(57)【要約】【課題】  基板の研磨に用いる研磨布が黒色であっても研磨布上でキャリアより位置ずれしたシリコン基板を検出できる方法。【解決手段】    研磨パッドの上面側より研磨布１１上の所定位置Ｓ1に１５度の角度で第一反射センサＡ機器より第１の検査光を照射し、その反射光量の第１の受光素子信号Ｐ１をしきい値Ｌｗと比較してｏｎ／ｏｆｆ信号を第一リレ−Ａより発信するとともに、同時に前記研磨パッドの上面側より研磨布１１上の所定位置Ｓ1に５度の角度で第二反射センサＢ機器より第２の検査光を照射し、その反射光量の第２の光量信号Ｐ2をしきい値Ｌｂと比較してｏｎ／ｏｆｆ信号を第二リレ−Ｂより発信し、各リレ−Ａ，Ｂより発信されたｏｎ／ｏｆｆ信号の組み合わせが同じ（ｏｎとｏｎ）であるときは研磨パッド上の基板に位置ずれが生じていることを意味するｏｎの警告信号をインデックスヘッド型研磨装置３０のシ−ケンスに出力する。【選択図】  図２
2006198686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨パッド上の基板の有無を検出する基板検出装置であって、
研磨パッド上の所定位置Ｓ1に第１の検査光の発光を行う光源と、該第１の検査光を前記研磨パッド上所定位置Ｓ1に所定の角度α１で照射する第１の照射手段と、前記第１の検査光が研磨パッドまたは基板に当たって反射された反射光を受光してその光量を測定し第１の光量信号Ｐ１として出力する第１の受光素子と、および、該第１の受光素子信号をしきい値Ｌｗと比較して白い研磨布有りのｏｆｆ、黒い研磨布有りのｏｎ、基板有りのｏｎの信号に区別する比較回路およびそのｏｎ／ｏｆｆ信号を発信する第一リレ−Ａを備える第一反射センサＡ機器、
前記研磨パッド上の前記位置Ｓ1に第２の検査光の発光を行う光源と、該第２の検査光を前記研磨パッド上位置Ｓ1に所定の角度α2（但し、α2はα１より小さい角度である）で照射する第２の照射手段と、前記第２の検査光が研磨パッドまたは基板に当たって反射された反射光を受光してその光量を測定し第２の光量信号Ｐ２として出力する第２の受光素子と、該第２の受光素子信号をしきい値Ｌｂと比較して黒い研磨布有りのｏｆｆ、白い研磨布有りのｏｎ、基板有りのｏｎの信号に区別する比較回路およびそのｏｎ／ｏｆｆ信号を発信する第二リレ−Ｂを備える第二反射センサＢ機器、
予め前記反射センサＡ機器を用いて白い研磨布の第１の光量信号と研磨される基板の第１の光量信号を測定し、チャタリングが生じない光量の受光素子信号を第一しきい値Ｌｗと指定する第一しきい値調整手段、および、予め前記反射センサＢ機器を用いて白い研磨布の第２の光量信号と研磨される基板の第２の光量信号を測定し、チャタリングが生じない光量の受光素子信号を第二しきい値Ｌｂと指定する第二しきい値調整手段、
第一リレ−Ａより発信されるｏｎ／ｏｆｆ信号および第二リレ−Ｂより発信されるｏｎ／ｏｆｆ信号を受け、両方のリレ−より受ける信号がｏｆｆとｏｎの組み合わせであるときは基板無しｏｆｆ、両方のリレ−より受ける信号がｏｎとｏｎの組み合わせであるときは基板存在ｏｎと判断するＡＮＤ回路、
および、
前記ＡＮＤ回路から受信したｏｎ／ｏｆｆ信号がｏｎの場合に警告信号または研磨停止信号を研磨装置のシ−ケンスに出力する出力部、
を備える研磨パッド上の基板検出装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載の研磨パッド上の基板検出装置を用い、
研磨パッドの上面側より研磨パッド上の所定位置Ｓ1に１４〜１６度の角度で第一反射センサＡ機器より第１の検査光を照射し、その反射光量の第１の受光素子信号Ｐ１をしきい値Ｌｗと比較して白い研磨布有りのｏｆｆ、黒い研磨布有りのｏｎ、基板有りのｏｎの信号に区別してｏｎ／ｏｆｆ信号を第一リレ−Ａより発信するとともに、
同時に前記研磨パッドの上面側より研磨パッド上の所定位置Ｓ1に４〜６度の角度で第二反射センサＢ機器より第２の検査光を照射し、その反射光量の第２の光量信号Ｐ2をしきい値Ｌｂと比較して黒い研磨布有りのｏｆｆ、白い研磨布有りのｏｎ、基板有りのｏｎの信号に区別してｏｎ／ｏｆｆ信号を第二リレ−Ｂより発信し、
前記第一反射センサＡ機器の第一リレ−Ａより発信されるｏｎ／ｏｆｆ信号と、第二反射センサＢ機器より発信されるｏｎ／ｏｆｆ信号の組み合わせが異なっている（ｏｆｆとｏｎ）ときは基板の研磨を続行し、組み合わせが同じ（ｏｎとｏｎ）であるときは研磨パッド上の基板に位置ずれが生じていることを意味するｏｎの警告信号または研磨停止信号を研磨装置のシ−ケンスに出力することを特徴とする、研磨パッド上の基板の位置ずれ有無を検出する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨パッド上の基板検出装置および基板検出方法に関する。特に、研磨パッドの素材が白色研磨布であっても黒色研磨布であっても、研磨パッド上のシリコン基板の存在を確認できる基板検出方法を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板の裏面をキャリアに保持し、スピンドル軸に軸承された研磨定盤（研磨パッド）の研磨布面に半導体基板の印刷回路がプリントされた表面側を押圧し、半導体基板の回転と研磨定盤の回転を利用し、相対的に回転移動、ときにはキャリアの揺動も加えて半導体基板を化学機械研磨することが実施されている。
