(57)【要約】      （修正有）【課題】種々の外乱等の影響を排除して研磨パッドの表面性状を正確に測定することができる研磨パッドの表面性状測定装置を提供する。【解決手段】表面性状測定装置１２は、光を通さない筐体５０と、筐体５０に取り付けられた光学窓５１と、レーザー光線を発するレーザー光源５５と、レーザー光線を光学窓５１を通じて研磨パッド１に導く入射光線ミラー５７と、レーザー光線が研磨パッド１に当たったときに発生する散乱光の強度を測定する受光センサー５９とを備える。レーザー光源５５、入射光線ミラー５７、および受光センサー５９は、筐体５０内に配置されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の研磨に使用される研磨パッドの表面性状測定装置であって、
光を通さない筐体と、
前記筐体に取り付けられた光学窓と、
レーザー光線を発するレーザー光源と、
前記レーザー光線を前記光学窓を通じて前記研磨パッドに導く入射光線ミラーと、
前記レーザー光線が前記研磨パッドに当たったときに発生する散乱光の強度を測定する受光センサーとを備え、
前記レーザー光源、前記入射光線ミラー、および前記受光センサーは、前記筐体内に配置されていることを特徴とする表面性状測定装置。
【請求項２】
前記受光センサーを上下動させる上下動機構をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の表面性状測定装置。
【請求項３】
前記上下動機構は、前記散乱光の０次光からｎ次光（ｎは予め定められた自然数）を前記受光センサーが受けることができる位置まで、前記受光センサーを上昇および／または下降させることを特徴とする請求項２に記載の表面性状測定装置。
【請求項４】
前記研磨パッドの研磨面に気体の噴流を送る噴流ノズルをさらに備え、前記噴流ノズルは前記筐体に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の表面性状測定装置。
【請求項５】
前記光学窓と前記受光センサーとの間に配置されたバンドパスフィルターをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の表面性状測定装置。
【請求項６】
前記バンドパスフィルターは、前記レーザー光線の波長を含む限られた範囲内の波長を持つ光のみを通過させるように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の表面性状測定装置。
【請求項７】
前記レーザー光源と前記光学窓との間に配置された減光フィルターをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の表面性状測定装置。
【請求項８】
前記レーザー光源と前記光学窓との間に配置された偏光フィルターをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の表面性状測定装置。
【請求項９】
前記研磨パッドの研磨面に平行な平面内で前記筐体を移動させる平行移動機構をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の表面性状測定装置。
【請求項１０】
前記研磨パッドからの散乱光を反射させ、前記受光センサーに導く散乱光ミラーをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の表面性状測定装置。
【請求項１１】
前記散乱光ミラーは、凹面ミラーであることを特徴とする請求項１０に記載の表面性状測定装置。
【請求項１２】
研磨パッドを支持する研磨テーブルと、
基板を前記研磨パッドに押し付ける研磨ヘッドと、
