JP6486757B2 - 基板処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ウェハなどの基板を処理する基板処理装置に係り、特に基板の割れ，欠け等の異常を検出する機能を備えた基板処理装置に関する。また、基板の割れなどの異常を検出する方法に関する。
近年、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いる。回路の微細化を図りながら多層配線を実現しようとすると、下側の層の表面凹凸を踏襲しながら段差がより大きくなるので、配線層数が増加するに従って、薄膜形成における段差形状に対する膜被覆性（ステップカバレッジ）が悪くなる。したがって、多層配線するためには、このステップカバレッジを改善し、然るべき過程で平坦化処理しなければならない。また光リソグラフィの微細化とともに焦点深度が浅くなるため、半導体デバイスの表面の凹凸段差が焦点深度以下に収まるように半導体デバイス表面を平坦化処理する必要がある。
従って、半導体デバイスの製造工程においては、半導体デバイス表面の平坦化技術がますます重要になっている。この平坦化技術のうち、最も重要な技術は、化学的機械研磨（ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing））である。この化学的機械研磨は、基板処理装置を用いて、シリカ（ＳｉＯ２）やセリア（ＣｅＯ２）等の砥粒を含んだ研磨液を研磨パッドに供給しつつウェハを研磨パッドに摺接させて研磨を行うものである。
上述したＣＭＰプロセスを行う基板処理装置は、研磨パッドを有する研磨テーブルと、ウェハ（基板）を保持するためのトップリングとを有した研磨ユニットを備えている。研磨テーブルとトップリングとは、それぞれ、回転可能に構成されている。これら研磨テーブルとトップリングを回転させながら、研磨パッド上に研磨液（スラリー）が供給される。この状態で、トップリングでウェハを研磨パッドに押圧することにより、ウェハと研磨パッドとの間に研磨液が存在した状態でウェハが研磨される。研磨されたウェハは、搬送機構によって洗浄ユニットに搬送され、当該洗浄ユニットで研磨されたウェハが洗浄および乾燥させられる。
研磨ユニットでは、研磨されたウェハを研磨パッドから引き上げるとき、またはトップリングから研磨されたウェハをリリースするときに、ウェハが割れることがある。上述した搬送機構には、そのウェハ搬送ステージ上にウェハが存在しているか否かを検出する光センサが備えられているが、この光センサの光軸がウェハの割れた部分を通過しない限り、このようなウェハの割れを検知することができない。
一部破損したウェハが欠損を検知されずに洗浄ユニットまで搬送されてしまうと、洗浄ユニットでウェハの洗浄を実施した際に、ウェハが粉々に割れてしまうことがある。ウェハが粉々に割れると、洗浄ユニットに配置されたロールスポンジなどの洗浄具にウェハの破片が付着し、これら洗浄具にダメージを与えてしまう。さらに、当該洗浄具を交換する必要が生じ、基板処理装置のランニングコストが上昇してしまう。
また、破片が付着したままの洗浄具を用いてウェハを洗浄すると、ウェハを汚染してしまうだけでなく、ウェハに傷（スクラッチ）が付いてしまう。そのため、ウェハが粉々に割れてしまった場合は、基板処理装置の運転を停止して、当該基板処理装置内に散乱したウェハの破片全てが回収できるように、基板処理装置内部を十分に清掃する必要が生じる。しかしながら、このような清掃には非常に長い時間がかかり、基板処理装置のダウンタイムが増大してしまう。
特開２０１０−５０４３６号公報
本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、基板の割れ，欠けなどの異常を検出することができる検出部を備えた基板処理装置を提供することを目的とする。
本発明の基板処理装置は、基板を研磨する研磨ユニットと、研磨された前記基板を洗浄する洗浄ユニットと、前記基板の異常を検出する基板異常検出部と、前記基板を、前記研磨ユニット、前記基板異常検出部、および前記洗浄ユニットにこの順に搬送する基板搬送機構と、を備え、前記基板異常検出部は、前記基板を撮像する撮像手段と、前記撮像手段から得られた信号を所定の閾値と比較し、基板の状態を判断する出力監視部と、を有し、前記基板搬送機構は、基板を移動させる移動機構を含み、前記基板異常検出部の出力監視部で基板の異常が検出されたら、前記移動機構の所定の動作と前記基板異常検出部の再検出を少なくとも１回行って連続して基板の異常が検出されたら、基板の異常であると決定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記撮像手段から得られた信号は基板に対応する部位と背景に対応する部位とを含む複数の領域ごとの信号からなり、前記出力監視部は、少なくとも一つの前記領域からの信号が閾値から外れたら基板の異常と判断することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記撮像手段は、ＣＭＯＳセンサー内蔵のカメラからなることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記移動機構は、基板の周縁部を支持するチャックと基板の周縁部との間に所定のクリアランスが形成された状態で、前記チャックおよび前記基板を移動させることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記移動機構の所定の動作は、上昇・下降および反転または水平軸周りの回転または垂直軸周りの回転であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記基板異常検出部は、光源を含むことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記光源は赤外領域の光を発する光源であることを特徴とする。
