JP2002107640A - 光量調整装置、光源装置、測定装置、研磨状況モニタ装置及び研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 分光分布を実質的に変化させることなく、し
かも連続的に、光量を調整する。 【解決手段】 光ファイバ２の端面２ａと光ファイバ３
の端面３ａとが、正対している。駆動部の出力ロッド４
ａが移動することによって、端面２ａ，３ａ間の距離ｄ
１が変化する。距離ｄ１を変化させることにより、光フ
ァイバ２，３間の伝達効率を自由に変化させることが可
能になる。よって、光量を調整すべき光を光ファイバ２
に入射させれば、光ファイバ３を介して、光量を自由に
調整した光を得ることができる。距離ｄ１を連続的に変
化させれば、光量を連続的に調整することができる。距
離ｄ１が変化しても、光ファイバ３に伝達される光の分
光分布は、光ファイバ２に入射した光の分光分布と実質
的に同一となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光量調整装置及び
光量調整機能を有する光源装置、並びに、これらを用い
た測定装置、研磨状況モニタ及び研磨装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】光学的に所定の測定を行う測定装置の例
として、試料の表面状態や、試料最表層にある半透明の
薄膜の膜厚などを光学的に測定する測定装置を挙げるこ
とができる。この装置では、試料に測定光を照射し、前
記試料から得られる光を受光し、受光した光に基づいて
試料の表面状態や膜厚などを測定する。このような測定
装置では、種々の理由で、照射光等の光量を調整する必
要がある。

【０００３】試料の表面状態や、試料最表層にある半透
明の薄膜の膜厚などを光学的に測定する装置において、
照射光量の調整が必要な例として、ＣＭＰ研磨装置で用
いられる研磨状況モニタ装置（研磨過程において研磨中
の薄膜の膜厚を光学な計測手段によって測定を行なう膜
厚測定装置や、測定された膜厚値を利用してＣＭＰ研磨
過程を終了させるようＣＭＰ装置を停止させる信号を発
生する終点検出装置など）を挙げることができる。な
お、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing又はChemi
cal Mechanical Planarization）は、ＵＬＳＩ等の半導
体を製造するプロセスにおいて実施される半導体デバイ
スの平坦化研磨などに用いられる技術であり、物理的研
磨に化学的な作用（研磨剤、溶液による溶かし出し）を
併用してウエハの表面凹凸を除いていく工程である。Ｃ
ＭＰによる研磨を行う研磨装置は、研磨体と、研磨対象
物を保持する保持部とを備え、前記研磨体と前記研磨対
象物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と
前記研磨対象物との間に荷重を加え、かつ相対移動させ
ることにより、前記研磨対象物を研磨する。

【０００４】光学測定による研磨状況モニタ装置は、通
常、何らかの光源を使用して研磨対象物であるウエハ表
面を照明してその反射光をモニタすることにより、研磨
過程の進行に伴うウエハ表面状態の変化を検出できるこ
とを利用している。このような研磨状況モニタ装置に
は、前記反射光の光量に基づいて研磨状況をモニタする
装置の他、照明光にＸｅランプやハロゲンランプなどの
白色光源からの光を使用し、反射光の分光特性（波長ご
との光量等）を計測し、この分光特性に基づいて研磨状
況をモニタする装置も提供されている（例えば、特開平
１１−３３９０１号公報）。

【０００５】光学測定による研磨状況モニタ装置では、
モニタすべきウエハの反射率がウエハの種類毎に大きく
異なる場合があるので、それの光検出部の限られたダイ
ナミックレンジに適合させるために、ウエハに照射する
照射光の光量を調整する必要がある。

【０００６】ところで、ウエハの研磨中にウエハ表面に
照射光を照射するためには、研磨中に一時的にウエハ表
面の一部を研磨パッドからはみ出させてそこに照射光を
照射する場合の他、研磨装置における研磨パッド等に窓
を設けておき、この窓を介してウエハ表面に照射光を照
射する場合がある。後者の場合、窓の表面は、研磨パッ
ド表面と同一面内に設置されることから、ウエハを傷つ
けないために、研磨パッドと同程度の硬度の樹脂等で作
成する必要がある。よって、研磨過程中や研磨パッド表
面を再生するためのドレス過程中に、窓の表面は荒れる
ことになる。このため、窓の透過率は、設置直後には測
定波長全域で例えば４０％程度あったものが、ドレスが
進むに従い窓の表面が荒らされることで低下して、例え
ば５％程度にまで減少することになる。よって、このよ
うに低い透過率に合わせて光源の光量を設定しておいた
場合には、設置直後の高い透過率の窓では光量が多すぎ
て受光センサ等の検出器が飽和してしまう。したがっ
て、ウエハ表面を照明する光量は、窓の透過率の推移に
合わせた光量調整を行なう必要がある。

