特許 7565266 輝度ヒストグラムを用いた残留物検知

(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】

(24)【登録日】2024-10-02

(45)【発行日】2024-10-10

(54)【発明の名称】輝度ヒストグラムを用いた残留物検知

(51)【国際特許分類】

   B24B 37/013 20120101AFI20241003BHJP

   B24B 37/10 20120101ALI20241003BHJP

   B24B 49/12 20060101ALI20241003BHJP

   G01N 21/27 20060101ALI20241003BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20241003BHJP

   H01L 21/66 20060101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

B24B37/013

B24B37/10

B24B49/12

G01N21/27 A

H01L21/304 622S

H01L21/66 J

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2021521499

(86)(22)【出願日】2019-10-21

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-14

(86)【国際出願番号】 US2019057214

(87)【国際公開番号】W WO2020086463

(87)【国際公開日】2020-04-30

【審査請求日】2022-10-17

(31)【優先権主張番号】62/749,094

(32)【優先日】2018-10-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】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

【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(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】モオタメディ， ノジャン

【審査官】山内 康明

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第０７３６２４４８（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１４０５２５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１９－５０２２５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１１０１７７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２４Ｂ ３７／０１３

Ｂ２４Ｂ ３７／１０

Ｂ２４Ｂ ４９／１２

Ｇ０１Ｎ ２１／２７

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

研磨後の基板が、許容量を超える残留物が存在しない状態まで研磨されているかどうかを判定する方法であって、
検出器によって、前記研磨後の基板の画像を取得することと、
検出器および／またはコントローラによって、前記画像について輝度平面の各ピクセルの強度値を取得することと、
コントローラによって、前記輝度平面の前記各ピクセルの強度値から、強度ヒストグラムを生成することと、
コントローラによって、前記強度ヒストグラムを解析して、前記強度ヒストグラムが、前記研磨後の基板上に前記許容量を超える残留物が存在しないことを示す基準を満たすかどうかを判定することであって、前記基準は、
－閾値を下回る強度値を有するピクセルの数が、指定された最大数以下であること、
－閾値を下回る強度値を有するピクセルの割合が、指定された最大割合以下であること、
－前記強度ヒストグラムにおいて、閾値より下にピークが存在しないこと、
－前記強度ヒストグラムにおいて、閾値より下に存在するピークの幅が、最大許容値以下であること、
－前記強度ヒストグラムにおいて、閾値より下に存在するピークの高さが、最大許容値以下であること、または
－前記強度ヒストグラムにおいて、閾値より下に存在するピークの非対称度が、最大許容値以下であること
のいずれかである、判定すること
を含む方法。

【請求項2】

前記画像を取得することは、３つの色平面を有する原画像を取得することを含み、前記輝度平面についての前記各ピクセルの強度値を取得することは、前記色平面における値に基づいて、前記輝度平面についての前記各ピクセルの強度値を計算することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記輝度平面についての前記各ピクセルの強度値を計算することは、前記原画像を、ＲＧＢ色空間から色相－彩度－輝度色空間へと変換することを含む、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記強度ヒストグラムが前記基準を満たさないと判定したことに応じて、コントローラによって、前記基板上の残留物の存在を示す信号を生成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記基板が、第１の誘電体層を含み、第１の誘電体層が、パターニングされた第２の誘電体層の上に配置されており、前記第１の誘電体層が研磨により除去されるべきであった個所において除去されなかった前記第１の誘電体層の材料が、前記残留物を構成する、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記第１の誘電体層が、低誘電率（ｌｏｗ－κ）材料であり、前記第２の誘電体層がＳｉＮである、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

非一過性のコンピュータ可読媒体において有形に具現化されるコンピュータプログラム製品であって、命令を含み、
前記命令は、１つ以上のプロセッサに、
研磨後の基板の画像を受信することと、
前記画像について輝度平面の各ピクセルの強度値を取得することと、
前記輝度平面の前記各ピクセルの強度値から強度ヒストグラムを生成することと、
前記強度ヒストグラムを解析して、前記強度ヒストグラムが、前記研磨後の基板上に許容量を超える残留物が存在しないことを示す基準を満たすかどうかを判定することであって、前記基準は、
－閾値を下回る強度値を有するピクセルの数が、指定された最大数以下であること、
－閾値を下回る強度値を有するピクセルの割合が、指定された最大割合以下であること、
－前記強度ヒストグラムにおいて、閾値より下にピークが存在しないこと、
－前記強度ヒストグラムにおいて、閾値より下に存在するピークの幅が、最大許容値以下であること、
－前記強度ヒストグラムにおいて、閾値より下に存在するピークの高さが、最大許容値以下であること、または
－前記強度ヒストグラムにおいて、閾値より下に存在するピークの非対称度が、最大許容値以下であること
のいずれかである、判定すること
を行わせる、コンピュータプログラム製品。

