(57)【要約】【課題】回転する基板上の所定位置の画像を取得する手法を提供する。【解決手段】基板研磨システム１は、外縁部にノッチが形成された基板９を主面に垂直な回転軸Ｊ１を中心として回転する基板回転部１１、基板９が回転する間に基板９の主面を撮像するヘッド部２、回転する基板９のノッチの通過を検出するノッチセンサ４、および、ノッチセンサ４からノッチの通過を示す信号が入力されるストロボコントローラ５を備える。ノッチセンサ４により回転する基板９のノッチの通過が検出されると、ストロボコントローラ５はノッチの通過時刻から所定の遅延時間経過後にヘッド部２による基板９の撮像を実行する。これにより、回転する基板９上の所定位置の画像を精度よく取得することが実現される。【選択図】図１
2005217139.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の画像を取得する画像取得装置であって、
基板を主面に垂直な軸を中心として一定の角速度で回転する基板回転部と、
前記基板回転部が基板を回転する間に、前記基板の主面を撮像する撮像部と、
前記基板回転部により回転する基板のエッジの通過を検出するエッジ通過検出部と、
前記エッジ通過検出部からの出力に基づいて、基板が特定の向きとなる時刻から所定時間経過後に前記撮像部による撮像を実行する撮像制御部と、
を備えることを特徴とする画像取得装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像取得装置であって、
前記エッジ通過検出部が、基板の外縁部に形成された切欠きの通過を検出することを特徴とする画像取得装置。
【請求項３】
請求項２に記載の画像取得装置であって、
前記エッジ通過検出部が、
基板に向けて光を出射する光源と、
前記光源からの光の基板からの反射光を受光する受光部と、
を有し、
前記撮像制御部が、前記受光部からの少なくとも１つの出力パルスの特性に基づく演算により切欠きの通過の検出時刻を求めることを特徴とする画像取得装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の画像取得装置であって、
基準パターンを示すテンプレート画像のデータ、および、基板上の特定の点の前記基準パターンに対する位置情報を記憶する記憶部と、
前記撮像部により取得された画像と前記テンプレート画像との間におけるパターンマッチングを行うことにより、前記取得された画像中の前記特定の点に対応する点の位置を求める演算部と、
をさらに備えることを特徴とする画像取得装置。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれかに記載の画像取得装置であって、
前記基板回転部により回転する基板の主面を研磨する研磨部と、
前記撮像部にて取得された画像に基づいて研磨の終点を検出する研磨終点検出部と、
をさらに備えることを特徴とする画像取得装置。
【請求項６】
請求項５に記載の画像取得装置であって、
前記研磨終点検出部が、前記撮像部にて取得された画像中の特定位置の画素の値に基づいて研磨の終点を検出することを特徴とする画像取得装置。
【請求項７】
請求項５に記載の画像取得装置であって、
基準パターンを示すテンプレート画像のデータ、および、基板上の特定の点の前記基準パターンに対する位置情報を記憶する記憶部と、
前記撮像部により取得された画像と前記テンプレート画像との間におけるパターンマッチングを行うことにより、前記取得された画像中の前記特定の点に対応する点の位置を求める演算部と、
をさらに備え、
前記研磨終点検出部が、前記取得された画像中の前記特定の点に対応する点の位置の画素の値に基づいて研磨の終点を検出することを特徴とする画像取得装置。
【請求項８】
基板の画像を取得する画像取得方法であって、
ａ）基板を主面に垂直な軸を中心として一定の角速度で回転する工程と、
ｂ）回転する前記基板のエッジの通過をエッジ通過検出部にて検出する工程と、
ｃ）前記エッジ通過検出部からの出力に基づいて、前記基板が特定の向きとなる時刻から所定時間経過後に前記基板の主面を撮像部にて撮像する工程と、
を備えることを特徴とする画像取得方法。
【請求項９】
請求項８に記載の画像取得方法であって、
前記エッジ通過検出部が、前記基板の外縁部に形成された切欠きの通過を検出することを特徴とする画像取得方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の画像取得方法であって、
前記エッジ通過検出部が、前記基板に向けて光を出射するとともに前記基板からの反射光を受光して少なくとも１つの出力パルスを生成し、
前記ｃ）工程において、前記少なくとも１つの出力パルスの特性に基づく演算により切欠きの通過の検出時刻を求めることを特徴とする画像取得方法。
【請求項１１】
請求項８ないし１０のいずれかに記載の画像取得方法であって、
前記ｂ）工程よりも前に、基準パターンを示すテンプレート画像のデータ、および、前記基板上の特定の点の前記基準パターンに対する位置情報を準備する工程と、
前記ｃ）工程の後に、前記撮像部により取得された画像と前記テンプレート画像との間におけるパターンマッチングを行うことにより、前記取得された画像中の前記特定の点に対応する点の位置を求める工程と、
をさらに備えることを特徴とする画像取得方法。
【請求項１２】
請求項８ないし１０のいずれかに記載の画像取得方法であって、
前記ａ）工程に並行して前記基板の前記主面を研磨する工程と、
前記ｃ）工程の後に、前記撮像部にて取得された画像に基づいて研磨の終点を検出する工程と、
