JP2013110390A - 研磨方法および研磨装置 - Google Patents

研磨方法および研磨装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2013110390A
JP2013110390A JP2012222682A JP2012222682A JP2013110390A JP 2013110390 A JP2013110390 A JP 2013110390A JP 2012222682 A JP2012222682 A JP 2012222682A JP 2012222682 A JP2012222682 A JP 2012222682A JP 2013110390 A JP2013110390 A JP 2013110390A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
intensity
polishing
substrate
thickness
silicon layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2012222682A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6005467B2 (ja
Inventor
Toshifumi Kaneuma
利文 金馬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ebara Corp filed Critical Ebara Corp
Priority to JP2012222682A priority Critical patent/JP6005467B2/ja
Priority to US13/658,070 priority patent/US9561577B2/en
Priority to TW106143718A priority patent/TWI674170B/zh
Priority to TW101139196A priority patent/TWI614088B/zh
Priority to EP12007343.2A priority patent/EP2586568A3/en
Priority to KR1020120119017A priority patent/KR101884475B1/ko
Priority to CN201210419599.3A priority patent/CN103072072B/zh
Publication of JP2013110390A publication Critical patent/JP2013110390A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6005467B2 publication Critical patent/JP6005467B2/ja
Priority to US15/384,592 priority patent/US9842783B2/en
Priority to KR1020180086442A priority patent/KR101949089B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/31051—Planarisation of the insulating layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/20—Sequence of activities consisting of a plurality of measurements, corrections, marking or sorting steps
    • H01L22/26—Acting in response to an ongoing measurement without interruption of processing, e.g. endpoint detection, in-situ thickness measurement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/005—Control means for lapping machines or devices
    • B24B37/013—Devices or means for detecting lapping completion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11—Lapping tools
    • B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/02—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation according to the instantaneous size and required size of the workpiece acted upon, the measuring or gauging being continuous or intermittent
    • B24B49/04—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation according to the instantaneous size and required size of the workpiece acted upon, the measuring or gauging being continuous or intermittent involving measurement of the workpiece at the place of grinding during grinding operation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/12—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation involving optical means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/30625—With simultaneous mechanical treatment, e.g. mechanico-chemical polishing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67092—Apparatus for mechanical treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions

