(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-09-13
(45)【発行日】2022-09-22
(54)【発明の名称】研磨装置、及び研磨方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/304 20060101AFI20220914BHJP
B24B 37/013 20120101ALI20220914BHJP
B24B 49/12 20060101ALI20220914BHJP
【ＦＩ】
H01L21/304 622S
H01L21/304 622E
B24B37/013
B24B49/12
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2017202620
(22)【出願日】2017-10-19
(65)【公開番号】P2019075520
(43)【公開日】2019-05-16
【審査請求日】2020-10-15
(73)【特許権者】
【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】100106208
【弁理士】
【氏名又は名称】宮前 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100146710
【弁理士】
【氏名又は名称】鐘ヶ江 幸男
(74)【代理人】
【識別番号】100117411
【弁理士】
【氏名又は名称】串田 幸一
(74)【代理人】
【識別番号】100186613
【弁理士】
【氏名又は名称】渡邊 誠
(72)【発明者】
【氏名】杉山 光徳
(72)【発明者】
【氏名】高橋 太郎
(72)【発明者】
【氏名】小林 洋一
【審査官】内田 正和
(56)【参考文献】
【文献】特開２００１－２８４３００（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００８－５０３３５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２５３６２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００６－５２６２９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００８／０４４７８６（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／３０４
Ｂ２４Ｂ ３７／０１３
Ｂ２４Ｂ ４９／１２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
研磨パッドと、前記研磨パッドに対向して配置される研磨物との間で研磨を行うための研磨装置であって、前記研磨パッドを保持するための、回転可能な研磨テーブルと、
前記研磨物を保持するための、回転可能な保持部と、
前記保持部を保持するための揺動アームと、
前記研磨時に、前記揺動アーム上の揺動中心のまわりに前記揺動アームを回転させて揺動するためのアーム駆動部と、
前記研磨テーブルに配置されて、前記研磨物の膜厚の変化に応じて変化可能な前記研磨物の物理量を測定するための測定部と、
前記研磨物が前記揺動アーム上の揺動中心のまわりに回転して揺動し、かつ前記保持部により回転するときに、前記研磨物が前記保持部により回転するときの回転軸から、前記測定部による測定時における前記測定部までの距離を決定するための距離決定手段と、
前記揺動アーム上の揺動中心のまわりに前記揺動アームが回転して揺動しているときに前記測定部が測定した前記物理量と、前記決定された距離とに基づいて、前記研磨の終了を示す研磨終点を検出するための終点検出部と、を有することを特徴とする研磨装置。
【請求項2】
前記距離決定手段は、前記測定部が前記研磨テーブルの回転中心の周りを回転するときの基準となる回転位置からの、前記測定時における前記測定部の回転角度と、前記揺動アームが前記揺動中心のまわりに回転して揺動するときの基準となる揺動位置からの、前記測定時における前記揺動アームの揺動角度とに基づいて、前記距離を決定することを特徴とする請求項１記載の研磨装置。【請求項3】
前記距離決定手段は、前記測定部が前記研磨テーブルの回転中心の周りを回転するときの基準となる回転位置から、前記測定時における回転位置まで前記測定部が回転するために要した時間と、前記揺動アームが前記揺動中心のまわりに回転して揺動するときの基準となる揺動位置から、前記測定時における揺動位置まで前記揺動アームが揺動するために要した時間とに基づいて、前記距離を決定することを特徴とする請求項１記載の研磨装置。【請求項4】
前記測定部は、前記研磨テーブルから前記研磨物に測定光を投光し、前記研磨物から反射光を受光するための投受光装置と、前記研磨テーブルの投受光箇所に設けられる流体室へ、流体を供給するための流体供給部と、
前記流体室への前記流体の供給を制御するための流体供給制御装置と、を有し、
前記流体供給制御装置は、前記決定された距離が所定の範囲内にあるときに、前記流体を供給することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の研磨装置。
【請求項5】
前記決定された距離が前記所定の範囲内にあるときとは、前記決定された距離が、前記研磨物の半径と所定の長さとを加算した長さ以下であるときであることを特徴とする請求項４記載の研磨装置。
【請求項6】
前記流体供給制御装置は、前記決定された距離が前記所定の範囲内に入って、前記流体の供給を開始した時から、所定の期間は、第１の供給量で前記流体を供給し、前記所定の期間が経過した後は、第１の供給量より少ない第２の供給量で前記流体を供給することを特徴とする請求項４または５記載の研磨装置。
【請求項7】
研磨パッドと、前記研磨パッドに対向して配置される研磨物との間で研磨を行うための研磨方法であって、前記研磨パッドを研磨テーブルに保持しつつ、前記研磨テーブルを回転させるステップと、
前記研磨物を保持部に保持しつつ、前記保持部を回転させるステップと、
揺動アームにより前記保持部を保持して、前記研磨時に、前記揺動アーム上の回転中心のまわりに前記揺動アームを回転して揺動させるステップと、
前記研磨テーブルに配置された測定部によって、前記研磨物の膜厚の変化に応じて変化可能な前記研磨物の物理量を測定するステップと、
前記研磨物が前記揺動アーム上の揺動中心のまわりに回転して揺動し、かつ前記保持部により回転するときに、前記研磨物が前記保持部により回転するときの回転軸から、前記測定部による測定時における前記測定部までの距離を決定するステップと、
前記揺動アーム上の揺動中心のまわりに前記揺動アームが回転して揺動しているときに測定した前記物理量と、決定された前記距離とに基づいて、前記研磨の終了を示す研磨終点を検出するステップと、を有することを特徴とする研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、研磨対象物の表面を研磨する研磨装置、及び該装置を用いて研磨を行う研磨方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭くなりつつある。そこで、研磨対象物である半導体ウェハの表面を平坦化することが必要となるが、この平坦化法の一手段として化学的機械的研磨（ＣＭＰ）装置により研磨することが行われている。
【0003】
研磨装置は、研磨対象物を研磨するための研磨パッドを保持するための研磨テーブルと、研磨対象物を保持して研磨パッドに押圧するためのトップリングを備える。研磨テーブルとトップリングはそれぞれ、駆動部（例えばモータ）によって回転駆動される。研磨剤を含む液体（スラリー）を研磨パッド上に流し、そこにトップリングに保持された研磨対象物を押し当てることにより、研磨対象物は研磨される。トップリングは揺動アームの端部に保持される。揺動アームは、揺動アーム上の揺動中心のまわりに揺動可能である。
【0004】
研磨装置では、研磨対象物の研磨が不十分であると、回路間の絶縁がとれず、ショートするおそれが生じ、また、過研磨となった場合は、配線の断面積が減ることによる抵抗値の上昇、又は配線自体が完全に除去され、回路自体が形成されないなどの問題が生じる。また、表面全体にわたって精度よく平坦にする必要がある。このため、研磨装置では、最適な研磨終点を検出することや、表面全体にわたって精度よく研磨量を検出することが求められる。
【0005】
このような技術としては、特表２００６－５２６２９２号に記載の光学式終点検知センサ(以下では、「光学式センサ」と呼ぶ。)や、特開２０１２－１３５８６５号に記載の渦電流式終点検知センサ(以下では、「渦電流センサ」と呼ぶ。)等を用いた終点検出装置がある。
【0006】
