JP2023086233A - Substrate polishing device and substrate polishing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板研磨装置および基板研磨方法に関し、特に、研磨中の基板の膜厚を測定するための基板研磨装置および基板研磨方法に関する。 The present invention relates to a substrate polishing apparatus and substrate polishing method, and more particularly to a substrate polishing apparatus and substrate polishing method for measuring the film thickness of a substrate being polished.
化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)は、シリカ(SiO2)等の砥粒を含んだ研磨液を研磨パッドの研磨面上に供給しつつ研磨対象の基板を研磨面に摺接させて研磨を行う技術である。CMP工程で用いる基板研磨装置は、基板の被研磨面が上向きの方式(フェースアップ式)と基板の被研磨面が下向きの方式(フェースダウン式)が存在する。 In chemical mechanical polishing (CMP), a polishing liquid containing abrasive grains such as silica (SiO 2 ) is supplied onto the polishing surface of a polishing pad, and the substrate to be polished is brought into sliding contact with the polishing surface. It is a technique to perform The substrate polishing apparatus used in the CMP process includes a type in which the surface to be polished of the substrate faces upward (face-up type) and a type in which the surface to be polished of the substrate faces downward (face-down type).
フェースアップ式の基板研磨装置は、基板の被研磨面を上向きにしてステージに載置し、基板よりも小径の研磨パッドを回転させながら基板に接触させて研磨パッドを揺動させることによって、基板を研磨するように構成される。基板の研磨は、基板の膜厚が所定の目標値に達したときに終了される。研磨中に基板の膜厚を測定する方法として、基板研磨装置に備えられた光学式の膜厚測定装置によって基板の表面に光を照射し、基板から反射してくる光の分光波形に基づいて膜厚を決定する手法がある。 A face-up type substrate polishing apparatus places a substrate on a stage with the surface to be polished facing upward, and rotates a polishing pad having a diameter smaller than that of the substrate so that the polishing pad is brought into contact with the substrate. configured to polish the Polishing of the substrate is terminated when the film thickness of the substrate reaches a predetermined target value. As a method for measuring the film thickness of a substrate during polishing, the surface of the substrate is irradiated with light by an optical film thickness measuring device installed in the substrate polishing apparatus, and the spectral waveform of the light reflected from the substrate is used. There are techniques for determining film thickness.
しかしながら、研磨中の基板表面には研磨液や研磨屑などの異物が存在するため、膜厚測定装置によって光を照射し、反射光を受ける際の光の透過率が下がってしまう。このため、研磨中の基板の膜厚を高い精度で測定することが困難であった。 However, since foreign matters such as polishing liquid and polishing dust are present on the surface of the substrate being polished, the light transmittance decreases when light is irradiated by the film thickness measuring device and reflected light is received. For this reason, it has been difficult to measure the film thickness of the substrate being polished with high accuracy.
そこで、本発明は、研磨中の基板の膜厚を測定する際に、光の透過率を低下させることなく、高い精度で膜厚を測定することができる基板研磨装置を提供する。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention provides a substrate polishing apparatus capable of measuring the film thickness of a substrate being polished with high accuracy without reducing the light transmittance.
一態様では、基板の被研磨面を上向きにして支持して、前記基板を回転させるステージと、前記ステージに支持された前記基板を研磨するための研磨面を有する研磨パッドを保持する研磨ヘッドと、前記基板の表面上に研磨液を供給する研磨液供給ノズルと、前記ステージ上の前記基板の表面上の測定領域に光を照射し、前記測定領域からの反射光を受ける膜厚測定ヘッドと、前記反射光のスペクトルを生成し、前記スペクトルから前記基板の膜厚を決定するスペクトル解析部と、前記膜厚測定ヘッドが取り付けられたヘッドノズルを備え、前記ヘッドノズルは、前記光および前記反射光の光路を横切る液体の流れを形成する第1流路システムおよび第2流路システムを備え、前記第1流路システムは、前記光路上に位置する開口部を有し、前記第2流路システムは、液体吐出口および液体吸込口を有しており、前記液体吐出口と前記液体吸込口は、前記開口部の両側に位置している、基板研磨装置が提供される。 In one aspect, a stage that supports a substrate with the surface to be polished facing upward and rotates the substrate, and a polishing head that holds a polishing pad having a polishing surface for polishing the substrate supported by the stage. a polishing liquid supply nozzle that supplies polishing liquid onto the surface of the substrate; and a film thickness measuring head that irradiates a measurement area on the surface of the substrate on the stage with light and receives light reflected from the measurement area. a spectrum analysis unit that generates a spectrum of the reflected light and determines the film thickness of the substrate from the spectrum; a first channel system and a second channel system for forming a liquid flow across an optical path of light, the first channel system having an opening positioned on the optical path; A substrate polishing apparatus is provided, wherein the system has a liquid outlet and a liquid inlet, and wherein the liquid outlet and the liquid inlet are located on opposite sides of the opening.
一態様では、前記液体吐出口および前記液体吸込口は、前記開口部に関して対称に配置されている。
一態様では、前記開口部、前記液体吐出口、および前記液体吸込口は、前記ヘッドノズルの底面内に位置している。
一態様では、前記液体吐出口は、前記基板の回転方向において、前記開口部および前記液体吸込口よりも上流側に位置している。
In one aspect, the liquid ejection port and the liquid suction port are arranged symmetrically with respect to the opening.
In one aspect, the opening, the liquid ejection port, and the liquid suction port are located within the bottom surface of the head nozzle.
In one aspect, the liquid ejection port is located upstream of the opening and the liquid suction port in the rotation direction of the substrate.
一態様では、前記第1流路システムは、前記光路上に設けられた流体室と、前記流体室に液体を供給するための第1液体供給流路と、前記流体室から液体を排出するための第1液体排出流路と、前記流体室の下端に連通し、前記基板の表面に近接可能な前記開口部を有しており、前記第2流路システムは、前記基板の表面上に液体を供給するための第2液体供給流路と、前記基板の表面上の液体を排出するための第2液体排出流路と、前記第2液体供給流路に連通し、前記基板の表面に近接可能な前記液体吐出口と、前記第2液体排出流路に連通し、前記基板の表面に近接可能な前記液体吸込口を有している。 In one aspect, the first channel system includes a fluid chamber provided on the optical path, a first liquid supply channel for supplying liquid to the fluid chamber, and a liquid for discharging liquid from the fluid chamber. and the opening that communicates with the lower end of the fluid chamber and is accessible to the surface of the substrate. a second liquid supply channel for supplying the liquid, a second liquid discharge channel for discharging the liquid on the surface of the substrate, and a second liquid supply channel communicating with the second liquid supply channel and close to the surface of the substrate and the liquid suction port that communicates with the second liquid discharge channel and that can be brought close to the surface of the substrate.
一態様では、前記液体吐出口および前記液体吸込口は、いずれも前記開口部よりも大きい。
一態様では、前記液体吸込口は、前記液体吐出口よりも大きい。
一態様では、前記第2流路システムは、前記液体吸込口に接続された、前記基板の表面に近接可能な集液溝をさらに備え、前記集液溝は、前記基板の回転方向において、前記液体吸込口の上流側に位置しており、前記集液溝の幅は、前記液体吸込口の幅よりも大きい。
In one aspect, both the liquid ejection port and the liquid suction port are larger than the opening.
In one aspect, the liquid inlet is larger than the liquid outlet.
