專利名稱：監(jiān)視設(shè)備、監(jiān)視方法、拋光裝置和半導(dǎo)體晶片的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及監(jiān)視設(shè)備和監(jiān)視方法，用于監(jiān)視襯底、尤其是其上在半導(dǎo)體制造工藝中形成了半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體晶片的拋光過程中的拋光條件，還涉及將此監(jiān)視設(shè)備引入其中的拋光裝置和半導(dǎo)體晶片的制造方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體集成電路的集成度的無限增加，用于制造這種電路的半導(dǎo)體工藝技術(shù)變得越來越精細，并且已經(jīng)從0.5微米時代進入0.25微米時代。結(jié)果，增加了用在光刻曝光工藝中的曝光裝置的數(shù)值孔徑(NA)，結(jié)果，這種曝光裝置的焦深變得越來越淺。此外，還有一個明顯的傾向是器件結(jié)構(gòu)的三維化、在電極布線中多層結(jié)構(gòu)的形成和這種結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性的增加。
近來，CMP(化學(xué)-機械拋光或化學(xué)-機械平面化)作為在半導(dǎo)體工藝中用于內(nèi)層絕緣膜的整體整平技術(shù)吸引了人們的注意，人們將其作為處理這種傾向的重要技術(shù)。在用于此CMP工藝的襯底拋光裝置中，如

圖11中的1所表示的，在安裝在襯底保持部分102中的襯底(半導(dǎo)體晶片)107被壓在拋光襯墊103上的同時，使襯底107進行相對運動，所述拋光襯底固定在拋光表面板104上，通過拋光劑(漿料)105的化學(xué)拋光作用和機械拋光作用整平拋光襯底的表面，所述拋光劑是由拋光劑供應(yīng)機構(gòu)106提供的。
在這種襯底拋光裝置中，拋光中剩余膜厚的測量和工藝終點的確定是其中最重要的性能要求。此測量的精度大大影響利用此裝置制造的半導(dǎo)體元件的質(zhì)量，也就是集成電路的質(zhì)量。
然而，傳統(tǒng)的襯底拋光裝置都是現(xiàn)有裝置的延伸，目前不能滿足工作精度增加的需要。尤其是關(guān)于批之間的剩余膜厚的變化，在通過設(shè)定工作時間的控制方法下，除了拋光襯墊的堵塞之外，不能夠控制每單位時間的拋光量(拋光速度)的波動因素，例如，在偶然情況下波動的各種因素如拋光壓力、供應(yīng)的拋光劑的量和襯底的環(huán)境溫度等。
此外，還使用了下列方法，其中借助于特殊的測量設(shè)備(橢圓計等)隨著工作的進行測量剩余膜厚，通過將此信息回轉(zhuǎn)到襯底拋光裝置中來控制剩余膜厚。然而，此方法有一個缺陷是為了進行測量必須暫時停止拋光工作。此外，即使通過這種測量得到了拋光襯底的精確的剩余膜厚值，此測量也只是間歇地進行；結(jié)果，在存在上述波動因素的條件下，精確地確定工藝的終點是不可能的。因此不能夠?qū)崿F(xiàn)精確地獲得目標(biāo)剩余膜厚的目的，并且不能忽略批之間膜厚的變化。
因此，在過去，除了其中通過時間控制檢測拋光終點的方法之外，還提出了通過檢測驅(qū)動拋光襯底表面板的馬達的扭矩的波動作為在拋光進行的同時檢測拋光終點的檢測方法。這種方法利用了下列事實在拋光終點當(dāng)襯底的拋光表面的材料變化時，拋光阻力也變化。通過監(jiān)視馬達扭矩檢測拋光阻力的波動，從馬達扭矩的變化檢測拋光終點。
然而，盡管在拋光終點材料出現(xiàn)變化的情況下(例如，在拋光氧化物膜的工序中露出底層硅的情況)，利用檢測馬達扭矩波動的方法是有效的，但是當(dāng)希望整平由相同的材料構(gòu)成的相同的膜表面的凹凸不平、使整個膜具有高精度(大約±100nm或更高)時，這種方法在精度方面是不夠的。此外，由于在這種情況下，在拋光終點馬達扭矩沒有出現(xiàn)明顯的波動，因此檢測拋光終點實際上是不可能的。
因此，近來已經(jīng)探索用基于光學(xué)系統(tǒng)的終點檢測來代替由這種扭矩波動的終點檢測。
圖12顯示了這種光學(xué)終點檢測技術(shù)的典型例子。在圖12中，襯底(半導(dǎo)體晶片)107安裝在襯底保持部分102上，拋光襯墊固定到拋光表面板104上，在襯底107壓在拋光襯墊103上的同時，拋光裝置1通過襯底的旋轉(zhuǎn)運動100和拋光襯墊的運動101產(chǎn)生相對運動，通過由拋光劑供應(yīng)機構(gòu)106提供的拋光劑(漿料)105的化學(xué)拋光作用和機械拋光作用整體拋光襯底的表面。
在此技術(shù)中，從監(jiān)視設(shè)備109發(fā)射的探測光通過透明窗110照射半導(dǎo)體晶片107，所述透明窗形成在拋光襯墊103和拋光表面板104中，通過監(jiān)視設(shè)備配備的光電檢測設(shè)備接受來自半導(dǎo)體晶片107的反射光實現(xiàn)工藝終點的確定。
然而，對于這種終點檢測方法來說，僅僅依據(jù)方法的原理公開了方法的范圍；沒有清楚地公開構(gòu)成部件的設(shè)置例如具體的光學(xué)系統(tǒng)。例如，可以引用日本專利申請?zhí)亻_No.H9-36072中描述的技術(shù)作為接近于圖12所示的技術(shù)的例子；然而，在此專利中沒有描述光學(xué)傳感器的構(gòu)成。
此外，如圖12所示，監(jiān)視設(shè)備109必須固定到旋轉(zhuǎn)的拋光表面板104上。由于監(jiān)視設(shè)備配置有光源和光監(jiān)測器，為了在監(jiān)視設(shè)備旋轉(zhuǎn)的情況下容納此監(jiān)視設(shè)備，在拋光表面板104的下部需要不可忽略的尺寸容納空間。這就極大地限制了CMP拋光裝置的設(shè)計。
通常，在如CMP拋光裝置的裝置工作在昂貴的清潔室內(nèi)的情況下，尤其需要減小裝置的尺寸和重量。這樣，這種容納空間的增加不僅減小了設(shè)計的自由度，而且還是CMP拋光裝置的尺寸和重量減小的障礙。
發(fā)明公開本發(fā)明的一個目的是解決上述問題，提供一種監(jiān)視設(shè)備和監(jiān)視方法，使其能夠不考慮襯底的實際材料，通過光學(xué)裝置高精度測量剩余膜厚和檢測工藝終點。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種小巧、輕量的拋光裝置，它配置有此監(jiān)視設(shè)備，并且能夠高精度拋光。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種拋光方法和利用此拋光裝置高精度制造半導(dǎo)體晶片的方法。
