特許 7553917 研磨装置および研磨方法

(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】2024-09-10

(45)【発行日】2024-09-19

(54)【発明の名称】研磨装置および研磨方法

(51)【国際特許分類】

   B24B 49/12 20060101AFI20240911BHJP

   B24B 37/013 20120101ALI20240911BHJP

【ＦＩ】

B24B49/12

B24B37/013

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020189518

(22)【出願日】2020-11-13

(65)【公開番号】P2022078667

(43)【公開日】2022-05-25

【審査請求日】2023-08-03

(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

(73)【特許権者】

【識別番号】504174135

【氏名又は名称】国立大学法人九州工業大学

(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】

【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】松尾 尚典

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 恵友

【審査官】山村 和人

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－２４０８４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２８９５６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２１１０９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２４Ｂ ４９／１２

Ｂ２４Ｂ ３７／０１３

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

研磨パッドを支持する研磨テーブルと、
パターンが形成されたワークピースを前記研磨パッドに対して押し付けて該ワークピースの表面を研磨する研磨ヘッドと、
前記研磨テーブル内に配置され、参照パターンが形成された格子と、
前記研磨テーブル内に配置され、前記ワークピースの前記パターンおよび前記参照パターンを含む画像を生成する撮像装置と、
前記ワークピースの前記パターンと前記参照パターンとの重なりに起因して前記画像に現れるモアレ模様に基づいて前記ワークピースの研磨終点を決定する画像解析システムを備えている、研磨装置。

【請求項2】

前記画像解析システムは、前記画像上の前記モアレ模様の鮮明度に基づいて、前記ワークピースの研磨終点を決定するように構成されている、請求項１に記載の研磨装置。

【請求項3】

前記画像解析システムは、前記モアレ模様の鮮明度が変化しなくなった時点である前記ワークピースの研磨終点を決定するように構成されている、請求項２に記載の研磨装置。

【請求項4】

前記画像解析システムは、前記モアレ模様の鮮明度を示す指標数値を算定し、前記指標数値の変化率を算定し、前記変化率が第１のしきい値よりも大きくなった時点を検出し、その後前記変化率が第２のしきい値よりも小さくなった時点である研磨終点を決定するように構成されている、請求項３に記載の研磨装置。

【請求項5】

前記指標数値は、変調伝達関数で表される数値である、請求項４に記載の研磨装置。

【請求項6】

参照パターンが形成された格子と、研磨テーブルとを研磨パッドとともに回転させ、
パターンが形成されたワークピースを前記研磨パッドに対して押し付けて該ワークピースの表面を研磨し、
前記研磨テーブル内に配置された撮像装置により、互いに重なり合う前記ワークピースの前記パターンと前記参照パターンの画像を生成し、
前記画像に現れるモアレ模様に基づいて前記ワークピースの研磨終点を決定する、研磨方法。

【請求項7】

前記画像に現れるモアレ模様に基づいて前記ワークピースの研磨終点を決定する工程は、前記画像上の前記モアレ模様の鮮明度に基づいて、前記ワークピースの研磨終点を決定する工程である、請求項６に記載の研磨方法。

【請求項8】

前記画像上の前記モアレ模様の鮮明度に基づいて、前記ワークピースの研磨終点を決定する工程は、前記モアレ模様の鮮明度が変化しなくなった時点である前記ワークピースの研磨終点を決定する工程である、請求項７に記載の研磨方法。

【請求項9】

前記モアレ模様の鮮明度が変化しなくなった時点である前記ワークピースの研磨終点を決定する工程は、前記モアレ模様の鮮明度を示す指標数値を算定し、前記指標数値の変化率を算定し、前記変化率が第１のしきい値よりも大きくなった時点を検出し、その後前記変化率が第２のしきい値よりも小さくなった時点である研磨終点を決定する工程である、請求項８に記載の研磨方法。

