特許 7221736 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-02-06

(45)【発行日】2023-02-14

(54)【発明の名称】研磨方法および研磨装置

(51)【国際特許分類】

   B24B 37/013 20120101AFI20230207BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20230207BHJP

   B24B 49/12 20060101ALI20230207BHJP

   G01B 11/06 20060101ALI20230207BHJP

【ＦＩ】

B24B37/013

H01L21/304 622S

B24B49/12

G01B11/06 Z

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2019038173

(22)【出願日】2019-03-04

(65)【公開番号】P2020142303

(43)【公開日】2020-09-10

【審査請求日】2021-11-29

(73)【特許権者】

【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

(72)【発明者】

【氏名】金馬 利文

【審査官】大光 太朗

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－０２８５５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０９９７７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２４Ｂ ３７／０１３

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｂ２４Ｂ ４９／１２

Ｇ０１Ｂ １１／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を研磨するための研磨方法であって、
光検出器およびフラッシュ光源に光学的に連結された光学センサヘッドとともに研磨テーブルを回転させ、
前記光学センサヘッドを基板を横切って移動させながら、前記基板を前記研磨テーブル上の研磨パッドに押し付けて前記基板を研磨し、
前記光学センサヘッドが前記基板を横切って移動する間に、前記光検出器の第１の露光時間内に前記フラッシュ光源を複数回発光させて、光を前記光学センサヘッドを通じて前記基板に導き、かつ前記基板からの反射光を前記光学センサヘッドを通じて前記光検出器に取り込み、さらに前記光検出器の第２の露光時間内に前記フラッシュ光源を複数回発光させて、光を前記光学センサヘッドを通じて前記基板に導き、かつ前記基板からの反射光を前記光学センサヘッドを通じて前記光検出器に取り込み、
前記反射光のスペクトルを生成し、
前記スペクトルから前記基板の表面状態を検出する、研磨方法。

【請求項2】

前記第１の露光時間内に前記フラッシュ光源が発光する回数は、前記第２の露光時間内に前記フラッシュ光源が発光する回数と同じである、請求項１に記載の研磨方法。

【請求項3】

前記第２の露光時間は、前記第１の露光時間よりも長い、請求項１または２に記載の研磨方法。

【請求項4】

前記第１の露光時間は、前記光学センサヘッドが前記基板のエッジ部を横切って移動しているときの露光時間である、請求項３に記載の研磨方法。

【請求項5】

前記第２の露光時間は、前記光学センサヘッドが前記基板の中心部を横切って移動しているときの露光時間である、請求項３または４に記載の研磨方法。

【請求項6】

基板を研磨するための研磨装置であって、
研磨パッドを支持するための研磨テーブルと、
前記研磨テーブルを回転させるテーブルモータと、
前記研磨テーブル内に設置された光学センサヘッドと、
前記光学センサヘッドに光学的に連結されたフラッシュ光源および光検出器と、
基板を前記研磨パッドに押し付けて該基板を研磨するための研磨ヘッドと、
前記フラッシュ光源および前記光検出器の動作を制御する動作制御部を備え、
前記動作制御部は、
前記光学センサヘッドが前記基板を横切って移動する間に、前記フラッシュ光源に指令を発して、前記光検出器の第１の露光時間内に複数回発光させ、かつ前記光検出器に指令を発して前記基板からの反射光を前記光学センサヘッドを通じて前記光検出器に取り込ませ、さらに前記フラッシュ光源に指令を発して、前記光検出器の第２の露光時間内に複数回発光させ、かつ前記光検出器に指令を発して前記基板からの反射光を前記光学センサヘッドを通じて前記光検出器に取り込ませ、
前記反射光のスペクトルを生成し、
前記スペクトルから前記基板の表面状態を検出するように構成されている、研磨装置。

