TWI669758B - 研磨方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種儘管測定位置不同也能夠獲得穩定的膜厚的研磨方法。在本發明的方法中，使支承研磨墊(2)的研磨台(3)旋轉，將晶圓(W)的表面按壓於研磨墊(2)，在研磨台(3)最近的規定次數旋轉的期間內取得來自設置於研磨台(3)的膜厚傳感器(7)的複數個膜厚信號，根據複數個膜厚信號決定複數個測定膜厚，基於複數個測定膜厚決定在晶圓(W)的表面形成的凸部的最頂部的推定膜厚，基於凸部的最頂部的推定膜厚對晶圓(W)的研磨進行監視。

Description

研磨方法
本發明有關對晶圓的表面進行研磨的方法，特別是有關對在表面形成有凸部的晶圓進行研磨的方法。
在對晶圓進行研磨的研磨裝置中，在大多的情況下，主要出於對絕緣層(透明層)的研磨的進展進行監視的目的而使用光譜式監視系統，主要出於對導電層(金屬膜)的研磨的進展進行監視的目的而使用渦電流式監視系統。在光譜式監視系統中，安裝到研磨台的光源、光譜儀分別與投光用光纖、受光用光纖連接，這些光纖的頂端作為構成投光部和受光部的測定部發揮功能。測定部(投光部和受光部)被配置於研磨台每旋轉一圈可對晶圓表面進行掃描那樣的位置。在渦電流式監視器的情況下，勵磁用線圈、檢測用線圈等設置作為測定部。
專利文獻1：日本特開2012-28554號公報
在具有如此配置於研磨台的測定部的監視系統中，難以對研磨過程中的晶圓面上的測定位置精確地進行控制。一般來說，是成為晶圓會在安裝到研磨頭的固持環(retainer ring)的內側稍微移動的構造，因此，晶圓沿著徑向相對於研磨頭的中心偏移、或隨著時間的經過相對於研磨頭逐漸旋轉。因此，難以連續地對晶圓面上的規定的位置進行測定，測定數據隨著對在晶圓面形成的構造體的哪個部位進行了測定，而產生較大程度地 變化。
圖18的(a)是表示研磨的初始階段的測定膜厚的推移的圖表，圖18的(b)是研磨的中間階段的測定膜厚的推移的圖表。這些圖表中的測定膜厚表示距300mm晶圓的中心的距離為約120mm的測定區域中的測定膜厚。作為測定對象的晶圓是在其表面具有複數個凸部的晶圓。作為這樣的晶圓的例子，是具有單元陣列的晶圓，該單元陣列是複數個單元(記憶單元)呈矩陣狀排列而成。
使用具有氙氣閃光光源的光譜式監視系統來對晶圓的膜厚進行測定，並篩選出認為是凸部的膜厚的測定數據。在圖18的(a)中，測定膜厚的離散程度(dispersion)較小，隨著研磨台的旋轉次數、即、研磨時間的經過，測定膜厚大致呈線性減少。與此相對，在圖18的(b)中，雖然測定膜厚與研磨時間一起減少，但測定膜厚的離散程度較大，難以對基於1個1個的測定膜厚的膜厚外形(profile)進行控制、難以進行研磨終點的檢測。
圖19的(a)是表示與圖18的(a)相對應的研磨的初始階段的凸部的外形(截面形狀)的圖，圖19的(b)是表示與圖18的(b)相對應的研磨的中間階段的凸部的外形(截面形狀)的圖。圖19的(a)所示的外形是晶圓研磨前的凸部106的外形，凸部106呈現矩形形狀的截面。圖19的(b)所示的外形是在對晶圓進行了一定時間研磨之後在將晶圓研磨暫且中斷時所取得的凸部106的外形。在凸部106的兩側形成有溝槽(trench)110。凸部106例如是上述的單元(記憶單元)。
如從圖19的(a)和圖19的(b)可知，在研磨前，凸部的截面是矩形形狀，相對於此，隨著研磨的進展，凸部的角變圓。因此，由於 光譜式監視系統的測定部的測定位置的不同，而使測定膜厚離散。例如，在圖19的(a)中，凸部106的中央部處的膜厚與邊緣部處的膜厚相同，但在圖19的(b)中，位於凸部106的中央的最頂部106a處的膜厚與邊緣部106b處的膜厚不同。即、如從圖19的(b)可知，凸部106在其最頂部106a處具有最大的膜厚，在邊緣部106b具有最小的膜厚。因此，由於測定位置不同而使測定膜厚離散，無法對準確的研磨狀態進行檢測。
因此，本發明的目的在於提供一種儘管測定位置不同也能夠獲得穩定的膜厚的研磨方法。
為了達成上述的目的，本發明的一態樣是研磨方法，其是對在表面形成有凸部的晶圓進行研磨的方法，其特徵在於，該研磨方法包括如下工序：使支承研磨墊的研磨台旋轉，將晶圓的表面按壓於所述研磨墊，在所述研磨台最近的規定次數的旋轉期間內取得來自設置於所述研磨台的膜厚傳感器的複數個膜厚信號，根據所述複數個膜厚信號決定複數個測定膜厚，基於所述複數個測定膜厚決定所述凸部的最頂部的推定膜厚，基於所述凸部的最頂部的推定膜厚對晶圓的研磨進行監視。