【請求項10】

前記指標数値は、変調伝達関数で表される数値である、請求項９に記載の研磨方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、パターンが形成されたウェーハなどのワークピースを研磨パッド上で研磨する研磨装置および研磨方法に関し、特に、ワークピースの研磨終点を決定する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

ウェーハの研磨は、一般に、化学機械研磨装置（ＣＭＰ装置）を用いて行われる。このＣＭＰ装置は、研磨テーブル上に貼り付けられた研磨パッドにスラリーを供給しながら、ウェーハを研磨パッドに摺接させることによりウェーハの表面を研磨するように構成される。ＣＭＰ装置で研磨されるウェーハは、一般に、配線構造を構成するパターンを有している。ウェーハの研磨中は、パターンが形成されているウェーハ面が研磨パッドに押し付けられ、ウェーハ面を構成する膜（絶縁膜、金属膜など）が研磨される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特表２００４－５１７４７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ウェーハの研磨中にウェーハ面を監視する技術としては、光学式の研磨監視システムが挙げられる。このシステムは、ウェーハ面に光を照射し、ウェーハ面からの反射光のスペクトルに基づいて測定箇所での膜厚を推定したり、ウェーハの研磨終点を検出する。しかしながら、ウェーハには複雑且つ微細なパターンが形成されているため、パターンによる光の干渉などが発生し、膜厚の正確な推定を困難としている。

【0005】

また、ダマシン法などの配線形成工程においては、ウェーハ面を構成する余剰膜の除去が完了し、パターンが明確に顕れた時点が研磨終点とされる。したがって、パターンの顕現を直接的に観察し、研磨終点を検出することが望ましい。パターンの顕現を直接的に観察するには、一般に超高倍率の観察が可能な顕微システムが必要であるが、このようなシステムは複雑で精密な光学系から成るため、そのような顕微システムを動的な環境での観察が必要なＣＭＰ装置に組み込むのは現実的でない。

【0006】

そこで、本発明は、高倍率で精緻な顕微システムを用いることなく、ウェーハなどのワークピースのパターンの顕現を直接的に監視し、正確な研磨終点を検出することができる研磨装置および研磨方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

一態様では、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、パターンが形成されたワークピースを前記研磨パッドに対して押し付けて該ワークピースの表面を研磨する研磨ヘッドと、前記研磨テーブル内に配置され、参照パターンが形成された格子と、前記研磨テーブル内に配置され、前記ワークピースの前記パターンおよび前記参照パターンを含む画像を生成する撮像装置と、前記ワークピースの前記パターンと前記参照パターンとの重なりに起因して前記画像に現れるモアレ模様に基づいて前記ワークピースの研磨終点を決定する画像解析システムを備えている、研磨装置が提供される。

【0008】

一態様では、前記画像解析システムは、前記画像上の前記モアレ模様の鮮明度に基づいて、前記ワークピースの研磨終点を決定するように構成されている。
一態様では、前記画像解析システムは、前記モアレ模様の鮮明度が変化しなくなった時点である前記ワークピースの研磨終点を決定するように構成されている。
一態様では、前記画像解析システムは、前記モアレ模様の鮮明度を示す指標数値を算定し、前記指標数値の変化率を算定し、前記変化率が第１のしきい値よりも大きくなった時点を検出し、その後前記変化率が第２のしきい値よりも小さくなった時点である研磨終点を決定するように構成されている。
一態様では、前記指標数値は、変調伝達関数で表される数値である。

【0009】

一態様では、参照パターンが形成された格子と、研磨テーブルとを研磨パッドとともに回転させ、パターンが形成されたワークピースを前記研磨パッドに対して押し付けて該ワークピースの表面を研磨し、前記研磨テーブル内に配置された撮像装置により、互いに重なり合う前記ワークピースの前記パターンと前記参照パターンの画像を生成し、前記画像に現れるモアレ模様に基づいて前記ワークピースの研磨終点を決定する、研磨方法が提供される。

