研磨方法以及研磨裝置制造方法
【專利摘要】一種研磨方法，在基板的研磨中接受從該基板反射的光，根據(jù)該反射光生成光譜波形，對光譜波形進行傅里葉變換處理，確定基板的膜的厚度以及所對應的頻率成分的強度，在頻率成分的強度高于規(guī)定的閾值的情況下，將確定的膜的厚度認定為可靠性高的測量值，在確定的頻率成分的強度為規(guī)定的閾值以下的情況下，將確定的膜的厚度認定為可靠性低的測量值，根據(jù)可靠性高的測量值達到規(guī)定的目標值的時刻而確定基板的研磨終點，使所述規(guī)定閾值根據(jù)不良數(shù)據(jù)率而變化。采用本發(fā)明，能在基板的研磨中取得形成在基板上的膜的正確厚度，并根據(jù)得到的膜的厚度而能準確地確定基板的研磨終點。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種對表面形成有膜的基板進行研磨的方法以及裝置，尤其涉及一種 根據(jù)基板的反射光所含的光學信息而能檢測出基板的研磨終點的研磨方法以及研磨裝置。 研磨方法以及研磨裝置

【背景技術】
[0002] 在半導體器件的制造處理中，包含對Si02等的絕緣膜進行研磨的工序、以及對 銅、鎢等的金屬膜進行研磨的工序等各種工序。在背面照射型CMOS傳感器以及硅貫通電極 (TSV)的制造工序中，除了絕緣膜和金屬膜的研磨工序外，還包含對硅層（硅片）進行研磨 的工序。
[0003] 晶片的研磨在構成其表面的膜（絕緣膜、金屬膜、硅層等）的厚度達到規(guī)定的目標 值時結束。對于晶片的研磨，使用CMP(化學機械研磨：Chemical Mechanical Polishing) 裝置。圖1是表示CMP裝置的模式圖。CMP裝置具有：上表面安裝有研磨墊100的研磨臺 101 ;對晶片W進行保持的頂環(huán)110 ;將研磨液（漿料）供給于研磨墊100的漿料供給機構 115 ;以及對晶片W的膜厚進行測量的膜厚測量器120。膜厚測量器120埋設在研磨臺101 內。
[0004] 頂環(huán)110以及研磨臺101如箭頭所示那樣旋轉，在該狀態(tài)下頂環(huán)110將晶片W按 壓在研磨墊100上。研磨液從漿料供給機構115供給到研磨墊100上，晶片W在存在研磨 液的情況下與研磨墊100的滑動接觸從而被研磨。在晶片W的研磨過程中，膜厚測量器120 與研磨臺101 -起旋轉，且如箭頭A所示那樣一邊橫穿晶片W表面一邊測量膜厚。然后，當 膜厚達到規(guī)定的目標值時，結束晶片W的研磨。
[0005] 作為上述CMP裝置所使用的膜厚測量器120的一個例子，有光學式膜厚測量器。該 光學式膜厚測量器，通過將光照射在晶片表面上，并分析來自晶片的反射光，從而確定形成 于晶片表面的膜的厚度。
[0006] 發(fā)明所要解決的課題
[0007] 但是，裝入CMP裝置的膜厚測量器如圖1所示，由于其自身一邊移動一邊測量膜的 厚度，由于膜的厚度會有波動，所以有時會產生測量失敗。而且，由于每當研磨臺旋轉一次 膜就被磨削，因此在相同條件下不能再一次測量相同位置處的厚度。


【發(fā)明內容】

[0008] 本發(fā)明是為解決上述以往問題而做成的，其目的在于提供一種研磨方法以及研磨 裝置，能在基板的研磨中取得形成在基板上的膜（絕緣膜、金屬膜和硅層等）的準確的厚 度，并能根據(jù)所得到的膜的厚度準確地確定基板的研磨終點。
[0009] 用于解決課題的手段
[0010] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一形態(tài)是對表面形成有膜的基板進行研磨的方法， 其特點是，將基板按壓在旋轉的研磨臺上的研磨件上而對所述基板進行研磨，在所述基板 的研磨中，將光照射在所述基板上，接受從所述基板反射的光，對于每個波長測量所述反射 的光的強度，將測量出的所述光的強度除以規(guī)定的基準強度而算出相對反射率，生成表示 所述相對反射率與所述光的波長的關系的光譜波形，對所述光譜波形進行傅里葉變換處 理，確定所述膜的厚度以及所對應的頻率成分的強度，在確定的所述頻率成分的強度高于 規(guī)定的閾值的情況下，將確定的所述膜的厚度認定為可靠性高的測量值，在確定的所述頻 率成分的強度為所述規(guī)定的閾值以下的情況下，將確定的所述膜的厚度認定為可靠性低的 測量值，根據(jù)所述可靠性高的測量值達到規(guī)定的目標值的時刻而確定所述基板的研磨終 點，算出不良數(shù)據(jù)率，所述不良數(shù)據(jù)率表示過去取得的可靠性高的測量值的個數(shù)和可靠性 低的測量值的個數(shù)的總和中的可靠性低的測量值的個數(shù)的比例，使所述規(guī)定的閾值根據(jù)所 述不良數(shù)據(jù)率而變化。
[0011] 本發(fā)明的另一形態(tài)是對表面形成有膜的基板進行研磨的方法，其特點是，包含下 述工序：將基板按壓在旋轉的研磨臺上的研磨件上而對所述基板進行研磨；在所述基板的 研磨中，將光照射在所述基板上；接受從所述基板反射的光；對于每個波長測量所述反射 的光的強度；將測量出的所述光的強度除以規(guī)定的基準強度而算出相對反射率；生成表示 所述相對反射率與所述光的波長的關系的光譜波形；對所述光譜波形進行傅里葉變換處 理，確定所述膜的厚度以及所對應的頻率成分的強度；在確定的所述頻率成分的強度高于 規(guī)定的閾值的情況下，將確定的所述膜的厚度認定為可靠性高的測量值；在確定的所述頻 率成分的強度為規(guī)定的閾值以下的情況下，將確定的所述膜的厚度認定為可靠性低的測量 值；算出不良數(shù)據(jù)率，所述不良數(shù)據(jù)率表示過去取得的可靠性高的測量值的個數(shù)和可靠性 低的測量值的個數(shù)的總和中的可靠性低的測量值的個數(shù)的比例；以及根據(jù)所述可靠性高的 測量值達到規(guī)定的目標值的時刻而確定所述基板的研磨終點，所述基板開始研磨后直至所 述不良數(shù)據(jù)率低于規(guī)定的基準值，不對所述基板的研磨終點進行確定。
[0012] 本發(fā)明的又一形態(tài)是對表面形成有膜的基板進行研磨的方法，其特點是，包含下 述工序：將基板按壓在旋轉的研磨臺上的研磨件上而對所述基板進行研磨；在所述基板的 研磨中，將光照射在所述基板上；接受從所述基板反射的光；對于每個波長測量所述反射 的光的強度；將測量出的所述光的強度除以規(guī)定的基準強度而算出相對反射率；生成表示 所述相對反射率與所述光的波長的關系的光譜波形；對所述光譜波形進行傅里葉變換處 理，確定所述膜的厚度以及所對應的頻率成分的強度；在確定的所述頻率成分的強度高于 規(guī)定的閾值的情況下，將確定的所述膜的厚度認定為可靠性高的測量值；在確定的所述頻 率成分的強度為規(guī)定的閾值以下的情況下，將確定的所述膜的厚度認定為可靠性低的測量 值；算出不良數(shù)據(jù)率，表示過去取得的可靠性高的測量值的個數(shù)和可靠性低的測量值的個 數(shù)的總和中的可靠性低的測量值的個數(shù)的比例；以及根據(jù)所述可靠性高的測量值達到規(guī)定 的目標值的時刻而確定所述基板的研磨終點，在所述基板的研磨中，在所述不良數(shù)據(jù)率上 升并達到規(guī)定的上限值的情況下，輸出報警信號。
[0013] 本發(fā)明的又一形態(tài)是對表面形成有包含第1膜以及第2膜的多層構造體的基板進 行研磨的方法，其特點是，將基板按壓在旋轉的研磨臺上的研磨件上而對所述基板進行研 磨，在所述基板的研磨中，將光照射在所述基板上，接受從所述基板反射的光，對于每個波 長測量所述反射的光的強度，將測量出的所述光的強度除以規(guī)定的基準強度而算出相對反 射率，生成表示所述相對反射率與所述光的波長的關系的光譜波形，對所述光譜波形進行 傅里葉變換處理，對所述第1膜的厚度、與該第1膜的厚度對應的所述頻率成分的強度、所 述第2膜的厚度、以及與該第2膜的厚度對應的所述頻率成分的強度進行確定，在與所述第 1膜的厚度對應的所述頻率成分的強度和與所述第2膜的厚度對應的所述頻率成分的強度 之差大于規(guī)定的設定值的情況下，將確定的所述第1膜的厚度認定為可靠性高的測量值， 根據(jù)所述可靠性高的測量值達到規(guī)定的目標值的時刻而確定所述基板的研磨終點。
