用於指示膜層變化的寬頻帶光學終點檢測系統與方法

2023-08-02 12:35:31 2

專利名稱：用於指示膜層變化的寬頻帶光學終點檢測系統與方法
技術領域：
本發明總體上涉及在化學機械拋光過程中的終點檢測，更具體涉及利用寬頻帶反射光譜光學幹涉的終點檢測。
現有技術在半導體器件的製造中，集成電路器件典型地呈多層結構的狀態。在基底層中形成了具有擴散區域的電晶體器件。在隨後的層中，圖形化互連金屬線並將其電連接到電晶體器件，從而確定了需要的功能性器件。眾所周知，圖形化的導電層通過介電材料(如二氧化矽)與其它導電層絕緣。當形成更多的金屬層以及與其相關的介電層時，更加需要使該介電材料平坦。若不進行平坦化，則製造另外的金屬層會變得相當地更加困難，這是由於表面形貌差異更大造成的。在其它應用中，將金屬線的圖案形成在介電材料中，然後進行金屬的化學機械拋光(CMP)操作，以除去多餘的金屬。
在現有技術中，CMP系統典型地具有帶臺、軌道式臺、或刷臺，其中的帶子、墊子、或刷子用於擦洗、拋光、打磨晶片的一面或兩面。將研漿用於方便並加強CMP操作。通常將研漿加到移動的準備表面上，例如帶子、墊子、刷子等，並使研漿分布在該準備表面上以及正在進行拋光、打磨或其他準備進行CMP製程的半導體晶片表面上。該分布通常是由準備表面的移動、半導體晶片的移動以及半導體晶片與準備表面間生成的摩擦力共同作用而實現的。
圖1A是介電層102的橫截面圖，該介電層102正在進行構造鑲嵌及雙鑲嵌互連金屬線的一般製造過程。介電層102具有擴散阻擋層104，該擴散阻擋層104沉積在介電層102的刻蝕圖形化的表面上。眾所周知，該擴散阻擋層典型是由氮化鈦(TiN)、鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)或氮化鉭(TaN)與鉭(Ta)的組合物構成。當擴散阻擋層104已經沉積到需要的厚度時，在該擴擋阻障層上，以填滿介電層102的刻蝕圖形的方式形成銅層106。某些多餘的擴散阻擋層與金屬材料，不可避免地也沉積到了場區上。為了除去這些過多的材料並且限定需要的互連金屬線和與其相關的通路(未示出)，需要實施化學機械平坦化(CMP)操作。
如上所述，CMP操作是設計用於除去介電層102上的頂部金屬材料。例如圖1B所示，已經除去了銅層106及擴散阻擋層104的過多部分。該CMP操作必須持續到將所有的過多金屬及擴散阻擋材料104從介電層102上去除為止，這在CMP操作中是常見的。然而，為確保從介電層102上除去所有擴散阻擋層104，在CMP過程中需要一種方法來監測製程進行狀態以及晶片表面狀態。這通常稱為終點檢測。因為銅無法以定時的方式成功地拋光，所以需對銅實施終點檢測。定時拋光無法應用於銅的原因是CMP製程的去除速率對於銅層的定時拋光來講不夠穩定。CMP製程中銅的除去速率變化很大。因此，必須進行監測，以確定何時達到終點。在多步驟CMP操作中，必須確定多個終點(1)以確保從擴散阻擋層上除去銅；(2)以確保從介電層上除去擴散阻擋層。因此，終點檢測技術用於確保除去了所有需要除去的過多材料。
已經為金屬CMP中的終點檢測提出了許多方法。現有技術的方法通常可分為直接或間接檢測拋光的物理狀態。直接方法，使用了明確的外部信號源或化學試劑，來探測拋光過程中晶片的狀態。另一方面，間接方法，監測因拋光製程中自然發生的物理或化學變化而在工具內部生成的信號。
間接終點檢測方法包括監測墊/晶片表面的溫度、拋光工具的振動、墊與拋光頭之間的摩擦力、研漿的電化學勢以及聲發射。溫度方法採用了放熱過程反應，因為拋光劑選擇性地與所拋光的金屬膜反應。美國專利第5,643,050號即是該方法的一個實施例。美國專利第5,643,050號與第5,308,438號公開了基於摩擦力的方法，其中，當拋光不同的金屬層時，監測馬達電流的變化。
