201208812 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 期間監視多個基材 本發明大體係關於在化學機械研磨 上的多個區域。 【先前技術】 積體電路通常係藉由相繼沉積 緣㈣晶圓而形成於基材上。-個製造步== 填料層至非平面及平坦化填料層。就某些應用而心 持續平坦化填料層直到露出圆案化層的頂表面為 電填料層例如可沉積在圖案化的絕緣層上，以 層内的溝渠或孔洞。平坦化後，部分導電層留在絕緣層 的凸起圖案之間而構成通孔、插栓和連線，以做為基材 ,之薄膜電路之間的傳導路徑。就其它諸如氧化物研磨 :應用而言，乃持續平坦化填料層直到非平面上留下預 定厚度為止。此外，光微影技術通常需要平坦化基材表 面。 化學機械研磨（chemical mechanical polishing; CMp) 為公認的平坦化法之一。此平坦化法通常需將基材放置 在承載頭上。露出的基材表面通常抵靠著具有耐用粗糙 表面的旋轉研磨墊❶承载頭提供可控制負载至基材上， 使基材推抵著研磨墊。研磨液（如具磨粒之研磨漿）通 吊供應至研磨塾表面。 201208812 CMP的困難點之_在於如何採用適當研磨速率以得到 預定輪廓，例如將基材層平坦化成預定平坦度或厚度， 或移除預定量的材料。基材層的初始厚度、研磨漿組成、 研磨墊條件、研磨塾與基材的相對速度和施+基材的負 載都會造成基材各處和各基材間有不同的材料移除速 率。該等差異將導致達到研磨終點所需的時間和移除量 不同。因此，不能只根據研磨時間決定研磨終點，或是 僅單純施加固定壓力即欲得到預定輪廓。 在一些系統中，可於研磨期間原位光學監視基材，例 如透過研磨墊中的窗口。然現有光學監視技術無法滿足 半導體裝置製造業者曰益嚴苛的要求。 【發明内容】 在態樣中，電腦實施方法包括於同一研磨堅上同時 研磨複數個基材，其中每一基材具有複數個區域，每一 基材之各區域的研磨速率可由獨立變動之研磨參數個別 控制，存儲每一基材之各區域的目標指數值、研磨期間 利用原位測量系統測量每一基材之各區域的序列光譜、 就每一基材之各區域的序列光譜中的測量光譜從參考光 譜圖庫決定最匹配參考光譜、就每一基材之各區域的最 匹配參考光譜決定指數值而產生序列指數值、就每一基 材之各區域使線性函數適配序列指數值、就至少一個區 域依據線性函數決定區域將達至少一個區域之目標指數 201208812 值的預計時間’以及調整至少—個 调基材之至少一個區域 的研磨參數，以調整至少一個 個基材之至少一個區域的研 磨速率，使至少一個基材之至φ —加广丄 ^ 個區域於預計時間比 在無調整的情況下更接近目標指數。 實施方式可包括-或多個下列特徵。研磨參數可為研 磨設備之承載頭内的壓力。決定預計時間可包括從複數 個基材之複數個區域選擇參考區域，及決定參考區域將 達參考區域之目標指數的時間。對每—基材之各區域而 a，時間可決定為區域達該區域之目標指數的時間。參 考區域可為複數個區域的區域，以達該區域之目標 指數。參考區域可為複數個區域的最後區域，以達該區 域之目標指數4定預計時間可包括算出複數個區域將 達其目標指數的時間平均4 —基材之各區域的研磨參 數可調整以調整每一基材之各區域的研磨速率，使每一 基材之各區域於預計時間比在無調整的情況下更接近該 區域之目標指數。每—基材之各區域除參考區域外的研 磨參數可調整以調整每一基材之各區域除參考區域外的 研磨速率’使每—基材之各區域除參考區域外於預計時 門匕在無調整的情況下更接近該區域之目標指數。決定 預十寺間可包括擷取預定時間。各區域可有同樣的目標 才旨信 至少一個區域可有不同的目標指數值。調整研 磨多數可包括計算預定斜率。就一區域計算該區域之線 函數達預叶時間的預計指數。區域之預定斜率sd可 按 sd = m V ~ "/(ΤΕ - TO)計算’其中το為研磨參數將 201208812 改變的時間’ TE為預計終點時間，it $區域之目標指 數為時間TO B夺之指數值。決定線性函數可包括決定 =間T0前之線性函數的斜$ s。調整研磨參數可包括計 算調整壓力·Ρ新=p*xSD/s，其中p *為時間το前施 加至區域的壓力。 在其它態樣中，提供研磨系統和實體收錄於電腦可讀 取媒體的電腦程式產品’以實行該等方法。 二貫施方式可具備一或多個下列優點。若同一平臺 上的所有基材係近乎同時達到終點，則可避免產生缺 陷’例如太早用水潤洗基材造成的刮痕，或未及時潤洗 基材引起的腐蝕。使多個基材各處的研磨時間均等亦可 增進產量。使基材内之不同區域的研磨時間均等也可降 低晶圓表面不均勻度（within_wafer non uniformity; WIWNU ) ’亦即改善基材層均句度。此外，可提供仔細 預選不均勻度的基材，例如減少基材之目標輪廓變異。 本發明之一或多個實施例將配合附圖詳述於後。本發 明之其它特徵、態樣和優點在參閱實施方式說明、圖式 與申請專利範圍後將變得更清楚易懂。 