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JP2012004276A - Polishing method and polishing device - Google Patents

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JP2012004276A
JP2012004276A JP2010136875A JP2010136875A JP2012004276A JP 2012004276 A JP2012004276 A JP 2012004276A JP 2010136875 A JP2010136875 A JP 2010136875A JP 2010136875 A JP2010136875 A JP 2010136875A JP 2012004276 A JP2012004276 A JP 2012004276A
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Japan
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polishing
semiconductor layer
relative reflectance
wavelength
light
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JP2010136875A
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Yoichi Kobayashi
洋一 小林
Masaaki Ota
真朗 大田
Masataka Kinoshita
将毅 木下
Itsuki Obata
厳貴 小畠
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Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polishing method and a polishing device, capable of accurately detecting a polishing end point of a semiconductor layer such as a silicon layer, using a visible light ray.SOLUTION: The polishing method includes: while polishing the semiconductor layer, irradiating the semiconductor layer with visible light; receiving reflection light from the semiconductor layer; measuring intensity of the reflection light in a predetermined wavelength range; calculating a relative reflectivity by dividing the measured intensity value by predetermined reference intensity; generating a spectrum indicative of relationship between the relative reflectivity and the reflection light wavelength; from the spectrum, obtaining a polishing index that varies with the thickness of the semiconductor layer; and based on a time point when the polishing index reaches a predetermined threshold, completing polishing of the semiconductor layer.

Description

本発明は、シリコンなどの半導体材料からなる半導体層を研磨する方法および装置に関し、特に半導体層からの反射光のスペクトルに基づいて該半導体層の研磨終点を検知する研磨方法および研磨装置に関する。   The present invention relates to a method and an apparatus for polishing a semiconductor layer made of a semiconductor material such as silicon, and more particularly to a polishing method and an apparatus for detecting a polishing end point of a semiconductor layer based on a spectrum of reflected light from the semiconductor layer.

半導体デバイスの製造プロセスには、SiOなどの絶縁膜を研磨する工程や、銅、タングステンなどの金属膜を研磨する工程などの様々な工程が含まれる。裏面照射型CMOSセンサの製造工程では、絶縁膜や金属膜の研磨工程以外に、受光面を形成するシリコン層(シリコン基板)を研磨する工程が含まれる。裏面照射型CMOSセンサはイメージセンサの一種であり、シリコン層の内部にフォトダイオードが埋設されている。そして、シリコン層を研磨することで受光面とフォトダイオードとの距離が調節される。 The semiconductor device manufacturing process includes various steps such as a step of polishing an insulating film such as SiO 2 and a step of polishing a metal film such as copper and tungsten. The manufacturing process of the back-illuminated CMOS sensor includes a process of polishing a silicon layer (silicon substrate) that forms a light receiving surface, in addition to a process of polishing an insulating film or a metal film. A back-illuminated CMOS sensor is a kind of image sensor, and a photodiode is embedded in a silicon layer. Then, the distance between the light receiving surface and the photodiode is adjusted by polishing the silicon layer.

図1は、裏面照射型CMOSセンサを模式的に示す断面図である。図1に示すように、金属配線(例えば、Cu配線)4や絶縁膜(例えば、SiO膜)5などから構成される配線構造6の上にフォトダイオード2およびシリコン層1が形成されている。シリコン層1は、典型的には、ホウ素やリンなどの不純物を微量に含んだシリコンから構成されている。フォトダイオード2はシリコン層1の内部に埋設されており、このシリコン層1の露出面が受光面1aとなる。図1から分かるように、裏面照射型CMOSセンサは、受光面1aとフォトダイオード2との間に配線構造6が存在しないため、フォトダイオード2が効率よく光を受けることができるという特徴がある。 FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a back-illuminated CMOS sensor. As shown in FIG. 1, a photodiode 2 and a silicon layer 1 are formed on a wiring structure 6 including a metal wiring (for example, Cu wiring) 4 and an insulating film (for example, SiO 2 film) 5. . The silicon layer 1 is typically made of silicon containing a trace amount of impurities such as boron and phosphorus. The photodiode 2 is embedded in the silicon layer 1, and the exposed surface of the silicon layer 1 becomes the light receiving surface 1a. As can be seen from FIG. 1, the back-illuminated CMOS sensor has a feature that the photodiode 2 can receive light efficiently because the wiring structure 6 does not exist between the light receiving surface 1a and the photodiode 2.

裏面照射型CMOSセンサにおいては、シリコン層1の受光面1aからフォトダイオード2までの距離が重要とされる。典型的には、シリコン層1を機械的に研削した後、CMP(化学的機械的研磨)を用いてシリコン層1をさらに研磨して、受光面1aとフォトダイオード2との距離を調節する。したがって、CMPにおいては、シリコン層1が所定の厚さに到達した時点で研磨を終了することが重要である。   In the back-illuminated CMOS sensor, the distance from the light receiving surface 1a of the silicon layer 1 to the photodiode 2 is important. Typically, after the silicon layer 1 is mechanically ground, the silicon layer 1 is further polished using CMP (Chemical Mechanical Polishing) to adjust the distance between the light receiving surface 1 a and the photodiode 2. Therefore, in CMP, it is important to finish polishing when the silicon layer 1 reaches a predetermined thickness.

シリコン層のCMPにおいては、予め定められた研磨時間が経過した時点でシリコン層の研磨を終了させるのが一般的である。この研磨時間は、予め同種のサンプルウェハを研磨してシリコン層が所定の厚さに到達するのに必要な時間を計測することにより決定される。しかしながら、この方法は、研磨パッドの摩耗などに起因する研磨速度の経時的な変化の影響を受けてしまうため、研磨後のシリコン層の厚さが安定しないという問題がある。   In CMP of a silicon layer, polishing of the silicon layer is generally terminated when a predetermined polishing time has elapsed. This polishing time is determined by measuring the time required for the silicon wafer to reach a predetermined thickness by polishing a sample wafer of the same kind in advance. However, this method has a problem that the thickness of the silicon layer after polishing is not stable because it is affected by a change in polishing rate over time due to abrasion of the polishing pad.

他の研磨終点検知方法として、特許文献1に示すように、基板からの反射光に基づいて光学的に研磨終点を検知する方法が知られている。この方法によれば、シリコン層の研磨中に該シリコン層に光を当て、シリコン層からの反射光からスペクトルを生成し、このスペクトルの変化に基づいて研磨終点が検知される。   As another polishing end point detection method, as shown in Patent Document 1, a method of optically detecting a polishing end point based on reflected light from a substrate is known. According to this method, light is applied to the silicon layer during polishing of the silicon layer, a spectrum is generated from the reflected light from the silicon layer, and the polishing end point is detected based on the change in the spectrum.

しかしながら、シリコン層は、SiOなどの絶縁膜に比べて屈折率が大きく(光の波長帯域にもよるが、SiOの2.5〜4倍程度)、かつ、光が透過しにくいという性質を持っている。透過性のよい波長の長い光、例えば赤外線を用いることも可能ではあるが、赤外線用に新たに設計された研磨終点検知装置が必要となる。例えば、分光器の回折格子およびフィルタとして赤外線用に設計されたものを使用する必要があり、さらには赤外線用の光ファイバや光検出器が必要になって、装置コストが高くなる。また、このようなシリコン層専用の研磨終点検知装置は、屈折率や膜厚の小さい絶縁層の研磨終点の検知には逆に適さない。 However, the silicon layer has a higher refractive index than an insulating film such as SiO 2 (about 2.5 to 4 times that of SiO 2 depending on the wavelength band of light), and is difficult to transmit light. have. Although it is possible to use light having a long wavelength with good transparency, for example, infrared rays, a polishing end point detection device newly designed for infrared rays is required. For example, it is necessary to use a spectroscope diffraction grating and a filter designed for infrared rays, and further, an infrared optical fiber and a photodetector are required, resulting in an increase in apparatus cost. Further, such a polishing end point detection device dedicated to the silicon layer is not suitable for detecting the polishing end point of an insulating layer having a small refractive index or film thickness.

特開2004−154928号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-154928

本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、可視光線を用いてシリコン層などの半導体層の研磨終点を正確に検知することができる研磨方法および研磨装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and provides a polishing method and a polishing apparatus capable of accurately detecting the polishing end point of a semiconductor layer such as a silicon layer using visible light. Objective.

