CN110052961A - 研磨装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种研磨装置，能够通过对照射到晶片的光量进行调整而进行正确的膜厚测定。研磨装置具备：光源(30)；投光光纤(34)，该投光光纤具有配置于研磨台(3)内的不同位置的多个顶端(34a、34b)；以及受光光纤(50)，该受光光纤(50)具有配置于研磨台(3)内的不同位置的多个顶端(50a、50b)。投光光纤(34)具有第一投光光纤(36)和第二投光光纤(37)，第一减光器(70)安装于第一投光光纤(36)和第二投光光纤(37)，第二减光器(72)安装于第一投光光纤(36)和第二投光光纤(37)中的至少一个。

Description

研磨装置
技术领域
本发明涉及对在表面形成有膜的晶片进行研磨的研磨装置，特别地，涉及一种研磨装置，一边通过对来自晶片的反射光所含的光信息进行分析而检测晶片的膜厚，一边研磨晶片。
背景技术
在半导体器件的制造过程中，包含研磨SiO2等绝缘膜的工序、研磨铜、钨等金属膜的工序等各种各样的工序。在背面照射型CMOS传感器和硅贯通电极(TSV)的制造工序中，除了绝缘膜、金属膜的研磨工序，还包含研磨硅层(硅晶片)的工序。晶片的研磨在构成其表面的膜(绝缘膜、金属膜、硅层等)的厚度达到规定的目标值时结束。
使用研磨装置来进行晶片的研磨。为了测定绝缘膜、硅层等非金属膜的膜厚，研磨装置一般具备光学式膜厚测定装置。该光学式膜厚测定装置构成为，将从光源发出的光引导至晶片的表面，由分光器测定来自晶片的反射光的强度，通过分析反射光的光谱而测定晶片的膜厚。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-5014号公报
发明要解决的问题
在光学式膜厚测定装置中，光源发出的光量对晶片的膜厚测定产生影响。例如，当被引导至晶片上的多个测定点的光量不同时，膜厚的测定精度因光学条件的差异而产生变化。其结果是，即使在晶片的膜厚相同的情况下，膜厚的测定值不同。此外，当来自晶片的反射光的量对于分光器的有效测定范围而言过大时，阻碍正确的膜厚测定。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种研磨装置，能够通过对照射到晶片的光量进行调整而进行正确的膜厚测定。
用于解决问题的手段
本发明的一方式的研磨装置具备：研磨台，该研磨台用于支承研磨垫；研磨头，该研磨头用于将晶片向所述研磨垫按压；光源；投光光纤，该投光光纤具有配置于所述研磨台内的不同位置的多个顶端；受光光纤，该受光光纤具有配置于所述研磨台内的所述不同位置的多个顶端；分光器，该分光器与所述受光光纤连接，根据波长对通过所述受光光纤传送的来自晶片的反射光进行分解并测定各波长处的反射光的强度；处理部，该处理部基于表示所述反射光的强度与波长的关系的分光波形确定晶片的膜厚；以及第一减光器和第二减光器，该第一减光器和第二减光器安装于所述投光光纤，所述投光光纤具有第一投光光纤和第二投光光纤，所述第一投光光纤和所述第二投光光纤的一端与所述光源连接，所述第一投光光纤和所述第二投光光纤的另一端构成配置于所述不同位置的所述投光光纤的顶端，所述第一减光器安装于所述第一投光光纤和所述第二投光光纤，所述第二减光器安装于所述第一投光光纤和所述第二投光光纤中的至少一个。
本发明的优选的方式，其中，所述第一减光器和所述第二减光器各自具备：基座部件，在该基座部件的内部形成有光通路；光纤保持体，该光纤保持体插入于所述光通路；以及相对位置调节机构，该相对位置调节机构对所述光纤保持体的相对于所述基座部件的相对位置进行调节。
本发明的优选的方式，其中，在所述光纤保持体的外表面附有刻度。
本发明的优选的方式，其中，所述相对位置调节机构具备使所述光纤保持体相对于所述基座部件移动的电机驱动型移动机构。
本发明的优选的方式，其中，还具备动作控制部，该动作控制部操作所述第一减光器的所述电机驱动型移动机构直到从所述投光光纤发出的光量达到目标值为止。
本发明的优选的方式，其中，还具备动作控制部，该动作控制部操作所述第二减光器的所述电机驱动型移动机构直到从所述第一投光光纤和所述第二投光光纤发出的光量彼此相等为止。
本发明的优选的方式，其中，所述第一减光器和所述第二减光器分别还具备配置于所述光通路的光圈。
本发明的优选的方式，其中，所述第一投光光纤和所述第二投光光纤的一部分被捆扎并构成主干光纤，所述第一投光光纤和所述第二投光光纤的其他的部分构成从所述主干光纤分支的多个分支光纤，所述第一减光器安装于所述主干光纤，所述第二减光器安装于所述多个分支光纤中的至少一个。
本发明的优选的方式，其中，还具备：监控光纤，该监控光纤与所述光源、所述分光器连接；以及第三减光器，该第三减光器安装于所述监控光纤。
本发明的一方式的研磨装置具备：研磨台，该研磨台用于支承研磨垫；研磨头，该研磨头用于将晶片向所述研磨垫按压；光源；投光光纤，该投光光纤具有配置于所述研磨台内的规定位置的顶端；受光光纤，该受光光纤具有配置于所述研磨台内的所述规定位置的顶端；分光器，该分光器与所述受光光纤连接，根据波长对通过所述受光光纤传送的来自晶片的反射光进行分解并测定各波长处的反射光的强度；处理部，该处理部基于表示所述反射光的强度与波长的关系的分光波形确定晶片的膜厚；以及减光器，该减光器安装于所述投光光纤。
