CN102884613B - 用于终点检测的动态或适应性追踪光谱特征 - Google Patents

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Abstract

一种控制研磨的方法包括以下步骤：研磨基板；以及接收选定光谱特征的识别、具有宽度的波长范围，及该选定光谱特征的特性以在研磨期间进行监视。在研磨该基板的同时测量来自该基板的光的一系列光谱。根据该系列光谱产生该选定光谱特征的该特性的一系列值。对于来自该系列光谱的至少一些光谱而言，基于该光谱特征在用于该系列光谱中的先前光谱的先前波长范围内的位置，产生修改波长范围，在该修改波长范围中搜寻该选定光谱特征，且确定该选定光谱特征的特性的值。

Description

用于终点检测的动态或适应性追踪光谱特征
技术领域
本揭示案关于在基板的化学机械研磨期间进行的光学监视。
背景技术
通常藉由在硅晶圆上依序沉积导电层、半导电层或绝缘层，来将集成电路形成于基板上。一个制造步骤涉及在非平面表面上沉积填料层并平坦化该填料层。对于某些应用而言，将填料层平坦化直至图案化层的顶表面曝露出为止。举例而言，可在图案化绝缘层上沉积导电填料层，以填充绝缘层中的沟槽或孔。在平坦化之后，在绝缘层的凸起图案之间的剩余导电层部分形成通孔、插头及接线，该通孔、插头及接线提供在基板上的薄膜电路之间的导电路径。对于其他应用（诸如，氧化物研磨(oxide polishing)）而言，将填料层平坦化直至在非平面表面上留下了预定厚度为止。另外，光蚀刻法(photolithography)通常需要将基板表面平坦化。
化学机械研磨(Chemical mechanical polishing;CMP)为一种可接受的平坦化方法。此平坦化方法通常需要将基板安装于承载头或研磨头上。基板曝露出的表面通常抵靠旋转研磨垫而置放。承载头向基板上提供可控制式负载，以将基板推动而抵靠研磨垫。通常将研磨性研磨浆供应至研磨垫的表面。
CMP的一个问题在于确定研磨制程是否完成（亦即，基板层是否已平坦化至所要的平坦度或厚度），或何时已移除了所要的材料量。浆体分布、研磨垫条件、研磨垫与基板之间的相对速度及基板上的负载的变化，均可引起材料移除速率的变化。这些变化及基板层的初始厚度的变化，引起达到研磨终点所需要的时间的变化。因此，研磨终点不可仅确定为研磨时间的函数。
在一些系统中，在研磨期间（例如）经由研磨垫中的视窗以光学方式原位监视基板。然而，现存光学监视技术可能并不满足半导体器件制造商的增加的需要。
发明内容
一些光学终点检测系统在光谱测量中追踪选定光谱特征特性，以确定终点或改变研磨速率。在光谱中，类似于该选定光谱特征的光谱特征可使追踪该选定光谱特征变得困难。识别该光学终点检测系统的波长范围以搜寻该选定光谱特征，可允许该光学终点检测系统正确地识别该选定光谱特征，且使用减少的处理资源。
在一些研磨制程中，自基板移除第二材料（例如，氮化物，例如，氮化钽或氮化钛）的第二层（例如，阻障层），以曝露出包括不同的第一材料（例如，介电质材料、低介电值材料及/或低介电值盖材料）的第一层或层结构。经常希望移除该第一材料，直至剩下目标厚度为止。在光谱测量中追踪选定光谱特征特性，以确定终点或改变研磨速率的一些光学终点检测技术，在此研磨制程中可具有问题，因为该第二材料的初始厚度并不是已知的。然而，若光谱特征追踪由另一监视技术（例如，马达扭矩、涡流或光学强度监视）触发，而另一监视技术能够可靠地检测该第二材料的移除及下层或层结构的曝露，则可避免这些问题。另外在各基板间，该层或层结构的厚度可能存在变化。为提高该层或层结构的最终厚度的各基板间均匀性，可在研磨之前测量该层或层结构的该初始厚度，且可从该初始厚度及目标厚度计算出目标特征值。
在一个方面中，一种控制研磨的方法包括以下步骤：研磨基板；以及接收选定光谱特征的识别、具有宽度的波长范围，及该选定光谱特征的特性以在研磨期间进行监视。在研磨该基板的同时测量来自该基板的光的一系列光谱。自该系列光谱产生该选定光谱特征的该特性的一系列值。该产生的步骤包括以下步骤：对于来自该系列光谱的至少一些光谱而言，基于该光谱特征在先前波长范围内的位置产生修改波长范围，在该修改波长范围内搜寻该选定光谱特征，及确定该选定光谱特征的特性的值，该先前波长范围用于该系列光谱中的先前光谱。基于该系列值确定研磨终点或对于研磨速率的调整中的至少一个。
实施例可包括一或多个以下特征。该波长范围可具有固定宽度。产生该修改波长范围的步骤可包含以下步骤：将该固定宽度定中心(centering)于该特性在该先前波长范围中的该位置上。产生该修改波长范围的步骤可包括以下步骤：确定该特性在该先前波长范围中的位置及调整该波长范围，使得在该修改波长范围中，该特性定位于更靠近于该修改波长范围的中心处。产生该修改波长范围的步骤可包括以下步骤：对于该系列光谱中的至少一些光谱，确定该选定光谱特征的波长值，以产生一系列波长值；向该系列波长值拟合函数；及根据该函数计算对于后续光谱测量的该选定光谱特征的预期波长值。该函数可为线性函数。产生该修改波长范围的步骤可包括以下步骤：使该波长范围的该宽度定中心于该预期波长值上。该方法可包括以下步骤：向该系列值拟合函数，及基于该函数确定研磨终点或对于研磨速率的调整中的至少一个。确定研磨终点的步骤可包括以下步骤：根据该函数计算该特性的初始值，根据该函数计算该特性的当前值，及计算该初始值与该当前值之间的差，及当该差达到目标差时中断研磨。该函数可为线性函数。该选定光谱特征可包含：光谱波峰、光谱波谷或光谱零交越。该特性可包括：波长、宽度或强度。该选定光谱特征可包含光谱波峰，且该特性可包含波峰宽度。可测量可见光的光谱，且该波长范围可具有介于50与200纳米之间的宽度。
在另一方面中，一种控制研磨的方法包括以下步骤：接收选择固定波长范围的使用者输入，该固定波长范围为经原位监视系统测量的波长的子集；接收选定光谱特征的识别及该选定光谱特征的特性，以在研磨期间进行监视；研磨基板；对于该系列光谱中的各个光谱，在研磨该基板的同时测量来自该基板的光的一系列光谱；在该各个光谱的该固定波长范围中搜寻该选定光谱特征，及确定该选定光谱特征的特性的值，以产生一系列值；以及基于该系列值确定研磨终点或研磨速率的调整中的至少一个。
实施例可包括一或多个以下特征。该原位监视系统可测量至少包括可见光的波长的强度，且该固定波长范围可具有介于50与200纳米之间的宽度。该选定光谱特征可为光谱波峰、光谱波谷或光谱零交越。该特性可为波长、宽度或强度。
在另一方面中，一种控制研磨的方法包括：研磨基板，该基板具有第一层；接收选定光谱特征的识别及该选定光谱特征的特性，以在研磨期间进行监视；在研磨该基板的同时测量来自该基板的光的一系列光谱；在该第一层曝露的时间，确定该特征的该特性的第一值；将偏移加至该第一值，以产生第二值；以及监视该特征的该特性，且在确定该特征的该特性达到该第二值时暂停研磨。
实施例可包括一或多个以下特征。该特性可为位置、宽度或强度。在该系列光谱全体下，该选定特征可持续演变性位点、宽度或强度。该特征可为该光谱的波峰或波谷。该基板可包括覆盖该第一层的第二层，研磨的步骤可包括以下步骤：研磨该第二层，且可用原位监视系统来检测该第一层的曝露。可在该第一原位监视技术检测该第一层的曝露的时间确定该第一值。检测该第一层的曝露的步骤可为与监视该特征的该特性的步骤相分离的制程。检测该第一层的曝露的步骤可包括以下步骤：监视来自该基板的总反射强度。监视该总反射强度的步骤可包括以下步骤：对于该系列光谱中的各个光谱，在波长范围上整合该光谱，以产生该总反射强度。该原位监视系统可包括马达扭矩或摩擦监视系统。可在该第一层的研磨期间（例如，在启动该第一层的研磨之后立即）确定该第一值。可在该基板的研磨开始之前曝露该第一层。监视该特征的该特性的步骤可包括以下步骤：对于来自该系列光谱的各个光谱，确定该特性的值，以产生一系列值。可藉由向该系列值拟合线性函数，及确定该线性函数等于该第二值处的终点时间，来确定该特征的该特性达到该第二值。可接收该第一层的研磨前厚度，且可根据该研磨前厚度来计算该偏移值。计算该偏移值ΔV的步骤可包括以下步骤：计算(D2-dT)/(dD/dV)，其中dT为目标厚度，D1为来自装设基板的第一层的研磨前厚度，D2为来自装设基板的该第一层的研磨后厚度，且dD/dV为作为该特性的函数的厚度的变化速率。计算该偏移值ΔV的步骤可包括以下步骤：计算ΔV=ΔVD+(d1-D1)/(dD/dV)+(D2-dT)/(dD/dV)，其中d1为该研磨前厚度，D1为来自装设基板的第一层的研磨前厚度，且ΔVD为装设基板的该第一层的该研磨前厚度与该研磨后厚度之间在特征的该特性的该值上的差。可在分离测量站处测量该研磨前厚度d1。作为该特性的函数的该厚度的变化速率dD/dV，可为接近该研磨终点处的厚度的变化速率。该第一层可包括多晶硅及/或介电质材料，例如，由实质上纯的多晶硅组成，由介电质材料组成，或为多晶硅与介电质材料的组合。