用來實現(xiàn)上述目的的第一發(fā)明是配置有拋光體部分的監(jiān)視設(shè)備，拋光體部分具有帶加工面的可旋轉(zhuǎn)的拋光體和保持襯底的襯底保持部分，當(dāng)通過在上述旋轉(zhuǎn)加工表面和上述襯底的拋光表面之間設(shè)置拋光劑并且在這兩部分之間產(chǎn)生相對運動來拋光此拋光表面時，監(jiān)視設(shè)備借助于通過用探測光照射此拋光表面得到的反射信號光監(jiān)視拋光條件，此監(jiān)視設(shè)備的特征在于，此設(shè)備配置有發(fā)射上述探測光的非旋轉(zhuǎn)光源，接收上述反射信號光的非旋轉(zhuǎn)光檢測器，和回轉(zhuǎn)(turnback)光學(xué)部分，當(dāng)上述探測光入射到上述拋光體部分的旋轉(zhuǎn)軸的特定位置時，回轉(zhuǎn)光學(xué)部分從此特定位置發(fā)射上述反射信號光，將上述回轉(zhuǎn)光學(xué)部分結(jié)合到上述拋光體部分中，以便此回轉(zhuǎn)光學(xué)部分可以和上述拋光體一起旋轉(zhuǎn)。
這里，術(shù)語“拋光體部分”不僅指拋光體、拋光表面板和軸，而且還指配置有旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的機械系統(tǒng)等。
用于實現(xiàn)上述目的的第二發(fā)明是在上述第一發(fā)明的基礎(chǔ)上，進一步的特征在于上述回轉(zhuǎn)光學(xué)部分配置有光耦合透鏡和具有n0折射率的第二光纖維，上述監(jiān)視設(shè)備進一步配置有非旋轉(zhuǎn)第一光纖維。
用于實現(xiàn)上述目的的第三發(fā)明是在上述第一發(fā)明的基礎(chǔ)上，進一步的特征在于上述監(jiān)視設(shè)備配置有非旋轉(zhuǎn)的第一反射鏡，上述回轉(zhuǎn)光學(xué)部分配置有第二反射鏡和第三反射鏡。
用于實現(xiàn)上述目的的第四發(fā)明是在上述第一至第三發(fā)明的任何一個的基礎(chǔ)上，進一步的特征在于，上述回轉(zhuǎn)光學(xué)部分配置有具有折射率n1的透明窗口，向上述拋光表面透射上述探測光，并且在相反的方向上透射上述反射的信號光。
用于實現(xiàn)上述目的的第五發(fā)明是在上述第四發(fā)明的基礎(chǔ)上，進一步的特征在于，上述第二光纖維的端部和上述透明窗口通過粘合劑粘結(jié)，粘合劑的折射率與n0的差為±17％或更小，與n1的差為±17％或更小。
用于實現(xiàn)上述目的的第六發(fā)明是在上述第四發(fā)明的基礎(chǔ)上，進一步的特征在于，上述第二光纖維的端部和上述透明窗口通過粘合劑粘結(jié)，粘合劑的折射率與n0的差為±17％或更小，至少在上述透明窗口的粘結(jié)部分上形成抗反射膜，此抗反射膜用于減小上述粘合劑和上述透明窗口之間的界面反射。
用于實現(xiàn)上述目的的第七發(fā)明是在上述第四發(fā)明的基礎(chǔ)上，進一步的特征在于，上述回轉(zhuǎn)光學(xué)部分進一步配置有光學(xué)系統(tǒng)，光學(xué)系統(tǒng)安裝在上述透明窗口和上述第二光纖維的端面之間，并具有用來用探測光照射上述拋光表面并將上述反射信號光聚焦在上述第二光纖維的上述端面上的凸放大率(convex power)，所述探測光是從上述第二光纖維的上述端面發(fā)射的。
用來實現(xiàn)上述目的的第八發(fā)明是在上述第四發(fā)明的基礎(chǔ)上，進一步的特征在于，上述回轉(zhuǎn)光學(xué)部分進一步配置有光學(xué)系統(tǒng)，光學(xué)系統(tǒng)安裝在上述透明窗口和上述第三反射鏡之間，并具有用來用從上述第三反射鏡發(fā)射的探測光照射上述拋光表面并將反射信號光傳輸?shù)缴鲜龅谌瓷溏R的凸放大率。
用于實現(xiàn)上述目的的第九發(fā)明是在上述第七發(fā)明的基礎(chǔ)上，進一步的特征在于，通過粘合劑粘結(jié)上述光學(xué)系統(tǒng)中最接近上述第二光纖維的上述端面的、具有n2折射率的透鏡和上述第二光纖維的上述端面，粘合劑的折射率與n0的差為±17％或更小，與n1的差為±17％或更小。
實現(xiàn)上述目的的第十發(fā)明是在第七發(fā)明的基礎(chǔ)上，進一步的特征在于，通過粘合劑粘結(jié)上述光學(xué)系統(tǒng)中最接近于上述第二光纖維的上述端面的、具有n2折射率的透鏡和上述第二光纖維的上述端面，粘合劑的折射率與n0的差為±17％或更小，至少在具有n2折射率的上述透鏡的粘結(jié)部分上形成抗反射膜，用來減小上述粘合劑和上述具有n2折射率的上述透鏡之間的界面反射。
實現(xiàn)上述目的的第十一發(fā)明是在上述第七至第十中的任一個發(fā)明的基礎(chǔ)上，進一步的特征在于，上述光學(xué)系統(tǒng)在與上述拋光表面光共軛的位置配置有擋板。
實現(xiàn)上述目的的第十二發(fā)明是在上述第二、第四至第七或第九至第十一發(fā)明的任一個的基礎(chǔ)上，進一步的特征在于，設(shè)定上述第一或第二光纖維的至少一個端面的法線方向，使得此法線方向與上述第一或第二光纖維的光軸方向不平行。
實現(xiàn)上述目的的第十三發(fā)明是在上述第二、第四至第七或第九至第十二發(fā)明的任一個的基礎(chǔ)上，進一步的特征在于，至少上述第一或第二光纖維或兩個光纖維是配置有由液體構(gòu)成的芯的光纖維。
實現(xiàn)上述目的的第十四發(fā)明是一種監(jiān)視方法，當(dāng)通過在旋轉(zhuǎn)加工表面和襯底的拋光表面之間設(shè)置拋光劑并且在這兩個部分之間產(chǎn)生相對運動拋光此拋光表面時，此監(jiān)視方法借助于通過用探測光照射此拋光表面得到的反射信號光監(jiān)視拋光狀態(tài)，此監(jiān)視方法的特征在于，此方法包含從非旋轉(zhuǎn)光源發(fā)射探測光的步驟，使上述探測光入射到回轉(zhuǎn)光學(xué)部分上的步驟，回轉(zhuǎn)光學(xué)部分與上述加工表面一起旋轉(zhuǎn)，和通過非旋轉(zhuǎn)光檢測器接收從上述回轉(zhuǎn)光學(xué)部分發(fā)射的反射信號光的步驟。
實現(xiàn)上述目的的第十五發(fā)明是一種拋光裝置，其特征在于，此裝置配置有上述第一至第十三發(fā)明中任一個的監(jiān)視設(shè)備。
實現(xiàn)上述目的的第十六發(fā)明是一種半導(dǎo)體晶片制造方法，其特征在于，上述襯底是其上形成了半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體晶片，此方法包含利用第十五發(fā)明的拋光裝置拋光襯底表面的步驟。
