确定光学式膜厚测定装置的最佳工作方案的方法、装置及系统

摘要

提供一种能够在短时间内且自动地确定构成光学式膜厚测定装置的工作方案的最佳方案参数的方法、装置及系统。本方法将多个参数集保存在存储装置内，该多个参数集分别包含构成工作方案的多个方案参数，使用多个参数集和存储在数据服务器内的来自被研磨的基板的反射光的参照光谱的数据来执行伴随着研磨时间的经过的膜厚变化的模拟，将评价膜厚变化的方式的至少一个指标值输入评价计算式，计算对于多个参数集的多个综合评价值，基于多个综合评价值从多个参数集中选择最佳的一个参数集。

说明书

技术领域

本发明涉及一种确定光学式膜厚测定装置的最佳工作方案的方法、装置及系统，该光学式膜厚测定装置用于在晶片等的基板的研磨期间测定该基板的膜厚。

背景技术

在半导体设备的制造工序中，在硅晶片上各种材料反复形成膜状来形成层叠结构。为了形成该层叠结构，使最上层的表面平坦的技术变得重要。化学机械研磨(CMP)被用来作为这样的平坦化的一种手段。

化学机械研磨(CMP)通过研磨装置来执行。这种研磨装置通常具有支承研磨垫的研磨台、保持基板(例如，具有膜的晶片)的研磨头以及向研磨垫上供给研磨液的研磨液供给喷嘴。在研磨基板时，一边从研磨液供给喷嘴向研磨垫上供给研磨液，一边通过研磨头将基板的表面按压于研磨垫。通过研磨头与研磨台分别旋转而基板与研磨垫相对移动来研磨形成基板的表面的膜。

为了测定绝缘膜、硅层等的非金属膜的厚度，研磨装置通常具有光学式膜厚测定装置。该光学式膜厚测定装置将从光源发出的光引导至基板的表面，通过分光器测定来自基板的反射光的强度，通过解析反射光的光谱来测定基板的膜厚。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2015/163164号

专利文献2：日本特开2013-110390号公报

专利文献3：日本特开2004-154928号公报

专利文献4：日本特开2010-093147号公报

专利文献5：日本特开2015-156503号公报

发明要解决的技术问题

光学式膜厚测定装置依照工作方案(方案：recipe)来工作。因此，光学式膜厚测定装置的膜厚测定工作能根据工作方案而变化。工作方案通常由用户作成。但是，构成工作方案的方案参数存在多个，将这些方案参数最佳化耗费时间。尤其是，由于用户通过试错法调整方案参数，因此制作最佳的工作方案不仅耗时长，而且还依赖于用户的技术。

发明内容

因此，本发明提供一种能够在短时间内且自动地确定构成光学式膜厚测定装置的工作方案的最佳方案参数的方法、装置及系统。

用于解决技术问题的技术手段

在一个方式中，提供一种确定光学式膜厚测定装置的最佳工作方案的方法，所述光学式膜厚测定装置用于在基板的研磨期间测定该基板的膜厚，该确定光学式膜厚测定装置的最佳工作方案的方法将多个参数集保存在存储装置内，该多个参数集分别包含构成工作方案的多个方案参数，使用所述多个参数集和存储在数据服务器内的来自被研磨的基板的反射光的参照光谱的数据来执行伴随着研磨时间的经过的膜厚变化的模拟，将评价所述膜厚变化的方式的至少一个指标值输入评价计算式，计算对于所述多个参数集的多个综合评价值，基于所述多个综合评价值从所述多个参数集中选择最佳的一个参数集。

在一个方式中，所述评价计算式含有：所述至少一个指标值；相对于所述至少一个指标值的至少一个目标值；以及至少一个权重系数，所述至少一个目标值与所述至少一个指标值的差与该至少一个权重系数相乘。

在一个方式中，所述多个方案参数包含以下参数中的至少两个参数：用于计算在基板的研磨期间取得的多个光谱的移动平均的时间宽度；用于计算在基板的研磨期间取得的多个光谱的空间平均的数据点数；适用于在基板的研磨期间取得的多个光谱的滤波器的参数；用于使在基板的研磨期间取得的多个光谱标准化的标准化参数；用于确定膜厚的光谱的波长范围；以及包含用于确定膜厚的参照光谱的光谱组的编号。

在一个方式中，所述至少一个指标值包含以下指标值中的至少一个指标值：表示膜厚轮廓的形状相对于研磨时间的不变性的评价的第一指标值；表示通过膜厚测定器测定的膜厚的实测值与由所述模拟得到的膜厚的差的少的程度的评价的第二指标值；表示在所述模拟中生成的光谱与存储在所述数据服务器内的参照光谱的形状的一致度的评价的第三指标值；表示基于在所述模拟中生成的光谱确定的膜厚的质量系数的评价的第四指标值；以及表示随着研磨时间的膜厚变化的线性的评价的第五指标值。

在一个方式中，存储在所述数据服务器内的所述参照光谱是对多个基板进行实际研磨时取得的反射光的光谱。

在一个方式中，还包含以下工序：通过对所述多个基板反复进行所述模拟和所述综合评价值的计算来取得对于各参数集的多个综合评价值；以及计算对于各参数集的所述多个综合评价值的波动，从所述多个参数集中选择最佳的一个参数集的工序是从所述多个参数集中选择所述波动为最小的最佳参数集的工序。

在一个方式中，还包含以下工序：通过对所述多个基板反复进行所述模拟和所述综合评价值的计算来取得对于各参数集的多个综合评价值；以及计算对于各参数集的所述多个综合评价值的总和，从所述多个参数集中选择最佳的一个参数集的工序是从所述多个参数集中选择所述总和为最大或最小的最佳参数集的工序。

