(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】2023-12-14
(45)【発行日】2023-12-22
(54)【発明の名称】研磨装置、及び研磨方法
(51)【国際特許分類】
B24B 37/013 20120101AFI20231215BHJP
H01L 21/304 20060101ALI20231215BHJP
【ＦＩ】
B24B37/013
H01L21/304 622S
【請求項の数】
12
(21)【出願番号】P 2018161452
(22)【出願日】2018-08-30
(65)【公開番号】P2019081243
(43)【公開日】2019-05-30
【審査請求日】2021-08-24
(31)【優先権主張番号】P 2017210318
(32)【優先日】2017-10-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(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】鈴木 佑多
(72)【発明者】
【氏名】高橋 太郎
【審査官】山内 康明
(56)【参考文献】
【文献】特開平０８－１９７４１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－２１５２８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－０６４２２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０６２９３８４５（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】特開２０１４－０６９２５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－０６９２５６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２４Ｂ ３７／０１３
Ｈ０１Ｌ ２１／３０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の研磨装置を有する研磨システムまたは基板処理装置において用いられる研磨装置であって、研磨パッドと、前記研磨パッドに対向して配置される被研磨物との間で研磨を行うための研磨装置において、前記研磨パッドを保持するための研磨テーブルと、
前記研磨テーブルを回転駆動するための第１の電動モータと、
前記被研磨物を保持するとともに前記研磨パッドへ押圧するための保持部と、
前記保持部を回転駆動するための第２の電動モータと、
前記保持部を保持するための揺動アームと、
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を揺動するための第３の電動モータと、
前記第１、第２、及び第３の電動モータのうちの１つの電動モータの電流値、前記１つの電動モータのトルク指令値、前記１つの電動モータの位置指令、およびまたは前記１つの電動モータの速度指令を検出して、第１の出力を生成可能な検出部と、
前記保持部により前記被研磨物に加わる面圧と、前記第１の出力との対応関係を表す第１のデータを用いて、前記第１の出力から、前記第１の出力に対応する面圧を求めることが可能な第１の処理部と、
前記第１の処理部により得られる前記面圧と、第２の出力との対応関係を表す第２のデータを用いて、前記第１の処理部により得られる前記面圧に対応する第２の出力を求めることが可能な第２の処理部と、
前記第２の出力に基づいて、研磨の終了を示す研磨終点を検出可能な終点検出部と、を有し、
前記第２のデータは、前記複数の研磨装置に対して共通なデータであり、
前記第１のデータは、前記研磨装置ごとに設定されることを特徴とする研磨装置。
【請求項2】
前記第１のデータは、前記保持部により前記被研磨物に加わる面圧と、前記第１の出力との対応関係を表す第１の関係式であり、およびまたは、前記第２のデータは、前記保持部により前記被研磨物に加わる面圧と、前記第２の出力との対応関係を表す第２の関係式である、ことを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項3】
前記第１の関係式は、前記第１の出力を、前記面圧に関するＮ次の多項式で表す式であり、前記第２の関係式は、前記第２の出力を、前記面圧に関するＮ次の多項式で表す式であり、前記Ｎは２以上の整数である、ことを特徴とする請求項２記載の研磨装置。
【請求項4】
前記１つの電動モータは、３相の巻線を備え、前記検出部は、前記１つの電動モータの３相の電流値を検出して、前記第１の出力を生成可能である、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】
前記検出部は、前記１つの電動モータの３相の電流値の絶対値の和を前記第１の出力として生成可能である、ことを特徴とする請求項３記載の研磨装置。
【請求項6】
前記検出部は、前記１つの電動モータの３相の電流値の絶対値の２乗の和を前記第１の出力として生成可能である、ことを特徴とする請求項３記載の研磨装置。
【請求項7】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の研磨装置を複数有する、ことを特徴とする研磨システム。
【請求項8】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の研磨装置を複数有し、該複数の研磨装置で研磨された複数の被研磨物を洗浄可能な洗浄装置と、前記複数の研磨装置と前記洗浄装置とを内部に収容するための筐体と、を有する、ことを特徴とする基板処理装置。
【請求項9】
複数の研磨装置を有する研磨システムまたは基板処理装置において用いられる研磨装置により、研磨パッドと、前記研磨パッドに対向して配置される被研磨物との間で研磨を行うための研磨方法であって、研磨テーブルにより前記研磨パッドを保持するステップと、
前記研磨テーブルを第１の電動モータにより回転駆動するステップと、
前記被研磨物を保持するとともに前記研磨パッドへ押圧するための保持部を第２の電動モータにより回転駆動するステップと、
揺動アームにより前記保持部を保持するステップと、
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を第３の電動モータにより揺動するステップと、
前記第１、第２、及び第３の電動モータのうちの１つの電動モータの電流値、前記１つの電動モータのトルク指令値、前記１つの電動モータの位置指令、およびまたは前記１つの電動モータの速度指令を検出部により検出して、第１の出力を生成するステップと、
前記保持部により前記被研磨物に加わる面圧と、前記第１の出力との対応関係を表す第１のデータを用いて、第１の処理部により前記第１の出力から、前記第１の出力に対応する面圧を求める第１の処理ステップと、
前記第１の処理ステップにより得られる前記面圧と、第２の出力との対応関係を表す第２のデータを用いて第２の処理部により、前記第１の処理ステップにより得られる前記面圧に対応する第２の出力を求める第２の処理ステップと、
終点検出部により、前記第２の出力に基づいて、研磨の終了を示す研磨終点を検出するステップと、を有し、
前記第２のデータは、前記複数の研磨装置に対して共通なデータであり、
前記第１のデータは、前記研磨装置ごとに設定されることを特徴とする研磨方法。
【請求項10】
前記保持部により前記被研磨物に加わる面圧を変化させて、前記１つの電動モータの電流値、前記１つの電動モータのトルク指令値、前記１つの電動モータの位置指令、およびまたは前記１つの電動モータの速度指令を検出して、前記保持部により前記被研磨物に加わる面圧と、前記第１の出力との対応関係を表す前記第１のデータを生成するステップを有することを特徴とする請求項９記載の研磨方法。
【請求項11】
複数の研磨装置を有する研磨システムまたは基板処理装置において用いられる研磨装置であって、研磨パッドを保持する研磨テーブルを回転駆動するための第１の電動モータと、被研磨物を保持するとともに前記研磨パッドへ押圧する保持部を回転駆動するための第２の電動モータと、前記保持部を保持する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第３の電動モータと、前記第１、第２、及び第３の電動モータのうちの１つの電動モータの電流値、前記１つの電動モータのトルク指令値、前記１つの電動モータの位置指令、およびまたは前記１つの電動モータの速度指令を検出して、第１の出力を生成する検出部とを有して前記被研磨物を研磨する研磨装置を制御するためのコンピュータを、前記保持部により前記被研磨物に加わる面圧と、前記第１の出力との対応関係を表す第１のデータを用いて、前記第１の出力から、前記第１の出力に対応する面圧を求める第１の処理手段、
前記第１の処理手段により得られる前記面圧と、第２の出力との対応関係を表す第２のデータを用いて、前記第１の処理手段により得られる前記面圧に対応する第２の出力を求める第２の処理手段、
前記研磨装置による研磨を制御する制御手段、
前記第２の出力に基づいて、研磨の終了を示す研磨終点を検出する終点検出手段、として機能させるためのプログラムであって、
前記第２のデータは、前記複数の研磨装置に対して共通なデータであり、
前記第１のデータは、前記研磨装置ごとに設定されるプログラム。
【請求項12】
複数の研磨装置を有する研磨システムまたは基板処理装置において用いられる研磨装置であって、研磨パッドと、前記研磨パッドに対向して配置される被研磨物との間で研磨を行うための研磨装置において、前記研磨パッドを保持するための研磨テーブルと、
前記研磨テーブルを回転駆動するための第１の電動モータと、
前記被研磨物を保持するとともに前記研磨パッドへ押圧するための保持部と、
前記被研磨物の膜厚に依存する量を計測して、第１の出力を生成するための膜厚センサと、
前記膜厚に依存する前記量と、前記第１の出力との対応関係を表す第１のデータを用いて、前記第１の出力から、前記第１の出力に対応する前記量を求めることが可能な第１の処理部と、
前記第１の処理部により得られる前記量と、第２の出力との対応関係を表す第２のデータを用いて、前記第１の処理部により得られる前記量に対応する第２の出力を求めることが可能な第２の処理部と、
前記第２の出力に基づいて、研磨の終了を示す研磨終点を検出可能な終点検出部と、を有し、
前記第２のデータは、前記複数の研磨装置に対して共通なデータであり、
前記第１のデータは、前記研磨装置ごとに設定されることを特徴とする研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、研磨装置、及び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。半導体デバイスの製造では、半導体ウェハの上に多くの種類の材料が膜状に繰り返し形成され、積層構造を形成する。この積層構造を形成するためには、半導体ウェハの表面を平坦にする技術が重要となっている。このような半導体ウェハの表面を平坦化する一手段として、化学機械研磨（ＣＭＰ）を行う研磨装置（化学的機械的研磨装置ともいう）が広く用いられている。
【0003】
この化学機械研磨（ＣＭＰ）装置は、一般に、研磨対象物（半導体ウェハ等の基板）を研磨するための研磨パッドが取り付けられた研磨テーブルと、研磨対象物を保持して研磨パッドに押圧するために半導体ウェハを保持するトップリングを有する。研磨テーブルとトップリングはそれぞれ、駆動部（モータ）によって回転駆動される。さらに、研磨装置は、研磨液を研磨パッド上に供給するノズルを備えている。ノズルから研磨液を研磨パッド上に供給しながら、トップリングにより半導体ウェハを研磨パッドに押し付け、さらにトップリングと研磨テーブルとを相対移動させることにより、半導体ウェハを研磨してその表面を平坦にする。
【0004】
研磨終点検出手段の１つとして、研磨が異材質の物質へ移行した際の研磨摩擦力の変化を検出する方法が知られている。研磨対象物である半導体ウェハは、半導体、導体、絶縁体の異なる材質からなる積層構造を有しており、異材質層間で摩擦係数が異なる。このため、研磨が異材質層へ移行することによって生じる研磨摩擦力の変化を検出する方法である。この方法によれば、研磨が異材質層に達した時が研磨の終点となる。
【0005】
また、研磨装置は、研磨対象物の研磨表面が平坦ではない状態から平坦になった際の研磨摩擦力の変化を検出することにより、研磨終点を検出することもできる。
【0006】
ここで、研磨対象物を研磨する際に生じる研磨摩擦力は、研磨テーブルまたはトップリングを回転駆動する駆動部の駆動負荷として現れる。例えば、駆動部が電動モータの場合には、駆動負荷（トルク）はモータに流れる電流として測定することができる。このため、モータ電流（トルク電流）を電流センサで検出し、検出したモータ電流の変化に基づいて研磨の終点を検出することができる。
【0007】
米国特許第６２９３８４５号は、研磨テーブルを駆動するモータの電流をモニタして、終点検知することを開示する。特許第５９９００７４号は、３相の電動モータの各相の重みづけを行い、大きい重みづけの電流検出によりトルク変動の検出と終点検出を行うことを開示する。特許第５８６３６１４号は、３相の電動モータのうちの少なくとも２相の電流から合成電流を生成し、終点検出を行うことを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【文献】米国特許第６２９３８４５号
【文献】特許第５９９００７４号
【文献】特許第５８６３６１４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
従来、１つの基板処理装置に、複数の研磨装置が搭載されている場合がある。複数の研磨装置には、それぞれ、研磨テーブルとトップリングが配置されている。研磨テーブル及びトップリングには、それぞれ機械的特性や電気的特性に、設計仕様範囲内のばらつきがある。設計仕様範囲内のばらつきにより、複数の研磨装置間で、同一の半導体ウェハを研磨した場合でも、電流センサの計測結果に差が生じる。このため、複数の研磨装置間で、電流出力の絶対値が異なる。従って、終点を示す電流しきい値の設定するときに、複数の研磨装置毎に、例えば、１００台の研磨装置毎に設定値を変更する作業（装置のチューニング）が必要となる。
【0010】
すなわち、複数の研磨装置毎に、電流センサが検知した信号の大きさや傾向が異なるため、終点に達したかどうかを判断するしきい値も電流センサ毎に必要となる。また、しきい値にマージンを持たせる場合、マージンが複数の研磨装置毎に異なるため、終点検知結果が複数の研磨装置毎に異なる。しきい値やマージンの設定が研磨装置毎に異なるため、設定が煩雑であり、設定に時間を要していた。また、１台の研磨装置内であっても、同じ装置内に複数の研磨テーブルとトップリング（研磨ヘッド）が配置されている場合には、同様の課題が生じうる。
【0011】
本発明の一形態は、このような問題点を低減ないし解消すべくなされたもので、その目的の１つは、複数の研磨装置間で電流センサの計測結果の差が減少した研磨装置を提供することである。また、本発明の別の形態における目的の１つは、同一研磨装置内に複数の研磨ヘッドが存在する場合に、トップリング（研磨ヘッド）同士の終点検知結果の機差を低減ないし解消して、電流センサの計測結果の差が減少した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】
【0012】
上記課題を解決するために、形態１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被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研磨テーブルと、前記研磨テーブルを回転駆動するための第１の電動モータと、前記被研磨物を保持するとともに前記研磨パッドへ押圧するための保持部と、前記保持部を回転駆動するための第２の電動モータと、前記保持部を保持するための揺動アームと、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を揺動するための第３の電動モータと、前記第１、第２、及び第３の電動モータのうちの１つの電動モータの電流値、前記１つの電動モータのトルク指令値、前記１つの電動モータの位置指令、およびまたは前記１つの電動モータの速度指令を検出して、第１の出力を生成可能な検出部と、前記保持部により前記被研磨物に加わる面圧と、前記第１の出力との対応関係を表す第１のデータを用いて、前記第１の出力から、前記第１の出力に対応する面圧を求めることが可能な第１の処理部と、前記第１の処理部により得られる前記面圧と、第２の出力との対応関係を表す第２のデータを用いて、前記第１の処理部により得られる前記面圧に対応する第２の出力を求めることが可能な第２の処理部と、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。なお、指令値と指令は同じ量を意味する。
【0013】
本実施形態では、保持部により被研磨物に加わる面圧と、第１の出力との対応関係を表す第１のデータとは別に、第１の処理部により得られる面圧と、第２の出力との対応関係を表す第２のデータを用いている。複数の研磨装置間で第１のデータは、一般に異なるものである。しかし、第２のデータは、複数の研磨装置間で同一のものとすることができる。第２のデータを用いて、第１の処理部により得られる面圧に対応する第２の出力を求めるため、同一の面圧に対しては、複数の研磨装置間で、同一の第２の出力を得ることができる。従って、複数の研磨装置間で電流センサの計測結果の差が減少した研磨装置を提供することができる。
【0014】
第２のデータとしては、複数の研磨装置のうちの１つの研磨装置について実測された第１のデータを用いることができる。なお、電流値、トルク値、位置指令、および速度指令は、面圧に大きく依存するが、面圧以外に、スラリや水、半導体ウェハの表面特性にも依存する。そのため、第１のデータを測定する時には、複数の研磨装置間で、スラリや水、半導体ウェハについては、できるだけ同一の条件とすることが好ましい。
【0015】
ここで、被研磨物には、「基板」、「ウェハ」、「シリコンウェハ」、「半導体ウェハ」、「ガラス基板」、「プリント基板」が含まれる。被研磨物の形状は、円形の形状に限定されず、例えば四角形状でもよい。さらに、被研磨物には、基板等以外に、研磨パッドも含まれる。すなわち、研磨パッドのドレッシングにも、本実施形態を適用することができる。従って、研磨の終了とは、基板等の場合、基板等の表面の研磨終了を意味する。また、処理の終了とは、基板等の研磨をおこなうときは研磨の終了を、研磨パッドのドレッシングをおこなうときは、研磨パッドの表面のめならし処理（あるいはドレッシング処理）の終了を意味する。
【0016】
形態２では、前記第１のデータは、前記保持部により前記被研磨物に加わる面圧と、前記第１の出力との対応関係を表す第１の関係式であり、およびまたは、前記第２のデータは、前記保持部により前記被研磨物に加わる面圧と、前記第２の出力との対応関係を表す第２の関係式である、ことを特徴とする形態１記載の研磨装置という構成を採っている。
【0017】
形態３では、前記第１の関係式は、前記第１の出力を、前記面圧に関するＮ次の多項式で表す式であり、前記第２の関係式は、前記第２の出力を、前記面圧に関するＮ次の多項式で表す式であり、前記Ｎは２以上の整数である、ことを特徴とする形態２記載の研磨装置という構成を採っている。
【0018】
形態４では、前記１つの電動モータは、３相の巻線を備え、前記検出部は、前記１つの電動モータの３相の電流値を検出して、前記第１の出力を生成可能である、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という構成を採っている。
【0019】
形態５では、前記検出部は、前記１つの電動モータの３相の電流値の絶対値の和を前記第１の出力として生成可能である、ことを特徴とする形態３記載の研磨装置という構成を採っている。
【0020】
形態６では、前記検出部は、前記１つの電動モータの３相の電流値の絶対値の２乗の和を前記第１の出力として生成可能である、ことを特徴とする形態３記載の研磨装置という構成を採っている。
【0021】
形態７では、前記第２の出力に基づいて、前記研磨の終了を示す研磨終点を検出可能な終点検出部を有することを特徴とする形態１ないし６のいずれか１項に記載の研磨装置という構成を採っている。
【0022】
形態８では、形態１ないし７のいずれか１項に記載の研磨装置を複数有し、前記第２のデータは、前記複数の研磨装置に対して共通なデータである、ことを特徴とする研磨システムという構成を採っている。
【0023】
形態９では、形態１ないし７のいずれか１項に記載の研磨装置を複数有し、前記第２のデータは、前記複数の研磨装置に対して共通なデータとされ、該複数の研磨装置で研磨された複数の被研磨物を洗浄可能な洗浄装置と、前記複数の研磨装置と前記洗浄装置とを内部に収容するための筐体と、を有する、ことを特徴とする基板処理装置という構成を採っている。
【0024】
形態１０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被研磨物との間で研磨を行うための研磨方法であって、研磨テーブルにより前記研磨パッドを保持するステップと、前記研磨テーブルを第１の電動モータにより回転駆動するステップと、前記被研磨物を保持するとともに前記研磨パッドへ押圧するための保持部を第２の電動モータにより回転駆動するステップと、揺動アームにより前記保持部を保持するステップと、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を第３の電動モータにより揺動するステップと、前記第１、第２、及び第３の電動モータのうちの１つの電動モータの電流値、前記１つの電動モータのトルク指令値、前記１つの電動モータの位置指令、およびまたは前記１つの電動モータの速度指令を検出して、第１の出力を生成するステップと、前記保持部により前記被研磨物に加わる面圧と、前記第１の出力との対応関係を表す第１のデータを用いて、前記第１の出力から、前記第１の出力に対応する面圧を求める第１の処理ステップと、前記第１の処理ステップにより得られる前記面圧と、第２の出力との対応関係を表す第２のデータを用いて、前記第１の処理ステップにより得られる前記面圧に対応する第２の出力を求める第２の処理ステップと、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。
【0025】
形態１１では、前記保持部により前記被研磨物に加わる面圧を変化させて、前記１つの電動モータの電流値、前記１つの電動モータのトルク指令値、前記１つの電動モータの位置指令、およびまたは前記１つの電動モータの速度指令を検出して、前記保持部により前記被研磨物に加わる面圧と、前記第１の出力との対応関係を表す前記第１のデータを生成するステップを有することを特徴とする形態１０記載の研磨方法という構成を採っている。
