特開 2023-148227 ワークピースの研磨方法および研磨装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023148227

(43)【公開日】2023-10-13

(54)【発明の名称】ワークピースの研磨方法および研磨装置

(51)【国際特許分類】

   B24B 37/013 20120101AFI20231005BHJP

   B24B 37/10 20120101ALI20231005BHJP

   B24B 49/04 20060101ALI20231005BHJP

   B24B 49/12 20060101ALI20231005BHJP

   B24B 53/017 20120101ALI20231005BHJP

   B24B 55/06 20060101ALI20231005BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20231005BHJP

【ＦＩ】

B24B37/013

B24B37/10

B24B49/04 Z

B24B49/12

B24B53/017 Z

B24B55/06

H01L21/304 621D

H01L21/304 622S

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022056134

(22)【出願日】2022-03-30

(71)【出願人】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100118500

【弁理士】

【氏名又は名称】廣澤 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100091498

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 勇

(74)【代理人】

【識別番号】100174089

【弁理士】

【氏名又は名称】郷戸 学

(74)【代理人】

【識別番号】100186749

【弁理士】

【氏名又は名称】金沢 充博

(72)【発明者】

【氏名】金馬 利文

【テーマコード（参考）】

3C034

3C047

3C158

5F057

【Ｆターム（参考）】

3C034AA08

3C034BB75

3C034BB93

3C034CA02

3C034CB03

3C034DD01

3C034DD07

3C034DD10

3C047AA20

3C047AA22

3C047AA34

3C047FF08

3C047FF19

3C047HH15

3C158AA07

3C158AA12

3C158AB04

3C158AB06

3C158AC02

3C158AC04

3C158AC05

3C158BA09

3C158CB01

3C158DA12

3C158DA17

3C158EA11

3C158EB01

3C158EB14

3C158ED01

5F057AA20

5F057BA11

5F057CA11

5F057DA03

5F057DA38

5F057EC30

5F057FA36

5F057FA41

5F057GA12

5F057GA27

5F057GB02

5F057GB13

5F057GB20

(57)【要約】

【課題】スラリーなどの研磨液がワークピースの膜厚の測定精度に与える影響を低減させ、正確な膜厚測定を達成することができる研磨方法を提供する。
【解決手段】本研磨方法は、研磨パッド２上に研磨液が存在した状態でワークピースＷを研磨ヘッド１により研磨パッド２に押し付けて該ワークピースＷを研磨し、ワークピースＷの研磨中に、研磨テーブル３内に配置された光学センサヘッド７によりワークピースＷに光を照射し、かつワークピースＷからの反射光を受け、反射光のスペクトルに基づいてワークピースＷの膜厚を決定し、ワークピースＷの研磨中に、洗浄ノズル８から光学センサヘッド７の直上のターゲット位置ＴＰに洗浄液を供給する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークピースの研磨方法であって、
研磨パッドを支持する研磨テーブルを回転させながら、前記研磨パッド上に研磨液を供給し、
前記研磨パッド上に前記研磨液が存在した状態で前記ワークピースを研磨ヘッドにより前記研磨パッドに押し付けて該ワークピースを研磨し、
前記ワークピースの研磨中に、前記研磨テーブル内に配置された光学センサヘッドにより前記ワークピースに光を照射し、かつ前記ワークピースからの反射光を受け、
前記反射光のスペクトルに基づいて前記ワークピースの膜厚を決定し、
前記ワークピースの研磨中に、前記光学センサヘッドの直上のターゲット位置に洗浄ノズルから洗浄液を供給し、
前記洗浄ノズルは、前記研磨パッドの上方に配置され、かつ前記研磨テーブルの回転方向において前記研磨ヘッドの上流に位置している、研磨方法。

【請求項2】

前記ターゲット位置が前記研磨ヘッドの上流にあるときに、前記洗浄ノズルからの前記洗浄液の供給が開始される、請求項１に記載の研磨方法。

【請求項3】

前記洗浄ノズルからの前記洗浄液の供給は、前記ターゲット位置が前記研磨ヘッドの下に移動する前に停止される、請求項２に記載の研磨方法。

【請求項4】

前記洗浄液は、前記研磨テーブルの回転に同期して間欠的に前記洗浄ノズルから前記ターゲット位置に供給される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の研磨方法。

【請求項5】

前記研磨テーブルの一回転あたりの洗浄液の供給時間は、前記研磨テーブルが一回転する時間の半分よりも短い、請求項４に記載の研磨方法。

【請求項6】

前記研磨方法は、前記ワークピースの研磨中に、気体ノズルから前記ターゲット位置に気体を供給することをさらに含み、
前記気体ノズルは、前記研磨パッドの上方に配置されており、かつ前記研磨テーブルの回転方向において前記洗浄ノズルの上流に位置している、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の研磨方法。

【請求項7】

前記研磨テーブルが一回転する間に、前記気体および前記洗浄液は交互に前記気体ノズルおよび前記洗浄ノズルから前記ターゲット位置に供給される、請求項６に記載の研磨方法。

