特許 6880019 ＣＭＰモニタリングのための色画像化

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6880019

(24)【登録日】2021年5月7日

(45)【発行日】2021年6月2日

(54)【発明の名称】ＣＭＰモニタリングのための色画像化

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20210524BHJP

   H01L 21/66 20060101ALI20210524BHJP

   B24B 49/04 20060101ALI20210524BHJP

   B24B 49/05 20060101ALI20210524BHJP

   B24B 49/12 20060101ALI20210524BHJP

   B24B 37/013 20120101ALI20210524BHJP

   G06T 1/00 20060101ALI20210524BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/304 622S

   H01L21/66 J

   H01L21/66 P

   B24B49/04 Z

   B24B49/05

   B24B49/12

   B24B37/013

   G06T1/00 510

【請求項の数】10

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2018-524807(P2018-524807)

(86)(22)【出願日】2016年10月28日

(65)【公表番号】特表2019-502256(P2019-502256A)

(43)【公表日】2019年1月24日

(86)【国際出願番号】US2016059501

(87)【国際公開番号】WO2017087140

(87)【国際公開日】20170526

【審査請求日】2019年10月10日

(31)【優先権主張番号】14/942,777

(32)【優先日】2015年11月16日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】ベンヴェニュ， ドミニク ジェー．

(72)【発明者】

【氏名】トーレス， ロバート ディー．

(72)【発明者】

【氏名】スウェデク， ボグスロー エー．

(72)【発明者】

【氏名】ラビド， アブラハム

【審査官】 湯川 洋介

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−３１２０１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０１４４３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−００９２５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１４７４４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 登録実用新案第３０２５４８０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平１１−３３００２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１４８４４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０１６５２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１６５１２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１９４２６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｈ０１Ｌ ２１／４６３

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

Ｂ２４Ｂ ２１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を、該基板の被研磨表面が下向きに露出された状態で保持するための支持体、
前記基板の下方に研磨パッドを支持するためのプラテンを含む研磨ステーション、
前記研磨ステーション内において前記基板の前記被研磨表面を研磨する前又は研磨した後で前記基板を測定するインライン計測ステーションであって、
前記基板の下方に配されたカラーライン走査カメラであって、前記基板の走査中に前記基板の前記被研磨表面に平行な第１の軸に沿って配置され、且つ前記カラーライン走査カメラの視野が射影歪みなく前記基板の幅に及ぶように前記基板の幅にわたる検出器要素を有する、カラーライン走査カメラと、
前記基板の下方に配された細長い白色光源であって、前記第１の軸に平行な長手方向軸を有し、前記基板の走査中にゼロではない入射角において前記基板の前記被研磨表面に光を向けるように且つ前記基板の幅にわたる直線的な細長い領域を照らすように構成された、細長い白色光源と、
前記細長い白色光源と前記カラーライン走査カメラを前記基板の下方において支持するフレームと、
前記細長い白色光源と前記カラーライン走査カメラに前記基板全体を走査させるために前記第１の軸と垂直な第２の軸に沿って前記フレームと前記支持体との間の相対的な動きをもたらすモータと、を含むインライン計測ステーション、及び
前記カラーライン走査カメラから色データを受信し、前記色データから二次元色画像を生成し、前記二次元色画像に基づいて前記研磨ステーションにおける研磨を制御するように構成されたコントローラを備える、研磨システム。

【請求項2】

前記細長い白色光源と前記基板との間の光の経路内にディフューザーを備える、請求項１に記載の研磨システム。

【請求項3】

前記基板と前記カラーライン走査カメラとの間の光経路内に円偏光子を備える、請求項１または２に記載の研磨システム。

【請求項4】

前記フレームが固定されており、前記モータが、前記支持体を動かして前記基板を走査させるように構成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の研磨システム。

【請求項5】

前記モータが前記フレームに連結されており、前記基板が静止した状態で前記支持体に保持されている間に、前記モータが、前記フレームを動かして前記基板を走査させるように構成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の研磨システム。

【請求項6】

別の１つの研磨ステーション又は移送ステーションをさらに備え、
前記支持体が、前記研磨パッドに接触するように前記基板を保持し、かつ前記別の１つの研磨ステーション又は移送ステーションと前記研磨ステーションとの間で前記基板を移動させるためのキャリアヘッドを備え、
前記カラーライン走査カメラ、前記細長い白色光源および前記フレームが、前記基板の下方において、前記研磨ステーションと前記別の１つの研磨ステーション又は移送ステーションとの間に配置されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の研磨システム。

【請求項7】

前記別の１つの研磨ステーション又は移送ステーションと前記研磨ステーションとの間の、前記基板の移動経路が、前記第２の軸に沿った経路である、請求項６に記載の研磨システム。

【請求項8】

前記支持体が、移送ロボットを備え、前記インライン計測ステーションが、カセットインターフェースユニット内に配置されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の研磨システム。

【請求項9】

前記コントローラが、前記二次元色画像を色相・彩度・輝度色空間に変換し、前記色相・彩度・輝度色空間内の前記二次元色画像からの色相値及び彩度値をそれぞれの色相閾値及び彩度閾値と比較して閾値処理された画像を生成し、前記閾値処理された画像に基づいて前記研磨ステーションにおける研磨を制御するように構成されている、請求項１から８のいずれか一項に記載の研磨システム。