本发明的优选的方式，其中，所述减光器具备：基座部件，在该基座部件的内部形成有光通路；光纤保持体，该光纤保持体插入于所述光通路；以及相对位置调节机构，该相对位置调节机构对所述光纤保持体的相对于所述基座部件的相对位置进行调节。
本发明的优选的方式，其中，在所述光纤保持体的外表面附有刻度。
本发明的优选的方式，其中，所述相对位置调节机构具备使所述光纤保持体相对于所述基座部件移动的电机驱动型移动机构。
本发明的优选的方式，其中，还具备动作控制部，该动作控制部操作所述电机驱动型移动机构直到从所述投光光纤发出的光量达到目标值为止。
本发明的优选的方式，其中，所述减光器还具备配置于所述光通路的光圈。
发明效果
根据本发明，第一减光器能够对从光源发出的光的整体的量进行调整。更具体地，能够通过第一减光器对来自光源的光量进行调整，以使得来自晶片的反射光的量收敛于分光器的有效测定范围。因此，分光器能够正确地测定反射光的各波长的强度，其结果能够完成正确的膜厚测定。
第二减光器能够使从第一投光光纤和第二投光光纤被引导至晶片的光量平衡，即能够使从多个投光光纤被引导至晶片的光量相同。其结果是，能够在晶片上的多个测定点在相同的光条件下测定晶片的膜厚。
此外，根据本发明，通过对光纤保持体的相对于基座部件的相对位置进行调节，能够对在投光光纤中传送的光量进行微调整。此外，能够通过减光器对来自光源的光量进行调整，以使得来自晶片的反射光的量收敛于分光器的有效测定范围。因此，分光器能够正确地测定反射光的各波长的强度，其结果是，能够完成正确的膜厚测定。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的研磨装置的图。
图2是表示研磨垫和研磨台的俯视图。
图3是用于对光学式膜厚测定器的原理进行说明的示意图。
图4是表示分光波形的一例的图表。
图5是表示对图4所示的分光波形进行傅里叶变换处理而获得的频谱的图表。
图6是表示光学式膜厚测定器(膜厚测定装置)的一实施方式的放大图。
图7是表示第一减光器的结构的一实施方式的示意图。
图8是表示第一减光器的外观的图。
图9是表示相对位置调节机构的其他的实施方式的图。
图10是表示图9所示的第一减光器的构造的剖视图。
图11是表示第二减光器的结构的一实施方式的示意图。
图12是表示第一减光器的结构的其他的实施方式的示意图。
图13是表示光学式膜厚测定器(膜厚测定装置)的其他的实施方式的放大图。
图14是表示光学式膜厚测定器(膜厚测定装置)的又一其他的实施方式的放大图。
符号说明
1 研磨垫
3 研磨台
5 研磨头
10 研磨液供给喷嘴
12 动作控制部
16 研磨头轴
19 台电机
25 光学式膜厚测定器(膜厚测定装置)
26 分光器
27 处理部
30 光源
31、32、33 捆扎件
34 投光光纤
35 主干光纤
36 第一投光光纤
36A 第一分支光纤
37 第二投光光纤
37B 第二分支光纤
50 受光光纤
51、52、53 捆扎件
56 第一受光光纤
57 第二受光光纤
58 主干光纤
61 第一传感器头
62 第二传感器头
70 第一减光器
72 第二减光器
80 基座部件
81 光通路
82 光纤保持体
85 相对位置调节机构
86 凸缘
88 安装螺纹件
89 盖形螺母
90 光圈(aperture)
91 刻度
92 电机驱动型移动机构
93 电动机
93a 旋转轴
95 带轮
97 带
98 连结部件
99 弹簧
110 监控光纤
111 第三减光器
115 光开关
117 连接光纤
120 减光器
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是表示本发明的一实施方式的研磨装置的图。如图1所示，研磨装置具备：研磨台3，该研磨台3支承研磨垫1；研磨头5，该研磨头5保持晶片W并将晶片W按压到研磨台3上的研磨垫1；研磨液供给喷嘴10，该研磨液供给喷嘴10用于将研磨液(例如浆料)供给到研磨垫1；以及动作控制部12，该动作控制部12控制晶片W的研磨。
研磨台3经由台轴3a与配置于其下方的台电机19连结，研磨台3利用该台电机19而在如箭头所示的方向上旋转。在该研磨台3的上表面粘贴有研磨垫1，研磨垫1的上表面构成研磨晶片W的研磨面1a。研磨头5与研磨头轴16的下端连结。研磨头5构成为能够利用真空吸引将晶片W保持于研磨头5的下表面。研磨头轴16能够利用未图示的上下移动机构进行上下移动。
像以下这样进行晶片W的研磨。使研磨头5和研磨台3分别在如箭头所示的方向上旋转，将研磨液(泥浆)从研磨液供给喷嘴10供给到研磨垫1上。在这种状态下，研磨头5将晶片W按压于研磨垫1的研磨面1a。晶片W的表面通过研磨液的化学作用和研磨液所含的颗粒的机械作用而被研磨。
研磨装置具备测定晶片W的膜厚的光学式膜厚测定器(膜厚测定装置)25。该光学式膜厚测定器25具备：光源30，该光源30发光；投光光纤34，该投光光纤34具有配置于研磨台3内的不同位置的多个顶端34a、34b；受光光纤50，该受光光纤50具有配置于研磨台3内的所述不同位置的多个顶端50a、50b；分光器26，该分光器26根据波长对通过受光光纤50传送的来自晶片W的反射光进行分解并测定各波长处的反射光的强度；以及处理部27，该处理部27生成表示反射光的强度与波长的关系的分光波形。处理部27与动作控制部12连接。处理部27和动作控制部12分别由专用或者通用计算机构成。处理部27和动作控制部12也可以由一个计算机构成。
