(57)【要約】【課題】  研磨中のウエハ全面の絶縁層の膜厚をリアルタイムで検出できるＣＭＰ装置及び方法の実現。【解決手段】  表面に研磨パッド5を有し、回転するプラテン1と、表面に金属層を有するウエハ7を研磨パッドに押し付けるように保持しながら回転するウエハ保持機構8とを備え、ウエハ7を研磨するＣＭＰ装置において、プラテン1と研磨パッド5は透明であり、プラテン1と研磨パッド5とを通して研磨中のウエハ7の表面を照明する照明手段12と、プラテンと研磨パッドとを通して研磨中のウエハ7の表面の分光反射特性を検出する分光反射検出器11とを備える。【選択図】      図２
2005268424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に研磨パッドを有し、回転するプラテンと、
表面に金属層を有するウエハを前記研磨パッドに押し付けるように保持しながら回転するウエハ保持機構とを備え、前記ウエハを研磨する化学機械研磨装置において、
前記プラテンと前記研磨パッドは透明であり、
前記プラテンと前記研磨パッドとを通して研磨中の前記ウエハの表面を照明する照明手段と、
前記プラテンと前記研磨パッドとを通して研磨中の前記ウエハの表面の分光反射特性を検出する分光反射検出器とを備えることを特徴とする化学機械研磨装置。
【請求項２】
前記分光反射検出器は、
２次元カラーイメージセンサを含むカラー撮像装置と、
前記カラー撮像装置の３色の出力信号から各画像部分の分光反射特性を算出する画像処理装置とを備える請求項１に記載の化学機械研磨装置。
【請求項３】
前記画像処理装置は、前記ウエハの各部を撮影する主光線が前記カラー撮像装置の光軸となす角度に応じて、分光反射特性を補正する請求項２に記載の化学機械研磨装置。
【請求項４】
前記画像処理装置は、前記ウエハのオリエンテーションフラット又はノッチの位置を検出して、前記ウエハの回転位置を算出する請求項２又は３に記載の化学機械研磨装置。
【請求項５】
前記分光反射検出器は、
１次元カラーイメージセンサを含み、前記１次元カラーイメージセンサが前記ウエハの中心から少なくとも１つの放射方向の画像を捕らえるように配置されたカラー撮像装置と、
前記ウエハのオリエンテーションフラット又はノッチの位置を検出するウエハ方向検出手段と、
検出した前記ウエハのオリエンテーションフラット又はノッチの位置から前記ウエハの回転方向を算出するウエハ回転位置検出手段と、
前記カラー撮像装置の３色の出力信号及び前記ウエハの回転方向から、前記ウエハの各部分の分光反射特性を算出する画像処理装置とを備える請求項１に記載の化学機械研磨装置。
【請求項６】
前記ウエハ回転位置検出手段の検出した回転方向に応じて、前記カラー撮像装置を回転する回転手段を備える請求項５に記載の化学機械研磨装置。
【請求項７】
前記ウエハのオリエンテーションフラット又はノッチの位置を検出するウエハ方向検出手段と、
検出した前記ウエハのオリエンテーションフラット又はノッチの位置から前記ウエハの回転方向を算出するウエハ回転位置検出手段とを更に備え、
前記照明手段と前記分光反射検出器は、複数のユニットで構成され、
各ユニットの前記照明手段は、前記ウエハの微小部分を照明し、
各ユニットの前記分光反射検出器は、照明された前記ウエハの微小部分の微小分光反射特性を検出し、
前記複数ユニットの前記分光反射検出器の出力する前記微小分光反射特性及び前記ウエハの回転方向から、前記ウエハの各部分の分光反射特性を算出する画像処理装置とを備える請求項１に記載の化学機械研磨装置。
【請求項８】
前記複数のユニットの少なくとも一部は、前記ウエハの回転中心を中心とする同心円上に配置されている請求項７に記載の化学機械研磨装置。
【請求項９】
前記ウエハ回転位置検出手段の検出した回転方向に応じて、前記照明手段と前記分光反射検出器を回転する回転手段を備える請求項７に記載の化学機械研磨装置。
【請求項１０】
回転するプラテンの表面に設けられた研磨パッドに、ウエハ保持機構に保持された表面に金属層を有するウエハを回転しながら前記研磨パッドに押し付けて研磨するウエハの化学機械研磨方法において、
