ウェーハ研磨装置

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【発明の名称】	ウェーハ研磨装置
【発明者】	【氏名】ミハイルツーゾフ【住所又は居所】東京都三鷹市下連雀９丁目７番１号株式会社東京精密内
【要約】	【課題】本発明は、ウェーハ研磨装置のホストコンピュータの負担を軽減し、また、動作部から生データ転送のためのケーブルを不要とし、更に、ホストコンピュータによる集中管理ではなく、エア・バキューム・水などのユーティリティをその使用端で制御できる分散管理型のウェーハ研磨装置を提供すること。【解決手段】ウエーハ５０を保持する保持ヘッド１４に、ウェーハ５０を研磨パッド２０に押圧するためのエアや、バキューム、水等のユーティリティを制御する制御機器と、データ保存、演算、入出力手段を備え外部との信号を送受信すると共に前記制御機器を制御するマイコン４６とを内臓し、前記マイコン４６は、ホストコンピュータと通信すると共に、前記ユーティリティをその使用端において制御するようにした。

【特許請求の範囲】
【請求項１】ウェーハを保持ヘッドで保持し、該保持ヘッドを介してウェーハを研磨パッドに押し付けて研磨するウェーハ研磨装置において、前記保持ヘッドには、ウェーハを研磨パッドに押圧するためのエアや、バキューム、水等のユーティリティを制御する制御機器と、データ保存、演算、入出力手段を備え外部との信号を送受信すると共に前記制御機器を制御するマイコンとが内臓されていることを特徴とするウェーハ研磨装置。
【請求項２】前記ウェーハ研磨装置は、前記保持ヘッドの外部に設置されたホストコンピュータを有すると共に、前記ユーティリティに接続されており、前記マイコンは、前記ホストコンピュータと通信すると共に、前記ユーティリティをその使用端において制御することを特徴とする請求項１に記載のウェーハ研磨装置。
【請求項３】前記マイコンは、前記ホストコンピュータと信号インターフェースを介して接続される信号入出力部と、前記ホストコンピュータとデータインターフェースを介して接続されるデータ入出力部と、前記ホストコンピュータから前記信号入出力部及びデータ入出力部を介して入力された前記制御機器を制御するための複数の制御プログラムや信号及びデータを記憶する記憶部と、該記憶部に記憶された前記データを演算し、前記制御機器に制御信号を出力する演算回路部と、を有していることを特徴とする請求項２に記載のウェーハ研磨装置。
【請求項４】前記ホストコンピュータは、前記保持ヘッドに内蔵された前記マイコンにプロセス開始信号を出力し、前記マイコンは、前記プロセス開始信号に基づいて前記記憶部に記憶されている複数の制御プログラムを用いて前記制御機器を制御するとともに、前記プロセスが完了するとプロセス完了信号を前記ホストコンピュータに出力することを特徴とする請求項２又は３に記載のウェーハ研磨装置。
【請求項５】前記制御プログラムは、そのプログラムが実行される都度変更や修正が可能であり、予め設定された回数同じ変更又は修正が行われた場合、その変更又は修正された制御プログラムが正規の制御プログラムとして登録されることを特徴とする請求項４に記載のウェーハ研磨装置。
【請求項６】前記保持ヘッドにおいて異常が発生した場合、前記マイコンから異常検出信号を出力可能であることを特徴とする請求項４に記載のウェーハ研磨装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、化学的機械研磨法（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing ）によるウェーハ研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＣＭＰによるウェーハ研磨装置は、加工ステージとは別に設置されたホストコンピュータで集中制御（プロセス制御、管理、測定など）される単・複数の動作部を有している。この動作部がウェーハを保持あるいは加工したり、加工状態を観察しコントロールしたりする。具体的な動作部としては、ウエーハを保持して研磨パッドに押付ける保持ヘッドや研磨パッド付きプラテンなどがあり、更に細部ではウェーハを研磨パッドに押し付けるためのエアを保持ヘッドに供給するエアー制御機器、洗浄水を保持ヘッドに供給する洗浄水制御機器等がある。
