特許 7406980 研磨ユニット、基板処理装置、および研磨方法

(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】2023-12-20

(45)【発行日】2023-12-28

(54)【発明の名称】研磨ユニット、基板処理装置、および研磨方法

(51)【国際特許分類】

   B24B 49/12 20060101AFI20231221BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20231221BHJP

   B24B 37/10 20120101ALI20231221BHJP

   B24B 37/30 20120101ALI20231221BHJP

   B24B 55/00 20060101ALI20231221BHJP

【ＦＩ】

B24B49/12

H01L21/304 621D

B24B37/10

B24B37/30 E

B24B55/00

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2019233037

(22)【出願日】2019-12-24

(65)【公開番号】P2021100776

(43)【公開日】2021-07-08

【審査請求日】2022-05-13

(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】100186613

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邊 誠

(72)【発明者】

【氏名】谷澤 昭尋

(72)【発明者】

【氏名】小林 賢一

(72)【発明者】

【氏名】眞継 阿沙葵

【審査官】山村 和人

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－０１０５２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－３４５７９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０８７７１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１２８５８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２５１５５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２４Ｂ ４９／１２

Ｂ２４Ｂ ３７／００ － ３７／３４

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｂ２４Ｂ ５５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を研磨するための研磨パッドが貼り付けられる、回転可能な研磨テーブルと、
基板を保持して研磨パッドに押圧するためのトップリングと、
研磨パッド上の検出領域に光を発射するための光発射部材と、
前記検出領域から反射した光の色と予め登録された基準色との差に基づいて前記トップリングから基板が飛び出したことを検出するためのスリップアウト検出器と、
前記検出領域に流れ込む研磨液を排除するための排除機構と、
を含み、
前記排除機構は、前記スリップアウト検出器より前記研磨テーブルの回転方向の上流側に配置され、
前記スリップアウト検出器は、カウントした累積研磨処理数が予め設定された研磨処理数を超えた場合に、前記基準色をリセットするとともに、現在の研磨パッドの色を前記基準色として再登録し、再登録された前記基準色と、研磨処理中の前記研磨パッド上の検出領域から反射した光の色との差に基づいて、前記トップリングから基板が飛び出したことを検出する、
研磨ユニット。

【請求項2】

前記スリップアウト検出器は、前記検出領域から反射した光の色と予め登録された基準色との差とともに、前記検出領域から反射した光の光量の変化に基づいて、前記トップリングから基板が飛び出したことを検出する、
請求項１に記載の研磨ユニット。

【請求項3】

前記排除機構は、前記検出領域に対して流体を吹き付けることによって前記検出領域に流れ込む研磨液を排除するパージ機構を含む、
請求項１または２に記載の研磨ユニット。

【請求項4】

前記排除機構は、前記検出領域に流れ込む研磨液を吸引することによって前記検出領域
に流れ込む研磨液を排除する吸引機構を含む、
請求項１または２に記載の研磨ユニット。

【請求項5】

前記光発射部材、前記スリップアウト検出器および前記排除機構は、前記研磨パッド上の複数の検出領域のそれぞれに対して設けられる、
請求項１から４のいずれか一項に記載の研磨ユニット。

【請求項6】

前記光発射部材、前記スリップアウト検出器および前記排除機構は、前記トップリングに取り付けられる、
請求項１から４のいずれか一項に記載の研磨ユニット。

【請求項7】

基板を研磨するための請求項１から６のいずれか１項に記載の研磨ユニットと、
基板を搬送するための搬送ユニットと、
基板を乾燥させるための乾燥ユニットと、を含む、
基板処理装置。

【請求項8】

上面に研磨パッドが貼り付けられた研磨テーブルを回転させるステップと、
トップリングに保持された基板を研磨するための研磨パッド上に研磨液を流して基板を研磨する研磨ステップと、
前記研磨パッド上の検出領域に光を発射するとともに前記検出領域から反射した光の色と予め登録された基準色との差に基づいて前記トップリングから基板が飛び出したことを検出する検出ステップと、
前記検出領域より前記研磨テーブルの回転方向の上流側から、前記検出領域に流れ込む研磨液を排除する排除ステップと、
を含み、
前記検出ステップは、
累積研磨処理数をカウントするステップと、
カウントされた累積研磨処理数が予め設定した研磨処理数を超えた場合に、前記基準色をリセットするとともに、現在の研磨パッドの色を前記基準色として再登録するステップと、を含み、
研磨処理中の前記研磨パッドの前記検出領域から反射した光の色と再登録された前記基準色との差に基づいて、前記トップリングから基板が飛び出したことを検出する、
研磨方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、研磨ユニット、基板処理装置、および研磨方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスの製造に、基板の表面を平坦化するために化学機械研磨（ＣＭＰ）装置が使用されている。半導体デバイスの製造に使用される基板は、多くの場合、円板形状である。また、半導体デバイスに限らず、ＣＣＬ基板（Copper Clad Laminate基板）やＰＣＢ（Printed Circuit Board）基板、フォトマスク基板、ディスプレイパネルなどの四角形の基板の表面を平坦化する際の平坦度の要求も高まっている。また、ＰＣＢ基板などの電子デバイスが配置されたパッケージ基板の表面を平坦化することへの要求も高まっている。

