JP2022088758A - Polishing monitoring method and polishing monitoring device for workpiece - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ウェーハ、基板、パネルなどのワークピースを研磨する方法および装置に関し、特にワークピースからの反射光に含まれる光学情報に基づいてワークピースの研磨を監視する技術に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for polishing a workpiece such as a wafer, a substrate, and a panel, and more particularly to a technique for monitoring the polishing of the workpiece based on optical information contained in the reflected light from the workpiece.
半導体デバイスの製造工程では、シリコンウェーハ上に種々の材料が膜状に繰り返し形成され、積層構造を形成する。この積層構造を形成するためには、最上層の表面を平坦にする技術が重要となっている。このような平坦化の一手段として、化学機械研磨(CMP)が使用されている。 In the process of manufacturing a semiconductor device, various materials are repeatedly formed in a film shape on a silicon wafer to form a laminated structure. In order to form this laminated structure, a technique for flattening the surface of the uppermost layer is important. Chemical mechanical polishing (CMP) is used as one means of such flattening.
化学機械研磨(CMP)は研磨装置によって実行される。この種の研磨装置は、一般に、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、ワークピース(例えば、膜を有するウェーハ)を保持する研磨ヘッドと、研磨液(例えばスラリー)を研磨パッド上に供給する研磨液供給ノズルとを備える。ワークピースを研磨するときは、研磨液供給ノズルから研磨液を研磨パッド上に供給しながら、研磨ヘッドによりワークピースの表面を研磨パッドに押し付ける。研磨ヘッドと研磨テーブルをそれぞれ回転させてワークピースと研磨パッドとを相対移動させることにより、ワークピースの表面を形成する被研磨層を研磨する。 Chemical mechanical polishing (CMP) is performed by a polishing device. This type of polishing device generally has a polishing table that supports the polishing pad, a polishing head that holds a workpiece (for example, a wafer having a film), and a polishing liquid that supplies a polishing liquid (for example, a slurry) onto the polishing pad. It is equipped with a supply nozzle. When polishing the work piece, the surface of the work piece is pressed against the polishing pad by the polishing head while supplying the polishing liquid onto the polishing pad from the polishing liquid supply nozzle. By rotating the polishing head and the polishing table, respectively, to move the work piece and the polishing pad relative to each other, the layer to be polished forming the surface of the work piece is polished.
絶縁膜やシリコン層などの被研磨層の厚さを測定するために、研磨装置は、一般に、光学式膜厚測定装置を備える。この光学式膜厚測定装置は、光源から発せられた光をワークピースの表面に導き、ワークピースからの反射光のスペクトルを解析することで、ワークピースの被研磨層の厚さを決定するように構成される。 In order to measure the thickness of a layer to be polished such as an insulating film or a silicon layer, the polishing device generally includes an optical film thickness measuring device. This optical film thickness measuring device guides the light emitted from the light source to the surface of the workpiece and analyzes the spectrum of the reflected light from the workpiece to determine the thickness of the polished layer of the workpiece. It is composed of.
特許文献1は、反射光のスペクトルの変化量に基づいて膜厚を決定する技術を開示する。図8は、スペクトルの変化量と研磨時間との関係を示すグラフである。スペクトルの変化量は、単位時間当たりのスペクトルの形状の変化量である。反射光のスペクトルは被研磨層の厚さに従って変化する。したがって、反射光のスペクトルの変化量は、単位時間当たりの被研磨層の除去量に相当する。
図9は、スペクトルの変化量を研磨時間に沿って積算して得られるスペクトル累積変化量を示すグラフである。図9から分かるように、スペクトル累積変化量は、研磨時間とともに概ね単調に増加する。したがって、スペクトル累積変化量から、被研磨層の研磨量(すなわち、現在の厚さまたは現在の除去量)を決定することができる。 FIG. 9 is a graph showing the cumulative amount of change in the spectrum obtained by integrating the amount of change in the spectrum along the polishing time. As can be seen from FIG. 9, the cumulative change in the spectrum increases substantially monotonously with the polishing time. Therefore, the amount of polishing of the layer to be polished (that is, the current thickness or the current amount of removal) can be determined from the cumulative amount of change in the spectrum.
しかしながら、図10に示すように、ワークピースの表面に形成されているパターンの影響や、研磨環境(例えばスラリー)等の影響により、スペクトルの変化量に局所的なノイズが印加されることがある。このため、図11に示すように、スペクトルの累積変化量は、単調増加しないことがあり、結果として、被研磨層の研磨量の誤推定を引き起こす可能性がある。 However, as shown in FIG. 10, local noise may be applied to the amount of change in the spectrum due to the influence of the pattern formed on the surface of the workpiece, the influence of the polishing environment (for example, slurry), and the like. .. Therefore, as shown in FIG. 11, the cumulative amount of change in the spectrum may not increase monotonically, and as a result, the amount of polishing of the layer to be polished may be erroneously estimated.