【請求項8】

ワークピースのための研磨装置であって、
研磨パッドを支持する研磨テーブルと、
前記研磨テーブルを回転させるテーブルモータと、
研磨液を前記研磨パッド上に供給する研磨液供給ノズルと、
前記研磨パッド上に前記研磨液が存在した状態で前記ワークピースを前記研磨パッドに押し付けて該ワークピースを研磨する研磨ヘッドと、
前記ワークピースの研磨中に、前記ワークピースに光を照射し、かつ前記ワークピースからの反射光を受けるように配置された光学センサヘッドと、前記光学センサヘッドは前記研磨テーブル内に配置されており、
前記反射光のスペクトルに基づいて前記ワークピースの膜厚を決定するスペクトル処理装置と、
前記光学センサヘッドの直上のターゲット位置に洗浄液を供給する洗浄ノズルと、
前記洗浄ノズルに連結された洗浄液供給弁と、
前記洗浄液供給弁の動作を制御する流体供給制御部を備え、
前記洗浄ノズルは、前記研磨パッドの上方に配置され、かつ前記研磨テーブルの回転方向において前記研磨ヘッドの上流に位置しており、
前記流体供給制御部は、前記洗浄液供給弁に指令を与えて、前記ワークピースの研磨中に、前記洗浄ノズルから前記ターゲット位置に前記洗浄液を供給させるように構成されている、研磨装置。

【請求項9】

前記流体供給制御部は、前記洗浄液供給弁に指令を与えて、前記ターゲット位置が前記研磨ヘッドの上流にあるときに前記洗浄ノズルからの前記洗浄液の供給を開始させるように構成されている、請求項８に記載の研磨装置。

【請求項10】

前記流体供給制御部は、前記洗浄液供給弁に指令を与えて、前記ターゲット位置が前記研磨ヘッドの下に移動する前に前記洗浄ノズルからの前記洗浄液の供給を停止させる、請求項９に記載の研磨装置。

【請求項11】

前記流体供給制御部は、前記洗浄液供給弁に指令を与えて、前記研磨テーブルの回転に同期して間欠的に前記洗浄液を前記洗浄ノズルから前記ターゲット位置に供給させるように構成されている、請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の研磨装置。

【請求項12】

前記研磨テーブルの一回転あたりの洗浄液の供給時間は、前記研磨テーブルが一回転する時間の半分よりも短い、請求項１１に記載の研磨装置。

【請求項13】

前記研磨装置は、前記ターゲット位置に気体を供給する気体ノズルと、
前記気体ノズルに連結された気体供給弁をさらに備えており、
前記流体供給制御部は、前記気体供給弁の動作を制御するように構成されており、
前記気体ノズルは、前記研磨パッドの上方に配置されており、かつ前記研磨テーブルの回転方向において前記洗浄ノズルの上流に位置している、請求項８乃至１２のいずれか一項に記載の研磨装置。

【請求項14】

前記流体供給制御部は、前記洗浄液供給弁および前記気体供給弁に指令を与えて、前記研磨テーブルが一回転する間に、前記気体および前記洗浄液を交互に前記気体ノズルおよび前記洗浄ノズルから前記ターゲット位置に供給させるように構成されている、請求項１３に記載の研磨装置。

【請求項15】

前記洗浄ノズルから前記ターゲット位置に供給される前記洗浄液の流量を調節する流量調節弁をさらに備えている、請求項８乃至１４のいずれか一項に記載の研磨装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体デバイスの製造に使用されるウェーハ、基板、パネルなどのワークピースを研磨する技術に関し、特にスラリーなどの研磨液がワークピースの膜厚の測定精度に与える影響を低減させる技術に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスの製造工程では、シリコンウェーハ上に種々の材料が膜状に繰り返し形成され、積層構造を形成する。この積層構造を形成するためには、最上層の表面を平坦にする技術が重要となっている。このような平坦化手段として、化学機械研磨（ＣＭＰ）が使用されている。

【0003】

化学機械研磨（ＣＭＰ）は研磨装置によって実行される。この種の研磨装置は、一般に、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、ワークピース（例えば、膜を有するウェーハ）を保持する研磨ヘッドと、研磨液（例えばスラリー）を研磨パッド上に供給する研磨液供給ノズルとを備える。ワークピースを研磨するときは、研磨液供給ノズルから研磨液を研磨パッド上に供給しながら、研磨ヘッドによりワークピースの表面を研磨パッドに押し付ける。研磨ヘッドと研磨テーブルをそれぞれ回転させてワークピースと研磨パッドとを相対移動させることにより、ワークピースの表面を形成する膜を研磨する。

【0004】

絶縁膜やシリコン層などの非金属膜の厚さを測定するために、研磨装置は、一般に、光学膜厚測定装置を備える。この光学膜厚測定装置は、ワークピースの研磨中に、光源から発せられた光をワークピースの表面に導き、ワークピースからの反射光のスペクトルを解析することで、ワークピースの膜厚を決定するように構成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２０－１０４１９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、ワークピースの研磨中に得られるスペクトルは、研磨パッド上に存在する研磨液の影響を受けやすい。例えば、研磨液の流量を増やした研磨条件下、または濃度の高い研磨液を使用する研磨条件下では、ワークピースからの反射光の強度が低下し、結果として反射光のスペクトルから算出される膜厚が、実際の膜厚から大きく異なることがある。

