CN107429989B - 膜厚测定方法、膜厚测定装置、研磨方法及研磨装置 - Google Patents

膜厚测定方法、膜厚测定装置、研磨方法及研磨装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种通过分析来自基板的反射光中包含的光学信息来检测膜厚的膜厚测定方法。膜厚测定方法包含生成表示来自基板(W)的反射光强度与波长的关系的分光波形，对分光波形进行傅里叶变换处理，决定频率成分的强度及对应的膜厚，并决定频率成分强度的多个极大值M1、M2，从分别对应于极大值M1、M2的膜厚t1、t2中，按照选择基准选择1个膜厚的工序。选择基准选择第N大的膜厚，或选择第N小的膜厚，N是预定的自然数。

Description

膜厚测定方法、膜厚测定装置、研磨方法及研磨装置
技术领域
本发明是关于一种在表面形成膜的基板(例如晶片)的膜厚测定方法及膜厚测定装置，特别是关于通过分析来自基板的反射光中包含的光学信息来检测膜厚的膜厚测定方法及膜厚测定装置。此外，本发明是关于利用此种膜厚测定方法及膜厚测定装置的研磨方法及研磨装置。
背景技术
半导体组件的制程包含：研磨SiO2等绝缘膜的工序、研磨铜、钨等金属膜的工序等各种工序。背面照射型CMOS(互补式金氧半导体)传感器及硅贯穿电极(TSV：Through-Silicon Via)的制造工序除了绝缘膜及金属膜的研磨工序之外，还包含研磨硅层(硅晶片)的工序。
晶片的研磨在构成其表面的膜(绝缘膜、金属膜、硅层等)的厚度达到规定目标值时结束。因此，在晶片研磨中要测定膜厚。膜厚测定方法的例有专利文献1、2所揭示的光学性膜厚测定方法。该方法是在晶片研磨中从膜厚传感器在晶片上照射光，取得来自晶片的反射光强度与频率的关系的分光波形，对分光波形进行傅里叶变换处理而取得频率谱，再从所获得的频率谱的峰值决定膜厚。
图12是表示分光波形的一例的图形。图12中，纵轴示出表示来自晶片的反射光强度的相对反射率，横轴表示反射光的频率。相对反射率是表示反射光强度的指标值，且是光的强度与规定的基准强度的比。在各波长中通过将光强度(实测强度)除以规定的基准强度，而从实测强度中除去装置的光学系统、光源固有强度的偏差等不需要的噪声。
基准强度是对各波长预先取得的强度，且对各波长算出相对反射率。具体而言，是通过将各波长的光强度(实测强度)除以对应的基准强度而求出相对反射率。基准强度例如是通过直接测定从膜厚传感器所发出的光强度，或从膜厚传感器照射光至镜，通过测定来自镜的反射光强度而获得。或是，基准强度亦可作为在水存在下水研磨尚未形成膜的硅晶片(裸晶片)时获得的光强度。实际研磨时是从实测强度减去黑位准(在遮蔽光条件下获得的背景强度)而求出修正实测强度，进一步从基准强度减去上述黑位准来求出修正基准强度，而后，通过将修正实测强度除以修正基准强度而求出相对反射率。具体而言，可使用以下公式求出相对反射率R(λ)。
【数学式1】
Figure BDA0001417977020000021
其中，λ是波长，E(λ)是从晶片反射的波长λ的光强度，B(λ)是波长λ的基准强度，D(λ)是在遮断光条件下所取得的波长λ的背景强度(黑位准)。
图13是表示对图12所示的分光波形进行傅里叶变换处理所获得的频率谱的图形。图13中，纵轴表示分光波形中包含的频率成分的强度，横轴表示膜厚。频率成分的强度相当于作为正弦波而表示的频率成分的振幅。分光波形中包含的频率成分是使用规定的关系公式变换成膜厚，而生成表示如图13所示的膜厚与频率成分强度的关系的频率谱。上述规定的关系公式是将频率成分作为变量的表示膜厚的一次函数，且可从膜厚的实测结果或光学性膜厚测定仿真等求出。
图13所示的图形中，在厚度t1时，频率成分的强度最大。即，该频率谱表示膜的厚度是t1。如此，从频率谱的峰值来决定膜的厚度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-110390号公报
专利文献2：日本特开2014-216457号公报
发明要解决的课题