そこで、本発明は、ワークピースの表面に形成されているパターンや、研磨環境(例えばスラリー)等の影響を排除して、ワークピースの研磨を正確に監視することができる方法および装置を提供する。 Therefore, the present invention provides a method and an apparatus capable of accurately monitoring the polishing of the workpiece by eliminating the influence of the pattern formed on the surface of the workpiece, the polishing environment (for example, slurry), and the like. ..
一態様では、ワークピースの研磨を監視する方法であって、ワークピースの研磨中に前記ワークピースに光を照射し、前記ワークピースからの反射光のスペクトルを生成し、所定の時間当たりの前記スペクトルの変化量を算出し、前記スペクトルの変化量が所定の除外条件を満たすときに、前記スペクトルの変化量を補正し、前記除外条件を満たさない前記スペクトルの変化量および前記補正されたスペクトルの変化量を研磨時間に沿って積算してスペクトル累積変化量を算出する、方法が提供される。 In one aspect, it is a method of monitoring the polishing of a workpiece by irradiating the workpiece with light during the polishing of the workpiece to generate a spectrum of reflected light from the workpiece, said in a predetermined time. The amount of change in the spectrum is calculated, and when the amount of change in the spectrum satisfies a predetermined exclusion condition, the amount of change in the spectrum is corrected, and the amount of change in the spectrum that does not satisfy the exclusion condition and the corrected spectrum. A method is provided in which the amount of change is integrated along the polishing time to calculate the cumulative amount of change in the spectrum.
一態様では、前記除外条件は、前記スペクトルの変化量がしきい値よりも大きいこと、現在のスペクトルの変化量と、前記ワークピースの研磨中に既に得られたスペクトルの複数の変化量の平均値との差がしきい値よりも大きいこと、前記スペクトルの変化量が、過去に得られたスペクトルの複数の変化量の正規分布の平均値から±Xσの範囲外にあること(Xは予め定められた係数である)、および前記スペクトルの変化量が、スミルノフ・グラブス検定により外れ値と判定されること、のうちのいずれかである。 In one aspect, the exclusion conditions are that the amount of change in the spectrum is greater than the threshold, the amount of change in the current spectrum, and the average of the amount of change in the spectrum already obtained during polishing of the workpiece. The difference from the value is larger than the threshold value, and the amount of change in the spectrum is out of the range of ± Xσ from the average value of the normal distribution of the amount of change in multiple spectra obtained in the past (X is in advance). (It is a defined coefficient), and the amount of change in the spectrum is determined to be an outlier by the Smirnov-Grabs test.
一態様では、前記スペクトルの変化量を補正する工程は、前記スペクトルの変化量を外挿または内挿により補正する工程である。
一態様では、前記外挿による補正は、研磨時間に沿って並ぶスペクトルの複数の変化量を使用し、前記内挿による補正は、前記ワークピース上に並ぶ複数の測定点で取得されたスペクトルの複数の変化量を使用する。
In one aspect, the step of correcting the amount of change in the spectrum is a step of correcting the amount of change in the spectrum by extrapolation or interpolation.
In one aspect, the extrapolation correction uses a plurality of changes in the spectrum aligned with the polishing time, and the interpolation correction uses the spectra acquired at the plurality of measurement points aligned on the workpiece. Use multiple changes.
一態様では、ワークピースの研磨監視装置であって、ワークピースの研磨中に前記ワークピースに光を照射し、前記ワークピースからの反射光を受ける光学センサヘッドと、前記反射光の強度を波長ごとに測定する分光器と、プログラムが格納された記憶装置および前記プログラムに含まれる命令に従って演算を実行する演算装置を有するデータ処理部を備え、前記データ処理部は、前記反射光の強度の測定データから前記反射光のスペクトルを生成し、所定の時間当たりの前記スペクトルの変化量を算出し、前記スペクトルの変化量が所定の除外条件を満たすときに、前記スペクトルの変化量を補正し、前記除外条件を満たさない前記スペクトルの変化量および前記補正されたスペクトルの変化量を研磨時間に沿って積算してスペクトル累積変化量を算出するように構成されている、研磨監視装置が提供される。 In one aspect, it is a work piece polishing monitoring device, in which an optical sensor head that irradiates the work piece with light during polishing of the work piece and receives the reflected light from the work piece, and the intensity of the reflected light are wavelengthed. The data processing unit includes a spectroscope for measuring each, a storage device in which a program is stored, and a data processing unit having a calculation device for executing an operation according to an instruction included in the program, and the data processing unit measures the intensity of the reflected light. A spectrum of the reflected light is generated from the data, the amount of change in the spectrum per predetermined time is calculated, and when the amount of change in the spectrum satisfies a predetermined exclusion condition, the amount of change in the spectrum is corrected. Provided is a polishing monitoring device configured to calculate the cumulative spectral change amount by integrating the change amount of the spectrum and the corrected change amount of the spectrum that do not satisfy the exclusion condition along with the polishing time.