【０００７】このように、研磨状況モニタ装置におい
て、照射光の光量を調整する必要がある。従来、この光
量調整を実施するためには、ハロゲンランプの場合、フ
ィラメントに流す電流の制御を行っていた。また、ラン
プへ流す電流の制御によって光量の調整を行なうことの
できないＸｅランプの場合には、ランプと該ランプから
の光を導くファイバとの間に、メッシュの細かさを円周
方向に何段階かに変化させた金属メッシュフィルタなど
を設置し、このフィルタを回転させることでランプとフ
ァイバとの間に位置するメッシュの細かさを変化させる
ことにより、光量調整を行なってきた。

【０００８】このような光量調整方法では、光量を変化
させても、ウエハの照射領域の面積や、照射する照明光
のＮＡなどが、変化することがないので、好ましい。

【０００９】前述したような光量調整方法は、研磨状況
モニタ装置のみならず、他の測定装置やその他の光学装
置においても、好ましく採用されていた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ハロゲ
ンランプのフィラメントに流す電流を変化させて光量を
調整すると、それに伴いランプの放射分光分布が変化し
てしまう問題があった。これは、例えば、前記ＣＭＰ研
磨装置に設置された研磨状況モニタ装置においては、ウ
エハを照明する光の分光分布を変化させてしまうことに
なる。このため、ウエハからの反射光の分光特性に基づ
いて研磨状況をモニタする装置の場合には、分光測定の
反射光の校正を光量調整する毎に行なう必要が生じ、Ｃ
ＭＰ研磨装置のスループットを悪化させていた。

【００１１】また、ランプとファイバとの間に金属製メ
ッシュフィルタを設置する場合には、メッシュの遮閉部
がファイバの入射端面に投射されることになり、特にメ
ッシュの開口割合が小さく、遮閉部の割合が大きい小光
量時のメッシュとコア径が小さいファイバとの組み合わ
せの時に、連続的に光量を調整できなかった。

【００１２】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、分光分布を実質的に変化させることなく、し
かも連続的に、光量を調整することができる光量調整装
置及びそのような光量調整機能を有する光源装置、並び
に、これらを用いた測定装置、研磨状況モニタ及び研磨
装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の第１の態様による光量調整装置は、出射端
面から光を出射する第１の光ファイバと、前記出射端面
から出射された光の少なくとも一部が入射端面に入射さ
れる第２の光ファイバと、前記第１及び第２の光ファイ
バ間の伝達光量が変化するように、前記出射端面と前記
入射端面との相対位置を変化させる移動機構と、を備え
たものである。

【００１４】この第１の態様によれば、移動機構により
第１の光ファイバの出射端面と第２の光ファイバの入射
端面との相対位置を変えることによって、両者の間の伝
達光量が変化する。したがって、光量を調整すべき光を
第１の光ファイバに入射させれば、第２の光ファイバを
介して、光量が調整された光を得ることができる。そし
て、前記相対位置を連続的に変化させれば、光量を連続
的に調整することができる。

【００１５】また、本発明者の実験の結果、第１の光フ
ァイバの出射端面と第２の光ファイバの入射端面との相
対位置を変えても、第２の光ファイバに伝達される光の
分光分布は、第１の光ファイバに入射した光の分光分布
と実質的に同一であることが確認された。したがって、
前記第１の態様によれば、分光分布を実質的に変化させ
ることなく、光量を調整することができる。

【００１６】なお、前記移動機構は、アクチュエータを
用いた機構であってもよいし、調整ねじ等を用いた手動
による機構であってもよい。この点は、後述する各態様
についても同様である。

【００１７】本発明の第２の態様による光源装置は、光
源と、該光源からの光の少なくとも一部が入射端面に入
射される光ファイバと、前記入射端面へ入射する光量が
変化するように、前記入射端面の相対位置を変化させる
移動機構と、を備え、前記光源からの光が焦点を結び、
前記移動機構は、前記焦点と前記入射端面との相対位置
を変化させるものである。前記光源は、Ｘｅランプやハ
ロゲンランプなどのランプであってもよいし、他の光源
であってもよい。

【００１８】この第２の態様によれば、移動機構によ
り、光源からの光の焦点と光ファイバの入射端面との相
対位置を変えることによって、光ファイバに入射する光
量が変化する。したがって、前記光ファイバを介して、
光量が調整された光源光を得ることができる。そして、
前記相対位置を連続的に変化させれば、光量を連続的に
調整することができる。

