TW201829120A - 研磨方法及研磨裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種研磨方法，可在基板研磨中取得正確的矽層厚度，根據獲得的矽層厚度來正確地決定基板的研磨終點。本研磨方法係將從基板反射的紅外線強度除以特定基準強度，算出相對反射率，產生表示相對反射率與紅外線波長的關係的分光波形，對分光波形進行傅立葉變換處理，決定矽層厚度與對應的頻率成分的強度，在上述決定的頻率成分的強度比特定閾值高的情況下，認定前述決定的矽層厚度為信賴性高的測定值，根據該信賴性高的測定值達到特定目標值的時間點來決定基板的研磨終點。

Description

研磨方法及研磨裝置
本發明是關於一種在研磨表面形成矽層的基板的方法及裝置，特別是關於一種研磨方法及研磨裝置，可根據在來自基板的反射光所包含的光學資訊來檢測基板的研磨終點。
在半導體裝置的製造程序，包含研磨SiO2等絕緣膜的步驟，或研磨銅、鎢等金屬膜的步驟等各種步驟。在背面照射型CMOS感應器的製造步驟，除了絕緣膜或金屬膜的研磨步驟外，還包含研磨矽層(矽晶圓)的步驟。背面照射型CMOS感應器是利用背面照射(BSI：Backside illumination)的影像感應器，其受光面是由矽層形成。在矽穿孔電極(TSV：Through-silicon via)的製造步驟也包含研磨矽層的步驟。矽穿孔電極是在貫穿矽層的孔所形成的由銅等金屬構成的電極。
矽層的研磨是在其厚度達到特定目標值時結束。在矽層的研磨，使用CMP(Chemical Mechanical Polishing)裝置。第一圖是表示CMP裝置的概略圖。CMP裝置具備：研磨機台101，安裝研磨墊100於上面；頂環110，保持晶圓W；漿體(slurry)供給機構115，供給研磨液(漿體)至研磨墊100；及膜厚測定器120，測定晶圓W的膜厚。膜厚測定器120被埋設於研磨機台101內。
頂環110及研磨機台101如箭頭所示地旋轉，在此狀態下，頂環100將晶圓W壓抵至研磨墊110。從漿體供給機構115供給研磨液至研磨墊110上，晶圓W在研磨液存在下，經由與研磨墊110的滑接而被研磨。在晶圓W的研磨中，膜厚測定器120與研磨機台101一起旋轉，橫過晶圓W的表面並測定膜厚。然後，在膜厚達到特定目標值時，結束晶圓W的研磨。
光學式膜厚測定器是使用於上述CMP裝置的膜厚測定器 120的一例。此光學式膜厚測定器導引光至晶圓表面，藉由分析來自晶圓的反射光，來決定形成於晶圓表面的膜厚。矽(Si)具有相較於SiO2等絕緣材料折射率更大，且可見光難以透過的性質。因此，在矽層的厚度測定，並非使用可見光，而是使用透過性良好的紅外線。
用紅外線的膜厚測定器，可以測定矽層厚度。但是，組裝於CMP裝置的膜厚測定器，如第一圖所示，其本身會移動並測定矽層厚度，所以因矽層厚度有偏差會導致測定失敗。特別是，以上述BSI製造程序或TSV製造程序研磨的矽層，其表面平坦度低，所以容易發生測定失敗。為了避免如此類的測定失敗，雖然想到簡短每一次的測定時間，但在此情況，由於反射的紅外線量減少，S/N比例會降低，正確測定會變難。況且，由於矽層是研磨機台每一次旋轉所切削，不能測量在相同條件下同樣位置的厚度。
本發明為了解決上述以往問題點，所以提供一種研磨方法及研磨裝置，可在基板(例如晶圓)的研磨中取得矽層(或形成於基板上的膜)的正確厚度，根據獲得的矽層厚度來正確地決定基板的研磨終點。
為了達成上述目的，本發明的一狀態是一種研磨具有矽層的基板的方法，其特徵在於：將基板按壓至旋轉的研磨機台上的研磨具，並研磨前述基板，在前述基板研磨中，將具有複數個波長之近紅外線照射至前述基板，接受從前述基板反射的近紅外線，在各波長測定前述反射的近紅外線強度，將測定的前述近紅外線強度除以特定基準強度，算出相對反射率，產生表示前述相對反射率與前述近紅外線波長的關係的分光波形，對前述分光波形進行傅立葉變換處理，決定前述矽層厚度及對應的頻率成分的強度；在前述決定的頻率成分的強度比特定閾值高的情況下，認定前述決定的矽層厚度為信賴性高的測定值；及根據前述信賴性高的測定值達到特定目標值的時間點來決定前述基板的研磨終點。
本發明的其他狀態是一種研磨在表面形成膜的基板的方法，其特徵在於包含：將基板壓抵至旋轉的研磨機台上的研磨具，並研磨前述基板，在前述基板研磨中，將具有複數個波長之近紅外線照射至前述 基板，接受從前述基板反射的近紅外線，在各波長測定前述反射的近紅外線強度，將測定的前述近紅外線強度除以特定基準強度，算出相對反射率，產生表示前述相對反射率與前述近紅外線波長的關係的分光波形，對前述分光波形進行傅立葉變換處理，決定前述膜厚度及對應的頻率成分的強度，在前述決定的頻率成分的強度比特定閾值高的情況下，認定前述決定的膜厚度為信賴性高的測定值，根據前述信賴性高的測定值達到特定目標值的時間點來決定前述基板的研磨終點的步驟，其中前述特定閾值是根據過去取得的頻率成分的強度的度數分佈來決定。
本發明的其他狀態是一種研磨在表面形成膜的基板的方法，其特徵在於：將基板壓抵至旋轉的研磨機台上的研磨具，並研磨前述基板，在前述基板研磨中，將具有複數個波長之近紅外線照射至前述基板，接受從前述基板反射的近紅外線，在各波長測定前述反射的近紅外線強度，將測定的前述近紅外線強度除以特定基準強度，算出相對反射率，產生表示前述相對反射率與前述近紅外線波長的關係的分光波形，對前述分光波形進行傅立葉變換處理，取得前述膜厚度與頻率成分的強度的關係，決定前述膜厚，在特定觀測厚度的前述頻率成分的強度比特定閾值低的情況下，認定前述決定的膜厚度為信賴性高的測定值，根據前述信賴性高的測定值達到特定目標值的時間點來決定前述基板的研磨終點。
本發明的其他狀態是一種研磨在表面形成形成膜的基板的方法，其特徵在於：將基板壓抵至旋轉的研磨機台上的研磨具，並研磨前述基板，在前述基板研磨中，將具有複數個波長之近紅外線照射至前述基板，接受從前述基板反射的近紅外線，在各波長測定前述反射的近紅外線強度，將測定的前述近紅外線強度除以特定基準強度，算出相對反射率，產生表示前述相對反射率與前述近紅外線波長的關係的分光波形，對前述分光波形進行傅立葉變換處理，取得前述膜厚度與頻率成分的強度的關係，決定前述膜厚及對應的前述頻率成分的強度，在特定觀測厚度的前述頻率成分的強度與前述決定的頻率成分的強度的差分絕對值比特定閾值大的情況下，認定前述決定的膜厚度為信賴性高的測定值，根據前述信賴性高的測定值達到特定目標值的時間點來決定前述基板的研磨終點。
本發明的其他狀態是一種研磨具有矽層的基板的裝置，其特徵在於具備：研磨機台，支持研磨具成可旋轉；頂環，將前述基板壓抵至前述旋轉的研磨機台上的前述研磨具；照射部，將具有複數個波長之近紅外線照射至保持於前述頂環的前述基板；受光部，接受從前述基板反射的近紅外線；分光器，在各波長測定前述反射的近紅外線強度；及研磨監視部，從前述分光器所取得的近紅外線強度資料決定前述矽層厚度，前述研磨監視部，將測定的前述近紅外線強度除以特定基準強度，算出相對反射率，產生表示前述相對反射率與前述近紅外線波長的關係的分光波形，對前述分光波形進行傅立葉變換處理，決定前述矽層厚度及對應的頻率成分的強度，在前述決定的頻率成分的強度比特定閾值高的情況下，認定前述決定的膜厚度為信賴性高的測定值，根據前述信賴性高的測定值達到特定目標值的時間點來決定前述基板的研磨終點。