【0003】

化学機械研磨装置は、基板を保持するトップリングと、研磨パッドが貼り付けられた研磨テーブルと、を含み、トップリングおよび研磨テーブルを回転させながら基板を研磨パッドに押圧することによって基板を研磨するように構成される。ここで、基板を研磨している際にトップリングから基板が外れてトップリングの外側に飛び出すことがある。これに対して、例えば特許文献１には、光電センサを用いて基板の飛び出しを検出することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許３７６１６７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に開示されている技術は、研磨パッド上に設定された検出領域に向けて光を発射し、検出領域から反射した光の光量の変化に基づいて基板の飛び出しを検出するものである。すなわち、研磨パッドと基板は光の反射率が異なるので、基板がトップリングから外れて検出領域に現れると、検出領域からの反射光の光量が変化するので、この変化を検出したら基板がトップリングから外れたと判定する。また、特許文献１には、色差センサを用いて基板の飛び出し検出を行うことも開示されている。

【0006】

しかしながら、特許文献１に記載されている技術には、基板の飛び出し検出の精度を向上させる余地が残されている。すなわち、研磨装置の処理対象となる基板は厚みや母材（材質）が多種多様であり、反射光量のばらつきが大きいので、光量差を用いた検出方法では光電センサが誤検出するおそれがある。また、研磨装置はスラリー（研磨液）を用いて基板の研磨を行なうが、研磨時に基板の削りカスが発生してスラリーに混入したり、スラリーが化学反応等で変色したりする場合がある。すると、色差センサを用いる場合であっても、削りカスが混入したスラリーや変色したスラリーが検出領域に流れ込むことによって、センサが誤検出するおそれがある。

【0007】

そこで、本願は、トップリングからの基板の飛び出し検出の精度を向上させることを１つの目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

一実施形態によれば、基板を研磨するための研磨パッドが貼り付けられる研磨テーブルと、基板を保持して研磨パッドに押圧するためのトップリングと、研磨パッド上の検出領
域に光を発射するとともに前記検出領域から反射した光に基づいて前記トップリングから基板が飛び出したことを検出するためのスリップアウト検出器と、前記検出領域に流れ込む研磨液を排除するための排除機構と、を含む、研磨ユニットが開示される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】一実施形態による基板処理装置の全体構成を示す平面図である。

【図2】一実施形態による研磨ユニットの構成を概略的に示す斜視図である。

【図3】スリップアウト検出器および排除機構を含む研磨ユニットの構成を概略的に示す平面図である。

【図4】スリップアウト検出器および排除機構を含む研磨ユニットの構成を概略的に示す側面図である。

【図5】スリップアウト検出器および排除機構を含む研磨ユニットの構成を概略的に示す側面図であり、基板がスリップアウトした状態を示している。

【図6】色差に基づくスリップアウト検出の実験結果を示す図である。

【図7】色差および光量に基づくスリップアウト検出の実験結果を示す図である。

【図8】スリップアウト検出器および排除機構を含む研磨ユニットの構成を概略的に示す側面図であり、排除機構を用いて研磨液を排除している状態を示している。

【図9】研磨パッド上の検出領域と排除領域との関係を概略的に示す平面図である。

【図10】スリップアウト検出器および排除機構を含む研磨ユニットの構成を概略的に示す側面図であり、排除機構を用いて研磨液を排除している状態を示している。

【図11】基板のスリップアウト検出のフローチャートである。

【図12】スリップアウト検出器および排除機構を含む研磨ユニットの変形例の構成を概略的に示す平面図である。

【図13】スリップアウト検出器および排除機構を含む研磨ユニットの変形例の構成を概略的に示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、本発明に係る基板処理装置の実施形態を添付図面とともに説明する。添付図面において、同一または類似の要素には同一または類似の参照符号が付され、各実施形態の説明において同一または類似の要素に関する重複する説明は省略することがある。また、各実施形態で示される特徴は、互いに矛盾しない限り他の実施形態にも適用可能である。

【0011】

図１は、一実施形態による基板処理装置１０００の全体構成を示す平面図である。図１に示される基板処理装置１０００は、ロードユニット１００、搬送ユニット２００、研磨ユニット３００、乾燥ユニット５００、およびアンロードユニット６００を有する。図示の実施形態において、搬送ユニット２００は、２つの搬送ユニット２００Ａ、２００Ｂを有し、研磨ユニット３００は、２つの研磨ユニット３００Ａ、３００Ｂを有する。一実施形態において、これらの各ユニットは、独立に形成することができる。これらのユニットを独立して形成することで、各ユニットの数を任意に組み合わせることで異なる構成の基板処理装置１０００を簡易に形成することができる。また、基板処理装置１０００は、制御装置９００を備え、基板処理装置１０００の各構成要素は制御装置９００により制御される。一実施形態において、制御装置９００は、入出力装置、演算装置、記憶装置などを備える一般的なコンピュータから構成することができる。

【0012】

＜ロードユニット＞
ロードユニット１００は、研磨および洗浄などの処理が行われる前の基板ＷＦを基板処理装置１０００内へ導入するためのユニットである。一実施形態において、ロードユニット１００は、ＳＭＥＭＡ（Surface Mount Equipment Manufacturers Association）の機械装置インタフェース規格（IPC-SMEMA-9851）に準拠するように構成される。