本發明的較佳的態樣的特徵在於，決定所述凸部的最頂部的推定膜厚的工序是如下工序：對由所述最近的複數個測定膜厚和所對應的所述研磨台的旋轉次數指出的複數個數據點進行回歸分析而決定回歸線，透過將所述研磨台的當前的旋轉次數代入表示所述回歸線的函數來決定推定膜厚。
本發明的較佳的態樣的特徵在於，決定所述凸部的最頂部的推定膜厚 的工序還包括在決定了所述回歸線之後將位於所述回歸線下側的數據點中的至少1個數據點從所述複數個數據點排除，對所述複數個數據點中的將所述至少1個數據點排除後所剩餘的數據點進行回歸分析而決定新的回歸線的工序，透過將所述研磨台的當前的旋轉次數代入表示所述新的回歸線的函數來決定推定膜厚。
本發明的較佳的態樣的特徵在於，決定所述凸部的最頂部的推定膜厚的工序是如下工序：對由所述最近的複數個測定膜厚和所對應的所述研磨台的旋轉次數指出的複數個數據點進行回歸分析而決定回歸線，透過將規定的偏置值與將所述研磨台的當前的旋轉次數代入表示所述回歸線的函數而得到的值相加來決定推定膜厚。
本發明的較佳的態樣的特徵在於，決定所述凸部的最頂部的推定膜厚的工序是如下工序：生成所述最近的複數個測定膜厚的概率分佈，決定更小的測定膜厚的概率成為規定的值的推定膜厚。
本發明的較佳的態樣的特徵在於，所述膜厚傳感器是具有脈衝點亮光源的光學式傳感器。
本發明的較佳的態樣的特徵在於，所述膜厚傳感器是渦電流傳感器。
本發明的較佳的態樣的特徵在於，基於所述凸部的最頂部的推定膜厚決定晶圓的研磨終點。
本發明的較佳的態樣的特徵在於，基於所述凸部的最頂部的推定膜厚變更晶圓的研磨條件。
本發明的較佳的態樣的特徵在於，基於所述凸部的最頂部的推定膜厚的當前的值與過去的值，在所述膜厚傳感器接下來取得膜厚信號之前，對 所述凸部的最頂部的膜厚進行預測，基於預測出的所述膜厚決定晶圓的研磨終點。
根據本發明，即使最近的複數個測定膜厚會離散，也能夠透過對這些測定膜厚進行回歸分析或統計性的分析等，來決定凸部的最頂部的推定膜厚、即局部地成為最大的膜厚的推定值。因而，能夠取得隨著研磨時間減少的膜厚。
1‧‧‧研磨頭
2‧‧‧研磨墊
3‧‧‧研磨台
5‧‧‧研磨液供給噴嘴
6‧‧‧台馬達
7‧‧‧膜厚傳感器
9‧‧‧處理部
10‧‧‧頭軸
21‧‧‧頭主體
22‧‧‧固持環
24‧‧‧膜片
25‧‧‧膜片保持件
26‧‧‧翻卷式隔膜
28‧‧‧旋轉式接頭
30‧‧‧氣體供給源
42‧‧‧投光部
43‧‧‧受光部(光纖)
44‧‧‧光譜儀
47‧‧‧光源
48‧‧‧光纖
W‧‧‧晶圓
圖1是表示能夠執行研磨方法的一實施方式的研磨裝置的示意圖。
圖2是圖1所示的研磨頭的剖視圖。
圖3是表示研磨方法的一實施方式的流程圖。
圖4是表示晶圓的表面上的測定點的一個例子的圖。
圖5是表示光譜的一個例子的圖。
圖6的(a)是說明圖3所示的步驟5、6的圖，圖6的(b)和圖6的(c)是說明圖3所示的步驟7的圖。
圖7的(a)是表示再次執行步驟5而獲得的回歸線的圖，圖7的(b)是表示最終獲得的回歸線的圖。
圖8是表示按照圖3所示的方法求出凸部的最頂部的推定膜厚、即局部地成為最大的膜厚的推定值的結果的圖表。
圖9是表示隨著研磨的進展而進一步帶有圓弧的凸部的外形的剖視圖。
圖10是表示圖9所示的凸部的測定膜厚的圖表。
圖11是表示決定凸部的最頂部的推定膜厚、即局部地成為最大的膜厚 的推定值的另一實施方式的圖表。
圖12是表示決定凸部的最頂部的推定膜厚、即局部地成為最大的膜厚的推定值的又一實施方式的圖表。
圖13是表示圖12所示的概率分佈的圖表。
圖14是表示基於過去的研磨數據計算出預測膜厚的實施方式的圖。
圖15是表示研磨裝置的詳細的結構的一個例子的示意剖視圖。
圖16的(a)是用於說明使用了光學式傳感器的膜厚測定的原理的示意圖，圖16的(b)是表示晶圓與研磨台之間的位置關係的俯視圖。
圖17是表示由處理部生成的光譜的一個例子的圖。
圖18的(a)是表示研磨的初始階段的測定膜厚的推移的圖表，圖18的(b)是表示研磨的中間階段的測定膜厚的推移的圖表。
圖19的(a)是表示與圖18的(a)相對應的研磨的初始階段的凸部的外形(截面形狀)的圖，圖19的(b)是表示與圖18的(b)相對應的研磨的中間階段的凸部的外形(截面形狀)的圖。
