CN114746214A - 研磨装置及研磨方法 - Google Patents

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松尾尚典
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Abstract

本发明关于一种在研磨垫上研磨形成有图案的晶片等工件的研磨装置及研磨方法，特别关于检测间距等的图案的几何要素的研磨装置及研磨方法。研磨装置具备：研磨台(3)，该研磨台支承研磨垫(2)；研磨头(1)，该研磨头将形成有图案的工件(W)按压于所述研磨垫(2)，从而研磨该工件的表面(W)；摄像装置(20)，该摄像装置配置于所述研磨台(3)中，并生成至少包含所述工件(W)的所述图案的图像；及图像解析系统(30)，该图像解析系统基于所述图像决定所述工件(W)的所述图案的几何要素。

Description

研磨装置及研磨方法
技术领域
本发明关于一种在研磨垫上研磨形成有图案的晶片等工件的研磨装置及研磨方法，特别是关于检测间距等的图案的几何要素的研磨装置及研磨方法。
此外，本发明关于一种在研磨垫上研磨形成有图案的晶片等工件的研磨装置及研磨方法，特别是关于决定工件的研磨终点的技术。
背景技术
一般而言，晶片的研磨使用化学机械研磨装置(CMP装置)来进行。该CMP装置是构成为在贴合于研磨台上的研磨垫上供给浆液，并通过使晶片滑动接触于研磨垫来研磨晶片的表面。一般而言，以CMP装置研磨的晶片具有构成配线构造的图案。在晶片研磨中，将形成有图案的晶片面按压于研磨垫，且研磨构成晶片面的膜(绝缘膜、金属膜等)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2004-517476号公报
发明要解决的问题
晶片的研磨条件会根据间距等的图案的几何要素而改变。例如，在图案间距小(图案密度高)的区域应增加对晶片的研磨荷重，在图案间距大(图案密度低)的区域应减少对晶片的研磨荷重。然而，因图案的几何要素不明，所以研磨条件无法那样基于图案而最佳化。
作为在晶片研磨中监视晶片面的技术，举例有光学式的研磨监视系统。该系统将光照射至晶片面，并基于来自晶片面的反射光的光谱来推定在测量部位的膜厚，或是检测晶片的研磨终点。然而，因晶片上形成有复杂且细微的图案，所以会由于图案发生光的干涉等，而造成正确推断膜厚困难。
此外，在金属镶嵌法等的配线形成工序中，将构成晶片面的剩余膜的除去完成且图案明确显示的时间点作为研磨终点。因此，期望直接观察图案的显现，来检测研磨终点。而在直接观察图案显现时，一般而言需要可超高倍率观察的显微系统，但因为这种系统由复杂且精密的光学系统构成，所以将那样的显微系统组装于需要在动态环境下观察的CMP装置中并不实际。
发明内容
因此，本发明提供一种可取得形成于晶片等工件的图案间距等的几何要素的研磨装置及研磨方法。
此外，本发明提供一种可直接监视晶片等工件的图案显现，并检测正确研磨终点的研磨装置及研磨方法，不必使用高倍率且精致的显微系统。
[解决问题的手段]
在一个方式中，提供一种研磨装置，具备：研磨台，该研磨台支承研磨垫；研磨头，该研磨头将形成有图案的工件按压于所述研磨垫，从而研磨该工件的表面；摄像装置，该摄像装置配置于所述研磨台中，并生成至少包含所述工件的所述图案的图像；及图像解析系统，该图像解析系统基于所述图像决定所述工件的所述图案的几何要素。
在一个方式中，所述研磨装置进一步具备图案放大装置，该图案放大装置视觉性放大所述工件的所述图案。
在一个方式中，所述图案放大装置是格栅，该格栅形成有具有预定形状及尺寸的参考图案，所述图像解析系统构成为，基于起因于所述工件的所述图案与所述参考图案重叠而呈现于所述图像的波纹图样，来决定所述工件的所述图案的几何要素。
在一个方式中，所述图像解析系统构成为，测量呈现于所述图像上的所述波纹图样的线宽，根据所述波纹图样的线宽与所述参考图案的几何要素，计算所述工件的所述图案的间距。
在一个方式中，所述图像解析系统构成为：从所述摄像装置取得图像，将所述图像上的波纹图样与多个参考图像上的参考波纹图样进行比较，决定具有与所述图像上的波纹图样最为一致的参考波纹图样的参考图像，决定与决定出的所述参考图像相关连的图案的几何要素。
在一个方式中，所述研磨装置进一步具备：第一棱镜及第二棱镜，该第一棱镜及第二棱镜配置于所述研磨台中；及光源，该光源朝向所述第一棱镜而配置；所述摄像装置朝向所述第二棱镜而配置，所述第一棱镜配置为，将从所述光源发出的光分解成通过所述格栅而朝向所述工件的第一光和被所述格栅反射的第二光，所述第二棱镜配置为，使被所述工件反射的所述第一光与被所述格栅反射的所述第二光重叠，并使重叠后的所述第一光及所述第二光入射至所述摄像装置。
