(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被研磨物を保持する保持装置と、前記保持装置に保持された前記被研磨物を研磨可能な研磨部材と、前記被研磨物に対して前記研磨部材を相対移動させる駆動装置とを備え、前記研磨部材を該研磨部材よりも大きい前記被研磨物に当接させながら前記駆動装置により相対移動させて前記被研磨物の研磨を行うように構成された研磨装置において、
前記駆動装置は、前記研磨部材を前記相対移動させるためのトルクを生ずる電気モータを有して構成されており、
前記トルクを生ずるために前記電気モータに供給される電流の大きさを検出する電流検出器と、
前記電流検出器に検出された前記電流の大きさに基づいて、前記トルクの大きさを算出するトルク算出部と、
前記トルク算出部で算出される前記トルクの変化に基づいて、装置の異常の有無を判定する判定部と、
前記トルク算出部で算出された前記トルクの大きさを表示する表示部と、
前記被研磨物に対する前記研磨部材の相対位置を測定する位置測定器とを備え、
前記表示部は、前記位置測定器により測定された前記研磨部材の前記相対位置とともに、前記研磨部材が前記相対位置に位置するときの前記トルクの大きさを表示し、
前記判定部は、前記研磨中における前記相対位置の変化に応じた、前記研磨部材と前記被研磨物との接触面積の変化に伴う前記トルクの変化に基づいて、装置の異常の有無を判定することを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
正常な研磨における前記研磨部材の相対位置と前記トルクの大きさとの関係が記憶されたデータテーブルを備え、
前記判定部は、前記研磨中における前記相対位置の変化に応じた前記トルクの変化と、前記データテーブルに記憶された前記関係とを比較することにより、装置の異常の有無を判定することを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項３】
前記駆動装置において、前記電気モータにより前記研磨部材を回転駆動するように構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の研磨装置。
【請求項４】
前記電気モータがサーボモータであり、
前記トルクを生ずるために必要な前記サーボモータの駆動電流を該サーボモータに出力供給するサーボアンプを備え、
前記電流検出器は、前記サーボアンプから出力されて前記サーボモータに供給される前記駆動電流の大きさを検出することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハ等の被研磨物を研磨する研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウェハ等の被研磨物の表面を平坦化する研磨装置として、ウェハをその被研磨面が露出する状態で保持するウェハ保持装置と、このウェハ保持装置に保持されたウェハの被研磨面と対向する研磨パッドが貼り付けられた研磨部材を保持する研磨ヘッドとを備え、これら双方を回転させた状態で研磨パッドをウェハの被研磨面に押し付け、且つ研磨部材を両者の接触面内方向に揺動させてウェハを研磨する構成のものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。また、このような機械的研磨に加え、研磨パッドとウェハとの接触面に研磨剤（スラリー）を供給して研磨剤の化学的作用により上記研磨を促進させる化学的機械的研磨（Chemical Mechanical Polishing；ＣＭＰ）を行うＣＭＰ装置も知られている。
【０００３】
このような構成の研磨装置を用いたウェハの研磨加工は、研磨ヘッドとともに研磨パッドを回転させながらウェハ保持装置に回転保持されたウェハの被研磨面に当接させて行われ、このとき、研磨パッドは回転しながらウェハに対して水平方向へ往復運動をすることで、ウェハの全表面が均一に研磨加工される。