Abstract

【課題】基板の研磨中にシリコン層の正確な厚さを取得し、得られたシリコン層の厚さに基づいて基板の研磨終点を正確に決定することができる研磨方法を提供する。
【解決手段】本研磨方法は、基板から反射した赤外線の強度を所定の基準強度で割って相対反射率を算出し、相対反射率と赤外線の波長との関係を示す分光波形を生成し、分光波形にフーリエ変換処理を行なって、シリコン層の厚さおよび対応する周波数成分の強度を決定し、上記決定された周波数成分の強度が所定のしきい値よりも高い場合には、上記決定されたシリコン層の厚さを信頼性の高い測定値と認定し、該信頼性の高い測定値が所定の目標値に達した時点に基づいて、基板の研磨終点を決定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、シリコン層が表面に形成されている基板を研磨する方法および装置に関し、特に基板からの反射光に含まれる光学情報に基づいて基板の研磨終点を検出することができる研磨方法および研磨装置に関する。
半導体デバイスの製造プロセスには、ＳｉＯ２などの絶縁膜を研磨する工程や、銅、タングステンなどの金属膜を研磨する工程などの様々な工程が含まれる。裏面照射型ＣＭＯＳセンサの製造工程では、絶縁膜や金属膜の研磨工程の他にも、シリコン層（シリコンウェハ）を研磨する工程が含まれる。裏面照射型ＣＭＯＳセンサは、裏面照射（BSI: Backside illumination）技術を利用したイメージセンサであり、その受光面はシリコン層から形成されている。シリコン貫通電極（TSV: Through-silicon via）の製造工程にも、シリコン層を研磨する工程が含まれる。シリコン貫通電極は、シリコン層を貫通する孔に形成された銅などの金属から構成された電極である。
シリコン層の研磨は、その厚さが所定の目標値に達したときに終了される。シリコン層の研磨には、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）装置が使用される。図１は、ＣＭＰ装置を示す模式図である。ＣＭＰ装置は、研磨パッド１００が上面に取り付けられた研磨テーブル１０１と、ウェハＷを保持するトップリング１１０と、研磨パッド１００に研磨液（スラリー）を供給するスラリー供給機構１１５と、ウェハＷの膜厚を測定する膜厚測定器１２０とを備えている。膜厚測定器１２０は、研磨テーブル１０１内に埋設されている。
トップリング１１０および研磨テーブル１０１は、矢印で示すように回転し、この状態でトップリング１１０は、ウェハＷを研磨パッド１１０に押し付ける。スラリー供給機構１１５からは研磨液が研磨パッド１１０上に供給され、ウェハＷは、研磨液の存在下で研磨パッド１１０との摺接により研磨される。ウェハＷの研磨中、膜厚測定器１２０は研磨テーブル１０１と共に回転し、ウェハＷの表面を横切りながら膜厚を測定する。そして、膜厚が所定の目標値に達したときに、ウェハＷの研磨が終了される。
光学式膜厚測定器は、上記ＣＭＰ装置に使用される膜厚測定器１２０の１例である。この光学式膜厚測定器は、ウェハの表面に光を導き、ウェハからの反射光を分析することによって、ウェハの表面に形成されている膜の厚さを決定する。シリコン（Ｓｉ）は、ＳｉＯ２などの絶縁材料に比べて屈折率が大きく、かつ、可視光が透過しにくいという性質を持っている。このため、シリコン層の厚さ測定には、可視光ではなく、透過性のよい赤外線が使用される。
赤外線を用いた膜厚測定器は、シリコン層の厚さを測定することは可能である。しかしながら、ＣＭＰ装置に組み込まれた膜厚測定器は、図１に示すように、それ自身が移動しながらシリコン層の厚さを測定するため、シリコン層の厚さにばらつきがあることに起因して、測定に失敗することがある。特に、上述したＢＳＩ製造プロセスやＴＳＶ製造プロセスで研磨されるシリコン層は、その表面の平坦度が低いため、測定の失敗が起こりやすい。このような測定の失敗を避けるために、１回当たりの測定時間を短くすることも考えられるが、この場合は、反射する赤外線の量が減りＳ／Ｎ比が低下するために、正確な測定が難しくなる。しかも、シリコン層は研磨テーブルが１回転するたびに削られるため、同一の条件下で同じ位置での厚さを再び計測することができない。
特開２００４−１５４９２８号公報 特開平１０−１２５６３４号公報
本発明は、上述した従来の問題点を解決するためになされたもので、基板（例えばウェハ）の研磨中にシリコン層（または基板上に形成された膜）の正確な厚さを取得し、得られたシリコン層の厚さに基づいて基板の研磨終点を正確に決定することができる研磨方法および研磨装置を提供することを目的とする。
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、シリコン層を有する基板を研磨する方法であって、回転する研磨テーブル上の研磨具に基板を押し付けて前記基板を研磨し、前記基板の研磨中に、前記基板に赤外線を照射し、前記基板から反射した赤外線を受光し、前記反射した赤外線の強度を波長ごとに測定し、測定された前記赤外線の強度を所定の基準強度で割って相対反射率を算出し、前記相対反射率と前記赤外線の波長との関係を示す分光波形を生成し、前記分光波形にフーリエ変換処理を行なって、前記シリコン層の厚さおよび対応する周波数成分の強度を決定し、前記決定されたシリコン層の厚さが所定の目標値に達した時点に基づいて前記基板の研磨終点を決定することを特徴とする。
本発明の他の態様は、膜が表面に形成された基板を研磨する方法であって、回転する研磨テーブル上の研磨具に基板を押し付けて前記基板を研磨し、前記基板の研磨中に、前記基板に光を照射し、前記基板から反射した光を受光し、前記反射した光の強度を波長ごとに測定し、測定された前記光の強度を所定の基準強度で割って相対反射率を算出し、前記相対反射率と前記光の波長との関係を示す分光波形を生成し、前記分光波形にフーリエ変換処理を行なって、前記膜の厚さおよび対応する周波数成分の強度を決定し、前記決定された周波数成分の強度が所定のしきい値よりも高く、および／または前記決定された膜の厚さが所定の範囲内にある場合には、前記決定された膜の厚さを信頼性の高い測定値と認定し、前記信頼性の高い測定値が所定の目標値に達した時点に基づいて前記基板の研磨終点を決定する工程を含み、前記所定のしきい値は、過去に取得された周波数成分の強度の度数分布に基づいて決定されることを特徴とする。
本発明の他の態様は、膜が表面に形成された基板を研磨する方法であって、回転する研磨テーブル上の研磨具に基板を押し付けて前記基板を研磨し、前記基板の研磨中に、前記基板に光を照射し、前記基板から反射した光を受光し、前記反射した光の強度を波長ごとに測定し、測定された前記光の強度を所定の基準強度で割って相対反射率を算出し、前記相対反射率と前記光の波長との関係を示す分光波形を生成し、前記分光波形にフーリエ変換処理を行なって、前記膜の厚さと周波数成分の強度との関係を取得して、前記膜の厚さを決定し、所定の観測厚さにおける前記周波数成分の強度が、所定のしきい値よりも低い場合には、前記決定された膜の厚さを信頼性の高い測定値と認定し、前記信頼性の高い測定値が所定の目標値に達した時点に基づいて前記基板の研磨終点を決定することを特徴とする。
本発明の他の態様は、膜が表面に形成された基板を研磨する方法であって、回転する研磨テーブル上の研磨具に基板を押し付けて前記基板を研磨し、前記基板の研磨中に、前記基板に光を照射し、前記基板から反射した光を受光し、前記反射した光の強度を波長ごとに測定し、測定された前記光の強度を所定の基準強度で割って相対反射率を算出し、前記相対反射率と前記光の波長との関係を示す分光波形を生成し、前記分光波形にフーリエ変換処理を行なって、前記膜の厚さと周波数成分の強度との関係を取得して、前記膜の厚さおよび対応する前記周波数成分の強度を決定し、所定の観測厚さにおける前記周波数成分の強度と前記決定された周波数成分の強度との差分の絶対値が所定のしきい値よりも大きい場合には、前記決定された膜の厚さを信頼性の高い測定値と認定し、前記信頼性の高い測定値が所定の目標値に達した時点に基づいて前記基板の研磨終点を決定することを特徴とする。
本発明の他の態様は、シリコン層を有する基板を研磨する装置であって、研磨具を支持する回転可能な研磨テーブルと、前記回転する研磨テーブル上の前記研磨具に前記基板を押し付けるトップリングと、前記トップリングに保持された前記基板に赤外線を照射する照射部と、前記基板から反射した赤外線を受光する受光部と、前記反射した赤外線の強度を波長ごとに測定する分光器と、前記分光器により取得された赤外線強度データから前記シリコン層の厚さを決定する研磨監視部とを備え、前記研磨監視部は、測定された前記赤外線の強度を所定の基準強度で割って相対反射率を算出し、前記相対反射率と前記赤外線の波長との関係を示す分光波形を生成し、前記分光波形にフーリエ変換処理を行なって、前記シリコン層の厚さおよび対応する周波数成分の強度を決定し、前記決定されたシリコン層の厚さが所定の目標値に達した時点に基づいて前記基板の研磨終点を決定することを特徴とする。
本発明の他の態様は、膜が表面に形成された基板を研磨する装置であって、研磨具を支持する回転可能な研磨テーブルと、前記回転する研磨テーブル上の前記研磨具に前記基板を押し付けるトップリングと、前記トップリングに保持された前記基板に光を照射する照射部と、前記基板から反射した光を受光する受光部と、前記反射した光の強度を波長ごとに測定する分光器と、前記分光器により取得された光強度データから前記膜の厚さを決定する研磨監視部とを備え、前記研磨監視部は、測定された前記光の強度を所定の基準強度で割って相対反射率を算出し、前記相対反射率と前記光の波長との関係を示す分光波形を生成し、前記分光波形にフーリエ変換処理を行なって、前記膜の厚さおよび対応する周波数成分の強度を決定し、前記決定された周波数成分の強度が所定のしきい値よりも高く、および／または前記決定された膜の厚さが所定の範囲内にある場合には、前記決定された膜の厚さを信頼性の高い測定値と認定し、前記信頼性の高い測定値が所定の目標値に達した時点に基づいて前記基板の研磨終点を決定するように構成されており、前記所定のしきい値は、過去に取得された複数の測定値から作成された前記周波数成分の強度の度数分布に基づいて決定されることを特徴とする。
本発明の他の態様は、膜が表面に形成された基板を研磨する装置であって、研磨具を支持する回転可能な研磨テーブルと、前記回転する研磨テーブル上の前記研磨具に前記基板を押し付けるトップリングと、前記トップリングに保持された前記基板に光を照射する照射部と、前記基板から反射した光を受光する受光部と、前記反射した光の強度を波長ごとに測定する分光器と、前記分光器により取得された光強度データから前記膜の厚さを決定する研磨監視部とを備え、前記研磨監視部は、測定された前記光の強度を所定の基準強度で割って相対反射率を算出し、前記相対反射率と前記光の波長との関係を示す分光波形を生成し、前記分光波形にフーリエ変換処理を行なって、前記膜の厚さと周波数成分の強度との関係を取得して、前記膜の厚さを決定し、所定の観測厚さにおける前記周波数成分の強度が、所定のしきい値よりも低い場合には、前記決定された膜の厚さを信頼性の高い測定値と認定し、前記信頼性の高い測定値が所定の目標値に達した時点に基づいて前記基板の研磨終点を決定することを特徴とする。
本発明の他の態様は、膜が表面に形成された基板を研磨する装置であって、研磨具を支持する回転可能な研磨テーブルと、前記回転する研磨テーブル上の前記研磨具に前記基板を押し付けるトップリングと、前記トップリングに保持された前記基板に光を照射する照射部と、前記基板から反射した光を受光する受光部と、前記反射した光の強度を波長ごとに測定する分光器と、前記分光器により取得された光強度データから前記膜の厚さを決定する研磨監視部とを備え、前記研磨監視部は、測定された前記光の強度を所定の基準強度で割って相対反射率を算出し、前記相対反射率と前記光の波長との関係を示す分光波形を生成し、前記分光波形にフーリエ変換処理を行なって、前記膜の厚さと周波数成分の強度との関係を取得して、前記膜の厚さおよび対応する前記周波数成分の強度を決定し、所定の観測厚さにおける前記周波数成分の強度と前記決定された周波数成分の強度との差分の絶対値が所定のしきい値よりも大きい場合には、前記決定された膜の厚さを信頼性の高い測定値と認定し、前記信頼性の高い測定値が所定の目標値に達した時点に基づいて前記基板の研磨終点を決定することを特徴とする。