前記プラテンと前記研磨パッドは透明であり、
前記プラテンと前記研磨パッドとを通して研磨中の前記ウエハの表面を照明し、
前記プラテンと前記研磨パッドとを通して研磨中の前記ウエハの表面の分光反射特性を検出することを特徴とする化学機械研磨方法。
【請求項１１】
前記分光反射特性の検出は、２次元カラーイメージセンサを含むカラー撮像装置を使用して研磨中の前記ウエハの全面のカラー画像を取得し、色の出力信号から各画像部分の分光反射特性を算出する請求項１０に記載の化学機械研磨方法。
【請求項１２】
前記分光反射特性の算出は、前記ウエハの各部を撮影する主光線が前記カラー撮像装置の光軸となす角度に応じて、分光反射特性を補正することを含む請求項１０に記載の化学機械研磨方法。
【請求項１３】
前記分光反射特性の算出は、前記ウエハの全面のカラー画像から、前記ウエハのオリエンテーションフラット又はノッチの位置を検出して、前記ウエハの回転位置を算出した上で、前記ウエハ上の各部を特定する請求項１０又は１１に記載の化学機械研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造プロセスで、ウエハ上の先に形成された層の表面を化学機械研磨(Chemical Mechanical Polishing: CMP)する化学機械研磨（ＣＭＰ）装置及び化学機械研磨（ＣＭＰ）方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体製造プロセスにおいては、ＣＭＰ装置を使用してプロセスの途中でウエハの表面を化学機械研磨（ＣＭＰ）することが行われており、特許文献１及び２などに説明されている。まず、従来のＣＭＰ装置の概略構成を簡単に説明する。
【０００３】
ＣＭＰ装置では、研磨パッドを貼り付けたプラテンを回転させ、研磨パッドにスラリィを供給しながら、ウエハ保持機構に保持されたウエハを回転しながら研磨パッドに押し付けて研磨を行う。ＣＭＰでは、ウエハの表面に形成された絶縁膜や金属膜の層を研磨する。そのため、表面に残された層の厚さを正確に検出して研磨を停止する必要がある。これを終点検出と呼んでいる。一般に、プラテンや研磨パッドが不透明であり、研磨中のウエハの表面状態を検出するのは難しい。そのため、終点検出のための各種の方法が提案されている。本発明は、ウエハの表面に形成された透明な絶縁膜を研磨する場合の終点検出に関係するので、絶縁膜を研磨する従来例を説明する。
【０００４】
図１は、特許文献１に記載された終点検出の方法を示す図である。図１に示すように、研磨パッド１０５を貼り付けたプラテン１０１を回転し、研磨パッド１０５上にスラリィを供給しながら、その上にウエハ保持機構１０８に保持したウエハ１０７を回転させながら押し付ける。プラテン１０１及び研磨パッド１０５は不透明であるので、研磨中のウエハを観察して、その表面の層の厚さを検出することはできない。そこで、プラテン１０１には、溝１０２と、貫通孔１０３と、スラリィの漏れを防止する透明部材１０４とを設け、研磨パッド１０５には窓１０６を設ける。更に、図の位置にプローブ１０９と光ケーブル１１０が設ける。プローブ１０９からは光ケーブル１１０から送られた光ビームが射出され、研磨中のウエハ１０７の表面に照射される。プラテン１０１が回転すると、１回転毎に図示のような状態になるので、その時に光ビームのウエハの表面での反射光をプローブ１０９で集めて、光ケーブル１１０を介して解析装置に送り、分光反射率を算出して残存する層の膜厚を検出する。
【０００５】
特許文献２も特許文献１に記載された終点検出方法に類似の方法を開示している。いずれにしろ、研磨中のウエハ表面の状態を光学的に検出する方法は、上記のように、プラテン及び研磨パッドが不透明であるので、プラテン及び研磨パッドに透明な穴を設けて、その穴を通して、周期的にウエハの表面を観察及び検査する。
【０００６】
なお、ＣＭＰではないが、特許文献３は、貼り合せウエハによるＳＯＩ半導体基板を所望の厚さまで研磨する方法で、透明なプラテン及び透明な研磨パッドを使用して、レーザ光を照射してその透過を検出することにより、所望の厚さになったことを検出する方法を記載している。
