JP7253458B2 - 光学式膜厚測定装置の最適な動作レシピを決定する方法、装置、およびシステム - Google Patents

Description

本発明は、ウェーハなどの基板の研磨中に該基板の膜厚を測定するための光学式膜厚測定装置の最適な動作レシピを決定する方法、装置、およびシステムに関する。

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。

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、基板（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。基板を研磨するときは、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、研磨ヘッドにより基板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基板と研磨パッドとを相対移動させることにより、基板の表面を形成する膜を研磨する。

絶縁膜やシリコン層などの非金属膜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基板の表面に導き、基板からの反射光の強度を分光器で測定し、反射光のスペクトルを解析することで、基板の膜厚を測定する。

国際公開第２０１５／１６３１６４号 特開２０１３－１１０３９０号公報 特開２００４－１５４９２８号公報 特開２０１０－０９３１４７号公報 特開２０１５－１５６５０３号公報

光学式膜厚測定装置は動作レシピに従って動作する。したがって、光学式膜厚測定装置の膜厚測定動作は動作レシピによって変わりうる。動作レシピは、通常、ユーザーによって作成される。しかしながら、動作レシピを構成するレシピパラメータは多数存在するため、これらレシピパラメータを最適化するには時間がかかる。特に、ユーザーは、レシピパラメータをトライアンドエラーにより調整するため、最適な動作レシピを作成することは、長い時間がかかるのみならず、ユーザーのスキルにも依存する。

そこで、本発明は、光学式膜厚測定装置の動作レシピを構成する最適なレシピパラメータを短時間かつ自動的に決定することができる方法、装置、およびシステムを提供する。

一態様では、基板の研磨中に該基板の膜厚を測定するための光学式膜厚測定装置の最適な動作レシピを決定する方法であって、動作レシピを構成する複数のレシピパラメータをそれぞれ含む複数のパラメータセットを記憶装置内に保存し、前記複数のパラメータセットと、データサーバ内に格納されている、研磨された基板からの反射光の参照スペクトルのデータとを用いて、研磨時間の経過に伴う膜厚変化のシミュレーションを実行し、前記膜厚変化の仕方を評価する少なくとも１つの指標値を評価計算式に入力して、前記複数のパラメータセットに対する複数の総合評価値を算定し、前記複数の総合評価値に基づいて、前記複数のパラメータセットの中から最適な１つを選択し、前記複数のレシピパラメータは、基板の研磨中に取得された複数のスペクトルの移動平均を算出するための時間幅、基板の研磨中に取得された複数のスペクトルの空間的平均を算出するためのデータ点数、基板の研磨中に取得された複数のスペクトルに適用されるフィルターのパラメータ、基板の研磨中に取得された複数のスペクトルを規格化するための規格化パラメータ、膜厚の決定に使用されるスペクトルの波長範囲、膜厚の決定に使用される参照スペクトルを含むスペクトルグループの番号、のうちの少なくとも２つを含む、方法が提供される。

一態様では、前記評価計算式は、前記少なくとも１つの指標値、前記少なくとも１つの指標値に対する少なくとも１つの目標値、および前記少なくとも１つの目標値と前記少なくとも１つの指標値との差に乗算される少なくとも１つの重み係数を含む。
一態様では、前記少なくとも１つの指標値は、研磨時間に対する膜厚プロファイルの形状の不変性の評価を表す第１の指標値、膜厚測定器によって測定された膜厚の実測値と、前記シミュレーションで得られた膜厚との差の少なさの評価を表す第２の指標値、前記シミュレーションにおいて生成されたスペクトルと、前記データサーバ内に格納されている参照スペクトルとの形状の一致度の評価を表す第３の指標値、前記シミュレーションにおいて生成されたスペクトルに基づいて決定される膜厚の品質係数の評価を表す第４の指標値、研磨時間に沿った膜厚変化の線形性の評価を表す第５の指標値、のうちの少なくとも１つを含む。

一態様では、前記データサーバ内に格納されている前記参照スペクトルは、複数の基板を実際に研磨しているときに取得された反射光のスペクトルである。
一態様では、前記シミュレーションおよび前記総合評価値の算定を、前記複数の基板について繰り返すことで、各パラメータセットに対する複数の総合評価値を取得し、各パラメータセットに対する前記複数の総合評価値のばらつきを算定する工程をさらに含み、前記複数のパラメータセットの中から最適な１つを選択する工程は、前記ばらつきが最小となる最適なパラメータセットを前記複数のパラメータセットから選択する工程である。
一態様では、前記シミュレーションおよび前記総合評価値の算定を、前記複数の基板について繰り返すことで、各パラメータセットに対する複数の総合評価値を取得し、各パラメータセットに対する前記複数の総合評価値の合計を算定する工程をさらに含み、前記複数のパラメータセットの中から最適な１つを選択する工程は、前記合計が最大または最小となる最適なパラメータセットを前記複数のパラメータセットから選択する工程である。

一態様では、基板の研磨中に該基板の膜厚を測定するための光学式膜厚測定装置の最適な動作レシピを決定するシステムであって、動作レシピを構成する複数のレシピパラメータをそれぞれ含む複数のパラメータセット、および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処理装置を備えたレシピ評価装置と、研磨された基板からの反射光の参照スペクトルのデータを格納したデータサーバを備え、前記レシピ評価装置は、前記複数のパラメータセットと、前記データサーバから取得した前記参照スペクトルのデータとを用いて、研磨時間の経過に伴う膜厚変化のシミュレーションを実行し、前記膜厚変化の仕方を評価する少なくとも１つの指標値を評価計算式に入力して、前記複数のパラメータセットに対する複数の総合評価値を算定し、前記複数の総合評価値に基づいて、前記複数のパラメータセットの中から最適な１つを選択するように構成されており、前記複数のレシピパラメータは、基板の研磨中に取得された複数のスペクトルの移動平均を算出するための時間幅、基板の研磨中に取得された複数のスペクトルの空間的平均を算出するためのデータ点数、基板の研磨中に取得された複数のスペクトルに適用されるフィルターのパラメータ、基板の研磨中に取得された複数のスペクトルを規格化するための規格化パラメータ、膜厚の決定に使用されるスペクトルの波長範囲、膜厚の決定に使用される参照スペクトルを含むスペクトルグループの番号、のうちの少なくとも２つを含む、システムが提供される。

一態様では、前記評価計算式は、前記少なくとも１つの指標値、前記少なくとも１つの指標値に対する少なくとも１つの目標値、および前記少なくとも１つの目標値と前記少なくとも１つの指標値との差に乗算される少なくとも１つの重み係数を含む。
一態様では、前記少なくとも１つの指標値は、研磨時間に対する膜厚プロファイルの形状の不変性の評価を表す第１の指標値、膜厚測定器によって測定された膜厚の実測値と、前記シミュレーションで得られた膜厚との差の少なさの評価を表す第２の指標値、前記シミュレーションにおいて生成されたスペクトルと、前記データサーバ内に格納されている参照スペクトルとの形状の一致度の評価を表す第３の指標値、前記シミュレーションにおいて生成されたスペクトルに基づいて決定される膜厚の品質係数の評価を表す第４の指標値、研磨時間に沿った膜厚変化の線形性の評価を表す第５の指標値、のうちの少なくとも１つを含む。

