TW201640074A - 膜厚測定方法、膜厚測定裝置、研磨方法及研磨裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種不受基板構造及測定條件影響，而可測定正 確膜厚之膜厚測定方法。 膜厚測定方法包含生成顯示來自基板W之反射光強度與 波長的關係之分光波形，對分光波形進行傅里葉變換處理，決定頻率成分之強度及對應的膜厚，並決定頻率成分強度之複數個極大值M1、M2，從分別對應於極大值M1、M2之膜厚t1、t2中，按照選擇基準選擇1個膜厚之工序。選擇基準係選擇第N大之膜厚，或是選擇第N小之膜厚，N係預定之自然數。

Description

膜厚測定方法、膜厚測定裝置、研磨方法及研磨裝置
本發明係關於一種在表面形成膜之基板(例如晶圓)的膜厚測定方法及膜厚測定裝置，特別是關於藉由分析來自基板之反射光中包含的光學資訊來檢測膜厚之膜厚測定方法及膜厚測定裝置。此外，本發明係關於利用此種膜厚測定方法及膜厚測定裝置之研磨方法及研磨裝置。
半導體元件之製程包含：研磨SiO2等絕緣膜之工序；及研磨銅、鎢等金屬膜之工序等各種工序。背面照射型CMOS(互補式金氧半導體)感測器及矽貫穿電極(TSV：Through-Silicon Via)之製造工序除了絕緣膜及金屬膜的研磨工序之外，還包含研磨矽層(矽晶圓)之工序。
晶圓之研磨在構成其表面之膜(絕緣膜、金屬膜、矽層等)的厚度達到指定目標值時結束。因此，在晶圓研磨中要測定膜厚。膜厚測定方法之例有專利文獻1、2所揭示之光學性膜厚測定方法。該方法係在晶圓研磨中從膜厚感測器在晶圓上照射光，取得來自晶圓之反射光強度與頻率的關係之分光波形，對分光波形進行傅里葉變換處理而取得頻率譜，再從所獲得之頻率譜的峰值決定膜厚。
第十二圖係顯示分光波形之一例的圖形。第十二圖中，縱軸表示顯示來自晶圓之反射光強度的相對反射率，橫軸表示反射光之頻率。所謂相對反射率係顯示反射光強度之指標值，且係光之強度與指定的基準 強度之比。在各波長中藉由將光強度(實測強度)除以指定之基準強度，而從實測強度除去裝置之光學系統或光源固有強度之偏差等不需要的雜訊。
基準強度係就各波長預先取得之強度，且就各波長算出相對反射率。具體而言，係藉由將各波長之光強度(實測強度)除以對應的基準強度而求出相對反射率。基準強度例如係藉由直接測定從膜厚感測器所發出之光強度，或從膜厚感測器照射光至反射鏡，藉由測定來自反射鏡之反射光強度而獲得。或是，基準強度亦可作為在水存在下水研磨尚未形成膜之矽晶圓(裸晶圓)時獲得的光強度。實際研磨時係從實測強度減去黑位準(在遮蔽光條件下獲得之背景強度)而求出修正實測強度，進一步從基準強度減去上述黑位準來求出修正基準強度，而後，藉由將修正實測強度除以修正基準強度而求出相對反射率。具體而言，可使用以下公式求出相對反射率R(λ)。
其中，λ係波長，E(λ)係從晶圓反射之波長λ的光強度，B(λ)係波長λ之基準強度，D(λ)係在遮斷光條件下所取得之波長λ的背景強度(黑位準)。
第十三圖係顯示對第十二圖所示之分光波形進行傅里葉變換處理所獲得之頻率譜的圖形。第十三圖中，縱軸表示分光波形中包含之頻率成分的強度，橫軸表示膜厚。頻率成分之強度相當於作為正弦波而表示之頻率成分的振幅。分光波形中包含之頻率成分係使用指定之關係公式變換成膜厚，而生成顯示如第十三圖所示之膜厚與頻率成分強度的關係之 頻率譜。上述指定之關係公式係將頻率成分作為變數之表示膜厚的一次函數，且可從膜厚之實測結果或光學性膜厚測定模擬等求出。
第十三圖所示之圖形中，於厚度t1時，頻率成分之強度最大。換言之，該頻率譜顯示膜之厚度係t1。如此，從頻率譜之峰值來決定膜的厚度。
【先前技術文獻】
【專利文獻】
[專利文獻1]日本特開2013-110390號公報
[專利文獻2]日本特開2014-216457號公報
