CN106863108B - 研磨方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种尽管测定位置不同也能够获得稳定的膜厚的研磨方法。在本发明的方法中，使支承研磨垫(2)的研磨台(3)旋转，将晶片(W)的表面按压于研磨垫(2)，在研磨台(3)最近的规定次数旋转的期间内取得来自设置于研磨台(3)的膜厚传感器(7)的多个膜厚信号，根据多个膜厚信号决定多个测定膜厚，基于多个测定膜厚决定在晶片(W)的表面形成的凸部的最顶部的推定膜厚，基于凸部的最顶部的推定膜厚对晶片(W)的研磨进行监视。

Description

研磨方法
技术领域
本发明涉及对晶片的表面进行研磨的方法，特别是涉及对在表面形成有凸部的晶片进行研磨的方法。
背景技术
在对晶片进行研磨的研磨装置中，在大多的情况下，主要出于对绝缘层(透明层)的研磨的进展进行监视的目的而使用分光式监视系统，主要出于对导电层(金属膜)的研磨的进展进行监视的目的而使用涡电流式监视系统。在分光式监视系统中，安装到研磨台的光源、分光器分别与投光用光纤、受光用光纤连接，这些光纤的顶端作为构成投光部和受光部的测定部发挥功能。测定部(投光部和受光部)被配置于研磨台每旋转一圈可对晶片表面进行扫描那样的位置。在涡电流式监视器的情况下，励磁用线圈、检测用线圈等设置为测定部。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012－28554号公报
在具有如此配置于研磨台的测定部的监视系统中，难以对研磨过程中的晶片面上的测定位置精确地进行控制。一般来说，晶片成为在安装到研磨头的挡圈的内侧稍微移动的构造，因此，晶片沿着径向相对于研磨头的中心偏移、或随着时间的经过相对于研磨头逐渐旋转。因此，难以连续地对晶片面上的规定的位置进行测定，无论对在晶片面形成的构造体的哪个部位进行了测定，测定数据都会产生较大程度地变化。
图18的(a)是表示研磨的初始阶段的测定膜厚的推移的图表，图18的(b)是研磨的中间阶段的测定膜厚的推移的图表。这些图表中的测定膜厚表示距300mm晶片的中心的距离为约120mm的测定区域中的测定膜厚。作为测定对象的晶片是在其表面具有多个凸部的晶片。作为这样的晶片的例子，是具有多个单元(存储器单元)呈矩阵状排列而成的单元阵列的晶片。
使用具有氙气闪光光源的分光式监视系统来对晶片的膜厚进行测定，并提取了认为是凸部的膜厚的测定数据。在图18的(a)中，测定膜厚的波动较小，随着研磨台的旋转次数、即、研磨时间的经过，测定膜厚大致呈直线状减少。与此相对，在图18的(b)中，虽然测定膜厚与研磨时间一起减少，但测定膜厚的波动较大，难以对基于1个1个的测定膜厚的膜厚外形(日文：プロファイル)进行控制、难以进行研磨终点的检测。
图19的(a)是表示与图18的(a)相对应的研磨的初始阶段的凸部的外形(截面形状)的图，图19的(b)是表示与图18的(b)相对应的研磨的中间阶段的凸部的外形(截面形状)的图。图19的(a)所示的外形是晶片研磨前的凸部106的外形，凸部106呈现矩形形状的截面。图19的(b)所示的外形是在对晶片进行了一定时间研磨之后在将晶片研磨暂且中断时所取得的凸部106的外形。在凸部106的两侧形成有沟槽110。凸部106例如是上述的单元(存储器单元)。
如从图19的(a)和图19的(b)可知，在研磨前，凸部的截面是矩形形状，相对于此，随着研磨的进展，凸部的角变圆。因此，由于分光式监视系统的测定部的测定位置的不同，测定膜厚产生波动。例如，在图19的(a)中，凸部106的中央部处的膜厚与边缘部处的膜厚相同，但在图19的(b)中，位于凸部106的中央的最顶部106a处的膜厚与边缘部106b处的膜厚不同。即、如从图19的(b)可知，凸部106在其最顶部106a处具有最大的膜厚，在边缘部106b具有最小的膜厚。因此，由于测定位置不同而测定膜厚产生波动，无法对准确的研磨状态进行检测。
发明内容
发明所要解决的课题
因此，本发明的目的在于提供一种尽管测定位置不同也能够获得稳定的膜厚的研磨方法。
用于解决课题的手段