在一个方式中，提供一种确定光学式膜厚测定装置的最佳工作方案的系统，所述光学式膜厚测定装置用于在基板的研磨期间测定该基板的膜厚，该确定光学式膜厚测定装置的最佳工作方案的系统具有：方案评价装置，该方案评价装置具有存储装置和处理装置，该存储装置存储有多个参数集和程序，该多个参数集分别包含构成工作方案的多个方案参数，该处理装置依照所述程序所包含的指令执行运算；以及数据服务器，该数据服务器存储来自被研磨的基板的反射光的参照光谱的数据，所述方案评价装置构成为：使用所述多个参数集和从所述数据服务器取得的所述参照光谱的数据来执行伴随着研磨时间的经过的膜厚变化的模拟，将评价所述膜厚变化的方式的至少一个指标值输入评价计算式，计算对于所述多个参数集的多个综合评价值，基于所述多个综合评价值从所述多个参数集中选择最佳的一个参数集。

在一个方式中，所述评价计算式含有：所述至少一个指标值；相对于所述至少一个指标值的至少一个目标值；以及至少一个权重系数，所述至少一个目标值与所述至少一个指标值的差与该至少一个权重系数相乘。

在一个方式中，所述多个方案参数包含以下参数中的至少两个参数：用于计算在基板的研磨期间取得的多个光谱的移动平均的时间宽度；用于计算在基板的研磨期间取得的多个光谱的空间平均的数据点数；适用于在基板的研磨期间取得的多个光谱的滤波器的参数；用于使在基板的研磨期间取得的多个光谱标准化的标准化参数；用于确定膜厚的光谱的波长范围；以及包含用于确定膜厚的参照光谱的光谱组的编号。

在一个方式中，所述至少一个指标值包含以下指标值中的至少一个指标值：表示膜厚轮廓的形状相对于研磨时间的不变性的评价的第一指标值；表示通过膜厚测定器测定的膜厚的实测值与由所述模拟得到的膜厚的差的少的程度的评价的第二指标值；表示在所述模拟中生成的光谱与存储在所述数据服务器内的参照光谱的形状的一致度的评价的第三指标值；表示基于在所述模拟中生成的光谱确定的膜厚的质量系数的评价的第四指标值；以及表示随着研磨时间的膜厚变化的线性的评价的第五指标值。

在一个方式中，存储在所述数据服务器内的所述参照光谱是对多个基板进行实际研磨时取得的反射光的光谱。

在一个方式中，所述方案评价装置构成为：通过对所述多个基板反复进行所述模拟和所述综合评价值的计算来取得对于各参数集的多个综合评价值，计算对于各参数集的所述多个综合评价值的波动，从所述多个参数集中选择所述波动为最小的最佳参数集。

在一个方式中，所述方案评价装置构成为：通过对所述多个基板反复进行所述模拟和所述综合评价值的计算来取得对于各参数集的多个综合评价值，计算对于各参数集的所述多个综合评价值的总和，从所述多个参数集中选择所述总和为最大或最小的最佳参数集。

在一个方式中，提供一种确定光学式膜厚测定装置的最佳工作方案的方案评价装置，所述光学式膜厚测定装置用于在基板的研磨期间测定该基板的膜厚，该确定光学式膜厚测定装置的最佳工作方案的方案评价装置具有：存储装置，该存储装置存储多个参数集和程序，该多个参数集分别包含构成工作方案的多个方案参数；以及处理装置，该处理装置依照所述程序所包含的指令执行运算，所述处理装置构成为：使用所述多个参数集和从数据服务器取得的来自被研磨的基板的反射光的参照光谱的数据来执行伴随着研磨时间的经过的膜厚变化的模拟，将评价所述膜厚变化的方式的至少一个指标值输入评价计算式，计算对于所述多个参数集的多个综合评价值，基于所述多个综合评价值从所述多个参数集中选择最佳的一个参数集。

在一个方式中，所述评价计算式含有：所述至少一个指标值；相对于所述至少一个指标值的至少一个目标值；以及至少一个权重系数，所述至少一个目标值与所述至少一个指标值的差与该至少一个权重系数相乘。

