JP6902452B2 - 研磨装置 - Google Patents

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Description

本発明は、膜が表面に形成されているウェーハを研磨する研磨装置に関し、特に、ウェーハからの反射光に含まれる光学情報を解析することによりウェーハの膜厚を検出しながらウェーハを研磨する研磨装置に関する。
半導体デバイスの製造プロセスには、ＳｉＯ２などの絶縁膜を研磨する工程や、銅、タングステンなどの金属膜を研磨する工程などの様々な工程が含まれる。裏面照射型ＣＭＯＳセンサおよびシリコン貫通電極（ＴＳＶ）の製造工程では、絶縁膜や金属膜の研磨工程の他にも、シリコン層（シリコンウェーハ）を研磨する工程が含まれる。ウェーハの研磨は、その表面を構成する膜（絶縁膜、金属膜、シリコン層など）の厚さが所定の目標値に達したときに終了される。
ウェーハの研磨は研磨装置を使用して行われる。絶縁膜やシリコン層などの非金属膜の膜厚を測定するために、研磨装置は、一般に、光学式膜厚測定装置を備える。この光学式膜厚測定装置は、光源から発せられた光をウェーハの表面に導き、ウェーハからの反射光の強度を分光器で測定し、反射光のスペクトルを解析することで、ウェーハの膜厚を測定するように構成される。
上述した光学式膜厚測定装置においては、膜の種類および／または膜の厚さに基づいて、膜厚測定に適切な波長を持つ光が使用される。例えば、薄い膜の厚さを測定するときは、比較的波長の長い光が使用され、シリコン層の厚さを測定するときは、比較的波長の短い光が使用すされる。このように、膜の種類および／または膜の厚さに基づいて、適切な波長を持つ光を選択することで、膜厚を正確に測定することができる。
特開２０１７−５０１４号公報
最近では、膜の種類および膜厚の測定範囲が多様化する傾向にあり、結果として、膜厚測定に使用される波長範囲が従来に比べて広くなりつつある。しかしながら、そのような広い波長範囲を１つの光源でカバーできるものはない。１つの解決策として考えられることは、異なる波長範囲を持つ複数の光源を光学式膜厚測定装置に設けることである。しかしながら、光源は研磨装置の研磨テーブルに配置されるため、複数の光源を研磨テーブルに配置するのに十分なスペースがないことがある。
そこで、本発明は、光源を他のタイプの光源に簡単に交換することができる研磨装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様は、研磨パッドを支持するための研磨テーブルと、ウェーハを前記研磨パッドに押し付けるための研磨ヘッドと、光源組立体と、前記研磨テーブル内の所定の位置に配置された先端を有する投光ファイバーと、前記研磨テーブル内の前記所定の位置に配置された先端を有する受光ファイバーと、前記受光ファイバーに接続され、前記受光ファイバーを通じて伝送されるウェーハからの反射光を波長に従って分解して各波長での反射光の強度を測定する分光器と、前記反射光の強度と波長との関係を示す分光波形に基づいてウェーハの膜厚を決定する処理部とを備え、前記光源組立体は、前記研磨テーブルに固定され、前記投光ファイバーに接続されたベースと、光を発するランプを有し、前記ベースに着脱可能に取り付けられた光源モジュールとを含み、前記ベースは、前記光源モジュールを含む異なるタイプの複数の光源モジュールのいずれにも適合する共通ベースであり、前記ベースは、該ベースに対する前記光源モジュールの位置決めをするための位置決め構造体を有し、前記ベースは、その内部に配置された光路を有しており、前記光路の入口は前記ランプに対向しており、前記光路の出口は前記投光ファイバーに接続され、前記光源モジュールは、前記ランプを覆うランプカバーを有しており、前記ベースの外面には、前記ランプカバーが嵌合する凹部が形成されていることを特徴とする研磨装置である。
本発明の一態様は、研磨パッドを支持するための研磨テーブルと、ウェーハを前記研磨パッドに押し付けるための研磨ヘッドと、光源組立体と、前記研磨テーブル内の所定の位置に配置された先端を有する投光ファイバーと、前記研磨テーブル内の前記所定の位置に配置された先端を有する受光ファイバーと、前記受光ファイバーに接続され、前記受光ファイバーを通じて伝送されるウェーハからの反射光を波長に従って分解して各波長での反射光の強度を測定する分光器と、前記反射光の強度と波長との関係を示す分光波形に基づいてウェーハの膜厚を決定する処理部とを備え、前記光源組立体は、前記研磨テーブルに固定され、前記投光ファイバーに接続されたベースと、光を発するランプを有し、前記ベースに着脱可能に取り付けられた光源モジュールとを含み、前記ベースは、前記光源モジュールを含む異なるタイプの複数の光源モジュールのいずれにも適合する共通ベースであり、前記ベースは、該ベースに対する前記光源モジュールの位置決めをするための位置決め構造体を有し、前記ベースは、その内部に配置された光路を有しており、前記光路の入口は前記ランプに対向しており、前記光路の出口は前記投光ファイバーに接続され、前記位置決め構造体は、前記光路の入口の周りに配列された複数の位置決めピンまたは複数の位置決め穴であることを特徴とする研磨装置である。