为了达成上述的目的，本发明的一技术方案是研磨方法，其是对在表面形成有凸部的晶片进行研磨的方法，其特征在于，该研磨方法包括如下工序：使支承研磨垫的研磨台旋转，将晶片的表面按压于所述研磨垫，在所述研磨台最近的规定次数的旋转期间内取得来自设置于所述研磨台的膜厚传感器的多个膜厚信号，根据所述多个膜厚信号决定最近的多个测定膜厚，基于所述最近的多个测定膜厚决定所述凸部的最顶部的推定膜厚，基于所述凸部的最顶部的推定膜厚对晶片的研磨进行监视。
本发明的优选的技术方案的特征在于，决定所述凸部的最顶部的推定膜厚的工序是如下工序：对由所述最近的多个测定膜厚和所对应的所述研磨台的旋转次数特定的多个数据点进行回归分析而决定回归线，通过将所述研磨台的当前的旋转次数代入表示所述回归线的函数来决定推定膜厚。
本发明的优选的技术方案的特征在于，决定所述凸部的最顶部的推定膜厚的工序还包括在决定了所述回归线之后将位于所述回归线下侧的数据点中的至少1个数据点从所述多个数据点排除、对所述多个数据点中的将所述至少1个数据点排除后所剩余的数据点进行回归分析而决定新的回归线的工序，通过将所述研磨台的当前的旋转次数代入表示所述新的回归线的函数来决定推定膜厚。
本发明的优选的技术方案的特征在于，决定所述凸部的最顶部的推定膜厚的工序是如下工序：对由所述最近的多个测定膜厚和所对应的所述研磨台的旋转次数特定的多个数据点进行回归分析而决定回归线，通过将规定的偏置值与将所述研磨台的当前的旋转次数代入表示所述回归线的函数而得到的值相加来决定推定膜厚。
本发明的优选的技术方案的特征在于，决定所述凸部的最顶部的推定膜厚的工序是如下工序：生成所述最近的多个测定膜厚的概率分布，决定更小的测定膜厚的概率成为规定的值的推定膜厚。
本发明的优选的技术方案的特征在于，所述膜厚传感器是具有脉冲点亮光源的光学式传感器。
本发明的优选的技术方案的特征在于，所述膜厚传感器是涡电流传感器。
本发明的优选的技术方案的特征在于，基于所述凸部的最顶部的推定膜厚决定晶片的研磨终点。
本发明的优选的技术方案的特征在于，基于所述凸部的最顶部的推定膜厚变更晶片的研磨条件。
本发明的优选的技术方案的特征在于，基于所述凸部的最顶部的推定膜厚的当前的值与过去的值，在所述膜厚传感器接下来取得膜厚信号之前，预测所述凸部的最顶部的膜厚，基于预测出的所述膜厚决定晶片的研磨终点。
发明的效果
根据本发明，即使最近的多个测定膜厚存在波动，也能够通过对这些测定膜厚进行回归分析或统计性的分析等，来决定凸部的最顶部的推定膜厚、即局部地成为最大的膜厚的推定值。因而，能够取得随着研磨时间减少的膜厚。
附图说明
图1是表示能够执行研磨方法的一实施方式的研磨装置的示意图。
图2是图1所示的研磨头的剖视图。
图3是表示研磨方法的一实施方式的流程图。
图4是表示晶片的表面上的测定点的一个例子的图。
图5是表示光谱的一个例子的图。
图6的(a)是说明图3所示的步骤5、6的图，图6的(b)和图6的(c)是说明图3所示的步骤7的图。
图7的(a)是表示再次执行步骤5而获得的回归线的图，图7的(b)是表示最终获得的回归线的图。
图8是表示按照图3所示的方法求出凸部的最顶部的推定膜厚、即局部地成为最大的膜厚的推定值的结果的图表。
图9是表示随着研磨的进展而进一步带有圆弧的凸部的外形的剖视图。
图10是表示图9所示的凸部的测定膜厚的图表。
图11是表示决定凸部的最顶部的推定膜厚、即局部地成为最大的膜厚的推定值的另一实施方式的图表。
图12是表示决定凸部的最顶部的推定膜厚、即局部地成为最大的膜厚的推定值的又一实施方式的图表。
图13是表示图12所示的概率分布的图表。
图14是表示基于过去的研磨数据计算出预测膜厚的实施方式的图。
图15是表示研磨装置的详细的结构的一个例子的示意剖视图。
图16的(a)是用于说明使用了光学式传感器的膜厚测定的原理的示意图，图16的(b)是表示晶片与研磨台之间的位置关系的俯视图。
图17是表示由处理部生成的光谱的一个例子的图。
图18的(a)是表示研磨的初始阶段的测定膜厚的推移的图表，图18的(b)是表示研磨的中间阶段的测定膜厚的推移的图表。
图19的(a)是表示与图18的(a)相对应的研磨的初始阶段的凸部的外形(截面形状)的图，图19的(b)是表示与图18的(b)相对应的研磨的中间阶段的凸部的外形(截面形状)的图。
符号说明
1 研磨头
2 研磨垫
3 研磨台
5 研磨液供给喷嘴
7 膜厚传感器
9 处理部
10 头轴
21 头主体
22 挡圈
24 膜片
25 膜片保持件
26 翻卷式隔膜
28 旋转式接头
30 气体供给源
42 投光部
43 受光部(光纤)
