JP7316785B2 - 光学式膜厚測定システムの洗浄方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウェーハなどの基板を研磨しながら基板の膜厚を測定するために使用される光学式膜厚測定システムの洗浄方法に関する。

半導体デバイスの製造プロセスには、ＳｉＯ_２などの絶縁膜を研磨する工程や、銅、タングステンなどの金属膜を研磨する工程などの様々な工程が含まれる。ウェーハの研磨は研磨装置を使用して行われる。研磨装置は、一般に、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、ウェーハを研磨パットに押し付ける研磨ヘッドと、スラリーを研磨パッド上に供給するスラリー供給ノズルを備えている。研磨テーブルを回転させながら、研磨テーブル上の研磨パッドにスラリーが供給され、研磨ヘッドは、ウェーハを研磨パットに押し付ける。ウェーハは、スラリーの存在下で研磨パッドと摺接される。ウェーハの表面は、スラリーの化学的作用と、スラリーに含まれる砥粒の機械的作用との組み合わせにより平坦化される。

ウェーハの研磨は、その表面を構成する膜（絶縁膜、金属膜、シリコン層など）の厚さが所定の目標値に達したときに終了される。研磨装置は、絶縁膜やシリコン層などの非金属膜の厚さを測定するために、一般に、光学式膜厚測定システムを備える。この光学式膜厚測定システムは、光源から発せられた光をウェーハの表面に導き、ウェーハからの反射光の強度を分光器で測定し、反射光のスペクトルを解析することで、ウェーハの膜厚を決定するように構成される（例えば、特許文献１参照）。

図１２は、光学式膜厚測定システムの模式図である。光源５００および分光器５０１は、光学センサヘッド５１０に接続されている。光学センサヘッド５１０は、研磨テーブル５１５内に配置されている。研磨パッド５２０には通孔５２１が形成されており、光学センサヘッド５１０は通孔５２１の下方に位置している。光源５００から発せられた光は、光学センサヘッド５１０に送られ、光学センサヘッド５１０は、通孔５２１を通じて光をウェーハＷに照射する。ウェーハＷからの反射光は通孔５２１を通って光学センサヘッド５１０に受けられる。

ウェーハＷの研磨中は、スラリーが研磨パッド５２０上に供給される。スラリーは通孔５２１に流入し、光の進行を妨げる。そこで、光の通路を確保するために、純水が純水供給ライン５３０から研磨パット５２０の通孔５２１に供給される。通孔５２１は純水で満たされ、通孔５２１に侵入したスラリーおよび研磨屑は、純水とともにドレインライン５４０を通って排出される。通孔５２１に形成された純水の流れは、光の通路を確保し、精度の高い膜厚測定を可能とする。

特開２００１－２３５３１１号公報

しかしながら、ドレインライン５４０がスラリーおよび／または研磨屑で詰まることがある。このような場合、純水が通孔５２１から排出されずに、研磨パッド５２０上に溢れ、研磨パッド５２０上のスラリーを希釈させる。スラリーの希釈は、ウェーハＷの研磨不良を引き起こす可能性がある。また、スラリーおよび／または研磨屑が通孔５２１内に残留し、光学センサヘッド５１０に付着することがある。このような場合、分光器５０１に送られる反射光の全体の強度が低下し、正確な膜厚測定が妨げられてしまう。

そこで、本発明は、光学式膜厚測定システムに使用される光学センサヘッドを洗浄することで、光学式膜厚測定システムを正常に機能させることができる方法を提供する。

一態様では、スラリーを用いた基板の研磨前または後に、研磨テーブル上の研磨パットに形成された通孔にリンス液を供給して、前記通孔の下方に配置された光学センサヘッドを前記リンス液で洗浄し、前記リンス液を前記通孔からドレインラインを通じて排出する方法が提供される。

一態様では、前記通孔を構造体で覆いながら、前記通孔にリンス液を供給する。
一態様では、前記研磨テーブルを静止させた状態で、前記通孔を構造体で覆いながら、前記通孔にリンス液を供給する。
一態様では、前記研磨テーブルを回転させた状態で、前記通孔を構造体で間欠的に覆いながら、前記通孔にリンス液を供給する。
一態様では、前記構造体はウェーハである。
一態様では、前記研磨テーブル内を延びる液体供給ラインを通じて前記リンス液を前記通孔に供給する。

一態様では、前記研磨パッドの上方に配置された研磨パッド洗浄ノズルから前記リンス液を前記通孔に供給する。
一態様では、前記研磨パッドの上方に配置された研磨パッド洗浄ノズルの下面に向かって前記リンス液を噴射し、前記研磨パッド洗浄ノズルの下面から落下した前記リンス液を前記通孔に供給する。
一態様では、前記ドレインラインは、前記リンス液を前記通孔から吸引するためのドレインポンプに接続されている。

本発明によれば、スラリーを用いた研磨が行われていないときに、リンス液が通孔に供給され、リンス液はドレインラインを通って流れる。結果として、光学センサヘッドおよびドレインラインは、リンス液で洗浄され、光学式膜厚測定システムの正常な動作が維持される。

