KR20220020217A - 기판 처리 장치 및 연마 부재의 드레싱 제어 방법 및 기록 매체 - Google Patents

기판 처리 장치 및 연마 부재의 드레싱 제어 방법 및 기록 매체 Download PDF

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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

연마 부재 상에서 기판을 미끄럼 접촉시켜 당해 기판을 연마하는 기판 처리 장치는, 연마 부재 상에서 요동함으로써 당해 연마 부재를 드레싱하는 드레서이며, 직경 방향을 따라서 연마 부재 상에 설정된 복수의 스캔 에어리어에 있어서 요동 속도를 조정 가능하게 되는 드레서와, 연마 부재의 직경 방향을 따라서 연마 부재의 표면 높이를 측정함으로써 패드 프로파일을 생성하는 높이 검출부와, 드레서가 연마 부재에 부여하는 드레서 하중을 설정하는 드레서 하중 설정부와, 드레서 하중의 기준 하중으로부터의 변동량에 따른 연마 부재의 표면 높이의 보정량을 직경 방향에 걸쳐 산출하고, 표면 높이의 측정값을 보정량으로 보정함으로써 패드 프로파일을 보정하는 패드 높이 보정부와, 보정 후의 패드 프로파일에 기초하여 드레서의 각 스캔 에어리어에 있어서의 요동 속도의 조정을 행하는 이동 속도 산출부를 구비한다.

Description

기판 처리 장치 및 연마 부재의 드레싱 제어 방법 및 기록 매체{SUBSTRATE TREATMENT APPARATUS, AND DRESSING CONTROL METHOD FOR POLISHING MEMBER, AND RECORDING MEDIUM}
본 발명은, 기판을 연마하는 연마 부재의 드레싱을 제어하는 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스 형성용 기판 표면을 평탄화하는 방법의 하나로서, 화학 기계 연마(CMP) 장치에 의한 연마가 있다. 화학 기계 연마 장치는, 연마 부재(연마포, 연마 패드 등)와, 기판 등의 연마 대상물을 보유 지지하는 보유 지지부(톱링, 연마 헤드, 척 등)를 갖고 있다. 그리고, 연마 대상물의 표면(피연마면)을 연마 부재의 표면에 대고 눌러서, 연마 부재와 연마 대상물의 사이에 연마액(지액, 약액, 슬러리, 순수 등)을 공급하면서, 연마 부재와 연마 대상물을 상대 운동시킴으로써, 연마 대상물의 표면을 평탄하게 연마하도록 하고 있다.
연마 부재의 재료로서는, 일반적으로 발포 수지나 부직포가 사용되고 있다. 연마 부재의 표면에는 미세한 요철이 형성되어 있고, 이 미세한 요철은, 눈막힘 방지나 연마 저항의 저감에 효과적인 칩 포켓으로서 작용한다. 그러나, 연마 부재로 연마 대상물의 연마를 계속하면, 연마 부재 표면의 미세한 요철이 찌부러져버려, 연마 레이트의 저하를 야기한다. 이 때문에, 정기적으로, 다이아몬드 입자 등의 다수의 지립을 전착시킨 드레서를 사용하여 연마 부재 표면의 드레싱(dressing)을 행하고, 연마 부재 표면에 미세한 요철을 재형성한다.
연마 부재의 드레싱 방법으로서는, 예를 들어 회전하는 드레서를 이동(원호 형상이나 직선 형상으로 왕복 운동, 요동)시키면서, 드레싱면을 회전하고 있는 연마 부재에 압박하여 드레싱한다. 연마 부재의 드레싱 시에, 미량이지만 연마 부재의 표면이 깎인다. 따라서, 적절하게 드레싱이 행해지지 않으면 연마 부재의 표면에 부적절한 굴곡이 발생하여, 피연마면 내에서 연마 레이트의 변동이 발생할 수 있다. 연마 레이트의 변동은 연마 불량의 원인이 되기 때문에, 연마 부재의 표면에 부적절한 굴곡을 발생시키지 않도록, 드레싱을 적절하게 행할 필요가 있다. 연마 부재의 회전 속도, 드레서의 회전 속도, 드레서의 이동 속도와 같은 조건(드레싱 조건)을 조정함으로써, 연마 레이트의 변동을 억제할 수 있다.
예를 들어, 일본 특허 공개 제2014-161944호 공보에 기재된 연마 장치에서는, 드레서의 요동 방향을 따라서 복수의 요동 구간을 설정함과 함께, 각 요동 구간에 있어서의 연마 부재의 표면 높이의 측정값으로부터 얻어진 현재의 연마 패드의 프로파일과, 목표로 되는 연마 패드의 프로파일의 차분을 계산하고, 그 차분이 없어지도록 각 요동 구간에서의 드레서의 이동 속도를 보정하고 있다.
또한, 일본 특허 공개 제2020-28955호 공보에 기재된 연마 장치에서는, 드레싱 시에 연마 패드에 가해지는 하중(드레싱 하중)을 변화시킨 경우에, 기준 드레싱 하중으로부터의 변화량에 따른 드레서 높이의 보정량을 산출하여, 드레서 높이(연마 패드 높이)의 측정값을 보정하도록 하고 있다.
드레싱 하중을 변화시킨 경우(예를 들어 드레싱 하중을 증가시킨 경우)에는, 그만큼 연마 패드가 압박되기 때문에, 연마 패드 높이의 측정값은 작아진다. 그러나, 연마 패드 높이의 변화량은, 연마 패드의 전체면에 걸쳐 일정하지 않고, 예를 들어 연마 패드의 중심과 외주는, 높이의 변화량이 다를 수 있다. 이 때문에, 드레싱 하중을 변화시킨 경우에 있어서, 연마 부재의 직경 방향에 걸쳐, 의도한 높이 프로파일을 얻지 못하는 경우가 있었다.
본 발명의 일 양태는, 연마 부재 상에서 기판을 미끄럼 접촉시켜 당해 기판을 연마하는 기판 처리 장치이며, 상기 연마 부재 상에서 요동함으로써 당해 연마 부재를 드레싱하는 드레서이며, 직경 방향을 따라서 상기 연마 부재 상에 설정된 복수의 스캔 에어리어에 있어서 요동 속도를 조정 가능하게 되는 드레서와, 상기 연마 부재의 직경 방향을 따라서 상기 연마 부재의 표면 높이를 측정함으로써 패드 프로파일을 생성하는 높이 검출부와, 상기 드레서가 상기 연마 부재에 부여하는 드레서 하중을 설정하는 드레서 하중 설정부와, 상기 드레서 하중의 기준 하중으로부터의 변동량에 따른 상기 연마 부재의 표면 높이의 보정량을 상기 직경 방향에 걸쳐 산출하고, 상기 표면 높이의 측정값을 상기 보정량으로 보정함으로써, 상기 패드 프로파일을 보정하는 패드 높이 보정부와, 보정 후의 상기 패드 프로파일에 기초하여 드레서의 각 스캔 에어리어에 있어서의 요동 속도의 조정을 행하는 이동 속도 산출부를 구비한다.
본 발명의 일 양태는, 기판의 연마 장치에 사용되는 연마 부재 상에서 드레서를 요동시켜 해당 연마 부재를 드레싱하는 방법이며, 상기 드레서는 요동 방향을 따라서 상기 연마 부재 상에 설정된 복수의 스캔 에어리어에 있어서 요동 속도를 조정 가능하게 되어 있으며, 상기 연마 부재의 직경 방향을 따라서 상기 연마 부재의 표면 높이를 측정함으로써 패드 프로파일을 생성하는 측정 스텝과, 상기 드레서가 상기 연마 부재에 부여하는 드레서 하중을 설정하는 드레서 하중 설정 스텝과, 상기 드레서 하중의 기준 하중으로부터의 변동량에 따른 상기 연마 부재의 표면 높이의 보정량을 상기 직경 방향에 걸쳐 산출하고, 상기 표면 높이의 측정값을 상기 보정량으로 보정함으로써, 상기 패드 프로파일을 보정하는 패드 높이 보정 스텝과, 보정 후의 상기 패드 프로파일에 기초하여 드레서의 각 스캔 에어리어에 있어서의 요동 속도의 조정을 행하는 이동 속도 산출 스텝을 갖는다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 2는, 기판을 연마하는 연마 장치를 나타내는 모식도이다.
