CN113664713A - 膜厚测定装置、研磨装置以及膜厚测定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供膜厚测定装置、研磨装置以及膜厚测定方法，即使在膜的膜厚较厚的情况下，也能够抑制来自布线图案的反射光的光量不足。膜厚测定装置(30)应用于对具有包含多个布线图案的膜(202)的基板(200)的膜进行研磨的研磨装置(10)，其中，该膜厚测定装置具备：投光器(43)，该投光器在研磨装置对膜进行研磨期间，投射入射光(L1)；聚光器(44)，该聚光器使从投光器投射的入射光聚集而成为规定的光斑尺寸(D)之后，向膜投射；以及受光器(45)，该受光器接收从膜反射的反射光(L2)，规定的光斑尺寸与构成多个布线图案的各个布线图案的最小宽度相比较小。

Description

膜厚测定装置、研磨装置以及膜厚测定方法
技术领域
本发明涉及膜厚测定装置、研磨装置以及膜厚测定方法。本申请基于在2020年5月14日申请的日本专利申请号第2020-085008号而主张优先权。包含日本专利申请号第2020-085008号的说明书、权利要求书、附图和摘要的全部的公开内容通过参照而作为整体编入本申请。
背景技术
以往，为了使形成于基板的无机绝缘膜平坦化，例如进行化学机械研磨(ChemicalMechanical Polishing；CMP)(例如，参照专利文献1～3)。这样的研磨所使用的研磨装置具备：保持研磨垫并且旋转的研磨台、以及一边保持基板并且将基板的膜向研磨垫按压一边旋转的基板保持部件。而且，在该研磨装置中，研磨台和基板保持部件在浆料的存在下旋转，从而研磨膜。
另外，以往，已知有在研磨装置对膜进行研磨期间，光学性地测定与无机绝缘膜的膜厚相关的数据的膜厚测定装置(例如，参照专利文献1～3)。具体而言，这样的膜厚测定装置在由研磨装置进行的研磨期间朝向无机绝缘膜投射入射光，基于从该无机绝缘膜反射的反射光的强度而测定与膜厚相关的数据。而且，该研磨装置一边通过膜厚测定装置来测定与无机绝缘膜的膜厚相关的数据一边进行研磨，在膜厚成为规定的值时判断为达到研磨终点，结束研磨。
另外，以往，作为形成于基板的膜，公知有包含多个布线图案的膜(例如参照专利文献4)。另外，作为包含这样的布线图案的膜，公知有由有机化合物构成的膜(即，有机绝缘膜)。而且，这样的有机绝缘膜的平坦化也进行CMP(例如参照专利文献5)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-23210号公报
专利文献2：日本特开2001-235311号公报
专利文献3：日本特开平10-229060号公报
专利文献4：日本特开2001-21317号公报
专利文献5：日本专利第6606309号公报
发明要解决的技术问题
然而，有机绝缘膜的膜厚与无机绝缘膜的膜厚进行比较多数情况下较厚。因此，在将无机绝缘膜所使用的现有的膜厚测定技术直接应用于有机绝缘膜的情况下，来自布线图案的反射光的光量有可能不足。在该情况下，有可能很难在研磨期间取得与膜厚相关的数据。
发明内容
本发明是鉴于上述的情况而完成的，目的之一在于，提供如下的技术：即使在膜的膜厚较厚的情况下，也能够抑制来自布线图案的反射光的光量不足。
用于解决技术问题的技术手段
(方式1)
为了实现上述目的，本发明的一个方式的膜厚测定装置应用于对基板的膜进行研磨的研磨装置，所述基板所具有的所述膜包含多个布线图案，其中，所述研磨装置具备研磨台，该研磨台保持研磨垫，所述膜被按压于所述研磨垫，所述膜厚测定装置具备：投光器，该投光器在所述研磨装置对所述膜进行研磨期间，投射入射光；聚光器，该聚光器使从所述投光器投射的所述入射光聚集而成为规定的光斑尺寸之后，向所述膜投射；以及受光器，该受光器接收从所述膜反射的反射光，所述规定的光斑尺寸与作为构成所述多个布线图案的各个所述布线图案的宽度中的最小的值的最小宽度相比较小。
根据该方式，由于入射光的光斑尺寸比布线图案的最小宽度小，因此能够增多投射到布线图案的入射光的光量。由此，即使在膜的膜厚较厚的情况下，也能够抑制来自布线图案的反射光的光量不足。
(方式2)
在上述方式1中，也可以是，所述膜是由有机化合物构成的有机绝缘膜。根据该方式，能够抑制来自有机绝缘膜的布线图案的反射光的光量不足。
(方式3)
在上述方式1或者2中，也可以是，所述投光器、所述聚光器和所述受光器配置于所述研磨台，在所述研磨垫的一部分配置有能够供所述入射光和所述反射光透过的透光部件。根据该方式，能够简化应用了膜厚测定装置的研磨装置的结构。由此，能够实现研磨装置的制造成本的削减。
(方式4)
在上述方式3中，也可以是，所述膜厚测定装置具备筒状的夹具，该夹具将具有所述投光器、所述聚光器和所述受光器的传感器头安装于所述研磨台，所述夹具以使所述入射光和所述反射光通过所述夹具的内部的方式与所述研磨台连接。根据该方式，能够容易地将从传感器头到基板的距离保持恒定。由此，能够容易使从聚光器到基板的距离与焦距一致。
