(57)【要約】【課題】研磨プロセス評価の要因の一つと考えられている、研磨液と砥粒のながれを可視化計測し、研磨加工プロセス解明を行い、研磨加工能率安定化を達成、高精度部品研磨を実現させる。【解決手段】研磨機に研磨可視化装置を取付け、研磨液中のトレーサー粒子像をレーザー励起蛍光法手段を用い、逐次時系列的に採取、研磨液、砥粒ながれ分散を評価計測する。【選択図】        図１
2004170369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨装置における研磨進行状況を検出する為の研磨可視化検出方法であって、研磨液流体にトレーサ粒子を混入供給、分散させる工程と、トレーサ粒子を分散させた研磨面に励起光源を照射、研磨液中にあるトレーサ粒子より発する蛍光のみを光学フィルターを通し検出、撮像する工程を有し、研磨工程の進行状況及び研磨条件により変化する研磨液ながれ状況を可視化検出方法。
【請求項２】
撮像された蛍光粒子像の経時変化に基づいて研磨進行状況を評価する事を特徴とする請求項１記載の研磨可視化検出方法。
【請求項３】
撮像された蛍光粒子像の経時変化を画像処理する事で研磨加工中研磨界面における研磨液ながれを可視化計測する事を特徴とする請求項１または２記載の研磨可視化検出方法。
【請求項４】
研磨液中混在する砥粒、その形、大きさ、分布状態、研磨工具の加工条件等複雑な状況での研磨液ながれ状態を正しく可視化検出する為に、可視化観察範囲を巨視的に評価観察する方法と研磨界面の必要な場所に着目、微視的に評価観察する光学検出系２種を備え、目的に応じて切換え可視化検出する機能を有する事を特徴とする研磨可視化検出法及び研磨装置。
【請求項５】
研磨液を供給しながら研磨材を揺動研磨する際に発生する研磨界面における温度上昇変化を検出評価する手段と検出値の出力に応じて研磨界面部に供給される研磨液量供給を調整、温度上昇を押さえる機能を備える事を特徴とする研磨装置。
【請求項６】
請求項５に記載の研磨部温度検出手段において、請求項１記載の方法と同様、マイクロカプセル化した感温粒子の発光ルミネッセンス強度より温度情報を得る方法で、ながれ計測と温度計測が同時に同じ手法で評価、機能を有する事を特徴とする研磨装置。
【請求項７】
請求項５に記載の研磨界面における状況に応じて研磨液供給を制御する手段において、研磨パッド等工具面上、中心部または周辺から研磨部材に研磨液を正しく揺動中心に横切る方向に吐出供給する様に細長いガイドを研磨ヘッド部の中心または周辺に設け供給制御する手段を有する事を特徴とする研磨工具と研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置等に用いられる高品質な光学材料を研磨する研磨装置において、装置稼動中の研磨状態（研磨進行状況）を高精度で安定的に計測、監視およびプロセス評価し、研磨界面に於ける研磨液のながれ、研磨材との摩擦などで発生する温度分布等の計測および制御を的確に行なうことのできる研磨可視化検出方法、研磨液ながれ、温度分布測定方法および研磨装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体プロセスの高集積化に伴ない、露光装置等に使用する光学材料の品質向上が要求され、レンズ等の製作に用いる研磨装置の性能もより一層高品質なものが要求されている。
【０００３】
従来、研磨加工プロセスは、研磨液、研磨剤を介在させた状態で研磨工具（研磨パッド）により加工される。被研磨材の加工面（研磨面）は研磨工具と接触しているため、研磨加工中に研磨進行状態を可視化観察、計測、評価することは容易ではない。
【０００４】
また、研磨液中の特殊な状況での研磨加工については、現象的にはまだ充分に分析解明がされていない部分がある一方、加工中の研磨面に於ける諸パラメーターの状態が研磨特性に大きく影響する事が知られている。
【０００５】
ここでは研磨プロセス評価要因の１つであると考えられる加工界面への直接的な作用を知る為に研磨液ながれの可視化測定と共に研磨材との摩擦などで発生する温度と研磨工具固定化の進行状態、砥粒分散等種々の加工要因パラメータを測定、観察モニタリングする方法や研磨パッド面状中心部から研磨部材に研磨液を正しく横切る方向に供給する細長いガイドを設け、研磨加工能率安定化を実現させる。
【０００６】
一般に、流体速度を計測する場合、ＬＤＶ法（ＬａｓｅｒＤｏｐｐｌｅｒＶｅｌｏｃｉｍｅｔｅｒ流速計）が良く知られ、市販品もあり広く用いられている。
【０００７】
