JP7068831B2 - 研磨装置 - Google Patents

研磨装置 Download PDF

Info

Publication number
JP7068831B2
JP7068831B2 JP2018006358A JP2018006358A JP7068831B2 JP 7068831 B2 JP7068831 B2 JP 7068831B2 JP 2018006358 A JP2018006358 A JP 2018006358A JP 2018006358 A JP2018006358 A JP 2018006358A JP 7068831 B2 JP7068831 B2 JP 7068831B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical fiber
light
throwing
polishing
wafer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018006358A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2019125733A (ja
JP2019125733A5 (ja
Inventor
利文 金馬
信行 高橋
将毅 木下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ebara Corp filed Critical Ebara Corp
Priority to JP2018006358A priority Critical patent/JP7068831B2/ja
Priority to KR1020190004473A priority patent/KR102384828B1/ko
Priority to SG10201900354WA priority patent/SG10201900354WA/en
Priority to TW108101492A priority patent/TWI750444B/zh
Priority to US16/248,599 priority patent/US10663287B2/en
Priority to CN201910043492.5A priority patent/CN110052961B/zh
Publication of JP2019125733A publication Critical patent/JP2019125733A/ja
Publication of JP2019125733A5 publication Critical patent/JP2019125733A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7068831B2 publication Critical patent/JP7068831B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0616—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating
    • G01B11/0625—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating with measurement of absorption or reflection
    • G01B11/0633—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating with measurement of absorption or reflection using one or more discrete wavelengths
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/005—Control means for lapping machines or devices
    • B24B37/013—Devices or means for detecting lapping completion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/005—Control means for lapping machines or devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/34—Accessories
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/12—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation involving optical means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0616—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating
    • G01B11/0625—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating with measurement of absorption or reflection
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/264—Optical coupling means with optical elements between opposed fibre ends which perform a function other than beam splitting
    • G02B6/266—Optical coupling means with optical elements between opposed fibre ends which perform a function other than beam splitting the optical element being an attenuator
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67092—Apparatus for mechanical treatment
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/3502—Optical coupling means having switching means involving direct waveguide displacement, e.g. cantilever type waveguide displacement involving waveguide bending, or displacing an interposed waveguide between stationary waveguides
    • G02B6/3506—Translating the waveguides along the beam path, e.g. by varying the distance between opposed waveguide ends, or by translation of the waveguide ends
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67253—Process monitoring, e.g. flow or thickness monitoring