In one aspect, the second channel system further includes a liquid collecting groove that is connected to the liquid suction port and is accessible to the surface of the substrate, and the liquid collecting groove extends in the rotation direction of the substrate in the direction of rotation of the substrate. Located upstream of the liquid suction port, the width of the liquid collecting groove is greater than the width of the liquid suction port.
一態様では、基板の被研磨面を上向きにして支持して、前記基板を回転させ、前記基板の表面に研磨液を供給しながら、研磨面を有する研磨パッドを研磨ヘッドにより前記基板に押し付けて前記基板を研磨し、前記基板の表面に近接するヘッドノズルに設けられた開口部に液体を流しながら、かつ前記ヘッドノズルに設けられた液体吐出口から前記基板の表面上に液体を供給し、かつ前記基板の表面上の液体を液体吸込口を通じて吸い込みながら、膜厚測定ヘッドから前記開口部を通して、前記基板の表面上の測定領域に光を照射し、前記開口部を通して、前記測定領域からの反射光を前記膜厚測定ヘッドで受け、前記反射光のスペクトルから前記基板の膜厚を決定する工程を含み、前記液体吐出口と前記液体吸込口は、前記開口部の両側に位置している、基板研磨方法が提供される。 In one aspect, the substrate is supported with the surface to be polished facing upward, the substrate is rotated, and a polishing pad having a polishing surface is pressed against the substrate by a polishing head while a polishing liquid is supplied to the surface of the substrate. polishing the substrate, supplying the liquid onto the surface of the substrate from a liquid ejection port provided in the head nozzle while flowing the liquid into an opening provided in a head nozzle adjacent to the surface of the substrate; Further, while sucking the liquid on the surface of the substrate through the liquid suction port, light is emitted from the film thickness measurement head through the opening to the measurement region on the surface of the substrate, and light is emitted from the measurement region through the opening. receiving reflected light with the film thickness measuring head and determining the film thickness of the substrate from the spectrum of the reflected light, wherein the liquid ejection port and the liquid suction port are positioned on both sides of the opening. , a substrate polishing method is provided.
一態様では、前記ヘッドノズルに設けられた前記開口部に液体を流す工程は、前記ヘッドノズルに設けられた流体室および前記開口部に液体を流す工程であり、前記膜厚測定ヘッドから前記開口部を通して、前記基板の表面上の測定領域に光を照射する工程は、前記膜厚測定ヘッドから前記流体室および前記開口部を通して、前記基板の表面上の測定領域に光を照射する工程であり、前記開口部を通して、前記測定領域からの反射光を前記膜厚測定ヘッドで受ける工程は、前記開口部および前記流体室を通して、前記測定領域からの反射光を前記膜厚測定ヘッドで受ける工程である。 In one aspect, the step of flowing a liquid through the opening provided in the head nozzle is a step of flowing the liquid through a fluid chamber provided in the head nozzle and the opening, wherein The step of irradiating the measurement region on the surface of the substrate with light through the portion is a step of irradiating the measurement region on the surface of the substrate with light from the film thickness measurement head through the fluid chamber and the opening. and the step of receiving the reflected light from the measurement region through the opening with the film thickness measurement head is a step of receiving the reflected light from the measurement region with the film thickness measurement head through the opening and the fluid chamber. be.
一態様では、前記液体吐出口および前記液体吸込口は、前記開口部に関して対称に配置されている。
一態様では、前記開口部、前記液体吐出口、および前記液体吸込口は、前記ヘッドノズルの底面内に位置している。
一態様では、前記液体吐出口は、前記基板の回転方向において、前記開口部および前記液体吸込口よりも上流側に位置している。
In one aspect, the liquid ejection port and the liquid suction port are arranged symmetrically with respect to the opening.
In one aspect, the opening, the liquid ejection port, and the liquid suction port are located within the bottom surface of the head nozzle.
In one aspect, the liquid ejection port is located upstream of the opening and the liquid suction port in the rotation direction of the substrate.
一態様では、前記液体吐出口および前記液体吸込口は、いずれも前記開口部よりも大きい。
一態様では、前記液体吸込口は、前記液体吐出口よりも大きい。
一態様では、前記ヘッドノズルは、前記液体吸込口に接続された集液溝を有しており、前記集液溝は、前記基板の回転方向において、前記液体吸込口の上流側に位置しており、前記集液溝の幅は、前記液体吸込口の幅よりも大きい。
In one aspect, both the liquid ejection port and the liquid suction port are larger than the opening.
In one aspect, the liquid inlet is larger than the liquid outlet.
In one aspect, the head nozzle has a liquid collecting groove connected to the liquid suction port, and the liquid collecting groove is positioned upstream of the liquid suction port in the rotation direction of the substrate. and the width of the liquid collecting groove is larger than the width of the liquid suction port.
本発明によれば、ヘッドノズルは第1流路システムおよび第2流路システムを備えており、これら2つの別系統の給排液機構により、光路上に存在する研磨液や研磨屑が除去される。膜厚測定中は光路が透明な液体で満たされるため、高い精度で研磨中の基板の膜厚を測定することができる。 According to the present invention, the head nozzle is provided with the first flow path system and the second flow path system, and these two separate liquid supply/drainage mechanisms remove the polishing liquid and polishing debris present on the optical path. be. Since the optical path is filled with a transparent liquid during film thickness measurement, the film thickness of the substrate being polished can be measured with high accuracy.
第2流路システムの液体吐出口から基板の表面上に供給された液体は、基板の表面に沿って第1流路システムの開口部と基板との隙間を流れ、第2流路システムの液体吸込口から吸い込まれる。この液体の流れにより、開口部と基板との間に存在する研磨液や研磨屑が除去されるので、高い精度で研磨中の基板の膜厚を測定することができる。 The liquid supplied onto the surface of the substrate from the liquid ejection port of the second channel system flows along the surface of the substrate through the gap between the opening of the first channel system and the substrate, and the liquid in the second channel system Sucked in from the suction port. The flow of the liquid removes the polishing liquid and polishing dust existing between the opening and the substrate, so that the film thickness of the substrate being polished can be measured with high accuracy.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図1は、基板研磨装置1の一実施形態を示す上面図である。図2は、図1に示す基板研磨装置1を矢印Aで示す方向から見た側面図である。図1および図2に示すように、基板研磨装置1は、基板Wを支持するステージ10と、基板Wを研磨するための研磨ユニット20と、基板Wの膜厚を測定するための膜厚測定装置30を備えている。基板Wの例としては、半導体デバイスの製造に用いられるウェーハが挙げられる。以下に説明する実施形態では、基板Wは円形であるが、四角形の形状を有してもよい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and redundant explanations are omitted.
