JP2003133271A - 化学機械研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】キャリアヘッド内にウェーハの有無を検知する
機械式の検知機構を備えるＣＭＰ装置において、誤検出
による生産性の低下等を防止する。 【解決手段】ウェーハＷを吸着して保持する３つのキャ
リアヘッド３１〜３４と、着脱テーブル５１と、キャリ
アヘッドに保持されたウェーハＷを押し付けて研磨する
３つのプラテン６１，７１，８１とを備え、キャリアヘ
ッド内には機械式の検知機構を有する化学機械研磨装置
において、キャリアヘッド３１〜３４の外部でベース２
０の上面に、キャリアヘッドに保持されるウェーハＷの
有無を検知する４つの反射型光センサ１２０を設けた。
これにより、研磨作業の効率が良くなり、生産性が向上
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被処理体としての
半導体基板等を化学的及び機械的研磨（ＣＭＰ）により
平坦化する化学機械研磨装置に関し、特に、キャリアヘ
ッドに対して半導体基板が保持されているか否かを機械
的に検知する検知機構をキャリアヘッド内に備えた化学
機械研磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】種々の積層処理が施された被処理体とし
ての半導体基板（以下、単にウェーハと称す）の表面を
平坦化する装置として、化学機械研磨装置（ＣＭＰ装
置）が知られている。この装置は、キャリアヘッドでウ
ェーハを保持し、プラテン上の研磨パッドにウェーハを
押し付け、キャリアヘッド及びプラテン（回転基盤）を
回転させながら研磨剤（スラリー）を供給して、ウェー
ハの表面を化学的かつ機械的に研磨するものである。

【０００３】この装置においては、図６に示すように、
ハウジング２、ハウジング２の外周において環状に形成
された保持リング３、保持リング３の内側空間において
上下方向に移動可能に支持された可動保持部材４、可動
保持部材４の下面に密接して配置され圧力の変化等によ
り弾性変形が可能なメンブレン（可撓膜）５等を備えて
いる。可動保持部材４は、チャンバＣを画定すると共
に、メンブレン５が貼設された下面部において、チャン
バＣに連通する複数の第１貫通孔４ａ、開口径が第１貫
通孔４ａより大きい一つの第２貫通孔４ｂ、吸引ポンプ
（不図示）とチャンバＣとを連通させる通路４ｃ等を備
えている。

【０００４】また、上記装置においては、研磨処理に際
しては、ウェーハＷがキャリアヘッド１（可動保持部材
４）に正確に保持されている必要があるため、ウェーハ
Ｗの有無を検知するための機械的な検知機構が設けられ
ている。この検知機構は、可動保持部材４に一部が配設
されて大気に開放される通路６、通路６を開閉する開閉
バルブ７、開閉バルブ７を閉弁方向に付勢するスプリン
グ８等により構成されている。

【０００５】上記装置において、図７（ａ）に示すよう
に、メンブレン５の下面にウェーハＷが置かれた状態
で、吸引ポンプによりチャンバＣ内が減圧されると、第
１貫通孔４ａ及び第２貫通孔４ｂに位置するメンブレン
５´，５´´が内側に向けて吸い込まれることで変形
し、ウェーハＷとの間に、低圧ポケットＬＰを生じる。
これら低圧ポケットＬＰは、吸盤として作用しウェーハ
Ｗを吸着する。したがって、ウェーハＷは、可動保持部
材４に堅固に保持されることになる。このとき、第２貫
通孔４ｂに対応するメンブレン５´´は、低圧ポケット
ＬＰ内の圧力との関係で、開閉バルブ７に接触しないレ
ベルまで変形するため、開閉バルブ７は通路６を閉じた
状態を維持する。

【０００６】一方、図７（ｂ）に示すように、メンブレ
ン５の下面にウェーハＷが無い状態で、吸引ポンプによ
りチャンバＣ内が減圧されると、第１貫通孔４ａ及び第
２貫通孔４ｂに位置するメンブレン５´，５´´は、内
側に向けて吸い込まれて変形するが、ウェーハＷが無い
ため、図７（ａ）に示す場合よりもより大きく変形す
る。その結果、第２貫通孔４ｂに対応するメンブレン５
´´は、開閉バルブ７に当接しさらにスプリング８の付
勢力に逆らって開閉バルブ７を上方に向けて押し上げ、
開閉バルブ７は通路６を開放する。これにより、吸引ポ
ンプによりチャンバＣ内が減圧され続けても、通路６が
大気に開放されるため、チャンバＣ内の圧力は、所定レ
ベルより低くはならない。