【請求項8】

前記各ピクセルの強度値を取得するための前記命令が、前記画像からの３つの色平面における値に基づいて前記輝度平面の前記各ピクセルの強度値を計算するための命令を含む、請求項７に記載のコンピュータプログラム製品。

【請求項9】

前記輝度平面の前記各ピクセルの強度値を計算するための前記命令が、前記画像を、ＲＧＢ色空間から色相－彩度－輝度色空間へと変換するための命令を含む、請求項８に記載のコンピュータプログラム製品。

【請求項10】

前記強度ヒストグラムが前記基準を満たさない場合に、プロセッサに、前記基板上の残留物の存在を示す信号を生成することを行わせるための命令をさらに含む、請求項７に記載のコンピュータプログラム製品。

【請求項11】

研磨後の基板が、許容量を超える残留物が存在しない状態まで研磨されているかどうかを判定するためのシステムであって、
集積回路製造のための前記研磨後の基板を保持するための支持体と、
前記研磨後の基板の少なくとも一部の画像を撮像するための光学アセンブリと、
コントローラであって、
前記光学アセンブリから前記画像を受信し、
前記画像について輝度平面の各ピクセルの強度値を取得し、
前記輝度平面の前記各ピクセルの強度値から強度ヒストグラムを生成し、及び、
前記強度ヒストグラムを解析して、前記強度ヒストグラムが、前記研磨後の基板上に前記許容量を超える残留物が存在しないことを示す基準を満たすかどうかを判定する
よう構成されたコントローラと、
を含み、
前記基準は、
－閾値を下回る強度値を有するピクセルの数が、指定された最大数以下であること、
－閾値を下回る強度値を有するピクセルの割合が、指定された最大割合以下であること、
－前記強度ヒストグラムにおいて、閾値より下にピークが存在しないこと、
－前記強度ヒストグラムにおいて、閾値より下に存在するピークの幅が、最大許容値以下であること、
－前記強度ヒストグラムにおいて、閾値より下に存在するピークの高さが、最大許容値以下であること、または
－前記強度ヒストグラムにおいて、閾値より下に存在するピークの非対称度が、最大許容値以下であること
のいずれかである、システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、基板上の残留物の検出などのための光計測に関する。

【背景技術】

【0002】

集積回路は、典型的に、シリコンウェハ上に導電層、半導電層、又は絶縁層を順次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、非平面的な表面の上に充填層を堆積させ、この充填層を平坦化することを含む。特定の用途について、充填層は、パターニングされた層の上面が露出するまで平坦化される。例えば、導電性の充填層をパターニング済み絶縁層上に堆積させ、絶縁層内のトレンチ又は孔を充填することが可能である。平坦化の後で、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となるビア、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、所定の厚さを非平面的な表面上に残して、平坦化される。さらに、基板表面の平坦化が、フォトリソグラフィのために通常必要とされる。

【0003】

化学機械研磨（ＣＭＰ：ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）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、典型的に、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。基板の露出表面が、典型的に、回転する研磨パッドに当たるように配置される。キャリアヘッドが、制御可能な荷重を基板にかけて、基板を研磨パッドに押し付ける。研磨用研磨スラリが、典型的に、研磨パッドの表面に供給される。

【0004】

スラリの分配、研磨パッドの状態、研磨パッドと基板との間の相対速度、及び、基板への荷重における変動により、材料除去速度の変動が生じうる。これらの変動、及び、基板層の初期の厚さの変動によって、研磨終点に到達するのに必要な時間にばらつきが生じる。従って、単に研磨時間の関数として研磨終点を決定すると、基板の過剰研磨、又は研磨不足が引き起こされる可能性がある。例えば、研磨不足の基板には、残留物の層、すなわち充填層の一部がウェハ上に残っている可能性がある。

【0005】

様々な光計測システム、例えば、分光学的又は偏光解析的なシステムを利用して、例えば、インライン又はスタンドアローンの計測ステーションで、基板上の残留物を検出することが可能である。加えて、単色光学モニタリングや渦電流モニタリングといった、様々なインシトゥ（その場の）モニタリング技術を、研磨終点を検出するために利用することが可能である。

【発明の概要】

【0006】

一態様において、基板が適切に研磨されているかどうかを判定する方法が、
基板の画像を取得することと、
画像について輝度平面の強度値を取得することと、
輝度平面の強度値から強度ヒストグラムを生成することと、
強度ヒストグラムを解析して、強度ヒストグラムが１つ以上の基準を満たすかどうかを判定すること
を含む。

