JP6030122B2 - 終点検出のためのスペクトル特徴の適応的追跡 - Google Patents

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Description

本開示は、基板の化学機械研磨中の光学モニタリングに関する。
集積回路は、一般に、シリコンウエハ上に導電層、半導体層、または絶縁層を連続的に堆積させることによって基板上に形成される。１つの製造ステップは、非平面表面の上に充填層を堆積させ、その充填層を平坦化することを含む。いくつかの用途では、充填層は、パターン化層の上面が露出されるまで平坦化される。例えば、導電性充填層をパターン化絶縁層に堆積させて、絶縁層中のトレンチまたは孔を充填することができる。平坦化の後、絶縁層の隆起パターン間に残る導電層の部分は、基板上の薄膜回路間に導電性経路を設けるビア、プラグ、およびラインを形成する。酸化物研磨などの他の用途では、充填層は、所定の厚さが非平面表面の上に残されるまで平坦化される。加えて、基板表面の平坦化は、通常、フォトリソグラフィで必要とされる。
化学機械研磨（ＣＭＰ）は１つの受け入れられている平坦化の方法である。この平坦化方法では、一般に、基板をキャリアまたは研磨ヘッドに取り付けることが必要とされる。基板の露出した表面は、一般に、回転する研磨パッドに押し当てられる。キャリアヘッドは基板に制御可能な負荷を与えて、基板を研磨パッドに押しつける。砥粒研磨スラリが、一般に、研磨パッドの表面に供給される。
ＣＭＰの１つ問題は、研磨プロセスが完了したかどうか、すなわち、基板層が所望の平面度または厚さに平坦化されたかどうか、または所望の量の材料が除去された時を決定することである。スラリ分布、研磨パッド状態、研磨パッドと基板との間の相対速度、および基板への負荷の変動により、材料除去速度の変動が引き起こされることがある。これらの変動ならびに基板層の初期厚さの変動のために、研磨終点に達するのに必要とされる時間に変動が生じる。したがって、研磨終点は、単に研磨時間の関数として決定することができない。
いくつかのシステムでは、基板は、研磨の間、例えば、研磨パッドの窓を通して、光学的にインシトゥでモニタされる。しかし、既存の光学モニタリング技法は、半導体デバイス製造業者の高まりつつある要求を満たさないことがある。
いくつかのモニタリングプロセスにおいて、線形関数が、例えば、研磨プロセス中に、インシトゥモニタシステムによって生成された値のシーケンスにフィットされる。例えば、スペクトルのシーケンスがインシトゥで測定され、シーケンスからのスペクトルごとに特性評価値を生成することができる。残念ながら、研磨が進行するにつれて研磨速度が徐々に変化している場合、線形関数は所望の研磨終点を正確に予見しないことがある。加えて、研磨速度が安定している場合でさえ、値のシーケンスが線形でないことがある。１つの手法は、非線形関数を値のシーケンスにフィットさせることである。目標値への非線形関数の予測により、基板が所望の研磨終点に達することになる時間のより正確な計算を行うことができる。
１つの態様では、研磨を制御する方法は、基板を研磨することと、基板を研磨中にインシトゥモニタシステムでモニタすることと、インシトゥモニタシステムからの測定から値のシーケンスを生成することと、非線形関数を値のシーケンスにフィットさせることと、非線形関数が目標値に達する予測時間を決定することと、予測時間に基づいて研磨終点または研磨速度調整の少なくとも一方を決定することとを含む。
実施態様は以下の特徴のうちの１つまたは複数を含むことができる。非線形関数は２次以上の多項式関数を含むことができ、例えば、非線形関数は２次多項式関数とすることができる。非線形関数を値のシーケンスにフィットさせることは、Ｓａｖｉｔｚｋｙ−Ｇｏｌａｙ法を含む。インシトゥモニタシステムは分光モニタシステムを含むことができ、基板からの光のスペクトルのシーケンスは研磨中に分光モニタシステムで測定することができる。スペクトルのシーケンスからの測定スペクトルごとに、最も良く一致する参照スペクトルを、複数の参照スペクトルを有するライブラリから見いだすことができ、値のシーケンスを生成することは、最も良く一致する参照スペクトルごとに、最も良く一致する参照スペクトルに関連する値を決定することを含むことができる。値のシーケンスは厚さの値のシーケンスとすることができる。スペクトルのシーケンスからの測定スペクトルごとに、測定スペクトルのピークまたは谷の位置または幅を見いだして、位置または幅の値のシーケンスを生成することができ、値のシーケンスは、位置または幅の値のシーケンスから生成することができる。値のシーケンスは、ピークまたは谷の位置の波長の値のシーケンスとすることができる。基板を研磨することは、誘電体および／または半導体層を研磨することを含むことができる。インシトゥモニタシステムは渦電流モニタシステムを含むことができ、値のシーケンスは渦電流モニタシステムで生成することができる。基板を研磨することは、金属層を研磨することを含むことができる。非線形関数が目標値に一致するか、または目標値を超えるとき、研磨を停止することができる。基板は複数のゾーンを含むことができ、各ゾーンの研磨速度は、独立に変更可能な研磨パラメータによって独立に制御可能とすることができる。ゾーンごとに、測定からの値のシーケンスを、研磨中にインシトゥモニタシステムから生成することができる。スペクトルのシーケンスは研磨中に各ゾーンから測定することができる。ゾーンごとに、スペクトルのシーケンスの測定スペクトルごとに、スペクトル特徴のピークまたは谷の波長または幅を決定することを含めて、値のシーケンスを生成することができる。各ゾーンの値のシーケンスに基づいて、少なくとも１つのゾーンの研磨パラメータを調整して、少なくとも１つのゾーンの研磨速度を調整し、その結果、複数のゾーンがそのような調整なしよりも研磨終点で小さい厚さの差を有することができる。
基板を研磨することは、ポリシリコンおよび／または誘電体材料を含む層を研磨することを含むことができ、基板をモニタすることは、その層をモニタすることを含む。その層は、実質的に純粋なポリシリコンからなることができる。その層は、誘電体材料からなることができる。その層は、ポリシリコンおよび誘電体材料の組合せとすることができる。
別の態様では、研磨を制御する方法は、基板を研磨することと、研磨中に基板からの光のスペクトルのシーケンスを測定することと、スペクトルのシーケンスの測定スペクトルごとに、スペクトル特徴のピークまたは谷の波長または幅を決定することを含めて、値のシーケンスを生成することと、非線形関数を値のシーケンスにフィットさせることと、非線形関数が目標値に達する予測時間を決定することと、予測時間に基づいて研磨終点または研磨速度調整の少なくとも一方を決定することとを含む。
別の態様では、機械可読ストレージデバイスで有形に具現された非一時的コンピュータプログラム製品が、この方法を実行する命令を含む。
実施態様は、適宜、以下の利点の１つまたは複数を含むことができる。基板が所望の研磨終点に達することになる時間をより正確に計算することができる。所望の研磨終点を検出するための終点システムの信頼性を改善することができ、ウエハ内およびウエハ間の厚さの不均一性（ＷＩＷＮＵおよびＷＴＷＮＵ）を低減させることができる。
１つまたは複数の実施態様の詳細が、添付図面および以下の説明に記載される。他の態様、特徴、および利点が、説明および図面から、および特許請求の範囲から明らかになる。
化学機械研磨装置を示す図である。 研磨パッドの俯瞰図であり、インシトゥ測定が行われる場所を示す。 インシトゥ測定から得られたスペクトルを示す図である。 研磨が進行するときにインシトゥ測定から得られたスペクトルの漸進的変化を示す図である。 Ａは基板から反射された光のスペクトルの例示のグラフで、Ｂは高域フィルタを通したＡのグラフを示す。 基板から反射された光のスペクトルを示す図である。 基板から反射された光のインシトゥ測定から得られたスペクトルの等高線プロットである。 特性差対時間で測定された研磨進行の例示のグラフを示す図である。 特性差対時間で測定された研磨進行の例示のグラフを示す図であり、基板の研磨速度を調整するために、２つの異なる特徴の特性が測定される。 インシトゥ測定から得られた光の別のスペクトルを示す図である。 図７Ａのスペクトルの後に得られた光のスペクトルを示す図である。 図７Ａのスペクトルの後に得られた光の別のスペクトルを示す図である。 モニタすべきピークを選択する方法を示す図である。 選択したピークの目標パラメータを得る方法を示す図である。 終点決定のための方法を示す図である。 終点検出のための設定の方法を示す図である。 終点決定のための別の方法を示す図である。 研磨中の時間の関数としての全体的な反射強度のグラフである。 研磨中の時間の関数としてのスペクトルピークの波長位置のグラフである。
様々な図面の同様の参照番号および記号表示は同様の要素を示す。
様々なインシトゥモニタリング技法は、基板上の層の厚さに依存する値のシーケンスを生成することができる。例えば、１つの光学モニタリング技法は、研磨中に基板から反射される光のスペクトルを測定し、ライブラリからの一致する参照スペクトルを識別することである。参照スペクトルに関連する厚さの値は値のシーケンスを形成する。別の光学モニタリング技法は、研磨中に基板から反射された光のスペクトルを測定し、スペクトル特徴の特性、例えば、ピークまたは谷の波長または幅を追跡することである。測定したスペクトルからの波長または幅の値は値のシーケンスを形成する。別の例として、渦電流モニタシステムにより、値のシーケンスを生成することができる。
上記のように、研磨が進行するにつれて研磨速度が徐々に変化している場合、線形関数が所望の研磨終点を正確に予見しないことがある。加えて、研磨速度が安定している場合でさえ、値のシーケンスが線形でないことがある。その代りに、非線形関数、例えば、２次多項式が値のシーケンスにフィットする。終点は、非線形関数が目標値に達するか、または目標量だけ変化した予測時間に宣言することができる。
基板は、半導体層上に配置された単一の誘電体層のような単純なものとするか、またははるかに複雑な層スタックを有することができる。例えば、基板は、第１の層と、第１の層の上に配置された第２の層とを含むことができる。第１の層は、誘電体、例えば、二酸化ケイ素などの酸化物、または炭素ドープ二酸化ケイ素などの低誘電率材料、例えば、ブラックダイアモンド（商標）（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．製）もしくはＣｏｒａｌ（商標）（Ｎｏｖｅｌｌｕｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．製）とすることができる。第２の層は、第１の層と異なる組成物のバリア層とすることができる。例えば、バリア層は、金属、または窒化金属、例えば、窒化タンタルまたは窒化チタンとすることができる。１つまたは複数の追加層、例えば、低誘電率キャッピング材料、例えば、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）から形成された材料が第１の層と第２の層との間に、適宜、配置される。第１の層および第２の層の両方は少なくとも半透明である。一緒にして、第１の層および１つまたは複数の追加層（存在する場合）は、第２の層の下に層スタックを形成する。しかし、いくつかの実施態様では、例えば、ポリシリコンおよび／または誘電体、例えば、低誘電率、超低誘電率（ＵＬＫ）、または極低誘電率（ＵＬＫ）材料を含む単一の層のみが研磨される（研磨される層より下に追加層が存在することがあるが）。
