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TWI521625B - 使用光譜監測來偵測層級清除 - Google Patents

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TWI521625B
TWI521625B TW100124265A TW100124265A TWI521625B TW I521625 B TWI521625 B TW I521625B TW 100124265 A TW100124265 A TW 100124265A TW 100124265 A TW100124265 A TW 100124265A TW I521625 B TWI521625 B TW I521625B
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章及明
王志宏
李哈利Ｑ
涂文強
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應用材料股份有限公司
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Description

使用光譜監測來偵測層級清除
本揭示係相關於在基板的化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing;CMP)期間所進行的光學監視。
通常藉由在矽晶圓上循序沉積導電層、半導電層或絕緣層，以在基板上形成積體電路。一個製造步驟涉及在非平面表面上沉積填料層，並平坦化填料層。對於一些應用而言，平坦化填料層直至圖案化層的頂表面曝露出為止。可(例如)將導電填料層沉積至圖案化絕緣層上，以填滿絕緣層中的溝槽(trench)或孔洞。在平坦化之後，餘留在絕緣層突起圖案之間的導電層部分，形成的貫孔、插頭(plugs)與線，提供在基板上薄膜電路之間的導電路徑。對於其他應用，諸如氧化物研磨，平坦化填料層直至在非平面表面上剩下一預定厚度。此外，光蝕刻(photolithography)通常需要平坦化基板表面。
化學機械研磨為一種可接受的平坦化方法。此平坦化方法通常需要將基板安裝於承載(carrier)或研磨頭上。曝露出的基板表面通常抵靠旋轉研磨墊而置放。承載頭在基板上提供可控制式負載，以將基板推動而抵靠研磨墊。通常將研磨性研磨漿供應至研磨墊之表面。
CMP的一個問題在於決定研磨製程是否完成(亦即，真板層是否已平坦化至所要的平度或厚度，或何時已移除了所要的材料量)。漿體分佈、研磨墊條件、研磨墊與基板之間的相對速度及基板上的負載之變化，均可引起材料移除速率之變化。此等變化及基板層之初始厚度之變化，引起達到研磨終點所需要的時間之變化。因此，研磨終點不可僅決定為對研磨時間之函數。
在一些系統中，在研磨期間(例如)經由研磨墊中之視窗以光學方式原位(in-situ)監視基板。然而，現存光學監視技術可能並不滿足半導體元件製造商之增加的需要。
在研磨期間，可在光學監視系統跨基板的每一拂掠中收集多個光譜。單一拂掠中的光譜係收集自基板上的不同位置。在覆蓋層(例如，阻障層)被清除時，且在下層(例如，低介電值或覆蓋層)曝露時，來自不同位置的光譜傾向於發散。可分析光譜分佈，且光譜分佈可用於偵測覆蓋層的清除。
在一態樣中，一種研磨方法包含研磨一基板，該基板具有一第一層與一第二層，且該第二層覆蓋該第一層；在該基板正被研磨的同時，量測來自該基板之光的光譜群組序列，該等光譜群組的每一群組包含來自該基板上不同位置的光譜；對於每一群組，計算該群組中的該光譜的離散參數的值，以產生離散參數序列；以及基於該離散參數序列，偵測該第一層的曝露。
實施例可包含一或多個以下特徵。計算離散參數的值之步驟可包含以下步驟：對該群組中的每一光譜計算差異值，以產生複數個差異值。計算離散參數的值之步驟可包含以下步驟：計算該複數個差異值的標準差、範圍、平均差、中值絕對離差或平均絕對離差。計算離散參數的值之步驟可包含以下步驟：計算標準差。計算差異值之步驟可包含以下步驟：從該群組中之該光譜計算平均光譜，並計算在該光譜與該平均光譜之間的總差異。偵測第一層的曝露之步驟可包含以下步驟：比較該離散值序列與臨限。偵測第一層的曝露之步驟可包含以下步驟：從該離散值序列決定斜率，並比較該斜率與一臨限。在偵測到該第一層的曝露時，可修改研磨參數。在偵測到該第一層的曝露時，可暫停研磨。可接收在研磨期間欲監視之選定光譜特徵與該選定光譜特徵之特性的識別，在該基板正被研磨的同時可量測來自該基板的光的光譜序列，在偵測到該第一層的曝露的時間處，對於來自該光譜序列中之特徵之特性，可決定第一值，可加入偏移量至該第一值以產生第二值，以及監視該光譜序列中之特徵之特性，在該特徵之該特性被決定為到達該第二值時可暫停研磨。可接收在研磨期間欲監視之選定光譜特徵的識別，在該基板正被研磨的同時，可量測來自該基板之光之光譜序列，對於該光譜序列中的每一光譜，可決定該選定光譜特徵的位置值與相關強度值，以產生座標序列，該等座標為位置值與相關強度值對，在偵測到該第一層的曝露的時間處，可從來自該序列的光譜決定起始座標，可決定從該起始座標至當前座標的距離，以及可基於該距離，決定研磨終點或對於研磨速率之調整。量測來自該基板之光的光譜群組序列之步驟可包含以下步驟：使感測器跨該基板進行複數次拂掠。來自該光譜群組序列的每一光譜群組，可對應至來自該感測器之該複數次拂掠的單一拂掠。使感測器跨該基板進行複數次拂掠之步驟可包含以下步驟：旋轉平臺，該平臺具有感測器固定至該平臺上。可對該離散值序列進行濾波。該第二層可為阻障層。該第一層可為介電質層，該介電質層具有不同於該阻障層的成分。該阻障層可為氮化鉭或氮化鈦，且該介電質層可為摻雜碳的二氧化矽，或係形成自四乙氧基矽烷(tetraethyl orthosilicate;TEOS)。
在另一態樣中，一種有形地實施於機器可讀取儲存裝置中的電腦程式產品，包含指令以執行以上方法。
在另一態樣中，一種研磨裝置包含支撐結構、承載頭、馬達、光學監視系統以及控制器，該支撐結構用以固持研磨墊，該承載頭用以固持基板以使該基板抵靠該研磨墊，該馬達用以產生在承載頭與支撐結構之間的相對移動，以研磨該基板，該光學監視系統用以在該基板正被研磨的同時，量測來自該基板之光之光譜群組序列，在該承載頭與該支撐結構之間的該相對移動，使該等光譜群組的每一群組包含來自該基板上不同位置的光譜，該控制器經配置以對於每一群組，計算該群組中的該光譜的離散參數的值，以產生離散值序列，並基於該離散值序列偵測該第一層的曝露。
實施例可視需要包含一或多個以下優點。能夠更可靠地偵測覆蓋層(例如，阻障層)的清除，且隨後的研磨終點可更為可靠，且可減少晶圓間厚度不均勻性(Wafer-To-Wafer Non-Uniformity;WTWNU)。
將於下文的實施方式以及附加圖式中，詳細說明一或多個實施例。其他的態樣、特徵與優點將顯然於說明書、圖式以及申請專利範圍。
一種光學監視技術為量測在研磨期間從基板反射出的光的光譜，並從庫中識別出匹配的參考光譜。使用光譜匹配作法的一個潛在的問題為，對於一些基板類型，在下層晶粒(die)特徵中具有顯著的基板間差異，使得從表面上具有相同外層厚度的基板，反射出的光譜之中具有變異。此等變異增加了正確光譜匹配的難度，並減少了光學監視的可靠度。
一種解決此問題的技術為量測從正被研磨的基板反射回的光的光譜，並識別光譜特徵特性的改變。追蹤光譜特徵的特性內的改變(例如，光譜波峰的波長)，可允許批次內之基板之間具有更佳的研磨均勻性。藉由決定光譜特徵特性之目標差，當特性之值已改變了目標量時，可召用終點。光譜特徵可包括光譜波峰、光譜波谷、光譜拐點或光譜零交越。特徵之特性可包括波長、寬度或強度。
基板的層堆疊可包含第一介電質材料之圖案化第一層，例如，低介電值(low-k)材料，例如，摻雜碳的二氧化矽，例如，Black DiamondTM(來自Applied Materials,Inc.)或CoralTM(來自Novellus Systems,Inc.)。第二層安置在第一層上，第二層為不同於第一層的第二介電質材料，例如，阻障層，例如，氮化物，例如，氮化鉭或氮化鈦。視需要在第一層與第二層之間，安置一或多個不同於第一介電質材料與第二介電質材料之另一介電質材料的額外層，例如，低介電值覆蓋材料，例如，四乙氧基矽烷(tetraethyl orthosilicate;TEOS)。第一層與一或多個額外層一起提供在第二層下方的層堆疊。導電材料(例如，金屬(例如，銅))安置於第二層之上(並安置於由第一層的圖案提供的溝槽中)。
化學機械研磨的一種用途為平坦化基板，直到第一介電質材料的第一層曝露為止。在平坦化之後，剩餘在第一層突起圖案之間的導電層部分形成貫孔(via)等等。此外，有時需要移除第一介電質材料直到剩餘一目標厚度為止。
一種研磨方法為在第一研磨墊上研磨導電層，至少直至第二層(例如，阻障層)曝露為止。此外，可移除第二層的部分厚度，例如於在第一研磨墊處進行的過度研磨步驟期間。隨後將基板轉移至第二研磨墊，在第二研磨墊處第二層(例如，阻障層)被完全移除，且下層第一層(例如，低介電值介電質)的部分厚度亦被移除。此外，在第一層與第二層之間若存在額外的一或多個層，則額外的一或多個層可於在第二研磨墊處的相同研磨作業中被移除。
然而，在將基板轉移至第二研磨墊時，第二層之初始厚度可能並非為已知的。如上所述，此狀況可為光學終點偵測技術帶來問題，該等光學終點偵測技術在光譜量測中追蹤選定光譜特徵特性，以在目標厚度處決定終點。然而，若由能夠可靠地偵測第二層之移除及下層第一層或層結構之曝露的另一監視技術，來觸發光譜特徵追蹤，則可減輕此問題。此外，藉由量測第一層之初始厚度，且藉由根據第一層之初始厚度及目標厚度計算目標特徵值，便可提高第一層之厚度之基板間均勻性。
對於一些層堆疊，諸如覆蓋TEOS層之阻障層，難以偵測覆蓋層的清除與下層的曝露。然而，隨著覆蓋層(例如，阻障層)清除，以及下層(例如，低介電值或覆蓋層)曝露，來自不同位置的光譜傾向於發散。可分析光譜的發散度，並可計算離差(deviation)參數值。藉由偵測何時離差參數值改變，可偵測覆蓋層的清除。