图12所示的分光波形及图13所示的频率谱是使用来自图14所示的晶片构造的反射光而生成。从图13所示的频率谱所获得的膜厚t1表示形成于图14的基底层101上的露出层100的厚度。但是，如图15所示，因为在基底层101的下进一步存在下层102，造成反射光所包含的光学信息改变。另外例子是如图16所示，因为基底层101上存在台阶，造成露出层100的厚度因位置而不同。这些情况下，如图17所示，分光波形变形，结果如图18所示，在频率谱上出现多个峰值。通常频率成分的强度低的，即峰值低的大多是噪声。因此，多个峰值发生时，是选择表示最高峰值的膜厚作为测定结果。若按照该基准，则图18的例是选择表示最高峰值的膜厚t1。
但是，峰值(极大值)会因晶片的测定点而变化。例如，在晶片上的第一测定点会获得图18所示的频率谱，而在第二测定点会获得图19所示的频率谱。再者，第三测定点会获得再次如图18所示的频率谱。
此种峰值(极大值)的变动是因具有膜厚t1的区域与具有膜厚t2的区域的面积比、噪声及其他原因造成。特别是研磨晶片的同时测定膜厚情况下，因为晶片及膜厚传感器相对移动，所以在比较宽广的区域照射光，峰值容易变动。如此，各测定点的峰值因晶片构造及测定条件而变化，应选择的膜厚会在各测定点改变。
发明内容
因此，本发明的目的为提供一种不受基板构造及测定条件影响，而可测定正确膜厚的膜厚测定方法及膜厚测定装置。进一步，本发明的目的为提供一种利用此种膜厚测定方法及膜厚测定装置的研磨方法及研磨装置。
(解决课题的手段)
为了达成上述目的，本发明的一种方式的膜厚测定方法的特征在于：在表面形成有膜的基板上照射光，生成表示来自所述基板的反射光强度与波长的关系的分光波形，对所述分光波形进行傅里叶变换处理，决定频率成分的强度及对应的膜厚，决定所述频率成分的强度的多个极大值，从分别对应于所述多个极大值的多个膜厚中，按照预先设定的选择基准选择1个膜厚。
本发明较佳方式的特征在于：所述多个极大值是通过与阈值的比较而决定的。
本发明较佳方式的特征在于：所述阈值是根据过去的膜厚测定结果而决定的值。
本发明较佳方式的特征在于：所述预先设定的选择基准选择第N大的膜厚，或选择第N小的膜厚，N是预定的自然数。
本发明较佳方式的特征在于：所述预先设定的选择基准是基于如下结果而预先决定的：该结果是以与所述基板相同的工序来测定具有与所述基板相同的结构的参考基板的膜厚的结果。
本发明较佳方式的特征在于：所述参考基板的膜厚测定是在水研磨所述参考基板的同时而执行的。
本发明较佳方式的特征在于：决定所述选择基准的工序包含计算所述参考基板的膜厚测定中所决定的多个极大值的变动的大小，选择对应于所述变动的大小为最小的极大值的膜厚的工序。
本发明较佳方式的特征在于：决定所述选择基准的工序包含如下工序：在所述参考基板的膜厚测定中，在每次决定多个极大值时，对这些多个极大值彼此之间进行比较，来决定最大的极大值，确定对应于所述最大极大值的膜厚，选择被确定出最多次的膜厚。
本发明其他方式的膜厚测定装置的特征在于，具备：投光部，该投光部在表面形成有膜的基板上照射光；受光部，该受光部接受来自所述基板的反射光；分光器，该分光器测定所述反射光的各波长的强度；及处理部，该处理部生成表示所述反射光的强度与波长的关系的分光波形，所述处理部以如下方式构成：对所述分光波形进行傅里叶变换处理，决定频率成分的强度及对应的膜厚，并决定所述频率成分的强度的多个极大值，从分别对应于所述多个极大值的多个膜厚中，按照预先设定的选择基准选择1个膜厚。
本发明较佳方式的特征在于：所述处理部基于与阈值的比较来决定所述多个极大值。
本发明较佳方式的特征在于：所述预先设定的选择基准选择第N大的膜厚，或选择第N小的膜厚，N是预定的自然数。
本发明另外方式的研磨方法的特征在于：使表面形成有膜的基板与研磨面滑动接触，同时在所述基板上照射光，生成表示来自所述基板的反射光的强度与波长的关系的分光波形，对所述分光波形进行傅里叶变换处理，决定频率成分的强度及对应的膜厚，决定所述频率成分的强度的多个极大值，从分别对应于所述多个极大值的多个膜厚中，按照预先设定的选择基准选择1个膜厚。
本发明较佳方式的特征在于：还包含当选择的所述膜厚达到预先设定的目标值时，结束所述基板的研磨的工序。
本发明较佳方式的特征在于：还包含在所述目标值上加上偏差值来算出修正目标值的工序，选择的所述膜厚达到所述修正目标值时，结束所述基板的研磨。
本发明较佳方式的特征在于：所述多个极大值是基于与阈值的比较而决定的。