本發明的其他狀態是一種研磨在表面形成膜的基板的裝置，其特徵在於具備：研磨機台，支持研磨具成可旋轉；頂環，將前述基板壓抵至前述旋轉的研磨機台上的前述研磨具；照射部，將具有複數個波長之近紅外線照射至保持於前述頂環的前述基板；受光部，接受從前述基板反射的近紅外線；分光器，在各波長測定前述反射的近紅外線強度；及研磨監視部，從前述分光器所取得的近紅外線強度資料決定前述膜厚度，前述研磨監視部被構成為：將測定的前述近紅外線強度除以特定基準強度，算出相對反射率，產生表示前述相對反射率與前述近紅外線波長的關係的分光波形，對前述分光波形進行傅立葉變換處理，決定前述膜厚度及對應的頻率成分的強度，在前述決定的頻率成分的強度比特定閾值高的情況下，認定前述決定的膜厚度為信賴性高的測定值，根據前述信賴性高的測定值達到特定目標值的時間點來決定前述基板的研磨終點，前述特定閾值是根據從過去取得的複數個測定值做成的前述頻率成分的強度的度數分佈來決定。
本發明的其他狀態是一種研磨在表面形成膜的基板的裝置，其特徵在於具備：研磨機台，支持研磨具成可旋轉；頂環，將前述基板壓抵至前述旋轉的研磨機台上的前述研磨具；照射部，將具有複數個波 長之近紅外線照射至保持於前述頂環的前述基板；受光部，接受從前述基板反射的近紅外線；分光器，在各波長測定前述反射的近紅外線強度；及研磨監視部，從前述分光器所取得的近紅外線強度資料決定前述膜厚度，前述研磨監視部，將測定的前述近紅外線強度除以特定基準強度，算出相對反射率，產生表示前述相對反射率與前述近紅外線波長的關係的分光波形，對前述分光波形進行傅立葉變換處理，取得前述膜厚度與頻率成分的強度的關係，決定前述膜厚度，在特定觀測厚度的前述頻率成分的強度比特定閾值低的情況下，認定前述決定的膜厚度為信賴性高的測定值，根據前述信賴性高的測定值達到特定目標值的時間點來決定前述基板的研磨終點。
本發明的其他狀態是一種研磨在表面形成膜的基板的裝置，其特徵在於具備：研磨機台，支持研磨具成可旋轉；頂環，將前述基板壓抵至前述旋轉的研磨機台上的前述研磨具；照射部，將具有複數個波長之近紅外線照射至保持於前述頂環的前述基板；受光部，接受從前述基板反射的近紅外線；分光器，在各波長測定前述反射的近紅外線強度；及研磨監視部，從前述分光器所取得的近紅外線強度資料決定前述膜厚度，前述研磨監視部，將測定的前述近紅外線強度除以特定基準強度，算出相對反射率，產生表示前述相對反射率與前述近紅外線波長的關係的分光波形，對前述分光波形進行傅立葉變換處理，取得前述膜厚度與頻率成分的強度的關係，決定前述膜厚度及對應的前述頻率成分的強度，在特定觀測厚度的前述頻率成分的強度與前述決定的頻率成分的強度的差分的絕對值比特定閾值大的情況下，認定前述決定的膜厚度為信賴性高的測定值，根據前述信賴性高的測定值達到特定目標值的時間點來決定前述基板的研磨終點。
根據本發明，正確地反應矽層(或形成於基板上的膜)的厚度的測定值，即信賴性高的測定值被取得。因此，可以從獲得的測定值檢測正確的研磨終點。
11‧‧‧照射部
12、41‧‧‧光纖、受光部
13‧‧‧分光器
15A‧‧‧第一處理部
15B‧‧‧第二處理部
16‧‧‧動作控制器
20、101‧‧‧研磨機台
22、100‧‧‧研磨墊
22a‧‧‧研磨面
24、110‧‧‧頂環
25‧‧‧研磨液供給機構
28‧‧‧頂環軸
30A‧‧‧第一孔
30B‧‧‧第二孔
31‧‧‧穿孔
32‧‧‧旋轉接合器
33‧‧‧液體供給路
34‧‧‧液體排出路
35‧‧‧液體供給源
40‧‧‧光源
45‧‧‧透明窗
115‧‧‧漿體供給機構
120‧‧‧膜厚測定器
a、b‧‧‧曲線
a1、b1‧‧‧強度
a2、b2‧‧‧差分
f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7‧‧‧頻譜
s1、s2‧‧‧分光波形
t1‧‧‧厚度
W‧‧‧晶圓
第一圖係表示CMP裝置的概略圖。
第二圖係用來說明光學式研磨終點檢測方法之原理的概略圖。
第三圖係表示晶圓與研磨機台的位置關係的平面圖。
第四圖係表示由第一處理部所產生的分光波形圖。
第五圖係表示由第一處理部所產生的頻譜(frequency spectrum)圖。
第六圖係表示在研磨機台一次旋轉間，進行五次測定的例圖。
第七圖係表示研磨形成背面照射(BSI)型影像感應器的晶圓時所取得的分光波形圖。
第八圖係表示第七圖所示的從分光波形產生的頻譜圖。
第九圖係表示矽層厚度與研磨時間的關係圖。
第十圖係表示研磨前與研磨後的研磨數據圖。
第十一圖係表示將測定值做為分類基準，用關於頻率成分的強度的特定閾值的例圖。
第十二圖係表示將測定值做為分類基準，用關於頻率成分的強度的特定閾值與關於矽層厚度的特定範圍的例圖。
第十三圖係表示在矽穿孔電極(TSV)的製造中實施的矽層研磨時所取得分光波形圖。
第十四圖係表示第十三圖所示的從分光波形產生的頻譜圖。
第十五圖係表示頻率成分的強度的度數分佈的直方圖。
第十六圖係表示從第十五圖所示的直方圖所產生的累積頻率折線圖。
第十七圖係表示用來說明判別信賴性高的測定值與信賴性低的測定值的其他方法的圖。
第十八圖係表示用來說明第十七圖所示判別方法的變形例圖。
第十九圖係概略表示研磨裝置的剖面圖。
第二十圖係表示第十九圖所示的研磨裝置的變形例的剖面圖。
以下參照圖式來說明關於本發明的實施形態。
第二圖係用來說明光學式研磨終點檢測方法之原理的概略圖，第三圖係表示晶圓與研磨機台的位置關係的平面圖。晶圓(基板)W 是使用於背面照射(BSI)型影像感應器或矽穿孔電極(TSV)的製造的晶圓。如第二圖所示，晶圓W具有基礎層(例如積體電路)與形成於其上的矽層。晶圓W被保持在頂環(第二及三圖未表示)，如第三圖箭頭所示，在晶圓W中心周圍旋轉。晶圓W的表面被頂環壓抵至旋轉的研磨機台20上的研磨墊22，晶圓W的矽層藉由與研磨墊22的滑接來研磨。研磨墊22具有用來研磨晶圓W的研磨面的研磨具。
照射部11及受光部12被設置於研磨機台20內，配置成面對晶圓W的表面。照射部11具備發射紅外線的LED(圖未顯示)，導引紅外線至晶圓W表面。在研磨機台20每一次旋轉，紅外線被照射至包含晶圓W中心的複數個區域。
受光部12接收從晶圓W反射的紅外線。在受光部12連接有分光器13，分光器13將反射的紅外線根據波長分解，在每個波長測定反射的紅外線強度。在分光器13連接有第一處理部15A。此第一處理部15A讀取由分光器13所取得的紅外線強度資料，產生反射的紅外線的強度分佈。更具體來說，第一處理部15A產生表示每一波長的紅外線強度的分光波形。此分光波形是做為表示紅外線波長與強度的關係線圖(波形)來表示。
照射至晶圓W的紅外線，在媒介(第二圖的例為水)與矽層的介面，與矽層與其下層的介面反射，在這些介面反射的紅外線彼此干涉。此紅外線的干涉方式，是對應矽層厚度(即光路長)來變化。因此，從晶圓W回來的紅外線所產生的分光波形是根據矽層厚度變化。第一處理部15A對分光波形進行FFT(高速傅立葉變換)處理來解析分光波形，從該解析結果決定現在的矽層厚度。如第二圖所示，在媒介為水的情況，為了防止紅外線被水吸收，做為紅外線，較佳為使用波長800nm~1000nm的近紅外線。800nm~900nm的近紅外線適合薄的矽層(厚度2μm)。
