專利名稱：拋光狀態(tài)監(jiān)測設備及使用其的拋光設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于測量待拋光物體例如半導體晶片的待拋光表面的特性值并確定拋光結束點時間的拋光狀態(tài)監(jiān)測設備以及具有該拋光狀態(tài)監(jiān)測設備的拋光設備。
背景技術：
已知化學機械拋光(CMP)可以消除半導體晶片的表面的不規(guī)則性，從而使表面變平。在化學機械拋光的情況下，必須在待拋光膜例如層間絕緣膜變成所希望的厚度時完成拋光。而且，可能要求在除去待拋光膜并且基底停止膜或阻擋膜出現(xiàn)時完成拋光，如在STI(淺溝槽隔離)或銅布線膜的情況下就是這樣。作為滿足這些要求的裝置，已知拋光狀態(tài)監(jiān)測設備，通過利用投光器件照射半導體晶片并根據從該晶片反射的光的強度檢測待拋光表面的反射率的變化來檢測化學機械拋光的結束點，以便防止過量拋光或拋光不充分。
為了檢測化學機械拋光的結束點，可以使用單色光源例如半導體激光器或發(fā)光二極管(LED)從拋光表面反射的光的強度變化或者光學特性例如從拋光表面反射的白光的光譜反射率。此外，已知拋光狀態(tài)監(jiān)測設備通過使用半導體晶片的反射光的強度來計算晶片上的膜的厚度。
有些常規(guī)的拋光狀態(tài)監(jiān)測設備監(jiān)測半導體晶片的拋光狀態(tài)，例如，通過轉盤每轉一周就掃描半導體晶片表面一次并在每個掃描周期在多個點進行采樣以便獲得每個采樣點(區(qū)域)的特征值，由此來測量特征值，例如厚度，在所述轉盤上設置拋光材料。具體地講，將通過對每個采樣點上的半導體晶片表面的反射光的強度進行A/D轉換獲得的值作為特征值進行連續(xù)繪制(參見日本特許公開No.2001-284300)。在這種情況下，如果光源持續(xù)發(fā)光，同時照射光掃描晶片的表面，則反射強度代表沿著掃描線具有一定長度的區(qū)域。在下文中還將此稱為掃描點。在

圖1(a)中，實線表示照射光在半導體晶片上的掃描軌跡，圓圈表示采樣點。
在這種情況下，半導體晶片上的掃描軌跡對于每次掃描來說都是不同的，因為其上設置拋光材料的轉盤的轉速通常不同于固定晶片的頂環(huán)的轉速。例如，如圖1(b)所示，連續(xù)執(zhí)行的三次掃描第一、第二和第三掃描是沿著不同的軌跡來進行的。當在每一掃描軌跡上進行17次采樣時，點1-1、……、1-17、2-1、……、2-17以及3-1、……、3-17是采樣點。
眾所周知，在很多情況下，待拋光表面的外形變?yōu)橄鄬τ诎雽w晶片的旋轉中心成大致軸對稱的形狀。在監(jiān)測待拋光表面時，如果如圖8所示那樣對通過多次掃描獲得的所有特征值進行機械設置，則監(jiān)測每次掃描時的待拋光表面的拋光狀態(tài)。然而，難以掌握在待拋光表面的具體位置(例如晶片中心)上的拋光狀態(tài)，因為由于上述外形的影響而導致特征值在每次掃描操作中都改變。而且，存在由于每個采樣點上的布線圖案不同、每次采樣的漿料狀態(tài)不同和電噪聲等影響而不能從特征值很容易地確定拋光進度的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明解決的問題提出本發(fā)明是為了解決上述現(xiàn)有技術中的問題，因此本發(fā)明的目的是提供一種能容易地確定待拋光物體的拋光進度和容易地檢測拋光結束點的拋光狀態(tài)監(jiān)測設備以及具有這種拋光狀態(tài)監(jiān)測設備的拋光設備。