【0007】

他の態様において、非一過性のコンピュータ可読媒体において有形に具現化されるコンピュータプログラム製品が、
命令であって、１つ以上のプロセッサに、
基板の画像を受信することと、
画像について輝度平面の強度値を取得することと、
輝度平面の強度値から強度ヒストグラムを生成することと、
強度ヒストグラムを解析して、強度ヒストグラムが１つ以上の基準を満たすかどうかを判定すること
を行わせる命令を含む。

【0008】

他の態様において、基板上の層の厚さを表す測定値を取得するためのシステムが、
集積回路製造のための基板を保持するための支持体と、
基板の少なくとも一部の画像を撮像するための光学アセンブリと、
コントローラと
を含む。コントローラは、
光学アセンブリから画像を受信し、
画像について輝度平面の強度値を取得し、
輝度平面の強度値から強度ヒストグラムを生成し、及び、
強度ヒストグラムを解析して、強度ヒストグラムが１つ以上の基準を満たすかどうかを判定するよう構成される。

【0009】

他の態様において、基板が適切に研磨されているかどうかを判定する方法が、
基板の少なくとも１つの輝度チャネルを有する画像を取得することと、
画像について輝度平面の強度値から強度ヒストグラムを生成することと、
強度ヒストグラムを解析して、強度ヒストグラムが１つ以上の基準を満たすかどうかを判定すること
を含む。

【0010】

任意の態様の実施形態が、１つ以上の特徴を含むことができる。

【0011】

画像を取得することは、３つの色平面を有する原画像を取得することを含むことができ、輝度平面についての強度値を取得することは、色平面における値に基づいて、輝度平面についての強度値を計算することを含むことができる。輝度平面を計算することは、原画像を、ＲＧＢ色空間から色相－彩度－輝度色空間へと変換することを含みうる。画像を取得することは、輝度平面を有する原画像を取得することを含みうる。

【0012】

閾値は、複数の試験基板の強度ヒストグラムから計算されうる。強度ヒストグラムを解析することは、強度ヒストグラムにおいて、閾値より下のピークの存在を検出することを含みうる。強度ヒストグラムを解析することは、強度ヒストグラムにおけるピークが、閾値を跨いでいることを検出することを含みうる。強度ヒストグラムを解析することは、強度ヒストグラムにおけるピークのピーク幅、ピーク形状、又は非対称度のうちの１つ以上を特定することを含みうる。強度ヒストグラムが１つ以上の基準を満たさないと判定された場合には、基板上の残留物の存在を示す信号が生成されうる。

【0013】

基板が、第１の誘電体層であって、第２の誘電体層の上に配置された第１の誘電体層を含みうる。
第１の誘電体層が低誘電率（ｌｏｗ－κ）材料であってよく、第２の誘電体層がＳｉＮであってよい。

【0014】

強度ヒストグラムを解析することは、強度ヒストグラムにおいて、閾値より下のピークの存在を検出することを含むことができる。本方法は、複数の試験基板の強度ヒストグラムから閾値を計算することをさらに含むことができる。強度ヒストグラムを解析することは、強度ヒストグラムにおけるピークのピーク幅、ピーク形状、及び／又は対称度を特定することも含むことができる。本方法は、強度ヒストグラムが１つ以上の基準を満たさないと判定することと、基板上の残留物の存在を示す信号を生成することをさらに含むことができる。輝度平面は、画像のカラーチャネルを含むことができる。輝度平面は、画像の輝度チャネルを含むこともできる。

【0015】

実施形態は、１つ以上の以下の潜在的な利点を含むことができる。

【0016】

残留物が基板上で検出可能であり、許容できないレベルの残留物がある基板には、さらなる研磨又は廃棄のいずれかのために、フラグを立てることが可能である。この情報は、研磨パラメータを制御するフィードフォワード又はフィードバックの用途で利用することも可能であり、均一性の改善、及び残留物の低減をもたらす。

【0017】

基板が適切に研磨されているかどうかを判定する方法は、簡素であって、計算負荷が低いことが可能である。

【0018】

本方法ではまた、基板が或る特定の基準を満たすかどうかを判定する際に、既存の技術よりも検出漏れ及び誤検出が少なく生じうる。例えば、残留物の薄膜を既存の技術を用いて検出することが困難であり、したがって、薄膜であるが許容しえない残留物を有する基板が、既存の技術を用いて誤って許容される可能性がある。

【0019】

１つ以上の実施形態の詳細が、添付の図面及び以下の明細書において記載される。他の態様、特徴、及び利点が、以下の明細書の記載及び図面、並びに特許請求の範囲から明らかとなろう。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】インライン光学測定システムの一例の概略図を示す。