本発明の基板処理装置の別の態様は、基板を研磨する研磨ユニットと、研磨された前記基板を洗浄する洗浄ユニットと、前記基板の異常を検出する基板異常検出部と、前記基板を、前記研磨ユニット、前記基板異常検出部、および前記洗浄ユニットにこの順に搬送する基板搬送機構と、を備え、前記基板異常検出部は、前記基板を撮像する撮像手段と、前記撮像手段から得られた信号を所定の閾値と比較し、基板の状態を判断する出力監視部と、を有し、前記基板異常検出部は、光源を含み、前記撮像手段と前記光源との間に前記基板が位置し、撮像時に前記光源は前記基板の背景となる領域に投光することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記光源は、前記撮像手段による撮像時のみ点灯することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記基板の撮像の直前に、基板面に液体の膜を形成することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記基板の異常は、基板の割れであることを特徴とする。
本発明の基板処理装置を用いて基板の異常を検出する方法は、カメラにより基板を撮像し、得られた画像から、基板に相当する画像部分と背景に相当する画像部分とに跨る検査領域を複数個設定し、前記複数の検査領域の各々において、所定の閾値と、基板に相当する画像部分と背景に相当する画像部分とから求めた値とを比較し、基板の状態を判断することを特徴とする。
本発明によれば、研磨後の基板の割れ，欠けなどの異常を検出することができる。また、基板が洗浄ユニットに搬送される前に基板の割れなどの異常が検出されるので、洗浄ユニットで基板が粉々に割れてしまうことが防止される。したがって、基板が粉々に破損（２次割れ）することによる部品ダメージや清掃などの復旧作業時間増大を防ぐことができる。また、清掃不十分によるスクラッチや他の基板の割れなどの２次被害防止効果もある。
本発明の一実施形態に係る基板処理装置を示す平面図である。 第１研磨ユニットを模式的に示す斜視図である。 スイングトランスポータの構造を示す斜視図である。 図４（ａ）は、評価実験１で用いた基板異常検出部の構成を示す模式図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すカメラにより撮影された画像である。 図５（ａ）は、評価実験２で用いた基板異常検出部の構成を示す模式図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すカメラにより撮影された画像である。 図６（ａ）は、評価実験３で用いた基板異常検出部の構成を示す模式図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示すカメラにより撮影された画像である。 図７（ａ）,（ｂ）は、図３に示すように構成された基板異常検出部のカメラによって撮影された画像からウェハの割れを検出する検出方法を示す図であり、図７（ａ）は正常ウェハの場合を示し、図７（ｂ）は割れたウェハの場合を示す。 図８は、スイングトランスポータおよび基板異常検出部により行われる誤検知でないことを確認するための動作手順を示す模式図である。
以下、本発明に係る基板処理装置の実施形態について図１乃至図８を参照して説明する。図１乃至図８において、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、本発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成を示す平面図である。この基板処理装置は、ウェハなどの基板を研磨し、洗浄し、乾燥することができる複合装置である。図１に示すように、基板処理装置は、矩形状のハウジング１を備えており、ハウジング１の内部は隔壁１ａ，１ｂによってロード／アンロード部２と研磨部３と洗浄部４とに区画されている。基板処理装置は、ウェハ処理動作を制御する動作制御部５を有している。
ロード／アンロード部２は、多数のウェハ（基板）をストックする基板カセットが載置されるフロントロード部２０を備えている。このロード／アンロード部２には、フロントロード部２０の並びに沿って走行機構２１が敷設されており、この走行機構２１上に基板カセットの配列方向に沿って移動可能な搬送ロボット（ローダー）２２が設置されている。搬送ロボット２２は走行機構２１上を移動することによってフロントロード部２０に搭載された基板カセットにアクセスできるようになっている。