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、半導体層を有する基板を研磨する方法であって、前記半導体層の研磨中に該半導体層に可視光を照射し、前記半導体層からの反射光を受光し、前記反射光の所定の波長範囲での強度を測定し、前記強度の測定値を所定の基準強度で割って相対反射率を算出し、前記相対反射率と前記反射光の波長との関係を示すスペクトルを生成し、前記スペクトルから、前記半導体層の厚さに従って変化する研磨指標を求め、前記研磨指標が所定のしきい値に達した時点に基づいて前記半導体層の研磨を終了することを特徴とする。   In order to achieve the above-described object, one embodiment of the present invention is a method for polishing a substrate having a semiconductor layer, in which the semiconductor layer is irradiated with visible light during polishing of the semiconductor layer, and the semiconductor layer is irradiated with visible light. The reflected light is received, the intensity of the reflected light in a predetermined wavelength range is measured, the relative reflectance is calculated by dividing the measured value of the intensity by the predetermined reference intensity, and the relative reflectance and the reflected light. A spectrum indicating a relationship with the wavelength of the semiconductor layer is generated, and a polishing index that varies according to the thickness of the semiconductor layer is obtained from the spectrum, and the semiconductor layer is measured based on a point in time when the polishing index reaches a predetermined threshold value. Polishing is terminated.

本発明の好ましい態様は、前記所定の波長範囲の上限値は、800nm以下であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨指標は、650nm〜800nmの範囲にある所定の波長での相対反射率であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨指標は、前記所定の波長での相対反射率の移動平均であることを特徴とする。
In a preferred aspect of the present invention, an upper limit value of the predetermined wavelength range is 800 nm or less.
In a preferred aspect of the present invention, the polishing index is a relative reflectance at a predetermined wavelength in the range of 650 nm to 800 nm.
In a preferred aspect of the present invention, the polishing index is a moving average of relative reflectance at the predetermined wavelength.

本発明の好ましい態様は、前記研磨指標は、650nm〜800nmの範囲にある第1の波長での第1の相対反射率と、300nm〜550nmの範囲にある第2の波長での第2の相対反射率とを少なくとも含む複数の相対反射率から算出される特性値であり、前記特性値は、前記複数の相対反射率から選択された1つの相対反射率を、前記複数の相対反射率の総和で割り算することで求められることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨指標は、前記特性値の移動平均であることを特徴とする。
In a preferred aspect of the present invention, the polishing index is such that the first relative reflectance at the first wavelength in the range of 650 nm to 800 nm and the second relative at the second wavelength in the range of 300 nm to 550 nm. A characteristic value calculated from a plurality of relative reflectances including at least the reflectance, wherein the characteristic value is a sum of the plurality of relative reflectances obtained by selecting one relative reflectance selected from the plurality of relative reflectances. It is obtained by dividing by.
In a preferred aspect of the present invention, the polishing index is a moving average of the characteristic values.

本発明の好ましい態様は、前記スペクトルに平滑化処理を施す工程をさらに含み、前記研磨指標は、前記平滑化されたスペクトルから求められることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記半導体層は、裏面照射型CMOSセンサの受光面を構成するシリコン層であることを特徴とする。
In a preferred aspect of the present invention, the method further includes a step of smoothing the spectrum, and the polishing index is obtained from the smoothed spectrum.
In a preferred aspect of the present invention, the semiconductor layer is a silicon layer constituting a light receiving surface of a backside illumination type CMOS sensor.

本発明の他の態様は、半導体層を有する基板を研磨する装置であって、前記半導体層の研磨中に該半導体層に可視光を照射する投光部と、前記半導体層からの反射光を受光する受光部と、前記反射光の所定の波長範囲での強度を測定する分光器と、前記強度の測定値を所定の基準強度で割って相対反射率を算出し、前記相対反射率と前記反射光の波長との関係を示すスペクトルを生成する処理装置とを備え、前記処理装置は、前記スペクトルから、前記半導体層の厚さに従って変化する研磨指標を求め、前記研磨指標が所定のしきい値に達した時点に基づいて前記半導体層の研磨終点を決定することを特徴とする。   Another aspect of the present invention is an apparatus for polishing a substrate having a semiconductor layer, wherein a light projecting unit that irradiates the semiconductor layer with visible light during polishing of the semiconductor layer, and reflected light from the semiconductor layer. A light receiving unit that receives light, a spectroscope that measures the intensity of the reflected light in a predetermined wavelength range, calculates a relative reflectance by dividing the measured value of the intensity by a predetermined reference intensity, and the relative reflectance and the A processing device that generates a spectrum indicating a relationship with the wavelength of the reflected light, the processing device obtains a polishing index that varies according to the thickness of the semiconductor layer from the spectrum, and the polishing index is a predetermined threshold. A polishing end point of the semiconductor layer is determined based on a time point when the value is reached.

本発明によれば、可視光線を用いて研磨終点を検知することができるので、金属膜や絶縁膜の研磨に使用される研磨終点検知装置をそのまま利用することが可能である。また、本発明によれば、研磨時間ではなく、半導体層からの反射光のスペクトルに基づいて研磨終点が検知されるので、研磨パッドの摩耗などの影響を受けることなく、正確な研磨終点検知が実現される。   According to the present invention, since the polishing end point can be detected using visible light, the polishing end point detection device used for polishing a metal film or an insulating film can be used as it is. In addition, according to the present invention, since the polishing end point is detected based on the spectrum of reflected light from the semiconductor layer, not the polishing time, accurate polishing end point detection can be performed without being affected by abrasion of the polishing pad. Realized.

裏面照射型CMOSセンサを模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows a back surface illumination type CMOS sensor typically. 図2(a)は、本発明の一実施形態に係る研磨終点検知の原理を説明するための模式図であり、図2(b)は基板と研磨テーブルとの位置関係を示す平面図である。FIG. 2A is a schematic diagram for explaining the principle of polishing end point detection according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a plan view showing the positional relationship between the substrate and the polishing table. . 図3(a)乃至図3(c)は、図1に示す構造の基板を研磨して得られた反射光のスペクトルを示すグラフである。FIG. 3A to FIG. 3C are graphs showing the spectrum of reflected light obtained by polishing the substrate having the structure shown in FIG. 図3(a)乃至図3(c)に示す、波長600nmでの相対反射率の研磨中における時間変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time change during grinding | polishing of the relative reflectance in wavelength 600nm shown in Fig.3 (a) thru | or FIG.3 (c). 図3(a)乃至図3(c)に示す、波長750nmでの相対反射率の研磨中における時間変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time change during grinding | polishing of the relative reflectance in wavelength 750nm shown in Fig.3 (a) thru | or FIG.3 (c). 図3(a)乃至図3(c)に示すスペクトル中の複数の相対反射率を用いて算出された特性値の時間軸に沿った変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change along the time-axis of the characteristic value calculated using the some relative reflectance in the spectrum shown to Fig.3 (a) thru | or FIG.3 (c). 図3(c)に示すスペクトルに数値フィルタを適用して得られたスペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the spectrum obtained by applying a numerical filter to the spectrum shown in FIG.3 (c). 図7に示す数値フィルタ適用後のスペクトル上の波長750nmにおける相対反射率の研磨中の時間変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time change during grinding | polishing of the relative reflectance in wavelength 750nm on the spectrum after the numerical filter application shown in FIG. シリコン層の厚さのばらつきが±700nmの範囲にある基板を研磨したときの、波長750nmでの相対反射率の時間変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time change of the relative reflectance in wavelength 750nm when the board | substrate which has the dispersion | variation in the thickness of a silicon layer in the range of +/- 700nm is grind | polished. 波長分解能が約10nmである分光器を使用したときの相対反射率の研磨中の時間変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time change during grinding | polishing of a relative reflectance when using the spectroscope whose wavelength resolution is about 10 nm. 研磨終点検知装置を備えた研磨装置を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the grinding | polishing apparatus provided with the grinding | polishing end point detection apparatus. 図11に示す研磨装置の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of the grinding | polishing apparatus shown in FIG.