【0007】

そこで、本発明は、スラリーなどの研磨液がワークピースの膜厚の測定精度に与える影響を低減させ、正確な膜厚測定を達成することができる研磨方法および研磨装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

一態様では、ワークピースの研磨方法であって、研磨パッドを支持する研磨テーブルを回転させながら、前記研磨パッド上に研磨液を供給し、前記研磨パッド上に前記研磨液が存在した状態で前記ワークピースを研磨ヘッドにより前記研磨パッドに押し付けて該ワークピースを研磨し、前記ワークピースの研磨中に、前記研磨テーブル内に配置された光学センサヘッドにより前記ワークピースに光を照射し、かつ前記ワークピースからの反射光を受け、前記反射光のスペクトルに基づいて前記ワークピースの膜厚を決定し、前記ワークピースの研磨中に、前記光学センサヘッドの直上のターゲット位置に洗浄ノズルから洗浄液を供給し、前記洗浄ノズルは、前記研磨パッドの上方に配置され、かつ前記研磨テーブルの回転方向において前記研磨ヘッドの上流に位置している、研磨方法が提供される。

【0009】

一態様では、前記ターゲット位置が前記研磨ヘッドの上流にあるときに、前記洗浄ノズルからの前記洗浄液の供給が開始される。
一態様では、前記洗浄ノズルからの前記洗浄液の供給は、前記ターゲット位置が前記研磨ヘッドの下に移動する前に停止される。
一態様では、前記洗浄液は、前記研磨テーブルの回転に同期して間欠的に前記洗浄ノズルから前記ターゲット位置に供給される。
一態様では、前記研磨テーブルの一回転あたりの洗浄液の供給時間は、前記研磨テーブルが一回転する時間の半分よりも短い。
一態様では、前記研磨方法は、前記ワークピースの研磨中に、気体ノズルから前記ターゲット位置に気体を供給することをさらに含み、前記気体ノズルは、前記研磨パッドの上方に配置されており、かつ前記研磨テーブルの回転方向において前記洗浄ノズルの上流に位置している。
一態様では、前記研磨テーブルが一回転する間に、前記気体および前記洗浄液は交互に前記気体ノズルおよび前記洗浄ノズルから前記ターゲット位置に供給される。

【0010】

一態様では、ワークピースのための研磨装置であって、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、前記研磨テーブルを回転させるテーブルモータと、研磨液を前記研磨パッド上に供給する研磨液供給ノズルと、前記研磨パッド上に前記研磨液が存在した状態で前記ワークピースを前記研磨パッドに押し付けて該ワークピースを研磨する研磨ヘッドと、前記ワークピースの研磨中に、前記ワークピースに光を照射し、かつ前記ワークピースからの反射光を受けるように配置された光学センサヘッドと、前記光学センサヘッドは前記研磨テーブル内に配置されており、前記反射光のスペクトルに基づいて前記ワークピースの膜厚を決定するスペクトル処理装置と、前記光学センサヘッドの直上のターゲット位置に洗浄液を供給する洗浄ノズルと、前記洗浄ノズルに連結された洗浄液供給弁と、前記洗浄液供給弁の動作を制御する流体供給制御部を備え、前記洗浄ノズルは、前記研磨パッドの上方に配置され、かつ前記研磨テーブルの回転方向において前記研磨ヘッドの上流に位置しており、前記流体供給制御部は、前記洗浄液供給弁に指令を与えて、前記ワークピースの研磨中に、前記洗浄ノズルから前記ターゲット位置に前記洗浄液を供給させるように構成されている、研磨装置が提供される。

【0011】

一態様では、前記流体供給制御部は、前記洗浄液供給弁に指令を与えて、前記ターゲット位置が前記研磨ヘッドの上流にあるときに前記洗浄ノズルからの前記洗浄液の供給を開始させるように構成されている。
一態様では、前記流体供給制御部は、前記洗浄液供給弁に指令を与えて、前記ターゲット位置が前記研磨ヘッドの下に移動する前に前記洗浄ノズルからの前記洗浄液の供給を停止させる。
一態様では、前記流体供給制御部は、前記洗浄液供給弁に指令を与えて、前記研磨テーブルの回転に同期して間欠的に前記洗浄液を前記洗浄ノズルから前記ターゲット位置に供給させるように構成されている。
一態様では、前記研磨テーブルの一回転あたりの洗浄液の供給時間は、前記研磨テーブルが一回転する時間の半分よりも短い。
一態様では、前記研磨装置は、前記ターゲット位置に気体を供給する気体ノズルと、前記気体ノズルに連結された気体供給弁をさらに備えており、前記流体供給制御部は、前記気体供給弁の動作を制御するように構成されており、前記気体ノズルは、前記研磨パッドの上方に配置されており、かつ前記研磨テーブルの回転方向において前記洗浄ノズルの上流に位置している。
一態様では、前記流体供給制御部は、前記洗浄液供給弁および前記気体供給弁に指令を与えて、前記研磨テーブルが一回転する間に、前記気体および前記洗浄液を交互に前記気体ノズルおよび前記洗浄ノズルから前記ターゲット位置に供給させるように構成されている。
一態様では、前記研磨装置は、前記洗浄ノズルから前記ターゲット位置に供給される前記洗浄液の流量を調節する流量調節弁をさらに備えている。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、洗浄液が研磨パッドの上からターゲット位置に供給され、研磨液（例えばスラリー）をターゲット位置から除去することができる。したがって、光学センサヘッドに入射するワークピースからの反射光は、研磨液の影響を受けにくく、結果として、ワークピースの研磨中にワークピースの正確な膜厚を決定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】研磨装置の一実施形態を示す模式図である。