FIG. 1 is a top view showing one embodiment of a
ステージ10は、研磨対象の基板Wをその被研磨面2を上向きにして支持する。ステージ10は図示しない複数の通孔を有しており、基板Wは複数の孔を介して真空吸引によって支持される。ステージ10は、図示しないモータなどのステージ回転機構に連結されており、ステージ回転機構はステージ10および基板Wを回転させるように構成されている。
The
研磨ユニット20は、研磨ヘッド21と、研磨ヘッドアーム23と、研磨ヘッド移動機構24と、回転シャフト25と、研磨ヘッド回転機構26と、研磨液供給ノズル28を備えている。研磨ヘッド21は、研磨面22aを有する研磨パッド22を保持しており、高さ方向に延びる回転シャフト25を介して研磨ヘッドアーム23に連結されている。回転シャフト25は、モータなどを含む研磨ヘッド回転機構26に連結されており、研磨ヘッド回転機構26は研磨ヘッド21および研磨パッド22を、回転シャフト25とともに回転シャフト25を中心に回転させるように構成されている。
The
研磨ヘッドアーム23は、さらに研磨ヘッド移動機構24に連結されており、研磨ヘッド移動機構24は研磨ヘッドアーム23を矢印で示す方向に揺動させて、研磨ヘッド21を研磨位置と非研磨位置との間で移動させる。研磨位置は、研磨ヘッド21が基板Wを研磨することができる位置、すなわち研磨ヘッド21の少なくとも一部がステージ10上の基板Wの上方に配置されている位置である。非研磨位置は、研磨ヘッド21が基板Wを研磨することができない位置、すなわち研磨ヘッド21の全部がステージ10上の基板Wの外側に配置されている位置である。図1および図2では、研磨ヘッド21は非研磨位置に配置されている。
The polishing
2つの研磨液供給ノズル28は、研磨ヘッドアーム23に連結されており、研磨ヘッド21を挟んで研磨ヘッド21の移動方向において両側にそれぞれの研磨液供給ノズル28の先端が配置されている。2つの研磨液供給ノズル28は、基板Wの表面上にシリカ(SiO2)等の砥粒を含んだ研磨液または洗浄水を供給するように構成されている。
The two polishing
ステージ回転機構、研磨ユニット20の動作は、動作制御部60によって制御される。動作制御部60はステージ回転機構、研磨ヘッド移動機構24、研磨ヘッド回転機構26に電気的に接続されている。ステージ回転機構、研磨ヘッド移動機構24、研磨ヘッド回転機構26の動作は、動作制御部60によって制御される。
Operations of the stage rotation mechanism and the polishing
動作制御部60は、少なくとも1台のコンピュータから構成される。動作制御部60は、基板研磨装置1を動作させるためのプログラムが格納された記憶装置60aと、プログラムに含まれる命令に従って演算を実行する処理装置60bを備えている。記憶装置60aは、ランダムアクセスメモリ(RAM)などの主記憶装置と、ハードディスクドライブ(HDD)、ソリッドステートドライブ(SSD)などの補助記憶装置を備えている。処理装置60bの例としては、CPU(中央処理装置)、GPU(グラフィックプロセッシングユニット)が挙げられる。ただし、動作制御部60の具体的構成はこれらの例に限定されない。
The
基板Wは次のようにして研磨される。動作制御部60は、ステージ10および基板Wを回転させながら、研磨液供給ノズル28から研磨液が供給される。動作制御部60は、研磨ヘッド移動機構24に指令を発して研磨ヘッド21をステージ10に支持された基板Wの上方で揺動させる。研磨ヘッド21に保持された研磨パッド22は、研磨ヘッド回転機構26によって回転されながら、研磨ヘッド21は、基板W上に研磨液が存在した状態で研磨パッド22の研磨面22aを基板Wの被研磨面2に押し付ける。基板Wの被研磨面2は、研磨液の化学的作用と、研磨液に含まれる砥粒および/または研磨パッド22の機械的作用により研磨される。
The substrate W is polished as follows. The
膜厚測定装置30は、光学式の膜厚測定装置であり、光源32と、分光器33と、スペクトル解析部34と、膜厚測定ヘッド31と、ヘッドノズル40と、膜厚測定ヘッドアーム36と、膜厚測定ヘッド移動機構37を備えている。膜厚測定ヘッド31は、投光用光ファイバーケーブル38および受光用光ファイバーケーブル39の各先端を有している。光を発する光源32は、投光用光ファイバーケーブル38に連結されている。分光器33は、受光用光ファイバーケーブル39に連結されている。光源32および分光器33は、スペクトル解析部34に連結されている。
The film
膜厚測定ヘッドアーム36の一端は膜厚測定ヘッド31に連結されており、膜厚測定ヘッドアーム36の他端は膜厚測定ヘッド移動機構37に連結されている。膜厚測定ヘッド移動機構37は、膜厚測定ヘッドアーム36を矢印で示す方向に揺動させて、膜厚測定ヘッド31を測定位置と非測定位置との間で移動させる。測定位置は、膜厚測定ヘッド31が基板Wの膜厚を測定することができる位置、すなわち膜厚測定ヘッド31がステージ10上の基板Wの上方に配置されている位置である。非測定位置は、膜厚測定ヘッド31が基板Wの膜厚を測定することができない位置、すなわち膜厚測定ヘッド31がステージ10上の基板Wの外側に配置されている位置である。図1および図2では、膜厚測定ヘッド31は測定位置に配置されている。膜厚測定ヘッド移動機構37は、動作制御部60に電気的に接続されており、膜厚測定ヘッド移動機構37の動作は、動作制御部60によって制御される。
One end of the film thickness
投光用光ファイバーケーブル38の先端および受光用光ファイバーケーブル39の先端を含む膜厚測定ヘッド31は、ヘッドノズル40に取り付けられている。ヘッドノズル40は、詳細を後述する第1流路システム71と第2流路システム72を備えている。第1流路システム71は、ヘッドノズル40に液体を供給するための第1液体供給ライン142、およびヘッドノズル40から液体を排出するための第1液体排出ライン143に接続されている。第2流路システム72は、ヘッドノズル40に液体を供給するための第2液体供給ライン242、およびヘッドノズル40から液体を排出するための第2液体排出ライン243に接続されている。第1液体供給ライン142および第2液体供給ライン242は、それぞれ図示しない液体供給源に接続されている。ヘッドノズル40に供給される液体は、例えば純水である。液体は、透明な液体であればよく、例えば研磨液に用いられるKOH溶液などであってもよい。
The film
第1液体供給ライン142には、第1供給弁144および流量計146が取り付けられており、第2液体供給ライン242には、第2供給弁244および流量計246が取り付けられている。第1液体排出ライン143には、第1排出弁145、流量計147、およびエジェクタなどの液体ポンプ148が取り付けられている。第2液体排出ライン243には、第2排出弁245、流量計247、およびエジェクタなどの液体ポンプ248が取り付けられている。第1供給弁144、第2供給弁244、第1排出弁145、および第2排出弁245は、手動であってもよいし、あるいは第1供給弁144、第2供給弁244、第1排出弁145、および第2排出弁245は、動作制御部60に接続され、第1供給弁144、第2供給弁244、第1排出弁145、および第2排出弁245の動作は動作制御部60によって制御されてもよい。ヘッドノズル40の詳細については後述する。
A
図3は、光学式の膜厚測定装置30の原理を説明するための模式図である。図3に示す例では、基板Wは、下層と、その上に形成された研磨対象層とを有している。研磨対象層は、例えばシリコン層や絶縁膜である。膜厚測定ヘッド31は、投光用光ファイバーケーブル38および受光用光ファイバーケーブル39の各先端を有しており、基板Wの表面に対向して配置されている。本実施形態では、膜厚測定ヘッド31にヘッドノズル40が取り付けられているが、図3は、説明の簡略化のためにヘッドノズル40の構成は省略されている。
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the principle of the optical film
光源32から発せられた光は、投光用光ファイバーケーブル38を通じて膜厚測定ヘッド31に伝送され、投光用光ファイバーケーブル38の先端を含む膜厚測定ヘッド31から基板Wの表面に照射される。光は基板Wで反射し、基板Wからの反射光は、受光用光ファイバーケーブル39の先端を含む膜厚測定ヘッド31によって受けられ、受光用光ファイバーケーブル39を通じて分光器33に送られる。分光器33は反射光を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。反射光の強度測定データは、スペクトル解析部34に送られる。