本発明によれば、シリコン層（または基板上に形成された膜）の厚さを正確に反映した測定値、すなわち信頼性の高い測定値が取得される。したがって、得られた測定値から正確な研磨終点を検出することが可能となる。
ＣＭＰ装置を示す模式図である。 光学式研磨終点検出方法の原理を説明するための模式図である。 ウェハと研磨テーブルとの位置関係を示す平面図である。 第１の処理部によって生成された分光波形を示す図である。 第１の処理部によって生成された周波数スペクトルを示す図である。 研磨テーブルが１回転する間に、５回測定が行われる例を示す図である。 裏面照射（ＢＳＩ）型イメージセンサが形成されたウェハを研磨したときに取得された測定データを示すテーブルである。 裏面照射（ＢＳＩ）型イメージセンサが形成されたウェハを研磨したときに取得された分光波形を示す図である。 図８に示す分光波形から生成された周波数スペクトルを示す図である。 シリコン層の厚さと研磨時間との関係を示す図である。 研磨前と研磨後の研磨プロファイルを示す図である。 測定値を選別する基準として、周波数成分の強度に関する所定のしきい値を用いた例を示す図である。 測定値を選別する基準として、周波数成分の強度に関する所定のしきい値と、シリコン層の厚さに関する所定の範囲とを用いた例を示す図である。 シリコン貫通電極（ＴＳＶ）の製造において実施されるシリコン層の研磨時に取得された分光波形を示す図である。 図１４に示す分光波形から生成された周波数スペクトルを示す図である。 周波数成分の強度の度数分布を示すヒストグラムである。 図１６に示すヒストグラムから生成した累積折れ線グラフを示す図である。 信頼性の高い測定値と信頼性の低い測定値とを判別する他の方法を説明するための図である。 図１８に示した判別方法の変形例を説明するための図である。 研磨装置を模式的に示す断面図である。 図２０に示す研磨装置の変形例を示す断面図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図２は、光学式研磨終点検出方法の原理を説明するための模式図であり、図３はウェハと研磨テーブルとの位置関係を示す平面図である。ウェハ（基板）Ｗは、裏面照射（ＢＳＩ）型イメージセンサまたはシリコン貫通電極（ＴＳＶ）の製造に使用されるウェハである。図２に示すように、ウェハＷは、下地層（例えば、集積回路）と、その上に形成されたシリコン層を有している。ウェハＷはトップリング（図２および図３には図示せず）に保持され、図３の矢印で示すようにウェハＷの中心周りに回転される。ウェハＷの表面は、回転する研磨テーブル２０上の研磨パッド２２にトップリングによって押圧され、ウェハＷのシリコン層は研磨パッド２２との摺接により研磨される。研磨パッド２２は、ウェハＷを研磨するための研磨面を有する研磨具である。
照射部１１および受光部１２は、研磨テーブル２０内に設置されており、ウェハＷの表面に対向して配置されている。照射部１１は、赤外線を発するＬＥＤ（図示せず）を備えており、ウェハＷの表面に赤外線を導く。研磨テーブル２０が１回転するたびにウェハＷの中心を含む複数の領域に赤外線が照射される。
受光部１２はウェハＷから反射した赤外線を受ける。受光部１２には分光器１３が接続されており、分光器１３は、反射した赤外線を波長に従って分解し、反射した赤外線の強度を波長ごとに測定する。分光器１３には、第１の処理部１５Ａが接続されている。この第１の処理部１５Ａは、分光器１３によって取得された赤外線強度データを読み込み、反射した赤外線の強度分布を生成する。より具体的には、第１の処理部１５Ａは、波長ごとの赤外線の強度を表わす分光波形を生成する。この分光波形は、赤外線の波長と強度との関係を示す線グラフ（波形）として表される。
ウェハＷに照射された赤外線は、媒質（図２の例では水）とシリコン層との界面と、シリコン層とその下層との界面で反射し、これらの界面で反射した赤外線が互いに干渉する。この赤外線の干渉の仕方は、シリコン層の厚さ（すなわち光路長）に応じて変化する。このため、ウェハＷから戻ってくる赤外線から生成される分光波形は、シリコン層の厚さに従って変化する。第１の処理部１５Ａは、分光波形に対してＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を行って分光波形を解析し、その解析結果から現在のシリコン層の厚さを決定する。図２に示すように媒質が水である場合は、赤外線が水に吸収されることを防ぐために、赤外線として、波長８００ｎｍ〜１０００ｎｍの近赤外線を使用することが好ましい。８００ｎｍ〜９００ｎｍの近赤外線は薄いシリコン層（厚さ２μｍ以下）に適している。
第１の処理部１５Ａは、第２の処理部１５Ｂに接続されており、第１の処理部１５Ａによって決定されたシリコン層の厚さの測定値が第２の処理部１５Ｂに送られる。第２の処理部１５Ｂは、シリコン層の厚さを所定の目標値と比較し、シリコン層の厚さが目標値に達したか否かを決定する。シリコン層の厚さが目標値に達すると、第２の処理部１５Ｂはシリコン層の研磨がその終点に達したと判断し、研磨装置（ＣＭＰ装置）の動作コントローラ１６に研磨終点検出信号を送信する。動作コントローラ１６は、この研磨終点検出信号を受けてウェハＷの研磨動作を終了する。この実施形態では、第１の処理部１５Ａと第２の処理部１５Ｂとにより、研磨監視部が構成される。第１の処理部１５Ａと第２の処理部１５Ｂは１つの処理部として設けてもよい。
以下、第１の処理部１５Ａについて、より詳細に説明する。図４は、第１の処理部１５Ａによって生成された分光波形を示す図である。図４において、横軸はウェハから反射した赤外線の波長を表わし、縦軸は反射した赤外線の強度から導かれる相対反射率を表わす。この相対反射率とは、赤外線の反射強度を表わす１つの指標であり、具体的には、赤外線の強度と所定の基準強度との比である。各波長において赤外線の強度（実測強度）を所定の基準強度で割ることにより、装置の光学系や光源固有の強度のばらつきなどの不要な要素が実測強度から除去され、これによりシリコン層の厚さ情報のみを反映した分光波形を得ることができる。
所定の基準強度は、例えば、膜が形成されていないシリコンウェハ（ベアウェハ）を水の存在下で研磨しているときに得られた赤外線の強度とすることができる。実際の研磨では、実測強度からダークレベル（光を遮断した条件下で得られた背景強度）を引き算して補正実測強度を求め、さらに基準強度から上記ダークレベルを引き算して補正基準強度を求め、そして、補正実測強度を補正基準強度で割り算することにより、相対反射率が求められる。具体的には、相対反射率Ｒ（λ）は、次の式を用いて求めることができる。
Figure 2013110390
 ここで、λは波長であり、Ｅ（λ）はウェハから反射した赤外線の強度であり、Ｂ（λ）は基準強度であり、Ｄ（λ）はウェハが存在しない状態で取得された背景強度（ダークレベル）である。
第１の処理部１５Ａは、得られた分光波形に対して高速フーリエ変換（フーリエ変換でもよい）処理を行って分光波形を解析する。より具体的には、第１の処理部１５Ａは、分光波形に含まれる周波数成分とその強さを抽出し、得られた周波数成分を所定の関係式を用いてシリコン層の厚さに変換し、そして、シリコン層の厚さと周波数成分の強度との関係を示す周波数スペクトルを生成する。上述した所定の関係式は、周波数成分を変数とした、シリコン層の厚さを表す一次関数であり、実測結果などから求めることができる。
図５は、第１の処理部１５Ａによって生成された周波数スペクトルを示す図である。図５において、縦軸は、分光波形に含まれる周波数成分の強度を表し、横軸は、シリコン層の厚さを表している。図５から分かるように、厚さｔ１のときに、強度の値が最も大きくなる。つまり、この周波数スペクトルは、シリコン層の厚さがｔ１であることを示している。このようにして、周波数スペクトルのピークから、シリコン層の厚さが決定される。
シリコン層の厚さの測定は、研磨テーブル２０が１回転する間に複数回行われることが好ましい。１回の測定時間は、ウェハＷの露光時間、すなわちウェハＷが赤外線に晒される時間に依存する。したがって、研磨テーブル２０が１回転する間に実施される測定回数は、露光時間と、研磨テーブル２０の回転速度と、トップリングの回転速度により決定される。図６は、研磨テーブル２０とトップリングの回転速度がほぼ同じときの研磨テーブル２０が１回転する間に、５回測定が行われる例を示す図である。図６に示すように、照射部１１および受光部１２の先端は、ウェハＷの中心を通って横切り、その間に５回の測定が行われる。したがって、研磨テーブル２０が１回転するたびに、シリコン層の厚さを示す５つの測定値が得られる。これらの測定値は、第１の処理部１５Ａから第２の処理部１５Ｂに送られ、第２の処理部１５Ｂは、シリコン層の厚さの測定値に基づいて研磨終点を決定する。
上述したように、１回の研磨テーブル２０の回転で複数の測定値が得られるのであるが、これら測定値のうちの幾つかは、シリコン層の厚さを正確に表していないことがある。このような信頼性の低い測定値が取得される原因としては、シリコン層の表面に比較的大きな段差が存在する場合に、この段差を含む領域の厚さを１回の測定で取得したため、または反射した赤外線の量が何らの理由で少なかったためなどが考えられる。
図７は、裏面照射（ＢＳＩ）型イメージセンサが形成されたウェハを研磨したときに取得された測定データを示すテーブルである。通常、裏面照射型イメージセンサの製造工程では、厚さ約１０μｍ未満のシリコン層が研磨される。図７から分かるように、研磨テーブル２０が１回転する間に、シリコン層の厚さを示す５つの測定値と、これら測定値にそれぞれ対応する周波数成分の強度を示す５つの値とが取得される。
しかしながら、強度が低い測定値は、他の測定値から大きくかけ離れている傾向にある。言い換えれば、周波数成分の強度が低い測定値は、実際のシリコン層の厚さを正確に表していない。そこで、周波数成分の強度が所定のしきい値よりも低い測定値は、測定データから排除され、信頼性の高い測定値のみを含む監視データが第２の処理部１５Ｂによって取得される。図７に示す記号○は、しきい値以上の強度を伴う測定値を示し、記号×は、しきい値よりも低い強度を伴う測定値を示す。図７において、監視データは、記号○が付された測定値から構成される。
測定値が得られるたびに、その測定値に対応する周波数成分の強度がしきい値と比較される。そして、強度がしきい値以上であれば、その測定値（記号○が付された測定値）は、信頼性の高い測定値であると第２の処理部１５Ｂによって認定される。この信頼性の高い測定値は監視データに加えられ、シリコン層の厚さの監視に使用される。これに対し、強度がしきい値未満であれば、その測定値（記号×が付された測定値）は、監視データには含まれない。したがって、監視データは信頼性の高い測定値のみから構成される。
図８は、上記裏面照射（ＢＳＩ）型イメージセンサが形成されたウェハを研磨したときに取得された分光波形を示す図である。図８に示す２つの分光波形ｓ１，ｓ２は、研磨テーブル２０が１回転する間にウェハ上の異なる領域で取得されたものである。図８から分かるように、分光波形ｓ１は比較的明瞭な正弦波を含んでいるが、他方の分光波形ｓ２は明瞭な正弦波を含んでいない。これは、上述したように、シリコン層の表面に形成されている段差に起因したり、または反射した赤外線の量が足りないことに起因すると考えられる。
図９は、図８に示す分光波形から生成された周波数スペクトルを示す図である。図９の縦軸は、分光波形に含まれる周波数成分の強度を表し、横軸は、周波数成分から変換されたシリコン層の厚さを表している。周波数成分の強度は、分光波形を構成する正弦波の大きさを表し、正弦波の振幅に概ね比例する。図９に示す周波数スペクトルｆ１は図８の分光波形ｓ１に対応し、図９に示す周波数スペクトルｆ２は図８の分光波形ｓ２に対応する。
図９から分かるように、周波数スペクトルｆ１のピークは、シリコン層の厚さが３．５μｍであることを示している。すなわち、周波数スペクトルｆ１は、シリコン層の厚さが３．５μｍであることを示している。これに対し、周波数スペクトルｆ２のピークは、シリコン層の厚さが１μｍであることを示している。したがって、周波数スペクトルｆ２から得られるシリコン層の厚さの測定値は、１μｍである。しかしながら、この測定値１μｍは周波数スペクトルｆ１から得られる測定値３．５μｍから大きくかけ離れている。