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

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。
特開２０１７－５０１４号公報
光学式膜厚測定装置においては、光源が発する光の量は、ウェーハの膜厚測定に影響を与える。例えば、ウェーハ上の複数の測定点に導かれる光の量が異なると、光学的条件の違いに起因して膜厚の測定精度が変化する。結果として、ウェーハの膜厚が同じである場合でも、膜厚の測定値が変わりうる。さらに、分光器の有効測定範囲に対してウェーハからの反射光の量が大きすぎると、正確な膜厚測定が阻害されてしまう。
そこで、本発明は、ウェーハに照射される光の量を調整することで正確な膜厚測定を行う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、光源と、前記研磨テーブル内の異なる位置に配置された複数の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異なる位置に配置された複数の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、前記投光ファイバーを伝達される前記光源からの光の量を減じる第１減光器および第２減光器とを備え、前記投光ファイバーは、第１投光ファイバーおよび第２投光ファイバーを有し、前記第１投光ファイバーおよび前記第２投光ファイバーの一端は前記光源に接続され、前記第１投光ファイバーおよび前記第２投光ファイバーの他端は、前記異なる位置に配置された前記投光ファイバーの先端を構成し、前記第１減光器は前記第１投光ファイバーおよび前記第２投光ファイバーに取り付けられ、前記第２減光器は前記第１投光ファイバーおよび前記第２投光ファイバーのうちの少なくとも１つに取り付けられ、前記第２減光器は、前記第１投光ファイバーおよび前記第２投光ファイバーから前記ウェーハに導かれる光の量が同じになるように、前記第１投光ファイバーおよび前記第２投光ファイバーのうちの少なくとも１つを伝達される前記光源からの光の量を減じるように構成されていることを特徴とする研磨装置である。
本発明の好ましい態様は、前記第１減光器および前記第２減光器のそれぞれは、内部に光通路が形成されたベース部材と、前記光通路に挿入された光ファイバー保持体と、前記光ファイバー保持体の前記ベース部材に対する相対位置を調節する相対位置調節機構を備えることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記光ファイバー保持体の外面には目盛りが付されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記相対位置調節機構は、前記光ファイバー保持体を前記ベース部材に対して移動させるモータ駆動型移動機構を備えていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記投光ファイバーから発せられた光の量が目標値に達するまで、前記第１減光器の前記モータ駆動型移動機構を操作する動作制御部をさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１投光ファイバーおよび前記第２投光ファイバーから発せられた光の量が互いに等しくなるまで、前記第２減光器の前記モータ駆動型移動機構を操作する動作制御部をさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１減光器および前記第２減光器のそれぞれは、前記光通路に配置された絞りをさらに備えることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１投光ファイバーおよび前記第２投光ファイバーの一部は束ねられて幹光ファイバーを構成し、前記第１投光ファイバーおよび前記第２投光ファイバーの他の部分は、前記幹光ファイバーから分岐した複数の枝光ファイバーを構成し、前記第１減光器は前記幹光ファイバーに取り付けられ、前記第２減光器は前記複数の枝光ファイバーのうちの少なくとも１つに取り付けられていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記光源と前記分光器に接続されたモニタリング光ファイバーと、前記モニタリング光ファイバーに取り付けられた第３減光器をさらに備えたことを特徴とする。
本発明の一参考例は、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、前記投光ファイバーに取り付けられた減光器を備えたことを特徴とする研磨装置である。
上記参考例の好ましい態様は、前記減光器は、内部に光通路が形成されたベース部材と、前記光通路に挿入された光ファイバー保持体と、前記光ファイバー保持体の前記ベース部材に対する相対位置を調節する相対位置調節機構を備えることを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記光ファイバー保持体の外面には目盛りが付されていることを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記相対位置調節機構は、前記光ファイバー保持体を前記ベース部材に対して移動させるモータ駆動型移動機構を備えていることを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記投光ファイバーから発せられた光の量が目標値に達するまで、前記モータ駆動型移動機構を操作する動作制御部をさらに備えたことを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記減光器は、前記光通路に配置された絞りをさらに備えることを特徴とする。
本発明によれば、第１減光器は、光源から発せられた光の全体の量を調整することができる。より具体的には、ウェーハからの反射光の量が分光器の有効測定範囲内に収まるように、光源からの光の量を第１減光器によって調整することができる。したがって、分光器は、反射光の波長ごとの強度を正しく測定することができ、結果として正確な膜厚測定が達成できる。
第２減光器は、第１投光ファイバーおよび第２投光ファイバーからウェーハに導かれる光の量をバランスさせる、すなわち複数の投光ファイバーからウェーハに導かれる光の量を同じとすることができる。結果として、ウェーハ上の複数の測定点において同一の光学的条件下でウェーハの膜厚を測定することができる。
さらに、本発明によれば、光ファイバー保持体のベース部材に対する相対的な位置を調節することにより、投光ファイバーを伝送される光の量を微調整することができる。さらに、ウェーハからの反射光の量が分光器の有効測定範囲内に収まるように、光源からの光の量を減光器によって調整することができる。したがって、分光器は、反射光の波長ごとの強度を正しく測定することができ、結果として正確な膜厚測定が達成できる。
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４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。 光学式膜厚測定器（膜厚測定装置）の一実施形態を示す拡大図である。 第１減光器の構成の一実施形態を示す模式図である。 第１減光器の外観を示す図である。 相対位置調節機構の他の実施形態を示す図である。 図９に示す第１減光器の構造を示す断面図である。 第２減光器の構成の一実施形態を示す模式図である。 第１減光器の構成の他の実施形態を示す模式図である。 光学式膜厚測定器（膜厚測定装置）の他の実施形態を示す拡大図である。 光学式膜厚測定器（膜厚測定装置）のさらに他の実施形態を示す拡大図である。
