가 형성되어 있으며, 압력실 P3에 진공을 형성함으로써 반도체 웨이퍼(16)가 톱링(31A)에 흡착 보유 지지되도록 되어 있다. 또한, 이 압력실 P3에 질소 가스, 건조 공기, 압축 공기 등을 공급함으로써, 반도체 웨이퍼(16)가 톱링(31A)으로부터 릴리즈되도록 되어 있다.
도 4는 톱링(31A)의 다른 구조예를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 이 예에서는, 척킹 플레이트는 설치되어 있지 않고, 탄성 패드(642)는 톱링 본체(638)의 하면에 설치되어 있다. 또한, 척킹 플레이트와 톱링 본체(638)의 사이의 압력실 P5도 설치되어 있지 않다. 이것 대신에, 리테이너 링(640)과 톱링 본체(638)의 사이에는 탄성 백(646)이 배치되어 있으며, 그 탄성 백(646)의 내부에는 압력실 P6이 형성되어 있다. 리테이너 링(640)은 톱링 본체(638)에 대해서 상대적으로 상하 이동 가능하게 되어 있다. 압력실 P6에는 유체로(656)가 연통되어 있으며, 가압 공기 등의 가압 유체가 유체로(656)를 통해서 압력실 P6에 공급되도록 되어 있다. 압력실 P6의 내부 압력은 후술하는 압력 조정부에 의해 조정 가능하게 되어 있다. 따라서, 반도체 웨이퍼(16)에 대한 압박력과는 독립되어 리테이너 링(640)의 연마 패드(10)에 대한 압박력을 조정할 수 있다. 다른 구성 및 동작은, 도 20에 도시한 톱링의 구성과 동일하다. 본 실시 형태에서는, 도 20 또는 도 21 중 어느 한쪽 타입의 톱링을 사용할 수 있다.
도 4는 톱링(31A)을 회전 및 요동시키는 기구를 설명하기 위한 단면도이다. 톱링 샤프트(예를 들어, 스플라인 샤프트)(111)는 톱링 헤드(660)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 또한, 톱링 샤프트(111)는, 풀리(661, 662) 및 벨트(663)를 통해 모터 M1의 회전축에 연결되어 있으며, 모터 M1에 의해 톱링 샤프트(111) 및 톱링(31A)이 그 축심 둘레로 회전한다. 이 모터 M1은 톱링 헤드(660)의 상부에 설치되어 있다. 또한, 톱링 헤드(660)와 톱링 샤프트(111)는, 상하 구동원으로서의 에어 실린더(665)에 의해 연결되어 있다. 이 에어 실린더(665)에 공급되는 에어(압축 기체)에 의해 톱링 샤프트(111) 및 톱링(31A)이 일체로 상하 이동한다. 또한, 에어 실린더(665)를 대신하여, 볼 나사 및 서보 모터를 갖는 기구를 상하 구동원으로서 사용해도 된다.
톱링 헤드(660)는, 지지 축(667)에 베어링(672)을 통해 회전 가능하게 지지되어 있다. 이 지지 축(667)은 고정축이며, 회전하지 않는 구조가 되어 있다. 톱링 헤드(660)에는 모터 M2가 설치되어 있고, 톱링 헤드(660)와 모터 M2의 상대 위치는 고정이다. 이 모터 M2의 회전축은, 도시하지 않은 회전 전달 기구(기어 등)를 통해 지지 축(667)에 연결되어 있으며, 모터 M2를 회전시킴으로써, 톱링 헤드(660)가 지지 축(667)을 중심으로 하여 요동(스윙)하도록 되어 있다. 따라서, 톱링 헤드(660)의 요동 운동에 의해, 그 선단에 지지된 톱링(31A)은 연마 테이블(30A)의 상방의 연마 위치와 연마 테이블(30A)의 측방의 반송 위치의 사이를 이동한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 톱링(31A)을 요동시키는 요동 기구는 모터 M2로 구성된다.
톱링 샤프트(111)의 내부에는, 그 긴 방향으로 연장되는 관통 구멍(도시생략)이 형성되어 있다. 상술한 톱링(31A)의 유체로(651, 652, 653, 654, 655, 656)는, 이 관통 구멍을 통과하여, 톱링 샤프트(111)의 상단에 설치되어 있는 회전 조인트(669)에 접속되어 있다. 이 회전 조인트(669)를 통해 톱링(31A)에 가압 기체(클린 에어)나 질소 가스 등의 유체가 공급되고, 또한 톱링(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 연통하는 복수의 유체관(670)이 접속되고, 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, 톱링(31A)에 공급되는 유체의 압력을 조정하는 전공 레귤레이터나, 유체관(670, 671)에 접속되는 배관, 이들 배관에 설치된 에어 오퍼레이트 밸브, 이들 에어 오퍼레이트 밸브의 작동원으로 되는 에어의 압력을 조정하는 전공 레귤레이터, 톱링(31A)에 진공을 형성하는 이젝터 등을 갖고 있으며, 이들이 집합하여 1개의 블록(유닛)을 구성하고 있다. 압력 조정부(675)는, 톱링 헤드(660)의 상부에 고정되어 있다. 톱링(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 의해 조정된다. 마찬가지로, 압력 조정부(675)의 이젝터에 의해 톱링(31A)의 에어백 P1, P2, P3, P4 내나, 척킹 플레이트(644)와 톱링 본체(638) 사이의 압력실 P5 내에 진공이 형성된다.
이와 같이, 압력 조정 기기인 전공 레귤레이터나 밸브가 톱링(31A)의 근처에 설치되어 있으므로, 톱링(31A) 내의 압력 제어성이 향상된다. 보다 구체적으로는, 전공 레귤레이터와 압력실 P1, P2, P3, P4, P5의 거리가 짧으므로, 제어부(65)로부터의 압력 변경 명령에 대한 응답성이 향상된다. 마찬가지로, 진공원인 이젝터도 톱링(31A)의 가까이에 설치되어 있으므로, 톱링(31A) 내에 진공을 형성할 때의 응답성이 향상된다. 또한, 압력 조정부(675)의 이면을, 전장 기기의 설치용 받침대로서 이용할 수 있어, 종래에는 필요로 되었던 설치용 프레임을 필요 없는 것으로 할 수 있다.
톱링 헤드(660), 톱링(31A), 압력 조정부(675), 톱링 샤프트(111), 모터 M1, 모터 M2, 에어 실린더(665)는, 1개의 모듈(이하, 톱링 어셈블리라고 함)로서 구성되어 있다. 즉, 톱링 샤프트(111), 모터 M1, 모터 M2, 압력 조정부(675), 에어 실린더(665)는, 톱링 헤드(660)에 설치되어 있다. 톱링 헤드(660)는, 지지 축(667)으로부터 분리할 수 있도록 구성되어 있다. 따라서, 톱링 헤드(660)와 지지 축(667)을 분리함으로써, 톱링 어셈블리를 기판 처리 장치로부터 분리할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 지지 축(667)이나 톱링 헤드(660) 등의 메인터넌스성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 베어링(672)으로부터 이음(異音)이 발생했을 때, 베어링(672)을 용이하게 교환할 수 있고, 또한, 모터 M2나 회전 전달 기구(감속기)를 교환할 때 인접하는 기기를 분리할 필요도 없다.
도 6은, 연마 테이블(30A)의 내부 구조를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 6에 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 사용되어 있다. 센서(676)의 신호는 제어부(65)에 송신되고, 제어부(65)에 의해 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 따라서 변화한다. 따라서, 모니터링 신호는 반도체 웨이퍼(16)의 막 두께를 나타내는 신호라고 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 내도록 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 반도체 웨이퍼의 연마의 진척을 감시한다. 복수의 반도체 웨이퍼가 연마 유닛(3A 내지 3D)으로 연마되어 있는 경우, 제어부(5)는, 반도체 웨이퍼의 막 두께를 나타내는 모니터링 신호를 연마 중에 감시하고, 그들 모니터링 신호에 기초하여, 연마 유닛(3A 내지 3D)에서의 연마 시간이 거의 동일해지도록 톱링(31A 내지 31D)의 압박력을 제어한다. 이와 같이 연마 중의 톱링(31A 내지 31D)의 압박력을 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 어느 하나로 연마되어도 되며, 또는 이들의 연마 유닛(3A 내지 3D)으로부터 미리 선택된 복수의 연마 유닛으로 연속적으로 연마되어도 된다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼(16)를 제1 연마 유닛(3A)→ 제2 연마 유닛(3B)의 순으로 연마해도 되며, 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 쪽의 경우에도, 연마 유닛(3A 내지 3D)의 모든 연마 시간을 평준화 함으로써, 스루풋을 향상시킬 수 있다.
와전류 센서는, 반도체 웨이퍼의 막이 금속막인 경우에 적합하게 사용된다. 반도체 웨이퍼의 막이 산화막 등의 광투과성을 갖는 막인 경우에는, 센서(76)로서 광학식 센서를 사용할 수 있다. 또는, 센서(76)로서 마이크로파 센서를 사용해도 된다. 마이크로파 센서는, 금속막 및 비금속막의 모든 경우에도 사용할 수 있다. 이하, 광학식 센서 및 마이크로파 센서의 일례에 대하여 설명한다.
도 7은, 광학식 센서를 구비한 연마 테이블을 나타내는 모식도이다. 도 7에 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 조사하고, 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 의해 형성된다. 또는, 연마 패드(10)에 관통 구멍을 설치하고, 이 관통 구멍이 반도체 웨이퍼(16)로 막히는 동안, 아래쪽으로부터 투명액을 흐르게 함으로써, 투광부(677)를 구성해도 된다. 투광부(677)는, 톱링(31A)에 보유 유지된 반도체 웨이퍼(16)의 중심을 통과하는 위치에 배치된다.
센서(676)는, 도 7에 도시한 바와 같이, 광원(678a)과, 광원(678a)으로부터의 광을 반도체 웨이퍼(16)의 피연마면에 조사하는 발광부로서의 발광 광파이버(678b)와, 피연마면으로부터의 반사광을 수광하는 수광부로서의 수광 광파이버(678c)와, 수광 광파이버(678c)에 의해 수광된 광을 분광하는 분광기 및 이 분광기에 의해 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 통해 전력이 공급된다.
발광 광파이버(678b)의 발광단과 수광 광파이버(678c)의 수광단은, 반도체 웨이퍼(16)의 피연마면에 대해서 대략 수직이 되도록 구성되어 있다. 분광기 유닛(678d) 내의 수광 소자로서는, 예를 들어 128 소자의 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 보내지고, 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 따라서 분해된 반사광의 강도를 나타내고, 막 두께에 따라 변화한다.
동작 제어부(678e)는, 상술한 제어부(65)에 접속되어 있다. 이와 같이 하여, 동작 제어부(678e)에서 생성된 스펙트럼 데이터는, 제어부(65)로 송신된다. 제어부(65)에서는, 동작 제어부(678e)로부터 수신한 스펙트럼 데이터에 기초하여, 반도체 웨이퍼(16)의 막 두께에 관련지어진 특성값을 산출하여, 이것을 모니터링 신호로서 사용한다.
도 8은, 마이크로파 센서를 구비한 연마 테이블을 나타내는 모식도이다. 센서(676)는, 마이크로파를 반도체 웨이퍼(16)의 피연마면을 향해서 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, 톱링(31A)에 보유 유지된 반도체 웨이퍼(16)의 중심 위치에 대향하도록 배치되어 있다.
센서 본체(680b)는, 마이크로파를 생성하여 안테나(680a)에 마이크로파를 공급하는 마이크로파원(680c)과, 마이크로파원(680c)에 의해 생성된 마이크로파(입사파)와 반도체 웨이퍼(16)의 표면으로부터 반사한 마이크로파(반사파)를 분리시키는 분리기(680d)와, 분리기(680d)에 의해 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 통해 분리기(680d)에 접속되어 있다. 마이크로파원(680c)은 분리기(680d)에 접속되고, 마이크로파원(680c)에 의해 생성된 마이크로파는, 분리기(680d) 및 도파관(681)을 통해 안테나(680a)에 공급된다. 마이크로파는 안테나(680a)로부터 반도체 웨이퍼(16)를 향해서 조사되고, 연마 패드(10)를 투과(관통)하여 반도체 웨이퍼(16)에 도달한다. 반도체 웨이퍼(16)로부터의 반사파는 다시 연마 패드(10)를 투과한 후, 안테나(680a)에 의해 수신된다.
반사파는 안테나(680a)로부터 도파관(681)을 통해 분리기(680d)로 보내지고, 분리기(680d)에 의해 입사파와 반사파가 분리된다. 분리기(680d)에 의해 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(도시생략)에 의해 검출된다. 검출부(680e)에 의해 검출된 반사파의 진폭 및 위상은 제어부(65)로 보내지고, 여기에서 반사파의 진폭 및 위상에 기초하여 반도체 웨이퍼(16)의 금속막이나 비금속막 등의 막 두께가 해석된다. 해석된 값은, 모니터링 신호로서 제어부(65)에 의해 감시된다.
도 9는, 본 발명의 일 실시예로서 사용할 수 있는 드레서(33A)를 나타내는 사시도이다. 도 9에 도시한 바와 같이, 드레서(33A)는, 드레서 암(685)과, 드레서 암(685)의 선단에 회전 가능하게 설치된 드레싱 부재(686)와, 드레서 암(685)의 타단부에 연결되는 요동축(688)과, 요동축(688)을 중심으로 드레서 암(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 암(685) 내에는, 도시하지 않은 모터가 내장되어 있으며, 이 모터에 의해 드레싱 부재(686)가 회전하도록 되어 있다. 요동축(688)은 도시하지 않은 승강 기구에 연결되어 있으며, 이 승강 기구에 의해 드레서 암(685)이 하강함으로써 드레싱 부재(686)가 연마 패드(10)의 연마면을 압박하도록 되어 있다.
도 10의 (a)는 아토마이저(34A)를 나타내는 사시도이다. 아토마이저(34A)는, 하부에 1개 또는 복수의 분사 구멍을 갖는 암(690)과, 이 암(690)에 연결된 유체 유로(691)와, 암(690)을 지지하는 요동축(694)을 구비하고 있다. 도 10의 (b)는 암(690)의 하부를 나타내는 모식도이다. 도 10의 (b)에 도시한 예에서는, 암(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 11의 (a)는 아토마이저(34A)의 내부 구조를 나타내는 측면도이며, 도 11의 (b)는 아토마이저(34A)를 나타내는 평면도이다. 유체 유로(691)의 개구 단부는, 도시하지 않은 유체 공급 파이프에 접속되고, 이 유체 공급 파이프로부터 유체가 유체 유로(691)로 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 암(690)의 분사 구멍(690a)에 연통하고 있으며, 유체는 미스트상으로 되어 분사 구멍(690a)으로부터 연마 패드(10)의 연마면으로 분사된다.