【００１９】また、光源からの光の焦点と光ファイバの
入射端面との相対位置を変えても、光ファイバを介して
得られる光の分光分布は、前記光源の分光分布と実質的
に同一となる。したがって、前記第２の態様によれば、
分光分布を実質的に変化させることなく、光量を調整し
た光源光を光ファイバを介して得ることができる。

【００２０】さらに、前記第２の態様では、光源からの
光が焦点を結ぶので、光ファイバの入射端面を、当該焦
点の付近を含む位置範囲で焦点に対して相対的に移動し
得るように設定しておけば、光源光の無駄な損失を少な
くして最大光量を高めることができる。

【００２１】本発明の第３の態様による光源装置は、前
記第２の態様において、ピンホールが前記焦点の位置又
はその近傍に配置され、前記入射端面には前記ピンホー
ルを通過した光が入射されるものである。

【００２２】この第３の態様のように、ピンホールを配
置しておけば、光ファイバのピンホールに対する相対的
な位置に変化に対して光量が単調変化するような設定
を、位置ずれ等に関わらず、簡単に実現することができ
る。

【００２３】本発明の第４の態様による測定装置は、測
定光を照射し、前記測定光による光を受光し、受光した
光の変化に基づいて膜厚測定又は他の所定の測定を行う
測定装置において、前記第１乃至第３のいずれかの態様
による光量調整装置又は光源装置を備えたものである。

【００２４】この第４の態様によれば、前記第１乃至第
３のいずれかの態様による光量調整装置又は光源装置を
備えていることから、試料等の対象物に照射する照射光
の光量や受光センサ等の検出器に入射する光の光量など
を、分光分布を実質的に変化させることなく、しかも連
続的に、調整することができるので、ダイナミックレン
ジ内で適切な測定が可能となる。

【００２５】本発明の第５の態様による測定装置は、前
記第４の態様において、前記受光した光の分光特性の変
化に基づいて膜厚測定又は他の所定の測定を行うもので
ある。

【００２６】前記第４の態様では分光特性に基づいた測
定に限定されるものではないが、分光分布を実質的に変
化させることなく光量を調整することができるので、こ
の第５の態様のように分光特性に基づいて測定を行う場
合に特に有効である。

【００２７】本発明の第６の態様による研磨状況モニタ
装置は、研磨体と研磨対象物との間に研磨剤を介在させ
た状態で、前記研磨体と前記研磨対象物との間に荷重を
加え、かつ相対移動させることにより、前記研磨対象物
を研磨する際に、その研磨状況をその研磨中にモニタす
る研磨状況モニタ装置であって、測定光を前記研磨対象
物に照射し、前記測定光の照射により前記研磨対象物か
ら得られる光の変化に基づいて、前記研磨状況をモニタ
する研磨状況モニタ装置において、前記第１乃至第３の
いずれかの態様による光量調整装置又は光源装置を備え
たものである。前記研磨状況は、研磨対象物の薄膜の膜
厚や工程終了点への到達状況等のことである。

【００２８】この第６の態様によれば、前記第１乃至第
３のいずれかの態様による光量調整装置又は光源装置を
備えていることから、研磨対象物に照射する照射光の光
量や受光センサ等の検出器に入射する光の光量などを、
分光分布を実質的に変化させることなく、しかも連続的
に、調整することができる。このように前記光量を連続
的に調整することができるので、前記光量を適切に調整
することができ、それにより、精度良く研磨状況をモニ
タすることができる。また、分光分布を実質的に変化さ
せることなく前記光量を調整することができるので、研
磨対象物から得られる光の分光特性に基づいて研磨状況
をモニタする場合であっても、分光測定の反射光の校正
を光量調整する毎に行なう必要がなくなるとともに、精
度良く研磨状況をモニタすることができる。

【００２９】本発明の第７の態様による研磨装置は、研
磨体と、研磨対象物を保持する保持部とを備え、前記研
磨体と前記研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状態
で、前記研磨体と前記研磨対象物との間に荷重を加え、
かつ相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨
する研磨装置において、前記第６の態様による研磨状況
モニタ装置を備えたものである。

【００３０】この第７の態様によれば、前記第６の態様
による研磨状況モニタ装置を備えているので、研磨状況
を精度良くモニタすることができることから、より適切
に研磨対象物を研磨することができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明による光量調整装
置、光源装置、測定装置、研磨状況モニタ装置及び研磨
装置について、図面を参照して説明する。

【００３２】［第１の実施の形態］

【００３３】図１は、本発明の第１の実施の形態による
光量調整装置１を示す概略構成図である。図２は、図１
中の調整機構部５と出力ロッド４ａの一部を示す拡大断
面図である。

