JP7254197B2 - 色計測を用いた基板の厚さ測定 - Google Patents

Description

本開示は、光学計測学、例えば、基板上の層の厚さを検出するための光学計測学に関する。

典型的には、シリコンウェハに導電層、半導電層、又は絶縁層を連続して堆積させることによって、集積回路が基板上に形成される。ある製造工程は、非平坦面上に充填層を堆積し、その充填層を平坦化することを含む。特定の用途のために、充填層は、パターニングされた層の上面が露出するまで平坦化される。例えば、導電性充填層をパターニングされた絶縁層上に堆積させて、絶縁層内のトレンチ又は孔を充填することができる。平坦化した後、高くなった絶縁層のパターン間に残っている金属層の部分が、基板上の薄膜回路間の導電経路になるビア、プラグ、及びラインを形成する。他の用途のために、充填層は、他の層によって設けられた下層のトポロジーの上に堆積され、所定の厚さが残るまで平坦化される。例えば、誘電体充填層をパターニングされた金属層の上に堆積させ、平坦化し、金属領域間に絶縁を設け、さらなるフォトリソグラフィのための平坦面を設けることができる。

化学機械研磨（ＣＭＰ）は、認められた平坦化方法のうちの１つである。この平坦化方法では、通常、基板をキャリア又は研磨ヘッドに取り付ける必要がある。基板の露出面は、通常、回転研磨パッドに当接するように配置される。キャリアヘッドが、基板に制御可能な荷重をかけ、基板を研磨パッドに押し付ける。典型的に、研磨用研磨スラリが研磨パッドの表面に供給される。

スラリ分布、研磨パッド状態、研磨パッドと基板との間の相対速度、及び基板への荷重の各ばらつきが、材料除去速度のばらつきを生じさせる可能性がある。これらのばらつき、並びに基板層の初期厚さのばらつきが、研磨終点に到達するのに必要な時間のばらつきを生じさせる。したがって、研磨終点を単に研磨時間の関数として決定することは、基板の過剰研磨又は研磨不足をもたらす恐れがある。

様々な光学計測システム（分光又は偏光システム）を使用して、例えば、インライン型又独立型の計測ステーションにおいて、研磨前及び研磨後の基板層の厚さを測定することができる。さらに、様々なインシトゥ（その場の）モニタリング技法（例えば、モノクロ光学モニタリングや渦電流モニタリング）を使用して、研磨終点を検出することができる。

一態様では、基板上の層の厚さを表す測定値を取得するためのシステムは、集積回路製造のための基板を保持する支持体、第１の入射角で光が支持体によって保持された基板に衝突する状態の、基板の少なくとも一部の第１の色画像、及び異なる第２の入射角で光が支持体によって保持された基板に衝突する状態の、基板の少なくとも一部の第２の色画像を捕捉する光学アセンブリ、並びにコントローラを含む。該コントローラは、光学アセンブリから第１の色画像及び第２の色画像を受信し、第１の色画像からの第１の色チャネル及び第２の色チャネル、並びに第２の色画像からの第３の色チャネル及び第４の色チャネルを含む少なくとも４次元の座標空間内の所定の経路に沿った位置の関数として厚さを表す値を付与する関数を記憶し、第１の色画像のピクセル及び第２の色画像内の対応するピクセルについて、ピクセルに対する第１の色画像内の色データ、及び対応するピクセルに対する第２の色画像内の色データから、座標空間内の座標を決定し、座標に最も近い所定の経路上の点の位置を決定し、関数と所定の経路上の点の位置とから厚さを表す値を算出するように構成されている。

他の態様では、コンピュータプログラムは、プロセッサにコントローラの動作を実行させるための命令を含み、研磨の方法は、色カメラの視野内で集積回路製造のための基板を位置付けすることと、色カメラから基板の色画像を生成することと、動作を実行することを含む。

いずれかの態様の実装形態は、下記の特徴のうちの１つ又は複数を含み得る。

座標空間は、４次元であってもよく、又は座標空間は、６次元であってもよい。第１の色チャネル及び第２の色チャネルは、第１の色画像についての色相、彩度、光度、Ｘ、Ｙ、Ｚ、赤色色度、緑色色度、及び青色色度を含む色チャネルの群から選択され得る。第３の色チャネル及び第４の色チャネルは、第２の色画像についての色相、彩度、光度、Ｘ、Ｙ、Ｚ、赤色色度、緑色色度、及び青色色度を含む色チャネルの群から選択され得る。第１の色チャネル及び第３の色チャネルは、赤色色度であってもよく、第２の色チャネル及び第４の色チャネルは、緑色色度であってもよい。

第１の入射角及び第２の入射角は、両方とも約２０°から８５°の間であってもよい。第１の入射角は、第２の入射角よりも少なくとも５°（例えば少なくとも１０°）大きくてもよい。

別の態様では、研磨システムは、研磨パッドを支持するプラテンを含む研磨ステーション、基板を保持する支持体、研磨ステーションにおいて基板の表面を研磨する前又は後に基板を測定するインライン計測ステーション、及びコントローラを含む。インラインライン計測ステーションは、それぞれ長手方向軸を有する１つ又は複数の細長い白光原であって、非ゼロ入射角で光を基板に向けて導き、基板の走査中に、基板上に第１の軸に沿って延在する照射領域を形成するように構成された、１つ又は複数の細長い白色光原と、第１の入射角で基板に衝突した、基板から反射した光を受け入れ、基板の走査中に、第１の軸に沿って延在する画像部分を形成するように配置された検出素子を有する第１の色ライン走査カメラと、異なる第２の入射角で基板に衝突した、基板から反射した光を受け入れ、基板の走査中に、第１の軸に沿って延在する第２の画像部分を形成するように配置された検出素子を有する第２の色ライン走査カメラと、１つ又は複数の光源、第１の色ライン走査カメラ、及び第２の色ライン走査カメラを支持するフレームと、第１の軸に対して垂直な第２の軸に沿ってフレームと支持体との間の相対運動を引き起こし、１つ又は複数の光源、第１の色ライン走査カメラ、及び第２の色ライン走査カメラに、基板を走査させるためのモータとを含む。コントローラは、第１の色ライン走査カメラ及び第２の色ライン走査カメラから色データを受信し、第１の色ライン走査カメラからの色データから第１の２次元色画像を生成し、第２の色ライン走査カメラからの色データから第２の２次元色画像を生成し、第１の２次元色画像及び第２の２次元色画像に基づいて、研磨ステーションにおける研磨を制御するように構成されている。

他の態様では、コンピュータプログラムは、プロセッサにコントローラの動作を実行させるための命令を含み、研磨の方法は、色カメラの視野内で集積回路製造のための基板を位置付けすることと、色カメラから基板の色画像を生成することと、動作を実行することを含む。

いずれかの態様の実装形態は、下記の特徴のうちの１つ又は複数を含み得る。

１つ又は複数のディフューザが、１つ又は複数の細長い白色光源と基板との間の光路内に位置付けされてもよい。

第１の入射角及び第２の入射角は、両方とも約５°から８５°の間であってもよく、例えば、両方とも約２０°から７５°の間であってもよい。第１の入射角は、第２の入射角よりも少なくとも５°（例えば、少なくとも１０°）大きくてもよい。第１の色ライン走査カメラ及び第２のライン走査カメラは、基板上の一致領域を画像化するように構成され得る。１つ又は複数の細長い光源は、第１の入射角で基板に衝突する光を生成する第１の細長い光源、及び第２の入射角で基板に衝突する光を生成する第２の細長い光源を含み得る。第１光源からの光及び第２光源からの光は、基板上の重なり合う領域（例えば、一致領域）に衝突し得る。

