长不会随着膜厚的减小而单调地变化。在这样的情况下，可 以如以下那样决定波谱变化量的符号（正或负）。图20是用来说明决定波谱变化量的符号 的工序的图。在图20中，At表示关于当前时刻t的波谱变化量计算区间，I；表示先行于 区间At的规定的符号基准区间。
[0204] 对于区间At、区间T0、以及将两个区间At、!；合起来的总区间，分别求出例如由 式⑵表示的波谱变化量（正值）。在总区间中的波谱变化量Vi比区间h中的波谱变化量 %大的情况下（VPVJ，将区间At中的波谱变化量AV的符号决定为正（AV>0)。因而，膜 厚有减小的趋势。在此情况下，波谱变化速度AV/At的符号也为正。另一方面，在总区间 中的波谱变化量％比区间T ^中的波谱变化量V ^小的情况下（V ，将区间A t中的波谱 变化量A V的符号决定为负（A V〈0)。因而，膜厚有增加的趋势。在此情况下，波谱变化速 度A V/At的符号也为负。
[0205] 在研磨初始阶段中，在不能定义符号基准区间I；的情况下，也可以在波谱变化量 计算区间At以后设置与上述区间I；相同长度的区间。波谱变化量的符号被按照与上述 同样的工序决定，假设设定为"正"的波谱变化量的符号被更新。图21是表示在图8所示 的基板的隔离层除去后取得的波谱累积变化量的图。由图21可知，波谱变化量的符号两次 为负。
[0206] 另外，在担心基板的周向上的膜厚的不均匀性给检测精度带来较大影响的情况 下，可以通过调节研磨工作台的旋转速度和保持基板的顶圈的旋转速度来降低这样的不均 匀的膜厚的影响。图22A是表示在图2B所示的结构的研磨装置中、研磨工作台与顶圈的 旋转速度分别是60mirT 1、61mirT 1的情况下的、在基板的表面上描绘的投光部11及受光 部12 (参照图2A及图2B)的轨迹的图，图22B是表示研磨工作台与顶圈的旋转速度分别是 60min_1、54min _1的情况下的、在基板的表面上描绘的投光部11及受光部12的轨迹的图。
[0207] 在图22A的情况下，投光部11及受光部12的轨迹随着研磨工作台旋转而一点点 移动，相对于此，在图22B的情况下，在研磨工作台旋转10周的期间顶圈旋转9周，投光部 11及受光部12回到基板面内的原来的位置。即，在研磨工作台旋转10周之前取得的波谱 与当前时刻的波谱是在基板的表面上的相同位置上取得的波谱。因而，在图22B的例子中， 优选的是，在研磨中的各时刻，根据在研磨工作台旋转10周之前取得的波谱与当前时刻的 波谱比较来求出波谱变化量。通过将基板的在相同位置取得的波谱比较，能够高精度地求 出研磨量。或者，也可以在各时刻求出在研磨工作台旋转10周的期间中得到的最近的多个 波谱的平均、根据得到的平均波谱来求出波谱变化量。由于在研磨工作台旋转10周的期 间，投光部11及受光部12扫描基板的表面整体，所以能够得到精度较高的结果。
[0208] 图23是示意地表示具备能够执行上述研磨监视方法及研磨终点检测方法的研磨 监视装置的研磨装置的剖视图。如图23所示，研磨装置具备支承研磨垫板22的研磨工作 台20、保持基板W而推压在研磨垫板22上的顶圈24、和对研磨垫板22供给研磨液（浆液 (只7 y ))的研磨液供给机构25。研磨工作台20连结在配置于其下方的马达（未图示） 上，能够绕轴心旋转。研磨垫板22固定在研磨工作台20的上表面。
[0209] 研磨垫板22的上表面22a构成研磨基板W的研磨面。顶圈24经由顶圈轴28连 结在马达及升降压力缸（未图示）上。由此，顶圈24能够升降并且能够绕顶圈轴28旋转。 将基板W通过真空吸附等保持在该顶圈24的下表面。
[0210] 被保持在顶圈24的下表面的基板W-边通过顶圈24旋转，一边被顶圈24推压在 旋转的研磨工作台20上的研磨垫板22上。此时，从研磨液供给机构25对研磨垫板22的 研磨面22a供给研磨液，在基板W的表面与研磨垫板22之间存在研磨液的状态下将基板W 的表面研磨。使基板W与研磨垫板22滑动接触的相对移动机构由研磨工作台20及顶圈24 构成。
