(57)【要約】【課題】研磨加工プロセスを可視化解明し高精度高安定に対応化させる為に、研磨工具面と被研磨部材間に発生する圧力分布を高精度に測定する手段として光弾性現象を利用して圧力分布をリアルタイムに測定する方法と研磨工具、研磨装置を供給する。【解決手段】構成は研磨装置をベースに圧力分布を測定する、光弾性発生光学系、光弾性を高精度に計る為のヘテロダイン偏光計と自動測定を可能にする光弾性位相変調器、測定系位置を制御する制御系、取り込んだ信号データを信号処理する画像信号処理コンピュータ等で構成される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨装置における研磨加工圧を計測する研磨加工圧測定方法であって研磨工具によって研磨される被研磨材に光弾性効果を有する透明部材を配設し、前記透明部材に照明光を照射して得られた光弾性縞を画像処理装置に取り込んでひずみ解析による計測データを得る工程と、得られた計測データを既知データと比較することで研磨加工中の研磨加工圧およびその分布を検出する工程とを有する研磨加工圧測定方法。
【請求項２】
研磨工具によって被研磨材を研磨する研磨装置であって、前記被研磨材の裏面側に配設される透明部材と、前記透明部材に照明光を照射する照明手段と、前記照明光によって前記透明部材に発生する光弾性縞を撮像し、画像取り込みを行なう撮像手段と、前記光弾性縞を画像処理してひずみ解析による計測データを得るための画像処理装置とを備えたことを特徴とする研磨装置。
【請求項３】
ひずみ解析による計測データに基づいて研磨工具の加圧力を調整するための調整手段を有することを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項４】
研磨加工中の被研磨材に印加される圧力に応じた上記記載の被研磨材（光弾性部材）に発生する光弾性現象で生じた複屈折量を光ヘテロダイン検出法と偏光計と偏光方位変更手段として位相変調器を用い自動的に加圧変化に伴い発生する複屈折量を電気的に位相差信号を高精度に測定し圧力を検知測定する事を特徴とする研磨工具圧力分布測定方法及び前記測定手段を備えた事を特徴とする研磨装置。
【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、研磨加工圧の計測および制御、研磨終了検出等を的確に行なうことのできる研磨可視化検出方法、研磨加工圧測定方法、研磨装置および研磨工具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等により加工される。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計測、監視、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、加工中の研磨工具に発生する圧力の分布等が研磨特性に大きく影響することが知られている。
【０００５】
そこで、従来行われている圧力測定方法としては、感圧測定フィルムを利用した物（特開平６−３３１４６７号公報）、各種弾性体にストレンゲージを張り付けた物（特開平１０−３８７２１号公報）、研磨工具に複数の圧力センサを埋め内蔵させ各々配置された個所に於ける圧力を検出する方法（特開平１０−２８６７７２号公報）、また光弾性を応用した圧力測定方法としては光弾性試料に圧力伝達接点部を設け、試料側面より光を入力し別側面より光り出力を取り出し、光弾性効果を利用し点接触での圧力を測定する方法（特開平５−８７６６３号公報）等がある。しかしこれらの測定方法は一カ所またはマトリックス上に配置されたものでも、センサーの配置の間隔より微細な圧力分布を高精度にまたセンサ自体の性能から微細な圧力値及び高応答な測定はすることは出来ない等の問題が有った。
【０００６】
また光弾性測定法の応力測定、複屈折測定等の手段について共立出版  和田八三久氏及び河田幸三氏等が実験物理学講座１０力学物性の中でバビネコンペンゼータによる方法、検光子回転による方法、白色光源を用い色縞から求める方法等従来例として記載されており、記載手段を用いて自動測定する事は充分可能と思われるがリアルタイムに発生する信号及び高精度な測定に関しては測定出来ない等の問題が指摘されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記の様な従来方法では研磨部材側にセンサを埋め込む必要が有ったり、センサ検出方法が間接的で有るため外乱が大きくなる等外乱振動ノイズの混入、また研磨面直接観察ではない等正確性に欠ける等、パッド表面の不均一性による誤差の発生、検出範囲が部分的で均一研磨面全体広範囲での評価が行えない等の問題が有り、研磨精度の確保性確保等良好な研磨特性の確保に問題が有った。また研磨プロセス評価研磨状況計測や研磨工具加圧力の計測方法としても上記記載外乱ノイズ等により検出精度上問題が有ったまた前項述べた光弾性測定手段として記載のバビネコンペンゼータ自動化時、検光子自動回転時の構造的安定性の問題および白色光色縞から自動検出する場合カラーカメラを用いて分光特性から検出する方法はＣＣＤの検出感度、分光特性のバラツキ等の問題が有り高精度、高応答な測定は出来ない等の問題が有った。
