JPH09260317A - Substrate polishing equipment - Google Patents

Substrate polishing equipment

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JPH09260317A
JPH09260317A JP18200196A JP18200196A JPH09260317A JP H09260317 A JPH09260317 A JP H09260317A JP 18200196 A JP18200196 A JP 18200196A JP 18200196 A JP18200196 A JP 18200196A JP H09260317 A JPH09260317 A JP H09260317A
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JP
Japan
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substrate
film thickness
polishing
head
thickness measuring
Prior art date
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Pending
Application number
JP18200196A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shuzo Sato
修三 佐藤
Suguru Otorii
英 大鳥居
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.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate polishing equipment which can accuretely detect the termination of polishing by realizing a very precise in-process measurement of a film thickness. SOLUTION: This polishing equipment is so located as to face a processed face of a substrate 24 during a polishing process. As cleaning units for removing measurement inhibitors such as a polishing material from the processed face of the substrate, a turbine air supply system including a turbine nozzle 41 and a pure water supply system including an exhaust nozzle 46 for pure water are used. The equipment is also provided with a head 27 for measuring a film thickness which has its optical path for measuring the film thickness on the substrate 24 being formed on a head shaft which is extended from an optical flat 33 to a shaft hole 45 and a film thickness measuring device 28 for optically measuring the film thickness on the substrate 24 through the optical path of the head 27 for measuring a film thickness.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、研磨保持台にて保
持した基板に研磨プレート上のパッド面を押し付けつつ
研磨を行う基板研磨装置に関するもので、特に、半導体
基板上に形成された絶縁膜等を高精度に平坦化する際に
用いて好適なものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a substrate polishing apparatus that performs polishing while pressing a pad surface on a polishing plate against a substrate held by a polishing holder, and particularly to an insulating film formed on a semiconductor substrate. It is suitable for use in flattening the like with high precision.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体プロセス技術は、サブハーフミク
ロンからクォータミクロン時代に突入し、VLSIプロ
セスにおける平坦化技術は他の微細化加工技術と同様
に、独立した要素技術の一つとして取り上げられるよう
になっている。その理由は、平坦化技術が半導体素子の
高密度化・微細化にとってきわめて重要であり、デバイ
スのスケールダウンのための技術的な決め手とされるか
らである。特に、デバイス構造が3次元化し、電極配線
が多層構造化するにつれてその重要性は高まりつつあ
る。ところで近年では、半導体プロセスにおける層間絶
縁膜のグローバル平坦化技術として、CMP(ケミカル
・メカニカル・ポリッシング)法が注目を集めている。
このCMP法に用いられる基板研磨装置では、基板保持
台に装着した基板(被加工基板)と研磨プレート上の研
磨パッドとを互いに圧接しつつ、加工中に供給した研磨
剤(スラリー)の化学的研磨作用と機械的研磨作用によ
って基板表面をグローバルに研磨する。
2. Description of the Related Art Semiconductor process technology has entered the era of sub-half micron to quarter micron, and flattening technology in VLSI process has been taken up as one of the independent elemental technologies like other miniaturization processing technologies. Has become. The reason is that the planarization technique is extremely important for increasing the density and miniaturization of the semiconductor element, and is considered to be a technical decisive factor for downscaling the device. In particular, as the device structure becomes three-dimensional and the electrode wiring has a multilayer structure, its importance is increasing. By the way, in recent years, as a global flattening technique of an interlayer insulating film in a semiconductor process, a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method has attracted attention.
In the substrate polishing apparatus used for this CMP method, a substrate (working substrate) mounted on a substrate holding table and a polishing pad on a polishing plate are brought into pressure contact with each other, and chemicals of a polishing agent (slurry) supplied during processing are chemically applied. The substrate surface is globally polished by the polishing action and the mechanical polishing action.

【0003】しかしながら、この種の基板研磨装置は、
いずれも既存のポリッシング装置の延長線上のものであ
り、高度化する加工精度の要求を十分に満足していない
のが現状である。特に、ロット内またはロット間での膜
厚のバラツキについては、加工時間の設定による管理が
行われているものの、単位時間あたりの研磨量(研磨レ
ート)の変動要因、例えば研磨パッドの目詰まり、研磨
加工圧、研磨剤の供給量、基板周辺の温度環境など、そ
の時々に変動する種々の要因に対応できていない。ま
た、加工後の膜厚を専用の測定装置(エリプソメータ
等)で測定し、これを基板研磨装置にフィードバックし
て膜厚を制御することも行われているが、研磨済の基板
から得た膜厚の測定データでも上記変動要因には対応で
きないため、やはりロット内またはロット間での膜厚の
バラツキが生じてしまう。
However, this type of substrate polishing apparatus is
These are all extensions of the existing polishing apparatus, and at present, they do not sufficiently satisfy the demand for advanced processing accuracy. In particular, the variation in the film thickness within a lot or between lots is controlled by setting the processing time, but the polishing amount per unit time (polishing rate) varies, for example, clogging of the polishing pad, Various factors that change from time to time, such as the polishing pressure, the supply amount of the abrasive, and the temperature environment around the substrate, cannot be dealt with. In addition, the film thickness after processing is measured by a special measuring device (such as an ellipsometer), and this is fed back to a substrate polishing device to control the film thickness. However, a film obtained from a polished substrate is also used. Since the measurement data of the thickness cannot cope with the above-mentioned fluctuation factor, the variation of the film thickness within a lot or between lots also occurs.

【0004】そこで従来においては、時間管理によって
研磨終点を検出すること以外にも、インプロセス(研磨
加工中)での終点検出法として、研磨プレートを駆動す
るモータのトルク変動を利用した検出法や、流体マクク
ロメータと光ピックアップを組み合わせた検出ヘッドに
よる検出法が提案されている。このうち前者は、研磨終
点時に被加工面の材質が変化することでの研磨抵抗の変
動を利用したもので、その研磨抵抗の変動をモータトル
クからモニターし、研磨終点を検出するものである。こ
れに対して後者は、絶縁膜の被加工面までの距離を流体
マイクロメータで検出するとともに、膜厚測定の基準面
となる反射面の位置を光ピックアップにより光学的に検
出し、それらの差から絶縁膜の残膜を検出することで研
磨終点を検出するものである。
Therefore, in the past, in addition to detecting the polishing end point by time management, as an end point detection method in the in-process (during polishing process), a detection method utilizing torque fluctuation of a motor for driving the polishing plate, , A detection method using a detection head that combines a fluid macromometer and an optical pickup has been proposed. The former utilizes the fluctuation of the polishing resistance due to the change of the material of the surface to be processed at the polishing end point, and the fluctuation of the polishing resistance is monitored from the motor torque to detect the polishing end point. The latter, on the other hand, detects the distance to the work surface of the insulating film with a fluid micrometer, and the position of the reflection surface, which is the reference surface for film thickness measurement, is optically detected with an optical pickup, and the difference between them is detected. The polishing end point is detected by detecting the remaining film of the insulating film.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前者の場
合は、研磨終点で材質変化が起こるケース(例えば、酸
化膜を研磨していく過程で下地のシリコンが露出する場
合など)では有効であるが、同一膜の表面の凹凸を高精
度(±1μm程度)で平坦化したいケースでは、精度的
に不十分であるうえ、研磨終点でモータトルクの変動が
顕著に現れないため、実質的に終点検出ができなくなっ
てしまう。また、後者の場合でも、研磨加工中は基板と
検出ヘッドとの間に研磨剤が介在したり、研磨屑やダス
トなどの異物が介在するため、光ピックアップによる反
射面(測定基準面)の位置検出がきわめて困難になる。
そのため、加工終了時または加工中断時のリンス中にし
か終点検出が行えず、完全なるインプロセスでの膜厚測
定が実現されているとは言えなかった。
However, the former case is effective in the case where the material changes at the polishing end point (for example, when the underlying silicon is exposed in the process of polishing the oxide film), In the case where the unevenness of the surface of the same film is desired to be flattened with high accuracy (± 1 μm), the accuracy is insufficient, and the motor torque does not change significantly at the polishing end point. I can not do it. Also, in the latter case, the position of the reflection surface (measurement reference surface) by the optical pickup is due to the presence of an abrasive between the substrate and the detection head and the presence of foreign matter such as polishing dust and dust during the polishing process. Very difficult to detect.
For this reason, the end point can be detected only during the rinsing at the end of the processing or at the time of the interruption of the processing, and it cannot be said that the complete in-process film thickness measurement has been realized.

【0006】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたもので、その目的は、インプロセスでの高精度な膜
厚測定を実現することで、研磨の終点をより的確に検出
可能とした基板研磨装置を提供することにある。
The present invention has been made to solve the above problems, and its purpose is to realize highly accurate film thickness measurement in-process, thereby making it possible to detect the polishing end point more accurately. It is to provide a substrate polishing apparatus.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされたもので、基板保持台にて保持した
基板に研磨プレート上のパッド面を押し付けつつ、研磨
剤の研磨作用によって基板を研磨する基板研磨装置にお
いて、研磨加工中における基板の被加工面に対向可能に
配設されたもので、被加工面から研磨剤を含む測定阻害
物を除去する洗浄ユニットを有するとともに、基板上で
の膜厚を測定するための光路を形成してなる膜厚測定用
ヘッドと、この膜厚測定用ヘッドの光路を通して基板上
での膜厚を光学的に測定する膜厚測定手段とを備えた構
成となっている。
The present invention has been made in order to achieve the above-mentioned object, and by pressing the pad surface on the polishing plate against the substrate held by the substrate holding table, the polishing action of the polishing agent is performed. A substrate polishing apparatus for polishing a substrate, which is arranged so as to be able to face a surface to be processed of a substrate being polished, has a cleaning unit for removing a measurement inhibitor containing an abrasive from the surface to be processed, and the substrate A film thickness measuring head having an optical path for measuring the film thickness above, and a film thickness measuring means for optically measuring the film thickness on the substrate through the optical path of the film thickness measuring head. It is equipped with it.

【0008】上記構成からなる基板研磨装置において
は、基板保持台で保持した基板に研磨プレート上のパッ
ド面を押し付けて研磨加工を行っている最中に、膜厚測
定用ヘッドが基板の被加工面に対向して配置され、この
状態で研磨剤を含む測定阻害物が膜厚測定ヘッドの洗浄
ユニットにより被加工面から除去される。これにより膜
厚測定手段では、研磨加工中であっても研磨剤等の測定
阻害物に阻害されることなく、膜厚測定用ヘッドの光路
を通して基板上での膜厚を光学的に測定することが可能
となる。
In the substrate polishing apparatus having the above structure, the film thickness measuring head is used to process the substrate while the pad surface on the polishing plate is pressed against the substrate held by the substrate holder to perform the polishing process. The measurement block containing the polishing agent is arranged facing the surface, and in this state, the cleaning unit of the film thickness measuring head removes the measurement block from the surface to be processed. As a result, the film thickness measuring means can optically measure the film thickness on the substrate through the optical path of the film thickness measuring head without being hindered by a measurement inhibitor such as an abrasive even during polishing. Is possible.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ詳細に説明する。図1は本発明に係わる基
板研磨装置の一実施形態を示す要部断面図であり、図2
は一実施形態における基板研磨装置の全体構造を示す斜
視図である。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of essential parts showing an embodiment of a substrate polishing apparatus according to the present invention.
FIG. 1 is a perspective view showing an overall structure of a substrate polishing apparatus in one embodiment.