在本發(fā)明的監(jiān)視設(shè)備中，只有小巧的回轉(zhuǎn)光學(xué)部分即物鏡部分安裝在拋光裝置的旋轉(zhuǎn)拋光體側(cè)上。光源、光檢測器、束分離器和分光鏡(在分光鏡法的情況下)即測量部分(需要相當(dāng)大量的安裝空間的部分)安裝在非旋轉(zhuǎn)部分。因此，增加了配置有此監(jiān)視設(shè)備的拋光裝置的設(shè)計自由度，可以減小此裝置的尺寸和重量。此外，可以高精度監(jiān)視拋光條件。
此外，本發(fā)明的監(jiān)視方法使其不僅能夠高精度監(jiān)視拋光條件，而且增加了拋光裝置的設(shè)計自由度，并且使拋光裝置更小巧。此外，本發(fā)明的拋光裝置不僅小巧，而且能夠高精度監(jiān)視拋光條件。
此外，在本發(fā)明的拋光方法中，由于高精度監(jiān)視了拋光條件，可以極大地提高如拋光的半導(dǎo)體元件的襯底的質(zhì)量和生產(chǎn)率。
附圖的簡要描述圖1是構(gòu)成本發(fā)明第一加工布局的監(jiān)視設(shè)備和拋光裝置的示意圖。
圖2是構(gòu)成本發(fā)明第二加工布局的監(jiān)視設(shè)備和拋光裝置的示意圖。
圖3是構(gòu)成本發(fā)明第三和第四加工布局的監(jiān)視設(shè)備和拋光裝置的示意圖。
圖4是構(gòu)成本發(fā)明第五加工布局的監(jiān)視設(shè)備和拋光裝置的示意圖。
圖5是在本發(fā)明第五加工布局的監(jiān)視設(shè)備中光學(xué)系統(tǒng)附近的示意圖，所述光學(xué)系統(tǒng)具有凸放大率。
圖6是構(gòu)成本發(fā)明第六和七加工布局的監(jiān)視設(shè)備中光學(xué)系統(tǒng)附近的示意圖，所述光學(xué)系統(tǒng)具有凸放大率。
圖7是構(gòu)成本發(fā)明第八加工布局的監(jiān)視設(shè)備中光學(xué)系統(tǒng)附近的示意圖，所述光學(xué)系統(tǒng)具有。
圖8是構(gòu)成本發(fā)明第九加工布局的監(jiān)視設(shè)備中光學(xué)系統(tǒng)附近的示意圖，所述光學(xué)系統(tǒng)具有。
圖9是構(gòu)成本發(fā)明第十加工布局的監(jiān)視設(shè)備和拋光裝置的示意圖。
圖10是光纖維的楔形端部的放大圖。
圖11是CMP拋光裝置的示意圖。
圖12是顯示傳統(tǒng)的監(jiān)視設(shè)備和拋光裝置之間關(guān)系的示意圖。
實施本發(fā)明的最佳方式下面，為了更詳細描述本發(fā)明，將參考附圖描述本發(fā)明的最佳加工布局。然而，勿需說這些加工布局的內(nèi)部并不限制本發(fā)明的范圍。
圖1顯示了含有監(jiān)視設(shè)備的拋光裝置的示意圖，構(gòu)成本發(fā)明的加工布局。在圖1中，21代表監(jiān)視設(shè)備，此監(jiān)視設(shè)備配置有發(fā)射探測光的光源24、束分離器25、接受發(fā)射信號光的光檢測器26、第一光耦合透鏡63、第一光纖維62、旋轉(zhuǎn)接點35和第二光纖維61。旋轉(zhuǎn)接點35配置有第二光耦合透鏡64、軸承36和用來固定第二光纖維61的第一端面的固定座。
將第一光纖維62的第二端面?zhèn)壬系亩瞬坎迦霛L軸型軸承36的中央部分的內(nèi)滾圈中，并固定到此內(nèi)滾圈。為了發(fā)射探測光并使反射信號光入射，將第二端面?zhèn)壬系拇硕嗣娴墓潭ú糠终{(diào)整為與旋轉(zhuǎn)軸11的特定位置匹配。此外，在第二光纖維61的第一端面?zhèn)鹊亩瞬勘还潭ㄔ诠潭ㄗ?。將軸承36的外滾圈固定到旋轉(zhuǎn)接點35的罩部，并將旋轉(zhuǎn)接點35的罩部固定到軸34的內(nèi)表面。形成這種結(jié)構(gòu)的結(jié)果是，可以得到其中第二光纖維61與拋光表面板31一起旋轉(zhuǎn)、第一光纖維62固定不旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)。
這里，第二光耦合透鏡64和第二光纖維61形成回轉(zhuǎn)光學(xué)部分。如果需要，此回轉(zhuǎn)光學(xué)部分還配置有透明窗口23，這樣與拋光表面44一起進一步形成回轉(zhuǎn)光系統(tǒng)。術(shù)語“回轉(zhuǎn)光系統(tǒng)”指的是設(shè)計一種系統(tǒng)，使得當(dāng)探測光入射到此回轉(zhuǎn)光系統(tǒng)中的特定位置時，反射的信號光從此特定位置向相反的方向發(fā)射。
第一光耦合透鏡63聚焦探測光，使此光入射到第一光纖維62的第一端面上；此外，此透鏡使從第一光纖維62的第一端面發(fā)射的反射信號光入射到束分離器25。這里，為了消除光的傳輸損耗，最好是第一光耦合透鏡63與第一光纖維62的模式匹配。第一光纖維62和第二光纖維61傳輸從這些光纖維的各個第一端面入射的探測光，并使此光由第二端面發(fā)射；此外，這些光纖維傳輸從第二端面入射的反射信號光，并使此光由第一端面發(fā)射。此外，第二光耦合透鏡64接收從第一光纖維62的第二端面發(fā)射的探測光，使此光聚焦并使此光入射到第二光纖維61的第一端面上；此外，此第二光耦合透鏡64接收從第二光纖維61的第一端面發(fā)射的反射信號光，使此光聚焦并使此光入射到第一光纖維62的第二端面上。這里，為了消除光的傳輸損耗，最好是第二光耦合透鏡64與第一光纖維62和第二光纖維61的模式匹配。
從第二光纖維61的第二端面發(fā)射的探測光透過透明窗口23并照射到襯底42的拋光表面上。從此點反射的反射信號光在相反的方向上再次透過透明窗口23，并入射到第二光纖維61的第二端面上。
這樣，即使在拋光裝置的拋光表面板旋轉(zhuǎn)的工作狀態(tài)下進行監(jiān)視，也可以將第一光纖維62保持在非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；結(jié)果，可以將需要安裝空間的光源24、束分離器25、光檢測器26和第一光耦合透鏡63安裝在非旋轉(zhuǎn)的位置。這就減小了安裝空間的限制，并極大地方便了拋光裝置尺寸的減小。
下面將描述圖1中的拋光裝置的整個結(jié)構(gòu)。在圖1中，31代表拋光表面板，32代表固定到拋光表面板31上的拋光體，34代表軸，拋光表面板31圍繞此軸旋轉(zhuǎn)，42代表襯底，33代表保持襯底42的襯底保持部分，43代表拋光劑供應(yīng)機構(gòu)。
在拋光中，通過施加壓力的機構(gòu)(圖中未示出)將襯底42的拋光表面壓在拋光體32的工作表面上，在通過拋光劑供應(yīng)機構(gòu)43供應(yīng)拋光劑41的同時，襯底保持部分33旋轉(zhuǎn)(僅示出了圍繞旋轉(zhuǎn)軸12的旋轉(zhuǎn)方向)。此外，拋光表面板31通過旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(圖中未示出)旋轉(zhuǎn)(示出了繞旋轉(zhuǎn)軸11的旋轉(zhuǎn)方向)，以便拋光襯底42的拋光表面。