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の研磨を制御する動作制御部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は動作制御部１２に接続されている。処理部２７および動作制御部１２は、それぞれ専用または汎用コンピュータから構成されている。処理部２７および動作制御部１２は、１つのコンピュータから構成されてもよい。
投光ファイバー３４は光源３０に接続されており、光源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。光源３０は、ハロゲンランプ、またはキセノンランプなどの発光体を備えている。
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。
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３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３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３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４は、分光波形の一例を示すグラフである。図４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 0007068831000001
 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５は、図４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５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５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５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を動作制御部１２に出力する。動作制御部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、動作制御部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６は、光学式膜厚測定器（膜厚測定装置）２５の一実施形態を示す拡大図である。投光ファイバー３４は、第１投光ファイバー３６および第２投光ファイバー３７を有している。第１投光ファイバー３６および第２投光ファイバー３７のそれぞれは、複数の素線光ファイバーから構成されている。第１投光ファイバー３６を構成する複数の素線光ファイバーの端部は結束具３２で束ねられている。同様に、第２投光ファイバー３７を構成する複数の素線光ファイバーの端部は結束具３３で束ねられている。第１投光ファイバー３６および第２投光ファイバー３７の一端は光源３０に接続され、第１投光ファイバー３６および第２投光ファイバー３７の他端は、投光ファイバー３４の先端３４ａ，３４ｂを構成する。
第１投光ファイバー３６および第２投光ファイバー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。第１投光ファイバー３６および第２投光ファイバー３７の他の部分は、幹光ファイバー３５から分岐した第１枝光ファイバー３６Ａおよび第２枝光ファイバー３７Ｂをそれぞれ構成している。枝光ファイバー３６Ａ，３７Ｂの先端は投光ファイバー３４の先端３４ａ，３４ｂを構成する。以下の説明では、枝光ファイバー３６Ａの先端を先端３４ａと称し、枝光ファイバー３７Ｂの先端を先端３４ｂと称することがある。
幹光ファイバー３５の端部（すなわち、第１投光ファイバー３６および第２投光ファイバー３７の光源側端部）は、第１減光器７０を介して光源３０に接続されている。第１減光器７０は、光源３０から発せられた光の量を調整する、すなわち光量を減じる機能を有する。第１減光器７０は、幹光ファイバー３５に取り付けられている。すなわち、第１減光器７０は、第１投光ファイバー３６および第２投光ファイバー３７の両方に取り付けられている。
本実施形態では、幹光ファイバー３５の端部は第１減光器７０に接続され、第１減光器７０は光源３０に固定されている。一実施形態では、第１減光器７０は、幹光ファイバー３５に組み込まれてもよい。具体的には、幹光ファイバー３５は、直線上に並ぶ上流側幹光ファイバーおよび下流側幹光ファイバーを有し、第１減光器７０は上流側幹光ファイバーと下流側幹光ファイバーの間に配置されてもよい。
図６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３６Ａ，３７Ｂ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、第１受光ファイバー５６および第２受光ファイバー５７を備えている。第１受光ファイバー５６および第２受光ファイバー５７のそれぞれは、複数の素線光ファイバーから構成されている。第１受光ファイバー５６を構成する複数の素線光ファイバーの端部は結束具５１で結束されている。同様に、第２受光ファイバー５７を構成する複数の素線光ファイバーの端部は結束具５２で結束されている。受光ファイバー５０の先端５０ａ，５０ｂは、第１受光ファイバー５６および第２受光ファイバー５７の先端からそれぞれ構成されている。
第１枝光ファイバー３６Ａの先端３４ａと第１受光ファイバー５６の先端５０ａは第１センサヘッド６１を構成し、第２枝光ファイバー３７Ｂの先端３４ｂと第２受光ファイバー５７の先端５０ｂは第２センサヘッド６２を構成している。第１受光ファイバー５６および第２受光ファイバー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。第１受光ファイバー５６および第２受光ファイバー５７の他の部分は、幹光ファイバー５８から分岐した枝光ファイバーを構成する。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、受光ファイバー５０を構成する第１受光ファイバー５６および第２受光ファイバー５７は分光器２６に接続されている。ウェーハＷの研磨中は第１受光ファイバー５６および第２受光ファイバー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、第１受光ファイバー５６または第２受光ファイバー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、受光ファイバー５６，５７と分光器２６との間に配置してもよい。
本実施形態では、第２減光器７２は第１枝光ファイバー３６Ａ（すなわち第１投光ファイバー３６）に取り付けられている。この第２減光器７２は、第１枝光ファイバー３６Ａを伝達される光の量を調整する、すなわち光量を減じる機能を有する。第１減光器７０と第２減光器７２は同じ構成を有している。
図７は、第１減光器７０の構成の一実施形態を示す模式図である。第１減光器７０は、内部に光通路８１が形成されたベース部材８０と、光通路８１に挿入された光ファイバー保持体８２と、光ファイバー保持体８２のベース部材８０に対する相対位置を調節する相対位置調節機構８５を有している。相対位置調節機構８５は、光ファイバー保持体８２が挿入された通孔８６ａを有するフランジ８６と、フランジ８６にねじ込まれたセットねじ８８と、フランジ８６をベース部材８０に固定する袋ナット８９を有している。ただし、相対位置調節機構８５は、光ファイバー保持体８２のベース部材８０に対する相対的な位置を調節することが可能に構成されている限りにおいて、本実施形態に限定されない。