研磨部３は、ウェハの研磨が行われる領域である。この研磨部３は、第１研磨ユニット３Ａ、第２研磨ユニット３Ｂ、第３研磨ユニット３Ｃ、第４研磨ユニット３Ｄを備えている。図１に示すように、第１研磨ユニット３Ａは、研磨面を有する研磨パッド１０が取り付けられた第１研磨テーブル３０Ａと、ウェハを保持しかつウェハを研磨テーブル３０Ａ上の研磨パッド１０に押圧しながら研磨するための第１トップリング３１Ａと、研磨パッド１０に研磨液（例えばスラリー）やドレッシング液（例えば、純水）を供給するための第１研磨液供給ノズル３２Ａと、研磨パッド１０の研磨面のドレッシングを行うための第１ドレッサ３３Ａと、液体（例えば純水）と気体（例えば窒素ガス）の混合流体を霧状にして研磨面に噴射する第１アトマイザ３４Ａと、を備えている。
同様に、第２研磨ユニット３Ｂは、研磨パッド１０が取り付けられた第２研磨テーブル３０Ｂと、第２トップリング３１Ｂと、第２研磨液供給ノズル３２Ｂと、第２ドレッサ３３Ｂと、第２アトマイザ３４Ｂとを備えている。第３研磨ユニット３Ｃは、研磨パッド１０が取り付けられた第３研磨テーブル３０Ｃと、第３トップリング３１Ｃと、第３研磨液供給ノズル３２Ｃと、第３ドレッサ３３Ｃと、第３アトマイザ３４Ｃとを備えている。第４研磨ユニット３Ｄは、研磨パッド１０が取り付けられた第４研磨テーブル３０Ｄと、第４トップリング３１Ｄと、第４研磨液供給ノズル３２Ｄと、第４ドレッサ３３Ｄと、第４アトマイザ３４Ｄとを備えている。
第１研磨ユニット３Ａ、第２研磨ユニット３Ｂ、第３研磨ユニット３Ｃ、および第４研磨ユニット３Ｄは、互いに同一の構成を有しているので、以下、第１研磨ユニット３Ａについて図２を参照して説明する。図２は、第１研磨ユニット３Ａを模式的に示す斜視図である。なお、図２において、ドレッサ３３Ａおよびアトマイザ３４Ａは、図示が省略されている。
研磨テーブル３０Ａは、テーブル軸３０ａを介してその下方に配置されるテーブルモータ１９に連結されており、このテーブルモータ１９により研磨テーブル３０Ａが矢印で示す方向に回転されるようになっている。研磨テーブル３０Ａの上面には研磨パッド１０が貼付されており、研磨パッド１０の上面がウェハＷを研磨する研磨面１０ａを構成している。トップリング３１Ａはトップリングシャフト１６の下端に連結されている。トップリング３１Ａは、真空吸引によりその下面にウェハＷを保持できるように構成されている。トップリングシャフト１６は、図示しない上下動機構により上下動するようになっている。
ウェハＷの研磨は次のようにして行われる。トップリング３１Ａおよび研磨テーブル３０Ａをそれぞれ矢印で示す方向に回転させ、研磨液供給ノズル３２Ａから研磨パッド１０上に研磨液（スラリー）を供給する。この状態で、トップリング３１Ａは、ウェハＷを研磨パッド１０の研磨面１０ａに押し付ける。ウェハＷの表面は、研磨液に含まれる砥粒の機械的作用と研磨液の化学的作用により研磨される。研磨終了後は、ドレッサ３３Ａ（図１参照）による研磨面１０ａのドレッシング（コンディショニング）が行われ、さらにアトマイザ３４Ａ（図１参照）から高圧の流体が研磨面１０ａに供給されて、研磨面１０ａに残留する研磨屑や砥粒などが除去される。
図１に戻り、第１研磨ユニット３Ａおよび第２研磨ユニット３Ｂに隣接して、第１リニアトランスポータ６が配置されている。この第１リニアトランスポータ６は、４つの搬送位置（第１搬送位置ＴＰ１、第２搬送位置ＴＰ２、第３搬送位置ＴＰ３、第４搬送位置ＴＰ４）の間でウェハを搬送する機構である。また、第３研磨ユニット３Ｃおよび第４研磨ユニット３Ｄに隣接して、第２リニアトランスポータ７が配置されている。この第２リニアトランスポータ７は、３つの搬送位置（第５搬送位置ＴＰ５、第６搬送位置ＴＰ６、第７搬送位置ＴＰ７）の間でウェハを搬送する機構である。
ウェハは、第１リニアトランスポータ６によって研磨ユニット３Ａ，３Ｂに搬送される。第１研磨ユニット３Ａのトップリング３１Ａは、そのスイング動作により研磨テーブル３０Ａの上方位置と第２搬送位置ＴＰ２との間を移動する。したがって、トップリング３１Ａと第１リニアトランスポータ６との間でのウェハの受け渡しは第２搬送位置ＴＰ２で行われる。
同様に、第２研磨ユニット３Ｂのトップリング３１Ｂは研磨テーブル３０Ｂの上方位置と第３搬送位置ＴＰ３との間を移動し、トップリング３１Ｂと第１リニアトランスポータ６との間でのウェハの受け渡しは第３搬送位置ＴＰ３で行われる。第３研磨ユニット３Ｃのトップリング３１Ｃは研磨テーブル３０Ｃの上方位置と第６搬送位置ＴＰ６との間を移動し、トップリング３１Ｃと第２リニアトランスポータ７との間でのウェハの受け渡しは第６搬送位置ＴＰ６で行われる。第４研磨ユニット３Ｄのトップリング３１Ｄは研磨テーブル３０Ｄの上方位置と第７搬送位置ＴＰ７との間を移動し、トップリング３１Ｄと第２リニアトランスポータ７との間でのウェハの受け渡しは第７搬送位置ＴＰ７で行われる。
研磨ユニット間のウェハの受け渡し機構は上述の例に限定されることなく、例えばウェハを保持したままトップリングが直接他の研磨ユニットに移動することによりウェハを搬送してもよい。ウェハは、４つの研磨ユニット３Ａ〜３Ｄのすべてによって研磨されてもよいし、研磨ユニット３Ａ〜３Ｄのうちの１または複数の研磨ユニット（例えば、第１研磨ユニット３Ａおよび第２研磨ユニット３Ｂ）によって研磨されてもよい。
第１搬送位置ＴＰ１に隣接して、搬送ロボット２２からウェハを受け取るためのリフタ１１が配置されている。ウェハはこのリフタ１１を介して搬送ロボット２２から第１リニアトランスポータ６に渡される。リフタ１１と搬送ロボット２２との間に位置して、シャッタ（図示せず）が隔壁１ａに設けられており、ウェハの搬送時にはシャッタが開かれて搬送ロボット２２からリフタ１１にウェハが渡されるようになっている。