本発明の一態様は、研磨パッドを支持するための研磨テーブルと、ウェーハを前記研磨パッドに押し付けるための研磨ヘッドと、光源組立体と、前記研磨テーブル内の所定の位置に配置された先端を有する投光ファイバーと、前記研磨テーブル内の前記所定の位置に配置された先端を有する受光ファイバーと、前記受光ファイバーに接続され、前記受光ファイバーを通じて伝送されるウェーハからの反射光を波長に従って分解して各波長での反射光の強度を測定する分光器と、前記反射光の強度と波長との関係を示す分光波形に基づいてウェーハの膜厚を決定する処理部とを備え、前記光源組立体は、前記研磨テーブルに固定され、前記投光ファイバーに接続されたベースと、光を発するランプを有し、前記ベースに着脱可能に取り付けられた光源モジュールとを含み、前記ベースは、前記光源モジュールを含む異なるタイプの複数の光源モジュールのいずれにも適合する共通ベースであり、前記ベースは、該ベースに対する前記光源モジュールの位置決めをするための位置決め構造体を有し、前記ベースは、電力入力線と、信号入力線と、電力出力線と、信号出力線と、前記電力出力線および前記信号出力線に接続されたケーブルコネクタとをさらに備えており、前記光源モジュールは、前記ケーブルコネクタに接続可能なコネクタポートを備えていることを特徴とする研磨装置である。
本発明の一態様は、研磨パッドを支持するための研磨テーブルと、ウェーハを前記研磨パッドに押し付けるための研磨ヘッドと、光源組立体と、前記研磨テーブル内の所定の位置に配置された先端を有する投光ファイバーと、前記研磨テーブル内の前記所定の位置に配置された先端を有する受光ファイバーと、前記受光ファイバーに接続され、前記受光ファイバーを通じて伝送されるウェーハからの反射光を波長に従って分解して各波長での反射光の強度を測定する分光器と、前記反射光の強度と波長との関係を示す分光波形に基づいてウェーハの膜厚を決定する処理部とを備え、前記光源組立体は、前記研磨テーブルに固定され、前記投光ファイバーに接続されたベースと、光を発するランプを有し、前記ベースに着脱可能に取り付けられた光源モジュールとを含み、前記ベースは、前記光源モジュールを含む異なるタイプの複数の光源モジュールのいずれにも適合する共通ベースであり、前記ベースは、該ベースに対する前記光源モジュールの位置決めをするための位置決め構造体を有し、前記ベースは、フックを有し、前記光源モジュールは、前記フックの直上に位置する係止部材を有することを特徴とする研磨装置である。
本発明の好ましい態様は、前記ベースは、その内部に配置された光路を有しており、前記光路の入口は前記ランプに対向しており、前記光路の出口は前記投光ファイバーに接続されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記光源モジュールは、光を発する第１ランプを有する第１光源モジュールであり、前記研磨装置は、前記第１ランプとは異なる波長範囲の光を発する第２ランプを有する第２光源モジュールをさらに備えており、前記第１光源モジュールおよび前記第２光源モジュールのうちのいずれか１つは、前記ベースに選択的に取り付けられることを特徴とする。
本発明によれば、ベースを研磨テーブルに固定したままで、光源モジュールのみを取り外し、かつ別のタイプの光源モジュールをベースに取り付けることが可能である。光源モジュールは、光源組立体の全体に比べれば軽量であるので、光源モジュールの交換作業を容易に行うことができる。
投光ファイバーはベースに接続されているので、光源モジュールをベースから取り外すときに、投光ファイバーをベースから切り離す必要がない。特に、作業員は、投光ファイバーに触れることなく、光源モジュールの交換を行うことができる。一般に、光源組立体から研磨テーブルに導かれる光の量は、投光ファイバーの接続端と光源組立体との相対位置によって大きく変化する。言い換えれば、投光ファイバーの接続端と光源組立体との相対位置は、膜厚測定精度に影響を与える。本発明によれば、投光ファイバーはベースに接続され、ベースは研磨テーブルに固定されているので、投光ファイバーの接続端のベースに対する相対位置は常に固定である。したがって、光量を変化させずに、光源モジュールを交換することが可能である。
本発明の一実施形態に係る研磨装置を示す図である。 研磨パッドおよび研磨テーブルを示す上面図である。 光学式膜厚測定器（膜厚測定装置）を示す拡大図である。 光学式膜厚測定器の原理を説明するための模式図である。 分光波形の一例を示すグラフである。 図５に示す分光波形にフーリエ変換処理を行って得られた周波数スペクトルを示すグラフである。 光源組立体の下面図である。 光源組立体の側面図である。 光源モジュールをベースから外した状態を示す図である。 図８および図９に示す光源モジュールとは異なるタイプの光源モジュールを示す図である。 図１０に示す光源モジュールをベースに取り付けた状態を示す図である。
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。図１は、本発明の一実施形態に係る研磨装置を示す図である。図１に示すように、研磨装置は、研磨パッド１を支持する研磨テーブル３と、ウェーハＷを保持しウェーハＷを研磨テーブル３上の研磨パッド１に押し付ける研磨ヘッド５と、研磨パッド１に研磨液（例えばスラリー）を供給するための研磨液供給ノズル１０と、ウェーハＷの研磨を制御する研磨制御部１２とを備えている。