【0010】

一態様では、前記画像に現れるモアレ模様に基づいて前記ワークピースの研磨終点を決定する工程は、前記画像上の前記モアレ模様の鮮明度に基づいて、前記ワークピースの研磨終点を決定する工程である。
一態様では、前記画像上の前記モアレ模様の鮮明度に基づいて、前記ワークピースの研磨終点を決定する工程は、前記モアレ模様の鮮明度が変化しなくなった時点である前記ワークピースの研磨終点を決定する工程である。
一態様では、前記モアレ模様の鮮明度が変化しなくなった時点である前記ワークピースの研磨終点を決定する工程は、前記モアレ模様の鮮明度を示す指標数値を算定し、前記指標数値の変化率を算定し、前記変化率が第１のしきい値よりも大きくなった時点を検出し、その後前記変化率が第２のしきい値よりも小さくなった時点である研磨終点を決定する工程である。
一態様では、前記指標数値は、変調伝達関数で表される数値である。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、画像上のモアレ模様の発現に基づいてワークピースの研磨終点を正確に決定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】ワークピースの一例であるウェーハを研磨する研磨装置の一実施形態を示す模式図である。

【図2】格子の参照パターンの一例を示す図である。

【図3】格子の参照パターンの他の例を示す図である。

【図4】画像上のウェーハのパターンおよび格子の参照パターンの一例を示す模式図である。

【図5】画像上のウェーハのパターンおよび格子の参照パターンの他の例を示す模式図である。

【図6】図６（ａ）および図６（ｂ）は、ウェーハの断面構造の一例を示す模式図である。

【図7】図６（ａ）に示すウェーハを研磨しているときの画像上のモアレ模様の鮮明度を示す指標数値の変化を示す図である。

【図8】指標数値の変化率を示すグラフである。

【図9】研磨装置の他の実施形態を示す模式図である。

【図10】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】

【0013】

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。
以下に説明する実施形態では、研磨対象であるワークピースは、パターンが予め形成されたウェーハであるが、本発明は以下の実施形態に限らず、ワークピースは、パターンが予め形成されたパネル、角基板、ガラス基板などであってもよい。

【0014】

図１は、ワークピースの一例であるウェーハを研磨する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、ワークピース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を研磨パッド２とともに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は回転可能である。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。研磨テーブル３のテーブルシャフト３ａ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】

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。研磨パッド２は研磨テーブル３とともに回転される。回転する研磨パッド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に研磨ヘッド１によって押し付けられる。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および研磨パッド２の機械的作用により研磨される。

【0017】

研磨装置は、研磨テーブル３内に配置された撮像装置２０と、研磨ヘッド１と撮像装置２０との間に配置されたパターン拡大装置としての格子２４を備えている。撮像装置２０は、ウェーハＷの被研磨面（パターン面）を向いて配置されており、ウェーハＷに形成されているパターンを少なくとも含む画像を生成するように構成されている。研磨装置は、撮像装置２０によって生成された画像に基づいてウェーハＷの研磨終点を決定する画像解析システム３０と、ウェーハＷの研磨終点を示す信号を画像解析システム３０から受けてウェーハＷの研磨を終了させる動作制御部４０をさらに備えている。

【0018】

撮像装置２０は、ＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサなどのイメージセンサを備えたカメラである。撮像装置２０は、上方を向いて、すなわち研磨パッド２上のウェーハＷの被研磨面（パターン面）を向いて配置されている。撮像装置２０は、ウェーハＷの被研磨面（パターン面）を照明するための照明器を備えてもよい。

【0019】

画像解析システム３０は、後述するように、画像に現れるモアレ模様に基づいてウェーハＷの研磨終点を決定するためのプログラムが格納された記憶装置３０ａと、プログラムに含まれる命令に従って演算を実行する処理装置３０ｂを備えている。記憶装置３０ａは、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。処理装置３０ｂ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、画像解析システム３０の具体的構成はこれらの例に限定されない。