【０００７】すなわち、上記検知機構においては、図８
に示すように、チャンバＣ内の圧力が圧力センサ（不図
示）により検出されて、その値がＰ１のとき（図７
（ａ）に示す状態のとき）は、ウェーハＷが有る（保持
されている）と判断され、一方、その値がＰ２（Ｐ２＞
Ｐ１）のとき（図７（ｂ）に示す状態のとき）は、ウェ
ーハＷが無い（保持されていない）と判断される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な機械式の検知機構においては、組み付け精度のバラツ
キ、作動環境あるいは経時的要因等により、開閉バルブ
７がその往復案内通路との間でスティック等を生じて、
図９に示すように、完全に復帰せず、通路６を開放した
状態のまま停止してしまう場合がある。

【０００９】その結果、ウェーハＷがメンブレン５によ
り吸着されて保持されているにも拘わらず、圧力センサ
はＰ２の値を検出して、ウェーハＷが無い（ウェーハＷ
が落下した）、と判断（誤検出）することになる。この
判断に基づき、装置の動作全体を司る制御部は、キャリ
アヘッド１及びプラテン等の回転を止めて、研磨動作を
停止させる。したがって、ウェーハＷが有るにも拘わら
ず装置が自動的に停止するため、研磨作業が途中で中断
し、その中断の度にオペレータが確認作業を行なわなけ
ればならず、稼働時間の低下、生産性の低下等を招くこ
とになる。

【００１０】また、上記の検知機構とは逆に、ウェーハ
Ｗが無いにも拘わらず有る、と誤検出するような別のタ
イプの検知機構を備えた化学機械研磨装置においては、
このような誤検出が行なわれると、ウェーハＷが保持さ
れていないにも拘わらず、キャリアヘッド１及びプラテ
ン等を回転させ続けるため、メンブレン５及び保持リン
グ３が研磨パッド等に直接押し付けられて研磨されるこ
とになり、メンブレン５の損傷又は破損、あるいは、研
磨パッドの破損等を招く虞がある。

【００１１】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて
成されたものであり、その目的とするところは、ウェー
ハ等の被処理体の有無を検知する機械式の検知機構が、
例え誤検出を行なった場合でも、その検出信号に基づき
装置が停止する頻度を抑制して、無駄な確認作業を極力
省き、安定した研磨作業が持続されて生産性の向上が図
れ、あるいは、被処理体が無いにも拘わらず有ると誤検
出するような検知機構を備えた装置においては、構成部
品等の損傷又は破損等を極力防止できる、化学機械研磨
装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の化学機械研磨装
置は、被処理体を吸着して保持するキャリアヘッドと、
キャリアヘッドに保持された被処理体を押し付けて研磨
する回転基盤と、回転基盤を支持するベースと、を備え
た化学機械研磨装置であって、上記ベース上の所定の位
置において、キャリアヘッドに保持される被処理体の有
無を検知する検知センサを設けた、ことを特徴としてい
る。この構成によれば、キャリアヘッドに内蔵された機
械式の検知機構が例え誤検出を行なっても、キャリアヘ
ッドの外部であるベース上に配置された別の検知センサ
が被処理体の有無を検知するため、誤検出による装置の
停止を極力防止でき、あるいは、構成部品の破損等を極
力防止できる。また、機械式の検知機構を備えない装置
においても、この検知センサにより被処理体の有無を検
知することができる。

【００１３】上記構成において、検知センサは、投光部
及び受光部を有する反射型の光センサである、構成を採
用できる。この構成によれば、機械的なセンサではな
く、非接触式の光センサであるため、従来の検知機構に
発生するような作動不良による誤検出を防止でき、より
確実な検出を行なえる。

【００１４】上記構成において、検知センサは、回転基
盤の外縁近傍に配置されている、構成を採用できる。こ
の構成によれば、回転基盤の外縁近傍、すなわち、外側
の隣接した領域に検知センサが配置されるため、回転基
盤の上方に配置される他の部品（例えば、研磨パッドを
調整するパッドコンディショナ、研磨剤等を供給するス
ラリー供給パイプ等）を間違って検出するのを防止で
き、より確実に被処理体の有無を検出することができ
る。