【００３４】本実施の形態による光量調整装置１は、図
１及び図２に示すように、出射端面２ａから光を出射す
るファイバ２と、出射端面２ａから出射された光の少な
くとも一部が入射端面３ａに入射される光ファイバ３
と、光ファイバ２，３間の伝達光量が変化するように、
出射端面２ａと入射端面３ａとの相対位置を変化させる
移動機構と、を備えている。

【００３５】本実施の形態では、前記移動機構は、図１
に示すように、モータ等のアクチュエータを有する駆動
部４と、駆動部４により駆動されて出射端面２ａと入射
端面３ａとの相対位置を変化させる調整機構部５と、に
より構成されている。駆動部４は出力ロッド４ａを有
し、この出力ロッド４ａは図１及び図２中の左右方向
（端面２ａ，３ａが正対したままその間の距離ｄ１が変
化する方向）に移動可能となっている。なお、前記移動
機構は、アクチュエータを用いずに、調整ねじ等を用い
た手動による機構で構成してもよい。

【００３６】本実施の形態では、調整機構部５は、光フ
ァイバ２，３の端部にそれぞれ設けられたフェルール
６，７で構成されている。フェルールは一般的に光ファ
イバの端部に設けられる鞘状の金属製部品であるが、本
実施の形態では、フェルール６，７は、通常のフェルー
ルと異なる構造を持っている。

【００３７】フェルール６は、光ファイバ２の端部を覆
う鞘状部６ａと、鞘状部６ａの先端部から先端方向に突
出した円筒部６ｂと、出力ロッド４ａが挿通されて出力
ロッド４ａをガイドするロッド案内部６ｃと、を有して
いる。フェルール７は、光ファイバ３の端部を覆う鞘状
部７ａと、間隔をあけて鞘状部７ａを覆うように位置す
る外筒部７ｂと、出力ロッド４ａに連結された連結部７
ｃと、を有している。円筒部６ｂの内径及び外径は、鞘
状部７ａの外径及び外筒部７ｂの内径とそれぞれ適合す
るように、定められている。そして、円筒部６ｂが、鞘
状部７ａと外筒部７ｂとの間に、図２中の左右方向に相
対的に移動自在に嵌合している。本実施の形態では、フ
ェルール６が図示しない固定部に固定され、フェルール
７が図２中の左右方向に移動し得るようになっている。

【００３８】フェルール６の円筒部６ｂ及びフェルール
７の外筒部７ｂは、端面２ａ，３ａが互いに正対した状
態を保ったままその間の距離ｄ１が変化し得るように光
ファイバ２，３の端部を相対的に案内する案内構造と、
端面２ａ，３ａに外光や迷光等が入射しないように遮光
する遮光構造（本例では、ラビリンス（labyrinth）構
造）を構成している。端面２ａ，３ａは必ずしも正対さ
せる必要はないが、正対させると、距離ｄ１をゼロ又は
最小値にした際の最大の伝達効率（光ファイバ２，３間
の光の伝達効率）が高まるので、好ましい。また、端面
２ａ，３ａ間で光が空中伝播する場所の周囲の壁面に
は、つや消し黒等の塗料により無反射処理することが好
ましい。さらに、端面２ａ，３ａにおける表面反射を低
減させるために、端面２ａ，３ａに反射防止膜を施すこ
とも有効である。なお、前記案内構造や遮光構造は、フ
ェルール６，７とは別の部材で構成することもできる。

【００３９】本実施の形態によれば、光ファイバ２を伝
播して端面２ａから出射した光の少なくとも一部が、端
面３ａから光ファイバ３に入射する。駆動部４によって
端面２ａ，３ａ間の距離ｄ１を変化させることで、光フ
ァイバ２，３間を伝達する光の伝達効率を自由に変化さ
せることが可能になる。したがって、光量を調整すべき
光を光ファイバ２に入射させれば、光ファイバ３を介し
て、光量を自由に調整した光を得ることができる。そし
て、距離ｄ１を連続的に変化させれば、光量を連続的に
調整することができる。