암(690)은, 도 10의 (a) 및 도 11의 (b)의 점선으로 나타낸 바와 같이, 요동축(694)을 중심으로 하여 세정 위치와 퇴피 위치의 사이에서 선회 가능하게 되어 있다. 암(690)의 가동 각도는 약 90°이다. 통상, 암(690)은 세정 위치에 있고, 도 1에 도시한 바와 같이, 연마 패드(10)의 연마면 직경 방향을 따라서 배치되어 있다. 연마 패드(10)의 교환 등의 메인터넌스 시에는, 암(690)은 수동에 의해 퇴피 위치로 이동한다. 따라서, 메인터넌스 시에 암(690)을 분리할 필요가 없어, 메인터넌스성을 향상시킬 수 있다. 또한, 회전 기구를 요동축(694)에 연결하고, 이 회전 기구에 의해 암(690)을 선회시켜도 된다.
도 11의 (b)에 도시한 바와 같이, 암(690)의 양 측면에는, 서로 형상이 다른 2개의 보강 부재(696, 696)가 설치되어 있다. 이들의 보강 부재(696, 696)를 설치함으로써, 세정 위치와 퇴피 위치 사이에서 암(690)이 선회 동작을 행했을 때, 암(690)의 축심이 크게 흔들리는 일이 없어, 아토마이징 동작을 효과적으로 행할 수 있다. 또한, 아토마이저(34A)는, 암(690)의 선회 위치(암(690)이 선회 가능한 각도 범위)를 고정하기 위한 레버(695)를 구비하고 있다. 즉, 레버(695)를 조작함으로써, 암(690)의 선회 가능한 각도를 조건에 맞춰서 조정할 수 있다. 레버(695)를 돌리면, 암(690)이 자유롭게 선회 가능하게 되고, 수동에 의해 암(690)을 세정 위치와 퇴피 위치의 사이에서 이동시킨다. 그리고, 레버(695)를 조이면, 암(690)의 위치가 세정 위치와 퇴피 위치 중 어느 하나로 고정된다.
아토마이저의 암(690)은 접힘 가능한 구조로 할 수도 있다. 구체적으로는, 암(690)을 조인트로 연결된 적어도 2개의 암 부재로 구성해도 된다. 이 경우, 접혔을 때의 암 부재끼리가 이루는 각도는, 1° 이상 45° 이하로 하고, 바람직하게는 5° 이상 30° 이하로 한다. 암 부재끼리가 이루는 각도가 45°보다도 크면, 암(690)이 점유하는 스페이스가 커지고, 1° 미만으로 하면, 암(690)의 폭을 얇게 해야만 해서, 기계적 강도가 낮아진다. 이 예에서는, 암(690)은 요동축(694) 둘레로 회전하지 않도록 구성해도 된다. 연마 패드(10)의 교환 등의 메인터넌스 시에는, 암(690)을 접음으로써, 아토마이저가 메인터넌스 작업의 방해가 되지 않도록 할 수 있다. 다른 변형예로서는, 아토마이저의 암(690)을 신축 가능한 구조로 할 수도 있다. 이 예에서도, 메인터넌스 시에 암(690)을 축소시킴으로써, 아토마이저가 방해가 되는 일은 없다.
이 아토마이저(34A)를 설치하는 목적은, 연마 패드(10)의 연마면에 잔류하는 연마 칩이나 지립 등을 고압의 유체에 의해 씻어내는 것이다. 아토마이저(34A)의 유체압에 의한 연마면의 정화와, 기계적 접촉인 드레서(33A)에 의한 연마면의 드레싱 작업에 의해, 더 바람직한 드레싱, 즉 연마면의 재생을 달성할 수 있다. 통상은 접촉형의 드레서(다이아몬드 드레서 등)에 의한 드레싱의 후에, 아토마이저에 의한 연마면의 재생을 행하는 경우가 많다.
다음으로, 반도체 웨이퍼를 반송하기 위한 반송 기구에 대하여, 도 1에 의해 설명한다. 반송 기구는, 리프터(11)와, 제1 리니어 트랜스포터(66)와, 스윙 트랜스포터(12)와, 제2 리니어 트랜스포터(67)와, 가배치대(180)를 구비한다.
리프터(11)는, 반송 로봇(22)으로부터 반도체 웨이퍼를 수취한다. 제1 리니어 트랜스포터(66)는, 리프터(11)로부터 수취한 반도체 웨이퍼를, 제1 반송 위치 TP1, 제2 반송 위치 TP2, 제3 반송 위치 TP3 및 제4 반송 위치 TP4의 사이에서 반송한다. 제1 연마 유닛(3A) 및 제 2 연마 유닛(3B)은, 제1 리니어 트랜스포터(66)로부터 반도체 웨이퍼를 수취하여 연마한다. 제1 연마 유닛(3A) 및 제 2 연마 유닛(3B)은, 연마한 반도체 웨이퍼를 제1 리니어 트랜스포터(66)로 전달한다.
스윙 트랜스포터(12)는, 제1 리니어 트랜스포터(66)와 제2 리니어 트랜스포터(67)의 사이에서 반도체 웨이퍼의 수수를 행한다. 제2 리니어 트랜스포터(67)는, 스윙 트랜스포터(12)로부터 수취한 반도체 웨이퍼를, 제5 반송 위치 TP5, 제6 반송 위치 TP6, 및 제7 반송 위치 TP7의 사이에서 반송한다. 제3 연마 유닛(3C) 및 제 4 연마 유닛(3D)은, 제2 리니어 트랜스포터(67)로부터 반도체 웨이퍼를 수취하여 연마한다. 제3 연마 유닛(3C) 및 제 4 연마 유닛(3D)은, 연마한 반도체 웨이퍼를 제2 리니어 트랜스포터(67)로 전달한다. 연마 유닛(3)에 의해 연마 처리가 행해진 반도체 웨이퍼는, 스윙 트랜스포터(12)에 의해 가배치대(180)로 놓여진다.
도 12의 (a)는 세정부(64)를 나타내는 평면도이며, 도 12의 (b)는 세정부(64)를 나타내는 측면도이다. 도 12의 (a) 및 도 12의 (b)에 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, 가로 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, 세로 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 사용해서 반도체 웨이퍼를 세정하는 세정기이다. 이들 1차 및 2차 세정 모듈(201A, 201B, 202A, 202B)은 수직 방향을 따라서 배열되어 있으므로, 풋프린트 면적이 작다는 이점이 얻어진다.
상측 2차 세정 모듈(202A)과 하측 2차 세정 모듈(202B)의 사이에는, 반도체 웨이퍼의 가배치대(203)가 설치되어 있다. 건조실(194) 내에는, 세로 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), 가배치대(203), 상측 건조 모듈(205A) 및 하측 건조 모듈(205B)은, 도시하지 않은 프레임에 볼트 등을 통해 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, 세로 방향으로 연장되는 지지 축(211, 212)으로 각각 이동 가능하게 지지되어 있다. 제1 반송 로봇(209) 및 제2 반송 로봇(210)은, 그 내부에 모터 등의 구동 기구를 갖고 있으며, 지지 축(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 12 (a)의 점선으로 나타낸 바와 같이, 그 하측의 핸드가 상술한 가배치대(180)에 액세스 가능한 위치에 배치되어 있다. 제1 반송 로봇(209)의 하측 핸드가 가배치대(180)에 액세스할 때에는, 격벽(1b)에 설치되어 있는 셔터(도시생략)가 개방하도록 되어 있다.
제1 반송 로봇(209)은, 가배치대(180), 상측 1차 세정 모듈(201A), 하측 1차 세정 모듈(201B), 가배치대(203), 상측 2차 세정 모듈(202A), 하측 2차 세정 모듈(202B)의 사이에서 반도체 웨이퍼(16)를 반송하도록 동작한다. 세정 전의 반도체 웨이퍼(슬러리가 부착되어 있는 반도체 웨이퍼)를 반송할 때에는, 제1 반송 로봇(209)은, 하측의 핸드를 사용하고, 세정 후의 반도체 웨이퍼를 반송할 때에는 상측의 핸드를 사용한다. 제2 반송 로봇(210)은, 상측 2차 세정 모듈(202A), 하측 2차 세정 모듈(202B), 가배치대(203), 상측 건조 모듈(205A), 하측 건조 모듈(205B)의 사이에서 반도체 웨이퍼(16)를 반송하도록 동작한다. 제2 반송 로봇(210)은, 세정된 반도체 웨이퍼만을 반송하므로, 1개의 핸드만을 구비하고 있다. 도 1에 도시한 반송 로봇(22)은, 그 상측의 핸드를 사용해서 상측 건조 모듈(205A) 또는 하측 건조 모듈(205B)로부터 반도체 웨이퍼를 취출하고, 그 반도체 웨이퍼를 웨이퍼 카세트로 되돌린다. 반송 로봇(22)의 상측 핸드가 건조 모듈(205A, 205B)에 액세스할 때에는, 격벽(1a)에 설치되어 있는 셔터(도시생략)가 개방하도록 되어 있다.
세정부(64)는, 2대의 1차 세정 모듈 및 2대의 2차 세정 모듈을 구비하고 있으므로, 복수의 반도체 웨이퍼를 병렬하여 세정하는 복수의 세정 라인을 구성할 수 있다. 「세정 라인」은, 세정부(64)의 내부에 있어서, 하나의 반도체 웨이퍼가 복수의 세정 모듈에 의해 세정될 때의 이동 경로를 의미한다. 예를 들어, 도 13에 도시한 바와 같이, 1개의 반도체 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 병렬하여, 다른 반도체 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 의해, 복수(전형적으로는 2장)의 반도체 웨이퍼를 거의 동시에 세정 및 건조할 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 14는, 상측 건조 모듈(205A)을 나타내는 종단면도이며, 도 15는 상측 건조 모듈(205A)을 나타내는 평면도이다. 상측 건조 모듈(205A)은, 베이스(401)와, 이 베이스(401)에 지지된 4개의 원통형의 기판 지지 부재(402)를 구비하고 있다. 베이스(401)는 회전축(406)의 상단에 고정되어 있으며, 이 회전축(406)은 베어링(405)에 의해 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 통해 모터(415)에 연결되어 있으며, 모터(415)를 구동시킴으로써, 베이스(401)는 그 축심을 중심으로 하여 회전하도록 되어 있다.
베이스(401)의 상면에는 회전 커버(450)가 고정되어 있다. 또한, 도 14는 회전 커버(450)의 종단면을 나타내고 있다. 회전 커버(450)는 반도체 웨이퍼(16)의 전체 둘레를 에워싸도록 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 근접하고 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 형상을 따른 절결(450a)이 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(프론트면)에 세정액으로서 순수를 공급하는 프론트 노즐(454)이 배치되어 있다. 프론트 노즐(454)은, 반도체 웨이퍼(16)의 중심을 향해서 배치되어 있다. 이 프론트 노즐(454)은, 도시하지 않은 순수 공급원(세정액 공급원)에 접속되고, 프론트 노즐(454)을 통해서 반도체 웨이퍼(16)의 표면 중심으로 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 병렬하여 배치되어 있다. 노즐(460)은, 반도체 웨이퍼(16)의 표면에 IPA 증기(이소프로필알코올과 N2 가스와의 혼합기)를 공급하기 위한 것이고, 노즐(461)은 반도체 웨이퍼(16)의 표면의 건조를 방지하기 위해서 순수를 공급하는 것이다. 이들 노즐(460, 461)은 반도체 웨이퍼(16)의 직경 방향을 따라서 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 통해서 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 통해서 반도체 웨이퍼(16)의 이면에 건조 기체가 공급되도록 되어 있다.
다음으로, 프론트 노즐(454)로부터의 순수의 공급을 정지하고, 프론트 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 향해서 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 따라서 이동시킨다. 이에 의해, 반도체 웨이퍼(16)의 표면(상면)이 건조된다.
그 후, 2개의 노즐(460, 461)을 소정의 대기 위치로 이동시켜, 백 노즐(463)로부터의 순수의 공급을 정지한다. 그리고, 반도체 웨이퍼(16)를 1000 내지 1500min-1의 속도로 고속 회전시켜, 반도체 웨이퍼(16)의 이면에 부착되어 있는 순수를 흔들어 떨어뜨린다. 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 도시한 반송 로봇(22)에 의해 건조 모듈(205A)로부터 취출되고, 웨이퍼 카세트로 되돌려진다. 이와 같이 하여, 연마, 세정 및 건조를 포함하는 일련의 처리가 반도체 웨이퍼에 대해서 행해진다. 상술 한 바와 같이 구성된 건조 모듈(205A)에 의하면, 반도체 웨이퍼(16)의 양면을 신속하고도 효과적으로 건조할 수 있고, 또한, 정확하게 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 시간은 평준화할 수 있으므로, 프로세스 전체의 스루풋을 향상시킬 수 있다.
본 실시 형태에 따르면, 반도체 웨이퍼를 연마 장치에 반입했을 때(로드 전)에, 반도체 웨이퍼가 건조 상태에 있으며, 연마와 세정이 종료 후, 언로드 전에, 반도체 웨이퍼가 건조 상태가 되어, 기판 카세트에 언로드된다. 건조 상태의 반도체 웨이퍼를 연마 장치부터 카세트에 넣어, 취출하는 것이 가능해진다. 즉, 드라이 인/드라이 아웃이 가능하다.
가배치대(180)로 놓인 반도체 웨이퍼는, 제1 반송실(191)을 통해 제1 세정실(190) 또는 제2 세정실(192)로 반송된다. 반도체 웨이퍼는, 제1 세정실(190) 또는 제2 세정실(192)에 있어서 세정 처리된다. 제1 세정실(190) 또는 제2 세정실(192)에 있어서 세정 처리된 반도체 웨이퍼는, 제2 반송실(193)을 통해 건조실(194)로 반송된다. 반도체 웨이퍼는, 건조실(194)에 있어서 건조 처리된다. 건조 처리된 반도체 웨이퍼는, 반송 로봇(22)에 의해 건조실(194)로부터 취출되어 카세트로 되돌려진다.
도 16은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 연마 유닛(연마 장치)의 전체 구성을 나타내는 개략도이다. 도 16에 도시한 바와 같이, 연마 장치는, 연마 테이블(30A)과, 연마 대상물인 반도체 웨이퍼 등의 기판을 보유 유지하여 연마 테이블 위의 연마면에 압박하는 톱링(31A)(보유 지지부)을 구비하고 있다.
제1 연마 유닛(3A)은, 연마 패드(10)와, 연마 패드(10)에 대향하여 배치되는 반도체 웨이퍼(16)의 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 톱링(31A)을 갖는다. 제1 연마 유닛(3A)은, 톱링(31A)을 보유 지지하기 위한 요동 암(110)과, 요동 암(110)을 요동하기 위한 요동축 모터(14)와, 요동축 모터(14)에, 구동 전력을 공급하는 드라이버(18)를 갖는다. 또한 제1 연마 유닛(3A)은, 요동 암(110)에 가해지는 암 토크를 검지하는 암 토크 검지부(26)와, 암 토크 검지부(26)가 검지한 암 토크(26a)에 기초하여, 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출하는 종점 검출부(28)를 갖는다. 종점 검출부(28)는, 암 토크 검지부(26)의 출력 및 후술하는 전류 검출부(810)의 출력 중 적어도 하나를 사용하여, 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출한다.