实施例可视需要包括一或多个以下优点。识别波长范围以搜寻选定光谱特征特性，可允许在检测终点或确定研磨速率变化中能有更大准确度，例如，该系统在后续光谱测量期间不太可能选择不正确的光谱特征。在波长范围中而非在整个光谱上追踪光谱特征，允许更容易且更快速地识别这些光谱特征。可减少识别这些选定光谱特征所需要的处理资源。
可减少半导体制造商开发检测特定产品基板的终点的算法的时间。可将光谱特征追踪应用于始于反射层的研磨的研磨操作，且可提高晶圆间厚度均匀性(wafer-to-waferthickness uniformity;WTWU)。可在研磨之前测量该层的该初始厚度，且可根据该初始厚度及该目标厚度来计算目标特征值，从而提供更准确的终点确定。
在附图及以下描述中阐述一或多个实施例的细节。根据描述及附图且根据权利要求，将更加明白其他方面、特征及优点。
附图说明
图1图示化学机械研磨设备。
图2为研磨垫的俯视图，且图示进行原位测量的位点。
图3A图示由原位测量获得的光谱。
图3B图示在研磨进行时由原位测量获得的光谱的演变。
图4A图示自基板反射的光的光谱的示例性图表。
图4B图示通过高通滤波器的图4A的图表。
图5A图示自基板反射的光的光谱。
图5B图示由自基板反射的光的原位测量获得的光谱的等高线图。
图6A图示研磨进度的示例性图表，该研磨进度是以特性差对时间的方式测量的。
图6B图示研磨进度的示例性图表，该研磨进度是以特性差对时间的方式测量的，其中测量两个不同特征的特性，以调整基板的研磨速率。
图7A图示由原位测量获得的光的另一光谱。
图7B图示在图7A的光谱之后获得的光的光谱。
图7C图示在图7A的光谱之后获得的光的另一光谱。
图8图示选择波峰以进行监视的方法。
图9图示获得选定波峰的目标参数的方法。
图10图示用于终点确定的方法。
图11图示终点检测的设定方法。
图12图示用于终点确定的另一方法。
图13图示在研磨期间作为时间的函数的总反射强度的图表。
图14图示在研磨期间作为时间函数的光谱波峰的波长位置的图表。
各图式中的相同元件符号及表示法表示相同元件。
实施方式
一种光学监视技术为在研磨期间测量自基板反射的光的光谱，且识别来自库的匹配参考光谱。光谱匹配法的一个潜在问题在于，对于一些类型的基板而言，在下层管芯特征中存在显著的基板间差异，从而导致自表面上具有相同外层厚度的基板反射的光谱的变化。这些变化增加适当光谱匹配的难度，且降低光学监视的可靠性。
一个抵消此问题的技术为测量自被研磨的基板反射的光的光谱，且识别光谱特征特性的变化。追踪光谱的特征的特性（例如，光谱波峰的波长）的变化，可允许批次内的基板之间具有更佳的研磨均匀性。藉由确定光谱特征特性的目标差，当特性的值已改变目标量时，可调用终点。
基板可仅为安置在半导体层上的单个介电质层，或具有显著更复杂的层堆迭。举例而言，基板可包括第一层及安置在第一层上的第二层。第一层可为介电质，例如，氧化物（诸如，二氧化硅），或低介电值(low-k)材料，诸如，掺杂碳的二氧化硅，例如，BlackDiamondTM（来自应用材料公司）或CoralTM（来自诺发系统公司）。第二层可为阻障层，阻障层的组成物与第一层不同。举例而言，阻障层可为金属或金属氮化物，例如，氮化钽或氮化钛。视需要在第一层与第二层之间安置一或多个额外层，例如，低介电值覆盖材料，例如，由四乙氧基硅烷(tetraethyl orthosilicate;TEOS)形成的材料。第一层及第二层均至少半透明。第一层与一或多个额外层（若存在）一起提供第二层下方的层堆迭。然而，在一些实施例中，仅研磨（例如）含有多晶硅及/或介电质的单个层（尽管在被研磨的层下方可能存在额外层）。
可使用化学机械研磨来平坦化基板，直至第二层曝露为止。举例而言，若存在不透明导电材料，则可研磨该不透明导电材料，直至第二层（例如，阻障层）曝露为止。此后，移除剩余在第一层上的第二层的部分，且研磨基板，直至第一层（例如，介电质层）曝露为止。另外，有时希望研磨第一层（例如，介电质层），直至剩下目标厚度或已移除目标材料量为止。
一种研磨方法为，在第一研磨垫上研磨导电层，至少直至第二层（例如，阻障层）曝露为止。另外，第二层的一部分厚度可（例如）于第一研磨垫处在过度研磨步骤期间移除。此后，将基板转移至第二研磨垫，其中第二层（例如，阻障层）被完全移除，且下层第一层（例如，低介电值介电质）的部分厚度亦被移除。另外，介于第一层与第二层之间的额外一或多个层（若存在）可于第二研磨垫处在相同研磨操作中被移除。
然而，当基板转移至第二研磨垫时，第二层的初始厚度可能并非为已知的。如上所述，此状况可为光学终点检测技术带来问题，这些光学终点检测技术在光谱测量中追踪选定光谱特征特性，以在目标厚度处确定终点。然而，若由能够可靠地检测第二层的移除及下层第一层或层结构的曝露的另一监视技术来触发光谱特征追踪，则可减轻此问题。另外，藉由测量第一层的初始厚度，且藉由根据第一层的初始厚度及目标厚度计算目标特征值，便可提高第一层的厚度的基板间均匀性。
光谱特征可包括光谱波峰、光谱波谷、光谱拐点或光谱零交越。特征的特性可包括波长、宽度或强度。
图1图示可操作以研磨基板10的研磨设备20。研磨设备20包括可旋转圆盘形平台24，研磨垫30定位于该平台上。平台可操作以绕着轴25旋转。举例而言，马达可转动驱动轴22以旋转平台24。举例而言，可由黏着剂层将研磨垫30以可拆卸方式固设至平台24。研磨垫30在磨损时可拆卸并更换。研磨垫30可为具有外研磨层32及较软背层34的双层研磨垫。
以包括孔径（亦即，贯穿垫的孔）或固体视窗的方式来提供穿过研磨垫的光学存取点36。固体视窗可固设至研磨垫，然而在一些实施例中固体视窗可支撑在平台24上，且凸出至研磨垫中的孔径中。研磨垫30通常置放于平台24上，使得孔径或视窗覆盖在定位于平台24的凹槽26中的光学头53上。光学头53因此可经由孔径或视窗来光学存取被研磨的基板。
举例而言，视窗可为刚性结晶或玻璃质材料（例如，石英或玻璃），或较软塑胶材料（例如，硅氧树脂、聚胺甲酸酯或卤化聚合物（例如，含氟聚合物）），或提及的材料的组合。视窗对于白光可为透明的。若固体视窗的顶表面为刚性结晶或玻璃质材料，则顶表面应自研磨表面充分凹入，以防止刮擦。若顶表面接近且可接触到研磨表面，则视窗的顶表面应为较软塑胶材料。在一些实施例中，固体视窗固设于研磨垫中，且为聚胺甲酸酯视窗，或为具有石英与聚胺甲酸酯的组合的视窗。视窗对于具有特定色彩的单色光（例如，蓝光或红光）可具有高透射率，例如，近似80%透射率。视窗对于研磨垫30可为密封的，使得液体不会穿过视窗及研磨垫30的界面而泄漏。
在一个实施例中，视窗包括以较软塑胶材料的外层覆盖着的刚性结晶或玻璃质材料。较软材料的顶表面可与研磨表面共平面。刚性材料的底表面可与研磨垫的底表面共平面，或相对于研磨垫的底表面凹入。具体而言，若研磨垫包括两个层，则固体视窗可整合至研磨层中，且底层可具有与固体视窗对准的孔径。
视窗的底表面可视需要包括一或多个凹槽。可成形凹槽，以容纳（例如）光缆的末端或涡流感应器的末端。凹槽允许使光缆的末端或涡流感应器的末端定位于距被研磨的基板表面小于视窗的厚度的距离处。在视窗包括刚性结晶部分或玻璃状部分且凹槽藉由机械加工形成于此部分中的实施例的情况下，研磨凹槽，以便移除由机械加工引起的刮痕。或者，可将溶剂及/或液体聚合物涂覆于凹槽的表面，以移除由机械加工引起的刮痕。通常由机械加工引起的刮痕的移除减少散射且可提高光穿过视窗的透射率。
可将研磨垫的背层34附着于研磨垫的外研磨层32，例如，藉由黏着剂。提供光学存取点36的孔径可形成于垫30中（例如，藉由切割或藉由模制垫30，以包括孔径），且视窗可插入孔径中并固设至垫30，例如，藉由黏着剂。或者，可将视窗的液体前驱物分配至垫30中的孔径中，且使该前驱物固化以形成视窗。或者，可将固体透明元件（例如，上述结晶或玻璃状部分）定位于液体垫材料中，且可使液体垫材料固化，以围绕透明元件而形成垫30。在后两个状况的任何一个状况中，可形成一块垫材料，且可自该块割取含模制视窗的研磨垫的层。
研磨设备20包括组合浆体/冲洗臂39。在研磨期间，臂39可操作以分配含有液体及酸碱值(PH)调节剂的浆体38。或者，研磨设备包括可操作以将浆体分配至研磨垫30上的浆体端口。
