將測量光譜匹配至參考光譜以進行原位光學監測的技術的製作方法

2023-06-30 17:06:06

專利名稱：將測量光譜匹配至參考光譜以進行原位光學監測的技術的製作方法
技術領域：
本發明關於如在對基板進行化學機械拋光期間進行的光學監測。
背景技術：
集成電路一般通過在矽晶圓上相繼沉積導電層、半導體層或絕緣層而形成在基板上。一個製造步驟涉及在非平面表面上沉積填料層以及平坦化填料層。就某些應用而言，持續平坦化填料層直到露出圖案化層的頂表面為止。導電填料層例如可沉積在圖案化絕緣層上，以填充絕緣層內的溝渠或孔洞。平坦化後，部分導電層保留在絕緣層的凸起圖案之間而形成通路、插栓和線路，所述通路、插栓和線路提供基板上的薄膜電路間的導電路徑。就其它諸如氧化物拋光等應用而言，持續平坦化填料層直到非平面表面上留下預定厚度為止。此外，光刻技術通常需要平坦化基板表面。化學機械拋光(CMP)為公認的平坦化方法之一。所述平坦化方法一般需要將基板安裝在研磨頭上。露出的基板表面通常抵靠著旋轉的拋光墊設置。研磨頭在基板上提供可控制的負載，以抵靠著拋光墊推動所述基板。拋光液(如具有研磨粒的漿料)一般供應至拋光墊的表面。CMP中的一個問題在於確定拋光工藝是否完成，即，是否已將基板層平坦化成所期望的平坦度或厚度、或者何時已移除所期望量的材料。基板層的初始厚度、漿料組成、拋光墊條件、拋光墊與基板之間的相對速度、以及基板上的負載的變化都會造成材料移除速率的變化。這些變化將導致到達拋光終點所需的時間上的不同。因此，不能只根據拋光時間來確定拋光終點。在一些系統中，在拋光期間原位光學監測基板，例如通過拋光墊中的窗口。然而，現有光學監測技術無法滿足半導體裝置製造業者不斷提高的要求。

發明內容
在一些光學監測工藝中，將如在拋光工藝期間原位測量的光譜與參考光譜的圖庫進行比較，以尋找最佳匹配參考光譜。尋找最佳匹配者的一種技術為計算測量光譜與圖庫中各參考光譜間的平方差總和；平方差總和最小的參考光譜為最佳匹配者。然而，對拋光某些基板而言，如在同一壓板移除多個介電層，匹配算法可能並不可靠。不局限於任何特定理論，平方差總和可深受光譜中的波峰位置的影響，且下層厚度上的變化則會造成波峰位置的移位。但若採用另一技術(如交叉相關法)來尋找最佳匹配參考光譜，則可減少或避免這些問題的發生。在一個方面中，控制拋光的方法包括存儲具有多個參考光譜的圖庫、拋光基板、在拋光期間測量來自基板的光的一序列光譜、利用除平方差總和之外的匹配技術為所述序列光譜中的每一個測量光譜尋找最佳匹配參考光譜以產生一序列最佳匹配參考光譜、以及基於所述序列最佳匹配參考光譜確定拋光終點或拋光速率的調節至少之一。實施方式可包括一個或多個下列特徵。尋找最佳匹配參考光譜可包括用來自圖庫的多個參考光譜中的兩個或更多個參考光譜的每一個執行測量光譜的交叉相關，並選擇與測量光譜有最大相關性的參考光譜作為最佳匹配參考光譜。多個參考光譜中的每一個參考光譜可具有存儲的關聯索引值，並可確定所述序列最佳匹配參考光譜中各最佳匹配光譜的關聯索引值，以產生一序列索引值，並使一函數配適所述序列索引值。當線性函數匹配或超過目標索引時，可停止拋光。基板可包括覆蓋第一層的第二層，第一層具有不同於第二層的組成。第二層可為阻擋層，而第一層可為介電層。阻擋層可為氮化鉭或氮化鈦，而介電層可為碳摻雜二氧化矽或者可由四乙氧基矽烷形成。所述函數可配適一部分的所述序列索引值，所述部分序列索引值對應檢測到第一層露出後測量的光譜。尋找最佳匹配參考光譜可包括執行計算測量光譜與圖庫中多個參考光譜的兩個或更多個參考光譜的每一個參考光譜間的歐幾裡得(Euclidean)向量距離的總和，以及選擇總和最小的參考光譜作為最佳匹配參考光譜。尋找最佳匹配參考光譜可包括執行計算測量光譜與圖庫中多個參考光譜的兩個或更多個參考光譜的每一個參考光譜間的導數差的總和，以及選擇總和最小的參考光譜作為最佳匹配參考光譜。測量來自基板的光的所述序列光譜可包括使傳感器多次掃描基板各處。所述序列光譜中的每一個光譜可對應於傳感器多次掃描中的單次掃描。基板可包括多個區域，且各區域的拋光速率可由獨立變化的拋光參數單獨控制。在拋光期間，可測量來自各區域的序列光譜。可就各區域的序列光譜中的每一個測量光譜，用圖庫中多個參考光譜的兩個或更多個參考光譜的每一個參考光譜執行測量光譜的的交叉相關，並從圖庫中選擇與測量光譜有最大相關性的參考光譜作為最佳匹配參考光譜，以產生一序列最佳匹配參考光譜。可調節至少一個區域的拋光參數，以調節至少一個區域的拋光速率，使多個區域在拋光終點具有比在無這種調節的情況下更小的厚度差。
在另一方面中，實體包含在機器可讀取存儲裝置中的電腦程式產品包括執行此方法的指令。
在另一方面中，拋光設備包括用以保持拋光墊的支撐件、用以保持基板使基板抵靠著拋光墊的研磨頭、用以在研磨頭與支撐件之間產生相對運動以拋光基板的馬達、在拋光基板的同時測量來自基板的光的一序列光譜的光學監測系統、以及控制器。控制器配置為存儲具有多個參考光譜的圖庫，多個參考光譜中的每一個參考光譜具有存儲的關聯索引值，並利用除平方差總和之外的匹配技術，就所述序列光譜中的每一個測量光譜，尋找最佳匹配參考光譜，以產生一序列最佳匹配參考光譜，以及基於所述序列最佳匹配參考光譜確定拋光終點或拋光速率的調節至少之一。
實施方式可選擇性地包括一個或多個下列優點。匹配技術受測量光譜中波峰位置的影響較小，由此降低對下層厚度變化的敏感度。終點系統檢測所期望拋光終點的可靠性將提高，且晶圓內和晶圓間厚度的不均勻性(WIWNU和WTWNU)可降低。
一個或多個實施例的細節將在附圖和以下的描述中進行闡述。其它特徵、方面和優點將在說明書、附圖和權利要求書中變得更明顯。


圖1A及IB為拋光前後的基板的示意性截面圖。
圖2示出拋光設備示例的示意性截面圖。
圖3不出具有多個區域的基板的不意性俯視圖。
圖4示出拋光墊的俯視圖，並示出在基板上進行原位測量的位置。圖5示出來自原位光學監測系統的測量光譜。圖6示出參考光譜的圖庫。圖7示出索引軌跡。圖8示出具有線性函數的索引軌跡，所述線性函數配適在檢測到清除上層後採集的索引值。圖9為製造基板及檢測拋光終點的示例工藝的流程圖。圖10示出多個索引軌跡。圖11示出基於參考區域的索引軌跡到達目標索引的時間來計算多個可調節區域的多個所期望斜率。圖12示出基於參考區域的索引軌跡到達目標索引的時間來計算終點。圖13為示例工藝的流程圖，所述示例工藝用以調節多個基板中的多個區域的拋光速率，以使多個區域在目標時間有近乎相同的厚度。圖14示出檢測上層清除的流程圖。圖15A示出單次掃描期間，在拋光之初採集的光譜的圖。圖15B示出單次掃描期間，在幾乎清除阻擋層時採集的光譜的圖。圖16示出隨拋光時間變化的光譜的標準偏差的圖。圖17為示出用於確定最佳匹配參考光譜的不同技術的比較圖。 各圖中相同的標號和名稱代表相同的兀件。