도 16 내지 도 37에 의해 설명하는 본 실시 형태에 따르면, 톱링을 요동 암의 단부에 보유 지지하는 방식에 있어서, 연마 종점 검출의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 본 실시 형태에서는, 연마 종점 검출 수단으로서, 암 토크에 기초하는 방법, 연마 테이블 또는 톱링을 회전 구동하는 구동부의 구동 부하를 검출하여 이용하는 방법이 가능하다. 본 실시 형태는, 톱링을 요동 암의 단부에 보유 지지하는 방식에 있어서, 암 토크에 기초하여 연마 종점 검출을 행하는 것을 설명하지만, 연마 테이블 또는 톱링을 회전 구동하는 구동부의 구동 부하를 검출하여, 연마 종점 검출을 행하는 것도 마찬가지로 실시할 수 있다.
보유 지지부와 요동 암과 암 구동부와 토크 검지부는, 조(組)를 구성하고, 동일한 구성을 갖는 조가, 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 통해 그 하방에 배치되는 구동부인 모터 M3(도 2를 참조)에 연결되어 있으며, 그 테이블 축(102) 둘레로 회전 가능하게 되어 있다. 연마 테이블(30A)의 상면에는 연마 패드(10)가 점착되어 있으며, 연마 패드(10)의 표면(101)이 반도체 웨이퍼(16)를 연마하는 연마면을 구성하고 있다. 연마 테이블(30A)의 상방에는 연마액 공급 노즐(도시 생략)이 설치되어 있으며, 연마액 공급 노즐에 의해 연마 테이블(30A) 위의 연마 패드(10)에 연마액 Q가 공급된다. 도 16에 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.
톱링(31A)은, 반도체 웨이퍼(16)를 연마면(101)에 대해서 압박하는 톱링 본체(24)와, 반도체 웨이퍼(16)의 외주연을 보유 지지하여 반도체 웨이퍼(16)가 톱링으로부터 튀어나오지 않도록 하는 리테이너 링(23)으로 구성되어 있다.
톱링(31A)은, 톱링 샤프트(111)에 접속되어 있다. 톱링 샤프트(111)는, 도시하지 않은 상하 이동 기구에 의해 요동 암(110)에 대해서 상하 이동한다. 톱링 샤프트(111)의 상하 이동에 의해, 요동 암(110)에 대하여 톱링(31A)의 전체를 승강시켜 위치 결정한다.
또한, 톱링 샤프트(111)는 키(도시생략)를 통해 회전 통(112)에 연결되어 있다. 이 회전 통(112)은 그 외주부에 타이밍 풀리(113)를 구비하고 있다. 요동 암(110)에는 톱링용 모터(114)가 고정되어 있다. 상기 타이밍 풀리(113)는, 타이밍 벨트(115)를 통해 톱링용 모터(114)에 설치된 타이밍 풀리(116)에 접속되어 있다. 톱링용 모터(114)가 회전하면, 타이밍 풀리(116), 타이밍 벨트(115), 및 타이밍 풀리(113)를 통해 회전 통(112) 및 톱링 샤프트(111)가 일체로 회전하고, 톱링(31A)이 회전한다.
요동 암(110)은, 요동축 모터(14)의 회전축에 접속되어 있다. 요동축 모터(14)는 요동 암 샤프트(117)에 고정되어 있다. 따라서, 요동 암(110)은, 요동 암 샤프트(117)에 대해서 회전 가능하게 지지되어 있다.
톱링(31A)은, 그 하면에 반도체 웨이퍼(16) 등의 기판을 유지할 수 있다. 요동 암(110)은, 요동 암 샤프트(117)를 중심으로 하여, 선회 가능하다. 하면에 반도체 웨이퍼(16)를 유지한 톱링(31A)은, 요동 암(110)의 선회에 의해, 반도체 웨이퍼(16)의 수취 위치로부터 연마 테이블(30A)의 상방으로 이동된다. 그리고, 톱링(31A)을 하강시켜, 반도체 웨이퍼(16)를 연마 패드(10)의 표면(연마면)(101)으로 압박한다. 이때, 톱링(31A) 및 연마 테이블(30A)을 각각 회전시킨다. 동시에, 연마 테이블(30A)의 상방에 설치된 연마액 공급 노즐로부터 연마 패드(10) 위로 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(도시생략)를 갖는다. 제1 연마 유닛(3A)은, 연마 테이블(30A)에 가해지는 테이블 토크를 검지하는 테이블 토크 검지부(도시생략)를 가져도 된다. 테이블 토크 검지부는, 회전 모터인 테이블 구동부의 전류로부터 테이블 토크를 검지할 수 있다. 종점 검출부(28)는, 암 토크 검지부(26)가 검지한 암 토크(26a)만으로부터 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출해도 되고, 테이블 토크 검지부가 검지한 테이블 토크도 고려하여, 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출해도 된다.
도 16에 있어서는, 요동 암(110)의, 요동축 모터(14)에의 접속부에 있어서, 암 토크 검지부(26)는, 요동 암(110)에 가해지는 암 토크(26a)를 검지한다. 구체적으로는, 암 구동부는, 요동 암(110)을 회전시키는 요동축 모터(회전 모터)(14)이며, 암 토크 검지부(26)는, 요동축 모터(14)의 전류값으로부터, 요동 암(110)에 가해지는 암 토크(26a)를 검지한다. 요동축 모터(14)의 전류값은, 요동 암(110)의, 요동축 모터(14)에 대한 접속부에 있어서의 암 토크에 의존하는 양이다. 요동축 모터(14)의 전류값은, 본 실시 형태에서는, 드라이버(18)로부터 요동축 모터(14)로 공급되는 전류값(18b)이다.
암 토크 검지부(26)에 의한 암 토크(26a)의 검지 방법을 도 17에 의해 설명한다. 드라이버(18)는, 제어부(65)로부터, 요동 암(110)의 위치에 관한 위치 명령(65a)이 입력된다. 위치 명령(65a)은, 요동 암 샤프트(117)에 대한 요동 암(110)의 회전 각도에 상당하는 데이터이다. 드라이버(18)는, 또한, 요동축 모터(14)에 내장하여 설치된 인코더(36)로부터, 요동 암 샤프트(117)의 회전 각도(36a)가 입력된다.
인코더(36)는, 요동축 모터(14)의 회전축의 회전 각도(36a), 즉 요동 암 샤프트(117)의 회전 각도(36a)를 검지할 수 있는 것이다. 도 17에서는, 요동축 모터(14)와 인코더(36)는, 독립적으로 도시되어 있지만, 실제는, 요동축 모터(14)와 인코더(36)는, 일체화하고 있다. 이와 같은 일체형 모터의 일례로서, 피드백 인코더 부착 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)을 생성한다. PWM 회로(42)는, 전류 명령(18a)이 입력되어, PWM(Pulse Width Modulation) 제어에 의해, 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, 암 토크에 의존하는 양이다. 암 토크 검지부(26)는, 전류 명령(18a)에 대해서, AD 변환, 증폭, 정류, 실효값 변환 등의 처리 중 적어도 하나의 처리를 한 다음, 종점 검출부(28)로 암 토크(26a)로서 출력한다.
전류값(18b)은, 요동축 모터(14)의 전류값 바로 그 자체임과 함께, 암 토크에 의존하는 양이다. 암 토크 검지부(26)는, 전류값(18b)으로부터, 요동 암(110)에 가해지는 암 토크(26a)를 검지해도 된다. 암 토크 검지부(26)는, 전류값(18b)을 검출할 때, 홀 센서 등의 전류 센서를 사용할 수 있다.
연마 테이블을 회전 구동하기 위한 모터 M3(제1 전동 모터, 도 2를 참조), 톱링(31A)을 회전 구동하기 위한 모터 M1(제2 전동 모터, 도 5를 참조), 및 요동 암을 요동시키기 위한 모터 M2(제3 전동 모터, 도 5를 참조) 중 1개의 전동 모터의 전류값을 검출하여, 제1 출력을 생성하는 전류 검출부(810)(검출부)에 의한 모터 전류의 검지 방법을 도 17에 의해 설명한다. 본 실시 형태에서는, 전류 검출부(810)는, 모터 M2의 전류값을 검출하여, 제1 출력(810a)을 생성한다. 전류 검출부(810)에는, 3상(U상, V상, W상)의 전류값(18b)이 입력된다.
전류 검출부(810)는, U상, V상, W상의 전류값(18b)의 각각에 대하여, 예를 들어 10msec마다 샘플링을 행하고, 샘플링한 전류값(18b)에 대하여 각각 100msec의 이동 평균을 구한다. 이동 평균을 행하는 목적은 노이즈의 저감이다. 그 후, U상, V상, W상의 전류값(18b)에 대하여, 전파정류를 행하고, 다음에 실효값 변환에 의해, 각각에 대하여 실효값을 구한다. 실효값을 산출한 후에, 이들 3개의 값을 가산하여 제1 출력(810a)을 생성한다. 전류 검출부(810)는, 생성된 제1 출력(810a)을 종점 검출부(28)로 출력한다.
또한, 노이즈의 저감 처리는, 상기한 이동 평균 처리로 한정되지 않고, 다양한 노이즈 저감 처리가 가능하다. 또한, 전류 검출부(810)는, 전류값(18b)에 대해서, 실효값 산출 이외의 처리를 행해도 된다. 예를 들어, 전류값(18b)의 각각의 절댓값을 산출한 후에, 이들 3개의 값을 가산하여 제1 출력(810a)을 생성해도 된다. 또한, 전류 검출부(810)는, 전동 모터의 3상의 전류값의 절댓값의 2승의 합을 제1 출력으로서 생성해도 된다. 또한, U상, V상, W상의 3상의 전류값(18b) 중 1상, 또는 2상만에 대하여, 실효값을 산출해도 된다. 제1 출력은, 토크의 변화를 나타낼 수 있는 양이면, 임의의 양으로 할 수 있다.
제1 출력에 기초하여, 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출하는 종점 검출부(28)는, 반도체 웨이퍼(16)(피연마물)를 요동 암(110) 위의 요동 중심(108)의 둘레로 요동시켜 반도체 웨이퍼(16)를 연마하고 있을 때, 제1 출력의 변화량을 증가시켜, 연마 패드(10)와 반도체 웨이퍼(16) 사이의 마찰력의 변화를 검지하는 변화 검지부이다. 종점 검출부(28)는, 마찰력의 변화로부터, 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출한다.
제1 출력은, 요동 암(110)의 요동 운동과 동기하고 있다. 또한, 제1 출력은, 요동 암(110)에 가해지는 요동 중심(108)에 있어서의 암 토크의 변동과 동기하고 있다. 이하 이것에 대하여, 도 18에 의해 설명한다. 도 18은, 전류 검출부(810)가 생성한 제1 출력(810a)의 구체적인 일례를 나타낸다. 횡축은 시간(초)이며, 종축은 전류(암페어)이다. 연마 개시 후, 마찰력이 변화하는 영역(900)의 전후에 있어서의 제1 출력(810a)을 나타낸다. 영역(900)은, 본 실시 형태에서는, 연마의 종료를 나타내는 연마 종점에 상당한다.
또한, 연마 종점은, 도 18의 경우, 곡선(906)의 진폭이 일시적으로 커졌을 때이지만, 연마 종점에 있어서의 곡선(906)의 진폭의 거동에는 다양한 타입이 있다. 예를 들어, 곡선(906)의 진폭이 서서히 커지고, 소정값보다 커졌을 때가 연마 종점인 경우, 또는 곡선(906)의 진폭이 서서히 작아지며, 진폭이 소정값보다 작아졌을 때가 연마 종점인 경우 등이다.
본 도면에는, 비교를 위해서, 요동 암(110)을 요동시키지 않고 연마했을 때의 전류 검출부(810)의 출력(902)도 나타낸다. 제1 출력(810a)은, 정현파와 같은 파형이다. 출력(902)은, 제1 출력(810a)과는 달리, 대개 일정값이다. 출력(902)은, 영역(900)의 전후에서 그 크기가 상이하다. 제1 출력(810a)을, 예를 들어 수초의 크기로 이동 평균을 하여 얻어진 곡선(906)은, 대개 일정값이다. 곡선(906)도, 영역(900)의 전후에서 그 크기가 상이하다. 영역(900)의 전후에서의 곡선(906)의 크기의 차(908)와, 영역(900)의 전후에서의 출력(902)의 크기의 차(904)를 비교하면, 차(904)는 비교적 크다.
이 때문에, 요동 암(110)을 요동시키지 않고 연마했을 때는, 전류 검출부(810)의 출력(902)으로부터 직접 연마의 종료를 검출할 수 있다. 한편, 요동 암(110)을 요동시켜 연마했을 때는, 도 18에 도시한 바와 같이, 전류 검출부(810)의 제1 출력(810a)으로부터 직접 연마의 종료를 검출하는 것은 곤란한 경우가 있다. 본 실시 형태에서는, 이와 같은 경우에, 후술하는 바와 같이 제1 출력(810a)의 변화량을 증가시켜, 연마 패드(10)와 반도체 웨이퍼(16) 사이의 마찰력의 변화를 검지한다.
또한, 제1 출력(810a)이 정현파와 같은 파형인 이유는 이하와 같다. 제1 출력(810a)은 주기(910)를 갖고, 최댓값(912)과 최솟값(914)을 갖는다. 요동 암(110)은, 소정의 궤적 위를 요동하여 왕복 운동을 반복하고 있다. 최댓값(912)을 취할 때, 요동 암(110)은, 소정의 궤적 위에 있어서 연마 테이블(30A)의 가장 외부에 있다. 이때, 연마 테이블(30A)의 회전 속도는, 소정의 궤적 위에 있어서 가장 빠르고, 연마 패드(10)와 반도체 웨이퍼(16) 사이의 마찰력은 최대라고 생각된다. 한편, 최솟값(914)을 취할 때, 요동 암(110)은, 소정의 궤적 위에 있어서 연마 테이블(30A)의 가장 중심부에 있다. 이때, 연마 테이블(30A)의 회전 속도는, 소정의 궤적 위에 있어서 가장 느리고, 연마 패드(10)와 반도체 웨이퍼(16) 사이의 마찰력은 최소라고 생각된다.
다음으로, 본 실시 형태에 있어서의 제1 출력(810a)의 변화량을 증가시키는 방법의 개략에 대하여 설명한다. 변화량을 증가시키기 위해서, 제1 출력(810a)에 소정의 계수 A를 곱하여, 승산한 결과(이하에서는, 이것을 「Offset값」이라고 칭함)를, 제1 출력(810a)에 가산한다. 즉, 제1 출력(810a)을 (1+A)배한다. 계수 A의 값으로서는, 「1」 이상인 것이 바람직하다. 제1 출력(810a)을 (1+A)배한 값을 평균화한다. 평균화하여 얻어진 곡선(916)을 도 18에 나타낸다. 영역(900)의 전후에서의 곡선(916)의 크기의 차(918)를, 차(908)와 비교하면, 차(918)는 상당히 커지게 되어 있다.