図８および図９から分かるように、分光波形に明瞭な正弦波が現れる場合には、周波数スペクトルのピークが示す強度は高くなる。分光波形に明瞭な正弦波が現れるということは、図２に示す赤外線同士の干渉が、シリコン層の厚さのばらつきの影響を受けずに行われたことを意味すると考えられる。したがって、そのような分光波形は、正確なシリコン層の厚さの情報を含んでいるということができる。そこで、第２の処理部１５Ｂは、周波数スペクトルのピークが示す強度に基づいて不正確な測定値を測定データから排除し、正確な測定値のみからなる監視データを生成する。より具体的には、第２の処理部１５Ｂは、周波数スペクトルのピークが示す強度が所定のしきい値以上の測定値のみを監視データに加える。
しきい値は次のようにして決定することができる。１枚のウェハを研磨して測定データを取得し、その取得された測定データに対して仮のしきい値を設定し、仮のしきい値以下である測定値の総数が測定データの例えば２０％以下であれば、その仮のしきい値をしきい値として採用する。
図９に示す例では、しきい値は１．２に設定されている。周波数スペクトルｆ１のピークが示す強度は約１．８である。したがって、周波数スペクトルｆ１のピークから得られる測定値３．５μｍは、信頼性が高い測定値であると認定され、監視データとして使用される。一方、周波数スペクトルｆ２のピークが示す強度は約０．９である。したがって、周波数スペクトルｆ２から得られる測定値１μｍは、監視データとしては使用されない。このようにして、測定値は、その対応する周波数成分の強度に基づいて、信頼性の高い測定値と信頼性の低い測定値とに選別される。
上述の例では、しきい値は予め設定された固定値である。これに代えて、しきい値は、監視データに含まれる過去に取得された複数の測定値に基づいて変化させてもよい。例えば、最新の複数の測定値に対応した複数の周波数成分の強度の平均値を算出し、その平均値に対する所定の割合をしきい値として用いてもよい。例えば、得られた平均値の８０％をしきい値と決定することができる。過去に取得された複数の測定値の例としては、現在研磨しているウェハについて既に取得された測定値、先行して研磨された別のウェハについて取得された測定値、および別の研磨装置で過去に取得された測定値などが挙げられる。
第２の処理部１５Ｂは、第１の処理部１５Ａから測定データを受け取り、この測定データから上記監視データを生成する。監視データは、上述したように、信頼性が高いと認定された測定値のみを含む。第２の処理部１５Ｂは、監視データに含まれる測定値を監視し、該測定値が所定の目標値に達した時点に、研磨終点に達したと判断する。より正確に研磨終点を決定するために、得られた信頼性の高い測定値の移動平均値を算出することが好ましい。この場合は、移動平均値が所定の目標値に達した時点が研磨終点と判断される。また、より正確に研磨終点を決定するために、研磨テーブル２０が１回転する間に取得された複数の信頼性が高い測定値の平均値を求めることが好ましい。さらに、得られた平均値の移動平均値を求めることが好ましい。
図１０は、シリコン層の厚さと研磨時間との関係を示す図である。図１０において、グラフａは、研磨テーブル２０が１回転する間に取得された複数の測定値の平均値の時間変化を示し、グラフｂは、上記平均値の移動平均値の時間変化を示している。移動平均値は、最新の複数の（例えば最新の３つの）平均値の平均値である。測定値の平均値（グラフａ）またはその移動平均値（グラフｂ）が予め設定された目標値に達した時点が、研磨終点である。第２の処理部１５Ｂは、測定値の平均値（グラフａ）またはその移動平均値（グラフｂ）が予め設定された目標値に達した時点から、ウェハの研磨終点（すなわち、シリコン層の研磨終点）を決定する。図１０から分かるように、グラフｂは、グラフａに比べて平滑化されている。したがって、より正確な研磨終点を検出するためには、グラフｂに示す移動平均値を算出し、これを監視することが好ましい。
図１１は、研磨前と研磨後の研磨プロファイルを示す図である。縦軸は、シリコン層の厚さを表し、横軸は、ウェハの半径方向の位置を表している。図１１に示す点は、シリコン層の測定値である。図１１から分かるように、ウェハの中心部での測定値のばらつきは比較的小さい。言い換えれば、ウェハの中心部で取得された測定値の信頼性は高いといえる。したがって、ウェハの中心部で取得された測定値のみを使用して研磨終点を検出することが好ましい。しかしながら、本発明はこの例に限定されず、ウェハの中心部以外の領域で取得された測定値を使用してもよい。例えば、ウェハの周縁部で取得された測定値のみを使用して研磨終点を検出してもよい。さらには、予め選択された複数の領域（例えば、図６に示すウェハの中心部と周縁部）で取得された測定値を使用してもよい。
図７および図９に示す例では、周波数成分の強度に基づいて測定値を信頼性の高いものと信頼性の低いものに選別したが、測定値自身に基づいてその測定値を選別してもよい。具体的には、得られた測定値が所定の範囲内にあれば、その測定値は信頼性の高い測定値として認定される。例えば、研磨されるシリコン層の厚さがおおよそ３μｍ〜４μｍと既知である場合、得られた測定値が２．０μｍ〜４．０μｍの範囲内（図１２では斜線で示す）であれば、その測定値は信頼性の高い測定値であると判断することができる。その一方で、得られた測定値が２．０μｍ〜４．０μｍの範囲から外れていれば、その測定値は信頼性の低い測定値であると判断することができる。このように、研磨されるシリコン層の厚さが既知である場合には、その既知の厚さの範囲を測定値の信頼性の判断基準として用いることができる。
さらに、周波数成分の強度に対する所定のしきい値と、シリコン層の厚さに対する所定の範囲の両方を用いて、得られた測定値を選別してもよい。図１３は、測定値を選別する基準として、周波数成分の強度に関する所定のしきい値と、シリコン層の厚さに関する所定の範囲とを用いた例を示す図である。この例では、周波数成分の強度についてのしきい値は１であり、シリコン層の厚さについてのしきい値は２．０μｍ〜４．０μｍの範囲に設定されている。周波数成分の強度が１以上であって、かつシリコン層の厚さが２．０μｍ〜４．０μｍの範囲内にある場合、すなわち、周波数スペクトルのピークが図１３の網線で表される範囲内にある場合は、その測定値は信頼性が高いと第２の処理部１５Ｂによって判断され、監視データに加えられる。これに対し、周波数スペクトルのピークが図１３の網線で表される範囲から外れる場合は、その測定値は信頼性が低いと判断され、監視データには含まれない。
図８に示す２つの分光波形は、その全体が右斜め上に傾いている。このような分光波形全体の傾きはノイズとして周波数スペクトルに現れ、正確なシリコン層の厚さ測定を妨げる。そこで、ノイズを含まない周波数スペクトルを得るために、次のようなノイズ除去プロセスを行なってもよい。すなわち、基準シリコンウェハ（ベアシリコンウェハ）を用意し、この基準シリコンウェハに赤外線を当て、該基準シリコンウェハから反射した赤外線の波長ごとの相対反射率を算出することにより基準分光波形を取得し、この基準分光波形に高速フーリエ変換処理を施して基準周波数スペクトルを予め取得し、ウェハＷの研磨中に得られた図９に示すような周波数スペクトルを上記基準周波数スペクトルで割ることにより、ノイズの含まない周波数スペクトルが得られる。より具体的には、研磨中に得られた周波数スペクトル上の各シリコン層厚さでの周波数成分の強度を、基準周波数スペクトル上の対応する周波数成分の強度で割り算することにより、周波数スペクトルを補正する。シリコン層の厚さおよび対応する周波数成分の強度は、この補正された周波数スペクトルに基づいて決定されることが好ましい。
図１４は、シリコン貫通電極（ＴＳＶ）の製造において実施されるシリコン層の研磨時に取得された分光波形を示す図であり、図１５は、図１４に示す分光波形から生成された周波数スペクトルを示す図である。図１４に示す分光波形ｓ３，ｓ４，ｓ５は、図１５に示す周波数スペクトルｆ３，ｆ４，ｆ５にそれぞれ対応する。図１４に示す分光波形および図１５に示す周波数スペクトルは、図４に示す分光波形および図５に示す周波数スペクトルと同様にして生成されるので、その重複する説明を省略する。
シリコン貫通電極（ＴＳＶ）の製造では、研磨されるシリコン層の厚さは約２０μｍ〜５０μｍである。この場合でも、測定値を選別する基準として、周波数成分の強度の所定のしきい値および／またはシリコン層の厚さの所定の範囲を用いることができる。本発明の研磨終点検出技術は、厚さ１０μｍ未満のシリコン層を研磨するＢＳＩプロセス、および厚さ約２０μｍ〜５０μｍのシリコン層を研磨するＴＳＶプロセスの両方に適用することが可能である。
照射部１１は、該照射部１１から発せられる赤外線の量を切り替える機能を有している、赤外線の量は研磨されるシリコン層の状態に従って変えることが好ましい。シリコン層の状態の具体例としては、シリコン層の厚さ、シリコン層の表面の平坦度（面内均一性）、シリコン層の下に存在する膜の厚さ、材質、配線パターン密度が挙げられる。例えば、ＢＳＩプロセスのような薄いシリコン層を研磨するときは、照射部１１から発せられる赤外線の量を少なくし、ＴＳＶプロセスのような厚いシリコン層を研磨するときは、照射部１１から発せられる赤外線の量を多くすることが好ましい。
次に、しきい値を決定する方法の一例を説明する。図１６は、周波数成分の強度の度数分布を示すヒストグラムである。図１６のヒストグラムにおいて、縦軸は強度の出現頻度を表し、横軸は周波数成分の強度を表している。図１６のヒストグラムには、２５個の測定値に対応する周波数成分の強度が示されている。これらの２５個の測定値は、研磨テーブルが５回転する間に、ウェハ上の５つの領域（図６参照）で取得されたものである。したがって、出現頻度の総数は２５である。
周波数成分の強度の度数分布は、研磨されるウェハの特性によって異なる。図１６に示す例においては、度数分布に示される周波数成分の強度は、信頼性の高いグループと信頼性の低いグループとに二極化する傾向を示している。この場合、２つのグループの加重平均間の中間値（平均値）が、上記しきい値として使用される。図１６に示す例では、信頼性の高いグループに属する周波数成分の強度の加重平均は約０．４であり、信頼性の低いグループに属する周波数成分の強度の加重平均は約１．６である。これら２つの加重平均の中間値は１．０（＝（０．４＋１．６）／２）である。したがって、この例では、周波数成分の強度のしきい値として１．０が使用される。周波数成分の強度が二極化しない場合には、度数分布（ヒストグラム）に示された周波数成分の強度全体の加重平均が上記しきい値として使用される。このように、過去に取得された周波数成分の強度の度数分布から算出された加重平均に基づいてしきい値を決定することで、信頼性に基づく測定値の選別を安定して行うことができる。
次に、しきい値を決定する方法の他の例を説明する。図１７は、図１６に示すヒストグラムから生成した累積折れ線グラフを示す図である。縦軸は、周波数成分の強度の出現頻度の累積値をパーセントで表したものである。１００％は、測定値の総数である２５に対応する。したがって、測定値１つ当たりのパーセントは、１００％／２５＝４％である。強度０．２の測定値は１つ存在するので、その頻度は４％である。強度０．３の測定値は３つ存在するので、その頻度は１２％（＝４％×３）である。図１７の縦軸は、頻度の累積値を表すから、強度０．３での累積値は４＋１２＝１６％である。このように、測定値の総数に対する頻度累積値の割合を表現したグラフが、累積折れ線グラフである。
しきい値は、過去に取得された測定値に占める信頼性が高い測定値の割合から決定される。例えば、過去の測定データから、測定値全体に占める信頼性の低い測定値の割合が約２０％であることが既知であり、測定値の全体数の２０％まで捨てることが許容される場合、縦軸の２０％に対応する横軸の強度は０．４であるので、しきい値は０．４と決定される。この場合は、測定値全体の８０％を使って研磨終点が検出される。
上述した度数分布および累積折れ線グラフの両方を用いて、しきい値を決定してもよい。例えば、度数分布から決定したしきい値と、累積折れ線グラフから決定したしきい値の平均値を、測定値を判別するためのしきい値として用いてもよい。しきい値を決定する上述の方法では、過去に得られた測定データが用いられる。過去に得られた測定データの例としては、現在研磨しているウェハについて既に取得された測定値、先行して研磨された別のウェハについて取得された測定値、および別の研磨装置で過去に取得された測定値などが挙げられる。