研磨方法の一実施形態を実行することができる研磨装置を示す模式図である。 図１に示す研磨装置の詳細な構成の一実施形態を示す断面図である。 光学センサヘッドおよびドレインラインを洗浄するフラッシング動作の一実施形態を示す模式図である。 光学センサヘッドおよびドレインラインを洗浄するフラッシング動作の他の実施形態を示す模式図である。 光学センサヘッドおよびドレインラインを洗浄するフラッシング動作のさらに他の実施形態を示す模式図である。 光学センサヘッドおよびドレインラインを洗浄するフラッシング動作のさらに他の実施形態を示す模式図である。 研磨装置の詳細な構成の他の実施形態を示す断面図である。 図７に示す光学センサヘッドおよびドレインラインを洗浄するフラッシング動作の一実施形態を示す模式図である。 光学センサヘッドおよびドレインラインを洗浄するフラッシング動作の他の実施形態を示す模式図である。 光学センサヘッドおよびドレインラインを洗浄するフラッシング動作のさらに他の実施形態を示す模式図である。 光学センサヘッドおよびドレインラインを洗浄するフラッシング動作のさらに他の実施形態を示す模式図である。 光学式膜厚測定システムの模式図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、研磨方法の一実施形態を実行することができる研磨装置を示す模式図である。図１に示すように、研磨装置は、研磨パッド２を支持する研磨テーブル３と、基板の一例であるウェーハＷを研磨パッド２に押し付ける研磨ヘッド１と、研磨テーブル３を回転させるテーブルモータ６と、研磨パッド２上にスラリーを供給するための液体供給ノズル５と、研磨パッド２の研磨面２ａを洗浄するための研磨パッド洗浄ノズルとしてのアトマイザ８を備えている。

研磨ヘッド１はヘッドシャフト１０に連結されており、ヘッドシャフト１０とともに研磨ヘッド１は矢印で示す方向に回転する。研磨テーブル３はテーブルモータ６に連結されており、テーブルモータ６は研磨テーブル３および研磨パッド２を矢印で示す方向に回転させるように構成されている。

アトマイザ８は、研磨パッド２の上方に配置されている。アトマイザ８は、不活性ガスなどの気体を送る気体供給ライン１２と、純水を送る純水供給ライン１３に接続されている。気体および純水は、気体供給ライン１２および純水供給ライン１３を通ってアトマイザ８に供給され、気体と純水からなる混合流体を形成する。アトマイザ８は、この混合流体を、ウェーハＷの研磨後に研磨パッド２の研磨面２ａに供給し、研磨面２ａを洗浄する。

研磨装置は、ウェーハＷの膜厚を測定する光学的膜厚測定システム４０を備えている。光学的膜厚測定システム４０は、光学センサヘッド７と、光源４４と、分光器４７と、データ処理部９を備えている。光学センサヘッド７、光源４４、および分光器４７は研磨テーブル３に取り付けられており、研磨テーブル３および研磨パッド２とともに一体に回転する。光学センサヘッド７の位置は、研磨テーブル３および研磨パッド２が一回転するたびに研磨パッド２上のウェーハＷの表面を横切る位置である。光学センサヘッド７は、光源４４および分光器４７に接続されており、分光器４７はデータ処理部９に接続されている。

光源４４は光学センサヘッド７に光を送り、光学センサヘッド７は光をウェーハＷに向けて放つ。ウェーハＷからの反射光は光学センサヘッド７に受けられ、分光器４７に送られる。分光器４７は反射光をその波長に従って分解し、各波長での反射光の強度を測定する。分光器４７は、反射光の強度の測定データをデータ処理部９に送る。データ処理部９は、反射光の強度の測定データから反射光のスペクトルを生成する。このスペクトルは、反射光の強度と波長との関係を示し、スペクトルの形状はウェーハＷの膜厚に従って変化する。データ処理部９は、スペクトルに含まれる光学情報からウェーハＷの膜厚を決定する。

ウェーハＷは次のようにして研磨される。研磨テーブル３および研磨ヘッド１を図１の矢印で示す方向に回転させながら、液体供給ノズル５からスラリーが研磨テーブル３上の研磨パッド２の研磨面２ａに供給される。ウェーハＷは研磨ヘッド１によって回転されながら、研磨パッド２上にスラリーが存在した状態で研磨パッド２の研磨面２ａに押し付けられる。ウェーハＷの表面は、スラリーの化学的作用と、スラリーに含まれる砥粒による機械的作用により研磨される。

ウェーハＷの研磨中、光学センサヘッド７は、研磨テーブル３が一回転するたびに、研磨パッド２上のウェーハＷの表面を横切りながら、ウェーハＷ上の複数の測定点に光を照射し、ウェーハＷからの反射光を受ける。データ処理部９は、反射光の強度の測定データからウェーハＷの膜厚を決定し、膜厚に基づいてウェーハＷの研磨動作を制御する。例えば、データ処理部９は、ウェーハＷの膜厚が目標膜厚に達した時点である研磨終点を決定する。

ウェーハＷの研磨終了後、ウェーハＷは研磨パッド２から離れ、次工程に搬送される。その後、アトマイザ８による研磨パッド２の研磨面２ａの洗浄が行われる。具体的には、研磨パッド２および研磨テーブル３を回転させながら、アトマイザ８は、気体と純水との混合流体を研磨パッド２の研磨面２ａに供給する。混合流体は、研磨面２ａからスラリーおよび研磨屑を除去する。

図２は、図１に示す研磨装置の詳細な構成の一実施形態を示す断面図である。ヘッドシャフト１０は、ベルト等の連結手段１７を介して研磨ヘッドモータ１８に連結されて回転されるようになっている。このヘッドシャフト１０の回転により、研磨ヘッド１が矢印で示す方向に回転する。