(方式5)
在上述方式1～4中任一方式中，也可以是，所述聚光器由透镜构成。根据该方式，能够通过简单的结构而将入射光聚集。
(方式6)
在上述方式1～5中任一方式中，也可以是，所述入射光具有红外区域的波长，并且是激光。根据该方式，能够增多投射到布线图案的入射光的光量。由此，能够增多来自布线图案的反射光的光量。
(方式7)
在上述方式1～6中任一方式中，也可以是，将所述入射光的所述光斑尺寸设为D、将所述入射光的光斑面积设为S、将所述膜的研磨期间的所述投光器或者所述聚光器的圆周速度设为ω、将作为构成所述多个布线图案的各个所述布线图案的面积中的最小的值的最小面积设为Smin、将所述入射光的曝光时间设为t，在该情况下，将所述入射光的曝光时间t设定为满足以下的公式(1)：
(S+D×ω×t)≤(α×Smin)···(1)，
其中，α为从0＜α≤2的范围中选择的值，D的单位为μm，S的单位为μm2，ω的单位为μm/sec，Smin的单位为μm2，t的单位为sec。
根据该方式，能够将入射光投射到布线图案以外的部分的时间限制在适当的范围内。由此，能够有效地抑制来自布线图案的反射光的光量不足。
(方式8)
为了实现上述目的，本发明的一个方式的膜厚测定装置应用于对基板的膜进行研磨的研磨装置，所述基板所具有的所述膜包含多个布线图案，其中，所述研磨装置具备研磨台，该研磨台保持研磨垫，所述膜被按压于所述研磨垫，所述膜厚测定装置具备：投光器，该投光器在所述研磨装置对所述膜进行研磨期间，投射入射光；聚光器，该聚光器使从所述投光器投射的所述入射光聚集而成为规定的光斑尺寸之后，向所述膜投射；以及受光器，该受光器接收从所述膜反射的反射光，将所述入射光的所述光斑尺寸设为D、将所述入射光的光斑面积设为S、将所述膜的研磨期间的所述投光器或者所述聚光器的圆周速度设为ω、将构成所述多个布线图案的各个所述布线图案的面积中的最小的值即最小面积设为Smin、将所述入射光的曝光时间设为t，在该情况下，将所述入射光的曝光时间t设定为满足以下的公式(1)：
(S+D×ω×t)≤(α×Smin)···(1)，
其中，α为从0＜α≤2的范围中选择的值，D的单位为μm，S的单位为μm2，ω的单位为μm/sec，Smin的单位为μm2，t的单位为sec。
根据该方式，能够将入射光投射到布线图案以外的部分的时间限制在适当的范围内。由此，即使在膜的膜厚较厚的情况下，也能够抑制来自布线图案的反射光的光量不足。
(方式9)
为了实现上述目的，本发明的一个方式的研磨装置对基板的膜进行研磨，所述基板所具有的膜包含多个布线图案，其中，该研磨装置具备上述方式1～8中任一方式的膜厚测定装置。
根据该方式，由于具备上述的膜厚测定装置，因此即使在膜的膜厚较厚的情况下，也能够抑制来自布线图案的反射光的光量不足。
(方式10)
为了实现上述目的，本发明的一个方式的膜厚测定方法是如下的方法，研磨装置对基板的膜进行研磨，所述基板所具有的所述膜包含多个布线图案，在该研磨装置对所述膜进行研磨期间，使用上述方式1～8中任一方式的膜厚测定装置来测定所述膜的膜厚。
根据该方式，即使在膜的膜厚较厚的情况下，也能够抑制来自布线图案的反射光的光量不足。
附图说明
图1是示意性地表示实施方式1的研磨装置的主要的结构的结构图。
图2是图1的A1附近的剖视图。
图3是表示使图2的基板保持部件与研磨台分离的状态的剖视图。
图4是实施方式1的基板的俯视图。
图5是实施方式1的基板的局部剖视图。
图6是用于对实施方式1的膜厚测定装置的传感器头和光源/分光组件的结构进行说明的图。
图7是用于对比较例的研磨装置和膜厚测定装置的结构进行说明的剖视图。
图8是表示在比较例的膜厚测定装置中将入射光投射到膜的情形的图。
图9是表示在实施方式1的膜厚测定装置中将入射光投射到膜的情形的图。
图10A、图10B和图10C是用于对实施方式1的变形例的公式(1)进行说明的说明图。
符号说明
10 研磨装置
11 研磨台
13 基板保持部件
20 研磨控制装置
30 膜厚测定装置
40 传感器组件
41 传感器头
42 夹具
43 投光器
44 聚光器
45 受光器
46 玻璃板
50 光源/分光组件
51 光源
52 分光器
60 数据处理系统
61 第一数据处理装置
62 第二数据处理装置
70 研磨垫
71 研磨面
72 透光部件
200 基板
201 基板芯
202 膜
203 布线图案构造
204 布线图案
L1 入射光
L2 反射光
W1 最小宽度
D 光斑尺寸
S 光斑面积
ω 圆周速度
Smin 最小面积
t 曝光时间
具体实施方式
(实施方式1)
