加工終點檢測方法、研磨方法及研磨裝置的制作方法

專利名稱：加工終點檢測方法、研磨方法及研磨裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及加工終點檢測方法，計算基板等加工對象物的被加工面的特性值，并檢測加工終點(研磨停止、研磨條件的變更、蝕刻停止、成膜停止等)的定時。另外，本發明涉及研磨方法及研磨裝置，對半導體晶片等的基板進行研磨并使其平坦化。
背景技術：
由于與近年來的半導體器件的高集成度相伴的布線的精細化以及多層化的要求， 要求基板的表面的平坦度。因此，正在進行通過化學機械研磨(CMP)來除去基板的表面的凹凸而使其表面平坦化的工作。在上述化學機械研磨中，在進行了規定時間的研磨之后需要在希望的位置上結束研磨。例如，有希望在Cu或AL等金屬布線的上部殘留SiO2等絕緣層(由于在其后的工序中在絕緣層之上進一步形成金屬等的層，這樣的絕緣層被稱為層間膜。)的情況。這樣的情況下，如果超過需要地進行研磨，則下層的金屬膜露出至表面，所以需要結束研磨以使層間膜殘留規定的膜厚量。另外，存在以下情況S卩，在基板上預先形成規定的圖案的布線用的溝，在其中填充了 Cu(銅)或其合金之后，通過化學機械研磨(CMP)除去表面的不需要部分。通過CMP 處理研磨Cu層時，需要僅殘留在布線用溝的內部形成的Cu層，而從基板上選擇性地除去Cu 層。即，尋求在布線用的溝以外的位置上，除去Cu層直到(包含SiO2等的)絕緣膜露出。在該情況下，如果過量研磨，將布線用的溝內的Cu層與絕緣膜一起研磨，則電路電阻上升，不得不丟棄整塊基板，造成很大損失。反之，如果研磨不充分，Cu層在絕緣膜上殘留，則電路的分離不良，發生短路，其結果，需要重新研磨，制造成本增高。為此，已知以下研磨狀態監視裝置，使用光學式傳感器測定反射光強度，基于測定的反射光強度檢測CMP處理的加工終點。即，設置具備發光元件和受光元件的光學式傳感器，從該光學式傳感器向基板的被研磨面照射光。然后，檢測被研磨面上的光的反射強度的變化，檢測CMP處理的加工終點。在此，作為在上述CMP處理中測定光學特性的方法，已知以下的內容。(1)將半導體激光器或發光二極管(LED)等單色光源照射至被研磨面，并檢測其反射強度的變化。(2)將白色光照射至被研磨面，并將其分光(比)反射強度與預先記錄的研磨終點的分光(比)反射強度進行比較。最近，還開發了以下研磨狀態監視裝置，推定基板的初始膜厚，將激光照射至基板上，對反射的反射光的反射強度的測定值的時間變化以正弦波的模型函數進行近似來計算膜厚。另外，還提出了以下方法，通過在將光照射在基板上得到的光譜數據上乘以加權函數來積分，從而計算基板的特性值，并根據該特性值的時間變化檢測研磨終點(例如，參照日本特開2004-154928號公報)。但是，在現有方法中，難以捕捉作為表示研磨終點的指標的特征點(反射強度或特性值的特征變化點)，難以檢測正確的研磨終點。例如，在使用單色光源的情況下，對于光源波長，膜厚與反射強度信號的關系是唯一確定的，并不限于在應該進行終點檢測的膜厚上一定出現特征點。另外，對其進行修正也是困難的。另一方面，在使用白色光等的多波長的情況下，能夠任意選擇波長，所以可以做出在希望的膜厚上的反射強度的特征點。但是，要選擇對被研磨物的構造最合適的波長，需要實驗糾錯，所以存在以下問題在選擇上需要大量時間，或難以確認最合適的波長。作為進行上述CMP的研磨裝置，已知能夠獨立調整頂環(top ring)內的多個室的壓力的裝置。在該研磨裝置中，例如由傳感器測定與基板上的膜厚相關聯的物理量，并基于該物理量生成監控信號。在基板的研磨前，預先準備表示監控信號與時間的關系的基準信號，在研磨中，調節頂環的按壓力，以使基板上的各個計測點上的監控信號收斂至基準信號。由此，在基板面內實現均勻的殘留膜厚(例如，參照WO 2005/123335)。近年來，隨著半導體器件的高速化、高集成化，在一個半導體芯片內載入存儲器部或運算部等各項功能而進行CPU的高功能化。在這樣的半導體芯片內，圖案的密度和構造不同的區域混雜存在。