解決該問題的手段為了實現(xiàn)上述目的，權利要求1的發(fā)明提供一種拋光狀態(tài)監(jiān)測設備，用于在掃描物體的待拋光表面時在相隔預定間隔的每個采樣點上獲得表示該表面的狀態(tài)的特征值，并通過進行多次掃描來監(jiān)測該表面的拋光進度，所述設備包括發(fā)光單元，能夠發(fā)射用于照射待拋光表面的光；以及計算單元，用于控制特征值的采樣時刻并接收該表面的反射光以產生特征值，計算單元可用于監(jiān)測在每次掃描的相同采樣時刻從采樣點獲得的所產生的特征值的時間相關變化。
權利要求2的發(fā)明的特征在于計算單元根據從相同采樣時刻上的至少一個預選采樣點獲得的特征值來檢測拋光的結束點。
權利要求3的發(fā)明的特征在于相同采樣時刻上的至少一個預選采樣點是基本上對應于該表面中心的采樣點。
權利要求4的發(fā)明的特征在于計算單元在相同采樣時刻選擇多個不同采樣點，監(jiān)測每個時間相關變化，并檢測拋光的結束點。
權利要求5的發(fā)明的特征在于當相同采樣時刻的多個不同采樣點當中有特定數(shù)量的采樣點達到拋光的結束點時，停止拋光。
權利要求6的發(fā)明的特征在于計算單元輸出包括同一掃描期間的一個采樣點的預定數(shù)量采樣點的特征值的平均值，并監(jiān)測該平均值的時間相關變化。
權利要求7的發(fā)明的特征在于計算單元輸出包括在每次掃描的相同采樣時刻期間的一個采樣點的預定數(shù)量采樣點的特征值的平均值，并監(jiān)測該平均值的時間相關變化。
權利要求8的發(fā)明的特征在于包括如權利要求1至7中任一項所述的拋光狀態(tài)監(jiān)測設備的拋光設備。
權利要求9的發(fā)明提供一種拋光狀態(tài)監(jiān)測方法，用于在掃描物體的待拋光表面時在相隔預定間隔的每個采樣點上獲得表示該表面狀態(tài)的特征值，并監(jiān)測該表面的拋光進度，該方法包括以下步驟進行多次掃描；并且監(jiān)測在每次掃描期間從相同采樣時刻上的采樣點獲得的特征值的時間相關變化。
權利要求10的發(fā)明的特征在于選擇每次掃描的相同采樣時刻的至少一個采樣點并檢測拋光的結束點。
權利要求11的發(fā)明的特征在于相同采樣時刻的至少一個采樣點是基本上對應于表面中心的采樣點。
權利要求12的發(fā)明的特征在于選擇在相同采樣時刻的多個不同采樣點并監(jiān)測每個時間相關變化，以便檢測拋光的結束點。
權利要求13的發(fā)明的特征在于當相同采樣時刻的不同采樣點當中有特定數(shù)量的采樣點達到拋光的結束點時，停止拋光。
權利要求14的發(fā)明的特征在于輸出包含同一掃描期間的一個采樣點的預定數(shù)量采樣點的特征值的平均值并監(jiān)測該平均值的時間相關變化。
權利要求15的發(fā)明的特征在于輸出包含每次掃描的相同采樣時刻上的一個采樣點的預定數(shù)量采樣點的特征值的平均值并監(jiān)測該平均值的時間相關變化。
權利要求16的發(fā)明提供一種拋光方法，其特征在于執(zhí)行如權利要求9至15中任一項所述的拋光狀態(tài)監(jiān)測方法。
附圖簡述圖1(a)和圖1(b)是示出掃描半導體晶片的待拋光表面的軌跡和采樣點的示圖；
圖2是示意性地示出具有根據本發(fā)明的拋光狀態(tài)監(jiān)測設備的拋光設備的結構的示圖；圖3是示出圖2所示的拋光狀態(tài)監(jiān)測設備的另一光學測量裝置的示圖；圖4(a)是示意性地示出轉盤、半導體晶片、鄰近傳感器和圖2中的拋光設備的第一窗口之間的相互位置關系的示圖；圖4(b)是示出半導體晶片的待拋光表面上的三個掃描軌跡和采樣點的示圖；圖5(a)是示出根據本發(fā)明表示從采樣點獲得的特征值的方法的說明圖；圖5(b)是示出根據本發(fā)明處理從采樣點獲得的厚度值的結果的例子的曲線圖；圖6(a)是示出根據本發(fā)明平均從采樣點獲得的厚度值的結果的例子的曲線圖；圖6(b)是示出根據本發(fā)明的另一平均技術平均厚度值的結果的另一例子的曲線圖；圖7是示出與不進行這種平均操作的情況相比進行根據本發(fā)明的平均操作的結果的曲線圖；圖8是示出按照時間順序排列在多個掃描期間獲得的特征值的曲線圖。