歐洲專利申請EP0739687A2公開了另一種終點檢測方法，該方法解調由拋光過程產生的聲發射，從而得到關於拋光製程的信息。聲發射的監測通常用於檢測金屬終點。該方法監測拋光製程中出現的拋光動作。將麥克風置於與晶片相距預定距離處，以檢測當材料除去的深度到達與界面相距某個可確定的距離時生成的聲波，從而生成了輸出檢測信號。所有這些方法提供了一種拋光狀態的整體測量，並且對於製程參數設定和耗材選擇具有強烈的依賴性。然而，以上方法中除摩擦感應之外，均未在業內實現商業應用價值。
直接終點檢測方法，利用聲波速率、光學反射及幹涉、阻抗/電導、加入特定化學試劑而引起的電化學勢的變化，來監測晶片表面。美國專利第5,399,234號及第5,271,274號公開了使用聲波的金屬終點檢測方法。這些專利描述了用於監測通過晶片/研漿傳播的聲波速率，以檢測金屬終點的方法。當由一個金屬層轉移到另一層時，聲波速率會改變，以此用於終點檢測。另外，美國專利第6,186,865號公開了一種終點檢測方法，該方法使用傳感器來監測位於拋光墊下方的液體軸承的液壓。該傳感器用於檢測拋光過程中的液壓變化，該變化對應於當拋光從一個材料層轉移到下一層時的剪切應力變化。不幸地，該方法對於製程變化並不牢靠。此外，所檢測的終點是整體的，因此該方法無法檢測在晶片表面上特定點處的局部終點。而且，專利第6,186,865號的方法僅限於需要空氣軸承的線性拋光機。
已經有許多方案使用晶片表面的光學反射來檢測終點。這些方案可分為兩類利用雷射光源或者覆蓋全部可見電磁光譜範圍的寬頻帶光源，來監測單一波長的反射光學信號。美國專利第5,433,651號公開了一種利用單一波長的終點檢測方法，其中，雷射光源發出的光學信號照射到晶片表面上並監測經反射的信號以用於終點檢測。當拋光從一種金屬轉移到另一種時，反射率會有變化，於是將該變化用於檢測該轉移。
寬頻帶方法通常依賴於使用電磁光譜的多個波長的信息。美國專利第6,106,662號公開了利用光譜儀來獲得可見光譜範圍的反射光的強度光譜。在光譜中選擇兩個頻帶的波長，當拋光從一種金屬轉移到另一種時，該波長頻帶提供了對於反射率變化的高靈敏度。然後，通過計算所選的兩個頻帶中的平均強度之比來確定檢測信號。檢測信號的明顯變化表示從一種金屬轉移到了另一種。
目前終點檢測技術中，有一個共同的問題，就是需要某種程度的過度拋光，以確保將所有導電材料(例如，金屬材料或擴散阻擋層104)從介電層102上除去，從而防止非故意的金屬線間的電互聯。不恰當的終點檢測或過度拋光的副作用在於將在介電層102內需要保持的金屬化層上產生碟狀物108。碟狀效應實質上去除了超過所需程度的金屬材料並在金屬線上留下了碟狀圖形。已知該碟狀物會對互連金屬線的性能產生負面影響，並且過多的碟狀物會造成預期的集成電路不能達到其所要達到的目的。
現有技術的方法僅僅可以近似預測實際的終點而無法真正檢測實際的終點。現有技術檢測一些波長的強度何時變化，例如當材料變成半透明時出現的變化(例如，該材料對於某些波長變成基本上透明的但並非對於全部波長都是透明的)。當材料變成半透明時，某些波長的強度會改變，這是因為當前正在去除的材料下方的層反射了這些波長。
因為現有技術實際檢測到的結果是正在被除去的層(例如金屬層)何時變成半透明的而非消失掉(即完全除去)，因此，然後現有技術必須推算實際的終點(即何時真正完全除去了全部所要除去的材料)。在一個例子中，當該材料的厚度為500時，出現了檢測到的實際結果，即半透明點。從在前的製程已知該CMP過程除去材料的速率為每分鐘3000。因此，利用以下公式1，來推算實際終點。
公式1(半透明材料厚度)/(材料去除速率)＝預測終點的時間延遲在本實例中(500)/(3000/分)＝10秒因此，現有技術的CMP製程，在實際檢測結果出現之後，再持續另外10秒的CMP去除過程。此外，該時間延遲是基於先前的經驗計算而得的，而且也假設去除速率是恆定的。
綜上所述，需要一種終點檢測系統以及方法，以改善終點檢測的準確性。

發明內容