第１リニアトランスポータ６と、第２リニアトランスポータ７と、洗浄部４との間にはスイングトランスポータ１２が配置されている。第１リニアトランスポータ６から第２リニアトランスポータ７へのウェハの搬送は、スイングトランスポータ１２によって行われる。ウェハは、第２リニアトランスポータ７によって第３研磨ユニット３Ｃおよび／または第４研磨ユニット３Ｄに搬送される。
スイングトランスポータ１２の側方には、図示しないフレームに設置されたウェハのバッファステージ７２が配置されている。このバッファステージ７２は、図１に示すように、第１リニアトランスポータ６に隣接して配置されており、第１リニアトランスポータ６と洗浄部４との間に位置している。スイングトランスポータ１２は、第４搬送位置ＴＰ４、第５搬送位置ＴＰ５、およびバッファステージ７２の間でウェハを搬送する。
研磨ユニット３Ａ，３Ｂで研磨されたウェハＷは、第１リニアトランスポータ６によって第４搬送位置ＴＰ４に搬送される。さらにウェハＷは、スイングトランスポータ１２により、第４搬送位置ＴＰ４から第５搬送位置ＴＰ５の上方にある基板異常検出位置（後述する）に搬送され、この基板異常検出位置にて当該ウェハＷの割れなどの異常検出が行われる。研磨ユニット３Ｃ，３Ｄで研磨されたウェハＷは、第２リニアトランスポータ７により、第５搬送位置ＴＰ５に搬送される。さらにウェハＷは、スイングトランスポータ１２により第５搬送位置ＴＰ５の上方にある上記基板異常検出位置に搬送され、この基板異常検出位置にて当該ウェハＷの割れなどの異常検出が行われる。
異常検出が行われた後、ウェハは、スイングトランスポータ１２によってバッファステージ７２に載置される。バッファステージ７２上のウェハは、洗浄部４の第１の搬送ロボット７７によって洗浄部４に搬送される。図１に示すように、洗浄部４は、研磨されたウェハを洗浄液やロールスポンジ（図示せず）などを用いて洗浄する第１の洗浄ユニット７３および第２の洗浄ユニット７４と、洗浄されたウェハを乾燥する乾燥ユニット７５とを備えている。第１の搬送ロボット７７は、ウェハをバッファステージ７２から第１の洗浄ユニット７３に搬送し、さらに第１の洗浄ユニット７３から第２の洗浄ユニット７４に搬送するように動作する。第２の洗浄ユニット７４と乾燥ユニット７５との間には、第２の搬送ロボット７８が配置されている。この第２の搬送ロボット７８は、ウェハを第２の洗浄ユニット７４から乾燥ユニット７５に搬送するように動作する。
図３は、本発明の一実施形態に係るスイングトランスポータ１２の構造を示す斜視図である。スイングトランスポータ１２は、基板処理装置のフレーム１００に設置された、鉛直方向に延びるリニアガイド１０１と、リニアガイド１０１に取り付けられたスイング機構１０２と、スイング機構１０２を鉛直方向に移動させる駆動源としての昇降駆動機構１０５とを備えている。この昇降駆動機構１０５としては、サーボモータとボールねじを有するロボシリンダなどを採用することができる。スイング機構１０２にはスイングアーム１０６を介して反転機構１０７が連結されている。さらに反転機構１０７にはウェハＷを把持する把持機構１１０が連結されている。
スイングアーム１０６は、スイング機構１０２の図示しないモータの駆動により該モータの回転軸を中心として旋回するようになっている。これにより、反転機構１０７および把持機構１１０が一体的に旋回運動し、把持機構１１０は、第４搬送位置ＴＰ４、第５搬送位置ＴＰ５、およびバッファステージ７２の間を移動する。
把持機構１１０は、ウェハＷを把持する一対の把持アーム１１１を有している。それぞれの把持アーム１１１の両端には、ウェハＷのエッジ（すなわち、ウェハＷの周縁部）を把持するチャック１１２が設けられている。これらのチャック１１２は把持アーム１１１の両端から下方に突出して設けられている。さらに把持機構１１０は、一対の把持アーム１１１をウェハＷに近接および離間する方向に移動させる開閉機構１１３を備えている。
ウェハＷは次のようにして把持される。把持アーム１１１を開いた状態で、把持アーム１１１のチャック１１２がウェハＷと同一平面内に位置するまで把持機構１１０を昇降駆動機構１０５により下降させる。そして、開閉機構１１３を駆動して把持アーム１１１を互いに近接する方向に移動させ、把持アーム１１１のチャック１１２でウェハＷのエッジを把持する。チャック１１２がウェハＷを把持しているとき、チャック１１２とウェハＷのエッジとの間には所定のクリアランスが形成されている。すなわち、ウェハＷは、チャック１１２によって完全には拘束されず、チャック１１２の溝（図示せず）に遊嵌された状態で把持される。この状態で、昇降駆動機構１０５により把持アーム１１１を上昇させる。
反転機構１０７は、把持機構１１０に連結された回転軸１０８と、この回転軸１０８を回転させるロータリーアクチュエータ（図示せず）とを有している。ロータリーアクチュエータは、空気圧などの流体圧で動作する流体圧式のロータリーアクチュエータを採用することができる。流体圧式のロータリーアクチュエータに代えて、回転軸１０８を回転させるためのモータを備えたモータ駆動式のロータリーアクチュエータを用いてもよい。ロータリーアクチュエータにより回転軸１０８を駆動させることにより、把持機構１１０は、その全体が１８０度回転し、これにより把持機構１１０に把持されたウェハＷが反転する。