本发明较佳方式的特征在于：所述预先设定的选择基准选择第N大的膜厚，或选择第N小的膜厚，N是预定的自然数。
本发明另外方式的研磨装置的特征在于具备：研磨台，该研磨台支承具有研磨面的研磨垫；研磨头，该研磨头将表面形成有膜的基板按压于所述研磨面；投光部，该投光部在所述基板上照射光；受光部，该受光部接受来自所述基板的反射光；分光器，该分光器测定所述反射光的各波长的强度；处理部，该处理部生成表示所述反射光的强度与波长的关系的分光波形；及研磨控制部，该研磨控制部控制所述基板的研磨；所述处理部以如下方式构成：对所述分光波形进行傅里叶变换处理，决定频率成分的强度及对应的膜厚，决定所述频率成分的强度的多个极大值，从分别对应于所述多个极大值的多个膜厚中，按照预先设定的选择基准选择1个膜厚。
本发明较佳方式的特征在于：所述研磨控制部在所述选择的膜厚达到预先设定的目标值时，使所述基板的研磨结束。
本发明较佳方式的特征在于：所述研磨控制部在所述目标值加上偏差值算出修正目标值，当选择的所述膜厚达到所述修正目标值时，使所述基板的研磨结束。
本发明较佳方式的特征在于：所述处理部基于与阈值的比较而决定所述多个极大值。
本发明较佳方式的特征在于：所述预先设定的选择基准选择第N大的膜厚，或选择第N小的膜厚，N是预定的自然数。
发明效果
与基于频率谱的峰值大小选择膜厚的过去的方法不同，按照预先设定的选择基准选择膜厚。具体而言，选择第N大的膜厚或第N小的膜厚。因此，不受极大值(峰值)的变动影响，而可稳定测定膜厚。
附图说明
图1是表示一种实施方式的研磨装置的图。
图2是表示具备一种实施方式的光学式膜厚测定器的研磨装置的示意剖面图。
图3是用于说明光学式膜厚测定器的原理的示意图。
图4是表示晶片与研磨台的位置关系的俯视图。
图5是表示通过处理部所生成的频率谱图。
图6是表示通过处理部所生成的频率谱的其他例图。
图7是表示晶片上的多个测定点的图。
图8是表示2个极大值与测定时间一起变动的情况的图形。
图9是在参考晶片的水研磨中，按照测定时间排列作为对应于最大的极大值的膜厚而确定出的膜厚的图形。
图10是表示在参考晶片的研磨中所取得对应于比预先设定的假设阈值大的极大值的膜厚的图形。
图11是表示增大假设阈值时对应于挑选的极大值的膜厚的图形。
图12是表示分光波形的一例的图形。
图13是表示对图12所示的分光波形进行傅里叶变换处理所获得的频率谱的图形。
图14是表示晶片构造的一例的剖面图。
图15是表示晶片构造的其他例的剖面图。
图16是表示晶片构造的另外例的剖面图。
图17是表示分光波形的其他例的图形。
图18是表示具有多个峰值的频率谱图形。
图19是表示具有多个峰值的频率谱的其他例图形。
具体实施方式
以下，参考附图来说明本发明的实施方式。图1是表示本发明一种实施方式的研磨装置的图。如图1所示，研磨装置具备：安装了具有研磨面1a的研磨垫1的研磨台3；用于保持基板的一例的晶片W，并将晶片W按压于研磨台3上的研磨垫1的同时进行研磨的研磨头5；用于在研磨垫1上供给研磨液(例如浆液)的研磨液供给喷嘴10；及控制晶片W的研磨的研磨控制部12。
研磨台3经由台轴3a而与配置在其下方的台式马达19连结，研磨台3通过该台式马达19可在箭头指示的方向旋转。在该研磨台3的上表面贴合有研磨垫1，研磨垫1的上表面构成研磨晶片W的研磨面1a。研磨头5与研磨头轴杆16的下端连结。研磨头5构成为可通过真空吸引而在其下表面保持晶片W。研磨头轴杆16通过无图示的上下运动机构可上下运动。
晶片W的研磨进行如下。使研磨头5及研磨台3分别在箭头指示的方向旋转，并从研磨液供给喷嘴10在研磨垫1上供给研磨液(浆液)。在该状态下，研磨头5将晶片W按压于研磨垫1的研磨面1a上。晶片W的表面通过研磨液中包含的研磨粒的机械性作用与研磨液的化学性作用而研磨。
研磨装置具备测定晶片W的膜厚的光学式膜厚测定器(膜厚测定装置)25。该光学式膜厚测定器25具备：取得随晶片W膜厚而变化的光学信号的膜厚测定头31；及从光学信号决定膜厚的处理部32。膜厚测定头31配置于研磨台3的内部，处理部32与研磨控制部12连接。膜厚测定头31如符号A所示地与研磨台3一体旋转，取得保持于研磨头5的晶片W的光学信号。膜厚测定头31连接于处理部32，通过膜厚测定头31所取得的光学信号可传送至处理部32。