光学的膜厚測定システム４０は、光源４４から発せられた光をウェーハＷの表面に導く投光用光ファイバーケーブル３１と、ウェーハＷからの反射光を受け、反射光を分光器４７に送る受光用光ファイバーケーブル３２を備えている。投光用光ファイバーケーブル３１の先端および受光用光ファイバーケーブル３２の先端は、研磨テーブル３内に位置している。投光用光ファイバーケーブル３１の先端および受光用光ファイバーケーブル３２の先端は、光をウェーハＷの表面に導き、かつウェーハＷからの反射光を受ける光学センサヘッド７を構成する。投光用光ファイバーケーブル３１の他端は光源４４に接続され、受光用光ファイバーケーブル３２の他端は分光器４７に接続されている。分光器４７は、ウェーハＷからの反射光を波長に従って分解し、所定の波長範囲に亘って反射光の強度を測定するように構成されている。

研磨テーブル３には、その上面で開口する第１の孔５０Ａおよび第２の孔５０Ｂを有している。また、研磨パッド２には、これら孔５０Ａ，５０Ｂに対応する位置に通孔５１が形成されている。孔５０Ａ，５０Ｂと通孔５１とは連通し、通孔５１は研磨面２ａで開口している。第１の孔５０Ａは液体供給ライン５３に連結されており、第２の孔５０Ｂはドレインライン５４に連結されている。投光用光ファイバーケーブル３１の先端および受光用光ファイバーケーブル３２の先端から構成される光学センサヘッド７は、第１の孔５０Ａに配置されており、かつ通孔５１の下方に位置している。

光源４４には、キセノンフラッシュランプなどのパルス点灯光源が使用される。投光用光ファイバーケーブル３１は、光源４４によって発せられた光をウェーハＷの表面まで導く光伝送部である。投光用光ファイバーケーブル３１および受光用光ファイバーケーブル３２の先端は、第１の孔５０Ａ内に位置しており、ウェーハＷの被研磨面の近傍に位置している。投光用光ファイバーケーブル３１および受光用光ファイバーケーブル３２の各先端から構成される光学センサヘッド７は、研磨ヘッド１に保持されたウェーハＷを向いて配置される。研磨テーブル３が回転するたびにウェーハＷの複数の測定点に光が照射される。本実施形態では、１つの光学センサヘッド７のみが設けられているが、複数の光学センサヘッド７が設けられてもよい。

ウェーハＷの研磨中は、光学センサヘッド７から光がウェーハＷに照射され、光学センサヘッド７によってウェーハＷからの反射光が受光される。分光器４７は、各波長での反射光の強度を所定の波長範囲に亘って測定し、得られた測定データをデータ処理部９に送る。この測定データは、ウェーハＷの膜厚に従って変化する膜厚信号である。データ処理部９は、波長ごとの光の強度を表わすスペクトルを測定データから生成し、さらにスペクトルからウェーハＷの膜厚を決定する。

ウェーハＷの研磨中は、リンス液として純水が液体供給ライン５３を介して第１の孔５０Ａに供給され、ウェーハＷの下面と光学センサヘッド７との間の空間を満たす。純水は、さらに第２の孔５０Ｂに流れ込み、ドレインライン５４を通じて排出される。スラリーは純水と共に排出され、これにより光路が確保される。

液体供給ライン５３およびドレインライン５４は、ロータリージョイント１９に接続されており、さらに研磨テーブル３内を延びている。液体供給ライン５３の一端は、第１の孔５０Ａに接続されている。液体供給ライン５３の他端は、リンス液供給源としての純水供給源５５に接続されている。純水供給源５５は、研磨装置が設置される工場に設けられたユーティリティ供給源としての純水供給ラインであってもよい。リンス液としての純水は、液体供給ライン５３を通って第１の孔５０Ａに供給され、さらに第１の孔５０Ａを通って通孔５１に供給される。

ドレインライン５４の一端は、第２の孔５０Ｂに接続されている。ドレインライン５４は、純水を通孔５１から吸引するためのドレインポンプ６０に接続されている。通孔５１に供給された純水は、第２の孔５０Ｂを流れ、さらにドレインライン５４を通って研磨装置の外に排出される。ドレインポンプ６０は、動作制御部６５に電気的に接続されており、ドレインポンプ６０の動作は動作制御部６５によって制御される。動作制御部６５は、専用のコンピュータまたは汎用のコンピュータから構成されている。

液体供給ライン５３には開閉弁６８が取り付けられている。この開閉弁６８は、研磨テーブル３内に配置されており、かつロータリージョイント１９と光学センサヘッド７との間に位置している。開閉弁６８が開いているとき、純水は、液体供給ライン５３を通って通孔５１に供給される。一方、開閉弁６８が閉じているとき、純水は通孔５１に供給されない。純水の流量を制限するためのオリフィスを開閉弁６８の上流または下流に設けてもよい。

開閉弁６８は、電磁弁または電動弁である。開閉弁６８は、動作制御部６５に電気的に接続されている。動作制御部６５は、ウェーハＷの研磨中、研磨テーブル３の回転に同期して開閉弁６８を周期的に開閉する。具体的には、ウェーハＷが通孔５１の上にないときは、動作制御部６５は開閉弁６８を閉じ、ウェーハＷが通孔５１の上にあるときは、動作制御部６５は開閉弁６８を開く。

ドレインライン５４にはドレイン弁７０が取り付けられている。ドレイン弁７０は、電磁弁または電動弁である。ドレイン弁７０は、動作制御部６５に電気的に接続されており、ドレイン弁７０の開閉動作は、動作制御部６５によって制御される。開閉弁６８およびドレイン弁７０は、流量調整機能を持たない弁である。