研磨装置の終点検出装置では、研磨テーブルに配置したセンサによりテーブルの上部を通過するウェハの状態を測定する。センサを研磨テーブルに取り付ける時には、ウェハの中心をセンサが通るようにセンサを配置する。ウェハの下をセンサが通過する毎にウェハの状態(金属膜内の渦電流や、膜の表面特性)を測定して、状態の変化を検出し、研磨の停止や研磨条件の変更を行う。また、光学式センサのタイプによっては、測定時に純水等の液体を、研磨テーブルの投受光箇所に設けられる流体室に供給する。
【0007】
揺動アームは、研磨時に揺動させる場合と、揺動させない場合がある。揺動させない場合は、ウェハの中心をセンサが通る位置で、揺動アームを停止させて、研磨を行う。この場合、ウェハ上のセンサの軌跡は、ウェハの中心を通る、同一形状の曲線となる。この曲線上の各点をセンサが通過する時刻は、曲線の一端から時刻を計測した時に、曲線の一端からの曲線の長さと、一対一に対応する。すなわち、曲線の一端から時刻を計測すると、センサが測定している場所の、ウェハの中心からの半径は、一意的に決定される。ウェハの状態の変化は、同一の半径での測定値同士を比較することにより検出される。
【0008】
揺動アームを研磨時に揺動させる場合、以下の問題がある。トップリングが水平方向に揺動すると、ウェハの下を通過するセンサの軌跡は、前記の曲線とは異なるウェハの中心以外の点も通るさまざまな大きさの曲線となる。このため、これらの曲線の一端から時刻
を計測すると、センサが測定している場所の、ウェハの中心からの半径は、一意的に決定することができない。同一時刻であっても、曲線によって、ウェハの中心からの半径は異なる。
を計測すると、センサが測定している場所の、ウェハの中心からの半径は、一意的に決定することができない。同一時刻であっても、曲線によって、ウェハの中心からの半径は異なる。
【0009】
ウェハの状態の変化は、同一の半径での測定値同士を比較するため、ウェハの状態変化を測定することが困難になる。また、液体を流体室に供給するセンサの場合、供給は、センサがウェハの下に入る直前に開始して、センサがウェハの下から出る直後に停止することが好ましい。揺動アームを研磨時に揺動させない場合、センサがウェハの下にいる期間は、テーブルの回転角度で表現した時に、常に一定の角度の時に開始し、常に一定の角度の時に終了する。このため、液体の供給の開始時刻を容易に検知することができ、かつ容易に、供給を停止することができる。
【0010】
しかし、揺動アームを研磨時に揺動させる場合、センサがウェハの下にいる期間は、テーブルの回転角度で表現した時に、さまざまな角度の時に開始し、さまざまな角度の時に終了する。従って、液体の供給開始時刻が変化し、かつ供給期間が変化し、供給終了時刻が変化する。このため、液体の供給をセンサがウェハの下に入る直前に開始して、センサがウェハの下から出る直後に停止することが容易ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【文献】特表２００６－５２６２９２号
【文献】特開２０１２－１３５８６５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
本発明の一形態は、このような問題点を解消すべくなされたもので、その目的は、揺動アームを研磨時に揺動させる場合に、センサが測定している場所の、ウェハの中心からの半径を決定できる研磨装置及び研磨方法を提供することである。
【0013】
また、本発明の他の一形態の目的は、揺動アームを研磨時に揺動させる場合に、流体室への液体の供給タイミングを適切に設定できる研磨装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0014】
上記課題を解決するために、第１の形態では、研磨パッドと、前記研磨パッドに対向して配置される研磨物との間で研磨を行うための研磨装置であって、前記研磨パッドを保持するための、回転可能な研磨テーブルと、前記研磨物を保持するための、回転可能な保持部と、前記保持部を保持するための揺動アームと、前記研磨時に、前記揺動アーム上の揺動中心のまわりに前記揺動アームを揺動するためのアーム駆動部と、前記研磨テーブルに配置されて、前記研磨物の膜厚の変化に応じて変化可能な前記研磨物の物理量を測定するための測定部と、前記研磨物が前記揺動アーム上の揺動中心のまわりに揺動し、かつ前記保持部により回転するときに、前記研磨物が前記保持部により回転するときの回転軸から、前記測定部による測定時における前記測定部までの距離を決定するための距離決定手段と、前記測定部が測定した前記物理量と、前記決定された距離とに基づいて、前記研磨の終了を示す研磨終点を検出するための終点検出部と、を有することを特徴とする研磨装置という構成を採っている。
【0015】
本実施形態では、研磨物が保持部により回転するときの回転軸から、測定部による測定時における測定部までの距離を決定するための距離決定手段を設けたため、揺動アームを研磨時に揺動させる場合に、センサが測定している場所の、研磨物（例えば、ウェハ）の回転中心からの半径を決定できる。ここで、回転軸から測定部までの距離とは、測定部か
ら回転軸に下ろした垂線の長さである。
ら回転軸に下ろした垂線の長さである。
【0016】
終点検出部が、測定部が測定した物理量と、決定された距離とに基づいて、研磨の終了を示す研磨終点を検出する方法は種々ある。例えば、決定された距離が同一である所もしくは、同一であると考えられる範囲内（近傍）にある所で測定された物理量の時間的な変化から研磨終点を検出することができる。ここで、決定された距離が同一であるということは、研磨物の回転中心から同一の半径にあることを意味する。従って、このような研磨終点を検出する方法は、同一の半径を有する、すなわち同一の円上の点を、個々には区別しないで、研磨終点を検出することを意味する。
【0017】
測定部が測定した物理量と、決定された距離とに基づいて、研磨の終了を示す研磨終点を検出する他の方法としては、研磨テーブルが１回転するごとに、研磨物の回転中心から同一の半径にある複数の測定点での過去のある期間にわたる物理量を平均して、すなわち、時間的な平均値の時間的な変化から研磨終点を検出する方法がある。
【0018】
また、決定された距離が同一と考えられる範囲内（近傍）又は、所定の範囲内にある所で測定された物理量を平均して、すなわち空間的な平均値の時間的な変化から研磨終点を検出してもよい。さらに、空間的な平均値と時間的な平均値を組み合わせてもよい。
【0019】
研磨終点の判定方法としては、例えば、所定の基準値と、測定値の大小関係、または所定の基準値と、測定値の時間変化量（例えば微分値）の大小関係から研磨終点を判定することができる。
【0020】
なお、保持部による研磨物の回転角度を検出して、研磨物の回転角度を決定すると、同一の半径を有する、すなわち同一の円上にある複数の点を個々に区別することができる。この場合、研磨物の個々の点の研磨状況を、さらに詳細に考慮して、研磨終点を検出することができる。
【0021】
第２の形態では、前記距離決定手段は、前記測定部が前記研磨テーブルの回転中心の周りを回転するときの基準となる回転位置からの、前記測定時における前記測定部の回転角度と、前記揺動アームが前記揺動中心のまわりに揺動するときの基準となる揺動位置からの、前記測定時における前記揺動アームの揺動角度とに基づいて、前記距離を決定することを特徴とする第１の形態の研磨装置という構成を採っている。
【0022】
第３の形態では、前記距離決定手段は、前記測定部が前記研磨テーブルの回転中心の周りを回転するときの基準となる回転位置から、前記測定時における回転位置まで前記測定部が回転するために要した時間と、前記揺動アームが前記揺動中心のまわりに揺動するときの基準となる揺動位置から、前記測定時における揺動位置まで前記揺動アームが揺動するために要した時間とに基づいて、前記距離を決定することを特徴とする第１の形態の研磨装置という構成を採っている。
【0023】
第４の形態では、前記測定部は、前記研磨テーブルから前記研磨物に測定光を投光し、前記研磨物から反射光を受光するための投受光装置と、前記研磨テーブルの投受光箇所に設けられる流体室へ、流体を供給するための流体供給部と、前記流体室への前記流体の供給を制御するための流体供給制御装置と、を有し、前記流体供給制御装置は、前記決定された距離が所定の範囲内にあるときに、前記流体を供給することを特徴とする、第１の形態ないし第３の形態のいずれかの研磨装置という構成を採っている。
【0024】
第５の形態では、前記決定された距離が前記所定の範囲内にあるときとは、前記決定された距離が、前記研磨物の半径と所定の長さとを加算した長さ以下であるときであること
を特徴とする第４の形態の研磨装置という構成を採っている。
を特徴とする第４の形態の研磨装置という構成を採っている。
