(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】P2024093432
(43)【公開日】2024-07-09
(54)【発明の名称】基板研磨装置
(51)【国際特許分類】
B24B 49/12 20060101AFI20240702BHJP
H01L 21/304 20060101ALI20240702BHJP
B24B 37/10 20120101ALI20240702BHJP
B24B 37/013 20120101ALI20240702BHJP
B24B 49/04 20060101ALI20240702BHJP
【ＦＩ】
B24B49/12
H01L21/304 622R
H01L21/304 622S
B24B37/10
B24B37/013
B24B49/04 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022209808
(22)【出願日】2022-12-27
(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】100106208
【弁理士】
【氏名又は名称】宮前 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100146710
【弁理士】
【氏名又は名称】鐘ヶ江 幸男
(74)【代理人】
【識別番号】100186613
【弁理士】
【氏名又は名称】渡邊 誠
(72)【発明者】
【氏名】廣尾 康正
(72)【発明者】
【氏名】木下 将毅
【テーマコード（参考）】
3C034
3C158
5F057
【Ｆターム（参考）】
3C034AA08
3C034BB37
3C034BB75
3C034BB93
3C034CA02
3C034CA15
3C034CA22
3C034CB14
3C034DD07
3C034DD10
3C158AA07
3C158AB01
3C158AB04
3C158AC02
3C158AC04
3C158BA09
3C158CB01
3C158DA12
3C158DA17
3C158EA12
3C158EB01
5F057AA20
5F057BA15
5F057BB15
5F057BB36
5F057CA12
5F057DA03
5F057EB11
5F057GA12
5F057GA27
5F057GB01
5F057GB02
5F057GB13
5F057GB20
5F057GB21
5F057GB31
(57)【要約】
【課題】光学式表面監視システムにおいて、基板と研磨テーブルとの間の相対速度の違いによる測定精度の影響を除去または緩和させる。
【解決手段】基板研磨装置は、研磨テーブルと、前記研磨テーブルを回転させるためのモータと、基板を保持するように構成されている基板保持ヘッドと、光源と、研磨テーブルの内部に配置されている光学ヘッドと、を有する。光学ヘッドは、前記ＣＷ光源からの光を基板保持ヘッドに保持された基板に向けて投光するように配置されている投光口と、前記基板保持ヘッドに保持された基板から反射された光を受光するように配置されている受光口と、を備える。基板研磨装置は、さらに、前記受光口で受光した光を検出するための光検出器と、前記光検出器に光が取り込まれる露光時間を制御するためのシャッターと、基板の研磨条件に基づいて前記露光時間を変更するように前記シャッターの動作を制御するための制御装置と、を有する。
【選択図】図２
【解決手段】基板研磨装置は、研磨テーブルと、前記研磨テーブルを回転させるためのモータと、基板を保持するように構成されている基板保持ヘッドと、光源と、研磨テーブルの内部に配置されている光学ヘッドと、を有する。光学ヘッドは、前記ＣＷ光源からの光を基板保持ヘッドに保持された基板に向けて投光するように配置されている投光口と、前記基板保持ヘッドに保持された基板から反射された光を受光するように配置されている受光口と、を備える。基板研磨装置は、さらに、前記受光口で受光した光を検出するための光検出器と、前記光検出器に光が取り込まれる露光時間を制御するためのシャッターと、基板の研磨条件に基づいて前記露光時間を変更するように前記シャッターの動作を制御するための制御装置と、を有する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板研磨装置であって、
研磨テーブルと、
前記研磨テーブルを回転させるためのモータと、
基板を保持するように構成されている基板保持ヘッドと、
光源と、
研磨テーブルの内部に配置されている光学ヘッドであって、
前記ＣＷ光源からの光を基板保持ヘッドに保持された基板に向けて投光するように配置されている投光口と、
前記基板保持ヘッドに保持された基板から反射された光を受光するように配置されている受光口と、
を備える、光学ヘッドと、
前記受光口で受光した光を検出するための光検出器と、
前記光検出器に光が取り込まれる露光時間を制御するためのシャッターと、
基板の研磨条件に基づいて前記露光時間を変更するように前記シャッターの動作を制御するための制御装置と、
を有する、基板研磨装置。
研磨テーブルと、
前記研磨テーブルを回転させるためのモータと、
基板を保持するように構成されている基板保持ヘッドと、
光源と、
研磨テーブルの内部に配置されている光学ヘッドであって、
前記ＣＷ光源からの光を基板保持ヘッドに保持された基板に向けて投光するように配置されている投光口と、
前記基板保持ヘッドに保持された基板から反射された光を受光するように配置されている受光口と、
を備える、光学ヘッドと、
前記受光口で受光した光を検出するための光検出器と、
前記光検出器に光が取り込まれる露光時間を制御するためのシャッターと、
基板の研磨条件に基づいて前記露光時間を変更するように前記シャッターの動作を制御するための制御装置と、
を有する、基板研磨装置。
【請求項2】
請求項１に記載の基板研磨装置であって、
前記制御装置は、
前記投光口から基板上に投光された光により基板が照射される面積が実質的に一定となるように前記露光時間を決定する、