發(fā)明的最佳實施方式下面參照附圖詳細說明根據本發(fā)明的拋光狀態(tài)監(jiān)測設備的實施例。在附圖中，相同或相應的部件用相同的標記表示，并且下面省略了任何重復說明。
圖2是示意性地示出具有根據本發(fā)明的拋光狀態(tài)監(jiān)測設備的拋光設備的整體結構的示圖。在圖2中，拋光設備1具有在其一側上附著拋光布10的拋光轉盤11，以及用于固定半導體晶片12從而使其擠壓拋光布10的表面的頂環(huán)13。由頂環(huán)13的下表面來吸引并固定半導體晶片12。拋光布10面對半導體晶片12的表面14是利用摩擦力與半導體晶片12接觸的拋光表面。在這種情況下，還可以使用研磨顆粒板來代替拋光布，所述研磨顆粒板是通過利用諸如樹脂的粘合劑固化(solidify)諸如CeO2的細研磨顆粒而獲得的。
由軸15來支撐轉盤11的中心，并且軸15的下部連接到第一驅動電動機(未示出)。通過這種方式，通過第一電動機使轉盤11圍繞軸15在箭頭X所示的方向上旋轉。將用于把拋光液供應到拋光布上的噴嘴16設置在轉盤11的上方。
頂環(huán)13通過頂環(huán)軸17連接到第二驅動電動機和升降圓筒(未示出)并可以沿著頂環(huán)軸17在箭頭Y所示的方向上下移動，而且可以在箭頭Z所示的方向上圍繞頂環(huán)軸17旋轉。通過這種方式，頂環(huán)13可以以所需的壓力向拋光布10擠壓固定在頂環(huán)13的下表面上的半導體晶片12，同時在其軸上旋轉。在這種情況下，支撐頂環(huán)13，使得其不在沿著半導體晶片12的表面的方向上移動。
因此，使半導體晶片12擠壓轉盤11上的拋光布10，并對其進行拋光，同時與頂環(huán)13一起旋轉。此時，從噴嘴16將拋光液供應到拋光布10上，并且在拋光液存在于半導體晶片12的待拋光表面和拋光布10之間時進行拋光。在這種情況下，如果使用固定的研磨顆粒來代替拋光布，則可以使用純水作為拋光液。
在轉盤11的內部或下表面的適當位置上設置拋光狀態(tài)監(jiān)測設備18，其用于在光學上測量特征值例如半導體晶片12的待拋光表面上的絕緣膜或金屬膜的厚度和顏色以便監(jiān)測拋光的進度。為了實現(xiàn)光學測量，在拋光布10面向半導體晶片12的位置上形成第一窗口19，并且在轉盤11上對應于第一窗口19形成第二窗口20。優(yōu)選地，這些窗口19和20由具有高透光率的材料例如未發(fā)泡的(non-foamed)聚氨基甲酸脂形成。
另一光學測量裝置包括在轉盤11中具有流體供應通道的流體型裝置。如圖3所示，在轉盤中形成流體供應通道30和流體排放通道31，代替第二窗口20。將諸如純水的流體注入到半導體晶片12上，然后通過流體排放通道31排放到外部。在流體供應通道30中設置兩個光纖32和33，通過光纖32將測量光投射到半導體晶片12上，并且從半導體晶片12反射的光由另一光纖33接收。反射光能使拋光的進度受到監(jiān)測。
如圖2所示，拋光狀態(tài)監(jiān)視設備18包括發(fā)光單元21、光接收單元22、控制器23、電源24、包括旋轉連接器的電纜25、以及個人計算機26。發(fā)光單元21發(fā)射用于照射半導體晶片12的拋光表面的光。光接收單元22接收從用發(fā)光單元21發(fā)射的光照射的拋光表面反射的光，將反射光分成相應的波長分量并輸出表示所分波長分量的光強的電信號?？刂破?3控制發(fā)光單元21和光接收單元22的操作的開始和結束時刻。電源24提供發(fā)光單元21、光接收單元22和控制器23工作所需的電能。優(yōu)選地，從發(fā)光單元21發(fā)射的光基本上垂直地進入半導體晶片12的拋光表面。