把持機構１１０は、ウェハＷを把持したままバッファステージ７２に移動し、把持アーム１１１を開くことでウェハＷがバッファステージ７２に載置される。バッファステージ７２に載置されたウェハＷは、洗浄部４の第１の搬送ロボット７７によって洗浄部４に搬送される。この実施形態の基板処理装置では、ウェハＷは、研磨部３、リニアトランスポータ６および／または７、スイングトランスポータ１２、バッファステージ７２、および洗浄部４にこの順番に搬送される。
図２に示す研磨ユニット３Ａにおいて、研磨されたウェハＷを研磨パッド１０から引き上げるとき、または上記搬送位置でトップリング３１ＡからウェハＷをリリースするときに、ウェハＷの一部が割れることがある。そこで、図３に示すように、本実施形態の基板処理装置には、ウェハの割れなどの異常を検出するための基板異常検出部４０が設けられる。以下、この基板異常検出部４０について説明する。
本発明者らは、カメラを用いてウェハを撮像することにより、ウェハの割れを検出することを着想し、図４乃至図６に示す評価実験１〜３を行ったものである。この評価実験１〜３では、ウェハＷをスイングトランスポータ１２の把持機構１１０により水平な姿勢で把持した状態で実験を行なったが、図４乃至図６では把持機構１１０の図示は省略している。また、評価実験１〜３では、図１に示す装置内においてスイングトランスポータ１２が設置されている箇処の底面が背景（Background）であるが、図４乃至図６では背景（Background）を模式化して帯状に図示している。
図４（ａ）は、評価実験１で用いた基板異常検出部４０の構成を示す模式図である。図４（ａ）に示すように、基板異常検出部４０は、ウェハＷの斜め上方に配置され赤外領域の光をウェハＷに投光する光源４１と、ウェハＷの上方に配置されウェハＷを上方から撮像するカメラ４２とを備えている。光源４１は、ＣＭＯＳ素子の分光感度特性が得られる４００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長領域においてウェハＷ上に形成された銅配線等の金属部のフォトコロージョンを防止するために、長波長の光を発するように構成されている。実験では９４０ｎｍの波長の光を発する光源を用いている。カメラ４２は、ＣＭＯＳセンサー内蔵のカメラを用いている。
図４（ａ）に示すように構成された基板異常検出部４０において、光源４１から赤外領域の光をウェハＷに投光すると、ウェハＷからの反射光およびウェハＷ上の水滴からの乱反射光がカメラ４２に入射して撮影される。
図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すカメラ４２により撮影された画像を示す。図４（ｂ）に示す画像から分かるように、ウェハは黒色の円形の画像部分として写っており、この黒色の円形の画像部分の中に、ウェハＷ上の水滴が乱反射して白点になって写っている。そのため、これら白点がコントラストの障害となり、誤検知の原因になる。研磨直後のウェハには研磨液が付着しているため、評価実験１の構成は、好ましくないことが判明した。
図５（ａ）は、評価実験２で用いた基板異常検出部４０の構成を示す模式図である。図５（ａ）に示すように、基板異常検出部４０は、図４（ａ）に示す基板異常検出部４０に対して、ウェハＷ上に純水（ＤＩＷ）を供給してウェハＷ上に水膜を形成するノズル４３を追加したものである。このように、ノズル４３から純水（ＤＩＷ）を供給してウェハＷ上に水膜を形成することにより、ウェハ上の水滴からの乱反射を防止するようにしている。図５（ａ）に示す評価実験２で用いた光源４１及びカメラ４２は、図４（ａ）に示す評価実験１で用いた光源４１及びカメラ４２とそれぞれ同様の構成である。
図５（ａ）に示すように構成された基板異常検出部４０において、光源４１から赤外領域の光を水膜が形成されたウェハＷに投光すると、ウェハＷ上の水膜の全面から均一な反射光がカメラ４２に入射して撮影される。
図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すカメラ４２により撮影された画像を示す。図５（ｂ）に示す画像から分かるように、ウェハ上から乱反射される光がないため、ウェハは黒色の円形の画像部分として写っている。しかしながら、背景も薄暗い画像部分になっているため、ウェハの画像部分と背景の画像部分とのコントラストが鮮明ではない。なお、画像中、矩形の白色の画像部分は、ウェハを把持する把持機構１１０の開閉機構１１３に対応した画像部分である。このように、ウェハの画像部分と背景の画像部分とのコントラストが必ずしも鮮明ではないが、両画像部分の明るさには若干差異があるのでウェハと背景とを画像処理で識別することができるため、評価実験２の構成を用いてウェハの割れを検知できることが判明した。
図６（ａ）は、評価実験３で用いた基板異常検出部４０の構成を示す模式図である。図６（ａ）に示すように、基板異常検出部４０は、ウェハＷの下側に配置され互いに間隔をおいて配置された２つの光源４１,４１と、ウェハＷの上方に配置されウェハＷを上方から撮像するカメラ４２とを備えている。２つの光源４１,４１は、斜め下方に光を投光するように傾斜していて背景を照らすように構成されている。光源４１の角度は矢印で示すように変更できるようになっている。図６（ａ）に示す評価実験３で用いた光源４１及びカメラ４２は、図４（ａ）に示す評価実験１で用いた光源４１及びカメラ４２とそれぞれ同様の構成である。