在一个方式中，所述研磨装置进一步具备分束器及光源，该分束器及光源配置于所述研磨台中，所述光源及所述格栅相对于所述分束器对称地配置，所述摄像装置朝向所述分束器而配置，所述分束器配置为，使从所述光源发出的光分解成被所述分束器反射的第一光和通过所述分束器的第二光，所述第一光入射于所述工件，所述第二光入射于所述格栅。
在一个方式中，所述参考图案是同心圆状图案或放射状图案。
在一个方式中，提供一种研磨方法，使研磨台与研磨垫一起旋转，将形成有图案的工件按压于所述研磨垫，从而研磨该工件的表面，通过配置于所述研磨台中的摄像装置，生成至少包含所述工件的所述图案的图像，基于所述图像决定所述工件的所述图案的几何要素。
在一个方式中，在所述研磨台中配置有图案放大装置，该图案放大装置视觉性放大所述工件的所述图案。
在一个方式中，所述图案放大装置是格栅，该格栅形成有具有预定形状及尺寸的参考图案，基于所述图像决定所述工件的所述图案的几何要素的工序是如下工序：基于起因于所述工件的所述图案与所述参考图案重叠而呈现于所述图像上的波纹图样，来决定所述工件的所述图案的几何要素。
在一个方式中，基于所述图像决定所述工件的所述图案的几何要素的工序是如下工序：测量呈现于所述图像上的所述波纹图样的线宽，根据所述波纹图样的线宽与所述参考图案的几何要素计算所述工件的所述图案间距。
在一个方式中，基于所述图像决定所述工件的所述图案的几何要素的工序是如下工序：从所述摄像装置取得图像，将所述图像上的波纹图样与多个参考图像上的参考波纹图样进行比较，决定具有与所述图像上的波纹图样最为一致的参考波纹图样的参考图像，决定与决定出的所述参考图像相关连的图案的几何要素。
在一个方式中，所述参考图案是同心圆状图案或放射状图案。
在一个方式中，提供一种研磨装置，其具备：研磨台，该研磨台支承研磨垫；研磨头，该研磨头将形成有图案的工件按压于所述研磨垫，从而研磨该工件的表面；格栅，该格栅配置于所述研磨台中，并形成有参考图案；摄像装置，该摄像装置配置于所述研磨台中，并生成包含所述工件的所述图案及所述参考图案的图像；及图像解析系统，该图像解析系统基于起因于所述工件的所述图案与所述参考图案重叠而呈现于所述图像的波纹图样，来决定所述工件的研磨终点。
在一个方式中，所述图像解析系统构成为，基于所述图像上的所述波纹图样的鲜明度，来决定所述工件的研磨终点。
在一个方式中，所述图像解析系统构成为决定所述工件的研磨终点，该研磨终点是所述波纹图样的鲜明度不变化的时间点。
在一个方式中，所述图像解析系统构成为，计算表示所述波纹图样的鲜明度的指标数值，并计算所述指标数值的变化率，检测所述变化率比第一阈值大的时间点，然后决定研磨终点，该研磨终点是所述变化率比第二阈值小的时间点。
在一个方式中，所述指标数值是以调制转换函数表示的数值。
在一个方式中，提供一种研磨方法，使形成有参考图案的格栅及研磨台与研磨垫一起旋转，将形成有图案的工件按压于所述研磨垫，从而研磨该工件的表面，通过配置于所述研磨台中的摄像装置生成彼此叠加的所述工件的所述图案与所述参考图案的图像，基于呈现于所述图像的波纹图样决定所述工件的研磨终点。
在一个方式中，基于呈现于所述图像的波纹图样决定所述工件的研磨终点的工序是如下工序：基于所述图像上的所述波纹图样的鲜明度来决定所述工件的研磨终点。
在一个方式中，基于所述图像上的所述波纹图样的鲜明度来决定所述工件的研磨终点的工序是如下工序：决定所述工件的研磨终点，该研磨终点是所述波纹图样的鲜明度不变化的时间点。
在一个方式中，研磨终点是所述波纹图样的鲜明度不变化的时间点，决定所述工件的该研磨终点的工序是如下工序：计算表示所述波纹图样的鲜明度的指标数值，并计算所述指标数值的变化率，检测所述变化率比第一阈值大的时间点，然后决定研磨终点，该研磨终点是所述变化率比第二阈值小的时间点。
在一个方式中，所述指标数值是以调制转换函数表示的数值。
[发明的效果]
采用本发明时，可基于工件的图案的图像取得工件的图案的几何要素。
此外，采用本发明时，可基于图像上的波纹图样的发现而正确决定工件的研磨终点。
附图说明
图1是表示研磨作为工件的一例的晶片的研磨装置的一种实施方式的示意图。
图2是表示格栅的参考图案的一例图。
图3是表示格栅的参考图案的其他例图。
图4是表示图像上的晶片的图案及格栅的参考图案的一例的示意图。
图5是表示图像上的晶片的图案及格栅的参考图案的其他例的示意图。
图6是表示用于说明波纹图样的线宽与晶片的图案间距的关系的一例图。
图7是表示用于说明波纹图样的线宽与晶片的图案间距的关系的其他例图。
图8是表示研磨装置的其他实施方式的示意图。
图9是表示研磨装置的又其他实施方式的示意图。