【００４０】本発明者は、実際に、本実施の形態と同様
の光量調整装置を試作し、Ｘｅ光源からの所定強度の光
を光ファイバ２に入射させ、距離ｄ１を変えた場合に光
ファイバ３から得られる光の光量（強度）を各波長につ
いて測定した。その結果を図３に示す。図３の横軸は波
長を示し、縦軸はこの光ファイバ３から得られる光の強
度（透過光強度）を任意単位で示し、図中のミリ単位の
数値は距離ｄ１を示す。図３から、ファイバ端面２ａ，
３ａ間の距離ｄ１を増加させて行くと透過光量は全波長
域で減少していることがわかる。代表波長のファイバ端
面２ａ，３ａ間の距離ｄ１を０とした時を基準とした時
の、端面間距離ｄ１と透過光量の変化割合を表したもの
が図４になる。図４では、代表波長として、４００，５
００，６００，７００，８００ｎｍの透過光量をプロッ
トした。ファイバ端面２ａ，３ａ間の距離ｄ１が増加す
るに従い、各波長とも一様に減少しているのがわかる。
このように、距離ｄ１変えても、光ファイバ３に伝達さ
れる光の分光分布は、不変であることが確認された。

【００４１】したがって、本実施の形態によれば、前述
したように光量を連続的に調整することができるだけで
なく、分光分布を実質的に変化させることなく光量を調
整することができる。

【００４２】本実施の形態では、端面２ａ，３ａが正対
したまま（すなわち、光ファイバ２の端面２ａの光軸と
光ファイバ３の端面３ａの光軸とが一致したまま）距離
ｄ１を変えることができるように、移動機構が構成され
ていた。しかし、本発明はこれに限定されるものではな
く、例えば、両者の光軸がなす角度が変わるように移動
機構を構成してもよい。この場合であっても、端面２
ａ，３ａ間の伝達効率を変化させることができる。

【００４３】［第２の実施の形態］

【００４４】図５は、本発明の第２の実施の形態による
光源装置１１を示す概略構成図である。図６は、図５中
の調整機構部１７を示す拡大断面図である。

【００４５】本実施の形態による光源装置１１は、図５
及び図６に示すように、ハロゲンランプ又はＸｅランプ
等の光源１２と、楕円ミラー１３と、光源１２からの光
の少なくとも一部が入射端面１４ａに入射される光ファ
イバ１４と、入射端面１４ａに入射する光量が変化する
ように、入射端面１４ａの相対位置を変化させる移動機
構と、ピンホール板１５を備えている。

【００４６】光源１２は、図５に示すように、楕円ミラ
ー１３の第１の焦点に配置されている。光源１２からの
光は、楕円ミラー１３により反射されて、楕円ミラー１
３の第２の焦点に、集光される（焦点を結ぶ）。この第
２の焦点の位置にピンホール板１５のピンホール１５ａ
が配置されている。なお、本発明では、光源１２からの
光は、レンズ等により焦点を結ぶようにしてもよい。ま
た、前記ピンホール１５は必ずしも設ける必要はない。
さらに、光源１２からの光は、必ずしも前記ピンホール
上に焦点を結ばなくても近傍に結べばよい。

【００４７】前記移動機構は、図５に示すように、モー
タ等のアクチュエータを有する駆動部１６と、駆動部１
６により駆動されて入射端面１４ａの位置を変化させる
調整機構部１７とから構成されている。駆動部１６は、
図５及び図６中の左右方向に移動可能な出力ロッド１６
ａを有している。なお、前記移動機構は、アクチュエー
タを用いずに、調整ねじ等を用いた手動による機構で構
成してもよい。

【００４８】調整機構部１７は、図６に示すように、図
２中のフェルール６の円筒部６ｂに相当する円筒部１８
ｂを有する支持部材１８と、光ファイバ１４の端部に設
けられたフェルール１９とから構成されている。支持部
材１８は、図示しない固定部に固定されている。フェル
ール１９は図２中のフェルール７と同様の構造を有し、
図１９中の１９ａ〜１９ｃは、図２中の７ａ〜７ｃにそ
れぞれ相当している。前記ピンホール板１５は、円筒部
１８ｂの光源１２側の開口に設置されている。この調整
機構部１７によって、光ファイバ１４の端面１４ａがピ
ンホール１５ａと正対したままその間の距離ｄ２が変化
するようになっている。

【００４９】本実施の形態によれば、駆動部１６によっ
てピンホール１５ａと端面１４ａとの間の距離ｄ２を変
化させることで、光ファイバ１４に入射する光量を自由
に変化させることが可能になる。したがって、光ファイ
バ１４を介して、光量が調整された光源光を得ることが
できる。そして、距離ｄ２を連続的に変化させれば、光
量を連続的に調整することができる。

【００５０】また、光ファイバ１４の端面１４ａの位置
を変えても、光ファイバ１４を介して得られる光の分光
分布は、前記第１の実施の形態の場合と同様に不変であ
る。したがって、本実施の形態によれば、分光分布を実
質的に変化させることなく、光量を調整した光源光を光
ファイバ１４を介して得ることができる。