具體實施例方式一種光學監測技術是在拋光期間測量從基板反射的光的光譜，並從圖庫中識別匹配的參考光譜。匹配的參考光譜提供一序列索引值，且一函數(如直線)配適所述序列索引值。將函數投影到目標值可用來確定終點或改變拋光速率。對拋光某些類型的基板而言，如將在同一壓板拋光多層材料的基板，一個潛在問題在於，用於從圖庫中尋找最佳匹配光譜的技術(如，選擇平方差總和最小的參考光譜)可能並不可靠。不局限於任何特定理論，平方差的總和可深受光譜中波峰位置的影響，而下層厚度的變化則會造成波峰位置的移位。但若採用另一技術(如，交叉相關法)來尋找最佳匹配參考光譜，則可減少或避免這些問題的發生。舉例來說，參考圖1A，基板10可包括由第一介電材料組成的圖案化第一層12 (此層也稱為下層)，第一介電材料例如為低k材料,例如碳摻雜二氧化娃,如Black Diamond (來自應用材料公司(Applied Materials, Inc.))或Coral (來自諾發系統公司(NovellusSystems, Inc.))。設置在第一層12上的為由不同的第二介電材料組成的第二層16 (此層也稱為上層)，第二介電材料例如為阻擋層，例如氮化物，如氮化鉭或氮化鈦。選擇性地設置在第一層與第二層之間的是由不同於第一與第二介電材料的另一介電材料組成的一個或多個附加層14，另一介電材料例如為低k封蓋材料，例如由四乙氧基矽烷(TEOS)形成的材料。第一層12和一個或多個附加層14 一起在第二層底下提供層堆疊。設置在第二層(和由第一層的圖案提供的溝槽中)上的為導電材料18，導電材料例如為金屬，如銅。化學機械拋光可用來平坦化基板，直到露出由第一介電材料組成的第一層為止。例如，參考圖1B，平坦化後，部分導電材料18保留在第一層12的凸起圖案之間從而形成通路等。此外，有時期望移除第一介電材料，直到留下目標厚度或已經移除目標量的材料為止。
一種拋光的方法是在第一拋光墊上拋光導電材料，至少到露出第二層(如阻擋層)為止。此外，可在如過拋光步驟期間，在第一拋光墊移除第二層的部分厚度。接著將基板傳送到第二拋光墊，在第二拋光墊完全移除第二層(如阻擋層)，且還移除下面第一層(如低k介電材料)的部分厚度。此外，可在相同拋光操作中，在第二拋光墊移除第一層與第二層之間的一個或多個附加層(若有)(如封蓋層)。
圖2示出拋光設備100的示例。拋光設備100包括旋轉式盤狀壓板120，壓板120上設置拋光墊110。壓板可操作以繞著軸125旋轉。例如，馬達121可轉動驅動軸124，進而旋轉壓板120。拋光墊110可為具有外部拋光層112與較軟墊層114的雙層拋光墊。
拋光設備100可包括埠 130，用以將拋光液132 (如漿料)分配至拋光墊110上。拋光設備還可包括拋光墊調節器，用以摩擦拋光墊110，使拋光墊110維持為一致的研磨狀態。
拋光設備100包括一個或多個研磨頭140。各研磨頭140可操作以保持基板10抵靠著拋光墊110。每一研磨頭140可獨立控制與各基板相關的拋光參數，例如壓力。
特別地，每一研磨頭140可包括把基板10保留在柔性膜144下方的定位環142。各研磨頭140還包括由膜界定的多個獨立控制的可加壓腔室，例如三個腔室146a-146c，腔室146a-146c可獨立地將可控制的壓力施加至柔性膜144及因而在基板10上的相關區域148a-148c (參見圖3)。參考圖2，中心區域148a可基本上為圓形，且其餘區域148b_148c可為圍繞中心區域148a的同心環狀區域。雖然為了便於說明，圖2及圖3中僅示出三個腔室，然而也可具有一個或兩個腔室、或者四個或更多個腔室，例如五個腔室。
回到圖2，各研磨頭140從如傳送帶的支撐結構150懸吊，且研磨頭140由驅動軸152連接至研磨頭旋轉馬達154，以使研磨頭繞著軸155旋轉。可選擇地，各研磨頭140可在例如傳送帶150上的滑件上橫向擺動；或通過傳送帶自身的可旋轉振蕩橫向擺動。在操作中，壓板繞著壓板中心軸125旋轉,且各研磨頭繞著研磨頭中心軸155旋轉並橫向轉移越過拋光墊的頂表面。
雖然僅示出了一個研磨頭140，但也可設置更多的研磨頭來保持附加基板，使得可有效地利用拋光墊110的表面積。因此，適於在同步拋光工藝中保持基板的研磨頭裝配件數量至少部分取決於拋光墊110的表面積。
拋光設備還包括原位光學監測系統160，例如光譜監測系統，光學監測系統160可用於確定是否需調節拋光速率或確定對拋光速率的調節，這將在以下進行討論。通過包括小孔(即，穿過拋光墊的孔)或實心窗口 118提供通過拋光墊的光學通路。實心窗口 118可固定於拋光墊110，例如，像填充拋光墊中的小孔的插栓般，例如鑄模或黏附地固定於拋光墊，雖然在一些實施方式中，實心窗口可支撐在壓板120上並伸進拋光墊中的小孔。
光學監測系統160可包括光源162、光檢測器164和電路166，電路166發送並接收遠程控制器190 (如計算機)與光源162和光檢測器164之間的信號。一個或多個光纖可用來把來自光源162的光傳遞到拋光墊中的光學通路，並將從基板10反射的光傳遞到檢測器164。例如，雙叉光纖170可用來把來自光源162的光傳遞到基板10並傳回到檢測器164。雙叉光纖包括鄰近光學通路設置的主幹172、和分別連接至光源162與檢測器164的兩個分支174和176。在一些實施方式中，壓板的頂表面可包括凹槽128，凹槽128內配設光學頭168，用以保持雙叉光纖的主幹172 —端。光學頭168可包括用以調整主幹172頂部與實心窗口118之間的垂直距離的機構。電路166的輸出可為數字電子信號,信號通過驅動軸124中的旋轉式聯結器129(如滑動環)至光學監測系統的控制器190。類似地，可響應數字電子信號中的控制命令而打開或關閉光源，信號從控制器190經旋轉式聯結器129至光學監測系統160。或者，電路166可通過無線信號與控制器190通信。光源162可操作以發射白光。在一實施方式中，發射的白光包括波長為200至800納米的光。適合的光源為氙氣燈或氙汞燈。光檢測器164可為光譜儀。光譜儀為用於測量部分電磁波譜上的光強度的光學儀器。適合的光譜儀為光柵光譜儀。光譜儀的典型輸出為隨波長(或頻率)變化的光強度。如上所述，光源162和光檢測器164可連接至計算裝置(如控制器190)，以可操作地控制光源162和光檢測器164的操作並接收光源162和光檢測器164的信號。計算裝置可包括位於拋光設備附近的微處理器，例如可編程計算機。至於控制方面，計算裝置例如可將光源的開啟和壓板120的旋轉同步化。在一些實施方式中，原位監測系統160的光源162和檢測器164安裝在壓板120中並與壓板120—起旋轉。在此情況下，壓板的運動將使傳感器掃過各基板。特別地，隨著壓板120旋轉，控制器190將使光源162恰在光學通路通過基板10下方前開始發射一連串閃光且緊接在光學通路通過基板10下方後結束所述發射。或者，計算裝置可使光源162恰在各基板10通過光學通路前開始連續發光且緊接在各基板10通過光學通路後結束所述發光。