KR20220103736A - 연마 장치 및 연마 방법 - Google Patents

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히사노리 마츠오
게이스케 스즈키
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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
고쿠리츠 다이가쿠 호진 큐슈 코교 다이가쿠
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Abstract

본 발명은 패턴이 형성된 웨이퍼 등의 워크피스를 연마 패드 상에서 연마하는 연마 장치 및 연마 방법에 관한 것으로, 특히, 피치 등의 패턴의 기하학적 요소를 검출하는 연마 장치 및 연마 방법에 관한 것이다. 연마 장치는, 연마 패드(2)를 지지하는 연마 테이블(3)과, 패턴이 형성된 워크피스(W)를 연마 패드(2)에 대하여 압박 접촉시켜 해당 워크피스(W)의 표면을 연마하는 연마 헤드(1)와, 연마 테이블(3) 내에 배치되어, 워크피스(W)의 패턴을 적어도 포함하는 화상을 생성하는 촬상 장치(20)와, 화상에 기초하여 워크피스(W)의 패턴의 기하학적 요소를 결정하는 화상 해석 시스템(30)을 구비하고 있다.

Description

연마 장치 및 연마 방법
본 발명은 패턴이 형성된 웨이퍼 등의 워크피스를 연마 패드 상에서 연마하는 연마 장치 및 연마 방법에 관한 것으로, 특히, 피치 등의 패턴의 기하학적 요소를 검출하는 연마 장치 및 연마 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 패턴이 형성된 웨이퍼 등의 워크피스를 연마 패드 상에서 연마하는 연마 장치 및 연마 방법에 관한 것으로, 특히, 워크피스의 연마 종점을 결정하는 기술에 관한 것이다.
웨이퍼의 연마는, 일반적으로, 화학 기계 연마 장치(CMP 장치)를 사용하여 행해진다. 이 CMP 장치는, 연마 테이블 상에 첩부된 연마 패드에 슬러리를 공급하면서, 웨이퍼를 연마 패드에 미끄럼 접촉시킴으로써 웨이퍼의 표면을 연마하도록 구성된다. CMP 장치에서 연마되는 웨이퍼는, 일반적으로, 배선 구조를 구성하는 패턴을 갖고 있다. 웨이퍼의 연마 중에는, 패턴이 형성되어 있는 웨이퍼면이 연마 패드에 압박 접촉되어, 웨이퍼면을 구성하는 막(절연막, 금속막 등)이 연마된다.
일본 특허 공표 제2004-517476호 공보
웨이퍼의 연마 조건은, 피치 등의 패턴의 기하학적 요소에 의해 달라질 수 있다. 예를 들어, 패턴의 피치가 작은(패턴 밀도가 높은) 영역에서는, 웨이퍼에 대한 연마 하중을 증가시키고, 패턴의 피치가 큰(패턴 밀도가 낮은) 영역에서는, 웨이퍼에 대한 연마 하중을 감소시키는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 패턴의 기하학적 요소는 불명료하기 때문에, 그러한 패턴에 기초한 연마 조건의 최적화는 가능하지 않았다.
웨이퍼의 연마 중에 웨이퍼면을 감시하는 기술로서는, 광학식의 연마 감시 시스템을 들 수 있다. 이 시스템은, 웨이퍼면에 광을 조사하고, 웨이퍼면으로부터의 반사광의 스펙트럼에 기초하여 측정 개소에서의 막 두께를 추정하거나, 웨이퍼의 연마 종점을 검출한다. 그러나, 웨이퍼에는 복잡하면서도 미세한 패턴이 형성되어 있기 때문에, 패턴에 의한 광의 간섭 등이 발생하여, 막 두께의 정확한 추정을 곤란하게 하고 있다.
또한, 다마신법 등의 배선 형성 공정에서는, 웨이퍼면을 구성하는 잉여막의 제거가 완료되고, 패턴이 명확하게 나타난 시점이 연마 종점으로 여겨진다. 따라서, 패턴의 현현(顯現)을 직접적으로 관찰하여, 연마 종점을 검출하는 것이 바람직하다. 패턴의 현현을 직접적으로 관찰하는 데에는, 일반적으로 초고배율의 관찰이 가능한 현미 시스템이 필요하지만, 이러한 시스템은 복잡하고 정밀한 광학계로 이루어지기 때문에, 그러한 현미 시스템을 동적인 환경에서의 관찰이 필요한 CMP 장치에 내장하는 것은 현실적이지 않다.
그래서, 본 발명은 웨이퍼 등의 워크피스에 형성되어 있는 패턴의 피치 등의 기하학적 요소를 취득할 수 있는 연마 장치 및 연마 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 고배율로 정교하고 치밀한 현미 시스템을 사용하지 않고, 웨이퍼 등의 워크피스의 패턴의 현현을 직접적으로 감시하여, 정확한 연마 종점을 검출할 수 있는 연마 장치 및 연마 방법을 제공한다.
일 양태에서는, 연마 패드를 지지하는 연마 테이블과, 패턴이 형성된 워크피스를 상기 연마 패드에 대하여 압박 접촉시켜 해당 워크피스의 표면을 연마하는 연마 헤드와, 상기 연마 테이블 내에 배치되어, 상기 워크피스의 상기 패턴을 적어도 포함하는 화상을 생성하는 촬상 장치와, 상기 화상에 기초하여 상기 워크피스의 상기 패턴의 기하학적 요소를 결정하는 화상 해석 시스템을 구비하고 있는, 연마 장치가 제공된다.
일 양태에서는, 상기 연마 장치는, 상기 워크피스의 상기 패턴을 시각적으로 확대하는 패턴 확대 장치를 더 구비하고 있다.
일 양태에서는, 상기 패턴 확대 장치는, 미리 정해진 형상 및 치수를 갖는 참조 패턴이 형성된 격자이고, 상기 화상 해석 시스템은, 상기 워크피스의 상기 패턴과 상기 참조 패턴의 겹침에 기인하여 상기 화상에 나타나는 무아레 무늬에 기초하여, 상기 워크피스의 상기 패턴의 기하학적 요소를 결정하도록 구성되어 있다.
일 양태에서는, 상기 화상 해석 시스템은, 상기 화상 상에 나타나 있는 상기 무아레 무늬의 선폭을 측정하고, 상기 무아레 무늬의 선폭과 상기 참조 패턴의 기하학적 요소로부터, 상기 워크피스의 상기 패턴의 피치를 산정하도록 구성되어 있다.
일 양태에서는, 상기 화상 해석 시스템은, 상기 촬상 장치로부터 화상을 취득하고, 상기 화상 상의 무아레 무늬를 복수의 참조 화상 상의 참조 무아레 무늬와 비교하여, 상기 화상 상의 무아레 무늬에 가장 일치하는 참조 무아레 무늬를 갖는 참조 화상을 결정하고, 상기 결정된 참조 화상에 관련지어진 패턴의 기하학적 요소를 결정하도록 구성되어 있다.
일 양태에서는, 상기 연마 장치는, 상기 연마 테이블 내에 배치된 제1 프리즘 및 제2 프리즘과, 상기 제1 프리즘을 향하여 배치된 광원을 더 구비하고 있고, 상기 촬상 장치는 상기 제2 프리즘을 향하여 배치되어 있고, 상기 제1 프리즘은, 상기 광원으로부터 발해진 광을, 상기 격자를 통과하여 상기 워크피스를 향하는 제1 광과, 상기 격자에서 반사되는 제2 광으로 분해하도록 배치되고, 상기 제2 프리즘은, 상기 워크피스에서 반사된 상기 제1 광과, 상기 격자에서 반사된 상기 제2 광을 중첩시켜, 중첩된 상기 제1 광 및 상기 제2 광을 상기 촬상 장치에 입사시키도록 배치되어 있다.
일 양태에서는, 상기 연마 장치는, 상기 연마 테이블 내에 배치된 빔 스플리터 및 광원을 더 구비하고 있고, 상기 광원 및 상기 격자는, 상기 빔 스플리터에 관하여 대칭적으로 배치되어 있고, 상기 촬상 장치는, 상기 빔 스플리터를 향하여 배치되어 있고, 상기 빔 스플리터는, 상기 광원으로부터 발해진 광을, 상기 빔 스플리터에서 반사되는 제1 광과, 상기 빔 스플리터를 통과하는 제2 광으로 분해하고, 상기 제1 광은 상기 워크피스에 입사되고, 상기 제2 광은 상기 격자에 입사되도록 배치되어 있다.