[0211] 在研磨工作台20上，在其上面形成有开口的孔30。此外，在研磨垫板22上，在对 应于该孔30的位置上形成有通孔31。孔30和通孔31连通，通孔31在研磨面22a上开口。 孔30经由液体供给路径33及旋转接头32连结在液体供给源35上。在研磨中，从液体供 给源35作为透明液体而将水（优选的是纯水）供给到孔30中，充满由基板W的下面和通 孔31形成的空间中，通过液体排出路径34排出。研磨液与水一起被排出，由此确保光路。 在液体供给路径33中，设有同步于研磨工作台20的旋转而动作的阀（未图示）。当基板W 不位于通孔31之上时该阀进行动作以停止水的流动或减小水的流量。
[0212] 研磨装置具有按照上述方法监视研磨的进展、并且检测出研磨终点的研磨监视装 置。该研磨监视装置还作为研磨终点检测装置发挥功能。研磨监视装置具备将光照射在基 板W的被研磨面上的投光部11、受光从基板W返回的光反射的作为受光部的光纤12、将来 自基板W的反射光按照波长分解、遍及规定的波长范围测量反射光的强度的分光器13、和 根据由分光器13取得的测量数据生成波谱、基于该波谱的变化监视研磨的进展的处理装 置15。波谱是表示遍及规定的波长范围分布的光的强度的，表现为表示光的强度与波长的 关系的曲线。
[0213] 投光部11具备光源40和连接在光源40上的光纤41。光纤41是将光源40的光 导引到基板W的表面的光传送部。光纤41从光源40通过孔30延伸到基板W的被研磨面 的附近位置。光纤41及光纤12的各前端对置于被顶圈24保持的基板W的中心而配置，如 图2B所示，每当研磨工作台20旋转时，都对包括基板W的中心的区域照射光。
[0214] 作为光源40,可以使用发光二极管（LED)、卤素灯、氙闪光灯等能够发出具有多个 波长的光的光源。光纤41和光纤12相互并列地配置。光纤41及光纤12的各前端相对于 基板W的表面大致垂直地配置，光纤41对基板W的表面大致垂直地照射光。
[0215] 在基板W的研磨中，从投光部11将光照射在基板W上，由光纤12受光来自基板W 的反射光。在照射光的期间中，对孔30供给水，由此，光纤41及光纤12的各前端与基板W 的表面之间的空间被水充满。分光器13测量各波长的反射光的强度，处理装置15生成表 示光的强度与波长的关系的反射光的波谱。进而，处理装置15如上述那样根据反射光的波 谱计算出波谱累积变化量，基于此监视研磨的进展，决定研磨终点。
[0216] 图24是表示图23所示的研磨装置的变形例的剖视图。在图24所示的例子中，没 有设置液体供给路径、液体排出路径、液体供给源。代替它而在研磨垫板22上形成有透明 窗45。投光部11的光纤41通过该透明窗45对研磨垫板22上的基板W的表面照射光，作 为受光部的光纤12通过透明窗45受光来自基板W的反射光。其他结构与图23所示的研 磨装置是同样的。
[0217] 上述实施方式是以具备本发明所属的技术领域的通常的知识的人能够实施本发 明为目的而记载的。上述实施方式的各种变形例只要是本领域的技术人员就当然能够实 施，本发明的技术思想也能够用在其他实施方式中。因而，本发明并不限定于记载的实施方 式，应为符合由权利要求书定义的技术思想的最大的范围。
【主权项】