可以使用任何單元作為發(fā)光單元21，并且發(fā)射具有包含白光的波長帶的光的發(fā)光裝置是優(yōu)選的。發(fā)光單元21可以是脈沖導通型，例如氙氣閃光燈，或連續(xù)發(fā)光型，例如鹵化鎢燈。
將從光接收單元22輸出的電信號發(fā)送到控制器23，并使控制器23產生用于半導體晶片12的反射光的光譜數(shù)據?？刂破?3的輸出通過穿過轉盤11和軸15的電纜(包括旋轉連接器)25連接到個人計算機26。因此，將由控制器23產生的光譜數(shù)據通過電纜(包括旋轉連接器)25發(fā)送到個人計算機26。
具體地講，從發(fā)光單元21發(fā)射的光照射到半導體晶片12的待拋光的表面上，并且從該表面反射，穿過第一窗口19和第二窗口22，被光接收單元22接收。光接收單元22將接收到的光分成多個波長分量，根據每個波長分量的光量產生對應于每個采樣點的光譜數(shù)據，并將該數(shù)據發(fā)送給個人計算機26。
對作為計算單元的個人計算機26進行編程，以便根據從控制器23發(fā)出的光譜數(shù)據計算包括半導體晶片12的待拋光表面的厚度和顏色的各種特征值。進一步對個人計算機進行編程，以便根據所計算的特征值的時間相關變化來確定停止拋光的時間點或者拋光條件例如轉盤和頂環(huán)的轉速、將要施加到形成在頂環(huán)上的多個擠壓區(qū)的壓力以及漿料的類型(這些還包含在“拋光結束操作”中)的改變時刻。將這種確定從個人計算機26發(fā)送到控制拋光設備工作的控制單元(未示出)。個人計算機26還可以從控制單元接收關于拋光條件的信息。
此外，如圖2所示，為了檢測轉盤11的旋轉位置，在轉盤11的外周邊的下表面的適當位置上設置鄰近傳感器27。擋塊(block)28設置在與鄰近傳感器27相對應的位置上。通過這種方式，鄰近傳感器27在轉盤11每轉一周時檢測擋塊28，并在每次檢測擋塊28時將輸出發(fā)送給控制器23，由此使控制器23能夠檢測相對于轉盤11的參考位置的旋轉角。
圖4(a)是示意性地示出當鄰近傳感器27位于連接轉盤11的中心40與擋塊28的直線上時，轉盤11、半導體晶片12、第一窗口19、鄰近傳感器27和擋塊28之間的相互位置關系的頂視圖。將頂環(huán)13設置成使得半導體晶片12的中心41位于第一窗口19的圓形軌跡42上。因而，通過使轉盤11和頂環(huán)13在相同的方向上旋轉，并且在脈沖導通型光源的情況下，通過在第一窗口19位于半導體晶片12之下期間以預定的時間間隔操作發(fā)光單元21以便在預定時間間隔的采樣時刻對拋光表面進行采樣，可以獲得在軌跡42上的多個采樣點S1、S2、……、和Sm上的拋光表面的反射率、厚度和顏色。應該注意的是，可以根據轉盤11的旋轉速度將從鄰近傳感器27檢測到擋塊28的時刻到脈沖導通型光源開始工作的時刻或者開始對拋光表面的反射光進行采樣的時刻的時間間隔調節(jié)到預定值。
當轉盤11例如以60轉/分鐘的速度以及頂環(huán)13例如以70轉/分鐘的速度在相同的方向上旋轉時，第一窗口19掃描半導體晶片12的待拋光表面的軌跡相對于半導體晶片12的中心40在每一轉都會在相同的方向上移動，這是由旋轉速度之間的差別造成的。在三個連續(xù)掃描期間出現(xiàn)的這種移動可以顯示在圖4(b)中。假設第i次掃描被稱為掃描“i”，在掃描“i”中的第k采樣時刻的采樣點表示為“i-k”，圖4(b)示出如下情況(1)在第一掃描中沿著掃描軌跡T1在m個采樣點1-1、1-2、……、1-m上獲得特征值；(2)在第二掃描中沿著掃描軌跡T2在m個采樣點2-1、2-2、……、2-m上獲得特征值；(3)在第三掃描中沿著掃描軌跡T3在m個采樣點3-1、3-2、……、3-m上獲得特征值。
圖5(a)是通過在第一到第三掃描期間用直線互連相同采樣編號即相同采樣時刻的特征值來顯示拋光進度的說明圖。