【0010】先ず、基板研磨装置の全体構造について図
2を参照しつつ説明する。図示した基板研磨装置1にお
いては、本体ベース2上に本体コラム3が設けられてい
る。本体コラム3の前面側には、Z軸スライダ4がZ軸
方向(上下方向)に移動自在に取り付けられている。Z
軸スライダ4は、本体コラム3に組み込まれたZ軸駆動
モータ5によりZ軸方向に移動し、同方向での位置決め
がなされるようになっている。また、Z軸スライダ4に
は、主軸エアーベアリング6とこれにビルトインされた
主軸スピンドルモータ7とが同軸状態で取り付けられて
いる。このうち、主軸エアーベアリング6の回転軸に
は、研磨プレート(研磨定盤)8が取り付けられてい
る。これにより、主軸スピンドルモータ7が駆動する
と、その駆動力が主軸エアーベアリング6を介して研磨
プレート8に伝達され、これにより研磨プレート8が回
転駆動される。
First, the overall structure of the substrate polishing apparatus will be described with reference to FIG. In the illustrated substrate polishing apparatus 1, a main body column 3 is provided on a main body base 2. A Z-axis slider 4 is attached to the front surface side of the main body column 3 so as to be movable in the Z-axis direction (vertical direction). Z
The shaft slider 4 is moved in the Z-axis direction by a Z-axis drive motor 5 incorporated in the main body column 3 and positioned in the same direction. A spindle air bearing 6 and a spindle motor 7 built in the spindle air bearing 6 are coaxially attached to the Z-axis slider 4. Of these, a polishing plate (polishing platen) 8 is attached to the rotary shaft of the main shaft air bearing 6. As a result, when the main spindle motor 7 is driven, its driving force is transmitted to the polishing plate 8 via the main spindle air bearing 6, and thereby the polishing plate 8 is rotationally driven.

【0011】さらに、研磨プレート8の下面には、発砲
ポリウレタン等からなる研磨パッド9が張設されてい
る。また、研磨プレート8の中心には、パッド表面に連
通する研磨剤噴出用の孔(不図示)が設けられている。
これに対して、主軸スピンドルモータ7の上端には研磨
剤供給用のジョイント10が設けられている。これによ
り、図示せぬ研磨剤供給系から送り出された研磨剤(ス
ラリー)は、ジョイント10から主軸系に導入され、研
磨プレート8中心の孔より放射状に噴出供給されるよう
になっている。
Further, on the lower surface of the polishing plate 8, a polishing pad 9 made of foamed polyurethane or the like is stretched. Further, in the center of the polishing plate 8, there is provided a hole (not shown) for spraying an abrasive, which is in communication with the pad surface.
On the other hand, a joint 10 for supplying an abrasive is provided at the upper end of the spindle motor 7. As a result, the abrasive (slurry) sent out from the abrasive supply system (not shown) is introduced from the joint 10 into the main spindle system and is radially ejected and supplied from the hole at the center of the polishing plate 8.

【0012】一方、本体ベース2の上面には、Z軸方向
と直交するX軸方向(左右方向)にガイド溝(不図示)
が形成されており、このガイド溝にX軸スライダ11が
移動自在に係合されている。このX軸スライダ11の下
面には、ボールネジ機構のナット(不図示)側が固定さ
れており、このナットにボールネジ機構のネジ軸12が
螺合している。また、本体ベース2の側面にはX軸駆動
モータ13が取り付けられており、このX軸駆動モータ
13の出力軸にカップリング等を介してネジ軸12の一
端が連結されている。この構成により、X軸駆動モータ
13が駆動すると、その駆動力がボールネジ機構によっ
てX軸スライダ11の直進運動に変換されるため、X軸
駆動モータ13の駆動状態(回転速度、回転方向等)に
応じてX軸スライダ11がX軸方向に移動するようにな
る。
On the other hand, a guide groove (not shown) is formed on the upper surface of the main body base 2 in the X-axis direction (left-right direction) orthogonal to the Z-axis direction.
Is formed, and the X-axis slider 11 is movably engaged with the guide groove. A nut (not shown) side of a ball screw mechanism is fixed to the lower surface of the X-axis slider 11, and a screw shaft 12 of the ball screw mechanism is screwed into this nut. An X-axis drive motor 13 is attached to the side surface of the main body base 2, and one end of the screw shaft 12 is connected to the output shaft of the X-axis drive motor 13 via a coupling or the like. With this configuration, when the X-axis drive motor 13 is driven, the driving force is converted into the linear movement of the X-axis slider 11 by the ball screw mechanism, so that the X-axis drive motor 13 is driven (rotation speed, rotation direction, etc.). Accordingly, the X-axis slider 11 moves in the X-axis direction.

【0013】さらに、X軸スライダ11の上面には、X
軸ロータリテーブル14が搭載されており、そのテーブ
ル上に基板保持台となるチャックプレート15が取り付
けられている。チャックプレート15上にはウレタンゴ
ム等からなる基板吸着フィルム(バッキングフィルム)
16が張設されており、この基板吸着フィルム16を介
してウエハ等の基板(被加工基板)がチャックプレート
15に吸着保持される構成になっている。また、X軸ロ
ータリテーブル14には図示せぬ駆動モータが内蔵され
ており、この駆動モータによってチャックプレート15
が回転駆動される構成になっている。
Further, on the upper surface of the X-axis slider 11, an X
A shaft rotary table 14 is mounted, and a chuck plate 15 serving as a substrate holding table is mounted on the table. A substrate adsorption film (backing film) made of urethane rubber or the like on the chuck plate 15.
16 is stretched, and a substrate such as a wafer (substrate to be processed) is sucked and held by the chuck plate 15 via the substrate suction film 16. A drive motor (not shown) is built in the X-axis rotary table 14, and the chuck plate 15 is driven by the drive motor.
Is driven to rotate.

【0014】ここで、X軸ロータリテーブル14に対す
るチャックプレート15の取付構造について図3を参照
しつつ詳細に説明する。先ず、X軸ロータリテーブル1
4上には、上記駆動モータ(不図示)によって回転駆動
されるロータリプレート17が設けられている。ロータ
リープレート17の中心には真空引き用のバキューム孔
18が穿設されている。また、ロータリプレート17の
上面には、断面凹状のガイドリング溝19が形成され、
さらにその周縁部にはゴム状弾性を有するシールリング
20が二重に取り付けられている。これに対して、チャ
ックプレート15の下面には、同じく断面凹状のガイド
リング溝21が形成され、さらにその周縁部にシール溝
22が二重に形成されている。これら両プレート15,
17間には、位置決め用のリング部材23が介装され
る。このリング部材23は、両プレート面に形成された
ガイドリング溝19,21に嵌め込まれるもので、その
内周面側をプレート位置決めのための基準面としてい
る。
The mounting structure of the chuck plate 15 to the X-axis rotary table 14 will be described in detail with reference to FIG. First, the X-axis rotary table 1
A rotary plate 17 which is rotatably driven by the drive motor (not shown) is provided on the drive plate 4. A vacuum hole 18 for vacuuming is formed at the center of the rotary plate 17. A guide ring groove 19 having a concave cross section is formed on the upper surface of the rotary plate 17,
Further, a seal ring 20 having rubber-like elasticity is doubly attached to the peripheral portion thereof. On the other hand, the lower surface of the chuck plate 15 is similarly formed with a guide ring groove 21 having a concave cross section, and further, a double sealing groove 22 is formed on the peripheral portion thereof. Both these plates 15,
A positioning ring member 23 is interposed between the members 17. The ring member 23 is fitted in the guide ring grooves 19 and 21 formed on both plate surfaces, and the inner peripheral surface side thereof serves as a reference surface for plate positioning.

【0015】ここで、ロータリプレート17にチャック
プレート15を装着する場合は、位置決め用のリング部
材23をロータリプレート17側のガイドリング溝19
に嵌め入れる。このとき、リング部材23の上部は、ロ
ータリプレート17の上面から所定量だけ突出した状態
となる。この状態で、プレート下面のガイドリング溝2
1をリング部材23の突出部分に嵌め込みつつ、ロータ
リプレート17上にチャックプレート17を載せる。こ
のとき、ロータリプレート17側のシールリング20も
チャックプレート15のシール溝22に嵌合した状態と
なる。
When the chuck plate 15 is mounted on the rotary plate 17, the positioning ring member 23 is attached to the guide ring groove 19 on the rotary plate 17 side.
Fit in. At this time, the upper portion of the ring member 23 is in a state of protruding by a predetermined amount from the upper surface of the rotary plate 17. In this state, the guide ring groove 2 on the bottom surface of the plate
The chuck plate 17 is placed on the rotary plate 17 while fitting 1 into the protruding portion of the ring member 23. At this time, the seal ring 20 on the rotary plate 17 side is also fitted into the seal groove 22 of the chuck plate 15.

【0016】この状態で、バキューム孔18からの真空
引きを行うことにより、ロータリプレート17に真空吸
着力をもってチャックプレート15が位置決め固定され
る。また、シールリング20とシール溝22の嵌合によ
り、両プレート間への異物(研磨剤等)の侵入も阻止さ
れる。これに対して、ロータリプレート17からチャッ
クプレート15を取り外す場合は、バキューム孔18か
らの真空引きを停止して、チャックプレート15を真っ
直ぐに引き上げる。これにより、プレート下面のガイド
リング溝21がリング部材23から外れるとともに、シ
ール溝22がシールリング20から外れて、チャックプ
レート15だけが持ち上がる。
In this state, a vacuum is drawn from the vacuum hole 18, whereby the chuck plate 15 is positioned and fixed to the rotary plate 17 with a vacuum suction force. Further, the fitting of the seal ring 20 and the seal groove 22 prevents foreign matter (such as an abrasive) from entering between the plates. On the other hand, when the chuck plate 15 is removed from the rotary plate 17, the vacuum drawing from the vacuum hole 18 is stopped and the chuck plate 15 is pulled straight up. As a result, the guide ring groove 21 on the lower surface of the plate is disengaged from the ring member 23, the seal groove 22 is disengaged from the seal ring 20, and only the chuck plate 15 is lifted.

【0017】一方、チャックプレート15に基板吸着フ
ィルム16を介して基板(ウエハ等)24を吸着保持し
た状態では、プレート外周部分にリテーナリング25が
嵌め込まれる。このリテーナリング25は、その内周面
の上部を基板24の外周面に対向させて、研磨加工時に
おける基板24の飛び出しを防止するものである。
On the other hand, when the substrate (wafer, etc.) 24 is adsorbed and held on the chuck plate 15 via the substrate adsorbing film 16, the retainer ring 25 is fitted to the outer peripheral portion of the plate. The retainer ring 25 has an upper part of its inner peripheral surface facing the outer peripheral surface of the substrate 24 to prevent the substrate 24 from protruding during polishing.