The light emitted from the
スペクトル解析部34は、反射光の強度測定データから反射光のスペクトルを生成するように構成されている。反射光のスペクトルは、反射光の波長と強度との関係を示す線グラフ(すなわち分光波形)として表される。反射光の強度は、反射率または相対反射率などの相対値として表わすこともできる。
The
基板Wに照射された光は、媒質(図3の例では水)と研磨対象層との界面、および研磨対象層と下層との界面で反射し、これらの界面で反射した光の波が互いに干渉する。この光の波の干渉の仕方は、研磨対象層の厚さ(すなわち光路長)に応じて変化する。このため、基板Wからの反射光から生成されるスペクトルは、研磨対象層の厚さに従って変化する。スペクトル解析部34は、反射光のスペクトルに含まれる光学情報に基づいて、基板Wの膜厚を決定する。
The light irradiated to the substrate W is reflected at the interface between the medium (water in the example of FIG. 3) and the layer to be polished and the interface between the layer to be polished and the lower layer, and the waves of light reflected at these interfaces have a finger in the pie. The manner in which the light waves interfere changes depending on the thickness of the layer to be polished (that is, the optical path length). Therefore, the spectrum generated from the reflected light from the substrate W varies according to the thickness of the layer to be polished. The
図4は、スペクトル解析部34によって生成されたスペクトルの一例を示す図である。図4において、横軸は基板Wからの反射光の波長を表わし、縦軸は反射光の強度から導かれる相対反射率を表わす。相対反射率とは、反射光の強度を示す指標であり、光の強度と所定の基準強度との比である。各波長において光の強度(実測強度)を所定の基準強度で割ることにより、装置の光学系や光源固有の強度のばらつきなどの不要なノイズを実測強度から除去することができる。図4に示す例では、反射光のスペクトルは、相対反射率と反射光の波長との関係を示す分光波形であるが、反射光のスペクトルは、反射光の強度自体と、反射光の波長との関係を示す分光波形であってもよい。
FIG. 4 is a diagram showing an example of the spectrum generated by the
基準強度は、各波長について予め測定された光の強度であり、相対反射率は各波長において算出される。具体的には、各波長での光の強度(実測強度)を、対応する基準強度で割り算することにより相対反射率が求められる。基準強度は、例えば、膜厚測定ヘッド31から照射された光の強度を直接測定するか、または膜厚測定ヘッド31から鏡に光を照射し、鏡からの反射光の強度を測定することによって得られる。あるいは、基準強度は、膜が形成されていないシリコン基板(ベア基板)をステージ10上で水の存在下で水研磨しているとき、または上記シリコン基板(ベア基板)がステージ10上に置かれているときに、分光器33により測定されたシリコン基板からの反射光の強度としてもよい。
The reference intensity is the pre-measured intensity of light for each wavelength, and the relative reflectance is calculated at each wavelength. Specifically, the relative reflectance is obtained by dividing the light intensity (measured intensity) at each wavelength by the corresponding reference intensity. The reference intensity is obtained, for example, by directly measuring the intensity of light emitted from the film
実際の研磨では、実測強度からダークレベル(光を遮断した条件下で得られた背景強度)を引き算して補正実測強度を求め、さらに基準強度から上記ダークレベルを引き算して補正基準強度を求め、そして、補正実測強度を補正基準強度で割り算することにより、相対反射率が求められる。具体的には、相対反射率R(λ)は、次の式(1)を用いて求めることができる。
スペクトル解析部34は、基板Wからの反射光のスペクトルから基板Wの膜厚を決定する。反射光のスペクトルから膜厚を決定する方法には、公知の方法を使用することができる。例えば、反射光のスペクトルに対してフーリエ変換処理(典型的には高速フーリエ変換処理)を行って得られた周波数スペクトルから膜厚を決定する方法、または複数の参照スペクトルのうち、反射光のスペクトルに最も近い形状を持つ参照スペクトルに関連付けられた膜厚を決定する方法等がある。
The
スペクトル解析部34は、研磨対象層の厚さの決定を実行するためのプログラムが格納された記憶装置34a(図1参照)と、プログラムに含まれる命令に従って演算を実行する処理装置34b(図1参照)を備えている。スペクトル解析部34は、少なくとも1台のコンピュータから構成される。記憶装置34aは、ランダムアクセスメモリ(RAM)などの主記憶装置と、ハードディスクドライブ(HDD)、ソリッドステートドライブ(SSD)などの補助記憶装置を備えている。処理装置34bの例としては、CPU(中央処理装置)、GPU(グラフィックプロセッシングユニット)が挙げられる。ただし、スペクトル解析部34の具体的構成はこれらの例に限定されない。
The
スペクトル解析部34は、決定された研磨対象層の厚さを動作制御部60(図3参照)に伝送する。動作制御部60、決定された研磨対象層の厚さ基づいて研磨終点を決定し、研磨ユニット20の動作を制御する。例えば、動作制御部60は、決定された研磨対象層の厚さが目標値に達した時点である研磨終点を決定する。一実施形態では、研磨対象層の厚さと下層の厚さを合わせた厚さを測定して研磨終点を決定してもよい。研磨対象層の厚さを決定するためのスペクトル解析部34と、基板Wの研磨動作を制御する動作制御部60は、一体に構成されてもよい。本明細書中において、基板Wの膜厚の例としては、研磨対象層の厚さ、および研磨対象層の厚さと下層の厚さを合わせた厚さなどが挙げられる。
The
図5(a)乃至図5(c)は、研磨ユニット20と膜厚測定装置30の動作を説明する図である。研磨ユニット20と膜厚測定装置30とは、連動して移動するように構成されている。具体的には、動作制御部60は、研磨ヘッド21と膜厚測定ヘッド31とが互いに接触しないように、研磨ヘッド移動機構24および膜厚測定ヘッド移動機構37を制御する。
5A to 5C are diagrams for explaining the operation of the polishing
図5(a)は、研磨ヘッド21の一部がステージ10上の基板Wの上方に位置し、膜厚測定ヘッド31がステージ10上の基板Wの上方に位置している状態を示している。すなわち、研磨ヘッド21は研磨位置に配置されており、膜厚測定ヘッド31は測定位置に配置されている。研磨ヘッド移動機構24は、矢印で示すように、研磨ヘッド21が基板Wの中心に向かう方向に研磨ヘッドアーム23を移動させながら、研磨ヘッド21は研磨パッド22(図2参照)を基板Wに押し付けることにより、基板Wを研磨する。より具体的には、研磨ヘッド21は、基板Wの半径方向に移動しながら、研磨パッド22を基板Wに押し付けることにより、基板Wを研磨する。基板研磨装置1は、ステージ10を挟んで研磨ヘッド21の移動方向において両側に配置されたサイドステージ(図示しない)を備えていてもよい。サイドステージは、ステージ10の外側に位置する研磨ヘッド21を支持するように構成されている。これにより、基板Wの周縁部に研磨ヘッド21の押圧力が集中することなく、均一に基板Wを研磨することができる。
5A shows a state in which a part of the polishing