廣義而言，本發明通過提供一種寬頻帶光學終點檢測系統與方法滿足了這些需要。應當理解本發明可以多種方式實現，包括製程、裝置、系統、計算機可讀取媒質、或設備。以下描述了本發明的幾個創造性實施例。
公開了用於在化學機械拋光過程中檢測終點的系統與方法，包括利用第一寬頻帶光束照射晶片表面的第一部分。接收第一反射光譜數據。第一反射光譜數據對應於從晶片表面的第一照射部分反射的第一光譜的光。利用第二寬頻帶光束照射晶片表面的第二部分。接收第二反射光譜數據。第二反射光譜數據對應於從晶片表面的第二照射部分反射的第二光譜的光。將第一反射光譜數據和第二反射光譜數據標準化。基於標準化的第一光譜數據與第二光譜數據之間的差別來確定終點。
在一個實施例中，第一光譜數據包括對應於相應第一光譜中各個波長的強度級別。在一個實施例中，第二光譜數據包括對應於相應第二光譜中各個波長的強度級別。
在一個實施例中，第一光譜和第二光譜的波長可包括約300nm至約720nm的範圍。
在一個實施例中，第一光譜和第二光譜可包括約200個至約520個獨立數據點。
在一個實施例中，將第一光譜數據標準化包括基本排除與製程相關的強度波動，該排除是通過基本去除對應的強度值來實現的。在一個實施例中，將第二光譜數據標準化包括基本排除與製程相關的強度波動，該排除是通過基本去除對應的強度值來實現的。
在一個實施例中，基本去除對應的強度值可包括調整每個波長的強度值，使得每個波長的強度值的總和等於0，並且每個波長的強度值的平方和等於1。
在一個實施例中，基於標準化的第一光譜數據與第二光譜數據之間的差別來確定終點，可包括對於第一與第二光譜中多個波長的至少一部分來確定標準化強度比例的變化。
在一個實施例中，確定第一與第二光譜中波長的至少一部分的標準化強度比例的變化，可包括將標準化的第一光譜數據轉變為第一向量，並將標準化的第二光譜數據轉變為第二向量。可以計算出第一向量與第二向量之間的距離。可以將第一向量與第二向量之間的距離與閾值距離進行比較，如果第一向量與第二向量間的距離大於或等於閾值距離，那麼就確認發生了第一與第二光譜中多個波長的至少一部分的標準化強度比例的變化。
通過下面結合附圖的詳細說明以及通過實例的方式對本發明的原理的說明，本發明其他特徵及其優點將變得明顯。


圖1A與圖1B是橫截面圖，表示了正在進行構成鑲嵌及雙鑲嵌互連金屬線的一般製造過程的介電層102。
圖2A表示了根據本發明實施例的CMP系統，其中的墊子設計為圍繞滾輪轉動。
圖2B表示了根據本發明的一個實施例的終點檢測系統。
圖3表示了根據本發明的一個實施例，在CMP製程中，受到寬頻帶光源照射的晶片的部分。
圖4A是根據本發明一個實施例的流程圖，表示了為CMP製程確定終點時所實施的操作方法。
圖4B是根據本發明一個實施例中，計算第一和第二光譜中多個波長的至少一部分的比率變化的操作方法450的流程圖。
圖5A表示了根據本發明一個實施例的一個接收到的反射光譜數據(即觸發(shot))。
圖5B表示了根據本發明一個實施例的一個標準化的反射光譜數據(即標準化觸發)。
圖5C是立體圖，表示了根據本發明的一個實施例的數個未標準化的觸發。
圖6與圖7是根據本發明一個實施例的以上圖5C中所示的數據圖。
圖8與圖9表示了根據本發明一個實施例的已經增強的以上圖5C所示的數據的二維圖。
圖10表示根據本發明一個實施例的反射數據圖，其中各波長的反射係數隨時間變化，反射係數但尚未相對於強度標準化。
圖11表示根據本發明一個實施例的反射數據圖，其具有強度標準化的反射係數變化。
圖12是根據本發明一個實施例的用於確定終點的操作方法的流程圖。
圖13是根據本發明一個實施例的材料除去過程的向量距離平方(VD)圖。
實施方式以下將描述用於以光學方式確定終點的幾個典型實施例。對於本領域技術人員來講，可以實施本發明而無需本說明書中的部分或全部特定細節。