第十二圖所示之分光波形及第十三圖所示之頻率譜係使用來自第十四圖所示之晶圓構造的反射光而生成。從第十三圖所示之頻率譜所獲得的膜厚t1顯示形成於第十四圖之基底層101上的露出層100之厚度。但是，如第十五圖所示，因為在基底層101之下進一步存在下層102，造成反射光所包含之光學資訊改變。另外例子係如第十六圖所示，因為基底層101上存在階差，造成露出層100之厚度依位置而不同。此等情況下，如第十七圖所示，分光波形變形，結果如第十八圖所示，在頻率譜上出現複數個峰值。通常頻率成分之強度低者，亦即峰值低者多係雜訊。因此，複數個峰值發生時，係選擇顯示最高峰值之膜厚作為測定結果。若按照該基準，則第十八圖之例係選擇顯示最高峰值之膜厚t1。
但是，峰值(極大值)會依晶圓之測定點而變化。例如，在 晶圓上之第一測定點會獲得第十八圖所示之頻率譜，而在第二測定點會獲得第十九圖所示之頻率譜。再者，第三測定點會獲得再度如第十八圖所示之頻率譜。
此種峰值(極大值)之變動係因具有膜厚t1之區域與具有膜厚t2之區域的面積比、雜訊及其他原因造成。特別是研磨晶圓同時測定膜厚情況下，因為晶圓及膜厚感測器相對移動，所以在比較寬廣之區域照射光，峰值容易變動。如此，各測定點之峰值依晶圓構造及測定條件而變化，應選擇之膜厚會在各測定點改變。
因此，本發明之目的為提供一種不受基板構造及測定條件影響，而可測定正確膜厚之膜厚測定方法及膜厚測定裝置。進一步，本發明之目的為提供一種利用此種膜厚測定方法及膜厚測定裝置之研磨方法及研磨裝置。
為了達成上述目的，本發明一種樣態之膜厚測定方法的特徵為：在表面形成有膜之基板上照射光，生成顯示來自前述基板之反射光強度與波長的關係之分光波形，對前述分光波形進行傅里葉變換處理，決定頻率成分之強度及對應的膜厚，並決定前述頻率成分之強度的複數個極大值，從分別對應於前述複數個極大值之複數個膜厚中，按照預設之選擇基準選擇1個膜厚。
本發明較佳樣態之特徵為：前述複數個極大值係藉由與臨限值比較來決定。
本發明較佳樣態之特徵為：前述臨限值係從過去膜厚測定結果所決定 的值。
本發明較佳樣態之特徵為：前述預設之選擇基準係選擇第N大之膜厚，或是選擇第N小之膜厚，且N係預定之自然數。
本發明較佳樣態之特徵為：前述預設之選擇基準係依據以與前述基板相同的工序測定具有與前述基板同一構造之參考基板的膜厚結果而預先決定。
本發明較佳樣態之特徵為：前述參考基板之膜厚測定係在水研磨前述參考基板之同時執行。
本發明較佳樣態之特徵為：決定前述選擇基準之工序包含計算前述參考基板之膜厚測定中所決定的複數個極大值之變動大小，選擇對應於前述變動之大小為最小的極大值之膜厚的工序。
本發明較佳樣態之特徵為：決定前述選擇基準之工序包含在前述參考基板之膜厚測定中每次決定複數個極大值時，比較此等複數個極大值，來決定最大之極大值，辨認對應於前述最大極大值之膜厚，並選擇最多辨認出之膜厚的工序。
本發明其他樣態之膜厚測定裝置的特徵為具備：投光部，其係在表面形成有膜之基板上照射光；受光部，其係接受來自前述基板之反射光；分光器，其係測定前述反射光之各波長的強度；及處理部，其係生成顯示前述反射光之強度與波長的關係之分光波形；前述處理部係以對前述分光波形進行傅里葉變換處理，決定頻率成分之強度及對應的膜厚，並決定前述頻率成分之強度的複數個極大值，從分別對應於前述複數個極大值之複數個膜厚中，按照預設之選擇基準選擇1個膜厚的方式構成。
本發明較佳樣態之特徵為：前述處理部係依據與臨限值之比較來決定前述複數個極大值。
本發明較佳樣態之特徵為：前述預設之選擇基準係選擇第N大之膜厚，或選擇第N小之膜厚，且N係預定之自然數。
本發明另外樣態之研磨方法的特徵為：使表面形成有膜之基板與研磨面滑動接觸，同時在前述基板上照射光，生成顯示來自前述基板之反射光的強度與波長之關係的分光波形，對前述分光波形進行傅里葉變換處理，決定頻率成分之強度及對應的膜厚，並決定前述頻率成分之強度的複數個極大值，從分別對應於前述複數個極大值之複數個膜厚中，按照預設之選擇基準選擇1個膜厚。