일 양태에서는, 상기 참조 패턴은, 동심원상 패턴 또는 방사상 패턴이다.
일 양태에서는, 연마 테이블을 연마 패드와 함께 회전시키고, 패턴이 형성된 워크피스를 상기 연마 패드에 대하여 압박 접촉시켜 해당 워크피스의 표면을 연마하고, 상기 연마 테이블 내에 배치된 촬상 장치에 의해, 상기 워크피스의 상기 패턴을 적어도 포함하는 화상을 생성하고, 상기 화상에 기초하여 상기 워크피스의 상기 패턴의 기하학적 요소를 결정하는, 연마 방법이 제공된다.
일 양태에서는, 상기 연마 테이블 내에는, 상기 워크피스의 상기 패턴을 시각적으로 확대하는 패턴 확대 장치가 배치되어 있다.
일 양태에서는, 상기 패턴 확대 장치는, 미리 정해진 형상 및 치수를 갖는 참조 패턴이 형성된 격자이고, 상기 화상에 기초하여 상기 워크피스의 상기 패턴의 기하학적 요소를 결정하는 공정은, 상기 워크피스의 상기 패턴과 상기 참조 패턴의 겹침에 기인하여 상기 화상에 나타나는 무아레 무늬에 기초하여, 상기 워크피스의 상기 패턴의 기하학적 요소를 결정하는 공정이다.
일 양태에서는, 상기 화상에 기초하여 상기 워크피스의 상기 패턴의 기하학적 요소를 결정하는 공정은, 상기 화상 상에 나타나 있는 상기 무아레 무늬의 선폭을 측정하고, 상기 무아레 무늬의 선폭과 상기 참조 패턴의 기하학적 요소로부터, 상기 워크피스의 상기 패턴의 피치를 산정하는 공정이다.
일 양태에서는, 상기 화상에 기초하여 상기 워크피스의 상기 패턴의 기하학적 요소를 결정하는 공정은, 상기 촬상 장치로부터 화상을 취득하고, 상기 화상 상의 무아레 무늬를 복수의 참조 화상 상의 참조 무아레 무늬와 비교하여, 상기 화상 상의 무아레 무늬에 가장 일치하는 참조 무아레 무늬를 갖는 참조 화상을 결정하고, 상기 결정된 참조 화상에 관련지어진 패턴의 기하학적 요소를 결정하는 공정이다.
일 양태에서는, 상기 참조 패턴은, 동심원상 패턴 또는 방사상 패턴이다.
일 양태에서는, 연마 패드를 지지하는 연마 테이블과, 패턴이 형성된 워크피스를 상기 연마 패드에 대하여 압박 접촉시켜 해당 워크피스의 표면을 연마하는 연마 헤드와, 상기 연마 테이블 내에 배치되어, 참조 패턴이 형성된 격자와, 상기 연마 테이블 내에 배치되어, 상기 워크피스의 상기 패턴 및 상기 참조 패턴을 포함하는 화상을 생성하는 촬상 장치와, 상기 워크피스의 상기 패턴과 상기 참조 패턴의 겹침에 기인하여 상기 화상에 나타나는 무아레 무늬에 기초하여 상기 워크피스의 연마 종점을 결정하는 화상 해석 시스템을 구비하고 있는, 연마 장치가 제공된다.
일 양태에서는, 상기 화상 해석 시스템은, 상기 화상 상의 상기 무아레 무늬의 선명도에 기초하여, 상기 워크피스의 연마 종점을 결정하도록 구성되어 있다.
일 양태에서는, 상기 화상 해석 시스템은, 상기 무아레 무늬의 선명도가 변화하지 않게 된 시점인 상기 워크피스의 연마 종점을 결정하도록 구성되어 있다.
일 양태에서는, 상기 화상 해석 시스템은, 상기 무아레 무늬의 선명도를 나타내는 지표 수치를 산정하고, 상기 지표 수치의 변화율을 산정하여, 상기 변화율이 제1 역치보다도 커진 시점을 검출하고, 그 후 상기 변화율이 제2 역치보다도 작아진 시점인 연마 종점을 결정하도록 구성되어 있다.
일 양태에서는, 상기 지표 수치는, 변조 전달 함수로 표시되는 수치이다.
일 양태에서는, 참조 패턴이 형성된 격자와, 연마 테이블을 연마 패드와 함께 회전시키고, 패턴이 형성된 워크피스를 상기 연마 패드에 대하여 압박 접촉시켜 해당 워크피스의 표면을 연마하고, 상기 연마 테이블 내에 배치된 촬상 장치에 의해, 서로 겹치는 상기 워크피스의 상기 패턴과 상기 참조 패턴의 화상을 생성하고, 상기 화상에 나타나는 무아레 무늬에 기초하여 상기 워크피스의 연마 종점을 결정하는, 연마 방법이 제공된다.
일 양태에서는, 상기 화상에 나타나는 무아레 무늬에 기초하여 상기 워크피스의 연마 종점을 결정하는 공정은, 상기 화상 상의 상기 무아레 무늬의 선명도에 기초하여, 상기 워크피스의 연마 종점을 결정하는 공정이다.
일 양태에서는, 상기 화상 상의 상기 무아레 무늬의 선명도에 기초하여, 상기 워크피스의 연마 종점을 결정하는 공정은, 상기 무아레 무늬의 선명도가 변화하지 않게 된 시점인 상기 워크피스의 연마 종점을 결정하는 공정이다.
일 양태에서는, 상기 무아레 무늬의 선명도가 변화하지 않게 된 시점인 상기 워크피스의 연마 종점을 결정하는 공정은, 상기 무아레 무늬의 선명도를 나타내는 지표 수치를 산정하고, 상기 지표 수치의 변화율을 산정하여, 상기 변화율이 제1 역치보다도 커진 시점을 검출하고, 그 후 상기 변화율이 제2 역치보다도 작아진 시점인 연마 종점을 결정하는 공정이다.
일 양태에서는, 상기 지표 수치는, 변조 전달 함수로 표시되는 수치이다.
본 발명에 따르면, 워크피스의 패턴 화상에 기초하여 워크피스의 패턴의 기하학적 요소를 취득할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 화상 상의 무아레 무늬의 발현에 기초하여 워크피스의 연마 종점을 정확하게 결정할 수 있다.
도 1은 워크피스의 일례인 웨이퍼를 연마하는 연마 장치의 일 실시 형태를 도시하는 모식도이다.
도 2는 격자의 참조 패턴의 일례를 도시하는 도면이다.
도 3은 격자의 참조 패턴의 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 4는 화상 상의 웨이퍼의 패턴 및 격자의 참조 패턴의 일례를 도시하는 모식도이다.
도 5는 화상 상의 웨이퍼의 패턴 및 격자의 참조 패턴의 다른 예를 도시하는 모식도이다.
도 6은 무아레 무늬의 선폭과, 웨이퍼의 패턴의 피치의 관계를 설명하기 위한 일례를 도시하는 도면이다.
도 7은 무아레 무늬의 선폭과, 웨이퍼의 패턴의 피치의 관계를 설명하기 위한 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 8은 연마 장치의 다른 실시 형태를 도시하는 모식도이다.
도 9는 연마 장치의 또 다른 실시 형태를 도시하는 모식도이다.
도 10은 복수의 참조 화상이 저장된 데이터베이스를 갖는 연마 장치의 일 실시 형태를 도시하는 모식도이다.
도 11은 화상 상의 무아레 무늬를, 복수의 참조 화상 상의 참조 무아레 무늬와 비교하는 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 12a는 웨이퍼의 단면 구조의 일례를 도시하는 모식도이다.
도 12b는 웨이퍼의 단면 구조의 일례를 도시하는 모식도이다.
도 13은 도 12a에 도시하는 웨이퍼를 연마하고 있을 때의 화상 상의 무아레 무늬의 선명도를 나타내는 지표 수치의 변화를 나타내는 도면이다.