图2是表示具备光学式膜厚测定器25的研磨装置的示意剖面图。研磨头轴杆16经由皮带等连结手段17连结于研磨头马达18而可旋转。研磨头5通过该研磨头轴杆16的旋转而在箭头指示的方向旋转。
如上述，光学式膜厚测定器25具备：膜厚测定头31与处理部32。膜厚测定头31构成为将光引导至晶片W表面，接受来自晶片W的反射光，并依照波长分解该反射光。膜厚测定头31具备：将光照射于晶片W表面的投光部42；作为接受从晶片W返回的反射光的受光部的光纤43；及依照波长分解来自晶片W的反射光，并在整个规定波长范围测定反射光的强度的分光器44。
在研磨台3形成有在其上表面开口的第一孔50A及第二孔50B。此外，研磨垫1中，在与这些孔50A、50B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1a开口。第一孔50A经由液体供给路径53及旋转接头(无图示)而连结于液体供给源55，第二孔50B连结于液体排出路径54。
投光部42具备：发出多波长的光的光源47；及连接于光源47的光纤48。光纤48是将通过光源47所发出的光引导至晶片W表面的光传送部。光纤48及光纤43的顶端位于第一孔50A中，且位于晶片W的被研磨面附近。光纤48及光纤43的各顶端以横穿保持于研磨头5的晶片W的被研磨面的方式配置。当研磨台3旋转时，在晶片W的多个区域照射光。
晶片W研磨中，从液体供给源55将作为透明液体的水(优选纯水)经由液体供给路径53供给至第一孔50A，填满晶片W下表面与光纤48、43顶端之间的空间。水进一步流入第二孔50B，并通过液体排出路径54排出。研磨液与水一起排出，由此确保光程。液体供给路径53中设有与研磨台3的旋转同步工作的阀(无图示)。该阀是以当晶片W不位于通孔51上时停止水流动，或减少水流量的方式动作。
光纤48与光纤43彼此并列配置。光纤48及光纤43的各顶端与晶片W表面垂直地配置，光纤48可在晶片W表面垂直地照射光。
晶片W研磨中，从投光部42照射光至晶片W，并通过光纤(受光部)43接受来自晶片W的反射光。分光器44在整个规定的波长范围测定各波长的反射光强度，并将所获得的光强度数据传送至处理部32。该光强度资料是反映晶片W的膜厚的光学信号，且由反射光的强度及对应的波长构成。处理部32从光强度数据生成表示各波长的光强度的分光波形，对分光波形进行傅里叶变换处理(例如高速傅里叶变换处理)而生成频率谱，从频率谱决定晶片W的膜厚。
图3是用于说明光学式膜厚测定器25的原理的示意图。图4是表示晶片W与研磨台3的位置关系的俯视图。图3所示的例，是晶片W具有：下层膜；及形成于其上的上层膜。上层膜例如是硅层或绝缘膜等容许光透过的膜。投光部42及受光部43是以横穿晶片W表面的方式而配置于研磨台3。当研磨台3旋转1周时，投光部42在包含晶片W中心的多个测定点照射光，同时光纤(受光部)43接受来自晶片W的多个测定点的反射光。
照射于晶片W的光在媒介(图3的例是水)与上层膜的界面、及上层膜与下层膜的界面反射，这些界面所反射的光波彼此干涉。该光波的干涉方式因上层膜的厚度(即光程长)而变化。因而，从来自晶片W的反射光所生成的谱随上层膜的厚度而变化。分光器44依照波长分解反射光，并对各波长测定反射光强度。处理部32从分光器44所获得的反射光的强度数据(光学信号)生成分光波形。如图12及图17所示，该分光波形是作为表示光波长与强度的关系的线图形来表示。光的强度亦可作为上述相对反射率等的相对值来表示。
处理部32对获得的分光波形进行傅里叶变换处理(例如高速傅里叶变换处理)来分析分光波形。更具体而言，处理部32抽出分光波形中包含的频率成分与其强度，使用规定的关系公式将获得的频率成分变换成膜的厚度，而后，生成表示膜厚与频率成分的强度关系的频率谱。上述的规定关系公式是将频率成分作为变量的表示膜厚的一次函数，且可从膜厚的实测结果或光学性膜厚测定仿真等来求出。
图5是表示通过处理部32所生成的频率谱图。图5中，纵轴表示分光波形中包含的频率成分的强度，横轴表示膜厚。频率成分的强度相当于作为正弦波而表示的频率成分的振幅。处理部32中预先存储有关于频率成分强度的阈值。该阈值从过去的膜厚测定结果来决定。