最好是拋光體32配置有透明窗口23。此透明窗口23具有透過探測光和反射光并防止拋光劑泄漏的功能。為了在界面處減小透射的探測光和反射光的反射損耗，最好是在此透明窗口23的至少一個側(cè)面上形成抗反射膜。
當(dāng)要進行監(jiān)視時，從光源24發(fā)射的探測光經(jīng)過束分離器25；此光進一步經(jīng)過第一光耦合透鏡63和第一光纖維62，并且從處于特定位置的第一光纖維62的端面射向第二光耦合透鏡64。此探測光進一步經(jīng)過光耦合透鏡64、第二光纖維61和透明窗口23射向襯底42的拋光表面。
這里，在束分離器25和第一光耦合透鏡63之間設(shè)置了擋板4。通過調(diào)整擋板4的孔，可以調(diào)整入射到第一光纖維62上的探測光的最大入射角度，還可以調(diào)整襯底42的拋光表面上的照射點的尺寸。
來自此拋光表面的反射信號光實際上在與探測光相反的方向上沿上述光路傳播；此反射經(jīng)過第二光耦合透鏡64并入射到第一光纖維62的端面上，其中第一光纖維62的第二端面放在特定的位置。此光經(jīng)過光纖維62。然后此光經(jīng)過第一光耦合透鏡63并由束分離器25反射，使此光進入光檢測器26并被檢測作為信號。根據(jù)此反射的信號光變化監(jiān)視拋光襯底的拋光條件。
這里，由于透明窗口23繞旋轉(zhuǎn)軸11旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致探測光照射襯底42的拋光表面，當(dāng)透明窗口23在拋光表面下面旋轉(zhuǎn)時，得到反射的信號。
由于此監(jiān)視設(shè)備配有旋轉(zhuǎn)接點35，因此可以在拋光裝置的旋轉(zhuǎn)部分中安裝監(jiān)視設(shè)備，使得監(jiān)視設(shè)備具有極高的全場合實用性。
圖2顯示了本加工布局的含有監(jiān)視設(shè)備的拋光裝置示意圖。圖2中顯示的拋光裝置自身與圖1顯示的裝置一樣；據(jù)此，相同的構(gòu)成部件用相同的標(biāo)號表示，并省略了對其作用的描述。
在圖2中，21代表監(jiān)視設(shè)備，它配有發(fā)射探測光的光源24、束分離器25、接收反射信號光的光檢測器26、第一反射鏡27、第二反射鏡28和第三反射鏡29。調(diào)整反射探測光的第一反射鏡27的位置，使得此位置與反射信號光入射的特定位置重合，并進一步調(diào)整使得反射的探測光與旋轉(zhuǎn)軸11重合。
這里，第二反射鏡28和第三反射鏡29形成回轉(zhuǎn)光學(xué)部分。如果需要，此回轉(zhuǎn)光學(xué)部分還配有透明窗口23，并進一步與拋光表面44一起形成回轉(zhuǎn)光系統(tǒng)。
第一反射鏡27將從束分離器25射來的探測光射向第二反射鏡28，并將從第二發(fā)射鏡28射來的反射信號光射向束分離器25。第二反射鏡28將從第一反射鏡27射來的探測光射向第三反射鏡29，并將由第三反射鏡29反射和發(fā)射的反射信號光射向第一反射鏡27。從第三反射鏡29發(fā)射的探測光經(jīng)過透明窗口23照射襯底42的拋光表面。來自此點的反射信號光在相反的方向再次經(jīng)過透明窗口23，射到第三反射鏡上并向第二反射鏡28反射。然后，通過束分離器25反射此光(通過第一反射鏡27)，并入射到光檢測器26上，以便將此光檢測作為信號。根據(jù)此反射信號光的變化監(jiān)視拋光表面的條件。
這樣，與上述第一加工布局一樣，即使在拋光裝置的拋光表面板旋轉(zhuǎn)的工作狀態(tài)下進行監(jiān)視，也可以將第一反射鏡27、光源24、束分離器25和光檢測器26安裝在非旋轉(zhuǎn)位置，極大地方便了拋光裝置尺寸的減小。
將第二反射鏡28設(shè)置在軸34的內(nèi)部，這樣設(shè)置第二反射鏡28使得此第二反射鏡28與軸34一起旋轉(zhuǎn)。在第二反射鏡28旋轉(zhuǎn)的同時，此旋轉(zhuǎn)的反射鏡28接收從非旋轉(zhuǎn)的第一反射鏡27反射來的探測光，并將此探測光射向第三反射鏡29，第三反射鏡29以與第二反射鏡28一樣的角速度旋轉(zhuǎn)。此外，類似地旋轉(zhuǎn)的第二反射鏡28接受(旋轉(zhuǎn)的同時)從以與第二反射鏡28一樣的角速度旋轉(zhuǎn)的第三反射鏡29發(fā)射來的反射信號光，并將此反射信號光射向非旋轉(zhuǎn)的第一反射鏡27。
當(dāng)將要進行監(jiān)視時，從光源24發(fā)射的探測光經(jīng)過束分離器25，并通過第一反射擊27(設(shè)置在特定的位置)、第二反射鏡28、第三反射鏡29和透明窗口23將其射向襯底42的拋光表面。來自此拋光表面的反射信號光實際上在與探測光相反的方向上沿上述光路傳播；此反射信號光由第一反射鏡27(設(shè)置在特定位置)反射，然后由束分離器25反射，使得此光進入光檢測器26并被檢測。根據(jù)此反射信號光的變化監(jiān)視拋光表面的拋光條件。
這里，由于透明窗口23和第二反射鏡28以及第三反射鏡29一起繞旋轉(zhuǎn)軸11旋轉(zhuǎn)，致使探測光照射襯底42的拋光表面，當(dāng)透明窗口23在拋光表面下旋轉(zhuǎn)時，得到了反射信號。
本加工布局與第一加工布局的區(qū)別僅在于利用粘合劑將第二光纖維61的端面粘結(jié)到透明窗口23上。
在圖1的示意圖所示的第一加工布局中，使由第二光纖維61發(fā)射的探測光直接照射襯底42的拋光表面，再使反射信號光入射到第二光纖維61的端面上。然而，從第二光纖維61發(fā)射的探測光是發(fā)散光；此外，在透明窗口和光纖維的端面之間具有間隙，使得不能忽略這兩個部分之間的距離。因此，由于大量的反射信號光由于發(fā)散而損失，減小了入射到第二光纖維61的光量。
在本加工布局中，作為一種解決方案，利用粘合劑將第二光纖維61的端面粘結(jié)到透明窗口23上。尤其是，利用折射率在n0±17％范圍內(nèi)和n1±17％范圍內(nèi)的粘合劑70粘結(jié)第二光纖維61的端面和透明窗口23，其中n0是第二光纖維端面的折射率，n1是透明窗口23的折射率。此加工布局的輪廓示于圖3。
此設(shè)置的結(jié)果是，不僅可以將第二光纖維61的端面放得更接近于襯底42得拋光表面，同時可以減小透明窗口23和第二光纖維61端面的界面處的反射損耗。為了減小在此光纖維端面處的反射損耗，可以想到在第二光纖維61的端面上形成抗反射膜的方法。然而，由于光纖維的端面具有極小和狹窄的形狀，通過普通的真空蒸發(fā)法形成抗反射膜是困難的，并且這種情況下制造費用也很高。此外，即使減小了光纖維端面處的反射損耗，仍遺留有透明窗口表面處的反射損耗問題。相比較而言，從成本的角度來看，本加工布局的粘結(jié)方法也是優(yōu)異的。