도 14는 지표 수치의 변화율을 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
이하에 설명하는 실시 형태에서는, 연마 대상인 워크피스는, 패턴이 미리 형성된 웨이퍼이지만, 본 발명은 이하의 실시 형태에 한정되지는 않고, 워크피스는, 패턴이 미리 형성된 패널, 각기판, 유리 기판 등이어도 된다.
도 1은 워크피스의 일례인 웨이퍼를 연마하는 연마 장치의 일 실시 형태를 도시하는 모식도이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 연마 장치는, 연마 패드(2)를 지지하는 연마 테이블(3)과, 워크피스의 일례인 웨이퍼 W를 연마 패드(2)에 압박 접촉시키는 연마 헤드(1)와, 연마 테이블(3)을 연마 패드(2)와 함께 회전시키는 테이블 모터(6)와, 연마 패드(2) 상에 슬러리를 공급하기 위한 슬러리 공급 노즐(5)을 구비하고 있다.
연마 헤드(1)는 헤드 샤프트(10)에 연결되어 있고, 헤드 샤프트(10)와 함께 연마 헤드(1)는 회전 가능하다. 헤드 샤프트(10)는 벨트 등의 연결 수단(17)을 통해 연마 헤드 모터(18)에 연결되어 회전되도록 되어 있다. 이 헤드 샤프트(10)의 회전에 의해, 연마 헤드(1)가 화살표로 나타내는 방향으로 회전한다. 연마 테이블(3)의 테이블 샤프트(3a)는 테이블 모터(6)에 연결되어 있고, 테이블 모터(6)는 연마 테이블(3) 및 연마 패드(2)를 화살표로 나타내는 방향으로 회전시키도록 구성되어 있다.
웨이퍼 W는 다음과 같이 하여 연마된다. 연마 테이블(3) 및 연마 헤드(1)를 도 1이 화살표로 나타내는 방향으로 회전시키면서, 슬러리 공급 노즐(5)로부터 슬러리가 연마 테이블(3) 상의 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 공급된다. 연마 패드(2)는 연마 테이블(3)과 함께 회전된다. 회전하는 연마 패드(2) 상에 슬러리가 존재한 상태에서, 웨이퍼 W는 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 연마 헤드(1)에 의해 압박 접촉된다. 웨이퍼 W의 표면은, 슬러리의 화학적 작용과, 슬러리에 포함되는 지립 및 연마 패드(2)의 기계적 작용에 의해 연마된다.
연마 장치는, 연마 테이블(3) 내에 배치된 촬상 장치(20)와, 연마 헤드(1)와 촬상 장치(20) 사이에 배치된 패턴 확대 장치로서의 격자(24)를 구비하고 있다. 촬상 장치(20)는, 웨이퍼 W의 피연마면(패턴면)을 향하여 배치되어 있고, 웨이퍼 W에 형성되어 있는 패턴을 적어도 포함하는 화상을 생성하도록 구성되어 있다. 연마 장치는, 촬상 장치(20)에 의해 생성된 화상에 기초하여 웨이퍼 W의 패턴의 기하학적 요소를 결정하는 화상 해석 시스템(30)과, 화상 해석 시스템(30)에 의해 결정된 웨이퍼 W의 패턴의 기하학적 요소에 기초하여, 웨이퍼 W의 연마 조건을 결정하는 동작 제어부(40)를 더 구비하고 있다.
촬상 장치(20)는, CCD센서 또는 CMOS센서 등의 이미지 센서를 구비한 카메라이다. 촬상 장치(20)는, 상방을 향하여, 즉 연마 패드(2) 상의 웨이퍼 W의 피연마면(패턴면)을 향하여 배치되어 있다. 촬상 장치(20)는, 웨이퍼 W의 피연마면(패턴면)을 조명하기 위한 조명기를 구비해도 된다.
화상 해석 시스템(30)은, 후술하는 바와 같이, 화상에 나타나는 무아레 무늬에 기초하여 웨이퍼 W의 패턴의 기하학적 요소를 결정하기 위한 프로그램이 저장된 기억 장치(30a)와, 프로그램에 포함되는 명령에 따라 연산을 실행하는 처리 장치(30b)를 구비하고 있다. 기억 장치(30a)는, RAM 등의 주 기억 장치와, 하드 디스크 드라이브(HDD), 솔리드 스테이트 드라이브(SSD) 등의 보조 기억 장치를 구비하고 있다. 처리 장치(30b)의 예로서는, CPU(중앙 처리 장치), GPU(그래픽 프로세싱 유닛)를 들 수 있다. 단, 화상 해석 시스템(30)의 구체적 구성은 이들 예에 한정되지는 않는다.
화상 해석 시스템(30)은, 적어도 1대의 컴퓨터로 구성되어 있다. 상기 적어도 1대의 컴퓨터는, 1대의 서버 또는 복수대의 서버여도 된다. 화상 해석 시스템(30)은, 촬상 장치(20)에 통신선으로 접속된 에지 서버여도 되고, 인터넷 또는 로컬 에어리어 네트워크 등의 통신 네트워크에 의해 촬상 장치(20)에 접속된 클라우드 서버여도 되고, 혹은 촬상 장치(20)에 접속된 네트워크 내에 설치된 포그 컴퓨팅 디바이스(게이트웨이, 포그 서버, 라우터 등)이어도 된다.
격자(24)에는, 미리 정해진 형상 및 치수를 갖는 참조 패턴이 형성되어 있다. 일 실시 형태에서는, 격자(24)는, 투명판과, 이 투명판 상에 형성된 패턴층을 갖는다. 투명판은, 유리 또는 투명한 수지 등의 광을 투과시키는 재료로 구성되어 있는 데 반하여, 패턴층은, 광을 차단하는 재료로 구성되어 있다. 참조 패턴은 패턴층에 형성되어 있다.
격자(24)는, 연마 테이블(3) 내에 배치되어 있다. 보다 구체적으로는, 격자(24)는, 촬상 장치(20)의 바로 위에 배치되어 있고, 촬상 장치(20)는 격자(24)를 향하여 배치되어 있다. 격자(24)는, 연마 패드(2)의 연마면(2a)과 평행(즉, 연마 패드(2) 상의 웨이퍼 W의 피연마면과 평행)하다. 연마 패드(2)에는 통과 구멍(2b)이 형성되어 있다. 이 통과 구멍(2b)은, 격자(24) 및 촬상 장치(20)와 일직선 상으로 나열되어 있다. 따라서, 촬상 장치(20)는, 웨이퍼 W의 연마 중에, 통과 구멍(2b) 및 격자(24)를 통하여 연마 패드(2) 상의 웨이퍼 W의 패턴의 화상을 생성할 수 있다. 격자(24)의 일부는, 연마 패드(2)의 통과 구멍(2b) 내에 위치해도 된다.
일 실시 형태에서는, 촬상 장치(20)는 웨이퍼 W의 연마 전에, 통과 구멍(2b) 및 격자(24)를 통하여 연마 패드(2) 상의 웨이퍼 W의 패턴의 화상을 생성해도 된다. 구체적으로는, 연마 테이블(2) 및 연마 헤드(1)가 회전하고 있지 않은 상태에서, 연마 헤드(1)에 의해 웨이퍼 W의 피연마면(패턴면)을 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 대하여 압박 접촉시켜, 통과 구멍(2b)을 웨이퍼 W로 덮는다. 촬상 장치(20)는, 통과 구멍(2b) 및 격자(24)를 통하여 연마 패드(2) 상의 웨이퍼 W의 패턴의 화상을 생성한다.
도 2는 격자(24)의 참조 패턴의 일례를 도시하는 도면이다. 도 2에 도시하는 참조 패턴 P2는, 동심원상의 패턴이다. 동심원의 원 간격은 일정하고, 그 원 간격은 미리 정해져 있다. 도 3은 격자(24)의 참조 패턴의 다른 예를 도시하는 도면이다. 도 3에 도시하는 예에서는, 참조 패턴 P2는, 방사상으로 연장되는 패턴이다. 각 라인 간의 각도는 일정하고, 그 각도는 미리 정해져 있다.