【０００７】
更に、ＣＭＰではないが、特許文献４は、カラーＣＣＤカメラを使用して、ウエハ上に形成された絶縁膜の膜厚を、ウエハ全面で詳細に検出する装置を記載している。
【０００８】
【特許文献１】特開平７−５２０３２号公報
【特許文献２】特開平７−２３５５２０号公報
【特許文献３】特開平５−３０９５５８号公報
【特許文献４】特開平１０−１９７２１６号公報
【特許文献５】特開平１０−３１１７０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＣＭＰ装置でウエハを研磨する場合、ウエハ全面が同じように研磨されるわけではなく、各種の要因により部分的に研磨速度が異なる。例えば、ウエハは研磨パッドに押し付けられ、押し付ける圧力により研磨速度が異なるが、ウエハ全面が同一の圧力で押し付けられるわけではなく部分的に圧力の差が生じるのが避けられない。例えば、一般的にウエハの周辺部は中心部より押し付ける圧力が小さくなり、周辺部の方が中心部より研磨速度が小さい。また、ＣＭＰプロセスは熱により研磨速度が異なるが、研磨中のウエハの熱分布は一様でなくむらがあるため、部分的に研磨速度が異なる。
【００１０】
図１に示した特許文献１に記載された終点研磨方法を使用してウエハ表面の絶縁膜の厚さを検出する場合、検出箇所は１箇所であり、ウエハ全面の研磨具合を検出することはできない。検出箇所を複数箇所にすることも考えられるが、検出箇所の個数が少ない場合にはやはりウエハ全面の研磨具合をリアルタイムで検出することはできない。また、検出箇所の個数を増加することも考えられるが、検出のための穴の部分の構造が複雑であり、検出箇所の個数を増加するとコストが増加するという問題がある。
【００１１】
更に、ウエハは、ウエハ保持機構に吸着（チャック）された状態で研磨される場合も、ウエハ保持機構にチャックされずに研磨される場合もある。チャックされて研磨される場合には、ウエハはウエハ保持機構と一緒に回転する。チャックされずに研磨される場合には、ウエハはウエハ保持機構と一緒ではないが、やはり回転する。ウエハには結晶の方向を示すオリエンテーションフラット（ＯＦ）又はノッチが設けられているので、ＯＦ又はノッチを検出することにより、ウエハの回転位置を検出できる。しかし、特許文献１のような穴を設けた場合、その穴からウエハのエッジを観察できるのは穴がウエハのエッジを通過する時だけであり、その時にＯＦ又はノッチが検出できるとは限らない。また、この穴からウエハのエッジが観察できるのはプラテンが１回転する間に２回であり、常時ウエハの回転位置を検出することはできない。そのため、ウエハの中心以外の位置に穴を設けて膜厚を検出する場合、膜厚を検出したウエハの表面が、ウエハのどの位置であるか特定することができない。言い換えれば、膜厚を検出している位置が変化するため、ウエハ上の所定箇所の膜厚の変化を追跡できないという問題がある。
【００１２】
以上のように、ＣＭＰ中のウエハの絶縁膜の膜厚を検出する従来の方法では、ウエハの中心部以外の膜厚をリアルタイムで検出するのは難しく、ウエハ全面の膜厚を考慮して研磨を停止することができなかった。そのため、部分的に研磨不足や研磨過剰になるという問題があった。
【００１３】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、化学機械研磨プロセスで表面に透明な絶縁層を有するウエハを研磨する場合に、ウエハ全面の研磨状態をリアルタイムで検出できる化学機械研磨装置及び方法の実現を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を実現するため、本発明の化学機械研磨装置及び方法は、透明なプラテン及び研磨パッドを使用し、プラテンと研磨パッドとを通して研磨中のウエハの表面を照明し、プラテンと研磨パッドとを通して研磨中のウエハの表面の分光反射特性を検出する。
【００１５】