【0026】
形態１２では、研磨パッドを保持する研磨テーブルを回転駆動するための第１の電動モータと、被研磨物を保持するとともに前記研磨パッドへ押圧する保持部を回転駆動するための第２の電動モータと、前記保持部を保持する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第３の電動モータと、前記第１、第２、及び第３の電動モータのうちの１つの電動モータの電流値、前記１つの電動モータのトルク指令値、前記１つの電動モータの位置指令、およびまたは前記１つの電動モータの速度指令を検出して、第１の出力を生成する検出部とを有して前記被研磨物を研磨する研磨装置を制御するためのコンピュータを、前記保持部により前記被研磨物に加わる面圧と、前記第１の出力との対応関係を表す第１のデータを用いて、前記第１の出力から、前記第１の出力に対応する面圧を求める第１の処理手段（第１の処理部）、前記第１の処理手段により得られる前記面圧と、第２の出力との対応関係を表す第２のデータを用いて、前記第１の処理手段により得られる前記面圧に対応する第２の出力を求める第２の処理手段（第２の処理部）、前記研磨装置による研磨を制御する制御手段、として機能させるためのプログラムという構成を採っている。
【0027】
形態１３では、前記研磨装置は、前記研磨パッドに設けられた貫通孔を通して、光ファイバにより前記被研磨物の被研磨面に光を照射し、反射された反射光を光ファイバにより受光する光学系と、該光学系で受光した反射光を分析処理する分析処理手段を設け、該分析処理手段で前記反射光を分析処理し、被研磨物の被研磨面上に形成された薄膜の研磨進行状況を監視する被研磨物膜厚モニター装置を有し、前記研磨装置は、前記研磨パッドに設けられた貫通孔に透明液体を供給する給液孔を前記研磨テーブルに設け、該給液孔はそこから供給される透明液が前記被研磨物の被研磨面に対して垂直に進む流れを形成し且つ前記貫通孔を満たすように配置形成され、前記光ファイバは照射光及び反射光が該被研磨面に対して垂直に進む流れ部分の透明液を通るように配置され、前記貫通孔の透明液を排液する排液孔を設け、該排液孔は前記給液孔に対して前記研磨テーブルの移動方向後方に位置し、前記貫通孔の前記被研磨物反対側の端面に開口していることを特徴とする、形態１ないし７のいずれか１項に記載の研磨装置という構成を採っている。
【0028】
形態１４では、前記給液孔の中心と前記排液孔の中心とを結ぶ線分の中点が前記貫通孔の中心点より前記研磨テーブルの移動方向の前方にあることを特徴とする、形態１３記載の研磨装置という構成を採っている。
【0029】
形態１５では、前記貫通孔はその端面外周が前記給液孔と排液孔の端面を囲むように断面が概略長円状の孔であることを特徴とする、形態１３または１４記載の研磨装置という構成を採っている。
【0030】
形態１６では、強制排液機構を設け、該強制排液機構で前記排液孔から強制排液をすることを特徴とする、形態１３ないし１５のいずれか１項に記載の研磨装置という構成を採っている。
【0031】
形態１７では、透光液ノズルと該透光液ノズルの外周部に該透光液ノズルを囲むように配置された透光液受部を備え、前記透光液ノズルから被研磨物の被研磨面に柱状の透光液流を当接させると共に該透光液流を前記透光液受部で受けることにより、前記透光液ノズル内の透光液と前記透光液受部内の透光液とが連通し且つ外部から密封された状態の透光液流を形成し、光学系により前記透光液流を通して前記被研磨物の被研磨面に光を照射すると共に、該透光液流を通して前記被研磨物の被研磨面で反射された反射光を該光学系で受光し、該受光した反射光強度から該被研磨面の膜厚を測定することを特徴とする形態１０または１１記載の研磨方法という構成を採っている。
【0032】
形態１８では、前記光学系は少なくとも１本の光ファイバを具備し、該光ファイバーの先端部を前記透光液流に挿入し、該光ファイバー及び透光液流を通して前記被研磨物の被研磨面に光を照射すると共に、該被研磨面で反射される反射光を該透光液流及び光ファイバーを通して受光することを特徴とする、形態１７記載の研磨方法という構成を採っている。
【0033】
形態１９では、遮光処理を施した複数の処理ユニットを上下に配置して内部に収納する複数の処理エリアと、搬送機を内部に収納して前記処理エリアの間に設置される搬送エリアとを有し、前記処理エリアと前記搬送エリアとの間を遮光壁で、前記搬送エリアの前面をメンテナンス用扉でそれぞれ遮光し、前記処理ユニットを前記遮光壁に遮光状態で連結したことを特徴とする、形態１ないし７，および１３ないし１６のいずれか１項に記載の研磨装置という構成を採っている。
【0034】
形態２０では、前記処理ユニットには、開閉自在なシャッタを有する基板挿入口が設けられ、前記遮光壁には、前記被研磨物挿入口の周囲を囲繞する遮光膜が設けられ、前記遮光壁の前記遮光膜で包囲された領域内に開口部が設けられていることを特徴とする形態１９記載の研磨装置という構成を採っている。
【0035】
形態２１では、前記処理エリアは洗浄エリアで、被研磨物の処理は、被研磨物の洗浄であることを特徴とする形態２０または２１記載の研磨装置という構成を採っている。
【0036】
形態２２では、前記研磨装置は、前記被研磨物を研磨する研磨部と、前記被研磨物を洗浄し乾燥させる洗浄部と、前記研磨部と前記洗浄部との間を分離する隔壁と、前記隔壁の開口を介して研磨後の前記被研磨物を前記研磨部から前記洗浄部へ搬送する搬送機構と、側壁を有して、前記研磨部と前記洗浄部と前記搬送機構とを内部に収納する筐体とを有し、前記洗浄部は、研磨後の前記被研磨物を洗浄液により洗浄する洗浄手段と、洗浄後の前記被研磨物を乾燥させる乾燥手段と、前記洗浄手段と乾燥手段間を水平および昇降自在に前記被研磨物の受け渡しが可能な搬送手段とを有し、前記研磨部は、前記研磨テーブルと、前記保持部と、前記揺動アームと、前記第１、第２、及び第３の電動モータとを有することを特徴とする、形態１ないし７，および１３ないし１６、および１９ないし２１のいずれか１項に記載の研磨装置という構成を採っている。なお、米国特許第５，８８５，１３８号は、引用によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【0037】
形態２３では、前記被研磨物を研磨する研磨部と、前記被研磨物を洗浄し乾燥させる洗浄部と、前記研磨部と前記洗浄部との間を分離する隔壁と、前記隔壁の開口を介して研磨後の前記被研磨物を前記研磨部から前記洗浄部へ搬送する搬送機構と、側壁を有して、前記研磨部と前記洗浄部と前記搬送機構とを内部に収納する筐体とを有する研磨装置を用いた前記研磨方法において、前記洗浄部においては、研磨後の前記被研磨物を洗浄液により洗浄し、洗浄後の前記被研磨物を乾燥させ、該洗浄する工程と該乾燥する工程との間で水平および昇降自在に前記被研磨物の受け渡しを行って、前記被研磨物を搬送することを特徴とする、形態１０、１１，１７，および１８のいずれか１項に記載の研磨方法という構成を採っている。
【0038】
形態２４では、前記被研磨物に光を当て、前記被研磨物からの反射光の強度を計測する光学式センサを有し、前記第２の出力と、前記光学式センサが計測した前記被研磨物からの反射光の強度とに基づいて、前記研磨の終了を示す研磨終点を検出することを特徴とする、形態１ないし７，および１３ないし１６、および１９ないし２２のいずれか１項に記載の研磨装置という構成を採っている。
【0039】
形態２５では、研磨時に前記被研磨物と対向可能な、前記研磨テーブル内の位置に組込まれるウィンドウを有し、前記ウィンドウの下部に、前記光学式センサが配置されることを特徴とする、形態２４記載の研磨装置という構成を採っている。
【0040】
形態２６では、前記研磨テーブルは、研磨時に前記被研磨物と対向可能な、前記研磨テーブル内の位置に開口を有し、前記光学式センサは、前記ウィンドウの下部に配置され、前記光学式センサは、洗浄用の流体を前記開口内に供給する流体供給部を有することを特徴とする、形態２４記載の研磨装置という構成を採っている。
【0041】
形態２７では、前記被研磨物に磁場を生成し、生成した前記磁場の強度を検知する渦電流式センサを有し、前記第２の出力と、前記渦電流式センサが計測した前記磁場の強度とに基づいて、前記研磨の終了を示す研磨終点を検出することを特徴とする形態１ないし７，および１３ないし１６、１９ないし２２，および２４ないし２６のいずれか１項に記載の研磨装置という構成を採っている。
【0042】
形態２８では、被研磨物を保持するための保持部と、前記保持部を保持するための揺動アームと、前記揺動アームに加わるアームトルクを直接または間接に検知するアームトルク検知部とを有して前記被研磨物を研磨する研磨装置を制御するためのコンピュータを、前記アームトルク検知部が検知した前記アームトルクに基づいて、前記研磨の終了を示す研磨終点を検出する終点検出手段、前記研磨装置による研磨を制御する制御手段、として機能させるためのプログラムという構成を採っている。
【0043】
形態２９では、前記プログラムは更新可能であることを特徴とする第２８の形態に記載のプログラムという構成を採っている。
【0044】
形態３０では、基板を研磨するとともに研磨に関する信号を取得する基板処理装置と、前記基板処理装置と通信手段により接続されるデータ処理装置とを有し、前記データ処理装置は、前記基板処理装置が取得した信号に基づいて、研磨処理に関するパラメータを更新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。ここで、信号は、アナログ信号及び／又はデジタル信号である。
【0045】
ここで、研磨パラメータとしては、例えば、（１）半導体ウェハの４つの領域、すなわち、中央部、内側中間部、外側中間部、および周縁部に対する押圧力、（２）研磨時間、（３）研磨テーブルやトップリングの回転数、（４）研磨終点の判定のための閾値等がある。パラメータの更新とは、これらを更新することである。
【0046】
形態３１では、形態３０に記載の研磨装置において、前記信号は、１種類のセンサ又は種類の異なる複数のセンサにより取得されることを特徴とする研磨装置という構成を採っている。本形態で用いられる種類の異なるセンサとしては、以下のセンサ等がある。すなわち（１）揺動軸モータのトルク変動に関する測定信号を取得するセンサ、（２）ＳＯＰＭ（光学式センサ）、（３）渦電流センサ、（４）研磨テーブル回転用モータのモータ電流変動に関する測定信号を取得するセンサである。
【0047】
形態３２では、基板処理装置とデータ処理装置を通信手段により接続するステップと、前記基板処理装置を用いて基板を研磨するとともに研磨に関する信号を取得するステップと、前記データ処理装置により、前記基板処理装置が取得した信号に基づいて、研磨処理に関するパラメータを更新するステップとを含むことを特徴とする研磨方法という構成を採っている。
【0048】
形態３３では、基板を研磨するとともに研磨に関する信号を取得する基板処理装置と、中間処理装置と、データ処理装置とを有し、基板処理装置と中間処理装置は第１の通信手段により接続され、中間処理装置とデータ処理装置は第２の通信手段により接続され、前記中間処理装置は、前記基板処理装置が取得した信号に基づいて、研磨処理に関するデータセットを作成し、前記データ処理装置は、前記データセットに基づいて前記基板処理装置の研磨処理の状態を監視し、前記中間処理装置または前記データ処理装置は前記データセットに基づいて前記研磨の終了を示す研磨終点を検出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。
【0049】
形態３４では、形態３３において、前記信号は、１種類のセンサ又は種類の異なる複数のセンサにより取得されることを特徴とする研磨装置という構成を採ることができる。本形態で用いられる種類の異なるセンサとしては、以下のセンサ等がある。すなわち（１）揺動軸モータのトルク変動に関する測定信号を取得するセンサ、（２）ＳＯＰＭ（光学式センサ）、（３）渦電流センサ、（４）研磨テーブル回転用モータのモータ電流変動に関する測定信号を取得するセンサである。
【0050】
形態３５では、形態３３において、前記データセットの例としては、以下がある。前記センサが出力するセンサ信号と、必要な制御パラメータをデータセットにすることが可能である。すなわち、データセットは、トップリングの半導体ウェハへの押圧・ 揺動軸モータの電流・ 研磨テーブルのモータ電流・ 光学式センサの測定信号・ 渦電流センサの測定信号・ 研磨パッド上でのトップリングの位置・ スラリと薬液の流量／種類、それらの相関算出データ等を含むことができる。
【0051】
形態３６では、形態３３において、前記データセットの送信方法の例としては、以下がある。１次元データをパラレルに送信する送信システムや、１次元データをシーケンシャルに送信する送信システムを用いて、送信することが可能である。また、上記１次元データを２次元データに加工して、データセットにすることが可能である。
【0052】
形態３７では、形態３３において、信号値の変動が大きい信号を抽出して研磨パラメータを更新することができる。研磨パラメータを更新する方法としては、例えば、以下がある。主であるセンサと従であるセンサの両方の目標値に優先割合係数(重み係数)を設けることにより、主であるセンサと従であるセンサとの影響割合を規定する。信号値の変動が大きい信号を抽出して優先割合係数を変更する。なお、信号値の変動には、短時間のみ変動するものと、長時間にわたって変動するものがある。また、信号値の変動とは、信号値の時間に関する微分値、又は時間に関する差分値等である。
【0053】
形態３８では、基板を研磨するとともに研磨に関する信号を取得する基板処理装置と中間処理装置を第１の通信手段により接続するステップと、前記中間処理装置とデータ処理装置を第２の通信手段により接続するステップと、前記基板処理装置が取得した信号に基づいて、前記中間処理装置が研磨処理に関するデータセットを作成するステップと、前記データセットに基づいて前記基板処理装置の研磨処理の状態を前記データ処理装置が監視するステップと、前記データセットに基づいて前記研磨の終了を示す研磨終点を前記中間処理装置または前記データ処理装置が検出するステップとを含むことを特徴とする研磨方法という構成を採っている。
【0054】
形態３９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被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研磨テーブルと、前記研磨テーブルを回転駆動するための第１の電動モータと、前記被研磨物を保持するとともに前記研磨パッドへ押圧するための保持部と、前記被研磨物の膜厚に依存する量を計測して、第１の出力を生成するための膜厚センサと、前記膜厚に依存する前記量と、前記第１の出力との対応関係を表す第１のデータを用いて、前記第１の出力から、前記第１の出力に対応する前記量を求めることが可能な第１の処理部と、前記第１の処理部により得られる前記量と、第２の出力との対応関係を表す第２のデータを用いて、前記第１の処理部により得られる前記量に対応する第２の出力を求めることが可能な第２の処理部と、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。
【図面の簡単な説明】
【0055】
【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。
【図40】別の実施形態の概略構成例を示す図である。
【図41】別の実施形態の概略構成例を示す図である。
【図42】別の実施形態の研磨装置の構成例を示す図である。
【図44】ＰＮ接続の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0056】
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。
【0057】
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、筐体部、すなわち、本実施形態では略矩形状のハウジング６１を備えている。ハウジング６１は側壁７００を有する。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６４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。
【0058】
ロード／アンロード部６２は、多数の半導体ウェハ（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。
【0059】
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。各々の搬送ロボット２２は上下に２つのハンドを備えている。上側のハンドは、処理された半導体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、処理前の半導体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、半導体ウェハを反転させることができる。
【0060】
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。
【0061】
研磨部６３は、半導体ウェハの研磨（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。
【0062】
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、半導体ウェハを保持し、かつ半導体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。
【0063】
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。
【0064】
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。
【0065】
図２は、第１研磨ユニット３Ａを模式的に示す斜視図である。トップリング３１Ａは、トップリングシャフト６３６に支持されている。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、この研磨パッド１０の上面は半導体ウェハ１６を研磨する研磨面を構成する。なお、研磨パッド１０に代えて固定砥粒を用いることもできる。トップリング３１Ａおよび研磨テーブル３０Ａは、矢印で示すように、その軸心周りに回転するように構成されている。半導体ウェハ１６は、トップリング３１Ａの下面に真空吸着により保持される。研磨時には、研磨液供給ノズル３２Ａから研磨パッド１０の研磨面に研磨液が供給され、研磨対象である半導体ウェハ１６がトップリング３１Ａにより研磨面に押圧されて研磨される。
【0066】
図３はトップリング３１Ａの構造を模式的に示す断面図である。トップリング３１Ａは、トップリングシャフト６３６の下端に自在継手６３７を介して連結されている。自在継手６３７は、トップリング３１Ａとトップリングシャフト６３６との互いの傾動を許容しつつ、トップリングシャフト６３６の回転をトップリング３１Ａに伝達するボールジョイントである。トップリング３１Ａは、略円盤状のトップリング本体６３８と、トップリング本体６３８の下部に配置されたリテーナリング６４０とを備えている。トップリング本体６３８は金属やセラミックス等の強度および剛性が高い材料から形成されている。また、リテーナリング６４０は、剛性の高い樹脂材またはセラミックス等から形成されている。なお、リテーナリング６４０をトップリング本体６３８と一体的に形成することとしてもよい。
【0067】
トップリング本体６３８およびリテーナリング６４０の内側に形成された空間内には、半導体ウェハ１６に当接する円形の弾性パッド６４２と、弾性膜からなる環状の加圧シート６４３と、弾性パッド６４２を保持する概略円盤状のチャッキングプレート６４４とが収容されている。弾性パッド６４２の上周端部はチャッキングプレート６４４に保持され、弾性パッド６４２とチャッキングプレート６４４との間には、４つの圧力室（エアバッグ）Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４が設けられている。圧力室Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は弾性パッド６４２とチャッキングプレート６４４とによって形成されている。圧力室Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４にはそれぞれ流体路６５１，６５２，６５３，６５４を介して加圧空気等の加圧流体が供給され、あるいは真空引きがされるようになっている。中央の圧力室Ｐ１は円形であり、他の圧力室Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は環状である。これらの圧力室Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、同心上に配列されている。
【0068】
圧力室Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の内部圧力は後述する圧力調整部により互いに独立して変化させることが可能であり、これにより、半導体ウェハ１６の４つの領域、すなわち、中央部、内側中間部、外側中間部、および周縁部に対する押圧力を独立に調整することができる。また、トップリング３１Ａの全体を昇降させることにより、リテーナリング６４０を所定の押圧力で研磨パッド１０に押圧できるようになっている。チャッキングプレート６４４とトップリング本体６３８との間には圧力室Ｐ５が形成され、この圧力室Ｐ５には流体路６５５を介して加圧流体が供給され、あるいは真空引きがされるようになっている。これにより、チャッキングプレート６４４および弾性パッド６４２全体が上下方向に動くことができる。
【0069】
半導体ウェハ１６の周端部はリテーナリング６４０に囲まれており、研磨中に半導体ウェハ１６がトップリング３１Ａから飛び出さないようになっている。圧力室Ｐ３を構成する、弾性パッド６４２の部位には開口（図示せず）が形成されており、圧力室Ｐ３に真空を形成することにより半導体ウェハ１６がトップリング３１Ａに吸着保持されるようになっている。また、この圧力室Ｐ３に窒素ガス、乾燥空気、圧縮空気等を供給することにより、半導体ウェハ１６がトップリング３１Ａからリリースされるようになっている。
【0070】