【0018】このようにロータリテーブル14に着脱自
在なチャックプレート15は、先の図2に示したX軸駆
動モータ13の駆動によってX軸スライダ11と一体に
X軸方向に移動する。また、そのX軸方向においては、
研磨プレート8の回転軸とチャックプレート15の回転
軸とが略同一線上に設定されている。さらに、X軸スラ
イダ11の移動によって研磨プレート8の下方にチャッ
クプレート15を進出させ、双方の回転によってチャッ
クプレート15上の基板24全面に研磨パッド9を接触
可能に配置した状態では、少なくとも基板24の被加工
面(図例では上面)の一部が研磨プレート8から外側に
はみ出た状態となるよう、研磨プレート8の外径が設定
されている。ちなみに本実施形態では、研磨プレート8
の外径を基板24の外径と略同一に設定することによ
り、研磨加工中において基板24の被加工面の一部が、
研磨プレート8から外側にはみ出るように構成した。
As described above, the chuck plate 15 which is attachable to and detachable from the rotary table 14 moves in the X-axis direction together with the X-axis slider 11 by the drive of the X-axis drive motor 13 shown in FIG. Moreover, in the X-axis direction,
The rotation axis of the polishing plate 8 and the rotation axis of the chuck plate 15 are set on substantially the same line. Furthermore, when the chuck plate 15 is advanced below the polishing plate 8 by the movement of the X-axis slider 11 and the polishing pad 9 is arranged so as to be in contact with the entire surface of the substrate 24 on the chuck plate 15 by the rotation of both, at least the substrate 24. The outer diameter of the polishing plate 8 is set so that a part of the surface to be processed (the upper surface in the illustrated example) protrudes from the polishing plate 8 to the outside. Incidentally, in the present embodiment, the polishing plate 8
By setting the outer diameter of the substrate to be substantially the same as the outer diameter of the substrate 24, a part of the surface to be processed of the substrate 24 during polishing is
The polishing plate 8 is configured to protrude outside.

【0019】さらに本実施形態においては、研磨加工中
での膜厚測定を実現するため、本体コラム3に膜厚測定
ユニット26が取り付けられている。この膜厚測定ユニ
ット26は、主として膜厚測定用ヘッド27と膜厚測定
器(膜厚測定手段)28とからなるもので、研磨プレー
ト8の駆動系(主軸エアーベアリング6,主軸スピンド
ルモータ7)に隣接して、X軸スライダ11の移動経路
の上方に配設されている。また、膜厚測定用ヘッド27
は、ユニット本体の下部に昇降可能に取り付けられてい
る。さらに、X軸方向における膜厚測定用ヘッド27の
位置は、研磨加工中に研磨プレート8からはみ出した基
板24の被加工面に対向し得るように設定されている。
Further, in the present embodiment, a film thickness measuring unit 26 is attached to the main body column 3 in order to realize film thickness measurement during polishing. The film thickness measuring unit 26 mainly comprises a film thickness measuring head 27 and a film thickness measuring device (film thickness measuring means) 28, and a drive system for the polishing plate 8 (main shaft air bearing 6, main shaft spindle motor 7). Is disposed above the moving path of the X-axis slider 11. In addition, the film thickness measuring head 27
Is attached to the lower part of the unit body so that it can be raised and lowered. Further, the position of the film thickness measuring head 27 in the X-axis direction is set so as to be able to face the surface to be processed of the substrate 24 protruding from the polishing plate 8 during polishing.

【0020】ここで、膜厚測定用ヘッド27の構成につ
き、図1を参照しつつ説明する。図1に示す膜厚測定用
ヘッド27は、大きくは、ベースとなるヘッド本体29
と、このヘッド本体29の下部に一対のガイドピン30
により支持されたトレース部材31と、このトレース部
材31の中心部に組み込まれたフラッシングヘッド32
とから構成されている。このうち、ベースとなるヘッド
本体29の中央部は凹状に形成されており、その凹部底
面に、例えば研磨ガラス等からなるオプティカルフラッ
ト33が押えプレート34にて留め付けられている。ま
た、オプティカルフラット33の真下には小孔を介して
純水チャンバ35が形成されている。この純水チャンバ
35は、オプティカルフラット33とフラッシングヘッ
ド32のフランジ部分にて区画形成されている。また、
純水チャンバ35には2系統の給水路36(図上では1
系統のみ表示)が連通しており、それぞれの給水路36
の入口部分にジョイント37を介して純水供給系(不図
示)が接続されている。
The structure of the film thickness measuring head 27 will be described with reference to FIG. The film thickness measuring head 27 shown in FIG.
And a pair of guide pins 30 at the bottom of the head body 29.
And a flushing head 32 installed in the center of the trace member 31.
It is composed of Of these, the central portion of the head main body 29 serving as a base is formed in a concave shape, and an optical flat 33 made of, for example, a polishing glass or the like is fixed to the bottom surface of the concave portion by a pressing plate 34. A pure water chamber 35 is formed directly below the optical flat 33 through a small hole. The pure water chamber 35 is defined by the optical flat 33 and the flange portion of the flushing head 32. Also,
The pure water chamber 35 has two water supply paths 36 (in the figure,
(Only the system is displayed) is connected, and each water supply channel 36
A pure water supply system (not shown) is connected to the inlet part of the via a joint 37.

【0021】さらに、ヘッド本体29の内部には、左右
一対をなす加圧シリンダ38がスライド自在に組み込ま
れている。この加圧シリンダ38は、膜厚測定時におい
てトレース部材31を下方に付勢するもので、その下端
面がトレース部材31の上面に突き当てられている。ま
た、加圧シリンダ38の組込空間にはエアー供給路39
が連通しており、このエアー供給路39の入口部分にジ
ョイント40を介して加圧エアー供給系(不図示)が接
続されている。この構成により、ジョイント40を通し
て加圧エアーを供給すると、そのエアー圧がエアー供給
路39を介して加圧シリンダ38に加えられるため、こ
れを受けて加圧シリンダ38がトレース部材31を下方
に付勢する。
Further, a pair of left and right pressure cylinders 38 are slidably incorporated inside the head body 29. The pressurizing cylinder 38 urges the trace member 31 downward during film thickness measurement, and the lower end surface thereof is abutted against the upper surface of the trace member 31. In addition, an air supply path 39 is provided in the built-in space of the pressurizing cylinder 38.
Are connected to each other, and a pressurized air supply system (not shown) is connected to an inlet portion of the air supply path 39 via a joint 40. With this configuration, when pressurized air is supplied through the joint 40, the air pressure is applied to the pressure cylinder 38 via the air supply path 39, and accordingly, the pressure cylinder 38 attaches the trace member 31 downward. Energize.

【0022】一方、トレース部材31には、タービンノ
ズル41と静圧軸受給気孔42とがそれぞれ円周方向に
90°位相をずらして2系統ずつ形成されている。この
うち、タービンノズル41の出口部分はフラッシングヘ
ッド32の下端外周面に向けて開口しており、その反対
の入口部分にジョイント43を介してタービンエアー供
給系(不図示)が接続されている。一方、静圧軸受給気
孔42の出口部分はガイドピン30の小径部を経由して
フラッシングヘッド31のテーパ面に開口し、さらにそ
こから上方に屈曲してフラッシングヘッド31のフラン
ジ部分にも開口している。また、その反対側の入口部分
にはジョイント44を介して静圧軸受用のエアー供給系
(不図示)が接続されている。
On the other hand, in the trace member 31, two turbine nozzles 41 and two static pressure bearing air supply holes 42 are formed with their phases shifted by 90 ° in the circumferential direction. Of these, the outlet portion of the turbine nozzle 41 is opened toward the outer peripheral surface of the lower end of the flushing head 32, and a turbine air supply system (not shown) is connected to the inlet portion opposite to the outlet portion via a joint 43. On the other hand, the outlet portion of the static pressure bearing air supply hole 42 opens to the tapered surface of the flushing head 31 via the small diameter portion of the guide pin 30, and further bends upward from there to also open to the flange portion of the flushing head 31. ing. An air supply system (not shown) for a hydrostatic bearing is connected to the inlet on the opposite side via a joint 44.

【0023】フラッシングヘッド32は、組立上の理由
から、断面略T字形のヘッド半体と略円錐形のヘッド半
体とを圧入等の結合手段により一体化したもので、その
ヘッド中心軸には、上記純水チャンバー35に連通する
軸孔45が穿設されている。また、フラッシングヘッド
32には、軸孔45の途中から二股状に分かれたかたち
で噴出ノズル46が形成されており、そのノズル出口部
分がヘッド下面に開口している。これにより、図示せぬ
純水供給系からジョイント37を通して供給された純水
は、給水路36を流れて純水チャンバ35に充填される
とともに、その純水チャンバ35に連通するフラッシン
グヘッド32の軸孔45を流下してヘッド下面から排出
される。このとき、軸孔45から二股に分かれた噴出ノ
ズル46からも純水が排出される。これにより、膜厚測
定用ヘッド27の中心軸上には、オプティカルフラット
30と、純水チャンバ35及び軸孔45に充填された純
水とによって膜厚測定のための光路が形成される。
The flushing head 32 is a head half body having a substantially T-shaped cross section and a head half body having a substantially conical shape, which are integrated by a coupling means such as press fitting, for the reason of assembly. A shaft hole 45 communicating with the pure water chamber 35 is formed. A jet nozzle 46 is formed in the flushing head 32 in a bifurcated manner from the middle of the shaft hole 45, and the nozzle outlet portion is open to the lower surface of the head. As a result, the pure water supplied from the unillustrated pure water supply system through the joint 37 flows through the water supply passage 36 to fill the pure water chamber 35, and the shaft of the flushing head 32 communicating with the pure water chamber 35. It flows down through the hole 45 and is discharged from the lower surface of the head. At this time, pure water is also discharged from the ejection nozzle 46 that is bifurcated from the shaft hole 45. As a result, an optical path for film thickness measurement is formed on the central axis of the film thickness measuring head 27 by the optical flat 30 and the pure water filled in the pure water chamber 35 and the shaft hole 45.

