特開 2025-25178 研磨装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025025178

(43)【公開日】2025-02-21

(54)【発明の名称】研磨装置

(51)【国際特許分類】

   B24B 37/013 20120101AFI20250214BHJP

   B24B 37/12 20120101ALI20250214BHJP

   B24B 49/10 20060101ALI20250214BHJP

   B24B 37/10 20120101ALI20250214BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20250214BHJP

【ＦＩ】

B24B37/013

B24B37/12 D

B24B49/10

B24B37/10

H01L21/304 622S

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023129735

(22)【出願日】2023-08-09

(71)【出願人】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100118500

【弁理士】

【氏名又は名称】廣澤 哲也

(74)【代理人】

【氏名又は名称】渡邉 勇

(74)【代理人】

【識別番号】100174089

【弁理士】

【氏名又は名称】郷戸 学

(74)【代理人】

【識別番号】100186749

【弁理士】

【氏名又は名称】金沢 充博

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 佑多

(72)【発明者】

【氏名】高橋 太郎

(72)【発明者】

【氏名】澁江 宏明

【テーマコード（参考）】

3C034

3C158

5F057

【Ｆターム（参考）】

3C034AA19

3C034BB92

3C034CA24

3C034CB03

3C158AA07

3C158AA14

3C158AC02

3C158BA09

3C158BC01

3C158CB01

3C158DA17

3C158EA11

3C158EB01

5F057AA01

5F057AA20

5F057BA15

5F057CA11

5F057DA03

5F057EB11

5F057EC23

5F057GA12

5F057GA13

5F057GA16

5F057GA27

5F057GB01

5F057GB11

5F057GB20

5F057GB26

5F057GB34

(57)【要約】

【課題】音響センサが研磨音を精度よく検出することが可能な研磨装置を提供する。
【解決手段】研磨装置は、研磨テーブル３に形成された第１貫通孔１５に挿入され、基板の研磨中の研磨音を検出して、研磨音を表す信号を出力する音響センサ３０と、研磨テーブル３からの研磨音の伝達を阻害しつつ、音響センサ３０を研磨テーブル３に支持させるための弾性部材４５を少なくとも含む支持治具４３と、音響センサ３０から出力される信号に基づいて、前記基板の研磨状態を監視するコントローラ９と、を備える。研磨パッド２には、第１貫通孔１５と連通し、液体で充たされる少なくとも１つの第２貫通孔１７が形成されており、音響センサ３０は、第２貫通孔１７と対向する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を研磨テーブルに支持された研磨パッドに押し付けて、該基板を研磨する研磨装置であって、
前記研磨テーブルに形成された第１貫通孔に挿入され、前記基板の研磨中の研磨音を検出して、前記研磨音を表す信号を出力する音響センサと、
前記研磨テーブルからの前記研磨音の伝達を阻害しつつ、前記音響センサを前記研磨テーブルに支持させるための弾性部材を少なくとも含む支持治具と、
前記音響センサから出力される信号に基づいて、前記基板の研磨状態を監視するコントローラと、を備え、
前記研磨パッドには、前記第１貫通孔と連通し、液体で充たされる少なくとも１つの第２貫通孔が形成されており、
前記音響センサは、前記第２貫通孔と対向する、研磨装置。

【請求項2】

前記音響センサは、
センサ本体と、
前記センサ本体と接触する音伝達部材と、
前記音伝達部材が前記第２貫通孔と対向するように、前記音伝達部材が挿入される挿入孔を備えたセンサカバーと、
前記センサカバーからの前記研磨音の伝達を阻害しつつ、前記音伝達部材を前記センサカバーの挿入孔に支持させるための支持部材と、を含む、請求項１に記載の研磨装置。

【請求項3】

前記支持治具は、さらに、
前記音響センサを支持するための台と、
前記台を前記研磨テーブルに連結させる連結部材と、
前記台からの前記研磨音の伝達を阻止するために、前記台と前記音響センサとの間に配置される伝達阻止部材と、を含む、請求項２に記載の研磨装置。

【請求項4】

前記音伝達部材は、前記研磨テーブルの音伝搬速度よりも速い音伝搬速度を有する材料から形成される、請求項２に記載の研磨装置。

【請求項5】

前記センサカバーは、前記音伝達部材の音伝搬速度よりも遅い音伝搬速度を有する材料から形成される、請求項２に記載の研磨装置。

【請求項6】

前記弾性部材は、前記音響センサと前記研磨テーブルとの間の隙間をシールする第１シール部材としても機能し、
前記支持部材は、前記音伝達部材と前記センサカバーとの間の隙間をシールする第２シール部材としても機能する、請求項２に記載の研磨装置。