すなわち、本発明の化学機械研磨装置は、表面に研磨パッドを有し、回転するプラテンと、表面に金属層を有するウエハを前記研磨パッドに押し付けるように保持しながら回転するウエハ保持機構とを備え、前記ウエハを研磨する化学機械研磨装置において、前記プラテンと前記研磨パッドは透明であり、前記プラテンと前記研磨パッドとを通して研磨中の前記ウエハの表面を照明する照明手段と、前記プラテンと前記研磨パッドとを通して研磨中の前記ウエハの表面の分光反射特性を検出する分光反射検出器とを備えることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の化学機械研磨方法は、回転するプラテンの表面に設けられた研磨パッドに、ウエハ保持機構に保持された表面に金属層を有するウエハを回転しながら前記研磨パッドに押し付けて研磨するウエハの化学機械研磨方法において、前記プラテンと前記研磨パッドは透明であり、前記プラテンと前記研磨パッドとを通して研磨中の前記ウエハの表面を照明し、前記プラテンと前記研磨パッドとを通して研磨中の前記ウエハの表面の分光反射特性を検出することを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、プラテン及び研磨パッドが透明なので、研磨中のウエハ全面をリアルタイムで観察でき、ウエハ全面の研磨状況を的確に判定できる。表面に透明な絶縁層を有するウエハに白色光を照射すると、膜厚に応じて反射分光特性が異なるので、分光反射特性からウエハの膜厚を算出又は判定することができる。この点については特許文献４などに詳しく説明されている。更に、ウエハは研磨中に回転するが、ウエハには結晶方向を示すオリエンテーションフラット（ＯＦ）又はノッチが設けられている。プラテン及び研磨パッドが透明なので、ＯＦ又はノッチの位置を容易に検出してウエハの回転位置を算出することができる。これにより、分光反射特性（膜厚）を検出する部分の位置を特定できる。
【００１８】
分光反射検出器は、例えば、２次元カラーイメージセンサを含むカラー撮像装置を使用すれば、特許文献４に記載されたのと同様に、カラー撮像装置の３色の出力信号からウエハ全面の分光反射特性、すなわち絶縁層の膜厚をウエハ全面で算出することができる。なお、カラー撮像装置は、同一部分の色特性を検出する３管式を使用することが望ましい。
【００１９】
分光反射特性を検出する場合、光軸からの距離、すなわち主光線がカラー撮像装置の光軸となる角度が分光反射特性に影響する。そこで、ウエハの各部を撮影する主光線が前記カラー撮像装置の光軸となす角度に応じて、分光反射特性を補正する。これにより、膜厚検出の精度が向上する。また、あらかじめ高精度の膜厚測定器を使用して、分光反射検出器の特性を較正しておくか又は随時較正することが望ましい。
【００２０】
なお、カラー撮像装置の出力をそのまま画像モニターに表示すると、オペレータは表示色から概略の膜厚を認識すると共に、ＯＦ又はノッチからウエハの回転位置も認識できる。
【００２１】
２次元カラーイメージセンサでなく、１次元カラーイメージセンサを使用してウエハ全面の分光反射特性を検出することも可能である。上記のように、研磨中にウエハは回転するので、１次元カラーイメージセンサがウエハの中心から少なくとも１つの放射方向の画像を捕らえるように配置し、ＯＦ又はノッチからウエハの回転位置を検出しながら、１次元カラーイメージセンサの出力を合成すれば、ウエハ全面の分光反射特性を検出できる。言い換えれば、これは回転走査を行うことを意味する。
【００２２】
更に、プラテン及び研磨パッドが透明なので、複数箇所の分光反射特性を検出し、更にウエハの回転位置を検出して、検出箇所の位置関係を特定することが可能である。これにより、例えば、複数の検出箇所をウエハの回転中心を中心とする同心円上に配置すれば、ウエハ上の同一部分の分光反射特性の変化を追跡することも可能である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、研磨中のウエハ全面をリアルタイムで観察できるので、ウエハ表面の透明な絶縁層の研磨状況を的確に判定できる。これにより、研磨精度が向上し、ウエハ全面で所望量の研磨が行われた直後に研磨を停止するため、過剰研磨されることがなくなり、歩留まりが向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図２は、本発明の第１実施例のＣＭＰ装置の概略構成を示す図である。