发明效果

根据本发明，由于使用评价计算式计算对于多个参数集的综合评价值，因此能够与用户的技术无关地基于综合评价值在短时间内且自动地确定最佳方案参数。

附图说明

图1是表示研磨装置的一个实施方式的示意图。

图2是表示图1所示的研磨装置的详细结构的一个实施方式的剖视图。

图3是表示光学传感器头横穿晶片的表面时的轨迹的示意图。

图4是用来说明光学式膜厚测定装置的原理的示意图。

图5是表示晶片与研磨台的位置关系的俯视图。

图6是表示由光谱处理部生成的测定光谱的图。

图7是说明根据测定光谱与多个参照光谱的比较来确定膜厚的过程的图。

图8是表示参照晶片的膜厚与研磨时间的关系的曲线图。

图9是表示存储有多组光谱组的数据服务器的示意图。

图10是表示来自晶片的反射光的光谱(即测定光谱)的一例的图。

图11是表示对图10所示的测定光谱进行傅里叶变换处理而得到的频谱的曲线图。

图12是表示晶片的膜厚轮廓的形状相对于研磨时间的变化的一例的图。

图13是表示晶片的膜厚轮廓的形状相对于研磨时间的变化的另一例的图。

图14是表示膜厚的实测值与通过模拟获得的膜厚的一例的图。

图15是表示膜厚的实测值与通过模拟获得的膜厚的另一例的图。

图16是表示推定光谱与参照光谱的形状的适合度高的一例的图。

图17是表示推定光谱与参照光谱的形状的适合度低的一例的图。

图18是参照图7进行说明的膜厚确定算法中所使用的曲线图。

图19是表示参照图11进行说明的膜厚确定算法中所使用的频谱的曲线图。

图20是表示膜厚随着研磨时间直线地减少的一例的曲线图。

图21是表示膜厚随着研磨时间非直线地减少的一例的曲线图。

图22是说明确定光学式膜厚测定装置的最佳工作方案的方法的一个实施方式的流程图。

符号说明

1 研磨头

2 研磨垫

2a 研磨面

3 研磨台

5 浆料供给喷嘴

6 台电机

7 光学传感器头

9 研磨控制部

10 头轴

17 连结装置

18 研磨头电机

31 投光用光缆

32 受光用光缆

40 光学式膜厚测定装置

44 光源

47 分光器

48 光检测器

49 光谱处理部

50A 第一孔

50B 第二孔

51 通孔

70 数据服务器

75 方案评价装置

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是表示研磨装置的一个实施方式的示意图。如图1所示，研磨装置具有：支承研磨垫2的研磨台3；将作为基板的一例的晶片W按压于研磨垫2的研磨头1；使研磨台3旋转的台电机6；以及向研磨垫2上供给浆料的浆料供给喷嘴5。研磨垫2的上表面构成对晶片W进行研磨的研磨面2a。

研磨头1与头轴10连结，研磨头1与头轴10一起沿着箭头所示的方向旋转。研磨台3与台电机6连结，台电机6构成为使研磨台3和研磨垫2沿着箭头所示的方向旋转。

晶片W如下所述被研磨。一边使研磨台3和研磨头1沿着图1的箭头所示的方向旋转，一边从浆料供给喷嘴5向研磨台3上的研磨垫2的研磨面2a供给浆料。晶片W通过研磨头1旋转，同时晶片W在研磨垫2上存在浆料的状态下被按压于研磨垫2的研磨面2a。晶片W的表面通过浆料的化学作用和浆料中含有的磨粒的机械作用而被研磨。

研磨装置具有检测晶片W的膜厚的光学式膜厚测定装置40。光学式膜厚测定装置40具有光学传感器头7、发出光的光源44、分光器47以及光谱处理部49。光学传感器头7、光源44以及分光器47安装于研磨台3，与研磨台3和研磨垫2一体地旋转。光学传感器头7的位置是每当研磨台3和研磨垫2旋转一周时横穿研磨垫2上的晶片W的表面的位置。

从光源44发出的光被传递至光学传感器头7，从光学传感器头7被引导至晶片W的表面。光在晶片W的表面反射，反射光由光学传感器头7接收，进而送至分光器47。分光器47将反射光依照波长分解，测定在各波长下的反射光的强度。反射光的强度测定数据被送至光谱处理部49。光谱处理部49根据反射光的强度测定数据生成反射光的光谱，基于该光谱确定晶片W的膜厚。

在光谱处理部49连接有数据服务器70，该数据服务器70具有存储来自晶片W的反射光的光谱的数据的存储装置70a。数据服务器70不仅存储来自当前正在研磨的晶片W的反射光的光谱，也存储来自过去研磨的多个晶片的反射光的光谱的数据。进一步地，在数据服务器70连接有确定光学式膜厚测定装置40的最佳工作方案的方案评价装置75。光谱处理部49也与用于控制晶片W的研磨工作的研磨控制部9连接。该研磨控制部9基于由光谱处理部49确定的晶片W的膜厚来控制晶片W的研磨工作。例如，研磨控制部9确定晶片W的膜厚达到目标膜厚的时刻即研磨终点，或者当晶片W的膜厚达到规定值时变更晶片W的研磨条件。

图2是表示图1所示的研磨装置的详细结构的一个实施方式的剖视图。头轴10经由带等连结装置17与研磨头电机18连结并旋转。通过该头轴10的旋转，研磨头1沿箭头所示的方向旋转。

分光器47具有光检测器48。在一个实施方式中，光检测器48由光电二极管、CCD或CMOS等构成。光学传感器头7与光源44以及光检测器48光学性地连结。光检测器48与光谱处理部49电连接。

光学式膜厚测定装置40具有投光用光缆31和受光用光缆32，该投光用光缆31将从光源44发出的光引导至晶片W的表面，该受光用光缆32接收来自晶片W的反射光，并将反射光送至分光器47。投光用光缆31的顶端和受光用光缆32的顶端位于研磨台3内。

投光用光缆31的顶端和受光用光缆32的顶端构成光学传感器头7，该光学传感器头7将光引导至晶片W的表面并接收来自晶片W的反射光。投光用光缆31的另一端与光源44连接，受光用光缆32的另一端与分光器47连接。分光器47构成为将来自晶片W的反射光依照波长分解，在规定的波长范围内来测定反射光的强度。

光源44将光通过投光用光缆31送至光学传感器头7，光学传感器头7将光朝向晶片W发射。来自晶片W的反射光被光学传感器头7接收，反射光通过受光用光缆32被送至分光器47。分光器47将反射光依照其波长分解，测定在各波长下的反射光的强度。分光器47将反射光的强度测定数据送至光谱处理部49。

光谱处理部49根据反射光的强度测定数据生成反射光的光谱。该光谱表示反射光的强度与波长的关系，光谱的形状依照晶片W的膜厚而变化。光谱处理部49基于反射光的光谱确定晶片W的膜厚。在基于反射光的光谱确定晶片W的膜厚的方法中使用了公知的技术。例如，光谱处理部49确定与反射光的光谱形状最接近的参照光谱，并确定与该已确定的参照光谱相关联的膜厚。在另一例中，光谱处理部49对反射光的光谱执行傅里叶变换，根据获得的频谱确定膜厚。

研磨台3具有在其上表面开口的第一孔50A和第二孔50B。另外，在研磨垫2的与这些第一孔50A、第二孔50B对应的位置形成有通孔51。第一孔50A、第二孔50B与通孔51连通，通孔51在研磨面2a开口。第一孔50A与液体供给线路53连结，第二孔50B与排水线路54连结。由投光用光缆31的顶端和受光用光缆32的顶端构成的光学传感器头7配置于第一孔50A，且位于通孔51的下方。

