TWI574787B - 改變用於研磨控制的係數與函數 - Google Patents

改變用於研磨控制的係數與函數 Download PDF

Info

Publication number
TWI574787B
TWI574787B TW101113982A TW101113982A TWI574787B TW I574787 B TWI574787 B TW I574787B TW 101113982 A TW101113982 A TW 101113982A TW 101113982 A TW101113982 A TW 101113982A TW I574787 B TWI574787 B TW I574787B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
spectrum
layer
stack
different
refractive index
Prior art date
Application number
TW101113982A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201249598A (en
Inventor
大衛傑弗瑞杜魯
班維紐多明尼克Ｊ
胡曉源
Original Assignee
應用材料股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US13/096,777 external-priority patent/US20120278028A1/en
Priority claimed from US13/096,714 external-priority patent/US8942842B2/en
Application filed by 應用材料股份有限公司 filed Critical 應用材料股份有限公司
Publication of TW201249598A publication Critical patent/TW201249598A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI574787B publication Critical patent/TWI574787B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/005—Control means for lapping machines or devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B24B37/042—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces operating processes therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
    • G01N21/274—Calibration, base line adjustment, drift correction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/32115—Planarisation
    • H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/20—Sequence of activities consisting of a plurality of measurements, corrections, marking or sorting steps