をさらに備えることを特徴とする画像取得方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転する基板の画像を取得する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体基板（以下、「基板」という。）の回路形成工程では、撮像部による撮像位置を基板上の所定位置に合わせて（すなわち、位置決めして）撮像を行い、取得された画像に基づいて回路パターンの検査に利用される各種測定値が求められる（基板上の所定位置に撮像部の撮像位置を合わせる手法の一例として、特許文献１参照。）。
【０００３】
一方で、回路形成工程のダマシン工程等では、化学機械的研磨（Chemical Mechanical Polishing、以下、「ＣＭＰ」と略す。）が用いられ、ＣＭＰ装置では研磨用プレートに基板の主面を接触させた状態で基板を回転することにより、基板の主面上に形成された膜の研磨が行われる。
【特許文献１】特開平１１−３４５８６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、撮像部の撮像位置を基板上の所定位置に合わせる従来の技術では、基板が静止していることが前提とされるため、ＣＭＰのように基板を回転させながら行う処理に利用するには処理を中断し、研磨プレート上から基板を離して撮像する必要が生じる。しかしながら、このような処理の中断はスループットの低下の要因となってしまう。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、回転する基板上の所定位置の画像を精度よく取得することを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、基板の画像を取得する画像取得装置であって、基板を主面に垂直な軸を中心として一定の角速度で回転する基板回転部と、前記基板回転部が基板を回転する間に、前記基板の主面を撮像する撮像部と、前記基板回転部により回転する基板のエッジの通過を検出するエッジ通過検出部と、前記エッジ通過検出部からの出力に基づいて、基板が特定の向きとなる時刻から所定時間経過後に前記撮像部による撮像を実行する撮像制御部とを備える。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像取得装置であって、前記エッジ通過検出部が、基板の外縁部に形成された切欠きの通過を検出する。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の画像取得装置であって、前記エッジ通過検出部が、基板に向けて光を出射する光源と、前記光源からの光の基板からの反射光を受光する受光部とを有し、前記撮像制御部が、前記受光部からの少なくとも１つの出力パルスの特性に基づく演算により切欠きの通過の検出時刻を求める。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の画像取得装置であって、基準パターンを示すテンプレート画像のデータ、および、基板上の特定の点の前記基準パターンに対する位置情報を記憶する記憶部と、前記撮像部により取得された画像と前記テンプレート画像との間におけるパターンマッチングを行うことにより、前記取得された画像中の前記特定の点に対応する点の位置を求める演算部とをさらに備える。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の画像取得装置であって、前記基板回転部により回転する基板の主面を研磨する研磨部と、前記撮像部にて取得された画像に基づいて研磨の終点を検出する研磨終点検出部とをさらに備える。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の画像取得装置であって、前記研磨終点検出部が、前記撮像部にて取得された画像中の特定位置の画素の値に基づいて研磨の終点を検出する。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の画像取得装置であって、基準パターンを示すテンプレート画像のデータ、および、基板上の特定の点の前記基準パターンに対する位置情報を記憶する記憶部と、前記撮像部により取得された画像と前記テンプレート画像との間におけるパターンマッチングを行うことにより、前記取得された画像中の前記特定の点に対応する点の位置を求める演算部とをさらに備え、前記研磨終点検出部が、前記取得された画像中の前記特定の点に対応する点の位置の画素の値に基づいて研磨の終点を検出する。
【００１３】
請求項８に記載の発明は、基板の画像を取得する画像取得方法であって、ａ）基板を主面に垂直な軸を中心として一定の角速度で回転する工程と、ｂ）回転する前記基板のエッジの通過をエッジ通過検出部にて検出する工程と、ｃ）前記エッジ通過検出部からの出力に基づいて、前記基板が特定の向きとなる時刻から所定時間経過後に前記基板の主面を撮像部にて撮像する工程とを備える。
【００１４】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の画像取得方法であって、前記エッジ通過検出部が、前記基板の外縁部に形成された切欠きの通過を検出する。
【００１５】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の画像取得方法であって、前記エッジ通過検出部が、前記基板に向けて光を出射するとともに前記基板からの反射光を受光して少なくとも１つの出力パルスを生成し、前記ｃ）工程において、前記少なくとも１つの出力パルスの特性に基づく演算により切欠きの通過の検出時刻を求める。
【００１６】