図６（ａ）に示すように構成された基板異常検出部４０において、２つの光源４１,４１から赤外領域の光を背景に投光した状態でカメラ４２はウェハＷを上方から撮影する。
図６（ｂ）は、図６（ａ）に示すカメラ４２により撮影された画像を示す。図６（ｂ）に示す画像から分かるように、ウェハは黒色の円形の画像部分として写っており、背景は白みがかっている画像部分として写っているため、ウェハと背景とのコントラストが鮮明になっている。したがって、評価実験３の構成を用いれば、ウェハの割れを正確に検知できることが判明した。なお、画像中、矩形のグレーの画像部分は、ウェハを把持する把持機構１１０の開閉機構１１３に対応した画像部分である。
以上の評価実験１〜３より、評価実験３の構成が、ウェハと背景のコントラストが最も鮮明となり、しかも乱反射も全くなく、水膜の形成も不要であるため、実機では、基板異常検出部４０として、評価実験３の構成を採用したものである。すなわち、図３に示すように、把持機構１１０により把持されたウェハＷの下側に２つの光源４１,４１を配置し、ウェハＷの上方にカメラ４２を配置したものである。カメラ４２は出力監視部４５に接続されている。図３において、把持機構１１０により把持されたウェハＷの位置が前記基板異常検出位置である。２つの光源４１,４１は、長尺の直方体状をなし、ウェハＷの直径と同等かそれ以上の長さを有している。ウェハＷと２つの光源４１,４１を垂直方向から見ると、２つの光源４１,４１は、ウェハＷを間に挟むようにして平行に配置されている。２つの光源４１,４１は、斜め下方に光を投光するように傾斜していて背景を照らすように構成されており、２つの光源４１,４１によりウェハの下側の背景を広く照らすことができるようになっている。各光源４１は赤外領域の光を発する多数のＬＥＤを水平方向に配列して構成されている。また、カメラ４２はＣＭＯＳセンサー内蔵のカメラからなり、カメラ４２の光軸はウェハＷの中心又は概略中心と一致している。各光源４１は、その投光角度が変更できるように支持部材（図示せず）によって装置フレームに支持されている。また、カメラ４２は取付部材（図示せず）によって装置の天井部に固定されている。
上述したように構成された基板異常検出部４０において、ウェハＷがスイングトランスポータ１２により基板異常検出位置（図３に示す位置）に搬送されると、動作制御部５（図１参照）は、カメラ４２に動作信号を送信する。カメラ４２は、この動作信号を受信すると、光源４１,４１に対してＯＮ信号を送信する。これにより、光源４１,４１とカメラ４２とは同期して作動し、光源４１,４１はカメラ４２が撮像している時間（瞬間）だけ点灯する。光源４１,４１はカメラ４２が動作していないときは消灯している。このように、光源４１,４１の点灯時間を必要最小限に抑えることにより、銅配線等の金属部のフォトコロージョンを防止している。なお、ウェハＷを図３に示す状態から反転させ、把持機構１１０の開閉機構１１３をウェハＷの下側に位置させた状態でカメラ４２によりウェハＷを撮像するように構成してもよい。
図７（ａ）,（ｂ）は、図３に示すように構成された基板異常検出部４０のカメラ４２によって撮影された画像からウェハの割れを検出する検出方法を示す図であり、図７（ａ）は正常ウェハの場合を示し、図７（ｂ）は割れたウェハの場合を示す。
図７（ａ）,（ｂ）に示すように、ウェハに相当する黒色の円形の画像部分の周縁部に沿って、矩形の検査領域を複数個設定する。図７（ａ）,（ｂ）に示す例では、黒色の円形の画像部分の上下の周縁部に沿って、それぞれ５個の矩形の検査領域が設定されている。各検査領域は、ウェハに相当する黒色の画像部分と背景に相当する白みがかっている画像部分とに跨って設定されている。相隣接する２個の検査領域は、互いに重なり合う領域を形成するようにして、検査領域間において検査漏れが生じないようにしている。
出力監視部４５（図３参照）には、各検査領域における、ウェハに相当する黒色の画像部分と背景に相当する白みがかっている画像部分との面積比である閾値が予め設定されている。出力監視部４５は、撮影された画像から各検査領域においてウェハに相当する黒色の画像部分と背景に相当する白みがかっている画像部分との面積比を算出し、算出した面積比を予め設定された閾値と比較し、ウェハの割れの有無を判定する。図７（ａ）,（ｂ）では、各検査領域において算出した面積比を一本の棒（一本のバー）で表示している。図中、各バーにおいて、上側の白抜き部分がウェハに相当する黒色の画像部分の面積に対応し、下側のグレー部分が背景に相当する白みがかっている画像部分の面積に対応する。ある検査領域内でウェハが割れていると、白みがかっている画像部分の面積に比較して黒色の画像部分の面積が小さくなるため、上側の白抜き部分が低下し、最終的には、予め設定された閾値を下回ってウェハの割れを検出することになる。図７（ｂ）においては、下側の左から２番目の検査領域で割れが検出される。なお、ウェハにはノッチが形成されているため、割れを検出するための閾値は、ノッチより大きい面積の場合に割れであると判定できるような値に設定されている。
図７（ａ）,（ｂ）に示す検出方法によりウェハの割れを検知した場合であっても、これが誤検知である場合があるため、スイングトランスポータ１２および基板異常検出部４０は、誤検知でないことを確認する動作を行うようになっている。
