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JP6990980B2 - 基板処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体ウェハ等の基板の表面を処理する基板処理装置に関する。
半導体ウェハ等の基板を研磨する基板研磨装置や、基板表面を洗浄する基板洗浄装置といった基板処理装置においては、研磨パッド等の消耗品が用いられている。これら消耗品の種類や特性に関する情報を記録したＲＦタグを、消耗品に取り付けておき、装置の使用時にこれら情報を読み取るようにした研磨装置が知られている（特許文献１参照）。
また、特許文献２には、研磨パッド等の消耗品を装置から取り外すときにＲＦタグのメモリ情報を消去して情報の漏洩を防止するとともに、異常監視部により異常の発生が検出された場合には異常情報をＲＦタグに書き込むようにした研磨装置が開示されている。
特開２００２－２１９６４５号公報 特開２００８－３１０４０４号公報
半導体デバイスの高集積化・高密度化に伴い、回路の配線がますます微細化し、多層配線の層数も増加しており、製造工程における半導体デバイス表面の平坦化がますます重要になっている。基盤処理装置に用いられる消耗品は、基板処理を繰り返すことで摩耗や変形しやすく、それにより研磨圧力等の基板処理条件が変動してしまうと、研磨処理後の基板の膜厚に揺らぎが生じたり、場合によっては研磨不良等のトラブルが発生するおそれがある。よって、基板処理の条件を一定とするためには、基板処理に用いられる消耗品の状況をより正確に検出することが望ましい。
本発明は、上記に鑑みなされたものであり、基板処理に用いられる消耗品の状況をより正確に検出することで、基板処理の条件を一定とすることが可能な基板処理装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様は、基板を処理する基板処理装置であって、前記基板処理装置において使用される消耗品と、前記消耗品に取り付けられ、前記消耗品の物理量を測定するとともに、前記物理量を記憶する記憶部及び通信部を備える少なくとも１つのセンサと、前記消耗品の近傍に設けられ、前記消耗品に取り付けられた前記センサとの間で情報の読み書きを行う検出器と、前記検出器と接続され、前記センサから読み出された前記消耗品の物理量に基づき、基板処理装置における処理条件を設定する制御装置とを備えることを特徴とする。
本発明にかかる基板処理装置において、前記記憶部には前記センサの識別情報が記憶されており、前記制御装置は、前記センサから読み出された前記識別情報に基づいて、前記消耗品が取り付けられた前記基板処理装置の駆動の可否を決定する要にすることが好ましい。また、前記基板処理装置に異常が発生したときに、前記基板の処理条件に関する情報を前記センサ内の記憶部に記録するようにすることが好ましい。
本発明の一実施形態に係る基板処理装置は、前記基板を研磨する研磨パッドと、前記基板を保持して前記研磨パッドに押しつけるための基板保持部とを備えた基板研磨装置であって、前記消耗品は、前記基板保持部に取り付けられて前記基板の研磨面とは反対側の面を保持する弾性膜であり、前記センサは前記弾性膜の歪みを計測する歪みセンサであり、前記制御装置は、前記歪みセンサで計測された前記弾性膜の歪み情報に基づき、基板処理装置における処理条件を設定することができる。
上記の基板研磨装置において、前記弾性膜と前記基板保持部との間に少なくとも一つの圧力室が形成されており、前記制御装置は、前記歪みセンサで計測された前記弾性膜の歪み情報に基づき、前記圧力室内の圧力を調整することが好ましい。弾性膜の製造ばらつきや原料ロットの物性ばらつきにより、同じ内圧で加圧しても弾性膜が同じように膨らまず、基板に加わる圧力が弾性膜の個体によって変わってしまうことがあるところ、上記のように圧力を調整することで、このばらつきをキャンセルすることができる。
上記の基板研磨装置において、前記基板が保持された前記弾性膜の側壁に対して気体又は液体を噴射することで、研磨済みの前記基板を前記弾性膜から剥離させるための噴射部を備えており、前記制御装置は、前記噴射部からの気体又は液体が、前記弾性膜と前記基板との境界に噴射されるように、前記弾性膜の歪み情報に基づき前記圧力室内の圧力を調整することが好ましい。これにより、気体又は液体を効果的に前記弾性膜と前記基板との境界に噴射することができる。
また、前記噴射部は、前記気体又は液体の噴射角度が調整可能とされており、前記弾性膜と前記基板との境界部分を撮像する撮像部と、前記撮像手段で得られた画像より、前記境界部分の位置を検出する画像処理部と、前記画像処理部で検出された前記境界部分の位置に基づき、前記噴射部による噴射角度を決定して、前記噴射角度を調節する噴射角度調節部とを備えることが好ましい。