前記研磨パッドの表面性状を測定する、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の表面性状測定装置とを備えたことを特徴とする研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハ等の基板の研磨に用いられる研磨パッドの表面形状や表面状態などの表面性状を測定する研磨パッドの表面性状測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの高集積化・高密度化に伴い、回路の配線がますます微細化し、多層配線の層数も増加している。回路の微細化を図りながら多層配線を実現しようとすると、下側の層の表面凹凸を踏襲しながら段差がより大きくなるので、配線層数が増加するに従って、薄膜形成における段差形状に対する膜被覆性（ステップカバレッジ）が悪くなる。したがって、多層配線するためには、このステップカバレッジを改善し、然るべき過程で平坦化処理しなければならない。また光リソグラフィの微細化とともに焦点深度が浅くなるため、半導体デバイスの表面の凹凸段差が焦点深度以下に収まるように半導体デバイス表面を平坦化処理する必要がある。
【０００３】
従って、半導体デバイスの製造工程においては、半導体デバイス表面の平坦化技術がますます重要になっている。この平坦化技術のうち、最も重要な技術は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ（Chemical  Mechanical  Polishing））である。この化学的機械的研磨は、研磨装置を用いて、シリカ（ＳｉＯ２）やセリア（ＣｅＯ２）等の砥粒を含んだ研磨液を研磨パッドに供給しつつ半導体ウェーハなどの基板を研磨パッドに摺接させて研磨を行うものである。
【０００４】
上述したＣＭＰを行う研磨装置は、研磨パッドを有する研磨テーブルと、半導体ウェーハ（基板）を保持するためのキャリア又はトップリング等と称される基板保持装置とを備えている。このような研磨装置を用いて基板保持装置により基板を保持しつつ、この基板を研磨パッドに対して所定の圧力で押圧して、基板上の絶縁膜や金属膜を研磨することが行われている。
【０００５】
基板の研磨を行なうと、研磨パッドの表面には砥粒や研磨屑が付着し、また、研磨パッドの表面形状や状態が変化して研磨性能が劣化してくる。このため、基板の研磨を繰り返すに従い、研磨速度が低下し、また、研磨むらが生じてしまう。そこで、劣化した研磨パッドの表面形状や状態を再生するために、ドレッサーを用いて研磨パッドのドレッシング（コンディショニング）を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１１９８２２号公報
【特許文献２】特開２００３−１５１９３４号公報
【特許文献３】特開２０１２−１３７４８４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】櫛田高志，木村景一，カチョーンルンルアン・パナート，鈴木恵友著「光学的フーリエ変換に基づくＣＭＰ用ポリシングパッドの表面形状評価に関する研究（第二報）―測定装置の試作―」２０１２年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集，２０１２年３月１４日頒布，ｐ.８２３−８２４
【非特許文献２】櫛田高志，木村景一，カチョーンルンルアン・パナート，鈴木恵友著「光学的フーリエ変換に基づいたＣＭＰ用ポリシングパッドの表面形上評価に関する研究」２０１１年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集，２０１１年９月２０日頒布，ｐ.１５９−１６０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＣＭＰ（化学的機械的研磨）においては、研磨パッドの表面形状や状態は研磨性能に与える影響が大きく、種々の測定方法により研磨パッドの表面形状、状態を測定して、ドレッシング条件や研磨条件に反映させることが提案されている。
上記非特許文献１及び２には、研磨パッドの表面にレーザー光を照射し、その散乱反射光を光学的ＦＦＴ解析することにより研磨パッドの表面形状特性を測定可能であることが示唆されている。
【０００９】
研磨パッドの表面にレーザー光を照射し、その散乱反射光を用いて研磨パッドの表面形状や表面状態などの表面性状を測定するにあたって、種々の外乱等の影響があるため、散乱反射光を適切にセンシングすることが重要である。
【００１０】