44 分光器
47 光源
48 光纤
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行说明。图1是表示能够执行研磨方法的一实施方式的研磨装置的示意图。如图1所示，研磨装置包括支承研磨垫2的研磨台3、将晶片W按压于研磨垫2的研磨头1、使研磨台3旋转的台马达6、以及用于向研磨垫2上供给研磨液(例如浆液)的研磨液供给喷嘴5。研磨垫2的表面构成用于对晶片W进行研磨的研磨面2a。研磨台3与台马达6连结，台马达6构成为使研磨台3和研磨垫2旋转。
在研磨台3内配置有膜厚传感器7。膜厚传感器7与研磨台3和研磨垫2一起一体地旋转。膜厚传感器7的位置是研磨台3和研磨垫2每旋转一圈就横穿研磨垫2上的晶片W的表面的位置。膜厚传感器7与处理部9连接，作为膜厚传感器7的输出信号的膜厚信号向处理部9发送。处理部9构成为基于膜厚信号来推定晶片W的膜厚。
膜厚传感器7是生成随着晶片W的膜厚而变化的膜厚信号的传感器，由例如光学式传感器或涡电流传感器构成。光学式传感器构成为，向晶片W的表面照射光，按照每个波长对来自晶片W的反射光的强度进行测定，将与波长相关联的反射光的强度输出。与波长相关联的反射光的强度是随着晶片W的膜厚而变化的膜厚信号。涡电流传感器使涡电流与在晶片形成的导电膜感应，将随着包括导电膜和涡电流传感器的线圈在内的电气回路的阻抗而变化的膜厚信号输出。
图2是图1所示的研磨头1的剖视图。研磨头1构成为，能够对晶片W的多个区域分别施加不同的按压力。研磨头1具有与头轴10连结的头主体21和配置于头主体21的下方的挡圈22。
在头主体21的下方配置有要与晶片W的上表面(与应该研磨的表面相反的一侧的面)抵接的柔软的膜片24和用于保持膜片24的膜片保持件25。在膜片24与膜片保持件25之间设有4个压力室C1、C2、C3、C4。压力室C1、C2、C3、C4由膜片24和膜片保持件25形成。中央的压力室C1是圆形，其他压力室C2、C3、C4是环状。这些压力室C1、C2、C3、C4呈同心圆状排列。在本实施方式中，研磨头1具有4个压力室C1～C4，但研磨头1也可以具有比4个少的压力室、或比4个多的压力室。
经由气体输送管线F1、F2、F3、F4从气体供给源30分别向压力室C1、C2、C3、C4供给加压空气等加压气体。另外，气体输送管线F1、F2、F3、F4与真空管线V1、V2、V3、V4连接，可利用真空管线V1、V2、V3、V4在压力室C1、C2、C3、C4内形成负压。能够使压力室C1、C2、C3、C4的内部压力彼此独立地变化，由此，能够对晶片W的所对应的4个区域、即中央部、内侧中间部、外侧中间部、以及周缘部的按压力独立地进行调整。
在膜片保持件25与头主体21之间形成有压力室C5，从上述气体供给源30经由气体输送管线F5向该压力室C5供给加压气体。另外，气体输送管线F5与真空管线V5连接，利用真空管线V5在压力室C5内形成负压。由此，膜片保持件25和膜片24整体能够沿着上下方向运动。
晶片W的周端部被挡圈22包围，在研磨过程中晶片W不会从研磨头1飞出。在膜片24的构成压力室C3的部位形成有开口，通过在压力室C3内形成真空，晶片W被吸附保持于研磨头1。另外，通过向该压力室C3供给氮气、清洁空气等，晶片W被从研磨头1释放。
在头主体21与挡圈22之间配置有环状的翻卷式隔膜26，在该翻卷式隔膜26的内部形成有压力室C6。压力室C6经由气体输送管线F6与上述气体供给源30连结。气体供给源30将加压气体向压力室C6内供给，由此，将挡圈22按压于研磨垫2。另外，气体输送管线F6与真空管线V6连接，利用真空管线V6在压力室C6内形成负压。若在压力室C6内形成真空，则挡圈22的整体上升。
在与压力室C1、C2、C3、C4、C5、C6连通的气体输送管线F1、F2、F3、F4、F5、F6分别设有压力调节器R1、R2、R3、R4、R5、R6。来自气体供给源的加压气体经由压力调节器R1～R6向压力室C1～C6内供给。压力调节器R1～R6利用气体输送管线F1～F6与压力室C1～C6连接。气体输送管线F1～F6从压力室C1～C6经由旋转式接头28延伸到气体供给源30。
压力调节器R1～R6通过对从气体供给源30供给的加压气体的压力进行调整，来对压力室C1～C6内的压力进行控制。压力调节器R1～R6与处理部9连接。压力室C1～C6也与大气开放阀(未图示)连接，也能够使压力室C1～C6向大气开放。