一態様では、前記除外条件は、前記スペクトルの変化量がしきい値よりも大きいこと、現在のスペクトルの変化量と、前記ワークピースの研磨中に既に得られたスペクトルの複数の変化量の平均値との差がしきい値よりも大きいこと、前記スペクトルの変化量が、過去に得られたスペクトルの複数の変化量の正規分布の平均値から±Xσの範囲外にあること(Xは予め定められた係数である)、および前記スペクトルの変化量が、スミルノフ・グラブス検定により外れ値と判定されること、のうちのいずれかである。 In one aspect, the exclusion conditions are that the amount of change in the spectrum is greater than the threshold, the amount of change in the current spectrum, and the average of the amount of change in the spectrum already obtained during polishing of the workpiece. The difference from the value is larger than the threshold value, and the amount of change in the spectrum is out of the range of ± Xσ from the average value of the normal distribution of the amount of change in multiple spectra obtained in the past (X is in advance). (It is a defined coefficient), and the amount of change in the spectrum is determined to be an outlier by the Smirnov-Grabs test.
一態様では、前記データ処理部は、前記スペクトルの変化量を外挿または内挿により補正するように構成されている。
一態様では、前記データ処理部は、前記外挿による補正を、研磨時間に沿って並ぶスペクトルの複数の変化量を使用して実行し、前記内挿による補正を、前記ワークピース上に並ぶ複数の測定点で取得されたスペクトルの複数の変化量を使用して実行するように構成されている。
In one aspect, the data processing unit is configured to correct the amount of change in the spectrum by extrapolation or interpolation.
In one aspect, the data processing unit performs the extrapolation correction using a plurality of changes in the spectrum aligned along the polishing time, and the interpolation correction on the workpiece. It is configured to be performed using multiple changes in the spectrum obtained at the measurement points of.
本発明によれば、除外条件を満たす(すなわちノイズを含む)スペクトルの変化量は補正され、ワークピースの研磨を正確に監視することができる。 According to the present invention, the amount of change in the spectrum satisfying the exclusion condition (that is, including noise) is corrected, and the polishing of the workpiece can be accurately monitored.
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1は、研磨装置の一実施形態を示す模式図である。図1に示すように、研磨装置は、研磨パッド2を支持する研磨テーブル3と、被研磨層を有するウェーハ、基板、またはパネルなどのワークピースWを研磨パッド2に押し付ける研磨ヘッド1と、研磨テーブル3を回転させるテーブルモータ6と、研磨パッド2上にスラリーなどの研磨液を供給するための研磨液供給ノズル5を備えている。研磨パッド2の上面は、ワークピースWを研磨する研磨面2aを構成する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a polishing device. As shown in FIG. 1, the polishing apparatus includes a polishing table 3 that supports the
研磨ヘッド1はヘッドシャフト10に連結されており、ヘッドシャフト10は図示しない研磨ヘッドモータに連結されている。研磨ヘッドモータは、研磨ヘッド1をヘッドシャフト10とともに矢印で示す方向に回転させる。研磨テーブル3はテーブルモータ6に連結されており、テーブルモータ6は研磨テーブル3および研磨パッド2を矢印で示す方向に回転させるように構成されている。
The
ワークピースWは次のようにして研磨される。研磨テーブル3および研磨ヘッド1を図1の矢印で示す方向に回転させながら、研磨液供給ノズル5から研磨液が研磨テーブル3上の研磨パッド2の研磨面2aに供給される。ワークピースWは研磨ヘッド1によって回転されながら、研磨パッド2上に研磨液が存在した状態でワークピースWは研磨ヘッド1によって研磨パッド2の研磨面2aに押し付けられる。ワークピースWの露出面を構成する被研磨層は、研磨液の化学的作用と、研磨液に含まれる砥粒および研磨パッド2の機械的作用により研磨される。ワークピースWの被研磨層の例としては、絶縁膜、シリコン層が挙げられるが、これに限定されない。
The workpiece W is polished as follows. While rotating the polishing table 3 and the polishing
研磨装置は、ワークピースWの研磨を監視する光学式研磨監視装置40を備えている。光学式研磨監視装置40は、光を発する光源44と、分光器47と、光源44および分光器47に光学的に連結された光学センサヘッド7と、分光器47に連結されたデータ処理部49を備えている。光学センサヘッド7、光源44、および分光器47は研磨テーブル3に取り付けられており、研磨テーブル3および研磨パッド2とともに一体に回転する。光学センサヘッド7の位置は、研磨テーブル3および研磨パッド2が一回転するたびに研磨パッド2上のワークピースWを横切る位置である。
The polishing device includes an optical
データ処理部49は、後述するスペクトルの生成およびワークピースWの研磨監視を実行するためのプログラムが格納された記憶装置49aと、プログラムに含まれる命令に従って演算を実行する演算装置49bを備えている。データ処理部49は、少なくとも1台のコンピュータから構成される。記憶装置49aは、RAMなどの主記憶装置と、ハードディスクドライブ(HDD)、ソリッドステートドライブ(SSD)などの補助記憶装置を備えている。演算装置49bの例としては、CPU(中央処理装置)、GPU(グラフィックプロセッシングユニット)が挙げられる。ただし、データ処理部49の具体的構成はこれらの例に限定されない。