【特許文献１】特許第２９６８７８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述のような従来の研磨装置においては、装置の突発的な故障を防止するため、装置の異常をできるだけ早く発見するための方策が求められていた。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、装置の異常をより早く発見することができる研磨装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的達成のため、本発明に係る研磨装置は、被研磨物を保持する保持装置と、前記保持装置に保持された前記被研磨物を研磨可能な研磨部材と、前記被研磨物に対して前記研磨部材を相対移動させる駆動装置とを備え、前記研磨部材を該研磨部材よりも大きい前記被研磨物に当接させながら前記駆動装置により相対移動させて前記被研磨物の研磨を行うように構成された研磨装置において、前記駆動装置は、前記研磨部材を前記相対移動させるためのトルクを生ずる電気モータを有して構成されており、前記トルクを生ずるために前記電気モータに供給される電流の大きさを検出する電流検出器と、前記電流検出器に検出された前記電流の大きさに基づいて、前記トルクの大きさを算出するトルク算出部と、前記トルク算出部で算出される前記トルクの変化に基づいて、装置の異常の有無を判定する判定部と、前記トルク算出部で算出された前記トルクの大きさを表示する表示部と、前記被研磨物に対する前記研磨部材の相対位置を測定する位置測定器とを備えている。
【０００７】
そして、前記表示部は、前記位置測定器により測定された前記研磨部材の前記相対位置とともに、前記研磨部材が前記相対位置に位置するときの前記トルクの大きさを表示し、前記判定部は、前記研磨中における前記相対位置の変化に応じた、前記研磨部材と前記被研磨物との接触面積の変化に伴う前記トルクの変化に基づいて、装置の異常の有無を判定するようになっている。
【０００８】
また、上述の発明では、正常な研磨における前記研磨部材の相対位置と前記トルクの大きさとの関係が記憶されたデータテーブルを備え、前記判定部は、前記研磨中における前記相対位置の変化に応じた前記トルクの変化と、前記データテーブルに記憶された前記関係とを比較することにより、装置の異常の有無を判定することが好ましい。
【０００９】
また、上述の発明では、前記駆動装置において、前記電気モータにより前記研磨部材を回転駆動するように構成されることが好ましい。
【００１０】
また、上述の発明では、前記電気モータがサーボモータであり、前記トルクを生ずるために必要な前記サーボモータの駆動電流を該サーボモータに出力供給するサーボアンプを備え、前記電流検出器は、前記サーボアンプから出力されて前記サーボモータに供給される前記駆動電流の大きさを検出することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、装置の異常をより早く発見することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明に係る研磨装置の代表例であるＣＭＰ装置（化学的機械的研磨装置）の一部を図１に示している。このＣＭＰ装置Ｃは、その研磨工程に従って、カセットインデックス部、ウェハ洗浄部、および研磨部から構成され、また研磨部は、４分割されたインデックステーブルのそれぞれの区画に設けられる３つの研磨室と１つの搬送室とから構成されるが、本実施形態では、そのうちの１つの研磨室について説明を行う。
【００１３】
搬送室から半導体ウェハＷが搬入される研磨室１には、４分割されてステッピングモータ等の作動により９０度毎に回動送りされるインデックステーブル２と、研磨アーム３と、ドレッシング装置４と、パッド交換台５と、表面形状測定装置６とが配設されている。インデックステーブル２のそれぞれの区画には、被研磨物であるウェハＷを裏面から吸着保持するウェハ保持装置１０が配設されており、ウェハＷを吸着保持して研磨室１に移動させる。このウェハ保持装置１０は、インデックステーブル２に水平面内で回転自在に支持されており、インデックステーブル２の内部に配設された図示しない電気モータやエアモータ等の駆動手段により高速回転される。
【００１４】