【図2】スペクトルの一例を示す図である。

【図3】洗浄ノズルと研磨ヘッドとの位置関係の一例を説明するための上面図である。

【図4】研磨装置の断面図である。

【図5】研磨装置の他の実施形態を示す模式図である。

【図6】研磨装置のさらに他の実施形態を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、研磨装置の一実施形態を示す模式図である。図１に示すように、研磨装置は、研磨パッド２を支持する研磨テーブル３と、半導体デバイスの製造に使用されるウェーハ、基板、パネルなどのワークピースＷを研磨パッド２に押し付ける研磨ヘッド１と、研磨テーブル３を回転させるテーブルモータ６と、スラリーなどの研磨液を研磨パッド２上に供給するための研磨液供給ノズル５と、洗浄液を研磨パッド２上に供給する洗浄ノズル８を備えている。研磨パッド２の上面は、ワークピースＷを研磨する研磨面２ａを構成する。本実施形態の研磨対象であるワークピースＷは円形のウェーハであるが、ワークピースＷは矩形状、正方形、あるいは多角形などの他の形状を有してもよい。

【0015】

研磨ヘッド１はヘッドシャフト１０に連結されており、ヘッドシャフト１０は図示しない研磨ヘッドモータに連結されている。研磨ヘッドモータは、研磨ヘッド１をヘッドシャフト１０とともに矢印で示す方向に回転させる。研磨テーブル３はテーブルモータ６に連結されており、テーブルモータ６は研磨テーブル３および研磨パッド２を矢印で示す方向に回転させるように構成されている。

【0016】

ワークピースＷは次のようにして研磨される。研磨テーブル３および研磨ヘッド１を図１の矢印で示す方向に回転させながら、研磨液供給ノズル５から研磨液が研磨テーブル３上の研磨パッド２の研磨面２ａに供給される。ワークピースＷは研磨ヘッド１によって回転されながら、研磨パッド２上に研磨液が存在した状態でワークピースＷは研磨ヘッド１によって研磨パッド２の研磨面２ａに押し付けられる。ワークピースＷの表面は、研磨液の化学的作用と、研磨液に含まれる砥粒および／または研磨パッド２の機械的作用により研磨される。本実施形態の研磨装置は、ワークピースＷを、その被研磨面が下向きの状態で研磨パッド２の研磨面２ａに対して押し付けるフェースダウン型研磨装置である。

【0017】

研磨装置は、ワークピースＷの研磨中にワークピースＷの膜厚を測定する光学膜厚測定装置２０を備えている。光学膜厚測定装置２０は、光を発する光源２２と、光源２２の光をワークピースＷに照射し、ワークピースＷからの反射光を受ける光学センサヘッド７と、ワークピースＷからの反射光の強度を測定する分光器２４と、ワークピースＷからの反射光の強度測定データに基づいてワークピースＷの膜厚を決定するスペクトル処理装置２７を備えている。光源２２および分光器２４は、光学センサヘッド７に連結されている。光源２２、分光器２４、および光学センサヘッド７は、研磨テーブル３に取り付けられており、研磨テーブル３とともに回転する。

【0018】

研磨パッド２は、光を通過させるための通孔３０を有している。研磨テーブル３が一回転するたびに、光源２２によって発せられた光は、光学センサヘッド７に伝送され、光学センサヘッド７から通孔３０を通ってワークピースＷの表面に導かれる。光はワークピースＷの表面で反射し、ワークピースＷの表面からの反射光は通孔３０を通って光学センサヘッド７によって受けられる。反射光は光学センサヘッド７から分光器２４に送られる。分光器２４は所定の波長範囲に亘って反射光を波長に従って分解し、各波長での反射光の強度を測定することで反射光の強度測定データを生成する。反射光の強度測定データは、分光器２４からスペクトル処理装置２７に送られる。

【0019】

スペクトル処理装置２７は、反射光の強度測定データから、ワークピースＷの反射光のスペクトルを生成するように構成されている。反射光のスペクトルは、反射光の波長と強度との関係を示す線グラフ（すなわち分光波形）として表される。反射光の強度は、反射率または相対反射率などの相対値として表わすこともできる。