基板研磨装置。
前記制御装置は、
前記投光口から基板上に投光された光により基板が照射される面積が実質的に一定となるように前記露光時間を決定する、
基板研磨装置。
【請求項3】
請求項１に記載の基板研磨装置であって、
前記露光時間は、前記研磨テーブルの回転速度に基づいて決定される、
基板研磨装置。
前記露光時間は、前記研磨テーブルの回転速度に基づいて決定される、
基板研磨装置。
【請求項4】
請求項１に記載の基板研磨装置であって、
前記露光時間は、前記研磨テーブルの回転中心から前記光学ヘッドまでの距離に基づいて決定される、
基板研磨装置。
前記露光時間は、前記研磨テーブルの回転中心から前記光学ヘッドまでの距離に基づいて決定される、
基板研磨装置。
【請求項5】
請求項１に記載の基板研磨装置であって、
前記基板保持ヘッドを回転させるための第２モータを有し、
前記露光時間は、前記基板保持ヘッドの回転速度に基づいて決定される、
基板研磨装置。
前記基板保持ヘッドを回転させるための第２モータを有し、
前記露光時間は、前記基板保持ヘッドの回転速度に基づいて決定される、
基板研磨装置。
【請求項6】
請求項１に記載の基板研磨装置であって、
前記基板保持ヘッドを、前記研磨テーブルの平面に平行な方向に移動させるためのアームを有し、
前記露光時間は、前記基板保持ヘッドの前記アームによる平行移動速度に基づいて決定される、
基板研磨装置。
前記基板保持ヘッドを、前記研磨テーブルの平面に平行な方向に移動させるためのアームを有し、
前記露光時間は、前記基板保持ヘッドの前記アームによる平行移動速度に基づいて決定される、
基板研磨装置。
【請求項7】
請求項１に記載の基板研磨装置であって、
前記基板保持ヘッドを回転させるための第２モータと、
前記基板保持ヘッドを、前記研磨テーブルの平面に平行な方向に移動させるための平行移動機構と、を有し、
前記露光時間は、
（１）前記研磨テーブルの回転速度、
（２）前記研磨テーブルの回転中心から前記光学ヘッドまでの距離、
（３）前記基板保持ヘッドの回転速度、および、
（４）前記基板保持ヘッドの、前記アームによる平行移動速度、
に基づいて決定される、
基板研磨装置。
前記基板保持ヘッドを回転させるための第２モータと、
前記基板保持ヘッドを、前記研磨テーブルの平面に平行な方向に移動させるための平行移動機構と、を有し、
前記露光時間は、
（１）前記研磨テーブルの回転速度、
（２）前記研磨テーブルの回転中心から前記光学ヘッドまでの距離、
（３）前記基板保持ヘッドの回転速度、および、
（４）前記基板保持ヘッドの、前記アームによる平行移動速度、
に基づいて決定される、
基板研磨装置。
【請求項8】
請求項１から７のいずれか一項に記載の基板研磨装置であって、 前記光源は、連続発光光源である、
基板研磨装置。
基板研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、基板研磨装置に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体デバイスの製造に、基板の表面を平坦化するために化学機械研磨（ＣＭＰ）装置が使用されている。半導体デバイスの製造に使用される基板は、多くの場合、円板形状である。ＣＭＰ装置は、一般に、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、基板を研磨パットに押し付ける基板保持ヘッドと、スラリーを研磨パッド上に供給するスラリー供給ノズルを備えている。研磨テーブルを回転させながら、研磨テーブル上の研磨パッドにスラリーが供給され、基板保持ヘッドは、基板を研磨パットに押し付ける。ＣＭＰ装置においては、スラリーの存在下で基板を研磨パッドに押し付けながら相対移動させることで基板を研磨する。基板の表面は、スラリーの化学的作用と、スラリーに含まれる砥粒の機械的作用との組み合わせにより平坦化される。
【0003】
基板に研磨は、その表面を構成する膜（絶縁膜、金属膜、シリコン層など）の厚さが所定の目標値に達したときに終了される。ＣＭＰ装置は、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、光学式表面監視システムを備えることがある。この光学式表面監視システムは、光源から発せられた光を基板の表面に導き、基板からの反射光の強度を分光器で測定し、反射光のスペクトルを解析することで、基板の表面状態を検出（例えば、基板の膜厚を測定、または基板の表面を構成する膜の除去を検出）するように構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２０－１４２３０３号公報
【特許文献2】特開２０１７－２２０６８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
光源にはキセノンフラッシュランプが使用されることがある。このキセノンフラッシュランプは、数マイクロ秒オーダーの点灯時間を有するパルス点灯光源である。キセノンフラッシュランプは、約２００ｎｍ～１１００ｎｍの多波長の光を発することが可能である。
【0006】
キセノンフラッシュランプは短い点灯時間で大光量が得られるというメリットがあるが、パルスごとに光量にばらつきがある。キセノンフラッシュランプを使用してなんらかの測定を行う場合、パルスごとの光量のばらつきの影響を抑制するために、同一の測定箇所に複数回パルス光を照射して複数回の測定を行い、測定値を合算したり平均値を算出したりすることが行われることがある。しかし、ＣＭＰ装置の光学式表面監視システムの光源として、キセノンフラッシュランプを使用する場合、基板および光源が配置される研磨テーブルはいずれも回転しているので、基板の同一の測定箇所に複数回のパルス光を照射するのは困難である。また、基板の同一の測定箇所に複数回のパルス光を照射することが出来たとしても、複数回のパルス光を同一の測定箇所に照射する間に基板の研磨が進行してしまい、基板の表面の状態が変化してしまう。
【0007】