处理部9对压力调节器R1～R6进行操作，以便对压力室C1～C6各自的目标压力值进行设定，将压力室C1～C6内的压力维持成所对应的目标压力值。尤其是，处理部9根据来自膜厚传感器7的膜厚信号推定晶片W的膜厚，基于推定膜厚来决定压力室C1～C4各自的目标压力值，并对压力调节器R1～R4进行操作，以便将压力室C1～C4内的压力维持成所对应的目标压力值。例如，处理部9使与推定膜厚较小的晶片区域相对应的压力室的压力降低，使与推定膜厚较大的晶片区域相对应的压力室的压力提高。
晶片W如下这样被研磨。一边使研磨台3和研磨头1向图1的箭头所示的方向旋转、一边从研磨液供给喷嘴5向研磨台3上的研磨垫2的研磨面2a供给研磨液。晶片W一边利用研磨头1旋转、一边在研磨液存在于研磨垫2上的状态下被按压于研磨垫2的研磨面2a。晶片W的表面利用研磨液所含有的磨粒的机械作用和研磨液的化学作用进行研磨。
研磨台3每旋转一圈时，膜厚传感器7一边横贯研磨垫2上的晶片W的表面，一边将晶片W上的多个测定点处的膜厚信号输出。处理部9根据膜厚信号推定晶片W的膜厚，基于推定膜厚对晶片W的研磨动作进行控制。例如，处理部9在推定膜厚达到目标膜厚时使晶片W的研磨动作结束。
作为研磨对象的晶片W是图19的(a)所示那样的在其表面形成有具有矩形形状的截面的凸部的晶片。在本实施方式中，为了尽管凸部上的测定位置不同也提高膜厚测定的可靠性，在凸部内局部地成为最大的膜厚、即凸部的最顶部的膜厚如以下这样决定。
图3是表示研磨方法的一实施方式的流程图。在研磨台3旋转一圈的期间内执行该流程图中所记载的各步骤。在以下说明的实施方式中，作为膜厚传感器7，使用了光学式传感器。在步骤1中，在开始晶片W的研磨后，在研磨台3旋转一圈的期间内，膜厚传感器7按照每个波长对来自晶片W的表面的反射光的强度进行测定。处理部9根据由膜厚传感器7测定出的、各波长的反射光的强度来生成光谱。该光谱表示反射光的强度与波长之间的关系，光谱的形状随着晶片W的膜厚而变化。
研磨台3的旋转速度通常是30～120min-1程度，膜厚传感器7的测定周期是几ms左右，因此，在直径300mm的晶片的情况下，研磨台3每旋转一圈可取得从几十个到超过百个的光谱。图4是表示晶片W的表面上的测定点的一个例子的图。如图4所示，膜厚传感器7一边横贯晶片W的表面、一边对来自各测定点的反射光的强度进行测定，处理部9根据测定出的反射光的强度生成光谱。测定点包含晶片W的中心点。
在步骤2中，从所获得的全部光谱分选从凸部反射的光的光谱。光谱的分选法依赖于凸部的构造和其他区域的构造。在一个例子中，如图5所示，能够分选光谱上的强度的最大值与最小值之差是预先设定的值以上的光谱。图5所示的纵轴表示反射光的强度，但反射光的强度也可以使用相对反射率等指标值来表示。相对反射率是表示光的强度的指标值，具体而言，是反射光的强度与对应于各波长的规定的基准强度之比。
而且，根据如此分选的光谱决定凸部的测定膜厚。测定膜厚的决定可使用公知的技术来进行。作为一个例子，测定膜厚的决定可通过如下方式进行：准备表示参照光谱与所对应的膜厚之间的关系的参照数据，决定与所取得的光谱最近的参照光谱，决定与该决定的参照光谱预先相关联的膜厚。参照光谱既可以是通过光反射的模拟取得的理论光谱，也可以是正在对与晶片W相同规格的参照晶片进行研磨时所获得的实测光谱。作为其他例子，也可以通过将光谱的波长转换成波数而将快速傅里叶转换适用于光谱来计算出膜厚。
在步骤3中，处理部9判断研磨开始后的研磨台3的旋转次数是否是规定的次数M以上。只要研磨台3最近的旋转次数小于规定的次数M，就返回步骤1，膜厚传感器7在研磨台3进行了下一个旋转的期间内进一步对来自晶片W的反射光的强度进行测定，处理部9根据反射光的强度的测定值进一步生成光谱。
在研磨台3最近的旋转次数是规定的次数M以上的情况下，在步骤4中，处理部9判断晶片面内的规定的测定区域中的根据研磨台3在最近的M次旋转的期间内所取得的膜厚信号求出的凸部的测定膜厚的数是否是规定的数N以上。测定区域既可以是1个，也可以是多个。在设置有多个测定区域的情况下，从步骤4到后述的步骤9的处理可针对每个测定区域执行。多个测定区域优选是按照距晶片中心的距离(半径位置)而规定的同心圆状的区域。晶片中心上的测定区域是圆形的区域，其他测定区域是具有一定宽度的环状的区域。不过，各测定区域未必一定彼此独立，也可以是邻接的两个测定区域的一部分重复。
