JP2002181514A - 測定装置、研磨状況モニタ装置、研磨装置、半導体デバイス製造方法、並びに半導体デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被測定物表面の傾斜誤差に対して、被測定物
表面からの反射光の検出誤差を低減する。 【解決手段】 照明光学系を構成するレンズ系２４，２
６は、照明光を発する面光源部２３ｂと、被測定物２の
表面の被照明領域付近の部分とを、互いに略共役とす
る。レンズ系２４，２６は、照明光の光線束を被測定物
２の表面に対して斜めに入射させる。検出光学系を構成
するレンズ系２７，２８は、被測定物２の表面の被照明
領域付近の部分と、検出部３０の受光センサの入射瞳を
なす光ファイバ２９の入射端面２９ａとを、互いに略共
役とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、ＵＬＳＩ
などの半導体デバイスを製造する方法において、半導体
デバイスの平坦化研磨（例えば、半導体ウエハ表面の絶
縁層あるいは金属層の除去工程）等に用いるのに好適な
研磨状況モニタ装置、測定装置、研磨装置、半導体デバ
イス製造方法、及び半導体デバイスに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイス等の表面のグロー
バル平坦化技術として、化学的機械的研磨（Chemical M
echanical Polishing又はChemical Mechanical Planari
zation、以下ではＣＭＰと称す）技術が採用されてい
る。ＣＭＰは、物理的研磨に化学的な作用（研磨剤、溶
液による溶かし出し）を併用してウエハの表面凹凸を除
いていく工程である。ＣＭＰによる研磨を行う研磨装置
は、研磨体と、研磨対象物を保持する保持部とを備え、
前記研磨体と前記研磨対象物との間に研磨剤を介在させ
た状態で、前記研磨体と前記研磨対象物との間に荷重を
加え、かつ相対移動させることにより、前記研磨対象物
を研磨する。

【０００３】ＣＭＰ技術では、研磨工程を行いながらの
（in-situの）研磨状況のモニタ（研磨量、膜厚又は研
磨終了点の検出等）が課題となっており、これは、工程
効率化のためにも要請が大きい。

【０００４】そこで、最近では、光学測定、すなわち、
分光によらない反射光測定や分光反射測定による研磨状
況のモニタ（in-situ終点判定及びin-situ膜厚計測な
ど）が有効とされている（特許第２５６１８１２号公
報、特開平１１−３３９０１号公報等）。

【０００５】ここで、特開平１１−３３９０１号公報に
開示された研磨状況モニタ装置の測定光学系５０につい
て、図８を参照して説明する。図８は、この従来の研磨
状況モニタ装置の測定光学系５０を示す概略構成図であ
る。

【０００６】図８において、照明光源であるＸｅランプ
（キセノンランプ）５１からの光は、レンズ５２により
平行光束に変換され、スリット５３を通った後、レンズ
５４によりビームスプリッタ５５に集光される。ビーム
スプリッタ５５を通過した光は、レンズ５６により再び
平行光束とされ、ウエハ２の被研磨面（被測定物表面）
に垂直に照射される。

【０００７】その反射光は、再びレンズ５６を通してビ
ームスプリッタ５５に集光される。ビームスプリッタ５
５において、反射光は９０°方向を変えられ、レンズ５
７により平行光束とされる。そして、反射鏡５８で反射
され、レンズ５９で遮光板６０のピンホール６０ａ上に
集光される。そして、遮光板６０により散乱光、回折光
等のノイズ成分が除去され、ピンホール６０ａを通過し
た光（正反射光（０次光））は、レンズ６１を介して分
光器としての回折格子６２に投射され、分光される。分
光された光は、受光センサとしてのリニアセンサ６３に
入射し、分光強度（波長ごとの強度、すなわち、スペク
トル）が測定される。

【０００８】この測定光学系では、前記要素５１〜５６
が、光源５１からの照明光をウエハ２の被研磨面に導く
照明光学系を構成している。前記要素５６〜６２が、ウ
エハ２の被研磨面からの反射光をリニアセンサ６３に導
く検出光学系を構成している。遮光板６０のピンホール
６０ａが、リニアセンサ６３の入射瞳となっている。

【０００９】そして、この測定光学系を用いた研磨状況
モニタ装置では、ＣＭＰにおいて、リニアセンサ６３か
らの信号に基づいて、ウエハ２の分光反射率の変化によ
り膜厚、研磨量又は研磨終了点を研磨中に検知する。

【００１０】また、このような研磨状況モニタ装置以外
にも、測定光を被測定物表面に照射し、前記被測定物表
面からの反射光を受光し、受光した反射光に基づいて膜
厚測定又は他の所定の測定を行う種々の測定装置があ
る。これらの測定装置においても、前述したような測定
光学系が用いられていた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の研磨状況モ
ニタ装置等で用いられている従来の測定光学系では、被
測定物表面（ウエハ２の被研磨面等）からの反射光を効
率良く受光センサ６３に導くために、前述したように、
ほぼ平行光束とした照明光を被測定物表面に対して垂直
に照射し、被測定物表面にて垂直に反射させることで、
その反射光を、入射した照明光と同じ道筋を逆戻りさせ
た後に、ビームスプリッタ５５で分岐して受光センサ６
３に導いていた。

【００１２】しかしながら、被測定物表面が傾いてしま
うと、被測定物表面からの反射光の遮光板６０上の集光
位置がピンホール６０ａ（受光センサ６３の入射瞳）の
位置から光軸と垂直な方向にずれてしまい、反射光の光
線束の一部が遮光板６０でけられ、受光センサ６３に到
達する光量が低下してしまう。したがって、前記従来の
測定光学系では、被測定物表面の傾斜誤差に対して被測
定物表面からの反射光の検出誤差が大きかった。

【００１３】このため、前記従来の測定光学系を用いた
測定装置では、被測定物表面の傾斜と測定光学系との位
置関係を厳密に設定する必要があり、測定光学系のアラ
イメントに手数を要していた。また、被測定物表面の各
部分ごとに傾斜が異なっているような場合には、照明光
を照射する部分によって受光センサ６３から得られる検
出信号が異なることとなり、安定した精度の良い測定を
行うことができなかった。以上の点は、測定中に被測定
物表面がその面方向に動くような場合のみならず、被測
定物表面がしっかり固定されて測定中に動かない場合
も、同様である。

【００１４】研磨中に研磨状況をモニタする研磨状況モ
ニタ装置において用いられる測定装置などのように、測
定中に被測定物表面（ウエハ２の被研磨面等）がモータ
等により駆動されてその面方向に動く場合には、被測定
物表面の傾斜誤差に対して被測定物表面からの反射光の
検出誤差が大きいことによる不都合は、更に増大してい
た。すなわち、被測定物表面が動くと、振動により被測
定物表面の被照明領域の傾斜が変動するとともに、被測
定物表面の被照明領域が被測定物表面の異なる部分（誤
差により各部分の傾斜は異なる場合がある。）に変わっ
ていくので、被測定物表面からの反射光の検出誤差が特
に増大していた。このため、測定が一層不安定となり測
定の精度も一層低下していた。

【００１５】また、研磨状況モニタ装置において用いら
れる測定装置の測定光学系は、研磨装置に対して装着さ
れることになるが、前述したように被測定物表面の傾斜
と測定光学系との位置関係を厳密に設定する必要がある
ため、測定光学系を研磨装置に装着する際の装着精度を
高くしなければならず、測定光学系の脱着が困難であっ
た。このため、測定光学系を被測定物表面の種類等に応
じて適宜交換するようなことは困難であった。

【００１６】また、前述した従来の測定光学系では、照
明光は、光源５１を発してからセンサ６３に到達するま
での間に、ビームスプリッタ５５を２回通過するので、
ビームスプリッタ５５において光量の低下を招く。この
ため、被測定物表面からの反射光の検出のＳ／Ｎが低下
し、測定精度が低下していた。また、ビームスプリッタ
５５を要しているので、その分、コストアップを免れな
かった。

【００１７】本発明は、前述した事情に鑑みてなされた
もので、被測定物表面の傾斜誤差に対して被測定物表面
からの反射光の検出誤差を低減することができ、ひいて
は、安定して高い精度で膜厚測定又は他の所定の測定を
行うことができるとともに、光学系のアライメントを容
易に行うことができる測定装置を提供することを目的と
する。また、本発明は、このような利点を得ることがで
きると同時に、信号光の光量低下を低減して測定精度を
向上させることができるとともに、部品点数を減らして
コストダウンを図ることができる測定装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１８】さらに、本発明は、安定して高い精度で研
磨状況をモニタすることができるとともに測定光学系の
装着精度をさほど要しない研磨状況モニタ装置、及びこ
れを用いた研磨装置を提供することを目的とする。さら
にまた、本発明は、このような利点を得ることができる
と同時に、信号光の光量低下を低減して測定精度を向上
させることができるとともに、部品点数を減らしてコス
トダウンを図ることができる研磨状況モニタ装置、及び
これを用いた研磨装置を提供することを目的とする。

【００１９】また、本発明は、研磨状況をより精度良く
モニタすることによって一層工程効率化を図り、それに
より従来の半導体デバイス製造方法に比べて低コストで
半導体デバイスを製造することができる半導体デバイス
製造方法、及び低コストの半導体デバイスを提供するこ
とを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の第１の態様による測定装置は、面光源部
と、該面光源部からの照明光を被測定物表面に導く照明
光学系と、前記被測定物表面からの反射光を受光センサ
に導く検出光学系と、を備え、前記受光センサからの信
号に基づいて分光手段を用いて膜厚測定又は前記被測定
物表面の分光反射率の測定を行う測定装置において、前
記照明光学系は、少なくとも測光状態において、光軸を
含む少なくとも１つの面内において、前記面光源部と前
記被測定物表面の被照明領域付近の部分とを互いに略共
役とし、前記検出光学系は、少なくとも測光状態におい
て、前記少なくとも１つの面内において、前記被測定物
表面の被照明領域付近の部分と前記受光センサの入射瞳
とを互いに略共役とし、前記照明光学系は、前記照明光
の光線束を前記被測定物表面に対して斜めに入射させる
ものである。