請求項１１に記載の発明は、請求項８ないし１０のいずれかに記載の画像取得方法であって、前記ｂ）工程よりも前に、基準パターンを示すテンプレート画像のデータ、および、前記基板上の特定の点の前記基準パターンに対する位置情報を準備する工程と、前記ｃ）工程の後に、前記撮像部により取得された画像と前記テンプレート画像との間におけるパターンマッチングを行うことにより、前記取得された画像中の前記特定の点に対応する点の位置を求める工程とをさらに備える。
【００１７】
請求項１２に記載の発明は、請求項８ないし１０のいずれかに記載の画像取得方法であって、前記ａ）工程に並行して前記基板の前記主面を研磨する工程と、前記ｃ）工程の後に、前記撮像部にて取得された画像に基づいて研磨の終点を検出する工程とをさらに備える。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、回転する基板上の所定位置の画像を精度よく取得することができる。
【００１９】
また、請求項３および１０の発明では、切欠きの通過の検出時刻を適切に求めることができる。
【００２０】
また、請求項４および１１の発明では、取得された画像における基板上の特定の点の位置を精度よく求めることができる。
【００２１】
また、請求項５および１２の発明では、研磨される基板上の所定位置の画像に基づいて研磨の終点を適切に検出することができる。
【００２２】
また、請求項６の発明では、研磨の終点を容易に検出することができる。
【００２３】
また、請求項７の発明では、パターンを有する基板の研磨の終点を精度よく検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は基板研磨システム１の構成を示す図である。図１の基板研磨システム１は、例えば回路形成工程におけるダマシン工程に用いられ、基板の主面上に形成された膜（回路パターンを構成する膜）に研磨（例えば、ＣＭＰ）が施されるとともに研磨途上の基板の画像が取得され、取得された画像に基づいて研磨の終点が検出される。
【００２５】
基板研磨システム１は、外縁部にＶ字状のノッチが形成された円板状の基板９を保持するとともに基板９を主面に垂直な回転軸Ｊ１を中心として回転する基板回転部１１、基板９が回転する間に基板９の主面を撮像するヘッド部２、ヘッド部２を介して基板９の主面上に照射される照明用の光を出射する照明部３、回転する基板９のノッチの通過を検出するノッチセンサ４、ノッチセンサ４からノッチの通過を示す信号が入力されるストロボコントローラ５、各種演算処理を行うＣＰＵや各種情報を記憶するメモリ等により構成されたコンピュータ６、並びに、基板研磨システム１の全体制御を担うもう１つのコンピュータ（以下、「全体制御部」という。）７を備える。
【００２６】
図２は基板９の研磨時における基板回転部１１の近傍を示す図である。図２に示すように、基板回転部１１において基板９は主面の中心が回転軸Ｊ１上に位置するようにしてトップリング１１０により吸着保持され、主面の一部が研磨プレート７１（図１では図示を省略している。）の表面に当接する。基板回転部１１は全体制御部７に接続されたモータ１１１を有し（図１参照）、モータ１１１が駆動されることにより基板９が一定の角速度で回転する。また、基板回転部１１は図示省略の進退機構に支持されており、基板９の取り付けまたは取り外しの際には、進退機構が制御されて基板９が研磨プレート７１上から退避する。なお、基板回転部１１はコンピュータ６により直接制御されてもよい。
【００２７】
研磨プレート７１はモータ７１１により回転し、その表面上には研磨剤（スラリーとも呼ばれる。）が供給される。これにより、基板回転部１１により回転する基板９の主面が回転する研磨プレート７１により研磨される。また、ヘッド部２はステージ２１上において研磨プレート７１に向かって進退可能に支持されており、基板９の研磨時には研磨プレート７１の外側において基板９の下方へと移動し、基板９の下側の主面が撮像される。また、ノッチセンサ４はヘッド部２からずれた位置にて基板９の主面の外縁部に対向して設けられる。
【００２８】
図１の照明部３は、ストロボコントローラ５に接続されたランプ電源３１を有し、ストロボコントローラ５からトリガ信号が入力されることによりフラッシュランプ３２がフラッシュ光を出射する。フラッシュランプ３２からの光はレンズ３３を介してフィルタユニット３４へと導かれる。フィルタユニット３４には複数のフィルタ３４１が設けられ、図示省略のモータにより複数のフィルタ３４１のうち１つのフィルタ３４１ａがフラッシュランプ３２からの光の経路上に配置される。フィルタ３４１ａを透過した光はレンズ３５により光ファイバ３６へと導かれてヘッド部２内に導入され、ヘッド部２による基板９の撮像に利用される。
【００２９】
図３は図２に示すヘッド部２の近傍を側方から見た図であり、図４は基板９側から見た場合のヘッド部２の内部構成を示す図である。図３に示すようにヘッド部２は基板９の下側の主面９１に近接した状態で支持される。ヘッド部２は透光窓２３９、および、基板９側において透光窓２３９の周囲を囲む環状のノズル部２２を有し、ノズル部２２の内周面には複数の吐出口が形成される。ノズル部２２は純水供給部２２１に接続されており、基板９の研磨時にはノズル部２２の複数の吐出口から純水が吐出され、基板９の主面９１上において透光窓２３９に対向する位置に付着するスラリー等が除去される。
【００３０】
図４に示すようにヘッド部２には、前述の照明部３からの光が光ファイバ３６により導入され、レンズ２３１およびアパーチャ板２３２を介してミラー２３３へと導かれ、レンズ２３４に向けて反射される。レンズ２３４に入射した光はアパーチャ板２３５を介してハーフミラー２３６へと導かれ、レンズ２３７に向けて反射される。レンズ２３７からの光は、図３に示すようにプリズム２３８により基板９側へと導かれ、透光窓２３９を介して基板９の主面９１上に照射される。
【００３１】