以下，关于本发明的实施方式1的膜厚测定装置30、研磨装置10和膜厚测定方法，一边参照附图一边进行说明。此外，本申请的附图是为了容易理解本实施方式的特征而示意性地图示的，不限于各构成要素的尺寸比例等与实际的情况相同。另外，在本申请的附图中，作为参考用，图示了X-Y-Z的正交坐标。该正交坐标中的、Z方向相当于上方，-Z方向相当于下方(重力作用的方向)。
图1是示意性地表示本实施方式的研磨装置10的主要的结构的结构图。本实施方式的研磨装置10是能够进行化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing；CMP)的研磨装置。具体而言，图1所例示的研磨装置10具备研磨台11、旋转轴12、基板保持部件13、浆料供给喷嘴14、研磨控制装置20、以及膜厚测定装置30。图2是图1的A1附近的剖视图。图3是表示使图2的基板保持部件13与研磨台11分离的状态的剖视图。
如图1、图2和图3所示，研磨台11是构成为保持研磨垫70并且旋转的研磨台。具体而言，本实施方式的研磨台11由圆盘状的部件构成，在其上表面粘贴研磨垫70。研磨垫70的上表面(表面)相当于研磨面71。在研磨期间，向该研磨面71按压后述的基板200的膜202。
研磨垫70的具体的种类没有特别限定，能够使用硬质发泡类型的研磨垫、无纺布类型的研磨垫、绒面革类型的研磨垫等各种研磨垫。根据膜202的种类而适当地设定该研磨垫70。
如图1所示，研磨台11与旋转轴12连接。该旋转轴12由驱动机构(例如马达等)驱动旋转。在旋转轴12中的与研磨台11侧相反的一侧的端部设置有接头12a。该接头12a具备旋转接头和旋转连接器。该研磨台11的旋转动作由后述的研磨控制装置20控制。
如图2和图3所示，在本实施方式的研磨垫70的一部分配置有能够供后述的入射光L1和反射光L2通过的透光部件72。在本实施方式中，透光部件72由窗部件(即，透光窗部件)构成，该窗部件由具有透光性的材料、具体而言为透明的材料(例如透明塑料、透明玻璃等)构成。该透光部件72的位置(研磨垫70中的相对的位置)被设定为，在研磨台11旋转而研磨垫70旋转的情况下，基板200的膜202的至少一部分通过透光部件72上。由后述的传感器头41的聚光器44聚集的入射光L1通过该透光部件72之后，入射到膜202。另外，从膜202反射的反射光L2在通过该透光部件72之后，由传感器头41的受光器45接收。
如图1所示，基板保持部件13在研磨期间配置在研磨台11的研磨面71上。如图2和图3所示，在基板保持部件13的下表面安装有基板200。基板保持部件13构成为，一边保持基板200并且将基板200的膜202向研磨垫70的研磨面71按压一边旋转。此外，该基板保持部件13通常有时被另称为“顶环”、“研磨头”等。
参照图1，浆料供给喷嘴14是对研磨面71供给浆料(具体而言为研磨浆料)的喷嘴。浆料例如是包含氧化硅、氧化铝、氧化铈等磨粒的溶液。该浆料的具体的种类没有特别限定，只要根据膜202的种类而适当地设定即可。此外，浆料的供给也可以不从研磨面71的上部进行，而从下部进行，或者也可以从研磨面71的上部和下部双方进行。例如，在从下部供给浆料的情况下，也可以从研磨台11的下部的旋转中心的附近部位铅垂地延伸的流路(未图示)和与该流路连通的研磨垫70(研磨面71)的开口(未图示)供给浆料。
研磨控制装置20是控制研磨装置10的动作的控制装置。具体而言，本实施方式的研磨控制装置20具备计算机。该计算机具备作为处理器的CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)20a、存储装置20b等。存储装置20b由ROM(Read Only Memory：只读存储器)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)等存储介质构成。在研磨控制装置20中，作为处理器的CPU20a基于存储于存储装置20b的程序，而控制研磨台11的旋转动作、从浆料供给喷嘴14供给浆料的供给动作等，由此控制研磨装置10的动作。
在以上说明的研磨装置10中，通过研磨台11和基板保持部件13分别在浆料的存在下旋转，而将基板200的膜202研磨成所希望的平坦面。
接着，对基板200的结构进行说明。图4是基板200的俯视图。具体而言，图4示意性地图示从下方侧视觉确认基板200的状态。此外，在图4中，省略后述的膜202的图示。另外，在图4中，还图示图4的A2部分的放大图。图5是基板200的局部剖视图。具体而言，图5示意性地图示针对基板200的一部分利用包含基板200的法线的面进行切断的截面。
如图4所示，作为一例，本实施方式的基板200是方形基板。但是，基板200不限于这样的方形基板，也可以是具有方形以外的外观形状(例如，圆形等)的基板。
如图5所示，本实施方式的基板200具有基板芯201、以及配置于该基板芯201的表面的膜202。在该膜202的内部包含布线图案构造203。此外，本实施方式的基板200具体而言为印刷基板。