【實施方式】 如在同一研磨墊上同時研磨多個基材時，基材間的研 磨速率差異會造成基材在不同時間達到其目標厚度。— 方面，若同時停止研磨基材，則某些基材將未達預定厚 201208812 度。另一方面，若不同時停止研磨基材，則某些基材可 能產生缺陷，且研磨設備係以較低產量操作。 從原位測量決定每一基材之各區域的研磨速率可決定 每一基材之各區域達目標終點時間之目標厚度或預計厚 度的預計終點時間，且至少一個基材之至少—個區域的 研磨速率可調整使基材更接近終點條件。「更接近終點條 件」係指基材區域比在無調整的情況下更接近同時達其 目標厚度，或者若同時停止研磨基材，則基材區域比在 無調整的情況下有更接近相同的厚度。 第1圖繪示研磨設備1〇〇的實例。研磨設備丨〇〇包括 旋轉式盤狀平臺120,該旋轉式盤狀平臺12〇上設置研 磨墊110。平臺可操作以繞著軸125轉動。例如，馬達 121可轉動傳動軸124，進而轉動平臺12〇〇研磨墊ιι〇 例如可利用黏著層可拆式地固定於平臺12〇。研磨墊ιι〇 可為具外部研磨層112與軟背層114的雙層研磨墊。 研磨設備100包括結合之研磨漿/潤洗手臂13〇。研磨 時，手臂130可操作以分配研磨液132 (如研磨漿）至 研磨墊110上。雖然圖式僅繪示一個研磨漿/潤洗手臂 130，但也可採用附加噴嘴，例如每個承載頭設有一或多 個專用研磨漿手臂。研磨設備還可包括研磨墊調理器， 用以摩擦研磨墊11〇，使研磨墊11〇維持呈一致的研磨狀 態。 在此實施例中，研磨設備100包括兩個（或二或更多 個）承載頭140。每個承載頭140可操作以支承基材1〇 201208812 (如一個承載頭上之第一基材l〇a和另一個承載頭上之 第二基材10b)，使基材10抵著研磨墊11〇〇每個承載頭 1 40可個別控制與各基材相關的研磨參數，例如壓力。 特別地’每個承載頭140包括把基材1 〇保持在彈性膜 144下方的定位環142。每個承载頭140亦包括由膜定義 之複數個個別控制加壓腔室，例如三個腔室146a-1 46c， 該等個別控制加壓腔室可個別施加控制壓力至彈性膜 M4和基材1〇.上的相關區域i48a_i48c(參見第2圖）。 參照第2圖，中心區域148a為實質圓形，其餘區域 148b-l48c為圍繞中心區域148a的同心環狀區域。雖為 便於說明’第1圖及第2圖僅繪示三個腔室，然其當可 具兩個腔室’或四或更多個腔室，例如五個腔室。 回溯第1圖’每個承載頭140懸吊於如旋轉料架之支 撐結構150，且通過傳動軸152連接至承載頭旋轉馬達 i54’讓承載頭繞著軸155轉動。視情況而定，每個承載 頭140可沿著旋轉料架15〇的滑件橫向擺動，或由旋轉 料架自轉振盪。操作時，平臺繞著其中心軸125轉動， 承載頭繞著其中心軸155轉動並橫向移動越過研磨墊的 頂表面。 雖然圖式僅繪示兩個承載頭14〇，但其當可設置更多 個承载頭來支承附加基材，使得可有效利用研磨墊】1〇 的表面積。故適於在同時研磨製程中支承基材的承載頭 組件數量至少部分取決於研磨墊丨1〇的表面積。 研磨設備還包括原位監視系統16〇，其可用於決定是 201208812 否需調整研磨速率或研磨速率調節器，此將說明於後。 原位監視系統1 60可包括光學監視系統，例如光譜監視 系統或渦流監視系統。 在一實施例中，監視系統1 60為光學監視系統》藉由 設置口孔（亦即穿過研磨墊的孔洞）或實心窗口 1丨8可 提供通過研磨墊的光學入口。實心窗口 118可固定於研 磨塾110’例如像填充研磨墊之口孔的插栓一樣鑄造或 黏接固定於研磨塾，但在一些實施方式中，實心窗口可 托在平臺120上並伸進研磨塾的口孔。 光學監視系統160包括光源162、光偵測器164，和發 送及接收遠端控制器19〇 (如電腦）與光源162和光偵 測器164間之訊號的電路166。一或多個光纖用來把光 源1 6 2的光傳遞到研磨塾的光學入口，及將自基材1 〇反 射的光傳遞到偵測器164。例如，雙叉光纖170可用來 把光源162的光傳遞到基材1 〇及傳回到偵測器164。雙 叉光纖包括鄰近光學入口設置的主幹172，和分別連接 光源1 6 2與债測器1 6 4的分支17 4、17 6。 在一些貫施方式中’平臺的頂表面包括凹槽128，該 凹槽内配设光學頭168，用以支承雙又光纖的主幹172 之一端。光學碩168包括調整主幹i 72頂部與實心窗口 11 8間之垂直距離的機構。 電路166的輸出可為數位電子訊號，該數位電子訊號 經由傳動軸124之旋轉式聯結器129 (如滑環）而至光 學監視系統的控制器190。同樣地，可打開或關閉光源， 10 201208812 以回應數位電子訊號的控制指令，該等數位電子訊號從 而至光學監視系統 控制器190經由旋轉式聯結器129 160。或者，電路1 66可利用無線訊號與控制器19〇通信。 光源162可操作以發射白光。在一實施方式中，發射 之白光包括波長為200至800奈米（nm)的光。適合的 光源為氙氣燈或氙汞燈。 光偵測器164可為光譜儀。光譜儀為測量部分電磁波 譜之光強度的光學儀器。