图10是表示具有储存了多个参考图像的数据库的研磨装置的一种实施方式的示意图。
图11用于说明将图像上的波纹图样与多个参考图像上的参考波纹图样进行比较的工序图。
图12A是表示晶片的剖面构造的一例的示意图。
图12B是表示晶片的剖面构造的一例的示意图。
图13是表示在研磨图12A所示的晶片时的表示图像上的波纹图样的鲜明度的指标数值变化图。
图14是表示指标数值的变化率的曲线图。
具体实施方式
以下，对于本发明的实施方式参考图进行说明。
在以下说明的实施方式中，研磨对象的工件是预先形成有图案的晶片，但本发明不限于以下的实施方式，工件亦可以是预先形成有图案的面板、方基板、玻璃基板等。
图1是表示研磨作为工件的一例的晶片的研磨装置的一种实施方式的示意图。如图1所示，研磨装置具备：支承研磨垫2的研磨台3；将作为工件的一例的晶片W按压于研磨垫2的研磨头1；使研磨台3与研磨垫2一起旋转的台马达6；及用于供给浆液至研磨垫2上的供给浆液喷嘴5。
研磨头1与头轴杆10连结，且研磨头1可与头轴杆10一起旋转。头轴杆10经由皮带等的连结机构17而连结于研磨头马达18而成为可旋转。通过该头轴杆10的旋转，而研磨头1在箭头指示的方向旋转。研磨台3的台轴杆3a与台马达6连结，台马达6构成为使研磨台3及研磨垫2在箭头指示的方向上旋转。
如以下研磨晶片W。使研磨台3及研磨头1在图1的箭头指示的方向上旋转，而且从供给浆液喷嘴5供给浆液至研磨台3上的研磨垫2的研磨面2a。研磨垫2与研磨台3一起旋转。在旋转的研磨垫2上存在浆液的状态下，晶片W通过研磨头1按压于研磨垫2的研磨面2a。晶片W表面通过浆液的化学性作用、与浆液所含的研磨粒及研磨垫2的机械作用而被研磨。
研磨装置具备：配置于研磨台3中的摄像装置20；及配置于研磨头1与摄像装置20之间作为图案放大装置的格栅24。摄像装置20朝向晶片W的被研磨面(图案面)配置，并构成为生成至少包含形成于晶片W的图案的图像。研磨装置进一步具备：基于由摄像装置20生成的图像，决定晶片W的图案的几何要素的图像解析系统30；及基于由图像解析系统30决定的晶片W的图案的几何要素，来决定晶片W的研磨条件的动作控制部40。
摄像装置20是具备CCD传感器或CMOS传感器等图像传感器的摄影机。摄像装置20朝向上方，即朝向研磨垫2上的晶片W的被研磨面(图案面)而配置。摄像装置20亦可具备用于照明晶片W的被研磨面(图案面)的照明器。
图像解析系统30如后述具备：储存有用于基于呈现于图像的波纹图样来决定晶片W的图案的几何要素的程序的存储装置30a；及按照程序中所含的命令执行运算的处理装置30b。存储装置30a具备：RAM等主存储装置；及硬盘驱动器(HDD)、固态硬盘(SSD)等辅助存储装置。处理装置30b例如有CPU(中央处理装置)、GPU(图形处理单元)。不过，图像解析系统30的具体构成不限定于这些例。
图像解析系统30至少由1台计算机构成。所述至少1台计算机亦可以是1台服务器或多台服务器。图像解析系统30亦可以是以通信线连接于摄像装置20的边缘服务器，亦可以是通过网际网络或区域网络等通信网路而连接于摄像装置20的云端服务器，或是，亦可以是连接于摄像装置20的网络中所设置的雾计算装置(闸道器、雾服务器、路由器等)。
格栅24形成有具有预定形状及尺寸的参考图案。在一种实施方式中，格栅24具有：透明板；及形成于该透明板上的图案层。透明板由玻璃或透明树脂等使光透过的材料构成，而图案层则由遮蔽光的材料构成。参考图案形成于图案层。
格栅24配置于研磨台3中。更具体而言，格栅24配置于摄像装置20的正上方，摄像装置20朝向格栅24配置。格栅24与研磨垫2的研磨面2a平行(亦即，与研磨垫2上的晶片W的被研磨面平行)。在研磨垫2中形成有通孔2b。该通孔2b与格栅24及摄像装置20排列在一直线上。因此，在晶片W研磨中，摄像装置20可通过通孔2b及格栅24生成研磨垫2上的晶片W的图案图像。格栅24的一部分亦可位于研磨垫2的通孔2b中。
在一种实施方式中，摄像装置20亦可在晶片W研磨前，通过通孔2b及格栅24而生成研磨垫2上的晶片W的图案图像。具体而言，在研磨垫2及研磨头1未旋转状态下，通过研磨头1对研磨垫2的研磨面2a按压晶片W的被研磨面(图案面)，并以晶片W覆盖通孔2b。摄像装置20通过通孔2b及格栅24而生成研磨垫2上的晶片W的图案图像。
图2是表示格栅24的参考图案的一例图。图2所示的参考图案P2是同心圆状的图案。同心圆的圆间隔一定，且其圆间隔是预定的。图3是表示格栅24的参考图案的其他例图。图3所示的例中，参考图案P2是放射状延伸的图案。各线间的角度一定，且其角度是预定的。