本發明較佳樣態之特徵為：進一步包含當前述選擇之膜厚達到預設的目標值時，結束前述基板之研磨的工序。
本發明較佳樣態之特徵為：進一步包含前述目標值加上偏差值來算出修正目標值之工序，前述選擇之膜厚達到前述修正目標值時，結束前述基板之研磨。
本發明較佳樣態之特徵為：前述複數個極大值係依據與臨限值之比較來決定。
本發明較佳樣態之特徵為：前述預設之選擇基準係選擇第N大之膜厚，或選擇第N小之膜厚，N係預定之自然數。
本發明另外樣態之研磨裝置的特徵為具備：研磨台，其係支撐具有研磨面之研磨墊；研磨頭，其係將表面形成有膜之基板按壓於前述研磨面上；投光部，其係在前述基板上照射光；受光部，其係接受來自前 述基板之反射光；分光器，其係測定前述反射光之各波長的強度；處理部，其係生成顯示前述反射光之強度與波長的關係之分光波形；及研磨控制部，其係控制前述基板之研磨；前述處理部係以對前述分光波形進行傅里葉變換處理，決定頻率成分之強度及對應的膜厚，並決定前述頻率成分之強度的複數個極大值，從分別對應於前述複數個極大值之複數個膜厚中，按照預設之選擇基準選擇1個膜厚的方式構成。
本發明較佳樣態之特徵為：前述研磨控制部在前述選擇之膜厚達到預設的目標值時，使前述基板之研磨結束。
本發明較佳樣態之特徵為：前述研磨控制部將前述目標值加上偏差值算出修正目標值，當前述選擇之膜厚達到前述修正目標值時，使前述基板之研磨結束。
本發明較佳樣態之特徵為：前述處理部依據與臨限值之比較來決定前述複數個極大值。
本發明較佳樣態之特徵為：前述預設之選擇基準係選擇第N大之膜厚，或選擇第N小之膜厚，N係預定之自然數。
與依據頻率譜之峰值大小選擇膜厚的過去方法不同，係按照預設之選擇基準選擇膜厚。具體而言，係選擇第N大之膜厚或第N小之膜厚。因此，不受極大值(峰值)之變動影響，而可穩定測定膜厚。
1‧‧‧研磨墊
1a‧‧‧研磨面
3‧‧‧研磨台
3a‧‧‧台軸
5‧‧‧研磨頭
10‧‧‧研磨液供給噴嘴
12‧‧‧研磨控制部
16‧‧‧研磨頭軸桿
17‧‧‧連結手段
18‧‧‧研磨頭馬達
19‧‧‧台馬達
25‧‧‧光學式膜厚測定器(膜 厚測定裝置)
31‧‧‧膜厚測定頭
32‧‧‧處理部
42‧‧‧投光部
43‧‧‧受光部(光纖)
44‧‧‧分光器
47‧‧‧光源
48‧‧‧光纖
50A‧‧‧第一孔
50B‧‧‧第二孔
51‧‧‧通孔
53‧‧‧液體供給路徑
54‧‧‧液體排出路徑
55‧‧‧液體供給源
100‧‧‧露出層
101‧‧‧基底層
102‧‧‧下層
G1、G2‧‧‧群
M1、M2、M3‧‧‧極大值
P‧‧‧測定點
t1、t2、t3‧‧‧膜厚
Ta‧‧‧時間
W‧‧‧晶圓
第一圖係顯示一種實施形態之研磨裝置的圖。
第二圖係顯示具備一種實施形態之光學式膜厚測定器的研磨裝置之 示意剖面圖。
第三圖係用於說明光學式膜厚測定器之原理的示意圖。
第四圖係顯示晶圓與研磨台之位置關係的俯視圖。
第五圖係顯示藉由處理部所生成之頻率譜圖。
第六圖係顯示藉由處理部所生成之頻率譜的其他例圖。
第七圖係顯示晶圓上之複數個測定點的圖。
第八圖係顯示2個極大值與測定時間一起變動之情況圖形。
第九圖係在參考晶圓之水研磨中，按照測定時間排列作為對應於最大極大值之膜厚而辨認出的膜厚圖形。
第十圖係顯示在參考晶圓之研磨中所取得對應於比預設之假設臨限值大的極大值之膜厚圖形。
第十一圖係顯示增大假設臨限值時對應於挑選之極大值的膜厚圖形。
第十二圖係顯示分光波形之一例的圖形。
第十三圖係顯示對第十二圖所示之分光波形進行傅里葉變換處理所獲得的頻率譜圖形。
第十四圖係顯示晶圓構造之一例的剖面圖。
第十五圖係顯示晶圓構造之其他例的剖面圖。