基板芯201的材质没有特别限定，但在本实施方式中，作为一例，使用玻璃系材料。膜202的材质没有特别限定，能够使用无机化合物、有机化合物等。在本实施方式中，作为膜202的材质的一例，使用有机化合物。即，本实施方式的膜202是有机绝缘膜。该有机化合物的材质的种类没有特别限定，但在本实施方式中，作为一例，使用树脂，作为该树脂的一例，使用聚酰亚胺。
如图4所示，在基板芯201的表面配置有多个布线图案构造203。如图5所示，膜202被配置为覆盖该多个布线图案构造203的表面。各个布线图案构造203具有多个布线图案204。布线图案204的材质只要具有导电性即可，其具体的种类没有特别限定，但在本实施方式中，作为一例，使用铜。
在图4的A2部分的放大图和图5中，提取并例示从多个布线图案204中选择的三个布线图案204。该三个布线图案204分别具有宽度W1、宽度W2、宽度W3。另外，各个布线图案204将X方向设为短边方向，将Y方向设为长边方向。三个布线图案204的宽度中的、宽度W1为最小的值。另外，在本实施方式中，该宽度W1是基板200的膜202所包含的全部的布线图案204中的最小的值。
即，在本实施方式中，宽度W1相当于构成多个布线图案204的各个布线图案204的宽度中的最小的值即“最小宽度”。此外，“布线图案的宽度”是指布线图案的面方向(X-Y平面内的方向)的长度并且是短边方向的长度。
在研磨前(CMP的执行前)的状态下，布线图案204埋没在膜202的内部。本实施方式的研磨装置10通过对基板200的膜202进行研磨，而将膜202平坦化。在该膜202的研磨中，研磨装置10将基板200的膜厚成为预先设定的规定值的时刻设为研磨的终点(即，“研磨终点”)。该研磨终点的具体的值没有特别限定，例如，也可以将布线图案204在膜202的表面露出的膜厚以下的值设为研磨终点，也可以将与布线图案204在膜202的表面露出的膜厚相比较大的值(即，布线图案204不在膜202的表面露出的范围内的值)设为研磨终点。
接着，对膜厚测定装置30进行说明。再次参照图1，本实施方式的膜厚测定装置30是光学性地测定与基板200的膜202的膜厚相关的数据的光学式的膜厚测定装置。另外，本实施方式的膜厚测定装置30在由研磨装置10进行的研磨期间，测定与膜厚相关的数据。
具体而言，如图1所示，本实施方式的膜厚测定装置30具备传感器组件40、光源/分光组件50、以及数据处理系统60。光源/分光组件50与数据处理系统60与研磨控制装置20经由布线15电连接。在本实施方式中，传感器组件40和光源/分光组件50配置于研磨台11。传感器组件40和光源/分光组件50在研磨台11旋转时，与研磨台11一同旋转。
如图2和图3所示，传感器组件40具备传感器头41和筒状的夹具42。
夹具42是用于将传感器头41安装于研磨台11的夹具。该夹具42以使入射光L1和反射光L2通过该夹具42的内部的方式与研磨台11连接。具体而言，作为一例，本实施方式的夹具42被嵌入设置于研磨台11的筒状的孔。另外，本实施方式的夹具42的上端面与在透光部件72的下表面配置的玻璃板46的下表面连接。入射光L1和反射光L2通过夹具42的内部(筒的内部)。
具体而言，本实施方式的玻璃板46由板部件构成，该板部件由透过光的玻璃构成，该玻璃板46与透光部件72的下表面连接。本实施方式的夹具42的上端面(筒状的夹具42的开口的上端面)与该玻璃板46的下表面连接。通过该玻璃板46而有效地抑制例如浆料等异物进入夹具42的内部(筒的内部)。此外，优选夹具42与玻璃板46的下表面紧密接触，以使得在夹具42与玻璃板46之间不形成间隙。
此外，上述的图2和图3是夹具42向研磨台11的安装方式的一例，夹具42向研磨台11的安装方式不限于图2和图3所例示的方式。
图6是用于对膜厚测定装置30的传感器头41和光源/分光组件50的结构进行说明的图。传感器头41具备投光器43、聚光器44、以及受光器45。光源/分光组件50具备光源51和分光器52。
投光器43、聚光器44以及受光器45收纳在传感器头41的内部。投光器43是在研磨装置10对膜202进行研磨期间，朝向规定的方向投射入射光L1的设备。具体而言，本实施方式的投光器43朝向膜202的方向投射入射光L1。另外，投光器43由光纤构成。该光纤的一端(与膜202侧相反的一侧的端部)与光源51连接。从光源51发出的光通过该光纤而作为入射光L1投射。此外，在本实施方式中，投光器43与聚光器44独立，但不限于该结构。投光器43与聚光器44也可以为一体。
光源51的种类没有特别限定，能够使用卤素灯、激光发光装置等。在本实施方式中，作为光源51的一例，使用激光发光装置。另外，在本实施方式中，光源51发出的光为红外区域的波长(具体而言，比780nm长的波长)。即，本实施方式的入射光L1是具有红外区域的波长的激光。