図１６および図１７を用いて説明したしきい値の決定方法は、画像処理分野における二値化処理に用いられるしきい値決定方法に基づいている。例えば、図１７に示す方法は、Ｐタイル法（Percentile Method）である。さらに、分離度（separation metrics）を使用した判別分析法（Discriminate Analysis Method、大津の二値化とも呼ばれる）など、その他の画像処理分野のしきい値決定方法を適用することももちろん可能である。
図１８は、信頼性の高い測定値と信頼性の低い測定値とを判別する他の方法を説明するための図である。図１８に示す２つの周波数スペクトルｆ６，ｆ７の各ピークが示す強度は比較的高い。このため、例えばしきい値が０．０６５である場合は、周波数スペクトルｆ６，ｆ７から得られるシリコン層の厚さの測定値は、どちらも信頼性が高いと判断される。しかしながら、周波数スペクトルｆ７は、周波数スペクトルｆ６に比べて、不明瞭なピーク形状を有している。一般に、ピーク形状が明瞭である周波数スペクトルは、信頼性の高い測定値を示し、ピーク形状が不明瞭である周波数スペクトルは、信頼性の低い測定値を示す傾向がある。
そこで、この方法においては、周波数スペクトルのピークでの強度に代えて、所定の観測厚さでの周波数成分の強度を用いて、測定値の信頼性を判断する。すなわち、所定の観測厚さでの周波数成分の強度が所定のしきい値よりも低い場合は、周波数スペクトルのピークが示すシリコン層の厚さの測定値は、信頼性が高いと認定される。これに対し、所定の観測厚さでの周波数成分の強度が上記所定のしきい値以上である場合は、周波数スペクトルのピークが示すシリコン層の厚さの測定値は、信頼性が低いと認定される。
図１８に示す例では、観測厚さは２μｍに設定され、しきい値は０．０６５に設定されている。周波数スペクトルｆ６では、観測厚さ２μｍでの周波数成分の強度ａ１は、しきい値０．０６５よりも低い。したがって、周波数スペクトルｆ６から得られる測定値は、信頼性が高いと判断される。これに対し、周波数スペクトルｆ７では、観測厚さ２μｍでの周波数成分の強度ｂ１はしきい値０．０６５よりも高い。したがって、周波数スペクトルｆ７から得られる測定値は、信頼性が低いと判断される。観測厚さは、複数あってもよい。この場合は、各観測厚さでの強度と上記しきい値とが比較され、上述と同様に測定値の信頼性が判断される。
この方法において、周波数スペクトルのピークでの強度に加えて、所定の観測厚さでの周波数成分の強度を用いて、測定値の信頼性を判断してもよい。すなわち、周波数スペクトルのピークが示す強度が所定のしきい値よりも高く、かつ所定の観測厚さでの周波数成分の強度が上記所定のしきい値よりも低い場合は、周波数スペクトルのピークが示すシリコン層の厚さの測定値は、信頼性が高いと認定される。これに対し、周波数スペクトルのピークが示す強度が所定のしきい値以下であり、および／または所定の観測厚さでの周波数成分の強度が上記所定のしきい値以上である場合は、周波数スペクトルのピークが示すシリコン層の厚さの測定値は、信頼性が低いと認定される。このように、ピークでの強度を用いた信頼性判断と、所定の観測厚さでの強度を用いた信頼性判断とを組み合わせることにより、より正確に測定値を判別することが可能となる。
図１９は、図１８に示した判別方法の変形例を説明するための図である。この方法においては、周波数スペクトルのピークでの強度と、所定の観測厚さでの周波数成分の強度との差分（絶対値）が、所定の設定値と比較される。上記差分が設定値よりも大きければ、その周波数スペクトルのピークから決定されるシリコン層の厚さの測定値は、信頼性が高いと判断される。これに対して、上記差分が設定値以下であれば、その周波数スペクトルのピークから決定されるシリコン層の厚さの測定値は、信頼性が低いと判断される。
図１９に示す例においては、上記差分の設定値は０．００５に設定されている。周波数スペクトルｆ６のピークでの強度と、観測厚さ２μｍでの周波数成分の強度との差分ａ２は、設定値０．００５よりも大きい。したがって、周波数スペクトルｆ６のピークから決定されるシリコン層の厚さの測定値は、信頼性が高いと判断される。これに対し、周波数スペクトルｆ７のピークでの強度と、観測厚さ２μｍでの周波数成分の強度との差分ｂ２は、設定値０．００５よりも小さい。したがって、周波数スペクトルｆ７のピークから決定されるシリコン層の厚さの測定値は、信頼性が低いと判断される。この例においても、観測厚さは複数あってもよい。
この方法においても、周波数スペクトルのピークでの強度に基づく信頼性の判断と、上記差分に基づく信頼性の判断とを組み合わせてもよい。すなわち、周波数スペクトルのピークが示す強度が所定のしきい値よりも高く、かつ上記差分が所定の設定値よりも大きい場合は、周波数スペクトルのピークが示すシリコン層の厚さの測定値は、信頼性が高いと認定される。これに対し、周波数スペクトルのピークが示す強度が所定のしきい値以下であり、および／または上記差分が所定の設定値以下である場合は、周波数スペクトルのピークが示すシリコン層の厚さの測定値は、信頼性が低いと認定される。図１６乃至図１９を用いて説明した上記方法は、赤外線を用いたシリコン層の厚さ測定に適用することができるが、本発明はこれに限らず、可視光を用いた基板上の膜（例えば、ＳｉＯ２などの絶縁膜）の厚さ測定にも適用することは可能である。
図２０は、上述した研磨終点検出方法を実行することができる研磨装置を模式的に示す断面図である。図２０に示すように、研磨装置は、研磨パッド２２を支持する研磨テーブル２０と、ウェハＷを保持して研磨パッド２２に押圧するトップリング２４と、研磨パッド２２に研磨液（スラリー）を供給する研磨液供給機構２５とを備えている。研磨テーブル２０は、その下方に配置されるモータ（図示せず）に連結されており、軸心周りに回転可能になっている。研磨パッド２２は、研磨テーブル２０の上面に固定されている。
研磨パッド２２の上面２２ａは、ウェハＷを研磨する研磨面を構成している。トップリング２４は、トップリングシャフト２８を介してモータ及び昇降シリンダ（図示せず）に連結されている。これにより、トップリング２４は昇降可能かつトップリングシャフト２８周りに回転可能となっている。このトップリング２４の下面には、ウェハＷが真空吸着等によって保持される。
トップリング２４の下面に保持されたウェハＷはトップリング２４によって回転させられつつ、回転している研磨テーブル２０上の研磨パッド２２の研磨面２２ａにトップリング２４によって押圧される。このとき、研磨液供給機構２５から研磨パッド２２の研磨面２２ａに研磨液が供給され、ウェハＷの表面と研磨パッド２２との間に研磨液が存在した状態でウェハＷの表面が研磨される。ウェハＷと研磨パッド２２とを摺接させる相対移動機構は、研磨テーブル２０およびトップリング２４によって構成される。
研磨テーブル２０には、その上面で開口する第１の孔３０Ａおよび第２の孔３０Ｂが形成されている。また、研磨パッド２２には、これら孔３０Ａ，３０Ｂに対応する位置に通孔３１が形成されている。孔３０Ａ，３０Ｂと通孔３１とは連通し、通孔３１は研磨面２２ａで開口している。第１の孔３０Ａは液体供給路３３およびロータリージョイント３２を介して液体供給源３５に連結されており、第２の孔３０Ｂは、液体排出路３４に連結されている。
ウェハＷの研磨中は、液体供給源３５からは、透明な液体として水（好ましくは純水）が液体供給路３３を介して第１の孔３０Ａに供給され、ウェハＷの下面と光ファイバー１２，４１の先端との間の空間を満たす。水は、さらに第２の孔３０Ｂに流れ込み、液体排出路３４を通じて排出される。研磨液は水と共に排出され、これにより光路が確保される。液体供給路３３には、研磨テーブル２０の回転に同期して作動するバルブ（図示せず）が設けられている。このバルブは、通孔３１の上にウェハＷが位置しないときは水の流れを止める、または水の流量を少なくするように動作する。本実施形態においては、液体供給源３５および液体供給路３３により、水供給機構が構成される。
研磨装置は、上述した方法に従って研磨の進捗を監視し、かつ、研磨終点を検出する研磨監視装置を有している。この研磨監視装置は、研磨終点検出装置としても機能する。研磨監視装置は、赤外線をウェハＷの被研磨面に照射する照射部１１と、ウェハＷから戻ってくる赤外線反射を受光する受光部としての光ファイバー１２と、ウェハＷから反射した赤外線を波長に従って分解し、所定の波長範囲に亘って赤外線の強度を測定する分光器１３と、分光器１３によって取得された赤外線強度データからシリコン層の厚さを決定する第１の処理部１５Ａと、第１の処理部１５Ａからから得られるシリコン層の厚さを監視し、かつウェハＷの研磨終点（シリコン層の研磨終点）を決定する第２の処理部１５Ｂとを備えている。第１の処理部１５Ａと第２の処理部１５Ｂは、１つの処理部として設けてもよい。
照射部１１は、光源４０と、光源４０に接続された光ファイバー４１とを備えている。光ファイバー４１は、光源４０によって発せられた赤外線をウェハＷの表面まで導く光伝送部である。光ファイバー４１および光ファイバー１２の先端は、第１の孔３０Ａ内に位置しており、ウェハＷの被研磨面の近傍に位置している。光ファイバー４１および光ファイバー１２の各先端は、トップリング２４に保持されたウェハＷの中心に対向して配置され、図３および図６に示すように、研磨テーブル２０が回転するたびにウェハＷの中心を含む複数の領域に赤外線が照射されるようになっている。８００ｎｍ〜９００ｎｍの近赤外線は水の中を比較的容易に通りやすいので、近赤外線を使用することが好ましい。
光源４０としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられる。光源４０が発する赤外線は、波長９２０ｎｍ〜９８０ｎｍの近赤外線であることが好ましい。この範囲の波長を持つ近赤外線は、より長波長の赤外線に比べて水に吸収されにくいので、より精度の高い測定が可能となる。光ファイバー４１と光ファイバー１２は互いに並列に配置されている。光ファイバー４１および光ファイバー１２の各先端は、ウェハＷの表面に対してほぼ垂直に配置されており、光ファイバー４１はウェハＷの表面にほぼ垂直に赤外線を照射するようになっている。
ウェハＷの研磨中は、照射部１１から赤外線がウェハＷに照射され、光ファイバー１２によってウェハＷから反射した赤外線が受光される。赤外線が照射される間、孔３０Ａ，３０Ｂおよび通孔３１には水が供給され、これにより、光ファイバー４１および光ファイバー１２の各先端と、ウェハＷの表面との間の空間は水で満たされる。分光器１３は、反射した赤外線の強度を所定の波長範囲に亘って測定し、得られた赤外線強度データを第１の処理部１５Ａに送る。第１の処理部１５Ａは、上述のよう分光波形にＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を行なってシリコン層の厚さを決定し、第２の処理部１５Ｂは、第１の処理部１５Ａから得られたシリコン層の厚さに基づいて研磨終点を決定する。
図２１は、図２０に示す研磨装置の変形例を示す断面図である。図２１に示す例では、液体供給路、液体排出路、液体供給源は設けられていない。これに代えて、研磨パッド２２には透明窓４５が形成されている。照射部１１の光ファイバー４１は、この透明窓４５を通じて研磨パッド２２上のウェハＷの表面に赤外線を照射し、受光部としての光ファイバー１２は、ウェハＷから反射した赤外線を透明窓４５を通じて受光する。その他の構成は、図２０に示す研磨装置と同様である。
上述したシリコン層は、シリコン基板自体であってもよい。本発明は、シリコン基板自体の研磨（研削）にも適用することが可能である。例えば、本発明は、シリコン基板の裏面研削に適用することができる。シリコン基板を研磨（研削）する装置は、研磨パッド２２に代えて、砥石が研磨具として使用される。
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。
１１ 照射部
１２ 受光部（光ファイバー）
１３ 分光器
１５Ａ，１５Ｂ 処理部（研磨監視部）
１６ 動作コントローラ
２０ 研磨テーブル
２２ 研磨パッド（研磨具）
２４ トップリング
２５ 研磨液供給機構
２８ トップリングシャフト
３０Ａ，３０Ｂ 孔
３１ 通孔
３２ ロータリージョイント
３３ 液体供給路
３４ 液体排出路
３５ 液体供給源
４０ 光源
４１ 光ファイバー
４５ 透明窓

