JP7494096B2 - Method and apparatus for monitoring polishing of a workpiece - Google Patents

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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 apparatus for polishing workpieces such as wafers, substrates, and panels, and in particular to a technique for monitoring the polishing of a workpiece based on optical information contained in 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 manufacturing process of semiconductor devices, various materials are repeatedly formed in the form of films on a silicon wafer to form a layered structure. In order to form this layered structure, technology that flattens the surface of the top layer is important. One method of flattening the surface is chemical mechanical polishing (CMP).

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 apparatus. This type of polishing apparatus generally includes a polishing table that supports a polishing pad, a polishing head that holds a workpiece (e.g., a wafer having a film), and a polishing liquid supply nozzle that supplies a polishing liquid (e.g., a slurry) onto the polishing pad. When polishing a workpiece, the polishing head presses the surface of the workpiece against the polishing pad while supplying a polishing liquid from the polishing liquid supply nozzle onto the polishing pad. The polishing head and polishing table are each rotated to move the workpiece and polishing pad relative to each other, thereby polishing the layer to be polished that forms the surface of the workpiece.

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。 To measure the thickness of the layer being polished, such as an insulating film or a silicon layer, the polishing machine is generally equipped with an optical film thickness measuring device. This optical film thickness measuring device is configured to direct light emitted from a light source to the surface of the workpiece and determine the thickness of the layer being polished on the workpiece by analyzing the spectrum of the light reflected from the workpiece.

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。 Patent Document 1 discloses a technique for determining film thickness based on the amount of change in the spectrum of reflected light. Figure 8 is a graph showing the relationship between the amount of change in the spectrum and polishing time. The amount of change in the spectrum is the amount of change in the shape of the spectrum per unit time. The spectrum of the reflected light changes according to the thickness of the layer being polished. Therefore, the amount of change in the spectrum of the reflected light corresponds to the amount of the layer being polished removed per unit time.

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。 Figure 9 is a graph showing the cumulative spectral change obtained by integrating the amount of change in the spectrum over the polishing time. As can be seen from Figure 9, the cumulative spectral change increases almost monotonically with polishing time. Therefore, the amount of polishing of the layer being polished (i.e., the current thickness or the current amount removed) can be determined from the cumulative spectral change.

特開2015-156503号公報JP 2015-156503 A

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 added 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 (e.g., slurry), etc. For this reason, as shown in FIG. 11, the cumulative amount of change in the spectrum may not increase monotonically, which may result in an erroneous estimation of the amount of polishing of the layer being polished.

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 apparatus that can accurately monitor the polishing of a workpiece while eliminating the influence of patterns formed on the surface of the workpiece and the polishing environment (e.g., slurry), etc.

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, a method for monitoring polishing of a workpiece is provided, which includes irradiating the workpiece with light while the workpiece is being polished, generating a spectrum of reflected light from the workpiece, calculating an amount of change in the spectrum per predetermined time, correcting the amount of change in the spectrum when the amount of change in the spectrum satisfies a predetermined exclusion condition, and integrating the amount of change in the spectrum that does not satisfy the exclusion condition and the corrected amount of change in the spectrum over the polishing time to calculate an accumulated 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 embodiment, the exclusion condition is any one of the following: the amount of change in the spectrum is greater than a threshold value; the difference between the current amount of change in the spectrum and the average value of multiple amounts of change in the spectrum already obtained during polishing of the workpiece is greater than a threshold value; the amount of change in the spectrum is outside the range of ±Xσ from the average value of the normal distribution of multiple amounts of change in the spectrum obtained in the past (X is a predetermined coefficient); and the amount of change in the spectrum is determined to be an outlier by the Smirnoff-Grubbs 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 embodiment, 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 multiple amounts of change in the spectrum aligned along the polishing time, and the interpolation correction uses multiple amounts of change in the spectrum obtained at multiple measurement points aligned on the workpiece.