The
光源44から発せられた光は、光学センサヘッド7に伝送され、光学センサヘッド7からワークピースWに導かれる。光はワークピースWで反射し、ワークピースWからの反射光は光学センサヘッド7によって受けられ、分光器47に送られる。分光器47は反射光を波長に従って分解し、各波長での反射光の強度を測定する。反射光の強度測定データは、データ処理部49に送られる。
The light emitted from the
データ処理部49は、反射光の強度測定データから反射光のスペクトルを生成するように構成されている。反射光のスペクトルは、反射光の波長と強度との関係を示す線グラフ(すなわち分光波形)として表される。反射光の強度は、反射率または相対反射率などの相対値として表わすこともできる。
The
図2は、データ処理部49によって生成されたスペクトルの一例を示す図である。スペクトルは、光の波長と強度との関係を示す線グラフ(すなわち分光波形)として表される。図2において、横軸はワークピースWからの反射光の波長を表わし、縦軸は反射光の強度から導かれる相対反射率を表わす。相対反射率とは、反射光の強度を示す指標であり、光の強度と所定の基準強度との比である。各波長において光の強度(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ノイズを実測強度から除去することができる。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a spectrum generated by the
基準強度は、各波長について予め測定された光の強度であり、相対反射率は各波長において算出される。具体的には、各波長での光の強度(実測強度)を、対応する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。基準強度は、例えば、光学センサヘッド7から発せられた光の強度を直接測定するか、または光学センサヘッド7から鏡に光を照射し、鏡からの反射光の強度を測定することによって得られる。あるいは、基準強度は、膜が形成されていないシリコン基板(ベア基板)を研磨パッド2上で水の存在下で水研磨しているとき、または上記シリコン基板(ベア基板)が研磨パッド2上に置かれているときに、分光器47により測定されたシリコン基板からの反射光の強度としてもよい。
The reference intensity is the intensity of light measured in advance for each wavelength, and the relative reflectance is calculated for each wavelength. Specifically, the relative reflectance is obtained by dividing the light intensity (measured intensity) at each wavelength by the corresponding reference intensity. The reference intensity is obtained, for example, by directly measuring the intensity of the light emitted from the optical sensor head 7, or by irradiating the mirror with light from the optical sensor head 7 and measuring the intensity of the reflected light from the mirror. .. Alternatively, the reference strength is when the silicon substrate (bare substrate) on which the film is not formed is water-polished on the
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(1)を用いて求めることができる。
光学センサヘッド7は、研磨テーブル3が一回転するたびに、ワークピースWを横切りながら、ワークピースW上の複数の測定点に光を導き、これら複数の測定点からの反射光を受ける。反射光は分光器47に送られる。分光器47は各測定点からの反射光を波長に従って分解し、各波長での反射光の強度を測定する。反射光の強度測定データは、データ処理部49に送られ、データ処理部49は反射光の強度測定データから図2に示すようなスペクトルを生成する。図2に示す例では、反射光のスペクトルは、相対反射率と反射光の波長との関係を示す分光波形であるが、反射光のスペクトルは、反射光の強度自体と、反射光の波長との関係を示す分光波形であってもよい。
Each time the polishing table 3 makes one rotation, the optical sensor head 7 guides light to a plurality of measurement points on the workpiece W while crossing the workpiece W, and receives reflected light from these plurality of measurement points. The reflected light is sent to the
反射光のスペクトルは、ワークピースWの被研磨層の厚さに従って変化する。そこで、データ処理部49は、反射光のスペクトルから、次のようにしてワークピースWの研磨を監視する。データ処理部49は、次の式(2)を用いて、単位時間当たりのスペクトル変化量ΔS(t)を算定する。
図3は、単位時間Δtの間に変化したスペクトルを示す図である。上記式(2)によって算出されるスペクトル変化量ΔS(t)は、2つの異なる時点で取得された2つのスペクトルによって囲まれる領域(ハッチングで示す)に相当する。この領域の面積は、単位時間Δt当たりに変化した被研磨層の厚さに相当する。したがって、研磨中にスペクトル変化量ΔS(t)を積算することにより、被研磨層の厚さの変化を捉えられることが期待される。 FIG. 3 is a diagram showing spectra changed during the unit time Δt. The spectral change amount ΔS (t) calculated by the above equation (2) corresponds to a region (shown by hatching) surrounded by two spectra acquired at two different time points. The area of this region corresponds to the thickness of the layer to be polished changed per unit time Δt. Therefore, it is expected that the change in the thickness of the layer to be polished can be captured by integrating the amount of spectral change ΔS (t) during polishing.