Claims (39)

  1. シリコン層を有する基板を研磨する方法であって、
    回転する研磨テーブル上の研磨具に基板を押し付けて前記基板を研磨し、
    前記基板の研磨中に、前記基板に赤外線を照射し、
    前記基板から反射した赤外線を受光し、
    前記反射した赤外線の強度を波長ごとに測定し、
    測定された前記赤外線の強度を所定の基準強度で割って相対反射率を算出し、
    前記相対反射率と前記赤外線の波長との関係を示す分光波形を生成し、
    前記分光波形にフーリエ変換処理を行なって、前記シリコン層の厚さおよび対応する周波数成分の強度を決定し、
    前記決定されたシリコン層の厚さが所定の目標値に達した時点に基づいて前記基板の研磨終点を決定することを特徴とする方法。
  2. 前記決定された周波数成分の強度が所定のしきい値よりも高く、および／または前記決定されたシリコン層の厚さが所定の範囲内にある場合には、前記決定されたシリコン層の厚さを信頼性の高い測定値と認定する工程をさらに含み、
    前記信頼性の高い測定値が前記所定の目標値に達した時点に基づいて前記基板の研磨終点を決定することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 前記研磨テーブルが１回転する間に、前記基板への赤外線の照射から前記信頼性の高い測定値の認定までの工程を複数回繰り返して、複数の信頼性の高い測定値を取得し、
    前記複数の信頼性の高い測定値の平均値を算出し、
    前記平均値が前記所定の目標値に達した時点に基づいて前記基板の研磨終点を決定することを特徴とする請求項２に記載の方法。
  4. 前記平均値の移動平均値を算出し、
    前記移動平均値が前記所定の目標値に達した時点に基づいて前記基板の研磨終点を決定することを特徴とする請求項３に記載の方法。
  5. 前記基板への赤外線の照射から前記信頼性の高い測定値の認定までの工程を複数回繰り返して、複数の信頼性の高い測定値を取得し、
    前記複数の信頼性の高い測定値の移動平均値を算出し、
    前記移動平均値が前記所定の目標値に達した時点に基づいて前記基板の研磨終点を決定することを特徴とする請求項２に記載の方法。
  6. 前記赤外線は前記基板の中心部に照射され、
    前記信頼性の高い測定値は、前記基板の中心部における前記シリコン層の厚さの測定値であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
  7. 前記赤外線は前記基板の複数の領域に照射され、
    前記信頼性の高い測定値は、前記複数の領域から予め選択された少なくとも１つの領域における前記シリコン層の厚さの測定値であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
  8. 前記所定のしきい値は、過去に取得された複数の信頼性の高い測定値に基づいて変動することを特徴とする請求項２に記載の方法。
  9. 前記分光波形にフーリエ変換処理を行なって、前記シリコン層の厚さおよび対応する周波数成分の強度を決定する工程は、
    前記分光波形にフーリエ変換処理を行なって、前記シリコン層の厚さと周波数成分の強度との関係を示す周波数スペクトルを取得し、
    基準シリコンウェハに赤外線を当て、該基準シリコンウェハから反射した赤外線の波長ごとの相対反射率を算出することにより基準分光波形を取得し、
    前記基準分光波形にフーリエ変換処理を行なって基準周波数スペクトルを取得し、
    前記周波数スペクトル上の各シリコン層厚さでの周波数成分の強度を、前記基準周波数スペクトル上の対応する周波数成分の強度で割り算することにより、前記周波数スペクトルを補正し、
    前記補正された周波数スペクトルから前記シリコン層の厚さおよび対応する周波数成分の強度を決定する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  10. 前記基板に照射される前記赤外線の量を、研磨される前記シリコン層の状態に従って変えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  11. 前記シリコン層は、裏面照射型イメージセンサの受光面を構成するシリコン層であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  12. 前記シリコン層は、シリコン貫通電極のシリコン層であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  13. 前記赤外線は、波長８００ｎｍ〜１０００ｎｍの近赤外線であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  14. 膜が表面に形成された基板を研磨する方法であって、
    回転する研磨テーブル上の研磨具に基板を押し付けて前記基板を研磨し、
    前記基板の研磨中に、前記基板に光を照射し、
    前記基板から反射した光を受光し、
    前記反射した光の強度を波長ごとに測定し、
    測定された前記光の強度を所定の基準強度で割って相対反射率を算出し、
    前記相対反射率と前記光の波長との関係を示す分光波形を生成し、
    前記分光波形にフーリエ変換処理を行なって、前記膜の厚さおよび対応する周波数成分の強度を決定し、
    前記決定された周波数成分の強度が所定のしきい値よりも高く、および／または前記決定された膜の厚さが所定の範囲内にある場合には、前記決定された膜の厚さを信頼性の高い測定値と認定し、
    前記信頼性の高い測定値が所定の目標値に達した時点に基づいて前記基板の研磨終点を決定する工程を含み、
    前記所定のしきい値は、過去に取得された周波数成分の強度の度数分布に基づいて決定されることを特徴とする方法。
  15. 前記所定のしきい値は、前記度数分布に示された前記周波数成分の強度の加重平均であることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
  16. 前記所定のしきい値は、前記度数分布において二極化された信頼性の高いグループに属する周波数成分の強度の加重平均と信頼性の低いグループに属する周波数成分の強度の加重平均との間の中間値であることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
  17. 前記所定のしきい値は、過去に取得された測定値に占める信頼性の高い測定値の割合に基づいて決定されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
  18. 膜が表面に形成された基板を研磨する方法であって、
    回転する研磨テーブル上の研磨具に基板を押し付けて前記基板を研磨し、
    前記基板の研磨中に、前記基板に光を照射し、
    前記基板から反射した光を受光し、
    前記反射した光の強度を波長ごとに測定し、
    測定された前記光の強度を所定の基準強度で割って相対反射率を算出し、
    前記相対反射率と前記光の波長との関係を示す分光波形を生成し、
    前記分光波形にフーリエ変換処理を行なって、前記膜の厚さと周波数成分の強度との関係を取得して、前記膜の厚さを決定し、
    所定の観測厚さにおける前記周波数成分の強度が、所定のしきい値よりも低い場合には、前記決定された膜の厚さを信頼性の高い測定値と認定し、
    前記信頼性の高い測定値が所定の目標値に達した時点に基づいて前記基板の研磨終点を決定することを特徴とする方法。
  19. 膜が表面に形成された基板を研磨する方法であって、
    回転する研磨テーブル上の研磨具に基板を押し付けて前記基板を研磨し、
    前記基板の研磨中に、前記基板に光を照射し、
    前記基板から反射した光を受光し、
    前記反射した光の強度を波長ごとに測定し、
    測定された前記光の強度を所定の基準強度で割って相対反射率を算出し、
    前記相対反射率と前記光の波長との関係を示す分光波形を生成し、
    前記分光波形にフーリエ変換処理を行なって、前記膜の厚さと周波数成分の強度との関係を取得して、前記膜の厚さおよび対応する前記周波数成分の強度を決定し、
    所定の観測厚さにおける前記周波数成分の強度と前記決定された周波数成分の強度との差分の絶対値が所定のしきい値よりも大きい場合には、前記決定された膜の厚さを信頼性の高い測定値と認定し、
    前記信頼性の高い測定値が所定の目標値に達した時点に基づいて前記基板の研磨終点を決定することを特徴とする方法。
  20. シリコン層を有する基板を研磨する装置であって、
    研磨具を支持する回転可能な研磨テーブルと、
    前記回転する研磨テーブル上の前記研磨具に前記基板を押し付けるトップリングと、
    前記トップリングに保持された前記基板に赤外線を照射する照射部と、
    前記基板から反射した赤外線を受光する受光部と、
    前記反射した赤外線の強度を波長ごとに測定する分光器と、
    前記分光器により取得された赤外線強度データから前記シリコン層の厚さを決定する研磨監視部とを備え、
    前記研磨監視部は、
    測定された前記赤外線の強度を所定の基準強度で割って相対反射率を算出し、
    前記相対反射率と前記赤外線の波長との関係を示す分光波形を生成し、
    前記分光波形にフーリエ変換処理を行なって、前記シリコン層の厚さおよび対応する周波数成分の強度を決定し、
    前記決定されたシリコン層の厚さが所定の目標値に達した時点に基づいて前記基板の研磨終点を決定することを特徴とする装置。
  21. 前記研磨監視部は、
    前記決定された周波数成分の強度が所定のしきい値よりも高く、および／または前記決定されたシリコン層の厚さが所定の範囲内にある場合には、前記決定されたシリコン層の厚さを信頼性の高い測定値と認定し、
    前記信頼性の高い測定値が所定の目標値に達した時点に基づいて前記基板の研磨終点を決定することを特徴とする請求項２０に記載の装置。
  22. 前記研磨テーブルが１回転する間に、前記基板への赤外線の照射から前記信頼性の高い測定値の認定までの工程を複数回繰り返して、複数の信頼性の高い測定値を取得し、
    前記研磨監視部は、前記複数の信頼性の高い測定値の平均値を算出し、前記平均値が前記所定の目標値に達した時点に基づいて前記基板の研磨終点を決定することを特徴とする請求項２１に記載の装置。
  23. 前記研磨監視部は、前記平均値の移動平均値を算出し、前記移動平均値が前記所定の目標値に達した時点に基づいて前記基板の研磨終点を決定することを特徴とする請求項２２に記載の装置。
  24. 前記基板への赤外線の照射から前記信頼性の高い測定値の認定までの工程を複数回繰り返して、複数の信頼性の高い測定値を取得し、
    前記研磨監視部は、前記複数の信頼性の高い測定値の移動平均値を算出し、前記移動平均値が前記所定の目標値に達した時点に基づいて前記基板の研磨終点を決定することを特徴とする請求項２１に記載の装置。
  25. 前記赤外線は前記基板の中心部に照射され、
    前記信頼性の高い測定値は、前記基板の中心部における前記シリコン層の厚さの測定値であることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
  26. 前記赤外線は前記基板の複数の領域に照射され、
    前記信頼性の高い測定値は、前記複数の領域から予め選択された少なくとも１つの領域における前記シリコン層の厚さの測定値であることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
  27. 前記所定のしきい値は、過去に取得された複数の信頼性の高い測定値に基づいて変動することを特徴とする請求項２１に記載の装置。
  28. 前記研磨監視部は、
    前記分光波形にフーリエ変換処理を行なって、前記シリコン層の厚さと周波数成分の強度との関係を示す周波数スペクトルを取得し、
    基準シリコンウェハに赤外線を当て、該基準シリコンウェハから反射した赤外線の波長ごとの相対反射率を算出することにより基準分光波形を取得し、
    前記基準分光波形にフーリエ変換処理を行なって基準周波数スペクトルを取得し、
    前記周波数スペクトル上の各シリコン層厚さでの周波数成分の強度を、前記基準周波数スペクトル上の対応する周波数成分の強度で割り算することにより、前記周波数スペクトルを補正し、
    前記補正された周波数スペクトルから前記シリコン層の厚さおよび対応する周波数成分の強度を決定することを特徴とする請求項２０に記載の装置。
  29. 前記照射部は、前記基板に照射される前記赤外線の量を、研磨される前記シリコン層の状態に従って変えることが可能に構成されていることを特徴とする請求項２０に記載の装置。
  30. 前記シリコン層は、裏面照射型イメージセンサの受光面を構成するシリコン層であることを特徴とする請求項２０に記載の装置。
  31. 前記シリコン層は、シリコン貫通電極のシリコン層であることを特徴とする請求項２０に記載の装置。
  32. 前記赤外線は、波長８００ｎｍ〜１０００ｎｍの近赤外線であることを特徴とする請求項２０に記載の装置。
  33. 前記研磨具に押し付けられた前記基板と、前記照射部および前記受光部の先端との間の空間に水を供給する水供給機構をさらに備えたことを特徴とする請求項２０に記載の装置。
  34. 膜が表面に形成された基板を研磨する装置であって、
    研磨具を支持する回転可能な研磨テーブルと、
    前記回転する研磨テーブル上の前記研磨具に前記基板を押し付けるトップリングと、
    前記トップリングに保持された前記基板に光を照射する照射部と、
    前記基板から反射した光を受光する受光部と、
    前記反射した光の強度を波長ごとに測定する分光器と、
    前記分光器により取得された光強度データから前記膜の厚さを決定する研磨監視部とを備え、
    前記研磨監視部は、
    測定された前記光の強度を所定の基準強度で割って相対反射率を算出し、
    前記相対反射率と前記光の波長との関係を示す分光波形を生成し、
    前記分光波形にフーリエ変換処理を行なって、前記膜の厚さおよび対応する周波数成分の強度を決定し、
    前記決定された周波数成分の強度が所定のしきい値よりも高く、および／または前記決定された膜の厚さが所定の範囲内にある場合には、前記決定された膜の厚さを信頼性の高い測定値と認定し、
    前記信頼性の高い測定値が所定の目標値に達した時点に基づいて前記基板の研磨終点を決定するように構成されており、
    前記所定のしきい値は、過去に取得された複数の測定値から作成された前記周波数成分の強度の度数分布に基づいて決定されることを特徴とする装置。
  35. 前記所定のしきい値は、前記度数分布に示された前記周波数成分の強度の加重平均であることを特徴とする請求項３４に記載の装置。
  36. 前記所定のしきい値は、前記度数分布において二極化された信頼性の高いグループに属する周波数成分の強度の加重平均と信頼性の低いグループに属する周波数成分の強度の加重平均との間の中間値であることを特徴とする請求項３４に記載の装置。
  37. 前記所定のしきい値は、過去に取得された測定値に占める信頼性の高い測定値の割合に基づいて決定されることを特徴とする請求項３４に記載の装置。
  38. 膜が表面に形成された基板を研磨する装置であって、
    研磨具を支持する回転可能な研磨テーブルと、
    前記回転する研磨テーブル上の前記研磨具に前記基板を押し付けるトップリングと、
    前記トップリングに保持された前記基板に光を照射する照射部と、
    前記基板から反射した光を受光する受光部と、
    前記反射した光の強度を波長ごとに測定する分光器と、
    前記分光器により取得された光強度データから前記膜の厚さを決定する研磨監視部とを備え、
    前記研磨監視部は、
    測定された前記光の強度を所定の基準強度で割って相対反射率を算出し、
    前記相対反射率と前記光の波長との関係を示す分光波形を生成し、
    前記分光波形にフーリエ変換処理を行なって、前記膜の厚さと周波数成分の強度との関係を取得して、前記膜の厚さを決定し、
    所定の観測厚さにおける前記周波数成分の強度が、所定のしきい値よりも低い場合には、前記決定された膜の厚さを信頼性の高い測定値と認定し、
    前記信頼性の高い測定値が所定の目標値に達した時点に基づいて前記基板の研磨終点を決定することを特徴とする装置。
  39. 膜が表面に形成された基板を研磨する装置であって、
    研磨具を支持する回転可能な研磨テーブルと、
    前記回転する研磨テーブル上の前記研磨具に前記基板を押し付けるトップリングと、
    前記トップリングに保持された前記基板に光を照射する照射部と、
    前記基板から反射した光を受光する受光部と、
    前記反射した光の強度を波長ごとに測定する分光器と、
    前記分光器により取得された光強度データから前記膜の厚さを決定する研磨監視部とを備え、
    前記研磨監視部は、
    測定された前記光の強度を所定の基準強度で割って相対反射率を算出し、
    前記相対反射率と前記光の波長との関係を示す分光波形を生成し、
    前記分光波形にフーリエ変換処理を行なって、前記膜の厚さと周波数成分の強度との関係を取得して、前記膜の厚さおよび対応する前記周波数成分の強度を決定し、
    所定の観測厚さにおける前記周波数成分の強度と前記対応する周波数成分の強度との差分の絶対値が所定のしきい値よりも大きい場合には、前記決定された膜の厚さを信頼性の高い測定値と認定し、
    前記信頼性の高い測定値が所定の目標値に達した時点に基づいて前記基板の研磨終点を決定することを特徴とする装置。
JP2012222682A 2011-10-26 2012-10-05 研磨方法および研磨装置 Active JP6005467B2 (ja)