基板９からの反射光は透光窓２３９により取り込まれ、プリズム２３８およびレンズ２３７によりハーフミラー２３６へと導かれる。反射光の一部はハーフミラー２３６を透過し、アパーチャ板２４０およびレンズ２４１により撮像デバイス２５に導かれて基板９の像が結像される。撮像デバイス２５では受光した光が電気信号に変換され、図１のコンピュータ６へと出力される。レンズ２３７はレンズ移動機構２６により図４中に符号２９１を付して示す矢印の方向に移動可能とされ、レンズ２３７およびレンズ移動機構２６によりヘッド部２のオートフォーカス機構が構成される。
【００３２】
図５は図２に示すノッチセンサ４の近傍を側方から見た場合のノッチセンサ４の内部構成を示している。図５に示すようにノッチセンサ４は、基板９に向けて光を出射する２つの光源４１（例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する光源）を有し、光源４１からの光は透光窓４２を介して回転する基板９の外縁部へと照射される。通常、光源４１からの光は基板９の下側の主面９１により透光窓４２の外周側または外側に向けて反射されるが、基板９のノッチがノッチセンサ４上を通過することにより光源４１からの光が乱反射すると、基板９からの反射光は透光窓４２により取り込まれ、レンズ４３を介してフォトダイオード４４により受光される。ノッチセンサ４においてもヘッド部２と同様に、基板９の主面９１上においてノッチセンサ４に対向する位置を洗浄する環状のノズル部４５１、および、ノズル部４５１に純水を供給する純水供給部４５２が設けられる。
【００３３】
図６はノッチセンサ４およびストロボコントローラ５の回路構成を示すブロック図である。フォトダイオード４４は、受光する光の量に応じて電気的な信号を出力し、プリアンプ４６（例えば、Ｉ−Ｖアンプ）は出力信号を増幅する。コンパレータ４７（例えば、アナログコンパレータ）は増幅された出力信号の電圧を所定の閾値電圧と比較し、出力信号の電圧が閾値電圧よりも小さい場合にはコンパレータ出力の最小電圧（Ｌｏｗレベル）を出力し、閾値電圧よりも大きい場合にはコンパレータ出力の最大電圧（Ｈｉｇｈレベル）を出力する。なお、ノッチセンサ４では、必要に応じて可変抵抗等が設けられ、コンパレータ４７の閾値電圧が調整可能とされてもよい。
【００３４】
ストロボコントローラ５はトリガ生成回路５１およびＩ／Ｏインターフェイス５２を有し、トリガ生成回路５１はノッチセンサ４からの信号に基づいて照明部３およびコンピュータ６に対してトリガ信号５９１，５９２をそれぞれ出力する。なお、トリガ信号５９１は照明部３に対してフラッシュ光を出射させるためのものであり、トリガ信号５９２はコンピュータ６によりヘッド部２を介して基板９の画像データを取得するためのものであり、以下の説明において、それぞれストロボトリガ信号５９１およびカメラトリガ信号５９２と呼ぶ。Ｉ／Ｏインターフェイス５２は、コンピュータ６に接続され、コンピュータ６からトリガ生成回路５１に各種パラメータが入力される。
【００３５】
図７はトリガ生成回路５１の構成を示す図である。図７に示すトリガ生成回路５１はクロック発生部５１１を有し、クロック発生部５１１は水晶発信器から出力される所定の周波数のクロック信号ＣＬＫをノッチ信号インターフェイス５１２、アドレスカウンタ５１３、ノッチタイミング決定回路５１４、ノッチ信号条件レジスタ５１５、および、遅延時間設定レジスタ５１６に入力する。なお、ＣＬＫは水晶発信器から出力される信号をさらに分周して得られるものであってもよい。ノッチ信号インターフェイス５１２にはノッチセンサ４からの信号（図７において符号ＮＴ＿ＩＮを付す。）が入力され、ＣＬＫとは非同期のＮＴ＿ＩＮをＣＬＫに合わせてラッチして信号ＮＴ０を生成する。
【００３６】
ノッチ信号条件レジスタ５１５には２つのレジスタ（以下、それぞれＲＥＧ０およびＲＥＧ１と呼ぶ。）が設けられ、遅延時間設定レジスタ５１６にも２つのレジスタ（以下、それぞれＲＥＧ２およびＲＥＧ３と呼ぶ。）が設けられる。また、ノッチ信号条件レジスタ５１５、遅延時間設定レジスタ５１６およびアドレスカウンタ５１３には、コンピュータ６から入力される各種パラメータを示す３２ビットの（ＤＴ＿ＯＵＴ）データがＩ／Ｏインターフェイス５２を介して入力される。（ＤＴ＿ＯＵＴ）データは、１６個の書き込みデータ用のビットＷＤＴ、ＲＥＧ０への書き込み命令用のビットＷＴ０、ＲＥＧ１への書き込み命令用のビットＷＴ１、ＲＥＧ２への書き込み命令用のビットＷＴ２、ＲＥＧ３への書き込み命令用のビットＷＴ３、アドレスカウンタ５１３における処理のＯＮ／ＯＦＦ命令用のビットＥＮＡＢＬＥ等から構成される。例えば、ＷＴ０が０とされた後、ＷＴ０が１とされることにより、ＲＥＧ０に１６ビットのＷＤＴが示すデータが書き込まれる。
【００３７】
また、ノッチ信号条件レジスタ５１５および遅延時間設定レジスタ５１６からコンピュータ６には同じく３２ビットの（ＤＴ＿ＩＮ）データが必要に応じて出力され、（ＤＴ＿ＩＮ）データに含まれる２組の１６個の読み出しデータ用のビットＲＤＴはＲＥＧ０〜ＲＥＧ３のいずれかに記憶されたデータとされる。
【００３８】
アドレスカウンタ５１３は、ＥＮＡＢＬＥが「１」とされた状態（ＯＮ状態）において、ＣＬＫをカウントする。ノッチタイミング決定回路５１４はノッチ信号インターフェイス５１２からの信号ＮＴ０の立ち上がりや立ち下がりのタイミングやこれらの個数に応じてノッチの検出時刻を示す値ＮＴ１を生成する。遅延加算回路５１７は、遅延時間設定レジスタ５１６から入力される値ＤＬＹをＮＴ１に加算した（ＮＴ１＋ＤＬＹ）の値を出力し、一致検出回路５１８は（ＮＴ１＋ＤＬＹ）とアドレスカウンタ５１３からのカウンタ値ＣＯＵＮＴとが一致した場合に信号ＣＮＴ＿ＥＱおよび信号ＣＮＴ＿ＥＮＤを生成する。タイミング微調整回路５１９は照明部３およびコンピュータ６にストロボトリガ信号５９１およびカメラトリガ信号５９２をそれぞれ出力する。なお、トリガ生成回路５１の具体的な動作は後述する。