本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、種々の外乱等の影響を排除して研磨パッドの表面性状を正確に測定することができる研磨パッドの表面性状測定装置および当該測定装置を備えた研磨装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、基板の研磨に使用される研磨パッドの表面性状測定装置であって、光を通さない筐体と、前記筐体に取り付けられた光学窓と、レーザー光線を発するレーザー光源と、前記レーザー光線を前記光学窓を通じて前記研磨パッドに導く入射光線ミラーと、前記レーザー光線が前記研磨パッドに当たったときに発生する散乱光の強度を測定する受光センサーとを備え、前記レーザー光源、前記入射光線ミラー、および前記受光センサーは、前記筐体内に配置されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の好ましい態様は、前記受光センサーを上下動させる上下動機構をさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記上下動機構は、前記散乱光の０次光からｎ次光（ｎは予め定められた自然数）を前記受光センサーが受けることができる位置まで、前記受光センサーを上昇および／または下降させることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨パッドの研磨面に気体の噴流を送る噴流ノズルをさらに備え、前記噴流ノズルは前記筐体に固定されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記光学窓と前記受光センサーとの間に配置されたバンドパスフィルターをさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記バンドパスフィルターは、前記レーザー光線の波長を含む限られた範囲内の波長を持つ光のみを通過させるように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の好ましい態様は、前記レーザー光源と前記光学窓との間に配置された減光フィルターをさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記レーザー光源と前記光学窓との間に配置された偏光フィルターをさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨パッドの研磨面に平行な平面内で前記筐体を移動させる平行移動機構をさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨パッドからの散乱光を反射させ、前記受光センサーに導く散乱光ミラーをさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記散乱光ミラーは、凹面ミラーであることを特徴とする。
【００１４】
本発明の一態様は、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、基板を前記研磨パッドに押し付ける研磨ヘッドと、前記研磨パッドの表面性状を測定する上記表面性状測定装置とを備えたことを特徴とする研磨装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、筐体は、レーザー光源や受光センサーを含む光学系をスラリーや純水などの液体から保護することができるのみならず、レーザー光線以外の光を遮ることができる。したがって、表面性状測定装置は、種々の外乱等の影響を排除して研磨パッドの表面性状を正確に測定することができる。上下動機構は、受光センサーが０次光からｎ次光までの散乱光を受けることができる最適な位置にまで受光センサーを移動させることができる。したがって、表面性状測定装置は、研磨パッドの表面性状を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】研磨パッドの表面性状測定装置を備えた研磨装置の一実施形態を示す模式平面図である。
【図２】図１に示す研磨装置を矢印Ａの方向から見た側面図である。
【図３】図１に示す研磨装置を矢印Ｂの方向から見た側面図である。
【図４】測定ヘッドの断面図である。
【図５】散乱光のスペクトルを示す図である。
【図６】受光センサーが低すぎる位置にある場合に受光センサーが受けることができる散乱光の範囲を示す図である。