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図2(a)は、本発明の一実施形態に係る研磨終点検知の原理を説明するための模式図であり、図2(b)は基板と研磨テーブルとの位置関係を示す平面図である。研磨対象となる基板Wは、図1に示す裏面照射型CMOSセンサが表面に形成された基板であり、シリコン層1が研磨すべき対象物である。研磨前のシリコン層1の厚さは、数μmであり、通常は5μm以上である。基板Wの表面(すなわち、シリコン層1の受光面1a)は、回転する研磨テーブル20上の研磨パッド22に押圧され、基板Wのシリコン層1は研磨パッド22との摺接により研磨される。基板Wの研磨中は、研磨パッド22上に研磨液(スラリー)が供給される。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2A is a schematic diagram for explaining the principle of polishing end point detection according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a plan view showing the positional relationship between the substrate and the polishing table. . The substrate W to be polished is a substrate on which the back-illuminated CMOS sensor shown in FIG. 1 is formed, and the silicon layer 1 is an object to be polished. The thickness of the silicon layer 1 before polishing is several μm and is usually 5 μm or more. The surface of the substrate W (that is, the light receiving surface 1a of the silicon layer 1) is pressed against the polishing pad 22 on the rotating polishing table 20, and the silicon layer 1 of the substrate W is polished by sliding contact with the polishing pad 22. During polishing of the substrate W, a polishing liquid (slurry) is supplied onto the polishing pad 22.

投光部11および受光部12は、基板Wの表面に対向して配置されている。投光部11は、基板Wの表面に対してほぼ垂直に光を照射し、受光部12は基板Wからの反射光を受ける。投光部11が発する光は、可視光である。研磨液が光の通路に侵入しないようにするために、投光部11,受光部12と基板Wとの間の空間には純水の流れが形成されている。   The light projecting unit 11 and the light receiving unit 12 are arranged to face the surface of the substrate W. The light projecting unit 11 emits light substantially perpendicular to the surface of the substrate W, and the light receiving unit 12 receives reflected light from the substrate W. The light emitted from the light projecting unit 11 is visible light. In order to prevent the polishing liquid from entering the light path, a flow of pure water is formed in the space between the light projecting unit 11 and the light receiving unit 12 and the substrate W.

図2(b)に示すように、研磨テーブル20が1回転するたびに基板Wの中心を含む複数の計測点に光が照射される。受光部12には分光器13が接続されている。この分光器13は、反射光を波長に従って分解し、反射光の強度を波長ごとに測定する。分光器13が測定可能な波長範囲は、400nm〜800nmであるが、本発明はこれに限らず、例えば300nm〜800nmであってもよい。   As shown in FIG. 2B, light is irradiated to a plurality of measurement points including the center of the substrate W every time the polishing table 20 rotates once. A spectrometer 13 is connected to the light receiving unit 12. The spectroscope 13 decomposes the reflected light according to the wavelength, and measures the intensity of the reflected light for each wavelength. The wavelength range that can be measured by the spectroscope 13 is 400 nm to 800 nm, but the present invention is not limited to this, and may be, for example, 300 nm to 800 nm.

分光器13には、処理装置15が接続されている。この処理装置15は、分光器13によって取得された測定データを読み込み、強度の測定値から反射光の強度分布を生成する。より具体的には、処理装置15は、波長ごとの光の強度を表すスペクトルを生成する。このスペクトルは、反射光の波長と強度との関係を示す線グラフとして表すことができる。処理装置15は、さらに、スペクトルの変化から研磨の進捗を監視し、研磨終点を決定するように構成されている。処理装置15としては、汎用または専用のコンピュータを使用することができる。処理装置15は、プログラム(またはコンピュータソフトウエア)によって所定の処理ステップを実行する。   A processing device 15 is connected to the spectrometer 13. The processing device 15 reads the measurement data acquired by the spectroscope 13 and generates an intensity distribution of reflected light from the intensity measurement value. More specifically, the processing device 15 generates a spectrum representing the light intensity for each wavelength. This spectrum can be represented as a line graph showing the relationship between the wavelength and intensity of the reflected light. The processing device 15 is further configured to monitor the progress of polishing from the change in spectrum and determine the polishing end point. As the processing device 15, a general purpose or dedicated computer can be used. The processing device 15 executes predetermined processing steps by a program (or computer software).

図3(a)乃至図3(c)は、図1に示す構造の基板を研磨して得られた反射光のスペクトルを示すグラフである。図3(a)乃至図3(c)において、横軸は光の波長(nm)を表わし、縦軸は光の強度から算出される相対反射率(%)を表す。この相対反射率とは、光の強度を表す指標であり、具体的には、所定の基準強度に対する反射光の強度の割合(または反射光の強度と所定の基準強度との比)である。反射光の強度(実測強度)を所定の基準強度で割ることにより、ノイズ成分が除去された光の強度を得ることができる。所定の基準強度は、例えば、研磨パッド上に純水を供給しながら、膜が形成されていないシリコンウェハ(すなわちベアシリコンウェハ)を研磨しているときに得られた反射光の強度とすることができる。このベアシリコンウェハは、光を通さない程度の十分な厚さを有しており、例えば、数百μmの厚みを有することが好ましい。   FIG. 3A to FIG. 3C are graphs showing the spectrum of reflected light obtained by polishing the substrate having the structure shown in FIG. 3A to 3C, the horizontal axis represents the wavelength (nm) of light, and the vertical axis represents the relative reflectance (%) calculated from the light intensity. The relative reflectance is an index representing the intensity of light, and specifically, is a ratio of the intensity of reflected light to a predetermined reference intensity (or a ratio between the intensity of reflected light and a predetermined reference intensity). By dividing the intensity of the reflected light (measured intensity) by a predetermined reference intensity, the intensity of the light from which the noise component has been removed can be obtained. The predetermined reference intensity is, for example, the intensity of reflected light obtained when polishing a silicon wafer on which a film is not formed (that is, a bare silicon wafer) while supplying pure water onto the polishing pad. Can do. This bare silicon wafer has a sufficient thickness that does not allow light to pass through. For example, the bare silicon wafer preferably has a thickness of several hundred μm.

処理装置15は、分光器13から得られる測定値から相対反射率を算出する。ここで、相対反射率の求め方の一例について説明する。相対反射率R(λ)は、次の式を用いて求めることができる。
R(λ)={E(λ)−D(λ)}/{B(λ)−D(λ)}×100 …(1)
ここで、λは光の波長であり、E(λ)は反射光の強度(測定値)であり、B(λ)は基準強度であり、D(λ)は光がない状態で取得された背景強度(ダークレベル)である。このように、相対反射率は、波長をパラメータとして用いた、反射光の強度を示す指標である。この相対反射率は、以下に説明するように、シリコン層の厚さに従って変化する。したがって、相対反射率は、研磨の進捗を示す指標、すなわち研磨指標ということもできる。なお、一実施例としては、相対反射率を使用せずに、反射光の強度そのものを研磨指標として使用してもよい。
The processing device 15 calculates the relative reflectance from the measurement value obtained from the spectroscope 13. Here, an example of how to obtain the relative reflectance will be described. The relative reflectance R (λ) can be obtained using the following equation.
R (λ) = {E (λ) −D (λ)} / {B (λ) −D (λ)} × 100 (1)
Here, λ is the wavelength of light, E (λ) is the intensity (measured value) of the reflected light, B (λ) is the reference intensity, and D (λ) is obtained in the absence of light. Background intensity (dark level). Thus, the relative reflectance is an index indicating the intensity of reflected light using the wavelength as a parameter. This relative reflectance varies according to the thickness of the silicon layer, as will be described below. Therefore, the relative reflectance can also be referred to as an index indicating the progress of polishing, that is, a polishing index. As an example, the intensity of the reflected light itself may be used as a polishing index without using the relative reflectance.

図3(a)は研磨開始直後のスペクトルを示し、図3(b)は研磨中盤でのスペクトルを示し、図3(c)は研磨終了直前のスペクトルを示している。これら図3(a)乃至図3(c)から分かるように、波長600nm以下(より正確には550nm以下)の領域では、相対反射率はほとんど変化せず、研磨中はほぼ100%を示している。これは、波長600nm以下の領域では、光はシリコン層をほとんど透過しないことを意味している。一方、波長650nm以上の領域では、研磨の進行(すなわち、シリコン層の厚さの減少)とともに、相対反射率が増加する。これは、シリコン層の厚さが減少するにつれて光がシリコン層を透過し、シリコン層の下にある配線構造からの反射光が増加していることを意味している。この相対反射率の増加傾向は、波長が長くなるほど顕著に現われる。   3A shows a spectrum immediately after the start of polishing, FIG. 3B shows a spectrum at the middle of polishing, and FIG. 3C shows a spectrum immediately before the end of polishing. As can be seen from FIGS. 3A to 3C, the relative reflectivity hardly changes in the region of wavelength of 600 nm or less (more precisely, 550 nm or less), indicating almost 100% during polishing. Yes. This means that light hardly transmits through the silicon layer in the region of wavelength of 600 nm or less. On the other hand, in the region having a wavelength of 650 nm or more, the relative reflectance increases with the progress of polishing (that is, the decrease in the thickness of the silicon layer). This means that as the thickness of the silicon layer decreases, light is transmitted through the silicon layer and reflected light from the wiring structure under the silicon layer increases. This tendency of increasing the relative reflectance becomes more prominent as the wavelength becomes longer.