[0014] 本發(fā)明的又一形態(tài)是對表面形成有膜的基板進行研磨的裝置，其特點是，具有：對 研磨件進行支承的可旋轉的研磨臺；頂環(huán)，所述頂環(huán)將所述基板按壓在所述旋轉的研磨臺 上的所述研磨件上；照射部，所述照射部將光照射在由所述頂環(huán)保持的所述基板上；受光 部，所述受光部接受從所述基板反射的光；分光器，所述分光器對于每個波長測量所述反射 的光的強度；以及研磨監(jiān)視部，所述研磨監(jiān)視部根據(jù)由所述分光器取得的光強度數(shù)據(jù)來確 定所述膜的厚度，所述研磨監(jiān)視部構成為，將測量出的所述光的強度除以規(guī)定的基準強度 而算出相對反射率，生成表示所述相對反射率與所述光的波長的關系的光譜波形，對所述 光譜波形進行傅里葉變換處理，確定所述膜的厚度以及所對應的頻率成分的強度，在確定 的所述頻率成分的強度高于規(guī)定的閾值的情況下，將確定的所述膜的厚度認定為可靠性高 的測量值，在確定的所述頻率成分的強度為所述規(guī)定的閾值以下的情況下，將確定的所述 膜的厚度認定為可靠性低的測量值，根據(jù)所述可靠性高的測量值達到規(guī)定的目標值的時刻 而確定所述基板的研磨終點，算出不良數(shù)據(jù)率，所述不良數(shù)據(jù)率表示過去取得的可靠性高 的測量值的個數(shù)和可靠性低的測量值的個數(shù)的總和中的可靠性低的測量值的個數(shù)的比例， 使所述規(guī)定的閾值根據(jù)所述不良數(shù)據(jù)率而變化。
[0015] 本發(fā)明的又一形態(tài)是對表面形成有膜的基板進行研磨的裝置，其特點是，具有：對 研磨件進行支承的可旋轉的研磨臺；頂環(huán)，所述頂環(huán)將所述基板按壓在所述旋轉的研磨臺 上的所述研磨件上；照射部，所述照射部將光照射在由所述頂環(huán)保持的所述基板上；受光 部，所述受光部接受從所述基板反射的光；分光器，所述分光器對于每個波長測量所述反 射的光的強度；以及研磨監(jiān)視部，所述研磨監(jiān)視部根據(jù)由所述分光器取得的光強度數(shù)據(jù)來 確定所述膜的厚度，所述研磨監(jiān)視部構成為，將測量出的所述光的強度除以規(guī)定的基準強 度而算出相對反射率，生成表示所述相對反射率與所述光的波長的關系的光譜波形，對所 述光譜波形進行傅里葉變換處理，確定所述膜的厚度以及所對應的頻率成分的強度，在確 定的所述頻率成分的強度高于規(guī)定的閾值的情況下，將確定的所述膜的厚度認定為可靠性 高的測量值，在確定的所述頻率成分的強度為所述規(guī)定的閾值以下的情況下，將確定的所 述膜的厚度認定為可靠性低的測量值，算出不良數(shù)據(jù)率，所述不良數(shù)據(jù)率表示過去取得的 可靠性高的測量值的個數(shù)和可靠性低的測量值的個數(shù)的總和中的可靠性低的測量值的個 數(shù)的比例，根據(jù)所述可靠性高的測量值達到規(guī)定的目標值的時刻而確定所述基板的研磨終 點，所述基板開始研磨后直至所述不良數(shù)據(jù)率低于規(guī)定的基準值，不對所述基板的研磨終 點進行確定。
[0016] 本發(fā)明的又一形態(tài)是對表面形成有膜的基板進行研磨的裝置，其特點是，具有：對 研磨件進行支承的可旋轉的研磨臺；頂環(huán)，所述頂環(huán)將所述基板按壓在所述旋轉的研磨臺 上的所述研磨件上；照射部，所述照射部將光照射在由所述頂環(huán)保持的所述基板上；受光 部，所述受光部接受從所述基板反射的光；分光器，所述分光器對于每個波長測量所述反 射的光的強度；以及研磨監(jiān)視部，所述研磨監(jiān)視部根據(jù)由所述分光器取得的光強度數(shù)據(jù)來 確定所述膜的厚度，所述研磨監(jiān)視部構成為，將測量出的所述光的強度除以規(guī)定的基準強 度而算出相對反射率，生成表示所述相對反射率與所述光的波長的關系的光譜波形，對所 述光譜波形進行傅里葉變換處理，確定所述膜的厚度以及所對應的頻率成分的強度，在確 定的所述頻率成分的強度高于規(guī)定的閾值的情況下，將確定的所述膜的厚度認定為可靠性 高的測量值，在確定的所述頻率成分的強度為所述規(guī)定的閾值以下的情況下，將確定的所 述膜的厚度認定為可靠性低的測量值，算出不良數(shù)據(jù)率，所述不良數(shù)據(jù)率表示過去取得的 可靠性高的測量值的個數(shù)和可靠性低的測量值的個數(shù)的總和中的可靠性低的測量值的個 數(shù)的比例，根據(jù)所述可靠性高的測量值達到規(guī)定的目標值的時刻而確定所述基板的研磨終 點，在所述基板的研磨中，在所述不良數(shù)據(jù)率上升并達到規(guī)定的上限值的情況下，輸出報警 信號。
[0017] 本發(fā)明的又一形態(tài)是對表面形成有包含第1膜以及第2膜的多層構造體的基板進 行研磨的裝置，其特點是，具有：對研磨件進行支承的可旋轉的研磨臺；頂環(huán)，所述頂環(huán)將 所述基板按壓在所述旋轉的研磨臺上的所述研磨件上；照射部，所述照射部將光照射在由 所述頂環(huán)保持的所述基板上；受光部，所述受光部接受從所述基板反射的光；分光器，所述 分光器對于每個波長測量所述反射的光的強度；以及研磨監(jiān)視部，所述研磨監(jiān)視部根據(jù)由 所述分光器取得的光強度數(shù)據(jù)來確定所述第1膜的厚度，所述研磨監(jiān)視部構成為，將測量 出的所述光的強度除以規(guī)定的基準強度而算出相對反射率，生成表示所述相對反射率與所 述光的波長的關系的光譜波形，對所述光譜波形進行傅里葉變換處理，對所述第1膜的厚 度、與該第1膜的厚度對應的所述頻率成分的強度、所述第2膜的厚度、以及與該第2膜的 厚度對應的所述頻率成分的強度進行確定，在與所述第1膜的厚度對應的所述頻率成分的 強度和與所述第2膜的厚度對應的所述頻率成分的強度之差大于規(guī)定的設定值的情況下， 將確定的所述第1膜的厚度認定為可靠性高的測量值，根據(jù)所述可靠性高的測量值達到規(guī) 定的目標值的時刻而確定所述基板的研磨終點。
[0018] 本發(fā)明的又一形態(tài)是對表面形成有膜的基板進行研磨的方法，其特點是，將基板 按壓在旋轉的研磨臺上的研磨件上而對所述基板進行研磨，在所述基板的研磨中，將光照 射在所述基板上，根據(jù)從所述基板反射的光的強度算出相對反射率，生成表示所述相對反 射率與所述光的波長的關系的光譜波形，根據(jù)所述光譜波形確定所述膜的厚度，根據(jù)所述 相對反射率而對確定的所述膜的厚度的可靠性是否高進行確定。
[0019] 發(fā)明的效果
[0020] 采用本發(fā)明，可獲得如下那樣的效果。
[0021] (1)根據(jù)頻率成分的強度與規(guī)定閾值的比較，而取得準確地反映了膜的厚度的測 量值，即可靠性高的測量值。因此，能夠根據(jù)得到的測量值檢測出準確的研磨終點。
[0022] (2)根據(jù)過去取得的可靠性高的測量值的個數(shù)和可靠性低的測量值的個數(shù)的總和 中的可靠性低的測量值的個數(shù)的比例（下面稱為不良數(shù)據(jù)率）而使上述規(guī)定的閾值變化， 由此能夠取得可靠性更高的測量值。因此，能夠根據(jù)得到的測量值檢測出準確的研磨終點。
[0023] (3)當對表面粗糙的基板進行研磨時，有時在研磨初始階段膜厚測量值容易變動， 不良數(shù)據(jù)率變高。采用本發(fā)明，則在不良數(shù)據(jù)率低于規(guī)定基準值后，進行研磨終點檢測。因 此，能夠檢測出準確的研磨終點。
[0024] (4)在基板的研磨中，在不良數(shù)據(jù)率上升并達到規(guī)定的上限值的情況下，輸出警報 信號，因此，能夠防止研磨終點的異常檢測。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 圖1是表示CMP裝置的模式圖。
[0026] 圖2是用于說明光學式研磨終點檢測方法的原理的模式圖。
[0027] 圖3是表示晶片與研磨臺的位置關系的俯視圖。
[0028] 圖4是表示由第1處理部生成的光譜波形的示圖。
[0029] 圖5是表示由第1處理部生成的頻譜的示圖。
[0030] 圖6是表示研磨臺旋轉一次期間進行五次測量的例子的示圖。