フレームは固定され得、モータは支持体に連結され得る。基板全面を走査するために１つ又は複数の細長い光源、第１の色ライン走査カメラ、及び第２の色ライン走査カメラが静止している間、コントローラは、モータに、支持体を移動させるよう構成され得る。

実装形態は、以下の潜在的な利点のうちの１つ又は複数を含み得る。厚さ測定の精度を改善することができる。この情報は、研磨パラメータを制御するためのフィードフォワード又はフィードバック用途で使用可能であり、厚さの均一性を改善する。変動を決定するアルゴリズムは、単純であり、計算負荷が軽くてもよい。

１つ又は複数の実装形態の詳細は、添付図面及び以下の説明において提示する。その他の態様、特徴、及び利点は、これらの説明及び図面から、並びに特許請求の範囲から、明白になろう。

インライン光学測定システムの一実施例の概略図を示す。 インシトゥ光学測定システムの一実施例の概略図を示す。 測定システムの一実施例の概略図を示す。 層の厚さを決定する方法のフロー図である。 基板の概略上面図である。 マスクの概略図である。 ２つの色チャネルの座標空間内の基板から反射した光の色の展開を示す例示的なグラフを示す。 ２つの色チャネルの座標空間内の所定の経路を示す例示的なグラフを示す。 色画像データから層の厚さを決定する方法のフロー図である。 テスト基板の色画像から導出された２つの色チャネルの座標空間内のヒストグラムを示す例示的なグラフを示す。 色の補正の前と後のそれぞれにおける、２つの色チャネルの座標空間内のヒストグラムを示す例示的なグラフを示す。

様々な図面における類似の参照符号は、類似の要素を表している。

基板上の層の厚さは、例えば、インシトゥモニタリングシステムを用いて、インライン型又独立型の計測ステーションにおいて、研磨の前又は後に光学的に測定され得る。しかしながら、分光分析などの幾つかの光学的手法は、高価な分光器や、スペクトルデータに対する計算負荷の大きい操作が必要となる。計算負荷は別として、幾つかの状況では、アルゴリズム結果は、増大し続けるユーザの精度要件を満たせない。

しかしながら、ある計測技法では、基板の色画像を取得して、色空間内の画像を解析し、層の厚さを決定する。特に、２次元色空間内の経路に沿った位置は、研磨の現在の状態に関する情報（例えば、材料の除去量又は残存量）提供することができる。しかしながら、状況によっては、画像内の色間の差を解消することが困難な場合がある。画像の色補正を実行すると、色コントラストを増大させることができる。その結果、厚さ分解能を高めることができ、厚さ測定の信頼性と精度を改善することができる。

別の問題は、２次元色空間内の経路が退化する可能性があることである。色空間の次元数を増加させることにより、退化（ｄｅｇｅｎｅｒａｃｙ）の可能性を減少させることができる。１つの技法は、４つ以上（例えば、６から２０）の色チャネルを有する画像を生成する種類のカメラ（例えば、ハイパースペクトルカメラ）を使用することである。別の技法は、複数のカメラを使用することであるが、様々な入射角で使用することである（様々な入射角、様々な衝突、ひいては様々な色において、薄い膜層を通して様々な長さの光路が生成されることに起因する）。

図１を参照すると、研磨装置１００は、インライン（インシーケンスとも呼ばれる）光学計測システム１６０（例えば、色画像化システム）を含む。

研磨装置１００は、１つ又は複数のキャリアヘッド１２６（それぞれ基板１０を運ぶように構成されている）、１つ又は複数の研磨ステーション１０６、並びにキャリアヘッドへの基板のロード及びキャリアヘッドからの基板のアンロードを行う移送ステーションを含む。各研磨ステーション１０６は、プラテン１２０上に支持された研磨パッド１３０を含む。研磨パッド１３０は、外側研磨層とより軟性のバッキング層とを有する二層研磨パッドであってよい。

キャリアヘッド１２６は、支持体１２８から吊り下げられ、研磨ステーション間で移動可能であり得る。幾つかの実装形態では、支持体１２８は、オーバーヘッドトラックであり、キャリアヘッド１２６は、トラックに取り付けられたキャリッジ１０８に連結される。オーバーヘッドトラック１２８は、各キャリッジ１０８が、研磨ステーション１２４及び移送ステーションの上に選択的に位置付けられることを可能とする。代替的に、幾つかの実装形態では、支持体１２８は、回転可能なカルーセルであり、カルーセルの回転が、キャリアヘッド１２６を円形経路に沿って同時に動かす。

研磨装置１００の各研磨ステーション１０６は、研磨スラリなどの研磨液１３６を研磨パッド１３０の上に供給するための、例えばアーム１３４の端部におけるポートを含み得る。研磨装置１００の各研磨ステーション１０６は、研磨パッド１３０を一定した研磨状態に維持するために、研磨パッド１３０を磨く研磨パッド調整装置をさらに含み得る。

各キャリアヘッド１２６は、基板１０を研磨パッド１３０に当接させて保持するように操作可能である。各キャリアヘッド１２６は、それぞれの基板に関連付けられた研磨パラメータ（例えば、圧力）を個別に制御することができる。具体的には、各キャリアヘッド１２６は、基板１０を可撓性膜１４４の下方に保持する保持リング１４２を含み得る。さらに、各キャリアヘッド１２６は、膜によって画定された、個別制御可能で加圧可能な複数のチャンバ（例えば、３つのチャンバ１４６ａ～１４６ｃ）を含み、これらのチャンバは、可撓性膜１４４、ひいては基板１０の関連ゾーンに、個別に制御可能な圧力を印加することができる。説明を簡略化するために、図１には３つのチャンバのみを図示したが、１つ若しくは２つのチャンバ、又は４つ以上のチャンバ、例えば、５つのチャンバがあってもよい。

各キャリアヘッド１２６は、支持体１２８から吊り下げられ、ドライブシャフト１５４によってキャリアヘッド回転モータ１５６に接続されており、これによりキャリアヘッドは、軸１２７の周りを回転できる。任意選択的に、各キャリアヘッド１４０は、例えば、トラック１２８上のキャリッジ１０８の駆動によって、又はカルーセル自体の回転振動によって、横方向に振動することができる。動作中、プラテンはその中心軸１２１の周りを回転し、各キャリアヘッドは、その中心軸１２７の周りを回転し、研磨パッドの上面にわたって横方向に移動する。横方向のスイープは、研磨表面２１２に平行な方向になる。横方向のスイープは、直線運動又は円弧運動であってもよい。

プログラム可能コンピュータなどのコントローラ１９０が、各モータに接続され、プラテン１２０及びキャリアヘッド１２６の回転速度を個別に制御する。例えば、各モータは、付随するドライブ軸の角度位置又は回転速度を測定するエンコーダを含むことができる。同様に、コントローラ１９０は、各カートリッジ１０８内のアクチュエータ及び／又はカルーセル用の回転モータに接続され、各キャリアヘッド１２６の横方向の運動を個別に制御する。例えば、各アクチュエータは、トラック１２８に沿ってカートリッジ１０８の位置を測定する線形エンコーダを含み得る。

コントローラ１９０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、メモリ、及び支持回路（例えば、入力／出力回路、電源、クロック回路、キャッシュ等）を含み得る。メモリは、ＣＰＵに接続される。メモリは、非一過性の計算可能可読媒体であり、１つ又は複数の容易に利用可能なメモリ（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスク、又は他の形状のデジタルストレージ）であり得る。加えて、コントローラ１９０は、単一のコンピュータとして示されているが、例えば、複数の独立に動作するプロセッサ及びメモリを含む分散システムであってもよい。