投光光纤34配置为与光源30连接，将从光源30发出的光向晶片W的表面引导。受光光纤50配置为与分光器26连接，将来自晶片W的表面的反射光向分光器26引导。光源30具备卤素灯、或者氙气灯等发光体。
投光光纤34的一方的顶端34a与受光光纤50的一方的顶端50a彼此相邻，这些顶端34a、50a构成第一传感器头61。投光光纤34的另一方的顶端34b与受光光纤50的另一方的顶端50b彼此相邻，这些顶端34b、50b构成第二传感器头62。研磨垫1具有位于第一传感器头61和第二传感器头62的上方的通孔1b、1c，第一传感器头61和第二传感器头62能够通过通孔1b、1c将光向研磨垫1上的晶片W引导，并接收来自晶片W的反射光。
一实施方式中，投光光纤34也可以仅具有配置于研磨台3内的规定位置的一个顶端，同样地受光光纤50也可以仅具有配置于研磨台3内的所述规定位置的一个顶端。在这种情况下，投光光纤34的顶端也与受光光纤50的顶端彼此相邻地配置，投光光纤34的顶端与受光光纤50的顶端构成将光向研磨垫1上的晶片W引导，并接收来自晶片W的反射光的传感器头。
图2是表示研磨垫1和研磨台3的俯视图。第一传感器头61和第二传感器头62位于与研磨台3的中心分开不同的距离的位置，且在研磨台3的周向上彼此分开地配置。在图2所示的实施方式中，第二传感器头62相对于研磨台3的中心配置于与第一传感器头61相反的一侧。每当研磨台3旋转一圈时，第一传感器头61和第二传感器头62绘制不同的轨迹并交替地横穿晶片W。具体而言，第一传感器头61横穿晶片W的中心，第二传感器头62仅横穿晶片W的边缘部。第一传感器头61和第二传感器头62交替地将光向晶片W引导，并接收来自晶片W的反射光。
在晶片W的研磨中，光从投光光纤34照射到晶片W，并由受光光纤50接收来自晶片W的反射光。来自晶片W的反射光通过受光光纤50被引导至分光器26。分光器26根据波长分解反射光并遍及规定的波长范围测定各波长处的反射光的强度，将获得的光强度数据传送至处理部27。该光强度数据是反映晶片W的膜厚的光信号，并由反射光的强度和对应的波长构成。处理部27根据光强度数据生成表示每个波长的光的强度的分光波形。
图3是用于对光学式膜厚测定器25的原理进行说明的示意图。图3所示的例子中，晶片W具有下层膜和形成于其上方的上层膜。上层膜是例如硅层或者绝缘膜等允许光透过的膜。照射到晶片W的光在介质(图3的例子中为水)与上层膜的界面、以及上层膜与下层膜的界面发生反射，在这些界面发生反射的光的波彼此干涉。该光的波的干涉的方式根据上层膜的厚度(即光路长)而产生变化。因此，从来自晶片W的反射光生成的分光波形根据上层膜的厚度而产生变化。
分光器26根据波长分解反射光，并测定每个波长的反射光的强度。处理部27从由分光器26获得的反射光的强度数据(光信号)生成分光波形。该分光波形由表示光的波长与强度的关系的曲线来表示。光的强度也能够由后述的相对反射率等相对值来表示。
图4是表示分光波形的一例的图表。图4中，纵轴表示相对反射率，相对反射率表示来自晶片W的反射光的强度，横轴表示反射光的波长。相对反射率是表示反射光的强度的指标值，是光的强度与规定的基准强度的比。通过用各波长处的光的强度(实测强度)除以规定的基准强度，从实测强度中去除装置的光系统、光源固有的强度的偏差等不需要的噪声。
基准强度是对各波长预先测定的光的强度，并且在各波长计算出相对反射率。具体而言，通过用各波长处的光的强度(实测强度)除以对应的基准强度而求得相对反射率。基准强度通过对例如从第一传感器头61或者第二传感器头62发出的光的强度直接测定而获得，或者通过将光从第一传感器头61或者第二传感器头62照射到镜子，对来自镜子的反射光的强度进行测定而获得。或者，基准强度也可以是，当在研磨垫1上在水的存在下对未形成有膜的硅晶片(裸晶片)进行水研磨时，或者当将上述硅晶片(裸晶片)放置于研磨垫1上时，由分光器26测定出的来自硅晶片的反射光的强度。在实际的研磨中，从实测强度减去黑位准(dark level，在阻断光的条件下获得的背景强度)而求得修正实测强度，进一步地从基准强度减去上述黑位准而求得修正基准强度，接着，通过将修正实测强度除以修正基准强度而求得相对反射率。具体而言，相对反射率R(λ)能够用以下的数学式(1)求得。
【数学式1】
(1)
此处，λ是波长，E(λ)是从晶片反射的光的波长λ处的强度，B(λ)是波长λ处的基准强度，D(λ)是在阻断光的条件下测定的波长λ处的背景强度(黑位准)。
处理部27对分光波形进行傅里叶变换处理(例如，高速傅里叶变换处理)而生成频谱，从频谱确定晶片W的膜厚。图5是表示对图4所示的分光波形进行傅里叶变换处理而获得的频谱的图表。图5中，纵轴表示分光波形所含的频率成分的强度，横轴表示膜厚。频率成分的强度相当于表示为正弦波的频率成分的振幅。使用规定的关系式将分光波形所含的频率成分变换为膜厚，生成像图5所示那样的表示膜厚与频率成分的强度的关系的频谱。上述的规定的关系式是将频率成分作为变量的表示膜厚的一次函数，能够从膜厚的实测结果、光学膜厚测定模拟、理论式等求得。
图5所示的图表中，频率成分的强度的峰值在膜厚t1处出现。换言之，在膜厚t1处，频率成分的强度最大。即，该频谱表示膜厚是t1。如此，处理部27确定与频率成分的强度的峰值对应的膜厚。
处理部27将膜厚t1作为膜厚测定值向动作控制部12输出。动作控制部12根据从处理部27传送来的膜厚t1控制研磨动作(例如，研磨结束动作)。例如，当膜厚t1达到预先设定的目标值时，动作控制部12结束晶片W的研磨。