一態様では、前記データサーバ内に格納されている前記参照スペクトルは、複数の基板を実際に研磨しているときに取得された反射光のスペクトルである。
一態様では、前記レシピ評価装置は、前記シミュレーションおよび前記総合評価値の算定を、前記複数の基板について繰り返すことで、各パラメータセットに対する複数の総合評価値を取得し、各パラメータセットに対する前記複数の総合評価値のばらつきを算定し、前記ばらつきが最小となる最適なパラメータセットを前記複数のパラメータセットから選択するように構成されている。
一態様では、前記レシピ評価装置は、前記シミュレーションおよび前記総合評価値の算定を、前記複数の基板について繰り返すことで、各パラメータセットに対する複数の総合評価値を取得し、各パラメータセットに対する前記複数の総合評価値の合計を算定し、前記合計が最大または最小となる最適なパラメータセットを前記複数のパラメータセットから選択するように構成されている。

一態様では、基板の研磨中に該基板の膜厚を測定するための光学式膜厚測定装置の最適な動作レシピを決定するレシピ評価装置であって、動作レシピを構成する複数のレシピパラメータをそれぞれ含む複数のパラメータセット、およびプログラムを格納した記憶装置と、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処理装置を備え、前記処理装置は、前記複数のパラメータセットと、データサーバから取得した、研磨された基板からの反射光の参照スペクトルのデータとを用いて、研磨時間の経過に伴う膜厚変化のシミュレーションを実行し、前記膜厚変化の仕方を評価する少なくとも１つの指標値を評価計算式に入力して、前記複数のパラメータセットに対する複数の総合評価値を算定し、前記複数の総合評価値に基づいて、前記複数のパラメータセットの中から最適な１つを選択するように構成されており、前記複数のレシピパラメータは、基板の研磨中に取得された複数のスペクトルの移動平均を算出するための時間幅、基板の研磨中に取得された複数のスペクトルの空間的平均を算出するためのデータ点数、基板の研磨中に取得された複数のスペクトルに適用されるフィルターのパラメータ、基板の研磨中に取得された複数のスペクトルを規格化するための規格化パラメータ、膜厚の決定に使用されるスペクトルの波長範囲、膜厚の決定に使用される参照スペクトルを含むスペクトルグループの番号、のうちの少なくとも２つを含む、レシピ評価装置が提供される。

一態様では、前記評価計算式は、前記少なくとも１つの指標値、前記少なくとも１つの指標値に対する少なくとも１つの目標値、および前記少なくとも１つの目標値と前記少なくとも１つの指標値との差に乗算される少なくとも１つの重み係数を含む。

本発明によれば、評価計算式を用いて複数のパラメータセットに対する総合評価値が算定されるので、ユーザーのスキルによらずに、総合評価値に基づいて最適なレシピパラメータを短時間かつ自動的に決定することができる。

研磨装置の一実施形態を示す模式図である。 図１に示す研磨装置の詳細な構成の一実施形態を示す断面図である。 光学センサヘッドがウェーハの表面を横切るときの軌跡を示す模式図である。 光学式膜厚測定装置の原理を説明するための模式図である。 ウェーハと研磨テーブルとの位置関係を示す平面図である。 スペクトル処理部によって生成された測定スペクトルを示す図である。 測定スペクトルと複数の参照スペクトルとの比較から膜厚を決定するプロセスを説明する図である。 参照ウェーハの膜厚と研磨時間との関係を示すグラフである。 複数のスペクトルグループが格納されたデータサーバを示す模式図である。 ウェーハからの反射光のスペクトル（すなわち測定スペクトル）の一例を表す図である。 図１０に示す測定スペクトルにフーリエ変換処理を行って得られた周波数スペクトルを示すグラフである。 研磨時間に対するウェーハの膜厚プロファイルの形状の変化の一例を示す図である。 研磨時間に対するウェーハの膜厚プロファイルの形状の変化の他の例を示す図である。 膜厚の実測値と、シミュレーションで得られた膜厚の一例を示す図である。 膜厚の実測値と、シミュレーションで得られた膜厚の他の例を示す図である。 推定スペクトルと、参照スペクトルとの形状の適合度が高い一例を示す図である。 推定スペクトルと、参照スペクトルとの形状の適合度が低い一例を示す図である。 図７を参照して説明した膜厚決定アルゴリズムにおいて使用されるグラフである。 図１１を参照して説明した膜厚決定アルゴリズムにおいて使用される周波数スペクトルを表すグラフである。 研磨時間とともに膜厚が直線的に減少する一例を示すグラフである。 研磨時間とともに膜厚が直線的に減少しない一例を示すグラフである。 光学式膜厚測定装置の最適な動作レシピを決定する方法の一実施形態を説明するフローチャートである。

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、基板の一例であるウェーハ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上にスラリーを供給するためのスラリー供給ノズル５を備えている。研磨パッド２の上面は、ウェーハＷを研磨する研磨面２ａを構成する。

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とともに研磨ヘッド１は矢印で示す方向に回転する。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。

ウェーハ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、スラリー供給ノズル５からスラリーが研磨テーブル３上の研磨パッド２の研磨面２ａに供給される。ウェーハ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上にスラリーが存在した状態でウェーハＷは研磨パッド２の研磨面２ａに押し付けられる。ウェーハＷの表面は、スラリーの化学的作用と、スラリーに含まれる砥粒の機械的作用により研磨される。

研磨装置は、ウェーハＷの膜厚を検出する光学式膜厚測定装置４０を備えている。光学式膜厚測定装置４０は、光学センサヘッド７と、光を発する光源４４と、分光器４７と、スペクトル処理部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上のウェーハＷの表面を横切る位置である。

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からウェーハＷの表面に導かれる。光はウェーハＷの表面で反射し、反射光は光学センサヘッド７によって受けられ、さらに分光器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、スペクトル処理部４９に送られる。スペクトル処理部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し、このスペクトルに基づいてウェーハＷの膜厚を決定する。

スペクトル処理部４９には、ウェーハＷからの反射光のスペクトルのデータを記憶する記憶装置７０ａを備えたデータサーバ７０が接続されている。データサーバ７０は、現在研磨しているウェーハＷからの反射光のスペクトルのみならず、過去に研磨された複数のウェーハからの反射光のスペクトルのデータも格納している。さらに、データサーバ７０には、光学式膜厚測定装置４０の最適な動作レシピを決定するレシピ評価装置７５が接続されている。スペクトル処理部４９は、ウェーハＷの研磨動作を制御するための研磨制御部９にも接続されている。この研磨制御部９は、スペクトル処理部４９によって決定されたウェーハＷの膜厚に基づいて、ウェーハＷの研磨動作を制御する。例えば、研磨制御部９は、ウェーハＷの膜厚が目標膜厚に達した時点である研磨終点を決定する、あるいはウェーハＷの膜厚が所定の値に達したときにウェーハＷの研磨条件を変更する。

図２は、図１に示す研磨装置の詳細な構成の一実施形態を示す断面図である。ヘッドシャフト１０は、ベルト等の連結手段１７を介して研磨ヘッドモータ１８に連結されて回転されるようになっている。このヘッドシャフト１０の回転により、研磨ヘッド１が矢印で示す方向に回転する。

分光器４７は、光検出器４８を備えている。一実施形態では、光検出器４８は、フォトダイオード、ＣＣＤ、またはＣＭＯＳなどから構成されている。光学センサヘッド７は、光源４４および光検出器４８に光学的に連結されている。光検出器４８はスペクトル処理部４９に電気的に接続されている。

光学式膜厚測定装置４０は、光源４４から発せられた光をウェーハＷの表面に導く投光用光ファイバーケーブル３１と、ウェーハＷからの反射光を受け、反射光を分光器４７に送る受光用光ファイバーケーブル３２を備えている。投光用光ファイバーケーブル３１の先端および受光用光ファイバーケーブル３２の先端は、研磨テーブル３内に位置している。