另外，芯片尺寸逐年變大，CXD器件中還存在膜尺寸(flim siZe)24X36mm的尺寸。在半導體制造中，為了在一塊基板內形成多個這樣的芯片，在基板的表面內圖案的密度和構造不同的區域分散存在。進而，為了評價器件的完成，還有在基板的一部分上存在與器件的圖案構造大為不同的電特性評價用的圖案的情況。在研磨這樣的基板時進行將光照射至基板的表面并通過光學式傳感器檢測其反射光，從而監控基板表面的膜厚變化。但是，來自基板表面的反射光的強度不僅受到基于研磨的膜厚變化、而且受到器件圖案或構造的影響而復雜地變化。即，在研磨中，研磨臺與頂環一起旋轉，所以在研磨臺上搭載的光學式傳感器掃描基板表面時，每次傳感器都通過基板上的圖案的密度或構造不同的區域。因此，反射光的強度受到器件圖案或構造的影響而變化，這成為很大的噪聲而與表示膜厚變化的信號重疊。這種情況下，即使施加用于對信號進行平滑化的處理，由于噪聲大，所以也無法正確地監控膜厚變化，對研磨終點檢測精度或用于得到均勻的膜厚的研磨控制帶來影響。研磨對象物是銅膜的情況下，為了測定膜厚多使用渦電流式傳感器。該銅膜一般通過電鍍來形成。進行鍍銅的電鍍裝置一般具有在基板的周緣部等間隔配置的陰極 (cathode)電極，通過密封部件保持被供給至基板的表面的電鍍液，并且在陰極電極與電鍍液中的陽極(anode)電極之間施加電壓，將銅鍍在基板的表面上。使用這樣的電鍍裝置的情況下，由于陰極電極的接觸電阻或密封部件的密封性的不均勻，在基板的周緣部，在周向上產生膜厚的不均勻。其結果，在研磨時，在某個時間，傳感器僅掃描膜厚較厚的部位或較薄的部位，無法把握平均的膜厚
發明內容
本發明是鑒于這樣的問題而做成的，其第一目的在于，提供一種能夠簡便地得到在目標膜厚上具有極大值或極小值等特征變化點的特性值的加工終點檢測方法及加工裝置，并實現高精度的加工終點檢測。另外，本發明的第二目的在于，提供一種研磨方法及研磨裝置，能夠減輕傳感器的輸出信號由于圖案的密度或構造不同的區域所受的影響、或由于在成膜工序中產生的周向的膜厚的不均勻所受的影響，并實現高精度的研磨終點檢測及膜厚均勻性。為了達到上述第一目的，本發明的一個方式是一種加工終點檢測方法，根據使用反射光的分光波形計算的被加工面的特性值，檢測加工終點，該反射光通過在被加工物的被加工面上照射光而得到，其特征在于，通過使用基準被加工物、或模擬計算，生成表示加工終點上的反射強度與波長的關系的分光波形，基于上述分光波形，選擇反射強度成為極大值及極小值的波長，根據上述選擇的波長的反射強度，計算被加工面的特性值，將被加工物的加工終點上的特性值的時間變化的特征點設定為加工終點，在被加工物的加工中檢測上述特征點從而檢測被加工物的加工終點。其中，作為加工的具體例，可以舉出具有膜的基板的研磨、或向基板上的成膜。本發明的優選方式的特征在于，求出上述基準被加工物的加工時間內的各波長的平均反射強度，以上述平均反射強度去除上述基準被加工物的加工終點上的反射強度，從而生成基準分光波形，基于上述基準分光波形進行對成為極大值及極小值的波長的上述選擇。本發明的優選方式的特征在于，定義加權函數，該加權函數具有以上述選擇的成為極大值的波長為中心的權重，在將光照射至被加工物的被加工面而得到的反射光的反射強度上，乘以上述加權函數進行積分，從而計算對于上述被加工面的特性值，檢測上述特性值的時間變化的特性點，從而檢測被加工物的加工終點。本發明的優選方式的特征在于，使上述選擇的波長向前后的波長偏移。本發明的其他方式是一種加工終點檢測方法，根據使用反射光的分光波形計算的對于被加工面的特性值，檢測加工終點，該反射光通過在被加工物的被加工面上照射包括多波長的光而得到，其特征在于，通過使用基準被加工物、或模擬計算，求出加工時間內的各波長的平均反射強度，對基準分光波形進行監控從而檢測被加工物的加工終點，上述基準分光波形是以上述基準被加工物的平均反射強度去除反射光的分光波形的反射強度而得到的，上述反射光是在被加工物的加工中照射包括多波長的光而得到的。