【0013】

図示の実施形態において、ロードユニット１００の搬送機構は、複数の搬送ローラ２０２と、搬送ローラ２０２が取り付けられる複数のローラシャフト２０４とを有する。図１に示される実施形態においては、各ローラシャフト２０４には３つの搬送ローラ２０２が取り付けられている。基板ＷＦは、搬送ローラ２０２上に配置され、搬送ローラ２０２が回転することで基板ＷＦが搬送される。ローラシャフト２０４上の搬送ローラ２０２の取り付け位置は、基板ＷＦを安定的に搬送することができる位置であれば任意とすることができる。ただし、搬送ローラ２０２は基板ＷＦに接触するので、処理対象である基板ＷＦに接触しても問題の無い領域に搬送ローラ２０２が接触するように配置すべきである。一実施形態において、ロードユニット１００の搬送ローラ２０２は、導電性ポリマーから構成することができる。一実施形態において、搬送ローラ２０２は、ローラシャフト２０４などを介して電気的に接地される。これは、基板ＷＦが帯電して基板ＷＦ上の電子デバイス等を損傷することを防止するためである。また、一実施形態において、ロードユニット１００に、基板ＷＦの帯電を防止するためにイオナイザー（図示せず）を設けてもよい。

【0014】

＜搬送ユニット＞
図１に示される基板処理装置１０００は、２つの搬送ユニット２００Ａ、２００Ｂを備えている。２つの搬送ユニット２００Ａ、２００Ｂは同一の構成とすることができるので、以下において、一括して搬送ユニット２００として説明する。

【0015】

図示の搬送ユニット２００は、基板ＷＦを搬送するための複数の搬送ローラ２０２を備えている。搬送ローラ２０２を回転させることで、搬送ローラ２０２上の基板ＷＦを所定の方向に搬送することができる。搬送ユニット２００の搬送ローラ２０２は、導電性ポリマーから形成されても、導電性のないポリマーから形成されてもよい。搬送ローラ２０２は、図示していないモータにより駆動される。基板ＷＦは、搬送ローラ２０２によって基板受け渡し位置まで搬送される。

【0016】

一実施形態において、搬送ユニット２００は、洗浄ノズル２８４を有する。洗浄ノズル２８４は、図示しない洗浄液の供給源に接続される。洗浄ノズル２８４は、搬送ローラ２０２によって搬送される基板ＷＦに洗浄液を供給するように構成される。

【0017】

＜乾燥ユニット＞
乾燥ユニット５００は、基板ＷＦを乾燥させるための装置である。図１に示される基板処理装置１０００においては、乾燥ユニット５００は、研磨ユニット３００で研磨された後に、搬送ユニット２００の洗浄部で洗浄された基板ＷＦを乾燥させる。図１に示されるように、乾燥ユニット５００は、搬送ユニット２００の下流に配置される。

【0018】

乾燥ユニット５００は、搬送ローラ２０２上を搬送される基板ＷＦに向けて気体を噴射するためのノズル５３０を有する。気体は、たとえば圧縮された空気または窒素とすることができる。搬送される基板ＷＦ上の水滴を乾燥ユニット５００によって吹き飛ばすことで、基板ＷＦを乾燥させることができる。

【0019】

＜アンロードユニット＞
アンロードユニット６００は、研磨および洗浄などの処理が行われた後の基板ＷＦを基板処理装置１０００の外へ搬出するためのユニットである。図１に示される基板処理装置１０００においては、アンロードユニット６００は、乾燥ユニット５００で乾燥された後の基板を受け入れる。図１に示されるように、アンロードユニット６００は、乾燥ユニット５００の下流に配置される。一実施形態において、アンロードユニット６００は、ＳＭＥＭＡ（Surface Mount Equipment Manufacturers Association）の機械装置インタフェース規格（IPC-SMEMA-9851）に準拠するように構成される。

【0020】

＜研磨ユニット＞
図２は、一実施形態による研磨ユニット３００の構成を概略的に示す斜視図である。図１に示される基板処理装置１０００は、２つの研磨ユニット３００Ａ、３００Ｂを備えている。２つの研磨ユニット３００Ａ、３００Ｂは同一の構成とすることができるので、以下において、一括して研磨ユニット３００として説明する。

【0021】

図２に示すように、研磨ユニット３００は、研磨テーブル３５０と、研磨対象物である基板を保持して研磨テーブル３５０上の研磨面に押圧する研磨ヘッドを構成するトップリング３０２とを備えている。研磨テーブル３５０は、テーブルシャフト３５１を介してその下方に配置される研磨テーブル回転モータ（図示せず）に連結されており、テーブルシャフト３５１周りに回転可能になっている。研磨テーブル３５０の上面には研磨パッド３５２が貼付されており、研磨パッド３５２の表面３５２ａが基板を研磨する研磨面を構成している。一実施形態において、研磨パッド３５２は、研磨テーブル３５０からの剥離を容易にするための層を介して貼り付けられてもよい。そのような層は、たとえばシリコーン層やフッ素系樹脂層などがあり、例えば特開２０１４－１７６９５０号公報などに記載されているものを使用してもよい。