投光用光缆31是将由光源44发出的光引导至晶片W的表面的光传送部。投光用光缆31和受光用光缆32的顶端位于第一孔50A内且位于晶片W的被研磨面附近。由投光用光缆31和受光用光缆32的各顶端构成的光学传感器头7朝向被保持在研磨头1的晶片W配置。每当研磨台3旋转时光向晶片W的多个测定点照射。在本实施方式中，在研磨台3内仅设置有一个光学传感器头7，但在研磨台3内也可以设置多个光学传感器头7。

在晶片W的研磨期间，每当研磨台3旋转一周时，光学传感器头7横穿晶片W移动。在光学传感器头7位于晶片W的下方的期间，光源44以规定的间隔发出光。光从光学传感器头7被引导至晶片W的表面(被研磨面)，来自晶片W的反射光被光学传感器头7接收并被送至分光器47。分光器47在规定的波长范围内测定在各波长下的反射光的强度，将得到的反射光的强度测定数据送至光谱处理部49。光谱处理部49根据强度测定数据生成表示每个波长的光的强度的反射光的光谱，再根据反射光的光谱确定晶片W的膜厚。

在晶片W的研磨期间，纯水作为冲洗液经由液体供给线路53向第一孔50A供给，再通过第一孔50A向通孔51供给。纯水充满晶片W的表面(被研磨面)与光学传感器头7之间的空间。纯水流入第二孔50B，通过排水线路54被排出。在第一孔50A和通孔51内流动的纯水防止浆料浸入第一孔50A，由此确保光路。

图3是表示光学传感器头7横穿晶片W的表面时的轨迹的示意图。如图3所示，在晶片W的研磨期间，每当研磨台3旋转一周时，光学传感器头7一边横穿研磨垫2上的晶片W的表面，一边将光照射至晶片W上的多个测定点MP，并接收来自晶片W的反射光。

图4是用来说明光学式膜厚测定装置40的原理的示意图。图5是表示晶片W与研磨台3的位置关系的俯视图。在图4所示的例中，晶片W具有下层膜和形成在下层膜的上方的上层膜。上层膜例如是硅层或绝缘膜。由投光用光缆31和受光用光缆32的各顶端构成的光学传感器头7与晶片W的表面相对配置。每当研磨台3旋转时，光学传感器头7将光照射至包含晶片W的中心的多个区域。

照射至晶片W的光在介质(在图4的例中为水)与上层膜的界面、以及上层膜与下层膜的界面反射，在这些界面反射的光波互相干涉。该光波的干涉的方式依据上层膜的厚度(即光路长度)变化。因此，根据来自晶片W的反射光生成的光谱随着上层膜的厚度变化。分光器47将反射光依照波长分解，对每个波长测定反射光的强度。光谱处理部49根据由分光器47得到的反射光的强度测定数据(光学信号)生成光谱。以下，有时将来自被研磨的晶片W的反射光的光谱称为测定光谱。该测定光谱以表示光的波长与强度的关系的线图(即分光波形)来表示。光的强度能够以反射率或相对反射率等的相对值来表示。

图6是表示由光谱处理部49生成的测定光谱的图。在图6中，横轴表示从晶片反射的光的波长，纵轴表示从反射的光的强度导出的相对反射率。相对反射率是表示反射光的强度的指标值，是光的强度与规定的基准强度之比。通过在各波长中将光的强度(实测强度)除以规定的基准强度，能够从实测强度中去除装置的光学系统、光源固有的强度波动等的不需要的噪音。

基准强度是对各波长预先测定的光的强度，相对反射率是在各波长下计算的。具体而言，通过将在各波长下的光的强度(实测强度)除以对应的基准强度而求出相对反射率。基准强度是例如通过直接测定从光学传感器头7发出的光的强度而得到的，或通过从光学传感器头7向镜子照射光，且测定来自镜子的反射光的强度而得到的。或者，基准强度也可以是在研磨垫2上存在水的情况下对未形成膜的硅晶片(裸晶片)进行水研磨时，或将上述硅晶片(裸晶片)置于研磨垫2上时，通过分光器47测定的来自硅晶片的反射光的强度。

在实际的研磨中，从实测强度中减去暗级(dark level，遮光条件下获得的背景强度)而求出修正实测强度，再从基准强度中减去上述暗级求出修正基准强度，然后，通过将修正实测强度除以修正基准强度来求出相对反射率。具体而言，相对反射率R(λ)能够使用以下的公式(1)求出。

【数学式1】

在此，λ为波长，E(λ)为从晶片反射的光的在波长λ下的强度，B(λ)为在波长λ下的基准强度，D(λ)为在遮光条件下测定的在波长λ下的背景强度(暗级)。

在本实施方式中，光谱处理部49构成为根据测定光谱与多个参照光谱的比较来确定膜厚。参照光谱存储于图1和图2所示的数据服务器70的存储装置70a内。光谱处理部49访问数据服务器70，将在晶片W的研磨期间生成的测定光谱与多个参照光谱比较，选择与测定光谱形状最接近的参照光谱。

图7是说明根据测定光谱与多个参照光谱的比较来确定膜厚的过程的图。光谱处理部49通过将研磨期间生成的测定光谱与多个参照光谱比较来确定与测定光谱形状最接近的参照光谱，确定与该已确定的参照光谱相关联的膜厚。与测定光谱形状最接近的参照光谱是参照光谱与测定光谱之间的相对反射率的差最小的光谱。