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, a polishing monitoring device for a workpiece is provided, the polishing monitoring device comprising: an optical sensor head that irradiates light onto the workpiece while the workpiece is being polished and receives reflected light from the workpiece; a spectrometer that measures the intensity of the reflected light for each wavelength; and a data processing unit having a storage device in which a program is stored and an arithmetic unit that executes calculations according to instructions included in the program, the data processing unit being configured to generate a spectrum of the reflected light from measurement data of the intensity of the reflected light, calculate a change in the spectrum per predetermined time, correct the change in the spectrum when the change in the spectrum satisfies a predetermined exclusion condition, and calculate an accumulated change in the spectrum by integrating the change in the spectrum that does not satisfy the exclusion condition and the corrected change in the spectrum over 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 embodiment, the exclusion condition is any one of the following: the amount of change in the spectrum is greater than a threshold value; the difference between the current amount of change in the spectrum and the average value of multiple amounts of change in the spectrum already obtained during polishing of the workpiece is greater than a threshold value; the amount of change in the spectrum is outside the range of ±Xσ from the average value of the normal distribution of multiple amounts of change in the spectrum obtained in the past (X is a predetermined coefficient); and the amount of change in the spectrum is determined to be an outlier by the Smirnoff-Grubbs 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 embodiment, 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 is configured to perform the extrapolation correction using multiple amounts of change in the spectrum aligned along the polishing time, and to perform the interpolation correction using multiple amounts of change in the spectrum acquired at multiple measurement points aligned on the workpiece.

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 that satisfies the exclusion criteria (i.e., contains noise) is corrected, allowing accurate monitoring of the polishing of the workpiece.

研磨装置の一実施形態を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an embodiment of a polishing apparatus. データ処理部によって生成されたスペクトルの一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a spectrum generated by a data processing unit. 単位時間の間に変化したスペクトルを示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a spectrum that changes over a unit time. ワークピースを研磨している間のスペクトル変化量の研磨時間に沿った変化を示すグラフである。1 is a graph showing the change in spectral change over polishing time while polishing a workpiece. 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。1 is a graph showing an accumulated amount of change in the spectrum obtained by integrating the amount of change in the spectrum over the polishing time. 図6(a)は、ノイズを含むスペクトルの変化量が除去されたグラフであり、図6(b)は、除去により欠落したスペクトルの変化量が、ノイズの含まないスペクトルの変化量に置き換えられたグラフである。FIG. 6( a ) is a graph in which the amount of change in the spectrum containing noise has been removed, and FIG. 6 ( b ) is a graph in which the amount of change in the spectrum missing due to the removal has been replaced with the amount of change in the spectrum not containing noise. ワークピースの研磨中に得られたスペクトルの複数の変化量から生成された近似式を示す図である。FIG. 1 shows an approximation generated from multiple variations in the spectrum obtained during polishing of a workpiece. 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。11 is a graph showing the relationship between the amount of change in spectrum and polishing time. 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。1 is a graph showing an accumulated amount of change in the spectrum obtained by integrating the amount of change in the spectrum over the polishing time. 局所的なノイズを含む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。11 is a graph showing the relationship between the amount of change in a spectrum including local noise and polishing time. 図10に示すスペクトルの変化量を積算して得られるスペクトル累積変化量と研磨時間との関係を示すグラフである。11 is a graph showing the relationship between the polishing time and the cumulative amount of change in the spectrum obtained by integrating the amount of change in the spectrum shown in FIG. 10 .

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, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
Fig. 1 is a schematic diagram showing one embodiment of a polishing apparatus. As shown in Fig. 1, the polishing apparatus includes a polishing table 3 that supports a polishing pad 2, a polishing head 1 that presses a workpiece W, such as a wafer, a substrate, or a panel having a layer to be polished, against the polishing pad 2, a table motor 6 that rotates the polishing table 3, and a polishing liquid supply nozzle 5 for supplying a polishing liquid, such as a slurry, onto the polishing pad 2. The upper surface of the polishing pad 2 constitutes a polishing surface 2a that polishes the workpiece W.

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 polishing head 1 is connected to a head shaft 10, which is connected to a polishing head motor (not shown). The polishing head motor rotates the polishing head 1 together with the head shaft 10 in the direction indicated by the arrow. The polishing table 3 is connected to a table motor 6, which is configured to rotate the polishing table 3 and polishing pad 2 in the direction indicated by the arrow.

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 polishing head 1 in the direction indicated by the arrow in FIG. 1, polishing liquid is supplied from the polishing liquid supply nozzle 5 to the polishing surface 2a of the polishing pad 2 on the polishing table 3. While rotating the workpiece W by the polishing head 1, the workpiece W is pressed against the polishing surface 2a of the polishing pad 2 by the polishing head 1 with the polishing liquid present on the polishing pad 2. The layer to be polished that constitutes the exposed surface of the workpiece W is polished by the chemical action of the polishing liquid and the mechanical action of the abrasive grains contained in the polishing liquid and the polishing pad 2. Examples of the layer to be polished of the workpiece W include, but are not limited to, an insulating film and a silicon layer.