在具有不同的折射率n和n’的透明物體之間的界面處的反射率R通常由下式表示R＝{(n-n’)/(n+n’)}2假設(shè)n＝1.5，那么與折射率n’為1.0的空氣的界面的反射率大約為4％。然而，當(dāng)此界面折射率差減小時，界面的反射率降低。當(dāng)光纖維61的端面和透明窗口23借助于粘合劑粘結(jié)時，其中粘合劑相對于n0具有17％或更小的折射率差，并且相對于n1具有17％或更小的折射率差，不僅可以將光纖維和粘合劑之間的界面處的反射率減小到大約1％或更低，而且可以將粘合劑和透明窗口23之間的界面處的反射率減小到大約1％或更低。因此可以增加反射信號光。
本加工布局與第三加工布局的區(qū)別僅在于，在透明窗口23的表面上形成抗反射膜，用來減小粘合劑和透明窗口之間的界面處的反射率。
在第三加工布局中，利用粘合劑70粘結(jié)第二光纖維61的端面和透明窗口23，所述粘合劑70具有n0±17％范圍內(nèi)和n1±17％范圍內(nèi)的折射率，其中n0是第二光纖維端面的折射率，n1是透明窗口23的折射率。然而，根據(jù)n0和n1的值，會出現(xiàn)不能找到滿足n1±17％折射率條件的適當(dāng)?shù)恼澈蟿┑那闆r。在這種情況下，在透明窗口23的表面上形成了抗反射膜，用來減小粘合劑和透明窗口之間的界面處的反射。在本加工布局中，在圖3所示的第三加工布局中，在透明窗口23的表面上形成了抗反射膜(圖中未示出)。
這種設(shè)置的結(jié)果是，可以增加粘合劑選擇的自由度，并且可以充分減小與粘合劑交界的兩個界面處的反射率；結(jié)果，可以增加反射信號光。
本加工布局的整個示意圖示于圖4，圖5示出了光窗口附近的光學(xué)系統(tǒng)。此加工布局與第一加工布局的區(qū)別僅在于，在第二光纖維端面和透明窗口之間設(shè)置了具有凸放大率的光學(xué)系統(tǒng)22。光學(xué)系統(tǒng)22還可以由多個透鏡構(gòu)成；然而，在這些結(jié)構(gòu)中，在代表項中僅示出了一個透鏡。
通過第三和第四加工布局，可以減小第二光纖維61端面和透明窗口23表面處的反射損耗；然而，如在第三加工布局中所描述的，從第二光纖維發(fā)射的探測光是發(fā)散光，透明窗口23具有不可忽略的厚度；據(jù)此，在探測光和反射的信號光傳播此距離的同時，光發(fā)散使得只有部分光進入第二光纖維61的端面。
在圖5中，設(shè)計具有凸放大率的光學(xué)系統(tǒng)22，使得第二光纖維61的端面的位置相對于襯底42的拋光表面再次光共軛。換句話說，從第二光纖維61的端面發(fā)射的探測光通過具有凸放大率的光學(xué)系統(tǒng)22折射，并使其照射到拋光表面，反射的信號光在相反的方向上通過具有凸放大率的光學(xué)系統(tǒng)22再折射。結(jié)果在發(fā)射的同時，端面形狀的等尺寸圖像聚焦在第二光纖維61的端面位置上。
此外，最好是設(shè)計此具有凸放大率的光學(xué)系統(tǒng)22，使其模式關(guān)于第二光纖維61上的入射和從第二光纖維61的發(fā)射匹配，這樣防止光損耗。如果這樣做，那么由拋光表面反射的所有信號光基本上都可以進入第二光纖維61。結(jié)果，可以增加反射的信號光。
圖6示出了在本加工布局的光學(xué)窗口附近區(qū)域的光學(xué)系統(tǒng)的輪廓。此加工布局與第五加工布局的區(qū)別僅在于借助于粘合劑70將透鏡220(它是最接近于第二光纖維端面的光學(xué)系統(tǒng)22的部分)和第二光纖維的端面粘結(jié)在一起。可以存在利用多個透鏡構(gòu)成光學(xué)系統(tǒng)22的情況；然而在圖6中，也僅示出了一個透鏡作為這些情況的代表例。這里，與第三加工布局一樣，需要折射率條件，最好是通過粘合劑70粘結(jié)第二光纖維61的端面和透鏡220，粘合劑70具有n0±17％范圍內(nèi)和n2±17％范圍內(nèi)的折射率，其中n0是第二光纖維端面的折射率，n2是透鏡220的折射率。
這種設(shè)置的結(jié)果是，可以減小第二光纖維61端面處的界面反射和透鏡220粘結(jié)表面?zhèn)壬系慕缑嫣幍墓夥瓷洌灰虼?，可以增加反射的信號光?br> 此加工布局與第六加工布局的區(qū)別僅在于在透鏡220的表面上形成抗反射膜，用抗反射膜來減小粘合劑和透鏡220之間的界面處的反射。具體來說，在圖6中，在透鏡220的表面上形成了抗反射膜(圖中未示出)。
在第六加工布局中，借助于粘合劑70粘結(jié)第二光纖維61的端面和透鏡220。粘合劑70具有在n0±17％范圍內(nèi)而且在n2±17％范圍內(nèi)的折射率，其中n0是第二光纖維端面的折射率，n2是透鏡220的折射率。然而，根據(jù)n0和n2的值，會出現(xiàn)不能找到滿足n2±17％折射率條件的適當(dāng)?shù)恼澈蟿┑那闆r。在這種情況下，在透鏡220的表面上形成了抗反射膜，用抗反射膜來減小粘合劑70和透鏡220之間界面處的反射。
這種設(shè)置的結(jié)果是，可以增加選擇粘合劑的自由度，并且可以充分減小與粘合劑兩個交界面處的反射率，增加反射的信號光。
此加工布局的光學(xué)系統(tǒng)22附近的條件示于圖7。此加工布局與第五加工布局的區(qū)別僅在于進一步改進了光學(xué)系統(tǒng)22。在圖7中，光學(xué)系統(tǒng)22配置有前組光學(xué)系統(tǒng)221和后組光學(xué)系統(tǒng)222，并進一步配置有擋板14。擋板14安裝在前組系統(tǒng)221中與襯底42的拋光表面光學(xué)共軛的位置上。
如果在光纖維中存在彎曲等，從第二光纖維61發(fā)射的光的方向會變化。因此在第五加工布局的監(jiān)視設(shè)備的情況下，光照射的位置會出現(xiàn)位移等，這樣會引起測量誤差。為了調(diào)整來自第二光纖維61的光束，在光學(xué)系統(tǒng)22中安裝了擋板14。為此，設(shè)定擋板14的孔部分的尺寸，使得此尺寸比從光纖維61發(fā)射的光束的尺寸稍小。
這種設(shè)置的結(jié)果是，即使從第二光纖維61發(fā)射的探測光的光束方向出現(xiàn)一些變化，也可以穩(wěn)定經(jīng)過此擋板14的光束的方向和尺寸。據(jù)此，可以固定襯底42的拋光表面上由探測光照射的位置和照射的范圍。此外，通過改變此擋板的形狀和尺寸，可以調(diào)整拋光表面上的照射點的形狀和尺寸。據(jù)此，可以使照射點的形狀和尺寸與半導(dǎo)體器件的圖形相匹配，這就是測量的目的。此外，如果安裝這種擋板14，可以省略圖1、3和4中所示的擋板4。
此外，最好是此加工布局與第六或第七加工布局結(jié)合。