【0020】

画像解析システム３０は、少なくとも１台のコンピュータから構成されている。前記少なくとも１台のコンピュータは、１台のサーバまたは複数台のサーバであってもよい。画像解析システム３０は、撮像装置２０に通信線で接続されたエッジサーバであってもよいし、インターネットまたはローカルエリアネットワークなどの通信ネットワークによって撮像装置２０に接続されたクラウドサーバであってもよいし、あるいは撮像装置２０に接続されたネットワーク内に設置されたフォグコンピューティングデバイス（ゲートウェイ、フォグサーバ、ルーターなど）であってもよい。

【0021】

格子２４には、予め定められた形状および寸法を有する参照パターンが形成されている。一実施形態では、格子２４は、透明板と、この透明板上に形成されたパターン層を有する。透明板は、ガラスまたは透明な樹脂などの光を透過させる材料から構成されているのに対して、パターン層は、光を遮る材料から構成されている。参照パターンはパターン層に形成されている。

【0022】

格子２４は、研磨テーブル３内に配置されている。より具体的には、格子２４は、撮像装置２０の直上に配置されており、撮像装置２０は格子２４を向いて配置されている。格子２４は、研磨パッド２の研磨面２ａと平行（すなわち、研磨パッド２上のウェーハＷの被研磨面と平行）である。研磨パッド２には通孔２ｂが形成されている。この通孔２ｂは、格子２４および撮像装置２０と一直線上に並んでいる。したがって、撮像装置２０は、ウェーハＷの研磨中に、通孔２ｂおよび格子２４を通じて研磨パッド２上のウェーハＷのパターンの画像を生成することができる。格子２４の一部は、研磨パッド２の通孔２ｂ内に位置してもよい。

【0023】

一実施形態では、撮像装置２０は、ウェーハＷの研磨前に、通孔２ｂおよび格子２４を通じて研磨パッド２上のウェーハＷのパターンの画像を生成してもよい。具体的には、研磨テーブル２および研磨ヘッド１が回転していない状態で、研磨ヘッド１によりウェーハＷの被研磨面（パターン面）を研磨パッド２の研磨面２ａに対して押し付け、通孔２ｂをウェーハＷで覆う。撮像装置２０は、通孔２ｂおよび格子２４を通じて研磨パッド２上のウェーハＷのパターンの画像を生成する。

【0024】

図２は、格子２４の参照パターンの一例を示す図である。図２に示す参照パターンＰ２は、同心円状のパターンである。同心円の円間隔は一定であり、その円間隔は予め定められている。図３は、格子２４の参照パターンの他の例を示す図である。図３に示す例では、参照パターンＰ２は、放射状に延びるパターンである。各ライン間の角度は一定であり、その角度は予め定められている。

【0025】

ウェーハＷの研磨中、研磨ヘッド１とウェーハＷは一体に回転し、研磨パッド２と研磨テーブル３は一体に回転する。格子２４および撮像装置２０も、研磨テーブル３と一体に回転する。撮像装置２０は、研磨ヘッド１およびウェーハＷが格子２４の上方にあるときに、画像を生成する。より具体的には、撮像装置２０は、ウェーハＷのパターンと、格子２４の参照パターンＰ２が重なったときに、ウェーハＷのパターンと、格子２４の参照パターンＰ２の両方を含む画像を撮像する。画像には、互いに重なり合ったウェーハＷのパターンおよび参照パターンＰ２が現れる。

【0026】

図４および図５は、撮像装置２０によって生成された画像上のウェーハＷのパターンＰ１および格子２４の参照パターンＰ２を示す模式図である。図４に示す例では、参照パターンＰ２は図２に示す同心円状パターンであり、図５に示す例では、参照パターンＰ２は図３に示す放射状のパターンである。図４および図５の両方の例において、ウェーハＷのパターンＰ１は、直線ラインが等間隔で配列されたラインアンドスペースパターンである。