液体供給ライン５３には、流量計７３が取り付けられており、液体供給ライン５３を流れる純水の流量は流量計７３によって測定される。流量計７３は動作制御部６５に電気的に接続されており、流量の測定値は動作制御部６５に送られるようになっている。

本実施形態では、１つの流量計７３によって液体供給ライン５３を流れる純水の流量が測定されるが、本発明は本実施形態に限定されない。通孔５１に供給すべき純水の流量が流量計７３の有効測定範囲よりも小さい場合、あるいはロータリージョイント１９の焼付きを防止するために大流量の純水をロータリージョイント１９に流す必要がある場合は、２つの流量計を用いてもよい。具体的には、２つの流量計のうちの１つをロータリージョイント１９の上流側に配置し、他方の流量計を、ロータリージョイント１９の下流側において液体供給ライン５３から分岐する分岐ラインに配置する。ロータリージョイント１９の下流側に分岐ラインを配置する理由は、大流量の純水をロータリージョイント１９に流すことでロータリージョイント１９の焼付きを防止し、かつ過度な流量の純水が通孔５１に供給されることを回避するためである。通孔５１に供給される純水の流量は、上流側の流量計によって測定された流量と、下流側の流量計によって測定された流量との差である。

ウェーハＷの研磨中は、純水は液体供給ライン５３から通孔５１に供給され、スラリーおよび研磨屑を通孔５１からドレインライン５４を通じて除去する。しかしながら、ドレインライン５４がスラリーおよび／または研磨屑で詰まることがある。このような場合、純水が通孔５１から排出されずに、研磨パッド２上に溢れ、研磨パッド２上のスラリーを希釈させる。スラリーの希釈は、ウェーハＷの研磨不良を引き起こす可能性がある。また、スラリーおよび／または研磨屑が通孔５１内に残留し、光学センサヘッド７に付着することがある。このような場合、分光器４７に送られる反射光の全体の強度が低下し、正確な膜厚測定が妨げられてしまう。

そこで、以下に説明するように、研磨装置は、光学センサヘッド７およびドレインライン５４にリンス液としての純水を供給して、光学センサヘッド７およびドレインライン５４を洗浄するフラッシング動作を実行する。

図３は、光学センサヘッド７およびドレインライン５４を洗浄するフラッシング動作の一実施形態を示す模式図である。図３に示す実施形態では、フラッシング動作は、ウェーハＷの研磨の前に実行される。本実施形態では、フラッシング動作は、研磨に使用された研磨パッドを新たな研磨パッドに交換した後であって、かつウェーハを最初に研磨する前に実行される。フラッシング動作中、研磨テーブル３および研磨パッド２は、回転させず、静止した状態にある。

研磨ヘッド１は、ウェーハＷを研磨パッド２に押し付け、研磨パッド２の通孔５１をウェーハＷで覆う。本実施形態では、通孔５１を覆うための構造体として、研磨すべき製品ウェーハであるウェーハＷが使用されているが、ウェーハＷに代えてダミーウェーハを用いてもよい。ダミーウェーハは、例えば、パターンのない膜が形成されたブランケットウェーハか、あるいは膜を有さないシリコンウェーハである。さらに、ウェーハＷに代えて、ブロックまたはプレートなどの他の構造体を用いて通孔５１を覆ってもよい。一実施形態では、ウェーハを保持していない研磨ヘッド１を構造体として用い、研磨ヘッド１の下面で通孔５１を覆ってもよい。

ウェーハＷが通孔５１を覆っている状態で、動作制御部６５は、ドレインポンプ６０を作動させ、さらに開閉弁６８およびドレイン弁７０を開く。白色で描かれている開閉弁６８およびドレイン弁７０は、開いている状態を表している。リンス液としての純水は、液体供給ライン５３を通って研磨パッド２の通孔５１に供給される。純水は、ウェーハＷに衝突した後に光学センサヘッド７に接触し、光学センサヘッド７に付着したスラリーおよび研磨屑を除去する。さらに、ドレインポンプ６０は、通孔５１内の純水をドレインライン５４を通じて吸引する。純水はドレインライン５４を流れ、ドレインライン５４の内側を洗浄する。

このように、本実施形態によれば、スラリーを用いた研磨が行われていないときに、リンス液としての純水が通孔５１に供給され、純水はドレインライン５４を通って流れる。結果として、光学センサヘッド７およびドレインライン５４は、純水で洗浄され、光学的膜厚測定システム４０の正常な動作が維持される。

フラッシング動作中、動作制御部６５は、流量計７３から送られてくる流量の測定値、すなわち液体供給ライン５３を流れる純水の流量が所定のしきい値以上であるか否かを監視する。純水の流量がしきい値よりも小さい場合は、ドレインライン５４はスラリーおよび／または研磨屑で詰まっている可能性がある。よって、動作制御部６５は、フラッシング動作中に液体供給ライン５３を流れる純水の流量がしきい値よりも小さい場合は、アラーム信号を生成し、外部の表示装置などにアラーム信号を発信する。本実施形態によれば、動作制御部６５は、フラッシング動作時の純水の流量に基づいて、ドレインライン５４の詰まりを検出することができる。

図４は、フラッシング動作の他の実施形態を説明するための模式図である。特に説明しない本実施形態の動作は、図３に示す実施形態の動作と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態では、フラッシング動作は、ウェーハの研磨後に研磨テーブル３を回転させながら行われる。より具体的には、ウェーハの研磨後に行われる研磨パッド２の研磨面２ａの洗浄中に、フラッシング動作が行われる。