【0020】

スペクトル処理装置２７は、反射光のスペクトルからワークピースＷの膜厚を決定するように構成されている。スペクトルに基づいてワークピースＷの膜厚を決定する方法には、公知の技術が用いられる。例えば、スペクトル処理装置２７は、反射光のスペクトルに最も形状が近い参照スペクトルを参照スペクトルライブラリの中から決定し、この決定された参照スペクトルに関連付けられた膜厚を決定する。他の例では、スペクトル処理装置２７は、反射光のスペクトルに対してフーリエ変換を実行し、得られた周波数スペクトルから膜厚を決定する。

【0021】

図２は、スペクトル処理装置２７によって生成されたスペクトルの一例を示す図である。スペクトルは、光の波長と強度との関係を示す線グラフ（すなわち分光波形）として表される。図２において、横軸はワークピースＷから反射した光の波長を表わし、縦軸は反射した光の強度から導かれる相対反射率を表わす。相対反射率とは、反射光の強度を示す指標値であり、光の強度と所定の基準強度との比である。各波長において光の強度（実測強度）を所定の基準強度で割ることにより、装置の光学系や光源固有の強度のばらつきなどの不要なノイズを実測強度から除去することができる。

【0022】

図２に示す例では、反射光のスペクトルは、相対反射率と反射光の波長との関係を示す分光波形であるが、反射光のスペクトルは、反射光の強度自体と、反射光の波長との関係を示す分光波形であってもよい。

【0023】

図１に示すように、スペクトル処理装置２７は、ワークピースＷの研磨動作を制御するための研磨制御部９に接続されている。この研磨制御部９は、スペクトル処理装置２７によって決定されたワークピースＷの膜厚に基づいて、ワークピースＷの研磨動作を制御する。例えば、研磨制御部９は、ワークピースＷの膜厚が目標膜厚に達した時点である研磨終点を決定する、あるいはワークピースＷの膜厚が所定の値に達したときにワークピースＷの研磨条件を変更するように構成されている。

【0024】

スペクトル処理装置２７は、プログラムが格納された記憶装置２７ａと、プログラムに含まれる命令に従って演算を実行する演算装置２７ｂを備えている。スペクトル処理装置２７は、少なくとも１台のコンピュータから構成される。記憶装置２７ａは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの主記憶装置と、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）などの補助記憶装置を備えている。演算装置２７ｂの例としては、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＧＰＵ（グラフィックプロセッシングユニット）が挙げられる。ただし、スペクトル処理装置２７の具体的構成はこれらの例に限定されない。

【0025】

図１に示すように、洗浄ノズル８は、研磨テーブル３および研磨パッド２の上方に配置されている。より具体的には、洗浄ノズル８は、研磨テーブル３とともに回転する光学センサヘッド７の軌道ＨＰの上方に配置されており、軌道ＨＰを向いている。洗浄ノズル８は、研磨テーブル３および研磨パッド２の回転方向において、研磨ヘッド１の上流に位置している。

【0026】

洗浄ノズル８は、研磨パッド２の上方から研磨パッド２上に洗浄液を供給するように配置されている。より具体的には、洗浄ノズル８は、光学センサヘッド７の直上のターゲット位置ＴＰに洗浄液を供給する。洗浄液の例としては、純水が挙げられる。ターゲット位置ＴＰは、研磨パッド２の研磨面２ａ内にある。具体的には、ターゲット位置ＴＰは、研磨パッド２に形成された通孔３０の位置である。一実施形態では、洗浄液は、光学センサヘッド７の直上のターゲット位置ＴＰを含む円弧状のエリアに供給されるようにしてもよい。円弧状のエリアは、光学センサヘッド７の軌道ＨＰに沿った円弧状のエリアである。

【0027】

研磨装置は、洗浄ノズル８に連結された洗浄液供給ライン３５と、洗浄液供給ライン３５に取り付けられた洗浄液供給弁３６と、洗浄液供給弁３６の動作を制御する流体供給制御部３９を備えている。洗浄液供給ライン３５は、洗浄液供給源（図示せず）に連結されており、洗浄液（例えば純水）を洗浄ノズル８に供給する。洗浄液供給弁３６は、電動弁、電磁弁、エアペレート弁などのアクチュエータ駆動型弁である。一実施形態では、洗浄液供給弁３６は、洗浄ノズル８に直接連結されてもよい。

【0028】

流体供給制御部３９は、洗浄液供給弁３６に指令を与えて、ワークピースＷの研磨中に、洗浄ノズル８からターゲット位置ＴＰに洗浄液を供給させるように構成されている。洗浄ノズル８から放出された洗浄液は、ターゲット位置ＴＰから研磨液を除去することができる。したがって、光学センサヘッド７に入射するワークピースＷからの反射光は、研磨液の影響を受けにくく、結果として、スペクトル処理装置２７は、ワークピースＷの研磨中にワークピースＷの正確な膜厚を決定することができる。