本發明的其他方式是一種加工裝置，其特征在于，具有光源，將光照射在被加工物的被加工面上；受光部，接收來自上述被加工面的光；分光器單元，對在上述受光部中接收的光進行分光，并轉換為電信息；以及運算部，對來自上述分光器單元的電信息進行運算；上述運算部求出基準被加工物的加工時間內的各波長的平均反射強度，以上述平均反射強度去除上述基準被加工物的加工終點的反射強度，從而生成基準分光波形，選擇該基準分光波形成為極大值及極小值的波長，根據上述選擇的波長的反射強度，計算上述基準被加工物的被加工面的特性值，將被加工物的加工終點上的特性值的時間變化的特征點設定為加工終點，在加工中檢測上述特征點從而檢測被加工物的加工終點。本發明的其他方式是一種加工裝置，其特征在于，具有光源，將包括多波長的光照射在被加工物的被加工面上；受光部，接收來自上述被加工面的光；分光器單元，對在上述受光部中接收的光進行分光，并轉換為電信息；以及運算部，對來自上述分光器單元的電信息進行運算；上述運算部求出基準被加工物的加工時間內的各波長的平均反射強度，對基準分光波形進行監控從而檢測被加工物的加工終點，上述基準分光波形是以上述基準被加工物的平均反射強度去除反射光的分光波形的反射強度而得到的，上述反射光是在被加工物的加工中照射包括多波長的光而得到的。根據本發明，能夠得到在研磨終點等加工終點上具有特征變化點、而且SN比優良的特性值，所以可以高精度地檢測加工終點。為了達到上述第二目的，本發明的一個方式是一種研磨方法，其特征在于，包括 由頂環保持被研磨物并且使該被研磨物旋轉、將被研磨物按壓在旋轉的研磨臺上的研磨面上并研磨該被研磨物、通過設置于上述研磨臺的傳感器監控研磨中的被研磨物的表面狀態的工序，設定上述頂環和上述研磨臺的旋轉速度，以使規定的測定時間內上述傳感器在被研磨物的表面劃過的軌跡在上述被研磨物的表面的全周上大致均等分布。本發明的優選方式的特征在于，設定上述頂環和上述研磨臺的旋轉速度，以使上述規定的測定時間內上述傳感器的軌跡在被研磨物的表面旋轉大致0.5XN次(N為自然數)。本發明的優選方式的特征在于，上述規定的測定時間是對從上述傳感器得到的監控信號進行移動平均處理時的移動平均時間。本發明的優選方式的特征在于，由上述傳感器監控被研磨物的表面狀態，檢測研磨終點。本發明的優選方式的特征在于，一邊由上述傳感器監控被研磨物的表面狀態，一邊進行研磨以使該被研磨物的表面的膜厚均勻。本發明的優選方式的特征在于，規定的測定時間是上述研磨臺旋轉以下次數的時間，上述次數是從4到16 X V (V表示上述研磨臺的旋轉速度)的自然數中選擇的次數。本發明的其他方式是一種研磨方法，其特征在于，包括由頂環保持被研磨物并且使該被研磨物旋轉、將被研磨物按壓在旋轉的研磨臺上的研磨面上并研磨該被研磨物、通過設置于上述研磨臺的傳感器監控研磨中的被研磨物的表面狀態的工序，設定上述頂環和上述研磨臺的旋轉速度，以使在上述研磨臺旋轉由第一自然數表示的規定的次數期間，上述頂環旋轉等于與上述第一自然數互質的第二自然數的次數，上述第一自然數為4以上， 16秒期間上述研磨臺旋轉的次數以下。本發明的其他方式是一種研磨方法，其特征在于，包括由頂環保持被研磨物并且使該被研磨物旋轉、將被研磨物按壓在旋轉的研磨臺上的研磨面上并研磨該被研磨物、通過設置于上述研磨臺的傳感器監控研磨中的被研磨物的表面狀態的工序，上述頂環的旋轉速度和上述研磨臺的旋轉速度滿足由nV/m-1彡R彡nV/m+1或m · R/η-Ι彡V彡m · R/n+1 表示的關系式。其中，V是上述研磨臺的旋轉速度，是表示研磨裝置允許的設定單位的倍數的自然數；R是上述頂環的旋轉速度，是表示研磨裝置允許的設定單位的倍數的自然數； m是規定的自然數，而且是上述傳感器在被研磨物的表面跨過全周并在周向上以均等的方向、朝向掃描所需的上述研磨臺的旋轉次數；η是與m互質的自然數。本發明的其他方式是一種研磨裝置，其特征在于，包括頂環，保持被研磨物并且使該被研磨物旋轉；研磨臺，能夠旋轉，具有研磨面，該研磨面按壓由上述頂環保持的被研磨物；以及傳感器，設置于上述研磨臺，監控研磨中的被研磨物的表面狀態；設定上述頂環和上述研磨臺的旋轉速度，以使規定的測定時間內上述傳感器在被研磨物的表面劃過的軌跡在上述被研磨物的表面的全周上大致均等分布。