CN116878403A - 使用颜色测量的基板的厚度测量 - Google Patents

Abstract

一种用于获得代表基板上的层的厚度的测量的度量系统包含：被定位以获取所述基板的至少一部分的彩色图像的相机。控制器被配置以从所述相机接收所述彩色图像；将预先确定的路径存储在具有包含第一颜色通道和第二颜色通道的至少二个维度的坐标空间中；存储函数，所述函数提供代表厚度的数值，作为在所述预先确定的路径上的位置的函数；从在所述彩色图像中的针对所述像素的颜色数据确定在所述坐标空间中的像素的坐标；确定最靠近所述像素的所述坐标的在所述预先确定的路径上的点的位置；以及从所述函数和在所述预先确定的路径上的所述点的所述位置中，计算代表厚度的数值。

Description

使用颜色测量的基板的厚度测量

本申请是申请日为2017年8月25日、申请号为“201780057683.6”、发明名称为“使用颜色测量的基板的厚度测量”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

此公开涉及光学测量(例如涉及检测基板上的层的厚度)。

背景技术

通常通过循序地将导电层、半导电层或绝缘层沉积在硅晶片上的方式而将集成电路形成在基板上。一个制造步骤涉及将填充层沉积在非平面的表面上和对填充层进行平坦化。对于某些应用而言，该填充层被平坦化，直到图案化层的上表面暴露为止。导电的填充层，例如，可被沉积在图案化的绝缘层上以填充在绝缘层中的沟槽或孔。在进行平坦化之后，保留在绝缘层的凸起的图案之间的金属层的部分形成：通孔、插塞以及提供在位于基板上的薄膜电路之间的导电路径的线路。对于其他的应用(诸如：氧化物的研磨)而言，填充层被平坦化，直到预先确定的厚度被留在非平面的表面上为止。此外，光刻法通常需要基板表面的平坦化。

化学机械研磨(Chemical mechanical polishing，CMP)是一种可接受的平坦化的方法。这种平坦化方法通常要求：将基板安装在载体或研磨头上。通常将基板的显露的表面放置成与旋转的研磨垫相抵靠。载体头在基板上提供可控制的负载以推进该基板而与研磨垫相抵靠。具有研磨作用的研磨浆料通常被提供至研磨垫的表面。

浆料分布、研磨垫状态、研磨垫与基板之间的相对速度，以及在基板上的负载的变化可以造成材料移除速率的变化。这些变化以及基板层的初始的厚度的变化造成达到研磨终点所需要的时间的变化。因而，仅将研磨终点确定为研磨时间的函数可以导致基板的过度研磨或研磨不足。

例如，在直列式或独立的度量站处，可以使用各种光学度量系统(例如，光谱测量或椭圆偏振测量)以测量基板层在研磨前和研磨后的厚度。此外，可以使用各种原位监控技术(诸如：单色光学或涡电流监控)以检测研磨终点。

发明内容

在一个方面中，用于获得代表基板上的层的厚度的测量的度量系统包含：支撑件，该支撑件用于固持用于集成电路制造的基板；彩色相机，该彩色相机被定位以获取由该支撑件所固持的该基板的至少一部分的彩色图像；以及控制器。控制器被配置以从该相机接收该彩色图像；将预先确定的路径存储在具有包含第一颜色通道和第二颜色通道的至少两个维度的坐标空间中；存储函数，该函数提供：代表厚度的数值，作为在该预先确定的路径上的位置的函数；对于该彩色图像的像素，从在该彩色图像中的针对该像素的颜色数据，确定在该坐标空间中的该像素的坐标；在预先确定的路径上确定最靠近该像素的该坐标的点的位置；以及从该函数和在该预先确定的路径上的该点的该位置，计算代表厚度的值。

另一方面是一种计算机程序产品，该计算机程序产品包含：用于使得处理器获得代表基板上的层的厚度的测量的指令。另一方面是一种获得代表基板上的层的厚度的测量的方法。

任何方面的实施包含：以下特征中的一或更多个。

坐标空间可以是二维的或三维的。

第一颜色通道和所选择的颜色通道可以从包含色调、饱和度、亮度、X、Y、Z、红色色度、绿色色度以及蓝色色度的颜色通道的群组中选择。举例而言，第一颜色通道可以是红色色度，并且第二颜色通道可以是绿色色度。

控制器可以被配置以通过确定在该路径上的点来确定在预先确定的路径上的该点的该位置，其中在该点处对于该厚度路径的法向量穿过该坐标。控制器可以被配置以通过分析与来自围绕该像素的在基板上的给定的物理区域的像素相关联的一群集的坐标方式来解析在预先确定的路径中的简并性(degeneracy)。控制器可以被配置以通过确定在该坐标空间中的该群集的主轴的方式来解析在预先确定的路径中的简并性并且选择与主轴最为紧密地相平行的预先确定的路径的分支。

函数可以包含：基于点离第一顶点的距离的在针对于该预先确定的路径的第一顶点的第一数值与针对于该预先确定的路径的第二顶点的第二数值之间的差值。第一顶点是预先确定的路径的起始点并且第二顶点是预先确定的路径的终点。控制器可以被配置以通过存储Bezier函数或折线中的一个或更多个来存储预先确定的路径。