在此加工布局中，從拋光表面反射的所有信號光都由光學(xué)系統(tǒng)22接收，并射入第二光纖維61；結(jié)果，不僅可以增加反射的信號光，而且可以固定襯底42的拋光表面上由探測光照射的位置以及此照射位置的尺寸。據(jù)此，可以進行高精度測量，并且可以通過調(diào)整擋板14的尺寸處理各種半導(dǎo)體器件圖形。
此加工布局的示意圖示于圖8，此加工布局與第二加工布局的區(qū)別僅在于在第三反射鏡29和透明窗口23之間設(shè)置了具有凸放大率的光學(xué)系統(tǒng)22。光學(xué)系統(tǒng)22還可以由多個透鏡構(gòu)成；然而，在此圖中，此光學(xué)系統(tǒng)簡單地用方框表示。在第二加工布局中，從光源24發(fā)射的探測光在到達襯底42的拋光表面之前會發(fā)散，因此不能用需要尺寸的光點照射拋光表面。因此，借助于具有凸放大率的光學(xué)系統(tǒng)22使光縮小光圈到所希望尺寸的光點。
此外，如果需要，還可以在第一反射鏡和第二反射鏡之間或第二反射鏡和第三反射鏡之間獨立地安裝中繼光學(xué)系統(tǒng)。以這種方式，不僅能夠處理各種半導(dǎo)體器件圖形，而且能夠防止反射的信號光偏離光學(xué)系統(tǒng)的光路，以便可以由光檢測器26接收此光而沒有任何浪費。
以這種方式，可以從拋光裝置獨立地安裝需要相當(dāng)大的安裝空間的束分離器25、光源24、包含分光鏡的光學(xué)系統(tǒng)(檢測分光鏡的反射信號的情況下)和光檢測器。此外，在拋光裝置側(cè)，僅需要安裝配置有光纖維、反射鏡或透鏡等小巧的回轉(zhuǎn)光學(xué)部分，用來實現(xiàn)穩(wěn)定的探測光的傳輸和用此探測光照射拋光表面，而且還用于穩(wěn)定地接收反射的信號光，并且將此光穩(wěn)定地傳輸?shù)叫D(zhuǎn)軸上的特定位置。據(jù)此，如果在拋光裝置中使用此監(jiān)視設(shè)備，可以高精度地監(jiān)視拋光條件而不增加拋光裝置的尺寸。此外，此監(jiān)視方法也使其能夠高精度地監(jiān)視拋光條件而不增加拋光裝置的尺寸。此外，結(jié)合了此監(jiān)視設(shè)備的拋光裝置小巧輕量，并且可以高精度地監(jiān)視拋光條件。如果使用此拋光裝置來拋光其上形成了半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體晶片，可以得到高精度地監(jiān)視了拋光條件的半導(dǎo)體晶片。
在第一、第三、第四、第五、第六、第七、第八加工布局中，有時在光纖維端面處光的反射是一個問題。例如，在第一加工布局中，由第一光纖維的第一端面和第二端面以及第二光纖維的第一端面和第二端面反射的反射探測光在與襯底42的方向相反的方向上傳播，并且會作為干擾光(閃光)進入光檢測器。
假設(shè)第一和第二光纖維芯的折射率為1.45，這些光纖維的外層部分的折射率為1.00，那么各個端面處的反射率大約為3.4％。由于探測光和反射的信號光的強度會由于散射損耗或某些類型晶片的低反射率特性而大大降低，所述散射損耗是由拋光劑41和在由其它光系統(tǒng)傳播過程中的損耗引起的，最后進入光檢測器26的反射信號光的強度在光纖維傳播階段中會從探測光的強度急劇減小。因此，4％的反射率是一個不可忽略的值。
由于此干擾光導(dǎo)致信號的S/N比下降，因此這種干擾光會導(dǎo)致拋光條件(例如剩余膜厚的測量和拋光終點的檢測)的測量精度降低。
為了解決上述問題設(shè)計了本加工布局，并且本加工布局是修改的第一、第三、第四、第五、第六、第七和第八加工布局。本加工布局與這些加工布局的區(qū)別在于光纖維的端面的定向。在第一加工布局中，沒有關(guān)于光纖維的端面相對于光纖維的光軸方向的定向規(guī)定。在本加工布局中，設(shè)定光纖維的端面的法線方向，使得這些法線方向不與光纖維的光軸方向平行。尤其是在未粘結(jié)端面的情況下，最好是設(shè)定這些端面的法線方向使得這些法線方向不與光纖維的軸向垂直。
圖9和10是本加工布局的一個例子的示意圖。圖9與圖1所示的加工布局的區(qū)別僅在于圖1(說明第一加工布局)中的第二光纖維61的端面65形成楔形，在此端面65中，設(shè)定第二光纖維的軸使得此軸與襯底的法線不平行。
圖10是圖9所示的第二光纖維61的端面65的擴大圖。61代表第二光纖維，71代表此光纖維的軸，探測光和反射的信號光沿著此軸傳播。72代表探測光的傳播方向，75代表反射的信號光的傳播方向。76代表從第二光纖維61發(fā)射的發(fā)射探測光和入射到第二光纖維61上的反射信號光的光軸。73代表發(fā)射的探測光的傳播方向，74代表反射的信號光的傳播方向，77代表第二端面80的法線，78代表端面的傾斜角度(楔形角度)；這是由光纖維的軸71和第二端面80的法線方向77形成的角。
在水晶纖維其中芯的折射率為1.45的情況下，設(shè)定傾斜角78為8度。由于此角度還等于探測光入射到第二端面80上的入射角，因此，此角度有時也稱為“入射角”。此外，由于此角度還等于反射的信號光相對于第二端面的折射角，因此，此角度有時還稱為“折射角”。81對應(yīng)于發(fā)射發(fā)射的探測光時的折射角，且此角為11.6度。此外，82是當(dāng)由第二端面80反射探測光時的反射角，且此角等于入射角78。83是反射的探測光的方向。
關(guān)于探測光直到到達第二光纖維的描述與第一加工布局相同；據(jù)此，這里省略了對其的描述。沿著第二光纖維61的軸71的方向72傳播的探測光以入射角78入射到第二端面80上；此光通過折射角81折射并發(fā)射；此外，探測光的部分以反射角82反射。折射的探測光在方向73上傳播并入射到襯底42的拋光表面上。
由于調(diào)整方向73和拋光表面的法線方向使得這些方向彼此垂直，因此從此點反射的反射信號光沿著光軸76在方向74上傳播；此光以入射角81和折射角78入射到第二光纖維的第二端面80上，并沿著軸71在方向75上傳播。此外，在方向83上反射的反射探測光相對于第二光纖維的軸71以16度的大角度傾斜；據(jù)此，此光不形成第二光纖維的傳播模式，但此光被輻射并在通過第二光纖維61傳播期間損失。后面關(guān)于反射的信號光的傳播與第一加工布局一樣，因此省略了其描述。以這種方式，反射的信號光進入光檢測器26并檢測為信號。根據(jù)反射信號光的變化監(jiān)視拋光表面的拋光條件。
在此加工布局中，由第二光纖維的第二端面80反射的探測光的反射光不進入光檢測器26；據(jù)此，可以增加反射信號光的S/N比，使得拋光條件的測量精度例如剩余膜厚的測量和拋光終點的檢測相對于第一加工布局的精度得到提高。
在上面的描述中，為了簡便，只描述了使第二光纖維61的第二端面80相對于軸不垂直的情況作為第一加工布局的修改例。如此使其不垂直的端面也可以是第二光纖維61的第一端面、第一光纖維62的第一端面或第一光纖維62的第二端面；可以使這些端面中的一個或多個不垂直，或者可以使所有這些端面都不垂直。