在步骤5中，在研磨台3最近的M次旋转的期间内的测定膜厚的数是规定的数N以上的情况下，处理部9对根据这些测定膜厚和所对应的研磨台3的旋转次数特定的多个数据点使用最小二乘法等进行回归分析来决定回归线。各数据点的位置指定于以膜厚为纵轴、以研磨台3的旋转次数为横轴的坐标系上。回归线是直线为佳，但在膜厚的时间变化的非线形性较强的情况下，也可以是2次～3次多项式回归。在回归线是直线的情况下，回归线以一次函数表示。
在步骤6中，处理部9对步骤5中的回归线的决定所使用的测定膜厚的数是否大于规定的数N进行决定。虽未图示，但也可以在步骤6之前，处理部9将残差为正且较大程度偏离于其他数据点的数据点作为例外点而排除。在此，残差是从回归线到数据点的距离。若数据点位于回归线的上侧，则残差是正，若位于下侧，则残差是负。
在步骤7中，在步骤6中的测定膜厚的数大于规定的数N的情况下，进行数据点的细化。更具体而言，将回归线的决定所使用的全数据点的残差内的最大的残差(正值)乘以规定的比率F而获得的数值设为用于数据排除的阈值。比率F大于－1且小于1(－1＜F＜1)。优选比率F是0以上且是小于1的值(0≤F＜1、例如0.9)。作为比率F，若设定为靠近－1的值，则在最大残差比最小残差的绝对值大的情况下，1点的数据也不排除，因此，需要注意。处理部9从最小的残差开始以残差变大的顺序对残差与阈值进行比较，只要数据点的数低于规定的数N，就将具有低于阈值的残差的数据点排除。
而且，反复进行步骤5～步骤7的处理直到数据点的数成为规定的数N。在此，参照附图说明反复进行步骤5～步骤7的处理的动作的一个例子。如图6的(a)所示，处理部9对所有数据点进行回归分析而决定回归线(步骤5)，进一步对回归线的决定所使用的测定膜厚的数是否大于规定的数N进行判断(步骤6)。在测定膜厚的数大于规定的数N的情况下，如图6的(b)所示，处理部9使具有最大的值(正值)的残差Rmax乘以规定的比率F而决定用于数据点排除的阈值。在该例子中，比率F是0。因而，阈值是0。如图6的(c)所示，处理部9将具有比阈值小的残差的数据点删除。该例的阈值是0，因此，位于回归线的下方的数据点被删除(步骤7)。
处理部9再次执行步骤5。即、如图7的(a)所示，处理部9再次对在步骤7中删除几个数据点后的剩余的所有数据点进行回归分析而决定新的回归线。之后，处理部9同样地反复进行步骤6和步骤7。
这样一来，比回归线位于下侧的数据点被反复排除，进一步反复进行重划回归线的操作。因而，如图7的(b)所示，可期待回归线靠近在研磨台3最近的M次旋转过程中所取得的数据点的分布的上端。若将比率F设定得较小，则一度被排除的数据点的数变小且重划回归线的次数变多，可更可靠地获得与数据点的分布的上端一致的回归线。相反若增大比率F，则能够更快地达到最终的回归线。
在步骤8中，处理部9将当前的研磨台3的旋转次数代入表示在步骤5中根据N个数据点求出的回归线的函数，决定上述的规定的测定区域中的当前时刻的推定膜厚。该决定的推定膜厚相当于晶片的凸部的最顶部的膜厚、即局部地成为最大的膜厚。
在步骤4中测定膜厚的数小于规定的数N的情况下，认为没有足够决定回归线的数据个数，因此，也可以基于过去的推定膜厚决定当前时刻的推定膜厚(步骤9)。例如，处理部9也可以将在研磨台3前次旋转时获得的推定膜厚用作当前时刻的推定膜厚。或者、处理部9也可以根据与最近的多个旋转次数相应的推定膜厚计算出研磨速度(每单位时间的膜厚减少量)，计算出当前时刻的推定膜厚。为了抑制微小的变动而获得稳定的时间变化，也可以进一步对在步骤8和步骤9中求出的推定膜厚进行移动平均值等平滑化处理。
在步骤10中，处理部9对在步骤8或步骤9中求出的推定膜厚是否满足研磨结束条件进行判断。只要满足研磨结束条件，处理部9就使晶片W的研磨结束。作为研磨结束条件，可列举出例如推定膜厚低于目标膜厚。
在多个测定区域设定于晶片W的表面的情况下，在一实施方式中，也可以是，处理部9计算出在多个测定区域中分别取得的推定膜厚的平均值，将该平均值低于目标膜厚的时刻作为研磨终点。或者、也可以是，为了避免某一测定区域的局部的过度研磨，处理部9计算出在多个测定区域中分别取得的推定膜厚的最小值，将该最小值低于目标膜厚的时刻作为研磨终点。另外，也能够将多个测定区域的推定膜厚中的、规定的数量的区域的推定膜厚低于目标膜厚的时刻设为研磨终点。在大多的情况下，针对多个测定区域的目标膜厚是相同的，但也能够针对各区域各自设定目标膜厚。