第１投光ファイバー３６および第２投光ファイバー３７から構成される幹光ファイバー３５は、その端部が光通路８１内に露出した状態で、光ファイバー保持体８２に固定されている。光ファイバー保持体８２の幅は光通路８１の幅よりも小さく、光ファイバー保持体８２は光通路８１内をその長手方向に移動可能である。セットねじ８８は、フランジ８６をその半径方向に貫通している。フランジ８６の通孔８６ａの幅は、光ファイバー保持体８２の幅よりも大きく、フランジ８６は光ファイバー保持体８２に対して相対的に光ファイバー保持体８２の長手方向に移動可能である。セットねじ８８の先端はフランジ８６の通孔８６ａ内に位置し、かつ光ファイバー保持体８２の外面に接触している。フランジ８６は、光通路８１の幅よりも広い幅を有している。光ファイバー保持体８２がフランジ８６の通孔８６ａに挿入された状態でセットねじ８８を締め付けると、フランジ８６は光ファイバー保持体８２に固定される。
光ファイバー保持体８２は袋ナット８９を貫通して延びている。袋ナット８９は、内側に張り出すヘッド部８９ａを有している。フランジ８６は袋ナット８９のヘッド部８９ａとベース部材８０の端面との間に配置されている。ベース部材８０は円筒形状を有している。ベース部材８０の外周面にはねじ８０ｂが形成されており、袋ナット８９の内周面にもねじ８９ｂが形成されている。袋ナット８９のねじ８９ｂは、ベース部材８０のねじ８０ｂに係合している。袋ナット８９を締め付けると、フランジ８６は袋ナット８９によってベース部材８０に押し付けられ、これによりフランジ８６がベース部材８０に固定される。光ファイバー保持体８２はセットねじ８８によりフランジ８６に固定されているので、ベース部材８０に対する光ファイバー保持体８２の相対的な位置が固定される。
幹光ファイバー３５は、光ファイバー保持体８２に固定されており、光ファイバー保持体８２と幹光ファイバー３５は一体に移動可能である。光ファイバー保持体８２のベース部材８０に対する相対的な位置は可変である。すなわち、袋ナット８９をベース部材８０から取り外し、セットねじ８８を緩めると、光ファイバー保持体８２の先端が光通路８１内に位置したまま、光ファイバー保持体８２をベース部材８０に対して移動させることができる。その後、セットねじ８８を締め付け、さらに袋ナット８９をベース部材８０に締め付けると、光ファイバー保持体８２のベース部材８０に対する相対的な位置が固定される。幹光ファイバー３５は光ファイバー保持体８２に固定されているので、光ファイバー保持体８２のベース部材８０に対する相対位置を調節することで、光通路８１に対する幹光ファイバー３５の相対位置を調節することが可能である。
光源３０から発せられた光は、光通路８１を通って光ファイバー保持体８２に保持された幹光ファイバー３５に到達する。幹光ファイバー３５に到達する光の量、すなわち幹光ファイバー３５を伝送される光の量は、光ファイバー保持体８２のベース部材８０に対する相対的な位置により調整することができる。具体的には、光通路８１の入口８１ａから光ファイバー保持体８２までの距離が短くなる方向に光ファイバー保持体８２を移動させると、幹光ファイバー３５に到達する光の量は増加する。これに対し、光通路８１の入口８１ａから光ファイバー保持体８２までの距離が長くなる方向に光ファイバー保持体８２を移動させると、幹光ファイバー３５に到達する光の量は減少する。光ファイバー保持体８２の位置は、フランジ８６およびセットねじ８８によって自由に調節することが可能である。したがって、第１減光器７０は、幹光ファイバー３５を伝送される光の量を微調整することができる。
図８は、第１減光器７０の外観を示す図である。図８に示すように、光ファイバー保持体８２の外面には目盛り９１が付されている。この目盛り９１は、光ファイバー保持体８２のベース部材８０に対する相対位置の調節作業を容易にすることができる。
このように、光ファイバー保持体８２のベース部材８０に対する相対的な位置を調節することで、幹光ファイバー３５を伝送される光の量を調整することができる。したがって、光源３０からウェーハＷに導かれる光の量は、第１減光器７０によって調整することができる。第１枝光ファイバー３６Ａに取り付けられた第２減光器７２も第１減光器７０と同じ構成を有しているので、第２減光器７２は同様にして第１枝光ファイバー３６Ａを伝送される光の量を調整することができる。
本実施形態では、ベース部材８０は光源３０に固定されているが、一実施形態では、ベース部材８０も、光ファイバー保持体８２と同様に、幹光ファイバー３５に固定されてもよい。具体的には、幹光ファイバー３５は、直線上に並ぶ上流側幹光ファイバーおよび下流側幹光ファイバーを有し、ベース部材８０は上流側幹光ファイバーに固定され、光ファイバー保持体８２は下流側幹光ファイバーに固定されてもよい。
第１減光器７０は、第１投光ファイバー３６および第２投光ファイバー３７の両方に取り付けられている。したがって、第１減光器７０は、光源３０から発せられた光の全体の量を減少させるために使用される。理由は次の通りである。もし、分光器２６の有効測定範囲を超えた量の反射光が分光器２６に導かれると、分光器２６は反射光の波長ごとの強度を正しく測定することができない。そこで、ウェーハＷからの反射光の量が、分光器２６の有効測定範囲内に収まるように光源３０から発せられた光の全体の量を第１減光器７０によって減少させる。第１減光器７０が光の量を適切に減少させることにより、分光器２６は反射光の強度を正しく測定することができる。結果として、ウェーハＷの膜厚を正確に測定することができる。
図９は、相対位置調節機構８５の他の実施形態を示す図である。相対位置調節機構８５は、光ファイバー保持体８２をベース部材８０に対して相対的に移動させるモータ駆動型移動機構９２を備えている。モータ駆動型移動機構９２は、ベース部材８０に固定された電動機９３と、電動機９３の回転軸９３ａに固定されたプーリー９５と、プーリー９５と袋ナット８９の外周面に掛けられたベルト９７を備えている。
プーリー９５は、回転軸９３ａのトルクを受けることができる一方で、回転軸９３ａに対してその軸方向に移動可能に構成されている。例えば、プーリー９５と回転軸９３ａは、キーおよびキー溝との係合により連結されてもよいし、またはボールスプライン軸受により連結されてもよい。電動機９３には、サーボモータまたはステッピングモータが使用される。電動機９３は、連結部材９８を介してベース部材８０に固定されている。電動機９３が動作すると、電動機９３のトルクは、プーリー９５およびベルト９７を通じて袋ナット８９に伝達され、袋ナット８９が回転する。
図１０は、図９に示す第１減光器７０の構造を示す断面図である。図１０に示す第１減光器７０の特に説明しない構造は、図７に示す第１減光器７０の構造と同じであるので、その重複する説明を省略する。モータ駆動型移動機構９２は、光通路８１内に配置されたばね９９を更に備えている。ばね９９の一端は光ファイバー保持体８２の端部に接触しており、ばね９９は光ファイバー保持体８２および幹光ファイバー３５を光通路８１の入口８１ａから離れる方向に付勢している。
セットねじ８８が締め付けられている状態で、袋ナット８９が緩む方向に電動機９３が袋ナット８９を回転させると、ばね９９は光ファイバー保持体８２および幹光ファイバー３５を光通路８１の入口８１ａから離れる方向に移動させる。袋ナット８９が締まる方向に電動機９３が袋ナット８９を回転させると、袋ナット８９は、ばね９９の反発力に抗して光ファイバー保持体８２および幹光ファイバー３５を光通路８１の入口８１ａに近づく方向に移動させる。このように、電動機９３の動作によって光ファイバー保持体８２と光通路８１の入口８１ａとの間の距離が変化し、結果として、幹光ファイバー３５に到達する光の量が変化する。
モータ駆動型移動機構９２は動作制御部１２に接続されており、モータ駆動型移動機構９２の動作は動作制御部１２によって制御される。動作制御部１２は、投光ファイバー３４から発せられた光の量が目標値に達するまで、モータ駆動型移動機構９２を操作するように構成されている。具体的には、研磨パッド１の研磨面１ａ上に図示しない反射体（ウェーハ、ダミーウェーハ、鏡など）を置き、第１投光ファイバー３６または第２投光ファイバー３７から光を反射体に導き、反射体からの反射光の強度を分光器２６で測定し、測定された反射光の強度が、上記目標値に対応する設定値に達するまで、動作制御部１２はモータ駆動型移動機構９２の電動機９３を操作する。