【００３９】
図８はコンピュータ６の構成を示す図である。コンピュータ６は、各種演算処理を行うＣＰＵ６１１、基本プログラムを記憶するＲＯＭ６１２および各種情報を記憶するＲＡＭ６１３をバスラインに接続した一般的なコンピュータシステムの構成となっている。バスラインにはさらに、情報記憶を行う固定ディスク６１４、各種情報の表示を行うディスプレイ６１５、操作者からの入力を受け付けるキーボード６１６ａおよびマウス６１６ｂ、光ディスク、磁気ディスク、光磁気ディスク等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体から情報の読み取りを行う読取装置６１７、全体制御部７等に接続された通信部６１８、ヘッド部２から入力される電気信号を所定の形式の画像データに変換して画像メモリ６２１ａに記憶するキャプチャボード６２１、ストロボコントローラ５との間でトリガ生成回路５１の各種パラメータの入出力等を行うＩ／Ｏボード６２２、並びに、パターンマッチングを行う画像処理ボード６２３が、適宜、インターフェイス（Ｉ／Ｆ）を介する等して接続される。
【００４０】
図９は、コンピュータ６が実現する機能構成を示すブロック図であり、図９において、処理部６３の各構成が所定のプログラムに従ってＣＰＵ６１１等により実現される機能を示す。なお、処理部６３の機能は専用の電気的回路により実現されてもよく、部分的に専用の電気的回路が用いられてもよい。また、図９の画像処理ボード６２３の機能がソフトウェア的に実現されてもよい。
【００４１】
図１０は基板研磨システム１が基板９を研磨しつつ画像を取得する処理の流れを示す図である。以下、図９を参照しつつ図１０に沿って基板９の研磨・画像取得処理について説明する。
【００４２】
基板研磨システム１では、まず、所定の参照基板を用いて基板９の処理に必要な各種情報が取得されて準備される（ステップＳ１１）。ここで、参照基板は研磨対象の基板９と同じ回路パターンが形成されたものであり、参照基板を用いた事前準備により、基板９の研磨時において基板９上の所望の撮像位置の画像を取得するために利用される画像取得条件データ６９１、並びに、取得された画像における基板９上の所定の測定点の位置を特定する際に利用されるテンプレート画像データ６９２および測定点位置情報６９３が取得され、固定ディスク６１４に記憶される。なお、これらの情報を準備する処理については研磨・画像取得処理の説明後に詳述する。
【００４３】
続いて、基板９が基板回転部１１に固定されて研磨プレート７１上に配置され、図２に示す状態とされる。また、コンピュータ６からトリガ生成回路５１に画像取得条件データ６９１に基づく各種パラメータが入力されるとともに、図１のフィルタユニット３４の複数のフィルタ３４１から基板９上に形成された膜の構造や研磨後の膜厚に応じた１つのフィルタ３４１ａが選択されてフラッシュランプ３２からの光の経路上に配置される。そして、全体制御部７により研磨プレート７１上へのスラリーの供給および研磨プレート７１の回転が開始されると同時に基板９が連続的に回転を始め、基板９の研磨が開始される（ステップＳ１２）。すなわち、基板９の回転と並行して基板９の主面の研磨が行われる。また、全体制御部７からコンピュータ６に基板９の研磨の開始を示す信号が出力される。
【００４４】
図１１は回転する基板９の主面９１上を示す図であり、研磨プレート７１側から見た図である。基板９は図１１中の矢印９９１が示すように時計方向に一定の角速度（例えば、２πｒａｄ／ｓ（６０ｒｐｍ））で回転しており、基板９のノッチ９２がノッチセンサ４（図１１において、符号４を付す二点鎖線の矩形にて示す。）に対向する位置を通過すると、図５の光源４１から基板９に照射される光がノッチ９２により乱反射され、その反射光がフォトダイオード４４に受光される。
【００４５】
このとき、図１１に示すように基板９のノッチ９２は山形に切り欠かれて形成されたものであるため、ノッチ９２の２つのエッジにそれぞれ対応する２つのパルスを示す信号がフォトダイオード４４から出力される。出力信号は図６のプリアンプ４６により増幅された後、コンパレータ４７により閾値電圧と比較されて図１２に示す２つのパルスを示す信号（以下、「ノッチ検出信号」という。）が生成され、基板９の外縁部に形成されたノッチ９２の通過が検出される（ステップＳ１３）。ノッチ検出信号はストロボコントローラ５に出力される。
【００４６】
ストロボコントローラ５では、ノッチ検出信号が示す２つの出力パルスに基づいて基板９のノッチ９２がノッチセンサ４に対向する位置を通過した時刻（以下、「ノッチ通過時刻」という。）が特定され、ノッチ通過時刻から画像取得条件データ６９１に基づく所定の遅延時間の経過後に、照明部３およびコンピュータ６に対してストロボトリガ信号５９１およびカメラトリガ信号５９２がそれぞれ出力される。ここで、遅延時間は、例えば、撮像時に図１１中において符号２９ｂを付す二点鎖線の矩形にて示す位置に存在する撮像領域が、ノッチ通過時刻に符号２９ａを付す位置に存在する場合には、撮像領域２９ａの中心と回転軸Ｊ１とを結ぶ線分９３ａと、撮像領域２９ｂと回転軸Ｊ１とを結ぶ線分９３ｂとのなす角をθとして、角θを基板９の角速度で割って得られる時間とおよそ同じ時間とされる。
【００４７】
カメラトリガ信号５９２は図９のキャプチャボード６２１に入力され、キャプチャボード６２１からヘッド部２にトリガ信号が出力されることにより基板９が撮像される。このとき、ストロボコントローラ５においてストロボトリガ信号５９１が出力された後、一定時間経過後にカメラトリガ信号５９２が出力されるため、照明部３からの照明光の基板９からの反射光が撮像デバイス２５へと導かれた時点で撮像が行われる。このように、ストロボコントローラ５によりノッチセンサ４からの出力に基づいて、ノッチ通過時刻から所定の遅延時間経過後にヘッド部２による撮像が実行される（ステップＳ１４）。