第一處理部15A被連接於第二處理部15B，由第一處理部15A所決定的矽層厚度的測定值被送到第二處理部15B。第二處理部15B將矽層厚度與特定目標值比較，決定矽層厚度是否達到目標值。當矽層厚度達到目標值，則第二處理部15B判斷矽層的研磨達到其終點，將研磨終 點檢測訊號傳訊至研磨裝置(CMP裝置)的動作控制器16。在此實施形態，藉由第一處理部15A與第二處理部15B，構成研磨監視部。第一處理部15A與第二處理部15B也可以設置為一個處理部。
以下，更詳細地說明關於第一處理部15A。第四圖係表示由第一處理部15A所產生的分光波形圖。在第四圖中，橫軸表示從晶圓所反射的紅外線波長，縱軸表示從反射的紅外線強度所導引的相對反射率。此相對反射率是表示紅外線反射強度的一個指標，具體來說是紅外線強度與特定基準強度的比例。藉由在各波長的紅外線強度(實測強度)除以特定基準強度，從實測強度除去裝置的光學系統或光源固有強度的偏差等不需要的要素，藉此，可以獲得僅反映矽層厚度資訊的分光波形。
特定基準強度為例如將未形成膜的矽晶圓(裸晶圓)做為在水存在下研磨時所獲得的紅外線強度。在實際的研磨，從實測強度減掉暗水準(dark level，在遮斷光的條件下所獲得的背景強度)求出修正實測強度，再從基準強度減掉上述暗水準求出修正基準強度，然後，藉由將修正實測強度除以修正基準強度，求出相對反射率，具體來說，相對反射率R(λ)可以用次式來求出。
在此，λ是波長，E(λ)是從晶圓反射的紅外線強度，B(λ)是基準強度，D(λ)是晶圓不存在狀態下所取得的背景強度(暗水準)。
第一處理部15A對於獲得的分光波形進行高速傅立葉變換(傅立葉變換也可以)來解析分光波形。更具體來說，第一處理部15A篩選包含在分光波形的頻率成分與其強度，將獲得的頻率成分用特定關係式來變換成矽層厚度，然後，產生表示矽層厚度與頻率成分的強度的關係的頻譜。上述特定關係式是表示將頻率成分做為變數的矽層厚度的一次函數，可以從實測結果等求出。
第五圖係表示由第一處理部15A所產生的頻譜圖。在第五圖中，縱軸表示分光波形所包含的頻率成分的強度，橫軸表示矽層厚度。從第五圖可知，在厚度t1時，強度值會變最大。也就是說，此頻譜表示矽層厚度為t1。如此，從頻譜的波峰決定矽層厚度。
矽層厚度的測定係研磨機台20在一次旋轉間進行複數次為較佳。一次測定時間是依賴於晶圓W的曝光時間，即晶圓W被暴露在紅外線的時間。因此，研磨機台20在一次旋轉間所實施的測定次數是根據曝光時間、研磨機台20的旋轉速度、頂環的旋轉速度來決定。第六圖係表示在研磨機台20與頂環的旋轉速度幾乎相同時，研磨機台20在一次旋轉間，進行五次測定的例圖。如第六圖所示，照射部11及受光部12的前端，橫渡通過晶圓W中心，其間進行五次測定。因此，在研磨機台20每一次旋轉，獲得表示矽層厚度的五個測定值。這些測定值從第一處理部15A送到第二處理部15B，第二處理部15B根據矽層厚度的測定值決定研磨終點。
如上述，雖然在研磨機台20的一次旋轉獲得複數個測定值，但在這些測定值中的若干個有不正確表示矽層厚度的狀況。做為取得這些信賴性低的測定值的原因，被認為是由於在矽層表面存在相對大的高低差的情況下，在一次測定取得包含此高低差的區域厚度，或是反射的紅外線量因任何理由變少等。
下一頁的表格1係表示研磨形成背面照射(BSI)型影像感應器的晶圓時所取得的測定資料。通常在背面照射型影像感應器的製造步驟，研磨厚度約未滿10μm的矽層。從下一頁的表格1可知，在研磨機台20一次旋轉間，取得表示矽層厚度的五個測定值與表示對應這些測定值的頻率成分的強度的五個值。
但是，強度低的測定值傾向於大幅偏離其他測定值。換言之，頻率成分的強度低的測定值，不正確地表示實際的矽層厚度。因此，頻率成分的強度比特定閾值低的測定值，被從測定資料排除，由第二處理部15B取得僅包含信賴性高的測定值的監視資料。上面的表格1所示的記號○，表示隨著閾值以上的強度的測定值，記號×表示隨著比閾值低的強度的測定值。在上面的表格1中，監視資料是由附加記號○的測定值所構成。
每次獲得測定值，比較對應其測定值的頻率成分的強度與閾值。然後，若強度在閾值以上，其測定值(附加記號○的測定值)，被第二處理部15B認定為信賴性高的測定值。此信賴性高的測定值被加到監視資料，使用於矽層厚度的監視。對此，若強度未滿閾值，其測定值(附加記號×的測定值)不會包含在監視資料。因此，監視資料僅由信賴性高的測定值所構成。
第七圖係表示研磨形成上述背面照射(BSI)型影像感應器的晶圓時所取得的分光波形圖。第七圖所示的兩個分光波形s1、s2，是研磨機台20在一次旋轉間於晶圓上不同區域所取得者。從第七圖可知，分光波形s1雖然包含相對清楚的正弦波，但另一分光波形s2不包含清楚的正弦波。這被認為是因為如上述矽層表面所形成的高低差，或反射的紅外線量不足。
第八圖係表示第七圖所示的從分光波形產生的頻譜圖。第八圖的縱軸表示分光波形所包含的頻率成分的強度，橫軸表示從頻率成分變換的矽層厚度。頻率成分強度表示構成分光波形的正弦波大小，與正弦波的振幅大致成比例。第八圖所示的頻譜f1對應第七圖的分光波形s1，第八圖所示的頻譜f2對應第七圖的分光波形s2。
從第八圖可知，頻譜f1的波峰表示矽層厚度為3.5μm。也就是說，頻譜f1表示矽層厚度為3.5μm。對此，頻譜f2的波峰表示矽層厚度為1μm。因此，從頻譜f2所獲得的矽層厚度的測定值為1μm。但是，此測定值1μm大幅偏離從頻譜f1獲得的測定值3.5μm。
從第七圖及第八圖可知，在清楚的正弦波出現在分光波形的情況下，表示頻譜波峰的強度變高。清楚的正弦波出現在分光波形，被認為是第二圖所示進行紅外線彼此干涉，不受到矽層厚度的偏離影響。因此，如此分光波形可以包含正確的矽層厚度資訊。因此，第二處理部15B根據表示頻譜波峰的強度從測定資料排除不正確的測定值，產生僅由正確的測定值組成的監視資料。更具體來說，第二處理部15B僅將表示頻譜波峰的強度在特定閾值以上的測定值加到監視資料。
閾值可如下述來決定。研磨一片晶圓來取得測定資料，對於該取得的測定資料設定暫時閾值，若暫時閾值以下的測定值總數為測定資料的例如20%以下，將暫時閾值做為閾值來採用。
在第八圖所示的例，閾值設定成1.2。表示頻譜f1波峰的強度為約1.8。因此，從頻譜f1的波峰所獲得的測定值3.5μm，被認定為信賴性高的測定值，做為監視資料使用。另一方面，表示頻譜f2波峰的強度為約0.9。因此，從頻譜f2所獲得的測定值1μm，不做為監視資料使用。如此，測定值根據其對應的頻率成分的強度，分類成信賴性高的測定值與信賴性低的測定值。
在上述之例中，閾值是預先設定的固定值。也可以根據監視資料所包含的在過去取得的複數個測定值使閾值變化來取代。例如，算出對應最新的複數個測定值的複數個頻率成分的強度的平均值，也可以將對於該平均值的特定比例做為閾值使用。例如，可以將獲得的平均值的80% 決定成閾值。做為在過去取得的複數個測定值的一例，可列舉關於現在進行研磨的晶圓所取得的測定值、關於先進行研磨的其他晶圓所取得的測定值、及以其他研磨裝置在過去所取得的測定值等。