【図2】基板上の残留物の存在を判定するための例示的なプロセスのフローチャートである。

【図3】適切に研磨された例示的なウェハ、及び対応する輝度ヒストグラムのグラフを示す。

【図4】残留物がある例示的なウェハ、及び対応する輝度ヒストグラムのグラフを示す。

【図5】残留物があるウェハの３つの例示的な輝度ヒストグラムのグラフを示す。

【発明を実施するための形態】

【0021】

様々な図面における同じ参照記号は、同じ要素を示す。

【0022】

基板が適切に研磨されたかどうかは、例えば、インライン又はスタンドアロ－ンの計測ステーションで、光学的に判定することが可能である。例えば、基板が研磨された後で、基板の一部に残留物の層が残ることがあり、基板が未だ許容可能ではないことを示している。基板が適切に研磨されたかどうかを判定するための既存の技術では、結果が混ざりあっている可能性がある。例えば、１つの技術は、基板の光学像を取得して、その光学像を解析することである。しかしながら、既存の画像処理アルゴリズムは、検出漏れ（すなわち、許容できない残留物の層がある基板が、アルゴリズムによって、適切に研磨されていると判定されうる）と、誤検出（すなわち、適切に研磨された基板が、アルゴリズムによって許容できないと判定されうる）と、をもたらす可能性がある。

【0023】

基板が適切に研磨されているかを判定する際により精確でありうる技術は、基板の画像について輝度平面の強度値のヒストグラムを利用することである。幾つかの実施形態において、ユーザは、或る特定の閾値より下のヒストグラムの形状又は累積密度を解析して、基板が適切に研磨されたかどうかを判定することが可能である。

【0024】

図１を参照すると、研磨装置１００が、インライン（インシーケンスとも呼ばれる）光計測システム１６０、例えば撮像システムを含む。

【0025】

研磨装置１００は、基板１０を移送するようそれぞれが構成された１つ以上のキャリアヘッド１２６、１つ以上の研磨ステーション１０６、及び、キャリアヘッドへの基板のロード及びキャリアヘッドからのアンロードを行う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含む二層の研磨パッドでありうる。

【0026】

基板１０は、第１の誘電体層を含むことが可能であり、第１の誘電体層は、パターニングされた第２の誘電体層の上に配置されている。特定の例として、第１の誘電体層は、スピンオンプロセスにより堆積させられた低誘電率材料、例えば、炭素がドープされた酸化物又は有機ポリマーとすることができ、第２の誘電体層は、ＳｉＮとすることができる。これらの場合、研磨装置１００の目標は、第１誘電体層の対応する部分を除去することにより、第２誘電体層の部分を露出させることでありうる。

【0027】

キャリアヘッド１２６は支持体１２８から吊るされ、研磨ステーション間で移動可能でありうる。幾つかの実施形態において、支持体１２８は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に連結される。オーバーヘッドトラック１２８により、各キャリッジ１０８が、研磨ステーション１２４及び移送ステーションの上に選択的に配置可能となる。代替的に、幾つかの実施形態において、支持体１２８は回転可能なカルーセルであり、カルーセルの回転によって、キャリアヘッド１２６が円形の経路に沿って同時に動かされる。

【0028】

研磨装置１００の各研磨ステーション１０６は、研磨スラリといった研磨液１３６を研磨パッド１３０の上に供給するために、例えばアーム１３４の末端にポートを含むことができる。研磨装置１００の各研磨ステーション１０６は、研磨パッド１３０を一定した研磨状態に維持するために、研磨パッド１３０を磨く研磨パッド調整装置をさらに含みうる。

【0029】

各キャリアヘッド１２６は、基板１０を研磨パッド１３０に当てて保持するよう動作可能である。各キャリアヘッド１２６は、各基板それぞれと関連付けられた研磨パラメータ、例えば圧力を、個別に制御することが可能である。具体的には、各キャリアヘッド１２６は、基板１０を可撓性膜１４４の下方で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はまた、上記膜により画定される個別に制御可能及び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３つのチャンバは、可撓性膜１４４上の（したがって、基板１０上の）関連するゾーンに、個別に制御可能な圧力を印加することが可能である。説明を簡略化するために、図１では３つのチャンバのみ示したが、１つ若しくは２つのチャンバ、又は４つ以上のチャンバ、例えば５つのチャンバがあってよい。