図4は、ワークピースWを研磨している間のスペクトル変化量ΔS(t)の研磨時間に沿った変化を示すグラフである。図4に示すように、スペクトル変化量ΔS(t)は、周期的に変動するが、スペクトル変化量ΔS(t)の平均レベルはほぼ一定である。データ処理部49は、次の式(3)を用いて、スペクトル変化量ΔS(t)の研磨時間に沿った累積値であるスペクトル累積変化量を算定する。
図5は、上記式(3)を用いて算出したスペクトル累積変化量A(t)を示すグラフである。上述のように、スペクトル変化量が周期的に変動するため、変動による平均レベルからの誤差はほとんど累積されない。したがって、図5に示すように、スペクトル累積変化量A(t)は、研磨時間とともにほぼ直線的に増加する。スペクトル累積変化量A(t)は、ワークピースWの研磨量(すなわち被研磨層の除去量)に相当する。上述したデータ処理部49は、スペクトル累積変化量をワークピースWの研磨中に算出し、スペクトル累積変化量に基づいてワークピースWの研磨の進捗を監視する。さらにデータ処理部49は、スペクトル累積変化量からワークピースWの研磨終点を決定してもよい。研磨終点は、スペクトル累積変化量が所定の目標値に達した時点とすることができる。
FIG. 5 is a graph showing the cumulative spectral change amount A (t) calculated using the above equation (3). As described above, since the amount of spectral change fluctuates periodically, the error from the average level due to the fluctuation is hardly accumulated. Therefore, as shown in FIG. 5, the cumulative spectral change amount A (t) increases substantially linearly with the polishing time. The cumulative spectral change amount A (t) corresponds to the polishing amount of the workpiece W (that is, the amount of removal of the layer to be polished). The
図10を参照して説明したように、ワークピースWの表面に形成されているパターンの影響や、研磨環境(例えばスラリー)等の影響により、スペクトルの変化量に局所的なノイズが印加されることがある。このようなノイズは、ワークピースWの研磨の正確な監視を妨げてしまう。 As described with reference to FIG. 10, local noise is applied to the amount of change in the spectrum due to the influence of the pattern formed on the surface of the workpiece W and the influence of the polishing environment (for example, slurry). Sometimes. Such noise interferes with accurate monitoring of the polishing of the workpiece W.
そこで、データ処理部49は、ノイズが加わったスペクトルの変化量を補正するように構成されている。すなわち、データ処理部49は、図6(a)に示すように、ノイズを含むスペクトルの変化量を除去し、図6(b)に示すように、除去により欠落したスペクトルの変化量を、ノイズの含まないスペクトルの変化量に置き換えるように構成されている。より具体的には、データ処理部49は、スペクトルの変化量が所定の除外条件を満たすときに、スペクトルの変化量を補正し、除外条件を満たさないスペクトルの変化量および上記補正されたスペクトルの変化量を研磨時間に沿って積算してスペクトル累積変化量を算出するように構成されている。
Therefore, the
所定の除外条件とは、算出されたスペクトルの変化量にノイズが含まれていることを決定するための条件である。所定の除外条件には以下の具体例が挙げられる。
(i)スペクトルの変化量がしきい値よりも大きいこと
(ii)現在のスペクトルの変化量と、ワークピースWの研磨中に既に得られたスペクトルの複数の変化量の平均値との差がしきい値よりも大きいこと
(iii)スペクトルの変化量が、過去に得られたスペクトルの複数の変化量の正規分布の平均値から±Xσの範囲外にあること(Xは予め定められた係数である)
(iv)スペクトルの変化量が、スミルノフ・グラブス検定により外れ値と判定されること
The predetermined exclusion condition is a condition for determining that noise is included in the calculated change amount of the spectrum. Specific examples of the predetermined exclusion conditions include the following.
(I) The amount of change in the spectrum is larger than the threshold value (ii) The difference between the amount of change in the current spectrum and the average value of multiple changes in the spectrum already obtained during the polishing of the workpiece W Greater than the threshold (iii) The amount of change in the spectrum is outside the range of ± Xσ from the mean of the normal distribution of multiple changes in the spectrum obtained in the past (X is a predetermined coefficient). Is)
(Iv) The amount of change in the spectrum is determined to be an outlier by the Smirnov-Grabs test.
上記(i)に関して、しきい値は予め設定された固定値であり、過去に得られたスペクトルの変化量のデータに基づいて決定される。例えば、過去に得られたスペクトルの変化量のデータを、ノイズを含まないスペクトルの変化量のグループと、ノイズを含むスペクトルの変化量のグループに有意に分けることができる値がしきい値とされる。 With respect to the above (i), the threshold value is a preset fixed value and is determined based on the data of the amount of change in the spectrum obtained in the past. For example, the threshold value is a value that can significantly divide the spectrum change data obtained in the past into a noise-free spectrum change group and a noise-containing spectrum change group. To.