図１１は、第２減光器７２の構成の一実施形態を示す模式図である。第２減光器７２は第１減光器７０と基本的に同じ構成を有しているので、第１減光器７０と同じ構成要素には同じ符号を付し、第２減光器７２の詳細な説明は省略する。図１１に示すように、第２減光器７２は、第１投光ファイバー３６、すなわち第１枝光ファイバー３６Ａに取り付けられている。この第２減光器７２は、第１投光ファイバー３６および第２投光ファイバー３７からウェーハＷに導かれる光の量をバランスさせるために使用される。より具体的には、第１投光ファイバー３６および第２投光ファイバー３７からウェーハＷに導かれる光の量が同じになるように、第２減光器７２は第１投光ファイバー３６（すなわち第１枝光ファイバー３６Ａ）を伝送される光の量を減少させる。結果として、第１センサヘッド６１および第２センサヘッド６２は、同一の光学的条件下でウェーハＷの膜厚を測定することができる。
第２投光ファイバー３７からウェーハＷに導かれる光の量が、第１投光ファイバー３６からウェーハＷに導かれる光の量よりも多い場合は、第２減光器７２は第２投光ファイバー３７（すなわち第２枝光ファイバー３７Ｂ）に取り付けられる。この場合でも、第１投光ファイバー３６および第２投光ファイバー３７からウェーハＷに導かれる光の量が同じになるように、第２投光ファイバー３７を伝送される光の量が第２減光器７２によって調整される。
図９および図１０に示すモータ駆動型移動機構９２は、図１１に示す第２減光器７２にも適用することができる。動作制御部１２は、第１投光ファイバー３６および第２投光ファイバー３７から発せられた光の量が互いに等しくなるまで、モータ駆動型移動機構９２を操作するように構成されている。第２減光器７２が第１投光ファイバー３６に取り付けられている場合は、次のようにして光の量が調整される。図示しない反射体（ウェーハ、ダミーウェーハ、鏡など）を第２投光ファイバー３７の先端３４ｂに対向するように研磨パッド１の研磨面１ａ上に置き、第２投光ファイバー３７から光を反射体に導き、反射体からの反射光の強度を分光器２６で測定して基準値を取得し、上記反射体を第１投光ファイバー３６の先端３４ａに対向するように研磨パッド１の研磨面１ａ上に置き、第１投光ファイバー３６から光を反射体に導き、反射体からの反射光の強度を分光器２６で測定し、測定された反射光の強度が上記基準値に等しくなるまで、動作制御部１２はモータ駆動型移動機構９２の電動機９３を操作する。
第２減光器７２が、第１投光ファイバー３６ではなく、第２投光ファイバー３７に取り付けられている場合も、同様にして、光の量の調整が行われる。すなわち、上記反射体を第１投光ファイバー３６の先端３４ａに対向するように研磨パッド１の研磨面１ａ上に置き、第１投光ファイバー３６から光を反射体に導き、反射体からの反射光の強度を分光器２６で測定して基準値を取得し、上記反射体を第２投光ファイバー３７の先端３４ｂに対向するように研磨パッド１の研磨面１ａ上に置き、第２投光ファイバー３７から光を反射体に導き、反射体からの反射光の強度を分光器２６で測定し、測定された反射光の強度が上記基準値に等しくなるまで、動作制御部１２はモータ駆動型移動機構９２の電動機９３を操作する。
図１２は、第１減光器７０の他の実施形態の構成を示す模式図である。特に説明しない構成は、図７に示す構成と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態の第１減光器７０は、光通路８１内に配置された絞り（アパーチャー）９０を備えている。絞り９０は、開口９０ａを有する部材である。絞り９０は取り外し可能に光通路８１内に配置されている。絞り９０は光通路８１の入口８１ａと光ファイバー保持体８２との間に位置している。絞り９０を通過できる光の量は、絞り９０の開口９０ａの大きさに依存する。したがって、大きさの異なる開口を有する複数の絞りの中から、使用すべき絞りを適宜選択することにより、光量を調整することができる。
本実施形態によれば、光源３０から発せられた光の量は２段階で減少される。すなわち、光の量は、まず絞り９０によって減少され、さらにベース部材８０に対する光ファイバー保持体８２の相対位置に従って光の量が減少される。本実施形態の第１減光器７０は、光源３０から発せられた光の量が多い場合であっても、適切なレベルまで光量を下げることができ、かつ光量の微調整が可能である。図示しないが、第２減光器７２も図１２に示す実施形態の構成を備えてもよい。図９および図１０に示すモータ駆動型移動機構９２は、図１２に示す第１減光器７０にも適用することができる。
図１３は、光学式膜厚測定器（膜厚測定装置）２５の他の実施形態を示す拡大図である。特に説明しない構成は、図６に示す構成と同じであるので、その重複する説明を省略する。光学式膜厚測定器２５は、光源３０と分光器２６とに接続されたモニタリング光ファイバー１１０と、モニタリング光ファイバー１１０に取り付けられた第３減光器１１１をさらに備えている。モニタリング光ファイバー１１０の一端は、第１減光器７０を介して光源３０に接続され、モニタリング光ファイバー１１０の他端は、光スイッチ１１５および接続光ファイバー１１７を介して分光器２６に接続されている。接続光ファイバー１１７は光スイッチ１１５と分光器２６との間を延びており、光スイッチ１１５を分光器２６に接続している。
光スイッチ１１５は、受光ファイバー５０またはモニタリング光ファイバー１１０のいずれか一方を、接続光ファイバー１１７を介して分光器２６に光学的に接続するように構成される。より具体的には、光スイッチ１１５が作動して受光ファイバー５０を分光器２６に光学的に接続すると、ウェーハＷからの反射光は受光ファイバー５０、光スイッチ１１５、および接続光ファイバー１１７を通って分光器２６に導かれる。光スイッチ１１５が作動してモニタリング光ファイバー１１０を分光器２６に光学的に接続すると、光源３０から発せられた光は、モニタリング光ファイバー１１０、光スイッチ１１５、および接続光ファイバー１１７を通って分光器２６に導かれる。光スイッチ１１５の動作は動作制御部１２によって制御される。
第１投光ファイバー３６、第２投光ファイバー３７、およびモニタリング光ファイバー１１０の一部は、結束具３１で束ねられた幹光ファイバー３５を構成している。幹光ファイバー３５の端部（すなわち、投光ファイバー３４およびモニタリング光ファイバー１１０の光源側端部）は、第１減光器７０を介して光源３０に接続されている。
受光ファイバー５０は、結束具５１で結束された複数の素線光ファイバーからなる第１受光ファイバー５６、および結束具５２で結束された複数の素線光ファイバーからなる第２受光ファイバー５７を備えている。受光ファイバー５０の先端５０ａ，５０ｂは、第１受光ファイバー５６および第２受光ファイバー５７の先端から構成されている。第１受光ファイバー５６および第２受光ファイバー５７は光スイッチ１１５に接続されている。
ウェーハＷを研磨するときは、動作制御部１２は光スイッチ１１５を操作して、受光ファイバー５０を分光器２６に光学的に接続する。より具体的には、研磨テーブル３が一回転するたびに、動作制御部１２は光スイッチ１１５を操作して、第１受光ファイバー５６および第２受光ファイバー５７を交互に分光器２６に接続する。第１受光ファイバー５６の先端５０ａがウェーハＷの下にある間は、第１受光ファイバー５６は分光器２６に接続され、第２受光ファイバー５７の先端５０ｂがウェーハＷの下にある間は、第２受光ファイバー５７は分光器２６に接続される。光スイッチ１１５は、図６に示す実施形態に適用してもよい。
本実施形態では、光スイッチ１１５は、第１受光ファイバー５６、第２受光ファイバー５７、およびモニタリング光ファイバー１１０のうちのいずれか１つを光学的に分光器２６に接続するように構成されている。一実施形態では、光スイッチ１１５は、受光ファイバー５６，５７またはモニタリング光ファイバー１１０のいずれかを光学的に分光器２６に接続するように構成されてもよい。この場合は、ウェーハＷの研磨中は受光ファイバー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、正確な膜厚測定は可能である。