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 apparatus is equipped with an optical polishing monitoring device 40 that monitors the polishing of the workpiece W. The optical polishing monitoring device 40 is equipped with a light source 44 that emits light, a spectrometer 47, an optical sensor head 7 optically connected to the light source 44 and the spectrometer 47, and a data processing unit 49 connected to the spectrometer 47. The optical sensor head 7, the light source 44, and the spectrometer 47 are attached to the polishing table 3 and rotate together with the polishing table 3 and the polishing pad 2. The position of the optical sensor head 7 is a position where it crosses the workpiece W on the polishing pad 2 every time the polishing table 3 and the polishing pad 2 rotate once.

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 data processing unit 49 includes a storage device 49a that stores a program for generating a spectrum and monitoring the polishing of the workpiece W, which will be described later, and a calculation device 49b that performs calculations according to instructions included in the program. The data processing unit 49 is composed of at least one computer. The storage device 49a includes a main storage device such as a RAM, and an auxiliary storage device such as a hard disk drive (HDD) or a solid state drive (SSD). Examples of the calculation device 49b include a CPU (central processing unit) and a GPU (graphic processing unit). However, the specific configuration of the data processing unit 49 is not limited to these examples.

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。 Light emitted from the light source 44 is transmitted to the optical sensor head 7 and guided from the optical sensor head 7 to the workpiece W. The light is reflected by the workpiece W, and the reflected light from the workpiece W is received by the optical sensor head 7 and sent to the spectrometer 47. The spectrometer 47 breaks down the reflected light according to wavelength and measures the intensity of the reflected light at each wavelength. The reflected light intensity measurement data is sent to the data processing unit 49.

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 data processing unit 49 is configured to generate a spectrum of the reflected light from the reflected light intensity measurement data. The spectrum of the reflected light is represented as a line graph (i.e., a spectral waveform) showing the relationship between the wavelength and intensity of the reflected light. The intensity of the reflected light can also be represented as a relative value such as reflectance or relative reflectance.

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。 Figure 2 shows an example of a spectrum generated by the data processing unit 49. The spectrum is represented as a line graph (i.e., a spectral waveform) showing the relationship between the wavelength and intensity of light. In Figure 2, the horizontal axis represents the wavelength of the light reflected from the workpiece W, and the vertical axis represents the relative reflectance derived from the intensity of the reflected light. Relative reflectance is an index indicating the intensity of the reflected light, and is the ratio of the light intensity to a predetermined reference intensity. By dividing the light intensity (actual intensity) at each wavelength by the predetermined reference intensity, unnecessary noise such as variations in intensity inherent to the optical system of the device and the light source can be removed from the actual intensity.

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 calculated by dividing the light intensity (actual intensity) at each wavelength by the corresponding reference intensity. The reference intensity can be obtained, for example, by directly measuring the intensity of light emitted from the optical sensor head 7, or by irradiating a mirror with light from the optical sensor head 7 and measuring the intensity of the reflected light from the mirror. Alternatively, the reference intensity can be the intensity of reflected light from a silicon substrate measured by the spectroscope 47 when a silicon substrate (bare substrate) on which no film is formed is being polished in the presence of water on the polishing pad 2, or when the silicon substrate (bare substrate) is placed on the polishing pad 2.

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。

Figure 0007494096000001
ここで、λはワークピースWからの反射光の波長であり、E(λ)は波長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。 In actual polishing, the corrected actual intensity is obtained by subtracting the dark level (background intensity obtained under conditions where light is blocked) from the actual intensity, and the corrected standard intensity is obtained by subtracting the dark level from the standard intensity, and the corrected actual intensity is divided by the corrected standard intensity to obtain the relative reflectance. Specifically, the relative reflectance R(λ) can be obtained using the following formula (1).
Figure 0007494096000001
where λ is the wavelength of reflected light from the workpiece W, E(λ) is the intensity at wavelength λ, B(λ) is the reference intensity at wavelength λ, and D(λ) is the background intensity (dark level) at wavelength λ measured under light-blocking conditions.

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。 The optical sensor head 7 guides light to multiple measurement points on the workpiece W while crossing the workpiece W each time the polishing table 3 rotates, and receives reflected light from these multiple measurement points. The reflected light is sent to a spectroscope 47. The spectroscope 47 resolves the reflected light from each measurement point according to wavelength, and measures the intensity of the reflected light at each wavelength. The reflected light intensity measurement data is sent to a data processing unit 49, which generates a spectrum as shown in FIG. 2 from the reflected light intensity measurement data. In the example shown in FIG. 2, the spectrum of the reflected light is a spectral waveform that indicates the relationship between the relative reflectance and the wavelength of the reflected light, but the spectrum of the reflected light may also be a spectral waveform that indicates the relationship between the intensity of the reflected light itself and the wavelength of the reflected light.