研磨テーブル３は、テーブル軸３ａを介してその下方に配置されるテーブルモータ１９に連結されており、このテーブルモータ１９により研磨テーブル３が矢印で示す方向に回転されるようになっている。この研磨テーブル３の上面には研磨パッド１が貼付されており、研磨パッド１の上面がウェーハＷを研磨する研磨面１ａを構成している。研磨ヘッド５は研磨ヘッドシャフト１６の下端に連結されている。研磨ヘッド５は、真空吸引によりその下面にウェーハＷを保持できるように構成されている。研磨ヘッドシャフト１６は、図示しない上下動機構により上下動できるようになっている。
ウェーハＷの研磨は次のようにして行われる。研磨ヘッド５および研磨テーブル３をそれぞれ矢印で示す方向に回転させ、研磨液供給ノズル１０から研磨パッド１上に研磨液（スラリー）を供給する。この状態で、研磨ヘッド５は、ウェーハＷを研磨パッド１の研磨面１ａに押し付ける。ウェーハＷの表面は、研磨液の化学的作用と研磨液に含まれる砥粒の機械的作用により研磨される。
研磨装置は、ウェーハＷの膜厚を測定する光学式膜厚測定器（膜厚測定装置）２５を備えている。この光学式膜厚測定器２５は、光を発する光源組立体３０と、研磨テーブル３内の異なる位置に配置された複数の先端３４ａ，３４ｂを有する投光ファイバー３４と、研磨テーブル３内の前記異なる位置に配置された複数の先端５０ａ，５０ｂを有する受光ファイバー５０と、受光ファイバー５０を通じて伝送されるウェーハＷからの反射光を波長に従って分解して各波長での反射光の強度を測定する分光器２６と、反射光の強度と波長との関係を示す分光波形を生成する処理部２７とを備えている。処理部２７は研磨制御部１２に接続されている。
投光ファイバー３４は光源組立体３０に接続されており、光源組立体３０から発せられた光をウェーハＷの表面に導くように配置されている。受光ファイバー５０は分光器２６に接続されており、ウェーハＷの表面からの反射光を分光器２６に導くように配置されている。
投光ファイバー３４の一方の先端３４ａと、受光ファイバー５０の一方の先端５０ａは、互いに隣接しており、これらの先端３４ａ，５０ａは第１センサヘッド６１を構成する。投光ファイバー３４の他方の先端３４ｂと、受光ファイバー５０の他方の先端５０ｂは、互いに隣接しており、これらの先端３４ｂ，５０ｂは第２センサヘッド６２を構成する。研磨パッド１は、第１センサヘッド６１および第２センサヘッド６２の上方に位置する通孔１ｂ，１ｃを有しており、第１センサヘッド６１および第２センサヘッド６２は、これらの通孔１ｂ，１ｃを通じて研磨パッド１上のウェーハＷに光を導き、ウェーハＷからの反射光を受けることができるようになっている。
一実施形態では、投光ファイバー３４は研磨テーブル３内の所定の位置に配置された１つの先端のみを有してもよく、同様に受光ファイバー５０は研磨テーブル３内の前記所定の位置に配置された１つの先端のみを有してもよい。この場合も、投光ファイバー３４の先端と受光ファイバー５０の先端は互いに隣接して配置され、投光ファイバー３４の先端と受光ファイバー５０の先端は、研磨パッド１上のウェーハＷに光を導き、ウェーハＷからの反射光を受けるセンサヘッドを構成する。
図２は、研磨パッド１および研磨テーブル３を示す上面図である。第１センサヘッド６１および第２センサヘッド６２は、研磨テーブル３の中心から異なる距離に位置しており、かつ研磨テーブル３の周方向において互いに離れて配置されている。図２に示す実施形態では、第２センサヘッド６２は、研磨テーブル３の中心に関して第１センサヘッド６１の反対側に配置されている。第１センサヘッド６１および第２センサヘッド６２は、研磨テーブル３が一回転するたびに異なる軌跡を描いてウェーハＷを交互に横切る。具体的には、第１センサヘッド６１はウェーハＷの中心を横切り、第２センサヘッド６２はウェーハＷのエッジ部のみを横切る。第１センサヘッド６１および第２センサヘッド６２は、交互にウェーハＷに光を導き、ウェーハＷからの反射光を受ける。
図３は、光学式膜厚測定器（膜厚測定装置）２５を示す拡大図である。投光ファイバー３４は、複数の第１投光素線光ファイバー３６および複数の第２投光素線光ファイバー３７を有している。第１投光素線光ファイバー３６の先端および第２投光素線光ファイバー３７の先端は、結束具３２，３３でそれぞれ束ねられており、これらの先端は投光ファイバー３４の先端３４ａ，３４ｂを構成する。
第１投光素線光ファイバー３６の光源側端部、および第２投光素線光ファイバー３７の光源側端部は、光源組立体３０に接続されている。第１投光素線光ファイバー３６および第２投光素線光ファイバー３７の一部は結束具３１で束ねられて幹光ファイバー３５を構成している。投光ファイバー３４、すなわち幹光ファイバー３５の端部は、ファイバーコネクタ７０を介して光源組立体３０に接続されている。第１投光素線光ファイバー３６、および第２投光素線光ファイバー３７の他の部分は、幹光ファイバー３５から分岐した枝光ファイバーを構成している。
図３に示す実施形態では、１本の幹光ファイバー３５が２本の枝光ファイバーに分岐しているが、素線光ファイバーを追加することにより、３本以上の枝光ファイバーに分岐することも可能である。さらに、素線光ファイバーを追加することにより、ファイバーの径を簡単に大きくすることができる。このような多数の素線光ファイバーから構成される光ファイバーは、曲げやすく、かつ折れにくいという利点を備えている。