在任一情況下，可在採樣周期上累積來自檢測器的信號，從而以採樣頻率產生光譜測量。在操作中，控制器190例如可接收在光源的特定閃光或檢測器的時幀內攜載用於描述光檢測器接收的光的光譜的信息的信號。因此，此光譜是拋光期間原位測量的光譜。如圖4中所示，若檢測器安裝在壓板中，則當窗口 108因壓板旋轉(如箭頭204所示)而在研磨頭下方移動時，以採樣頻率進行光譜測量的光學監測系統將在越過基板10的弧形中的位置201進行光譜測量。例如，各點201a-201k代表監測系統進行光譜測量的位置(點數僅為舉例說明；可視採樣頻率進行比所示點數更多或更少次的測量)。採樣頻率可經選擇以在每次掃描窗口 108時採集5至20個光譜。例如，採樣周期可為3至100毫秒。如圖所示，壓板旋轉一周，即可從基板10上的不同徑向位置獲得光譜。即，一些光譜取自較靠近基板10中心的位置，而一些光譜則較靠近邊緣。由此，對於光學監測系統對基板各處的任何給定掃描，基於時序、馬達編碼器信息和基板邊緣及/或定位環的光檢測，控制器190可計算掃描所得的各測量光譜的徑向位置(相對被掃描的基板的中心)。拋光系統還可包括旋轉式位置傳感器，例如附接至壓板邊緣的凸緣，所述凸緣將通過固定式光遮斷器，以提供額外數據用來確定測量光譜是哪個基板的和在基板上的位置。由此控制器可使各種測量光譜與基板IOa和IOb上的可控制區域148b-148c (參見圖2)相關聯。在一些實施方式中，光譜測量的時間可用作代替對徑向位置的精確計算。
就各區域而言，壓板旋轉多周後，將隨時間推移獲得一序列光譜。不局限於任何特定理論，隨著拋光進行(如壓板經多次旋轉、非單一掃描基板各處時)，因最外層厚度上的改變，將逐步形成從基板10反射的光的光譜，由此產生一序列隨時間變化的光譜。另外，特定厚度的層堆疊將呈現特定光譜。
在一些實施方式中，控制器(如計算裝置)可經編程以將測量光譜與多個參考光譜進行比較，並確定哪個參考光譜提供最佳匹配。特別地，控制器可經編程以將來自各區域的一序列測量光譜中的每一個光譜與多個參考光譜進行比較，以產生各區域的一序列最佳匹配參考光譜。
如在本文中所使用地，參考光譜是拋光基板前產生的預定光譜。假設實際拋光速率按照預期的拋光速率，則參考光譜可與代表拋光工藝中預期出現光譜的時間的值有預定關聯性，即拋光操作前所定義的。可替換地或附加地，參考光譜可與基板性質的值(如最外層的厚度)有預定關聯性。
參考光譜可憑經驗產生，例如通過測量來自測試基板(如，具有已知初始層厚度的測試基板)的光譜。例如，為產生多個參考光譜，使用與將用於拋光裝置晶圓一樣的拋光參數來拋光設置基板，同時採集一序列光譜。對於各光譜，記錄代表拋光工藝中採集光譜的時間的值。例如，此數值可為經過的時間或壓板轉數。可對基板進行過拋光，即拋光超過期望的厚度，從而在達到目標厚度時獲得從基板反射的光的光譜。
為使各光譜與基板性質的值(如最外層的厚度)相關聯，可在拋光前，在測量站測量「設置」基板的初始光譜和性質，「設置」基板具有與產品基板一樣的圖案。也可在拋光後利用同一測量站或不同測量站測量最終光譜和性質。初始光譜與最終光譜間的光譜性質可基於測量測試基板的光譜的經過時間通過內插法確定，例如線性內插法。
除了憑經驗確定外，部分或所有參考光譜可依據理論計算，例如，利用基板層的光學模型。例如，光學模型可用於計算給定外層厚度D的參考光譜。例如，通過假設以均勻的拋光速率移除外層，可計算代表拋光工藝中將採集參考光譜的時間的值。例如，可通過僅僅假設起始厚度DO和均勻拋光速率R，來計算特定參考光譜的時間Ts (Ts= (DO-D)/R)。又例如，基於用於光學模型的厚度D，拋光前與拋光後的厚度Dl、D2 (或在測量站測量的其它厚度)的測量時間T1、T2間的線性內插可表示成(Ts=T2-TlX (D1-D)/(D1-D2))。
參考圖5及圖6，可將測量光譜300 (參見圖5)與來自一個或多個圖庫310的參考光譜320 (參見圖6)進行比較。如在本文中所使用地，參考光譜的圖庫是參考光譜的集合，參考光譜的集合代表有共同性質的基板。然而，單個圖庫中的共同性質在多個參考光譜的圖庫中可能會有改變。例如，兩個不同的圖庫可包括代表具有兩種不同下層厚度的基板的參考光譜。就給定參考光譜的圖庫而言，上層厚度中的變化可為光譜強度差異的主要原因，而非其它因素(諸如晶圓圖案上的差異、下層厚度或層組成)所致。
通過拋光多個具有不同基板性質(如，下層厚度或層組成)的「設置」基板並採集上述光譜，可產生用於不同圖庫310的參考光譜320;來自某一設置基板的光譜可提供第一圖庫，且來自具有不同下層厚度的另一基板的光譜可提供第二圖庫。可替換地或附加地，不同圖庫的參考光譜可依據理論計算，例如，第一圖庫的光譜可利用具有第一厚度的下層的光學模型來計算，而第二圖庫的光譜可利用具有不同厚度的下層的光學模型來計算。
在一些實施方式中，每一個參考光譜320分配到一個索引值330。通常，每一個圖庫310可包括許多參考光譜320，例如，在基板的預期拋光時間內壓板每旋轉一周而得的一個或多個(如，精確地為一個)參考光譜。所述索引330可為代表拋光工藝中預期觀察到參考光譜320的時間的值，例如數字。可將光譜索引編入索引，以使特定圖庫中的每個光譜具有唯一的索引值。可實現編入索引，使得索引值以測量測試基板的光譜的順序按順序排好。索引值可經選擇以隨拋光的進行而單調地改變，例如，增大或減小。特別地，參考光譜的索引值可經選擇以使索引值構成時間或壓板轉數的線性函數(假設拋光速率按照模型或測試基板的拋光速率，測試基板用於產生圖庫中的參考光譜)。例如，索引值可與測量測試基板的參考光譜或光學模型中將出現參考光譜的壓板轉數呈比例(如等於)。因此，每個索引值可為整數。索引數字可代表預期將出現相關光譜的壓板轉數。參考光譜和參考光譜的相關聯索引值可存儲在參考圖庫中。例如，各參考光譜320和各參考光譜的相關聯索引值330可存儲在資料庫350的記錄340中。參考光譜的參考圖庫的資料庫350可在拋光設備的計算裝置的存儲器中實現。如上所述，對於各基板的每一個區域，基於所述區域和基板的序列測量光譜，控制器190可經編程以產生一序列最佳匹配參考光譜。通過將測量光譜與來自特定圖庫的參考光譜進行比較，可確定最佳匹配參考光譜。在一些實施方式中，通過為每個參考光譜計算測量光譜與參考光譜間的平方差總和，來確定最佳匹配參考光譜。平方差總和最小的參考光譜為最佳適配者。也可採用其它尋找最佳匹配參考光譜的技術，例如，最小絕對差總和。在一些實施方式中，可利用除平方差總和之外的匹配技術，來確定最佳匹配參考光譜。在一實施方式中，對於各參考光譜，計算測量光譜與參考光譜間的交叉相關性，並選擇有最大相關性的參考光譜作為匹配參考光譜。交叉相關的潛在優點在於較不受光譜橫向移位的影響，且因而較不受下層厚度變化的影響。為進行交叉相關，測量光譜的前端和尾端可填入「零」，以提供數據從而在參考光譜相對測量光譜移位時與參考光譜進行比較。或者，測量光譜的前端可填入等於測量光譜前邊緣數值的數值，而測量光譜的尾端可填入等於測量光譜尾端數值的數值。快速傅立葉(Fourier)變換可用於提高實時匹配技術應用中計算交叉相關性的速度。在另一實施方式中，計算歐幾裡得向量距離的總和，例如D=l/Ua-Xb) *[Σλ = λ3至Ab|lMU)2-1KU)2|]，其中Xa至Xb為所有加在一起的波長，ιΜ(λ)為測量光譜，而ΙΕ(λ)為參考光譜。在又一實施方式中，對於各參考光譜，計算導數差總和，例如D=I/(λ a- λ b).[ Σ λ = λ3$ Ab I dIM( λ )/d λ -dIE( λ )/d λ | ],並選擇總和最小的參考光譜作為匹配參考光譜。圖17示出對於具有不同厚度TEOS層的基板利用交叉相關法和平方差總和法匹配光譜而得的索引軌跡(最佳匹配參考光譜的索引作為壓板轉數的函數)的比較。所述數據針對具有堆疊結構的產品基板產生，所述堆疊結構由1 500Α厚的黑金剛石(Black Diamond)