图6是表示光学式膜厚测定器(膜厚测定装置)25的一实施方式的放大图。投光光纤34具有第一投光光纤36和第二投光光纤37。第一投光光纤36和第二投光光纤37分别由多个芯线光纤构成。构成第一投光光纤36的多个芯线光纤的端部由捆扎件32捆扎。同样地，构成第二投光光纤37的多个芯线光纤的端部由捆扎件33捆扎。第一投光光纤36和第二投光光纤37的一端与光源30连接，第一投光光纤36和第二投光光纤37的另一端构成投光光纤34的顶端34a、34b。
第一投光光纤36和第二投光光纤37的一部分由捆扎件31捆扎而构成主干光纤35。第一投光光纤36和第二投光光纤37的其他的部分分别构成从主干光纤35分支的第一分支光纤36A和第二分支光纤37B。分支光纤36A、37B的顶端构成投光光纤34的顶端34a、34b。在以下的说明中，有时将分支光纤36A的顶端称为顶端34a，将分支光纤37B的顶端称为顶端34b。
主干光纤35的端部(即，第一投光光纤36和第二投光光纤37的光源侧端部)经由第一减光器70与光源30连接。第一减光器70对从光源30发出的光量进行调整，即具有减少光量的功能。第一减光器70安装于主干光纤35。即，第一减光器70安装于第一投光光纤36和第二投光光纤37这两者。
本实施方式中，主干光纤35的端部与第一减光器70连接，第一减光器70固定于光源30。一实施方式中，第一减光器70也可以被结合到主干光纤35。具体而言，主干光纤35具有在直线上排列的上游侧主干光纤和下游侧主干光纤，第一减光器70也可以配置于上游侧主干光纤与下游侧主干光纤之间。
在图6所示的实施方式中，一根主干光纤35分支为两根分支光纤36A、37B，但通过增加芯线光纤，也能够分支为三根以上的分支光纤。此外，通过增加芯线光纤，能够简单地增大光纤的直径。像这样的由多个芯线光纤构成的光纤具备容易弯曲，且难以折断的优点。
受光光纤50具备第一受光光纤56和第二受光光纤57。第一受光光纤56和第二受光光纤57分别由多个芯线光纤构成。构成第一受光光纤56的多个芯线光纤的端部由捆扎件51捆扎。同样地，构成第二受光光纤57的多个芯线光纤的端部由捆扎件52捆扎。受光光纤50的顶端50a、50b分别由第一受光光纤56和第二受光光纤57的顶端构成。
第一分支光纤36A的顶端34a和第一受光光纤56的顶端50a构成第一传感器头61，第二分支光纤37B的顶端34b和第二受光光纤57的顶端50b构成第二传感器头62。第一受光光纤56和第二受光光纤57的一部分由捆扎件53捆扎而构成主干光纤58。第一受光光纤56和第二受光光纤57的其他的部分构成从主干光纤58分支的分支光纤。主干光纤58与分光器26连接。分光器26与处理部27电连接。
本实施方式中，构成受光光纤50的第一受光光纤56和第二受光光纤57与分光器26连接。在晶片W的研磨中，光通过第一受光光纤56和第二受光光纤57这两者传递到分光器26，但是来自晶片W的反射光以外的光的强度非常低，因此通过仅将具有阈值以上的强度的光使用于膜厚测定，能够测定正确的膜厚。一实施方式中，也可以将光开关配置于受光光纤56、57与分光器26之间，该光开关使第一受光光纤56或者第二受光光纤57的任一方选择性地与分光器26连接。
在本实施方式中，第二减光器72安装于第一分支光纤36A(即第一投光光纤36)。该第二减光器72对在第一分支光纤36A中传递的光的量进行调整，即具有减少光量的功能。第一减光器70和第二减光器72具有相同的结构。
图7是表示第一减光器70的结构的一实施方式的示意图。第一减光器70具有：基座部件80，在该基座部件80的内部形成有光通路81；光纤保持体82，该光纤保持体82插入于光通路81；以及相对位置调节机构85，该相对位置调节机构85对光纤保持体82的相对于基座部件80的相对位置进行调节。相对位置调节机构85具有：凸缘86，该凸缘86具有供光纤保持体82插入的通孔86a；安装螺纹件88，该安装螺纹件88被拧入凸缘86；以及盖形螺母89，该盖形螺母89将凸缘86固定于基座部件80。但是，相对位置调节机构85只要构成为能够对光纤保持体82的相对于基座部件80的相对位置进行调节即可，不限定于本实施方式。
由第一投光光纤36和第二投光光纤37构成的主干光纤35在其端部暴露于光通路81内的状态下，固定于光纤保持体82。光纤保持体82的宽度比光通路81的宽度小，光纤保持体82能够在光通路81内沿其长度方向移动。安装螺纹件88在凸缘86的半径方向上贯通凸缘86。凸缘86的通孔86a的宽度比光纤保持体82的宽度大，凸缘86能够在光纤保持体82的长度方向上相对于光纤保持体82相对地移动。安装螺纹件88的顶端位于凸缘86的通孔86a内，且与光纤保持体82的外表面接触。凸缘86具有比光通路81的宽度宽的宽度。当在光纤保持体82插入于凸缘86的通孔86a的状态下紧固安装螺纹件88，凸缘86固定于光纤保持体82。
光纤保持体82贯通盖形螺母89而延伸。盖形螺母89具有向内侧伸出的头部89a。凸缘86配置于盖形螺母89的头部89a与基座部件80的端面之间。基座部件80具有圆筒形状。在基座部件80的外周面形成有螺纹80b，在盖形螺母89的内周面也形成有螺纹89b。盖形螺母89的螺纹89b与基座部件80的螺纹80b卡合。当紧固盖形螺母89时，凸缘86被盖形螺母89按压到基座部件80，由此凸缘86固定于基座部件80。光纤保持体82由安装螺纹件88固定于凸缘86，因此光纤保持体82的相对于基座部件80的相对位置被固定。