そこで、ＣＭＰ装置の光学式表面監視システムの光源として、発光ばらつきを抑制したい処理を行う場合は、光量が安定している常時点灯する連続発光光源（またはＣＷ光源:C
ontinuous Wave光源、連続波光源ともいう）を採用することが一つの方策となる。ＣＷ光源を使用する場合、基板上の所定の箇所の表面状態を測定するために、ＣＷ光の一部を切り出す必要がある。ＣＷ光の一部を切り出すためにシャッターが使用されるが、一般に、シャッターで切り出せる時間幅は、キセノンフラッシュランプの点灯時間よりも長くなる。
ontinuous Wave光源、連続波光源ともいう）を採用することが一つの方策となる。ＣＷ光源を使用する場合、基板上の所定の箇所の表面状態を測定するために、ＣＷ光の一部を切り出す必要がある。ＣＷ光の一部を切り出すためにシャッターが使用されるが、一般に、シャッターで切り出せる時間幅は、キセノンフラッシュランプの点灯時間よりも長くなる。
【0008】
ＣＭＰ装置においては、基板の研磨中は、光学式表面監視システムが配置される研磨テーブルは常に回転しているため、一定時間に露光される基板の領域は、研磨テーブルと基板の測定箇所の相対速度によって変化する。そのため、基板の測定箇所の相対速度によって基板の測定領域の面積が変わるため、基板表面の測定精度が変わってしまう。
【0009】
光学式表面監視システムにＣＷ光源およびシャッターを使用した場合、キセノンフラッシュランプのようなパルス光源を使用する場合よりも露光時間が長くなるので、上記のような基板と研磨テーブルとの間の相対速度の違いによる影響を受けやすい。
【0010】
そこで、本願は、光学式表面監視システムにおいて、上記のような基板と研磨テーブルとの間の相対速度の違いによる測定精度の影響を除去または緩和させることを１つの目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0011】
一実施形態によれば、基板研磨装置が提供され、かかる基板研磨装置は、研磨テーブルと、前記研磨テーブルを回転させるためのモータと、基板を保持するように構成されている基板保持ヘッドと、光源と、研磨テーブルの内部に配置されている光学ヘッドと、を有する。光学ヘッドは、前記ＣＷ光源からの光を基板保持ヘッドに保持された基板に向けて投光するように配置されている投光口と、前記基板保持ヘッドに保持された基板から反射された光を受光するように配置されている受光口と、を備える。基板研磨装置は、さらに、前記受光口で受光した光を検出するための光検出器と、前記光検出器に光が取り込まれる露光時間を制御するためのシャッターと、基板の研磨条件に基づいて前記露光時間を変更するように前記シャッターの動作を制御するための制御装置と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図3】図３は、研磨テーブルおよび基板保持ヘッドが停止している状態において、研磨テーブルと基板保持ヘッドに保持された基板との位置関係を模式的に示す図であり、ある一定の露光時間における基板上の測定領域（照射領域）を示す図である。
【図4】図４は、研磨テーブルが相対的に低速度で回転しており、基板保持ヘッドが停止している状態において、研磨テーブルと基板保持ヘッドに保持された基板との位置関係を模式的に示す図であり、ある一定の露光時間における基板Ｗ上の測定領域（照射領域）を示す図である。
【図5】図５は、研磨テーブルが相対的に高速度で回転しており、基板保持ヘッドが停止している状態において、研磨テーブルと基板保持ヘッドに保持された基板との位置関係を模式的に示す図であり、ある一定の露光時間における基板上の測定領域（照射領域）を示す図である。
【図6】図６は、研磨テーブルの半径方向に複数の光学センサヘッドが配置されていて、研磨テーブルが回転しており、基板保持ヘッドが停止している状態において、研磨テーブルと基板保持ヘッドに保持された基板との位置関係を模式的に示す図であり、ある一定の露光時間における基板Ｗ上の測定領域（測定領域）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下に、本発明に基板研磨装置の実施形態を添付図面とともに説明する。添付図面において、同一または類似の要素には同一または類似の参照符号が付され、各実施形態の説明において同一または類似の要素に関する重複する説明は省略することがある。また、各実施形態で示される特徴は、互いに矛盾しない限り他の実施形態にも適用可能である。
【0014】
図１は、基板研磨装置の一実施形態を示す模式図である。図１に示されるように、基板研磨装置は、研磨パッド２を支持する研磨テーブル３と、基板Ｗを保持するための基板保持ヘッド１と、研磨テーブル３を回転させるテーブルモータ６と、研磨パッド２上にスラリーを供給するためのスラリー供給ノズル５と、を備えている。
【0015】
基板保持ヘッド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とともに基板保持ヘッド１は矢印で示す方向に回転することが可能である。図１に示されるように、ヘッドシャフト１０は、アーム１３に取り付けられている。アーム１３は、支柱１５を中心として旋回可能に構成される。基板研磨装置は、アーム１３の回転角度を検出するロータリーエンコーダ１４を備えている。ロータリーエンコーダ１４は、アーム１３を旋回させる不図示のモータに連結されている。
【0016】
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。基板研磨装置は、研磨テーブル３の回転角度を検出するロータリーエンコーダ１１を備えている。ロータリーエンコーダ１１はテーブルモータ６に連結されている。
【0017】
基板Ｗは次のようにして研磨される。研磨テーブル３および基板保持ヘッド１を図１ の矢印で示す方向に回転させながら、スラリー供給ノズル５からスラリーが研磨テーブル３上の研磨パッド２の研磨面２ａに供給される。基板Ｗは基板保持ヘッド１によって回転されながら、研磨パッド２上にスラリーが存在した状態で基板Ｗは研磨パッド２の研磨面２ａに押し付けられる。さらに、基板の研磨中に、アーム１３を旋回させて、基板保持ヘッド１を研磨パッド２上で揺動させてもよい。基板Ｗの表面は、スラリーの化学的作用と、スラリーに含まれる砥粒による機械的作用により研磨される。