化学機械研磨を使用して、第２の層が露出されるまで基板を平坦化することができる。例えば、不透明な導電性材料が存在する場合、その導電性材料は、第２の層、例えば、バリア層が露出されるまで研磨することができる。次に、第１の層の上に残っている第２の層の部分が除去され、基板は、第１の層、例えば、誘電体層が露出されるまで研磨される。加えて、目標厚さが残るか、または目標量の材料が除去されてしまうまで、第１の層、例えば、誘電体層を研磨することが時には望ましい。
研磨の１つの方法は、少なくとも第２の層、例えば、バリア層が露出されるまで第１の研磨パッド上で導電層を研磨することである。加えて、第２の層の厚さの一部は、例えば、第１の研磨パッドにおける過剰研磨ステップの間に除去することができる。次に、基板は第２の研磨パッドに移送され、第２の層、例えば、バリア層が完全に除去され、下にある第１の層、例えば、低誘電率誘電体の厚さの一部がさらに除去される。加えて、存在する場合には、第１の層と第２の層との間の１つまたは複数の追加層を、第２の研磨パッドにおいて同じ研磨動作で除去することができる。
しかし、基板が第２の研磨パッドに移送されるとき、第２の層の初期厚さが分からないことがある。上記のように、これは、選択したスペクトル特徴の特性をスペクトル測定で追跡して目標厚さの終点を決定する光学終点検出技法では問題を招くことがある。しかし、この問題は、第２の層の除去と、下にある第１の層または層構造の露出を信頼性高く検出することができる別のモニタリング技法によってスペクトル特徴の追跡がトリガされる場合、軽減することができる。加えて、第１の層の初期厚さを測定することによって、かつ第１の層の初期厚さおよび目標厚さから目標特徴値を計算することによって、第１の層の厚さの基板間均一性を改善することができる。
スペクトル特徴は、スペクトルのピーク、スペクトルの谷、スペクトルの変曲点、またはスペクトルのゼロ交差を含むことができる。特徴の特性は、波長、幅、または強度を含むことができる。
図１は、基板１０を研磨するように動作可能な研磨装置２０を示す。研磨装置２０は回転可能なディスク形状プラテン２４を含み、その上に研磨パッド３０が位置する。プラテンは、軸２５のまわりで回転するように動作可能である。例えば、モータは駆動軸２２を回して、プラテン２４を回転させることができる。研磨パッド３０は、例えば接着剤の層によってプラテン２４に着脱可能に固定することができる。摩耗したとき、研磨パッド３０は取り外して取り替えることができる。研磨パッド３０は、外側研磨層３２とより軟質のバッキング層３４とをもつ２層研磨パッドとすることができる。
研磨パッドを通る光学通路（ｏｐｔｉｃａｌ ａｃｃｅｓｓ）３６が、開孔（すなわち、パッドを通り抜ける孔）または固体窓を含むことによって設けられる。固体窓は研磨パッドに固定することができるが、いくつかの実施態様では、固体窓はプラテン２４上に支持され、研磨パッドの開孔に突き出ることができる。研磨パッド３０は、通常、開孔または窓がプラテン２４の凹部２６に位置する光ヘッド５３の上に重なるようにプラテン２４上に載置される。その結果、光ヘッド５３は、開孔または窓を通して研磨される基板までの光学通路を有する。
窓は、例えば、剛性結晶性材料もしくはガラス質材料、例えば、石英もしくはガラス、またはより軟質のプラスチック材料、例えば、シリコン、ポリウレタン、もしくはハロゲン化ポリマー（例えば、フッ化ポリマー）、または上述の材料の組合せとすることができる。窓は白色光に対して透明とすることができる。固体窓の上面が剛性結晶性材料またはガラス質材料である場合、上面は、引掻きを防止するために研磨表面から十分に引っ込められるべきである。上面が研磨表面の近くにあり、研磨表面と接触することがある場合、窓の上面はより軟質のプラスチック材料とすべきである。いくつかの実施態様では、固体窓は研磨パッド中に固定され、ポリウレタン窓、または石英とポリウレタンとの組合せを有する窓である。窓は、特定の色の単色光、例えば、青色光または赤色光に対して高い透過率、例えば、ほぼ８０％の透過率を有することができる。窓は、液体が窓および研磨パッド３０のインターフェースを通って漏れないように研磨パッド３０に封着することができる。
１つの実施態様では、窓は、より軟質のプラスチック材料の外側層で覆われた剛性結晶性材料またはガラス質材料を含む。より軟質の材料の上面は、研磨表面と同一平面とすることができる。剛性材料の底面は、研磨パッドの底面と同一平面とするか、または研磨パッドの底面に対して引っ込めることができる。特に、研磨パッドが２層を含む場合、固体窓は研磨層中に一体化することができ、下部層は固体窓と位置合わされた開孔を有することができる。
窓の底面は、適宜、１つまたは複数の凹部を含むことができる。凹部は、例えば、光ファイバケーブルの端部または渦電流センサの端部を収容するように整形することができる。凹部により、光ファイバケーブルの端部または渦電流センサの端部は、研磨される基板表面から、窓の厚さ未満の距離に位置することができるようになる。窓が剛性結晶性部分またはガラス様部分を含み、そのような部分に凹部が機械加工で形成される実施態様では、凹部は機械加工によって生じた掻き傷を除去するように研磨される。代替として、溶媒および／または液体ポリマーを凹部の表面に塗布して、機械加工によって生じた掻き傷を除去することができる。機械加工によって通常生じる掻き傷を除去することにより、散乱を低減し、窓を通る光の透過率を改善することができる。
研磨パッドのバッキング層３４は、研磨パッドの外側の研磨層３２に、例えば接着剤で貼りつけることができる。光学通路３６を備える開孔は、例えば、開孔を含むようにパッド３０を切削するかまたは成形することによってパッド３０に形成することができ、窓は、開孔に挿入し、パッド３０に例えば接着剤で固定することができる。代替として、窓の液体前駆体がパッド３０の開孔に小出しに供給され、硬化処理されて、窓を形成することができる。代替として、固体透明要素、例えば、上述の結晶性部分またはガラス様部分を液体パッド材料中に位置づけることができ、液体パッド材料を硬化処理して透明要素のまわりにパッド３０を形成することができる。後の２つの場合のどちらでも、パッド材料のブロックを形成することができ、成形した窓をもつ研磨パッドの層をブロックから切断することができる。
研磨装置２０は、組合せ型スラリ／リンスアーム３９を含む。研磨の間、アーム３９は、液体とペーハー調整剤とを含むスラリ３８を小出しに供給するように動作可能である。代替として、研磨装置は、スラリを研磨パッド３０上に小出しに供給するように動作可能なスラリポートを含む。
研磨装置２０は、基板１０を研磨パッド３０に押しつけるように動作可能なキャリアヘッド７０を含む。キャリアヘッド７０は、支持構造体７２、例えば、カルーセルから吊り下げられ、キャリアヘッドが軸７１のまわりで回転できるようにキャリア駆動軸７４によってキャリアヘッド回転モータ７６に接続される。加えて、キャリアヘッド７０は、支持構造体７２に形成された半径方向スロット中で横方向に振動することができる。運転中、プラテンはその中心軸２５のまわりで回転され、キャリアヘッドはその中心軸７１のまわりで回転され、研磨パッドの上面の端から端まで横方向に平行移動される。
研磨装置は、以下で説明するように研磨終点を決定するのに使用することができる光学モニタシステムをさらに含む。光学モニタシステムは、光源５１と光検出器５２とを含む。光は、光源５１から研磨パッド３０の光学通路３６を通過し、基板１０に突き当たり、基板１０から反射され、光学通路３６を通って戻り、光検出器５２に移動する。
分岐光ケーブル５４を使用して、光を光源５１から光学通路３６に送出し、光学通路３６から光検出器５２に戻すことができる。分岐光ケーブル５４は、「幹線」５５と２つの「支線」５６および５８とを含むことができる。
上記のように、プラテン２４は凹部２６を含み、その中に光ヘッド５３が位置する。光ヘッド５３は、研磨される基板表面に光を運び、かつ研磨される基板表面から光を運ぶように構成される分岐ファイバケーブル５４の幹線５５の一方の端部を保持する。光ヘッド５３は、分岐ファイバケーブル５４の端部の上に重なる１つまたは複数のレンズまたは窓を含むことができる。代替として、光ヘッド５３は、研磨パッドの固体窓の近傍にある幹線５５の端部を単に保持することができる。光ヘッド５３は、必要に応じて、例えば、予防保守または是正保守を達成するために凹部２６から取り除くことができる。
プラテンは取外し可能なインシトゥモニタリングモジュール５０を含む。インシトゥモニタリングモジュール５０は、光源５１と、光検出器５２と、信号を光源５１に送り、信号を光検出器５２から受け取るための回路とのうちの１つまたは複数を含むことができる。例えば、検出器５２の出力は、駆動軸２２の回転カプラ、例えば、スリップリングを経由して光学モニタシステムのコントローラに進むデジタル電子信号とすることができる。同様に、光源は、コントローラから回転カプラを経由してモジュール５０に進むデジタル電子信号の制御コマンドに応答してオンまたはオフにすることができる。
インシトゥモニタリングモジュール５０は、さらに、分岐光ファイバ５４の支線部分５６および５８のそれぞれの端部を保持することができる。光源は光を送出するように動作可能であり、その光は支線５６を通して運ばれ、光ヘッド５３に置かれた幹線５５の端部を出ていき、研磨される基板に突き当たる。基板から反射された光は、光ヘッド５３に置かれた幹線５５の端部で受け取られ、支線５８を通して光検出器５２に運ばれる。
１つの実施態様において、分岐ファイバケーブル５４は光ファイバの束である。束は、第１のグループの光ファイバと、第２の光ファイバのグループとを含む。第１のグループの光ファイバは、光源５１からの光を研磨される基板表面に運ぶように接続される。第２のグループの光ファイバは、研磨される基板表面から反射した光を受け取り、受け取った光を光検出器５２に運ぶように接続される。第２のグループの光ファイバが分岐光ファイバ５４の長手軸に中心をもつ（分岐ファイバケーブル５４の断面で見るとき）Ｘ様形状を形成するように、光ファイバは配列することができる。代替として、他の構成を実施することができる。例えば、第２のグループの光ファイバは、互いの鏡像であるＶ様形状を形成することができる。好適な分岐光ファイバは、テキサス州、キャロルトンのＶｅｒｉｔｙ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．から入手可能である。