在根據本發(fā)明的拋光狀態(tài)監(jiān)測設備中，如果頂環(huán)的旋轉中心不動，則利用如下事實第k采樣點，即，在第k采樣時刻的采樣點與半導體晶片12的中心41的距離幾乎相同，而與掃描次數(shù)無關。換言之，本發(fā)明人已經注意到，可以通過跟蹤在每次掃描中從編號相同的采樣點組(例如，一組第一采樣點1-1、2-1、3-1、……、i-1、……)獲得的特征值而很容易地和精確地確定拋光進度。這是因為拋光后的表面的外形具有幾乎軸對稱的形狀，如在化學機械拋光設備中所公知的那樣。
換言之，將多次掃描中的很多采樣點進行分類并將一組第一采樣時刻的采樣點稱為采樣點組1，將一組第二采樣時刻的采樣點稱為采樣點組2，……，以及將一組第k采樣時刻的采樣點稱為采樣點組k，根據本發(fā)明的拋光狀態(tài)監(jiān)測方法和設備可用于通過按照時間順序設置從相同采樣點組中的采樣點獲得的特征值來監(jiān)視拋光的進度。
例如，假設使用厚度作為特征值，如圖5(b)所示，可以在第一掃描、第二掃描、……、和第i掃描中獲得從采樣點組1獲得的厚度曲線A、從采樣點組3獲得的厚度曲線B、和從采樣點組8獲得的厚度曲線C。假設一次掃描具有十五個采樣點，則采樣點組1位于靠近半導體晶片12的端部的區(qū)域中，而采樣點組8位于靠近半導體晶片12的中心的區(qū)域中。
一般情況下，如果編號相同的采樣時刻的采樣點位于不同的掃描軌跡上，則對應于這些采樣點的布線圖案是不同的，或者特征值的時間相關變化出現(xiàn)波動，這是由于表面上的階梯特性(stepcharacteristic)或均勻性不同造成的。在很多情況下，如圖5(b)所示，半導體晶片12的端部的波動大于其中心附近的波動。實際上，為了通過拾取更穩(wěn)定的特征值來檢測拋光的結束點，優(yōu)選能隨機地選擇采樣點，由此通過可以獲得穩(wěn)定特征值的有限位置檢測結束點。
例如，特征值的波動在靠近半導體晶片12的中心41的區(qū)域內較小，如從圖5(b)中的實線C所知，其示出從采樣點組8中的采樣點獲得的厚度。因此，如果注意力集中在具有小的特征值波動的這些采樣點上，則可以以很小的波動精確地檢測拋光的結束點。
此外，即使在一次掃描期間從多個采樣點獲得特征值，也不總是需要監(jiān)測所有采樣點的特征值，或通過利用所有采樣點的特征值來檢測結束點。還可以通過從在一次掃描期間獲得的采樣點當中選擇所需數(shù)量的采樣點，以繪制與所選采樣點的采樣時刻相同的采樣點的特征值，來監(jiān)測拋光的進度。
如果認為對應于上述所選采樣點的特定數(shù)量的特征值已經達到結束點，則假設半導體晶片12已經達到拋光的結束點。例如，如果假設特征值的特定數(shù)量是一，則可以在所選采樣點組的采樣點當中已經最快地完成了拋光的采樣點停止拋光。這就可以較早地結束拋光操作。此外，通過采用與所選采樣點的數(shù)量相同的特定數(shù)量，則可以通過將注意力集中在所選采樣點當中最慢完成拋光的采樣點上來結束拋光。利用這種方式，可以通過并行地監(jiān)測在不同采樣時刻的采樣點上獲得的特征值的變化，來適當?shù)卣{節(jié)結束拋光的時刻。
實際上，為了很容易地掌握拋光的進度，優(yōu)選使用具有小噪聲或小局部波動的曲線。必須稍在目標時間點之前檢測關于特征值的時間相關變化的特征點(例如閾值、最大值或最小值)，以便檢測拋光的結束點。而由于這個原因，優(yōu)選從特征值的與時間相關變化的曲線中除去和平滑噪聲或局部波動。這樣的一種技術是產生從一次掃描中的多個采樣點獲得的特征值的平均值，每個平均值是一個特征值和預定數(shù)量的在前特征值以及預定數(shù)量的在后特征值的平均值。這些平均值用作第二特征值，以便監(jiān)測拋光的進度。換言之，將注意力集中在每個采樣點上，允許冗余地使用每個采樣點，以便計算該采樣點和其他采樣點的特征值的平均值。