【００２１】この第１の態様によれば、少なくとも１つ
の面内において、面光源部と被測定物表面の被照明領域
付近の部分と受光センサの入射瞳とが互いに略共役とな
るので、被測定物表面が少々傾いたとしても、受光セン
サの入射瞳付近に結ぶ面光源部の像の位置変動がほとん
どない。よって、被測定物表面の傾斜誤差に対して被測
定物表面からの反射光の検出誤差を低減することがで
き、ひいては、安定して高い精度で膜厚測定又は他の所
定の測定を行うことができるとともに、光学系のアライ
メントを容易に行うことができる。

【００２２】また、前記第１の態様によれば、照明光の
光線束が被測定物表面に対して斜めに入射されるので、
後述する第３の態様のように、被測定物表面からの反射
光を照明光学系から分離するための光路分割部材（図８
中のビームスプリッタ５５に相当）を用いることなし
に、前記反射光を受光センサに導くことも、必要に応じ
て可能となる。

【００２３】本発明の第２の態様による測定装置は、前
記第１の態様において、前記検出光学系の瞳の前記少な
くとも１つの面内における大きさは、前記照明光学系の
瞳の前記少なくとも１つの面内における大きさより大き
いものである。

【００２４】前記第１の態様では、被測定物表面が少々
傾いたとしても被測定物表面からの反射光の光線束の一
部が検出光学系においてけられないように、検出光学系
の瞳を大きく設定することが好ましい。この場合、前記
第２の態様のように、検出光学系の瞳を照明光学系の瞳
より大きく設定することになる。

【００２５】本発明の第３の態様による測定装置は、前
記第１又は第２の態様において、前記検出光学系は、前
記被測定物表面からの反射光を前記照明光学系から分離
するための光路分割部材を用いることなしに、前記反射
光を前記受光センサに導くものである。

【００２６】この第３の態様のように、ビームスプリッ
タやハーフミラーなどの光路分割部材を用いなければ、
その分だけ光量のロスがなくなって被測定物表面からの
反射光の検出のＳ／Ｎが向上して測定精度が向上すると
ともに、部品点数が減ってコストダウンを図ることがで
きる。

【００２７】本発明の第４の態様による測定装置は、前
記第１乃至第３のいずれかの態様において、前記照明光
学系の一部と前記検出光学系の一部とが兼用され、前記
照明光学系の光線と前記検出光学系の光線が、兼用され
た光学系の別の所を通過するものである。

【００２８】この第４の態様のように、照明光学系の一
部と検出光学系の一部とを兼用すると、部品点数が減
り、コストダウンを図ることができる。ところで、照明
光の光線束を前記被測定物表面に対して入射させる傾斜
角度は、被測定物表面の被照明領域付近の部分と受光セ
ンサの入射瞳との共役関係を維持する上で、極力小さい
方が好ましい。この点、前記第４の態様のように、照明
光学系の一部と検出光学系の一部とを兼用することは、
前記傾斜角度を極力小さくするためにも、好ましい。

【００２９】本発明の第５の態様による測定装置は、前
記第１乃至第４のいずれかの態様による測定装置におい
て、前記照明光学系は第１及び第２のレンズ系を有し、
前記第１及び第２のレンズ系は、前記面光源部からの光
が前記第１のレンズ系を通過した後に前記第２のレンズ
系を通過し、前記第１のレンズ系の前側焦点の付近に前
記面光源部が位置し、かつ、前記第２のレンズ系の後側
焦点の付近に前記被測定物表面の被照明領域付近の部分
が位置するように、配置されたものである。前記第１及
び第２のレンズ系は、球面レンズで構成してもよいし、
シリンドリカルレンズで構成してもよい。

【００３０】この第５の態様は、照明光学系の一例を挙
げたものであるが、前記第１乃至第４の態様では、照明
光学系の構成は特に限定されるものではなく、例えば、
単一のレンズ系で構成することも可能である。

【００３１】本発明の第６の態様による測定装置は、前
記第１乃至第５のいずれかの態様において、前記検出光
学系は第３及び第４のレンズ系を有し、前記第３及び第
４のレンズ系は、前記被測定物表面からの反射光が前記
第３のレンズ系を通過した後に前記第４のレンズ系を通
過し、前記第３のレンズ系の前側焦点の付近に前記被測
定物表面の被照明領域付近の部分が位置し、かつ、前記
第４のレンズ系の後側焦点の付近に前記受光センサの入
射瞳が位置するように、配置されたものである。前記第
３及び第４のレンズ系は、球面レンズで構成してもよい
し、後述する第７の態様のようにシリンドリカルレンズ
で構成してもよい。

【００３２】この第６の態様は、検出光学系の一例を挙
げたものであるが、前記第１乃至第４の態様では、検出
光学系の構成は特に限定されるものではなく、例えば、
単一のレンズ系で構成することも可能である。

【００３３】本発明の第７の態様による測定装置は、前
記第６の態様において、前記第３及び第４のレンズ系は
それぞれシリンドリカルレンズであり、前記第３及び第
４のレンズ系は、前記被測定物表面の被照明領域付近の
部分と前記受光センサの入射瞳とが、光軸を含む第１の
面内において互いに略共役となるように、配置されたも
のである。この第７の態様は、シリンドリカルレンズを
用いた検出光学系の構成例を挙げたものである。

【００３４】本発明の第８の態様による測定装置は、前
記第７の態様において、前記検出光学系は、光軸を含み
前記第１の面と垂直な第２の面内において、前記受光セ
ンサの入射瞳に入射する光を平行にするシリンドリカル
レンズを、有するものである。

【００３５】この第８の態様のようにシリンドリカルレ
ンズを追加すると、受光センサの入射瞳に入射する光が
第２の面内において平行になるので、例えば、受光セン
サの入射瞳の形状が１次元状である場合に当該１次元方
向に合わせて被測定物表面からの反射光を入射させるこ
とができ、好ましい。、

【００３６】本発明の第９の態様による測定装置は、前
記第１乃至第４のいずれかの態様において、前記照明光
学系は第１のレンズ系を有し、前記照明光学系の一部と
前記検出光学系の一部とを兼ねる第２のレンズ系を有
し、前記検出光学系は第３のレンズ系を有し、前記第１
及び第２のレンズ系は協働して前記面光源部と前記被測
定物表面の被照明領域付近の部分とを互いに略共役と
し、前記第２及び第３のレンズ系は協働して前記被測定
物表面の被照明領域付近の部分と前記受光センサの入射
瞳とを互いに略共役とし、前記面光源部からの照明光
が、前記第１のレンズ系を通過した後に、前記第２のレ
ンズ系をその光軸に関して一方の側の領域において通過
し、前記被測定物表面からの反射光が、前記第２のレン
ズ系をその光軸に関して他方の側の領域において通過し
た後に、前記第３レンズ系を通過するものである。

【００３７】照明光学系及び検出光学系をこの第９の態
様のように構成すると、構成が簡単となるとともに、被
測定物表面上及び受光センサの入射瞳上での面光源部の
像の倍率の設定等を適切に行うことができ、実用上好ま
しい。

【００３８】本発明の第１０の態様による測定装置は、
前記第９の態様において、前記第１のレンズ系の前側焦
点の付近に前記面光源部が位置し、前記第２のレンズ系
の後側焦点の付近に前記被測定物表面の被照明領域付近
の部分が位置し、前記第３のレンズ系の後側焦点の付近
に前記受光センサの入射瞳が位置するものである。

【００３９】この第１０の態様のように位置関係を定め
れば、第１のレンズ系と第２のレンズ系との間隔及び第
２のレンズ系と第３のレンズ系との間隔を、適宜所望の
間隔に設定することができ、好ましい。

【００４０】本発明の第１１の態様による測定装置は、
前記第１乃至第１０のいずれかの態様において、前記照
明光学系は、前記被測定物表面に照射される照明光の光
束の開口数を設定する絞りを有するものである。

【００４１】特開平２０００−２４１１２６号公報に開
示されているように、例えば、被測定物表面が半導体ウ
エハ表面である場合に、ウエハの例えば絶縁層の反射特
性から膜厚を検知するときに、被測定物表面に入射する
照明光の光束の開口数（ＮＡ）を適当な値に設定するこ
とで、照明光の空間コヒーレンス長を所望の値に設定す
ることが好ましい。前記第１１の態様によれば、前記絞
りを備えているので、前記絞りの内径を適度に選択する
ことにより、照明光の空間コヒーレンス長を所望の値に
簡単に設定することができ、好ましい。

【００４２】なお、前記絞りの光軸方向の位置は、被測
定物表面に対し照明側光線が照射する光線の射出瞳を適
当な位置に定める場所が良く、当該射出瞳が無限遠又は
検出用光学系側の適当な場所に位置するように定めるこ
とが好ましい。

【００４３】本発明の第１２の態様による測定装置は、
前記第１乃至第１１のいずれかの態様において、前記被
測定物が、少なくとも測光状態において、実質的に前記
被測定物表面の方向に、前記照明光学系及び前記検出光
学系に対して相対的に移動するものである。

【００４４】前記第１乃至第１１の態様では、被測定物
は照明光学系及び検出光学系に対して固定されるもので
あってもよいが、前記第１２の態様のように、被測定物
が相対的に移動する場合には、特に、測定の安定化と高
精度化の効果が顕著となる。