以下，對本發明的實施方式進行說明。圖1是表示能夠執行研磨方法的一實施方式的研磨裝置的示意圖。如圖1所示，研磨裝置包括支承研磨墊2的研磨台3、將晶圓W按壓於研磨墊2的研磨頭1、使研磨台3旋轉的台馬達6、以及用於向研磨墊2上供給研磨液(例如漿液：slurry)的研磨液供給噴嘴5。研磨墊2的表面構成用於對晶圓W進行研磨的研磨面2a。研磨台3與台馬達6連結，台馬達6構成為使研磨台3和研磨墊2旋轉。
在研磨台3內配置有膜厚傳感器7。膜厚傳感器7與研磨台3和研磨墊2一起一體地旋轉。膜厚傳感器7的位置是研磨台3和研磨墊2每旋 轉一圈就橫穿研磨墊2上的晶圓W的表面的位置。膜厚傳感器7與處理部9連接，作為膜厚傳感器7的輸出信號的膜厚信號向處理部9發送。處理部9構成為基於膜厚信號來推定晶圓W的膜厚。
膜厚傳感器7是生成隨著晶圓W的膜厚而變化的膜厚信號的傳感器，由例如光學式傳感器或渦電流傳感器構成。光學式傳感器構成為，向晶圓W的表面照射光，按照每個波長對來自晶圓W的反射光的強度進行測定，將與波長相關聯的反射光的強度輸出。與波長相關聯的反射光的強度是隨著晶圓W的膜厚而變化的膜厚信號。渦電流傳感器在晶圓形成的導電膜感應出渦電流，將隨著包括導電膜和渦電流傳感器的線圈在內的電氣回路的阻抗而變化的膜厚信號輸出。
圖2是圖1所示的研磨頭1的剖視圖。研磨頭1構成為，能夠對晶圓W的複數個區域分別施加不同的按壓力。研磨頭1具有與頭軸10連結的頭主體21和配置於頭主體21的下方的固持環22。
在頭主體21的下方配置有要與晶圓W的上表面(與應該研磨的表面相反的一側的面)抵接的柔軟的膜片(membrane)24和用於保持膜片24的膜片保持件25。在膜片24與膜片保持件25之間設有4個壓力室C1、C2、C3、C4。壓力室C1、C2、C3、C4由膜片24和膜片保持件25形成。中央的壓力室C1是圓形，其他壓力室C2、C3、C4是環狀。這些壓力室C1、C2、C3、C4呈同心圓狀排列。在本實施方式中，研磨頭1具有4個壓力室C1~C4，但研磨頭1也可以具有比4個少的壓力室、或比4個多的壓力室。
經由氣體輸送管線F1、F2、F3、F4從氣體供給源30分別向壓力室C1、C2、C3、C4供給加壓空氣等加壓氣體。另外，氣體輸送管線F1、 F2、F3、F4與真空管線V1、V2、V3、V4連接，可利用真空管線V1、V2、V3、V4在壓力室C1、C2、C3、C4內形成負壓。能夠使壓力室C1、C2、C3、C4的內部壓力彼此獨立地變化，由此，能夠對晶圓W的所對應的4個區域、即中央部、內側中間部、外側中間部、以及周緣部的按壓力獨立地進行調整。
在膜片保持件25與頭主體21之間形成有壓力室C5，從上述氣體供給源30經由氣體輸送管線F5向該壓力室C5供給加壓氣體。另外，氣體輸送管線F5與真空管線V5連接，利用真空管線V5在壓力室C5內形成負壓。由此，膜片保持件25和膜片24整體能夠沿著上下方向運動。
晶圓W的周端部被固持環22包圍，在研磨過程中晶圓W不會從研磨頭1飛出。在膜片24的構成壓力室C3的部位形成有開口，透過在壓力室C3內形成真空，晶圓W被吸附保持於研磨頭1。另外，透過向該壓力室C3供給氮氣、清潔空氣等，晶圓W被從研磨頭1釋放。
在頭主體21與固持環22之間配置有環狀的翻卷式隔膜(rolling diaphragm)26，在該翻卷式隔膜26的內部形成有壓力室C6。壓力室C6經由氣體輸送管線F6與上述氣體供給源30連結。氣體供給源30將加壓氣體向壓力室C6內供給，由此，將固持環22按壓於研磨墊2。另外，氣體輸送管線F6與真空管線V6連接，利用真空管線V6在壓力室C6內形成負壓。若在壓力室C6內形成真空，則固持環22的整體上升。
在與壓力室C1、C2、C3、C4、C5、C6連通的氣體輸送管線F1、F2、F3、F4、F5、F6分別設有壓力調節器R1、R2、R3、R4、R5、R6。來自氣體供給源的加壓氣體經由壓力調節器R1~R6向壓力室C1~C6內供 給。壓力調節器R1~R6利用氣體輸送管線F1~F6與壓力室C1~C6連接。氣體輸送管線F1~F6從壓力室C1~C6經由旋轉式接頭(rotary joint)28延伸到氣體供給源30。
壓力調節器R1~R6透過對從氣體供給源30供給的加壓氣體的壓力進行調整，來對壓力室C1~C6內的壓力進行控制。壓力調節器R1~R6與處理部9連接。壓力室C1~C6也與大氣開放閥(未圖示)連接，也能夠使壓力室C1~C6向大氣開放。