研磨设备20包括可操作以固持基板10抵靠研磨垫30的承载头70。承载头70自支撑结构72（例如，旋转料架）悬吊下来，且由承载驱动轴74连接至承载头旋转马达76，使得承载头可绕着轴71旋转。另外，承载头70可在形成于支撑结构72中的径向槽中横向振动。在操作中，平台绕着平台中心轴25旋转，且承载头绕着承载头中心轴71旋转并在研磨垫的顶表面上横向平移。
研磨设备亦包括光学监视系统，该光学监视系统可如以下所论述用于确定研磨终点。光学监视系统包括光源51及光检测器52。光自光源51传递、通过研磨垫30中的光学存取点36、碰撞基板10且自基板10向回反射穿过光学存取点36，且行进至光检测器52。
分叉式光缆54可用于将光自光源51传输至光学存取点36，且自光学存取点36向回传输至光检测器52。分叉式光缆54可包括“干线”55及两个“支线”56及58。
如上文提及的，平台24包括凹槽26，光学头53定位于凹槽26中。光学头53固持分叉式光缆54的干线55的一个末端，分叉式光缆54经设置以向被研磨的基板表面传导光且自被研磨的基板表面传导光。光学头53可包括覆盖分叉式光缆54的末端的一或多个透镜或视窗。或者，光学头53可仅固持邻接于研磨垫中的固体视窗的干线55的末端。可根据需要自凹槽26移除光学头53，（例如）以实现预防性维护或校正性维护。
平台包括可移除原位监视模块50。原位监视模块50可包括以下一或多者：光源51、光检测器52及用于发送及接收往返于光源51与光检测器52的信号的电路。举例而言，检测器52的输出可为经由驱动轴22中的旋转耦合器（例如，滑环），而传递至光学监视系统的控制器的数字电子信号。类似地，可回应于经由旋转耦合器，自控制器传递至模块50的数字电子信号中的控制命令，而开启或关闭光源。
原位监视模块50亦可固持分叉式光纤54的支线部分56及58的各个末端。光源可操作以传输光，该光经由支线56而传导，且自位于光学头53中的干线55的末端传导出来，且撞击于被研磨的基板上。自基板反射的光在位于光学头53中的干线55的末端处被接收，且经由支线58传导至光检测器52。
在一个实施例中，分叉式光缆54为一束光纤。该束包括第一组光纤及第二组光纤。连接第一组中的光纤，以将来自光源51的光传导至被研磨的基板表面。连接第二组中的光纤，以接收自被研磨的基板表面反射的光，且将收到的光传导至光检测器52。可布置光纤，使得第二组中的光纤形成定中心于分叉式光纤54的纵向轴上的X状形状（当在分叉式光缆54的横截面中观察时）。或者，可实施其他布置。举例而言，第二组中的光纤可形成作为彼此的镜像的V状形状。适合的分叉式光纤可购自设立于得克萨斯州卡罗顿市的Verity仪器公司。
在研磨垫视窗与最接近于研磨垫视窗的分叉式光缆54的干线55的末端之间，通常存在最佳距离。该距离可凭经验确定，且受（例如）视窗的反射性、自分叉式光缆发射的光束的形状及距被监视的基板的距离的影响。在一个实施例中，定位分叉式光缆，使得最接近于视窗的末端尽可能靠近视窗的底部，而实际上并不接触该视窗。在此实施例的情况下，研磨设备20可包括机构（例如，作为光学头53的部分），该机构可操作以调整分叉式光缆54的末端与研磨垫视窗的底表面之间的距离。或者，将分叉式光缆54的最接近的末端嵌入视窗中。
光源51可操作以发射白光。在一个实施例中，发射的白光包括具有200-800纳米的波长的光。适合光源为氙灯或氙汞灯。
光检测器52可为分光计。分光计基本上为用于在部分电磁光谱上测量光的性质（例如，强度）的光学仪器。适合的分光计为光栅分光计。分光计的典型输出为作为波长的函数的光的强度。
光源51及光检测器52连接至计算装置，该计算装置可操作以控制光源51及光检测器52的操作，且接收光源51及光检测器52的信号。计算装置可包括定位于研磨设备附近的微处理器，例如，个人计算机。关于控制，计算装置可（例如）使光源51的启动与平台24的旋转同步。如图2中所示，计算机可使光源51发射一系列闪光，该系列闪光恰好在基板10越过原位监视模块50之前开始，且恰好在基板10越过原位监视模块50之后结束。点201-211中的每一个皆表示来自原位监视模块50的光撞击于基板10上且自基板10反射的位点。或者，计算机可使光源51连续发射光，该光恰好在基板10越过原位监视模块50之前开始，且恰好在基板10越过原位监视模块50之后结束。
在研磨进行时，（例如）自平台中的感应器在基板上的连续扫描获得的光谱提供一系列光谱。在一些实施例中，光源51将一系列光的闪光发射至基板10的多个部分上。举例而言，光源可将光的闪光发射至基板10的中心部分及基板10之外部分上。可由光检测器52接收自基板10反射的光，以确定来自基板10的多个部分的多个系列光谱。在各特征皆与基板10的一个部分相关联的光谱中可识别这些特征。举例而言，特征可用于确定用于基板10的研磨的终点条件。在一些实施例中，基板10的多个部分的监视允许改变基板10的一或多个部分上的研磨速率。
关于接收信号，计算装置可接收（例如）携带描述由光检测器52接收到的光的光谱的信息的信号。图3A图示根据自光源的单个闪光发射且自基板反射的光测量出的光谱的实例。光谱302是根据自产品基板反射的光来测量的。光谱304是根据自基材硅基板（该基材硅基板为仅具有硅层的晶圆）反射的光来测量的。光谱306来自不存在定位于光学头53上的基板的情况下，由光学头53接收到的光。在此条件（在本说明书中称为黑暗条件）下，接收到的光通常为环境光。
计算装置可处理上述信号或上述信号的一部分，以确定研磨步骤的终点。在不限于任何特定理论的情况下，自基板10反射的光的光谱随着研磨进行而演变。图3B提供光谱随着对感兴趣的薄膜的研磨进行而演变的实例。不同光谱线表示研磨制程中的不同时间点。如可看出的，当薄膜的厚度改变时，反射光的光谱的性质改变，且特定光谱由薄膜的特定厚度展示出。当薄膜的研磨进行时观察到反射光的光谱中的波峰（亦即，局部最大值）时，波峰的高度通常改变，且随着材料移除，波峰倾向于变宽。除变宽之外，特定波峰所在的波长通常随着研磨进行而增加。在一些实施例中，特定波峰所在的波长通常随着研磨进行而减小。举例而言，波峰310(1)图示在研磨期间的特定时间的光谱中的波峰，而波峰310(2)图示在研磨期间的稍后时间的相同波峰。波峰310(2)位于较长波长处，且比波峰310(1)宽。
可根据经验公式，使用波峰的波长及/或宽度的相对变化（例如，在波峰以下固定距离处测量出的宽度，或在波峰与最近波谷之间的中间高度处测量出的宽度）、波峰的绝对波长及/或宽度、或上述两者来确定研磨的终点。在确定终点时使用的最佳波峰（或多个波峰）取决于所研磨的材料及这些材料的图案而变化。
在一些实施例中，波峰波长的变化可用以确定终点。举例而言，当波峰的起始波长与波峰的当前波长之间的差达到目标差时，研磨设备20可停止研磨基板10。或者，可使用除了波峰以外的特征来确定自基板10反射的光的波长的差。举例而言，可由光检测器52监视波谷的波长、拐点或x-轴或y-轴截距，且当波长已改变预定量时，研磨设备20可停止研磨基板10。
在一些实施例中，除了波长之外，所监视的特性可为特征的宽度或强度，亦可不监视波长。特征可偏移大约40nm至120nm，然而其他偏移量亦为可能的。举例而言，上限可大得多，尤其在介电质研磨的状况下。
图4A提供从基板10反射的光测量出的光谱400a的实例。光学监视系统可使光谱400a通过高通滤波器，以减小光谱的整体斜率，从而产生图4B中所示的光谱400b。举例而言，在处理批次中的多个基板期间，在晶圆之间可存在较大的光谱差。可使用高通滤波器来正规化光谱，以减小相同批次中的基板上的光谱变化。示例性高通滤波器可具有0.005Hz的截止频率及滤波器阶数(filterorder)4。高通滤波器不仅用以帮助滤出对下层变化的灵敏度，而且亦用以“平化”合法信号，以使特征追踪更容易。
为了让使用者选择将追踪终点的哪一个特征以确定该终点，可产生等高线图且向使用者显示这些高线图。图5B提供根据在研磨期间自基板10反射的光的多个光谱测量产生的等高线图500b的实例，且图5A提供来自等高线图500b中的特定瞬间的测量光谱500a的实例。等高线图500b包括特征，诸如，由光谱500a上的相关波峰502及波谷504产生的波峰区域502及波谷区域504。随着时间推移，基板10被研磨，且自基板反射的光改变，如由等高线图500b中的光谱特征的变化所图示的。
为产生等高线图500b，可研磨测试基板，且可在研磨期间由光检测器52来测量自测试基板反射的光，以产生自基板10反射的光的系列光谱。可将系列光谱储存（例如）于计算机系统中，该计算机系统视需要可为光学监视系统的部分。装设基板的研磨可在时间T1处开始，且继续超过估计终点时间。