化學機械拋光(CMP)系統的一個重要控制方面是確定製程何時結束，即何時終止CMP製程。上述現有技術的系統，通常基於多個檢測數據點來預測終點，但不能像以下詳述的那樣精確地檢測準確終點。
圖2A表示了根據本發明實施例的CMP系統，其中墊250設計為圍繞滾輪251轉動。平臺254位於墊250下方，用於提供一個表面，利用輸送器252將晶片放置於該表面上。如圖2B所示，終點檢測是利用光學探測器260來實施的，其中使光通過平臺254、墊250並照射到正拋光的晶片200的表面上。為了完成終點檢測，在墊250中形成了墊狹槽250a。在某些實施例中，該墊250可以包括多個墊狹槽250a，這些槽策略性地置於墊250的不同位置。典型地將墊狹槽250a設計為足夠小，使其對拋光操作的影響減至最低。除墊狹槽250a外，在平臺254上還限定了平臺狹槽254a。該平臺狹槽254a設計為，在拋光製程中允許寬頻帶光束通過平臺254、墊250並照射到需要的晶片200表面上。
利用光學探測器260，可以確定從晶片表面上去除特定膜的程度。該檢測技術設計為通過檢查光學探測器260接收到的幹涉圖形來測量膜的厚度。此外，該平臺254設計為策略性地向墊250施加某種程度的背壓力，以能夠從晶片200上精確地去除這些層。
圖3表示了根據本發明的一個實施例，在CMP製程中，受寬頻帶光源照射的晶片300的一部分。該晶片300包括矽襯底302、置於矽襯底302上的氧化層304、形成於氧化層304上的銅層306。該銅層306表示鑲嵌CMP製程中形成的過量的銅。該銅層306通常沉積於氧化層304上，而該氧化層304在先前步驟中已經經過刻蝕形成了用於銅互連的溝(trench)。然後，通過拋光除去過量的銅以使氧化層304暴露，從而在只留下溝內的導線。雙鑲嵌也是以類似的方式出現，可以同時形成金屬插頭和互連。
在拋光製程中，光學終點檢測系統利用了光學幹涉，來確定銅層306何時已除去。最初，由301a所示，銅層306較厚(例如約10,000)，因此是不透明的。此時，照射晶片300表面的光308，極少幹涉或無幹涉地反射回來。進一步拋光該銅時，銅層306變成薄金屬(例如厚度約300-400)。這被認為是薄金屬區。此時，由301b所示，該銅層306對於光312的至少某些波長而言變成透明的，並且這些波長的光可以通過該銅層306照射其下面的層。
當光312的某些波長開始照射層304時，光312的其它波長繼續從銅層306的薄金屬區表面反射回來。從銅層306下方的層304與層302之間的界面反射的光318的反射波長的強度，不同於從銅層306反射的光314中相同波長的強度。然而，只有層304與層302之間的界面反射的該波長的強度會改變。從銅層306反射的光314的其餘波長的強度不會改變。
光318的該波長的強度會改變的一個原因是由於各層302-306具有相對應的反射係數造成的。該反射係數影響從該層反射光的強度。
當完全除去銅時，由301c所示，該銅層306已不復存在，無法反射或阻擋任意波長的光322通過。因此，光322的所有波長都可以照射位於銅層306下方的層304。基本上，從層304反射回來的光324中的所有波長，與從銅層306反射的光中相同波長相比會有強度上的變化。
光學探測器260探測反射光308、314、318、324。因此，在本發明的一個實施例中，基本上當反射光的所有波長都經歷了強度變化時就確定了終點。
因此，當銅層306厚時，光308的波長的強度不會改變。然而，多種幹擾源，例如，拋光劑厚度、帶子幹擾、及其它幹擾源會造成強度「噪聲」，會使反射光的所有波長的強度改變。因此，必須將終點與這些強度噪聲源區分開。在一個實施例中，本發明可檢測實際的終點，並將終點與各種強度噪聲源區分開。