종점 검출부(28)는, 제1 출력(810a)이 입력되어 전술한 처리를 행하고 있다. 종점 검출부(28)에 있어서의 이 처리를 도 19에 의해 상세히 설명한다. 연마를 개시하면, 종점 검출부(28)는, 전류 검출부(810)로부터 제1 출력(810a)을 취득한다(스텝 S10). 종점 검출부(28)는, 금회의 제1 출력(810a), 및 종점 검출부(28)에 기억하고 있는 과거의 제1 출력(810a)으로부터, 현 시점이 몇 회째의 요동 주기인지를 탐색한다(스텝 S12). 요동 주기의 탐색을 행하는 목적은, 1회째의 요동 주기인 경우에는, 연마 상태가 안정되어 있지 않기 때문에, 제1 출력(810a)을 사용하지 않기 때문이다. 요동 주기의 탐색은, 제1 출력(810a)에 있어서의 피크값(최댓값(912) 또는 최솟값(914))을 검지함으로써, 피크값과 피크값의 사이를 1주기로 하여, 요동 주기를 검지한다.
종점 검출부(28)는, 검지한 요동 주기가 몇 회째의 요동 주기인지를 판정한다(스텝 S14). 요동 주기가 1회째일 때는, 스텝 S10으로 되돌아가고, 전류 검출부(810)로부터 제1 출력(810a)을 취득한다. 요동 주기가 2회째 이후일 때는, 종점 검출부(28)는, 제1 출력(810a)이 유효 구간 내에 있는지 여부를 판정한다(스텝 S16). 유효 구간이란, 연마 개시 후, 소정 기간이 경과한 후의 시간 구간을 의미한다. 유효 구간을 설정한 이유는, 연마 개시 후, 소정 기간은 연마 상태가 안정되어 있지 않기 때문에, 제1 출력(810a)을 사용하지 않기 위해서이다. 유효 구간은, 요동 주기보다 길게 설정한다. 유효 구간의 판정 및 요동 주기가 2회째 이후의 판정이라는 2중의 판정을 행하는 이유는, 연마 상태가 안정되어 있는지 여부에 대하여, 오판정을 방지하기 위해서이다.
유효 구간이 아닐 때는, 스텝 S10으로 되돌아가고, 전류 검출부(810)로부터 제1 출력(810a)을 취득한다. 유효 구간일 때는, 제1 출력(810a)의 진폭을 계산한다(스텝 S18). 진폭의 계산은, 최신의(직전의) 최솟값(914)과의 차를 구함으로써 행해진다. 즉, 최솟값(914)을 검출했을 때, 다음의 최솟값(914)을 검출할 때까지의 사이는, 직전의 최솟값(914)과 제1 출력(810a)의 차를 구한다. 최솟값(914)은, 전후의 제1 출력(810a)을 비교함으로써 검출한다. 예를 들어, 최신의 3개의 제1 출력(810a)을 비교하여, 2개째의 값이, 1개째의 값 및 3개째의 값보다 작을 때, 2개째의 값이 최솟값(914)이라고 판단한다.
또한, 최신의 3개만의 제1 출력(810a)을 비교하는 경우, 노이즈에 의해 오 판정하는 경우가 있다. 대책으로서, 2개째의 값이 최솟값(914)이라고 판단한 후에, 후속하는 수 개의 측정값에 대해서, 최댓값(912)이 나타나는지의 판정을 행한다. 후속하는 수 개의 측정값에 대해서, 최댓값(912)이 나타났을 때는, 국소적인 최솟값을 최솟값(914)이라고 판정하였다고 생각되기 때문이다. 최댓값(912)이 나타나는지 여부의 판정은, 예를 들어 이하와 같이 행한다. 최신의 3개의 제1 출력(810a)을 비교하여, 2개째의 값이, 1개째의 값 및 3개째의 값보다 클 때, 2개째의 값이 최댓값(912)이라고 판단한다. 최댓값(912)이 나타났을 때는 오판정이라고 판단한다.
얻어진 진폭을 사용하여, 진폭 x 계수 A라는 계산을 행한다(스텝 S20). 진폭 x 계수 A라는 계산은, 제1 출력을 증폭하기 위한 하나의 방법이다. 제1 출력을 증폭하는 방법으로서는 다양하게 가능하다. 후술하는 스텝 S26도 그러한 방법의 하나라고 생각할 수 있다. 이어서, 진폭 x 계수 A에 대하여 평균을 행한다(스텝 S22). 평균은 예를 들어, 제1 출력(810a)의 3주기분의 길이에 관한 이동 평균이다. 평균을 행하는 목적은 노이즈의 저감이다. 얻어진 평균값이 Offset값으로 된다(스텝 S24). 얻어진 Offset값을 제1 출력(810a)에 가산한다(스텝 S26). 스텝 S26은, 제1 출력에, 제1 출력에 따른 소정값을 가산하는 처리이다. Offset값을 제1 출력(810a)에 가산하는 목적은, 이미 설명한 바와 같이, 제1 출력(810a)의 진폭을 크게 함으로써, 제1 출력(810a)의 변화량을 크게 하기 위해서이다.
가산된 제1 출력(810a)에 대해서, 예비 평균 및 평균을 행한다(스텝 S28, 스텝 S30). 예비 평균 및 평균이라는 2개의 평균을 행하는 목적은, 이동 평균의 길이를 바꿔, 서로 다른 주기의 노이즈를 저감시키기 위해서이다. 노이즈의 종류나 크기에 따라서는, 예비 평균 및 평균 중 1개만을 행해도 된다. 예비 평균 및 평균에 의해 얻어진 것이, 도 18에 도시한 곡선(916)이다. 곡선(916)은, 제1 출력을 평활화한 양이며, 종점 검출부(28)가 구하는 양이다. 평활화한 양은 제1 출력의 진폭의 크기에 의존한 양이다. 곡선(916)은, 제1 출력을 평활화하고, 제1 출력의 진폭 크기만을 추출한 양이라고 생각할 수도 있다. 곡선(916)은 이미 설명한 바와 같이 이동 평균으로 구할 수 있지만, 제1 출력을, 저역 통과 필터 등을 사용해서 처리해도 얻을 수 있다.
제1 출력(810a)의 변화를 검출하기 위해서, 곡선(916)을 미분한다(스텝 S32). 미분한 결과를 평균하여 노이즈를 저감한다(스텝 S34). 얻어진 결과로부터 종점 검출부(28)는, 연마의 종료를 검출한다. 이어서, 종점 검출부(28)는, 연마가 종료되었는지 여부를 판정한다(스텝 S36). 연마가 종료되지 않았을 때는, 스텝 S10으로 되돌아간다.
스텝 S14, S16에 있어서의 요동 주기의 횟수, 유효 구간의 길이, 스텝 S22, S28, S30, S34에 있어서의 이동 평균의 길이는, 종점 검출부(28) 내에 파라미터로서 기억할 수 있다. 파라미터를 변경함으로써, 요동 주기의 횟수, 유효 구간의 길이, 이동 평균의 길이를 변경할 수 있다.
본 실시 형태와 같이, 요동 암(110)을 요동시키면서 연마하는 것의 이점은 이하와 같다. 요동 암(110)을 요동시키지 않는 경우와 비교하면, 요동 암(110)을 정지시키는 작업이 없어지기 때문에, 시간적인 효율이 향상된다. 즉, 생산성이 향상된다. 구체적으로는, 요동 암(110)을 요동시키지 않는 경우, 연마 정지/재개 시에 연마의 상태 변화가 발생하고, 또한, 시간 손실이 발생한다. 상태 변화는, 예를 들어 연마 패드(10)의 표면 특정한 영역에만 발생하는 열화(연마 패드(10)의 동심원상의 열화)이다. 처리 매수가 다량으로 있기 때문에, 연마 패드(10)의 동일 개소에서 연마하고 있는 경우는 특히, 이 열화가 현저해진다. 요동 암(110)을 요동시키지 않는 경우, 연마 패드(10)가 특정한 장소(연마 패드(10) 위의 동심원상의 특정한 장소)만이 사용되어, 연마 패드(10)가 국소적으로 열화된다. 연마 패드(10)의 열화가 평균화되기 때문에, 연마 패드(10)의 수명이 연장된다.
또한, 요동 암(110)을 요동시키지 않는 경우, 요동 암(110)을 요동시키는 경우와 비교하여, 슬러리가 톱링(31A)의 아래에 고정되어버리기 때문에, 톱링(31A)의 아래에 있는 슬러리가 열화된다. 다른 표현을 하자면, 반도체 웨이퍼(16)의 중심을 향해서 슬러리가 이동하기 어렵다는 것이다. 요동 암(110)이 요동하면, 슬러리가 톱링(31A)의 아래에 고정되지 않기 때문에, 신선한 슬러리에 의해 반도체 웨이퍼(16)를 연마할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, Offset값의 계산이나 가산, 평균 등의 처리를 행하고 있기 때문에, 처리에 지연이 발생한다. 지연을 위해서, 연마의 종점 검출이 느리게 되는 것이 문제로 되는 경우에는, 이하의 대책이 가능하다. 연마의 종점에 가까워졌을 때는, 연마 속도를 느리게 한다. 구체적으로는, 예를 들어 연마 테이블(30A)의 회전 속도를 느리게 하는, 톱링(31A)이 반도체 웨이퍼(16)를 누르는 면압을 내리는 등이다. 연마 속도를 느리게 하는 타이밍에 대해서는, 과거의 연마 데이터로부터 판단할 수 있다.
지연 대책으로서, 연마 종료라고 판정하는 시간을, 연마의 종점 검출이 느려지는 것을 고려하여, 빠르게 설정하는 방법도 가능하다. 또한, 와전류 센서나 광학식 센서 등의 다른 종류의 종점 검지 센서를 병용하여, 연마 종료를 판정하는 방법도 가능하다.
본 실시 형태에서는, 연마 테이블(30A)의 평면상에서 좌우 방향(원주 방향)으로 요동하는 요동 암(110)에 대하여 설명하였다. 그러나, 연마 테이블(30A)의 평면상에서, 연마 테이블(30A)의 회전 중심과, 연마 테이블(30A)의 단부와의 사이에서 반경 방향으로 직선 방향으로 왕복하는 암에 대해서도, 본 실시 형태는 적용할 수 있다. 연마 테이블(30A)의 회전 중심에서 마찰력이 최소로 되고, 연마 테이블(30A)의 단부에서 마찰력이 최대로 되어, 마찰력이 주기적으로 변화하기 때문이다. 또한, 본 실시 형태에서는, 종점 검출부(28)는, 제1 출력(810a)을 사용해서 종점 검지를 행하고 있지만, 암 토크(26a)를 사용해서 종점 검지를 행해도 된다. 그 때는, 암 토크(26a)에 대해서, 종점 검출부(28)는, 도 19에 도시한 처리를 행한다.
또한, 종점 검출부(28)는 CPU, 메모리, 입출력 수단을 갖는 컴퓨터로서 구성할 수 있다. 그때는, 반도체 웨이퍼(16)를 요동 암(110) 위의 요동 중심(108)의 둘레로 요동시켜 반도체 웨이퍼(16)를 연마하고 있을 때, 제1 출력의 변화량을 증가시키고, 연마 패드(10)와 반도체 웨이퍼(16) 사이의 마찰력의 변화를 검지하는 변화 검지부 수단으로서 기능시키기 위한 프로그램을 메모리에 저장할 수 있다.
다음으로, 도 20에 의해, 광학식 센서를 갖는 다른 실시 형태를 설명한다. 본 형태에서는, 연마 테이블(30A)을 요동하는 요동축 모터(14)의 토크 변동의 검지와, 광학식 센서에 의한 반도체 웨이퍼(16)의 연마면의 반사율의 검지를 병용한다. 종점 검지를 위해서, 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) 대신에 와전류 센서를 사용할 수도 있다.
도 20의 실시 형태의 경우, 이하의 과제를 해결할 수 있다. 종점 검지를 위해서, 토크 변동 검지 방식 또는 광학식 검지 방식의 한쪽만을 사용한 경우, 연마 대상물의 연마에, 금속막의 연마와 절연막의 연마가 혼재하는 경우, 이하의 문제가 있다. 토크 변동 검지 방식은, 금속막과 절연막의 경계의 검지에 적합하며, 광학식 검지 방식은, 막의 두께의 변화의 검지에 적합하다. 그 때문에, 한쪽의 방식만으로는, 막의 경계의 검지와, 잔막의 두께의 검지의 양쪽이 필요한 경우에, 불충분한 검지 정밀도밖에 얻어지지 않는다. 막의 경계의 검지와, 잔막의 두께의 검지 중 어느 쪽인지에 따라서, 토크 변동 검지와 광학식 검지를 구분지어 사용함으로써, 과제를 해결할 수 있다.
광학식 센서의 경우, 연마 장치의 종점 검출부는, 반도체 웨이퍼(16)에 광을 조사하여, 반도체 웨이퍼(16)로부터의 반사광의 강도를 계측한다. 종점 검출부는, 암 토크 검지부가 검지한 암 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 통해 제어부(65)로 보내진다.
광학식 센서의 경우, 연마 패드(10)의 일부에 개구(720)가 있다. 개구(720)에, 윈도우인 뷰 포트(722)가 있다. 뷰 포트(722)를 통하여, 광조사와, 반사광의 검지가 행해진다. 연마 시에 반도체 웨이퍼(16)와 대향 가능한, 연마 테이블(30A) 내의 위치에 뷰 포트(722)는 내장된다. 뷰 포트(722)의 하부에, 광학식 센서(724)가 배치된다. 광학식 센서(724)가 파이버 센서의 경우에는, 뷰 포트(722)가 없는 경우도 있다.
뷰 포트(722)가 없는 경우, 파이버 센서의 주위로부터 순수를 내보내서, 노즐(728)로부터 공급되는 슬러리를 제거하여 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(도시생략)를 갖는다.
센서는 복수 개 있어도 된다. 예를 들어, 도 20에 도시한 바와 같이, 중심부와 단부에 설치하여, 중심부와 단부의 양쪽에 있어서의 검지 신호를 모니터한다. 도 20의 (a)는, 광학식 센서(724)의 배치를 나타내며, 도 20의 (b)는, 광학식 센서(724)의 확대도이다. 종점 검출부(28)는, 그들 복수의 신호 중에서 연마 조건(반도체 웨이퍼(16)의 재질, 연마 시간 등)의 변화에 따라서, 연마 조건의 영향을 받지 않는(또는, 당해 연마 조건에 최적의) 검지 신호를 선택하고, 종점을 판단하여, 연마를 멈춘다.
이 점에 대하여 추가로 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 데 사용하면, 유효하다. SOPM(Spectrum Optical Endpoint Monitoring) 등의 광학식 검지에서는, 잔막의 두께의 검출을 행하고, 종점 검지를 행한다. 예를 들어, LSI의 적층막의 제조 프로세스에 있어서, 금속막의 연마와 절연막의 연마에 의해, 잔막을 형성하는 것이 필요한 경우가 있다. 금속막의 연마와 절연막의 연마를 행할 필요가 있으며, 금속막의 연마와 절연막의 연마 중 어느 쪽인지에 따라서, 토크 변동 검지와 광학식 검지를 구분지어 사용하는 것이 가능해진다.