處理部9對壓力調節器R1~R6進行操作，以便對壓力室C1~C6各自的目標壓力值進行設定，將壓力室C1~C6內的壓力維持成所對應的目標壓力值。尤其是，處理部9根據來自膜厚傳感器7的膜厚信號推定晶圓W的膜厚，基於推定膜厚來決定壓力室C1~C4各自的目標壓力值，並對壓力調節器R1~R4進行操作，以便將壓力室C1~C4內的壓力維持成所對應的目標壓力值。例如，處理部9使與推定膜厚較小的晶圓區域相對應的壓力室的壓力降低，使與推定膜厚較大的晶圓區域相對應的壓力室的壓力提高。
晶圓W如下這樣被研磨。一邊使研磨台3和研磨頭1向圖1的箭頭所示的方向旋轉、一邊從研磨液供給噴嘴5向研磨台3上的研磨墊2的研磨面2a供給研磨液。晶圓W一邊利用研磨頭1旋轉、一邊在研磨液存在於研磨墊2上的狀態下被按壓於研磨墊2的研磨面2a。晶圓W的表面利用研磨液所含有的磨粒的機械作用和研磨液的化學作用進行研磨。
研磨台3每旋轉一圈時，膜厚傳感器7一邊橫貫研磨墊2上的晶圓W的表面，一邊將晶圓W上的複數個測定點處的膜厚信號輸出。處理部9根據膜厚信號推定晶圓W的膜厚，基於推定膜厚對晶圓W的研磨動作進行 控制。例如，處理部9在推定膜厚達到目標膜厚時使晶圓W的研磨動作結束。
作為研磨對象的晶圓W是圖19的(a)所示那樣的在其表面形成有具有矩形形狀的截面的凸部的晶圓。在本實施方式中，為了儘管凸部上的測定位置不同也提高膜厚測定的可靠性，在凸部內局部地成為最大的膜厚、即凸部的最頂部的膜厚如以下這樣決定。
圖3是表示研磨方法的一實施方式的流程圖。在研磨台3旋轉一圈的期間內執行該流程圖中所記載的各步驟。在以下說明的實施方式中，作為膜厚傳感器7，使用了光學式傳感器。在步驟1中，在開始晶圓W的研磨後，在研磨台3旋轉一圈的期間內，膜厚傳感器7按照每個波長對來自晶圓W的表面的反射光的強度進行測定。處理部9根據由膜厚傳感器7測定出的、各波長的反射光的強度來生成光譜。該光譜表示反射光的強度與波長之間的關係，光譜的形狀隨著晶圓W的膜厚而變化。
研磨台3的旋轉速度通常是30~120min-1程度，膜厚傳感器7的測定週期是幾ms左右，因此，在直徑300mm的晶圓的情況下，研磨台3每旋轉一圈可取得從幾十個到超過百個的光譜。圖4是表示晶圓W的表面上的測定點的一個例子的圖。如圖4所示，膜厚傳感器7一邊橫貫晶圓W的表面、一邊對來自各測定點的反射光的強度進行測定，處理部9根據測定出的反射光的強度生成光譜。測定點包含晶圓W的中心點。
在步驟2中，從所獲得的全部光譜挑選從凸部反射的光的光譜。光譜的挑選法取決於凸部的構造和其他區域的構造。在一個例子中，如圖5所示，能夠挑選光譜上的強度的最大值與最小值之差是預先設定的值以上的光譜。圖5所示的縱軸表示反射光的強度，但反射光的強度也可以使 用相對反射率等指標值來表示。相對反射率是表示光的強度的指標值，具體而言，是反射光的強度與對應於各波長的規定的基準強度之比。
而且，根據如此挑選的光譜決定凸部的測定膜厚。測定膜厚的決定可使用公知的技術來進行。作為一個例子，測定膜厚的決定可透過如下方式進行：準備表示參照光譜與所對應的膜厚之間的關係的參照數據，決定與所取得的光譜最相似的參照光譜，決定與該決定的參照光譜預先相關聯的膜厚。參照光譜既可以是透過光反射的模擬取得的理論光譜，也可以是正在對與晶圓W相同規格的參照晶圓進行研磨時所獲得的實測光譜。作為其他例子，也可以透過將光譜的波長轉換成波數而將快速傅立葉轉換適用於光譜來計算出膜厚。
在步驟3中，處理部9判斷研磨開始後的研磨台3的旋轉次數是否是規定的次數M以上。只要研磨台3最近的旋轉次數小於規定的次數M，就返回步驟1，膜厚傳感器7在研磨台3進行了下一個旋轉的期間內進一步對來自晶圓W的反射光的強度進行測定，處理部9根據反射光的強度的測定值進一步生成光譜。
在研磨台3最近的旋轉次數是規定的次數M以上的情況下，在步驟4中，處理部9判斷晶圓面內的規定的測定區域中的根據研磨台3在最近的M次旋轉的期間內所取得的膜厚信號求出的凸部的測定膜厚的數是否是規定的數字N以上。測定區域既可以是1個，也可以是複數個。在設置有複數個測定區域的情況下，從步驟4到後述的步驟9的處理可針對每個測定區域執行。複數個測定區域較佳是按照距晶圓中心的距離(半徑位置)而規定的同心圓狀的區域。晶圓中心上的測定區域是圓形的區域，其他測定 區域是具有一定寬度的環狀的區域。不過，各測定區域未必一定彼此獨立，也可以是鄰接的兩個測定區域的一部分重複。
在步驟5中，在研磨台3最近的M次旋轉的期間內的測定膜厚的數是規定的數字N以上的情況下，處理部9對根據這些測定膜厚和所對應的研磨台3的旋轉次數指出的複數個數據點使用最小平方法等進行回歸分析來決定回歸線。各數據點的位置指定於以膜厚為縱軸、以研磨台3的旋轉次數為橫軸的坐標系上。回歸線可以是直線，但在膜厚的時間變化的非線性較強的情況下，也可以是2次~3次多項式回歸。在回歸線是直線的情況下，回歸線以一次函數表示。
