JPH11198033A

JPH11198033A - 研磨装置及び研磨方法

Info

Publication number: JPH11198033A
Application number: JP28938698A
Authority: JP
Inventors: Masaru Chichii; 勝乳井; Minokichi Ban; 箕吉伴; Yasushi Sugiyama; 易杉山; Takehiko Suzuki; 武彦鈴木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-10-31
Filing date: 1998-10-12
Publication date: 1999-07-27

Abstract

(57)【要約】【課題】短時間で被研磨体の被研磨面の膜厚測定を行
う。【解決手段】被研磨体１の被研磨面において反射する
反射光から被研磨面の二次元画像を得て、得られた二次
元画像から膜厚観測すべき部分を特定し膜厚測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被研磨体の被研磨
面を観察するための観察手段を有する研磨装置及び前記
研磨装置を用いた被研磨体の研磨方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイスの超微細化や高段
差化が進み、これに伴ってＳＯＩ基盤、Ｓｉ、ＧｅＡ
ｓ、ＩｎＰ等からなる半導体ウエハー、あるいは半導体
集積回路形成過程において表面に絶縁膜あるいは金属膜
を有したウエハー、更にディスプレー用の基板等を高精
度に研磨するための加工手段として化学機械研磨（ＣＭ
Ｐ）装置が知られている。

【０００３】ここでは従来のＣＭＰ装置について図２２
を用いて説明する。図２２は従来のＣＭＰ装置を模式的
に表した図で、被研磨体（ウエハー）１００が被研磨体
保持手段２００によってその被研磨面を下に向けた状態
で保持され、被研磨体１００の口径よりも大きな口径の
例えばポリウレタンからなる研磨パッド４００を用いて
被研磨体１００を研磨する形態である。この研磨パッド
４００は、主として表面に凹凸を有しているかあるいは
多孔質である。図２２では被研磨体１００は、不図示の
駆動手段によって矢印Ｓが示す方向に回転する。また、
研磨パッド４００は、不図示の駆動手段により矢印Ｔが
示す方向に回転する。これら被研磨体１００と研磨パッ
ド４００の互いの回転或いはいずれか一方の回転によっ
て当接する被研磨体１００の被研磨面が研磨される。こ
のとき研磨剤（スラリー）がスラリー供給手段６００か
ら当接する被研磨体１００と研磨パッド４００との間に
供給される。スラリーは例えばミクロンオーダーからサ
ブミクロンオーダーのＳｉＯ₂ の微粒子が安定に分散し
たアルカリ水溶液である。図２２においてのスラリーは
被研磨体１００と研磨パッド４００との間へ外部から供
給される。

【０００４】そして膜厚測定手段７００が被研磨体１０
０の被研磨面のなかで測定すべき部分をアライメント
（位置特定）し、単波長レーザー光を照射し、被研磨面
で反射した反射光の位相のずれから被研磨面の膜厚を測
定する。そして測定された膜厚値のデータを基に平坦な
被研磨面精度を得るための研磨緒条件、例えば、研磨時
間や互いに当接する被研磨体１００と研磨パッド４００
との圧力等が再び設定しなおされたその後再研磨が行わ
れる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来型の
ＣＭＰ装置では、被研磨体の膜厚を測定し、その測定結
果を用いて研磨条件を変更し、短時間で高精度に研磨す
ることができなかった。その理由は、従来の膜厚測定装
置では被研磨体の中で被研磨面の膜厚を測定する位置を
アライメントするための時間が長くかかるからである。
また、アライメント精度が低く、膜厚を測定するための
正確な位置を測定することが難しい。そのため得られる
膜厚値は信頼性が低く、研磨条件を変更するための情報
とすることが難しい。

【０００６】本発明は、被研磨体の被研磨面の中で測定
すべき部分を短時間で正確に捕捉し、且つ該部分の膜厚
を正確に測定する測定手段を有する研磨装置および該研
磨装置を用いた研磨方法を提供する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、研磨ヘ
ッドと、前記被研磨体の被研磨面を保持するための被研
磨体保持手段と、前記被研磨体の膜厚を測定するための
膜厚測定手段と、を有し、前記研磨ヘッドの研磨面が前
記被研磨体の前記被研磨面と対向し、前記研磨ヘッドが
前記被研磨体を研磨する研磨装置において、焦点を異な
らしめて前記被研磨面の一定領域を一度に撮像する撮像
手段を有し、前記撮像手段によって撮像された複数の二
次元画像情報の中から１つの二次元画像情報を選び出
し、前記１つの二次元画像情報から前記被研磨面の膜厚
測定される位置を決定し、前記膜厚測定手段が前記位置
の前記被研磨面を膜厚測定することを特徴とする研磨装
置を提供する。

【０００８】また本発明は、被研磨体の被研磨面を撮像
する撮像工程と、前記撮像工程で得られた前記被研磨面
の二次元画像情報から前記被研磨面の膜厚を測定する位
置を決定する位置決定工程と、前記位置における前記被
研磨体の被研磨面の膜厚を測定する膜厚測定工程を含
み、被研磨体の被研磨面を研磨する研磨方法において、
焦点を異ならしめて前記被研磨面を一度に撮像し、得ら
れた前記被研磨面の複数の二次元画像情報の中から１つ
の二次元画像情報を選び出し、前記１つの二次元画像情
報から前記位置を決定し、膜厚測定手段が前記位置の前
記被研磨面の膜厚を測定することを特徴とする研磨方法
を提供する。

【０００９】また本発明は、研磨ヘッドが前記被研磨体
の被研磨面を研磨する工程と、前記被研磨面の所定領域
に光源から出射する光束を照射し、前記所定領域の前記
被研磨面により干渉光束を複数の波長別に分離して受光
し、前記複数の波長別受光信号である分光反射強度によ
り前記被研磨面上の膜厚を測定する工程とからなる研磨
方法において、前記膜厚を測定する工程は、前記複数の
波長別受光信号のうちの少なくとも３つの波長別受信信
号からそれぞれ波長別に算出した膜厚値の複数解を使用
し、前記複数解の中から値が最も近い膜厚値の解の組み
合わせを選択し、前記選択した膜厚値の解の組み合わせ
から前記被研磨面上の概略膜厚値を求める第一の工程
と、すべての波長別受光信号からそれぞれ波長別に算出
した膜厚値の複数解を使用し、前記複数解の中から値が
最も近い膜厚値の解の組み合わせを選択する際に、前記
第１の工程で得た前記概略膜厚値を基準に選択範囲を限
定して詳細膜厚値を求める第２の工程とからなることを
特徴とする研磨方法を提供する。

【００１０】また本発明は、研磨ヘッドが前記被研磨体
の被研磨面に当接して研磨する工程と、前記被研磨体の
前記被研磨面上の所定領域に光源から出射する光束を照
射し、前記所定領域の被研磨面による干渉光束を複数の
波長別に分離して受光し、前記複数の波長受光信号から
算出したＰおよびＳ偏光の反射振幅比および位相差によ
り前記被研磨面の膜厚を測定する工程とを含む研磨方法
において、前記膜厚を測定する工程は各波長別に膜厚値
と前記ＰおよびＳ偏光の反射振幅比及び位相差との理論
的関係を表す第１の相関テーブルと、測定した複数の波
長別受光信号から算出した前記ＰおよびＳ偏光の反射振
幅比及び位相差の値とを比較して得た膜厚値の複数解を
使用し、前記複数解の中から値が最も近い膜厚値の解の
組み合わせを選択し、前記選択した膜厚値の解の組み合
わせから前記被研磨面の概略膜厚値を求める第１の工程
と、前記相関テーブルよりも細かい膜厚値間隔で各波長
別に膜厚値と前記ＰおよびＳ偏光の反射振幅比及び位相
差の理論的関係を表す第２の相関テーブルと、測定した
前記複数の波長別受光信号から算出した前記ＰおよびＳ
偏光の反射振幅比及び位相差の値とを比較して膜厚値を
得る際に、前記第１の工程で得た概略膜厚値を基準に比
較範囲を限定して詳細膜厚値を求める第２の工程からな
ることを特徴とする研磨方法を提供する。

【００１１】又本発明は研磨ヘッドと、被研磨体を保持
する被研磨体保持手段と、を有し、研磨ヘッドで、被研
磨体の被研磨面を研磨する研磨装置において、前記被研
磨体保持手段を自転させるための駆動手段と、自転する
前記被研磨体に白色光を照射することで前記被研磨体の
膜厚を測定すべき位置を特定し、且つ前記位置で前記膜
厚を測定する膜厚測定手段とを有することを特徴とする
研磨装置を提供する。

【００１２】又本発明は研磨ヘッドで被研磨体の被研磨
面を研磨する研磨方法において、自転する前記被研磨体
に白色光を照射することで前記被研磨体の膜厚を測定す
べき位置を特定し、且つ前記位置で前記膜厚を測定する
膜厚測定工程を有することを特徴とする研磨方法を提供
する。

【００１３】（作用）本発明によれば、本発明の研磨装
置が有する膜厚測定手段を用いて被研磨体の被研磨面を
撮像し、二次元画像情報に基づき膜厚測定に好適な位置
を短時間で高精度に決定し、且つ正確に膜厚測定を行
い、得られた膜厚測定結果に基づいて被研磨体を高精度
に研磨することが出来る。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の研磨装置に関する実施の
形態を述べる前にはじめに本発明に用いる膜厚測定手段
の構成及び該膜厚測定手段を用いた膜厚測定方法につい
て述べる。次いで第１、第２、第３、そして第４の実施
の形態で該膜厚測定手段を有した本発明の研磨装置及び
該研磨装置を用いた被研磨体の研磨方法について説明す
る。

【００１５】（本発明の膜厚測定手段について）本発明
の膜厚測定手段を図１〜図１６に基づいて詳細に説明す
る。

【００１６】図１は本発明の干渉分光反射率法による膜
厚測定手段の構成図を示し、表面に膜層ｆを設けた基板
Ｗの上方に、対物レンズ３０が配置され、対物レンズ３
０の上方の光路上には、第１のハーフミラー３１と第２
のハーフミラー３２が配置されている。第１のハーフミ
ラー３１の入射方向には、照明光学系３３が形成されて
おり、ミラー３４、コンデンサレンズ３５、図示しない
瞬間白色光源に接続された光ファイバ３６が順次に配列
され、光ファイバ３６の出射端面は対物レンズ３０の出
射瞳と共役位置とされている。なお、本発明の白色光と
は、少なくとも３つ以上の波長スペクトルからなる光の
ことで、言いかえればマルチバンド光のことである。