도 3은, 드레서 및 연마 패드를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 4는, 연마 패드 상에 설정된 스캔 에어리어의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는, 연마 패드의 스캔 에어리어와 모니터 에어리어의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 6은, 드레서 제어부의 기능 블록 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 7은, 각 스캔 에어리어에 있어서의 연마 패드 높이의 프로파일 추이의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 8은, 각 스캔 에어리어에 있어서의 드레서 이동 속도와 기준값의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 9는, 드레서 하중을 변화시킨 경우의, 연마 패드 반경 위치에 대한 패드 높이의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 10은, 드레서 하중의 설정값(측정 하중)을 기준 하중으로부터 변화시킨 경우에 있어서의, 연마 패드 반경 위치에 대한 패드 높이의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 11은, 연마 패드 반경 위치에 대한, 패드 높이 보정량의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 12는, 1 연마 패드에 대한 기판 처리 장치의 동작의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 13은, 기판 처리 프로세스의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 14는, 기준 하중 패드 높이 계산 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 15는, 드레서 하중을 변화시킨 경우의, 연마 패드 반경 위치에 대한 패드 높이의 관계의 일례를 나타내는 그래프이며, (a)는 패드 높이 보정이 행해지지 않은 경우, (b)는 패드 높이 보정을 행한 경우를 나타낸다.
도 1은, 기판 처리 장치의 전체 구성을 나타내는 평면도이다. 기판 처리 장치(10)는, 로드/언로드부(12), 연마부(13)와, 세정부(14)로 구획되어 있으며, 이들은 하우징(11)의 내부에 마련되어 있다. 또한, 기판 처리 장치(10)는, 기판 반송, 연마, 세정 등의 처리의 동작 제어를 행하는 장치 제어부(15)를 구비하고 있다.
로드/언로드부(12)는, 다수의 기판 W를 스톡하는 기판 카세트가 적재된 프론트 로드부(20)와, 주행 기구(21)와, 반송 로봇(22)을 구비하고 있다. 반송 로봇(22)은, 상하에 2개의 핸드를 구비하고 있고, 주행 기구(21) 상을 이동함으로써, 프론트 로드부(20)에 놓인 기판 카세트 내의 기판 W를 빼내어 연마부(13)로 보냄과 함께, 세정부(14)로부터 보내지는 처리가 완료된 기판을 기판 카세트로 되돌리는 동작을 행한다. 또한, 기판 W는 전형적으로는 원형의 웨이퍼여도 된다.
연마부(13)는, 기판의 연마(평탄화 처리)를 행하는 복수의 연마 장치(13A 내지 13D)가 마련되고, 이들 연마 장치는, 기판 처리 장치의 길이 방향을 따라서 배열되어 있다. 연마부(13)와 세정부(14)의 사이에는, 기판 W를 반송하는 반송 기구로서의 제1, 제2 리니어 트랜스포터(16, 17)가 마련되어 있다. 제1 리니어 트랜스포터(16)는, 로드/언로드부(12)로부터 기판 W를 수취하는 제1 위치, 연마 장치(13A, 13B)의 사이에서 기판 W의 수수를 행하는 제2, 제3 위치, 제2 리니어 트랜스포터(17)로 기판 W를 수수하기 위한 제4 위치의 사이에서 이동 가능하게 되어 있다.
제2 리니어 트랜스포터(17)는, 제1 리니어 트랜스포터(16)로부터 기판 W를 수취하기 위한 제5 위치, 연마 유닛(13C, 13D)의 사이에서 기판 W의 수수를 행하는 제6, 제7 위치의 사이에서 이동 가능하게 되어 있다. 이들 트랜스포터(16, 17)의 사이에는, 기판 W를 제4 위치나 제5 위치로부터 세정부(14)로, 및 제4 위치로부터 제5 위치로 보내기 위한 스윙 트랜스포터(23)가 구비되어 있다.
세정부(14)는, 제1 기판 세정 장치(30), 제2 기판 세정 장치(31), 기판 건조 장치(32)와, 이들 장치 간에서 기판의 수수를 행하기 위한 반송 로봇(33, 34)을 구비하고 있다. 연마 장치에서 연마 처리가 실시된 기판 W는, 제1 기판 세정 장치(30)에서 세정(1차 세정)되고, 이어서 제2 기판 세정 장치(31)에서 추가로 세정(마무리 세정)된다. 세정 후의 기판은, 제2 기판 세정 장치(31)로부터 기판 건조 장치(32)로 반입되어 스핀 건조가 실시된다. 건조 후의 기판 W는, 반송 로봇(22)으로 빼내어지고, 프론트 로드부(20)에 적재된 기판 카세트로 되돌려진다.
도 2에 도시한 바와 같이, 연마부(13)에 마련된 개개의 연마 장치(13A 내지 13D)는, 기판 W의 연마를 행하는 연마 유닛(40)과, 기판 W의 연마에 사용되는 연마 패드(43)를 컨디셔닝(드레싱)하는 드레싱 유닛(41)을 구비하고 있다. 연마 유닛(40) 및 드레싱 유닛(41)은, 베이스(42) 상에 설치되어 있다.
연마 유닛(40)은, 연마 패드(연마 부재)(43)와, 연마 패드(43)를 보유 지지하는 연마 테이블(44)과, 톱링 샤프트(46)의 하단에 연결된 톱링(기판 보유 지지부)(45)과, 연마 패드(43) 상에 연마액을 공급하는 연마액 공급 노즐(47)을 구비하고 있다.
톱링(45)은, 그 하면에 기판 W를 진공 흡착에 의해 보유 지지하도록 구성되어 있다. 톱링 샤프트(46)는, 도시하지 않은 모터의 구동에 의해 회전하고, 이에 의해 톱링(45) 및 기판 W가 회전한다. 톱링 샤프트(46)는, 회동 가능한 톱링 암(48)에 접속되어 있으며, 도시하지 않은 모터 구동에 의해 톱링 암(48)이 회동함으로써, 기판 W의 연마를 행하는 연마 위치와, 기판 W의 착탈을 행하는 착탈 위치의 사이에서 톱링(45)이 이동한다. 또한, 톱링(45)은, 도시하지 않은 상하 이동 기구(예를 들어, 서보 모터 및 볼 나사 등으로 구성되는 상하 이동 기구)에 의해 연마 패드(43)에 대하여 상하 이동하도록 되어 있다.
연마 테이블(44)은, 그 하방에 배치되는 도시하지 않은 모터에 의해, 그 축심 둘레로 회전된다. 연마 테이블(44)의 상면에는 연마 패드(43)가 첩부되어 있으며, 연마 패드(43)의 상면이 기판 W를 연마하는 연마면(43a)을 구성하고 있다. 연마 패드(43)는, 예를 들어 발포 수지나 부직포가 사용되어 있으며, 그 표면(연마면(43a))에는 미세한 요철이 형성되어 있고, 눈막힘 방지나 연마 저항의 저감에 효과적인 칩 포켓으로서 작용한다.
연마 패드(43)에 의한 기판 W의 연마는 다음과 같이 하여 행해진다. 톱링(45) 및 연마 테이블(44)을 각각 회전시켜, 연마액 공급 노즐(47)로부터 연마 패드(43) 상에 연마액을 공급한다. 이 상태에서, 기판 W를 보유 지지한 톱링(45)을 하강시키고, 또한 톱링(45) 내에 설치된 에어백으로 이루어지는 가압 기구(도시생략)에 의해 기판 W를 연마 패드(43)의 연마면(43a)에 압박한다. 기판 W와 연마 패드(43)는 연마액의 존재하에서 서로 미끄럼 접촉되고, 이에 의해 기판 W의 표면이 연마되어, 평탄화된다.
연마 테이블(44)의 내부에는, 기판 W의 막 두께를 측정하는 막 두께 센서(막 두께 측정기)(49)가 배치되어 있다. 막 두께 센서(49)는, 와전류 센서, 광학식 센서 등의 비접촉 타입의 센서를 사용할 수 있으며, 그 검출면이 톱링(45)에 보유 지지된 기판 W의 표면을 향해 배치되어 있다. 막 두께 센서(49)는, 연마 테이블(44)의 회전에 수반되어 기판 W의 표면을 가로 질러 이동하면서, 기판 W의 막 두께를 측정한다. 막 두께의 측정값은, 도시하지 않은 연마 제어부로 보내져 기판 W의 막 두께 프로파일(기판 W의 반경 방향을 따른 막 두께 분포)이 생성되고, 소정의 막 두께값에 도달한 시점에서 기판 W의 연마 처리를 종료시킨다.
