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公開番号2024155058
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-31
出願番号2023069447
出願日2023-04-20
発明の名称膜厚測定装置、膜厚測定方法及び基板研磨装置
出願人株式会社荏原製作所
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類B24B 49/12 20060101AFI20241024BHJP(研削;研磨)
要約【課題】簡易な構成で、効率良く研磨後の膜厚を効果的に測定する。
【解決手段】膜厚測定装置は、研磨対象である基板を保持しつつ基板を移動可能なヘッドと、透明材料で構成されたステージと、ステージ上に液体を供給する液体供給部と、ステージ上の液体を外部に排出する液体排出部と、ステージを挟んで前記ヘッドの反対側に配置され、ステージを挟んで配置される基板の表面に対して光学的に膜厚測定を行う計測部と、ステージとヘッドの少なくとも一方をその他方に近づくように移動させるとともに、基板の表面が液体に浸水した状態で基板に対して光照射を行い膜厚測定を行う制御部と、を備える。
【選択図】図8
特許請求の範囲【請求項１】
移動可能なヘッドによって基板が保持された状態で、前記基板の膜厚を測定する膜厚測定装置であって、
透明材料で構成されたステージと、
前記ステージ上に液体を供給する液体供給部と、
前記ステージ上の液体を外部に排出する液体排出部と、
前記ステージを挟んで前記ヘッドの反対側に配置され、前記ステージを挟んで配置される前記基板の表面に対して光学的に膜厚測定を行う計測部と、
前記ステージと前記ヘッドの少なくとも一方をその他方に近づくように移動させるとともに、前記基板の表面が前記液体に浸水した状態で前記計測部を駆動して前記基板に対して光照射を行う制御部と、を備えたことを特徴とする膜厚測定装置。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
前記ヘッドは、前記基板の外周を囲むとともに前記ヘッドにおける前記基板に対する相対位置を変位可能なリテーナリングを備えており、
前記ステージは、前記液体を保持するとともに、前記基板の直径より大きな内径を有する環状部材を備えており、前記ステージと前記ヘッドの少なくとも一方を他方に近づくように移動させたときに、前記リテーナリングが前記環状部材に当接して前記ステージとは反対側に前記相対位置を変位することを特徴とする、請求項１記載の膜厚測定装置。
【請求項３】
前記ヘッドは回転可能に構成されており、
前記制御部は、前記基板の表面が前記液体に浸水した状態で前記ヘッドを回転させながら、前記計測部を駆動して前記基板に対して光照射を行うことを特徴とする、請求項１記載の膜厚測定装置。
【請求項４】
前記基板の膜厚測定がなされている間は、前記ステージへの液体供給及び排出が継続的に行われることを特徴とする、請求項１記載の膜厚測定装置。
【請求項５】
前記ステージ上で前記液体が供給される領域を制限する一対の突条が設けられ、前記突条の高さは前記環状部材よりも低い、請求項２記載の膜厚測定装置。
【請求項６】
前記計測部は、前記ステージに対して相対的に移動可能とされている、請求項１記載の膜厚測定装置。
【請求項７】
研磨対象である基板を保持するヘッドにより前記基板を膜厚測定位置へ移動させるステップと、
液体供給部より透明材料で構成されたステージに向けて液体を供給させることで、前記ステージ上に液体領域を形成するステップと、
前記ステージ上の液体領域に前記基板の表面が浸水するまで、前記ステージと前記基板の少なくとも一方をその他方に向けて近づくように移動させるステップと、
前記ステージを挟んで前記ヘッドの反対側に配置された計測部により、光学的に前記基板の膜厚測定を行うステップを備えたことを特徴とする膜厚測定方法。
【請求項８】
基板研磨を行う研磨面を有する研磨テーブルと、リテーナリングで前記基板の外周部を囲みながらメンブレンで前記基板を保持して前記研磨面に向けて押圧するヘッドと、研磨処理後の基板の膜厚を測定する膜厚測定装置を備えた基板研磨装置であって、
前記ヘッドは、前記研磨テーブルの上方で前記基板研磨を行う研磨位置と前記研磨テーブルの側方で前記基板の受渡しを行う受渡位置との間を移動自在とされており、
前記膜厚測定装置は、前記研磨位置及び前記受渡位置との間の膜厚測定位置に対応して設けられ、
透明材料で構成されたステージと、
前記ステージ上に液体を供給する液体供給部と、
前記ステージ上の液体を外部に排出する液体排出部と、
前記ステージを挟んで前記ヘッドの反対側に配置され、前記ステージを挟んで配置される前記基板の表面に対して光学的に膜厚測定を行う計測部と、
前記ステージと前記ヘッドの少なくとも一方をその他方に向けて近づくように移動させるとともに、前記基板の表面が前記液体に浸水した状態で前記計測部を駆動して前記基板に対して光照射を行う制御部とを備えたことを特徴とする、基板研磨装置。
【請求項９】
移動可能なヘッドによって基板が保持された状態で、前記基板の膜厚を測定する膜厚測定装置であって、前記ヘッドは前記基板の外周を囲むとともに前記ヘッドにおける相対位置を変位可能なリテーナリングを備えており、
透明材料で構成され、液体を保持するステージと、