研磨パッド窓と、研磨パッド窓に隣接する分岐ファイバケーブル５４の幹線５５の端部との間に、通常、最適距離が存在する。この距離は経験的に決定することができ、例えば、窓の反射率、分岐ファイバケーブルから放出される光線の形状、およびモニタされている基板までの距離によって影響される。１つの実施態様では、窓に隣接する端部が、実際には窓に接触せずに、窓の底部にできる限り接近するように、分岐ファイバケーブルは位置する。この実施態様では、研磨装置２０は、分岐ファイバケーブル５４の端部と研磨パッド窓の底面との間の距離を調整するように動作可能である機構を、例えば、光ヘッド５３の一部として、含むことができる。代替として、分岐ファイバケーブル５４の近位端部が窓に埋め込まれる。
光源５１は白色光を放出するように動作可能である。１つの実施態様では、放出される白色光は、２００〜８００ナノメートルの波長を有する光を含む。好適な光源はキセノンランプまたはキセノン水銀ランプである。
光検出器５２は分光器とすることができる。分光器は、基本的に電磁スペクトルの一部にわたって、光の性質、例えば、強度を測定するための光学機器である。好適な分光器はグレーチング分光器である。分光器の典型的な出力は波長の関数としての光の強度である。
光源５１および光検出器５２は、それらの動作を制御し、かつそれらの信号を受け取るように動作可能なコンピューティングデバイスに接続される。コンピューティングデバイスは、研磨装置の近くに位置するマイクロプロセッサ、例えば、パーソナルコンピュータを含むことができる。制御に関して、コンピューティングデバイスは、例えば、光源５１の起動をプラテン２４の回転と同期させることができる。図２に示されるように、コンピュータにより、基板１０がインシトゥモニタリングモジュール５０を通る直前に始動し、通った直後に終了する一連の閃光を、光源５１は放出することができる。点２０１〜２１１の各々は、インシトゥモニタリングモジュール５０からの光が基板１０上に突き当たり、基板１０から反射した場所を表す。代替として、コンピュータにより、基板１０がインシトゥモニタリングモジュール５０を通る直前に始動し、通った直後に終了する光を、光源５１は連続的に放出することができる。
研磨が進行するときに、例えば、プラテン中のセンサが基板の端から端まで連続的に掃引することから得られるスペクトルは、スペクトルのシーケンスを生成する。いくつかの実施態様では、光源５１は、一連の閃光を基板１０の多数の部分に放出する。例えば、光源は、基板１０の中心部および基板１０の外側部に閃光を放出することができる。基板１０から反射された光を光検出器５２で受け取り、基板１０の多数の部分からの多数のスペクトルのシーケンスを決定することができる。特徴をスペクトル中で識別することができ、各特徴は基板１０の１つの部分に関連づけられる。特徴は、例えば、基板１０の研磨の終点状態を決定する際に使用することができる。いくつかの実施態様では、基板１０の多数の部分をモニタリングすることにより、基板１０の部分のうちの１つまたは複数での研磨速度を変化させることができる。
信号を受け取ることに関して、コンピューティングデバイスは、例えば、光検出器５２で受け取られる光のスペクトルを記述する情報を搬送する信号を受け取ることができる。図３Ａは、光源の単一の閃光から放出され、基板から反射された光から測定されたスペクトルの例を示す。スペクトル３０２は製品基板から反射された光から測定されている。スペクトル３０４は、基本シリコン基板（シリコン層のみを有するウエハである）から反射された光から測定されている。スペクトル３０６は、光ヘッド５３の上に位置する基板がない場合に光ヘッド５３で受け取られた光からのものである。本明細書で暗黒状態と呼ぶこの状態の下では、受け取った光は一般に周辺光である。
コンピューティングデバイスは上述の信号またはその一部を処理して、研磨ステップの終点を決定することができる。いかなる特定の理論にも限定されることなく、基板１０から反射される光のスペクトルは研磨が進行するときに漸進的に変化する。図３Ｂは、対象の膜の研磨が進行するときのスペクトルの漸進的変化の一例を提供する。スペクトルの異なるラインは、研磨時の異なる時間を表す。見て分かるように、反射光のスペクトルの特性は、膜の厚さが変化するにつれて変化し、特定のスペクトルが膜の特定の厚さで呈示される。膜の研磨が進行するときに反射光のスペクトルのピーク（すなわち、極大）が観察される場合、ピークの高さは、一般に、変化し、ピークは、材料が除去されるにつれて幅が広がる傾向がある。広がることに加えて、特定のピークが位置している波長は、一般に、研磨が進行するにつれて増加する。いくつかの実施態様では、特定のピークが位置している波長は、一般に、研磨が進行するにつれて減少する。例えば、ピーク３１０（１）は研磨中のある時間のスペクトルのピークを示し、ピーク３１０（２）は研磨中の後の時間の同じピークを示す。ピーク３１０（２）はより長い波長に位置しており、ピーク３１０（１）よりも広い。
ピークの波長および／または幅（例えば、ピークより下の固定距離で測定した幅、またはピークと最も近くの谷との中間の高さで測定した幅）の相対変化、ピークの絶対波長および／または幅、または両方を使用して、実験式に従って研磨の終点を決定することができる。終点を決定するときに使用する最良の１つのピーク（または複数のピーク）は、何の材料が研磨されているかと、材料のパターンとに応じて変わる。
いくつかの実施態様では、ピーク波長の変化を使用して終点を決定することができる。例えば、ピークの開始の波長とピークの現在の波長との間の差が目標差に達したとき、研磨装置２０は基板１０の研磨を停止することができる。代替として、ピーク以外の特徴を使用して、基板１０から反射される光の波長の差を決定することができる。例えば、谷、変曲点、またはｘもしくはＹ軸切片の波長を光検出器５２でモニタすることができ、波長が所定の量だけ変化したとき、研磨装置２０は基板１０の研磨を停止することができる。
いくつかの実施態様では、モニタされる特性は、波長の代わりに、または波長に加えて特徴の幅または強度である。特徴は、４０ｎｍから１２０ｎｍの程度シフトすることがあるが、他のシフトがありうる。例えば、特に誘電体の研磨の場合には、上限が非常に大きくなることがある。
図４のＡは、基板１０から反射された光の測定スペクトル４００ａの一例を提供する。光学モニタシステムは、スペクトル４００ａを高域フィルタに通して、スペクトルの全体的な傾きを低減し、その結果、図４のＢに示されるようなスペクトル４００ｂがもたらされる。例えば、バッチで多数の基板を処理する間に、大きいスペクトル差がウエハ間に存在することがある。同じバッチの基板にわたるスペクトル変動を低減するために、高域フィルタを使用してスペクトルを正規化することができる。例示の高域フィルタは、０．００５Ｈｚのカットオフおよび４次フィルタ（ｆｉｌｔｅｒ ｏｒｄｅｒ ｏｆ ４）を有することができる。高域フィルタは、潜在的な変動（ｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇ ｖａｒｉａｔｉｏｎ）に対する感度をフィルタ除去するだけでなく、正当な信号を「平ら」にして特徴の追跡をより容易にすることにも使用される。
終点を決定するために、終点のどの特徴を追跡するかをユーザが選択するために、等高線プロットを生成し、ユーザに表示することができる。図５Ｂは、研磨中に基板１０から反射された光の多数のスペクトル測定から生成した等高線プロット５００ｂの一例を提供し、図５Ａは、輪郭プロット５００ｂの特定の瞬間からの測定スペクトル５００ａの一例を提供する。等高線プロット５００ｂは、スペクトル５００ａでの関連するピーク５０２および谷５０４に由来するピーク区域５０２および谷区域５０４などの特徴を含む。時間が進むにつれて、基板１０は研磨され、等高線プロット５００ｂのスペクトル特徴に対する変化で示されるように、基板から反射される光は変化する。
等高線プロット５００ｂを生成するために、試験基板を研磨することができ、試験基板から反射される光を光検出器５２で研磨の間測定して、基板１０から反射される光のスペクトルのシーケンスを生成することができる。スペクトルのシーケンスは、例えば、適宜、光学モニタシステムの一部とすることができるコンピュータシステムに記憶することができる。セットアップ基板の研磨は、時間Ｔ１で開始し、推定終点時間を過ぎて継続することができる。
試験基板の研磨が完了したとき、コンピュータは、研磨装置２０のオペレータに提示するために、例えばコンピュータモニタに等高線プロット５００ｂを表示する。いくつかの実施態様では、コンピュータは、例えば、スペクトルのより高い強度値に赤色を、スペクトルのより低い強度値に青色を、スペクトルの中間の強度値に中間色（オレンジ色から緑色）を割り当てることによって等高線プロットを色分けする。他の実施態様では、コンピュータは、スペクトルのより低い強度値に灰色の最も暗い陰影を、スペクトルのより高い強度値に灰色の最も明るい陰影を、スペクトルの中間の強度値に中間の陰影を割り当てることによってグレースケール等高線プロットを作り出す。代替として、コンピュータは、スペクトルのより高い強度値には最大のｚ値、スペクトルのより低い強度値には最小のｚ値、スペクトルの中間値には中間のｚ値をもつ３Ｄ等高線プロットを生成することができる。３Ｄ等高線プロットは、例えば、色、グレースケール、または白黒で表示することができる。いくつかの実施態様では、研磨装置２０のオペレータは、スペクトルの異なる特徴を見るために３Ｄ等高線プロットと対話することができる。
研磨中に試験基板をモニタすることから生成された反射光の等高線プロット５００ｂは、例えば、ピーク、谷、スペクトルゼロ交差点、および変曲点などのスペクトル特徴を含むことができる。特徴は、波長、幅、および／または強度などの特性を有することができる。等高線プロット５００ｂで示されるように、研磨パッド３０がセットアップ基板の上面から材料を除去するにつれて、セットアップ基板から反射される光は時間とともに変化することがあり、そこで、特徴の特性は時間とともに変化する。
デバイス基板を研磨する前に、研磨装置２０のオペレータは等高線プロット５００ｂを見て、セットアップ基板と同様のダイフィーチャを有する基板のバッチの処理中に追跡すべき特徴の特性を選択することができる。例えば、研磨装置２０のオペレータが追跡するために、ピークの波長５０６を選択することができる。等高線プロット５００ｂ、特に、色分けされた等高線プロットまたは３Ｄ等高線プロットの潜在的な利点は、特徴、例えば、時間とともに直線的または放物線的に変化する特性をもつ特徴を容易に視覚的に区別できるので、そのようなグラフィック表示では、ユーザによる適切な特徴の選択がより容易になることである。
終点基準を選択するために、選択した特徴の特性は、試験基板の研磨前の厚さおよび研磨後の厚さに基づいて線形補間によって計算することができる。例えば、試験基板上の層の厚さＤ１およびＤ２は、それぞれ、研磨前（例えば、研磨を開始する時間Ｔ１の前の試験基板の厚さ）および研磨後（例えば、研磨が終了した時間Ｔ２の後の試験基板の厚さ）に測定することができ、特性の値は、目標厚さＤ’が達成される時間Ｔ’に測定することができる。Ｔ’は、Ｔ’＝Ｔ１＋（Ｔ２−Ｔ１）×（Ｄ２−Ｄ’）／（Ｄ２−Ｄ１）から計算することができ、および、特性の値Ｖ’は、時間Ｔ’に測定されたスペクトルから決定することができる。代替として、Ｔ’の値は、試験基板のインシトゥモニタリングからの測定データにフィットする非線形関数、例えば、２次多項式から計算することができる。