【００１５】また、本発明の化学機械研磨装置は、被処
理体を吸着して保持し得る複数のキャリアヘッドを移動
可能に担持して所定の回転軸回りに回転可能に配置され
たカラセルと、キャリアヘッドに対する被処理体の着脱
を行なう着脱テーブルと、キャリアヘッドに保持された
被処理体を押し付けて研磨するべく複数のキャリアヘッ
ドのそれぞれに対応して配置された複数の回転基盤と、
着脱テーブル及び回転基盤を支持するベースとを備え、
着脱テーブル及び複数の回転基盤はカラセルの回転軸周
りに配列された化学機械研磨装置であって、上記キャリ
アヘッドの外部の位置において、キャリアヘッドに保持
される被処理体の有無を検知する検知センサを設けた、
ことを特徴としている。この構成によれば、キャリアヘ
ッドに保持された被処理体が、着脱テープルから隣接す
る回転基盤上にあるいは一つの回転基盤から隣接する他
の回転基盤上に移送される際等に、キャリアヘッドに内
蔵された機械式の検知機構が例え誤検出を行なっても、
キャリアヘッドの外部であるベース上に配置された別の
検知センサが被処理体の有無を検知するため、誤検出に
よる装置の停止を極力防止でき、あるいは、構成部品の
破損等を極力防止できる。これにより、被処理体の研磨
作業が効率良く行なわれ、生産性が向上する。また、機
械式の検知機構を備えない装置においても、この検知セ
ンサにより被処理体の有無を検知することができる。

【００１６】上記構成において、検知センサは、投光部
及び受光部を有する反射型の光センサである、構成を採
用できる。この構成によれば、機械的なセンサではな
く、非接触式の光センサであるため、従来の検知機構に
発生するような作動不良による誤検出を防止でき、より
確実な検出を行なえる。

【００１７】上記構成において、検知センサは、着脱テ
ーブルの外縁近傍及び複数の回転基盤のそれぞれの外縁
近傍で、かつ、カラセルの回転軸との間に、それぞれ配
置されている、構成を採用できる。この構成によれば、
被処理体の着脱及び研磨処理を行なう複数の処理ステー
ションを備える装置においても、それぞれの移送行程毎
に確実な検出が行なえるため、誤検出の頻度を極力抑え
られ、研磨作業が一層効率良く行なわれ、生産性がより
一層向上する。

【００１８】上記構成において、カラセル、キャリアヘ
ッド、及び検知センサの動作を少なくとも制御する制御
手段を有し、この制御手段は、キャリアヘッドに保持さ
れた被処理体を、複数の回転基盤の一つの回転基盤に対
向する位置から隣接する他の回転基盤に対向する位置に
移動させる際に、被処理体を予めカラセルの回転軸側に
引寄せるようにキャリアヘッドを後退移動させその後逆
向きに前進移動させると共に、この後退移動又は前進移
動の際に検知センサに検知動作を行わせる、構成を採用
できる。この構成によれば、被処理体が回転基盤の上方
に配置される他の部品（例えば、パッドコンディショ
ナ、スラリー供給パイプ等）等から離れた所定のタイミ
ングで検知センサが検知動作を行なうため、誤検出を確
実に防止でき、より安定して高精度に被処理体の有無を
検出することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付図面を参照しつつ説明する。図１ないし図５
は、本発明に係る化学機械研磨装置の一実施形態を示す
ものであり、図１は全体の構成を示す概略平面図、図２
はベースを示す平面図、図３は検知センサと被処理体と
の関係を示す側面図、図４は制御システムを示すブロッ
ク図、図５は作動及び検知センサの動作タイミングを説
明する平面図である。

【００２０】この装置は、図１に示すように、ベース１
０、ベース１０の上方において回転軸２０により回動自
在に支持されたカラセル３０、ベース１０に隣接して配
置され被処理体としてのウェーハＷを収容するカセット
４１を搬送する搬送機構４０、装置全体の動作等を制御
する制御手段としての制御部１００等を、基本構成とし
て備えている。

【００２１】ベース１０は、図１及び図２に示すよう
に、ウェーハＷの着脱を行なうための一つの着脱ステー
ション５０、着脱ステーション５０に続けて、回転軸２
０（カラセル３０）の周りにおいて、反時計回りに順次
に配置された第１の研磨ステーション６０、第２の研磨
ステーション７０、第３の研磨ステーション８０等を備
えている。また、着脱ステーション５０及び３つの研磨
ステーション６０，７０，８０の相互の間には、洗浄ス
テーション９０がそれぞれ配置されている。