【０００３】
ＣＭＰ研磨装置のスル−プット時間を短縮するため、インデックスヘッドに複数のキャリアを配設し、キャリアの下方に同心円状に複数のスピンドル軸に軸承された研磨定盤を配した基板研磨装置が株式会社岡本工作機械製作所よりＧＮＸ３３２Ｂの商品名でシリコン基板の研磨用に、米国アプライドマテリアルズ社からＣＭＰ研磨装置の商品名で半導体基板のＣＭＰ研磨用に販売され、実用化されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
【０００４】
具体的には、図１０および図１１に示すように、上方で回転軸に軸承されたインデックスヘッド５に該回転軸を中心に同一円周上に等間隔に設けられた８基のスピンドル２４に取り付けられた基板チャック機構（キャリア）６（２５）、前記インデックスヘッドの回転軸を時計廻り方向に９０度、９０度、９０度、９０度づつ、もしくは９０度、９０度、９０度、−２７０度づつ回動させる回動機構、前記基板チャック機構のスピンドル２４を昇降させる昇降機構３４およびスピンドルを水平方向に回転させる機構Ｍ１，Ｍ２、前記８基の基板チャック機構の下方に相対向するように前記インデックスヘッドの回転軸１６の軸心を同一とする中心点より同一円周上に等間隔に設けられた基板ロ−ディング／基板アンロ−ディング／チャック洗浄ステ−ジｓ１、第１ポリシングステ−ジｓ2、第２ポリシングステ−ジｓ3および第３ポリシングステ−ジｓ4、上面に第１基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ９ａ、基板チャック機構用洗浄ステ−ジ１３および第２基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ９ｂを同一円周上に等間隔に設けたインデックステ−ブル９（但し、これら３つのステ−ジは、インデックステ−ブルの回転により移動して前記基板ロ−ディング／基板アンロ−ディング／チャック洗浄ステ−ジｓ１を構成する。）、前記インデックステ−ブルを時計廻り方向に１２０度、１２０度、１２０度づつ、もしくは１２０度、１２０度、−２４０度づつ回動させる回動機構、および、前記インデックステ−ブルの手前の左右に設けられた、基板ロ−ディングカセット７ａと基板ロ−ディング搬送ロボット８ａよりなる基板供給機構と、基板アンロ−ディングカセット７ｂと基板アンロ−ディング搬送ロボット８ｂよりなる基板排出機構、とを含む基板のインデックスヘッド型研磨装置３０である（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
前記第１ポリシングステ−ジｓ2、第２ポリシングステ−ジｓ3および第３ポリシングステ−ジｓ4は、モ−タＭ４により回転されるスピンドル１０に軸承された円板２上面に研磨布１１が貼付された研磨パッド構造を取り、第１ポリシングステ−ジｓ2は基板の粗研磨を、第２ポリシングステ−ジｓ3は基板の中仕上げ研磨を、第３ポリシングステ−ジｓ4は基板の仕上げ研磨を行う。
【０００６】
各ステ−ジの研磨布１１は、１、２年前は白色の研磨布（ウレタンスポンジシ−トや樹脂含浸繊維シ−ト、白色無機充填剤含有樹脂シ−ト）が用いられてきたが、最近は仕上げ研磨用、あるいは半仕上研磨用に黒鉛や酸化モリブテン粒子を含有する黒色研磨布が使用されるケ−スも増加し、研磨される基板（半導体基板、シリコン基板を含む）によって白色研磨布で各ステ−ジが構成されるインデックスヘッド型研磨装置３０と、黒色研磨布と白色研磨布が混在するステ−ジで構成されるインデックスヘッド型研磨装置３０が使い分けられるようになった。
【０００７】
半導体基板の配線が１８ｎｍを要求された従来の２００ｍｍや３００ｍｍ径の基板研磨時の基板が研磨布に押し付けられる背面圧が５０〜２００ｇ／ｃｍ２と比較して、半導体基板の配線が１３ｎｍや１６ｎｍと細く要求される基板の研磨において、研磨時の基板が研磨布に押し付けられる背面圧も１０〜５０ｇ／ｃｍ２と従来の背圧より低くなり、また、基板直径も３００ｍｍ、４５０ｍｍと拡径したゆえに、研磨中に基板がキャリアやチャックから外れて研磨布上を回転方向に滑り外れるという現象が基板の種類やキャリアのチャック構造もしくはテンプレ−トに基板を貼り付けるワックスの種類により極微少回生じることが生じている（図１２参照）。
【０００８】
基板の研磨加工メ−カ−においては、基板の種類も鏡面シリコン基板、梨地シリコン基板、半梨地シリコン基板等の光線反射率が異なるベアシリコンや半導体基板もインデックス型研磨装置３０で研磨することは勿論、直径が異なったこれら基板も研磨することを望み、研磨中にキャリアから基板が少しずれた場合や外れた場合（図１２参照）にこれらずれた基板を検出し、アラ−ム信号を発信するなり、研磨中止の信号を発信することが可能なインデックスヘッド型研磨装置３０の出現が要求された。