当测试基板的研磨完成时，计算机（例如）在计算机监视器上，向研磨设备20的操作员呈现等高线图500b。在一些实施例中，计算机彩色标记等高线图，例如，藉由将红色指定给光谱中的较高强度值，将蓝色指定给光谱中的较低强度值，而将中间色（橙色至绿色）指定给光谱中的中间强度值。在其他实施例中，计算机产生灰阶等高线图，藉由将最暗灰色阴影指定给光谱中的较低强度值，且将最亮灰色阴影指定给光谱中的较高强度值，并且将中间阴影指定给光谱中的中间强度值。或者，计算机可产生三维等高线图，其中用最大z值表示光谱中的较高强度值，且用最小z值表示光谱中的较低强度值，用中间z值表示光谱中的中间值。举例而言，三维等高线图可以彩色、灰阶或黑白的方式显示。在一些实施例中，研磨设备20的操作员可与三维等高线图互动，以观察光谱的不同特征。
举例而言，在研磨期间自测试基板的监视产生的反射光的等高线图500b可含有诸如波峰、波谷、光谱零交越点及拐点的光谱特征。特征可具有诸如波长、宽度及/或强度的特性。如由等高线图500b所展示的，当研磨垫30自装设基板的顶表面移除材料时，自装设基板反射的光可随时间的推移而改变，因此特征特性随时间的推移而改变。
在器件基板的研磨之前，研磨设备20的操作员可观察等高线图500b并选择特征特性，以在具有与装设基板相似管芯特征的一批基板的处理期间进行追踪。举例而言，研磨设备20的操作员可选择波峰506的波长以进行追踪。等高线图500b（尤其是彩色标记或三维等高线图）的潜在优点在于，此种图形显示让使用者能更容易选择恰当特征，由于特征（例如，具有随时间线性改变的特性的特征）在视觉上为可容易区分的。
为了选择终点准则，可基于测试基板的研磨前厚度及研磨后厚度，藉由线性内插法来计算选定特征的特性。举例而言，测试基板上的层的厚度D1及D2可分别在研磨前（例如，在研磨开始的时间T1之前测试基板的厚度）与在研磨后（例如，在研磨结束的时间T2之后测试基板的厚度）测量，且特性的值可在达成目标厚度D'的时间T'处测量。T'可由T’=T1+(T2-T1)*(D2-D’)/(D2-D1)来计算，且特性的值V'可根据在时间T'处测量的光谱来确定。可根据V’-V1来确定选定特征（诸如，波峰506的波长中的特定变化）的特性的目标差δV，其中V1为初始特性值（在时间T1处）。因此，目标差δV可为自时间T1处研磨之前的初始特性值V1至在预计完成研磨的时间T'处的特性的值V'的变化。研磨设备20的操作员可将欲改变的特征特性的目标差604（例如，δV）输入与研磨设备20相关联的计算机中。
为了确定值V'，且相应地确定点602的值，可使用稳健式线拟合来向测量的数据拟合线508。可将在时间T'处的线508的值减去在T1处的线508的值，以确定点602。
可基于特征特性的目标差与在研磨期间自装设基板移除的材料量之间的相关性，来选择诸如光谱波峰506的特征。研磨设备20的操作员可选择不同特征及/或特征特性，以找出具有特性的目标差与自装设基板移除的材料量之间的良好相关性的特征特性。
在其他实施例中，终点确定逻辑确定欲追踪的光谱特征及终点准则。
现转向器件基板的研磨，图6A为在器件基板10的研磨期间追踪的特征特性的差值602a-d的示例性图表600a。基板10可为被研磨的一批基板中的部分，其中研磨设备20的操作员选择特征特性（诸如，波峰或波谷的波长），以根据装设基板的等高线图500b进行追踪。
当研磨基板10时，光检测器52测量自基板10反射的光的光谱。终点确定逻辑使用光的光谱来确定特征特性的系列值。随着自基板10的表面移除材料，选定特征特性的值可改变。使用特征特性的系列值与特征特性的初始值V1之间的差来确定差值602a-d。
当研磨基板10时，终点确定逻辑可确定被追踪的特征特性的当前值。在一些实施例中，当特征的当前值已自初始值变化了目标差604时，可调用终点。在一些实施例中，（例如）使用稳健式线拟合，向差值602a-d拟合线606。可基于差值602a-d来确定线606的函数，以预测研磨终点时间。在一些实施例中，该函数为时间对特性差的线性函数。当计算新差值时，线606的函数（例如，斜率及截距）在基板10的研磨期间可改变。在一些实施例中，线606达到目标差604的时间提供估计终点时间608。当线606的函数变化以接纳新差值时，估计终点时间608可改变。
在一些实施例中，使用线606的函数来确定自基板10移除的材料量，且使用由该函数确定的当前值的变化来确定何时达到目标差及何时需要调用终点。线606追踪移除的材料量。或者，当自基板10移除特定厚度的材料时，便可使用由函数确定的当前值的变化来确定自基板10的顶表面移除的材料量及何时调用终点。举例而言，操作员可将目标差设定为选定特征的波长变化50纳米。举例而言，可使用选定波峰的波长的变化来确定自基板10的顶层移除多少材料及何时调用终点。
在时间T1处，在基板10的研磨之前，选定特征的特性值差为0。当研磨垫30开始研磨基板10时，识别的特征的特性值可随着材料自基板10的顶表面研磨掉而改变。举例而言，在研磨期间，选定特征特性的波长可变为较高或较低的波长。排除噪声效应，特征的波长（且因此波长之差）倾向于单调改变，且经常为线性改变。在时间T'处，终点确定逻辑确定识别的特征特性已改变了目标差δV，且可调用终点。举例而言，当特征的波长已改变了目标差50纳米时，调用终点且研磨垫30停止研磨基板10。
当处理一批基板时，光学监视系统50可（例如）追踪所有基板上的相同光谱特征。光谱特征可与基板上的相同管芯特征相关联。基于基板的下层变化，光谱特征的起始波长可在批次中基板间改变。在一些实施例中，为了最小化多个基板上的可变性，当选定特征特性值或拟合至特征特性的值的函数改变了终点度量EM（而非目标差）时，终点确定逻辑可调用终点。终点确定逻辑可使用根据装设基板确定的预期初始值EIV。在识别在基板10上被追踪的特征特性的时间T1处，终点确定逻辑确定被处理的基板的实际初始值AIV。终点确定逻辑可使用初始值权重IVW，以减少实际初始值对终点确定的影响，同时虑及一批次上基板的变化。举例而言，基板变化可包括基板厚度或下层结构的厚度。初始值权重可与基板变化相关，以增加基板间处理之间的均匀性。举例而言，可藉由将初始值权重乘以实际初始值与预期初始值之间的差且加上目标差，来确定终点度量，例如，EM=IVW*(AIV-EIV)+δV。
在一些实施例中，使用加权组合来确定终点。举例而言，终点确定逻辑可根据函数计算特性的初始值，且根据函数计算特性的当前值，并计算初始值与当前值之间的第一差。终点确定逻辑可计算初始值与目标值之间的第二差，且产生第一差与第二差的加权组合。
图6B为在基板10的两个部分处取得的特性测量差对时间的示例性图表600b。举例而言，光学监视系统50可追踪朝向基板10的边缘部分而定位的一个特征及朝向基板10的中心部分而定位的另一特征，以确定已自基板10移除多少材料。当测试装设基板时，研磨设备20的操作员可（例如）识别对应于装设基板的不同部分的两个特征以进行追踪。在一些实施例中，光谱特征与装设基板上的相同类型的管芯特征相对应。在其他实施例中，光谱特征与装设基板上的不同类型的管芯特征相关联。当基板10被研磨时，光检测器52可测量来自与装设基板的选定特征相对应的基板10的两个部分的反射光的系列光谱。可由终点确定逻辑来确定与两个特征的特性相关联的系列值。可藉由在研磨时间前进时，将当前特性值减去初始特性值，而计算基板10的第一部分中的特征特性的一系列第一差值610a-b。可类似地计算基板10的第二部分中的特征特性的一系列第二差值612a-b。
可向第一差值610a-b拟合第一线614，且可向第二差值612a-b拟合第二线616。可分别用第一函数及第二函数确定第一线614及第二线616，以确定估计研磨终点时间618或对基板10的研磨速率620的调整。
在研磨期间，使用基板10的第一部分的第一函数，且使用基板的第二部分的第二函数，在时间TC处进行基于目标差622的终点计算。若基板的第一部分与基板的第二部分的估计终点时间不同（例如，第一部分将在第二部分之前达到目标厚度），则可对研磨速率620进行调整，使得第一函数及第二函数将具有相同终点时间618。在一些实施例中，调整基板的第一部分与第二部分的研磨速率，使得在两个部分处同时达到终点。或者，可调整第一部分或第二部分的研磨速率。
举例而言，可藉由增加或减少承载头70的相应区域中的压力来调整研磨速率。研磨速率的变化可假定为与压力的变化成正比，例如，简单卜瑞斯顿(Prestonian)模型。举例而言，当基板10的第一区域计划在时间TA处达到目标厚度，且系统已建立目标时间TT时，时间T3之前的相应区域中的承载头压力可乘以TT/TA，以在时间T3之后提供承载头压力。另外，可开发用于研磨基板的控制模型，该控制模型虑及平台或头旋转速度的影响、不同头压力组合的二阶效应、研磨温度、浆料流量或影响研磨速率的其他参数。在研磨制程期间之后续时间，若适当，则可再次调整速率。