    • H01L22/26—Acting in response to an ongoing measurement without interruption of processing, e.g. endpoint detection, in-situ thickness measurement

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

改變用於研磨控制的係數與函數
本揭示案係關於例如在基板之化學機械研磨期間的研磨控制方法。
積體電路通常藉由矽晶圓上之傳導層、半導體層或絕緣層之連續沈積形成在基板上。一個製造步驟包括在非平坦表面上方沈積填料層及將填料層平坦化。對於某些應用而言，將填料層平坦化直至暴露圖案化之層之頂表面。傳導填料層(例如)可沈積在圖案化之絕緣層上以填滿絕緣層中之溝槽或孔。平坦化之後，剩餘在絕緣層之凸起圖案之間之傳導層部分形成通孔、插塞及線，該等通孔、插塞及線提供介於基板上之薄膜電路之間的傳導路徑。對於諸如氧化物研磨之其他應用而言，平坦化填料層直至在非平坦表面上方留下預先決定之厚度。另外，通常需要平坦化基板表面以用於光刻法。
化學機械研磨(CMP)為一種公認的平坦化方法。此平坦化方法通常要求基板安裝在承載頭上。通常將基板之暴露表面與旋轉之研磨墊緊靠放置。承載頭在基板上提供可控制的負載以推動基板緊靠研磨墊。通常將諸如具有磨粒之漿料之研磨液供應至研磨墊之表面。
CMP中存在的一個問題為決定研磨製程是否完成，亦即，是否已經將基板層平坦化至所欲之平坦度或厚度， 或何時已經移除所欲數量之材料。基板層最初厚度、漿料組成、研磨墊情況、研磨墊與基板之間的相對速度及基板上之負載的變化可引起材料移除速率的變化。該等變化引起到達研磨終點所需時間之變化。因此，可能無法僅將研磨終點決定為研磨時間之函數。
在一些系統中，研磨期間在原位光學監視基板，例如，經由研磨墊中之窗口。然而，現有的光學監視技術可能無法滿足半導體元件製造商日益增加之需求。
在一些光學監視過程中，將原位量測之光譜(例如，在CMP之研磨製程期間)與參考光譜庫相比較以發現最佳匹配參考光譜。建立參考光譜庫之一種技術為基於薄膜堆疊之光學性質之理論計算參考光譜。對於一些基板而言，在基板上經照射之層堆疊可隨著不同量測改變。然而，有可能產生對應於層堆疊之各種組合之多個參考光譜。另外，一些基板(例如，在線後端製程中之基板)可具有極其複雜之層堆疊，該等複雜之層堆疊在計算上係十分困難且不可靠的。然而，有可能將複雜層堆疊之下部分作為單一實體處理。
另外，實際上沈積層之n值及k值(光學膜性質分別指的是折射率及消光係數)視膜組成及膜沈積控制而定隨著不同客戶及不同批次改變。因此，自光學模型產生之參考光譜可能為不準確的。解決此問題之技術為產生 各種n值及k值之參考光譜。舉例而言，對於許多介電材料，可使用柯西(Cauchy)等式模型化可見光譜中之n及k之分散。對於該等層中之至少一者建立基線柯西模型，及隨後在計算理論光譜庫中柯西模型之係數經由使用者定義之邊線改變。
在一個態樣中，產生參考光譜庫之方法包括以下步驟：儲存具有複數個層之層堆疊之光學模型；接收識別來自複數個層之第一層之一組一或更多個折射率函數及一組一或更多個消光係數函數之使用者輸入，其中該組一或更多個折射率函數包括複數個不同折射率函數或該組一或更多個消光係數函數包括複數個不同消光係數函數；以及對於來自該組折射率函數之折射率函數及來自該組消光係數函數之消光係數函數之每一組合，基於折射率函數、消光係數函數及第一層之第一厚度使用光學模型計算參考光譜，以產生複數個參考光譜。