【請求項7】

前記第２貫通孔に前記液体を供給するための液体供給ラインをさらに備える、請求項１に記載の研磨装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ウエハなどの基板の表面を研磨する研磨装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスの製造工程では、ウエハなどの基板の表面を研磨処理する研磨装置が広く使用されている。この種の研磨装置では、基板はトップリングまたは研磨ヘッドと称される基板保持装置により保持された状態で回転する。この状態で、研磨パッドとともに研磨テーブルを回転させながら、基板の表面を研磨パッドの研磨面に押し付け、研磨液の存在下で基板の表面を研磨面に摺接させることで、基板の表面が研磨される。基板表面の研磨により、基板表面の膜厚が所定値に達したこと、あるいは下地層（例えばストッパ層）が表れたことが検出されると、基板の研磨処理が終了される。

【0003】

このような研磨処理においては、加工後の基板表面の膜厚を正確に制御することが求められており、そのために基板の研磨処理の終了（研磨終点）を正確に検出することが重要とされる。研磨終点を検出するために様々な方法が検討されており、例えば、音響センサを用いて研磨音の変化を検出することで、研磨終点を決定することも提案されている。

【0004】

例えば、特許文献１は、研磨パッドが貼り付けられた研磨テーブルの下部に、音響センサが設けられた基板処理装置を開示しており、この音響センサは、基板の研磨中に研磨テーブルおよび研磨パッドを介して伝達される弾性波を検出して、電気信号（音響信号）を出力する。特許文献１に記載の基板処理装置では、この音響センサが出力する電気信号を用いて研磨終点を精度よく検出している。なお、研磨音の変化を、基板の研磨処理の異常および／または研磨装置の異常の発生を検出するのに用いることもある。本明細書では、基板の研磨処理の異常および／または研磨装置の異常を、単に「研磨異常」と称し、さらに、研磨異常および研磨終点を含む基板の研磨の進捗状況を、単に「研磨状態」と称する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２２－１２７８８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

研磨状態（すなわち、研磨終点および／または研磨異常の発生の有無）を精度よく検出するためには、音響センサが研磨音を正確に検出する必要がある。そのため、音響センサの取付位置が重要となってくる。例えば、音響センサが取得する研磨音が小さすぎると、研磨終点および／または研磨異常の発生を精度よく検出できないおそれがある。

【0007】

音響センサが研磨テーブルの下部に設置される場合は、研磨パッドの上面である研磨面で発生する研磨音は、研磨パッドおよび研磨テーブルなどの複数の材料を介して音響センサに伝搬される。この際、異なる材料に研磨音が入射するたびに研磨音の一部が反射して、音響センサに到達すべき研磨音が減衰し、その結果、精度よい研磨状態の検出に不具合が生じてしまうおそれがある。

【0008】

音響センサが空気中の音を検出する自由音場（例えば、研磨パッドの上方位置など）に配置されている場合、音響センサには、多くの外乱（研磨音以外の音）が入力される。そのため、音響センサに入力された音から研磨音のみを抽出する必要があり、複雑なアルゴリズムが必要となったり、複数の音響センサを研磨装置内に設置する必要があったりする。さらに、音響センサが研磨音を感度良く計測するためには、音源に可能な限り近い位置に音響センサを配置する必要があり、音響センサの設置位置に制限が生じることが多い。

【0009】

そこで、本発明は、音響センサが研磨音を精度よく検出することが可能な研磨装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

一態様では、基板を研磨テーブルに支持された研磨パッドに押し付けて、該基板を研磨する研磨装置であって、前記研磨テーブルに形成された第１貫通孔に挿入され、前記基板の研磨中の研磨音を検出して、前記研磨音を表す信号を出力する音響センサと、前記研磨テーブルからの前記研磨音の伝達を阻害しつつ、前記音響センサを前記研磨テーブルに支持させるための弾性部材を少なくとも含む支持治具と、前記音響センサから出力される信号に基づいて、前記基板の研磨状態を監視するコントローラと、を備え、前記研磨パッドには、前記第１貫通孔と連通し、液体で充たされる少なくとも１つの第２貫通孔が形成されており、前記音響センサは、前記第２貫通孔と対向する、研磨装置が提供される。

【0011】

一態様では、前記音響センサは、センサ本体と、前記センサ本体と接触する音伝達部材と、前記音伝達部材が前記第２貫通孔と対向するように、前記音伝達部材が挿入される挿入孔を備えたセンサカバーと、前記センサカバーからの前記研磨音の伝達を阻害しつつ、前記音伝達部材を前記センサカバーの挿入孔に支持させるための支持部材と、を含む。
一態様では、前記支持治具は、さらに、前記音響センサを支持するための台と、前記台を前記研磨テーブルに連結させる連結部材と、前記台からの前記研磨音の伝達を阻止するために、前記台と前記音響センサとの間に配置される伝達阻止部材と、を含む。