【００２２】着脱ステーション５０は、ウェーハＷを後
述するキャリアヘッド３１，３２，３３，３４に対して
着脱する際に、ウェーハＷを一旦載せる着脱テーブル５
１を備えている。３つの研磨ステーション６０，７０，
８０は、それぞれ研磨パッドを上面に有する回転基盤と
してのプラテン６１，７１，８１と、スラリー供給ユニ
ットの一部をなすスラリー供給パイプ６２，７２，８２
と、パッドコンディショナ６３，７３，８３等を備えて
いる。

【００２３】プラテン６１，７１，８１は、それぞれ駆
動モータ（不図示）により回転駆動され、その回転速度
は、約３０ｒｐｍ〜２００ｒｐｍである。スラリー供給
パイプ６２，７２，８２は、反応剤、研磨粒子、化学反
応触媒等を含む研磨剤（スラリー）を研磨パッドの表面
に供給するものであり、又、研磨パッドの高圧リンスを
行なう複数のリンスノズル等も備えている。パッドコン
ディショナ６３，７３，８３は、それぞれ調整ヘッド６
３ａ，７３ａ，８３ａを有しており、研磨パッドに押し
付けられたウェーハＷを効率良く研磨するように、研磨
パッドを最適な状態に維持するものである。

【００２４】カラセル３０は、４つのキャリアヘッド３
１，３２，３３，３４を担持している。キャリアヘッド
３１，３２，３３，３４は、それぞれ駆動モータ（不図
示）により回転させられると共に、ウェーハＷを吸着さ
せるための吸引システム、吸着したウェーハＷをプラテ
ン６１，７１，８１上の研磨パッドに押し付ける押圧シ
ステム、及びウェーハＷの有無を検知する機械式の検知
機構等を備えている。尚、吸引システム、検知機構等に
ついては、図６及び図７に示すような従来の構造と同一
であるため、ここでの説明は省略する。

【００２５】また、キャリアヘッド３１，３２，３３，
３４には、それぞれ駆動機構３１ａ，３２ａ，３３ａ，
３４ａが設けられている。駆動機構３１ａ，３２ａ，３
３ａ，３４ａは、対応するそれぞれのキャリアヘッド３
１，３２，３３，３４を、プラテン６１，７１，８１の
上面と平行な面内のＤ方向において、回転軸２０に近づ
く向きに移動（後退移動）させ、又、逆に回転軸２０か
ら遠ざかる向きに移動（前進移動）させ、さらに、プラ
テン６１，７１，８１の上面に垂直な上下方向において
下降及び上昇移動させるようになっている。

【００２６】ベース１０の上面には、図２に示すよう
に、４つの検知センサ１２０（１２０ａ，１２０ｂ，１
２０ｃ，１２０ｄ）が配置されている。これら４つの検
知センサ１２０は、回転軸２０の外側に配置されてベー
ス１０に固定されたリングブラケット１３０に取り付け
られ、お互いに略９０度の角度間隔をあけて支持されて
いる。

【００２７】検知センサ１２０は、図３に示すように、
検知光を投光する投光部１２１、投光部１２１から投光
された検知光がウェーハＷの表面（下面）により反射さ
れた反射光を受光する受光部１２２、投光部１２１及び
受光部１２２を保持するハウジング１２３等により構成
された、いわゆる反射型の光センサ（フォトインタラプ
タ）である。投光部１２１は、発光ダイオードからな
り、その先端部１２１ａは半球表面をなすように丸く形
成されている。受光部１２２は、受光素子からなり、そ
の先端部１２２ａは半球表面をなすように丸く形成され
ている。ハウジング１２３は、リングブラケット１３０
に固定されており、ハウジング１２３の角度、高さ等が
微調整できるようになっている。