控制器可以被配置以针对彩色图像的多个像素中的每一像素，从在该彩色图像中的针对于该像素的颜色数据确定在该坐标空间中的该像素的坐标；确定最靠近该像素的该坐标的在该预先确定的路径上的该点的该位置，以及从该函数和在该预先确定的路径上的该点的该位置中计算代表该厚度的该数值；提供代表针对于在该基板上的多个不同的位置的厚度的多个数值。控制器可以被配置以计算来自所述多个像素的其中代表该厚度的该数值无法满足阈值的像素的数量。控制器可以被配置以将图像掩模应用至彩色图像。

彩色相机可以被配置以获取小于基板的全部的图像并且被配置以横跨基板来进行扫描，并且其中控制器被配置以从来自彩色相机的多个图像中产生基板的全部的二维彩色图像。彩色相机可以是：具有检测器组件的彩色的线扫描的相机，该检测器组件沿着在扫描基板期间与基板的表面平行的第一轴被布置，并且系统可以包含：细长的白色光源，该细长的白色光源具有与第一轴平行的纵向轴并且被配置为在扫描基板期间以非零入射角将光导引向基板；框架，该框架支撑光源和相机；以及电机，该电机用于造成在该框架与该支撑件之间的沿着垂直于第一轴的第二轴的相对运动而使得光源和相机横跨基板来进行扫描。

支撑件可以被定位在半导体制造工具的直列式度量站中。半导体制造工具可以是化学机械研磨机，并且工具可以包含用于将基板传送至直列式度量站的机器人，并且控制器可以被配置以使得基板在通过化学机械研磨机来研磨基板的表面之前或之后被测量。

实施可以包含以下潜在的优点中的一个或更多个。可绝对地或相对于该基板层的其他的部分确定在基板层上的位置的厚度，并且可以检测到无法接收的变化。此信息可被使用在前馈或反馈使用中以控制研磨参数，提供改善的厚度均匀性。确定变化的算法可以是简单的并且具有低的计算负荷。

在随附的附图和后文的描述中阐述了一个或更多个实施的细节。其他的方面、特征和优点将从该描述和附图中，以及从权利要求中而显而易见。

附图说明

图1示出了直列式光学度量系统的示例的示意图。

图2是确定层厚度的方法的流程图。

图3是基板的示意性俯视图。

图4是掩膜的示意图。

图5示出了示例图，该示例图在具有两个颜色通道的坐标空间中示出了从基板反射的光的颜色的演变。

图6示出了示例图，该示例图在具有两个颜色通道的坐标空间中示出了预先决定的路径。

图7是从彩色图像数据确定层厚度的方法的流程图。

图8示出了示例图，该示例图在具有两个颜色通道的坐标空间中示出了统计图(histogram)，该两个颜色通道是从测试基板的彩色图像导引出的。

在各个附图中的相同的附图标记指示相同的组件。

具体实施方式

可以例如在直列式或独立的度量站处，利用光学的方式来测量在研磨前或研磨后的位于基板上的层的厚度。然而，一些光学技术(诸如，光谱测量)需要昂贵的光谱仪和对光谱数据进行计算量大的操作。即使除了计算负荷之外，在一些情况中，算法的结果无法满足用户的不断增加的精确性要求。然而，另一测量技术是拍摄基板的彩色图像，并且分析在色彩空间中的图像以确定层的厚度。具体而言，沿着在二维的色彩空间中的路径的位置可以提供关于研磨的目前状态的信息(例如：被去除的量或剩余的材料量)。

参考图1，研磨设备100包含直列式(也被称为依次序的)光学度量系统160(例如：彩色的成像系统)。

研磨设备100包含：一个或更多个承载头126，该承载头中的每一承载头被配置以承载基板10；一个或更多个研磨站106；以及传送站，该传送站用于将基板装载至承载头和从承载头卸除基板。每个研磨站106包含被支撑在工作台120上的研磨垫130。研磨垫110可以是具有外研磨层和较软的背层的双层的研磨垫。

承载头126可以从支撑件128悬吊，并且可以在研磨站之间移动。在一些实现中，支撑件128是架空轨道(overhead track)并且承载头126被耦接至载具(carriage)108，其中该载具108被安装至轨道。架空轨道128允许每一载具108被选择性地定位在研磨站124和传送站的上方。替代地，在一些实现中，支撑件128是可旋转的转盘，并且转盘的旋转同时地沿着圆形路径来移动承载头126。

研磨设备100的每个研磨站106可以例如在臂134的端部处包含端口，以将研磨液136(诸如，具有研磨作用的浆料)施放至研磨垫130。研磨设备100的每个研磨站106也可以包含垫调节设备以对研磨垫130进行研磨而将该研磨垫130维持在一致的研磨状态。

每个承载头126可操作以固持基板10而与研磨垫130相抵靠。每个承载头126可以独立地控制与每个单独的基板相关联的研磨参数(例如，压力)。具体而言，每个承载头126可包含保持环142以将基板10保持在弹性膜144的下方。每个承载头126也包含多个由膜所限定的可独立控制的可加压的腔室(例如：3个腔室146a-146c)，该腔室可以向在弹性膜144上(因此在基板10上)的相关联的区域施加可独立控制的压力。虽然在图1中仅示出了三个腔室以简化说明，可以具有一个或两个腔室，或者四个或更多个腔室(例如：五个腔室)。