多个参照光谱是对具有与研磨对象的晶片W(以下，有时称为目标晶片或目标基板)相同的层叠结构的参照晶片(或参照基板)进行研磨的同时预先取得的光谱。各参照光谱与取得该参照光谱时的膜厚相关联。即，各参照光谱是在不同膜厚时取得的光谱，多个参照光谱与多个不同膜厚对应。因此，通过确定与测定光谱形状最接近的参照光谱，能够确定晶片W的当前膜厚。

对取得多个参照光谱的工序的一例进行说明。首先，准备与目标晶片W具有相同的层叠结构的参照晶片。参照晶片被输送至未图示的膜厚测定器，参照晶片的初始膜厚通过膜厚测定器被测定。接着，参照晶片被输送至图1所示的研磨装置，一边将作为研磨液的浆料供给至研磨垫2一边研磨参照晶片。参照晶片以固定的研磨率(也称为去除率)、即在固定的研磨条件下被研磨。在参照晶片的研磨期间，如上所述，光被照射至参照晶片的表面，取得来自参照晶片的反射光的光谱(即参照光谱)。参照光谱在每当研磨台3旋转一周时取得。因此，在参照晶片的研磨期间，取得多个参照光谱。在参照晶片的研磨结束之后，参照晶片被再次输送至上述膜厚测定器，测定研磨后的参照晶片的膜厚(即最终膜厚)。

图8是表示参照晶片的膜厚与研磨时间的关系的曲线图。如图8所示，在参照晶片的研磨率为固定的情况下，膜厚随着研磨时间直线减少。换言之，膜厚能够用包含研磨时间作为变量的一次函数来表示。研磨率能够通过将初始膜厚Tini与最终膜厚Tfin的差除以到达最终膜厚Tfin的研磨时间t来计算。

如上所述，由于在每当研磨台3旋转一周时周期性地取得参照光谱，因此取得各个参照光谱时的研磨时间能够根据研磨台3的旋转速度和旋转周数计算。或者也能够精密地测定从研磨开始时刻到取得各参照光谱为止的时间。进一步地，能够根据取得各参照光谱的研磨时间计算与各参照光谱对应的膜厚。通过这样取得与不同膜厚对应的多个参照光谱。各参照光谱能够与对应的膜厚相关联(能够相挂钩)。因此，光谱处理部49通过确定与在晶片W的研磨期间的测定光谱形状最接近的参照光谱，能够根据与该参照光谱相关联的膜厚来确定晶片W的当前膜厚。

反射光的光谱依照膜厚变化。因此，基本上，若膜厚不发生变化则光谱也不变化。但是，即使膜厚相同，也会由于存在于被研磨的膜的下方的基底层的结构不同而改变光谱。基底层的结构也有在晶片之间不同的情况。这样的基底层的结构的差异妨碍正确的膜厚测定。

为了排除由于这样的基底层的结构的差异而导致的光谱变化的影响，光谱处理部49使用多组光谱组来确定膜厚，该多组光谱组包含使用基底层的结构不同的多个参照晶片取得的多个参照光谱。图9是表示存储有多组光谱组的数据服务器70的示意图。多组光谱组分别与基底层的结构不同的多个参照晶片对应，各光谱组所含有的多个参照光谱是使用上述多个参照晶片之中的一个参照晶片所取得的参照光谱。

光谱处理部49从多组光谱组中选择一组光谱组，将来自被研磨的晶片W的反射光的光谱(测定光谱)与所选择的光谱组中含有的多个参照光谱进行比较，基于具有与反射光的光谱最接近的形状的参照光谱，确定晶片W的当前膜厚。

代替使用了参照光谱的上述实施方式，在一个实施方式中，如以下说明那样，光谱处理部49对来自被研磨的晶片W的反射光的光谱(即测定光谱)进行傅里叶变换处理(典型的是高速傅里叶变换处理)来生成频谱，根据频谱确定晶片W的膜厚。

图10是表示来自晶片W的反射光的光谱(即测定光谱)的一例的图，图11是表示对图10所示的测定光谱进行傅里叶变换处理而得到的频谱的曲线图。在图11中，纵轴表示测定光谱所包含的频率成分的强度，横轴表示膜厚。频率成分的强度与表示为正弦波的频率成分的振幅相当。测定光谱所包含的频率成分使用规定的关系式被转换成膜厚，并生成如图11所示那样的表示膜厚与频率成分的强度的关系的频率。上述的规定的关系式是以频率成分为变量的表示膜厚的一次函数，该关系式能够根据膜厚的实测结果、光学式膜厚测定模拟、理论公式等求出。

在图11所示的曲线图中，频率成分的强度的波峰在膜厚t1出现。换言之，在膜厚t1处频率成分的强度变为最大。即，该频谱表示晶片W的膜厚为t1。通过这样，光谱处理部49确定与频率成分的强度的波峰对应的膜厚。

图1所示的方案评价装置75具有存储装置75a和处理装置75b(GPU或CPU等)，该存储装置75a存储有用于确定光学式膜厚测定装置40的最佳工作方案的程序，该处理装置75b依照程序所含有的指令执行运算。处理装置75b执行用于基于评价计算式(后述)从预先设定的多个工作方案中确定最佳工作方案的运算。方案评价装置75由至少一台计算机构成。

方案评价装置75与数据服务器70连接。如上所述，数据服务器70具有存储装置70a，该存储装置70a存储有在多个晶片的研磨时取得的反射光的多个光谱的数据。数据服务器70由至少一台计算机构成。数据服务器70也可以是通过通信线路与方案评价装置75连接的边缘服务器，也可以是通过互联网等的网络与方案评价装置75连接的云服务器，或者也可以是与方案评价装置75连接的设置于网络内的雾计算设备(网关、雾服务器、路由器等)。数据服务器70也可以是通过互联网等的网络连接的多个服务器。例如，数据服务器70可以是边缘服务器与云服务器的组合。