ウェーハが研磨された後、研磨テーブル３および研磨パッド２が回転しながら、研磨パッド洗浄ノズルであるアトマイザ８は、純水と気体との混合流体を研磨パッド２の研磨面２ａに供給し、研磨面２ａを洗浄する。アトマイザ８による研磨パッド２の洗浄中は、開閉弁６８は閉じられた状態に維持され、ドレイン弁７０は開いた状態に維持される。黒色で描かれている開閉弁６８は、閉じている状態を表し、白色で描かれているドレイン弁７０は、開いている状態を表している。

一実施形態では、アトマイザ８による研磨パッド２の洗浄中、動作制御部６５は、研磨テーブル３の回転に同期してドレイン弁７０を周期的に開閉させてもよい。より具体的には、研磨テーブル３の回転に伴って研磨パッド２の通孔５１がアトマイザ８の下に位置したとき、動作制御部６５はドレイン弁７０を開き、研磨パッド２の通孔５１がアトマイザ８から離れたときに、動作制御部６５はドレイン弁７０を閉じてもよい。

アトマイザ８は、純水と気体との混合流体を、研磨パッド２の上方から通孔５１に供給する。混合流体を構成する純水は、光学センサヘッド７に接触し、光学センサヘッド７に付着したスラリーおよび研磨屑を除去する。さらに、ドレインポンプ６０は、通孔５１内の純水をドレインライン５４を通じて吸引する。純水はドレインライン５４を流れ、ドレインライン５４の内側を洗浄する。なお、本実施形態では、液体供給ライン５３を流れる純水の流量に基づくドレインライン５４の詰まりの検出は実施されない。

図５は、フラッシング動作の他の実施形態を説明するための模式図である。特に説明しない本実施形態の動作は、図３に示す実施形態の動作と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態では、フラッシング動作は、ウェーハＷの研磨後に研磨テーブル３を回転させながら行われる。より具体的には、ウェーハＷの研磨後に行われる水研磨中に、フラッシング動作が行われる。

水研磨は、スラリーを用いたウェーハＷの研磨の後に実行される。より具体的には、水研磨は、スラリーに代えて純水を液体供給ノズル５から研磨パッド２上に供給しながら、ウェーハＷを研磨パッド２に摺接させる動作である。水研磨中は、ウェーハＷは、スラリーを用いた研磨時によりも低い押圧力で研磨パッド２に押し付けられる。純水は、スラリーとは異なり、エッチング作用も砥粒も有していないので、水研磨中のウェーハＷの研磨は実質的に進行しない。スラリーを用いたウェーハＷの研磨の後に水研磨を行う目的は、ウェーハＷの研磨された面からスラリーを除去することである。

研磨テーブル３の回転に伴って研磨パッド２の通孔５１はウェーハＷにより間欠的に覆われる。動作制御部６５は、研磨テーブル３の回転に同期して開閉弁６８およびドレイン弁７０を周期的に開閉させる。より具体的には、通孔５１がウェーハＷで覆われているとき、動作制御部６５は、開閉弁６８およびドレイン弁７０を開く。白色で描かれている開閉弁６８およびドレイン弁７０は、開いている状態を表している。一実施形態では、水研磨中は、ドレイン弁７０は開いた状態に維持してもよい。

通孔５１がウェーハＷで覆われているとき、リンス液としての純水は、液体供給ライン５３を通って研磨パッド２の通孔５１に供給される。純水は、ウェーハＷに衝突した後に光学センサヘッド７に接触し、光学センサヘッド７に付着したスラリーおよび研磨屑を除去する。さらに、ドレインポンプ６０は、通孔５１内の純水をドレインライン５４を通じて吸引する。純水はドレインライン５４を流れ、ドレインライン５４の内側を洗浄する。なお、本実施形態では、液体供給ライン５３を流れる純水の流量に基づくドレインライン５４の詰まりの検出を実施してもよい。

図６は、フラッシング動作の他の実施形態を説明するための模式図である。特に説明しない本実施形態の動作は、図３に示す実施形態の動作と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態では、フラッシング動作は、ウェーハの研磨後に研磨テーブル３を回転させながら行われる。より具体的には、ウェーハの研磨後に行われる研磨パッド２の研磨面２ａの洗浄の後に、フラッシング動作が行われる。

ウェーハが研磨された後、研磨テーブル３および研磨パッド２が回転しながら、研磨パッド洗浄ノズルであるアトマイザ８は、純水と気体との混合流体を研磨パッド２の研磨面２ａに供給し、研磨面２ａを洗浄する。その後、研磨テーブル３および研磨パッド２は回転させたままで、混合流体の研磨パッド２への供給を停止する。

動作制御部６５は、研磨テーブル３の回転に同期して開閉弁６８を周期的に開閉させる。より具体的には、研磨テーブル３の回転に伴って研磨パッド２の通孔５１がアトマイザ８の下に位置したとき、動作制御部６５は開閉弁６８を開き、研磨パッド２の通孔５１がアトマイザ８から離れたときに、動作制御部６５は開閉弁６８を閉じる。フラッシング動作中は、ドレイン弁７０は開かれた状態に維持される。

一実施形態では、動作制御部６５は、研磨テーブル３の回転に同期して開閉弁６８およびドレイン弁７０を周期的に開閉させてもよい。より具体的には、研磨テーブル３の回転に伴って研磨パッド２の通孔５１がアトマイザ８の下に位置したとき、動作制御部６５は開閉弁６８およびドレイン弁７０を開き、研磨パッド２の通孔５１がアトマイザ８から離れたときに、動作制御部６５は開閉弁６８およびドレイン弁７０を閉じてもよい。