【0024】さらに、フラッシングヘッド32の下端外
周面には、図4に示すように、所定の円周ピッチで複数
のタービンフィン47が形成されている。なお、図4中
の(a)〜(c)のうち、(a)はフラッシングヘッド
32の側面図、(b)はフラッシングヘッド32の下端
外周面の展開図、さらに(c)は展開した中心線Lの断
面図を示している。このような形状をなすフラッシング
ヘッド32の下端外周面に対しては、上記タービンノズ
ル41からのタービンエアーの噴出方向が、図4(c)
の破線矢印で示すようにタービンフィン47のテーパ形
状に沿って設定されている。これにより、タービンノズ
ル41からタービンエアーを噴出させた際には、そのタ
ービンエアーが連続的にタービンフィン47に噴き付け
られることで、フラッシングヘッド32に回転力が付与
される。
Further, as shown in FIG. 4, a plurality of turbine fins 47 are formed on the outer peripheral surface of the lower end of the flushing head 32 at a predetermined circumferential pitch. In addition, among (a) to (c) in FIG. 4, (a) is a side view of the flushing head 32, (b) is a development view of a lower end outer peripheral surface of the flushing head 32, and (c) is a developed center. A cross-sectional view of line L is shown. On the outer peripheral surface of the lower end of the flushing head 32 having such a shape, the jet direction of the turbine air from the turbine nozzle 41 is as shown in FIG.
It is set along the taper shape of the turbine fin 47 as indicated by the dashed arrow. As a result, when the turbine air is ejected from the turbine nozzle 41, the turbine air is continuously ejected to the turbine fins 47, so that a rotational force is applied to the flushing head 32.

【0025】また、給水路36に純水を供給しつつ、タ
ービンエアーの供給によってフラッシングヘッド32を
回転させた際には、軸孔45と噴出ノズル46とから純
水が放射状に噴射されるとともに、上記タービンフィン
47に噴き付けられたタービンエアーがフラッシングヘ
ッド32の下端外周面から下方に噴射される。これら純
水の噴射とタービンエアーの噴射が、研磨加工中におけ
る基板24の被加工面から測定阻害物を除去する役目を
果たす。つまり、上述した純水供給ユニットおよびター
ビンエアー供給ユニットは、膜厚測定用の光路を形成し
たり、フラッシングヘッド32に回転力を付与したりす
る機能の他にも、膜厚測定用ヘッド27の中で、研磨加
工中に基板24の被加工面から測定阻害物を除去する洗
浄ユニットとしての機能も兼ねている。
When pure water is supplied to the water supply passage 36 and the flushing head 32 is rotated by the supply of turbine air, pure water is jetted radially from the shaft hole 45 and the jet nozzle 46. The turbine air sprayed on the turbine fin 47 is sprayed downward from the outer peripheral surface of the lower end of the flushing head 32. The injection of pure water and the injection of turbine air serve to remove measurement obstacles from the surface to be processed of the substrate 24 during polishing. That is, the pure water supply unit and the turbine air supply unit described above have the functions of forming an optical path for film thickness measurement and imparting a rotational force to the flushing head 32, as well as of the film thickness measurement head 27. Among them, it also has a function as a cleaning unit for removing the measurement inhibitor from the surface to be processed of the substrate 24 during the polishing process.

【0026】ここで「測定阻害物」とは、基板24上で
の膜厚測定を光学的に測定するにあたり、光学系からの
出射光を吸収・散乱させて膜厚測定を阻害する物質のこ
とをいう。したがって、測定阻害物の中には、研磨加工
中に供給される研磨剤は勿論のこと、研磨によって発生
する研磨屑や研磨中に混入する異物等が含まれる。
Here, the "measurement inhibitor" is a substance which, when optically measuring the film thickness on the substrate 24, absorbs and scatters the light emitted from the optical system to inhibit the film thickness measurement. Say. Therefore, the measurement inhibitors include not only the polishing agent supplied during the polishing process, but also polishing scraps generated by polishing and foreign substances mixed in during polishing.

【0027】加えて本実施形態においては、膜厚測定器
28の付加的な機能として、膜厚測定用ヘッド27の直
上に対物レンズ48が設けられている。この対物レンズ
48は、膜厚測定器28から出射された光を収束させ
て、測定反射面でのスポット径を縮小するものである。
In addition, in this embodiment, as an additional function of the film thickness measuring device 28, an objective lens 48 is provided immediately above the film thickness measuring head 27. The objective lens 48 converges the light emitted from the film thickness measuring device 28 and reduces the spot diameter on the measurement reflection surface.

【0028】膜厚測定器28は、繰り返し反射干渉法
(multiple bean interferometry)の原理を利用して基
板24上での膜厚を光学的に測定するもので、測定系の
構成として例えば、入射光を出射する光源(レーザー
等)、入射光の光路上に配置された偏光ビームスプリッ
タ(PBS)、基板への入射光量を光電変換する第1の
フォトダイオード、基板からの反射光量を光電変換する
第2のフォトダイオード、反射光の光路上に配置された
アパーチャ等を有するものである。
The film thickness measuring device 28 optically measures the film thickness on the substrate 24 by utilizing the principle of multiple reflection interferometry. A light source (such as a laser) that emits light, a polarization beam splitter (PBS) arranged on the optical path of incident light, a first photodiode that photoelectrically converts the amount of light incident on the substrate, and a first photodiode that photoelectrically converts the amount of light reflected from the substrate. The second photodiode has an aperture and the like arranged on the optical path of the reflected light.

【0029】この繰り返し反射干渉の原理を用いた膜厚
測定は、基板上の薄膜に入射した光の反射率が、その膜
と基板の屈折率が既知であれば繰り返し多重反射の計算
式から、ある膜厚に対する反射率が正確に算出されるた
め、これに基づいて膜厚を推定するものである。この種
の測定方法は、薄膜の膜厚測定法として広く利用されて
いる標準的なもので、測定系の構造が簡単で、しかも反
射光量を光電変換するだけでポイント測定できるため、
基板全域をくまなく測定することができる。なお、繰り
返し反射干渉の原理を示す計算式等については、既に数
多くの文献で示されているため、ここでは説明を省略す
る。
In the film thickness measurement using the principle of this repeated reflection interference, if the reflectance of the light incident on the thin film on the substrate is known, and the refractive index of the film and the substrate are known, from the calculation formula of repeated multiple reflection, Since the reflectance for a certain film thickness is accurately calculated, the film thickness is estimated based on this. This type of measuring method is a standard method that is widely used as a method for measuring the thickness of a thin film, and the structure of the measuring system is simple, and since it is possible to perform point measurement simply by photoelectrically converting the amount of reflected light,
It is possible to measure all over the substrate. The calculation formula and the like showing the principle of repetitive reflection interference have already been described in many documents, and therefore the description thereof is omitted here.

【0030】続いて、上記構成からなる基板研磨装置1
の動作手順について図5を参照しつつ説明する。先ず、
研磨処理にあたっては、図5(a)に示すように、ロー
タリテーブル14からチャックプレート15を取り外
し、そのチャックプレート15に基板吸着フィルム16
を介して基板24を取り付ける。基板24を取り付けた
後は、チャックプレート15を再びロータリテーブル1
4の上に装着する。このチャックプレート15の脱着作
業は、X軸スライダ11が最もX軸駆動モータ13寄り
に配置された状態で行われる。次に、チャックプレート
15の装着を終えたら、X軸駆動モータ23の駆動によ
ってX軸スライダ11と一緒にロータリテーブル14お
よびチャックプレート15をX軸方向に移動し、これに
よって研磨プレート8の下方に基板24を進出させる。
Subsequently, the substrate polishing apparatus 1 having the above structure
The operation procedure of will be described with reference to FIG. First,
In the polishing process, as shown in FIG. 5A, the chuck plate 15 is removed from the rotary table 14, and the substrate suction film 16 is attached to the chuck plate 15.
The substrate 24 is attached via. After mounting the substrate 24, the chuck plate 15 is mounted on the rotary table 1 again.
Put on top of 4. The attachment / detachment work of the chuck plate 15 is performed in a state in which the X-axis slider 11 is arranged closest to the X-axis drive motor 13. Next, when the chuck plate 15 is completely attached, the rotary table 14 and the chuck plate 15 are moved in the X-axis direction together with the X-axis slider 11 by the drive of the X-axis drive motor 23. The board 24 is advanced.

【0031】次いで、主軸スピンドルモータ7の駆動に
より研磨プレート8を回転させるとともに、図示せぬ研
磨剤供給系からジョイント10を通して研磨剤を供給す
る。これにより、回転中の研磨プレート8の中心から研
磨剤が放射状に噴出した状態となる。これに対して、ロ
ータリテーブル14側でも内蔵モータの駆動によりチャ
ックプレート15を回転させ、この状態でZ軸モータ5
の駆動によりZ軸スライダ4を下降させる。これによ
り、図5(b)に示すように、研磨プレート8とチャッ
クプレート15とが互いに回転した状態で、研磨パッド
9が基板24の被加工面に押し付けられ、実質的な研磨
加工が開始される。ちなみに、研磨加工中はX軸駆動モ
ータ13の駆動によってX軸スライダ11がトラバース
運動(往復運動)するが、このトラバース運動中でも基
板24の被加工面(上面)の一部は常に研磨プレート8
からはみ出し、外部に露出した状態となる。
Then, the polishing plate 8 is rotated by driving the spindle motor 7 and the polishing agent is supplied from a polishing agent supply system (not shown) through the joint 10. As a result, the abrasive is spouted radially from the center of the rotating polishing plate 8. On the other hand, also on the rotary table 14 side, the chuck plate 15 is rotated by driving the built-in motor, and in this state, the Z-axis motor 5 is driven.
Drive the Z-axis slider 4 downward. As a result, as shown in FIG. 5B, with the polishing plate 8 and the chuck plate 15 being rotated relative to each other, the polishing pad 9 is pressed against the surface to be processed of the substrate 24, and substantial polishing is started. It By the way, during the polishing process, the X-axis slider 11 traverses (reciprocates) by the drive of the X-axis drive motor 13. Even during this traverse motion, a part of the surface to be processed (upper surface) of the substrate 24 is always the polishing plate 8
It protrudes and is exposed to the outside.

【0032】続いて、図5(c)に示すように、膜厚測
定ユニット26の膜厚測定用ヘッド27が下降し、その
ヘッド下端、つまり図1に示したフラッシングヘッド3
2の下端面が、研磨プレート8からはみ出した基板24
の被加工面に近接して対向配置される。このとき、純水
供給系(不図示)からジョイント37を介して純水が供
給されるとともに、加圧エアー供給系(不図示)からジ
ョイント40を介して加圧エアーが供給される。また、
タービンエアー供給系(不図示)からはジョイント43
を介してタービンエアーが供給され、さらに静圧軸受用
のエアー供給系(不図示)からはジョイント44を介し
て静圧軸受エアーが供給される。
Subsequently, as shown in FIG. 5C, the film thickness measuring head 27 of the film thickness measuring unit 26 descends, and the lower end of the head 27, that is, the flushing head 3 shown in FIG.
The lower end surface 2 of the substrate 24 protrudes from the polishing plate 8.
Are arranged so as to be close to and opposite to the surface to be processed. At this time, pure water is supplied from a pure water supply system (not shown) via the joint 37, and pressurized air is supplied from a pressurized air supply system (not shown) via the joint 40. Also,
Joint 43 from turbine air supply system (not shown)
Turbine air is supplied via an air supply system, and static pressure bearing air is supplied via a joint 44 from an air supply system (not shown) for a hydrostatic bearing.