每个承载头126从支撑件128悬吊，并且通过驱动轴154被连接至承载头旋转电机156，以使得承载头可围绕轴127旋转。可选择地，每个承载头140可以例如通过驱动在轨道128上的载具108，或通过转盘本身的旋转振动而横向地振动。在操作中，工作台围绕该工作台的中央轴121旋转，并且每个承载头围绕该承载头的中央轴127旋转并且横跨于研磨垫的上表面而横向地平移。横向的扫描是沿着与研磨表面212平行的方向。横向的扫描可以是线性的或弓形的运动。

控制器190(诸如可编程的计算机)被连接至每个电机以独立地控制工作台120和承载头126的旋转速率。例如，每个电机可包含编码器，该编码器测量相关联的驱动轴的角位置或旋转速率。类似地，控制器190被连接至在每个载具108和/或用于转盘的旋转电机中的致动器以独立地控制每个承载头126的横向的运动。例如，每个致动器可包含线性编码器，该线性编码器测量载具108沿着轨道128的位置。

控制器190可包含中央处理单元(CPU)、存储器以及支持电路(例如，输入/输出电路系统)、电源供应器、时钟电路、高速缓存等等。存储器被连接至CPU。存储器是非暂时性可计算可读介质，并且可以是一个或更多个容易可获得的存储器(诸如，随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘或其他形式的数字存储)。此外，虽然被示出为单一的计算机，控制器190可以是分布式的系统(例如包含多个独立操作的处理器和存储器)。

直列式光学度量系统160被设置在研磨设备100内，但是在进行研磨操作期间并不执行测量；而是在研磨操作之间(例如当基板从一个研磨站被移动至另一个研磨站(或从传送站被移动或被移动至传送站))收集测量结果。

直列式光学度量系统160包含传感器组件161，该传感器组件161被支撑在研磨站106中的两个研磨站之间(例如在两个工作台120之间)的位置处。具体而言，传感器组件161位于一位置处，以使得由支撑件128所支撑的承载头126可以将基板10设置在传感器组件161的上方。

在研磨设备100包含三个研磨站并且将基板依次地从第一研磨站载送至第二研磨站，再将基板载送至第三研磨站的实现中，一个或更多个传感器组件161可被定位在传送站与第一研磨站之间、在第一研磨站与第二研磨站之间、在第二研磨站与第三研磨站之间，和/或在第三研磨站与传送站之间。

传感器组件161可以包含：光源162、光检测器164、以及电路系统166，该电路系统166用于传送和接收在控制器190与光源162和光检测器164之间的信号。

光源162可被操作以发射白光。在一个实施中，所发射的白光包含具有200-800纳米的波长的光。适当的光源是白光发光二极管(LED)、或氙灯或汞氙灯(xenon mercurylamp)的阵列。光源162被定向成以非零的入射角d将光168导引至基板10的显露的表面上。入射角α可以是例如大约30°至75°，例如50°。

光源可以照射跨越基板10的宽度的实质上为线性的细长的区域。光源162可以包含光学器件(例如，光束扩展器)以将来自光源的光伸展至细长的区域。替代地或附加地，光源162可以包含线性阵列的光源。光源162本身和在基板上所照射的区域可以是细长的并且具有与基板的表面平行的纵向轴。

扩散器170可被放置在光168的路径中，或光源162可以包含扩散器，以在光到达基板10之前扩散光。

检测器164是对于来自光源162的光灵敏的彩色相机。相机包含检测器组件的阵列。例如，相机可以包含CCD阵列。在一些实现中，该阵列是单列的检测器组件。例如，相机可以是：线扫描的相机。该列的检测器组件可以平行于由光源162所照射的细长的区域的纵向轴而延伸。在光源162包含一列的发光组件的情况下，该列的检测器组件可以沿着与光源162的纵向轴平行的第一轴延伸。一列的检测器组件可以包含1024个或更多个组件。

相机164被配置有适当的聚焦的光学器件172以将基板的视场投影至该阵列的检测器组件178。视场可以是足够长的以观察基板10的整个宽度(例如150至300mm长)。相机164(包含相关联的光学器件172)可被配置以使得各个像素对应于具有等于或小于大约0.5mm的长度的区域。例如，假设视场为大约200mm长并且检测器164包含1024个组件，则由线扫描的相机所产生的图像可具有大约0.5mm的长度的像素。为了确定图像的长度分辨率(length resolution)，可将视场(field of view，FOV)的长度除以像素的数目以达到长度分辨率，其中FOV被成像至该像素。

相机164也可被配置以使得像素宽度与像素长度为相当的。例如，线扫描的相机的优点是该线扫描的相机的非常快的帧速率。帧速率可以是至少5kHz。帧速率可被设定为处于一频率以使得当成像的区域横跨基板10来进行扫描时，像素宽度与像素长度为相当的(例如等于或小于大约0.3mm)。