웨이퍼 W의 연마 중, 연마 헤드(1)와 웨이퍼 W는 일체로 회전하고, 연마 패드(2)와 연마 테이블(3)은 일체로 회전한다. 격자(24) 및 촬상 장치(20)도, 연마 테이블(3)과 일체로 회전한다. 촬상 장치(20)는, 연마 헤드(1) 및 웨이퍼 W가 격자(24)의 상방에 있을 때, 화상을 생성한다. 보다 구체적으로는, 촬상 장치(20)는, 웨이퍼 W의 패턴과, 격자(24)의 참조 패턴 P2가 겹쳤을 때, 웨이퍼 W의 패턴과, 격자(24)의 참조 패턴 P2 양쪽을 포함하는 화상을 촬상한다. 화상에는, 서로 겹친 웨이퍼 W의 패턴 및 참조 패턴 P2가 나타난다.
도 4 및 도 5는 촬상 장치(20)에 의해 생성된 화상 상의 웨이퍼 W의 패턴 P1 및 격자(24)의 참조 패턴 P2를 도시하는 모식도이다. 도 4에 도시하는 예에서는, 참조 패턴 P2는 도 2에 도시하는 동심원상 패턴이고, 도 5에 도시하는 예에서는, 참조 패턴 P2는 도 3에 도시하는 방사상의 패턴이다. 도 4 및 도 5 양쪽의 예에 있어서, 웨이퍼 W의 패턴 P1은, 직선 라인이 등간격으로 배열된 라인 앤 스페이스 패턴이다.
도 4 및 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 화상에는, 웨이퍼 W의 패턴 P1과 격자(24)의 참조 패턴 P2의 겹침에 기인하여 무아레 무늬가 나타난다. 무아레 무늬는, 규칙적인 패턴을 겹쳤을 때 나타나는 무늬이고, 간섭 줄무늬라고도 불린다.
무아레 무늬의 선폭이나 피치 등의 기하학적 요소는, 웨이퍼 W의 패턴 P1과 격자(24)의 참조 패턴 P2의 기하학적 요소에 의존하여 결정된다. 바꿔 말하면, 웨이퍼 W의 패턴 P1의 미지의 기하학적 요소는, 화상 상에 나타난 무아레 무늬의 기하학적 요소와, 격자(24)의 참조 패턴 P2의 기하학적 요소로부터 일의적으로 산정할 수 있다. 화상 해석 시스템(30)은, 화상 상에 나타난 무아레 무늬의 기하학적 요소와, 격자(24)의 참조 패턴 P2의 기하학적 요소로부터, 웨이퍼 W의 패턴 P1의 미지의 기하학적 요소를 산정하도록 구성되어 있다.
웨이퍼 W의 패턴 P1의 기하학적 요소 중 하나인 피치, 즉 패턴 P1을 구성하는 직선 라인 간의 거리는, 무아레 무늬의 선폭으로부터 다음과 같이 하여 산정할 수 있다. 도 6은 무아레 무늬의 선폭과, 웨이퍼 W의 패턴 P1의 피치의 관계를 설명하기 위한 일례를 도시하는 도면이다. 도 6에 도시하는 무아레 무늬는, 라인 앤 스페이스 패턴으로 이루어지는 웨이퍼 W의 패턴 P1과, 동심원상의 참조 패턴 P2의 겹침에 의해 발생한 무늬이다. 웨이퍼 W의 패턴 P1과 참조 패턴 P2가 교차하는 점을 잇는 선(도 6의 굵은 선으로 나타냄)의 길이는, 무아레 무늬의 선폭을 나타내고 있다.
도 6에 있어서, 참조 패턴 P2의 동심원의 간격을 A, 구하려고 하는 무아레 무늬의 내측의 원을 m번째의 원, 라인 앤 스페이스 패턴으로 이루어지는 웨이퍼 W의 패턴 P1의 피치를 d, 구하려고 하는 무아레 무늬의 위치를 동심원의 중심 O로부터의 n개째의 직선으로 하면, 무아레 무늬의 선폭을 구하기 위한 식은, 다음과 같이 주어진다.
[수 1]
Figure pct00001
상기 식 (1)에 있어서, 무아레 무늬의 선폭 Y-y와, 무아레 무늬의 위치를 나타내는 직선의 개수 n은, 촬상 장치(20)에 의해 생성된 화상으로부터 측정할 수 있다. 즉, 화상 해석 시스템(30)은, 촬상 장치(20)로부터 화상을 취득하고, 화상 상의 무아레 무늬의 선폭 Y-y와 무아레 무늬의 위치를 나타내는 직선의 개수 n을 측정한다. 상기 식 (1)에서의 A는 미리 정해진 수치이고, m의 수치는, 구하려고 하는 무아레 무늬의 선폭의 위치에 기초하여, 일의적으로 구해진다. 따라서, 화상 해석 시스템(30)은, 무아레 무늬의 선폭 Y-y 및 개수 n의 수치, 및 m, A의 구체적 수치를 상기 식 (1)에 대입하고, 또한 상기 식 (1)을 d에 대하여 풂으로써, 웨이퍼 W의 패턴의 피치 d를 산정할 수 있다.
도 7은 무아레 무늬의 선폭과, 웨이퍼 W의 패턴 P1의 피치의 관계를 설명하기 위한 다른 예를 도시하는 도면이다. 도 7에 도시하는 무아레 무늬는, 라인 앤 스페이스 패턴으로 이루어지는 웨이퍼 W의 패턴 P1과, 방사상의 참조 패턴 P2의 겹침에 의해 발생한 무늬이다. 웨이퍼 W의 패턴 P1과 참조 패턴 P2가 교차하는 점을 잇는 선(도 7의 굵은 선으로 나타냄)의 길이는, 무아레 무늬의 선폭을 나타내고 있다.
도 7에 있어서, 참조 패턴 P2의 방사상 선 간의 각도를 θ, 라인 앤 스페이스 패턴으로 이루어지는 웨이퍼 W의 패턴 P1의 피치를 d, 구하려고 하는 무아레 무늬까지의 참조 패턴 P2의 중심 O로부터의 거리를 D, 무아레 무늬의 선폭의 번호를 N으로 하면, 무아레 무늬의 선폭을 구하기 위한 식은, 다음과 같이 주어진다.
[수 2]
Figure pct00002
상기 식 (2)에 있어서, 무아레 무늬의 선폭 YN 및 거리 D는, 촬상 장치(20)에 의해 생성된 화상으로부터 측정할 수 있다. 즉, 화상 해석 시스템(30)은, 촬상 장치(20)로부터 화상을 취득하고, 화상 상의 무아레 무늬의 선폭 YN 및 거리 D를 측정한다. 상기 식 (2)에서의 θ는 미리 정해진 수치이고, N은, 구하려고 하는 무아레 무늬의 선폭의 위치에 기초하여, 일의적으로 구해진다. 따라서, 화상 해석 시스템(30)은, 무아레 무늬의 선폭 YN의 측정값 및 거리 D, 및 θ, N의 구체적 수치를 상기 식 (2)에 대입하고, 또한 상기 식 (2)을 d에 대하여 풂으로써, 웨이퍼 W의 패턴 P1의 피치 d를 산정할 수 있다.
무아레 무늬는, 웨이퍼 W의 패턴에 의존하여 달라지고, 또한 웨이퍼 W의 패턴보다도 큰 무늬이다. 따라서, 격자(24)는, 웨이퍼 W의 패턴을 시각적으로 확대하여, 무아레 무늬로 변환하는 패턴 확대 장치로서 기능한다. 본 실시 형태에 따르면, 현미경 등의 정밀 기계를 사용하지 않고, 심플한 구조를 갖는 격자(24)를 연마 테이블(3)에 설치함으로써, 화상 해석 시스템(30)은, 웨이퍼 W의 패턴의 기하학적 요소를 웨이퍼 W의 연마 중에 취득할 수 있다. 동작 제어부(40)는, 웨이퍼 W의 패턴의 기하학적 요소에 기초하여, 웨이퍼 W의 연마 조건을 최적화할 수 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 화상 해석 시스템(30)은, 동작 제어부(40)에 접속되어 있다. 화상 해석 시스템(30)에 의해 산정(결정)된 웨이퍼 W의 패턴의 기하학적 요소는, 동작 제어부(40)에 보내진다. 동작 제어부(40)는, 화상 해석 시스템(30)으로부터 보내진 웨이퍼 W의 패턴의 기하학적 요소에 기초하여, 웨이퍼 W의 연마 조건을 최적화한다. 예를 들어, 동작 제어부(40)는, 웨이퍼 W의 패턴의 기하학적 요소에 기초하여, 연마 헤드(1)가 웨이퍼 W에 가하는 연마 하중을 최적화한다.