【０００３】図５は、従来のウェーハ研磨装置１の構造を示す模式図である。このウェーハ研磨装置１は、ウェーハを保持する保持ヘッド２、保持ヘッド２に回転力を伝達するスピンドル３、研磨パッド４が取り付けられたプラテン５、ホストコンピュータ６、及び動作部に供給するエア・バキューム・水などを制御する制御機器を内蔵したユーティリティボックス７から構成される。
【０００４】このウェーハ研磨装置１によれば、ホストコンピュータで全てのセンサからの信号が処理され、計算を行った後、個別制御信号をユーティリティボックス７や動作部の駆動部に出力する。ユーティリティボックス７が信号を受けた後、動作部にエア・バキューム・水などの供給を行うとともに、供給量検出センサからの情報に基づいてレギュレータ等を制御して供給量をフィードバック制御する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従来のウェーハ研磨装置１では、図５のようなクローズドループ制御が行われていても、エア・バキューム・水などの供給量はユーティリティボックス７の各制御機器の直後の状態しか確認できないため、ユーティリティボックス７と動作部との間に何らかの理由で変化が起きた場合には、それを確認することが難しいという欠点があった。
【０００６】すなわち、従来のウェーハ研磨装置１では、使用端でのエアー圧等の状態を知ることが非常に難しい。また、動作部でプロセス中に発生するプロセス制御・観察時のセンサー類から得られる情報、エンドポイントセンサー類から得られる情報等の生データの全てがホストコンピュータ６に送られるため、情報伝達に関係する問題と情報処理に関する問題が発生する。前者は、ノイズや駆動部の設計に関係する。生信号の量が増えるとケーブルの本数が増え、ノイズが乗りやすくなるという欠点がある。さらに、スピンドル３に設けられエア・バキューム・水などの配管を接続するロータリージョイントが複雑になり高価になるという問題が生じる。一方、後者は、複数の動作部の情報を同時に扱う必要があるため処理時間が遅くなり、ホストコンピュータ６の構成が複雑になる。また、動作部の非常事態を直接観察するのが難しく、信号の処理で観察的にしか分からないため、非常停止時に時間がかかるという問題があった。
【０００７】また、プロセス制御、応答観察、制御における計算が全てホストコンピュータ６で行われるため、コンピューティング性能不足（計算時間延長）が起きるという問題もあった。
【０００８】更に、ユーティリティボックス７は、動作部から離れたところに設置されているので、エアー圧等のコントロールを正確に行うことが難しい。
【０００９】本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、前述した従来装置の欠点を解消するためにホストコンピュータによる集中管理ではなく、エア・バキューム・水などのユーティリティをその使用端で制御できる分散管理型のウェーハ研磨装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明は、前記目的を達成するために、ウェーハを保持ヘッドで保持し、該保持ヘッドを介してウェーハを研磨パッドに押し付けて研磨するウェーハ研磨装置において、前記保持ヘッドには、ウェーハを研磨パッドに押圧するためのエアや、バキューム、水等のユーティリティを制御する制御機器と、データ保存、演算、入出力手段を備え外部との信号を送受信すると共に前記制御機器を制御するマイコンとが内臓されていることを特徴としている。
【００１１】請求項１に記載の発明によれば、ウエーハを保持する保持ヘッドにユーティリティを制御する制御機器とマイコンが内臓されているので、保持ヘッドでの分散管理が可能である。
【００１２】本発明は更に、請求項２に記載のように、前記ウェーハ研磨装置は、前記保持ヘッドの外部に設置されたホストコンピュータを有すると共に、前記ユーティリティに接続されており、前記マイコンは、前記ホストコンピュータと通信すると共に、前記ユーティリティをその使用端において制御することを特徴としている。
【００１３】前記マイコンは請求項３に記載のように、前記ホストコンピュータと信号インターフェースを介して接続される信号入出力部と、前記ホストコンピュータとデータインターフェースを介して接続されるデータ入出力部と、前記ホストコンピュータから前記信号入出力部及びデータ入出力部を介して入力された前記制御機器を制御するための複数の制御プログラムや信号及びデータを記憶する記憶部と、該記憶部に記憶された前記データを演算し、前記制御機器に制御信号を出力する演算回路部と、を有していることを特徴としている。