スペクトルには、反射光同士の干渉に起因する2つの波状の干渉成分が現われる。2つの干渉成分のうちの1つは、小さな波形を持つ干渉成分であり、隣り合う極大点(または極小点)間の間隔は30nm以下である。他の干渉成分は、図3(c)に比較的明確に現われているように、大きな波形を持つ干渉成分であり、隣り合う極大点(または極小点)間の間隔は約100nmである。小さな干渉成分は、主にシリコン層の上面からの反射光とシリコン層の下面(配線構造の上面)からの反射光との干渉に起因して生じたものであり、一方、大きな干渉成分は、シリコン層の下にある配線構造(絶縁材+配線)の上下両界面における反射光同士の干渉に起因して生じたものと考えられる。   In the spectrum, two wavy interference components due to interference between reflected lights appear. One of the two interference components is an interference component having a small waveform, and the interval between adjacent local maximum points (or local minimum points) is 30 nm or less. The other interference components are interference components having a large waveform as shown in FIG. 3C relatively clearly, and the interval between adjacent maximum points (or minimum points) is about 100 nm. The small interference component is mainly caused by the interference between the reflected light from the upper surface of the silicon layer and the reflected light from the lower surface of the silicon layer (the upper surface of the wiring structure), while the large interference component is This is considered to be caused by interference between reflected lights at the upper and lower interfaces of the wiring structure (insulating material + wiring) under the silicon layer.

図4は、図3(a)乃至図3(c)に示す、波長600nmでの相対反射率の研磨中における時間変化を示すグラフである。図4において、縦軸は相対反射率(%)を表し、横軸は研磨時間(秒)を表している。上述したように、研磨テーブル20が1回転するごとに、基板W上の複数の領域に対応した複数の測定値が取得される。本実施形態では、処理装置15は、研磨テーブル20が1回転するごとに取得される複数の計測点(図2(b)参照)での反射光の強度から複数の相対反射率を求め、その平均を算出する。なお、複数の計測点での測定値(反射光の強度)の平均を算出し、その平均から相対反射率を求めてもよい。図3(a)乃至図3(c)のグラフから分かるように、波長600nm以下の領域ではシリコン層は光をほとんど透過しないので、相対反射率は研磨中ほぼ一定である。   FIG. 4 is a graph showing the time change during polishing of the relative reflectance at a wavelength of 600 nm shown in FIGS. 3 (a) to 3 (c). In FIG. 4, the vertical axis represents relative reflectance (%), and the horizontal axis represents polishing time (seconds). As described above, each time the polishing table 20 rotates once, a plurality of measurement values corresponding to a plurality of regions on the substrate W are acquired. In this embodiment, the processing apparatus 15 calculates | requires several relative reflectance from the intensity | strength of the reflected light in the several measurement point (refer FIG.2 (b)) acquired whenever the grinding | polishing table 20 makes one rotation, Calculate the average. Note that an average of measured values (intensities of reflected light) at a plurality of measurement points may be calculated, and the relative reflectance may be obtained from the average. As can be seen from the graphs of FIGS. 3A to 3C, the silicon layer hardly transmits light in the region of wavelength of 600 nm or less, so that the relative reflectance is substantially constant during polishing.

図5は、図3(a)乃至図3(c)に示す、波長750nmでの相対反射率の研磨中における時間変化を示すグラフである。図5において、縦軸は相対反射率(%)を表し、横軸は研磨時間(秒)を表している。また図5の点線は相対反射率そのものを示し、実線は相対反射率の単純移動平均を示している。この単純移動平均は、直近の10秒間に取得された相対反射率の平均である。本実施形態では、移動平均の期間を10秒としているが、適宜変更することができる。   FIG. 5 is a graph showing the time change during polishing of the relative reflectance at a wavelength of 750 nm shown in FIGS. 3 (a) to 3 (c). In FIG. 5, the vertical axis represents relative reflectance (%), and the horizontal axis represents polishing time (seconds). The dotted line in FIG. 5 indicates the relative reflectance itself, and the solid line indicates a simple moving average of the relative reflectance. This simple moving average is the average of the relative reflectances acquired during the last 10 seconds. In this embodiment, the moving average period is 10 seconds, but can be changed as appropriate.

相対反射率は、図5の点線で示されるように、上述した干渉成分に起因して研磨時間の経過と共に周期的に変動する。移動平均処理は、この変動する相対反射率を平滑化するために行なわれるものである。図5の実線に示されるように、相対反射率の移動平均は、研磨時間とともに単調に増加する。   As shown by the dotted line in FIG. 5, the relative reflectance periodically varies with the lapse of the polishing time due to the above-described interference component. The moving average process is performed to smooth the fluctuating relative reflectance. As shown by the solid line in FIG. 5, the moving average of the relative reflectance increases monotonically with the polishing time.

移動平均の期間は、相対反射率の時間軸に沿った変動の周期、すなわち隣り合う極大点または極小点間の間隔に従って決定することが好ましい。具体的には、移動平均の期間は次のようにして決定することができる。シリコン層の概略の研磨速度(すなわち除去レート)をv、波長λにおけるシリコン層の屈折率をn、相対反射率の時間軸に沿った変動の周期をT、周期Tに相当するシリコン層の厚さの差をΔθとすると、次の式(2)および式(3)が得られる。
Δθ=λ/2n …(2)
T=Δθ/v=λ/2nv …(3)
The period of the moving average is preferably determined according to the period of variation along the time axis of the relative reflectance, that is, the interval between adjacent local maximum points or local minimum points. Specifically, the moving average period can be determined as follows. The approximate polishing rate (ie, removal rate) of the silicon layer is v, the refractive index of the silicon layer at the wavelength λ is n, the period of variation along the time axis of the relative reflectance is T, and the thickness of the silicon layer corresponding to the period T When the difference is Δθ, the following equations (2) and (3) are obtained.
Δθ = λ / 2n (2)
T = Δθ / v = λ / 2nv (3)

移動平均の期間は、上記式(3)から得られる周期Tに基づいて設定される。例えば、周期Tの略整数倍が移動平均の期間に決定される。このように周期Tよりも大きく、好ましくは周期Tの略整数倍になるように移動平均の期間を設定すると、図5の実線で示されるように、相対反射率が平滑化され、研磨時間とともに単調に増加する相対反射率の移動平均が得られる。相対反射率の移動平均は、研磨時間とともに単調増加するので、この相対反射率の移動平均をシリコン層の研磨の進捗を示す指標、すなわち研磨指標として使用することができる。   The moving average period is set based on the period T obtained from the above equation (3). For example, a substantially integer multiple of the period T is determined as the moving average period. As described above, when the moving average period is set to be larger than the period T, and preferably approximately an integral multiple of the period T, the relative reflectance is smoothed as shown by the solid line in FIG. A moving average of monotonically increasing relative reflectance is obtained. Since the moving average of relative reflectance monotonously increases with the polishing time, the moving average of relative reflectance can be used as an index indicating the progress of polishing of the silicon layer, that is, a polishing index.