本発明の一実施形態に係る基板処理装置は、前記基板を研磨する研磨パッドと、前記基板を保持して前記研磨パッドに押しつけるための基板保持部とを備えた基板研磨装置であって、前記消耗品は、前記基板の外周を支持するリテーナリングであり、前記センサは前記リテーナリングの歪みを計測する複数の歪みセンサであり、前記制御装置は、前記複数の歪みセンサで検出された歪み量のばらつきが所定値以内であるかを検出することが好ましい。
基板研磨装置の使用初期、あるいはリテーナリングを交換した直後は、リテーナリングの接地面の形状が研磨パッドの研磨面に倣っておらず、リテーナリングの研磨面への当たり方にばらつきが生じ、リテーナリングの位置によってリテーナリングの垂直方向にかかる圧縮力にもばらつきが生じる。このため、リテーナリングに設けられた複数の歪みセンサで検出される歪み量にもばらつきが生じるが、リテーナリングのブレークインが完了すると、リテーナリング接地面の形状がパッドの研磨面に倣うことから、これら複数の歪みセンサで検出される歪み量のばらつきが小さくなる。これにより、リテーナリングのブレークインが完了したことを効果的に検出することができる。
本発明の一実施形態に係る基板処理装置は、前記基板を研磨する研磨パッドと、前記基板を保持して前記研磨パッドに押しつけるための基板保持部とを備えた基板研磨装置であって、前記消耗品は、前記基板の外周を支持するリテーナリングであり、前記センサは前記リテーナリングの歪みを計測する複数の歪みセンサであり、前記制御装置は、前記複数の歪みセンサで検出された歪み量の分布に応じて、前記基板の処理条件を変更することを特徴とするものである。
本発明によれば、基板処理装置において使用される消耗品の物理量を測定するセンサを当該消耗品に取り付けるとともに、当該センサから読み出された消耗品の物理量に基づき、基板処理装置における処理条件を設定するようにしたから、基板処理に用いられる消耗品の状況をより正確に検出でき、基板処理の条件を一定とすることが可能となる。
本発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す平面図である。 研磨ユニットの一実施形態を概略的に示す斜視図である。 研磨ユニットの構成の概要を示す正面図である。 研磨ユニットの要部側面図である。 センサの構成を示すブロック図である。 消耗品の照合処理の流れを示すフローチャートである。 基板研磨中のデータ書き込み処理の流れを示すフローチャートである。 装置の異常発生時におけるデータ書き込み処理の流れを示すフローチャートである。 研磨処理が終了したウェハに対してガスを噴射することでトップリングから離脱させる様子を示す説明図である。 研磨処理が終了したウェハに対してガスを噴射することでトップリングから離脱させる様子の別の例を示す説明図である。 センサの配置の一例を示す説明図である。 センサの配置の別の一例を示す説明図である。 センサの配置の別の一例を示す説明図である。 リテーナリングにセンサを取り付けた実施形態を示す説明図である。 図１４の例において、リテーナリングのブレークイン（慣らし運転）の様子を示す説明図である。
以下、本発明の一実施形態に係る基板処理装置について、図面を参照して説明する。なお、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図１は、基板処理装置の全体構成を示す平面図である。基板処理装置１０は、ロード／アンロード部１２、研磨部１３と、洗浄部１４とに区画されており、これらは矩形状のハウジング１１の内部に設けられている。また、基板処理装置１０は、基板搬送、研磨、洗浄等の処理の動作制御を行う制御装置１５を有している。
ロード／アンロード部１２は、複数のフロントロード部２０と、走行機構２１と、２台の搬送ロボット２２を備えている。フロントロード部２０には、多数の基板（基板）をストックする基板カセットが載置される。搬送ロボット２２は、上下に２つのハンドを備えており、走行機構２１上を移動することで、フロントロード部２０内の基板カセットから基板Ｗを取り出して研磨部１３へ送るとともに、洗浄部１４から送られる処理済みの基板を基板カセットに戻す動作を行う。
研磨部１３は、基板の研磨（平坦化処理）を行う領域であり、複数の研磨ユニット１３Ａ～１３Ｄが設けられ、基板処理装置の長手方向に沿って配列されている。個々の研磨ユニットは、研磨テーブル上の基板Ｗを研磨パッドに押圧しながら研磨するためのトップリングと、研磨パッドに研磨液やドレッシング液を供給する研磨液供給ノズルと、研磨パッドの研磨面のドレッシングを行うドレッサと、液体と気体の混合流体または霧状の液体を研磨面に噴射して研磨面に残留する研磨屑や砥粒を洗い流すアトマイザを備えている。
研磨部１３と洗浄部１４との間には、基板Ｗを搬送する搬送機構として、第１，第２リニアトランスポータ１６，１７が設けられている。第１リニアトランスポータ１６は、ロード／アンロード部１２から基板Ｗを受け取る第１位置、研磨ユニット１３Ａ，１３Ｂとの間で基板Ｗの受け渡しを行う第２，第３位置、第２リニアトランスポータ１７へ基板Ｗを受け渡すための第４位置との間で移動自在とされている。