第1圖圖示可操作以研磨基板10之研磨設備20。研磨設備20包括可旋轉圓盤形平臺24，研磨墊30定位於該平臺上。平臺係可操作以繞著軸25旋轉。舉例而言，馬達可轉動驅動軸22以旋轉平臺24。舉例而言，可由黏著劑層將研磨墊30以可拆卸方式固設至平臺24。研磨墊30在磨損時可拆卸並更換。研磨墊30可為具有外研磨層32及較軟背層34之雙層研磨墊。
以包括孔徑(亦即，貫穿墊之孔)或固體視窗之方式，來提供穿過研磨墊之光學存取點36。固體視窗可固設至研磨墊，然而在一些實施例中固體視窗可支撐在平臺24上，且凸出至研磨墊中之孔徑中。研磨墊30通常置放於平臺24上，使得孔徑或視窗覆蓋定位於平臺24之凹槽26中的光學頭53。光學頭53因此可經由孔徑或視窗來光學存取被研磨之基板。
舉例而言，視窗可為剛性結晶或玻璃質材料(例如，石英或玻璃)，或較軟塑膠材料(例如，矽氧樹脂、聚胺甲酸酯或鹵化聚合物(例如，含氟聚合物))，或提及之材料的組合。視窗對於白光可為透明的。若固體視窗之頂表面為剛性結晶或玻璃質材料，則頂表面應自研磨表面充分凹入，以防止刮痕。若頂表面接近且可接觸到研磨表面，則視窗之頂表面應為較軟塑膠材料。在一些實施例中，固體視窗係固設於研磨墊中，且為聚胺甲酸酯視窗，或為具有石英與聚胺甲酸酯之組合的視窗。視窗對於具有特定色彩之單色光(例如，藍光或紅光)可具有高透射率，例如，大約80%透射率。視窗對於研磨墊30可為密封的，使得液體並不穿過視窗及研磨墊30之介面而洩漏。
在一個實施例中，視窗包括以較軟塑膠材料之外層覆蓋著的剛性結晶或玻璃質材料。較軟材料之頂表面可與研磨表面共平面。剛性材料之底表面可與研磨墊之底表面共平面，或相對於研磨墊之底表面凹入。詳言之，若研磨墊包括兩個層，則固體視窗可整合至研磨層中，且底層可具有與固體視窗對準之孔徑。
視窗之底表面可視需要包括一或多個凹槽。可成形凹槽，以容納(例如)光纖電纜之末端或渦流感應器之末端。凹槽允許使光纖電纜之末端或渦流感應器之末端，定位於距被研磨之基板表面小於視窗之厚度的距離處。在視窗包括剛性結晶部分或玻璃狀部分，且凹槽係藉由機械加工形成於此部分中之實施例的情況下，研磨凹槽，以便移除由機械加工引起的刮痕。或者，可將溶劑及/或液體聚合物塗覆於凹槽之表面，以移除由機械加工引起的刮痕。通常移除由機械加工引起的刮痕，減少散射且可提高光穿過視窗之透射率。
可將研磨墊之背層34附著於研磨墊之外研磨層32(例如，藉由黏著劑)。可將提供光學存取點36之孔徑形成於墊30中(例如，藉由切割或藉由建模墊30，以包括孔徑)，且視窗可插入孔徑中並固設至墊30，例如，藉由黏著劑。或者，可將視窗之液體前驅物分配至墊30中之孔徑中，且使液體前驅物固化以形成視窗。或者，可將固體透明元件(例如，上述結晶或玻璃狀部分)定位於液體墊材料中，且可使液體墊材料固化，以圍繞透明元件而形成墊30。在後兩個狀況之任何一個狀況中，可形成一塊墊材料，且可自該塊割取含建模視窗之研磨墊之層。
研磨設備20包括組合漿體/沖洗臂39。在研磨期間，臂39可操作，以分配含有液體及酸鹼值(PH)調節劑之漿體38。或者，研磨設備包括可操作以將漿體分配至研磨墊30上之漿體埠。
研磨設備20包括可操作以固持基板10，使基板10抵靠研磨墊30之承載頭70。承載頭70自支撐結構72(例如，旋轉料架(carousel))懸吊下來，且由承載驅動軸74連接至承載頭旋轉馬達76，使得承載頭可繞著軸71旋轉。另外，承載頭70可在形成於支撐結構72中之徑向槽中橫向振動。在操作中，平臺繞著平臺中心軸25旋轉，且承載頭繞著承載頭中心軸71旋轉並在研磨墊之頂表面上橫向平移。
研磨設備亦包括光學監視系統，光學監視系統可如以下所論述用於決定研磨終點。光學監視系統包括光源51及光偵測器52。光自光源51傳遞、通過研磨墊30中之光學存取點36、碰撞且穿過光學存取點36而自基板10向回反射，且行進至光偵測器52。
分叉式光纖電纜54可用於將光自光源51傳輸至光學存取點36，且自光學存取點36向回傳輸至光偵測器52。分叉式光纖電纜54可包括「幹線」55及兩個「支線」56及58。
如上文提及的，平臺24包括凹槽26，光學頭53定位於凹槽26中。光學頭53固持分叉式纖維電纜54之幹線55之一個末端，分叉式纖維電纜54經設置以向被研磨之基板表面傳導光且自被研磨之基板表面傳導光。光學頭53可包括覆蓋分叉式纖維電纜54之末端之一或多個透鏡或視窗。或者，光學頭53可僅固持鄰接於研磨墊中之固體視窗之幹線55之末端。可根據需要自凹槽26移除光學頭53，(例如)以實現預防性維護或校正性維護。
平臺包括可移除原位監視模組50。原位監視模組50可包括以下一或多者：光源51、光偵測器52及用於發送及接收往返於光源51與光偵測器52的訊號之電路系統。舉例而言，偵測器52之輸出可為經由驅動軸22中之旋轉耦合器(例如，滑環)，而傳遞至光學監視系統之控制器的數位電子訊號。類似地，可回應於經由旋轉耦合器，自控制器傳遞至模組50之數位電子訊號中之控制命令，而開啟或關閉光源。
原位監視模組50亦可固持分叉式光纖54之支線部分56及58之各別末端。光源係可操作以傳輸光，該光係經由支線56而傳導，且自位於光學頭53中之幹線55之末端傳導出來，且撞擊於被研磨之基板上。自基板反射的光在位於光學頭53中之幹線55之末端處被接收，且經由支線58傳導至光偵測器52。
在一個實施例中，分叉式纖維電纜54為一束光纖。該束包括第一組光纖及第二組光纖。連接第一組中之光纖，以將來自光源51之光傳導至被研磨之基板表面。連接第二組中之光纖，以接收自被研磨之基板表面反射的光，且將接收到的光傳導至光偵測器52。可佈置光纖，使得第二組中之光纖形成定中心於分叉式光纖54之縱向軸上的X狀形狀(當在分叉式纖維電纜54之橫截面中觀察時)。或者，可實施其他佈置。舉例而言，第二組中之光纖可形成彼此之鏡像之V狀形狀。適合的分叉式光纖可購自設立於Carrollton,Texas的Verity Instruments,Inc.。
在研磨墊視窗與最接近於研磨墊視窗之分叉式纖維電纜54之幹線55之末端之間，通常存在最佳距離。該距離可憑經驗決定，且受(例如)視窗之反射性、自分叉式纖維電纜發射的光束之形狀及與被監視之基板的距離之影響。在一個實施例中，定位分叉式纖維電纜，使得最接近於視窗之末端盡可能靠近視窗之底部，而實際上並不接觸該視窗。在此實施例的情況下，研磨設備20可包括機構(例如，作為光學頭53之部分)，該機構係可操作以調整分叉式纖維電纜54之末端與研磨墊視窗之底表面之間的距離。或者，將分叉式纖維電纜54之最接近的末端嵌入視窗中。
光源51係可操作以發射白光。在一個實施例中，發射的白光包括具有200-800奈米之波長的光。適合光源為氙燈或氙汞燈。
光偵測器52可為分光計。分光計基本上為用於在部分電磁光譜上量測光之性質(例如，強度)的光學儀器。適合的分光計為光柵分光計。分光計之典型輸出為光之強度，該光之強度係為波長之函數。
光源51及光偵測器52連接至可操作的計算裝置，以控制光源51及光偵測器52的操作，並接收光源51及光偵測器52的訊號。計算裝置可包括定位於研磨設備附近之微處理器，例如，個人電腦。關於控制，計算裝置可(例如)使光源51之啟動與平臺24之旋轉同步。如第2圖中所示，電腦可使光源51發射一系列閃光，該系列閃光恰好在基板10越過原位監視模組50之前開始，且恰好在基板10越過原位監視模組50之後結束。點201-211中之每一者，皆表示來自原位監視模組50之光撞擊於基板10上，且自基板10反射的位點。或者，電腦可使光源51連續發射光，該光恰好在基板10越過原位監視模組50之前開始，且恰好在基板10越過原位監視模組50之後結束。
在研磨進行時，(例如)自平臺中之感應器在基板上之連續拂掠獲得的光譜，提供一系列光譜。在一些實施例中，光源51將一系列光之閃光發射至基板10之多個部分上。舉例而言，光源可將光之閃光發射至基板10之中心部分及基板10之外部分上。可由光偵測器52接收自基板10反射的光，以決定來自基板10之多個部分之多個系列光譜。在各特徵皆與基板10之一個部分相關聯之光譜中可識別該等特徵。舉例而言，特徵可用於決定用於基板10之研磨之終點條件。在一些實施例中，基板10之多個部分之監視允許改變基板10之一或多個部分上之研磨速率。
關於接收訊號，計算裝置可接收(例如)攜帶描述由光偵測器52接收到的光之光譜之資訊的訊號。第3A圖圖示從自光源之單個閃光發射，且自基板反射之光量測出的光譜之範例。光譜302係從自產品基板反射之光量測出的。光譜304係從自基材矽基板(該基材矽基板為僅具有矽層之晶圓)反射之光量測出的。光譜306係來自不存在定位於光學頭53上之基板的情況下，由光學頭53收到的光。在此條件(在本說明書中稱為黑暗條件)下，收到的光通常為環境光。
計算裝置可處理上述訊號或上述訊號的一部分，以決定研磨步驟之終點。在不限於任何特定理論的情況下，自基板10反射之光的光譜隨著研磨進行而演變。第3B圖提供光譜隨著對感興趣的薄膜之研磨進行而演變的實例。不同光譜線表示研磨製程中的不同時間點。如可看出的，當薄膜之厚度改變時，反射光之光譜之性質改變，且特定光譜由薄膜之特定厚度展出。當薄膜之研磨進行時，觀察到反射光之光譜中之波峰(亦即，局部最大值)時，波峰之高度通常改變，且隨著材料移除，波峰傾向於變寬。除變寬之外，特定波峰所在的波長通常隨著研磨進行而增加。在一些實施例中，特定波峰所在的波長通常隨著研磨進行而減小。舉例而言，波峰310(1)圖示在研磨期間之特定時間的光譜中之波峰，而波峰310(2)圖示在研磨期間之稍後時間的相同波峰。波峰310(2)位於較長波長處，且比波峰310(1)寬。
可根據經驗公式，使用波峰之波長及/或寬度之相對變化(例如，在波峰以下固定距離處量測出的寬度，或在波峰與最近波谷之間的中間高度處量測出的寬度)、波峰之絕對波長及/或寬度，或上述兩者來決定研磨之終點。在決定終點時使用的最佳波峰(或多個波峰)取決於所研磨之材料及彼等材料之圖案而變化。
在一些實施中，波峰波長之變化可用以決定終點。舉例而言，當波峰之起始波長與波峰之當前波長之間的差達到目標差時，研磨設備20可停止研磨基板10。或者，可使用除了波峰以外的特徵來決定自基板10反射之光的波長之差。舉例而言，可由光偵測器52監視波谷之波長、拐點或x-軸或y-軸截距，且當波長已改變預定量時，研磨設備20可停止研磨基板10。
在一些實施例中，除了波長之外，所監視的特性可為特徵之寬度或強度，亦可不監視波長。特徵可偏移大約40 nm至120 nm之級數，然而其他偏移量亦為可能的。舉例而言，上限可大得多，尤其在介電質研磨的狀況下。