【0012】

一態様では、前記音伝達部材は、前記研磨テーブルの音伝搬速度よりも速い音伝搬速度を有する材料から形成される。
一態様では、前記センサカバーは、前記音伝達部材の音伝搬速度よりも遅い音伝搬速度を有する材料から形成される。

【0013】

一態様では、前記弾性部材は、前記音響センサと前記研磨テーブルとの間の隙間をシールする第１シール部材としても機能し、前記支持部材は、前記音伝達部材と前記センサカバーとの間の隙間をシールする第２シール部材としても機能する。
一態様では、研磨装置は、前記第２貫通孔に前記液体を供給するための液体供給ラインをさらに備える。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、研磨音は、上記液体のみを伝播して音響センサに入力されるので、研磨中の基板から音響センサに到達するまでの間に他の材料に反射されることがなく、研磨音の減衰が極力防止される。したがって、音響センサが研磨音を精度よく検出できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、一実施形態に係る研磨装置を示す模式図である。

【図2】図２は、一実施形態に係る音響センサの配置を模式的に示す断面図である。

【図3】図３は、第２貫通孔の変形例を模式的に示す上面図である。

【図4】図４（ａ）は、研磨テーブルにおける音響センサの配置の一例を示す模式図であり、図４（ｂ）は、研磨テーブルにおける音響センサの配置の他の例を示す模式図である。

【図5】図５は、他の実施形態に係る音響センサの配置を模式的に示す断面図である。

【図6】図６は、図５に示す音響センサの配置の変形例を模式的に示す図である。

【図7】図７（ａ）は、図６に示す液体供給ラインの変形例を模式的に示す図であり、図７（ｂ）は、図６に示す液体供給ラインの他の変形例を模式的に示す図である。

【図8】図８は、さらに他の実施形態に係る音響センサの配置を模式的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、一実施形態に係る研磨装置を示す模式図である。図１に示すように、研磨装置は、研磨パッド２を支持する研磨テーブル３と、基板の一例であるウエハＷを保持して、研磨パッド２に押し付ける研磨ヘッド（基板保持装置）１と、研磨テーブル３を回転させるテーブルモータ６と、研磨パッド２上にスラリーなどの研磨液を供給するための研磨液供給ノズル５と、研磨装置の動作を制御するためのコントローラ９を備えている。研磨パッド２の上面は、ウエハＷを研磨する研磨面２ａを構成する。研磨液供給ノズル５は、研磨面２ａに純水を供給してもよい。

【0017】

研磨ヘッド１は、ヘッドシャフト１０に連結されており、ヘッドシャフト１０は、ベルト等の連結手段を介して図示しない研磨ヘッドモータに連結されている。研磨ヘッドモータは、例えば、ヘッドシャフト１０が連結されるヘッドアーム１４に内蔵されている。研磨ヘッドモータは、研磨ヘッド１をヘッドシャフト１０とともに矢印で示す方向に回転させる。研磨テーブル３はテーブル軸３ａを介してテーブルモータ６に連結されており、テーブルモータ６は研磨テーブル３および研磨パッド２を矢印で示す方向に回転させるように構成されている。研磨ヘッド１および研磨テーブル３の回転方向は、本実施形態に限定されない。一実施形態では、研磨ヘッド１および研磨テーブル３は、図１の矢印で示す方向と逆方向に回転するように構成されていてもよい。

【0018】

ウエハＷは次のようにして研磨される。研磨テーブル３および研磨ヘッド１を図１の矢印で示す方向に回転させながら、研磨液供給ノズル５から研磨液が研磨テーブル３上の研磨パッド２の研磨面２ａに供給される。ウエハＷは研磨ヘッド１によって回転されながら、研磨パッド２上に研磨液が存在した状態でウエハＷは研磨ヘッド１によって研磨パッド２の研磨面２ａに押し付けられる。ウエハＷの表面は、研磨液の化学的作用と、研磨液に含まれる砥粒または研磨パッド２の機械的作用により研磨される。研磨ヘッド１、テーブルモータ６、および研磨液供給ノズル５の動作を含む、研磨装置全体の動作は、コントローラ９によって制御される。

【0019】

本実施形態では、コントローラ９は、少なくとも１台のコンピュータから構成されている。コントローラ９は、プログラムが格納された記憶装置９ａと、プログラムに含まれる命令に従って演算を実行する演算装置９ｂを備えている。記憶装置９ａは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの主記憶装置と、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）などの補助記憶装置を備えている。演算装置９ｂの例としては、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＧＰＵ（グラフィックプロセッシングユニット）が挙げられる。ただし、コントローラ９の具体的構成はこれらの例に限定されない。