本發明的其他方式是一種研磨裝置，其特征在于，包括頂環，保持被研磨物并且使該被研磨物旋轉；研磨臺，能夠旋轉，具有研磨面，該研磨面按壓由上述頂環保持的被研磨物；以及傳感器，設置于上述研磨臺，監控研磨中的被研磨物的表面狀態；設定上述頂環和上述研磨臺的旋轉速度，以使在上述研磨臺旋轉由第一自然數表示的規定的次數期間， 上述頂環旋轉等于與上述第一自然數互質的第二自然數的次數，上述第一自然數為4以上，16秒期間上述研磨臺旋轉的次數以下。本發明的其他方式是一種研磨裝置，其特征在于，包括頂環，保持被研磨物并且使該被研磨物旋轉；研磨臺，能夠旋轉，具有研磨面，該研磨面被由上述頂環保持的被研磨物按壓；以及傳感器，設置于上述研磨臺，監控研磨中的被研磨物的表面狀態；上述頂環的旋轉速度和上述研磨臺的旋轉速度滿足由nV/m-1彡R彡nV/m+1或m -R/n-1 ^ V^m-R/ n+1表示的關系式。本發明的其他方式是一種研磨裝置，其特征在于，包括頂環，保持被研磨物并且使該被研磨物旋轉；研磨臺，能夠旋轉，具有研磨面，該研磨面被由上述頂環保持的被研磨物按壓；傳感器，設置于上述研磨臺，監控研磨中的被研磨物的表面狀態；以及監控裝置， 對來自上述傳感器的信號進行運算；設定上述頂環和上述研磨臺的旋轉速度，以使上述傳感器掃描被研磨物的表面的軌跡每次不同；上述監控裝置以經過被研磨物的表面一周的多個上述軌跡為一組，進行對該一組軌跡的信號值進行平均化的運算。根據本發明，通過調整研磨臺的旋轉速度和頂環的旋轉速度，從而在規定的測定時間內傳感器能夠不偏向于被研磨物的表面的局部區域，而均等地掃描幾乎整個面。其結果，可以抑制噪聲的影響并捕捉到平均的膜厚，能夠實現高精度的研磨終點監測及膜厚均勻性。


圖1是表示進行本發明的一個實施方式中的研磨終點檢測方法的研磨裝置的整體結構的示意圖。圖2是表示圖1所示的研磨狀態監視裝置中使用脈沖點燈光源時的分光器單元內的受光元件的動作的示意圖。圖3是表示圖1所示的研磨狀態監視裝置中使用連續點燈光源時的分光器單元內的受光元件的動作的示意圖。圖4是用于說明圖1所示的研磨狀態監視裝置的采樣的定時的俯視圖。圖5是表示在金屬布線上形成有氧化膜的樣品基板的剖面圖。圖6是表示分光波形及基準分光波形的曲線圖。圖7是用于說明特性值的計算和波長的選擇的處理的流程圖。圖8是表示特性值的時間變化的曲線圖。圖9是表示加權函數的曲線圖。圖10是表示使選擇的2個波長在長波長側偏移lOnm、在短波長側偏移IOnm時的特征點的變化的圖。圖11是表示本發明的其他實施方式涉及的研磨裝置的整體結構的示意圖。圖12是表示圖11所示的頂環的剖面的示意圖。圖13是表示研磨臺與基板的關系的俯視圖。圖14是表示傳感器掃描基板上的軌跡的圖。圖15是表示在圖14所示的基板上的計測點之中選擇由監控裝置進行監控的計測點的一例的俯視圖。圖16是表示反射強度的曲線圖。圖17是表示將研磨臺的旋轉速度設為TOmirT1、頂環的旋轉速度設為ilmirT1時的基板W上的傳感器50的軌跡的圖。圖18是表示在圖17所示的條件下得到的特性值的信號波形的曲線圖。圖19是表示將研磨臺的旋轉速度設為TOmirT1、頂環的旋轉速度設為TTmirr1，在移動平均時間內傳感器50劃過的基板上的軌跡的圖。圖20是表示在圖19所示的條件下得到的特性值的信號波形的曲線圖。圖21是表示在與圖19相同的條件下研磨臺旋轉10次期間的基板上的傳感器軌跡的圖。圖22是表示在研磨前后，在周向上測定在直徑300mm的基板上形成的銅的膜厚的一例的曲線圖。圖23是表示將研磨臺的旋轉速度設為eOmirT1、頂環的旋轉速度設為SlmirT1時的基板面上的傳感器軌跡的圖。圖24是表示將在基板的徑向上分布的各區域C1、C2、C3、C4上膜厚變得均勻作為目標，在研磨中操作頂環的4個壓力室的壓力的結果的一例的曲線圖。圖25是表示將研磨臺的旋轉速度調節為eOmirT1、頂環的旋轉速度調節為SemirT1 時的基板面上的傳感器軌跡的圖。圖26是表示在圖25所示的條件下研磨時的頂環的各壓力室的壓力的變化的曲線圖。圖27是表示滿足式(9)的頂環與研磨臺的旋轉速度比R/V的例子的表。