層、130A厚的Blok層和厚度為5200A、5100A或5000A的TEOS層組成。參考圖庫針對參考基板產生，參考基板具有厚度為5200A的TEOS層。如軌跡1702所示，在產品基板和參考基板具有相同厚度(即5200A)的TEOS層處，兩個索引軌跡互相重疊而無明顯差異。然而，在產品基板具有厚度為51OOA的TEOS層且參考基板具有厚度為5200A的TEOS層處，利用平方差總和產生的索引軌跡1704將稍微偏離線性行為。與之相反，利用交叉相關產生的索引軌跡與索引軌跡1702重疊(且因此無法從圖中看出)。最後，在產品基板具有厚度為5000A的TEOS層且參考基板具有厚度為5200A的TEOS層處，利用平方差總和產生的索引軌跡1706將顯著偏離線性行為和軌跡1702，然而利用交叉相關產生的索引軌跡1708仍保持大致呈線性且更接近軌跡1702。總之，此結果顯示，當下層厚度上有變化，則利用交叉相關來確定最佳匹配光譜將產生更好地匹配理想軌跡的軌跡。
可應用來減少計算機處理的方法為對圖庫中用於搜索匹配光譜的部分進行限制。圖庫一般包括比在拋光基板時將獲得的光譜範圍更寬的光譜。在基板拋光期間，圖庫搜索限制在預定的圖庫光譜範圍內。在一些實施例中，確定被拋光基板的當前旋轉索引N。例如，壓板初始旋轉中，可通過搜索圖庫的所有參考光譜來確定N。對於隨後一次旋轉期間獲得的光譜，圖庫在自由度為N的範圍內被搜索。即，若旋轉一周期間索引數為N，在隨後晚X個轉數的旋轉期間(其中自由度為Y)，將被搜索的範圍為(N+X)-Y至(N+X)+Y。
參考圖7，其中只示出了單個基板的單個區域的結果，可確定序列中各最佳匹配光譜的索引值，以產生隨時間變化序列的索引值212。此序列索引值可被稱為索引軌跡210。在一些實施方式中，索引軌跡通過將各測量光譜與來自確切為一個圖庫的參考光譜進行比較而產生。通常，光學監測系統每次掃描基板下方時，索引軌跡210可包括一個索引值(如，確切為一個索引值)。
對給定索引軌跡210來說，其中光學監測系統單次掃描特定區域時有多個測量光譜(稱為「當前光譜」)，可確定各當前光譜與一個或多個圖庫(如，確切為一個)的參考光譜之間的最佳匹配。在一些實施方式中，將各選定的當前光譜與選定圖庫(一個或多個)的每一個參考光譜進行比較。假定有當前光譜e、f和g以及參考光譜E、F和G，則可計算下列當前與參考光譜的每一個組合的匹配係數:e與E、e與F、e與G、f與E、f與F、f與G、g與E、g與F、和g與G。任何指示最佳匹配者的匹配係數(如，係數為最小)確定最佳匹配參考光譜，且進而確定索引值。或者，在一些實施方式中，可結合(如平均)當前光譜，並將所得的結合光譜與參考光譜進行比較，以確定最佳匹配者，且進而確定索引值。
在一些實施方式中，對於一些基板的至少一些區域，可產生多個索引軌跡。對給定基板的給定區域來說，可為各關注的參考圖庫產生索引軌跡。即，對於用於給定基板的給定區域的各關注的參考圖庫，將一序列測量光譜中的每一個測量光譜與來自特定圖庫的參考光譜進行比較，確定一序列最佳匹配參考光譜，且所述序列最佳匹配參考光譜的索引值提供用於給定圖庫的索引軌跡。
總而言之，各索引軌跡包括一序列210的索引值212，所述序列的每一個特定索引值212通過從給定圖庫選擇最適配測量光譜的參考光譜的索引而產生。索引軌跡210的各索引的時間值可與測量測量光譜的時間相同。
原位監測技術用來檢測對第二層的清除以及下層或層結構的暴露。例如，可從馬達轉矩或從基板反射的光的總強度上的突然改變、或從所採集光譜的散布，檢測到第一層在時間TC暴露，這將在以下進行更詳細的討論。
如圖8中所示，例如，通過利用穩健的線性配適，使一函數(例如，階數為已知的多項式函數，例如一階函數(如直線214))配適時間TC後採集的光譜的序列索引值。當使函數配適所述序列索引值時，忽略時間TC前採集的光譜的索引值。也可採用其它函數，例如二階多項式函數，但直線更易運算。可在直線214與目標索引IT相交的終點時間TE，停止拋光。
圖9示出用於製造並拋光產品基板的方法的流程圖。產品基板可至少具有與測試基板一樣的層結構和一樣的圖案，測試基板用於產生圖庫的參考光譜。
最初，將第一層沉積在基板上並圖案化第一層(步驟902)。如上所述，第一層可為介電材料，例如低k材料,例如碳摻雜二氧化娃,如BI ack Di amond (來自應用材料公司)或Coral (來自諾發系統公司)。
可選擇地，根據第一材料的組成，由不同於第一與第二介電材料的另一介電材料組成的一個或多個附加層沉積在產品基板的第一層上(步驟903)，另一介電材料例如為低k封蓋材料,例如四乙氧基娃燒(TE0S)。第一層和一個或多個附加層一起提供層堆疊。可選擇地，在沉積一個或多個附加層後，可進行圖案化(使得一個或多個附加層不延伸到第一層中的溝槽內，如圖1A中所示)。
接著，由不同的第二介電材料組成的第二層沉積在產品基板的第一層或層堆疊上(步驟904)，第二介電材料例如為阻擋層，例如氮化物，如氮化鉭或氮化鈦。此外，導電層可沉積在產品基板的第二層上(和第一層圖案提供的溝槽中)，導電層例如為金屬層，如銅(步驟906)。可選擇地，在沉積第二層後，可進行第一層的圖案化(在這情況下，第二層不會延伸到第一層中的溝槽內)。
拋光產品基板(步驟908)。例如,可在第一拋光站中，使用第一拋光墊拋光及移除導電層和部分第二層(步驟908a)。接著，可在第二拋光站，使用第二拋光墊拋光及移除第二層和部分第一層(步驟908b)。然而，應注意在一些實施方式中沒有導電層，例如，開始拋光時，第二層是最外層。當然，可在別處進行步驟902至步驟906，使得拋光設備的特定操作工藝從步驟908開始。
原位監測技術用來檢測對第二層的清除及第一層的暴露(步驟910)。例如，可從馬達轉矩或從基板反射的光的總強度上的突然改變、或從所採集光譜的散布，檢測到第一層在時間TC暴露(參見圖8)，這將在下面進行更詳細的討論。