[0031] 圖7是當對形成有背面照射（BSI)型圖像傳感器的晶片進行研磨時取得的測量數(shù) 據(jù)的表格。
[0032] 圖8是當對形成有背面照射（BSI)型圖像傳感器的晶片進行研磨時取得的光譜波 形的示圖。
[0033] 圖9是表示由圖8所示的光譜波形生成的頻譜的示圖。
[0034] 圖10是表示對晶片進行研磨時的不良數(shù)據(jù)率變化的一例子的曲線圖。
[0035] 圖11是表示對晶片進行研磨時的不良數(shù)據(jù)率變化的另一例子的曲線圖。
[0036] 圖12是表示硅層的厚度與研磨時間的關系的示圖。
[0037] 圖13是表示研磨前與研磨后的研磨外形的示圖。
[0038] 圖14是表示作為篩選測量值的基準而采用了與頻率成分的強度有關的規(guī)定的閾 值這種例子的示圖。
[0039] 圖15是表示作為篩選測量值的基準而采用了與頻率成分的強度有關的規(guī)定的閾 值、以及與硅層的厚度有關的規(guī)定的范圍這種例子的示圖。
[0040] 圖16是表示在硅貫通電極（TSV)的制造中實施的硅層的研磨時所取得的光譜波 形的示圖。
[0041] 圖17是表示由圖16所示的光譜波形生成的頻譜的示圖。
[0042] 圖18是用于說明判斷可靠性高的測量值和可靠性低的測量值的其它方法的示 圖。
[0043] 圖19是用于說明圖18所示的判斷方法的變形例的示圖。
[0044] 圖20是用于說明判斷可靠性高的測量值和可靠性低的測量值的另一方法的示 圖。
[0045] 圖21是表示晶片的多層構造的模式圖。
[0046] 圖22是模式表示研磨裝置的剖視圖。
[0047] 圖23是表示圖22所示的研磨裝置的變形例的剖視圖。

【具體實施方式】
[0048] 下面，參照說明書附圖來對本發(fā)明的實施方式進行說明。
[0049] 圖2是用于對光學式研磨終點檢測方法的原理進行說明的模式圖，圖3是表示晶 片與研磨臺的位置關系的俯視圖。如圖2所示，晶片W具有基底層和形成在其上的膜。晶 片W被保持在頂環(huán)（圖2以及圖3未圖示）上，且如圖3的箭頭所示地繞晶片W的中心旋 轉。晶片W的表面通過頂環(huán)被按壓在旋轉的研磨臺20的研磨墊22上，晶片W的膜通過與 研磨墊22的滑動接觸而被研磨。研磨墊22是具有研磨面的研磨件，所述研磨面用于研磨 晶片W。作為研磨件，有時也使用砂輪（固定磨粒）。
[0050] 照射部11以及受光部12設置在研磨臺20內，且與晶片W的表面相對配置。照射 部11具有發(fā)光的光源（未圖示），并將光引導到晶片W的表面。每當研磨臺20旋轉一次， 光就照射在包含晶片W中心的多個區(qū)域。
[0051] 受光部12接受從晶片W反射的光。受光部12連接有分光器13,分光器13根據(jù) 波長而分解反射的光，對于反射的光的每個波長的強度進行測量。分光器13與第1處理部 15A連接。該第1處理部15A讀入由分光器13取得的光強度數(shù)據(jù)，生成反射的光的強度分 布。更具體地說，第1處理部15A生成表示每個波長的光強度的光譜波形。該光譜波形表 示為表示光的波長與強度的關系的線性曲線（波形）。
[0052] 照射到晶片W上的光，在介質（在圖2的例子中是水）與膜的界面、膜與下層的界 面上發(fā)生反射，在這些界面上反射的光互相干涉。這種光的干涉方式根據(jù)膜的厚度（即光 路長度）而變化。因此，由從晶片W返回來的光所生成的光譜波形隨膜的厚度而變化。第 1處理部15A對光譜波形進行FFT (高速傅里葉變換）處理而對光譜波形進行解析，根據(jù)其 解析結果而確定當前膜的厚度。在研磨的膜是硅層，且如圖2所示介質是水的情況下，為了 防止光被水吸收，最好使用波長為ll〇〇nm以下的光。
[0053] 第1處理部15A與第2處理部15B連接，由第1處理部15A確定的膜的厚度的測 量值被送到第2處理部15B。第2處理部15B將膜的厚度與規(guī)定的目標值進行比較，并確定 膜的厚度是否達到目標值。當膜的厚度達到目標值時，第2處理部15B就判斷為膜的研磨 達到其終點，并將研磨終點檢測信號送到研磨裝置（CMP裝置）的動作控制器16。動作控制 器16接受該研磨終點檢測信號而結束晶片W的研磨動作。在該實施方式中，由第1處理部 15A和第2處理部15B構成研磨監(jiān)視部。第1處理部15A和第2處理部15B也可設作為一 個處理部。
[0054] 下面，更詳細地對第1處理部15A進行說明。圖4是表示由第1處理部15A生成 的光譜波形的示圖。在圖4中，橫軸表示從晶片反射的光的波長，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反射強度的一個指標，具體來說，是光的強 度與規(guī)定的基準強度之比。在各波長中將光的強度（實測強度）除以規(guī)定的基準強度，從 實測強度中去除裝置的光學系統(tǒng)和光源固有的強度波動等不需要的要素，由此可獲得僅反 映膜的厚度信息的光譜波形。在圖4中，研磨的膜是硅層，且使用紅外線作為照射到晶片上 的光。
[0055] 基準強度是對各波長預先取得的強度，對各波長算出相對反射率。具體來說，通過 將各波長的光的強度（實測強度）除以所對應的基準強度而求出相對反射率?；鶞蕪姸壤?如可作為在存在水的情況下對未形成有膜的硅片（裸片）進行研磨時所得到的光的強度。 在實際的研磨中，從實測強度中減去暗電平（在將光遮斷的條件下取得的背景強度）而求 出補正實測強度，進一步從基準強度中減去上述暗電平而求出補正基準強度，然后通過將 補正實測強度除以補正基準強度而求出相對反射率。具體來說，相對反射率R(A)可用下 式來求出。
[0056] [數(shù) 1] Γ ? ? Ε U)-O U)
[0057] R (Α) =---- Β U)-D (Λ)
[0058] 這里，λ是波長，Ε(λ)是從晶片反射的波長為λ的光的強度，Β(λ)是波長為λ 的基準強度，D( λ )是在不存在晶片的狀態(tài)下取得的波長為λ的背景強度（暗電平）。
[0059] 第1處理部15Α對得到的光譜波形進行高速傅里葉變換（也可是傅里葉變換）處 理來解析光譜波形。更具體地說，第1處理部15Α抽出光譜波形所含的頻率成分和其強度， 用規(guī)定的關系式將得到的頻率成分變換為膜的厚度，然后生成表示膜的厚度與頻率成分的 強度的關系的頻譜。上述的規(guī)定的關系式是將頻率成分作為變數(shù)的表示膜的厚度的一次函 數(shù)，可從實測結果等求出。
[0060] 圖5是表示由第1處理部15Α生成的頻譜的示圖。在圖5中，縱軸表示光譜波形 所含的頻率成分的強度，橫軸表示膜的厚度。從圖5可知，當厚度為tl時強度的數(shù)值為最 大。即，該頻譜表示膜的厚度是tl。如此，根據(jù)頻譜的峰值確定膜的厚度。
[0061] 膜的厚度的測量最好在研磨臺20旋轉一次的期間進行多次。一次的測量時間取 決于晶片W的曝光時間即晶片W處于光照下的時間。因此，研磨臺20旋轉一次的期間所實 施的測量次數(shù)由曝光時間、研磨臺20的旋轉速度以及頂環(huán)的旋轉速度決定。圖6是表示研 磨臺20與頂環(huán)的旋轉速度大致相同時的研磨臺20旋轉一次的期間進行五次測量的例子的 示圖。如圖6所示，照射部11以及受光部12的頂端橫穿晶片W的中心，并在此期間進行五 次測量。因此，每當研磨臺20旋轉一次，就得到五個表示膜的厚度的測量值。這些測量值 從第1處理部15A被送到第2處理部15B，第2處理部15B根據(jù)膜的厚度的測量值而確定研 磨終點。
[0062] 如上所述，雖然研磨臺20旋轉一次就得到多個測量值，但這些測量值中的幾個有 時不準確地表示膜的厚度。取得這樣可靠性低的測量值的原因被認為是因為在膜的表面存 在較大階梯的情況下，由于以一次測量中取得了包含該階梯在內的區(qū)域的膜的厚度、或反 射的光的量因某種理由而減少等。
[0063] 圖7是表示當對形成有背面照射（BSI)型圖像傳感器的晶片進行研磨時取得的測 量數(shù)據(jù)的表格。在圖7表示的例子中，被研磨的膜是硅層。通常在背面照射型圖像傳感器 的制造工序中，對厚度小于約ΙΟμπι的硅層進行研磨。從圖7可知，在研磨臺20旋轉一次 的期間，取得五個表示硅層厚度的測量值、以及五個表示分別與這些測量值對應的頻率成 分的強度的數(shù)值。