【００１７】第１のハーフミラー３１の透過方向には、
結像光学系３７が配置されており、結像光学系３７は第
２のハーフミラー３２により分岐し、その反射方向に基
板Ｗ面上の所定領域を検出するための位置検出・フォー
カス系３８が配置され、透過方向に膜厚を測定するため
の膜厚測定系３９が配置されている。

【００１８】位置検出・フォーカス系３８には、結像レ
ンズ４０、ミラー４１、二次元配列のＣＣＤ受光素子４
２ａ〜４２ｃが配列され、これらのＣＣＤ受光素子４２
ａ〜４２ｃは、位置検出・フォーカス系３８における結
像状態の最良な画像を選択して、その画像において膜厚
測定に好適な位置を選択決定するために、複数の異なる
位置に結像状態をそれぞれ異ならしめるように固定して
配置されている。

【００１９】また、膜厚測定系３９には結像レンズ４
３、図２に示すような特性により波長λ_i （ｉ＝１〜
３）を含む第１の波長領域と波長λ_i （ｉ＝４〜６）を
含む第２の波長領域とに分岐するダイクロイックミラー
４４が配置されている。ダイクロイックミラー４４の反
射方向には、第１の波長領域の波長λ_i （ｉ＝１〜３）
をそれぞれ分岐して受光する二次元配列のＣＣＤ受光素
子４５ａ〜４５ｃを有する３色分解光学素子が配置さ
れ、ダイクロイックミラー４４の透過方向には、第２の
波長領域の波長λ_i （ｉ＝４〜６）をそれぞれ分岐して
受光する二次元配列のＣＣＤ受光素子４６ａ〜４６ｃを
有する同様の３色分解光学素子が配置されている。

【００２０】図３はＣＣＤ受光素子４２ａ〜４２ｃ、４
５ａ〜４５ｃ、４６ａ〜４６ｃの受光信号の情報処理を
行うホストコンピュータの構成図を示している。位置検
出・フォーカス系３８のＣＣＤ受光素子４２ａ〜４２ｃ
の出力は、ホストコンピュータ５０の画像処理ボード５
１ａ、外部記憶部の位置検出画像メモリ部５２、画像処
理部の位置検出画像処理部５３に順次に接続され、膜厚
測定系３９のＣＣＤ受光素子４５ａ〜４５ｃ、４６ａ〜
４６ｃの出力は、ホストコンピュータ５０の画像処理部
ボード５１ｂ、外部記憶部の膜厚測定画像メモリ部５
４、画像処理部の膜厚測定好適位置選択部５５に順次接
続されている。そして、画像処理部内において、位置検
出画像処理部５３の出力は膜厚測定好適位置選択部５５
に接続され、膜厚測定好適位置選択部５５の出力は膜厚
測定演算部５６に接続されて、膜厚値が演算されるよう
になっている。

【００２１】瞬間白色光源から出射した光束は、光ファ
イバ３６を通して照明光学系に導光され、コンデンサレ
ンズ３５、ミラー３４、ハーフミラー３１、対物レンズ
３０通って、基板Ｗ面の所定領域の膜層ｆにほぼ垂直な
入射角度で入射する。

【００２２】膜層ｆの表面で反射した光束と、基板Ｗ面
との境界である膜層ｆの下面で反射した光束は、対物レ
ンズ３０、結像レンズ４０、４３を含む結像光学系３７
に導光される。結像光学系３７において、膜層ｆの表面
から反射した光束はハーフミラー３２で分岐し、位置検
出・フォーカス系３８において、結像レンズ４０、ミラ
ー４１を通って、二次元配列のＣＣＤ受光素子４２ａ〜
４２ｃ上に結像する。

【００２３】ＣＣＤ受光素子４２ａ〜４２ｃに受光した
二次元画像は、図４に示すように表示され、位置検出工
程の画像処理ボード５１ａを介して、ホストコンピュー
タ５０の外部記憶部内の位置検出画像メモリ５２に記憶
される。

【００２４】これらの二次元画像において、結像状態の
最良な画像を判別するために、先ず画像断面の受光信号
のプロファイルを求める図４に示すようなサンプリング
ラインｎ１〜ｎ５を複数設定する。そして、位置検出画
像処理部５３において、これらの画像断面プロファイル
情報から、互いに隣り合う画素番地ｉ、ｊ毎にそれぞれ
の受診信号差を求め、これらの差の平均値が最大となる
画像を位置検出用画面として採用する。

【００２５】図５は複数の異なる位置に設けた二次元配
列のＣＣＤ受光素子４２ａ〜４２ｃの画像のサンプリン
グラインｎ３の画像断面プロファイルの形状を示してい
る。これらの中から前述したように受光信号差の平均値
が最大であるＣＣＤ受光素子４２ａの画面を採用し、こ
の採用した画面内から、予め登録してある図６に示すよ
うな位置検出のための特定のパターン又はマークを基準
にして、位置検出画像処理部５３により二次元画像内の
位置（Ｘｐ、Ｙｐ）を求める。次に、この特定パターン
又はマークの位置に関して、膜厚測定に好適な位置（Ｘ
ｍ、Ｙｍ）又は領域Ｓが相対的にどの位置に存在する
か、予め基板Ｗ面上のパターン配列の分布から決められ
ているので、膜厚測定好適位置選択部５５の画像処理に
より、この位置（Ｘｐ、Ｙｐ）を基準にして膜厚測定に
好適な位置（Ｘｍ、Ｙｍ）又は領域Ｓを座標化して決定
する。

【００２６】ここで所定領域からの光束を二次元画像と
して結像させる光学系をテレセントリック系、つまり入
射瞳と射出瞳の少なくともいずれか一方が無限遠に存在
する光学系で構成することにより、位置検出工程で複数
の異なる結像位置における二次元画像の倍率変化が抑制
され、特定のパターンもしくはマーク位置を基準に事前
に登録されている基板面上のパターン配列情報と前述の
二次元画像情報との比較から膜厚測定に好適な位置を決
定する際に倍率変化による位置選択の誤りを防止するこ
とができる。

【００２７】位置検出工程に続いて、結像光学系３７に
おいてハーフミラー３２を透過した光束は、膜厚測定系
３９の結像レンズ４３を通り、ダイクロイックミラー４
４により第１の波長領域と第２の波長領域に分岐する。
そして、第１の波長領域の経路は３つの波長λ_i （ｉ＝
１〜３）別に、また第２の波長領域の経路は３つの波長
λ_i （ｉ＝４〜６）別に分岐し、３色分解光学素子を介
してそれぞれＣＣＤ受光素子４５ａ〜４５ｃ、ＣＣＤ受
光素子４６ａ〜４６ｃに結像する。

【００２８】これら各波長λ_i （ｉ＝１〜６）の光束
は、膜層ｆの膜厚に応じて波長別に固有の干渉分光反射
強度を有し、その波長別の干渉分光反射強度は、膜厚測
定工程の画像処理ボード５１ｂを介して、ホストコンピ
ュータ５０の外部記憶部内の膜厚測定画像メモリ部５４
に二次元形式で記憶される。

【００２９】次に、この波長別に記憶された二次元画像
情報から、上述の位置検出工程で得られた膜厚測定に好
適に位置（Ｘｍ、Ｙｍ）又は領域Ｓの座標に基づいて、
対応する画素の受光信号から膜厚測定演算部５６におい
て膜厚値を算出する。

【００３０】膜厚測定演算部５６において、先ず第１の
工程として、複数の波長別受光信号の内の少なくとも３
つの波長別受光信号を用いて各波長別に膜厚値の複数解
を算出し、それら複数解の中から値が最も近い膜厚値の
解の組み合わせを選択し、その選択した膜厚値の解の組
み合わせから膜層の膜厚値を概略的に求める。

【００３１】次に第２の工程として、全ての波長別受光
信号を用いて第１の工程と同様に各波長別に膜厚値の複
数解を算出し、第１の工程で得た概略の膜厚値を基準に
選択範囲を限定し、それら複数解の中から値が最も近い
膜厚値の解の組み合わせを選択して膜厚値を詳細に求め
る。

【００３２】図７は膜厚測定時の反射光の状態を示し、
図８は干渉分光反射強度と膜厚値の関係のグラフ図を示
す。先ず第１の工程として、各波長λ_i （ｉ＝１〜６）
の内の３つの波長波長λ₂ 、λ₄ 、λ₆ を選択する。こ
れらの各波長λ_i （ｉ＝２、４、６）に対する干渉分光
反射強度、即ち波長別受光信号の基準出力Ｒ（λ_i ）
（ｉ＝２、４、６）は次式で表される。

【００３３】Ｒ（λ_i ）＝｛γ² ＋ρ² ＋２γρｃｏｓ（φ＋δ）｝／｛１＋γ² ρ² ＋２ γρｃｏｓ（φ＋δ）｝（１） γ：空気層ａと膜層ｆとの界面におけるフレネル反射係
数、 ρ：膜層ｆと基板Ｗとの界面におけるフレネル反射係
数、 φ：膜層ｆと基板Ｗとの界面での反射による位相変化、 δ：空気層ａと膜層ｆの界面、膜層ｆと基板Ｗの界面で
反射した光束の位相差。

【００３４】なお、ここで選択する３つの波長を含め本
工程で使用する６つの波長λ_i （ｉ＝１〜６）は、干渉
分光反射強度の基準出力Ｒ（λ_i ）の変化周期が互いに
異なり一致しないように設定される。

【００３５】この３つの波長について測定した二次元画
像情報から、位置検出工程で選択決定した膜厚測定に好
適な位置（Ｘｍ、Ｙｍ）、又は領域Ｓにおける画像信号
の平均値の画素に対応する受光信号Ｒ′（λ_i ）を求め
る。この値から各波長別の膜厚値ｄｉを求めるために
は、膜層の屈折率ｎ、整数Ｎを用いて、式（１）を次式
のように変換する。

【００３６】ｄｉ＝｛λ_i ／（４πｎ）｝｛−φ＋２Ｎπ＋ｃｏｓ^-1（Ａ／Ｂ）｝（２）ただし、Ａ＝γ² ＋ρ² −（１＋γ² ρ² ）Ｒ′（λ
_i ）Ｂ＝２γρ｛Ｒ′（λ_i ）−１｝