【図７】受光センサーが高すぎる位置にある場合に受光センサーが受けることができる散乱光の範囲を示す図である。
【図８】測定ヘッドの他の実施形態を示す図である。
【図９】測定ヘッドをドレッサーアームに固定した実施形態を示す図である。
【図１０】測定ヘッドを研磨ヘッドアームに固定した実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
図１は、研磨パッドの表面性状測定装置を備えた研磨装置の一実施形態を示す模式平面図である。
研磨装置は、研磨面１ａを有する研磨パッド１を支持する研磨テーブル２と、基板の一例であるウェーハＷを研磨するための研磨ヘッド５と、研磨パッド１上にスラリーまたは純水を選択的に供給する処理液供給ノズル７と、研磨パッド１の研磨面１ａをドレッシング（またはコンディショニング）するドレッサー１０と、研磨パッド１の表面性状を測定する表面性状測定装置１２とを備えている。
【００１８】
図２は、図１に示す研磨装置を矢印Ａの方向から見た側面図であり、図３は、図１に示す研磨装置を矢印Ｂの方向から見た側面図である。説明のために、図２では、表面性状測定装置１２および処理液供給ノズル７の図示は省略されており、図３では、研磨ヘッド５および処理液供給ノズル７の図示は省略されている。
【００１９】
研磨テーブル２はテーブル軸２ａを介してテーブルモータ１５に連結されている。研磨テーブル２および研磨パッド１はその軸心を中心にテーブルモータ１５によって回転されるように構成されている。研磨パッド１の上面は、ウェーハＷを研磨するための上記研磨面１ａを構成している。処理液供給ノズル７は、研磨テーブル２および研磨パッド１の上方に配置されており、研磨パッド１の研磨面１ａ上にスラリーまたは純水を選択的に供給するように構成されている。
【００２０】
研磨ヘッド５は、その下面にウェーハＷを真空吸引などにより保持することができるように構成されている。研磨ヘッド５は研磨ヘッドアーム１８に回転可能に支持されている。研磨ヘッド５は、研磨ヘッドアーム１８内に設置された研磨ヘッド回転機構（図示せず）に連結されており、研磨ヘッド５はその軸心を中心に研磨ヘッド回転機構によって回転されるようになっている。
【００２１】
研磨ヘッドアーム１８は、研磨ヘッド旋回軸１９に固定されている。この研磨ヘッド旋回軸１９は、研磨ヘッド旋回機構２１および研磨ヘッド上下動機構２３に連結されている。研磨ヘッド上下動機構２３は、研磨ヘッド旋回軸１９、研磨ヘッドアーム１８、および研磨ヘッド５を一体に上下動させることが可能に構成されている。研磨ヘッド旋回機構２１は、研磨ヘッド旋回軸１９を所定の角度だけ時計回りおよび反時計回りに回転させるように構成されている。研磨ヘッド旋回機構２１が研磨ヘッド旋回軸１９を回転させると、研磨ヘッドアーム１８および研磨ヘッド５は、研磨面１ａと平行な平面内で旋回する。より具体的には、研磨ヘッド５は、研磨パッド１の上方の研磨位置と、研磨パッド１の外側のウェーハ受け渡し位置（基板受け渡し位置）との間を移動可能となっている。
【００２２】
ドレッサー１０はドレッサーアーム２７に回転可能に支持されている。ドレッサー１０は、ドレッサーアーム２７内に設置されたドレッサー回転機構（図示せず）に連結されており、ドレッサー１０はその軸心を中心にドレッサー回転機構によって回転されるようになっている。ドレッサー１０の底部にはダイヤモンド粒子などの砥粒が固定されており、この砥粒は研磨面１ａをドレッシングするためのドレッシング面を構成する。
【００２３】
ドレッサーアーム２７は、ドレッサー旋回軸２９に固定されている。このドレッサー旋回軸２９は、ドレッサー旋回機構３１およびドレッサー上下動機構３３に連結されている。ドレッサー上下動機構３３は、ドレッサー旋回軸２９、ドレッサーアーム２７、およびドレッサー１０を一体に上下動させることが可能に構成されている。ドレッサー旋回機構３１は、ドレッサー旋回軸２９を所定の角度だけ時計回りおよび反時計回りに回転させるように構成されている。ドレッサー旋回機構３１がドレッサー旋回軸２９を回転させると、ドレッサーアーム２７およびドレッサー１０は、研磨面１ａと平行な平面内で旋回する。より具体的には、ドレッサー１０は、研磨パッド１の研磨面１ａの中心側領域と外側領域との間を往復移動可能となっている。