第4A圖提供從基板10反射之光量測出的光譜400a之實例。光學監視系統可使光譜400a通過高通濾波器，以減小光譜之整體斜率，從而產生第4B圖中所示之光譜400b。舉例而言，在處理批次中之多個基板期間，在晶圓之間可存在較大的光譜差。可使用高通濾波器來正規化光譜，以減小相同批次中之基板上之光譜變化。示例性高通濾波器可具有0.005 Hz之截止頻率及濾波器階數(filter order)4。高通濾波器不僅用以幫助濾出對下層變化之靈敏度，而且亦用以「平化」合法訊號，以使特徵追蹤更容易。
為了讓使用者選擇將追蹤終點之哪一個特徵以決定該終點，可產生等高線圖且向使用者顯示該等高線圖。第5B圖提供從在研磨期間自基板10反射之光的多個光譜量測，產生之等高線圖500b之實例，且第5A圖提供來自等高線圖500b中之特定暫態的量測光譜500a之實例。等高線圖500b包括特徵，諸如，由光譜500a上的相關波峰502及波谷504產生之波峰區域502及波谷區域504。隨著時間推移，基板10被研磨，且自基板反射之光改變，如由等高線圖500b中之光譜特徵之變化所圖示的。
為產生等高線圖500b，可研磨測試基板，且可在研磨期間由光偵測器52來量測自測試基板反射之光，以產生自基板10反射之光的系列光譜。可將系列光譜儲存(例如)於電腦系統中，該電腦系統視需要可為光學監視系統之部分。裝設基板之研磨可在時間T1處開始，且繼續超過估計終點時間。
當測試基板之研磨完成時，電腦(例如)在電腦螢幕上，向研磨設備20之操作員呈現等高線圖500b。在一些實施例中，例如，藉由將紅色指定給光譜中之較高強度值，將藍色指定給光譜中之較低強度值，而將中間色(橙色至綠色)指定給光譜中之中間強度值，電腦彩色標記等高線圖。在其他實施例中，藉由將最暗灰色陰影指定給光譜中之較低強度值，且將最亮灰色陰影指定給光譜中之較高強度值，並且將中間陰影指定給光譜中的中間強度值，而使電腦產生灰階等高線圖。或者，電腦可產生三維等高線圖，其中用最大z值表示光譜中之較高強度值，且用最小z值表示光譜中之較低強度值，用中間z值表示光譜中之中間值。舉例而言，三維等高線圖可由彩色、灰階或黑白之方式顯示。在一些實施例中，研磨設備20之操作員可與三維等高線圖互動，以觀察光譜之不同特徵。
舉例而言，在研磨期間自測試基板之監視產生的反射光之等高線圖500b，可含有諸如波峰、波谷、光譜零交越點及拐點之光譜特徵。特徵可具有諸如波長、寬度及/或強度之特性。如由等高線圖500b所展示的，當研磨墊30自裝設基板之頂表面移除材料時，自裝設基板反射之光可隨時間的推移而改變，因此特徵特性隨時間的推移而改變。
在裝置基板之研磨之前，研磨設備20之操作員可觀察等高線圖500b並選擇特徵特性，以在具有與裝設基板相似晶粒特徵之一批基板之處理期間進行追蹤。舉例而言，研磨設備20之操作員可選擇波峰506之波長以進行追蹤。等高線圖500b(尤其為彩色標記或三維等高線圖)之潛在優點在於，此種圖表顯示讓使用者能更容易選擇恰當特徵，由於特徵(例如，具有隨時間線性改變之特性之特徵)在視覺上為可容易區分的。
為選擇終點準則，可基於測試基板之研磨前厚度及研磨後厚度，藉由線性內插法來計算選定特徵之特性。舉例而言，測試基板上之層之厚度D1及D2，可分別在研磨前(例如，在研磨開始之時間T1之前測試基板之厚度)與在研磨後(例如，在研磨結束之時間T2之後測試基板之厚度)量測，且特性之值可在達成目標厚度D'之時間T'處量測。T'可由T'=T1+(T2-T1)*(D2-D')/(D2-D1)來計算，且特性之值V'可根據在時間T'處量測的光譜來決定。可根據V'-V1來決定選定特徵(諸如，波峰506之波長中之特定變化)之特性之目標差δV，其中V1為初始特性值(在時間T1處)。因此，目標差δV可為自時間T1處研磨之前的初始特性值V1，至在預計完成研磨之時間T'處之特性之值V'的變化。研磨設備20之操作員可將欲改變之特徵特性之目標差604(例如，δV)輸入與研磨設備20相關聯之電腦中。
為了決定值V'，且相應地決定點602之值，可使用穩健式線擬合來向量測的資料擬合線508。可將在時間T'處之線508之值減去在T1處之線508之值，以決定點602。
可基於特徵特性之目標差與在研磨期間自裝設基板移除的材料量之間的相關性，來選擇諸如光譜波峰506之特徵。研磨設備20之操作員可選擇不同特徵及/或特徵特性，以找出具有特性之目標差與自裝設基板移除的材料量之間的良好相關性之特徵特性。
在其他實施例中，終點決定邏輯決定欲追蹤之光譜特徵及終點準則。
現轉向裝置基板之研磨，第6A圖為在裝置基板10之研磨期間追蹤的特徵特性之差值602a-d的示例性圖表600a。基板10可為被研磨之一批基板中之部分，其中研磨設備20之操作員選擇特徵特性(諸如，波峰或波谷之波長)，以根據裝設基板之等高線圖500b進行追蹤。
當研磨基板10時，光偵測器52量測自基板10反射之光的光譜。終點決定邏輯使用光之光譜來決定特徵特性之系列值。隨著自基板10之表面移除材料，選定特徵特性之值可改變。使用特徵特性之系列值與特徵特性之初始值V1之間的差來決定差值602a-d。
當研磨基板10時，終點決定邏輯可決定被追蹤之特徵特性之當前值。在一些實施例中，當特徵之當前值已自初始值變化了目標差604時，可召用終點。在一些實施例中，(例如)使用穩健式線擬合，向差值602a-d擬合線606。可基於差值602a-d來決定線606之函數，以預測研磨終點時間。在一些實施例中，該函數為時間對特性差之線性函數。當計算新差值時，線606之函數(例如，斜率及截距)在基板10之研磨期間可改變。在一些實施例中，線606達到目標差604之時間提供估計終點時間608。當線606之函數變化以接納新差值時，估計終點時間608可改變。
在一些實施例中，使用線606之函數來決定自基板10移除之材料量，且使用由該函數決定的當前值之變化，來決定何時達到目標差及何時需要召用終點。線606追蹤移除之材料量。或者，當自基板10移除特定厚度之材料時，便可使用由函數決定的當前值之變化，來決定自基板10之頂表面移除之材料量及何時召用終點。舉例而言，操作員可將目標差設定為，選定特徵之波長變化50奈米。舉例而言，可使用選定波峰之波長之變化來決定自基板10之頂層移除多少材料及何時召用終點。
在時間T1處，在基板10之研磨之前，選定特徵之特性值差為0。當研磨墊30開始研磨基板10時，識別的特徵之特性值可隨著材料自基板10之頂表面研磨掉而改變。舉例而言，在研磨期間，選定特徵特性之波長可變為較高或較低的波長。排除雜訊效應，特徵之波長(且因此波長之差)傾向於單調改變，且經常線性改變。在時間T'處，終點決定邏輯決定識別的特徵特性已改變了目標差δV，且可召用終點。舉例而言，當特徵之波長已改變了目標差50奈米時，召用終點且研磨墊30停止研磨基板10。
當處理一批基板時，光學監視系統50可(例如)追蹤所有基板上之相同光譜特徵。光譜特徵可與基板上之相同晶粒特徵相關聯。基於基板之下層變化，光譜特徵之起始波長可在批次中基板間改變。在一些實施例中，為了最小化多個基板上之可變性，當選定特徵特性值或擬合至特徵特性之值的函數改變了終點度量EM(而非目標差)時，終點決定邏輯可召用終點。終點決定邏輯可使用根據裝設基板決定之預期初始值EIV。在識別在基板10上被追蹤之特徵特性之時間T1處，終點決定邏輯決定被處理之基板之實際初始值AIV。終點決定邏輯可使用初始值權重IVW，以減少實際初始值對終點決定之影響，同時慮及一批次上基板之變化。舉例而言，基板變化可包括基板厚度或下層結構之厚度。初始值權重可與基板變化相關，以增加基板間處理之間的均勻性。舉例而言，可藉由將初始值權重乘以實際初始值與預期初始值之間的差且加上目標差，來決定終點度量，例如，EM=IVW*(AIV-EIV)+δV。
在一些實施例中，使用加權組合來決定終點。舉例而言，終點決定邏輯可根據函數計算特性之初始值，且根據函數計算特性之當前值，並計算初始值與當前值之間的第一差。終點決定邏輯可計算初始值與目標值之間的第二差，且產生第一差與第二差之加權組合。
第6B圖為在基板10之兩個部分處取得的特性量測差對時間的示例性圖表600b。舉例而言，光學監視系統50可追蹤朝向基板10之邊緣部分而定位之一個特徵及朝向基板10之中心部分而定位的另一特徵，以決定已自基板10移除多少材料。當測試裝設基板時，研磨設備20之操作員可(例如)識別相應於裝設基板之不同部分的兩個特徵以進行追蹤。在一些實施例中，光譜特徵與裝設基板上之相同類型之晶粒特徵相對應。在其他實施例中，光譜特徵與裝設基板上之不同類型之晶粒特徵相關聯。當基板10被研磨時，光偵測器52可量測來自與裝設基板之選定特徵相對應之基板10之兩個部分的反射光之系列光譜。可由終點決定邏輯來決定與兩個特徵之特性相關聯之系列值。可藉由在研磨時間前進時，將當前特性值減去初始特性值，而計算基板10之第一部分中之特徵特性之一系列第一差值610a-b。可類似地計算基板10之第二部分中之特徵特性之一系列第二差值612a-b。
可向第一差值610a-b擬合第一線614，且可向第二差值612a-b擬合第二線616。可分別根據第一函數及第二函數決定第一線614及第二線616，以決定估計研磨終點時間618或對基板10之研磨速率620之調整。
在研磨期間，使用基板10之第一部分之第一函數，且使用基板之第二部分之第二函數，在時間TC處進行基於目標差622之終點計算。若基板之第一部分與基板之第二部分之估計終點時間不同(例如，第一部分將在第二部分之前達到目標厚度)，則可對研磨速率620進行調整，使得第一函數及第二函數將具有相同終點時間618。在一些實施例中，調整基板之第一部分與第二部分之研磨速率，使得在兩個部分處同時達到終點。或者，可調整第一部分或第二部分之研磨速率。
舉例而言，可藉由增加或減少承載頭70之相應區域中之壓力來調整研磨速率。研磨速率之變化可假定為與壓力之變化成正比，例如，簡單普瑞斯頓(Prestonian)模型。舉例而言，當基板10之第一區域在時間TA處凸出以達到目標厚度，且系統已建立目標時間TT時，時間T3之前的相應區域中之承載頭壓力可乘以TT/TA，以在時間T3之後提供承載頭壓力。另外，可開發用於研磨基板之控制模型，該控制模型慮及平臺或頭旋轉速度之影響、不同頭壓力組合之二階效應、研磨溫度、漿料流量或影響研磨速率之其他參數。在研磨製程期間之後續時間，若適當，則可再次調整速率。