在晶片W研磨中，研磨头1与晶片W一体旋转，研磨垫2与研磨台3一体旋转。格栅24及摄像装置20亦与研磨台3一体旋转。研磨头1及晶片W在格栅24的上方时，摄像装置20生成图像。更具体而言，摄像装置20在晶片W的图案与格栅24的参考图案P2重叠时，拍摄包含晶片W的图案与格栅24的参考图案P2两者的图像。图像中呈现彼此叠加后的晶片W的图案及参考图案P2。
图4及图5是表示通过摄像装置20生成的图像上的晶片W的图案P1及格栅24的参考图案P2的示意图。在图4所示的例中，参考图案P2是图2所示的同心圆状图案，而在图5所示的例中，参考图案P2是图3所示的放射状的图案。图4及图5两者的例中，晶片W的图案P1是以等间隔排列直线线条的线及空间图案。
从图4及图5可知，起因于晶片W的图案P1与格栅24的参考图案P2重叠而于图像中呈现波纹图样。波纹图样是叠加规则的图案时呈现的图样，亦称为干涉条纹。
波纹图样的线宽及间距等几何要素由晶片W的图案P1与格栅24的参考图案P2的几何要素而决定。换言之，晶片W的图案P1的未知几何要素可从呈现于图像上的波纹图样的几何要素与格栅24的参考图案P2的几何要素而唯一算出。图像解析系统30构成为从呈现于图像上的波纹图样的几何要素、与格栅24的参考图案P2的几何要素计算晶片W的图案P1的未知几何要素。
作为晶片W的图案P1的几何要素的一个：间距，亦即构成图案P1的直线线条间的距离，可从波纹图样的线宽计算如下。图6是表示用于说明波纹图样的线宽与晶片W的图案P1间距的关系的一例图。图6所示的波纹图样是通过由线及空间图案构成的晶片W的图案P1、与同心圆状的参考图案P2重叠而产生的图样。连结晶片W的图案P1与参考图案P2交叉点的线(图6中以粗线显示)的长度表示波纹图样的线宽。
图6中，将参考图案P2的同心圆的间隔设为A，要求出的波纹图样的内侧圆设为第m个圆，由线及空间图案构成的晶片W的图案P1之间距设为d，要求出的波纹图样的位置为从同心圆的中心O起第n条直线时，用于求出波纹图样的线宽的公式提供如下。
[数学式1]
Figure BDA0003673961000000081
上述公式(1)中，波纹图样的线宽Y-y与显示波纹图样位置的直线条数n可从通过摄像装置20所生成的图像来测量。亦即，图像解析系统30从摄像装置20取得图像，来测量图像上的波纹图样的线宽Y-y与显示波纹图样位置的直线条数n。上述公式(1)中的A是预定的数值，且m的数值是基于所要求出的波纹图样的线宽位置而唯一求出的。因此，图像解析系统30通过将波纹图样的线宽Y-y及条数n的数值和m、A的具体的数值代入上述公式(1)，进一步关于d解开上述公式(1)，即可计算晶片W的图案的间距。
图7是表示用于说明波纹图样的线宽与晶片W的图案P1间距的关系的其他例图。图7所示的波纹图样是通过线及空间图案构成的晶片W的图案P1和放射状的参考图案P2的重叠所产生的图样。连结晶片W的图案P1与参考图案P2交叉点的线(图7中以粗线显示)的长度表示波纹图样的线宽。
图7中，将参考图案P2的放射状的线间角度设为θ，将由线及空间图案构成的晶片W的图案P1间距设为d，将参考图案P2的中心O至要求出的波纹图样的距离设为D，并将波纹图样的线宽编号设为N时，用于求出波纹图样的线宽的公式提供如下。
[数学式2]
Figure BDA0003673961000000082
上述公式(2)中，波纹图样的线宽及距离可从通过摄像装置20所生成的图像来测量。亦即，图像解析系统30从摄像装置20取得图像，测量图像上的波纹图样的线宽YN及距离D。上述公式(2)中的θ是预定的数值，N是基于要求出的波纹图样的线宽位置而唯一求出。因此，图像解析系统30通过将波纹图样的线宽YN的测量值及距离D和θ、N的具体的数值代入上述公式(2)，进一步关于d解开上述公式(2)，可计算晶片W的图案P1之间距。
波纹图样依晶片W的图案而改变，且是比晶片W的图案大的图样。因此，格栅24视觉性放大晶片W的图案，发挥作为转换成波纹图样的图案放大装置的功能。采用本实施方式时，通过将具有简单构造的格栅24设置于研磨台3，图像解析系统30可在晶片W研磨中取得晶片W的图案的几何要素，而不使用显微镜等精密机械。动作控制部40可基于晶片W的图案的几何要素将晶片W的研磨条件最佳化。
如图1所示，图像解析系统30连接于动作控制部40。通过图像解析系统30所计算(决定)的晶片W的图案的几何要素被发送至动作控制部40。动作控制部40基于从图像解析系统30送来的晶片W的图案的几何要素而将晶片W的研磨条件最佳化。例如，动作控制部40基于晶片W的图案的几何要素而将研磨头1施加于晶片W的研磨荷重最佳化。
在晶片W研磨中，晶片W以其轴心为中心而旋转。按照图2及图3所示的同心圆状或放射状的参考图案，不论晶片W的旋转角度如何，在图像上皆会呈现相同波纹图样。因此，图像解析系统30可基于波纹图样决定晶片W的图案的正确几何要素。在一种实施方式中，摄像装置20亦可于晶片W研磨前将研磨头1及研磨台3的旋转停止了的状态下，生成图像。此时，参考图案亦可以是线及空间图案、或是同心椭圆状的图案。