第２リニアトランスポータ１７は、第１リニアトランスポータ１６から基板Ｗを受け取るための第５位置、研磨ユニット１３Ｃ，１３Ｄとの間で基板Ｗの受け渡しを行う第６，第７位置との間で移動自在とされている。これらトランスポータ１６，１７の間には、基板Ｗを洗浄部１４へ送るためのスイングトランスポータ２３が備えられている。
洗浄部１４は、第１基板洗浄装置３０、第２基板洗浄装置３１、基板乾燥装置３２と、これら装置間で基板の受け渡しを行うための搬送ロボット３３，３４を備えている。研磨ユニットで研磨処理が施された基板Ｗは、第１基板洗浄装置３０で洗浄（一次洗浄）され、次いで第２基板洗浄装置３１で更に洗浄（仕上げ洗浄）される。洗浄後の基板は、第２基板洗浄装置３１から基板乾燥装置３２に搬入されてスピン乾燥が施される。乾燥後の基板Ｗは、ロード／アンロード部１２に戻される。
図２は研磨ユニットの構成を概略的に示す斜視図であり、図３は研磨ユニットの構成を概略的に示す側面図である。研磨ユニット４０は、ウェハ（基板）Ｗを保持して回転させるトップリング（基板保持装置）４１と、研磨パッド４２を指示する研磨テーブル４３と、研磨パッド４２にスラリー（研磨液）を供給する研磨液供給ノズル４５と、ウェハＷの膜厚に応じて変化する信号を取得する膜厚センサ４７とを備えている。
トップリング４１は、その下面に真空吸着によりウェハＷを保持できるように構成されている。トップリング４１と研磨テーブル４３は、矢印で示す方向に回転し、この状態でトップリング４１は、ウェハＷを研磨パッド４２の上側の研磨面４２ａに押しつける。研磨液供給ノズル４５から研磨パッド４２上に供給される研磨液の存在下で、ウェハＷは研磨パッド４２に摺接されて研磨される。
膜厚センサ４７は、例えば光学式センサや渦電流センサが用いられ、研磨テーブル４３の内部に設置されている。ウェハＷの研磨中、膜厚センサ４７は研磨テーブル４３とともに回転し、ウェハＷの表面を横切る際に膜厚に応じた膜厚信号を取得する。膜厚センサ４７からの膜厚信号は制御装置１５に送信され、膜厚装置１５は膜厚信号で示されるウェハＷの膜厚が設定値に達したときに、ウェハＷの研磨を終了する。
図３において、トップリング４１は、ウェハＷを研磨面４２ａに対して押圧するヘッド本体４８と、ウェハＷの外周部を支持してウェハＷがトップリング４１から飛び出すのを防止するリテーナリング４９とを備えている。トップリング４１は、トップリングシャフト５１に接続されており、トップリングシャフト５１の上端には、ロータリージョイント５５が取り付けられている。トップリングシャフト５１は、上下動機構５７によりヘッドアーム５６に対して上下動するように構成されており、ヘッドアーム２６に対してトップリング５１の全体を昇降させ位置決めするようになっている。
トップリングシャフト５１およびトップリング４１を上下動させる上下動機構６７は、軸受６６を介してトップリングシャフト５１を回転可能に支持するブリッジ６８と、ブリッジ６８に取り付けられたボールねじ７２と、支柱７０により支持された支持台６９と、支持台６９上に設けられたサーボモータ７８とを備えている。サーボモータ７８を支持する支持台６９は、支柱７０を介してヘッドアーム５６に固定されている。
ボールねじ７２は、サーボモータ７８に連結されたねじ軸７２ａと、このねじ軸４２ａが螺合するナット７２ｂとを備えている。トップリングシャフト５１は、ブリッジ６８と一体となって上下動するようになっている。したがって、サーボモータ７８を駆動すると、ボールねじ７８を介してブリッジ６８が上下動し、これによりトップリングシャフト５１およびトップリング４１が上下動する。
トップリングシャフト５１はキー（図示せず）を介して回転筒５２に連結されている。この回転筒５２はその外周部にタイミングプーリ５４を備えている。ヘッドアーム５６にはヘッドモータ５８が固定されており、上記タイミングプーリ５４は、タイミングベルト５９を介してヘッドモータ５８に設けられたタイミングプーリ６０に接続されている。ヘッドモータ５８を回転駆動することによってタイミングプーリ６０、タイミングベルト５９、およびタイミングプーリ５４を介して回転筒５２およびトップリングシャフト５１が一体に回転し、トップリング１１が回転する。ヘッドアーム５６は、フレーム（図示せず）に回転可能に支持されたアームシャフト６１によって支持されている。研磨装置を構成するヘッドモータ５８、サーボモータ７８をはじめとする装置内の各部品は、制御装置１５によってその動作が制御されている。
ヘッドアーム５６はアームシャフト６１を中心として旋回可能に構成されており、下面にウェハＷを保持したトップリング４１は、ヘッドアーム５６の旋回によりウェハＷの受取位置から研磨テーブル５２の上方の研磨位置に移動される。トップリング４１および研磨テーブル４２をそれぞれ回転させ、研磨液供給ノズル４５から研磨パッド４２上に研磨液を供給する。この状態で、トップリング４１を所定の位置（高さ）まで下降させ、この所定の位置でウェハＷを研磨パッド４２の研磨面４２ａに押圧することで、ウェハＷは研磨面４２ａに摺接されてその表面が研磨される。
