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公開番号2025004437
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-15
出願番号2023104125
出願日2023-06-26
発明の名称研磨方法、研磨装置、およびコンピュータに該研磨方法を実行させるためのプログラム
出願人株式会社荏原製作所
代理人個人,個人,個人,個人
主分類B24B 37/013 20120101AFI20250107BHJP(研削;研磨)
要約【課題】本発明は、音響センサを用いて、基板の研磨終点を精度よく検出することができる研磨方法を提供する。
【解決手段】研磨方法は、音響センサによって、基板の研磨環境に起因する音響を含む環境音を検出して、環境音を表す環境音信号を音響センサから出力し、環境音信号から周波数と音圧レベルとの関係を示す環境音スペクトルを生成し、基板を研磨パッドの研磨面に押し付けて研磨しながら、音響センサによって、基板の研磨音を検出して、研磨音を表す研磨音信号を音響センサから出力し、研磨音信号から周波数と音圧レベルとの関係を示す研磨音スペクトルを生成し、研磨音スペクトルと環境音スペクトルとの差分を算出して、差分スペクトルを生成し、差分スペクトルに基づいて、基板の研磨進捗を監視する。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
音響センサによって、基板の研磨環境に起因する音響を含む環境音を検出して、前記環境音を表す環境音信号を前記音響センサから出力し、
前記環境音信号から周波数と音圧レベルとの関係を示す環境音スペクトルを生成し、
前記基板を研磨パッドの研磨面に押し付けて研磨しながら、前記音響センサによって、前記基板の研磨音を検出して、前記研磨音を表す研磨音信号を前記音響センサから出力し、
前記研磨音信号から周波数と音圧レベルとの関係を示す研磨音スペクトルを生成し、
前記研磨音スペクトルと前記環境音スペクトルとの差分を算出して、差分スペクトルを生成し、
前記差分スペクトルに基づいて、前記基板の研磨進捗を監視する、研磨方法。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記差分スペクトルを時間軸に沿って並べることで、前記差分スペクトルの時間変化を示す差分スペクトルマップを生成する工程をさらに含み、
前記研磨進捗を監視する工程は、前記差分スペクトルマップにおける前記音圧レベルの変化に基づいて、前記研磨進捗を監視する工程である、請求項１に記載の研磨方法。
【請求項３】
前記研磨進捗を監視する工程は、前記基板の研磨終点を検出することを含み、
前記研磨方法は、前記研磨終点に基づいて、前記基板の研磨を終了する工程をさらに含む、請求項１または２に記載の研磨方法。
【請求項４】
前記環境音スペクトルは、前記環境音信号に対してフーリエ変換を行うことにより生成され、
前記研磨音スペクトルは、前記研磨音信号に対してフーリエ変換を行うことにより生成される、請求項１に記載の研磨方法。
【請求項５】
前記環境音は、前記基板の研磨開始後に検出された音響である、請求項１に記載の研磨方法。
【請求項６】
前記環境音は、前記基板を研磨する前に、前記基板の研磨を行う研磨装置を作動させたときに検出された音響である、請求項１に記載の研磨方法。
【請求項７】
前記環境音スペクトルを生成する工程は、所定の期間において前記音響センサから出力された前記環境音信号から、複数の環境音スペクトルを生成し、前記複数の環境音スペクトルから周波数毎に音圧レベルの代表値を算出し、前記周波数と前記音圧レベルの代表値との関係を示す前記環境音スペクトルを生成する工程である、請求項１に記載の研磨方法。
【請求項８】
前記環境音スペクトルに基づいて、前記研磨環境を監視する工程をさらに含む、請求項１に記載の研磨方法。
【請求項９】
研磨パッドを支持する研磨テーブルと、
基板を前記研磨パッドの研磨面に押し付けるための研磨ヘッドと、
前記研磨テーブルまたは前記研磨ヘッドに取り付けられ、音響を検出して、前記音響を表す信号を出力する音響センサと、
前記音響センサから出力された前記信号から周波数スペクトルを生成する処理システムを備え、