【００１４】また請求項４に記載ように、前記ホストコンピュータは、前記保持ヘッドに内蔵された前記マイコンにプロセス開始信号を出力し、前記マイコンは、前記プロセス開始信号に基づいて前記記憶部に記憶されている複数の制御プログラムを用いて前記制御機器を制御するとともに、前記プロセスが完了するとプロセス完了信号を前記ホストコンピュータに出力することを特徴とし、前記制御プログラムは、請求項５に記載のように、そのプログラムが実行される都度変更や修正が可能であり、予め設定された回数同じ変更又は修正が行われた場合、その変更又は修正された制御プログラムが正規の制御プログラムとして登録されることを特徴としている。
【００１５】また請求項６に記載のように、前記保持ヘッドにおいて異常が発生した場合、前記マイコンから異常検出信号を出力可能であることを特徴している。
【００１６】このように本発明によれば、保持ヘッドに分散管理のデータ保存のための記憶部、演算回路部、データ入出力手段を備えたマイコンを内蔵する。このため、研磨中に大量のデータをホストコンピュータとの間でやり取りする必要がなく、オフラインモードで必要に応じて入出力部を介してデータを転送すればよいので、ホストコンピュータの負担が減り、また、保持ヘッドからホストコンピュータへのデータ転送のためのケーブルの本数が減り、更に、完了信号等だけのやり取りだけなので、ウェーハ研磨装置の設計負担が減る。また、本数の多い長いケーブルで生データの信号を送信する必要がないので、ノイズに強い構成になる。更に、保持ヘッド内でユーティリティ等を制御するので、ユーティリティ等のコントロールが正確になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下添付図面に従って本発明に係るウェーハ研磨装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００１８】図１は、ウェーハ研磨装置１０の全体構成を示す斜視図である。同図に示すウェーハ研磨装置１０は、主としてプラテン１２とウェーハ保持ヘッド１４とで構成される。
【００１９】プラテン１２は円盤状に形成され、その下面中央には回転軸１６が連結される。プラテン１２は、回転軸１６に連結されたモータ１８を駆動することにより回転する。また、プラテン１２の上面には、研磨パッド２０が取り付けられ、研磨パッド２０上に図示しないノズルからスラリが供給される。
【００２０】ウェーハ保持ヘッド１４は、図２の如く主としてキャリアマウントテーブル２２とキャリアプレート２４等から構成される。キャリアマウントテーブル２２は円盤状に形成され、その上面中央に図１、図２に示す回転軸２２Ａが連結される。キャリアマウントテーブル２２は、この回転軸２２Ａに連結された図示しないモータの駆動で回転する。
【００２１】キャリアプレート２４は、キャリアマウントテーブル２２の下面に着脱自在に取り付けられる。また、キャリアプレート２４がキャリアマウントテーブル２２に取り付けられると、キャリアプレート２４に形成された複数本のエアー流路２６、２８、３０…が、キャリアマウントテーブル２２に形成された複数本のエアー流路３２、３４、３６…と連通される。
【００２２】エアー流路３２、３４、３６…は、キャリアマウントテーブル２２から回転軸２２Ａに延設されるとともに、回転軸２２Ａと固定側とを連結する不図示のロータリージョイントを介してエアポンプに接続されている。なお、エアー流路３２、３４、３６を吸引用流路として使用する場合には、エアポンプに代えてサクションポンプが接続される。
【００２３】エアー流路２６は、キャリアプレート２４内で複数の流路に分岐され、各々の出口であるエアー噴射孔２６Ａ、２６Ａ…がキャリアプレート２４の中心軸Ｐを中心とする同心円上に均等配分あるいは不均等に配分され、且つ、キャリアプレート２４の下面外側に形成される。エアー流路２８も同様に、キャリアプレート２４内で複数の流路に分岐され、各々の出口であるエアー噴射孔２８Ａ、２８Ａ…がキャリアプレート２４の中心軸Ｐを中心とする同心円上に均等配分あるいは不均等に配分され、且つ、キャリアプレート２４の下面内側に形成されている。エアー流路３０も同様に、キャリアプレート２４内で複数の流路に分岐され、各々の出口であるエアー噴射孔３０Ａ、３０Ａ…がキャリアプレート２４の中心軸Ｐを中心とする同心円上に均等配分あるいは不均等に配分され、且つ、キャリアプレート２４の下面で、エアー噴射孔２８Ａ、２８Ａ…とエアー噴射孔２６Ａ、２６Ａ…との間に形成されている。