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。

Figure 0007494096000002
ここで、λは反射光の波長であり、λ1,λ2は監視対象とするスペクトルの波長範囲を指定する最小波長および最大波長であり、tは研磨時間であり、Δtは所定の単位時間であり、R(λ,t)は、波長λ、時間tのときの相対反射率(反射光の強度)である。Δtとしては、例えば、研磨テーブルがp回転(pは小さな自然数(例えば1))するのに要する時間とすることができる。 The spectrum of the reflected light changes according to the thickness of the layer being polished of the workpiece W. Therefore, the data processing unit 49 monitors the polishing of the workpiece W from the spectrum of the reflected light as follows: The data processing unit 49 calculates the amount of spectrum change ΔS(t) per unit time using the following equation (2).
Figure 0007494096000002
Here, λ is the wavelength of the reflected light, λ1 and λ2 are the minimum and maximum wavelengths that specify the wavelength range of the spectrum to be monitored, t is the polishing time, Δt is a predetermined unit time, and R(λ, t) is the relative reflectance (intensity of the reflected light) at the wavelength λ and time t. Δt can be, for example, the time required for the polishing table to make p rotations (p is a small natural number (e.g., 1)).

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。 Figure 3 shows the spectrum that has changed over a unit time Δt. The amount of spectral change ΔS(t) calculated by the above formula (2) corresponds to the area (shown by hatching) surrounded by the two spectra acquired at two different times. The area of this area corresponds to the change in thickness of the polished layer per unit time Δt. Therefore, it is expected that the change in thickness of the polished layer 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。

Figure 0007494096000003
ここで、t0は膜厚変化の監視を開始する時間である。 Fig. 4 is a graph showing the change in the amount of spectral change ΔS(t) along the polishing time while polishing the workpiece W. As shown in Fig. 4, the amount of spectral change ΔS(t) varies periodically, but the average level of the amount of spectral change ΔS(t) is approximately constant. The data processing unit 49 calculates the amount of accumulated spectral change, which is the accumulated value of the amount of spectral change ΔS(t) along the polishing time, using the following equation (3).
Figure 0007494096000003
Here, t0 is the time when monitoring of the film thickness change starts.

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。 Figure 5 is a graph showing the amount of accumulated spectral change A(t) calculated using the above formula (3). As described above, since the amount of accumulated spectral change fluctuates periodically, the error from the average level due to the fluctuation is hardly accumulated. Therefore, as shown in Figure 5, the amount of accumulated spectral change A(t) increases almost linearly with the polishing time. The amount of accumulated spectral change A(t) corresponds to the amount of polishing of the workpiece W (i.e., the amount of removed layer to be polished). The above-mentioned data processing unit 49 calculates the amount of accumulated spectral change during polishing of the workpiece W and monitors the progress of polishing of the workpiece W based on the amount of accumulated spectral change. Furthermore, the data processing unit 49 may determine the polishing end point of the workpiece W from the amount of accumulated spectral change. The polishing end point can be the point at which the amount of accumulated spectral change reaches a predetermined target value.

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 may be added to the amount of change in the spectrum due to the influence of the pattern formed on the surface of the workpiece W, the polishing environment (e.g., slurry), etc. Such noise may prevent 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。 The data processing unit 49 is configured to correct the amount of change in the spectrum to which noise has been added. That is, the data processing unit 49 is configured to remove the amount of change in the spectrum containing noise as shown in FIG. 6(a), and to replace the amount of change in the spectrum missing due to the removal with the amount of change in the spectrum not containing noise as shown in FIG. 6(b). More specifically, the data processing unit 49 is configured to correct the amount of change in the spectrum when the amount of change in the spectrum satisfies a predetermined exclusion condition, and to calculate the cumulative amount of change in the spectrum by integrating the amount of change in the spectrum that does not satisfy the exclusion condition and the above-mentioned corrected amount of change in the spectrum over the polishing time.