【0025】
第６の形態では、前記流体供給制御装置は、前記決定された距離が前記所定の範囲内に入って、前記流体の供給を開始した時から、所定の期間は、第１の供給量で前記流体を供給し、前記所定の期間が経過した後は、第１の供給量より少ない第２の供給量で前記流体を供給することを特徴とする第４の形態または第５の形態の研磨装置という構成を採っている。
【0026】
第７の形態では、研磨パッドと、前記研磨パッドに対向して配置される研磨物との間で研磨を行うための研磨方法であって、前記研磨パッドを研磨テーブルに保持しつつ、前記研磨テーブルを回転させるステップと、前記研磨物を保持部に保持しつつ、前記保持部を回転させるステップと、揺動アームにより前記保持部を保持して、前記研磨時に、前記揺動アーム上の回転中心のまわりに前記揺動アームを揺動させるステップと、前記研磨テーブルに配置された測定部によって、前記研磨物の膜厚の変化に応じて変化可能な前記研磨物の物理量を測定するステップと、前記研磨物が前記揺動アーム上の揺動中心のまわりに揺動し、かつ前記保持部により回転するときに、前記研磨物が前記保持部により回転するときの回転軸から、前記測定部による測定時における前記測定部までの距離を決定するステップと、測定した前記物理量と、決定された前記距離とに基づいて、前記研磨の終了を示す研磨終点を検出するステップと、を有することを特徴とする研磨方法という構成を採っている。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】本発明の一実施形態に係る基板処理装置の全体構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
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。なお、以下の各実施形態において、同一または相当する部材には同一符号を付して重複した説明を省略する。
【0029】
図１は本発明の一実施形態に係る基板処理装置の全体構成を示す平面図である。図１に示すように、この基板処理装置は、略矩形状のハウジング６１を備えている。ハウジング６１の内部は隔壁１ａ，１ｂによってロード／アンロード部６２と研磨部６３と洗浄部６
４とに区画されている。これらのロード／アンロード部６２、研磨部６３、および洗浄部６４は、それぞれ独立に組み立てられ、独立に排気される。また、基板処理装置は、基板処理動作を制御する制御部６５を有している。
４とに区画されている。これらのロード／アンロード部６２、研磨部６３、および洗浄部６４は、それぞれ独立に組み立てられ、独立に排気される。また、基板処理装置は、基板処理動作を制御する制御部６５を有している。
【0030】
ロード／アンロード部６２は、多数のウェハ（基板）をストックするウェハカセットが載置される２つ以上（本実施形態では４つ）のフロントロード部２０を備えている。これらのフロントロード部２０はハウジング６１に隣接して配置され、基板処理装置の幅方向（長手方向に垂直な方向）に沿って配列されている。フロントロード部２０には、オープンカセット、ＳＭＩＦ（Standard Manufacturing Interface）ポッド、またはＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）を搭載することができるようになっている。ここで、ＳＭＩＦ、ＦＯＵＰは、内部にウェハカセットを収納し、隔壁で覆うことにより、外部空間とは独立した環境を保つことができる密閉容器である。
【0031】
また、ロード／アンロード部６２には、フロントロード部２０の並びに沿って走行機構２１が敷設されている。走行機構２１上にウェハカセットの配列方向に沿って移動可能な２台の搬送ロボット（ローダー）２２が設置されている。搬送ロボット２２は走行機構２１上を移動することによってフロントロード部２０に搭載されたウェハカセットにアクセスできるようになっている。各搬送ロボット２２は上下に２つのハンドを備えている。上側のハンドは、処理されたウェハをウェハカセットに戻すときに使用される。下側のハンドは、処理前のウェハをウェハカセットから取り出すときに使用される。このように、上下のハンドは使い分けられる。さらに、搬送ロボット２２の下側のハンドは、その軸心周りに回転することで、ウェハを反転させることができる。
【0032】
ロード／アンロード部６２は最もクリーンな状態を保つ必要がある領域である。そのため、ロード／アンロード部６２の内部は、基板処理装置外部、研磨部６３、および洗浄部６４のいずれよりも高い圧力に常時維持されている。研磨部６３は研磨液としてスラリーを用いるため最もダーティな領域である。したがって、研磨部６３の内部には負圧が形成され、その圧力は洗浄部６４の内部圧力よりも低く維持されている。ロード／アンロード部６２には、ＨＥＰＡフィルタ、ＵＬＰＡフィルタ、またはケミカルフィルタなどのクリーンエアフィルタを有するフィルタファンユニット（図示せず）が設けられている。フィルタファンユニットからはパーティクルや有毒蒸気、有毒ガスが除去されたクリーンエアが常時吹き出している。
【0033】
研磨部６３は、ウェハの研磨（平坦化）が行われる領域であり、第１研磨ユニット３Ａ、第２研磨ユニット３Ｂ、第３研磨ユニット３Ｃ、第４研磨ユニット３Ｄを備えている。第１研磨ユニット３Ａ、第２研磨ユニット３Ｂ、第３研磨ユニット３Ｃ、および第４研磨ユニット３Ｄは、図１に示すように、基板処理装置の長手方向に沿って配列されている。
【0034】
図１に示すように、第１研磨ユニット３Ａは、研磨テーブル３０Ａと、トップリング３１Ａと、研磨液供給ノズル３２Ａと、ドレッサ３３Ａと、アトマイザ３４Ａとを備えている。研磨テーブル３０Ａには、研磨面を有する研磨パッド１０が取り付けられている。トップリング(保持部)３１Ａは、ウェハを保持し、かつウェハを研磨テーブル３０Ａ上の研磨パッド１０に押圧しながら研磨する。研磨液供給ノズル３２Ａは、研磨パッド１０に研磨液やドレッシング液（例えば、純水）を供給する。ドレッサ３３Ａは、研磨パッド１０の研磨面のドレッシングを行う。アトマイザ３４Ａは、液体（例えば純水）と気体（例えば窒素ガス）の混合流体または液体（例えば純水）を霧状にして研磨面に噴射する。
【0035】
同様に、第２研磨ユニット３Ｂは、研磨パッド１０が取り付けられた研磨テーブル３０Ｂと、トップリング３１Ｂと、研磨液供給ノズル３２Ｂと、ドレッサ３３Ｂと、アトマイザ３４Ｂとを備えている。第３研磨ユニット３Ｃは、研磨パッド１０が取り付けられた研
磨テーブル３０Ｃと、トップリング３１Ｃと、研磨液供給ノズル３２Ｃと、ドレッサ３３Ｃと、アトマイザ３４Ｃとを備えている。第４研磨ユニット３Ｄは、研磨パッド１０が取り付けられた研磨テーブル３０Ｄと、トップリング３１Ｄと、研磨液供給ノズル３２Ｄと、ドレッサ３３Ｄと、アトマイザ３４Ｄとを備えている。
磨テーブル３０Ｃと、トップリング３１Ｃと、研磨液供給ノズル３２Ｃと、ドレッサ３３Ｃと、アトマイザ３４Ｃとを備えている。第４研磨ユニット３Ｄは、研磨パッド１０が取り付けられた研磨テーブル３０Ｄと、トップリング３１Ｄと、研磨液供給ノズル３２Ｄと、ドレッサ３３Ｄと、アトマイザ３４Ｄとを備えている。
【0036】
第１研磨ユニット３Ａ、第２研磨ユニット３Ｂ、第３研磨ユニット３Ｃ、および第４研磨ユニット３Ｄは、互いに同一の構成を有しているので、研磨ユニットの詳細に関しては、以下では、第１研磨ユニット３Ａを対象として説明する。
【0037】
次に、基板を搬送するための搬送機構について説明する。搬送機構は、リフタ１１と、第１リニアトランスポータ６６と、スイングトランスポータ１２と、第２リニアトランスポータ６７と、仮置き台１８０と、を備える。
【0038】
リフタ１１は、搬送ロボット２２から基板を受け取る。第１リニアトランスポータ６６は、リフタ１１から受け取った基板を、第１搬送位置ＴＰ１、第２搬送位置ＴＰ２、第３搬送位置ＴＰ３、及び、第４搬送位置ＴＰ４、の間で搬送する。第１研磨ユニット３Ａ及び第２研磨ユニット３Ｂは、第１リニアトランスポータ６６から基板を受け取って研磨する。第１研磨ユニット３Ａ及び第２研磨ユニット３Ｂは、研磨した基板を第１リニアトランスポータ６６へ渡す。
【0039】
スイングトランスポータ１２は、第１リニアトランスポータ６６と第２リニアトランスポータ６７との間で基板の受け渡しを行う。第２リニアトランスポータ６７は、スイングトランスポータ１２から受け取った基板を、第５搬送位置ＴＰ５、第６搬送位置ＴＰ６、及び、第７搬送位置ＴＰ７、の間で搬送する。第３研磨ユニット３Ｃ及び第４研磨ユニット３Ｄは、第２リニアトランスポータ６７から基板を受け取って研磨する。第３研磨ユニット３Ｃ及び第４研磨ユニット３Ｄは、研磨した基板を第２リニアトランスポータ６７へ渡す。研磨ユニット３によって研磨処理が行われた基板は、スイングトランスポータ１２によって仮置き台１８０へ置かれる。