图6所示的由同心圆构成的参考图案时，从上述公式(1)可知，为了计算晶片W的图案的间距d，需要从图像求出显示波纹图样的位置的晶片W的图案的直线条数n。因此，由同心圆构成的参考图案适合于晶片W的图案的间距大到某程度的场合。另外，图7所示的由放射状图案构成的参考图案时，上述公式(2)中不含晶片W的图案的直线条数n。因此，由放射状图案构成的参考图案适合于晶片W的图案的间距细微的场合。
图8是表示研磨装置的其他实施方式的示意图。未特别说明的本实施方式的构成及动作与图1所示的实施方式相同，因此省略其重复的说明。研磨装置进一步具备：光源50、第一棱镜51及第二棱镜52。光源50、第一棱镜51、第二棱镜52、格栅24及摄像装置20配置于研磨台3中，并与研磨台3一体旋转。光源50、第一棱镜51、第二棱镜52、格栅24及摄像装置20的相对位置固定。
第一棱镜51及第二棱镜52相对于格栅24对称地配置，且位于格栅24下方。光源50朝向第一棱镜51配置，摄像装置20朝向第二棱镜52配置。光源50使用白色光源。更具体而言，使用发出白色光的发光二极管作为光源50。亦可在光源50与第一棱镜51之间配置聚光透镜。同样地，亦可在摄像装置20与第二棱镜52之间配置聚光透镜。
从光源50发出的白色光通过第一棱镜51时，通过折射率的差异而分解成通过格栅24并朝向晶片W表面的第一光(例如，红色光)；及被格栅24反射的第二光(例如，蓝色光)。第一光通过格栅24后，在晶片W表面(图案面)反射，再次透过格栅24后，通过第二棱镜52，然后入射于摄像装置20。第二光被格栅24反射，通过第二棱镜52后，入射于摄像装置20。通过第二棱镜52的第一光及第二光，彼此重叠入射于摄像装置20。摄像装置20从第一光及第二光生成图像。在该图像上呈现波纹图样。图像解析系统30与之前说明的实施方式同样地，可以解析图像上的波纹图样，从而计算晶片W的图案的间距。
图9是表示研磨装置的又其他实施方式的示意图。未特别说明的本实施方式的构成及动作与图1所示的实施方式相同，因此省略其重复的说明。研磨装置进一步具备：光源54及分束器55。光源54及分束器55配置于研磨台3中，并与研磨台3一体旋转。分束器55可使用半反射镜。光源54、分束器55、格栅24及摄像装置20的相对位置固定。
格栅24没有与通孔2b及摄像装置20配置于一直线上，格栅24与光源54相对于连结通孔2b与摄像装置20的直线对称地配置。分束器55配置于通孔2b与摄像装置20之间，且相对于连结通孔2b与摄像装置20的直线倾斜配置。光源54与格栅24相对于分束器55对称地配置。光源54朝向分束器55的一面，并在光源54的光轴上配置格栅24。格栅24具有反射体24a及图案层24b。图案层24b固定于反射体24a的前表面，参考图案形成于图案层24b。
从光源54发出的光分解成被分束器55反射的第一光和通过分束器55的第二光。第一光通过通孔2b而入射于晶片W的表面(图案面)。第一光在晶片W的表面反射，并通过分束器55而入射于摄像装置20。第二光通过分束器55而入射于格栅24。第二光被格栅24反射，进一步在分束器55反射后入射于摄像装置20。
在晶片W反射的第一光及在格栅24反射的第二光，彼此重叠而入射于摄像装置20。摄像装置20从第一光及第二光生成图像。波纹图样呈现于该图像上。图像解析系统30与先前说明的实施方式同样地，以解析图像上的波纹图样的方式来计算晶片W的图案的间距。
上述各种实施方式基于图像上的波纹图样的几何要素(线宽等)计算晶片W的图案的几何要素，但在一种实施方式中，图像解析系统30亦可构成为从摄像装置20取得图像，将图像上的波纹图样与储存于数据库的多个参考图像上的参考波纹图样进行比较，决定具有与图像上的波纹图样最为一致的参考波纹图样的参考图像，并决定与所决定的参考图像相关连的图案的几何要素。以下，说明该实施方式。
图10是表示具有储存了多个参考图像的数据库的研磨装置的一种实施方式示意图。未特别说明的本实施方式的构成及动作与图1所示的实施方式相同，因此省略其重复的说明。
如图10所示，图像解析系统30具备储存于其存储装置30a的数据库60。数据库60中储存有使用图10所示的研磨装置研磨具有不同图案的多个参考晶片(参考工件)时所生成的多个参考图像。各参考图像上呈现依附于各参考晶片的图案、与格栅24的参考图案各个的几何要素的波纹图样。
生成参考图像所使用的多个参考晶片的图案的间距等的几何要素，通过电子显微镜或光学显微镜等放大装置(无图示)而预先测量。这些参考晶片的图案的几何要素输入至数据库60，并在与对应的参考图像相关连(相结合)的状态下储存于数据库60中。