至少在檢測到清除第二層時開始(且可能更早，例如，從用第二拋光墊拋光產品基板開始)，如利用上述原位監測系統，在拋光期間獲得一序列測量光譜(步驟912)。
分析測量的光譜以產生一序列索引值，並使一函數配適所述序列索引值。特別地，對於序列測量光譜中的每一個測量光譜，確定最佳適配的參考光譜的索引值，以產生一序列索引值(步驟914)。一函數(如線性函數)配適於在檢測到清除第二層的時間TC後採集的光譜的序列索引值(步驟916)。換言之，在檢測到清除第二層的時間TC前採集的光譜的索引值不在函數的計算中使用。
一旦索引值(如，從配適於新序列索引值的線性函數產生的計算的索引值)達到目標索引，即可停止拋光(步驟918)。目標厚度IT可由使用者在拋光操作前設定並存儲。或者，目標移除量可由使用者設定，而目標索引IT可從目標移除量計算而得。例如，索引差ID可從目標移除量計算而得，例如從憑經驗確定的移除量與索引(如拋光速率)的比，並把索引差ID與檢測到清除上層的時間TC時的索引值IC相加(參見圖8)。
也可使用配適於來自在檢測到清除第二層後採集的光譜的索引值的函數，以調節拋光參數，例如，調節基板上的一個或多個區域的拋光速率，進而改善拋光均勻性。
參考圖10，示出了多個索引軌跡。如上所述，可為各區域產生索引軌跡。例如，可為第一區域產生第一序列210索引值212(以空心圓表示)，可為第二區域產生第二序列220索引值222 (以空心方塊表示)，以及可為第三區域產生第三序列230索引值232 (以空心三角形表示)。儘管示出三個區域，然而也可為兩個區域、或四個或更多區域。所有區域可在同一基板上，或者一些區域可來自在同一壓板上正被同時拋光的不同基板。
如上所述，原位監測技術用來檢測對第二層的清除及下層或層結構的暴露。例如，可從馬達轉矩或從基板反射的光的總強度上的突然改變、或從所採集光譜的散布，檢測到在時間TC露出第一層，如以下更詳細所討論地。
對於各基板索引軌跡，例如利用穩健線性配適，使階數已知的多項式函數(如一階函數，例如直線)配適於時間TC後採集的相關區域的光譜的序列索引值。例如，第一直線214可配適於第一區域的索引值212，第二直線224可配適於第二區域的索引值222，而第三直線234可配適於第三區域的索引值232。使直線配適於索引值可包括計算直線的斜率S和直線與起始索引值(如O)相交的X軸交會時間T。函數可表示成I(t)=S (t-T)的形式，其中t為時間。X軸交會時間T可具有負值，負值表示基板層的起始厚度比預期小。所以，第一直線214可具有第一斜率SI和第一 X軸交會時間Tl，第二直線224可具有第二斜率S2和第二 X軸交會時間T2，而第三直線234可具有第三斜率S3和第三x軸交會時間T3。
在拋光工藝期間的某一時候，例如時間T0，調節至少一個區域的拋光參數，以調節所述基板的區域的拋光速率，使得多個區域在拋光終點時間比在沒有這種調節的情況下更接近所述區域的目標厚度。在一些實施例中，各區域在終點時間可具有近乎相同的厚度。
參考圖11，在一些實施方式中，選擇一個區域作為參考區域，並確定參考區域將達到目標索引IT的計劃終點時間TE。例如，如圖11中所示，選擇第一區域作為參考區域，雖然也可選擇不同區域及/或不同基板。目標厚度IT由使用者在拋光操作前設定並存儲。或者，目標移除量TR可由使用者設定，且目標索引IT可從目標移除量TR計算而得。例如，索引差ID可從目標移除量計算而得，例如從憑經驗確定的移除量與索引(如拋光速率)的比，並將索引差ID與檢測到清除上層的時間TC時的索引值IC相加。
為確定參考區域將達到目標索引的計劃時間，可計算參考區域的直線(如直線214)與目標索引IT的交點。假設拋光速率在剩餘拋光工藝中不會偏離預期拋光速率，則序列索引值應保持基本為線性的級數。所以，預期終點時間TE可依直線與目標索引IT的簡單線性內插來計算，例如IT=S.(TE-T)。由此，在圖11的示例中，其中第一區域被選作參考區域，相關聯的第一直線 214，IT=Sl.(TE-Tl)，即 TE=IT/S1_T1。
一個或多個區域(例如，除參考區域外的所有區域，包括其它基板上的區域)可定義為可調節區域。可調節區域的直線與預期終點時間TE會合處定義為可調節區域的計劃終點。各可調節區域的線性函數(如圖11中的直線224和234)可進而用於推算相關聯區域將在預期終點時間TE達到的索引，例如EI2和EI3。例如，第二直線224可用於推算第二區域在預期終點時間TE的預期索引EI2，而第三直線234可用於推算第三區域在預期終點時間TE的預期索引EI3。
如圖11中所示，若時間TO後沒有調節任何區域的拋光速率，則如果所有區域被迫同時達到終點， 則各區域可具有不同的厚度(這絕非所期望的，因為如此會導致缺陷和產量損失)。
若不同區域將在不同時間達到目標索引(或相當於，可調節區域將在參考區域的計劃終點時間有不同的預期索引)，則可向上或向下調節拋光速率，使得區域比在無這種調節的情況下更接近同時(例如，近乎同時)地達到目標索引(並進而達到目標厚度)，或是在目標時間比在無這種調節的情況下將具有更接近相同的索引值(並進而具有相同厚度)，例如，近乎相同的索引值(並進而具有近乎相同的厚度)。
所以，在圖11的示例中，從時間TO開始，修改第二區域的至少一個拋光參數，從而提高所述區域的拋光速率(且結果，增大了索引軌跡220的斜率)。而且在此示例中，修改第三區域的至少一個拋光參數，從而降低第三區域的拋光速率(且結果，減小了索引軌跡230的斜率)。結果，所述區域將近乎同時達到目標索引(並進而達到目標厚度)(或者，若同時停止對所述區域施壓，則所述區域將以近乎相同的厚度結束)。
在一些實施方式中，若預期終點時間TE時的計劃索引指示基板一區域在預定目標厚度範圍內，則不需要調節所述區域。所述範圍可為目標索引的2%，例如1%以內。
可對可調節區域的拋光速率進行調節，使所有區域在預期終點時間比在無這種調節的情況下更接近目標索引。例如，可選擇參考基板的一個參考區域並調節所有其它區域的處理參數，使所有區域近乎在參考基板的計劃時間達到終點。參考區域例如可為預定區域，例如中心區域148a或緊鄰中心區域周圍的區域148b，所述區域在任何基板的任何區域中具有最早或最晚計劃終點時間，或基板的區域具有期望的計劃終點。若同時停止拋光，則最早時間相當於最薄基板。同樣地，若同時停止拋光，則最晚時間相當於最厚基板。參考基板例如可為預定基板，所述預定基板為基板中具有最早或最晚計劃終點時間的區域的基板。若同時停止拋光，則最早時間相當於最薄區域。同樣地，若同時停止拋光，則最晚時間相當於最厚區域。
對於各可調節區域，可計算索引軌跡的期望斜率，使得可調節區域與參考區域同時達到目標索引。例如，期望的斜率SD可從(IT-1)=SDX(TE-TO)計算而得，其中I是時間TO時拋光參數將改變的索引值(從配適於序列索引值的線性函數計算而得)，IT是目標索引，而TE是計算的預期終點時間。在圖11的示例中，可為第二區域，從(IT-12)=SD2X (TE-TO)計算期望的斜率SD2，且為第三區域，從(IT-13) =SD3 X (TE-TO)計算期望的斜率SD3。