光源162和光检测器164可被支撑在台架180上。在光检测器164是线扫描的相机的情况下，光源162和相机164可以相对于基板10移动，以使得成像的区域可以横跨基板的长度来进行扫描。具体而言，相对运动可以在与基板10的表面平行并且与线扫描的相机164的该列的检测器组件垂直的方向上。

在一些实现中，台架182是静止的，并且承载头126例如通过载具108的运动或通过转盘的旋转振动来移动。在一些实现中，当承载头126维持静止以用于图像获取时，台架180是可移动的。例如，台架180可以由线性致动器182沿着轨道184移动。在任一情况下，当被扫描的区域横跨基板10移动时，这允许光源162和相机164相对于彼此保持在固定的位置。

具有一起横跨基板移动的线扫描的相机和光源的可能的优点是，例如，相较于传统的2D摄相机，在光源与相机之间的相对角度针对于横跨晶片的不同的位置保持固定。因此，可以减小或消除由视角的变化所引起的伪影(artifact)。此外，线扫描的相机可以消除透视失真，然而传统的2D相机呈现出固有的透视失真，然后需要通过图像转换来校正该透视失真。

传感器组件161可以包含用于调整在基板10与光源162和检测器164之间的垂直距离的构件。例如，传感器组件161可以包含用于调整台架180的垂直位置的致动器。

可选地，偏振滤光器174可以被定位在光的路径中，例如在基板10与检测器164之间。偏振滤光器184可以是圆偏光器(circular polarizer，CPL)。典型的CPL是线性偏光器和四分之一波片的组合。偏振滤光器184的偏振轴的适当的定向可减低在图像中的雾度和锐化或增强期望的视觉特征。

假设在基板上的最外层是半透明层(例如，介电层)，在检测器164处所检测到的光的颜色取决于，例如，基板表面的组成物(composition)、基板表面的平滑度和/或在从位于基板上的一层或更多层(例如：介电层)的不同的接口反射的光之间的干涉量。

如上所述，光源162和光检测器164可被连接至计算装置(例如：控制器190)，该计算装置可被操作以控制该光源162和该光检测器164的操作和接收该光源162和该光检测器164的信号。

参考图2，控制器将来自光检测器164的各个图像线组合为二维的彩色图像(步骤200)。相机164可以包含：用于红色、蓝色以及绿色的每一个的单独的检测器组件。二维的彩色图像可以包含用于红色通道、蓝色通道，和绿色通道中的每一个的单色图像204、206、208。

控制器可以向在每个颜色通道中的图像的强度值应用偏移和/或增益调整(步骤210)。每个颜色通道可以具有不同的偏移和/或增益。

可选地，图像可以被归一化(步骤220)。例如，可以计算出在所测量的图像与标准预先限定的图像之间的差异。例如，控制器可以存储针对红色通道、绿色通道以及蓝色通道的每一个的背景图像，并且可以从针对每个颜色通道的所测量的图像减去背景图像。替代地，所测量的图像可由标准预先限定的图像划分。

图像可被滤波以去除低频的空间变化(步骤230)。在一些实现中，图像从红绿蓝(RGB)的色彩空间转至色调、饱和度、亮度(HSL)的色彩空间，滤波器被应用于HSL色彩空间中，然后图像被转换回红绿蓝(RGB)的色彩空间。例如，在HSL的色彩空间中，可对亮度通道进行滤波以去除低频空间变化，即，不对色调通道和饱和度通道进行滤波。在一些实现中，使用亮度通道以产生滤波器，然后将该滤波器应用至红色图像、绿色图像以及蓝色图像。

在一些实现中，仅沿着第一轴执行平滑化。例如，沿着行进的方向186的像素的亮度值可以一起被平均而提供平均亮度值，该平均亮度值是仅沿着第一轴的位置的函数。然后每一列的图像像素可由平均亮度值的相对应的部分划分，该平均亮度值是沿着第一轴的位置的函数。

控制器可以使用图像处理技术以分析图像而在基板10上定位晶片定向特征16(例如，晶片凹口或晶片平边)(见图4)(步骤240)。也可以使用图像处理技术以定位基板10的中心18(见图4)。

基于此数据，图像被转换(例如，缩放和/或旋转和/或平移)至标准图像坐标系(步骤250)。例如，图像可被平移以使得晶片中心位于图像的中心点并且/或图像可被缩放以使得基板的边缘位于图像的边缘，并且/或图像可被旋转以使得在图像的x轴与连接晶片中心和芯片定向特征的径向段之间具有0°角。

可选择地，可应用图像掩模以屏蔽图像数据的部分(步骤260)。例如，参考图3，典型的基板10包含多个管芯12。刻划线(scribe line)14可以将管芯12分开。对于一些应用而言，仅处理对应于管芯的图像数据可以是有用的。在这种情况中，参考图4，图像掩模可由控制器来存储，其中未被掩蔽的区域22在空间位置中对应于管芯12并且被掩蔽的区域24对应于刻划线14。在阈值化处理步骤期间不处理或不使用对应于被掩蔽的区域24的图像数据。替代地，被掩蔽的区域24可以对应于管芯，以使得未被掩蔽的区域对应于刻划线，或未被掩蔽的区域可以仅为每个晶粒的一部分，其中每个晶粒的剩余部分被掩蔽，或未被掩蔽的区域可以是特定的(多个)管芯，其中剩余的管芯和刻划线被掩蔽，未被掩蔽的区域可以仅为特定的(多个)管芯的一部分，其中基板的每个晶粒的剩余部分被掩蔽。在一些实现中，用户可以使用在控制器190上的图形用户界面来限定掩模。

