TWI466756B - 使用傅立葉轉換測量膜厚度 - Google Patents

Description

使用傅立葉轉換測量膜厚度

本揭示案係關於在基板的化學機械研磨期間進行光學監控。

積體電路通常藉由將導電層、半導電層或絕緣層依次沉積在矽晶圓上而形成於基板上。多種製造製程需要平坦化基板上之層。舉例而言，對於某些應用，例如研磨金屬層以在經圖案化層之溝槽中形成貫孔、插塞及接線，對上覆層進行平坦化直至暴露出經圖案化層之頂表面。在其他應用中，例如平坦化介電層以進行光微影，對上覆層進行研磨直至所要厚度保留於下層之上。

化學機械研磨(CMP)是一種公認的平坦化方法。此平坦化方法通常需要基板安裝於承載頭或研磨頭上。基板之暴露表面通常置放為抵靠旋轉研磨墊。承載頭在基板上提供可控負載以推動基板抵靠研磨墊。研磨漿料通常供應到研磨墊之表面。

CMP的一個問題係決定研磨製程是否完成，亦即，基板層是否已經平坦化至所要平度或厚度，或何時已移除所 要量之材料。漿料分配、研磨墊狀態及研磨墊與基板之間的相對速度以及基板上之負載的變化可引起材料移除率的變化。此等變化以及基板層的初始厚度之變化引起到達研磨終點所需的時間的變化。因此，僅根據研磨時間來決定研磨終點可導致晶圓內非均勻性(WIWNU)及晶圓間非均勻性(WTWNU)。

在一些系統中，在研磨期間例如經由研磨墊中的窗口對基板進行原位光學監控。然而，現有光學監控技術可能無法滿足半導體裝置製造商的日益增加的需求。

一些研磨製程涉及研磨厚半導體或介電層，例如2μm至200μm厚之層。遺憾的是，許多光學監控技術對於此等厚層並不可靠。可能能夠可靠地測量厚層之厚度但亦可能適用於較薄層的一種光學監控方法為執行對自基板反射的光之光譜的測量、對所反射光譜執行傅立葉轉換，及在傅立葉空間中追蹤峰值中之一者。

在一個態樣中，一種控制研磨操作之方法包括：研磨基板；在研磨期間，隨時間推移而藉由原位光學監控系統自該基板獲得測量光譜序列；對於來自該測量光譜序列中之每一測量光譜，將傅立葉轉換應用至該測量光譜以產生經轉換光譜，由此產生經轉換光譜序列；對於每一經轉換光譜，自該經轉換光譜中之複數個峰值識別所關心峰值；對於每一經轉換光譜，決定該所關心峰值在該經轉換光譜中之位置值，由此產生位置值序列；以及自該位置值序列決定研磨終 點或對基板的壓力的調整中之至少一者。

實施例可包括以下特徵中的一或多者。獲得該測量光譜序列可包括將近紅外光束導引至該基板上並測量該光束之反射的光譜。該近紅外光束可包括具有0.9μm至1.7μm之波長的光。研磨該基板可為製造矽穿孔中之研磨步驟。研磨該基板可包括研磨多層基板之矽層，該多層基板包括半導體晶圓及將該矽層結合至該半導體晶圓之黏著層。研磨該基板可包括研磨多層基板之上覆第一層，該多層基板包括下伏第二層及第三層，該第二層在該第一層與該第三層之間。該第一層可具有大於兩微米之厚度。應用傅立葉轉換可包括應用快速傅立葉轉換。該測量光譜可為強度隨波長倒數而變的光譜，且該經轉換光譜可為強度隨長度而變之光譜。選擇該所關心峰值可包括識別一位置值範圍中之最高峰值及次高峰值，以及決定該最高峰值及次高峰值中之每一者的高度及位置。選擇該所關心峰值可包括決定該最高峰值是否具有比該次高峰值低之位置值。選擇該所關心峰值可包括決定該最高峰值具有比該次高峰值低之位置值以及選擇該最高峰值作為該所關心峰值。選擇該所關心峰值可包括決定該次高峰值之高度是否在該最高峰值之高度之臨限值內。選擇該所關心峰值可包括決定該最高峰值具有比該次高峰值高之位置值且該次高峰值之高度在該最高峰值之高度的臨限值之上，及選擇該最高峰值作為該所關心峰值。選擇該所關心峰值可包括決定該最高峰值具有比該次高峰值高之位置值且該次高峰值之高度在該最高峰值之高度的臨限值之下，以及選擇該次高峰 值作為該所關心峰值。該位置值可以長度為單位，例如，可為厚度值。