インライン光学計測システム１６０は、研磨装置１００内に位置付けされるが、研磨工程中は測定を行わない。むしろ、例えば、基板が、ある研磨ステーションから別の研磨ステーションへと移動させられている間、又は移送ステーションから若しくは移送ステーションへと移動させられている間、各研磨工程の合間に測定値が収集される。

インライン光学計測システム１６０は、２つの研磨ステーション１０６の間、例えば、２つのプラテン１２０の間の位置で支持されるセンサアセンブリ１６１を含む。具体的には、支持体１２８によって支持されたキャリアヘッド１２６が基板１０をセンサアセンブリ１６１の上に位置付けできるような位置に、センサアセンブリ１６１は配置される。

研磨装置１００が、３つの研磨ステーションを含み、基板を、第１の研磨ステーションから、第２の研磨ステーション、第３の研磨ステーションへと順次運ぶ実装形態では、１つ又は複数のセンサアセンブリ１６１が、移送ステーションと第１の研磨ステーションとの間、第１の研磨ステーションと第２の研磨ステーションとの間、及び／又は第３の研磨ステーションと移送ステーションとの間に位置付けされ得る。

センサアセンブリ１６１は、光源１６２、光検出器１６４、及びコントローラ１９０と、光源１６２と、光検出器１６４と間で信号を送受信するための回路１６６を含み得る。

光源１６２は、白色光を発するように操作可能であり得る。一実装形態では、発せられる白色光は、２００から８００ナノメートルの波長を有する光を含む。適した光源は、白色光発光ダイオード（ＬＥＤ）、又はキセノンランプ若しくはキセノン水銀ランプのアレイである。光源１６２は、非ゼロ入射角αで光１６８を基板１０の露出面に向けるように配向されている。入射角αは、約３０°から７５°、例えば５０°であってもよい。

光源は、基板１０の幅に広がる実質的に直線的な細長い領域を照らすことができる。光源１６２は、光を光源から細長い領域に広げるためのビーム拡大器などの光学系を含み得る。代替的に、又は追加的に、光源１６２は、線形配列の光源を含み得る。光源１６２自体、及び基板上に照らされた領域は、細長くされて、基板の表面に平行な長手方向軸を有し得る。

光源１６８からの光１６８は、部分的にコリメートされ得る。

光が基板１０に到達する前に光を拡散するためには、ディフューザ１７０を光の経路１６８内に配置することが可能であり、又は、光源１６２がディフューザを含んでもよい。

検出器１６４は、光源１６２からの光に敏感な色カメラである。検出器１６４は、各色チャネルのための検出素子１７８のアレイを含む。例えば、検出器１６４は、各色チャネルのためのＣＣＤアレイを含み得る。幾つかの実装形態では、アレイは、単一列の検出素子１７８である。例えば、カメラは、ライン走査カメラであってよい。検出素子の列は、光源１６２によって照射される細長い領域の長手方向軸に対して平行に延在してもよく、又は、基板を横切る照射領域の運動方向に対して垂直に延在してもよい（図１Ａは、素子１７８を概略的に示しているが、これらは、図面の平面の外に延在する線内に配置されるであろう）。幾つかの実装形態では、検出器は、プリズムベースの色カメラである。検出器１６４の内側のプリズムが、光ビーム１６８を３つの別々のビームに分割し、その各ビームは、検出素子の別々のアレイに送られる。

光源１６２が光放出素子の列を含む場合、検出素子の列は、光源１６２の長手方向軸に対して平行な第１の軸に沿って延在し得る。検出素子の列は、１０２４個以上の素子を含み得る。

検出素子の列を位置決めする際の平行方向又は垂直方向の決定は、例えば、折り返しミラーによる又はプリズム面からの光ビームの反射を考慮に入れるべきである。

検出器１６４は、適切な集束光学系１７２で構成されており、基板の視野を検出素子１７８のアレイの上に投影する。視野は、基板１０の幅全体を見るのに十分な長さ（例えば、１５０から３００ｍｍ）であってもよい。検出器１６４及び関連する光学系１７２を含むセンサアセンブリ１６１は、個々のピクセルが約０．５ｍｍ以下の長さを有する領域に対応するように構成することができる。例えば、視野が約２００ｍｍの長さであり、検出器１６４が１０２４個の素子を含むと仮定すると、ライン走査カメラによって生成される画像は、約０．５ｍｍの長さを有するピクセルを有し得る。画像の長さの解像度を決定するため、視野（ＦＯＶ）の長さは、長さ解像度に達するようにＦＯＶ上に投影されるピクセル数で除算され得る。

検出器１６４は、ピクセル幅がピクセル長と同等になるようにさらに構成されてもよい。例えば、ライン走査カメラの利点は、その非常に速いフレームレートである。フレームレートは、少なくとも５ｋＨＺであり得る。フレームレートは、画像領域が基板１０にわたって走査され、ピクセル幅がピクセル長と同等（例えば、約０．３ｍｍ以下）になるような周波数に設定され得る。例えば、ピクセルの幅と長さは、約０．１から０．２ｍｍであり得る。

光源１６２及び光検出器１６４は、ステージ１８０上で支持され得る。光検出器１６４がライン走査カメラである場合、画像領域が基板の長さをわたって走査され得るように、光源１６２及びカメラ１６４は基板１０に対して可動である。具体的には、相対運動は、基板１０の表面に対して平行で且つライン走査カメラ１６４の検出素子の列に対して垂直な方向であり得る。

幾つかの実装形態では、ステージ１８２は静止状態であり、キャリアヘッド１２６は、例えば、キャリッジ１０８の運動又はカルーセルの回転振動のいずれかによって移動する。幾つかの実装形態では、画像取得のためにキャリアヘッド１２６が静止している間、ステージ１８０は移動可能である。例えば、ステージ１８０は、線形アクチュエータ１８２によって、レール１８４に沿って移動可能である。いずれの場合でも、これにより、走査される領域が基板１０にわたって移動する際に、光源１６２及びカメラ１６４が、互いに対して固定位置に留まることが可能になる。

さらに、基板は、ロボットによって保持され、固定光学アセンブリ１６１を通り過ぎるように移動させることができる。例えば、カセットインターフェースユニット又は他のファクタインターフェースユニットの場合、基板を、（別個のステージ上で支持するのではなく）、カセットへ又はカセットから基板を移送するために使用されるロボットによって保持することができる。光検出器は、カセットインターフェースユニット内の静止素子（例えば、ライン走査カメラ）であってもよく、ロボットは、基板を走査して画像を生成するために、基板を光検出器を通り過ぎるように移動させることができる。

基板にわたって共に移動するライン走査カメラ及び光源を有することの、可能性のある利点は、例えば、従来の２Ｄカメラと比較して、光源とカメラとの間の相対角度が、ウエハにわたる種々の位置で一定に保たれるということである。その結果、視野角の変化によって引き起こされるアーチファクトを低減又は除去することができる。さらに、従来の２Ｄカメラが固有のパースペクティブ歪みを示し、画像変換によって補正が必要となるのに対して、ライン走査カメラはパースペクティブ歪みを除去することが可能である。

センサアセンブリ１６１は、基板１０と光源１６２及び検出器１６４との間の垂直距離を調整する機構を含み得る。例えば、センサアセンブリ１６１は、ステージ１８０の垂直距離を調整するアクチュエータであり得る。

任意選択的に、偏光フィルタ１７４は、例えば、基板１０と検出器１６４との間の光路内に位置付けされ得る。偏光フィルタ１８４は、円偏光子（ＣＰＬ：ｃｉｒｃｕｌａｒ ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）になり得る。典型的なＣＰＬは、直線偏光子と１／４波長板との組み合わせである。偏光フィルタ１８４の偏光軸を適切に配向することにより、画像のヘーズを減らし、望ましい視覚的特徴を際立たせ、強調することができる。