웨이퍼 W의 연마 중에는, 웨이퍼 W는 그 축심을 중심으로 회전한다. 도 2 및 도 3에 도시하는 동심원상 또는 방사상의 참조 패턴에 따르면, 웨이퍼 W의 회전 각도에 관계없이, 화상 상에 동일한 무아레 무늬가 나타난다. 따라서, 화상 해석 시스템(30)은, 무아레 무늬에 기초하여 웨이퍼 W의 패턴의 정확한 기하학적 요소를 결정할 수 있다. 일 실시 형태에서는, 웨이퍼 W의 연마 전에 연마 헤드(1) 및 연마 테이블(3)의 회전을 멈춘 상태에서, 촬상 장치(20)는 화상을 생성해도 된다. 이 경우에는, 참조 패턴은, 라인 앤 스페이스 패턴, 혹은 동심 타원상의 패턴이어도 된다.
도 6에 도시하는 동심원으로 이루어지는 참조 패턴의 경우, 상기 식 (1)로부터 알 수 있는 바와 같이, 웨이퍼 W의 패턴의 피치 d를 산정하기 위해서는, 무아레 무늬의 위치를 나타내는 웨이퍼 W의 패턴의 직선의 개수 n을 화상으로부터 구할 필요가 있다. 따라서, 동심원으로 이루어지는 참조 패턴은, 웨이퍼 W의 패턴의 피치가 어느 정도 큰 경우에 적합하다. 이에 반해, 도 7에 도시하는 방사상 패턴으로 이루어지는 참조 패턴의 경우에는, 상기 식 (2)에 웨이퍼 W의 패턴의 직선의 개수 n이 포함되지 않는다. 따라서, 방사상 패턴으로 이루어지는 참조 패턴은, 웨이퍼 W의 패턴의 피치가 미세한 경우에 적합하다.
도 8은 연마 장치의 다른 실시 형태를 도시하는 모식도이다. 특별히 설명하지 않는 본 실시 형태의 구성 및 동작은, 도 1에 도시하는 실시 형태와 동일하므로, 그 중복되는 설명을 생략한다. 연마 장치는, 광원(50)과, 제1 프리즘(51)과, 제2 프리즘(52)을 더 구비하고 있다. 광원(50), 제1 프리즘(51), 제2 프리즘(52), 격자(24), 및 촬상 장치(20)는, 연마 테이블(3) 내에 배치되어 있고, 연마 테이블(3)과 일체로 회전한다. 광원(50), 제1 프리즘(51), 제2 프리즘(52), 격자(24), 및 촬상 장치(20)의 상대 위치는 고정이다.
제1 프리즘(51) 및 제2 프리즘(52)은, 격자(24)에 관하여 대칭적으로 배치되고, 격자(24) 아래에 위치하고 있다. 광원(50)은 제1 프리즘(51)을 향하여 배치되고, 촬상 장치(20)는 제2 프리즘(52)을 향하여 배치되어 있다. 광원(50)에는, 백색 광원이 사용되고 있다. 보다 구체적으로는, 백색광을 발하는 발광 다이오드가 광원(50)으로서 사용된다. 광원(50)과 제1 프리즘(51) 사이에, 수렴 렌즈를 배치해도 된다. 마찬가지로, 촬상 장치(20)와 제2 프리즘(52) 사이에, 수렴 렌즈를 배치해도 된다.
광원(50)으로부터 발해진 백색광은, 제1 프리즘(51)을 통과할 때, 굴절률의 차이로 인해, 격자(24)를 통과하여 웨이퍼 W의 표면을 향하는 제1 광(예를 들어 적색의 광)과, 격자(24)에서 반사되는 제2 광(예를 들어, 청색의 광)으로 분해된다. 제1 광은, 격자(24)를 통과한 후, 웨이퍼 W의 표면(패턴면)에서 반사되고, 격자(24)를 다시 투과한 후, 제2 프리즘(52)을 통과하고, 그리고 촬상 장치(20)에 입사된다. 제2 광은, 격자(24)에서 반사되고, 제2 프리즘(52)을 통과한 후, 촬상 장치(20)에 입사된다. 제2 프리즘(52)을 통과한 제1 광 및 제2 광은, 서로 중첩되어, 촬상 장치(20)에 입사된다. 촬상 장치(20)는 제1 광 및 제2 광으로부터 화상을 생성한다. 이 화상 상에는 무아레 무늬가 나타난다. 화상 해석 시스템(30)은, 먼저 설명한 실시 형태와 마찬가지로, 화상 상의 무아레 무늬를 해석함으로써, 웨이퍼 W의 패턴의 피치를 산정할 수 있다.
도 9는 연마 장치의 또 다른 실시 형태를 도시하는 모식도이다. 특별히 설명하지 않는 본 실시 형태의 구성 및 동작은, 도 1에 도시하는 실시 형태와 동일하므로, 그 중복되는 설명을 생략한다. 연마 장치는, 광원(54) 및 빔 스플리터(55)를 더 구비하고 있다. 광원(54) 및 빔 스플리터(55)는 연마 테이블(3) 내에 배치되어 있고, 연마 테이블(3)과 일체로 회전한다. 빔 스플리터(55)에는 하프 미러를 사용할 수 있다. 광원(54), 빔 스플리터(55), 격자(24), 및 촬상 장치(20)의 상대 위치는 고정이다.
격자(24)는, 통과 구멍(2b)과 촬상 장치(20)와 일직선 상에 배치되어 있지 않고, 격자(24)와 광원(54)은, 통과 구멍(2b)과 촬상 장치(20)를 잇는 직선에 관하여 대칭적으로 배치되어 있다. 빔 스플리터(55)는, 통과 구멍(2b)과 촬상 장치(20) 사이에 배치되고, 또한 통과 구멍(2b)과 촬상 장치(20)를 잇는 직선에 대하여 비스듬히 배치되어 있다. 광원(54)과 격자(24)는, 빔 스플리터(55)에 관하여 대칭적으로 배치되어 있다. 광원(54)은, 빔 스플리터(55)의 일면을 향하고 있고, 광원(54)의 광축 상에 격자(24)가 배치되어 있다. 격자(24)는, 반사체(24a)와 패턴층(24b)을 갖고 있다. 패턴층(24b)은 반사체(24a)의 전방면에 고정되어 있고, 참조 패턴은 패턴층(24b)에 형성되어 있다.
광원(54)으로부터 발해진 광은, 빔 스플리터(55)에서 반사되는 제1 광과, 빔 스플리터(55)를 통과하는 제2 광으로 분해된다. 제1 광은, 통과 구멍(2b)을 통과하여 웨이퍼 W의 표면(패턴면)에 입사된다. 제1 광은 웨이퍼 W의 표면에서 반사되고, 빔 스플리터(55)를 통과하여 촬상 장치(20)에 입사된다. 제2 광은, 빔 스플리터(55)를 통과하여, 격자(24)에 입사된다. 제2 광은, 격자(24)에서 반사되고, 또한 빔 스플리터(55)에서 반사된 후, 촬상 장치(20)에 입사된다.
웨이퍼 W에서 반사된 제1 광 및 격자(24)에서 반사된 제2 광은, 서로 중첩되어, 촬상 장치(20)에 입사된다. 촬상 장치(20)는 제1 광 및 제2 광으로부터 화상을 생성한다. 이 화상 상에는 무아레 무늬가 나타난다. 화상 해석 시스템(30)은, 먼저 설명한 실시 형태와 마찬가지로, 화상 상의 무아레 무늬를 해석함으로써, 웨이퍼 W의 패턴의 피치를 산정할 수 있다.