阈值是为了挑选频率成分强度的极大值而设置的。即，处理部32将频率谱中出现的全部的极大值与阈值比较，来决定大于阈值的极大值。而后，比阈值小的极大值不用于决定膜厚，大于阈值的极大值用于决定膜厚。图5所示的例是2个极大值M1、M2比阈值大，因此出现这些极大值M1、M2的2个膜厚t1、t2用于决定膜厚。换言之，膜厚t1、t2是候补膜厚。图6所示的例中存在3个极大值M1、M2、M3。但是，极大值M3比阈值小。因此，该例是将出现极大值M1、M2的2个膜厚t1、t2用于决定膜厚(即是候补膜厚)，而出现极大值M3的膜厚t3不用于决定膜厚。
处理部32从作为候补膜厚所挑选的多个膜厚中，按照预先设定的选择基准选择1个膜厚，预先设定的选择基准是选择第N大的膜厚，或第N小的膜厚。N是预定的自然数。例如，若预先设定的选择基准为选择第一大(即最大)膜厚时，处理部32在图5、图6所示的2个膜厚t1、t2中选择膜厚t1。若预先设定的选择基准是选择第二大膜厚时，处理部32选择膜厚t2。若预先设定的选择基准是选择第一小(即最小)膜厚时，处理部32选择膜厚t2。若预先设定的选择基准是选择第二小的膜厚时，处理部32选择膜厚t1。
如此，处理部32并非基于极大值的大小来选择膜厚，而是按照预先设定的选择基准来选择第N大的膜厚或第N小的膜厚。因此，不受在膜厚测定中的极大值的变动影响，而可稳定测定膜厚。特别是在晶片W研磨中测定膜厚情况下，晶片W与膜厚测定头31(及研磨台3)会相对移动。此种条件下，晶片上各测定点的频率成分的强度容易变动。即使在此种情况下，由于处理部32不比较频率成分强度的各极大值，因此，不受频率成分强度的变动影响而可决定膜厚。
处理部32输出按照选择基准所选择的膜厚作为膜厚测定值。有时因阈值及/或测定条件也会有存在3个以上候补膜厚的情况。即使在此种情况，仍可按照选择基准选择第N大或第N小的膜厚。
如图7所示，投光部42在研磨台3每旋转1周时照射光于包含晶片W中心的多个测定点P，同时，光纤(受光部)43从晶片W的多个测定点P接受反射光。因此，当膜厚测定头31的投光部42及光纤(受光部)43横穿晶片W表面时，处理部32在多个测定点P反复执行上述的膜厚选择。
上述的膜厚的选择基准是基于在与晶片W的膜厚测定相同工序所测定的结果，预先决定具有与要研磨的晶片W相同构造的参考晶片(参考基板)的膜厚。即，在参考晶片上照射光，生成表示来自参考晶片的反射光强度与波长的关系的分光波形，对分光波形进行傅里叶变换处理(例如高速傅里叶变换处理)，决定频率成分的强度及对应的膜厚，挑选频率成分强度的上述比阈值大的多个极大值，通过分析伴随挑选的多个极大值的测定时间的变化，来决定上述选择基准。
参考晶片的膜厚测定宜在参考晶片的水研磨中执行。所谓水研磨是取代研磨液而将纯水供给至研磨垫1上，同时使参考晶片滑动接触于研磨垫1的工序。水研磨中，以比晶片W以浆液研磨时小的力道按压于研磨垫1。水研磨是实质上不进行参考晶片的研磨。
选择基准使用参考晶片的膜厚测定结果预先决定如下。在一个实施方式中，决定选择基准的工序包含在参考晶片的水研磨中，计算挑选(决定)的多个极大值的变动大小，而选择对应于变动大小为最小的极大值，即最稳定的极大值的膜厚的工序。图5、图6所示的例是在参考晶片上各测定点(参考图7的符号P)进行膜厚测定时，挑选2个极大值M1、M2。从图5、图6可知，极大值M1、M2在各测定点会改变。
图8是表示2个极大值M1、M2与测定时间一起变动的情况图形。纵轴表示频率成分的强度，横轴表示测定时间。从图8可知，水研磨中极大值M2的变动大小比极大值M1的变动大小要小。因此，此时，处理部32决定对应于变动的大小为最小的极大值M2的膜厚t2，并决定用于选择该决定的膜厚t2的选择基准。本例的选择基准是从多个候补膜厚中选择第一小(即最小)膜厚。
图8所示的例是按照选择基准选择更稳定的膜厚t2。因此，处理部32将膜厚t2作为膜厚测定值输出至研磨控制部12。研磨控制部12依据从处理部32送来的膜厚t2控制研磨动作(例如，研磨结束动作)。研磨图16所示的晶片构造时，研磨的膜是露出层100。为了在基底层101出现于表面时结束露出层100的研磨，需要监视露出层100的厚度t2。因此，露出层100的厚度t2是研磨控制部12要监视的膜厚。研磨控制部12在露出层100的厚度t2达到预先设定的目标值时，结束晶片W的研磨。