【００２４】
ウェーハＷは次のようにして研磨される。研磨ヘッド５はその下面にウェーハＷを保持し、研磨パッド１の研磨面１ａの上方の研磨位置に移動する。研磨ヘッド５は、その軸心を中心に研磨ヘッド回転機構（図示せず）により回転される。研磨テーブル２および研磨パッド１は、テーブルモータ１５により回転され、さらに処理液供給ノズル７からスラリーが研磨パッド１の研磨面１ａ上に供給される。研磨ヘッド５は、その軸心を中心に回転しながら、ウェーハＷの表面を研磨パッド１の研磨面１ａに対して押し付ける。ウェーハＷの表面は、スラリーの存在下で研磨パッド１に摺接され、スラリーに含まれる砥粒の機械的作用と、スラリーの化学的作用とにより研磨される。
【００２５】
ウェーハＷの研磨前および／または研磨後に、研磨パッド１の研磨面１ａのドレッシング（またはコンディショニング）が行われる。具体的には、ドレッサー１０は、その軸心を中心にドレッサー回転機構（図示せず）により回転され、ドレッサー１０のドレッシング面（下面）はドレッサー上下動機構３３により研磨パッド１の研磨面１ａに対して押し付けられる。純水を処理液供給ノズル７から研磨パッド１の研磨面１ａに供給しながら、ドレッサー旋回機構３１によりドレッサー１０は研磨面１ａ上を研磨パッド１の半径方向に往復移動する。回転するドレッサー１０のドレッシング面は、研磨パッド１の研磨面１ａを僅かに削り取ることで、研磨面１ａを再生する。一実施形態では、ドレッサー１０は、ウェーハＷの研磨中に研磨パッド１の研磨面１ａをドレッシングしてもよい。
【００２６】
研磨パッド１の表面性状測定装置１２は、測定ヘッド４１とデータ処理部４２を備えている。測定ヘッド４１は、研磨パッド１の研磨面１ａの上方に配置されている。測定ヘッド４１は、研磨面１ａに平行な平面内で測定ヘッド４１を移動させる平行移動機構４４、および測定ヘッド４１を上下動させる上下動機構４５に連結されている。平行移動機構４４は、測定ヘッド４１を支持する支持構造体４８と、支持構造体４８に連結された回転アクチュエータ４９とを備えている。回転アクチュエータ４９は、研磨テーブル２の外側に配置されている。回転アクチュエータ４９は、モータおよびトルク伝達機構（例えば減速ギヤ）の組み合わせ等から構成される。
【００２７】
支持構造体４８は、研磨テーブル２の外側から研磨テーブル２の上方位置まで延びている。支持構造体４８は、アーム、ブロック、トラス構造、ラーメン構造などの剛性のある構成を有していれば、特に限定されない。支持構造体４８の一端は上下動機構４５に連結され、支持構造体４８の他端は回転アクチュエータ４９に連結されている。
【００２８】
本実施形態では、上下動機構４５は、研磨テーブル２および研磨パッド１の上方に配置されており、測定ヘッド４１は上下動機構４５に連結され、かつ支持されている。上下動機構４５は、サーボモータとボールねじ機構との組み合わせから構成されてもよい。一実施形態では、上下動機構４５は、回転アクチュエータ４９に接続され、回転アクチュエータ４９、支持構造体４８、および測定ヘッド４１を一体に上下動させてもよい。
【００２９】
回転アクチュエータ４９は、支持構造体４８を所定の角度だけ時計回りおよび反時計回りに回転させるように構成されている。回転アクチュエータ４９が支持構造体４８を回転させると、測定ヘッド４１は研磨パッド１の研磨面１ａの上方を研磨面１ａと平行な方向に移動する。本実施形態では、測定ヘッド４１は、研磨パッド１の半径方向に移動する。平行移動機構４４は、測定ヘッド４１を予め設定された測定位置まで移動させることができる。上下動機構４５は、測定ヘッド４１を所望の高さにまで上昇または下降させることができる。測定ヘッド４１は、上記測定位置において、研磨パッド１の研磨面１ａの性状を測定する。研磨面１ａの性状の具体例としては、表面形状が挙げられる。
【００３０】
図４は、測定ヘッド４１の断面図である。測定ヘッド４１は、赤外線、可視光線、紫外線を含む光を通さない筐体５０と、筐体５０の底部に固定された光学窓５１を備えている。光学窓５１は光の通過を許容する透明な材料から構成されている。光学窓５１は、測定ヘッド４１の底部を構成し、研磨パッド１の研磨面１ａに対向している。光は、光学窓５１のみを通じて筐体５０の内部空間に入ることができる。筐体５０は、上述した平行移動機構４４および上下動機構４５に連結されている。