第１実施例のＣＭＰ装置では、全面が透明なポリウレタン製研磨パッド５を貼り付けた全体が透明な石英ガラス製プラテン１を回転し、図示していないスラリィ供給器から研磨パッド５上にスラリィを供給し、その上にウエハ保持機構８に保持したウエハ７を回転させながら押し付ける。なお、プラテン１は、すべて透明である必要はなく、例えば、複数の大きな穴を有する金属製の構造物に円板状の石英ガラスを載置した構造でもよい。この場合、撮影範囲に金属の梁の部分が入るとその部分は撮影できないが、特に問題は生じない。また、プラテン１はアクリル板などで作ることも可能である。
【００２５】
プラテン１の下側には、ハーフミラー１３が配置され、その右側にはウエハ７の表面を照明する照明装置１２が設けられている。照明装置１２からの照明光は、ハーフミラー１３で反射され、プラテン１の下面、研磨パッド５及びウエハの表面に、垂直に入射する。更に、ハーフミラー１３の下側には、カラービデオカメラなどのカラー撮像装置１１が設けられ、研磨中のウエハ７の表面の画像を捕らえる。撮像装置１１の光軸は、プラテン１の下面、研磨パッド５及びウエハの表面に垂直であり、ウエハ７の全面の画像を撮影できる。ウエハ保持機構８は、ウエハ７を研磨パッド上に搬送する時には真空吸着によりウエハ７をチャックして搬送するが、研磨中は真空吸着を解除して、ウエハ７の直径より若干大きな内径を有するガイドリングにより、研磨中にウエハ７が保持機構８より飛び出るのを防止している。ウエハ７は、ウエハ７が保持機構８の回転に従って回転するが、同じ回転速度ではなく、ある程度遅い回転速度で回転する。なお、研磨中もウエハ保持機構８がウエハ７を真空吸着によりチャックした状態で、回転させるようにしてもよい。研磨中、保持機構８はウエハ７を研磨パッドに所定の圧力で押し付ける。
【００２６】
なお、スラリィにより研磨パッドの目詰まりが生じるので、図示していないドレッサにより、研磨パッドの表面は定期的にドレッシングされる。
【００２７】
上記の構成により、プラテン１及び研磨パッド５が透明なので、研磨中のウエハ７全面をリアルタイムで観察できる。表面に透明な絶縁層を有するウエハに白色光を照射すると、膜厚に応じて反射分光特性が異なる。すなわち、膜厚によりカラー撮像装置１１の出力する画像の色が異なるので、画像の色からウエハの膜厚を算出又は判定することができる。
【００２８】
画像処理装置１４は、カラー撮像装置１１の出力する画像信号を処理して、ウエハ各部の膜厚を算出し、その結果を制御装置１５に出力する。制御装置１５は、検出された膜厚に応答してＣＭＰ装置の制御を行う。
【００２９】
ウエハ７は、ウエハ保持手段８にチャックされていないが、ウエハ保持手段８の回転に伴って回転する。但し、ウエハ７とウエハ保持手段８の回転速度は同じではない。ウエハ７の画像も、ウエハの回転に伴って変化するため、ウエハ７の全面の研磨状況を正確に検出するには、ウエハの回転方向を検出する必要がある。ウエハ７には、ウエハの結晶方向を示すために、図３の（Ａ）に示すように、オリエンテーションフラット（ＯＦ）２１、又は図３の（Ｂ）に示すように、ノッチ２２が設けられている。ＯＦ２１及びノッチ２２の位置を参照すれば、ウエハ７の回転方向を識別できる。そこで、画像処理装置１４は、ウエハ７の画像で、ＯＦ２１及びノッチ２２の位置を検出し、それからウエハ７の回転位置を検出する。更に、画像処理装置１４は、時系列で捕らえた各画像をウエハ７の回転位置に応じて調整して、ウエハ７の研磨状況を示す画像を生成する。
【００３０】
図２に示すように、カラー撮像装置１１の光軸はウエハ７の中心（すなわち、回転中心）に位置しており、ウエハ７の中心の画像の主光線、すなわちカラー撮像装置１１の光軸はウエハ７に垂直である。これに対して、ウエハ７の周辺の画像の主光線は、カラー撮像装置１１の光軸に対してある角度をなす。分光反射特性を検出する場合、主光線がウエハ７となす角度が分光反射特性に影響する。そこで、ウエハの中心から離れた各部を撮影する主光線がカラー撮像装置１１の光軸となす角度に応じて、分光反射特性を補正する。これにより、膜厚検出の精度が向上する。また、あらかじめ高精度の膜厚測定器を使用して、分光反射検出器の特性を較正しておくか又は随時較正することが望ましい。