在一些实施例中，计算装置使用波长范围，以容易地识别自器件基板10反射的光所测量出的光谱中的选定光谱特征。计算装置在波长范围中搜寻选定光谱特征，以区分选定光谱特征与（例如）在强度、宽度或波长上类似于测量出的光谱中的选定光谱特征的其他光谱特征。
图7A图示根据由光检测器52收到的光测量的光谱700a的实例。光谱700a包括选定光谱特征702，例如，光谱波峰。选定光谱特征702可由终点确定逻辑来选择，以在基板10的CMP期间进行追踪。选定光谱特征702的特性704（例如，波长）可由终点确定逻辑识别。当特性704已改变目标差时，终点确定逻辑调用终点。
在一些实施例中，终点确定逻辑确定波长范围706，以在该波长范围上搜寻选定光谱特征702。波长范围706可具有介于约50与约200纳米之间的宽度。在一些实施例中，波长范围706为预定的，例如，由操作员规定（例如，藉由接收选择波长范围的使用者输入），或规定为一批基板的制程参数（藉由从使波长范围与该批基板相关联的存储器检索出波长范围）。在一些实施例中，波长范围706基于历史数据，例如，连序光谱测量之间的平均或最大距离。在一些实施例中，波长范围706基于关于测试基板的信息，例如，两倍目标差δV。
图7B为从由光检测器52收到的光测量出的光谱700b的实例。举例而言，在平台24的旋转期间紧跟着取得光谱700a之后，测量光谱700b。在一些实施例中，终点确定逻辑确定先前光谱700a中的特性704的值（例如，520nm），且调整波长范围706，使得波长范围708的中心更靠近特性704而定位。
在一些实施例中，终点确定逻辑使用线606的函数来确定特性704的预期当前值。举例而言，终点确定逻辑可使用当前研磨时间来确定预期差，且藉由将预期差加至特性704的初始值V1来确定特性704的预期当前值。终点确定逻辑可将波长范围708定中心于特性704的预期当前值上。
图7C为从由光检测器52收到的光测量出的光谱700c的另一实例。举例而言，在平台24的旋转期间紧接着取得光谱700a之后，测量光谱700c。在一些实施例中，终点确定逻辑将特性704的先前值用于波长范围710的中心。
举例而言，终点确定逻辑确定在基板10下方的光学头53的两个连序传递期间确定的特性704的值之间的平均方差。终点确定逻辑可将波长范围710的宽度设定为平均方差的两倍。在一些实施例中，终点确定逻辑在确定波长范围710的宽度时，使用特性704的值之间的方差的标准差。
在一些实施例中，波长范围706的宽度对于所有光谱测量均相同。举例而言，波长范围706、波长范围708及波长范围710的宽度相同。在一些实施例中，波长范围的宽度不同。举例而言，当估计特性704自特性的先前测量改变2纳米时，波长范围708的宽度为60纳米。当估计特性704自特性的先前测量改变5纳米时，波长范围708的宽度为80纳米，80纳米的波长范围比具有较小特性变化的波长范围大。
在一些实施例中，波长范围706在基板10的研磨期间对于所有光谱测量均相同。举例而言，波长范围706为475纳米至555纳米，且对于基板10的研磨期间进行的所有光谱测量，终点确定逻辑在475纳米与555纳米之间的波长中搜寻选定光谱特征702，然而其他波长范围亦为可能的。波长范围706可由使用者输入选择为由原位监视系统测量的全光谱范围的子集。
在一些实施例中，终点确定逻辑在一些光谱测量的修改波长范围中，以及在用于光谱的剩余者中的先前光谱的波长范围中搜寻选定光谱特征702。举例而言，终点确定逻辑在平台24的第一旋转期间测量到的光谱的波长范围706，及平台24的连序旋转期间测量到的光谱的波长范围708中搜寻选定光谱特征702，其中两个测量均在基板10的第一区域中进行。继续该实例，终点确定逻辑在相同平台旋转期间测量到的两个光谱的波长范围710中，搜寻另一选择光谱特征，其中两个测量在基板10的不同于第一区域的第二区域中进行。
在一些实施例中，选定光谱特征702为光谱波谷或光谱零交越点。在一些实施例中，特性704为波峰或波谷的强度或宽度（例如，在波峰下方固定距离处测量到的，或在波峰与最近波谷之间的中间高度处测量到的宽度）。
图8图示用于选择目标差δV，以在确定研磨制程的终点时使用的方法800。测量具有与产品基板相同图案的基板的性质（步骤802）。被测量的基板在本说明书中称为“装设”基板。装设基板可简单地为与产品基板相类似或相同的基板，或者装设基板可为来自一批产品基板的一个基板。测量的性质可包括基板上的感兴趣特定位点处的感兴趣的薄膜的研磨前厚度。通常，测量多个位点处的厚度。通常选择位点，以测量每一位点的相同类型的管芯特征。可在测量站执行测量。在研磨之前，原位光学监视系统可测量自基板反射的光的光谱。
根据感兴趣的研磨步骤来研磨装设基板，且收集在研磨期间获得的光谱（步骤804）。可在上述研磨设备处执行研磨及光谱收集。在研磨期间由原位监视系统来收集光谱。过度研磨基板（亦即，研磨超过估计终点），使得可获得在达成目标厚度时自基板反射的光的光谱。
测量过度研磨的基板的性质（步骤806）。性质包括在用于研磨前测量的一或多个特定位点处的感兴趣的薄膜的研磨后厚度。
使用测量到的厚度及收集的光谱来选择（藉由检验收集的光谱）特定特征（诸如，波峰或波谷），以在研磨期间进行监视（步骤808）。可由研磨设备的操作员来选择特征，或者特征的选择可为自动的（例如，基于常规波峰寻找(peak-finding)算法及经验波峰选择(peak-selection)公式）。举例而言，如以上参阅图5B所描述的，可向研磨设备20的操作员呈现等高线图500b，且操作员可自等高线图500b选择特征以进行追踪。若预计特定光谱区域含有希望在研磨期间进行监视的特征（例如，由过去经验，或基于理论的特征行为的计算产生的），则仅需要考虑在该区域中的特征。通常选择一特征，该特征展示出在研磨基板时自装设基板的顶部移除的材料量之间的相关性。
可使用测量到的研磨前薄膜厚度及研磨后基板厚度来执行线性内插法，以确定达成目标薄膜厚度的大致时间。可将该大致时间与光谱等高线图相比，以确定选定特征特性的终点值。特征特性的终点值与初始值之间的差可作为目标差来使用。在一些实施例中，向特征特性的值拟合函数，以正规化特征特性的值。函数的终点值与函数的初始值之间的差，可作为目标差来使用。在该批基板的其余基板的研磨期间监视相同特征。
视需要，处理光谱以提高准确度及/或精度。举例而言，可处理光谱，以将光谱正规化为共用参考，以将光谱平均及/或以自光谱过滤噪声。在一个实施例中，将低通滤波器应用于光谱，以减少或消除突发尖峰。
对于特定终点确定逻辑，通常凭经验选择欲监视的光谱特征，使得在计算机装置藉由应用基于特定特征的终点逻辑调用终点时，达成目标厚度。终点确定逻辑使用特征特性中的目标差来确定何时应调用终点。当研磨开始时，可相对于特征的初始特性值来测量特性的变化。或者，除目标差δV之外，可相对于预期初始值EIV及实际初始值AIV来调用终点。终点逻辑可将实际初始值与预期初始值之间的差，乘以起始值权重SVW，以补偿基板间下层变化。举例而言，当终点度量EM=SVW*(AIV–EIV)+δV时，终点确定逻辑可结束研磨。
在一些实施例中，使用加权组合来确定终点。举例而言，终点确定逻辑可根据函数计算特性的初始值，且根据函数计算特性的当前值，并计算初始值与当前值之间的第一差。终点确定逻辑可计算初始值与目标值之间的第二差，且产生第一差与第二差的加权组合。可在加权值达到目标值的情况下调用终点。终点确定逻辑可藉由比较特性的监视的差（或多个差）与目标差，来确定何时应调用终点。若监视的差与目标差匹配或超过目标差，则调用终点。在一个实施例中，监视的差必须与目标差匹配或超过目标差达某一时段（例如，平台旋转两次）才调用终点。
图9图示用于选取与特定目标厚度及特定终点确定逻辑的选定光谱特征相关联的特性的目标值的方法901。如以上在步骤802-806中所述，测量且研磨装设基板（步骤903）。具体而言，收集光谱，且储存测量各个收集的光谱的时间。
计算用于特定装设基板的研磨设备的研磨速率（步骤905）。可藉由使用研磨前厚度D1与研磨后厚度D2及实际研磨时间PT来计算平均研磨速率PR，例如，PR=(D2-D1)/PT。
计算特定装设基板的终点时间（步骤907），以提供校正点，以确定选定特征的特性的目标值，如下文所论述。可基于计算的研磨速率PR、感兴趣的薄膜的研磨前起始厚度ST及感兴趣的薄膜的目标厚度TT来计算终点时间。假定研磨速率在整个研磨制程期间恒定，可将终点时间计算为简单线性内插，例如，ET=(ST-TT)/PR。