Priority Applications (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012222682A JP6005467B2 (ja) 2011-10-26 2012-10-05 研磨方法および研磨装置
US13/658,070 US9561577B2 (en) 2011-10-26 2012-10-23 Polishing method and polishing apparatus
TW101139196A TWI614088B (zh) 2011-10-26 2012-10-24 研磨方法及研磨裝置
TW106143718A TWI674170B (zh) 2011-10-26 2012-10-24 研磨方法及研磨裝置
EP12007343.2A EP2586568A3 (en) 2011-10-26 2012-10-25 Polishing method and polishing apparatus
KR1020120119017A KR101884475B1 (ko) 2011-10-26 2012-10-25 연마 방법 및 연마 장치
CN201210419599.3A CN103072072B (zh) 2011-10-26 2012-10-26 研磨方法及研磨装置
US15/384,592 US9842783B2 (en) 2011-10-26 2016-12-20 Polishing method and polishing apparatus
KR1020180086442A KR101949089B1 (ko) 2011-10-26 2018-07-25 연마 방법 및 연마 장치

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011235024 2011-10-26
JP2011235024 2011-10-26
JP2012222682A JP6005467B2 (ja) 2011-10-26 2012-10-05 研磨方法および研磨装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013110390A true JP2013110390A (ja) 2013-06-06
JP6005467B2 JP6005467B2 (ja) 2016-10-12

Family

ID=47429493

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012222682A Active JP6005467B2 (ja) 2011-10-26 2012-10-05 研磨方法および研磨装置

Country Status (6)

Country Link
US (2) US9561577B2 (ja)
EP (1) EP2586568A3 (ja)
JP (1) JP6005467B2 (ja)
KR (2) KR101884475B1 (ja)
CN (1) CN103072072B (ja)
TW (2) TWI674170B (ja)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017005014A (ja) * 2015-06-05 2017-01-05 株式会社荏原製作所 研磨装置
JP2017163018A (ja) * 2016-03-10 2017-09-14 株式会社東京精密 ウェハ加工装置及びウェハ加工方法
KR20170134622A (ko) 2015-04-08 2017-12-06 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 막 두께 측정 방법, 막 두께 측정 장치, 연마 방법 및 연마 장치
JP2019145611A (ja) * 2018-02-19 2019-08-29 三菱日立パワーシステムズ株式会社 差動トランス式変位計の断線検知システム、差動トランス式変位計、及び断線検知方法
US10561348B2 (en) 2016-09-05 2020-02-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Device and method for spectrum analysis and device for blood glucose measurement
WO2020086463A1 (en) * 2018-10-22 2020-04-30 Applied Materials, Inc. Residue detection using a luminance histogram
KR20210001972A (ko) 2019-06-27 2021-01-06 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 광학식 막 두께 측정 장치의 최적의 동작 레시피를 결정하는 방법, 장치 및 시스템
KR20220071915A (ko) 2020-11-24 2022-05-31 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 연마 방법, 워크피스의 연마 감시 방법 및 연마 감시 장치
JP7389718B2 (ja) 2020-06-29 2023-11-30 株式会社荏原製作所 研磨方法、研磨装置、およびプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体
JP7460411B2 (ja) 2020-03-24 2024-04-02 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 基板処理装置及び基板処理方法