【００２８】検知センサ１２０が配置される研磨処理空
間は、研磨剤（スラリー）、研磨粉等が飛散する悪条件
の環境下であるため、投光部１２１及び受光部１２２の
表面にも、これらの飛散物が付着する場合がある。この
場合、投光部１２１及び受光部１２２の先端部１２１
ａ，１２２ａが半球表面をなすように丸く形成されてい
るため、付着物は即座に下方に流れ落ちて、投光及び受
光の機能に支障を来たさないようになっている。特に、
化学機械研磨を行なう環境空間において、光センサを用
いる場合は、上記のように投光部１２１及び受光部１２
２の先端部１２１ａ，１２２ａを丸く形成することが、
検出精度を高めるのに効果的である。尚、この丸み形状
は、付着物が容易に離脱するような形状であれば、半球
形状に限らない。

【００２９】また、投光部１２１及び受光部１２２は、
キャリアヘッド３１，３２，３３，３４に保持されたウ
ェーハＷの下面に対して位置決めされる際に、図３に示
すように、ウェーハＷの下面に垂直な線Ｖに対して線対
称となるように位置付けられ、かつ、投光部１２１の光
軸Ｌ１と受光部１２２の光軸Ｌ２とのなす角度θ、及び
投光部１２１及び受光部１２２の投光端部及び受光端部
からウェーハＷ下面までの距離Ｈとは、それぞれ角度θ
が約６０度〜８０度、好ましくは７０度程度に設定さ
れ、又、距離Ｈが約８ｍｍ〜１２ｍｍ、好ましくは１０
ｍｍ程度に設定される。このように、検知センサ１２０
を位置決めすることにより、誤検出を防止してウェーハ
Ｗの有無を高精度に検知することができる。

【００３０】また、図２に示すように、４つの検知セン
サ１２０は、それぞれ着脱テーブル５１及びプラテン６
１，７１，８１の外縁近傍でかつ回転軸２０との間に配
置されている。すなわち、それぞれの検知センサ１２０
は、着脱テーブル５１及びプラテン６１，７１，８１の
それぞれの中心と回転軸２０の中心とを結ぶ線上あるい
はその近傍に、位置付けられ固定されている。

【００３１】このように、着脱テーブル５１及び３つの
プラテン６１，７１，８１のそれぞれに対応させて検知
センサ１２０が配置されているため、ウェーハＷを保持
したキャリアヘッド３１，３２，３３，３４がいずれの
ステーション領域にある場合でも、ステーション毎にウ
ェーハＷの有無を検出することができる。すなわち、着
脱ステーション５０及び３つの研磨ステーション６０，
７０，８０の相互における移送行程毎に、ウェーハＷの
有無を検出することができるため、機械式の検知機構が
誤検出を招いた場合でもその誤検出により装置が停止す
る頻度を極力抑えることができる。これにより、無駄に
研磨作業が停止するのを防止して、研磨作業を効率良く
行なわせることができる。

【００３２】また、上記のように、着脱テーブル５１及
び三つのプラテン６１，７１，８１の外縁近傍でかつ回
転軸２０との間に検知センサ１２０を配置することによ
り、検知センサ１２０がウェーハＷではなく他の部品等
を検出して、ウェーハＷ有り、と誤検出するのを防止で
きる。特に、それぞれの研磨ステーション６０，７０，
８０領域には、プラテン６１，７１，８１の上方におい
て、キャリアヘッド３１，３２，３３，３４だけでな
く、スラリー供給パイプ６２，７２，８２、あるいは、
パッドコンディショナ６３，７３，８３等が存在するた
め、検知センサ１２０から投光された検知光は色々な部
品の表面により反射されて戻り、ウェーハＷ有りとの検
出信号を出力する恐れがある。

【００３３】そこで、上記のように、スラリー供給パイ
プ６２，７２，８２あるいはパッドコンディショナ６
３，７３，８３等が存在しない空間、すなわち、着脱テ
ーブル５１及びプラテン６１，７１，８１の外縁近傍で
かつ回転軸２０の間に検知センサ１２０を配置すること
により、ウェーハＷ以外の部品により検知光が反射され
るのを確実に防止し、これにより、誤検出のない高精度
な検出を行なうことができる。

【００３４】図４に示すように、装置の全体の制御を司
る制御システムにおいて、制御部（制御手段）１００
は、種々の演算処理を行なうと共に制御信号を発する中
央演算処理部１１０、種々の運転情報、例えば研磨作業
の手順を示したレシピ情報等を予め記憶させておく記憶
部１１５、カラセル３０の回転駆動を制御する駆動回路
１３０、キャリアヘッド３１，３２，３３，３４を駆動
する駆動機構３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａの駆動を
制御する駆動回路１４０、キャリアヘッド３１，３２，
３３，３４を回転駆動を制御する駆動回路１５０、プラ
テン６１，７１，８１の回転駆動を制御する駆動回路１
６０、パッドコンディショナ６３，７３，８３の駆動を
制御する駆動回路１７０、スラリー供給システムの駆動
を制御する駆動回路１８０、検知センサ１２０（１２０
ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄ）の検知動作（検知
タイミング）を制御する検知回路１９０等を備えてい
る。