【００３７】このとき、基板Ｗ面の膜層ｆの膜厚の測定
範囲において、値Ｎの取り方によって複数の膜厚値ｄ_iN
の解が発生する。測定した３つの受光信号Ｒ′（λ_i ）
により膜厚測定演算部５６で算出した膜厚値ｄ_iNを、テ
ーブル化して次の表１に示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】表１のｄ_2N、ｄ_4N、ｄ_6Nについて相互の差
の２乗和が最小になる組み合わせを次式から求める。

【００４０】Ｖ（ａ、ｂ、ｃ）＝（ｄ_2a−ｄ_4b）² ＋（ｄ_2a−ｄ_6c）² ＋（ｄ_4b−ｄ_6c）² （３）この値Ｖが最小となるときのｄ_2a、ｄ_4b、ｄ_6cから、そ
の平均値（ｄ_2a＋ｄ_4b＋ｄ_6c）／３を求めて、測定する
膜厚の概略値とする。

【００４１】なお、測定しようとする膜厚値ｄ_iによっ
ては、測定した受光信号Ｒ′（λｉ）が図８のグラフ図
に示す基準出力Ｒ（λｉ）の最大値又は最小値を超える
場合がある。このような場合には、式（２）から膜厚値
ｄ_i を算出することは不能となるので、便宜上受光信号
Ｒ′（λｉ）を基準出力Ｒ（λｉ）に置換して演算を行
う。この第１の工程の段階では、３波長だけで膜厚値ｄ
_i を求めているので、測定精度が低い状態にある。

【００４２】次に第２の工程として、測定精度を上げる
ために波長数を第１の工程の３波長を含む６つの波長λ
_i （ｉ＝１〜６）に増加し、第１の工程で得た概略膜厚
値ｄ_i を中心として組み合わせの比較範囲を限定し、第
１の工程における式（３）の演算を行い、より詳細に膜
厚値ｄ_i を演算する。

【００４３】第１の工程の値Ｖを最小にする組み合わせ
がｄ_2a、ｄ_4b、ｄ_6cであるとき、ａ、ｂ、ｃに対するＮ
についてＮ′＝Ｎ±２の範囲で、表１に対応する６波長
に拡大した値ｄ_iNのテーブルを次の表２のように新規に
作成する。

【００４４】

【表２】

【００４５】表２から第１の工程における式（３）に対
応して、次式に従って値Ｖ′を最小とする値ｄ_1N〜ｄ_6N
からその平均値を求め、測定する膜厚の詳細な膜厚値と
する。

【００４６】Ｖ′（ａ′、ｂ′、ｃ′、ｅ′、ｆ′、ｇ′）＝（ｄ_1a′−ｄ_2b′）² ＋（ｄ _1a ′−ｄ_3c′）² ＋（ｄ_1a′−ｄ_4e′）² ＋（ｄ_1a′−ｄ_5f′）² ＋（ｄ_1a′− ｄ_6g′）² ＋（ｄ_2b′−ｄ_3c′）² ＋（ｄ_2b′−ｄ_4e′）² ＋（ｄ_2b′−ｄ_5f′ ）² ＋（ｄ_2b′−ｄ_6g′）² ＋（ｄ_3c′−ｄ_4e′）² ＋（ｄ_3c′−ｄ_5f′）² ＋（ｄ_3c′−ｄ_6g′）² ＋（ｄ_4e′−ｄ_5f′）² ＋（ｄ_4e′−ｄ_6g′）² ＋（ｄ_5r ′−ｄ_6g′）² （４）以上の第１、第２工程による膜厚測定工程を基板をＳ
ｉ、膜層をＳ_i Ｏ₂ とする膜層構造に適用し、測定され
た受光信号Ｒ′（λ_i ）が受光信号の基準出力Ｒ（λ
_i ）に対して０．２％の測定誤差があった場合の測定精
度結果を図に示す。図９は第１工程での結果であり、図
１０は第２工程後の結果である。図より波長数を増加さ
せた第２工程に測定精度が向上していることが分かる。
このような第１、第２工程により、波長数を増加させて
も膜厚算出の時間を簡略し測定精度の高い膜厚測定が可
能になる。

【００４７】本実施例では、膜厚測定系の二次元画像情
報範囲を膜厚測定に好適な位置を含む広視野に設定して
おり、加えて固定された撮像素子がそれぞれ焦点を異な
らしめた状態で一度に複数の画像を撮像するので、基板
Ｗが膜厚測定装置に対して相対的に移動している場合で
も、容易に結像状態の良好な画像を得ることが出来、そ
の結果測定位置を高精度でアライメントする必要がな
く、瞬間光による照明を採用したことにより二次元画像
の横ずれがさらに防止され、膜厚測定に好適な位置（Ｘ
ｍ、Ｙｍ）又は領域Ｓの範囲を正確に抽出して測定する
ことが可能となる。

【００４８】図１１は上述した膜厚測定手段の変形例を
示し、位置検出・フォーカス系３８のＣＣＤ受光素子４
２ａ′〜４２ｃ′を膜厚測定系３９のＣＣＤ受光素子４
５ａ〜４５ｃ、４６ａ′〜４６ｃ′と略等しい寸法と
し、結像レンズ４０、４３の代りに１個の結像レンズ４
７がハーフミラー３１と３２の間に配置されている。こ
のように、基板Ｗのパターン配列の条件によっては、位
置検出工程の二次元画像情報の範囲を膜厚測定工程の二
次元画像情報の範囲とほぼ等しくしてもよく、この場合
は、特定パターン又はマークに代えて予め膜厚測定に好
適な位置自体のパターンを登録しておき、このパターン
を基準に直接膜厚測定に好適な位置（Ｘｍ、Ｙｍ）を求
めるようにしてもよい。

【００４９】なお、本実施例の膜厚測定方法は、膜層内
にパターンが形成されている場合に特に有効であるが、
パターンが無い場合にも適用することが可能である。

【００５０】図１２は本発明の偏光解析法による膜厚測
定手段の構成図を示し、図示しない瞬間光を射出する白
色光源に接続された光ファイバ６０から、膜層ｆを設け
た基板Ｗに向う角度θの斜め方向の光路上に、２枚のコ
ンデンサレンズ６１、６２、４５度の偏光方位を有する
偏光子６３が配列されている。基板Ｗからの反射光の同
様の斜め方向の光路上には、対物レンズ６４、ハーフミ
ラー６５が配置されており、ハーフミラー６５の反射方
向には位置検出・フォーカス系６６が配置され、ハーフ
ミラー６５の透過方向には膜厚測定系６７が配置されて
いる。

【００５１】位置検出・フォーカス系６６には、結像レ
ンズ６８、二次元配列のＣＣＤ受光素子６９ａ〜６９ｃ
が配置され、これらのＣＣＤ受光素子６９ａ〜６９ｃは
複数の異なる位置に固定して配置され、位置検出・フォ
ーカス系６６における結像状態の最良な画像を選択し
て、その画像において膜厚測定に好適な位置に決定する
ようになっている。また、膜厚測定系６７には、結像レ
ンズ７０、ハーフミラー７１、７２が配置され、２個の
ハーフミラー７１、７２により光路は３方向に分岐され
ている。ハーフミラー７１の反射方向には、方位が０度
の検光子７３と、３つの波長λ_i （ｉ＝１〜３）に光束
を分岐する３色分解光学素子である二次配列のＣＣＤ受
光素子７４ａ〜７４ｃが配置され、またハーフミラー７
１の背後のハーフミラー７２の透過方向には、方位が４
５度の検光子７５と、同様の３色分解光学素子であるＣ
ＣＤ受光素子７６ａ〜７６ｃが配置され、ハーフミラー
７２の反射方向には方位が９０度の検光子７７と、同様
の３色分解光学素子であるＣＣＤ受光素子７８ａ〜７８
ｃが配置されている。

【００５２】図１３はＣＣＤ受光素子６９ａ〜６９ｃ、
７４ａ〜７４ｃ、７６ａ〜７６ｃ、７８ａ〜７８ｃの受
光信号の情報処理を行うホストコンピュータの構成図を
示す。位置検出・フォーカス系６６のＣＣＤ受光素子６
９ａ〜６９ｃの出力は、ホストコンピュータ８０の画像
処理ボード８１ａ、外部処理部の位置検出画像メモリ部
８２、画像処理部の位置検出画像処理部８３に順次に接
続され、膜厚測定系６７のＣＣＤ受光素子７４ａ〜７４
ｃ、７６ａ〜７６ｃ、７８ａ〜７８ｃの出力はホストコ
ンピュータ８０の画像処理部ボード８１ｂ、外部記憶部
の膜厚測定画像メモリ部８４、画像処理部の膜厚測定好
適位置選択部８５に順次に接続されている。そして、位
置検出画像処理部８３の出力は、画像処理部内において
膜厚測定好適位置選択部８５に接続され、膜厚測定好適
位置選択部８５の出力は膜厚測定演算部８６に接続され
て、膜厚値が演算されるようになっている。

【００５３】白色光源から出射した瞬間光は、光ファイ
バ６０を通じて照明光学系に導光され、その光束はコン
デンサレンズ６１、６２を介して偏光子６３により４５
度の偏光方位を有する直線偏光光束となり、基板面Ｗ上
の所定領域に入射角θで入射する。

【００５４】膜層ｆを設けた基板Ｗの所定領域からの反
射光束は、対物レンズ６４を通り、ハーフミラー６５を
反射し、位置検出・フォーカス系６６において結像レン
ズ６８により、シャインプルーフの条件に基づいて二次
元配列のＣＣＤ受光素子６９ａ〜６９ｃ上に結像する。
ＣＣＤ受光素子６９ａ〜６９ｃに受光した二次元画像
は、図４に示すように表示され、位置検出工程の画像処
理ボード８１ａを介して、ホストコンピュータ８０の外
部記憶部内の位置検出画像メモリ部８２に記憶される。

【００５５】本発明の干渉分光反射率法による膜厚測定
手段と同様に、結像状態の最良な画像を判別するため
に、サンプリングラインｎ１〜ｎ５を複数設定し、位置
検出画像処理部８３において、互いに隣り合う画素番地
ｉ、ｊの受光信号差の平均値が最大となる画像を位置検
出用画面として採用する。

【００５６】例えば、図５においてＣＣＤ受光素子６９
ａ（４２ａ）の画面を採用し、図６の特定のパターン又
はマークを基準に、位置検出画像処理部８３により二次
元画像内の位置（Ｘｐ，Ｙｐ）を求め、膜厚測定好適位
置選択部８５により位置（Ｘｐ，Ｙｐ）を基準にして、
膜厚測定に好適な位置（Ｘｍ，Ｙｍ）又は領域Ｓを座標
化して決定する。