処理装置15は、シリコン層の研磨中に相対反射率の移動平均を算出し、この相対反射率の移動平均が所定のしきい値に達した時点に基づいてシリコン層の研磨終点を決定する。研磨終点は、相対反射率の移動平均が所定のしきい値に達した時点としてもよいし、または相対反射率の移動平均が所定のしきい値に達した時点から所定のオーバーポリッシュ時間が経過した時点としてもよい。このオーバーポリッシュ時間は、基板Wと同種のサンプル基板を研磨して得られた、該サンプル基板の研磨時間と、研磨終了時の相対反射率のデータと、研磨前および研磨後のシリコン層の厚さの実測値とから決定することができる。具体的には、研磨前および研磨後のシリコン層の厚さの実測値と研磨時間とから研磨速度(除去レート)を求め、研磨終了時の相対反射率の移動平均をしきい値に設定し、目標厚さと研磨後のシリコン層の厚さの実測値との差および研磨速度からオーバーポリッシュ時間を決定することができる。   The processing device 15 calculates the moving average of the relative reflectance during polishing of the silicon layer, and determines the polishing end point of the silicon layer based on the time when the moving average of the relative reflectance reaches a predetermined threshold value. The polishing end point may be a time when the moving average of the relative reflectance reaches a predetermined threshold value, or a predetermined overpolish time elapses from the time when the moving average of the relative reflectance reaches the predetermined threshold value. It may be the time when This over-polishing time is obtained by polishing a sample substrate of the same type as that of the substrate W, the polishing time of the sample substrate, data of relative reflectance at the end of polishing, and the thickness of the silicon layer before and after polishing. It can be determined from the actual measured value. Specifically, the polishing rate (removal rate) is obtained from the measured value of the thickness of the silicon layer before and after polishing and the polishing time, and the moving average of the relative reflectance at the end of polishing is set as a threshold value. The overpolish time can be determined from the difference between the target thickness and the measured value of the thickness of the polished silicon layer and the polishing rate.

図6は、図3(a)乃至図3(c)に示すスペクトル中の複数の相対反射率を用いて算出された特性値の時間軸に沿った変化を示すグラフである。この特性値も、シリコン層の研磨の進捗を示す研磨指標である。この特性値Sは、異なる波長における2つの相対反射率から、次の式を用いて求められる。
S(λ1,λ2)=R(λ1)/{R(λ1)+R(λ2)} …(4)
図6に示す例では、第1の波長λ1は750nmであり、第2の波長λ2は500nmである。図6の点線は上記式(4)から求められた特性値そのものを示し、実線は特性値の単純移動平均を示している。
FIG. 6 is a graph showing changes along the time axis of characteristic values calculated using a plurality of relative reflectances in the spectra shown in FIGS. 3 (a) to 3 (c). This characteristic value is also a polishing index indicating the progress of polishing of the silicon layer. This characteristic value S is obtained from the two relative reflectances at different wavelengths using the following equation.
S (λ1, λ2) = R (λ1) / {R (λ1) + R (λ2)} (4)
In the example shown in FIG. 6, the first wavelength λ1 is 750 nm, and the second wavelength λ2 is 500 nm. The dotted line in FIG. 6 shows the characteristic value itself obtained from the above equation (4), and the solid line shows the simple moving average of the characteristic value.

波長750nmでの相対反射率は、図5に示すように、研磨時間とともに増加する。一方、波長500nmでの相対反射率は、上述したように、研磨中ほぼ一定である。したがって、波長750nmでの相対反射率と波長500nmでの相対反射率との組み合わせから求められる特性値は、研磨中、波長750nmでの相対反射率と同様の周期で変動し、同様な増加傾向を示す。このように、研磨中ほぼ一定である相対反射率と、研磨中に増加する相対反射率との組み合わせからは、研磨時間(すなわち、シリコン層の厚さの変化)に従って変化する特性値が得られる。したがって、処理装置15は、この特性値に基づいて研磨終点を検知するように構成してもよい。この場合においても、特性値が所定のしきい値に達した時点を研磨終点としてもよく、または特性値が所定のしきい値に達した時点から所定のオーバーポリッシュ時間が経過した時点を研磨終点としてもよい。   As shown in FIG. 5, the relative reflectance at a wavelength of 750 nm increases with the polishing time. On the other hand, the relative reflectance at a wavelength of 500 nm is substantially constant during polishing as described above. Therefore, the characteristic value obtained from the combination of the relative reflectance at the wavelength of 750 nm and the relative reflectance at the wavelength of 500 nm fluctuates with the same period as the relative reflectance at the wavelength of 750 nm during the polishing, and has the same increasing tendency. Show. Thus, a characteristic value that changes according to the polishing time (that is, the change in the thickness of the silicon layer) is obtained from the combination of the relative reflectance that is substantially constant during polishing and the relative reflectance that increases during polishing. . Therefore, the processing apparatus 15 may be configured to detect the polishing end point based on this characteristic value. In this case, the polishing end point may be the time when the characteristic value reaches the predetermined threshold value, or the polishing end point is determined when the predetermined overpolish time has elapsed from the time when the characteristic value has reached the predetermined threshold value. It is good.

上記式(4)から分かるように、特性値は、相対反射率を相対反射率で割ることにより求められる。したがって、式(4)の分子に含まれるノイズ成分と分母に含まれるノイズ成分がキャンセルされ、安定した研磨指標が得られる。ノイズ成分としては、研磨パッド22と基板Wとの間に存在する気泡による受光量の突発的な減少や、研磨パッド22の摩耗による受光量の増加などが挙げられる。このようなノイズ成分は、シリコン層の研磨を監視する上では不要な成分である。上記式(4)によれば、相対反射率を相対反射率で割ることによりノイズ成分が除去された特性値を得ることができる。   As can be seen from the above equation (4), the characteristic value is obtained by dividing the relative reflectance by the relative reflectance. Therefore, the noise component included in the numerator of Expression (4) and the noise component included in the denominator are canceled, and a stable polishing index can be obtained. Examples of the noise component include a sudden decrease in the amount of received light due to bubbles existing between the polishing pad 22 and the substrate W, and an increase in the amount of received light due to wear of the polishing pad 22. Such a noise component is an unnecessary component in monitoring the polishing of the silicon layer. According to the above formula (4), it is possible to obtain a characteristic value from which the noise component is removed by dividing the relative reflectance by the relative reflectance.

式(4)で表される特性値は、光の波長をパラメータとして用いた、反射光の強度を示す指標である。この特性値は、図6に示すように、研磨時間とともに増加傾向を示す。特性値の計算に使用されるパラメータとしての波長の数は、2つに限られず、3つ以上であってもよい。すなわち、特性値は、複数の波長における複数の相対反射率から算出される。波長λ1,λ2,…,λNでの複数の相対反射率を用いる場合は、上記式(4)は次のように表される。
S(λ1,λ2,…,λN)
=R(λ1)/{R(λ1)+R(λ2)+…+R(λN)} …(5)
The characteristic value represented by Expression (4) is an index indicating the intensity of reflected light using the wavelength of light as a parameter. As shown in FIG. 6, this characteristic value tends to increase with the polishing time. The number of wavelengths as parameters used for calculating the characteristic value is not limited to two, and may be three or more. That is, the characteristic value is calculated from a plurality of relative reflectances at a plurality of wavelengths. When a plurality of relative reflectivities at wavelengths λ1, λ2,... ΛN are used, the above equation (4) is expressed as follows.
S (λ1, λ2, ..., λN)
= R (λ1) / {R (λ1) + R (λ2) +... + R (λN)} (5)

特性値の算出に使用される複数の相対反射率に対応する複数の波長は次のように選択される。複数の波長は、600nmよりも長い、好ましくは650nm以上の波長を少なくとも1つ含み、さらに、600nm以下の、好ましくは550nm以下の波長を少なくとも1つ含む。例えば、複数の波長は、650nm〜800nmの範囲から選択された少なくとも1つの波長と、300nm〜550nmの範囲から選択された少なくとも1つの波長とを含む。このように、選択すべき複数の波長は、研磨中に変化する相対反射率に対応する波長と、研磨中にほとんど変化しない相対反射率に対応する波長との組み合わせから構成される。   A plurality of wavelengths corresponding to a plurality of relative reflectances used for calculating the characteristic value are selected as follows. The plurality of wavelengths includes at least one wavelength longer than 600 nm, preferably 650 nm or more, and further includes at least one wavelength of 600 nm or less, preferably 550 nm or less. For example, the plurality of wavelengths includes at least one wavelength selected from the range of 650 nm to 800 nm and at least one wavelength selected from the range of 300 nm to 550 nm. As described above, the plurality of wavelengths to be selected is composed of a combination of a wavelength corresponding to the relative reflectance that changes during polishing and a wavelength that corresponds to the relative reflectance that hardly changes during polishing.

式(5)の分母は、使用される複数の相対反射率の総和である。一方、式の分子に使用される相対反射率は、複数の相対反射率のうちのいずれか1つである。例えば、選択された複数の波長のうち最も長い、または最も短い波長に対応する相対反射率が式(5)の分子に置かれる。このような式(5)を使用することにより、ノイズの少ない、かつ研磨時間に従って変化する特性値を得ることができる。したがって、精度の高い研磨終点検知が実現できる。   The denominator of equation (5) is the sum of the plurality of relative reflectances used. On the other hand, the relative reflectance used for the numerator of the formula is any one of a plurality of relative reflectances. For example, the relative reflectance corresponding to the longest or shortest wavelength among the selected wavelengths is placed in the numerator of equation (5). By using the equation (5), it is possible to obtain a characteristic value with less noise and changing according to the polishing time. Therefore, highly accurate polishing end point detection can be realized.