膜厚測定ヘッド移動機構37は、矢印で示すように、膜厚測定ヘッド31が基板Wの外側に向かう方向に膜厚測定ヘッドアーム36を移動させながら、基板Wの膜厚を測定する。より具体的には、膜厚測定ヘッド31は、基板Wの半径方向に移動しながら、膜厚測定装置30は基板Wの膜厚を測定する。膜厚測定装置30は、所定の時間毎に基板Wの膜厚を測定してもよいし、基板W上の所定の測定位置で膜厚を測定してもよい。
The film thickness measuring
図5(b)は、研磨ヘッド21がステージ10上の基板Wの中央上方に位置し、膜厚測定ヘッド31がステージ10上の基板Wの外側に位置している状態を示している。すなわち、研磨ヘッド21は研磨位置に配置されており、膜厚測定ヘッド31は非測定位置に配置されている。研磨ヘッド移動機構24は、矢印で示すように、研磨ヘッド21が基板Wを横切るように研磨ヘッドアーム23を移動させながら、研磨ヘッド21は研磨パッド22(図2参照)を基板Wに押し付けることにより、基板Wを研磨する。膜厚測定ヘッド移動機構37は、矢印で示すように、膜厚測定ヘッド31が基板Wのさらに外側に向かう方向に膜厚測定ヘッドアーム36を移動させる。膜厚測定ヘッド31は、非測定位置に配置されているため、基板Wの膜厚は測定されない。
5B shows a state in which the polishing
図5(c)は、研磨ヘッド21がステージ10上の基板Wの外側に位置し、膜厚測定ヘッド31がステージ10上の基板Wの中央上方に位置している状態を示している。すなわち、研磨ヘッド21は非研磨位置に配置されており、膜厚測定ヘッド31は測定位置に配置されている。研磨ヘッド移動機構24は、矢印で示すように、研磨ヘッド21が基板Wのさらに外側に向かう方向に研磨ヘッドアーム23を移動させる。研磨ヘッド21は、非研磨位置に配置されているため、基板Wは研磨されない。膜厚測定ヘッド移動機構37は、矢印で示すように、膜厚測定ヘッド31が基板Wを横切るように膜厚測定ヘッドアーム36を移動させながら、基板Wの膜厚を測定する。より具体的には、膜厚測定ヘッド31は、基板Wの半径方向に移動しながら、膜厚測定装置30は基板Wの膜厚を測定する。膜厚測定装置30は、所定の時間毎に基板Wの膜厚を測定してもよいし、基板W上の所定の測定位置で膜厚を測定してもよい。
FIG. 5C shows a state in which the polishing
図5(a)乃至図5(c)に示すように、研磨ヘッド21および膜厚測定ヘッド31は、ステージ10上の基板Wの中心を通る軌道で揺動しつつ、研磨ヘッド21と膜厚測定ヘッド31とが互いに接触しないように動作する。
As shown in FIGS. 5(a) to 5(c), the polishing
次に、ヘッドノズル40の詳細について説明する。図6は、ヘッドノズル40を下から見たときの第1流路システム71と第2流路システム72の配置を示す図である。ヘッドノズル40は、膜厚測定ヘッド31からの光および基板Wからの反射光の光路を横切る液体の流れを形成するように構成された第1流路システム71および第2流路システム72を備えている。第1流路システム71と第2流路システム72は、液体の2つの独立した流れを形成するように構成された、2つの独立した流路システムである。
Next, details of the
第1流路システム71は、流体室151と、第1液体供給流路152と、第1液体排出流路153と、開口部154を備えている。第2流路システム72は、第2液体供給流路252と、第2液体排出流路253と、液体吐出口254と、液体吸込口255を備えている。
The
第1流路システム71と第2流路システム72は、ヘッドノズル40の軸心方向から見たときに、ヘッドノズル40の中心点O1で交わる2つの線L1,L2(一点鎖線で示す想像線)上にそれぞれ位置している。第1流路システム71と第2流路システム72は、ヘッドノズル40の中心点O1を中心として所定の角度αずれた位置に配置されている。すなわち、第1流路システム71の流体室151、第1液体供給流路152、第1液体排出流路153、開口部154と、第2流路システム72の第2液体供給流路252、第2液体排出流路253、液体吐出口254、液体吸込口255は、互いに離れた位置に配置されている。2つの線L1,L2間の所定の角度αは、例えば30度であるが、これに限定されない。
When viewed from the axial direction of the
以下、第1流路システム71および第2流路システム72の構成の詳細について、説明する。図7は、ヘッドノズル40の第1流路システム71の一実施形態を模式的に示す図6のB-B線断面図である。膜厚測定ヘッド31は、投光用光ファイバーケーブル38および受光用光ファイバーケーブル39の各先端と、これら先端を保持するファイバー保持部41を有している。ヘッドノズル40は、膜厚測定ヘッド31の先端を覆う形状を有している。ヘッドノズル40の第1流路システム71は、流体室151と、第1液体供給流路152と、第1液体排出流路153と、開口部154を有している。流体室151は、膜厚測定ヘッド31から基板Wの表面に照射される光、および膜厚測定ヘッド31で受ける基板Wからの反射光の光路上に設けられている。膜厚測定ヘッド31の下端31aは、流体室151に面している。
Details of the configurations of the
第1液体供給流路152および第1液体排出流路153は、流体室151に接続されている。第1液体供給流路152は、第1配管接続部152bにおいて第1液体供給ライン142(図1参照)に接続されている。第1液体排出流路153は、第2配管接続部153cにおいて第1液体排出ライン143(図1参照)に接続されている。第1液体供給流路152と流体室151との第1接続部152aは、第1液体排出流路153と流体室151との第2接続部153aよりも下方に位置している。より具体的には、第1液体供給流路152と流体室151との第1接続部152aは、流体室151の下部に位置し、第1液体排出流路153と流体室151との第2接続部153aは、流体室151の上部に位置している。
The first
第1液体供給流路152と流体室151との第1接続部152aは流体室151の下部に位置しているので、第1接続部152aから流体室151内に流入した液体と、既に流体室151内に存在している液体との衝突が緩和され、液体同士の衝突による気泡の発生を低減することができる。加えて、第1液体排出流路153と流体室151との第2接続部153aは流体室151の上部に位置しているので、流体室151内で発生した気泡は、第1液体排出流路153を通じて速やかに排出することができる。
Since the first connecting
開口部154は、膜厚測定ヘッド31から基板Wの表面に照射される光、および膜厚測定ヘッド31で受ける基板Wからの反射光の光路上に設けられている。開口部154は流体室151の下端に連通しており、開口部154の幅a1は流体室151の幅a2よりも小さい。これにより、流体室151に発生した気泡が開口部154に留まらずに流体室151の上部に分散される。一実施形態では、開口部154の幅a1は、1.0mmから2.0mmの範囲内である。これは、流体室151から開口部154を通じて流出する液体の流量を最小限にし、基板W上の研磨液の希釈を防止するため、および膜厚測定ヘッド31から放射される光および基板Wからの反射光の通路を確保するためである。
The
開口部154は、ヘッドノズル40の底面40a内に位置しており、基板Wの膜厚を測定するために基板Wの表面に対向して近接可能である。一実施形態では、開口部154の下端から基板Wの表面、すなわちヘッドノズル40の底面40aから被研磨面2までの距離b1は、0.5mmから1.0mmの範囲内である。これも、流体室151から開口部154を通じて流出する液体の流量を最小限して、基板W上の研磨液の希釈を防止するためである。
The
投光用光ファイバーケーブル38と受光用光ファイバーケーブル39は、複数の投光用光ファイバーケーブル38の外側に複数の受光用光ファイバーケーブル39が配置されて束ねられたバンドルタイプであってもよいし、投光用光ファイバーケーブル38と受光用光ファイバーケーブル39が束ねられていないものでもよい。
The light-projecting
第1液体供給流路152と流体室151との第1接続部152aが位置する部分の流体室151の幅a2は、膜厚測定ヘッド31の下端31aと面している部分の流体室151の幅a3よりも小さい。これにより、流体室151に発生した気泡が膜厚測定時の光路上に留まることなく、光路の外側に分散される。第2接続部153aは、膜厚測定ヘッド31の下端に位置している。より具体的には、第2接続部153aから延びる、第1液体排出流路153の上面153bは、膜厚測定ヘッド31の下端よりも高い位置にある。このような配置により、気泡は流体室151内に留まることなく、第1液体排出流路153を通じて速やかに排出される。