在一些實施例中，計算裝置使用波長範圍，以容易地識別自裝置基板10反射之光所量測出的光譜中之選定光譜特徵。計算裝置在波長範圍中搜尋選定光譜特徵，以區分選定光譜特徵與(例如)在強度、寬度或波長上類似於量測出的光譜中之選定光譜特徵之其他光譜特徵。
第7A圖圖示根據由光偵測器52收到的光量測之光譜700a的實例。光譜700a包括選定光譜特徵702，例如，光譜波峰。選定光譜特徵702可由終點決定邏輯來選擇，以在基板10之CMP期間進行追蹤。選定光譜特徵702之特性704(例如，波長)可由終點決定邏輯識別。當特性704已改變目標差時，終點決定邏輯召用終點。
在一些實施例中，終點決定邏輯決定波長範圍706，以在該波長範圍上搜尋選定光譜特徵702。波長範圍706可具有介於約50與約200奈米之間的寬度。在一些實施例中，波長範圍706為預定的，例如，由操作員規定(例如，藉由接收選擇波長範圍之使用者輸入)，或規定為一批基板之製程參數(藉由從使波長範圍與該批基板相關聯之記憶體檢索出波長範圍)。在一些實施例中，波長範圍706係基於歷史資料，例如，連序光譜量測之間的平均或最大距離。在一些實施例中，波長範圍706係基於關於測試基板之資訊，例如，兩倍目標差δV。
第7B圖為從由光偵測器52收到的光量測出之光譜700b的實例。舉例而言，在平臺24之旋轉期間緊跟著取得光譜700a之後，量測光譜700b。在一些實施例中，終點決定邏輯決定先前光譜700a中之特性704之值(例如，520nm)，且調整波長範圍706，使得波長範圍708之中心更靠近特性704而定位。
在一些實施例中，終點決定邏輯使用線606之函數來決定特性704之預期當前值。舉例而言，終點決定邏輯可使用當前研磨時間來決定預期差，且藉由將預期差加至特性704之初始值V1來決定特性704之預期當前值。終點決定邏輯可將波長範圍708定中心於特性704之預期當前值上。
第7C圖為從由光偵測器52收到的光量測出之光譜700c的另一實例。舉例而言，在平臺24之旋轉期間緊接著取得光譜700a之後，量測光譜700c。在一些實施例中，終點決定邏輯將特性704之先前值用於波長範圍710之中心。
舉例而言，終點決定邏輯決定在基板10下方之光學頭53之兩個連序傳遞期間決定的特性704之值之間的平均方差。終點決定邏輯可將波長範圍710之寬度設定為平均方差的兩倍。在一些實施例中，終點決定邏輯在決定波長範圍710之寬度時，使用特性704之值之間的方差之標準差。
在一些實施例中，波長範圍706之寬度對於所有光譜量測均相同。舉例而言，波長範圍706、波長範圍708及波長範圍710之寬度相同。在一些實施例中，波長範圍之寬度不同。舉例而言，當估計特性704自特性之先前量測改變2奈米時，波長範圍708之寬度為60奈米。當估計特性704自特性之先前量測改變5奈米時，波長範圍708之寬度為80奈米，80奈米之波長範圍比具有較小特性變化之波長範圍大。
在一些實施例中，波長範圍706在基板10之研磨期間對於所有光譜量測均相同。舉例而言，波長範圍706為475奈米至555奈米，且對於基板10之研磨期間進行的所有光譜量測，終點決定邏輯在475奈米與555奈米之間的波長中搜尋選定光譜特徵702，然而其他波長範圍亦為可能的。波長範圍706可由使用者輸入選擇為由原位監視系統量測之全光譜範圍之子集。
在一些實施例中，終點決定邏輯在一些光譜量測之修改波長範圍中，以及在用於光譜之剩餘者中的先前光譜之波長範圍中搜尋選定光譜特徵702。舉例而言，終點決定邏輯在平臺24之第一旋轉期間量測到的光譜之波長範圍706，及平臺24之連序旋轉期間量測到的光譜之波長範圍708中搜尋選定光譜特徵702，其中兩個量測均在基板10之第一區域中進行。繼續該實例，終點決定邏輯在相同平臺旋轉期間量測到的兩個光譜之波長範圍710中，搜尋另一選擇光譜特徵，其中兩個量測在基板10之不同於第一區域之第二區域中進行。
在一些實施例中，選定光譜特徵702為光譜波谷或光譜零交越點。在一些實施例中，特性704為波峰或波谷之強度或寬度(例如，在波峰下方固定距離處量測到的，或在波峰與最近波谷之間的中間高度處量測到的寬度)。
第8圖圖示用於選擇目標差δ V，以在決定研磨製程之終點時使用之方法800。量測具有與產品基板相同圖案之基板之性質(步驟802)。被量測的基板在本說明書中稱為「裝設」基板。裝設基板可簡單地為與產品基板相類似或相同之基板，或者裝設基板可為來自一批產品基板之一個基板。量測的性質可包括基板上之興趣特定位點處之感興趣的薄膜之研磨前厚度。通常，量測多個位點處之厚度。通常選擇位點，以量測每一位點之相同類型之晶粒特徵。可在測量站執行量測。在研磨之前，原位光學監視系統可量測自基板反射之光的光譜。
根據感興趣的研磨步驟來研磨裝設基板，且收集在研磨期間獲得的光譜(步驟804)。可在上述研磨設備處執行研磨及光譜收集。在研磨期間由原位監視系統來收集光譜。過度研磨基板(亦即，研磨超過估計終點)，使得可獲得在達成目標厚度時自基板反射之光的光譜。
量測過度研磨的基板之性質(步驟806)。性質包括在特定位點，或用於研磨前量測之位點處之感興趣的薄膜之研磨後厚度。
使用量測到的厚度及收集的光譜來選擇(藉由檢驗收集的光譜)特定特徵(諸如，波峰或波谷)，以在研磨期間進行監視(步驟808)。可由研磨設備之操作員來選擇特徵，或者特徵之選擇可為自動的(例如，基於習知波峰尋找(peak-finding)演算法及經驗波峰選擇(peak-selection)公式)。舉例而言，如以上參閱第5B圖所描述的，可向研磨設備20之操作員呈現等高線圖500b，且操作員可自等高線圖500b選擇特徵以進行追蹤。若預計特定光譜區域含有希望在研磨期間進行監視之特徵(例如，由過去經驗，或基於理論之特徵行為之計算產生的)，則僅需要考慮在彼區域中之特徵。通常選擇一特徵，該特徵展出在研磨基板時自裝設基板之頂部移除之材料量之間的相關性。
可使用量測到的研磨前薄膜厚度及研磨後基板厚度來執行線性內插法，以決定達成目標薄膜厚度之大致時間。可將該大致時間與光譜等高線圖相比，以決定選定特徵特性之終點值。特徵特性之終點值與初始值之間的差可作為目標差來使用。在一些實施例中，向特徵特性之值擬合函數，以正規化特徵特性之值。函數之終點值與函數之初始值之間的差，可作為目標差來使用。在該批基板之其餘基板之研磨期間監視相同特徵。
視需要，處理光譜以提高準確度及/或精度。舉例而言，可處理光譜，以將光譜正規化為共用參考，以將光譜平均及/或以自光譜過濾雜訊。在一個實施例中，將低通濾波器應用於光譜，以減少或消除突發尖峰。
通常憑經驗選擇對於特定終點決定邏輯，欲監視之光譜特徵，使得在電腦裝置藉由應用基於特定特徵的終點邏輯召用終點時，達成目標厚度。終點決定邏輯使用特徵特性中之目標差來決定何時應召用終點。當研磨開始時，可相對於特徵之初始特性值來量測特性之變化。或者，除目標差δV之外，可相對於預期初始值EIV及實際初始值AIV來召用終點。終點邏輯可將實際初始值與預期初始值之間的差，乘以起始值權重SVW，以補償基板間下層變化。舉例而言，當終點度量EM=SVW*(AIV-EIV)+δV時，終點決定邏輯可結束研磨。
在一些實施例中，使用加權組合來決定終點。舉例而言，終點決定邏輯可根據函數計算特性之初始值，且根據函數計算特性之當前值，並計算初始值與當前值之間的第一差。終點決定邏輯可計算初始值與目標值之間的第二差，且產生第一差與第二差之加權組合。可在加權值達到目標值的情況下召用終點。終點決定邏輯可藉由比較特性之監視的差(或多個差)與目標差，來決定何時應召用終點。若監視的差與目標差匹配或超過目標差，則召用終點。在一個實施例中，監視的差必須與目標差匹配或超過目標差達某一時段(例如，平臺旋轉兩次)才召用終點。
第9圖圖示用於選取與特定目標厚度及特定終點決定邏輯之選定光譜特徵相關聯之特性之目標值的方法901。如以上在步驟802-806中所述，量測且研磨裝設基板(步驟903)。詳言之，收集光譜，且儲存量測各個收集的光譜之時間。
計算用於特定裝設基板之研磨設備之研磨速率(步驟905)。可藉由使用研磨前厚度D1與研磨後厚度D2及實際研磨時間PT來計算平均研磨速率PR，例如，PR=(D2-D1)/PT。
計算特定裝設基板之終點時間(步驟907)，以提供校正點，以決定選定特徵之特性之目標值，如下文所論述。可基於計算的研磨速率PR、感興趣的薄膜之研磨前起始厚度ST及感興趣的薄膜之目標厚度TT來計算終點時間。假定研磨速率在整個研磨製程期間恆定，可將終點時間計算為簡單線性內插，例如，ET=(ST-TT)/PR。
視需要，可藉由研磨該批圖案化基板中之另一基板、在計算出的終點時間停止研磨及量測感興趣的薄膜之厚度，來評估計算出的終點時間。若厚度在目標厚度之滿意範圍內，則計算出的終點時間為滿意的。否則，可重新計算所計算出的終點時間。
在計算出的終點時間，從自裝設基板處收集之光譜記錄選定特徵之目標特性值(步驟909)。若感興趣的參數涉及選定特徵之位點或寬度之變化，則可藉由檢驗在計算出的終點時間之前的時段期間收集的光譜，來決定彼資訊。特性之初始值與目標值之間的差係記錄為特徵之目標差。在一些實施例中，記錄單個目標差。
第10圖圖示用於使用基於波峰的終點決定邏輯，來決定研磨步驟之終點的方法1000。使用上述研磨設備研磨該批圖案化基板中之另一基板(步驟1002)。
接收選定光譜特徵之識別、波長範圍及選定光譜特徵之特性(步驟1004)。舉例而言，終點決定邏輯自電腦接收識別，該電腦具有對於基板之處理參數。在一些實施例中，處理參數係基於在裝設基板之處理期間決定的資訊。
最初研磨基板，量測自基板反射之光以產生光譜，且在量測的光譜之波長範圍中決定選定光譜特徵之特性值。在平臺之各旋轉期間，執行以下步驟。
量測自被研磨的基板表面反射之光的一或多個光譜，以獲得當前平臺轉之一或多個當前光譜(步驟1006)。視需要處理當前平臺轉之量測的一或多個光譜，以如以上參閱第8圖所述者提高準確度及/或精度。若僅量測一個光譜，則將該一個光譜用作當前光譜。若對平臺轉量測出多於一個當前光譜，則將當前光譜分組，在各組內求平均，且平均值表示當前光譜。可依距基板之中心的徑向距離來分組光譜。