接着，对方案评价装置75的工作进行说明。方案评价装置70由至少一台计算机构成，该计算机构成用来确定光学式膜厚测定装置40的最佳工作方案。工作方案控制光学式膜厚测定装置40、尤其是控制光谱处理部49的工作。工作方案至少包含以下记载的多个方案参数中的两个。

(i)用于计算多个光谱的移动平均的时间宽度

(ii)用于计算多个光谱的空间平均的数据点数

(iii)适用于光谱的滤波器的参数

(iv)用于使光谱标准化的标准化参数

(v)用于确定膜厚的光谱的波长范围

(vi)包含用于确定膜厚的参照光谱的光谱组的编号

以下详述各方案参数。

(i)时间宽度

在晶片W的研磨期间，每当研磨台3旋转一周时，光从光学传感器头7被引导至晶片W，来自晶片W的反射光被光学传感器头7接收。反射光的在各波长下的强度通过分光器47被测定，光谱处理部49根据反射光的强度测定数据生成反射光的光谱，基于光谱确定晶片W的当前膜厚。光谱的移动平均是用于在晶片W上的某测定点处确定晶片W的当前膜厚而使用的多个光谱的平均。移动平均的时间宽度是为了计算多个光谱的移动平均而使用的时间宽度。该时间宽度通过研磨台3的旋转周数来表示。例如，若时间宽度为3，则光谱处理部49在研磨台3旋转三周的期间根据在晶片W的某测定点取得的反射光生成一个光谱，根据该光谱确定晶片W的膜厚。

(ii)数据点数

数据点数是为了计算在晶片W的研磨期间取得的多个光谱的空间平均而使用的。多个光谱的空间平均是在晶片W上的多个测定点反射的反射光的多个光谱的平均。具体而言，光谱处理部49计算在多个测定点得到的反射光的强度测定数据的平均，根据强度测定数据的平均生成一个光谱。如图3所示，在晶片W的研磨期间，光学传感器头7在每当研磨台3旋转一周时横穿研磨垫2上的晶片W的表面，同时将光照射至晶片W上的多个测定点MP，接收来自晶片W的反射光。数据点数是为了生成一个光谱而使用的测定点MP的数量。例如，若数据点数为3，则光谱处理部49根据在三个测定点MP取得的反射光的强度测定数据制成一个光谱。

(iii)滤波器的参数

光谱处理部49具有滤波器(未图示)，该滤波器用于去除已生成的光谱所含有的噪音。噪音是光谱所含有的不需要的频率成分。滤波器的参数是用于确定要使用的滤波器的种类、以及用于确定通带或阻带的参数。在所使用的滤波器的种类中，可列举出低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器以及带阻滤波器。

(iv)用于使光谱标准化的标准化参数

标准化参数是用于确定标准化方法的参数，该标准化方法用于对光谱整体进行标准化。标准化方法有以下两种。

第一种标准化方法是调整光谱整体的等级(反射光的强度)的方法。光谱是基于来自晶片的反射光而生成的。因此，光谱整体的等级能依据反射光的传送路径或从光源44(参照图2)发射的光的强度等而变化。因此，为了调整光谱整体的等级，光谱处理部49通过将在各波长下的等级除以光谱整体的等级的平均来使光谱标准化。

第二种标准化方法是修正光谱整体的倾斜的方法。如图10所示，有时光谱整体倾斜。为了修正这样的光谱倾斜，光谱处理部49通过最小二乘法求出光谱的近似线，通过将光谱上的对应的等级(反射光的强度)除以近似线上的等级(反射光的强度)来使光谱标准化。

标准化参数是用于选择使用用来调整光谱整体的等级的第一种标准化方法、或者使用用来修正光谱的倾斜的第二种标准化方法、或者使用两者、或者两者都不使用的参数。

(v)光谱的波长范围

晶片的膜厚基于来自晶片的反射光的光谱而确定。确定膜厚所使用的光谱的波长范围由设定于工作方案的下限值和上限值来定义。

(vi)参照光谱组的编号

如参照图7进行说明的那样，在一个实施方式中，光谱处理部49根据测定光谱与多个参照光谱的比较来确定晶片的膜厚。即，光谱处理部49通过将在晶片的研磨期间生成的测定光谱与多个参照光谱进行比较来确定与测定光谱形状最接近的参照光谱，从而确定与该已确定的参照光谱相关联的膜厚。如图9所示，存储于数据服务器70内的多个光谱组中的一个含有参照光谱。光谱处理部49从多个光谱组中选择一个，将在晶片的研磨期间生成的测定光谱与所选择的光谱组中含有的多个参照光谱进行比较，确定与测定光谱形状最接近的参照光谱。从多个光谱组中选择的一个光谱组是在工作方案中设定的编号的光谱组。例如，如果在工作方案中设定的编号为2，则光谱处理部49选择No.2的光谱组。

方案评价装置75将分别包含构成工作方案的多个方案参数的多个参数集存储在存储装置75a内。各参数集包含上述方案参数(i)～(vi)中的至少两个。在一例中，各参数集包含全部上述方案参数(i)～(vi)。各参数集所含有的方案参数的具体数值是预先设定的值，但用户也可以随意变更。

方案评价装置75如下所述从存储在存储装置75a内的多个参数集中选择最佳的一个参数集。首先，方案评价装置75使用各参数集所含有的多个方案参数和存储在数据服务器70内的参照光谱的数据来执行对伴随着研磨时间的经过的膜厚变化的模拟。存储在数据服务器70内的参照光谱的数据是对多个晶片进行实际研磨时取得的光谱的数据。

方案参数(i)～(v)影响反射光的光谱(测定光谱)自身的形状，方案参数(vi)影响与反射光的光谱(测定光谱)比较的参照光谱。因此，这些方案参数(i)～(vi)影响基于反射光的光谱和参照光谱确定的晶片的膜厚。