【００４５】本発明の第１３の態様による測定装置は、
前記第１乃至第１２の態様のいずれかの態様において、
前記面光源部からの光は複数の波長成分を含み、前記受
光センサは前記反射光の分光特性を示す信号を出力する
ものである。

【００４６】この第１３の態様のように反射光の分光特
性を計測するようにしてもよいが、前記第１乃至第１２
の態様では、前記受光センサが分光によらない反射光の
強度を示す信号をも出力するようにし、分光特性と、い
わゆる単なる反射強度又は反射率の計測を併用するよう
にしてもよい。

【００４７】本発明の第１４の態様による測定装置は、
前記第１乃至第１３のいずれかの態様において、前記面
光源部をなす光源又は前記面光源部を形成するために用
いられる光源として白色ＬＥＤが用いられ、前記照明光
として少なくとも可視光を前記被測定物表面に照射可能
であるものである。

【００４８】本発明の第１５の態様による測定装置は、
前記第１乃至第１３のいずれかの態様において、前記面
光源部をなす光源又は前記面光源部を形成するために用
いられる光源としてＸｅランプが用いられ、前記照明光
として少なくとも可視光を前記被測定物表面に照射可能
であるものである。

【００４９】前記第１乃至第１３の態様では、面光源部
と被測定物表面の被照明領域付近の部分とが略共役とさ
れているので、面光源部の輝度むらが被測定物表面の被
照明領域の光量むらとなる。被測定物表面の被照明領域
に光量ムラがあると、被測定物表面付近の微妙な状態を
検知する際の判断エラーを生ずる可能性があり、測定精
度が低下するおそれがある。この点、前記第１４及び第
１５の態様のように白色ＬＥＤやＸｅランプを用いる
と、白色ＬＥＤやＸｅランプは、発光面自身の面内均一
性が高く、しかも、前記第１３の態様のような分光測定
に対しても適当な波長成分を有しているため、好まし
い。特に、白色ＬＥＤは、長寿命、低消費電力等の点か
らも好ましい。

【００５０】本発明の第１６の態様による測定装置は、
前記第１乃至第１５のいずれかの態様において、前記面
光源部をなす光源又は前記面光源部を形成するために用
いられる光源は、少なくとも４５０ｎｍから７００ｎｍ
の可視波長領域に連続的又は離散的なスペクトルを有す
る光を発するものである。

【００５１】この第１６の態様のように、光源が４５０
ｎｍから７００ｎｍの可視波長領域に連続的又は離散的
なスペクトルを有する光を発すれば、前記第１３の態様
のような分光測定に対しても好ましい。

【００５２】本発明の第１７の態様による測定装置は、
前記第１乃至第１６のいずれかの態様において、前記照
明光学系及び前記検出光学系を含む測定光学系が着脱可
能又は複数装着可能であり、前記被測定物の種類に応じ
た測定光学系を選択的に使用して膜厚測定又は前記被測
定物表面の分光反射率の測定を行い得るように構成され
たものである。

【００５３】被測定物の種類に応じて、測定光学系の特
性を変えることが好ましい場合がある。例えば、被測定
物が半導体ウエハである場合、パターン構造の状態によ
っては、照明光の波長を変えたり、照射領域の大きさを
変えたり、被測定物表面に照射される照明光の光束の開
口数を変えたりすることが好ましい場合がある。前記第
１７の態様では、被測定物の種類に応じた測定光学系を
選択的に使用して膜厚測定又は他の所定の測定を行い得
るので、好ましい。そして、既に説明したように、測定
光学系のアライメントを簡単に行うことができるため、
測定光学系の交換等が容易となる。

【００５４】本発明の第１８の態様による研磨状況モニ
タ装置は、研磨体と研磨対象物との間に研磨剤を介在さ
せた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物との間に荷重
を加え、かつ相対移動させることにより、前記研磨対象
物を研磨する際に、その研磨状況をその研磨中にモニタ
する研磨状況モニタ装置であって、測定光を前記研磨対
象物の被研磨面に照射し、前記被研磨面からの反射光に
基づいて、前記研磨状況をモニタする研磨状況モニタ装
置において、前記第１乃至第１７のいずれかの態様によ
る測定装置を含むものである。

【００５５】この第１８の態様によれば、前記第１乃至
第１７のいずれかの態様による測定装置を含むので、安
定して高い精度で研磨状況をモニタすることができると
ともに、測定光学系の装着精度をさほど要しない。ま
た、前記第１８の態様によれば、このような利点を得る
ことができると同時に、信号光の光量低下を低減して測
定精度を向上させることができるとともに、部品点数を
減らしてコストダウンを図ることも、必要に応じて可能
になる。

【００５６】本発明の第１９の態様による研磨装置は、
研磨体と、研磨対象物を保持する保持部とを備え、前記
研磨体と前記研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状
態で、前記研磨体と前記研磨対象物との間に荷重を加
え、かつ相対移動させることにより、前記研磨対象物を
研磨する研磨装置において、前記第１８の態様による研
磨状況モニタ装置を備えたものである。この第１９の態
様によれば、第１８の態様による研磨状況モニタ装置を
備えているので、研磨状況を精度良くモニタすることが
できることから、研磨工程の工程効率化を図ることがで
きる。

【００５７】本発明の第２０の態様による研磨装置は、
前記第１９の態様において、前記研磨状況モニタ装置か
らの情報（信号）に基づいて、研磨終了点を認識し、研
磨を終了する機能を備えたものである。この第２０の態
様によれば、研磨終了点において精度良く研磨を終了さ
せることができる。

【００５８】本発明の第２１の態様による半導体デバイ
ス製造方法は、前記第１９又は第２０の態様による研磨
装置を用いて半導体ウエハの表面を平坦化する工程を有
するものである。この第２１の態様によれば、研磨状況
を精度良くモニタすることによって工程効率化を図り、
それにより従来の半導体デバイス製造方法に比べて低コ
ストで半導体デバイスを製造することができる。

【００５９】本発明の第２２の態様による半導体デバイ
スは、前記第２１の態様による半導体デバイス製造方法
により製造されるものである。この第２２の態様によれ
ば、低コストの半導体デバイスを提供することができ
る。

【００６０】

【発明の実施の形態】以下、本発明による測定装置、研
磨状況モニタ装置、研磨装置、半導体デバイス製造方
法、並びに半導体デバイスについて、図面を参照して説
明する。

【００６１】［第１の実施の形態］

【００６２】図１は、本発明の第１の実施の形態による
研磨装置を模式的に示す概略構成図である。図２は、こ
の研磨装置の測定光学系１０を模式的に示す概略構成図
である。

【００６３】この研磨装置は、研磨部材１と、該研磨部
材１の下側に研磨対象物としてのプロセスウエハ２を保
持する研磨対象物保持部３（以下、ウエハホルダと称
す）と、ウエハ２上に研磨剤（スラリー）４を供給する
研磨剤供給部５とを備えている。

【００６４】研磨部材１は、研磨定盤６の下面に研磨体
（研磨パッド）７を設置したものであり、図示しない機
構によって、図１中の矢印で示すように、回転、上下動
及び左右に揺動（往復動）できるようになっている。研
磨体７としては、例えば、シート状の発泡ポリウレタ
ン、あるいは表面に溝構造を有した無発泡樹脂などを用
いることができる。

【００６５】ウエハ２は、ウエハホルダ３上に保持さ
れ、ウエハ２の上面が被研磨面となっている。ウエハホ
ルダ３は、アクチュエータとして電動モータを用いた図
示しない機構によって、図１中の矢印で示すように、回
転できるようになっている。

【００６６】ここで、この研磨装置によるウエハ２の研
磨について説明する。研磨部材１は、回転しながら揺動
して、ウエハホルダ３上のウエハ２の上面に所定の圧力
で押し付けられる。ウエハホルダ３を回転させてウエハ
２も回転させ、ウエハ２と研磨部材１との間で相対運動
を行わせる。この状態で、研磨剤４が研磨剤供給部５か
らウエハ２上に供給され、研磨剤４はウエハ２上で拡散
し、研磨部材１とウエハ２の相対運動に伴って研磨体７
とウエハ２との間に入り込み、ウエハ２の被研磨面を研
磨する。すなわち、研磨部材１とウエハ２の相対運動に
よる機械的研磨と、研磨剤４の化学的作用が相乗的に作
用して良好な研磨が行われる。

【００６７】また、この研磨装置は、図１に示すよう
に、研磨状況モニタ装置を構成する測定光学系１０、パ
ーソナルコンピュータ等からなる信号処理部１１、及び
モニタ結果を表示するＣＲＴ等の表示部１２も備えてい
る。

【００６８】測定光学系１０は、ウエハ２の被研磨面
（上面）における研磨部材１から露出した部分（以下、
露出部分という）に測定光を照射し、ウエハ２の被研磨
面（被測定物表面）にて反射された反射光を受光センサ
で受光し反射光に関する検出信号を得る。この検出信号
が、モニタ信号として、信号処理部１１に取り込まれ
る。信号処理部１１は、前記検出信号に基づいて、研磨
状況をモニタする処理を行う。例えば、信号処理部１１
は、表示部１２に研磨状況を表示させたり、研磨終了点
の判定を行い、研磨終了点を検知したときに研磨動作を
終了させる指令を当該研磨装置の制御部に発したりす
る。