投光用光ファイバーケーブル３１の先端および受光用光ファイバーケーブル３２の先端は、光をウェーハＷの表面に導き、かつウェーハＷからの反射光を受ける光学センサヘッド７を構成する。投光用光ファイバーケーブル３１の他端は光源４４に接続され、受光用光ファイバーケーブル３２の他端は分光器４７に接続されている。分光器４７は、ウェーハＷからの反射光を波長に従って分解し、所定の波長範囲に亘って反射光の強度を測定するように構成されている。

光源４４は、光を投光用光ファイバーケーブル３１を通じて光学センサヘッド７に送り、光学センサヘッド７は光をウェーハＷに向けて放つ。ウェーハＷからの反射光は光学センサヘッド７に受けられ、受光用光ファイバーケーブル３２を通じて分光器４７に送られる。分光器４７は反射光をその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。分光器４７は、反射光の強度測定データをスペクトル処理部４９に送る。

スペクトル処理部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。このスペクトルは、反射光の強度と波長との関係を示し、スペクトルの形状はウェーハＷの膜厚に従って変化する。スペクトル処理部４９は、反射光のスペクトルに基づいてウェーハＷの膜厚を決定する。反射光のスペクトルに基づいてウェーハＷの膜厚を決定する方法には、公知の技術が用いられる。例えば、スペクトル処理部４９は、反射光のスペクトルに最も形状が近い参照スペクトルを決定し、この決定された参照スペクトルに関連付けられた膜厚を決定する。他の例では、スペクトル処理部４９は、反射光のスペクトルに対してフーリエ変換を実行し、得られた周波数スペクトルから膜厚を決定する。

研磨テーブル３は、その上面で開口する第１の孔５０Ａおよび第２の孔５０Ｂを有している。また、研磨パッド２には、これら孔５０Ａ，５０Ｂに対応する位置に通孔５１が形成されている。孔５０Ａ，５０Ｂと通孔５１とは連通し、通孔５１は研磨面２ａで開口している。第１の孔５０Ａは液体供給ライン５３に連結されており、第２の孔５０Ｂはドレインライン５４に連結されている。投光用光ファイバーケーブル３１の先端および受光用光ファイバーケーブル３２の先端から構成される光学センサヘッド７は、第１の孔５０Ａに配置されており、かつ通孔５１の下方に位置している。

投光用光ファイバーケーブル３１は、光源４４によって発せられた光をウェーハＷの表面まで導く光伝送部である。投光用光ファイバーケーブル３１および受光用光ファイバーケーブル３２の先端は、第１の孔５０Ａ内に位置しており、ウェーハＷの被研磨面の近傍に位置している。投光用光ファイバーケーブル３１および受光用光ファイバーケーブル３２の各先端から構成される光学センサヘッド７は、研磨ヘッド１に保持されたウェーハＷを向いて配置される。研磨テーブル３が回転するたびにウェーハＷの複数の測定点に光が照射される。本実施形態では、１つの光学センサヘッド７のみが研磨テーブル３内に設けられているが、複数の光学センサヘッド７が研磨テーブル３内に設けられてもよい。

ウェーハＷの研磨中、研磨テーブル３が一回転するたびに、光学センサヘッド７はウェーハＷを横切って移動する。光学センサヘッド７がウェーハＷの下方にある間、光源４４は、所定の間隔で光を発する。光は、光学センサヘッド７からウェーハＷの表面（被研磨面）に導かれ、ウェーハＷからの反射光は光学センサヘッド７に受けられ、分光器４７に送られる。分光器４７は、各波長での反射光の強度を所定の波長範囲に亘って測定し、得られた反射光の強度測定データをスペクトル処理部４９に送る。スペクトル処理部４９は、波長ごとの光の強度を表わす反射光のスペクトルを強度測定データから生成し、さらに反射光のスペクトルからウェーハＷの膜厚を決定する。

ウェーハＷの研磨中は、リンス液として純水が液体供給ライン５３を介して第１の孔５０Ａに供給され、さらに第１の孔５０Ａを通って通孔５１に供給される。純水は、ウェーハＷの表面（被研磨面）と光学センサヘッド７との間の空間を満たす。純水は、第２の孔５０Ｂに流れ込み、ドレインライン５４を通じて排出される。第１の孔５０Ａおよび通孔５１内を流れる純水は、スラリーが第１の孔５０Ａに浸入することを防止し、これにより光路が確保される。

図３は、光学センサヘッド７がウェーハＷの表面を横切るときの軌跡を示す模式図である。図３に示すように、ウェーハＷの研磨中、研磨テーブル３が一回転するたびに、光学センサヘッド７は、研磨パッド２上のウェーハＷの表面を横切りながら、ウェーハＷ上の複数の測定点ＭＰに光を照射し、ウェーハＷからの反射光を受ける。

図４は、光学式膜厚測定装置４０の原理を説明するための模式図であり、図５は、ウェーハＷと研磨テーブル３との位置関係を示す平面図である。図４に示す例では、ウェーハＷは、下層膜と、その上に形成された上層膜とを有している。上層膜は、例えばシリコン層または絶縁膜である。投光用光ファイバーケーブル３１および受光用光ファイバーケーブル３２の各先端から構成される光学センサヘッド７は、ウェーハＷの表面に対向して配置されている。光学センサヘッド７は、研磨テーブル３が１回転するたびにウェーハＷの中心を含む複数の領域に光を照射する。

ウェーハＷに照射された光は、媒質（図４の例では水）と上層膜との界面、および上層膜と下層膜との界面で反射し、これらの界面で反射した光の波が互いに干渉する。この光の波の干渉の仕方は、上層膜の厚さ（すなわち光路長）に応じて変化する。このため、ウェーハＷからの反射光から生成されるスペクトルは、上層膜の厚さに従って変化する。分光器４７は、反射光を波長に従って分解し、反射光の強度を波長ごとに測定する。スペクトル処理部４９は、分光器４７で得られた反射光の強度測定データ（光学信号）からスペクトルを生成する。以下、研磨されるウェーハＷからの反射光のスペクトルを、測定スペクトルということがある。この測定スペクトルは、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。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。

図６は、スペクトル処理部４９によって生成された測定スペクトルを示す図である。図６において、横軸はウェーハから反射した光の波長を表わし、縦軸は反射した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値であり、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。

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ウェーハ（ベアウェーハ）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ウェーハ（ベアウェーハ）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ウェーハからの反射光の強度としてもよい。

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。

ここで、λは波長であり、Ｅ（λ）はウェーハから反射した光の波長λでの強度であり、Ｂ（λ）は波長λでの基準強度であり、Ｄ（λ）は光を遮断した条件下で測定された波長λでの背景強度（ダークレベル）である。

本実施形態では、スペクトル処理部４９は、測定スペクトルと、複数の参照スペクトルとの比較から膜厚を決定するように構成されている。参照スペクトルは、図１および図２に示すデータサーバ７０の記憶装置７０ａ内に格納されている。スペクトル処理部４９は、データサーバ７０にアクセスし、ウェーハＷの研磨中に生成された測定スペクトルを複数の参照スペクトルと比較し、測定スペクトルに最も形状が近い参照スペクトルを選択する。

図７は、測定スペクトルと複数の参照スペクトルとの比較から膜厚を決定するプロセスを説明する図である。スペクトル処理部４９は、研磨中に生成された測定スペクトルと複数の参照スペクトルとを比較することで、測定スペクトルに最も形状の近い参照スペクトルを決定し、この決定された参照スペクトルに関連付けられた膜厚を決定する。測定スペクトルに最も形状の近い参照スペクトルは、参照スペクトルと測定スペクトルとの間の相対反射率の差が最も小さいスペクトルである。