在另一態樣中，一種有形地體現在機器可讀取儲存裝置中之非暫時性電腦程式產品包括用以執行該方法之指令。

實施例可視情況包括以下優勢中的一或多者。可可靠地原位測量厚半導體或介電層之厚度。可在堆疊中存在多個層的情況下決定所選擇層之厚度。可在矽穿孔(TSV)應用之研磨步驟期間執行厚度監控。可改良終點系統偵測所需研磨終點之可靠性，且可減少晶圓內厚度非均勻性(WIWNU)及晶圓間厚度非均勻性(WTWNU)。

一或更多個實施例之細節陳述於隨附圖式及以下描述中。其他態樣、特徵及優勢將自以下描述及該等圖式以及自申請專利範圍顯而易見。

8‧‧‧前側

10‧‧‧基板

12‧‧‧矽晶圓/光阻劑層

14‧‧‧黏著層/凹部

15‧‧‧氧化物內襯

16‧‧‧矽層/阻障層

18‧‧‧晶種層

20‧‧‧導電層/導電柱

21‧‧‧絕緣層

22‧‧‧阻障層

24‧‧‧後側

100‧‧‧研磨設備

110‧‧‧研磨墊

112‧‧‧外部研磨層

114‧‧‧背托層

118‧‧‧實體窗口

120‧‧‧可旋轉碟形平臺

121‧‧‧馬達

124‧‧‧驅動軸

125‧‧‧軸線

128‧‧‧凹部

129‧‧‧旋轉耦接器

130‧‧‧埠

132‧‧‧研磨液體

140‧‧‧承載頭

142‧‧‧保持環

144‧‧‧撓性膜

146a‧‧‧腔室

146b‧‧‧腔室

146c‧‧‧腔室

150‧‧‧支撐結構/回轉料架

152‧‧‧驅動軸

154‧‧‧承載頭旋轉馬達

155‧‧‧軸線

160‧‧‧光學監控系統

162‧‧‧光源

164‧‧‧光偵測器

166‧‧‧電路系統

168‧‧‧光學頭

170‧‧‧分叉光纖

172‧‧‧幹線

174‧‧‧分支

176‧‧‧分支

190‧‧‧遠端控制器

210‧‧‧跡線

212‧‧‧位置值

214‧‧‧線

300‧‧‧測量光譜

310‧‧‧測量光譜

320‧‧‧傅立葉轉換

320’‧‧‧傅立葉轉換

322‧‧‧峰值

340‧‧‧第一叢集

342‧‧‧峰值

350‧‧‧第二叢集

352‧‧‧峰值

360‧‧‧第三叢集

362‧‧‧峰值

400‧‧‧用於選擇峰值之製程

402‧‧‧步驟

403‧‧‧步驟

404‧‧‧步驟

405‧‧‧步驟

406‧‧‧步驟

702‧‧‧步驟

704‧‧‧步驟

706‧‧‧步驟

708‧‧‧步驟

710‧‧‧步驟

712‧‧‧步驟

714‧‧‧步驟

第1圖圖示研磨設備的實例之示意性橫截面圖。

第2圖圖示來自原位光學監控系統的測量光譜。

第3圖圖示波長倒數(波數)空間中之測量光譜。

第4圖圖示測量光譜的傅立葉轉換，其中功率為波長倒數(波數)的函數。

第5圖圖示TSV製造製程中之基板的層堆疊。

第6圖圖示來自第5圖的基板的測量波長倒數光譜的理想化傅立葉轉換。

第7圖圖示選擇峰值以進行追蹤的方法。

第8圖圖示來自所選擇峰值的一值序列。

第9圖圖示一值序列，該值序列具有擬合至該等值索引值之線性函數。

第10圖為用於控制研磨操作之示例性製程的流程圖。

第11A圖至第11H圖圖示形成矽穿孔(TSV)之方法。

各圖中之相同元件符號及命名指示相同元件。

一種光學監控技術為在研磨期間測量自基板反射的光的光譜。一個潛在問題為用於分析光譜的一些技術對於厚層(例如，2μm至200μm厚之半導體或介電層)或對於包括多層之堆疊的基板不可靠。