研磨アーム３は、インデックステーブル２に対して水平方向に旋回可能で、且つ、鉛直方向に上下動可能に構成されている。この研磨アーム３の揺動端部には研磨ヘッド２０が回転自在に取り付けられており、この研磨ヘッド２０は、図２に示すように、下面側に研磨パッド２２が貼り付けられた研磨部材２１を着脱可能に保持するようになっている。そして、研磨パッド２２の表面（下面）には、ウェハＷの表面（被研磨面）に当接して研磨を行う研磨面２３が形成される。
【００１５】
このような研磨ヘッド２０は、研磨アーム３内に配設された回転駆動装置３０により回転駆動されて、水平面内で高速回転自在に構成される。また、研磨ヘッド２０は、上述のウェハ保持装置１０の回転方向と逆方向に回転駆動され、研磨パッド２２の研磨面２３をウェハＷに当接させながら高速に相対回転させることにより、ウェハＷの表面（被研磨面）が平坦に研磨される。さらに、研磨ヘッド２０は、図１に示すように、研磨アーム３の回動により、ウェハ保持装置１０、ドレッシング装置４、パッド交換台５、および表面形状測定装置６の上方にそれぞれ移動することができるようになっている。
【００１６】
なお、図１で示されるドレッシング装置４は、ウェハＷを研磨加工することによって研磨パッド２２に生じた目詰まりや目の不揃いを修正（ドレッシング、目立て）する装置であり、詳細図示を省略するが、表面にダイヤモンド砥粒等が固着されて回転自在なディスクと、ドレッシングされた研磨パッドの表面に純水を噴射して研磨パッドを純水洗浄する洗浄ノズルを有している。また、パッド交換台５は使用後の研磨パッド２２を新品のものに交換するための装置であり、表面形状測定装置６は研磨パッド２２の表面形状を測定するための装置である。
【００１７】
回転駆動装置３０は、図３に示すように、研磨ヘッド２０（および研磨部材２１）を回転駆動させるためのトルクを生ずるサーボモータ３１を有して構成される。サーボモータ３１は、サーボアンプ３４と電気的に接続されており、サーボアンプ３４からモータ動力ケーブル３２を介して供給される駆動電流により作動するようになっている。また、サーボモータ３１には、モータ軸の回転変位を検出するモータエンコーダ（図示せず）が内蔵されており、モータエンコーダで検出されたモータ軸の回転変位信号がモータエンコーダケーブル３３を介してサーボアンプ３４に入力されるようになっている。
【００１８】
サーボアンプ３４は、上位コントローラ３５と電気的に接続されており、上位コントローラ３５から入力される回転制御信号およびモータエンコーダから入力されるモータ軸の回転変位信号に応じて算出したサーボモータ３１の駆動電流を、モータ動力ケーブル３２を介してサーボモータ３１に出力供給する。モータ動力ケーブル３２にはモータ電流センサー基板３６が配設されており、モータ電流センサー基板３６は、モータ動力ケーブル３２を流れるサーボモータ３１の駆動電流の大きさを検出して信号処理基板３７へ出力する。
【００１９】
信号処理基板３７は、モータ電流センサー基板３６およびトルクモニター３８と電気的に接続されており、モータ動力ケーブル３２から入力された駆動電流の大きさに基づいて、サーボモータ３１で生ずるトルクの大きさを算出しトルクモニター３８へ出力するようになっている。なお、トルクの大きさは、サーボモータ３１のトルクと駆動電流との相関関係を利用して算出される。
【００２０】
トルクモニター３８には、研磨アーム３基端部の揺動軸（図示せず）に配設されたエンコーダ３９（図１も参照）が電気的に接続されており、エンコーダ３９は、研磨アーム３の揺動変位、すなわち、ウェハＷに対する研磨部材２１の水平方向相対位置を測定してトルクモニター３８へ出力する。そして、トルクモニター３８は、信号処理基板３７から入力されたサーボモータ３１のトルクの大きさおよび、エンコーダ３９から入力された研磨部材２１の相対位置に基づいて、研磨部材２１の相対位置とともに、研磨部材２１が当該相対位置に位置するときのサーボモータ３１のトルクの大きさを表示するようになっている。
【００２１】
このような構成のＣＭＰ装置Ｃを用いたウェハＷの研磨加工は、研磨ヘッド２０とともに研磨パッド２２（研磨部材２１）を回転させながら、研磨パッド２２の研磨面２３をウェハ保持装置１０に回転保持されたウェハＷの表面（被研磨面）に当接させて行われ、このとき、研磨パッド２２は回転しながらウェハＷに対して水平方向へ往復運動（揺動）することで、ウェハＷの全表面が平坦に研磨加工される。なおこのとき、研磨パッド２２とウェハＷとの間に研磨剤（スラリー）が供給される。