【００３１】
測定ヘッド４１は、筐体５０内に配置されたレーザー光源５５、入射光線ミラー５７、および受光センサー５９をさらに備えている。レーザー光源５５は、入射光線ミラー５７を向いて配置されており、レーザー光線を入射光線ミラー５７に向けて発するように構成されている。レーザー光線は入射光線ミラー５７で反射し、透明窓である光学窓５１を通って研磨パッド１の研磨面１ａに導かれる。入射光線ミラー５７は、レーザー光線の反射角度を変えることができるように、回転軸５８を中心に回転可能に構成されている。レーザー光線は、研磨面１ａで反射および散乱し、散乱光を形成する。この散乱光は、測定ヘッド４１に向かって進む。
【００３２】
研磨パッド１の研磨面１ａからの散乱光は、光学窓５１を通過し、受光センサー５９によって検出される。受光センサー５９は、散乱光の強度を測定することができるように構成されている。受光センサー５９は、ＣＣＤセンサー、ＣＭＯＳセンサーなどのイメージセンサーから構成されている。
【００３３】
本実施形態では、レーザー光源５５と光学窓５１との間に、偏光フィルター６１および減光フィルター（neutral-density  filter  またはＮＤフィルター）６２が配置されている。偏光フィルター６１は、ある特定の方向に振動する光のみを通過させる光学フィルターである。減光フィルター６２は、光を減じる光学フィルターである。偏光フィルター６１および減光フィルター６２は、筐体５０内に配置されている。レーザー光源５５から発せられたレーザー光線は、偏光フィルター６１および減光フィルター６２を通って入射光線ミラー５７に当たる。したがって、ある特定の方向に振動した、弱められたレーザー光線が研磨パッド１の研磨面１ａに導かれる。
【００３４】
偏光フィルター６１を設ける理由は、次の通りである。入射するレーザー光線のｐ偏光成分の反射率は、ｓ偏光成分の反射率よりも低い。さらに、ｐ偏光成分は研磨パッド１を透過しやすく、または研磨パッド１に吸収されやすい。本実施形態の表面性状測定装置１２には、研磨パッド１の最表層の性状を測定することが望まれる。入射するレーザー光線がｐ偏光成分を含むと、研磨パッド１の内部の空孔で散乱する成分が多くなる。その結果、受光センサー５９で検出される散乱光には、研磨パッドの１の表面性状を反映した成分のみならず、研磨パッド１の内部で発生した散乱成分が外乱として含まれてしまう。
【００３５】
そこで、本実施形態では、ｐ偏光成分を除去するために、偏光フィルター６１が設けられている。この偏光フィルター６１は、入射面（入射するレーザー光線を含み、かつ研磨パッド１の研磨面１ａに垂直な平面）に垂直な方向に振動する光成分のみを通過させる光学フィルターである。レーザー光線を偏光フィルター６１に通すことで、ｓ偏光成分のみを含むレーザー光線を研磨パッド１に照射することができる。結果として、受光センサー５９は、研磨パッド１の内部で発生した散乱成分を含まない散乱光を検出することができる。
【００３６】
減光フィルター６２を設ける理由は、次の通りである。受光センサー５９には、検出可能な光の強度の上限が存在する。上限を超えた強度の光を受光センサー５９が受光すると、検出された光の強度は飽和してしまい、表面性状測定装置１２は研磨パッド１の表面性状を正しく測定できない。そこで、レーザー光線を減光フィルター６２に通すことで、受光センサー５９での光の強度の飽和を防止することができ、表面性状測定装置１２は研磨パッド１の表面性状を正しく測定することができる。
【００３７】
本実施形態では、偏光フィルター６１および減光フィルター６２は、レーザー光源５５と入射光線ミラー５７との間に配置されている。一実施形態では、偏光フィルター６１および減光フィルター６２の一方または両方は、入射光線ミラー５７と光学窓５１との間に配置されてもよい。
【００３８】
本実施形態では、測定ヘッド４１は、受光センサー５９の受光面を覆うバンドパスフィルター６５をさらに備えている。このバンドパスフィルター６５は、筐体５０内に配置されており、光学窓５１と受光センサー５９との間に配置されている。バンドパスフィルター６５は、レーザー光源５５から発せられたレーザー光線の波長を含む限られた範囲内の波長の光のみを通過させるように構成されている。一実施形態では、バンドパスフィルター６５は、レーザー光線と実質的に同じ波長の光のみを通過させるように構成されてもよい。このようなバンドパスフィルター６５は、自然光などの外乱となりうる、レーザー光線以外の光を除去することができる。