【0022】

研磨テーブル３５０の上方には研磨液供給ノズル３５４が設置されており、この研磨液供給ノズル３５４によって研磨テーブル３５０上の研磨パッド３５２上に研磨液が供給されるようになっている。また、図２に示されるように、研磨テーブル３５０およびテーブルシャフト３５１には、研磨液を供給するための通路３５３が設けられている。通路３５３は、研磨テーブル３５０の表面の開口部３５５に連通している。研磨テーブル３５０の開口部３５５に対応する位置において研磨パッド３５２は貫通孔３５７が形成されており、通路３５３を通る研磨液は、研磨テーブル３５０の開口部３５５および研磨パッド３５２の貫通孔３５７から研磨パッド３５２の表面に供給される。なお、研磨テーブル３５０の開口部３５５および研磨パッド３５２の貫通孔３５７は、１つであっても複数でもよい。また、研磨テーブル３５０の開口部３５５および研磨パッド３５２の貫通孔３５７の位置は任意であるが、一実施形態においては研磨テーブル３５０の中心付近に配置される。

【0023】

図２には示されていないが、一実施形態において、研磨ユニット３００は、液体、または、液体と気体との混合流体、を研磨パッド３５２に向けて噴射するためのアトマイザ３５８を備える（図１参照）。アトマイザ３５８から噴射される液体は、例えば、純水であり、気体は、例えば、窒素ガスである。

【0024】

トップリング３０２は、トップリングシャフト１８に接続されており、このトップリングシャフト１８は、上下動機構３１９により揺動アーム３６０に対して上下動するようになっている。このトップリングシャフト１８の上下動により、揺動アーム３６０に対してトップリング３０２の全体を上下動させ位置決めするようになっている。トップリングシャフト１８は、図示しないトップリング回転モータの駆動により回転するようになっている。トップリングシャフト１８の回転により、トップリング３０２がトップリングシャフト１８を中心にして回転するようになっている。なお、トップリングシャフト１８の上端にはロータリージョイント３２３が取り付けられている。

【0025】

なお、市場で入手できる研磨パッドとしては種々のものがあり、例えば、ニッタ・ハース株式会社製のＳＵＢＡ８００（「ＳＵＢＡ」は登録商標）、ＩＣ－１０００、ＩＣ－１０００／ＳＵＢＡ４００（二層クロス）、フジミインコーポレイテッド社製のＳｕｒｆｉｎ ｘｘｘ－５、Ｓｕｒｆｉｎ ０００等（「ｓｕｒｆｉｎ」は登録商標）がある。ＳＵＢＡ８００、Ｓｕｒｆｉｎ ｘｘｘ－５、Ｓｕｒｆｉｎ ０００は繊維をウレタン樹脂で固めた不織布であり、ＩＣ－１０００は硬質の発泡ポリウレタン（単層）である。発泡ポリウレタンは、ポーラス（多孔質状）になっており、その表面に多数の微細なへこみまた
は孔を有している。

【0026】

トップリング３０２は、その下面に四角形の基板を保持できるようになっている。揺動アーム３６０は支軸３６２を中心として旋回可能に構成されている。トップリング３０２は、揺動アーム３６０の旋回により、上述の搬送ユニット２００の基板受け渡し位置と研磨テーブル３５０の上方との間で移動可能である。トップリングシャフト１８を下降させることで、トップリング３０２を下降させて基板を研磨パッド３５２の表面（研磨面）３５２ａに押圧することができる。このとき、トップリング３０２および研磨テーブル３５０をそれぞれ回転させ、研磨テーブル３５０の上方に設けられた研磨液供給ノズル３５４から、および／または、研磨テーブル３５０に設けられた開口部３５５から研磨パッド３５２上に研磨液を供給する。このように、基板ＷＦを研磨パッド３５２の研磨面３５２ａに押圧して基板の表面を研磨することができる。基板ＷＦの研磨中に、トップリング３０２が研磨パッド３５２の中心を通過するように（研磨パッド３５２の貫通孔３５７を覆うように）、アーム３６０を固定あるいは揺動させてもよい。

【0027】

トップリングシャフト１８およびトップリング３０２を上下動させる上下動機構３１９は、軸受３２１を介してトップリングシャフト１８を回転可能に支持するブリッジ２８と、ブリッジ２８に取り付けられたボールねじ３２と、支柱１３０により支持された支持台２９と、支持台２９上に設けられたサーボモータ３８とを備えている。サーボモータ３８を支持する支持台２９は、支柱１３０を介して揺動アーム３６０に固定されている。

【0028】

ボールねじ３２は、サーボモータ３８に連結されたねじ軸３２ａと、このねじ軸３２ａが螺合するナット３２ｂとを備えている。トップリングシャフト１８は、ブリッジ２８と一体となって上下動するようになっている。したがって、サーボモータ３８を駆動すると、ボールねじ３２を介してブリッジ２８が上下動し、これによりトップリングシャフト１８およびトップリング３０２が上下動する。研磨ユニット３００は、ブリッジ２８の下面までの距離、すなわちブリッジ２８の位置を検出する位置検出部としての測距センサ７０を備えている。この測距センサ７０によりブリッジ２８の位置を検出することで、トップリング３０２の位置を検出することができるようになっている。測距センサ７０は、ボールねじ３２，サーボモータ３８とともに上下動機構３１９を構成している。なお、測距センサ７０は、レーザ式センサ、超音波センサ、過電流式センサ、もしくはリニアスケール式センサであってもよい。また、測距センサ７０、サーボモータ３８をはじめとする研磨ユニット内の各機器は、制御装置９００により制御されるように構成される。