通常，當(dāng)不垂直的端面數(shù)量增加時，可以增加信號的S/N比，以便可以提高拋光條件的測量精度，例如剩余膜厚的測量和拋光終點的檢測。使哪個端面不垂直和使多少個端面不垂直通過下列因素來確定即，當(dāng)使各個端面不垂直時減小閃光的效果、需要的測量精度和附加的成本。此外，除了第一加工布局，還可以通過類似的方法其中使光纖維的端面相對于光纖維的軸不垂直將本加工布局應(yīng)用到第三、第四、第五、第六、第七、第八加工布局。
在上面的描述中，通過使光纖維的端面相對于光纖維的軸不垂直減小閃光。然而，通過作為第十加工布局的修改例，在各個端面上形成抗反射膜也可以得到類似的效果，而不用特意使端面相對于光纖維的軸不垂直。在前面的加工布局中已經(jīng)公開了此例的一部分。在這種情況下，由于抗反射膜的殘余反射光，不能使閃光徹底減小到零。因此，此效果不像端面形成楔形的效果那樣大；然而，如果需要，在光學(xué)部件的設(shè)置方面存在限制等的情況下，可以使用這種方法。
此加工布局與第一、第三、第四、第五、第六、第七、第八和第十加工布局的區(qū)別僅在于使用配置有由液體構(gòu)成的芯的光纖維作為光纖維61和62，通過將液體芯材注入由撓性透明樹脂等構(gòu)成的圓柱型外包層材料中來構(gòu)成用于本加工布局的光纖維，所述液體芯材具有比外包層材料更高的折射率；這些光纖維具有極優(yōu)異的撓性。此外，芯部分的面積與光纖維的截面面積之比比捆扎纖維的情況高，其中在捆扎纖維中，多個細的光纖維形成為束；因此，透射率高于捆扎纖維。
此外，由于外包層材料和芯材的材料選擇自由度高，因此可以使外包層材料和芯材之間的折射率差大于捆扎的纖維；結(jié)果，可以得到比捆扎纖維高很多的NA。最好是使用由Pneum K.K.制造的液體光導(dǎo)作為本加工布局的光纖維。
在本加工布局中，光纖維的撓性極高，使得即使以很小的彎曲半徑彎曲，光纖維也不會破裂。因此，將光纖維引入拋光體部分的自由度高，因此可以使監(jiān)視設(shè)備或拋光裝置更小巧。此外，由于光纖維的光透率高，使用低輻射光強度的小巧光源就可以得到相同的反射信號光，因此可以使監(jiān)視設(shè)備更小巧。此外，由于光纖維具有高的NA，可以容易地實現(xiàn)高效率的光耦合，因此光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計自由度高。
在上述第一至第十一加工布局中，描述了其中將監(jiān)視設(shè)備的構(gòu)成元件分為旋轉(zhuǎn)部件和非旋轉(zhuǎn)部件的情況。然而，不用說也可以僅用非旋轉(zhuǎn)部件構(gòu)成本發(fā)明的監(jiān)視設(shè)備。在這種情況下，其它的旋轉(zhuǎn)部件構(gòu)成拋光裝置。
此外，在上述所有第一至第十一加工布局，為了監(jiān)視拋光條件，進行剩余膜厚的測量和工藝終點的檢測。此外，最好將分光鏡的反射信號光檢測為反射信號光，為此，在光檢測器26的前面設(shè)置分光鏡(圖中未示出)。此分光鏡測量的結(jié)果通過A/D轉(zhuǎn)換器等(圖中未示出)發(fā)射到信號處理部分(圖中未示出)，這里可以計算膜厚。實際上，為了高精度檢測分光鏡的反射信號的變化，最好是使用由分光鏡的反射信號計算出的參數(shù)，或者利用相互關(guān)聯(lián)的函數(shù)等在分光鏡的反射特性的參考值和分光鏡的反射特性的測量值之間進行比較。
此外，監(jiān)視設(shè)備的光源24最好配置有用來控制空間粘著長度的擋板(圖中未示出)，以便根據(jù)拋光表面的圖形尺寸控制圖形干涉度。此外，為了排除第一級(first-order)或更高的衍射分量，僅檢測零級光作為分光鏡的反射信號，擋板(圖中未示出)最好設(shè)置在光檢測器26的前面。這種空間粘著長度控制技術(shù)和零級光提取技術(shù)公開于日本專利申請?zhí)亻_No.2000-40680、日本專利申請?zhí)亻_No.2000-241126、日本專利申請?zhí)亻_No.2000-186917和日本專利申請?zhí)亻_No.2000-186918中。
此外，希望本發(fā)明的監(jiān)視設(shè)備用管等罩住，管的內(nèi)部涂有粗糙的光吸收涂層材料等，以便沒有有害的外部光進入光路(例如光路52、光學(xué)系統(tǒng)22或測量部分等)并對測量產(chǎn)生有害的影響。
這樣，本監(jiān)視設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)分為靜止的部分和固定到旋轉(zhuǎn)拋光表面板31和軸34上的旋轉(zhuǎn)部分。靜止部分和旋轉(zhuǎn)部分是光耦合的。這里，術(shù)語“光耦合”指的是從光學(xué)系統(tǒng)的靜止部分發(fā)射的光沒有任何光損耗地傳輸?shù)叫D(zhuǎn)部分，從旋轉(zhuǎn)部分發(fā)射的光沒有任何光損耗地傳輸?shù)届o止部分。
這樣，可以將需要相當(dāng)大的安裝空間的束分離器25、光源24、包含分光鏡(檢測分光鏡的反射信號的情況)的光學(xué)系統(tǒng)和光檢測器獨立地安裝到拋光裝置中。此外，在拋光裝置的一側(cè)，僅需要安裝配置有光纖維、反射鏡或透鏡等的小巧的回轉(zhuǎn)光學(xué)部分，用來實現(xiàn)探測光的穩(wěn)定傳輸和此探測光對拋光表面的照射，還用來穩(wěn)定地接受反射的信號光并將此光穩(wěn)定地傳輸?shù)叫D(zhuǎn)軸的特定位置。因此，如果將此監(jiān)視設(shè)備用于拋光裝置，可以高精度地監(jiān)視拋光條件而不增加拋光裝置的尺寸。此外，此監(jiān)視方法也使其能夠高精度地監(jiān)視拋光條件而不增加拋光裝置的尺寸。此外，引入此監(jiān)視設(shè)備的拋光裝置小巧輕量，可以高精度地監(jiān)視拋光條件。如果使用此拋光裝置來拋光其上形成了半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體晶片，可以得到高精度地監(jiān)視了拋光條件的半導(dǎo)體晶片。
工業(yè)實用性可以使用本發(fā)明的監(jiān)視設(shè)備和監(jiān)視方法主要在CMP拋光裝置中監(jiān)視拋光條件。此外，本發(fā)明的拋光裝置適用于具有半導(dǎo)體電路的晶片的拋光。此外，本發(fā)明的半導(dǎo)體晶片制造方法適用于高生產(chǎn)率地制造半導(dǎo)體晶片。
權(quán)利要求