図４はトップリング３１Ａの他の構造例を模式的に示す断面図である。この例では、チャッキングプレートは設けられていなく、弾性パッド６４２はトップリング本体６３８の下面に取り付けられている。また、チャッキングプレートとトップリング本体６３８との間の圧力室Ｐ５も設けられていない。これに代えて、リテーナリング６４０とトップリング本体６３８との間には弾性バッグ６４６が配置されており、その弾性バッグ６４６の内部には圧力室Ｐ６が形成されている。リテーナリング６４０はトップリング本体６３８に対して相対的に上下動可能となっている。圧力室Ｐ６には流体路６５６が連通しており、加圧空気等の加圧流体が流体路６５６を通じて圧力室Ｐ６に供給されるようになっている。圧力室Ｐ６の内部圧力は後述する圧力調整部により調整可能となっている。したがって、半導体ウェハ１６に対する押圧力とは独立してリテーナリング６４０の研磨パッド１０に対する押圧力を調整することができる。他の構成および動作は、図３に示すトップリングの構成と同一である。本実施形態では、図３または図４のいずれのタイプのトップリングを用いることができる。
【0071】
図４はトップリング３１Ａを回転および揺動させる機構を説明するための断面図である。トップリングシャフト（例えば、スプラインシャフト）６３６はトップリングヘッド６６０に回転自在に支持されている。また、トップリングシャフト６３６は、プーリ６６１，６６２およびベルト６６３を介してモータＭ１の回転軸に連結されており、モータＭ１によってトップリングシャフト６３６およびトップリング３１Ａがその軸心周りに回転する。このモータＭ１はトップリングヘッド６６０の上部に取り付けられている。また、トップリングヘッド６６０とトップリングシャフト６３６とは、上下駆動源としてのエアシリンダ６６５によって連結されている。このエアシリンダ６６５に供給されるエア（圧縮気体）によりトップリングシャフト６３６およびトップリング３１Ａが一体に上下動する。なお、エアシリンダ６６５に代えて、ボールねじおよびサーボモータを有する機構を上下駆動源として用いてもよい。
【0072】
トップリングヘッド６６０は、支持軸６６７に軸受６７２を介して回転自在に支持されている。この支持軸６６７は固定軸であり、回転しない構造となっている。トップリングヘッド６６０にはモータＭ２が設置されており、トップリングヘッド６６０とモータＭ２との相対位置は固定である。このモータＭ２の回転軸は、図示しない回転伝達機構（歯車など）を介して支持軸６６７に連結されており、モータＭ２を回転させることによって、トップリングヘッド６６０が支持軸６６７を中心として揺動（スイング）するようになっている。したがって、トップリングヘッド６６０の揺動運動により、その先端に支持されたトップリング３１Ａは研磨テーブル３０Ａの上方の研磨位置と研磨テーブル３０Ａの側方の搬送位置との間を移動する。なお、本実施形態では、トップリング３１Ａを揺動させる揺動機構はモータＭ２から構成される。
【0073】
トップリングシャフト６３６の内部には、その長手方向に延びる貫通孔（図示せず）が形成されている。上述したトップリング３１Ａの流体路６５１，６５２，６５３，６５４，６５５，６５６は、この貫通孔を通って、トップリングシャフト６３６の上端に設けられている回転継手６６９に接続されている。この回転継手６６９を介してトップリング３１Ａに加圧気体（クリーンエア）や窒素ガスなどの流体が供給され、またトップリング３１Ａから気体が真空排気される。回転継手６６９には、上記流体通路６５１，６５２，６５３，６５４，６５５，６５６（図３および図４参照）に連通する複数の流体管６７０が接続され、これら流体管６７０は圧力調整部６７５に接続されている。また、エアシリンダ６６５に加圧空気を供給する流体管６７１も圧力調整部６７５に接続されている。
【0074】
圧力調整部６７５は、トップリング３１Ａに供給される流体の圧力を調整する電空レギュレータや、流体管６７０，６７１に接続される配管、これら配管に設けられたエアオペレートバルブ、これらのエアオペレートバルブの作動源となるエアの圧力を調整する電空レギュレータ、トップリング３１Ａに真空を形成するエジェクタなどを有しており、これらが集合して１つのブロック（ユニット）を構成している。圧力調整部６７５は、トップリングヘッド６６０の上部に固定されている。トップリング３１Ａの圧力室Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５（図３参照）に供給される加圧気体や、エアシリンダ６６５に供給される加圧空気の圧力は、この圧力調整部６７５の電空レギュレータによって調整される。同様に、圧力調整部６７５のエジェクタによってトップリング３１ＡのエアバッグＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４内や、チャッキングプレート６４４とトップリング本体６３８の間の圧力室Ｐ５内に真空が形成される。
【0075】
このように、圧力調整機器である電空レギュレータやバルブがトップリング３１Ａの近くに設置されているので、トップリング３１Ａ内の圧力の制御性が向上される。より具体的には、電空レギュレータと圧力室Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５との距離が短いので、制御部６５からの圧力変更指令に対する応答性が向上する。同様に、真空源であるエジェクタもトップリング３１Ａの近くに設置されているので、トップリング３１Ａ内に真空を形成するときの応答性が向上する。また、圧力調整部６７５の裏面を、電装機器の取り付け用台座として利用することができ、従来必要であった取付用のフレームを不要とすることができる。
【0076】
トップリングヘッド６６０、トップリング３１Ａ、圧力調整部６７５、トップリングシャフト６３６、モータＭ１、モータＭ２、エアシリンダ６６５は、１つのモジュール（以下、トップリングアッセンブリという）として構成されている。すなわち、トップリングシャフト６３６、モータＭ１、モータＭ２、圧力調整部６７５、エアシリンダ６６５は、トップリングヘッド６６０に取り付けられている。トップリングヘッド６６０は、支持軸６６７から取り外しできるように構成されている。したがって、トップリングヘッド６６０と支持軸６６７とを分離することにより、トップリングアッセンブリを基板処理装置から取り外すことができる。このような構成によれば、支持軸６６７やトップリングヘッド６６０などのメンテナンス性を向上させることができる。例えば、軸受６７２から異音が発生したときに、軸受６７２を容易に交換することができ、また、モータＭ２や回転伝達機構（減速機）を交換する際に、隣接する機器を取り外す必要もない。
【0077】
図６は、研磨テーブル３０Ａの内部構造を模式的に示す断面図である。図６に示すように、研磨テーブル３０Ａの内部には、半導体ウェハ１６の膜の状態を検知するセンサ６７６が埋設されている。この例では、センサ６７６として渦電流センサが用いられている。センサ６７６の信号は制御部６５に送信され、制御部６５によって膜厚を表すモニタリング信号が生成されるようになっている。このモニタリング信号（およびセンサ信号）の値は膜厚自体を示すものではないが、モニタリング信号の値は膜厚に応じて変化する。したがって、モニタリング信号は半導体ウェハ１６の膜厚を示す信号ということができる。
【0078】
制御部６５は、モニタリング信号に基づいて各々の圧力室Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の内部圧力を決定し、決定された内部圧力が各々の圧力室Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４に形成されるように圧力調整部６７５に指令を出すようになっている。制御部６５は、モニタリング信号に基づいて各々の圧力室Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の内部圧力を操作する圧力制御部として、および研磨終点を検知する終点検知部として機能する。
【0079】
センサ６７６は、第１研磨ユニット３Ａと同様に、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の研磨テーブルにも設けられている。制御部６５は、各々の研磨ユニット３Ａ～３Ｄのセンサ７６から送られてくる信号からモニタリング信号を生成し、各々の研磨ユニット３Ａ～３Ｄでの半導体ウェハの研磨の進捗を監視する。複数の半導体ウェハが研磨ユニット３Ａ～３Ｄで研磨されている場合、制御部５は、半導体ウェハの膜厚を示すモニタリング信号を研磨中に監視し、それらのモニタリング信号に基づいて、研磨ユニット３Ａ～３Ｄでの研磨時間がほぼ同一となるようにトップリング３１Ａ～３１Ｄの押圧力を制御する。このように研磨中のトップリング３１Ａ～３１Ｄの押圧力をモニタリング信号に基づいて調整することで、研磨ユニット３Ａ～３Ｄでの研磨時間を平準化することができる。
【0080】
半導体ウェハ１６は、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のいずれかで研磨されてもよく、またはこれらの研磨ユニット３Ａ～３Ｄから予め選択された複数の研磨ユニットで連続的に研磨されてもよい。例えば、半導体ウェハ１６を第１研磨ユニット３Ａ→第２研磨ユニット３Ｂの順で研磨してもよく、または半導体ウェハ１６を第３研磨ユニット３Ｃ→第４研磨ユニット３Ｄの順で研磨してもよい。さらに、半導体ウェハ１６を第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の順で研磨してもよい。いずれの場合でも、研磨ユニット３Ａ～３Ｄのすべての研磨時間を平準化することで、スループットを向上させることができる。
【0081】
渦電流センサは、半導体ウェハの膜が金属膜である場合に好適に用いられる。半導体ウェハの膜が酸化膜などの光透過性を有する膜である場合には、センサ７６として光学式センサを用いることができる。あるいは、センサ７６としてマイクロ波センサを用いてもよい。マイクロ波センサは、金属膜および非金属膜のいずれの場合にも用いることができる。以下、光学式センサおよびマイクロ波センサの一例について説明する。
【0082】
図７は、光学式センサを備えた研磨テーブルを示す模式図である。図７に示すように、研磨テーブル３０Ａの内部に、半導体ウェハ１６の膜の状態を検知する光学式センサ６７６が埋設されている。このセンサ６７６は、半導体ウェハ１６に光を照射し、半導体ウェハ１６からの反射光の強度（反射強度または反射率）から半導体ウェハ１６の膜の状態（膜厚など）を検知する。
【0083】
また、研磨パッド１０には、センサ６７６からの光を透過させるための透光部６７７が取付けられている。この透光部６７７は、透過率の高い材質で形成されており、例えば、無発泡ポリウレタンなどにより形成される。あるいは、研磨パッド１０に貫通孔を設け、この貫通孔が半導体ウェハ１６に塞がれる間下方から透明液を流すことにより、透光部６７７を構成してもよい。透光部６７７は、トップリング３１Ａに保持された半導体ウェハ１６の中心を通過する位置に配置される。
【0084】
センサ６７６は、図７に示すように、光源６７８ａと、光源６７８ａからの光を半導体ウェハ１６の被研磨面に照射する発光部としての発光光ファイバ６７８ｂと、被研磨面からの反射光を受光する受光部としての受光光ファイバ６７８ｃと、受光光ファイバ６７８ｃにより受光された光を分光する分光器およびこの分光器により分光された光を電気的情報として蓄積する複数の受光素子とを内部に有する分光器ユニット６７８ｄと、光源６７８ａの点灯および消灯や分光器ユニット６７８ｄ内の受光素子の読取開始のタイミングなどの制御を行う動作制御部６７８ｅと、動作制御部６７８ｅに電力を供給する電源６７８ｆとを備えている。なお、光源６７８ａおよび分光器ユニット６７８ｄには、動作制御部６７８ｅを介して電力が供給される。
【0085】
発光光ファイバ６７８ｂの発光端と受光光ファイバ６７８ｃの受光端は、半導体ウェハ１６の被研磨面に対して略垂直になるように構成されている。分光器ユニット６７８ｄ内の受光素子としては、例えば１２８素子のフォトダイオードアレイを用いることができる。分光器ユニット６７８ｄは、動作制御部６７８ｅに接続されている。分光器ユニット６７８ｄ内の受光素子からの情報は、動作制御部６７８ｅに送られ、この情報に基づいて反射光のスペクトルデータが生成される。すなわち、動作制御部６７８ｅは、受光素子に蓄積された電気的情報を読み取って反射光のスペクトルデータを生成する。このスペクトルデータは、波長に従って分解された反射光の強度を示し、膜厚によって変化する。
【0086】
動作制御部６７８ｅは、上述した制御部６５に接続されている。このようにして、動作制御部６７８ｅで生成されたスペクトルデータは、制御部６５に送信される。制御部６５では、動作制御部６７８ｅから受信したスペクトルデータに基づいて、半導体ウェハ１６の膜厚に関連付けられた特性値を算出して、これをモニタリング信号として使用する。
【0087】
図８は、マイクロ波センサを備えた研磨テーブルを示す模式図である。センサ６７６は、マイクロ波を半導体ウェハ１６の被研磨面に向けて照射するアンテナ６８０ａと、アンテナ６８０ａにマイクロ波を供給するセンサ本体６８０ｂと、アンテナ６８０ａとセンサ本体６８０ｂとを接続する導波管６８１とを備えている。アンテナ６８０ａは研磨テーブル３０Ａに埋設されており、トップリング３１Ａに保持された半導体ウェハ１６の中心位置に対向するように配置されている。
【0088】
センサ本体６８０ｂは、マイクロ波を生成してアンテナ６８０ａにマイクロ波を供給するマイクロ波源６８０ｃと、マイクロ波源６８０ｃにより生成されたマイクロ波（入射波）と半導体ウェハ１６の表面から反射したマイクロ波（反射波）とを分離させる分離器６８０ｄと、分離器６８０ｄにより分離された反射波を受信して反射波の振幅および位相を検出する検出部６８０ｅとを備えている。なお、分離器６８０ｄとしては、方向性結合器が好適に用いられる。
【0089】
アンテナ６８０ａは導波管６８１を介して分離器６８０ｄに接続されている。マイクロ波源６８０ｃは分離器６８０ｄに接続され、マイクロ波源６８０ｃにより生成されたマイクロ波は、分離器６８０ｄおよび導波管６８１を介してアンテナ６８０ａに供給される。マイクロ波はアンテナ６８０ａから半導体ウェハ１６に向けて照射され、研磨パッド６１０を透過（貫通）して半導体ウェハ１６に到達する。半導体ウェハ１６からの反射波は再び研磨パッド１０を透過した後、アンテナ６８０ａにより受信される。
【0090】
反射波はアンテナ６８０ａから導波管６８１を介して分離器６８０ｄに送られ、分離器６８０ｄによって入射波と反射波とが分離される。分離器６８０ｄにより分離された反射波は検出部６８０ｅに送信される。検出部６８０ｅでは反射波の振幅および位相が検出される。反射波の振幅は電力（ｄｂｍまたはＷ）または電圧（Ｖ）として検出され、反射波の位相は検出部６８０ｅに内蔵された位相計測器（図示せず）により検出される。検出部６８０ｅによって検出された反射波の振幅および位相は制御部６５に送られ、ここで反射波の振幅および位相に基づいて半導体ウェハ１６の金属膜や非金属膜などの膜厚が解析される。解析された値は、モニタリング信号として制御部６５により監視される。
【0091】
図９は、本発明の一実施例として用いうるドレッサ３３Ａを示す斜視図である。図９に示すように、ドレッサ３３Ａは、ドレッサアーム６８５と、ドレッサアーム６８５の先端に回転自在に取り付けられたドレッシング部材６８６と、ドレッサアーム６８５の他端に連結される揺動軸６８８と、揺動軸６８８を中心にドレッサアーム６８５を揺動（スイング）させる駆動機構としてのモータ６８９とを備えている。ドレッシング部材６８６は円形のドレッシング面を有しており、ドレッシング面には硬質な粒子が固定されている。この硬質な粒子としては、ダイヤモンド粒子やセラミック粒子などが挙げられる。ドレッサアーム６８５内には、図示しないモータが内蔵されており、このモータによってドレッシング部材６８６が回転するようになっている。揺動軸６８８は図示しない昇降機構に連結されており、この昇降機構によりドレッサアーム６８５が下降することでドレッシング部材６８６が研磨パッド１０の研磨面を押圧するようになっている。
【0092】
図１０（ａ）はアトマイザ３４Ａを示す斜視図である。アトマイザ３４Ａは、下部に１または複数の噴射孔を有するアーム６９０と、このアーム６９０に連結された流体流路６９１と、アーム６９０を支持する揺動軸６９４とを備えている。図１０（ｂ）はアーム６９０の下部を示す模式図である。図１０（ｂ）に示す例では、アーム６９０の下部には複数の噴射孔６９０ａが等間隔に形成されている。流体流路６９１としては、チューブ、またはパイプ、またはこれらの組み合わせから構成することができる。
【0093】
図１１（ａ）はアトマイザ３４Ａの内部構造を示す側面図であり、図１１（ｂ）はアトマイザ３４Ａを示す平面図である。流体流路６９１の開口端部は、図示しない流体供給パイプに接続され、この流体供給パイプから流体が流体流路６９１に供給されるようになっている。用いられる流体の例としては、液体（例えば純水）、または液体と気体の混合流体（例えば、純水と窒素ガスの混合流体）などが挙げられる。流体流路６９１はアーム６９０の噴射孔６９０ａに連通しており、流体は霧状となって噴射孔６９０ａから研磨パッド１０の研磨面に噴射される。
【0094】
アーム６９０は、図１０（ａ）および図１１（ｂ）の点線で示すように、揺動軸６９４を中心として洗浄位置と退避位置との間で旋回可能となっている。アーム６９０の可動角度は約９０°である。通常、アーム６９０は洗浄位置にあり、図１に示すように、研磨パッド１０の研磨面の径方向に沿って配置されている。研磨パッド１０の交換などのメンテナンス時には、アーム６９０は手動により退避位置に移動する。したがって、メンテナンス時にアーム６９０を取り外す必要がなく、メンテナンス性を向上させることができる。なお、回転機構を揺動軸６９４に連結し、この回転機構によりアーム６９０を旋回させてもよい。
【0095】
図１１（ｂ）に示すように、アーム６９０の両側面には、互いに形状の異なる２つの補強部材６９６，６９６が設けられている。これらの補強部材６９６，６９６を設けることにより、洗浄位置と退避位置との間でアーム６９０が旋回動作を行ったときに、アーム６９０の軸心が大幅にぶれることがなく、アトマイジング動作を効果的に行うことができる。また、アトマイザ３４Ａは、アーム６９０の旋回位置（アーム６９０が旋回可能な角度範囲）を固定するためのレバー６９５を備えている。すなわち、レバー６９５を操作することにより、アーム６９０の旋回可能な角度を条件に合わせて調整することができる。レバー６９５を回すと、アーム６９０が自由に旋回可能となり、手動によりアーム６９０を洗浄位置と退避位置との間で移動させる。そして、レバー６９５を締めると、アーム６９０の位置が洗浄位置と退避位置のいずれかで固定される。
【0096】
アトマイザのアーム６９０は折りたたみ可能な構造とすることもできる。具体的には、アーム６９０をジョイントで連結された少なくとも２つのアーム部材から構成してもよい。この場合、折りたたまれたときのアーム部材同士がなす角度は、１°以上４５°以下とし、好ましくは５°以上３０°以下とする。アーム部材同士がなす角度が４５°よりも大きいと、アーム６９０が占めるスペースが大きくなり、１°未満とすると、アーム６９０の幅を薄くせざるを得ず、機械的強度が低くなる。この例では、アーム６９０は揺動軸６９４周りに回転しないように構成してもよい。研磨パッド１０の交換などのメンテナンス時には、アーム６９０を折りたたむことによって、アトマイザがメンテナンス作業の邪魔にならないようにすることができる。他の変形例としては、アトマイザのアーム６９０を伸縮自在な構造とすることもできる。この例でも、メンテナンス時にアーム６９０を縮めることによって、アトマイザが邪魔となることはない。
【0097】
このアトマイザ３４Ａを設ける目的は、研磨パッド１０の研磨面に残留する研磨屑や砥粒などを高圧の流体により洗い流すことである。アトマイザ３４Ａの流体圧による研磨面の浄化と、機械的接触であるドレッサ３３Ａによる研磨面の目立て作業により、より好ましいドレッシング、すなわち研磨面の再生を達成することができる。通常は接触型のドレッサ（ダイヤモンドドレッサ等）によるドレッシングの後に、アトマイザによる研磨面の再生を行う場合が多い。
【0098】
次に、半導体ウェハを搬送するための搬送機構について、図１により説明する。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。
【0099】
リフタ１１は、搬送ロボット２２から半導体ウェハを受け取る。第１リニアトランスポータ６６は、リフタ１１から受け取った半導体ウェハを、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から半導体ウェハ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、研磨した半導体ウェハを第１リニアトランスポータ６６へ渡す。
【0100】
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との間で半導体ウェハの受け渡しを行う。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から受け取った半導体ウェハを、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から半導体ウェハ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、研磨した半導体ウェハを第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半導体ウェハは、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。
【0101】
図１２（ａ）は洗浄部６４を示す平面図であり、図１２（ｂ）は洗浄部６４を示す側面図である。図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示すように、洗浄部６４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とに区画されている。第１洗浄室１９０内には、縦方向に沿って配列された上側一次洗浄モジュール２０１Ａおよび下側一次洗浄モジュール２０１Ｂが配置されている。上側一次洗浄モジュール２０１Ａは下側一次洗浄モジュール２０１Ｂの上方に配置されている。同様に、第２洗浄室１９２内には、縦方向に沿って配列された上側二次洗浄モジュール２０２Ａおよび下側二次洗浄モジュール２０２Ｂが配置されている。上側二次洗浄モジュール２０２Ａは下側二次洗浄モジュール２０２Ｂの上方に配置されている。一次および二次洗浄モジュール２０１Ａ，２０１Ｂ，２０２Ａ，２０２Ｂは、洗浄液を用いて半導体ウェハを洗浄する洗浄機である。これらの一次および二次洗浄モジュール２０１Ａ，２０１Ｂ，２０２Ａ，２０２Ｂは垂直方向に沿って配列されているので、フットプリント面積が小さいという利点が得られる。