【００５７】位置検出工程に続いて、基板Ｗの所定領域
からの反射光束は、膜層ｆの構造に起因して楕円偏光に
変化し、この楕円偏光光束は対物レンズ６４、ハーフミ
ラー６５を透過し、膜厚測定系６７に導光され、膜厚測
定工程に移る。

【００５８】膜厚測定系６７において、光束は結像レン
ズ７０を通り、２個のハーフミラー７１、７２により３
経路に分岐し、それぞれの経路において０度、４５度、
９０度の検光子７３、７５、７７により方位が分離し、
３つの波長λ_i （ｉ＝１〜３）に分岐する３色分解光学
素子を介して、シャインプルーフの条件に基づいて膜厚
測定系６７の二次元配列のＣＣＤ受光素子７４ａ〜７４
ｃ、７６ａ〜７６ｃ、７８ａ〜７８ｃ上に結像する。

【００５９】各検光子７３、７５、７７別、波長λ_i
（ｉ＝１〜３）別にそれぞれ二次元配列のＣＣＤ受光素
子７４ａ〜７４ｃ、７６ａ〜７６ｃ、７８ａ〜７８ｃ上
に結像した二次元画像情報は、膜厚測定工程の画像処理
ボード８１ｂを介してホストコンピュータ８０の外部記
憶部内の膜厚測定画像メモリ８４に記憶される。

【００６０】次に、この二次元画像情報から、位置検出
工程で得た膜厚測定に好適な位置（Ｘｍ，Ｙｍ）又は領
域Ｓの座標に基づいて、対応する画素の受光信号から膜
厚測定演算部８６において膜厚値を算出する。

【００６１】先ず、膜厚測定演算部８６は第１の工程に
おいて、各波長λ_i （ｉ＝１〜３）別に、膜厚値とＰお
よびＳ偏光の反射振幅比及び位相差の理論的関係を表す
第１の相関テーブルと、実際に測定された複数の波長別
受光信号から算出したＰおよびＳ偏光の反射振幅比及び
位相差の値とを比較して膜厚値の複数解を求め、それら
複数解の中から値が最も近い膜厚値の解の組み合わせを
選択し、その選択した膜厚値の解の組み合わせから膜層
ｆの膜厚値を概略的に求める。

【００６２】次に、第２の工程において、第１の相関テ
ーブルより細かい膜厚値間隔で、各波長別に膜厚値とＰ
およびＳ偏光の反射振幅比及び位相差の理論的関係を表
す第２の相関テーブルを作成し、第１の工程で得た概略
の膜厚値を基準に比較範囲を限定し、第１の工程と同様
に実際に測定した複数の波長別受光信号から算出したＰ
およびＳ偏光の反射振幅比及び位相差の値を第２の相関
テーブルと比較して膜厚値を詳細に求める。

【００６３】第１の工程では、３つの波長λｉ（ｉ＝１
〜３）について測定した二次元画像情報から、位置検出
工程で決定した膜厚測定に好適な位置（Ｘｍ，Ｙｍ）、
又は領域Ｓにおける画像信号の平均値の画素に対応した
受光信号の値から、各波長別にＰおよびＳ偏光の反射振
幅比ｔａｎΨ_i、位相差Δ_iを算出する。

【００６４】例えば、内波長λ_i の場合では、膜厚測定
系６７の二次元配列のＣＣＤ受光素子７４ａ、７６ａ、
７８ａについて、検光子０度、４５度、９０度別の受光
信号をＩ₀、Ｉ₄₅、Ｉ₉₀として、Ｈ₁ 、Ｈ₂ を次のように
おくと、Ｈ₁₌（Ｉ₀ −Ｉ₉₀）／（Ｉ₀ ＋Ｉ₉₀）Ｈ₂ ＝（２・Ｉ₄₅）／（Ｉ₀ ＋Ｉ₉₀）−１

【００６５】反射振幅比ｔａｎΨ_iと位相差Δ _iは次式
で表される。ｔａｎΨ_i ＝｛（１＋Ｈ₁ ）／（１−Ｈ₁ ｝ ^1/2…（５） Δ_i ＝ｔａｎ^-1｛（１−Ｈ₁ ²−Ｈ₂ ²）^1/2 Ｈ ₂｝…（６）

【００６６】膜厚値ｄ_ikとＰおよびＳ偏光の反射振幅比
ｔａｎΨ_ik、位相差Δ_ikとの理論的関係を表す第１の相
関テーブルを次の表３〜表５に示す。

【００６７】

【表３】

【００６８】

【表４】

【００６９】

【表５】

【００７０】式（５）、（６）で測定値である受光信号
から算出した各波長別のＰおよびＳ偏光の反射振幅比ｔ
ａｎΨ_i、位相差Δ _iの値が、表３〜表５の第１の相関テ
ーブルにある各波長別のＰおよびＳ偏光の反射振幅比ｔ
ａｎΨ_ik、位相差Δ_ikと比較してどの値に近いかを、次
式のＴ₁ 、Ｔ₂ 、Ｔ ₃による相互の差が小さくなる組み
合わせから求める。Ｔ₁ （Ｋ）＝（ｔａｎΨ₁ −ｔａｎΨ_1k）² ＋（Δ₁ −Δ_1k）² …（７）Ｔ₂ （Ｋ）＝（ｔａｎΨ₂ −ｔａｎΨ_2k）² ＋（Δ₂ −Δ_2k）² …（８）Ｔ₃ （Ｋ）＝（ｔａｎΨ₃ −ｔａｎΨ_3k）² ＋（Δ₃ −Δ_3k）² …（９）

【００７１】これら相互の差を小さくする組み合わせは
複数考えられ、それら複数の組み合わせに対応する膜厚
値を各波長別にｄ_1a、ｄ_2b、ｄ_3cとしたときに、これら
のｄ_1a、ｄ_2b、ｄ_3cについて相互の差の２乗和がになる
組み合わせを次式から求める。Ｖ（ａ，ｂ，ｃ）＝（ｄ_1a−ｄ_2b）² ＋( ｄ_1a−ｄ_3c）² ＋（ｄ_2b−ｄ_3c）² … （１０）この値Ｖが最小になるときのｄ_1a、ｄ_2b、ｄ_3cからその
平均値（ｄ_1a＋ｄ_2b＋ｄ_3c）／３を求め、測定する膜厚
の概略値とする。この第１の工程の段階では、膜厚測定
範囲について、或る一定の粗い膜厚値間隔の相関テーブ
ルに基づいて膜厚値を求めているので、測定精度が低い
状態にある。

【００７２】次に第２の工程では、この測定精度を上げ
るために、第１の工程で得た概略の膜厚値ｄａを基準に
して、第１の相関テーブルより細かい膜厚値間隔で、各
波長別に膜厚値とＰおよびＳ偏光の反射振幅比ｔａｎΨ
_ik、位相差Δ_ikの理論的関係を表す第２の相関テーブル
を作成する。第１の工程で得た概略の膜厚値ｄ_a を基準
にして第２の相関テーブルを次の表６〜表８に示す。

【００７３】

【表６】

【００７４】

【表７】

【００７５】

【表８】

【００７６】第１の工程で得た概略の膜圧値ｄ_a を基
準にして比較範囲である膜厚値の範囲ｄ_k′ を例えばｄ
_a ±εに限定する。実際の測定値である受光信号から算
出した各波長別のＰおよびＳ偏光の反射振幅比ｔａｎΨ
_i、位相差Δ _iの値が、表６〜８の第２の相関テーブルの
各波長別のＰおよびＳ偏光の反射振幅比ｔａｎΨ_ik′、
位相差Δ_ik′と比較してどの値に近いかを、次のＴ
₁ ′、Ｔ₂ ′、Ｔ ₃′により相互の差が小さくなる組み
合わせから求める。

【００７７】Ｔ₁ ′（ｋ′）＝（ｔａｎΨ₁ −ｔａｎΨ_1k ′) ²＋（Δ₁ −Δ_1k′）² … （１１）Ｔ₂ ′（ｋ′）＝（ｔａｎΨ₂ −ｔａｎΨ_2k ′) ²＋（Δ₂ −Δ_2k′）² … （１２）Ｔ₃ ′（ｋ′）＝（ｔａｎΨ₃ −ｔａｎΨ_3k ′) ²＋（Δ₃ −Δ_3k′）² … （１３）

【００７８】これら相互の差を小さくする組み合わせは
複数考えられ、それら複数の組み合わせに対応する膜厚
値を各波長別にｄ_1a′、ｄ_2b ｄ_3c′とすると、これら
のｄ_1a′、ｄ_2b ｄ_3c′について相互の差の２乗和が最
小になる組み合わせを次式から求める。

【００７９】Ｖ′（ａ′，ｂ′，ｃ′）＝（ｄ_1a′−ｄ_2b′）² ＋(d_1a−ｄ_3c′）² ＋（ｄ _2b ′−ｄ_3c′ ²…（１４）この値Ｖ′が最小になるときのｄ_1a′、ｄ_2b′、ｄ_3cに
より、その平均値（ｄ_1a′＋ｄ_2b′ +ｄ_3c′）／３を求
め、測定する膜厚の詳細な膜厚値とする。

【００８０】図１１は基板ＷをＳｉ、膜層ｆをＳｉＯ₂
とした試料を使用し、第１の工程による膜厚測定工程に
より求めた結果を示し、図１５は図１４よりも波長数を
増加した第２の工程による膜厚測定結果を示す。以上の
第１、第２工程による膜厚測定工程を基板Ｓｉ、膜層を
ＳｉＯ₂ とする膜層構造に適用し、測定された受光信号
Ｉ₀、Ｉ₄₅、Ｉ₉₀が受光信号の各基準出力に対して０．
２％の測定誤差があった場合の測定精度結果を図１４に
示す。図１４は第１工程での結果であり、図１５は第２
工程後の結果である。