【００３５】すなわち、検知センサ１２０がウェーハＷ
の有無を検知する動作（検知タイミング）としては、駆
動機構３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａが予め記憶部１
１５に格納されたレシピ情報に基づいてキャリアヘッド
３１，３２，３３，３４を適宜移動させる際に、キャリ
アヘッド３１，３２，３３，３４が所定の位置に至った
とき、あるいは、所定の範囲内に位置するとき、中央演
算処理部１１０からの制御信号により検知回路１９０が
作動して、検知センサ１２０による検知動作を行なうよ
うになっている。

【００３６】次に、上記装置の動作及び検知センサ１２
０の検知動作について説明する。ここでは、説明の便宜
上、１枚のウェーハＷを一つのキャリアヘッド３１で保
持して３つの研磨ステーション６０，７０，８０で順次
に研磨処理を行なう場合について説明する。

【００３７】先ず、出し入れ機構（不図示）によりカセ
ット４１から取り出されたウェーハＷは、着脱テーブル
５１に載せられる。そして、例えばキャリアヘッド３１
が駆動されてウェーハＷを吸着し、キャリアヘッド３１
は回転軸２０に引寄せられる向きに（Ｄ１方向）に移動
（後退移動）する。この後退移動の際に、所定のタイミ
ングで検知センサ１２０ａを作動させて、ウェーハＷの
有無を検知する。

【００３８】続いて、カラセル３０が反時計回りに略９
０度回転して、第１の研磨ステーション６０にキャリア
ヘッド３１を位置付ける。そして、駆動機構３１ａによ
りキャリアヘッド３１をプラテン６１に対向する位置ま
で近付けて、ウェーハＷを研磨パッドに押し付け、研磨
処理を行なう。

【００３９】第１の研磨ステーション６０での研磨処理
が終了すると、駆動機構３１ａにより、キャリアヘッド
３１は上昇して研磨パッドから離れると共に回転軸２０
側に引寄せられる向き（Ｄ１方向）に移動（後退移動）
する。この後退移動の際に、所定のタイミングで検知セ
ンサ１２０ｂを作動させて、ウェーハＷの有無を検知す
る。

【００４０】続いて、カラセル３０は、キャリアヘッド
３１を隣接する第２の研磨ステーション７０に移動させ
るべく、反時計回りに略９０度回転する。そして、駆動
機構３１ａにより、キャリアヘッド３１は回転軸２０か
ら遠ざかる向き（Ｄ２方向）に移動（前進移動）する。
尚、この前進移動の際に、所定のタイミングで検知セン
サ１２０ｃを作動させて、ウェーハＷの有無を検知して
もよい。この場合、第２の研磨ステーション７０で研磨
処理が行なわれる前に、二重の検知動作が行われること
になり、よりきめ細かに誤検出の頻度を抑えることがで
きる。そして、駆動機構３１ａによりキャリアヘッド３
１をプラテン７１に対向する位置まで近付けて、ウェー
ハＷを研磨パッドに押し付け、研磨処理を行なう。

【００４１】第２の研磨ステーション７０での研磨処理
が終了すると、駆動機構３１ａにより、キャリアヘッド
３１は上昇して研磨パッドから離れると共に回転軸２０
側に引寄せられる向き（Ｄ１方向）に移動（後退移動）
する。この後退移動の際に、所定のタイミングで検知セ
ンサ１２０ｃを作動させて、ウェーハＷの有無を検知す
る。

【００４２】以下、第３の研磨ステーション８０におい
ての研磨処理及び検知センサ１２０ｄによる検知動作も
同様であり、第３の研磨ステーション８０での研磨処理
が終了すると、カラセル３０は時計回りに２７０度回転
して、キャリアヘッド３１を着脱ステーション５０の位
置に位置付け、ウェーハＷの離脱及び取り出しが行なわ
れる。