【0029】

研磨装置は、洗浄液供給ライン３５に取り付けられた流量調節弁３７をさらに備えている。この流量調節弁３７は洗浄液供給弁３６の上流に配置されており、洗浄ノズル８から供給される洗浄液の流量を調節するように構成されている。流量調節弁３７は流体供給制御部３９に接続されており、流量調節弁３７の動作は流体供給制御部３９によって制御される。流量調節弁３７の動作、すなわち洗浄ノズル８からターゲット位置ＴＰに供給される洗浄液の流量は、研磨テーブル３の回転速度、研磨パッド２の種類、研磨液の種類および／または濃度、研磨パッド２の構造（例えば、後述する透明窓の有無）などに基づいて設定される。

【0030】

ワークピースＷの研磨中は、研磨液と洗浄液の両方が研磨パッド２上に供給される。すなわち、研磨液（例えばスラリー）が研磨パッド２の研磨面２ａ上に供給されながら、洗浄液は、研磨パッド２内のターゲット位置ＴＰに供給される。ターゲット位置ＴＰに一旦供給された洗浄液が研磨液に置換されることを防止するためには、ターゲット位置ＴＰが研磨ヘッド１に近づいたときに洗浄ノズル８から洗浄液をターゲット位置ＴＰに供給することが好ましい。

【0031】

そこで、流体供給制御部３９は、ワークピースＷの研磨中に、洗浄液供給弁３６に指令を与えて、ターゲット位置ＴＰが研磨ヘッド１の上流にあるときに洗浄ノズル８からの洗浄液の供給を開始させるように構成されている。一実施形態では、流体供給制御部３９は、ワークピースＷの研磨中に、洗浄液供給弁３６に指令を与えて、ターゲット位置ＴＰが研磨ヘッド１の下に移動する前に洗浄ノズル８からの洗浄液の供給を停止させるように構成されている。このような洗浄液の供給動作によれば、研磨液が洗浄液で希釈されることを抑制し、ワークピースＷの研磨レート（除去レートともいう）の低下を防止することができる。

【0032】

本実施形態では、流体供給制御部３９は、洗浄液供給弁３６に指令を与えて、研磨テーブル３の回転に同期して洗浄液を間欠的に洗浄ノズル８からターゲット位置ＴＰに供給させるように構成されている。すなわち、研磨テーブル３が一回転するたびに、洗浄液の供給開始と供給停止が行われる。研磨テーブル３が一回転するたびに、洗浄液の供給開始と供給停止を複数回繰り返し、洗浄液の圧力でターゲット位置ＴＰから研磨液を除去するようにしてもよい。研磨テーブル３の一回転あたりの洗浄液の供給時間は、研磨テーブル３が一回転する時間の半分よりも短い。一実施形態では、研磨液の希釈を防ぐ観点から、研磨テーブル３の一回転あたりの洗浄液の供給時間は、研磨テーブル３が一回転する時間の３分の１よりも短い。

【0033】

流体供給制御部３９は、プログラムが格納された記憶装置３９ａと、プログラムに含まれる命令に従って演算を実行する演算装置３９ｂを備えている。流体供給制御部３９は、少なくとも１台のコンピュータから構成される。記憶装置３９ａは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの主記憶装置と、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）などの補助記憶装置を備えている。演算装置３９ｂの例としては、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＧＰＵ（グラフィックプロセッシングユニット）が挙げられる。ただし、流体供給制御部３９の具体的構成はこれらの例に限定されない。

【0034】

図３は、洗浄ノズル８と研磨ヘッド１との位置関係の一例を説明するための上面図である。研磨テーブル３の回転中心ＣＰと研磨ヘッド１の上流側端面とを延びる直線をＬ１とし、研磨テーブル３の回転中心ＣＰと洗浄ノズル８の吐出口とを延びる直線をＬ２とすると、直線Ｌ１と直線Ｌ２との間の角度αは、０～１２０度、より好ましくは２０～９０度、さらに好ましくは３０～６０度の範囲内にある。このような位置にある洗浄ノズル８は、ターゲット位置ＴＰが研磨ヘッド１の下に移動する直前に洗浄液をターゲット位置ＴＰに当てることができるので、ターゲット位置ＴＰに一旦供給された洗浄液が研磨液に置換されることを防止することができる。

【0035】

図４を参照して、光学膜厚測定装置２０の詳細について説明する。分光器２４は、光検出器２５を備えている。一実施形態では、光検出器２５は、フォトダイオード、ＣＣＤ、またはＣＭＯＳなどから構成されている。光学センサヘッド７は、光源２２および光検出器２５に光学的に連結されている。光検出器２５はスペクトル処理装置２７に電気的に接続されている。

【0036】

光学膜厚測定装置２０は、光源２２から発せられた光をワークピースＷの表面に導く投光用光ファイバーケーブル４１と、ワークピースＷからの反射光を受け、反射光を分光器２４に送る受光用光ファイバーケーブル４２を備えている。投光用光ファイバーケーブル４１の先端および受光用光ファイバーケーブル４２の先端は、研磨テーブル３内に位置している。

【0037】

投光用光ファイバーケーブル４１の先端および受光用光ファイバーケーブル４２の先端は、光をワークピースＷの表面に導き、かつワークピースＷからの反射光を受ける光学センサヘッド７を構成する。投光用光ファイバーケーブル４１の他端は光源２２に接続され、受光用光ファイバーケーブル４２の他端は分光器２４に接続されている。分光器２４は、ワークピースＷからの反射光を波長に従って分解し、所定の波長範囲に亘って反射光の強度を測定するように構成されている。