具體實施例方式以下，參照附圖詳細說明本發明的實施方式。圖1是表示進行本發明的實施方式涉及的研磨終點檢測方法的研磨裝置的整體結構的示意圖。如圖1所示，研磨裝置具有研磨臺12，在上表面上貼設有研磨布10 ；頂環 14，保持作為研磨對象物的基板W，并將其按壓在研磨布10的上表面。研磨布10的上表面構成與作為研磨對象物的基板W滑動接觸的研磨面。其中，也可以構成為將由樹脂等粘結劑固定細微砥粒(包括CeO2等)的固定砥粒板的上表面作為研磨面。研磨臺12連接至配置在其下方的電動機(未圖示)，能夠如箭頭所示繞其軸心旋轉。另外，在研磨臺12的上方設置有研磨液供給噴嘴16，從該研磨液供給噴嘴16向研磨布 10上供給研磨液Q。頂環14連接至頂環軸18，通過該頂環軸18連接至電動機及升降氣缸(cylinder)(未圖示)。由此，頂環14如箭頭所示可升降并且能夠繞頂環軸18旋轉。在該頂環14的下表面，作為研磨對象物的基板W通過真空等被吸附、保持。通過這樣的結構，頂環14能夠一邊自轉，一邊對在其下表面保持的基板W以對研磨布10任意的壓力進行按壓。在上述結構的研磨裝置中，在頂環14的下表面保持的基板W被按壓在旋轉的研磨臺12的上表面的研磨布10上。這時，從研磨液供給噴嘴16向研磨布10上供給研磨液Q。 由此，在基板W的被研磨面(下表面)與研磨布10之間存在研磨液Q的狀態下進行研磨。在研磨臺12的內部，埋設有在研磨中監視基板W的研磨狀態的研磨狀態監視裝置 20。該研磨狀態監視裝置20實時且連續地監視研磨中的基板W的被研磨面的研磨情況(殘留的膜的厚度或狀態等)。另外，在研磨布10上，安裝有用于使來自研磨狀態監視裝置20 的光透射的透光部22。該透光部22由透射率高的材質形成，例如由無發泡聚氨酯等形成。 或者，也可以在研磨布10上設置貫通孔，在該貫通孔被基板W閉塞的空間從下方流入透明液體，從而形成透光部22。透光部22只要是通過在頂環14上保持的基板W的被研磨面的位置，就可以配置在研磨臺12的任意的位置上，優選配置在通過基板W的中心的位置上。研磨狀態監視裝置20如圖1所示，具備光源30 ；發光光纖32，作為將來自光源30 的光照射至基板W的被研磨面上的發光部；受光光纖34，作為接收來自被研磨面的反射光的受光部；分光器單元36，在內部具有分光器和多個受光元件，該分光器對由受光光纖34 接收的光進行分光；該多個受光元件將由該分光器進行了分光的光變換為電信息，并進行積蓄；控制部40，進行光源30的點燈及關燈或分光器單元36內的受光元件的讀取開始的定時等的控制；以及電源42，向控制部40供給電力。其中，對于光源30及分光器單元36， 通過控制部40供給電力。發光光纖32的發光端和受光光纖34的受光端構成為對于基板W的被研磨面大致垂直。另外，發光光纖32及受光光纖34考慮到交換研磨布10時的操作性和基于受光光纖 34的受光量，配置為不突出至研磨臺12的表面的上方。另外，作為分光器單元36內的受光元件，例如可以使用512元件的光電二極管陣列。分光器單元36通過線纜44連接至控制部40。來自分光器單元36內的受光元件的信息通過線纜44發送至控制部40，并基于該信息生成反射光的光譜數據。即，本實施方式中的控制部40構成光譜數據生成部，該光譜數據生成部讀取在受光元件上積蓄的電信息并生成反射光的光譜數據。來自控制部40的線纜46，通過研磨臺12內，例如連接至由個人計算機構成的運算部48。由控制部40的光譜數據生成部生成的光譜數據經由線纜46 發送至運算部48。在運算部48中，基于從控制部40接收的光譜數據，計算作為被研磨面的研磨狀態的指標的特性值。另外，運算部48還具有以下功能S卩，從控制研磨裝置的控制器(未圖示)接收與研磨條件有關的信息的功能，和基于計算出的特性值的時間變化來決定研磨終點(研磨停止或研磨條件的變更)的定時、并對研磨裝置的控制器進行指示的功能。另外，如圖1所示，在研磨臺12的外周部的下表面安裝有接近傳感器50，與該接近傳感器50對應在研磨臺12的外側設置有擋塊(dog，F ^ ) 52。