【0030】

各キャリアヘッド１２６は、支持体１２８から吊るされており、かつ、ドライブシャフト１５４によってキャリアヘッドの回転モータ１５６に接続されており、これによりキャリアヘッドは軸１２７の周りを回転することが可能である。任意選択的に、各キャリアヘッド１２６は、例えば、トラック１２８上のキャリッジ１０８の駆動によって、又はカルーセル自体の回転振動によって、横方向に振動することが可能である。稼働中に、プラテンがその中心軸１２７の周りを回転し、各キャリアヘッドが、その中心軸１２７の周りを回転させられ、かつ、研磨パッドの上面に亘って横方向に動かされる。横方向のスイープは、研磨表面１３０と平行な方向になる。横方向のスイープは、直線運動又は円弧運動でありうる。

【0031】

プログラム可能なコンピュータといったコントローラ１９０が、プラテン１２０とキャリアヘッド１２６の回転速度を別々に制御するために、それぞれのモータに接続されている。例えば、各モータは、関連するドライブ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、各キャリアヘッド１２６の横方向の運動を別々に制御するために、各キャリッジ１０８内のアクチュエータ及び／又はカルーセルの回転モータに接続される。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の位置を測定する線形エンコーダを含みうる。

【0032】

コントローラ１９０は、中央処理装置（ＣＰＵ：ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）、メモリ、及びサポート回路、例えば、入力／出力回路、電源、クロック回路、キャッシュ等を含むことができる。メモリが、ＣＰＵに接続されている。メモリは、非一時的なコンピュータ可読媒体であり、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ：ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ：ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）、フロッピーディスク、ハードディスク、又は他の形状のデジタルストレージといった、１つ以上の容易に入手可能なメモリでありうる。加えて、単一のコンピュータとして図示されているが、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りうる。

【0033】

インライン光計測システム１６０は研磨装置１００内に配置されているが、研磨工程中には測定を行わず、むしろ測定値は、各研磨工程の合間に、例えば、基板が１の研磨ステーションから他の研磨ステーションまで動かされる間、又は移送ステーションへと若しくは移送ステーションへと動かされる間に収集される。

【0034】

インライン光学測システム１６０は、２つの研磨ステーション１０６の間、例えば、２つのプラテン１２０の間の位置で支持されるセンサアセンブリ１６１を含む。具体的には、センサアセンブリ１６１は、支持体１２８により支持されたキャリアヘッド１２６が基板１０をセンサアセンブリ１６１の上方に配置できるような位置に、配置されている。

【0035】

研磨装置１００が、３つの研磨ステーションを備え、基板を第１の研磨ステーションから第２の研磨ステーションへと、さらに第３の研磨ステーションへと順次搬送する実施形態において、１つ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の研磨ステーションと第２の研磨ステーションとの間、第２の研磨ステーションと第３の研磨ステーションとの間、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することが可能である。

【0036】

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

【0037】

光源１６２は、白色光を放射するよう動作可能でありうる。一実施形態において、放射される白色光は、波長が２００～８００ナノメートルの光を含む。適した光源は、白色光発光ダイオード（ＬＥＤ）、又はキセノンランプ若しくはキセノン水銀ランプのアレイである。光源１６２は、非ゼロの入射角αで光１６８を基板１０の露出面に向けるように配向されている。入射角αは、約３０°～７５°、例えば５０°になりうる。

【0038】

光源１６２は、基板１０の幅に亘るほぼ直線的な細長い領域を照射することが可能である。光源１６２は、光源からの光を細長い領域へと広げるために光学機器、例えばビームエキスパンダを含むことができる。代替的に、又は追加的に、光源１６２は、線形配列の光源を含みうる。光源１６２自体、及び基板上の照射される領域は、細長くすることができ、基板の表面に平行な縦軸を有しうる。

【0039】

光が基板１０に到達する前に光を拡散させるために、ディフューザ１７０を光の経路１６８に配置することが可能であり、又は、光源１６２がディフューザを含みうる。

【0040】

検出器１６４は、光源１６２からの光に感応するカラーカメラ、例えば、赤色チャネル、緑色チャネル、及び青色チャネルなど複数のチャネルのそれぞれのために別々の検出素子を有するカメラでありうる。他の実施形態において、検出器１６４は、輝度センサ、すなわち、単一の輝度チャネルのための検出素子を有するセンサとすることができる。以下の説明では、便宜上、検出器１６４をカメラと呼ぶが、他の種類の検出器１６４についても同様である。

【0041】

カメラは検出素子のアレイを含む。例えば、カメラはＣＣＤアレイを含みうる。幾つかの実施形態において、アレイは一列の検出素子である。例えば、カメラはラインスキャンカメラでありうる。検出素子の列は、光源１６２によって照射される細長い領域の縦軸に平行に延在しうる。光源１６２が発光素子の列を含む場合に、検出素子の列は、光源１６２の縦軸に平行な第１の軸に沿って延在しうる。検出素子の列は、１０２４個以上の素子を含みうる。