第十六圖係顯示晶圓構造之另外例的剖面圖。
第十七圖係顯示分光波形之其他例的圖形。
第十八圖係顯示具有複數個峰值之頻率譜圖形。
第十九圖係顯示具有複數個峰值之頻率譜的其他例圖形。
以下，參考圖式說明本發明之實施形態。第一圖係顯示本發明一種實施形態之研磨裝置的圖。如第一圖所示，研磨裝置具備：安裝了具有研磨面1a之研磨墊1的研磨台3；用於保持基板之一例的晶圓W，並將晶圓W按壓於研磨台3上之研磨墊1同時研磨的研磨頭5；用於在研磨墊1上供給研磨液(例如漿液)之研磨液供給噴嘴10；及控制晶圓W之研磨的研磨控制部12。
研磨台3經由台軸3a而與配置在其下方之台馬達(table motor)19連結，研磨台3藉由該台馬達19可在箭頭指示之方向旋轉。在該研磨台3上面貼合有研磨墊1，研磨墊1之上面構成研磨晶圓W之研磨面1a。研磨頭5與研磨頭軸桿16之下端連結。研磨頭5係構成可藉由真空吸引而在其下面保持晶圓W。研磨頭軸桿16藉由無圖示之上下運動機構可上下運動。
晶圓W之研磨進行如下。使研磨頭5及研磨台3分別在箭頭指示之方向旋轉，並從研磨液供給噴嘴10在研磨墊1上供給研磨液(漿液)。在該狀態下，研磨頭5將晶圓W按壓於研磨墊1的研磨面1a上。晶圓W之表面藉由研磨液中包含之研磨粒的機械性作用與研磨液的化學性作用而研磨。
研磨裝置具備測定晶圓W之膜厚的光學式膜厚測定器(膜厚測定裝置)25。該光學式膜厚測定器25具備：取得隨晶圓W膜厚而變化之光學信號的膜厚測定頭31；及從光學信號決定膜厚之處理部32。膜厚測定頭31配置於研磨台3之內部，處理部32與研磨控制部12連接。膜厚測定頭31如符號A所示地與研磨台3一體旋轉，取得保持於研磨頭5之晶圓W的光學信號。膜厚測定頭31連接於處理部32，藉由膜厚測定頭31所取得之光學信號 可傳送至處理部32。
第二圖係顯示具備光學式膜厚測定器25之研磨裝置的示意剖面圖。研磨頭軸桿16經由皮帶等連結手段17連結於研磨頭馬達18而可旋轉。研磨頭5藉由該研磨頭軸桿16之旋轉而在箭頭指示之方向旋轉。
如上述，光學式膜厚測定器25具備：膜厚測定頭31與處理部32。膜厚測定頭31係以導光於晶圓W表面，接受來自晶圓W之反射光，並依波長分解其反射光之方式構成。膜厚測定頭31具備：將光照射於晶圓W表面之投光部42；作為接受從晶圓W返回之反射光的受光部之光纖43；及依波長分解來自晶圓W之反射光，並在整個指定波長範圍測定反射光之強度的分光器44。
研磨台3中形成有在其上面開口之第一孔50A及第二孔50B。此外，研磨墊1中，在與此等孔50A、50B對應之位置形成有通孔51。孔50A、50B與通孔51連通，通孔51在研磨面1a開口。第一孔50A經由液體供給路徑53及旋轉接頭(無圖示)而連結於液體供給源55，第二孔50B連結於液體排出路徑54。
投光部42具備：發出多波長之光的光源47；及連接於光源47之光纖48。光纖48係將藉由光源47所發出之光傳導至晶圓W表面之光傳送部。光纖48及光纖43之前端位於第一孔50A中，且位於晶圓W之被研磨面附近。光纖48及光纖43之各前端以橫穿保持於研磨頭5之晶圓W的被研磨面之方式配置。當研磨台3旋轉時，在晶圓W之複數個區域照射光。
晶圓W研磨中，從液體供給源55將作為透明液體之水(宜為純水)經由液體供給路徑53供給至第一孔50A，填滿晶圓W下面與光纖48、 43前端之間的空間。水進一步流入第二孔50B，並通過液體排出路徑54排出。研磨液與水一起排出，藉此確保光程。液體供給路徑53中設有與研磨台3之旋轉同步工作的閥門(無圖示)。該閥門係以當晶圓W不在通孔51上時停止水流動，或減少水流量之方式動作。
光纖48與光纖43彼此橫向配置。光纖48及光纖43之各前端對晶圓W表面垂直地配置，光纖48可在晶圓W表面垂直地照射光。