【0040】
洗浄ユニット４は、研磨ユニット３によって研磨処理が行われた基板の洗浄処理及び乾燥処理を行うためのユニットである。洗浄ユニット４は、第１洗浄室１９０と、第１搬送室１９１と、第２洗浄室１９２と、第２搬送室１９３と、乾燥室１９４と、を備える。
【0041】
仮置き台１８０へ置かれた基板は、第１搬送室１９１を介して第１洗浄室１９０又は第２洗浄室１９２へ搬送される。基板は、第１洗浄室１９０又は第２洗浄室１９２において洗浄処理される。第１洗浄室１９０又は第２洗浄室１９２において洗浄処理された基板は、第２搬送室１９３を介して乾燥室１９４へ搬送される。基板は、乾燥室１９４において乾燥処理される。乾燥処理された基板は、搬送ロボット２２によって乾燥室１９４から取り出されてカセットへ戻される。
【0042】
図２は、本発明に係る研磨ユニット（研磨装置）の全体構成を示す概略図である。図２に示すように、研磨装置は、研磨テーブル３０Ａと、研磨物である半導体ウェハ等の基板を保持して研磨テーブル上の研磨面に押圧するトップリング３１Ａとを備えている。
【0043】
第１研磨ユニット３Ａは、研磨パッド１０と、研磨パッド１０に対向して配置される半導体ウェハ１６との間で研磨を行うための研磨ユニットである。第１研磨ユニット３Ａは、研磨パッド１０を保持するための研磨テーブル３０Ａと、半導体ウェハ１６を保持するためのトップリング３１Ａを有する。第１研磨ユニット３Ａは、トップリング３１Ａを保持するための揺動アーム１１０と、揺動アーム１１０を揺動するための揺動軸モータ１４（アーム駆動部）と、揺動軸モータ１４に、駆動電力を供給するドライバ１８を有する。
【0044】
さらに第１研磨ユニット３Ａは、流体供給制御装置２７と、終点検出部２８とを有する。流体供給制御装置２７は、揺動軸モータ１４に内蔵して取り付けられたエンコーダ３６（アーム位置検知部）から、揺動アームシャフト１１７の回転角度３６ａを入力される。流体供給制御装置２７は、研磨テーブル３０Ａの投受光箇所に設けられる貫通孔２６８（流体室：図５を参照）へ流体を供給するための流体供給部を制御して、貫通孔２６８への流体の供給を制御する。流体供給制御装置２７は、近接センサ２２２から研磨テーブル３０Ａの回転位置に関する情報２２２ａを得る。流体供給制御装置２７は、回転角度３６ａと情報２２２ａから貫通孔２６８への流体の供給を制御する。
【0045】
流体供給制御装置２７は、半導体ウェハ１６がトップリング３１Ａにより回転するときの回転軸１０８から、光学式センサ５０による測定時における光学式センサ５０までの距離を決定する距離決定手段である。
【0046】
流体供給制御装置２７は、さらに、情報２２２ａを終点検出部２８に出力する。近接センサ２２２、流体供給制御装置２７、および距離決定手段の詳細については後述する。終点検出部２８は、回転角度３６ａと情報２２２ａとに基づいて、研磨の終了を示す研磨終点を検出する。
【0047】
図１の実施形態では、保持部と揺動アームとアーム駆動部とトルク検知部は、組を構成し、同一の構成を有する組が、第１研磨ユニット３Ａ、第２研磨ユニット３Ｂ、第３研磨ユニット３Ｃ、第４研磨ユニット３Ｄのそれぞれに設けられている。
【0048】
研磨テーブル３０Ａは、テーブル軸１０２を介してその下方に配置される駆動部であるモータ（図示せず）に連結されており、そのテーブル軸１０２周りに回転可能になっている。研磨テーブル３０Ａの上面には研磨パッド１０が貼付されており、研磨パッド１０の表面１０１が半導体ウェハ１６を研磨する研磨面を構成している。研磨テーブル３０Ａの上方には研磨液供給ノズル（図示しない）が設置されており、研磨液供給ノズルによって研磨テーブル３０Ａ上の研磨パッド１０に研磨液が供給される。図２に示すように、研磨テーブル３０Ａの内部には、光学式センサ５０が埋設されていてもよい。
【0049】
トップリング３１Ａは、半導体ウェハ１６を研磨面１０１に対して押圧するトップリング本体２４と、半導体ウェハ１６の外周縁を保持して半導体ウェハ１６がトップリングから飛び出さないようにするリテーナリング２３とから構成されている。
【0050】
トップリング３１Ａは、トップリングシャフト１１１に接続されている。トップリングシャフト１１１は、図示しない上下動機構により揺動アーム１１０に対して上下動する。トップリングシャフト１１１の上下動により、揺動アーム１１０に対してトップリング３１Ａの全体を昇降させ位置決めする。
【0051】
また、トップリングシャフト１１１はキー（図示せず）を介して回転筒１１２に連結されている。この回転筒１１２はその外周部にタイミングプーリ１１３を備えている。揺動アーム１１０にはトップリング用モータ１１４が固定されている。上記タイミングプーリ１１３は、タイミングベルト１１５を介してトップリング用モータ１１４に設けられたタイミングプーリ１１６に接続されている。トップリング用モータ１１４が回転すると、タイミングプーリ１１６、タイミングベルト１１５、およびタイミングプーリ１１３を介して回転筒１１２およびトップリングシャフト１１１が一体に回転し、トップリング３１Ａが回転する。
【0052】
揺動アーム１１０は、揺動軸モータ１４の回転軸１０８に接続されている。揺動軸モー
タ１４は揺動アームシャフト１１７に固定されている。従って、揺動アーム１１０は、揺動アームシャフト１１７に対して回転可能に支持されている。
タ１４は揺動アームシャフト１１７に固定されている。従って、揺動アーム１１０は、揺動アームシャフト１１７に対して回転可能に支持されている。
【0053】
トップリング３１Ａは、その下面に半導体ウェハ１６などの基板を保持できる。揺動アーム１１０は、揺動アームシャフト１１７の回転軸１０８を中心として、旋回可能である。下面に半導体ウェハ１６を保持したトップリング３１Ａは、揺動アーム１１０の旋回により、半導体ウェハ１６の受取位置から研磨テーブル３０Ａの上方に移動される。そして、トップリング３１Ａを下降させて、半導体ウェハ１６を研磨パッド１０の表面（研磨面）１０１に押圧する。このとき、トップリング３１Ａおよび研磨テーブル３０Ａをそれぞれ回転させる。半導体ウェハ１６は、トップリングシャフト１１１の回転中心１１８の周りに回転する。すなわち、回転中心１１８は、半導体ウェハ１６の回転中心である。
【0054】
研磨テーブル３０Ａの上方に設けられた研磨液供給ノズルから研磨パッド１０上に研磨液を供給する。このように、半導体ウェハ１６を研磨パッド１０の研磨面１０１に摺接させて、半導体ウェハ１６の表面を研磨する。揺動アームは、研磨時に揺動させる場合と、揺動させない場合がある。本実施形態では、揺動アームは、研磨時に揺動させる。
【0055】
第１研磨ユニット３Ａは、研磨テーブル３０Ａを回転駆動するテーブル駆動部（図示しない）を有する。第１研磨ユニット３Ａは、研磨テーブル３０Ａに加わるテーブルトルクを検知するテーブルトルク検知部（図示しない）を有してもよい。テーブルトルク検知部は、回転モータであるテーブル駆動部の電流からテーブルトルクを検知することができる。終点検出部２８は、光学式センサ５０が検知した光学特性のみから研磨の終了を示す研磨終点を検出してもよいし、テーブルトルク検知部が検知したテーブルトルクも考慮して、研磨の終了を示す研磨終点を検出してもよい。
【0056】
図２において、アーム駆動部は、揺動アーム１１０を回転させる揺動軸モータ（回転モータ）１４である。ドライバ１８から揺動軸モータ１４に、電流値１８ｂを有する電流が供給される。
【0057】
ドライバ１８を図３により説明する。ドライバ１８は、制御部６５から、揺動アーム１１０の位置に関する位置指令６５ａを入力される。位置指令６５ａは、揺動アームシャフト１１７に対する揺動アーム１１０の回転角度に相当するデータである。ドライバ１８は、また、揺動軸モータ１４に内蔵して取り付けられたエンコーダ３６から、揺動アームシャフト１１７の回転角度３６ａを入力される。
【0058】
エンコーダ３６は、揺動軸モータ１４の回転軸の回転角度３６ａ、すなわち揺動アームシャフト１１７の回転角度３６ａを検知することができるものである。回転角度３６ａが、既述の情報２２２ａである。図３では、揺動軸モータ１４とエンコーダ３６は、独立に図示されているが、実際は、揺動軸モータ１４とエンコーダ３６は、一体化している。このような一体型モータの一例として、フィードバックエンコーダ付き同期型ＡＣサーボモータがある。
【0059】