【0038】

研磨テーブル３は、その上面で開口する第１の孔５０Ａおよび第２の孔５０Ｂを有している。また、研磨パッド２は、これら孔５０Ａ，５０Ｂに対応する位置に形成された通孔３０を有している。孔５０Ａ，５０Ｂと通孔３０とは連通し、通孔３０は研磨面２ａで開口している。第１の孔５０Ａは液体供給ライン５４に連結されており、第２の孔５０Ｂはドレインライン５５に連結されている。投光用光ファイバーケーブル４１の先端および受光用光ファイバーケーブル４２の先端から構成される光学センサヘッド７は、第１の孔５０Ａに配置されており、かつ通孔３０の下方に位置している。

【0039】

ワークピースＷの研磨中は、リンス液として純水が液体供給ライン５４を介して第１の孔５０Ａに供給され、さらに第１の孔５０Ａを通って通孔３０に供給される。純水は、ワークピースＷの表面（被研磨面）と光学センサヘッド７との間の空間を満たす。純水は、第２の孔５０Ｂに流れ込み、ドレインライン５５を通じて排出される。第１の孔５０Ａおよび通孔３０内を流れる純水は、研磨液が第１の孔５０Ａに浸入することを防止し、これにより光路が確保される。

【0040】

光学センサヘッド７から発せられた光は、通孔３０を通ってワークピースＷに照射され、ワークピースＷからの反射光は通孔３０を通過して光学センサヘッド７に受けられる。本実施形態では、通孔３０の位置は、洗浄ノズル８から洗浄液が供給されるターゲット位置ＴＰである。したがって、洗浄ノズル８は、通孔３０に洗浄液を供給し、洗浄液は、研磨液（例えばスラリー）を通孔３０から除去することができる。特に、本実施形態によれば、液体供給ライン５４から供給される純水と、洗浄ノズル８から供給される洗浄液とにより、光学センサヘッド７の上方に存在する研磨液を除去することができる。

【0041】

投光用光ファイバーケーブル４１は、光源２２によって発せられた光をワークピースＷの表面まで導く光伝送部である。投光用光ファイバーケーブル４１および受光用光ファイバーケーブル４２の先端は、第１の孔５０Ａ内に位置しており、ワークピースＷの被研磨面の近傍に位置している。投光用光ファイバーケーブル４１および受光用光ファイバーケーブル４２の各先端から構成される光学センサヘッド７は、研磨ヘッド１に保持されたワークピースＷを向いて配置される。研磨テーブル３が回転するたびにワークピースＷの所定の測定点に光が照射される。本実施形態では、１つの光学センサヘッド７のみが研磨テーブル３内に設けられているが、複数の光学センサヘッド７が研磨テーブル３内に設けられてもよい。例えば、ワークピースＷの中心およびエッジをそれぞれ通過するように配置された２つの光学センサヘッド７が設けられてもよい。

【0042】

図５は、研磨装置の他の実施形態を示す模式図である。特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図１乃至図４を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。図５に示す実施形態では、研磨装置は、ターゲット位置ＴＰに気体を供給する気体ノズル６１と、気体ノズル６１に連結された気体供給ライン６２と、気体供給ライン６２に取り付けられた気体供給弁６３をさらに備えている。気体の例としては、空気、不活性ガス（例えば窒素ガス）などが挙げられる。

【0043】

気体供給ライン６２は、気体供給源（図示せず）に連結されており、気体を気体ノズル６１に供給する。気体供給弁６３は、電動弁、電磁弁、エアペレート弁などのアクチュエータ駆動型弁である。一実施形態では、気体供給弁６３は、気体ノズル６１に直接連結されてもよい。

【0044】

気体ノズル６１は、研磨テーブル３および研磨パッド２の上方に配置されている。より具体的には、気体ノズル６１は、研磨テーブル３とともに回転する光学センサヘッド７の軌道ＨＰの上方に配置されており、軌道ＨＰを向いている。気体ノズル６１は、研磨テーブル３および研磨パッド２の回転方向において、洗浄ノズル８の上流に位置している。気体ノズル６１は、研磨パッド２の上方から研磨パッド２上に気体を供給するように配置されている。より具体的には、気体ノズル６１は、光学センサヘッド７の直上のターゲット位置ＴＰに気体を供給する。

【0045】

流体供給制御部３９は、洗浄液供給弁３６に加え、気体供給弁６３の動作を制御するように構成されている。流体供給制御部３９は、気体供給弁６３に指令を与えて、ワークピースＷの研磨中に、気体ノズル６１からターゲット位置ＴＰに気体を供給するように構成されている。より具体的には、流体供給制御部３９は、洗浄液供給弁３６および気体供給弁６３に指令を与えて、研磨テーブル３が一回転する間に、気体および洗浄液を交互に気体ノズル６１および洗浄ノズル８からターゲット位置ＴＰに供給させるように構成されている。