可以使用在这个阶段的颜色数据以计算代表厚度的数值(步骤270)。这个数值可以是厚度、或被移除的材料量、或指示通过研磨过程而达成的进度量的数值(例如，相较于参考研磨过程)。可针对在图像中的每个未被掩蔽的像素来执行计算。这个数值然后可以被使用于前馈或反馈算法使用以控制研磨参数，提供改善的厚度均匀性。例如，可将针对每个像素的数值与目标值作比较以产生误差信号图像，并且这个误差信号图像可被用于前馈或反馈控制。

将对有助于理解有代表性的数值的计算的一些背景进行讨论。对于来自彩色图像的任何给定像素，可从针对于给定像素的颜色数据中提取对应于两个颜色通道的一对数值。因此，每一对的数值可以限定在具有第一颜色通道和不同的第二颜色通道的坐标空间中的坐标。可能的颜色通道包含：色调、饱和度、亮度、X、Y、Z(例如，来自CIE 1931XYZ色彩空间)、红色色度、绿色色度，以及蓝色色度。

参考图5，例如，当开始进行研磨时，该对数值(例如：V1₀、V2₀)限定在具有两个颜色通道的坐标空间500中的初始坐标502。然而，因为所反射的光的光谱随着研磨进度而改变，光的颜色组成物发生改变，并且在两个颜色通道中的数值(V1、V2)将会发生改变。因此，在具有两个颜色通道的坐标空间内的坐标的位置将随着研磨进度而发生改变，在坐标空间500中描绘出路径504。

参考图6和图7，为了计算出代表厚度的数值，例如在控制器190的存储器中存储在具有两个颜色通道的坐标空间500中的预先确定的路径604(步骤710)。在测量基板之前产生预先确定的路径。路径404可以从开始坐标402行进至结束坐标406。路径404可以代表整个研磨过程，其中开始坐标402对应于在基板上的层的开始厚度，并且结束坐标对应于层的最后的厚度。替代地，路径可以仅代表研磨过程的一部分(例如，位于研磨终点处的横跨基板的层厚度的预期分布)。

在一些实现中，为了产生预先确定的路径404，所设置的基板被研磨至大约为将被用于装置基板的目标厚度。使用光学度量系统160来获得所设置的基板的彩色图像。因为横跨基板的研磨速率通常是不均匀的，基板上的不同的位置将具有不同的厚度，因此反射不同的颜色，并且因此有在具有第一颜色通道和第二颜色通道的坐标空间内的不同的坐标。

参考图8，使用被包含在未被掩蔽的区域内的像素来计算二维的(2D)的统计图(histogram)。即，使用彩色图像，并且使用来自所设置的基板的未被掩蔽的部分的像素的一些或所有的坐标值而在具有第一颜色通道和第二颜色通道的坐标空间中产生散点图800。在散点图中的每个点802是针对特定的像素的对于两个颜色通道的成对的数值(V1、V2)。散点图800可以被显示在控制器190或另一个计算机的显示器上。

如上所述，可能的颜色通道包含：色调、饱和度、亮度、X、Y、Z(例如来自CIE1931XYZ色彩空间)、红色色度、绿色色度，和蓝色色度。在一些实现中，第一颜色通道是红色色度(r)并且第二颜色通道是绿色色度(g)，其中红色色度和绿色色度可以分别由和来限定，其中R、G和B是针对彩色图像的红色通道、绿色通道，和蓝色通道的强度值。

厚度路径604可由用户(例如，半导体制造设备的操作者)通过使用与计算机(例如，控制器190)相结合的图形用户界面手动产生。例如，当显示散点图时，用户可以例如使用鼠标操作以在散点图中的显示的所选择的点上点击而手动建立跟随并且覆盖散点图的路径。

替代地，厚度路径604可以通过使用软件来自动地产生，该软件被设计以分析在散点图中的坐标的集合并且例如通过使用拓扑结构化来产生拟合在散点图800中的点的路径。

厚度路径604可由各种函数(例如，使用单线、折线、一个或更多个圆弧、一个或更多个Bezier曲线等)提供。在一些实现中，厚度路径604由折线提供，该折线是被绘制在坐标空间中的离散点之间的一组线段。

参考图6，函数提供位于预先确定的厚度路径604上的位置与厚度值之间的关系。例如，控制器190可以存储针对预先确定的厚度路径604的起始点602的第一厚度值，以及针对预先确定的厚度路径604的终点606的第二厚度值。第一厚度值和第二厚度值可以分别通过使用传统的厚度度量系统以测量基板层在对应于提供最靠近起始点602和终点606的点802的像素的位置处的厚度的方式来获得。

在操作中，控制器190可以通过基于沿着路径604从起始点602至给定的点610的距离在第一数值与第二数值之间进行内插的方式来计算代表位于路径604上的给定的点610处的厚度的数值。例如，如果控制器可以根据下式计算出给定的点610的厚度T：