【請求項10】

前記コントローラが、前記閾値処理された画像内の画素がオンかオフかを判定することにおいて、前記色相・彩度・輝度色空間内の前記二次元色画像からの輝度値を閾値と比較しないように構成されている、請求項９に記載の研磨システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、例えば、基板上の層の厚さを検出するための光計測に関する。

【背景技術】

【0002】

集積回路は、通常、シリコンウエハ上に導電層、半導電層、又は絶縁層を連続的に堆積させることによって基板上に形成される。１つの製造ステップは、非平坦面上に充填層を堆積させること、及び、充填層を平坦化することを含む。特定の用途に対して、充填層は、パターン層の上面が露出するまで平坦化される。例えば、導電性充填層が、パターニング済み絶縁層上に堆積し、絶縁層内のトレンチ又は孔を充填することができる。平坦化後、高くなった絶縁層のパターン間に残っている金属層の部分が、基板上の薄膜回路間の導電経路になるビア、プラグ、及びラインを形成する。酸化物研磨といった他の用途では、充填層は、非平坦面上に所定の厚さが残るまで、平坦化される。加えて、基板表面の平坦化は、通常、フォトリソグラフィのために必要とされる。

【0003】

化学機械研磨（ＣＭＰ）は、認められた平坦化方法の１つである。この平坦化方法では、通常、基板がキャリア又は研磨ヘッドに取り付けられる必要がある。基板は、通常、露出面が回転研磨パッドに接触するようにして置かれる。キャリアヘッドが、基板に制御可能な荷重をかけ、基板を研磨パッドに押し付ける。通常、研磨用の研磨スラリが、研磨パッドの表面に供給される。

【0004】

スラリ分布、研磨パッド状態、研磨パッドと基板との間の相対速度、及び基板への荷重の各ばらつきが、材料除去速度のばらつきを生じさせる可能性がある。これらのばらつき、及び基板層の初期厚さのばらつきが、研磨終点に到達するのに必要な時間のばらつきを生じさせる。したがって、単に研磨時間の関数として研磨終点を決定することは、基板の磨き過ぎ又は磨き足らずにつながり得る。

【0005】

様々な光計測システム、例えば、分光学的なもの又は偏光解析的なものが、例えば、インライン（in-line）又はスタンドアローン（stand-alone）計測ステーションにおいて、研磨前及び研磨後の基板層の厚さを測定するために使用され得る。更に、光学的な又は渦電流のモニタリングなどの、様々なインシトゥ（その場）のモニタリング技術が、研磨終点を検出するために使用され得る。

【発明の概要】

【0006】

一態様では、研磨システムが、研磨パッドを支持するためのプラテンを含む研磨ステーション、基板を保持するための支持体、研磨ステーションにおいて基板の表面を研磨する前又は研磨した後の基板を測定するインライン計測ステーション、及びコントローラを含む。インライン計測ステーションは、基板の走査中に基板の表面に平行な第１の軸に沿って配置された検出器要素を有するカラーライン走査カメラ、第１の軸に平行な長手方向軸を有し且つ基板の走査中にゼロではない入射角において基板に光を向けるように構成された細長い白色光源、光源とカメラを支持するフレーム、及び光源とカメラに基板全体を走査させるために第１の軸とは垂直な第２の軸に沿ってフレームと支持体との間の相対的な動きをもたらすモータを含む。コントローラは、カメラから色データを受信し、その色データから二次元色画像を生成し、その色画像に基づいて研磨ステーションにおける研磨を制御するように構成されている。

【0007】

実施態様は、以下の特徴のうちの１以上を含み得る。光源と基板との間の光の経路内にディフューザーが配置され得る。ゼロではない角度が、５度と８５度との間である。基板とカメラとの間の光の経路内に円偏光子が配置され得る。

【0008】

モータは、フレームに連結されてもよく、コントローラは、モータが光源を伴ったフレームを動かしてライン走査カメラに基板全体を走査させる間に、基板を静止した状態で保持するように構成され得る。フレームは固定されていてもよく、モータは支持体に連結されていてもよく、コントローラは、光源とカメラが静止している一方でモータが支持体を動かして基板全体を走査するように構成され得る。支持体は、研磨パッドに接触するように基板を保持するためのキャリアヘッドを含んでもよく、インライン計測ステーションは、研磨ステーションと別の１つの研磨ステーション又は移送ステーションのうちの一方との間に配置されてもよい。支持体は、移送ロボットを含んでもよく、インライン計測ステーションは、カセットインターフェースユニット内に配置されてもよい。

【0009】

別の一態様では、研磨システムが、研磨パッドを支持するためのプラテンを含む研磨ステーション、基板を保持するための支持体、研磨ステーションにおいて基板の表面を研磨する前又は研磨した後の基板を測定するインライン計測ステーション、及びコントローラを含む。インライン計測ステーションは、基板の走査中に基板の表面に平行な第１の軸に沿って配置された検出器要素を有するカラーライン走査カメラ、白色光源、及び光源とライン走査カメラに基板全体を共に走査させるために第１の軸とは垂直な第２の軸に沿ってフレームと支持体との間の相対的な動きをもたらすモータを含む。コントローラは、カメラから色データを受信し、その色データから二次元色画像を生成し、その色画像を色相彩度輝度色空間へ変換し、その色相彩度輝度色空間内の色画像からの色相値及び彩度値をそれぞれの色相閾値及び彩度閾値と比較して、閾値処理された画像を生成するように構成されている。