【００５１】さらに、本実施の形態では、光源１２から
の光が楕円ミラー１３の第２の焦点に集光し、光ファイ
バ１４の端面１４ａが、当該焦点の付近を含む位置範囲
で移動し得るようになっている。このため、光源光の無
駄な損失を少なくして最大光量を高めることができる。

【００５２】さらにまた、前記焦点付近にピンホール１
５ａが配置されているので、距離ｄ２の変化に従って、
光ファイバ１４に入射する光量が単調変化するような設
定を、簡単に実現することができる。これは、ピンホー
ル１５ａが点光源と同様に作用するためである。

【００５３】［第３の実施の形態］

【００５４】図７は、本発明の第３の実施の形態による
研磨装置を模式的に示す概略構成図である。

【００５５】この研磨装置は、図７に示すように、研磨
定盤２１と、研磨定盤２１上に張られている研磨パッド
（研磨体）２２と、研磨パッド２２の上側に研磨対象物
としてのプロセスウエハ２３を保持する保持部（以下、
ウエハホルダと称す）２４と、研磨パッド２２上に研磨
剤（スラリー）を供給する研磨剤供給部（図示せず）と
を備えている。研磨定盤２１は、図示しない機構によっ
て、図７中の矢印で示すように、回転できるようになっ
ている。ウエハホルダ２４は、図７中の矢印で示すよう
に、回転、上下動及び左右に揺動（往復動）できるよう
になっている。

【００５６】ここで、この研磨装置によるウエハ２３の
研磨について説明する。ウエハホルダ２４の下部に保持
されたウエハ２３は、ウエハホルダ２４と共に、回転し
ながら揺動して、研磨パッド２２上面に所定の圧力で押
し付けられる。研磨パッド２２を研磨定盤２１と共に回
転させ、ウエハ２３と研磨パッド２２との間で相対運動
を行わせる。この状態で、研磨剤が前記研磨剤供給部か
ら研磨パッド２２上に供給され、研磨剤は研磨パッド２
２上で拡散し、研磨パッド２２とウエハ２３の相対運動
に伴って研磨パッド２２とウエハ２３との間に入り込
み、ウエハ２３の研磨面（下面）を研磨する。すなわ
ち、研磨パッド２２とウエハ２３の相対運動による機械
的研磨と、研磨剤の化学的作用が相乗的に作用して良好
な研磨が行われる。

【００５７】また、この研磨装置は、図７に示すよう
に、ウエハ２３の研磨状況をモニタする研磨状況モニタ
装置３１も備えている。研磨状況モニタ装置３１からの
測定光を研磨中にウエハ２３の研磨面に照射するため、
研磨定盤２１には透孔２５が形成されるとともに、研磨
パッド２２には、透孔２５に対応する位置において、合
成樹脂等からなる窓２６が同一面内に設置されている。
なお、研磨中に一時的にウエハ２３の表面の一部を研磨
パッド２２からはみ出させてそこに測定光を照射しても
よく、その場合には、透孔２５や窓２６は不要である。

【００５８】研磨状況モニタ装置３１は、図７に示すよ
うに、光源装置３２と、図１及び図２に示す前記第１の
実施の形態による光量調整装置１と、レンズ３３〜３６
と、ミラー３７と、ビームスプリッタ３８と、回折格子
等の分光器３９と、受光センサとしてのリニアセンサ４
０と、パーソナルコンピュータ等からなる信号処理部４
１、及びモニタ結果を表示するＣＲＴ等の表示部４２
と、を備えている。本実施の形態では、光源装置３２
は、例えば、図５中のハロゲンランプ又はＸｅランプ等
の光源１２及び楕円ミラー１３のみで構成されている。

【００５９】光源装置３２からの光は、光量調整装置１
を構成する光ファイバ２の入射端面に入射され、更に光
ファイバ３に伝達される。このとき、第１の実施の形態
で説明したように、光量が調整される。光量調整装置１
で光量が調整された光は、光ファイバ３の出射端面から
出射され、レンズ３３、ミラー３７、ビームスプリッタ
３８、レンズ３４，３５を経由して、測定光として窓２
６を通ってウエハ２３の研磨面に照射される。そして、
ウエハ２３からの反射光は、窓２６、レンズ３５，３
４、ビームスプリッタ３８及びレンズ３６を経由して、
分光器３９で分光される。分光された光は、リニアセン
サ４０に入射し、分光特性（波長ごとの光量（強度））
が計測され、リニアセンサ４０から分光特性を示す計測
信号が出力される。