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 the calculated amount of change in the spectrum contains noise. Specific examples of the predetermined exclusion condition include the following:
(i) the amount of change in the spectrum is greater than a threshold value; (ii) the difference between the current amount of change in the spectrum and the average value of a plurality of amounts of change in the spectrum already obtained during polishing of the workpiece W is greater than a threshold value; and (iii) the amount of change in the spectrum is outside a range of ±Xσ from the average value of a normal distribution of a plurality of amounts of change in the spectrum previously obtained (X being a predetermined coefficient).
(iv) The amount of change in the spectrum is judged to be an outlier by the Smirnoff-Grubbs 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。 Regarding (i) above, the threshold is a preset fixed value, and is determined based on previously obtained data on the amount of change in the spectrum. For example, the threshold is a value that can meaningfully separate previously obtained data on the amount of change in the spectrum into a group of amounts of change in the spectrum that does not contain noise and a group of amounts of change in the spectrum that contains noise.

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 regard to (ii) above, the multiple amounts of change in the spectrum already obtained during polishing of the workpiece W are, for example, the most recent N amounts of change in the spectrum excluding the amount of change in the current spectrum. The number N is a preset value. When the difference between the amount of change in the current spectrum and the average value of the multiple amounts of change in the spectra already obtained is greater than a threshold value, the amount of change in the current spectrum is likely to include noise. This threshold value may be a fixed value. Alternatively, the threshold value may be a value that varies according to the average value. For example, the threshold value may be a value that deviates from the average value by a predetermined percentage (%).

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。 Regarding (iii) above, the multiple amounts of change in the spectrum previously obtained may be multiple amounts of change in the spectrum obtained while polishing at least one workpiece having the same structure as the workpiece W, or multiple amounts of change 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。 Regarding (iv) above, the sample data used in the Smirnoff-Grubbs test may be multiple amounts of change in the spectrum obtained while polishing at least one workpiece having the same structure as workpiece W, or multiple amounts of change in the spectrum already obtained during polishing of 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。 A spectral change amount that satisfies any of the above-mentioned exclusion conditions (i) to (iv) is presumed to include noise. Therefore, the data processing unit 49 corrects the spectral change amount calculated during polishing of the workpiece W when the spectral change amount satisfies any of the above-mentioned multiple exclusion conditions. This correction of the spectral change amount is a process for removing noise. The exclusion condition may be one pre-selected from the above-mentioned exclusion conditions (i) to (iv).

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 data processing unit 49 corrects the amount of change in the spectrum that satisfies the exclusion condition by extrapolation or interpolation. More specifically, the data processing unit 49 excludes the amount of change in the spectrum that satisfies the exclusion condition (i.e., contains noise), and obtains the amount of change in the spectrum that does not satisfy the exclusion condition (i.e., does not contain noise) that corresponds to the amount of change in the excluded spectrum by extrapolation or interpolation. Correction by extrapolation uses multiple amounts of change in the spectrum that are aligned along the polishing time, and correction by interpolation uses multiple amounts of change in the spectrum acquired at multiple measurement points that are aligned on the workpiece W.

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 data processing unit 49 is configured to correct the amount of change in the spectrum that satisfies the exclusion condition by performing any one of the following operations.
(I) an operation of replacing the amount of change in a spectrum that satisfies the exclusion condition (i.e., contains noise) with the amount of change in a spectrum that does not satisfy the exclusion condition (i.e., does not contain noise); (II) an operation of replacing the amount of change in a spectrum that satisfies the exclusion condition with an average value of multiple amounts of change in a spectrum already obtained during polishing of the workpiece W; (III) an operation of replacing the amount of change in a spectrum that satisfies the exclusion condition with an average value of multiple amounts of change in a spectrum obtained at multiple adjacent measurement points on the workpiece W; (IV) an operation of generating an approximation formula from multiple amounts of change in a spectrum already obtained during polishing of the workpiece W, and replacing the amount of change in a spectrum that satisfies the exclusion condition with a value obtained by the 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。 With regard to (I) above, the amount of change in the spectrum that does not satisfy the exclusion condition (i.e., does not contain noise) is the amount of change in the spectrum that has already been obtained during polishing of the workpiece W. In one embodiment, the amount of change in the spectrum that does not satisfy the exclusion condition (i.e., does not contain noise) is the amount of change in the most recent spectrum obtained immediately before the amount of change in the spectrum that satisfies the exclusion condition is obtained.