図４において、トップリング４１を構成するトップリング本体４８およびリテーナリング４９は、トップリングシャフト５１の回転により一体に回転するように構成されている。トップリングの下側には、ウェハＷの裏面に当接する弾性膜（メンブレン）８０が取り付けられており、弾性膜８０の下面が基板保持面を構成する。弾性膜８０は、鉛直方向に延びる環状の隔壁８０ａを有しており、これにより弾性膜８０とトップリング本体４８との間に圧力室８１が形成される。
この圧力室８１には、バルブ８２を介して流体供給源８３に接続されており、この流体供給源８３から加圧流体（ガス）が供給されるようになっている。また、バルブ８２には、制御装置１５が接続されており、これにより圧力室８１内の圧力を調整することができ、圧力室８２内に負圧を形成することも可能となっている。また、圧力室８１は大気開放機構（図示せず）に接続されており、圧力室８１を大気開放することも可能である。
弾性膜８０は、内側の圧力室８１に対応する位置に通孔（図示せず）を有しており、この通孔に負圧を形成することにより、弾性膜８０の基板保持面上でウェハＷを保持できるようになっている。弾性膜８０は、例えばエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコーンゴムといった、強度および耐久性に優れたゴム材によって形成されている。
リテーナリング４９は、トップリング本体４８及び弾性膜５５を囲むように配置されている。このリテーナリング４９は、研磨パッド４２の研磨面４２ａに接触するリング状の部材であり、トップリング本体４８に保持されるウェハＷの外周縁を囲むように配置されており、研磨中のウェハＷがトップリング４１から飛び出さないようにウェハＷの外周縁を支持している。
リテーナリング４９の上面には、図示しない環状のリテーナリング押圧機構に連結されており、リテーナリング４９の上面の全体に均一な下向きの荷重を与える。これによりリテーナリング４９の下面を研磨パッド４２の研磨面４２ａに対して押圧する。
弾性膜８０には、通信機能を備えたセンサ８５及び８６が設けられている。一方のセンサ８５は、ウェハＷと接する部分の近傍に設けられており、他方のセンサ８６は弾性膜８０の側壁８０ａに取り付けられている。本実施形態において、センサ８５は弾性膜８０の内部に埋め込まれるようにして設けられているが、ウェハＷに接触しない限り、配置する位置に特段の限定はなく、例えば、弾性膜８０のウェハＷと接触する側の反対面（図４の上方の面）に配置しても良い。
図５に示すように、センサ８５，８６は、検出部８７、メモリ８８と通信部８９とを備える。検出部８７は、例えば歪みセンサであり、センサにかかる歪み量を検出して、歪み情報として出力する。なお、本発明において、センサは歪みセンサに限られることはなく、例えば温度センサ、加速度センサ、傾斜センサを用いることができる。
メモリ８８には、所定のデータが予め記憶された読出し専用領域８８ａと、読み出し／書き込み可能な書込み可能領域８８ｂとが設けられており、読出し専用領域８８ａには、消耗品である弾性膜８０のパーツナンバー（部品ＩＤ）、シリアルナンバー、使用期限、出荷検査データ、製造データといった情報が保存されている。ここで、出荷検査データには、弾性膜のゴム物性検査データ、外形寸法データ、膨らみ測定データが含まれており、製造データには、プレス圧力、プレス温度、プレス時間、二次加硫温度、二次加硫時間といった加工条件のデータが含まれる。
また、書込み可能領域８８ｂには、検出部８７で検出された歪み情報のデータ、及びウェハ処理データが記録される。ここで、ウェハ処理データには、消耗品である弾性膜８０が交換された後の基板処理装置の使用開始日、最終使用日、積算ウェハ処理枚数、積算処理時間の情報が含まれる。
通信部８９は、例えば無線通信モジュールであり、基板処理装置１０に設けられた検出器９０，９１（図４参照）との間で、読出し専用領域８８ａ及び書込み可能領域８８ｂに記憶されたデータの読出し処理を行う。検出器９０，９１は、通信部８９との間で無線通信が可能な通信モジュールであり、対応するセンサ８５，８６の近傍に位置する読取位置と、トップリング４１の移動領域から退避する待機位置との間で移動可能とされており、基板処理装置１０による基板処理が行われていないタイミングで読取位置に移動して、センサ８５，８６との間でデータの送受信を行う。
制御装置１５は、検出器９０、９１と有線または無線により直接に接続されており、センサ８５、８６から読み出された各種データを記憶するメモリ９３と、センサ８５、８６から読み出された出荷検査データ、製造データに基づき、基板処理の条件（レシピやマシン定数）を設定する条件設定部９４が設けられている。また、制御装置１５のメモリ９３には、検出器９０，９１、条件設定部９４を含む、基板処理装置１０の各構成要素の動作を制御するためのプログラムが記憶されており、基板処理装置１０の動作時に読み出されることで、基板処理装置１０の動作を制御する。なお、制御装置１５と検出器９０，９１とを、インターネットや他の通信装置を介して接続するようにしても良い。