1.一種監(jiān)視設(shè)備，配置有拋光體部分，拋光體部分具有帶加工面的可旋轉(zhuǎn)的拋光體和保持襯底的襯底保持部分，當(dāng)通過在上述旋轉(zhuǎn)加工表面和上述襯底的拋光表面之間設(shè)置拋光劑并且在這兩部分之間產(chǎn)生相對運動來拋光此拋光表面時，監(jiān)視設(shè)備借助于通過用探測光照射此拋光表面得到的反射信號光監(jiān)視拋光條件，此監(jiān)視設(shè)備的特征在于，此設(shè)備配置有發(fā)射上述探測光的非旋轉(zhuǎn)光源，接收上述反射信號光的非旋轉(zhuǎn)光檢測器，和回轉(zhuǎn)光學(xué)部分，當(dāng)上述探測光入射到上述拋光體部分的旋轉(zhuǎn)軸的特定位置時，回轉(zhuǎn)光學(xué)部分從此特定位置發(fā)射上述反射信號光，將上述回轉(zhuǎn)光學(xué)部分結(jié)合到上述拋光體部分中，以便此回轉(zhuǎn)光學(xué)部分可以和上述拋光體一起旋轉(zhuǎn)。
2.權(quán)利要求1所述的監(jiān)視設(shè)備，其特征在于，上述回轉(zhuǎn)光學(xué)部分配置有光耦合透鏡和具有n0折射率的第二光纖維，上述監(jiān)視設(shè)備進一步配置有非旋轉(zhuǎn)第一光纖維。
3.權(quán)利要求1所述的監(jiān)視設(shè)備，其特征在于，上述監(jiān)視設(shè)備配置有非旋轉(zhuǎn)的第一反射鏡，上述回轉(zhuǎn)光學(xué)部分配置有第二反射鏡和第三反射鏡。
4.權(quán)利要求1至3中任一個所述的監(jiān)視設(shè)備，其特征在于，上述回轉(zhuǎn)光學(xué)部分配置有具有折射率n1的透明窗口，向上述拋光表面透射上述探測光，并且在相反的方向上透射上述反射的信號光。
5.權(quán)利要求4所述的監(jiān)視設(shè)備，其特征在于，上述第二光纖維的端部和上述透明窗口通過粘合劑粘結(jié)，粘合劑的折射率與n0的差為±17％或更小，與n1的差為±17％或更小。
6.權(quán)利要求4所述的監(jiān)視設(shè)備，其特征在于，上述第二光纖維的端部和上述透明窗口通過粘合劑粘結(jié)，粘合劑的折射率與n0的差為±17％或更小，至少在上述透明窗口的粘結(jié)部分上形成抗反射膜，此抗反射膜用于減小上述粘合劑和上述透明窗口之間的界面反射。
7.權(quán)利要求4所述的監(jiān)視設(shè)備，其特征在于，上述回轉(zhuǎn)光學(xué)部分進一步配置有光學(xué)系統(tǒng)，光學(xué)系統(tǒng)安裝在上述透明窗口和上述第二光纖維的端面之間，并具有用來用探測光照射上述拋光表面并將上述反射信號光聚焦在上述第二光纖維的上述端面上的凸放大率，所述探測光是從上述第二光纖維的上述端面發(fā)射的。
8.權(quán)利要求4所述的監(jiān)視設(shè)備，其特征在于，上述回轉(zhuǎn)光學(xué)部分進一步配置有光學(xué)系統(tǒng)，光學(xué)系統(tǒng)安裝在上述透明窗口和上述第三反射鏡之間，并具有用來用從上述第三反射鏡發(fā)射的探測光照射上述拋光表面并將反射信號光傳輸?shù)缴鲜龅谌瓷溏R的凸放大率。
9.權(quán)利要求7所述的監(jiān)視設(shè)備，其特征在于，通過粘合劑粘結(jié)上述光學(xué)系統(tǒng)中最接近于上述第二光纖維的上述端面的、具有n2折射率的透鏡和上述第二光纖維的上述端面，粘合劑的折射率與n0的差為±17％或更小，與n1的差為±17％或更小。
10.權(quán)利要求7所述的監(jiān)視設(shè)備，其特征在于，通過粘合劑粘結(jié)上述光學(xué)系統(tǒng)中最接近于上述第二光纖維的上述端面的、具有n2折射率的透鏡和上述第二光纖維的上述端面，粘合劑的折射率與n0的差為±17％或更小，至少在具有n2折射率的上述透鏡的粘結(jié)部分上形成抗反射膜，用來減小上述粘合劑和具有n2折射率的上述透鏡之間的界面反射。
11.權(quán)利要求7至10中任一個所述的監(jiān)視設(shè)備，其特征在于，上述光學(xué)系統(tǒng)在與上述拋光表面光學(xué)共軛的位置配置有擋板。
12.權(quán)利要求2、4至7或9至11任一個所述的監(jiān)視設(shè)備，其特征在于，設(shè)定上述第一或第二光纖維的至少一個端面的法線方向，使得此法線方向與上述第一或第二光纖維的光軸方向不平行。
13.權(quán)利要求2、4至7或9至12任一個所述的監(jiān)視設(shè)備，其特征在于，至少上述第一或第二光纖維或兩個光纖維是配置有由液體構(gòu)成的芯的光纖維。
14.一種監(jiān)視方法，當(dāng)通過在旋轉(zhuǎn)加工表面和襯底的拋光表面之間設(shè)置拋光劑并且在這兩個部分之間產(chǎn)生相對運動拋光此拋光表面時，此監(jiān)視方法借助于通過用探測光照射此拋光表面得到的反射信號光監(jiān)視拋光條件，此監(jiān)視方法的特征在于，此方法包含從非旋轉(zhuǎn)光源發(fā)射探測光的步驟，使上述探測光入射到回轉(zhuǎn)光學(xué)部分上的步驟，回轉(zhuǎn)光學(xué)部分與上述加工表面一起旋轉(zhuǎn)，和通過非旋轉(zhuǎn)光檢測器接收從上述回轉(zhuǎn)光學(xué)部分發(fā)射的反射信號光的步驟。
15.一種拋光裝置，其特征在于，此裝置配置有權(quán)利要求1至13任一個所述的監(jiān)視設(shè)備。
16.一種半導(dǎo)體晶片制造方法，其特征在于，上述襯底是其上形成了半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體晶片，此方法包含利用權(quán)利要求15所述的拋光裝置拋光襯底表面的步驟。
全文摘要
將第一光纖維(62)的第二邊緣端插入滾柱軸承(36)的中央的內(nèi)圈并固定到內(nèi)圈。第二邊緣與旋轉(zhuǎn)軸(11)的預(yù)定位置對準(zhǔn)固定，以便發(fā)射探測光和接收反射的信號光。從第二光纖維(61)的第二邊緣發(fā)射的探測光經(jīng)過透明窗口(23)照射將拋光的襯底(42)，反射信號光在相反的方向再經(jīng)過透明窗口(23)并進入第二光纖維(61)的第二邊緣。這樣，即使在拋光設(shè)備的拋光襯墊旋轉(zhuǎn)的工作期間，第一光纖維(62)可以保持不旋轉(zhuǎn)，結(jié)果提供非旋轉(zhuǎn)空間用于容納光源(24)、束分離器(25)、光電檢測器(26)和第一耦合透鏡(63)。
文檔編號B24B37/013GK1425190SQ00818647
公開日2003年6月18日 申請日期2000年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月25日
發(fā)明者杉山喜和, 大內(nèi)泰司 申請人:株式會社尼康