상술한 각 실시 형태에서는, 화상 상의 무아레 무늬의 기하학적 요소(선폭 등)에 기초하여, 웨이퍼 W의 패턴의 기하학적 요소를 산정하지만, 일 실시 형태에서는, 화상 해석 시스템(30)은, 촬상 장치(20)로부터 화상을 취득하고, 화상 상의 무아레 무늬를, 데이터베이스에 저장되어 있는 복수의 참조 화상 상의 참조 무아레 무늬와 비교하여, 화상 상의 무아레 무늬에 가장 일치하는 참조 무아레 무늬를 갖는 참조 화상을 결정하고, 결정된 참조 화상에 관련지어진 패턴의 기하학적 요소를 결정하도록 구성되어도 된다. 이하, 이 실시 형태에 대하여 설명한다.
도 10은 복수의 참조 화상이 저장된 데이터베이스를 갖는 연마 장치의 일 실시 형태를 도시하는 모식도이다. 특별히 설명하지 않는 본 실시 형태의 구성 및 동작은, 도 1에 도시하는 실시 형태와 동일하므로, 그 중복되는 설명을 생략한다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 화상 해석 시스템(30)은, 그 기억 장치(30a)에 저장된 데이터베이스(60)를 구비하고 있다. 데이터베이스(60)에는, 상이한 패턴을 갖는 복수의 참조 웨이퍼(참조 워크피스)를, 도 10에 도시하는 연마 장치를 사용하여 연마하고 있을 때 생성된 복수의 참조 화상이 저장되어 있다. 각 참조 화상에는, 각 참조 웨이퍼의 패턴과, 격자(24)의 참조 패턴의 각각의 기하학적 요소에 의존한 무아레 무늬가 나타나 있다.
참조 화상의 생성에 사용된 복수의 참조 웨이퍼의 패턴의 피치 등의 기하학적 요소는, 전자 현미경 또는 광학 현미경 등의 확대 장치(도시하지 않음)에 의해 미리 측정되어 있다. 이들 참조 웨이퍼의 패턴의 기하학적 요소는, 데이터베이스(60)에 입력되어, 대응하는 참조 화상에 관련지어진(결부지어진) 상태로, 데이터베이스(60) 내에 저장되어 있다.
도 11은 웨이퍼 W의 연마 중에 생성된 화상 상의 무아레 무늬를, 복수의 참조 화상 상의 참조 무아레 무늬와 비교하는 공정을 설명하기 위한 도면이다. 복수의 참조 화상 간에 격자(24)의 참조 패턴 P2는 동일하지만, 참조 웨이퍼의 패턴 P3은 상이하다. 결과적으로, 복수의 참조 화상 상에 나타나는 참조 무아레 무늬도 상이하다.
도 11에 도시한 바와 같이, 화상 해석 시스템(30)은, 패턴 P1을 갖는 웨이퍼 W의 연마 중에 생성된 화상에 나타나 있는 무아레 무늬를, 복수의 참조 화상 상의 참조 무아레 무늬와 1개씩 비교하여, 웨이퍼 W의 연마 중에 생성된 화상 상의 무아레 무늬에 가장 일치하는 참조 무아레 무늬를 갖는 참조 화상을 결정하고, 결정된 참조 화상에 관련지어진 패턴의 기하학적 요소를 결정한다. 화상 상의 무아레 무늬와 참조 무아레 무늬의 비교는, 패턴 매칭 등의 공지된 화상 처리 알고리즘을 사용하여 실행된다.
일 실시 형태에서는, 웨이퍼 W의 연마 전에 연마 헤드(1) 및 연마 테이블(3)의 회전을 멈춘 상태에서, 촬상 장치(20)는 화상을 생성해도 된다. 이 경우에는, 참조 패턴은, 라인 앤 스페이스 패턴, 혹은 동심 타원상의 패턴이어도 된다. 도 10 및 도 11을 참조하여 설명한 실시 형태는, 상술한 도 8에 도시하는 실시 형태 및 도 9에 도시하는 실시 형태에 적용할 수 있다.
상술한 각 실시 형태에서는, 패턴 확대 장치로서 격자(24)가 채용되고 있지만, 다른 실시 형태에서는, 패턴 확대 장치로서, 복수의 렌즈의 조합을 가진 확대경을 채용해도 된다.
다음으로, 촬상 장치에 의해 생성된 화상에 기초하여, 워크피스의 일례인 웨이퍼의 연마 종점을 결정하는 실시 형태에 대하여 설명한다. 특별히 설명하지 않는 본 실시 형태의 구성은, 도 1 내지 도 11을 참조하여 설명한 각 실시 형태와 동일하므로, 그 중복되는 설명을 생략한다.
화상 해석 시스템(30)은, 촬상 장치(20)에 의해 생성된 화상에 기초하여 웨이퍼 W의 연마 종점을 결정하도록 구성되어 있다. 보다 구체적으로는, 화상 해석 시스템(30)은, 후술하는 바와 같이, 촬상 장치(20)에 의해 생성된 화상에 기초하여 웨이퍼 W의 연마 종점을 결정하기 위한 프로그램이 저장된 기억 장치(30a)와, 프로그램에 포함되는 명령에 따라 연산을 실행하는 처리 장치(30b)를 구비하고 있다. 동작 제어부(40)는, 웨이퍼 W의 연마 종점을 나타내는 신호를 화상 해석 시스템(30)으로부터 받아 웨이퍼 W의 연마를 종료시키도록 구성되어 있다.
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같은 무아레 무늬는, 웨이퍼 W의 패턴 P1이 웨이퍼 W의 표면 상에 나타났을 때 발생한다. 바꿔 말하면, 웨이퍼 W의 패턴 P1이 막에 의해 덮여 있을 때는, 화상에 무아레 무늬는 나타나지 않는다.
도 12a 및 도 12b는 웨이퍼 W의 단면 구조의 일례를 도시하는 모식도이다. 도 12a에 도시하는 바와 같이, 다마신법 등의 배선 형성 공정에서는, 배선 홈으로 형성된 패턴 P1 위에 막(70)(예를 들어 구리 등의 금속막)이 형성된다. 그리고, 도 1에 도시하는 연마 장치에서 막(70)이 연마되면, 도 12b에 도시하는 바와 같이, 패턴 P1이 웨이퍼 W의 표면 상에 나타난다. 웨이퍼 W의 연마 종점은, 막(70)의 잉여 부분이 연마에 의해 제거되어, 패턴 P1이 명확하게 나타난 시점이다.
도 12a로부터 알 수 있는 바와 같이, 패턴 P1이 막(70)으로 덮여 있을 때는, 촬상 장치(20)에 의해 생성된 화상 상에서는 웨이퍼 W의 패턴 P1과 격자(24)의 참조 패턴 P2는 겹치지 않는다. 따라서, 무아레 무늬는 화상 상에 나타나지 않는다. 이에 반해, 도 12b에 도시하는 바와 같이, 막(70)의 잉여 부분이 제거되면, 웨이퍼 W의 패턴 P1은 화상 상에 나타난다. 그 결과, 웨이퍼 W의 패턴 P1과 격자(24)의 참조 패턴 P2가 겹쳐, 무아레 무늬가 화상 상에 나타난다.
화상 해석 시스템(30)은, 웨이퍼 W의 패턴 P1과 격자(24)의 참조 패턴 P2의 겹침에 기인하여 화상에 나타나는 무아레 무늬에 기초하여 웨이퍼 W의 연마 종점을 결정하도록 구성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 화상 해석 시스템(30)은, 화상 상의 무아레 무늬의 선명도에 기초하여 웨이퍼 W의 연마 종점을 결정한다. 보다 구체적으로는, 화상 해석 시스템(30)은, 무아레 무늬의 선명도가 변화하지 않게 된 시점인 연마 종점을 결정한다.
무아레 무늬의 선명도는, 지표 수치로 나타낼 수 있다. 일 실시 형태에서는, 무아레 무늬의 선명도는, 변조 전달 함수로 표현되는 지표 수치이다. 변조 전달 함수로 표현되는 지표 수치는, MTF값이라고도 불린다. 무아레 무늬가 명료하게 나타남에 따라, MTF값은 상승한다. 웨이퍼 W의 연마 중, 촬상 장치(20)는, 웨이퍼 W의 표면(피연마면)과 격자(24)의 참조 패턴 P2의 화상을 연속적으로 생성하고, 화상 해석 시스템(30)은, 화상을 촬상 장치(20)로부터 취득하고, 화상 상의 무아레 무늬의 선명도를 나타내는 지표 수치를 산정하도록 구성된다.