また、センサ８５，８６が取り付けられた弾性膜８０を基板処理装置１０に取り付けたとき、あるいは、基板研磨処理が行われていない所定のタイミングで、当該センサ８５，８６のゼロ点調整が行われる。制御装置１５は、例えば、弾性膜８０に負荷（圧力）をかけていない状態、あるいは所定の圧力をかけた状態でのセンサ８５，８６からの出力を検出し、そのときのセンサ出力をゼロ点として設定することができる。
図６は、センサ８５，８６が取り付けられた弾性膜８０を、基板処理装置１０に取り付けたときの照合処理の手順を示すフローチャートである。基板処理装置１０の制御装置１５では、装置本体に消耗品である弾性膜８０が修理・交換等により取り付けられたことを検出すると（ステップＳ１０）、検出器９０，９１の双方またはいずれかを駆動して、対応するセンサ８５，８６に記憶された部品ＩＤ（パーツナンバー）を読み出す（ステップＳ１１）。
制御装置１５では、読み出された部品ＩＤが、予め基板処理装置１０内のメモリ９３に記憶されている部品ＩＤと一致しているかどうかを判定する（ステップＳ１２）。そして、読み出された部品ＩＤが、メモリ９３に記憶されている部品ＩＤのいずれにも一致しない場合（例えば、基板処理装置１０に適合しない弾性膜が誤ってセットされた場合、非正規品がセットされた場合）には、制御装置１５は、基板処理装置１０にインターロックをかけ、当該弾性膜を用いた研磨ユニット４０にて基板研磨処理を行うことができないようにする（ステップＳ１３）。
一方、読み出された部品ＩＤが、メモリ９３に記憶されている部品ＩＤのいずれかと一致する場合には、制御装置１５は、メモリ８８に記憶されている弾性膜８０の出荷検査データや製造データを読み出して、制御装置１５内のメモリ９３に保存する（ステップＳ１４）。そして、制御装置１５は、メモリ８８から読み出された各種データに基づき、基板研磨のレシピや装置のマシン定数を設定する（ステップＳ１５）。その後、制御装置１５は、研磨ユニットを駆動してウェハＷに対する研磨処理を開始する（ステップＳ１６）。
図７は、基板研磨処理の動作を示すフローチャートである。基板研磨処理が開始されると（ステップＳ２０）、センサ８５，８６は、研磨中の所定時間毎に、弾性膜８０に生じている歪み量を検出し（ステップＳ２１）、歪み量データとしてメモリ８８の書込み領域８８ｂに記録する（ステップＳ２２）。そして、制御装置１５は、基板の研磨処理が終了したかどうかを判定し（ステップＳ２３）、研磨処理が終了した場合には、検出器９０，９１を駆動して、弾性膜８０のメモリ８８に記憶された歪み量データを読み出し、制御装置１５内のメモリ９３に保存する（ステップＳ２４）。
制御装置１５は、読み出された歪み量データに基づき、次のウェハＷを研磨処理する際に適用される研磨レシピを設定する（ステップＳ２５）。例えば、読み出された歪み量データから、弾性膜８０の伸び量を算出し、弾性膜８０のセット時に読み出されていたゴム物性検査データ、外形寸法データ、膨らみ測定データを用いて補正することで、研磨レシピの設定を行うことができる。その後、制御装置１５は、研磨ユニットを駆動してウェハＷに対する研磨処理を開始する（ステップＳ２６）。
図７のフローチャートでは、歪み量データから次のウェハＷの研磨時に用いられる研磨レシピの設定を行うようにしているが、本発明はこれに限られることはなく、例えば、歪み量が設定値から変動した場合に、歪み量を当該設定値に近づけるようにバルブ８２の開き量を調整して、圧力室８１内の圧力を調整するようにしても良い。また、センサ８５，８６のメモリ８８内に記録された歪み量データは、制御装置１５に読み出される際に消去しても良く、これによりメモリ８８内のデータ容量を抑えることができる。
図８は、基板処理装置１０に、研磨性能不良（例えば、研磨レート異常、研磨プロファイル異常、ウェハ上のパターンの段差性能異常）、ウェハのスリップアウト、ウェハ割れといったトラブルが発生した場合の処理手順を示すフローチャートである。
制御装置１５は、研磨ユニットに何らかのトラブルが発生したことを検出すると（ステップＳ３０）、現在実行中の研磨処理を直ちに終了して、基板処理装置の動作を停止する（ステップＳ３１）。次に、制御装置１５は、検出器９０，９１を駆動して、制御装置１５内のメモリから、各種情報（例えば、装置本体でカウントしたウェハ処理枚数、処理時間、使用開始／終了日、マシン定数やレシピの情報）を、装置内のメモリ９３から読み出して（ステップＳ３２）、これを弾性膜８０に取り付けられたセンサ８５，８６内のメモリ８８に書き込む（ステップＳ３３）。