【０００９】
研磨パッド上の基板の検出には、レ−ザ−光反射センサ、カラ−識別センサ等の検出光を半導体基板に投光し、その反射光の光量をデジタル数値化し、しきい値と比較してそのデジタル数値が所望の範囲の値となったら研磨終点とする反射センサが半導体基板の終点検出に用いられている。
【００１０】
例えば、半導体ウェハの研磨終了点検出装置であって、所定波長の第１の検査光の発光源としての第１のレ−ザ光源と、該第１の検査光を前記ウェハ上に所定の径と角度で照射する第１の照射手段と、前記第１の検査光とは異なる波長の第２の検査光の発光源としての第２のレ−ザ光源と、該第２の検査光を前記第１の検査光の照射位置と同一位置に同一径で所定角度で照射する第２の照射手段と、前記ウェハ上で反射された前記第１の検査光の正反射光軸上にあってその正反射光を受光してその光量を測定し第１の光量信号として出力する第１の受光素子と、前記ウェハ上で反射された前記第２の検査光の正反射光軸上にあってその正反射光を受光してその光量を測定し第２の光量信号として出力する第２の受光素子と、前記ウェハの上面側にあってこのウェハ上の前記第１の検査光および前記第２の検査光を照射する位置に向けて所定の圧力と流量でエア−を吹き付けて研磨液を排除するエアノズルと、前記第１の光量信号および前記第２の光量信号を受けてこれ等第１の光量信号および第２の光量信号を、前記ウェハの回転周期の整数倍に同期した周期の時間毎に平均化し離散的に第１の平均化デ−タおよび第２の平均化デ−タとして出力する第１の平均化手段および第２の平均化手段と、研磨開始直後の研磨不安定に起因する信号変化および研磨前の初期状態が異なることによる研磨開始初期の研磨が安定する前の信号変化を検知しないようにするために、研磨開始から所定時間経過するまでは以降の研磨終了点検出動作を無効にしておく初期キャンセル手段と、研磨速度のばらつきによる研磨初期の信号変動期間のばらつきに対応するために、前記第１の平均化デ−タあるいは第２の平均化デ−タが所定値あるいは所定倍数変化するまでは以降の研磨終了点検出動作を無効にしておく検出開始判定手段と、前記初期キャンセル手段での研磨初期の所定時間の未検知動作後から前記検出開始判定手段で終了点の検出動作開始が判定されるまでの間における前記第１の平均化デ−タおよび前記第２の平均化デ−タそれぞれの最大値あるいは平均値を検出して第１の基準光量値および第２の基準光量値として出力する第１の基準光量検出手段および第２の基準光量検出手段と、前記第１の基準光量値と前記第２の基準光量値との比を算出し、さらにこの比の値を前記第２の平均化デ−タに乗じた値を算出して補正光量デ−タとして出力する光量補正手段と、前記第１の平均化デ−タと前記補正光量データとの差を算出し光量差デ−タとして出力する光量差算出手段と、前記第１の基準光量値に所定値を乗じた値を研磨終了点検出のための第１の終点判定しきい値として出力する第１のしきい値算出手段と、前記光量差算出手段から出力された前記光量差デ−タのうち現測定時点の値を含んで過去に遡った複数デ−タを平均した値と、さらに過去に遡った光量差デ−タの過去の時点の複数デ−タを平均した値とを結んだ平均的傾きを算出して第１の平均傾きデ−タとして出力する第１の平均傾き算出手段と、前記第１の平均傾きデ−タの値と前記第１の終点判定しきい値とを比較し、前記第１の平均傾きデ−タの値が連続して所定回数以上第１の終点判定しきい値以上の値になった場合、あるいは前記第１の平均傾きデ−タの値が、前記平均的傾きの絶対値が所定値以上になってからの通算で所定回数以上第１の終点判定しきい値以上の値になった場合、または前記第１の平均傾きデ−タの値が前記第１の終点判定しきい値以上になる割合が所定割合以上になった場合に、前記ウェハの研磨が終了したと判定する第１の研磨終了点検出手段とを含むことを特徴とする半導体ウェハの研磨終了点検出装置である（例えば、特許文献３。）。
【００１１】
また、ＡｌＴｉＣ基板の上に金属含有パ−マロイ層が形成され、更に絶縁層を形成した磁気ヘッド基板の前記絶縁層を化学機械研磨して平坦なパ−マロイ層を露出させるＣＭＰ研磨において、ＣＭＰ研磨の最初または途中から研磨定盤上の研磨剤スラリ−を連続流として回収し、この回収連続流に連続して発色試薬を混合して連続流の検体とし、この検体の色をカラ−識別センサでデジタル値（Ｉｉ）として読み取り、そのデジタル値（Ｉｉ）の値が予め制御装置に入力されたＣＭＰ研磨がなされた研磨終点時の研磨剤スラリ−廃液流検体のデジタル値（Ｉｏ）の値に達したときを磁気ヘッド基板のＣＭＰ研磨終点とすることを特徴とする研磨終点検出方法である（例えば、特許文献４。）。
【特許文献１】特開平９−１６８９６３号公報（第３〜７頁、図４参照）
【特許文献２】特開２００２−２１９６４６号公報（第３〜６頁、８頁、図１、図２参照）
【特許文献３】特開２００２−１１６５５号公報（第１０〜２０頁、図１、図１０参照）
【特許文献４】特開２００１−５３０３９号公報（第３〜５頁、図４、図６参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