【0042】

カメラ１６４は、基板の視野を検出素子のアレイの上に投影するために、適切な焦点調節光学素子１７２を備えて構成される。視野は、基板１０の幅全体を見るために、十分に長く（例えば、１５０～３００ｍｍの長さに）されうる。関連する光学素子１７２を含むカメラ１６４は、個々のピクセルが約０．５ｍｍ以下の長さの領域に対応するように、構成されうる。例えば、視野が約２００ｍｍの長さであり、検出器１６４が１０２４個の素子を含むと仮定すると、ラインスキャンカメラにより生成される画像は、長さが約０．５ｍｍのピクセルを有することができる。画像の長さ分解能を特定するために、視野（ＦＯＶ：ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ）の長さを、当該ＦＯＶがそこで結像されるピクセルの数で除算して、或る長さ分解能を得ることが可能である。

【0043】

カメラ１６４はまた、ピクセル幅がピクセル長と同等となるよう構成されうる。例えば、ラインスキャンカメラの利点は、高速のフレームレートである。フレームレートは少なくとも５ｋＨｚになりうる。フレームレートは、撮像される領域が基板１０を横切って走査されたときに、ピクセル幅がピクセル長と同等となり、例えば約０．３ｍｍ以下となるような周波数に設定されうる。

【0044】

光源１６２及び光検出器１６４は、ステージ１８０上に支持されうる。光検出器１６４がラインスキャンカメラの場合、光源１６２及びカメラ１６４は、撮像される領域が基板の長さに亘って走査されるように、基板１０に対して相対的に可動である。具体的には、上記の相対運動は、基板１０の表面に対して平行で、かつラインスキャンカメラ１６４の検出素子の列に対して直交する方向でありうる。

【0045】

幾つかの実施形態において、ステージ１８０が固定的であり、キャリアヘッド１２６が、例えば、キャリッジ１０８の運動又はカルーセルの回転振動によって移動する。幾つかの実施形態において、キャリアヘッド１２６が画像取得のために静止している間、ステージ１８０が可動である。例えば、ステージ１８０は、線形アクチュエータ１８２によってレール１８４に沿って移動可能である。いずれの場合にも、これにより、走査される領域が基板１０を横切って移動するときに、光源１６２とカメラ１６４とが互いに対して固定されたポジションのままであることが可能となる。

【0046】

基板に亘って共に移動するラインスキャンカメラ及び光源を有することで見込まれる利点は、例えば、従来の２Ｄカメラと比較して、光源とカメラとの間の相対角度が、ウェハを横切る位置が変化しても、一定に保たれるということである。その結果、視野角の変化によって引き起こされるアーチファクトが低減され、又は無くされうる。さらに、従来の２Ｄカメラが固有の遠近ひずみを示し、画像変換によって補正が必要となるのに対して、ラインスキャンカメラは遠近ひずみを無くすことが可能である。

【0047】

センサアセンブリ１６１は、基板１０と光源１６２と検出器１６４との間の垂直距離を調整するための機構を含みうる。例えば、センサアセンブリ１６１は、ステージ１８０の垂直距離を調整するアクチュエータを含むことができる。

【0048】

任意選択で、偏光フィルタ１７４が、例えば、基板１０と検出器１６４との間の光路に配置されうる。偏光フィルタ１７４は、円偏光子（ＣＰＬ：ｃｉｒｃｕｌａｒ ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）でありうる。典型的なＣＰＬは、直線偏光子と１／４波長板との組み合わせである。偏光フィルタ１７４の偏光軸の正しい配向によって、画像のかすみを減らし、望ましい視覚的特徴を際立たせ、強調することができる。

【0049】

基板の最も外側の層が半透明層、例えば、誘電体層であると仮定すると、検出器１６４で検出される光の輝度は、基板表面の組成、基板表面の平滑性、及び／又は、基板上の１つ以上の層（例えば、誘電体層）の様々な界面から反射された光の間での干渉量などに依存する。

【0050】

上述のように、光源１６２と光検出器１６４は、これら自体の動作を制御し、これらの信号を受信するよう動作可能な計算装置、例えばコントローラ１９０に接続可能である。

【0051】

図２を参照すると、コントローラは、光検出器１６４からの個々の画像ラインをアセンブルして、二次元画像にする（ステップ２１０）。検出器１６４がカメラである場合には、カメラは、複数のチャネル、例えば、赤色チャネル、緑色チャネル、及び青色チャネルのそれぞれのために別々の検出素子を含むことができる。二次元画像は、上記チャネルのそれぞれについて単色像を含むことができる。