但是，决定选择基准的工序中，有决定用于选择膜厚t1的选择基准。例如，在参考晶片的水研磨中极大值M1的变动大小比极大值M2的变动大小要小时，决定用于选择膜厚t1的选择基准。此种情况下，研磨控制部12将偏差值加上默认的目标值算出修正目标值，当从处理部32输出的膜厚t1达到修正目标值时，结束晶片W的研磨。该偏差值是基于晶片构造所预先设定的数值，且具有正或负的符号。该偏差值由使用者预先输入研磨控制部12中。
上述实施方式是基于极大值的稳定性来决定选择基准，不过亦可基于极大值的大小来决定选择基准。即，其他实施方式的决定选择基准的工序包含在参考晶片的水研磨中，挑选(决定)多个极大值时，比较这些多个极大值，决定最大的极大值，确定对应于该决定的最大极大值的膜厚，来选择参考晶片的水研磨中最多(最频繁)确定出的膜厚的工序。
图9是在参考晶片的水研磨中，按照测定时间排列作为对应于最大极大值的膜厚而确定出的膜厚图形。纵轴表示膜厚，横轴表示测定时间。从图9可知，膜厚t1比膜厚t2多出现于图形上。此表示作为对应于最大极大值的膜厚而确定出的膜厚t1次数，比作为对应于最大极大值的膜厚而确定出的膜厚t2次数多。因此，此时处理部32决定用于选择膜厚t1的选择基准。本例的选择基准是从多个候补膜厚中选择第一大(即最大)的膜厚。
在频率谱的某个特定膜厚区域有发生噪声的倾向时，希望决定可避免此种噪声的选择基准。例如，在小膜厚区域有发生噪声的倾向时，宜决定选择第N大的膜厚的选择基准，在大膜厚区域有发生噪声的倾向时，宜决定选择第N小的膜厚的选择基准。
其次，说明用于基于测定具有与要研磨的晶片W相同构造的参考晶片(参考基板)的膜厚结果而挑选频率成分的强度极大值的阈值、与同时决定膜厚的选择基准的实施方式。图10是表示在参考晶片的研磨中所取得对应于比预先设定的假设阈值大的极大值的膜厚的图形。图10所示的各膜厚是在参考晶片上的1个测定点(例如在参考晶片的中心的测定点)所取得的膜厚。另外，图10并未图示假设的阈值及频率成分的强度极大值。
图10中，纵轴表示膜厚，横轴表示膜厚的测定时间。该测定时间相当于参考晶片的研磨时间。图10所示的例，参考晶片的研磨是使用浆液作为研磨液的浆液研磨。因而，膜厚随测定时间而逐渐减少。另外，亦可水研磨参考晶片。
当研磨台3旋转一周时，挑选在预定的1个测定点所取得的全部的极大值中比假设阈值大的极大值。例如，在时间Ta是挑选比假设阈值大的3个极大值。因此，在时间Ta在1个测定点存在3个膜厚。
其次，逐渐增大假设阈值。图11是表示增大假设阈值时对应于挑选的极大值的膜厚图形。从图10与图11的对比可知，增大假设阈值时，不挑选小的极大值，因而挑选的极大值数量减少。结果，图形中出现的膜厚数量减少。小的极大值多为噪声。因此，通过增大假设阈值，可排除此种噪声。结果，如图11所示，在图形上出现随测定时间而减少(即稳定)的膜厚变化。变大的假设阈值决定成用于要研磨的晶片W的膜厚测定的阈值。
图11中出现膜厚的2个组G1、G2。属于组G2的膜厚数量比属于组G1的膜厚数量大。这表示属于组G2的膜厚变化比属于组G1的膜厚变化更正确反映参考晶片的膜厚变化。组G1、G2中，由于组G2是最小膜厚所属的组，因此本例的选择基准是从多个候补膜厚中选择第一小(即最小)的膜厚。如此，可从参考晶片的膜厚测定结果同时决定阈值及膜厚的选择基准。
上述的膜厚测定方法当然可适用于在晶片研磨中的膜厚测定，亦可适用于晶片及研磨台在静止状态下的膜厚测定。
上述实施方式是以具有本发明所属的技术领域中具有通常知识的人可实施本发明为目的而记载的。本领域技术人员当然可实施上述实施方式的各种变形例，本发明的技术性思想亦可适用于其他实施方式。因此，本发明不限定于所记载的实施方式，而是按照通过权利要求所定义的技术性思想作最广范围解释。
符号说明
1 研磨垫
3 研磨台
5 研磨头
10 研磨液供给喷嘴
12 研磨控制部
16 研磨头轴杆
17 连结手段
18 研磨头马达
19 台式马达
25 光学式膜厚测定器(膜厚测定装置)
31 膜厚测定头
32 处理部
42 投光部
43 受光部(光纤)
44 分光器
47 光源
48 光纤
50A 第一孔
50B 第二孔
51 通孔
53 液体供给路径
54 液体排出路径