【0029】

一実施形態による研磨ユニット３００は、研磨パッド３５２の研磨面３５２ａをドレッシングするドレッシングユニット３５６を備えている。図２に示すように、ドレッシングユニット３５６は、研磨面３５２ａに摺接されるドレッサ５０と、ドレッサ５０が連結されるドレッサシャフト５１と、ドレッサシャフト５１を昇降駆動するためのエアシリンダ５３と、ドレッサシャフト５１を回転自在に支持する揺動アーム５５とを備えている。ドレッサ５０の下部にはドレッシング部材５０ａが保持されており、このドレッシング部材５０ａの下面には針状のダイヤモンド粒子が電着している。エアシリンダ５３は、支柱５６により支持された支持台５７上に配置されており、これらの支柱５６は揺動アーム５５に固定されている。

【0030】

揺動アーム５５は図示しないモータに駆動されて、支軸５８を中心として旋回するように構成されている。ドレッサシャフト５１は、研磨パッド３５２に対向して配置され、図２では図示しないモータの駆動により回転し、このドレッサシャフト５１の回転により、ドレッサ５０がドレッサシャフト５１周りに回転するようになっている。エアシリンダ５３は、ドレッサシャフト５１を介してドレッサ５０を上下動させ、ドレッサ５０を所定の押圧力で研磨パッド３５２の研磨面３５２ａに押圧する。

【0031】

研磨パッド３５２の研磨面３５２ａのドレッシングは次のようにして行われる。ドレッサ５０はエアシリンダ５３により研磨面３５２ａに押圧され、これと同時に図示しない純水供給ノズルから純水が研磨面３５２ａに供給される。この状態で、ドレッサ５０がドレッサシャフト５１周りに回転し、ドレッシング部材５０ａの下面（ダイヤモンド粒子）を研磨面３５２ａに摺接させる。このようにして、ドレッサ５０により研磨パッド３５２が削り取られ、研磨面３５２ａがドレッシングされる。

【0032】

＜スリップアウト検出器＞
図３は、スリップアウト検出器および排除機構を含む研磨ユニットの構成を概略的に示す平面図である。図４は、スリップアウト検出器および排除機構を含む研磨ユニットの構成を概略的に示す側面図である。図３、図４に示すように、研磨ユニット３００は、トップリング３０２からの基板ＷＦの飛び出しを検出するためのスリップアウト検出器３７０を含む。研磨パッド３５２上の任意の場所には、スリップアウト検出を行うための検出領域３７２が設定されている。スリップアウト検出器３７０は、研磨パッド３５２上に伸びるスリップアウト検出用アーム３７４の先端に取り付けられており、検出領域３７２と対向して配置される。スリップアウト検出器３７０は、検出領域３７２に対して光を発射するための光発射部材３７１と、検出領域３７２から反射した光を受光するための受光部材３７３と、を含んで構成される。なお、本実施形態では、スリップアウト検出器３７０が光発射部材３７１を含んでおり、スリップアウト検出器３７０が光を発射すると同時に反射光を受光する例を示したが、これに限定されない。例えば、光発射部材３７１は、スリップアウト検出器３７０とは独立した部材であってもよい。スリップアウト検出器３７０は、受光部材３７３によって受光された光、すなわち検出領域３７２から反射した光に基づいてトップリング３０２から基板ＷＦが飛び出したことを検出するように構成される。

【0033】

より具体的には、スリップアウト検出器３７０は、検出領域３７２から反射した光の色の変化に基づいてトップリング３０２から基板ＷＦが飛び出したことを検出することができる。すなわち、スリップアウト検出器３７０は、基板ＷＦの研磨処理が行われる前に、基準となる研磨パッド３５２の検出領域３７２に対して光を発射し、検出領域３７２から反射した光に基づいて研磨パッドの基準色を登録する。スリップアウト検出器３７０は、基板ＷＦの研磨処理中に、研磨パッド３５２の検出領域３７２から反射した光に基づく色と、基準色とを比較する。

【0034】

図５は、スリップアウト検出器および排除機構を含む研磨ユニットの構成を概略的に示す側面図であり、基板ＷＦがスリップアウトした状態を示している。図５に示すように、基板ＷＦがトップリング３０２から外れて検出領域３７２に侵入してきたら、スリップアウト検出器３７０は、研磨パッド３５２の基準色とは異なる色を検出するので、トップリング３０２から基板ＷＦが飛び出したことを検出することができる。

【0035】

図６は、色差に基づくスリップアウト検出の実験結果を示す図である。図６において横軸は研磨テーブル３５０の回転数（ＲＰＭ）を示し、縦軸は検出領域３７２からの反射光に基づく色差の感度を示している。検出領域３７２からの反射光に基づく色差の感度とは、予め登録された基準色に対して、検出領域３７２からの反射光に基づく色がどの程度一致しているかを示す値である。基準色と完全に一致しているときの感度の値は９９９である。スリップアウト検出器３７０は、検出領域３７２からの反射光に基づく色差の感度が、スリップアウト検出のための閾値未満になった場合に、トップリング３０２から基板ＷＦが飛び出したことを検出することができる。例えば図６において、研磨テーブル３５０の回転数が１０（ＲＰＭ）の場合、検出領域３７２に研磨パッド３５２があれば（基板ＷＦが侵入してきていなければ）検出領域３７２からの反射光に基づく色差の感度は９９６であり、基準色とほぼ一致していることがわかる。一方、検出領域３７２に基板ＷＦがあ
る場合、検出領域３７２からの反射光に基づく色差の感度は５２５となる。例えばスリップアウト検出のための閾値が７００であるとする。この場合、スリップアウト検出器３７０は、基板ＷＦがトップリング３０２から外れて検出領域３７２に侵入すると、検出領域３７２からの反射光に基づく色差の感度（５２５）が閾値（７００）未満になるので、基板ＷＦのスリップアウトを検出することができる。