或者，在一些實施方式中，並無參考區域，而預期終點時間可為預定時間，例如，由使用者在拋光工藝前設定，或從一個或多個基板中的兩個或更多個區域的預期終點時間的平均值或其它組合計算(如將不同區域的直線投影到目標索引來計算)。在此實施方式中，期望的斜率基本上如上所述地計算，雖然為第一基板的第一區域也必須計算期望的斜率，例如，從(IT-1l)=SDlX (TE，-T0)計算期望的斜率SD1。
或者，在一些實施方式中，不同區域有不同的目標索引。這在基板上形成預有準備、但可控制的非均勻厚度輪廓。目標索引可由使用者鍵入，例如利用控制器上的輸入裝置。例如，第一基板的第一區域可具有第一目標索引，第一基板的第二區域可具有第二目標索引，第二基板的第一區域可具有第三目標索引，而第二基板的第二區域可具有第四目標索引。
對於上述任何方法，調節拋光速率，以使索引軌跡的斜率更接近期望的斜率。拋光速率例如可通過增大或減小研磨頭的對應腔室內的壓力而調節。拋光速率上的變化可假定與壓力上的變化成正比，例如，簡單的Prestonian模型。例如，就各基板的每一區域而言，其中時間TO前以壓力P1日拋光區域，時間TO後施加的新壓力P新可按P新=P10 X (SD/S)計算，其中S為時間TO前的直線的斜率，而SD為期望的斜率。
例如，假設壓力Pisi施加於第一基板的第一區域，壓力P102施加於第一基板的第二區域，壓力P10 3施加於第二基板的第一區域，而壓力P舊4施加於第二基板的第二區域，則對第一基板的第一區域的新壓力Plil可按Plil=P101X (SD1/S1)計算，對第一基板的第二區域的新壓力PIi 2可按PIi 2=p 10 2 X (SD2/S2)計算，對第二基板的第一區域的新壓力P # 3可按P#3=P|03X (SD3/S3)計算，而對第二基板的第二區域的新壓力Pli4可按Pli4=P104X (SD4/S4)計算。
拋光工藝期間，確定基板將達到目標厚度的計劃時間以及調節拋光速率的工藝可只進行一次，例如在特定時間進行，例如經過預期拋光時間的40%至60%後，或可在拋光工藝期間進行多次，例如每30至60秒進行一次。在拋光工藝期間的隨後時間，可再次適當調節速率。拋光工藝期間，拋光速率可只改變幾次，諸如四次、三次、兩次或僅一次。可在拋光工藝開始左右、中間或即將結束時進行調節。
已調節拋光速率後，例如時間TO後，繼續進行拋光，光學監測系統繼續採集至少參考區域的光譜並確定參考區域的索引值。在一些實施方式中，光學監測系統繼續採集光譜並確定各區域的索引值。一旦參考區域的索引軌跡達到目標索引，即訪問終點，並且停止拋光操作。
例如，如圖12中所示，時間TO後，光學監測系統繼續採集參考區域的光譜並確定參考區域的索引值312。若參考區域上的壓力沒有變化(例如，如在圖11的實施方式中)，則可利用TO前(但非TC前)和TO後的數據點計算線性函數，以提供最新的線性函數314，且線性函數314達到目標索引IT的時間表示拋光終點時間。另一方面，若參考區域上的壓力在時間TO時改變，則可從時間TO後的序列索引值312計算具有斜率S』的新線性函數314，且新線性函數314達到目標索引IT的時間表示拋光終點時間。用於確定終點的參考區域可與上述用以計算預期終點時間的參考區域為同一參考區域，或者用於確定終點的參考區域可為不同區域(或者，若所有區域如參考圖11所描述地進行調節，則可為終點確定選擇參考區域)。若新線性函數314比從原線性函數214計算的計劃時間略晚(如第12圖所示)或略早達到目標索引IT，則可分別使一個或多個區域稍微過拋光或拋光不足。然而，因為預期終點時間與實際拋光時間之間的差應小於幾秒，所以這不需要嚴重影響拋光均勻性。
在一些實施方式中，以銅拋光為例，檢測到基板的終點後，基板立即經受過拋光工藝處理，從而例如移除銅殘留物。過拋光工藝可對基板的所有區域施予均勻壓力，例如I至1.5磅/平方英寸。過拋光工藝可具有預設持續時間，例如10至15秒。
就特定區域產生多個索引軌跡處，例如，就各關注圖庫針對特定區域產生一個索引軌跡，則可選擇一個索引軌跡用於特定區域的終點或壓力控制算法。例如，對同一區域產生的各索引軌跡而言，控制器190可使一線性函數配適於所述索引軌跡的索引值，並確定所述線性函數與序列索引值的配適契合度。由具有與其自身索引值有最佳配適契合度的直線產生的索引軌跡可選作特定區域和基板的索引軌跡。例如，當確定如何調節可調節區域的拋光速率時，例如在時間TO時，可在計算中採用具有最佳配適契合度的線性函數。又例如，當具有最佳配適契合度的直線的計算索引(如從配適於序列索引值的線性函數計算一樣)匹配或超過目標索引時，可訪問終點。而且，可不從線性函數計算索引值，而是將索引值本身與目標索引進行比較來確定終點。
確定光譜圖庫相關聯的索引軌跡是否與圖庫相關聯的線性函數有最佳配適契合度可包括:與相關聯穩健直線和另一圖庫的相關聯索弓I軌跡間的差異相比，確定相關聯光譜圖庫的索引軌跡是否相對地與相關聯穩健直線有最小差異，例如最小標準差、最大相關性或其它測量變量。在一實施方式中，配適契合度通過計算索引數據點與線性函數間的平方差總和而確定；平方差總和最小的圖庫具有最適配者。
參考圖13，示出了概括性的流程圖1300。如上所述，在拋光設備中，利用同一拋光墊同時拋光基板的多個區域(步驟1302)。在此拋光操作期間，各區域的拋光速率可通過獨立變化的拋光參數獨立於其它基板地進行控制，所述獨立變化的拋光參數例如為由研磨頭中的腔室施加至特定區域上的壓力。如上所述，在此拋光操作期間，例如利用從各區域獲得的一序列測量光譜，監測基板(步驟1304)。就所述序列中的每一個測量光譜，確定最佳匹配的參考光譜(步驟1306)。確定各參考光譜的最適配的索引值，以產生序列索引值(步驟1308)。
檢測對第二層的清除(步驟1310)。就各區域，使一線性函數配適於檢測到清除第二層後採集的光譜的序列索引值(步驟1312)。在一實施方式中，確定參考區域的線性函數將達到目標索引值的預期終點時間，例如利用線性函數的線性內插(步驟1314)。在其它實施方式中，預期終點時間是預先決定的、或依多個區域的預期終點時間的組合計算。若有需要，調節其它區域的拋光參數，以調節所述基板的拋光速率，使得多個區域近乎同時達到目標厚度，或使得多個區域在目標時間有近乎相同的厚度(或目標厚度)(步驟1316)。調節參數後，繼續進行拋光，並就各區域，測量光譜、從圖庫中確定最佳匹配參考光譜、在已調節拋光參數後的時段確定最佳匹配光譜的索引值以產生新序列索引值、以及使一線性函數配適於索引值(步驟1318)。一旦參考區域的索引值(例如，從配適於新序列索引值的線性函數產生的計算的索引值)達到目標索引，即可停止拋光(步驟1330)。
在一些實施方式中，序列索引值用於調節基板的一個或多個區域的拋光速率，但利用另一原位監測系統或技術來檢測拋光終點。