適合的光譜儀為光柵光譜儀。 光4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和光彳貞測器1 64連接至運算裝置， 例如控制器190，以可操作地控制光源162和光偵測器 164的運作及接收光源162和光偵測器164的訊號。運 算裝置可包括設於研磨設備附近的微處理器，例如可程 式電腦。至於控制方面，運算裝置例如可同步化光源開 啟和平臺120轉動。 在一些實施方式中，原位監視系統16〇的光源162和 光偵測器164安裝於平臺12〇且偕同平臺12〇轉動。在 此情況下，平臺的動作將促使感測器掃過各基材。特別 地，隨著平臺120旋轉，控制器19〇將促使光源162恰 在基材10通過光學入口前開始發射一連串閃光且緊接 在通過光學入口後結束。或者 °或者’運算裝置可促使光源162
之訊號於採樣時期的積分，而以採 情況下’可求得出自偵測器 而以採樣頻率產生光譜測量 11 201208812 值。 操作時’控制器1 9 0例如可接收光源之特定閃光或偵 測器之時間範圍内傳達光偵測器接收之光譜資訊的訊 號。故此光譜為研磨期間的原位測量光譜。 如第3Α圖所示，若偵測器安裝於平臺，則當窗口 ι〇8 因平臺旋轉（如箭頭204所示）而於承載頭（如支承第 一基材10a的承載頭）下方移動時，以採樣頻率進行光 譜測量的光學監視系統將對弧形越過第一基材i 〇a的位 置20 1進行光譜測量。例如，各點2〇 1 a_2〇 1 k代表監視 系統通過第一基材1 〇a的光譜測量位置（點數僅為舉例 說明，其當可視採樣頻率進行比所缘點數更多或更少次 測量）。如圖所示，平臺旋轉一周，即可取得基材i 〇a上 不同徑向位置的光譜。亦即，一些光譜係取自較靠近基 材10a中心的位置，一些光譜則取自較靠近邊緣的位 置。同樣地，如第3B圖所示，當窗口因平臺旋轉而於另 一承載頭（如支承第二基材10b的承载頭）下方移動時， 以採樣頻率進行光譜測量的光學監視系統將沿越過第二 基材l〇b的弧形位置202進行光譜測量。 就任何特定平臺旋轉而言，依據時序和馬達編喝器資 訊，控制器可決定哪個基材（如基材1〇a或1〇b)是測 量光譜源。此外，就任何特定光學監視系統掃過基材（如 基材l〇a或1Gb)而言’依據時序、馬達編碼器資訊和 基材邊緣及/或定位環之光偵測，控制器19〇可計算掃描 而得之各測量光譜的徑向位置（相對特定掃描基材Ja 12 201208812 或1 〇b的中心）。研磨系統還可包括旋轉式位置感測器， 例如附接平臺邊緣的凸緣，該旋轉式位置感測器將通過 固定式光遮斷器，以提供額外資料來決定測量光譜是出 自哪個基材和基材位置。是以控制器可使各種測量光错 基材10a l〇b上的控制區域i48b_i48c(參見第2圖） 產生關聯。在一些實施方式中，光譜測量時間可代替精 確計算徑向位置。 就每-基材之各區域而言’平臺經多次旋轉後，將隨 夺間推移取得一序列光譜。不偈限於任何特定理論，隨 著研磨進行（如平臺經多次旋轉、非單—掃視基材期 間）’因最外層厚度改變，將逐步形成自基材ig反射的 光譜而產生-序列隨時間變化的光譜。再者特定層堆 疊結構厚度將呈現特定光譜。 在-些實施方式中’控制器（如運算裝置）經程式化 以比較測量光譜和多個參考光譜，及決定哪個參考光譜 為最匹配者。特別地，括法丨哭 J 徑制盗可經程式化以比較每—美 材之各區域的一序列測量光譜令的各光譜和多個參考： .，以就每-基材之各區域產生一序列最匹配參考光组。 在此’參考光譜係研磨基材前產生的預定光譜。假設 實際研磨速率係按照關研磨逮率，則參考光譜盘代表 ==間職出現光譜_數值有預定關聯性， 亦即刼作前所定義之關聯性^ ,^ ^ ^ ^ ^者或此外，參考光譜與 值（如最外層厚度）有預定關聯性。 參考光譜可憑經驗產生，例如藉由測量測試基材（如 13 201208812 具已知初始層厚度的測試基材）的光譜。例如，為產生 複數個參考光譜，可使用與將用於研磨裝置晶圓一樣的 研磨參數來研磨設置基材’同時收集一序列光譜。就各 光譜記錄代表研磨製程期間收集光譜的時間數值。例 如，此數值可為經過時間或平臺轉數。可過度研磨基材， 亦即研磨超過預定厚度，以於達到目標厚度時取得自基 材反射的光譜。 為使各光譜與基材性質數值（如最外層厚度）產生關 聯，可在研磨前，於測量站測量最初光譜和具有與產品 基材相同圖案之「設置」基材的性質。研磨後，亦可= 用同一測量站或不同測量站測量最終光譜和性質。最初 光譜與最終光譜間的光譜性質可依據測量測試基材光譜 的經過時間，由内插決定，例如線性内插。 除了憑經驗決定外，部分或所有參考光譜可依理論計 算，例如利用基材層的光學模型。例如，光學模型可用 於計算特定外層厚度D的參考光譜。假如以均—研磨速 率移除外層，則可計算代表研磨製程期間收集參考光譜 的時間數值◦例如，可單純假設起始厚度D〇和均一研磨 速率R，以計算特定參考光譜的時間Ts ( Ts = (D〇 一 D)/R)。