【００３９】
測定ヘッド４１は、研磨パッド１の研磨面１ａに気体の噴流を送る噴流ノズル６９を備えている。この噴流ノズル６９は、筐体５０の底部に固定されており、光学窓５１に近接している。噴流ノズル６９は、下方に傾いている。噴流ノズル６９が気体の噴流を研磨面１ａに衝突させることで、スラリーおよび／または純水を研磨面１ａから除去することができる。使用される気体の例としては、清浄な空気、または窒素ガスなどの不活性ガスが挙げられる。本実施形態によれば、測定ヘッド４１は、気体の噴流によってスラリーおよび／または純水を研磨面１ａから除去しながら、レーザー光線を研磨面１ａに照射することができる。したがって、表面性状測定装置１２は、スラリーおよび／または純水の影響を受けることなく、研磨パッド１の表面性状を正確に測定することができる。
【００４０】
本実施形態では、測定ヘッド４１を構成する筐体５０、光学窓５１、レーザー光源５５、入射光線ミラー５７、受光センサー５９、偏光フィルター６１、減光フィルター６２、バンドパスフィルター６５、および噴流ノズル６９は、平行移動機構４４によって一体に移動され、上下動機構４５によって一体に上下動される。
【００４１】
測定ヘッド４１の受光センサー５９は、データ処理部４２に接続されており、受光センサー５９によって取得された測定データはデータ処理部４２に送られるようになっている。データ処理部４２は、散乱光の測定データから散乱光のスペクトルを生成し、該スペクトルからパッド表面指数を算出するように構成される。測定データには、受光センサー５９の受光位置（すなわち、ピクセル位置）、および各受光位置での散乱光の強度が含まれる。データ処理部４２は、測定データから、図５に示すような、散乱光のスペクトルを生成する。図５の縦軸は、散乱光の強度を表し、横軸は、受光センサー５９の受光位置を表している。図５に示すスペクトルは、散乱光の強度分布を示すパワースペクトルである。
【００４２】
上記非特許文献１，２に記載されているように、散乱光のスペクトルは、研磨パッド１の表面形状に対して空間的フーリエ変換（あるいは空間的高速フーリエ変換）を行って得られるスペクトルに相当する。図５に示す横軸に示される受光センサー５９の受光位置は、研磨パッド１の表面形状の空間波長に相当する。
【００４３】
データ処理部４２は、図５に示す散乱光のスペクトルに公知の処理を行って、パッド表面指数を求める。この公知の処理は、特定空間波長領域の散乱光強度の積分値の算出、または第一の空間波長領域の積分値に対する、第二の空間波長領域の積分値の比の算出などである。パッド表面指数は、研磨パッド１の研磨面１ａの表面性状、すなわち研磨パッド１の研磨性能を示している。
【００４４】
研磨パッド１の研磨性能を正しく示すパッド表面指数を算出するためには、適切な角度範囲で反射した散乱光を受光センサー５９が受ける必要がある。具体的には、受光センサー５９は、０次光から７次光前後の散乱光を受けることが好ましい。整数次光は、図５に示すように、特徴的なピークとしてスペクトル上に現れる。
【００４５】
受光センサー５９が受けることができる散乱光の範囲は、研磨パッド１の研磨面１ａからの受光センサー５９の高さに従って変わる。例えば、図６に示すように、受光センサー５９が低すぎる位置にある場合、受光センサー５９は高次光を受けることができない。一方、図７に示すように、受光センサー５９が高すぎる位置にある場合、受光センサー５９は低次光を受けることができない。図４に示す受光センサー５９は、０次光から高次光までの散乱光を受けることができる。つまり、受光センサー５９が０次光から高次光までの散乱光を受けることができる受光センサー５９の最適な高さが存在する。
【００４６】
そこで、上下動機構４５は、散乱光の０次光からｎ次光（ｎは予め定められた自然数）を受光センサー５９が受けることができる位置まで、受光センサー５９を含む測定ヘッド４１の全体を上昇および／または下降させるように構成されている。より具体的には、レーザー光源５５から研磨パッド１の研磨面１ａにレーザー光線を照射し、研磨面１ａからの散乱光を受光センサー５９で検出しながら、受光センサー５９の予め定められた最適受光位置に、最高強度の散乱光（０次光が最高強度を有する）が入射するまで、上下動機構４５は測定ヘッド４１を上昇および／または下降させる。上記最適受光位置は、最高強度の散乱光が最適受光位置に入射するときに、受光センサー５９が０次光からｎ次光までの散乱光を受けることができる位置である。