드레싱 유닛(41)은, 연마 패드(43)의 연마면(43a)에 접촉하는 드레서(51)와, 유니버설 조인트(52)를 통해 드레서(51)에 연결된 드레서 축(53)과, 드레서 축(53)의 상단에 마련된 에어 실린더(54)와, 드레서 축(53)을 회전 가능하게 지지하는 드레서 암(55)을 구비하고 있다. 드레서(51)의 하면에는 다이아몬드 입자 등의 지립이 고정되어 있다. 드레서(51)의 하면은, 연마 패드(43)의 연마면(43a)을 드레싱하는 드레싱면을 구성한다.
드레싱면의 양태로서는, 원형 드레싱면(드레서(51)의 하면 전체에 지립이 고정된 드레싱면), 링 형상 드레싱면(드레서(51)의 하면 주연부에 지립이 고정된 드레싱면), 혹은 복수의 원형의 드레싱면(드레서(51)의 중심 둘레에 대략 등간격으로 배열된 복수의 소경 펠릿의 표면에 지립이 고정된 드레싱면)을 적용할 수 있다. 또한, 본 실시예에 있어서의 드레서(51)에는, 원형 드레싱면이 마련되어 있다.
드레서 축(53) 및 드레서(51)는, 드레서 암(55)에 대하여 상하 이동 가능하게 마련되어 있다. 에어 실린더(54)는, 연마 패드(43)에 대한 압박력(드레서 하중)을 드레서(51)에 부여하는 장치이며, 후술하는 드레서 제어부(60)에 의해 에어 실린더(54)에 공급되는 공기압을 조정함으로써, 드레서 하중을 조정할 수 있다.
드레서 암(55)은 모터(57)에 의해 구동되어, 지지축(56)을 중심으로 하여 요동하도록 구성되어 있다. 드레서 축(53)은, 드레서 암(55) 내에 설치된 도시하지 않은 모터에 의해 회전하고, 이에 의해 드레서(51)가 그 축심 둘레로 회전한다. 에어 실린더(54)는, 드레서 축(53)을 통해 소정의 드레서 하중으로 드레서(51)를 연마면(43a)에 압박한다. 유니버설 조인트(52)는, 드레서(51)의 틸팅을 허용하면서, 드레서 축(53)의 회전을 드레서(51)로 전달하도록 구성되어 있다. 이에 의해, 드레서 축(53)이 연마 패드(43)의 표면에 대하여 조금 경사져 있어도, 드레서(51)의 하면(드레싱면)을 연마 패드(43)에 적절하게 맞닿게 할 수 있다.
연마면(43a)의 드레싱은 다음과 같이 하여 행해진다. 연마 테이블(44) 및 연마 패드(43)를 회전시켜, 도시하지 않은 드레싱액 공급 노즐로부터 드레싱액(예를 들어, 순수)을 연마 패드(43)의 연마면(43a)에 공급한다. 또한, 드레서(51)를 그 축심 둘레로 회전시킨다. 드레서(51)는 에어 실린더(54)에 의해 소정의 드레서 하중으로 연마면(43a)에 압박되고, 드레서(51)의 드레싱면을 연마면(43a)에 접촉시킨다. 이 상태에서 드레서 암(55)을 선회시켜, 연마 패드(43)에 접촉된 드레서(51)를 연마 패드(43)의 대략 반경 방향으로 요동시킨다. 이에 의해 연마 패드(43)의 연마면(43a)이 회전하는 드레서(51)에 의해 깎이고, 연마면(43a)의 미세한 요철이 재형성된다.
드레서 암(55)에는, 연마면(43a)의 높이를 측정하는 패드 높이 센서(표면 높이 측정기)(58)가 고정되어 있다. 또한, 드레서 축(53)에는, 패드 높이 센서(58)에 대향하여 센서 타깃(59)이 고정되어 있다. 센서 타깃(59)은, 드레서 축(53) 및 드레서(51)와 일체로 상하 이동하도록 구성되지만, 패드 높이 센서(58)의 상하 방향 위치는 고정되어 있다.
패드 높이 센서(58)는 예를 들어 변위 센서이며, 센서 타깃(59)의 변위를 측정함으로써, 센서 타깃(59)과 연결되는 드레서(51)의 높이가 검출된다. 드레서(51)가 연마 패드(43)와 접촉하기 때문에, 드레서(51)를 측정함으로써, 간접적으로, 드레싱 처리 중의 연마 패드(43)의 연마면(43a)의 높이(연마 패드(43)의 두께)를 측정할 수 있다. 패드 높이 센서(58)로서는, 리니어 스케일식 센서, 레이저식 센서, 초음파 센서, 또는 와전류식 센서 등의 모든 타입의 센서를 사용할 수 있다.
패드 높이 센서(58)에 의한 연마면(43a)의 높이의 측정은, 연마 패드(43)의 반경 방향에 있어서 구분된 복수의 소정의 영역(도 5의 「모니터 에어리어」)에서 행해진다. 드레서(51)의 하면(드레싱면)이 접촉하고 있는 영역(소정의 모니터 에어리어)에 있어서의 연마면(43a)의 높이의 평균이 패드 높이 센서(58)에 의해 측정된다. 복수의 모니터 에어리어에 있어서 연마 패드(43)의 높이를 측정함으로써, 연마 패드(43)의 높이 프로파일(연마면(43a)의 높이의 단면 형상)을 얻을 수 있다.
패드 높이 센서(58)는, 드레서 제어부(60)에 접속되어 있으며, 패드 높이 센서(58)의 출력 신호(즉, 연마면(43a)의 높이의 측정값)가 드레서 제어부(60)로 보내지도록 되어 있다. 드레서 제어부(60)는, 연마면(43a)의 높이의 측정값으로부터 연마 패드(43)의 프로파일을 취득하고, 또한 연마 패드(43)의 드레싱이 정확하게 행해지고 있는지 여부를 판정하는 기능을 구비하고 있다.
드레싱 유닛(41)은, 또한, 연마 테이블(44) 및 연마 패드(43)의 회전 각도를 측정하는 테이블 로터리 인코더(61)와, 드레서(51)의 선회 각도를 측정하는 드레서 로터리 인코더(62)를 구비하고 있다. 이들 테이블 로터리 인코더(61) 및 드레서 로터리 인코더(62)는, 각도의 절댓값을 측정하는 앱솔루트 인코더이며, 드레서 제어부(60)에 접속되어 있다. 드레서 제어부(60)는 패드 높이 센서(58)에 의한 연마면(43a)의 높이 측정 시에 있어서의, 연마 테이블(44) 및 연마 패드(43)의 회전 각도, 나아가서는 드레서(51)의 선회 각도 정보를 취득할 수 있다.
연마 패드(43)의 상방에는, 연마 패드(43)의 표면 거칠기를 측정하는 패드 거칠기 측정기(63)가 배치되어 있다. 이 패드 거칠기 측정기(63)로서는, 광학식 등의 공지된 비접촉형의 표면 거칠기 측정기를 사용할 수 있다. 패드 거칠기 측정기(63)는 드레서 제어부(60)에 접속되어 있으며, 연마 패드(43)의 표면 거칠기의 측정값이 드레서 제어부(60)로 보내지도록 되어 있다.
드레서 제어부(60)는, 장치 제어부(15)에 접속되어 있으며, 장치 제어부(15)로부터의 제어 신호를 받아 연마 패드에 대한 드레서 처리를 행하는 것 외에, 후술하는 연마 패드 프로파일 제어 처리를 행한다. 장치 제어부(15)에는, 키보드, 마이크나 태블릿 등의 입력부(65)와, 디스플레이, 스피커 등의 출력부(66)가 접속되어 있다. 기판 처리 장치(10)의 동작을 제어하기 위한 제어 프로그램은, 미리 장치 제어부(15)를 구성하는 컴퓨터에 인스톨되어 있어도 되거나, 혹은 CD-ROM, DVD-ROM 등의 기억 매체에 기억되어 있어도 되며, 나아가서는, 인터넷을 통해 장치 제어부(15)에 인스톨하도록 해도 된다. 또한, 장치 제어부(15)는, 기판 처리 장치(10)에 구비되어 있어도 되며, 혹은 네트워크를 통해 기판 처리 장치(10)와 접속되도록 구성해도 된다.
다음으로, 도 3을 참조하여, 드레서(51)의 요동에 대하여 설명한다. 드레서 암(55)(도면의 간략화를 위해 직선으로 나타내고 있음)은, 점 J를 중심으로 하여 시계 방향 및 반시계 방향으로 소정의 각도만큼 선회한다. 이 점 J의 위치는 지지축(56)(도 2 참조)의 중심 위치에 상당한다. 그리고, 드레서 암(55)의 선회에 의해, 드레서(51)의 회전 중심은, 원호 L로 나타내는 범위에서 연마 패드(43)의 반경 방향으로 요동한다.