可引入此等問題之應用之一實例為在製造矽穿孔(TSV)期間進行之研磨。TSV為完全穿過矽基板之垂直電連接(貫孔)。TSV形成中之一個步驟為研磨矽基板之背側，直至暴露出銅(Cu)柱(研磨在尚未切分晶圓時發生)，當在Cu貫孔凹部蝕刻之後應用氧化物沉積時，所謂的Si-Cu貫孔顯現，或氧化物-Cu貫孔顯現。

可解決此等問題之光譜分析技術為對反射光譜執行傅立葉轉換，並追蹤傅立葉空間中的峰值中之一者。此外，可使用近紅外(NIR)光而非可見光來產生反射光譜。

第1圖圖示研磨設備100之實例。研磨設備100包括可旋轉碟形平臺120，研磨墊110位於該可旋轉碟形平臺120上。該平臺可操作以繞軸線125旋轉。舉例而言，馬達 121可轉動驅動軸124以旋轉平臺120。研磨墊110可為具有外部研磨層112及較軟背托層114之兩層式研磨墊。

研磨設備100可包括埠130，用以將諸如漿料之研磨液體132施配至研磨墊110至墊上。研磨設備亦可包括研磨墊調節器以磨蝕研磨墊100，從而將研磨墊110維持於一貫的研磨狀態。

研磨設備100包括至少一個承載頭140。承載頭140可操作以固持基板10抵靠研磨墊110。承載頭140可獨立控制研磨參數，例如與每一各別基板相關聯的壓力。

詳言之，承載頭140可包括保持環142以將基板10保持於撓性膜144下方。承載頭140亦包括由膜界定的複數個可獨立控制的可加壓腔室，例如三個腔室146a至146c，該等可加壓腔室可將可獨立控制之壓力施加至撓性膜144上之相關聯區域，且因此施加於基板10上。儘管為說明之簡便起見而在圖1中僅圖示三個腔室，但可能存在一個或兩個腔室或四個或四個以上腔室，例如五個腔室。

承載頭140自支撐結構150(例如，回轉料架)懸置，且承載頭140藉由驅動軸152連接至承載頭旋轉馬達154，以使得承載頭可繞軸線155旋轉。視情況，承載頭140可例如在回轉料架150上之滑塊上側向振動，或藉由回轉料架自身之旋轉振動而振動。在操作中，平臺繞平臺的中心軸線125旋轉，且承載頭繞承載頭中心軸線155旋轉，且承載頭橫跨研磨墊之頂表面而側向平移。

儘管僅展示一個承載頭140，但可提供更多承載頭 以固持額外基板，以使得可有效地使用研磨墊110之表面積。

研磨設備亦包括原位光學監控系統160，例如光譜監控系統，該系統可用以決定是否調整研磨速率或如下所論述調整研磨速率。藉由包括孔隙(亦即，穿過墊之孔)或實體窗口118而提供穿過研磨墊的光通道。實體窗口118可緊固至研磨墊110，以例如作為填充研磨墊中孔隙的插塞(例如模製至或以黏著方式緊固至研磨墊)，但在一些實施例中，實體窗口可支撐於平臺120上且突出至研磨墊中的孔隙中。

光學監控系統160可包括光源162、光偵測器164及用於發送及接收遠端控制器190(例如，電腦)與光源162及光偵測器164之間的信號的電路系統166。一或多條光纖可用以將光自光源162傳輸至研磨墊中之光通道，且將自基板10反射之光傳輸至偵測器164。舉例而言，分叉光纖170可用以將光自光源162傳輸至基板10且傳輸回至偵測器164。分叉光纖可包括鄰近於光通道放置的幹線172，及分別連接至光源162與偵測器164之兩個分支174與176。

在一些實施例中，平臺之頂表面可包括其中裝配光學頭168的凹部128，光學頭168固持分叉光纖之幹線172的一端。光學頭168可包括用以調整幹線172之頂部與實體窗口118之間的垂直距離之機構。