【0018】
基板研磨装置は、基板Ｗの表面状態を検出する光学的表面監視システム４０を備えている。光学的表面監視システム４０は、光学センサヘッド７と、ＣＷ光源４４と、分光器４７と、トリガセンサ２５と、制御装置９と、を備えている。光学センサヘッド７、ＣＷ光源４４、および分光器４７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および研磨パッド２とともに一体に回転する。光学センサヘッド７の位置は、研磨テーブル３および研磨パッド２が一回転するたびに研磨パッド２上の基板Ｗの表面を横切る位置である。他の実施形態において、ＣＷ光源４４に変えて、キセノンフラッシュランプのようなパルス光源を使用してもよい。
【0019】
図２は、図１に示される基板研磨装置の詳細な構成の一実施形態を示す断面図である。ヘッドシャフト１０は、ベルト等の連結手段１７を介して基板保持ヘッドモータ１８に連結されて回転されるようになっている。このヘッドシャフト１０の回転により、基板保持
ヘッド１が矢印で示す方向に回転する。
ヘッド１が矢印で示す方向に回転する。
【0020】
分光器４７は、光検出器４８を備えている。一実施形態では、光検出器４８は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳなどのイメージセンサである。光学センサヘッド７は、ＣＷ光源４４および光検出器４８に光学的に連結されている。ＣＷ光源４４および光検出器４８は制御装置９に電気的に接続されている。
【0021】
光学的表面監視システム４０は、ＣＷ光源４４から発せられた光を基板Ｗの表面に導く投光用光ファイバーケーブル３１と、基板Ｗからの反射光を受け、反射光を分光器４７に送る受光用光ファイバーケーブル３２とをさらに備えている。投光用光ファイバーケーブル３１の先端は、基板保持ヘッド１に保持された基板に向けて光を投光する投光口３１ａを構成する。受光用光ファイバーケーブル３２の先端は、基板保持ヘッド１に保持された基板から反射された光を受光する受光口３２ａを構成する。投光口３１ａおよび受光口３２ａは、基板保持ヘッド１に保持された基板の方を向くように、研磨テーブル３内に位置している。
【0022】
投光用光ファイバーケーブル３１の先端である投光口３１ａおよび受光用光ファイバーケーブル３２の先端である受光口３２ａは、光を基板Ｗの表面に導き、かつ基板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３１の他端はＣＷ光源４４に接続され、受光用光ファイバーケーブル３２の他端は分光器４７に接続されている。分光器４７は、基板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。
【0023】
ＣＷ光源４４から発された光は、投光用光ファイバーケーブル３１を通じて光学センサヘッド７に送られ、投光口３１ａから基板Ｗに向けて放たれる。基板Ｗからの反射光は受光口３２ａに受けられ、受光用光ファイバーケーブル３２を通じて分光器４７に送られる。分光器４７は反射光をその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。分光器４７は、反射光の強度の測定データを制御装置９に送る。
【0024】
制御装置９は、反射光の強度の測定データから反射光のスペクトルを生成する。このスペクトルは、反射光の強度と波長との関係を示し、スペクトルの形状は基板Ｗの膜厚に従って変化する。制御装置９は、反射光のスペクトルから基板Ｗの膜厚を決定する。反射光のスペクトルから基板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、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。
【0025】
基板の研磨中、光学センサヘッド７は、研磨テーブル３が一回転するたびに、研磨パッド２上の基板Ｗの表面を横切りながら、基板Ｗ上の測定点に光を照射し、基板Ｗからの反射光を受ける。制御装置９は、反射光の強度の測定データから基板Ｗの膜厚を決定し、膜厚に基づいて基板Ｗの研磨動作を制御する。例えば、制御装置９は、基板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。
【0026】
一実施形態として、制御装置９は、入出力装置、演算装置、記憶装置などを備える一般的なコンピュータから構成することができる。なお、制御装置９は、研磨テーブル３の内部に配置し、研磨テーブル３とともに回転するものとしてもよく、また、研磨テーブル３の外部に配置し、研磨テーブル３とともに回転しないものとしてもよい。
【0027】
一実施形態において、基板研磨装置はオペレーションＰＣ２９を備える。オペレーションＰＣは研磨装置のユーザーインターフェースを構成し、ユーザーが研磨テーブル３の回転速度などの研磨条件などを指定することができる。オペレーションＰＣ２９は、入出力
装置、演算装置、記憶装置などを備える一般的なコンピュータから構成することができる。制御装置９およびオペレーションＰＣ２９の機能は互いに交換可能であり、基板研磨装置内における動作の制御や、計算処理は、制御装置９およびオペレーションＰＣ２９のいずれで行ってもよい。
装置、演算装置、記憶装置などを備える一般的なコンピュータから構成することができる。制御装置９およびオペレーションＰＣ２９の機能は互いに交換可能であり、基板研磨装置内における動作の制御や、計算処理は、制御装置９およびオペレーションＰＣ２９のいずれで行ってもよい。
【0028】
一実施形態では、制御装置９は、反射光のスペクトルの変化から基板Ｗの表面を構成する膜が除去された状態を検出してもよい。この場合は、制御装置９は、基板Ｗの表面を構成する膜が除去された時点である研磨終点を決定する。制御装置９は、反射光のスペクトルから基板Ｗの膜厚を決定しなくてもよい。