舉例而言，可從自點202及210(第2圖)處量測到的光譜獲得第一當前光譜，可從自點203及209處量測到的光譜獲得第二當前光譜，可從自點204及208處量測到的光譜獲得第三當前光譜，等等。可決定各個當前光譜之選定光譜波峰之特性值，且可在基板之各個區域中分別監視研磨。或者，選定光譜波峰之特性之最糟狀況值可根據當前光譜來決定，且可由終點決定邏輯來使用。
在平臺之各旋轉期間，可將額外一或多個光譜添加至當前基板之系列光譜。當研磨進行時，序列中之至少一些光譜不同，由於在研磨期間材料自基板移除。
如以上參閱第7A-C圖所描述的，產生當前光譜之修改波長範圍(步驟1008)。舉例而言，終點邏輯基於先前特性值而決定當前光譜之修改波長範圍。可使修改波長範圍定中心於先前特性值上。在一些實施例中，基於預期特性值來決定修改波長範圍，例如，波長範圍之中心與預期特性值重合。
在一些實施例中，使用不同方法來決定當前光譜之一些波長範圍。舉例而言，藉由將波長範圍定中心於來自在基板之相同邊緣區域中量測到的先前光譜之特性值上，決定自在基板之邊緣區域中反射之光量測到的光譜之波長範圍。繼續該實例，藉由將波長範圍定中心於中心區域之預期特性值上，決定自在基板之中心區域中反射之光量測到的光譜之波長範圍。
在一些實施例中，當前光譜之波長範圍之寬度相同。在一些實施例中，一些當前光譜之波長範圍之寬度不同。
識別波長範圍以搜尋選定光譜特徵特性，可允許對於終點之偵測或研磨速率變化之決定的更大準確度，例如，系統在後續光譜量測期間較不會選擇不正確的光譜特徵。在波長範圍中而不是在整個光譜上追蹤光譜特徵，允許更容易且更快速地識別光譜特徵。可減少識別選定光譜特徵所需要的處理資源。
自修改波長範圍提取選定波峰之當前特性值(步驟1010)，且使用以上在第8圖之內容中論述之終點決定邏輯，來比較當前特性值與目標特性值(步驟1012)。舉例而言，根據系列光譜決定當前特徵特性之系列值，且向該系列值擬合函數。舉例而言，函數可為線性函數，該線性函數可基於當前特性值與初始特性值之間的差，來近似估計在研磨期間自基板移除之材料量。
只要終點決定邏輯決定尚未滿足終點條件(步驟1014之「否」分支)，便允許研磨繼續，且在適當時重複步驟1006、1008、1010、1012及1014。舉例而言，終點決定邏輯基於函數決定尚未達到特徵特性之目標差。
在一些實施例中，當量測到自基板之多個部分反射之光的光譜時，終點決定邏輯可決定需要調整基板之一或多個部分之研磨速率，使得在相同時間或接近相同時間完成多個部分之研磨。
當終點決定邏輯決定已滿足終點條件(步驟1014之分支「是」)時，召用終點，且停止研磨(步驟1016)。
可正規化光譜，以移除或減少非所要的光反射之影響。除一或多個感興趣的薄膜以外的媒介所產生之光反射，包括來自研磨墊視窗及來自基板之基材矽層的光反射。可藉由量測原位監視系統在黑暗條件下(亦即，當未將基板置放在原位監視系統上時)接收到的光之光譜，來估計來自視窗之光反射。可藉由量測裸露矽基板反射之光的光譜，來估計來自矽層之光反射。通常在研磨步驟之開始之前獲得該等光反射。如下為正規化量測的原始光譜：
正規化光譜=(A-Dark)/(Si-Dark)
其中A為原始光譜，Dark為在黑暗條件下獲得的光譜，且Si為自裸露矽基板獲得的光譜。
在描述的實施例中，使用光譜中之波長波峰之變化來執行終點偵測。亦可代替波峰或結合波峰使用光譜中之波長波谷(亦即，局部最小值)之變化。亦可在偵測終點時使用多個波峰(或波谷)之變化。舉例而言，可個別監視各個波峰，且當大多數波峰之變化滿足終點條件時可召用終點。在其他實施例中，可使用拐點或光譜零交越之變化來決定終點偵測。
在一些實施例中，演算法裝設製程1100(第11圖)係繼之以使用觸發式特徵追蹤技術1200(第12圖)之一或多個基板之研磨。
最初，(例如)使用上述技術中之一個技術，來選擇光譜中之興趣特徵之特性，以供追蹤第一層之研磨中使用(步驟1102)。舉例而言，特徵可為波峰或波谷，且特性可為波峰或波谷之波長或頻率中之位置或寬度，或波峰或波谷之強度。若感興趣的特徵之特性可適用於具有不同圖案之多種產品基板，則可由裝備製造商預選擇特徵及特性。
另外，決定接近研磨終點之研磨速率dD/dt(步驟1104)。舉例而言，可根據待用於對產品基板之研磨的研磨製程，但在接近預期終點研磨時間之不同研磨時間，來研磨複數個裝設基板。裝設基板可具有與產品基板相同的圖案。對於各個裝設基板而言，可量測層之研磨前及研磨後厚度，且可根據差來計算移除量，且儲存彼裝設基板之移除量及相關研磨時間，以提供資料集。可向該資料集擬合移除量之線性函數，該移除量之線性函數為對時間之函數；該線性函數之斜率提供研磨速率。
演算法裝設製程包括量測裝設基板之第一層之初始厚度D1(步驟1106)。裝設基板可具有與產品基板相同的圖案。第一層可為介電質，例如，低介電值材料，例如，摻雜碳的二氧化矽，例如，Black DiamondTM(來自Applied Materials,Inc.)或CoralTM(來自Novellus Systems,Inc.)。
視需要，視第一材料之組成物而定，在第一層上沉積不同於第一及第二材料(例如，低介電值覆蓋材料，例如，四乙氧基矽烷(TEOS))之另一材料(例如，介電質材料)之一或多個額外層(步驟1107)。第一層與該一或多個額外層一起提供層堆疊。
接下來，在第一層或層堆疊上沉積不同第二材料(例如，氮化物，例如，氮化鉭或氮化鈦)之第二層(例如，阻障層)(步驟1108)。另外，可在第二層上(及由第一層之圖案提供之溝槽中)沉積導電層，例如，金屬層，例如，銅(步驟1109)。
可在研磨期間使用的除光學監視系統以外的測量系統處執行量測，例如，內嵌或分離測量站，諸如，使用橢圓偏光儀之輪廓儀或光學測量站。對於一些測量技術(例如，輪廓儀)而言，在沉積第二層之前量測第一層之初始厚度，但是對於其他測量技術(例如，橢圓偏光儀)而言，可在沉積第二層之前或之後執行量測。
此後，根據感興趣的研磨製程研磨裝設基板(步驟1110)。舉例而言，可在第一研磨站處使用第一研磨墊，來研磨且移除導電層及部分第二層(步驟1110a)。此後，可在第二研磨站處使用第二研磨墊來研磨且移除第二層及部分第一層(步驟1110b)。然而，應注意，對於一些實施例而言，不存在導電層，例如，第二層為研磨開始時的最外層。
至少在第二層之移除期間，且可能在第二研磨站處之整個研磨操作期間，使用上述技術收集光譜(步驟1112)。另外，使用分離偵測技術來偵測第二層之清除及第一層之曝露(步驟1114)。舉例而言，可由馬達扭矩或自基板反射之光的總強度之突變，來偵測第一層之曝露。在偵測到第二層之清除之時間T1處，儲存在時間T1處之光譜之感興趣的特徵之特性之值V1。亦可儲存偵測到清除之時間T1。
在清除之偵測之後，可在預設時間暫停研磨(步驟1118)。預設時間足夠大，使得研磨在曝露第一層之後暫停。選擇預設時間，使得研磨後厚度充分接近目標厚度，使得可假定研磨速率在研磨後厚度與目標厚度之間為線性。在研磨暫停之時間處，可偵測且儲存光譜之感興趣的特徵之特性之值V2，亦可儲存研磨暫停之時間T2。
例如，使用與用以量測初始厚度相同的測量系統，來量測第一層之研磨後厚度D2(步驟1120)。
計算特性之值之預設目標變化ΔVD(步驟1122)。此值之預設目標變化，將使用於對於產品基板之終點偵測演算法中。可根據在第二層之清除之時間處的值，與在研磨暫停之時間處的值之間的差，來計算該預設目標變化，亦即，ΔVD=V1-V2。
計算接近研磨操作之結束處的，作為監視的特性之函數的厚度之變化速率dD/dV(步驟1124)。舉例而言，假定正在監視波峰之波長位置，則變化速率可表示為對於每埃波峰之波長位置偏移，所移除之材料的埃數。作為另一實例，假定正在監視波峰之頻率寬度，則變化速率可表示為對於每赫茲波峰之寬度之頻率之偏移，所移除之材料的埃數。
在一個實施例中，可根據在第二層之曝露時間處及在研磨之結束處的值，來簡單計算作為時間之函數的值之變化速率dV/dt，例如，dV/dt=(D2-D1)/(T2-T1)。在另一實施例中，使用來自接近裝設基板之研磨之結束(例如，最後25%或時間T1與T2之間的較小者)處的資料，可向作為時間之函數之量測值擬合線；線的斜率提供作為時間之函數之值之變化速率dV/dt。在任一狀況下，此後，藉由將研磨速率除以值之變化速率，來計算作為監視的特性之函數的厚度之變化速率dD/dV，亦即，dD/dV=(dD/dt)/(dV/dt)。一旦計算出變化速率dD/dV，則變化速率對於產品應保持恆定；對於不同批次之相同產品將沒有必要重新計算dD/dV。
一旦已完成裝設製程，便可研磨產品基板。
視需要，量測來自一批產品基板之至少一個基板之第一層之初始厚度d1(步驟1202)。產品基板具有至少與裝設基板相同的層結構，且視需要具有與裝設基板相同的圖案。在一些實施例中，並非量測每一產品基板。舉例而言，可量測來自一批次之一個基板，且初始厚度可用於來自該批次之所有其他基板。作為另一實例，可量測來自盒之一個基板，且初始厚度可用於來自該盒之所有其他基板。在其他實施例中，量測每一產品基板。可在裝設製程完成之前或之後，執行對產品基板之第一層之厚度之量測。
如上所述，第一層可為介電質，例如，低介電值材料，例如，摻雜碳的二氧化矽，例如，Black DiamondTM(來自Applied Materials,Inc.)或CoralTM(來自Novellus Systems,Inc.)。可在研磨期間使用之除光學監視系統以外的測量系統處執行量測，例如，內嵌或分離測量站，諸如，使用橢圓偏光儀之輪廓儀或光學測量站。
視需要，視第一材料之組成物而定，在產品基板上之第一層上沉積不同於第一及第二材料(例如，低介電值覆蓋材料，例如，四乙氧基矽烷(TEOS))之另一材料之一或多個額外層(步驟1203)。第一層與該一或多個額外層一起提供層堆疊。
接下來，在產品基板之第一層或層堆疊上沉積不同第二材料(例如，氮化物，例如，氮化鉭或氮化鈦)之第二層，例如，阻障層(步驟1204)。另外，可在產品基板之第二層上(及由第一層之圖案提供之溝槽中)沉積導電層，例如，金屬層，例如，銅(步驟1205)。
對於一些測量技術(例如，輪廓儀)而言，在沉積第二層之前量測第一層之初始厚度，但是對於其他測量技術(例如，橢圓偏光儀)而言，可在沉積第二層之前或之後執行量測。可在裝設製程完成之前或之後執行第二層及導電層之沉積。