도 13은 도 12a에 도시하는 웨이퍼 W를 연마하고 있을 때의 화상 상의 무아레 무늬의 선명도를 나타내는 지표 수치의 변화를 나타내는 도면이다. 도 13에 있어서, 종축은 지표 수치(예를 들어 MTF값)를 나타내고, 횡축은 연마 시간을 나타내고 있다. 도 13에 도시하는 바와 같이, 연마 초기 단계에서는, 웨이퍼 W의 패턴 P1은 막(70)으로 덮여 있기 때문에(도 12a 참조), 무아레 무늬는 화상에는 나타나지 않는다(시간 t1). 웨이퍼 W의 연마가 진행함에 따라, 막(70)이 서서히 제거되어, 웨이퍼 W의 패턴 P1이 나타나기 시작한다(시간 t2). 이때, 무아레 무늬도, 불명료하지만, 화상 상에 서서히 나타나기 시작한다.
그리고, 막(70)의 잉여 부분이 완전히 제거되면(도 12b 참조), 웨이퍼 W의 패턴 P1이 명료하게 나타난다. (시간 t3). 결과적으로, 웨이퍼 W의 패턴 P1과 격자(24)의 참조 패턴 P2의 겹침에 기인하여 무아레 무늬가 화상에 명료하게 나타난다. 이 시간 t3은, 웨이퍼 W의 연마 종점이다. 그 후에는, 화상 상의 무아레 무늬의 선명도는 거의 변하지 않으므로, 지표 수치도 거의 일정하다.
이와 같이, 웨이퍼 W의 연마 중, 지표 수치는 특징적으로 변화하므로, 화상 해석 시스템(30)은, 지표 수치의 변화에 기초하여 웨이퍼 W의 연마 종점을 결정할 수 있다. 보다 구체적으로는, 화상 해석 시스템(30)은, 지표 수치가 상승하고, 그 후 지표 수치가 실질적으로 일정해진 시점인 연마 종점을 결정한다. 본 실시 형태에서는, 이하에 설명하는 바와 같이, 지표 수치의 변화율에 기초하여 연마 종점을 결정한다.
도 14는 지표 수치의 변화율을 나타내는 그래프이다. 도 14에 있어서, 종축은 지표 수치의 변화율(절댓값)을 나타내고, 횡축은 연마 시간을 나타낸다. 지표 수치의 변화율은, 단위 시간당의 지표 수치의 변화량이고, 도 13에 나타내는 지표 수치의 그래프의 기울기를 나타내고 있다. 단위 시간은, 예를 들어, 연마 테이블(3)이 N 회전하는 데 필요한 시간이다(N은 자연수이고, 예를 들어 N=1). 도 14에 도시하는 바와 같이, 지표 수치의 변화율은, 일단 상승하여 극댓값이 되고, 그 후 저하되어, 곧 실질적으로 일정해진다. 화상 해석 시스템(30)은, 웨이퍼 W의 연마 중에 지표 수치의 변화율을 산정하여, 변화율이 제1 역치보다도 커진 시점을 검출하고, 그 후 변화율이 제2 역치보다도 작아진 시점인 연마 종점을 결정하도록 구성되어 있다. 제1 역치는, 제2 역치와 동일해도 되고, 또는 상이해도 된다.
일 실시 형태에서는, 화상 해석 시스템(30)은, 지표 수치의 변화율(절댓값)의 이동 평균값을 산정하여, 이동 평균값이 제1 역치보다도 커진 시점을 검출하고, 그 후 이동 평균값이 제2 역치보다도 작아진 시점인 연마 종점을 결정하도록 구성되어도 된다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 화상 해석 시스템(30)은, 동작 제어부(40)에 접속되어 있다. 화상 해석 시스템(30)에 의해 결정된 웨이퍼 W의 연마 종점을 나타내는 신호는, 동작 제어부(40)에 보내진다. 동작 제어부(40)는, 화상 해석 시스템(30)으로부터 보내진 신호를 수취하면, 웨이퍼 W의 연마를 종료한다.
도 13의 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 화상 상의 무아레 무늬의 선명도를 나타내는 지표 수치는, 막(70)(도 12a 참조)의 두께에 대응한다. 따라서, 촬상 장치(20)는, 연마 테이블(3)이 1회전할 때마다, 웨이퍼 W 상의 복수의 측정점에 있어서, 서로 겹친 웨이퍼 W의 패턴 및 참조 패턴 P2의 복수의 화상을 취득하고, 화상 해석 시스템(30)은, 이들 복수의 화상을 촬상 장치(20)로부터 취득하고, 복수의 화상 상의 무아레 무늬의 선명도를 나타내는 복수의 지표 수치를 산출하고, 복수의 지표 수치로부터 웨이퍼 W의 막 두께 프로파일을 작성해도 된다. 이 막 두께 프로파일은, 웨이퍼 W의 연마 조건의 최적화에 사용할 수 있다. 예를 들어, 동작 제어부(40)는, 웨이퍼 W의 막 두께 프로파일에 기초하여, 연마 헤드(1)가 웨이퍼 W에 가하는 연마 하중을 최적화한다.
일 실시 형태에서는, 격자(24)는, 서로 겹치는 복수의 참조 패턴을 가져도 된다. 서로 겹치는 복수의 참조 패턴을 사용하면, 화상 상의 무아레 무늬는 커지고, 화상 해석 시스템(30)은, 무아레 무늬의 선명도를 나타내는 지표 수치를 산정하기 쉬워지는 경우가 있다.
상술한 도 8에 도시하는 실시 형태 및 도 9에 도시하는 실시 형태는, 도 12a 내지 도 14를 참조하여 설명한 실시 형태에 적용할 수 있다. 이 경우에도, 화상 해석 시스템(30)은, 앞서 설명한 실시 형태와 마찬가지로, 화상 상의 무아레 무늬에 기초하여 웨이퍼 W의 연마 종점을 결정할 수 있다.
상술한 실시 형태는, 본 발명이 속하는 기술분야에서의 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시할 수 있을 것을 목적으로 하여 기재된 것이다. 상기 실시 형태의 다양한 변형예는, 당업자라면 당연히 이룰 수 있는 것이고, 본 발명의 기술적 사상은 다른 실시 형태에도 적용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 기재된 실시 형태에 한정되지는 않고, 특허 청구 범위에 의해 정의되는 기술적 사상에 따른 가장 넓은 범위로 해석되는 것이다.
본 발명은 피치 등의 패턴의 기하학적 요소를 검출하는 연마 장치 및 연마 방법에 이용 가능하다. 또한, 본 발명은 워크피스의 연마 종점을 결정하는 기술에 이용 가능하다.