圖4A是根據本發明一個實施例的流程圖，表示了確定CMP製程的終點時所實施的操作方法。步驟402中，利用第一寬頻帶光束照射晶片表面的第一部分。步驟404中，接收第一反射光譜數據(即第一觸發)。該第一觸發對應於從晶片表面的第一照射部分反射的第一組光譜的光。在一個實施例中，第一觸發包括對應於在相應的第一光譜中的各個波長的強度級別。在一個實施例中，第一反射光譜波長範圍為約200nm至約720nm。可檢測到的獨立波長數目只受到光學探測器260性能的限制。在一個實施例中，檢測了512個獨立波長，然而，也可以檢測更多或更少數量的獨立波長。
在步驟406中，利用第二寬頻帶光束照射晶片表面的第二部分。在步驟408中，接收第二反射光譜數據(即第二觸發)。該第二觸發對應於從晶片表面的第二照射部分反射的第二組光譜的光。
圖5A表示了根據本發明一個實施例的一個接收到的反射光譜數據(即觸發)，例如，在上述圖4A的步驟404中接收到的第一觸發。沿橫軸大約表示了512個獨立波長。縱軸表示強度。
再參照圖4A，在步驟410與412中，分別將第一觸發和第二觸發標準化。根據一個實施例，將第一觸發和第二觸發標準化包括從這些觸發中基本去除強度特徵。在一個實施例中，通過調整檢測到的各個波長的強度使得所有檢測到的波長的總強度的和等於零，並且所有檢測到的波長的總強度的平方和等於1來基本去除強度。
圖5B表示了根據本發明一個實施例的一個標準化的反射光譜數據(即標準化觸發)，例如在上述圖4A的步驟410中確定的標準化第一觸發。沿橫軸大約表示了512個獨立波長。縱軸表示強度。所有檢測到的波長的總強度和等於0並且所有檢測到的波長的總強度的平方和等於1。以下將更詳細地描述使一個觸發標準化的操作方法。
再參照圖4A，在步驟414中，確定標準化第一觸發與標準化第二觸發的差別，並將其用於確定CMP製程的終點。在一個實施例中，確定標準化第一觸發與標準化第二觸發的差別包括確定第一與第二光譜中至少一部分波長的強度比例的變化。
圖4B是根據本發明一個實施例，計算第一和第二光譜中的至少一部分波長的比例變化的操作方法450的流程圖。在步驟452中，將標準化第一光譜轉變為第一向量。在步驟454中，將標準化第二光譜轉變為第二向量。在步驟456中，計算第一向量與第二向量之間的距離。在步驟458中，將第一向量與第二向量之間的距離與閾值距離進行比較，以確定第一向量與第二向量之間的距離是否大於或等於閾值距離。如果第一向量與第二向量之間的距離大於或等於極限距離，那麼就在步驟460中識別出第一與第二光譜中至少一部分波長的強度比例的變化，此時該操作方法結束。
圖5C是立體圖，表示了根據本發明的一個實施例的幾個未標準化的觸發。波長以nm為單位，範圍從Z軸原點處的約200nm至約800nm。Y軸表示強度。X軸表示觸發的數目，大約表示了13個觸發(觸發3-15)。所示的觸發的數目可對應於CMP處理的時間(即拋光時間)。在一個實施例中，取樣速率是拋光帶速率和拋光帶中的終點檢測窗口數量的函數。沿X軸上畫出的線將第一觸發中某一給定波長的強度與後面的觸發中相同波長的強度相連。例如，指針551標出在觸發3中約310nm的強度級別(觸發1-2未示出)。指針552標出在觸發4中相同的310nm波長的對應強度級別。觸發與觸發之間多個檢測到的波長的強度變化，但該變化基本上是成比例的，即所有波長的強度同時都向上或向下移動。這表示了強度尺度上的噪聲，並不表示實際表面材料反射該觸發的變化。
如圖所示，在第13個觸發時(指針555)，對於其後的觸發14和15來講，所有波長的強度開始了明顯的下降趨勢。指針555表示的下降趨勢標記出反射該觸發的材料的變化。
圖6與7是根據本發明一個實施例的以上圖5C所示的數據的圖。在圖6中，反射數據包括不需要的信息，例如，導致所示的各個觸發的反射光強度大幅度變化的絕對強度變化。
相反地，圖7表示已經標準化成相對強度的相同反射數據。標準化使所示的各個觸發的反射光強度變化幅度變小。
通過分析反射係數變化而不是分析絕對強度值可以提高反射數據的解析度，。反射係數變化可利用以下公式2產生公式2 反射係數的變化可以表示終點(即需要除去的層已完全除去的時刻)。