主干光纤35固定于光纤保持体82，主干光纤35能够与光纤保持体82一体地移动。光纤保持体82的相对于基座部件80的相对位置是可变的。即，当将盖形螺母89从基座部件80拆除，并旋松安装螺纹件88时，在光纤保持体82的顶端位于光通路81内的状态下，能够使光纤保持体82相对于基座部件80移动。之后，当紧固安装螺纹件88，并再次将盖形螺母89紧固于基座部件80时，光纤保持体82的相对于基座部件80的相对位置被固定。主干光纤35固定于光纤保持体82，因此通过对光纤保持体82的相对于基座部件80的相对位置进行调节，能够对主干光纤35的相对于光通路81的相对位置进行调节。
从光源30发出的光通过光通路81到达保持于光纤保持体82的主干光纤35。到达主干光纤35的光量，即在主干光纤35中传送的光量能够通过光纤保持体82的相对于基座部件80的相对位置而调整。具体而言，当使光纤保持体82在从光通路81的入口81a到光纤保持体82的距离变短的方向上移动时，到达主干光纤35的光量增加。与此相对，当使光纤保持体82在从光通路81的入口81a到光纤保持体82的距离变长的方向上移动时，到达主干光纤35的光量减少。光纤保持体82的位置能够由凸缘86和安装螺纹件88自由地调节。因此，第一减光器70能够对在主干光纤35中传送的光量进行微调整。
图8是表示第一减光器70的外观的图。如图8所示，在光纤保持体82的外表面附有刻度91。该刻度91能够使光纤保持体82的相对于基座部件80的相对位置的调节作业更容易。
这样一来，通过对光纤保持体82的相对于基座部件80的相对位置进行调节，能够对在主干光纤35中传送的光量进行调整。因此，从光源30向晶片W引导的光量能够由第一减光器70调整。安装于第一分支光纤36A的第二减光器72也具有与第一减光器70相同的结构，因此第二减光器72能够同样地对在第一分支光纤36A中传送的光量进行调整。
在本实施方式中，基座部件80固定于光源30，但是在一实施方式中，基座部件80也可以与光纤保持体82同样地，固定于主干光纤35。具体而言，也可以是主干光纤35具有在直线上排列的上游侧主干光纤和下游侧主干光纤，基座部件80固定于上游侧主干光纤，光纤保持体82固定于下游侧主干光纤。
第一减光器70安装于第一投光光纤36和第二投光光纤37这两者。因此，第一减光器70被用于减少从光源30发出的光的整体的量。理由如下。当超过分光器26的有效测定范围的量的反射光被引导到分光器26时，分光器26不能正确地测定反射光的各波长的强度。因此，通过第一减光器70使从光源30发出的光的整体的量减少，以使来自晶片W的反射光的量收敛于分光器26的有效测定范围内。通过第一减光器70适当地使光量减少，从而分光器26能够正确地测定反射光的强度。其结果是，能够正确地测定晶片W的膜厚。
图9是表示相对位置调节机构85的其他的实施方式的图。相对位置调节机构85具备电机驱动型移动机构92，该电机驱动型移动机构92使光纤保持体82相对于基座部件80相对地移动。电机驱动型移动机构92具备：电动机93，该电动机93固定于基座部件80；带轮95，该带轮95固定于电动机93的旋转轴93a；带97，该带97被挂于带轮95和盖形螺母89的外周面。
带轮95构成为能够承接旋转轴93a的转矩，并且能够相对于旋转轴93a在其轴向上移动。例如，带轮95与旋转轴93a可以通过键和键槽的卡合而连结，或者也可以由滚珠花键轴承连结。在电动机93中使用伺服电机或者步进电机。电动机93经由连结部件98固定于基座部件80。当电动机93动作时，电动机93的转矩通过带轮95和带97传递到盖形螺母89，使盖形螺母89旋转。
图10是表示图9所示的第一减光器70的构造的剖视图。图10所示的第一减光器70中未特别地说明的构造与图7所示的第一减光器70的构造相同，因此省略其重复的说明。电机驱动型移动机构92还具备配置于光通路81内的弹簧99。弹簧99的一端与光纤保持体82的端部接触，弹簧99在使光纤保持体82和主干光纤35远离光通路81的入口81a的方向上施力。
在安装螺纹件88被紧固的状态下，当电动机93使盖形螺母89在使盖形螺母89旋松的方向上旋转时，弹簧99使光纤保持体82和主干光纤35在远离光通路81的入口81a的方向上移动。当电动机93使盖形螺母89在使盖形螺母89旋紧的方向上旋转时，盖形螺母89对抗弹簧99的反弹力而使光纤保持体82和主干光纤35在接近光通路81的入口81a的方向上移动。这样一来，光纤保持体82与光通路81的入口81a之间的距离通过电动机93的动作而产生变化，其结果是，到达主干光纤35的光量产生变化。
电机驱动型移动机构92与动作控制部12连接，电机驱动型移动机构92的动作由动作控制部12控制。动作控制部12构成为，操作电机驱动型移动机构92直到从投光光纤34发出的光量达到目标值为止。具体而言，将未图示的反射体(晶片、虚拟晶片、镜子等)放置于研磨垫1的研磨面1a上，将光从第一投光光纤36或者第二投光光纤37引导至反射体，由分光器26对来自反射体的反射光的强度进行测定，动作控制部12操作电机驱动型移动机构92的电动机93直到测定出的反射光的强度达到与上述目标值对应的设定值为止。