ドライバ１８は、偏差回路３８と、電流生成回路４０と、ＰＷＭ回路４２とを有する。偏差回路３８は、位置指令６５ａと回転角度３６ａから、位置指令６５ａと回転角度３６ａの偏差３８ａを求める。偏差３８ａと、電流値１８ｂは、電流生成回路４０に入力される。電流生成回路４０は、偏差３８ａと、現在の電流値１８ｂから、偏差３８ａに応じた電流指令１８ａを生成する。ＰＷＭ回路４２は、電流指令１８ａを入力されて、ＰＷＭ（Ｐulse Ｗidth Ｍodulation）制御により、電流値１８ｂを生成する。電流値１８ｂは、揺動軸モータ１４を駆動できる３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電流である。電流値１８ｂは揺動軸モータ１４に供給される。ドライバ１８は、回転角度３６ａを終点検出部２８に
出力する。
出力する。
【0060】
図４により、光学式センサ５０（測定部）と、貫通孔２６８へ流体を供給するための流体供給部２５０を説明する。光学式センサ５０は、研磨テーブル３０Ａに配置されて、半導体ウェハ１６の膜厚の変化に応じて変化可能な半導体ウェハ１６の物理量を測定する。測定対象の膜は、例えば酸化シリコン膜である。光学式センサ５０は、研磨テーブル３０Ａに内蔵される。さらに、光学式センサ５０は、研磨テーブル３０Ａの内部に取り付けられた光源ユニット２３０及びフォトメータユニット２３２を有する。
【0061】
光源ユニット２３０はセンサ本体２２６に測定光を供給し、測定光はセンサ本体２２６により半導体ウェハ１６に照射される。センサ本体２２６は、半導体ウェハ１６からの反射光を受光し、フォトメータユニット２３２に送る。測定光及び反射光の伝達部材は共に光ファイバである。フォトメータユニット２３２では、光信号が電気信号に変換される。この電気信号が終点検出部２８で処理される。研磨テーブル３０Ａから半導体ウェハ１６に測定光を投光し、半導体ウェハ１６から反射光を受光するための投受光装置は、センサ本体２２６内の後述する投光用光ファイバ２７０および受光用光ファイバ２７２と、光源ユニット２３０と、フォトメータユニット２３２とを含む。
【0062】
フォトメータユニット２３２は、ロータリーコネクタ２３４を介して終点検出部２８に接続されている。終点検出部２８で膜厚、反射強度、スペクトル等の光学的指標が計算される。さらに、終点検出部２８は、膜厚等の光学的指標の判定を行うことにより、膜厚が所定の値に達したか否かの終点検知を行う。判定結果は、第１研磨ユニット３Ａの全体を制御する研磨制御部（図示しない）に送られる。
【0063】
光学式センサ５０は、さらに、貫通孔２６８に測定用流体を供給するための供給路２４２と、貫通孔２６８から測定用流体を排出するための排出路２４４を有する。供給路２４２は、ロータリージョイント２４６を介して、タンク（図示せず）に接続されている。また、排出路２４４は、測定室（流体室）内の流体を排出するポンプ２４８に接続されている。ポンプ２４８により測定用流体が排出され、また、測定室に流入するスラリ等の研磨液も排出される。供給路２４２と排出路２４４とタンクとポンプ２４８は、貫通孔２６８へ流体を供給するための流体供給部を構成する。
【0064】
本実施形態では、測定用流体は純水であり、純水は、基板研磨装置が備えられる工場等の施設に備えられるタンクから供給されてよい。また、供給路２４２及び排出路２４４は適当な配管等で構成される。例えば、配管をポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ材）等の樹脂等（非金属部材）でコーティングすることにより、基板への金属汚染を防止することができる。供給制御弁２５６は、電磁弁ユニット（図示せず）を有する電磁弁である。
【0065】
図５は、センサ本体２２６の構成例を示している。既に説明したように、研磨テーブル３０Ａに研磨パッド１０が載せられており、研磨パッド１０に半導体ウェハ１６が接触する。研磨テーブル３０Ａには、供給路２４２及び排出路２４４が並んで設けられている。そして、供給路２４２の供給口２６４及び排出路２４４の排出口２６６が、研磨テーブル３０Ａの上面に位置している。研磨パッド１０は貫通孔２６８を有しており、これにより、供給口２６４及び排出口２６６が露出する。
【0066】
供給路２４２には、投光用光ファイバ２７０及び受光用光ファイバ２７２が並んで配置されている。投光用光ファイバ２７０及び受光用光ファイバ２７２は、光源ユニット２３０及びフォトメータユニット２３２（図４）に接続されている。そして、投光用光ファイバ２７０は、光源ユニット２３０から供給された測定光を半導体ウェハ１６に照射する。
受光用光ファイバ２７２は、半導体ウェハ１６からの反射光を受光し、反射光をフォトメータユニット２３２へ伝える。投光用光ファイバ２７０と受光用光ファイバ２７２と光源ユニット２３０とフォトメータユニット２３２は、投受光装置を構成する。
受光用光ファイバ２７２は、半導体ウェハ１６からの反射光を受光し、反射光をフォトメータユニット２３２へ伝える。投光用光ファイバ２７０と受光用光ファイバ２７２と光源ユニット２３０とフォトメータユニット２３２は、投受光装置を構成する。
【0067】
上記の貫通孔２６８では、純水等の測定用流体が、供給口２６４から供給され、排出口２６６から排出されている。貫通孔２６８の内部が純水等で満たされ、研磨用のスラリの貫通孔２６８への侵入が制限される。これにより、貫通孔２６８の内部が透明に保たれるので、測定光を使った膜測定が良好に行える。
【0068】
次に、近接センサ２２２について説明する。第１研磨ユニット３Ａは、研磨テーブル３０Ａに配置されたドグ２２４と、研磨テーブル３０Ａの外側に配置された近接センサ２２２とを含むトリガセンサ２２０を備える。トリガセンサ２２０の測定方式としては、電磁誘導により検出対象となる金属体に発生する渦電流を利用する方式、検出体の接近による電気的な容量の変化を捉える方式等が可能である。
【0069】
ドグ２２４は、研磨テーブル３０Ａの下部（研磨パッド１０が貼り付けられていない下部）に貼り付けられている。ドグ２２４は、近接センサ２２２によって検出される。近接センサ２２２は、研磨テーブル３０Ａの外側に配置されている。トリガセンサ２２０は、近接センサ２２２とドグ２２４との位置関係に基づいて研磨テーブル３０Ａが１回転したことを示すトリガ信号を出力する。具体的には、トリガセンサ２２０は、近接センサ２２２とドグ２２４とが最も接近した状態でトリガ信号を出力する、具体的には、近接センサ２２２がトリガ信号を出力する。
【0070】
光学式センサ５０は、トリガセンサ２２０から出力されたトリガ信号と、揺動アーム１１０の回転角度３６ａに基づいて、測定開始タイミング及び測定終了タイミングが決定される。すなわち、流体供給制御装置２７（距離決定手段）は、半導体ウェハ１６がトップリング３１Ａにより回転するときの回転軸から、光学式センサ５０による測定時における光学式センサ５０までの距離を、トリガ信号と、揺動アーム１１０の回転角度３６ａに基づいて決定する。流体供給制御装置２７は、この距離を用いて、測定開始タイミング及び測定終了タイミングを決定する。
【0071】
流体供給制御装置２７は、光学式センサ５０が研磨テーブル３０Ａの回転中心の周りを回転するときの基準となる回転位置からの、測定時における光学式センサ５０の回転角度と、揺動アーム１１０が揺動中心のまわりに揺動するときの基準となる揺動位置からの、測定時における揺動アーム１１０の揺動角度とに基づいて、距離を決定する。詳細は後述する。
【0072】
貫通孔２６８への流体の供給を制御するための流体供給制御装置２７は、決定された距離が所定の範囲内にあるときに、流体を供給する。なお、流体供給制御装置２７は、光学式センサ５０が研磨テーブル３０Ａの回転中心の周りを回転するときの基準となる回転位置から、測定時における回転位置まで光学式センサ５０が回転するために要した時間と、揺動アーム１１０が揺動中心のまわりに揺動するときの基準となる揺動位置から、測定時における揺動位置まで揺動アーム１１０が揺動するために要した時間とに基づいて、距離を決定することもできる。
【0073】
例えば、研磨テーブル３０Ａの回転速度を制御（又は計測）することにより、測定時における回転位置まで光学式センサ５０が回転するために要した時間から測定時における光学式センサ５０の回転角度を算出することができるからである。また、揺動アーム１１０の揺動速度を制御（又は計測）することにより、測定時における揺動アーム１１０の揺動角度を算出することができるからである。回転速度と揺動速度は一定である必要はない。
これらの速度が、所定の速度プロファイルに従って制御されるならば、角度を算出することができるからである。
これらの速度が、所定の速度プロファイルに従って制御されるならば、角度を算出することができるからである。
【0074】
次に、流体供給制御装置２７が、半導体ウェハ１６がトップリング３１Ａにより回転するときの回転軸から、光学式センサ５０による測定時における光学式センサ５０までの距離を、トリガ信号と、揺動アーム１１０の回転角度３６ａに基づいて決定する方法の詳細を説明する。
【0075】