【００６９】ここで、測定光学系１０について、図２を
参照して詳述する。図２において、光源としての白色Ｌ
ＥＤ２１から出た光は、集光レンズ２２により光ファイ
バ２３の入射端面２３ａに集光され、光ファイバ２３を
通過して、その出射端面２３ｂから出射される。出射端
面２３ｂは、例えば、直径φ１＝０．５ｍｍの円形形状
を持つ。出射端面２３ｂから出た光は、出射端面２３ｂ
の面内の各点から光軸と平行な方向を中心にして、一定
の広がりをもつ光線を発し、出射端面２３ｂの面内の光
強度ムラが無視できる性質を持つ。本実施の形態では、
出射端面２３ｂが面光源部として用いられ、白色ＬＥＤ
２１、集光レンズ２２及び光ファイバ２３が面光源部を
形成する面光源形成部を構成している。白色ＬＥＤ２１
は長寿命かつ低消費電力であるので好ましいが、白色Ｌ
ＥＤ２１に代えて、例えば、Ｘｅランプを用いてもよ
い。Ｘｅランプを用いた場合には、寿命が短くなる欠点
はあるものの、より強い光強度と長波長側に広がった分
光感度を得ることができる。また、フラッシュランプと
して、時間的に間欠的にモニタすることもできる。白色
ＬＥＤ２１等は、それ自体でも、発光面内の照度が均一
で、発光面内の各点から光軸と平行な方向を中心にして
一定の広がりをもつ光線を発するので、後述する第３及
び第４実施の形態のように、集光レンズ２２及び光ファ
イバ２３を取り除いて白色ＬＥＤ２１の発光面を面光源
部として用いてもよい。なお、白色ＬＥＤ２１又はＸｅ
ランプからは、少なくとも４５０ｎｍから７００ｎｍの
可視波長領域に連続的なスペクトルを有する光が発せら
れる。

【００７０】面光源部としての出射端面２３ｂから出射
された照明光は、第１のレンズ系２４、絞り２５及び第
２のレンズ系２６を経て、ウエハ２の被研磨面に照射さ
れる。

【００７１】本実施の形態では、レンズ系２４，２６は
それぞれ球面レンズで構成されている。出射端面２３ｂ
は、レンズ系２４の前側焦点の付近に位置している。絞
り２５は、レンズ系２４の後側焦点の付近でかつレンズ
系２６の前側焦点の付近に位置している。ウエハ２の被
研磨面の被照明領域付近の部分は、レンズ系２６の後側
焦点の付近に位置している。本実施の形態では、レンズ
系２４，２６及び絞り２５が、出射端面２３ｂ（面光源
部）からの照明光をウエハ２の被研磨面に導く照明光学
系を構成している。

【００７２】本実施の形態では、レンズ系２４，２６に
よって、出射端面２３ｂとウエハ２の被研磨面の被照明
領域付近の部分とが互いに略共役となっている。したが
って、出射端面２３ｂから出射された照明光は、ウエハ
２の被研磨面の上に出射端面２３ｂの像を結ぶ。

【００７３】また、前述したように、絞り２５が、レン
ズ系２４の後側焦点の付近でかつレンズ系２６の前側焦
点の付近に位置しており、この絞り２５の円形の開口の
径によって、ウエハ２の被研磨面を照射する光線束の開
口数を所定の値に設定している。同時に、絞り２５は、
前記照明光学系の入射瞳及び射出瞳をいずれも無限遠に
する働きを果たしており、出射端面２３ｂから発せられ
る光線の前記性質とマッチして、光線を効率良く、ウエ
ハ２の被研磨面に照射され、さらには被研磨面から反射
した後、検出部３０に繋がった光ファイバ２９の入射端
面２９ａに導くことができるようになっている。

【００７４】本実施の形態では、ウエハ２の被研磨面上
の被照明領域はほぼ円形で、その被照明領域の直径φ２
は、第１のレンズ系２４の焦点距離をｆ１、第２のレン
ズ系２６の焦点距離をｆ２とすると、φ２＝φ１×ｆ２
／ｆ１となる。例えば、φ１＝０．５ｍｍ、ｆ１＝６０
ｍｍ、ｆ２＝２４０ｍｍに設定すれば、被照明領域の直
径φ２は２ｍｍとなる。絞り２５の開口の直径を例えば
１２ｍｍとすれば、出射端面２３ｂから発する光線束の
開口数は、０．１となり、光ファイバの持つ開口数の固
有値（例えば０．１）と一致させることができる。この
場合、ウエハ２の被研磨面に入射する照明光の光束の開
口数は０．０２５となる。

【００７５】ウエハ２の被研磨面に照射された照明光は
ウエハ２の被研磨面で反射され、この反射光は、第３の
レンズ系２７及び第４のレンズ系２８を経て光ファイバ
２９の入射端面２９ａに入射され、光ファイバ２９を介
して検出部３０に導かれる。

【００７６】本実施の形態では、光ファイバ２９の入射
端面２９ａが、検出部３０内に設けられた図示しない受
光センサの入射瞳を構成している。検出部３０は、例え
ば、図８中のレンズ６１、回折格子６２及びリニアセン
サ６３（受光センサ）に相当するレンズ、回折格子及び
リニアセンサで構成することができる。この場合、図８
中のピンホール６０ａが光ファイバ２９の出射端面に相
当することになる。したがって、検出部３０内に設けら
れた受光センサとしてのリニアセンサから、分光強度
（波長ごとの強度、すなわち、スペクトル）を示す信号
が出力され、この分光特性を示す信号が信号処理部１１
へ供給される。

【００７７】検出部３０の構成は、この構成に限定され
るものではなく、例えば、分光器として回折格子の代わ
りに分光プリズムを用いた構成などを採用することがで
きる。分光器として回折格子や分光プリズムを用いた場
合、本実施の形態のように両端面が円形の光ファイバで
繋いでもよいし、あるいは、従来技術を示す図８の場合
と同様に、光ファイバを使わずに光学系に直結してもよ
い。

【００７８】また、検出部３０として、アメリカ合衆国
の法人であるオプチカルコーティングラボラトリーイン
コーポレイテッド（Optical Coating Laboratory, In
c.）製の光ファイバ結合タイプの分光計デバイスを用い
ることもできる。この光ファイバ結合タイプの分光計デ
バイスは、米国特許第６，０５７，９２５号に開示され
た分光計デバイスをベースにし、この分光計デバイスに
ミラーを利用して光ファイバを介して光を導くように結
合したものである。米国特許第６，０５７，９２５号に
開示された分光計デバイスは、１次元方向にバンドパス
フィルタの波長が連続的に変化する特性を持つ分光フィ
ルタ（linear variable filter）と、ガラススペーサ
と、屈折率分布型レンズアレイと、リニアセンサ（複数
の光電変換素子が１次元状に配置されたセンサ）とが、
光入射側から順に配置された構成を有しており、非常に
コンパクトに構成されている。光ファイバ結合タイプの
分光計デバイスの場合は、前記分光フィルタと平行にか
つ間隔をあけてミラーが配置され、光ファイバの端面か
ら出射した光が分光フィルタと前記ミラーとの間で多重
反射しつつ、分光フィルタの各部からリニアセンサ側に
入るように構成されている。なお、光ファイバ結合タイ
プではない分光計デバイスは、前記ミラーを有しておら
ず、前記分光フィルタの各部に平行光を入射させるよう
になっている。前記分光計デバイスは、例えば、前記分
光フィルタの透過波長に対応する４００ｎｍから７００
ｎｍの範囲の分光強度または分光強度の変化を検出する
ことが可能となっている。

【００７９】本実施の形態では、レンズ系２７，２８は
それぞれ球面レンズで構成されている。ウエハ２の被研
磨面の被照明領域付近の部分は、レンズ系２７の前側焦
点の付近に位置している。レンズ系２７とレンズ系２８
との間の距離は、ほぼ、レンズ系２７の焦点距離ｆ３と
レンズ系２８の焦点距離ｆ４との和となっている。つま
り、レンズ系２７の後側焦点の位置とレンズ系２８の前
側焦点の位置とが、ほぼ一致している。入射端面２９ａ
は、レンズ系２８の後側焦点の付近に位置している。本
実施の形態では、レンズ系２７，２８が、ウエハ２の被
研磨面からの反射光を光ファイバ２９の入射端面２９ａ
（検出部３０の受光センサの入射瞳）に導く検出光学系
を構成している。

【００８０】本実施の形態では、レンズ系２７，２８に
よって、ウエハ２の被研磨面の被照明領域付近の部分と
光ファイバ２９の入射端面２９ａとが互いに略共役とな
っている。したがって、ウエハ２の被研磨面からの反射
光は、光ファイバ２９の入射端面２９ａの上に、ウエハ
２の被研磨面の被照明領域付近の部分の像を結ぶ。

【００８１】本実施の形態では、光ファイバ２９の入射
端面２９ａは、例えば、直径０．６ｍｍ程度の円形形状
を持つ。第３のレンズ系２７の焦点距離をｆ３、第４の
レンズ系の焦点距離をｆ４とすれば、光ファイバ２９の
入射端面２９ａの上の像の直径φ３は、φ３＝φ２×ｆ
４／ｆ３となる。例えば、φ３＝０．６ｍｍとする場合
には、ｆ３＝２４０ｍｍ、ｆ４＝７２ｍｍに設定すれば
よい。

【００８２】ところで、前記照明光学系は、照明光の光
線束をウエハ２の被研磨面に対して斜めに入射させるよ
うに（すなわち、ウエハ２の被研磨面の法線に対して照
明光の主光線３１が傾斜するように）、配置され、前記
検出光学系もこれに合わせて配置されている。本実施の
形態では、これによって、ウエハ２の被研磨面からの反
射光を照明光学系から分離するためのビームスプリッタ
やハーフミラーなどの光路分割部材を用いることなし
に、前記反射光が検出部３０に導かれている。

【００８３】本実施の形態では、検出光学系を構成する
レンズ系２７，２８は共に、ウエハ２の被研磨面が所定
角度だけ傾斜しても通過する光束のけられが生じないよ
うに、十分に大きい有効径を有している。したがって、
本実施の形態では、検出光学系の瞳は、照明光学系の瞳
より大きくされている。