ピーク５０６の波長の特定の変化などの選択した特徴の特性の目標差δＶはＶ’−Ｖ１から決定することができ、ここで、Ｖ１は初期特性値（時間Ｔ１での）である。したがって、目標差δＶは、時間Ｔ１での研磨の前の特性Ｖ１の初期値から、研磨が完了すると予測される時間Ｔ’の特性Ｖ’の値までの変化とすることができる。研磨装置２０のオペレータは、特徴の特性が変化する目標差６０４（例えば、δＶ）を、研磨装置２０に関連するコンピュータに入力することができる。
Ｖ’の値を決定し、引き続いて点６０２の値を決定するために、頑強なラインフィッティングを使用して、ライン５０８を測定データにフィットさせることができる。時間Ｔ’でのライン５０８の値からＴ１でのライン５０８の値を減算したものを使用して、点６０２を決定することができる。代替として、Ｖ’の値を決定し、引き続いて点６０２の値を決定するために、非線形関数、例えば、２次多項式を測定データにフィットさせることができる。時間Ｔ’での非線形関数の値からＴ１の非線形関数５０８での値を減算したものを使用して、点６０２を決定することができる。
スペクトルのピーク５０６などの特徴は、特徴の特性の目標差と、研磨中にセットアップ基板から除去された材料の量との間の相関に基づいて選択することができる。研磨装置２０のオペレータは、特性の目標差と、セットアップ基板から除去された材料の量との間に良好な相関をもつ特徴の特性を見いだすために、異なる特徴および／または特徴の特性を選択することができる。
他の実施態様では、終点決定論理が、追跡すべきスペクトル特徴および終点基準を決定する。
次に、デバイス基板の研磨に移ると、図６Ａは、デバイス基板１０の研磨中に追跡した特徴の特性の差値６０２ａ〜ｄの例示のグラフ６００ａである。基板１０は研磨される基板のバッチの一部とすることができ、ここで、研磨装置２０のオペレータは、セットアップ基板の等高線プロット５００ｂから追跡すべき特徴の特性、例えばピークまたは谷の波長などを選択した。
基板１０が研磨されるとき、光検出器５２は基板１０から反射された光のスペクトルを測定する。終点決定論理は光のスペクトルを使用して、特徴の特性に対する値のシーケンスを決定する。選択した特徴の特性の値は、材料が基板１０の表面から除去されるにつれて変化しうる。特徴の特性の値のシーケンスと特徴の特性Ｖ１の初期値との間の差を使用して、差値６０２ａ〜ｄを決定する。
基板１０が研磨されるとき、終点決定論理は、追跡している特徴の特性の現在値を決定することができる。いくつかの実施態様では、特徴の現在値が初期値から目標差６０４だけ変化したとき、終点を宣言することができる。
非線形関数６０６、例えば２次の多項式関数、例えば、２次多項式関数（例えば、放物曲線）が値のシーケンスにフィットされる。２次多項式関数Ｆは、
Ｆ＝Ａ×ｘ２＋Ｂ×ｘ＋Ｃ
として表すことができ、ここで、Ａ、Ｂ、およびＣは２次多項式関数Ｆの係数であり、ｘは時間またはプラテン回転の回数を表す。
非線形関数は、いかなる予測の研磨時間にわたっても単調であるべきである。非線形関数を値のシーケンスにフィットさせるのは、Ｓａｖｉｔｚｋｙ−Ｇｏｌａｙフィルタを適用することによって行うことができる。Ｓａｖｉｔｚｋｙ−Ｇｏｌａｙフィルタのあり得る利点は、それが他のいくつかのフィッティングアルゴリズムよりも安定であることである。
研磨終点時間は非線形関数６０６に基づいて予見することができる。加えて、研磨は、非線形関数２１４が目標値ＩＴを横切る終点時間ＴＥで停止することができる。
非線形関数６０６の係数は、基板１０の研磨中に、新しい差値が計算されるとき変化することがある。いくつかの実施態様では、非線形関数６０６が目標差６０４に達する時間が推定終点時間６０８を与える。非線形関数６０６の関数が新しい差値に応じるように変化するとき、推定終点時間６０８は変化することがある。
いくつかの実施態様では、非線形関数６０６の関数を使用して基板１０から除去された材料の量を決定し、関数によって決定された現在値の変化を使用して、目標差が達せられ、終点を宣言する必要がある時を決定する。非線形関数６０６は除去された材料の量を追跡する。代替として、基板１０から材料の特定の厚さを除去する場合、関数によって決定された現在値の変化を使用して、基板１０の上面から除去された材料の量と、終点を宣言すべき時とを決定することができる。例えば、オペレータは、目標差を、選択した特徴の波長の５０ナノメートルの変化であるように設定することができる。例えば、選択したピークの波長の変化を使用して、どのくらいの材料が基板１０の上部層から除去されたかと、終点を宣言すべき時とを決定することができる。
基板１０を研磨する前の時間Ｔ１において、選択した特徴の特性値の差は０である。研磨パッド３０が基板１０を研磨し始めたとき、識別した特徴の特性値は、材料が基板１０の上面から研磨されるにつれて変化しうる。例えば、研磨中に、選択した特徴の特性の波長はより高い波長またはより低い波長に移動しうる。雑音効果を排除すると、特徴の波長、したがって波長の差は、単調に、多くの場合直線的に変化する傾向がある。時間Ｔ’において、終点決定論理は、識別した特徴の特性が目標差δＶだけ変化したことを決定し、終点を宣言することができる。例えば、特徴の波長が５０ナノメートルの目標差だけ変化したとき、終点が宣言され、研磨パッド３０は基板１０の研磨を停止する。
基板のバッチを処理する場合、光学モニタシステム５０は、例えば、基板のすべてにわたって同じスペクトル特徴を追跡することができる。スペクトル特徴は、基板上の同じダイフィーチャに関連づけることができる。スペクトル特徴の開始波長は、基板の潜在的な変動に基づいてバッチにわたって基板ごとに変化することがある。いくつかの実施態様では、多数の基板にわたるばらつきを最小にするために、終点決定論理は、選択した特徴の特性値、または特徴の特性の変化の値にフィットする関数が、目標差の代わりに終点基準値ＥＭだけ変化したときに終点を宣言することができる。終点決定論理は、セットアップ基板から決定される予測の初期値ＥＩＶを使用することができる。基板１０に関して追跡している特徴の特性が識別された時間Ｔ１において、終点決定論理は、処理される基板に対して実際の初期値ＡＩＶを決定する。終点決定論理は初期値重みＩＶＷを使用して、バッチにわたる基板の変動を考慮しながら終点決定への実際の初期値の影響を低減させることができる。基板変動は、例えば、基板厚さ、または下にある構造の厚さを含むことができる。初期値重みは、基板間の処理の均一性を向上するために基板変動に相関させることができる。終点基準値は、例えば、初期値重みに、実際の初期値と予測の初期値との間の差を乗算し、目標差を加算することよって決定することができ、例えば、ＥＭ＝ＩＶＷ×（ＡＩＶ−ＥＩＶ）＋δＶである。
いくつかの実施態様では、重み付けした組合せを使用して、終点を決定する。例えば、終点決定論理は、関数からの特性の初期値および関数からの特性の現在値と、初期値と現在値との間の第１の差とを計算することができる。終点決定論理は、初期値と目標値との間の第２の差を計算し、第１の差と第２の差との重み付けした組合せを生成することができる。
図６Ｂは、基板１０の２つの部分で得られた特性測定値差対時間の例示のグラフ６００ｂである。例えば、光学モニタシステム５０は、どれだけの材料が基板１０から除去されたかを決定するために、基板１０のエッジ部分の近くに位置する１つの特徴と、基板１０の中心部の近くに位置する別の特徴とを追跡することができる。セットアップ基板を試験するとき、研磨装置２０のオペレータは、例えば、セットアップ基板の異なる部分に対応する追跡すべき２つの特徴を識別することができる。いくつかの実施態様では、スペクトル特徴は、セットアップ基板上の同じタイプのダイフィーチャに対応する。他の実施態様では、スペクトル特徴は、セットアップ基板上の異なるタイプのダイフィーチャに関連づけられる。基板１０が研磨されているとき、光検出器５２は、セットアップ基板の選択した特徴に対応する基板１０の２つの部分からの反射光のスペクトルのシーケンスを測定することができる。２つの特徴の特性に関連する値のシーケンスは、終点決定論理で決定することができる。第１の差値６１０ａ〜ｂのシーケンスは、基板１０の第１の部分の特徴の特性に対して、研磨時間が進むとき、現在の特性値から初期の特性値を減算することによって計算することができる。第２の差値６１２ａ〜ｂのシーケンスは、同様に、基板１０の第２の部分の特徴の特性に対して計算することができる。
第１の非線形関数６１４は第１の差値６１０ａ〜ｂにフィットすることができ、第２の非線形関数６１６は第２の差値６１２ａ〜ｂにフィットすることができる。第１の非線形関数６１４および第２の非線形関数６１６は、同次数の多項式関数によって決定することができ、第１および第２の非線形関数の予測により、基板１０の推定研磨終点時間６１８、または研磨速度６２０の調整を決定することができる。
研磨中に、目標差６２２に基づく終点計算が、時間ＴＣにおいて、基板１０の第１の部分には第１の関数を用いて、基板の第２の部分には第２の関数を用いて行われる。基板の第１の部分および基板の第２の部分の推定終点時間が異なる（例えば、第１の部分は第２の部分の前に目標厚さに達することになる）場合、第１の関数および第２の関数が同じ終点時間６１８を有するように研磨速度６２０の調整を行うことができる。いくつかの実施態様では、終点が両方の部分で同時に達せられるように、第１の部分および基板の第２の部分の両方の研磨速度が調整される。代替として、第１の部分または第２の部分のいずれかの研磨速度を調整することができる。
研磨速度は、例えば、キャリアヘッド７０の対応する領域の圧力を増加または減少させることによって調整することができる。研磨速度の変化は、圧力の変化に正比例する、例えば、単純なＰｒｅｓｔｏｎｉａｎモデルであると仮定することができる。例えば、基板１０の第１の領域が時間ＴＡに目標厚さに達すると予測され、システムが目標時間ＴＴを設定していた場合、対応する領域における時間Ｔ３の前のキャリアヘッド圧力にＴＴ／ＴＡを乗算して、時間Ｔ３の後のキャリアヘッド圧力を用意することができる。加えて、プラテンまたはヘッドの回転速度の影響、異なるヘッド圧力の組合せの二次効果、研磨温度、スラリ流量、または研磨速度に影響を与える他のパラメータを考慮に入れた基板の研磨のための制御モデルを開発することができる。研磨プロセス中の後続の時間において、適切な場合、速度は再度調整することができる。
いくつかの実施態様では、コンピューティングデバイスは、デバイス基板１０から反射された光の測定スペクトルにおいて選択したスペクトル特徴を容易に識別するためにある波長範囲を使用する。コンピューティングデバイスは、選択したスペクトル特徴に対してその波長範囲を探索して、例えば、強度、幅、または波長に関して、測定スペクトルにおいて選択したスペクトル特徴に類似している他のスペクトル特徴から、選択したスペクトル特徴を区別する。