推定膜厚只在研磨台3旋转一圈时获得，因此，从获得当前的推定膜厚到获得下一个推定膜厚为止的期间内实际的膜厚有时也达到目标膜厚。因此，也可以是，为了提高研磨终点的检测精度，基于与研磨台3的最近的规定的旋转次数相应的推定膜厚利用外推决定当前时刻之后的预测膜厚，基于该预测膜厚决定研磨终点。如此决定的当前时刻之后的预测膜厚在接下来取得膜厚信号的时刻被更新。
也可以是，在步骤10中判断成不满足研磨结束条件的情况下，以多个测定区域的膜厚变得均匀的方式更新研磨条件。作为所更新的研磨条件，优选与多个测定区域相对应的研磨头1的压力室(参照图2的附图标记C1～C4)内的压力。基本上，在研磨条件更新的各时刻，使与推定膜厚比平均值厚的测定区域相对应的压力室的压力增加，使与推定膜厚比平均值薄的测定区域相对应的压力室的压力减小。另外，研磨条件的更新不需要研磨台3每旋转一圈就进行，可考虑研磨速度相对于研磨条件变更的响应性而适当决定。在多个目标膜厚设定于晶片W的多个测定区域的情况下，也能够控制成研磨后的各区域的膜厚成为规定的分布。
图8是表示按照图3所示的方法求出凸部的最顶部的推定膜厚、即局部地成为最大的膜厚的推定值的结果的图表。在图8中，将各测定膜厚以+表示，将局部地成为最大的膜厚的推定值以●表示。图8所示的实验的条件如以下那样。
研磨台3的旋转次数的规定的值M＝30
测定膜厚的规定的数N＝8
规定的比率F＝0
回归次数1(直线回归)
如从图8可知那样，局部地成为最大的膜厚的推定值位于数据点的分布的大致上端。
图19的(b)所示的凸部106的外形有时随着研磨的进展、如图9所示那样进一步带有圆弧。在这样的情况下，测定膜厚的波动变得更大，位于数据分布的上端的数据点就变疎。因此，如图10所示，推定膜厚有时变得不准确或变得不稳定。
在这样的情况下，对于研磨台3的旋转次数，也可以增大所设定的上述规定的次数M。或者，在一实施方式中，也可以是，处理部9对在研磨台3最近的规定的M次旋转的期间内获得的所有数据点(所有测定膜厚)进行回归分析而决定回归线，将当前的研磨台3的旋转次数代入表示该回归线的函数而计算出平均值的膜厚，在根据需要进行了移动平均值等平滑化处理的基础上，如图11所示，通过将规定的偏置值与所计算出的平均值的膜厚相加，来决定凸部的最顶部的推定膜厚、即局部地成为最大的膜厚的推定值。在该实施方式中，处理部9不进行残差乘以比率F而求出阈值的工序以及将具有比阈值小的残差的数据点排除的工序。
偏置值可参照事先对相同规格的晶片进行研磨并在其研磨过程中取得的测定膜厚以及中断研磨而在静止状态下测定出的凸部的外形来决定。偏置值也能够定义为随着研磨时间而变化的值。
图12是表示决定凸部的最顶部的推定膜厚、即局部地成为最大的膜厚的推定值的另一实施方式的图表。在该实施方式中，不进行数据点的回归分析。取而代之的是，处理部9根据在规定的时间内取得的数据点(虚线所包围的数据点)推定膜厚的概率分布(以单点划线表示)，决定更小的测定膜厚的概率成为规定的值(例如97％)的推定膜厚。
图13是表示图12所示的概率分布的图表。在图13所示的例子中，应该决定的推定膜厚、即局部地成为最大的膜厚的推定值是更小的测定膜厚的概率成为97％的膜厚。膜厚的概率分布能够使用贝叶斯推理等公知的方法来推定。
图3所示的实施方式可使用被设置于研磨台3的1个膜厚传感器7来进行。根据该实施方式，在研磨过程中，关于晶片面上的各测定区域，研磨台3每旋转一圈，可获得局部地成为最大的膜厚的推定值。然而，最近对研磨后的膜厚精度的要求越发强烈。若基于研磨台3每旋转一圈所获得的推定膜厚使研磨结束，则存在在研磨台3旋转一圈的期间内研磨过度进展而不满足要求精度的情况。增多膜厚传感器7的个数而更频繁地推定膜厚也是方法之一，但这样一来使研磨装置的结构变得复杂，也导致成本增加。
因此，在一实施方式中，处理部9对研磨台3每旋转一圈推定膜厚要达到目标膜厚的时间进行预测，所预测的时间只要是在研磨台3的下一圈旋转中的推定膜厚的取得时间之前，就在该预测出的时间使晶片的研磨结束。例如，如图14所示，在将当前时刻的局部地成为最大的膜厚的推定值设为Dc、将研磨台3的规定的旋转次数设为K、将研磨台3的旋转周期设为To、将比当前时刻早K次旋转的时刻的局部地成为最大的膜厚的推定值设为Dp、将目标膜厚设为Dt时，从当前时刻到达到目标膜厚所需的时间T如以下那样求得。