图11是表示第二减光器72的结构的一实施方式的示意图。第二减光器72具有与第一减光器70基本相同的结构，对于与第一减光器70相同的结构要素标注相同的符号，省略第二减光器72的详细的说明。如图11所示，第二减光器72安装于第一投光光纤36，即第一分支光纤36A。该第二减光器72用于使从第一投光光纤36和第二投光光纤37引导至晶片W的光量平衡。更具体地，第二减光器72减少在第一投光光纤36(即第一分支光纤36A)中传送的光量以使从第一投光光纤36和第二投光光纤37引导至晶片W的光量相同。其结果是，第一传感器头61和第二传感器头62能够在相同的光条件下测定晶片W的膜厚。
在从第二投光光纤37引导至晶片W的光量比从第一投光光纤36引导至晶片W的光量多的情况下，第二减光器72安装于第二投光光纤37(即第二分支光纤37B)。在这种情况下，也由第二减光器72调整在第二投光光纤37中传送的光量，以使从第一投光光纤36和第二投光光纤37引导至晶片W的光量相同。
图9和图10所示的电机驱动型移动机构92也能够应用于图11所示的第二减光器72。动作控制部12构成为，操作电机驱动型移动机构92直到从第一投光光纤36和第二投光光纤37发出的光量彼此相等为止。在第二减光器72安装于第一投光光纤36的情况下，如下所述地调整光量。将未图示的反射体(晶片、虚拟晶片、镜子等)以与第二投光光纤37的顶端34b相对的方式放置于研磨垫1的研磨面1a上，将光从第二投光光纤37引导至反射体，由分光器26测定来自反射体的反射光的强度而取得基准值，将上述反射体以与第一投光光纤36的顶端34a相对的方式放置于研磨垫1的研磨面1a上，将光从第一投光光纤36引导至反射体，由分光器26测定来自反射体的反射光的强度，动作控制部12操作电机驱动型移动机构92的电动机93直到测定出的反射光的强度与上述基准值相同为止。
在第二减光器72不安装于第一投光光纤36，而安装于第二投光光纤37的情况下，也同样地进行光量的调整。即，将上述反射体以与第一投光光纤36的顶端34a相对的方式放置于研磨垫1的研磨面1a上，将光从第一投光光纤36引导至反射体，由分光器26测定来自反射体的反射光的强度而取得基准值，将上述反射体以与第二投光光纤37的顶端34b相对的方式放置于研磨垫1的研磨面1a上，将光从第二投光光纤37引导至反射体，由分光器26测定来自反射体的反射光的强度，动作控制部12操作电机驱动型移动机构92的电动机93直到测定出的反射光的强度与上述基准值相等为止。
图12是表示第一减光器70的其他的实施方式的结构的示意图。未特别地说明的结构与图7所示的结构相同，因此省略其重复的说明。本实施方式的第一减光器70具备配置于光通路81内的光圈(aperture)90。光圈90是具有开口90a的部件。光圈90可拆卸地配置于光通路81内。光圈90位于光通路81的入口81a与光纤保持体82之间。能够通过光圈90的光量依赖于光圈90的开口90a的大小。因此，通过从具有不同大小的开口的多个光圈中适当选择应该使用的光圈，能够调整光量。
根据本实施方式，从光源30发出的光量在两个阶段减少。即，光量首先由光圈90减少，进一步地根据光纤保持体82的相对于基座部件80的相对位置使光量减少。即使在从光源30发出的光量较多的情况下，本实施方式的第一减光器70也能够将光量降低到适当的水平，并能够进行光量的微调整。虽然未图示，但是第二减光器72也可以具备图12所示的实施方式的结构。图9和图10所示的电机驱动型移动机构92也能够应用于图12所示的第一减光器70。
图13是表示光学式膜厚测定器(膜厚测定装置)25的其他的实施方式的放大图。未特别地说明的结构与图6所示的结构相同，因此省略其重复的说明。光学式膜厚测定器25还具有：监控光纤110，该监控光纤110与光源30、分光器26连接；以及第三减光器111，该第三减光器111安装于监控光纤110。监控光纤110的一端经由第一减光器70与光源30连接，监控光纤110的另一端经由光开关115和连接光纤117与分光器26连接。连接光纤117在光开关115与分光器26之间延伸，将光开关115连接于分光器26。
光开关115构成为，将受光光纤50或监控光纤110的任一方经由连接光纤117与分光器26光连接。更具体地，当光开关115工作并将受光光纤50与分光器26光连接时，来自晶片W的反射光通过受光光纤50、光开关115、以及连接光纤117被引导至分光器26。当光开关115工作并将监控光纤110与分光器26光连接时，从光源30发出的光通过监控光纤110、光开关115、以及连接光纤117被引导至分光器26。光开关115的动作由动作控制部12控制。
第一投光光纤36、第二投光光纤37、以及监控光纤110的一部分构成由捆扎件31捆扎的主干光纤35。主干光纤35的端部(即，投光光纤34和监控光纤110的光源侧端部)经由第一减光器70与光源30连接。
受光光纤50具备用捆扎件51捆扎的由多个芯线光纤构成的第一受光光纤56以及用捆扎件52捆扎的由多个芯线光纤构成的第二受光光纤57。受光光纤50的顶端50a、50b由第一受光光纤56和第二受光光纤57的顶端构成。第一受光光纤56和第二受光光纤57与光开关115连接。
当研磨晶片W时，动作控制部12操作光开关115，将受光光纤50与分光器26光连接。更具体地，每当研磨台3旋转一圈时，动作控制部12操作光开关115，将第一受光光纤56和第二受光光纤57交替地与分光器26连接。当第一受光光纤56的顶端50a位于晶片W的下方时，第一受光光纤56与分光器26连接，当第二受光光纤57的顶端50b位于晶片W的下方时，第二受光光纤57与分光器26连接。光开关115也可以应用于图6所示的实施方式。