【0010】

実施態様は、以下の特徴のうちの１以上を含み得る。コントローラは、閾値処理された画像内の画素がオンかオフかを判定することにおいて、色相彩度輝度色空間内の色画像からの輝度値を閾値と比較しないように構成され得る。コントローラは、色画像を解析してウエハアラインメント特徴（ウエア整列特徴）を見つけ、色画像を標準座標系に変換するように構成され得る。コントローラは、色画像を正規化するように構成され得る。コントローラは、画像にハイパス空間フィルタを適用するように構成され得る。コントローラは、閾値距離の範囲内で画素値を平均化することによって平滑化された画像を生成し、その平滑化された画像によって色画像を分割することによってフィルタリングされた画像を生成するように構成され得る。空間フィルタリングは、第１の軸に対応する画像軸に沿ってのみ実行され得る。

【0011】

コントローラは、色画像に画像マスクを適用するように構成され得る。コントローラは、閾値を満たすことができない色画像内の画素の数をカウントし、その画素の数を閾値と比較するように構成され得る。コントローラは、色画像内の基板上の各ダイ（die）に対する画素の数をカウントするように構成され得る。コントローラは、色画像内の基板全体に対する画素の数をカウントするように構成され得る。

【0012】

別の一態様では、コンピュータプログラム製品が、プロセッサに、基板の画像の色相彩度空間内のグラフをディスプレイ上で表示させ、クリックしてグラフ内の第１の位置から第２の位置へドラッグすることによってグラフの一部分を選択するユーザ入力を受け付けさせ、並びに、第１の位置と第２の位置に基づいて、上側色相限界、下側色相限界、上側彩度限界、及び下側彩度限界を生成させる指示命令がエンコードされた非一過性コンピュータ可読媒体を含む。

【0013】

実施態様は、以下の潜在的な利点のうちの１以上を含むことができる。基板層の厚さの基板全体にわたる変化が決定され、受け入れ不可能な変化が検出され得る。この情報は、フィードフォーワード又はフィードバックにおいて使用されて研磨パラメータを制御し、改良された厚さの不均一性を提供し得る。変化を決定するためのアルゴリズムは、単純であり、低い計算負荷を有し得る。受け入れ可能な色閾値を特定するためのユーザインターフェースは、直感的であり、この技術が、多くの種類の基板、例えば、種々のパターンに適合可能であることを許容する。

【0014】

１以上の実施態様の詳細が、添付図面及び以下の説明において明記される。その他の態様、特徴、及び利点は、これらの説明及び図面から、並びに特許請求の範囲から、明白になろう。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】インライン光測定システムの一実施例の図を示す。

【図2】受け入れ可能な変化を検出する方法のためのフローチャートである。

【図3】赤、緑、及び青の色チャネルにおける基板の例示的な画像を示す。

【図4】色相、彩度、及び輝度の色チャネルにおける基板の例示的な画像を示す。

【図5】平滑化されていない画像とフィルタリングされた画像に対する画素位置の関数としての強度（intensity）の例示的なグラフを示す。

【図6】基板の概略的な上面図である。

【図7】マスクの概略図である。

【図8】ユーザが色相彩度空間内の領域を選択することを可能にするグラフィカルユーザインターフェースを示す。

【発明を実施するための形態】

【0016】

様々な図面における類似の参照符号は、類似した要素を指し示している。

【0017】

基板上の層の厚さは、例えば、インライン又はスタンドアローン計測ステーションにおいて、研磨の前又は後で光学的に測定され得る。しかし、分光解析などの一部の光学技術は、高価な分光器及びスペクトルデータの計算上の負荷が大きい操作を必要とする。計算上の負荷は考えないとしても、ある状況では、そのアルゴリズムの結果が、ユーザの常に増加している精度要件を満たさない。しかし、別の計測技術は、基板の色画像を取得し、色空間においてその画像を解析して、受け入れ可能な厚さを有する領域を決定する。

【0018】

図１を参照すると、研磨装置１００は、（インシーケンスとも称される）インライン光計測システム１６０、例えば、色画像化システムを含む。

【0019】

研磨装置１００は、各々が基板１０を担持するように構成された１以上のキャリアヘッド１２６、１以上の研磨ステーション１０６、及びキャリアヘッドへ基板を積み込みキャリアヘッドから基板を積み出すための移送ステーションを含む。各研磨ステーション１０６は、プラテン１２０上で支持された研磨パッド１３０を含む。研磨パッド１３０は、外側研磨層、及び、より軟性のバッキング層を有する、二層研磨パッドであってよい。

【0020】

キャリアヘッド１２６は、支持体１２８から吊るされていてもよく、研磨ステーションの間で移動可能である。ある実施態様では、支持体１２８が、オーバーヘッドトラックであり、キャリアヘッド１２６が、トラックに取り付けられたキャリッジ１０８に連結されている。オーバーヘッドトラック１２８は、各キャリッジ１０８が、研磨ステーション１０６と移送ステーションの上方に選択的に配置されることを可能にする。代替的に、ある実施態様では、支持体１２８が、回転可能カルーセルであり、カルーセルの回転は、円形経路に沿って同時にキャリアヘッド１２６を動かす。