[0064] 但是，強度低的測量值有與其它測量值相差懸殊的傾向。換言之，頻率成分的強度 低的測量值未準確地表示實際的硅層厚度。因此，將頻率成分的強度低于規(guī)定的閾值的測 量值從測量數(shù)據(jù)中排除，由第2處理部15B取得僅包含可靠性高的測量值的監(jiān)視數(shù)據(jù)。圖 7表示的記號〇表示帶有閾值以上的強度的測量值，記號X表示帶有比閾值低的強度的測 量值。在圖7中，監(jiān)視數(shù)據(jù)由標有記號〇的測量值構成。
[0065] 每得到測量值，就將與該測量值對應的頻率成分的強度與閾值比較。并且，若強度 是閾值以上，則該測量值（標有記號〇的測量值）被第2處理部15B認定為是可靠性高的 測量值。該可靠性高的測量值被添加到監(jiān)視數(shù)據(jù)，用于監(jiān)視硅層的厚度。相反，若強度小于 閾值，則監(jiān)視數(shù)據(jù)不包含該測量值（標有記號X的測量值）。因此，監(jiān)視數(shù)據(jù)僅由可靠性高 的測量值構成。
[0066] 圖8是表示對形成有背面照射（BSI)型圖像傳感器的晶片進行研磨時取得的光譜 波形的示圖。圖8所示的兩個光譜波形sl、s2,是在研磨臺20旋轉一次的期間在晶片上的 不同區(qū)域取得的。從圖8可知，光譜波形si包含比較明顯的正弦波，但另一方的光譜波形 s2沒有包含明顯的正弦波。這被認為是形成于硅層的表面的階梯，或是反射后的光的量不 足所引起的。
[0067] 圖9是表示由圖8所示的光譜波形生成的頻譜的示圖。圖9的縱軸表示光譜波形 所含的頻率成分的強度，橫軸表示由頻率成分變換后的硅層的厚度。頻率成分的強度表示 構成光譜波形的正弦波的大小，與正弦波的振幅大致成正比。圖9所示的頻譜Π 與圖8的 光譜波形si對應，圖9所示的頻譜f2與圖8的光譜波形s2對應。
[0068] 從圖9可知，頻譜fl的峰值表示娃層的厚度是3. 5 μ m。即，頻譜fl表示娃層的厚 度是3. 5 μ m。與此相對，頻譜f2的峰值表示硅層的厚度是1 μ m。因此，從頻譜f2得到的 硅層的厚度的測量值是1 μ m。但是，該測量值1 μ m與從頻譜Π 得到的測量值3. 5 μ m相差 懸殊。
[0069] 從圖8以及圖9可知，在光譜波形呈現(xiàn)明顯的正弦波的情況下，頻譜的峰值所示的 強度就變高。光譜波形呈現(xiàn)明顯的正弦波，被認為意味著圖2所示的光之間的干涉不受硅 層的厚度波動影響地進行。因此，那樣的光譜波形可以說包含準確的硅層的厚度信息。因 此，第2處理部15B根據(jù)頻譜的峰值所示的強度而將不準確的測量值從測量數(shù)據(jù)中排除，生 成僅由正確的測量值構成的監(jiān)視數(shù)據(jù)。更具體地說，第2處理部15B僅將頻譜的峰值所示 的強度為規(guī)定的閾值以上的測量值添加到監(jiān)視數(shù)據(jù)中。
[0070] 閾值可如下那樣確定。對一枚晶片進行研磨并取得測量數(shù)據(jù)，對該取得的測量數(shù) 據(jù)設定臨時閾值，若臨時閾值以下的測量值的總數(shù)是測量數(shù)據(jù)的例如20%以下，則將該臨 時閾值用作為閾值。
[0071] 在圖9所示的例子中，閾值設定為1. 2。頻譜Π 的峰值所示的強度約是1. 8。因 此，從頻譜Π 的峰值得到的測量值3. 5 μ m被認定為是可靠性高的測量值，用作為監(jiān)視數(shù) 據(jù)。另一方面，頻譜f2的峰值所示的強度約是0. 9。因此，從頻譜f2的峰值得到的測量值 1 μ m不用作為監(jiān)視數(shù)據(jù)。這樣，測量值根據(jù)其對應的頻率成分的強度而對可靠性高的測量 值和可靠性低的測量值進行篩選。
[0072] 第2處理部15B從第1處理部15A接受測量數(shù)據(jù)，根據(jù)該測量數(shù)據(jù)生成上述監(jiān)視 數(shù)據(jù)。監(jiān)視數(shù)據(jù)如上所述，僅包含被認定為可靠性高的測量值。第2處理部15B對監(jiān)視數(shù) 據(jù)所含的測量值進行監(jiān)視，根據(jù)該測量值達到規(guī)定目標值的時刻確定研磨終點。為了更準 確地確定研磨終點，最好算出所得到的可靠性高的測量值的移動平均值。該情況下，將移動 平均值達到規(guī)定的目標值的時刻判斷為研磨終點。另外，為了更準確地確定研磨終點，最好 求出研磨臺20旋轉一次的期間取得的多個可靠性高的測量值的平均值。進一步，最好求出 所得到的平均值的移動平均值。
[0073] 閾值最好根據(jù)過去取得的多個測量值來確定。更具體地說，也可從過去取得的多 個測量值算出表示可靠性低的測量值的占有率的不良數(shù)據(jù)率，確定閾值以使該不良數(shù)據(jù)率 處于規(guī)定的值以下。不良數(shù)據(jù)率是過去取得的測量值的總數(shù)中的可靠性低的測量值的比例 (比率）。例如，在圖7中，過去取得的測量值是研磨臺20旋轉五次的期間取得的測量值， 其總數(shù)是25。該25個測量值所含的可靠性低的測量值（用記號X表示）的個數(shù)是8。因 此，該例子中的不良數(shù)據(jù)率被確定為32% ( = 8/25X100)。在該例子中，每當研磨臺20旋 轉一次，測量值就被更新，采用最近的五次旋轉中取得的測量值來算出不良數(shù)據(jù)率。
[0074] 作為過去取得的多個測量值的例子，可以列舉：對現(xiàn)在正在研磨的晶片已經取得 的測量值、對先行研磨的另一晶片取得的測量值、以及在另一研磨裝置中過去取得的測量 值等。
[0075] 不良數(shù)據(jù)率取決于閾值而變化。即，若將閾值設定得高，則不良數(shù)據(jù)率增加，若將 閾值設定得低，則不良數(shù)據(jù)率下降。確定閾值以使不良數(shù)據(jù)率成為規(guī)定的值以下。例如，最 好將閾值設定成不良數(shù)據(jù)率為20%以下。
[0076] 在上述例子中，閾值是預先設定的固定值，但也可根據(jù)不良數(shù)據(jù)率的變化而使閾 值變化。例如，也可當不良數(shù)據(jù)率上升時，將閾值設定得更高。由于不良數(shù)據(jù)率的上升意味 著測量值整體的可靠性下降，因此，通過提高閾值，從而可更嚴格地控制測量值。相反，也可 當不良數(shù)據(jù)率下降時，將閾值設定得更高。由于不良數(shù)據(jù)率的下降意味著測量值整體的可 靠性提高，因此，通過提高閾值，從而可確?？煽啃愿叩臏y量值的數(shù)，且進一步提高測量值 的可靠性。
[0077] 作為隨著不良數(shù)據(jù)率而使閾值變化的一例子，第2處理部15B采用下式而使閾值 變化。
[0078] 閾值=初始閾值+不良數(shù)據(jù)率X α
[0079] 這里，α是預先設定的系數(shù)，具有正或負的符號。初始閾值是預先設定的閾值。在 系數(shù)α具有正符號的場合，若不良數(shù)據(jù)率上升，則閾值上升。另一方面，在系數(shù)α具有負 符號的情況下，若不良數(shù)據(jù)率下降，則閾值上升。系數(shù)α具有正符號、或具有負符號，根據(jù) 晶片的表面狀態(tài)、配線圖形和膜厚等要因而決定。
[0080] 如此，隨著不良數(shù)據(jù)率的上升或下降而使閾值變化，由此提高測量值的可靠性，結 果可提高研磨終點的檢測精度。這樣的閾值的更新，最好根據(jù)過去的研磨所得到的測量值 而定期進行。例如也可是，每當研磨臺20旋轉規(guī)定次數(shù)，或每當對規(guī)定枚數(shù)的晶片進行研 磨，就算出不良數(shù)據(jù)率，根據(jù)得到的不良數(shù)據(jù)率中算出新的閾值。
[0081] 若研磨條件為一定的，則從晶片的研磨開始至研磨結束不良數(shù)據(jù)率大致為一定 的。但是，有時因為晶片的表面狀態(tài)和膜厚等原因而在研磨的初始階段以及/或最終階段 不良數(shù)據(jù)率變高。例如，在對表面粗糙的晶片進行研磨的情況下，在研磨的初始階段膜厚的 測量值容易產生大的變動。因此，如圖10所示，研磨初始階段的不良數(shù)據(jù)率有時變高。在 另一例子中，當晶片的研磨接近其終點時，有時膜厚低于能夠測量的膜厚的范圍，或下層露 出。在該情況下，如圖11所示，在研磨的最終階段有時膜厚測量精度下降，結果不良數(shù)據(jù)率 上升。如此，當不良數(shù)據(jù)率變高時，研磨終點檢測所用的測量值的數(shù)就減少，結果，研磨終點 的檢測精度就下降。