【００８４】本実施の形態では、信号処理部１１は、検
出部３０のリニアセンサから得られた分光強度に基づい
て、ウエハ２の研磨状況のモニタ結果を演算し、その結
果を表示部に表示したり、研磨終了点の判定を行い、研
磨終了点を検知したときに研磨動作を終了させる指令を
当該研磨装置の制御部に発したりする。例えば、分光強
度（分光反射率に相当）の波形の極大及び極小の位置
（波長）等の特徴量から、研磨している層（最上層）の
膜厚を演算し、当該膜厚をモニタ結果として表示部１２
に表示させ、当該膜厚が所期の膜厚に達したか否かによ
って研磨終了点を検出する。また、例えば、ウエハ２の
研磨前の初期厚さと、研磨している層（最上層）の膜厚
とから、研磨量を求め、これをモニタ結果として表示部
１２に表示させる。もっとも、分光強度からモニタ結果
を求める演算手法や研磨終了点を検知する手法は、前述
した例に限定されるものではなく、例えば、特開平１０
−３３５２８８号公報や特開平１１−３３９０１号公報
などに開示されている他の手法を採用してもよい。

【００８５】なお、本実施の形態では、前述したよう
に、測定光学系１０は分光反射測定を行い、信号処理部
１１は分光反射強度に基づいて研磨状況をモニタしてい
るが、本発明では、これに限定されるものではなく、例
えば、測定光学系１０が分光によらない反射光測定（所
定波長の光の反射率の測定）をも併用し、測定光学系１
０が分光反射強度に加えて、測定された所定波長の光の
反射率に基づいて研磨終了点を検知するように構成して
もよい。この点は、後述する各実施の形態についても同
様である。

【００８６】本実施の形態によれば、光ファイバ２３の
出射端面２３ｂ（面光源部）と、ウエハ２の被研磨面の
被照明領域付近の部分と、光ファイバ２９の入射端面２
９ａ（検出部３０のリニアセンサ（受光センサ）の入射
瞳）とが、互いに略共役となるので、ウエハ２の被研磨
面が少々傾いたとしても、入射端面２９ａ付近に結ぶ出
射端面２３ｂの像の位置変動がほとんどない。したがっ
て、検出部３０の受光センサに入射する光線束の一部が
入射端面２９ａでけられて、そのけられ量がウエハ２の
被研磨面の傾き変化に対応してノイズとして検出される
という事態が生ずることがなくなる。よって、ウエハ２
の被研磨面の傾斜誤差に対してウエハ２の被研磨面から
の反射光の検出誤差を低減することができ、ひいては、
安定して高い精度でウエハ２からの反射光の分光特性を
計測することができるとともに、測定光学系１０のアラ
イメントを容易に行うことができる。したがって、本実
施の形態によれば、安定して高い精度で研磨状況をモニ
タすることができるとともに、測定光学系１０の研磨装
置に対する装着精度をさほど要しない。

【００８７】また、本実施の形態によれば、前述したよ
うに、ウエハ２の被研磨面からの反射光を照明光学系か
ら分離するための光路分割部材が用いられていないの
で、当該光路分割部材による光量のロスがなくなるとと
もに、部品点数が減る。このため、ウエハ２の被研磨面
からの反射光の検出のＳ／Ｎが向上して測定精度（ひい
ては研磨状況のモニタ精度）が向上するとともに、部品
点数が減ってコストダウンを図ることができる。

【００８８】［第２の実施の形態］

【００８９】図３は、本発明の第２の実施の形態による
研磨装置の測定光学系１０を模式的に示す概略構成図で
ある。図３において、図２中の要素と同一又は対応する
要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略す
る。

【００９０】本実施の形態による研磨装置が前記第１の
実施の形態による研磨装置と異なる所は、以下に説明す
る点のみであり、他の点については説明を省略する。

【００９１】本実施の形態では、ウエハ２の被研磨面で
発生する分光強度及び分光強度の変化の検出に加え、偏
光特性を含む情報を検出するために、図３に示すよう
に、測定光学系１０において、図２中のレンズ系２８，
光ファイバ２９及び検出部３０の組に相当するものを２
組設け、レンズ系２７と２つのレンズ系２８，２８との
間に偏光ビームスプリッタ３２を配置している。ウエハ
２の被研磨面からの反射光のＰ偏光成分の分光強度ある
いは分光強度の変化を、偏光ビームスプリッタ３２を透
過して直進する側の組の検出部３０で検出し、ウエハ２
の被研磨面からの反射光のＳ偏光成分の分光強度あるい
は分光強度の変化を、偏光ビームスプリッタ３２で直角
に折り曲げられる側の組の検出部３０で検出することが
できる。偏光ビームスプリッタ３２として広帯域の偏光
ビームスプリッタプリズムを用いることにより、例え
ば、４５０ｎｍから６８０ｎｍの波長域または６５０ｎ
ｍから８５０ｎｍの波長域の偏光成分の検出が可能であ
る。なお、２つのレンズ系２８，２８は全く同一の仕様
を持っている。

【００９２】本実施の形態によれば、前記第１の実施の
形態と同様の利点が得られるのみならず、ウエハ２の被
研磨面の状態によっては前記反射光のＰ偏光成分とＳ偏
光成分とで分光強度又は分光強度の変化が異なることが
あるため、ウエハ２の被研磨面の一層きめ細かい情報を
取得することが可能となる。また、本実施の形態は、研
磨停止後の精密な膜厚計測にも適用することができる。

【００９３】なお、検出光学系を構成するレンズ系２７
及び２つのレンズ系２８，２８は、ウエハ２の被研磨面
が所定角度だけ傾斜しても通過する光束のけられが生じ
ないように、十分に大きい有効径を有している。

【００９４】［第３の実施の形態］

【００９５】図４は、本発明の第３の実施の形態による
研磨装置の測定光学系１０を模式的に示す概略構成図で
ある。図４において、図２中の要素と同一又は対応する
要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略す
る。なお、図４中のＡ−Ｂ矢視図も、図４中の右側の領
域に併せて示している。説明の便宜上、図４中のＡ−Ｂ
矢視図以外の部分の図４の紙面を基準平面といい、図４
中の右側の領域に示したＡ−Ｂ矢視図の平面（前記基準
平面と直交している）をＡ−Ｂ矢視平面という。これら
の平面は光軸を含んでいる。

【００９６】本実施の形態による研磨装置が前記第１の
実施の形態による研磨装置と異なる所は、以下に説明す
る２つの点のみであり、他の点については説明を省略す
る。

【００９７】第１点は、本実施の形態では、図４に示す
ように、測定光学系１０において、ダイクロイックプリ
ズム３３を使用して、波長帯の異なる複数の光源からの
光を合成して、被検面３に一層広い波長域の光を照射す
ることである。これにより広い波長範囲の検出及び光量
の増加を果たすことができる。

【００９８】具体的には、本実施の形態では、図２中の
白色ＬＥＤ２１、集光レンズ２２及び光ファイバ２３に
代えて、ダイクロイックプリズム３３、中心波長７８０
ｎｍの光を発する赤色ＬＥＤ３４、及び、４５０ｎｍか
ら７００ｎｍまでの波長域の光を発する白色ＬＥＤ３５
が用いられている。ダイクロイックプリズム３３は、中
心波長７８０ｎｍの光を透過させるとともに、４５０ｎ
ｍから７００ｎｍまでの波長域の光を反射させる特性を
有している。赤色ＬＥＤ３４から発した光と白色ＬＥＤ
３５から発した光とが、ダイクロイックプリズム３３で
合成され、４５０ｎｍから８００ｎｍの波長域の連続ス
ペクトルを持つ光となって、レンズ系２４、絞り２５及
びレンズ系２６を経て、ウエハ２の被研磨面に照射され
る。赤色ＬＥＤ３４及び白色ＬＥＤ３５は、それぞれダ
イクロイックプリズム３３を経由して、レンズ系２４の
前側焦点の付近に位置している。本実施の形態では、赤
色ＬＥＤ３４及び白色ＬＥＤ３５が、全体として、照明
光を発する面光源部となっている。

【００９９】第２点は、図４に示すように、測定光学系
１０において、検出光学系をシリンドリカルレンズ３
７，３８，３９で構成し、図２中の光ファイバ２９を取
り除いて検出光学系と検出部３０とを直結させた点であ
る。本実施の形態では、検出部３０として、前述した米
国特許第６，０５７，９２５号に開示された分光計デバ
イス（光ファイバ結合タイプではないもの）が用いられ
ている。検出部３０の受光センサ（リニアセンサ）の入
射瞳は、前述した１次元状の分光フィルタの形状に対応
して、細長の１次元状となっている。この検出部３０の
受光センサの入射瞳の１次元方向が、波長分散方向に相
当しており、光軸と直交しかつ基準平面内に含まれるよ
うに、検出部３０が配置されている。

【０１００】シリンドリカルレンズ３７，３８は、Ａ−
Ｂ矢視平面内において屈折力を持つが、基準平面内で屈
折力を持たないように配置されている。一方、シリンド
リカルレンズ３９は、基準平面内で屈折力を持つが、Ａ
−Ｂ矢視平面内において屈折力を持たないように配置さ
れている。

【０１０１】シリンドリカルレンズ３７，３８は、図２
中の第１及び第２のレンズ系２７，２８と同様に配置さ
れている。すなわち、ウエハ２の被研磨面の被照明領域
付近の部分は、レンズ３７の前側焦点の付近に位置して
いる。レンズ３７とレンズ３８との間の距離は、ほぼ、
レンズ３７の焦点距離ｆ３とレンズ３８の焦点距離ｆ４
との和となっている。つまり、レンズ３７の後側焦点の
位置とレンズ３８の前側焦点の位置とが、ほぼ一致して
いる。