在步驟6中，處理部9對步驟5中的回歸線的決定所使用的測定膜厚的數是否大於規定的數字N進行決定。雖未圖示，但也可以在步驟6之前，處理部9將殘差為正且較大程度偏離其他數據點的數據點作為例外點而排除。在此，殘差是從回歸線到數據點的距離。若數據點位於回歸線的上側，則殘差是正，若位於下側，則殘差是負。
在步驟7中，在步驟6中的測定膜厚的數大於規定的數字N的情況下，進行數據點的縮小範圍。更具體而言，將回歸線的決定所使用的全數據點的殘差內的最大的殘差(正值)乘以規定的比率F而獲得的數值設為用於數據排除的閾值。比率F大於-1且小於1(-1<F<1)。較佳比率F是0以上且是小於1的值(0F<1，例如0.9)。作為比率F，若設定為靠近-1的值，則在最大殘差比最小殘差的絕對值大的情況下，1點的數據也不排除，因此，需要注意。處理部9從最小的殘差開始以殘差變大的順序對殘差與閾值進行比較，只要數據點的數低於規定的數字N，就將具有低於閾值的 殘差的數據點排除。
而且，反復進行步驟5~步驟7的處理直到數據點的數成為規定的數字N。在此，參照圖式說明反復進行步驟5~步驟7的處理的動作的一個例子。如圖6的(a)所示，處理部9對所有數據點進行回歸分析而決定回歸線(步驟5)，進一步對回歸線的決定所使用的測定膜厚的數是否大於規定的數字N進行判斷(步驟6)。在測定膜厚的數大於規定的數字N的情況下，如圖6的(b)所示，處理部9使具有最大的值(正值)的殘差Rmax乘以規定的比率F而決定用於數據點排除的閾值。在該例子中，比率F是0。因而，閾值是0。如圖6的(c)所示，處理部9將具有比閾值小的殘差的數據點刪除。該例的閾值是0，因此，位於回歸線的下方的數據點被刪除(步驟7)。
處理部9再次執行步驟5。即、如圖7的(a)所示，處理部9再次對在步驟7中刪除幾個數據點後的剩餘的所有數據點進行回歸分析而決定新的回歸線。之後，處理部9同樣地反復進行步驟6和步驟7。
這樣一來，比回歸線位於下側的數據點被反復排除，進一步反復進行重新劃回歸線的操作。因而，如圖7的(b)所示，可期待回歸線靠近在研磨台3最近的M次旋轉過程中所取得的數據點的分佈的上端。若將比率F設定得較小，則一度被排除的數據點的數變小且重新劃回歸線的次數變多，可更可靠地獲得與數據點的分佈的上端一致的回歸線。相反若增大比率F，則能夠更快地達到最終的回歸線。
在步驟8中，處理部9將當前的研磨台3的旋轉次數代入表示在步驟5中根據N個數據點求出的回歸線的函數，決定上述的規定的測定區域中的當前時刻的推定膜厚。該決定的推定膜厚相當於晶圓的凸部的最頂 部的膜厚、即局部地成為最大的膜厚。
在步驟4中測定膜厚的數小於規定的數字N的情況下，認為沒有足夠決定回歸線的數據個數，因此，也可以基於過去的推定膜厚決定當前時刻的推定膜厚(步驟9)。例如，處理部9也可以將在研磨台3前次旋轉時獲得的推定膜厚採用作為當前時刻的推定膜厚。或者、處理部9也可以根據與最近的複數個旋轉次數相應的推定膜厚計算出研磨速度(每單位時間的膜厚減少量)，計算出當前時刻的推定膜厚。為了抑制微小的變動而獲得穩定的時間變化，也可以進一步對在步驟8和步驟9中求出的推定膜厚進行移動平均等平滑化處理。
在步驟10中，處理部9對在步驟8或步驟9中求出的推定膜厚是否滿足研磨結束條件進行判斷。只要滿足研磨結束條件，處理部9就使晶圓W的研磨結束。作為研磨結束條件，可列舉出例如推定膜厚低於目標膜厚。
在複數個測定區域設定於晶圓W的表面的情況下，在一實施方式中，也可以是，處理部9計算出在複數個測定區域中分別取得的推定膜厚的平均值，將該平均值低於目標膜厚的時刻作為研磨終點。或者、也可以是，為了避免某一測定區域的局部的過度研磨，處理部9計算出在複數個測定區域中分別取得的推定膜厚的最小值，將該最小值低於目標膜厚的時刻作為研磨終點。另外，也能夠將複數個測定區域的推定膜厚中的、規定的數量的區域的推定膜厚低於目標膜厚的時刻設為研磨終點。在大多的情況下，針對複數個測定區域的目標膜厚是相同的，但也能夠針對各區域各自設定目標膜厚。
推定膜厚只在研磨台3旋轉一圈時獲得，因此，從獲得當前的推定膜厚到獲得下一個推定膜厚為止的期間內實際的膜厚有時也達到目標膜厚。因此，也可以是，為了提高研磨終點的檢測精度，基於與研磨台3的最近的規定的旋轉次數相應的推定膜厚利用外推決定當前時刻之後的預測膜厚，基於該預測膜厚決定研磨終點。如此決定的當前時刻之後的預測膜厚在接下來取得膜厚信號的時刻被更新。