受光ファイバー５０は、結束具５１で結束された複数の第１受光素線光ファイバー５６、および結束具５２で結束された複数の第２受光素線光ファイバー５７を備えている。受光ファイバー５０の先端５０ａ，５０ｂは、第１受光素線光ファイバー５６および第２受光素線光ファイバー５７の先端からそれぞれ構成されている。第１投光素線光ファイバー３６の先端３４ａと第１受光素線光ファイバー５６の先端５０ａは第１センサヘッド６１を構成し、第２投光素線光ファイバー３７の先端３４ｂと第２受光素線光ファイバー５７の先端５０ｂは第２センサヘッド６２を構成している。第１受光素線光ファイバー５６および第２受光素線光ファイバー５７の一部は結束具５３により束ねられて幹光ファイバー５８を構成している。幹光ファイバー５８は、分光器２６に接続されている。分光器２６は処理部２７に電気的に接続されている。
本実施形態では、受光素線光ファイバー５６，５７は分光器２６に接続されている。ウェーハＷの研磨中は受光素線光ファイバー５６，５７の両方を通じて光が分光器２６に伝達されるが、ウェーハＷからの反射光以外の光の強度は極めて低いので、あるしきい値以上の強度を持つ光のみを膜厚測定に使用することで、正確な膜厚測定が可能である。一実施形態では、受光素線光ファイバー５６，５７のいずれか一方を分光器２６に選択的に接続する光スイッチを受光素線光ファイバー５６，５７と分光器２６との間に配置してもよい。
ウェーハＷの研磨中は、投光ファイバー３４から光がウェーハＷに照射され、受光ファイバー５０によってウェーハＷからの反射光が受光される。ウェーハＷからの反射光は受光ファイバー５０を通って分光器２６に導かれる。分光器２６は、反射光を波長に従って分解して各波長での反射光の強度を所定の波長範囲に亘って測定し、得られた光強度データを処理部２７に送る。この光強度データは、ウェーハＷの膜厚を反映した光学信号であり、反射光の強度及び対応する波長から構成される。処理部２７は、光強度データから波長ごとの光の強度を表わす分光波形を生成する。
図４は、光学式膜厚測定器２５の原理を説明するための模式図である。図４に示す例では、ウェーハＷは、下層膜と、その上に形成された上層膜とを有している。上層膜は、例えばシリコン層または絶縁膜などの、光の透過を許容する膜である。ウェーハＷに照射された光は、媒質（図４の例では水）と上層膜との界面、および上層膜と下層膜との界面で反射し、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、上層膜の厚さ（すなわち光路長）に応じて変化する。このため、ウェーハＷからの反射光から生成される分光波形は、上層膜の厚さに従って変化する。
分光器２６は、反射光を波長に従って分解し、反射光の強度を波長ごとに測定する。処理部２７は、分光器２６から得られた反射光の強度データ（光学信号）から分光波形を生成する。この分光波形は、光の波長と強度との関係を示す線グラフとして表される。光の強度は、後述する相対反射率などの相対値として表わすこともできる。
図５は、分光波形の一例を示すグラフである。図５において、縦軸はウェーハＷからの反射光の強度を示す相対反射率を表し、横軸は反射光の波長を表す。相対反射率とは、反射光の強度を示す指標値であり、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が実測強度から除去される。
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、第１センサヘッド６１または第２センサヘッド６２から発せられた光の強度を直接測定するか、または第１センサヘッド６１または第２センサヘッド６２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ウェーハ（ベアウェーハ）を研磨パッド１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ウェーハ（ベアウェーハ）が研磨パッド１上に置かれているときに分光器２６により測定されたシリコンウェーハからの反射光の強度としてもよい。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。
Figure 0006902452
 ここで、λは波長であり、Ｅ（λ）はウェーハから反射した光の波長λでの強度であり、Ｂ（λ）は波長λでの基準強度であり、Ｄ（λ）は光を遮断した条件下で測定された波長λでの背景強度（ダークレベル）である。
処理部２７は、分光波形にフーリエ変換処理（例えば、高速フーリエ変換処理）を行って周波数スペクトルを生成し、周波数スペクトルからウェーハＷの膜厚を決定する。図６は、図５に示す分光波形にフーリエ変換処理を行って得られた周波数スペクトルを示すグラフである。図６において、縦軸は分光波形に含まれる周波数成分の強度を表し、横軸は膜厚を表す。周波数成分の強度は、正弦波として表される周波数成分の振幅に相当する。分光波形に含まれる周波数成分は、所定の関係式を用いて膜厚に変換され、図６に示すような膜厚と周波数成分の強度との関係を示す周波数スペクトルが生成される。上述した所定の関係式は、周波数成分を変数とした、膜厚を表す一次関数であり、膜厚の実測結果、光学的膜厚測定シミュレーション、理論式などから求めることができる。
