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公開番号2024092954
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-08
出願番号2023189873
出願日2023-11-07
発明の名称研磨装置及び研磨方法
出願人株式会社荏原製作所
代理人個人,個人,個人,個人
主分類B24B 37/013 20120101AFI20240701BHJP(研削;研磨)
要約【課題】センサヘッドの数が増加しても、研磨装置のサイズの増加量が、従来よりも改善した研磨装置を提供する。
【解決手段】基板Wを研磨する研磨装置110は、研磨パッドを保持するための研磨テーブルと、基板Wの表面を前記研磨パッドに対して押圧する研磨ヘッドとを有する。複数の第1の光学ヘッド131～134は、基板Wを横切って移動しながら、基板Wの膜厚に関する信号を検出する。1個の分光器14は、複数の第1のセンサヘッド131～134のうちの少なくとも2個の第1のセンサヘッドが出力する信号を受信して処理する。光スイッチ40は、センサヘッド131～134を選択的に分光器14に接続する。処理部15は、複数のセンサヘッド131～134が同時に基板と対向するタイミングにおいて、分光器14との接続を一方のセンサヘッドから他方のセンサヘッドに切り替えるように光スイッチ40を制御する。
【選択図】図13
特許請求の範囲【請求項１】
基板を研磨する研磨装置であって、
研磨パッドを保持するための研磨テーブルと、
基板の表面を前記研磨パッドに対して押圧する研磨ヘッドと、
前記基板を横切って移動しながら、前記基板の膜厚に関する信号を検出する複数のセンサヘッドと、
複数の前記センサヘッドのうちの少なくとも２個のセンサヘッドが出力する信号を受信して処理する１個の分光器と、
前記少なくとも２個のセンサヘッドを選択的に前記分光器に接続する切替器と、
制御装置と、を有し、
前記制御装置は、
前記少なくとも２個の前記センサヘッドが同時に前記基板と対向するタイミングにおいて、前記分光器との接続を一方のセンサヘッドから他方のセンサヘッドに切り替えるように前記切替器を制御する、
ことを特徴とする研磨装置。
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
前記研磨テーブルは、前記研磨テーブルの軸心周りに回転可能であり、複数の前記センサヘッドは、前記基板の中心を含む領域と対向する前記研磨テーブルの領域に配置されていることを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項３】
複数の前記センサヘッドのうちの所定の偶数個の前記センサヘッドは２個ずつ対を形成し、
前記対を構成する２個の前記センサヘッドは前記軸心に関して実質的に互いに反対側の位置にあり、
前記対を構成する２個の前記センサヘッドを結ぶ線は、前記軸心周りに同じ角度間隔になるように、偶数個の前記センサヘッドは配置されることを特徴とする請求項２記載の研磨装置。
【請求項４】
複数の前記センサヘッドのうちの所定の４個について、
２個の前記センサヘッドは前記軸心に関して実質的に互いに反対側の位置にあり、他の２個の前記センサヘッドは前記軸心に関して実質的に互いに反対側の位置にあり、
２個の前記センサヘッドを結ぶ線と、前記他の２個の前記センサヘッドを結ぶ線とがなす角度は０度より大きく１８０度未満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５】
前記研磨装置は、複数の前記センサヘッドとして、前記基板の中心を含む領域において前記基板の膜厚に関する信号を検出する第１のセンサヘッドと、前記基板の周縁部に沿って移動しながら前記基板の膜厚に関する信号を検出する第２のセンサヘッドを有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の研磨装置。
【請求項６】
複数の前記第１のセンサヘッドは少なくとも２個あり、複数の前記第２のセンサヘッドは少なくとも２個あり、
２個の前記第１のセンサヘッドは前記軸心に関して実質的に互いに反対側の位置にあり、
２個の前記第２のセンサヘッドを結ぶ線分上に前記軸心があり、
２個の前記第１のセンサヘッドを結ぶ線と、前記第２のセンサヘッドを結ぶ前記線分とがなす角度は０度から１８０度であることを特徴とする請求項５記載の研磨装置。
【請求項７】
複数の前記センサヘッドのうちの所定の個数の前記センサヘッドと、複数の前記センサヘッドのうちの前記所定の個数の他の前記センサヘッドについて、
前記所定の個数の前記センサヘッドと前記研磨テーブルの前記軸心とをそれぞれ結ぶ線上に、前記所定の個数の他の前記センサヘッドのおのおのの１個が配置されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１記載の研磨装置。
【請求項８】
複数の前記センサヘッドのうちの所定の２個と、複数の前記センサヘッドのうちの他の所定の４個について、
前記所定の２個の前記センサヘッドは前記軸心に関して実質的に互いに反対側の位置にあり、
前記所定の４個のうちの２個の前記センサヘッドを結ぶ第１の線分上に前記軸心があり、
前記所定の４個のうちの他の２個の前記センサヘッドを結ぶ第２の線分上に前記軸心があり、
前記第１の線分と、前記第２の線分とがなす角度は０度から１８０度であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の研磨装置。
【請求項９】
前記所定の２個の前記センサヘッドを結ぶ第３の線に関して、前記所定の４個の前記センサヘッドは対称に配置され、
前記第３の線と前記第１の線分の成す角のうち最小の角度は９０度より小さく、前記第３の線と前記第２の線分の成す角のうち最小の角度は９０度より小さいことを特徴とする請求項８記載の研磨装置。