도 4는, 연마 패드(43)의 연마면(43a)의 부분 확대도이다. 드레서(51)의 요동 범위(요동 폭 L)는, 복수의(도 4의 예에서는 7개의) 스캔 에어리어(요동 구간) S1 내지 S7로 분할되어 있다. 이들 스캔 에어리어 S1 내지 S7은, 연마면(43a) 상에 미리 설정된 가상적인 구간이며, 드레서(51)의 요동 방향(즉 연마 패드(43)의 반경 방향)을 따라 배열되어 있다. 드레서(51)는, 그 중심이 이들 스캔 에어리어 S1 내지 S7을 가로 지르도록 이동하면서, 연마 패드(43)를 드레싱한다. 이들 스캔 에어리어 S1 내지 S7의 길이는, 서로 동일해도 되며, 또는 달라도 된다.
도 5는, 연마 패드(43)의 스캔 에어리어 S1 내지 S7과 모니터 에어리어 M1 내지 M10의 위치 관계를 나타내는 설명도이며, 도면의 횡축은 연마 패드(43)의 중심으로부터의 거리를 나타내고 있다. 본 실시 형태에서는, 7개의 스캔 에어리어와 10개의 모니터 에어리어가 설정된 경우를 예로 하고 있지만, 이들 수는 적절히 변경할 수 있다. 또한, 스캔 에어리어의 양단으로부터 드레서(51)의 반경에 상당하는 폭의 영역에 있어서는, 패드 프로파일의 제어가 곤란한 점에서, 내측(패드 중심으로부터 R1 내지 R3의 영역)과 외측(패드 중심으로부터 R4 내지 R2의 영역)에 모니터 제외 폭을 마련하고 있지만, 반드시 제외 폭을 마련할 필요는 없다.
패드(43) 상을 요동하고 있을 때의 드레서(51)의 이동 속도는, 스캔 에어리어 S1 내지 S7마다 미리 설정되어 있으며, 또한 적절히 조정할 수 있다. 드레서(51)의 이동 속도 분포는, 각각의 스캔 에어리어 S1 내지 S7에서의 드레서(51)의 이동 속도를 나타내고 있다.
드레서(51)의 이동 속도는, 연마 패드(43)의 패드 높이 프로파일의 결정 요소 중 하나이다. 연마 패드(43)의 커트 레이트는, 단위 시간당 드레서(51)에 의해 깎이는 연마 패드(43)의 양(두께)을 나타낸다. 등속으로 드레서를 이동시킨 경우, 통상 각 스캔 에어리어에 있어서 깎이는 연마 패드(43)의 두께는 각각 다르기 때문에, 커트 레이트의 수치도 스캔 에리어마다 다르다. 그러나, 패드 프로파일은, 통상 초기 형상을 유지하는 것이 바람직하기 때문에, 스캔 에어리어마다의 절삭량의 차가 작아지도록 이동 속도를 조정한다.
여기서, 드레서(51)의 이동 속도를 높인다고 하는 것은, 드레서(51)의 연마 패드(43) 상에서의 체재 시간을 짧게 하는 것, 즉 연마 패드(43)의 절삭량을 낮추는 것을 의미한다. 한편, 드레서(51)의 이동 속도를 낮춘다고 하는 것은, 드레서(51)의 연마 패드(43) 상에서의 체재 시간을 길게 하는 것, 즉 연마 패드(43)의 절삭량을 높이는 것을 의미한다. 따라서, 어떤 스캔 에어리어에서의 드레서(51)의 이동 속도를 높임으로써, 그 스캔 에어리어에서의 절삭량을 낮출 수 있고, 어떤 스캔 에어리어에서의 드레서(51)의 이동 속도를 낮춤으로써, 그 스캔 에어리어에서의 절삭량을 높일 수 있다. 이에 의해, 연마 패드 전체의 패드 높이 프로파일을 조절할 수 있다.
드레서 제어부(60)는, 연마 패드(43)에 대한 드레싱 처리 및 후술하는 연마 패드 프로파일의 제어 처리를 행하는 제어 프로그램이 인스톨된 범용 또는 전용의 컴퓨터 장치이다. 당해 제어 프로그램은, 미리 드레서 제어부(60)를 구성하는 컴퓨터에 인스톨되어 있어도 되며, 혹은 CD-ROM, DVD-ROM 등의 기억 매체에 기억되어 있어도 되고, 나아가서는, 인터넷을 통해 장치 제어부(15)에 인스톨하도록 해도 된다. 또한, 드레서 제어부(60)는, 기판 처리 장치(10)에 구비되어 있어도 되며, 혹은 네트워크를 통해 기판 처리 장치(10)와 접속되도록 구성해도 된다.
도 6에 도시한 바와 같이, 드레서 제어부(60)는, 드레스 모델 설정부(71), 베이스 프로파일 산출부(72), 커트 레이트 산출부(73), 평가 지표 작성부(74), 이동 속도 산출부(75), 패드 높이 검출부(76), 드레서 하중 설정부(77), 패드 높이 보정부(78), 보정 데이터 기억부(79) 및 설정 입력부(80)를 구비하고 있으며, 연마 패드(43)의 프로파일을 취득함과 함께, 소정의 타이밍에, 스캔 에어리어에 있어서의 드레서(51)의 이동 속도가 최적이 되도록 설정한다.
드레스 모델 설정부(71)는, 스캔 에어리어에서의 연마 패드(43)의 마모량을 산출하기 위한 드레스 모델 행렬 S를 설정한다. 드레스 모델 행렬 S는, 모니터 에어리어의 분할수를 m(본 실시예에서는 10), 스캔 에어리어의 분할수를 n(본 실시예에서는 7)으로 했을 때의 m행 n열의 실수 행렬이며, 후술하는 각종 파라미터에 의해 결정된다.
연마 패드(43)에서 설정된 각 스캔 에어리어에 있어서의 드레서의 스캔 속도를 V=[v1, v2, …, vn], 각 스캔 에어리어의 폭을 W=[w1, w2, …, wn]으로 했을 때, 각 스캔 에어리어에서의 드레서(의 중심)의 체재 시간은,
T=W/V=[w1/v1, w2/v2, …, wn/vn]
으로 표시된다. 이때, 각 모니터 에어리어에 있어서의 패드 마모량을 U=[u1, u2, …, um]으로 했을 때, 전술한 드레스 모델 행렬 S와 각 스캔 에어리어에서의 체재 시간 T를 사용하여,
U=ST
의 행렬 연산을 행함으로써, 패드 마모량 U가 산출된다.
드레스 모델 행렬 S의 도출에 있어서는 , 예를 들어 1) 커트레이트 모델, 2) 드레서 직경, 3) 스캔 속도 제어의 각 요소를 고려하여, 적절히 조합할 수 있다. 커트레이트 모델에 관해서는, 드레스 모델 행렬 S의 각 요소가, 모니터 에어리어에서의 체재 시간에 비례하거나, 혹은 스크래치 거리(이동 거리)에 비례하는 것을 전제로 하여 설정한다.
또한, 드레서 직경에 관해서는, 드레서(51)의 직경을 고려하거나(드레서의 유효 에어리어 전체에 걸쳐 동일한 커트 레이트에 따라 연마 패드가 마모함), 혹은 고려하지 않는(드레서(51)의 중심 위치만으로의 커트 레이트를 따른) 것을 전제로, 드레스 모델 행렬 S의 각 요소를 설정한다. 드레서 직경을 고려함으로써, 예를 들어 다이아몬드 입자가 링 형상으로 도포된 드레서에 대해서도 적절한 드레스 모델을 정의할 수 있다. 스캔 속도 제어에 관해서는, 드레서의 이동 속도의 변화가 스텝형이거나, 슬로프형 중 어느 것에 따라서, 드레스 모델 행렬 S의 각 요소를 설정한다. 이들 파라미터를 적절히 조합함으로써, 드레스 모델 행렬 S로부터 보다 실태에 합치한 커트량을 산출하여, 정확한 프로파일 예상값을 구할 수 있다.