図８は、スイングトランスポータ１２および基板異常検出部４０により行われる誤検知でないことを確認するための動作手順を示す模式図である。図８においては、ウェハＷは反転動作を識別できるように白色と黒色を用いて表示している。
図８（ａ）に示すように、基板異常検出位置にあるウェハＷを、光源４１を点灯してカメラ４２により撮像し、図７（ａ）,（ｂ）に示す処理を行ってウェハの割れを検出する。光源４１は撮像時のみ点灯する。ウェハの割れを検出したら、図８（ｂ）に示すように、把持機構１１０によりウェハＷを上昇させる。
次に、図８（ｃ）に示すように、把持機構１１０によりウェハＷを反転させ、さらに、図８（ｄ）に示すように、把持機構１１０によりウェハＷを再反転させる。その後、図８（ｅ）に示すように、把持機構１１０によりウェハＷを基板異常検出位置に下降させた後に、ウェハＷを、光源４１を点灯してカメラ４２により撮像し、図７（ａ）,（ｂ）に示す処理を行ってウェハの割れの再検出を行う。図８（ａ）〜（ｅ）の工程を２回繰り返して、３回連続でウェハの割れを検知した場合、ウェハの割れが実際に起こったと判定する。なお、検知回数は任意に設定可能である。このように、スイングトランストータ１２および基板異常検出部４０により誤検知でないことを確認する動作を行うことにより、ウェハＷを把持するチャック１１２とウェハＷとの間にクリアランスがあるためにウェハＷが移動したことによって起こる誤検知を防ぐことができる。
次に、基板異常検出部４０と基板処理装置の各ユニットとの関係を説明する。ウェハの割れは研磨ユニット３Ａ〜３Ｄで生じやすい。割れたウェハ（すなわち、一部が欠損したウェハ）が洗浄部４で洗浄されると、ウェハが粉々に砕けてしまうことがある。したがって、洗浄部４にウェハが搬送される前にウェハの割れを検出することが好ましい。このような理由から、ウェハＷは、研磨ユニット３Ａ（および３Ｂ〜３Ｄ）、基板異常検出部４０、および洗浄ユニット７３，７４の順に搬送される。本実施形態では、ウェハＷをこの順番で搬送する基板搬送機構は、第１リニアトランスポータ６（および第２リニアトランスポータ７）、スイングトランスポータ１２、および第１の搬送ロボット７７によって構成される。基板異常検出部４０は、研磨ユニット３Ａ〜３Ｄと洗浄ユニット７３，７４との間に配置される。
本実施形態では、基板異常検出部４０は第５搬送位置ＴＰ５の上方に配置されているが、他の場所に基板異常検出部４０を設置してもよい。例えば、基板異常検出部４０をバッファステージ７２または第１リニアトランスポータ６の上方に設置してもよい。
基板異常検出部４０がウェハの割れを検出した場合、動作制御部５は、研磨ユニット３Ａ〜３Ｄおよび基板搬送機構（第１リニアトランスポータ６、第２リニアトランスポータ７、スイングトランスポータ１２、および第１搬送ロボット７７）の運転を停止させる。作業員は、割れたウェハを基板処理装置から取り除き、これによって、割れたウェハが洗浄部４に搬送されることが防止される。ウェハが基板処理装置から取り除かれた後、基板処理装置の運転が再開される。
基板異常検出部４０がウェハの割れを検出した場合、スイングトランスポータ１２は、当該割れたウェハを、図１に示すバッファステージ７２に置き、その後、動作制御部５は、研磨ユニット３Ａ〜３Ｄおよび基板搬送機構の運転を停止させてもよい。また、ウェハが一時的に置かれる第２のバッファステージ（図示せず）を第１のバッファステージであるバッファステージ７２とは別に設け、この第２のバッファステージに割れたウェハを置いた後に、動作制御部５は、研磨ユニット３Ａ〜３Ｄおよび基板搬送機構の運転を停止させてもよい。割れたウェハをこの第２のバッファステージに置いた後、そのまま、研磨ユニット３Ａ〜３Ｄおよび基板搬送機構の運転を継続することもできる。第２のバッファステージは、例えば、洗浄部４に配置された第１の洗浄ユニット７３または第２の洗浄ユニット７４の上方または下方に配置することができる。
図１に示すように、本発明の基板処理装置には、研磨されたウェハＷを研磨パッド１０から引き上げるときの状態を監視できるように、研磨テーブル３０Ａの近傍に監視カメラ５０が設置されている。また、トップリング３１ＡからウェハＷをリリースするときの状態を監視できるように、ウェハリリース位置に監視カメラ５１が設置されている。他の研磨テーブルの近傍や他のウェハリリース位置にも、監視カメラが設置されているが、図示を省略する。このように、監視カメラ５０,５１を設置することにより、スイングトランスポータ１２の箇所に設置された基板異常検出部４０がウェハの割れを検知した際、基板異常検出部４０からの検知信号に基づいて監視カメラ５０,５１において検知時から所定時間前以降、例えば、検知時１分前以降のウェハの搬送状況を再生することができるようになっている。これにより、ウェハが割れた瞬間を把握し、ウェハ割れの防止対策が可能となる。
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。
１ ハウジング
２ ロード／アンロード部
３ 研磨部
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ 研磨ユニット
４ 洗浄部
５ 動作制御部
６ 第１リニアトランスポータ
７ 第２リニアトランスポータ
１０ 研磨パッド
１１ リフタ
１２ スイングトランスポータ
１６ トップリングシャフト
１９ テーブルモータ
２０ フロントロード部
２１ 走行機構
２２ 搬送ロボット