ＬＤＶ法は移動物体にレーザー光を照射し、該移動物体からの散乱光の周波数が移動物体の移動速度に比例してシフトする効果（ドップラー効果）を利用して移動速度を測定する方法であり、特開平５−１８９８２号公報例や表面血流測定装置（特開平５−１５５０１号公報）等、流速計測法として利用されている。
【０００８】
またレーザー励起蛍光法を用いたＰＩＶ法（Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｉｍａｇｅ  Ｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ）も流体速度計測法として良く用いられている、ＰＩＶ法はトレーサ粒子が供給された流体にレーザなどの励起光源を照射し、流体粒子より発する散乱光をＣＣＤなどで受光し、画像処理して流体の速度を可視化計測する方法であり、特開平５−２９７０１４号公報例や特開平８−２１１０８７号公報例が物体のながれ計測方法として報告されている。
【０００９】
また研磨材との摩擦や工具の摩耗や損傷などで発生する温度上昇、温度測定法については一般的には赤外線カメラを用いた赤外線放射温度計などで研磨工具あるいは研磨材面内の温度分布を求める方法や、熱電対を使用した方法が一般に行われているが、（特開平７−９４４５２号公報例、特開平１１−１０４９５５号公報例）しかし微小な温度変化を精度良く測定することや、直接必要な場所の温度を計測する事は困難で研磨部近くの熱電対を接置した箇所の測定になり直接的な評価は出来ない、また充分な応答速度を得ることは難しい等の、問題が指摘されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ＬＤＶ法は２本のレーザーを入射交差させるため、観測点がレーザーの交差箇所１点でしか観測出来ない為、流速分布は計測出来ないという問題があった。
【００１１】
またこの方法は流体が透明な状態では可能だが、混濁した状態では検出ノイズＳＮＲが悪く計測出来ない事から、研磨液中研磨剤等混濁した状態では計測使用出来ない。
【００１２】
またレーザー励起蛍光法を用いたＰＩＶ法（Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｉｍａｇｅ  Ｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ）も良く用いられるが検出トレーサーとして蛍光粒子を研磨液中に混入発光波長のみを検出してマクロ的な流れを計測する事は可能だが、発光感度が微少で微細な粒子検出や、研磨液中混在する実砥粒等の観察検出は研磨工具などの背景ノイズＳＮＲ等の問題で前記ＬＤＶ法同様観察計測は難しい。また可視化画像から温度情報を得るには、前記記載の一般的には赤外線カメラを用いた赤外線放射温度計などで研磨工具あるいは研磨材面内の温度分布を求める方法が行われているが、微小な温度変化を精度良く測定することや、直接的な評価が出来ないまた充分な応答速度を得ることは難しい等の問題が指摘されている。
【００１３】
本発明は上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、研磨の進行状態における前記種々情報を可視化計測、監視するとともに、研磨加工中の研磨プロセスの分析評価、研磨温度の測定調整等を高精度で行なうことのできる研磨可視化検出方法、及び研磨装置、研磨工具を提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の研磨可視化検出方法は、研磨装置における研磨進行状況を検出するための研磨可視化検出方法であって、研磨プロセス情報をマクロ（巨視的）的に可視化計測する方法と研磨界面における微細砥粒の可視化観察の為のミクロ（微視的）な観察が可能とする為の以下手法を用いる。
【００１５】
研磨液の研磨摩擦界面への進入形態、ながれ観察には上記巨視的視野が必要でマクロ的な検出には従来の光学顕微拡大系を使用、２〜６ミクロン程度の蛍光粒子をトレーサとして使用、研磨工具等の背景光ノイズを除去する為に励起光源を照射、トレーサー粒子より発生する蛍光を観察逐次時系列的に像を画像処理装置に取り込む、得られた蛍光粒子画像をデジタル処理し、研磨面流れ場に注入された個々の蛍光粒子を解析する事によって研磨液ながれを可視化処理するものである。
【００１６】