如上所述，對一些技術和一些層堆疊結構而言，檢測上層的清除及下層的暴露可能是困難的。在一些實施方式中，採集一序列光譜組，並計算每一個光譜組的分散參數的值，以產生序列分散值。可從所述序列分散值，檢測對上層的清除。此技術可用於檢測第二層的清除及第一層的暴露，例如在上述拋光操作的步驟910或1310中。
圖14示出用於檢測第二層的清除及第一層的暴露的方法1400。當拋光基板時(步驟1402)，採集一序列光譜組(步驟1404)。如圖4中所示，若光學監測系統固定於旋轉壓板，則在光學監測系統對基板各處的單次掃描中，可採集基板上多個不同位置201b至201j的光譜。從單次掃描採集的光譜提供一組光譜。隨著拋光的進行，光學監測系統的多次掃描提供一序列光譜組。壓板旋轉一周可採集一組光譜，例如，以相當於壓板旋轉速率的頻率採集所述組。通常，每一組將包括5至20個光譜。可利用用於上述波峰追蹤技術中採集光譜的同一個光學監測系統來採集光譜。
圖15A提供拋光開始時(例如，當仍有明顯厚度的上層留在下層上時)從基板10反射的光的一組測量光譜1500a的示例。所述一組光譜1500a可包括在光學監測系統第一次掃描基板各處時在基板上不同位置採集的光譜202a至204a。圖15B提供在清除或幾乎清除上層時從基板10反射的光的一組測量光譜1500b的示例。所述一組光譜1500b可包括在光學監測系統對基板各處進行不同的第二次掃描中在基板上不同位置採集的光譜202b至204b (基板上採集光譜1500a的位置可不同於光譜1500b)。
最初，如圖15A中所示，光譜1500a頗為相似。然而，如圖15B中所示，當清除上層(如阻擋層)而露出下層(如低k層或封蓋層)時，來自基板上不同位置的光譜1500b之間的差異傾向於變得更加顯著。
對於各組光譜，計算所述組中光譜的分散參數的值(步驟1406)。這產生一序列分散值。
在一實施方式中，為計算光譜組的分散參數，可將強度值(作為波長函數)一起平均化而提供平均光譜。即Ι^^(λ) = (1/Ν) *[Σ^1$ν Ii(A)],其中N是所述組中的光譜數量，Ii(A)為光譜。對於所述組中的每一個光譜，例如利用平方差總和或絕對值差總和，可隨後計算所述光譜與平均光譜間的總差值，例如Di=[l/U a-Xb).[Σ A = Aa$ Ab[IiU )-1￥均(入)]2]]1/2 或 DHl/Ua-Xb)平均(λ) I]]，其中 λ a至 Xb 為所有加在一起的波長範圍。
一旦已經計算了所述光譜組中的每一個光譜的差值，即可從差值計算所述組的分散參數的值。各種分散參數都有可能，諸如標準偏差、四分位數間範圍、變化範圍(最大值減去最小值)、平均差、中位絕對偏差和平均絕對偏差。
所述序列分散值可加以分析並用於檢測上層的清除(步驟1408)。
圖16不出隨拋光時間變化的光譜的標準偏差的圖表1600 (其中各標準偏差從光譜組的差值計算而得)。由此，圖表中的每一個繪製點1602是在光學監測系統進行給定掃描時採集的光譜組差值的標準偏差。如圖所示，第一時段1610期間標準偏差值仍相當小。然而在時段1610後，標準偏差值變得越來越大且越來越分散。不局限於任何特定理論，厚阻擋層可有控制反射光譜的傾向，這掩蓋了阻擋層本身與任何下層的厚度差異。隨著拋光的進行，阻擋層變得越來越薄或被完全移除，而反射光譜則變得更易受下層厚度變化的影響。結果，光譜的分散性將 隨著阻擋層的清除而趨向於增大。
各種算法可用於檢測當上層清除時的分散值的行為上的變化。例如，可將序列分散值與閾值進行比較，且若分散值超過閾值，則產生信號以指示已清除上層。又例如，可計算移動窗口內的部分序列分散值的斜率，且若斜率超過閾值，則產生信號以指示已清除上層。
作為檢測分散性增大的部分算法，序列分散值可經濾波器(如低通濾波器或帶通濾波器)處理，以移除高頻噪聲。低通濾波器的示例包括移動平均與巴特沃斯(Butterworth)濾波器。
雖然以上敘述著重於檢測阻擋層的清除，但此技術也可用於檢測其它方面的上層的清除，例如，在另一種半導體工藝中檢測使用介電層堆疊結構(例如，層間介電(ILD))的上層的清除或檢測介電層上的薄金屬層的清除。
除了如上所述地用作初始化特徵結構追蹤的觸發以外，此用於檢測清除上層的技術還可用於拋光操作中的其它用途，例如，用作終點信號本身以觸發定時器，從而在露出下層後，在預定的時間段內拋光下層，或者作為修改拋光參數的觸發，從而例如在露出下層後，立即改變研磨頭壓力或漿料組成。
此外，雖然以上敘述採取光學終點監測器安裝在壓板中的旋轉壓板，但系統也可應用到監測系統與基板之間的其它類型的相對運動。例如，在一些實施方式中，如軌道運動，光源橫跨基板上的不同位置，但不越過基板的邊緣。在此情況下，仍可將採集的光譜分組，例如以特定頻率採集光譜，且一定時間段內採集的光譜可視為組的一部分。所述時間段應足夠長，使得各組有5至20個光譜被採集。
如本說明書中所用地，術語基板例如可包括產品基板(如，包括多個存儲器或處理器管芯)、測試基板、裸露基板和柵極基板。基板可處於集成電路製造的各個階段，例如基板可為裸露晶圓，或者基板可包括一個或多個沉積層及/或圖案化層。術語基板可包括圓盤和矩形片。
本發明的實施例和本說明書中所述的所有功能操作可在數字電子電路、或計算機軟體、固件或硬體中實現，包括本說明書中披露的結構裝置、和所述結構裝置的結構等效物或上述結構裝置的組合物。本發明的實施例可實現為一個或多個電腦程式產品，即實體包含於機器可讀取存儲介質中的一個或多個電腦程式，以供數據處理設備(例如，可編程處理器、計算機、或多個處理器或計算機)執行或控制運作。電腦程式(也稱為程序、軟體、軟體應用或代碼)可以任何包括編譯或解譯語言的程式語言形式編寫，且電腦程式可配置為任何形式，包括作為獨立程序或模塊、組件、子程序、或其它適合用於計算環境中的單元。電腦程式不一定要對應一個文件。程序可存儲在保持其它程序或數據的文件的一部分中、質疑程序專用的單獨文件中、或多重坐標文件中(例如，存儲一個或多個模塊、子程序或部分代碼的文件)。電腦程式可配置以供在一個計算機或多個計算機上執行，計算機位於一個位置或分布遍及在多個位置且由通信網絡相連。
本說明書中所述的工藝和邏輯流程可由一個或多個用於執行一個或多個電腦程式的可編程處理器進行，以通過操作輸入數據及產生輸出而執行功能。工藝和邏輯流程也可由特定用途的邏輯電路進行，且設備也可實現為特定用途的邏輯電路，特定用途的邏輯電路例如為現場可編程門陣列(FPGA)或ASIC (特定用途集成電路)。
上述拋光設備和方法可應用到各種拋光系統中。無論是拋光墊還是研磨頭或二者，都可移動而提供拋光表面與基板間的相對運動。例如，壓板可不旋轉而是繞軌道運行。拋光墊可為固定於壓板的圓形墊(或某些其它形狀)。例如，當拋光墊為線性移動的連續式或卷盤式拋光帶時，終點檢測系統的一些方面可應用到線性拋光系統。拋光層可為標準拋光材料(例如，含有或不含填料的聚胺酯)、軟材料或固定研磨材料。在此採用相對定位的術語；應理解，拋光表面與基板可保持在垂直方向或一些其它方向。