圖8與9表示了根據本發明一個實施例的已經增強的以上圖5C所示的數據的二維圖。圖8表示了反射係數的絕對值隨波長和時間的變化。圖9表示了各波長的反射係數隨時間的變化。該步驟提供了膜(反射光的材料)的特徵識別標誌，其取決於幹涉效應。透明膜(即兩表面相遇處)的特性會反射光。對於銅處理過程中，反射數據的變化包括從對可見光譜不透明的銅變成銅層下方的透明膜層。在以上述定性方式獲得的反射數據之後，可以基於這種變化處理該數據，從而建立終點檢測。
圖10表示根據本發明一個實施例的反射數據圖，該數據是未相對於強度標準化的不同時間下反射係數隨波長的變化標準化。圖11表示了根據本發明的一個實施例的反射數據圖，該數據具有強度標準化的反射係數變化。圖11證明了檢測值由具有某些高頻振蕩的直線1102、1104變成明確的與正弦幹涉有關的振蕩1106、1108、1110、1112，以及具有過渡狀態的線1114、1116。
透明膜的第二特性以及厚度與折射率的函數(未示出)也可影響反射數據。例如，不同頻率的正弦函數與從一個膜到另一個的轉變有關。
圖12是根據本發明一個實施例的用於確定終點的操作方法1200的流程圖。在步驟1210中，第一觸發的晶片反射係數是根據以下公式3計算而得的公式3Ri(λj)＝Iwi(λj)/ILi(λj)，j＝1，...，512。
在步驟1215中，反射係數被標準化，並且根據以下公式4，以相對強度單位表示公式4Ri(j)=Ri(j)/S,]]>其中S=j=1512Ri2(j),j=1,...,512.]]>在步驟1220中，標準化反射係數的變化(即材料變化)是根據以下公式5計算而得的公式5 在步驟1225中，當前的R』i與預選方式的基準值R』k之間的向量距離平方(VD)是根據以下公式6計算而得的
公式6VD=j=1512{Ri(j)-Rk(j)}2,j=1,...,512]]>在步驟1230中，將計算得到的向量距離與閾值向量距離進行比較。在一個實施例中，該閾值VD可以是一種已知的向量距離的變化，該變化是根據除去需要除去的層從而使下面的層暴露出來的以前的經驗確定的。或者，該閾值VD可以是預先選擇的數量，其表示變化的方向(例如，標準化反射係數的向上或向下趨勢)。如果計算得到的VD不大於該閾值VD，那麼將Iwi(λ)與ILi(λ)輸入到上述步驟1210，並且重複操作步驟1210-1230。然而，在步驟1230中，如果計算得到的VD大於或等於該閾值VD，那麼已經確定了終點，CMP製程可以立刻終止。
圖13是根據本發明一個實施例的材料除去製程的向量距離平方(VD)圖。y軸表示VD。x軸表示時間或更精確地表示觸發數目。從原點到大約第12個觸發，該圖表示了VD大約保持恆定值。如圖所示，第12個觸發與第13個觸發之間的VD大得多。在第12個觸發處所示的VD變化表示已經檢測到了終點。
儘管以上已經描述了涉及當除去銅層時確定終點的本發明的多個方面和實施例，但是應當理解本文中所述的方法和系統可以類似地用於其它任何材料的除去製程。本文中所述的方法及系統也可以類似地用於除去覆蓋不同的不透明或透明材料的其他不透明或透明材料。通過舉例，本文中所述的方法及系統可用於確定除去銅層(不透明層)上的氧化層(透明層)的除去製程的終點。類似地，可用於確定除去另一透明材料層上的氧化層(透明層)的終點。
儘管以上已經描述了涉及利用沿著反射寬頻帶光(例如，方程式6，其中j＝1-512)的光譜的512個獨立數據點(例如波長)來確定終點的本發明的多個方面和實施例。然而，本發明不限於只有512獨立的數據點，可使用任何數目的數據點。使用的數據點數目相當於所接收的數據個數。為了使數據的解析度更高，必須收集並使用更多的獨立數據點。然而，收集更多的獨立數據點，同時增加了計算負擔。512個獨立數據點用於表示過程數目的一個級別。也可使用例如約200或更少的數據點。或者，還可使用另外的波長，例如多於約520個數據點。