その後、トップリング４１のロックが解除されて、弾性膜８０をトップリング４１から取り外される。取り外された弾性膜８０は、図示しないオフラインリーダーにセットされて、弾性膜８０に取り付けられたセンサ８５，８６内のメモリ８８より、ステップＳ３３で書き込まれた各種情報及びメモリ８８内に記録されていた、基板研磨処理中の歪み量データが読み出される（ステップＳ３４）。これにより、読み出された各種情報及び歪み量データを解析することで、故障原因の診断を行うことができる（ステップＳ３５）。なお、故障原因の診断の際に、取り出された弾性膜８０のゴム物性、外形寸法、膨らみの検査を行うようにしても良い。
上記実施形態では、消耗品である弾性膜の取り付け時、基板研磨時及びトラブル発生時におけるセンサ８５，８６の動作について説明したが、本発明はこれに限られることはなく、例えば図９に示すように、研磨処理後のウェハＷを弾性膜から離脱する際にも適用することができる。
図９において、トップリング４１の近傍には、制御装置１５に接続されるガス噴射部１００が配置されている。研磨処理直後のウェハＷは弾性膜８０に吸着されているため、そのままではウェハＷを弾性膜８０から離脱させることができない。そこで、ガス噴射部１００は、研磨処理が終了した後の所定タイミングで、ウェハＷと弾性膜８０との接合部の近傍（弾性膜の側壁部分近傍の膨らんだ部分）に向けて、例えば不揮発性ガスを噴射する。これにより、研磨処理が終了したウェハＷを弾性膜８０から離脱させることができる。なお、ガスに代えて、液体（純水）を噴射するようにしても良い。
ここで、弾性膜８０の膨らみ部分の位置（図中上下方向の位置）は、常に一定ではなく、弾性膜の製造条件、ゴム物性検査データ、外見寸法データ、基板処理枚数や処理時間、圧力室８１の圧力等に応じて変動する。そして、ガス噴射部１００からのガスが、弾性膜８０と基板との境界からずれた位置に噴射されてしまう場合、研磨処理が終了したウェハＷを弾性膜８０から容易に離脱させることができなくなる。
そこで、研磨処理終了後、ウェハＷを弾性膜から離脱する際に、センサ８５，８６にて歪み量を検出するとともに制御装置１５においてこれらセンサで検出された歪み量が設定値に達したときに、バルブ８２を駆動して流体供給源８３からの流体供給をストップする。これにより、研磨処理終了後、ウェハＷを弾性膜から離脱する際に、圧力室８１の圧力が一定となり、弾性膜８０の膨らみ部分の位置が一定となるため、ガス噴射部１００からのガスを弾性膜８０とウェハＷとの境界に確実に当てることができる。
図１０は、研磨処理後のウェハＷを弾性膜から離脱させる構成の別の例を示したものである。図１０において、トップリング４１の近傍には、制御装置１５に接続されるガス噴射部１４０と撮像部１４１が配置されている。ガス噴射部１４０は、その噴射角度が調整可能とされており、撮像部１４１は、ウェハＷと弾性膜との境界部分を撮像する。撮像で得られた画像は、制御装置１５内の画像処理部１４２に送られる。画像処理部１４２では、撮像部１４１で撮像された画像に基づき、ウェハＷと弾性膜との境界部分の位置（図中、ウェハＷが弾性膜から離脱する方向の位置）を検出する。噴射角度調整部１４３は、画像処理部１４２において得られたウェハＷと弾性膜との境界部分の位置の情報と、ガス噴射部１４０の設置位置情報に基づき、ガス噴射部１４０によるガスの噴射角度を決定し、ガス噴射部１４０の噴射角度を調整する。これにより、ガス噴射部１４０からのガスを弾性膜８０とウェハＷとの境界に確実に当てることができる。
上記実施形態では、弾性膜８０のウェハＷと平行な面内に１つのセンサ８５を配置した例について説明したが、本発明はこれに限られることはなく、複数のセンサを配置して、弾性膜の複数箇所における歪み量を検出するようにしても良い。これにより、研磨処理終了後、ウェハＷを弾性膜から離脱する際に、ウェハに実際にかかっている圧力をより正確に測定することができる。
さらに、図１１に示すように、トップリング４１との間に複数の圧力室１０１ａ～１０１ｄを形成する弾性膜１０２を設け、複数のセンサ１０３ａ～１０３ｄを、各圧力室に対応する位置に設けるようにしてもよい。これにより、各センサ１０３ａ～１０３ｄにおいて検出される歪み量が一定になるように、流体供給源８３に接続されたバルブ１０４ａ～１０４ｄを制御することで、各圧力室１０１ａ～１０１ｄの内圧が均一になるように調整することができる。
本発明に適用される弾性膜の形状には特段の限定はなく、例えば、図１２に示すような、上下方向に２段の圧力室１１１，１１２を備えた弾性膜１１０に対応して、複数のセンサ１１３～１１７を配置するようにしても良い。また、図１３に示すように、弾性膜１２０の周方向に沿って、複数のセンサ１２１～１２４を配置しても良い。これにより、弾性膜の伸びの分布を正確に検出することができる。
上記実施形態では、弾性膜にセンサを設ける例について説明したが、本発明はこれに限られることはなく、図１４に示すように、例えばリテーナリングにセンサを配置するようにしても良い。図１４において、リテーナリング１３０には、３つのセンサ１３１～１３３が埋め込まれており、これらセンサ１３１～１３３は前述した実施例で用いられたものと同様に、研磨処理中に受ける歪み量を検出するとともに、検出器９１を介して、制御装置１５との間で各種情報を送受信する。