最初に、揺動アーム１１０を研磨時に揺動させる場合の半導体ウェハ１６上の光学式センサ５０の軌跡を図６，図７により説明する。図６は、揺動アームを研磨時に揺動させる場合の揺動アームの動きを示す図である。光学式センサ５０は、研磨テーブル３０Ａの回転中心７０の周りを回転し、研磨テーブル３０Ａ上の一定の半径の円７２上を移動している。揺動アーム１１０は、回転軸１０８（すなわち揺動中心）のまわりに揺動する。半導体ウェハ１６は、揺動アーム１１０の旋回により、半導体ウェハ１６の受取位置から研磨テーブル３０Ａの上方に移動される。半導体ウェハ１６ａは、受取位置にある半導体ウェハ１６ａを示す。半導体ウェハ１６ｂは、半導体ウェハ１６の中心を光学式センサ５０が通るときの半導体ウェハ１６を示す。半導体ウェハ１６ｃは、半導体ウェハ１６の中心を光学式センサ５０が通らないときの半導体ウェハ１６を示す。
【0076】
図６の半導体ウェハ１６を、図７に拡大して示す。図７は、揺動アーム１１０を研磨時に揺動させる場合の半導体ウェハ１６上の光学式センサ５０の軌跡を示す図である。半導体ウェハ１６ｂは、半導体ウェハ１６の中心を光学式センサ５０が通るときの半導体ウェハ１６を示す。半導体ウェハ１６ｄは、半導体ウェハ１６の中心を光学式センサ５０が通らないときの半導体ウェハ１６を示す。図６，７からわかるように、トップリング３１Ａが水平方向に揺動すると、半導体ウェハ１６の下を通過する光学式センサ５０の軌跡は、半導体ウェハ１６の回転中心１１８中心以外の点も通るさまざまな大きさの曲線となる。
【0077】
次に、半導体ウェハ１６がトップリング３１Ａにより回転するときのトップリングシャフト１１１から、光学式センサ５０による測定時における光学式センサ５０までの距離を距離決定手段が決定する方法について図８により説明する。図８は、研磨テーブル３０Ａと、揺動アーム１１０と，半導体ウェハ１６を、第１研磨ユニット３Ａの上方から見た平面図である。研磨テーブル３０Ａの回転中心７０を座標系の原点（０、０）とする。
【0078】
距離決定手段は、光学式センサ５０が研磨テーブル３０Ａの回転中心７０の周りを回転するときの基準となる回転位置１２２からの、測定時における光学式センサ５０の回転角度θｓと、揺動アーム１１０が揺動中心１０８のまわりに揺動するときの基準となる揺動位置１２０からの、測定時における揺動アーム１１０の揺動角度θｗとに基づいて、距離を決定する。距離決定手段は、この距離決定を研磨中に、すなわち、半導体ウェハ１６が揺動アーム１１０上の揺動中心１０８のまわりに揺動し、かつトップリング３１Ａにより回転するときに実行する。基準となる回転位置１２２は、回転中心７０から近接センサ２２２を見た方向である。本実施形態では、回転位置１２２は、Ｘ軸の負の方向と一致させている。基準となる揺動位置１２０は、揺動アーム１１０が半導体ウェハ１６を受け取る位置である。基準となる回転位置１２２と揺動位置１２０は、任意に設定できる。
【0079】
距離を決定する方法で用いられるパラメータを以下に説明する：
・ 光学式センサ５０の回転半径Ｒｓ ［ｍｍ］
回転半径Ｒｓは、研磨テーブル３０Ａの回転中心７０から光学式センサ５０までの距離である。
・ 回転角度θｓ［ｄｅｇ］は、近接センサ２２２がトリガ信号を出力した時から時間を計測し、研磨テーブル３０Ａの回転角速度と時間の積から算出した光学式センサ５０の回
転角度である。研磨テーブル３０Ａの回転角速度は、通常、一定値である。一定でないときは、回転角速度と時間との積を加算（または回転角速度を時間で積分）することにより算出できる。なお、基準となる回転位置１２２は、回転中心７０から近接センサ２２２を見た方向であるため、これに合わせて、ドグ２２４は、回転中心７０と光学式センサ５０とを結ぶ半径上にある。なお、ドグ２２４は任意の位置に設けることができる。ドグ２２４が、回転中心７０と光学式センサ５０とを結ぶ半径上にない場合は、回転中心７０と光学式センサ５０とを結ぶ半径と、回転中心７０とドグ２２４とを結ぶ半径とのなす角度を、上述の研磨テーブル３０Ａの回転角速度と時間の積から算出した光学式センサ５０の回転角度に、加算又は減算すればよい。
・ 揺動アーム１１０の回転軸１０８のＸ座標Ｘｃ ［ｍｍ］
・ 揺動アーム１１０の回転軸１０８のＹ座標Ｙｃ ［ｍｍ］
・ 揺動アーム１１０の揺動軸の回転半径Ｒｗ ［ｍｍ］
回転半径Ｒｗは、揺動アーム１１０の回転軸１０８から、半導体ウェハ１６の回転中心１１８までの距離である。
・ 揺動アーム１１０の、基準位置から計測した揺動角度θｗ ［ｄｅｇ］
揺動角度θｗは、測定時の揺動アーム１１０に対応する既述の回転角度３６ａから、基準となる揺動位置１２０に対応する回転角度３６ａを減算することにより得られる。
・ 光学式センサ５０の回転半径Ｒｓ ［ｍｍ］
回転半径Ｒｓは、研磨テーブル３０Ａの回転中心７０から光学式センサ５０までの距離である。
・ 回転角度θｓ［ｄｅｇ］は、近接センサ２２２がトリガ信号を出力した時から時間を計測し、研磨テーブル３０Ａの回転角速度と時間の積から算出した光学式センサ５０の回
転角度である。研磨テーブル３０Ａの回転角速度は、通常、一定値である。一定でないときは、回転角速度と時間との積を加算（または回転角速度を時間で積分）することにより算出できる。なお、基準となる回転位置１２２は、回転中心７０から近接センサ２２２を見た方向であるため、これに合わせて、ドグ２２４は、回転中心７０と光学式センサ５０とを結ぶ半径上にある。なお、ドグ２２４は任意の位置に設けることができる。ドグ２２４が、回転中心７０と光学式センサ５０とを結ぶ半径上にない場合は、回転中心７０と光学式センサ５０とを結ぶ半径と、回転中心７０とドグ２２４とを結ぶ半径とのなす角度を、上述の研磨テーブル３０Ａの回転角速度と時間の積から算出した光学式センサ５０の回転角度に、加算又は減算すればよい。
・ 揺動アーム１１０の回転軸１０８のＸ座標Ｘｃ ［ｍｍ］
・ 揺動アーム１１０の回転軸１０８のＹ座標Ｙｃ ［ｍｍ］
・ 揺動アーム１１０の揺動軸の回転半径Ｒｗ ［ｍｍ］
回転半径Ｒｗは、揺動アーム１１０の回転軸１０８から、半導体ウェハ１６の回転中心１１８までの距離である。
・ 揺動アーム１１０の、基準位置から計測した揺動角度θｗ ［ｄｅｇ］
揺動角度θｗは、測定時の揺動アーム１１０に対応する既述の回転角度３６ａから、基準となる揺動位置１２０に対応する回転角度３６ａを減算することにより得られる。
【0080】
このようにパラメータを設定すると、光学式センサ５０のＸ座標Ｘｓ［ｍｍ］、Ｙ座標Ｙｓ［ｍｍ］は、以下のように算出される。：
Ｘｓ＝ Ｒｓ＊ｃｏｓ（θｓ）
Ｙｓ＝ Ｒｓ＊ｓｉｎ（θｓ）
半導体ウェハ１６の回転中心１１８のＸ座標Ｘｗ［ｍｍ］、Ｙ座標Ｙｗ［ｍｍ］は、以下のように算出される。：
Ｘｗ＝Ｘｃ＋Ｒｗ＊ｃｏｓ（θｗ）
Ｙｗ＝Ｙｃ＋Ｒｗ＊ｓｉｎ（θｗ）
なお、本実施形態では、揺動位置１２０は、Ｘ軸の正の方向と一致するとしている。Ｘ軸の正の方向と一致していない場合は、揺動位置１２０とＸ軸の正の方向との間の角度を、揺動角度θｗに加算もしくは減算すればよい。
Ｘｓ＝ Ｒｓ＊ｃｏｓ（θｓ）
Ｙｓ＝ Ｒｓ＊ｓｉｎ（θｓ）
半導体ウェハ１６の回転中心１１８のＸ座標Ｘｗ［ｍｍ］、Ｙ座標Ｙｗ［ｍｍ］は、以下のように算出される。：
Ｘｗ＝Ｘｃ＋Ｒｗ＊ｃｏｓ（θｗ）
Ｙｗ＝Ｙｃ＋Ｒｗ＊ｓｉｎ（θｗ）
なお、本実施形態では、揺動位置１２０は、Ｘ軸の正の方向と一致するとしている。Ｘ軸の正の方向と一致していない場合は、揺動位置１２０とＸ軸の正の方向との間の角度を、揺動角度θｗに加算もしくは減算すればよい。
【0081】
光学式センサ５０と、半導体ウェハ１６の回転中心１１８との距離Ｄｓは以下のように計算される。：
Ｄｓ＝ √｛（Ｘｓ－Ｘｗ）＾２＋（Ｙｓ－Ｙｗ）＾２｝
上記では、流体供給制御装置２７が距離Ｄｓを計算するとしたが、終点検出部２８が距離Ｄｓを計算してもよい。流体供給制御装置２７と終点検出部２８のいずれかが距離Ｄｓを計算する場合は、距離Ｄｓを計算した装置は、計算結果を他の装置に送ることができる。さらに、流体供給制御装置２７と終点検出部２８の両方が並行して距離Ｄｓを計算してもよい。この場合、一方の装置の計算速度が、他方の装置の計算速度より速い時に、当該一方の装置は、他方の装置で計算が終わるのを待たずに、距離Ｄｓがわかるので、処理が早まる。
Ｄｓ＝ √｛（Ｘｓ－Ｘｗ）＾２＋（Ｙｓ－Ｙｗ）＾２｝
上記では、流体供給制御装置２７が距離Ｄｓを計算するとしたが、終点検出部２８が距離Ｄｓを計算してもよい。流体供給制御装置２７と終点検出部２８のいずれかが距離Ｄｓを計算する場合は、距離Ｄｓを計算した装置は、計算結果を他の装置に送ることができる。さらに、流体供給制御装置２７と終点検出部２８の両方が並行して距離Ｄｓを計算してもよい。この場合、一方の装置の計算速度が、他方の装置の計算速度より速い時に、当該一方の装置は、他方の装置で計算が終わるのを待たずに、距離Ｄｓがわかるので、処理が早まる。
【0082】