第二處理部15B從第一處理部15A接受測定資料，從此測定資料產生上述監視資料。監視資料如上述，僅包含被認定為信賴性高的測定值。第二處理部15B監視包含在監視資料的測定值，在該測定值達到特定目標值的時間點，判斷成達到研磨終點。為了更正確地決定研磨終點，算出獲得的信賴性高的測定值的移動平均值為較佳。在此情況，移動平均值達到特定目標值的時間點被判斷成研磨終點。又，為了更正確地決定研磨終點，求出在研磨機台20一次旋轉間所取得的複數個信賴性高的測定值的平均值為較佳。再者，求出獲得的平均值的移動平均值為較佳。
第九圖係表示矽層厚度與研磨時間的關係圖。在第九圖中，曲線a表示在研磨機台20一次旋轉間所取得的複數個測定值的平均值的時間變化，曲線b表示上述平均值的移動平均值的時間變化。移動平均值是最新的複數個(例如最新的三個)平均值的平均值。測定值的平均值(曲線a)或其移動平均值(曲線b)達到預先設定的目標值的時間點為研磨終點。第二處理部15B從測定值的平均值(曲線a)或其移動平均值(曲線b)達到預先設定的目標值的時間點，決定晶圓的研磨終點(即矽層的研磨終點)。從第九圖可知，曲線b相較於曲線a更平滑化。因此，為了更正確地檢測研磨終點，算出在曲線b所示的移動平均值，並監視此為較佳。
第十圖係表示研磨前與研磨後的研磨數據圖。縱軸表示矽層厚度，橫軸表示晶圓的半徑方向的位置。在第十圖所示的點是矽層的測定值。從第十圖可知，在晶圓的中心部的測定值的偏離為相對的小。換言之，可說在晶圓的中心部所取得的測定值的信賴性高。因此，僅使用在晶圓中心部所取得的測定值來檢測研磨終點為較佳。但是，本發明並不受限於此例，也可以使用在晶圓的中心部以外的區域所取得的測定值。例如，也可以僅使用在晶圓的周緣部所取得的測定值來檢測研磨終點。再者，也可以使用在預先選擇的複數個區域(例如第六圖所示的晶圓的中心部與周緣部)所取得的測定值。
在前述的表格1及第八圖所示之例，雖然根據頻率成分的強度來分類測定值成信賴性高者與信賴性低者，但也可以根據測定值本身來來分類其測定值。具體來說，若獲得的測定值在特定範圍內，其測定值被認定為信賴性高的測定值。例如，在研磨的矽層的厚度為大約3μm~4μm是已知的情況下，若獲得的測定值在2.0μm~4.0μm的範圍內(在第十一圖以斜線表示)，其測定值可判斷成信賴性高的測定值。在另一方面，若獲得的測定值在2.0μm~4.0μm的範圍外，則其測定值可判斷成信賴性低的測定值。如此，在研磨的矽層厚度為已知的情況下，可以將其已知厚度的範圍做為測定值的信賴性的判斷基準來使用。
再者，也可以用對於頻率成分的強度的特定閾值，與對於矽層厚度的特定範圍兩者，來分類獲得的測定值。第十二圖係表示將測定值做為分類基準，用關於頻率成分的強度的特定閾值與關於矽層厚度的特定範圍的例圖。在此例中，關於頻率成分的強度的閾值為1，關於矽層厚度的閾值設定在2.0μm~4.0μm的範圍。頻率成分的強度為1以上，且矽層厚度在2.0μm~4.0μm的範圍內的情況下，即頻譜的波峰在以第十二圖的網線所表示的範圍內的情況下，其測定值被第二處理部15B判斷為信賴性高，加到監視資料。對此，頻譜的波峰在以第十二圖的網線所表示的範圍外的情況下，其測定值被判斷為信賴性低，不包含在監視資料。
第七圖所示的兩個分光波形，其整體往右斜上方傾斜。如此的分光波形整體的傾斜做為雜訊出現在頻譜，妨礙正確的矽層厚度測定。因此，為了獲得不包含雜訊的頻譜，也可以進行如下的雜訊除去程序。也就是說，準備基準矽晶圓(裸矽晶圓)，將紅外線照到此基準矽晶圓，藉由算出從該基準矽晶圓反射的紅外線的各波長的相對反射率來取得基準分光波形，對此基準分光波形施行高速傅立葉變換處理，預先取得基準頻譜，藉由將在晶圓W的研磨中所獲得的第八圖所示的頻譜除以上述基準頻譜，獲得不包含雜訊的頻譜。更具體來說，藉由將在研磨中所獲得的頻譜上的各矽層厚度的頻率成分的強度，除以基準頻譜上對應的頻率成分的強度，來修正頻譜。矽層厚度及對應的頻率成分的強度，根據此修正的頻譜來決定為較佳。
第十三圖係表示在矽穿孔電極(TSV)的製造中實施的矽層研磨時所取得分光波形圖，第十四圖係表示第十三圖所示的從分光波形產生的頻譜圖。第十三圖所示的分光波形s3、s4、s5分別對應第十四圖所示的頻譜f3、f4、f5。由於第十三圖所示的分光波形及第十四圖所示的頻譜是與第四圖所示的分光波形及第五圖所示的頻譜同樣產生，所以省略其重複說明。
在矽穿孔電極(TSV)的製造，研磨的矽層厚度約20μm~50μm。即使在此情況，將測定值做為分類基準，可用頻率成分的強度的特定閾值及/或矽層厚度的特定範圍。本發明的研磨終點檢測技術，可以適用在研磨厚度未滿10μm的矽層的BSI程序，及研磨厚度約20μm~50μm的矽層的TSV程序兩者。
照射部11具有切換從該照射部11發射的紅外線的量的功能，紅外線的量根據研磨的矽層狀態來改變者為較佳。做為矽層狀態的具體例，可列舉矽層厚度、矽層表面的平坦度(面內均勻性)、在矽層下所存在的膜厚度、材質、配線圖案密度。例如，如BSI程序的在研磨薄矽層時，從照射部11發射的紅外線量少，如TSV程序的在研磨厚矽層時，從照射部11發射的紅外線量多為較佳。
接下來，說明決定閾值方法的一例。第十五圖係表示頻率成分的強度的度數分佈的直方圖。在第十五圖的直方圖中，縱軸表示強度的出現頻率，橫軸表示頻率成分的強度。在第十五圖的直方圖，表示有25個測定值所對應的頻率成分的強度。這些25個測定值，是在研磨機台五次旋轉間，在晶圓上的五個區域(參照第六圖)所取得者。因此，出現頻率的總數為25。
頻率成分的強度的度數分佈，依研磨的晶圓特性而不同。在第十五圖所示之例中，在度數分佈所表示的頻率成分的強度，表示二極化成信賴性高的群組與信賴性低的群組。在此情況下，兩個群組的加權平均間的中間值(平均值)做為上述閾值來使用。在第十五圖所示之例，屬於信賴性高的群組的頻率成分的強度的加權平均約0.4，屬於信賴性低的群組的頻率成分的強度的加權平均約1.6。這兩個加權平均的中間值為1.0(= (0.4+1.6)/2)。因此，在此例，1.0做為頻率成分的強度的閾值來使用。在頻率成分的強度非二極化的情況下，在度數分佈(直方圖)所示的頻率成分的全部強度的加權平均做為上述閾值來使用。如此，根據從過去取得的頻率成分的強度的度數分佈算出加權平均來決定閾值，可以穩定進行根據信賴性的測定值的分類。
接下來，說明決定閾值方法的其他例。第十六圖係表示從第十五圖所示的直方圖所產生的累積頻率折線圖。縱軸是以百分比表示頻率成分的強度的出現頻率的累積值。100%對應測定值總數25。因此，每一測定值的百分比為100%/25=4%。由於強度0.2的測定值存在一個，所以其頻率為4%。由於強度0.3的測定值存在三個，所以其頻率為12%(=4%x3)。由於第十六圖的縱軸表示頻率的累積值，所以在強度0.3的累積值是4+12=16%。如此，表現對於測定值的總數的頻率累積值的比例的曲線是累積頻率折線圖。閾值是從在過去取得的測定值所佔的信賴性高的測定值比例來決定。例如，從過去的測定資料，已知在全部測定值所佔的信賴性低的測定值的比例為約20%，在容許捨棄測定值的全部數的20%為止的情況下，由於縱軸的20%所對應的橫軸強度為0.4，閾值被決定成0.4。在此情況下，使用全部測定值的80%來檢測研磨終點。