【0036】

このように検出領域３７２に研磨パッド３５２がある（基板ＷＦがない）場合と検出領域３７２に基板ＷＦがある場合とで、検出領域３７２からの反射光に基づく色差の感度が大きく異なる場合には、スリップアウト検出器３７０は、トップリング３０２から基板ＷＦが飛び出したことを正確に検出することができる。図６の実験結果に示すようにスリップアウト検出に色差を利用すると、基準色として登録した色に対する検出領域３７２からの反射光の色の差による判別となる。このため、基板ＷＦの厚みの違いによる投受光の反射角の違いや基板ＷＦの材質の違い（表面の凹凸差の影響含む）による反射光の光量差の影響を受けにくくなるので、基板ＷＦのスリップアウト検出として有効である。

【0037】

一方、研磨パッド３５２と基板ＷＦの色が近かったり外乱の影響があったりすると、検出領域３７２に研磨パッド３５２がある（基板ＷＦがない）場合と検出領域３７２に基板ＷＦがある場合とで、検出領域３７２からの反射光に基づく色差の感度の差が小さくなるおそれがある。この場合、スリップアウト検出のための閾値の設定次第で、検出領域３７２に基板ＷＦがあるにも関わらず、トップリング３０２から基板ＷＦが飛び出したことを検出することができないおそれがある。

【0038】

これに対して、スリップアウト検出器３７０は、検出領域３７２から反射した光の色の変化とともに、検出領域３７２から反射した光の光量の変化に基づいて、トップリング３０２から基板ＷＦが飛び出したことを検出するよう構成することもできる。すなわち、スリップアウト検出器３７０は、基板ＷＦの研磨処理が行われる前に、基準となる研磨パッド３５２の検出領域３７２に対して光を発射し、検出領域３７２から反射した光の基準光量を登録する。スリップアウト検出器３７０は、基板ＷＦの研磨処理中に、研磨パッドの検出領域３７２から反射した光の光量と、予め登録された基準光量とを比較する。基板ＷＦがトップリング３０２から外れて検出領域３７２に侵入してきたら、研磨パッド３５２からの反射光の光量とは異なる光量が検出されるので、スリップアウト検出器３７０は、トップリング３０２から基板ＷＦが飛び出したことを検出することができる。

【0039】

図７は、色差および光量に基づくスリップアウト検出の実験結果を示す図である。図７において横軸は研磨テーブル３５０の回転数（ＲＰＭ）を示し、縦軸は検出領域３７２からの反射光に基づく色差および光量の感度を示している。検出領域３７２からの反射光に基づく色差および光量の感度とは、予め登録された基準色および基準光量に対して、検出領域３７２からの反射光に基づく色および光量がどの程度一致しているかを示す値である。スリップアウト検出器３７０は、検出領域３７２からの反射光に基づく色差および光量の感度が、スリップアウト検出のための閾値未満になった場合に、トップリング３０２から基板ＷＦが飛び出したことを検出することができる。図７に示すように、色差および光量に基づくスリップアウト検出の場合には、研磨テーブル３５０の回転数に関わらず、検出領域３７２に研磨パッド３５２がある（基板ＷＦがない）場合と検出領域３７２に基板ＷＦがある場合とで、検出領域３７２からの反射光に基づく色差および光量の感度が大きく異なる。したがって、スリップアウト検出器３７０は、トップリング３０２から基板ＷＦが飛び出したことを正確に検出することができる。

【0040】

＜排除機構＞
また、図３に示すように、研磨ユニット３００は、検出領域３７２に流れ込む研磨液を排除する排除機構３８０を含む。図８は、スリップアウト検出器および排除機構を含む研
磨ユニットの構成を概略的に示す側面図であり、排除機構を用いて研磨液を排除している状態を示している。図８に示すように、排除機構３８０は、検出領域３７２に対して流体３８６を吹き付けることによって検出領域３７２に流れ込む研磨液ＳＬを排除するパージ機構（パージ用ノズル）３８４を含む。流体は、例えば水または研磨パッド３５２と同色の研磨液などの液体、或いは、空気または窒素などの気体であり得る。

【0041】

図９は、研磨パッド上の検出領域と排除領域との関係を概略的に示す平面図である。図９に示すように、パージ機構３８４は、検出領域３７２を含み検出領域３７２よりも大きい領域である排除領域３８２に対してパージ機構３８４から流体３８６を吹き付けることができる。本実施形態によれば、トップリング３０２からの基板ＷＦの飛び出し検出の精度を向上させることができる。すなわち、研磨パッド３５２と異なる色の研磨液ＳＬを使用する場合には、この研磨液ＳＬが検出領域３７２に流れ込んだ際にスリップアウト検出器３７０が誤検出するおそれがある。また、研磨パッド３５２と同じ色の研磨液ＳＬを使用する場合であっても、研磨時に発生する基板ＷＦの削りカスを含む研磨液ＳＬまたは化学反応などで変色した研磨液ＳＬが検出領域３７２に流れ込むと、スリップアウト検出器３７０が誤検出するおそれがある。これに対して本実施形態によれば、パージ機構３８４によって流体３８６を検出領域３７２に吹き付けることによって研磨液ＳＬが検出領域３７２に流れ込まないようにしているので、スリップアウト検出器３７０による誤検出の発生を抑制することができる。なお、研磨パッド３５２の経年劣化や研磨処理によって生じる研磨パッド３５２汚れに対しては、基板処理毎にアトマイザ３５８およびドレッサ５０の少なくとも一方を用いて研磨パッド３５２のコンディショングを行なってもよい。また、基板ＷＦの研磨中のみ基板ＷＦのスリップアウト検出が有効となるようスリップアウト検出器３７０および排除機構３８０を制御することができる。例えば研磨ユニット３００による一連のプロセス中には、ドレッサ５０が研磨パッド３５２のコンディショニングのために検出領域３７２を横切るような場合もある。このような場合に、スリップアウト検出器３７０が誤検出を行わないよう、スリップアウト検出器３７０および排除機構３８０の作動タイミングを制御することができる。