【0102】
上側二次洗浄モジュール２０２Ａと下側二次洗浄モジュール２０２Ｂとの間には、半導体ウェハの仮置き台２０３が設けられている。乾燥室１９４内には、縦方向に沿って配列された上側乾燥モジュール２０５Ａおよび下側乾燥モジュール２０５Ｂが配置されている。これら上側乾燥モジュール２０５Ａおよび下側乾燥モジュール２０５Ｂは互いに隔離されている。上側乾燥モジュール２０５Ａおよび下側乾燥モジュール２０５Ｂの上部には、清浄な空気を乾燥モジュール２０５Ａ，２０５Ｂ内にそれぞれ供給するフィルタファンユニット２０７，２０７が設けられている。上側一次洗浄モジュール２０１Ａ、下側一次洗浄モジュール２０１Ｂ、上側二次洗浄モジュール２０２Ａ、下側二次洗浄モジュール２０２Ｂ、仮置き台２０３、上側乾燥モジュール２０５Ａ、および下側乾燥モジュール２０５Ｂは、図示しないフレームにボルトなどを介して固定されている。
【0103】
第１搬送室１９１には、上下動可能な第１搬送ロボット２０９が配置され、第２搬送室１９３には、上下動可能な第２搬送ロボット２１０が配置されている。第１搬送ロボット２０９および第２搬送ロボット２１０は、縦方向に延びる支持軸２１１，２１２にそれぞれ移動自在に支持されている。第１搬送ロボット２０９および第２搬送ロボット２１０は、その内部にモータなどの駆動機構を有しており、支持軸２１１，２１２に沿って上下に移動自在となっている。第１搬送ロボット２０９は、搬送ロボット２２と同様に、上下二段のハンドを有している。第１搬送ロボット２０９は、図１２（ａ）の点線が示すように、その下側のハンドが上述した仮置き台１８０にアクセス可能な位置に配置されている。第１搬送ロボット２０９の下側のハンドが仮置き台１８０にアクセスするときには、隔壁１ｂに設けられているシャッタ（図示せず）が開くようになっている。
【0104】
第１搬送ロボット２０９は、仮置き台１８０、上側一次洗浄モジュール２０１Ａ、下側一次洗浄モジュール２０１Ｂ、仮置き台２０３、上側二次洗浄モジュール２０２Ａ、下側二次洗浄モジュール２０２Ｂの間で半導体ウェハ１６を搬送するように動作する。洗浄前の半導体ウェハ（スラリが付着している半導体ウェハ）を搬送するときは、第１搬送ロボット２０９は、下側のハンドを用い、洗浄後の半導体ウェハを搬送するときは上側のハンドを用いる。第２搬送ロボット２１０は、上側二次洗浄モジュール２０２Ａ、下側二次洗浄モジュール２０２Ｂ、仮置き台２０３、上側乾燥モジュール２０５Ａ、下側乾燥モジュール２０５Ｂの間で半導体ウェハ１６を搬送するように動作する。第２搬送ロボット２１０は、洗浄された半導体ウェハのみを搬送するので、１つのハンドのみを備えている。図１に示す搬送ロボット２２は、その上側のハンドを用いて上側乾燥モジュール２０５Ａまたは下側乾燥モジュール２０５Ｂから半導体ウェハを取り出し、その半導体ウェハをウェハカセットに戻す。搬送ロボット２２の上側ハンドが乾燥モジュール２０５Ａ，２０５Ｂにアクセスするときには、隔壁１ａに設けられているシャッタ（図示せず）が開くようになっている。
【0105】
洗浄部６４は、２台の一次洗浄モジュールおよび２台の二次洗浄モジュールを備えているので、複数の半導体ウェハを並列して洗浄する複数の洗浄ラインを構成することができる。「洗浄ライン」とは、洗浄部６４の内部において、一つの半導体ウェハが複数の洗浄モジュールによって洗浄される際の移動経路のことである。例えば、図１３に示すように、１つの半導体ウェハを、第１搬送ロボット２０９、上側一次洗浄モジュール２０１Ａ、第１搬送ロボット２０９、上側二次洗浄モジュール２０２Ａ、第２搬送ロボット２１０、そして上側乾燥モジュール２０５Ａの順で搬送し（洗浄ライン１参照）、これと並列して、他の半導体ウェハを、第１搬送ロボット２０９、下側一次洗浄モジュール２０１Ｂ、第１搬送ロボット２０９、下側二次洗浄モジュール２０２Ｂ、第２搬送ロボット２１０、そして下側乾燥モジュール２０５Ｂの順で搬送することができる（洗浄ライン２参照）。このように２つの並列する洗浄ラインにより、複数（典型的には２枚）の半導体ウェハをほぼ同時に洗浄および乾燥することができる。
【0106】
次に、上側乾燥モジュール２０５Ａおよび下側乾燥モジュール２０５Ｂの構成について説明する。上側乾燥モジュール２０５Ａおよび下側乾燥モジュール２０５Ｂは、いずれもロタゴニ乾燥を行う乾燥機である。上側乾燥モジュール２０５Ａおよび下側乾燥モジュール２０５Ｂは同一の構成を有しているので、以下、上側乾燥モジュール２０５Ａについて説明する。図１４は、上側乾燥モジュール２０５Ａを示す縦断面図であり、図１５は上側乾燥モジュール２０５Ａを示す平面図である。上側乾燥モジュール２０５Ａは、基台４０１と、この基台４０１に支持された４本の円筒状の基板支持部材４０２とを備えている。基台４０１は回転軸４０６の上端に固定されており、この回転軸４０６は軸受４０５によって回転自在に支持されている。軸受４０５は回転軸４０６と平行に延びる円筒体４０７の内周面に固定されている。円筒体４０７の下端は架台４０９に取り付けられており、その位置は固定されている。回転軸４０６は、プーリ４１１，４１２およびベルト４１４を介してモータ４１５に連結されており、モータ４１５を駆動させることにより、基台４０１はその軸心を中心として回転するようになっている。
【0107】
基台４０１の上面には回転カバー４５０が固定されている。なお、図１４は回転カバー４５０の縦断面を示している。回転カバー４５０は半導体ウェハ１６の全周を囲むように配置されている。回転カバー４５０の縦断面形状は径方向内側に傾斜している。また、回転カバー４５０の縦断面は滑らかな曲線から構成されている。回転カバー４５０の上端は半導体ウェハ１６に近接しており、回転カバー４５０の上端の内径は、半導体ウェハ１６の直径よりもやや大きく設定されている。また、回転カバー４５０の上端には、基板支持部材４０２の外周面形状に沿った切り欠き４５０ａが各々の基板支持部材４０２に対応して形成されている。回転カバー４５０の底面には、斜めに延びる液体排出孔４５１が形成されている。
【0108】
半導体ウェハ１６の上方には、半導体ウェハ１６の表面（フロント面）に洗浄液として純水を供給するフロントノズル４５４が配置されている。フロントノズル４５４は、半導体ウェハ１６の中心を向いて配置されている。このフロントノズル４５４は、図示しない純水供給源（洗浄液供給源）に接続され、フロントノズル４５４を通じて半導体ウェハ１６の表面の中心に純水が供給されるようになっている。洗浄液としては、純水以外に薬液が挙げられる。また、半導体ウェハ１６の上方には、ロタゴニ乾燥を実行するための２つのノズル４６０，４６１が並列して配置されている。ノズル４６０は、半導体ウェハ１６の表面にＩＰＡ蒸気（イソプロピルアルコールとＮ２ガスとの混合気）を供給するためのものであり、ノズル４６１は半導体ウェハ１６の表面の乾燥を防ぐために純水を供給するものである。これらノズル４６０，４６１は半導体ウェハ１６の径方向に沿って移動可能に構成されている。
【0109】
回転軸４０６の内部には、洗浄液供給源４６５に接続されたバックノズル４６３と、乾燥気体供給源４６６に接続されたガスノズル４６４とが配置されている。洗浄液供給源４６５には、洗浄液として純水が貯留されており、バックノズル４６３を通じて半導体ウェハ１６の裏面に純水が供給されるようになっている。また、乾燥気体供給源４６６には、乾燥気体として、Ｎ２ガスまたは乾燥空気などが貯留されており、ガスノズル４６４を通じて半導体ウェハ１６の裏面に乾燥気体が供給されるようになっている。
【0110】
次に、フロントノズル４５４からの純水の供給を停止し、フロントノズル４５４を半導体ウェハ１６から離れた所定の待機位置に移動させるとともに、２つのノズル４６０，４６１を半導体ウェハ１６の上方の作業位置に移動させる。そして、半導体ウェハ１６を３０～１５０ｍｉｎ－１の速度で低速回転させながら、ノズル４６０からＩＰＡ蒸気を、ノズル４６１から純水を半導体ウェハ１６の表面に向かって供給する。このとき、半導体ウェハ１６の裏面にもバックノズル４６３から純水を供給する。そして、２つのノズル４６０，４６１を同時に半導体ウェハ１６の径方向に沿って移動させる。これにより、半導体ウェハ１６の表面（上面）が乾燥される。
【0111】
その後、２つのノズル４６０，４６１を所定の待機位置に移動させ、バックノズル４６３からの純水の供給を停止する。そして、半導体ウェハ１６を１０００～１５００ｍｉｎ－１の速度で高速回転させ、半導体ウェハ１６の裏面に付着している純水を振り落とす。このとき、ガスノズル４６４から乾燥気体を半導体ウェハ１６の裏面に吹き付ける。このようにして半導体ウェハ１６の裏面が乾燥される。乾燥された半導体ウェハ１６は、図１に示す搬送ロボット２２により乾燥モジュール２０５Ａから取り出され、ウェハカセットに戻される。このようにして、研磨、洗浄、および乾燥を含む一連の処理が半導体ウェハに対して行われる。上述のように構成された乾燥モジュール２０５Ａによれば、半導体ウェハ１６の両面を迅速かつ効果的に乾燥することができ、また、正確に乾燥処理の終了時点を制御することができる。したがって、乾燥処理のための処理時間が洗浄プロセス全体の律速工程となることはない。また、洗浄部４に形成される上述した複数の洗浄ラインでの処理時間は平準化することができるので、プロセス全体のスループットを向上させることができる。
【0112】
本実施形態によれば、半導体ウェハを研磨装置に搬入した時（ロード前）に、半導体ウェハが乾燥状態にあり、研磨と洗浄が終了後、アンロード前に、半導体ウェハが乾燥状態になって、基板カセットにアンロードされる。乾燥状態の半導体ウェハを研磨装置からカセットに入れて、取り出すことが可能となる。すなわち、ドライイン／ドライアウトが可能である。
【0113】
仮置き台１８０へ置かれた半導体ウェハは、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。半導体ウェハは、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半導体ウェハは、第２搬送室１９３を介して乾燥室１９４へ搬送される。半導体ウェハは、乾燥室１９４において乾燥処理される。乾燥処理された半導体ウェハは、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。
【0114】
図１６は、本発明の一実施形態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１６に示すように、研磨装置は、研磨テーブル３０Ａと、研磨対象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（保持部）とを備えている。
【0115】
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。さらに第１研磨ユニット３Ａは、揺動アーム１１０に加わるアームトルクを検知するアームトルク検知部２６と、アームトルク検知部２６が検知したアームトルク２６ａに基づいて、研磨の終了を示す研磨終点を検出する終点検出部２８とを有する。
【0116】
図１６～図２９により説明する本実施形態によれば、複数の研磨ユニット（研磨装置）間で電流センサの計測結果の差が減少した研磨装置を提供することができる。本実施形態では、研磨終点検出手段として、アームトルクに基づく方法、研磨テーブルまたはトップリングを回転駆動する駆動部の駆動負荷を検出して利用する方法が可能である。本実施形態は、トップリングを揺動アームの端部に保持する方式において、アームトルクに基づいて研磨終点検出を行うことを説明するが、研磨テーブルまたはトップリングを回転駆動する駆動部の駆動負荷を検出して、研磨終点検出を行うことも同様に実施できる。
【0117】
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。
【0118】
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Ｑが供給される。図１６に示すように、研磨テーブル３０Ａの内部には、半導体ウェハ１６内に渦電流を生成して、当該渦電流を検出することにより研磨終点を検知できる渦電流センサ５０が埋設されていてもよい。
【0119】
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。
【0120】
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。
【0121】
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。
【0122】
揺動アーム１１０は、揺動軸モータ１４の回転軸に接続されている。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。
【0123】
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。同時に、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。
【0124】
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、アームトルク検知部２６が検知したアームトルク２６ａ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。
【0125】
図１６においては、揺動アーム１１０の、揺動軸モータ１４への接続部において、アームトルク検知部２６は、揺動アーム１１０に加わるアームトルク２６ａを検知する。具体的には、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であり、アームトルク検知部２６は、揺動軸モータ１４の電流値から、揺動アーム１１０に加わるアームトルク２６ａを検知する。揺動軸モータ１４の電流値は、揺動アーム１１０の、揺動軸モータ１４への接続部におけるアームトルクに依存する量である。揺動軸モータ１４の電流値は、本実施形態では、ドライバ１８から揺動軸モータ１４に供給される電流値１８ｂ、または、ドライバ１８内で生成される後述する電流指令１８ａである。
【0126】
アームトルク検知部２６によるアームトルク２６ａの検知方法を図１７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。
【0127】
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。図１７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。
【0128】
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。
【0129】
電流指令１８ａは、揺動軸モータ１４の電流値に依存する量であり、アームトルクに依存する量である。アームトルク検知部２６は、電流指令１８ａに対して、ＡＤ変換、増幅、整流、実効値変換等の処理のうちの少なくとも１つの処理をしたのちに、終点検出部２８に、アームトルク２６ａとして出力する。
【0130】
電流値１８ｂは、揺動軸モータ１４の電流値そのものであるとともに、アームトルクに依存する量である。アームトルク検知部２６は、電流値１８ｂから、揺動アーム１１０に加わるアームトルクを検知してもよい。アームトルク検知部２６は、電流値１８ｂを検出する際に、ホールセンサ等の電流センサを用いることができる。
【0131】
研磨テーブルを回転駆動するためのモータＭ３（第１の電動モータ、図２を参照）、トップリング３１Ａを回転駆動するためのモータＭ１（第２の電動モータ、図５を参照）、及び揺動アームを揺動するためのモータＭ２（第３の電動モータ、図５を参照）のうちの１つの電動モータの電流値を検出して、第１の出力を生成する電流検出部８１０によるモータ電流の検知方法を図１７により説明する。本実施形態では、電流検出部８１０は、モータＭ２の電流値を検出して、第１の出力８１０ａを生成する。電流検出部８１０には、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電流値１８ｂが入力される。
【0132】
電流検出部８１０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電流値１８ｂのそれぞれの絶対値を算出した後に、これら３個の値を加算して第１の出力８１０ａを生成する。電流検出部８１０は、生成された第１の出力８１０ａを終点検出部２８に出力する。なお、電流検出部８１０は、電動モータの３相の電流値の絶対値の２乗の和を第１の出力として生成してもよい。第１の出力は、トルクを示すことができる量であれば、任意の量とすることができる。例えば、電流検出部８１０は、制御部６５が出力する位置指令６５ａを検出して、第１の出力８１０ａを生成してもよい。制御部６５が位置指令６５ａではなくて、速度指令を出力する場合は、電流検出部８１０は、制御部６５が出力する速度指令を検出して、第１の出力８１０ａを生成してもよい。モータＭ２の電流値１８ｂを検出して、第１の出力８１０ａを生成する場合と比較して、位置指令６５ａや速度指令を用いると以下の利点がある。ホールセンサ等の電流センサ等を用いて、電流値１８ｂを検出する場合、電流センサと検出部とを接続する配線がノイズを拾う可能性がある。一方、制御部６５の出力を直接利用する場合、配線が短いため、このようなノイズがほとんど発生しない。すなわちモータが発生させているトルクを、低ノイズ状態で検出可能であり、検出されたトルクを終点検出に使用することで、検出精度の改善が可能である。なお、電流検出部８１０は、偏差回路３８が出力する偏差３８ａを検出して、第１の出力８１０ａを生成してもよい。
【0133】
第２の出力に基づいて、研磨の終了を示す研磨終点を検出する終点検出部２８は、トップリング３１Ａにより半導体ウェハ１６（被研磨物）に加わる面圧と、第１の出力８１０ａとの対応関係を表す第１のデータを用いて、第１の出力８１０ａから、第１の出力８１０ａに対応する面圧を求める第１の処理部である。
【0134】
終点検出部２８は、第１の処理部により得られる面圧と、第２の出力との対応関係を表す第２のデータを用いて、第１の処理部により得られる面圧に対応する第２の出力を求める第２の処理部でもある。本実施形態では、第１のデータは、トップリング３１Ａにより半導体ウェハ１６に加わる面圧と、第１の出力８１０ａとの対応関係を表す第１の関係式であり、第２のデータは、トップリング３１Ａにより半導体ウェハ１６に加わる面圧と、第２の出力との対応関係を表す第２の関係式である。なお、第１のデータと第２のデータは、式であらわされるものに限らず、面圧と、第１の出力と第２の出力との対応関係を表形式で表すものでもよい。その他、対応関係を表すものであれば、任意の形式が可能である。
【0135】
本実施形態では、第１の関係式は、第１の出力を、面圧に関する２次の多項式で表す式であり、第２の関係式は、第２の出力を、面圧に関する２次の多項式で表す式である。第２のデータは、複数の、本実施形態では４台の研磨ユニットに対して共通なデータである。
【0136】
終点検出部２８は、ＣＰＵ，メモリ、入出力手段を有するコンピュータとして構成することができる。そのときは、半導体ウェハ１６に加わる面圧と、第１の出力との対応関係を表す第１のデータを用いて、第１の出力から、第１の出力に対応する面圧を求める第１の処理手段、第１の処理部により得られる面圧と、第２の出力との対応関係を表す第２のデータを用いて、第１の処理部により得られる面圧に対応する第２の出力を求める第２の処理手段、として機能させるためのプログラムをメモリに格納することができる。
【0137】
第１の関係式について以下説明し、さらに第１の関係式を求める方法についても、以下説明する。最初に、電流検出部８１０が検知した電流値１８ｂ、及びアームトルク検知部２６が検知した電流指令１８ａ（アームトルク）の具体的なデータの一例を図１８以降に示す。研磨テーブル３０Ａのモータ電流のデータも示す。図１８は、揺動軸モータ１４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のうちの１つの相の電流値１８ｂの絶対値を示す。図１９は、研磨テーブル３０Ａのモータ電流Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうちの１つの相の電流値の絶対値を示す。横軸は、研磨開始からの研磨時間（秒）であり、縦軸は電流（アンペア）である。面圧を変えながら電流値１８ｂを検知した。研磨開始後、期間ｔ１における面圧を、Ａ psi(重量ポンド毎平方インチ)とすると、期間ｔ２における面圧は、２倍の２Ａ psiである。期間ｔ３における面圧は、０ psi、すなわち、面圧を印可しない。
【0138】
図１８において、曲線８１２ａは、１つの研磨ユニット８１２において、スラリを用いて研磨したものであり、曲線８１２ｂは、研磨ユニット８１２において、純水を用いて研磨したものである。曲線８１４ａは、別の研磨ユニット８１４において、スラリを用いて研磨したものであり、曲線８１４ｂは、研磨ユニット８１４において、純水を用いて研磨したものである。
【0139】
図１９において、曲線８１２ｃは、研磨ユニット８１２において、スラリを用いて研磨したものであり、曲線８１２ｄは、研磨ユニット８１２において、純水を用いて研磨したものである。曲線８１４ｃは、別の研磨ユニット８１４において、スラリを用いて研磨したものであり、曲線８１４ｄは、研磨ユニット８１４において、純水を用いて研磨したものである。
【0140】
図２０、２１は、それぞれ図１８，１９と同一のデータを、横軸を面圧、縦軸を電流として表わしたものである。ただし、電流に関しては、研磨開始後、期間ｔ１の電流を平均して、面圧Ａ psiに対する電流とし、期間ｔ２の電流を平均して、面圧２Ａ psiに対する電流とし、期間ｔ２の電流を平均して、面圧０ psiに対する電流として、表示したものである。
【0141】
図２０において、曲線８１２ｅは、研磨ユニット８１２において、スラリを用いて研磨したものであり、曲線８１２ｆは、研磨ユニット８１２において、純水を用いて研磨したものである。曲線８１４ｅは、研磨ユニット８１４において、スラリを用いて研磨したものであり、曲線８１４ｆは、研磨ユニット８１４において、純水を用いて研磨したものである。
【0142】
図２１において、曲線８１２ｇは、研磨ユニット８１２において、スラリを用いて研磨したものであり、曲線８１２ｈは、研磨ユニット８１２において、純水を用いて研磨したものである。曲線８１４ｇは、別の研磨ユニット８１４において、スラリを用いて研磨したものであり、曲線８１４ｈは、研磨ユニット８１４において、純水を用いて研磨したものである。
【0143】