【0020】

一実施形態では、コントローラ９は、複数のコンピュータから構成されてもよく、あるいは、インターネットまたはローカルエリアネットワークなどの通信ネットワークにより接続された複数のサーバであってもよい。例えば、コントローラ９は、エッジサーバとクラウドサーバとの組み合わせであってもよい。一実施形態では、記憶装置９ａは、演算装置９ｂから離れた場所に設けられてもよい。

【0021】

研磨装置１は、研磨テーブル３に取り付けられた音響センサ３０をさらに備えている。音響センサ３０は、所定の時間間隔で研磨音の音響を検出して、研磨音の音響を表す信号を出力（生成）するように構成されている。このような音響センサ３０の例としては、ＡＥ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）センサおよび超音波マイクが挙げられる。しかしながら、研磨音の音響を検出可能である限り、音響センサ３０の種類および構成は、自由に選択できる。音響センサ３０は、コントローラ９に電気的に接続されており、音響センサ３０の動作は、コントローラ９により制御される。

【0022】

ウエハＷの研磨中、音響センサ３０は、ウエハＷの研磨音（の音響）を検出して、研磨音を表す信号（以下、「研磨音信号」と称することがある）を出力（生成）する。具体的には、コントローラ９は、音響センサ３０に指令を発して、ウエハＷの研磨中に研磨音を検出させて、研磨音信号を音響センサ３０から出力させる。

【0023】

ウエハＷの研磨音は、ウエハＷの表面状態によって変化する。例えば、ウエハＷの表面を構成する上層（例えば、絶縁膜、金属膜、シリコン層など）の研磨が進行して、その上層の下に存在する下層（例えば、ストッパ層）が露出したときに、ウエハＷの研磨音が変化する。これは、ウエハＷの上層と下層を構成する材料が異なっており、上層の摩擦係数と、下層の摩擦係数が異なるためである。他の例では、ウエハＷの研磨が進行して、ウエハＷの表面粗さが変化したときに、ウエハＷの研磨音が変化する。これは、ウエハＷの表面粗さによって、ウエハＷの摩擦力（摩擦抵抗）が変わるからである。本実施形態のコントローラ９は、音響センサ３０によって検出される研磨音の変化を利用して、ウエハＷの研磨進捗状況を監視する。ウエハＷの研磨進捗状況を監視することは、ウエハＷの研磨終点を検出することを含む。

【0024】

ウエハＷの研磨音は、ウエハＷの研磨処理の異常が発生したとき、および研磨装置の異常が発生したときも変化する。例えば、研磨中のウエハＷが破損したときには、ウエハＷの研磨音が変化する。研磨パッド２が破損したり、研磨液供給ノズル５からの研磨液の供給が停止されたりしたときにも、研磨音が変化する。コントローラ９は、音響センサ３０によって検出される研磨音の変化を利用して、ウエハＷの研磨処理の異常の発生および／または研磨装置の異常の発生の有無を監視してもよい。本明細書では、ウエハＷの研磨処理の異常および／または研磨装置の異常を、単に「研磨異常」と称し、研磨終点を含む上記ウエハＷの研磨進捗状況と、研磨異常とを、単に「研磨状態」と称する。すなわち、コントローラ９は、研磨音の変化を利用して、研磨状態を監視する。

【0025】

なお、研磨状態の監視には、公知の監視方法を用いることができる。例えば、コントローラ９は、研磨進捗状況を監視するために、研磨音を表す音響信号から音圧レベルのスペクトルを示すパワースペクトルを生成し、パワースペクトルを時系列に並べることで、パワースペクトルの時間変化を示すパワースペクトルマップを生成し、パワースペクトルマップにおける音圧レベルの変化に基づいて、ウエハＷの研磨終点を含む研磨進捗状況を決定してもよい。

【0026】

研磨状態を正確に決定するためには、音響センサ３０が正確な研磨音を検出する必要がある。そこで、本実施形態では、音響センサ３０は、研磨パッド２上に存在する液体（例えば、研磨液または純水）のみを伝播する研磨音を極力計測できるように配置されている。

【0027】

図２は、一実施形態に係る音響センサ３０の配置を模式的に示す断面図である。図２に示す音響センサ３０は、コントローラ９（図１参照）に接続されるセンサ本体３１を備えており、音響センサ３０のセンサ本体３１は、研磨テーブル３に形成された第１貫通孔１５に挿入されている。本実施形態では、第１貫通孔１５は、研磨テーブル３の上面から下面まで鉛直方向に延びる。

【0028】

第１貫通孔１５に挿入された音響センサ３０のセンサ本体３１は、支持治具４３によって第１貫通孔１５に支持される。本実施形態では、支持治具４３は、弾性部材４５から構成されている。弾性部材４５は、研磨音が研磨テーブル３から音響センサ３０のセンサ本体３１に伝達されるのを阻害する適度な弾性を有している。本実施形態では、弾性部材４５は、ゴムなどの樹脂からなるＯリングであり、音響センサ３０のセンサ本体３１と第１貫通孔１５との間の隙間を封止するシール部材（第１シール部材）としても機能する。