１つ又は複数のバッフル１８８を検出器１６４の近くに配置して、迷光又は周囲光が検出器１６４に到達するのを防止することができる（図１Ｃ参照）。例えば、バッフルは、光ビーム１６８に対して概して平行に延在し、光ビームが検出器１６４に入射する領域の周囲に延在することができる。加えて、検出器１６４は、狭い受光角、例えば、１から１０°を有してもよい。これらの機構は、迷光や周囲光の影響を減らすことで画質を向上させることができる。

基板の最外側の層が半透明層（例えば、誘電体層）であると仮定すると、検出器１６４で検出される光の色は、例えば、基板表面の組成、基板表面の平滑さ、及び／又は基板上の１つ又は複数の層（例えば、誘電体層）の種々の界面から反射した光間の干渉の量に依存する。

上述のように、光源１６２及び光検出器１６４は、これらの動作を制御し、これらの信号を受信するように操作可能な演算デバイス（例えば、コントローラ１９０）に接続可能である。

インライン光学計測システム１６０は、研磨装置１００内に位置付けされるが、研磨工程中は測定を行わない。むしろ、例えば、基板が、ある研磨ステーションから別の研磨ステーションへと移動させられている間、又は移送ステーションから若しくは移送ステーションへと移動させられている間、各研磨工程の合間に測定値が収集される。

インライン光学計測システム１６０は、２つの研磨ステーション１０６の間、例えば、２つのプラテン１２０の間の位置で支持されるセンサアセンブリ１６１を含む。具体的には、支持体１２８によって支持されたキャリアヘッド１２６が基板１０をセンサアセンブリ１６１の上に位置付けできるような位置に、センサアセンブリ１６１は配置される。

図１Ｂを参照すると、研磨装置１００’は、インシトゥ光学モニタリングシステム１６０’（例えば、色画像化システム）を含む。インシトゥ光学モニタリングシステム１６０’は、インライン光学計測システム１６０として同様に構成されるが、センサアセンブリ１６１の種々の光学構成要素（例えば、光源１６２、光検出器１６４、ディフューザ１７０、集束光学系１７２、及び偏光フィルタ１７４）は、プラテン１２０内の凹部１２２内に配置され得る。基板が研磨パッド１３０に接触して、研磨パッド１３０によって研磨されているとき、光ビーム１６８は、窓１３２を通過して、基板１０の表面に衝突し得る。プラテン１２０が回転すると、センサアセンブリ１６１、ひいては光ビーム１６８が、基板１０にわたってスイープする。センサアセンブリ１６１が基板１０の下方でスイープするとき、２Ｄ画像をライン画像のシーケンスから再構成することができる。センサアセンブリ１６１の運動は、プラテン１２０の回転によって付与されるので、ステージ１８０は必要とされない。

図２を参照すると、コントローラは、光検出器１６４（インライン計測システム又はインシトゥモニタリングシステムのいずれか）からの個々の画像ラインを２次元色画像に組み立てる（ステップ２００）。色カメラとして、光検出器１６４は、赤青緑の各色に対して別々の検出素子を含み得る。２次元色画像は、赤青緑の各色チャネルに対して、モノクロ画像２０４、２０６、２０８を含み得る。

コントローラは、各色チャネル内の画像の強度値に、オフセット及び／又はゲイン調整を適用することができる（ステップ２１０）。各色チャネルは、異なるオフセット及び／又はゲインを有し得る。

ゲインを設定するために、基準基板（例えば、ベアシリコンウエハ）を、システム１６０、１６０’によって測定することによって画像化できる。各色チャネルのゲインは、基準基板が画像内でグレーに見えるように設定することができる。赤、緑、青のチャンネルがすべて同じ８ビット値を出すように（例えば、ＲＧＢ＝（１２１，１２１，１２１）又はＲＧＢ＝（８７，８７，８７））ゲインを設定できる。同じ基準基板を使用して、複数のシステムのゲイン較正を実行することができる。

任意選択的に、画像を標準化することができる（ステップ２２０）。例えば、測定した画像と標準的な事前定義された画像との間の差分を計算することができる。例えば、コントローラは、赤緑青の各色チャネルに対して背景画像を保存することが可能であり、背景画像を、各色チャネルについて測定された画像から差し引くことができる。代替的に、測定された画像は、標準的な事前定義された画像によって分割され得る。

低周波数の空間変動を除去するために、画像をフィルタ処理することができる（ステップ２３０）。幾つかの実装形態では、画像は赤緑青（ＲＧＢ）の色空間から色相・彩度・光度（ＨＳＬ）の色空間に変換され、フィルタがＨＳＬ色空間に適用された後、画像が赤青緑（ＲＧＢ）色空間に逆変換される。例えば、ＨＳＬ色空間では、光度チャネルをフィルタ処理して、低周波数の空間変動を除去することができる（すなわち、色相と彩度のチャネルはフィルタ処理されない）。幾つかの実装形態では、光度チャネルを使用して、フィルタを生成し、次いでフィルタが赤、緑及び青の画像に適用される。

幾つかの実装形態では、平滑化は第１の軸に沿ってのみ行われる。例えば、移動方向１８６に沿ったピクセルの光度値を共に平均化して、第１の軸に沿った位置のみの関数である平均光度値を提供することができる。画像ピクセルの各列は、第１の軸に沿った位置の関数である平均光度の対応する部分によって分割され得る。

画像の色コントラストを増加させるために、色補正を実行することができる（ステップ２３５）。ステップ２３０のフィルタリングの後として示されているが、色補正は、フィルタリングの前、及びステップ２２０の標準化の後に実行することができる。さらに、色補正は、後で、例えば、（ステップ２７０において）厚さの計算の前に実行してもよい。

色補正は、色空間の値に色補正マトリクスを乗算することで実行できる。これは、演算Ｉ_ＣＯＲＲ＝Ｉ_ＯＲＩＧ×ＣＣＭで表すことができる。ここで、Ｉ_ＯＲＩＧは、元の補正されていない画像であり、ＣＣＭは色補正マトリクスであり、Ｉ_ＣＯＲＲは補正された画像である。

より形式的には、色補正は、以下で表されるマトリクス乗算として実行することができる。

ここで、Ｉ_Ｏ１、Ｉ_Ｏ２、及びＩ_Ｏ３は、色空間の３つの色チャネル（例えば、ＨＳＬ色空間、ＲＧＢ色空間等）からの元の値であり、ａ１１…ａ３３は、色補正マトリクスの値であり、Ｉ_Ｃ１、Ｉ_Ｃ２、及びＩ_Ｃ３は、色空間の３つの色チャネルに対する補正値である。一定の値を有する色補正マトリクスの代わりに、ガンマ関数を使用してもよい。

図９Ａ及び図９Ｂに示すように、色補正を適用すると、ヒストグラムのスケールが増加する。これは、層の厚さの決定をより容易にすることができる。なぜなら、より大きな分離により、ヒストグラム内の種々の点の区別がより容易となり得るからである。その結果、厚さ分解能を高めることができる。

様々な予め選択された色を有する基準基板の色画像を作ることによって、色補正マトリクスを生成することができる。各色チャンネルの値が測定され、次いで、低コントラスト画像をより高いコントラスト画像に変換するための最良のマトリックスが計算される。

コントローラは、画像処理技術を使用して、画像を解析し、基板１０（図４参照）上のウエハ配向の特徴１６（例えば、ウエハノッチ又はウエハフラット）の位置を特定する（ステップ２４０）。画像処理技術は、基板１０の中心１８の特定するためにも使用できる（図４参照）。

