(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被研磨物をその下面に保持するトップリングと、該トップリングに保持した被研磨物の表面を研磨する研磨面を有するターンテーブルとを具備するポリッシング装置において、
前記トップリングを回転させる回転軸と、
該回転軸を回転自在に保持する固定部と、
前記トップリングに取り付けられ、前記被研磨物の研磨状態を振動センサにより検知し、該検知された研磨状態を光信号に変換する検出部と、
該検出部から発せられる光信号を伝達する光ファイバと、
前記固定部に設けられ、該光ファイバからの光信号を受信する受信部と、
前記固定部に設けられ、前記検出部に交流電力を非接触で供給するトランスと、
前記回転軸または前記トップリングに設けられ、該交流電力を直流電力に変換する整流装置とを有することを特徴とするポリッシング装置。
【請求項２】
前記検出部は前記振動センサと、該振動センサからの信号を光信号に変換する発光素子とを備えることを特徴とする請求項１記載のポリッシング装置。
【請求項３】
前記光信号は赤外線であることを特徴とする請求項２記載のポリッシング装置。
【請求項４】
前記トランスは、ロータリトランスであり、前記トップリングの回転軸側にコアと、該回転軸側のコアの外周に空間的に離隔して固定部のコアを備え、それぞれのコアには巻線を備え、前記固定部の巻線は電源線に接続され、前記回転軸側の巻線は前記整流装置に接続されていることを特徴とする請求項１記載のポリッシング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の被研磨物の表面を平坦且つ鏡面に研磨するポリッシング装置に係り、特に研磨終点の検知システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、配線間距離も狭くなりつつある。特に０．５μｍ以下の光リソグラフィの場合、焦点深度が浅くなるためステッパーの結像面の平坦度を必要とする。そこで、半導体ウエハの表面を平坦化することが必要となるが、この平坦化法の一つの手段としてポリッシング装置により研磨することが行われている。従来、この種のポリッシング装置は、各々独立した回転数でトップリングと上面に研磨布又は砥石を設けたターンテーブルを回転させ、研磨布又は砥石とトップリングとの間に被研磨物を介在させて研磨布又は砥石上面に研磨砥液を流下しつつ、被研磨物の表面を平坦かつ鏡面に研磨している。
【０００３】
研磨中には、被研磨物に一定圧力をかけながら、トップリングとターンテーブルをそれぞれ回転させ、被研磨物の研磨面を均一に研磨しているが、その研磨量は通常、時間により管理している。即ち、砥粒の大きさ、トップリングとターンテーブルの回転速度、押付圧力等により研磨速度が決まってくるので、この研磨速度を一定とすれば研磨量は時間に比例する。
しかしながら、研磨速度は時間経過で変化し、また被研磨物の各ロット（同時期製造物）により変化する。また同じロットでもばらつきがある。このため、研磨前に必ず試し研磨を行い、研磨時間を確認する必要がある。これはスループットの悪化につながり、大きな問題となっている。
【０００４】
係る問題点を解決するため、研磨終点においては被研磨物の材料の組成が変化することから、研磨終点におけるトップリング又はターンテーブルのトルクの変化として捉える。この変化を、トルク検出器により、又はトップリング又はターンテーブルを回転駆動するモータの電流の変化として検出する方法が知られている。しかしながら、これらの方法では、研磨終点におけるトルク又はモータの駆動電流の変化が比較的小さいため、精度の良い研磨終点の検出が難しいという問題があった。
【０００５】
また、研磨終点をトップリング上の振動強度から検知し、研磨処理を管理するシステムが知られている。これも研磨終点においては、被研磨物の材料の組成が変化することから、研磨中の被研磨物を保持するトップリングの振動強度の変化から、研磨終点を検出しようとするものである。
【０００６】
ところが、この検出された振動信号は一般に微弱で、且つ装置静止側に送信する必要があり、ノイズにより終点の検知精度に問題があった。また、回転側に装着した振動センサ、センサアンプへ電源を静止側から供給する必要がある。この電力送信には、スリップリングを用いる方法などが考えられるが、静止側から回転体の金属リングに金属片を接触させつつ電力の供給を行うため、その部分で振動が発生し、更なるノイズ源となるなどの問題があった。更に、回転接触部を有するため、メンテナンスが定期的に必要である等の問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した事情に鑑みて為されたもので、研磨終点を精度良く検知することができると共に、メンテナンスフリーの研磨終点検出システムを備えたポリッシング装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明におけるポリッシング装置は、被研磨物をその下面に保持するトップリングと、該トップリングに保持した被研磨物の表面を研磨する研磨面を有するターンテーブルとを具備するポリッシング装置において、前記トップリングを回転させる回転軸と、該回転軸を回転自在に保持する固定部と、前記トップリングに取り付けられ、前記被研磨物の研磨状態を振動センサにより検知し、該検知された研磨状態を光信号に変換する検出部と、該検出部から発せられる光信号を伝達する光ファイバと、前記固定部に設けられ、該光ファイバからの光信号を受信する受信部と、前記固定部に設けられ、前記検出部に交流電力を非接触で供給するトランスと、前記回転軸または前記トップリングに設けられ、該交流電力を直流電力に変換する整流装置とを有することを特徴とする。