図２０、２１より、アームトルク検知部２６が検知した電流指令１８ａと、研磨テーブル３０Ａのモータ電流は、いずれも研磨ユニット間で絶対値が異なることがわかる。また、スラリを用いたときと、純水を用いたときで、電流値の絶対値は異なるが、面圧が増加すると電流値の絶対値が増加することがわかる。研磨ユニットが異なっても、面圧が増加すると電流値の絶対値が増加することがわかる。研磨ユニット間で絶対値が異なるため、しきい値やマージンの設定が研磨ユニット毎に異なるため、設定が煩雑であり、設定に時間を要する。補正により電流値、すなわち出力の研磨ユニット間の差を無くす必要がある。
【0144】
出力の研磨ユニット間の差が生じる原因を分析するために、揺動軸モータ１４に関して、電流検出部８１０が検出したＵ、Ｖ、Ｗ相出力と、アームトルク検知部２６が検出した電流指令１８ａを確認した。図２２、２３は、電流検出部８１０が検出したＵ、Ｖ、Ｗ相出力の１例を示す。図２２は、１つの研磨ユニット８２０に関する電流値であり、図２３は、別の研磨ユニット８２２に関する電流値である。図２２、２３において、横軸は、研磨開始からの研磨時間（秒）であり、縦軸は電流（アンペア）である。面圧を変えながら電流値１８ｂを検知した。期間ｔ１の面圧は、Ａ psi、期間ｔ２の面圧は、２Ａ psiである。期間ｔ３の面圧は、０ psiである。
【0145】
図２２と、図２３とを比較すると、研磨ユニット８２０と研磨ユニット８２２では、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の極性が異なっていた。従って、Ｕ、Ｖ、Ｗ相のうちの１相、例えばＶ相のみの計測では、研磨ユニット間で絶対値が大きく異なる場合があることがわかる。
【0146】
図２４、２５は、アームトルク検知部２６が検出した電流指令１８ａを示す。図２４は、研磨ユニット８２０に関する電流値であり、図２５は、研磨ユニット８２２に関する電流値である。図２４、２５において、横軸は、研磨開始からの研磨時間（秒）であり、縦軸は電流（アンペア）である。面圧を変えながら電流指令１８ａを検知した。期間ｔ１の面圧は、Ａ psi、期間ｔ２の面圧は、２Ａ psiである。期間ｔ３の面圧は、０ psiである。図２４と、図２５とを比較すると、研磨ユニット８１２と研磨ユニット８１４では、電流指令１８ａは、ほぼ同等であることがわかる。
【0147】
図２６に、電流検出部８１０に入力されるＵ、Ｖ、Ｗ相出力の絶対値を取った後に足し合わせた結果の１例を示す。図２６は、図２２、２３に示すデータを用いて作成したものである。曲線８２０ａは、研磨ユニット８２０、曲線８２２ａは、研磨ユニット８２２に関して得られたデータである。横軸は、研磨開始からの研磨時間（秒）であり、縦軸は電流（アンペア）である。期間ｔ１の面圧は、Ａ psi、期間ｔ２の面圧は、２Ａ psiである。期間ｔ３の面圧は、０ psiである。
【0148】
図２６より、研磨ユニット間で、面圧の変化により電流出力は異なるが、図２２，２３に示すＶ相のように、研磨ユニット間で大きく異なることはない。このため、補正を行うことで、研磨ユニット間で同等にできると考えられる。図２５，２６から、研磨ユニット間のセンサの出力差を減らすための手法として、(1)トルク指令値を計測すること、または(2)Ｕ、Ｖ、Ｗ相の電流を合成することが好ましいと考えられる。
【0149】
次に、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の電流を合成して、センサ出力とする場合について、第１の関係式について説明する。第１の関係式をｙ＝ｆ（ｘ）とすると、ｙ（第１の出力）は、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の電流を合成して得られるセンサ出力である。ｘは、面圧である。ｆ（ｘ）が、ｘに関するＮ次近似式、すなわち、
ｙ＝ｆ（ｘ）＝ｋＮ＊ｘｎ＋（ｋＮ－１）＊ｘＮ－１＋（ｋＮ－２）＊ｘＮ－２＋・・・ｋ２＊ｘ２＋ｋ１＊ｘ＋ｋ０
（ここで、ｋＮ，ｋＮ－１，ｋＮ－２，・・・，ｋ２，ｋ１，ｋ０は、定数である。）
である場合、以下のようにして、ｋＮ，ｋＮ－１，ｋＮ－２，・・・，ｋ２，ｋ１，ｋ０を求める。
（１） 研磨ユニット毎に、基準となる半導体ウェハ１６に関して、面圧に対するＵ、Ｖ、Ｗ相の電流を検出して、絶対値の和を求める。これをＮ＋１個以上の異なる面圧について求める。
（２） （１）で得られた結果から研磨ユニット毎に、上記のＮ次近似式を算出する。Ｎ＋１個の異なる面圧に関する測定値が得られる場合は、連立１次方程式を解くことにより、ｋＮ，ｋＮ－１，ｋＮ－２，・・・，ｋ２，ｋ１，ｋ０を求める。Ｎ＋２個以上の異なる面圧に関する測定値が得られる場合は、回帰分析を行うことにより、ｋＮ，ｋＮ－１，ｋＮ－２，・・・，ｋ２，ｋ１，ｋ０を求める。
ｙ＝ｆ（ｘ）＝ｋＮ＊ｘｎ＋（ｋＮ－１）＊ｘＮ－１＋（ｋＮ－２）＊ｘＮ－２＋・・・ｋ２＊ｘ２＋ｋ１＊ｘ＋ｋ０
（ここで、ｋＮ，ｋＮ－１，ｋＮ－２，・・・，ｋ２，ｋ１，ｋ０は、定数である。）
である場合、以下のようにして、ｋＮ，ｋＮ－１，ｋＮ－２，・・・，ｋ２，ｋ１，ｋ０を求める。
（１） 研磨ユニット毎に、基準となる半導体ウェハ１６に関して、面圧に対するＵ、Ｖ、Ｗ相の電流を検出して、絶対値の和を求める。これをＮ＋１個以上の異なる面圧について求める。
（２） （１）で得られた結果から研磨ユニット毎に、上記のＮ次近似式を算出する。Ｎ＋１個の異なる面圧に関する測定値が得られる場合は、連立１次方程式を解くことにより、ｋＮ，ｋＮ－１，ｋＮ－２，・・・，ｋ２，ｋ１，ｋ０を求める。Ｎ＋２個以上の異なる面圧に関する測定値が得られる場合は、回帰分析を行うことにより、ｋＮ，ｋＮ－１，ｋＮ－２，・・・，ｋ２，ｋ１，ｋ０を求める。
【0150】
（３）第２の関係式をｙ＝ｇ（ｘ）とすると、ｙ（第２の出力）は、補正後のセンサ出力である。ｘは、面圧である。ｇ（ｘ）が、ｘに関するＭ次近似式、すなわち、
ｙ＝ｇ（ｘ）＝ｌＭ＊ｘＭ＋（ｌＭ－１）＊ｘＭ－１＋（ｌＭ－２）＊ｘＭ－２＋・・・＋ｌ２＊ｘ２＋ｌ１＊ｘ＋ｌ０
（ここで、ｌＭ，ｌＭ－１，ｌＭ－２，・・・，ｌ２，ｌ１，ｌ０は、定数である。）
である場合、以下のようにして、ｌＭ，ｌＭ－１，ｌＭ－２，・・・，ｌ２，ｌ１，ｌ０を求める。なお、ＮとＭは、異なってもよいが、同じであることが好ましい。以下では、ＮとＭは、同じであるとする。
ｙ＝ｇ（ｘ）＝ｌＭ＊ｘＭ＋（ｌＭ－１）＊ｘＭ－１＋（ｌＭ－２）＊ｘＭ－２＋・・・＋ｌ２＊ｘ２＋ｌ１＊ｘ＋ｌ０
（ここで、ｌＭ，ｌＭ－１，ｌＭ－２，・・・，ｌ２，ｌ１，ｌ０は、定数である。）
である場合、以下のようにして、ｌＭ，ｌＭ－１，ｌＭ－２，・・・，ｌ２，ｌ１，ｌ０を求める。なお、ＮとＭは、異なってもよいが、同じであることが好ましい。以下では、ＮとＭは、同じであるとする。
【0151】
第１の関係式ｙ＝ｆ（ｘ）は、上述のように研磨ユニット毎に求められる。研磨ユニットが、例えば４台あるとする。このとき、４個の第１の関係式ｙ＝ｆ（ｘ）が得られる。これらを、ｙ＝ｆ１（ｘ）、ｙ＝ｆ２（ｘ）、ｙ＝ｆ３（ｘ）、ｙ＝ｆ４（ｘ）とする。第２の関係式ｙ＝ｇ（ｘ）は、例えば、４個の第１の関係式ｆ１（ｘ）、ｙ＝ｆ２（ｘ）、ｙ＝ｆ３（ｘ）、ｙ＝ｆ４（ｘ）のうちの１つとすることができる。すなわち、ｇ（ｘ）＝ｆ３（ｘ）とすることができる。
【0152】
別の方法として、第２の関係式ｙ＝ｇ（ｘ）は、４個の第１の関係式ｙ＝ｆ１（ｘ）、ｙ＝ｆ２（ｘ）、ｙ＝ｆ３（ｘ）、ｙ＝ｆ４（ｘ）の平均とすることができる。すなわち、ｇ（ｘ）＝（ｆ１（ｘ）＋ｆ２（ｘ）＋ｆ３（ｘ）＋ｆ４（ｘ））／４ とすることができる。第１の関係式ｙ＝ｆ（ｘ）と、第２の関係式ｙ＝ｇ（ｘ）は、研磨ユニットで、例えば新たなプロセスで作成された半導体ウェハ１６の研磨を開始するときに、上記のようにして、測定して算出することができる。また、センサまたは研磨テーブル等が改良されたとき等に、第１の関係式ｙ＝ｆ（ｘ）と、第２の関係式ｙ＝ｇ（ｘ）を、上記のようにして、測定して算出することができる。
【0153】
第１の関係式ｙ＝ｆ（ｘ）と、第２の関係式ｙ＝ｇ（ｘ）が得られた後に、第１の処理部が、半導体ウェハ１６に加わる面圧と、第１の出力との対応関係を表す第１の関係式ｙ＝ｆ（ｘ）を用いて、第１の出力から、第１の出力に対応する面圧を求める方法について、次に説明する。研摩中に、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の電流を検知する。これらを合成して、例えば、絶対値の和を求めることにより、現在のセンサ値が得られる。これは、第１の関係式ｙ＝ｆ（ｘ）におけるｙに相当する量である。各研磨ユニットにおいて、研磨ユニット毎の第１の関係式ｙ＝ｆ（ｘ）から逆算して面圧ｘを求める。すなわち、Ｎ次方程式を解くことにより、研磨ユニット毎に面圧ｘを求めることができる。
【0154】
次に、第２の処理部が、第１の処理部により得られる面圧と、第２の出力との対応関係を表す第２の関係式を用いて、第１の処理部により得られる面圧に対応する第２の出力を求める方法について、次に説明する。研摩中に、研磨ユニット毎に面圧ｘが求まると、第２の処理部は、すべての研磨ユニットに対して共通な第２の関係式ｙ＝ｇ（ｘ）のｘに、得られた面圧を代入して、第２の出力を求める。こうして、補正後のセンサ出力を得る。
【0155】
Ｎ次近似式を用いた場合を説明したが、次に、Ｎ＝２の場合について説明する。最初に、第１の関係式の作成方法について説明する。
（１）４台の研磨ユニット毎に、基準となる半導体ウェハ１６に関して、面圧に対するＵ、Ｖ、Ｗ相の電流を検出して、絶対値の和を求める。これを３個の異なる面圧について求める。一例として、面圧ｐ１、ｐ２、ｐ３に対して、センサ値がｓ１、ｓ２、ｓ３として得られたとする。
（２） （１）で得られた結果から研磨ユニット毎に、下記の２次近似式を算出する。３個の異なる面圧ｐ１、ｐ２、ｐ３に関するセンサ値ｓ１、ｓ２、ｓ３を下記の式に代入して、連立１次方程式を解くことにより、２次式の係数ａｃ，ｂｃ，ｃｃを求める。
ｙｃ＝ａｃｘ２＋ｂｃｘ＋ｃｃ ここで、ｘ：面圧， ｙ：センサ値
４台の研磨ユニット毎に、１つの式が得られ、合計で４個の２次近似式が算出される。４個の２次近似式を図２７に示す。図２７において横軸は、ｘ：面圧であり、縦軸は、ｙ：センサ値である。４本の曲線８２４ａ～曲線８２４ｄ（第１の関係式）が得られる。
（１）４台の研磨ユニット毎に、基準となる半導体ウェハ１６に関して、面圧に対するＵ、Ｖ、Ｗ相の電流を検出して、絶対値の和を求める。これを３個の異なる面圧について求める。一例として、面圧ｐ１、ｐ２、ｐ３に対して、センサ値がｓ１、ｓ２、ｓ３として得られたとする。
（２） （１）で得られた結果から研磨ユニット毎に、下記の２次近似式を算出する。３個の異なる面圧ｐ１、ｐ２、ｐ３に関するセンサ値ｓ１、ｓ２、ｓ３を下記の式に代入して、連立１次方程式を解くことにより、２次式の係数ａｃ，ｂｃ，ｃｃを求める。
ｙｃ＝ａｃｘ２＋ｂｃｘ＋ｃｃ ここで、ｘ：面圧， ｙ：センサ値
４台の研磨ユニット毎に、１つの式が得られ、合計で４個の２次近似式が算出される。４個の２次近似式を図２７に示す。図２７において横軸は、ｘ：面圧であり、縦軸は、ｙ：センサ値である。４本の曲線８２４ａ～曲線８２４ｄ（第１の関係式）が得られる。
【0156】
（３）次に、第２の関係式をｙ＝ｇ（ｘ）とすると、ｙ（第２の出力）は、補正後のセンサ出力である。ｘは、面圧である。ｇ（ｘ）として、例えば、４台の研磨ユニットとは別の研磨ユニットに関して既に得られている２次近似式を選択することができる。選択した結果を
ｇ（ｘ）＝ｙｒ＝ａｒｘ２＋ｂｒｘ＋ｃｒ とする。選択した第２の関係式を図２８に曲線８２６として示す。図２８において横軸は、ｘ：面圧であり、縦軸は、ｙ：センサ値である。このようにして、第１の関係式ｙ＝ｆ（ｘ）と、第２の関係式ｙ＝ｇ（ｘ）が得られる。
ｇ（ｘ）＝ｙｒ＝ａｒｘ２＋ｂｒｘ＋ｃｒ とする。選択した第２の関係式を図２８に曲線８２６として示す。図２８において横軸は、ｘ：面圧であり、縦軸は、ｙ：センサ値である。このようにして、第１の関係式ｙ＝ｆ（ｘ）と、第２の関係式ｙ＝ｇ（ｘ）が得られる。
【0157】
図２７に示す第１の関係式と、図２８に示す第２の関係式とを、４台の研磨ユニット毎に、図２９に示す。図２９ａ～図２９ｄは、４台の研磨ユニット毎に第１の関係式と第２の関係式を示す。図２９において横軸は、ｘ：面圧であり、縦軸は、ｙ：センサ値である。
【0158】
次に、第１の関係式ｙ＝ｆ（ｘ）と、第２の関係式ｙ＝ｇ（ｘ）を用いて、第１の処理部と第２の処理部は、次のような処理を行う。
【0159】
研摩中に、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の電流を検知する。これらを合成して、例えば、絶対値の和を求めることにより、現在のセンサ値が得られる。これは、第１の関係式ｙｃ＝ａｃｘ２＋ｂｃｘ＋ｃｃにおけるｙに相当する量である。第１の処理部は、研磨ユニット毎の第１の関係式ｙ＝ｆ（ｘ）から逆算して、各ユニット毎に面圧ｘを求める。すなわち、２次方程式を解くことにより、すなわち、２次方程式の根の公式から、以下のように、研磨ユニット毎に面圧ｘを求めることができる。
ｘ＝（－ｂｃ＋ｓｑｒｔ（ｂｃ ２－４ａｃ（ｃｃ－ｙｃ））／２ａｃ
ｘ＝（－ｂｃ＋ｓｑｒｔ（ｂｃ ２－４ａｃ（ｃｃ－ｙｃ））／２ａｃ
【0160】
研摩中に、第１の処理部により研磨ユニット毎に面圧ｘが求まると、第２の処理部は、すべての研磨ユニットに対して共通な第２の関係式ｙ＝ａｒｘ２＋ｂｒｘ＋ｃｒ のｘに、得られた面圧を代入して、第２の出力を研磨ユニット毎に求める。こうして、補正後のセンサ出力を研磨ユニット毎に得る。
【0161】
本実施形態では、以上のように、第２の関係式は、複数の研磨ユニット間で同一のものとすることができる。第２の関係式を用いて、第１の処理部により得られる面圧に対応する第２の出力を求めるため、同一の面圧に対しては、複数の研磨ユニット間で、同一の第２の出力を得ることができる。従って、複数の研磨ユニット間で電流センサの計測結果の差が減少した研磨ユニットを提供することができる。研磨ユニットが１００台を超える場合があり、これらに対して、共通の設定値で済むということは、運転コストの低減に効果がある。
【0162】
本実施形態では、第１の関係式は、研磨条件が変わったとき等に作成し直す。すなわち、研磨テーブル３０Ａ、研磨パッド１０（摩耗して、同じ仕様のパッドに交換した時は再作成しない）、センサ、半導体ウェハ１６（製造プロセスが異なる半導体ウェハ１６になった時）が変わったときに、第１の関係式は再作成する。
【0163】
第１の関係式は、純水を用いて研磨して得られる測定値を用いて作成することが好ましい。スラリを用いると、スラリの成分や供給量の少しの変化によって、センサ出力が大きく変わる場合があるからである。すなわち、純水を用いて研磨する場合は、研磨状態を再現することが容易である。このため、純水を用いて研磨して得られる測定値を用いて作成した場合、純水を流して研磨することにより、モータや研磨装置の異常を検出しやすい。純水は、スラリと異なり、常に一定の条件の純水を再現性良く容易に得ることができるため、モータや研磨装置の各部の異常のみを、事前に得られた第２の関係式の出力と比較することにより、容易に検出できるからである。異常検出のため、定期的に、純水での研磨を行うことが好ましい。
【0164】
なお、第１の関係式と第２の関係式は、面圧を自動的に変えることにより、自動的に作成することができる。
【0165】
第１の関係式及び第２の関係式おいて、ｙが３相の電流値である場合について説明したが、ｙはトルク指令値でもよい。３相の電流値は、トルク指令値と比較するとモータに、より近い部分に位置するため、摩擦力の変化に敏感、又は忠実であると考えられる。
【0166】
揺動アーム１１０が静止しているときの駆動モータの電流センサに、本実施形態を適用することが好ましい。揺動アーム１１０や研磨テーブル３０Ａが回転しているときは、揺動アーム１１０や研磨テーブル３０Ａの付属品やベアリングの影響を受けるために、モータの駆動電流には、多くのノイズが発生するためである。揺動アーム１１０や研磨テーブル３０Ａが回転しているときにも、ノイズを低減することにより、本発明は適用できる。
【0167】
本実施形態では、純水を用いて標準的な半導体ウェハ１６（又は実際に研磨対象とする半導体ウェハ１６）を研磨することにより第１の関係式を求め、実際の研磨で、スラリを使用した場合でも、本方法は有効である理由は以下のとおりである。電流式センサの出力は、半導体ウェハ１６と研磨パッド１０との間に生じる摩擦力に依存する。摩擦力は主に、面圧と、半導体ウェハ１６と研磨パッド１０との間の摩擦係数と、回転速度に依存する。
【0168】
第１の関係式を求めたときの摩擦係数は、純水であり、実際の研磨は、スラリで行うため、摩擦係数は異なる。面圧や回転速度が同じであっても、純水であるかスラリであるかにより、摩擦力は異なる。すなわち、同じ面圧や回転速度を付加した時のセンサ出力は、純水とスラリでは、図１８，１９等に示すように異なる。しかし、第１の関係式を利用した本実施形態の既述の方法は有効と考えられる。
【0169】
なぜならば本方法によれば、図２０，２１に示すように、スラリを用いた場合、研磨ユニットによらず、ほぼ同じ大きさで、同じ増加傾向を示すセンサ出力を得ることができるからである。研磨の進行に伴い、摩擦係数のみが変化する場合（すなわち、半導体ウェハ１６の表面状態のみが変化する場合）、電流センサの出力の変化の仕方は、研磨ユニットによらず、同じ傾向を示す。従って、電流センサの出力の変化を検知して研磨終了時点を検出するという目的は達成できる。
【0170】
次に、図３０により、光学式センサを有する別の実施形態を説明する。本形態では、研磨テーブル３０Ａを揺動する揺動軸モータ１４のトルク変動の検知と、光学式センサによる半導体ウェハ１６の研磨面の反射率の検知を併用する。終点検知のために、研磨テーブル３０Ａにセンサが組み込まれている。センサは光学式センサ７２４である。光学式センサ７２４としては、ファイバを利用したセンサ等が使用される。なお、光学式センサ７２４の代わりに、渦電流センサを用いることもできる。
【0171】
図３０の実施形態の場合、以下の課題を解決することができる。終点検知のために、トルク変動検知方式又は光学式検知方式の一方のみを用いた場合、研磨対象物の研磨に、金属膜の研磨と絶縁膜の研磨が混在する場合、以下の問題がある。トルク変動検知方式は、金属膜と絶縁膜の境界の検知に適しており、光学式検知方式は、膜の厚さの変化の検知に適している。そのため、一方の方式のみでは、膜の境界の検知と、残膜の厚さの検知の両方が必要な場合に、不十分な検知精度しか得られない。膜の境界の検知と、残膜の厚さの検知のいずれであるかに応じて、トルク変動検知と光学式検知を使い分けることにより、課題が解決できる。
【0172】
光学式センサの場合、研磨装置の終点検出部は、半導体ウェハ１６に光を当て、半導体ウェハ１６からの反射光の強度を計測する。終点検出部は、アームトルク検知部が検知したアームトルクと、光学式センサ７２４が計測した半導体ウェハ１６からの反射光の強度とに基づいて、研磨の終了を示す研磨終点を検出する。光学式センサ７２４の出力は、配線７２６を介して、制御部６５に送られる。
【0173】
光学式センサの場合、研磨パッド１０の一部に開口７２０がある。開口７２０に、ウィンドウであるビューポート７２２がある。ビューポート７２２を介して、光照射と、反射光の検知が行われる。研磨時に半導体ウェハ１６と対向可能な、研磨テーブル３０Ａ内の位置にビューポート７２２は組込まれる。ビューポート７２２の下部に、光学式センサ７２４が配置される。光学式センサ７２４がファイバセンサの場合は、ビューポート７２２が無い場合もある。
【0174】
ビューポート７２２が無い場合、ファイバセンサの周囲から純水を出して、ノズル７２８から供給されるスラリを除去して終点検知を行う場合もある。光学式センサは、スラリを洗浄するための純水（又は高純度ガス、液体とガスの混合物などの流体）を開口４２０内に供給する流体供給部（図示しない）を有する。
【0175】
センサは複数あってもよい。例えば、図３０に示すように、中心部と端部に設けて、中心部と端部の双方における検知信号をモニタする。図３０(ａ)は、光学式センサ７２４の配置を示し、図３０(ｂ)は、光学式センサ７２４の拡大図である。終点検出部２８は、それらの複数の信号の中から、研磨条件（半導体ウェハ１６の材質、研磨時間等）の変化に応じて、研磨条件の影響を受けない（もしくは、当該研磨条件に最適な）検知信号を選んで、終点を判断して、研磨を止める。
【0176】
この点について、さらに説明する。既述の揺動軸モータ１４によるトルク変動検知（モータ電流変動測定）と、光学式検知の組合せは、層間絶縁膜（ＩＬＤ）や、ＳＴＩ(Shallow Trench Isolation)による素子分離膜の研磨終点を検知することに用いると、有効である。ＳＯＰＭ（Spectrum Optical Endpoint Monitoring）等の光学式検知では、残膜の厚さの検出を行い、終点検知を行う。例えば、ＬＳＩの積層膜の製造プロセスにおいて、金属膜の研磨と絶縁膜の研磨により、残膜を形成することが必要な場合がある。金属膜の研磨と絶縁膜の研磨を行う必要があり、金属膜の研磨と絶縁膜の研磨のいずれであるかに応じて、トルク変動検知と光学式検知を使い分けることが可能となる。
【0177】
また、終点部の膜構造が金属と絶縁膜の混在状態である場合、トルク変動検知と光学式検知のうちの一方式だけでは、正確な終点検知が困難である。そのため、トルク変動検知と光学式検知による膜厚測定を行い、双方の検知結果より、終点であるかを判定して、最適な時点で研磨を終了する。混在状態では、トルク変動検知と光学式検知のいずれにおいても測定信号が弱いために測定精度が低下する。しかし、２種類以上の測定方法により得られた信号を用いて判定することにより、最適な終点位置を判定することが可能となる。例えば、２種類以上の測定方法により得られた信号を用いた判定のいずれもが、終点であるという結果を出した時に終点であると判断する。
【0178】
次に、図３１により、光学式センサを有する別の実施形態を説明する。本形態では、研磨テーブル３０Ａを揺動する揺動軸モータ１４のトルク変動（研磨テーブル３０Ａの摩擦変動）の検知と、光学式センサによる半導体ウェハ１６の研磨面の反射率の検知と、渦電流センサによる半導体ウェハ１６の被研磨物内の渦電流の検知を併用する。３種類の検知方法が併用される。
【0179】
図３１の実施形態の場合、以下の課題を解決することができる。図３０の実施形態のトルク変動検知方式および光学式検知方式は、金属膜の厚さの変化を検知することが難しいという課題がある。図３１の実施形態は、この課題を解決するものであり、図３０の実施形態に、さらに、渦電流の検知を併用している。金属膜内の渦電流を検知するため、金属膜の厚さの変化を検知することが、より容易になる。
【0180】