實施可包括以下特徵中之一或更多者。該組一或更多個折射率函數可包括複數個不同折射率函數，例如，2至10個函數。接收識別複數個不同折射率函數之使用者輸入之步驟可包括以下步驟：接收識別折射率函數之第一係數之第一複數個不同第一值(例如，2至10個值)之使用者輸入。接收識別第一複數個不同第一值之使用者輸入之步驟可包括以下步驟：接收下限值、上限值及值增量或若干值。接收識別複數個不同折射率函數之使用者輸入之步驟可包括以下步驟：接收識別折射率函數 之第二係數之第二複數個不同第二值之使用者輸入。對於來自第一複數個值之第一值及來自第二複數個值之第二值之每一組合，可計算折射率函數以產生複數個不同折射率函數。計算折射率函數之步驟可包括以下步驟：計算 其中n(λ)為折射率函數，A為第一值，B為第二值且C為第三值。該組一或更多個消光係數函數可包括複數個不同消光係數函數，例如，2至10個函數。該組一或更多個折射率函數可包括複數個不同折射率函數且該組一或更多個消光係數函數可包括複數個不同消光係數函數。可接收識別基板之第一層之複數個不同厚度值之使用者輸入，該複數個不同厚度值包括第一厚度值。對於來自該組折射率函數之折射率函數、來自該組消光係數函數之消光係數函數及來自該複數個不同厚度值之厚度值之每一組合，使用光學模型計算參考光譜。使用光學模型計算參考光譜可包括轉換矩陣法。基板可包括P+1層之堆疊，其中堆疊包括第一層且其中層0為底層且層P為最外面之第一層。計算參考光譜之步驟可包括以下步驟：如下計算堆疊反射率： 其中對於每一層j>0，Ej及Hj計算為： 其中E0為1且H0為μ0，且其中對於每一層j≧0，μj=(nj-ikj)．cos Φj且gj=2π(nj-ikj)．tj．cos Φj/λ，其中nj為層j之折射率，kj為層j之消光係數，tj為層j之厚度，Φj為光至層j之入射角，且λ為波長。計算參考光譜之步驟可包括以下步驟：計算堆疊反射率RSTACK2： 其中對於每一層j>0，Ej及Hj計算為： 其中E0為1且H0為μ0，且其中對於每一層j≧0，μj=(nj-i(nj+mj))．cos Φj且gj=2π(nj-i(kj+mj))．tj．cos Φj/λ，其中nj為層j之折射率，kj為層j之消光係數，mj為增加層j之消光係數之數量，tj為層j之厚度，Φj為光至層j之入射角，且λ為波長。計算參考光譜之步驟包含以下步驟：使用光學模型計算第一光譜RSTACK及將第一光譜RSTACK及第二光譜組合。計算參考光譜RLIBRARY之步驟可包括以下步驟：計算 其中RSTACK1為第一光譜，RSTACK2為第二光譜，RREFERENCE為第一堆疊及第二堆疊之底層之光譜，且X為介於0與1之間的值。底層可為矽或金屬。第一層可包括氧化矽、摻雜碳氧化矽、碳化矽、氮化矽、摻雜碳氮化矽或多晶矽。
在另一態樣中，產生參考光譜庫之方法包括以下步驟：儲存具有複數個層之層堆疊之光學模型；接收識別折射率函數之第一係數之第一複數個不同第一值之使用者輸入；對於來自複數個不同值之每一第一值，計算折射率函數以產生複數個折射率函數；以及對於來自複數個折射率函數之每一折射率函數，基於折射率函數、消光係數函數及第一層之第一厚度使用光學模型計算參考光譜，以產生複數個參考光譜。可接收識別折射率函數之第二係數之第二複數個不同第二值之使用者輸入，及對於來自第一複數個不同第一值之第一值及來自第二複數個不同第二值之第二值之每一組合，可計算折射率函數。
實施可包括以下特徵中之一或更多者。計算折射率函數之步驟可包括以下步驟：計算 其中n(λ)為折射率函數，A為第一值，B為第二值，且C為第三值。
在另一態樣中，根據先前方法產生參考光譜庫；研磨基板；在研磨期間量測來自基板之光之一序列光譜；對於該序列光譜中之每一量測之光譜，發現最佳匹配參考光譜以產生一序列最佳匹配參考光譜；以及基於該序列最佳匹配參考光譜決定研磨終點或研磨速率之調整中之至少一者。