このデータに基づいて、画像が、標準画像座標フレームに変換（例えば、拡大縮小、及び／又は回転、及び／又は平行移動）される（ステップ２５０）。例えば、画像は、ウエハの中心が画像の中心点になるように平行移動可能であり、且つ／又は、画像は、基板の端が画像の端になるように拡大縮小可能であり、且つ／又は、画像は、画像のＸ軸と、ウエハの中心とウエハ配向の特徴とをつなぐ径方向セグメントとの間の角度が０°になるように回転可能である。

任意選択的に、画像データの部分を除去するために、画像マスクを適用する（ステップ２６０）。例えば、図３を参照すると、典型的な基板１０は、複数のダイ１２を含む。スクライブライン１４は、ダイ１２を分割し得る。幾つかの用途では、ダイに対応する画像データのみを処理することが有用であり得る。この場合、図４を参照すると、画像マスクをコントローラによって保存可能であり、非マスク領域２２は空間位置でダイ１２に対応し、マスク領域２４はスクライブライン１４に対応する。マスク領域２４に対応する画像データは、閾値化ステップ中に処理されないか、又は使用されない。別の態様では、マスク領域２４はダイに対応することができ、これにより、非マスク領域は、スクライブラインに対応し、又は各ダイの残りの部分がマスクされた状態で、非マスク領域は、各ダイの一部のみとなり、又は残りのダイとスクライブラインがマスクされた状態で、非マスク領域は、特定の１つ又は複数のダイになることができ、基板の各ダイの残りがマスクされた状態で、非マスク領域は、特定の１つ又は複数のダイの一部のみであることができる。幾つかの実装形態では、ユーザは、コントローラ１９０上のグラフィカルユーザインターフェースを使用して、マスクを画定することができる。

このステージでの色データは、厚さを表す値を算出するために使用することができる（ステップ２７０）。この値は、厚さ、又は取り除かれた材料の量、又は（例えば、基準の研磨処理と比較した）研磨処理での進捗量を示す値であり得る。画像中のマスクされていないピクセルに対して計算を実行することができる。次にこの値は、研磨パラメータを制御するフィードフォワード又はフィードバックの用途で利用可能で、厚さ均一性の改善をもたらす。例えば、各ピクセルの値を目標値と比較して、エラー信号画像を生成することが可能であり、このエラー信号画像は、フィードフォワード又はフィードバック制御に使用可能である。

典型的な値の計算を理解するのに役立つ背景について説明する。色画像から任意の所与のピクセルが与えられると、２つの色チャネルに対応する値のペアを、所与のピクセルについて色データから抽出することができる。したがって、値の各ペアは、第１の色チャネル及び異なる第２の色チャネルの座標空間内の座標を定義することができる。可能性のある色チャネルには、色相、彩度、光度、（例えば、ＣＩＥ１９３１ＸＹＺ色空間からの）Ｘ、Ｙ、Ｚ、赤色色度、緑色色度、及び青色色度が含まれる。これらの色チャネルのこれらの値は、既知のアルゴリズムに従って、他のチャネルからの値の組から計算することができる（例えば、Ｘ、Ｙ、及びＺは、Ｒ、Ｇ、及びＢから計算することができる）。

図５を参照すると、例えば、研磨が始まると、値のペア（例えば、Ｖ１０、Ｖ２０）が、２つの色チャネルの座標空間５００内の初期座標５０２を定義する。しかしながら、研磨が進むにつれて、反射光のスペクトルが変化するため、光の色組成は変化し、２つの色チャネルの値（Ｖ１、Ｖ２）が変化する。その結果、２つの色チャネルの座標空間内の座標の位置は、研磨が進むにつれて変化し、座標空間５００内に経路５０４を描き出す。

図６及び図７を参照すると、厚さを表す値を算出するため、２つの色チャネルの座標空間５００内の所定の経路６０４が、例えば、コントローラ１９０のメモリ内に保存される（ステップ７１０）。所定の経路は、基板の測定に先立って生成される。経路４０４は、開始座標４０２から終点座標４０６まで進み得る。経路４０４は、全研磨処理を表すことができ、開始座標４０２は、基板の層の開始時の厚さに対応し、終点座標は、層の最終的な厚さに対応する。代替的に、経路は、研磨処理の一部のみ（例えば、研磨終了時の基板にわたる層の厚さの予想分布）を表し得る。

幾つかの実装形態では、所定の経路４０４を生成するために、設定された基板は、デバイス基板として使用される目標の厚さ近くまで研磨される。設定された基板の色画像は、光学計測システム１６０又は光学モニタリングシステム１６０’を使用して取得される。基板にわたる研磨速度は、典型的に一様でないため、基板上の異なる位置は異なる厚さを有し、その結果、異なる色を反射し、第１の色チャネルと第２の色チャネルの座標空間内で異なる座標を有する。

図８を参照すると、非マスク領域内に含まれるピクセルを用いて、２次元（２Ｄ）ヒストグラムが計算されている。すなわち、色補正された色画像を用いると、設定された基板のマスクされていない部分のピクセルの一部又は全てに対する座標値を用いて、散布図８００が第１の色チャネルと第２の色チャネルの座標空間に生成される。散布図の中の各点８０２は、特定のピクセルの２つの色チャネルの値のペア（Ｖ１、Ｖ２）である。散布図８００は、コントローラ１９０又は他のコンピュータのディスプレイに表示され得る。

上述のように、可能性のある色チャネルには、色相、彩度、光度、（例えば、ＣＩＥ１９３１ＸＹＺ色空間からの）Ｘ、Ｙ、Ｚ、赤色色度、緑色色度、及び青色色度が含まれる。幾つかの実装形態では、第１の色チャネルは赤色色度（ｒ）であり、第２の色チャネルは、緑色色度（ｇ）であり、それぞれ、ｒ＝Ｒ／（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）及びｇ＝Ｒ／（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）で定義される。ここで、Ｒ、Ｇ、及びＢは、色画像の赤、緑、及び青の色チャネルに対する強度値である。

厚さ経路６０４は、ユーザ（例えば、半導体製造施設のオペレータ）によって、コンピュータ（例えば、コントローラ１９０）と連動するグラフィックユーザーインターフェースを用いて手動で作成され得る。例えば、散布図が表示されている間、ユーザは、手動により、例えば、散布図表示の選択された点をクリックするマウス操作で、散布図に沿って重なり合う経路を構築することができる。

代替的に、厚さ経路６０４は、散布図の座標の組を解析し、例えば、トポロジカルな骨組化（ｓｋｅｌｅｔｏｎｉｚａｔｉｏｎ）を用いて、散布図８００の点に適合する経路を生成するように設計されたソフトウェアを用いて、自動的に生成可能である。

厚さ経路６０４は、例えば、１本の線、ポリライン、１つ又は複数の円弧、１つ又は複数のベジェ曲線などの様々な関数によって設けられ得る。幾つかの実装形態では、厚さ経路６０４は、座標空間内の離散点間に引かれた線セグメントの組であるポリラインによって設けられる。

図６に戻ると、関数は、所定の厚さ経路６０４上の位置と厚さの値との間の関係を提供する。例えば、コントローラ１９０は、所定の厚さ経路６０４の始点６０２に対する第１の厚さの値と、所定の厚さ経路６０４の終点６０６に対する第２の厚さの値を保存することができる。第１及び第２の厚さの値は、始点６０２及び終点６０６にそれぞれ最も近い点８０２を提供するピクセルに対応する位置で、基板層の厚さを測定する従来の厚さ計測システムを用いて取得可能である。