【0052】

コントローラは、画像から輝度平面を抽出することができる（ステップ２２０）。上述のように、輝度は、光の強度の測定値である。したがって、輝度平面は、画像上の各ピクセルの強度の測定値を含んでいる。幾つかの実施形態において、コントローラが、画像を、赤－緑－青（ＲＧＢ：ｒｅｄ－ｇｒｅｅｎ－ｂｌｕｅ）色空間から、色相－彩度－輝度（ＨＳＬ：ｈｕｅ－ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ－ｌｕｍｉｎａｎｃｅ）色空間へと変換し、次いで、ＨＳＬ色空間における画像の輝度チャネルを、輝度平面として抽出する。

【0053】

コントローラは、抽出された輝度平面から輝度の強度ヒストグラムを生成する（ステップ２３０）。強度ヒストグラムは、或る特定の輝度値を有するピクセルの総数を、輝度の関数として示す。強度ヒストグラムの例示的なグラフを図３～図５に示すが、このようなグラフを表示する必要はない。

【0054】

幾つかの実施形態において、コントローラは、画像をアセンブルすることなく、輝度の強度ヒストグラムを生成することが可能である。例えば、検出器１６４が輝度センサである場合には、コントローラは、検出素子ごとに輝度値を受信することが可能であり、したがって、コントローラは、当該コントローラが検出器１６４から受信するデータから直接的に、輝度の強度ヒストグラムを生成することが可能である。他の例として、検出器１６４がラインスキャンカメラである場合には、コントローラは、画像アセンブリステップを飛ばして、カメラにより生成された画像ラインから直接的に輝度値を抽出して（ステップ２２０）、抽出された輝度値から輝度の強度ヒストグラムを生成する（ステップ２３０）ことが可能である。

【0055】

コントローラが、強度閾値を決定する（ステップ２４０）。この閾値は、輝度の強度ヒストグラムにおける或る特定の値である。

【0056】

一般に、適切に研磨されている基板に対応するヒストグラムは、適切に研磨されていない基板に対応するヒストグラムよりも強度値が高くなる。例えば、基板は、第１の誘電体層であって、第２の誘電体層の上に配置された第１の誘電体層を有しうる。基板が適切に研磨されている場合には、第２の誘電体層が露出する。すなわち、基板が適切に研磨されていない場合には、第１の誘電体層からの残留物が、第２の誘電体層を少なくとも部分的に覆っていることになる。第２の誘電体層は、第１の誘電体層よりも反射性が高いことが多く、したがって、第２の誘電体層の輝度値は、第１の誘電体層の輝度値よりも高い。このことは、例えば、第１の誘電体層が低誘電率の誘電体であり、第２の誘電体層がＳｉＮである場合に当てはまる。したがって、第１の誘電体層からの残留物が、第２の誘電体層を覆っている基板の場合には、輝度の強度ヒストグラムが、基板が適切に研磨された場合よりも低い値を含むことになる。したがって、適切に研磨された基板に対応する輝度の強度ヒストグラムでは、閾値を下回るピクセル値が比較的少なく、残留物がある基板に対応する輝度の強度ヒストグラムでは、閾値を下回るピクセルが比較的多くなるように、閾値が決定される。

【0057】

図３を参照すると、残留物を全く含まない基板３００が、対応する輝度強度ヒストグラム３２０を有し、当該輝度強度ヒストグラム３２０では、閾値３２２を下回る輝度値の割合が非常に低い。図示されるように、輝度値の大部分が、閾値を上回るクラスタ３２４内に存在する。閾値を下回る輝度値のクラスタ３２６が存在するが、これらの輝度値は、基板を取り囲む領域からの反射の不足に因ると説明することができる。一般に、このクラスタ３２６は、輝度ゼロの近傍にあって、基板からの反射に起因するクラスタ３２４から離れていることにより、区別されうる。

【0058】

対照的に、図４を参照すると、基板４００上に残留物４１０が存在することにより、対応する輝度の強度ヒストグラム４２０は、閾値４２２を下回る輝度値の割合が高くなる。具体的には、ヒストグラム４２０は、閾値を下回る輝度ゼロの近傍の輝度値のクラスタ４２６を含んでいるが、ヒストグラム４２０は、輝度値のクラスタ４２４であって、閾値４２２を下回る部分４２８を有するクラスタ４２４も含んでいる。