図３１(ａ)は、光学式センサ７２４と、渦電流式センサ７３０の配置を示し、図３１(ｂ)は、光学式センサ７２４の拡大図であり、図３１(ｃ)は、渦電流式センサ７３０の拡大図である。渦電流式センサ７３０は、研磨テーブル３０Ａ内に配置される。渦電流式センサ７３０は、半導体ウェハ１６に磁場を生成し、生成した磁場の強度を検知する。終点検出部２８は、アームトルク検知部２６が検知したアームトルクと、光学式センサ７２４が計測した半導体ウェハ１６からの反射光の強度と、渦電流式センサ７３０が計測した磁場の強度とに基づいて、研磨の終了を示す研磨終点を検出する。
【0181】
本形態は、終点検知のために、揺動軸モータ１４のトルク変動検出、研磨テーブル３０Ａに組み込まれた光学式センサ７２４と渦電流式センサ７３０による半導体ウェハ１６の物理量の検出とが組み合わされた例である。揺動軸モータ１４のトルク変動検知（モータ電流変動測定）は、研磨する試料の膜質が変化する部位の終点検知に優れる。光学方式は、ＩＬＤ、ＳＴＩなどの絶縁膜の残膜量の検出と、それによる終点検出に優れる。渦電流センサによる終点検出は、例えばめっきされた金属膜を研磨して終点である下層の絶縁膜まで研磨した時点の終点検出に優れる。
【0182】
ＬＳＩなどの多層を有する半導体の製造プロセスにおいては、種々の材料からなる多層の研磨を行うことになるので、多様な膜の研磨と終点検出を高精度にて行うため、一実施態様においては３種類の終点検出方法を用いることができ、３種類以上も可能である。例えば、さらに、研磨テーブル３０Ａを回転させるモータのトルク変動検知（モータ電流変動測定（ＴＣＭ））を併用することができる。
【0183】
これら４種類の終点検出の組合せを用いて、高機能な制御や精度のよい終点検知を行うことが可能となる。例えば、研磨テーブル３０Ａ上をトップリング３１Ａが移動して（揺動して）研磨を行っている場合、トップリング３１Ａの位置の変化による研磨テーブル３０Ａのトルク変動をＴＣＭにより検出する。これにより、トップリング３１Ａが研磨テーブル３０Ａの中心部にある時、トップリング３１Ａが研磨テーブル３０Ａの一方の端部に移動した時、トップリング３１Ａが研磨テーブル３０Ａの他方の端部に移動した時のトルク変動により、トップリング３１Ａの試料への押圧が異なる要因を見つけることが可能となる。要因が見つかると、試料への押圧を均一化するために、トップリング３１Ａの表面の押圧の調整を行う等のフィードバックを行うことができる。
【0184】
トップリング３１Ａの位置の変化による研磨テーブル３０Ａのトルク変動の要因としては、トップリング３１Ａと研磨テーブル３０Ａの水平度のズレや、試料面と研磨パッド１０の表面の水平度のズレ、又は、研磨パッド１０の摩耗度の差異により、中心部にトップリング３１Ａがある時と、中心部からずれた位置にトップリング３１Ａがある時の摩擦力が異なる等が考えられる。
【0185】
なお、半導体ウェハ１６の膜の研磨終点部の膜構造が金属と絶縁膜の混在状態である場合、１つの検知方式だけでは正確な終点検知が困難であるため、アームトルク変動を検知する方式と光学式検知方法、あるいは、アームトルク変動を検知する方式と渦電流を検知する方式、あるいは、３種類全ての信号検出から終点状態を判定して、最適な時点で研磨を終了する。混在状態では、トルク変動検知と光学式と検知渦電流を検知する方式のいずれにおいても測定信号が弱いために測定精度が低下する。しかし、３種類以上の測定方法により得られた信号を用いて判定することにより、最適な終点位置を判定することが可能となる。例えば、３種類以上の測定方法により得られた信号を用いた判定のいずれもが、終点であるという結果を出した時に終点であると判断する。
【0186】
これらの組み合わせを列記すると、以下のとおりである。
ｉ．アームトルク検知＋テーブルトルク検知
ｉｉ．アームトルク検知＋光学式検知
ｉｉｉ．アームトルク検知＋渦電流検知
ｉｖ．アームトルク検知＋マイクロ波センサによる光学式検知
ｖ．アームトルク検知＋光学式検知＋テーブルトルク検知
ｖｉ．アームトルク検知＋光学式検知＋渦電流検知
ｖｉｉ．アームトルク検知＋光学式検知＋マイクロ波センサによる光学式検知
ｖｉｉｉ．アームトルク検知＋渦電流検知＋テーブルトルク検知
ｉｘ．アームトルク検知＋渦電流検知＋マイクロ波センサによる光学式検知
ｘ．アームトルク検知＋テーブルトルク検知＋マイクロ波センサによる光学式検知
ｘｉ．この他、アームトルク検知と組み合わせるいかなるセンサの組合せをも含む。
ｉ．アームトルク検知＋テーブルトルク検知
ｉｉ．アームトルク検知＋光学式検知
ｉｉｉ．アームトルク検知＋渦電流検知
ｉｖ．アームトルク検知＋マイクロ波センサによる光学式検知
ｖ．アームトルク検知＋光学式検知＋テーブルトルク検知
ｖｉ．アームトルク検知＋光学式検知＋渦電流検知
ｖｉｉ．アームトルク検知＋光学式検知＋マイクロ波センサによる光学式検知
ｖｉｉｉ．アームトルク検知＋渦電流検知＋テーブルトルク検知
ｉｘ．アームトルク検知＋渦電流検知＋マイクロ波センサによる光学式検知
ｘ．アームトルク検知＋テーブルトルク検知＋マイクロ波センサによる光学式検知
ｘｉ．この他、アームトルク検知と組み合わせるいかなるセンサの組合せをも含む。
【0187】
終点部の膜構造が金属と絶縁膜の混在状態である場合の例を図３２，３３，３４に示す。以下の例では、金属としては、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｃｏ等の金属であり、絶縁膜は、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ガラス材（SOG(Spin-on Glass)、BPSG（Boron Phosphorus Silicon Glass)等）、Ｌｏｗｋ材、樹脂材、他の絶縁材料である。ＳｉＯ２，ＳＯＧ，ＢＰＳＧ等は、ＣＶＤ又はコーティングにより製造される。図３２（ａ）、３２（ｂ）は、絶縁膜を研磨する例である。図３２（ａ）は、研磨前の状態を示し、図３２（ｂ）は、研磨後の状態を示す。膜７３２は、シリコンである。膜７３２の上に、ＳｉＯ２(熱酸化膜)やＳｉＮ等の絶縁膜である膜７３４が形成されている。膜７３４の上に、成膜による酸化膜（ＳｉＯ２）やガラス材（SOG、BPSG）等の絶縁膜である膜７３６が形成されている。膜７３６は、図３２（ｂ）に示す状態まで研磨される。
【0188】
膜７３６は、光学式検知により、膜厚を測定する。膜７３６と膜７３４の境７５８や、膜７３４と膜７３２の境は、光の反射に敏感である。従って、光学式検知が望ましい。また膜７３６と膜７３４の材質が異なるときは、研磨時の摩擦の変化が大きい場合がある。この時は、光学式検知＋トルク検知が好ましい。
【0189】
図３３（ａ）、３３（ｂ）は、金属膜を研磨する例である。図３３（ａ）は、研磨前の状態を示し、図３３（ｂ）は、研磨後の状態を示す。埋込部７３７は、ＳＴＩである。膜７３４の上に、膜７３６と同様の膜７３８が形成されている。膜７３４の上に、ゲート電極７４０が形成されている。膜７３４の下にはドレインまたはソースである拡散層７４４が形成されている。拡散層７４４は、ビアやプラグ等の縦配線７４２に接続している。ゲート電極７４０は、図示しない縦配線７４２に接続されている。縦配線７４２は、膜７３８内を貫通している。膜７３８の上に、金属膜７４６が形成されている。縦配線７４２と金属膜７４６は、同一の金属である。金属膜７４６は、図３３（ｂ）に示す状態まで研磨される。なお、図３３では、ゲート電極７４０や拡散層７４４が形成されているが、他の回路要素が形成されてもよい。
【0190】
金属膜７４６は、金属膜であるため、金属膜が急激に減少した時の、金属膜７４６内の渦電流の波形変化が大きいということを利用して、渦電流を検知する。また、金属膜の反射量が大きい状態から金属膜が減少し、反射量が急激に変化することを利用する光学式検知を、渦電流検知と併用することもできる。膜７３８は、絶縁膜であるため、光学式検知により、膜厚を測定する。
【0191】
図３４（ａ）、３４（ｂ）は、金属膜を研磨する例である。図３４（ａ）は、研磨前の状態を示し、図３４（ｂ）は、研磨後の状態を示す。埋込部７３７は、ＳＴＩである。膜７３４の上に、膜７３８が形成されている。膜７３４の上に、ゲート電極７４０が形成されている。膜７３４の下にはドレインまたはソースである拡散層７４４が形成されている。拡散層７４４は、ビアやプラグ等の縦配線７４２に接続している。ゲート電極７４０は、図示しない縦配線７４２に接続されている。縦配線７４２は、膜７３８内を貫通している。ビア７４２の上に、金属の横配線７５０が形成されている。金属膜７４８と横配線７５０は、同一の金属である。金属膜７４８は、図３４（ｂ）に示す状態まで研磨される。
【0192】
金属膜７４８は、金属膜であるため、渦電流センサを用いて、渦電流を検知する。絶縁膜７３８は、絶縁膜であるため、光学式検知により、膜厚を測定する。なお、図３２以下に示す実施形態は、図１～図３１までの実施形態の全てに対して適用可能である。
【0193】
次に、図３５により、図１６の変形例としての実施形態を説明する。本形態では、揺動アーム１１０が複数のアームで構成されている。図３５では、例えば、アーム７５２とアーム７５４で構成されている。アーム７５２は、揺動軸モータ１４に取り付けられ、アーム７５４にトップリング３１Ａが取り付けられる。アーム７５２とアーム７５４の接合部において、揺動アームのトルク変動を検出して終点検知を行う。
【0194】
図３５の実施形態の場合、以下の課題を解決することができる。図１６の場合、終点検知において、後述するクリアランス振動等の影響により、終点検知精度が低下するという課題がある。図３５の実施形態の場合、クリアランス振動等の影響が低減できるため、この課題が解決できる。
【0195】
アーム７５２とアーム７５４の接合部７５６に、揺動アームのトルク変動を検出するトルクセンサが配置される。トルクセンサは、ロードセル７０６やヒズミゲージを有する。接合部７５６では、アーム７５２とアーム７５４は、金具７１０によって、互いに固定される。アーム７５２は揺動軸モータ１４により搖動が可能である。前述の揺動モータ電流の変動によるトルク変化を測定するときに、揺動動作を一旦停止して、トルク変化を測定することが好ましい場合がある。これは、揺動動作に伴って揺動モータのモータ電流のノイズが増加することがあるためである。
【0196】
本形態の場合、図３２（ａ）の境７５８のような膜質が変化する部分の摩擦変動による研磨トルクの変動が発生した場合、接合部７５６のトルクセンサによる境７５８の検知が可能となる。研磨トルクの変動の検知は、揺動軸モータ１４の電流変動の検知によっても可能である。電流変動によるトルク変動検出に比べて、接合部７５６のトルクセンサによるトルク変動検出は、以下のメリットを有する。
【0197】
電流変動の検知によるトルク変動検出は、揺動軸モータ１４の回転動作（スウィング）による誤差、例えば、揺動軸モータ１４による揺動アーム１１０のクリアランス振動等の影響がある。クリアランス振動とは、揺動アーム１１０の揺動軸モータ１４への取り付け部に若干のがたつきがあるため、揺動軸モータ１４の回転動作時に、がたつきに起因して生じる振動である。接合部７５６のトルクセンサによるトルク変動検出においては、接合部７５６にはクリアランス振動が無く、研磨部の摩擦変化に対応したトルク変動を検出できる。このため、より高精度な終点検出を行うことが可能となる。クリアランス振動を低減するためには、揺動アーム１１０のスウィングを停止する必要がある。しかし、接合部７５６のトルクセンサによるトルク変動検出においては、揺動アーム１１０のスウィングを停止しなくても、高精度の終点検出が可能となる。
【0198】
本形態は、トップリング３１Ａが複数ある場合や、カルーセル方式にも適用可能である。ＬＳＩの積層膜の薄膜化や機能素子の微細化が進むと、性能安定化と歩留まり維持のために、従来と比較して、より高い精度にて研磨終点を行う必要が生じている。この様な要求に対応できる技術として、本形態は有効である。
【0199】
次に、図３６により、制御部６５による基板処理装置全体の制御について説明する。メインコントローラである制御部６５は、ＣＰＵとメモリと記録媒体と、記録媒体に記録されたソフトウェア等とを有する。制御部６５は、基板処理装置全体の監視・制御を行い、そのための信号の授受、情報記録、演算を行う。制御部６５は主にユニットコントローラ７６０との間で信号の授受を行う。ユニットコントローラ７６０も、ＣＰＵとメモリと記録媒体と、記録媒体に記録されたソフトウェア等とを有する。図３６の場合、制御部６５は、研磨の終了を示す研磨終点を検出する終点検出手段、研磨ユニットによる研磨を制御する制御手段として機能するプログラムを内蔵する。なお、ユニットコントローラ７６０が、このプログラムの一部または全部を内蔵してもよい。プログラムは更新可能である。なお、プログラムは更新可能でなくてもよい。
【0200】
図３６～図３８により説明する実施形態によれば、以下の課題を解決することができる。これまでの典型的な研磨装置の制御方式の課題として、以下の点がある。終点検出について、対象物の研磨を行う前に、複数のテストを行い、得られたデータから研磨条件や終点判定条件を求めて、研磨条件であるレシピ作成を行う。一部信号解析を用いていることもあるが、半導体ウェハ構造に対して、１つのセンサ信号を用いて、終点検出を判断する処理を行う。これでは次のような要求に対して十分な精度が得られなかった。製作するデバイスやチップの歩留まり向上のために、デバイスやチップの製作において更に高精度の終点検出と、ロット間やチップ間のばらつきを小さく抑える必要がある。それを実現するため、図３６以降にある実施例を適用した終点検知を行うシステムを用いることにより、より高精度の終点検出を行うことが可能となり、歩留まり向上やチップ間の研磨量バラツキを低減することが可能となる。
【0201】
特に、高速のデータ処理、多数種類かつ多数のセンサの信号処理、これらの信号を規格化したデータ、データから人工知能(Artificial Intelligence; AI)を利用した学習及び終点検出の判定に用いるデータセットの作成と、作成されたデータセットによる判定例の蓄積による学習と、学習効果による精度向上、学習された判定機能により判断され更新された研磨パラメータ、この研磨パラメータの高速な制御系への反映を実現する高速通信処理系、等が実現できる。これらは、図３５以前に示した全ての実施例に対して適用可能である。
【0202】
ユニットコントローラ７６０は、基板処理装置に搭載されているユニット７６２（１個もしくは複数）の制御を行う。ユニットコントローラ７６０は、各々のユニット７６２ごとに本実施形態では設けられる。ユニット７６２としては、アンロード部６２、研磨部６３、洗浄部６４等がある。ユニットコントローラ７６０は、ユニット７６２の動作制御、監視用センサとの信号授受、制御信号の授受、高速な信号処理等を行う。ユニットコントローラ７６０は、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）や、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit、特定用途向け集積回路）等から構成されている。
【0203】
ユニット７６２は、ユニットコントローラ７６０からの信号により動作を行う。また、ユニット７６２は、センサ信号をセンサから受信し、ユニットコントローラ７６０に送信する。センサ信号は、ユニットコントローラ７６０から、さらに制御部６５に送られることもある。センサ信号が制御部６５又はユニットコントローラ７６０により処理（演算処理含む）され、次の動作のための信号がユニットコントローラ７６０から送られてくる。それに従ってユニット７６２は動作を行う。例えば、ユニットコントローラ７６０は、揺動アーム１１０のトルク変動を揺動軸モータ１４の電流変化により検知する。ユニットコントローラ７６０は検知結果を制御部６５に送る。制御部６５は、終点検知を行う。
【0204】
ソフトウェアとしては、例えば以下のものがある。ソフトウェアは、コントロール機器（制御部６５又はユニットコントローラ７６０）内に記録されているデータにより、研磨パッド１０の種類とスラリ供給量を求める。次に、ソフトウェアは、研磨パッド１０のメンテナンス時期又はメンテナンス時期まで使用できる研磨パッド１０を特定し、スラリ供給量を演算し、これらを出力する。ソフトウェアは、基板処理装置７６４を出荷後に、基板処理装置７６４にインストール可能なソフトウェアであってもよい。
【0205】
制御部６５、ユニットコントローラ７６０、ユニット７６２の間における通信は、有線、無線のいずれも可能である。基板処理装置７６４の外部との間ではインターネットを介した通信や他の通信手段（専用回線による高速通信）が使用可能である。データの通信に関しては、クラウド連携によりクラウドを利用すること、スマートフォン連携により基板処理装置においてスマートフォン経由でのデータの交換等を行うことが可能である。これらにより、基板処理装置の運転状況、基板処理の設定情報を基板処理装置の外部とやり取りを行うことが可能である。通信機器として、センサ間に通信ネットワークを形成して、この通信ネットワークを利用してもよい。
【0206】
上記の制御機能、通信機能を用いて、基板処理装置の自動化運転を行うことも可能である。自動化運転のために、基板処理装置の制御パターンの規格化や、研磨終点の判断における閾値の利用が可能である。
【0207】
基板処理装置の異常／寿命の予測／判断／表示を行うことが可能である。また、性能安定化のための制御を行うことも可能である。
【0208】
基板処理装置の運転時の種々のデータや研磨データ（膜厚や研磨の終点）の特徴量を自動的に抽出して、運転状態や研磨状態を自動学習することや、制御パターンの自動規格化を行い、異常／寿命の予測／判断／表示を行うことが可能である。
【0209】
通信方式、機器インターフェース等において、例えばフォーマット等の規格化を行い、装置・機器相互の情報通信に用いて、装置・機器の管理を行うことが可能である。
【0210】
次に、基板処理装置７６４において、センサで半導体ウェハ１６から情報を取得し、インターネット等の通信手段を経由して、基板処理装置が設置された工場内/工場外に設置されたデータ処理装置（クラウド等）にデータを蓄積し、クラウド等に蓄積されたデータを分析し、分析結果に応じて基板処理装置を制御する実施形態について説明する。図３７は、この実施形態の構成を示す。
【0211】
１．センサで半導体ウェハ１６から取得する情報としては、以下が可能である。
・ 揺動軸モータ１４のトルク変動に関する測定信号又は測定データ
・ ＳＯＰＭ（光学式センサ）の測定信号又は測定データ
・ 渦電流センサの測定信号又は測定データ
・ 上記の１つ又は複数の組合せの測定信号又は測定データ
２．インターネット等の通信手段の機能及び構成としては、以下が可能である。
・ 上記の測定信号又は測定データを含む信号又はデータを、ネットワーク７６６に接続されたデータ処理装置７６８に伝送する。
・ ネットワーク７６６は、インターネット又は高速通信等の通信手段でよい。例えば、基板処理装置、ゲートウェイ、インターネット、クラウド、インターネット、データ処理装置という順序で接続されたネットワーク７６６が可能である。高速通信としては、高速光通信、高速無線通信等がある。また、高速無線通信としては、Wi-Fi (登録商標), Bluetooth(登録商標), Wi-Max(登録商標),3G, LTE等が考えられる。これ以外の高速無線通信も適用可能である。なお、クラウドをデータ処理装置とすることも可能である。
・ データ処理装置７６８が、工場内に設置される場合は、工場内にある１台もしくは複数の基板処理装置からの信号を処理することが可能である。
・ データ処理装置７６８が、工場外に設置される場合は、工場内にある１台もしくは複数の基板処理装置からの信号を、工場外部に伝達し、処理することが可能である。このときは、国内又は外国に設置されたデータ処理装置との接続が可能である。
３．クラウド等に蓄積されたデータをデータ処理装置７６８が分析し、分析結果に応じて基板処理装置７６４を制御することに関しては、以下のようなことが可能である。
・ 測定信号又は測定データが処理された後に、制御信号又は制御データとして基板処理装置７６４に伝達することができる。
・ データを受取った基板処理装置７６４はそのデータに基づいて、研磨処理に関する研磨パラメータを更新して研磨動作を行う、また、データ処理装置７６８からのデータが、終点が検知されたことを示す信号／データの場合、終点が検知されたと判断して、研磨を終了する。研磨パラメータとしては、（１）半導体ウェハ１６の４つの領域、すなわち、中央部、内側中間部、外側中間部、および周縁部に対する押圧力、（２）研磨時間、（３）研磨テーブル３０Ａやトップリング３１Ａの回転数、（４）研磨終点の判定のための閾値等がある。
・ 揺動軸モータ１４のトルク変動に関する測定信号又は測定データ
・ ＳＯＰＭ（光学式センサ）の測定信号又は測定データ
・ 渦電流センサの測定信号又は測定データ
・ 上記の１つ又は複数の組合せの測定信号又は測定データ
２．インターネット等の通信手段の機能及び構成としては、以下が可能である。
・ 上記の測定信号又は測定データを含む信号又はデータを、ネットワーク７６６に接続されたデータ処理装置７６８に伝送する。
・ ネットワーク７６６は、インターネット又は高速通信等の通信手段でよい。例えば、基板処理装置、ゲートウェイ、インターネット、クラウド、インターネット、データ処理装置という順序で接続されたネットワーク７６６が可能である。高速通信としては、高速光通信、高速無線通信等がある。また、高速無線通信としては、Wi-Fi (登録商標), Bluetooth(登録商標), Wi-Max(登録商標),3G, LTE等が考えられる。これ以外の高速無線通信も適用可能である。なお、クラウドをデータ処理装置とすることも可能である。
・ データ処理装置７６８が、工場内に設置される場合は、工場内にある１台もしくは複数の基板処理装置からの信号を処理することが可能である。
・ データ処理装置７６８が、工場外に設置される場合は、工場内にある１台もしくは複数の基板処理装置からの信号を、工場外部に伝達し、処理することが可能である。このときは、国内又は外国に設置されたデータ処理装置との接続が可能である。
３．クラウド等に蓄積されたデータをデータ処理装置７６８が分析し、分析結果に応じて基板処理装置７６４を制御することに関しては、以下のようなことが可能である。
・ 測定信号又は測定データが処理された後に、制御信号又は制御データとして基板処理装置７６４に伝達することができる。
・ データを受取った基板処理装置７６４はそのデータに基づいて、研磨処理に関する研磨パラメータを更新して研磨動作を行う、また、データ処理装置７６８からのデータが、終点が検知されたことを示す信号／データの場合、終点が検知されたと判断して、研磨を終了する。研磨パラメータとしては、（１）半導体ウェハ１６の４つの領域、すなわち、中央部、内側中間部、外側中間部、および周縁部に対する押圧力、（２）研磨時間、（３）研磨テーブル３０Ａやトップリング３１Ａの回転数、（４）研磨終点の判定のための閾値等がある。
【0212】