在膜厚变化的模拟中，根据过去研磨的晶片的、与伴随着研磨时间的经过的膜厚变化对应的反射光的光谱的变化，计算伴随着研磨时间的经过的膜厚的变化。即，方案评价装置75访问数据服务器70，从数据服务器70取得在晶片的实际研磨期间取得的(即，在膜厚变化时取得的)多个参照光谱，基于方案参数对这些参照光谱进行加工而生成推定光谱，根据推定光谱确定多个膜厚。

方案评价装置75具有用于评价由上述模拟得到的膜厚变化的方式的评价计算式。该评价计算式存储于存储装置75a。方案评价装置75将评价由上述模拟得到的膜厚变化的方式的多个指标值输入评价计算式，计算针对各个参数集的多个综合评价值。评价计算式包含评价膜厚变化的方式的多个指标值、针对这些多个指标值的多个目标值、以及分别与上述多个目标值与上述多个指标值的差相乘的多个权重系数。

包含在评价计算式的多个指标值为以下说明的第一指标值、第二指标值、第三指标值、第四指标值以及第五指标值。在本实施方式中，评价计算式包含五个指标值，但在一个实施方式中，评价计算式也可以包含五个指标值中的任意一个、或任意两个、或任意三个、或任意四个。

第一指标值是表示晶片的膜厚轮廓的形状相对于研磨时间的不变性的评价的指标值。晶片的膜厚轮廓表示沿着晶片的半径方向的膜厚分布。

图12是表示晶片的膜厚轮廓的形状相对于研磨时间的变化的一例的图。如图12所示，只要晶片的研磨条件不变，晶片的膜厚轮廓的形状与研磨时间无关地不变。图13是表示晶片的膜厚轮廓的形状相对于研磨时间的变化的另一例的图。在图13所示的例子中，尽管晶片的研磨条件不变，晶片的膜厚轮廓的形状也与研磨时间一起变化。

第一指标值是根据模拟结果得到的膜厚轮廓的形状的变化率。膜厚轮廓的形状的变化率是膜厚轮廓的形状相对于研磨时间的变化的比例。图12所示的膜厚轮廓的形状的变化率接近0，与此相对，图13所示的膜厚轮廓的形状的变化率是在某种程度上较大的值。

第二指标值是表示通过膜厚测定器测定的膜厚的实测值与由上述模拟得到的膜厚的差的少的程度的评价的指标值。通常在研磨之前，晶片被输送至独立型的膜厚测定器(未图示)，在这里测定晶片的初始膜厚。并且，在晶片的研磨后，晶片被输送至上述膜厚测定器，测定已被研磨的晶片的膜厚。由于独立型的膜厚测定器在晶片为静止的状态且不存在浆料的状态下测定膜厚，因此与在晶片的研磨期间测定膜厚的光学式膜厚测定装置40相比，独立型的膜厚测定器能够精度更良好地测定膜厚。

图14是表示通过膜厚测定器取得的膜厚的实测值与通过上述模拟得到的膜厚的一例的图。在该例中，膜厚的实测值与通过上述模拟得到的膜厚的差小。换言之，通过上述模拟得到的膜厚与膜厚的实测值接近。图15是表示通过膜厚测定器取得的膜厚的实测值与通过上述模拟得到的膜厚的另一例的图。在该例中，膜厚的实测值与通过上述模拟得到的膜厚的差比图14所示的例中的差大。

第三指标值是表示在上述模拟中生成的光谱与存储于数据服务器70内的参照光谱的形状的适合度(goodness of fit)的评价的指标值。如参照图7进行的说明那样，在一个实施方式中，光谱处理部49根据上述模拟中生成的光谱(以下称为推定光谱)与多个参照光谱的比较来确定膜厚。即，光谱处理部49确定与推定光谱的形状最接近的参照光谱，从而确定与该所确定的参照光谱相关联的膜厚。

推定光谱与参照光谱的形状的适合度以从0到1的范围内的数值表示。图16是表示推定光谱与参照光谱的形状的适合度高的一例的图。图17是表示推定光谱与参照光谱的形状的适合度低的一例的图。适合度越高则膜厚的可靠性越高。因此，图16所示例中的膜厚的可靠性高，与此相对，图17所示例中的膜厚的可靠性低。

第四指标值是表示基于在上述模拟中生成的光谱(即推定光谱)确定的膜厚的质量系数(Q值)的评价的指标值。虽然基于推定光谱确定膜厚的算法在图7所示的实施方式与图11所示的实施方式之间有所不同，但在任意一个实施方式中都使用曲线图来确定膜厚。膜厚的质量系数(Q值)根据曲线图上的波峰或波谷的陡峭程度来确定的。一般而言，曲线图上的波峰或波谷越陡峭则质量系数(Q值)越高。

图18是参照图7进行说明的膜厚确定算法中所使用的曲线图。更具体地，图18的横轴表示与多个参照光谱挂钩的膜厚，纵轴表示推定光谱与参照光谱之间的反射光的强度的差。图18所示的曲线图上的波谷越陡峭则质量系数(Q值)越高(即膜厚的可靠性越高)。

图19是表示参照图11进行说明的膜厚确定算法中所使用的频谱的曲线图。图19的横轴表示膜厚，纵轴表示推定光谱所含有的频率成分的强度。图19所示的曲线图上的波峰越陡峭则质量系数(Q值)越高(即膜厚的可靠性越高)。

第五指标值是表示随着研磨时间的膜厚变化的线性的评价的指标值。只要晶片的研磨条件为固定，则晶片的膜厚随着研磨时间以固定的比例减少。换言之，晶片的研磨率(也称为去除率)在晶片的研磨期间是固定的。

图20是表示膜厚随着研磨时间直线地减少的一例的曲线图。在图20的例中，晶片的研磨率是固定的。另一方面，图21是表示膜厚随着研磨时间非直线地减少的一例的曲线图。在图21的例中，尽管晶片的研磨条件是固定的，但晶片的研磨率发生变化。