又例如，依據光學模型的厚度D，研磨前與研磨 後厚度D卜D2(或測量站測量的其它厚度）之測量時間 ΤΙ、T2間的線性内插可表示成Ts = 丁2 _ — d ~ 1)2)。 4 參照第4圖及第5圖，比較測量光譜3〇〇 (參見第 14 201208812 圖）和—或多個圖庫310的參考光譜32〇(參見第5圖）。 在1:1參考光谱圖庫係參考光譜集合，該參考光譜集合 戈表有/、同性質的基材 '然單—圖庫的共同性質在多個 >考光》曰圖庫中可不盡相同。例如，兩個不同圖庫可包 括代表具兩種不同下層厚度之基材的參考光譜。就特定 參考光譜圖庫而言’上層厚度變化為光譜強度差異的主 因而非其它因素（如晶圓圖案差異、下層厚度或層組 成）所致。 藉由研磨多個具不同基材性f(如下層厚度或層組成） 之「設置」基材及收集上述光镨，可產生參考光譜32〇 用於不同圖庫31〇;得自一個設置基材的光譜可提供第 :圖庫’得自具不同下層厚度之另—設置基材的光譜可 提供第二圖庫。或者或此外’不同圖庫的參考光譜可依 理論計算，例如第—圖庫的光譜可利用具第—下層厚度 之光予模型叶算’而第二圖庫的光譜可利用具不同下層 厚度之光學模型計算。 曰 在一些實施方式中，每-參考光譜32〇分配到一指數 值㈣。通常，每—圖庫310包括許多參考光譜320,例 如在基材之預期研磨時間内平臺旋轉一周而得 夕 個（如僅—個）參考光镨。指數咖可為代表研磨製二 期間預期發現參考光谱似的時間數值，例如數字 編疋光谱索引，传Jg| ^ rfa λα r st. 使特疋圖庫中的光譜各具獨特的指數 值 '編定Μ可使指數值㈣量光譜财排序 可選擇隨研磨過程單調改變，例如增加或降低。特料值 15 201208812 參考光譜的指數值可選擇使其組成時間或平臺轉數的線 性函數（假㈣磨速率係按照模型或用於產生圖庫中參 考光錯之測試基材的研磨速率）。例>，指數值可與測量 測試基材之參考光譜或光學模型中將出現參考光譜的= 臺轉數呈比例關係（如等於）。故指數值可為整數。指數 可代表預期出現相關光谱的平臺轉數。 參考光譜和其相關指數值可存儲於參考圖庫中。命 如，參考光譜320和其相關指數值33〇可存儲於資料庫 350的記錄340中。參考光譜之參考圖庫的資料庫 可建立在研磨設備之運算裝置的記憶體中。 如上所述，就每一基材之各區域，依據此區域和基材 的序列測量光譜，控制器190可程式化以產生—序列最 匹配參考光譜。藉由比較測量光譜和特定圖庫的參考光 譜’可決定最匹配參考光譜。 在一些實施方式中，計算測量光譜與參考光譜間的平 方差總和，以決定各參考光譜的最匹配參考光譜。平方 差總和最小的參考光譜為最適配者。也可採用其它找出 最匹配參考光譜的技術。 可應用來減少電腦處理的方法為限制搜尋部分的匹配 光譜圖庫。圖庫通常包括比研磨基材獲得之光譜還多的 光譜》基材研磨期間，圖庫搜尋宜限制在預定圖庫光譜 範圍。在一些實施例中，決定研磨基材的當前旋轉指數 N。例如，平臺開始旋轉時，可搜尋圖庫的所有參考光譜 而決定N。故就下次旋轉取得之光譜而言，圖庫搜尋的 16 201208812 自由度為N。亦即，若旋轉—周時的指數為μ後續晚 X個轉數旋轉的自由度為γ，則搜尋範圍為（Ν+χ)_γ (Ν+Χ)+Υ。 參照第6圖，其繪示只有單一基材之單一區域的站 果’決^序列中各最匹配光譜的減值，以產生隨時； 變化之序列指數值212。此序列指數值稱為指數軌跡 2Η)。在-些實施方式中’ #由比較各測量光譜和單一圖 庫的參考光譜，以產生指數軌跡。通常，光學監視系統 每次掃視基材下方時，指數執跡21〇可包括一個指數值 (如僅一個指數值）。 。對特定指數軌跡210而言，其中在光學監視系統進行 單-掃視時有測量特定基材和區域的多個光譜（稱為「當 前光譜」），可決定各當前光譜與一或多個（如僅—個f 圖庫之參考光譜間的最匹配者。在_些實施方式中，比 較選擇之各當前光譜和選擇圖庫之各參考光譜。例如假 定有當前光譜e、f、g和參考光譜E、F、G，則可計^ 下列當前光譜與參考光譜之各組合的匹配係數：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。任何指示最匹配者的匹配係數（如最小者） 將決定最匹配參考光譜和指數值。或者，在一些實施方 式中’可結合（如平均）當前光譜，及比較所得之結合 光譜和參考光譜，以決定最匹配者和指數值。 在I實施方式中，京尤一些基材之至少一些區域，產 生複數個指數轨跡。對特定基材之特定區域而言，可產 17 201208812 生=數轨跡用於各選定參考圖庫。亦即，就特定基材之 特疋區域的各選定參考圖庫，比較測量光譜序列中之各 J量光h和特疋圖庫的參考光譜，以決定一序列最匹配 參考光譜，且該序列最匹配參考光譜的指數值提供特定 圖庫的指數執跡。 〜。之，各指數轨跡包括一序列2丨〇之指數值212， 且該序列之特疋指數值212係藉由從特定圖庫選擇最適 配測量光譜的參考光譜指數而產生。指數轨跡210之各 指數的時間數值可與測量測量光譜的時間相同。 參照第7圖，其繪示複數個指數軌跡。