The width a2 of the portion of the
第1供給弁144(図1参照)が開かれると、第1液体供給ライン142を流れる液体は、第1液体供給流路152を通って流体室151に供給される。流体室151に供給された液体は、開口部154から基板Wの被研磨面2に供給される。第1排出弁145(図1参照)が開かれると、流体室151内の液体は、第1液体排出流路153を通って第1液体排出ライン143を流れ、液体ポンプ148により第1液体排出ライン143の外へ排出される。第1供給弁144および第1排出弁145は、第1液体供給流路152を流れる液体の流量が、第1液体排出流路153を流れる液体の流量よりも多くなるように構成されている。
When the first supply valve 144 (see FIG. 1) is opened, the liquid flowing through the first
第1液体供給ライン142から供給される液体は、例えば純水である。液体は、透明な液体であればよく、例えば研磨液に用いられるKOH溶液などであってもよい。第1供給弁144および第1排出弁145が開かれると、流体室151内に液体が満たされるとともに、基板Wに液体が供給されて、基板W上に存在する研磨液や研磨屑が除去される。膜厚測定時の光路が透明な液体で満たされるため、高い精度で研磨中の基板Wの膜厚を測定することができる。第1供給弁144および第1排出弁145は、膜厚測定ヘッド31の位置によらず、基板Wの研磨中に常時開いてもよいし、膜厚測定ヘッド31が測定位置にあるときのみ開いてもよい。
The liquid supplied from the first
一実施形態では、第1液体排出流路153を流れる液体の流量は、第1液体供給流路152を流れる液体の流量の90%から95%の範囲内であり、開口部154から基板Wに供給される液体の流量は、第1液体供給流路152を流れる液体の流量の5%から10%の範囲内である。開口部154から供給される液体の流量を最小限にすることにより、基板W上の研磨液が希釈されて研磨性能を低下させることを防止できる。
In one embodiment, the flow rate of liquid flowing through the first
図8は、ヘッドノズル40の第2流路システム72の一実施形態を模式的に示す図6のC-C線断面図である。図9は、本実施形態に係るヘッドノズル40を下から見た図である。ヘッドノズル40の第2流路システム72は、第2液体供給流路252と、第2液体排出流路253と、液体吐出口254と、液体吸込口255を有している。第2液体供給流路252は、第3配管接続部252aにおいて第2液体供給ライン242(図1参照)に接続されている。第2液体排出流路253は、第4配管接続部253aにおいて第2液体排出ライン243(図1参照)に接続されている。
FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line CC of FIG. 6 schematically showing one embodiment of the
液体吐出口254は、第2液体供給流路252の下端に連通している。第2液体供給流路252は、屈曲部252bにおいて屈曲し、第2液体供給流路252の下部は第1流路システム71の開口部154に向かって傾斜している。液体吸込口255は、第2液体排出流路253の下端に連通している。第2液体排出流路253は、屈曲部253bにおいて屈曲し、第2液体排出流路253の下部は第1流路システム71の開口部154に向かって傾斜している。ただし、第2液体供給流路252および第2液体排出流路253は、図8に示す実施形態に限られず、一実施形態では、第2液体供給流路252および第2液体排出流路253は、屈曲部252b,253bを有しておらず、第2液体供給流路252および第2液体排出流路253の全体が、第1流路システム71の開口部154に向かって傾斜してもよい。
The
図9に示すように、液体吐出口254および液体吸込口255は、開口部154と同様に、ヘッドノズル40の底面40a内に位置している。液体吐出口254および液体吸込口255は、開口部154の両側に位置しており、開口部154は、液体吐出口254と液体吸込口255との間に位置している。より具体的には、液体吐出口254および液体吸込口255は、開口部154に関して対称に配置されている。液体吐出口254は、基板Wの回転方向Pにおいて、開口部154および液体吸込口255よりも上流側に位置している。
As shown in FIG. 9, the
液体吐出口254および液体吸込口255は、いずれも開口部154よりも大きい。また、液体吸込口255は、液体吐出口254よりも大きい。すなわち、第2液体排出流路253の下端の内径は、第2液体供給流路252の下端の内径よりも大きい。液体吐出口254は、基板Wの表面上に液体を供給するために、基板Wの表面に対向して近接可能である。液体吸込口255は、基板Wの表面上の液体を吸引するために、基板Wの表面に対向して近接可能である。一実施形態では、液体吐出口254および液体吸込口255の下端から基板Wの表面、すなわちヘッドノズル40の底面40aから被研磨面2までの距離c1は、0.5mmから1.0mmの範囲内である。
Both the
第2供給弁244(図1参照)が開かれると、第2液体供給ライン242を流れる液体は、第2液体供給流路252を通って液体吐出口254から基板Wの表面(被研磨面2)上に供給される。第2排出弁245(図1参照)が開かれると、基板Wの表面(被研磨面2)上の液体は、液体吸込口255内に吸引され、第2液体排出流路253を通って第2液体排出ライン243を流れ、液体ポンプ248により第2液体排出ライン243の外へ排出される。一実施形態では、第2供給弁244は、液体吐出口254から基板Wに供給される液体の流量が、開口部154を通って流れる液体の流量よりも多くなるように構成されている。
When the second supply valve 244 (see FIG. 1) is opened, the liquid flowing through the second
第2供給弁244および第2排出弁245が開かれると、液体は液体吐出口254から基板Wの表面上に供給され、基板Wの回転方向Pに沿って開口部154と基板Wとの隙間を流れ、液体吸込口255に向かう。この液体は、開口部154から流出した液体と混合される。すなわち、液体吐出口254から液体吸込口255に向かう液体の流れと、開口部154を通過した液体の流れが合流し、これら2つの流れを形成した液体は、液体吸込口255内に吸引される。
When the
このように、混合された液体は、基板Wの回転方向Pに沿って流れて、液体吸込口255を通じて吸引される。この液体の流れにより、開口部154と基板Wとの間に存在する研磨液や研磨屑が除去される。開口部154と基板Wとの間の膜厚測定時の光路が透明な液体で満たされるため、高い精度で基板Wの膜厚を測定することができる。特に、本実施形態によれば、液体吐出口254から液体吸込口255に向かう液体の流れが基板Wの表面上に形成されるので、基板Wの回転速度が速いときであっても、開口部154と基板Wとの間の光路を透明な液体で満たすことができる。
The liquid thus mixed flows along the rotation direction P of the substrate W and is sucked through the
第2液体供給ライン242から基板Wに供給される液体は、例えば純水である。液体は、透明な液体であればよく、例えば研磨液に用いられるKOH溶液などであってもよい。第2供給弁244および第2排出弁245は、膜厚測定ヘッド31の位置によらず、基板Wの研磨中に常時開いてもよいし、膜厚測定ヘッド31が測定位置にあるときのみ開いてもよい。基板Wの膜厚測定中、第1流路システム71の第1供給弁144、第1排出弁145と、第2流路システム72の第2供給弁244、第2排出弁245は、同時に開かれている。
The liquid supplied to the substrate W from the second
図10は、基板Wの膜厚を測定する工程の一例を説明するフローチャートである。
ステップS101では、ステージ10は、基板Wの被研磨面2が上向きの状態で基板Wを支持して、ステージ回転機構はステージ10を回転させる。
ステップS102では、研磨ユニット20は、研磨液供給ノズル28から研磨液を基板Wに供給しながら基板Wの研磨を開始する。
FIG. 10 is a flow chart illustrating an example of the process of measuring the film thickness of the substrate W. As shown in FIG.