또한, 종점부의 막 구조가 금속과 절연막의 혼재 상태인 경우, 토크 변동 검지와 광학식 검지 중 일방식만으로는, 정확한 종점 검지가 곤란하다. 그 때문에, 토크 변동 검지와 광학식 검지에 의한 막 두께 측정을 행하고, 양쪽의 검지 결과로부터, 종점인지를 판정하여, 최적의 시점에서 연마를 종료한다. 혼재 상태에서는, 토크 변동 검지와 광학식 검지 중 어느 쪽에서도 측정 신호가 약하기 때문에 측정 정밀도가 저하된다. 그러나, 2종류 이상의 측정 방법에 의해 얻어진 신호를 사용해서 판정함으로써, 최적의 종점 위치를 판정하는 것이 가능해진다. 예를 들어, 2종류 이상의 측정 방법에 의해 얻어진 신호를 사용한 판정의 모두가, 종점이라는 결과를 낼 때 종점이라고 판단한다.
다음으로, 도 21에 의해, 광학식 센서를 갖는 다른 실시 형태를 설명한다. 본 형태에서는, 연마 테이블(30A)을 요동하는 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 피연마물 내의 와전류의 검지를 병용한다. 3종류의 검지 방법이 병용된다.
도 21의 실시 형태의 경우, 이하의 과제를 해결할 수 있다. 도 20의 실시 형태의 토크 변동 검지 방식 및 광학식 검지 방식은, 금속막의 두께의 변화를 검지하는 것이 어렵다는 과제가 있다. 도 21의 실시 형태는, 이 과제를 해결하는 것으로, 도 20의 실시 형태에, 추가로 와전류의 검지를 병용하고 있다. 금속막 내의 와전류를 검지하기 위해서, 금속막의 두께 변화를 검지하는 것이 보다 용이해진다.
도 21의 (a)는, 광학식 센서(724)와, 와전류식 센서(730)의 배치를 나타내고, 도 21의 (b)는, 광학식 센서(724)의 확대도이며, 도 21의 (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, 생성된 자장의 강도를 검지한다. 종점 검출부(28)는, 암 토크 검지부(26)가 검지한 암 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 위해서, 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 물리량 검출이 조합된 예이다. 요동축 모터(14)의 토크 변동 검지(모터 전류 변동 측정)는, 연마하는 시료의 막질이 변화하는 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 금속막을 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, 일 실시 형태에 있어서는 3종류의 종점 검출 방법을 이용할 수 있어, 3종류 이상도 가능하다. 예를 들어, 또한, 연마 테이블(30A)을 회전시키는 모터의 토크 변동 검지(모터 전류 변동 측정(TCM))를 병용할 수 있다.
이들 4종류의 종점 검출의 조합을 사용하여, 고기능의 제어나 정밀도가 좋은 종점 검지를 행하는 것이 가능해진다. 예를 들어, 연마 테이블(30A) 위를 톱링(31A)이 이동하여(요동하여) 연마를 행하고 있는 경우, 톱링(31A)의 위치의 변화에 의한 연마 테이블(30A)의 토크 변동을 TCM에 의해 검출한다. 이에 의해, 톱링(31A)이 연마 테이블(30A)의 중심부에 있을 때, 톱링(31A)이 연마 테이블(30A)의 한쪽의 단부로 이동했을 때, 톱링(31A)이 연마 테이블(30A)의 다른 쪽의 단부로 이동했을 때의 토크 변동에 의해, 톱링(31A)의 시료에의 압박이 서로 다른 요인을 찾는 것이 가능해진다. 요인을 찾으면, 시료에의 압박을 균일화하기 때문에, 톱링(31A)의 표면의 압박의 조정을 행하는 등의 피드백을 행할 수 있다.
톱링(31A)의 위치의 변화에 의한 연마 테이블(30A)의 토크 변동의 요인으로서는, 톱링(31A)과 연마 테이블(30A)의 수평도의 어긋남이나, 시료면과 연마 패드(10)의 표면의 수평도의 어긋남, 또는 연마 패드(10)의 마모도의 차이에 의해, 중심부에 톱링(31A)이 있을 때, 중심부로부터 어긋난 위치에 톱링(31A)이 있을 때의 마찰력이 서로 다른 것 등을 생각할 수 있다.
또한, 반도체 웨이퍼(16)의 막의 연마 종점부의 막 구조가 금속과 절연막의 혼재 상태인 경우, 하나의 검지 방식만으로는 정확한 종점 검지가 곤란하기 때문에, 암 토크 변동을 검지하는 방식과 광학식 검지 방법, 또는 암 토크 변동을 검지하는 방식과 와전류를 검지하는 방식, 또는 3종류 모든 신호 검출로부터 종점 상태를 판정하여, 최적의 시점에서 연마를 종료한다. 혼재 상태에서는, 토크 변동 검지와 광학식과 검지 와전류를 검지하는 방식의 어느 쪽에서도 측정 신호가 약하기 때문에 측정 정밀도가 저하된다. 그러나, 3종류 이상의 측정 방법에 의해 얻어진 신호를 사용해서 판정함으로써, 최적의 종점 위치를 판정하는 것이 가능해진다. 예를 들어, 3종류 이상의 측정 방법에 의해 얻어진 신호를 사용한 판정의 모두가, 종점이라는 결과를 낼 때 종점이라고 판단한다.
이들의 조합을 열기하면, 이하와 같다.
ⅰ. 암 토크 검지+테이블 토크 검지
ⅱ. 암 토크 검지+광학식 검지
ⅲ. 암 토크 검지+와전류 검지
ⅳ. 암 토크 검지+마이크로파 센서에 의한 광학식 검지
ⅴ. 암 토크 검지+광학식 검지+테이블 토크 검지
ⅵ. 암 토크 검지+광학식 검지+와전류 검지
ⅶ. 암 토크 검지+광학식 검지+마이크로파 센서에 의한 광학식 검지
ⅷ. 암 토크 검지+와전류 검지+테이블 토크 검지
ⅸ. 암 토크 검지+와전류 검지+마이크로파 센서에 의한 광학식 검지
ⅹ. 암 토크 검지+테이블 토크 검지+마이크로파 센서에 의한 광학식 검지
xi. 이밖에, 암 토크 검지와 조합하는 어떠한 센서의 조합도 포함한다.
종점부의 막 구조가 금속과 절연막의 혼재 상태인 경우의 예를 도 22, 23, 24에 나타낸다. 이하의 예에서는, 금속으로서는, Cu, Al, W, Co 등의 금속이며, 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 의해 제조된다. 도 22의 (a), 22의 (b)는, 절연막을 연마하는 예이다. 도 22의 (a)는, 연마 전의 상태를 나타내고, 도 22의 (b)는, 연마 후의 상태를 나타낸다. 막(732)은 실리콘이다. 막(732)의 위에, SiO2(열산화막)나 SiN 등의 절연막인 막(734)이 형성되어 있다. 막(734)의 위에 성막에 의한 산화막(SiO2)이나 유리재(SOG, BPSG) 등의 절연막인 막(736)이 형성되어 있다. 막(736)은, 도 22의 (b)에 도시한 상태까지 연마된다.
막(736)은, 광학식 검지에 의해 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 23의 (a), 23의 (b)는, 금속막을 연마하는 예이다. 도 23 (a)는, 연마 전의 상태를 나타내고, 도 23의 (b)는, 연마 후의 상태를 나타낸다. 매립부(737)는 STI다. 막(734)의 위에, 막(736)과 마찬가지의 막(738)이 형성되어 있다. 막(734)의 위에, 게이트 전극(740)이 형성되어 있다. 막(734)의 아래에는 드레인 또는 소스인 확산층(744)이 형성되어 있다. 확산층(744)은, 비아나 플러그 등의 세로배선(742)에 접속하고 있다. 게이트 전극(740)은, 도시하지 않은 세로배선(742)에 접속되어 있다. 세로배선(742)은, 막(738) 내를 관통하고 있다. 막(738)의 위에 금속막(746)이 형성되어 있다. 세로배선(742)과 금속막(746)은, 동일한 금속이다. 금속막(746)은, 도 23의 (b)에 도시한 상태까지 연마된다. 또한, 도 23에서는, 게이트 전극(740)이나 확산층(744)이 형성되어 있지만, 다른 회로 요소가 형성되어도 된다.
금속막(746)은 금속막이기 때문에, 금속막이 급격하게 감소했을 때의, 금속막(746) 내의 와전류 파형 변화가 크다는 점을 이용하여, 와전류를 검지한다. 또한, 금속막의 반사량이 큰 상태로부터 금속막이 감소하고, 반사량이 급격하게 변화하는 것을 이용하는 광학식 검지를, 와전류 검지와 병용할 수도 있다. 막(738)은, 절연막이기 때문에, 광학식 검지에 의해, 막 두께를 측정한다.
도 24의 (a), 24의 (b)는, 금속막을 연마하는 예이다. 도 24의 (a)는, 연마전의 상태를 나타내고, 도 24의 (b)는, 연마 후의 상태를 나타낸다. 매립부(737)는 STI이다. 막(734)의 위에 막(738)이 형성되어 있다. 막(734)의 위에, 게이트 전극(740)이 형성되어 있다. 막(734)의 아래에는 드레인 또는 소스인 확산층(744)이 형성되어 있다. 확산층(744)은, 비아나 플러그 등의 세로배선(742)에 접속하고 있다. 게이트 전극(740)은, 도시하지 않은 세로배선(742)에 접속되어 있다. 세로배선(742)은, 막(738) 내를 관통하고 있다. 비아(742)의 위에 금속의 가로배선(750)이 형성되어 있다. 금속막(748)과 가로배선(750)은 동일한 금속이다. 금속막(748)은, 도 24의 (b)에 도시한 상태까지 연마된다.
금속막(748)은 금속막이기 때문에, 와전류 센서를 사용하여, 와전류를 검지한다. 절연막(738)은 절연막이기 때문에, 광학식 검지에 의해, 막 두께를 측정한다. 또한, 도 22 이하에 기재하는 실시 형태는, 도 1 내지 도 21의 실시 형태의 전부에 대해서 적용 가능하다.
다음으로, 도 25에 의해, 도 16의 변형예로서의 실시 형태를 설명한다. 본 형태에서는, 요동 암(110)이 복수의 암으로 구성되어 있다. 도 25에서는, 예를 들어 암(752)과 암(754)으로 구성되어 있다. 암(752)은, 요동축 모터(14)에 설치되고, 암(754)에 톱링(31A)이 설치된다. 암(752)과 암(754)의 접합부에 있어서, 요동 암의 토크 변동을 검출하여 종점 검지를 행한다.
도 25의 실시 형태의 경우, 이하의 과제를 해결할 수 있다. 도 16의 경우, 종점 검지에 있어서, 후술하는 클리어런스 진동 등의 영향에 의해, 종점 검지 정밀도가 저하된다는 과제가 있다. 도 25의 실시 형태의 경우, 클리어런스 진동 등의 영향을 저감시킬 수 있기 때문에, 이 과제를 해결할 수 있다.
암(752)과 암(754)의 접합부(756)에, 요동 암의 토크 변동을 검출하는 토크 센서가 배치된다. 토크 센서는, 로드셀(706)이나 변형 게이지를 갖는다. 접합부(756)에서는, 암(752)과 암(754)은, 금구(710)에 의해 서로 고정된다. 암(752)은 요동축 모터(14)에 의해 요동이 가능하다. 전술한 요동 모터 전류의 변동에 의한 토크 변화를 측정할 때, 요동 동작을 일단 정지하여, 토크 변화를 측정하는 것이 바람직한 경우가 있다. 이것은, 요동 동작에 수반하여 요동 모터의 모터 전류의 노이즈가 증가되는 경우가 있기 때문이다.
본 형태의 경우, 도 22의 (a)의 경계(758)와 같은 막질이 변화하는 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 변동 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 암(110)의 클리어런스 진동 등의 영향이 있다. 클리어런스 진동은, 요동 암(110)의 요동축 모터(14)에 대한 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 없어, 연마부의 마찰 변화에 대응한 토크 변동을 검출할 수 있다. 이 때문에, 보다 고정밀도의 종점 검출을 행하는 것이 가능해진다. 클리어런스 진동을 저감하기 위해서는, 요동 암(110)의 스윙을 정지할 필요가 있다. 그러나, 접합부(756)의 토크 센서에 의한 토크 변동 검출에 있어서는, 요동 암(110)의 스윙을 정지하지 않아도, 고정밀도의 종점 검출이 가능해진다.
본 형태는, 톱링(31A)이 복수 있는 경우나, 캐러셀 방식에도 적용 가능하다. LSI의 적층막의 박막화나 기능 소자의 미세화가 진행되면, 성능 안정화와 수율 유지를 위해서, 종래와 비교하여, 보다 높은 정밀도로 연마 종점을 행할 필요가 생기고 있다. 이와 같은 요구에 대응할 수 있는 기술로서, 본 형태는 유효하다.
다음으로, 도 26에 의해, 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 행하고, 그것을 위한 신호의 수수, 정보 기록, 연산을 행한다. 제어부(65)는 주로 유닛 컨트롤러(760)의 사이에서 신호의 수수를 행한다. 유닛 컨트롤러(760)도, CPU와 메모리와 기록 매체와, 기록 매체에 기록된 소프트웨어 등을 갖는다. 도 26의 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 26 내지 도 28에 의해 설명하는 실시 형태에 따르면, 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 사용하고 있는 것도 있지만, 반도체 웨이퍼 구조에 대해서, 하나의 센서 신호를 사용하여, 종점 검출을 판단하는 처리를 행한다. 이렇게 해서는 다음과 같은 요구에 대해서 충분한 정밀도가 얻어지지 않았다. 제작하는 디바이스나 칩의 수율 향상을 위해, 디바이스나 칩의 제작에 있어서 더욱 고정밀도의 종점 검출과, 로트 간이나 칩 간의 변동을 작게 억제할 필요가 있다. 그것을 실현하기 위해서, 도 26 이후에 있는 실시예를 적용한 종점 검지를 행하는 시스템을 사용함으로써, 보다 고정밀도의 종점 검출을 행하는 것이 가능하게 되어, 수율 향상이나 칩 간의 연마량 변동을 저감하는 것이 가능해진다.
특히, 고속의 데이터 처리, 다수 종류 또는 다수의 센서의 신호 처리, 이들의 신호를 규격화한 데이터, 데이터로부터 인공 지능(Artificial Intelligence; AI)을 이용한 학습 및 종점 검출의 판정에 사용하는 데이터 세트의 작성과, 작성된 데이터 세트에 의한 판정예의 축적에 의한 학습과, 학습 효과에 의한 정밀도 향상, 학습된 판정 기능에 의해 판단되고 갱신된 연마 파라미터, 이 연마 파라미터의 고속의 제어계로의 반영을 실현하는 고속 통신 처리계 등을 실현할 수 있다. 이들은, 도 25 이전에 나타낸 모든 실시예에 대해서 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-progra㎜able gate array)나, ASIC(application specific integrated circuit, 특정 용도용 집적 회로) 등으로 구성되어 있다.