【0059】

オペレータは、複数の基板、例えば試験基板の強度ヒストグラムを利用して、強度閾値を決定することが可能である。複数の試験基板は、コントローラによって解析される基板と同じ特性を有し、例えば、同じ誘電体層、同じ初期厚さ等を有しうる。研磨装置１００は、試験基板を、以下のように研磨することが可能であり、即ち、得られる研磨された試験基板が、研磨装置１００の想定される研磨結果の代表的サンプルであるように、例えば、適切に研磨された試験基板のまとまり、及び、適切に研磨されていない試験基板のまとまりとなるように、試験基板を研磨することが可能である。

【0060】

試験基板のそれぞれを測定して、対応する輝度の強度ヒストグラムを生成することが可能である。オペレータは、試験基板の強度ヒストグラムを利用して、適切に研磨されていない試験基板のヒストグラムでは、閾値に関する１つ以上の基準が満たされないが、適切に研磨されている試験基板のヒストグラムでは、１つ以上の基準が満たされるように、閾値を決定することが可能である。上記基準の例を、以下で説明する。

【0061】

図２に戻って参照すると、デバイス基板（すなわち、集積回路の製造に使用する予定の基板）を研磨した後で、デバイス基板が測定され、コントローラが、得られた強度ヒストグラムを解析する（ステップ２５０）。先に決定された閾値を用いて、コントローラは、１つ以上の基準に従って、強度ヒストグラムにより特徴付けられる基板が適切に研磨されているかどうかを判断することが可能である。

【0062】

例えば、上記基準は、輝度平面が１０２４個の総ピクセルを有する場合に、閾値を下回るピクセルの最大数又は割合、例えば、１０２個のピクセル、又は１０％を指定することができる。この場合、コントローラは、その値が閾値を下回るピクセルの数又は割合を計算し、当該数又は割合が最大許容限界値を超えているかを判定することが可能である。

【0063】

他の例として、コントローラは、閾値を上回る幾つかの値を含む輝度値のクラスタ（例えば、図４のクラスタ４２４）を識別することが可能である。上記基準は、閾値を下回るクラスタ若しくはクラスタの部分の最大許容ピーク高さ、ピーク幅、ピーク形状、又は、非対称度を指定することが可能である。コントローラは、例えばピーク検出技術を利用して、強度ヒストグラムにおいて、閾値より下にピークが存在するかどうかを判定することが可能である。閾値より下にピークが存在する場合には、コントローラは、基準に従ってそのピークを解析することが可能であり、例えば、コントローラは、ピークの幅、高さ、形状、及び、対称度を測定し、その値を最大許容値と比較することが可能である。

【0064】

強度ヒストグラムが１つ以上の基準を満たさない場合には、コントローラは、残留物の存在を示す信号を生成することが可能である（ステップ２０６）。上記信号は、強度ヒストグラムにより特徴付けられる基板が適切に研磨されていないことを、ユーザ、又は研磨装置１００を制御する他のシステムに警報を発するために利用されうる。幾つかの実施形態において、コントローラが、基板が適切に研磨されていないと判定した場合には、基板が、キャリアヘッド１２６によって研磨ステーションに戻され、研磨が続けられる。幾つかの他の実施形態において、コントローラが、基板が適切に研磨されていないと判定した場合には、基板が廃棄される。

【0065】

図５は、残留物があり、すなわち適切に研磨されていないウェハに対応する３つの例示的な輝度の強度ヒストグラムを示している。第１の強度ヒストグラム５１０では、青色で示された、閾値より下のはっきりとしたピークを形成する、高割合のピクセル値を有する。第２の強度ヒストグラム５２０では、青色で再び示された、第１の強度ヒストグラム５１０よりもはっきりしない閾値より下のピークを形成する、より低割合のピクセル値を有する。第３の強度ヒストグラム５３０では、第１の強度ヒストグラム５１０又は第２の強度ヒストグラム５２０のいずれよりも、閾値を下回るピクセル値の割合がはるかに低く、第３の強度ヒストグラム５３０の閾値を下回るピクセルは、識別可能なピークを形成していない。３つの強度ヒストグラム５１０、５２０、及び５３０は、ヒストグラムを解析するための閾値及び１つ以上の基準を決定することの難しさを示している。決定された閾値及び１つ以上の基準は、これらの３つの異なるヒストグラムに対してロバストである必要がある。

【0066】

「輝度」という用語を使用してきたが、この用語は、例えば（ＨＳＬ色空間からの）明度又は（ＨＳＶ色空間からの）値などの、特定のカラーチャネルの強度と関連付けられない類似した明るさのパラメータをカバーするものとして理解されたい。

【0067】

複数の実施形態を記載してきた。しかしながら、本明細書の記載の発明の主題の思想及び範囲を逸脱することなく、様々な変更を行えることが分かるであろう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】