视需要，可藉由研磨该批图案化基板中的另一基板、在计算出的终点时间停止研磨及测量感兴趣的薄膜的厚度，来评估计算出的终点时间。若厚度在目标厚度的满意范围内，则计算出的终点时间为满意的。否则，可重新计算所计算出的终点时间。
在计算出的终点时间，从自装设基板处收集的光谱记录选定特征的目标特性值（步骤909）。若感兴趣的参数涉及选定特征的位点或宽度的变化，则可藉由检验在计算出的终点时间之前的时段期间收集的光谱，来确定该信息。特性的初始值与目标值之间的差被记录为特征的目标差。在一些实施例中，记录单个目标差。
图10图示用于使用基于波峰的终点确定逻辑，来确定研磨步骤的终点的方法1000。使用上述研磨设备研磨该批图案化基板中的另一基板（步骤1002）。
接收选定光谱特征的识别、波长范围及选定光谱特征的特性（步骤1004）。举例而言，终点确定逻辑自计算机接收识别，该计算机具有对于基板的处理参数。在一些实施例中，处理参数基于在装设基板的处理期间确定的信息。
最初研磨基板，测量自基板反射的光以产生光谱，且在测量的光谱的波长范围中确定选定光谱特征的特性值。在平台的各旋转期间，执行以下步骤。
测量自被研磨的基板表面反射的光的一或多个光谱，以获得当前平台旋转的一或多个当前光谱（步骤1006）。视需要处理当前平台旋转的测量的一或多个光谱，以提高准确度及/或精度，如以上参阅图8所述的。若仅测量一个光谱，则将该一个光谱用作当前光谱。若对平台旋转测量出多于一个当前光谱，则将当前光谱分组，在各组内求平均，且平均值表示当前光谱。可依距基板的中心的径向距离来分组光谱。
举例而言，可从自点202及210（图2）处测量到的光谱获得第一当前光谱，可从自点203及209处测量到的光谱获得第二当前光谱，可从自点204及208处测量到的光谱获得第三当前光谱，等等。可确定各个当前光谱的选定光谱波峰的特性值，且可在基板的各个区域中分别监视研磨。或者，选定光谱波峰的特性的最糟状况值可根据当前光谱来确定，且可由终点确定逻辑来使用。
在平台的各旋转期间，可将额外一或多个光谱添加至当前基板的系列光谱。当研磨进行时，系列中的至少一些光谱不同，由于在研磨期间材料自基板移除。
如以上参阅第7A-C图所描述的，产生当前光谱的修改波长范围（步骤1008）。举例而言，终点逻辑基于先前特性值而确定当前光谱的修改波长范围。可使修改波长范围定中心于先前特性值上。在一些实施例中，基于预期特性值来确定修改波长范围，例如，波长范围的中心与预期特性值重合。
在一些实施例中，使用不同方法来确定当前光谱的一些波长范围。举例而言，藉由将波长范围定中心于来自在基板的相同边缘区域中测量到的先前光谱的特性值上，确定自在基板的边缘区域中反射的光测量到的光谱的波长范围。继续该实例，藉由将波长范围定中心于中心区域的预期特性值上，确定自在基板的中心区域中反射的光测量到的光谱的波长范围。
在一些实施例中，当前光谱的波长范围的宽度相同。在一些实施例中，一些当前光谱的波长范围的宽度不同。
识别波长范围以搜寻选定光谱特征特性，可允许对于终点的检测或研磨速率变化的确定的更大准确度，例如，系统在后续光谱测量期间不太会选择不正确的光谱特征。在波长范围中而不是在整个光谱上追踪光谱特征，允许更容易且更快速地识别光谱特征。可减少识别选定光谱特征所需要的处理资源。
自修改波长范围提取选定波峰的当前特性值（步骤1010），且使用以上在图8的上下文中论述的终点确定逻辑，来比较当前特性值与目标特性值（步骤1012）。举例而言，根据系列光谱确定当前特征特性的系列值，且向该系列值拟合函数。举例而言，函数可为线性函数，该线性函数可基于当前特性值与初始特性值之间的差，来近似估计在研磨期间自基板移除的材料量。
只要终点确定逻辑确定尚未满足终点条件（步骤1014的“否”分支），便允许研磨继续，且在适当时重复步骤1006、1008、1010、1012及1014。举例而言，终点确定逻辑基于函数确定尚未达到特征特性的目标差。
在一些实施例中，当测量到自基板的多个部分反射的光的光谱时，终点确定逻辑可确定需要调整基板的一或多个部分的研磨速率，使得在相同时间或接近相同时间完成多个部分的研磨。
当终点确定逻辑确定已满足终点条件（步骤1014的分支“是”）时，调用终点，且停止研磨（步骤1016）。
可正规化光谱，以移除或减少非所要的光反射的影响。除一或多个感兴趣的薄膜以外的介质所产生的光反射，包括来自研磨垫视窗及来自基板的基材硅层的光反射。可藉由测量原位监视系统在黑暗条件下（亦即，当未将基板置放在原位监视系统上时）接收到的光的光谱，来估计来自视窗的光反射。可藉由测量裸露硅基板反射的光的光谱，来估计来自硅层的光反射。通常在研磨步骤的开始之前获得这些光反射。如下为正规化测量的原始光谱：
正规化光谱=(A–Dark)/(Si–Dark)
其中A为原始光谱，Dark为在黑暗条件下获得的光谱，且Si为自裸露硅基板获得的光谱。
在描述的实施例中，使用光谱中的波长波峰的变化来执行终点检测。亦可代替波峰或结合波峰使用光谱中的波长波谷（亦即，局部最小值）的变化。亦可在检测终点时使用多个波峰（或波谷）的变化。举例而言，可个别监视各个波峰，且当大多数波峰的变化满足终点条件时可调用终点。在其他实施例中，可使用拐点或光谱零交越的变化来确定终点检测。
在一些实施例中，在算法装设制程1100（图11）之后，使用触发式特征追踪技术1200（图12）的一或多个基板的研磨。
最初，（例如）使用上述技术中的一个技术，来选择光谱中的感兴趣特征的特性，以供追踪第一层的研磨中使用（步骤1102）。举例而言，特征可为波峰或波谷，且特性可为波峰或波谷的波长或频率中的位置或宽度，或波峰或波谷的强度。若感兴趣的特征的特性可适用于具有不同图案的多种产品基板，则可由设备制造商预选择特征及特性。
另外，确定接近研磨终点的研磨速率dD/dt（步骤1104）。举例而言，可根据待用于对产品基板的研磨的研磨制程，但以接近预期终点研磨时间的不同研磨时间，来研磨多个装设基板。装设基板可具有与产品基板相同的图案。对于各个装设基板而言，可测量层的研磨前及研磨后厚度，且可根据差来计算移除量，且储存该装设基板的移除量及相关研磨时间，以提供数据集。可向该数据集拟合作为时间的函数的移除量的线性函数；该线性函数的斜率提供研磨速率。
算法装设制程包括测量装设基板的第一层的初始厚度D1（步骤1106）。装设基板可具有与产品基板相同的图案。第一层可为介电质，例如，低介电值材料，例如，掺杂碳的二氧化硅，例如，Black DiamondTM（来自应用材料公司）或CoralTM（来自诺发系统公司）。
视需要，视第一材料的组成物而定，在第一层上沉积不同于第一及第二材料（例如，低介电值覆盖材料，例如，四乙氧基硅烷(TEOS)）的另一材料（例如，介电质材料）的一或多个额外层（步骤1107）。第一层与该一或多个额外层一起提供层堆迭。
接下来，在第一层或层堆迭上沉积不同的第二材料（例如，氮化物，例如，氮化钽或氮化钛）的第二层（例如，阻障层）（步骤1108）。另外，可在第二层上（及由第一层的图案提供的沟槽中）沉积导电层，例如，金属层，例如，铜（步骤1109）。
可在除研磨期间使用的光学监视系统以外的测量系统处执行测量，例如，内嵌或分离测量站，诸如，使用椭圆偏光仪的轮廓仪或光学测量站。对于一些测量技术（例如，轮廓仪）而言，在沉积第二层之前测量第一层的初始厚度，但是对于其他测量技术（例如，椭圆偏光仪）而言，可在沉积第二层之前或之后执行测量。
此后，根据感兴趣的研磨制程研磨装设基板（步骤1110）。举例而言，可在第一研磨站处使用第一研磨垫，来研磨且移除导电层及部分第二层（步骤1110a）。此后，可在第二研磨站处使用第二研磨垫来研磨且移除第二层及部分第一层（步骤1110b）。然而，应注意，对于一些实施例而言，不存在导电层，例如，第二层为研磨开始时的最外层。
至少在第二层的移除期间，且可能在第二研磨站处的整个研磨操作期间，使用上述技术收集光谱（步骤1112）。另外，使用分离检测技术来检测第二层的清除及第一层的曝露（步骤1114）。举例而言，可由马达扭矩或自基板反射的光的总强度的突变，来检测第一层的曝露。在检测到第二层的清除的时间T1处，储存光谱的感兴趣的特征的特性的值V1。亦可储存检测到清除的时间T1。
在清除的检测之后，可在预设时间暂停研磨（步骤1118）。预设时间足够大，使得研磨在曝露第一层之后暂停。选择预设时间，使得研磨后厚度充分接近目标厚度，从而可假定研磨速率在研磨后厚度与目标厚度之间为线性。在研磨暂停的时间处，可检测且储存光谱的感兴趣的特征的特性的值V2，亦可储存研磨暂停的时间T2。
例如，使用与用以测量初始厚度相同的测量系统，来测量第一层的研磨后厚度D2（步骤1120）。