【００３１】
以上のように、研磨中のウエハ７の表面の絶縁層の膜厚がウエハの全面でリアルタイムに検出できる。これにより、研磨中のウエハ７の膜厚の分布などもリアルタイムに検出できるので、ウエハ全面の膜厚がすべて所望の値範囲に入ったことを検出した時に、研磨終了信号を発生する。また、１枚のウエハ内で部分的に許容できない大きな膜厚の差が生じたことなどを検出することも可能であり、そのような状態を検出した場合には画像処理装置１４が研磨異常信号を発生する。
【００３２】
制御装置１５は、研磨終了信号に応じて研磨を停止する。また、制御装置１５は研磨異常信号に応じてアラームを発生してオペレータに異常の発生を知らせる。
【００３３】
オペレータはアラームが発生されると、次の研磨はウエハを研磨パッドに押し当てる圧力を調整して研磨速度を低下させたり、部分的な圧力を調整するなどの対策を行う。例えば、ウエハ７を研磨パッドに押し当てる圧力を部分的に調整できるのであれば、ウエハ７の全面が同じように研磨されるように部分的に圧力を調整する。
【００３４】
なお、上記の例では、カラー撮像装置の出力を画像処理してＣＭＰ装置を自動制御したが、カラー撮像装置の出力をそのまま画像モニターに表示するようにしてもよい。その場合、オペレータは表示色から概略の膜厚を認識すると共に、後述するオリエンテーションフラット（ＯＦ）又はノッチからウエハの回転位置も認識して、ウエハ上の位置も特定できる。
【００３５】
図４は、本発明の第２実施例のＣＭＰ装置の概略構成を示す図である。第２実施例のＣＭＰ装置は、２次元カラーイメージセンサを有するカラー撮像装置の替わりに、１次元カラーイメージセンサを使用して実質的に回転走査することによりウエハ全面の分光反射特性、すなわち絶縁層の膜厚を検出する点が第１実施例と異なり、他は同じである。
【００３６】
図４の（Ｂ）に示すように、照明装置３２からの照明光は、透明なプラテン１及び研磨パッド５を通して研磨中のウエハ７の表面を帯状に照明する。この照明されたウエハの表面は、カラー画像装置３１内のレンズにより１次元カラーイメージセンサ上に投影される。図４の（Ａ）に示すように、帯状に照明されて１次元カラーイメージセンサ上に投影される範囲３４は、ウエハの中心を通る直径に対するように配置され、ウエハ７の両側のエッジを超えて伸びている。従って、１次元カラーイメージセンサの出力を監視することにより、ウエハ７のＯＦ又はノッチを検出できる。しかし、これだけでは、ウエハ７が１回転する間にＯＦ又はノッチを２回検出できるだけであり、回転方向の検出分解能が不充分なので、本実施例では、ウエハ７のＯＦ又はノッチを検出する光学式センサ３３を、ウエハ７の円周に対応させて６箇所に配置する。図４の（Ａ）に示すように、光学式センサ３３が検出する部分３５は、ウエハ７の円周上に、４５°間隔で配置される。これにより、１次元カラーイメージセンサを含めてウエハ７が１回転する間に８回ＯＦ又はノッチを検出することになるので、ウエハ７の回転位置を検出できる。なお、光学式センサ３３で検出する間の回転は外挿法及び内挿法により算出する。
【００３７】
前述のように、研磨中にウエハ７は回転するので、ウエハ７が半回転する間に複数回１次元カラーイメージセンサからの出力信号を読出し、回転位置に応じてそれらを合成すれば、ウエハ７全体のカラー画像が得られる。
【００３８】
画像処理装置３６は、カラー画像装置３１の出力する画像信号と６個の光学式センサ３３の出力信号を受けて、上記のウエハ７の回転位置を検出及び画像の合成を行う。そして、第１実施例と同様に研磨終了信号及び研磨異常信号を発生して制御装置３７に出力する。
【００３９】
図５は、本発明の第３実施例のＣＭＰ装置の概略構成を示す図である。第３実施例のＣＭＰ装置は、第２実施例で使用した１次元カラーイメージセンサを有するカラー撮像装置３１の替わりに、１点の分光反射特性を検出する９個の光検出器４１を、図５の（Ａ）及び（Ｂ）のように配置する。また、第２実施例と同じ光学式センサ３３を８個、ウエハ７の円周上に対応させて４５°間隔で配置する。他は同じである。