【0021】

研磨装置１００の各研磨ステーション１０６は、例えば、アーム１３４の端においてポートを含み、研磨パッド１３０上に研磨スラリなどの研磨液体１３６を分配することができる。研磨装置１００の各研磨ステーション１０６は、研磨パッド１３０を摩耗させて研磨パッド１３０を一貫した研磨状態に維持するためのパッド調整装置も含み得る。

【0022】

各キャリアヘッド１２６は、基板１０を研磨パッド１３０に接触させるように保持するように操作可能である。各キャリアヘッド１２６は、各それぞれの基板に関連付けられた研磨パラメータ、例えば、圧力を、個別制御することができる。特に、各キャリアヘッド１２６は、基板１０をフレキシブル膜１４４の下に保持する保持リング１４２を含むことができる。各キャリアヘッド１２６は、膜によって画定された、個別制御可能で加圧可能な複数のチャンバ（例えば、３つのチャンバ１４６ａ〜１４６ｃ）も含み、これらのチャンバは、フレキシブル膜１４４上の関連付けられた区域に、したがって、基板１０上に、個別に制御可能な圧力を加えることができる。説明を簡略化するために、図１には３個のチャンバのみを図示したが、１個若しくは２個のチャンバ、又は４個若しくはそれより多いチャンバ、例えば、５個のチャンバがあってもよい。

【0023】

各キャリアヘッド１２６は、支持体１２８から吊るされ、駆動シャフト１５４によってキャリアヘッド回転モータ１５６に連結され、それによって、キャリアヘッドは軸１２７の周りで回転することができる。任意選択的に、各キャリアヘッド１２６は、例えば、キャリッジ１０８をトラック１２８上で駆動させることによって、又はカルーセルそれ自体の回転振動によって、横方向に振動し得る。動作中、プラテンは、その中心軸１２１の周りで回転し、各キャリアヘッドは、その中心軸１２７の周りで回転し、研磨パッドの上面を横切って横方向に移動する。横方向の掃引は、研磨表面２１２に平行な方向にある。横方向の掃引は、直線的な又は弓状の動きであり得る。

【0024】

プログラム可能コンピュータなどのコントローラ１９０が、プラテン１２０とキャリアヘッド１２６の回転速度を個別制御するために各モータに接続されている。例えば、各モータは、関連付けられた駆動シャフトの角度位置又は回転速度を測定するエンコーダを含むことができる。同様に、コントローラ１９０は、カルーセルが各キャリアヘッド１２６の横方向の動きを個別制御するために、各キャリッジ１０８及び／又は回転モータ内のアクチュエータに接続されている。例えば、各アクチュエータは、トラック１２８に沿ってキャリッジ１０８の位置を測定するリニアエンコーダを含むことができる。

【0025】

コントローラ１９０は、中央処理装置（ＣＰＵ）１９２、メモリ１９４、及びサポート回路１９６、例えば、入力／出力回路、電源、クロック回路、キャッシュなどを含むことができる。メモリは、ＣＰＵ１９２に接続される。メモリは、非一過性の計算可能可読媒体であり、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスク、又は他の形態のデジタルストレージなどの、１以上の容易に利用可能なメモリであり得る。加えて、単一のコンピュータとして図示されているけれども、コントローラ１９０は、例えば、複数の独立して動作するプロセッサ及びメモリを含む分散システムであってもよい。

【0026】

インライン光計測システム１６０は、研磨装置１００の範囲内に配置されるが、研磨動作中に測定を実行しない。むしろ測定値は、研磨動作と研磨動作の間に、例えば、基板が１つの研磨ステーションから別の１つの研磨ステーションへ、基板が１つの移送ステーションから別の１つの移送ステーションへ移動している間に収集される。

【0027】

インライン光計測システム１６０は、研磨ステーション１０６のうちの２つの間、例えば、２つのプラテン１２０の間の位置において支持されたセンサアセンブリ１６１を含む。特に、支持体１２８によって支持されたキャリアヘッド１２６が、センサアセンブリ１６１の上方に基板１０を配置することができるような位置に、センサアセンブリ１６１は位置付けられる。

【0028】

研磨装置１００が、３つの研磨ステーションを含み、基板を連続的に第１の研磨ステーションから第２の研磨ステーションへ第３の研磨ステーションへ搬送する実施態様では、１以上のセンサアセンブリ１６１が、移送ステーションと第１の研磨ステーションとの間、第１と第２の研磨ステーションの間、第２と第３の研磨ステーションの間、及び／又は第３の研磨ステーションと移送ステーションとの間に配置され得る。

【0029】

センサアセンブリ１６１は、光源１６２、光検出器１６４、及びコントローラ１９０と光源１６２と光検出器１６４との間で信号を送信及び受信するための回路１６６を含むことができる。

【0030】

光源１６２は、白色光を放射するように操作可能であり得る。ある実施態様では、放射される白色光が、２００〜８００ナノメートルの波長を有する光を含む。適切な光源は、白色光発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイ、又はキセノンランプ若しくはキセノン水銀ランプである。光源１６２は、ゼロではない入射角度αで基板１０の露出された表面上へ光１６８を向けるように方向付けられている。入射角度αは、例えば、約３０度から７５度、例えば、５０度であり得る。