例如，假設在圖4(b)中m＝11，并且在第一次掃描中從采樣點1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-6、1-7、1-8、1-9、1-10和1-11獲得的特征值表示為a11、a12、a13、a14、a15、a16、a17、a18、a19、a110和a111，第二特征值A11、A12、A13、A14、A15、A16、A17、A18、A19、A110和A111可以如下計算A11＝a11A12＝(a11+a12+a13)/3A13＝(a12+a13+a14)/3A14＝(a13+a14+a15)/3A15＝(a14+a15+a16)/3A16＝(a15+a16+a17)/3
A17＝(a16+a17+a18)/3A18＝(a17+a18+a19)/3A19＝(a18+a19+a110)/3A110＝(a19+a110+a111)/3A111＝a111。
注意到，上述等式表示沒有加權的簡單算術平均值，但是求平均值的技術不限于上述方法。例如，求平均值的技術可以是諧波平均、幾何平均或中點平均。利用相同的方式，在其它掃描中，通過允許冗余使用從單獨采樣點獲得的特征值來執(zhí)行求平均值操作，并且可以計算第二特征值A21-A211、A31-A311、……、Ai1-Ai11、……。然后，將具有出現(xiàn)在表示掃描時次數(shù)的編號(例如，在A12的情況下，在A旁邊的1)后面的相同編號的第二特征值稱為“具有相同編號的第二特征值”并對其進行繪制。具體地講，構成具有相同編號的第二特征值組，即，由A11、A21、……、Ai1、……組成的特征值組1，由A12、A22、……、Ai2、……組成的特征值組2，以及由A23、……、Ai3、……組成的特征值組3，并且為各個特征值組繪制屬于該特征值組的第二特征值，由此獲得對應于圖5(a)和5(b)的曲線。
在這種情況下，第二特征值可以是從任何數(shù)量的相鄰采樣點獲得的特征值的平均值。還可以對來自半導體晶片12的中心31附近的特征值不求平均值。在上述例子中，可以A15＝a15，A16＝a16和A17＝a17。如從上面所理解的那樣，由于從一個采樣點以及在前和在后的采樣點獲得特征值的平均值，因此即使有少量采樣點，也可以進行求平均值操作，由此帶來這樣的優(yōu)點可以很容易地掌握待拋光表面的外形。
圖6(a)示出通過對每次掃描進行上述求平均值操作獲得第二特征值的操作結果，并且繪制具有相同編號的第二特征值。實線是通過繪制屬于上述例子中的特征值組8的第二特征值而獲得的，而虛線是通過繪制屬于上述例子中的特征值組3的第二特征值而獲得的。這種如上所述的求平均值的技術被稱為“空間平均”。
圖6(b)示出在沒有進行上述求平均值操作的情況下獲得的特征值的曲線D和通過將另一種求平均值的技術應用于特征值而獲得的曲線E。曲線D是通過繪制從半導體晶片的中心附近的采樣點8獲得的特征值而獲得的，曲線E是采樣點8的時間-平均值。在本例中，對五個點求平均值，第i次掃描的采樣點k的特征值Bi，k表示如下Bi，k＝(ai-4，k+ai-3，k+ai-2，k+ai-l，k+ai，k)/5。
這被稱為“時間平均”。
將圖5(b)中的曲線與圖6(a)中的曲線進行比較，應該理解的是，可以通過執(zhí)如上所述的這種求平均值技術以獲得第二特征值并通過監(jiān)測編號相同的第二特征值，來減少噪聲或局部波動。此外，如圖6(b)所示，盡管涉及相位延遲δ，但還是可以通過時間平均來獲得相同的優(yōu)點?？梢詧?zhí)行空間平均或時間平均，并且還可以將時間平均應用于由空間平均產生的第二特征值。