前記音響センサは、
前記基板の研磨環境に起因する音響を含む環境音を検出して、前記環境音を表す環境音信号を出力し、
前記基板の研磨音を検出して、前記研磨音を表す研磨音信号を出力するように構成されており、
前記処理システムは、
前記環境音信号から周波数と音圧レベルとの関係を示す環境音スペクトルを生成し、
前記研磨音信号から周波数と音圧レベルとの関係を示す研磨音スペクトルを生成し、
前記研磨音スペクトルと前記環境音スペクトルとの差分を算出して、差分スペクトルを生成し、
前記差分スペクトルに基づいて、前記研磨進捗を監視するように構成されている、研磨装置。
【請求項１０】
前記処理システムは、
前記差分スペクトルを時間軸に沿って並べて、前記差分スペクトルの時間変化を示す差分スペクトルマップを生成し、
前記差分スペクトルマップにおける前記音圧レベルの変化に基づいて、前記研磨進捗を監視するように構成されている、請求項９に記載の研磨装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェーハなどの基板を研磨する研磨方法および研磨装置に関する。また、本発明は、そのような研磨方法を実行するためのプログラムに関する。
続きを表示（約 3,000 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程では、半導体基板等の基板の表面を研磨する化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）装置が使用されている。ＣＭＰ装置は、研磨テーブル上に貼り付けられた研磨パッドと、基板を研磨パッドの研磨面に押し付けるための研磨ヘッドを備えている。ＣＭＰ装置は、砥粒を含んだ研磨液を研磨パッド上に供給しながら、研磨ヘッドにより基板を研磨パッドの研磨面に押し付けて、基板の表面と研磨パッドの研磨面を摺接させる。基板の表面は、研磨液の化学的作用と研磨液に含まれる砥粒および／または研磨パッドの機械的作用によって、平坦化される。
【０００３】
基板の研磨は、目標とする研磨量（膜厚）まで基板が研磨された時点で終了するために、基板の研磨進捗を正確に監視することが求められる。これまでに、基板の研磨進捗を監視するための様々な技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第５５１１６００号公報
特許第７１８２６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
基板の研磨進捗を監視する方法のひとつとして、音響センサを用いて基板の研磨音の変化を検出する方法がある。この方法では、基板の表面を構成する上層（例えば、絶縁膜、金属膜、シリコン層など）が研磨され、その上層の下に存在する下層（例えば、ストッパ層）が現れたときや、基板の表面状態が変化したときに、研磨音が変化することを利用する。しかしながら、基板の研磨中に音響センサによって検出される研磨音には、例えば、研磨装置の作動による振動やノイズなど、様々な環境音が含まれることがある。このような環境音は、基板の研磨進捗の正確な監視に影響を及ぼすことがある。
【０００６】
そこで、本発明は、音響センサを用いて、基板の研磨進捗を正確に監視することができる研磨方法および研磨装置を提供する。さらに、本発明は、そのような研磨方法を実行するためのプログラムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一態様では、音響センサによって、基板の研磨環境に起因する音響を含む環境音を検出して、前記環境音を表す環境音信号を前記音響センサから出力し、前記環境音信号から周波数と音圧レベルとの関係を示す環境音スペクトルを生成し、前記基板を研磨パッドの研磨面に押し付けて研磨しながら、前記音響センサによって、前記基板の研磨音を検出して、前記研磨音を表す研磨音信号を前記音響センサから出力し、前記研磨音信号から周波数と音圧レベルとの関係を示す研磨音スペクトルを生成し、前記研磨音スペクトルと前記環境音スペクトルとの差分を算出して、差分スペクトルを生成し、前記差分スペクトルに基づいて、前記基板の研磨進捗を監視する、研磨方法が提供される。