【0029】

研磨パッド２は、研磨テーブル３の第１貫通孔１５と連通するように、該研磨テーブル３の第１貫通孔１５に対応する位置に形成された第２貫通孔１７を有している。第２貫通孔１７は、研磨パッド２の上面（すなわち、研磨面）から下面まで鉛直方向に延びており、第２貫通孔１７の下部開口は、第１貫通孔１５に挿入された音響センサ３０のセンサ本体３１の上面であり、研磨音が入力されるセンシング面と僅かな隙間を開けて対向している。一実施形態では、第２貫通孔１７が形成された研磨パッド２の下面に音響センサ３０のセンシング面を接触させてもよい。本実施形態では、第１貫通孔１５の中心軸線は、第２貫通孔１７の中心軸線に一致し、センサ本体３１のセンシング面の中心軸線は、第１貫通孔１５の中心軸線と第２貫通孔１７の中心軸線とに一致する。言い換えれば、研磨パッド２に形成された第２貫通孔１７、研磨テーブル３に形成された第１貫通孔１５、および第１貫通孔１５に挿入される音響センサ３０は、鉛直方向に直線状に配列されている。

【0030】

なお、研磨液を研磨パッド２の研磨面２ａの全体に均一に供給するために、研磨パッド２の研磨面２ａに、１つ以上のパッド溝（図示せず）が形成されることがある。パッド溝は、研磨パッド２の研磨面２ａ上に形成され、研磨パッド２を貫通しない。パッド溝は、例えば、研磨パッド２の表面全体に渡って形成される。パッド溝の形状の例としては、格子状、螺旋状、同心円状などが挙げられる。研磨パッド２の研磨面２ａにこのようなパッド溝が形成される場合、第２貫通孔１７は、パッド溝と連通していることが好ましい。第２貫通孔１７とパッド溝との連通により、研磨音はパッド溝内の液体を通じても第２貫通孔１７を充たす液体に到達する。結果として、音響センサ３０による研磨音の高感度検出が促進される。

【0031】

ウエハＷの研磨中、研磨液供給ノズル５から研磨パッド２の研磨面２ａに供給された研磨液（例えば、スラリーまたは純水）である液体は、研磨パッド２の第２貫通孔１７に流入し、該第２貫通孔１７が液体で充たされる。音響センサ３０は、第２貫通孔１７の開口に対向するように配置されているので、ウエハＷの研磨中に発生する研磨音は、研磨パッド２上を流れる研磨液および第２貫通孔１７を充たす研磨液を介して音響センサ３０に入力される。その結果、研磨音は、上記液体のみを伝播して音響センサ３０に入力されるので、研磨中のウエハＷから音響センサ３０に到達するまでの間に他の材料に反射されることがなく、研磨音の減衰が極力防止される。したがって、音響センサ３０が研磨音を精度よく検出できるので、コントローラ９は、正確な研磨状態を監視することができる。

【0032】

さらに、液体は空気と比べて密度が高いため研磨音が減衰しにくいという性質だけでなく、液体の表面で、研磨音以外の音である外乱を反射させることができるという性質も有する。そのため、音響センサが空気中の音を検出する自由音場（例えば、研磨パッド２の上方位置など）に配置されている従来の研磨装置と比較して、本実施形態の音響センサ３０は遙かに精度よく研磨音を検出することができる。

【0033】

図３は、第２貫通孔１７の変形例を模式的に示す上面図である。図３に示すように、複数の第２貫通孔１７を研磨パッド２に形成してもよい。図３に示す例では、９個の第２貫通孔１７が研磨パッド２に形成されている。本実施形態では、中央に位置する第２貫通孔１７の中心軸線は、第１貫通孔１５の中心軸線に一致し、残りの第２貫通孔１７が、中央に位置する第２貫通孔１７の周りを同心状にかつ等間隔に配列されている。

【0034】

図４（ａ）は、研磨テーブル３における音響センサ３０の配置の一例を示す模式図であり、図４（ｂ）は、研磨テーブル３における音響センサ３０の配置の他の例を示す模式図である。なお、図４（ａ）および図４（ｂ）は、研磨テーブル３における第１貫通孔１５の形成位置を例示したものであり、第１貫通孔１５の形成位置は、研磨テーブル３内で自由に選択できることに留意されたい。

【0035】

図４（ａ）に示す例では、音響センサ３０は、ウエハＷの研磨中に、該ウエハＷの下方を通過するように研磨テーブル３に配置される。言い換えれば、研磨テーブル３を回転させると、研磨テーブル３に形成され、音響センサ３０が挿入される第１貫通孔１５は、研磨ヘッド１の下方を通過する。本実施形態では、第１貫通孔１５は、音響センサ３０が研磨ヘッド１の下方を通過する際に、第１貫通孔１５の中心軸線が研磨ヘッド１の中心軸線を通過するように研磨テーブル３に形成されている。音響センサ３０が研磨ヘッド１の下方を通過する場合、音響センサ３０は、研磨音を至近距離で検出することができるため、より正確な研磨音を取得することができる。