図７Ａは、光検出器５２によって受け取られた光から測定されたスペクトル７００ａの一例を示す。スペクトル７００ａは、選択したスペクトル特徴７０２（例えば、スペクトルのピーク）を含む。選択したスペクトル特徴７０２は、基板１０のＣＭＰ中の追跡のために終点決定論理で選択することができる。選択したスペクトル特徴７０２の特性７０４（例えば、波長）は、終点決定論理で識別することができる。特性７０４が目標差だけ変化したとき、終点決定論理は終点を宣言する。
いくつかの実施態様では、終点決定論理は、選択したスペクトル特徴７０２を探索すべき波長範囲７０６を決定する。波長範囲７０６は、約５０ナノメートルと約２００ナノメートルとの間の幅を有することができる。いくつかの実施態様では、波長範囲７０６は、例えば、波長範囲を選択するユーザ入力を受け取ることによって、前もって決定される、例えば、オペレータによって指定される、または、波長範囲を基板のバッチに関連づけるメモリから波長範囲を取り出すことによって、基板のバッチのプロセスパラメータとして指定される。いくつかの実施態様では、波長範囲７０６は、履歴データ、例えば、連続するスペクトル測定値の間の平均または最大距離に基づく。いくつかの実施態様では、波長範囲７０６は、試験基板に関する情報に基づき、例えば、目標差δＶの２倍である。
図７Ｂは、光検出器５２によって受け取られた光から測定されたスペクトル７００ｂの一例を示す。例えば、スペクトル７００ｂは、スペクトル７００ａが取られた直後にプラテン２４の回転中に測定される。いくつかの実施態様では、終点決定論理は、前のスペクトル７００ａの特性７０４の値（例えば、５２０ｎｍ）を決定し、波長範囲７０８の中心が特性７０４のより近くに位置づけられるように波長範囲７０６を調整する。
いくつかの実施態様では、終点決定論理は非線形関数６０６を使用して、特性７０４の予測の現在値を決定する。例えば、終点決定論理は現在の研磨時間を使用して、予測の差を決定し、特性７０４の初期値Ｖ１に予測の差を加算することによって特性７０４の予測の現在値を決定することができる。終点決定論理は、特性７０４の予測の現在値に波長範囲７０８の中心を置くことができる。
図７Ｃは、光検出器５２によって受け取られた光から測定されたスペクトル７００ｃの別の例を示す。例えば、スペクトル７００ｃは、スペクトル７００ａが取られた直後にプラテン２４の回転中に測定される。いくつかの実施態様では、終点決定論理は、波長範囲７１０の中心のために特性７０４の前の値を使用する。
例えば、終点決定論理は、基板１０の下の光学ヘッド５３の２つの連続する通過の間に決定された特性７０４の値の間の平均差異を決定する。終点決定論理は、波長範囲７１０の幅を平均差異の２倍に設定することができる。いくつかの実施態様では、終点決定論理は、波長範囲７１０の幅を決定する際に特性７０４の値の間の差異の標準偏差を使用する。
いくつかの実施態様では、波長範囲７０６の幅は、すべてのスペクトル測定に対して同じである。例えば、波長範囲７０６、波長範囲７０８、および波長範囲７１０の幅は同じである。いくつかの実施態様では、波長範囲の幅は異なる。例えば、特性７０４が特性の前の測定値から２ナノメートルだけ変化していると推定される場合、波長範囲７０８の幅は６０ナノメートルである。特性７０４が特性の前の測定値から５ナノメートルだけ変化していると推定される場合、波長範囲７０８の幅は８０ナノメートルであり、特性のより少ない変化に対する範囲よりも大きい波長範囲である。
いくつかの実施態様では、波長範囲７０６は、基板１０の研磨中のすべてのスペクトル測定に対して同じである。例えば、波長範囲７０６は４７５ナノメートルから５５５ナノメートルであり、終点決定論理は、基板１０の研磨中に取られたすべてのスペクトル測定値に対して、選択したスペクトル特徴７０２を４７５ナノメートルと５５５ナノメートルとの間の波長で探索するが、他の波長範囲が可能である。波長範囲７０６は、インシトゥモニタシステムで測定された全スペクトル範囲のサブセットとしてユーザ入力によって選択することができる。
いくつかの実施態様では、終点決定論理探索は、スペクトル測定のいくつかでは変更した波長範囲で、およびスペクトルの残りでは前のスペクトルで使用された波長範囲で、選択したスペクトル特徴７０２を探索する。例えば、終点決定論理は、プラテン２４の第１の回転中に測定されたスペクトルに対して波長範囲７０６で、およびプラテン２４の連続回転中に測定されたスペクトルに対して波長範囲７０８で、選択したスペクトル特徴７０２を探索し、ここで、両方の測定は基板１０の第１の区域で行われた。例を継続すると、終点決定論理は、同じプラテン回転中に測定された２つのスペクトルに対して波長範囲７１０で、別の選択したスペクトル特徴を探索し、ここで、両方の測定は、第１の区域と異なる基板１０の第２の区域で行われた。
いくつかの実施態様では、選択したスペクトル特徴７０２はスペクトルの谷またはスペクトルゼロ交差点である。いくつかの実施態様では、特性７０４は、ピークまたは谷の強度または幅（例えば、ピークより下の固定距離で測定した幅、またはピークと最も近くの谷との中間の高さで測定した幅）である。
図８は、研磨プロセスの終点を決定するときに使用する目標差δＶを選択する方法８００を示す。製品基板と同じパターンをもつ基板の性質が測定される（ステップ８０２）。測定される基板は、本明細書では、「セットアップ」基板と呼ぶ。セットアップ基板は、単に、製品基板と同様もしくは同じ基板とするか、またはセットアップ基板は製品基板のバッチからの１つの基板とすることができる。測定される性質は、基板上の対象の特定の場所における対象の膜の研磨前の厚さを含むことができる。一般に、多数の場所の厚さが測定される。これらの場所は、通常、各場所について同じタイプのダイフィーチャが測定されるように選択される。測定は計測ステーションで行うことができる。インシトゥ光学モニタシステムは、研磨の前に基板から反射される光のスペクトルを測定することができる。
セットアップ基板は対象の研磨ステップに従って研磨され、研磨中に得られるスペクトルが収集される（ステップ８０４）。研磨およびスペクトル収集は上述の研磨装置で行うことができる。スペクトルは研磨中にインシトゥモニタシステムによって収集される。基板は過剰研磨され、すなわち、推定終点を通り過ぎて研磨され、その結果、目標厚さが達成されたときに基板から反射される光のスペクトルを得ることができる。
過剰研磨された基板の性質が測定される（ステップ８０６）。この性質には、研磨前の測定で使用された１つまたは複数の特定の場所における対象の膜の研磨後の厚さが含まれる。
測定した厚さおよび収集したスペクトルを使用して、収集したスペクトルを検査することにより、研磨中にモニタすべきピークまたは谷などの特定のフィーチャを選択する（ステップ８０８）。特徴は研磨装置のオペレータが選択することができ、または特徴の選択は自動化することができる（例えば、従来のピーク発見アルゴリズムおよび経験的なピーク選択式に基づき）。例えば、研磨装置２０のオペレータに等高線プロット５００ｂを提示することができ、オペレータは、図５Ｂを参照して上述したように等高線プロット５００ｂから追跡すべき特徴を選択することができる。スペクトルの特定の領域が研磨中にモニタするのに望ましい特徴を含むと予測される（例えば、過去の経験、または理論に基づいた特徴挙動の計算により）場合、その領域の特徴しか考慮する必要がない。基板が研磨されるにつれてセットアップ基板の最上部から除去される材料の量との間で相関を呈示する特徴が、一般に、選択される。
測定した研磨前の膜厚さと研磨後の基板厚さとを使用して線形補間を行って、目標膜厚が達成される近似の時間を決定することができる。近似の時間をスペクトル等高線プロットと比較して、選択した特徴の特性の終点値を決定することができる。特徴の特性の終点値と初期値との間の差は、目標差として使用することができる。いくつかの実施態様では、特徴の特性の値を正規化するために、関数を特徴の特性の値にフィットさせる。関数の終点値と関数の初期値との間の差は、目標差として使用することができる。同じ特徴が、基板のバッチの残りの研磨の間モニタされる。
適宜、スペクトルを処理して、確度および／または精度を向上させる。例えば、スペクトルを共通基準に正規化する、スペクトルを平均化する、かつ／またはスペクトルから雑音をフィルタ処理するようにスペクトルを処理することができる。１つの実施態様では、低域フィルタをスペクトルに適用して、急峻なスパイクを低減または除去する。
モニタすべきスペクトル特徴は、一般に、特定の終点決定論理に対して経験的に選択され、その結果、特定の特徴ベース終点論理を適用することによってコンピュータデバイスが終点を宣言するとき、目標厚さが達成される。終点決定論理は、特徴の特性の目標差を使用して終点を宣言すべき時を決定する。特性の変化は、研磨が始まるときの特徴の初期特性値を基準にして測定することができる。代替として、終点は、目標差δＶに加えて、予測の初期値ＥＩＶおよび実際の初期値ＡＩＶを基準にして宣言することができる。終点論理は、基板ごとの潜在的な変動を補償するために、実際の初期値と予測の初期値の間の差に開始値重みＳＶＷを乗算することができる。例えば、終点決定論理は、終点基準値がＥＭ＝ＳＶＷ×（ＡＩＶ−ＥＩＶ）＋δＶが達せられたとき研磨を終了することができる。
いくつかの実施態様では、重み付けした組合せを使用して、終点を決定する。例えば、終点決定論理は、関数からの特性の初期値および関数からの特性の現在値と、初期値と現在値との間の第１の差とを計算することができる。終点決定論理は、初期値と目標値との間の第２の差を計算し、第１の差と第２の差との重み付けした組合せを生成することができる。重み付けした値が目標値に達したとき、終点を宣言することができる。終点決定論理は、モニタした１つの差（または複数の差）を特性の目標差と比較することによって、終点を宣言すべき時を決定することができる。モニタされる差が目標差に一致するか、または目標差を超える場合、終点が宣言される。１つの実施態様では、モニタされる差は、終点が宣言される前にある期間（例えば、プラテンの２回転）の間目標差と一致するか、または目標差を超えなければならない。
図９は、特定の目標厚さおよび特定の終点決定論理に対して、選択したスペクトル特徴に関連する特性の目標値を選ぶ方法９０１を示す。セットアップ基板は、ステップ８０２〜８０６において上述と同様に測定されて研磨される（ステップ９０３）。特に、スペクトルが収集され、収集したスペクトルの各々を測定した時間が記憶される。
特定のセットアップ基板に対する研磨装置の研磨速度が計算される（ステップ９０５）。平均研磨速度ＰＲは、研磨前の厚さＤ１および研磨後の厚さＤ２と実際の研磨時間ＰＴとを使用することによって計算することができ、例えば、ＰＲ＝（Ｄ２−Ｄ１）／ＰＴである。