電路系統166之輸出可為數位電子信號，該數位電子信號經由驅動軸124中之旋轉耦接器129(例如滑動環)傳遞至光學監控系統之控制器190。類似地，光源可回應於自控制器190經由旋轉耦接器129傳遞到光學監控系統160的數 位電子信號中之控制命令而打開或關閉光源。或者，電路系統166可藉由無線信號與控制器190通訊。

光源162可操作以發射近紅外(NIR)光。在一個實施例中，所發射的NIR光包括具有為0.9μm至1.7μm之波長的光。

光偵測器164可為分光計。分光計為用於量測電磁光譜之一部分上的光之強度的光學儀器。適當分光計為光柵分光計。分光計之典型輸出係為波長(或頻率)之函數之光的強度。第2圖圖示強度隨波長而變之測量光譜300的實例。 第3圖圖示強度隨波長倒數(例如，隨波數)而變之測量光譜310的實例。若需要，則控制器190可將強度隨波長而變之測量光譜300轉換為強度隨波長倒數而變之測量光譜310。強度隨波長倒數而變之測量光譜在下文亦稱為波長倒數光譜。

如上文所指出，光源162及光偵測器164可連接至計算裝置(例如，控制器190)，該計算裝置可操作以控制光源162及光偵測器164之操作且接收光源162及光偵測器164之信號。計算裝置可包括位於研磨設備附近的微處理器，例如可程式化電腦。關於控制，計算裝置可例如使光源之啟動與平臺120之旋轉同步。

光學監控系統160經配置以在測量頻率下產生測量光譜序列。在一些實施例中，原位監控系統160之光源162及偵測器164安裝於平臺120中且隨平臺120一起旋轉。在此情況下，測量頻率可為平臺每旋轉一次測量一次。有可能 在光通道通過基板10下方時獲得多個光譜，在該情況下，可選擇所獲得的光譜中之一者，或可組合多個所獲得光譜，以提供測量光譜。

在操作中，控制器190可接收例如攜載資訊之信號，該資訊描述由光偵測器針對光源的特定閃光或偵測器的時間框接收的光之光譜。因此，此光譜為在研磨期間原位測量之光譜。

不限於任何特定理論，自基板10反射的光之光譜隨著研磨進行(例如，在平臺的多次旋轉中，而非在基板上的單次掃掠期間)由於最外層的厚度的改變而演進，因此產生時變光譜序列。此外，特定厚度的層堆疊展現特定光譜。

控制器190(例如，計算裝置)可經程式化以對每一測量光譜執行傅立葉轉換以產生經轉換光譜序列。來自該經轉換光譜序列中之每一經轉換光譜為來自該測量光譜序列之相關聯測量光譜的傅立葉轉換。該傅立葉轉換可為快速傅立葉轉換(FFT)。第4圖圖示測量光譜之傅立葉轉換320(詳言之，經測量波長倒數光譜的傅立葉轉換)的實例。

波長倒數光譜的傅立葉轉換將在傅立葉空間中產生峰值。此為有利的，因為傅立葉空間中峰值之位置可以長度為單位，與層之厚度單位相同。藉由對波長倒數光譜執行傅立葉轉換，傅立葉空間中之x軸將具有厚度單位(例如，微米)。舉例而言，峰值之位置可以奈米為單位。

該等峰值可對應於堆疊中每一層的厚度。對於每一層，在傅立葉空間中將存在一峰值，其在x軸(亦即，在長 度軸上)之位置指示該層之厚度。舉例而言，參看第4圖，傅立葉轉換320包括多個峰值322。有可能在傅立葉轉換中將峰值之位置轉換為層之絕對厚度。為了進行此轉換，需要比例因數。比例因數可取決於材料類型。舉例而言，對於黏著層可存在一比例因數，且對於矽層可存在一不同比例因數。比例因數將取決於材料之各種光學性質(n、k、入射角)以及鄰近層之光學性質。可根據實驗決定比例因數。舉例而言，可使用另一度量技術(例如，透射電子顯微學(TEM))來獲得測試基板之層的厚度之可靠測量。峰值的位置值與測量之厚度之間的比率提供該比例因數。