レ−ザ−光（ＬＥＤ）反射センサ、カラ−識別センサ、赤外線反射センサ等の光反射センサをインデックスヘッドに取り付け、研磨時に研磨布上へとはみ出してきた基板の有無を検出する場合、研磨布が白色である場合は、黒灰色のシリコン基板と白色研磨布との反射光量が大きく異なるゆえ反射光量のデジタル値で白色研磨布が検出されているかシリコン基板が検出されているか明確に区別可能できるので問題ない。しかし、研磨布が黒色である場合は、黒灰色のシリコン基板と黒色研磨布との反射光量が近似しており、さらに、研磨液や洗浄液（純水）の波打ちの影響により、特に鏡面のシリコン基板の検出ではチャタリング（リレー接点やスイッチ接点が切り替わった直後にばたついて、信号がON/OFFを繰り返す現象。）があり、黒色研磨布かシリコン基板か区別できない。
【００１３】
本発明は、基板の光沢が鏡面、梨地、半梨地の種類による影響を受けることなく、また、研磨布が黒色であっても白色であっても研磨布上の基板の有無を検出できる基板検出装置を提供するものである。本発明の他の目的は、研磨パッド上の基板を検出する方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１の発明は、研磨パッド上の基板の有無を検出する基板検出装置であって、
研磨パッド上の所定位置Ｓ1に第１の検査光の発光を行う光源と、該第１の検査光を前記研磨パッド上所定位置Ｓ1に所定の角度α１で照射する第１の照射手段と、前記第１の検査光が研磨パッドまたは基板に当たって反射された反射光を受光してその光量を測定し第１の光量信号Ｐ１として出力する第１の受光素子と、および、該第１の受光素子信号をしきい値Ｌｗと比較して白い研磨布有りのｏｆｆ、黒い研磨布有りのｏｎ、基板有りのｏｎの信号に区別する比較回路およびそのｏｎ／ｏｆｆ信号を発信する第一リレ−Ａを備える第一反射センサＡ機器、
前記研磨パッド上の前記位置Ｓ1に第２の検査光の発光を行う光源と、該第２の検査光を前記研磨パッド上位置Ｓ1に所定の角度α2（但し、α2はα１より小さい角度である）で照射する第２の照射手段と、前記第２の検査光が研磨パッドまたは基板に当たって反射された反射光を受光してその光量を測定し第２の光量信号Ｐ２として出力する第２の受光素子と、該第２の受光素子信号をしきい値Ｌｂと比較して黒い研磨布有りのｏｆｆ、白い研磨布有りのｏｎ、基板有りのｏｎの信号に区別する比較回路およびそのｏｎ／ｏｆｆ信号を発信する第二リレ−Ｂを備える第二反射センサＢ機器、
予め前記反射センサＡ機器を用いて白い研磨布の第１の光量信号と研磨される基板の第１の光量信号を測定し、チャタリングが生じない光量の受光素子信号を第一しきい値Ｌｗと指定する第一しきい値調整手段、および、予め前記反射センサＢ機器を用いて白い研磨布の第２の光量信号と研磨される基板の第２の光量信号を測定し、チャタリングが生じない光量の受光素子信号を第二しきい値Ｌｂと指定する第二しきい値調整手段、
第一リレ−Ａより発信されるｏｎ／ｏｆｆ信号および第二リレ−Ｂより発信されるｏｎ／ｏｆｆ信号を受け、両方のリレ−より受ける信号がｏｆｆとｏｎの組み合わせであるときは基板無しｏｆｆ、両方のリレ−より受ける信号がｏｎとｏｎの組み合わせであるときは基板存在ｏｎと判断するＡＮＤ回路、
および、
前記ＡＮＤ回路から受信したｏｎ／ｏｆｆ信号がｏｎの場合に警告信号または研磨停止信号を研磨装置のシ−ケンスに出力する出力部、
を備える研磨パッド上の基板検出装置を提供するものである。
【００１５】
請求項２の発明は、前記請求項１に記載の研磨パッド上の基板検出装置を用い、
研磨パッドの上面側より研磨パッド上の所定位置Ｓ1に１４〜１６度の角度で第一反射センサＡ機器より第１の検査光を照射し、その反射光量の第１の受光素子信号Ｐ１をしきい値Ｌｗと比較して白い研磨布有りのｏｆｆ、黒い研磨布有りのｏｎ、基板有りのｏｎの信号に区別してｏｎ／ｏｆｆ信号を第一リレ−Ａより発信するとともに、
同時に前記研磨パッドの上面側より研磨パッド上の所定位置Ｓ1に４〜６度の角度で第二反射センサＢ機器より第２の検査光を照射し、その反射光量の第２の光量信号Ｐ2をしきい値Ｌｂと比較して黒い研磨布有りのｏｆｆ、白い研磨布有りのｏｎ、基板有りのｏｎの信号に区別してｏｎ／ｏｆｆ信号を第二リレ−Ｂより発信し、
前記第一反射センサＡ機器の第一リレ−Ａより発信されるｏｎ／ｏｆｆ信号と、第二反射センサＢ機器より発信されるｏｎ／ｏｆｆ信号の組み合わせが異なっている（ｏｆｆとｏｎ）ときは基板の研磨を続行し、組み合わせが同じ（ｏｎとｏｎ）であるときは研磨パッド上の基板に位置ずれが生じていることを意味するｏｎの警告信号または研磨停止信号を研磨装置のシ−ケンスに出力することを特徴とする、研磨パッド上の基板の位置ずれ有無を検出する方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１６】