以下で説明するように、較正点を設定して、選択した特徴の特性の目標値を決定するために、終点時間が特定のセットアップ基板に対して計算される（ステップ９０７）。終点時間は、計算した研磨速度ＰＲ、対象の膜の研磨前の開始厚さＳＴ、および対象の膜の目標厚さＴＴに基づいて計算することができる。研磨速度が研磨プロセスを通して一定であると仮定すると、終点時間は簡単な線形補間として計算することができ、例えば、ＥＴ＝（ＳＴ−ＴＴ）／ＰＲである。
適宜、パターン化基板のバッチの別の基板を研磨し、計算した終点時間で研磨を停止し、対象の膜の厚さを測定することによって、計算した終点時間を評価することができる。厚さが目標厚さの満足な範囲内にある場合、計算した終点時間は満足なものである。そうでない場合は、計算した終点時間を再計算することができる。
選択した特徴の目標特性値は、計算した終点時間にセットアップ基板から収集されたスペクトルから記録される（ステップ９０９）。対象のパラメータが選択した特徴の場所または幅の変化を含む場合、その情報は、計算した終点時間に先立つ期間の間に収集されたスペクトルを検査することによって決定することができる。特性の初期値と目標値との間の差は、特徴の目標差として記録される。いくつかの実施態様では、単一の目標差が記録される。
図１０は、研磨ステップの終点を決定するためにピークベース終点決定論理を使用する方法１０００を示す。パターン化基板のバッチの別の基板が上述の研磨装置を使用して研磨される（ステップ１００２）。
選択したスペクトル特徴、波長範囲、および選択したスペクトル特徴の特性の識別が受け取られる（ステップ１００４）。例えば、終点決定論理は、基板の処理パラメータに関するコンピュータからの識別を受け取る。いくつかの実施態様では、処理パラメータは、セットアップ基板の処理中に決定される情報に基づく。
基板が初めに研磨され、基板から反射した光を測定してスペクトルを作り出し、選択したスペクトル特徴の特性値が、測定スペクトルの波長範囲内で決定される。プラテンの回転ごとに、以下のステップが行われる。
研磨される基板表面から反射した光の１つまたは複数のスペクトルを測定して、現在のプラテン回転に対する１つまたは複数の現在のスペクトルを得る（ステップ１００６）。現在のプラテン回転に対して測定した１つまたは複数のスペクトルを適宜処理して、図８に関して上述したように確度および／または精度を向上させる。１つのスペクトルのみが測定される場合、その１つのスペクトルが現在のスペクトルとして使用される。１つを超える現在のスペクトルがプラテン回転に対して測定される場合、それらはグループ化され、各グループ内で平均化され、その平均を現在のスペクトルであると指定する。スペクトルは、基板の中心からの半径方向距離によってグループ化することができる。
例として、第１の現在のスペクトルを、点２０２および２１０（図２）で測定したスペクトルから得ることができ、第２の現在のスペクトルを、点２０３および２０９で測定したスペクトルから得ることができ、第３の現在のスペクトルを、点２０４および２０８で測定したスペクトルから得ることができる、などである。選択したスペクトルのピークの特性値は現在のスペクトルごとに決定することができ、研磨は基板の領域ごとに別々にモニタすることができる。代替として、選択したスペクトルピークの特性の最悪の場合の値を、現在のスペクトルから決定し、終点決定論理で使用することができる。
プラテンの各回転の間に、１つまたは複数の追加のスペクトルが、現在の基板のスペクトルのシーケンスに加えられる。研磨が進行するときに、研磨中に基板から除去された材料に起因して、シーケンス中のスペクトルの少なくともいくつかが異なる。
図７Ａ〜Ｃを参照して上述したように、現在のスペクトルに対する変更した波長範囲が生成される（ステップ１００８）。例えば、終点論理は、前の特性値に基づいて現在のスペクトルに対する変更した波長範囲を決定する。変更した波長範囲は、前の特性値に中心を置くことができる。いくつかの実施態様では、変更した波長範囲は予測の特性値に基づいて決定され、例えば、波長範囲の中心は予測の特性値に合致する。
いくつかの実施態様では、現在のスペクトルの波長範囲のうちのいくつかは異なる方法を使用して決定される。例えば、基板のエッジ区域で反射される光から測定されるスペクトルの波長範囲は、基板の同じエッジ区域で測定された前のスペクトルからの特性値に波長範囲の中心を置くことよって決定される。例を継続すると、基板の中心区域で反射される光から測定されるスペクトルに対する波長範囲は、中心区域の予測の特性値に波長範囲の中心を置くことによって決定される。
いくつかの実施態様では、現在のスペクトルの波長範囲の幅は同じである。いくつかの実施態様では、現在のスペクトルの波長範囲の幅のいくつかは異なる。
選択したスペクトル特徴の特性を探索するために波長範囲を識別すると、終点の検出または研磨速度変化の決定においてより高い確度を可能にすることができ、例えば、システムは後続のスペクトル測定中に誤ったスペクトル特徴を選択する可能性が低い。スペクトル全体にわたってではなくある波長範囲でスペクトル特徴を追跡すると、スペクトル特徴をより容易かつ迅速に識別することができるようになる。選択したスペクトル特徴を識別するのに必要とされる処理リソースを減少させることができる。
選択したピークの現在の特性値が、変更した波長範囲から抽出され（ステップ１０１０）、現在の特性値が、図８の文脈で上述した終点決定論理を使用して、目標特性値と比較される（ステップ１０１２）。例えば、現在の特徴の特性の値のシーケンスがスペクトルのシーケンスから決定され、関数が値のシーケンスにフィットされる。関数は、例えば、現在の特性値と初期の特性値との間の差に基づいて、研磨している間に基板から除去された材料の量を近似することができる非線形関数、例えば２次多項式とすることができる。
終点状態が満たされていないと終点決定論理が決定する（ステップ１０１４の「いいえ」分岐）限り、研磨は継続することができ、ステップ１００６、１００８、１０１０、１０１２、および１０１４が必要に応じて繰り返される。例えば、終点決定論理は、関数に基づいて、特徴の特性の目標差がまだ達せられていないと決定する。
いくつかの実施態様では、基板の多数の部分からの反射光のスペクトルが測定される場合、終点決定論理は、多数の部分の研磨が同時にまたはほぼ同時に完了するように基板の１つまたは複数の部分の研磨速度を調整する必要があると決定することができる。
終点状態が満たされたと終点決定論理が決定する（ステップ１０１４の「はい」分岐）とき、終点が宣言され、研磨は停止される（ステップ１０１６）。
スペクトルは、望ましくない光反射の影響を除去または低減するために正規化することができる。対象の１つまたは複数の膜以外の媒体が寄与する光反射には、研磨パッド窓からの光反射と、基板のベースシリコン層からの光反射とが含まれる。窓からの寄与は、暗黒状態下で（すなわち、基板がインシトゥモニタシステムの上に載置されていないとき）インシトゥモニタシステムが受け取る光のスペクトルを測定することによって推定することができる。シリコン層からの寄与は、ベアシリコン基板から反射した光のスペクトルを測定することによって推定することができる。それらの寄与は、通常、研磨ステップの開始の前に得られる。測定した未処理のスペクトルは以下のように正規化される。
正規化スペクトル＝（Ａ−Ｄａｒｋ）／（Ｓｉ−Ｄａｒｋ）
ここで、Ａは未処理のスペクトルであり、Ｄａｒｋは暗黒状態下で得られたスペクトルであり、Ｓｉはベアシリコン基板から得られたスペクトルである。
説明した実施形態では、スペクトルの波長ピークの変化を使用して終点検出を行う。ピークの代わりに、またはピークとともに、スペクトルの波長の谷（すなわち、極小）の変化を使用することもできる。終点を検出するとき、多数のピーク（または谷）の変化を使用することもできる。例えば、各ピークを個別にモニタすることができ、ピークの大多数の変化が終点状態を満たしたとき終点を宣言することができる。他の実施態様では、変曲点またはスペクトルゼロ交差の変化を使用して、終点検出を決定することができる。
いくつかの実施態様では、アルゴリズムセットアッププロセス１１００（図１１）と、そのあとに続くトリガされた特徴追跡技法１２００（図１２）を使用して１つまたは複数の基板を研磨する。
最初に、例えば、上述の技法のうちの１つを使用して第１の層の研磨を追跡する際に使用するために、スペクトルにおける対象の特徴の特性が選択される（ステップ１１０２）。例えば、特徴はピークまたは谷とすることができ、特性は、ピークまたは谷の波長または周波数の位置または幅、あるいはピークまたは谷の強度とすることができる。対象の特徴の特性が、異なるパターンの多種多様な製品基板に適用可能である場合、特徴および特性は装置製造業者が事前選択することができる。
加えて、研磨終点の近くの研磨速度ｄＤ／ｄｔが決定される（ステップ１１０４）。例えば、複数のセットアップ基板は、製品基板の研磨に使用されることになる研磨プロセスに従うが、予測の終点研磨時間に近い異なる研磨時間で研磨することができる。セットアップ基板は製品基板と同じパターンを有することができる。セットアップ基板ごとに、層の研磨前および研磨後の厚さを測定することができ、その差から除去された量が計算され、そのセットアップ基板の除去された量および関連する研磨時間がデータセットを備えるために記憶される。時間の関数としての除去された量の線形関数をデータセットにフィットさせることができ、線形関数の傾きが研磨速度を与える。
アルゴリズムセットアッププロセスは、セットアップ基板の第１の層の初期厚さＤ１を測定すること（ステップ１１０６）を含む。セットアップ基板は製品基板と同じパターンを有することができる。第１の層は、誘電体、例えば、低誘電率材料、例えば、炭素ドープ二酸化ケイ素、例えば、ブラックダイアモンド（商標）（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．製）またはＣｏｒａｌ（商標）（Ｎｏｖｅｌｌｕｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．製）とすることができる。
適宜、第１の材料の組成物に応じて、第１の材料および第２の材料の両方と異なる別の材料、例えば、誘電体材料、例えば、低誘電率キャップ材料、例えば、テトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）の１つまたは複数の追加層が第１の層の上に堆積される（ステップ１１０７）。一緒にして、第１の層および１つまたは複数の追加層は層スタックを形成する。
次に、異なる第２の材料の第２の層、例えば、バリア層、例えば、窒化物、例えば、窒化タンタルまたは窒化チタンが、第１の層または層スタックの上に堆積される（ステップ１１０８）。加えて、導電層、例えば、金属層、例えば、銅を第２の層の上に（および第１の層のパターンによって設けられたトレンチ内に）堆積させることができる（ステップ１１０９）。
測定は、研磨中に使用される光学モニタシステム以外の計測システム、例えば、インラインまたは別個の計測ステーション、例えば、形状測定器、または偏光解析法を使用する光学計測ステーションなどで行うことができる。いくつかの計測技法、例えば形状測定法では、第２の層が堆積される前に第１の層の初期厚さが測定されるが、他の計測技法、例えば偏光解析法では、第２の層が堆積される前後に測定を行うことができる。