패드 높이 검출부(76)는, 패드 높이 센서(58)에 의해 연속적으로 측정된 연마 패드(43)의 높이 데이터와, 당해 연마 패드 위의 측정 좌표 데이터를 대응지어, 각 모니터 에어리어에 있어서의 패드 높이를 검출한다. 드레서 하중에 따른 패드 높이의 프로파일(패드 높이 프로파일)의 보정에 대해서는, 후술한다.
베이스 프로파일 산출부(72)는, 소정의 타이밍 또는 소정 조건이 성립된 시점(T1)에 있어서, 수렴 시에 있어서의 패드 높이의 목표 프로파일(베이스 프로파일Htg(j))을 산출한다(도 7 참조). 베이스 프로파일은, 후술하는 이동 속도 산출부(75)에서 사용하는 목표 커트량의 계산에 사용된다. 베이스 프로파일은, 패드 초기 상태에 있어서의 연마 패드의 높이 분포(Diff(j))와 측정된 패드 높이에 기초하여 계산해도 되며, 혹은 설정값으로서 부여해도 된다. 또한, 베이스 프로파일을 설정하지 않은 경우에는, 연마 패드(43)의 형상이 편평해지는 목표 커트량을 계산해도 된다.
목표 커트량의 베이스는, 현시점(T2)에서의 모니터 에어리어마다의 패드 높이를 나타내는 패드 높이 프로파일 Hp(j)[j=1, 2…m]과, 별도 설정된 수렴 시 목표 감모량 Atg를 사용하여, 다음 식으로 산출된다.
min{Hp(j)}-Atg
또한, 각 모니터 에어리어의 목표 커트량은, 전술한 베이스 프로파일을 고려하여, 다음 식으로 산출할 수 있다.
min{Hp(j)}-Atg+Diff(j)
커트 레이트 산출부(73)는, 각 모니터 에어리어에 있어서의 드레서의 커트 레이트를 산출한다. 예를 들어, 각 모니터 에어리어에 있어서의 패드 높이의 변화량의 기울기로부터 커트 레이트를 산출해도 된다.
평가 지표 작성부(74)는, 후술하는 평가 지표를 사용하여, 스캔 에어리어에서의 최적의 체재 시간(요동 시간)을 산출하여 보정함으로써, 각 스캔 에어리어에서의 드레서의 이동 속도를 최적화하는 것이다. 이 평가 지표는, 1) 목표 커트량으로부터의 편차, 2) 기준 레시피에서의 체재 시간으로부터의 편차, 및 3) 인접하는 스캔 에어리어 간에서의 속도차에 기초하는 지표이며, 각 스캔 에어리어에서의 체재 시간 T=[w1/v1, w2/v2, …, wn/vn]의 함수가 된다. 그리고, 당해 평가 지표가 최소가 되도록 각 스캔 에어리어에서의 체재 시간 T를 정함으로써, 드레서의 이동 속도가 최적화된다.
1) 목표 커트량으로부터의 편차
드레서의 목표 커트량을 U0=[U01, U02, …, U0m]으로 했을 때, 전술한 각 모니터 에어리어에서의 패드 마모량 U(=ST)와의 차의 제곱값(|U-U0|2)을 구함으로써, 목표 커트량으로부터의 편차를 산출한다. 또한, 목표 커트량을 정하기 위한 타깃 프로파일은, 연마 패드의 사용 개시 후의 임의의 타이밍에 결정할 수 있으며, 혹은 수동으로 설정된 값에 기초하여 결정하도록 해도 된다.
2) 기준 레시피에서의 체재 시간으로부터의 편차
도 8에 도시한 바와 같이, 각 스캔 에어리어에서 설정된 기준 레시피에 기초하는 드레서의 이동 속도(기준 속도(기준 체재 시간 T0))와, 각 스캔 에어리어에 있어서의 드레서의 이동 속도(드레서의 체재 시간 T)의 차(ΔT)의 제곱값(ΔT2=|T-T0|2)을 구함으로써, 기준 레시피에서의 체재 시간으로부터의 편차를 산출할 수 있다. 여기서, 기준 속도란, 각 스캔 에어리어에 있어서 편평한 커트 레이트가 얻어진다고 예상되는 이동 속도이며, 미리 실험이나 시뮬레이션에 의해 얻어진 값이다. 기준 속도를 시뮬레이션에 의해 구하는 경우에는, 예를 들어 드레서의 스크래치 거리(체재 시간)와 연마 패드의 커트량이 비례하는 것으로서, 구할 수 있다. 또한, 기준 속도는, 동일한 연마 패드의 사용 중에, 실제의 커트 레이트에 따라서 적절히 갱신하도록 해도 된다.
3) 인접하는 스캔 에어리어 간에서의 속도차
본 실시 형태에 따른 연마 장치에서는, 또한, 인접하는 스캔 에어리어에서의 속도차를 억제함으로써, 이동 속도의 급격한 변화에 수반하는 연마 장치에 대한 영향을 억제하고 있다. 즉, 인접하는 스캔 에어리어에서의 속도의 차의 제곱값(|ΔVinv|2)을 구함으로써, 인접하는 스캔 에어리어 간에서의 속도차의 지표를 산출할 수 있다. 여기서, 도 8에 도시한 바와 같이, 스캔 에어리어 간의 속도차로서는, 기준 속도의 차(Δinv) 또는 드레서의 이동 속도(Δv) 중 어느 것을 적용할 수 있다. 또한, 스캔 에어리어의 폭은 고정값이기 때문에, 속도차의 지표는, 각 스캔 에어리어에서의 드레서의 체재 시간에 의존한다.
평가 지표 작성부(74)는, 이들 3개의 지표에 기초하여, 다음 식으로 표시되는 평가 지표 J를 정의한다.
J=γ|U-U0|2+λ|T-T0|2+η|ΔVinv|2
여기서, 평가 지표 J의 우변의 제1항, 제2항 및 제 3항은, 각각, 목표 커트량으로부터의 편차, 기준 레시피에서의 체재 시간으로부터의 편차, 인접하는 스캔 에어리어 간에서의 속도차에 기인하는 지표이며, 모두 각 스캔 에어리어에서의 드레서의 체재 시간 T에 의존한다.
그리고, 이동 속도 산출부(75)에서는, 평가 지표 J의 값이 최솟값을 취하는 최적화 연산을 행하여, 각 스캔 에어리어에서의 드레서의 체재 시간 T를 구하고, 드레서의 이동 속도를 보정한다. 최적화 연산의 방법으로서는, 2차 계획법을 이용할 수 있지만, 시뮬레이션에 의한 수렴 연산이나 PID 제어를 사용해도 된다.
상기 평가 지표 J에 있어서, γ, λ 및 η은 소정의 가중치 부여값이며, 동일한 연마 패드의 사용 중에 적절히 변경할 수 있다. 이들 가중치 부여값을 변경함으로써, 연마 패드나 드레서의 특성이나 장치의 가동 상황에 따라서, 중시해야 할 지표를 적절히 조정할 수 있다.
또한, 드레서의 이동 속도를 구할 때, 합계 드레스 시간이 소정값 이내가 되도록 하는 것이 바람직하다. 여기서, 합계 드레스 시간이란, 드레서에 의한 전체 요동 구간(본 실시예에서는 스캔 에어리어 S1 내지 S7)의 이동 시간이다. 합계 드레스 시간(드레싱에 요하는 시간)이 길어지면, 기판의 연마 행정이나 반송 행정 등의 다른 행정에 영향을 미칠 가능성이 있기 때문에, 이 값이 소정값을 초과하지 않도록, 각 스캔 에어리어에서의 이동 속도를 적절히 보정하는 것이 바람직하다. 또한, 장치의 기구상의 제약이 있기 때문에, 드레서의 최대(및 최소) 이동 속도, 그리고, 초기 속도에 대한 최대 속도(최소 속도)의 비율에 대해서도, 설정값 이내가 되도록, 드레서의 이동 속도를 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 이동 속도 산출부(75)는, 새로운 드레서와 연마 패드의 조합으로 적절한 드레스 조건이 불분명한 경우나, 드레서나 연마 패드의 교환 직후와 같이 드레서의 기준 속도(기준 체재 시간 T0)가 정해져 있지 않은 경우에는, 목표 커트량으로부터의 편차의 조건만을 사용하여 평가 지표 J(하기)를 정하고, 각 스캔 에어리어에서의 드레서의 이동 속도를 최적화(초기 설정)하도록 해도 된다.