0057图11是用于说明将晶片W研磨中所生成的图像上的波纹图样与多个参考图像上的参考波纹图样比较的工序图。在多个参考图像间，格栅24的参考图案P2虽然相同，但参考晶片的图案P3不同。结果，呈现于多个参考图像上的参考波纹图样亦不同。
如图11所示，图像解析系统30将呈现于晶片W研磨中所生成具有图案P1的图像的波纹图样与多个参考图像上的参考波纹图样逐一比较，来决定具有与晶片W研磨中所生成的图像上的波纹图样最为一致的参考波纹图样的参考图像，并决定与所决定的参考图像相关连的图案的几何要素。图像上的波纹图样与参考波纹图样的比较使用图案匹配等公知的图像处理算法来执行。
在一种实施方式中，摄像装置20亦可在研磨晶片W之前将研磨头1及研磨台3的旋转停止了的状态下，生成图像。此时，参考图案亦可以是线及空间图案、或是同心椭圆状的图案。参考图10及图11所说明的实施方式可适用于上述图8所示的实施方式及图9所示的实施方式。
上述各种实施方式采用格栅24作为图案放大装置，但另外实施方式亦可采用具有多个透镜的组合的放大镜作为图案放大装置。
其次，关于基于由摄像装置所生成的图像，决定作为工件的一例的晶片的研磨终点的实施方式进行说明。未特别说明的本实施方式的构成与参考图1至图11所说明的各实施方式相同，因此省略其重复的说明。
图像解析系统30构成为基于通过摄像装置20生成的图像来决定晶片W的研磨终点。更具体而言，图像解析系统30如后述具备：储存有用于基于由摄像装置20所成的图像来决定晶片W的研磨终点的程序的存储装置30a；及按照程序中所含的命令执行运算的处理装置30b。动作控制部40构成为从图像解析系统30接收显示晶片W的研磨终点的信号而使晶片W的研磨结束。
图4及图5所示的波纹图样在晶片W的图案P1呈现于晶片W表面上时发生。换言之，晶片W的图案P1被膜覆盖时，波纹图样不呈现于图像上。
图12A及图12B是表示晶片W的剖面构造的一例示意图。如图12A所示，在金属镶嵌法等配线形成工序中，在从配线槽所形成的图案P1上形成膜70(例如铜等的金属膜)。而后，以图1所示的研磨装置研磨膜70时，如图12B所示，图案P1呈现于晶片W的表面上。晶片W的研磨终点为通过研磨除去膜70的剩余部分，而明确呈现图案P1的时间点。
从图12A可知，当图案P1被膜70覆盖时，在由摄像装置20生成的图像上，晶片W的图案P1与格栅24的参考图案P2不重叠。因此，波纹图样不呈现于图像上。相对于此，如图12B所示，当除去膜70的剩余部分时，晶片W的图案P1呈现于图像上。结果，晶片W的图案P1与格栅24的参考图案P2重叠，波纹图样呈现于图像上。
图像解析系统30构成为基于起因于晶片W的图案P1与格栅24的参考图案P2重叠而呈现于图像上的波纹图样来决定晶片W的研磨终点。在本实施方式中，图像解析系统30基于图像上的波纹图样的鲜明度决定晶片W的研磨终点。更具体而言，图像解析系统30决定研磨终点，即波纹图样的鲜明度不变化时间点。
波纹图样的鲜明度能够以指标数值来表示。在一种实施方式中，波纹图样的鲜明度是以调制转换函数表示的指标数值。以调制转换函数表示的指标数值亦称为MTF值。MTF值随着波纹图样清晰地呈现而上升。晶片W研磨中，摄像装置20连续地生成晶片W的表面(被研磨面)与格栅24的参考图案P2的图像，图像解析系统30构成为从摄像装置20取得图像，来计算表示图像上的波纹图样的鲜明度的指标数值。
图13是表示在研磨图12A所示的晶片W时的表示图像上的波纹图样的鲜明度的指标数值的变化图。图13中，纵轴表示指标数值(例如MTF值)，横轴表示研磨时间。如图13所示，在研磨初期阶段，因晶片W的图案P1被膜70覆盖(参考图12A)，所以波纹图样不呈现于图像上(时间t1)。随着晶片W的研磨的进行，逐渐除去膜70，晶片W的图案P1开始呈现(时间t2)。此时，波纹图样虽有不清晰，但逐渐开始呈现于图像上。
而后，当完全除去膜70的剩余部分时(参考图12B)，晶片W的图案P1清晰地呈现。(时间t3)。结果，起因于晶片W的图案P1与格栅24的参考图案P2的重叠而波纹图样清晰地呈现于图像上。该时间t3是晶片W的研磨终点。然后，由于图像上的波纹图样的鲜明度几乎不变，指标数值亦大致一定。
因此，由于晶片W研磨中指标数值特征性变化，图像解析系统30可基于指标数值的变化决定晶片W的研磨终点。更具体而言，图像解析系统30决定研磨终点，即指标数值上升，然后指标数值实质地保持一定的时间点。本实施方式如以下说明，基于指标数值的变化率来决定研磨终点。