方案评价装置75将根据膜厚变化的模拟结果得到的第一指标值、第二指标值、第三指标值、第四指标值以及第五指标值输入以下的评价计算式来计算综合评价值。

【数学式2】

F＝w1×(|aT-ak|)+w2×(|bT-bk|)+w3×(|cT-ck|)+w4×(|dT-dk|)+w5×(|eT-ek|) (2)

在此，ak是第一指标值，aT是第一指标值的目标值，w1是第一权重系数，bk是第二指标值，bT是第二指标值的目标值，w2是第二权重系数，ck是第三指标值，cT是第三指标值的目标值，w3是第三权重系数，dk是第四指标值，dT是第四指标值的目标值，w4是第四权重系数，ek是第五指标值，eT是第五指标值的目标值，w5是第五权重系数。

上述的评价计算式存储在方案评价装置75的存储装置75a内。目标值aT～eT以及权重系数w1～w5由用户预先设定并存储在方案评价装置75的存储装置75a内。

方案评价装置75执行膜厚变化的模拟，根据模拟结果计算第一指标值、第二指标值、第三指标值、第四指标值以及第五指标值，将这些指标值输入上述评价计算式来计算综合评价值。方案评价装置75基于综合评价值对包含多个方案参数的参数集的好坏进行判定。具体而言，方案评价装置75对多个参数集分别计算综合评价值，确定得到最大或最小的综合评价值的参数集即最佳参数集。

图22是说明确定光学式膜厚测定装置40的最佳工作方案的方法的一个实施方式的流程图。

在步骤1中，评价计算式的权重系数w1～w5被设定。更具体地，权重系数w1～w5经由未图示的输入装置被输入方案评价装置75，并存储在方案评价装置75的存储装置75a内。权重系数w1～w5的具体数值能够由用户任意地决定。暂时存储在存储装置75a内的权重系数w1～w5也可以作为标准权重系数来使用。

在步骤2中，多个参数集被设定。更具体地，多个参数集经由未图示的输入装置被输入方案评价装置75，并存储在方案评价装置75的存储装置75a内。各参数集所包含的方案参数中的至少一个数值根据每个参数集而不同。存储于存储装置75a内的参数集的数量预先任意地设定。

在步骤3中，方案评价装置75使用在步骤2中被存储的多个参数集与存储在数据服务器70内的参照光谱来执行膜厚变化的模拟。更具体地，为了缩短模拟整体的时间，方案评价装置75并列地执行使用了上述多个参数集的多个模拟。

在步骤4中，方案评价装置75将第一指标值、第二指标值、第三指标值、第四指标值以及第五指标值输入评价计算式来计算每个参数集的综合评价值。更具体地，方案评价装置75根据模拟结果针对每个参数集计算第一指标值、第二指标值、第三指标值、第四指标值以及第五指标值，将这些指标值输入上述评价计算式从而针对每个参数集计算综合评价值。

在步骤5中，方案评价装置75从所得到的多个综合评价值中确定最大或最小的综合评价值，选择与所确定的综合评价值对应的参数集即最佳参数集。

在步骤6中，方案评价装置75设定由所选择的参数集所包含的多个方案参数构成的最佳工作方案，将该最佳工作方案保存在存储装置75a内。之后，图1和图2所示的研磨装置依照已设定的最佳工作方案使光学式膜厚测定装置40工作，一边通过光学式膜厚测定装置40测定晶片W的膜厚一边研磨晶片W。

根据本实施方式，由于计算对于多个参数集的综合评价值，因此能够与用户的技术无关地基于综合评价值在短时间内且自动地确定最佳方案参数。

存储在数据服务器70内的参照光谱是研磨多个晶片时取得的光谱。这些晶片具有略微不同的层叠结构。即，虽然构成晶片的露出面的膜的种类和厚度相同，但该膜的基底层结构略微不同。在这样的情况下，来自各个晶片的反射光的光谱不同，作为结果，根据光谱确定的膜厚也不同。

因此，为了确定对于多个晶片的最佳工作方案，在一个实施方式中，方案评价装置75通过对多个晶片反复进行膜厚变化的模拟和综合评价值的计算来取得对于各参数集的多个综合评价值，计算对于各参数集的综合评价值的波动。在一例中，综合评价值的波动以标准偏差来表示。进一步地，方案评价装置75从在步骤2存储的多个参数集中选择综合评价值的波动为最小的最佳参数集。

另外，在一个实施方式中，方案评价装置75也可以通过对多个晶片反复进行膜厚变化的模拟和综合评价值的计算来取得对于各参数集的多个综合评价值，计算对于各参数集的多个综合评价值的总和，从在步骤2存储的多个参数集中选择综合评价值的总和为最大或最小的最佳参数集。在该情况下，使用以下的评价计算式。

【数学式3】

在此，N是晶片的枚数。其他记号与上述的公式(2)的记号相同。

上述的评价计算式存储在方案评价装置75的存储装置75a内。目标值aT～eT和权重系数w1～w5由用户预先设定并存储在方案评价装置75的存储装置75a内。晶片的枚数N是取得存储在数据服务器70内的参照光谱所使用的晶片的枚数。

根据本实施方式，由于计算综合评价值的总和，所以能够降低晶片间的层叠结构的微小差异对最佳参数集的确定所造成的影响。

上述的实施方式是以本发明所属技术领域中具有通常知识的人能够实施本发明为目的而记载的。上述实施方式的各种变形例对于本领域技术人员来说是理所当然的，本发明的技术思想也可以适用于其他实施方式。因此，本发明不限定于所记载的实施方式，而是被解释为根据本申请要求保护的范围所定义的技术思想的最广泛的范围。