유닛(762)은, 유닛 컨트롤러(760)로부터의 신호에 의해 동작을 행한다. 또한, 유닛(762)은, 센서 신호를 센서로부터 수신하고, 유닛 컨트롤러(760)에 송신한다. 센서 신호는, 유닛 컨트롤러(760)로부터, 추가로 제어부(65)로 보내지는 경우도 있다. 센서 신호가 제어부(65) 또는 유닛 컨트롤러(760)에 의해 처리(연산 처리 포함함)되고, 다음 동작을 위한 신호가 유닛 컨트롤러(760)로부터 보내져 온다. 그것에 따라서 유닛(762)은 동작을 행한다. 예를 들어, 유닛 컨트롤러(760)는, 요동 암(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 의해, 연마 패드(10)의 종류와 슬러리 공급량을 구한다. 이어서, 소프트웨어는, 연마 패드(10)의 메인터넌스 시기 또는 메인터넌스 시기까지 사용할 수 있는 연마 패드(10)를 특정하고, 슬러리 공급량을 연산하여, 이들을 출력한다. 소프트웨어는, 기판 처리 장치(764)를 출하 후에, 기판 처리 장치(764)에 인스톨 가능한 소프트웨어이어도 된다.
제어부(65), 유닛 컨트롤러(760), 유닛(762)의 사이에 있어서의 통신은, 유선, 무선 어느 것이나 가능하다. 기판 처리 장치(764)의 외부와의 사이에서는 인터넷을 통한 통신이나 다른 통신 수단(전용 회선에 의한 고속 통신)이 사용 가능하다. 데이터의 통신에 관해서는, 클라우드 제휴에 의해 클라우드를 이용하는 것, 스마트폰 제휴에 의해 기판 처리 장치에 있어서 스마트폰 경유에서의 데이터의 교환 등을 행하는 것이 가능하다. 이들에 의해, 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 사용하여, 기판 처리 장치의 자동화 운전을 행하는 것도 가능하다. 자동화 운전을 위해서, 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 행하고, 이상/수명의 예측/판단/표시를 행하는 것이 가능하다.
통신 방식, 기기 인터페이스 등에 있어서, 예를 들어 포맷 등의 규격화를 행하고, 장치·기기 상호의 정보 통신에 사용하여, 장치·기기의 관리를 행하는 것이 가능하다.
다음으로, 기판 처리 장치(764)에 있어서, 센서에 의해 반도체 웨이퍼(16)로부터 정보를 취득하고, 인터넷 등의 통신 수단을 경유하여, 기판 처리 장치가 설치된 공장 내/공장 외에 설치된 데이터 처리 장치(클라우드 등)에 데이터를 축적하고, 클라우드 등에 축적된 데이터를 분석하고, 분석 결과에 따라서 기판 처리 장치를 제어하는 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 27은, 이 실시 형태의 구성을 나타낸다.
1. 센서에 의해 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 1개 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 수단이어도 된다. 예를 들어, 기판 처리 장치, 게이트웨이, 인터넷, 클라우드, 인터넷, 데이터 처리 장치라는 순서로 접속된 네트워크(766)가 가능하다. 고속 통신으로서는, 고속 광통신, 고속 무선 통신 등이 있다. 또한, 고속 무선 통신으로서는, Wi-Fi(등록상표), Bluetooth(등록상표), Wi-Max(등록상표), 3G, LTE 등을 생각할 수 있다. 이외의 고속 무선 통신도 적용 가능하다. 또한, 클라우드를 데이터 처리 장치로 하는 것도 가능하다.
· 데이터 처리 장치(768)가, 공장 내에 설치되는 경우에는, 공장 내에 있는 1대 또는 복수의 기판 처리 장치로부터의 신호를 처리하는 것이 가능하다.
· 데이터 처리 장치(768)가, 공장 외에 설치되는 경우에는, 공장 내에 있는 1대 또는 복수의 기판 처리 장치로부터의 신호를, 공장 외부에 전달하고, 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 따라서 기판 처리 장치(764)를 제어하는 것에 관해서는, 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 받은 기판 처리 장치(764)는 그 데이터에 기초하여, 연마 처리에 관한 연마 파라미터를 갱신하여 연마 동작을 행하거나, 또한, 데이터 처리 장치(768)로부터의 데이터가, 종점이 검지되었음을 나타내는 신호/데이터의 경우, 종점이 검지되었다고 판단하여, 연마를 종료한다.
연마 파라미터로서는, (1) 반도체 웨이퍼(16)의 4개의 영역, 즉, 중앙부, 내측 중간부, 외측 중간부 및 주연부에 대한 압박력, (2) 연마 시간, (3) 연마 테이블(30A)이나 톱링(31A)의 회전수, (4) 연마 종점의 판정을 위한 역치 등이 있다.
다음으로, 도 28에 의해 다른 실시 형태를 설명한다. 도 28은, 도 27의 실시 형태의 변형예를 나타내는 도면이다. 본 실시 형태는, 기판 처리 장치, 중간 처리 장치, 네트워크(766), 데이터 처리 장치라는 순서로 접속된 구성이다. 중간 처리 장치는, 예를 들어 FPGA나 ASIC로 구성되고, 필터링 기능, 연산 기능, 데이터 가공 기능, 데이터 세트 작성 기능 등을 갖는다.
인터넷과 고속 광통신을 어떻게 사용하는지에 따라서, 이하의 3개의 케이스로 나눈다. (1) 기판 처리 장치와 중간 처리 장치의 사이가 인터넷이고, 네트워크(766)가 인터넷이며, (2) 기판 처리 장치와 중간 처리 장치의 사이가 고속 광통신이고, 네트워크(766)가 고속 광통신인 경우, (3) 기판 처리 장치와 중간 처리 장치의 사이가 고속 광통신이고, 중간 처리 장치로부터 외측이 인터넷인 경우가 있다.
(1)의 경우: 전체 시스템에 있어서의 데이터 통신 속도와 데이터 처리 속도가, 인터넷 통신 속도여도 되는 경우이다. 데이터 샘플링 속도 1 내지 1000mS 정도이며, 복수의 연마 조건 파라미터의 데이터 통신을 행할 수 있다. 이 경우는, 중간 처리 장치(770)는, 데이터 처리 장치(768)에 보내는 데이터 세트의 작성을 행한다. 데이터 세트의 상세는 후술한다. 데이터 세트를 수령한 데이터 처리 장치(768)는 데이터 처리를 행하고, 예를 들어 종점 위치까지의 연마 조건 파라미터의 변경값의 산출과, 연마 프로세스의 공정 계획을 작성하고, 네트워크(766)를 통하여 중간 처리 장치(770)로 되돌린다. 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 간, 중간 처리 장치-데이터 처리 장치 간의 센서 신호나 상태 관리 기기 간의 통신이 고속 통신이다. 고속 통신에서는, 통신 속도 1 내지 1000Gbps로 통신이 가능하다. 고속 통신에서는, 데이터·데이터 세트·커맨드·제어 신호 등을 통신할 수 있다. 이 경우, 중간 처리 장치(770)에 의해 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 행하고, 데이터 세트로서 작성한다. 예를 들어, 종점 검출용 복수의 센서 신호를 추출하여 데이터 세트로서 작성한다.
중간 처리 장치(770)는, 작성한 데이터 세트를 고속 통신에 의해 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 수령하고, 각각의 장치에 대한, 다음 스텝의 파라미터 갱신값의 산출과 공정 계획 작성을 행하고, 갱신된 데이터 세트를 중간 처리 장치(770)로 송신한다. 중간 처리 장치(770)는, 갱신된 데이터 세트에 기초하여, 갱신된 데이터 세트를 제어 신호로 변환하여, 기판 처리 장치(764)의 제어부(65)로 고속 통신에 의해 송신한다. 기판 처리 장치(764)는, 갱신된 제어 신호에 따라서 연마를 실시하고, 정밀도가 좋은 종점 검출을 행한다.
(3)의 경우: 중간 처리 장치(770)는, 기판 처리 장치(764)의 복수의 센서 신호를 고속 통신에 의해 수령한다. 고속 광통신에서는, 통신 속도 1 내지 1000Gbps의 통신이 가능하다. 이 경우, 기판 처리 장치(764), 센서, 제어부(65)와, 중간 처리 장치(770)의 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(770)), 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 수령하고, 각각의 기판 처리 장치(764)에 대해서, 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, 톱링(31A)의 반도체 웨이퍼(16)로의 압박·요동축 모터(14)의 전류·연마 테이블(30A)의 모터 전류·광학식 센서의 측정 신호·와전류 센서의 측정 신호·연마 패드(10) 위에서의 톱링(31A)의 위치·슬러리와 약액의 유량/종류, 그것들의 상관 산출 데이터 등을 포함할 수 있다.
상기 종류의 데이터 세트는, 1차원 데이터를 패러렐 송신하는 송신 시스템이나, 1차원 데이터를 시퀀셜 송신하는 송신 시스템을 사용하여, 송신하는 것이 가능하다. 데이터 세트로서, 상기 1차원 데이터를 2차원 데이터에 가공하여, 데이터 세트로 하는 것이 가능하다. 예를 들어, X축을 시간으로 하고, Y축을 다수의 데이터열로 하면, 동시각에 있어서의 복수의 파라미터 데이터가, 하나의 데이터 세트에 가공 처리된다. 2차원 데이터는, 2차원의 화상 데이터와 같은 것으로서 취급할 수 있다. 이 장점은, 2차원 데이터의 전송으로 하기 위해서, 1차원 데이터의 전송보다도 적은 배선으로, 시간에 관련지어진 데이터로서 수수할 수 있으며, 또한, 취급할 수 있는 것이다. 구체적으로는, 1차원 데이터를 그대로 1신호 1라인으로 하면, 다수의 배선이 필요해지지만, 2차원 데이터의 전송의 경우, 1개의 라인에 의해 복수의 신호를 보낼 수 있다. 또한, 복수 개의 라인을 사용하면, 송신된 데이터를 받는 데이터 처리 장치(768)와의 인터페이스가 복잡해져서, 데이터 처리 장치(768)에 있어서의 데이터 재조립이 복잡해진다.
또한, 이러한 시간에 관련지어진 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 상이점을 차분 처리 등에 의해 용이하게 아는 것이 가능해진다. 차가 있는 부분을 추출하여, 이상이 일어나고 있는 센서나 파라미터 신호를 검출하는 것도 용이해진다. 또한, 이전의 표준적인 연마 조건과 현시점의 연마 중의 데이터 세트 비교를 행하고, 주위와의 차분이 서로 다른 부위의 파라미터 신호의 추출에 의한 이상 검지도 용이해진다.
도 29는 센서의 다른 개략 구성예(제11 형태 내지 제14 형태에 기재된 실시 형태예)를 나타내는 도면이며, 도 29의 (a)는 평면도, 도 29의 (b)는 측단면도이다. 도시한 바와 같이, 급액 구멍(1042)의 중심과 배액 구멍(1046)의 중심을 연결하는 선분의 중점이 관통 구멍(1041)의 중심점보다 연마 테이블(30A)의 이동 방향(화살표 D 방향)의 전방이 되도록, 급액 구멍(1042)과 배액 구멍(1046)을 배치(연마 테이블(30A)의 이동 방향으로 배액 구멍(1046), 급액 구멍(1042)의 순서대로 배치)함과 함께, 관통 구멍(1041)의 하단부면 외주가 급액 구멍(1042)과 배액 구멍(1046)의 상단부면을 에워싸도록 단면이 대략 타원형상으로 하고 있다. 이와 같이 함으로써, 급액 구멍(1042)으로부터 관통 구멍(1041) 내에 공급되는 투명액 Q의 흐름은 반도체 웨이퍼(16)의 피연마면(16a)에 대해서 수직으로 진행하는 흐름으로 된다. 또한, 관통 구멍(1041)의 단면을 대략 타원형상으로 함으로써, 관통 구멍(1041)의 면적을 최소화하여, 연마 특성에 대한 영향을 저감시킬 수 있다.
또한, 조사광용 광 파이버(1043)와 반사광용 광 파이버(1044)를 그 중심선이 급액 구멍(1042)의 중심선과 평행해지도록 해당 급액 구멍(1042) 내에 배치한다. 또한, 조사광용 광 파이버(1043)와 반사광용 광 파이버(1044) 대신에, 1개의 조사·반사광용 광 파이버로 해도 된다.
다음으로, 제15, 16 형태의 실시 형태의 예를 도면에 기초하여 설명한다. 도 30은 본 발명의 실시 형태예의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 도 30에 있어서, 물 분출용 노즐(1005)은, 표면에 박막(1002)이 형성된 반도체 웨이퍼(16)의 처리면(1002a)에 원기둥형상의 수류를 분출해 접촉시킨다. 해당 물 분출용 노즐(1005) 내에는 조사용 파이버(1007)와 수광용 파이버(1008)의 선단부가 삽입 배치되어 있다.
상기 구성에 있어서, 가압 수류(1006)를 물 분출용 노즐(1005)에 공급하여 그 선단으로부터 가는 원기둥 형상의 수류(1004)를 반도체 웨이퍼(16)의 처리면(1002a)의 소정의 위치에 접촉시켜, 측정 스폿(1003)을 형성한다. 이 상태에서, 측정 연산부(1009)로부터 조사용 파이버(1007)를 통하여, 수류(1004) 내에 광을 보내고, 해당 광을 해당 수류(1004)를 통하여 반도체 웨이퍼(16)의 측정 스폿(1003) 내의 연마면에 조사한다. 이때의 수류(1004) 중의 광축과 해당 연마면은 대략 수직인 것이 장치 구성상 바람직하다. 단, 경우에 따라서는 조사용 파이버로부터의 광의 해당 연마면으로부터의 반사광을 수광용 파이버(1008)가 수광 가능한 위치 관계이면 수류(1004) 중에 광축을 해당 연마면에 대해서 경사지게 하는 구성도 가능하다.
처리면(연마면)(1002a)에서 반사된 반사광은 수류(1004) 및 수광용 파이버(1008)를 통하여 측정 연산부(1009)로 유도된다. 해당 측정 연산부(1009)에서는 반사광으로부터 박막(1002)의 막 두께를 측정한다. 이 때 물 분출용 노즐(1005)의 내면은 경면 가공을 실시하고, 효율적으로 조사/반사광을 조사용/수광용 파이버(1007, 1008)로 유도하도록 고안이 이루어져 있다.