圖7示出在其待拋光表面上具有凸起(不規(guī)則性)的半導體晶片的外形，并用于解釋空間平均的優(yōu)點。當在一次掃描期間測量十五個采樣點上的厚度值時，獲得了由虛線L表示的原始數(shù)據。然后，根據本發(fā)明的拋光狀態(tài)監(jiān)測方法計算五個相鄰采樣點的厚度值的平均值，允許冗余使用厚度值，獲得實線N。應該注意的是，在待拋光表面的端部不進行求平均值操作，并且從位于端部內部的一個點上的三個采樣點獲得厚度值的平均值。相反，將十五個采樣點分為三個區(qū)域，每個區(qū)域具有不重疊的五個采樣點并獲得相應的平均值，從而獲得點線M。
如從圖7理解到的那樣，根據本發(fā)明的拋光狀態(tài)檢測設備可以用于在使半導體晶片表面的局部的不規(guī)則性平滑之后掌握半導體晶片的整個拋光表面的外形。結果，在本例中，可以通過將注意力集中在接近其中較快完成拋光的拋光表面中心的部分和在中心部分之外的部分，在該部分中緩慢地完成拋光，來檢測拋光的結束點。應該注意的是，優(yōu)選地通過考慮在一次掃描期間存在的采樣點數(shù)量和特征值的波動程度來確定在每個采樣點進行求平均值操作所需的采樣點的數(shù)量。
前面已經對根據本發(fā)明的拋光狀態(tài)監(jiān)測設備的一些實施例進行了說明。然而，本發(fā)明應該不限于這些實施例。例如，已經將掃描軌跡表示成穿過待拋光表面中心的線，如圖3(b)所示。然而，如果頂環(huán)的位置固定，則掃描軌跡可以穿過待拋光表面中心以外的點。這是因為，如果頂環(huán)是固定的，則將編號相同的采樣點設置在與待拋光表面中心的距離基本相同的位置上。
工業(yè)實用性如從上述理解到的那樣，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(1)由于利用從編號相同的采樣點獲得的特征值的時間相關變化，因此可以很容易地掌握待拋光物體的拋光進度；(2)由于從采樣點獲得的特征值實際上可以根據物體的拋光表面的狀態(tài)而暫時地輕微波動，因此可以通過選擇獲得穩(wěn)定特征值的特定采樣點而很容易地檢測拋光的結束點的時間。
(3)將注意力集中在一次掃描期間的所有采樣點的中心采樣點上并且監(jiān)測在待拋光物體的中心附近的拋光進度，可以以很小的波動精確地檢測拋光的結束點；(4)將注意力集中在預定數(shù)量的采樣點上和監(jiān)測拋光的進度，可以同時監(jiān)測快速完成拋光的部分和緩慢完成拋光的部分，由此調節(jié)檢測拋光的結束點的時刻；(5)以冗余地使用特征值來計算第二特征值的方式，對從每次掃描中的一個采樣點獲得的特征值求平均值，使位于待拋光表面上的局部波動平滑，并且可以容易掌握待拋光表面的外形。由于允許冗余使用，因此當在一次掃描期間的采樣點數(shù)量很少時，本發(fā)明是特別有效；和(6)由于提供能容易掌握拋光進度的拋光狀態(tài)監(jiān)測設備，所以可以精確地檢測待拋光物體例如半導體晶片的拋光結束。
權利要求
1.一種拋光狀態(tài)監(jiān)測設備，用于通過在掃描待拋光物體的拋光表面時在相隔預定間隔的每個采樣點上獲得表示該拋光表面的狀態(tài)的特征值并進行多次這種操作來監(jiān)測該拋光表面的拋光進度，所述設備包括能發(fā)射用于照射所述表面的光的發(fā)光單元；以及計算單元，用于控制所述特征值的采樣時刻并接收從所述表面反射的光以產生所述特征值，其中所述計算單元監(jiān)測在每次掃描期間在相同的采樣時刻從所述采樣點獲得的所述特征值的時間相關變化。
2.根據權利要求1所述的拋光狀態(tài)監(jiān)測設備，其中所述計算單元根據從所述相同采樣時刻上的至少一個預選采樣點獲得的所述特征值來檢測拋光的結束點。
3.根據權利要求2所述的拋光狀態(tài)監(jiān)測設備，其中所述相同采樣時刻上的所述至少一個預選采樣點是基本上對應于所述表面中心的采樣點。