接近傳感器50在研磨臺 12每旋轉1次時檢測擋塊52，能夠檢測研磨臺12的旋轉角度。作為光源30，使用照射以白色光為首的具有波長頻帶的光。例如可以使用氙氣燈等脈沖點燈光源作為光源30。使用脈沖點燈光源作為光源30時，在研磨中各計測點上，光源30通過觸發信號而脈沖點燈。另外，也可以使用鎢絲燈作為光源30，至少在發光光纖32 的發光端和受光光纖34的受光端與基板W的被研磨面相對的期間，使其連續地點燈。來自光源30的光從發光光纖32的發光端通過透光部22照射至基板W的被研磨面。該光在基板W的被研磨面上反射，并通過透光部22由研磨狀態監視裝置的受光光纖34 接收。由受光光纖34接收的光被發送至分光器單元36內的分光器，并在此被分光成多個波長成分。被分光成多個波長成分的光被照射至與各個波長對應的受光元件，根據照射的光的光量，在受光元件中積蓄電荷。在各受光元件中積蓄的電信息在規定的定時上被讀取 (釋放)，并轉換為數字信號。該數字信號被發送至控制部40的光譜數據生成部，并在此生成與各計測點對應的光譜數據。接著，說明分光器單元36內的受光元件的工作。圖2及圖3是表示分光器單元36 內存在N個受光元件60-1至60-N時的各受光元件的工作的示意圖。圖2表示使用脈沖點燈光源的情況，圖3表示使用連續點燈光源的情況。在圖2及圖3中，橫軸表示時間，與各受光元件對應的曲線圖的上升部分表示在受光元件中積蓄電信息，而下降部分表示受光元件的電信息被讀取(釋放)。在圖2中，黑圈(·)表示脈沖點燈電源點燈的時刻。在一次采樣中，各受光元件60-1至60-N依次切換進行讀取(釋放)。如上所述， 在各受光元件60-1至60-N中，反復積蓄所對應的波長成分的光的光量作為電信息，并具有相位差地以采樣周期T進行讀取(釋放)。該采樣周期T在各受光元件60-1至60-N中積蓄充分的光量作為電信息、并且在實際時間內能夠充分處理從各受光元件60-1至60-N讀取的數據的范圍內，設定得較小。使用512元件的光電二極管陣列作為受光元件時，采樣周期T為10毫秒級。在圖2及圖3中，從第一個受光元件60-1的讀取開始到最后的受光元件 60-N的讀取為止的時間為S。在此，S < T。在圖2的情況下，將脈沖點燈光源點燈的時刻 (圖2中由 標記表示)作為采樣時刻，在圖3的情況下，將從進行第一個受光元件60-1的讀取、新的積蓄開始起，到進行最后的受光元件60-N的讀取為止的時間的一半的時刻(圖 3中由X標記表示)，作為代表所對應的計測區域的采樣時刻。另外，在該采樣時刻上，與透光部22相對的基板W上的點稱為采樣點。在圖2中，在光源30瞬間地點燈的期間(數微秒左右)，所有的受光元件60-1至 60-N都積蓄光。在將從最后的受光元件60-N進行讀取(釋放)開始到使光源30點燈為止的時間設為Q時，如果接著在第一個受光元件60-1進行讀取(釋放)之前使光源30點燈， 則0<Q<T-S。Q可以取在該不等式所示的范圍內的任意的值，但以下設為Q= (T-S)/2 進行說明。進行第一個受光元件60-1的讀取并開始接下來的積蓄，是在比采樣時刻早S+Q 即(T+S)/2的定時。另外，在圖3中，進行第一個受光元件60-1的讀取，也是在比采樣時刻早(T+S)/2的定時。其中，在圖3所示的連續點燈光源的情況下，由于受光元件60-1至60-N 的積蓄開始、讀取的時刻根據元件而不同，所以實際的計測區域隨著波長成分而多少不同。接著，說明對基于研磨狀態監視裝置20的采樣的定時進行決定的方法。首先，說明對使用脈沖點燈光源時的采樣的定時進行決定的方法。圖4是用于說明基于研磨狀態監視裝置20的采樣的定時的圖。研磨臺12每旋轉1次，設置在研磨臺12的外周部的接近傳感器50都檢測作為接近傳感器動作的基準位置的擋塊52。S卩，如圖4所示，在從對研磨臺 12的旋轉中心Ct和基板W的中心Cw進行連結的線LT_W(以下，稱為基板中心線)開始向研磨臺12的反旋轉方向定義旋轉角度的情況下，在旋轉角度θ上接近傳感器50檢測到擋塊52。其中，基板W的中心Cw例如通過進行頂環14的位置控制來確定。在此，如圖4所示，若將研磨臺12的中心Ct與透光部22的中心Q之間的水平距離設為L，將研磨臺12的中心Ct與基板W的中心Cw之間的水平距離設為M，將從基板W的被研磨面中除去邊緣截斷部的、基板W的被計測面的半徑設為R，將透光部22掃描該被計測面的角度設為2α，則根據余弦定理，以下的式(1)成立，能夠求出角度a。式(1)