【0029】
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には、これら孔５０Ａ，５０Ｂに対応する位置に通孔５１が形成されている。孔５０Ａ，５０Ｂと通孔５１とは連通し、通孔５１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５３に連結されており、第２の孔５０Ｂはドレインライン５４に連結されている。投光用光ファイバーケーブル３１の先端および受光用光ファイバーケーブル３２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５１の下方に位置している。
【0030】
一実施形態において、ＣＷ光源４４として、ハロゲン光源、プラズマ光源、重水素光源などを使用することができる。投光用光ファイバーケーブル３１は、ＣＷ光源４４によって発せられた光を基板Ｗの表面まで導く光伝送部である。投光口３１ａおよび受光口３２ａは、第１の孔５０Ａ内に位置しており、基板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３１および受光用光ファイバーケーブル３２の各先端である投光口３１ａおよび受光口３２ａから構成される光学センサヘッド７は、基板保持ヘッド１に保持された基板Ｗを向いて配置される。研磨テーブル３が回転するたびに基板Ｗ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のみが設けられているが、複数の光学センサヘッド７が設けられてもよい。
【0031】
基板Ｗの研磨中、研磨テーブル３が一回転するたびに、光学センサヘッド７は基板Ｗを横切って移動する。光学センサヘッド７が基板Ｗの下方にある間、ＣＷ光源４４は、常時、光を発している。光は、投光用光ファイバーケーブル３１を通って基板Ｗの表面（被研磨面）に導かれ、基板Ｗからの反射光は受光用光ファイバーケーブル３２を通って分光器４７に受けられ、光検出器４８に取り込まれる。光検出器４８は、各波長での反射光の強度を所定の波長範囲に亘って測定し、得られた測定データを制御装置９に送る。この測定データは、基板Ｗの膜厚に従って変化する膜厚信号である。制御装置９は、波長ごとの光の強度を表わす反射光のスペクトルを測定データから生成し、さらに反射光のスペクトルから基板Ｗの膜厚を決定する。
【0032】
基板Ｗの研磨中は、リンス液として純水が液体供給ライン５３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５１に供給される。純水は、基板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５４を通じて排出される。第１の孔５０Ａおよび通孔５１内を流れる純水は、スラリーが第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。
【0033】
液体供給ライン５３およびドレインライン５４は、ロータリージョイント１９に接続されており、さらに研磨テーブル３内を延びている。液体供給ライン５３の一端は、第１の孔５０Ａに接続されている。液体供給ライン５３の他端は、図示しない純水供給源に接続されている。純水は、液体供給ライン５３を通って第１の孔５０Ａに供給され、さらに第１の孔５０Ａを通って通孔５１に供給される。
【0034】
液体供給ライン５３およびドレインライン５４は、ロータリージョイント１９に接続されており、さらに研磨テーブル３内を延びている。液体供給ライン５３の一端は、第１ の孔５０Ａに接続されている。液体供給ライン５３の他端は、図示しない純水供給源に接続されている。純水は、液体供給ライン５３を通って第１の孔５０Ａに供給され、さらに第１の孔５０Ａを通って通孔５１に供給される。
【0035】
ドレインライン５４の一端は、第２の孔５０Ｂに接続されている。通孔５１に供給された純水は、第２の孔５０Ｂを流れ、さらにドレインライン５４を通って基板研磨装置の外に排出される。液体供給ライン５３には開閉弁６８が取り付けられている。開閉弁６８は、電磁弁または電動弁である。開閉弁６８は、制御装置９に電気的に接続されている。制御装置９は、基板Ｗの研磨中、研磨テーブル３の回転に同期して開閉弁６８を周期的に開閉する。具体的には、基板Ｗが通孔５１の上にないときは、制御装置９は開閉弁６８を閉じ、基板Ｗが通孔５１の上にあるときは、制御装置９は開閉弁６８を開く。
【0036】
上述の実施形態においては、基板Ｗの表面（被研磨面）と光学センサヘッド７との間の空間を純粋で満たす、いわゆる水封式の例である。他の実施形態として、水封式により光学センサヘッド７の光路を確保するのではなく、透明窓を有する研磨パッドを研磨テーブルに貼り付ける形態でもよい。透明窓を用いる方式については、たとえば、特開２０１７－２２０６８３号公報（特許文献２）に開示されている。
【0037】
ロータリーエンコーダ１１、１４は制御装置９に電気的に接続されており、ロータリーエンコーダ１１、１４の出力信号（すなわち、研磨テーブル３の回転角度の検出値、基板保持ヘッド１の位置）は、制御装置９に送られる。制御装置９は、ロータリーエンコーダ１１、１４の出力信号、すなわち研磨テーブル３の回転角度および基板保持ヘッド１の位置から、基板保持ヘッド１に対する光学センサヘッド７の相対位置を決定し、光学センサヘッド７の相対位置に基づいて、光検出器４８の光検出タイミングを制御することができる。また、制御装置９は、後述するように、ロータリーエンコーダ１１から得られる研磨テーブル３の回転速度に基づいて露光時間を制御することができる。
【0038】