【００２４】一方、キャリアマウントテーブル２２には、供給エアを制御する制御機器であるレギュレータ３８、４０、４２…、及びレギュレータ３８、４０、４２…に対応する流量計４４、４４…及び流量計４４、４４…による測定データに基づいてレギュレータ３８、４０、４２…をフィードバック制御するマイコン４６等が内蔵されている。
【００２５】レギュレータ３８は、エアー流路３２に取り付けられ、その開閉量がマイコン４６で制御される。これにより、エアー噴射孔２６Ａ、２６Ａ…から噴射される圧縮エアの流量が制御される。また、エアー流路３２からエアー流路２６に供給されるエアの流量は、流量計４４によって測定され、この測定データがマイコン４６に出力されている。マイコン４６は、予め記憶された基準データに基づいてレギュレータ３８をフィードバック制御し、前記エアの流量を基準データに対応する流量に制御する。
【００２６】レギュレータ４０は、エアー流路３４に取り付けられ、その開閉量がマイコン４６で制御される。これにより、エアー噴射孔２８Ａ、２８Ａ…から噴射される圧縮エアの流量が制御される。また、エアー流路３４からエアー流路２８に供給されるエアの流量は、別の流量計４４によって測定され、この測定データがマイコン４６に出力されている。マイコン４６は、予め記憶された基準データに基づいてレギュレータ４０をフィードバック制御し、前記エアの流量を基準データに対応する流量に制御する。
【００２７】レギュレータ４２は、エアー流路３６に取り付けられ、その開閉量がマイコン４６で制御される。これにより、エアー噴射孔３０Ａ、３０Ａ…から噴射される圧縮エアの流量が制御される。また、エアー流路３６からエアー流路３０に供給されるエアの流量は、別の流量計４４によって測定され、この測定データがマイコン４６に出力されている。マイコン４６は、予め記憶された基準データに基づいてレギュレータ４２をフィードバック制御し、前記エアの流量を基準データに対応する流量に制御する。
【００２８】また、マイコン４６は、前記エアの流量を基準データに対応するようにレギュレータ４０及びレギュレータ４２を制御するのみでなく、例えばエンドポイントセンサー類等から得た加工状態に関するデータを処理し、研磨レートが予測より遅いと観察されればすばやく流量を上げるなどの処置を取り、プロセスを管理する。【００２９】このようにエアー噴射孔２６Ａ、２８Ａ、３０Ａから噴射される圧縮エアの流量を制御すれば、エアー噴射孔２６Ａ、２８Ａ、３０Ａに対向するウェーハ５０の研磨パッド２０に対する押圧力をウェーハ５０の部位に応じて制御できるので、ウェーハ５０の研磨量をゾーンコントロールできる。
【００３０】なお、キャリアマウントテーブル２２から回転軸２２Ａを介して配設された信号ケーブル４３は、前述したロータリージョイントを介して図３のホストコンピュータ５２に接続されている。マイコン４６で記憶される制御プログラムや基準データは、ホストコンピュータ５２で作成された後、アイドルモード時にホストコンピュータ５２から信号ケーブル４３を介してマイコン４６に伝送される。なお、大量データを転送するための、データインターフェイスが設けられている。【００３１】次に、前記の如く構成されたウェーハ研磨装置１０の作用を説明する。
【００３２】図３の如く、ホストコンピュータ５２から、プロセス開始等の総合制御信号を保持ヘッド１４のマイコン４６に出力する。その総合信号を受けてマイコン４６が複数の制御プログラムを駆使して制御を開始する。この制御の内容は、ユーティリティ５５を制御するレギュレータ３８、４０、４２…を開閉・出力調整をしたり、別の動作部にあるセンサの生情報を吸い上げて計算・保存・処理する。別の動作部にあるセンサとは、保持ヘッド１４に内蔵された、図４のエンドポイントセンサ５４を例示できる。ここで用いられる制御プログラムは、そのプログラムを実行する都度必要に応じ変更や修正が可能になっており、同じ変更や修正が予め設定された回数なされた時には学習機能が働き、自動的にその変更や修正されたプログラムが正規の制御プログラムとして登録され、ＲＯＭに記憶されるようになっている。
【００３３】保持ヘッド１４によるウェーハ研磨状態が、エンドポイントセンサ５４からの信号により、あるいは時間制御の場合は設定時間に到達した場合など、プログラミングされた処理結果に達すると、図３の如くマイコン４６からホストコンピュータ５２に完了信号を出力する。この完了信号は、ホストコンピュータ５２からの総合制御信号に対する信号である。