也可以是，在步驟10中判斷成不滿足研磨結束條件的情況下，以複數個測定區域的膜厚變得均勻的方式更新研磨條件。作為所更新的研磨條件，較佳為與複數個測定區域相對應的研磨頭1的壓力室(參照圖2的符號C1~C4)內的壓力。基本上，在研磨條件更新的各時刻，使與推定膜厚比平均值厚的測定區域相對應的壓力室的壓力增加，使與推定膜厚比平均值薄的測定區域相對應的壓力室的壓力減小。另外，研磨條件的更新不需要研磨台3每旋轉一圈就進行，可考慮研磨速度相對於研磨條件變更的響應性而適當決定。在複數個目標膜厚設定於晶圓W的複數個測定區域的情況下，也能夠控制成研磨後的各區域的膜厚成為規定的分佈。
圖8是表示按照圖3所示的方法求出凸部的最頂部的推定膜厚、即局部地成為最大的膜厚的推定值的結果的圖表。在圖8中，將各測定膜厚以+表示，將局部地成為最大的膜厚的推定值以●表示。圖8所示的實驗的條件如以下那樣。
研磨台3的旋轉次數的規定的值M=30
測定膜厚的規定的數字N=8
規定的比率F=0
回歸次數1(直線回歸)
如從圖8可知那樣，局部地成為最大的膜厚的推定值位於數據點的分佈的大致上端。
圖19的(b)所示的凸部106的外形有時隨著研磨的進展、如圖9所示那樣進一步帶有圓弧。在這樣的情況下，測定膜厚的離散程度變得更大，位於數據分佈的上端的數據點就變稀疏。因此，如圖10所示，推定膜厚有時變得不準確或變得不穩定。
在這樣的情況下，對於研磨台3的旋轉次數，也可以增大所設定的上述規定的次數M。或者，在一實施方式中，也可以是，處理部9對在研磨台3最近的規定的M次旋轉的期間內獲得的所有數據點(所有測定膜厚)進行回歸分析而決定回歸線，將當前的研磨台3的旋轉次數代入表示該回歸線的函數而計算出平均的膜厚，在根據需要進行了移動平均等平滑化處理的基礎上，如圖11所示，透過將規定的偏置值與所計算出的平均的膜厚相加，來決定凸部的最頂部的推定膜厚、即局部地成為最大的膜厚的推定值。在該實施方式中，處理部9不進行殘差乘以比率F而求出閾值的工序以及將具有比閾值小的殘差的數據點排除的工序。
偏置值係可參照事先對相同規格的晶圓進行研磨並在其研磨過程中取得的測定膜厚以及中斷研磨而在靜止狀態下測定出的凸部的外形來決定。偏置值也能夠定義為隨著研磨時間而變化的值。
圖12是表示決定凸部的最頂部的推定膜厚、即局部地成為最大的膜厚的推定值的另一實施方式的圖表。在該實施方式中，不進行數據點的回歸分析。取而代之的是，處理部9根據在規定的時間內取得的數據點 (虛線所包圍的數據點)推定膜厚的概率分佈(以單點鏈線表示)，決定更小的測定膜厚的概率成為規定的值(例如97%)的推定膜厚。
圖13是表示圖12所示的概率分佈的圖表。在圖13所示的例子中，應該決定的推定膜厚、即局部地成為最大的膜厚的推定值是更小的測定膜厚的概率成為97%的膜厚。膜厚的概率分佈能夠使用貝葉斯推論(Bayesian inference)等公知的方法來推定。
圖3所示的實施方式可使用被設置於研磨台3的1個膜厚傳感器7來進行。根據該實施方式，在研磨過程中，關於晶圓面上的各測定區域，研磨台3每旋轉一圈，可獲得局部地成為最大的膜厚的推定值。然而，最近對研磨後的膜厚精度的要求越來越高。若基於研磨台3每旋轉一圈所獲得的推定膜厚使研磨結束，則存在在研磨台3旋轉一圈的期間內研磨過度進展而不滿足要求精度的情況。增多膜厚傳感器7的個數而更頻繁地推定膜厚也是方法之一，但這樣一來使研磨裝置的結構變得複雜，也導致成本增加。
因此，在一實施方式中，處理部9對研磨台3每旋轉一圈推定膜厚要達到目標膜厚的時間進行預測，所預測的時間只要是在研磨台3的下一圈旋轉中的推定膜厚的取得時間之前，就在該預測出的時間使晶圓的研磨結束。例如，如圖14所示，在將當前時刻的局部地成為最大的膜厚的推定值設為Dc、將研磨台3的規定的旋轉次數設為K、將研磨台3的旋轉週期設為To、將比當前時刻早K次旋轉的時刻的局部地成為最大的膜厚的推定值設為Dp、將目標膜厚設為Dt時，從當前時刻到達到目標膜厚所需的時間T如以下那樣求得。
T=(Dc-Dt)/(Dp-Dc)×K‧To
或者，也可以是，按照同樣的想法，並以比研磨台3的週期細小的時間間隔、例如1/10週期的時間間隔求出預測膜厚D，基於預測膜厚D確定研磨終點。若將△t設為當前時刻以後的經過時間，則預測膜厚D如以下那樣求得。
D=Dc-(Dp-Dc)/(K‧To)×△t