キャリアに保持されている基板が研磨パッド上にずれて来る予想位置Ｓ1に２基の光反射センサＡ機器，光反射センサＢ機器を同時に用い、それぞれ検査光を照射し、それらの反射受光量をデジタル数値化Ｐ１，Ｐ2し、それぞれのＰ１，Ｐ2値を予め設定したしきい値（センサ動作点）Ｌｗ、Ｌｂと比較して、研磨布、基板の存在のｏｎ／ｏｆｆ信号の２基の出力信号を比較（ＡＮＤ）し、同じ信号の組み合わせ（ｏｎとｏｎ）であったら基板のずれの生じ検出の発信信号ｏｎ、異なった信号の組み合わせ（ｏｆｆとｏｎ）であったら異常なしｏｆｆとすることにより、現在基板を研磨している研磨布が白色研磨布か黒色研磨布か、およびしきい値を一々数値制御自動研磨装置に入力することなく基板のずれの有無を検出できる。しきい値Ｌｗ、Ｌｂの設定は、研磨液や洗浄液の研磨布や基板上での波打ちの反射光量のデジタル値を測定し、これらとチャタリングが生じない値を設定できるので、黒色研磨布が使用された場合でも研磨布と基板との区別が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
図１は光反射センサＡ機器と光反射センサＢ機器の一対を８組および８基のキャリアを備えた研磨装置のインデックスヘッドを下方から見た平面図、図２は１つの研磨パッド上の基板と光反射センサＡ機器，光反射センサＢ機器との関係を示す正面図、図３は光反射センサ機器の出力回路図、図４は光反射センサ機器を示すもので、図４ａはファイバセンサの斜視図、図４ｂはアンプの側面図、図４ｃはアンプの上蓋を開いた状態を示す平面図、図５は光反射センサの投光角度（傾き）を５度および１５度と変え、被対象物に投光し、その反射受光量のレベル値（ＡＤ値）の最大値と最小値を示す図、図６は上記反射受光量のレベル値（ＡＤ値）を白研磨布の反射受光量のレベル値（ＡＤ値）を１００％とした際の各被対象物の相対値を示す図、図７は白色研磨布と基板の反射光量のデジタル値よりダ−ク・オン（Dark On）のモ−ドを識別するためのしきい値Ｌｗを決める図、図８は黒色研磨布と基板の反射光量のデジタル値よりライト・オン（Light On）のモ−ドを識別するためのしきい値Ｌｂを決める図、および、図９はＡＮＤ回路を示す図である。
【００１８】
図１および図２に示すインデックスヘッド型研磨装置３０は、インデックスヘッド５を下方から見て実線で示し、インデックスヘッドの下方にある基板ロ−ディング／基板アンロ−ディング／チャック洗浄ステ−ジｓ１および研磨ステ−ジｓ2，ｓ3，ｓ4を上方から見て仮想線で示すもので、このインデックスヘッド型研磨装置３０は、上方で回転軸に軸承されたインデックスヘッド５に該回転軸を中心に同一円周上に等間隔に８基設けられたスピンドルに取り付けられた基板チャック機構（キャリア）６ａ，６ａ，６ｂ，６ｂ，６ｃ，６ｃ，６ｄ，６ｄ、前記インデックスヘッドの回転軸を時計廻り方向に９０度、９０度、９０度、９０度づつ、もしくは９０度、９０度、９０度、−２７０度づつ回動させる回動機構（図示されていない）、前記基板チャック機構のスピンドル２４を昇降させる昇降機構およびスピンドルを水平方向に回転させる機構（図示されていない）、前記８基の基板チャック機構の下方に基板チャック機構一対に対し相対向するように前記インデックスヘッドの回転軸の軸心を同一とする中心点より同一円周上に等間隔に４基設けられた基板ロ−ディング／基板アンロ−ディング／チャック洗浄ステ−ジｓ１、スピンドル２により軸承された円板に白色の粗研磨布が貼付された第１ポリシングステ−ジｓ2、スピンドル２により軸承された円板に白色の中仕上げ研磨布が貼付された第２ポリシングステ−ジｓ3およびスピンドル２により軸承された円板に黒色の仕上げ研磨布が貼付された第３ポリシングステ−ジｓ4、上面に第１基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ９ａ、基板チャック機構用洗浄ステ−ジ１３および第２基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ９ｂを同一円周上に等間隔に設けたインデックステ−ブル９（但し、これら３つのステ−ジは、インデックステ−ブルの回転により移動して前記基板ロ−ディング／基板アンロ−ディング／チャック洗浄ステ−ジｓ１を構成する。）、各々の研磨ステ−ジｓ2，ｓ3，ｓ4上の研磨加工点に研磨液および洗浄液を供給する切替式／回動式液供給ノズル５０を一対、およびキャリアに保持され、各ステ−ジ上に擦圧および回動されている基板が研磨パッド上にずれて来る予想位置Ｓ1に１５度の照射角度で投光する光反射センサＡ機器と５度の照射角度で投光する光反射センサＢ機器の一対をインデックスヘッド５下面に取付ブラケット８０を介して合計８組を配設している。
【００１９】
これら光反射センサＡ機器と光反射センサＢ機器の一対は、図９のＡＮＤ回路に示されるようにリレ−Ａおよびリレ−Ｂで結ばれており、基板の研磨中、同時に検査光を投光して使用される。光反射センサＡ機器は白色の研磨布と基板を検出するのに、光反射センサＢ機器は黒色の研磨布と基板を検出するのに用いられる。
【００２０】