【0031】

光源は、基板１０の幅にわたる実質的に直線的な細長い領域を照らすことができる。光源１６２は、光源から細長い領域の中へ光を発散するために、光学素子、例えば、ビーム拡大器を含むことができる。代替的に又は追加的に、光源１６２は、光源の直線的なアレイを含むことができる。光源１６２それ自体、及び、基板上で照らされる領域は、細長くされ且つ基板の表面に平行な長手方向軸を有することができる。

【0032】

光が基板１０に到達する前に光を拡散するために、ディフューザー１７０が光１６８の経路内に配置されてもよく、又は、光源１６２がディフューザーを含んでもよい。

【0033】

検出器１６４は、光源１６２からの光に敏感なカラーカメラである。カメラは、検出器要素のアレイを含む。例えば、カメラはＣＣＤアレイを含むことができる。ある実施態様では、アレイが検出器要素の単一の列である。例えば、カメラはライン走査カメラであってもよい。検出器要素の列は、光源１６２によって照らされる細長い領域の長手方向軸と平行に延在し得る。光源１６２は、発光要素の列を含み、検出器要素の列は、光源１６２の長手方向軸に平行な第１の軸に沿って延在し得る。検出器要素の列は、１０２４個以上の要素を含むことができる。

【0034】

カメラ１６４は、基板の視野を検出器要素１７８のアレイ上に投影するために、適切な焦点調節光学素子１７２を伴って構成される。その視野は、基板１０の全体幅を見るのに十分長く、例えば、１５０から３００ｍｍの長さであり得る。関連付けられた光学素子１７２を含むカメラ１６４は、約０．５ｍｍ以下の長さを有する領域に個別の画素が対応するように構成され得る。例えば、視野が約２００ｍｍの長さであり、検出器１６４が１０２４個の要素を含むと想定すると、ライン走査カメラによって生成される画像は、約０．５ｍｍの長さを有する画素を有し得る。画像の長さ解像度を決定するために、視野（ＦＯＶ）の長さは、その上にＦＯＶが（長さ解像度で到達するように）撮像されるところの画素の数によって分割され得る。

【0035】

カメラ１６４は、画素の幅が画素の長さに相当するようにも構成され得る。例えば、ライン走査カメラの利点は、その非常に速いフレーム速度である。フレーム速度は、少なくとも５ｋＨｚであり得る。撮像されるエリアが基板１０全体にわたり走査する際に、画素の幅が、画素の長さ、例えば、約０．３ｍｍ以下に相当するような周波数に、フレーム速度が設定され得る。

【0036】

光源１６２と光検出器１６４は、ステージ１８０上で支持され得る。光検出器１６４がライン走査カメラである場合に、光源１６２とカメラ１６４は、基板１０に対して移動可能である。それによって、撮像されるエリアは、基板の長さ全体にわたり走査することができる。特に、その相対運動は、基板１０の表面に平行な方向であり且つライン走査カメラ１６４の検出器要素の列に垂直であり得る。

【0037】

ある実施態様では、ステージ１８０が静止しており、例えば、キャリッジ１０８の動きによるか又はカルーセルの回転振動によるかの何れかで、キャリアヘッド１２６が移動する。ある実施態様では、キャリアヘッドが画像取得のために静止している間に、ステージ１８０が移動可能である。例えば、ステージ１８０は、リニアアクチュエータ１８２によってレール１８４に沿って移動可能であり得る。何れの場合でも、これは、走査されているエリアが基板１０全体にわたり移動する際に、光源１６２とカメラ１６４が互いに対して固定された位置にとどまることを可能にする。

【0038】

基板全体にわたり共に移動するライン走査カメラと光源を有することの潜在的な利点は、例えば、従来の二次元カメラと比較したときに、光源とカメラとの間の相対的な角度が、ウエハ全体にわたる種々の位置に対して一定のままであるということである。結局、見る角度における変化によってもたらされる不自然さ（artefact）が、低減され又は消去され得る。更に、ライン走査カメラは、射影歪を消去することができる。一方、従来の二次元カメラは、特有の射影歪を示し、それは、画像変換によって修正されることが必要である。

【0039】

センサアセンブリ１６１は、基板１０と光源１６２及び検出器１６４との間の垂直方向距離を調整する機構を含み得る。例えば、センサアセンブリ１６１は、ステージ１８０の垂直方向位置を調整するためのアクチュエータを有することができる。

【0040】

任意選択的に、偏光フィルタ１７４が、例えば、基板１０と検出器１６４との間の光の経路内に配置され得る。偏光フィルタ１８４は、円偏光子（ＣＰＬ）であり得る。典型的なＣＰＬは、リニア偏光子と四分の一波長板（quarter wave plate）との組み合わせであり得る。偏光フィルタ１８４の偏光軸の適正な方向付けは、画像内のもや（haze）を低減させることができ、所望の視覚特性を鋭くし又は高めることができる。

【0041】

基板上の最も外側の層が、半透明層、例えば、誘電体層であると想定するならば、検出器１６４において検出された光の色は、例えば、基板表面の組成、基板表面の滑らかさ、及び／又は基板上の１以上の層（例えば、誘電体層）の異なるインターフェースから反射した光の間の干渉の量に応じる。