如上所述，可 就每-基材之各區域產生一指數軌跡。例如，就第—基 材之第一區域產生第一序列21〇之指數值212 (以圓圈 表示），就第一基材之第二區域產生第二序列22〇之指數 值222 (以圓點表示）’就第二基材之第一區域產生第三 序列230之指數值232 (以方格表示），及就第二基材之 第二區域產生第四序列240之指數值242(以方塊表示）。 如第7圖所示，就各基材指數軌跡，如利用穩健線性 配適’使已知階數之多項式函數（如一階函數，例如直 線）適配相關區域與晶圓的序列指數值。例如，第一直 線214適配第一基材之第一區域的指數值212，第二直 線224適配第一基材之第二區域的指數值222，第三直 線234適配第二基材之第一區域的指數值232，且第四 直線244適配第二基材之第二區域的指數值242。使直 線適配指數值可包括計算直線的斜率§和直線與起始指 18 201208812 數值（如〇)相交的x轴交會時間τ。 =s.(t - τ)，其中t為 函數可表示成1(0 X軸交合η士 此表示基材層的起始厚度薄於預期時間Τ可為負值， 有第一斜率S1和篦—'。因此，第一直線214 X軸交會時間 有第二斜率S2和坌-± 11 第二直線224 弟一X轴交會時 有第三斜率S3和笸-λ J Γ2 !第三直線234 才第二X軸交會時 有第四斜率S4和第 且第四直線244 乐四X軸父會時間Τ4。 在研磨製程期間的某一時候， 一個基材之至少一個區域（如|時間το,調整至少 的研磨參數，以調整該基材區域的基研材二至少-個區域) 基材之複數個區域於研磨終點時間比在^率，使複數個 更接近其目標厚度。在 在‘，、、調整的情況下 區域於線二貫施例中，複數個基材之各 L埤於終點時間有近乎相同的厚度。 參照第8圖’在一些實施方式 m ^ Γ- ^ 〒 選擇一個基材區域 做為參考區域，及決定參考 μ 场將達目標指數IT的預計 終點時間ΊΈ。例如，如第8 預f 乐8圖所不，選擇第一美姑 一區域做為參考區域，然也 土 J選擇不同區域及/或不同基 材。目標厚度1T於研磨操作前設定及存儲。 為決定參考區域將達目標指數的預計時間，可計算參 考區域之線（如直線214)與目標指數叮的交點。假設 研磨速率在剩餘研磨製程中不偏離研錢率，則序 列指數值應保持呈實質線性。故預期終點時間ΤΕ可依直 線與目標指數㈣簡單線性内插計算，例如it = s (te -τ)。因此’在第8圖實例中，第二基材之第一區域被 201208812 選做參考區域，相關第三直線234表示為it = si (te_ T1)，亦即 TE = IT/S1 — T1。 -或多個區域（如除參考區域外的所有區域，包括其 它基材上的區域）可定義為調整區域。調整區域的線會 合預期終點時間TE之處定義為調整區域的預計終點。各 調整區域的線性函數（如第8圖之直線224、234和2⑷ 可因此用於外推相關區域將於預期終點時間TE達到的 指數，例如ΕΙ2、ΕΙ^ΕΙ4β例如，第二直線m可用 於外推第-基材之第二區域於預期終點時間τε達到的 預期指數幻2,第三直、線234彳用於外推第二基材之第 -區域於預期終點時間ΤΕ達到的預期指數阳， 線可用於外推第二基材之第二區域於預期終點時間ΤΕ 達到的預期指數ΕΙ4。 如第8圖所示，若時間^後沒有調整任何基材之 =的研磨速率’則若所有基材被迫同時達到終點，則 土材有不同的厚度’或者各基材有不同的終 :非:=為如此會造成缺陷和產量損失 >此處丨： -基材之區域（以直、線224表示）將於比第 r)達到終點。同樣地，第二基材之第一區域 線234表示）將於比第直 叫厚度較薄）、“,故 “域小的預期指數 較4)達到終點。第二基材之第二區域（ =示)將於比第—基材之第一區域大的預 EI4(厚度較厚）達m 1曰數 20 201208812 如第8圖所示’若不同基材在不同時間達到目標指數 (或相當於’調整區域於參考區域之預計终點時間有不 同的預期指數則可上修或下修研磨速率，使基材比在 無調整的情況下更接近同時（如近乎同時）達目標指數 (和目標厚度）’或是於目標時間比在 更接近相同的指數值（和相同厚度）， 無調整的情況下有 例如近乎相同的指 數值（和近乎相同的厚度）。 故在第8圖實例中，從時間τ〇開始，修改第一基材之 第二區域的至少-個研磨參數’以降低此區域的研磨速 率（因而減少指數執跡220的斜率）。又在此實例中，修 改第二基材之第：區域的至少—個研磨參數，以降低此 區域的研磨速率（因而減少指數軌跡24〇的斜率同樣 地’在此實例中’修改第二基材之第一區域的至少一個 研磨參數，以提高此區域的研磨速率（因而增加指數轨 跡230的斜率）。如此，二個基材的二個區域將近乎同時 達目標指數（和目標厚度），或者，若同時停止研磨二個 基材，則二個基材的二個區域將有近乎相同的厚度。 在一些實施方式中’若預期終點時間ΤΕ時的預計指數 代表-基材區域落在預定目標厚度範圍内，則不需調整 此區域。範圍可為目標指數的2%以内，例如ι%以内。 