モニタリング光ファイバー１１０には第３減光器１１１が取り付けられている。この第３減光器１１１は、図７および図８を参照して説明した第１減光器７０、または図１１を参照して説明した第２減光器７２と同じ構成を有しているので、その重複する説明を省略する。モニタリング光ファイバー１１０の一端は第１減光器７０を介して光源３０に接続され、モニタリング光ファイバー１１０の他端は光スイッチ１１５を介して分光器２６に接続されている。光源３０から発せられた光の量が分光器２６の有効測定範囲内に収まるように、光量は第１減光器７０によって減少され、さらに第３減光器１１１によって減少される。第３減光器１１１は、図１２に示す構成を有してもよい。モニタリング光ファイバー１１０の一端は第１減光器７０を介さずに光源３０に直接接続されてもよい。図９および図１０に示すモータ駆動型移動機構９２は、図１３に示す第３減光器１１１にも適用することができる。
通常、光源３０の光量は、光源３０の使用時間とともに徐々に低下する。結果として、真の膜厚と、測定された膜厚との間の誤差が大きくなってしまう。そこで、本実施形態では、光学式膜厚測定器２５は、モニタリング光ファイバー１１０を通じて分光器２６に導かれた光の強度に基づいて、ウェーハＷからの反射光の強度を補正し、光源３０の光量の低下を補償するように構成されている。
処理部２７は、上記式（１）に代えて、次の補正式（２）を用いて反射光の補正された強度を算出する。
Figure 0007068831000002
 ここで、Ｒ'（λ）は補正された反射光の強度、すなわち補正された相対反射率を表し、Ｅ（λ）は研磨されるウェーハＷからの反射光の波長λでの強度を表し、Ｂ（λ）は波長λでの基準強度を表し、Ｄ１（λ）は基準強度Ｂ（λ）を測定する直前または直後に光を遮断した条件下で測定された波長λでのダークレベルを表し、Ｆ（λ）は基準強度Ｂ（λ）を測定する直前または直後にモニタリング光ファイバー１１０を通じて分光器２６に導かれた光の波長λでの強度を表し、Ｄ２（λ）は強度Ｆ（λ）を測定する直前または直後に光を遮断した条件下で測定された波長λでのダークレベルを表し、Ｇ（λ）は強度Ｅ（λ）を測定する前にモニタリング光ファイバー１１０を通じて分光器２６に導かれた光の波長λでの強度を表し、Ｄ３（λ）は強度Ｅ（λ）を測定する前であって、かつ強度Ｇ（λ）を測定する直前または直後に光を遮断した条件下で測定された波長λでのダークレベルを表す。
Ｅ（λ）、Ｂ（λ）、Ｄ１（λ）、Ｆ（λ）、Ｄ２（λ）、Ｇ（λ）、Ｄ３（λ）は、所定の波長範囲内で波長ごとに測定される。ダークレベルＤ１（λ）、Ｄ２（λ）、Ｄ３（λ）を測定するための光が遮断された環境は、分光器２６に内蔵されたシャッター（図示せず）で光を遮ることにより作り出すことができる。
処理部２７は、ウェーハＷからの反射光の強度を補正するための上記補正式を内部に予め格納している。この補正式は、ウェーハＷからの反射光の強度と、モニタリング光ファイバー１１０を通じて分光器２６に導かれた光の強度を少なくとも変数として含む関数である。基準強度Ｂ（λ）は、各波長について予め測定された光の強度である。例えば、基準強度Ｂ（λ）は、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Ｂ（λ）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。基準強度Ｂ（λ）の正しい値を得るために、基準強度Ｂ（λ）は、同一条件下で測定された光の強度の複数の値の平均であってもよい。
基準強度Ｂ（λ）、ダークレベルＤ１（λ）、強度Ｆ（λ）、ダークレベルＤ２（λ）は、予め測定され、定数として上記補正式に予め入力される。強度Ｅ（λ）はウェーハＷの研磨中に測定される。強度Ｇ（λ）およびダークレベルＤ３（λ）はウェーハＷの研磨前（好ましくはウェーハＷの研磨直前）に測定される。例えば、ウェーハＷが研磨ヘッド５に保持される前に、処理部２７は、光スイッチ１１５を操作して、モニタリング光ファイバー１１０を分光器２６に接続し、光源３０の光をモニタリング光ファイバー１１０を通じて分光器２６に導く。分光器２６は、強度Ｇ（λ）およびダークレベルＤ３（λ）を測定し、それらの測定値を処理部２７に送る。処理部２７は、強度Ｇ（λ）およびダークレベルＤ３（λ）の測定値を上記補正式に入力する。強度Ｇ（λ）およびダークレベルＤ３（λ）の測定が完了すると、処理部２７は、光スイッチ１１５を操作して受光ファイバー５０を分光器２６に接続する。その後、ウェーハＷが研磨され、ウェーハＷの研磨中に強度Ｅ（λ）が分光器２６によって測定される。
処理部２７は、ウェーハＷの研磨中に、強度Ｅ（λ）の測定値を上記補正式に入力し、補正された相対反射率Ｒ'（λ）を各波長において算出する。より具体的には、処理部２７は、補正された相対反射率Ｒ'（λ）を所定の波長範囲において算出する。したがって、処理部２７は、補正された相対反射率（すなわち補正された光の強度）と光の波長との関係を示す分光波形を作成することができる。処理部２７は、図３乃至図５を参照して説明した方法でウェーハＷの膜厚を分光波形に基づいて決定する。分光波形は、補正された光の強度に基づいて作成されるので、処理部２７は、ウェーハＷの正確な膜厚を決定することができる。
図１４は、光学式膜厚測定器（膜厚測定装置）２５のさらに他の実施形態を示す拡大図である。特に説明しない構成は、図６に示す構成と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態の光学式膜厚測定器２５は、１つのセンサヘッド６１のみを備えている。投光ファイバー３４を構成する複数の素線光ファイバーの端部は結束具３１，３２で束ねられている。受光ファイバー５０を構成する複数の素線光ファイバーの端部は結束具５１，５２で束ねられている。
投光ファイバー３４には減光器１２０が取り付けられている。この減光器１２０は、図７および図８を参照して説明した第１減光器７０、または図１１を参照して説明した第２減光器７２と同じ構成を有しているので、その重複する説明を省略する。光源３０から発せられた光の量は、減光器１２０によって調整（減少）される。減光器１２０は、図１２に示す構成を備えてもよい。
図９および図１０に示すモータ駆動型移動機構９２は、図１４に示す減光器１２０にも適用することができる。動作制御部１２は、投光ファイバー３４から発せられた光の量が目標値に達するまで、モータ駆動型移動機構９２を操作するように構成されている。具体的には、図示しない反射体（ウェーハ、ダミーウェーハ、鏡など）を研磨パッド１の研磨面１ａ上に置き、投光ファイバー３４から光を反射体に導き、反射体からの反射光の強度を分光器２６で測定し、測定された反射光の強度が、上記目標値に対応する設定値に達するまで、動作制御部１２はモータ駆動型移動機構９２の電動機９３を操作する。
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 動作制御部
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
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投光ファイバー
３６Ａ 第１枝光ファイバー
３７ 第２投光ファイバー
３７Ｂ 第２枝光ファイバー
５０ 受光ファイバー
５１，５２，５３ 結束具
５６ 第１受光ファイバー
５７ 第２受光ファイバー
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 第１減光器
７２ 第２減光器
８０ ベース部材
８１ 光通路
８２ 光ファイバー保持体
８５ 相対位置調節機構
８６ フランジ
８８ セットねじ
８９ 袋ナット
９０ 絞り（アパーチャー）
９１ 目盛り
９２ モータ駆動型移動機構
９３ 電動機
９３ａ 回転軸
９５ プーリー
９７ ベルト
９８ 連結部材
９９ ばね
１１０ モニタリング光ファイバー
１１１ 第３減光器
１１５ 光スイッチ
１１７ 接続光ファイバー
１２０ 減光器