【請求項7】

前記第１の露光時間内に前記フラッシュ光源が発光する回数は、前記第２の露光時間内に前記フラッシュ光源が発光する回数と同じである、請求項６に記載の研磨装置。

【請求項8】

前記第２の露光時間は、前記第１の露光時間よりも長い、請求項６または７に記載の研磨装置。

【請求項9】

前記第１の露光時間は、前記光学センサヘッドが前記基板のエッジ部を横切って移動しているときの露光時間である、請求項８に記載の研磨装置。

【請求項10】

前記第２の露光時間は、前記光学センサヘッドが前記基板の中心部を横切って移動しているときの露光時間である、請求項８または９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、ウェーハなどの基板を研磨する研磨方法および研磨装置に関し、特に光学式表面監視システムで基板の膜厚を測定しながら、基板を研磨する研磨方法および研磨装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスの製造プロセスには、ＳｉＯ_２などの絶縁膜を研磨する工程や、銅、タングステンなどの金属膜を研磨する工程などの様々な工程が含まれる。ウェーハの研磨は研磨装置を使用して行われる。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、ウェーハを研磨パットに押し付ける研磨ヘッドと、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、研磨ヘッドは、ウェーハを研磨パットに押し付ける。ウェーハは、スラリーの存在下で研磨パッドと摺接される。ウェーハの表面は、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】

ウェーハの研磨は、その表面を構成する膜（絶縁膜、金属膜、シリコン層など）の厚さが所定の目標値に達したときに終了される。研磨装置は、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、一般に、光学式表面監視システムを備える。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ウェーハの表面に導き、ウェーハからの反射光の強度を分光器で測定し、反射光のスペクトルを解析することで、ウェーハの表面状態を検出（例えば、ウェーハの膜厚を測定、またはウェーハ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（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００９－２３３８５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

最近では、光源には、キセノンフラッシュランプが使用される傾向がある。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。図５は、キセノンフラッシュランプの光の強度と波長の関係を示すスペクトルを示す図である。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】

しかしながら、図５に示すように、２００ｎｍ～２５０ｎｍの波長範囲での光の強度は低い。このため、光学式表面監視システムは、短波長の光を利用した膜厚の測定を有効に行うことが難しい。

【0007】

そこで、本発明は、キセノンフラッシュランプなどのフラッシュ光源の光の強度を補強して、ウェーハなどの基板の膜厚を正確に測定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、基板を研磨するための研磨方法であって、光検出器およびフラッシュ光源に光学的に連結された光学センサヘッドとともに研磨テーブルを回転させ、前記光学センサヘッドを基板を横切って移動させながら、前記基板を前記研磨テーブル上の研磨パッドに押し付けて前記基板を研磨し、前記光学センサヘッドが前記基板を横切って移動する間に、前記光検出器の第１の露光時間内に前記フラッシュ光源を複数回発光させて、光を前記光学センサヘッドを通じて前記基板に導き、かつ前記基板からの反射光を前記光学センサヘッドを通じて前記光検出器に取り込み、さらに前記光検出器の第２の露光時間内に前記フラッシュ光源を複数回発光させて、光を前記光学センサヘッドを通じて前記基板に導き、かつ前記基板からの反射光を前記光学センサヘッドを通じて前記光検出器に取り込み、前記反射光のスペクトルを生成し、前記スペクトルから前記基板の表面状態を検出する、研磨方法が提供される。

【0009】

一態様では、前記第１の露光時間内に前記フラッシュ光源が発光する回数は、前記第２の露光時間内に前記フラッシュ光源が発光する回数と同じである。
一態様では、前記第２の露光時間は、前記第１の露光時間よりも長い。
一態様では、前記第１の露光時間は、前記光学センサヘッドが前記基板のエッジ部を横切って移動しているときの露光時間である。
一態様では、前記第２の露光時間は、前記光学センサヘッドが前記基板の中心部を横切って移動しているときの露光時間である。