计算特性的值的预设目标变化ΔVD（步骤1122）。此值的预设目标变化将使用于对于产品基板的终点检测算法中。可根据在第二层的清除的时间处的值与在研磨暂停的时间处的值之间的差，来计算该预设目标变化，亦即，ΔVD=V1-V2。
计算接近研磨操作的结束处的，作为监视的特性的函数的厚度的变化速率dD/dV（步骤1124）。举例而言，假定正在监视波峰的波长位置，则变化速率可表示为对于每埃波峰的波长位置偏移，所移除的材料的埃数。作为另一实例，假定正在监视波峰的频率宽度，则变化速率可表示为对于每赫兹波峰的宽度的频率的偏移，所移除的材料的埃数。
在一个实施例中，可根据在第二层的曝露时间处及在研磨的结束处的值，来简单计算作为时间的函数的值的变化速率dV/dt，例如，dV/dt=(D2-D1)/(T2-T1)。在另一实施例中，使用来自接近装设基板的研磨的结束（例如，T1与T2之间时间的最后25%或更短）处的数据，可向作为时间的函数的测量值拟合线；线的斜率提供作为时间的函数的值的变化速率dV/dt。在任一状况下，此后，藉由将研磨速率除以值的变化速率，来计算作为监视的特性的函数的厚度的变化速率dD/dV，亦即，dD/dV=(dD/dt)/(dV/dt)。一旦计算出变化速率dD/dV，则变化速率对于产品应保持恒定；对于不同批次的相同产品将没有必要重新计算dD/dV。
一旦已完成装设制程，便可研磨产品基板。
视需要，测量来自一批产品基板的至少一个基板的第一层的初始厚度d1（步骤1202）。产品基板具有至少与装设基板相同的层结构，且视需要具有与装设基板相同的图案。在一些实施例中，并非测量每一产品基板。举例而言，可测量来自一批次的一个基板，且初始厚度可用于来自该批次的所有其他基板。作为另一实例，可测量来自盒的一个基板，且初始厚度可用于来自该盒的所有其他基板。在其他实施例中，测量每一产品基板。可在装设制程完成之前或之后，执行对产品基板的第一层的厚度的测量。
如上所述，第一层可为介电质，例如，低介电值材料，例如，掺杂碳的二氧化硅，例如，Black DiamondTM（来自应用材料公司）或CoralTM（来自诺发系统公司）。可在除研磨期间使用的光学监视系统以外的测量系统处执行测量，例如，内嵌或分离测量站，诸如，使用椭圆偏光仪的轮廓仪或光学测量站。
视需要，视第一材料的组成物而定，在产品基板上的第一层上沉积不同于第一及第二材料（例如，低介电值覆盖材料，例如，四乙氧基硅烷(TEOS)）的另一材料的一或多个额外层（步骤1203）。第一层与该一或多个额外层一起提供层堆迭。
接下来，在产品基板的第一层或层堆迭上沉积不同第二材料（例如，氮化物，例如，氮化钽或氮化钛）的第二层，例如，阻障层（步骤1204）。另外，可在产品基板的第二层上（及由第一层的图案提供的沟槽中）沉积导电层，例如，金属层，例如，铜（步骤1205）。然而，应注意，对于一些实施例而言，不存在导电层，例如，第二层为研磨开始时的最外层。
对于一些测量技术（例如，轮廓仪）而言，在沉积第二层之前测量第一层的初始厚度，但是对于其他测量技术（例如，椭圆偏光仪）而言，可在沉积第二层之前或之后执行测量。可在装设制程完成之前或之后执行第二层及导电层的沉积。
对于各个待研磨的产品基板而言，基于第一层的初始厚度来计算目标特性差ΔV（步骤1206）。通常，此举在研磨开始之前发生，但是计算有可能在研磨开始之后但是在启动光谱特征追踪之前发生（在步骤1210中）。具体而言，举例而言，自主计算机接收储存的产品基板的初始厚度d1及目标厚度dT。另外，可接收起始厚度D1及结束厚度D2、作为监视的特性的函数的厚度的变化速率dD/dV及针对装设基板确定的值的预设目标变化ΔVD。
在一个实施例中，如下计算目标特性差ΔV：
ΔV=ΔVD+(d1-D1)/(dD/dV)+(D2-dT)/(dD/dV)
在一些实施例中，前厚度将不可用。在此状况下，“(d1-D1)/(dD/dV)”将自以上方程式中省略，亦即，
ΔV=ΔVD+(D2-dT)/(dD/dV)
研磨产品基板（步骤1208）。举例而言，可在第一研磨站处使用第一研磨垫，来研磨且移除导电层及部分第二层（步骤1208a）。此后，可在第二研磨站处使用第二研磨垫，来研磨且移除第二层及部分第一层（步骤1208b）。然而，应注意，对于一些实施例而言，不存在导电层，例如，第二层为研磨开始时的最外层。
使用原位监视技术来检测第二层的清除及第一层的曝露（步骤1210）。举例而言，可由马达扭矩或由自基板反射的光的总强度的突变，来检测第一层在时间t1处的曝露。举例而言，图13图示在研磨金属层以曝露下层阻障层期间，作为时间的函数的自基板收到的光的总强度的图表。可根据由光谱监视系统藉由例如在测量的所有波长上或在预置波长范围上整合光谱强度所获取的光谱信号，来产生此总强度。或者，可使用在特定单色波长处的强度，而非总强度。如图13所示，当清除铜层时，总强度下降，且当阻障层完全曝露时，总强度呈平稳状态。可检测强度的平稳状态，且强度的平稳状态可用作触发以启动光谱特征追踪。
至少始于第二层的清除的检测（且可能更早，例如，自使用第二研磨垫研磨产品基板开始时），在研磨期间使用上述原位监视技术获得光谱（步骤1212）。使用上述技术来分析光谱，以确定被追踪的特征的特性的值。举例而言，图14图示在研磨期间作为时间的函数的光谱波峰的波长位置的图表。确定在检测第二层的清除的时间t1处的光谱中被追踪的特征的特性的值v1。
现可计算特性的目标值vT（步骤1214）。可藉由将目标特性差ΔV加至在第二层的清除的时间t1处的特性的值v1，来计算目标值vT，亦即，vT=v1+ΔV。
当追踪的特征的特性达到目标值时，暂停研磨（步骤1216）。具体而言，对于各个测量光谱而言（例如，在各个平台旋转中），确定追踪的特征的特性的值，以产生系列值。如上文参阅图6A所描述的，可向系列值拟合函数（例如，时间的线性函数）。在一些实施例中，可向时间窗口内的值拟合函数。在函数满足目标值的情况下提供暂停研磨的终点时间。亦可藉由向接近时间t1处的系列值的部分拟合函数（例如，线性函数），来确定在检测第二层的清除的时间t1处的特性的值v1。
尽管由图12及图13所图示的方法包括第二层的沉积及移除，但是对于一些实施例而言，不存在第二层，例如，第一层为研磨开始时的最外层。举例而言，在研磨之前测量第一层的初始厚度及根据初始厚度与目标厚度计算目标特征值的处理，在有或没有覆盖第二层的情况下均可为适用的；该第二层为任选的。具体而言，可省略沉积第二层的步骤及检测第一层的曝露的步骤。此第一层可包括多晶硅及/或介电质材料，例如，由实质上纯的多晶硅组成，由介电质材料组成，或为多晶硅与介电质材料的组合。介电质材料可为氧化物（例如，氧化硅），或氮化物（例如，氮化硅）或介电质材料的组合。
举例而言，测量来自一批产品基板的至少一个基板的第一层的初始厚度d1（例如，如对于步骤1202所论述的）。基于第一层的初始厚度来计算目标特性差ΔV（例如，如对于步骤1206所论述的）。启动产品基板的第一层的研磨，且在第一层的研磨期间使用上述原位监视技术获得光谱。可在第一层的研磨期间（例如，在启动第一层的研磨之后立刻，或在启动第一层的研磨之后不久（例如，在几秒钟后））测量特性的值v1。等待几秒钟可容许来自监视系统的信号稳定，使得值v1的测量更准确。可计算特性的目标值vT（例如，如对于步骤1214所论述的）。举例而言，可将目标特性差ΔV加至特性的值v1，亦即，vT=v1+ΔV。当被追踪的特征的特性达到目标值时，暂停研磨（例如，如对于步骤1216所论述的）。此方法容许移除至目标厚度，同时补偿由下层结构中的基板间差异造成的绝对波峰位点的基板间变化。
存在许多自系列值移除噪声的技术。尽管以上论述了向系列拟合线，但是亦可向系列拟合非线性函数，或可使用低通中值滤波器来平滑系列（在此状况下，可将滤波后的值直接与目标值相比，以确定终点）。
如本说明书所使用，术语基板可包括（例如）产品基板（例如，包括多个存储器或处理器管芯的产品基板）、测试基板、裸露基板及光栅基板。基板可处于集成电路制造的各个不同阶段，例如，基板可为裸露晶圆，或者基板可包括一或多个沉积及/或图案化层。术语基板可包括圆形盘及矩形薄片。
此说明书中描述的本发明的实施例及所有函数运算可实施于数字电子电路中，或实施于计算机软件、固件或硬件（包括揭示于此说明书中的结构构件及其结构等效物）中，或实施于它们的组合中。本发明的实施例可实施为一或多个计算机程序产品（亦即，有形地实施于信息载体中（例如，在机器可读取储存装置中或在传播信号中）的一或多个计算机程序），以由数据处理设备（例如，可编程处理器、计算机或多个处理器或计算机）执行，或控制数据处理设备（例如，可编程处理器、计算机或多个处理器或计算机）的操作。可用任何形式的编程语言（包括编译或解释语言）来编写计算机程序（亦称为程序、软件、软件应用程序或代码），且可以任何形式（包括作为独立程序或作为模块、组件、子例程或适合于在计算环境中使用的其他单元）来布署该计算机程序。计算机程序不必一定要对应于文件。可将程序储存于存放其他程序或数据的文件的部分中，储存于该程序专用的单个文件中或储存于多个协调文件（例如，储存一或多个模块、子程序或部分代码的文件）中。可布署计算机程序，以在一个位置处的一个计算机或多个计算机上执行，或分散于多个位置而且由通信网络互连。