T＝(Dc-Dt)/(Dp－Dc)×K·To
或者，也可以是，按照同样的想法，并以比研磨台3的周期细小的时间间隔、例如1/10周期的时间间隔求出预测膜厚D，基于预测膜厚D确定研磨终点。若将Δt设为当前时刻以后的经过时间，则预测膜厚D如以下那样求得。
D＝Dc-(Dp－Dc)/(K·To)×Δt
根据本实施方式，膜厚测定的实质上的分辨率得以提高，因此，可达成更准确的研磨终点检测。本实施方式中的基于膜厚的预测的终点检测法并不限于局部地成为最大的膜厚的推定值，对一般的测定膜厚也成立。另外，在由于下层的影响等而在研磨过程中途难以进行膜厚的推定的情况下，同样的想法也能够用作代替手段。
接着，参照图15对使用了光学式传感器作为膜厚传感器7的研磨装置的详细的结构的一个例子进行说明。图15是表示研磨装置的一个例子的示意剖视图。头轴10借助带等连结部件17与研磨头马达18连结而旋转。由于该头轴10的旋转，研磨头1向以箭头所示的方向旋转。
膜厚传感器7构成为，向晶片W的表面照射光而接收来自晶片W的反射光，按照波长对该反射光进行分解。膜厚传感器7包括：投光部42，其用于将光向晶片W的被研磨面照射；作为受光部的光纤43，其用于接收从晶片W返回来的反射光；以及分光器44，其用于按照波长对来自晶片W的反射光进行分解、并在整个规定的波长范围对反射光的强度进行测定。
在研磨台3中形成有在其上表面开口的第1孔50A和第2孔50B。另外，在研磨垫2的与这些孔50A、50B相对应的位置形成有通孔51。孔50A、50B与通孔51连通，通孔51在研磨面2a开口。第1孔50A经由液体供给路径53和旋转式接头(未图示)与液体供给源55连结，第2孔50B与液体排出路径54连结。
投光部42具有发出多波长的光的光源47和与光源47连接的光纤48。光源47可使用氙气闪光灯等脉冲点亮光源。光纤48是将由光源47发出的光引导到晶片W的表面的光传输部。光纤48和光纤43的顶端位于第1孔50A内，位于晶片W的被研磨面的附近。光纤48和光纤43各自的顶端朝向保持于研磨头1的晶片W地配置。每当研磨台3旋转时向晶片W的多个测定点照射光。优选的是，光纤48和光纤43各自的顶端以通过被保持于研磨头1的晶片W的中心的方式配置。
在晶片W的研磨过程中，从液体供给源55将作为透明的液体的水(优选纯水)经由液体供给路径53向第1孔50A供给，充满晶片W的下表面与光纤48、43的顶端之间的空间。水进一步流入第2孔50B，经由液体排出路径54排出。研磨液与水一起被排出，由此，可确保光路。在液体供给路径53设置有与研磨台3的旋转同步地工作的阀(未图示)。该阀以在晶片W不位于通孔51之上时使水的流动停止、或使水的流量减少的方式动作。
光纤48和光纤43彼此并列地配置。光纤48和光纤43各自的顶端与晶片W的表面垂直地配置，光纤48与晶片W的表面垂直地向晶片W的表面照射光。
在晶片W的研磨过程中，光从投光部42向晶片W照射，由光纤(受光部)43接收来自晶片W的反射光。分光器44在整个规定的波长范围对各波长的反射光的强度进行测定，将所获得的测定数据向处理部9发送。该测定数据是随着晶片W的膜厚而变化的膜厚信号。处理部9根据测定数据生成表示每个波长的光的强度的光谱，进一步根据光谱推定晶片W的膜厚。
接着，参照图16的(a)和图16的(b)对使用了光学式传感器作为膜厚传感器7的情况的膜厚测定的原理的一个例子进行说明。图16的(a)是用于说明使用了光学式传感器的膜厚测定的原理的示意图，图16的(b)是表示晶片W与研磨台3之间的位置关系的俯视图。在图16的(a)所示的例子中，晶片W具有下层膜和在该下层膜上形成的上层膜。上层膜是例如光可透过的绝缘膜。投光部42和受光部43与晶片W的表面相对地配置。投光部42在研磨台3每次旋转1圈都向包含晶片W的中心在内的多个测定点照射光。
照射到晶片W的光在介质(在图16的(a)的例子中是水)与上层膜之间的界面以及在上层膜与下层膜之间的界面处反射，在这些界面处反射了的光的波彼此干涉。该光的波的干涉的方法根据上层膜的厚度(即光程)而变化。因此，根据来自晶片W的反射光生成的光谱随着上层膜的厚度而变化。分光器44按照波长对反射光进行分解，针对每个波长对反射光的强度进行测定。处理部9根据从分光器44获得的反射光的强度的测定数据生成光谱。反射光的强度也能够表示为反射率或相对反射率等相对值。