【００８１】図より波長数を増加させた第２工程後に測
定精度が向上していることが分かる。

【００８２】このような第１、第２工程により、膜厚算
出の時間を簡略し測定精度の高い膜厚測定が可能にな
る。

【００８３】このように本発明の膜厚測定手段を用いれ
ば、膜厚測定系の二次元画像情報範囲を膜厚測定に好適
な位置を含む広視野に設定しており、加えて固定された
撮像素子がそれぞれ焦点を異ならしめた状態で一度に複
数の画像を撮像するので、基板Ｗが膜厚測定手段に対し
て相対的に移動している場合でも、短時間で容易に結像
状態の良好な画像を得ることが出来、その結果測定位置
を高精度でアライメントする必要がなく、瞬間光による
照明を採用したことにより二次元画像の横ずれがさらに
防止され、膜厚測定に好適な位置（Ｘｍ，Ｙｍ）又は領
域Ｓの範囲を正確に抽出して測定することができる。

【００８４】図１６は本発明の偏光解析法による膜厚測
定手段の変形例を示し、位置検出・フォーカス系６６の
ＣＣＤ受光素子６９ａ′〜６９ｃ′を膜厚測定系６７の
ＣＣＤ受光素子７４ａ〜７４ｃ、７６ａ〜７６ｃと略等
しい寸法としている。このように、基板Ｗのパターン配
列の条件によっては、位置検出工程と膜厚測定工程の二
次元画像情報の範囲とほぼ等しくしてもよく、この場合
は特定パターン又はマークに代えて予め膜厚測定に好適
な位置自体のパターンを登録しておき、このパターンを
基準に直接膜厚測定に好適に位置（Ｘｍ，Ｙｍ）を求め
るようにしてもよい。

【００８５】なお、本発明の膜厚測定方法は、膜層内に
パターンが形成されている場合に特に有効であるが、パ
ターンが無い場合にも適用することが可能である。

【００８６】以下に本発明の実施の形態による研磨装置
について述べる。

【００８７】（第１の実施の形態）本発明の第１の実施
の形態による研磨装置は、図１７（ａ）、（ｂ）に示す
ように被研磨体（基板）１を保持する被研磨体保持手段
２と、被研磨体保持手段２を自転させる第１の駆動手段
１３と、ポリウレタンを材料とする研磨パッド４を前記
被研磨体１の被研磨面に対向するように研磨面で保持す
る研磨ヘッド５と、被研磨体１の被研磨面を測定するた
めの前述した分光反射率法による膜厚測定手段７と、位
置検出処理部８と、膜厚測定演算部９と、研磨制御手段
１０を有することを特徴とする。

【００８８】被研磨体保持手段２は、矢印Ａが示す方向
へ軸ｇを中心に自転する。また膜厚測定手段７は、不図
示の瞬間光を射出する白色光源と電気的に接続してお
り、白色光源は所望のタイミングで瞬間光を射出するよ
うに設定されている。

【００８９】被研磨体１は研磨パッド４と当接し、研磨
される。なお被研磨体保持手段２の回転数は、数ｒｐｍ
から数百ｒｐｍ、あるいは千ｒｐｍ以上の中で設定され
る。

【００９０】被研磨体１は、研磨中に膜厚測定手段７の
直上へ移動する。この状態を表した図が図１７ｂであ
る。被研磨体保持手段２は、膜厚測定手段７の直上で自
転し続ける。このとき瞬間光を射出する白色光源が所定
のタイミングで瞬間白色光を被研磨体１の被研磨面に射
出する。膜厚測定手段７は瞬間光を利用して被研磨面を
撮像する。撮像された被観察面を基に位置検出処理部８
と膜厚測定演算部９が膜厚測定に好適な位置を検出し、
且つ膜厚を同時に測定することができる。位置検出方法
及び膜厚測定方法には前述した通りである。測定結果か
ら再び研磨する必要がないと判断された場合はそこで研
磨が終了する。また、再び研磨をする必要がある場合、
測定された膜厚値を基に再び研磨して所望の膜厚値を得
るための諸条件つまり、研磨時間や被研磨体が研磨パッ
ドと当接する際の圧力等が適宜変更される。研磨条件が
修正された後、被研磨体１は揺動手段１６によって再び
研磨パッド４上に移動され研磨パッド４と当接し、研磨
される。

【００９１】本発明の第１の実施の形態において、被研
磨体を膜厚測定時に研磨パッド４と離間して測定するこ
とも測定中に研磨によって膜厚が変化しないという点か
ら好ましい。

【００９２】本発明は、第１の実施の形態に記載したよ
うに分光反射率法によって膜厚測定を行うほかに例えば
前述した変更解析法による膜厚測定を行ってもよい。

【００９３】また本発明は、第１の実施の形態に記載し
たように被研磨体保持手段２が被研磨体１の被研磨面を
下に向けて保持し、研磨ヘッド５が被研磨体１の被研磨
面に対向するように研磨パッド４を保持する形態に限定
されることはなく、例えば被研磨体１の被研磨面が上を
向いて保持され、被研磨体１の上方で研磨パッド４が被
研磨体１の被研磨面に対向するように保持される形態で
あってもよい。

【００９４】また本発明は、第１の実施の形態に記載し
たように研磨パッド４の材料はポリウレタンであるが、
該ポリウレタンは発泡ポリウレタンや多孔質ウレタン或
いは高密度且つ高剛性ポリウレタンであってもよい。ま
た本発明の研磨装置に用いられる研磨パッド４の材質
は、ポリウレタンの他に例えばテフロン等でもよい。

【００９５】また、本発明により研磨される被研磨体と
して、例えば、略円形であるＳＯＩ基板、Ｓｉ、ＧａＡ
ｓ、ＩｎＰ等からなる半導体ウエハー、半導体集積回路
形成過程において表面に絶縁膜あるいは金属膜を有した
ウエハー等を例として挙げることが出来る。上記ウエハ
ーの口径はいずれもおよそ６インチ以上また更には１２
インチ以上である。また、本発明によって研磨される被
研磨体１は必ずしも円形である必要はなく、例えば四角
形のディスプレー用の基板等も本発明の被研磨体の１例
として挙げることができる。

【００９６】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態による研磨装置は、図１８（ａ）、（ｂ）に示す
ように被研磨体（基板）１の被研磨面を下向きに保持す
る被研磨体保持手段２と、被研磨体保持手段２の自転を
制御するロータリーエンコーダー３と、被研磨体１の口
径よりも大きな口径を有する研磨パッド４を前記被研磨
体１の被研磨面に対向するように保持する研磨ヘッド５
と、被研磨体１と研磨パッド４の間にスラリーを供給す
るためのスラリー供給手段６と、被研磨体１の被研磨面
を測定するために研磨ヘッド５の横に設置された前述し
た分光反射率法による膜厚測定手段７と、位置検出処理
部８と、膜厚測定演算部９と、研磨制御手段１０を有す
ることを特徴とする。それ以外は第１の実施の形態と同
じである。

【００９７】また図１８（ｃ）、（ｄ）は、本発明の第
２の実施の形態による研磨装置の研磨パッド４と被研磨
体１を保持している被研磨体保持手段２とを上方から模
式的に表した図である。

【００９８】被研磨体１は、図１８（ｄ）に示すように
被研磨体１のノッチ１１と被研磨体保持手段２に設けら
れた基準マーク１２とが揃うように被研磨体保持手段２
に保持される。

【００９９】被研磨体保持手段２は、矢印Ａが示す方向
へ軸ｇを中心に自転するための第１の駆動手段１３を有
する。また研磨ヘッド５も矢印Ｂが示す方向へ軸Ｃを中
心に自転するための第２の駆動手段１４を有する。研磨
開始前に被研磨体保持手段２は、自転軸ｇを研磨ヘッド
５の自転軸Ｃと直交する２軸、すなわちＸ軸とＹ軸のう
ちのＸ軸上に据え置いて被研磨体保持手段２に設けられ
た基準マーク１２を、被研磨体保持手段２の自転軸ｇを
挟んで研磨ヘッド４の自転軸Ｃの反対の位置にくるよう
にする。このときロータリーエンコーダー３の角度位置
が０度、つまり原点とするように設定されている。な
お、ロータリーエンコーダー３は、不図示の瞬間光を射
出する白色光源と電気的に接続しており、角度位置が０
度のとき白色光源が瞬間光を射出するように設定されて
いる。

【０１００】被研磨体１全面は被研磨体保持手段２が有
する上下駆動手段１５によって研磨パッド４と当接し、
研磨される。このときスラリー供給手段６はスラリーを
互いに当接する被研磨体１と研磨パッド４との間に供給
する。なお被研磨体保持手段２の回転数及び研磨ヘッド
５の回転数は、数ｒｐｍから数百ｒｐｍ、あるいは千ｒ
ｐｍ以上の中でそれぞれ個別に設定されるが同回転数で
あることが好ましい。また被研磨体保持手段２は揺動手
段１６によって研磨パッド４上をＸ軸方向に揺動する。

【０１０１】被研磨体１は、揺動手段１６によって膜厚
測定手段７の直上へ移動する。この状態を表した図が図
１８ｂである。被研磨体保持手段２は、膜厚測定手段７
の直上で自転し続ける。被研磨体保持手段２が自転する
ことでロータリーエンコーダー３の角度信号が０度の位
置にくる。このときの研磨パッド４と被研磨体１を上方
から模式的に表した図が図１８（ｄ）である。このとき
瞬間光を射出する白色光源が同期して瞬間白色光を被研
磨体１の被研磨面に射出する。膜厚測定手段７は瞬間光
を利用して被研磨面を撮像する。撮像された被観察面を
基に位置検出処理部８と膜厚測定演算部９が膜厚測定に
好適な位置を検出し、且つ膜厚を同時に測定することが
できる。位置検出方法及び膜厚測定方法には前述した通
りである。測定結果から再び研磨する必要がないと判断
された場合はそこで研磨が終了する。また、再び研磨を
する必要がある場合、測定された膜厚値を基に再び研磨
して所望の膜厚値を得るための諸条件つまり、研磨時間
や被研磨体が研磨パッドと当接する際の圧力等が適宜変
更される。研磨条件が修正された後、被研磨体１は揺動
手段１６によって再び研磨パッド４上に移動され研磨パ
ッド４と当接し、全面研磨される。

【０１０２】本発明の第２の実施の形態において、被研
磨体を膜厚測定時に研磨パッド４と離間して測定するこ
とも測定中に研磨によって膜厚が変化しないという点か
ら好ましい。

【０１０３】本発明は、第２の実施の形態に記載したよ
うに分光反射率法によって膜厚測定を行うほかに例えば
前述した変更解析法による膜厚測定を行ってもよい。

【０１０４】また本発明は、第２の実施の形態に記載し
たように被研磨体保持手段２が被研磨体１の被研磨面を
下に向けて保持し、研磨ヘッド５が被研磨体１の被研磨
面に対向するように研磨パッド４を保持する形態に限定
されることはなく、例えば被研磨体１の被研磨面が上を
向いて保持され、被研磨体１の上方で研磨パッド４が被
研磨体１の被研磨面に対向するように保持される形態で
あってもよい。