【0033】このうち、ジョイント37を介して供給さ
れた純水は、給水路36を通して純水チャンバ35に充
填されるとともに、フラッシングヘッド32の軸孔45
と噴出ノズル46を通して基板24の被加工面に噴射さ
れる。その際、膜厚測定用ヘッド27の中心軸上に、オ
プティカルフラット33、純水チャンバ35および軸孔
45による膜厚測定用の光路が形成される。一方、ジョ
イント40を介して供給された加圧エアーは、エアー供
給路39を通して加圧シリンダ38に作用する。これに
より加圧シリンダ38は、ヘッド下端からの純水の噴射
に伴う反動に対抗して、トレース部材31とともにフラ
ッシングヘッド32を基板24側に付勢する。
Of these, the pure water supplied through the joint 37 is filled in the pure water chamber 35 through the water supply passage 36 and the shaft hole 45 of the flushing head 32.
And is jetted onto the surface to be processed of the substrate 24 through the jet nozzle 46. At that time, an optical path for film thickness measurement is formed on the central axis of the film thickness measuring head 27 by the optical flat 33, the pure water chamber 35, and the shaft hole 45. On the other hand, the pressurized air supplied through the joint 40 acts on the pressure cylinder 38 through the air supply passage 39. As a result, the pressurizing cylinder 38 urges the flushing head 32 together with the trace member 31 toward the substrate 24 against the reaction caused by the jetting of pure water from the lower end of the head.

【0034】また、ジョイント43を介して供給された
タービンエアーは、タービンノズル41を通してフラッ
シングヘッド32の下端外周面に噴き付けられ、これに
よってフラッシングヘッド32に回転力を付与される。
これに対し、ジョイント44を介して供給された静圧軸
受エアーは、図6中の破線矢印で示すように、フラッシ
ングヘッド32のテーパ面とフランジ面とに噴き付けら
れ、これによりトレース部材31とフラッシングヘッド
32との嵌合部分に微小なエアーギャップが形成され
る。つまり、フラッシングヘッド32が回転フリーの状
態となる。この状態で、上述のごとくタービンエアーが
フラッシングヘッド32の下端外周面に噴き付けられる
と、そこに形成された複数のタービンフィン47がター
ビンエアーを受けることで、フラッシングヘッド32が
高速(例えば、100000rpm)で回転するように
なる。
Further, the turbine air supplied through the joint 43 is jetted to the outer peripheral surface of the lower end of the flushing head 32 through the turbine nozzle 41, thereby imparting a rotational force to the flushing head 32.
On the other hand, the hydrostatic bearing air supplied through the joint 44 is sprayed on the taper surface and the flange surface of the flushing head 32 as indicated by the broken line arrow in FIG. A minute air gap is formed in the fitting portion with the flushing head 32. That is, the flushing head 32 is in a rotation free state. In this state, when the turbine air is sprayed on the outer peripheral surface of the lower end of the flushing head 32 as described above, the plurality of turbine fins 47 formed therein receive the turbine air, so that the flushing head 32 is driven at a high speed (for example, 100000 rpm). ) Will rotate.

【0035】これにより、高速回転中のフラッシングヘ
ッド32からは、基板24の被加工面に向けて純水が放
射状に高速噴射され、それと同時にフラッシングヘッド
32の外周部分からは、基板24の被加工面に向けてタ
ービンエアーが高速噴射される。したがって、図6に示
すように、研磨加工中に供給された研磨剤や研磨加工で
発生する研磨屑、そして研磨中に混入する異物等の測定
阻害物49は、純水の噴射とタービンエアーの噴射によ
って基板24の被加工面から除去される。その結果、研
磨加工中においても、膜厚測定用ヘッド27の真下に位
置する基板24の被加工面は、常に測定阻害物の介在し
ない清浄面に保持されるようになるため、そこを測定領
域として膜厚測定器28では、膜厚測定用ヘッド27の
光路を通して基板24上での膜厚を光学的に測定する。
As a result, pure water is jetted radially at high speed from the flushing head 32, which is rotating at high speed, toward the surface to be processed of the substrate 24, and at the same time, the outer peripheral portion of the flushing head 32 is processed to process the substrate 24. High-speed injection of turbine air toward the surface. Therefore, as shown in FIG. 6, the measurement inhibitors 49 such as the polishing agent supplied during the polishing process, the polishing dust generated during the polishing process, and the foreign substances mixed in during the polishing process are generated by the injection of pure water and the turbine air. It is removed from the processed surface of the substrate 24 by the jetting. As a result, even during the polishing process, the processed surface of the substrate 24 located directly below the film thickness measurement head 27 is always held on a clean surface free from the interfering measurement obstruction, so that the measurement area is kept there. The film thickness measuring device 28 optically measures the film thickness on the substrate 24 through the optical path of the film thickness measuring head 27.

【0036】こうして研磨加工中に得られる膜厚測定デ
ータは、図5(c)に示すように、膜厚測定器28から
電気信号に変換されて装置全体の主制御部に出力され
る。この出力信号を受けて主制御部では、膜厚測定器2
8の出力信号から得た膜厚情報と規定の膜厚情報とを比
較し、その比較結果に基づいて各駆動系に制御信号を出
力する。すなわち、実際に測定された膜厚が規定の膜厚
に達していない間は、研磨加工を継続する旨の制御信号
を出力し、その後、測定膜厚が規定膜厚に達した時点で
研磨終点と判断し、研磨加工を終了する旨の制御信号を
出力する。
As shown in FIG. 5C, the film thickness measurement data obtained during the polishing process is converted from the film thickness measuring device 28 into an electric signal and output to the main control section of the entire apparatus. In response to this output signal, the main control unit controls the film thickness measuring device 2
The film thickness information obtained from the output signal of No. 8 is compared with the specified film thickness information, and a control signal is output to each drive system based on the comparison result. That is, while the actually measured film thickness has not reached the specified film thickness, a control signal for continuing the polishing process is output, and then the polishing end point is reached when the measured film thickness reaches the specified film thickness. Then, a control signal indicating that the polishing process is to be finished is output.

【0037】このように主制御部から研磨終了の制御信
号が出力されると、図5(d)に示すように、Z軸駆動
モータ15の駆動によってZ軸スライダ4とともに研磨
プレート8が上昇する。これにより、基板24の被加工
面から研磨パッド9が離れ、実質的な研磨加工が終了す
る。続いて、X軸駆動モータ13の駆動によりチャック
プレート15は膜厚測定用ヘッド27寄りに移動し、そ
こで再びトラバース運動を開始する。その間、膜厚測定
用ヘッド27の下端からは、基板24の被加工面に向け
た純水とタービンエアーの噴射が継続して行われてお
り、これによって基板24の被加工面がその全域にわた
って膜厚測定用ヘッド27により洗浄される。その結
果、インプロセスでの膜厚測定とともに、インプロセス
での基板洗浄が実現されるため、従来における研磨完了
後のスクラブ洗浄を省略することができる。
When the polishing control signal is output from the main controller in this manner, the Z-axis drive motor 15 drives the Z-axis slider 4 and the polishing plate 8 to rise, as shown in FIG. 5D. . As a result, the polishing pad 9 is separated from the surface of the substrate 24 to be processed, and the substantial polishing process is completed. Subsequently, the chuck plate 15 is moved toward the film thickness measuring head 27 by the drive of the X-axis drive motor 13, and the traverse motion is restarted there. During that time, pure water and turbine air are continuously jetted from the lower end of the film thickness measuring head 27 toward the surface to be processed of the substrate 24, whereby the surface to be processed of the substrate 24 is spread over its entire area. It is cleaned by the film thickness measuring head 27. As a result, the in-process film thickness measurement and the in-process substrate cleaning can be realized, and thus the conventional scrub cleaning after completion of polishing can be omitted.

【0038】その後、膜厚測定用ヘッド27による基板
24の洗浄が終了すると、膜厚測定用ヘッド27が上方
に退避するとともに、X軸駆動モータ13の駆動によっ
てX軸スライダ11とともにチャックプレート15が初
期位置(プレート脱着が行われる位置)に戻り、これに
よって一連の研磨処理が完了する。
After that, when the cleaning of the substrate 24 by the film thickness measuring head 27 is completed, the film thickness measuring head 27 is retracted upward, and the X axis drive motor 13 drives the X axis slider 11 to move the chuck plate 15 together. The process returns to the initial position (the position where the plate is attached / detached), thereby completing the series of polishing processes.

【0039】このように本実施形態の基板研磨装置1に
おいては、インプロセスでの膜厚測定を実施するにあた
って、研磨加工中における基板24の被加工面に膜厚測
定用ヘッド27を対向させた際に、そのヘッド下端から
の純水の噴射やタービンエアーの噴射によって被加工面
から研磨剤等の測定阻害物49が除去される。これによ
り膜厚測定器28では、研磨剤等の測定阻害物49に阻
害されることなく、膜厚測定用ヘッド27の光路を通し
て基板24上での膜厚を光学的に測定することが可能と
なる。その結果、インプロセスでの高精度な膜厚測定が
実現されるため、研磨パッド9の目詰まり、研磨加工
圧、周辺温度環境などの変動要因に惑わされることな
く、研磨加工中に測定した膜厚データに基づいて研磨終
点を的確に検出することが可能となる。参考までに、基
板研磨装置1による膜厚測定データの信頼性を確認すべ
く、同一の基板24を測定サンプルとして、基板研磨装
置1で測定した膜厚データと、オフラインのエリプソメ
ータで測定した膜厚データとを比較してみたところ、双
方のデータには殆ど誤差が生じなかった。
As described above, in the substrate polishing apparatus 1 of the present embodiment, when the in-process film thickness measurement is performed, the film thickness measuring head 27 is opposed to the surface to be processed of the substrate 24 during the polishing process. At this time, the measurement inhibitor 49 such as an abrasive is removed from the surface to be processed by the injection of pure water from the lower end of the head or the injection of turbine air. As a result, the film thickness measuring device 28 can optically measure the film thickness on the substrate 24 through the optical path of the film thickness measuring head 27 without being hindered by the measurement inhibitor 49 such as an abrasive. Become. As a result, since in-process highly accurate film thickness measurement is realized, the film measured during the polishing process is not confused by factors such as clogging of the polishing pad 9, polishing process pressure, and ambient temperature environment. It is possible to accurately detect the polishing end point based on the thickness data. For reference, in order to confirm the reliability of the film thickness measurement data by the substrate polishing apparatus 1, the same substrate 24 is used as a measurement sample and the film thickness data measured by the substrate polishing apparatus 1 and the film thickness measured by the off-line ellipsometer are used. When compared with the data, there was almost no error in both data.