In step S<b>101 , the
In step S<b>102 , the polishing
ステップS103では、研磨ヘッド移動機構24は研磨ヘッド21の移動を開始し、膜厚測定ヘッド移動機構37は膜厚測定ヘッド31の移動を開始する。このとき、研磨ヘッド21と、膜厚測定ヘッド31は互いに接触しないように移動する。
ステップS104では、第1供給弁144および第1排出弁145を開き、ヘッドノズル40の液体室51に液体を供給しながら、液体室51から液体を排出する。さらに、第2供給弁244および第2排出弁245を開き、ヘッドノズル40からの液体供給を開始する。
In step S<b>103 , the polishing
In step S<b>104 , the
ステップS105では、膜厚測定ヘッド31を測定位置に移動して、ヘッドノズル40の開口部154、液体吐出口254、および液体吸込口255を基板Wの表面に近接させる。ヘッドノズル40の開口部154を通って液体が流出し、かつ液体吐出口254から基板Wに液体が供給されるとともに、液体吸込口255を通じて基板W上の液体が吸引される。基板Wの表面上には、液体吐出口254から液体吸込口255に向かう液体の流れが形成される。開口部154は、この液体の流れに面しており、開口部154から流出した液体は、液体吐出口254から液体吸込口255に向かう液体の流れに合流する。
In step S105, the film
ステップS106では、光源32は光を発し、光を膜厚測定ヘッド31から流体室151および開口部154を通して、基板Wの表面に光を照射する。
ステップS107では、膜厚測定ヘッド31は、流体室151および開口部154を通して、基板Wからの反射光を受ける。膜厚測定ヘッド31からの光と、基板Wからの反射光は、いずれも、流体室151内を流れる液体と、開口部154内を流れる液体と、液体吐出口254から液体吸込口255へ流れる液体を通過するので、良好な光路が確保できる。
ステップS108では、分光器33は、基板Wからの反射光の強度を波長毎に測定し、反射光の強度測定データをスペクトル解析部34に送る。スペクトル解析部34は、反射光の強度測定データから反射光のスペクトルを生成して、基板Wの膜厚を決定する。
In step S<b>106 , the
In step S<b>107 , the film
In step S<b>108 , the
ステップS109では、決定された基板Wの膜厚が目標値に達したか否かを判断する。決定された基板Wの膜厚が目標値に達したとき(ステップS109の「YES」)、研磨ユニット20は基板Wの研磨を終了する(ステップS110)。決定された基板Wの膜厚が目標値に達していないとき(ステップS109の「NO」)、研磨ユニット20は基板Wの研磨を継続して、ステップS105~S109を繰り返す。
In step S109, it is determined whether or not the determined film thickness of the substrate W has reached the target value. When the determined film thickness of the substrate W reaches the target value ("YES" in step S109), the polishing
図11は、ヘッドノズル40の第2流路システム72の他の実施形態を模式的に示す断面図である。図12は、図11に示す実施形態に係るヘッドノズル40を下から見た図である。図11に示す第2流路システム72は、集液溝257をさらに備えている。集液溝257は、ヘッドノズル40の底面40a内に位置している。集液溝257は、液体吸込口255に接続された窪みであり、集液溝257は液体吸込口255を介して第2液体排出流路253に連通している。集液溝257は、基板Wの表面上の液体を集めて排出するために、基板Wの表面に対向して近接可能である。一実施形態では、集液溝257の高さd1、すなわちヘッドノズル40の底面40aから集液溝257の上端までの高さは、0.3mmから5.0mmの範囲内である。
FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing another embodiment of the
図12に示すように、集液溝257は、基板Wの回転方向Pにおいて、液体吸込口255よりも上流側、かつ開口部154よりも下流側に位置している。集液溝257は、ヘッドノズル40を下から見たときに、略楕円形状を有している。集液溝257の幅d2は、液体吸込口255の幅d3よりも大きい。集液溝257の幅d2は、基板Wの回転方向Pに対して略直交する方向の幅であり、液体吸込口255の幅d3は、基板Wの回転方向Pに対して略直交する方向の幅である。
As shown in FIG. 12, the
図12の矢印で示すように、液体吐出口254から基板Wの表面上に供給された液体が、基板Wの回転方向Pに沿って流れ、外側に広がった場合に、集液溝257により回収されて第2液体排出流路253を通って排出される。これは、開口部154および液体吐出口254から流出する液体を集液溝257に集めることで、基板W上の研磨液が希釈されて研磨性能を低下させることを防止するためである。
As indicated by the arrows in FIG. 12, the liquid supplied onto the surface of the substrate W from the
集液溝257は、図12に示す実施形態に限られず、集液溝257の幅d2が液体吸込口255の幅d3よりも大きい形状であれば、例えば、楕円形状や略扇形状を有していてもよい。
The
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。 The above-described embodiments are described for the purpose of enabling a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs to implement the present invention. Various modifications of the above embodiments can be made by those skilled in the art, and the technical idea of the present invention can be applied to other embodiments. Accordingly, the present invention is not limited to the described embodiments, but is to be construed in its broadest scope in accordance with the technical spirit defined by the claims.