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6105371B2 (ja) * 2013-04-25 2017-03-29 株式会社荏原製作所 研磨方法および研磨装置
US20150022658A1 (en) 2013-07-16 2015-01-22 University Of North Carolina At Charlotte Noise reduction techniques, fractional bi-spectrum and fractional cross-correlation, and applications
EP3044568B1 (en) * 2013-09-12 2020-09-09 SiO2 Medical Products, Inc. Rapid, non-destructive, selective infrared spectrometry analysis of organic coatings on molded articles
CN103489223A (zh) * 2013-09-29 2014-01-01 华南理工大学 一种面向3d封装ic的3d断层扫描成像方法
US9349661B2 (en) 2014-01-23 2016-05-24 Globalfoundries Inc. Wafer thinning endpoint detection for TSV technology
US20160013085A1 (en) * 2014-07-10 2016-01-14 Applied Materials, Inc. In-Situ Acoustic Monitoring of Chemical Mechanical Polishing
JP1544543S (ja) * 2015-05-14 2019-02-18
JP6948868B2 (ja) 2017-07-24 2021-10-13 株式会社荏原製作所 研磨装置および研磨方法
JP6860451B2 (ja) * 2017-09-05 2021-04-14 株式会社荏原製作所 機能性チップを備える基板を研磨する方法
CN107520740A (zh) * 2017-09-18 2017-12-29 北京半导体专用设备研究所（中国电子科技集团公司第四十五研究所） 一种化学机械抛光中光谱终点的检测方法、装置及系统
JP7403213B2 (ja) * 2017-10-31 2023-12-22 株式会社荏原製作所 研磨装置、及び研磨方法
KR102435764B1 (ko) * 2017-11-17 2022-08-24 삼성디스플레이 주식회사 레이저 결정화 돌기의 제거 장치 및 방법
JP7354131B2 (ja) 2018-03-13 2023-10-02 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 化学機械研磨中の振動のモニタリング
JP7339811B2 (ja) * 2019-08-27 2023-09-06 株式会社荏原製作所 リテーナリングに局所荷重を伝達するローラーの異常検出方法および研磨装置
CN114029790B (zh) * 2021-11-25 2023-04-07 北京晶亦精微科技股份有限公司 一种晶圆研磨方法

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08501635A (ja) * 1992-09-17 1996-02-20 ラクストロン コーポレイション 光学的不良環境において材料層を処理する期間中に終了点を測定する光学的手法
JP2000009437A (ja) * 1997-10-22 2000-01-14 Hitachi Ltd 薄膜の膜厚計測方法及びその装置並びにそれを用いた薄膜デバイスの製造方法及びその製造装置
JP2003068686A (ja) * 2001-06-15 2003-03-07 Ebara Corp ポリッシング装置及び研磨パッド並びにその製造方法
JP2003249472A (ja) * 2002-02-26 2003-09-05 Hitachi Ltd 膜厚計測方法および膜厚計測装置および薄膜デバイスの製造方法
US20040016895A1 (en) * 2001-03-19 2004-01-29 Lam Research Corp. In-situ detection of thin-metal interface using optical interference via a dynamically updated reference
JP2005081518A (ja) * 2003-09-10 2005-03-31 Ebara Corp 研磨状態監視装置及び該装置を用いた研磨装置
JP2008083059A (ja) * 2006-09-26 2008-04-10 David S Marx ウェーハの測定システム及び測定装置
WO2008044786A1 (en) * 2006-10-06 2008-04-17 Ebara Corporation Machining end point detecting method, grinding method, and grinder
JP2010016016A (ja) * 2008-06-30 2010-01-21 Tokyo Seimitsu Co Ltd 研磨終点検出方法及び研磨装置
JP2010093147A (ja) * 2008-10-10 2010-04-22 Ebara Corp 研磨進捗監視方法および研磨装置
JP2010114327A (ja) * 2008-11-07 2010-05-20 Tokyo Seimitsu Co Ltd 研磨終了時点の検出方法及び検出装置
US20120274932A1 (en) * 2011-04-26 2012-11-01 Jeffrey Drue David Polishing with copper spectrum

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10125634A (ja) 1996-10-19 1998-05-15 Nikon Corp 研磨装置
JP3854056B2 (ja) 1999-12-13 2006-12-06 株式会社荏原製作所 基板膜厚測定方法、基板膜厚測定装置、基板処理方法及び基板処理装置
US6511363B2 (en) * 2000-12-27 2003-01-28 Tokyo Seimitsu Co., Ltd. Polishing end point detecting device for wafer polishing apparatus
JP4542324B2 (ja) 2002-10-17 2010-09-15 株式会社荏原製作所 研磨状態監視装置及びポリッシング装置
US6895360B2 (en) * 2002-12-17 2005-05-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method to measure oxide thickness by FTIR to improve an in-line CMP endpoint determination
JP4501633B2 (ja) * 2004-10-28 2010-07-14 ソニー株式会社 固体撮像素子とその製造方法
US20070148792A1 (en) * 2005-12-27 2007-06-28 Marx David S Wafer measurement system and apparatus
JP2009050944A (ja) 2007-08-24 2009-03-12 Disco Abrasive Syst Ltd 基板の厚さ測定方法および基板の加工装置
US8388408B2 (en) * 2008-10-10 2013-03-05 Ebara Corporation Method of making diagram for use in selection of wavelength of light for polishing endpoint detection, method for selecting wavelength of light for polishing endpoint detection, and polishing endpoint detection method
CN101954621B (zh) * 2009-07-16 2012-05-23 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 化学机械研磨制程的研磨终点判断方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08501635A (ja) * 1992-09-17 1996-02-20 ラクストロン コーポレイション 光学的不良環境において材料層を処理する期間中に終了点を測定する光学的手法
JP2000009437A (ja) * 1997-10-22 2000-01-14 Hitachi Ltd 薄膜の膜厚計測方法及びその装置並びにそれを用いた薄膜デバイスの製造方法及びその製造装置
US20040016895A1 (en) * 2001-03-19 2004-01-29 Lam Research Corp. In-situ detection of thin-metal interface using optical interference via a dynamically updated reference
JP2003068686A (ja) * 2001-06-15 2003-03-07 Ebara Corp ポリッシング装置及び研磨パッド並びにその製造方法
JP2003249472A (ja) * 2002-02-26 2003-09-05 Hitachi Ltd 膜厚計測方法および膜厚計測装置および薄膜デバイスの製造方法
JP2005081518A (ja) * 2003-09-10 2005-03-31 Ebara Corp 研磨状態監視装置及び該装置を用いた研磨装置
JP2008083059A (ja) * 2006-09-26 2008-04-10 David S Marx ウェーハの測定システム及び測定装置
WO2008044786A1 (en) * 2006-10-06 2008-04-17 Ebara Corporation Machining end point detecting method, grinding method, and grinder
JP2010016016A (ja) * 2008-06-30 2010-01-21 Tokyo Seimitsu Co Ltd 研磨終点検出方法及び研磨装置
JP2010093147A (ja) * 2008-10-10 2010-04-22 Ebara Corp 研磨進捗監視方法および研磨装置
JP2010114327A (ja) * 2008-11-07 2010-05-20 Tokyo Seimitsu Co Ltd 研磨終了時点の検出方法及び検出装置
US20120274932A1 (en) * 2011-04-26 2012-11-01 Jeffrey Drue David Polishing with copper spectrum

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170134622A (ko) 2015-04-08 2017-12-06 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 막 두께 측정 방법, 막 두께 측정 장치, 연마 방법 및 연마 장치
US10256104B2 (en) 2015-04-08 2019-04-09 Ebara Corporation Film thickness measuring method, film thickness measuring apparatus, polishing method, and polishing apparatus
JP2017005014A (ja) * 2015-06-05 2017-01-05 株式会社荏原製作所 研磨装置
US10124462B2 (en) 2015-06-05 2018-11-13 Ebara Corporation Polishing apparatus
JP2017163018A (ja) * 2016-03-10 2017-09-14 株式会社東京精密 ウェハ加工装置及びウェハ加工方法
US11497421B2 (en) 2016-09-05 2022-11-15 Samsung Electronics Co., Ltd. Device and method for spectrum analysis and device for blood glucose measurement
US10561348B2 (en) 2016-09-05 2020-02-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Device and method for spectrum analysis and device for blood glucose measurement
JP7118660B2 (ja) 2018-02-19 2022-08-16 三菱重工業株式会社 差動トランス式変位計の断線検知システム、差動トランス式変位計、及び断線検知方法
JP2019145611A (ja) * 2018-02-19 2019-08-29 三菱日立パワーシステムズ株式会社 差動トランス式変位計の断線検知システム、差動トランス式変位計、及び断線検知方法
WO2020086463A1 (en) * 2018-10-22 2020-04-30 Applied Materials, Inc. Residue detection using a luminance histogram
US11315232B2 (en) 2018-10-22 2022-04-26 Applied Materials, Inc. Residue detection using a luminance histogram
KR20210001972A (ko) 2019-06-27 2021-01-06 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 광학식 막 두께 측정 장치의 최적의 동작 레시피를 결정하는 방법, 장치 및 시스템
US11648643B2 (en) 2019-06-27 2023-05-16 Ebara Corporation Method, apparatus, and system for determining optimum operation recipe for optical film-thickness measuring device
JP7460411B2 (ja) 2020-03-24 2024-04-02 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 基板処理装置及び基板処理方法
JP7389718B2 (ja) 2020-06-29 2023-11-30 株式会社荏原製作所 研磨方法、研磨装置、およびプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体
KR20220071915A (ko) 2020-11-24 2022-05-31 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 연마 방법, 워크피스의 연마 감시 방법 및 연마 감시 장치

Also Published As

Publication number Publication date
CN103072072B (zh) 2016-08-24
TW201323148A (zh) 2013-06-16
EP2586568A2 (en) 2013-05-01
KR20130045819A (ko) 2013-05-06
TWI614088B (zh) 2018-02-11
US9561577B2 (en) 2017-02-07
JP6005467B2 (ja) 2016-10-12
US20130109278A1 (en) 2013-05-02
KR101884475B1 (ko) 2018-08-01
KR101949089B1 (ko) 2019-02-15
US9842783B2 (en) 2017-12-12
TWI674170B (zh) 2019-10-11
US20170103928A1 (en) 2017-04-13
CN103072072A (zh) 2013-05-01
KR20180089884A (ko) 2018-08-09
TW201829120A (zh) 2018-08-16
EP2586568A3 (en) 2017-10-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6005467B2 (ja) 研磨方法および研磨装置
JP6147942B2 (ja) 研磨方法
JP5992570B2 (ja) 研磨監視方法、研磨監視装置、および研磨装置
US10256104B2 (en) Film thickness measuring method, film thickness measuring apparatus, polishing method, and polishing apparatus
JP5436969B2 (ja) 研磨終点検知方法、研磨終点検知装置、研磨方法、および研磨装置
KR20130115142A (ko) 연마 장치 및 연마 방법
JP5583946B2 (ja) 研磨終点検知方法および研磨終点検知装置
JP2011000647A (ja) 研磨監視方法
JP2010115726A (ja) 研磨終点検知用の光の波長選択に用いられるダイヤグラムの作成方法、光の波長選択方法、研磨終点検出方法、研磨終点検出装置、および研磨装置
JP2014103344A (ja) 研磨方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150311

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160210

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160308

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160426

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160816

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160907

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6005467

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250