【０１０２】したがって、本実施の形態では、シリンド
リカルレンズ３７，３８によって、Ａ−Ｂ矢視平面内に
おいて、ウエハ２の被研磨面の被照明領域付近の部分と
検出部３０の受光センサの入射瞳とが互いに略共役とな
っている。このため、ウエハ２の被研磨面からの反射光
は、Ａ−Ｂ矢視平面内において、検出部３０の受光セン
サの入射瞳の上に像を結ぶ。

【０１０３】検出部３０の受光センサの入射瞳の上のＡ
−Ｂ矢視平面内での幅φ３’は、φ３’＝φ２×ｆ４／
ｆ３となる。例えば、ウエハ２の被研磨面上の被照明領
域の直径φ２が２ｍｍであれば、φ３’＝０．６ｍｍと
する場合には、ｆ３＝２４０ｍｍ、ｆ４＝７２ｍｍに設
定すればよい。

【０１０４】シリンドリカルレンズ３９は必ずしも必要
ではないが、本実施の形態では、検出部３０の受光セン
サに、ウエハ２の被研磨面からの反射光を平行光にして
効率良く入射させるために設けられている。シリンドリ
カルレンズ３９は、ウエハ２の被研磨面の被照明領域付
近の部分がシリンドリカルレンズ３９の前側焦点の付近
に位置するとともに、検出部３０の受光センサの入射瞳
がシリンドリカルレンズ３９の後側焦点の付近に位置す
るように、配置されている。この配置を取ることで、基
準平面内において（すなわち、波長分散方向に）、テレ
セントリックな結像を果たすことができる。これまで説
明した数値例の場合には、シリンドリカルレンズ３９の
焦点距離ｆは、例えば３１２ｍｍ（２４０ｍｍ＋７２ｍ
ｍと一致）に設定すればよい。絞り２５の開口の直径φ
が１２ｍｍの場合、検出部３０の受光センサの入射瞳に
入射する基準平面内での（すなわち、波長分散方向の）
の光線束の幅は１５．６ｍｍであるので、検出部３０の
受光センサの入射瞳の基準平面内での長さ（入射瞳の１
次元方向の長さ）を１５．６ｍｍ以下に余裕を持たせ設
定すれば良い。

【０１０５】なお、本実施の形態では、検出光学系を構
成するシリンドリカルレンズ３７，３８は、ウエハ２の
被研磨面が所定角度だけ傾斜しても、通過する光束のＡ
−Ｂ矢視平面内でのけられが生じないように、十分に大
きい有効径を有している。シリンドリカルレンズ３９
は、ウエハ２の被研磨面が所定角度だけ傾斜しても、通
過する光束の基準平面内でのけられが生じないように、
十分に大きい有効径を有しているが、ウエハ２の被研磨
面の傾斜によって光線束は基準平面内において光軸と垂
直な方向にずれる。しかし、このずれは、光線束の幅が
検出部３０の受光センサの入射瞳の基準平面内での長さ
より広いので、測定結果を不安定にする要因にはならな
い。

【０１０６】本実施の形態によっても、前記第１の実施
の形態と同様の利点が得られる。

【０１０７】なお、検出光学系をシリンドリカルレンズ
３７，３８，３９を用いて構成したのと同様に、照明光
学系をシリンドリカルレンズを用いて構成することも可
能である。

【０１０８】［第４の実施の形態］

【０１０９】図５は、本発明の第４の実施の形態による
研磨装置の測定光学系１０を模式的に示す概略構成図で
ある。図５において、図２中の要素と同一又は対応する
要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略す
る。

【０１１０】本実施の形態による研磨装置が前記第１の
実施の形態による研磨装置と異なる所は、以下に説明す
る点のみであり、他の点については説明を省略する。

【０１１１】本実施の形態では、図５に示すように、測
定光学系１０において、白色ＬＥＤ４１の発光面を面光
源部として用いている。もっとも、前記第１の実施の形
態と同様に、集光レンズ２２及び光ファイバ２３を用い
て面光源部を形成するようにしてもよいし、白色ＬＥＤ
と光ファイバ２３を光学系を介さずに直結して、その光
ファイバ２３の出口端面を前記面光源部としてもよい。
また、白色ＬＥＤ４１に代えて、Ｘｅランプを用いても
よい。

【０１１２】白色ＬＥＤ４１から発せられた照明光は、
絞り４２、第１のレンズ系４３及び第２のレンズ系４４
を経て、ウエハ２の被研磨面に照射される。

【０１１３】本実施の形態では、レンズ系４３，４４は
それぞれ球面レンズで構成されている。白色ＬＥＤ４１
の発光面は、レンズ系４３の前側焦点の付近に位置して
いる。レンズ系４３の光軸は、レンズ系４４の光軸に対
して、平行を保ったまま図５中の左側へシフトしてお
り、白色ＬＥＤ４１からの照明光が、レンズ系４３を通
過した後に、レンズ系４４をその光軸に関して図５中の
左側の領域において通過するようになっている。これに
より、照明光の光線束が、ウエハ２の被研磨面に対して
斜めに入射する。すなわち、ウエハ２の被研磨面の法線
に対して、照明光の主光線４７が傾斜する。ウエハ２の
被研磨面の被照明領域付近の部分は、レンズ系４４の後
側焦点の付近に位置している。本実施の形態では、絞り
４２及びレンズ系４３，４４が、白色ＬＥＤ４１の発光
面（面光源部）からの照明光をウエハ２の被研磨面に導
く照明光学系を構成している。

【０１１４】本実施の形態では、レンズ系４３，４４に
よって、白色ＬＥＤ４１の発光面とウエハ２の被研磨面
の被照明領域付近の部分とが互いに略共役となってい
る。したがって、白色ＬＥＤ４１の発光面から出射され
た照明光は、ウエハ２の被研磨面の上に前記発光面の像
を結ぶ。なお、白色ＬＥＤ４１から出た光は、第１のレ
ンズ系４３で平行となり、第２のレンズ系４４に入射す
る。

【０１１５】絞り４２は、白色ＬＥＤ４１と第１のレン
ズ系４３との間に配置され、この絞り４２の円形の開口
の径によって、ウエハ２の被研磨面を照射する光線束の
開口数を所定の値に設定している。同時に、絞り４２
は、前記照明光学系の射出瞳を後述する検出光学系中の
プリズム４５付近に置き、プリズム４５の小型化と光線
のけられを防いで、光線を効率良く、検出部３０に繋が
った光ファイバ２９の入射端面２９ａに導くことができ
るようになっている。

【０１１６】本実施の形態では、ウエハ２の被研磨面上
の被照明領域はほぼ円形で、その被照明領域の直径φ２
は、白色ＬＥＤ４１の発光面（面光源部）の直径をφ
１、第１のレンズ系４３の焦点距離をｆ１、第２のレン
ズ系４４の焦点距離をｆ２とすると、φ２＝φ１×ｆ２
／ｆ１となる。例えば、φ１＝３ｍｍ、ｆ１＝６０ｍ
ｍ、ｆ２＝６０ｍｍに設定すれば、被照明領域の直径φ
２は３ｍｍとなる。

【０１１７】ウエハ２の被研磨面に照射された照明光は
ウエハ２の被研磨面で反射され、この反射光は、再び第
２のレンズ系４４を経由した後に、反射部材としてのプ
リズム（ミラーでもよい。）４５及び第３のレンズ系４
６を経て、光ファイバ２９の入射端面２９ａに入射さ
れ、光ファイバ２９を介して検出部３０に導かれる。な
お、本実施の形態においても、光ファイバ２９の入射端
面２９ａが、検出部３０内に設けられた図示しない受光
センサの入射瞳を構成している。

【０１１８】本実施の形態では、レンズ系４６は球面レ
ンズで構成されている。光ファイバ２９の入射端面２９
ａは、レンズ系４６の後側焦点の付近に位置している。
本実施の形態では、レンズ系４４，４６及びプリズム４
５が、ウエハ２の被研磨面からの反射光を光ファイバ２
９の入射端面２９ａ（検出部３０の受光センサの入射
瞳）に導く検出光学系を構成している。照明光学系のウ
エハ２側の一部と検出光学系のウエハ２側の一部とが、
レンズ系４４で兼用されている。

【０１１９】本実施の形態では、レンズ系４４，４６に
よって、ウエハ２の被研磨面の被照明領域付近の部分と
光ファイバ２９の入射端面２９ａとが互いに略共役とな
っている。したがって、ウエハ２の被研磨面からの反射
光は、光ファイバ２９の入射端面２９ａの上に、ウエハ
２の被研磨面の被照明領域付近の部分の像を結ぶ。前述
したように照明光の光線束がウエハ２の被研磨面に対し
て斜めに入射するため、ウエハ２の被研磨面からの反射
光は、ウエハ２の被研磨面に対して反対側に斜めに進行
し、レンズ系４４をその光軸に関して図５中の右側の領
域において通過する。このとき、前記反射光は、第２の
レンズ系４４で平行となり、プリズム４５で直角に曲げ
られた後に、第３のレンズ系４６に入射する。このよう
に、本実施の形態では、ウエハ２の被研磨面からの反射
光を照明光学系から分離するためのビームスプリッタや
ハーフミラーなどの光路分割部材を用いることなしに、
前記反射光が検出部３０に導かれている。

【０１２０】本実施の形態では、第２のレンズ系４４と
第３のレンズ系４６との間の光軸に沿った間隔は、照明
光学系の絞り４２を発した光線が平行になって検出光学
系から射出するように定められている。本実施の形態で
は、光ファイバ２９の入射端面２９ａは、例えば、直径
０．８ｍｍ程度の円形形状を持つ。第２のレンズ系４４
の焦点距離をｆ２、第３レンズ系４６の焦点距離をｆ３
とすれば、光ファイバ２９の入射端面２９ａの上の像の
直径φ３は、φ３＝φ２×ｆ３／ｆ２となる。例えば、
φ３＝０．８ｍｍとする場合には、ｆ２＝６０ｍｍ、ｆ
３＝１６ｍｍに設定すればよい。