しかし研磨液のような研磨剤、実砥粒などの非トレーサ粒子の混ざった混流分散体のながれでは前記光学顕微拡大系では微細蛍光粒子や実砥粒や研磨固定化進行状況における微細な砥粒等の可視化検出にはコントラストが小さく分解性能が得られず使用出来ない、そこで観察光学系には結晶構造を観察出来また屈折率の異なる組織の境界や凹凸変化を色や明暗のコントラストとして観察できる偏光顕微拡大系を採用、従来ＰＩＶ法を拡張し研磨加工面におけるマクロ的な評価と微細砥粒観察等微視的評価検出法を複合させ非トレーサ粒子可視化検出を実現する。また、温度計測には従来法赤外線放射温度計に変わる、マイクロカプセル化した感温粒子をトレーサに使用、ながれ測定と同様、発光ルミネッセンス強度より温度情報を得る、研磨面直接場におけるながれ観察と温度評価の同時計測が可能となり研磨プロセス現象分析が向上する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は実施の形態を示すもので、この研磨装置Ｍ１  は、研磨工具を構成する研磨パッド１を数Ｈｚで矢印Ｒで示す方向に直進揺動させる。ホルダー２に透明な光学材料（被研磨材）であるワークＷ１  が保持されており、その上面を研磨工具（パッド）１により研磨加工される。ホルダー２の下面は、ワークＷ１  に光を照射して研磨面が下から観察できるように、また研磨剤および蛍光トレーサ粒子を含んだ研磨液Ｌ１  が漏れないように、石英ガラス材で仕切られている。
【００１９】
研磨揺動軸３は、上部に蛍光粒子と研磨液の供給手段である蛍光トレーサー粒子供給および研磨液供給装置４が取り付けられ、そこから一定時間ごとに蛍光物質による蛍光粒子である蛍光トレーサー粒子が研磨液Ｌ１  に供給される。
【００２０】
この研磨装置Ｍ１  の下部には、研磨可視化検出装置Ｓ１  が配設され、その構成は以下の通りである。
【００２１】
蛍光トレーサー粒子に光（照明光）を照射する照明手段である照射部１０は、光源であるレーザー発振器１１と、研磨揺動軸３による研磨パッド１の揺動と同期をとって開閉されるシャッター手段である高速光ＡＯシャッター１２と、レーザー光口径を広げるためのコリメータ１３と、コリメータ１３を保持する鏡筒１４と、照射部１０全体の位置をコントロールするＸＹＺθステージである照射部ステージ１５で構成される。
【００２２】
可視化計測部２０は、前述の石英ガラス材からなる観測窓直下に取り付けられ、レーザー光の照射によって可視化された蛍光トレーサー粒子を観察することができるように粒子像を拡大するための拡大光学系２１を有する。拡大光学系２１は顕微鏡拡大系からマクロレンズ拡大系まで公知のものを任意に選択して取り付けることができ、また可視化像背景散乱ノイズ除去の為の波長フィルタが装填されており、研磨面全体の研磨プロセス情報をマクロ（巨視的）に取り込める事ができる。
【００２３】
拡大された可視化粒子像は、撮像手段であるＣＣＤカメラ２２によって、１０００×１０００画素の高解像な像として、画像読み込み装置とコンピュータを内蔵した画像処理装置２３に取り込まれる。また、照射部１０の高速光ＡＯシャッター１２と連動して、光エネルギーを与えた蛍光トレーサー粒子の蛍光のみを前記波長フィルタで選択しＣＣＤカメラ２２に取り込む、カメラに像を取込む為の同期制御手段である同期制御回路２４、および拡大光学系２１とＣＣＤカメラ２２の位置制御を行なうＸＹＺθステージである計測部ステージ２５が設けられる。
【００２４】
高速光ＡＯシャッター１２が開口すると、レーザー光は研磨パッド１とワークＷ１  の研磨界面に照射され、蛍光トレーサー粒子と研磨面より反射散乱光が発せられる。同期制御回路２４は、高速光ＡＯシャッター１２が閉じると同時に、すなわち遮光のタイミングに合わせて、ＣＣＤカメラ２２の画像読み込みを行なう画像処理装置２３にＣＣＤ電荷クリア信号を入力し、カメラ露光開始後蛍光トレーサー粒子の蛍光が観察されＣＣＤカメラ２２に画像として取り込むための信号を入力する。このようにして、研磨パッド１等からの散乱光によるノイズを除去し、蛍光トレーサー粒子からの蛍光のみを画像処理装置２３に読み込む。
【００２５】
このように蛍光トレーサー粒子からの時系列的に逐次蛍光粒子像のみを画像として取り込み、モニタ画面で研磨の進行状況をモニタし、画像データを画像処理して研磨液中のトレーサ粒子を追跡し研磨液ながれ像を可視化計測、観察する。
【００２６】
研磨開始直後では、被研磨材であるワークと研磨パッド間の粒子が凹凸にとどまり、その粒子密度分布はまだらになり、流速や流れ方向が複雑に変化する。しかし研磨が進行すると、研磨面が平坦化され粒子の密度分布は一様になる。同様に、粒子の流速および流れの方向も均一化される。
【００２７】