開閉弁６８が開いているとき、純水は、液体供給ライン５３からアトマイザ８の下面に向かって噴射される。純水は、アトマイザ８の下面に衝突して落下し、通孔５１に流入する。純水は、光学センサヘッド７に接触し、光学センサヘッド７に付着したスラリーおよび研磨屑を除去する。さらに、ドレインポンプ６０は、通孔５１内の純水をドレインライン５４を通じて吸引する。純水はドレインライン５４を流れ、ドレインライン５４の内側を洗浄する。なお、本実施形態では、液体供給ライン５３を流れる純水の流量に基づくドレインライン５４の詰まりの検出は実施されない。

図７は、研磨装置の他の実施形態を示す断面図である。特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図２に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。液体供給ライン５３の一部は、第１並列ライン５３Ａおよび第２並列ライン５３Ｂから構成されている。これら並列ライン５３Ａ，５３Ｂは研磨テーブル３内に配置されており、ロータリージョイント１９と光学センサヘッド７との間に位置している。第１並列ライン５３Ａおよび第２並列ライン５３Ｂの一端は互いに接続され、第１並列ライン５３Ａおよび第２並列ライン５３Ｂの他端も互いに接続されている。したがって、液体供給ライン５３を流れる純水は第１並列ライン５３Ａおよび第２並列ライン５３Ｂに一旦分岐し、再度合流する。一実施形態では、第１並列ライン５３Ａおよび第２並列ライン５３Ｂの一端は互いに接続され、第１並列ライン５３Ａおよび第２並列ライン５３Ｂの他端は互いに接続されてなくてもよい。

第１並列ライン５３Ａには第１開閉弁６８Ａが取り付けられている。第１開閉弁６８Ａが開いているとき、純水は第１並列ライン５３Ａを通って通孔５１に供給される。一方、第１開閉弁６８Ａが閉じているとき、純水は第１並列ライン５３Ａを流れることができない。

第２並列ライン５３Ｂには第２開閉弁６８Ｂおよびオリフィス７１が取り付けられている。第２開閉弁６８Ｂが開いているとき、純水は第２並列ライン５３Ｂを通って通孔５１に供給される。一方、第２開閉弁６８Ｂが閉じているとき、純水は第２並列ライン５３Ｂを流れることができない。オリフィス７１は、第２並列ライン５３Ｂを流れる純水の流量を制限するために設けられている。より具体的には、オリフィス７１を通過できる純水の流量は、第１並列ライン５３Ａを流れる純水の流量よりも低い。一実施形態では、オリフィス７１よりも高い流量の純水の通過を許容するオリフィスを第１並列ライン５３Ａに取り付けてもよい。

第１開閉弁６８Ａおよび第２開閉弁６８Ｂは、電磁弁または電動弁である。第１開閉弁６８Ａおよび第２開閉弁６８Ｂは、動作制御部６５に電気的に接続されている。動作制御部６５は、ウェーハＷの研磨中、研磨テーブル３の回転に同期して第１開閉弁６８Ａを周期的に開閉する。具体的には、ウェーハＷが通孔５１の上にないときは、動作制御部６５は第１開閉弁６８Ａを閉じ、ウェーハＷが通孔５１の上にあるときは、動作制御部６５は第１開閉弁６８Ａを開く。ウェーハＷの研磨中、第２開閉弁６８Ｂは開いた状態に維持される。一実施形態では、ウェーハＷが通孔５１の上にないときは、動作制御部６５は第１開閉弁６８Ａを閉じ、かつ第２開閉弁６８Ｂを開き、ウェーハＷが通孔５１の上にあるときは、動作制御部６５は第１開閉弁６８Ａを開き、かつ第２開閉弁６８Ｂを閉じてもよい。

図８は、図７に示す光学センサヘッド７およびドレインライン５４を洗浄するフラッシング動作の一実施形態を示す模式図である。図８に示す実施形態では、フラッシング動作は、ウェーハＷの研磨の前に実行される。より具体的には、フラッシング動作は、研磨に使用された研磨パッドを新たな研磨パッドに交換した後であって、かつウェーハを最初に研磨する前に実行される。フラッシング動作中、研磨テーブル３および研磨パッド２は、回転させず、静止した状態にある。

研磨ヘッド１は、ウェーハＷを研磨パッド２に押し付け、研磨パッド２の通孔５１をウェーハＷで覆う。本実施形態では、通孔５１を覆うための構造体として、研磨すべき製品ウェーハであるウェーハＷが使用されているが、ウェーハＷに代えてダミーウェーハを用いてもよい。さらに、ウェーハＷに代えて、ブロックまたはプレートなどの他の構造体を用いて通孔５１を覆ってもよい。一実施形態では、ウェーハを保持していない研磨ヘッド１を構造体として用い、研磨ヘッド１の下面で通孔５１を覆ってもよい。

ウェーハＷが通孔５１を覆っている状態で、動作制御部６５は、ドレインポンプ６０を作動させ、さらに第１開閉弁６８Ａ、第２開閉弁６８Ｂ、およびドレイン弁７０を開く。一実施形態では、第２開閉弁６８Ｂは閉じたままでもよい。リンス液としての純水は、液体供給ライン５３を通って研磨パッド２の通孔５１に供給される。純水は、ウェーハＷに衝突した後に光学センサヘッド７に接触し、光学センサヘッド７に付着したスラリーおよび研磨屑を除去する。さらに、ドレインポンプ６０は、通孔５１内の純水をドレインライン５４を通じて吸引する。純水はドレインライン５４を流れ、ドレインライン５４の内側を洗浄する。