图17是表示由处理部9生成的光谱的一个例子的图。在图17中，横轴表示从晶片反射的光的波长，纵轴表示从反射的光的强度导出的相对反射率。该相对反射率是表示光的强度的1个指标，具体而言，是光的强度与规定的基准强度之比。通过各波长的光的强度(实测强度)除以规定的基准强度，装置的光学系统、光源固有的强度的波动等不需要的噪声可从实测强度去除，由此，能够获得仅反映了膜的厚度信息的光谱。
基准强度是针对各波长预先取得的强度，相对反射率针对各波长计算出。具体而言，通过各波长的光的强度(实测强度)除以所对应的基准强度，可求出相对反射率。基准强度能够设为例如未形成有膜的硅晶片(裸晶片)在水的存在下进行水研磨时获得的光的强度。在实际的研磨过程中，从实测强度减去黑暗强度(日文：ダークレベル)(在阻断了光的条件下获得的背景强度)而求出校正实测强度，进一步从基准强度减去上述黑暗强度而求出校正基准强度，并且，通过校正实测强度除以校正基准强度，可求出相对反射率。具体而言，相对反射率R(λ)能够使用下一数学式来求得。
【数学式1】
其中，λ是波长，E(λ)是从晶片反射的波长λ的光的强度，B(λ)是波长λ时的基准强度，D(λ)是将光阻断了状态下取得的波长λ时的背景强度(黑暗强度)。
上述的实施方式是以具有本发明所属的技术领域的通常的知识的技术人员能够实施本发明为目的而记载的。只要是本领域技术人员，就当然可做成上述实施方式的各种变形例，本发明的技术的思想也可适用于其他实施方式。因而，本发明并不限定于所记载的实施方式，应该设为按照由权利要求书定义的技术思想而成的最大的范围。

Claims (10)

1.一种研磨方法，是对在表面形成有凸部的晶片进行研磨的方法，其特征在于，
该研磨方法包括如下工序：
使支承研磨垫的研磨台旋转，
将晶片的表面按压于所述研磨垫，
在所述研磨台最近的规定次数的旋转期间内取得来自设置于所述研磨台的膜厚传感器的多个膜厚信号，
根据所述多个膜厚信号决定最近的多个测定膜厚，
基于所述最近的多个测定膜厚决定所述凸部的最顶部的推定膜厚，
基于所述凸部的最顶部的推定膜厚对晶片的研磨进行监视。
2.根据权利要求1所述的研磨方法，其特征在于，
决定所述凸部的最顶部的推定膜厚的工序是如下工序：
对由所述最近的多个测定膜厚和所对应的所述研磨台的旋转次数特定的多个数据点进行回归分析而决定回归线，
通过将所述研磨台的当前的旋转次数代入表示所述回归线的函数来决定推定膜厚。
3.根据权利要求2所述的研磨方法，其特征在于，
决定所述凸部的最顶部的推定膜厚的工序还包括如下工序：
在决定了所述回归线之后将位于所述回归线下侧的数据点中的至少1个数据点从所述多个数据点排除，
对所述多个数据点中的将所述至少1个数据点排除后所剩余的数据点进行回归分析而决定新的回归线，
通过将所述研磨台的当前的旋转次数代入表示所述新的回归线的函数来决定推定膜厚。
4.根据权利要求1所述的研磨方法，其特征在于，
决定所述凸部的最顶部的推定膜厚的工序是如下工序：
对由所述最近的多个测定膜厚和所对应的所述研磨台的旋转次数特定的多个数据点进行回归分析而决定回归线，
通过将规定的偏置值与将所述研磨台的当前的旋转次数代入表示所述回归线的函数而获得的值相加，来决定推定膜厚。
5.根据权利要求1所述的研磨方法，其特征在于，
决定所述凸部的最顶部的推定膜厚的工序是如下工序：
生成所述最近的多个测定膜厚的概率分布，
决定更小的测定膜厚的概率成为规定的值的推定膜厚。
6.根据权利要求1所述的研磨方法，其特征在于，
所述膜厚传感器是具有脉冲点亮光源的光学式传感器。
7.根据权利要求1所述的研磨方法，其特征在于，
所述膜厚传感器是涡电流传感器。
8.根据权利要求1所述的研磨方法，其特征在于，
基于所述凸部的最顶部的推定膜厚决定晶片的研磨终点。
9.根据权利要求1所述的研磨方法，其特征在于，
基于所述凸部的最顶部的推定膜厚变更晶片的研磨条件。
10.根据权利要求1所述的研磨方法，其特征在于，
基于所述凸部的最顶部的推定膜厚的当前值和过去值，在所述膜厚传感器接下来取得膜厚信号之前，对所述凸部的最顶部的膜厚进行预测，基于预测出的所述膜厚决定晶片的研磨终点。
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