【００２２】
ウェハＷの研磨が所定回数終了すると、研磨アーム３の作動により、研磨ヘッド２０がウェハ保持装置１０の上方からドレッシング装置４の上方に移動し、そこで研磨パッド２２のドレッシングが行われる。ドレッシング終了後、研磨アーム３の作動により、研磨ヘッド２０がドレッシング装置４の上方から表面形状測定装置６の上方に移動し、そこで研磨パッド２２の表面形状（溝深さやパッド厚さ等）が測定される。
【００２３】
パッド厚さや溝深さが規定の値未満となっていた場合には、研磨ヘッド２０をパッド交換台５の上方に移動させて研磨パッド２２（研磨部材２１）の交換を行い、さらに研磨ヘッド２０をウェハ保持装置１０の上方に移動させて新しくウェハＷの研磨を行う。一方、パッド厚さや溝深さが規定の値以上である場合には、研磨ヘッド２０をウェハ保持装置１０の上方に戻して新しいウェハＷの研磨を開始する。
【００２４】
このようなウェハＷの研磨加工を行うとき、モータ電流センサー基板３６は、モータ動力ケーブル３２を流れるサーボモータ３１の駆動電流の大きさを検出して信号処理基板３７へ出力する。信号処理基板３７は、モータ動力ケーブル３２から入力された駆動電流の大きさに基づいて、サーボモータ３１で生ずるトルクの大きさを算出しトルクモニター３８へ出力する。またこのとき、エンコーダ３９は、研磨アーム３の揺動変位、すなわち、ウェハＷに対する研磨部材２１の水平方向相対位置を測定してトルクモニター３８へ出力する。
【００２５】
トルクモニター３８は、信号処理基板３７から入力されたサーボモータ３１のトルクの大きさおよび、エンコーダ３９から入力された研磨部材２１の相対位置に基づいて、研磨部材２１の相対位置とともに、研磨部材２１が当該相対位置に位置するときのサーボモータ３１のトルクの大きさを表示する。これにより、サーボモータ３１のトルクの大きさおよび、ウェハＷに対する研磨部材２１の相対位置を常時監視することができる。そして、トルクモニター３８は、信号処理基板３７から入力されるトルクの変化に基づいて、装置の異常の有無を判定するようになっており、このようにすれば、装置の異常をより早く（故障する前に）発見することが可能になる。
【００２６】
ところで、サーボモータ３１のトルクの大きさは、直接監視することができないため、通常、サーボアンプ３４から出力されるアナログモニタの電圧を監視することが考えられる。しかしながら、サーボアンプ３４からのアナログモニタ出力では、フルスケールで８Ｖの電圧を２５６階調で正規化しているため、分解能が低い。これに対し、サーボモータ３１に流れる駆動電流は、サーボモータ３１で生ずるトルクと相関があると考えられるので、サーボモータ３１に流れる駆動電流を測定して、サーボモータ３１のトルクの大きさを監視することにより、サーボモータ３１の駆動電流はトルクの大きさに応じて加減するため、分解能が高くなってより小さなトルク変化量を監視することが可能になる。
【００２７】
図４に、サーボモータ３１で生ずる研磨トルクの推移の一例を示す。なお、図４における領域Ａは、研磨を行っているときの研磨トルクの推移であり、領域Ａ以外の（研磨トルクが低い）領域は、ウェハＷの交換等により研磨を行っていないときの研磨トルクの推移である。研磨パッド２２よりも大きなウェハＷを研磨する場合、研磨パッド２２は揺動研磨によりウェハＷとの接触面積が変化する。接触面積が変化すると、図４における領域Ａで示されるように、サーボモータ３１のトルクの大きさも接触面積に比例して変化する。このように、装置の異常を発見するためには、揺動研磨によるトルク変動と装置異常によるトルク変動とを見分ける必要がある。
【００２８】
そこで、前述したように、研磨パッド２２が貼り付けられた研磨部材２１の相対位置を常時監視することで、トルクモニター３８は、例えば、正常時における研磨部材２１の相対位置とサーボモータ３１のトルクの大きさとの関係をデータテーブル（図示せず）に記憶しておき、研磨部材２１の相対移動に応じたサーボモータ３１のトルク変動を当該データテーブルと比較することにより、装置の異常の有無を判定することが可能になるとともに、当該異常の発生箇所（もしくは内容）を特定することが可能になる。なお、サーボモータを制御する上位コントローラ３５は、研磨部材２１の移動距離や回転速度等を指令するが、実際の制御を行うのはサーボアンプであり、研磨部材２１の相対位置は上位コントローラ３５には分からない。