図１，２に示されるように、基板研磨装置は、トリガセンサ２５を備える。トリガセンサ２５は、図２に示されるように、研磨テーブル３に取り付けられていて、研磨テーブル３とともに回転可能である。また、図２に示されるように、基板研磨装置は、研磨テーブル３の外側にドグ２７が配置されている。トリガセンサ２５は、研磨テーブル３が１回転するたびにドグ２７を検知し、トリガ信号を生成するように構成されている。トリガ信号は制御装置９に送られる。一実施形態において、トリガセンサ２５から生成されるトリガ信号に基づいて、光検出器４８の光検出タイミングを制御することができる。
【0039】
制御装置９は、基板Ｗの研磨中、光検出器４８に指令を発して光検出器４８の光検出動作を制御する。すなわち、制御装置９は、光学センサヘッド７が基板Ｗの下方にあるときに、光検出トリガ信号を光検出器４８に送信する。光検出器４８は、光検出トリガ信号を受けると、反射光の取り込みを開始し、光検出トリガ信号の送信が停止されると、反射光の取り込みを停止する。
【0040】
本明細書では、光検出器４８が反射光を取り込む動作の１回当たりの時間を、露光時間という。露光時間の間は、光検出器４８は反射光を取り込み続ける（反射光を検出し続ける）。光検出器４８は、電子シャッター機能を有している。すなわち、光検出器４８は、光検出トリガ信号を受けると、電子シャッターが開き、光検出トリガ信号の送信が停止されると、電子シャッターが閉じる。電子シャッターが開いた時点から、電子シャッターが閉じた時点までの時間が、露光時間である。本実施形態においは、シャッターは、光検出
器４８が備える電子シャッター機能であるが、他の実施形態として、シャッターは、光検出器４８または分光器４７の前方に配置された機械的なシャッターとしてもよい。また、一実施形態として、機械的なシャッターと電子シャッター機能の両方を使用してもよい。機械式シャッターを使用する場合でも、制御装置９により動作を制御するように構成することができる。機械式シャッターを使用する場合においても、光検出器４８が反射光を受け、反射光と取り込む間が露光時間となる。露光時間は、シャッターが開いている開時間とも言える。
器４８が備える電子シャッター機能であるが、他の実施形態として、シャッターは、光検出器４８または分光器４７の前方に配置された機械的なシャッターとしてもよい。また、一実施形態として、機械的なシャッターと電子シャッター機能の両方を使用してもよい。機械式シャッターを使用する場合でも、制御装置９により動作を制御するように構成することができる。機械式シャッターを使用する場合においても、光検出器４８が反射光を受け、反射光と取り込む間が露光時間となる。露光時間は、シャッターが開いている開時間とも言える。
【0041】
以下に、一実施形態による、露光時間の制御について説明する。図３は、研磨テーブル３および基板保持ヘッド１が停止している状態において、研磨テーブル３と基板保持ヘッド１に保持された基板Ｗとの位置関係を模式的に示す図であり、ある一定の露光時間における基板Ｗ上の測定領域１００（照射領域）が示されている。前述したように、研磨テーブル３には、光学センサヘッド７が配置されていて、投光用光ファイバーケーブル３１の投光口３１ａから基板Ｗに向けて光が照射されている。図３に示されるように、研磨テーブル３および基板保持ヘッド１が停止している状態において、投光口３１ａから照射される基板Ｗ上の測定領域１００は最小となり一定である。
【0042】
図４は、研磨テーブル３が相対的に低速度で回転しており、基板保持ヘッド１が停止している状態において、研磨テーブル３と基板保持ヘッド１に保持された基板Ｗとの位置関係を模式的に示す図であり、ある一定の露光時間における基板Ｗ上の測定領域１００（照射領域）が示されている。図４に示される条件において、研磨テーブル３が回転しているので、光学センサヘッド７も回転し、一定の露光時間の間に照射光は基板Ｗ上を移動するため、測定領域１００が図３の場合よりも大きくなる。
【0043】
図５は、研磨テーブル３が相対的に高速度で回転しており、基板保持ヘッド１が停止している状態において、研磨テーブル３と基板保持ヘッド１に保持された基板Ｗとの位置関係を模式的に示す図であり、ある一定の露光時間における基板Ｗ上の測定領域１００（照射領域）が示されている。図５に示される条件において、研磨テーブル３が高速度で回転しているので、測定領域１００が図４の場合よりもさらに大きくなる。
【0044】
以上のように、露光時間が一定である場合、研磨テーブル３の回転速度によって測定領域１００の面積が変化する。そのため、光学的表面監視システム４０における基板Ｗの表面状態の測定精度が研磨テーブル３の回転速度によって影響を受ける。
【0045】
そこで、一実施形態において、制御装置９は、研磨テーブル３の回転速度によらず実質的に一定の面積の測定領域１００となるように、研磨テーブル３の回転速度に応じて露光時間を変更する。なお、測定領域の面積は完全に一定にならなくてもよく、露光時間が一定である場合の測定領域の面積の変動が小さくなるように露光時間を変更すればよい。
【0046】
一実施形態において、まず、基準となる研磨テーブル３の回転速度（TTstd）における、基準露光時間（ExpTstd）を定義する。露光時間内における光学センサヘッド７の移動距離は、研磨テーブル３の回転速度に比例する。そのため、測定領域１００の面積は、露光時間内における光学センサヘッド７の移動距離、すなわち、研磨テーブル３の回転速度に比例する。研磨テーブル３が任意の回転速度（TT）で回転しているときに、研磨テーブル３が基準回転速度（TTstd）で回転しているときと光学センサヘッド７の移動距離が同一となる露光時間（ExpT(TT)）は、
ExpT(TT) = ExpTstd × (TTstd/TT)
となる。換言すれば、研磨テーブル３の回転速度を用いて基準露光時間を補正していると言える。
ExpT(TT) = ExpTstd × (TTstd/TT)
となる。換言すれば、研磨テーブル３の回転速度を用いて基準露光時間を補正していると言える。
【0047】
