特許ウォッチ

公開番号2025136592
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-19
出願番号2024035278
出願日2024-03-07
発明の名称基板研磨装置、基板処理装置、基板研磨方法、およびプログラム
出願人株式会社荏原製作所
代理人個人,個人,個人
主分類B24B 37/005 20120101AFI20250911BHJP(研削;研磨)
要約【課題】トップリングからの基板の飛び出し等を検出する精度を向上させる。
【解決手段】基板研磨装置は、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、制御装置とを備え、前記トップリングは、前記基板を押圧するための少なくとも1つの加圧室を形成するように構成された少なくとも1つの弾性膜を備え、前記少なくとも1つの弾性膜は、前記基板と接触する面に少なくとも1つの開口を備え、前記基板研磨装置は、前記開口が形成される前記加圧室に流体連通される流路に配置され、前記流路の圧力または流量を測定する測定部をさらに備え、前記制御装置は、前記基板の研磨が行われているときに、前記測定部の測定で得られた測定値に基づいて前記研磨の異常の判定を行い、前記研磨の異常は、前記トップリングからの前記基板の飛び出しおよび前記基板の破損の少なくとも一つを含む。
【選択図】図9
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を支持する研磨テーブルと、
前記基板を保持して前記研磨パッドに押圧するためのトップリングと、
制御装置と
を備える基板研磨装置であって、
前記トップリングは、前記基板を押圧するための少なくとも１つの加圧室を形成するように構成された少なくとも１つの弾性膜を備え、前記少なくとも１つの弾性膜は、前記基板と接触する面に少なくとも１つの開口を備え、
前記基板研磨装置は、
前記開口が形成される前記加圧室に流体連通される流路に配置され、前記流路の圧力または流量を測定する測定部をさらに備え、
前記制御装置は、前記基板の研磨が行われているときに、前記測定部の測定で得られた測定値に基づいて前記研磨の異常の判定を行うように構成されており、
前記研磨の異常は、前記トップリングからの前記基板の飛び出しおよび前記基板の破損の少なくとも一つを含む、基板研磨装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記測定部は、単一の加圧室に流体連通される前記流路に配置された複数の圧力計または、複数の流量計を備え、
前記制御装置は、前記複数の圧力計または前記複数の流量計で得られた複数の測定値に基づいて、前記判定を行うように構成されている、請求項１に記載の基板研磨装置。
【請求項３】
前記測定部は、第１圧力計および第２圧力計を備え、
前記制御装置は、前記第１圧力計の測定で得られた第１圧力値と前記第２圧力計の測定で得られた第２圧力値の差に基づいて、前記判定を行うように構成されている、請求項２に記載の基板研磨装置。
【請求項４】
前記第２圧力計は、前記流路の圧力を調整する圧力レギュレータの二次側の圧力を測定するように構成されており、前記第１圧力計は、前記第２圧力計と前記加圧室の間に流体接続されている、請求項３に記載の基板研磨装置。
【請求項５】
前記流路には、バルブおよび、前記第１圧力計と前記第２圧力計の間に流量計が配置されており、
前記制御装置は、前記第１圧力計の測定位置、前記流量計および、前記第２圧力計の測定位置が研磨中に直列に流体接続されるように前記バルブを切り替えるように構成されている、請求項３に記載の基板研磨装置。
【請求項６】
前記測定部は、第１流量計および第２流量計を備え、
前記第１流量計は、前記第２流量計よりも測定可能な流量の上限が高く、
前記制御装置は、前記第１流量計の測定で得られた第１流量値に基づいて前記基板の飛び出しおよび前記基板の破損の少なくとも一つを検出し、前記第２流量計の測定で得られた第２流量値に基づいて、前記基板の飛び出しを伴わず前記基板の破損をも伴わない前記加圧室のリークを検出するように構成されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の基板研磨装置。
【請求項７】
前記制御装置は、前記研磨の異常を検出したら、前記研磨を停止するように前記トップリングおよび前記研磨テーブルの少なくとも一つを制御するように構成されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の基板研磨装置。
【請求項８】
前記研磨パッドは、前記研磨パッド上に液体を供給または排出するための溝および孔の
少なくとも一つを備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の基板研磨装置。
【請求項９】
前記トップリングを揺動させる揺動アームを備え、
前記制御装置は、
前記基板の研磨の開始と同時に前記判定を行うことが可能に構成されているか、または、
前記基板の研磨において、断続的または継続的に前記判定を行うことができ、前記研磨テーブルまたは前記トップリングの回転数の変更の際、中断せずに前記判定を行うことが可能に構成されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の基板研磨装置。
【請求項１０】
請求項１から５のいずれか一項の基板研磨装置を備える基板処理装置。
（【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、基板研磨装置、基板処理装置、基板研磨方法、およびプログラムに関する。
続きを表示（約 3,300 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体加工工程において用いられる基板処理装置の一種にＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing、化学的機械的研磨）装置が存在する。ＣＭＰ装置は、基板の被研磨面が向いている方向によって「フェースアップ式（基板の被研磨面が上向きの方式）」と「フェースダウン式（基板の被研磨面が下向きの方式）」に大別され得る。
【０００３】
フェースダウン式の化学機械研磨装置は、トップリングとも呼ばれ基板を保持する研磨ヘッドと、研磨パッドが貼り付けられた研磨テーブルと、を含み、研磨ヘッド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研磨ヘッドから基板が外れて研磨ヘッドの外側に飛び出したり、基板が割れるなどして破損することがある。