このように、本実施形態によれば、スラリーを用いた研磨が行われていないときに、リンス液としての純水が通孔５１に供給され、純水はドレインライン５４を通って流れる。結果として、光学センサヘッド７およびドレインライン５４は、純水で洗浄され、光学的膜厚測定システム４０の正常な動作が維持される。

動作制御部６５は、フラッシング動作中に液体供給ライン５３を流れる純水の流量がしきい値よりも小さい場合は、アラーム信号を生成し、外部の表示装置などにアラーム信号を発信する。

図９は、フラッシング動作の他の実施形態を説明するための模式図である。特に説明しない本実施形態の動作は、図８に示す実施形態の動作と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態では、フラッシング動作は、ウェーハの研磨後に研磨テーブル３を回転させながら行われる。より具体的には、ウェーハの研磨後に行われる研磨パッド２の研磨面２ａの洗浄中に、フラッシング動作が行われる。

ウェーハが研磨された後、研磨テーブル３および研磨パッド２が回転しながら、研磨パッド洗浄ノズルであるアトマイザ８は、純水と気体との混合流体を研磨パッド２の研磨面２ａに供給し、研磨面２ａを洗浄する。アトマイザ８による研磨パッド２の洗浄中は、第１開閉弁６８Ａは閉じられた状態に維持され、第２開閉弁６８Ｂおよびドレイン弁７０は開いた状態に維持される。第２開閉弁６８Ｂを開いた状態に維持する理由は、スラリーおよび研磨屑が純水供給側に流入することを防止するためである。

一実施形態では、アトマイザ８による研磨パッド２の洗浄中、第１開閉弁６８Ａおよび第２開閉弁６８Ｂの両方を閉じた状態に維持してもよい。さらに一実施形態では、アトマイザ８による研磨パッド２の洗浄中、動作制御部６５は、研磨テーブル３の回転に同期してドレイン弁７０を周期的に開閉させてもよい。より具体的には、研磨テーブル３の回転に伴って研磨パッド２の通孔５１がアトマイザ８の下に位置したとき、動作制御部６５はドレイン弁７０を開き、研磨パッド２の通孔５１がアトマイザ８から離れたときに、動作制御部６５はドレイン弁７０を閉じてもよい。

アトマイザ８は、純水と気体との混合流体を、研磨パッド２の上方から通孔５１に供給する。混合流体を構成する純水は、光学センサヘッド７に接触し、光学センサヘッド７に付着したスラリーおよび研磨屑を除去する。さらに、ドレインポンプ６０は、通孔５１内の純水をドレインライン５４を通じて吸引する。純水はドレインライン５４を流れ、ドレインライン５４の内側を洗浄する。なお、本実施形態では、液体供給ライン５３を流れる純水の流量に基づくドレインライン５４の詰まりの検出は実施されない。

図１０は、フラッシング動作の他の実施形態を説明するための模式図である。特に説明しない本実施形態の動作は、図８に示す実施形態の動作と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態では、フラッシング動作は、ウェーハＷの研磨後に研磨テーブル３を回転させながら行われる。より具体的には、ウェーハＷの研磨後に行われる水研磨中に、フラッシング動作が行われる。

研磨テーブル３の回転に伴って研磨パッド２の通孔５１はウェーハＷにより間欠的に覆われる。動作制御部６５は、研磨テーブル３の回転に同期して第１開閉弁６８Ａおよびドレイン弁７０を周期的に開閉させる。より具体的には、通孔５１がウェーハＷで覆われているとき、動作制御部６５は、第１開閉弁６８Ａおよびドレイン弁７０を開く。第２開閉弁６８Ｂは、水研磨中は開いた状態に維持される。第２開閉弁６８Ｂを開いた状態に維持する理由は、スラリーおよび研磨屑が純水供給側に流入することを防止するためである。一実施形態では、水研磨中はドレイン弁７０は開いた状態に維持してもよい。

通孔５１がウェーハＷで覆われているとき、リンス液としての純水は、液体供給ライン５３を通って研磨パッド２の通孔５１に供給される。純水は、ウェーハＷに衝突した後に光学センサヘッド７に接触し、光学センサヘッド７に付着したスラリーおよび研磨屑を除去する。さらに、ドレインポンプ６０は、通孔５１内の純水をドレインライン５４を通じて吸引する。純水はドレインライン５４を流れ、ドレインライン５４の内側を洗浄する。なお、本実施形態では、液体供給ライン５３を流れる純水の流量に基づくドレインライン５４の詰まりの検出を実施してもよい。

図１１は、フラッシング動作の他の実施形態を説明するための模式図である。特に説明しない本実施形態の動作は、図８に示す実施形態の動作と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態では、フラッシング動作は、ウェーハの研磨後に研磨テーブル３を回転させながら行われる。より具体的には、ウェーハの研磨後に行われる研磨パッド２の研磨面２ａの洗浄の後に、フラッシング動作が行われる。

ウェーハが研磨された後、研磨テーブル３および研磨パッド２が回転しながら、研磨パッド洗浄ノズルであるアトマイザ８は、純水と気体との混合流体を研磨パッド２の研磨面２ａに供給し、研磨面２ａを洗浄する。その後、研磨テーブル３および研磨パッド２は回転させたままで、混合流体の研磨パッド２への供給を停止する。