由於在堆疊之各個介面處的多次反射，尤其是對於包括複雜層堆疊之基板，在傅立葉轉換中可存在額外峰值。舉例而言，第5圖圖示TSV製造製程中之基板10的層堆疊。基板10包括矽晶圓12、具有厚度S之矽層16及具有厚度A之黏著層14，黏著層14將矽層16緊固至矽晶圓12。

在存在多個峰值的情況下，可選擇該多個峰值中之一者作為所關心峰值。所關心峰值通常為位置對應於被研磨層之厚度的峰值。

每一可能光學通路可在傅立葉轉換中產生一單獨峰值。傅立葉轉換傾向於包括對應於各個層之峰值的叢集。所關心峰值通常為該叢集中之主要峰值，例如，0階諧波峰值。應藉由兩個光路徑之間的干擾產生主要峰值，該兩個光路徑係在無來自其他邊界之反射之情況下由來自層之頂部及底部的反射產生。叢集中之其他峰值可係由光路徑之間的干擾引 起，該等光路徑包括來自其他邊界之反射。

若叢集係單獨的，則所關心峰值通常為該等叢集中之最高峰值。然而，來自圖案效應或來自子層效應之雜訊及失真可使得主要峰值在高度上低於叢集中諧波中之一者。此外，若該等叢集重疊，則可使用由較高諧波引起之峰值(例如，1階諧波峰值或較高階諧波峰值)來決定主要峰值。

一般而言，為識別所關心峰值，識別落入預定位置值範圍內之峰值。接著，可基於該等峰值在該範圍內之相對高度及位置來選擇該等峰值中之一者。用以選擇所關心峰值之邏輯可儲存於控制器190中。在一些實施例中，識別預定位置範圍中之最高峰值及次高峰值。可由消費者或軟體之製造商輸入預定位置範圍。決定在預定位置範圍中峰值之位置(以厚度為單位)及峰值之高度。可自在峰值之最大振幅處之x軸位置決定峰值之位置。

舉例而言，參看第6圖，傅立葉轉換320’包括峰值342之第一叢集340。第一叢集320可為在黏著層14中具有一或更多個反射的光學路徑之結果。第一叢集中之每一峰值342可分開取決於黏著層14之厚度A的距離。

傅立葉轉換320’包括峰值352之第二叢集350。第二叢集350可包括峰值352，該峰值352為在矽層14中具有一次反射的光學路徑之結果，亦即，為0階矽峰值。主要峰值(亦即，(S,0)峰值)係由來自矽層之頂部與底部的反射之間的干擾產生。叢集350中之其他峰值可係由光路徑之間的干擾引起，該等光路徑包括來自其他邊界之反射。第二叢集 350中之每一峰值352可分開取決於黏著層14之厚度A的距離。

第二叢集350中之主要峰值354(亦即，(S,0)峰值)可具有取決於矽層16之厚度S的a軸值。理論上，最高峰值為叢集之最高峰值。實務上，歸因於來自圖案或子層效應之雜訊及失真，(S,0)峰值可能並非叢集中之最高峰值。用於恰當指派峰值之邏輯必須考慮到此可能失真。

第三叢集360可包括峰值362，該峰值362為在矽層14中具有兩次反射的光學路徑之結果，亦即，為1階諧波矽峰值。大體而言，最大的1階諧波矽峰值將具有兩倍於0階矽峰值之位置值。

第6圖圖示理想化曲線圖，但歸因於具有重疊峰值之叢集及/或信號中之雜訊，可能難以對於被研磨層識別所關心峰值，例如(S,0)峰值。

為了對於被研磨層識別所關心峰值，控制器可經程式化有邏輯通路以自動選擇峰值中之一者。一般而言，識別落入預定位置範圍中之第一峰值。接著，可基於該等峰值在該範圍內之相對高度及位置來選擇該等峰值中之一者。

第7圖為用於選擇峰值之製程400的流程圖。此製程400尤其適用於根據TSV製程研磨基板，例如，如第5圖中所圖示之基板。然而，應理解，為了研磨具有其他層配置之基板，可能需要進行實驗並根據實驗決定選擇邏輯。