根據本實施方式，膜厚測定的實質上的分辨率得以提高，因此，可達成更準確的研磨終點檢測。本實施方式中的基於膜厚的預測的終點檢測法並不限於局部地成為最大的膜厚的推定值，對一般的測定膜厚也成立。另外，在由於下層的影響等而在研磨過程中途難以進行膜厚的推定的情況下，同樣的想法也能夠用作代替手段。
接著，參照圖15對使用了光學式傳感器作為膜厚傳感器7的研磨裝置的詳細的結構的一個例子進行說明。圖15是表示研磨裝置的一個例子的示意剖視圖。頭軸10藉由傳動帶等連結部件17與研磨頭馬達18連結而旋轉。由於該頭軸10的旋轉，研磨頭1向以箭頭所示的方向旋轉。
膜厚傳感器7構成為，向晶圓W的表面照射光而接收來自晶圓W的反射光，按照波長對該反射光進行分解。膜厚傳感器7包括：投光部42，其用於將光向晶圓W的被研磨面照射；作為受光部的光纖43，其用於接收從晶圓W返回來的反射光；以及光譜儀44，其用於按照波長對來自晶圓W的反射光進行分解、並在整個規定的波長範圍對反射光的強度進行測定。
在研磨台3中形成有在其上表面開口的第1孔50A和第2孔50B。另外，在研磨墊2的與這些孔50A、50B相對應的位置形成有通孔51。 孔50A、50B與通孔51連通，通孔51在研磨面2a開口。第1孔50A經由液體供給路徑53和旋轉式接頭(未圖示)與液體供給源55連結，第2孔50B與液體排出路徑54連結。
投光部42具有發出多波長的光的光源47和與光源47連接的光纖48。光源47可使用氙氣閃光燈等脈衝點亮光源。光纖48是將由光源47發出的光引導到晶圓W的表面的光傳輸部。光纖48和光纖43的頂端位於第1孔50A內，位於晶圓W的被研磨面的附近。光纖48和光纖43各自的頂端朝向保持於研磨頭1的晶圓W地配置。每當研磨台3旋轉時向晶圓W的複數個測定點照射光。較佳的是，光纖48和光纖43各自的頂端以通過被保持於研磨頭1的晶圓W的中心的方式配置。
在晶圓W的研磨過程中，從液體供給源55將作為透明的液體的水(較佳為純水)經由液體供給路徑53向第1孔50A供給，充滿晶圓W的下表面與光纖48、43的頂端之間的空間。水進一步流入第2孔50B，經由液體排出路徑54排出。研磨液與水一起被排出，由此，可確保光路。在液體供給路徑53設置有與研磨台3的旋轉同步地工作的閥(未圖示)。該閥以在晶圓W不位於通孔51之上時使水的流動停止、或使水的流量減少的方式動作。
光纖48和光纖43彼此並列地配置。光纖48和光纖43各自的頂端與晶圓W的表面垂直地配置，光纖48與晶圓W的表面垂直地向晶圓W的表面照射光。
在晶圓W的研磨過程中，光從投光部42向晶圓W照射，由光纖(受光部)43接收來自晶圓W的反射光。光譜儀44在整個規定的波長範 圍對各波長的反射光的強度進行測定，將所獲得的測定數據向處理部9發送。該測定數據是隨著晶圓W的膜厚而變化的膜厚信號。處理部9根據測定數據生成表示每個波長的光的強度的光譜，進一步根據光譜推定晶圓W的膜厚。
接著，參照圖16的(a)和圖16的(b)對使用了光學式傳感器作為膜厚傳感器7的情況的膜厚測定的原理的一個例子進行說明。圖16的(a)是用於說明使用了光學式傳感器的膜厚測定的原理的示意圖，圖16的(b)是表示晶圓W與研磨台3之間的位置關係的俯視圖。在圖16的(a)所示的例子中，晶圓W具有下層膜和在該下層膜上形成的上層膜。上層膜是例如光可透過的絕緣膜。投光部42和受光部43與晶圓W的表面相對地配置。投光部42在研磨台3每次旋轉1圈都向包含晶圓W的中心在內的複數個測定點照射光。
照射到晶圓W的光在介質(在圖16的(a)的例子中是水)與上層膜之間的界面以及在上層膜與下層膜之間的界面處反射，在這些界面處反射了的光的波彼此干涉。該光的波的干涉的方法根據上層膜的厚度(即光程)而變化。因此，根據來自晶圓W的反射光生成的光譜隨著上層膜的厚度而變化。光譜儀44按照波長對反射光進行分解，針對每個波長對反射光的強度進行測定。處理部9根據從光譜儀44獲得的反射光的強度的測定數據生成光譜。反射光的強度也能夠表示為反射率或相對反射率等相對值。
圖17是表示由處理部9生成的光譜的一個例子的圖。在圖17中，橫軸表示從晶圓反射的光的波長，縱軸表示從反射的光的強度導出的 相對反射率。該相對反射率是表示光的強度的1個指標，具體而言，是光的強度與規定的基準強度之比。透過各波長的光的強度(實測強度)除以規定的基準強度，裝置的光學系統、光源固有的強度的離散等不需要的雜訊可從實測強度去除，由此，能夠獲得僅反映了膜的厚度信息的光譜。