图14是表示指标数值的变化率的曲线图。图14中，纵轴表示指标数值的变化率(绝对值)，横轴表示研磨时间。指标数值的变化率是每单位时间的指标数值的变化量，且表示图13所示的指标数值的曲线图的斜度。单位时间例如是研磨台3旋转N次需要的时间(N是自然数，例如N＝1)。如图14所示，指标数值的变化率一旦上升成为极大值，然后下降并随即实质地保持一定。图像解析系统30构成为在晶片W研磨中计算指标数值的变化率，检测变化率比第一阈值大的时间点，然后决定研磨终点，该研磨终点是变化率比第二阈值小的时间点，即。第一阈值亦可与第二阈值相同，或是亦可不同。
在一种实施方式中，图像解析系统30亦可构成为计算指标数值的变化率(绝对值)的移动平均值，检测移动平均值比第一阈值大的时间点，然后决定研磨终点，该研磨终点是移动平均值比第二阈值小的时间点。
如图1所示，图像解析系统30连接于动作控制部40。表示通过图像解析系统30决定的晶片W的研磨终点的信号被送至动作控制部40。动作控制部40接收从图像解析系统30送来的信号时，结束晶片W的研磨。
从图13的曲线图可知，表示图像上的波纹图样的鲜明度的指标数值对应于膜70(参考图12A)的厚度。因此，摄像装置20每当研磨台3旋转一次时，在晶片W上的多个测量点取得叠加后的晶片W的图案及参考图案P2的多个图像，图像解析系统30亦可从摄像装置20取得这些多个图像，计算表示多个图像上的波纹图样的鲜明度的多个指标数值，并从多个指标数值制作晶片W的膜厚轮廓。该膜厚轮廓可使用于晶片W的研磨条件的最佳化。例如，动作控制部40基于晶片W的膜厚轮廓而将研磨头1施加于晶片W的研磨荷重最佳化。
在一种实施方式中，格栅24亦可具有叠加的多个参考图案。当使用叠加的多个参考图案时，图像上的波纹图样变大，图像解析系统30容易计算表示波纹图样的鲜明度的指标数值。
上述图8所示的实施方式及图9所示的实施方式可适用于参考图12A至图14所说明的实施方式。在此时，图像解析系统30仍与之前说明的实施方式同样地，可基于图像上的波纹图样来决定晶片W的研磨终点。
上述实施方式以具有本发明所属的技术领域的技术人员可实施本发明为目的而记载。本领域技术人员当然可形成上述实施方式的各种修改例，本发明的技术性思想亦可适用于其他实施方式。因此，本发明应解释成为按照由权利要求范围所定义的技术性思想的最广范围，并不限定于记载的实施方式。
产业上的可利用性
本发明可利用于检测间距等的图案的几何要素的研磨装置及研磨方法。此外，本发明可利用于决定工件的研磨终点的技术。
符号说明
1 研磨头
2 研磨垫
2b 通孔
3 研磨台
3a 台轴杆
5 供给浆液喷嘴
6 台马达
10 头轴杆
17 连结机构
18 研磨头马达
20 摄像装置
24 格栅
30 图像解析系统
30a 存储装置
30b 处理装置
40 动作控制部
50 光源
51 第一棱镜
52 第二棱镜
54 光源
55 分束器
60 数据库
70 膜。

Claims (24)

1.一种研磨装置，其特征在于，具备：
研磨台，该研磨台支承研磨垫；
研磨头，该研磨头将形成有图案的工件按压于所述研磨垫，从而研磨该工件的表面；
摄像装置，该摄像装置配置于所述研磨台中，并生成至少包含所述工件的所述图案的图像；及
图像解析系统，该图像解析系统基于所述图像决定所述工件的所述图案的几何要素。
2.如权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，
进一步具备图案放大装置，该图案放大装置视觉性放大所述工件的所述图案。
3.如权利要求2所述的研磨装置，其特征在于，
所述图案放大装置是格栅，该格栅形成有具有预定形状及尺寸的参考图案，
所述图像解析系统构成为，基于起因于所述工件的所述图案与所述参考图案重叠而呈现于所述图像的波纹图样，来决定所述工件的所述图案的几何要素。
4.如权利要求3所述的研磨装置，其特征在于，
所述图像解析系统构成为，测量呈现于所述图像上的所述波纹图样的线宽，根据所述波纹图样的线宽与所述参考图案的几何要素，计算所述工件的所述图案的间距。
5.如权利要求3所述的研磨装置，其特征在于，
所述图像解析系统构成为：
从所述摄像装置取得图像，
将所述图像上的波纹图样与多个参考图像上的参考波纹图样进行比较，
决定具有与所述图像上的波纹图样最为一致的参考波纹图样的参考图像，
决定与决定出的所述参考图像相关连的图案的几何要素。
6.如权利要求3至5中任一项所述的研磨装置，其特征在于，
所述研磨装置进一步具备：
第一棱镜及第二棱镜，该第一棱镜及第二棱镜配置于所述研磨台中；及
光源，该光源朝向所述第一棱镜而配置；
所述摄像装置朝向所述第二棱镜而配置，
所述第一棱镜配置为，将从所述光源发出的光分解成通过所述格栅而朝向所述工件的第一光和被所述格栅反射的第二光，
所述第二棱镜配置为，使被所述工件反射的所述第一光与被所述格栅反射的所述第二光重叠，并使重叠后的所述第一光及所述第二光入射至所述摄像装置。