【0036】

一方で、研磨テーブル３が回転することで音響センサ３０が研磨ヘッド１から離れると、音響センサ３０が取得する研磨音に外乱が加わり、研磨音の検出に悪影響を与えるおそれがある。そのため、研磨装置は、研磨テーブル３の回転位置を検出可能な回転角検出装置５０を備えているのが好ましい。回転角検出装置５０の例としては、テーブルモータ６に設けられたロータリーエンコーダが挙げられる。回転角検出装置５０は、コントローラ９（図１参照）に接続される。コントローラ９は、回転角検出装置５０を用いて、音響センサ３０と研磨ヘッド１（すなわち、研磨音の発生源であるウエハＷ）との間の相対位置関係を算出することができる。

【0037】

この場合、コントローラ９は、音響センサ３０が研磨ヘッド１の下方を通過するときのみ研磨音を検出するように構成されていてもよい。さらに、コントローラ９は、音響センサ３０が研磨ヘッド１の下方を通過していないときに音響センサ３０に入力された音から研磨音以外の音（すなわち、外乱）を検出してもよい。このような構成によれば、音響センサ３０に入力される音から研磨音以外の音である外乱を効率的に排除できる。

【0038】

図４（ｂ）に示す例では、第１貫通孔１５は、該第１貫通孔１５の中心軸線が研磨テーブル３のテーブル軸３ａと一致するように、研磨テーブル３に形成される。この場合、音響センサ３０のセンサ本体３１の中心軸線が研磨テーブル３のテーブル軸３ａの中心軸線と一致するため、研磨テーブル３を回転させたときに、研磨ヘッド１に対する音響センサ３０の位置が変化しない。そのため、音響センサ３０に入力される研磨音は、研磨テーブル３の回転の影響を受けないため、コントローラ９は、音響センサ３０に入力された音から研磨音を抽出するための解析を行いやすい。

【0039】

一方で、図４（ｂ）に示す配置例は、図４（ａ）に示す配置例と比較して、音響センサ３０に入力される音により多くの外乱が混入しやすくなる。しかしながら、研磨ヘッド１に対する音響センサ３０の位置が変化しないため、音響センサ３０に入力される外乱もほぼ一定であり安定している。そのため、コントローラ９は、周波数解析などを用いることで、容易に研磨音と外乱とを区別することができる。

【0040】

図５は、他の実施形態に係る音響センサ３０の配置を模式的に示す断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、上述した実施形態の構成と同様であるため、その重複する説明を省略する。

【0041】

図５に示す研磨装置では、研磨テーブル３に形成された第１貫通孔１５に挿入される音響センサ３０は、上述したセンサ本体３１と、該センサ本体３１と接触する音伝達部材３２と、該音伝達部材３２が研磨パッド２に形成された第２貫通孔１７と対向するように、音伝達部材３２が挿入される挿入孔３３ａを備えたセンサカバー３３と、を備える。本実施形態では、音伝達部材３２の上部には、センサカバー３３の挿入孔３３ａに挿入され、研磨音の検出用のプローブとして機能するセンシング突起３２ａが形成されている。センシング突起３２ａを挿入孔３３ａに挿入すると、センシング突起３２ａの外側面と、挿入孔３３ａの壁面との間には、僅かな隙間が形成される。さらに、音伝達部材３２は、センシング突起３２ａが形成される上面とは反対側の下面で、センサ本体３１の上面であるセンシング面と接触している。なお、一実施形態では、音伝達部材３２をセンサ本体３１に接触させた状態で、連結部材（図示せず）を用いて、音伝達部材３２をセンサ本体３１に連結してもよい。

【0042】

なお、音伝達部材３２とセンサ本体３１との間に、グリスなどの充填剤（図示せず）を注入してもよい。充填剤によって、音伝達部材３２の下面（連結面）における微小な凹凸と、センサ本体３１の上面（連結面）における微小な凹凸の間の隙間が埋まり、音伝達部材３２の下面を、センサ本体３１の上面に完全に密着させることができる。その結果、充填剤によって、研磨音を音伝達部材３２からセンサ本体３１に正確に伝達させることができる。