【0042】

本実施形態では、排除機構３８０がパージ機構３８４を含む例を示したが、これに限定されない。図１０は、スリップアウト検出器および排除機構を含む研磨ユニットの構成を概略的に示す側面図であり、排除機構を用いて研磨液を排除している状態を示している。排除機構３８０は、検出領域３７２に流れ込む研磨液ＳＬを吸引することによって検出領域３７２に流れ込む研磨液ＳＬを排除する吸引機構（吸引ノズル）３８８を含んでいてもよい。この場合、吸引機構３８８は、排除領域３８２に対して吸引を行うことによって検出領域３７２に流れ込む研磨液ＳＬを排除することができる。

【0043】

次に、本実施形態による基板ＷＦのスリップアウト検出を含む研磨方法の手順を説明する。図１１は、基板ＷＦのスリップアウト検出のフローチャートである。図１１に示すように、研磨方法は、まず、トップリング３０２が基板ＷＦを受け取り研磨位置に移動する（ステップＳ１０１）。続いて、研磨方法は、スリップアウト検出を開始する（検出ステップＳ１０２）。具体的には、研磨方法は、スリップアウト検出器３７０の投受光を開始する。続いて、研磨方法は、スリップアウト検出領域のパージを開始する（排除ステップＳ１０３）。具体的には、研磨方法は、排除領域３８２に対してパージ機構（パージ用ノズル）３８４から流体を吹き付ける。

【0044】

続いて、研磨方法は、基板ＷＦの研磨を開始する（研磨ステップＳ１０４）。すなわち、研磨方法は、研磨テーブル３５０を回転させるとともにトップリング３０２を回転させ、トップリング３０２に保持された基板ＷＦを研磨パッド３５２に押圧する。続いて、研磨方法は、基板ＷＦのスリップアウトが検出されたか否かを判定する（ステップＳ１０５）。研磨方法は、基板ＷＦのスリップアウトがスリップアウト検出器３７０によって検出
されたら（ステップＳ１０５，Ｙｅｓ）、基板処理装置１０００の運転を安全に停止する（ステップＳ１０６）。

【0045】

一方、研磨方法は、基板ＷＦのスリップアウトがスリップアウト検出器３７０によって検出されず（ステップＳ１０５，Ｎｏ）、所定の研磨時間が経過したら基板ＷＦの研磨を終了する（ステップＳ１０７）。続いて、研磨方法は、スリップアウト検出領域のパージを停止する（ステップＳ１０８）。続いて、研磨方法は、スリップアウト検出器３７０の投受光を停止してスリップアウト検出を停止する（ステップＳ１０９）。続いて研磨方法は、トップリング３０２が基板ＷＦを搬送ユニット２００に受け渡す（ステップＳ１１０）。

【0046】

続いて、研磨方法は、研磨ユニット３００における累積研磨処理数をカウントする（ステップＳ１１１）。続いて、研磨方法は、カウントした累積研磨処理数があらかじめ設定された研磨処理数（閾値）に到達したか否かを判定する（ステップＳ１１２）。研磨方法は、カウントした累積研磨処理数があらかじめ設定された研磨処理数（閾値）を超えていなければ（ステップＳ１１２，Ｎｏ）、ステップＳ１０１に戻り、次の処理対象の基板ＷＦに対して処理を繰り返す。一方、研磨方法は、カウントした累積研磨処理数があらかじめ設定された研磨処理数（閾値）を超えたら（ステップＳ１１２，Ｙｅｓ）、スリップアウト検出器３７０の基準色をリセットするとともに、基準色の再登録を自動で行う（ステップＳ１１３）。すなわち、スリップアウト検出器３７０は、現在の研磨パッド３５２を基準となる研磨パッドとみなして、この研磨パッド３５２の検出領域３７２に対して光を発射し、検出領域３７２から反射した光に基づいて研磨パッドの基準色を登録する。研磨方法は、ステップＳ１１３の後、ステップＳ１０１に戻り、次の処理対象の基板ＷＦに対して処理を繰り返す。なお、上記の各処理ステップは、順序が入れ替わってもよいし、同時に実行されてもよい。

【0047】

図１２は、スリップアウト検出器および排除機構を含む研磨ユニットの変形例の構成を概略的に示す平面図である。図１２に示すように、研磨パッド３５２上に複数の検出領域３７２が設定されてもよい。この場合、スリップアウト検出器３７０および排除機構３８０は、研磨パッド３５２上の複数の検出領域３７２のそれぞれに対応して複数設けられてもよい。本実施形態によれば、基板ＷＦがトップリング３０２から様々な方向に飛び出す場合であっても、基板ＷＦの飛び出しを高精度で検出することができる。