，其中T1是针对起始点602的数值，T2是针对终点606的厚度，L是沿着在起始点602与终点606之间的路径的总距离，并且D是沿着在起始点602与给定的点610之间的路径的距离。

作为另一示例，控制器190可以存储针对在预先确定的厚度路径604上的每个顶点的厚度值，并且基于在两个最近的顶点之间的内插来计算代表针对在路径上的给定的点的厚度的数值。对于这种配置，可以通过使用传统的厚度度量系统以测量基板层在对应于提供最靠近顶点的点802的像素的位置处的厚度的方式来获得针对顶点的各种数值。

可能有将在路径上的位置与厚度相关联的其他的函数。

此外，比起使用度量系统来测量所设置的基板的厚度，可以基于光学模型计算获得厚度值。

如果使用理论模拟或基于已知的“设置的”晶片的经验学习，厚度值可以是实际的厚度值。替代地，位于预先确定的厚度路径上的给定的点处的厚度值可以是相对值(例如，相对于基板的研磨的程度)。可以在下游的过程中缩放这个后者数值以获得经验值或可以简单地使用这个后者数值以表示厚度的增加或减小，而不指定绝对厚度值。

参考图6和图7，对于从基板的图像中分析的像素，从针对该像素的颜色数据中提取针对两个颜色通道的数值(步骤720)。这提供在具有两个颜色通道的坐标系统600中的坐标620。

接着，计算出在预先确定的厚度路径604上最靠近像素的坐标620的点(例如，点610)(步骤730)。在此情境中，“最靠近”并不一定指示几何上的完美。“最靠近”的点可以利用各种方式来限定，并且处理能力的限制、为便于计算而对于搜索函数的选择、在搜索函数中的多个局部最大值的存在等等可以阻止几何上理想的确定，但是依然提供足够好的以供使用的结果。在一些实现中，最靠近的点被限定为在厚度路径604上的点，该点限定对于厚度路径的穿过像素的坐标620的法向量。在一些实现中，通过将欧几里德距离最小化来计算出最靠近的点。

然后，如上所述，基于点610在路径604上的位置从函数计算出代表厚度的数值(步骤740)。最靠近的点不一定是折线的顶点中的一个。如上所述，在这种情况下，可以使用内插以获得厚度值(例如，基于在折线的最接近的顶点之间的简单的线性内插)。

通过针对在彩色图像中的像素中的一些或所有来重复步骤720-740，可以产生基板层的厚度的映射。

对于在基板上的一些层堆叠而言，预先确定的厚度路径将横跨本身，这导致被称为简并性(degeneracy)的情况。在预先确定的厚度路径上的简并点(例如，点650)具有与该简并点相关联的两个或更多个厚度值。因此，没有一些额外的信息，可能无法知道哪个厚度值是正确的数值。然而，分析与来自在基板上的给定的物理区域(例如，在给定的管芯内)的像素相关联的一群集的坐标的性质，并且使用这个额外的信息来解析简并性是可能的。例如，可以将在基板的给定的小区域内的测量值假设为不会显著地变化，因此会占据沿着散点图的较小的区段(即，不会沿着两个分支延伸)。

因此，控制器可以分析一群集的坐标，该群集的坐标与来自基板上的给定的物理区域且围绕需要解决简并性的该像素周围的像素相关联。具体而言，控制器可以确定在坐标空间中的该群集的主轴。可以选择和使用最为紧密地与该群集的主轴相平行的预先确定的厚度路径的分支以计算代表厚度的数值。

返回图2，可选地，均匀性分析可以针对基板的每个区域(例如：每个管芯)或针对整个图像来执行(步骤280)。例如，可以将针对每个像素的数值与目标值作比较，并且可以针对管芯计算出在管芯内的“失败”的像素的总数(即，不满足该目标值的像素)。可以将该总数与阈值作比较以确定该管芯是否为可接受的，例如，如果该总数小于该阈值，则该管芯被标示为可接受的。这针对每个管芯给予通过/失败指示。

作为另一示例，可以计算出在基板的未被掩蔽的区域内的“失败”的像素的总数。可以将该总数与阈值作比较以确定该基板是否为可接受的，例如，如果该总数小于该阈值，则该基板被标示为可接受的。该阈值可由用户来设定。这针对该基板给予通过/失败指示。

在管芯或晶片被确定为“失败(fail)”的情况下，控制器190可以产生警示或使得研磨系统100采取校正动作。例如，可以产生指示特定的管芯无法使用的听觉的或视觉的警示，或可以产生指示特定的管芯无法使用的数据文件。作为另一示例，基板可被传送回来以进行重制。

与通常由1024个或更多个强度值表示的像素的光谱处理相比，在彩色图像中像素可仅由3个强度值(红色、绿色和蓝色)表示，并且仅需要两个颜色通道以用于计算。因此，处理彩色图像的计算负荷明显地较低。