在本实施方式中，光开关115构成为，将第一受光光纤56、第二受光光纤57、以及监控光纤110中的任一个与分光器26光连接。在一实施方式中，光开关115也可以构成为，将受光光纤56、57或者监控光纤110中的任意一方与分光器26光连接。在这种情况下，在晶片W的研磨中，光通过受光光纤56、57这两者传递到分光器26，但是来自晶片W的反射光以外的光的强度非常低，因此通过仅将具有阈值以上的强度的光使用于膜厚测定，能够进行正确的膜厚测定。
在监控光纤110安装有第三减光器111。该第三减光器111与参照图7和图8进行说明的第一减光器70、或者参照图11进行说明的第二减光器72具有相同的结构，省略其重复的说明。监控光纤110的一端经由第一减光器70与光源30连接，监控光纤110的另一端经由光开关115与分光器26连接。通过第一减光器70来减少光量，以使从光源30发出的光量收敛于分光器26的有效测定范围内，并且进一步地通过第三减光器111来减少光量。第三减光器111也可以具有图12所示的结构。监控光纤110的一端也可以不经由第一减光器70与光源30直接连接。图9和图10所示的电机驱动型移动机构92也能够应用于图13所示的第三减光器111。
通常，光源30的光量随着光源30的使用时间变长而逐渐降低。其结果是，真实的膜厚与测定出的膜厚之间的误差变大。因此，在本实施方式中，光学式膜厚测定器25构成为，根据通过监控光纤110被引导至分光器26的光的强度，对来自晶片W的反射光的强度进行修正，并对光源30的光量的降低进行补偿。
处理部27代替上述数学式(1)使用以下的修正数学式(2)来计算反射光的修正后的强度。
【数学式2】
此处，R'(λ)是修正后的反射光的强度，即表示修正后的相对反射率，E(λ)表示来自研磨的晶片W的反射光的波长λ处的强度，B(λ)表示波长λ处的基准强度，D1(λ)表示在即将测定基准强度B(λ)之前或者刚测定出基准强度B(λ)之后在阻断光的条件下测定出的波长λ处的黑位准，F(λ)表示在即将测定基准强度B(λ)之前或者刚测定出基准强度B(λ)之后通过监控光纤110被引导至分光器26的光的波长λ处的强度，D2(λ)表示在即将测定强度F(λ)之前或者刚测定出强度F(λ)之后在阻断光的条件下测定出的波长λ处的黑位准，G(λ)表示在测定强度E(λ)之前通过监控光纤110被引导至分光器26的光的波长λ处的强度，D3(λ)表示在测定强度E(λ)之前且在即将测定强度G(λ)之前或者刚测定出强度G(λ)之后在阻断光的条件下测定出的波长λ处的黑位准。
在规定的波长范围内在各波长处测定E(λ)、B(λ)、D1(λ)、F(λ)、D2(λ)、G(λ)、D3(λ)。能够通过用内置于分光器26的开闭器(未图示)遮挡光而制造用于测定黑位准D1(λ)、D2(λ)、D3(λ)的阻断光的环境。
处理部27将用于修正来自晶片W的反射光的强度的上述修正式预先存储于内部。该修正式是至少将来自晶片W的反射光的强度和通过监控光纤110被引导至分光器26的光的强度作为变量而包含的函数。基准强度B(λ)是对各波长预先测定出的光的强度。例如，基准强度B(λ)通过直接测定从第一传感器头61或者第二传感器头62发出的光的强度而获得，或者通过将光从第一传感器头61或者第二传感器头62照射至镜子，并测定来自镜子的反射光的强度而获得。或者，基准强度B(λ)也可以是，当在研磨垫1上在水的存在下对未形成有膜的硅晶片(裸晶片)进行水研磨时由分光器26测定出的来自硅晶片的反射光的强度，或者当将上述硅晶片(裸晶片)放置于研磨垫1上时由分光器26测定出的来自硅晶片的反射光的强度。为了获得基准强度B(λ)的正确的值，基准强度B(λ)也可以是在相同条件下测定出的光的强度的多个值的平均值。
基准强度B(λ)、黑位准D1(λ)、强度F(λ)、黑位准D2(λ)被预先测定，并作为常数预先输入上述修正数学式。强度E(λ)在晶片W的研磨中被测定。强度G(λ)和黑位准D3(λ)在晶片W的研磨前(优选即将研磨晶片W之前)被测定。例如，在使晶片W被研磨头5保持前，处理部27操作光开关115，将监控光纤110与分光器26连接，将光源30的光通过监控光纤110引导至分光器26。分光器26测定强度G(λ)和黑位准D3(λ)，并将这些测定值传送至处理部27。处理部27将强度G(λ)和黑位准D3(λ)的测定值输入上述修正式。当强度G(λ)和黑位准D3(λ)的测定结束时，处理部27操作光开关115并将受光光纤50与分光器26连接。之后，晶片W被研磨，在晶片W的研磨中由分光器26测定强度E(λ)。
在晶片W的研磨中，处理部27将强度E(λ)的测定值输入上述修正式，并在各波长中计算出修正后的相对反射率R'(λ)。更具体地，处理部27在规定的波长范围中计算出修正后的相对反射率R'(λ)。因此，处理部27能够制作表示修正后的相对反射率(即修正后的光的强度)与光的波长的关系的分光波形。处理部27用参照图3～图5进行说明的方法根据分光波形确定晶片W的膜厚。分光波形是根据修正后的光的强度制作出的，因此处理部27能够确定晶片W的正确的膜厚。
图14是进一步地表示光学式膜厚测定器(膜厚测定装置)25的其他的实施方式的放大图。未特别地说明的结构与图6所示的结构相同，省略其重复的说明。本实施方式的光学式膜厚测定器25仅具备一个传感器头61。构成投光光纤34的多个芯线光纤的端部由捆扎件31、32捆扎。构成受光光纤50的多个芯线光纤的端部由捆扎件51、52捆扎。