J=|U-U0|2
드레서 하중 설정부(77)는, 드레서(51)로부터 연마 패드(43)의 연마면(43a)에 가해지는 하중(드레서 하중)을 설정하고, 에어 실린더(54)의 위치를 변화시켜 연마 패드(43)에 대한 드레서 하중을 조절한다. 드레서 하중을 기준값(기준 드레서 하중)으로부터 변화시키면, 드레서(51)에 의한 연마 패드(43)에 대한 압입량이 변화한다. 예를 들어, 드레서 하중이 커지면 연마 패드(43)는 더욱 압박되기 때문에, 패드 높이는 낮아진다. 반대로, 드레서 하중이 작아지면 연마 패드(43)의 패드 높이는 높아진다. 이 결과, 연마면(43a)의 위치가 변동하기 때문에, 연마 패드(43)의 높이(감모량)를 산출할 수 없다.
패드 높이 보정부(78)는, 드레서 하중의 변화에 기인하는 패드 높이의 변화를 캔슬하기 위해서, 드레서 하중의 변화량에 대응한 패드 높이의 보정값을 산출한다. 패드 높이의 변화량은, 연마 패드(43)의 직경 방향의 위치에 따라서 다를 수 있기 때문에, 연마 패드(43)의 직경 방향의 위치에 따라서, 복수의 패드 높이의 보정값을 산출하도록 구성되어 있다.
도 9는, 드레서 하중을 변화시킨 경우의 연마 패드 높이의 분포의 일례를 나타내는 그래프이며, 횡축은 연마 패드의 반경 방향의 위치이며, 종축과 교차하는 점은 반경 위치가 제로(연마 패드의 중심)를 나타내고 있다. 또한, 패드 높이는, 미리 정해진 기준값으로부터의 상대적인 높이를 나타내고 있으며, 값이 클수록 연마 패드(43)의 연마면(43)이 높음을 나타낸다. 도 9의 그래프에서는, 드레서 하중이 커짐에 따라서 패드 높이가 낮아지고 있으며, 또한, 반경 위치가 클(연마 패드(43)의 외주에 가까워질)수록 패드 높이가 낮아지고 있음이 도시되어 있다. 이들 패드 높이의 데이터는, 드레서 하중마다, 복수의 반경 위치(도 9의 예에서는, 연마 패드 중심으로부터 50㎜의 위치로부터, 50㎜씩 350㎜까지 7점)에서 미리 테스트에 의해 측정되고, 하중/반경별 패드 높이 참조 데이터로서, 보정 데이터 기억부(79)에 기억되어 있다.
하중/반경별 패드 높이 참조 데이터의 측정은, 정적으로(연마 테이블(44) 및 드레서(51)를 정지한 상태에서) 측정해도 되고, 동적으로(실제의 연마 패드(43)의 드레싱에 가까운 상태에서, 연마 테이블(44) 및 드레서(51)를 회전시키고, 또한 드레서(51)를 요동시킨 상태에서) 측정해도 된다. 동적으로 측정하는 경우에는, 복수의 반경 위치에서의 데이터를 연속적으로 취득할 수 있으므로 바람직하다. 또한, 하중 및 반경 위치에 대해서는, 상기 예에 한정되지 않고, 실제의 사용 범위에 가까운 상황이면 적절히 변경해도 되지만, 하중 및 반경 위치는 각각 3점 이상 있는 것이 바람직하다.
패드 높이 보정부(78)에 있어서의 패드 높이 보정량의 연산은, 예를 들어 다음과 같이 하여 행할 수 있다. 드레서 하중 설정부(77)에 있어서 설정된 드레서 하중을 DFx로 했을 때, 보정 데이터 기억부(79)에 기억된 하중/반경별 패드 높이 참조 데이터 중에서 당해 DFx에 근접한 2개의 드레서 하중(DF1, DF2)과, 당해 드레서 하중에 대응하는 패드 높이 참조 데이터(PadH1, PadH2)를 판독하고, 설정된 드레서 하중 DFx에 대한 패드 높이 PadHx를, 다음 식에 의해 보간하여 산출한다.
PadHx=(PadH1-PadH2)/(DF1-DF2)×(DFx-DF2)+PadH2
단, DF1<DFx<DF2
또한, 보간식으로서는, 상기 식과 같은 선형 보간 외에도, 예를 들어 스플라인에 의해 보간하도록 해도 된다.
예를 들어, 도 9와 같이, 10N마다의 드레서 하중에 대하여, 하중/반경별 패드 높이 참조 데이터가 보정 데이터 기억부(79)에 기억되어 있으며, DFx를 15N으로 설정하는 경우에는, DF1은 10N, DF2는 20N으로 된다. 이 때문에, 보정 데이터 기억부(79)로부터 드레서 하중 10N, 20N에 대응하는 패드 높이 참조 데이터가 판독되어, 연마 패드의 반경 위치마다 패드 높이 Hx가 산출된다. 패드 높이 보정부(78)는은, 상기 식에 의해 산출된 패드 높이 PadHx를, 소정의 기준 하중 및 실제의 드레싱에 사용되는 드레서 하중(측정 하중)의 각각에 대하여, 연마 패드의 반경 위치마다 산출한다. 산출된 패드 높이 PadHx의 값은, 보정 데이터 기억부(79)에 기억된다.
도 10의 그래프는, 보간에 의해 산출된 패드 높이의 값을, 연마 패드의 반경 위치를 따라 나열한 것이며, 기준 하중(예를 들어 25N)에 있어서의 패드 높이 PadHbDF와 측정 하중(예를 들어 15N)에 있어서의 패드 높이 PadHmDF에 대하여 나타내고 있다. 여기서, 기준 하중은, 측정 하중에 관계 없이 일정한 경우가 많기 때문에, 미리 산출한 다음에 보정 데이터 기억부(79)에 기억하도록 해도 된다. 이에 의해, 패드 높이 보정 처리를 단축할 수 있다.
패드 높이 보정부(78)는, 측정 하중에 의한 패드 높이 PadHmDF(r)을 기준 하중 PadHbDF(r)로 변환하기 위한 보정량 PadHdelta(r)을, 다음 식에 의해, 연마 패드의 반경 위치마다 산출한다.
PadHdelta(r)=PadHmDF(r)-PadHbDF(r)
다음으로, 패드 높이 보정부(78)는, 반경 위치마다 얻어진 보정량의 값으로부터 보간 처리를 실시함으로써, 연마 패드의 반경 위치에 대한 보정량의 함수 F(DF, r)을 생성한다.
도 11은, 보정량의 함수 F(DF, r)의 일례를 나타내는 그래프이며, 각 점은 상기 식에 의해 산출된 보정량 PadHdelta(r)의 이산값(예를 들어, 연마 패드 중심에서 50㎜의 위치로부터, 50㎜씩 350㎜까지 7점), 곡선은 당해 이산값에 기초하여 스플라인 보간에 의해 얻어진 함수 F의 예, 직선은 인접하는 이산값으로부터 선형 보간에 의해 얻어진 함수 F의 예를 나타낸다. 함수 F를 얻는 데 있어서 적절한 보간식을 사용할 수 있지만, 인접하는 이산값의 차가 큰 경우에는, 선형 보간에 의해 함수 F를 얻도록 하는 것이 바람직하다.
여기서, 패드 높이 측정 데이터나 보정값의 산출식은, 드레싱에 사용되는 연마 패드의 종류(경도)에 따라서 작성하는 것이 바람직하며, 또한 연마 패드와 드레서의 조합마다 작성하도록 해도 된다. 또한, 연마 테이블에 고유하게, 패드 높이 측정 데이터나 보정값의 산출식을 정하도록 해도 된다.
패드 높이 보정부(78)는, 상기와 같이 하여 얻어진 함수 F(DF, r)을 사용하여, 어떤 반경 위치에 있어서 측정된 연마 패드의 높이(측정 높이) PadHmeasure(r)로부터, 다음 식에 의해 패드 제어에 사용하는 패드 높이(기준 하중에 적용한 패드 높이) PadH(r)을 산출한다.
PadH(r)=PadHmeasure(r)+PadHdelta(r)
설정 입력부(80)는, 예를 들어 키보드나 마우스 등의 입력 디바이스이며, 드레스 모델 행렬 S의 각 성분의 값, 제약 조건의 설정, 커트 레이트 갱신 사이클, 이동 속도 갱신 사이클과 같은 각종 파라미터를 입력한다. 또한, 드레서 제어부(60)에 마련된 도시하지 않은 메모리에는, 드레서 제어부(60)를 구성하는 각 구성 요소를 동작하기 위한 프로그램 데이터나, 드레스 모델 행렬 S의 각 성분의 값, 타깃 프로파일, 평가 지표 J의 가중치 부여값, 드레서의 이동 속도의 설정값과 같은 각종 데이터가 기억된다.