聚光器44是使从投光器43投射的入射光L1成为规定的光斑尺寸D(μm)之后，向膜202投射的设备。该规定的光斑尺寸D是与构成多个布线图案204的各个布线图案204的宽度中的最小的值即“最小宽度(在本实施方式中，为W1(μm))”相比较小的值。此外，在本实施方式中，光斑尺寸D是指入射光L1的聚光光斑的外径尺寸。作为一例，本实施方式的光斑尺寸D被设定为30μm以下的值(在该情况下，最小宽度W1比30μm大)。
只要具有上述的功能，聚光器44的具体的结构就没有特别限定，作为一例，本实施方式的聚光器44由透镜(即，聚光透镜)构成。
具体而言，本实施方式的聚光器44由一个透镜构成。作为该聚光器44的透镜配置在投光器43与膜202之间，使从投光器43投射的入射光L1聚集而成为规定的光斑尺寸D之后，向膜202投射。
更具体而言，该透镜的焦距被设定为，使由透镜聚集的入射光L1的焦点位于膜202的表面(即，研磨垫70的研磨面71)。另外，根据本实施方式，通过上述的夹具42来进行从透镜到基板200的膜202的距离的调整。具体而言，通过夹具42来调整从透镜到膜202的距离，以使由透镜聚集的入射光L1的焦点位于膜202的表面。而且，该透镜被设定为，由透镜聚集的入射光L1的光斑尺寸(D；即，最小光斑直径)比布线图案204的最小宽度W1小。此外，在图6、后述的图9中，省略上述的玻璃板46和透光部件72的图示，但实际上，由透镜聚集的入射光L1通过玻璃板46和透光部件72之后，入射到膜202。
此外，在本实施方式中，聚光器44由一个透镜构成，但不限于该结构。聚光器44也可以由多个透镜的组合构成。或者，聚光器44也可以由透镜以外的部件构成。若列举聚光器44的透镜以外的结构的一例，则列举抛物面镜。该抛物面镜使从投光器43投射的入射光L1聚集而成为规定的光斑尺寸D之后，向膜202投射。
受光器45是接收从膜202反射的反射光L2的设备。具体而言，本实施方式的受光器45由光纤构成。该光纤的一端(与膜202侧相反的一侧的端部)与分光器52连接。
分光器52是对反射光L2进行分光，而将分光后的波长的光的强度转换为数字信号的设备。该分光器52的结构本身与在现有技术文献中公开的公知的膜厚测定装置所使用的分光器相同，因此省略分光器52的详细的说明。
由分光器52转换后的数字信号经由布线15而向数据处理系统60(图1)传送。数据处理系统60是基于由受光器45接收到的反射光L2的强度来测定与膜202的膜厚相关的数据的系统。具体而言，由受光器45接收到的反射光L2的强度与膜厚具有相关关系。因此，数据处理系统60基于由该受光器45接收到的反射光L2的强度来测定与膜202的膜厚相关的数据。此外，在本实施方式中，该“与膜厚相关的数据”只要是与膜厚(μm)具有相关关系的数据即可，例如也可以是膜厚本身、或者也可以是与膜厚具有相关性的指标(例如，膜厚的变化量等)。
具体而言，如图1所示，本实施方式的数据处理系统60具备第一数据处理装置61和第二数据处理装置62。
第一数据处理装置61具备计算机，该计算机具备作为处理器的CPU61a、存储装置61b等。存储装置61b由ROM、RAM等存储介质构成。第一数据处理装置61通过使CPU61a基于存储于存储装置61b的程序而进行工作，由此执行基于从分光器52发送的数据而将反射强度指数化的数据处理。
由第一数据处理装置61处理后的数据被发送给第二数据处理装置62。第二数据处理装置62具备计算机，该计算机具备作为处理器的CPU62a、存储装置62b等。存储装置62b由ROM、RAM等存储介质构成。第二数据处理装置62通过使CPU62a基于存储于存储装置62b的程序而进行工作，由此执行指数化了的数据的时间波形的噪声除去处理，并且对执行了该噪声除去处理后的波形进行解析而检测反射强度、特征点(微分值的极大值/极小值、阈值等特征点)。该检测出的值(检测值)与膜厚具有相关关系。因此，第二数据处理装置62基于该检测值而计算并取得与膜厚相关的数据。像以上那样，本实施方式的数据处理系统60测定与膜厚相关的数据。
另外，本实施方式的第二数据处理装置62基于像上述那样测定出的数据而判定膜厚到达预先设定的研磨终点(即，测定研磨的研磨终点)。第二数据处理装置62在判定出膜厚到达研磨终点的内容的情况下，将到达研磨终点的内容的信号(研磨终点信号)发送给研磨控制装置20。接收到该研磨终点信号的研磨控制装置20通过使研磨装置10的驱动机构(例如马达)停止，而结束研磨装置10进行的研磨。
此外，上述的数据处理系统60进行的数据处理的算法(即，用于基于反射光的强度来测定与膜厚相关的数据的数据处理算法)与上述的专利文献1、专利文献2所公开的公知的膜厚测定装置所使用的数据处理装置相同，能够应用这些技术。因此，省略该数据处理的更详细的说明。