對於各個待研磨之產品基板而言，基於第一層之初始厚度來計算目標特性差ΔV(步驟1206)。通常，此舉在研磨開始之前發生，但是計算有可能在研磨開始之後但是在啟動光譜特徵追蹤之前發生(在步驟1210中)。詳言之，舉例而言，自主電腦接收儲存的產品基板之初始厚度d1及目標厚度dT。另外，可接收起始厚度D1及結束厚度D2、作為監視的特性之函數的厚度之變化速率dD/dV及決定的裝設基板的值之預設目標變化ΔVD。
在一個實施例中，如下計算目標特性差ΔV：
ΔV=ΔVD+(d1-D1)/(dD/dV)+(D2-dT)/(dD/dV)
在一些實施例中，前厚度將不可用。在此狀況下，「(d1-D1)/(dD/dV)」將自以上方程式中省略，亦即，
ΔV=ΔVD+(D2-dT)/(dD/dV)
研磨產品基板(步驟1208)。舉例而言，可在第一研磨站處使用第一研磨墊，來研磨且移除導電層及部分第二層(步驟1208a)。此後，可在第二研磨站處使用第二研磨墊，來研磨且移除第二層及部分第一層(步驟1208b)。然而，應注意，對於一些實施例而言，不存在導電層，例如，第二層為研磨開始時的最外層。
使用原位監視技術來偵測第二層之清除及第一層之曝露(步驟1210)。舉例而言，可由馬達扭矩或由自基板反射之光的總強度之突變，來偵測第一層在時間t1處之曝露。舉例而言，第13圖圖示在研磨金屬層以曝露下層阻障層期間，作為時間之函數之自基板收到的光之總強度之圖表。可根據由光譜監視系統藉由在量測的所有波長上或在預置波長範圍上，整合光譜強度所獲取之光譜訊號，來產生此總強度。或者，可使用在特定單色波長處之強度，而非總強度。如第13圖所示，當清除銅層時，總強度下降，且當阻障層完全曝露時，總強度呈平穩狀態。可偵測強度之平穩狀態，且強度之平穩狀態可用作觸發以啟動光譜特徵追蹤。
至少始於第二層之清除之偵測(且可能更早，例如，自使用第二研磨墊研磨產品基板開始時)，在研磨期間使用上述原位監視技術獲得光譜(步驟1212)。使用上述技術來分析光譜，以決定被追蹤之特徵之特性之值。舉例而言，第14圖圖示在研磨期間作為時間之函數之光譜波峰之波長位置的圖表。決定在偵測第二層之清除之時間t1處之光譜中被追蹤的特徵之特性之值v1。
現可計算特性之目標值vT(步驟1214)。可藉由將目標特性差ΔV加至在第二層之清除之時間t1處之特性之值v1，來計算目標值vT，亦即，vT=v1+ΔV。
當追蹤之特徵之特性達到目標值時，暫停研磨(步驟1216)。詳言之，對於各個量測光譜而言(例如，在各個平臺旋轉中)，決定追蹤之特徵之特性之值，以產生系列值。如上文參閱第6A圖所描述的，可向系列值擬合函數(例如，時間之線性函數)。在一些實施例中，可向時間視窗內之值擬合函數。在函數滿足目標值的情況下提供暫停研磨之終點時間。亦可藉由向接近時間t1處之系列值之部分擬合函數(例如，線性函數)，來決定在偵測第二層之清除之時間t1處之特性之值v1。
下層的變異(例如，下層的厚度)，可偶然地使得難以基於單一特性，決定正研磨之層的厚度。在另一實施例中，在研磨期間追蹤選定光譜特徵的兩個特性(例如，波長(或頻率)以及相關的強度值)。兩個特性的該對值，在兩個特性的二維空間中界定出光譜特徵的座標，且研磨終點或對於研磨參數的調整，可基於二維空間中特徵的座標之路徑。例如，可基於在二維空間中座標行進的距離，來決定研磨終點。追蹤選定光譜特徵之兩個特性(例如，波長與相關強度值)的改變，可提升終點控制的精確度，並可允許在批次內(或批次間)的基板間有較佳的研磨均勻性。大體上，除了下述以外，此實施例可使用上述實施例的各種技術。
第15A圖至第15C圖圖示說明從具有不同下層厚度的基板，所得出的光譜序列圖表1500a至1500c。例如，在使用1000埃之初始厚度研磨第一層(例如，低介電值材料)的同時，量測光譜序列1500a至1500c。在第一層之下沉積下層(例如，蝕刻終止層)，且對於光譜序列1500a至1500c，下層各別具有(例如)50、130與200埃的厚度。光譜序列1500a至1500c包含在第一層具有不同厚度時(例如，在第一層各別為1000、750與500埃厚時)，在研磨期間得出的光譜量測。
光譜序列1500a至1500c包含波峰1502a至1502c，波峰1502a至1502c隨著研磨進行而演變(例如，強度(波峰最大值)與位置(在最大值的波長或頻率)的改變)。例如，隨著材料被移除，波峰移位至較高的強度與較低的波長。波峰1502a至1502c的初始強度與波長可基於下層厚度而變化，且對於每一變化下層厚度，特性值的改變係為不同。
已知的是，至少對於一些晶粒的一些製造，雖然相同量的移除可導致波峰根據下層厚度而移位不同量，對於從下層移除給定量的材料而言，座標(代表強度與波長之二維空間中的波峰)行進的距離，大體上對下層厚度不敏感。
在連續的波峰量測(亦即，在連續光譜量測(例如，來自基板下光學監視系統之連續拂掠的光譜量測)中的選定波峰)之間的距離，如由強度與波長之二維空間中的座標所界定的，可用於決定基板上感興趣的位置的研磨速率。例如，在起始波峰座標與第二波峰座標之間(例如，在第一層為750埃厚時的波峰量測)，歐幾里得(Euclidian)距離d1、d3與d5對於所有光譜序列1500a至1500c而言為相同(或非常類似)。類似地，在第二波峰座標與第三波峰座標之間的歐幾里得距離d2、d4與d6為相同(或非常類似)，且歐幾里得距離之各別對的和為相同(或非常類似)(例如，d1與d2的組合，係與d3與d4的組合相同)。在第一層為500埃厚時，第三波峰座標可與波峰的量測1502a至1502c相關。
第16A圖圖示說明在兩個不同時間，從裝設基板量測出的光譜圖表1600a。例如，可在時間t1處第一層研磨開始時(例如，使用上述參考第13圖與步驟1114描述的技術來偵測到的)量測第一光譜，並在時間t2處第一層研磨結束時(例如，在預定研磨時間處)量測第二光譜。可在裝設基板研磨期間量測兩個光譜，以決定在關於識別光譜特徵(例如，波峰1602)之座標之改變中的臨限距離DT。
第16B圖圖示說明在基板(例如，裝設基板)正被研磨的同時，兩個特徵特性之改變的圖表1600b。例如，可由二維空間中的座標序列，在圖表1600b中表示光譜序列中之識別光譜特徵的波長及強度量測。例如，在x軸上繪製位置值(例如，波長值)，並在y軸上繪製強度值。圖表1600b包含在時間t1處得出之波峰1602的波長與強度量測，以及所對應的波峰1602量測，直至對裝設基板之研磨在時間t2處停止。
可決定與波峰1602相關的最大強度Imax與最小強度Imin。此外，可決定與波峰1602相關的最大波長或頻率λmax以及最小波長或頻率λmin。可使用最大值與最小值來正規化在研磨產品基板期間量測到的位置與強度值。在一些實施例中，將特徵特性值正規化，以使得特徵特性值之兩者皆在相同尺度上(例如，0至1)，且特徵特性值之一者不比另一者要具有更多權重。
可藉由(例如)加總在座標序列中連續座標之間的距離，以在研磨裝設基板之後決定臨限距離DT。例如，在第一層曝露時可識別時間t1(例如，使用如上文參考第13圖與步驟1114所述之技術)。與在時間t1之後得出之量測到的光譜相關的連續距離值D1’、D2’、D3’等等，可被計算並結合以決定總距離與臨限距離DT。可決定在時間tx處餘留了第一層目標厚度，且將臨限距離DT決定為從時間t1至時間tx之連續距離值D1’、D2’、D3’等等的和。在一些實施例中，時間tx與時間t2相同。
在一些實施例中，將特徵特性值正規化並決定在兩個連續座標之間的歐幾里得距離D，如下所示：
其中，Ip為在先前座標中光譜特徵的強度，Icurrent為在當前座標中光譜特徵的強度，λp為在先前座標中光譜特徵的波長或頻率，λcurrent為在當前座標中光譜特徵的波長或頻率，Inormal=Imax-Imin，且λnormal=λmax-λmin。係可能使用除了歐幾里得距離以外的距離度量。例如在一些實施例中，決定在兩個連續座標之間的距離D，如下所示：
此外，雖然上述用於計算距離之方程式的兩者，使用在正追蹤之兩個正規化特徵的相等權重，係可能使用不等權重計算距離。
一旦識別出臨限距離DT，可研磨一或多個產品基板。在第一層(或另一正被研磨的層)曝露出時可決定時間t3(例如，使用上文參考第13圖與步驟1114所描述的技術)。對於每一平臺旋轉，可量測當前光譜，並可決定與正追蹤之選定光譜特徵相關的當前特性值。在一些實施例中，可如將於下文更詳盡描述般，正規化特性值(例如，可將強度值除以Inormal或Imax，且可將波長或頻率值除以λnormal或λmax)。第16C圖圖示說明與特徵特性值相關之座標序列的圖表1600c，特徵特性值係從在產品基板研磨期間得出之光譜序列決定出。
當前特性值可用以決定與選定光譜特徵相關的當前座標，且可決定在連續座標(例如，D1’、D2’、D3’等等)之間的距離(例如，使用如上文參考第16B圖所述的技術之一者)。在起始座標(決定於時間t3處)與當前座標之間的座標序列可界定出一路徑，且距離D1’、D2’、D3’等等可(例如)藉由結合(例如，加總)距離以決定路徑長度。例如，路徑長度可為在起始座標與當前座標之間的距離。路徑的當前長度係與臨限距離DT比較，且在路徑長度超過臨限距離DT時(例如，在時間t4處)，召用終點。
在一些實施例中，在起始座標與當前座標之間的歐幾里得距離，並不相同於由在起始座標與當前座標之間的連續座標所製成的路徑長度。在一些實施例中，由在起始座標與當前座標之間的直線形成的歐幾里得距離，可用以決定研磨速率或終點。
在一些實施例中，可在產生座標序列期間正規化特徵特性值。例如，各別將特徵特性值除以Inormal或λnormal，且正規化值用以決定圖表1600c中的相關座標。在此等實施例中，用以決定在連續座標之間之距離的技術，不需將座標值正規化。例如，在兩個連續座標值之間的歐幾里得距離如下所示以決定：
其中，Ip為在先前座標中光譜特徵的正規化強度，Icurrent為在當前座標中光譜特徵的正規化強度，λp為在先前座標中光譜特徵的正規化波長或頻率，λcurrent為在當前座標中正規化光譜特徵的波長或頻率。
除了偵測研磨終點之外(或代替偵測研磨終點)，在二維空間中座標的移動，可用以調整在基板區域之一者中的研磨速率，以減少晶圓內不均勻性(WithIn-Wafer Non-Uniformity;WIWNU)。詳言之，多個光譜序列可來自基板的不同部分，例如，來自第一部分與第二部分。對於不同部分，可量測在各別光譜序列中的選定光譜特徵的位置與相關強度值，以產生多個座標序列，例如，對於基板第一部分的第一序列以及對於基板第二部分的第二序列。對於每一座標序列，可使用如上述技術之一者來決定距離，例如，第一與第二座標序列可包含第一與第二各別起始座標以及第一與第二各別當前座標，且可從第一與第二各別起始座標至第一與第二各別當前座標決定出第一與第二各別距離。