【0043】

図５に示す音響センサ３０は、センサカバー３３から音伝達部材３２への研磨音の伝達を阻害しつつ、音伝達部材３２をセンサカバー３３に支持させるための支持部材３４をさらに備えている。音伝達部材３２およびセンサ本体３１は、支持部材３４のみでセンサカバー３３に接触している。支持部材３４は、研磨音がセンサカバー３３から音響センサ３０の音伝達部材３２（およびセンサ本体３１）に伝達されるのを阻害する適度な弾性を有している。本実施形態では、支持部材３４は、ゴムなどの樹脂からなるＯリングであり、音響センサ３０の音伝達部材３２と、センサカバー３３との間の隙間を封止するシール部材（第２シール部材）としても機能する。

【0044】

本実施形態でも、ウエハＷの研磨中、研磨液供給ノズル５から研磨パッド２の研磨面２ａに供給された研磨液である液体は、研磨パッド２の第２貫通孔１７に流入し、該第２貫通孔１７が液体で充たされる。音響センサ３０の音伝達部材３２のセンシング突起３２ａは、第２貫通孔１７の開口に対向するように配置されているので、ウエハＷの研磨中に発生する研磨音は、研磨パッド２上を流れる研磨液および第２貫通孔１７を充たす研磨液を介して音響センサ３０に入力される。その結果、研磨音は、上記液体のみを伝播して音響センサ３０に入力されるので、研磨中のウエハＷから音響センサ３０に到達するまでの間に他の材料に反射されることがなく、研磨音の減衰が極力防止される。さらに、液体は、その表面で、研磨音以外の音である外乱を反射させることができるという性質を有するので、音響センサが空気中の音を検出する自由音場に配置されている従来の研磨装置と比較して、本実施形態の音響センサ３０は遙かに精度よく研磨音を検出することができる。

【0045】

本実施形態によれば、支持部材３４が音伝達部材３２とセンサカバー３３との間の隙間を封止するシール部材としても機能するので、第２貫通孔１７を充たした液体が音響センサ３０のセンサ本体３１に到達できない。したがって、センサ本体３１が液体で濡れることが防止されるので、センサ本体３１は、耐薬品性および耐水性を有する必要がない。その結果、市場で安価に入手可能な汎用性の音響センサを、本実施形態に係る音響センサ３０として使用することができる。

【0046】

なお、音伝達部材３２は、研磨音を精度よくセンサ本体３１に伝達できるように、音伝搬速度が速い材料から形成されるのが好ましい。例えば、音伝達部材３２は、研磨テーブル３の音伝搬速度よりも速い音伝搬速度を有する材料から形成される。このような材料の例としては、アルミナが挙げられる。

【0047】

同様の理由から、センサカバー３３は、音伝搬速度が遅い材料から形成されるのが好ましい。例えば、センサカバー３３は、音伝達部材３２の音伝搬速度よりも遅い音伝搬速度を有する材料から形成される。このような材料の例としては、ステンレス鋼および樹脂が挙げられる。一実施形態では、センサカバー３３は、音伝達部材３２の音伝搬速度および研磨テーブル３の音伝搬速度よりも遅い音伝搬速度を有する材料から形成されてもよい。

【0048】

図５に示す実施形態では、研磨装置の支持治具４３は、上述した弾性部材４５に加えて、音響センサ３０を下方から支持するための台４６と、この台４６を研磨テーブル３の下面に連結させる連結棒（連結部材）４８と、を備えている。図５では、台４６を研磨テーブル３に複数の棒で連結しているが、連結部材は、連結棒４８に限定されない。例えば、連結部材は、音響センサ３０を取り囲む円筒形状を有する単一の部材であってもよい。

【0049】

弾性部材４５、台４６、および連結棒４８を含む支持治具４３によれば、音響センサ３０を確実に研磨テーブル３に支持させることができ、さらに、音響センサ３０の姿勢が安定する。その結果、音響センサ３０は、より精度よく研磨音を取得できる。

【0050】

なお、研磨音が、研磨テーブル３、連結棒４８、および台４６を介して音響センサ３０に伝達されてしまうことを防止するために、支持治具４３は、台４６と音響センサ３０との間に配置される伝達阻止部材（第１伝達阻止部材）４７を有しているのが好ましい。伝達阻止部材４７は、振動の伝達を阻止することが可能な材料から構成される。伝達阻止部材４７の材料の例としては、ゴム（防振ゴム）が挙げられる。

【0051】

同様の理由から、支持部材４３は、台４６と連結棒（連結部材）４８との間に配置される伝達阻止部材（第２伝達阻止部材）４９をさらに有しているのが好ましい。伝達阻止部材４９の材料の例としては、ゴム（防振ゴム）が挙げられる。

【0052】

図示はしないが、図２に示す音響センサ３０のセンサ本体３１を、図５に示す台４６と連結棒（連結部材）４８とで下方から支持してもよい。この場合も、支持治具４３は、台４６と音響センサ３０との間に配置される伝達阻止部材（第１伝達阻止部材）４７を有しているのが好ましく、さらに、台４６と連結棒（連結部材）４８との間に配置される伝達阻止部材（第２伝達阻止部材）４９を有しているのが好ましい。