【0027】

図４および図５から分かるように、画像には、ウェーハＷのパターンＰ１と格子２４の参照パターンＰ２との重なりに起因してモアレ模様が現れる。モアレ模様は、規則的なパターンを重ね合わせたときに現れる模様であり、干渉縞とも呼ばれる。

【0028】

図４および図５に示すようなモアレ模様は、ウェーハＷのパターンＰ１がウェーハＷの表面上に現れたときに発生する。言い換えれば、ウェーハＷのパターンＰ１が膜によって覆われているときは、画像にモアレ模様は現れない。

【0029】

図６（ａ）および図６（ｂ）は、ウェーハＷの断面構造の一例を示す模式図である。図６（ａ）に示すように、ダマシン法などの配線形成工程においては、配線溝から形成されたパターンＰ１の上に膜７０（例えば銅などの金属膜）が形成される。そして、図１に示す研磨装置で膜７０が研磨されると、図６（ｂ）に示すように、パターンＰ１がウェーハＷの表面上に現れる。ウェーハＷの研磨終点は、膜７０の余剰部分が研磨によって除去され、パターンＰ１が明確に現れた時点である。

【0030】

図６（ａ）から分かるように、パターンＰ１が膜７０で覆われているときは、撮像装置２０によって生成された画像上ではウェーハＷのパターンＰ１と格子２４の参照パターンＰ２は重ならない。したがって、モアレ模様は画像上に現れない。これに対し、図６（ｂ）に示すように、膜７０の余剰部分が除去されると、ウェーハＷのパターンＰ１は画像上に現れる。その結果、ウェーハＷのパターンＰ１と格子２４の参照パターンＰ２が重なり、モアレ模様が画像上に現れる。

【0031】

画像解析システム３０は、ウェーハＷのパターンＰ１と格子２４の参照パターンＰ２との重なりに起因して画像に現れるモアレ模様に基づいてウェーハＷの研磨終点を決定するように構成されている。本実施形態では、画像解析システム３０は、画像上のモアレ模様の鮮明度に基づいてウェーハＷの研磨終点を決定する。より具体的には、画像解析システム３０は、モアレ模様の鮮明度が変化しなくなった時点である研磨終点を決定する。

【0032】

モアレ模様の鮮明度は、指標数値で表すことができる。一実施形態では、モアレ模様の鮮明度は、変調伝達関数で表される指標数値である。変調伝達関数で表される指標数値は、ＭＴＦ値とも呼ばれる。モアレ模様が明瞭に現れるにつれて、ＭＴＦ値は上昇する。ウェーハＷの研磨中、撮像装置２０は、ウェーハＷの表面（被研磨面）と格子２４の参照パターンＰ２の画像を連続的に生成し、画像解析システム３０は、画像を撮像装置２０から取得し、画像上のモアレ模様の鮮明度を示す指標数値を算定するように構成される。

【0033】

図７は、図６（ａ）に示すウェーハＷを研磨しているときの画像上のモアレ模様の鮮明度を示す指標数値の変化を示す図である。図７において、縦軸は指標数値（例えばＭＴＦ値）を表し、横軸は研磨時間を表している。図７に示すように、研磨初期段階では、ウェーハＷのパターンＰ１は膜７０で覆われているため（図６（ａ）参照）、モアレ模様は画像には現れない（時間ｔ１）。ウェーハＷの研磨が進行するにつれて、膜７０が徐々に除去され、ウェーハＷのパターンＰ１が現れ始める（時間ｔ２）。このとき、モアレ模様も、不明瞭ではあるが、画像上に徐々に現れ始める。

【0034】

そして、膜７０の余剰部分が完全に除去されると（図６（ｂ）参照）、ウェーハＷのパターンＰ１が明瞭に現れる。（時間ｔ３）。結果として、ウェーハＷのパターンＰ１と格子２４の参照パターンＰ２との重なりに起因してモアレ模様が画像に明瞭に現れる。この時間ｔ３は、ウェーハＷの研磨終点である。その後は、画像上のモアレ模様の鮮明度はほとんど変わらないので、指標数値もほぼ一定である。