【００６０】本実施の形態では、信号処理部４１は、リ
ニアセンサ４０から得られた計測信号（分光特性）に基
づいて、ウエハ２３の研磨状況のモニタ結果を演算し、
その結果を表示部４２に表示させたり、研磨終了点の判
定を行い、研磨終了点を検知したときに研磨動作を終了
させる指令を当該研磨装置の制御部に発したりする。

【００６１】ここで、リニアセンサ４０から得られた計
測信号（分光特性）からモニタ結果を求める演算手法や
研磨終了点を検知する手法の例について、説明する。例
えば、分光強度（分光反射率に相当）の波形の極大及び
極小の位置（波長）等の特徴量から、研磨している層
（最上層）の膜厚を演算し、当該膜厚をモニタ結果とし
て表示部１２に表示させ、当該膜厚が所期の膜厚に達し
たか否かによって研磨終了点を検出する。また、例え
ば、ウエハ２３の初期厚さと、研磨している層（最上
層）の膜厚とから、研磨量を求め、これをモニタ結果と
して表示部１２に表示させる。もっとも、分光強度から
モニタ結果を求める演算手法や研磨終了点を検知する手
法は、前述した例に限定されるものではなく、例えば、
特開平１１−３３９０１号公報などに開示されている他
の手法を採用してもよい。

【００６２】本実施の形態によれば、前記第１の実施の
形態による光量調整装置１が用いられているので、窓２
６の透過率が変化したり、光源３２の経年変化により光
源３２からの光量が変化したり、研磨するウエハ２３を
反射率が大きく異なるものに変えたりしても、ウエハ２
３に照射される照射光の光量を、分光分布を実質的に変
化させることなくしかも連続的に調整して、所望の光量
に設定することができる。したがって、研磨状況モニタ
装置３１における研磨状況のモニタの精度が高まる。こ
のため、適切にウエハ２３を研磨することができる。

【００６３】［第４の実施の形態］

【００６４】図８は、本発明の第４の実施の形態による
研磨装置において用いられる研磨状況モニタ装置５１
を、模式的に示す概略構成図である。図８において、図
７中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付
し、その重複する説明は省略する。

【００６５】本実施の形態が前記第３の実施の形態と異
なる所は、図１及び図２に示す前記第１の実施の形態に
よる光量調整装置１が、光源装置３２とレンズ３３との
間から、レンズ３６と分光器３９との間に、移されてい
る点と、光源装置３２からの光が１本の光ファイバ５２
でレンズ３３に導かれている点のみである。

【００６６】本実施の形態によれば、前記第３の実施の
形態と異なり、光量調整装置１が、ウエハ２３に照射さ
れる測定光の光量は調整せずに、分光器３９に入射する
検出光の光量を調整している。しかし、本実施の形態に
よっても、前記第３の実施の形態と同様の利点が得られ
ることは、言うまでもない。

【００６７】［第５の実施の形態］

【００６８】図９は、本発明の第５の実施の形態による
研磨装置において用いられる研磨状況モニタ装置６１
を、模式的に示す概略構成図である。図９において、図
７中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付
し、その重複する説明は省略する。

【００６９】本実施の形態が前記第４の実施の形態と異
なる所は、光量調整装置１及び光源装置３２が取り除か
れ、その代わりに、図５及び図６に示す前記第２の実施
の形態による光源装置１１が用いられている点のみであ
る。光源装置１１を構成する光ファイバ１４の出射端面
から出射される、光量が調整された光源光は、レンズ３
３に入射されている。

【００７０】本実施の形態によれば、前記第２の実施の
形態による光源装置１１が用いられているので、前記第
２の実施の形態と同様の利点を有する研磨装置が得られ
る。

【００７１】以上、本発明の各実施の形態について説明
したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるもの
ではない。

【００７２】例えば、図８において、光ファイバ５２に
代えて、レンズ３３と光源装置３２との間にも、図１及
び図２に示す前記第１の実施の形態による光量調整装置
１を設けてもよい。また、この場合又は図７の場合又は
図８の場合において、光源装置３２に代えて、図５及び
図６に示す前記第２の実施の形態による光源装置１１を
用いてもよい。

【００７３】また、前述した第３乃至第５の実施の形態
による研磨装置に搭載された前記各研磨状況モニタ装置
と同じ構成を有する測定装置は、研磨状況モニタ装置と
して用いることができる他に、他のイオンエッチング等
の除去工程、更にはＣＶＤ、スパッタリング等の成膜工
程の工程状況モニタ装置としても用いることができる。
更にまた、単独で、ウエハ等の基板上の膜厚を測定する
ための測定装置（膜厚計）としても用いることができ
る。