動作制御部６５は、研磨テーブル３の回転に同期して第１開閉弁６８Ａを周期的に開閉させる。より具体的には、研磨テーブル３の回転に伴って研磨パッド２の通孔５１がアトマイザ８の下に位置したとき、動作制御部６５は第１開閉弁６８Ａを開き、研磨パッド２の通孔５１がアトマイザ８から離れたときに、動作制御部６５は第１開閉弁６８Ａを閉じる。第２開閉弁６８Ｂおよびドレイン弁７０は、フラッシング動作中は開かれた状態に維持される。

一実施形態では、動作制御部６５は、研磨テーブル３の回転に同期して第１開閉弁６８Ａおよびドレイン弁７０を周期的に開閉させてもよい。より具体的には、研磨テーブル３の回転に伴って研磨パッド２の通孔５１がアトマイザ８の下に位置したとき、動作制御部６５は第１開閉弁６８Ａおよびドレイン弁７０を開き、研磨パッド２の通孔５１がアトマイザ８から離れたときに、動作制御部６５は第１開閉弁６８Ａおよびドレイン弁７０を閉じてもよい。

第１開閉弁６８Ａが開いているとき、純水は、液体供給ライン５３からアトマイザ８の下面に向かって噴射される。純水は、アトマイザ８の下面に衝突して落下し、通孔５１に流入する。純水は、光学センサヘッド７に接触し、光学センサヘッド７に付着したスラリーおよび研磨屑を除去する。さらに、ドレインポンプ６０は、通孔５１内の純水をドレインライン５４を通じて吸引する。純水はドレインライン５４を流れ、ドレインライン５４の内側を洗浄する。なお、本実施形態では、液体供給ライン５３を流れる純水の流量に基づくドレインライン５４の詰まりの検出は実施されない。

図３乃至図６、図８乃至図１１に示す各実施形態は、スラリーを用いた研磨動作以外の他の動作を行っているときにフラッシング動作を行う一例、あるいはスラリーを用いた一連の研磨工程が停止しているときにフラッシング動作を行う一例である。フラッシング動作を実施するタイミングは、スラリーを用いた研磨動作が行われていない限り、特に限定されない。

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。したがって、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。

１ 研磨ヘッド
２ 研磨パッド
３ 研磨テーブル
５ 液体供給ノズル
６ テーブルモータ
７ 光学センサヘッド
８ アトマイザ（研磨パッド洗浄ノズル）
９ データ処理部
１０ ヘッドシャフト
１２ 気体供給ライン
１３ 純水供給ライン
１７ 連結手段
１８ 研磨ヘッドモータ
１９ ロータリージョイント
３１ 投光用光ファイバーケーブル
３２ 受光用光ファイバーケーブル
４０ 光学的膜厚測定システム
４４ 光源
４７ 分光器
５０Ａ 第１の孔
５０Ｂ 第２の孔
５１ 通孔
５３ 液体供給ライン
５３Ａ 第１並列ライン
５３Ｂ 第２並列ライン
５４ ドレインライン
５５ 純水供給源
６０ ドレインポンプ
６５ 動作制御部
６８ 開閉弁
６８Ａ 第１開閉弁
６８Ｂ 第２開閉弁
７０ ドレイン弁
７３ 流量計

Claims (9)

1. スラリーを用いた基板の研磨前または後に、研磨テーブル上の研磨パッドに形成された通孔に液体供給ラインを通じてリンス液を供給して、前記通孔の下方に配置された光学センサヘッドを前記リンス液で洗浄し、
   前記リンス液を前記通孔からドレインラインを通じて排出し、
   前記液体供給ラインを流れる前記リンス液の流量を流量計により測定し、
   前記ドレインライン内のスラリーまたは基板の研磨屑に起因して前記流量の測定値がしきい値よりも小さい場合は、動作制御部によりアラーム信号を生成する、方法。
2. 前記通孔を構造体で覆いながら、前記通孔にリンス液を供給する、請求項１に記載の方法。
3. 前記研磨テーブルを静止させた状態で、前記通孔を構造体で覆いながら、前記通孔にリンス液を供給する、請求項２に記載の方法。
4. 前記研磨テーブルを回転させた状態で、前記通孔を構造体で間欠的に覆いながら、前記通孔にリンス液を供給する、請求項２に記載の方法。
5. 前記構造体はウェーハである、請求項３または４に記載の方法。
6. 前記研磨テーブル内を延びる液体供給ラインを通じて前記リンス液を前記通孔に供給する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
7. スラリーを用いた基板の研磨前または後に、研磨テーブル上の研磨パッドの上方に配置された研磨パッド洗浄ノズルから、前記研磨パッドに形成された通孔にリンス液を供給して、前記通孔の下方に配置された光学センサヘッドを前記リンス液で洗浄し、
   前記リンス液を前記通孔からドレインラインを通じて排出する、方法。
8. スラリーを用いた基板の研磨前または後に、研磨テーブル上の研磨パッドの上方に配置された研磨パッド洗浄ノズルの下面に向かってリンス液を噴射し、前記研磨パッド洗浄ノズルの下面から落下した前記リンス液を前記研磨パッドに形成された通孔に供給して、前記通孔の下方に配置された光学センサヘッドを前記リンス液で洗浄し、
   前記リンス液を前記通孔からドレインラインを通じて排出する、方法。
9. 前記ドレインラインは、前記リンス液を前記通孔から吸引するためのドレインポンプに接続されている、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。

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