【0053】

図６は、図５に示す音響センサ３０の配置の変形例を模式的に示す図である。図６に示すように、研磨装置は、研磨パッド２に形成された第２貫通孔１７に液体を供給する液体供給ライン５５を有している点で、図５に示す実施形態と異なる。

【0054】

図６に示す液体供給ライン５５は、図示しない液体供給源から研磨テーブル３を通って第２貫通孔１７に連通する空間まで延びている。液体供給ライン５５を介して第２貫通孔１７に供給される液体は、研磨液供給ノズル５から研磨面２ａに供給される液体と同一の液体であってもよいし、異なる液体であってもよい。ウエハＷの研磨中に液体供給ライン５５から第２貫通孔１７に供給される液体によって、第２貫通孔１７は、常に清浄な液体で充たされ、その結果、音響センサ３０はより精度よく研磨音を取得できる。

【0055】

なお、液体供給ライン５５を介して第２貫通孔１７に液体を供給することによって、第２貫通孔１７を、より確実に液体で充たすことができる。例えば、ウエハＷの研磨中に、第２貫通孔１７に大きな遠心力が作用しても、液体供給ライン５５によって供給される液体が確実に第２貫通孔１７を充たす。さらに、液体供給ライン５５によって供給される液体によって、第２貫通孔１７を充たすスラリーなどの研磨液が該第２貫通孔１７内で固着することが防止される。加えて、液体供給ライン５５によって供給される液体によって、第２貫通孔１７を定期的に洗浄することもできる。

【0056】

液体供給ライン５５は、図７（ａ）に示すように、センサカバー３３を通って第２貫通孔１７に連通する空間まで延びていてもよいし、図７（ｂ）に示すように、音伝達部材３２を通って第２貫通孔１７に連通する空間まで延びていてもよい。

【0057】

図８は、さらに他の実施形態に係る音響センサの配置を模式的に示す断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、上述した実施形態の構成と同様であるため、その重複する説明を省略する。

【0058】

図８に示す音響センサ３０は、音伝達部材３２のセンシング突起３２ａが研磨パッド２に形成された第２貫通孔１７を通過して、該センシング突起３２ａの先端が研磨パッド２の研磨面２ａよりも上方に位置している点で、図５に示す実施形態と異なる。このようなセンシング突起３２ａを有する場合は、図２および図５に示す実施形態と比較して、研磨音の発生源に音響センサ３０のセンシング部を近づけることができるので、音響センサ３０がより精度よく研磨音を取得することができる。

【0059】

図８に示すように、センシング突起３２ａの先端は、研磨パッド２の研磨面２ａ上に存在する液体の液面よりも下方に位置しているのが好ましい。この場合、音響センサ３０が外乱による悪影響を受けにくくなる。しかしながら、図８の一点鎖線で示すように、センシング突起３２ａの先端が、研磨パッド２の研磨面２ａ上に存在する液体の液面よりも上方に位置していてもよい。

【0060】

本実施形態でも、ウエハＷの研磨中、研磨液供給ノズル５から研磨パッド２の研磨面２ａに供給された研磨液である液体は、研磨パッド２の第２貫通孔１７に流入し、該第２貫通孔１７が液体で充たされる。音響センサ３０の音伝達部材３２のセンシング突起３２ａは、第２貫通孔１７を通って研磨パッド２の研磨面２ａよりも上方に位置している。このような構成でも、ウエハＷの研磨中に発生する研磨音は、研磨パッド２上を流れる研磨液および第２貫通孔１７を充たす研磨液を介して音響センサ３０に入力される。その結果、研磨音は、上記液体のみを伝播して音響センサ３０に入力されるので、研磨中のウエハＷから音響センサ３０に到達するまでの間に他の材料に反射されることがなく、研磨音の減衰が極力防止される。さらに、液体は、その表面で、研磨音以外の音である外乱を反射させることができるという性質を有するので、音響センサが空気中の音を検出する自由音場に配置されている従来の研磨装置と比較して、本実施形態の音響センサ３０は遙かに精度よく研磨音を検出することができる。

【0061】

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

【符号の説明】

【0062】

１ 研磨ヘッド
２ 研磨パッド
３ 研磨テーブル
５ 研磨液供給ノズル
６ テーブルモータ
９ コントローラ
１０ ヘッドシャフト
１４ ヘッドアーム
１５ 第１貫通孔
１７ 第２貫通孔
３０ 音響センサ
３１ センサ本体
３２ 音伝達部材
３３ センサカバー
３４ 支持部材
４３ 支持治具
４５ 弾性部材
４６ 台
４７，４９ 伝達阻止部材
４８ 連結棒（連結部材）
５０ 回転角検出装置
５５ 液体供給ライン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】