[0082] 因此，如圖10以及圖11所示，為了提高研磨終點檢測精度，最好設置不良數(shù)據(jù)率 的基準值以及/或上限值。在圖10所示的例子中，晶片開始研磨后至不良數(shù)據(jù)率低于規(guī)定 的基準值，第2處理部15Β不進行研磨終點檢測。隨著晶片的表面變得平坦，不良數(shù)據(jù)率下 降，且如圖10所示，在某時刻不良數(shù)據(jù)率低于基準值。從該時刻開始對晶片進行研磨終點 檢測。
[0083] 在圖11所示的例子中，在研磨開始后，當不良數(shù)據(jù)率上升并達到規(guī)定的上限值 時，第2處理部15B就輸出報警信號。在該情況下，第2處理部15B也可使晶片的研磨停止。 既可僅設置基準值與上限值中的任何一方，或者也可設置兩方。
[0084] 圖12是表示作為研磨對象的硅層的厚度與研磨時間的關系的示圖。在圖12中， 曲線a表示研磨臺20旋轉一次的期間取得的多個測量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多個（例如最新的三個）平均 值的平均值。測量值的平均值（曲線a)或其移動平均值（曲線b)達到預先設定的目標值 的時刻是研磨終點。第2處理部15B根據(jù)測量值的平均值（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刻來確定晶片的研磨終點（即硅層的研磨終點）。從圖 12可知，曲線b比曲線a平滑化。因此，為了檢測更準確的研磨終點，最好算出曲線b所示 的移動平均值，并對其進行監(jiān)視。
[0085] 圖13是表示研磨前與研磨后的研磨外形的示圖?？v軸表示硅層的厚度，橫軸表示 晶片徑向的位置。圖13所示的點是硅層的測量值。從圖13可知，晶片中心部的測量值的 波動較小。換言之，晶片中心部取得的測量值的可靠性可以說是高的。因此，最好僅使用晶 片中心部取得的測量值來檢測研磨終點。但是，本發(fā)明并不限于該例子，也可使用除了晶片 中心部以外區(qū)域取得的測量值。例如，也可僅使用晶片周緣部取得的測量值來檢測研磨終 點。此外，也可使用預先篩選出的多個區(qū)域（例如圖6所示的晶片的中心部與周緣部）所 取得的測量值。
[0086] 在圖7以及圖9所示的例子中，雖然根據(jù)頻率成分的強度而將測量值篩選為可靠 性高的和可靠性低的，但也可根據(jù)測量值自身而篩選該測量值。具體來說，若得到的測量值 處于規(guī)定范圍內，則該測量值被認定為可靠性高的測量值。例如，如圖14所示，在研磨的硅 層厚度已知約為3μπι?4μπι的場合，得到的測量值若是2.0μπι?4.0μπι的范圍內（圖 14中斜線所示），則該測量值可判斷為可靠性高的測量值。另一方面，得到的測量值若偏離 2. 0 μ m?4. 0 μ m的范圍，則該測量值可判斷為可靠性低的測量值。如此，在研磨的硅層厚 度是已知的情況下，可采用該已知的厚度范圍作為測量值的可靠性的判斷基準。
[0087] 此外，也可采用與頻率成分的強度對應的規(guī)定閾值和與硅層的厚度對應的規(guī)定的 范圍這兩方，對得到的測量值進行篩選。圖15是表示作為篩選測量值的基準而使用與頻率 成分的強度有關的規(guī)定閾值和與硅層的厚度有關的規(guī)定的范圍的例子示圖。在該例子中， 與頻率成分的強度對應的閾值是1，于硅層的厚度對應的閾值設定為2. 0 μ m?4. 0 μ m的范 圍。在頻率成分的強度為1以上，并且硅層的厚度處于2. Ομπι?4. Ομπι范圍內的情況下， 即在頻譜的峰值處于由圖15的網線表示的范圍內的情況下，第2處理部15Β判斷該測量值 的可靠性高，并添加到監(jiān)視數(shù)據(jù)中。相反，在頻譜的峰值偏離圖15的網線表示的范圍的情 況下，則判斷該測量值的可靠性低，并不包含于監(jiān)視數(shù)據(jù)中。
[0088]圖8所示的兩個光譜波形整體向右斜上方傾斜。這種光譜波形整體的傾斜作為干 擾而出現(xiàn)在頻譜中，妨礙測量準確的硅層的厚度。因此，為了得到不包含干擾的頻譜，也可 進行如下那樣的干擾去除處理。即，準備基準硅片（裸硅片），將紅外線照射到該基準硅片 上，通過算出從該基準硅片反射的紅外線的每個波長的相對反射率而取得基準光譜波形， 對該基準光譜波形實施高速傅里葉變換處理而預先取得基準頻譜，將晶片W的研磨中取得 的圖9所示那樣的頻譜除以上述基準頻譜，由此得到不包含干擾的頻譜。更具體地說，將研 磨中得到的頻譜上的各硅層厚度中的頻率成分的強度，除以基準頻譜上的對應的頻率成分 的強度，由此補正頻譜。硅層的厚度以及所對應的頻率成分的強度，也可根據(jù)該補正后的頻 譜來確定。
[0089] 圖16是表示在制造硅貫通電極（TSV)中實施的硅層的研磨時取得的光譜波形的 示圖，圖17是表示圖16所示的光譜波形生成的頻譜的示圖。圖16所示的光譜波形s3、s4、 s5分別與圖17所示的頻譜f3、f4、f5對應。圖16所示的光譜波形以及圖17所示的頻譜， 與圖4所示的光譜波形以及圖5所示的頻譜相同地生成，故省略其重復說明。
[0090] 在制造硅貫通電極（TSV)中，被研磨的硅層厚度約是20μπι?50μπι。在該情況 下，作為篩選測量值的基準，也可采用頻率成分的強度的規(guī)定的閾值以及/或硅層厚度的 規(guī)定的范圍。本發(fā)明的研磨終點檢測技術，可適用于對厚度小于1〇μπι的硅層進行研磨的 BSI處理、以及對厚度約為20 μ m?50 μ m的硅層進行研磨的TSV處理這兩方。
[0091] 在對硅層進行研磨的情況下，照射部11最好具有發(fā)出紅外線的光源。在該情況 下，照射部11最好具有對由該照射部11發(fā)出的紅外線的量進行切換的功能。此外，紅外線 的量最好能夠隨著被研磨的硅層的狀態(tài)而改變。作為硅層的狀態(tài)的具體例子，可以列舉：硅 層的厚度、硅層的表面的平坦度（面內均勻性）、存在于硅層下的膜的厚度、材質以及配線 圖形密度。例如，最好是，當對如BSI處理那樣的薄硅層進行研磨時，減少照射部11發(fā)出的 紅外線的量，當對如TSV處理那樣的厚硅層進行研磨時，增加照射部11發(fā)出的紅外線的量。
[0092] 圖18是用于說明對可靠性高的測量值與可靠性低的測量值進行判斷的另一方法 的示圖。圖18所示的兩個頻譜f6、f7的各峰值所示的強度比較高。因此，在例如閾值是 0. 065的情況下，從頻譜f6、f7得到的硅層厚度的測量值無論哪個都被判斷為可靠性高。但 是，頻譜f7與頻譜f6相比，峰值形狀不明顯。一般，峰值形狀明顯的頻譜具有表示可靠性 高的測量值的傾向，峰值形狀不明顯的頻譜具有表示可靠性低的測量值的傾向。
[0093] 因此，在該方法中，替代頻譜的峰值的強度，而采用規(guī)定的觀測厚度的頻率成分的 強度來判斷測量值的可靠性。即，在規(guī)定的觀測厚度的頻率成分的強度低于規(guī)定的閾值的 情況下，頻譜的峰值所示的硅層厚度的測量值被認定為可靠性高。相反，在規(guī)定的觀測厚度 的頻率成分的強度是上述規(guī)定的閾值以上的情況下，頻譜的峰值所示的硅層厚度的測量值 被認定為可靠性低。
[0094] 在圖18所示的例子中，觀測厚度設定為2 μ m，閾值設定為0. 065。在頻譜f6中， 觀測厚度2 μ m的頻率成分的強度al低于閾值0. 065,因此，從頻譜f6得到的測量值被判斷 為可靠性高。相反，在頻譜f7中，觀測厚度2μπι的頻率成分的強度高于閾值0.065,因此， 從頻譜f7得到的測量值被判斷為可靠性低。觀測厚度也可是多個。在該情況下，比較各觀 測厚度的強度與上述閾值，與上述相同地判斷測量值的可靠性。
[0095] 在該方法中，除了頻譜的峰值的強度，也可采用規(guī)定的觀測厚度的頻率成分的強 度來判斷測量值的可靠性。即，在頻譜的峰值所示的強度高于規(guī)定的閾值，并且規(guī)定的觀測 厚度的頻率成分的強度低于上述規(guī)定的閾值的情況下，頻譜的峰值所示的硅層厚度的測量 值被認定為可靠性高。相反，在頻譜的峰值所示的強度是規(guī)定的閾值以下，以及/或規(guī)定的 觀測厚度的頻率成分的強度是上述規(guī)定的閾值以上的情況下，頻譜的峰值所示的硅層厚度 的測量值被認定為可靠性低。如此，通過對采用了峰值的強度的可靠性判斷和采用了規(guī)定 的觀測厚度的強度的可靠性判斷進行組合，從而可更準確地對測量值進行判斷。