【0035】

このように、ウェーハＷの研磨中、指標数値は特徴的に変化するので、画像解析システム３０は、指標数値の変化に基づいてウェーハＷの研磨終点を決定することができる。より具体的には、画像解析システム３０は、指標数値が上昇し、その後指標数値が実質的に一定になった時点である研磨終点を決定する。本実施形態では、以下に説明するように、指標数値の変化率に基づいて研磨終点を決定する。

【0036】

図８は、指標数値の変化率を示すグラフである。図８において、縦軸は指標数値の変化率（絶対値）を表し、横軸は研磨時間を表す。指標数値の変化率は、単位時間当たりの指標数値の変化量であり、図７に示す指標数値のグラフの傾きを表している。単位時間は、例えば、研磨テーブル３がＮ回転するのに要する時間である（Ｎは自然数であり、例えばＮ＝１）。図８に示すように、指標数値の変化率は、一旦上昇して極大値となり、その後低下し、やがて実質的に一定となる。画像解析システム３０は、ウェーハＷの研磨中に指標数値の変化率を算定し、変化率が第１のしきい値よりも大きくなった時点を検出し、その後変化率が第２のしきい値よりも小さくなった時点である研磨終点を決定するように構成されている。第１のしきい値は、第２のしきい値と同じであってもよく、または異なってもよい。

【0037】

一実施形態では、画像解析システム３０は、指標数値の変化率（絶対値）の移動平均値を算定し、移動平均値が第１のしきい値よりも大きくなった時点を検出し、その後移動平均値が第２のしきい値よりも小さくなった時点である研磨終点を決定するように構成されてもよい。

【0038】

図１に示すように、画像解析システム３０は、動作制御部４０に接続されている。画像解析システム３０によって決定されたウェーハＷの研磨終点を示す信号は、動作制御部４０に送られる。動作制御部４０は、画像解析システム３０から送られた信号を受け取ると、ウェーハＷの研磨を終了する。

【0039】

図７のグラフから分かるように、画像上のモアレ模様の鮮明度を示す指標数値は、膜７０（図６（ａ）参照）の厚さに対応する。したがって、撮像装置２０は、研磨テーブル３が一回転するたびに、ウェーハＷ上の複数の測定点において、重なり合ったウェーハＷのパターンおよび参照パターンＰ２の複数の画像を取得し、画像解析システム３０は、これら複数の画像を撮像装置２０から取得し、複数の画像上のモアレ模様の鮮明度を示す複数の指標数値を算出し、複数の指標数値からウェーハＷの膜厚プロファイルを作成してもよい。この膜厚プロファイルは、ウェーハＷの研磨条件の最適化に使用することができる。例えば、動作制御部４０は、ウェーハＷの膜厚プロファイルに基づいて、研磨ヘッド１がウェーハＷに加える研磨荷重を最適化する。

【0040】

一実施形態では、格子２４は、重なり合う複数の参照パターンを有してもよい。重なり合う複数の参照パターンを用いると、画像上のモアレ模様は大きくなり、画像解析システム３０は、モアレ模様の鮮明度を示す指標数値を算定しやすくなることがある。

【0041】

図９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に示す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。研磨装置は、光源５０と、第１プリズム５１と、第２プリズム５２をさらに備えている。光源５０、第１プリズム５１、第２プリズム５２、格子２４、および撮像装置２０は、研磨テーブル３内に配置されており、研磨テーブル３と一体に回転する。光源５０、第１プリズム５１、第２プリズム５２、格子２４、および撮像装置２０の相対位置は固定である。

【0042】

第１プリズム５１および第２プリズム５２は、格子２４に関して対称的に配置され、格子２４の下に位置している。光源５０は第１プリズム５１を向いて配置され、撮像装置２０は第２プリズム５２を向いて配置されている。光源５０には、白色光源が使用されている。より具合的には、白色光を発する発光ダイオードが光源５０として使用される。光源５０と第１プリズム５１との間に、収束レンズを配置してもよい。同様に、撮像装置２０と第２プリズム５２との間に、収束レンズを配置してもよい。