在投光光纤34安装有减光器120。该减光器120具有与参照图7和图8进行说明的第一减光器70或者参照图11进行说明的第二减光器72相同的结构，因此省略其重复的说明。从光源30发出的光量由减光器120调整(减少)。减光器120也可以具有图12所示的结构。
图9和图10所示的电机驱动型移动机构92也能够应用于图14所示的减光器120。动作控制部12构成为，操作电机驱动型移动机构92直到从投光光纤34发出的光量达到目标值为止。具体而言，将未图示的反射体(晶片、虚拟晶片、镜子等)放置于研磨垫1的研磨面1a上，将光从投光光纤34引导至反射体，由分光器26测定来自反射体的反射光的强度，动作控制部12操作电机驱动型移动机构92的电动机93直到测定出的反射光的强度达到与上述目标值对应的设定值为止。
上述的实施方式是以使具有本发明所属的技术领域的公知常识的人能够实施本发明为目的而记载的。当然，上述实施方式的各种变形例是本领域技术人员能够实现的，并且本发明的技术思想也能够应用于其他的实施方式。因此，本发明不限定于记载的实施方式，根据由发明所要保护的范围定义的技术思想在最广泛的范围解释。

Claims (15)

1.一种研磨装置，其特征在于，具备：
研磨台，该研磨台用于支承研磨垫；
研磨头，该研磨头用于将晶片向所述研磨垫按压；
光源；
投光光纤，该投光光纤具有配置于所述研磨台内的不同位置的多个顶端；
受光光纤，该受光光纤具有配置于所述研磨台内的所述不同位置的多个顶端；
分光器，该分光器与所述受光光纤连接，根据波长对通过所述受光光纤传送的来自晶片的反射光进行分解并测定各波长处的反射光的强度；
处理部，该处理部基于表示所述反射光的强度与波长的关系的分光波形确定晶片的膜厚；以及
第一减光器和第二减光器，该第一减光器和第二减光器安装于所述投光光纤，
所述投光光纤具有第一投光光纤和第二投光光纤，
所述第一投光光纤和所述第二投光光纤的一端与所述光源连接，
所述第一投光光纤和所述第二投光光纤的另一端构成配置于所述不同位置的所述投光光纤的顶端，
所述第一减光器安装于所述第一投光光纤和所述第二投光光纤，所述第二减光器安装于所述第一投光光纤和所述第二投光光纤中的至少一个。
2.如权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，
所述第一减光器和所述第二减光器分别具备：
基座部件，在该基座部件的内部形成有光通路；
光纤保持体，该光纤保持体插入于所述光通路；以及
相对位置调节机构，该相对位置调节机构对所述光纤保持体的相对于所述基座部件的相对位置进行调节。
3.如权利要求2所述的研磨装置，其特征在于，
在所述光纤保持体的外表面附有刻度。
4.如权利要求2所述的研磨装置，其特征在于，
所述相对位置调节机构具备使所述光纤保持体相对于所述基座部件移动的电机驱动型移动机构。
5.如权利要求4所述的研磨装置，其特征在于，
还具备动作控制部，该动作控制部操作所述第一减光器的所述电机驱动型移动机构直到从所述投光光纤发出的光量达到目标值为止。
6.如权利要求4所述的研磨装置，其特征在于，
还具备动作控制部，该动作控制部操作所述第二减光器的所述电机驱动型移动机构直到从所述第一投光光纤和所述第二投光光纤发出的光量彼此相等为止。
7.如权利要求2所述的研磨装置，其特征在于，
所述第一减光器和所述第二减光器分别还具备配置于所述光通路的光圈。
8.如权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，
所述第一投光光纤和所述第二投光光纤的一部分被捆扎并构成主干光纤，
所述第一投光光纤和所述第二投光光纤的其他的部分构成从所述主干光纤分支的多个分支光纤，
所述第一减光器安装于所述主干光纤，所述第二减光器安装于所述多个分支光纤中的至少一个。
9.如权利要求1～8中任一项所述的研磨装置，其特征在于，还具备：
监控光纤，该监控光纤与所述光源、所述分光器连接；以及
第三减光器，该第三减光器安装于所述监控光纤。
10.一种研磨装置，其特征在于，具备：
研磨台，该研磨台用于支承研磨垫；
研磨头，该研磨头用于将晶片向所述研磨垫按压；
光源；
投光光纤，该投光光纤具有配置于所述研磨台内的规定位置的顶端；
受光光纤，该受光光纤具有配置于所述研磨台内的所述规定位置的顶端；
分光器，该分光器与所述受光光纤连接，根据波长对通过所述受光光纤传送的来自晶片的反射光进行分解并测定各波长处的反射光的强度；
处理部，该处理部基于表示所述反射光的强度与波长的关系的分光波形确定晶片的膜厚；以及
减光器，该减光器安装于所述投光光纤。
11.如权利要求10所述的研磨装置，其特征在于，
所述减光器具备：
基座部件，在该基座部件的内部形成有光通路；
光纤保持体，该光纤保持体插入于所述光通路；以及
相对位置调节机构，该相对位置调节机构对所述光纤保持体的相对于所述基座部件的相对位置进行调节。
12.如权利要求11所述的研磨装置，其特征在于，
在所述光纤保持体的外表面附有刻度。
13.如权利要求11所述的研磨装置，其特征在于，
所述相对位置调节机构具备使所述光纤保持体相对于所述基座部件移动的电机驱动型移动机构。
14.如权利要求13所述的研磨装置，其特征在于，
还具备动作控制部，该动作控制部操作所述电机驱动型移动机构直到从所述投光光纤发出的光量达到目标值为止。
15.如权利要求11～14中任一项所述的研磨装置，其特征在于，
所述减光器还具备配置于所述光通路的光圈。
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