図7は、図3(c)に示すスペクトルに数値フィルタを適用して得られたスペクトルを示すグラフである。使用した数値フィルタ(デジタルフィルタ)は、3次のバターワースローパスフィルタであり、波長軸に沿った長さ20nm(干渉成分の極大点または極小点間の間隔)に相当する周波数をカットオフ周波数とする。この数値フィルタを波長軸に沿って両方向に2回適用し、ゼロ位相フィルタとして使用した。図7から分かるように、数値フィルタの適用後のスペクトルでは、20nm以下の細かな起伏(干渉成分)が除去されており、平滑化されたスペクトルが得られている。   FIG. 7 is a graph showing a spectrum obtained by applying a numerical filter to the spectrum shown in FIG. The numerical filter (digital filter) used is a third-order Butterworth low-pass filter, and a frequency corresponding to a length of 20 nm along the wavelength axis (interval between the maximum or minimum points of interference components) is set as a cutoff frequency. . This numerical filter was applied twice in both directions along the wavelength axis and used as a zero phase filter. As can be seen from FIG. 7, in the spectrum after application of the numerical filter, fine undulations (interference components) of 20 nm or less are removed, and a smoothed spectrum is obtained.

図8は、図7に示す数値フィルタ適用後のスペクトル上の波長750nmにおける相対反射率の研磨中の時間変化を示すグラフである。図8において、縦軸は相対反射率(%)を表し、横軸は研磨時間(秒)を表している。また図8の点線は相対反射率そのものを示し、実線は数値フィルタ適用後のスペクトルから得られた相対反射率を示している。図8から分かるように、平滑化されたスペクトルから得られた相対反射率は、研磨時間とともに単調に増加する。   FIG. 8 is a graph showing a time change during polishing of the relative reflectance at a wavelength of 750 nm on the spectrum after the numerical filter shown in FIG. 7 is applied. In FIG. 8, the vertical axis represents relative reflectance (%), and the horizontal axis represents polishing time (seconds). The dotted line in FIG. 8 indicates the relative reflectance itself, and the solid line indicates the relative reflectance obtained from the spectrum after applying the numerical filter. As can be seen from FIG. 8, the relative reflectance obtained from the smoothed spectrum increases monotonically with the polishing time.

このように、移動平均処理に代えて、フィルタを用いた平滑化処理を研磨中の各時点で得られたスペクトルに対して行なってもよい。いずれの場合でも、相対反射率は研磨中に単調に増加するので、この相対反射率の変化に基づいて研磨の進捗の監視および研磨終点の検知が可能となる。なお、スペクトルに平滑化処理をする場合において、シリコン層における光の干渉に基づく変動以外のノイズ成分を除去するために、得られた相対反射率に対してさらに移動平均処理または平滑化処理を行なってもよい。   Thus, instead of the moving average process, a smoothing process using a filter may be performed on the spectrum obtained at each time point during polishing. In either case, since the relative reflectance monotonously increases during polishing, it is possible to monitor the progress of polishing and detect the polishing end point based on the change in relative reflectance. In addition, when smoothing the spectrum, a moving average process or a smoothing process is further performed on the obtained relative reflectance in order to remove noise components other than fluctuations due to light interference in the silicon layer. May be.

上述した例で使用された基板は、シリコン層の厚さが基板の表面内でほぼ均一な基板であり、例えば、シリコン層の厚さのばらつきが±150nmの範囲内にある。これに対し、シリコン層の厚さが基板の表面内で大きくばらついている場合、上述したような移動平均処理やフィルタリングを行なわなくとも、相対反射率が単調増加することがある。これは、図2(b)に示すように、研磨テーブル20が1回転するごとに基板上の複数の計測点からの反射光の強度が測定され、その測定値から得られる複数の相対反射率の平均が求められるからである。すなわち、各計測点で得られたスペクトルは、シリコン層の厚さのばらつきの影響により、異なる波長で現われる極大点および極小点を有している。したがって、複数の計測点での複数の相対反射率の平均を求めると、これらの極大点および極小点がキャンセルされ、相対反射率の時間変化の波形が平滑化される。   The substrate used in the above-described example is a substrate in which the thickness of the silicon layer is substantially uniform within the surface of the substrate. For example, the variation in the thickness of the silicon layer is within a range of ± 150 nm. On the other hand, when the thickness of the silicon layer varies widely within the surface of the substrate, the relative reflectance may monotonously increase without performing the moving average process or filtering as described above. As shown in FIG. 2B, the intensity of reflected light from a plurality of measurement points on the substrate is measured each time the polishing table 20 makes one rotation, and a plurality of relative reflectivities obtained from the measured values. It is because the average of is calculated | required. That is, the spectrum obtained at each measurement point has a maximum point and a minimum point that appear at different wavelengths due to the influence of variations in the thickness of the silicon layer. Therefore, when the average of a plurality of relative reflectances at a plurality of measurement points is obtained, these local maximum points and local minimum points are canceled, and the waveform of the relative reflectance over time is smoothed.

図9は、シリコン層の厚さのばらつきが±700nmの範囲にある基板を研磨したときの、波長750nmでの相対反射率の時間変化を示すグラフである。このグラフに示すように、シリコン層の厚さのばらつきがある程度大きい場合、研磨中の相対反射率は、研磨時間とともに単調に増加する。したがって、この場合は移動平均処理やスペクトルの平滑化処理を行なうことは不要である。   FIG. 9 is a graph showing the change in relative reflectance over time at a wavelength of 750 nm when a substrate having a variation in thickness of the silicon layer in the range of ± 700 nm is polished. As shown in this graph, when the variation in the thickness of the silicon layer is large to some extent, the relative reflectance during polishing increases monotonously with the polishing time. Therefore, in this case, it is not necessary to perform a moving average process or a spectrum smoothing process.

シリコン層の厚さのばらつきが小さい場合でも、分光器13の分解能によっては、移動平均処理やスペクトルの平滑化処理を行なうことが不要となることがある。図10は、波長分解能が約10nmと大きい分光器を使用したときの相対反射率の研磨中の時間変化を示すグラフである。この例では、図5に示す例と同じ構造の基板を使用した。図10から分かるように、研磨時間とともに相対反射率が増加する点では図5の例と同様であるが、図5の実線で示される相対反射率に比べて、図10の相対反射率の変動が小さい。これは、分光器13が、比較的広い波長範囲ごとに反射光の強度を測定するため、結果として反射光の強度が平均化されるためと考えられる。   Even when the variation in the thickness of the silicon layer is small, depending on the resolution of the spectroscope 13, it may not be necessary to perform a moving average process or a spectrum smoothing process. FIG. 10 is a graph showing a change in time during polishing of the relative reflectance when a spectroscope having a large wavelength resolution of about 10 nm is used. In this example, a substrate having the same structure as the example shown in FIG. 5 was used. As can be seen from FIG. 10, it is the same as the example of FIG. 5 in that the relative reflectance increases with the polishing time, but the fluctuation of the relative reflectance of FIG. 10 compared to the relative reflectance indicated by the solid line of FIG. Is small. This is considered because the spectroscope 13 measures the intensity of the reflected light for each relatively wide wavelength range, and as a result, the intensity of the reflected light is averaged.

図11は、上述した研磨終点検出方法を実行することができる研磨終点検知装置を備えた研磨装置を模式的に示す断面図である。図11に示すように、研磨装置は、研磨パッド22を支持する研磨テーブル20と、基板Wを保持して研磨パッド22に押圧するトップリング24と、研磨パッド22に研磨液(スラリ)を供給する研磨液供給機構25とを備えている。研磨テーブル20は、その下方に配置されるモータ(図示せず)に連結されており、軸心周りに回転可能になっている。研磨パッド22は、研磨テーブル20の上面に固定されている。   FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing a polishing apparatus provided with a polishing end point detection device capable of executing the above-described polishing end point detection method. As shown in FIG. 11, the polishing apparatus supplies a polishing table 20 that supports the polishing pad 22, a top ring 24 that holds the substrate W and presses against the polishing pad 22, and supplies a polishing liquid (slurry) to the polishing pad 22. And a polishing liquid supply mechanism 25. The polishing table 20 is connected to a motor (not shown) disposed below the polishing table 20 and is rotatable about an axis. The polishing pad 22 is fixed to the upper surface of the polishing table 20.