도 12는, 연마 패드의 교환 후에, 복수매의 기판 W에 대하여 연마 및 세정 처리를 행하면서 드레서의 이동 속도를 제어하는 수순을 나타내는 흐름도이다. 패드 사용 시간의 리셋 처리 등에 의해, 장치 제어부(15)에 있어서 연마 패드(43)가 교환된 것이 검지되면(스텝 S10), 드레스 모델 설정부(71)는, 커트레이트 모델, 드레서 직경, 스캔 속도 제어의 파라미터를 고려하여, 드레스 모델 행렬 S를 도출한다(스텝 S11). 또한, 교환 전후의 연마 패드(43)가 동일한 종류인 경우, 동일한 드레스 모델 행렬을 계속하여 사용할 수도 있다.
다음으로, 드레서의 기준 속도의 계산을 행할지 여부(예를 들어, 기준 속도 계산을 행한다는 취지의 입력이 설정 입력부(80)에 의해 이루어졌는지 여부)를 판정한다(스텝 S12). 기준 속도의 계산을 행하는 경우에는, 이동 속도 산출부(45)에 있어서, 드레서의 목표 커트량 U0과 각 모니터 에어리어에서의 패드 마모량 U로부터, 다음의 평가 지표 J가 최솟값이 되도록, 각 스캔 에어리어에서의 드레서의 이동 속도(체재 시간 T)를 설정한다(스텝 S13). 계산된 기준 속도를 이동 속도의 초깃값으로서 설정해도 된다.
J=|U-U0|2
그 후, 기판 W가 세트되면, 기판 W의 연마 및 세정 처리가 행해지고(스텝 S14), 소정 조건을 충족한 경우에 베이스 프로파일의 계산이 행해진다. 또한, 다른 조건을 충족했을 때 커트 레이트의 계산 또는 드레서 이동 속도의 갱신이 이루어진다(도 13 참조). 패드 교환의 지시는 기판 W의 처리 매수에 의해 정해도 되고, 연마 패드의 높이로 자동 판별해도 된다.
도 13은, 기판 W의 처리 수순을 나타내는 흐름도이며, 장치 제어부(15)에 있어서 기판 처리 스타트 명령이 내려지면(스텝 S30), 드레서 제어부(60)는, 소정 조건을 충족하였는지 여부(도 13의 예에서는, 커트 레이트 계산 사이클(예를 들어, 소정 매수의 기판 W의 연마)에 도달하였는지 여부)를 판정한다(스텝 S31). 도달한 경우에는, 후술하는 기준 하중 패드 높이를 계산하고(스텝 S32), 또한, 커트 레이트 산출부(73)에 있어서, 각 스캔 에어리어에 있어서의 드레서의 커트 레이트를 산출하여 이것을 갱신한다(스텝 S33). 한편, 조건을 충족하지 못한 경우에는, 커트 레이트의 갱신 처리는 스킵된다.
또한, 드레서 제어부(60)는, 소정 조건을 충족하였는지 여부(도 13의 예에서는, 이동 속도 갱신 사이클(예를 들어, 소정 매수의 기판 W의 연마)에 도달하였는지 여부)를 판정한다(스텝 S34). 도달한 경우에는, 기준 하중 패드 높이를 계산하고(스텝 S35), 이동 속도 설정부(75)에 있어서, 평가 지표 J가 최소가 되는 드레서의 체재 시간을 산출함으로써, 각 스캔 에어리어에 있어서의 드레서 이동 속도의 최적화를 행한다(스텝 S36). 그리고, 최적화된 이동 속도의 값이 설정되고, 드레서의 이동 속도(드레싱 레시피)가 갱신된다(스텝 S37).
도 14는, 스텝 S35(및 스텝 S32)에서의 기준 하중 패드 높이의 계산 처리를 나타내는 흐름도이며, 패드 높이 보정부(78)는, 보정 데이터 기억부(79)에 기억되어 있는 패드 높이의 측정값 데이터를 판독한다(스텝 S50). 이어서, 패드 높이 보정부(78)는, 연마 패드의 모니터 영역마다, 대응하는 반경 위치에 있어서의 측정값의 평균값을 취함으로써, 각 모니터 영역의 패드 평균 높이를 계산하고(스텝 S51), 패드 높이의 측정값 PadHmeasure(r)로 한다(스텝 S51). 또는, 각 모니터 영역의 평균값을 산출하는 대신에, 각 반경 위치에서의 측정값을 PadHmeasure(r)로 해도 된다.
다음으로, 패드 높이 보정부(78)는, 드레서 하중 설정부(77)에서 설정된 드레서 하중(측정 하중) DFx에 근접한 2개의 드레서 하중(DF1, DF2)과, 당해 드레서 하중에 대응하는 패드 높이 참조 데이터(PadH1, PadH2)를 판독한다(스텝 S52). 마찬가지로, 기준 하중에 근접한 2개의 드레서 하중과, 이와 대응하는 패드 높이 참조 데이터를 판독한다.
패드 높이 보정부(78)는, 판독된 드레서 하중 및 패드 높이 참조 데이터로부터, 연마 패드의 반경 위치마다, 기준 하중과 측정 하중에 대응하는 패드 높이를 보간에 의해 산출한다(스텝 S53). 그리고, 보간에 의해 얻어진 패드 높이의 정보로부터, 측정 하중에 대한 패드 높이의 보정량의 계산식 F(DF, r)을 생성한다(스텝 S54).
다음으로, 패드 높이 보정부(78)는, 얻어진 계산식 F(DF, r)로부터, 패드 높이의 측정값 PadHmeasure(r)의 반경 위치에 대응하는 보정량 PadHdelta(r)을 계산하고(스텝 S55), 당해 보정량으로부터 기준 하중 패드 높이 PadH(r)을 산출한다(스텝 S56).
도 13에 있어서, 기준 하중 패드 높이 PadH(r)이 산출되고, 계산 조건에 따라서 계산이 완료되면, 기판 연마 유닛에 세트된 기판 W에 대하여 연마 처리가 행해진다(스텝 S38). 기판 W의 연마는, 미리 설정된 막 두께가 될 때까지, 혹은 하지층이 노출될 때까지 행하도록 할 수 있다. 연마 종료된 기판 W가 기판 연마 유닛으로부터 빼내어지면, 드레서 제어부(60)는, 설정된 드레싱 레시피에 따라 드레서(51)를 구동하고, 연마 패드(43)의 드레싱 처리를 행한다(스텝 S39). 연마 패드(43)에 대한 드레싱 처리가 행해지면, 패드 높이 센서(58)에 의한 연마면(43a)의 높이(패드 높이)의 측정이 행해지고(스텝 S40), 측정된 데이터가 드레서 제어부(60) 내의 메모리에 보존된다(스텝 S41). 연마된 기판 W는 세정부(14)(제1 기판 세정 장치(30), 제2 기판 세정 장치(31), 기판 건조 장치(32))로 보내져서 기판 세정·건조가 실시되고(스텝 S42), 기판 처리 장치(10)로부터 외부로 빼내어진다.
도 12에 있어서, 기판 처리(14)가 종료되면, 베이스 프로파일의 취득 조건 (예를 들어, 소정 매수의 기판 W의 연마)이 충족되었는지 여부를 판정하고(스텝 S15), 조건을 충족한 경우에는, 베이스 프로파일 산출부(72)에 있어서, 수렴 시에 있어서의 패드 높이의 목표 프로파일(베이스 프로파일)을 산출한다(스텝 S16). 베이스 프로파일의 취득 조건을 충족하지 못한 경우(소정 매수의 기판 W가 연마되어 있지 않은 경우)에는, 스텝 S14로 되돌려져서, 다음의 기판 W에 대한 연마 및 세정 처리가 행해진다.
베이스 프로파일이 설정되면, 다음의 기판 W에 대한 연마·세정 처리가 행해진다(스텝 S17). 당해 연마·세정 처리는, 도 13의 흐름도에서 설명한 것과 마찬가지이기 때문에, 상세한 설명은 생략한다. 이후에는, 연마 패드의 절삭량이 커지데 되어 교환 기준값을 하회할 때까지(스텝 S18), 스텝 S17에 있어서 기판 처리가 계속해서 행해진다. 그리고, 연마 패드의 높이가 교환 기준값을 하회한 경우(스텝 S18에서 「예」)에는, 장치 제어부(15)는, 출력부(66)를 통해 연마 패드 교환을 오퍼레이터에 지시한다(스텝 S19).