【０１０５】また本発明は、第２の実施の形態に記載し
たように被研磨体保持手段２及び研磨ヘッド５はそれぞ
れ研磨中に独立して自転するが、例えば被研磨体保持手
段２を自転させず、研磨ヘッド８のみを回転させるとい
った具合に被研磨体保持手段２と研磨ヘッド５のうち少
なくともいずれか一方が自転する形態でもよい。

【０１０６】また本発明は、第２の実施の形態に記載し
たように被研磨体保持手段２及び研磨ヘッド５がそれぞ
れ独立して自転する形態のほかに、被研磨体保持手段２
及び研磨ヘッド５の少なくともいずれか一方が自転に加
えて不図示の駆動手段によって公転してもよい。

【０１０７】また本発明は、第２の実施の形態に記載し
たように被研磨体保持手段２及び研磨ヘッド５の回転方
向は同方向であるほかに逆向きでもよい。

【０１０８】また本発明は、第２の実施の形態に記載し
たように研磨パッド４の材料はポリウレタンであるが、
該ポリウレタンは発泡ポリウレタンや多孔質ウレタン或
いは高密度且つ高剛性ポリウレタンであってもよい。ま
た本発明の研磨装置に用いられる研磨パッド４の材質
は、ポリウレタンの他に例えばテフロン等でもよい。

【０１０９】また本発明に使用されるスラリーのは例え
ば、シリカ（ＳｉＯ₂等）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ
₃等）、酸化マンガン（ＭｎＯ₂等）、酸化セリウム（Ｃ
ｅＯ等）等の微粒子を水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、
水酸化カリウム（ＫＯＨ）、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等を
含む液体に分散させたものを指す。例えば被研磨体１の
構成元素がＳｉならばＳｉＯ₂、ＧｅＯ等の微粒子を分
散させたスラリー、また被研磨対象物の構成元素がＡ
ｌ、Ｃｕ、Ｗ等の金属であれば酸化アルミニウム、酸化
マンガン等の微粒子を分散させたスラリーを用いること
がより好ましい。また、微粒子の粒径はおよそ８ｎｍ〜
５０ｎｍで粒度分布が比較的そろっていることが好まし
い。

【０１１０】また、本発明により研磨される被研磨体と
して、例えば、略円形であるＳＯＩ基板、Ｓｉ、ＧａＡ
ｓ、ＩｎＰ等からなる半導体ウエハー、半導体集積回路
形成過程において表面に絶縁膜あるいは金属膜を有した
ウエハー等を例として挙げることが出来る。上記ウエハ
ーの口径はいずれもおよそ６インチ以上また更には１２
インチ以上である。また、本発明によって研磨される被
研磨体１は必ずしも円形である必要はなく、例えば四角
形のディスプレー用の基板等も本発明の被研磨体の１例
として挙げることができる。

【０１１１】また、本発明の第２の実施の形態は、膜厚
測定する前に不図示の液体噴射手段を用いて膜厚測定手
段７と被研磨体１との間に液体を噴射し、前記間に液体
を保持させた状態で膜厚測定をしてもよい。このとき使
用する液体は、清浄な被研磨面を膜厚測定するために被
研磨体１に残っているスラリーの微粒子や研磨屑を除去
することが出来るものが好ましく、例えば純水、水酸化
ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液、或いは水酸化カリウム
（ＫＯＨ）水溶液やイソプロピルアルコール等の有機物
ないし、前記有機物を含有する混合水溶液等が好まし
い。

【０１１２】（第３の実施の形態）本発明の第３の実施
の形態におる研磨装置は、図１９（ａ）に示すように研
磨ヘッド５の内部に膜厚測定手段７を設けていることを
特徴としており、それ以外は第１の実施の形態と同じで
ある。

【０１１３】膜厚測定手段７は、研磨パッド４が保持さ
れる領域の下に設置されており、研磨パッド４の領域内
に設けられた酸化シリコン等からなる透光性部材１７を
介して直上に移動した被研磨体１の被研磨面を測定す
る。このときの研磨パッド４と被研磨体１との関係を上
方から模式的に表した図を図１９（ｂ）に示す。被研磨
体１は、膜厚測定手段７が配置される場所以外の研磨パ
ッド４によって研磨される。そして被研磨面の膜厚測定
をするとき揺動手段１６によって膜厚測定手段７の直上
へ移動する。研磨方法及び膜厚測定方法は上述した通り
である。

【０１１４】また、第３の実施の形態は、図１９（ｃ）
に示すように被研磨体１の被研磨面に残存するスラリー
の微粒子や研磨屑等を被研磨面から除去し、透光性光学
部材１７との間を清浄にするための液体を供給し吸引す
る手段を設けてもよい。このとき使用する液体は、清浄
な被研磨面を膜厚測定するために被研磨体１に残ってい
るスラリーの微粒子や研磨屑を除去することが出来るも
のが好ましく、例えば純水、水酸化ナトリウム（ＮａＯ
Ｈ）水溶液、或いは水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液や
イソプロピルアルコール等の有機物ないし、前記有機物
を含有する混合水溶液等が好ましい。

【０１１５】本発明の第３の実施の形態において、被研
磨体を膜厚測定時に研磨パッド４と離間して測定するこ
とも、測定中に膜厚が変化しないという点から好まし
い。

【０１１６】なお、その場合も被研磨体１と透光性部材
１７との間に液体を密に供給することが好ましい。

【０１１７】（第４の実施の形態）本発明の第４の実施
の形態による研磨装置は、図２０（ａ）に示すように被
研磨体１の直径に対して研磨パッド４の直径が同径以上
２倍以下の関係にあることを特徴としており、それ以外
は第１の実施の形態と同じである。なお、研磨ヘッド５
の直径は、研磨パッド４の直径と略同径である。

【０１１８】第４の実施の形態の研磨装置において被研
磨体保持手段は、被研磨体１を被研磨面が上向きになる
ように保持し、研磨ヘッド５は被研磨面に対向する様に
研磨パッド４を保持する。

【０１１９】被研磨体保持手段２は、研磨時に揺動手段
１６によって水平方向に揺動する。図１９（ｃ）は、研
磨パッド４と被研磨体１とを上方から模式的に表した図
である。揺動による被研磨面の中心と研磨パッド４の中
心との距離Ｌとの最大値と被研磨体１の半径ｒとの和
は、研磨パッド４の半径Ｒ以下に設定されている。

【０１２０】また、膜厚測定手段７は被研磨体１の上方
に配置される。

【０１２１】研磨ヘッド５は、スラリー供給手段６と連
通する小孔１８を有する。スラリー供給手段６は、スラ
リーを小孔１８から研磨パッドを介して互いに当接する
被研磨体１と研磨パッド４との間に供給する。

【０１２２】研磨ヘッド５は、上下駆動手段１５によっ
て研磨パッド４を被研磨体１に当接させる。被研磨体１
は被研磨体保持手段２と研磨ヘッド５のそれぞれが高速
で自転することで全面研磨される。

【０１２３】研磨途中で被研磨体保持手段２は揺動手段
１６により水平方向に移動する。図２０（ｄ）は、被研
磨体１がその一部を研磨パッド４からはみ出した状態を
上方から模式的に表した図である。このとき被研磨体保
持手段２は被研磨体１の一部が研磨ヘッド４の外にはみ
出て膜厚測定手段７の直下に来るように水平移動する。

【０１２４】位置検出工程と膜厚測定工程は第１の実施
の形態で述べたものと同様である。

【０１２５】位置検出工程と膜厚測定工程を終了した被
研磨体１は再び全面研磨される。

【０１２６】本発明の第４の実施の形態において、被研
磨体を膜厚測定時に研磨パッド４と離間して測定するこ
とも測定中に膜厚が変化しないという点から好ましい。
なお、この場合も被研磨体１と透光性部材１７との間に
液体を密に供給することが好ましい。

【０１２７】また、本発明の第４の実施の形態は、膜厚
測定する前に図２０（ｅ）に示した液体噴射手段１９を
用いて膜厚測定手段７が有する液体層安定ガラス２０と
被研磨体１との間に液体を噴射し前記間に液体を保持さ
せた状態で膜厚測定をしてもよい。このとき使用する液
体は、清浄な被研磨面を膜厚測定するために被研磨体１
に残っているスラリーの微粒子や研磨屑を除去すること
が出来るものが好ましく、例えば純水、水酸化ナトリウ
ム（ＮａＯＨ）水溶液、或いは水酸化カリウム（ＫＯ
Ｈ）水溶液やイソプロピルアルコール等の有機物ない
し、前記有機物を含有する混合水溶液等が好ましい。

【０１２８】本発明の第４の実施の形態は、研磨ヘッド
５の直径が被研磨体１の直径に対して同径以上２倍以下
であるため、被研磨体１を全面研磨する際に例えば直径
が被研磨体１の直径に対して２倍よりも大きな研磨ヘッ
ドを自転させる場合よりも小さな動力で研磨ヘッド５を
回転させることが出来るしまた高速に回転させることが
出来る。更に研磨ヘッド５が小型となり、研磨装置全体
の小型化を実現することが出来る。

【０１２９】（第５の実施の形態）本発明の第５の実施
の形態による研磨装置は、図２１（ａ）、２１（ｂ）、
２１（ｃ）に示すように被研磨体１の口径よりも大きな
口径の研磨パッド４を用いて被研磨体１を粗研磨する粗
研磨ユニット２１を、粗研磨ユニット２１で全面研磨さ
れた被研磨体１の被研磨面を膜厚測定するための膜厚測
定手段７を有する膜厚測定ユニット２２と、膜厚測定ユ
ニット２２で測定された膜厚値を基に被研磨面の中で研
磨すべき部分のみを被研磨体の口径よりも小さい口径を
有する研磨ヘッド５を用いて研磨する仕上げ研磨ユニッ
ト２３と、を有することを特徴とする。

【０１３０】図２１（ａ）に示すように粗研磨ユニット
２１は、膜厚測定手段７、位置検出処理部８、膜厚測定
演算部９、研磨制御手段１０を除いた構成である以外は
第１の実施の形態で表した研磨装置と同じである。