也可以用上述度數分佈及累積頻率折線圖兩者，來決定閾值。例如，也可以將從度數分佈決定的閾值、與從累積頻率折線圖決定的閾值的平均值，做為用來判別測定值的閾值來使用。在決定閾值的上述方法，使用過去獲得的測定資料。做為過去獲得的測定資料的一例，可列舉關於現在進行研磨的晶圓所取得的測定值、關於先進行研磨的其他晶圓所取得的測定值、及以其他研磨裝置在過去所取得的測定值等。
用第十五圖及第十六圖來說明的閾值決定方法，是根據用於在圖像處理領域的二值化處理的閾值決定方法。例如，第十六圖所示方法為百分位數法(Percentile Method)。再者，當然也可以適用其他圖像處理領域的閾值決定方法，例如使用分離度(separation metrics)的判別分析法(Discriminate Analysis，也被稱為大津的二值化)等。
第十七圖係表示用來說明判別信賴性高的測定值與信賴性 低的測定值的其他方法的圖。第十七圖所示的兩個頻譜f6、f7的各波峰表示的強度為相對的高。因此，例如閾值為0.065的情況，從頻譜f6、f7獲得的矽層厚度的測定值，被判斷成兩者信賴性高。但是，頻譜f7相較於頻譜f6，具有不清楚的波峰形狀。一般來說，波峰形狀清楚的頻譜，表示信賴性高的測定值，波峰形狀不清楚的頻譜，有表示信賴性低的測定值的傾向。
因此，在此方法中，取代在頻譜的波峰的強度，用在特定觀測厚度的頻率成分的強度來判斷測定值的信賴性。也就是說，在特定觀測厚度的頻率成分的強度比特定閾值低的情況，頻譜的波峰表示的矽層厚度的測定值被認定為信賴性高。對此，在特定觀測厚度的頻率成分的強度為上述特定閾值以上的情況，頻譜的波峰表示矽層厚度的測定值被認定為信賴性低。
在第十七圖所示之例，觀測厚度設定為2μm，閾值設定為0.065。在頻譜f6，在特定觀測厚度2μm的頻率成分的強度a1比閾值0.065低。因此，從頻譜f6獲得的測定值，被判斷為信賴性高。對此，在頻譜f7，在特定觀測厚度2μm的頻率成分的強度b1比閾值0.065高。因此，從頻譜f7獲得的測定值，被判斷為信賴性低。觀測厚度也可以是複數個。在此情況下，在各觀測厚度的強度與上述閾值比較，與上述一樣，判斷測定值的信賴性。
在此方法中，除了在頻譜的波峰的強度，也可以用在特定觀測厚度的頻率成分的強度來判斷測定值的信賴性。也就是說，在頻譜的波峰表示的強度比特定閾值高，且在特定觀測厚度的頻率成分的強度比上述特定閾值低的情況下，頻譜的波峰表示的矽層厚度的測定值，被認定為信賴性高。對此，在頻譜的波峰表示的強度為特定閾值以下，及/或在特定觀測厚度的頻率成分的強度為上述特定閾值以上的情況下，頻譜的波峰表示的矽層厚度的測定值，被認定為信賴性低。如此，藉由組合用在波峰的強度的信賴性判斷與在用在特定觀測厚度的強度的信賴性判斷，可以更正確地判別測定值。
第十八圖係表示用來說明第十七圖所示判別方法的變形例 圖。在此方法中，在頻譜的波峰的強度與在特定觀測厚度的頻率成分的強度的差分(絕對值)，係與特定設定值比較。若上述差分比設定值大，從其頻譜的波峰決定的矽層厚度的測定值，被判斷為信賴性高。對此，若上述差分為設定值以下，從其頻譜的波峰決定的矽層厚度的測定值，被判斷為信賴性低。
在第十八圖所示的例，上述差分的設定值被設定為0.005。在頻譜f6的波峰的強度與在特定觀測厚度2μm的頻率成分的強度的差分a2，比設定值0.005大。因此，從頻譜f6的波峰決定的矽層厚度的測定值，被判斷為信賴性高。對此，在頻譜f7的波峰的強度與在特定觀測厚度2μm的頻率成分的強度的差分b2，比設定值0.005小。因此，從頻譜f7的波峰決定的矽層厚度的測定值，被判斷為信賴性低。即使在此例中，觀測厚度也可以是複數個。
即使在此方法中，也可以組合根據在頻譜的波峰的信賴性判斷與根據上述差分的信賴性判斷。也就是說，在頻譜的波峰表示的強度比特定閾值高，且上述差分比特定設定值大的情況下，頻譜的波峰表示的矽層厚度的測定值，被認定為信賴性高。對此，在頻譜的波峰表示的強度為特定閾值以下，及/或上述差分為特定設定值以下的情況下，頻譜的波峰表示的矽層厚度的測定值，被認定為信賴性低。用第十五~十八圖說明的上述方法，雖然可以將紅外線適用於矽層厚度測定，但本發明不受限於此，也可以適用在用可見光的基板上的膜(例如SiO2等的絕緣膜)的厚度測定。
第十九圖係概略表示上述可實行研磨終點檢側方法的研磨裝置的剖面圖。如第十九圖所示，研磨裝置具備：研磨機台20，支持研磨墊22；頂環24，保持晶圓W並壓抵至研磨墊22；及研磨液供給機構25，供給研磨液(漿體)至研磨墊22。研磨機台20連接於其下方所配置的馬達(圖未顯示)，可在軸心周圍旋轉。研磨墊22被固定在研磨機台20的上面。
研磨墊22的上面22a構成研磨晶圓W的研磨面。頂環24經由頂環軸28連接於馬達及升降柱(圖未顯示)。藉此，頂環24可升降且可在頂環軸28周圍旋轉。在此頂環24的下面，藉由真空吸附等保持晶圓W。在頂環24的下面所保持的晶圓W，藉由頂環24旋轉，並被頂環24按 壓至旋轉的研磨機台20上的研磨墊22的研磨面22a。此時，從研磨液供給機構25供給研磨液至研磨墊22的研磨面22a，在晶圓W的表面與研磨墊22之間存在研磨液的狀態下，研磨晶圓W的表面。使晶圓W與研磨墊22滑接的相對移動機構，是由研磨機台20及頂環24所構成。
在研磨機台20，形成有在其上面開口的第一孔30A及第二孔30B。又，在研磨墊22，形成有穿孔31於對應這些孔30A、30B的位置。孔30A、30B與穿孔31連通，穿孔31在研磨面22a開口。第一孔30A經由液體供給路33及旋轉接合器(rotary joint)32連接於液體供給源35，第二孔30B連接於液體排出路34。
晶圓W的研磨中，是從液體供給源35，經由液體供給路33供給做為透明液體的水(較佳為純水)至第一孔30A，注滿晶圓W的下面與光纖12、41的前端之間的空間。水更流入第二孔30B，通過液體排出路34排出。研磨液雨水一起排出，藉此確保光路。在液體供給路33設有與研磨機台20的旋轉同步動作的閥(圖未顯示)。此閥在晶圓W不位於通孔31上時，動作成停止水的流動，或減少水的流量。在本實施形態中，由液體供給源35及液體供給路33構成水供給機構。
研磨裝置具有研磨監視裝置，該研磨監視裝置根據上述方法監視研磨的進展，且檢測研磨終點。研磨監視裝置做為研磨終點檢測裝置來運作。研磨監視裝置具備：照射部11，將紅外線照射至晶圓W的被研磨面；光纖12，接受從晶圓W返回的紅外線反射；分光器13，根據波長分解從晶圓W反射的紅外線，在特定波長範圍測定紅外線強度；第一處理部15A，從由分光器13取得的紅外線強度資料決定矽層厚度；及第二處理部15B，監視從第一處理部15A獲得的矽層厚度，且決定晶圓W的研磨終點(矽層的研磨終點)。第一處理部15A與第二處理部15B也可以設為一個處理部。