權利要求
1.一種研磨方法，其特征在于，包括由頂環保持被研磨物并且使該被研磨物旋轉，將被研磨物按壓在旋轉的研磨臺上的研磨面上并研磨該被研磨物，通過設置于上述研磨臺的傳感器監控研磨中的被研磨物的表面狀態的工序，設定上述頂環和上述研磨臺的旋轉速度，以使規定的測定時間內上述傳感器在被研磨物的表面劃過的軌跡在上述被研磨物的表面的全周上大致均等分布。
2.如權利要求1記載的研磨方法，其特征在于，設定上述頂環和上述研磨臺的旋轉速度，以使上述規定的測定時間內上述傳感器的軌跡在被研磨物的表面旋轉大致0. 5XN次，其中N為自然數。
3.如權利要求1記載的研磨方法，其特征在于，上述規定的測定時間是對從上述傳感器得到的監控信號進行移動平均處理時的移動平均時間。
4.如權利要求1記載的研磨方法，其特征在于，由上述傳感器監控被研磨物的表面狀態，并檢測研磨終點。
5.如權利要求1記載的研磨方法，其特征在于，一邊由上述傳感器監控被研磨物的表面狀態，一邊進行研磨以使該被研磨物的表面的膜厚均勻。
6.如權利要求1記載的研磨方法，其特征在于，規定的測定時間是上述研磨臺旋轉以下次數的時間，上述次數是從4到16XV的自然數中選擇的次數，其中V表示上述研磨臺的旋轉速度。
7.一種研磨方法，其特征在于，包括由頂環保持被研磨物并且使該被研磨物旋轉，將被研磨物按壓在旋轉的研磨臺上的研磨面上并研磨該被研磨物，通過設置于上述研磨臺的傳感器監控研磨中的被研磨物的表面狀態的工序，設定上述頂環和上述研磨臺的旋轉速度，以使在上述研磨臺旋轉由第一自然數表示的規定的次數期間，上述頂環旋轉與和上述第一自然數互質的第二自然數相等的次數，上述第一自然數為4以上、在16秒期間上述研磨臺旋轉的次數以下。
8.如權利要求7記載的研磨方法，其特征在于，由上述傳感器監控被研磨物的表面狀態，并檢測研磨終點。
9.如權利要求7記載的研磨方法，其特征在于，一邊由上述傳感器監控被研磨物的表面狀態，一邊進行研磨以使該被研磨物的表面的膜厚均勻。
10.如權利要求7記載的研磨方法，其特征在于，上述研磨臺旋轉上述第一自然數所表示的規定次數的時間是對從上述傳感器得到的監控信號進行移動平均處理時的移動平均時間。
11.一種研磨方法，其特征在于，包括由頂環保持被研磨物并且使該被研磨物旋轉，將被研磨物按壓在旋轉的研磨臺上的研磨面上并研磨該被研磨物，通過設置于上述研磨臺的傳感器監控研磨中的被研磨物的表面狀態的工序；上述頂環的旋轉速度和上述研磨臺的旋轉速度滿足由 nV/m-1 彡 R 彡 nV/m+1 或 m · R/η-Ι 彡 V 彡 m · R/n+1 表示的關系式；其中，V是表示上述研磨臺的旋轉速度、且為研磨裝置允許的設定單位的倍數的自然數；R是表示上述頂環的旋轉速度、且為研磨裝置允許的設定單位的倍數的自然數； m是規定的自然數，而且是為了上述傳感器在被研磨物的表面跨全周并在周向上以均等的方向·朝向進行掃描而所需要的上述研磨臺的旋轉次數； η是與m互質的自然數。
12.如權利要求11記載的研磨方法，其特征在于，由上述傳感器監控被研磨物的表面狀態，并檢測研磨終點。
13.如權利要求11記載的研磨方法，其特征在于，一邊由上述傳感器監控被研磨物的表面狀態，一邊進行研磨以使該被研磨物的表面的膜厚均勻。
14.一種研磨裝置，其特征在于，包括頂環，保持被研磨物并且使該被研磨物旋轉；研磨臺，能夠旋轉，具有研磨面，該研磨面被由上述頂環保持的被研磨物按壓；以及傳感器，設置于上述研磨臺，監控研磨中的被研磨物的表面狀態； 設定上述頂環和上述研磨臺的旋轉速度，以使規定的測定時間內上述傳感器在被研磨物的表面劃過的軌跡在上述被研磨物的表面的全周上大致均等分布。