上記の距離Ｄｓの算出方法では、研磨テーブル３０Ａの回転角度θｓと、揺動アーム１１０の回転角度θｗを用いているが、距離Ｄｓの算出方法は、種々可能である。例えば、光学式センサ５０が研磨テーブル３０Ａの回転中心７０の周りを回転するときの基準となる回転位置１２２から、測定時における回転位置まで光学式センサ５０が回転するために要した時間と、揺動アーム１１０が揺動中心１０８のまわりに揺動するときの基準となる揺動位置１２０から、測定時における揺動位置まで揺動アーム１１０が揺動するために要した時間とに基づいて、距離を決定することができる。
【0083】
次に、距離Ｄｓを用いた流体供給制御装置２７による流体制御方法について、図９、図
１０により説明する。図９は、揺動アーム１１０を研磨時に揺動させる場合の半導体ウェハ１６上の光学式センサ５０の軌跡を示す図である。軌跡７４は、半導体ウェハ１６の中心を光学式センサ５０が通るときの光学式センサ５０の移動経路を示す。軌跡７６は、半導体ウェハ１６の中心を光学式センサ５０が通らないときの光学式センサ５０の移動経路を示す。図９には、トリガセンサ２２０が、トリガ信号を出力するタイミング７８が、軌跡７４と軌跡７６のどこにあるかも示す。
１０により説明する。図９は、揺動アーム１１０を研磨時に揺動させる場合の半導体ウェハ１６上の光学式センサ５０の軌跡を示す図である。軌跡７４は、半導体ウェハ１６の中心を光学式センサ５０が通るときの光学式センサ５０の移動経路を示す。軌跡７６は、半導体ウェハ１６の中心を光学式センサ５０が通らないときの光学式センサ５０の移動経路を示す。図９には、トリガセンサ２２０が、トリガ信号を出力するタイミング７８が、軌跡７４と軌跡７６のどこにあるかも示す。
【0084】
貫通孔２６８への流体の供給を制御するための流体供給制御装置２７は、決定された距離Ｄｓが所定の範囲内にあるときに、流体を供給することが好ましい。流体を貫通孔２６８に供給する場合、供給は、光学式センサ５０が半導体ウェハ１６の下に入る直前に開始して、光学式センサ５０が半導体ウェハ１６の下から出る直後に停止することが好ましい。
【0085】
すなわち、計算した半導体ウェハ１６の回転中心１１８と光学式センサ５０との距離Ｄｓが、図９に示すように、半導体ウェハ１６の半径Rwf+設定値α（所定の長さ） 以下（すなわち、所定の範囲内）であるときに、光学式センサ５０に必要な流体を供給する。設定値αを調整することで供給タイミングを調整することができる。図１０に、光学式センサ５０に必要な流体を供給するタイミングを示す。図１０の各図において、横軸は時間、縦軸は、例えば、「０」、「１」の２値である。
【0086】
図１０（ａ）は、揺動アーム１１０の揺動方向を示す。「１」と「０」により、揺動方向が逆方向であることを示す。「１」である期間８０と「０」である期間８２の長さは同じであってもよいし、異なってもよい。図１０（ｂ）は、トリガセンサ２２０が、トリガ信号を出力するタイミング７８を示す。「１」であるときに、トリガ信号を出力する。図１０（ｃ）は、光学式センサ５０が半導体ウェハ１６の下にあるタイミング８４を示す。「１」であるときに、光学式センサ５０が半導体ウェハ１６の下にある
【0087】
図１０（ｄ）は、光学式センサ５０に必要な流体を供給するタイミング８６を示す。「１」であるときに、光学式センサ５０に必要な流体を供給する。タイミング８６は、タイミング８４より早く開始する。早い期間が、設定値αに対応する。図１０（ｅ）は、光学式センサ５０によるデータ収集を行う期間８８を示す。「１」であるときに、光学式センサ５０によるデータ収集を行う。期間８８は、タイミング８４およびタイミング８６よりも、設定値βだけ、広く設定される。確実にデータ収集を行うためである。
【0088】
なお、光学式センサ５０に必要な流体を供給するタイミング８６を制御すること以外に、常時計算している光学式センサ５０の半径位置に基づいて、半導体ウェハ１６の中心とエッジ側で流量を変える制御を行ってもよい。正確に光学式センサ５０によって測定をするためには、貫通孔２６８を十分な量の流体で満たす必要がある。そのため、例えば半導体ウェハ１６の外部から半導体ウェハ１６の下に光学式センサ５０が入った時に、最初は流量を多めに設定してスラリを排除する。半導体ウェハ１６の中心付近では、流量を少なめに設定することで、流体による研磨への影響を減らす効果が生じる。すなわち、流体供給制御装置２７は、決定された距離Ｄｓが所定の範囲内（半導体ウェハ１６の半径Rwfと設定値αとの加算値以下）に入って、流体の供給を開始した時から、所定の期間は、第１の供給量（リットル／分）で流体を供給する。所定の期間が経過した後は、第１の供給量より少ない第２の供給量（リットル／分）で流体を供給する。
【0089】
次に、本実施形態における光学式センサ５０のデータ収集とデータ解析の手順について、図１１のフローチャートにより説明する。この手順では、データ解析を、データが得られるごとに行う。研磨が開始すると、近接センサ２２２からトリガ信号が出力されたか（基準トリガがONしたか）どうかを判定する（Ｓ１０）。出力されない場合は、出力される
まで、この判定を繰り返す。出力された場合は、基準トリガがONした時からの時間を計測する（Ｓ１２）。この時間を使用して、既述のように半導体ウェハ１６の回転中心１１８から光学式センサ５０までの距離Ｄｓを算出する（Ｓ１４）。
まで、この判定を繰り返す。出力された場合は、基準トリガがONした時からの時間を計測する（Ｓ１２）。この時間を使用して、既述のように半導体ウェハ１６の回転中心１１８から光学式センサ５０までの距離Ｄｓを算出する（Ｓ１４）。
【0090】
次に、距離Ｄｓが半導体ウェハ１６の半径(Rwf)＋αより小さいかどうかを判定する（Ｓ１６）。小さい時（Ｙｅｓ）は、流体供給制御装置２７は、供給制御弁２５６を開にして、液体を供給する（Ｓ１８）。大きい時（Ｎｏ）は、流体供給制御装置２７は、供給制御弁２５６を閉にして、液体を供給しない（Ｓ２０）。次に、距離Ｄｓが半導体ウェハ１６の半径(Rwf)＋βより小さいかどうかを判定する（Ｓ２２）。大きい時（Ｎｏ）は、光学式センサ５０による測定は行わない。小さい時（Ｙｅｓ）は、光学式センサ５０による測定を行う（Ｓ２４）。得られたデータにより終点検出部２８は、終点検知をおこなう（Ｓ２６）。終点検知の結果より、研磨が終了したかどうかを判定する（Ｓ２８）。研磨が終了したと判定した場合（Ｙｅｓ）は、研磨は終了する。研磨が終了していないと判定した場合（Ｎｏ）は、ステップＳ１０に戻り、研磨を続行する。
【0091】
次に、本実施形態における光学式センサ５０のデータ収集とデータ解析の別の手順について、図１２のフローチャートにより説明する。この手順では、研磨テーブル３０Ａが１回転する間に得られるデータをすべて得たのちに、データ解析を行う。データ収集中はデータ解析を行わない。データが得られるごとにデータ解析を行う場合よりも処理時間に余裕がある。
【0092】
本手順においては、ステップＳ１０からステップＳ２０までは、図１１に示す手順と同じであるから、ステップＳ２０以降について説明する。ステップＳ１８またはステップＳ２０が終了すると、次に、距離Ｄｓが半導体ウェハ１６の半径(Rwf)＋βより小さいかどうかを判定する（Ｓ２２）。大きい時（Ｎｏ）は、光学式センサ５０による測定は行わない。研磨テーブル３０Ａが１回転する間に得られた最新のデータをすべて得ているので、これらのデータに関して終点検出部２８は、終点検知をおこなう（Ｓ３０）。小さい時（Ｙｅｓ）は、光学式センサ５０による測定を行い、得られたデータを保存する（Ｓ３２）。次に、終点検知の結果より、研磨が終了したかどうかを判定する（Ｓ２８）。研磨が終了したと判定した場合（Ｙｅｓ）は、研磨は終了する。研磨が終了していないと判定した場合（Ｎｏ）は、ステップＳ１０に戻り、研磨を続行する。
【0093】
なお、上述の実施形態では、回転角度３６ａを用いて、揺動アーム１１０の位置を求めたが、他の方法も可能である。例えば、揺動アーム１１０の動きが所定のプロフィールに従っているときは、揺動アーム１１０が揺動方向を変えるタイミングがわかれば、揺動方向を変えた後の経過時間を計測することにより、計算により、揺動アーム１１０の位置を求めることができる。揺動アーム１１０が揺動方向を変えるタイミングは、揺動アーム１１０の駆動を制御する制御部から得ることができる。また、揺動アーム１１０の揺動端にトリガセンサ２２０を設けることにより、揺動アーム１１０が揺動方向を変えるタイミングを直接検知することができる。
【0094】
以上、本発明の実施形態の例について説明してきたが、上記した発明の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明には、その均等物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。