照射部11具備：光源40；及連接光源40的光纖41。光纖41是將由光源40發射的紅外線導引至晶圓W為止的光傳送部。光纖41及光纖12的前端位於第一孔30A內，位於晶圓W的被研磨面的附近。光纖41及光纖12的各前端，配置成面對保持在頂環24的晶圓W的中心，如第 三圖及第六圖所示，在研磨機台20每次旋轉，紅外線被照射至包含晶圓W中心的複數個區域。由於800nm~900nm的近紅外線相對容易通過水中，所以使用近紅外線為較佳。
做為光源40，採用發光二極體(LED)。光源40發射的紅外線為波長920nm~980nm的近紅外線為較佳。由於具有此範圍波長的近紅外線，相較於更長波長的紅外線更不易被水吸收，所以可以進行更高精確度的測定。光纖41及光纖12係彼此並列配置。光纖41及光纖12的各前端被配置成對於晶圓W表面為大致垂直，光纖41係大致垂直於晶圓W表面來照射紅外線。
晶圓W的研磨中，是從照射部11照射紅外線至晶圓W，藉由光纖12接受從晶圓W反射的紅外線。在紅外線被照射間，水被供給至孔30A、30B及穿孔31，藉此，光纖41及光纖12的各前端與晶圓W的表面之間的空間被水注滿。分光器13在特定波長範圍測定反射的紅外線強度，將獲得的紅外線強度資料送到第一處理部15A。第一處理部15A對如上述的分光波形進行FFT(高速傅立葉變換)處理來決定矽層厚度，第二處理部15B根據從第一處理部15A獲得的矽層厚度來決定研磨終點。
第二十圖係表示第十九圖所示的研磨裝置的變形例的剖面圖。在第二十圖所示之例，未設有液體供給路、液體排出路、液體供給源。替代於此，在研磨墊22形成有透明窗45。照射部11的光纖41，通過此透明窗45將紅外線照射於研磨墊22上的晶圓W表面，做為受光部的光纖12通過透明窗45接受從晶圓W反射的紅外線。其他結構與第十九圖所示的研磨裝置相同。
上述矽層也可以是矽基板本身。本發明也可以適用於矽基板本身的研磨(磨光)。例如，本發明可適用於矽基板的背面磨光。研磨(磨光)矽基板的裝置，使用砥石做為研磨具來取代研磨墊22。
上述實施形態是以在本發明所屬技術領域的具有通常知識者可實施本發明為目的來記載者。上述實施形態的各種變形例，如果是所屬領域具有通常知識者當然可以完成，本發明的技術思想也可以適用於其他實施形態。因此，本發明並不受限於記載的實施形態，應做為根據申請 專利範圍所定義的技術思想的最寬廣範圍。

Claims (23)

  1. 一種研磨具有矽層的基板的方法，其特徵在於：將基板壓抵至旋轉的研磨機台上的研磨具，並研磨前述基板；在前述基板研磨中，將具有複數個波長之光照射至前述基板；接受從前述基板反射的光；在各波長測定前述反射的光之強度；將前述反射的光之測定出之強度除以特定基準強度，算出相對反射率；產生表示前述相對反射率與前述反射的光之波長的關係的分光波形；對前述分光波形進行傅立葉變換處理，篩選包含在前述分光波形的頻率成分及前述頻率成分之強度；使用特定關係式將前述頻率成分變換為矽層之厚度；產生表示前述矽層之厚度與對應於前述矽層之厚度的前述頻率成分之強度的關係的頻譜；從前述頻譜之波峰，決定前述矽層之厚度及對應的頻率成分之強度；在前述決定之頻率成分之強度比特定閾值更高的情況下，將前述決定之矽層之厚度認定為信頼性高的測定值；根據前述信頼性高的測定值到達特定目標值的時間點，來決定前述基板之研磨終點。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，在前述研磨機台一次旋轉間，反覆進行從對前述基板之光之照射直到前述信頼性高的測定值之認定為止的步驟複數次，取得複數個信頼性高的測定值；算出前述複數個信頼性高的測定值之平均值；根據前述平均值到達前述特定目標值之時間點，來決定前述基板之研磨終點。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中，算出前述平均值之移動平均值；根據前述移動平均值到達前述特定目標值之時間點，來決定前述基板之研磨終點。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，反覆進行從對前述基板之光之照射直到前述信頼性高的測定值之認定為止的步驟複數次，取得複數個信頼性高的測定值；算出前述複數個信頼性高的測定值之移動平均值；根據前述移動平均值到達前述特定目標值之時間點，來決定前述基板之研磨終點。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，前述光照射在前述基板之中心部；前述信頼性高的測定值係在前述基板之中心部的前述矽層之厚度之測定值。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，前述光照射在前述基板之複數個區域；前述信頼性高的測定值係從前述複數個區域所預先選擇的至少一個區域的前述矽層之厚度之測定值。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，前述特定閾值根據過去取得的複數個信頼性高的測定值而變動。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中進一步包含以下的步驟：將光射中基準矽晶圓，算出從該基準矽晶圓反射的光之各波長之相對反射率，藉以取得基準分光波形；對前述基準分光波形進行傅立葉變換處理，取得基準頻譜；將在前述頻譜上之各矽層厚度的頻率成分之強度，除以前述基準頻譜上之對應的頻率成分之強度，藉以修正前述頻譜；此外，前述從前述頻譜之波峰來決定前述矽層之厚度及對應的頻率成分之強度的步驟，係從前述修正之頻譜之波峰來決定前述矽層之厚度及對應的頻率成分之強度的步驟。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，根據研磨的前述矽層之狀態來改變照射在前述基板之前述光之量。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，前述矽層係構成背面照射型影像感應器之受光面的矽層。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，前述矽層係矽穿孔電極的矽 層。
  12. 一種研磨具有矽層的基板的裝置，其特徵在於：具備：研磨機台，其支持研磨具成可旋轉；頂環，其將前述基板壓抵至前述研磨機台上的前述研磨具；照射部，其將具有複數個波長的光照射在保持於前述頂環的前述基板；受光部，其接受從前述基板反射的光；分光器，其在各波長測定前述反射的光之強度；及研磨監視部，其從前述分光器所取得的光之強度資料，決定前述矽層之厚度；前述研磨監視部進行以下的動作：將前述反射的光之測定出之強度除以特定基準強度，算出相對反射率；產生表示前述相對反射率與前述反射的光之波長的關係的分光波形；對前述分光波形進行傅立葉變換處理，篩選前述分光波形所包含的頻率成分及前述頻率成分之強度；使用特定關係式將前述頻率成分變換為矽層之厚度；產生表示前述矽層之厚度與對應於前述矽層之厚度的前述頻率成分之強度的關係的頻譜；從前述頻譜之波峰來決定前述矽層之厚度及對應的頻率成分之強度；在前述決定的頻率成分之強度比特定閾值更高的情況下，將前述決定的矽層之厚度認定為信頼性高的測定值；根據前述信頼性高的測定值到達特定目標值之時間點，來決定前述基板之研磨終點。