도 15는, 드레서 하중을 12N으로부터 24N으로 변화시킨 경우의, 연마 패드 반경 위치에 대한 패드 높이의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다. 패드 높이 보정이 행해지지 않은 경우(도 15의 (a)), 드레서 하중이 24N으로 증가하면 패드 높이 프로파일의 측정값이 (12N의 경우와 비교하여) 저하되어버려 있기 때문에, 드레서의 이동 속도를 적절하게 계산할 수 없다. 이에 반하여, 패드 높이 보정이 행해진 경우(도 15의 (b))에는, 드레서 하중이 증가하여도 패드 높이 프로파일의 측정값이 (12N인 경우와 비교하여) 거의 변하지 않은 상태로 되어, 드레서의 이동 속도를 보다 적절하게 계산할 수 있다.
연마 패드(43)의 두께의 변화는, 패드의 두께, 탄성 계수(패드의 단단함), 단면적에 따라 다를 수 있기 때문에, 기준 가중에 대한 보정 데이터는, 연마 패드의 종류마다 마련해 두는 것이 바람직하다. 또한, 연마 패드(43)는 드레싱이 행해질 때마다 근소하나마 마모되기 때문에, 드레싱의 횟수가 많아지면, 교환 직후의 연마 패드의 두께에 비하여 마모량의 변화를 무시할 수 없게 되는 경우가 일어날 수 있다.
이 때문에, 기준 하중 패드 높이 PadH(r)의 계산(스텝 S56)에 있어서, 패드 사용 시간(혹은 패드의 마모량)에 따른 조정 계수 f(t)를 가미하여, 패드 높이를 산출하도록 해도 된다. 이 경우, 기준 하중 패드 높이 PadH(r)은 다음 식으로 산출할 수 있다.
PadH(r)=PadHmeasure(r)+f(t)×PadHdelta(r)
여기서, 조정 계수 f(t)는 미리 테스트에 의해 정할 수 있고, 여기에서는 연마 패드의 사용 시간 t에 따른 함수로 하고 있지만, 연마 패드에 대한 드레서 처리의 횟수를 인수로 하여 정하도록 구성해도 된다.
상술한 실시 형태는, 본 발명이 속하는 기술 분야에서의 통상의 지식을 갖는 사람이 본 발명을 실시할 수 있음을 목적으로 하여 기재된 것이다. 상기 실시 형태의 다양한 변형예는, 당업자라면 당연히 이룰 수 있는 것이며, 본 발명의 기술적 사상은 다른 실시 형태에도 적용할 수 있다. 본 발명은, 기재된 실시 형태에 한정되지 않고, 청구범위에 의해 정의되는 기술적 사상에 따른 가장 넓은 범위로 해석되는 것이다.

Claims (8)

  1. 연마 부재 상에서 기판을 미끄럼 접촉시켜 당해 기판을 연마하는 기판 처리 장치이며,
    상기 연마 부재 상에서 요동함으로써 당해 연마 부재를 드레싱하는 드레서이며, 직경 방향을 따라서 상기 연마 부재 상에 설정된 복수의 스캔 에어리어에 있어서 요동 속도를 조정 가능하게 되는 드레서와,
    상기 연마 부재의 직경 방향을 따라서 상기 연마 부재의 표면 높이를 측정함으로써 패드 프로파일을 생성하는 높이 검출부와,
    상기 드레서가 상기 연마 부재에 부여하는 드레서 하중을 설정하는 드레서 하중 설정부와,
    상기 드레서 하중의 기준 하중으로부터의 변동량에 따른 상기 연마 부재의 표면 높이의 보정량을 상기 직경 방향에 걸쳐 산출하고, 상기 표면 높이의 측정값을 상기 보정량으로 보정함으로써, 상기 패드 프로파일을 보정하는 패드 높이 보정부와,
    보정 후의 상기 패드 프로파일에 기초하여 드레서의 각 스캔 에어리어에 있어서의 요동 속도의 조정을 행하는 이동 속도 산출부를 구비한 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연마 부재의 상기 직경 방향을 따른 복수의 패드 높이 참조 데이터를, 복수의 참조 드레서 하중에 대응하여 기억하는 보정 데이터 기억부를 구비하고,
    상기 패드 높이 보정부는, 설정된 상기 드레서 하중에 근접하는 상기 참조 드레서 하중에 대응하는 상기 패드 높이 참조 데이터와, 상기 기준 하중에 근접하는 상기 참조 드레서 하중에 대응하는 상기 패드 높이 참조 데이터로부터, 상기 표면 높이의 상기 보정량을 보간하여 산출하는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 패드 높이 참조 데이터는, 상기 연마 부재의 종류 및/또는 상기 드레서의 종류마다 마련되는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 패드 높이 보정부는, 상기 연마 부재의 사용 시간 또는 상기 드레서의 드레싱 횟수에 따른 보정 계수에 의해, 상기 표면 높이의 상기 보정량을 수정하는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 높이 검출부는, 상기 연마 부재의 직경 방향을 따라서 미리 설정된 복수의 모니터 에어리어에 있어서 상기 연마 부재의 표면 높이를 측정하는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    복수의 모니터 에어리어, 스캔 에어리어 및 드레스 모델로부터 정의되는 드레스 모델 행렬을 작성하는 드레스 모델 행렬 작성부와,
    상기 드레스 모델과 각 스캔 에어리어에 있어서의 요동 속도 혹은 체재 시간을 사용하여 높이 프로파일 예측값을 계산하고, 상기 연마 부재의 높이 프로파일의 목표값으로부터의 차분에 기초하여 평가 지표를 설정하는 평가 지표 작성부를 구비하고,
    상기 이동 속도 산출부는, 당해 평가 지표에 기초하여 상기 드레서의 각 스캔 에어리어에 있어서의 요동 속도를 산출하는, 기판 처리 장치.
  7. 기판의 연마 장치에 사용되는 연마 부재 상에서 드레서를 요동시켜 해당 연마 부재를 드레싱하는 방법이며, 상기 드레서는 요동 방향을 따라서 상기 연마 부재 상에 설정된 복수의 스캔 에어리어에 있어서 요동 속도를 조정 가능하게 되어 있으며,
    상기 연마 부재의 직경 방향을 따라서 상기 연마 부재의 표면 높이를 측정함으로써 패드 프로파일을 생성하는 측정 스텝과,
    상기 드레서가 상기 연마 부재에 부여하는 드레서 하중을 설정하는 드레서 하중 설정 스텝과,
    상기 드레서 하중의 기준 하중으로부터의 변동량에 따른 상기 연마 부재의 표면 높이의 보정량을 상기 직경 방향에 걸쳐 산출하고, 상기 표면 높이의 측정값을 상기 보정량으로 보정함으로써, 상기 패드 프로파일을 보정하는 패드 높이 보정 스텝과,
    보정 후의 상기 패드 프로파일에 기초하여 드레서의 각 스캔 에어리어에 있어서의 요동 속도의 조정을 행하는 이동 속도 산출 스텝을 구비한 것을 특징으로 하는, 연마 부재의 드레싱 방법.
  8. 일시적이지 않은 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체이며, 기판을 연마하기 위한 연마 부재 상에서 드레서를 요동시켜 해당 연마 부재를 드레싱하는 연마 장치이며, 상기 드레서는 요동 방향을 따라서 상기 연마 부재 상에 설정된 복수의 스캔 에어리어에 있어서 요동 속도를 조정 가능하게 되어 있는 상기 연마 장치의 컴퓨터에 대하여, 이하를 실행시키기 위한 실행 가능한 코드를 포함한다:
    상기 연마 부재의 직경 방향을 따라서 상기 연마 부재의 표면 높이를 측정함으로써 패드 프로파일을 생성하는 측정 스텝과,
    상기 드레서가 상기 연마 부재에 부여하는 드레서 하중을 설정하는 드레서 하중 설정 스텝과,
    상기 드레서 하중의 기준 하중으로부터의 변동량에 따른 상기 연마 부재의 표면 높이의 보정량을 상기 직경 방향에 걸쳐 산출하고, 상기 표면 높이의 측정값을 상기 보정량으로 보정함으로써, 상기 패드 프로파일을 보정하는 패드 높이 보정 스텝과,
    보정 후의 상기 패드 프로파일에 기초하여 드레서의 각 스캔 에어리어에 있어서의 요동 속도의 조정을 행하는 이동 속도 산출 스텝.
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