1: 연마 헤드
2: 연마 패드
2b: 통과 구멍
3: 연마 테이블
3a: 테이블 샤프트
5: 슬러리 공급 노즐
6: 테이블 모터
10: 헤드 샤프트
17: 연결 수단
18: 연마 헤드 모터
20: 촬상 장치
24: 격자
30: 화상 해석 시스템
30a: 기억 장치
30b: 처리 장치
40: 동작 제어부
50: 광원
51: 제1 프리즘
52: 제2 프리즘
54: 광원
55: 빔 스플리터
60: 데이터베이스
70: 막

Claims (24)

  1. 연마 패드를 지지하는 연마 테이블과,
    패턴이 형성된 워크피스를 상기 연마 패드에 대하여 압박 접촉시켜 해당 워크피스의 표면을 연마하는 연마 헤드와,
    상기 연마 테이블 내에 배치되어, 상기 워크피스의 상기 패턴을 적어도 포함하는 화상을 생성하는 촬상 장치와,
    상기 화상에 기초하여 상기 워크피스의 상기 패턴의 기하학적 요소를 결정하는 화상 해석 시스템을 구비하고 있는, 연마 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 워크피스의 상기 패턴을 시각적으로 확대하는 패턴 확대 장치를 더 구비하고 있는, 연마 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 패턴 확대 장치는, 미리 정해진 형상 및 치수를 갖는 참조 패턴이 형성된 격자이고,
    상기 화상 해석 시스템은, 상기 워크피스의 상기 패턴과 상기 참조 패턴의 겹침에 기인하여 상기 화상에 나타나는 무아레 무늬에 기초하여, 상기 워크피스의 상기 패턴의 기하학적 요소를 결정하도록 구성되어 있는, 연마 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 화상 해석 시스템은, 상기 화상 상에 나타나 있는 상기 무아레 무늬의 선폭을 측정하고, 상기 무아레 무늬의 선폭과 상기 참조 패턴의 기하학적 요소로부터, 상기 워크피스의 상기 패턴의 피치를 산정하도록 구성되어 있는, 연마 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 화상 해석 시스템은,
    상기 촬상 장치로부터 화상을 취득하고,
    상기 화상 상의 무아레 무늬를 복수의 참조 화상 상의 참조 무아레 무늬와 비교하여,
    상기 화상 상의 무아레 무늬에 가장 일치하는 참조 무아레 무늬를 갖는 참조 화상을 결정하고,
    상기 결정된 참조 화상에 관련지어진 패턴의 기하학적 요소를 결정하도록 구성되어 있는, 연마 장치.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연마 장치는,
    상기 연마 테이블 내에 배치된 제1 프리즘 및 제2 프리즘과,
    상기 제1 프리즘을 향하여 배치된 광원을 더 구비하고 있고,
    상기 촬상 장치는 상기 제2 프리즘을 향하여 배치되어 있고,
    상기 제1 프리즘은, 상기 광원으로부터 발해진 광을, 상기 격자를 통과하여 상기 워크피스를 향하는 제1 광과, 상기 격자에서 반사되는 제2 광으로 분해하도록 배치되고,
    상기 제2 프리즘은, 상기 워크피스에서 반사된 상기 제1 광과, 상기 격자에서 반사된 상기 제2 광을 중첩시켜, 중첩된 상기 제1 광 및 상기 제2 광을 상기 촬상 장치에 입사시키도록 배치되어 있는, 연마 장치.
  7. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연마 장치는, 상기 연마 테이블 내에 배치된 빔 스플리터 및 광원을 더 구비하고 있고,
    상기 광원 및 상기 격자는, 상기 빔 스플리터에 관하여 대칭적으로 배치되어 있고,
    상기 촬상 장치는, 상기 빔 스플리터를 향하여 배치되어 있고,
    상기 빔 스플리터는, 상기 광원으로부터 발해진 광을, 상기 빔 스플리터에서 반사되는 제1 광과, 상기 빔 스플리터를 통과하는 제2 광으로 분해하고, 상기 제1 광은 상기 워크피스에 입사되고, 상기 제2 광은 상기 격자에 입사되도록 배치되어 있는, 연마 장치.
  8. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 참조 패턴은, 동심원상 패턴 또는 방사상 패턴인, 연마 장치.
  9. 연마 테이블을 연마 패드와 함께 회전시키고,
    패턴이 형성된 워크피스를 상기 연마 패드에 대하여 압박 접촉시켜 해당 워크피스의 표면을 연마하고,
    상기 연마 테이블 내에 배치된 촬상 장치에 의해, 상기 워크피스의 상기 패턴을 적어도 포함하는 화상을 생성하고,
    상기 화상에 기초하여 상기 워크피스의 상기 패턴의 기하학적 요소를 결정하는, 연마 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 연마 테이블 내에는, 상기 워크피스의 상기 패턴을 시각적으로 확대하는 패턴 확대 장치가 배치되어 있는, 연마 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 패턴 확대 장치는, 미리 정해진 형상 및 치수를 갖는 참조 패턴이 형성된 격자이고,
    상기 화상에 기초하여 상기 워크피스의 상기 패턴의 기하학적 요소를 결정하는 공정은, 상기 워크피스의 상기 패턴과 상기 참조 패턴의 겹침에 기인하여 상기 화상에 나타나는 무아레 무늬에 기초하여, 상기 워크피스의 상기 패턴의 기하학적 요소를 결정하는 공정인, 연마 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 화상에 기초하여 상기 워크피스의 상기 패턴의 기하학적 요소를 결정하는 공정은, 상기 화상 상에 나타나 있는 상기 무아레 무늬의 선폭을 측정하고, 상기 무아레 무늬의 선폭과 상기 참조 패턴의 기하학적 요소로부터, 상기 워크피스의 상기 패턴의 피치를 산정하는 공정인, 연마 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 화상에 기초하여 상기 워크피스의 상기 패턴의 기하학적 요소를 결정하는 공정은,
    상기 촬상 장치로부터 화상을 취득하고,
    상기 화상 상의 무아레 무늬를 복수의 참조 화상 상의 참조 무아레 무늬와 비교하여,
    상기 화상 상의 무아레 무늬에 가장 일치하는 참조 무아레 무늬를 갖는 참조 화상을 결정하고,
    상기 결정된 참조 화상에 관련지어진 패턴의 기하학적 요소를 결정하는 공정인, 연마 방법.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 참조 패턴은, 동심원상 패턴 또는 방사상 패턴인, 연마 방법.
  15. 연마 패드를 지지하는 연마 테이블과,
    패턴이 형성된 워크피스를 상기 연마 패드에 대하여 압박 접촉시켜 해당 워크피스의 표면을 연마하는 연마 헤드와,
    상기 연마 테이블 내에 배치되어, 참조 패턴이 형성된 격자와,
    상기 연마 테이블 내에 배치되어, 상기 워크피스의 상기 패턴 및 상기 참조 패턴을 포함하는 화상을 생성하는 촬상 장치와,
    상기 워크피스의 상기 패턴과 상기 참조 패턴의 겹침에 기인하여 상기 화상에 나타나는 무아레 무늬에 기초하여 상기 워크피스의 연마 종점을 결정하는 화상 해석 시스템을 구비하고 있는, 연마 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 화상 해석 시스템은, 상기 화상 상의 상기 무아레 무늬의 선명도에 기초하여, 상기 워크피스의 연마 종점을 결정하도록 구성되어 있는, 연마 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 화상 해석 시스템은, 상기 무아레 무늬의 선명도가 변화하지 않게 된 시점인 상기 워크피스의 연마 종점을 결정하도록 구성되어 있는, 연마 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 화상 해석 시스템은, 상기 무아레 무늬의 선명도를 나타내는 지표 수치를 산정하고, 상기 지표 수치의 변화율을 산정하여, 상기 변화율이 제1 역치보다도 커진 시점을 검출하고, 그 후 상기 변화율이 제2 역치보다도 작아진 시점인 연마 종점을 결정하도록 구성되어 있는, 연마 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 지표 수치는, 변조 전달 함수로 표시되는 수치인, 연마 장치.
  20. 참조 패턴이 형성된 격자와, 연마 테이블을 연마 패드와 함께 회전시키고,
    패턴이 형성된 워크피스를 상기 연마 패드에 대하여 압박 접촉시켜 해당 워크피스의 표면을 연마하고,
    상기 연마 테이블 내에 배치된 촬상 장치에 의해, 서로 겹치는 상기 워크피스의 상기 패턴과 상기 참조 패턴의 화상을 생성하고,
    상기 화상에 나타나는 무아레 무늬에 기초하여 상기 워크피스의 연마 종점을 결정하는, 연마 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 화상에 나타나는 무아레 무늬에 기초하여 상기 워크피스의 연마 종점을 결정하는 공정은, 상기 화상 상의 상기 무아레 무늬의 선명도에 기초하여, 상기 워크피스의 연마 종점을 결정하는 공정인, 연마 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 화상 상의 상기 무아레 무늬의 선명도에 기초하여, 상기 워크피스의 연마 종점을 결정하는 공정은, 상기 무아레 무늬의 선명도가 변화하지 않게 된 시점인 상기 워크피스의 연마 종점을 결정하는 공정인, 연마 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 무아레 무늬의 선명도가 변화하지 않게 된 시점인 상기 워크피스의 연마 종점을 결정하는 공정은, 상기 무아레 무늬의 선명도를 나타내는 지표 수치를 산정하고, 상기 지표 수치의 변화율을 산정하여, 상기 변화율이 제1 역치보다도 커진 시점을 검출하고, 그 후 상기 변화율이 제2 역치보다도 작아진 시점인 연마 종점을 결정하는 공정인, 연마 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 지표 수치는, 변조 전달 함수로 표시되는 수치인, 연마 방법.
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