上記(ii)に関して、ワークピースWの研磨中に既に得られたスペクトルの複数の変化量は、例えば、現在のスペクトルの変化量を含まない、直近のN個のスペクトルの変化量である。個数Nは予め設定された値である。現在のスペクトルの変化量と、既に得られたスペクトルの複数の変化量の平均値との差がしきい値よりも大きいとき、現在のスペクトルの変化量はノイズを含む可能性が高い。このしきい値は、固定値であってもよい。またはしきい値は、上記平均値に従って変動する値であってもよい。例えば、しきい値は、予め定められた割合(%)だけ上記平均値からずれた値であってもよい。 With respect to (ii) above, the plurality of spectral changes already obtained during polishing of the workpiece W are, for example, the most recent N spectral changes, not including the current spectral changes. The number N is a preset value. When the difference between the amount of change in the current spectrum and the average value of multiple changes in the already obtained spectrum is larger than the threshold value, the amount of change in the current spectrum is likely to contain noise. This threshold may be a fixed value. Alternatively, the threshold value may be a value that fluctuates according to the above average value. For example, the threshold value may be a value deviating from the above average value by a predetermined ratio (%).
上記(iii)に関して、過去に得られたスペクトルの複数の変化量は、ワークピースWと同じ構造を持つ少なくとも1つのワークピースを研磨しているときに得られたスペクトルの複数の変化量であってもよいし、またはワークピースWの研磨中に既に得られたスペクトルの複数の変化量であってもよい。 With respect to (iii) above, the plurality of changes in the spectrum obtained in the past are the plurality of changes in the spectrum obtained while polishing at least one workpiece having the same structure as the workpiece W. It may be a plurality of changes in the spectrum already obtained during polishing of the workpiece W.
上記(iv)に関して、スミルノフ・グラブス検定において使用されるサンプルデータは、ワークピースWと同じ構造を持つ少なくとも1つのワークピースを研磨しているときに得られたスペクトルの複数の変化量であってもよいし、またはワークピースWの研磨中に既に得られたスペクトルの複数の変化量であってもよい。 With respect to (iv) above, the sample data used in the Smirnov-Grabs test is a plurality of changes in the spectrum obtained while polishing at least one workpiece having the same structure as the workpiece W. It may be a plurality of changes in the spectrum already obtained during polishing of the workpiece W.
上述した除外条件(i)~(iv)のいずれかを満たすスペクトルの変化量は、ノイズを含むと推定される。そこで、データ処理部49は、ワークピースWの研磨中に算定したスペクトルの変化量が上記複数の除外条件のうちのいずれかを満たすときに、そのスペクトルの変化量を補正する。このスペクトルの変化量の補正は、ノイズを除去する処理である。除外条件は、上記除外条件(i)~(iv)から予め選択された1つであってもよい。
It is presumed that the amount of change in the spectrum that satisfies any of the above-mentioned exclusion conditions (i) to (iv) includes noise. Therefore, the
一実施形態では、データ処理部49は、除外条件を満たすスペクトルの変化量を、外挿または内挿により補正する。より具体的には、データ処理部49は、除外条件を満たす(すなわちノイズを含む)スペクトルの変化量を除外し、除外されたスペクトルの変化量に対応する、除外条件を満たさない(すなわちノイズを含まない)スペクトルの変化量を外挿または内挿により求める。外挿による補正は、研磨時間に沿って並ぶスペクトルの複数の変化量を使用し、内挿による補正は、ワークピースW上に並ぶ複数の測定点で取得されたスペクトルの複数の変化量を使用する。
In one embodiment, the
データ処理部49は、除外条件を満たすスペクトルの変化量を、次のうちのいずれかの動作を実行することにより、補正するように構成されている。
(I)除外条件を満たす(すなわちノイズを含む)スペクトルの変化量を、除外条件を満たさない(すなわちノイズを含まない)スペクトルの変化量に置き換える動作
(II)除外条件を満たすスペクトルの変化量を、ワークピースWの研磨中に既に得られたスペクトルの複数の変化量の平均値に置き換える動作
(III)除外条件を満たすスペクトルの変化量を、ワークピースW上の隣接する複数の測定点で得られたスペクトルの複数の変化量の平均値に置き換える動作
(IV)ワークピースWの研磨中に既に得られたスペクトルの複数の変化量から近似式を生成し、除外条件を満たすスペクトルの変化量を、前記近似式で求められる値に置き換える動作
The
(I) Operation of replacing the amount of change in the spectrum that satisfies the exclusion condition (that is, including noise) with the amount of change in the spectrum that does not satisfy the exclusion condition (that is, does not contain noise) (II) The amount of change in the spectrum that satisfies the exclusion condition , Operation of replacing with the average value of a plurality of changes in the spectrum already obtained during polishing of the workpiece W (III) The amount of change in the spectrum satisfying the exclusion condition is obtained at a plurality of adjacent measurement points on the workpiece W. Operation to replace with the average value of multiple changes in the obtained spectrum (IV) An approximate expression is generated from the multiple changes in the spectrum already obtained during polishing of the workpiece W, and the change in the spectrum satisfying the exclusion condition is calculated. , Operation to replace with the value obtained by the above approximation formula
上記(I)に関して、除外条件を満たさない(すなわちノイズを含まない)スペクトルの変化量は、ワークピースWの研磨中に既に得られたスペクトルの変化量である。一実施形態では、除外条件を満たさない(すなわちノイズを含まない)スペクトルの変化量は、除外条件を満たすスペクトルの変化量が取得される直前に取得された直近のスペクトルの変化量である。 Regarding (I) above, the amount of change in the spectrum that does not satisfy the exclusion condition (that is, does not include noise) is the amount of change in the spectrum already obtained during polishing of the workpiece W. In one embodiment, the amount of change in the spectrum that does not satisfy the exclusion condition (that is, does not include noise) is the amount of change in the most recent spectrum acquired immediately before the amount of change in the spectrum that satisfies the exclusion condition is acquired.