已描述了本發明的特定實施例。其它實施例也落在後附權利要求書所界定的範圍內。
權利要求
1.一種控制拋光的方法，包含: 存儲具有多個參考光譜的圖庫； 拋光基板； 在拋光期間，測量來自所述基板的光的序列光譜； 利用除平方差總和之外的匹配技術，為所述序列光譜中的每一個測量光譜尋找最佳匹配參考光譜，以產生序列最佳匹配參考光譜；以及 根據所述序列最佳匹配參考光譜，確定拋光終點或對拋光速率的調節的至少之一。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，尋找最佳匹配參考光譜包含:將所述測量光譜與來自所述圖庫的所述多個參考光譜中的兩個或更多個參考光譜中的每一個參考光譜交叉相關，以及選擇與所述測量光譜有最大相關性的參考光譜作為最佳匹配參考光譜。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述多個參考光譜中的每一個參考光譜具有存儲的相關聯索引值，且所述方法進一步包含:確定來自所述序列最佳匹配參考光譜中各最佳匹配光譜的所述相關聯索引值以產生序列索引值，以及使函數配適於所述序列索引值。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述方法進一步包含:當所述線性函數匹配或超過目標索引時，停止拋光。
5.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述基板包括覆蓋第一層的第二層，所述第一層具有不同於所述第二層的組成，且所述方法包括檢測所述第一層的暴露，且所述函數配適於部分的所述序列索引值，所述部分的序列索引值對應於檢測到所述第一層暴露後測量的光譜。
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述第二層是阻擋層，且所述第一層是介電層。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述阻擋層為氮化鉭或氮化鈦，且所述介電層為碳摻雜二氧化矽，或者所述介電層由四乙氧基矽烷形成。
8.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，尋找最佳匹配參考光譜包含:計算所述測量光譜與來自所述圖庫的所述多個參考光譜中的兩個或更多個參考光譜的每一個參考光譜間的歐幾裡得向量距離的總和，以及選擇總和最小的參考光譜作為最佳匹配參考光譜。
9.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，尋找最佳匹配參考光譜包含:計算所述測量光譜與來自所述圖庫的所述多個參考光譜中的兩個或更多個參考光譜的每一個參考光譜間的導數差的總和，以及選擇總和最小的參考光譜作為最佳匹配參考光譜。
10.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述基板包括多個區域，且各區域的拋光速率可由獨立變化的拋光參數單獨控制，且所述方法進一步包含: 在拋光期間，測量來自各區域的序列光譜； 就各區域的所述序列光譜中的每一個測量光譜，執行所述測量光譜與來自所述圖庫的所述多個參考光譜中的兩個或更多個參考光譜的每一個參考光譜的交叉相關，以及從所述圖庫選擇與所述測量光譜有最大相關性的參考光譜作為最佳匹配參考光譜從而產生序列最佳匹配參考光譜；以及 調節至少一個區域的所述拋光參數，以調節所述至少一個區域的所述拋光速率，使得所述多個區域在拋光終點有比在無這種調節的情況下更小的厚度差。
11.一種控制拋光的方法，包含: 存儲具有多個參考光譜的圖庫； 拋光基板； 在拋光期間，測量來自所述基板的序列光譜； 就所述序列光譜的每一個測量光譜，執行所述測量光譜與來自所述圖庫的所述多個參考光譜中的兩個或更多個參考光譜的每一個參考光譜的交叉相關，以及選擇與所述測量光譜有最大相關性的參考光譜作為最佳匹配參考光譜從而產生序列最佳匹配參考光譜；以及根據所述序列最佳匹配參考光譜，確定拋光終點或對拋光速率的調節的至少之一。
12.—種拋光設備,包含: 支撐件，所述支撐件用以保持拋光墊； 研磨頭，所述研磨頭用以保持基板使所述基板抵靠著所述拋光墊； 馬達，所述馬達用以在所述研磨頭與所述支撐件之間產生相對運動從而拋光所述基板； 光學監測系統，所述光學監測系統在拋光所述基板的同時測量來自所述基板的序列光譜；以及 控制器，所述控制器配置為: 存儲具有多個參考光譜的圖庫，所述多個參考光譜中的每一個參考光譜具有存儲的相關聯索引值； 利用除平方差總和之外的匹配技術，為所述序列光譜中的每一個測量光譜尋找最佳匹配參考光譜，以產生序列最佳匹配參考光譜；以及 根據所述序列最佳匹配參考光譜，確定拋光終點或對拋光速率的調節的至少之一。
13.如權利要求12所述的設備，其特徵在於，所述控制器配置為對所述測量光譜與來自所述圖庫的所述多個參考光譜中的兩個或更多個參考光譜的每一個參考光譜執行交叉相關，以及選擇與所述測量光譜有最大相關性的參考光譜作為所述最佳匹配參考光譜。
14.一種實體包含於機器可讀取存儲裝置的電腦程式產品，所述電腦程式產品包含多個指令來執行下列步驟: 存儲具有多個參考光譜的圖庫； 拋光基板； 在拋光期間，測量來自所述基板的序列光譜； 利用除平方差總和之外的匹配技術，為所述序列光譜中的每一個測量光譜尋找最佳匹配參考光譜，以產生序列最佳匹配參考光譜；以及 根據所述序列最佳匹 配參考光譜，確定拋光終點或對拋光速率的調節的至少之一。
15.如權利要求14所述的電腦程式產品，其特徵在於，所述電腦程式產品進一步包含多個指令來對所述測量光譜與來自所述圖庫的所述多個參考光譜中的兩個或更多個參考光譜的每一個參考光譜執行交叉相關，以及選擇與所述測量光譜有最大相關性的參考光譜作為所述最佳匹配參考光譜。
全文摘要
控制拋光的方法包括存儲具有多個參考光譜的圖庫、拋光基板、在拋光期間測量來自基板的光的序列光譜、利用除平方差總和之外的匹配技術為所述序列光譜中的每一個測量光譜尋找最佳匹配參考光譜以產生序列最佳匹配參考光譜、以及根據所述序列最佳匹配參考光譜確定拋光終點或對拋光速率的調節的至少之一。尋找最佳匹配參考光譜可包括對測量光譜與來自圖庫的多個參考光譜中的兩個或更多個參考光譜的每一個參考光譜進行交叉相關，以及選擇與測量光譜有最大相關性的參考光譜作為最佳匹配參考光譜。
文檔編號H01L21/304GK103155110SQ201180047978
公開日2013年6月12日 申請日期2011年8月4日 優先權日2010年8月6日
發明者X·胡, Z·王, H·Q·李, Z·朱, J·D·戴維, D·J·本韋格努, J·張, W-C·屠 申請人:應用材料公司