基準強度是針對各波長預先取得的強度，相對反射率是針對各波長計算出。具體而言，透過各波長的光的強度(實測強度)除以所對應的基準強度，可求出相對反射率。基準強度能夠設為例如未形成有膜的矽晶圓(裸晶圓)在水的存在下進行水研磨時獲得的光的強度。在實際的研磨過程中，從實測强度減去黑暗强度(dark level)(在阻斷了光的條件下獲得的背景强度)而求出校正實測强度，進一步從基準强度減去上述黑暗强度而求出校正基準强度，並且，透過校正實測强度除以校正基準强度，可求出相對反射率。具體而言，相對反射率R(λ)能夠使用下一數學式來求得。
其中，λ是波長，E(λ)是從晶圓反射的波長λ時的光的強度，B(λ)是波長λ時的基準強度，D(λ)是將光阻斷了狀態下取得的波長λ時的背景強度(黑暗強度)。
上述的實施方式是以本發明所屬的技術領域中具有通常知識者能夠實施本發明為目的而記載的。只要是本領域技術人員，就當然可完成上述實施方式的各種變形例，本發明的技術思想也可適用於其他實施 方式。因而，本發明並不限定於所記載的實施方式，應該設為按照由申請專利範圍定義的技術思想而成的最廣的範圍。

Claims (10)

  1. 一種研磨方法，是對在表面形成有凸部的晶圓進行研磨的方法，其特徵在於，該研磨方法包括如下工序：使支承研磨墊的研磨台旋轉，將晶圓的表面按壓於所述研磨墊，在所述研磨台最近的規定次數的旋轉期間內取得來自設置於所述研磨台的膜厚傳感器的複數個膜厚信號，根據所述複數個膜厚信號決定複數個測定膜厚，基於所述複數個測定膜厚決定所述凸部的最頂部的推定膜厚，基於所述凸部的最頂部的推定膜厚對晶圓的研磨進行監視。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的研磨方法，其中，決定所述凸部的最頂部的推定膜厚的工序是如下工序：對由所述最近的複數個測定膜厚和所對應的所述研磨台的旋轉次數指出的複數個數據點進行回歸分析而決定回歸線，透過將所述研磨台的當前的旋轉次數代入表示所述回歸線的函數來決定推定膜厚。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的研磨方法，其中，決定所述凸部的最頂部的推定膜厚的工序還包括如下工序：在決定了所述回歸線之後將位於所述回歸線下側的數據點中的至少1個數據點從所述複數個數據點排除，對所述複數個數據點中的將所述至少1個數據點排除後所剩餘的數據點進行回歸分析而決定新的回歸線，透過將所述研磨台的當前的旋轉次數代入表示所述新的回歸線的函數來決定推定膜厚。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的研磨方法，其中，決定所述凸部的最頂部的 推定膜厚的工序是如下工序：對由所述最近的複數個測定膜厚和所對應的所述研磨台的旋轉次數指出的複數個數據點進行回歸分析而決定回歸線，透過將規定的偏置值與將所述研磨台的當前的旋轉次數代入表示所述回歸線的函數而獲得的值相加，來決定推定膜厚。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的研磨方法，其中，決定所述凸部的最頂部的推定膜厚的工序是如下工序：生成所述最近的複數個測定膜厚的概率分佈，決定更小的測定膜厚的概率成為規定的值的推定膜厚。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的研磨方法，其中，所述膜厚傳感器是具有脈衝點亮光源的光學式傳感器。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的研磨方法，其中，所述膜厚傳感器是渦電流傳感器。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的研磨方法，其中，基於所述凸部的最頂部的推定膜厚決定晶圓的研磨終點。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的研磨方法，其中，基於所述凸部的最頂部的推定膜厚變更晶圓的研磨條件。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的研磨方法，其中，基於所述凸部的最頂部的推定膜厚的當前的值和過去的值，在所述膜厚傳感器接下來取得膜厚信號之前，對所述凸部的最頂部的膜厚進行預測，基於預測出的所述膜厚決定晶圓的研磨終點。
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