【0043】

光源５０から発せられた白色光は、第１プリズム５１を通過するとき、屈折率の違いにより、格子２４を通過してウェーハＷの表面に向かう第１の光（例えば赤色の光）と、格子２４で反射する第２の光（例えば、青色の光）に分解される。第１の光は、格子２４を通過した後、ウェーハＷの表面（パターン面）で反射し、格子２４を再び透過した後、第２プリズム５２を通過し、そして撮像装置２０に入射する。第２の光は、格子２４で反射し、第２プリズム５２を通過した後、撮像装置２０に入射する。第２プリズム５２を通過した第１の光および第２の光は、互いに重畳し、撮像装置２０に入射する。撮像装置２０は第１の光および第２の光から画像を生成する。この画像上にはモアレ模様が現れる。画像解析システム３０は、先に説明した実施形態と同様に、画像上のモアレ模様に基づいてウェーハＷの研磨終点を決定することができる。

【0044】

図１０は、研磨装置のさらに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に示す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。研磨装置は、光源５４およびビームスプリッタ５５をさらに備えている。光源５４およびビームスプリッタ５５は研磨テーブル３内に配置されており、研磨テーブル３と一体に回転する。ビームスプリッタ５５にはハーフミラーを使用することができる。光源５４、ビームスプリッタ５５、格子２４、および撮像装置２０の相対位置は固定である。

【0045】

格子２４は、通孔２ｂと撮像装置２０と一直線上に配置されていなく、格子２４と光源５４は、通孔２ｂと撮像装置２０とを結ぶ直線に関して対称的に配置されている。ビームスプリッタ５５は、通孔２ｂと撮像装置２０との間に配置され、かつ通孔２ｂと撮像装置２０とを結ぶ直線に対して斜めに配置されている。光源５４と格子２４は、ビームスプリッタ５５に関して対称的に配置されている。光源５４は、ビームスプリッタ５５の一面を向いており、光源５４の光軸上に格子２４が配置されている。格子２４は、反射体２４ａとパターン層２４ｂを有している。パターン層２４ｂは反射体２４ａの前面に固定されており、参照パターンはパターン層２４ｂに形成されている。

【0046】

光源５４から発せられた光は、ビームスプリッタ５５で反射する第１の光と、ビームスプリッタ５５を通過する第２の光に分解される。第１の光は、通孔２ｂを通過してウェーハＷの表面（パターン面）に入射する。第１の光はウェーハＷの表面で反射し、ビームスプリッタ５５を通過して撮像装置２０に入射する。第２の光は、ビームスプリッタ５５を通過し、格子２４に入射する。第２の光は、格子２４で反射し、さらにビームスプリッタ５５で反射した後、撮像装置２０に入射する。

【0047】

ウェーハＷで反射した第１の光および格子２４で反射した第２の光は、互いに重畳し、撮像装置２０に入射する。撮像装置２０は第１の光および第２の光から画像を生成する。この画像上にはモアレ模様が現れる。画像解析システム３０は、先に説明した実施形態と同様に、画像上のモアレ模様に基づいてウェーハＷの研磨終点を決定することができる。

【0048】

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】

【0049】

１ 研磨ヘッド
２ 研磨パッド
２ｂ 通孔
３ 研磨テーブル
３ａ テーブルシャフト
５ スラリー供給ノズル
６ テーブルモータ
１０ ヘッドシャフト
１７ 連結手段
１８ 研磨ヘッドモータ
２０ 撮像装置
２４ 格子
３０ 画像解析システム
３０ａ 記憶装置
３０ｂ 処理装置
５０ 光源
５１ 第１プリズム
５２ 第２プリズム
５４ 光源
５５ ビームスプリッタ
７０ 膜

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】