次に、図３８により別の実施形態を説明する。図３８は、図３７の実施形態の変形例を示す図である。本実施形態は、基板処理装置、中間処理装置、ネットワーク７６６、データ処理装置という順に接続された構成である。中間処理装置は、例えば、ＦＰＧＡやＡＳＩＣで構成され、フィルタリング機能、演算機能、データ加工機能、データセット作成機能等を有する。
【0213】
インターネットと高速光通信をどのように使用するかによって、以下の３ケースに分ける。（１）基板処理装置と中間処理装置との間がインターネットであり、ネットワーク７６６がインターネットである場合、（２）基板処理装置と中間処理装置との間が高速光通信であり、ネットワーク７６６が高速光通信である場合、（３）基板処理装置と中間処理装置との間が高速光通信であり、中間処理装置から外側がインターネットである場合がある。
【0214】
（１）の場合：全体システムにおけるデータ通信速度とデータ処理速度が、インターネット通信速度でよい場合である。データサンプリング速度１～１０００ｍＳ程度であり、複数の研磨条件パラメータのデータ通信を行うことができる。この場合は、中間処理装置７７０は、データ処理装置７６８に送るデータセットの作成を行う。データセットの詳細は後述する。データセットを受領したデータ処理装置７６８はデータ処理を行い、例えば、終点位置までの研磨条件パラメータの変更値の算出と、研磨プロセスの工程計画を作成し、ネットワーク７６６を通じて中間処理装置７７０に返す。中間処理装置７７０は研磨条件パラメータの変更値と、必要な制御信号を基板処理装置７６４に送る。
【0215】
（２）の場合：基板処理装置－中間処理装置間、中間処理装置－データ処理装置間のセンサ信号や状態管理機器間の通信が高速通信である。高速通信では、通信速度１～１０００Ｇｂｐｓで通信が可能である。高速通信では、データ・ データセット・ コマンド・ 制御信号等が通信できる。この場合、中間処理装置７７０にてデータセットの作成を行い、それをデータ処理装置７６８に送信する。中間処理装置７７０は、データ処理装置７６８における処理に必要なデータを抽出して、加工を行い、データセットとして作成する。例えば、終点検出用の複数のセンサ信号を抽出してデータセットとして作成する。
【0216】
中間処理装置７７０は、作成したデータセットを高速通信にてデータ処理装置７６８に送る。データ処理装置７６８は、データセットに基づいて、研磨終点までのパラメータ変更値の算出・ 工程計画作成を行う。データ処理装置７６８は、複数の基板処理装置７６４からのデータセットを受領し、夫々の装置に対する、次のステップのパラメータ更新値の算出と工程計画作成を行い、更新されたデータセットを中間処理装置７７０に送信する。中間処理装置７７０は、更新されたデータセットに基づいて、更新されたデータセットを制御信号に変換して、基板処理装置７６４の制御部６５に高速通信にて送信する。基板処理装置７６４は、更新された制御信号に応じて研磨を実施し、精度のよい終点検出を行う。
【0217】
（３）の場合： 中間処理装置７７０は、基板処理装置７６４の複数のセンサ信号を高速通信により受領する。高速光通信では、通信速度１～１０００Ｇｂｐｓの通信が可能である。この場合、基板処理装置７６４、センサ、制御部６５と、中間処理装置７７０との間は、高速通信によるオンラインの研磨条件の制御を行うことが可能である。データの処理順序は、例えば、センサ信号受領（基板処理装置７６４から中間処理装置７７０）、 データセット作成、 データ処理、パラメータ更新値算出、更新パラメータ信号の送信、制御部６５による研磨制御、更新した終点検知という順序である。
【0218】
この時、中間処理装置７７０は、高速の終点検出制御を高速通信の中間処理装置７７０で行う。中間処理装置７７０からは、ステータス信号をデータ処理装置７６８に定期的に送信し、制御状態のモニタリング処理をデータ処理装置７６８で行う。データ処理装置７６８は、複数の基板処理装置７６４からのステータス信号を受領し、それぞれの基板処理装置７６４に対して、次のプロセス工程の計画作成を行う。計画に基づいたプロセス工程の計画信号をそれぞれの基板処理装置７６４に送り、それぞれの基板処理装置７６４において、互いに独立に、研磨プロセスの準備・研磨プロセスの実施を行う。この様に、高速の終点検出制御を高速通信の中間処理装置７７０で行い、複数の基板処理装置７６４の状態管理をデータ処理装置７６８にて行う。
【0219】
次に、データセットの例について説明する。センサ信号と必要な制御パラメータをデータセットにすることが可能である。データセットは、トップリング３１Ａの半導体ウェハ１６への押圧・ 揺動軸モータ１４の電流・ 研磨テーブル３０Ａのモータ電流・ 光学式センサの測定信号・ 渦電流センサの測定信号・ 研磨パッド１０上でのトップリング３１Ａの位置・ スラリと薬液の流量／種類、それらの相関算出データ等を含むことができる。
【0220】
上記の種類のデータセットは、１次元データをパラレルに送信する送信システムや、１次元データをシーケンシャルに送信する送信システムを用いて、送信することが可能である。データセットとして、上記１次元データを２次元データに加工して、データセットにすることが可能である。例えば、Ｘ軸を時間とし、Ｙ軸が多数のデータ列とすると、同時刻における複数のパラメータデータが、一つのデータセットに加工処理される。２次元データは、２次元の画像データのようなものとして扱える。このメリットは、２次元データの転送とするため、１次元データの転送よりも少ない配線で、時間に関連付けられたデータとして授受でき、かつ、取扱いができることである。具体的には、１次元データをそのまま１信号１ラインにすると、多数の配線が必要となるが、２次元データの転送の場合、１本のラインにより複数の信号を送ることができる。また、複数本のラインを用いると、送信されたデータを受けるデータ処理装置７６８とのインターフェースが複雑となり、データ処理装置７６８におけるデータ再組立てが複雑となる。
【0221】
また、このような時間に関連付けられた２次元データセットがあると、以前に行った標準的な研磨条件による研磨時のデータセットと、現時点で行っている標準的な研磨条件のデータセットの比較が容易となる。また、２次元データ相互の相違点を差分処理等により容易に知ることが可能となる。差があるところを抽出して、異常が起こっているセンサやパラメータ信号を検出することも容易となる。また、以前の標準的な研磨条件と現時点の研磨中のデータセットの比較を行い、周囲との差分が異なる部位のパラメータ信号の抽出による異常検知も容易となる。
【0222】
図３９はセンサの他の概略構成例（形態１２－１５に記載の実施形態例）を示す図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は側断面図である。図示するように、給液孔１０４２の中心と排液孔１０４６の中心とを結ぶ線分の中点が貫通孔１０４１の中心点より研磨テーブル３０Ａの移動方向（矢印Ｄ方向）の前方になるように、給液孔１０４２と排液孔１０４６とを配設（研磨テーブル３０Ａの移動方向に排液孔１０４６、給液孔１０４２の順に配設）すると共に、貫通孔１０４１の下端面外周が給液孔１０４２と排液孔１０４６の上端面を囲むように断面が概略長円状としている。このようにすることにより、給液孔１０４２から貫通孔１０４１内に供給される透明液Ｑの流れは半導体ウェハ１６の被研磨面１６ａに対して垂直に進む流れとなる。また、貫通孔１０４１の断面を概略長円状とすることにより、貫通孔１０４１の面積を最小化して、研磨特性への影響を低減できる。
【0223】
なお、照射光用光ファイバ１０４３と反射光用光ファイバ１０４４をその中心線が給液孔１０４２の中心線と平行になるように該給液孔１０４２内に配置する。なお、照射光用光ファイバ１０４３と反射光用光ファイバ１０４４に換えて、１本の照射・反射光用光ファイバとしてもよい。
【0224】
次に、形態１６～１７の実施形態例を図面に基づいて説明する。図４０は本発明の実施形態例の概略構成を示す図である。図４０において、水噴出用ノズル１００５は、表面に薄膜１００２が形成された半導体ウェハ１６の処理面１００２ａに円柱状の水流を噴出し当接させる。該水噴出用ノズル１００５内には照射用ファイバ１００７と受光用ファイバ１００８の先端部が挿入配置されている。
【0225】
上記構成において、加圧水流１００６を水噴出用ノズル１００５に供給しその先端から細い円柱状の水流１００４を半導体ウェハ１６の処理面１００２ａの所定の位置に当接させ、測定スポット１００３を形成する。この状態で、測定演算部１００９から照射用ファイバ１００７を通して、水流１００４内に光を送り、該光を該水流１００４を通して半導体ウェハ１６の測定スポット１００３内の研磨面に照射する。このときの水流１００４中の光軸と該研磨面は略垂直であることが装置構成上好ましい。但し、場合によっては照射用ファイバからの光の該研磨面からの反射光を受光用ファイバ１００８が受光可能な位置関係ならば水流１００４中に光軸を該研磨面に対して斜めとする構成も可能である。
【0226】
処理面（研磨面）１００２ａで反射された反射光は水流１００４及び受光用ファイバ１００８を通って測定演算部１００９に導かれる。該測定演算部１００９では反射光から薄膜１００２の膜厚を測定する。この時水噴出用ノズル１００５の内面は鏡面加工を施し、効率良く照射／反射光を照射用／受光用ファイバ１００７、１００８に導くように工夫がなされている。
【0227】
また、時として、薄膜１００２と水流１００４が接する部分に水滴が溜まる場合があり、測定スポット１００３が乱れてしまう。そこで、図４１に示すように、水噴出用ノズル１００５から薄膜１００２の測定スポット１００３に延びる螺旋状に巻回した排水用部材１１３８を設け、水滴を除去する工夫をするとよい。また、水流１００４を半導体ウェハに対して斜めとした場合、及び水流１００４を上方向や下方向に供給する機構においても、水滴を除去する手段を適宜組合せても良い。なお、図４１で示すように排水用部材としてはバネのような形状を有する構造で、水の表面張力を利用するもの、或いは図示しないが水噴出用ノズル１００５を囲むように設置された吸引ノズルによるものなどが考えられる。
【0228】
図４２及び４３は半導体ウェハ１６と研磨パッド１０の相対運動により半導体ウェハ１６の研磨面を研磨する研磨装置いおいて、研磨中の膜厚をリアルタイムで検出する場合の構成例を示す図である。図４２は一部断面側面図、図４３は図４２のＹ－Ｙ矢視図である。
【0229】
水噴出用ノズル１００５は、図４０及び図４１と同様のものであり、該水噴出用ノズル１００５には加圧水流パイプ１１３６が接続され、水噴出用ノズル１００５から噴出された水流１００４の水は水受皿１１３５で受けられ、排水パイプ１１３７で排出される。該水受皿１１３５の上端は研磨パッド１０の上面に開口しており、水噴出用ノズル１００５から噴出される水流１００４は半導体ウェハ１６の研磨面に図４０及び図４１と同じように測定スポット１００３を形成する。なお、図では水噴出用ノズル１００５を分り易くするため大きく描いているが、実際には微小なスポットを構築するために水噴出用ノズル１００５の径は小さい（０．４ｍｍ～０．７ｍｍ）。
【0230】
水噴出用ノズル１００５内には図４０及び図４１の場合と同様、照射用ファイバ１００７と受光用ファイバ１００８の先端部が挿入されており、測定演算部１００９から照射用ファイバ１００７を通って水噴出用ノズル１００５内に導かれ、該水噴出用ノズル１００５から噴出される水流１００４を通って該水流１００４が当接する研磨面の測定スポット１００３内に投光される。そして該研磨面で反射された反射光は水流１００４及び受光用ファイバ１００８を通って測定演算部９に導かれる。
【0231】
形態１８は、遮光処理を施した複数の処理ユニットを上下に配置して内部に収納する複数の処理エリアと、搬送機を内部に収納して処理エリアの間に設置される搬送エリアとを有し、処理エリアと搬送エリアとの間を遮光壁で、搬送エリアの前面をメンテナンス用扉でそれぞれ遮光し、処理ユニットを遮光壁に遮光状態で連結したことを特徴とする被研磨物処理装置である。
【0232】
このように、処理ユニットに遮光処理を施し、しかも処理ユニットを内部に配置する処理エリアと搬送エリアとの間を遮光壁で、搬送エリアの前面をメンテナンス用扉でそれぞれ遮光することで、処理ユニットのメンテナンス用扉を開けた状態でも、搬送エリア内への外部からの光の進入を防止し、しかも、上下に配置した処理ユニットの、例えば上段の処理ユニットをメンテナンスしている場合でも、下段の処理ユニットによる遮光状態での被研磨物の処理が可能となる。これによって、一部の処理ユニットのメンテナンス中においても、装置を停止させることなく、当該処理ユニット以外の他の処理ユニットによる被研磨物処理が可能となる。
【0233】
形態１９は、処理ユニットには、開閉自在なシャッタを有する被研磨物挿入口が設けられ、遮光壁には、被研磨物挿入口の周囲を囲繞する遮光膜が設けられ、遮光壁の遮光膜で包囲された領域内に開口部が設けられていることを特徴とする形態１８記載の装置である。
【0234】
これにより、処理ユニットのシャッタを開いた状態で、処理ユニット及び搬送エリア内の遮光状態を維持しつつ被研磨物の受け渡しを行い、処理ユニットのシャッタを閉じることで、例えばメンテナンス時等に、遮光壁の開口部を通って外部からの光が搬送エリア内に進入することを防止することができる。
【0235】
形態２０は、処理エリアは洗浄エリアで、被研磨物の処理は、被研磨物の洗浄であることを特徴とする形態１８または１９記載の被研磨物処理装置である。
【0236】
形態１８～２０によれば、被研磨物の被処理面への光の照射による銅配線等のフォトコロージョンを防止し、しかも装置内の一部の処理ユニットのメンテナンス中においても、被研磨物の処理枚数は一時的に減少するものの、光の照射による銅配線等のフォトコロージョンを防止した被研磨物の処理が可能となる。
【0237】
形態１８～２０は、さらに以下の特徴を有することができる。（１）半導体材料（すなわち、基板）のバンド・ギャップ・エネルギー以上のエネルギーを有する光への半導体材料の曝露をなくすための密閉機構を含む、半導体材料中の金属フィーチャ間の電気分解を減少させる装置。
（２）前記密閉機構が、化学機械研磨装置およびブラシ洗浄装置からなる群から選択される半導体加工ツールの周囲に配置される、上記（１）に記載の装置。
（３）バンド・ギャップ・エネルギーより低いエネルギーを有する光を発生することができる光源をさらに含む、上記（２）に記載の装置。
（４）バンド・ギャップ・エネルギーより低いエネルギーを有する光を検出することができるプロセス監視用ビデオ・カメラをさらに含む、上記（３）に記載の装置。
（５）前記半導体材料がシリコン系であり、前記密閉機構が約１．１μｍ以下の波長を有する光を排除し、前記光源が約１．１μｍを超える波長を有する光を発生し、前記ビデオ・カメラがそれを検出する、上記（４）に記載の装置。好適には、例えば、当該領域の波長を有する光、例えば赤外光を用いて、前記に記載した研磨装置におけるシリコン系被研磨物の研磨処理における終点を検知するようにしてもよい。
（６）前記半導体材料がガリウムヒ素系であり、前記密閉機構が約０．９μｍ以下の波長を有する光を排除し、前記光源が約０．９μｍを超える波長を有する光を発生し、前記ビデオ・カメラがそれを検出する、上記（４）に記載の装置。好適には、例えば、当該領域の波長を有する光、例えば赤外光を用いて、前記に記載した研磨装置におけるガリウムヒ素系被研磨物の研磨処理における終点を検知するようにしてもよい。
（７）少なくとも１つの電気分解抑制剤を半導体材料中の金属フィーチャと結合させることができる半導体加工ツールを含む、半導体材料中の金属フィーチャ間の電気分解を減少させる装置。
（８）前記半導体材料がシリコン系であり、前記密閉機構が約１．１μｍ以下の波長を有する光を排除し、前記光源が約１．１μｍを超える波長を有する光を発生し、前記ビデオ・カメラがそれを検出する、上記（７）に記載の装置。好適には、例えば、当該領域の波長を有する光、例えば赤外光を用いて、前記に記載した研磨装置におけるシリコン系被研磨物の研磨処理における終点を検知するようにしてもよい。
（２）前記密閉機構が、化学機械研磨装置およびブラシ洗浄装置からなる群から選択される半導体加工ツールの周囲に配置される、上記（１）に記載の装置。
（３）バンド・ギャップ・エネルギーより低いエネルギーを有する光を発生することができる光源をさらに含む、上記（２）に記載の装置。
（４）バンド・ギャップ・エネルギーより低いエネルギーを有する光を検出することができるプロセス監視用ビデオ・カメラをさらに含む、上記（３）に記載の装置。
（５）前記半導体材料がシリコン系であり、前記密閉機構が約１．１μｍ以下の波長を有する光を排除し、前記光源が約１．１μｍを超える波長を有する光を発生し、前記ビデオ・カメラがそれを検出する、上記（４）に記載の装置。好適には、例えば、当該領域の波長を有する光、例えば赤外光を用いて、前記に記載した研磨装置におけるシリコン系被研磨物の研磨処理における終点を検知するようにしてもよい。
（６）前記半導体材料がガリウムヒ素系であり、前記密閉機構が約０．９μｍ以下の波長を有する光を排除し、前記光源が約０．９μｍを超える波長を有する光を発生し、前記ビデオ・カメラがそれを検出する、上記（４）に記載の装置。好適には、例えば、当該領域の波長を有する光、例えば赤外光を用いて、前記に記載した研磨装置におけるガリウムヒ素系被研磨物の研磨処理における終点を検知するようにしてもよい。
（７）少なくとも１つの電気分解抑制剤を半導体材料中の金属フィーチャと結合させることができる半導体加工ツールを含む、半導体材料中の金属フィーチャ間の電気分解を減少させる装置。
（８）前記半導体材料がシリコン系であり、前記密閉機構が約１．１μｍ以下の波長を有する光を排除し、前記光源が約１．１μｍを超える波長を有する光を発生し、前記ビデオ・カメラがそれを検出する、上記（７）に記載の装置。好適には、例えば、当該領域の波長を有する光、例えば赤外光を用いて、前記に記載した研磨装置におけるシリコン系被研磨物の研磨処理における終点を検知するようにしてもよい。
【0238】
集積回路を構成する材料などの結晶性固体では、原子軌道は事実上結合（combine）して、「結晶」軌道または電子エネルギー・レベルの連続「帯」となる。最高の占有帯は価電子帯と呼ばれ、最低の空帯は伝導帯と呼ばれる。１つの電子を価電子帯の最高点から伝導帯の最低点へ励起するのに必要なエネルギー量はバンド・ギャップ・エネルギー（Ｅg）と呼ばれる。シリコンでは室温でＥg＝１．１２ｅＶであり、ガリウムヒ素では室温でＥg＝１．４２ｅＶである。シリコンなどの半導体材料は、光照射が電子を伝導帯に励起して半導体の導電性を増大させるのに十分なエネルギーを与える、光導電性を示すことが知られている。光エネルギーは、式Ｅ＝ｈνまたはＥ＝ｈｃ／λによって周波数または波長に関係付けられ、式中、ｈはプランク定数、ｃは光の速度、νは周波数、λは波長である。室温における大部分のシリコン系半導体では、光導電性を達成するのに必要な光エネルギーは約１．１２ｅＶに達しなければならず、すなわち、約１．１μｍ以下の波長を有しなければならない。ガリウムヒ素半導体では光導電性に約０．９μｍ以下の波長が必要である。他の半導体では、Ｅgは一般の参照文献から容易に得られ、波長は上記の式を用いて計算することができる。以下の説明はシリコン系半導体素子に焦点を合わせて行うが、本発明がガリウムヒ素などの他の半導体材料で製作された素子にも同様に適用できることは当業者には理解されるであろう。
【0239】
上記で論じた光導電性は、図４４に示すＰＮ接合３００における光電効果の基礎となる。ｎ型半導体３２０は、シリコン伝導帯に電子を供与して余分な負の電荷担体を生成する、リンやヒ素などのドナー不純物でドープしたシリコンである。したがって、ｎ型半導体３２０中の多数の電荷担体は負に荷電した粒子である。ｐ型半導体３１０は、シリコンの価電子帯から電子を受け取って余分の正孔または正の電荷担体を生成する、ホウ素などのアクセプタ不純物でドープしたシリコンである。したがって、ｐ型半導体３１０中の多数の荷担体は正に荷電した正孔である。ＰＮ接合３００が十分なエネルギーを有する光３５０の光子で照射されると、ｐ型３１０およびｎ型３２０半導体の両方で電子が価電子帯から伝導帯に励起され、正孔が残る。こうしてｎ型の半導体３２０中に生成した追加の正の電荷担体は、多数の電荷担体が正（正孔）である接合３００のｐ型３１０側に移動する。また、こうしてｐ型半導体３１０中に生成した追加の負の電荷担体は、多数の電荷担体が負（電子）である接合３００のｎ型３２０側に移動する。この電荷担体の移動が光電効果を生じ、電池に類似の電流源を生み出す。
【0240】
電流源として働くＰＮ接合を、電解質２３０に露出した相互接続３３０、３４０などの金属導体に接続すると、電気分解に必要な要素が全て揃い、電位が十分であればアノード金属成分の溶解が起こる。光電圧によって生じる図４４の電気化学的溶解は、電気化学的溶解に類似している。アノード３３０における酸化反応は、電解質２３０中に溶解した遊離カチオン２５０、および内部接続を介して電流源（ＰＮ接合３００）に流れカソード３４０上に達する電子を生成する。この酸化反応は、電気分解の最も目に付く標識、すなわちアノード３３０の溶解またはピッチングを引き起こすが、還元反応も起こらなければならない。カソードにおける還元反応は、電子を電解質２３０中の反応物２６０と結合させて、還元された反応生成物を生成する。ＰＮ接合のｐ側およびｎ側のどちらに接続するかに応じて、金属導体のあるものはカソードになり、あるものはアノードになることに注目されたい。
【0241】
電気化学的溶解の解消または低減本発明の好ましい実施形態によれば、グローバル配線、相互接続、接点およびその他の金属フィーチャの電気化学的溶解をなくすまたは削減する方法および装置が提供される。この好ましい実施形態は、光電効果を引き起こすことができる光へのＰＮ接合の曝露をなくすか、または光電効果によって誘発される酸化または還元あるいはその両方を阻止するか、あるいはその両方を行うことによって溶解を低減させる。
【0242】
なお、トップリングと、トップリングの駆動部の保持方式としては、これらを揺動アーム（片持アーム）の端部に保持する既述の方式以外に、複数のトップリングと、各トップリングを駆動する複数の駆動部を１個のカルーセルに保持する方式がある。カルーセルに、本発明の１実施形態を適用した場合にも、複数の研磨装置間で電流センサの計測結果の差が減少した研磨装置を提供するができる。これらのトップリングと駆動部が、組（研磨装置）を構成し、この組は、１個のカルーセルに、複数組、設けることができる。複数の駆動部（トップリング用モータ１１４）のモータ電流の電流値について、既述の実施形態を適用することにより、複数組の研磨装置間で電流センサの計測結果の差が減少した研磨装置を実現することができる。
【0243】