次に、セットアップ基板は対象の研磨プロセスに従って研磨される（ステップ１１１０）。例えば、導電層と第２の層の一部とを、第１の研磨ステーションで第１の研磨パッドを使用して研磨および除去することができる（ステップ１１１０ａ）。次に、第２の層と第１の層の一部とを、第２の研磨ステーションで第２の研磨パッドを使用して研磨および除去することができる（ステップ１１１０ｂ）。しかし、いくつかの実施態様では、導電層が存在せず、例えば、研磨が始まるとき第２の層が最外層であることに留意すべきである。
少なくとも第２の層の除去の間、および多分第２の研磨ステーションでの研磨動作全体の間、スペクトルが上述の技法を使用して収集される（ステップ１１１２）。加えて、別個の検出技法を使用して、第２の層の排除および第１の層の露出を検出する（ステップ１１１４）。例えば、第１の層の露出は、モータトルク、または基板から反射される光の全強度の突然の変化によって検出することができる。第２の層の排除の時間Ｔ１でのスペクトルの対象の特徴の特性の値Ｖ１が検出されて記憶される。排除が検出された時間Ｔ１も記憶することができる。
研磨は、排除の検出後、デフォルト時間に停止することができる（ステップ１１１８）。デフォルト時間は、第１の層の露出後に研磨が停止されるように十分に大きい。研磨速度は研磨後の厚さと目標厚さとの間で線形であると仮定することができるか、または研磨速度は非線形関数に従うと仮定することができるので、デフォルト時間は、研磨後の厚さが目標厚さに十分に近くなるように選択される。研磨が停止された時間のスペクトルの対象の特徴の特性の値Ｖ２を検出して記憶することができ、研磨が停止された時間Ｔ２を検出して記憶することができる。
第１の層の研磨後の厚さＤ２は、例えば、初期厚さを測定するのに使用したものと同じ計測システムを使用して測定される（ステップ１１２０）。
特性の値のデフォルト目標変化ΔＶＤが計算される（ステップ１１２２）。値のこのデフォルト目標変化は製品基板のための終点検出アルゴリズムで使用されることになる。デフォルト目標変化は、第２の層の排除の時間での値と研磨が停止された時間での値との間の差から計算することができ、すなわち、ΔＶＤ＝Ｖ１−Ｖ２である。
研磨動作の終了の近くでのモニタしている特性の関数としての厚さの変化率ｄＤ／ｄＶが計算される（ステップ１１２４）。例えば、ピークの波長位置をモニタしていると仮定すると、変化率は、オングストローム単位でのピークの波長位置のシフト当たりのオングストローム単位での除去された材料として表すことができる。別の例として、ピークの周波数幅をモニタしていると仮定すると、変化率は、ヘルツ単位でのピークの幅の周波数のシフト当たりのオングストローム単位での除去された材料として表すことができる。
１つの実施態様では、時間の関数としての値の変化率ｄＶ／ｄｔは、第２の層の露出の時間での値と、研磨の終了での値とから簡単に計算することができ、例えば、ｄＶ／ｄｔ＝（Ｄ２−Ｄ１）／（Ｔ２−Ｔ１）である。別の実施態様では、セットアップ基板の研磨の終了の近く、例えば、Ｔ１とＴ２との間の時間の最近の２５％以下からのデータを使用して、時間の関数としての測定値に非線形関数をフィットさせることができ、非線形関数の局所的な傾きが時間の関数としての値の変化率ｄＶ／ｄｔを与える。どちらの場合も、次に、モニタした特性の関数としての厚さの変化率ｄＤ／ｄＶが、研磨速度を値の変化率で除算することによって計算され、すなわち、ｄＤ／ｄＶ＝（ｄＤ／ｄｔ）／（ｄＶ／ｄｔ）である。変化率ｄＤ／ｄＶは、計算された後、製品に対して一定のままであるはずであり、同じ製品の異なるロットのためにｄＤ／ｄＶを再計算する必要がないはずである。
セットアッププロセスが完了した後、製品基板を研磨することができる。
適宜、製品基板のロットからの少なくとも１つの基板の第１の層の初期厚さｄ１が測定される（ステップ１２０２）。製品基板は、セットアップ基板と少なくとも同じ層構造、および適宜同じパターンを有する。いくつかの実施態様では、すべての製品基板が測定されるとは限らない。例えば、ロットからの１つの基板を測定し、初期厚さをロットからの他のすべての基板に使用することができる。別の例として、カセットからの１つの基板を測定し、初期厚さをカセットからの他のすべての基板に使用することができる。他の実施態様では、すべての製品基板が測定される。製品基板の第１の層の厚さの測定は、セットアッププロセスの完了の前後に行うことができる。
上記のように、第１の層は、誘電体、例えば、低誘電率材料、例えば、炭素ドープ二酸化ケイ素、例えば、ブラックダイアモンド（商標）（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．製）またはＣｏｒａｌ（商標）（Ｎｏｖｅｌｌｕｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．製）とすることができる。測定は、研磨中に使用される光学モニタシステム以外の計測システム、例えば、インラインまたは別個の計測ステーション、例えば、形状測定器、または偏光解析法を使用する光学計測ステーションなどで行うことができる。
適宜、第１の材料の組成物に応じて、第１の材料および第２の材料の両方と異なる別の材料、例えば、低誘電率キャップ材料、例えば、テトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）の１つまたは複数の追加層が製品基板上の第１の層の上に堆積される（ステップ１２０３）。一緒にして、第１の層および１つまたは複数の追加層は層スタックを形成する。
次に、異なる第２の材料の第２の層、例えば、バリア層、例えば、窒化物、例えば、窒化タンタルまたは窒化チタンが、製品基板の第１の層または層スタックの上に堆積される（ステップ１２０４）。加えて、導電層、例えば、金属層、例えば、銅を製品基板の第２の層の上に（および第１の層のパターンで設けられたトレンチ内に）堆積させることができる（ステップ１２０５）。しかし、いくつかの実施態様では、導電層が存在せず、例えば、研磨が始まるとき第２の層が最外層であることに留意すべきである。
いくつかの計測技法、例えば形状測定法では、第２の層が堆積される前に第１の層の初期厚さが測定されるが、他の計測技法、例えば偏光解析法では、第２の層が堆積される前後に測定を行うことができる。第２の層および導電層の堆積は、セットアッププロセスの完了の前後に行うことができる。
研磨すべき製品基板ごとに、目標特性差ΔＶが、第１の層の初期厚さに基づいて計算される（ステップ１２０６）。一般に、この計算は研磨が始まる前に行われるが、研磨が始まった後であるが、スペクトルの特徴の追跡が開始される前に計算を行うことが可能である（ステップ１２１０において）。特に、製品基板の記憶されている初期厚さｄ１が、例えば、ホストコンピュータから、目標厚さｄＴとともに受け取られる。加えて、開始および終了の厚さＤ１およびＤ２、モニタされる特性の関数としての厚さの変化率ｄＤ／ｄＶ、およびセットアップ基板に対して決定された値のデフォルト目標変化ΔＶＤを受け取ることができる。
１つの実施態様では、目標特性差ΔＶは以下のように計算される。
ΔＶ＝ΔＶＤ＋（ｄ１−Ｄ１）／（ｄＤ／ｄＶ）＋（Ｄ２−ｄＴ）／（ｄＤ／ｄＶ）
いくつかの実施態様では、事前厚さを利用できないであろう。この場合、「（ｄ１−Ｄ１）／（ｄＤ／ｄＶ）」は上述の式から省略されることになり、すなわち、
ΔＶ＝ΔＶＤ＋（Ｄ２−ｄＴ）／（ｄＤ／ｄＶ）
である。
製品基板が研磨される（ステップ１２０８）。例えば、導電層と第２の層の一部とは、第１の研磨ステーションで第１の研磨パッドを使用して研磨および除去することができる（ステップ１２０８ａ）。次に、第２の層と第１の層の一部とは、第２の研磨ステーションで第２の研磨パッドを使用して研磨および除去することができる（ステップ１２０８ｂ）。しかし、いくつかの実施態様では、導電層が存在せず、例えば、研磨が始まるとき第２の層が最外層であることに留意すべきである。
インシトゥモニタリング技法を使用して、第２の層の排除および第１の層の露出を検出する（ステップ１２１０）。例えば、時間ｔ１での第１の層の露出は、モータトルク、または基板から反射される光の全強度の突然の変化によって検出することができる。例えば、図１３は、下にあるバリア層を露出するために金属層を研磨している間の時間の関数としての基板から受け取った光の全強度のグラフを示す。この全強度は、例えば、測定した波長のすべてにわたって、または事前設定した波長範囲にわたってスペクトル強度を積分することによって、スペクトルモニタシステムにより取得されたスペクトルの信号から生成することができる。代替として、全強度ではなく、特定の単色の波長の強度を使用することができる。図１３で示されるように、銅の層が排除されるにつれて全強度は低下し、バリア層が完全に露出されると、全強度は横ばい状態になる。強度の横ばい状態を検出して、スペクトル特徴の追跡を開始させるためにトリガとして使用することができる。
少なくとも第２の層の排除の検出で（および可能性としてそれより早く、例えば、第２の研磨パッドによる製品基板の研磨の開始から）始めることによって、スペクトルは上述のインシトゥモニタリング技法を使用して研磨中に得られる（ステップ１２１２）。上述の技法を使用してスペクトルを分析して、追跡している特徴の特性の値を決定する。例えば、図１４は、研磨中の時間の関数としてのスペクトルピークの波長位置のグラフを示す。第２の層の排除の時間ｔ１でのスペクトルにおける追跡している特徴の特性の値ｖ１が検出されて決定される。
次に、特性の目標値ｖＴを計算することができる（ステップ１２１４）。目標値ｖＴは、第２の層の排除の時間ｔ１での特性の値ｖ１に目標特性差ΔＶを加算することによって計算することができ、すなわち、ｖＴ＝ｖ１＋ΔＶである。
追跡している特徴の特性が目標値に達すると、研磨が停止される（ステップ１２１６）。特に、測定スペクトルごとに、例えばプラテンの回転ごとに、追跡している特徴の特性の値を決定して、値のシーケンスを生成する。図６Ａに関して上述したように、関数、例えば時間の非線形関数を値のシーケンスにフィットさせることができる。いくつかの実施態様では、関数は時間窓内の値にフィットさせることができる。関数が目標値を満たす場所により、研磨が停止される終点時間が与えられる。第２の層の排除が検出される時間ｔ１での特性の値ｖ１は、時間ｔ１の近くの値のシーケンスの一部に関数、例えば非線形関数をフィットさせることによって決定することもできる。