【０００８】
更に通常行われている研磨面に倣わせて加工する圧力転写方式では機械の精度によって研磨精度が決まってしまい高精度化が達成出来ない等問題が有ったそこで本発明は研磨の進行状態をオンマシン上リアルタイムに計測、監視し良好な研磨特性性能を得る為に、研磨工具加圧力を可視化計測し直接観察評価法による検出性能のレベル向上を達成し上記情報により研磨工具パッドを制御調整し良好な研磨特性を得る方法及び装置を提供し研磨性能の向上生産時間の短縮等、工程能率を上げる事を課題としている。
【０００９】
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、研磨圧、圧力分布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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
研磨装置における研磨加工圧を計測する研磨加工圧測定方法であって、研磨工具によって研磨される被研磨材に光弾性効果を有する透明部材を配設し、研磨加工中の被研磨材に印加される圧力に応じた被研磨材に発生する光弾性現象で生じた複屈折量を光ヘテロダイン検出法と偏光計と偏光方位手段として位相変調器を用い自動的に加圧変化に伴い発生する複屈折量変化位相差信号を電気的に測定し圧力を検知測定する、位相差信号測定は電気的に行われる為、従来法に変わる高精度高分解な外加圧変化より発生する応力変化が検出出来る。
【００１１】
透明部材にヘテロダイン信号を発生させる光源として白色光及びヘテロダインを発生させるレーザー光源を用い照射して発生するヘテロダイン位相差信号は高速フォトダイオードエリアセンサ（１６×１６素子）でと取り込まれ画像処理装置に取り込んでひずみ解析による計測データを得る工程と、得られた計測データを既知データと比較することで研磨加工中の研磨加工圧およびその分布を検出する工程とを有する研磨加工圧測定方法。
【００１２】
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、本発明の研磨装置上で研磨被工具に発生する圧力及び圧力分布を測定検出しその情報より研磨状態をモニタし画像として表示、評価する方法は、被研磨部材自体に検出センサ能力を上げる為に検出法を光化して光弾性現象を利用する光弾性効果を発生させる透明材料を配設し、研磨工具部材より直接印可される研磨圧力により生じたひずみを前記記載のヘテロダイン検出光弾性測定装置で測定検出する、発生したヘテロダイン位相差信号縞次数からひずみ解析し研磨工具圧力及び圧力分布を精度良く測定検出する事が出来る。検出測定処理信号は研磨装置研磨工具揺動制御部と同期を取りながら逐次画像入力装置で前記応力変化情報を取り込む、取り込みは必要研磨面範囲を計測する為、照射光位置に従ってシーケンシャルにフォトセンサともステージにより位置制御され、必要場所の位相計測範囲像を取り込みコンピュータメモリに記憶保存される、取り込まれた画像データはコンピュータ画像処理装置によりその取り込み毎の光弾性ひずみ解析を行いその量から前記圧力及び圧力分布を測定する事が出来る。上記光弾性ひずみ計測データと工具部材圧力及び圧力分布の関係を各部材毎試験既知データとしてコンピュータに保存、研磨進行毎のデータと比較、研磨進行状況を把握評価計測出来る。研磨面全面をＸＹステージにより計測スキャンし全面に渡る圧力及び圧力分布計測データを取得する、取得データより各面毎の研磨状態、均一性等の研磨評価情報が得られ良好な研磨特性が得る事が出来る。
【００１３】
取得データより各面毎の研磨状態、均一性等の研磨評価情報が得られる、情報より不良が検出された場合、研磨工具位置をリニアモータで制御、各面毎の情報に合わせ工具加圧力を可変修正し研磨する、上記方法により研磨進行状況につれて研磨状況及び研磨工具加圧力が計測評価且つ情報により不備の場合は修正調整され、良好な研磨特性が得る事が出来る。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施形態について説明する、図１はこの発明の実施形態を示すブロック図である、図１に示す研磨評価及び研磨工具圧力計測装置は研磨装置下部に付けられているこの、研磨装置は研磨工具材１を中心に数Ｈｚで直進揺動され、加圧力調整リニアモーター５により研磨工具材加圧力が制御されている。ホルダー２に被研磨材料３が保持されており上記研磨工具材により研磨加工される、ホルダー部下面は測定照明光が照射出来る様にまた研磨観測面が見えるようにまた研磨材を含んだ研磨液が漏れないよう石英ガラス材で仕切られている、研磨揺動軸４は上面部から研磨材液供給装置１９が付けられそこより定時間毎研磨液中に供給される。被研磨材料の表面には光弾性効果をもつ薄板状の試料６が配設されている。