図６に示すグラフにおいて、周波数成分の強度のピークは膜厚ｔ１で現れる。言い換えれば、膜厚ｔ１において、周波数成分の強度が最も大きくなる。つまり、この周波数スペクトルは、膜厚がｔ１であることを示している。このようにして、処理部２７は、周波数成分の強度のピークに対応する膜厚を決定する。
処理部２７は、膜厚測定値として膜厚ｔ１を研磨制御部１２に出力する。研磨制御部１２は、処理部２７から送られた膜厚ｔ１に基づいて研磨動作（例えば、研磨終了動作）を制御する。例えば、研磨制御部１２は、膜厚ｔ１が予め設定された目標値に達したときに、ウェーハＷの研磨を終了する。
図７は、光源組立体３０の下面図であり、図８は、光源組立体３０の側面図である。光源組立体３０は、研磨テーブル３に固定されたベース７５と、ベース７５に着脱可能に取り付けられた光源モジュール７７を備えている。投光ファイバー３４は、ファイバーコネクタ７０によってベース７５に切り離し可能に接続されている。ベース７５は研磨テーブル３の下面３ｂに図示しないねじにより固定されているのに対して、光源モジュール７７は研磨テーブル３には固定されていない。光源モジュール７７は締結ねじ８０によりベース７５のモジュール設置面７５ａに取り付けられている。締結ねじ８０は光源モジュール７７の両側に配置されている。ベース７５はねじ穴８１を有しており、締結ねじ８０がねじ穴８１にねじ込まれることによって光源モジュール７７がベース７５に固定される。締結ねじ８０をねじ穴８１から外すことによって、光源モジュール７７をベース７５から切り離すことができる。
締結ねじ８０が緩んだときに光源モジュール７７がベース７５から脱落することを防止するために、ベース７５にはフック８５が固定され、光源モジュール７７にはフック８５の直上に位置した係止部材８７が固定されている。フック８５は上方に延びる端部８５ａを有しており、係止部材８７の下端はフック８５の端部８５ａの頂面よりも下方に位置している。万が一、研磨テーブル３の回転中に締結ねじ８０が緩むと、係止部材８７がフック８５に係合する。フック８５と係止部材８７との係合により光源モジュール７７がベース７５から脱落することが防止される。
ベース７５は、電力入力線９１と、信号入力線９２と、電力出力線９５と、信号出力線９６と、電力出力線９５および信号出力線９６に接続されたケーブルコネクタ９８とを備えている。ケーブルコネクタ９８は、光源モジュール７７のコネクタポート９９に切り離し可能に接続されている。電力出力線９５および信号出力線９６は、保護皮膜（シース）に覆われてもよい。電力入力線９１は、図示しない電源に接続されている。信号入力線９２は図１に示す研磨制御部１２に接続されており、研磨制御部１２から発せられるトリガー信号をベース７５に伝送する。電力出力線９５は電力入力線９１に接続され、信号出力線９６は信号入力線９２に接続されている。電源から供給される電力は、電力入力線９１を通ってベース７５に送られ、ベース７５を通過して電力出力線９５によって光源モジュール７７に送られる。研磨制御部１２からのトリガー信号は、信号入力線９２を通ってベース７５に送られ、ベース７５を通過して信号出力線９６によって光源モジュール７７に送られる。
図９は、光源モジュール７７をベース７５から外した状態を示す図である。光源モジュール７７は、ケーブルコネクタ９８に接続可能なコネクタポート９９を備えている。図９に示すように、光源モジュール７７をベース７５から外すときは、ケーブルコネクタ９８はコネクタポート９９から切り離される。光源モジュール７７をベース７５に取り付けるときは、図７に示すようにケーブルコネクタ９８はコネクタポート９９に接続される。
図９に示すように、光源モジュール７７は、光を発するランプ１００と、ランプ１００を覆うランプカバー１０２を有している。ランプカバー１０２の先端面には通孔１０２ａが形成されており、ランプ１００から発せられた光は通孔１０２ａを通過することが可能になっている。ベース７５の外面、より具体的にはモジュール設置面７５ａには、ランプカバー１０２が嵌合する凹部１１０が形成されている。光源モジュール７７はこのモジュール設置面７５ａに取り付けられる。ベース７５は、その内部に配置された光路１０５を有しており、光路１０５の入口１０５ａは凹部１１０の底部に位置しており、光路１０５の出口１０５ｂは投光ファイバー３４にファイバーコネクタ７０によって接続されている。
光源モジュール７７がベース７５に取り付けられたとき、ランプカバー１０２が凹部１１０に嵌合し、これにより光路１０５の入口１０５ａは遮光され、かつ光路１０５の入口１０５ａはランプ１００に対向する。ランプカバー１０２が凹部１１０に嵌合した状態でランプ１００が光を発すると、光は光路１０５を通って投光ファイバー３４に進行する。光路１０５は、光の進行方向を変えるための反射ミラー１０９を備えている。一実施形態では、光路１０５は光ファイバーから構成されてもよい。図９に示すランプ１００は、ハロゲンランプである。ランプ１００は内部電力線１０８を通じて電力出力線９５に電気的に接続されており、電力は電力出力線９５および内部電力線１０８を通じてランプ１００に供給される。