【0010】

一態様では、基板を研磨するための研磨装置であって、研磨パッドを支持するための研磨テーブルと、前記研磨テーブルを回転させるテーブルモータと、前記研磨テーブル内に設置された光学センサヘッドと、前記光学センサヘッドに光学的に連結されたフラッシュ光源および光検出器と、基板を前記研磨パッドに押し付けて該基板を研磨するための研磨ヘッドと、前記フラッシュ光源および前記光検出器の動作を制御する動作制御部を備え、前記動作制御部は、前記光学センサヘッドが前記基板を横切って移動する間に、前記フラッシュ光源に指令を発して、前記光検出器の第１の露光時間内に複数回発光させ、かつ前記光検出器に指令を発して前記基板からの反射光を前記光学センサヘッドを通じて前記光検出器に取り込ませ、さらに前記フラッシュ光源に指令を発して、前記光検出器の第２の露光時間内に複数回発光させ、かつ前記光検出器に指令を発して前記基板からの反射光を前記光学センサヘッドを通じて前記光検出器に取り込ませ、前記反射光のスペクトルを生成し、前記スペクトルから前記基板の表面状態を検出す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、前記第１の露光時間内に前記フラッシュ光源が発光する回数は、前記第２の露光時間内に前記フラッシュ光源が発光する回数と同じである。
一態様では、前記第２の露光時間は、前記第１の露光時間よりも長い。
一態様では、前記第１の露光時間は、前記光学センサヘッドが前記基板のエッジ部を横切って移動しているときの露光時間である。
一態様では、前記第２の露光時間は、前記光学センサヘッドが前記基板の中心部を横切って移動しているときの露光時間である。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、光検出器の各露光時間内にフラッシュ光源が複数回発光する。したがって、光検出器は、１つの露光時間内に基板からの反射光を複数回取り込む。反射光の強度は光検出器内で重畳され、各露光時間内での反射光の強度が増加する。本発明によれば、フラッシュ光源の光の強度が低い波長範囲内での反射光の強度が補強され、結果として、膜厚の正確な測定が達成できる。

【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】図１に示す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。

【図3】フラッシュ光源の発光タイミングと、光検出器の光検出タイミングの一実施形態を示す図である。

【図4】フラッシュ光源の発光タイミングと、光検出器の光検出タイミングの他の実施形態を示す図である。

【図5】キセノンフラッシュランプの光の強度と波長の関係を示すスペクトルを示す図である。

【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、基板の一例であるウェーハ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、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を備えている。

【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とともに研磨ヘッド１は矢印で示す方向に回転する。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。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。

【0016】

ウェーハ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、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。ウェーハ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上にスラリーが存在した状態でウェーハＷは研磨パッド２の研磨面２ａに押し付けられる。ウェーハ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。

【0017】

研磨装置は、ウェーハ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、フラッシュ光源４４と、分光器４７と、動作制御部９を備えている。光学センサヘッド７、フラッシュ光源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上のウェーハＷの表面を横切る位置である。

【0018】

図２は、図１に示す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を介して研磨ヘッドモータ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、研磨ヘッド１が矢印で示す方向に回転する。

【0019】

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、フラッシュ光源４４および光検出器４８に光学的に連結されている。光検出器４８は動作制御部９に電気的に接続されている。

【0020】

光学的表面監視システム４０は、フラッシュ光源４４から発せられた光をウェーハＷの表面に導く投光用光ファイバーケーブル３１と、ウェーハ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の先端および受光用光ファイバーケーブル３２の先端は、研磨テーブル３内に位置している。

【0021】

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の先端は、光をウェーハＷの表面に導き、かつウェーハ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の他端はフラッシュ光源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、ウェーハ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。

【0022】

フラッシュ光源４４は、光を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に送り、光学センサヘッド７は光をウェーハＷに向けて放つ。ウェーハＷからの反射光は光学センサヘッド７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動作制御部９に送る。

【0023】

動作制御部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ウェーハＷの膜厚に従って変化する。動作制御部９は、反射光のスペクトルからウェーハＷの膜厚を決定する。反射光のスペクトルからウェーハ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。

【0024】

ウェーハＷ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上のウェーハＷの表面を横切りながら、ウェーハＷ上の複数の測定点に光を照射し、ウェーハＷからの反射光を受ける。動作制御部９は、反射光の強度の測定データからウェーハＷの膜厚を決定し、膜厚に基づいてウェーハＷの研磨動作を制御する。例えば、動作制御部９は、ウェーハ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。

【0025】

一実施形態では、動作制御部９は、反射光のスペクトルの変化からウェーハ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、動作制御部９は、ウェーハ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。動作制御部９は、反射光のスペクトルからウェーハＷの膜厚を決定しなくてもよい。