可調整調整區域的研磨速率，使所有區域於預期終點 時間比在無調整的情況下更接近目標指數。例如，可選 擇參考基材的參考區域及調整所有其它區域的處理參 數’使所有區域近乎於參考基材之預計時間達到終點。 21 201208812 參^區域例如為預定區域，例如中心區域148a或緊鄰中 ^區域周圍的區域148b、任何基材之任何區域中有最早 ，最免預4終點時間的區域，或具預定預計終點的基材 區域。右同時停止研磨’則最早時間相當於最薄基材。 同樣地，右同時停止研磨，則最晚時間相當於最厚基材。 、材例如為預疋基材、具最早或最晚預計終點時間 之區域的基材。若同時停止研磨，則最早時間相當於最 薄區域同樣地，若同時停止研磨，則最晚時間相當於 最厚區域。 、了就各調整區域计真指數轨跡的預定斜率，使調整區 域和參考區域同時達目標指數。例如，預定斜率SD可 按（1丁-1) = 81)><(丁豆_1〇)計算，其中1係時間1〇時研 磨參數將改變的指數值（依適配序列指數值之線性函數 汁算）’ IT係目標指數，TE係計算之預期終點時間。在 第8圖實例中，就第一基材之第二區域，按（ιτ _ ^)= SD2x(TE - TO)計算預定斜率SD2，就第二基材之第一區 域，按（IT- I3) = SD3x(TE - T0)計算預定斜率SD3，及 就第二基材之第二區域，按（IT _ I4) = SD4x(TE _ τ〇)計 算預定斜率SD4。 參照第9圖，在一些實施方式中，並無參考區域。例 如，預期終點時間ΤΕ，可為預定時間，例如由使用者於 研磨製程刖设定、或從一或多個基材之二或更多個區域 的預期终點時間平均或其它組合計算（如將不同區域的 線投影到目標指數來計算）^在此實施方式中，預定斜率 22 201208812 實質如同上述計算（利用預期終點時間TE,、而非TE)， 但亦須計算第一基材之第-區域的預定斜率，例如按(IT -I1) = SD1X(TE’-T0)計算預定斜率 sm。 參照第10圖，在一 4b實祐古斗 & , _ 一貫轭方式中（該等實施方式亦可 結合第9圖所示之實施方式），不同區域有不同的目標指 數。藉此可於基材上形成蓄意但可控制的不均勻厚度輪 靡。目標指數可由使用者鍵人，例如利用控制器上的輸 入裝置。例如’第一基材之第—區域有第一目標指數 m，第-基材之第二區域有第二目標指數汀2,第二基 材之第一區域有第三目標指數IT3’且第二基材之第二 區域有第四目標指數ΙΤ4。 各調整區域的預定斜率SD可按（ΙΤ_υ = SDx(TE _ τ〇) 汁算，其中Ϊ係時間TO時研磨參數將改變的區域指數值 (依適配區域之序列指數值的線性函數計算），IT係特 疋區域的目標指數’ TE係計算之預期終點時間（得自上 述第8圖之參考區域’或預設終點時間，或上述第9圖 之預期終點時間組合）。在第1 〇圖實例中，就第一基材 之第二區域，按（IT2 - 12) = SD2x(TE - T0)計算預定斜 率SD2，就第二基材之第一區域，按（1丁3 - 13) = SD3x(TE -TO)計算預定斜率SD3，及就第二基材之第二區域，按 (IT4 - 14) = SD4x(TE - T0)計算預定斜率 SD4。 在上述第8圖至第10圖之任何方法中，可調整研磨速 率’使指數軌跡的斜率更接近預定斜率。研磨速率例如 可藉由提高或降低承載頭之對應腔室内的壓力而調整。 23 201208812 假設研磨速率變化與壓力變化呈正比，例如依簡單 Prestonian模型。例如，對每一基材之各區域而言，可於 時間T0前以麼力ρ β研磨區域，相τ〇後施加之新虔 力Ρ新可按Ρ新=Ρ * X(SD/S)計算，其中s為時間τ〇前 的直線斜率，SD為預定斜率。 例如，假設壓力,施加於第一基材的第一區域，壓 力Ρ*2施加於第一基材的第二區域，壓力pq施加於 第二基材的第一區域’壓力p “施加於第二基材的第二 區域，則第一基材之第一區域的新壓力p q可按PM: P « !X(SD1/S1)計算’第一基材之第二區域的新壓力p新2 可按P新2 = P * 2x(SD2/S2)計算，第二基材之第一區域的2 新壓力P新3可按P斩3= P1S3X(SD3/S3)計算，且第二美 材之第二區域的新壓力可按p…〜⑽二 計算。 研磨期間，決定基材將達目標厚度之預計時間和調整 研磨速率的製程可只進行—次，例如在料時間進行， 例如經過預期研磨時間的鄉至6()%後，或者該製程於 研磨時可進行多次，例如每3G至6G秒進行_次。隨後 在研磨期間’可依需求再次調整速率。研磨期間，研磨 速率可只改變幾次，例如四次、三次、兩次或僅―次。 可於研磨製程開始左右、中間或將近結束時進行調整。 調整研磨速率後，例如時間το後，繼續進行研磨，光 學監視系統繼續收集至少參考區域的光譜及決定參考區 域的指數值。在一些實施方式中，光學監視系統繼續收 24 201208812 集光譜及決定每一基材之各區域的指數值。—旦區 域的指數執跡達目標指數，即達所謂終 ：： 個基材進行研磨操作。 