【０１２１】本実施の形態では、検出光学系を構成する
レンズ系４４，４６及びプリズム４５は共に、ウエハ２
の被研磨面が所定角度だけ傾斜しても通過する光束のけ
られが生じないように、十分に大きい有効径を有してい
る。したがって、本実施の形態では、検出光学系の瞳
は、照明光学系の瞳より大きくされている。

【０１２２】本実施の形態によれば、白色ＬＥＤ４１の
発光面（面光源部）と、ウエハ２の被研磨面の被照明領
域付近の部分と、光ファイバ２９の入射端面２９ａ（検
出部３０のリニアセンサ（受光センサ）の入射瞳）と
が、互いに略共役となるので、前記第１の態様と同様
に、ウエハ２の被研磨面の傾斜誤差に対してウエハ２の
被研磨面からの反射光の検出誤差を低減することがで
き、ひいては、安定して高い精度でウエハ２からの反射
光の分光特性を計測することができるとともに、測定光
学系１０のアライメントを容易に行うことができる。

【０１２３】また、本実施の形態によれば、前述したよ
うに、ウエハ２の被研磨面からの反射光を照明光学系か
ら分離するための光路分割部材が用いられていないの
で、前記第１の実施の形態と同様に、当該光路分割部材
による光量のロスがなくなるとともに、部品点数が減
る。このため、ウエハ２の被研磨面からの反射光の検出
のＳ／Ｎが向上して測定精度（ひいては研磨状況のモニ
タ精度）が向上するとともに、部品点数が減ってコスト
ダウンを図ることができる。

【０１２４】ところで、図２の場合も図５の場合も光路
分割部材を用いていないが、図２に示すように照明光学
系のウエハ２側の一部と検出光学系のウエハ２側の一部
とを兼用せずに、それぞれ別個のレンズ系２６，２７を
用いる場合に比べて、本実施の形態では、図５に示すよ
うに、照明光学系のウエハ２側の一部と検出光学系のウ
エハ２側の一部とがレンズ系４４で兼用されているの
で、照明光の主光線４７の、ウエハ２の被研磨面の法線
に対する傾斜角度を小さくすることができる。したがっ
て、本実施の形態では、ウエハ２の被研磨面の被照明領
域付近の部分と受光センサの入射瞳との共役関係をより
厳密に保つことができるので、ウエハ２の被研磨面の傾
斜誤差に対してウエハ２の被研磨面からの反射光の検出
誤差を一層低減することができる。

【０１２５】［第５の実施の形態］

【０１２６】図６、本発明の第５の実施の形態による研
磨装置を模式的に示す概略構成図である。図６におい
て、図１中の要素と同一又は対応する要素には同一符号
を付し、その重複する説明は省略する。

【０１２７】本実施の形態による研磨装置が前記第１の
実施の形態による研磨装置と異なる所は、複数の測定光
学系１０が搭載され、図示しないキーボート等の入力手
段により信号処理部１１に指示を与えることによって、
複数の測定光学系１０のうちの所望の測定光学系１０を
選択的に使用してウエハ２の研磨状況のモニタを行うこ
とができるようになっている点のみである。

【０１２８】複数の測定光学系１０は、前述したいずれ
の実施の形態の測定光学系１０であってもよいが、それ
ぞれその特性がウエハ２の種類に応じて変更されてい
る。例えば、複数の測定光学系１０は、ウエハ２のパタ
ーン構造の状態によって、照明光の波長を変えたり、照
射領域の大きさを変えたり、被測定物表面に照射される
照明光の光束の開口数を変えたりされている。

【０１２９】本実施の形態によれば、ウエハ２の種類に
応じて測定光学系１０を選択的に使用してウエハ２の研
磨状況をモニタすることができるので、好ましい。

【０１３０】複数の測定光学系１０のうちの１つ以上を
着脱可能にしておけば、異なる特性を持つ他の測定光学
系１０と交換することもできる。この場合、測定光学系
１０の装着精度はさほど要しないことからその交換が容
易となる。

【０１３１】なお、測定光学系１０を着脱可能にする場
合、研磨装置に同時に搭載し得る測定光学系１０の最大
数は１つであってもよい。この場合であっても、測定光
学系１０を交換することによって、ウエハ２の種類に応
じて測定光学系１０を選択的に使用することができる。

【０１３２】ところで、前述した第１乃至第５の実施の
形態による研磨装置に搭載された前記各研磨状況モニタ
装置と同じ構成を有する測定装置は、研磨状況モニタ装
置として用いることができる他に、他のイオンエッチン
グ等の除去工程、更にはＣＶＤ、スパッタリング等の成
膜工程の工程状況モニタ装置としても用いることができ
る。更にまた、前述した第１乃至第５の実施の形態によ
る研磨装置に搭載された前記各研磨状況モニタ装置と同
じ構成を有する測定装置は、単独で、ウエハ等の基板上
の膜厚を測定するための測定装置（膜厚計）としても用
いることができる。

【０１３３】［第６の実施の形態］

【０１３４】図７は、半導体デバイス製造プロセスを示
すフローチャートである。半導体デバイス製造プロセス
をスタートして、まずステップＳ２００で、次に挙げる
ステップＳ２０１〜Ｓ２０４の中から適切な処理工程を
選択する。選択に従って、ステップＳ２０１〜Ｓ２０４
のいずれかに進む。

【０１３５】ステップＳ２０１はシリコンウエハの表面
を酸化させる酸化工程である。ステップＳ２０２はＣＶ
Ｄ等によりシリコンウエハ表面に絶縁膜を形成するＣＶ
Ｄ工程である。ステップＳ２０３はシリコンウエハ上に
電極膜を蒸着等の工程で形成する電極形成工程である。
ステップＳ２０４はシリコンウエハにイオンを打ち込む
イオン打ち込み工程である。

【０１３６】ＣＶＤ工程もしくは電極形成工程の後で、
ステップＳ２０９に進み、ＣＭＰ工程を行うかどうかを
判断する。行わない場合はステップＳ２０６に進むが、
行う場合はステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５
はＣＭＰ工程であり、この工程では、本発明に係る研磨
装置を用いて、層間絶縁膜の平坦化や、半導体デバイス
の表面の金属膜の研磨によるダマシン（damascene）の
形成等が行われる。

【０１３７】ＣＭＰ工程または酸化工程の後でステップ
Ｓ２０６に進む。ステップＳ２０６はフォトリソ工程で
ある。フォトリソ工程では、シリコンウエハへのレジス
トの塗布、露光装置を用いた露光によるシリコンウエハ
への回路パターンの焼き付け、露光したシリコンウエハ
の現像が行われる。さらに次のステップＳ２０７は、現
像したレジスト像以外の部分をエッチングにより削り、
その後レジスト剥離を行い、エッチングが済んで不要と
なったレジストを取り除くエッチング工程である。

【０１３８】次にステップＳ２０８で必要な全工程が完
了したかを判断し、完了していなければステップＳ２０
０に戻り、先のステップを繰り返して、シリコンウエハ
上に回路パターンが形成される。ステップＳ２０８で全
工程が完了したと判断されればエンドとなる。

【０１３９】本発明に係る半導体デバイス製造方法で
は、ＣＭＰ工程において本発明に係る研磨装置を用いて
いるため、ＣＭＰ工程での研磨終点の検出精度または膜
厚の測定精度が向上することにより、ＣＭＰ工程での歩
留まりが向上する。これにより、従来の半導体デバイス
製造方法に比べて低コストで半導体デバイスを製造する
ことができるという効果がある。

【０１４０】なお、上記の半導体デバイス製造プロセス
以外の半導体デバイス製造プロセスのＣＭＰ工程に本発
明に係る研磨装置を用いても良い。

【０１４１】本発明に係る半導体デバイスは、本発明に
係る半導体デバイス製造方法により製造される。これに
より、従来の半導体デバイス製造方法に比べて低コスト
で半導体デバイスを製造することができ、半導体デバイ
スの製造原価を低下することができるという効果があ
る。

【０１４２】以上、本発明の各実施の形態について説明
したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるもの
ではない。

【０１４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
被測定物表面の傾斜誤差に対して被測定物表面からの反
射光の検出誤差を低減することができ、ひいては、安定
して高い精度で膜厚測定又は他の所定の測定を行うこと
ができるとともに、光学系のアライメントを容易に行う
ことができる測定装置を提供することができる。また、
本発明によれば、このような利点を得ることができると
同時に、信号光の光量低下を低減して測定精度を向上さ
せることができるとともに、部品点数を減らしてコスト
ダウンを図ることができる測定装置を提供することがで
きる。

【０１４４】さらに、本発明によれば、安定して高い精
度で研磨状況をモニタすることができるとともに測定光
学系の装着精度をさほど要しない研磨状況モニタ装置、
及びこれを用いた研磨装置を提供することができる。さ
らにまた、本発明によれば、このような利点を得ること
ができると同時に、信号光の光量低下を低減して測定精
度を向上させることができるとともに、部品点数を減ら
してコストダウンを図ることができる研磨状況モニタ装
置、及びこれを用いた研磨装置を提供することができ
る。

【０１４５】また、本発明によれば、研磨状況をより精
度良くモニタすることによって一層工程効率化を図り、
それにより従来の半導体デバイス製造方法に比べて低コ
ストで半導体デバイスを製造することができる半導体デ
バイス製造方法、及び低コストの半導体デバイスを提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による研磨装置を模
式的に示す概略構成図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態による研磨装置の測
定光学系を模式的に示す概略構成図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態による研磨装置の測
定光学系を模式的に示す概略構成図である。