1. 一种研磨监视方法，监视具有膜的基板的研磨，其特征在于， 在基板的研磨中对上述基板照射光； 接收来自上述基板的反射光； 按各波长测量上述反射光的强度； 由上述强度的测量值生成表示强度与波长之间的关系的波谱； 计算出每规定时间的上述波谱的变化量； 将上述基板研磨途中的时刻作为起点，沿着研磨时间累积上述波谱的变化量而计算出 波谱累积变化量； 基于上述波谱累积变化量监视上述基板的研磨中的研磨量。2. 如权利要求1所述的研磨监视方法，其特征在于， 上述基板的研磨是用于调节形成在上述基板的金属配线的高度的研磨， 上述基板具有上述膜、形成在上述膜之上的隔离层和形成在上述膜内的上述金属配 线； 决定上述基板研磨中所述隔离层的除去时刻， 将该所决定了的除去时刻作为起点计算出上述波谱累积变化量。3. 如权利要求2所述的研磨监视方法，其特征在于， 在决定了上述隔离层的除去时刻时，追溯上述所决定的除去时刻来进行上述波谱累积 变化量的计算。4. 如权利要求2所述的研磨监视方法，其特征在于， 基于将上述基板的研磨开始时刻作为起点而计算出的波谱累积变化量的弯曲点，决定 上述隔离层的除去时刻。5. 如权利要求2所述的研磨监视方法，其特征在于， 使用涡电流传感器决定上述隔离层的除去时刻。6. 如权利要求2所述的研磨监视方法，其特征在于， 使用研磨工作台的马达的电流计决定上述隔离层的除去时刻。7. 如权利要求1所述的研磨监视方法，其特征在于， 基于上述波谱累积变化量决定研磨终点。8. -种研磨监视装置，其特征在于， 具备： 投光部，在基板的研磨中对上述基板照射光； 受光部，接收来自上述基板的反射光； 分光器，按各波长测量上述反射光的强度；以及 处理装置，处理上述分光器的测量数据； 上述处理装置进行下述处理： 由上述强度的测量值生成表示强度与波长之间的关系的波谱； 计算出每规定时间的上述波谱的变化量； 以上述基板的研磨途中的时刻作为起点，沿着研磨时间累积上述波谱的变化量而计算 出波谱累积变化量； 基于上述波谱累积变化量监视上述基板的研磨中的研磨量。9. 如权利要求8所述的研磨监视装置， 上述基板具有上述膜、形成在上述膜之上的隔离层和形成在上述膜内的上述金属配 线， 上述处理装置决定上述基板研磨中所述隔离层的除去时刻，并将该所决定了的除去时 刻作为起点计算上述波谱累积变化量。10. 如权利要求9所述的研磨监视装置，其特征在于， 所述处理装置在决定了上述隔离层的除去时刻时，追溯上述所决定的除去时刻来进行 上述波谱累积变化量的计算。11. 如权利要求9所述的研磨监视装置，其特征在于， 上述处理装置基于将上述基板的研磨开始时刻作为起点而计算出的波谱累积变化量 的弯曲点，决定上述隔离层的除去时刻。12. 如权利要求9所述的研磨监视装置，其特征在于， 上述处理装置基于涡电流传感器的输出信号决定上述隔离层的除去时刻。13. 如权利要求9所述的研磨监视装置，其特征在于， 上述处理装置基于研磨工作台的马达的电流计的输出信号决定上述隔离层的除去时 刻。14. 如权利要求8所述的研磨监视装置，其特征在于， 上述处理装置基于上述波谱累积变化量决定研磨终点。15. -种研磨装置，其特征在于， 具有： 权利要求8-14中任意一项所述的研磨监视装置； 用于支承研磨垫板的研磨工作台；以及 用于将基板按压在上述研磨垫板的顶圈。
【专利摘要】本发明提供一种能够正确地监视研磨的进展、还能够检测正确的研磨终点的方法。本方法在基板的研磨中对基板照射光，受光来自基板的反射光，对各波长测量反射光的强度，由强度的测量值生成表示强度与波长之间的关系的波谱，计算出每规定时间的波谱的变化量，将波谱的变化量沿着研磨时间累积而计算出波谱累积变化量，基于波谱累积变化量监视基板的研磨的进展。
【IPC分类】H01L21/66, B24B37/013, B24B37/005, B24B49/12, H01L21/304
【公开号】CN104907921
【申请号】CN201510303080
【发明人】小林洋一
【申请人】株式会社荏原制作所
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2011年3月2日
【公告号】CN102194690A, CN102194690B, US8582122, US8773670, US20110216328, US20140036266