【００４７】
このように研磨面１ａからの受光センサー５９の高さを調整することによって、受光センサー５９は、０次光から高次光までの散乱光を受けることができる。一実施形態では、上下動機構４５は、筐体５０内に配置され、受光センサー５９を上昇および／または下降させるように構成されてもよい。
【００４８】
図８は、測定ヘッド４１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構成は、上述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。この実施形態では、光学窓５１と受光センサー５９との間に散乱光ミラー７０が配置されている。この散乱光ミラー７０は、筐体５０内に配置されている。研磨パッド１からの散乱光は、光学窓５１を通過した後、散乱光ミラー７０で反射し、受光センサー５９に導かれる。このような配置によれば、筐体５０内における受光センサー５９の配置の自由度が増し、測定ヘッド４１を小型化することができる。
【００４９】
一実施形態では、上記散乱光ミラー７０は、凹面ミラーであってもよい。凹面ミラーからなる散乱光ミラー７０は、散乱光を集束させることができる。したがって、受光センサー５９として、より小型の受光センサーを使用することができ、測定ヘッド４１の小型化に寄与する。
【００５０】
図９は、測定ヘッド４１をドレッサーアーム２７に固定した実施形態を示す図である。測定ヘッド４１は、ドレッサー１０とともに研磨パッド１の上方を移動する。この実施形態では、測定ヘッド４１を研磨面１ａと平行な平面内で移動させる平行移動機構は、ドレッサーアーム２７、ドレッサー旋回軸２９（図２参照）、およびドレッサー旋回機構３１（図２参照）により構成され、測定ヘッド４１を上下動させる上下動機構は、ドレッサー上下動機構３３（図２参照）により構成される。
【００５１】
図１０は、測定ヘッド４１を研磨ヘッドアーム１８に固定した実施形態を示す図である。測定ヘッド４１は、研磨ヘッド５ともに研磨パッド１の上方を移動する。この実施形態では、測定ヘッド４１を研磨面１ａと平行な平面内で移動させる平行移動機構は、研磨ヘッドアーム１８、研磨ヘッド旋回軸１９（図２参照）、および研磨ヘッド旋回機構２１（図２参照）により構成され、測定ヘッド４１を上下動させる上下動機構は、研磨ヘッド上下動機構２３（図２参照）により構成される。
【００５２】
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】
【００５３】
１ａ    研磨面
１      研磨パッド
２      研磨テーブル
５      研磨ヘッド
７      処理液供給ノズル
１０      ドレッサー
１２      表面性状測定装置
１５      テーブルモータ
１８      研磨ヘッドアーム
１９      研磨ヘッド旋回軸
２１      研磨ヘッド旋回機構
２３      研磨ヘッド上下動機構
２７      ドレッサーアーム
２９      ドレッサー旋回軸
３１      ドレッサー旋回機構
３３      ドレッサー上下動機構
４１      測定ヘッド
４２      データ処理部
４４      平行移動機構
４５      上下動機構
４８      支持構造体
４９      回転アクチュエータ
５０      筐体
５１      光学窓
５５      レーザー光源
５７      入射光線ミラー
５８      回転軸
５９      受光センサー
６１      偏光フィルター
６２      減光フィルター
６５      バンドパスフィルター
７０      散乱光ミラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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