複数の参照スペクトルは、研磨対象のウェーハＷ（以下、ターゲットウェーハまたはターゲット基板ということがある）と同じ積層構造を有する参照ウェーハ（または参照基板）を研磨しながら予め取得されたものである。各参照スペクトルにはその参照スペクトルが取得されたときの膜厚が関連付けられる。すなわち、各参照スペクトルは、異なる膜厚のときに取得されたものであり、複数の参照スペクトルは複数の異なる膜厚に対応する。したがって、測定スペクトルに最も形状の近い参照スペクトルを特定することにより、ウェーハＷの現在の膜厚を決定することができる。

複数の参照スペクトルを取得する工程の一例について説明する。まず、ターゲットウェーハＷと同じ積層構造を有する参照ウェーハが用意される。参照ウェーハは、図示しない膜厚測定器に搬送され、参照ウェーハの初期膜厚が膜厚測定器によって測定される。次に、参照ウェーハは図１に示す研磨装置に搬送され、研磨液としてのスラリーが研磨パッド２に供給されながら参照ウェーハが研磨される。参照ウェーハは、一定の研磨レート（除去レートともいう）で、すなわち一定の研磨条件下で研磨される。参照ウェーハの研磨中、上述したように、参照ウェーハの表面に光が照射され、参照ウェーハからの反射光のスペクトル（すなわち参照スペクトル）が取得される。参照スペクトルは、研磨テーブル３が一回転するたびに取得される。したがって、参照ウェーハの研磨中に、複数の参照スペクトルが取得される。参照ウェーハの研磨が終了した後、参照ウェーハは上記膜厚測定器に再び搬送され、研磨された参照ウェーハの膜厚（すなわち最終膜厚）が測定される。

図８は、参照ウェーハの膜厚と研磨時間との関係を示すグラフである。参照ウェーハの研磨レートが一定である場合、図８に示すように、膜厚は研磨時間とともに直線的に減少する。言い換えれば、膜厚は、研磨時間を変数として含む一次関数を用いて表すことができる。研磨レートは、初期膜厚Ｔiniと最終膜厚Ｔfinとの差を、最終膜厚Ｔfinに到達した研磨時間ｔで割り算することにより算出することができる。

参照スペクトルは、上述したように、研磨テーブル３が一回転するたびに周期的に取得されるので、それぞれの参照スペクトルが取得されたときの研磨時間は、研磨テーブル３の回転速度および回転回数から算出することができる。あるいは、研磨開始時点から各参照スペクトルが取得されるまでの時間を精密に測定することも可能である。さらに、各参照スペクトルが取得された研磨時間から、各参照スペクトルに対応する膜厚を算出することができる。このようにして、異なる膜厚に対応する複数の参照スペクトルが取得される。各参照スペクトルは、対応する膜厚に関連付けることができる（結び付けることができる）。したがって、スペクトル処理部４９は、ウェーハＷの研磨中に測定スペクトルに最も形状が近い参照スペクトルを特定することにより、その参照スペクトルに関連付けられた膜厚からウェーハＷの現在の膜厚を決定することができる。

反射光のスペクトルは、膜厚に従って変化する。したがって、基本的に、膜厚が変化しなければ、スペクトルも変化しない。しかしながら、膜厚が同一であっても、研磨される膜の下に存在する下地層の構造の違いによって、スペクトルが変わりうる。下地層の構造は、ウェーハ間で異なる場合もある。このような下地層の構造の違いは、正確な膜厚測定を妨げてしまう。

このような下地層の構造の違いに起因するスペクトル変化の影響を排除するために、スペクトル処理部４９は、下地層の構造が異なる複数の参照ウェーハを用いて取得された複数の参照スペクトルを含む複数のスペクトルグループを使用して膜厚を決定する。図９は、複数のスペクトルグループが格納されたデータサーバ７０を示す模式図である。複数のスペクトルグループは、下地層の構造が異なる複数の参照ウェーハにそれぞれ対応し、各スペクトルグループに含まれる複数の参照スペクトルは、上記複数の参照ウェーハのうちの１つを用いて取得された参照スペクトルである。

スペクトル処理部４９は、１つのスペクトルグループを複数のスペクトルグループから選択し、研磨されるウェーハＷからの反射光のスペクトル（測定スペクトル）を、選択したスペクトルグループに含まれている複数の参照スペクトルと比較し、反射光のスペクトルに最も近い形状を有する参照スペクトルに基づいて、ウェーハＷの現在の膜厚を決定する。

参照スペクトルを用いた上記実施形態に代えて、一実施形態では、以下に説明するように、スペクトル処理部４９は、研磨されているウェーハＷからの反射光のスペクトル（すなわち測定スペクトル）にフーリエ変換処理（典型的には高速フーリエ変換処理）を行って周波数スペクトルを生成し、周波数スペクトルからウェーハＷの膜厚を決定してもよい。

図１０は、ウェーハＷからの反射光のスペクトル（すなわち測定スペクトル）の一例を表す図であり、図１１は、図１０に示す測定スペクトルにフーリエ変換処理を行って得られた周波数スペクトルを示すグラフである。図１１において、縦軸は測定スペクトルに含まれる周波数成分の強度を表し、横軸は膜厚を表す。周波数成分の強度は、正弦波として表される周波数成分の振幅に相当する。測定スペクトルに含まれる周波数成分は、所定の関係式を用いて膜厚に変換され、図１１に示すような膜厚と周波数成分の強度との関係を示す周波数スペクトルが生成される。上述した所定の関係式は、周波数成分を変数とした、膜厚を表す一次関数であり、膜厚の実測結果、光学式膜厚測定シミュレーション、理論式などから求めることができる。

図１１に示すグラフにおいて、周波数成分の強度のピークは膜厚ｔ１で現れる。言い換えれば、膜厚ｔ１において、周波数成分の強度が最も大きくなる。つまり、この周波数スペクトルは、ウェーハＷの膜厚がｔ１であることを示している。このようにして、スペクトル処理部４９は、周波数成分の強度のピークに対応する膜厚を決定する。

図１に示すレシピ評価装置７５は、光学式膜厚測定装置４０の最適な動作レシピを決定するためのプログラムが格納された記憶装置７５ａと、プログラムに含まれる命令に従って演算を実行する処理装置７５ｂ（ＧＰＵまたはＣＰＵなど）を備えている。処理装置７５ｂは、予め設定された複数の動作レシピから最適な動作レシピを評価計算式（後述する）に基づいて決定するための演算を実行する。レシピ評価装置７５は、少なくとも１台のコンピュータから構成されている。

レシピ評価装置７５は、データサーバ７０に接続されている。上述したように、データサーバ７０は、複数のウェーハの研磨時に取得された、反射光の複数のスペクトルのデータが格納された記憶装置７０ａを有している。データサーバ７０は、少なくとも１台のコンピュータから構成されている。データサーバ７０は、レシピ評価装置７５に通信線で接続されたエッジサーバであってもよいし、インターネットなどのネットワークによってレシピ評価装置７５に接続されたクラウドサーバであってもよし、あるいはレシピ評価装置７５に接続されたネットワーク内に設置されたフォグコンピューティングデバイス（ゲートウェイ、フォグサーバ、ルーターなど）であってもよい。データサーバ７０は、インターネットなどのネットワークにより接続された複数のサーバであってもよい。例えば、データサーバ７０は、エッジサーバとクラウドサーバとの組み合わせであってもよい。