ベース７５は、ベース７５に対する光源モジュール７７の位置決めをするための位置決め構造体としての複数の位置決めピン１１１を有している。この位置決めピン１１１は、モジュール設置面７５ａに固定されおり、凹部１１０および光路１０５の入口１０５ａの周りに配列されている。光源モジュール７７は、位置決めピン１１１が挿入される位置決め穴１１２を有している。位置決め穴１１２はランプカバー１０２およびランプ１００の周りに配列されている。光源モジュール７７をベース７５に取り付けるときは、ランプカバー１０２が凹部１１０に嵌合するとともに、位置決めピン１１１が位置決め穴１１２に挿入される。
一実施形態では、光源モジュール７７が位置決めピン１１１を備え、ベース７５が位置決め穴１１２を備えてもよい。この場合は、位置決めピン１１１はランプカバー１０２およびランプ１００の周りに配列され、位置決め穴１１２は凹部１１０および光路１０５の入口１０５ａの周りに配列される。
ベース７５は、光源モジュール７７を含む異なるタイプの複数の光源モジュールのいずれにも適合する共通ベースである。これらの異なるタイプの複数の光源モジュールは、予め用意されたものであり、光源モジュール７７を含む。本実施形態によれば、光源モジュール７７を取り外して、異なるタイプの光源モジュールをベース７５に取り付けることが可能である。例えば、ハロゲンランプを有する上記光源モジュール７７をベース７５から取り外し、キセノンランプを有する光源モジュールをベース７５に取り付けることができる。ハロゲンランプは、一般に、４００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長を有する光を発することができ、キセノンランプは、一般に、２００ｎｍ〜８００ｎｍの波長を有する光を発することができる。したがって、ハロゲンランプを有する光源モジュール７７、またはキセノンランプを有する別の光源モジュールを選択的にベース７５に取り付けることにより、光学式膜厚測定器２５は、２００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長範囲をカバーすることができる。
図１０は、図８および図９に示す光源モジュール７７とは異なるタイプの光源モジュール１２０を示す図である。光源モジュール１２０は、ランプ１２１と、高圧電源１２５と、トリガー回路１２７を内部に有する。ランプ１２１は、光源モジュール７７のランプ１００とは異なる波長範囲の光を発することができるランプである。例えば、光源モジュール７７のランプ１００はハロゲンランプであり、光源モジュール１２０のランプ１２１はキセノンランプである。以下の説明では、光源モジュール７７を第１光源モジュール７７と称し、第１光源モジュール７７のランプ１００をハロゲンランプ１００と称し、光源モジュール１２０を第２光源モジュール１２０と称し、第２光源モジュール１２０のランプ１２１をキセノンランプ１２１と称する。
高圧電源１２５は、高電圧を発生させ、発生した高電圧をキセノンランプ１２１に印加する。トリガー回路１２７は、高電圧の印加タイミングを制御するように構成されている。第２光源モジュール１２０は、上述した第１光源モジュール７７のコネクタポート９９と同じ位置に、コネクタポート１３０を有している。コネクタポート１３０の形状およびサイズは、第１光源モジュール７７のコネクタポート９９と同じである。したがって、ケーブルコネクタ９８は、コネクタポート１３０に接続することが可能となっている。
コネクタポート１３０は、第１内部電力線１３１ａを介して高圧電源１２５に接続されており、高圧電源１２５は第２内部電力線１３１ｂを介してキセノンランプ１２１に接続されている。さらに、コネクタポート１３０は、第１内部信号線１３２ａを介してトリガー回路１２７に接続されており、トリガー回路１２７は第２内部信号線１３２ｂを介してキセノンランプ１２１に接続されている。ケーブルコネクタ９８が第２光源モジュール１２０のコネクタポート１３０に接続されると、電力出力線９５および信号出力線９６は、それぞれ第１内部電力線１３１ａおよび第１内部信号線１３２ａに電気的に接続される。
第２光源モジュール１２０は、第１光源モジュール７７と同じ位置にランプカバー１３３、位置決め穴１３５、係止部材（図示せず）、および締結ねじ１３８を有している。ランプカバー１３３の先端面には通孔１３３ａが形成されており、キセノンランプ１２１から発せられた光は通孔１３３ａを通過することが可能になっている。
第２光源モジュール１２０のランプカバー１３３、位置決め穴１３５、係止部材（図示せず）、および締結ねじ１３８は、第１光源モジュール７７のランプカバー１０２、位置決め穴１１２、係止部材８７、および締結ねじ８０と同じ形状を有している。したがって、図１１に示すように、第２光源モジュール１２０は、ベース７５のモジュール設置面７５ａに取り付けることができる。
本実施形態によれば、ベース７５を研磨テーブル３に固定したままで、第１光源モジュール７７のみを取り外し、かつ別のタイプの第２光源モジュール１２０をベース７５に取り付けることが可能である。第１光源モジュール７７および第２光源モジュール１２０は、光源組立体３０の全体に比べれば軽量であるので、第１光源モジュール７７を第２光源モジュール１２０に容易に交換することができる。同様に、第２光源モジュール１２０を第１光源モジュール７７に交換する作業も容易である。