図４５により、カルーセルについて説明する。カルーセルは、回転軸７０４の周りに回転可能であり、トップリング用モータ１１４は、カルーセル７０２に取り付けられる。図４５は、カルーセル７０２によって支持されたマルチヘッド型のトップリング３１Ａおよびトップリング用モータ１１４と、研磨テーブル３０Ａとの関係を示す概略側面図である。図４５に示すように、１つの研磨テーブル３０Ａに、複数のトップリングユニットが設置されている。カルーセルに一つのトップリングが設置され、テーブルは一つ以上あってもよい。カルーセルに複数のトップリングが設置され、複数のテーブルが有ってもよい。この場合、一つのテーブルに一つのトップリングが有ってもよいし、一つのテーブルに複数のトップリングが有ってもよい。カルーセルが回転等の移動を行い、トップリングが次段階に別のテーブルに移動し研磨を行ってもよい。
【0244】
カルーセル７０２は回転可能である。カルーセル７０２の中心部付近に回転機構を設ける。カルーセル７０２は、支柱（図示せず）によって支持されている。カルーセル７０２は支柱に取り付けられたモータ（図示せず）の回転主軸に支持されている。したがって、カルーセル７０２は回転主軸の回転によって垂直な回転軸芯７０４を中心に回転可能である。なお、カルーセル方式に類似した方式として、カルーセルの代わりに、例えば、円形状のレールを用いてもよい。レール上に複数の駆動部（トップリング用モータ１１４）を設置する。このとき、駆動部は、レール上を移動させることができる。
【0245】
本発明の一実施形態として、研磨装置は、研磨パッドと、研磨パッドに対向して配置される被研磨物との間で研磨を行うための研磨装置であって、研磨パッドを保持するための研磨テーブルと、研磨テーブルを回転駆動するための第１の電動モータと、被研磨物を保持するとともに研磨パッドへ押圧するための保持部と、被研磨物の膜厚に依存する量を計測して、第１の出力を生成する膜厚センサ（例えば、図７に示すような、被研磨物に光を当て、被研磨物からの反射光の強度（被研磨物の膜厚に依存する量）を計測して、第１の出力を生成するための光学式センサ）と、反射光の強度と、第１の出力との対応関係を表す第１のデータを用いて、第１の出力から、第１の出力に対応する反射光の強度を求める第１の処理部と、第１の処理部により得られる反射光の強度と、第２の出力との対応関係を表す第２のデータを用いて、第１の処理部により得られる反射光の強度に対応する第２の出力を求める第２の処理部と、を有することとしてもよい。
【0246】
既述の実施形態では、面圧に依存してモータの電流値が変わることに着目しているが、渦電流センサや光学式センサ等の膜厚センサでは、渦電流の大きさや反射光の強度等が、面圧には直接的には依存せず、膜厚に直接的に依存して変わることに着目している。既述の実施形態では、第１の関係式や第２の関係式は、面圧とモータの電流値との間の関係式である。本実施形態では、第１の関係式や第２の関係式は、膜厚と、渦電流の大きさや反射光の強度等との間の関係式である。
【0247】
本実施形態においても、既述の実施形態と同様に、例えば、図１６に示す終点検出部２８を第１の処理部と第２の処理部とすることができる。既述の実施形態では、第１の出力は電流値である。本実施形態においては、第１の出力が光学式センサ等の膜厚センサの出力である点以外は、終点検出部２８の第１の処理部と第２の処理部としての動作は類似している。また、本実施形態においては第１の関係式と第２の関係式は、膜厚と、渦電流の大きさや反射光の強度等の膜厚センサの出力との間の関係式である。第１の関係式と第２の関係式は、既述の実施形態と類似させて、膜厚を変化させながら光学式センサ等の膜厚センサの出力を得ることにより算出することができる。
【0248】
ところで、既述の実施形態では、第２の関係式を得るための種々の方法を説明している。そのうちの１つとして、第２の関係式ｙ＝ｇ（ｘ）は、４個の第１の関係式ｙ＝ｆ１（ｘ）、ｙ＝ｆ２（ｘ）、ｙ＝ｆ３（ｘ）、ｙ＝ｆ４（ｘ）の平均とすることができると説明した。これに類似するものであるが、膜厚センサが光学式センサである場合に、第２の関係式を得る１つの方法を以下に説明する。以下では、第２の関係式ｙ＝ｇ（ｘ）は、３個の第１の関係式ｙ＝ｆ１（ｘ）、ｙ＝ｆ２（ｘ）、ｙ＝ｆ３（ｘ）の平均とする。そして平均を求める方法は、既述のような加算平均ではない。
【0249】
図４６は、３台の異なる研磨ユニットにより得られた光学式センサの出力値８４０，８４２，８４４の例である。出力値８４０，８４２，８４４が、それぞれ３個の第１の関係式ｙ＝ｆ１（ｘ）、ｙ＝ｆ２（ｘ）、ｙ＝ｆ３（ｘ）のあるｘ（膜厚）に対応する光学式センサの出力値である。横軸は、波長（μｍ）、縦軸は光学式センサの出力、例えば、光の強度（ｍｗ）または反射率である。これらの出力値８４０，８４２，８４４は、特定の１つの膜厚での測定値である。出力値８４０，８４２，８４４がこのように研磨ユニットにより異なる理由としては、半導体ウェハ１６と光学式センサとの位置関係、光学式センサの設置方向、研磨テーブル３０Ａとトップリング３１Ａとの平行度、水流の状態、半導体ウェハ１６と光学式センサとの距離等が研磨ユニット間で相違する可能性があるからである。
【0250】
ｘ（膜厚）に対応する３個のｙは、例えば、以下のようにして求まる。図４６に示す出力値８４０，８４２，８４４を、測定した波長域内の所定の波長域における反射光の強度（「干渉スペクトル」とも呼ばれる。）のピーク（山または谷）の数を数えることで膜厚を算出して、特定の１つのｘ（膜厚）に対応する３個のｙが求まる。なお、出力値８４０，８４２，８４４から膜厚を求める方法は、この方法以外にも種々可能である。
【0251】
このような出力値８４０，８４２，８４４を複数の膜厚について測定する。第２の関係式を得るために必要な３個の出力値８４０，８４２，８４４の平均は例えば、以下のようにして求める。
【0252】
図４７に示す出力値８４０について、強度Ｉの山から谷までの波長差Δｐ１、強度Ｉの谷から山までの波長差Δｐ２、以下同様に、Δｐ３、Δｐ４、…とする。また、これに対応させて、基準となる強度Ｉ０からの山までの偏差Δｖ１、谷までの偏差Δｖ２、以下同様に、Δｖ３、Δｖ４、…とする。Δｐ１、Δｐ２、Δｐ３、Δｐ４、…、Δｖ１、Δｖ２、Δｖ３、Δｖ４、…のそれぞれについて３台の異なる研磨ユニットについて、すなわち出力値８４０，８４２，８４４について例えば加算平均を求める。本実施形態では、３台の異なる研磨ユニットについて平均化したが、実際は、多数の（例えば１００台の）異なる研磨ユニットについて平均化することが好ましい。平均化して得られたΔｐ１、Δｐ２、Δｐ３、Δｐ４、…、Δｖ１、Δｖ２、Δｖ３、Δｖ４、…により構成される出力値から第２の関係式を求める。得られた第２の関係式は、既述のように第２の出力を得るために用いられる。
【0253】
渦電流センサ等の膜厚センサから得られた第２の関係式は、同一の研磨条件（同一の研磨レシピ）で研磨が行われる研磨工程で研磨が行われる複数の異なる研磨ユニットに対して、膜厚の算出、膜厚変化の予測、研磨終点の検知等に用いることができる。同一の第２の関係式を複数の異なる研磨ユニットに対して用いるため、同一の膜厚のときには、同一の出力が得られることになり、研磨ユニットの制御が容易になる。なぜならば、研磨ユニットの制御において、従来は同一の膜厚のときに、研磨ユニット毎に膜厚センサは異なる出力値であったため、制御のための数値（研磨が終了したかどうかの判定値、研磨レートの設定値、異常の判定値等）を研磨ユニット毎に調整しなければならなかった。本実施形態によれば、研磨ユニットが数百台ある場合等において、同一の設定値を用いることができるため、研磨ユニットの制御システムを設定するコストが大きく改善できる。
【0254】
なお、得られた第２の関係式からのずれが大きい第１の出力を出力する研磨ユニットがあった場合、当該研磨ユニットに異常がある可能性があるため、警告信号を当該研磨ユニットはユーザに送信することとしてもよい。
【0255】
また、第２の関係式は、酸化膜、金属膜等の膜の種類ごとに求めて、データベースとして蓄積することができる。なお、第２の関係式は、膜厚と第１の出力に関する蓄積されたデータに基づいて、ＡＩ（人工知能）に学習を行わせて、算出させることもできる。
【0256】
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被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研磨テーブルと、
前記研磨テーブルを回転駆動するための第１の電動モータと、
前記被研磨物を保持するとともに前記研磨パッドへ押圧するための保持部と、
前記保持部を回転駆動するための第２の電動モータと、
前記保持部を保持するための揺動アームと、
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を揺動するための第３の電動モータと、
前記第１、第２、及び第３の電動モータのうちの１つの電動モータの電流値、前記１つの電動モータのトルク指令値、前記１つの電動モータの位置指令、およびまたは前記１つの電動モータの速度指令を検出して、第１の出力を生成可能な検出部と、
前記保持部により前記被研磨物に加わる面圧と、前記第１の出力との対応関係を表す第１のデータを用いて、前記第１の出力から、前記第１の出力に対応する面圧を求めることが可能な第１の処理部と、
前記第１の処理部により得られる前記面圧と、第２の出力との対応関係を表す第２のデータを用いて、前記第１の処理部により得られる前記面圧に対応する第２の出力を求めることが可能な第２の処理部と、を有することを特徴とする研磨装置。
形態２
前記第１のデータは、前記保持部により前記被研磨物に加わる面圧と、前記第１の出力との対応関係を表す第１の関係式であり、およびまたは、前記第２のデータは、前記保持部により前記被研磨物に加わる面圧と、前記第２の出力との対応関係を表す第２の関係式である、ことを特徴とする形態１記載の研磨装置。
形態３
前記第１の関係式は、前記第１の出力を、前記面圧に関するＮ次の多項式で表す式であり、前記第２の関係式は、前記第２の出力を、前記面圧に関するＮ次の多項式で表す式であり、前記Ｎは２以上の整数である、ことを特徴とする形態２記載の研磨装置。
形態４
前記１つの電動モータは、３相の巻線を備え、
前記検出部は、前記１つの電動モータの３相の電流値を検出して、前記第１の出力を生成可能である、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
前記検出部は、前記１つの電動モータの３相の電流値の絶対値の和を前記第１の出力として生成可能である、ことを特徴とする形態３記載の研磨装置。
形態６
前記検出部は、前記１つの電動モータの３相の電流値の絶対値の２乗の和を前記第１の出力として生成可能である、ことを特徴とする形態３記載の研磨装置。
形態７
前記第２の出力に基づいて、研磨の終了を示す研磨終点を検出可能な終点検出部を有することを特徴とする形態１ないし６のいずれか１項に記載の研磨装置。
形態８
形態１ないし７のいずれか１項に記載の研磨装置を複数有し、前記第２のデータは、前記複数の研磨装置に対して共通なデータである、ことを特徴とする研磨システム。
形態９
形態１ないし７のいずれか１項に記載の研磨装置を複数有し、前記第２のデータは、前記複数の研磨装置に対して共通なデータとされ、該複数の研磨装置で研磨された複数の被研磨物を洗浄可能な洗浄装置と、前記複数の研磨装置と前記洗浄装置とを内部に収容するための筐体と、を有する、ことを特徴とする基板処理装置。
形態１０
研磨パッドと、前記研磨パッドに対向して配置される被研磨物との間で研磨を行うための研磨方法であって、
研磨テーブルにより前記研磨パッドを保持するステップと、
前記研磨テーブルを第１の電動モータにより回転駆動するステップと、
前記被研磨物を保持するとともに前記研磨パッドへ押圧するための保持部を第２の電動モータにより回転駆動するステップと、
揺動アームにより前記保持部を保持するステップと、
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を第３の電動モータにより揺動するステップと、
前記第１、第２、及び第３の電動モータのうちの１つの電動モータの電流値、前記１つの電動モータのトルク指令値、前記１つの電動モータの位置指令、およびまたは前記１つの電動モータの速度指令を検出して、第１の出力を生成するステップと、
前記保持部により前記被研磨物に加わる面圧と、前記第１の出力との対応関係を表す第１のデータを用いて、前記第１の出力から、前記第１の出力に対応する面圧を求める第１の処理ステップと、
前記第１の処理ステップにより得られる前記面圧と、第２の出力との対応関係を表す第２のデータを用いて、前記第１の処理ステップにより得られる前記面圧に対応する第２の出力を求める第２の処理ステップと、を有することを特徴とする研磨方法。
形態１１
前記保持部により前記被研磨物に加わる面圧を変化させて、前記１つの電動モータの電
流値、前記１つの電動モータのトルク指令値、前記１つの電動モータの位置指令、およびまたは前記１つの電動モータの速度指令を検出して、前記保持部により前記被研磨物に加わる面圧と、前記第１の出力との対応関係を表す前記第１のデータを生成するステップを有することを特徴とする形態１０記載の研磨方法。
形態１２
研磨パッドを保持する研磨テーブルを回転駆動するための第１の電動モータと、
被研磨物を保持するとともに前記研磨パッドへ押圧する保持部を回転駆動するための第２の電動モータと、前記保持部を保持する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第３の電動モータと、前記第１、第２、及び第３の電動モータのうちの１つの電動モータの電流値、前記１つの電動モータのトルク指令値、前記１つの電動モータの位置指令、およびまたは前記１つの電動モータの速度指令を検出して、第１の出力を生成する検出部とを有して前記被研磨物を研磨する研磨装置を制御するためのコンピュータを、
前記保持部により前記被研磨物に加わる面圧と、前記第１の出力との対応関係を表す第１のデータを用いて、前記第１の出力から、前記第１の出力に対応する面圧を求める第１の処理手段、
前記第１の処理部により得られる前記面圧と、第２の出力との対応関係を表す第２のデータを用いて、前記第１の処理手段により得られる前記面圧に対応する第２の出力を求める第２の処理手段、
前記研磨装置による研磨を制御する制御手段、として機能させるためのプログラム。
形態１３
研磨パッドと、前記研磨パッドに対向して配置される被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研磨テーブルと、
前記研磨テーブルを回転駆動するための第１の電動モータと、
前記被研磨物を保持するとともに前記研磨パッドへ押圧するための保持部と、
前記被研磨物の膜厚に依存する量を計測して、第１の出力を生成するための膜厚センサと、
前記膜厚に依存する前記量と、前記第１の出力との対応関係を表す第１のデータを用いて、前記第１の出力から、前記第１の出力に対応する前記量を求めることが可能な第１の処理部と、
前記第１の処理部により得られる前記量と、第２の出力との対応関係を表す第２のデータを用いて、前記第１の処理部により得られる前記量に対応する第２の出力を求めることが可能な第２の処理部と、を有することを特徴とする研磨装置。
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被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研磨テーブルと、
前記研磨テーブルを回転駆動するための第１の電動モータと、
前記被研磨物を保持するとともに前記研磨パッドへ押圧するための保持部と、
前記保持部を回転駆動するための第２の電動モータと、
前記保持部を保持するための揺動アームと、
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を揺動するための第３の電動モータと、
前記第１、第２、及び第３の電動モータのうちの１つの電動モータの電流値、前記１つの電動モータのトルク指令値、前記１つの電動モータの位置指令、およびまたは前記１つの電動モータの速度指令を検出して、第１の出力を生成可能な検出部と、
前記保持部により前記被研磨物に加わる面圧と、前記第１の出力との対応関係を表す第１のデータを用いて、前記第１の出力から、前記第１の出力に対応する面圧を求めることが可能な第１の処理部と、
前記第１の処理部により得られる前記面圧と、第２の出力との対応関係を表す第２のデータを用いて、前記第１の処理部により得られる前記面圧に対応する第２の出力を求めることが可能な第２の処理部と、を有することを特徴とする研磨装置。
形態２
前記第１のデータは、前記保持部により前記被研磨物に加わる面圧と、前記第１の出力との対応関係を表す第１の関係式であり、およびまたは、前記第２のデータは、前記保持部により前記被研磨物に加わる面圧と、前記第２の出力との対応関係を表す第２の関係式である、ことを特徴とする形態１記載の研磨装置。
形態３
前記第１の関係式は、前記第１の出力を、前記面圧に関するＮ次の多項式で表す式であり、前記第２の関係式は、前記第２の出力を、前記面圧に関するＮ次の多項式で表す式であり、前記Ｎは２以上の整数である、ことを特徴とする形態２記載の研磨装置。
形態４
前記１つの電動モータは、３相の巻線を備え、
前記検出部は、前記１つの電動モータの３相の電流値を検出して、前記第１の出力を生成可能である、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
前記検出部は、前記１つの電動モータの３相の電流値の絶対値の和を前記第１の出力として生成可能である、ことを特徴とする形態３記載の研磨装置。
形態６
前記検出部は、前記１つの電動モータの３相の電流値の絶対値の２乗の和を前記第１の出力として生成可能である、ことを特徴とする形態３記載の研磨装置。
形態７
前記第２の出力に基づいて、研磨の終了を示す研磨終点を検出可能な終点検出部を有することを特徴とする形態１ないし６のいずれか１項に記載の研磨装置。
形態８
形態１ないし７のいずれか１項に記載の研磨装置を複数有し、前記第２のデータは、前記複数の研磨装置に対して共通なデータである、ことを特徴とする研磨システム。
形態９
形態１ないし７のいずれか１項に記載の研磨装置を複数有し、前記第２のデータは、前記複数の研磨装置に対して共通なデータとされ、該複数の研磨装置で研磨された複数の被研磨物を洗浄可能な洗浄装置と、前記複数の研磨装置と前記洗浄装置とを内部に収容するための筐体と、を有する、ことを特徴とする基板処理装置。
形態１０
研磨パッドと、前記研磨パッドに対向して配置される被研磨物との間で研磨を行うための研磨方法であって、
研磨テーブルにより前記研磨パッドを保持するステップと、
前記研磨テーブルを第１の電動モータにより回転駆動するステップと、
前記被研磨物を保持するとともに前記研磨パッドへ押圧するための保持部を第２の電動モータにより回転駆動するステップと、
揺動アームにより前記保持部を保持するステップと、
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を第３の電動モータにより揺動するステップと、
前記第１、第２、及び第３の電動モータのうちの１つの電動モータの電流値、前記１つの電動モータのトルク指令値、前記１つの電動モータの位置指令、およびまたは前記１つの電動モータの速度指令を検出して、第１の出力を生成するステップと、
前記保持部により前記被研磨物に加わる面圧と、前記第１の出力との対応関係を表す第１のデータを用いて、前記第１の出力から、前記第１の出力に対応する面圧を求める第１の処理ステップと、
前記第１の処理ステップにより得られる前記面圧と、第２の出力との対応関係を表す第２のデータを用いて、前記第１の処理ステップにより得られる前記面圧に対応する第２の出力を求める第２の処理ステップと、を有することを特徴とする研磨方法。
形態１１
前記保持部により前記被研磨物に加わる面圧を変化させて、前記１つの電動モータの電
流値、前記１つの電動モータのトルク指令値、前記１つの電動モータの位置指令、およびまたは前記１つの電動モータの速度指令を検出して、前記保持部により前記被研磨物に加わる面圧と、前記第１の出力との対応関係を表す前記第１のデータを生成するステップを有することを特徴とする形態１０記載の研磨方法。
形態１２
研磨パッドを保持する研磨テーブルを回転駆動するための第１の電動モータと、
被研磨物を保持するとともに前記研磨パッドへ押圧する保持部を回転駆動するための第２の電動モータと、前記保持部を保持する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第３の電動モータと、前記第１、第２、及び第３の電動モータのうちの１つの電動モータの電流値、前記１つの電動モータのトルク指令値、前記１つの電動モータの位置指令、およびまたは前記１つの電動モータの速度指令を検出して、第１の出力を生成する検出部とを有して前記被研磨物を研磨する研磨装置を制御するためのコンピュータを、
前記保持部により前記被研磨物に加わる面圧と、前記第１の出力との対応関係を表す第１のデータを用いて、前記第１の出力から、前記第１の出力に対応する面圧を求める第１の処理手段、
前記第１の処理部により得られる前記面圧と、第２の出力との対応関係を表す第２のデータを用いて、前記第１の処理手段により得られる前記面圧に対応する第２の出力を求める第２の処理手段、
前記研磨装置による研磨を制御する制御手段、として機能させるためのプログラム。
形態１３
研磨パッドと、前記研磨パッドに対向して配置される被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研磨テーブルと、
前記研磨テーブルを回転駆動するための第１の電動モータと、
前記被研磨物を保持するとともに前記研磨パッドへ押圧するための保持部と、
前記被研磨物の膜厚に依存する量を計測して、第１の出力を生成するための膜厚センサと、
前記膜厚に依存する前記量と、前記第１の出力との対応関係を表す第１のデータを用いて、前記第１の出力から、前記第１の出力に対応する前記量を求めることが可能な第１の処理部と、
前記第１の処理部により得られる前記量と、第２の出力との対応関係を表す第２のデータを用いて、前記第１の処理部により得られる前記量に対応する第２の出力を求めることが可能な第２の処理部と、を有することを特徴とする研磨装置。
【符号の説明】
【0257】
１０…研磨パッド
１４…揺動軸モータ
１６…半導体ウェハ
１８…ドライバ
２６…アームトルク検知部
２８…終点検出部
５０…渦電流センサ
１１０…揺動アーム
７６０…ユニットコントローラ
８１０…電流検出部
１４…揺動軸モータ
１６…半導体ウェハ
１８…ドライバ
２６…アームトルク検知部
２８…終点検出部
５０…渦電流センサ
１１０…揺動アーム
７６０…ユニットコントローラ
８１０…電流検出部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【図43】
【図44】
【図45】
【図46】
【図47】