次に、レシピ評価装置７５の動作について説明する。レシピ評価装置７５は、光学式膜厚測定装置４０の最適な動作レシピを決定するように構成された、少なくとも１台のコンピュータから構成される。動作レシピは、光学式膜厚測定装置４０、特にスペクトル処理部４９の動作を制御するものである。動作レシピは、以下に記載する複数のレシピパラメータのうちの少なくとも２つを含んでいる。
（ｉ）複数のスペクトルの移動平均を算出するための時間幅
（ii）複数のスペクトルの空間的平均を算出するためのデータ点数
（iii）スペクトルに適用されるフィルターのパラメータ
（iv）スペクトルを規格化するための規格化パラメータ
（ｖ）膜厚の決定に使用されるスペクトルの波長範囲
（vi）膜厚の決定に使用される参照スペクトルを含むスペクトルグループの番号

以下、各レシピパラメータについて詳述する。
（ｉ）時間幅
ウェーハＷの研磨中、研磨テーブル３が１回転するたびに、光学センサヘッド７から光がウェーハＷに導かれ、ウェーハＷからの反射光は光学センサヘッド７に受けられる。反射光の各波長での強度は分光器４７によって測定され、スペクトル処理部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し、スペクトルに基づいてウェーハＷの現在の膜厚を決定する。スペクトルの移動平均は、ウェーハＷ上のある測定点において、ウェーハＷの現在の膜厚を決定するのに使用される複数のスペクトルの平均である。移動平均の時間幅は、複数のスペクトルの移動平均を算出するために使用される時間幅である。この時間幅は、研磨テーブル３の回転回数によって表わされる。例えば、時間幅が３であれば、スペクトル処理部４９は、研磨テーブル３が３回転する間に、ウェーハＷ上のある測定点で取得された反射光から１つのスペクトルを生成し、このスペクトルからウェーハＷの膜厚を決定する。

（ii）データ点数
データ点数は、ウェーハＷの研磨中に取得された複数のスペクトルの空間的平均を算出するために使用される。複数のスペクトルの空間的平均とは、ウェーハＷ上の複数の測定点で反射した反射光の複数のスペクトルの平均である。具体的には、スペクトル処理部４９は、複数の測定点で得られた反射光の強度測定データの平均を算定し、強度測定データの平均から１つのスペクトルを生成する。図３に示すように、ウェーハＷの研磨中、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、研磨パッド２上のウェーハＷの表面を横切りながら、ウェーハＷ上の複数の測定点ＭＰに光を照射し、ウェーハＷからの反射光を受ける。データ点数は、１つのスペクトルを生成するために使用される測定点ＭＰの数である。例えば、データ点数が３であれば、スペクトル処理部４９は、３つの測定点ＭＰで取得された反射光の強度測定データから１つのスペクトルを作成する。

（iii）フィルターのパラメータ
スペクトル処理部４９は、生成したスペクトルに含まれるノイズを除去するためのフィルター（図示せず）を有している。ノイズは、スペクトルに含まれる不要な周波数成分である。フィルターのパラメータは、使用すべきフィルターの種類、および通過帯域または除去帯域を決定するためのパラメータである。使用されるフィルターの種類には、ローパスフィルター、ハイパスフィルター、バンドパスフィルター、バンドストップフィルターが挙げられる。

（iv）スペクトルを規格化するための規格化パラメータ
規格化パラメータは、スペクトルの全体を規格化するための規格化方法を決定するためのパラメータである。規格化方法には、次の２つがある。
第１の規格化方法は、スペクトルの全体のレベル（反射光の強度）を調整する方法である。スペクトルは、ウェーハからの反射光に基づいて生成される。したがって、スペクトルの全体のレベルは、反射光の伝送経路または光源４４（図２参照）から発せられる光の強度などに依存して変わりうる。そこで、スペクトルの全体のレベルを調整するために、スペクトル処理部４９は、スペクトルの全体のレベルの平均で各波長でのレベルを割り算することで、スペクトルを規格化する。

第２の規格化方法は、スペクトルの全体の傾きを補正する方法である。図１０に示すように、スペクトルの全体が傾いていることがある。このようなスペクトルの傾きを補正するために、スペクトル処理部４９は、スペクトルの近似線を最小二乗法などにより求め、近似線上のレベル（反射光の強度）でスペクトル上の対応するレベル（反射光の強度）を割り算することで、スペクトルを規格化する。

規格化パラメータは、スペクトルの全体のレベル調整のための第１の規格化方法を使用するか、またはスペクトルの傾き補正のための第２の規格化方法を使用するか、または両方を使用するか、またはどちらも使用しないかを選択するためのパラメータである。

（ｖ）スペクトルの波長範囲
ウェーハの膜厚は、ウェーハからの反射光のスペクトルに基づいて決定される。膜厚の決定に使用されるスペクトルの波長範囲は、動作レシピに設定された下限値および上限値によって定義される。

（vi）参照スペクトルグループの番号
図７を参照して説明したように、一実施形態では、スペクトル処理部４９は、測定スペクトルと複数の参照スペクトルとの比較からウェーハの膜厚を決定する。すなわち、スペクトル処理部４９は、ウェーハの研磨中に生成された測定スペクトルと複数の参照スペクトルとを比較することで、測定スペクトルに最も形状の近い参照スペクトルを決定し、この決定された参照スペクトルに関連付けられた膜厚を決定する。参照スペクトルは、図９に示すように、データサーバ７０内に記憶された複数のスペクトルグループのうちの１つに含まれている。スペクトル処理部４９は、複数のスペクトルグループのうちから１つを選択し、ウェーハの研磨中に生成した測定スペクトルを、選択されたスペクトルグループに含まれる複数の参照スペクトルと比較し、測定スペクトルに最も形状が近い参照スペクトルを決定する。複数のスペクトルグループから選択される１つのスペクトルグループは、動作レシピに設定された番号のスペクトルグループである。例えば、動作レシピに設定されている番号が２であれば、スペクトル処理部４９は、No.２のスペクトルグループを選択する。

レシピ評価装置７５は、動作レシピを構成する複数のレシピパラメータをそれぞれ含む複数のパラメータセットを記憶装置７５ａ内に記憶している。各パラメータセットは、上述したレシピパラメータ（ｉ）～（vi）のうちの少なくとも２つを含む。一例では、各パラメータセットは、上述したレシピパラメータ（ｉ）～（vi）のすべてを含む。各パラメータセットに含まれるレシピパラメータの具体的な数値は、予め設定された値であるが、ユーザーが任意に変更することも可能である。

レシピ評価装置７５は、次のようにして、記憶装置７５ａ内に記憶されている複数のパラメータセットから最適な１つを選択する。まず、レシピ評価装置７５は、各パラメータセットに含まれる複数のレシピパラメータと、データサーバ７０内に格納されている参照スペクトルのデータを用いて、研磨時間の経過に伴う膜厚変化のシミュレーションを実行する。データサーバ７０内に格納されている参照スペクトルのデータは、複数のウェーハを実際に研磨したときに取得されたスペクトルのデータである。

レシピパラメータ（ｉ）～（ｖ）は、反射光のスペクトル（測定スペクトル）自体の形状に影響し、レシピパラメータ（vi）は、反射光のスペクトル（測定スペクトル）と比較される参照スペクトルに影響する。したがって、これらレシピパラメータ（ｉ）～（vi）は、反射光のスペクトルおよび参照スペクトルに基づいて決定されるウェーハの膜厚に影響する。

膜厚変化のシミュレーションでは、過去に研磨されたウェーハの、研磨時間の経過に伴う膜厚変化に対応する反射光のスペクトルの変化から、研磨時間の経過に伴う膜厚の変化を計算する。すなわち、レシピ評価装置７５は、データサーバ７０にアクセスし、ウェーハの実研磨中に取得された（すなわち、膜厚が変化しているときに取得された）複数の参照スペクトルをデータサーバ７０から取得し、これら参照スペクトルをレシピパラメータに基づいて加工して推定スペクトルを生成し、推定スペクトルから複数の膜厚を決定する。