【図４】本発明の第３の実施の形態による研磨装置の測
定光学系を模式的に示す概略構成図である。

【図５】本発明の第４の実施の形態による研磨装置の測
定光学系を模式的に示す概略構成図である。

【図６】本発明の第５の実施の形態による研磨装置を模
式的に示す概略構成図である。

【図７】半導体デバイス製造プロセスを示すフローチャ
ートである。

【図８】従来の研磨状況モニタ装置の測定光学系を示す
概略構成図である。

【符号の説明】

１ 研磨部材 ２ 研磨対象物（ウエハ） ３ 研磨対象物保持部（ウエハホルダ） ４ 研磨剤（スラリー） ５ 研磨剤供給部 ６ 研磨定盤 ７ 研磨体（研磨パッド） １０ 測定光学系 １１ 信号処理部 １２ 表示部 ２１，３５，４１ 白色ＬＥＤ ２２ 集光レンズ ２３ 光ファイバ ２４，２６，２７，２８，４３，４４，４６ レンズ系 ２５，４２ 絞り ２９ 光ファイバ ３０ 検出部 ３２ 偏光ビームスプリッタ ３３ ダイクロイックプリズム ３４ 赤色ＬＥＤ ３７，３８，３９ シリンドリカルレンズ ４５ プリズム

フロントページの続き (72)発明者 上田 武彦 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン本社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA30 CC17 DD05 FF48 FF49 GG03 GG07 HH12 JJ25 LL02 LL08 LL20 LL22 LL30 LL37 LL42 LL47 LL67 QQ29 UU01 UU02 3C058 AA07 AC02 BA01 BA07 BA09 CB03 CB04 CB05 DA17

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 面光源部と、該面光源部からの照明光を
   被測定物表面に導く照明光学系と、前記被測定物表面か
   らの反射光を受光センサに導く検出光学系と、を備え、
   前記受光センサからの信号に基づいて分光手段を用いて
   膜厚測定又は前記被測定物表面の分光反射率の測定を行
   う測定装置において、 前記照明光学系は、少なくとも測光状態において、光軸
   を含む少なくとも１つの面内において、前記面光源部と
   前記被測定物表面の被照明領域付近の部分とを互いに略
   共役とし、 前記検出光学系は、少なくとも測光状態において、前記
   少なくとも１つの面内において、前記被測定物表面の被
   照明領域付近の部分と前記受光センサの入射瞳とを互い
   に略共役とし、 前記照明光学系は、前記照明光の光線束を前記被測定物
   表面に対して斜めに入射させることを特徴とする測定装
   置。
2. 【請求項２】 前記検出光学系の瞳の前記少なくとも１
   つの面内における大きさは、前記照明光学系の瞳の前記
   少なくとも１つの面内における大きさより大きいことを
   特徴とする請求項１記載の測定装置。
3. 【請求項３】 前記検出光学系は、前記被測定物表面か
   らの反射光を前記照明光学系から分離するための光路分
   割部材を用いることなしに、前記反射光を前記受光セン
   サに導くことを特徴とする請求項１又は２記載の測定装
   置。
4. 【請求項４】 前記照明光学系の一部と前記検出光学系
   の一部とが兼用され、前記照明光学系の光線と前記検出
   光学系の光線が、兼用された光学系の別の所を通過する
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の測
   定装置。
5. 【請求項５】 前記照明光学系は第１及び第２のレンズ
   系を有し、前記第１及び第２のレンズ系は、前記面光源
   部からの光が前記第１のレンズ系を通過した後に前記第
   ２のレンズ系を通過し、前記第１のレンズ系の前側焦点
   の付近に前記面光源部が位置し、かつ、前記第２のレン
   ズ系の後側焦点の付近に前記被測定物表面の被照明領域
   付近の部分が位置するように、配置されたことを特徴と
   する請求項１乃至４のいずれかに記載の測定装置。
6. 【請求項６】 前記検出光学系は第３及び第４のレンズ
   系を有し、前記第３及び第４のレンズ系は、前記被測定
   物表面からの反射光が前記第３のレンズ系を通過した後
   に前記第４のレンズ系を通過し、前記第３のレンズ系の
   前側焦点の付近に前記被測定物表面の被照明領域付近の
   部分が位置し、かつ、前記第４のレンズ系の後側焦点の
   付近に前記受光センサの入射瞳が位置するように、配置
   されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記
   載の測定装置。
7. 【請求項７】 前記第３及び第４のレンズ系はそれぞれ
   シリンドリカルレンズであり、前記第３及び第４のレン
   ズ系は、前記被測定物表面の被照明領域付近の部分と前
   記受光センサの入射瞳とが、光軸を含む第１の面内にお
   いて互いに略共役となるように、配置されたことを特徴
   とする請求項６記載の測定装置。
8. 【請求項８】 前記検出光学系は、光軸を含み前記第１
   の面と垂直な第２の面内において、前記受光センサの入
   射瞳に入射する光を平行にするシリンドリカルレンズ
   を、有することを特徴とする請求項７記載の測定装置。
9. 【請求項９】 前記照明光学系は第１のレンズ系を有
   し、 前記照明光学系の一部と前記検出光学系の一部とを兼ね
   る第２のレンズ系を有し、 前記検出光学系は第３のレンズ系を有し、 前記第１及び第２のレンズ系は、協働して、前記面光源
   部と前記被測定物表面の被照明領域付近の部分とを互い
   に略共役とし、 前記第２及び第３のレンズ系は、協働して、前記被測定
   物表面の被照明領域付近の部分と前記受光センサの入射
   瞳とを互いに略共役とし、 前記面光源部からの照明光が、前記第１のレンズ系を通
   過した後に、前記第２のレンズ系をその光軸に関して一
   方の側の領域において通過し、 前記被測定物表面からの反射光が、前記第２のレンズ系
   をその光軸に関して他方の側の領域において通過した後
   に、前記第３レンズ系を通過することを特徴とする請求
   項１乃至４のいずれかに記載の測定装置。
10. 【請求項１０】 前記第１のレンズ系の前側焦点の付近
    に前記面光源部が位置し、前記第２のレンズ系の後側焦
    点の付近に前記被測定物表面の被照明領域付近の部分が
    位置し、前記第３のレンズ系の後側焦点の付近に前記受
    光センサの入射瞳が位置することを特徴とする請求項９
    記載の測定装置。
11. 【請求項１１】 前記照明光学系は、前記被測定物表面
    に照射される照明光の光束の開口数を設定する絞りを有
    することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記
    載の測定装置。
12. 【請求項１２】 前記被測定物が、少なくとも測光状態
    において、実質的に前記被測定物表面の方向に、前記照
    明光学系及び前記検出光学系に対して相対的に移動する
    ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の
    測定装置。
13. 【請求項１３】 前記面光源部からの光は複数の波長成
    分を含み、前記受光センサは前記反射光の分光特性を示
    す信号を出力することを特徴とする請求項１乃至１２の
    いずれかに記載の測定装置。
14. 【請求項１４】 前記面光源部をなす光源又は前記面光
    源部を形成するために用いられる光源として白色ＬＥＤ
    が用いられ、前記照明光として少なくとも可視光を前記
    被測定物表面に照射可能であることを特徴とする請求項
    １乃至１３のいずれかに記載の測定装置。
15. 【請求項１５】 前記面光源部をなす光源又は前記面光
    源部を形成するために用いられる光源としてＸｅランプ
    が用いられ、前記照明光として少なくとも可視光を前記
    被測定物表面に照射可能であることを特徴とする請求項
    １乃至１３のいずれかに記載の測定装置。
16. 【請求項１６】 前記面光源部をなす光源又は前記面光
    源部を形成するために用いられる光源は、少なくとも４
    ５０ｎｍから７００ｎｍの可視波長領域に連続的又は離
    散的なスペクトルを有する光を発することを特徴とする
    請求項１乃至１５のいずれかに記載の測定装置。
17. 【請求項１７】 前記照明光学系及び前記検出光学系を
    含む測定光学系が着脱可能又は複数装着可能であり、前
    記被測定物の種類に応じた測定光学系を選択的に使用し
    て膜厚測定又は前記被測定物表面の分光反射率の測定を
    行い得るように構成されたことを特徴とする請求項１乃
    至１６のいずれかに記載の測定装置。
18. 【請求項１８】 研磨体と研磨対象物との間に研磨剤を
    介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物との間
    に荷重を加え、かつ相対移動させることにより、前記研
    磨対象物を研磨する際に、その研磨状況をその研磨中に
    モニタする研磨状況モニタ装置であって、 測定光を前記研磨対象物の被研磨面に照射し、前記被研
    磨面からの反射光に基づいて、前記研磨状況をモニタす
    る研磨状況モニタ装置において、 請求項１乃至１７のいずれかに記載の測定装置を含むこ
    とを特徴とする研磨状況モニタ装置。
19. 【請求項１９】 研磨体と、研磨対象物を保持する保持
    部とを備え、前記研磨体と前記研磨対象物との間に研磨
    剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物と
    の間に荷重を加え、かつ相対移動させることにより、前
    記研磨対象物を研磨する研磨装置において、請求項１８
    記載の研磨状況モニタ装置を備えたことを特徴とする研
    磨装置。
20. 【請求項２０】 前記研磨状況モニタ装置からの信号に
    基づいて、研磨終了点を認識し、研磨を終了する機能を
    備えたことを特徴とする請求項１９記載の研磨装置。
21. 【請求項２１】 請求項１９又は２０記載の研磨装置を
    用いて半導体ウエハの表面を平坦化する工程を有するこ
    とを特徴とする半導体デバイス製造方法。
22. 【請求項２２】 請求項２１記載の半導体デバイス製造
    方法により製造されることを特徴とする半導体デバイ
    ス。