光反射センサ機器は、検出光を被対象物の研磨布または半導体基板上に投光し、その反射光の光量をデジタル数値（ＡＤ値）化し、設定されたしきい値とそのデジタル数値を比較し、ｏｎまたはｏｆｆの２値（２Ｐ）に２極化されたモ−ドに振り分けることができる光反射センサ機器であるならレ−ザ−光反射センサ、カラ−識別センサ、ＣＣＤカメラ、赤外線反射センサ等、いかなる光反射センサ機器であってもよい。例えば、株式会社山武の光ファイバセンサ｛光ファイバＨＰＦ−ＴＯＯ３（商品名）とアンプＨＰＸ−ＮＴ３（商品名）の組み合わせ｝、キ−エンス株式会社のデジタルカラ−識別センサＣＺ−４１およびアンプＣＺ−Ｖ１および赤、青、緑の受光量を各々１２ｂｉｔでデータ化するＡ／ＤコンバータＦＳ０１（商品名）の組み合わせ等が使用可能である。
【００２１】
光反射センサ機器Ａ，Ｂとして株式会社山武の光ファイバセンサ機器をの具体例として説明する。光ファイバセンサ機器６０は、図４ａに示す投光ファイバ−６１と受光ファイバ−６２を有する光ファイバセンサ（ＨＰＦ−ＴＯＯ３）を図４ｃに示すアンプ（ＨＰＸ−ＮＴ３）７０のファイバ固定レバ−に差し込んで使用する形態を取り、投光ファイバ−６１の先端より検査光が被対象物ｗに照射され、その反射光を受光ファイバ−６２が受光してその光量をデジタル表示器に表示できる。Ｌ−ＯＮ／Ｄ−ＯＮ切替スイッチは、出力モ−ドを切り替えるスイッチで、白色研磨布検出の光反射センサＡ機器ではＤ−ＯＮ（Dark ON）側に、黒色研磨布検出の光反射センサＢ機器ではＬ−ＯＮ(Light ON)側に設定する。図３はアンプの出力回路図である。
【００２２】
アンプ７０のモ−ド表示灯ＲＵＮ・ＳＥＴ・ＴＭＲ・ＡＤＪは、アンプの検出状態を表示する。 電源が入れられるとＲＵＮモ−ド表示灯が点灯する。このアンプのモ−ド表示灯ＲＵＮ・ＳＥＴ・ＴＭＲ・ＡＤＪとアンプのダイヤルスイッチＤ−ＳＷを利用して受光レベルの設定、しきい値の設定、ディレイタイムの設定、感度設定等のチュ−ニング（調整）を行う。感度設定は、被対象物（研磨布、基板）からの反射光量をデジタル数値化する感度設定（・パ−セント設定〔ＰＨ〕）あるいは反射光量のデジタル数値としきい値を比較し、対象物の存在の有無をｏｎ（１値）かｏｆｆ（０値）の２値〔・２Ｐ〕に感度設定する。この２Ｐの感度設定の場合、反射光量のデジタル数値としきい値の比較は比較回路で判断し、そのｏｎまたはｏｆｆの信号は第一リレ−Ａのマイクロスイッチに出力される。
【００２３】
前記ダイヤルスイッチＤ−ＳＷを用いて、受光量のデジタル数値化の調整（チュ−ニング）を行う操作を次に説明する。ダイヤルスイッチＤ−ＳＷを押すとＲＵＮモ−ド表示灯が点滅するので、ダイヤルスイッチＤ−ＳＷを３秒以上押し、受光レベルの表示選択モ−ドが消灯およびモ−ド表示補助灯が点灯するので、ダイヤルスイッチＤ−ＳＷをスライド（回転）してデジタル表示器のデジタル表示部の設定内容（・ＰＰ点滅：ピ−ク表示、ＡＡ点滅：標準表示、・ｂｂ点滅：ボトム表示、・――点滅：キャンセル）を選択する。デジタル表示部の内容をＡＡ点滅に選択設定した後、ダイヤルスイッチＤ−ＳＷを押して決定するとＲＵＮモ−ドが点滅する。
【００２４】
ダイヤルスイッチＤ−ＳＷをスライドすると、ＳＥＴモ−ド表示灯が点滅し、ＳＥＴモ−ドに切り替わる。ＳＥＴモ−ド表示灯が点滅している状態でダイヤルスイッチＤ−ＳＷを３秒以上押し、検出能力選択モ−ド（ＳＥＴ点灯、モ−ド表示補助灯も点灯）となるので、ダイヤルスイッチＤ−ＳＷをスライド（回転）してデジタル表示器のデジタル表示部の設定内容（・ｎＬ点滅：標準モ−ド、・ＨＰ点滅：長距離モ−ド、ＨＳ点滅：高速応答モ−ド、・――点滅：キャンセル）を選択する。デジタル表示部の内容をｎＬ点滅に選択設定した後、ダイヤルスイッチＤ−ＳＷを押して決定するとＳＥＴモ−ド点滅に戻る。
【００２５】
ＳＥＴモ−ド表示灯が点滅している状態でダイヤルスイッチＤ−ＳＷを押すと感度設定モ−ド（ＳＥＴ点灯、モ−ド表示補助灯は消灯）となるので、ダイヤルスイッチＤ−ＳＷをスライド（回転）してデジタル表示器のデジタル表示部の設定内容（・２値設定〔２Ｐ〕、・位置決め設定、・ＢＧＳ設定〔ｂＨ〕、・基準感度設定〔ＬＨ〕、・パ−セント設定〔ＰＨ〕、・最大感度設定〔ｈＨ〕、・フルオ−ト設定〔ＦＬ〕、光軸調整モ−ド〔０から１００〕、・――点滅：キャンセル）を選択する。デジタル表示部の内容を２Ｐに選択設定した後、ダイヤルスイッチＤ−ＳＷを押して決定するとＳＥＴモ−ド点滅に戻る。
【００２６】
ＳＥＴモ−ド表示灯が点滅している状態でダイヤルスイッチＤ−ＳＷをスライド（回転）するとＴＭＲモ−ド表示灯が点滅し、ＴＭＲモ−ドに切り替わる。ＴＭＲモ−ド表示灯が点滅している状態でダイヤルスイッチＤ−ＳＷを３秒以上押し、タイマ−機能選択モ−ド（ＴＭＲ点灯、モ−ド表示補助灯も点灯）となるので、ダイヤルスイッチＤ−ＳＷをスライド（回転）してデジタル表示器のデジタル表示部の設定内容（・ｔ０点滅：瞬時出力、・ｄｔ点滅：ディレイタイマ出力、・１ｔ点滅：ワンショット出力、・――点滅：キャンセル）を選択する。デジタル表示部の内容をｄｔ点滅に選択設定した後、ダイヤルスイッチＤ−ＳＷを押して決定するとＴＭＲモ−ド表示灯点滅に戻る。