这里，在研磨期间，基板200相对于投光器43相对地移动，因此，假设在基于膜厚测定装置30的入射光L1的曝光时间过长的情况下，入射光L1投射到布线图案204以外的部分的时间过长，其结果为，有可能很难接收来自布线图案204的反射光L2。因此，优选基于膜厚测定装置30的入射光L1的曝光时间设定为规定时间以下。作为该曝光时间的规定时间，例如只要使用在曝光时间比该时间长的情况下认为很难接收反射光L2的时间即可，其具体的值只要预先进行实验、模拟等而适当地设定即可。
在本实施方式中，作为该曝光时间的一例，使用0.1(msec：毫秒)以下的时间(即，从比0.0(msec)大且为0.1(msec)以下的范围中选择的时间)。其中，该时间仅仅是一例，不限于此。
此外，本实施方式的膜厚测定方法是使用上述的膜厚测定装置30来测定膜202的膜厚的方法，通过上述的膜厚测定装置30而实现。即，本实施方式的膜厚测定方法包含如下工序：在研磨装置10进行研磨期间，投光器43投射入射光L1；聚光器44使入射光L1聚集而成为规定的光斑尺寸D之后，向膜202投射；以及受光器45接收从膜202反射的反射光L2。而且，规定的光斑尺寸D被设定得与构成多个布线图案204的各个布线图案204的宽度中的最小的值即最小宽度W1相比较小。
接着，关于本实施方式的作用效果，一边与比较例进行比较一边进行说明。图7是用于对比较例的研磨装置100和膜厚测定装置300的结构进行说明的剖视图。比较例的研磨装置100主要在不具备透光部件72的方面、不具备流路部件110的方面、取代膜厚测定装置30而具备膜厚测定装置300的方面与本实施方式的研磨装置10不同。
在流路部件110形成有流路111。例如水这样的具有透光性的液体FL通过该流路111。具体而言，流路111构成为，液体从下方侧朝向上方侧流动之后，沿着基板200的膜202的表面流动，接下来从上方侧朝向下方侧流动。比较例的膜厚测定装置300主要在不具备聚光器44的方面、在流路部件110的内部配置有投光器43和受光器45的方面与本实施方式的膜厚测定装置30不同。
根据比较例的膜厚测定装置300，从投光器43朝向膜202投射入射光L1，受光器45接收从膜202反射的反射光L2。而且，比较例的膜厚测定装置300的数据处理系统基于由该受光器45接收到的反射光L2的强度而取得与膜厚相关的数据。
图8是表示在比较例的膜厚测定装置300中，将入射光L1投射到膜202的情形的图。如图8所示，在比较例的膜厚测定装置300的情况下，不具备聚光器44，因此从投光器43投射的入射光L1不聚集地投射到膜202。在该情况下，入射光L1不仅投射到膜202中的布线图案204，还投射到膜202中的布线图案204以外的部分。因此，在比较例中，朝向膜202投射的入射光L1中的、投射到布线图案204的光量不能说足够多。在这样的比较例的情况下，来自布线图案204的反射光L2的光量有可能不足。
特别是，在作为膜202，使用由有机化合物构成的膜(有机绝缘膜)的情况下，与使用由无机化合物构成的膜(无机绝缘膜)的情况进行比较，多数情况下膜202的膜厚较厚。另外，多数情况下膜202的透光率也较低。因此，在比较例的膜厚测定装置300的情况下，在作为膜202而使用有机绝缘膜的情况下，来自布线图案204的反射光L2的光量不足的可能性特别高。而且，在来自布线图案204的反射光L2的光量不足的情况下，有可能很难测定与膜厚相关的数据。
图9是表示在本实施方式的膜厚测定装置30中，将入射光L1投射到膜202的情形的图。相对于上述的比较例，根据本实施方式，通过聚光器44而使入射光L1的光斑尺寸D比布线图案204的最小宽度W1小，因此能够增多投射到布线图案204的入射光L1的光量。其结果为，能够增多来自布线图案204的反射光L2的光量。因此，根据本实施方式，即使在膜202的膜厚较厚的情况下，也能够抑制反射光L2的光量不足。
这样，根据本实施方式，在像有机绝缘膜那样膜202的膜厚较厚的情况下，也能够抑制反射光L2的光量不足，在研磨装置10进行研磨期间，能够测定与膜厚相关的数据。
由此，根据本实施方式，即使在像有机绝缘膜那样膜202的膜厚较厚的情况下(另外，在膜202的透光率较低的情况下)，也能够在研磨期间测定研磨终点，能够可靠地进行膜202的研磨。
另外，根据本实施方式，像图2和图3中说明的那样，成为如下的结构：在研磨垫70配置有透光部件72，经由该透光部件72而将入射光L1投射到膜202，并且经由透光部件72而由受光器45接收反射光L2，因此不用具备比较例这样的流路部件110，就能够测定膜厚。由此，与像比较例那样具备流路部件110的情况进行比较，能够将研磨装置10的结构简化。其结果为，能够实现研磨装置10的制造成本的削减。
另外，根据本实施方式，像图2和图3中说明的那样，具备将传感器头41安装于研磨台11的筒状的夹具42，因此能够容易地将从传感器头41到基板200的距离保持恒定。由此，能够容易使从聚光器44到基板200的距离与焦距一致。
另外，根据本实施方式，作为聚光器44使用透镜，因此能够通过简单的结构而将入射光L1聚集。