【請求項１０】
基板を研磨する研磨方法であって、
研磨テーブルは、研磨パッドを保持し、
研磨ヘッドは、基板の表面を前記研磨パッドに対して押圧し、
複数のセンサヘッドは、前記基板を横切って移動しながら、前記基板の中心を含む領域において前記基板の膜厚に関する信号を検出し、
１個の分光器は、複数の前記センサヘッドが出力する信号を受信して処理し、
切替器は、前記少なくとも２個のセンサヘッドを選択的に前記分光器に接続し、
制御装置は、前記少なくとも２個の前記センサヘッドが同時に前記基板と対向する時に、前記分光器との接続を一方のセンサヘッドから他方のセンサヘッドに切り替えるように切替器を制御することを特徴とする研磨方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
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。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハなどの基板の表面を研磨する装置として、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）装置が広く知られている。このＣＭＰ装置は、回転する研磨テーブル上の研磨パッドに研磨液を供給しながら、ウェハを保持した研磨ヘッドで基板を研磨パッドに押し付けることで基板の表面を研磨する。ＣＭＰ装置は、一般に、基板の膜厚または膜厚に等価な信号を測定する膜厚測定部を備えており、膜厚測定部から得られる膜厚の測定値に基づいて、基板に対する研磨荷重を制御し、さらには研磨終点を決定する。膜厚測定部としては、渦電流センサや光学式センサが一般的に使用される。
【０００３】
従来のＣＭＰ装置における膜厚測定部は、研磨パッド上の基板に対向するように研磨テーブルの内部に配置される。したがって、研磨テーブルが回転するたびに、膜厚測定部が基板を横切って移動しながら、基板上の複数の測定点で膜厚を測定する。従来のＣＭＰ装置では、膜厚測定部は、基板の中心を通るように配置される。これは、基板の径方向に分布する複数の測定点で膜厚を測定するためである。
【０００４】
研磨中の基板の膜厚測定において基板の中心部および周縁部を含む全面において、精度の高い膜厚データを取得する目的で複数のセンサを設けることが知られている（特許第6470365号）。デバイスの微細化に伴って研磨精度の向上が必須である。研磨精度の向上には測定解像度を更に改善する必要がある。測定解像度を改善するためにセンサヘッドの数を増やす必要がある。センサヘッドの数に応じて、センサヘッドが出力する信号を受信して処理する信号処理部の数を増やすと、研磨装置が大型化する。この問題は、膜厚測定に光学センサを用いる場合に、渦電流センサの場合より顕著である。光学センサの信号処理部である分光器は、渦電流センサの信号処理部より、サイズが大きいためである。サイズが大きくなると、装置の設置面積が限られている場合、問題となる。また装置の単位面積当たりの生産量に換算した半導体の生産性が低下するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許第6470365号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の一形態は、このような問題点を解消すべくなされたもので、その目的は、センサヘッドの数が増加しても、研磨装置のサイズの増加量が、従来よりも改善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】
【０００７】
上記課題を解決するために、第１の形態では、基板を研磨する研磨装置であって、研磨パッドを保持するための研磨テーブルと、基板の表面を前記研磨パッドに対して押圧する研磨ヘッドと、前記基板を横切って移動しながら、前記基板の膜厚に関する信号を検出する複数のセンサヘッドと、複数の前記センサヘッドのうちの少なくとも２個のセンサヘッドが出力する信号を受信して処理する１個の分光器と、前記少なくとも２個のセンサヘッドを選択的に前記分光器に接続する切替器と、制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記少なくとも２個の前記センサヘッドが同時に前記基板と対向するタイミングにおいて、
前記分光器との接続を一方のセンサヘッドから他方のセンサヘッドに切り替えるように前記切替器を制御する、ことを特徴とする研磨装置という構成を採っている。
【０００８】
本実施形態では、少なくとも２個のセンサヘッドが同時に基板と対向するタイミングにおいて、１個の分光器が、複数のセンサヘッドのうちの少なくとも２個のセンサヘッドが出力する信号を受信して処理するため、センサヘッドの数が増加しても、研磨装置のサイズの増加量が、従来よりも改善した研磨装置を提供できる。
【０００９】
第２の形態では、前記研磨テーブルは、前記研磨テーブルの軸心周りに回転可能であり、複数の前記センサヘッドは、前記基板の中心を含む領域と対向する前記研磨テーブルの領域に配置されてい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。
【００１０】
第３の形態では、複数の前記センサヘッドのうちの所定の偶数個の前記センサヘッドは２個ずつ対を形成し、前記対を構成する２個の前記センサヘッドは前記軸心に関して実質的に互いに反対側の位置にあり、前記対を構成する２個の前記センサヘッドを結ぶ線は、前記軸心周りに同じ角度間隔になるように、偶数個の前記センサヘッドは配置され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。
（【００１１】以降は省略されています）

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