[0096] 圖19是用于對圖18所示的判斷方法的變形例進行說明的示圖。在該方法中，將 頻譜的峰值的強度與規(guī)定的觀測厚度的頻率成分的強度之差（絕對值）和規(guī)定的設定值進 行比較。若所述差大于設定值，則根據(jù)該頻譜的峰值確定的硅層的厚度的測量值被判斷為 可靠性高。相反，若所述差是設定值以下，則根據(jù)該頻譜的峰值確定的硅層的厚度的測量值 被判斷為可靠性低。
[0097] 在圖19所示的例子中，所述差的設定值設定為0. 005。頻譜f6的峰值的強度與觀 測厚度2 μ m的頻率成分的強度之差a2大于0. 005。因此，判斷根據(jù)頻譜f6的峰值確定的 硅層的厚度的測量值可靠性高。相反，頻譜f7的峰值的強度與觀測厚度2 μ m的頻率成分 的強度之差b2小于設定值0. 005。因此，判斷頻譜f7的峰值確定的硅層的厚度的測量值可 靠性低。在該例子中，觀測厚度也可是多個。
[0098] 在該方法中，也可將基于頻譜的峰值的強度的可靠性判斷與基于所述差的可靠性 判斷予以組合。即，在頻譜的峰值所示的強度高于規(guī)定的閾值，并且所述差大于規(guī)定的設定 值的情況下，頻譜的峰值所示的硅層的厚度的測量值就被認定為可靠性高。相反，在頻譜的 峰值所示的強度是規(guī)定的閾值以下，以及/或所述差是規(guī)定的設定值以下的情況下，頻譜 的峰值所示的硅層的厚度的測量值就被認定為可靠性低。
[0099] 圖20是用于說明對可靠性高的測量值與可靠性低的測量值進行判斷的另一方法 的示圖。通常，晶片如圖21所示，具有多層構造。在圖21所示的例子中，在基層（例如硅 層）上形成有第2膜，在其上形成有第1膜。研磨的對象物是處于最上層的第1膜。在第1 膜以及第2膜由透光的材料構成的情況下（例如，第1膜為硅層，第2膜為Si02等的絕緣 膜），光在第1膜的表面、第1膜與第2膜的界面以及第2膜與基層的界面上反射。因此，來 自晶片的反射光中含有第1膜與第2膜的厚度信息。因此，如圖20所示，根據(jù)反射光生成 的頻譜中出現(xiàn)了表示第1膜的厚度的峰值和表示第2膜的厚度的峰值。
[0100] 在本實施形態(tài)中，選擇第2膜的厚度作為上述規(guī)定的觀測厚度。該第2膜的厚度 根據(jù)出現(xiàn)在頻譜上的峰值的位置來確定。第1膜的厚度的測量值的可靠性，根據(jù)強度cl與 強度c2之差dY( = cl-c2)來判斷，所述強度cl是由表示第1膜的厚度的峰值所特定的頻 率成分，所述強度c2是由表示第2膜的厚度的峰值所特定的頻率成分。具體來說，在差dY 大于規(guī)定的設定值的情況下，第1膜的厚度的測量值就被判斷為可靠性高。
[0101] 在先前的實施形態(tài)中，規(guī)定的觀測厚度是固定值，而在本實施形態(tài)中，觀測厚度可 取決于表示第2膜的厚度的峰值位置而變化。本實施形態(tài)由于使用頻率成分的強度之差即 相對的強度，因此有測量值的可靠性判斷不容易受到外部干擾的影響這種優(yōu)點。例如，在來 自照射部11的光照度產生變化的情況下，頻譜整體雖然產生變化，但頻率成分的強度之差 難以變化。因此，能更準確地進行測量值的可靠性判斷，結果可提高研磨終點檢測的精度。 [0102] 為了提高第1膜的厚度測量值的可靠性判斷的精度，第2處理部15B最好將由表 示第1膜的厚度的峰值所特定的頻率成分的強度cl大于規(guī)定的第1下限值Y1，并且由表示 第2膜的厚度的峰值所特定的頻率成分的強度c2大于規(guī)定的第2下限值Y2作為條件，將差 dY與上述設定值進行比較。例如，在頻率成分的強度cl大于規(guī)定的第1下限值Y1，頻率成 分的強度c2大于規(guī)定的第2下限值Y2,并且強度cl與強度c2之差dY大于規(guī)定的設定值 的情況下，第1膜的厚度測量值就被判斷為可靠性高。第1下限值Y1與第2下限值Y2也 可是相同的數(shù)值。如此，通過對頻率成分的強度自身是否大于下限值進行判斷，從而可更準 確地進行測量值的可靠性判斷，結果可提高研磨終點檢測的精度。另外，表示圖20的膜厚 的橫軸顯示為使用了硅的折射率的硅膜厚換算值。即，由于第2膜是絕緣膜，因此圖20所 示的第2膜的厚度數(shù)值表示被換算成硅膜厚的厚度。
[0103] 圖22是模式表示能實行上述研磨終點檢測方法的研磨裝置的剖視圖。如圖22所 示，研磨裝置具有：對支承研磨墊22的研磨臺20 ;對晶片W進行保持并將其按壓在研磨墊 22上的頂環(huán)24 ;以及將研磨液（漿料）供給于研磨墊22的研磨液供給機構25。研磨臺20 與配置在其下方的電動機（未圖示）連接，且可繞軸心旋轉。研磨墊22固定在研磨臺20 的上表面上。
[0104] 研磨墊22的上表面22a構成對晶片W進行研磨的研磨面。頂環(huán)24通過頂環(huán)旋轉 軸28而與電動機以及升降缸（未圖示）連接。由此，頂環(huán)24可升降且可繞頂環(huán)旋轉軸28 旋轉。晶片W通過真空吸附等而保持在該頂環(huán)24的下表面上。
[0105] 保持在頂環(huán)24的下表面上的晶片W通過頂環(huán)24而旋轉，且被頂環(huán)24按壓在旋轉 的研磨臺20的研磨墊22的研磨面22a上。研磨液從研磨液供給機構25被供給到研磨墊 22的研磨面22a上，在晶片W的表面與研磨墊22之間存在研磨液的狀態(tài)下對晶片W的表面 進行研磨。使晶片W與研磨墊22滑動接觸的相對移動機構由研磨臺20以及頂環(huán)24構成。
[0106] 在研磨臺20上形成有在其上表面開口的第1孔30A以及第2孔30B。另外，在研 磨墊22上，在與這些孔30A、30B對應的位置形成有通孔31?？?0A、30B與通孔31連通，通 孔31開口在研磨面22a上。第1孔30A通過液體供給道33以及轉動式接頭32與液體供 給源35連接，第2孔30B與液體排出道34連接。
[0107] 在晶片W的研磨中作為透明液體的水（最好是純水）通過液體供給道33而供給 到第1孔30A以及通孔31，充滿晶片W的下表面與光纖12、41頂端之間的空間。水進一步 流入第2孔30B，通過液體排出道34而排出。研磨液與水一起被排出，由此光路被確保。在 液體供給道33上設有與研磨臺20的旋轉同步地進行動作的閥（未圖示）。該閥進行動作， 以使在晶片W不位于通孔31的上方時阻止水的流動或減少水的流量。在本實施形態(tài)中，水 供給機構由液體供給源35以及液體供給道33構成。
[0108] 研磨裝置具有按照上述的方法對研磨的進展進行監(jiān)視且對研磨終點進行檢測的 研磨監(jiān)視裝置。該研磨監(jiān)視也作為研磨終點檢測裝置發(fā)揮作用。研磨監(jiān)視裝置具有：照射 部11，所述照射部11將光照射到晶片W的被研磨面上；作為受光部的光纖12,所述光纖12 接受從晶片W返回來的反射光；分光器13,所述分光器13根據(jù)波長對從晶片W反射的光進 行分解，并在規(guī)定的波長范圍對光的強度進行測量；第1處理部15A，所述第1處理部15A根 據(jù)由分光器13取得的光強度數(shù)據(jù)來確定膜的厚度；以及第2處理部15B，所述第2處理部 15B對由第1處理部15A得到的膜的厚度進行監(jiān)視并確定晶片W的研磨終點（膜的研磨終 點）。第1處理部15A和第2處理部15B也可設作為一個處理部。
[0109] 照射部11具有：光源40、以及與光源40連接的光纖41。光纖41是將由光源40 發(fā)出的光引導到晶片W表面上的光傳送部。光纖41以及光纖12的頂端位于第1孔30A 內，并位于晶片W的被研磨面的附近。光纖41以及光纖12的各頂端與由頂環(huán)24保持的晶 片W的中心相對配置，且如圖3以及圖6所示，每當研磨臺20旋轉，光就照射在包含晶片W 的中心的多個區(qū)域內。在被研磨的膜是硅層的情況下，最好使用比較容易穿透水的波長為 llOOnm以下的光。
[0110] 作為光源40,使用發(fā)光二極管（LED)、鹵素燈和氙燈等。光纖41以及光纖12互相 并排配置。光纖41以及光纖12的各頂端相對于晶片W的表面而大致垂直配置，光纖41將 光大致垂直地照射在晶片W的表面上。
[0111] 在晶片W的研磨中，光從照射部11照射在晶片W上，從晶片W反射的光由光纖12 接受。在照射光的期間，水被供給到孔30A、30B以及通孔31，由此，光纖41以及光纖12的 各頂端與晶片W的表面之間的空間充滿水。分光器13在規(guī)定的波長范圍對反射的光的強 度進行測量，并將得到的光強度數(shù)據(jù)送到第1處理部15A。第1處理部15A如上述那樣地對 光譜波形進行FFT (高速傅里葉變換）處理來確定膜的厚度，第2處理部15B根據(jù)由第1處 理部15A得到的膜的厚度來確定研磨終點。