另外，根据本实施方式，入射光L1具有红外区域的波长，并且是激光，因此例如与入射光L1为白色光的情况进行比较，能够增多投射到布线图案204的入射光L1的光量。其结果为，能够增多来自布线图案204的反射光L2的光量。由此，能够在研磨期间有效地测定与膜厚相关的数据。
(实施方式1的变形例)
在上述的实施方式1中，作为入射光L1的曝光时间，使用常数，但不限于该结构。认为曝光时间的适当的值能够根据入射光L1的光斑尺寸、入射光L1的光斑面积、膜202的研磨期间的投光器43或者聚光器44的圆周速度、以及布线图案的面积这样的参数而采取不同的值。因此，在本变形例中，基于这些参数来设定曝光时间。具体而言，如下所述。
即，在将入射光L1的光斑尺寸设为D(μm)、将入射光L1的光斑面积设为S(μm2)、将膜202的研磨期间的投光器43或者聚光器44的圆周速度设为ω(μm/sec)、将构成多个布线图案204的各个布线图案204的面积中的最小的值即“最小面积”设为Smin(μm2)、将入射光L1的曝光时间设为t(sec)的情况下，将本变形例的入射光L1的曝光时间(t)设定为满足以下的公式(1)。
(S+D×ω×t)≤(α×Smin)···(1)
(在上述公式(1)中，α(系数)为从0＜α≤2的范围中选择的值)
此外，参照图4，例如在各个布线图案204的长边方向的长度相同的情况下，最小面积Smin相当于具有最小宽度的布线图案204的面积。假设在各个布线图案204的长边方向的长度不同的情况下，最小面积Smin未必相当于具有最小宽度的布线图案204的面积。
上述公式(1)是基于以下的观点而导出的。图10A～图10C是用于对本变形例的公式(1)进行说明的说明图。首先，如图10A所示，假定具有光斑尺寸D(μm)和光斑面积S(μm2)的入射光L1以速度V(μm/sec)在直线方向上在时间ts(sec)的期间内移动的情况。在该情况下，该入射光L1的轨迹的面积由“S+D×V×ts”表示。
如图10B所示，在研磨期间，入射光L1的光斑面积S相对于基板200呈圆弧状相对地移动。这里，将研磨中的入射光L1的轨迹的面积定义为入射光轨迹面积Sp(μm2)。该入射光轨迹面积Sp相当于在研磨期间能够实际测定膜厚的区域(即，“膜厚的实测区域”)。
图10C是提取入射光轨迹面积Sp中的、除了位于周向两端部的圆弧状的部分之外的区域而得的。这里，光斑尺寸D比布线图案204的宽度小，因此能够将图10C中图示的区域视为长方形。其结果为，图10C中图示的区域的面积能够视为与图10A所示的“D×V×ts”的面积大致相同。
因此，将图10C所示的面积视为与图10A所示的“D×V×ts”的面积相同，并且将该“V”置换为“ω(圆周速度)”。这样，图10C所示的面积由“D×ω×ts”表示。另外，在该公式中，时间ts相当于膜厚的测定时的入射光L1的曝光时间t，因此将该时间ts设为曝光时间t。
这样，可知图10B所示的入射光轨迹面积Sp、即膜厚的实测区域由“S+D×ω×t”表示。即，入射光轨迹面积Sp(膜厚的实测区域)由在入射光L1的光斑尺寸D与投光器43或者聚光器44的圆周速度ω与入射光L1的曝光时间t的乘积值上加上入射光L1的光斑面积S而得的值表示。此外，认为“投光器43的圆周速度”与“聚光器44的圆周速度”为相同的值，因此作为公式(1)的圆周速度ω，也可以使用投光器43的圆周速度，也可以使用聚光器44的圆周速度。
上述的公式(1)规定这样计算的入射光轨迹面积Sp为布线图案204的最小面积Smin的α倍(α为从0＜α≤2的范围中选择的值)以下的值。根据以上的观点，导出公式(1)。
此外，该公式(1)中使用的α的值是设定为1附近的值的系数。考虑公式(1)中使用的各种参数的误差等，该α的值只要适当地设定从0＜α≤2的范围中选择的值、即从0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9和2.0中选择的一个值即可。此外，α的上限值更优选为1.5以下。即，α更优选为从0＜α≤1.5的范围中选择的值。
在上述的公式(1)中，S、D、ω、Smin和α在设定曝光时间之前的阶段，预先取得。而且，基于公式(1)而求出满足该公式(1)的t，将该t设定为曝光时间。像以上那样，设定本变形例的曝光时间。
根据以上说明的本变形例，基于公式(1)来设定曝光时间，因此能够极力降低入射光L1投射到布线图案204以外的部分的时间。由此，即使在膜202的膜厚较厚的情况下，也能够有效地抑制来自布线图案204的反射光L2的光量不足。
(实施方式2)
接着，对本发明的实施方式2的膜厚测定装置30、研磨装置10和膜厚测定方法进行说明。此外，对与实施方式1相同的部件标注相同的符号，省略说明。关于本实施方式的膜厚测定装置30和具备该膜厚测定装置30的研磨装置10，在上述的实施方式1的变形例的膜厚测定装置30中不包含“入射光L1的光斑尺寸D比布线图案204的最小宽度W1小”这样的结构的方面上不同。其他的结构与实施方式1的变形例相同。