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。 Regarding (II) above, the multiple amounts of change in the spectrum already obtained during polishing of the workpiece W are multiple amounts of change in the spectrum that do not satisfy the exclusion condition (i.e., do not contain noise). In one embodiment, the multiple amounts of change in the spectrum already obtained during polishing of the workpiece W are the most recent M amounts of change in the spectrum, not including the amount of change in the current spectrum. 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。 With regard to (III) above, the adjacent measurement points on the workpiece W are multiple measurement points adjacent to the measurement point on the workpiece W at which a spectral change amount satisfying the exclusion condition was obtained. As described above, the optical sensor head 7 guides light to multiple measurement points on the workpiece W while crossing the workpiece W each time the polishing table 3 rotates once, and receives reflected light from these multiple measurement points. The adjacent measurement points on the workpiece W may be, for example, multiple measurement points located on both sides of the measurement point at which a spectral change amount satisfying the exclusion condition (i.e., including noise) was obtained. The spectral change amount obtained at each adjacent measurement point is a spectral change amount that does not satisfy the exclusion condition (i.e., 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 approximation formula is an equation in a coordinate system having coordinate axes representing the amount of change in the spectrum and the polishing time, as shown in FIG. 7. The approximation formula has the polishing time as a variable. The approximation formula is determined from a plurality of data points in the coordinate system identified by a plurality of amounts of change in the spectrum that do not satisfy the exclusion condition (i.e., do not contain noise) and a plurality of corresponding polishing times. The approximation formula may be expressed by a polynomial. There is no particular limit to the method of obtaining the approximation formula. The data processing unit 49 generates the approximation formula during polishing of the workpiece W, and can correct the amount of change in the spectrum by inputting the polishing time at which the amount of change in the spectrum that satisfies the exclusion condition (i.e., contains noise) is obtained into the approximation formula.

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 data processing unit 49 calculates the cumulative spectral change by integrating the amount of change in the spectrum that does not satisfy the exclusion condition (i.e., does not contain noise) and the above-mentioned corrected amount of change in the spectrum over the polishing time, and monitors the amount of polishing of the workpiece W based on the cumulative spectral change. Since the cumulative spectral change is the cumulative value of the amount of change in the spectrum that does not contain noise, the data processing unit 49 can accurately monitor the amount of polishing of the workpiece W.

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 enabling a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains to practice the present invention. Various modifications of the above-described embodiments would naturally be possible for a person skilled in the art, and the technical ideas of the present invention may also be applied to other embodiments. Therefore, the present invention is not limited to the described embodiments, but is to be interpreted in the broadest scope in accordance with the technical ideas defined by the scope of 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
REFERENCE SIGNS LIST 1 polishing head 2 polishing pad 2a polishing surface 3 polishing table 5 polishing liquid supply nozzle 6 table motor 7 optical sensor head 10 head shaft 40 optical polishing monitor device 44 light source 47 spectroscope 49 data processing unit 49a storage device 49b arithmetic unit

Claims (10)