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之裝置，其中，在前述研磨機台一次旋轉間，反覆進行從對前述基板之光之照射直到前述信頼性高的測定值的認定為止的步驟複數次，取得複數個信頼性高的測定值；前述研磨監視部算出前述複數個信頼性高的測定值之平均值，根據 前述平均值到達前述特定目標值之時間點，來決定前述基板之研磨終點。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之裝置，其中，前述研磨監視部算出前述平均值之移動平均值，根據前述移動平均值到達前述特定目標值之時間點，來決定前述基板之研磨終點。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之裝置，其中，反覆進行從對前述基板之光之照射直到前述信頼性高的測定值的認定為止的步驟複數次，取得複數個信頼性高的測定值；前述研磨監視部算出前述複數個信頼性高的測定值之移動平均值，根據前述移動平均值到達前述特定目標值之時間點，來決定前述基板之研磨終點。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之裝置，其中，前述光照射在前述基板之中心部；前述信頼性高的測定值係在前述基板之中心部的前述矽層之厚度之測定值。
  17. 如申請專利範圍第12項所述之裝置，其中，前述光照射在前述基板之複數個區域；前述信頼性高的測定值係從前述複數個區域所預先選擇的至少一個區域的前述矽層之厚度之測定值。
  18. 如申請專利範圍第12項所述之裝置，其中，前述特定閾值根據過去取得的複數個信頼性高的測定值而變動。
  19. 如申請專利範圍第12項所述之裝置，其中，前述照射部將光射中基準矽晶圓；前述分光器算出從該基準矽晶圓反射的光之各波長之相對反射率，藉以取得基準分光波形；前述研磨監視部進行以下的動作：對前述基準分光波形進行傅立葉變換處理，取得基準頻譜；將在前述頻譜上之各矽層厚度的頻率成分之強度，除以前述基準頻譜上之對應的頻率成分之強度，藉以修正前述頻譜；從前述修正之頻譜之波峰，決定前述矽層之厚度及對應的頻率成分之強度。
  20. 如申請專利範圍第12項所述之裝置，其中，前述照射部根據研磨的前述矽層的狀態，能改變照射在前述基板之前述光之量。
  21. 如申請專利範圍第12項所述之裝置，其中，前述矽層係構成背面照射型影像感應器之受光面的矽層。
  22. 如申請專利範圍第12項所述之裝置，其中，前述矽層係矽穿孔電極的矽層。
  23. 如申請專利範圍第12項所述之裝置，其中，更具備水供給機構，該水供給機構對壓抵至前述研磨具的前述基板，與前述照射部及前述受光部之前端之間的空間供給水。
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Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6105371B2 (ja) 2013-04-25 2017-03-29 株式会社荏原製作所 研磨方法および研磨装置
US20150022658A1 (en) * 2013-07-16 2015-01-22 University Of North Carolina At Charlotte Noise reduction techniques, fractional bi-spectrum and fractional cross-correlation, and applications
EP3044568B1 (en) * 2013-09-12 2020-09-09 SiO2 Medical Products, Inc. Rapid, non-destructive, selective infrared spectrometry analysis of organic coatings on molded articles
CN103489223A (zh) * 2013-09-29 2014-01-01 华南理工大学 一种面向3d封装ic的3d断层扫描成像方法
US9349661B2 (en) 2014-01-23 2016-05-24 Globalfoundries Inc. Wafer thinning endpoint detection for TSV technology
US20160013085A1 (en) * 2014-07-10 2016-01-14 Applied Materials, Inc. In-Situ Acoustic Monitoring of Chemical Mechanical Polishing
JP6404172B2 (ja) 2015-04-08 2018-10-10 株式会社荏原製作所 膜厚測定方法、膜厚測定装置、研磨方法、および研磨装置
JP1544543S (zh) * 2015-05-14 2019-02-18
JP6473050B2 (ja) 2015-06-05 2019-02-20 株式会社荏原製作所 研磨装置
JP6649135B2 (ja) * 2016-03-10 2020-02-19 株式会社東京精密 ウェハ加工装置及びウェハ加工方法
KR102539142B1 (ko) 2016-09-05 2023-06-01 삼성전자주식회사 스펙트럼 분석 장치와 방법, 및 혈당 측정 장치
JP6948868B2 (ja) 2017-07-24 2021-10-13 株式会社荏原製作所 研磨装置および研磨方法
JP6860451B2 (ja) * 2017-09-05 2021-04-14 株式会社荏原製作所 機能性チップを備える基板を研磨する方法
CN107520740A (zh) * 2017-09-18 2017-12-29 北京半导体专用设备研究所（中国电子科技集团公司第四十五研究所） 一种化学机械抛光中光谱终点的检测方法、装置及系统
JP7403213B2 (ja) * 2017-10-31 2023-12-22 株式会社荏原製作所 研磨装置、及び研磨方法
KR102435764B1 (ko) * 2017-11-17 2022-08-24 삼성디스플레이 주식회사 레이저 결정화 돌기의 제거 장치 및 방법
JP7118660B2 (ja) * 2018-02-19 2022-08-16 三菱重工業株式会社 差動トランス式変位計の断線検知システム、差動トランス式変位計、及び断線検知方法
JP7354131B2 (ja) 2018-03-13 2023-10-02 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 化学機械研磨中の振動のモニタリング
KR20210064387A (ko) 2018-10-22 2021-06-02 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 휘도 히스토그램을 사용한 잔류물 검출