如上所述，對於相同的寬頻帶光使用了兩種不同的尺度。第一種尺度是寬頻帶光的光譜中包含的波長。在一個實施例中，該寬頻帶光的光譜範圍是約300nm到約720nm。然而，所使用的該寬頻帶光的光譜可擴充至包含更短或更長波長的光。在一個實施例中，選擇該寬頻帶光的光譜以對應CMP製程中所處理的材料。在一個實施例中，更寬的光譜可用於更多種材料。
用於描述寬頻帶光檢測的第二種尺度是分布在寬頻帶光的光譜上的數據點數目。在一個實施例中，如果有512個數據點並且光譜範圍是約300nm至約720nm，則第一數據點對應於約298.6nm的波長，第512個數據點對應於約719.3nm的波長。寬頻帶光譜上的數據點數目與分布取決於該光學探測器的特定製造商。典型的是該數據點均勻分布在光譜上。這些數據點也可以稱作像素。
知曉了上述的實施例，就應當理解本發明可採用多種計算機實現的操作，包括儲存在計算機系統中的數據。這些操作需要對物理量的物理操作。通常，但不一定必需，這些量表現為電或磁信號的形式，其可以被儲存、傳輸、組合、比較、或作其它處理。更進一步，所執行的操作通常是指例如產生、識別、確定、或比較。
本文中所述的構成本發明的任何操作都是有效的機器操作。本發明還涉及用於執行這些操作的裝置或設備。該裝置可為特定目的而特別構造，或其可以為一般用途的計算機，通過儲存在該計算機上的電腦程式來選擇性地激活或配置該計算機。具體地，可以將多種一般用途的機器與根據本文中的指導而寫的電腦程式結合使用，或者更方便地，可以構造用於執行需要操作的更為特殊的裝置。
本發明也可體現為計算機可讀取媒質上的計算機可讀編碼。該計算機可讀的媒質是可儲存計算機系統可讀數據的任何數據儲存設備。計算機可讀的媒質的實例包括硬碟驅動器、網絡連接儲存裝置(NAS)、只讀存儲器、隨機存取存儲器、CD-ROM、CD-R、CD-RW、磁帶、或其他光學、非光學數據儲存設備。該計算機可讀媒體也可以分布在相連在網絡上計算機系統上，從而以分布的方式儲存並執行該計算機可讀編碼。
更進一步，將會理解本發明圖4A、4B、以及12中的操作所代表的指令，無需依所說明的順序執行，實施本發明時，也不必執行所有由這些操作代表的進程。此外，圖4A、4B、以及12中所述的製程也可以在儲存於任一計算機可讀媒質或其組合的軟體中實現。
雖然為了清楚地理解本發明，前面進行了詳細具體的敘述，但是很明顯，可在所附的權利要求書的範圍內對本發明進行某些變化及修改。相應地，這些實施例應被視為說明性的而不應被認為是限制性的，本發明不限於上述具體情況，而可以在所附權利要求書的範圍和等價物內進行修改。
權利要求
1.一種用於在化學機械拋光製程中檢測終點的方法，包括利用第一寬頻帶光束，照射晶片表面的第一部分；接收第一反射光譜數據，該數據對應於自晶片表面的第一照射部分反射的第一多個光譜的光；利用第二寬頻帶光束，照射晶片表面的第二部分；接收第二反射光譜數據，該數據對應於自晶片表面的第二照射部分反射的第二多個光譜的光；將該第一反射光譜數據標準化；將該第二反射光譜數據標準化；以及基於標準化的第一光譜數據與標準化的第二光譜數據的差別，確定終點。
2.如權利要求1所述的方法，其中，該第一光譜數據包括與相應第一光譜中多個波長中的每個波長相對應的強度級別。
3.如權利要求2所述的方法，其中，相應第一光譜中的多個波長包括約300nm至約720nm的範圍。
4.如權利要求3所述的方法，其中，相應第一光譜中的多個波長包括約200至約520個獨立數據點。
5.如權利要求1所述的方法，其中，將第一光譜數據標準化包括基本上排除對應的強度值。
6.如權利要求5所述的方法，其中，基本上排除對應的強度值包括調整多個波長中每個波長的強度值，使得多個波長中每個波長的強度值的總和等於0，並且多個波長中每個波長的強度值的平方和等於1。
7.如權利要求1所述的方法，其中，基於標準化的第一光譜數據與第二光譜數據的差別來確定終點包括確定第一與第二光譜中多個波長的至少一部分的強度比例變化。