또한, 때로는, 박막(1002)과 수류(1004)가 접하는 부분에 물방울이 고이는 경우가 있어, 측정 스폿(1003)이 흐트러져 버린다. 그래서, 도 31에 도시한 바와 같이, 물 분출용 노즐(1005)로부터 박막(1002)의 측정 스폿(1003)으로 연장되는 나선 형상으로 권회한 배수용 부재(1138)를 설치하고, 물방울을 제거하는 고안을 하면 된다. 또한, 수류(1004)를 반도체 웨이퍼에 대해서 경사지게 한 경우 및 수류(1004)를 상측 방향이나 하측 방향으로 공급하는 기구에 있어서도, 물방울을 제거하는 수단을 적절히 조합해도 된다. 또한, 도 31에서 도시한 바와 같이 배수용 부재로서는 스프링과 같은 형상을 갖는 구조이며, 물의 표면 장력을 이용하는 것, 또는 도시하지 않았지만 물 분출용 노즐(1005)을 에워싸도록 설치된 흡인 노즐에 의한 것 등을 생각할 수 있다.
도 32 및 33은 반도체 웨이퍼(16)와 연마 패드(10)의 상대 운동에 의해 반도체 웨이퍼(16)의 연마면을 연마하는 연마 장치에 있어서, 연마 중의 막 두께를 실시간으로 검출하는 경우의 구성예를 나타내는 도면이다. 도 32는 일부 단면 측면도, 도 33은 도 32의 Y-Y 화살표도이다.
물 분출용 노즐(1005)은, 도 30 및 도 31과 마찬가지의 것이며, 해당 물 분출용 노즐(1005)에는 가압 수류 파이프(1136)가 접속되고, 물 분출용 노즐(1005)로부터 분출된 수류(1004)의 물 받침 접시(1135)에 의해 받을 수 있어, 배수 파이프(1137)로 배출된다. 해당 물 받침 접시(1135)의 상단은 연마 패드(10)의 상면에 개구하고 있으며, 물 분출용 노즐(1005)로부터 분출되는 수류(1004)는 반도체 웨이퍼(16)의 연마면에 도 30 및 도 31과 같이 측정 스폿(1003)을 형성한다. 또한, 도에서는 물 분출용 노즐(1005)을 알기 쉽게 하기 위해서 크게 그리고 있지만, 실제로는 미소한 스폿을 구축하기 위해서 물 분출용 노즐(1005)의 직경은 작다(0.4㎜ 내지 0.7㎜).
물 분출용 노즐(1005) 내에는 도 30 및 도 31의 경우와 마찬가지로, 조사용 파이버(1007)와 수광용 파이버(1008)의 선단부가 삽입되어 있으며, 측정 연산부(1009)로부터 조사용 파이버(1007)를 통하여 물 분출용 노즐(1005) 내로 유도되고, 해당 물 분출용 노즐(1005)로부터 분출되는 수류(1004)를 통해서 해당 수류(1004)가 접촉하는 연마면의 측정 스폿(1003) 내에 투광된다. 그리고 해당 연마면에서 반사된 반사광은 수류(1004) 및 수광용 파이버(1008)를 통해서 측정 연산부(9)로 유도된다.
제17 형태는, 차광 처리를 실시한 복수의 처리 유닛을 상하로 배치하여 내부에 수납하는 복수의 처리 에어리어와, 반송기를 내부에 수납하여 처리 에어리어의 사이에 설치되는 반송 에어리어를 갖고, 처리 에어리어와 반송 에어리어의 사이를 차광벽으로, 반송 에어리어의 전방면을 메인터넌스용 도어로 각각 차광하고, 처리 유닛을 차광벽에 차광 상태에서 연결한 것을 특징으로 하는 피연마물 처리 장치이다.
이와 같이, 처리 유닛에 차광 처리를 실시하고, 게다가 처리 유닛을 내부에 배치하는 처리 에어리어와 반송 에어리어의 사이를 차광벽으로, 반송 에어리어의 전방면을 메인터넌스용 도어로 각각 차광함으로써, 처리 유닛의 메인터넌스용 도어를 개방한 상태에서도, 반송 에어리어 내로의 외부로부터의 광의 진입을 방지하고, 게다가, 상하에 배치한 처리 유닛의, 예를 들어 상단의 처리 유닛을 유지 관리하고 있는 경우에도, 하단의 처리 유닛에 의한 차광 상태에서의 피연마물의 처리가 가능해진다. 이에 의해, 일부의 처리 유닛의 메인터넌스 중에 있어서도, 장치를 정지 시키지 않고, 당해 처리 유닛 이외의 다른 처리 유닛에 의한 피연마물 처리가 가능해진다.
제18 형태는, 처리 유닛에는, 개폐 가능한 셔터를 갖는 피연마물 삽입구가 설치되고, 차광벽에는, 피연마물 삽입구의 주위를 둘러싸는 차광막이 설치되고, 차광벽의 차광막으로 포위된 영역 내에 개구부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 형태 18에 기재된 장치이다.
이에 의해, 처리 유닛의 셔터를 개방한 상태에서, 처리 유닛 및 반송 에어리어 내의 차광 상태를 유지하면서 피연마물의 수수를 행하고, 처리 유닛의 셔터를 닫음으로써, 예를 들어 메인터넌스 시 등에, 차광벽의 개구부를 통하여 외부로부터의 광이 반송 에어리어 내에 진입되는 것을 방지할 수 있다.
제19 형태는, 처리 에어리어는 세정 에어리어에서, 피연마물의 처리는, 피연마물의 세정인 것을 특징으로 하는 형태 18 또는 19에 기재된 피연마물 처리 장치이다.
제17 내지 19의 형태에 의하면, 피연마물의 피처리면에의 광의 조사에 의한 구리 배선 등의 포토코로젼을 방지하고, 게다가 장치 내의 일부의 처리 유닛의 메인터넌스 중에 있어서도, 피연마물의 처리 매수는 일시적으로 감소하지만, 광의 조사에 의한 구리 배선 등의 포토코로젼을 방지한 피연마물의 처리가 가능해진다.
제17 내지 19의 형태는, 이하의 특징을 더 가질 수 있다.
(1) 반도체 재료(즉, 기판)의 밴드·갭·에너지 이상의 에너지를 갖는 광에 대한 반도체 재료의 폭로를 없애기 위한 밀폐 기구를 포함하는, 반도체 재료 중의 금속 피처 간의 전기 분해를 감소시키는 장치.
(2) 상기 밀폐 기구가, 화학 기계 연마 장치 및 브러시 세정 장치로 이루어지는 군에서 선택되는 반도체 가공 툴의 주위에 배치되는, 상기 (1)에 기재된 장치.
(3) 밴드·갭·에너지보다 낮은 에너지를 갖는 광을 발생할 수 있는 광원을 더 포함하는, 상기 (2)에 기재된 장치.
(4) 밴드·갭·에너지보다 낮은 에너지를 갖는 광을 검출할 수 있는 프로세스 감시용 비디오 카메라를 더 포함하는, 상기 (3)에 기재된 장치.
(5) 상기 반도체 재료가 실리콘계이며, 상기 밀폐 기구가 약 1.1㎛ 이하의 파장을 갖는 광을 배제하고, 상기 광원이 약 1.1㎛를 초과하는 파장을 갖는 광을 발생하고, 상기 비디오 카메라가 그것을 검출하는, 상기 (4)에 기재된 장치. 바람직하게는, 예를 들어 당해 영역의 파장을 갖는 광, 예를 들어 적외광을 사용하여, 상기에 기재한 연마 장치에 있어서의 실리콘계 피연마물의 연마 처리에 있어서의 종점을 검지하도록 해도 된다.
(6) 상기 반도체 재료가 갈륨비소계이며, 상기 밀폐 기구가 약 0.9㎛ 이하의 파장을 갖는 광을 배제하고, 상기 광원이 약 0.9㎛를 초과하는 파장을 갖는 광을 발생하고, 상기 비디오 카메라가 그것을 검출하는, 상기 (4)에 기재된 장치. 바람직하게는, 예를 들어 당해 영역의 파장을 갖는 광, 예를 들어 적외광을 사용하여, 상기에 기재한 연마 장치에 있어서의 갈륨비소계 피연마물의 연마 처리에 있어서의 종점을 검지하도록 해도 된다.
(7) 적어도 하나의 전기 분해 억제제를 반도체 재료 중의 금속 피처와 결합시킬 수 있는 반도체 가공 툴을 포함하는, 반도체 재료 중의 금속 피처 간의 전기 분해를 감소시키는 장치.
(8) 상기 반도체 재료가 실리콘계이며, 상기 밀폐 기구가 약 1.1㎛ 이하의 파장을 갖는 광을 배제하고, 상기 광원이 약 1.1㎛를 초과하는 파장을 갖는 광을 발생하고, 상기 비디오 카메라가 그것을 검출하는, 상기 (7)에 기재된 장치. 바람직하게는, 예를 들어 당해 영역의 파장을 갖는 광, 예를 들어 적외광을 사용하여, 상기에 기재한 연마 장치에 있어서의 실리콘계 피연마물의 연마 처리에 있어서의 종점을 검지하도록 해도 된다.
집적 회로를 구성하는 재료 등의 결정성 고체에서는, 원자 궤도는 사실상 결합(combine)하여, 「결정」 궤도 또는 전자 에너지·레벨의 연속 「대(帶)」로 된다. 최고의 점유대는 가전자대라고 불려, 최저의 공대는 전도대라고 불린다. 1개의 전자를 가전자대의 최고점으로부터 전도대의 최저점으로 여기하는 데 필요한 에너지양은 밴드·갭·에너지(Eg)라고 불린다. 실리콘에서는 실온에서 Eg=1.12eV이며, 갈륨비소에서는 실온에서 Eg=1.42eV이다. 실리콘 등의 반도체 재료는, 광조사가 전자를 전도대로 여기하여 반도체의 도전성을 증대시키는 데 충분한 에너지를 부여하는, 광도전성을 나타내는 것이 알려져 있다. 빛에너지는, 식 E=hν 또는 E=hc/λ에 의해 주파수 또는 파장에 관계지어지고, 식 중, h는 플랭크 상수, c는 광의 속도, ν는 주파수, λ는 파장이다. 실온에 있어서의 대부분의 실리콘계 반도체에서는, 광도전성을 달성하는 데 필요한 빛에너지는 약 1.12eV에 도달해야만 하고, 즉, 약 1.1㎛ 이하의 파장을 갖지 않으면 안 된다. 갈륨비소 반도체에서는 광도전성에 약 0.9㎛ 이하의 파장이 필요하다. 다른 반도체에서는, Eg는 일반의 참조 문헌으로부터 용이하게 얻어지고, 파장은 상기한 식을 이용하여 계산할 수 있다. 이하의 설명은 실리콘계 반도체 소자에 초점을 맞춰서 행하지만, 본 발명이 갈륨비소 등의 다른 반도체 재료로 제작된 소자에도 마찬가지로 적용할 수 있는 것은 당업자에게는 이해될 것이다.
상기에서 논한 광도전성은, 도 34에 도시한 PN 접합(300)에 있어서의 광전 효과의 기초로 된다. n형 반도체(320)는, 실리콘 전도대에 전자를 공여하여 여분의 마이너스의 전하 담체를 생성하는, 인이나 비소 등의 도너 불순물로 도프한 실리콘이다. 따라서, n형 반도체(320) 중의 다수의 전하 담체는 마이너스로 하전한 입자이다. p형 반도체(310)는, 실리콘의 가전자대로부터 전자를 수취해서 여분의 정공 또는 플러스의 전하 담체를 생성하는, 붕소 등의 억셉터 불순물로 도프한 실리콘이다. 따라서, p형 반도체(310) 중의 다수의 전하 담체는 플러스로 하전한 정공이다. PN 접합(300)이 충분한 에너지를 갖는 광(350)의 광자로 조사되면, p형(310) 및 n형 반도체(320)의 양쪽에서 전자가 가전자대부터 전도대로 여기되고, 정공이 남는다. 이렇게 해서 n형의 반도체(320) 중에 생성된 추가의 플러스의 전하 담체는, 다수의 전하 담체가 플러스(정공)인 접합(300)의 p형(310) 측으로 이동한다. 또한, 이렇게 해서 p형 반도체(310) 중에 생성된 추가의 마이너스의 전하 담체는, 다수의 전하 담체가 마이너스(전자)인 접합(300)의 n형(320) 측으로 이동한다. 이 전하 담체의 이동이 광전 효과를 발생하고, 전지에 유사한 전류원을 만들어 낸다.
전류원으로서 작용하는 PN 접합을, 전해질(230)에 노출된 상호 접속(330, 340) 등의 금속 도체에 접속하면, 전기 분해에 필요한 요소가 모두 갖추어진 것, 전위가 충분하면 애노드 금속 성분의 용해가 일어난다. 광전압에 의해 발생하는 도 44의 전기 화학적 용해는, 전기 화학적 용해에 유사하다. 애노드(330)에 있어서의 산화 반응은, 전해질(230) 중에 용해된 유리 양이온(250) 및 내부 접속을 통해 전류원(PN 접합(300))으로 흐르고 캐소드(340) 위에 도달하는 전자를 생성한다. 이 산화 반응은, 전기 분해의 가장 눈에 띄는 표지, 즉 애노드(330)의 용해 또는 피칭을 야기하지만, 환원 반응도 일어나지 않으면 안 된다. 캐소드에 있어서의 환원 반응은, 전자를 전해질(230) 중의 반응물(260)과 결합시켜, 환원된 반응 생성물을 생성한다. PN 접합의 p측 및 n측의 어느 쪽에 접속할지에 따라서, 금속 도체가 있는 것은 캐소드로 되고, 있는 것은 애노드가 되는 것에 주목하길 바란다.
전기 화학적 용해의 해소 또는 저감 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, 글로벌 배선, 상호 접속, 접점 및 그 밖의 금속 피처의 전기 화학적 용해를 없애거나 또는 삭감하는 방법 및 장치가 제공된다. 이 바람직한 실시 형태는, 광전 효과를 야기할 수 있는 광으로의 PN 접합의 폭로를 없애거나, 또는 광전 효과에 의해 유발되는 산화 또는 환원 또는 그 양쪽을 저지하거나, 또는 그 양쪽을 행함으로써 용해를 저감시킨다.
또한, 톱링과, 톱링의 구동부의 보유 지지 방식으로서는, 이들을 요동 암(캔틸레버 암)의 단부에 보유 지지하는 이미 설명한 방식 이외에, 복수의 톱링과, 각톱링을 구동하는 복수의 구동부를 1개의 캐러셀에 보유 지지하는 방식이 있다. 캐러셀에, 본 발명의 일 실시 형태를 적용한 경우에도, 복수의 연마 장치 간에서 전류 센서의 계측 결과의 차가 감소한 연마 장치를 제공할 수 있다. 이들의 톱링과 구동부가, 조(연마 장치)를 구성하고, 이 조는, 1개의 캐러셀에 복수 조 설치할 수 있다. 복수의 구동부(톱링용 모터(114))의 모터 전류의 전류값에 대하여, 이미 설명한 실시 형태를 적용함으로써, 복수 조의 연마 장치 간에서 전류 센서의 계측 결과의 차가 감소한 연마 장치를 실현할 수 있다.