即，本实施方式的膜厚测定装置30是在实施方式1的膜厚测定装置30中，取代“入射光L1的光斑尺寸D比布线图案204的最小宽度W1小”这样的结构，而包含“设定为入射光L1的曝光时间满足上述的公式(1)”这样的结构的膜厚测定装置30。此外，本实施方式的膜厚测定方法是在本实施方式的研磨装置10对膜202进行研磨期间，使用本实施方式的膜厚测定装置30来测定膜202的膜厚的方法。
根据本实施方式，与上述的实施方式1的变形例同样，能够极力降低将入射光L1投射到布线图案204以外的部分的时间。由此，即使在膜202的膜厚较厚的情况下，也能够抑制来自布线图案204的反射光L2的光量不足。
此外，在对实施方式1的变形例与本实施方式进行比较的情况下，在实施方式1的变形例还包含“入射光L1的光斑尺寸D比布线图案204的最小宽度W1小”这样的结构的方面，能够进一步抑制来自布线图案204的反射光L2的光量不足。
以上，对本发明的实施方式进行了详述，但本发明不限于该特定的实施方式，能够在发明所要保护的本发明的主旨的范围内，进行各种变形、变更。

Claims (10)

1.一种膜厚测定装置，应用于对基板的膜进行研磨的研磨装置，所述基板所具有的所述膜包含多个布线图案，其特征在于，
所述研磨装置具备研磨台，该研磨台保持研磨垫，所述膜被按压于所述研磨垫，
所述膜厚测定装置具备：
投光器，该投光器在所述研磨装置对所述膜进行研磨期间，投射入射光；
聚光器，该聚光器使从所述投光器投射的所述入射光聚集而成为规定的光斑尺寸之后，向所述膜投射；以及
受光器，该受光器接收从所述膜反射的反射光，
所述规定的光斑尺寸与作为构成所述多个布线图案的各个所述布线图案的宽度中的最小值的最小宽度相比较小。
2.根据权利要求1所述的膜厚测定装置，其特征在于，
所述膜是由有机化合物构成的有机绝缘膜。
3.根据权利要求1所述的膜厚测定装置，其特征在于，
所述投光器、所述聚光器和所述受光器配置于所述研磨台，
在所述研磨垫的一部分配置有能够供所述入射光和所述反射光透过的透光部件。
4.根据权利要求3所述的膜厚测定装置，其特征在于，
具备筒状的夹具，该夹具将具有所述投光器、所述聚光器和所述受光器的传感器头安装于所述研磨台，
所述夹具以使所述入射光和所述反射光通过所述夹具的内部的方式与所述研磨台连接。
5.根据权利要求1所述的膜厚测定装置，其特征在于，
所述聚光器由透镜构成。
6.根据权利要求1所述的膜厚测定装置，其特征在于，
所述入射光具有红外区域的波长，并且是激光。
7.根据权利要求1所述的膜厚测定装置，其特征在于，
将所述入射光的所述光斑尺寸设为D、将所述入射光的光斑面积设为S、将所述膜的研磨期间的所述投光器或者所述聚光器的圆周速度设为ω、将作为构成所述多个布线图案的各个所述布线图案的面积中的最小值的最小面积设为Smin、将所述入射光的曝光时间设为t，在该情况下，将所述入射光的曝光时间t设定为满足以下的公式(1)：
(S+D×ω×t)≤(α×Smin)···(1)，
其中，α为从0＜α≤2的范围中选择的值，D的单位为μm，S的单位为μm2，ω的单位为μm/sec，Smin的单位为μm2，t的单位为sec。
8.一种膜厚测定装置，应用于对基板的膜进行研磨的研磨装置，所述基板所具有的所述膜包含多个布线图案，其特征在于，
所述研磨装置具备研磨台，该研磨台保持研磨垫，所述膜被按压于所述研磨垫，
所述膜厚测定装置具备：
投光器，该投光器在所述研磨装置对所述膜进行研磨期间，投射入射光；
聚光器，该聚光器使从所述投光器投射的所述入射光聚集而成为规定的光斑尺寸之后，向所述膜投射；以及
受光器，该受光器接收从所述膜反射的反射光，
将所述入射光的所述光斑尺寸设为D、将所述入射光的光斑面积设为S、将所述膜的研磨期间的所述投光器或者所述聚光器的圆周速度设为ω、将作为构成所述多个布线图案的各个所述布线图案的面积中的最小值的最小面积设为Smin、将所述入射光的曝光时间设为t，在该情况下，将所述入射光的曝光时间t设定为满足以下的公式(1)：
(S+D×ω×t)≤(α×Smin)···(1)，
其中，α为从0＜α≤2的范围中选择的值，D的单位为μm，S的单位为μm2，ω的单位为μm/sec，Smin的单位为μm2，t的单位为sec。
9.一种研磨装置，对基板的膜进行研磨，所述基板所具有的所述膜包含多个布线图案，其特征在于，
具备权利要求1所述的膜厚测定装置。
10.一种膜厚测定方法，其特征在于，
研磨装置对基板的膜进行研磨，所述基板所具有的所述膜包含多个布线图案，在该研磨装置对所述膜进行研磨期间，使用权利要求1所述的膜厚测定装置来测定所述膜的膜厚。
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