【０１３１】粗研磨ユニット２１でにおいて粗研磨され
た被研磨体１は、不図示の搬送手段によって膜厚測定ユ
ニット２２に搬送される。

【０１３２】図２１（ｂ）は、膜厚測定ユニット２２を
横から模式的に表した図である。測定ユニット２２は、
膜厚測定手段７と位置検出処理部８と膜厚測定演算部９
と移動制御手段１０と被研磨体保持手段２と液体供給循
環手段２４とを有する。被研磨体保持手段２に保持され
た被研磨体１は、その上部に液体層安定ガラス２０が間
隔を設けて置かれる。そして該間隔に液体供給循環手段
２４が液体を循環して供給し、回収する。このとき研磨
時に発生した研磨屑やスラリー中の微粒子が被研磨面と
吸着するのを防いだり或いは取り除くことが出来る。

【０１３３】図２１（ｃ）は、膜厚測定ユニット２２に
おいて被研磨体保持手段２によって保持された被研磨体
１を上方から模式的に表した図である。

【０１３４】膜厚測定手段７は、移動制御手段２５によ
り被研磨体１の位置Ｗ１に移動する。この位置Ｗ１を起
点にＷ２、Ｗ３の順で膜厚測定装置は、被研磨体１の中
心で違いに直交するＸ軸、Ｙ軸に対してそれぞれに沿っ
て移動し、各位置において前述した検出工程と膜厚測定
工程を行い、膜厚値と膜厚分布を測定する。

【０１３５】膜厚測定ユニット２２において膜厚が測定
された被研磨体１は、不図示の被研磨体搬送手段によっ
て仕上げ研磨ユニット２３の被研磨体保持手段２へ搬送
され、そして保持される。

【０１３６】図２１（ｄ）は、仕上げ研磨ユニット２３
の構成を横から模式的に表した図である。図２１（ｄ）
に示すように仕上げ研磨ユニット２３は、被研磨体１の
被研磨面を上向きに保持する被研磨体保持手段２と、被
研磨体１の口径よりも小さい口径の研磨パッド４を保持
する研磨ヘッド５から構成される。移動制御手段２５は
膜厚測定ユニット２２において被研磨体１の膜厚を測定
した結果を基に粗研磨ユニット２１において十分に研磨
することが出来なかった部分２６の直上へ研磨ヘッド５
を移動させる。研磨中は、研磨ヘッド５に設けられた小
孔１８と連通するスラリー供給手段６がスラリーを研磨
パッド４を介して互いに当接する被研磨体１と研磨パッ
ド４との間に供給する。

【０１３７】本発明は、第５の実施の形態に記載したよ
うに分光反射率法によって膜厚測定を行うほかに例えば
前述した変更解析法による膜厚測定を行ってもよい。

【０１３８】（実施例）本発明の実施例において被研磨
体は、図２２のフローチャートに示すように、第５の実
施の形態が表す研磨装置を用いて研磨工程を粗研磨工程
（Ｓ１）、膜厚測定工程（Ｓ２〜Ｓ８）、そして仕上げ
研磨工程（Ｓ９〜Ｓ１１）の順に分けて研磨される。

【０１３９】粗研磨ユニット２１において粗研磨工程
（Ｓ１）を終了した被研磨体１は、不図示の搬送手段に
よって膜厚測定ユニットに搬送され、被研磨体保持手段
２に保持される（Ｓ２）。ついで膜厚測定手段７が図２
０ｃに示したウエハーのＷ１の直上へ移動する（Ｓ
３）。膜厚測定手段７がＷ１の直上に位置すると、瞬間
白色光源が発光し（Ｓ４）、反射光からＷ１を光軸の中
心として被研磨体１の画像情報を得る（Ｓ５）。ついで
得られた画像情報をもとに被研磨体１上に設けられた特
定パターン或いはマークを検出し、膜厚測定に好適な位
置を検出する（Ｓ６）。そして前記膜厚測定に好適な位
置において膜厚値或いは膜厚分布を算出する（Ｓ７）。
その結果仕上げ研磨する必要がないと判断されれば（Ｓ
８）、研磨を終了する（Ｓ１２）が、仕上げ研磨をする
必要がある場合、被研磨体１は不図示の搬送手段によっ
て仕上げ研磨ユニット２３に搬送され、被研磨体保持手
段２によって保持される（Ｓ９）。被研磨体１は被研磨
体保持手段２に設けられた基準マーク１２にノッチ１１
をあわせて固定される。ついで被研磨体１に対して小径
な研磨ヘッド５が、位置検出工程Ｓ６において得られた
情報を基に仕上げ研磨すべき位置に移動し、膜厚或いは
膜厚分布測定工程Ｓ７において得られた情報を基に仕上
げ研磨に必要な研磨条件を設定して（Ｓ１０）被研磨体
１を研磨する（Ｓ１１）。仕上げ研磨工程を終了した被
研磨体１は、再び膜厚測定工程を経て再度仕上げ研磨す
るべきかどうかが判断される。そして仕上げ研磨をする
必要がないと判断された場合、研磨工程が終了する（Ｓ
１２）。

【０１４０】

【発明の効果】本発明によれば、本発明の研磨装置が有
する膜厚測定手段を用いて被研磨体の被研磨面を撮像
し、二次元画像情報に基づき膜厚測定に好適な位置を短
時間で高精度に決定し、且つ正確に膜厚測定を行い、得
られた膜厚測定結果に基づいて被研磨体を高精度に研磨
することが出来る。その結果被研磨体を処理する時間を
短縮することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の分光反射率法による膜厚測定手段の構
成図である。