【００４８】
ヘッド部２からの画像信号はキャプチャボード６２１に出力され、基板９の主面９１上の画像（以下、「取得画像」という。）のデータが画像メモリ６２１ａに記憶される。取得画像データは画像処理ボード６２３に出力され、テンプレート画像データ６９２が示すテンプレート画像との間におけるパターンマッチングが行われる。なお、取得画像は必要に応じてディスプレイ６１５に表示される。
【００４９】
図１３は取得画像の一例を示す図であり、図１４はテンプレート画像を示す図である。テンプレート画像は所定の基準パターンを示す画像であり、本実施の形態ではステップＳ１１における処理により図１４に示す基準パターン８１を示す画像が準備される。画像処理ボード６２３では図１３の取得画像と図１４のテンプレート画像との間におけるパターンマッチングを行うことにより取得画像における基準パターン８１の位置および傾きが特定され、その結果が処理部６３に出力される。
【００５０】
ここで、測定点位置情報６９３は基板９（または、参照基板）上の回路パターンにおいて、基準パターン８１に対する測定点の相対的な位置を示すものであり、位置算出部６３１では基準パターンの位置および傾きの情報、並びに、測定点位置情報６９３に基づいて取得画像における測定点８２の位置（すなわち、基準パターンに対する測定点に対応する点の位置）が算出される。このように、画像処理ボード６２３および位置算出部６３１により取得画像とテンプレート画像との間におけるパターンマッチングを行って取得画像中の測定点８２の位置を求める処理が行われる（ステップＳ１５）。
【００５１】
続いて、研磨終点検出部６３２が取得画像中の測定点８２の位置の画素値を取得し、予め準備された判定値と比較される。判定値は照明部３において選択されたフィルタ３４１、あるいは、基板９上の膜の構造や研磨後の膜厚（これらの情報は、例えば、全体制御部７から予め入力される。）等に応じて予め準備された値であり、測定点８２の画素値が判定値と比較されることにより基板９の研磨の終点に到達したか否かが判定される（ステップＳ１６）。研磨の終点に未到達であると判定された場合には（ステップＳ１７）、ノッチセンサ４により次の（すなわち、１回転後の）ノッチ９２の通過が検出された後に（ステップＳ１３）、ステップＳ１４〜ステップＳ１６が繰り返される。また、研磨の終点に到達したと判定された（すなわち、研磨の終点が検出された）場合には（ステップＳ１７）、終点検出を示す信号が全体制御部７へと出力される。
【００５２】
なお、研磨の終点は測定点の画素値の変化に基づいて検出されてもよく、例えば、画素値の変化の特性から終点到達予定時刻が求められ、予定時刻に研磨が終点に到達したものとみなされてもよい。このように、研磨終点検出部６３２では基板９が１回転するごとにヘッド部２により取得される画像に基づいて（より具体的には、測定点の画素値に基づいて）研磨の終点が適切に検出される。
【００５３】
全体制御部７では終点検出信号に基づいてトップリング１１０を研磨プレート７１上から退避し、研磨プレート７１上へのスラリーの供給および研磨プレート７１の回転を停止して研磨を終了するとともに、基板回転部１１の回転も停止し（ステップＳ１８）、基板研磨システム１における基板９の研磨・画像取得処理が終了する。
【００５４】
次にステップＳ１４における図７のトリガ生成回路５１内の処理について説明する。なお、前述のように画像取得条件データ６９１に基づく各種パラメータが入力されることにより、トリガ生成回路５１では、ノッチ信号条件レジスタ５１５のＲＥＧ０およびＲＥＧ１、並びに、遅延時間設定レジスタ５１６のＲＥＧ２およびＲＥＧ３にデータが予め書き込まれている。
【００５５】
図７に示すトリガ生成回路５１では、入力されたノッチ検出信号ＮＴ＿ＩＮがノッチ信号インターフェイス５１２によりクロック信号ＣＬＫにラッチされ、図１２のＮＴ＿ＩＮがＨｉｇｈレベルである間、ラッチ後の信号ＮＴ０がアドレスカウンタ５１３およびノッチタイミング決定回路５１４に出力される。アドレスカウンタ５１３では、ＮＴ０の最初の立ち上がりが入力されることによりＣＬＫのカウントが開始される。
【００５６】
ここで、ノッチ信号条件レジスタ５１５に設けられたＲＥＧ０およびＲＥＧ１にはそれぞれ、ノッチタイミング決定回路５１４において異常なノッチ検出信号ＮＴ＿ＩＮ（実際には、ＮＴ０として入力される。）を無視するための条件であるパルス最小間隔およびパルス最小幅が記憶され、パルス最小間隔を示す値ＮＩおよびパルス最小幅を示す値ＮＷがノッチタイミング決定回路５１４に入力される。パルス最小間隔およびパルス最小幅は、例えば、１０マイクロ秒単位にて設定可能とされ、ＮＴ０により特定される２つのパルスの間隔が、ＲＥＧ０に設定されたパルス最小間隔よりも短い場合にはこれらの２つのパルスは異常なものとして無視される。また、ＮＴ０により特定される１つのパルスの幅が、ＲＥＧ１に設定されたパルス最小幅よりも短い場合にもこのパルスは異常なものとして無視される。これにより、トリガ生成回路５１ではノイズ等によるノッチの誤検出が抑制される。
【００５７】
ノッチタイミング決定回路５１４では、ノッチ９２の通過の検出時刻を示す値が求められる。具体的には、ＮＴ０に含まれる各パルスに対してパルスの立ち上がりの時刻、および、立ち下がり時刻が特定される。そして、最初のパルスの立ち上がりの時刻、および、立ち下がり時刻を示す値がそれぞれＡ１およびＡ２であり、次のパルスの立ち上がりの時刻、および、立ち下がり時刻を示す値がそれぞれＡ３およびＡ４であるとすると、（（Ａ１＋Ａ２＋Ａ３＋Ａ４）／４）を計算することにより得られる値ＮＴ１がノッチ９２の通過の検出時刻を示す値とされ、遅延加算回路５１７に出力される。