在第7圖之實例中，識別預定位置範圍中之最高峰值及次高峰值，且決定該等峰值之位置(以長度為單位)及 該等峰值之高度。可根據峰值中心處之振幅來決定峰值之高度。

決定最高峰值是否在次高峰值之左側，亦即，最高峰值是否具有比次高峰值小之位置值(以長度為單位)(步驟402)。若最高峰值具有比次高峰值小之位置值(以長度為單位)，則將最高峰值指定為所關心峰值，例如TSV製程之(S,0)峰值(步驟403)。若最高峰值不具有比次高峰值小之位置值(以長度為單位)，則最高峰值具有比次高峰值大之位置值(以長度為單位)。在此情況下，決定次高峰值之高度是否在最高峰值之高度的預設臨限值(例如，最高峰值之振幅的70-90%)之上(步驟404)。若次高峰值在最高峰值之高度的預設臨限值之上，則將次高峰值指定為所關心峰值(步驟405)。若次高峰值在最高峰值左側且低於最高峰值之預設臨限值，則將最高峰值指定為所關心峰值(步驟406)。可由使用者在研磨之前設定預設臨限值。

一旦選定被研磨層之所關心峰值，即可決定所關心峰值之位置值(例如，長度單位位置值)。藉由針對序列之每一經轉換光譜決定所關心峰值之位置值，產生位置值序列。

參看第8圖，該圖圖示基板之僅單一區域的結果，藉由針對測量光譜序列中之每一測量光譜決定位置值而產生的該位置值序列產生位置值212之時變序列。該位置值序列可稱為跡線210。一般而言，對於具有旋轉平臺之研磨系統，跡線210可在光學監控系統在基板下方之每次掃掠中包括一個(例如，僅一個)位置值。若監控多個區域，則每區域每 次掃掠可存在一個位置值。

在一些實施例中，當跡線越過預定臨限值(例如，來自值序列之最近產生的值等於或小於預定臨限值)時，可停止研磨。可根據實驗決定預定臨限值，例如，藉由使用單獨的獨立計量系統測量測試基板之層的研磨前厚度及研磨後厚度並比較該等結果與在測試基板研磨期間自原位監控系統產生之值序列的比較結果。

視情況，如第9圖中所示，將函數，例如具有已知階數的多項式函數(例如，1階函數)(例如，線214)擬合至該位置值序列(例如，使用穩健的線擬合)。可使用其他函數，例如二階多項式函數，但線提供計算之簡便。

視情況，該函數可擬合至在時間TC之後收集之位置值。當將函數擬合至該位置值序列時，可忽略在時間TC之前收集的光譜之位置值。此舉可輔助消除測量光譜中之雜訊(雜訊可能在研磨製程早期發生)，或此舉可移除在研磨另一層期間測量之光譜。

第10圖展示研磨產品基板之方法700的流程圖。該產品基板可具有至少與光學模型中表示之層結構相同的層結構。

研磨該產品基板(步驟702)，且例如使用上述原位監控系統在研磨期間獲得測量光譜序列(步驟704)。在獲得該測量光譜序列之前可存在多種初步研磨步驟。舉例而言，可移除一或更多個上覆層，例如導電層或介電層，且可在移除上覆層時觸發光譜之測量。舉例而言，可藉由馬達扭 矩或自基板反射之光的總強度之突然改變或根據所收集光譜之色散而偵測時間TC處第一層之暴露(見第9圖)。

將傅立葉轉換應用於該序列中之每一測量光譜以產生一經轉換光譜，藉此產生經轉換光譜序列(步驟706)。測量光譜可具有隨波長倒數而變之強度，因此經轉換光譜可具有隨長度(例如，厚度)而變之強度。對於該經轉換光譜序列中之每一經轉換光譜，決定所關心峰值(步驟708)，且決定經轉換光譜之所選定峰值的位置(以長度為單位)(步驟710)，藉此產生位置值序列。可將峰值之位置視為峰值在傅立葉轉換曲線圖中之x軸值。