レシピ評価装置７５は、上記シミュレーションで得られた膜厚変化の仕方を評価するための評価計算式を備えている。この評価計算式は、記憶装置７５ａに格納されている。レシピ評価装置７５は、上記シミュレーションで得られた膜厚変化の仕方を評価する複数の指標値を評価計算式に入力して、それぞれのパラメータセットに対する複数の総合評価値を算定する。評価計算式は、膜厚変化の仕方を評価する複数の指標値、これら複数の指標値に対する複数の目標値、および前記複数の目標値と前記複数の指標値との差にそれぞれ乗算される複数の重み係数を含む。

評価計算式に含まれる複数の指標値は、以下に説明する第１の指標値、第２の指標値、第３の指標値、第４の指標値、および第５の指標値である。本実施形態では、５つの指標値が評価計算式に含まれるが、一実施形態では、５つの指標値のうちのいずれか１つ、または２つ、または３つ、または４つが評価計算式に含まれてもよい。

第１の指標値は、研磨時間に対するウェーハの膜厚プロファイルの形状の不変性の評価を表す指標値である。ウェーハの膜厚プロファイルは、ウェーハの半径方向に沿った膜厚分布を示す。
図１２は、研磨時間に対するウェーハの膜厚プロファイルの形状の変化の一例を示す図である。図１２に示すように、ウェーハの研磨条件が変わらない限り、ウェーハの膜厚プロファイルの形状は、研磨時間によらず不変である。図１３は、研磨時間に対するウェーハの膜厚プロファイルの形状の変化の他の例を示す図である。図１３に示す例では、ウェーハの研磨条件が不変であるにもかかわらず、研磨時間とともにウェーハの膜厚プロファイルの形状が変化している。

第１の指標値は、シミュレーション結果から得られた膜厚プロファイルの形状の変化率である。膜厚プロファイルの形状の変化率は、研磨時間に対する膜厚プロファイルの形状の変化の割合である。図１２に示す膜厚プロファイルの形状の変化率は、０に近いのに対して、図１３に示す膜厚プロファイルの形状の変化率は、ある程度大きな数値である。

第２の指標値は、膜厚測定器によって測定された膜厚の実測値と、上記シミュレーションで得られた膜厚との差の少なさの評価を表す指標値である。通常、ウェーハは、研磨する前に、スタンドアローン型の膜厚測定器（図示せず）に搬送され、ここでウェーハの初期膜厚が測定される。さらに、ウェーハの研磨後にもウェーハは上記膜厚測定器に搬送され、研磨されたウェーハの膜厚が測定される。スタンドアローン型の膜厚測定器は、ウェーハが静止した状態で、かつスラリーが存在しない状態で、膜厚を測定するので、ウェーハの研磨中に膜厚を検出する光学式膜厚測定装置４０に比べて、スタンドアローン型の膜厚測定器はより精度良く膜厚を測定することができる。

図１４は、膜厚測定器によって取得された膜厚の実測値と、上記シミュレーションで得られた膜厚の一例を示す図である。この例では、膜厚の実測値と、上記シミュレーションで得られた膜厚との差は小さい。言い換えれば、上記シミュレーションで得られた膜厚は、膜厚の実測値に近い。図１５は、膜厚測定器によって取得された膜厚の実測値と、上記シミュレーションで得られた膜厚の他の例を示す図である。この例では、膜厚の実測値と、上記シミュレーションで得られた膜厚との差は、図１４に示す例に比べて大きい。

第３の指標値は、上記シミュレーションにおいて生成されたスペクトルと、データサーバ７０内に格納されている参照スペクトルとの形状の適合度（goodness of fit）の評価を表す指標値である。図７を参照して説明したように、一実施形態では、スペクトル処理部４９は、上記シミュレーションにおいて生成されたスペクトル（以下、推定スペクトルという）と、複数の参照スペクトルとの比較から膜厚を決定する。すなわち、スペクトル処理部４９は、推定スペクトルに最も形状の近い参照スペクトルを決定し、この決定された参照スペクトルに関連付けられた膜厚を決定する。

推定スペクトルと、参照スペクトルとの形状の適合度は、０から１の範囲内の数値で表される。図１６は、推定スペクトルと、参照スペクトルとの形状の適合度が高い一例を示す図であり、図１７は、推定スペクトルと、参照スペクトルとの形状の適合度が低い一例を示す図である。適合度が高いほど、膜厚の信頼性は高い。したがって、図１６に示す例での膜厚の信頼性は高いのに対して、図１７に示す例での膜厚の信頼性は低い。

第４の指標値は、上記シミュレーションにおいて生成されたスペクトル（すなわち推定スペクトル）に基づいて決定された膜厚の品質係数（Ｑ値）の評価を表す指標値である。推定スペクトルに基づいて膜厚を決定するアルゴリズムは、図７に示す実施形態と、図１１に示す実施形態で異なるが、いずれの実施形態でも、膜厚決定にはグラフが使用される。膜厚の品質係数（Ｑ値）は、グラフ上のピークまたはボトムの急峻の度合いに基づいて決定される。一般に、グラフ上のピークまたはボトムが急峻であるほど、品質係数（Ｑ値）は高い。

図１８は、図７を参照して説明した膜厚決定アルゴリズムにおいて使用されるグラフである。より具体的には、図１８の横軸は、複数の参照スペクトルに結び付けられた膜厚を表し、縦軸は、推定スペクトルと参照スペクトルとの間の反射光の強度の差を表している。図１８に示すグラフ上のボトムが急峻であるほど、品質係数（Ｑ値）は高い（すなわち、膜厚の信頼性が高い）。

図１９は、図１１を参照して説明した膜厚決定アルゴリズムにおいて使用される周波数スペクトルを表すグラフである。図１９の横軸は膜厚を表し、縦軸は、推定スペクトルに含まれる周波数成分の強度を表している。図１９に示すグラフ上のピークが急峻であるほど、品質係数（Ｑ値）は高い（すなわち、膜厚の信頼性が高い）。

第５の指標値は、研磨時間に沿った膜厚変化の線形性の評価を表す指標値である。ウェーハの研磨条件が一定である限り、ウェーハの膜厚は研磨時間とともに一定の割合で減少する。言い換えれば、ウェーハの研磨レート（除去レートともいう）は、ウェーハの研磨中は一定である。

図２０は、研磨時間とともに膜厚が直線的に減少する一例を示すグラフである。図２０の例では、ウェーハの研磨レートは一定である。一方、図２１は、研磨時間とともに膜厚が直線的に減少しない一例を示すグラフである。図２１の例では、ウェーハの研磨条件が一定であるにもかかわらず、ウェーハの研磨レートは変化している。

レシピ評価装置７５は、膜厚変化のシミュレーション結果から得られた第１の指標値、第２の指標値、第３の指標値、第４の指標値、および第５の指標値を、以下の評価計算式に入力して、総合評価値を算定する。

ここで、ａｋは第１の指標値、ａＴは第１の指標値の目標値、ｗ１は第１の重み係数、ｂｋは第２の指標値、ｂＴは第２の指標値の目標値、ｗ２は第２の重み係数、ｃｋは第３の指標値、ｃＴは第３の指標値の目標値、ｗ３は第３の重み係数、ｄｋは第４の指標値、ｄＴは第４の指標値の目標値、ｗ４は第４の重み係数、ｅｋは第５の指標値、ｅＴは第５の指標値の目標値、ｗ５は第５の重み係数である。