【0040】ちなみに、インプロセスでの測定対象とな
る基板24上での膜構造としては、図7(a)に示すよ
うにSi−Substrate50上にSiO2 膜(層
間絶縁膜)51を形成した、いわゆるベタ膜としてのS
iO2 膜51の膜厚T1 や、図7(b)に示すようにS
i−Substrate50上にAl配線52を形成
し、その上にSiO2 膜51を形成した場合のSiO2
膜51の膜厚T2 、さらにはSi−Substrate
50上にAl配線52とSiO2 膜51とを二重に形成
した、いわゆる多層構造としてのSiO2 膜51の膜厚
3 などが一例として考えられる。
By the way, as a film structure on the substrate 24 to be measured in the in-process, as shown in FIG. 7A, a SiO 2 film (interlayer insulating film) 51 is formed on a Si-Substrate 50. S as a so-called solid film
The film thickness T 1 of the io 2 film 51 and S as shown in FIG.
The Al wiring 52 is formed on the i-Substrate50, SiO 2 in the case of forming the SiO 2 film 51 is formed thereon
The film thickness T 2 of the film 51, and further the Si-Substrate
As an example, a film thickness T 3 of the SiO 2 film 51 having a so-called multi-layer structure in which the Al wiring 52 and the SiO 2 film 51 are doubly formed on the 50 is considered.

【0041】また、図7に示す膜構造の中で、例えばA
l配線52の間隔が狭く、光源から出射した光を平行光
のままで基板24上に入射すると、スポット中に反射率
の異なる面が混在してしまう場合は、正確な膜厚測定が
できなくなる。そうした場合は、図1に示したように、
膜厚測定器28の光軸上に対物レンズ48を設けて、光
源からの出射光を対物レンズ48で収束させて基板24
上に入射する。これにより、平行光に比べて反射面での
スポット径が小さくなるため、配線間隔が狭くても、正
確な膜厚測定が可能となる。
In the film structure shown in FIG. 7, for example, A
When the light emitted from the light source is incident on the substrate 24 as parallel light as the parallel wiring 52 has a narrow interval, if the surfaces having different reflectances are mixed in the spot, accurate film thickness measurement cannot be performed. . In that case, as shown in Figure 1,
The objective lens 48 is provided on the optical axis of the film thickness measuring device 28, and the light emitted from the light source is converged by the objective lens 48 so that the substrate 24
Incident on top. As a result, the spot diameter on the reflecting surface becomes smaller than that of parallel light, so that accurate film thickness measurement is possible even if the wiring interval is narrow.

【0042】続いて、本発明に係わる基板研磨装置の他
の実施形態について説明する。図8は、本発明の他の実
施形態として、膜厚測定ユニットの主要部となる膜厚測
定用ヘッドの構造を示しており、図中(a)はその平面
図、(b)はその側断面図、(c)はその底面図を示し
ている。
Next, another embodiment of the substrate polishing apparatus according to the present invention will be described. FIG. 8 shows the structure of a film thickness measuring head, which is the main part of the film thickness measuring unit, as another embodiment of the present invention. In the figure, (a) is its plan view and (b) is its side. Sectional drawing, (c) has shown the bottom view.

【0043】図8に示す膜厚測定用ヘッド60は、大き
くは、ベースとなるヘッド本体61と、このヘッド本体
61に組み込まれたフラッシングヘッド62とから構成
されている。このうち、ヘッド本体61の上面中央部は
凹状に形成されており、その凹部底面に、例えば透明平
行板からなるレーザ照射窓63が押えプレート64にて
留め付けられている。また、レーザ照射窓63の真下に
は、純水チャンバ65とともに給水ノズル66が形成さ
れ、この給水ノズル66の軸芯に沿って軸孔66aがあ
けられている。そして、上述したフラッシングヘッド6
2はヘッド本体61の給水ノズル66にスライド自在に
係合されている。
The film thickness measuring head 60 shown in FIG. 8 is mainly composed of a head main body 61 serving as a base, and a flushing head 62 incorporated in the head main body 61. Of these, the central portion of the upper surface of the head body 61 is formed in a concave shape, and a laser irradiation window 63 made of, for example, a transparent parallel plate is fixed to the bottom surface of the concave portion by a pressing plate 64. Further, a water supply nozzle 66 is formed right below the laser irradiation window 63 together with the pure water chamber 65, and a shaft hole 66 a is formed along the axis of the water supply nozzle 66. Then, the flushing head 6 described above
Reference numeral 2 is slidably engaged with a water supply nozzle 66 of the head body 61.

【0044】図9は本形態におけるフラッシングヘッド
62の外観図であり、図中(a)はその平面図、(b)
はその側面図、(c)はその底面図を示している。図9
に示すフラッシングヘッド62は略円錐形の一体構造を
なすもので、その中心にはヘッド本体61側の給水ノズ
ル66に係合する係合孔67があけられている。またフ
ラッシングヘッド62の円錐面62aには動圧発生用の
ポケット68が4か所にわたって設けられている。各々
のポケット68は、ヘッド円錐面62aを基準にして、
例えばポケット深さ:t1 =0.1mm、t2 =0.3
mm、t3 =0.5mmといったように階段状に形成さ
れている。
9A and 9B are external views of the flushing head 62 in this embodiment. FIG. 9A is a plan view thereof, and FIG. 9B is a view thereof.
Shows a side view thereof, and (c) shows a bottom view thereof. FIG.
The flushing head 62 shown in (1) has a substantially conical integral structure, and an engaging hole 67 that engages with the water supply nozzle 66 on the head body 61 side is formed in the center thereof. The conical surface 62a of the flushing head 62 is provided with dynamic pressure generating pockets 68 at four locations. Each pocket 68 is based on the head conical surface 62a,
For example, pocket depth: t 1 = 0.1 mm, t 2 = 0.3
mm, t 3 = 0.5 mm, etc.

【0045】一方、フラッシングヘッド62の下端外周
面62bには、先の実施形態と同様に、所定の円周ピッ
チで複数のタービンフィン69が形成されている。さら
に、フラッシングヘッド62の底面62cには、動圧発
生用のポケット70が4か所にわたって設けられてお
り、これらのポケット70も上記ポケット68と同様に
階段状に形成されている。
On the other hand, a plurality of turbine fins 69 are formed on the lower end outer peripheral surface 62b of the flushing head 62 at a predetermined circumferential pitch, as in the previous embodiment. Further, on the bottom surface 62c of the flushing head 62, pockets 70 for generating dynamic pressure are provided at four places, and these pockets 70 are also formed in a step shape like the pocket 68.

【0046】ちなみに、ヘッド円錐面62aのポケット
68とヘッド底面62cのポケット70については、タ
ービンフィン69の形状で決まるフラッシングヘッド6
2の回転方向θにしたがって、各々のポケット深さが段
階的に深くなるように設定されている。
Incidentally, with respect to the pocket 68 on the head conical surface 62a and the pocket 70 on the head bottom surface 62c, the flushing head 6 is determined by the shape of the turbine fin 69.
The depth of each pocket is set to gradually increase in accordance with the rotation direction θ of 2.

【0047】上記構成からなるフラッシングヘッド62
をヘッド本体61に組み込んだ状態では、フラッシング
ヘッド62に係合する給水ノズル66の基端部にバキュ
ームチャンバ71が確保される。そして、このバキュー
ムチャンバ71に連通するかたちでヘッド本体61にバ
キュームライン72が形成され、そのバキュームライン
72の導出部分、つまりヘッド本体61の上端面に吸引
口73が設けられている。なお、ヘッド本体61の端面
に組み込まれたセットスクリュー74は上記バキューム
ライン72を一本化するための栓の役目を果たしてい
る。
The flushing head 62 having the above structure
In the state in which the above is incorporated in the head main body 61, the vacuum chamber 71 is secured at the base end portion of the water supply nozzle 66 that engages with the flushing head 62. A vacuum line 72 is formed in the head main body 61 so as to communicate with the vacuum chamber 71, and a suction port 73 is provided at a leading portion of the vacuum line 72, that is, an upper end surface of the head main body 61. The set screw 74 incorporated in the end surface of the head main body 61 serves as a stopper for unifying the vacuum line 72.

【0048】さらにヘッド本体61の内部には、純水チ
ャンバ65に連通する第1の給水路75や、フラッシン
グヘッド62の円錐面(ポケット形成面)62aに臨む
第2の給水路76、さらにはフラッシングヘッド62の
下端外周面62b(タービンフィン形成面)に臨むエア
ー供給路77が形成されている。そして、第1の給水路
75の導出部分にはレーザ光路充填用の給水口78、第
2の給水路76の導出部分には円錐軸受用の給水口7
9、エアー供給路77の導出部分にはタービンエアー供
給口80が、それぞれ設けられている。
Further, inside the head body 61, a first water supply passage 75 communicating with the pure water chamber 65, a second water supply passage 76 facing the conical surface (pocket forming surface) 62a of the flushing head 62, and further, An air supply passage 77 is formed to face the lower end outer peripheral surface 62b (turbine fin forming surface) of the flushing head 62. The water supply port 78 for filling the laser light path is provided in the leading portion of the first water supply passage 75, and the water supply port 7 for the conical bearing is provided in the leading portion of the second water supply passage 76.
9. A turbine air supply port 80 is provided at each leading portion of the air supply passage 77.

【0049】ちなみに本形態においても、先述の実施形
態と同様に、膜厚測定用ヘッド60の直上に対物レンズ
等のレーザーフォーカスレンズ81を配設し、このレー
ザーフォーカスレンズ81にて収束させたレーザビーム
を、基板(ウエハ等)82の被加工面82aに照射する
構成を採用しているが、これ以外にも例えば、先述のオ
プティカルフラット33(図1)やレーザ照射窓63
(図8)を、上側に凸の凸レンズに置き換えることによ
り、対物レンズ等を用いることなく、膜厚測定用ヘッド
27,60側でレーザビームを収束(フォーカシング)
させることが可能となる。
Incidentally, also in the present embodiment, a laser focus lens 81 such as an objective lens is arranged immediately above the film thickness measuring head 60, and the laser focused by this laser focus lens 81 is also provided, as in the above-described embodiment. Although a configuration is adopted in which the beam is applied to the processing surface 82a of the substrate (wafer or the like) 82, other than this, for example, the above-described optical flat 33 (FIG. 1) and the laser irradiation window 63 are used.
By replacing (FIG. 8) with a convex lens convex upward, the laser beam is focused (focusing) on the film thickness measuring heads 27 and 60 without using an objective lens or the like.
It becomes possible.

【0050】続いて、上記構成からなる膜厚測定用ヘッ
ド60を備えた基板研磨装置の動作手順について説明す
る。先ず、研磨処理にあたっては、図10(a)に示す
ように、加工対象となる基板(半導体ウエハ等)82を
回転テーブル(基板保持台)83にセットしたのち、加
工主軸部84の下端に連結した研磨プレート85の下ま
でスライダ86を移動させる。このとき膜厚測定用ヘッ
ド60は、研磨プレート85の近傍にて図11(a)の
状態で待機している。
Next, the operation procedure of the substrate polishing apparatus provided with the film thickness measuring head 60 having the above structure will be described. First, in the polishing process, as shown in FIG. 10A, a substrate (semiconductor wafer or the like) 82 to be processed is set on a rotary table (substrate holding table) 83, and then connected to a lower end of a processing main shaft portion 84. The slider 86 is moved to the bottom of the polished plate 85. At this time, the film thickness measuring head 60 stands by in the state of FIG. 11A near the polishing plate 85.