一般而言，可使用数据以控制CMP设备的一个或更多个操作参数。操作参数包含，例如，工作台旋转速度、基板旋转速度、基板的研磨路径、横跨板的基板速度、被施加在基板上的压力、浆料组成物、浆料的流动速率以及在基板表面处的温度。操作参数可被实时地控制，并且可被自动地调整，而无需进一步的人为干预。

如在本说明书中所使用的，术语“基板”可以包含，例如产品基板(例如，该产品基板包含多个存储器或处理器管芯)、测试基板、裸基板以及门控基板。基板可处于集成电路制造的各个阶段，例如，基板可以是裸晶片，或该基板可包含一个或更多个沉积的和/或图案化的层。术语“基板”可包含圆盘和矩形片。

然而，上文中所描述的彩色图像处理技术在利用3D垂直NAND(VNAND)闪存的情境中可以是特别有用的。具体而言，用于VNAND的制造中的层堆叠是如此复杂以致于目前的测量方法(例如：Nova光谱分析)在检测具有不适当的厚度的区域中可能无法充分可靠地执行。相反地，彩色图像处理技术可以具有优越的处理量。

本发明的实施例和在本说明书中描述的所有功能操作可以被实现在数字电子电路中，或在计算机软件、固件或硬件(其中包含在本说明书中公开的结构装置和其结构等效物，或是其组合)中。可将本发明的实施例实现为一个或更多个计算机程序产品，即，有形地实施在非暂时性的机器可读取存储介质中的一个或更多个计算机程序，该计算机程序用于由数据处理设备(例如，可编程的处理器、计算机、或多个处理器或计算机)来执行或用于控制该数据处理设备的操作。

使用相对定位的词汇以表示相对于彼此的系统的组件的定位(其中并不一定相对于重力)；应理解，研磨表面和基板可被保持在垂直方向或一些其他的方向。

已经描述了一些实现。尽管如此，将理解，可进行各种修改。例如

·可使用对整个基板进行成像的相机，而非线扫描的相机。在这种情况中，不需要相机相对于基板的运动。

·相机可以覆盖小于基板的整个宽度。在这种情况中，相机会需要在两个垂直方向上进行运动(例如，被支撑在X-Y坐标台上)，以扫描整个基板。

·光源可照射整个基板。在这种情况中，光源并不需要相对于基板来移动。

·光检测器可以是光谱计，而非彩色相机；光谱数据然后可被减少至适当的颜色通道。

·虽然在上文中讨论了由在二维的坐标空间中的数值对所代表的坐标，该技术可被应用于具有由三个或更多个颜色通道所限定的三个或更多个维度的坐标空间。

·感测组件并不需要被定位在研磨站之间或在研磨站与传送站之间的直列式系统。例如，传感器组件可以被定位在传送站内，被定位在盒式界面单元中，或可以是独立的系统。

·均匀性分析步骤是可选择的。例如，通过应用阈值转换的方式来产生的图像可被馈送至前馈过程以调整针对基板的随后的处理步骤，或被馈送至反馈过程以调整针对后续的基板的处理步骤。

·虽然描述了直列式系统，该技术可被应用至原位测量(即，当基板被研磨时的测量值)。在这种情况中，监控系统的各种组件可被安装在工作台中的凹部中，并且工作台的旋转可以使得组件横跨基板来进行扫描。对于原位测量而言，并非建构图像，该监控系统可以简单地检测从在基板上的点反射的白色光束的颜色，并且使用此颜色数据以通过使用上文所述的技术确定厚度。

·虽然本描述已经聚焦在研磨上，该技术可以被应用于增加或去除层并且可以利用光学的方式来监控的其他类型的半导体制造过程(诸如，蚀刻和沉积)。

因此，其他的实现是在权利要求书的范围内。

Claims (19)

1.一种用于获得代表基板上的多个位置的多个厚度的值的计算机程序产品，所述计算机程序产品有形地被实施在非暂时性的计算机可读取介质中，所述计算机程序产品包含用于使得处理器进行以下步骤的指令：

存储代表将屏蔽的所述图像的部分的图像掩模；

从彩色相机接收所述基板的彩色图像；

将所述彩色相机转换至标准坐标系；

将所述图像掩模应用于所述标准坐标系中的所述彩色图像以产生被掩蔽的彩色图像；

对于所述被掩蔽的彩色图像中的每一个未被掩蔽的像素，

从针对所述像素的所述彩色图像中的颜色数据确定包含第一颜色通道和第二颜色通道的至少两个维度的坐标空间中的所述像素的坐标，以及

基于所述坐标空间中的所述像素的所述坐标确定代表所述基板上的层的厚度的值。

2.如权利要求1所述的计算机程序产品，其中所述图像掩模包括多个矩形未被掩蔽的区域，所述多个矩形未被掩蔽的区域由提供将屏蔽的所述图像的所述部分的间隙分开。

3.如权利要求1所述的计算机程序产品，其中所述将屏蔽的所述图像的所述部分代表基板上的刻划线。

4.如权利要求1所述的计算机程序产品，包括以下指令：定位晶片定向特征和晶片中心。

5.如权利要求4所述的计算机程序产品，包括以下指令：旋转所述彩色图像使得在所述图像的x轴与连接所述晶片中心和所述晶片定向特征的径向段之间具有0°角。

6.如权利要求1所述的计算机程序产品，其中所述第一颜色通道和所述第二颜色通道从包含色调、饱和度、亮度、X、Y、Z、红色色度、绿色色度以及蓝色色度的颜色通道的群组中选择。