【0026】

研磨テーブル３に、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。

【0027】

本実施形態では、フラッシュ光源４４として、キセノンフラッシュランプが使用されている。投光用光ファイバーケーブル３１は、フラッシュ光源４４によって発せられた光をウェーハ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３１および受光用光ファイバーケーブル３２の先端は、第１の孔５０Ａ内に位置しており、ウェーハ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に保持されたウェーハＷを向いて配置される。研磨テーブル３が回転するたびにウェーハＷの複数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。

【0028】

ウェーハ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はウェーハＷを横切って移動する。光学センサヘッド７がウェーハＷの下方にある間、フラッシュ光源４４は、所定の間隔で光を発する。光は、投光用光ファイバーケーブル３１を通ってウェーハＷの表面（被研磨面）に導かれ、ウェーハ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動作制御部９に送る。この測定データは、ウェーハＷの膜厚に従って変化する膜厚信号である。動作制御部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ウェーハＷの膜厚を決定する。

【0029】

ウェーハ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、ウェーハ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。

【0030】

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。

【0031】

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、動作制御部９に電気的に接続されている。動作制御部９は、ウェーハ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、ウェーハＷが通孔５１の上にないときは、動作制御部９は開閉弁６８を閉じ、ウェーハＷが通孔５１の上にあるときは、動作制御部９は開閉弁６８を開く。

【0032】

ロータリーエンコーダ１１は動作制御部９に電気的に接続されており、ロータリーエンコーダ１１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）は、動作制御部９に送られる。動作制御部９は、ロータリーエンコーダ１１の出力信号、すなわち研磨テーブル３の回転角度から、研磨ヘッド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、フラッシュ光源４４の発光タイミング、および光検出器４８の光検出タイミングを制御する。

【0033】

動作制御部９は、ウェーハＷの研磨中、フラッシュ光源４４および光検出器４８に指令を発して、フラッシュ光源４４の発光動作および光検出器４８の光検出動作を制御する。すなわち、動作制御部９は、光学センサヘッド７がウェーハＷの下方にあるときに、発光トリガー信号をフラッシュ光源４４に送信し、かつ光検出トリガー信号を光検出器４８に送信する。フラッシュ光源４４は、発光トリガー信号を受けると、光を瞬間的に発する。光検出器４８は、光検出トリガー信号を受けると、反射光の取り込みを開始し、光検出トリガー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。

【0034】

動作制御部９は、互いに同期する発光トリガー信号および光検出トリガー信号を生成する。光学センサヘッド７がウェーハＷを横切って移動している間、フラッシュ光源４４は、複数の発光トリガー信号を受けて複数回発光し、同時に、光検出器４８は、複数の光検出トリガー信号を受けてウェーハＷからの反射光を複数回取り込む。光学センサヘッド７がウェーハＷを横切って移動している間にフラッシュ光源４４が受け取る発光トリガー信号の数は、光検出器４８が受け取る光検出トリガー信号の数よりも多い。すなわち、光学センサヘッド７がウェーハＷを横切って移動している間にフラッシュ光源４４が発光する回数は、光検出器４８が反射光を取り込む回数よりも多い。

【0035】

図３は、フラッシュ光源４４の発光タイミングと、光検出器４８の光検出タイミングの一実施形態を示す図である。図３に示す実施形態では、光学センサヘッド７がウェーハＷを横切って移動している間、フラッシュ光源４４は２７回発光し、光検出器４８は反射光を取り込む動作を９回実行する。図３から分かるように、光検出トリガー信号は、発光トリガー信号に同期している。

【0036】

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、光検出トリガー信号を受けると、電子シャッターが開き、光検出トリガー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。

【0037】

図３に示す実施形態では、光学センサヘッド７がウェーハＷを横切って移動している時間（以下、１スキャン時間という）内に、９つの露光時間Ｅ１～Ｅ９が存在する。これら９つの露光時間Ｅ１～Ｅ９は、互いに同じ長さである。９つの露光時間Ｅ１～Ｅ９は、光学センサヘッド７がウェーハＷ上の９つの領域Ｒ１～Ｒ９を横切って移動しているときの露出時間である。領域Ｒ１，Ｒ９は、ウェーハＷのエッジ部であり、領域Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６は、ウェーハＷの中心部であり、領域Ｒ２，Ｒ３，Ｒ７，Ｒ８は、ウェーハＷのエッジ部と中心部の間に位置する中間部である。