【0051】すなわち、図11(a)の状態では、吸引
口73(図8参照)からの強制排気により、バキューム
ライン72を通してバキュームチャンバ71が負圧とな
り、これによってフラッシングヘッド62がヘッド本体
61に吸い付いた状態で支持されている。このとき、フ
ラッシングヘッド62とその下を移動する基板82との
クリアランスC1 は、基板82が自由に左右方向に移動
できるよう、例えば140μm程度に確保されている。
ちなみに、半導体ウエハ等の場合は、基板82の平面度
が約0.3μmで、高さ方向のバラツキが20μm以下
となっているため、上述のように両者間のクリアランス
1 を設定すれば、フラッシングヘッド62が基板82
の移動を妨げることはない。
That is, in the state of FIG. 11A, the vacuum chamber 71 becomes a negative pressure through the vacuum line 72 due to the forced exhaust from the suction port 73 (see FIG. 8), which causes the flushing head 62 to move to the head body 61. It is supported in a sucked state. At this time, the clearance C 1 between the flushing head 62 and the substrate 82 that moves under the flushing head 62 is secured at, for example, about 140 μm so that the substrate 82 can freely move in the left-right direction.
Incidentally, in the case of a semiconductor wafer or the like, since the flatness of the substrate 82 is about 0.3 μm and the variation in the height direction is 20 μm or less, if the clearance C 1 between the two is set as described above, The flushing head 62 is the substrate 82.
Does not hinder the movement of.

【0052】次いで、図10(b)に示すように、加工
主軸部84とともに研磨プレート85を下降させて、研
磨プレート85上のパッド面を基板82の表面(被加工
面)に押し付け、加工主軸部84の回転(300rp
m)と回転テーブル82の回転(60rpm)、さらに
はスライダ86のトラバース運動により研磨加工を開始
する。
Then, as shown in FIG. 10B, the polishing plate 85 is lowered together with the processing spindle portion 84, and the pad surface on the polishing plate 85 is pressed against the surface (work surface) of the substrate 82 to form the processing spindle. Rotation of part 84 (300 rp
m), the rotation of the rotary table 82 (60 rpm), and the traverse movement of the slider 86 start polishing.

【0053】この研磨加工時において、膜厚測定用ヘッ
ド60では、図11(b)に示すように、バキュームラ
イン72による強制排気が継続されるとともに、タービ
ンエアー供給口80からタービンエアー(圧縮エアー)
が供給される。また、それとともに、レーザ光路充填用
の給水口78及び円錐軸受用の給水口79からは、それ
ぞれ所定の給水圧をもって純水が供給される。
During this polishing process, in the film thickness measuring head 60, as shown in FIG. 11 (b), the forced exhaust by the vacuum line 72 is continued and the turbine air (compressed air) is supplied from the turbine air supply port 80. )
Is supplied. At the same time, pure water is supplied with a predetermined water supply pressure from the water supply port 78 for filling the laser optical path and the water supply port 79 for the conical bearing.

【0054】このうち、タービンエアー供給口80から
供給されたタービンエアーは、エアー供給路77を通し
てフラッシングヘッド62の下端外周面62cに噴射さ
れ、この噴射されたタービンエアーが4つのタービンフ
ィン69に順次噴き付けられることで、フラッシングヘ
ッド62に回転力が付与される。さらに、こうして供給
されたタービンエアーは、フラッシングヘッド62の外
周部分から基板82の被加工面82aに向けて排気・噴
射される。ちなみに、タービンエアーの圧力を0.4M
Paに設定したところ、フラッシングヘッド62の回転
数が約20000rpmとなり、さらにタービンエアー
圧を上げたところ、30000rpmもの高速回転が達
成できた。
Of these, the turbine air supplied from the turbine air supply port 80 is jetted to the lower end outer peripheral surface 62c of the flushing head 62 through the air supply passage 77, and the jetted turbine air is sequentially supplied to the four turbine fins 69. By being sprayed, a rotational force is applied to the flushing head 62. Further, the turbine air thus supplied is exhausted and jetted from the outer peripheral portion of the flushing head 62 toward the processed surface 82a of the substrate 82. By the way, the turbine air pressure is 0.4M.
When the pressure was set to Pa, the rotation speed of the flushing head 62 was about 20,000 rpm, and when the turbine air pressure was further increased, a high speed rotation of 30,000 rpm could be achieved.

【0055】一方、給水口78から供給された純水は、
第1の給水路75を通して純水チャンバ65に充填され
るとともに、給水ノズル66の軸孔66aを通して基板
82の被加工面82aに噴射される。これにより、フラ
ッシングヘッド62と基板82との間には、純水による
安定した洗浄水膜が形成される。さらに、膜厚測定用ヘ
ッド60の中心軸上には、レーザー照射窓63、純水チ
ャンバ65、軸孔66aによる膜厚測定用の光路が形成
される。
On the other hand, the pure water supplied from the water supply port 78 is
The pure water chamber 65 is filled with the water through the first water supply passage 75, and is sprayed onto the processed surface 82a of the substrate 82 through the shaft hole 66a of the water supply nozzle 66. As a result, a stable cleaning water film of pure water is formed between the flushing head 62 and the substrate 82. Further, on the central axis of the film thickness measuring head 60, an optical path for film thickness measurement is formed by the laser irradiation window 63, the pure water chamber 65, and the shaft hole 66a.

【0056】これに対して、他方の給水口79から供給
された純水は、フラッシングヘッド62の円錐面62a
に噴射され、その水圧を受けてフラッシングヘッド62
が給水ノズル66上をスライド下降し、フラッシングヘ
ッド62の円錐面62aの外側に水膜が形成される。こ
れによりフラッシングヘッド62の円錐面62aには、
基板82に対する加圧力とともに回転半径方向に対する
調心力が発生し、それと同時にフラッシングヘッド62
の底面62cには、上記円錐面62aからの加圧力に対
抗するスラスト力が発生する。
On the other hand, the pure water supplied from the other water supply port 79 is the conical surface 62a of the flushing head 62.
To the flushing head 62 by receiving the water pressure.
Slides down on the water supply nozzle 66, and a water film is formed outside the conical surface 62a of the flushing head 62. As a result, on the conical surface 62a of the flushing head 62,
A centering force in the radial direction of rotation is generated together with the pressure applied to the substrate 82, and at the same time, the flushing head 62
A thrust force that opposes the pressing force from the conical surface 62a is generated on the bottom surface 62c.

【0057】その際、円錐面62aの外側に形成される
水膜の膜厚は、給水ノズル66の軸孔66aから基板8
2に向けて噴射される純水の水圧と、フラッシングヘッ
ド62の円錐面62aに向けて噴射される純水の水圧と
のバランスによって決まる。ちなみに本形態において
は、フラッシングヘッド62が給水ノズル66上を40
μmだけスライド下降するように上記水圧バランスを調
整し、これによってフラッシングヘッド62と基板82
との間に約100μmのクリアランスC2 を確保するよ
うにした。
At this time, the thickness of the water film formed on the outer side of the conical surface 62a is from the shaft hole 66a of the water supply nozzle 66 to the substrate 8a.
It is determined by the balance between the water pressure of pure water jetted toward 2 and the water pressure of pure water jetted toward the conical surface 62a of the flushing head 62. By the way, in this embodiment, the flushing head 62 moves over the water supply nozzle 66.
The water pressure balance is adjusted so as to slide down by .mu.m, whereby the flushing head 62 and the substrate 82 are adjusted.
A clearance C 2 of about 100 μm is ensured between

【0058】ここで本形態においては、フラッシングヘ
ッド62の円錐面62aに動圧発生用のポケット68が
形成され、同下端外周面62bにも動圧発生用のポケッ
ト70が形成されていることから、フラッシングヘッド
62の回転に伴って、上記円錐面62aでの圧力レベル
と上記ヘッド底面62cでの圧力レベルとが、ポケット
68、70による増圧効果によって増幅される。これに
より、フラッシングヘッド62と基板82との間には高
速かつ高圧の洗浄水膜が形成されることから、強力な洗
浄効果を得ることができる。その結果、先の実施形態に
比較して、より少量の純水を0.5MPa以下の水圧を
もって供給するだけで、基板82の被加工面82aから
測定阻害物を強力に排除し、きわめて清浄な面に保持す
ることが可能となる。
In the present embodiment, the conical surface 62a of the flushing head 62 is formed with the dynamic pressure generating pocket 68, and the lower end outer peripheral surface 62b is also formed with the dynamic pressure generating pocket 70. With the rotation of the flushing head 62, the pressure level at the conical surface 62a and the pressure level at the head bottom surface 62c are amplified by the pressure increasing effect of the pockets 68 and 70. As a result, a high-speed and high-pressure cleaning water film is formed between the flushing head 62 and the substrate 82, so that a strong cleaning effect can be obtained. As a result, compared to the previous embodiment, by supplying a smaller amount of pure water with a water pressure of 0.5 MPa or less, the measurement inhibitor is strongly removed from the surface 82a to be processed of the substrate 82, and it is extremely clean. It becomes possible to hold it on the surface.

【0059】ちなみに、純水の給水圧を0.3MPaに
設定したところ、上記円錐面62a及びヘッド底面62
cではその7倍に相当する約2MPaの圧力が得られ
た。この圧力値は、フラッシングヘッド62の回転数の
2乗に比例して上昇するため、さらにフラッシングヘッ
ド62を高速回転させても安定性は低下せず、より強力
な洗浄効果を得ることが可能となる。
By the way, when the pure water supply pressure is set to 0.3 MPa, the conical surface 62a and the head bottom surface 62 are
In c, a pressure of about 2 MPa corresponding to 7 times that was obtained. Since this pressure value increases in proportion to the square of the rotation speed of the flushing head 62, the stability does not decrease even when the flushing head 62 is rotated at a high speed, and a stronger cleaning effect can be obtained. Become.

【0060】こうした膜厚測定用ヘッド60の動作機能
により、研磨加工中は、基板82の測定領域、すなわち
フラッシングヘッド62との対向領域が測定阻害物の介
在しない清浄面に保持されるため、膜厚測定用ヘッド6
0の中心軸上に形成された光路を通してレーザービーム
(膜厚測定用)が基板82に照射され、先の実施形態と
同様の原理で基板82上での膜厚が光学的に測定され
る。そして、これにより得られた測定膜厚が規定膜厚に
達した時点で、図11(c)に示すように加工主軸部8
4が上昇する。これにより、基板82の被加工面82a
から研磨プレート85が離間し、実質的な研磨加工が終
了する。
Due to the operation function of the film thickness measuring head 60, the measurement region of the substrate 82, that is, the region facing the flushing head 62, is held on the clean surface free from the interfering measurement object during polishing. Thickness measurement head 6
A laser beam (for film thickness measurement) is irradiated onto the substrate 82 through an optical path formed on the center axis of 0, and the film thickness on the substrate 82 is optically measured according to the same principle as the previous embodiment. Then, when the measured film thickness thus obtained reaches the specified film thickness, as shown in FIG.
4 rises. As a result, the processed surface 82a of the substrate 82 is
The polishing plate 85 is separated from, and the substantial polishing process is completed.