【００１５】
研磨装置下部に取り付けられた研磨評価及び研磨工具材圧力計測装置の構成は以下の通りである、光弾性効果を発生させる白色光またはレーザー光を発生させる照射光源照射部１１、照射光を制御し取り込み画像と同期制御する為のシャッター７、照射光源１１からの光は偏光子９Ａ、光弾性位相変調器９Ｂ、照射光口径を広げる為の集光レンズとヘテロダイン参照信号信号を取り出すフォトセンサ検出器８と、検光子１０を通って光弾性効果をもつ薄板状の試料６を通過し被研磨材３の表面で反射し、再び試料６と波長板１２及び偏光子１３を通って高速フォトエリアセンサ１５に結像する。この時被研磨材に加えられた研磨工具材の圧力状態の応じたひずみが生じ複屈折量変化となり位相差信号となり２０、ヘテロダイン位相測定器により位相測定され加圧力変化をみる事が出来る。
【００１６】
照射部全体の位置をコントロールするＸＹＺθステージ１４、また研磨評価圧力及び圧力分布計測部は石英ガラス観測窓下に取り付けられ、上記発生した光弾性現象像を観察察する事が出来る、構成は光弾性現象像を拡大する為の拡大光学系、拡大光学系は顕微鏡拡大系からマクロレンズ拡大系まで選択取り付けることが出来る様になっている。
【００１７】
１５は光弾性現象像を検出する為のフォトダイオードエリアセンサカメラで１６×１６画素の像を見る事が出来る、１６はカメラからの映像を取り込む為の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より構成される、１７は前記照射部シャッターと連動され照射光源から発生するヘテロダイン光弾性現象像を画像エリアセンサ及び画像入力装置にタイミイング良く取り込む為の同期制御回路と光弾性変調器９Ｂを電気的に位相偏光制御をする制御器である。
【００１８】
上記構成により、研磨の進行状況を観測、被研磨部材に発生する圧力変化値を像の画像データを画像処理し被研磨材料にかかる工具材圧力及び圧力分布状態を観察計測する事が出来る。前項（問題を解決する手段）説明の様に各研磨部材ごと圧力及び圧力分布変化計測データとの関係を試験既知データとしてコンピュータに保存、研磨進行毎のデータと比較、研磨工具材圧力及び圧力分布が評価計測出来る。研磨面全面をＸＹステージにより計測スキャンし全面に渡る圧力計測データを取得する、取得データより各面毎の研磨状態、均一性等の研磨評価情報が得られる、情報より良が検出された場合、各面毎の情報に合わせ工具材加圧力発生位置を可変修正し再研磨する。
【００１９】
上記方法により研磨進行状況につれて研磨状況及び研磨工具材圧力及び圧力分布状態が計測評価、且つ情報により不備の場合は工具修正調整され、良好な研磨特性が得る事が出来る。
【００２０】
【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。
【００２１】
本発明によれば、研磨装置に於ける圧力及び圧力分布測定方法に、光弾性現象を利用し光計測化する事により従来法に比べてセンサ密度分解、センサ感度等改善する事が出来研磨精度の向上及び品質性能を上げる事が出来る。
【００２２】
また上記計測データを画像処理コンピュータにより解析し、既知パターンと比較する事により研磨状態をリアルニに評価観察する事ができ、従来法に比べて直接的に測定、研磨界面直接観察する事が出来、且つ不備な場合はデータ情報により研磨工具材圧力分布を修正調整する事が可能となり高精度な研磨加工が出来、大口径化用、高精度、高能率化に対応する事が可能となる。またオンマシン上で研磨中の進行状態をリアルタイムに観察評価する事が出来る為、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】この装置全体実施形態を示すブロック図。
【符号の説明】
１  研磨工具材
２  ホルダー
３  被研磨材料
４  研磨揺動軸
５  揺動制御リニアモーター
６  光弾性試料
７  シャッター
８  集光レンズ＆ヘテロダイン参照信号検出器
９Ａ  偏光子
９Ｂ  光弾性位相変調器
１０  検光子
１１  照射光源
１２  検光子
１３  偏光子
１４  照射光源駆動ＸＹＺステージ
１５  フォトエリアセンサ
１６  画像読み込み処理装置
１７  同期制御回路
１８  カメラ駆動ＸＹＺθステージ
１９  研磨材液供給装置
２０  ヘテロダイン位相計
【図１】
2004337993.tif 000003