【００３４】マイコン４６では、レギュレータ３８、４０、４２等の動作部の情報が全て管理されている。このため、非常事態の感知が速く、その動作部に対してだけ、非常停止等を実行できる。よって、他の動作部に影響が極めて少なくて済む。当然、復帰時間も短縮される。また、装置がプロセスが行われていないアイドル状態で大量のデータのやり取りを可能にするために、マイコン４６には、データ入出力部５６が設けられ、種々工夫されたデータ転送方式がとられている。
【００３５】図４は、マイコン４６のブロック図である。このマイコン４６は、データ入出力部５６、マイクロプロセッサユニット（演算回路部）５８、ＲＯＭ６０、ＲＡＭ６２、及び信号入出力部６４等から構成されている。
【００３６】マイクロプロセッサ５８は、計算、制御、入出力プログラムの保存・実行の役割を果たし、ＲＯＭ６０は、プロセスの初期あるいは改善された制御パターン等のデータリストを保存するとともに、データインターフェースを介してデータの書き込みや書き換えができる。
【００３７】ＲＡＭ６２は、プロセスが走っている状態でリアルタイムデータの一時保存を行うとともに、必要に応じてＲＯＭ６０に情報を送信する。ＲＯＭ６０はこの情報を記憶し、電源オフ時でもこの情報を保存する。
【００３８】データ入出力部５６は、データインターフェースを介して外部とデータのやり取りをすると共に、保持ヘッド内の測定、制御データをやり取りする時のバッファの役割を果たす。
【００３９】信号入出力部６４は、ホストコンピュータ５２と制御信号を交換する時のバッファである。
【００４０】データ入出力部５６及び信号入出力部６４はそれぞれがマイコン４６の情報交換の手段である。信号入出力部６４が常時ホストコンピュータ５２などの装置内の機器と連結されるのに対し、データ入出力部５６は決まった時間にしかアクティブにならない。データが大量にやり取りされるからである。
【００４１】このように保持ヘッドにマイコン４６を内蔵させると、ウェーハ研磨装置全体のメンテナンスが容易になる。また、データログなどのデータ管理も容易になる。更に、複数・複雑なホストコンピュータ構成が無くなり、コンパクト計算機器が装置動作部内に納められるため、ウェーハ研磨装置の床面積が減少する。また、非常事態管理、非常事態時の装置の制御が細かくできる。更に、個別にエラー処理が行えるため、ダウンタイムが少なく装置の復帰作業に要する時間が短縮できる。
【００４２】なお、本発明においてはエア、バキューム、水等のユーティリティを制御する制御機器と分散管理用のマイコンを保持ヘッドに内蔵したが、内臓に限らず、その片方又は両方を保持ヘッドの近傍に設けて分散管理を行うように構成してもよい。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係るウェーハ研磨装置によれば、ウエーハを保持する保持ヘッドに、エア、バキューム、水等のユーティリティを制御する制御機器と、データ保存、演算、入出力手段を備え外部との信号を送受信すると共に前記制御機器を制御するマイコンとが内臓したので、分散管理が可能になり、エア、バキューム、水等の制御や管理がその使用端（ポイントオブユース）で行われ、容易に正確な制御ができる。
【００４４】また、ホストコンピュータの負担が減り、メンテナンスも容易になる。また、データログなどのデータ管理も容易になる。更に、複雑なホストコンピュータ構成が無くなり、ユーティリティを制御する制御機器を集中格納したユーティリティボックスが不要になるため、ウェーハ研磨装置の床面積が減少する。
【００４５】また、コントロール動作部から生データ転送のためのケーブルが不要になり、エアの流路も本数が減少するので、ロータリージョイント等の高価な部品のコストが減少する。また、長いケーブルで生データの信号を送信する必要がなくなるので、ノイズに強い構成になる。
【００４６】更に、、個別にエラー処理が行えるため、ダウンタイムが少なく装置の復帰作業に要する時間が短縮できる。

【出願人】	【識別番号】０００１５１４９４【氏名又は名称】株式会社東京精密【住所又は居所】東京都三鷹市下連雀９丁目７番１号
【出願日】	平成１３年１０月１２日（２００１．１０．１２）
【代理人】	【識別番号】１０００８３１１６【弁理士】【氏名又は名称】松浦憲三
【公開番号】	特開２００３－１１７８１１（Ｐ２００３－１１７８１１Ａ）
【公開日】	平成１５年４月２３日（２００３．４．２３）
【出願番号】	特願２００１－３１５０３１（Ｐ２００１－３１５０３１）