研磨パッド22の上面22aは、基板Wを研磨する研磨面を構成している。トップリング24は、トップリングシャフト28を介してモータ及び昇降シリンダ(図示せず)に連結されている。これにより、トップリング24は昇降可能かつトップリングシャフト28周りに回転可能となっている。このトップリング24の下面には、基板Wが真空吸着等によって保持される。   The upper surface 22a of the polishing pad 22 constitutes a polishing surface for polishing the substrate W. The top ring 24 is connected to a motor and a lifting cylinder (not shown) via a top ring shaft 28. Thereby, the top ring 24 can be raised and lowered and can be rotated around the top ring shaft 28. The substrate W is held on the lower surface of the top ring 24 by vacuum suction or the like.

トップリング24の下面に保持された基板Wはトップリング24によって回転させられつつ、回転している研磨テーブル20上の研磨パッド22にトップリング24によって押圧される。このとき、研磨液供給機構25から研磨パッド22の研磨面22aに研磨液が供給され、基板Wの表面と研磨パッド22との間に研磨液が存在した状態で基板Wの表面が研磨される。基板Wと研磨パッド22とを摺接させる相対移動機構は、研磨テーブル20およびトップリング24によって構成される。   The substrate W held on the lower surface of the top ring 24 is pressed by the top ring 24 against the polishing pad 22 on the rotating polishing table 20 while being rotated by the top ring 24. At this time, the polishing liquid is supplied from the polishing liquid supply mechanism 25 to the polishing surface 22 a of the polishing pad 22, and the surface of the substrate W is polished in a state where the polishing liquid exists between the surface of the substrate W and the polishing pad 22. . A relative movement mechanism for bringing the substrate W and the polishing pad 22 into sliding contact is constituted by the polishing table 20 and the top ring 24.

研磨テーブル20には、その上面で開口する孔30が形成されている。また、研磨パッド22には、この孔30に対応する位置に通孔31が形成されている。孔30と通孔31とは連通し、通孔31は研磨面22aで開口している。孔30は液体供給路33およびロータリージョイント32を介して液体供給源35に連結されている。研磨中は、液体供給源35からは、透明な液体として水(好ましくは純水)が孔30に供給され、基板Wの下面と通孔31とによって形成される空間を満たし、液体排出路34を通じて排出される。研磨液は水と共に排出され、これにより光路が確保される。液体供給路33には、研磨テーブル20の回転に同期して作動するバルブ(図示せず)が設けられている。このバルブは、通孔31の上に基板Wが位置しないときは水の流れを止める、または水の流量を少なくするように動作する。   The polishing table 20 is formed with a hole 30 that opens on the upper surface thereof. The polishing pad 22 has a through hole 31 at a position corresponding to the hole 30. The hole 30 and the through hole 31 communicate with each other, and the through hole 31 opens at the polishing surface 22a. The hole 30 is connected to a liquid supply source 35 via a liquid supply path 33 and a rotary joint 32. During polishing, water (preferably pure water) is supplied from the liquid supply source 35 to the hole 30 as a transparent liquid, fills the space formed by the lower surface of the substrate W and the through hole 31, and the liquid discharge path 34. It is discharged through. The polishing liquid is discharged together with water, thereby securing an optical path. The liquid supply path 33 is provided with a valve (not shown) that operates in synchronization with the rotation of the polishing table 20. This valve operates to stop the flow of water or reduce the flow rate of water when the substrate W is not positioned over the through hole 31.

研磨装置は、上述した方法に従って研磨の進捗を監視し、かつ、研磨終点を検出する研磨終点検知装置を有している。この研磨終点検知装置は、光を基板Wの被研磨面に照射する投光部11と、基板Wから戻ってくる反射光を受光する受光部としての光ファイバー12と、基板Wからの反射光を波長に従って分解し、所定の波長範囲に亘って反射光の強度を測定する分光器13と、分光器13によって取得された測定データからスペクトルを生成し、このスペクトルの変化に基づいて研磨の進捗を監視する処理装置15とを備えている。スペクトルは、所定の波長範囲に亘って分布する光の強度を示すものであり、光の強度と波長との関係を示す線グラフとして表される。   The polishing apparatus has a polishing end point detection device that monitors the progress of polishing according to the above-described method and detects the polishing end point. The polishing end point detection device includes a light projecting unit 11 that irradiates light onto a surface to be polished of a substrate W, an optical fiber 12 that receives reflected light returning from the substrate W, and reflected light from the substrate W. A spectroscope 13 that decomposes according to the wavelength and measures the intensity of the reflected light over a predetermined wavelength range, and generates a spectrum from the measurement data acquired by the spectroscope 13, and determines the progress of polishing based on the change in the spectrum. And a processing device 15 to be monitored. The spectrum indicates the intensity of light distributed over a predetermined wavelength range, and is represented as a line graph indicating the relationship between the intensity of light and the wavelength.

投光部11は、光源40と、光源40に接続された光ファイバー41とを備えている。光ファイバー41は、光源40の光を基板Wの表面まで導く光伝送部である。光ファイバー41は、光源40から孔30を通って基板Wの被研磨面の近傍位置まで延びている。光ファイバー41および光ファイバー12の各先端は、トップリング24に保持された基板Wの中心に対向して配置され、図2(b)に示すように、研磨テーブル20が回転するたびに基板Wの中心を含む領域に光が照射されるようになっている。   The light projecting unit 11 includes a light source 40 and an optical fiber 41 connected to the light source 40. The optical fiber 41 is an optical transmission unit that guides light from the light source 40 to the surface of the substrate W. The optical fiber 41 extends from the light source 40 through the hole 30 to a position near the surface to be polished of the substrate W. Each tip of the optical fiber 41 and the optical fiber 12 is arranged to face the center of the substrate W held by the top ring 24, and as shown in FIG. 2B, the center of the substrate W is rotated each time the polishing table 20 rotates. The region including the light is irradiated.

光源40としては、発光ダイオード(LED)、ハロゲンランプ、キセノンフラッシュランプなど、複数の波長を持つ光を発する光源を用いることができる。光ファイバー41と光ファイバー12は互いに並列に配置されている。光ファイバー41および光ファイバー12の各先端は、基板Wの表面に対してほぼ垂直に配置されており、光ファイバー41は基板Wの表面にほぼ垂直に光を照射するようになっている。   As the light source 40, a light source that emits light having a plurality of wavelengths, such as a light emitting diode (LED), a halogen lamp, or a xenon flash lamp, can be used. The optical fiber 41 and the optical fiber 12 are arranged in parallel with each other. The tips of the optical fiber 41 and the optical fiber 12 are arranged substantially perpendicular to the surface of the substrate W, and the optical fiber 41 irradiates light almost perpendicularly to the surface of the substrate W.

基板Wの研磨中は、投光部11から光が基板Wに照射され、光ファイバー12によって基板Wからの反射光が受光される。光が照射される間、孔30には水が供給され、これにより、光ファイバー41および光ファイバー12の各先端と、基板Wの表面との間の空間は水で満たされる。分光器13は、波長ごとの反射光の強度を測定し、処理装置15は、反射光の相対反射率と波長との関係を示す反射光のスペクトルを生成する。さらに処理装置15は、上述したように、反射光のスペクトルから、研磨の進捗を示す研磨指標を求め、該研磨指標が所定のしきい値に達した時点に基づいて研磨終点を決定する。研磨の進捗を示す研磨指標は、上述したように、所定の波長での相対反射率、または所定の複数の波長での相対反射率から算出される特性値である。   During polishing of the substrate W, light is irradiated from the light projecting unit 11 to the substrate W, and reflected light from the substrate W is received by the optical fiber 12. While the light is irradiated, water is supplied to the hole 30, whereby the space between the tips of the optical fiber 41 and the optical fiber 12 and the surface of the substrate W is filled with water. The spectroscope 13 measures the intensity of the reflected light for each wavelength, and the processing device 15 generates a spectrum of the reflected light indicating the relationship between the relative reflectance of the reflected light and the wavelength. Further, as described above, the processing device 15 obtains a polishing index indicating the progress of polishing from the spectrum of the reflected light, and determines the polishing end point based on the time when the polishing index reaches a predetermined threshold value. As described above, the polishing index indicating the progress of polishing is a characteristic value calculated from the relative reflectance at a predetermined wavelength or the relative reflectance at a plurality of predetermined wavelengths.