上記(II)に関して、ワークピースWの研磨中に既に得られたスペクトルの複数の変化量は、除外条件を満たさない(すなわちノイズを含まない)スペクトルの複数の変化量である。一実施形態では、ワークピースWの研磨中に既に得られたスペクトルの複数の変化量は、現在のスペクトルの変化量を含まない、直近のM個のスペクトルの変化量である。個数Mは予め設定された値である。 With respect to (II) above, the plurality of changes in the spectrum already obtained during polishing of the workpiece W are the plurality of changes in the spectrum that do not satisfy the exclusion condition (that is, do not include noise). In one embodiment, the plurality of spectral changes already obtained during polishing of the workpiece W are the most recent M spectral changes, not including the current spectral changes. The number M is a preset value.
上記(III)に関して、ワークピースW上の隣接する測定点とは、除外条件を満たすスペクトルの変化量が取得されたワークピースW上の測定点に隣接する複数の測定点である。上述したように、光学センサヘッド7は、研磨テーブル3が一回転するたびに、ワークピースWを横切りながら、ワークピースW上の複数の測定点に光を導き、これら複数の測定点からの反射光を受ける。ワークピースW上の隣接する測定点は、例えば、除外条件を満たす(すなわちノイズを含む)スペクトルの変化量が取得された測定点の両側に位置する複数の測定点であってもよい。隣接する各測定点で取得されたスペクトルの変化量は、除外条件を満たさない(すなわちノイズを含まない)スペクトルの変化量である。 Regarding (III) above, the adjacent measurement points on the workpiece W are a plurality of measurement points adjacent to the measurement points on the workpiece W from which the amount of change in the spectrum satisfying the exclusion condition has been acquired. As described above, each time the polishing table 3 makes one rotation, the optical sensor head 7 guides light to a plurality of measurement points on the workpiece W while traversing the workpiece W, and reflects from these plurality of measurement points. Receive light. Adjacent measurement points on the workpiece W may be, for example, a plurality of measurement points located on both sides of the measurement point from which the amount of change in the spectrum satisfying the exclusion condition (that is, including noise) has been acquired. The amount of change in the spectrum acquired at each adjacent measurement point is the amount of change in the spectrum that does not satisfy the exclusion condition (that is, does not include noise).
上記(IV)に関して、近似式は、図7に示すように、スペクトルの変化量と研磨時間を表す座標軸を持つ座標系上の式である。近似式は、研磨時間を変数に持つ。近似式は、除外条件を満たさない(すなわちノイズを含まない)スペクトルの複数の変化量と、対応する複数の研磨時間とによって特定される座標系上の複数のデータ点から決定される。近似式は、多項式によって表されてもよい。近似式の求め方は特に限定されない。データ処理部49は、ワークピースWの研磨中に近似式を生成し、除外条件を満たす(すなわちノイズを含む)スペクトルの変化量が取得された研磨時間を近似式に入力することにより、スペクトルの変化量を補正することができる。
Regarding (IV) above, the approximate expression is an expression on a coordinate system having coordinate axes representing the amount of change in the spectrum and the polishing time, as shown in FIG. The approximate expression has the polishing time as a variable. The approximation formula is determined from a plurality of data points on the coordinate system specified by the plurality of changes in the spectrum that do not meet the exclusion criteria (ie, noise-free) and the corresponding polishing times. The approximate expression may be expressed by a polynomial. The method of obtaining the approximate expression is not particularly limited. The
データ処理部49は、除外条件を満たさない(すなわちノイズを含まない)スペクトルの変化量および上記補正されたスペクトルの変化量を研磨時間に沿って積算してスペクトル累積変化量を算出し、スペクトル累積変化量に基づいてワークピースWの研磨量を監視する。スペクトル累積変化量は、ノイズを含まないスペクトルの変化量の累積値であるので、データ処理部49はワークピースWの研磨量を正確に監視することができる。
The
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。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に解釈されるものである。 The above-described embodiments have been described for the purpose of allowing a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs to carry out the present invention. Various modifications of the above embodiment can be naturally made by those skilled in the art, and the technical idea of the present invention can be applied to other embodiments. Accordingly, the invention is not limited to the described embodiments, but is to be construed in the broadest range according to the technical ideas defined by the claims.