可比較第一距離與第二距離，以決定對研磨速率的調整。詳言之，可使用上述技術(例如，參考第6B圖)，調整在基板不同區域上的研磨壓力，但將計算距離代換為差值。
雖然上述技術使用波長，可使用諸如頻率的其他特徵位置量測。對於波峰，可將波峰位置計算為在波峰最大值處、波峰中間處或波峰中值處的波長或頻率。此外，雖然上述技術使用位置與強度對，技術可應用至其他特徵對或三重值(triplets)，諸如特徵位置與特徵寬度，或特徵強度與特徵寬度。
在一些實施例中，研磨設備20對於每一平臺旋轉識別多個光譜，並將在當前旋轉期間得出的光譜平均化，以決定與識別光譜特徵相關的兩個當前特性值。在一些實施例中，在預定數量的光譜量測之後，將光譜量測平均化以決定當前特性值。在一些實施例中，來自光譜量測序列的中值特性值或中值光譜量測，係用以決定當前特性值。在一些實施例中，決定為不相關的光譜，在決定當前特性值之前被丟棄。
第17A圖提供從基板10反射回的光的量測光譜1700a的範例。光學監視系統可將光譜1700a傳遞通過低通濾波器，以減少光譜強度中的雜訊，產生圖示於第17B圖中的光譜1700b。可使用低通濾波器以平滑化光譜，以減少光譜中的震盪或突波。低通濾波器可用以使特徵追蹤更容易(例如，如上文參考第16A圖至第16C圖所述般決定多個特徵特性。低通濾波器的範例包含移動平均與巴特沃斯(Butterworth)濾波器。
如上文所論述，對於一些技術與一些層堆疊，可難以偵測覆蓋層的清除與下層的曝露。在一些實施例中，收集光譜群組序列，且對每一光譜群組計算出離散(dispersion)參數值，以產生離散值序列。可從離散值序列偵測覆蓋層的清除。此技術可用以偵測第二層的清除與第一層的曝露，例如，在上述研磨作業的步驟1114或1210中。
第18圖圖示用於偵測第二層的清除與第一層的曝露的方法1800。在研磨基板時(步驟1802)，收集光譜群組序列(步驟1804)。如第2圖所圖示，若光學監視系統係固定至旋轉平臺，則在光學監視系統跨基板的單一拂掠中，可從基板上的多個不同位置201-211收集到光譜。從單一拂掠收集到的光譜提供了光譜群組。隨著研磨進行，光學監視系統的多次拂掠提供了光譜群組序列。對於每一平臺旋轉可收集到一個光譜群組，例如，可由相等於平臺旋轉速率的頻率收集群組。通常，每一群組將包含五個到二十個光譜。可使用與上文論述之，用於對波峰追蹤技術收集光譜的光學監視系統相同的光學監視系統，來收集光譜。
第19A圖提供在研磨開始時(例如，在覆蓋層仍有大量厚度剩餘在下層之上時)，從基板10反射的光的量測光譜群組1900a的範例。光譜群組1900a可包含在光學監視系統跨基板之第一拂掠中，在基板上不同位置處收集的光譜202a-204a。第19B圖提供在覆蓋層清除(或即將清除)時，從基板10反射的光的量測光譜群組1900b的範例。光譜群組1900b可包含在光學監視系統跨基板之不同的第二拂掠中，在基板上不同位置處收集的光譜202b-204b(可在基板上之不同於光譜1900b的位置處收集光譜1900a)。
一開始，如圖示於第19A圖，光譜1900a係相當類似。然而，如圖示於第19B圖，此時覆蓋層(例如，阻障層)被清除，且下層(例如，低介電值或覆蓋層)曝露，來自基板上不同位置的光譜1900b之間的差異傾向於變得更明顯。
對於每一光譜群組，計算群組中光譜的離散參數值(步驟1806)。此產生離散值序列。
在一個實施例中，為了對光譜群組計算離散參數，強度值(作為波長之函數)被一起平均，以提供平均光譜。亦即，IAVE(λ)=(1/N)ΣN i=1I(λi)，其中N為群組中的光譜數量，而I(λi)為光譜。
對於群組中的每一光譜，隨後可計算在光譜與平均光譜之間的總差異，例如，使用平方差的和，或絕對值差異的和，例如，Di=[1/(λa-λb)‧∫λ[I(λi)-IAVE(λ)]2]1/2或Di=[1/(λa-λb)‧∫λ|I(λi)-IAVE(λ)|]1/2，其中λa至λb為波長積分範圍。
一旦已對光譜群組中的每一光譜計算出差異值，則可從差異值對群組計算離散參數值。可能有各種離散參數，諸如標準差、四分位數範圍、範圍(最大值減最小值)、平均差、中值絕對離差與平均絕對離差。
可分析離散值序列，並用以偵測覆蓋層的清除(步驟1808)。
第20圖圖示光譜之標準差的圖形2000，該標準差為研磨時間之函數(其中係從光譜群組差異值計算出每一標準差)。因此，圖形中的每一繪圖點2002為對於光譜群組差異值的標準差，係從光學監視系統的給定拂掠收集光譜群組。如圖示，在第一時間週期2010期間，標準差值保持相當低。然而，在時間週期2010之後，標準差值變得較大且較離散。不限於任何特定理論，厚阻障層可傾向於支配所反射的光譜，掩蔽了阻障層自身與任何下層的厚度的差異。隨著研磨進行，阻障層變得較薄(或完全被移除)，而所反射的光譜變得對下層厚度變異較為敏感。故，隨著阻障層被清除，光譜的離散將傾向於增加。
可使用各種演算法以偵測在下層被清除時，離散值之行為的改變。例如，可比較離散值序列與臨限，且若離散值超過臨限，則產生指示下層已被清除的訊號。做為另一範例，可計算在移動視窗內離散值序列部分的斜率，且若斜率超過臨限值，則產生指示下層已被清除的訊號。
作為偵測離散增加之演算法的一部分，離散值序列可經受濾波器(例如，低通濾波器或帶通濾波器)，以移除高頻雜訊。低通濾波器之範例包含移動平均與巴特沃斯(Butterworth)濾波器。
雖然上文的論述專注於偵測阻障層的清除，技術可用於在其他環境中偵測覆蓋層的清除，例如，在使用介電質層堆疊(例如，層間介電質(ILD))之另一類型半導體製程中覆蓋層的清除，或在介電層上之薄金屬層的清除。
在如上文論述之作為起始特徵追蹤的觸發以外，此偵測覆蓋層清除之技術可在研磨作業中用於其他目的，例如，將自身作為終點訊號、觸發計時器以使下層在曝露之後被研磨預定期間，或作為修改研磨參數的觸發(例如，在下層曝露之後改變承載頭壓力或漿料成分)。
此外，雖然上文論述假定旋轉平臺具有安裝於平臺中的光學終點監視器，系統可應用至在監視系統與基板之間其他類型的相對移動。例如，在一些實施例中(例如，軌道移動)，光源橫穿過基板上的不同位置，但不跨過基板的邊緣。在此情況下，收集到的光譜可仍為群組，例如，可由特定頻率收集光譜，且在時間週期中收集的光譜可視為群組的一部分。時間週期必須足夠長以對每一群組收集五個至二十個光譜。
如在本說明書中使用之，名詞「基板」可包含(例如)產品基板(例如，包含多個記憶體或處理器晶粒)、測試基板、裸基板與閘控基板。基板可位在積體電路生產的各種階段中，例如，基板可為裸晶圓，或可包含一或多個沉積及/或圖案化層。名詞「基板」可包含圓形碟片與方形薄板。
此說明書中描述之本發明之實施例及所有函數運算可實施於數位電子電路系統中，或實施於電腦軟體、韌體或硬體(包括揭示於此說明書中之結構構件及該等結構構件之結構等效物)中，或實施於上述各者之組合中。本發明之實施例可實施為一或多個電腦程式產品(亦即，有形地實施於資訊載體中(例如，在機器可讀取儲存裝置中或在傳播訊號中)之一或多個電腦程式)，以由資料處理設備(例如，可程式化處理器、電腦或多個處理器或電腦)執行，或控制資料處理設備(例如，可程式化處理器、電腦或多個處理器或電腦)之操作。可用任何形式之程式設計語言(包括編譯或解譯語言)來寫入電腦程式(亦稱為程式、軟體、軟體應用程式或程式碼)，且可由任何形式(包括作為獨立程式或作為模組、元件、次常式或適合於在計算環境中使用之其他單元)來佈署該電腦程式。電腦程式不必一定要對應於檔案。可將程式儲存於存放其他程式或資料之檔案之部分中，儲存於該程式專用之單個檔案中或儲存於多個協調檔案(例如，儲存一或多個模組、子程式或部分程式碼之檔案)中。可佈署電腦程式，以在一個位置處之一個電腦或多個電腦上執行，或分散於多個位置而且由通訊網路互連。
在此說明書中所描述之處理及邏輯流程，可由執行一或多個電腦程式之一或多個可程式化處理器來執行，以藉由在輸入資料上操作及產生輸出來執行功能。亦可由專用邏輯電路系統(例如，現場可程式閘陣列(field programmable gate array;FPGA)或特殊應用積體電路(application-specific integrated circuit;ASIC))來執行處理及邏輯流程，且設備亦可實施為該專用邏輯電路系統。
上述研磨設備及方法可應用於各種研磨系統中。研磨墊或承載頭或兩者均可移動，以提供研磨表面與基板之間的相對移動。舉例而言，平臺可繞軌道運轉而非旋轉。研磨墊可為固設至平臺之圓形的(或某一其他形狀的)墊。終點偵測系統之一些態樣可適用於線型研磨系統，例如，其中研磨墊為線性移動之連續或捲盤至捲盤皮帶的系統。研磨層可為標準(例如，有或沒有填料之聚胺甲酸酯)研磨材料、軟材料或固定研磨材料。使用相對定位之術語；應理解，可將研磨表面及基板固持於垂直定向或某一其他定向上。
已描述本發明之特定實施例。其他實施例在以下申請專利範圍之範疇內。舉例而言，可以不同次序執行申請專利範圍中敍述之行為，且仍然可達成所要結果。
10．．．基板
20．．．研磨設備
22．．．驅動軸
24．．．平臺
25．．．軸/中心軸
26．．．凹槽
30．．．研磨墊/墊
32．．．外研磨層
34．．．背層
36．．．光學存取點
38．．．漿體
39．．．漿體臂/沖洗臂/臂
50．．．原位監視模組
51．．．光源
52．．．光偵測器
53．．．光學頭
54．．．分叉式光纖電纜/分叉式纖維電纜/分叉式光纖
55．．．幹線
58．．．支線
56．．．支線
71．．．軸/中心軸
70．．．承載頭
74．．．驅動軸
72．．．支撐結構
201．．．點
76．．．承載頭旋轉馬達
203．．．點
202．．．點
205．．．點
204．．．點
207．．．點
206．．．點
209．．．點
208．．．點
211．．．點
210．．．點
304．．．光譜
302．．．光譜
310(1)．．．波峰
306．．．光譜
400a．．．光譜
310(2)．．．波峰
500a．．．光譜
400b．．．光譜
502．．．波峰區域/波峰
500b．．．等高線圖
506．．．波峰