ここで、リテーナリング１３０を交換した直後に研磨処理を行おうとすると、図１５（ａ）に示すように、リテーナリング１３０の内側の端部のみが研磨パッド４２に過度に押しつけられてしまい、リテーナリング１３０が受ける圧縮力に分布が生じてしまうため、ウェハＷの側面を適切に支持することができない。このため、従来では、所定枚数（例えば２５枚～３０枚）のダミーウェハを用いてテスト研磨を行った後に、正式なウェハＷを用いた研磨処理を行うようにしていた（ブレークイン処理）。
これに対し、本実施形態に係るリテーナリング１３０には複数のセンサ１３１～１３３が埋め込まれているため、ダミーウェハを用いた研磨処理を行う際に、これら複数のセンサ１３１～１３３で検出される歪み量をモニターすることができる。そして、図１５（ｂ）で示すように、これらセンサ１３１～１３３からの歪み量（図中の矢印）のずれが所定値以内になったときに、ダミーウェハによるテスト研磨を終了することで、リテーナリングの材質や研磨条件の違いにかかわらず、ブレークイン処理を確実に行うことができる。
上記の実施形態では、リテーナリング１３０に設けられた複数の歪みセンサを用いてブレークイン処理を制御するようにしているが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、複数の歪みセンサの歪み情報のばらつきに応じて、弾性膜内の圧力等の基板処理条件を適宜変更するようにしても良い。
また、制御装置において、弾性膜ないしリテーナリング等の消耗品の種類、交換時期及び歪み測定回数の情報を取得しておき、これら情報に基づいて、基板処理装置のメンテナンスの日時（あるいはメンテナンスまでの時間）を算出し、表示出力するようにしても良い。これにより、オペレータにおいて、装置のメンテナンスのタイミングを適切に把握することができる。
さらに、制御装置において、上記算出されたメンテナンスの日時に近づいたとき（例えば数日前）に、弾性膜やリテーナリング等の消耗品を自動で発注するように構成しても良く、これにより、メンテナンス時に消耗品を確実に準備することができる。なお、制御装置に対して、メンテナンスの日時の算出ないし消耗品の発注を行わせるプログラムは、予め制御装置のメモリに記憶しておいても良いし、インターネット等を介して後からインストール可能としても良い。
また、制御装置に通信機能を設け、ネットワークを介して外部のサーバと接続可能に構成し、装置の稼働状況、歪みデータ、研磨環境情報といった各種情報を当該外部サーバに送信するようにしても良い。さらに、当該外部サーバにおいて、基板処理装置の制御パターンを規格化しておき、制御装置から受信する各種データに基づき、研磨圧力等の研磨条件を調整しつつ自動運転するように構成しても良い。さらに、ネットワークを介して他の基板処理と接続可能に構成し、装置の稼働状況、歪みデータ、研磨環境情報といった各種情報を共有するようにしても良い。
また、制御装置とネットワーク接続された外部サーバにおいて、基板処理装置から送られてくる各種情報、他の基板処理装置からの各種情報に基づいて、基板処理装置やこれに用いられる消耗品の異常検知、寿命の予測及び判断を行うようにしてもよく、またこれら異常検知や寿命についての表示を行うようにしても良い。さらに、外部サーバにおいて、基板処理装置の性能安定化のための制御を行うことも可能である。
また、制御装置ないし外部サーバにおいて、センサから送られてくる歪データその他の出力データについて、特徴量抽出による自動学習と制御パターンの自動規格化を行い、異常、寿命の予測、判断、及び表示を行うようにしても良い。さらに、通信、機器インターフェース等において例えばフォーマット等の規格化を行い、装置・機器相互の情報通信に用いて装置・機器の管理を行うようにしても良い。
上記実施形態では、いずれも、歪みセンサを用いて消耗品の伸び分布を測定しているが、センサの種類に限定はなく、例えば温度センサを用いて温度分布を測定してもよく、あるいは感圧センサを用いて圧力分布を測定してもよい。さらに、複数種類のセンサを組み合わせて使用しても良い。
上記実施形態では、ウェハＷの研磨を行う基板研磨装置を例にして説明したが、本発明はこれに限られることはなく、例えば、研磨処理後の基板を洗浄する基板洗浄装置で消耗品として用いられるスポンジ（洗浄部材）にも、等しく適用することができる。
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。
１０ 基板処理装置
１５ 制御装置
４０ 研磨ユニット
４１ トップリング
４８ ヘッド本体
４９，１３０ リテーナリング
８０、１０２，１１０，１２０ 弾性膜
８５，８６，１０３ａ～１０３ｄ、１１３～１１７，１２１～１２４，１３１～１３３ センサ
９０，９１ 検出器
Ｗ ウェハ

Claims (9)