以上説明したように、本発明は以下の形態を有する。
形態１
研磨パッドと、前記研磨パッドに対向して配置される研磨物との間で研磨を行うための研磨装置であって、
前記研磨パッドを保持するための、回転可能な研磨テーブルと、
前記研磨物を保持するための、回転可能な保持部と、
前記保持部を保持するための揺動アームと、
前記研磨時に、前記揺動アーム上の揺動中心のまわりに前記揺動アームを揺動するためのアーム駆動部と、
前記研磨テーブルに配置されて、前記研磨物の膜厚の変化に応じて変化可能な前記研磨物の物理量を測定するための測定部と、
前記研磨物が前記揺動アーム上の揺動中心のまわりに揺動し、かつ前記保持部により回転するときに、前記研磨物が前記保持部により回転するときの回転軸から、前記測定部による測定時における前記測定部までの距離を決定するための距離決定手段と、
前記測定部が測定した前記物理量と、前記決定された距離とに基づいて、前記研磨の終了を示す研磨終点を検出するための終点検出部と、を有することを特徴とする研磨装置。形態２
前記距離決定手段は、前記測定部が前記研磨テーブルの回転中心の周りを回転するときの基準となる回転位置からの、前記測定時における前記測定部の回転角度と、前記揺動アームが前記揺動中心のまわりに揺動するときの基準となる揺動位置からの、前記測定時における前記揺動アームの揺動角度とに基づいて、前記距離を決定することを特徴とする形態１記載の研磨装置。
形態３
前記距離決定手段は、前記測定部が前記研磨テーブルの回転中心の周りを回転するときの基準となる回転位置から、前記測定時における回転位置まで前記測定部が回転するために要した時間と、前記揺動アームが前記揺動中心のまわりに揺動するときの基準となる揺動位置から、前記測定時における揺動位置まで前記揺動アームが揺動するために要した時間とに基づいて、前記距離を決定することを特徴とする形態１記載の研磨装置。
形態４
前記測定部は、前記研磨テーブルから前記研磨物に測定光を投光し、前記研磨物から反射光を受光するための投受光装置と、
前記研磨テーブルの投受光箇所に設けられる流体室へ、流体を供給するための流体供給部と、
前記流体室への前記流体の供給を制御するための流体供給制御装置と、を有し、
前記流体供給制御装置は、前記決定された距離が所定の範囲内にあるときに、前記流体を供給することを特徴とする形態１ないし３のいずれか１項に記載の研磨装置。
形態５
前記決定された距離が前記所定の範囲内にあるときとは、前記決定された距離が、前記研磨物の半径と所定の長さとを加算した長さ以下であるときであることを特徴とする形態４記載の研磨装置。
形態６
前記流体供給制御装置は、前記決定された距離が前記所定の範囲内に入って、前記流体の供給を開始した時から、所定の期間は、第１の供給量で前記流体を供給し、前記所定の期間が経過した後は、第１の供給量より少ない第２の供給量で前記流体を供給することを特徴とする形態４または６記載の研磨装置。
形態７
研磨パッドと、前記研磨パッドに対向して配置される研磨物との間で研磨を行うための研磨方法であって、
前記研磨パッドを研磨テーブルに保持しつつ、前記研磨テーブルを回転させるステップと、
前記研磨物を保持部に保持しつつ、前記保持部を回転させるステップと、
揺動アームにより前記保持部を保持して、前記研磨時に、前記揺動アーム上の回転中心
のまわりに前記揺動アームを揺動させるステップと、
前記研磨テーブルに配置された測定部によって、前記研磨物の膜厚の変化に応じて変化可能な前記研磨物の物理量を測定するステップと、
前記研磨物が前記揺動アーム上の揺動中心のまわりに揺動し、かつ前記保持部により回転するときに、前記研磨物が前記保持部により回転するときの回転軸から、前記測定部による測定時における前記測定部までの距離を決定するステップと、
測定した前記物理量と、決定された前記距離とに基づいて、前記研磨の終了を示す研磨終点を検出するステップと、を有することを特徴とする研磨方法。
以上説明したように、本発明は以下の形態を有する。
形態１
研磨パッドと、前記研磨パッドに対向して配置される研磨物との間で研磨を行うための研磨装置であって、
前記研磨パッドを保持するための、回転可能な研磨テーブルと、
前記研磨物を保持するための、回転可能な保持部と、
前記保持部を保持するための揺動アームと、
前記研磨時に、前記揺動アーム上の揺動中心のまわりに前記揺動アームを揺動するためのアーム駆動部と、
前記研磨テーブルに配置されて、前記研磨物の膜厚の変化に応じて変化可能な前記研磨物の物理量を測定するための測定部と、
前記研磨物が前記揺動アーム上の揺動中心のまわりに揺動し、かつ前記保持部により回転するときに、前記研磨物が前記保持部により回転するときの回転軸から、前記測定部による測定時における前記測定部までの距離を決定するための距離決定手段と、
前記測定部が測定した前記物理量と、前記決定された距離とに基づいて、前記研磨の終了を示す研磨終点を検出するための終点検出部と、を有することを特徴とする研磨装置。形態２
前記距離決定手段は、前記測定部が前記研磨テーブルの回転中心の周りを回転するときの基準となる回転位置からの、前記測定時における前記測定部の回転角度と、前記揺動アームが前記揺動中心のまわりに揺動するときの基準となる揺動位置からの、前記測定時における前記揺動アームの揺動角度とに基づいて、前記距離を決定することを特徴とする形態１記載の研磨装置。
形態３
前記距離決定手段は、前記測定部が前記研磨テーブルの回転中心の周りを回転するときの基準となる回転位置から、前記測定時における回転位置まで前記測定部が回転するために要した時間と、前記揺動アームが前記揺動中心のまわりに揺動するときの基準となる揺動位置から、前記測定時における揺動位置まで前記揺動アームが揺動するために要した時間とに基づいて、前記距離を決定することを特徴とする形態１記載の研磨装置。
形態４
前記測定部は、前記研磨テーブルから前記研磨物に測定光を投光し、前記研磨物から反射光を受光するための投受光装置と、
前記研磨テーブルの投受光箇所に設けられる流体室へ、流体を供給するための流体供給部と、
前記流体室への前記流体の供給を制御するための流体供給制御装置と、を有し、
前記流体供給制御装置は、前記決定された距離が所定の範囲内にあるときに、前記流体を供給することを特徴とする形態１ないし３のいずれか１項に記載の研磨装置。
形態５
前記決定された距離が前記所定の範囲内にあるときとは、前記決定された距離が、前記研磨物の半径と所定の長さとを加算した長さ以下であるときであることを特徴とする形態４記載の研磨装置。
形態６
前記流体供給制御装置は、前記決定された距離が前記所定の範囲内に入って、前記流体の供給を開始した時から、所定の期間は、第１の供給量で前記流体を供給し、前記所定の期間が経過した後は、第１の供給量より少ない第２の供給量で前記流体を供給することを特徴とする形態４または６記載の研磨装置。
形態７
研磨パッドと、前記研磨パッドに対向して配置される研磨物との間で研磨を行うための研磨方法であって、
前記研磨パッドを研磨テーブルに保持しつつ、前記研磨テーブルを回転させるステップと、
前記研磨物を保持部に保持しつつ、前記保持部を回転させるステップと、
揺動アームにより前記保持部を保持して、前記研磨時に、前記揺動アーム上の回転中心
のまわりに前記揺動アームを揺動させるステップと、
前記研磨テーブルに配置された測定部によって、前記研磨物の膜厚の変化に応じて変化可能な前記研磨物の物理量を測定するステップと、
前記研磨物が前記揺動アーム上の揺動中心のまわりに揺動し、かつ前記保持部により回転するときに、前記研磨物が前記保持部により回転するときの回転軸から、前記測定部による測定時における前記測定部までの距離を決定するステップと、
測定した前記物理量と、決定された前記距離とに基づいて、前記研磨の終了を示す研磨終点を検出するステップと、を有することを特徴とする研磨方法。
【符号の説明】
【0095】
１４…揺動軸モータ
１６…半導体ウェハ
１８ａ…電流指令
１８ｂ…電流値
２７…流体供給制御装置
２８…終点検出部
３０Ａ…研磨テーブル
３６ａ…回転角度
５０…光学式センサ
７０…回転中心
１０８…揺動中心
２２２…近接センサ
２２４…ドグ
２４２…供給路
２４４…排出路
２５０…流体供給部
２５６…供給制御弁
２６８…貫通孔
２７０…投光用光ファイバ
２７２…受光用光ファイバ
１６…半導体ウェハ
１８ａ…電流指令
１８ｂ…電流値
２７…流体供給制御装置
２８…終点検出部
３０Ａ…研磨テーブル
３６ａ…回転角度
５０…光学式センサ
７０…回転中心
１０８…揺動中心
２２２…近接センサ
２２４…ドグ
２４２…供給路
２４４…排出路
２５０…流体供給部
２５６…供給制御弁
２６８…貫通孔
２７０…投光用光ファイバ
２７２…受光用光ファイバ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】