Claims (9)

  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、
    光源と、
    前記研磨テーブル内の異なる位置に配置された複数の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異なる位置に配置された複数の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、
    前記投光ファイバーを伝達される前記光源からの光の量を減じる第１減光器および第２減光器とを備え、
    前記投光ファイバーは、第１投光ファイバーおよび第２投光ファイバーを有し、
    前記第１投光ファイバーおよび前記第２投光ファイバーの一端は前記光源に接続され、
    前記第１投光ファイバーおよび前記第２投光ファイバーの他端は、前記異なる位置に配置された前記投光ファイバーの先端を構成し、
    前記第１減光器は前記第１投光ファイバーおよび前記第２投光ファイバーに取り付けられ、前記第２減光器は前記第１投光ファイバーおよび前記第２投光ファイバーのうちの少なくとも１つに取り付けられ、前記第２減光器は、前記第１投光ファイバーおよび前記第２投光ファイバーから前記ウェーハに導かれる光の量が同じになるように、前記第１投光ファイバーおよび前記第２投光ファイバーのうちの少なくとも１つを伝達される前記光源からの光の量を減じるように構成されていることを特徴とする研磨装置。
  2. 前記第１減光器および前記第２減光器のそれぞれは、
    内部に光通路が形成されたベース部材と、
    前記光通路に挿入された光ファイバー保持体と、
    前記光ファイバー保持体の前記ベース部材に対する相対位置を調節する相対位置調節機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
  3. 前記光ファイバー保持体の外面には目盛りが付されていることを特徴とする請求項２に記載の研磨装置。
  4. 前記相対位置調節機構は、前記光ファイバー保持体を前記ベース部材に対して移動させるモータ駆動型移動機構を備えていることを特徴とする請求項２に記載の研磨装置。
  5. 前記投光ファイバーから発せられた光の量が目標値に達するまで、前記第１減光器の前記モータ駆動型移動機構を操作する動作制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項４に記載の研磨装置。
  6. 前記第１投光ファイバーおよび前記第２投光ファイバーから発せられた光の量が互いに等しくなるまで、前記第２減光器の前記モータ駆動型移動機構を操作する動作制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項４に記載の研磨装置。
  7. 前記第１減光器および前記第２減光器のそれぞれは、前記光通路に配置された絞りをさらに備えることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか一項に記載の研磨装置。
  8. 前記第１投光ファイバーおよび前記第２投光ファイバーの一部は束ねられて幹光ファイバーを構成し、
    前記第１投光ファイバーおよび前記第２投光ファイバーの他の部分は、前記幹光ファイバーから分岐した複数の枝光ファイバーを構成し、
    前記第１減光器は前記幹光ファイバーに取り付けられ、前記第２減光器は前記複数の枝光ファイバーのうちの少なくとも１つに取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の研磨装置。
  9. 前記光源と前記分光器に接続されたモニタリング光ファイバーと、
    前記モニタリング光ファイバーに取り付けられた第３減光器をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の研磨装置。
JP2018006358A 2018-01-18 2018-01-18 研磨装置 Active JP7068831B2 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018006358A JP7068831B2 (ja) 2018-01-18 2018-01-18 研磨装置
SG10201900354WA SG10201900354WA (en) 2018-01-18 2019-01-14 Polishing apparatus
KR1020190004473A KR102384828B1 (ko) 2018-01-18 2019-01-14 연마 장치
US16/248,599 US10663287B2 (en) 2018-01-18 2019-01-15 Polishing apparatus
TW108101492A TWI750444B (zh) 2018-01-18 2019-01-15 研磨裝置
CN201910043492.5A CN110052961B (zh) 2018-01-18 2019-01-17 研磨装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018006358A JP7068831B2 (ja) 2018-01-18 2018-01-18 研磨装置