在另一態樣中，產生參考光譜庫之方法包括以下步驟：接收代表基板上之第一堆疊中的層之反射率之第一光譜，第一堆疊包括第一介電層；接收代表基板上之第二堆疊中的層之反射率之第二光譜，第二堆疊包括第一介電層及不位於第一堆疊中之第二介電層；接收識別基板上之第一堆疊或第二堆疊中之至少一者之複數個不同貢獻百分比之使用者輸入；以及對於來自複數個不同貢獻百分比之每一貢獻百分比，根據第一光譜、第二光譜及貢獻百分比計算參考光譜。
實施可包括以下特徵中之一或更多者。計算參考光譜RLIBRARY之步驟可包括以下步驟：計算 其中RSTACK1為第一光譜，RSTACK2為第二光譜，RREFERENCE為第一堆疊及第二堆疊之底層之光譜，且X為第一堆疊之百分比貢獻。底層可為矽或金屬。可接收代表基板上之金屬層之反射率之第三光譜；可接收識別金屬層之複數個不同金屬貢獻百分比之使用者輸入；以 及對於來自複數個不同貢獻百分比之每一貢獻百分比及對於來自複數個不同金屬貢獻百分比之每一金屬貢獻百分比，可根據第一光譜、第二光譜、第三光譜、貢獻百分比及金屬貢獻百分比計算參考光譜。計算參考光譜RLIBRARY之步驟可包括以下步驟：計算 其中RSTACK1為第一光譜，RSTACK2為第二光譜，RMETAL為第三光譜，RREFERENCE為該第一堆疊和該第二堆疊之底層之光譜，且X為第一堆疊之百分比貢獻，且Y為金屬之百分比貢獻。底層可為金屬層之金屬。金屬層可為銅。接收識別金屬層之複數個不同金屬貢獻百分比之使用者輸入之步驟可包括以下步驟：接收識別第一堆疊之第一複數個不同貢獻百分比之使用者輸入；及接收識別第二堆疊之第二複數個不同貢獻百分比之使用者輸入；以及根據第一複數個不同貢獻百分比及第二複數個不同貢獻百分比計算複數個不同金屬貢獻百分比。複數個不同貢獻百分比可包括2至10個值。複數個不同金屬貢獻百分比可包括2至10個值。接收識別複數個不同貢獻百分比之使用者輸入之步驟可包括以下步驟：接收下限百分比、上限百分比及百分比增量。可分別使用第一堆疊之光學模型及第二堆疊之光學模型計算第一光譜及第二光譜。計算第一光譜之步驟包含以下步驟：計算堆疊反射率RSTACK1 其中對於每一層j>0，Ej及Hj計算為： 其中E0為1且H0為μ0，且其中對於每一層j≧0，μj=(nj-ikj)．cos Φj且gj=2π(nj-ikj)．tj．cos Φj/λ，其中nj為層j之折射率，kj為層j之消光係數，tj為層j之厚度，Φj為光至層j之入射角，且λ為波長。計算第二光譜之步驟可包括以下步驟：計算堆疊反射率RSTACK2： 其中對於每一層j>0，Ej及Hj計算為： 其中E0為1且H0為μ0，且其中對於每一層j≧0，μj=(nj-i(kj+mj))．cos Φj且gj=2π(nj-i(kj+mj))．tj．cos Φj/λ，其中nj為層j之折射率，kj為層j之消光係數，mj為增加層j之消光係數之數量，tj為層j之厚度，Φj為光至層j之入射角，且λ為波長。
在另一態樣中，產生參考光譜庫之方法包括以下步驟：接收代表基板上之第一堆疊中的層之反射率之第一光譜，第一堆疊包括第一層；接收代表基板上之第二堆 疊中的層之反射率之第二光譜，第二堆疊包括不位於第一堆疊中之第二層；接收代表基板上之第三堆疊中的層之反射率之第三光譜，第三堆疊包括不位於第一堆疊且不位於第二堆疊中之第三層；接收識別第一堆疊之第一複數個不同貢獻百分比之使用者輸入及接收識別第二堆疊之第二複數個不同貢獻百分比之使用者輸入；以及對於來自第一複數個不同貢獻百分比之每一第一貢獻百分比及來自第二複數個不同貢獻百分比之每一第二貢獻百分比，根據第一光譜、第二光譜、第三光譜、第一貢獻百分比及第二貢獻百分比計算參考光譜。
實施可包括以下特徵中之一或更多者。第二堆疊可包括第一層。第一堆疊可由第一層組成，且第一層可為第二堆疊之底層。第三堆疊可包括第一層及第二層，第一層可為第三堆疊之底層，且第二層可介於第一層及第三層之間。