操作中、コントローラ１９０は、始点６０２から所定の点６１０までの経路６０４に沿った距離に基づいて、第１の値と第２の値との間を補間することによって、経路６０４上の所定の点６１０での厚さを表す値を算出することができる。例えば、コントローラが、次式に従って所与の点６１０の厚さＴを計算することができる場合である。

ここで、Ｔ１は始点６０２に対する値で、Ｔ２は終点６０６に対する値で、Ｌは始点６０２と終点６０６との間の経路に沿った総距離で、Ｄは始点６０２と所定の点６１０との間の経路に沿った距離Ｄである。

別の実施例として、コントローラ１９０は、所定の厚さ経路６０４の各頂点に対する厚さの値を保存し、２つの最も近い頂点の間の補間に基づいて、経路上の所定の点に対して厚さを表す値を算出することができる。この構成に関しては、頂点に最も近い点８０２を設けるピクセルに対応する位置で、基板層の厚さを測定する従来の厚さ計測システムを用いて、頂点に対する様々な値を得ることができる。

経路上の位置を厚さに関連付ける他の関数も可能である。

しかも、計測システムを用いて設定された基板の厚さを測定するのではなく、光学モデルに基づいて厚さの値を算出して得ることができる。

既知の「設定された」ウエハに基づく理論的なシミュレーション又は経験学習を用いる場合には、厚さの値は実際の厚さの値になり得る。代替的に、所定の厚さ経路上の所定の点での値は、例えば、基板の研磨の度合いに対する相対値であり得る。この後者の値は、経験値を取得するために下流のプロセスで拡大縮小可能であるか、又は厚さの絶対値を特定することなく、単に厚さの増減を表現するために使用可能である。

図６及び図７を参照すると、基板の画像から解析されるピクセルについては、２つの色チャネルの値は、当該ピクセルの色データから抽出される（ステップ７２０）。これは、２つの色チャネルの座標系６００に座標６２０をもたらす。

次に、ピクセルの座標６２０に最も近い所定の厚さ経路６０４上の点（例えば、点６１０）が計算される（ステップ７３０）。この文脈で、「最も近い」という表現は、必ずしも幾何学的な完全性を示しているわけではない。「最も近い」点は、様々な方法で定義され得る。処理能力の限界、計算を容易にするためのサーチ関数の選択、サーチ関数内での複数の極大値の存在などは、幾何学的な理想の決定を妨げる場合があるが、使用に十分耐える結果をもたらす。幾つかの実装形態では、最も近い点は、ピクセルの座標６２０を通る厚さ経路に対する法線ベクトルを定義する厚さ経路６０４上の点として定義される。幾つかの実装形態では、最も近い点は、ユークリッド距離を最小化することによって計算される。

次に、上述のように、厚さを表す値が、経路６０４上の点６１０の位置に基づく関数から計算される（ステップ７４０）。最も近い点は、必ずしもポリラインの頂点の１つではない。上述のように、この場合、厚さの値を得るために、（例えば、ポリラインの最も近い頂点間の単純な線形補間に基づいて）補間を使用することができる。

色画像のピクセルの一部又はすべてに対してステップ７２０～７４０を繰り返すことによって、基板層の厚さのマップを生成することができる。

基板上の幾つかの層スタックに関しては、所定の厚さ経路がそれ自体と交差し、退化（ｄｅｇｅｎｅｒａｃｙ）と呼ばれる状況を引き起こす。所定の厚さ経路上の退化点（例えば、点６５０）は、その点に関連する２つ以上の厚さの値を有する。そのため、何らかの追加の情報がないと、どの厚さの値が正しい値なのか知ることはできない。しかしながら、基板上の所定の物理領域（例えば、所定のダイ内）から、ピクセルに関連する座標のクラスタの特性を解析し、この追加情報を用いて退化を解消することができる。例えば、基板の所定の小さな領域内の測定値は、著しく変動しないと推定することができ、したがって、散布図に沿った小さなセクションを占め、すなわち、両分岐に沿って延在しない。

このように、コントローラは、退化を解消しなければならないピクセルを取り囲む、基板上の所定の物理的領域のピクセルに関連する座標のクラスタを解析することができる。特に、コントローラは、座標空間内のクラスタの主軸を決定することができる。クラスタの主軸に最も緊密に平行な所定の厚さ経路の分岐は選択可能であり、厚さを表す値を算出するために使用される。

図２に戻ると、任意選択的に、基板の各領域（例えば、各ダイ）に対して、又は画像全体に対して、均一性の解析を実行することができる（ステップ２８０）。例えば、各ピクセルの値は、目標値と比較可能であり、ダイの中の「欠陥」ピクセル、すなわち、目標値を満たしていないピクセルの総数を、当該のダイに対して計算することができる。この総数を、ダイが許容可能かどうかを判断する閾値と比較することができ、例えば、総数が閾値を下回っている場合には、当該ダイは許容可能であるとマークされる。これにより、各ダイに合格／不合格の表示が与えられる。

別の実施例として、基板の非マスク領域内の「欠陥」ピクセルの総数も計算することができる。この総数を閾値と比較して、基板が許容可能であるかどうかを判断することができ、例えば、総数が閾値を下回る場合には、当該基板は許容可能であるとマークされる。閾値はユーザによって設定可能である。これは、基板に合格／不合格の表示を与える。

ダイ又はウエハか「欠陥」と判定されると、コントローラ１９０は、警告を発するか、又は研磨システム１００に是正措置を講じさせる。例えば、音声警告若しくは視覚的警告が生成されるか、又は特定のダイが使用不可であることを示すデータファイルが生成され得る。別の実施例として、基板を再作業のため送り返してもよい。

典型的にピクセルが１０２４以上の強度値によって表される分光学的処理と比較して、色画像では、ピクセルを３つ（赤、緑、及び青）だけの強度値によって表現できるが、計算に必要なのは２つの色チャネルだけである。その結果、色画像を処理する計算負荷は大幅に低くなる。

しかしながら、幾つかの実施態様では、光検出器１６４は、色カメラではなく分光計である。例えば、光検出器は、ハイパースペクトルカメラを含み得る。このようなスペクトルカメラは、ピクセルごとに３０から２００（例えば、１００）の異なる波長に対して強度値を生成することができる。次いで、上述のような２次元色空間内の値のペアではなく、本技術（ステップ２１０～２７０）が、Ｎ個の色チャネルを有するＮ次元色空間を有する画像に適用される。ここで、Ｎは、２よりも遙かに多く、例えば、１０～１０００次元である。例えば、厚さ経路６０４は、Ｎ次元色空間における経路であり得る。

幾つかの実装形態では、色空間の次元数及び色チャネルの数は、後続のステップの間でも減少しない。各次元は、強度値がハイパースペクトルカメラによって測定される波長に対応する。幾つかの実装形態では、色空間の次元数及びチャネルの数は、例えば、１０から１００の倍率で、例えば、１０から１００の次元及びチャネルまで減少される。チャネルの数は、特定のチャネル（例えば、特定の波長）のみを選択することによって、又はチャネルを組み合わせることによって、例えば、複数の波長について測定された強度値を組み合わせる（例えば、平均化する）ことによって、減少させることができる。概して、チャネルの数が多いほど、経路の退化の可能性が低減されるが、コンピュータ処理コストが高くなる。適切なチャネル数を経験的に決定することができる。