また、前記検出部は前記振動センサと、該振動センサからの信号を光信号に変換する発光素子とを備えることが好ましい。
また、前記光信号は赤外線であることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は、本発明の第一実施形態の研磨終点検出システムの概要を示す。このポリッシング装置は、表面に研磨布又は砥石が設けられたターンテーブル１１が、図示しない回転駆動装置により回転駆動され、トップリング１２が、被研磨物である半導体ウエハ１３を保持し、ターンテーブル１１の表面に押圧することにより研磨を行う。トップリング１２は、回転軸１４に固定され、被研磨物１３を保持しつつモータ１６及び動力伝達機構１６ａを介して回転駆動される。
【００１３】
又、このポリッシング装置は、トップリング１２を昇降・旋回させる昇降・旋回機構１５を具備する。この昇降・旋回機構１５は支持軸１８によりそのアームの一端が支持されると共に他の一端でトップリングの回転軸１４を回転自在に保持する。従って、支持軸１８の昇降により被研磨物１３を保持したトップリング１２が昇降すると共に、支持軸１８の上部にはトップリング旋回用モータ１７を備え、このモータ１７の回転により昇降・旋回機構１５のアームが水平面内で支持軸１８を中心として旋回し、昇降機構と共に被研磨物１３のトップリング１２への着脱等を行う。
【００１４】
このトップリング１２には、被研磨物１３の研磨終点を検出するための振動センサ２１と、その振動センサの信号を増幅するセンサアンプ２２ａ及び特定の周波数を選択するフィルタ回路２２ｂ等の回路ブロック２２を備えている。更に回路ブロック２２内には、赤外線発光素子２２ｃを備え、該発光素子には光ファイバ２３ａが接続され、光ファイバ２３ａはトップリング回転軸１４の軸心を通り、その上端部より赤外線を放射する。トップリング回転軸１４の上端部には、空間的に離隔して受光素子２５が配置され、回路ブロック２２内の発光素子の赤外線信号を受けるようになっている。受光素子２５で検出された赤外線信号は、信号線２６を介して信号処理回路２７に伝送され、振動センサ２１で検出された信号が信号処理回路２７において解析される。
【００１５】
信号処理回路２７からは、電源線２８及びロータリトランス２９を介して回路ブロック２２に電源電力が供給される。ロータリトランス２９は、回転軸１４側にリング状のコア２９ａを備え、その外周に空間的に離隔して固定側にコア２９ｂを備える。それぞれのコアには巻線３０ａ，３０ｂを備え、外周側（固定側）の巻線３０ｂは電源線２８に接続され、内周側（回転側）の巻線３０ａは電源線２３ｂを介して、回路ブロック２２内の整流回路に接続されている。従って、巻線３０ａと３０ｂとは、空間的に離隔して対面したコア２９ａと２９ｂとを介して電磁気的に接続されており、通常のトランスと同様に、固定側の電源線２８から供給される交流電力を回転側の電源線２３ｂに非接触で伝達する。そして、ロータリトランス２９を介して伝達された交流電力は、回路ブロック２２内の整流回路で整流され、直流電源電力としてセンサアンプ、フィルタ回路、発光素子等に供給される。このようなロータリトランス２９を用いて電力の伝送ができるので、非接触で固定側から回転側に電力を伝送することができ、従来の接触部での雑音の発生という問題が解決される。
【００１６】
図２は、図１に示すポリッシング装置の研磨終点検出システムのシステム構成を示す図である。ポリッシング装置の近傍に配置されたパーソナルコンピュータ３０からポリッシング装置の研磨開始のスタート信号及び研磨停止のエンド信号等が信号処理回路２７及び制御装置３１に入力されることにより、ポリッシング装置の起動及び停止が行われる。制御装置３１は、起動停止の制御の他に、被研磨物である例えば半導体ウェハのトップリングへの保持及び離脱等の制御などを行う。回転側の振動センサ２１及び回路ブロック２２には、非接触で電源の供給がロータリトランス２９を介して行われ、振動センサの信号の伝達が発光素子及び受光素子間で赤外線を通して行われる。トップリング１２に固定された振動センサ２１は、例えば圧電素子であり、被研磨物１３の研磨中にトップリング１２に生じる振動を検出する。検出された信号は回路ブロック２２内のセンサアンプ２２ａで増幅され、フィルタ回路２２ｂにより雑音成分が除去されて発光素子の発光出力を変調する。発光出力は光ファイバ２３ａ内を通り、回転している回転軸１４の軸心から空間的に離隔した固定側の受光素子２５に照射される。そして受光素子２５では振動センサ２１の出力信号に応じた振動信号を受信して信号処理回路２７に信号線２６を介して伝達する。