在另一態樣中，控制研磨之方法包括以下步驟：根據先前之方法中之一者，產生參考光譜庫；研磨基板；在研磨期間量測來自基板之光之一序列光譜；對於該序列光譜之每一量測之光譜，發現最佳匹配參考光譜以產生一序列最佳匹配參考光譜；以及基於該序列最佳匹配參考光譜決定研磨終點或研磨速率之調整中之至少一者。
某些實施可包括以下優點中之一或更多者。可迅速計算參考光譜庫，該參考光譜庫跨過基板上之一或更多層之折射率或消光係數之可能改變範圍。可迅速計算參考 光譜庫，該參考光譜庫跨過基板上之不同層堆疊之貢獻之可能改變範圍。當不同批次或不同製造商引起折射率或消光係數之改變時，產生之參考光譜庫可改良匹配演算法之可靠性。因此，可改良偵測所欲之研磨終點之終點系統之可靠性，且可減少晶圓內部及晶圓之間厚度的不均勻性(WIWNU及WTWNU)。
一種光學監視技術為量測研磨期間自基板反射之光之光譜，及識別來自參考光譜庫之匹配參考光譜。在一些實施中，匹配參考光譜提供一系列指數值及一函數(例如，線)與一系列指數值擬合。函數至目標值之投影可用於決定終點或改變研磨速率。
如上所述，一個潛在問題為用於該等模型中之沈積層之n值及k值視膜組成及膜沈積控制而定隨著不同客戶及不同批次變化。舉例而言，諸如氧化矽、摻雜碳氧化矽、碳化矽、氮化矽、摻雜碳氮化矽或多晶矽之一些層趨向於產生n值及k值之變化。詳言之，由於沈積製程中之製程條件，外表上由相同材料組成之均勻層可具有變化之n值及k值。因此，即使客戶嚴格地控制客戶的膜性質，在客戶之間亦存在n值及k值的變化。
為解決此問題，可產生複數個參考光譜，其中該複數個參考光譜包括對於相同層之不同折射率值或消光系數值所產生之參考光譜。舉例而言，可儲存一組一或更多 個折射率函數及一組一或更多個消光係數函數。對於來自該組折射率函數之折射率函數及來自該組消光係數函數之消光係數函數之每一組合，可計算參考光譜。
如上所述，另一問題為一些基板包括具有不同層堆疊之區域。作為極其簡單之實例，一些區域可包括金屬層上方之單一介電層，且其他區域可包括金屬層上方之兩個介電層。當然，在實際應用中可能存在更加複雜之層堆疊。舉例而言，當在線後端製程中研磨基板時，基板之一些區域可包括暴露之金屬，其他區域可包括單一層組，且另其他區域可包括多個垂直佈置之層組。每一層組可對應於基板之金屬互連結構中之金屬層。舉例而言，每一層組包括介電層(例如，低k介電)及蝕刻終止層(例如，碳化矽、氮化矽或碳氮化矽(SiCN))。
在原位監視製程期間，將光束放置在基板上沒有受到精確控制。所以光束將有時主要落在具有一個層堆疊之區域上，及有時光束將主要落在具有不同層堆疊之區域上。簡而言之，對於來自基板上之每一不同層堆疊之光譜之百分比貢獻可隨不同量測改變。然而，有可能產生多個參考光譜，該多個參考光譜跨過不同層堆疊的貢獻之可能變化範圍。
另一問題在於對於一些基板而言，僅有小部分光能夠穿透基板上之最上層組。另外，來自最上層組之光比來自第二層組及下層組之光較少可能經散射及回到偵測器 以貢獻量測之光譜。因此，在計算理論產生之多堆疊參考光譜中合理近似法為僅使用頂端兩個層組。
如n=c/v所給出，折射率n與材料中之光速成反比，其中n為折射率，c為真空中之光速且v為材料中之光速。大的n意謂光在材料中緩慢行進。消光係數k與吸收係數成比例。大的k意謂材料具有強吸收性(入射光強烈地衰減)。值k=0意謂材料為完全透明的。
基板可包括第一層及第二層，第二層置於第一層上方。第一層可為介電質。第一層及第二層兩者均為至少半透明的。第一層及一或更多個附加層(若存在)共同在第二層下方提供層堆疊。
舉例而言，參閱第1A圖，基板10可包括基本結構12，例如，玻璃片或半導體晶圓，該基本結構12可能進一步具有傳導層或絕緣材料層。傳導層14(例如，諸如銅、鎢或鋁之金屬)置於基本結構12上方。圖案化之下部介電層18置於傳導層14上方，且圖案化之上部介電層22置於下部介電層18上方。下部介電層18及上部介電層22可為絕緣體，例如，諸如二氧化矽之氧化物或諸如摻雜碳二氧化矽之低k材料(例如，Black DiamondTM(來自Applied Materials,Inc.)或CoralTM(來自Novellus Systems,Inc.))。下部介電層18及上部介電層22可由相同材料或不同材料組成。