在此说明书中所描述的处理及逻辑流程，可由执行一或多个计算机程序的一或多个可编程处理器来执行，以藉由在输入数据上操作及产生输出来执行功能。亦可由专用逻辑电路（例如，现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)）来执行处理及逻辑流程，且设备亦可实施为该专用逻辑电路。
上述研磨设备及方法可应用于各种研磨系统中。研磨垫或承载头或两者均可移动，以提供研磨表面与基板之间的相对运动。举例而言，平台可绕轨道运转而非旋转。研磨垫可为固设至平台的圆形的（或某一其他形状的）垫。终点检测系统的一些方面可适用于线型研磨系统，例如，其中研磨垫为线性移动的连续或卷盘至卷盘皮带的系统。研磨层可为标准（例如，有或没有填料的聚胺甲酸酯）研磨材料、软材料或固定研磨材料。使用相对定位的术语；应理解，可将研磨表面及基板固持于垂直定向或其他定向上。
已描述本发明的特定实施例。其他实施例在以下权利要求的范围内。举例而言，可以不同次序执行权利要求中叙述的动作，且仍然可达成所要结果。

Claims (24)

1.一种控制研磨的方法，包含以下步骤：
研磨基板；
接收选定光谱特征的识别、具有宽度的波长范围及所述选定光谱特征的特性，以在研磨期间进行监视；
在研磨所述基板的同时测量来自所述基板的光的一系列光谱；
自所述系列光谱产生所述选定光谱特征的所述特性的一系列值，所述产生步骤包括以下步骤：对于来自所述系列光谱的至少一些光谱，基于所述光谱特征在先前波长范围内的位置产生修改波长范围，在所述修改波长范围内搜寻所述选定光谱特征，及确定所述选定光谱特征的特性的值，所述先前波长范围用于所述系列光谱中的先前光谱；以及
基于所述系列值确定研磨终点或对于研磨速率的调整中的至少一个。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述波长范围具有固定宽度。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，产生所述修改波长范围的步骤包含以下步骤：将所述固定宽度定中心于所述特性在所述先前波长范围中的所述位置上。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，产生所述修改波长范围的步骤包括以下步骤：确定所述特性在所述先前波长范围中的位置，及调整所述波长范围，使得在所述修改波长范围中，所述特性定位于更靠近于所述修改波长范围的中心处。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，产生所述修改波长范围的步骤包括以下步骤：对于所述系列光谱中的至少一些光谱，确定所述选定光谱特征的波长值，以产生一系列波长值；对所述系列波长值拟合函数；及根据所述函数计算对于后续光谱测量的所述选定光谱特征的预期波长值。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述函数为线性函数。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，产生所述修改波长范围的步骤包括以下步骤：使所述波长范围的所述宽度定中心于所述预期波长值上。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，测量可见光的光谱，且所述波长范围具有介于50与200纳米之间的宽度。
9.一种控制研磨的方法，包含以下步骤：
接收选择固定波长范围的使用者输入，所述固定波长范围为由原位监视系统测量的波长的子集；
接收选定光谱特征的识别及所述选定光谱特征的特性，以在研磨期间进行监视；
研磨基板；
在研磨所述基板的同时测量来自所述基板的光的一系列光谱；
对于所述系列光谱中的各个光谱，在所述各个光谱的所述固定波长范围内搜寻所述选定光谱特征，及确定所述选定光谱特征的特性的值，以产生一系列值；以及
基于所述系列值确定研磨终点或对于研磨速率的调整中的至少一个。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述原位监视系统测量至少包括可见光的波长的强度，且所述固定波长范围具有介于50与200纳米之间的宽度。
11.一种控制研磨的方法，包含以下步骤：
研磨基板，所述基板具有第一层；
接收选定光谱特征的识别及所述选定光谱特征的特性，以在研磨期间进行监视；
在研磨所述基板时测量来自所述基板的光的一系列光谱；
在所述第一层曝露的时间，确定所述特征的所述特性的第一值；
将偏移加至所述第一值，以产生第二值；
对于来自所述系列光谱的每个光谱，通过确定所述特性的值以产生对应于每个光谱的一系列值来监视所述特征的所述特性，其中所述光谱特征包括所述光谱中的波峰或波谷，以及所述特性包括所述光谱中的所述波峰或波谷的位置、宽度或强度；以及
在确定所述特征的所述特性达到所述第二值时暂停研磨。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述基板包括覆盖所述第一层的第二层，其中研磨的步骤包括以下步骤：研磨所述第二层，且所述方法进一步包含以下步骤：用原位监视系统检测所述第一层的曝露。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，在所述原位监视系统检测所述第一层的曝露的时间确定所述第一值。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，检测所述第一层的曝露的步骤为与监视所述特征的所述特性的步骤相分离的制程。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，检测所述第一层的曝露的步骤包含以下步骤：监视来自所述基板的总反射强度。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，监视所述总反射强度的步骤包括以下步骤：对于所述系列光谱中的各个光谱，在波长范围上整合所述光谱，以产生所述总反射强度。
17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述原位监视系统包含马达扭矩或摩擦监视系统。
18.如权利要求11所述的方法，其特征在于，藉由对所述系列值拟合线性函数，及确定所述线性函数等于所述第二值处的终点时间，来确定所述特征的所述特性达到所述第二值。
19.如权利要求11所述的方法，其特征在于，进一步包含以下步骤：接收所述第一层的研磨前厚度，及从所述研磨前厚度计算所述偏移值。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，计算所述偏移值ΔV的步骤包含以下步骤：计算(D2-dT)/(dD/dV)，其中dT为目标厚度，D1为来自装设基板的第一层的研磨前厚度，D2为来自装设基板的所述第一层的研磨后厚度，且dD/dV是作为所述特性的函数的厚度的变化速率。
21.如权利要求19所述的方法，其特征在于，计算所述偏移值ΔV的步骤包含以下步骤：
ΔV＝ΔVD+(d1-D1)/(dD/dV)+(D2-dT)/(dD/dV)
其中d1为所述研磨前厚度，dT为目标厚度，D1为来自装设基板的第一层的研磨前厚度，D2为来自装设基板的所述第一层的研磨后厚度，ΔVD为装设基板的所述第一层的所述研磨前厚度与所述研磨后厚度之间在特征的所述特性的值上的差，且dD/dV是作为所述特性的函数的厚度的变化速率。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，进一步包含以下步骤：在分离测量站处测量所述研磨前厚度d1。
23.如权利要求21所述的方法，其特征在于，dD/dV为所述研磨终点处的厚度的变化速率。
24.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一层包括多晶硅和/或介电质材料。
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