【００４０】
第２実施例と同様に、８個の光学式センサ３３からウエハ７の回転位置が検出できる。
【００４１】
また、１個の光検出器４１は、ウエハの回転中心に対応して配置されるので、研磨中のウエハ７の膜厚を常時検出できる。また、８個の光検出器４１は、ウエハの回転中心から所定の半径の円周上に４５°間隔で配置される。これにより、この半径の円周上の部分の膜厚が間欠的に検出できる。
【００４２】
なお、図５の（Ａ）に示すように、８個の光検出器４１と８個の光学式センサ３３は、同一の放射方向に配置されているので、各光学式センサ３３がウエハ７のＯＦ又はノッチを検出したタイミングに合わせて各光検出器４１の信号を合わせれば、ウエハ７上の同一の部分について、膜厚の変化を追跡できる。
【００４３】
図６は、光検出器４１の構成例を示す図である。図示のように、白色光源５１からの照明光をレンズ５２で平行光にした後、ハーフミラー５４でウエハ７に向けて反射する。この照明光は、レンズ５３により、プラテン１、研磨パッド５を通してウエハ７の表面に照射される。ウエハ７の表面での反射光は、逆の経路を通ってハーフミラー５４を通過し、レンズ５５で収束される。収束される光路の途中に、青（ブルー）成分を反射するミラー５６と緑（グリーン）成分を反射するミラー５７が配置されており、収束される光は赤（レッド）成分のみになる。ミラー５６で反射された光は受光器５８に入力され、受光器５８は青成分を示す信号を出力する。同様に、ミラー５７で反射された光は受光器５９に入力され、受光器５９は緑成分を示す信号を出力し、ミラー５７を透過した光は受光器６０に入力され、受光器６０は赤成分を示す信号を出力する。以上のようにして、ウエハ７の分光反射特性を示す信号が得られる。
【００４４】
なお、図６で示した光検出器４１の替わりに、特許文献５に記載されたような膜厚計を使用すれば、膜厚の検出精度が向上する。
【００４５】
更に、第２及び第３実施例で、ウエハ７のＯＦ又はノッチを検出してウエハ７の回転を検出し、第２実施例のカラー画像装置３１、及び照明装置３２及び又は第３実施例の少なくとも１個の光検出器及び少なくとも１個の光学式センサ３３を、ウエハの回転に同期して回転すれば、常にウエハ上の同一点の膜厚変化を検出できる。回転する各部への電源の供給及び信号の受け渡しはスリップリングを使用して行なう。また各部を電池で駆動して、信号は無線で受け渡すことも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明によれば、研磨中のウエハ全面の絶縁層の膜厚がリアルタイムで検出できるので、最良のタイミングで研磨を停止したり、全面が一様に研磨されるように各種の条件を容易に設定できるようになる。これにより、ＣＭＰ装置及び方法のスループットや歩留まりが向上でき、ひいては半導体製造プロセスにおけるコスト低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】ＣＭＰ装置の従来例の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第１実施例のＣＭＰ装置の概略構成を示す図である。
【図３】ウエハのオリエンテーションフラット及びノッチを示す図である。
【図４】本発明の第２実施例のＣＭＰ装置の概略構成を示す図である。
【図５】本発明の第３実施例のＣＭＰ装置の概略構成を示す図である。
【図６】第３実施例で使用する光検出器４１の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１…プラテン
５…研磨パッド
７…ウエハ
８…ウエハ保持機構
１１…撮像装置
１２…画像モニター
１３…画像処理装置
１４…制御装置
【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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