一態様では、前記研磨方法は、前記差分スペクトルを時間軸に沿って並べることで、前記差分スペクトルの時間変化を示す差分スペクトルマップを生成する工程をさらに含み、前記研磨進捗を監視する工程は、前記差分スペクトルマップにおける前記音圧レベルの変化に基づいて、前記研磨進捗を監視する工程である。
【０００８】
一態様では、前記研磨進捗を監視する工程は、前記基板の研磨終点を検出することを含み、前記研磨方法は、前記研磨終点に基づいて、前記基板の研磨を終了する工程をさらに含む。
一態様では、前記環境音スペクトルは、前記環境音信号に対してフーリエ変換を行うことにより生成され、前記研磨音スペクトルは、前記研磨音信号に対してフーリエ変換を行うことにより生成される。
一態様では、前記環境音は、前記基板の研磨開始後に検出された音響である。
一態様では、前記環境音は、前記基板を研磨する前に、前記基板の研磨を行う研磨装置を作動させたときに検出された音響である。
一態様では、前記環境音スペクトルを生成する工程は、所定の期間において前記音響センサから出力された前記環境音信号から、複数の環境音スペクトルを生成し、前記複数の環境音スペクトルから周波数毎に音圧レベルの代表値を算出し、前記周波数と前記音圧レベルの代表値との関係を示す前記環境音スペクトルを生成する工程である。
一態様では、前記研磨方法は、前記環境音スペクトルに基づいて、前記研磨環境を監視する工程をさらに含む。
【０００９】
一態様では、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、基板を前記研磨パッドの研磨面に押し付けるための研磨ヘッドと、前記研磨テーブルまたは前記研磨ヘッドに取り付けられ、音響を検出して、前記音響を表す信号を出力する音響センサと、前記音響センサから出力された前記信号から周波数スペクトルを生成する処理システムを備え、前記音響センサは、前記基板の研磨環境に起因する音響を含む環境音を検出して、前記環境音を表す環境音信号を出力し、前記基板の研磨音を検出して、前記研磨音を表す研磨音信号を出力するように構成されており、前記処理システムは、前記環境音信号から周波数と音圧レベルとの関係を示す環境音スペクトルを生成し、前記研磨音信号から周波数と音圧レベルとの関係を示す研磨音スペクトルを生成し、前記研磨音スペクトルと前記環境音スペクトルとの差分を算出して、差分スペクトルを生成し、前記差分スペクトルに基づいて、前記研磨進捗を監視するように構成されている、研磨装置が提供される。
一態様では、前記処理システムは、前記差分スペクトルを時間軸に沿って並べて、前記差分スペクトルの時間変化を示す差分スペクトルマップを生成し、前記差分スペクトルマップにおける前記音圧レベルの変化に基づいて、前記研磨進捗を監視するように構成されている。
【００１０】
一態様では、前記処理システムは、前記研磨進捗を監視して、前記基板の研磨終点を検出し、前記研磨終点に基づいて、前記基板の研磨を終了させるように構成されている。
一態様では、前記処理システムは、前記環境音信号に対してフーリエ変換を行うことにより、前記環境音スペクトルを生成し、前記研磨音信号に対してフーリエ変換を行うことにより、前記研磨音スペクトルを生成するように構成されている。
一態様では、前記処理システムは、前記音響センサに指令を発して、前記基板の研磨開始後に前記環境音を検出させるように構成されている。
一態様では、前記処理システムは、前記音響センサに指令を発して、前記基板を研磨する前に、前記研磨装置を作動させたときに前記環境音を検出させるように構成されている。
一態様では、前記処理システムは、所定の期間において前記音響センサから出力された前記環境音信号から、複数の環境音スペクトルを生成し、前記複数の環境音スペクトルから周波数毎に音圧レベルの代表値を算出し、前記周波数と前記音圧レベルの代表値との関係を示す前記環境音スペクトルを生成するように構成されている。
一態様では、前記処理システムは、前記環境音スペクトルに基づいて、前記研磨環境を監視するように構成されている。
（【００１１】以降は省略されています）

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