JP7253458B2 (ja) 2019-06-27 2023-04-06 株式会社荏原製作所 光学式膜厚測定装置の最適な動作レシピを決定する方法、装置、およびシステム
JP7339811B2 (ja) * 2019-08-27 2023-09-06 株式会社荏原製作所 リテーナリングに局所荷重を伝達するローラーの異常検出方法および研磨装置
JP7460411B2 (ja) * 2020-03-24 2024-04-02 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 基板処理装置及び基板処理方法
JP7503418B2 (ja) 2020-05-14 2024-06-20 株式会社荏原製作所 膜厚測定装置、研磨装置及び膜厚測定方法
JP7389718B2 (ja) * 2020-06-29 2023-11-30 株式会社荏原製作所 研磨方法、研磨装置、およびプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体
US20220176513A1 (en) 2020-11-24 2022-06-09 Ebara Corporation Polishing method, polishing monitoring method and polishing monitoring apparatus for workpiece
CN114029790B (zh) * 2021-11-25 2023-04-07 北京晶亦精微科技股份有限公司 一种晶圆研磨方法

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5499733A (en) * 1992-09-17 1996-03-19 Luxtron Corporation Optical techniques of measuring endpoint during the processing of material layers in an optically hostile environment
JPH10125634A (ja) 1996-10-19 1998-05-15 Nikon Corp 研磨装置
JP4460659B2 (ja) * 1997-10-22 2010-05-12 株式会社ルネサステクノロジ 薄膜の膜厚計測方法及びその装置並びにそれを用いた薄膜デバイスの製造方法及びその製造装置
JP3854056B2 (ja) 1999-12-13 2006-12-06 株式会社荏原製作所 基板膜厚測定方法、基板膜厚測定装置、基板処理方法及び基板処理装置
US6511363B2 (en) * 2000-12-27 2003-01-28 Tokyo Seimitsu Co., Ltd. Polishing end point detecting device for wafer polishing apparatus
US6812478B2 (en) * 2001-03-19 2004-11-02 Lam Research Corporation In-situ detection of thin-metal interface using optical interference via a dynamically updated reference
JP4131632B2 (ja) * 2001-06-15 2008-08-13 株式会社荏原製作所 ポリッシング装置及び研磨パッド
JP2003249472A (ja) * 2002-02-26 2003-09-05 Hitachi Ltd 膜厚計測方法および膜厚計測装置および薄膜デバイスの製造方法
JP4542324B2 (ja) 2002-10-17 2010-09-15 株式会社荏原製作所 研磨状態監視装置及びポリッシング装置
US6895360B2 (en) * 2002-12-17 2005-05-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method to measure oxide thickness by FTIR to improve an in-line CMP endpoint determination
JP4464642B2 (ja) * 2003-09-10 2010-05-19 株式会社荏原製作所 研磨状態監視装置、研磨状態監視方法、研磨装置及び研磨方法
JP4501633B2 (ja) * 2004-10-28 2010-07-14 ソニー株式会社 固体撮像素子とその製造方法
US20070148792A1 (en) * 2005-12-27 2007-06-28 Marx David S Wafer measurement system and apparatus
JP2008083059A (ja) * 2006-09-26 2008-04-10 David S Marx ウェーハの測定システム及び測定装置
CN102490112B (zh) * 2006-10-06 2015-03-25 株式会社荏原制作所 加工终点检测方法、研磨方法及研磨装置
JP2009050944A (ja) 2007-08-24 2009-03-12 Disco Abrasive Syst Ltd 基板の厚さ測定方法および基板の加工装置
JP5339791B2 (ja) * 2008-06-30 2013-11-13 株式会社東京精密 研磨終点検出方法及び研磨装置
US8388408B2 (en) * 2008-10-10 2013-03-05 Ebara Corporation Method of making diagram for use in selection of wavelength of light for polishing endpoint detection, method for selecting wavelength of light for polishing endpoint detection, and polishing endpoint detection method
JP2010093147A (ja) * 2008-10-10 2010-04-22 Ebara Corp 研磨進捗監視方法および研磨装置
JP5339859B2 (ja) * 2008-11-07 2013-11-13 株式会社東京精密 研磨終了時点の検出方法及び検出装置
CN101954621B (zh) * 2009-07-16 2012-05-23 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 化学机械研磨制程的研磨终点判断方法
US8747189B2 (en) * 2011-04-26 2014-06-10 Applied Materials, Inc. Method of controlling polishing

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