基板Ｗを研磨するときの研磨テーブル３の回転速度(TT)は、基板研磨装置のユーザーにより決定されたものを使用することができる。図２に示されるように、基板研磨装置はオペレーションＰＣ２９を備える。オペレーションＰＣは研磨装置のユーザーインターフェースを構成し、ユーザーが研磨テーブル３の回転速度（TT）などの研磨条件などを指定することができる。また、一実施形態において、基板研磨装置はロータリーエンコーダ１１を備えているので、研磨中における研磨テーブル３の回転速度を測定することができるので、測定された研磨テーブル３の回転速度を利用することもできる。また、一実施形態において、トリガセンサ２５がトリガ信号を発するタイミングから研磨テーブル３の回転速度を測定してもよい。なお、本明細書において、研磨条件はユーザーが指定した条件だけでなく、実際に基板研磨装置において実現されている条件も含む。たとえば、研磨条件は、ユーザーが指定した研磨テーブル３の回転速度（TT）だけでなく、基板研磨装置において測定された研磨テーブル３の回転速度も含む。
【0048】
図６は、研磨テーブル３の半径方向に複数の光学センサヘッド７が配置されていて、研磨テーブル３が回転しており、基板保持ヘッド１が停止している状態において、研磨テーブル３と基板保持ヘッド１に保持された基板Ｗとの位置関係を模式的に示す図であり、ある一定の露光時間における基板Ｗ上の測定領域１００（測定領域）が示されている。
【0049】
図６に示されるように、研磨テーブル３が一定の回転速度であったとしても、光学センサヘッド７の半径方向位置によって、露光時間内における光学センサヘッド７の移動距離が変わる。そこで、一実施形態において、光学センサヘッド７の半径方向位置に応じて露光時間を変更する。
【0050】
研磨テーブル３の一定の回転速度において、光学センサヘッド７の移動距離は、半径方向位置に比例する。そこで、光学センサヘッド７がいずれの半径方向位置であったとしても、同一の移動距離となるように露光時間を決定する。基準となる光学センサヘッド７の位置（r0）に対する基準露光時間（ExpTstd）に対して、任意の半径方向位置（r）に配置された光学センサヘッド７による測定の露光時間（ExpT(r)）は、
ExpT(r) = ExpTstd × (r0/r)
となる。換言すれば、光学センサヘッド７の半径方向位置を用いて基準露光時間を補正していると言える。
ExpT(r) = ExpTstd × (r0/r)
となる。換言すれば、光学センサヘッド７の半径方向位置を用いて基準露光時間を補正していると言える。
【0051】
図６は、基板研磨装置が複数の光学センサヘッド７を備える場合の例であるが、１つの光学センサヘッド７が半径方向に移動可能である場合も、同様に露光時間の補正が可能である。
【0052】
一実施形態において、上述の研磨テーブル３の回転速度による露光時間の補正、および。研磨テーブル３の半径方向位置による露光時間の補正のうち、一方だけを採用してもよく、両者を採用してもよい。
【0053】
上記の露光時間の補正は、研磨中に基板保持ヘッド１が回転していない場合、あるいは、基板保持ヘッド１が回転していたとしても考慮しない場合であるが、一実施形態において、基板保持ヘッド１の回転を考慮して露光時間を補正してもよい。
【0054】
図７は、研磨テーブル３および基板保持ヘッド１が回転している状態において、研磨テーブル３と基板保持ヘッド１に保持された基板Ｗとの位置関係を模式的に示す図であり、ある一定の露光時間における基板Ｗ上の測定領域１００（照射領域）が示されている。図７に示される条件において、研磨テーブル３だけでなく基板保持ヘッド１も回転しているので、基板Ｗ上における光学センサヘッド７の半径方向位置によって測定領域１００の大きさが変化することになる。そこで、一実施形態において、研磨テーブル３および基板保
持ヘッド１が回転している状態においても、一定の測定領域１００の大きさとなるように露光時間の補正を行う。
持ヘッド１が回転している状態においても、一定の測定領域１００の大きさとなるように露光時間の補正を行う。
【0055】
回転する研磨テーブル３に配置された光学センサヘッド７の位置は、基板研磨装置の設計情報、研磨テーブル３の回転速度、およびトリガセンサ２５が反応してからの時間で決定することができる。基板Ｗの中心は基板保持ヘッド１の回転中心に等しく、設計情報により決定される値である。光学センサヘッド７により測定される基板Ｗ上の半径方向位置は、光学センサヘッド７の研磨テーブル３の半径方向位置、および基板保持ヘッド１の中心からの距離から求めることができる。任意の光学センサヘッド７の、ある露光時間における基板Ｗ上での移動距離Lは、研磨テーブル３の回転による移動距離成分Ltt(x1,y1)と基板保持ヘッド１の回転による移動距離成分Ltr(x2,y2)による合成により、
となる。
【数1】
【0056】
基準となる研磨テーブル３の回転速度（TTstd）における測定領域１００の移動距離をL0とすると、任意の基板Ｗ上での半径位置rにおける露光時間ExpT(r)は
ExpT(r) = ExpTstd × (L/L0)
として決定することができる。
ExpT(r) = ExpTstd × (L/L0)
として決定することができる。
【0057】
上述したように、一実施形態において、基板の研磨中に、アーム１３を旋回させて、基板保持ヘッド１を研磨パッド２上で揺動させてもよい。図８は、研磨テーブル３が回転しており、基板保持ヘッド１が揺動しながら回転している状態において、研磨テーブル３と基板保持ヘッド１に保持された基板Ｗとの位置関係を模式的に示す図であり、ある一定の露光時間における基板Ｗ上の測定領域１００（照射領域）が示されている。基板の研磨中に基板保持ヘッド１を研磨パッド２上で揺動させる場合、基板Ｗの中心が露光時間の間に移動することになる。そこで、アーム１３による、基板保持ヘッド１の揺動を考慮して、露光時間を補正するようにしてもよい。なお、アーム１３による、基板保持ヘッド１の揺動速度は、制御装置９により制御することができる。
【0058】