【0046】

研磨テーブル３が一回転する間に、気体は先にターゲット位置ＴＰに供給され、次いで洗浄液がターゲット位置ＴＰに供給される。気体の噴流は、ターゲット位置ＴＰに存在する研磨液を除去することができる。洗浄液はターゲット位置ＴＰに残留する研磨液を除去するのみならず、気体の噴流が当てられて乾燥した研磨パッド２の部位をウエット状態に戻すことができる。

【0047】

気体は、洗浄液と同様に、ターゲット位置ＴＰから研磨液を除去することができるが、その一方で、気体の供給は研磨パッド２を乾燥させることがある。乾燥した研磨パッド２はワークピースＷにスクラッチを発生させるおそれがある。本実施形態によれば、気体が研磨パッド２に供給された後に、研磨パッド２は洗浄液でウエット状態に戻されるので、研磨パッド２の乾燥が防止できる。

【0048】

一実施形態では、流体供給制御部３９は、ワークピースＷの研磨中に、気体供給弁６３に指令を与えて、ターゲット位置ＴＰが研磨ヘッド１の下に移動する前に、気体ノズル６１からの気体の噴射を停止させるように構成されている。このような気体の供給動作によれば、研磨液を除去するために供給される気体の量を低減することができる。

【0049】

本実施形態では、流体供給制御部３９は、気体供給弁６３および洗浄液供給弁３６に指令を与えて、研磨テーブル３の回転に同期して気体および液体を交互にかつ間欠的に気体ノズル６１および洗浄ノズル８からターゲット位置ＴＰに供給させるように構成されている。すなわち、研磨テーブル３が一回転するたびに、気体の供給開始と供給停止、および液体の供給開始と供給停止が行われる。研磨テーブル３の一回転あたりの気体の供給時間は、研磨テーブル３が一回転する時間の半分よりも短い。研磨パッド２の乾燥を防ぐ観点から、研磨テーブル３の一回転あたりの気体の供給時間は、研磨テーブル３が一回転する時間の３分の１よりも短い。研磨テーブル３が一回転するたびに、気体の供給開始と供給停止を複数回繰り返し、気体の噴流の圧力でターゲット位置ＴＰから研磨液を除去するようにしてもよい。

【0050】

図６は、研磨装置の他の実施形態を示す模式図である。特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図１乃至図４を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。図６に示す実施形態では、研磨装置は、液体供給ライン５４およびドレインライン５５に代えて、研磨パッド２内に配置された透明窓７０を備えている。透明窓７０は研磨パッド２に形成された通孔３０内に配置されている。透明窓７０は、研磨パッド２の通孔３０を完全に閉じており、通孔３０は研磨液や研磨屑が光学センサヘッド７に接触することを防止する。

【0051】

透明窓７０は、光学センサヘッド７の真上に位置している。したがって、光学センサヘッド７は、透明窓７０を通じて光をワークピースＷに放射し、透明窓７０を透過したワークピースＷからの反射光を受ける。透明窓７０は、光を透過させる材料から構成された窓である。透明窓７０の材料は特に限定されないが、例えば透明な樹脂から構成されている。

【0052】

本実施形態では、洗浄液を供給すべきターゲット位置ＴＰは、透明窓７０の上面の位置である。図１乃至図４を参照して説明した実施形態と同様に、洗浄ノズル８は、ワークピースＷの研磨中に、洗浄液をターゲット位置ＴＰ、すなわち透明窓７０の上面に供給する。洗浄ノズル８から放出された洗浄液は、ターゲット位置ＴＰ、すなわち透明窓７０の上面から研磨液を除去することができる。したがって、光学センサヘッド７に入射するワークピースＷからの反射光は、研磨液の影響を受けにくく、結果として、スペクトル処理装置２７は、ワークピースＷの研磨中にワークピースＷの正確な膜厚を決定することができる。

【0053】

図６に示す透明窓７０の実施形態は、図５を参照して説明した気体ノズル６１および洗浄ノズル８の両方を備えた実施形態も同様に適用可能である。気体ノズル６１および洗浄ノズル８の配置や、気体および液体の供給タイミングなどは、図５を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。

【0054】

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

【符号の説明】

【0055】

Ｗ ワークピース
ＴＰ ターゲット位置
１ 研磨ヘッド
２ 研磨パッド
２ａ 研磨面
３ 研磨テーブル
５ 研磨液供給ノズル
６ テーブルモータ
７ 光学センサヘッド
８ 洗浄ノズル
９ 研磨制御部
１０ ヘッドシャフト
２０ 光学膜厚測定装置
２２ 光源
２４ 分光器
２５ 光検出器
２７ スペクトル処理装置
３０ 通孔
３５ 洗浄液供給ライン
３６ 洗浄液供給弁
３７ 流量調節弁
３９ 流体供給制御部
４１ 投光用光ファイバーケーブル
４２ 受光用光ファイバーケーブル
５０Ａ 第１の孔
５０Ｂ 第２の孔
５４ 液体供給ライン
５５ ドレインライン
６１ 気体ノズル
６２ 気体供給ライン
６３ 気体供給弁
７０ 透明窓

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】