55 液体供给源

Claims (20)

1.一种膜厚测定方法，其特征在于，包括如下工序：
对在表面形成有膜的基板照射光，
生成表示来自所述基板的反射光强度与波长的关系的分光波形，
对所述分光波形进行傅里叶变换处理，决定频率成分的强度及对应的膜厚，
决定所述频率成分的强度的多个极大值，
从分别对应于所述多个极大值的多个膜厚中，按照预先设定的选择基准选择1个膜厚，
所述预先设定的选择基准是选择第N大的膜厚，或选择第N小的膜厚，N是预定的自然数，
所述预先设定的选择基准是基于如下结果而预先决定的：该结果是以与所述基板相同的工序来测定具有与所述基板相同的结构的参考基板的膜厚的结果，
决定所述选择基准的工序包含如下工序：
计算所述参考基板的膜厚测定中所决定的多个极大值的变动的大小，
选择与所述变动的大小为最小的极大值对应的膜厚。
2.一种膜厚测定方法，其特征在于，包括如下工序：
对在表面形成有膜的基板照射光，
生成表示来自所述基板的反射光强度与波长的关系的分光波形，
对所述分光波形进行傅里叶变换处理，决定频率成分的强度及对应的膜厚，
决定所述频率成分的强度的多个极大值，
从分别对应于所述多个极大值的多个膜厚中，按照预先设定的选择基准选择1个膜厚，
所述预先设定的选择基准是选择第N大的膜厚，或选择第N小的膜厚，N是预定的自然数，
所述预先设定的选择基准是基于如下结果而预先决定的：该结果是以与所述基板相同的工序来测定具有与所述基板相同的结构的参考基板的膜厚的结果，
决定所述选择基准的工序包含如下工序：
在所述参考基板的膜厚测定中，在每次决定多个极大值时，对这些多个极大值彼此之间进行比较，来决定最大的极大值，
确定与所述最大的极大值对应的膜厚，
选择被确定出最多次的膜厚。
3.根据权利要求1或2所述的膜厚测定方法，其特征在于，
所述多个极大值是通过与阈值的比较而决定的。
4.根据权利要求3所述的膜厚测定方法，其特征在于，
所述阈值是根据过去的膜厚测定结果而决定的值。
5.根据权利要求1所述的膜厚测定方法，其特征在于，
所述参考基板的膜厚测定是在对所述参考基板进行水研磨的同时执行的。
6.一种膜厚测定装置，其特征在于，具备：
投光部，该投光部对表面形成有膜的基板照射光；
受光部，该受光部接受来自所述基板的反射光；
分光器，该分光器测定所述反射光的各波长的强度；及
处理部，该处理部生成表示所述反射光的强度与波长的关系的分光波形，
所述处理部以如下方式构成：
对所述分光波形进行傅里叶变换处理，决定频率成分的强度及对应的膜厚，
决定所述频率成分的强度的多个极大值，
从分别对应于所述多个极大值的多个膜厚中，按照预先设定的选择基准选择1个膜厚，
所述预先设定的选择基准是选择第N大的膜厚，或选择第N小的膜厚，N是预定的自然数，
所述预先设定的选择基准是基于如下结果而预先决定的：该结果是以与所述基板相同的工序来测定具有与所述基板相同的结构的参考基板的膜厚的结果，
所述选择基准通过如下工序决定：
计算所述参考基板的膜厚测定中所决定的多个极大值的变动的大小，
选择与所述变动的大小为最小的极大值对应的膜厚。
7.一种膜厚测定装置，其特征在于，具备：
投光部，该投光部对表面形成有膜的基板照射光；
受光部，该受光部接受来自所述基板的反射光；
分光器，该分光器测定所述反射光的各波长的强度；及
处理部，该处理部生成表示所述反射光的强度与波长的关系的分光波形，
所述处理部以如下方式构成：
对所述分光波形进行傅里叶变换处理，决定频率成分的强度及对应的膜厚，
决定所述频率成分的强度的多个极大值，
从分别对应于所述多个极大值的多个膜厚中，按照预先设定的选择基准选择1个膜厚，
所述预先设定的选择基准是选择第N大的膜厚，或选择第N小的膜厚，N是预定的自然数，
所述预先设定的选择基准是基于如下结果而预先决定的：该结果是以与所述基板相同的工序来测定具有与所述基板相同的结构的参考基板的膜厚的结果，
所述选择基准通过如下工序决定：
在所述参考基板的膜厚测定中，在每次决定多个极大值时，对这些多个极大值彼此之间进行比较，来决定最大的极大值，
确定与所述最大的极大值对应的膜厚，
选择被确定出最多次的膜厚。
8.根据权利要求6或7所述的膜厚测定装置，其特征在于，
所述处理部基于与阈值的比较来决定所述多个极大值。