上述した評価計算式は、レシピ評価装置７５の記憶装置７５ａ内に格納されている。目標値ａＴ～ｅＴ、および重み係数ｗ１～ｗ５は、ユーザーによって予め設定され、レシピ評価装置７５の記憶装置７５ａ内に格納される。

レシピ評価装置７５は、膜厚変化のシミュレーションを実行し、シミュレーション結果から第１の指標値、第２の指標値、第３の指標値、第４の指標値、および第５の指標値を算定し、これら指標値を上記評価計算式に入力して、総合評価値を算定する。レシピ評価装置７５は、総合評価値に基づいて、複数のレシピパラメータを含むパラメータセットの良否を判定する。具体的には、レシピ評価装置７５は、複数のパラメータセットについてそれぞれ総合評価値を算定し、最も大きい、または最も小さい総合評価値が得られたパラメータセットである最適なパラメータセットを決定する。

図２２は、光学式膜厚測定装置４０の最適な動作レシピを決定する方法の一実施形態を説明するフローチャートである。
ステップ１では、評価計算式の重み係数ｗ１～ｗ５が設定される。より具体的には、重み係数ｗ１～ｗ５は図示しない入力装置を介してレシピ評価装置７５に入力され、レシピ評価装置７５の記憶装置７５ａ内に記憶される。重み係数ｗ１～ｗ５の具体的な数値は、ユーザーが任意に決めることができる。記憶装置７５ａ内に一旦記憶された重み係数ｗ１～ｗ５は、標準重み係数として使用してもよい。

ステップ２では、複数のパラメータセットが設定される。より具体的には、複数のパラメータセットは図示しない入力装置を介してレシピ評価装置７５に入力され、レシピ評価装置７５の記憶装置７５ａ内に記憶される。各パラメータセットに含まれる複数のレシピパラメータのうちの少なくとも１つ数値は、パラメータセットごとに異なる。記憶装置７５ａ内に記憶されるパラメータセットの数は、予め任意に設定される。

ステップ３では、レシピ評価装置７５は、ステップ２で記憶された複数のパラメータセットと、データサーバ７０内に記憶されている参照スペクトルを用いて、膜厚変化のシミュレーションを実行する。より具体的には、シミュレーション全体の時間を短縮するために、レシピ評価装置７５は、上記複数のパラメータセットを用いた複数のシミュレーションを並列に実行する。

ステップ４では、レシピ評価装置７５は、第１の指標値、第２の指標値、第３の指標値、第４の指標値、および第５の指標値を評価計算式に入力し、パラメータセットごとの総合評価値を算定する。より具体的には、レシピ評価装置７５は、シミュレーション結果から第１の指標値、第２の指標値、第３の指標値、第４の指標値、および第５の指標値をパラメータセットごとに算定し、これら指標値を上記評価計算式に入力して、総合評価値をパラメータセットごとに算定する。

ステップ５では、レシピ評価装置７５は、得られた複数の総合評価値の中から最大のもの、または最小のものを決定し、決定された総合評価値に対応するパラメータセットである最適なパラメータセットを選択する。
ステップ６では、レシピ評価装置７５は、選択されたパラメータセットに含まれる複数のレシピパラメータから構成される最適な動作レシピを設定し、その最適な動作レシピを記憶装置７５ａ内に保存する。その後、図１および図２に示す研磨装置は、設定された最適な動作レシピに従って光学式膜厚測定装置４０を動作させ、ウェーハＷの膜厚を光学式膜厚測定装置４０で測定しながら、ウェーハＷを研磨する。

本実施形態によれば、複数のパラメータセットに対する総合評価値が算定されるので、ユーザーのスキルによらずに、総合評価値に基づいて最適なレシピパラメータを短時間かつ自動的に決定することができる。

データサーバ７０内に格納されている参照スペクトルは、複数のウェーハを研磨しているときに取得されたスペクトルである。これらウェーハは、わずかに異なる積層構造を有している。すなわち、ウェーハの露出面を構成する膜の種類および厚さは同じであるが、その膜の下地層の構造はわずかに異なっている。このような場合は、それぞれのウェーハからの反射光のスペクトルは異なり、結果としてスペクトルから決定される膜厚も異なる。

そこで、複数のウェーハにとって最適な動作レシピを決定するために、一実施形態では、レシピ評価装置７５は、膜厚変化のシミュレーションおよび総合評価値の算定を、複数のウェーハについて繰り返すことで、各パラメータセットに対する複数の総合評価値を取得し、各パラメータセットに対する複数の総合評価値のばらつきを算定する。一例では、総合評価値のばらつきは、標準偏差で表される。さらに、レシピ評価装置７５は、総合評価値のばらつきが最小となる最適なパラメータセットを、ステップ２で記憶した複数のパラメータセットの中から選択する。

さらに、一実施形態では、レシピ評価装置７５は、膜厚変化のシミュレーションおよび総合評価値の算定を、複数のウェーハについて繰り返すことで、各パラメータセットに対する複数の総合評価値を取得し、各パラメータセットに対する複数の総合評価値の合計を算定し、総合評価値の合計が最大または最小となる最適なパラメータセットを、ステップ２で記憶した複数のパラメータセットの中から選択してもよい。この場合は、以下の評価計算式が使用される。

ここで、Ｎはウェーハの枚数である。その他の記号は上記式（２）の記号と同じである。

上述した評価計算式は、レシピ評価装置７５の記憶装置７５ａ内に格納されている。目標値ａＴ～ｅＴ、および重み係数ｗ１～ｗ５は、ユーザーによって予め設定され、レシピ評価装置７５の記憶装置７５ａ内に格納される。ウェーハの枚数Ｎは、データサーバ７０内に格納されている参照スペクトルの取得に使用されたウェーハの枚数である。

本実施形態によれば、総合評価値の合計が算出されるので、ウェーハ間の積層構造の微小な違いが、最適なパラメータセットの決定に与える影響を低減することができる。

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。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。

１ 研磨ヘッド
２ 研磨パッド
２ａ 研磨面
３ 研磨テーブル
５ スラリー供給ノズル
６ テーブルモータ
７ 光学センサヘッド
９ 研磨制御部
１０ ヘッドシャフト
１７ 連結手段
１８ 研磨ヘッドモータ
３１ 投光用光ファイバーケーブル
３２ 受光用光ファイバーケーブル
４０ 光学式膜厚測定装置
４４ 光源
４７ 分光器
４８ 光検出器
４９ スペクトル処理部
５０Ａ 第１の孔
５０Ｂ 第２の孔
５１ 通孔
７０ データサーバ
７５ レシピ評価装置

Claims (14)