【００２７】
ＴＭＲモ−ド表示灯が点滅している状態でダイヤルスイッチＤ−ＳＷを押すとディレイタイマ出力のタイマ時間設定モ−ド（ＴＭＲ点灯、モ−ド表示補助灯は消灯）となるので、ダイヤルスイッチＤ−ＳＷをスライド（回転）してディレイタイム時間（１ｍｓから１sec）を４０ｍｓ〜５０ｍｓの数値内の数値に設定する。ディレイタイム時間を５０ｍｓに設定後、ダイヤルスイッチＤ−ＳＷを押して決定するとＴＭＲモ−ド表示灯は点滅に戻る。
【００２８】
上記ＴＭＲのディレイタイム時間設定は、黒色研磨布検出用光反射センサＢのときは設定する方が研磨液や洗浄液の波打ちの影響をさけてチャタリングを防ぐことができるので好ましい。白色研磨布検出用光反射センサＡのときはチャタリングが生じるおそれはないのでディレイタイム時間設定は必ずしも必要でない。
【００２９】
ＴＭＲモ−ド表示灯が点滅している状態でダイヤルスイッチＤ−ＳＷをスライド（回転）するとＡＤＪが点滅し、ＡＤＪモ−ドに切り替わる。ＴＭＲモ−ド表示灯が点滅している状態でダイヤルスイッチＤ−ＳＷを押すとしきい値調整モ−ド（ＡＤＪ点灯、モ−ド表示補助灯は消灯）となるので、ダイヤルスイッチＤ−ＳＷをスライド（回転）してしきい値を−１００から＋１００の数値から選択する。しきい値ＬｗまたはＬｂを設定を終了したら、ダイヤルスイッチＤ−ＳＷを押して決定するとＡＤＪモ−ド表示灯は点滅に戻る。
【００３０】
上記しきい値ＬｗまたはＬｂの数値は、予め、光反射センサ機器で研磨布、基板、研磨液、洗浄液の波打ちの反射光量のデジタル化数値Ｐ１，Ｐ２を検出し、研磨布と基板の区別の混同（チャタリング）が生じない値を経験的、または前実験で求める。図５は光反射センサの投光角度（傾き）を５度および１５度と変え、被対象物に投光し、その反射受光量のレベル値（ＡＤ値）の最大値と最小値を示す図、図６は上記反射受光量のレベル値（ＡＤ値）を白研磨布の反射受光量のレベル値（ＡＤ値）を１００％とした際の各被対象物の相対値を示す図、図７は白色研磨布と基板の反射光量のデジタル値よりダ−ク・オン（Dark On）のモ−ドを識別するためのしきい値Ｌｗを決める図、図８は黒色研磨布と基板の反射光量のデジタル値よりライト・オン（Light On）のモ−ドを識別するためのしきい値Ｌｂを決める図である。光反射センサ機器Ａ，Ｂが受光した反射受光量のレベル値（ＡＤ値）を取り（図５）、これを白色研磨布の反射受光量のレベル値（ＡＤ値）を１００％とし、各被対象物の反射受光量のレベル値（ＡＤ値）の相対値％を求める（図６参照）。    
【００３１】
光センサＡ機器はダ−ク・オン（Dark On）のモ−ドとし、感度設定モ−ドを２値（２Ｐ）に選定したので、光反射センサＡ機器で白色研磨布が検出されるときはｏｆｆの信号が出力されるように白色研磨布の反射光量のデジタル値Ｐ１が＋数値（ｏｆｆ）となり、基板の反射光量のデジタル値Ｐ１が−数値（ｏｎ）となる域であって、両者の値の差が２０以上となるようにしきい値Ｌｗを定める（図７参照）。逆に、ライト・オン（Light  ON）モ−ド設定の光反射センサＢ機器で黒色研磨布が検出されるときはｏｆｆの信号が出力されるように黒色研磨布の反射光量のデジタル値Ｐ２が−数値（ｏｆｆ）となり、基板の反射光量のデジタル値Ｐ２が＋数値（ｏｎ）となる域であって、両者の値の差が２０以上となるようにしきい値Ｌｂを定める（図８参照）。図７および図８では、しきい値Ｌｗおよびしきい値Ｌｂとして＋７０％を選択した。
【００３２】
表１に感度モ−ド２値〔２Ｐ〕時の出力モ−ドおよびＡＮＤ回路の出力モ−ドを示す。
【００３３】
表１
2006198686.tif 000003
【００３４】
ＡＮＤ回路の出力結果は、ＯＦＦが研磨布検出、ＯＮが基板検出となる。ＡＮＤ回路の出力結果がＯＦＦであるときはマイクロスイッチがＯＦＦの状態で研磨装置へのシ−ケンスに接続されないので基板の研磨はそのまま続行される。ＡＮＤ回路の出力結果がＯＮであるときはマイクロスイッチがＯＮに接続され、研磨装置へのシ−ケンスに警告信号を発信または研磨装置の稼動停止の出力信号が発信されることとなる。
【００３５】
光反射センサＡ機器（投光角度α１＝１５度：Ｄ−ＯＮ）、光反射センサＢ機器（投光角度α2＝５度：Ｌ−ＯＮ）で被検査対象物を前もって実験で求めた反射光量の標準デジタル化数値Ｐ1，Ｐ２（しきい値で調整済み）を表２に示す。
【００３６】
表２
2006198686.tif 000004
【００３７】
しきい値は、アンプ７０のモ−ド表示灯ＲＵＮ・ＳＥＴ・ＴＭＲ・ＡＤＪとダイヤルスイッチＤ−ＳＷを用いてしきい値調整モ−ドで−１００から＋１００の数値内で適宜選択設定できるので、研磨布と基板の反射受光量のデジタル値Ｐ1，Ｐ２の正（＋）負（−）が逆となるように、および、研磨布と基板の反射受光量のデジタル値Ｐ1，Ｐ２の絶対値がチャタリングを生じさせない１０以上の値となるようしきい値Ｌｗ，Ｌｂを設定する。
【００３８】
図４ｃに戻って、しきい値の調整が終了し、ＡＤＪ表示灯が点滅状態であるとき、ダイヤルスイッチＤ−ＳＷをスライド（回転）してＲＵＮ表示灯が点滅する状態に戻し、その状態でダイヤルスイッチＤ−ＳＷを押すことによりＲＵＮ表示灯が点灯した状態となり、調整操作が終了する。