1 基板研磨装置
2 被研磨面
10 ステージ
20 研磨ユニット
21 研磨ヘッド
22 研磨パッド
22a 研磨面
23 研磨ヘッドアーム
24 研磨ヘッド移動機構
25 回転シャフト
26 研磨ヘッド回転機構
28 研磨液供給ノズル
30 膜厚測定装置
31 膜厚測定ヘッド
32 光源
33 分光器
34 スペクトル解析部
34a 記憶装置
34b 処理装置
36 膜厚測定ヘッドアーム
37 膜厚測定ヘッド移動機構
38 投光用光ファイバーケーブル
39 受光用光ファイバーケーブル
40 ヘッドノズル
41 ファイバー保持部
60 動作制御部
60a 記憶装置
60b 処理装置
71 第1流路システム
72 第2流路システム
142 第1液体供給ライン
143 第1液体排出ライン
144 第1供給弁
145 第1排出弁
146,147 流量計
148 液体ポンプ
151 流体室
152 第1液体供給流路
152a 第1接続部
152b 第1配管接続部
153 第1液体排出流路
153a 第2接続部
153b 上面
153c 第2配管接続部
154 開口部
242 第2液体供給ライン
243 第2液体排出ライン
244 第2供給弁
245 第2排出弁
246,247 流量計
248 液体ポンプ
252 第2液体供給流路
252a 第3配管接続部
252b 屈曲部
253 第2液体排出流路
253a 第4配管接続部
253b 屈曲部
254 液体吐出口
255 液体吸込口
257 集液溝
1
Claims (16)
前記ステージに支持された前記基板を研磨するための研磨面を有する研磨パッドを保持する研磨ヘッドと、
前記基板の表面上に研磨液を供給する研磨液供給ノズルと、
前記ステージ上の前記基板の表面上の測定領域に光を照射し、前記測定領域からの反射光を受ける膜厚測定ヘッドと、
前記反射光のスペクトルを生成し、前記スペクトルから前記基板の膜厚を決定するスペクトル解析部と、
前記膜厚測定ヘッドが取り付けられたヘッドノズルを備え、
前記ヘッドノズルは、前記光および前記反射光の光路を横切る液体の流れを形成する第1流路システムおよび第2流路システムを備え、
前記第1流路システムは、前記光路上に位置する開口部を有し、
前記第2流路システムは、液体吐出口および液体吸込口を有しており、前記液体吐出口と前記液体吸込口は、前記開口部の両側に位置している、基板研磨装置。 a stage that supports the substrate with the surface to be polished facing upward and rotates the substrate;
a polishing head holding a polishing pad having a polishing surface for polishing the substrate supported by the stage;
a polishing liquid supply nozzle that supplies a polishing liquid onto the surface of the substrate;
a film thickness measuring head that irradiates a measurement area on the surface of the substrate on the stage with light and receives reflected light from the measurement area;
a spectrum analysis unit that generates a spectrum of the reflected light and determines the film thickness of the substrate from the spectrum;
A head nozzle to which the film thickness measurement head is attached,
the head nozzle comprises a first channel system and a second channel system that form a flow of liquid across optical paths of the light and the reflected light;
The first channel system has an opening located on the optical path,
The substrate polishing apparatus, wherein the second channel system has a liquid outlet and a liquid inlet, and the liquid outlet and the liquid inlet are positioned on both sides of the opening.
前記光路上に設けられた流体室と、
前記流体室に液体を供給するための第1液体供給流路と、
前記流体室から液体を排出するための第1液体排出流路と、
前記流体室の下端に連通し、前記基板の表面に近接可能な前記開口部を有しており、
前記第2流路システムは、
前記基板の表面上に液体を供給するための第2液体供給流路と、
前記基板の表面上の液体を排出するための第2液体排出流路と、
前記第2液体供給流路に連通し、前記基板の表面に近接可能な前記液体吐出口と、
前記第2液体排出流路に連通し、前記基板の表面に近接可能な前記液体吸込口を有している、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の基板研磨装置。 The first channel system is
a fluid chamber provided on the optical path;
a first liquid supply channel for supplying liquid to the fluid chamber;
a first liquid discharge channel for discharging liquid from the fluid chamber;
The opening communicates with the lower end of the fluid chamber and is accessible to the surface of the substrate,
The second channel system is
a second liquid supply channel for supplying liquid onto the surface of the substrate;
a second liquid discharge channel for discharging liquid on the surface of the substrate;
the liquid ejection port that communicates with the second liquid supply channel and is accessible to the surface of the substrate;
5. The substrate polishing apparatus according to any one of claims 1 to 4, further comprising said liquid suction port communicating with said second liquid discharge channel and being able to approach the surface of said substrate.
前記集液溝は、前記基板の回転方向において、前記液体吸込口の上流側に位置しており、
前記集液溝の幅は、前記液体吸込口の幅よりも大きい、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の基板研磨装置。 the second channel system further comprising a liquid collecting groove accessible to the surface of the substrate, connected to the liquid inlet;
the liquid collecting groove is located upstream of the liquid suction port in the rotation direction of the substrate,
8. The substrate polishing apparatus according to claim 1, wherein width of said liquid collecting groove is larger than width of said liquid suction port.
前記基板の表面に研磨液を供給しながら、研磨面を有する研磨パッドを研磨ヘッドにより前記基板に押し付けて前記基板を研磨し、
前記基板の表面に近接するヘッドノズルに設けられた開口部に液体を流しながら、かつ前記ヘッドノズルに設けられた液体吐出口から前記基板の表面上に液体を供給し、かつ前記基板の表面上の液体を液体吸込口を通じて吸い込みながら、膜厚測定ヘッドから前記開口部を通して、前記基板の表面上の測定領域に光を照射し、
前記開口部を通して、前記測定領域からの反射光を前記膜厚測定ヘッドで受け、
前記反射光のスペクトルから前記基板の膜厚を決定する工程を含み、
前記液体吐出口と前記液体吸込口は、前記開口部の両側に位置している、基板研磨方法。 rotating the substrate while supporting the substrate with the surface to be polished facing upward;
polishing the substrate by pressing a polishing pad having a polishing surface against the substrate with a polishing head while supplying a polishing liquid to the surface of the substrate;
supplying the liquid onto the surface of the substrate from a liquid ejection port provided in the head nozzle while flowing the liquid into an opening provided in the head nozzle adjacent to the surface of the substrate; irradiating a measurement region on the surface of the substrate with light from the film thickness measurement head through the opening while sucking the liquid of through the liquid suction port;
receiving reflected light from the measurement region through the opening with the film thickness measurement head;
determining the film thickness of the substrate from the spectrum of the reflected light;
The substrate polishing method, wherein the liquid discharge port and the liquid suction port are positioned on both sides of the opening.
前記膜厚測定ヘッドから前記開口部を通して、前記基板の表面上の測定領域に光を照射する工程は、前記膜厚測定ヘッドから前記流体室および前記開口部を通して、前記基板の表面上の測定領域に光を照射する工程であり、
前記開口部を通して、前記測定領域からの反射光を前記膜厚測定ヘッドで受ける工程は、前記開口部および前記流体室を通して、前記測定領域からの反射光を前記膜厚測定ヘッドで受ける工程である、請求項9に記載の基板研磨方法。 The step of flowing the liquid into the opening provided in the head nozzle is a step of flowing the liquid into the fluid chamber and the opening provided in the head nozzle,
The step of irradiating the measurement region on the surface of the substrate from the film thickness measurement head through the opening includes: irradiating the measurement region on the surface of the substrate from the film thickness measurement head through the fluid chamber and the opening; A step of irradiating light on
The step of receiving the reflected light from the measurement region through the opening with the film thickness measurement head is a step of receiving the reflected light from the measurement region with the film thickness measurement head through the opening and the fluid chamber. 10. The substrate polishing method according to claim 9.
前記集液溝は、前記基板の回転方向において、前記液体吸込口の上流側に位置しており、
前記集液溝の幅は、前記液体吸込口の幅よりも大きい、請求項9乃至15のいずれか一項に記載の基板研磨方法。 The head nozzle has a liquid collection groove connected to the liquid suction port,
the liquid collecting groove is located upstream of the liquid suction port in the rotation direction of the substrate,
16. The substrate polishing method according to any one of claims 9 to 15, wherein the width of said liquid collecting groove is larger than the width of said liquid suction port.
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