投光ファイバー３４はベース７５に接続されているので、第１光源モジュール７７をベース７５から取り外すときに、投光ファイバー３４をベース７５から切り離す必要がない。特に、作業員は、投光ファイバー３４に触れることなく、第１光源モジュール７７を第２光源モジュール１２０に交換することができる。一般に、光源組立体３０から研磨テーブル３に導かれる光の量は、投光ファイバー３４の接続端と光源組立体３０との相対位置によって大きく変化する。言い換えれば、投光ファイバー３４の接続端と光源組立体３０との相対位置は、膜厚測定精度に影響を与える。本実施形態によれば、投光ファイバー３４はベース７５に接続され、ベース７５は研磨テーブル３に固定されているので、投光ファイバー３４の接続端のベース７５に対する相対位置は常に固定である。したがって、光量を変化させずに、第１光源モジュール７７を第２光源モジュール１２０に交換することが可能である。同様に、光量を変化させずに、第２光源モジュール１２０を第１光源モジュール７７に交換することも可能である。
一実施形態では、第１光源モジュール７７と第２光源モジュール１２０は、ウェーハのプロセスに基づいて選択される。例えば、シリコン層を研磨する場合は、ハロゲンランプ１００を有する第１光源モジュール７７を使用し、薄い膜を研磨する場合はキセノンランプ１２１を有する第２光源モジュール１２０を使用する。このように、研磨される膜の種類、および／または膜の厚さに基づいて、最適なタイプの光源モジュールを使用することができる。したがって、研磨装置は、様々な研磨プロセスに使用することができる。
光源モジュール７７，１２０が備えるランプ１００，１２１のタイプは、ハロゲンランプ、キセノンランプには限定されず、発光ダイオード、重水素ランプなどの他のタイプであってもよい。
ベース７５および光源モジュール７７（または光源モジュール１２０）を含む光源組立体３０の上記実施形態は、図１に示す研磨装置のみならず、他の研磨装置にも適用することができる。例えば、図１に示す研磨装置は２つのセンサヘッド６１，６２を有するが、光源組立体３０の上記実施形態は、１つのセンサヘッドのみを有する研磨装置にも適用することが可能である。
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。
１ 研磨パッド
３ 研磨テーブル
５ 研磨ヘッド
１０ 研磨液供給ノズル
１２ 研磨制御部
１６ 研磨ヘッドシャフト
１９ テーブルモータ
２５ 光学式膜厚測定器（膜厚測定装置）
２６ 分光器
２７ 処理部
３０ 光源組立体
３１，３２，３３ 結束具
３４ 投光ファイバー
３５ 幹光ファイバー
３６ 第１投光素線光ファイバー
３７ 第２投光素線光ファイバー
５０ 受光ファイバー
５１，５２，５３ 結束具
５６ 第１受光素線光ファイバー
５７ 第２受光素線光ファイバー
５８ 幹光ファイバー
６１ 第１センサヘッド
６２ 第２センサヘッド
７０ ファイバーコネクタ
７５ ベース
７５ａ モジュール設置面
７７ 光源モジュール
８０ 締結ねじ
８１ ねじ穴
８５ フック
８７ 係止部材
９１ 電力入力線
９２ 信号入力線
９５ 電力出力線
９６ 信号出力線
９８ ケーブルコネクタ
９９ コネクタポート
１００ ランプ（ハロゲンランプ）
１０２ ランプカバー
１０５ 光路
１０８ 内部電力線
１０９ 反射ミラー
１１０ 凹部
１１１ 位置決めピン
１１２ 位置決め穴
１２０ 光源モジュール
１２１ ランプ（キセノンランプ）
１２５ 高圧電源
１２７ トリガー回路
１３０ コネクタポート
１３１ａ 第１内部電力線
１３１ｂ 第２内部電力線
１３２ａ 第１内部信号線
１３２ｂ 第２内部信号線
１３３ ランプカバー
１３５ 位置決め穴
１３８ 締結ねじ

Claims (6)

  1. 研磨パッドを支持するための研磨テーブルと、
    ウェーハを前記研磨パッドに押し付けるための研磨ヘッドと、
    光源組立体と、
    前記研磨テーブル内の所定の位置に配置された先端を有する投光ファイバーと、
    前記研磨テーブル内の前記所定の位置に配置された先端を有する受光ファイバーと、
    前記受光ファイバーに接続され、前記受光ファイバーを通じて伝送されるウェーハからの反射光を波長に従って分解して各波長での反射光の強度を測定する分光器と、
    前記反射光の強度と波長との関係を示す分光波形に基づいてウェーハの膜厚を決定する処理部とを備え、
    前記光源組立体は、
    前記研磨テーブルに固定され、前記投光ファイバーに接続されたベースと、
    光を発するランプを有し、前記ベースに着脱可能に取り付けられた光源モジュールとを含み、
    前記ベースは、前記光源モジュールを含む異なるタイプの複数の光源モジュールのいずれにも適合する共通ベースであり、
    前記ベースは、該ベースに対する前記光源モジュールの位置決めをするための位置決め構造体を有し、
    前記ベースは、その内部に配置された光路を有しており、前記光路の入口は前記ランプに対向しており、前記光路の出口は前記投光ファイバーに接続され、