4.根據權利要求2所述的拋光狀態(tài)監(jiān)測設備，其中所述計算單元可用于在所述相同采樣時刻選擇多個不同采樣點，監(jiān)測每個采樣點的時間相關變化，并檢測所述拋光的結束點。
5.根據權利要求4所述的拋光狀態(tài)監(jiān)測設備，其中當在所述相同采樣時刻上的所述不同的采樣點當中有特定數(shù)量的采樣點達到所述拋光的結束點時，停止該拋光。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的拋光狀態(tài)監(jiān)測設備，其中所述計算單元可用于輸出包括同一掃描中的一個采樣點的預定數(shù)量采樣點的特征值的平均值，并監(jiān)測所述平均值的時間相關變化。
7.根據權利要求1所述的拋光狀態(tài)監(jiān)測設備，其中所述計算單元可用于輸出包括每次掃描的相同采樣時刻上的每次掃描期間的一個采樣點的預定數(shù)量采樣點的特征值的平均值，并監(jiān)測所述平均值的時間相關變化。
8.一種包括根據權利要求1至7中任一項所述的拋光狀態(tài)監(jiān)測設備的拋光設備。
9.一種拋光狀態(tài)監(jiān)測方法，通過在掃描物體的待拋光表面時在相隔預定間隔的每個采樣點上獲得表示該表面狀態(tài)的特征值來監(jiān)測該表面的拋光進度，所述方法包括以下步驟進行多次掃描；并且監(jiān)測在每次掃描期間從相同采樣時刻上的所述采樣點獲得的所述特征值的時間相關變化。
10.根據權利要求9所述的拋光狀態(tài)監(jiān)測方法，其中選擇所述掃描的所述相同采樣時刻上的至少一個采樣點以檢測拋光的結束點。
11.根據權利要求10所述的拋光狀態(tài)監(jiān)測方法，其中所述相同采樣時刻上的所述至少一個所選采樣點是基本上對應于所述表面中心的采樣點。
12.根據權利要求9所述的拋光狀態(tài)監(jiān)測方法，其中選擇在所述相同采樣時刻上的多個不同的采樣點以監(jiān)測每個采樣點的時間相關變化，并檢測所述拋光的結束點。
13.根據權利要求12所述的拋光狀態(tài)監(jiān)測方法，其中當在所述相同采樣時刻上的所述不同采樣點當中有特定數(shù)量的采樣點達到所述拋光的結束點時，停止該拋光。
14.根據權利要求9至13中任一項所述的拋光狀態(tài)監(jiān)測方法，其中輸出包括同一掃描中的一個采樣點的預定數(shù)量采樣點的特征值的平均值以監(jiān)測所述平均值的時間相關變化。
15.根據權利要求9所述的拋光狀態(tài)監(jiān)測方法，其中輸出包含每次掃描的所述相同采樣時刻上的每次掃描期間的一個采樣點的預定數(shù)量采樣點的特征值的平均值以監(jiān)測所述平均值的時間相關變化。
16.一種用于執(zhí)行根據權利要求9至15中任一項所述的拋光狀態(tài)監(jiān)測方法的拋光方法。
全文摘要
提供一種能很容易掌握拋光進度的拋光狀態(tài)監(jiān)測設備。該拋光狀態(tài)監(jiān)測設備通過在掃描物體(12)的待拋光表面時在相隔預定間隔的每個采樣點上獲得表示該表面的狀態(tài)的特征值來監(jiān)測該表面的拋光進度。該設備包括能發(fā)射用于照射所述表面的光的發(fā)光裝置(21)；以及用于接收從所述表面反射的光以產生特征值的計算單元(26)。然后，該設備獲取從每次掃描期間的相同采樣時刻上的采樣點獲得的特征值。這使得可以根據到所述表面中心的距離來監(jiān)測拋光的進度。
文檔編號B24B37/013GK1849198SQ200480025849
公開日2006年10月18日 申請日期2004年6月16日 優(yōu)先權日2003年9月10日
發(fā)明者小林洋一, 三谷隆一郎 申請人:株式會社荏原制作所