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ことを含み、
前記除外条件は、
前記スペクトルの変化量が固定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変動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り
前記固定しきい値は、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た固定値であり、
前記変動しきい値は、予め定められた割合だけ前記平均値からずれた値であり、
前記正規分布の平均値の算定に使用される、過去に得られたスペクトルの複数の変化量は、前記ワークピース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るか、または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であり、
前記スミルノフ・グラブス検定において使用されるサンプルデータは、前記ワークピース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るか、または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である、方法。
1. A method for monitoring polishing of a workpiece, comprising:
irradiating the workpiece with light while the workpiece is being polished;
generating a spectrum of reflected light from the workpiece;
Calculating the amount of change in the spectrum per predetermined time;
correcting the amount of change in the spectrum when the amount of change in the spectrum satisfies a predetermined exclusion condition;
and calculating an accumulated amount of change in the spectrum by integrating the amount of change in the spectrum that does not satisfy the exclusion condition and the amount of change in the corrected spectrum over a polishing time ,
The exclusion conditions are:
the amount of change in the spectrum is greater than a fixed threshold;
a difference between the change in the current spectrum and an average of a plurality of changes in the spectra already obtained during polishing of the workpiece is greater than a variation threshold;
The amount of change in the spectrum is outside the range of ±Xσ from the average value of a normal distribution of a plurality of amounts of change in the spectrum obtained in the past (X is a predetermined coefficient); and
the amount of change in the spectrum is determined to be an outlier by the Smirnoff-Grubbs test;
is one of
the fixed threshold is a fixed value determined based on data of the amount of change in the spectrum obtained in the past,
the fluctuation threshold value is a value that is shifted from the average value by a predetermined percentage,
the plurality of variation amounts of the previously obtained spectrum used to calculate the mean value of the normal distribution are a plurality of variation amounts of the spectrum obtained while polishing at least one workpiece having the same structure as the workpiece, or a plurality of variation amounts of the spectrum already obtained during polishing of the workpiece;
A method in which the sample data used in the Smirnoff-Grubbs test are multiple variations in spectra obtained while polishing at least one workpiece having the same structure as the workpiece, or multiple variations in spectra already obtained during polishing of the workpiece.
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、請求項に記載の方法。 The method according to claim 1 , wherein 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. 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、請求項に記載の方法。 3. The method of claim 2, wherein the correction by extrapolation uses a plurality of changes in the spectrum aligned along the polishing time, and the correction by interpolation uses a plurality of changes in the spectrum obtained at a plurality of measurement points aligned on the workpiece. 前記スペクトルの変化量を補正する工程は、The step of correcting the amount of change in the spectrum includes:
(I)前記除外条件を満たすスペクトルの変化量を、前記除外条件を満たさないスペクトルの変化量に置き換える工程、(I) replacing the amount of change in the spectrum satisfying the exclusion condition with the amount of change in the spectrum not satisfying the exclusion condition;
(II)前記除外条件を満たすスペクトルの変化量を、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に置き換える工程、(II) replacing the change in the spectrum that satisfies the exclusion condition with an average value of a plurality of changes in the spectrum already obtained during polishing of the workpiece;
(III)前記除外条件を満たすスペクトルの変化量を、前記ワークピース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工程、(III) replacing the change amount of the spectrum that satisfies the exclusion condition with an average value of a plurality of change amounts of the spectrum obtained at a plurality of adjacent measurement points on the workpiece;
(IV)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から近似式を生成し、前記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工程、(IV) generating an approximation formula from a plurality of changes in the spectrum already obtained during polishing of the workpiece, and replacing the change in the spectrum that satisfies the exclusion condition with a value obtained by the approximation formula;
のいずれかである、請求項1に記載の方法。The method according to claim 1, wherein
前記(I)において、前記除外条件を満たさないスペクトルの変化量は、前記ワークピースの研磨中に、前記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り、In the above (I), the amount of change in the spectrum not satisfying the exclusion condition is an amount of change in the most recent spectrum acquired immediately before an amount of change in the spectrum satisfying the exclusion condition is acquired during polishing of the workpiece,
前記(II)において、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は、前記除外条件を満たさないスペクトルの複数の変化量であり、In the above (II), the plurality of change amounts of the spectrum already obtained during polishing of the workpiece are a plurality of change amounts of the spectrum that do not satisfy the exclusion condition,
前記(III)において、前記ワークピース上の隣接する複数の測定点は、前記除外条件を満たすスペクトルの変化量が取得された前記ワークピース上の測定点に隣接する複数の測定点であり、In the above (III), the adjacent measurement points on the workpiece are adjacent measurement points on the workpiece at which a change in the spectrum that satisfies the exclusion condition is obtained,
前記(IV)において、前記近似式は、前記除外条件を満たさ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式である、請求項4に記載の方法。5. The method according to claim 4, wherein in (IV), the approximation formula is an equation determined from a plurality of data points on a coordinate system specified by a plurality of amounts of change in the spectrum not satisfying the exclusion condition and a plurality of corresponding polishing times.
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おり、
前記除外条件は、
前記スペクトルの変化量が固定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変動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り、
前記固定しきい値は、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た固定値であり、
前記変動しきい値は、予め定められた割合だけ前記平均値からずれた値であり、
前記正規分布の平均値の算定に使用される、過去に得られたスペクトルの複数の変化量は、前記ワークピース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るか、または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であり、