1. 基板の研磨中に該基板の膜厚を測定するための光学式膜厚測定装置の最適な動作レシピを決定する方法であって、
   動作レシピを構成する複数のレシピパラメータをそれぞれ含む複数のパラメータセットを記憶装置内に保存し、
   前記複数のパラメータセットと、データサーバ内に格納されている、研磨された基板からの反射光の参照スペクトルのデータとを用いて、研磨時間の経過に伴う膜厚変化のシミュレーションを実行し、
   前記膜厚変化の仕方を評価する少なくとも１つの指標値を評価計算式に入力して、前記複数のパラメータセットに対する複数の総合評価値を算定し、
   前記複数の総合評価値に基づいて、前記複数のパラメータセットの中から最適な１つを選択し、
   前記複数のレシピパラメータは、
   基板の研磨中に取得された複数のスペクトルの移動平均を算出するための時間幅、
   基板の研磨中に取得された複数のスペクトルの空間的平均を算出するためのデータ点数、
   基板の研磨中に取得された複数のスペクトルに適用されるフィルターのパラメータ、
   基板の研磨中に取得された複数のスペクトルを規格化するための規格化パラメータ、
   膜厚の決定に使用されるスペクトルの波長範囲、
   膜厚の決定に使用される参照スペクトルを含むスペクトルグループの番号、
   のうちの少なくとも２つを含む、方法。
2. 前記評価計算式は、前記少なくとも１つの指標値、前記少なくとも１つの指標値に対する少なくとも１つの目標値、および前記少なくとも１つの目標値と前記少なくとも１つの指標値との差に乗算される少なくとも１つの重み係数を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記少なくとも１つの指標値は、
   研磨時間に対する膜厚プロファイルの形状の不変性の評価を表す第１の指標値、
   膜厚測定器によって測定された膜厚の実測値と、前記シミュレーションで得られた膜厚との差の少なさの評価を表す第２の指標値、
   前記シミュレーションにおいて生成されたスペクトルと、前記データサーバ内に格納されている参照スペクトルとの形状の一致度の評価を表す第３の指標値、
   前記シミュレーションにおいて生成されたスペクトルに基づいて決定される膜厚の品質係数の評価を表す第４の指標値、
   研磨時間に沿った膜厚変化の線形性の評価を表す第５の指標値、
   のうちの少なくとも１つを含む、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記データサーバ内に格納されている前記参照スペクトルは、複数の基板を実際に研磨しているときに取得された反射光のスペクトルである、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記シミュレーションおよび前記総合評価値の算定を、前記複数の基板について繰り返すことで、各パラメータセットに対する複数の総合評価値を取得し、
   各パラメータセットに対する前記複数の総合評価値のばらつきを算定する工程をさらに含み、
   前記複数のパラメータセットの中から最適な１つを選択する工程は、前記ばらつきが最小となる最適なパラメータセットを前記複数のパラメータセットから選択する工程である、請求項４に記載の方法。
6. 前記シミュレーションおよび前記総合評価値の算定を、前記複数の基板について繰り返すことで、各パラメータセットに対する複数の総合評価値を取得し、
   各パラメータセットに対する前記複数の総合評価値の合計を算定する工程をさらに含み、
   前記複数のパラメータセットの中から最適な１つを選択する工程は、前記合計が最大または最小となる最適なパラメータセットを前記複数のパラメータセットから選択する工程である、請求項４に記載の方法。
7. 基板の研磨中に該基板の膜厚を測定するための光学式膜厚測定装置の最適な動作レシピを決定するシステムであって、
   動作レシピを構成する複数のレシピパラメータをそれぞれ含む複数のパラメータセット、および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処理装置を備えたレシピ評価装置と、
   研磨された基板からの反射光の参照スペクトルのデータを格納したデータサーバを備え、
   前記レシピ評価装置は、
   前記複数のパラメータセットと、前記データサーバから取得した前記参照スペクトルのデータとを用いて、研磨時間の経過に伴う膜厚変化のシミュレーションを実行し、
   前記膜厚変化の仕方を評価する少なくとも１つの指標値を評価計算式に入力して、前記複数のパラメータセットに対する複数の総合評価値を算定し、
   前記複数の総合評価値に基づいて、前記複数のパラメータセットの中から最適な１つを選択するように構成されており、
   前記複数のレシピパラメータは、
   基板の研磨中に取得された複数のスペクトルの移動平均を算出するための時間幅、
   基板の研磨中に取得された複数のスペクトルの空間的平均を算出するためのデータ点数、
   基板の研磨中に取得された複数のスペクトルに適用されるフィルターのパラメータ、
   基板の研磨中に取得された複数のスペクトルを規格化するための規格化パラメータ、
   膜厚の決定に使用されるスペクトルの波長範囲、
   膜厚の決定に使用される参照スペクトルを含むスペクトルグループの番号、
   のうちの少なくとも２つを含む、システム。
8. 前記評価計算式は、前記少なくとも１つの指標値、前記少なくとも１つの指標値に対する少なくとも１つの目標値、および前記少なくとも１つの目標値と前記少なくとも１つの指標値との差に乗算される少なくとも１つの重み係数を含む、請求項７に記載のシステム。
9. 前記少なくとも１つの指標値は、
   研磨時間に対する膜厚プロファイルの形状の不変性の評価を表す第１の指標値、
   膜厚測定器によって測定された膜厚の実測値と、前記シミュレーションで得られた膜厚との差の少なさの評価を表す第２の指標値、
   前記シミュレーションにおいて生成されたスペクトルと、前記データサーバ内に格納されている参照スペクトルとの形状の一致度の評価を表す第３の指標値、
   前記シミュレーションにおいて生成されたスペクトルに基づいて決定される膜厚の品質係数の評価を表す第４の指標値、
   研磨時間に沿った膜厚変化の線形性の評価を表す第５の指標値、
   のうちの少なくとも１つを含む、請求項７または８に記載のシステム。
10. 前記データサーバ内に格納されている前記参照スペクトルは、複数の基板を実際に研磨しているときに取得された反射光のスペクトルである、請求項７乃至９のいずれか一項に記載のシステム。
11. 前記レシピ評価装置は、
    前記シミュレーションおよび前記総合評価値の算定を、前記複数の基板について繰り返すことで、各パラメータセットに対する複数の総合評価値を取得し、
    各パラメータセットに対する前記複数の総合評価値のばらつきを算定し、
    前記ばらつきが最小となる最適なパラメータセットを前記複数のパラメータセットから選択するように構成されている、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記レシピ評価装置は、
    前記シミュレーションおよび前記総合評価値の算定を、前記複数の基板について繰り返すことで、各パラメータセットに対する複数の総合評価値を取得し、
    各パラメータセットに対する前記複数の総合評価値の合計を算定し、
    前記合計が最大または最小となる最適なパラメータセットを前記複数のパラメータセットから選択するように構成されている、請求項１０に記載のシステム。
13. 基板の研磨中に該基板の膜厚を測定するための光学式膜厚測定装置の最適な動作レシピを決定するレシピ評価装置であって、
    動作レシピを構成する複数のレシピパラメータをそれぞれ含む複数のパラメータセット、およびプログラムを格納した記憶装置と、
    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処理装置を備え、
    前記処理装置は、
    前記複数のパラメータセットと、データサーバから取得した、研磨された基板からの反射光の参照スペクトルのデータとを用いて、研磨時間の経過に伴う膜厚変化のシミュレーションを実行し、
    前記膜厚変化の仕方を評価する少なくとも１つの指標値を評価計算式に入力して、前記複数のパラメータセットに対する複数の総合評価値を算定し、
    前記複数の総合評価値に基づいて、前記複数のパラメータセットの中から最適な１つを選択するように構成されており、
    前記複数のレシピパラメータは、
    基板の研磨中に取得された複数のスペクトルの移動平均を算出するための時間幅、
    基板の研磨中に取得された複数のスペクトルの空間的平均を算出するためのデータ点数、
    基板の研磨中に取得された複数のスペクトルに適用されるフィルターのパラメータ、
    基板の研磨中に取得された複数のスペクトルを規格化するための規格化パラメータ、
    膜厚の決定に使用されるスペクトルの波長範囲、
    膜厚の決定に使用される参照スペクトルを含むスペクトルグループの番号、
    のうちの少なくとも２つを含む、レシピ評価装置。
14. 前記評価計算式は、前記少なくとも１つの指標値、前記少なくとも１つの指標値に対する少なくとも１つの目標値、および前記少なくとも１つの目標値と前記少なくとも１つの指標値との差に乗算される少なくとも１つの重み係数を含む、請求項１３に記載のレシピ評価装置。

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