晶圓W研磨中，從投光部42照射光至晶圓W，並藉由光纖(受光部)43接受來自晶圓W之反射光。分光器44在整個指定之波長範圍測定各波長之反射光強度，並將所獲得之光強度資料傳送至處理部32。該光強度資料係反映晶圓W之膜厚的光學信號，且由反射光之強度及對應的波長構成。處理部32從光強度資料生成表示各波長之光強度的分光波形，對分光波形進行傅里葉變換處理(例如高速傅里葉變換處理)而生成頻率譜，從頻率譜決定晶圓W之膜厚。
第三圖係用於說明光學式膜厚測定器25之原理的示意圖。第四圖係顯示晶圓W與研磨台3之位置關係的俯視圖。第三圖所示之例，係晶圓W具有：下層膜；及形成於其上之上層膜。上層膜例如係矽層或絕緣膜等容許光透過之膜。投光部42及受光部43係以橫穿晶圓W表面之方式而配置於研磨台3中。當研磨台3旋轉1周時，投光部42在包含晶圓W中心之複數個測定點照射光，同時光纖(受光部)43接受來自晶圓W之複數個測定點的反射光。
照射於晶圓W之光在媒介(第三圖之例係水)與上層膜之界面、及上層膜與下層膜之界面反射，此等界面所反射之光波彼此干擾。該 光波之干擾方式依上層膜之厚度(亦即光程長)而變化。因而，從來自晶圓W之反射光所生成的譜隨上層膜之厚度而變化。分光器44依波長分解反射光，並各波長測定反射光強度。處理部32從分光器44所獲得之反射光的強度資料(光學信號)生成分光波形。如第十二圖及第十七圖所示，該分光波形係作為顯示光波長與強度之關係的線圖形來表示。光之強度亦可作為上述相對反射率等之相對值來表示。
處理部32對獲得之分光波形進行傅里葉變換處理(例如高速傅里葉變換處理)來分析分光波形。更具體而言，處理部32抽出分光波形中包含之頻率成分與其強度，使用指定之關係公式將獲得的頻率成分變換成膜之厚度，而後，生成顯示膜厚與頻率成分之強度關係的頻率譜。上述之指定關係公式係將頻率成分作為變數之表示膜厚的一次函數，且可從膜厚之實測結果或光學性膜厚測定模擬等來求出。
第五圖係顯示藉由處理部32所生成之頻率譜圖。第五圖中，縱軸表示分光波形中包含之頻率成分的強度，橫軸表示膜厚。頻率成分之強度相當於作為正弦波而表示的頻率成分之振幅。處理部32中預先記憶有關於頻率成分強度之臨限值。該臨限值從過去之膜厚測定結果來決定。
臨限值係為了挑選頻率成分強度之極大值而設。亦即，處理部32將頻率譜中出現之全部極大值與臨限值比較，來決定大於臨限值之極大值。而後，比臨限值小之極大值不使用於決定膜厚，大於臨限值之極大值使用於決定膜厚。第五圖所示之例係2個極大值M1、M2比臨限值大，因此出現此等極大值M1、M2之2個膜厚t1、t2使用於決定膜厚。換言之，膜厚t1、t2係候補膜厚。第六圖所示之例中存在3個極大值M1、M2、M3。但是， 極大值M3比臨限值小。因此，該例係將出現極大值M1、M2之2個膜厚t1、t2使用於決定膜厚(亦即係候補膜厚)，而出現極大值M3之膜厚t3不使用於決定膜厚。
處理部32從作為候補膜厚所挑選之複數個膜厚中，按照預設之選擇基準選擇1個膜厚，預設之選擇基準係選擇第N大之膜厚，或第N小之膜厚。N係預定之自然數。例如，若預設之選擇基準為選擇第一大(亦即最大)膜厚時，處理部32在第五圖、第六圖所示之2個膜厚t1、t2中選擇膜厚t1。若預設之選擇基準係選擇第二大膜厚時，處理部32選擇膜厚t2。若預設之選擇基準係選擇第一小(亦即最小)膜厚時，處理部32選擇膜厚t2。若預設之選擇基準係選擇第二小之膜厚時，處理部32選擇膜厚t1。
如此，處理部32並非依據極大值之大小來選擇膜厚，而是按照預設之選擇基準來選擇第N大之膜厚或第N小之膜厚。因此，不受在膜厚測定中之極大值的變動影響，而可穩定測定膜厚。特別是在晶圓W研磨中測定膜厚情況下，晶圓W與膜厚測定頭31(及研磨台3)會相對移動。此種條件下，晶圓上各測定點之頻率成分的強度容易變動。即使在此種情況下，由於處理部32係比較頻率成分強度之各極大值，因此，不受頻率成分強度之變動影響而可決定膜厚。