【００２９】
一般に、研磨部材２１の相対位置とサーボモータ３１のトルクの大きさとの関係は、研磨部材２１（研磨パッド２２）がウェハＷの中心側に移動するにつれてサーボモータ３１のトルクが大きくなり、ウェハＷの外側に移動するにつれてトルクが小さくなる。そのため、例えば、研磨部材２１がウェハＷの外側に移動する途中にトルクが大きくなった場合、研磨パッド２２や研磨剤（スラリー）等の異常に起因するいわゆる引っかかり等の異常が考えられる。逆に、トルクが急激に小さくなった場合、モータ軸の破断（空転）等といった異常が考えられる。このように、装置の異常が発生したときに、発生箇所の特定を行うことが可能になる。
【００３０】
また、研磨パッド２２がウェハＷと接触する際トルクの立ち上がりが遅くなる応答遅れや、正常状態に対してトルクの変動が大きくなる状態を検知（異常判定）することで、計画的な装置保全が可能になり、装置の突発的な故障を防止することができる。
【００３１】
このように、以上のような構成のＣＭＰ装置Ｃによれば、装置の異常をより早く発見することが可能になる。特に、サーボモータ３１を有する研磨部材２１の回転駆動装置３０に本発明を適用することで、高い効果を得ることができる。
【００３２】
なお、上述の実施形態において、研磨部材２１の下方においてウェハ保持装置１０によりウェハＷが吸着保持される研磨装置について説明したが、これに限られるものではなく、本発明は、研磨部材の上方において保持装置によりウェハが吸着保持される構成の研磨装置にも用いることができる。
【００３３】
また、上述の実施形態において、被研磨物として円盤状の半導体ウェハＷを用いているが、これに限られるものではなく、ガラス基板のように方形板状に形成されていてもよい。
【００３４】
また、上述の実施形態において、サーボモータ３１を有する研磨部材２１の回転駆動装置３０に本発明を適用しているが、これに限られるものではなく、例えば、研磨アーム３を揺動させる電気モータや、ウェハ保持装置１０を回転させる電気モータ等、ウェハＷに対して研磨部材２１を相対移動させる駆動装置であれば、本発明を適用可能である。
【００３５】
また、上述の実施形態において、モータ動力ケーブル３２に１つのモータ電流センサー基板３６が配設されているが、これに限られるものではなく、例えば、３つのモータ電流センサー基板を並列に設け、それぞれの検出電流を加え合わせるようにしてもよい。このようにすれば、サーボモータ３１に高い負荷が掛かって定格の３００％の駆動電流が流れた場合であっても、サーボモータ３１の駆動電流の大きさを正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る研磨装置の一例であるＣＭＰ装置の平面図である。
【図２】研磨ヘッドの側面図である。
【図３】サーボモータ周辺の回路ブロック図である。
【図４】サーボモータで生ずる研磨トルクの推移を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３７】
Ｃ  ＣＭＰ装置（研磨装置）              Ｗ  ウェハ（被研磨物）
１０  ウェハ保持装置
２０  研磨ヘッド                        ２１  研磨部材
２２  研磨パッド                        ２３  研磨面
３０  回転駆動装置                      ３１  サーボモータ
３６  モータ電流センサー基板（電流検出器）
３７  信号処理基板（トルク算出部）
３８  トルクモニター（判定部および表示部）
３９  エンコーダ（位置測定器）
【図１】
0005126657.tif 000002
【図２】
0005126657.tif 000003
【図３】
0005126657.tif 000004
【図４】
0005126657.tif 000005