[0112] 圖23是表示圖22所示的研磨裝置的變形例的剖視圖。在圖23所示的例子中，未 設有液體供給道、液體排出道和液體供給源。取而代之，在研磨墊22上形成有透明窗45。 照射部11的光纖41通過該透明窗45而將光照射在研磨墊22上的晶片W的表面上，作為 受光部的光纖12通過透明窗45而接受從晶片W反射的光。其它結構與圖22所示的研磨 裝置相同。
[0113] 作為上述實施形態(tài)所用的晶片（基板）的例子，可以列舉：表面形成有單層或多層 的絕緣膜的晶片、以及用于背面照射（BSI)型圖像傳感器或硅貫通電極（TSV)的制造的晶 片。在被研磨的膜是硅層的情況下，作為照射在晶片上的光，適合使用紅外線。硅層也可是 硅片自身。此外，本發(fā)明還可適用于硅片自身的研磨（磨削）。例如，本發(fā)明可適用于硅片 的背面磨削。對硅片進行研磨（磨削）的裝置，代替研磨墊22而使用砂輪作為研磨件。
[0114] 上述的實施方式，是以本發(fā)明所屬的【技術領域】中具有通常知識的人員能實施本發(fā) 明為目的而描述的。上述實施方式的各種變形例若是技術人員就當然可實施，本發(fā)明的技 術思想還可適用于其它的實施形態(tài)。因此，本發(fā)明不限于所描述的實施方式，應作成基于權 利要求書所定義的技術思想的最寬大的范圍。
【權利要求】
1. 一種研磨方法，是對表面形成有膜的基板進行研磨的方法，該研磨方法的特征在于， 將基板按壓在旋轉的研磨臺上的研磨件上而對所述基板進行研磨， 在所述基板的研磨中，將光照射在所述基板上， 接受從所述基板反射的光， 對于每個波長測量所述反射的光的強度， 將測量出的所述光的強度除以規(guī)定的基準強度而算出相對反射率， 生成表示所述相對反射率與所述光的波長的關系的光譜波形， 對所述光譜波形進行傅里葉變換處理，確定所述膜的厚度以及所對應的頻率成分的強 度， 在確定的所述頻率成分的強度高于規(guī)定的閾值的情況下，將確定的所述膜的厚度認定 為可靠性高的測量值， 在確定的所述頻率成分的強度為所述規(guī)定的閾值以下的情況下，將確定的所述膜的厚 度認定為可靠性低的測量值， 根據(jù)所述可靠性高的測量值達到規(guī)定的目標值的時刻而確定所述基板的研磨終點， 算出不良數(shù)據(jù)率，所述不良數(shù)據(jù)率表示過去取得的可靠性高的測量值的個數(shù)和可靠性 低的測量值的個數(shù)的總和中的可靠性低的測量值的個數(shù)的比例， 使所述規(guī)定的閾值根據(jù)所述不良數(shù)據(jù)率而變化。
2. 如權利要求1所述的研磨方法，其特征在于， 使所述規(guī)定的閾值隨著所述不良數(shù)據(jù)率上升而上升。
3. 如權利要求1所述的研磨方法，其特征在于， 使所述規(guī)定的閾值隨著所述不良數(shù)據(jù)率下降而上升。
4. 一種研磨方法，是對表面形成有膜的基板進行研磨的方法，該研磨方法的特征在于， 包含下述工序： 將基板按壓在旋轉的研磨臺上的研磨件上而對所述基板進行研磨； 在所述基板的研磨中，將光照射在所述基板上； 接受從所述基板反射的光； 對于每個波長測量所述反射的光的強度； 將測量出的所述光的強度除以規(guī)定的基準強度而算出相對反射率； 生成表示所述相對反射率與所述光的波長的關系的光譜波形； 對所述光譜波形進行傅里葉變換處理，確定所述膜的厚度以及所對應的頻率成分的強 度； 在確定的所述頻率成分的強度高于規(guī)定的閾值的情況下，將確定的所述膜的厚度認定 為可靠性高的測量值； 在確定的所述頻率成分的強度為規(guī)定的閾值以下的情況下，將確定的所述膜的厚度認 定為可靠性低的測量值； 算出不良數(shù)據(jù)率，所述不良數(shù)據(jù)率表示過去取得的可靠性高的測量值的個數(shù)和可靠性 低的測量值的個數(shù)的總和中的可靠性低的測量值的個數(shù)的比例；以及 根據(jù)所述可靠性高的測量值達到規(guī)定的目標值的時刻而確定所述基板的研磨終點， 所述基板開始研磨后直至所述不良數(shù)據(jù)率低于規(guī)定的基準值，不對所述基板的研磨終 點進行確定。
5. 如權利要求4所述的研磨方法，其特征在于，在所述基板的研磨中，在所述不良數(shù)據(jù) 率上升并達到規(guī)定的上限值的情況下，輸出報警信號。
6. 如權利要求5所述的研磨方法，其特征在于，在所述基板的研磨中，在所述不良數(shù)據(jù) 率上升并達到所述規(guī)定的上限值的情況下，停止所述基板的研磨。
7. -種研磨方法，是對表面形成有膜的基板進行研磨的方法，該研磨方法的特征在于， 包含下述工序： 將基板按壓在旋轉的研磨臺上的研磨件上而對所述基板進行研磨； 在所述基板的研磨中，將光照射在所述基板上； 接受從所述基板反射的光； 對于每個波長測量所述反射的光的強度； 將測量出的所述光的強度除以規(guī)定的基準強度而算出相對反射率； 生成表示所述相對反射率與所述光的波長的關系的光譜波形； 對所述光譜波形進行傅里葉變換處理，確定所述膜的厚度以及所對應的頻率成分的強 度； 在確定的所述頻率成分的強度高于規(guī)定的閾值的情況下，將確定的所述膜的厚度認定 為可靠性高的測量值； 在確定的所述頻率成分的強度為規(guī)定的閾值以下的情況下，將確定的所述膜的厚度認 定為可靠性低的測量值； 算出不良數(shù)據(jù)率，表示過去取得的可靠性高的測量值的個數(shù)和可靠性低的測量值的個 數(shù)的總和中的可靠性低的測量值的個數(shù)的比例；以及 根據(jù)所述可靠性高的測量值達到規(guī)定的目標值的時刻而確定所述基板的研磨終點， 在所述基板的研磨中，在所述不良數(shù)據(jù)率上升并達到規(guī)定的上限值的情況下，輸出報 警信號。
8. 如權利要求7所述的研磨方法，其特征在于，在所述基板的研磨中，在所述不良數(shù)據(jù) 率上升并達到所述規(guī)定的上限值的情況下，停止所述基板的研磨。
9. 如權利要求7所述的研磨方法，其特征在于，所述基板開始研磨后直至所述不良數(shù) 據(jù)率低于規(guī)定的基準值，不對所述基板的研磨終點進行確定。
10. -種研磨方法，是對表面形成有包含第1膜以及第2膜的多層構造體的基板進行研 磨的方法，該研磨方法的特征在于， 將基板按壓在旋轉的研磨臺上的研磨件上而對所述基板進行研磨， 在所述基板的研磨中，將光照射在所述基板上， 接受從所述基板反射的光， 對于每個波長測量所述反射的光的強度， 將測量出的所述光的強度除以規(guī)定的基準強度而算出相對反射率， 生成表示所述相對反射率與所述光的波長的關系的光譜波形， 對所述光譜波形進行傅里葉變換處理，對所述第1膜的厚度、與該第1膜的厚度對應的 所述頻率成分的強度、所述第2膜的厚度、以及與該第2膜的厚度對應的所述頻率成分的強 度進行確定， 在與所述第1膜的厚度對應的所述頻率成分的強度和與所述第2膜的厚度對應的所述 頻率成分的強度之差大于規(guī)定的設定值的情況下，將確定的所述第1膜的厚度認定為可靠 性高的測量值， 根據(jù)所述可靠性高的測量值達到規(guī)定的目標值的時刻而確定所述基板的研磨終點。
11. 如權利要求10所述的研磨方法，其特征在于，在所述差大于所述規(guī)定的設定值，與 所述第1膜的厚度對應的所述頻率成分的強度大于規(guī)定的第1下限值，并且與所述第2膜 的厚度對應的所述頻率成分的強度大于規(guī)定的第2下限值的情況下，將確定的所述第1膜 的厚度認定為可靠性高的測量值。
12. 如權利要求11所述的研磨方法，其特征在于，所述規(guī)定的第1下限值與所述規(guī)定的 第2下限值是相同的數(shù)值。