9.一种研磨方法，其特征在于，具备如下工序：
使安装了具有研磨面的研磨垫的研磨台旋转，同时将表面形成有厚度因位置而不同的膜的基板按压于所述研磨面，
当所述研磨台旋转1周时，对所述基板的多个测定点照射光，
生成表示来自所述基板的反射光的强度与波长的关系的分光波形，
对所述分光波形进行傅里叶变换处理，决定频率成分的强度及对应的膜厚，
决定所述频率成分的强度的多个极大值，
从分别对应于所述多个极大值的多个膜厚中，按照预先设定的选择基准选择1个膜厚，
所述预先设定的选择基准是选择第N大的膜厚，或选择第N小的膜厚，N是预定的自然数。
10.根据权利要求9所述的研磨方法，其特征在于，还包含如下工序：
当选择的所述膜厚达到预先设定的目标值时，结束所述基板的研磨。
11.根据权利要求10所述的研磨方法，其特征在于，
还包含在所述目标值上加上偏差值来算出修正目标值的工序，
当选择的所述膜厚达到所述修正目标值时，结束所述基板的研磨。
12.根据权利要求9所述的研磨方法，其特征在于，
所述多个极大值是基于与阈值的比较而决定的。
13.根据权利要求9所述的研磨方法，其特征在于，
所述预先设定的选择基准是基于如下结果而预先决定的：该结果是以与所述基板相同的工序来测定具有与所述基板相同的结构的参考基板的膜厚的结果，
决定所述选择基准的工序包含如下工序：
计算所述参考基板的膜厚测定中所决定的多个极大值的变动的大小，
选择与所述变动的大小为最小的极大值对应的膜厚。
14.根据权利要求9所述的研磨方法，其特征在于，
所述预先设定的选择基准是基于如下结果而预先决定的：该结果是以与所述基板相同的工序来测定具有与所述基板相同的结构的参考基板的膜厚的结果，
决定所述选择基准的工序包含如下工序：
在所述参考基板的膜厚测定中，在每次决定多个极大值时，对这些多个极大值彼此之间进行比较，来决定最大的极大值，
确定与所述最大的极大值对应的膜厚，
选择被确定出最多次的膜厚。
15.一种研磨装置，其特征在于，具备：
研磨台，该研磨台支承具有研磨面的研磨垫并且能够旋转；
研磨头，该研磨头将表面形成有厚度因位置而不同的膜的基板按压于所述研磨面；
投光部，当所述研磨台旋转一周时，该投光部对所述基板的多个测定点照射光；
受光部，该受光部接受来自所述基板的反射光；
分光器，该分光器测定所述反射光的各波长的强度；
处理部，该处理部生成表示所述反射光的强度与波长的关系的分光波形；及
研磨控制部，该研磨控制部控制所述基板的研磨；
所述处理部以如下方式构成：
对所述分光波形进行傅里叶变换处理，决定频率成分的强度及对应的膜厚，
决定所述频率成分的强度的多个极大值，
从分别对应于所述多个极大值的多个膜厚中，按照预先设定的选择基准选择1个膜厚，
所述预先设定的选择基准是选择第N大的膜厚，或选择第N小的膜厚，N是预定的自然数。
16.根据权利要求15所述的研磨装置，其特征在于，
所述研磨控制部在选择的所述膜厚达到预先设定的目标值时，使所述基板的研磨结束。
17.根据权利要求16所述的研磨装置，其特征在于，
所述研磨控制部在所述目标值上加上偏差值来算出修正目标值，当选择的所述膜厚达到所述修正目标值时，使所述基板的研磨结束。
18.根据权利要求15所述的研磨装置，其特征在于，
所述处理部基于与阈值的比较来决定所述多个极大值。
19.根据权利要求15所述的研磨装置，其特征在于，
所述预先设定的选择基准是基于如下结果而预先决定的：该结果是以与所述基板相同的工序来测定具有与所述基板相同的结构的参考基板的膜厚的结果，
所述选择基准通过如下工序决定：
计算所述参考基板的膜厚测定中所决定的多个极大值的变动的大小，
选择与所述变动的大小为最小的极大值对应的膜厚。
20.根据权利要求15所述的研磨装置，其特征在于，
所述预先设定的选择基准是基于如下结果而预先决定的：该结果是以与所述基板相同的工序来测定具有与所述基板相同的结构的参考基板的膜厚的结果，
所述选择基准通过如下工序决定：
在所述参考基板的膜厚测定中，在每次决定多个极大值时，对这些多个极大值彼此之间进行比较，来决定最大的极大值，
确定与所述最大的极大值对应的膜厚，
选择被确定出最多次的膜厚。
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