  1. 基板を研磨する研磨パッドと、前記基板を保持して前記研磨パッドに押しつけるための基板保持部と、制御装置とを備えた基板処理装置に用いられ、前記基板保持部に取り付けられて前記基板の研磨面とは反対側の面を保持する弾性膜であって、
    前記弾性膜の物理量を計測するとともに、前記物理量を記憶する記憶部及び通信部を備える少なくとも１つのセンサを備えており、
    前記記憶部には前記センサの識別情報が記憶されており、
    前記基板処理装置の制御装置は、前記センサから読み出された前記識別情報に基づいて、前記弾性膜が取り付けられた前記基板処理装置の駆動の可否を決定するように構成されている、弾性膜。
  2. 基板を研磨する研磨パッドと、前記基板を保持して前記研磨パッドに押しつけるための基板保持部と、制御装置とを備えた基板処理装置に用いられ、前記基板保持部に取り付けられて前記基板の外周を支持するリテーナリングであって、
    前記リテーナリングの物理量を測定するとともに、前記物理量を記憶する記憶部及び通信部を備える複数のセンサを備えており、
    前記記憶部には前記センサの識別情報が記憶されており、
    前記基板処理装置の制御装置は、前記センサから読み出された前記識別情報に基づいて、前記リテーナリングが取り付けられた前記基板処理装置の駆動の可否を決定するように構成されている、リテーナリング。
  3. 基板を研磨する研磨パッドと、前記基板を保持して前記研磨パッドに押しつけるための基板保持部とを備えた基板処理装置であって、
    前記基板処理装置において使用され、前記基板保持部に取り付けられて前記基板の研磨面とは反対側の面を保持するとともに、前記基板保持部との間に圧力室を形成する弾性膜と、
    前記弾性膜に取り付けられ、前記弾性膜の歪み量を計測するとともに、前記歪み量を記憶する記憶部及び通信部を備える少なくとも１つの歪みセンサと、
    前記弾性膜の近傍に設けられ、前記弾性膜に取り付けられた前記歪みセンサとの間で情報の読み書きを行う検出器と、
    前記検出器と接続され、前記歪みセンサから読み出された前記弾性膜の歪み量に基づき、基板処理装置における処理条件を設定する制御装置と、
    前記基板が保持された前記弾性膜の側壁に対して気体又は液体を噴射することで、研磨済みの前記基板を前記弾性膜から剥離させるための噴射部を備えており、
    前記制御装置は、前記噴射部からの気体又は液体が、前記弾性膜と前記基板との境界に噴射されるように、前記弾性膜の歪み情報に基づき前記圧力室内の圧力を調整することを特徴とする基板処理装置。
  4. 前記記憶部には前記歪みセンサの識別情報が記憶されており、前記制御装置は、前記歪みセンサから読み出された前記識別情報に基づいて、前記弾性膜が取り付けられた前記基板処理装置の駆動の可否を決定することを特徴とする、請求項３記載の基板処理装置。
  5. 前記制御装置は、前記基板処理装置に異常が発生したときに、前記基板の処理条件に関する情報を前記歪みセンサ内の記憶部に記録することを特徴とする、請求項３又は４記載の基板処理装置。
  6. 前記弾性膜と前記基板保持部との間に少なくとも一つの圧力室が形成されており、
    前記制御装置は、前記歪みセンサで計測された前記弾性膜の歪み情報に基づき、前記圧力室内の圧力を調整することを特徴とする、請求項３記載の基板処理装置。
  7. 前記噴射部は、前記気体又は液体の噴射角度が調整可能とされており、
    前記弾性膜と前記基板との境界部分を撮像する撮像部と、
    前記撮像部で得られた画像より、前記境界部分の位置を検出する画像処理部と、
    前記画像処理部で検出された前記境界部分の位置に基づき、前記噴射部による噴射角度を決定して、前記噴射角度を調節する噴射角度調節部とを備えたことを特徴とする、請求項３記載の基板処理装置。
  8. 基板を研磨する研磨パッドと、前記基板を保持して前記研磨パッドに押しつけるための基板保持部とを備えた基板研磨装置であって、
    前記基板の外周を支持するリテーナリングと、
    前記リテーナリングに取り付けられ、前記リテーナリングの歪み量を測定するとともに、前記歪み量を記憶する記憶部及び通信部を備える複数の歪みセンサと、
    前記リテーナリングの近傍に設けられ、前記リテーナリングに取り付けられた前記複数の歪みセンサとの間で情報の読み書きを行う検出器と、
    前記検出器と接続され、前記複数の歪みセンサから読み出された前記リテーナリングの歪み量に基づき、基板処理装置における処理条件を設定する制御装置とを備え、
    前記制御装置は、前記複数の歪みセンサで検出された歪み量のばらつきが所定値以内であるかを検出することを特徴とする、基板処理装置。
  9. 前記制御装置は、前記複数の歪みセンサで検出された歪み量の分布に応じて、前記基板の処理条件を変更することを特徴とする、請求項８に記載の基板処理装置。
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