도 35에 의해, 캐러셀에 대하여 설명한다. 캐러셀은, 회전축(704)의 둘레로 회전 가능하며, 톱링용 모터(114)는 캐러셀(702)에 설치된다. 도 35는, 캐러셀(702)에 의해 지지된 멀티 헤드형의 톱링(31A) 및 톱링용 모터(114)와, 연마 테이블(30A)과의 관계를 나타내는 개략 측면도이다. 도 35에 도시한 바와 같이, 1개의 연마 테이블(30A)에, 복수의 톱링 유닛이 설치되어 있다. 캐러셀에 하나의 톱링이 설치되고, 테이블은 1개 이상 있어도 된다. 캐러셀에 복수의 톱링이 설치되고, 복수의 테이블이 있어도 된다. 이 경우, 하나의 테이블에 하나의 톱링이 있어도 되고, 하나의 테이블에 복수의 톱링이 있어도 된다. 캐러셀이 회전 등의 이동을 행하고, 톱링이 다음 단계에 다른 테이블로 이동하여 연마를 행해도 된다.
캐러셀(702)은 회전 가능하다. 캐러셀(702)의 중심부 부근에 회전 기구를 설치한다. 캐러셀(702)은, 지주(도시생략)에 의해 지지되어 있다. 캐러셀(702)은 지주에 설치된 모터(도시생략)의 회전 주축에 지지되어 있다. 따라서, 캐러셀(702)은 회전 주축의 회전에 의해 수직인 회전 축심(704)을 중심으로 회전 가능하다. 또한, 캐러셀 방식에 유사한 방식으로서, 캐러셀 대신에, 예를 들어 원형상의 레일을 사용해도 된다. 레일 위에 복수의 구동부(톱링용 모터(114))를 설치한다. 이때, 구동부는, 레일 위를 이동시킬 수 있다.
다음으로, 연마 장치는, 회전축의 둘레로 회전 가능한 캐러셀을 갖고, 암 구동부는, 캐러셀에 설치되는 실시 형태에 대하여, 도 36, 37에 의해 설명한다. 도 36은, 캐러셀(702)에 의해 지지된 멀티 헤드형의 톱링(31A) 및 요동 암(110)과, 연마 테이블(30A)의 관계를 나타내는 개략 측면도이며, 도 37은 상면도이다.
도 36에 도시한 캐러셀(702)에 톱링이 붙어 있는 실시 형태에 따르면, 이하의 과제를 해결할 수 있다. 큰 캐러셀(702)에 복수의 톱링(31A)이 설치되어 있을 때, 연마 종점 검출 수단의 하나로서, 암 토크에 기초하는 방법과는 달리, 연마 테이블의 회전 구동 모터 또는 톱링 회전 구동 모터의 토크 변동을 모니터링하는 방법이 있다. 이들 방법에서는, 톱링(31A)의 회전 저항력(마찰력)의 변화를 검지한다. 그러나, 암의 요동과, 톱링의 회전 변동과, 테이블의 회전 변동에 의한 오차 등에 의한 마찰력 검지 신호의 오차가 있고, 고정밀도의 종점 검지가 종래는 어려웠다. 또한, 1개의 회전 테이블에 복수의 톱링이 있을 때는, 테이블의 회전이 복수의 톱링(31A)의 영향에 의해, 복잡하게 변동되기 때문에, 톱링(31A)마다의 정확한 마찰력의 변동을 취하는 것이 종래는 어려웠다.
도 36에 도시한 실시 형태에, 도 18, 19에 관하여 설명한 실시 형태를 적용하면, 암의 요동과, 톱링의 회전 변동과, 테이블의 회전 변동에 의한 오차가 저감되고, 또한 복수의 톱링(31A)의 영향도 저감되기 때문에, 이들 과제를 해결할 수 있다.
도 36의 연마 장치에서는, 캐러셀(702)에 요동 암(110)이 설치되고, 요동 암(110)에 톱링(31A)이 설치된다. 1개의 요동 암(110)과 1개의 톱링(31A)으로 이루어지는 유닛(이하에서는, 「TR 유닛」이라고 칭함)은, 캐러셀(702)에 1개 설치 되어 있는 경우와 복수 설치되어 있는 경우(멀티 헤드형)가 있다. 도 36은, 복수 설치되어 있는 캐러셀(702)의 경우이다.
또한, 도 35, 36에 있어서, 톱링용 모터(114)는, 요동 암(110) 상측에 배치되어 있지만, 도 36에 점선으로 나타낸 바와 같이, 톱링용 모터(114a)를 요동 암(110)의 하측에 배치해도 된다. 또한, 도 35에 도시한 바와 같이 1개의 연마 테이블(30A)에 복수의 톱링(31A)이 있을 때, 복수의 톱링(31A)의 요동 방향 또는 이동 방향은, 복수의 톱링(31A)이 서로 간섭하지 않도록 이동할 필요가 있다. 예를 들어, 복수의 톱링(31A)이 서로 근접하도록 이동하면, 간섭할 가능성이 있는 배치의 경우에는, 서로 가까워지지 않도록 이동하거나, 또는 동일한 방향으로 이동함으로써 간섭을 방지한다.
다른 실시 형태로서, 도 35, 36에 있어서의 캐러셀(702)을 트랙으로 치환한 것이어도 된다. 즉, 트랙 위에 톱링용 모터(114)를 직접 설치해도 되거나, 또는 트랙 위에 요동 암(110)을 설치하고, 요동 암(110) 위에 톱링용 모터(114)를 설치해도 된다.
트랙의 형상으로서는, 도 35, 36에 도시한 캐러셀과 유사한 원형 형상, 또는 직선형상이 가능하다. 트랙을 사용한 연마 장치는, 지지 프레임과, 지지 프레임에 설치되고, 톱링용 모터(114)의 반송 경로를 획정하는 트랙과, 캐리지를 갖는다. 캐리지는, 트랙에 의해 획정된 경로를 따라서, 톱링용 모터(114)(톱링용 모터(114)가 요동 암(110)에 설치되어 있을 때는 요동 암(110))를 반송하는 캐리지이며, 트랙에 결합되고, 트랙을 따라서 가동한다. 캐리지는, 트랙을 따라 이동하는 기구의 아래에, 후술하는 XYZ 방향의 이동 기구를 가져도 된다. XYZ 방향의 이동 기구의 아래에 톱링을 회전시키는 모터 기구를 가져도 된다. 또한, 「트랙」은 「레일」이라고도 불린다.
트랙을 따라 이동하는 기구(캐리지)는, 리니어 모터 구동 방식을 이용하는 것도 가능하다. 또한 모터와 베어링을 사용하는 궤도 기구도 가능하다. 캐리지의 이동 방향으로서는, 다양하게 가능하다. 예를 들어, 캐리지는, 연마 테이블(30A)의 중심(704)과, 연마 테이블(30A)의 단부 간을 연결하는 직선(즉 반경) 혹은 곡선 위를 이동할 수 있다. 또는, 캐리지는, 도 37에 도시한 바와 같은 X 방향으로 이동하는 기구와, Y 방향으로 이동하는 기구와, Z 방향으로 이동하는 기구를 갖고, 이들의 이동 방향을 조합한 이동을 행할 수 있다. 방향의 조합으로서는, (X 방향 또는 Y 방향)+Z 방향, X 방향이나 Y 방향이 아닌 다른 방향 등이 있다.
캐리지가 이동하면서, 또는 캐리지가 정지한 상태에서 연마를 행하고, 연마 중에 종점 검지를 행할 수 있다. 그때의 마찰력 모니터 출력으로서 턴테이블(30A)의 모터 출력이나 톱링 회전용 모터 출력을 사용할 수 있다. 캐리지가 이동하고 있는 경우, 출력 신호가 캐리지의 이동에 의해 변동되므로, 종점 검지가 종래는 곤란하였지만, 본 발명의 일 실시 형태의 처리 방법에 의해, 연마 중에 캐리지를 이동시키면서 종점 검지를 고정밀도로 행하는 것이 가능해진다.
또 다른 형태로서, 트랙 자체가 회전 가능 혹은 직선 이동 가능한 형태가 있다. 이 형태에서는, 트랙 자체가 회전 혹은 직선 이동하여, 톱링을 다른 테이블부에 이동 가능하다. 그 때에 소량의 이동 조정이 캐리지에 의해 행해진다.
도 35, 36에 있어서, 요동 암(110) 대신에 리니어 모터 구동 방식을 이용한 리니어 이동하는 기구(캐리지)를 사용하는 것도 가능하다. 리니어 이동의 방향으로서는, 캐러셀(702)의 중심(704)과 단부 간의 반경 위를 1방향으로 이동하는 방향이 있다. 또는, 도 37에 도시한 바와 같은 X 방향으로 이동하는 기구와, Y 방향으로 이동하는 기구와, Z 방향으로 이동하는 기구를 갖고, 이들의 이동 방향을 조합한 이동을 행할 수 있다. 방향의 조합으로서는, (X 방향 또는 Y 방향)+Z 방향, X 방향이나 Y 방향이 아닌 다른 방향 등이 있다.
도 35 내지 37에 도시한 형태에서는, 암 또는 캐리지는, 요동 또는 이동하고, 요동 또는 이동하면서 연마가 행해진다. 암 또는 캐리지가 요동 또는 이동하는 경우, 모터 전류 신호는, 연마 시에 마찰력이 변화되지 않을 때에도 변동한다. 그러한 때, 도 16 이하에 나타내는 실시 형태는 유효하다. 도 16 이하에 나타내는 실시 형태는, 연마의 진행에 수반되는 반도체 웨이퍼(16) 표면의 재질 변화나 회로 패턴의 변화에 의한 마찰력의 변화를 검출할 수 있다. 검출한 마찰력의 변화에 기초하여 종점 검지를 행한다.
이상, 본 발명의 실시 형태의 예에 대하여 설명해 왔지만, 상기한 발명의 실시 형태는, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 본 발명은, 그 취지를 일탈하지 않고, 변경, 개량될 수 있음과 함께, 본 발명에는, 그 균등물이 포함되는 것은 물론이다. 또한, 상술한 과제의 적어도 일부를 해결할 수 있는 범위, 또는 효과의 적어도 일부를 발휘하는 범위에 있어서, 청구범위 및 명세서에 기재된 각 구성 요소가 임의의 조합, 또는 생략이 가능하다.
10: 연마 패드
14: 요동축 모터
16: 반도체 웨이퍼
18: 드라이버
26: 암 토크 검지부
28: 종점 검출부
50: 와전류 센서
110: 요동 암
760: 유닛 컨트롤러
810: 전류 검출부

Claims (10)

  1. 연마 패드와, 상기 연마 패드에 대향하여 배치되는 피연마물 사이에서 연마를 행하기 위한 연마 장치이며,
    상기 연마 패드를 보유 지지 가능한 연마 테이블과,
    상기 연마 테이블을 회전 구동 가능한 제1 전동 모터와,
    상기 피연마물을 보유 지지함과 함께 상기 연마 패드에 압박 가능한 보유 지지부와,
    상기 보유 지지부를 회전 구동 가능한 제2 전동 모터와,
    상기 보유 지지부를 보유 지지하는 요동 암과,
    상기 요동 암 위의 요동 중심의 둘레로 상기 요동 암을 요동 가능한 제3 전동 모터와,
    상기 제1, 제2 및 제3 전동 모터 중 1개의 전동 모터의 전류값, 및/또는 상기 1개의 전동 모터의 토크 명령값을 검출하여, 제1 출력을 생성 가능한 검출부와,
    상기 피연마물을 상기 요동 암 위의 요동 중심의 둘레로 요동시켜 상기 피연마물을 연마하고 있을 때, 상기 제1 출력의 변화량을 증가시키고, 상기 연마 패드와 상기 피연마물 사이의 마찰력의 변화를 검지 가능한 변화 검지부를 갖는 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 출력은, 상기 요동 암의 요동 운동과 동기 가능한 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 출력은, 상기 요동 암에 가해지는 상기 요동 중심에 있어서의 암 토크의 변동과 동기 가능한 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 변화 검지부는, 상기 제1 출력을 상수 배로 함으로써, 상기 제1 출력의 변화량을 증가시킬 수 있는 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 변화 검지부는, 상기 제1 출력을 평균화함으로써, 상기 제1 출력에 포함되는 노이즈를 저감시킬 수 있는 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    검지된 상기 마찰력의 변화에 기초하여, 연마의 종료를 나타내는 연마 종점을 검출 가능한 종점 검출부를 갖는 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 변화 검지부는, 상기 제1 출력을 증폭시킴으로써, 또는 상기 제1 출력에, 상기 제1 출력에 따른 소정값을 가산함으로써, 상기 제1 출력의 변화량을 증가시킬 수 있는 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 변화 검지부는, 상기 제1 출력을 평활화한 양을 구할 수 있는 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  9. 연마 패드와, 상기 연마 패드에 대향하여 배치되는 피연마물의 사이에서 연마를 행하기 위한 연마 방법이며,
    연마 테이블에 의해 상기 연마 패드를 보유 지지하는 스텝과,
    상기 연마 테이블을 제1 전동 모터에 의해 회전 구동하는 스텝과,
    상기 피연마물을 보유 지지함과 함께 상기 연마 패드에 압박하기 위한 보유 지지부를 제2 전동 모터에 의해 회전 구동하는 스텝과,
    요동 암에 의해 상기 보유 지지부를 보유 지지하는 스텝과,
    상기 요동 암 위의 요동 중심의 둘레로 상기 요동 암을 제3 전동 모터에 의해 요동하는 스텝과,
    상기 제1, 제2 및 제3 전동 모터 중 1개의 전동 모터의 전류값, 및/또는 상기 1개의 전동 모터의 토크 명령값을 검출하여, 제1 출력을 생성하는 스텝과,
    상기 피연마물을 상기 요동 암 위의 요동 중심의 둘레로 요동시켜 상기 피연마물을 연마하고 있을 때, 상기 제1 출력의 변화량을 증가시키고, 상기 연마 패드와 상기 피연마물 사이의 마찰력의 변화를 검지하는 스텝을
    갖는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  10. 연마 패드를 보유 지지하는 연마 테이블을 회전 구동 가능한 제1 전동 모터와, 피연마물을 보유 지지함과 함께 상기 연마 패드에 압박 가능한 보유 지지부를 회전 구동 가능한 제2 전동 모터와, 상기 보유 지지부를 보유 지지하는 요동 암 위의 요동 중심의 둘레로 상기 요동 암을 요동 가능한 제3 전동 모터와, 상기 제1, 제2 및 제3 전동 모터 중 1개의 전동 모터의 전류값 및/또는 상기 1개의 전동 모터의 토크 명령값을 검출하여, 제1 출력을 생성 가능한 검출부를 갖고 상기 피연마물을 연마 가능한 연마 장치를 제어하기 위한 컴퓨터를,
    상기 피연마물을 상기 요동 암 위의 요동 중심의 둘레로 요동시켜 상기 피연마물을 연마하고 있을 때, 상기 제1 출력의 변화량을 증가시키고, 상기 연마 패드와 상기 피연마물 사이의 마찰력의 변화를 검지 가능한 변화 검지부 수단,
    상기 연마 장치에 의한 연마를 제어 가능한 제어 수단으로서, 기능시키기 위한 프로그램을 기록한, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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