【0038】

露光時間Ｅ１～Ｅ９のそれぞれにおいてフラッシュ光源４４が発光する回数は互いに同じである。本実施形態では、１つの露光時間内に、フラッシュ光源４４は３回発光する。したがって、光検出器４８は、１つの露光時間内に反射光を３回取り込む。反射光の強度は光検出器４８内で重畳され、各露光時間内での反射光の強度が増加する。本実施形態によれば、フラッシュ光源４４の光の強度が低い波長範囲内での反射光の強度が補強され、結果として、膜厚の正確な測定が達成できる。

【0039】

本実施形態によれば、１つの露出時間内で検出される複数の反射光に含まれる膜厚情報が重畳される。各露出時間内に検出された複数の反射光の強度のばらつきは小さいため、膜厚の決定の精度は実質的に低下しない。また、本実施形態によれば、複数の反射光の強度が重畳されるので、反射光の強度を平均化する効果と同等の効果が得られる。

【0040】

本実施形態では、光学センサヘッド７の１スキャン時間内に、９つの露光時間Ｅ１～Ｅ９が存在するが、本発明は本実施形態に限定されない。一実施形態では、光学センサヘッド７の１スキャン時間内に、８つ以下の露光時間が存在してもよいし、他の実施形態では、光学センサヘッド７の１スキャン時間内に、１０以上の露光時間が存在してもよい。

【0041】

図４は、フラッシュ光源４４の発光タイミングと、光検出器４８の光検出タイミングの他の実施形態を示す図である。特に説明しない本実施形態の詳細は、図３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４に示す実施形態では、学センサヘッドの１スキャン時間内に、７つの露光時間Ｅ１～Ｅ７が存在する。７つの露光時間Ｅ１～Ｅ７は、光学センサヘッド７がウェーハＷ上の７つの領域Ｒ１～Ｒ７を横切って移動しているときの露出時間である。領域Ｒ１，Ｒ７は、ウェーハＷのエッジ部であり、領域Ｒ４は、ウェーハＷの中心部であり、領域Ｒ２，Ｒ３，Ｒ５，Ｒ６は、ウェーハＷのエッジ部と中心部の間に位置する中間部である。

【0042】

露光時間Ｅ１～Ｅ７のそれぞれにおいてフラッシュ光源４４が発光する回数は互いに同じであるが、露光時間Ｅ４は、他の露光時間Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ５，Ｅ６，Ｅ７のそれぞれよりも長い。

【0043】

露光時間Ｅ４は、光学センサヘッド７がウェーハＷの中心部Ｒ４を横切って移動しているときの露光時間である。一般に、ウェーハＷの膜厚プロファイルは、ウェーハＷの中心部Ｒ４では概ね一定である。よって、ウェーハＷの中心部Ｒ４に対応する露光時間Ｅ４は、他の露光時間よりも長くしても、ウェーハＷの膜厚プロファイルの制御にはほとんど影響しない。本実施形態によれば、光学センサヘッド７の１スキャン時間内のフラッシュ光源４４の発光回数が低減されるので、フラッシュ光源４４の寿命が長くなる。さらに、光学センサヘッド７の１スキャン時間内に取得される膜厚データ量が低減されるので、動作制御部９の処理負荷を低減することができる。

【0044】

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】

【0045】

１ 研磨ヘッド
２ 研磨パッド
３ 研磨テーブル
５ スラリー供給ノズル
６ テーブルモータ
７ 光学センサヘッド
９ 動作制御部
１０ ヘッドシャフト
１７ 連結手段
１８ 研磨ヘッドモータ
１９ ロータリージョイント
３１ 投光用光ファイバーケーブル
３２ 受光用光ファイバーケーブル
４０ 光学的表面監視システム
４４ フラッシュ光源
４７ 分光器
４８ 光検出器
５０Ａ 第１の孔
５０Ｂ 第２の孔
５１ 通孔
５３ 液体供給ライン
５４ ドレインライン
６８ 開閉弁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】