【００４３】上記一連の研磨処理においては、機械式の
検知機構がウェーハＷ無しとの信号を出力している場合
は、それぞれの検知センサ１２０により、ウェーハＷ有
りとの信号が出力されている限り、研磨処理は続行され
る。すなわち、検知機構が誤検出を行なっていること
が、検知センサ１２０の検知信号により判断された場合
は、制御部１００（中央演算処理部１１０）は装置を停
止させることなく研磨処理を続行させる。

【００４４】一方、検知機構の信号に拘わらず、検知セ
ンサ１２０によりウェーハＷ無し（ウェーハＷが脱落し
ている）と判断された場合は、制御部１００（中央演算
処理部１１０）により制御信号が発せられて、全ての動
作が停止する。その後、オペレータはウェーハＷの確
認、脱落したウェーハＷの除去等を行うことになる。

【００４５】以上述べた一連の研磨処理及び検知動作に
おいては、複数の処理ステーションを備える装置におい
て、特に、一つの処理ステーション（プラテン）から隣
接する次工程の処理ステーションにウェーハＷを移送さ
せる際に、検知センサ１２０により検知動作を行なうた
め、それぞれの移送行程毎に確実な検出を行なうことが
でき、誤検出の頻度を極力抑えることができる。これに
より、研磨作業の効率が良くなり、生産性が向上する。

【００４６】また、キャリアヘッド３１（３２，３３，
３４）を回転軸２０とプラテン６１，７１，８１との間
で移動（後退移動又は前進移動）させる際に、検知セン
サ１２０に検知動作を行なわせるため、他の部品等によ
り検知光が反射されて誤検出を招くのを防止でき、より
安定して高精度にウェーハＷの有無を検出することがで
きる。

【００４７】尚、上記一連の動作においては、検知機構
が、ウェーハＷが保持されているにも拘わらず無いと誤
検出する場合において説明したが、逆に、ウェーハＷが
無いにも拘わらず保持されていると誤検出する場合にお
いては、上記のような検知センサ１２０の検知動作によ
り、ウェーハＷが保持されていない状態で、キャリアヘ
ッド３１，３２，３３，３４及びプラテン６１，７１，
８１が作動して、メンブレン、研磨パッド、あるいはそ
の他の構成部品が損傷あるいは破損するのを防止するこ
とができる。

【００４８】上記実施形態においては、複数のキャリア
ヘッド３１，３２，３３，３４及び複数のプラテン６
１，７１，８１を備える化学機械研磨装置において、キ
ャリアヘッド３１，３２，３３，３４の外部に別個の検
知センサ１２０（１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２
０ｄ）を設けたものを示したが、これに限定されるもの
ではなく、単数のキャリアヘッド及びプラテンを備える
装置において自動的に連続した研磨処理を行なうような
場合においても、本発明に係る別個の検知センサを採用
することができる。

【００４９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の化学機械研
磨装置によれば、キャリアヘッドに吸着により保持され
る被処理体の有無を検知する手段として、従来のような
機械式の検知機構とは別個に、キャリアヘッドの外部で
あるベース上に配置される検知センサを設けたことによ
り、従来の検知機構が誤検出を行なっても、この別固の
検知センサが確実に被処理体の有無を検知するため、誤
検出により装置が停止する頻度を極力抑えることがで
き、生産性を向上させることができる。また、被処理体
が保持されていないのに保持されていると誤検出するよ
うな検知機構を備える場合においても、この別固の検知
センサが確実に被処理体の有無を検知するため、構成部
品の破損等を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る化学機械研磨装置の概略構成を示
す平面図である。

【図２】検知センサが取り付けられたベースの上面を示
す平面図である。

【図３】検知センサとキャリアヘッドに保持されたウェ
ーハとの関係を示す側面図である。

【図４】本発明に係る装置の制御システムを示すブロッ
ク図である。

【図５】本発明に係る措置の動作及び検知センサの検知
タイミングを説明する平面図である。

【図６】キャリアヘッドの構造及び機械式検知機構の構
造を示す断面図である。

【図７】キャリアヘッドに内蔵された機械式の検知機構
の動作を説明するものであり、（ａ）はウェーハを吸着
した状態で検知機構が正常に作動している状態を示す断
面図、（ｂ）はウェーハを吸着していない状態で検知機
構が正常に作動している状態を示す断面図である。