【0042】

上述したように、光源１６２と光検出器１６４は、それらの動作を制御しそれらの信号を受信するために操作可能な計算デバイス、例えば、コントローラ１９０に接続され得る。

【0043】

図２を参照すると、コントローラは、光検出器１６４からの個別の画像ラインを、二次元色画像へとまとめる（ステップ２００）。カメラ１６４は、赤、青、及び緑の各々のための個別の検出器要素を含むことができる。二次元色画像は、赤、青、及び緑の色チャネルの各々に対する単色性の画像２０４、２０６、２０８を含むことができる（図３参照）。

【0044】

コントローラは、各色チャネル内の画像の強度（intensity）値に対するオフセット及び／又はゲイン調整を適用することができる（ステップ２１０）。各色チャネルは、異なるオフセット及び／又はゲインを有することができる。

【0045】

任意選択的に、画像は正規化され得る（ステップ２１５）。例えば、測定された画像と標準的な予め規定された画像との間の差異が計算され得る。例えば、コントローラは、赤、緑、及び青の色チャネルに対する背景画像を記憶することができ、背景画像は、各色チャネルに対して測定された画像から差し引かれ得る。代替的に、測定された画像は、標準的な予め規定された画像によって分割され得る。

【0046】

その画像は、赤緑青（ＲＧＢ）色空間から色相彩度輝度（ＨＳＬ）色空間へ変換され得る（ステップ２２０）。その変換は、ＲＧＢ色空間内のゲイン調整の後で行われ得る。８ビット（０から２５５）ＲＧＢ色空間からＨＳＬ色空間への例示的な変換は、以下のようなものである。すなわち、

【0047】

これは、色相、彩度、及び輝度チャネルの各々に対するスカラー画像２２４、２２６、２２８を提供する（図４参照）。

【0048】

その画像は、低周波数空間変動を除去するためにフィルタリングされ得る（ステップ２３０）。ある実施態様では、低周波数空間変動を除去するために輝度チャネルのみがフィルタリングされ、すなわち、色相チャネルと彩度チャネルはフィルタリングされない。ある実施態様では、輝度チャネルが、フィルタを生成するために使用される。その後、フィルタは、赤、緑、及び青の画像に適用され、結果としての画像は、ＨＳＬ色空間へと戻すように変換される。

【0049】

フィルタリングの幾つかの実施態様では、平滑化フィルタが輝度チャネル内の画像に適用されて、平滑化された輝度画像を生成するために、例えば、２０画素のスパンにわたって平均化される。ある実施態様では、輝度チャネル内の画像が、平滑化された輝度画像によって分割されて、フィルタリングされた画像を生成し、色相チャネルと彩度チャネルは、空間的フィルタリングの部分として修正されない。ある他の実施態様では、各色チャネル内の画像、すなわち、赤、緑、及び青チャネルの各々が、平滑化された輝度画像によって分割される。フィルタリングされた赤、緑、青の画像を有する、結果としてのフィルタリングされた画像は、その後、ＨＳＬ色空間へと戻すように変換されて、輝度、色相、及び彩度画像を生成する。これは、照度（illumination）における変化の原因となり得る低周波数が除去された画像を生成することができるが、画像データにおける高周波数空間変動は維持される。例えば、図５は、ライン２５２によって示される平滑化されていない画像とライン２５４によって示されるフィルタリングされた画像との両方に対して、輝度チャネルにおける第１の軸に沿った画素位置の関数としての強度（intensity）の例示的なグラフである。

【0050】

ある実施態様では、平滑化が第１の軸に沿ってのみ実行される。例えば、移動の方向１８６に沿った画素の輝度値は、第１の軸に沿った位置のみの関数である平均輝度を提供するために共に平均化され得る。その後、画像の画素の各列は、第１の軸に沿った位置の関数である平均輝度値の対応する部分によって分割され得る。

【0051】

コントローラは、ウエハの方向付け特徴１６、例えば、基板１０上のウエハ切欠き又はウエハ平面を位置付けるために、画像を解析する画像処理技術を使用することができる（図６参照）（ステップ２４０）。画像処理技術は、基板１０の中心１８を位置付けるためにも使用され得る（図６参照）。

【0052】

このデータに基づいて、画像は、標準的な画像座標フレームへ変換され、例えば、拡大縮小され且つ／又は回転され且つ／又は並進移動される（ステップ２５０）。例えば、ウエハの中心が画像の中心点にあるように画像が並進移動されてもよく、且つ／若しくは、基板の端部が画像の端部にあるように画像が拡大縮小されてもよく、且つ又は、画像のｘ軸とウエハの中心及びウエハの方向付け特徴をつなぐ径方向セグメントとの間に０度の角度が存在するように、画像が回転されてもよい。

【0053】

任意選択的に、画像マスクは、画像データの部分を隠すために適用することができる（ステップ２６０）。例えば、図６を参照すると、典型的な基板１０は、複数のダイ１２を含む。スクライブライン１４が、ダイ１２を分離し得る。ある用途に対しては、ダイに対応する画像データのみを処理することが有用であり得る。この場合では、図７を参照すると、画像マスクが、コントローラによって記憶され得る。画像マスクは、空間位置においてダイ１２に対応するマスクされていない領域２２とスクライブライン１４に対応するマスクされた領域２４を伴っている。マスクされた領域２４に対応する画像データは、処理されないか又は閾値処理のステップの間に使用されない。代替的に、マスクされていない領域がスクライブラインに対応するように、マスクされた領域２４がダイに対応してもよく、又はマスクされていない領域が各ダイの一部分のみであり得る。ここで、各ダイの残りはマスクされている。