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2019125733A JP2019125733A (ja) 2019-07-25
JP2019125733A5 JP2019125733A5 (ja) 2020-11-26
JP7068831B2 true JP7068831B2 (ja) 2022-05-17

Family

ID=67213754

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018006358A Active JP7068831B2 (ja) 2018-01-18 2018-01-18 研磨装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10663287B2 (ja)
JP (1) JP7068831B2 (ja)
KR (1) KR102384828B1 (ja)
CN (1) CN110052961B (ja)
SG (1) SG10201900354WA (ja)
TW (1) TWI750444B (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7364217B2 (ja) * 2019-11-05 2023-10-18 スピードファム株式会社 研磨装置
JP2023094723A (ja) * 2021-12-24 2023-07-06 株式会社荏原製作所 膜厚測定方法および膜厚測定装置
JP2024093464A (ja) 2022-12-27 2024-07-09 株式会社荏原製作所 光学式膜厚測定器の光量調整方法および研磨装置
JP2024117029A (ja) * 2023-02-16 2024-08-28 株式会社東京精密 研磨終点検出装置及び方法並びにｃｍｐ装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004039482A (ja) 2002-07-04 2004-02-05 Kurihara Kogyo:Kk Ｌｅｄ面光源装置
JP2005322939A (ja) 2005-06-08 2005-11-17 Tokyo Seimitsu Co Ltd ウェーハ研磨方法
JP2011029505A (ja) 2009-07-28 2011-02-10 Fujitsu Semiconductor Ltd 研磨終点検出方法及び半導体製造装置
JP2014504041A (ja) 2011-01-28 2014-02-13 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 多数の光ヘッドからのスペクトルの収集
JP2015036714A (ja) 2013-08-12 2015-02-23 三菱電機株式会社 光減衰器
JP2017005014A (ja) 2015-06-05 2017-01-05 株式会社荏原製作所 研磨装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3730299B2 (ja) * 1996-02-07 2005-12-21 富士通株式会社 光等化増幅器および光等化増幅方法
JP3506114B2 (ja) * 2000-01-25 2004-03-15 株式会社ニコン モニタ装置及びこのモニタ装置を具えた研磨装置及び研磨方法
US6806948B2 (en) * 2002-03-29 2004-10-19 Lam Research Corporation System and method of broad band optical end point detection for film change indication
JP4542324B2 (ja) * 2002-10-17 2010-09-15 株式会社荏原製作所 研磨状態監視装置及びポリッシング装置
CN100488729C (zh) * 2002-10-17 2009-05-20 株式会社荏原制作所 抛光状态监测装置和抛光装置以及方法
GB2478590A (en) * 2010-03-12 2011-09-14 Precitec Optronik Gmbh Apparatus and method for monitoring a thickness of a silicon wafer
TW201223703A (en) * 2010-09-01 2012-06-16 Applied Materials Inc Feedback control of polishing using optical detection of clearance
US8774958B2 (en) * 2011-04-29 2014-07-08 Applied Materials, Inc. Selection of polishing parameters to generate removal profile
US20140224425A1 (en) * 2013-02-13 2014-08-14 Kabushiki Kaisha Toshiba Film thickness monitoring method, film thickness monitoring device, and semiconductor manufacturing apparatus
JP6105371B2 (ja) * 2013-04-25 2017-03-29 株式会社荏原製作所 研磨方法および研磨装置
CN105636501B (zh) * 2014-06-09 2017-11-21 奥林巴斯株式会社 内窥镜系统
CN104932066B (zh) * 2015-06-30 2016-05-11 武汉光迅科技股份有限公司 一种硅波导耦合对准装置
JP6861116B2 (ja) * 2017-07-14 2021-04-21 株式会社荏原製作所 膜厚測定装置、研磨装置、および研磨方法
CN107520740A (zh) * 2017-09-18 2017-12-29 北京半导体专用设备研究所（中国电子科技集团公司第四十五研究所） 一种化学机械抛光中光谱终点的检测方法、装置及系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004039482A (ja) 2002-07-04 2004-02-05 Kurihara Kogyo:Kk Ｌｅｄ面光源装置
JP2005322939A (ja) 2005-06-08 2005-11-17 Tokyo Seimitsu Co Ltd ウェーハ研磨方法
JP2011029505A (ja) 2009-07-28 2011-02-10 Fujitsu Semiconductor Ltd 研磨終点検出方法及び半導体製造装置
JP2014504041A (ja) 2011-01-28 2014-02-13 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 多数の光ヘッドからのスペクトルの収集
JP2015036714A (ja) 2013-08-12 2015-02-23 三菱電機株式会社 光減衰器
JP2017005014A (ja) 2015-06-05 2017-01-05 株式会社荏原製作所 研磨装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019125733A (ja) 2019-07-25
US20190219381A1 (en) 2019-07-18
CN110052961A (zh) 2019-07-26
SG10201900354WA (en) 2019-08-27
US10663287B2 (en) 2020-05-26
TWI750444B (zh) 2021-12-21
KR102384828B1 (ko) 2022-04-11
KR20190088413A (ko) 2019-07-26
CN110052961B (zh) 2021-11-02
TW201933466A (zh) 2019-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7068831B2 (ja) 研磨装置
KR102283692B1 (ko) 막 두께 측정 방법, 막 두께 측정 장치, 연마 방법 및 연마 장치
US7774086B2 (en) Substrate thickness measuring during polishing
KR101324644B1 (ko) 화학적 기계적 폴리싱의 스펙트럼 기반 모니터링을 위한 장치 및 방법
KR101423579B1 (ko) 화학적 기계적 폴리싱의 스펙트럼 기반 모니터링을 위한 장치 및 방법
JP6473050B2 (ja) 研磨装置
TWI758478B (zh) 研磨裝置及研磨方法
TW201910051A (zh) 基板研磨裝置及方法
KR20230069017A (ko) 연마 장치 및 연마 방법
JP6902452B2 (ja) 研磨装置

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201013

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20201013

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210924

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20211005

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20211129

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220426

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220502

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7068831

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150