【0048】

図１３は、スリップアウト検出器および排除機構を含む研磨ユニットの変形例の構成を概略的に示す平面図である。図１３に示すように、スリップアウト検出器３７０および排除機構３８０は、トップリング３０２に取り付けられてもよい。すなわち、検出領域３７２は、研磨パッド３５２上の任意の場所に設定することができるが、トップリング３０２に対して研磨パッド３５２の回転方向下流側の近傍に設定するのが好ましい。これは、基板ＷＦがトップリング３０２から外れた場合には、基板ＷＦはトップリング３０２から研磨パッド３５２の回転方向下流側に飛び出すことが多いので、基板ＷＦのトップリング３０２からの飛び出しを即座に検出することができるからである。しかしながら、研磨中に揺動アーム３６０によってトップリング３０２を研磨パッド３５２上で揺動させる場合には、検出領域３７２の場所も移動するので、検出領域３７２の移動に対応してスリップアウト検出器３７０および排除機構３８０を移動させる機構が必要になり、研磨ユニット３００の構成が複雑化する。これに対して本実施形態によれば、スリップアウト検出器３７０および排除機構３８０をトップリング３０２に取り付けているので、トップリング３０２の揺動に合わせてスリップアウト検出器３７０および排除機構３８０も揺動する。したがって、本実施形態によれば、簡素な構造で基板ＷＦのトップリング３０２からの飛び出しを即座に検出することができる。

【0049】

以上、いくつかの本発明の実施形態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、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。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。

【0050】

本願は、一実施形態として、基板を研磨するための研磨パッドが貼り付けられる研磨テーブルと、基板を保持して研磨パッドに押圧するためのトップリングと、研磨パッド上の検出領域に光を発射するための光発射部材と、前記検出領域から反射した光に基づいて前記トップリングから基板が飛び出したことを検出するためのスリップアウト検出器と、前記検出領域に流れ込む研磨液を排除するための排除機構と、を含む、研磨ユニットを開示する。

【0051】

さらに本願は、一実施形態として、前記スリップアウト検出器は、前記検出領域から反射した光の色の変化に基づいて、前記トップリングから基板が飛び出したことを検出する、研磨ユニットを開示する。

【0052】

さらに本願は、一実施形態として、前記スリップアウト検出器は、前記検出領域から反射した光の色の変化とともに、前記検出領域から反射した光の光量の変化に基づいて、前記トップリングから基板が飛び出したことを検出する、研磨ユニットを開示する。

【0053】

さらに本願は、一実施形態として、前記排除機構は、前記検出領域に対して流体を吹き付けることによって前記検出領域に流れ込む研磨液を排除するパージ機構を含む、研磨ユニットを開示する。

【0054】

さらに本願は、一実施形態として、前記排除機構は、前記検出領域に流れ込む研磨液を吸引することによって前記検出領域に流れ込む研磨液を排除する吸引機構を含む、研磨ユニットを開示する。

【0055】

さらに本願は、一実施形態として、前記光発射部材、前記スリップアウト検出器および前記排除機構は、前記研磨パッド上の複数の検出領域のそれぞれに対して設けられる、研磨ユニットを開示する。

【0056】

さらに本願は、一実施形態として、前記光発射部材、前記スリップアウト検出器および前記排除機構は、前記トップリングに取り付けられる、研磨ユニットを開示する。

【0057】

さらに本願は、一実施形態として、基板を研磨するための上記のいずれかに記載の研磨ユニットと、基板を搬送するための搬送ユニットと、基板を乾燥させるための乾燥ユニットと、を含む、基板処理装置を開示する。

【0058】

さらに本願は、一実施形態として、基板を研磨するための研磨パッド上に研磨液を流して基板を研磨する研磨ステップと、前記研磨パッド上の検出領域に光を発射するとともに前記検出領域から反射した光に基づいて前記トップリングから基板が飛び出したことを検出する検出ステップと、前記検出領域に流れ込む研磨液を排除する排除ステップと、を含む、研磨方法を開示する。

【0059】

さらに本願は、一実施形態として、前記検出ステップは、基準となる研磨パッドの前記検出領域から反射した光の基準色と、研磨処理中の研磨パッドの前記検出領域から反射した光の色と、の差に基づいて、前記トップリングから基板が飛び出したことを検出する、研磨方法を開示する。

【0060】

さらに本願は、一実施形態として、基板の累計研磨処理数をカウントするステップと、前記累計研磨処理数が閾値を超えたら前記基準色の登録を行うステップと、をさらに含む、研磨方法を開示する。

【符号の説明】

【0061】

２００ 搬送ユニット３００ 研磨ユニット
３０２ トップリング
３５０ 研磨テーブル
３５２ 研磨パッド
３７０ スリップアウト検出器
３７１ 光発射部材
３７２ 検出領域
３７３ 受光部材
３７４ スリップアウト検出用アーム
３８０ 排除機構
３８２ 排除領域
３８４ パージ機構（パージ用ノズル）
３８６ 流体
３８８ 吸引機構（吸引ノズル）
５００ 乾燥ユニット
１０００ 基板処理装置
ＳＬ 研磨液
ＷＦ 基板

【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】