τ '一 例如，如第11圖所示，時間τ〇後 嬙此隹委土 傻先學監視系統繼 續收集參考區域的光譜及決定參考區域的指數值312。 :參考區域:，力沒有變化(如第8圖之實施方式)，則 2用TG則4的數據點計算線性函數，以提供最新線性 :二14’線性函數314達目標指數π的時間代表研磨 時間。另一方面’若參考區域的壓力於時間T0時改 變（如第9圖之實施方式） W則可從時間T0後的序列指 數值312計算具斜率s’夕紐姑ω Τ异”斜羊S之新線性函數314,新線性函數 3 14達目標指數I τ的時問讲矣瓜ώ μ 町叶間代表研磨終點時間。用於決定 終點的參考區域可與上述 it用以a十异預期終點時間的參考 區域相同或不同去，r1 J、及者，右所有區域依上述第8圖調整， 則可為終點決定選擇來去p 、μ a 铯释麥考區域）。若新線性函數314略比 原線性函數214計算之箱< # „ A , 之預3十時間晚（如第11圖所示）或 早達目標指數IT，則可公B丨丨站 ^ J r刀別使一或多個區域稍微過度研 磨或研磨不足。然因預期故 — 頂點時間與貫際研磨時間應相 差幾秒内’故此不會嚴重影響研磨均勻度。 在一些實施方式中， 从銅研磨為例，偵測到基材之終 點後’基材立即遭過度研磨製程處理，以例如移除銅殘 留物。過度研磨製程可對基材的所有區域施予均一壓 力，例如1至1.5碎/伞十. 十方吋。過度研磨製程可有預設持 續時間，例如1 〇至丨5秒。
S 25 201208812 在—些實施方式中’不同時停止研磨基材。在此實施 式中 為決疋終點，每一基材可有一參考區域。—旦 特疋基材之參考區域的指.數執跡達目標指數（如計算線 生函數適配時間TO後之序列指數值達目標指數的時 間）’特疋基材即達終點，並且同時停止施加壓力至特定 基材的所有區域。然可繼續研磨一或多個其它基材。只 有在其餘所有基材達終點後（或過度研磨完所有基材 後）’依據其餘基材之參考區域，開始潤洗研磨墊。此外， 所有承載頭可同時把基材抬離研磨墊。 就特定區域和基材產生多個指數執跡時，例如就特定 區域和基材的各選定圖庫產生一個指數執跡，可選擇一 個指數轨跡用於特定區域和基材的終點或壓力控制演算 法。例如，就同一區域和基材產生的各指數軌跡而言， 控制器190可使線性函數適配此指數軌跡的指數值及 決定線性函數與序列指數值的配適契合度。由與其自身 指數值有最佳配適契合度的線產生的指數執跡可選做特 疋區域和基材的指數軌跡。例如，決定如何調整調整區 域的研磨速率時，例如時間τ〇時，可採用具最佳配適契 合度的線性函數計算。又例如，當具最佳配適契合度之 線的計算指數（如由適配序列指數值的線性函數計算） 匹配或超過目標指數時，即達所謂終點。又，可不計算 線性函數的指數值，而是將指數值本身與目標指數相比 來決定終點。 決定光譜圖庫相關的指數軌跡是否與圖庫相關的線性 26 201208812 函數有最佳配適契合度包括相較於相關穩健線與另一圖 相關之扣數轨跡間的差異，決定相關光譜圖庫的指數 轨跡疋否與相關穩健線有最少差異，例如最小標準差、 =大相關性或其它測量變量。在一實施方式中，配適契 s度係藉由計算指數數據點與線性函數間的平方差總和 而決疋’平方差總和最小的圖庫為最適配者。 參照第12圆’其繪示概括流程圖6〇〇。如上所述，在 研磨設備中’利用同-研磨塾同時研磨複數個基材之複 數個區域（步驟6〇2 )。在此研磨操作期間，每一基材之 各區域的研磨速率與其它基材無關且由獨立變動之研磨 參數個別控制，例如承載頭之腔室施加至特定區域的壓 力。如上所述，在此研磨操作期間，如利用得自每一基 材之各區域的測量光譜，監視基材（步驟604 )。決定最 :配的參考光譜（步驟606)。決定各參考光譜的最適配 才曰數值，以產生一序列指數值（步驟008 h就每一基材 之各區域，使—線性函數適配該序列指數值（步驟610)。 在-實施方式中，決定參考區域之線性函數將達目標指 數值的預期終點時間，例如利用線性函數的線性内插（步 驟612 >在其它實施方式中，預期終點時間係預先決定， 或依多個區域的預期終點時間組合計算。若有需要，口 調整其它基材之其它區域的研磨參數，以調整基材的: 磨速率’使複數個基材之複數個區域近乎同時達目標厚 度，或使複數個基材之複數個區域於目標時間有近乎相 同的厚度（或目標厚度）（㈣614)1整參數後，^ 27 201208812 續進行研磨’並就每一基材之各區域，測量光譜、從圖 庫決定最匹配參考光譜、在調整研磨參數後的一段時 間’決定最匹配光譜的指數值，以產生新序列指數值， 以及使一線性函數適配指數值（步驟6丨6 )。一旦參考區 域的指數值（如將線性函數適配新序列指數值計算而得 之#曰數值）達目標指數’即可停止研磨（步驟63〇)。 上述技術亦可應用於利用渦流系統監視金屬層。在此 情況下，並不進行光譜匹配，而是利用渦流監視系統直 接測量層厚度（或其代表值）’且以層厚度代替指數值計 算。 調整終點的方法可能因研磨類型而異。就銅塊研磨而 。可使用單一渦流監視系統。在單一平臺上有多個晶 圓進行銅清除之CMP方面，可先使用單一渦流監視系 統’使所有基材同時達到第—突破點。