色画像の次元数を増加させる別の技法は、異なる入射角を有する複数の光ビームを使用することである。以下に記載されることを除いて、このような実施形態は、図１Ａ及び１Ｂと同様に構成してもよい。図１Ｃを参照すると、（インライン計測システム１６０又はインシトゥモニタリングシステム１６０’のいずれかの）センサアセンブリ１６１は、複数の光源（例えば、２つの光源１６２ａ、１６２ｂ）を含み得る。各光源は、異なる入射角で基板１０に向けられる光ビーム、例えば、光ビーム１６８ａ及び１６８ｂを生成する。光ビーム１６８ａ及び１６８ｂの入射角は、少なくとも５°離れていてもよく、例えば、少なくとも１０°、例えば、少なくとも２０°離れていてもよい。図１Ｃに示すように、光ビーム１６８ａ、１６８ｂは、基板１０の同領域に衝突することができ、例えば、基板１０上で一致し得る。代替的に、光ビームは、種々の領域（例えば、部分的に重なり合うが完全に重なり合わない領域、又は重なり合わない領域）に衝突することができる。

光ビーム１６８ａ、１６８ｂは、基板１０から反射し、複数の色の強度値が、それぞれ、２つの異なる検出素子１７８ａ、１７８ｂの２つの異なるアレイによって、複数のピクセルで測定される。図１Ｃに示すように、検出素子１７８ａ、１７８ｂが、異なる光検出器１６４ａ、１６４ｂによって設けられ得る。例えば、２つの検出器１６４ａ、１６４ｂは、それぞれ色ライン走査カメラであり得る。しかしながら、幾つかの実施態様では、２次元アレイを有する単一の光検出器があり、光ビーム１６８ａ、１６８ｂは、検出器のアレイの異なる領域に衝突する。例えば、検出器は、２Ｄ色カメラであってもよい。

異なる入射角を有する２つの光ビームを使用すると、色画像の次元数が効果的に２倍になる。例えば、各光検出器１６４ａ、１６４ｂが色カメラである状態で２つの光ビーム１６８ａ、１６８ｂを使用すると、各検出器は、合計６つの色チャネルについて、３つの色チャネル（例えば、それぞれ、赤、青、及び緑の色チャネル）を有する色画像を出力するであろう。これにより、より多くのチャネルが設けられ、経路内の退化の可能性が減少するが、依然として管理可能な処理コストがある。

図１Ｃは、各光ビーム１６８ａ、１６８ｂが、その光学構成要素（例えば、ディフューザ１７０、集束光学系１７２、及び偏光子１７４）を有するように示しているが、ビームが幾つかの構成要素を共有することも可能である。例えば、単一のディフューザ１７０及び／又は単一の偏光子１７４が、両方の光ビーム１６８ａ、１６８ｂの経路内に配置されてもよい。同様に、複数の光源１６２ａ、１６２ｂが示されているが、例えば、部分反射ミラーによって、単一の光源からの光を複数のビームに分割することができる。

色補正は、チャネルの数で拡大縮小することができる。色補正工程では、Ｉ_ＯＲＩＧが１×３マトリックスであり、ＣＣＭが３×３マトリクスである代わりに、Ｉ_ＯＲＩＧは１×Ｎマトリクスであってもよく、ＣＣＭはＮ×Ｎマトリックスであってもよい。例えば、２つの光ビームが異なる角度で入射し、２つの色カメラによって測定される実施形態の場合、Ｉ_ＯＲＩＧは、１×６マトリクスであってもよく、ＣＣＭは、６×６マトリクスであってもよい。

概して、基板上の層の計算された厚さなどのデータを使用して、ＣＭＰ装置の１つ又は複数の動作パラメータを制御することができる。動作パラメータには、例えば、プラテン回転速度、基板回転速度、基板の研磨経路、プレートにわたる基板の速度、基板に作用する圧力、スラリの組成、スラリの流量、及び基板表面の温度が含まれる。動作パラメータは、リアルタイムで制御可能であり、人のさらなる介在の必要なしに自動的に調整可能である。

本明細書で使用されている基板という用語は、例えば、製品基板（例えば、複数のメモリ又はプロセッサダイを含むもの）、テスト基板、ベア基板、及びゲーティング基板を含み得る。基板は、集積回路の製造の様々な段階のものであってよく、例えば、基板はベアウエハであってよく、又は基板は１つ又は複数の堆積された層及び／又はパターニングされた層を含んでもよい。基板という用語は、円形ディスク及び長方形シートを含み得る。

しかしながら、上述の色画像処理技術は、３Ｄ垂直ＮＡＮＤ（ＶＮＡＮＤ）フラッシュメモリとの関係で特に有用であり得る。特に、ＶＮＡＮＤの製造で使用される層スタックは非常に複雑なため、現在の計測方法（例えば、ノバスペクトル分析（Ｎｏｖａ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ａｎａｌｙｓｉｓ））は、不適切な厚さの領域の検出を十分な信頼度で実行することはできない。これとは対照的に、色画像処理技術は、優れたスループットを有し得る。

本発明の実施形態、及びこの明細書に記載の機能的動作のすべてを、デジタル電子回路において、又はこの明細書で開示されている構造手段及びその構造的等価物を含むコンピュータソフトウェア、ファームウェア、若しくはハードウェアにおいて、又はこれらの組合せにおいて、実装することができる。本発明の実施形態を１つ又は複数のコンピュータプログラム製品（すなわち、データ処理装置（例えば、プルグラム可能なプロセッサ、コンピュータ、又は複数のプロセッサ若しくはコンピュータ）によって実行される、又はその作業を制御するための、非一過性の機械可読記憶媒体に有形で具現化された１つ又は複数のコンピュータプログラム）として実装することが可能である。

相対的な位置決めという表現は、システムの構成要素を互いに対して位置決めすることを意味するときに使用され、必ずしも重力に対してではない。研磨面及び基板を、垂直配向又は何らか他の配向に保持することができることを理解されたい。

数々の実装形態が説明されてきた。だが、様々な修正を行うことができることを理解すべきである。例えば、
・ライン走査カメラではなく、基板全体を画像化するカメラを使用してもよい。この場合、基板に対するカメラの動きは不要である。
・カメラは、基板の幅全体をカバーできない場合がある。この場合、基板全体を走査するために、カメラは、２つの互いに直交する方向で移動する必要があり、例えば、Ｘ－Ｙステージ上で支持されることが必要となる。
・光源は、基板全体を照らすことができる。この場合、光源は基板に対して動く必要はない。
・２次元座標空間内の値のペアによって表される座標については上述したが、この技術は、３つ以上の色チャネルによって定義される３つ以上の次元を有する座標に適用可能である。
・センサアセンブリは、研磨ステーション間、又は研磨ステーションと移送ステーションとの間に配置されるインラインシステムである必要はない。例えば、センサアセンブリは、移送ステーション内に配置されてよく、カセットインターフェースユニット内に配置されてよく、又は独立型のシステムであってもよい。
・均一性分析の工程は任意選択である。例えば、閾値変換の適用によって生成される画像は、基板に対するその後の処理工程を調整するため、フィードフォワード処理に入力してもよく、又は、後続の基板に対する処理工程を調整するため、フィードバック処理に入力してもよい。
・インシトゥ測定では、画像を構築するよりも、モニタリングシステムが、単純に基板上のスポットから反射された白色光線の色を検出し、この色データを使用して、上述の技術によってそのスポットの厚さを決定する。
・本記載は、研磨に焦点を当ててきたが、本技術を他の種類の半導体製造プロセスに当てはめることができる。他の種類の半導体製造プロセスとは、エッチング（例えば、湿式又は乾式エッチング）、堆積（例えば、化学気相堆積（ＣＶＤ）、物理気相堆積（ＰＶＤ）、又は原子層堆積（ＡＬＤ））、スピンオン誘電体処理、又はフォトレジストコータ処理などの、層を追加又は除去し、光学的にモニタリング可能なプロセスである。