前記スミルノフ・グラブス検定において使用されるサンプルデータは、前記ワークピース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るか、または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である、研磨監視装置。
1. An apparatus for monitoring polishing of a workpiece, comprising:
an optical sensor head that irradiates light onto a workpiece and receives light reflected from the workpiece while the workpiece is being polished;
a spectroscope for measuring the intensity of the reflected light for each wavelength;
a data processing unit having a storage device storing a program and a calculation device that executes calculations according to instructions included in the program;
The data processing unit includes:
generating a spectrum of the reflected light from the measured data of the intensity of the reflected light;
Calculating the amount of change in the spectrum per predetermined time;
correcting the amount of change in the spectrum when the amount of change in the spectrum satisfies a predetermined exclusion condition;
a spectrum change amount that does not satisfy the exclusion condition and a spectrum change amount that is corrected are integrated over a polishing time to calculate a spectrum cumulative change amount,
The exclusion conditions are:
the amount of change in the spectrum is greater than a fixed threshold;
a difference between the change in the current spectrum and an average of a plurality of changes in the spectra already obtained during polishing of the workpiece is greater than a variation threshold;
The amount of change in the spectrum is outside the range of ±Xσ from the average value of a normal distribution of a plurality of amounts of change in the spectrum obtained in the past (X is a predetermined coefficient); and
the amount of change in the spectrum is determined to be an outlier by the Smirnoff-Grubbs test;
is one of
the fixed threshold is a fixed value determined based on data of the amount of change in the spectrum obtained in the past,
the fluctuation threshold value is a value that is shifted from the average value by a predetermined percentage,
the plurality of variation amounts of the previously obtained spectrum used to calculate the mean value of the normal distribution are a plurality of variation amounts of the spectrum obtained while polishing at least one workpiece having the same structure as the workpiece, or a plurality of variation amounts of the spectrum already obtained during polishing of the workpiece;
A polishing monitoring device in which the sample data used in the Smirnoff-Grubbs test are multiple changes in spectra obtained while polishing at least one workpiece having the same structure as the workpiece, or multiple changes in spectra already obtained during polishing of the workpiece.
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、請求項に記載の研磨監視装置。 7. The polishing monitoring apparatus according to claim 6 , wherein the data processing unit is configured to correct the amount of change in the spectrum by extrapolation or interpolation. 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、請求項7に記載の研磨監視装置。 The polishing monitoring device according to claim 7, wherein the data processing unit is configured to perform the extrapolation correction using multiple amounts of change in the spectrum aligned along the polishing time, and to perform the interpolation correction using multiple amounts of change in the spectrum acquired at multiple measurement points aligned on the workpiece. 前記データ処理部は、The data processing unit includes:
(I)前記除外条件を満たすスペクトルの変化量を、前記除外条件を満たさないスペクトルの変化量に置き換える動作、(I) replacing the amount of change in the spectrum that satisfies the exclusion condition with the amount of change in the spectrum that does not satisfy the exclusion condition;
(II)前記除外条件を満たすスペクトルの変化量を、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に置き換える動作、(II) replacing the change in the spectrum that satisfies the exclusion condition with an average value of a plurality of change in the spectrum already obtained during polishing of the workpiece;
(III)前記除外条件を満たすスペクトルの変化量を、前記ワークピース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、(III) replacing the amount of change in the spectrum that satisfies the exclusion condition with an average value of a plurality of amounts of change in the spectrum obtained at a plurality of adjacent measurement points on the workpiece;
(IV)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から近似式を生成し、前記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、(IV) generating an approximation formula from a plurality of changes in the spectrum already obtained during polishing of the workpiece, and replacing the changes in the spectrum that satisfy the exclusion condition with a value obtained by the approximation formula;
のいずれかの動作を実行することにより、前記除外条件を満たす前記スペクトルの変化量を補正するように構成されている、請求項6に記載の研磨監視装置。7. The polishing monitoring apparatus according to claim 6, wherein the amount of change in the spectrum that satisfies the exclusion condition is corrected by executing any one of the operations above.
前記(I)において、前記除外条件を満たさないスペクトルの変化量は、前記ワークピースの研磨中に、前記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り、In the above (I), the amount of change in the spectrum not satisfying the exclusion condition is an amount of change in the most recent spectrum acquired immediately before an amount of change in the spectrum satisfying the exclusion condition is acquired during polishing of the workpiece,
前記(II)において、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は、前記除外条件を満たさないスペクトルの複数の変化量であり、In the above (II), the plurality of change amounts of the spectrum already obtained during polishing of the workpiece are a plurality of change amounts of the spectrum that do not satisfy the exclusion condition,
前記(III)において、前記ワークピース上の隣接する複数の測定点は、前記除外条件を満たすスペクトルの変化量が取得された前記ワークピース上の測定点に隣接する複数の測定点であり、In the above (III), the adjacent measurement points on the workpiece are adjacent measurement points on the workpiece at which a change in the spectrum that satisfies the exclusion condition is obtained,
前記(IV)において、前記近似式は、前記除外条件を満たさ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式である、請求項9に記載の研磨監視装置。The polishing monitoring device of claim 9, wherein in (IV), the approximation equation is an equation determined from a plurality of data points on a coordinate system identified by a plurality of change amounts of the spectrum that does not satisfy the exclusion condition and a plurality of corresponding polishing times.
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