1 研磨ヘッド
2 研磨パッド
2a 研磨面
3 研磨テーブル
5 研磨液供給ノズル
6 テーブルモータ
7 光学センサヘッド
10 ヘッドシャフト
40 光学式研磨監視装置
44 光源
47 分光器
49 データ処理部
49a 記憶装置
49b 演算装置
1
Claims (8)
ワークピースの研磨中に前記ワークピースに光を照射し、
前記ワークピースからの反射光のスペクトルを生成し、
所定の時間当たりの前記スペクトルの変化量を算出し、
前記スペクトルの変化量が所定の除外条件を満たすときに、前記スペクトルの変化量を補正し、
前記除外条件を満たさない前記スペクトルの変化量および前記補正されたスペクトルの変化量を研磨時間に沿って積算してスペクトル累積変化量を算出する、方法。 A method of monitoring the polishing of workpieces
While polishing the workpiece, the workpiece was irradiated with light to obtain light.
Generate a spectrum of reflected light from the workpiece and generate
The amount of change in the spectrum per predetermined time is calculated,
When the amount of change in the spectrum satisfies a predetermined exclusion condition, the amount of change in the spectrum is corrected.
A method for calculating the cumulative spectral change amount by integrating the change amount of the spectrum that does not satisfy the exclusion condition and the corrected change amount of the spectrum along the polishing time.
前記スペクトルの変化量がしきい値よりも大きいこと、
現在のスペクトルの変化量と、前記ワークピースの研磨中に既に得られたスペクトルの複数の変化量の平均値との差がしきい値よりも大きいこと、
前記スペクトルの変化量が、過去に得られたスペクトルの複数の変化量の正規分布の平均値から±Xσの範囲外にあること(Xは予め定められた係数である)、および
前記スペクトルの変化量が、スミルノフ・グラブス検定により外れ値と判定されること、
のうちのいずれかである、請求項1に記載の方法。 The exclusion condition is
The amount of change in the spectrum is larger than the threshold value.
The difference between the current spectral change and the average of multiple spectral changes already obtained during polishing of the workpiece is greater than the threshold.
The amount of change in the spectrum is outside the range of ± Xσ from the average value of the normal distribution of the amount of change in the plurality of spectra obtained in the past (X is a predetermined coefficient), and the change in the spectrum. The quantity is judged to be an outlier by the Smirnov-Grabs test,
The method according to claim 1, which is any of the above.
ワークピースの研磨中に前記ワークピースに光を照射し、前記ワークピースからの反射光を受ける光学センサヘッドと、
前記反射光の強度を波長ごとに測定する分光器と、
プログラムが格納された記憶装置および前記プログラムに含まれる命令に従って演算を実行する演算装置を有するデータ処理部を備え、
前記データ処理部は、
前記反射光の強度の測定データから前記反射光のスペクトルを生成し、
所定の時間当たりの前記スペクトルの変化量を算出し、
前記スペクトルの変化量が所定の除外条件を満たすときに、前記スペクトルの変化量を補正し、
前記除外条件を満たさない前記スペクトルの変化量および前記補正されたスペクトルの変化量を研磨時間に沿って積算してスペクトル累積変化量を算出するように構成されている、研磨監視装置。 A work piece polishing monitoring device
An optical sensor head that irradiates the work piece with light while polishing the work piece and receives the reflected light from the work piece.
A spectroscope that measures the intensity of the reflected light for each wavelength,
A data processing unit having a storage device in which a program is stored and an arithmetic unit that executes an operation according to an instruction included in the program is provided.
The data processing unit
A spectrum of the reflected light is generated from the measurement data of the intensity of the reflected light.
The amount of change in the spectrum per predetermined time is calculated,
When the amount of change in the spectrum satisfies a predetermined exclusion condition, the amount of change in the spectrum is corrected.
A polishing monitoring device configured to integrate the amount of change in the spectrum that does not satisfy the exclusion condition and the amount of change in the corrected spectrum along with the polishing time to calculate the cumulative amount of change in the spectrum.
前記スペクトルの変化量がしきい値よりも大きいこと、
現在のスペクトルの変化量と、前記ワークピースの研磨中に既に得られたスペクトルの複数の変化量の平均値との差がしきい値よりも大きいこと、
前記スペクトルの変化量が、過去に得られたスペクトルの複数の変化量の正規分布の平均値から±Xσの範囲外にあること(Xは予め定められた係数である)、および
前記スペクトルの変化量が、スミルノフ・グラブス検定により外れ値と判定されること、
のうちのいずれかである、請求項5に記載の研磨監視装置。 The exclusion condition is
The amount of change in the spectrum is larger than the threshold value.
The difference between the current spectral change and the average of multiple spectral changes already obtained during polishing of the workpiece is greater than the threshold.
The amount of change in the spectrum is outside the range of ± Xσ from the average value of the normal distribution of the amount of change in the plurality of spectra obtained in the past (X is a predetermined coefficient), and the change in the spectrum. The quantity is judged to be an outlier by the Smirnov-Grabs test,
The polishing monitoring device according to claim 5, which is one of the above.
Priority Applications (5)
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