【0061】その後、スライダ86とともに基板82が
元の初期位置に向けて移動するが、その移動途中で膜厚
測定用ヘッド60による基板82の洗浄が行われ、基板
82の被加工面82aが全域にわたって清浄化される。
そして基板82の洗浄が終了すると、膜厚測定用ヘッド
60に対する純水及びタービンエアーの供給がストップ
し、バキュームライン72からの強制排気だけが継続さ
れる。これによりフラッシングヘッド62は再び膜厚測
定用ヘッド60に吸い付けられた状態、つまり図11
(a)の待機状態となる。その後、図11(d)に示す
ように、スライダ86が初期位置に戻った段階で加工・
洗浄済の基板82が取り外され、これによって一連の研
磨処理が完了となる。
After that, the substrate 82 moves together with the slider 86 toward the original initial position. During the movement, the substrate 82 is washed by the film thickness measuring head 60, and the surface 82a to be processed of the substrate 82 is entirely covered. Is cleaned over.
Then, when the cleaning of the substrate 82 is completed, the supply of pure water and turbine air to the film thickness measuring head 60 is stopped, and only forced exhaust from the vacuum line 72 is continued. As a result, the flushing head 62 is again attracted to the film thickness measuring head 60, that is, in FIG.
The standby state of (a) is entered. After that, as shown in FIG. 11D, when the slider 86 returns to the initial position, machining / processing is performed.
The cleaned substrate 82 is removed, which completes the series of polishing processes.

【0062】このように本形態で採用した膜厚測定用ヘ
ッド60では、フラッシングヘッド62と基板82との
間にきわめて安定した高速洗浄水膜が得られ、これによ
って測定対象となる基板82の被加工面82aから測定
阻害物を完全に除去することができるため、より安定し
た確度の高い膜厚測定が実現される。またヘッド本体6
1に組み込まれたフラッシングヘッド62を、バキュー
ムにて吸引保持する構造を採用したことで、膜厚測定用
ヘッド60を昇降させるための機構が不要となるため、
装置全体の小型化並びに構成の簡素化を図ることが可能
となる。
As described above, in the film thickness measuring head 60 employed in the present embodiment, a very stable high-speed cleaning water film is obtained between the flushing head 62 and the substrate 82, whereby the substrate 82 to be measured is covered. Since the measurement inhibitor can be completely removed from the processed surface 82a, more stable and highly accurate film thickness measurement can be realized. Also the head body 6
By adopting a structure in which the flushing head 62 incorporated in No. 1 is suction-held by vacuum, a mechanism for raising and lowering the film thickness measurement head 60 is unnecessary,
It is possible to reduce the size of the entire device and simplify the configuration.

【0063】なお、上記実施形態においては、繰り返し
反射干渉法の原理を利用して基板上での膜厚を測定する
ようにしたが、膜厚測定手段としては他の原理、例えば
吸光度測定法、干渉多波長分光法、赤外線干渉法、紫外
線干渉法など、膜厚測定用ヘッドに形成した光路を利用
して基板上での膜厚を光学的に測定し得るものであれ
ば、いずれの方式を採用してもかまわない。
In the above embodiment, the film thickness on the substrate is measured by utilizing the principle of the repeated reflection interferometry, but as the film thickness measuring means, another principle such as the absorbance measuring method, Interferometric multi-wavelength spectroscopy, infrared interferometry, ultraviolet interferometry, etc., as long as it is possible to optically measure the film thickness on the substrate using the optical path formed in the film thickness measurement head, any method can be used. You can use it.

【0064】また、膜厚測定用ヘッドの洗浄ユニットと
しても、純水とエアーの噴射によって測定阻害物を除去
する以外にも、例えば基板の被加工面に対向するヘッド
面に、膜厚測定用の光路を囲むようにして洗浄用のパッ
ドやブラシを取り付け、純水との相乗作用によって測定
阻害物を除去するものであってもよい。
Further, as a cleaning unit for the film thickness measuring head, in addition to removing the measurement inhibitor by jetting pure water and air, for example, a head surface facing the surface to be processed of the substrate is used for film thickness measuring. Alternatively, a cleaning pad or a brush may be attached so as to surround the optical path, and the measurement inhibitor may be removed by synergistic action with pure water.

【0065】さらに研磨加工中の膜厚測定以外の用途と
して、例えば、給水による光路の径を大きく設定するこ
とにより、加工中の加工面及び劣悪な環境下での鏡面
を、観察・撮影する目的で使用したり、動力源がエアー
及び水のみであるため水中での洗浄を行う目的で使用す
ることも可能である。
Further, as an application other than film thickness measurement during polishing, for example, by setting a large diameter of the optical path by water supply, the purpose of observing and photographing the processed surface during processing and the mirror surface in a poor environment. It can also be used for cleaning in water because the power source is only air and water.

【0066】[0066]

【発明の効果】以上説明したように本発明の基板研磨装
置によれば、研磨加工中における基板の被加工面に膜厚
測定用ヘッドが対向した状態で、研磨剤を含む測定阻害
物が膜厚測定ヘッドの洗浄ユニットにより被加工面から
除去されるため、膜厚測定手段では、たとえ研磨加工中
であっても研磨剤等の測定阻害物に阻害されることな
く、膜厚測定用ヘッドの光路を通して基板上での膜厚を
光学的に測定することができる。これにより、インプロ
セスでの高精度な膜厚測定が実現されるため、研磨加工
中に測定した膜厚データに基づいて研磨終点を的確に検
出することが可能となる。その結果、従来のように研磨
時間等に依存することなく、常に規定の残膜厚で研磨加
工を終了できるようになるため、基板研磨工程でのロッ
ト内またはロット間での膜厚のバラツキを最小限に抑え
ることが可能となる。さらに、研磨レートの変動要因と
なるパッド目詰まり、研磨加工圧、研磨剤の供給量、温
度環境などの影響を受けずに研磨終点を的確に検出でき
ることから、種々の変動パラメータの管理を簡素化する
ことも可能となる。
As described above, according to the substrate polishing apparatus of the present invention, the measurement inhibitor containing the polishing agent forms a film in the state where the film thickness measuring head faces the surface to be processed of the substrate during polishing. Since it is removed from the surface to be processed by the cleaning unit of the thickness measuring head, the film thickness measuring means can prevent the film thickness measuring head from being interfered with by the measurement inhibitor such as an abrasive even during the polishing process. The film thickness on the substrate can be optically measured through the optical path. As a result, in-process high-precision film thickness measurement is realized, so that the polishing end point can be accurately detected based on the film thickness data measured during the polishing process. As a result, it is possible to always finish the polishing process with the specified remaining film thickness without depending on the polishing time and the like as in the conventional method, so that there is variation in film thickness within the lot or between lots in the substrate polishing process. It can be minimized. Furthermore, since the polishing end point can be accurately detected without being affected by pad clogging, polishing processing pressure, polishing agent supply amount, temperature environment, etc. that cause polishing rate fluctuations, the management of various fluctuation parameters is simplified. It is also possible to do.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係わる基板研磨装置の一実施形態を示
す要部断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an essential part showing an embodiment of a substrate polishing apparatus according to the present invention.

【図2】一実施形態での基板研磨装置の全体構造を示す
斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing an overall structure of a substrate polishing apparatus according to an embodiment.

【図3】チャックプレートの取付構造を示す分解断面図
である。
FIG. 3 is an exploded sectional view showing a mounting structure of a chuck plate.

【図4】膜厚測定用ヘッドの部分的な構造を説明する図
である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a partial structure of a film thickness measuring head.

【図5】基板研磨装置の動作手順を説明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an operation procedure of the substrate polishing apparatus.

【図6】研磨加工時における膜厚測定用ヘッドの動作を
説明する図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the film thickness measuring head during polishing.

【図7】測定対象となる膜構造の一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of a film structure to be measured.

【図8】本発明に係わる基板研磨装置の他の実施形態を
説明する図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating another embodiment of the substrate polishing apparatus according to the present invention.

【図9】他の実施形態におけるフラッシングヘッドの外
観図である。
FIG. 9 is an external view of a flushing head according to another embodiment.

【図10】他の実施形態における基板研磨装置の動作手
順を説明する図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating an operation procedure of a substrate polishing apparatus according to another embodiment.

【図11】他の実施形態における膜厚測定用ヘッドの動
作説明図である。
FIG. 11 is an operation explanatory diagram of a film thickness measuring head according to another embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板研磨装置 8 研磨プレート 9 研磨パ
ッド 15 チャックプレート(基板保持台) 24,82
基板 26 膜厚測定ユニット 27,60 膜厚測定用ヘ
ッド 28 膜厚測定器(膜厚測定手段) 29,61 ヘ
ッド本体 31 トレース部材 32,62 フラッシングヘッ
ド 33 オプティカルフラット 35,65 純水チャ
ンバ 41 タービンノズル 45,66a 軸孔 46
噴出ノズル 49 測定阻害物 66 給水ノズル 68,70
ポケット
1 Substrate Polishing Device 8 Polishing Plate 9 Polishing Pad 15 Chuck Plate (Substrate Holding Table) 24, 82
Substrate 26 Film thickness measuring unit 27,60 Film thickness measuring head 28 Film thickness measuring device (film thickness measuring means) 29,61 Head body 31 Trace member 32,62 Flushing head 33 Optical flat 35,65 Pure water chamber 41 Turbine nozzle 45, 66a shaft hole 46
Jet nozzle 49 Measurement obstacle 66 Water supply nozzle 68, 70
pocket

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板保持台にて保持した基板に研磨プレ
ート上のパッド面を押し付けつつ、研磨剤の研磨作用に
よって前記基板を研磨する基板研磨装置において、 研磨加工中における前記基板の被加工面に対向可能に配
設されたもので、前記被加工面から前記研磨剤を含む測
定阻害物を除去する洗浄ユニットを有するとともに、前
記基板上での膜厚を測定するための光路を形成してなる
膜厚測定用ヘッドと、 前記膜厚測定用ヘッドの光路を通して前記基板上での膜
厚を光学的に測定する膜厚測定手段とを備えたことを特
徴とする基板研磨装置。
1. A substrate polishing apparatus for polishing the substrate by a polishing action of an abrasive while pressing a pad surface on a polishing plate against a substrate held by a substrate holder, wherein a surface to be processed of the substrate during polishing processing. And a cleaning unit for removing the measurement inhibitor containing the polishing agent from the surface to be processed, and forming an optical path for measuring the film thickness on the substrate. A substrate polishing apparatus comprising: a film thickness measuring head; and a film thickness measuring unit that optically measures a film thickness on the substrate through an optical path of the film thickness measuring head.
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