このように、蛍光粒子像の経時変化を画像処理することによってオンマシンで研磨進行状態を計測・監視することができる。また、コンピュータのメモリにあらかじめ記憶されている既知データによる研磨進行パターンと、取り込み画像の計測データによる画像処理パターンを逐次比較することで、研磨進行状態を計測、監視、評価することができる。
【００２８】
一方前に記載の研磨液のような研磨剤、実砥粒などの非トレーサ粒子の混ざった混流分散体のながれでは前記光学顕微拡大系では微細蛍光粒子や実砥粒等、また研磨固定化進行状況における微細な砥粒の挙動等の可視化検出にはコントラストが小さく分解性能が得られず前記通常の拡大手法では使用出来ない、そこで観察光学系には結晶構造を観察出来また屈折率の異なる組織の境界や凹凸変化を色や明暗のコントラストとして観察できる偏光顕微拡大系を採用、従来のＰＩＶ法を拡張し研磨加工面におけるマクロ的な評価と微細砥粒観察等微視的評価検出法を複合させ非トレーサ粒子可視化検出を実現する。
【００２９】
図１中の６、光学系切換え部の出し入れで２１、顕微光学拡大系に光学像を導入マクロに評価する、または７，偏光顕微拡大系に光学像を導入使用する。
【００３０】
同様に上記ＰＩＶ法による研磨液ながれ計測に加え、研磨液体流に蛍光発光色素を混入、前記レーザー励起蛍光法の手法で、レーザー入射強度を一定にし、検出色素の蛍光強度の比を時系列に検出、事前に計測した参照蛍光強度を利用して温度を比較計測する。そのようにして研磨液を供給しながら研磨材を揺動研磨する際に発生する研磨界面における温度上昇変化を検出評価する事が出来、且つ検出値の出力に応じて研磨界面部に供給される研磨液量を供給装置４で増量制御調整し、温度上昇を押さえている、研磨液供給を制御する手段において、研磨パッド等工具面上、中心部または周辺から研磨部材に研磨液を正しく揺動中心に横切る方向に吐出供給する様に細長いガイドを研磨ヘッド部の中心または周辺に設け供給制御する機能を有する研磨工具および研磨装置、上記手法により、前記研磨液ながれ可視化と同じ方法で温度変化上昇直接的に計測出来またながれ計測と複合計測が可能となり研磨プロセス現象の分析評価レベルが向上する。
【００３１】
本実施の形態によれば、従来例に比べて、微細な低コントラストな微粒子計測が可能と共に、可視化画像より温度分布測定が複合計測出来、また研磨パッド等による不要な背景光ノイズが除去されるため、安定した計測が可能となり、直接的かつ鮮明に研磨状態を可視化し、画像処理による計測データの信頼性も大幅に向上させることが出来る共に、複合同時計測による研磨プロセス検出評価レベルがＵｐする。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は上述のとおり構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。
【００３３】
オンマシン、リアルタイムでしかも高精度に研磨進行状況を計測、監視し、画像処理による研磨プロセスの分析評価、研磨液ながれの計測および研磨面内温度分布の同時複合計測および調整、非トレーサ粒子微細砥粒の検出等を的確に行なうことが出来、露光装置の光学材料等を研磨する高精度な研磨装置において、研磨特性を大幅に改善するとともに、研磨加工における時間的ロスを低減し、レンズ等の生産性向上に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この装置の実施の形態を示す説明ブロック図である。
【図２】実施形態による研磨装置を示すイメージ図である。
【図３】研磨液およびトレーサ粒子供給研磨工具実施例である。
【符号の説明】
１  研磨工具（パッド）
２  ホルダー
３  研磨揺動軸
４  蛍光トレーサー粒子および研磨液供給制御装置
５  リニアモータガイド部
６  光学系切換え部
７  偏光顕微拡大光学系部
１０  照射部
１１  レーザー発振器
１２  高速光シャッター
１３  コリメーター
１４  鏡筒
１５  照射部ステージ
２０  可視化計測部
２１  顕微拡大光学系
２２  ＣＣＤカメラ
２３  画像処理装置
２４  同期制御回路
２５  計測部ステージ
Ｌ１  研磨液
Ｍ１  研磨装置
Ｓ１  研磨可視化検出装置部
Ｗ１  研磨ワーク
【図１】
2004170369.tif 000003
【図２】
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【図３】
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