図１２および１３で示した方法は第２の層の堆積および除去を含んでいるが、いくつかの実施態様では、第２の層が存在せず、例えば、研磨が始まるとき第１の層が最外層である。例えば、研磨の前に第１の層の初期厚さを測定し、初期厚さと目標厚さとから目標特徴値を計算するプロセスは、上に重なる第２の層の有無にかかわらず適用可能とすることができ、第２の層はオプションである。特に、第２の層を堆積させるステップと、第１の層の露出を検出するステップとは省略することができる。そのような第１の層は、ポリシリコンおよび／または誘電体材料を含み、例えば、実質的に純粋なポリシリコンからなる、誘電体材料からなる、または、ポリシリコンと誘電体材料との組合せとすることができる。誘電体材料は、酸化物、例えば酸化ケイ素、または窒化物、例えば窒化ケイ素、または誘電体材料の組合せとすることができる。
例えば、製品基板のロットからの少なくとも１つの基板の第１の層の初期厚さｄ１が測定される（例えば、ステップ１２０２で説明したように）。目標特性差ΔＶが、第１の層の初期厚さに基づいて計算される（例えば、ステップ１２０６で説明したように）。製品基板の第１の層の研磨が開始され、スペクトルが上述のインシトゥモニタリング技法を使用して第１の層の研磨中に得られる。特性の値ｖ１は、第１の層の研磨中に、例えば、第１の層の研磨を開始した直後に、またはすぐ後に、例えば数秒後に測定することができる。数秒待機することにより、モニタシステムからの信号を安定化させることができ、その結果、値ｖ１の測定がより正確になる。特性の目標値ｖＴを計算することができる（例えば、ステップ１２１４で説明したように）。例えば、目標特性差ΔＶを特性の値ｖ１に加算することができ、すなわち、ｖＴ＝ｖ１＋ΔＶである。追跡している特徴の特性が目標値に達すると、研磨は停止される（例えば、ステップ１２１６で説明したように）。この手法は、下にある構造の基板ごとの差に起因する絶対ピーク場所の基板ごとの変動を補償しながら、目標厚さまでの除去を可能にする。
値のシーケンスから雑音を除去するための多くの技法がある。ラインをシーケンスにフィットさせることを上述したが、非線形関数をシーケンスにフィットさせることができ、または低域メジアンフィルタを使用してシーケンスを平滑化することができる（その場合、フィルタ処理済みの値を目標値と直接比較して、終点を決定することができる）。
上述の説明は、上記のように、スペクトル特徴の特性、例えば、ピークまたは谷の波長または幅の追跡に焦点を当てているが、非線形関数は、例えば、参照スペクトルを一致させることによって得られる厚さ値のシーケンスの場合に、または渦電流モニタシステムによって生成された値のシーケンス（例えば、金属層の研磨のモニタリング中に）の場合に、他のインシトゥモニタリング技法からの値のシーケンスにフィットさせることができる。
本明細書で使用する基板という用語は、例えば、製品基板（例えば、それは多数のメモリまたはプロセッサダイを含む）、試験基板、ベア基板、およびゲーティング基板を含むことができる。基板は集積回路製造の様々な段階のものとすることができ、例えば、基板はベアウエハとすることができ、または基板は１つまたは複数の堆積した層および／またはパターン化した層を含むことができる。基板という用語は円形ディスクおよび長方形シートを含むことができる。
本明細書で説明した本発明の実施形態およびすべての機能的動作は、本明細書で開示した構造的手段、その構造的均等物、またはそれらの組合せを含めて、デジタル電子回路で、またはコンピュータソフトウェア、ファームウェア、もしくはハードウェアで実施することができる。本発明の実施形態は、１つまたは複数のコンピュータプログラム製品として、すなわち、データ処理装置、例えば、プログラマブルプロセッサ、コンピュータ、または多数のプロセッサもしくはコンピュータによって実行されるように、またはそれらの動作を制御するように、情報キャリア、例えば、機械可読ストレージデバイスまたは伝搬信号で有形に具現された１つまたは複数のコンピュータプログラムとして実施することができる。コンピュータプログラム（プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、またはコードとしても知られている）は、コンパイル言語またはインタープリタ言語を含む任意の形態のプログラミング言語で書くことができ、それは、スタンドアロンプログラムとして、またはモジュール、コンポーネント、サブルーチン、もしくはコンピューティング環境で使用するのに好適な他のユニットとして含む任意の形態で配備されることができる。コンピュータプログラムは、必ずしもファイルに対応しない。プログラムは、他のプログラムまたはデータを保持するファイルの一部に、当該のプログラムに専用の単一のファイルに、または多数の調整されたファイル（例えば、１つまたは複数のモジュール、サブプログラム、もしくはコードの一部を記憶するファイル）に記憶することができる。コンピュータプログラムは、１つのコンピュータで、または１つの場所にある多数のコンピュータで、もしくは多数の場所わたって分散されて通信ネットワークで相互接続された多数のコンピュータで実行されるように配備することができる。
本明細書で説明したプロセスおよび論理の流れは、１つまたは複数のプログラマブルプロセッサが１つまたは複数のコンピュータプログラムを実行して、入力データに作用し、出力を生成することにより機能を行うことによって行うことができる。プロセスおよび論理の流れは、専用論理回路、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）またはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）によって行うこともでき、装置を専用論理回路として実装することもできる。
上述の研磨装置および方法は、様々な研磨システムに適用することができる。研磨パッドもしくはキャリアヘッドのいずれか、または両方を移動させて、研磨表面と基板との間の相対運動を行わせることができる。例えば、プラテンは、回転ではなく旋回することができる。研磨パッドは、プラテンに固定された円形（または何らかの他の形の）パッドとすることができる。終点検出システムのいくつかの態様は、直線的研磨システムに適用可能とすることができ、例えば、研磨パッドは、直線的に移動する連続またはリールツーリールベルトである。研磨層は、標準の（例えば、充填物をもつ、または充填物をもたないポリウレタン）研磨材料、軟質材料、または固定砥粒材料とすることができる。相対的位置づけという用語が使用されており、研磨表面および基板を垂直方位に、または何らかの他の方位に保持することができることを理解すべきである。
特定の実施形態を説明した。他の実施形態は以下の特許請求の範囲の範囲内にある。例えば、特許請求の範囲に列挙される処置は異なる順序で行われ、それでもなお望ましい結果を達成することができる。

Claims (15)

  1. 研磨を制御する方法であって、
    基板を研磨することと、
    基板を研磨中にインシトゥモニタシステムでモニタすることと、
    前記インシトゥモニタシステムからの測定から値のシーケンスを生成することであって、ここで、雑音を排除すると前記値のシーケンスは研磨時間にわたって線形に変化する、生成することと、
    研磨時間にわたって単調である非線形関数を前記値のシーケンスにフィットさせることと、
    前記非線形関数が目標値に達する予測時間を決定することと、
    前記予測時間に基づいて研磨終点または研磨速度調整の少なくとも一方を決定することと
    を含む、方法。
  2. 前記非線形関数が２次以上の多項式関数を含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記非線形関数を前記値のシーケンスにフィットさせることが、Ｓａｖｉｔｚｋｙ−Ｇｏｌａｙ法を含む、請求項１に記載の方法。
  4. 前記インシトゥモニタシステムが分光モニタシステムを含み、前記基板からの光のスペクトルのシーケンスを研磨中に前記分光モニタシステムで測定することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  5. 前記スペクトルのシーケンスからの測定スペクトルごとに、複数の参照スペクトルを有するライブラリから最も良く一致する参照スペクトルを見いだすこと
    をさらに含み、
    前記値のシーケンスを生成することが、最も良く一致する参照スペクトルごとに、前記最も良く一致する参照スペクトルに関連する値を決定することを含む、請求項４に記載の方法。
  6. 前記スペクトルのシーケンスからの測定スペクトルごとに、前記測定スペクトルのピークまたは谷の位置または幅を見いだして、位置または幅の値のシーケンスを生成すること
    をさらに含み、
    前記値のシーケンスが、前記位置または幅の値のシーケンスから生成される、請求項４に記載の方法。
  7. 前記非線形関数が目標値に一致するか目標値を超えるときに、前記研磨を停止させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  8. 前記基板を研磨することが、ポリシリコンおよび／または誘電体材料を含む層を研磨することを含み、前記基板をモニタすることが、前記層をモニタすることを含む、請求項１に記載の方法。
  9. 前記層が、純粋なポリシリコンからなる、請求項８に記載の方法。
  10. 前記層が、誘電体材料からなる、請求項８に記載の方法。
  11. 研磨を制御するためのコンピュータプログラムを記録した機械可読ストレージメディアであって、前記コンピュータプログラムが、プロセッサに、
    インシトゥモニタシステムからの基板の測定から値のシーケンスを前記基板の研磨中に生成させ、ここで、雑音を排除すると前記値のシーケンスは研磨時間にわたって線形に変化し、
    研磨時間にわたって単調である非線形関数を前記値のシーケンスにフィットさせ、
    前記非線形関数が目標値に達する予測時間を決定させ、および
    前記予測時間に基づいて研磨終点または研磨速度調整の少なくとも一方を決定させる
    ための命令を含む、コンピュータプログラムを記録した機械可読ストレージメディア。
  12. 前記非線形関数が２次以上の多項式関数を含む、請求項１１に記載のコンピュータプログラムを記録した機械可読ストレージメディア。
  13. 前記非線形関数を前記値のシーケンスにフィットさせる命令が、Ｓａｖｉｔｚｋｙ−Ｇｏｌａｙ法を実行させる命令を含む、請求項１１に記載のコンピュータプログラムを記録した機械可読ストレージメディア。
  14. 分光モニタシステムから、前記基板からの光のスペクトルのシーケンスを受け取らせる命令を含む、請求項１１に記載のコンピュータプログラムを記録した機械可読ストレージメディア。
  15. 前記値のシーケンスを生成させる命令が、前記スペクトルのシーケンスからの測定スペクトルごとに、
    ｉ）複数の参照スペクトルを有するライブラリから最も良く一致する参照スペクトルを見いだして、前記最も良く一致する参照スペクトルに関連する値を決定させるか、または
    ｉｉ）前記測定スペクトルのピークまたは谷の位置または幅を見いださせる
    命令を含む、請求項１４に記載のコンピュータプログラムを記録した機械可読ストレージメディア。
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