【０００４】
これに対して、例えば特許文献１には、アームの旋回トルクに基づいて、または、リテーナ部材加圧室に供給される流体の流量に基づいて、研磨ヘッドから基板が飛び出したことを検出することが開示されている。特許文献２には、基板の背面に供給する加圧流体の圧力または流量を検出して基板の破損の有無を判定することが開示されている。特許文献３には、隣接する２つの加圧室にそれぞれ設置された２つのセンサが圧力の高い方から低い方への流体の流れと同一流量を検知すれば、２つの圧力室の境界部でリークが発生していると判定する点が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０２２－０１０７９５号公報
特許第３７０５６７０号公報
特開２００４－３４９３４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の装置では、アームの揺動において、アームの移動する向きが変わるときに旋回トルクが大きく変化するなどの理由により、研磨における特定の条件の下で十分に正確に基板の飛び出しを検出できないおそれがある。また、特許文献２の装置は、弾性膜により加圧室が形成される構成ではない。弾性膜により加圧室が形成されていると、圧力または流量の変動により、十分に正確に基板の飛び出し等を検出できないおそれがある。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、トップリングからの基板の飛び出し等の研磨の異常を検出する精度を向上させた基板研磨装置、基板処理装置または基板研磨方法を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態によれば、基板研磨装置は、基板を研磨するための研磨パッドを支持する研磨テーブルと、前記基板を保持して前記研磨パッドに押圧するためのトップリングと、制御装置とを備え、前記トップリングは、前記基板を押圧するための少なくとも１つの加圧室を形成するように構成された少なくとも１つの弾性膜を備え、前記少なくとも１つの弾性膜は、前記基板と接触する面に少なくとも１つの開口を備え、前記基板研磨装
置は、前記開口が形成される前記加圧室に流体連通される流路に配置され、前記流路の圧力または流量を測定する測定部をさらに備え、前記制御装置は、前記基板の研磨が行われているときに、前記測定部の測定で得られた測定値に基づいて前記研磨の異常の判定を行うように構成されており、前記研磨の異常は、前記トップリングからの前記基板の飛び出しおよび前記基板の破損の少なくとも一つを含む。
本発明の一実施形態によれば、基板研磨方法は、トップリングにより保持された基板を、研磨テーブルに支持された研磨パッドに押圧して研磨を行う基板研磨方法であって、前記トップリングは、前記基板を押圧するための少なくとも１つの加圧室を形成するように構成された少なくとも１つの弾性膜を備え、前記少なくとも１つの弾性膜は、前記基板と接触する面に少なくとも１つの開口を備え、前記基板研磨方法は、前記基板の研磨が行われているときに、前記開口が形成される前記加圧室と流体連通された流路に配置された測定部により、前記流路の圧力または流量を測定することと、前記測定部の測定により得られた測定値に基づいて研磨の異常の判定を行うこととを含み、前記研磨の異常は、前記トップリングからの前記基板の飛び出しおよび前記基板の破損の少なくとも一つを含む。
本発明の一実施形態によれば、プログラムは、基板を研磨するための研磨パッドを支持する研磨テーブルと、前記基板を保持して前記研磨パッドに押圧するためのトップリングと、を備える基板研磨装置の処理装置に処理を行わせるためのプログラムであって、前記トップリングは、前記基板を押圧するための少なくとも１つの加圧室を形成するように構成された少なくとも１つの弾性膜を備え、前記少なくとも１つの弾性膜は、前記基板と接触する面に少なくとも１つの開口を備え、前記基板研磨装置は、前記開口が形成される前記加圧室と流体連通された流路に配置され、前記流路の圧力または流量を測定する測定部をさらに備え、前記処理では、前記基板の研磨が行われているときに、前記測定部の測定により得られた測定値に基づいて研磨の異常の判定を行い、前記研磨の異常は、前記トップリングからの前記基板の飛び出しおよび前記基板の破損の少なくとも一つを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
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。
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。
一実施形態のトップリングを概略的に示す断面図である。
一実施形態による、トップリングを研磨テーブル側から見た図である。
一実施形態による、リテーナ部材の形状を示す図である。
一実施形態による、弾性膜（メンブレン）の構造を示す平面図である。
図６Ａに示される矢印Ｂ－Ｂに沿って切り出した断面図である。
図６Ａに示される矢印Ｃ－Ｃに沿って切り出した断面図である。
一実施形態による、リプル室に接続される流路における測定装置の配置を示す概念図である。
研磨中の基板、研磨パッド、およびトップリングを示す断面図である。
基板の飛び出しを模式的に示す断面図である。
基板が飛び出した後の研磨パッドおよびトップリングを示す断面図である。
揺動アームのトルク、圧力レギュレータの二次側の圧力、および圧力計が測定した圧力と、時間との関係を示すグラフである。
揺動アームの位置およびトルクと時間との関係を示すグラフである。
加圧室の各状態を模式的に示す、圧力レギュレータの二次側の圧力および圧力計が測定した圧力と、時間との関係を示すグラフである。
一実施形態の基板研磨方法を示すフロー図である。
一実施形態の基板研磨方法を示すフロー図である。
一実施形態の基板研磨方法を示すフロー図である。
一実施形態の基板研磨方法を示すフロー図である。
他の実施形態による、加圧室に接続される流路における測定装置の配置を示す概念図である。
他の実施形態による、加圧室に接続される流路における測定装置の配置を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明に係る基板研磨装置、基板処理装置、基板研磨方法およびプログラム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】以降は省略されています）

関連特許