したがって、他の実装形態も特許請求の範囲内にある。

Claims (15)

1. 基板上の層の厚さを表す測定値を取得するためのシステムであって、
   集積回路製造のための基板を保持する支持体、
   第１の入射角で光が前記支持体によって保持された前記基板に衝突する状態の、前記基板の少なくとも一部の第１の色画像、及び異なる第２の入射角で光が前記支持体によって保持された前記基板に衝突する状態の、前記基板の前記少なくとも一部の第２の色画像を捕捉する光学アセンブリ、並びに
   コントローラであって、
   前記光学アセンブリから前記第１の色画像及び前記第２の色画像を受信し、
   前記第１の色画像からの第１の色チャネル及び第２の色チャネル、並びに前記第２の色画像からの第３の色チャネル及び第４の色チャネルを含む少なくとも４次元の座標空間内の所定の経路に沿った位置の関数として厚さを表す値を付与する関数を記憶し、
   前記第１の色画像のピクセル及び前記第２の色画像内の対応するピクセルについて、前記ピクセルに対する前記第１の色画像内の色データ、及び前記対応するピクセルに対する前記第２の色画像内の前記色データから、前記座標空間内の座標を決定し、
   前記座標に最も近い前記所定の経路上の点の位置を決定し、
   前記関数と前記所定の経路上の前記点の前記位置とから厚さを表す値を算出する
   ように構成されたコントローラ
   を備えている、システム。
2. 前記座標空間が４次元である、請求項１に記載のシステム。
3. 前記座標空間が６次元である、請求項１に記載のシステム。
4. 前記第１の色チャネル及び前記第２の色チャネルが、前記第１の色画像についての色相、彩度、光度、Ｘ、Ｙ、Ｚ、赤色色度、緑色色度、及び青色色度を含む色チャネルの群から選択され、前記第３の色チャネル及び前記第４の色チャネルが、前記第２の色画像についての色相、彩度、光度、Ｘ、Ｙ、Ｚ、赤色色度、緑色色度、及び青色色度を含む色チャネルの群から選択される、請求項１に記載のシステム。
5. 前記第１の入射角及び前記第２の入射角が、両方とも約２０°から８５°である、請求項１に記載のシステム。
6. 前記第１の入射角が、前記第２の入射角よりも少なくとも５°大きい、請求項１に記載のシステム。
7. 基板上の層の厚さを表す測定値を取得するためのコンピュータプログラム製品であって、当該コンピュータプログラム製品は、非一過性のコンピュータ可読媒体において有形に具現化され、命令を含み、前記命令が、プロセッサに、
   １つ又は複数のカメラから前記基板の第１の色画像及び前記基板の第２の色画像を受信させ、
   前記第１の色画像からの第１の色チャネル及び第２の色チャネル、並びに前記第２の色画像からの第３の色チャネル及び第４の色チャネルを含む少なくとも４次元の座標空間内の所定の経路上の位置の関数として厚さを表す値を付与する関数を記憶させ、
   前記第１の色画像のピクセル及び前記第２の色画像内の対応するピクセルについて、前記ピクセルに対する前記第１の色画像内の色データ、及び前記対応するピクセルに対する前記第２の色画像内の前記色データから、前記座標空間内の座標を決定させ、
   前記座標に最も近い前記所定の経路上の点の位置を決定させ、
   前記関数と前記所定の経路上の前記点の前記位置とから前記基板上の層の厚さを表す値を算出させる、コンピュータプログラム製品。
8. 基板上の層の厚さを表す測定値を取得する方法であって、
   色カメラの視野内で集積回路製造のための基板を位置付けすることと、
   １つ又は複数のカメラを使用して、前記基板の第１の色画像及び前記基板の第２の色画像を生成することであって、当該第１の色画像は、光が第１の入射角で前記基板に衝突する状態で生成され、当該第２の色画像は、光が異なる第２の入射角で前記基板に衝突する状態で生成される、前記基板の第１の色画像及び前記基板の第２の色画像を生成することと、
   前記第１の色画像からの第１の色チャネル及び第２の色チャネル、並びに前記第２の色画像からの第３の色チャネル及び第４の色チャネルを含む少なくとも４次元の座標空間内の所定の経路上の位置の関数として厚さを表す値を付与する関数を記憶することと、
   前記第１の色画像のピクセル及び前記第２の色画像内の対応するピクセルについて、前記ピクセルに対する前記第１の色画像内の色データ、及び前記対応するピクセルに対する前記第２の色画像内の前記色データから、前記座標空間内の座標を決定することと、
   前記座標に最も近い前記所定の経路上の点の位置を決定することと、
   前記関数と前記所定の経路上の前記点の前記位置とから前記基板上の層の厚さを表す値を算出すること
   を含む方法。
9. 研磨システムであって、
   研磨パッドを支持するプラテンを含む研磨ステーション、
   基板を保持する支持体、
   前記研磨ステーションにおいて前記基板の表面を研磨する前又は後に前記基板を測定するインライン計測ステーションであって、
   それぞれ長手方向軸を有する１つ又は複数の細長い白光原であって、非ゼロ入射角で光を前記基板に向けて導き、前記基板の走査中に、前記基板上に第１の軸に沿って延在する照射領域を形成するように構成された、１つ又は複数の細長い白色光原と、
   第１の入射角で前記基板に衝突した、前記基板から反射した光を受け入れ、前記基板の走査中に、前記第１の軸に沿って延在する画像部分を形成するように配置された検出素子を有する第１の色ライン走査カメラと、
   異なる第２の入射角で前記基板に衝突した、前記基板から反射した光を受け入れ、前記基板の走査中に、前記第１の軸に沿って延在する第２の画像部分を形成するように配置された検出素子を有する第２の色ライン走査カメラと、
   前記１つ又は複数の光源、前記第１の色ライン走査カメラ、及び前記第２の色ライン走査カメラを支持するフレームと、
   前記第１の軸に対して垂直な第２の軸に沿って前記フレームと前記支持体との間の相対運動を引き起こし、前記１つ又は複数の光源、前記第１の色ライン走査カメラ、及び前記第２の色ライン走査カメラに、前記基板を走査させるためのモータと
   を備えたインライン計測ステーション、並びに
   前記第１の色ライン走査カメラ及び前記第２の色ライン走査カメラから色データを受信し、前記第１の色ライン走査カメラからの色データから第１の２次元色画像を生成し、前記第２の色ライン走査カメラからの色データから第２の２次元色画像を生成し、前記第１の２次元色画像及び前記第２の２次元色画像に基づいて、前記研磨ステーションにおける研磨を制御するように構成されたコントローラ
   を備えている研磨システム。
10. 前記１つ又は複数の細長い白色光源と前記基板との間の光路内に１つ又は複数のディフューザを備えている、請求項９に記載のシステム。
11. 前記第１の入射角及び前記第２の入射角が、両方とも約５°から８５°の間である、請求項９に記載のシステム。
12. 前記第１の入射角及び前記第２の入射角が、両方とも約２０°から７５°の間である、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記第１の入射角が、前記第２の入射角よりも少なくとも５°大きい、請求項９に記載のシステム。
14. 前記第１の色ライン走査カメラ及び前記第２の色ライン走査カメラが、前記基板上の一致領域を画像化するように構成されている、請求項９に記載のシステム。
15. 前記１つ又は複数の細長い光源が、前記第１の入射角で前記基板に衝突する光を生成する第１の細長い光源、及び前記第２の入射角で前記基板に衝突する光を生成する第２の細長い光源を備えている、請求項９に記載のシステム。

Images