基板保持ヘッド１を揺動させる場合、研磨テーブル３の回転方向と基板保持ヘッド１の揺動方向の関係で測定領域１００が変化することになる。基板保持ヘッド１の揺動方向が研磨テーブル３の回転方向と同一方向の場合、露光時間中における光学センサヘッド７の相対的な移動距離が減少し、測定領域１００が小さくなるので、露光時間が長くなるように補正する。逆に、基板保持ヘッド１の揺動方向が研磨テーブル３の回転方向と逆方向の場合、露光時間中における光学センサヘッド７の相対的な移動距離が大きくなり、測定領域１００が大きくなるので、露光時間が短くなるように補正する。
【0059】
上述のように、本開示によれば、光学的表面監視システムを用いて基板の表面状態を監視する場合において、露光時間中における光の照射領域の移動を考慮して、測定領域１００が一定になるように露光時間を補正することができる。そのため、測定領域１００の面積が変化することにより測定精度の影響を除去ないし緩和することができる。特に、光学的表面監視システムの光源として露光時間が長くなりやすいＣＷ光源を使用する場合により有効である。
【0060】
なお、上述の実施形態の説明においては、測定領域１００が一定の面積となるように露光時間を補正するものとして説明しているが、補正により測定領域１００が完全に一定の面積とならなくともよい。全く補正しない場合に比べて、各種の研磨条件における測定領域１００の面積の変化が小さくなるように補正すれば、測定領域１００の面積が変化する
ことにより測定精度の影響を緩和することができるからである。
ことにより測定精度の影響を緩和することができるからである。
【0061】
以上、いくつかの本発明の実施形態について説明してきたが、上記した発明の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。
【0062】
上述の実施形態から少なくとも以下の技術的思想が把握される。
［形態１］形態１によれば、基板研磨装置が提供され、かかる基板研磨装置は、研磨テーブルと、前記研磨テーブルを回転させるためのモータと、基板を保持するように構成されている基板保持ヘッドと、光源と、研磨テーブルの内部に配置されている光学ヘッドであって、前記ＣＷ光源からの光を基板保持ヘッドに保持された基板に向けて投光するように配置されている投光口と、前記基板保持ヘッドに保持された基板から反射された光を受光するように配置されている受光口と、を備える、光学ヘッドと、前記受光口で受光した光を検出するための光検出器と、前記光検出器に光が取り込まれる露光時間を制御するためのシャッターと、基板の研磨条件に基づいて前記露光時間を変更するように前記シャッターの動作を制御するための制御装置と、を有する。
［形態１］形態１によれば、基板研磨装置が提供され、かかる基板研磨装置は、研磨テーブルと、前記研磨テーブルを回転させるためのモータと、基板を保持するように構成されている基板保持ヘッドと、光源と、研磨テーブルの内部に配置されている光学ヘッドであって、前記ＣＷ光源からの光を基板保持ヘッドに保持された基板に向けて投光するように配置されている投光口と、前記基板保持ヘッドに保持された基板から反射された光を受光するように配置されている受光口と、を備える、光学ヘッドと、前記受光口で受光した光を検出するための光検出器と、前記光検出器に光が取り込まれる露光時間を制御するためのシャッターと、基板の研磨条件に基づいて前記露光時間を変更するように前記シャッターの動作を制御するための制御装置と、を有する。
【0063】
［形態２］形態２によれば、形態１による基板研磨装置において、前記制御装置は、前記投光口から基板上に投光された光により基板が照射される面積が実質的に一定となるように前記露光時間を決定する。
【0064】
［形態３］形態３によれば、形態１または形態２による基板研磨装置において、前記露光時間は、前記研磨テーブルの回転速度に基づいて決定される。
【0065】
［形態４］形態４によれば、形態１から形態３のいずれか１つの形態による基板研磨装置において、前記露光時間は、前記研磨テーブルの回転中心から前記光学ヘッドまでの距離に基づいて決定される。
【0066】
［形態５］形態５によれば、形態１から形態４のいずれか１つの形態による基板研磨装置において、前記基板保持ヘッドを回転させるための第２モータを有し、前記露光時間は、前記基板保持ヘッドの回転速度に基づいて決定される。
【0067】
［形態６］形態６によれば、形態１から形態５のいずれか１つの形態による基板研磨装置において、前記基板保持ヘッドを、前記研磨テーブルの平面に平行な方向に移動させるためのアームを有し、前記露光時間は、前記基板保持ヘッドの前記アームによる平行移動速度に基づいて決定される。
【0068】
［形態７］形態７によれば、形態１による基板研磨装置において、前記基板保持ヘッドを回転させるための第２モータと、前記基板保持ヘッドを、前記研磨テーブルの平面に平行な方向に移動させるための平行移動機構と、を有し、前記露光時間は、（１）前記研磨テーブルの回転速度、（２）前記研磨テーブルの回転中心から前記光学ヘッドまでの距離、（３）前記基板保持ヘッドの回転速度、および、（４）前記基板保持ヘッドの、前記アームによる平行移動速度、に基づいて決定される。
【0069】
［形態８］形態８によれば、形態１から形態７のいずれか１つの形態による基板研磨装置において、前記光源は、連続発光光源である。
【符号の説明】
【0070】
１…基板保持ヘッド
２…研磨パッド
３…研磨テーブル
５…スラリー供給ノズル
７…光学センサヘッド
９…制御装置
１１…ロータリーエンコーダ
１３…アーム
１４…ロータリーエンコーダ
１５…支柱
２５…トリガセンサ
４０…光学的表面監視システム
４４…ＣＷ光源
４７…分光器
４８…光検出器
１００…測定領域
３１ａ…投光口
３２ａ…受光口
Ｗ…基板
２…研磨パッド
３…研磨テーブル
５…スラリー供給ノズル
７…光学センサヘッド
９…制御装置
１１…ロータリーエンコーダ
１３…アーム
１４…ロータリーエンコーダ
１５…支柱
２５…トリガセンサ
４０…光学的表面監視システム
４４…ＣＷ光源
４７…分光器
４８…光検出器
１００…測定領域
３１ａ…投光口
３２ａ…受光口
Ｗ…基板
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】