前記ステージを挟んで前記ヘッドの反対側に配置され、前記ステージを挟んで配置される前記基板の表面に対して光学的に膜厚測定を行う計測部と、
前記ステージと前記ヘッドの少なくとも一方をその他方に向けて近づくように移動させるとともに、前記基板の表面が前記液体に浸水した状態で前記計測部を駆動して前記基板に対して光照射を行う制御部とを備えてなり、
前記ステージは、前記基板の直径より大きな内径を有する環状部材を備えており、前記ステージと前記ヘッドの少なくとも一方を他方に向けて近づくように移動させたときに、前記リテーナリングが前記環状部材に当接して前記ステージとは反対側に前記相対位置を変位することを特徴とする膜厚測定装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハ等の基板の膜厚を測定する膜厚測定装置及び方法、並びにかかる膜厚測定装置を備えた基板研磨装置に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程では、半導体ウェハ等の基板の表面を研磨処理する研磨装置が広く使用されている。この種の研磨装置では、研磨部に送られた基板はトップリング又は研磨ヘッドと称される基板保持装置により保持された状態で回転され、この状態で、研磨パッドとともに研磨テーブルを回転させながら、基板表面を研磨パッドの研磨面に押し付け、研磨液の存在下で基板表面を研磨面に摺接させることで、基板表面が研磨される。
【０００３】
このような基板研磨装置には、基板の膜厚を測定する膜厚測定装置が設けられており、例えば、基板研磨開始前又は基板研磨終了後の基板膜厚を測定するin-line膜厚測定装置や、研磨中の基板膜厚を測定するin-situ膜厚測定装置が知られている。
【０００４】
in-line膜厚測定装置は例えば研磨部及び洗浄部の外部に設けられ、研磨部において研磨され洗浄部にて洗浄・乾燥処理を施された基板に対して膜厚が測定される。研磨工程中に基板を乾燥させて膜厚を測定することで高精度の膜厚測定が可能となるが、この場合、乾燥後の基板表面にウォーターマークが発生するおそれがあるばかりでなく、洗浄・乾燥工程が入るために基板処理のスループットが悪化する。
【０００５】
この点に関して、研磨部と洗浄部の間に膜厚測定装置を設け、基板ステージ上の基板表面全体にリンス水を供給しつつ、基板表面に近接したノズル内に満たされた液体を通して基板表面に光照射して反射光のスペクトルを測定することで基板の膜厚を決定することができる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０１５－１６５４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
研磨部と洗浄部の間に設けられた膜厚測定装置にて基板の膜厚を測定する場合、膜厚測定は研磨が終了した後になされるため、複数の研磨テーブルにて連続的に複数回の基板研磨を行う場合には、直前の研磨テーブルでの研磨結果（膜厚）を把握することができず、研磨精度の正確な管理ができないことになる。
【０００８】
本発明は上記に鑑みなされたものであり、簡易な構成で、効率良く研磨後の膜厚を効果的に測定することができる膜厚測定装置及び方法、並びにかかる膜厚測定装置を備えた基板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】
【０００９】
本発明の一態様は、移動可能なヘッドによって基板が保持された状態で、前記基板の膜厚を測定する膜厚測定装置であって、透明材料で構成されたステージと、前記ステージ上に液体を供給する液体供給部と、前記ステージ上の液体を外部に排出する液体排出部と、前記ステージを挟んで前記ヘッドの反対側に配置され、前記ステージを挟んで配置される前記基板の表面に対して光学的に膜厚測定を行う計測部と、前記ステージと前記ヘッドの少なくとも一方をその他方に近づくように移動させるとともに、前記基板の表面が前記液体に浸水した状態で前記計測部を駆動して前記基板に対して光照射を行う制御部とを備える。
【００１０】
本発明の一態様は、基板研磨を行う研磨面を有する研磨テーブルと、リテーナリングで前記基板の外周部を囲みながらメンブレンで前記基板を保持して前記研磨面に向けて押圧するトップリングと、研磨処理後の基板の膜厚を測定する膜厚測定装置を備えた基板研磨装置であって、
前記トップリングは、前記研磨テーブルの上方で前記基板研磨を行う研磨位置と前記研磨テーブルの側方で前記基板の受渡しを行う受渡位置との間を移動自在とされており、
前記膜厚測定装置は、前記研磨位置及び前記受渡位置との間の膜厚測定位置に対応して設けられ、透明材料で構成されたステージと、前記ステージ上に液体を供給する液体供給部と、前記ステージ上の液体を外部に排出する液体排出部と、前記ステージを挟んで前記ヘッドの反対側に配置され、前記ステージを挟んで配置される前記基板の表面に対して光学的に膜厚測定を行う計測部と、前記ステージと前記ヘッドの少なくとも一方をその他方に近づくように移動させるとともに、前記基板の表面が前記液体に浸水した状態で前記計測部を駆動して前記基板に対して光照射を行う制御部とを備える。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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