【００５８】
また、基板９の保持位置の誤差により、ノッチセンサ４から１つのパルスのみを示す信号が出力された場合には、ノッチタイミング決定回路５１４では、１つのパルスの立ち上がりの時刻、および、立ち下がり時刻を示す値をそれぞれＢ１およびＢ２として（（Ｂ１＋Ｂ２）／２）を計算することにより得られる値がノッチ９２の通過の検出時刻を示す値ＮＴ１とされる。
【００５９】
なお、３以上のパルスが検出された場合にはノッチタイミング決定回路５１４では、ノッチ９２が検出されなかったものとみなされ値ＮＴ１は出力されない。また、既述のようにＲＥＧ０に設定されたパルス最小間隔よりも短い間隔で発生した２つのパルスやＲＥＧ１に設定されたパルス最小幅よりも短いパルスは適宜無視される。
【００６０】
このように、トリガ生成回路５１ではフォトダイオード４４からの少なくとも１つの出力パルスの特性（パルスの個数、パルスの発生タイミング、パルス幅、パルス間隔等）に基づく演算によりノッチ９２の通過の検出時刻が適切に求められる。
【００６１】
遅延加算回路５１７ではＮＴ１に一定の遅延時間を示す値ＤＬＹを加算することにより（ＮＴ１＋ＤＬＹ）が出力される。具体的には、遅延時間設定レジスタ５１６のＲＥＧ２およびＲＥＧ３にはそれぞれ遅延時間の下位１６ビットのデータ、および、遅延時間の上位４ビットのデータが記憶されており、ＲＥＧ２およびＲＥＧ３に記憶された遅延時間（例えば、５０マイクロ秒単位にて設定されており、２０ビットで表される。）を示すＤＬＹに、ノッチタイミング決定回路５１４からのＮＴ１が加えられて一致検出回路５１８に出力される。
【００６２】
一致検出回路５１８では（ＮＴ１＋ＤＬＹ）とアドレスカウンタ５１３から入力されるカウンタ値ＣＯＵＮＴとが一致すると、信号ＣＮＴ＿ＥＱをタイミング微調整回路５１９に出力するとともに、アドレスカウンタ５１３に信号ＣＮＴ＿ＥＮＤを出力する。そして、シフトレジスタを有するタイミング微調整回路５１９ではＣＮＴ＿ＥＱが入力されることにより照明部３にストロボトリガ信号５９１が出力され、ストロボトリガ信号５９１の出力から一定時間後にカメラトリガ信号５９２が出力される。これにより、ノッチ９２の通過の検出時刻から画像取得条件データ６９１に基づく遅延時間の経過後にヘッド部２による撮像が実行される。アドレスカウンタ５１３はＣＮＴ＿ＥＮＤが入力されることにより、そのカウンタ値が初期値にリセットされる。
【００６３】
次に、参照基板を用いて行われるステップＳ１１の処理について説明する。まず、参照基板が基板回転部１１に固定されて研磨プレート７１上に移動し、基板９を研磨する際の角速度と同じ角速度にて回転を開始する。続いて、コンピュータ６から所定の初期設定用の各種パラメータが入力され、ノッチセンサ４がノッチの通過を検出した後、設定された遅延時間だけ遅れて画像が取得される。取得された画像はコンピュータ６のディスプレイ６１５に表示され、操作者により確認される。
【００６４】
操作者の操作により異なる位置の画像取得が指示された場合には、コンピュータ６において遅延時間が僅かに変更され、参照基板の主面上において直前に撮像された位置からずれた位置が撮像され、次の画像がディスプレイ６１５に表示される。操作者は表示された画像を確認し、所望の画像が取得されるまで遅延時間の変更と画像の取得が繰り返される。
【００６５】
所望の画像（以下、「参照画像」という。）が取得されると、操作者が参照画像中の基準パターンを選択するとともに測定点に対応する点を指定することにより、基準パターンを示すテンプレート画像データ６９２、および、基板９上の測定点の基準パターンに対する位置情報である測定点位置情報６９３が固定ディスク６１４に記憶されるとともに、参照画像が取得された際に入力された各種パラメータの情報も画像取得条件データ６９１として記憶され、基板９の研磨・画像取得処理に必要な各種情報が準備される。
【００６６】
なお、トリガ生成回路５１に入力される各種パラメータの情報ではなく、参照基板上における参照画像の撮像位置を示す情報が画像取得条件データ６９１として記憶されてもよい。この場合、基板９の処理時にトリガ生成回路５１に入力される各種パラメータは、コンピュータ６により参照基板上における参照画像の撮像位置とノッチの位置との間の関係や、基板９の回転の角速度等に基づいて適宜求められる。
【００６７】
また、トリガ生成回路５１において、ＥＮＡＢＬＥを「０」として（すなわち、アドレスカウンタ５１３がＯＦＦ状態で）コンピュータ６から画像取得信号をトリガ生成回路５１に直接入力することにより、ストロボトリガ信号５９１およびカメラトリガ信号５９２が出力されて参照基板の画像が取得されてもよい。さらに、遅延時間は回路パターンの設計データに基づいて計算により求められてもよい。
【００６８】
以上のように、図１の基板研磨システム１では回転する基板９のノッチ９２の通過がノッチセンサ４により検出され、ノッチ９２の通過時刻から所定の遅延時間経過後にヘッド部２により基板９の主面９１が撮像される。すなわち、基板研磨システム１の一部である画像取得装置では、回転する基板９上の所定位置の画像を精度よく取得することが実現される。また、画像取得装置では取得画像と基準パターンを示すテンプレート画像との間におけるパターンマッチングが行われるとともに、基板９上の測定点の基準パターンに対する位置情報に基づく演算が行われ、これにより、取得画像における基板９上の測定点の位置を精度よく求めることができる。さらに、研磨終点検出部６３２では取得画像中の求められた測定点の位置の画素値に基づいてパターンを有する基板９の研磨の終点を精度よく検出することができる。