    前記光源モジュールは、前記ランプを覆うランプカバーを有しており、
    前記ベースの外面には、前記ランプカバーが嵌合する凹部が形成されていることを特徴とする研磨装置。
  2. 研磨パッドを支持するための研磨テーブルと、
    ウェーハを前記研磨パッドに押し付けるための研磨ヘッドと、
    光源組立体と、
    前記研磨テーブル内の所定の位置に配置された先端を有する投光ファイバーと、
    前記研磨テーブル内の前記所定の位置に配置された先端を有する受光ファイバーと、
    前記受光ファイバーに接続され、前記受光ファイバーを通じて伝送されるウェーハからの反射光を波長に従って分解して各波長での反射光の強度を測定する分光器と、
    前記反射光の強度と波長との関係を示す分光波形に基づいてウェーハの膜厚を決定する処理部とを備え、
    前記光源組立体は、
    前記研磨テーブルに固定され、前記投光ファイバーに接続されたベースと、
    光を発するランプを有し、前記ベースに着脱可能に取り付けられた光源モジュールとを含み、
    前記ベースは、前記光源モジュールを含む異なるタイプの複数の光源モジュールのいずれにも適合する共通ベースであり、
    前記ベースは、該ベースに対する前記光源モジュールの位置決めをするための位置決め構造体を有し、
    前記ベースは、その内部に配置された光路を有しており、前記光路の入口は前記ランプに対向しており、前記光路の出口は前記投光ファイバーに接続され、
    前記位置決め構造体は、前記光路の入口の周りに配列された複数の位置決めピンまたは複数の位置決め穴であることを特徴とする研磨装置。
  3. 研磨パッドを支持するための研磨テーブルと、
    ウェーハを前記研磨パッドに押し付けるための研磨ヘッドと、
    光源組立体と、
    前記研磨テーブル内の所定の位置に配置された先端を有する投光ファイバーと、
    前記研磨テーブル内の前記所定の位置に配置された先端を有する受光ファイバーと、
    前記受光ファイバーに接続され、前記受光ファイバーを通じて伝送されるウェーハからの反射光を波長に従って分解して各波長での反射光の強度を測定する分光器と、
    前記反射光の強度と波長との関係を示す分光波形に基づいてウェーハの膜厚を決定する処理部とを備え、
    前記光源組立体は、
    前記研磨テーブルに固定され、前記投光ファイバーに接続されたベースと、
    光を発するランプを有し、前記ベースに着脱可能に取り付けられた光源モジュールとを含み、
    前記ベースは、前記光源モジュールを含む異なるタイプの複数の光源モジュールのいずれにも適合する共通ベースであり、
    前記ベースは、該ベースに対する前記光源モジュールの位置決めをするための位置決め構造体を有し、
    前記ベースは、電力入力線と、信号入力線と、電力出力線と、信号出力線と、前記電力出力線および前記信号出力線に接続されたケーブルコネクタとをさらに備えており、
    前記光源モジュールは、前記ケーブルコネクタに接続可能なコネクタポートを備えていることを特徴とする研磨装置。
  4. 研磨パッドを支持するための研磨テーブルと、
    ウェーハを前記研磨パッドに押し付けるための研磨ヘッドと、
    光源組立体と、
    前記研磨テーブル内の所定の位置に配置された先端を有する投光ファイバーと、
    前記研磨テーブル内の前記所定の位置に配置された先端を有する受光ファイバーと、
    前記受光ファイバーに接続され、前記受光ファイバーを通じて伝送されるウェーハからの反射光を波長に従って分解して各波長での反射光の強度を測定する分光器と、
    前記反射光の強度と波長との関係を示す分光波形に基づいてウェーハの膜厚を決定する処理部とを備え、
    前記光源組立体は、
    前記研磨テーブルに固定され、前記投光ファイバーに接続されたベースと、
    光を発するランプを有し、前記ベースに着脱可能に取り付けられた光源モジュールとを含み、
    前記ベースは、前記光源モジュールを含む異なるタイプの複数の光源モジュールのいずれにも適合する共通ベースであり、
    前記ベースは、該ベースに対する前記光源モジュールの位置決めをするための位置決め構造体を有し、
    前記ベースは、フックを有し、
    前記光源モジュールは、前記フックの直上に位置する係止部材を有することを特徴とする研磨装置。
  5. 前記ベースは、その内部に配置された光路を有しており、前記光路の入口は前記ランプに対向しており、前記光路の出口は前記投光ファイバーに接続されていることを特徴とする請求項３または４に記載の研磨装置。
  6. 前記光源モジュールは、光を発する第１ランプを有する第１光源モジュールであり、
    前記研磨装置は、前記第１ランプとは異なる波長範囲の光を発する第２ランプを有する第２光源モジュールをさらに備えており、
    前記第１光源モジュールおよび前記第２光源モジュールのうちのいずれか１つは、前記ベースに選択的に取り付けられることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の研磨装置。
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