8.如權利要求7所述的方法，其中，確定第一與第二光譜中多個波長的至少一部分的強度比例變化包括將標準化的第一光譜數據轉變為第一向量；將標準化的第二光譜數據轉變為第二向量；計算出第一向量與第二向量之間的距離；確定第一向量與第二向量間的距離是否大於或等於閾值距離；如果第一向量與第二向量間的距離大於或等於閾值距離，則確認發生了第一與第二光譜中多個波長的至少一部分的強度比例變化。
9.如權利要求8所述的方法，其中第二向量小於第一向量。
10.如權利要求1所述的方法，其中，將第一反射光譜數據標準化包括基本上消除與相應第一光譜中多個波長中的每個波長相對應的強度級別的噪聲部分。
11.一種終點檢測系統，包含寬頻帶光源，用於照射晶片表面的一部分；光學探測器，用於接收多個觸發中的每一個的反射光譜數據，該反射光譜數據對應於自晶片表面的照射部分反射的多個光譜的光；用於將對應於第一觸發的第一反射光譜數據標準化的邏輯電路；用於將對應於第二觸發的第二反射光譜數據標準化的邏輯電路；以及用於基於標準化的第一光譜數據與標準化的第二光譜數據的差別來確定終點的邏輯電路。
12.如權利要求11所述的系統，其中，用於基於標準化的第一光譜數據與標準化的第二光譜數據的差別來確定終點的邏輯電路包括用於確定第一與第二光譜中多個波長的至少一部分的強度比例變化的邏輯電路。
13.如權利要求12所述的系統，其中，確定第一與第二光譜中多個波長的至少一部分的強度比例變化，包括用於將標準化的第一光譜數據轉變為第一向量的邏輯電路；用於將標準化的第二光譜數據轉變為第二向量的邏輯電路；用於計算第一向量與第二向量之間的距離的邏輯電路；用於確定第一向量與第二向量之間的距離是否大於或等於閾值距離的邏輯電路；以及在第一向量與第二向量之間的距離大於或等於該閾值距離時用於確認發生了第一與第二光譜中多個波長的至少一部分的強度比例變化的邏輯電路。
14.如權利要求11所述的系統，其中，該第一光譜數據包括與相應第一光譜中多個波長中的每個波長相對應的強度級別。
15.如權利要求14所述的系統，其中，相應第一光譜中的多個波長包括約300nm至約720nm的範圍。
16.如權利要求15所述的系統，其中，相應第一光譜中的多個波長包括約200至約520個獨立數據點。
17.如權利要求11所述的系統，其中，用於將該第一光譜數據標準化的邏輯電路包括基本去除對應的強度值的邏輯電路。
18.如權利要求17所述的系統，其中，用於基本去除對應的強度值的邏輯電路包括用於調整多個波長中每一個波長的強度值、使得多個波長中每一個波長的強度值的總和等於0並且多個波長中每一個波長的強度值的平方和等於1的邏輯電路。
19.如權利要求11所述的系統，其中，用於將第一反射光譜數據標準化的邏輯電路包括基本上消除與相應第一光譜中多個波長中的每個波長相對應的強度級別的噪聲部分。
20.如權利要求11所述的系統，進一步包括CMP製程工具，包括拋光墊，其包括墊狹槽；以及平臺，包括平臺狹槽，在化學機械拋光製程的特定點期間，該平臺狹槽能夠與墊狹槽相對準，使該寬頻帶光源定向，從而通過平臺狹槽和墊狹槽照射晶片部分。
全文摘要
公開了一種用於在化學機械拋光製程中檢測終點的系統與方法，包括利用第一寬頻帶光束(132)照射晶片(300)表面的第一部分。接收第一反射光譜數據。第一反射光譜數據(308)對應於從晶片表面的第一照射部分反射的第一光譜的光。利用第二寬頻帶光束照射晶片表面的第二部分。第二反射光譜數據對應於從晶片表面的第二照射部分反射的第二光譜的光。將第一反射光譜數據和第二反射光譜數據標準化，基於標準化的第一光譜數據與第二光譜數據之間的差別來確定終點。
文檔編號G01N21/27GK1643662SQ03807422
公開日2005年7月20日 申請日期2003年3月26日 優先權日2002年3月29日
發明者V·卡茨, B·米切爾 申請人:蘭姆研究有限公司