【００３９】
インデックスヘッド型研磨装置３０のキャリア６に保持された基板を研磨ステ−ジの研磨布１１に押圧し、研磨布上に研磨液または洗浄液をノズル５０より供給しつつ、基板と研磨布の両者を回転させて擦圧させて基板を研磨しているとき、研磨布の上面側より研磨布上の所定位置Ｓ1に１４〜１６度の角度で第一反射センサＡ機器より第１の検査光を照射し、その反射光量の第１の受光素子信号Ｐ１をしきい値Ｌｗと比較して白い研磨布有りのｏｆｆ、黒い研磨布有りのｏｎ、基板有りのｏｎの信号に区別してｏｎ／ｏｆｆ信号を第一リレ−Ａより発信するとともに、
同時に前記研磨布の上面側より研磨布上の所定位置Ｓ1に４〜６度の角度で第二反射センサＢ機器より第２の検査光を照射し、その反射光量の第２の光量信号Ｐ2をしきい値Ｌｂと比較して黒い研磨布有りのｏｆｆ、白い研磨布有りのｏｎ、基板有りのｏｎの信号に区別してｏｎ／ｏｆｆ信号を第二リレ−Ｂより発信し、
前記第一反射センサＡ機器の第一リレ−Ａより発信されるｏｎ／ｏｆｆ信号と、第二反射センサＢ機器より発信されるｏｎ／ｏｆｆ信号の組み合わせが異なっている（ｏｆｆとｏｎ）ときはＡＮＤ回路がｏｆｆであるので基板の研磨は続行され、組み合わせが同じ（ｏｎとｏｎ）であるときはＡＮＤ回路がＯＮ（基板を検出、すなわち、研磨パッド上の基板に位置ずれが生じていることを意味する）の警告信号または研磨停止信号を研磨装置のシ−ケンスに出力する。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
各々のキャリアに保持されている基板を研磨布で研磨している時、キャリアから基板が位置ずれを生じ、キャリアよりはみ出した場合、その基板を研磨している研磨布が黒色であっても白色であってもその研磨布の色にとらわれることなく２基の光反射センサ機器Ａ，Ｂを同時に用いることにより基板ずれの有無の検出が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】光反射センサＡ機器と光反射センサＢ機器の一対を８組および８基のキャリアを備えた研磨装置のインデックスヘッドを下方から見た平面図である。
【図２】１つの研磨パッド上の基板と光反射センサＡ機器，光反射センサＢ機器の投光角度との関係を示す正面図である。
【図３】光反射センサ機器の出力回路図である。
【図４】光反射センサ機器を示すもので、図４ａはファイバセンサの斜視図、図４ｂはアンプの側面図、図４ｃはアンプの上蓋を開いた状態を示す平面図である。
【図５】光反射センサの投光角度（傾き）を５度および１５度と変え、被対象物に投光し、その反射受光量のレベル値（ＡＤ値）の最大値と最小値を示す図である。
【図６】反射受光量のレベル値（ＡＤ値）を白研磨布の反射受光量のレベル値（ＡＤ値）を１００％とした際の各被対象物の相対値を示す図である。
【図７】白色研磨布と基板の反射光量のデジタル値よりダ−ク・オン（Dark On）のモ−ドを識別するためのしきい値Ｌｗを決める図である。
【図８】黒色研磨布と基板の反射光量のデジタル値よりライト・オン（Light On）のモ−ドを識別するためのしきい値Ｌｂを決める図である。（公知）
【図９】ＡＮＤ回路を示す図である。
【図１０】インデックスヘッド型研磨装置のインデックスヘッドを下方から見た平面図である。（公知）
【図１１】１つの研磨パッド上のキャリアに保持された基板の位置関係を示す研磨装置の正面図である。（公知）
【図１２】キャリアに保持されていた基板が研磨パッド上で位置ずれを生じた軌跡を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４２】
５    インデックスヘッド
６    キャリア（基板チャック機構）
ｓ2      第１ポリシングステ−ジ
ｓ3      第２ポリシングステ−ジ
ｓ4      第３ポリシングステ−ジ
１１  研磨布
２４  スピンドル
２５  基板チャック
３０  インデックスヘッド型研磨装置
５０  液供給ノズル
６０  光ファイバセンサ機器
Ａ    光反射センサＡ機器
Ｂ    光反射センサＢ機器
７０  アンプ
８０  取付ブラケット
Ｓ１  投光照射位置（研磨パッド上の所定位置）
【図１】
2006198686.tif 000005
【図２】
2006198686.tif 000006
【図３】
2006198686.tif 000007
【図４】
2006198686.tif 000008
【図５】
2006198686.tif 000009
【図６】
2006198686.tif 000010
【図７】
2006198686.tif 000011
【図８】
2006198686.tif 000012
【図９】
2006198686.tif 000013
【図１０】
2006198686.tif 000014
【図１１】
2006198686.tif 000015
【図１２】
2006198686.tif 000016