處理部32輸出按照選擇基準所選擇之膜厚作為膜厚測定值。有時依臨限值及/或測定條件也會有存在3個以上候補膜厚的情況。即使在此種情況，仍可按照選擇基準選擇第N大或第N小之膜厚。
如第七圖所示，投光部42在研磨台3每旋轉1周時照射光於包含晶圓W中心之複數個測定點P，同時，光纖(受光部)43從晶圓W之複數 個測定點P接受反射光。因此，當膜厚測定頭31之投光部42及光纖(受光部)43橫穿晶圓W表面時，處理部32在複數個測定點P反覆執行上述之膜厚選擇。
上述之膜厚的選擇基準係依據在與晶圓W之膜厚測定相同工序所測定的結果，預先決定具有與須研磨之晶圓W相同構造的參考晶圓(參考基板)之膜厚。亦即，係在參考晶圓上照射光，生成顯示來自參考晶圓之反射光強度與波長的關係之分光波形，對分光波形進行傅里葉變換處理(例如高速傅里葉變換處理)，決定頻率成分之強度及對應的膜厚，挑選頻率成分強度之上述比臨限值大的複數個極大值，藉由分析伴隨挑選之複數個極大值的測定時間之變化，來決定上述選擇基準。
參考晶圓之膜厚測定宜在參考晶圓之水研磨中執行。所謂水研磨係取代研磨液而將純水供給至研磨墊1上，同時使參考晶圓滑動接觸於研磨墊1的工序。水研磨中，以比晶圓W以漿液研磨時小的力道按壓於研磨墊1。水研磨係實質上不進行參考晶圓的研磨。
選擇基準使用參考晶圓之膜厚測定結果預先決定如下。一個實施形態係決定選擇基準之工序包含在參考晶圓之水研磨中，計算挑選(決定)之複數個極大值的變動大小，而選擇對應於變動大小為最小之極大值，亦即最穩定之極大值的膜厚之工序。第五圖、第六圖所示之例係在參考晶圓上各測定點(參考第七圖之符號P)進行膜厚測定時，挑選2個極大值M1、M2。從第五圖、第六圖瞭解，極大值M1、M2在各測定點會改變。
第八圖係顯示2個極大值M1、M2與測定時間一起變動之情況圖形。縱軸表示頻率成分之強度，橫軸表示測定時間。從第八圖瞭解， 水研磨中極大值M2之變動大小比極大值M1之變動大小要小。因此，此時，處理部32決定對應於變動之大小為最小的極大值M2之膜厚t2，並決定用於選擇該決定之膜厚t2的選擇基準。本例之選擇基準係從複數個候補膜厚中選擇第一小(亦即最小)膜厚。
第八圖所示之例係按照選擇基準選擇更穩定之膜厚t2。因此，處理部32將膜厚t2作為膜厚測定值輸出至研磨控制部12。研磨控制部12依據從處理部32送來之膜厚t2控制研磨動作(例如，研磨結束動作)。研磨第十六圖所示之晶圓構造時，研磨之膜係露出層100。為了在基底層101出現於表面時結束露出層100之研磨，需要監視露出層100之厚度t2。因此，露出層100之厚度t2係研磨控制部12須監視之膜厚。研磨控制部12在露出層100之厚度t2達到預設的目標值時，結束晶圓W之研磨。
但是，決定選擇基準之工序中，有決定用於選擇膜厚t1之選擇基準。例如，在參考晶圓之水研磨中極大值M1之變動大小比極大值M2之變動大小要小時，決定用於選擇膜厚t1之選擇基準。此種情況下，研磨控制部12將偏差值加上預設之目標值算出修正目標值，當從處理部32輸出之膜厚t1達到修正目標值時，結束晶圓W之研磨。該偏差值係依據晶圓構造所預設之數值，且具有正或負的符號。該偏差值由使用者預先輸入研磨控制部12中。
上述實施形態係依據極大值之穩定性來決定選擇基準，不過亦可依據極大值之大小來決定選擇基準。亦即，其他實施形態之決定選擇基準的工序包含在參考晶圓之水研磨中，挑選(決定)複數個極大值時，比較此等複數個極大值，決定最大的極大值，辨認對應於該決定之最大極 大值的膜厚，來選擇參考晶圓之水研磨中最多(最頻繁)辨認出的膜厚之工序。