可自該位置值序列決定終點(步驟712)。舉例而言，當來自該位置值序列之最近產生的值越過預定臨限值時，可停止研磨。可在研磨操作之前由使用者設定並儲存目標位置值TT。或者，可由使用者設定目標移除量，且可根據該目標移除量計算目標位置值TT。舉例而言，可根據目標移除量(例如，根據根據實驗決定之移除量與位置值之間的比率)計算厚度差TD，並將該厚度差TD相加至開始位置值ST。開始位置值ST可為偵測到上覆層之間隙的時間TC處之位置值(見第9圖)。如上文所指出，可將函數擬合至該位置值序列，且可計算線性函數將等於目標位置值時之時間，但此為任選的。

有可能針對基板之不同區域產生一位置值序列，且使用來自不同區域之序列來調整在承載頭之腔室中施加的壓力以提供更均勻之研磨，例如使用以引用方式併入本文之美 國申請案第13/096,777號中描述之技術(大體而言，可用索引值取代位置值以使用類似技術)。在一些實施例中，使用該位置值序列來調整基板之一或更多個區域的研磨速率，但使用另一原位監控系統或技術來偵測研磨終點。

此外，儘管以上論述假定旋轉平臺具有安裝於平臺中之光學終點監控器，但系統可適用於在監控系統與基板之間的其他類型之相對運動。舉例而言，在一些實施例(例如軌道運動)中，光源橫越基板上之不同位置，但並不越過基板之邊緣。在該等情況下，可按某一頻率(例如，1Hz或更高)收集測量光譜。

如上文所指出，使厚層被研磨且在堆疊中具有多個層之應用的實例為矽穿孔(TSV)之製造。包括TSV之半導體晶片之製造以如下操作開始：用光阻劑層12塗佈矽基板10之前側8(見第11A圖)，以及圖案化該光阻劑層12(見第11B圖)。使用經圖案化之光阻劑層12作為遮罩來執行各向異性蝕刻，從而形成部分地延伸而不完全穿過矽基板10之複數個凹部14(見第11C圖)。可氧化矽基板10之表面(包括於凹部14中)以形成氧化物內襯15，可在氧化物內襯15上沉積阻障層16，且可在阻障層16上沉積晶種層18(見第11D圖)。接著例如藉由電鍍以導電層20(例如銅)填充矽基板10中之凹部(見第11E圖)。可在晶種層16之頂表面的若干部分上安置絕緣層21，以使得電鍍大體限於凹部14。或者，有可能在不首先沉積晶種層之情況下例如藉由氣相沉積製程沉積導電層20。可藉由化學機械研磨移除導電層20之形成於 矽基板10之頂表面上的部分，從而在該等凹部中留下導電柱20(見第11F圖)。儘管第11F圖示氧化物內襯15之一部分留在暴露之表面上，但一旦暴露矽基板10即可停止研磨，或在暴露阻障層18時可停止研磨(假定阻障層為不導電的)。可接著將矽基板10結合至承載基板22(見第11G圖)，且可接著例如藉由化學機械研磨來薄化矽基板之後側24，直至暴露導電柱20，從而留下導電柱20作為穿過矽基板10之貫孔(見第1H圖)。可對矽基板10之後側執行進一步處理。此外，其他薄層可存在於TSV基板之前側上，諸如主動裝置及互連件，該等薄層並不直接牽涉於吾人所描述的CMP製程中或藉由吾人之所描述的CMP製程移除。

如在本說明書中所使用，術語基板可包括(例如)產品基板(例如，該產品基板包括多個記憶體或處理器晶粒)、測試基板、裸基板及閘控基板。基板可處於積體電路製造的各個階段，例如，基板可為裸晶圓，或基板可包括一或更多個經沉積及/或經圖案化之層。術語基板可包括圓碟及矩形薄片。

本說明書中描述的本發明之實施例及全部功能性操作可實施於數位電子電路系統或電腦軟體、韌體或硬體中，包括本說明書中揭示之結構構件及該結構構件之結構等效物或以上之組合。本發明之實施例可實施為一或更多個電腦程式產品，亦即有形地體現於非暫時性機器可讀取儲存媒體中之一或更多個電腦程式，以供由資料處理設備(例如，可程式化處理器、電腦，或多個處理器或電腦)執行或控制資料 處理設備之操作。