【００１７】
尚、振動センサの出力信号は、上述したようにアナログ信号として伝送してもよいが、A/D回路によりデジタル信号に変換して、デジタル信号として信号処理回路２７に伝送するようにしてもよい。
【００１８】
被研磨物である半導体ウェハの研磨が進行し、異なる材料層に研磨面が移行すると、研磨時に生じるトップリングの振動の様子が異なったものとなる。この振動信号の大きさの変化などから、又、同一材料で表面の凹凸の状態の変化に対応した振動レベルの変化から、振動信号自体は比較的微弱なものであっても、回転しているトップリング上に固定された振動センサの信号を発光素子を介して非接触で固定側の受光素子に伝送することにより、振動の変化を正確に伝達することが可能となる。振動の変化が検出されると、研磨面が新しい材料層が露出したことを示しているので、この信号をパーソナルコンピュータ３０に伝達し、研磨の停止を行うことにより正確な研磨終了を行うことができる。
【００１９】
図３は、本発明の第二実施形態の研磨終点検出システムを備えたポリッシング装置の概要を示す。この実施形態では、回転側への電力供給を回転側に固着した太陽電池パネルを用いて行っている。即ち、トップリング回転軸１４に太陽電池パネル３３を取り付け、この出力線２３ｂを回路ブロック２２内のセンサアンプ等の各種素子に、電源線として接続している。ポリッシング部は通常、ユニット内の蛍光灯の照明下に置かれる。このため蛍光灯の光線が太陽電池パネル３３に照射されることで、太陽電池パネルに十分な起電力が生じ回路ブロック２２内に十分な電源電力が供給される。その他の構成は図１に示す第一実施形態と同様であるので、同一部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００２０】
図４は、本発明の第二実施形態のポリッシング装置の研磨終点検出システムの構成を示す図である。図２に示す第二実施形態との相違点は、回転側への電源電力の供給をロータリトランスを用いて固定側から行うことに対して、回転側に太陽電池パネル３３を設け、回転側の電力発生源から回路プロック２２への電源電力の供給を行うようにしたものである。このため、太陽電池パネル３３の起電力を回路ブロック２２内の各種素子の電源電圧に変換するDC/DCコンバータ２２ｄを用いている。このシステム構成による動作も図２に示す第二実施形態と同様であり、回転側に非接触で電源電力を供給でき、接触部による雑音発生という問題を回避することができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明のポリッシング装置は、被研磨物の研磨終点を検出する振動センサと、発光素子とを回転側に装着し、固定側に発光素子の出力する赤外線を受ける受光素子を配置したものである。これにより回転側から固定側に非接触で信号の伝達が行えるので、振動検出対象物の直近に配置されたセンサから、直接的に、被研磨物の研磨終点における振動の微妙な変化を正確に伝達することが可能となり、研磨終点の検出精度を高めることができる。又、回転側と固定側との振動信号の伝達経路に接続部分がないため、メンテナンスフリーで且つ安定した信号の授受が行える。
【００２２】
又、振動センサの出力信号を増幅するセンサアンプ及び不要な周波数帯域を除去し、必要な周波数帯域のみを通過させるフィルタ等を備えることにより、研磨中の振動信号が微弱な信号であっても、研磨終点における振幅の変化として振動の変化を捉えることにより、正確な研磨終点の検出が可能となる。
【００２３】
又、回転側に搭載する振動センサ、発光素子、センサアンプ等の回路素子への電源の供給を固定側から非接触で行うことにより、メンテナンスフリーで安定した電源の供給が可能となると共に、回転に伴う接触部の雑音の発生を防止でき、研磨終点に伴う振動の変化の検出精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態の研磨終点検出システムの説明図。
【図２】図１におけるシステムの構成を示す図。
【図３】本発明の第二実施形態の研磨終点検出システムの説明図。
【図４】図３におけるシステムの構成を示す図。
【符号の説明】
２１        振動センサ
２２        回路ブロック
２３ａ      光ファイバ
２３ｂ      電源線
２５        受光素子
２６        信号線
２７        信号処理回路
２８        電源線
２９        ロータリトランス
３３        太陽電池パネル
Ｒ          赤外光
【図１】
0003795185.tif 000002
【図２】
0003795185.tif 000003
【図３】
0003795185.tif 000004
【図４】
0003795185.tif 000005