【0054】

この段階における色相データと彩度データは、フィードフォーワード又はフィードバックアルゴリズムの使用において使用されて研磨パラメータを制御し、改良された厚さの不均一性を提供し得る。例えば、各画素に対する色相及び彩度は、ターゲット色相及び彩度と比較して、エラー信号画像を生成することができ、このエラー信号画像は、フィードフォーワード又はフィードバック制御のために使用され得る。

【0055】

次に、その画像は、閾値処理のプロセスを経ることとなる（ステップ２７０）。特に、閾値処理のプロセスは、色相と彩度の色チャネルの両方に対して実行され得る。ある実施態様では、閾値処理が、輝度チャネルに対して実行されない。

【0056】

例えば、コントローラ１９０は、色相チャネルに対する上側色相限界ＵＨＬと下側色相限界ＬＨＬを記憶し、彩度チャネルに対する上側彩度限界ＵＳＬと下側彩度限界ＬＳＬを記憶することができる。各画素に対して、画素の色相値Ｈは、上側色相限界ＵＨＬと下側色相限界ＬＨＬと比較され、画素の彩度値Ｓは、上側彩度限界ＵＳＬと下側彩度限界ＬＳＬと比較される。色相値と彩度値が、両方とも限界の範囲内にあるならば、画素は、閾値を「満たした」とマークされ、例えば、１の値が割り当てられる。色相値又は彩度値の何れかが、限界の外側にあるならば、画素は、閾値を「満たさない」とマークされ、例えば、０の値が割り当てられる。簡潔に言うと、閾値画像Ｔ（ｘ、ｙ）は以下のように計算され得る。すなわち、
ＬＨＬ≦Ｈ（ｘ、ｙ）≦ＵＨＬ且つＬＳＬ≦Ｓ（ｘ、ｙ）≦ＵＳＬならば、Ｔ（ｘ、ｙ）＝１であり、それ以外は、Ｔ（ｘ、ｙ）＝０である。

【0057】

ある実施態様では、閾値画像を決定するために画素の輝度値が閾値と比較されない。

【0058】

色相彩度色空間において閾値処理を実行することの利点は、色相彩度色空間における空間変動が、光源又は他の環境要因における変化によるものであるよりはむしろ、概して基板のスタック（積層）特性における変化、例えば、スタック内の１以上の層内の厚さにおける変動（ばらつき）によるものであるということである。結局、この空間における閾値処理は、輝度又はＲＧＢ色空間を使用するよりもむしろ、基板が厚さ仕様を満たすかを検出するための高められた信頼性を提供することができる。

【0059】

色相彩度空間における閾値を設定するためのユーザインターフェースは、図８において示されている。ユーザインターフェース３００は、色相彩度色空間におけるテスト基板のヒストグラム３０２を表示している。例えば、システム１００は、要求された厚さ仕様を満たすと、従来の計測システム、例えば、表面形状測定装置を用いて決定されたテスト基板の色画像を生成するために使用することができる。所与の色相と彩度の組み合わせを有する画像内の画素の数が、色相彩度色空間のヒストグラムを生成するためにカウントされる。表示されたときに、ヒストグラム３０２内の各座標は、カウントされた画素の数を用いて増減する強度（intensity）を有し得る。結果として、ヒストグラム３０２は、異なる強度（intensity）の領域を有し得る。例えば、領域３０４よりも高い強度（intensity）を有する領域３０６は、領域３０４内の色相と彩度の所与の組み合わせよりも多くの画像内の画素が、領域３０６内において色相と彩度の特定の組み合わせを有することを示している。

【0060】

ユーザインターフェース３００は、ヒストグラム３０２上にオーバーレイされたカーソル３１０を表示することもできる。カーソル３１０の位置は、入力デバイス、例えば、マウス又はタッチセンサー式スクリーンを使用して調整できる。ヒストグラム３０２内で、（矢印３１６によって示されるように）クリックして第１の位置３１２から第２の位置３１４までドラッグすることによって、選択ボックス３２０が画定され得る。選択ボックス３２０の境界は、したがって、閾値に対する上側と下側限界を画定する。

【0061】

例えば、色相がｙ軸上で示され彩度がｘ軸上で示されている図８のヒストグラムに対して、上側色相限界ＵＨＬは第１と第２の位置のうちのより大きいｙの値であり、下側色相限界ＬＨＬは第１の第２の位置のうちのより小さいｙの値であり、上側彩度限界ＵＳＬは第１と第２の位置のうちのより大きいｘの値であり、下側彩度限界ＬＳＬは第１と第２の位置のより小さいｘの値である。無論、ｘとｙの値は、色相がｘ軸上で示され彩度がｙ軸上で示されていれば、逆になり得る。