第九圖係在參考晶圓之水研磨中，按照測定時間排列作為對應於最大極大值之膜厚而辨認出的膜厚圖形。縱軸表示膜厚，橫軸表示測定時間。從第九圖瞭解，膜厚t1比膜厚t2多出現於圖形上。此顯示作為對應於最大極大值之膜厚而辨認出的膜厚t1次數，比作為對應於最大極大值之膜厚而辨認出的膜厚t2次數多。因此，此時處理部32決定用於選擇膜厚t1之選擇基準。本例之選擇基準係從複數個候補膜厚中選擇第一大(亦即最大)的膜厚。
在頻率譜之某個特定膜厚區域有發生雜訊之傾向時，應決定可避免此種雜訊之選擇基準。例如，在小膜厚區域有發生雜訊之傾向時，宜決定選擇第N大之膜厚的選擇基準，在大膜厚區域有發生雜訊之傾向時，宜決定選擇第N小之膜厚的選擇基準。
其次，說明用於依據測定具有與須研磨之晶圓W相同構造的參考晶圓(參考基板)之膜厚結果，挑選頻率成分之強度極大值的臨限值、與同時決定膜厚之選擇基準的實施形態。第十圖係顯示在參考晶圓之研磨中所取得對應於比預設之假設臨限值大的極大值之膜厚圖形。第十圖所示之各膜厚係在參考晶圓上之1個測定點(例如在參考晶圓之中心的測定點)所取得的膜厚。另外，第十圖並未圖示假設之臨限值及頻率成分的強度極大值。
第十圖中，縱軸表示膜厚，橫軸表示膜厚之測定時間。該測定時間相當於參考晶圓之研磨時間。第十圖所示之例，參考晶圓之研磨係 使用漿液作為研磨液的漿液研磨。因而，膜厚隨測定時間而逐漸減少。另外，亦可水研磨參考晶圓。
當研磨台3旋旋轉一周時，挑選在預定之1個測定點所取得的全部極大值中比假設臨限值大之極大值。例如，在時間Ta係挑選比假設臨限值大之3個極大值。因此，在時間Ta於1個測定點存在3個膜厚。
其次，逐漸增大假設臨限值。第十一圖係顯示增大假設臨限值時對應於挑選之極大值的膜厚圖形。從第十圖與第十一圖之對比瞭解，增大假設臨限值時，不挑選小的極大值，因而挑選之極大值數量減少。結果，圖形中出現之膜厚數量減少。小的極大值多為雜訊。因此，藉由增大假設臨限值，可排除此種雜訊。結果，如第十一圖所示，在圖形上出現隨測定時間而減少(亦即穩定)之膜厚變化。變大之假設臨限值決定成使用於須研磨之晶圓W的膜厚測定之臨限值。
第十一圖中出現膜厚的2個群G1、G2。屬於群G2之膜厚數量比屬於群G1的膜厚數量大。這表示屬於群G2之膜厚變化比屬於群G1的膜厚變化更正確反映參考晶圓之膜厚變化。群G1、G2中，由於群G2係最小膜厚所屬之群，因此本例之選擇基準係從複數個候補膜厚中選擇第一小(亦即最小)的膜厚。如此，可從參考晶圓之膜厚測定結果同時決定臨限值及膜厚的選擇基準。
上述之膜厚測定方法當然可適用於在晶圓研磨中的膜厚測定，亦可適用於晶圓及研磨台在靜止狀態下之膜厚測定。
上述實施形態係以具有本發明所屬之技術領域中具有通常知識者可實施本發明為目的而記載者。通常的專家當然可形成上述實施形 態的各種變形例，本發明之技術性思想亦可適用於其他實施形態。因此，本發明不限定於所記載之實施形態，而係按照藉由申請專利範圍所定義之技術性思想作最廣範圍解釋者。

Claims (21)

  1. 一種膜厚測定方法，其特徵為：在表面形成有膜之基板上照射光，生成顯示來自前述基板之反射光強度與波長的關係之分光波形，對前述分光波形進行傅里葉變換處理，決定頻率成分之強度及對應的膜厚，並決定前述頻率成分之強度的複數個極大值，從分別對應於前述複數個極大值之複數個膜厚中，按照預設之選擇基準選擇1個膜厚。
  2. 如申請專利範圍第1項之膜厚測定方法，其中前述複數個極大值係藉由與臨限值比較來決定。
  3. 如申請專利範圍第2項之膜厚測定方法，其中前述臨限值係從過去膜厚測定結果所決定的值。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之膜厚測定方法，其中前述預設之選擇基準係選擇第N大之膜厚，或是選擇第N小之膜厚，且N係預定之自然數。
  5. 如申請專利範圍第4項之膜厚測定方法，其中前述預設之選擇基準係依據以與前述基板相同的工序測定具有與前述基板同一構造之參考基板的膜厚結果而預先決定。