15.如權利要求14記載的研磨裝置，其特征在于，設定上述頂環和上述研磨臺的旋轉速度，以使上述規定的測定時間內上述傳感器的軌跡在被研磨物的表面旋轉大致0. 5XN次，其中N為自然數。
16.如權利要求14記載的研磨裝置，其特征在于，上述規定的測定時間是對從上述傳感器得到的監控信號進行移動平均處理時的移動平均時間。
17.如權利要求14記載的研磨裝置，其特征在于，還具有終點檢測部，根據由上述傳感器得到的被研磨物的表面狀態，檢測研磨終點。
18.如權利要求14記載的研磨裝置，其特征在于，還具有控制部，根據由上述傳感器得到的被研磨物的表面狀態，決定對于被研磨物的上述研磨面的按壓力，該對于被研磨物的上述研磨面的按壓力用于對該被研磨物的表面均勻地進行研磨。
19.如權利要求14記載的研磨裝置，其特征在于，規定的測定時間是上述研磨臺旋轉以下次數的時間，上述次數是從4到16XV的自然數中選擇的次數，其中V表示上述研磨臺的旋轉速度。
20.一種研磨裝置，其特征在于，包括頂環，保持被研磨物并且使該被研磨物旋轉；研磨臺，能夠旋轉，具有研磨面，該研磨面被由上述頂環保持的被研磨物按壓；以及傳感器，設置于上述研磨臺，監控研磨中的被研磨物的表面狀態；設定上述頂環和上述研磨臺的旋轉速度，以使在上述研磨臺旋轉由第一自然數表示的規定的次數期間，上述頂環旋轉與和上述第一自然數互質的第二自然數相等的次數； 上述第一自然數為4以上、在16秒期間上述研磨臺旋轉的次數以下。
21.如權利要求20記載的研磨裝置，其特征在于，還具有終點檢測部，基于由上述傳感器得到的被研磨物的表面狀態，檢測研磨終點。
22.如權利要求20記載的研磨裝置，其特征在于，還具有控制部，根據由上述傳感器得到的被研磨物的表面狀態，決定對于被研磨物的上述研磨面的按壓力，該對于被研磨物的上述研磨面的按壓力用于對該被研磨物的表面均勻地進行研磨。
23.如權利要求20記載的研磨裝置，其特征在于，上述研磨臺旋轉上述第一自然數所表示的規定次數的時間是對從上述傳感器得到的監控信號進行移動平均處理時的移動平均時間。
24.一種研磨裝置，其特征在于，包括頂環，保持被研磨物并且使該被研磨物旋轉；研磨臺，能夠旋轉，具有研磨面，該研磨面被由上述頂環保持的被研磨物按壓；以及傳感器，設置于上述研磨臺，監控研磨中的被研磨物的表面狀態； 上述頂環的旋轉速度和上述研磨臺的旋轉速度滿足由 nV/m-1 彡 R 彡 nV/m+1 或 m · R/η-Ι 彡 V 彡 m · R/n+1 表示的關系式；其中，V是表示上述研磨臺的旋轉速度、且為研磨裝置允許的設定單位的倍數的自然數；R是表示上述頂環的旋轉速度、且為研磨裝置允許的設定單位的倍數的自然數； m是規定的自然數，而且是為了上述傳感器在被研磨物的表面跨全周并在周向上以均等的方向·朝向進行掃描而所需要的上述研磨臺的旋轉次數； η是與m互質的自然數。
25.如權利要求24記載的研磨裝置，其特征在于，還具有終點檢測部，根據由上述傳感器得到的被研磨物的表面狀態，檢測研磨終點。
26.如權利要求24記載的研磨裝置，其特征在于，還具有控制部，根據由上述傳感器得到的被研磨物的表面狀態，決定對于被研磨物的上述研磨面的按壓力，該對于被研磨物的上述研磨面的按壓力用于對該被研磨物的表面均勻地進行研磨。
全文摘要
本發明涉及計算基板等加工對象物的被加工面的特性值，并檢測加工終點(研磨停止、研磨條件的變更等)的定時的方法。該方法通過使用基準被加工物、或模擬計算，生成表示加工終點上的反射強度與波長的關系的分光波形；基于上述分光波形，選擇反射強度成為極大值及極小值的波長；根據上述選擇的波長上的反射強度，計算對于被加工面的特性值；將加工終點上的特性值的時間變化的特征點設定為加工終點；在加工對象物的加工中檢測上述特征點從而檢測被加工物的加工終點。
文檔編號B24B37/10GK102490112SQ201110416880
公開日2012年6月13日 申請日期2007年10月5日 優先權日2006年10月6日
發明者三谷隆一郎, 中井俊輔, 丸山浩二, 大田真朗, 小林洋一, 清水展, 重田厚 申請人:株式會社東芝, 株式會社荏原制作所