【図２】分光反射率のグラフ図である。

【図３】位置検出系・膜厚測定系の情報処理の構成図で
ある。

【図４】位置検出系の二次元画像情報範囲の説明図であ
る。

【図５】サンプリングラインのグラフ図である。

【図６】特定パターン又はマークの説明図である。

【図７】反射光の説明図である。

【図８】干渉分光反射強度のグラフ図である。

【図９】膜厚測定精度のグラフ図である。

【図１０】膜厚測定精度のグラフ図である。

【図１１】本発明の分光反射率法による膜厚測定手段の
二次元画像情報範囲を等しくした別の構成図である。

【図１２】本発明の偏光解析法による膜厚測定手段の構
成図である。

【図１３】位置検出系・膜厚測定系の情報処理の構成図
である。

【図１４】膜厚測定精度のグラフ図である。

【図１５】膜厚測定精度のグラフ図である。

【図１６】本発明の偏光解析法による膜厚装置の二次元
画像情報範囲を等しくした別の構成図である。

【図１７】本発明の第１の実施の形態における研磨装置
を表した模式図である。

【図１８】本発明の第２の実施の形態における研磨装置
を表した模式図である。

【図１９】本発明の第３の実施の形態における研磨装置
を表した模式図である。

【図２０】本発明の第４の実施の形態における研磨装置
を表した模式図である。

【図２１】本発明の第５の実施の形態における研磨装置
を表した模式図である。

【図２２】粗研磨工程と、膜厚測定工程と、仕上げ研磨
工程を順に方法を表したフローチャートである。

【図２３】従来の研磨装置を模式的に表した図である。

【符号の説明】

３０、６４対物レンズ３１、３２、６５、７１、７２ハーフミラー３６、６０光ファイバ４０、４３、４７、６８、７０結像レンズ４２ａ〜４２ｃ、４２ａ′〜４２ｃ′、４５ａ〜４５
ｃ、４６ａ〜４６ｃ、６９ａ〜６９ｃ、６９ａ′〜６９
ｃ′、７４ａ〜７４ｃ、７６ａ〜７６ｃ、７８ａ〜７８
ｃＣＣＤ受光素子４４ダイクロイックミラー５０、８０ホストコンピュータ５２、８２位置検出画像メモリ部５３、８３位置検出画像処理部５４、８４膜層測定画像メモリ部５５、８５膜層測定好適位置選択部５６、８６膜厚測定演算部６３偏光子７３、７５、７７検光子１、１００被研磨体２、２００被研磨体保持手段３ロータリーエンコーダー４、４００研磨パッド５研磨ヘッド６、６００スラリー供給手段７、７００膜厚測定手段８位置検出処理部９膜厚測定演算部１０研磨制御手段１１ノッチ１２基準マーク１３第１の駆動手段１４第２の駆動手段１５上下駆動手段１６揺動手段１７透光性光学部材１８小孔１９液体噴射手段２０液体層安定ガラス２１粗研磨ユニット２２膜厚測定ユニット２３仕上げ研磨ユニット２４液体供給循環処理部２５移動制御手段２６部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木武彦東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】研磨ヘッドと、前記被研磨体の被研磨面を保持するための被研磨体保持
手段と、前記被研磨体の膜厚を測定するための膜厚測定手段と、
を有し、前記研磨ヘッドの研磨面が前記被研磨体の前記被研磨面
と対向し、前記研磨ヘッドが前記被研磨体を研磨する研
磨装置において、焦点を異ならしめて前記被研磨面の一定領域を一度に撮
像する撮像手段を有し、前記撮像手段によって撮像された複数の二次元画像情報
の中から１つの二次元画像情報を選び出し、前記１つの
二次元画像情報から前記被研磨面の膜厚測定される位置
を決定し、前記膜厚測定手段が前記位置の前記被研磨面
を膜厚測定することを特徴とする研磨装置。
【請求項２】前記撮像手段は、前記焦点を異ならしめ
て前記被研磨面の一定領域を一度に撮像するための複数
の固定された撮像素子を有することを特徴とする請求項
１記載の研磨装置。
【請求項３】前記撮像素子は二次元配列の受光素子で
あることを特徴とする請求項２記載の研磨装置。
【請求項４】前記撮像手段は、回転している前記被研
磨体を撮像することを特徴とする請求項１記載の研磨装
置。
【請求項５】前記撮像手段は、テレセントリック系の
光学系を有することを特徴とする請求項１記載の研磨装
置。
【請求項６】前記二次元画像情報を記憶する記憶手段
を有することを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項７】前記被研磨面に瞬間光を照射する光源を
有することを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項８】前記光源は白色光を発することを特徴と
する請求項７記載の研磨装置。
【請求項９】前記研磨ヘッドの直径は前記被研磨体の
直径より小径であることを特徴とする請求項１記載の研
磨装置。
【請求項１０】前記被研磨体の直径に対する前記研磨
ヘッドの直径の比の範囲は１以上２以下であることを特
徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項１１】前記被研磨体保持手段乃至前記研磨ヘ
ッドの少なくとも１つを自転させる駆動手段を有するこ
とを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項１２】前記研磨ヘッドは公転軸を中心に公転
するための駆動手段を有することを特徴とする請求項１
記載の研磨装置。
【請求項１３】前記研磨ヘッドを揺動運動させるため
の揺動手段を有することを特徴とする請求項１記載の研
磨装置。
【請求項１４】前記研磨体保持手段を揺動運動させる
ための揺動手段を有することを特徴とする請求項１記載
の研磨装置。
【請求項１５】前記研磨ヘッドは前記被研磨体の前記
被研磨面の一部のみを研磨することを特徴とする請求項
１記載の研磨装置。
【請求項１６】前記研磨ヘッドは複数で前記被研磨体
の前記被研磨面の全面を研磨することを特徴とする請求
項１記載の研磨装置。
【請求項１７】前記研磨ヘッドは前記被研磨体の前記
被研磨面を仕上げ研磨することを特徴とする請求項１記
載の研磨装置。
【請求項１８】前記研磨ヘッドと前記被研磨体の前記
被研磨面との間に研磨剤を供給する手段を有することを
特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項１９】前記膜厚測定は、研磨中に行われるこ
とを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項２０】前記膜厚を測定した後前記被研磨面を
仕上げ研磨することを特徴とする請求項１記載の研磨装
置。
【請求項２１】被研磨体の被研磨面を撮像する撮像工
程と、前記撮像工程で得られた前記被研磨面の二次元画像情報
から前記被研磨面の膜厚を測定する位置を決定する位置
決定工程と、前記位置における前記被研磨体の被研磨面の膜厚を測定
する膜厚測定工程を含み、被研磨体の被研磨面を研磨す
る研磨方法において、焦点を異ならしめて前記被研磨面を一度に撮像し、得ら
れた前記被研磨面の複数の二次元画像情報の中から１つ
の二次元画像情報を選び出し、前記１つの二次元画像情
報から前記位置を決定し、膜厚測定手段が前記位置の前
記被研磨面の膜厚を測定することを特徴とする研磨方
法。
【請求項２２】前記膜厚測定工程は、研磨中に行われ
ることを特徴とする請求項２１記載の研磨方法。
【請求項２３】前記位置決定工程は前記二次元画像情
報内のパターン乃至マークのいずれかを基準にして前記
位置を決定することを特徴とする請求項２１記載の研磨
方法。
【請求項２４】前記被研磨面に瞬間光を照射すること
を特徴とする請求項２１記載の研磨方法。
【請求項２５】前記被研磨面に白色光を照射すること
を特徴とする請求項２１記載の研磨方法。
【請求項２６】前記瞬間光の照射に同期して前記二次
元画像を撮像することを特徴とする請求項２４記載の研
磨方法。
【請求項２７】回転している前記被研磨体を撮像する
ことを特徴とする請求項２１記載の研磨方法。
【請求項２８】研磨ヘッドの面の直径は前記被研磨体
の直径より小径であることを特徴とする請求項２１記載
の研磨方法。
【請求項２９】前記被研磨体の直径に対する前記研磨
ヘッドの直径の比の範囲は１以上２以下であることを特
徴とする請求項２１記載の研磨方法。
【請求項３０】被研磨体保持手段乃至研磨ヘッドの少
なくとも１つを自転させることを特徴とする請求項２１
記載の研磨方法。
【請求項３１】被研磨体保持手段乃至研磨ヘッドの少
なくとも１つを公転させることを特徴とする請求項２１
記載の研磨方法。
【請求項３２】研磨ヘッドと研磨体保持手段の少なく
ともいずれか一方を揺動させることを特徴とする請求項
２１記載の研磨方法。
【請求項３３】前記被研磨体の前記被研磨面の一部を
研磨することを特徴とする請求項２１記載の研磨方法。
【請求項３４】前記被研磨体の前記被研磨面を仕上げ
研磨することを特徴とする請求項２１記載の研磨方法。
【請求項３５】前記膜厚測定の後前記被研磨面を仕上
げ研磨することを特徴とする請求項２１記載の研磨方
法。
【請求項３６】研磨ヘッドと前記被研磨体の前記被研
磨面との間に微粒子を含む液体を供給して研磨すること
を特徴とする請求項２１記載の研磨方法。
【請求項３７】前記液体はアルカリ性水溶液、酸性水
溶液、有機溶媒、純水の少なくともいずれか１つをふく
むことを特徴とする請求項３６記載の研磨方法。
【請求項３８】酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸
化マンガン、酸化セリウム、酸化イットリウム、酸化モ
リブデン、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化錫
のうち少なくとも１種を前記微粒子として用いることを
特徴とする請求項３６記載の研磨方法。
【請求項３９】半導体基板、半導体素子を構成する材
料を表面に有する半導体基板、半導体素子を構成する材
料を表面に有する絶縁性基板、のうちいずれか１つを前
記被研磨体とすることを特徴とする請求項２１記載の研
磨方法。
【請求項４０】四角形、円形のいずれか１つの基板を
前記被研磨体とすることを特徴とする請求項２１記載の
研磨方法。
【請求項４１】金属からなる被研磨面を有する前記被
研磨体を研磨することを特徴とする請求項２１記載の研
磨方法。
【請求項４２】研磨ヘッドが前記被研磨体の被研磨面
を研磨する工程と、前記被研磨面の所定領域に光源から
出射する光束を照射し、前記所定領域の前記被研磨面に
より干渉光束を複数の波長別に分離して受光し、前記複
数の波長別受光信号である分光反射強度により前記被研
磨面上の膜厚を測定する工程とからなる研磨方法におい
て、前記膜厚を測定する工程は、前記複数の波長別受光信号
のうちの少なくとも３つの波長別受信信号からそれぞれ
波長別に算出した膜厚値の複数解を使用し、前記複数解
の中から値が最も近い膜厚値の解の組み合わせを選択
し、前記選択した膜厚値の解の組み合わせから前記被研
磨面上の概略膜厚値を求める第一の工程と、すべての波
長別受光信号からそれぞれ波長別に算出した膜厚値の複
数解を使用し、前記複数解の中から値が最も近い膜厚値
の解の組み合わせを選択する際に、前記第１の工程で得
た前記概略膜厚値を基準に選択範囲を限定して詳細膜厚
値を求める第２の工程とからなることを特徴とする研磨
方法。
【請求項４３】前記膜厚を測定する工程は研磨中に行
われることを特徴とする請求項４２記載の研磨方法。
【請求項４４】前記膜厚を測定する工程の後前記被研
磨面を仕上げ研磨することを特徴とする請求項４２記載
の研磨方法。
【請求項４５】前記膜厚を測定する工程は前記波長別
受光信号からそれぞれ波長別に膜厚値の複数解を算出す
る計算が不能となる場合は、前記受光信号の値をその時
の波長による理論的な分光強度の最大値または最小値に
置換して膜厚値を算出する請求項４２記載の研磨方法。
【請求項４６】研磨ヘッドが前記被研磨体の被研磨面
を研磨する工程と、前記被研磨体の前記被研磨面上の所
定領域に光源から出射する光束を照射し、前記所定領域
の被研磨面による干渉光束を複数の波長別に分離して受
光し、前記複数の波長受光信号から算出したＰおよびＳ
偏光の反射振幅比および位相差により前記被研磨面の膜
厚を測定する工程とを含む研磨方法において、前記膜厚を測定する工程は各波長別に膜厚値と前記Ｐお
よびＳ偏光の反射振幅比及び位相差との理論的関係を表
す第１の相関テーブルと、測定した複数の波長別受光信
号から算出した前記ＰおよびＳ偏光の反射振幅比及び位
相差の値とを比較して得た膜厚値の複数解を使用し、前
記複数解の中から値が最も近い膜厚値の解の組み合わせ
を選択し、前記選択した膜厚値の解の組み合わせから前
記被研磨面の概略膜厚値を求める第１の工程と、前記相
関テーブルよりも細かい膜厚値間隔で各波長別に膜厚値
と前記ＰおよびＳ偏光の反射振幅比及び位相差の理論的
関係を表す第２の相関テーブルと、測定した前記複数の
波長別受光信号から算出した前記ＰおよびＳ偏光の反射
振幅比及び位相差の値とを比較して膜厚値を得る際に、
前記第１の工程で得た概略膜厚値を基準に比較範囲を限
定して詳細膜厚値を求める第２の工程からなることを特
徴とする研磨方法。
【請求項４７】前記膜厚を測定する工程は研磨中に行
われることを特徴とする請求項４６記載の研磨方法。
【請求項４８】前記膜厚測定する工程の後前記被研磨
面を仕上げ研磨することを特徴とする請求項４６記載の
研磨方法。
【請求項４９】前記膜厚測定手段は、前記研磨ヘッド
と離間する前記被研磨体の前記膜厚を測定することを特
徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項５０】前記膜厚を測定する工程は、前記研磨
ヘッドと離間している前記被研磨体の前記膜厚を測定す
ることを特徴とする請求項２１記載の研磨方法。
【請求項５１】前記膜厚を測定する工程は、前記研磨
ヘッドと離間している前記被研磨体の前記膜厚を測定す
ることを特徴とする請求項４２記載の研磨方法。
【請求項５２】前記膜厚を測定する工程は、前記研磨
ヘッドと離間している前記被研磨体の前記膜厚を測定す
ることを特徴とする請求項４６記載の研磨方法。
【請求項５３】研磨ヘッドと、被研磨体を保持する被研磨体保持手段と、を有し、研磨ヘッドで、被研磨体の被研磨面を研磨する研磨装置
において、前記被研磨体保持手段を自転させるための駆
動手段と、自転する前記被研磨体に白色光を照射することで前記被
研磨体の膜厚を測定すべき位置を特定し、且つ前記位置
で前記膜厚を測定する膜厚測定手段とを有することを特
徴とする研磨装置。
【請求項５４】前記膜厚測定手段は、前記研磨ヘッド
と離間している前記被研磨体の前記膜厚を測定すること
を特徴とする請求項５３記載の研磨装置。
【請求項５５】研磨ヘッドで被研磨体の被研磨面を研
磨する研磨方法において、自転する前記被研磨体に白色光を照射することで前記被
研磨体の膜厚を測定すべき位置を特定し、且つ前記位置
で前記膜厚を測定する膜厚測定工程を有することを特徴
とする研磨方法。
【請求項５６】前記膜厚測定工程は、前記研磨ヘッド
と離間している前記被研磨体の前記膜厚を測定すること
を特徴とする請求項５５記載の研磨方法。