【0062】

次に、基板の各領域、例えば、各ダイに対して、又は全体の画像に対して、均一性解析が実行され得る（ステップ２８０）。例えば、各ダイに対して、ダイの範囲内の「満たさない」画素の総数が計算され得る。この総数は、ダイが受け入れ可能であるか否かを判定するために閾値と比較され得る。例えば、その総数が閾値未満ならば、そのダイは受け入れ可能であるとマークされる。これは、各ダイに対して満たす／満たさないの表示を与える。

【0063】

別の一実施例として、基板のマスクされていない領域の範囲内の「満たさない」画素の総数が計算され得る。この総数は、基板が受け入れ可能であるか否かを判定するために閾値と比較され得る。例えば、その総数が閾値未満ならば、その基板は受け入れ可能であるとマークされる。その閾値は、ユーザによって設定され得る。これは、基板に対して満たす／満たさないの表示を与える。

【0064】

ダイ又はウエハが「満たさない」と判定された場合に、コントローラ１９０は、警報を生成し又は研磨システム１００に修正動作を採らせることができる。例えば、音響又は視覚的警報が生成されてもよく、又は特定のダイが使用可能でないことを示すデータファイルが生成されてもよい。別の一実施例として、基板は、再作業のために送り戻され得る。

【0065】

画素が典型的には１０２４個以上の強度（intensity）値によって表される、分光学的な処理とは対照的に、色画像において、画素は（色相、彩度、及び輝度に対する）３つの強度（intensity）値のみによって表され得る。結局、色画像を処理するための計算上の負荷は、多大に軽減される。

【0066】

概して、ＣＭＰ装置の１以上の動作パラメータを制御するためにデータが使用され得る。動作パラメータは、例えば、プラテンの回転速度、基板の回転速度、基板の研磨経路、プレート全体にわたる基板の速度、基板上にかけられる圧力、スラリの組成、スラリの流量、及び基板表面における温度を含む。動作パラメータは、リアルタイムで制御され、更なる人間の介入を必要とせずに自動で調整され得る。

【0067】

本明細書で使用される際に、基板という用語は、例えば、（例えば、複数のメモリまたはプロセッサダイを含む）製品基板、テスト基板、ベア基板、及びゲーティング基板を含み得る。基板は、集積回路の製造の様々な段階のものであってよく、例えば、基板はベアウエハであってよく、又は基板は１以上の堆積層及び／若しくはパターン層を含むことができる。基板という用語は、円板及び矩形薄板を含むことができる。

【0068】

しかし、上述された色画像処理技術は、三次元の垂直ＮＡＮＤ（ＶＮＡＮＤ）フラッシュメモリの文脈において特に有用であり得る。特に、ＶＮＡＮＤの製造において使用される層スタックは複雑なので、現在の計測方法（例えば、Ｎｏｖａスペクトル解析）は、不適切な厚さの領域を検出することにおいて十分な信頼性を伴って実行することができない場合がある。対照的に、色画像処理技術は、この用途において優れた信頼性を有することができる。

【0069】

本発明の実施形態及び本明細書に記載されている機能的な操作の全ては、本明細書に開示されている構造的な手段、及び、構造的な均等物、或いはこれらの組み合わせを含む、デジタル電子回路、又はコンピュータソフトウェア、ファームウェア、ハードウェアに実装可能である。本発明の実施形態を１以上のコンピュータプログラム製品、すなわち、データ処理装置、例えばプログラマブルプロセッサ、コンピュータ、又は複数のプロセッサ若しくはコンピュータによって実行される、又はこれらの作業を制御するための非一過性の機械可読記憶媒体内で有形に具現化された１以上のコンピュータプログラムとして実装可能である。

【0070】

相対的な配置という用語は、システムの構成要素を互いに対して配置することを意味するために使用されている。それは、必ずしも重力に関するものではない。研磨表面と研磨基板は、垂直配向又は何らかの他の配向において保持され得ることが理解されるべきである。

【0071】

幾つかの実施態様が説明されてきた。これにも関わらず、様々な修正が行われ得ることは理解すべきである。例えば、
・ライン走査カメラよりもむしろ、全体の基板を撮像するカメラが使用され得る。この場合に、基板に対するカメラの動きは必要ではない。
・カメラは、基板の全体の幅未満をカバーすることができる。この場合に、カメラは、２つの垂直な方向において動きを経験することが必要であり、例えば、全体の基板を走査するためにＸＹステージ上で支持され得る。
・光源は、全体の基板を照らすことができる。この場合に、光源は、基板に対して動く必要がない。
・光検出器は、カラーカメラであるよりもむしろ分光光度計であってよく、その後、スペクトルデータは、ＨＳＬ色空間に単純化され得る。
・センサアセンブリは、研磨ステーションと研磨ステーションとの間又は研磨ステーションと移送ステーションとの間に配置されるインラインシステムを必要としない。例えば、センサアセンブリは、移送ステーションの範囲内に配置されてもよく、カセットインターフェースユニット内に配置されてもよく、又はスタンドアローンシステムであってもよい。
・均一性解析ステップは、任意選択的である。例えば、閾値変換を適用することによって生成された画像は、フィードフォーワードプロセスの中へ供給されて基板のための後処理ステップを調整するか、又はフィードバックプロセスの中へ供給されて後続基板のための処理ステップを調整することができる。

【0072】

したがって、他の実施態様も特許請求の範囲内にある。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】