504．．．波谷區域/波谷
602b．．．差值
508．．．線
602d．．．差值
602c．．．差值
700b．．．光譜
700a．．．光譜
702．．．選定光譜特徵
700c．．．光譜
706．．．波長範圍
704．．．特性
710．．．波長範圍
708．．．波長範圍
802．．．步驟
800．．．方法
806．．．步驟
804．．．步驟
901．．．方法
808．．．步驟
905．．．步驟
903．．．步驟
909．．．步驟
907．．．步驟
1002．．．步驟
1000．．．方法
1006．．．步驟
1004．．．步驟
1010．．．步驟
1008．．．步驟
1014．．．步驟
1012．．．步驟
1100．．．演算法裝設製程
1016．．．步驟
1104．．．步驟
1102．．．步驟
1107．．．步驟
1106．．．步驟
1109．．．步驟
1108．．．步驟
1110a．．．步驟
1110．．．步驟
1112．．．步驟
1110b．．．步驟
1118．．．步驟
1114．．．步驟
1122．．．步驟
1120．．．步驟
1200．．．觸發式特徵追蹤技術
1124．．．步驟
1202．．．步驟
1203．．．步驟
1204．．．步驟
1205．．．步驟
1206．．．步驟
1208．．．步驟
1208a．．．步驟
1208b．．．步驟
1210．．．步驟
1212．．．步驟
1214．．．步驟
1216．．．步驟
T1．．．時間
T2．．．時間
T'．．．時間
δV．．．目標差
t1．．．時間
1500a．．．光譜
1502a．．．波峰
1500b．．．光譜
1502b．．．波峰
1500c．．．光譜
1502c．．．波峰
1600a．．．光譜
1602a．．．波峰
1600b．．．光譜
1602b．．．波峰
1600c．．．光譜
1700a．．．光譜
1700b．．．光譜
1800．．．方法
1802．．．步驟
1804．．．步驟
1806．．．步驟
1808．．．步驟
1900a．．．光譜群組
1900b．．．光譜群組
202a．．．光譜
203a．．．光譜
204a．．．光譜
202b．．．光譜
203b．．．光譜
204b．．．光譜
2000．．．光譜標準差
2002．．．標準差
2010．．．時間週期
第1圖圖示化學機械研磨設備；
第2圖為研磨墊之俯視圖，且圖示進行原位量測之位點；
第3A圖圖示由原位量測獲得的光譜；
第3B圖圖示在研磨進行時由原位量測獲得的光譜之演變；
第4A圖圖示自基板反射的光之光譜的示例性圖表；
第4B圖圖示通過高通濾波器之第4A圖的圖表；
第5A圖圖示自基板反射之光的光譜；
第5B圖圖示由自基板反射之光的原位量測獲得之光譜的等高線圖；
第6A圖圖示研磨進度的示例性圖表，該研磨進度是以特性差對時間之方式量測的；
第6B圖圖示研磨進度的示例性圖表，該研磨進度是以特性差對時間之方式量測的，其中量測兩個不同特徵之特性，以調整基板之研磨速率；
第7A圖圖示由原位量測獲得的光之另一光譜；
第7B圖圖示在第7A圖之光譜之後獲得的光之光譜；
第7C圖圖示在第7A圖之光譜之後獲得的光之另一光譜；
第8圖圖示選擇波峰以進行監視之方法；
第9圖圖示獲得選定波峰之目標參數之方法；
第10圖圖示用於終點決定之方法；
第11圖圖示終點偵測之設定方法；
第12圖圖示用於終點決定之另一方法；
第13圖圖示在研磨期間作為時間之函數的總反射強度的圖表；
第14圖圖示在研磨期間作為時間函數之光譜波峰之波長位置的圖表；
第15A圖至第15C圖圖示說明以變化下層厚度得出的光譜序列圖表；
第16A圖圖示說明從裝設基板在兩個不同時間處量測到的光譜圖表；
第16B圖圖示說明在研磨裝設基板的同時，兩個特徵特性的改變的圖表；
第16C圖圖示說明與特徵特性值相關的座標序列的圖表；
第17A圖圖示從基板反射的光的光譜的範例圖表；
第17B圖圖示傳遞通過低通濾波器後的第17A圖之圖表；
第18圖圖示用於偵測覆蓋層清除的流程圖；
第19A圖圖示在研磨開始時，在單一拂掠期間收集到的光譜圖形；
第19B圖圖示在阻障接近清除時，在單一拂掠期間收集到的光譜圖形；及
第20圖圖示光譜標準差，作為研磨時間之參數的圖形。
在各圖式中，類似的元件編號與名稱指示類似的元件。
1800．．．方法
1802．．．步驟
1804．．．步驟
1806．．．步驟
1808．．．步驟

Claims (21)

  1. 一種研磨方法，包含以下步驟：接收在研磨期間欲監視之一選定光譜特徵之一識別與該選定光譜特徵之一光譜特性；研磨一基板，該基板具有一第一層與一第二層，且該第二層覆蓋該第一層；在該基板正被研磨的同時，量測來自該基板之光的一光譜群組序列，該等光譜群組的每一群組包含來自該基板上不同位置的光譜；對於每一群組，計算該群組中的該光譜的一離散參數之一值，以產生一離散值序列，該離散參數為該群組中的該光譜之可變性之一量測；基於該離散值序列，偵測該第一層的曝露；在偵測該第一層的曝露之後，在該基板正被研磨的同時，量測來自該基板的光之一光譜序列；在偵測到該第一層的曝露的一時間處，對於來自該光譜群組序列的一光譜中之該特徵之該光譜特性，決定一第一值；加入一偏移量至該第一值，以產生一第二值；以及監視該光譜序列中之該特徵之該光譜特性，並在該特徵之該光譜特性被決定為到達該第二值時，暫停研磨。
  2. 如請求項1所述之方法，其中計算該離散參數的該值之步驟包含以下步驟：對該群組中的每一光譜計算一差異值，以產生複數個差異值。
  3. 如請求項2所述之方法，其中計算該離散參數的該值之步驟包含以下步驟：計算該複數個差異值的一標準差、範圍、平均差、中值絕對離差或平均絕對離差。
  4. 如請求項3所述之方法，其中計算該離散參數的該值之步驟包含以下步驟：計算該標準差。
  5. 如請求項2所述之方法，其中計算該差異值之步驟包含以下步驟：從該群組中之該光譜計算一平均光譜，並計算在該光譜與該平均光譜之間的一總差異。
  6. 如請求項1所述之方法，其中偵測該第一層的曝露之步驟包含以下步驟：比較該離散值序列與一臨限。
  7. 如請求項1所述之方法，其中偵測該第一層的曝露之步驟包含以下步驟：從該離散值序列決定一斜率，並比較該斜率與一臨限。
  8. 如請求項1所述之方法，更進一步包含以下步驟：在偵測到該第一層的曝露時，修改一研磨參數。
  9. 如請求項1所述之方法，更進一步包含以下步驟：在偵測到該第一層的曝露時，暫停研磨。
  10. 如請求項1所述之方法，更進一步包含以下步驟：對於該光譜序列中的每一光譜，決定沿著該光譜該選定光譜特徵的一位置值與該選定光譜特徵的一相關強度值，以產生多維空間中的一座標序列，該等座標為位置值與相關強度值對；在偵測到該第一層的曝露的該時間處，從來自該光譜群組序列的該光譜決定一起始座標；決定從該起始座標至一當前座標在多維空間中的一距離；以及基於該距離，決定一研磨終點或對於一研磨速率之一調整的至少一者。
  11. 如請求項1所述之方法，其中量測來自該基板之光的該光譜群組序列之步驟包含以下步驟：使一感測器跨該基板進行複數次拂掠。
  12. 如請求項11所述之方法，其中來自該光譜群組序列的每一光譜群組，對應至來自該感測器之該複數次拂掠的一單一拂掠。
  13. 如請求項11所述之方法，其中使該感測器跨該基板進行該複數次拂掠之步驟包含以下步驟：旋轉一平臺，該平臺具有該感測器固定至該平臺上。
  14. 如請求項1所述之方法，更進一步包含以下步驟：對該離散值序列進行濾波。
  15. 如請求項1所述之方法，其中該第二層為一阻障層。
  16. 如請求項15所述之方法，其中該第一層為一介電質層，該介電質層具有不同於該阻障層的成分。
  17. 如請求項16所述之方法，其中該阻障層為氮化鉭或氮化鈦，且該介電質層為摻雜碳的二氧化矽，或係形成自四乙氧基矽烷(tetraethyl orthosilicate；TEOS)。
  18. 如請求項1所述之方法，其中該特徵包括該光譜中的一波峰、波谷、拐點或零交越。
  19. 如請求項1所述之方法，其中該光譜特性包括沿著該光譜該選定光譜特徵的一位置值，或該選定光譜特徵的一寬度或一強度。
  20. 一種研磨裝置，包含： 一支撐結構，用以固持一研磨墊；一承載頭，用以固持一基板以使該基板抵靠該研磨墊；一馬達，用以產生在該承載頭與該支撐結構之間的相對移動，以研磨該基板；一光學監視系統，用以在該基板正被研磨的同時，量測來自該基板之光之一光譜群組序列，在該承載頭與該支撐結構之間的該相對移動，使該等光譜群組的每一群組包含來自該基板上不同位置的光譜；以及一控制器，該控制器經配置以對於每一群組，計算該群組中的該光譜的一離散參數的一值，以產生一離散值序列，該離散參數為該群組中的該光譜之可變性之一量測，並基於該離散值序列偵測一第一層的曝露；接收在研磨期間欲監視之一選定光譜特徵之一識別與該選定光譜特徵之一光譜特性；在偵測該第一層的曝露之後，在該基板正被研磨的同時，接收來自該基板的光之一光譜序列之量測；在偵測到該第一層的曝露的一時間處，對於來自該光譜群組序列的一光譜中之該特徵之該光譜特性，決定一第一值；加入一偏移量至該第一值，以產生一第二值；以及監視該光譜序列中之該特徵之該光譜特性，並在該特徵之該光譜特性被決定為到達該第二值時，使研磨暫停。
  21. 一種有形地實施於一機器可讀取儲存裝置中的電腦程式產品，包含指令以進行以下步驟：接收在研磨期間欲監視之一選定光譜特徵之一識別與該選定光譜特徵之一光譜特性；研磨一基板，該基板具有一第一層與一第二層，且該第二層覆蓋該第一層；在該基板正被研磨的同時，接收來自該基板之光的一光譜群組序列之量測，該等光譜群組的每一群組包含來自該基板上不同位置的光譜；對於每一群組，計算該群組中的該光譜的一離散參數的一值，以產生一離散值序列，該離散參數為該群組中的該光譜之可變性之一量測；基於該離散值序列，偵測該第一層的曝露；在偵測該第一層的曝露之後，在該基板正被研磨的同時，接收來自該基板的光之一光譜序列之量測；在偵測到該第一層的曝露的一時間處，對於來自該光譜群組序列的一光譜中之該特徵之該光譜特性，決定一第一值；加入一偏移量至該第一值，以產生一第二值；以及監視該光譜序列中之該特徵之該光譜特性，並在該特徵之該光譜特性被決定為到達該第二值時，使研磨暫停。
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