【００７４】さらに、前述した第１及び第２の実施の形
態による光量調整装置１及び光源装置１１は、研磨状況
モニタ装置や測定装置以外の他の種々の光学装置に搭載
してもよい。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
分光分布を実質的に変化させることなく、しかも連続的
に、光量を調整することができる光量調整装置及びその
ような光量調整機能を有する光源装置、並びに、これら
を用いた測定装置、研磨状況モニタ及び研磨装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による光量調整装置
を示す概略構成図である。

【図２】図１中の調整機構部を示す拡大断面図である。

【図３】光量の調整状況に関する測定結果を示す図であ
る。

【図４】光量の調整状況に関する測定結果を他の形式で
示す図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態による光源装置を示
す概略構成図である。

【図６】図５中の調整機構部を示す拡大断面図である。

【図７】本発明の第３の実施の形態による研磨装置を模
式的に示す概略構成図である。

【図８】本発明の第４の実施の形態による研磨装置にお
いて用いられる研磨状況モニタ装置を、模式的に示す概
略構成図である。

【図９】本発明の第５の実施の形態による研磨装置にお
いて用いられる研磨状況モニタ装置を、模式的に示す概
略構成図である。

【符号の説明】

１ 光量調整装置 ２，３，１４，５２ 光ファイバ ２ａ，３ａ，１４ａ 端面 ４，１６ 駆動部 ５，１７ 調整機構部 ６，７，１９ フェルール １１ 光源装置 １２ 光源 １３ 楕円ミラー １５ａ ピンホール １８ 支持部材 ２１ 研磨定盤 ２２ 研磨パッド ２３ ウエハ ２４ ウエハホルダ ２５ 透孔 ２６ 窓 ３１，５１，６１ 研磨状況モニタ装置 ３２ 光源装置 ３３〜３６ レンズ ３７ ミラー ３８ ビームスプリッタ ３９ 分光器 ４０ リニアセンサ ４１ 信号処理部 ４２ 表示部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松川 英二 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン本社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA30 BB01 CC19 FF41 GG03 JJ25 LL04 LL19 LL67 QQ29 2H037 BA01 BA31 CA00 DA04 DA06 DA22 2H041 AA02 AB19 AC01 AZ02 AZ05 3C058 AA07 AC02 CB01 CB03 DA17

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 出射端面から光を出射する第１の光ファ
   イバと、前記出射端面から出射された光の少なくとも一
   部が入射端面に入射される第２の光ファイバと、前記第
   １及び第２の光ファイバ間の伝達光量が変化するよう
   に、前記出射端面と前記入射端面との相対位置を変化さ
   せる移動機構と、を備えたことを特徴とする光量調整装
   置。
2. 【請求項２】 光源と、該光源からの光の少なくとも一
   部が入射端面に入射される光ファイバと、前記入射端面
   へ入射する光量が変化するように、前記入射端面の相対
   位置を変化させる移動機構と、を備え、前記光源からの
   光が焦点を結び、前記移動機構は、前記焦点と前記入射
   端面との相対位置を変化させることを特徴とする光源装
   置。
3. 【請求項３】 ピンホールが前記焦点の位置又はその近
   傍に配置され、前記入射端面には前記ピンホールを通過
   した光が入射されることを特徴とする請求項２記載の光
   源装置。
4. 【請求項４】 測定光を照射し、前記測定光による光を
   受光し、受光した光の変化に基づいて膜厚測定又は他の
   所定の測定を行う測定装置において、請求項１乃至３の
   いずれかに記載の光量調整装置又は光源装置を備えたこ
   とを特徴とする測定装置。
5. 【請求項５】 前記受光した光の分光特性の変化に基づ
   いて膜厚測定又は他の所定の測定を行うことを特徴とす
   る請求項４記載の測定装置。
6. 【請求項６】 研磨体と研磨対象物との間に研磨剤を介
   在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物との間に
   荷重を加え、かつ相対移動させることにより、前記研磨
   対象物を研磨する際に、その研磨状況をその研磨中にモ
   ニタする研磨状況モニタ装置であって、 測定光を前記研磨対象物に照射し、前記測定光の照射に
   より前記研磨対象物から得られる光の変化に基づいて、
   前記研磨状況をモニタする研磨状況モニタ装置におい
   て、 請求項１乃至３のいずれかに記載の光量調整装置又は光
   源装置を備えたことを特徴とする研磨状況モニタ装置。
7. 【請求項７】 研磨体と、研磨対象物を保持する保持部
   とを備え、前記研磨体と前記研磨対象物との間に研磨剤
   を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物との
   間に荷重を加え、かつ相対移動させることにより、前記
   研磨対象物を研磨する研磨装置において、請求項６記載
   の研磨状況モニタ装置を備えたことを特徴とする研磨装
   置。