傳導層14及下部介電層18之間可選擇地放置鈍化層16，例如，氮化矽。下部介電層18及上部介電層22之間可選擇地放置蝕刻終止層20，例如，介電材料(例如，碳化矽、氮化矽或碳氮化矽(SiCN))。阻障層26置於上部介電層22上方且至少進入上部介電層22中之溝槽內，該阻障層26之組成不同於下部介電層18及上部介電層22之組成。舉例而言，阻障層26可為金屬或金屬氮化物，例如，氮化鉭或氮化鈦。上部介電層22及阻障層26第一層及第二層之間可選擇地放置一或更多個附加層24，該一或更多個附加層24由不同於第二介電材料之另一介電材料組成，例如，低k敷蓋材料(例如，由正矽酸乙酯(TEOS)形成之材料)。放置於上部介電層22上方(且至少在藉由上部介電層22之圖案提供之溝槽內)的為傳導材料28，例如，諸如銅、鎢或鋁之金屬。
傳導層14及傳導材料28之間的層，包括阻障層26，可具有足夠低的消光係數及/或為足夠薄使得該等層透射來自光學監視系統之光。相反地，傳導層14及傳導材料28可為足夠厚的且具有充足高的消光係數使得傳導層14及傳導材料28對於來自光學監視系統的光為不透明的。
在一些實施中，儘管其他層有可能為第一層及第二層，但上部介電層22提供第一層且阻障層26提供第二層。
化學機械研磨可用於將基板平坦化直至暴露第二層。舉例而言，如第1B圖中所圖示，開始時研磨不透明傳導材料28直至暴露非不透明第二層(例如，阻障層26)。隨後，參閱第1C圖，移除剩餘在第一層上方之第二層之部分及研磨基板直至暴露第一層(例如，上部介電層22)。另外，有時希望研磨第一層(例如，介電層22)直至剩餘目標厚度或已經移除目標數量之材料。在第1A圖至第1C圖之實例中，平坦化後，剩餘在上部介電層22之凸起圖案之間之傳導材料28之部分形成通孔及通孔之類似物。
一種研磨方法為在第一研磨墊上研磨傳導材料28至少直至暴露第二層(例如，阻障層26)。另外，可移除第二層之厚度之部分，例如，在過度研磨步驟期間在第一研磨墊處移除。隨後將基板轉移至第二研磨墊，在此處完全移除第二層(例如，阻障層26)及亦移除第一層(例如，諸如低k介電質之上部介電層22)之厚度之部分。另外，若在第一及第二層之間存在一或更多附加層(例如，敷蓋層)則可在第二研磨墊處以相同研磨操作移除該一或更多附加層。
第2圖圖示研磨設備100之實例。研磨設備100包括可旋轉之蝶形平臺120，研磨墊110位於平臺120上。平臺為可操作的以圍繞軸125旋轉。舉例而言，電動機121可轉動驅動軸124以旋轉平臺120。研磨墊110可為雙層研磨墊，具有外部研磨層112及較軟的背托層114。
研磨設備100可包括埠130以分配諸如漿料之研磨液132至研磨墊110上至該墊。研磨設備亦可包括研磨墊調節器以磨光研磨墊110從而維持研磨墊110處於連貫的研磨狀態。
研磨設備100包括一或更多個承載頭140。每一承載頭140為可操作的以固持基板10緊靠研磨墊110。每一承載頭140可單獨控制與每一各別基板相關聯之研磨參數(例如，壓力)。
詳言之，每一承載頭140可包括擋圈142以保持基板10位於撓性膜144下方。每一承載頭140亦包括複數個可獨立控制之由膜界定之可加壓腔室，例如，三個腔室146a-146c，該等腔室可獨立施加可控制壓力至撓性膜144上之關聯區域148a-148c及由此在基板10上施加可控制壓力(參見第3圖)。參閱第3圖，中心區域148a可為實質上圓形的，且其餘區域148b-148c可為圍繞中心區域148a之同心環形區域。儘管為了便於說明第2圖及第3圖中僅圖示了三個腔室，但是可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)。