上述研磨設備及方法可應用於多種研磨系統中。可移動研磨墊或承載頭中之任一者或兩者以提供研磨表面與基板之間的相對運動。舉例而言，平臺可進行軌道運動而非旋轉。研磨墊可為緊固至平臺之圓形(或某一其他形狀)墊。終點偵測系統之一些態樣可應用於線性研磨系統，例如，其中研磨墊為連續的或線性移動之捲筒式帶。研磨層可為標準(例如，具有或不具有填料之聚胺基甲酸酯)研磨材料、軟材料或固定研磨材料。使用了相對定位術語；應理解，研磨表面及基板可固持於垂直定向或某一其他定向。

已描述本發明之特定實施例。其他實施例在以下申請專利範圍之範疇內。

320‧‧‧傅立葉轉換

322‧‧‧峰值

Claims (17)

1. 一種控制一研磨操作之方法，該方法包含以下步驟：研磨一基板；在研磨期間，隨時間推移而藉由一原位光學監控系統自該基板獲得一測量光譜序列；對於來自該測量光譜序列中之每一測量光譜，將一傅立葉轉換應用至該測量光譜以產生一經轉換光譜，由此產生一經轉換光譜序列；對於每一經轉換光譜，自該經轉換光譜中之複數個峰值選擇一所關心峰值，其中該所關心峰值之選擇包含：在一位置值範圍中識別一最高峰值及一次高峰值、對於每一個該最高峰值及該次高峰值決定一高度及一位置，以及決定該最高峰值相較於該次高峰值是否具有一更低的位置值；對於每一經轉換光譜，決定該所關心峰值在該經轉換光譜中之一位置值，由此產生一位置值序列；以及自該位置值序列決定一研磨終點或對該基板的一壓力的一調整中之至少一者。
2. 如請求項1所述之方法，其中獲得該測量光譜序列之步驟包含以下步驟：將一近紅外光束導引至該基板上，並測量該光束之一反射的一光譜。
3. 如請求項2所述之方法，其中該近紅外光束包含具有為0.9μm至1.7μm之一波長的光。
4. 如請求項2所述之方法，其中研磨該基板之步驟包含製造一矽穿孔中之一研磨步驟。
5. 如請求項1所述之方法，其中研磨該基板之步驟包含製造一矽穿孔中之一研磨步驟。
6. 如請求項5所述之方法，其中研磨該基板之步驟包含以下步驟：研磨一多層基板之一矽層，該多層基板包括一半導體晶圓及將該矽層結合至該半導體晶圓之一黏著層。
7. 如請求項1所述之方法，其中研磨該基板之步驟包含以下步驟：研磨一多層基板之一上覆第一層，該多層基板包括一下伏第二層及一第三層，該第二層在該第一層與該第三層之間。
8. 如請求項7所述之方法，其中該第一層具有大於兩微米之一厚度。
9. 如請求項1所述之方法，其中應用一傅立葉轉換之步驟包含以下步驟：應用一快速傅立葉轉換。
10. 如請求項1所述之方法，其中該測量光譜為強度隨波數而變之一光譜，且該經轉換光譜為強度隨長度而變之一光譜。
11. 如請求項1所述之方法，其中選擇該所關心峰值之步驟包括以下步驟：決定該最高峰值具有比該次高峰值低之一位置值，以及選擇該最高峰值作為該所關心峰值。
12. 如請求項1所述之方法，其中選擇該所關心峰值之步驟包括以下步驟：決定該次高峰值之該高度是否在該最高峰值之該高度之一臨限值內。
13. 如請求項12所述之方法，其中選擇該所關心峰值之步驟包含以下步驟：決定該最高峰值具有比該次高峰值高之一位置值且該次高峰值之該高度在該最高峰值之該高度的一臨限值之上，以及選擇該最高峰值作為該所關心峰值。
14. 如請求項12所述之方法’其中選擇該所關心峰值之步驟包含以下步驟：決定該最高峰值具有比該次高峰值高之一位置值且該次高峰值之該高度在該最高峰值之該高度的一臨限值之下，以及選擇該次高峰值作為該所關心峰值。
15. 如請求項12所述之方法，其中研磨該基板之步驟包含以下步驟：研磨一多層基板之一矽層，該多層基板包括一半導體晶圓及將該矽層結合至該半導體晶圓之一黏著層。
16. 如請求項12所述之方法，其中該位置值係以長度為單位。
17. 如請求項16所述之方法，其中該位置值包含一厚度。