【００６９】
図１の基板研磨システム１では、画像処理ボード６２３および位置算出部６３１が省略され、取得画像中の予め定められた位置の画素値に基づいて研磨の終点が検出されてもよい。例えば、回路パターンが未形成である基板９が研磨される際には、図１０のステップＳ１１では画像取得条件データ６９１のみが準備される。そして、基板回転部１１による基板９の回転が開始されて基板９の研磨が開始されると（ステップＳ１２）、基板９のノッチ９２の通過がノッチセンサ４により検出され（ステップＳ１３）、ノッチ９２の通過時刻から所定時間経過後にヘッド部２による撮像が行われる（ステップＳ１４）。
【００７０】
続いて、ステップＳ１５は省略され、研磨終点検出部６３２に取得画像中の特定位置の画素値（例えば、中央の画素値や中央近傍の画素群の値の平均値等）が入力され、この画素値に基づいて（予め準備された値と比較されたり、画素値の変化に基づいて）研磨の終点に到達したか否かが判定される（ステップＳ１６）。そして、研磨の終点に未到達と判定された場合にはステップＳ１３，Ｓ１４，Ｓ１６が繰り返され（ステップＳ１７）、研磨の終点に到達と判定された（研磨の終点が検出された）場合には、研磨を終了するとともに基板９の回転も停止し（ステップＳ１８）、基板９の研磨・画像取得処理が終了する。これにより、基板９にパターンがあまり存在しない場合に合わせて、ヘッド部２にて取得された画像に基づいて研磨の終点を容易に検出することが実現される。
【００７１】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【００７２】
上記実施の形態では基板９は円板状とされるが、矩形の基板が主面に垂直な軸を中心として回転され、回転中の矩形基板上の所定位置の画像が取得されてもよい。この場合、例えば矩形基板のコーナー部近傍におけるエッジの通過がノッチセンサ４により検出され、矩形基板が特定の向きとなる時刻（すなわち、一のコーナー部近傍がノッチセンサ４に対向する時刻）から所定の遅延時間経過後にヘッド部２による撮像が実行される。さらに、基板９の外縁部には、山形以外の形状の切欠きが形成されてもよい。なお、基板９は半導体基板に限定されず、ガラス基板やプリント配線基板等の他の種類の基板であってもよい。
【００７３】
ノッチセンサ４における受光部はフォトダイオードアレイであってもよい。この場合、複数のフォトダイオードからの出力が複数のプリアンプによりそれぞれ増幅され、複数のプリアンプからの出力が加算回路により加算されてノッチ検出信号が出力される。
【００７４】
画像取得条件データ６９１には、基板９の半径方向に関するヘッド部２の撮像位置の情報が含まれてもよく、この場合、研磨・画像取得処理の開始時にその情報に基づいてヘッド部２が対応する位置へと移動する。
【００７５】
図１０に示す処理の流れは、可能な範囲内で適宜変更されてもよい。例えば、基板９の回転が開始された後に、外部からテンプレート画像データおよび測定点位置情報が入力されて準備されてもよい。すなわち、これらの情報はノッチの通過を検出する処理より前に準備されておればよい。
【００７６】
上記実施の形態における画像取得装置としての機能は、特に研磨中の基板の画像を取得する用途に適しているが、基板を回転する他の種類の処理に適用されて回転する基板の画像が取得されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】基板研磨システムの構成を示す図である。
【図２】基板回転部の近傍を示す図である。
【図３】ヘッド部の近傍を側方から見た図である。
【図４】ヘッド部の内部構成を示す図である。
【図５】ノッチセンサの内部構成を示す図である。
【図６】ノッチセンサおよびストロボコントローラの回路ブロック図である。
【図７】トリガ生成回路の構成を示す図である。
【図８】コンピュータの構成を示す図である。
【図９】コンピュータが実現する機能構成を示すブロック図である。
【図１０】基板を研磨しつつ画像を取得する処理の流れを示す図である。
【図１１】回転する基板の主面上を示す図である。
【図１２】ノッチ検出信号を示す図である。
【図１３】取得画像の一例を示す図である。
【図１４】テンプレート画像を示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
２    ヘッド部
４    ノッチセンサ
５    ストロボコントローラ
９    基板
１１    基板回転部
４１    光源
４４    フォトダイオード
７１    研磨プレート
８１    基準パターン
８２    測定点
９１    主面
９２    ノッチ
６１４    固定ディスク
６２３    画像処理ボード
６３１    位置算出部
６３２    研磨終点検出部
６９２    テンプレート画像データ
６９３    測定点位置情報
Ｊ１    回転軸
Ｓ１１〜Ｓ１８    ステップ
【図１】
2005217139.tif 000003
【図２】
2005217139.tif 000004
【図３】
2005217139.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2005217139.tif 000008
【図７】
2005217139.tif 000009
【図８】
2005217139.tif 000010
【図９】
2005217139.tif 000011
【図１０】
2005217139.tif 000012
【図１１】
2005217139.tif 000013
【図１２】
2005217139.tif 000014
【図１３】
2005217139.tif 000015
【図１４】
2005217139.tif 000016