7.如权利要求3至5中任一项所述的研磨装置，其特征在于，
所述研磨装置进一步具备分束器及光源，该分束器及光源配置于所述研磨台中，
所述光源及所述格栅相对于所述分束器对称地配置，
所述摄像装置朝向所述分束器而配置，
所述分束器配置为，使从所述光源发出的光分解成被所述分束器反射的第一光和通过所述分束器的第二光，所述第一光入射于所述工件，所述第二光入射于所述格栅。
8.如权利要求3至7中任一项所述的研磨装置，其特征在于，
所述参考图案是同心圆状图案或放射状图案。
9.一种研磨方法，其特征在于，
使研磨台与研磨垫一起旋转，
将形成有图案的工件按压于所述研磨垫，从而研磨该工件的表面，
通过配置于所述研磨台中的摄像装置，生成至少包含所述工件的所述图案的图像，基于所述图像决定所述工件的所述图案的几何要素。
10.如权利要求9所述的研磨方法，其特征在于，
在所述研磨台中配置有图案放大装置，该图案放大装置视觉性放大所述工件的所述图案。
11.如权利要求10所述的研磨方法，其特征在于，
所述图案放大装置是格栅，该格栅形成有具有预定形状及尺寸的参考图案，
基于所述图像决定所述工件的所述图案的几何要素的工序是如下工序：基于起因于所述工件的所述图案与所述参考图案重叠而呈现于所述图像上的波纹图样，来决定所述工件的所述图案的几何要素。
12.如权利要求11所述的研磨方法，其特征在于，
基于所述图像决定所述工件的所述图案的几何要素的工序是如下工序：测量呈现于所述图像上的所述波纹图样的线宽，根据所述波纹图样的线宽与所述参考图案的几何要素计算所述工件的所述图案间距。
13.如权利要求11所述的研磨方法，其特征在于，
基于所述图像决定所述工件的所述图案的几何要素的工序是如下工序：
从所述摄像装置取得图像，
将所述图像上的波纹图样与多个参考图像上的参考波纹图样进行比较，
决定具有与所述图像上的波纹图样最为一致的参考波纹图样的参考图像，
决定与决定出的所述参考图像相关连的图案的几何要素。
14.如权利要求11至13中任一项所述的研磨方法，其特征在于，
所述参考图案是同心圆状图案或放射状图案。
15.一种研磨装置，其特征在于，具备：
研磨台，该研磨台支承研磨垫；
研磨头，该研磨头将形成有图案的工件按压于所述研磨垫，从而研磨该工件的表面；
格栅，该格栅配置于所述研磨台中，并形成有参考图案；
摄像装置，该摄像装置配置于所述研磨台中，并生成包含所述工件的所述图案及所述参考图案的图像；及
图像解析系统，该图像解析系统基于起因于所述工件的所述图案与所述参考图案重叠而呈现于所述图像的波纹图样，来决定所述工件的研磨终点。
16.如权利要求15所述的研磨装置，其特征在于，
所述图像解析系统构成为，基于所述图像上的所述波纹图样的鲜明度，来决定所述工件的研磨终点。
17.如权利要求16所述的研磨装置，其特征在于，
所述图像解析系统构成为决定所述工件的研磨终点，该研磨终点是所述波纹图样的鲜明度不变化的时间点。
18.如权利要求17所述的研磨装置，其特征在于，
所述图像解析系统构成为，计算表示所述波纹图样的鲜明度的指标数值，并计算所述指标数值的变化率，检测所述变化率比第一阈值大的时间点，然后决定研磨终点，该研磨终点是所述变化率比第二阈值小的时间点。
19.如权利要求18所述的研磨装置，其特征在于，
所述指标数值是以调制转换函数表示的数值。
20.一种研磨方法，其特征在于，
使形成有参考图案的格栅及研磨台与研磨垫一起旋转，
将形成有图案的工件按压于所述研磨垫，从而研磨该工件的表面，
通过配置于所述研磨台中的摄像装置生成彼此叠加的所述工件的所述图案与所述参考图案的图像，
基于呈现于所述图像的波纹图样决定所述工件的研磨终点。
21.如权利要求20所述的研磨方法，其特征在于，
基于呈现于所述图像的波纹图样决定所述工件的研磨终点的工序是如下工序：基于所述图像上的所述波纹图样的鲜明度来决定所述工件的研磨终点。
22.如权利要求21所述的研磨方法，其特征在于，
基于所述图像上的所述波纹图样的鲜明度来决定所述工件的研磨终点的工序是如下工序：决定所述工件的研磨终点，该研磨终点是所述波纹图样的鲜明度不变化的时间点。
23.如权利要求22所述的研磨方法，其特征在于，
研磨终点是所述波纹图样的鲜明度不变化的时间点，决定所述工件的该研磨终点的工序是如下工序：计算表示所述波纹图样的鲜明度的指标数值，并计算所述指标数值的变化率，检测所述变化率比第一阈值大的时间点，然后决定研磨终点，该研磨终点是所述变化率比第二阈值小的时间点。
24.如权利要求23所述的研磨方法，其特征在于，
所述指标数值是以调制转换函数表示的数值。
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