接著把渦流監視 ::換f雷射監視系統’以清除及過度研磨晶圓。至於 單平至上有多個晶圓進行阻障層與介電質之CMP方 面，可使用光學監視系統。 本發明之實施j # nn ‘， s月曰所述之所有功能操作可實施 於數位電子電路，, 或電腦軟體、韌體或硬體，包括太 明書提及的結構穿署^ 匕枯本說 裒置，和該等結構裝置之結構均等物， 或該等該等結構裝置士 i砰、、構均荨物之組合物。 實施例可實施成一七夕/ +\月之 或夕個電腦程式產品，亦即實俨此絲 於機器可讀取儲存媒^ P貫體收錄 媒體的一或多個電腦程式， 處理設備（如可卷彳忐 乂供資枓 1處理器、電腦，或多個處理器或電 28 201208812 腦）執行或控制該等電腦葙 式產品之操作。電腦㈣（亦 稱為程式、軟體、軟體應用或編 或解譯語言之程式語1_ μ TU任何包括編譯 、 飞。D，、烏寫，該電腦程式並可部署成任 何形式，包括獨立程式或模 偎、、且口1M牛、副程式，或其夕 適合在運算環境使用的單 ' j平兀。電腩程式不—定要對應一 個檔案。程式可存儲在含有其 〜 有兵匕私式或資料的部分槽 案、提問程式專用的單一擋索，弋之去十 』早擋案，或多重座標檔案（如存 儲-或多個模組、副程式或部分編碼的槽案）中。電腦 程式可配置供單一電腦’或位於一網點或分散遍及多個 網點且由通信網路相連的多個電腦執行❹ 說明書所述之製程和邏輯流程可由一或多個執行一或 多個電腦程式的可程式處理器進行，以藉由操作輸入資 料及產生輸出而發揮功能。製程和邏輯流程亦可由特定 用途的邏輯電路進行，且設備也可實施做為特定用途的 邏輯電路’例如現場可程式閘陣β (field㈣㈣軸狀 糾e咖叮；FPGA )或特定功能積體電路 (application-specific integrated circuit ; ASIC)。 上述研磨設備和方法可應用到各種研磨系統。無論是 研磨墊、承載頭或二者都可移動而提供研磨表面與基材 間的相對移動。例如，平臺可不自轉，而是進行公轉。 研磨墊可為固定於平臺的圓形墊（或其它形狀）。某些終 點偵測系統態樣可應用到線性研磨系統，例如該等態樣 之研磨墊為線性移動之連續式或捲盤式研磨帶。研磨層 可為標準研磨材料（如含有或不含填料之聚胺酯）、軟材 29 201208812 料或固定研磨材料。在此採用相對位置的敘述方式；應 理解研磨表面與基材可保持朝垂直位向或其它位向。 本發明之特定實施例已揭露如上。其它實施例亦落在 後附申請專利範圍所界定之保護範圍内。 【圖式簡單說明】 第1圖為具有兩個研磨頭之研磨設備實例的截面圖。 第2圖為具有多個區域之基材的上視圖。 第3 A圖為研磨墊的上視圖，其顯示第一基材上進行原 位測量的位置。 第3B圖為研磨墊的上視圖，其顯示第二基材上進行原 位測量的位置。 第4圖為出自原位光學測量系統的測量光譜。 第5圖圖示參考光譜圖庫。 第6圖圖示指數軌跡。 第7圖圖示不同基材之不同區域的複數個指數軌跡。 第8圖圖示依據參考區域之指數軌跡達目標指數的時 間，計算複數個調整區域的複數個預定斜率。 第9圖圖示依據參考區域之指數軌跡達目標指數的時 間，計算複數個調整區域的複數個預定斜率。 第.10圖圖示不同基材之不同區域的複數個指數執 跡’且不同區域具有不同的目標指數。 第11圖圖示依據參考區域之指數軌跡達目標指數的 30 201208812 時間來計算終點。 第12圖為製程實例的流程圖，用以調整複數個基材之 複數個區域的研磨速率，使複數個區域於目標時間有近 乎相同的厚度^ 各圖中相同的元件符號代表相同的元件。 【主要元件符號說明】 10 ' l〇a、l〇b 基 108、 118 窗口 112 研磨層 120 平臺 124 ' 152 傳動軸 128 凹槽 130 手臂 140 承載頭 144 彈性膜 148a-148c 區域 160 監視系統 164 偵測器 168 光學頭 172 主幹 190 控制器 201a -201k 點 100 研磨 設備 110 研磨 墊 114 背層 121、 154 馬達 125 > 155 軸 129 聯結 器 132 研磨 液 142 定位 環 146a-146c 腔室 150 支撐 結構 162 光源 166 電路 170 光纖 174、 176 分支 201、 202 位置 204 箭頭 201208812 210 、220、 230、 240 指 數執跡 212 、222、 232 ' 242 指 數值 214 、224 ' 234、 244 直 線 300 ' 320 光譜 310 圖庫 312 ' 330 指數值 314 線性函數 340 記錄 350 資料庫 600 流程 圖 602 、604、 606 > 608 ' 610 、612、 614、616 El、 ΕΙ2-ΕΙ4 、 11 -14、 IT、 IT1-IT4 指數 Sl- S4 ' S， 、SD1 -SD4 斜 .率 το 、ΤΕ、ΤΕ5 時間 630 步 32