図12は、図11に示す研磨装置の変形例を示す断面図である。図12に示す例では、液体供給路、液体排出路、液体供給源は設けられていない。これに代えて、研磨パッド22には透明窓45が形成されている。投光部11の光ファイバー41は、この透明窓45を通じて研磨パッド22上の基板Wの表面に光を照射し、受光部としての光ファイバー12は、透明窓45を通じて基板Wからの反射光を受光する。その他の構成は、図11に示す研磨装置と同様である。   FIG. 12 is a cross-sectional view showing a modification of the polishing apparatus shown in FIG. In the example shown in FIG. 12, the liquid supply path, the liquid discharge path, and the liquid supply source are not provided. Instead, a transparent window 45 is formed in the polishing pad 22. The optical fiber 41 of the light projecting unit 11 irradiates light on the surface of the substrate W on the polishing pad 22 through the transparent window 45, and the optical fiber 12 as the light receiving unit receives reflected light from the substrate W through the transparent window 45. . Other configurations are the same as those of the polishing apparatus shown in FIG.

本発明は、裏面照射型CMOSセンサの研磨に限らず、シリコンなどの半導体材料を主成分とする、厚さ数μm以上の半導体層を有するデバイスの研磨にも適用することが可能である。   The present invention can be applied not only to polishing of a back-illuminated CMOS sensor, but also to polishing of a device having a semiconductor layer having a thickness of several μm or more, whose main component is a semiconductor material such as silicon.

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。   The embodiment described above is described for the purpose of enabling the person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs to implement the present invention. Various modifications of the above embodiment can be naturally made by those skilled in the art, and the technical idea of the present invention can be applied to other embodiments. Therefore, the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be the widest scope according to the technical idea defined by the claims.

11 投光部
12 受光部
13 分光器
15 処理装置
20 研磨テーブル
22 研磨パッド
24 トップリング
25 研磨液供給機構
28 トップリングシャフト
30 孔
31 通孔
32 ロータリージョイント
33 液体供給路
34 液体排出路
35 液体供給源
40 光源
41 光ファイバー
45 透明窓
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Light projection part 12 Light reception part 13 Spectrometer 15 Processing apparatus 20 Polishing table 22 Polishing pad 24 Top ring 25 Polishing liquid supply mechanism 28 Top ring shaft 30 Hole 31 Through hole 32 Rotary joint 33 Liquid supply path 34 Liquid discharge path 35 Liquid supply Source 40 Light source 41 Optical fiber 45 Transparent window

Claims (9)

半導体層を有する基板を研磨する方法であって、
前記半導体層の研磨中に該半導体層に可視光を照射し、
前記半導体層からの反射光を受光し、
前記反射光の所定の波長範囲での強度を測定し、
前記強度の測定値を所定の基準強度で割って相対反射率を算出し、
前記相対反射率と前記反射光の波長との関係を示すスペクトルを生成し、
前記スペクトルから、前記半導体層の厚さに従って変化する研磨指標を求め、
前記研磨指標が所定のしきい値に達した時点に基づいて前記半導体層の研磨を終了することを特徴とする研磨方法。
A method for polishing a substrate having a semiconductor layer, comprising:
Irradiating the semiconductor layer with visible light during polishing of the semiconductor layer,
Receiving reflected light from the semiconductor layer;
Measuring the intensity of the reflected light in a predetermined wavelength range;
Divide the intensity measurement by a predetermined reference intensity to calculate the relative reflectance,
Generating a spectrum indicating the relationship between the relative reflectance and the wavelength of the reflected light;
From the spectrum, a polishing index that varies according to the thickness of the semiconductor layer is obtained,
A polishing method, comprising: polishing the semiconductor layer based on a point in time when the polishing index reaches a predetermined threshold value.
前記所定の波長範囲の上限値は、800nm以下であることを特徴とする請求項1に記載の研磨方法。   The polishing method according to claim 1, wherein an upper limit value of the predetermined wavelength range is 800 nm or less. 前記研磨指標は、650nm〜800nmの範囲にある所定の波長での相対反射率であることを特徴とする請求項1に記載の研磨方法。   The polishing method according to claim 1, wherein the polishing index is a relative reflectance at a predetermined wavelength in a range of 650 nm to 800 nm. 前記研磨指標は、前記所定の波長での相対反射率の移動平均であることを特徴とする請求項3に記載の研磨方法。   The polishing method according to claim 3, wherein the polishing index is a moving average of relative reflectance at the predetermined wavelength. 前記研磨指標は、650nm〜800nmの範囲にある第1の波長での第1の相対反射率と、300nm〜550nmの範囲にある第2の波長での第2の相対反射率とを少なくとも含む複数の相対反射率から算出される特性値であり、
前記特性値は、前記複数の相対反射率から選択された1つの相対反射率を、前記複数の相対反射率の総和で割り算することで求められることを特徴とする請求項1に記載の研磨方法。
The polishing index includes at least a first relative reflectance at a first wavelength in the range of 650 nm to 800 nm and a second relative reflectance at a second wavelength in the range of 300 nm to 550 nm. Is a characteristic value calculated from the relative reflectance of
The polishing method according to claim 1, wherein the characteristic value is obtained by dividing one relative reflectance selected from the plurality of relative reflectances by a sum of the plurality of relative reflectances. .
前記研磨指標は、前記特性値の移動平均であることを特徴とする請求項5に記載の研磨方法。   The polishing method according to claim 5, wherein the polishing index is a moving average of the characteristic values. 前記スペクトルに平滑化処理を施す工程をさらに含み、
前記研磨指標は、前記平滑化されたスペクトルから求められることを特徴とする請求項1に記載の研磨方法。
Further comprising a step of smoothing the spectrum,
The polishing method according to claim 1, wherein the polishing index is obtained from the smoothed spectrum.
前記半導体層は、裏面照射型CMOSセンサの受光面を構成するシリコン層であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の研磨方法。   The polishing method according to claim 1, wherein the semiconductor layer is a silicon layer constituting a light receiving surface of a back-illuminated CMOS sensor. 半導体層を有する基板を研磨する装置であって、
前記半導体層の研磨中に該半導体層に可視光を照射する投光部と、
前記半導体層からの反射光を受光する受光部と、
前記反射光の所定の波長範囲での強度を測定する分光器と、
前記強度の測定値を所定の基準強度で割って相対反射率を算出し、前記相対反射率と前記反射光の波長との関係を示すスペクトルを生成する処理装置とを備え、
前記処理装置は、
前記スペクトルから、前記半導体層の厚さに従って変化する研磨指標を求め、
前記研磨指標が所定のしきい値に達した時点に基づいて前記半導体層の研磨終点を決定することを特徴とする研磨装置。
An apparatus for polishing a substrate having a semiconductor layer,
A light projecting portion for irradiating the semiconductor layer with visible light during polishing of the semiconductor layer;
A light receiving portion for receiving reflected light from the semiconductor layer;
A spectroscope for measuring the intensity of the reflected light in a predetermined wavelength range;
A processing unit that calculates a relative reflectance by dividing the measured value of the intensity by a predetermined reference intensity, and generates a spectrum indicating a relationship between the relative reflectance and the wavelength of the reflected light; and
The processor is
From the spectrum, a polishing index that varies according to the thickness of the semiconductor layer is obtained,
A polishing apparatus, wherein a polishing end point of the semiconductor layer is determined based on a time point when the polishing index reaches a predetermined threshold value.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013219248A (en) * 2012-04-10 2013-10-24 Ebara Corp Polishing device and polishing method
KR20150104523A (en) * 2014-03-05 2015-09-15 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 Polishing apparatus and polishing method
CN116367963A (en) * 2020-11-02 2023-06-30 株式会社荏原制作所 Polishing apparatus and polishing method

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013219248A (en) * 2012-04-10 2013-10-24 Ebara Corp Polishing device and polishing method
US9440327B2 (en) 2012-04-10 2016-09-13 Ebara Corporation Polishing apparatus and polishing method
KR20150104523A (en) * 2014-03-05 2015-09-15 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 Polishing apparatus and polishing method
KR101884049B1 (en) * 2014-03-05 2018-07-31 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 Polishing apparatus and polishing method
CN116367963A (en) * 2020-11-02 2023-06-30 株式会社荏原制作所 Polishing apparatus and polishing method

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