３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ 研磨テーブル
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ トップリング
３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ 研磨液供給ノズル
３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ ドレッサ
３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ アトマイザ
４０ 基板異常検出部
４１ 光源
４２ カメラ
７２ バッファステージ
７３ 第１の洗浄ユニット
７４ 第２の洗浄ユニット
７５ 乾燥ユニット
７７ 第１搬送ロボット
７８ 第２搬送ロボット
１００ フレーム
１０１ リニアガイド
１０２ スイング機構
１０５ 昇降駆動機構
１０６ スイングアーム
１０７ 反転機構
１０８ 回転軸
１１０ 把持機構
１１１ 把持アーム
１１２ チャック
１１３ 開閉機構

Claims (14)

  1. 基板を研磨する研磨ユニットと、
    研磨された前記基板を洗浄する洗浄ユニットと、
    前記基板の異常を検出する基板異常検出部と、
    前記基板を、前記研磨ユニット、前記基板異常検出部、および前記洗浄ユニットにこの順に搬送する基板搬送機構と、を備え、
    前記基板異常検出部は、
    前記基板を撮像する撮像手段と、
    前記撮像手段から得られた信号を所定の閾値と比較し、基板の状態を判断する出力監視部と、を有し、
    前記基板搬送機構は、基板を移動させる移動機構を含み、前記基板異常検出部の出力監視部で基板の異常が検出されたら、前記移動機構の所定の動作と前記基板異常検出部の再検出を少なくとも１回行って連続して基板の異常が検出されたら、基板の異常であると決定することを特徴とする基板処理装置。
  2. 前記撮像手段から得られた信号は基板に対応する部位と背景に対応する部位とを含む複数の領域ごとの信号からなり、
    前記出力監視部は、少なくとも一つの前記領域からの信号が閾値から外れたら基板の異常と判断することを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記撮像手段は、ＣＭＯＳセンサー内蔵のカメラからなることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
  4. 前記移動機構は、基板の周縁部を支持するチャックと基板の周縁部との間に所定のクリアランスが形成された状態で、前記チャックおよび前記基板を移動させることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
  5. 前記移動機構の所定の動作は、上昇・下降および反転または水平軸周りの回転または垂直軸周りの回転であることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
  6. 前記基板異常検出部は、光源を含むことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
  7. 前記光源は赤外領域の光を発する光源であることを特徴とする請求項６に記載の基板処理装置。
  8. 基板を研磨する研磨ユニットと、
    研磨された前記基板を洗浄する洗浄ユニットと、
    前記基板の異常を検出する基板異常検出部と、
    前記基板を、前記研磨ユニット、前記基板異常検出部、および前記洗浄ユニットにこの順に搬送する基板搬送機構と、を備え、
    前記基板異常検出部は、
    前記基板を撮像する撮像手段と、
    前記撮像手段から得られた信号を所定の閾値と比較し、基板の状態を判断する出力監視部と、を有し
    前記基板異常検出部は、光源を含み、
    前記撮像手段と前記光源との間に前記基板が位置し、撮像時に前記光源は前記基板の背景となる領域に投光することを特徴とする基板処理装置。
  9. 前記撮像手段から得られた信号は基板に対応する部位と背景に対応する部位とを含む複数の領域ごとの信号からなり、
    前記出力監視部は、少なくとも一つの前記領域からの信号が閾値から外れたら基板の異常と判断することを特徴とする請求項８に記載の基板処理装置。
  10. 前記撮像手段は、ＣＭＯＳセンサー内蔵のカメラからなることを特徴とする請求項８に記載の基板処理装置。
  11. 前記光源は赤外領域の光を発する光源であることを特徴とする請求項８に記載の基板処理装置。
  12. 前記光源は、前記撮像手段による撮像時のみ点灯することを特徴とする請求項６乃至１１のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  13. 前記基板の撮像の直前に、基板面に液体の膜を形成することを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
  14. 前記基板の異常は、基板の割れであることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の基板処理装置。
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