  6. 如申請專利範圍第5項之膜厚測定方法，其中前述參考基板之膜厚測定係在水研磨前述參考基板之同時執行。
  7. 如申請專利範圍第4項之膜厚測定方法，其中決定前述選擇基準之工 序包含計算前述參考基板之膜厚測定中所決定的複數個極大值之變動大小，選擇對應於前述變動之大小為最小的極大值之膜厚的工序。
  8. 如申請專利範圍第4項之膜厚測定方法，其中決定前述選擇基準之工序包含在前述參考基板之膜厚測定中每次決定複數個極大值時，比較此等複數個極大值，來決定最大之極大值，辨認對應於前述最大極大值之膜厚，並選擇最多辨認出之膜厚的工序。
  9. 一種膜厚測定裝置，其特徵為具備：投光部，其係在表面形成有膜之基板上照射光；受光部，其係接受來自前述基板之反射光；分光器，其係測定前述反射光之各波長的強度；及處理部，其係生成顯示前述反射光之強度與波長的關係之分光波形；前述處理部係以對前述分光波形進行傅里葉變換處理，決定頻率成分之強度及對應的膜厚，並決定前述頻率成分之強度的複數個極大值，從分別對應於前述複數個極大值之複數個膜厚中，按照預設之選擇基準選擇1個膜厚的方式構成。
  10. 如申請專利範圍第9項之膜厚測定裝置，其中前述處理部係依據與臨限值之比較來決定前述複數個極大值。
  11. 如申請專利範圍第9或10項之膜厚測定裝置，其中前述預設之選擇基 準係選擇第N大之膜厚，或選擇第N小之膜厚，且N係預定之自然數。
  12. 一種研磨方法，其特徵為：使表面形成有膜之基板與研磨面滑動接觸，同時在前述基板上照射光，生成顯示來自前述基板之反射光的強度與波長之關係的分光波形，對前述分光波形進行傅里葉變換處理，決定頻率成分之強度及對應的膜厚，並決定前述頻率成分之強度的複數個極大值，從分別對應於前述複數個極大值之複數個膜厚中，按照預設之選擇基準選擇1個膜厚。
  13. 如申請專利範圍第12項之研磨方法，其中進一步包含當前述選擇之膜厚達到預設的目標值時，結束前述基板之研磨的工序。
  14. 如申請專利範圍第13項之研磨方法，其中進一步包含前述目標值加上偏差值來算出修正目標值之工序，前述選擇之膜厚達到前述修正目標值時，結束前述基板之研磨。
  15. 如申請專利範圍第12項之研磨方法，其中前述複數個極大值係依據與臨限值之比較來決定。
  16. 如申請專利範圍第12至15項中任一項之研磨方法，其中前述預設之選擇基準係選擇第N大之膜厚，或選擇第N小之膜厚，N係預定之自然數。
  17. 一種研磨裝置，其特徵為具備：研磨台，其係支撐具有研磨面之研磨墊； 研磨頭，其係將表面形成有膜之基板按壓於前述研磨面上；投光部，其係在前述基板上照射光；受光部，其係接受來自前述基板之反射光；分光器，其係測定前述反射光之各波長的強度；處理部，其係生成顯示前述反射光之強度與波長的關係之分光波形；及研磨控制部，其係控制前述基板之研磨；前述處理部係以對前述分光波形進行傅里葉變換處理，決定頻率成分之強度及對應的膜厚，並決定前述頻率成分之強度的複數個極大值，從分別對應於前述複數個極大值之複數個膜厚中，按照預設之選擇基準選擇1個膜厚的方式構成。
  18. 如申請專利範圍第17項之研磨裝置，其中前述研磨控制部在前述選擇之膜厚達到預設的目標值時，使前述基板之研磨結束。
  19. 如申請專利範圍第18項之研磨裝置，其中前述研磨控制部將前述目標值加上偏差值算出修正目標值，當前述選擇之膜厚達到前述修正目標值時，使前述基板之研磨結束。
  20. 如申請專利範圍第17項之研磨裝置，其中前述處理部依據與臨限值之比較來決定前述複數個極大值。
  21. 如申請專利範圍第17至20項中任一項之研磨裝置，其中前述預設之選擇基準係選擇第N大之膜厚，或選擇第N小之膜厚，N係預定之自然數。
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