【図８】検知機構の作動に基づく圧力信号を示すグラフ
である。

【図９】機械式の検知機構がウェーハを吸着した状態で
誤検出を生じる状態を示す断面図である。

【符号の説明】

Ｃ チャンバ ４ 可動保持部材 ５ メンブレン ６ 通路（検知機構） ７ 開閉バルブ（検知機構） ８ スプリング（検知機構） １０ ベース ２０ 回転軸 ３０ カラセル ３１，３２，３３，３４ キャリアヘッド ３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａ 駆動機構 ５０ 着脱ステーション ５１ 着脱テーブル ６０ 第１の研磨ステーション ７０ 第２の研磨ステーション ８０ 第３の研磨ステーション ６１，７１，８１ プラテン（回転基盤） ６２，７２，８２ スラリー供給パイプ ６３，７３，８３ パッドコンディショナ ９０ 洗浄ステーション １００ 制御部（制御手段） １１０ 中央演算処理部（制御手段） １２０（１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄ）
検知センサ（光センサ） １２１ 投光部 １２２ 受光部 １３０ リングブラケット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田 中 好 広 千葉県成田市新泉14−３ 野毛平工業団地 内 アプライドマテリアルズジャパン株式 会社内 (72)発明者 石 渡 博 千葉県成田市新泉14−３ 野毛平工業団地 内 アプライドマテリアルズジャパン株式 会社内 (72)発明者 赤 松 昭 博 千葉県成田市新泉14−３ 野毛平工業団地 内 アプライドマテリアルズジャパン株式 会社内 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AB03 BA09 CB06 DA17

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理体を吸着して保持するキャリアヘ
   ッドと、前記キャリアヘッドに保持された被処理体を押
   し付けて研磨する回転基盤と、前記回転基盤を支持する
   ベースと、を備えた化学機械研磨装置であって、 前記ベース上の所定の位置において、前記キャリアヘッ
   ドに保持される被処理体の有無を検知する検知センサを
   設けた、ことを特徴とする化学機械研磨装置。
2. 【請求項２】 前記検知センサは、投光部及び受光部を
   有する反射型の光センサである、ことを特徴とする請求
   項１記載の化学機械研磨装置。
3. 【請求項３】 前記検知センサは、前記回転基盤の外縁
   近傍に配置されている、ことを特徴とする請求項１又は
   ２に記載の化学機械研磨装置。
4. 【請求項４】 被処理体を吸着して保持し得る複数のキ
   ャリアヘッドを移動可能に担持して所定の回転軸回りに
   回転可能に配置されたカラセルと、前記キャリアヘッド
   に対する被処理体の着脱を行なう着脱テーブルと、前記
   キャリアヘッドに保持された被処理体を押し付けて研磨
   するべく前記複数のキャリアヘッドのそれぞれに対応し
   て配置された複数の回転基盤と、前記着脱テーブル及び
   回転基盤を支持するベースとを備え、前記着脱テーブル
   及び複数の回転基盤は前記回転軸の周りに配列された化
   学機械研磨装置であって、 前記ベース上の所定の位置において、前記キャリアヘッ
   ドに保持される被処理体の有無を検知する検知センサを
   設けた、ことを特徴とする化学機械研磨装置。
5. 【請求項５】 前記検知センサは、投光部及び受光部を
   有する反射型の光センサである、ことを特徴とする請求
   項４記載の化学機械研磨装置。
6. 【請求項６】 前記検知センサは、前記着脱テーブルの
   外縁近傍及び前記複数の回転基盤のそれぞれの外縁近傍
   で、かつ、前記カラセルの回転軸との間に、それぞれ配
   置されている、ことを特徴とする請求項４又は５に記載
   の化学機械研磨装置。
7. 【請求項７】 前記カラセル、前記キャリアヘッド、及
   び前記検知センサの動作を少なくとも制御する制御手段
   を有し、 前記制御手段は、前記キャリアヘッドに保持された被処
   理体を、前記複数の回転基盤の一つの回転基盤に対向す
   る位置から隣接する他の回転基盤に対向する位置に移動
   させる際に、被処理体を予め前記回転軸側に引寄せるよ
   うに前記キャリアヘッドを後退移動させその後逆向きに
   前進移動させると共に、前記後退移動又は前進移動の際
   に前記検知センサに検知動作を行わせる、ことを特徴と
   する請求項４ないし６いずれかに記載の化学機械研磨装
   置。