13. -種研磨裝置，是對表面形成有膜的基板進行研磨的裝置，該研磨裝置的特征在 于，具有： 對研磨件進行支承的可旋轉的研磨臺； 頂環(huán)，所述頂環(huán)將所述基板按壓在所述旋轉的研磨臺上的所述研磨件上； 照射部，所述照射部將光照射在由所述頂環(huán)保持的所述基板上； 受光部，所述受光部接受從所述基板反射的光； 分光器，所述分光器對于每個波長測量所述反射的光的強度；以及 研磨監(jiān)視部，所述研磨監(jiān)視部根據(jù)由所述分光器取得的光強度數(shù)據(jù)來確定所述膜的厚 度， 所述研磨監(jiān)視部構成為， 將測量出的所述光的強度除以規(guī)定的基準強度而算出相對反射率， 生成表示所述相對反射率與所述光的波長的關系的光譜波形， 對所述光譜波形進行傅里葉變換處理，確定所述膜的厚度以及所對應的頻率成分的強 度， 在確定的所述頻率成分的強度高于規(guī)定的閾值的情況下，將確定的所述膜的厚度認定 為可靠性高的測量值， 在確定的所述頻率成分的強度為所述規(guī)定的閾值以下的情況下，將確定的所述膜的厚 度認定為可靠性低的測量值， 根據(jù)所述可靠性高的測量值達到規(guī)定的目標值的時刻而確定所述基板的研磨終點， 算出不良數(shù)據(jù)率，所述不良數(shù)據(jù)率表示過去取得的可靠性高的測量值的個數(shù)和可靠性 低的測量值的個數(shù)的總和中的可靠性低的測量值的個數(shù)的比例， 使所述規(guī)定的閾值根據(jù)所述不良數(shù)據(jù)率而變化。
14. 如權利要求13所述的研磨裝置，其特征在于，所述研磨監(jiān)視部使所述規(guī)定的閾值 隨著所述不良數(shù)據(jù)率上升而上升。
15. 如權利要求13所述的研磨裝置，其特征在于，所述研磨監(jiān)視部使所述規(guī)定的閾值 隨著所述不良數(shù)據(jù)率下降而上升。
16. -種研磨裝置，是對表面形成有膜的基板進行研磨的裝置，該研磨裝置的特征在 于，具有： 對研磨件進行支承的可旋轉的研磨臺； 頂環(huán)，所述頂環(huán)將所述基板按壓在所述旋轉的研磨臺上的所述研磨件上； 照射部，所述照射部將光照射在由所述頂環(huán)保持的所述基板上； 受光部，所述受光部接受從所述基板反射的光； 分光器，所述分光器對于每個波長測量所述反射的光的強度；以及 研磨監(jiān)視部，所述研磨監(jiān)視部根據(jù)由所述分光器取得的光強度數(shù)據(jù)來確定所述膜的厚 度， 所述研磨監(jiān)視部構成為， 將測量出的所述光的強度除以規(guī)定的基準強度而算出相對反射率， 生成表示所述相對反射率與所述光的波長的關系的光譜波形， 對所述光譜波形進行傅里葉變換處理，確定所述膜的厚度以及所對應的頻率成分的強 度， 在確定的所述頻率成分的強度高于規(guī)定的閾值的情況下，將確定的所述膜的厚度認定 為可靠性高的測量值， 在確定的所述頻率成分的強度為所述規(guī)定的閾值以下的情況下，將確定的所述膜的厚 度認定為可靠性低的測量值， 算出不良數(shù)據(jù)率，所述不良數(shù)據(jù)率表示過去取得的可靠性高的測量值的個數(shù)和可靠性 低的測量值的個數(shù)的總和中的可靠性低的測量值的個數(shù)的比例， 根據(jù)所述可靠性高的測量值達到規(guī)定的目標值的時刻而確定所述基板的研磨終點， 所述基板開始研磨后直至所述不良數(shù)據(jù)率低于規(guī)定的基準值，不對所述基板的研磨終 點進行確定。
17. 如權利要求16所述的研磨裝置，其特征在于，在所述基板的研磨中，在所述不良數(shù) 據(jù)率上升并達到規(guī)定的上限值的情況下，所述研磨監(jiān)視部輸出報警信號。
18. 如權利要求17所述的研磨裝置，其特征在于，在所述基板的研磨中，在所述不良數(shù) 據(jù)率上升并達到所述規(guī)定的上限值的情況下，所述研磨監(jiān)視部使所述基板的研磨停止。
19. 一種研磨裝置，是對表面形成有膜的基板進行研磨的裝置，該研磨裝置的特征在 于，具有： 對研磨件進行支承的可旋轉的研磨臺； 頂環(huán)，所述頂環(huán)將所述基板按壓在所述旋轉的研磨臺上的所述研磨件上； 照射部，所述照射部將光照射在由所述頂環(huán)保持的所述基板上； 受光部，所述受光部接受從所述基板反射的光； 分光器，所述分光器對于每個波長測量所述反射的光的強度；以及 研磨監(jiān)視部，所述研磨監(jiān)視部根據(jù)由所述分光器取得的光強度數(shù)據(jù)來確定所述膜的厚 度， 所述研磨監(jiān)視部構成為， 將測量出的所述光的強度除以規(guī)定的基準強度而算出相對反射率， 生成表示所述相對反射率與所述光的波長的關系的光譜波形， 對所述光譜波形進行傅里葉變換處理，確定所述膜的厚度以及所對應的頻率成分的強 度， 在確定的所述頻率成分的強度高于規(guī)定的閾值的情況下，將確定的所述膜的厚度認定 為可靠性高的測量值， 在確定的所述頻率成分的強度為所述規(guī)定的閾值以下的情況下，將確定的所述膜的厚 度認定為可靠性低的測量值， 算出不良數(shù)據(jù)率，所述不良數(shù)據(jù)率表示過去取得的可靠性高的測量值的個數(shù)和可靠性 低的測量值的個數(shù)的總和中的可靠性低的測量值的個數(shù)的比例， 根據(jù)所述可靠性高的測量值達到規(guī)定的目標值的時刻而確定所述基板的研磨終點， 在所述基板的研磨中，在所述不良數(shù)據(jù)率上升并達到規(guī)定的上限值的情況下，輸出報 警信號。
20. 如權利要求19所述的研磨裝置，其特征在于，在所述基板的研磨中，在所述不良數(shù) 據(jù)率上升并達到所述規(guī)定的上限值的情況下，所述研磨監(jiān)視部使所述基板的研磨停止。
21. 如權利要求20所述的研磨裝置，其特征在于，所述基板開始研磨后直至所述不良 數(shù)據(jù)率低于規(guī)定基準值，所述研磨監(jiān)視部不對所述基板的研磨終點進行確定。
22. -種研磨裝置，是對表面形成有包含第1膜以及第2膜的多層構造體的基板進行研 磨的裝置，該研磨裝置的特征在于，具有： 對研磨件進行支承的可旋轉的研磨臺； 頂環(huán)，所述頂環(huán)將所述基板按壓在所述旋轉的研磨臺上的所述研磨件上； 照射部，所述照射部將光照射在由所述頂環(huán)保持的所述基板上； 受光部，所述受光部接受從所述基板反射的光； 分光器，所述分光器對于每個波長測量所述反射的光的強度；以及 研磨監(jiān)視部，所述研磨監(jiān)視部根據(jù)由所述分光器取得的光強度數(shù)據(jù)來確定所述第1膜 的厚度， 所述研磨監(jiān)視部構成為， 將測量出的所述光的強度除以規(guī)定的基準強度而算出相對反射率， 生成表示所述相對反射率與所述光的波長的關系的光譜波形， 對所述光譜波形進行傅里葉變換處理，對所述第1膜的厚度、與該第1膜的厚度對應的 所述頻率成分的強度、所述第2膜的厚度、以及與該第2膜的厚度對應的所述頻率成分的強 度進行確定， 在與所述第1膜的厚度對應的所述頻率成分的強度和與所述第2膜的厚度對應的所述 頻率成分的強度之差大于規(guī)定的設定值的情況下，將確定的所述第1膜的厚度認定為可靠 性高的測量值， 根據(jù)所述可靠性高的測量值達到規(guī)定的目標值的時刻而確定所述基板的研磨終點。
23. 如權利要求22所述的研磨裝置，其特征在于，在所述差大于所述規(guī)定的設定值，與 所述第1膜的厚度對應的所述頻率成分的強度大于規(guī)定的第1下限值，并且與所述第2膜 的厚度對應的所述頻率成分的強度大于規(guī)定的第2下限值的情況下，所述研磨監(jiān)視部將確 定的所述第1膜的厚度認定為可靠性高的測量值。
24. 如權利要求23所述的研磨裝置，其特征在于，所述規(guī)定的第1下限值與所述規(guī)定的 第2下限值是相同的數(shù)值。
25. -種研磨方法，是對表面形成有膜的基板進行研磨的方法，該研磨方法的特征在 于， 將基板按壓在旋轉的研磨臺上的研磨件上而對所述基板進行研磨， 在所述基板的研磨中，將光照射在所述基板上， 根據(jù)從所述基板反射的光的強度算出相對反射率， 生成表示所述相對反射率與所述光的波長的關系的光譜波形， 根據(jù)所述光譜波形確定所述膜的厚度， 根據(jù)所述相對反射率而對確定的所述膜的厚度的可靠性是否高進行確定。
【文檔編號】B24B49/12GK104117903SQ201410172021
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權日:2013年4月25日
【發(fā)明者】金馬利文 申請人:株式會社荏原制作所