7.如权利要求6所述的计算机程序产品，其中所述第一颜色通道是红色色度并且所述第二颜色通道是绿色色度。

8.如权利要求1所述的计算机程序产品，进一步包括以下指令：

存储函数，所述函数提供代表厚度的值，作为在所述坐标空间中的预先确定的路径上的位置的函数；

对于所述彩色图像中的不同位置处的多个像素中的每一个像素，

确定最靠近所述像素的所述坐标的在所述预先确定的路径上的点的位置；以及

从所述函数和在所述预先确定的路径上的所述点的所述位置，计算代表层的厚度的所述值。

9.如权利要求1所述的计算机程序产品，进一步包含以下指令：

接收其中每一个图像获取小于所述基板的全部的一系列的彩色图像，以及从所述系列的图像产生所述基板的全部的二维的彩色图像。

10.一种用于获得代表基板上的层的厚度的测量的度量系统，包含：

支撑件，所述支撑件用于固持用于集成电路制造的基板；

彩色相机，所述彩色相机被定位以获取由所述支撑件固持的所述基板的至少一部分的彩色图像；以及

控制器，所述控制器被配置以：

存储代表将屏蔽的所述图像的部分的图像掩模；

从彩色相机接收所述基板的彩色图像；

将所述彩色相机转换至标准坐标系；

将所述图像掩模应用于所述标准坐标系中的所述彩色图像以产生被掩蔽的彩色图像；

对于所述被掩蔽的彩色图像中的每一个未被掩蔽的像素，

从在所述彩色图像中的针对所述像素的颜色数据确定包含第一颜色通道和第二颜色通道的至少两个维度的坐标空间中的所述像素的坐标，以及

基于所述坐标空间中的所述像素的所述坐标确定代表所述基板上的层的厚度的值。

11.一种用于获得代表基板上的多个位置的多个厚度的值的计算机程序产品，所述计算机程序产品有形地被实施在非暂时性的计算机可读取介质中，所述计算机程序产品包含用于使得处理器进行以下步骤的指令：

从彩色相机接收所述基板的彩色图像；

对于所述彩色图像中的不同位置处的所述彩色图像中的多个像素中的每一个像素：

从针对所述像素的所述彩色图像中的颜色数据确定包含第一颜色通道和第二颜色通道的至少两个维度的坐标空间中的所述像素的坐标，以及

通过针对所述坐标空间中的第一位置的第一值与针对所述坐标空间中的第二位置的第二值之间的内插，基于所述坐标空间中的所述像素的所述坐标确定代表所述基板上的层的厚度的值。

12.如权利要求11所述的计算机程序产品，包括以下指令：

存储函数，所述函数提供代表厚度的值，作为在所述坐标空间中的预先确定的路径上的位置的函数；

对于所述多个像素中的每一个像素，

确定最靠近所述像素的所述坐标的在所述预先确定的路径上的点的位置；以及

从所述函数和在所述预先确定的路径上的所述点的所述位置，计算代表所述基板上的所述层的厚度的所述值。

13.如权利要求12所述的计算机程序产品，其中所述坐标空间中的所述第一位置是所述预先确定的路径的第一顶点并且所述坐标空间中的所述第二位置是所述预先确定的路径的第二顶点。

14.如权利要求11所述的计算机程序产品，其中所述第一颜色通道和选择的颜色通道是从包含色调、饱和度、亮度、X、Y、Z、红色色度、绿色色度以及蓝色色度的颜色通道的群组中选择的。

15.如权利要求14所述的计算机程序产品，其中所述第一颜色通道是红色色度并且所述第二颜色通道是绿色色度。

16.如权利要求11所述的计算机程序产品，包括以下指令：定位晶片定向特征和晶片中心。

17.如权利要求16所述的计算机程序产品，包括以下指令：旋转所述彩色图像使得在所述图像的x轴与连接所述晶片中心和所述晶片定向特征的径向段之间具有0°角。

18.如权利要求11所述的计算机程序产品，包括以下指令：

接收其中每一个图像获取小于所述基板的全部的一系列的彩色图像，以及从所述系列的图像产生所述基板的全部的二维的彩色图像。

19.一种用于获得代表基板上的层的厚度的测量的度量系统，包含：

支撑件，所述支撑件用于固持用于集成电路制造的基板；

彩色相机，所述彩色相机被定位以获取由所述支撑件固持的所述基板的至少一部分的彩色图像；以及

控制器，所述控制器被配置以：

从彩色相机接收所述基板的彩色图像；

对于所述彩色图像中的不同位置处的所述彩色图像中的多个像素中的每一个像素：

从针对所述像素的所述彩色图像中的颜色数据确定包含第一颜色通道和第二颜色通道的至少两个维度的坐标空间中的所述像素的坐标，以及

通过针对所述坐标空间中的第一位置的第一值与针对所述坐标空间中的第二位置的第二值之间的内插，基于所述坐标空间中的所述像素的所述坐标确定代表所述基板上的层的厚度的值。