回到第2圖，每一承載頭140自支撐結構150(例如，旋轉料架)懸掛，及藉由驅動軸152連接至承載頭旋轉電動機154使得承載頭可圍繞軸155旋轉。每一承載頭140可選擇地橫向擺動，例如，在旋轉料架150上之滑塊上；或藉由旋轉料架自身旋轉擺動。在操作中，平臺圍繞平 臺中心軸125旋轉，且每一承載頭圍繞承載頭中心軸155旋轉及橫向轉移跨過研磨墊之頂表面。
儘管僅圖示一個承載頭140，但可提供更多承載頭以固持額外基板，使得研磨墊110之表面積可得到有效使用。因此，同時研磨製程中適於固持基板之承載頭組件之數量可至少部分地基於研磨墊110之表面積。
研磨設備亦包括原位光學監視系統160(例如，光譜監視系統)，該光學監視系統160可如下所述用於決定是否調整研磨速率或決定對於研磨速率之調整。藉由包括孔(即，貫穿墊之洞)或固體窗口118提供穿過研磨墊之光學通道。儘管在一些實施中固體窗口118可支撐於平臺120上及突出至研磨墊中之孔內，但固體窗口118可緊固至研磨墊110，例如，作為填滿研磨墊中之孔之插塞，例如，經模製或黏附緊固至研磨墊。
光學監視系統160可包括光源162、光偵測器164及電路166，該電路166用於在遠端控制器190(例如，電腦)與光源162及光偵測器164之間發送及接收訊號。一或更多個光纖可用於自光源162傳送光至研磨墊中的光學通道，及傳送自基板10反射之光至偵測器164。舉例而言，分叉光纖170可用於自光源162傳送光至基板10及將光傳回至偵測器164。分叉光纖包括定位鄰近於光學通道之主線172及兩個支線174及176，該兩個支線174及176分別連接至光源162及偵測器164。
在一些實施中，平臺之頂表面可包括凹口128，該凹口128內安裝光學頭168，該光學頭168固持分叉光纖之主線172之一端。光學頭168可包括機構以調整主線172之頂端及固體窗口118之間的垂直距離。
電路166之輸出可為數位電子訊號，該數位電子訊號穿過旋轉耦合器129(例如，驅動軸124中之滑環)到達光學監視系統之控制器190。類似地，回應於自控制器190穿過旋轉耦合器129至光學監視系統160之數位電子訊號中之控制命令，可打開或關閉光源。或者，電路166可藉由無線訊號與控制器190通訊。
光源162可為可操作的以發射白光。在一個實施中，發射之白光包括具有波長為200-800奈米之光。適當光源為氙燈或氙汞燈。
光偵測器164可為分光計。分光計為用於量測電磁波譜之部分上光強度之光學儀器。適當分光計為光柵分光計。分光計之典型輸出為作為波長(或頻率)之函數之光強度。
如上所述，光源162及光偵測器164可連接至計算裝置(例如，控制器190)，該計算裝置為可操作的以控制光源162及光偵測器164之操作及接收光源162及光偵測器164之訊號。計算裝置可包括位於研磨設備附近之微處理器，例如，可程式化電腦。就控制而言，計算裝置可(例如)使光源之啟動與平臺120之旋轉同步。
在一些實施中，原位監視系統160之光源162及偵測器164安裝在平臺120內及隨平臺120旋轉。在此情況下，平臺之移動將引起感測器掃描跨過每一基板。詳言之，當平臺120旋轉時，控制器190可引起光源162就在光學通道經過基板10下方之前開始發射一系列閃光及就在光學通道經過基板10下方之後結束發射一系列閃光。或者，計算裝置可引起光源162就在每一基板10經過光學通道上方之前開始連續發射光及就在每一基板10經過光學通道上方之後結束連續發射光。在任一情況下，來自偵測器之訊號在取樣週期期間整合從而以取樣頻率產生光譜量測。
在操作中，控制器190可接收(例如)傳遞資訊之訊號，該資訊描述對於光源之特定閃光或偵測器之時間框，藉由光偵測器接收之光之光譜。因此，此光譜為研磨期間原位量測之光譜。
如第4圖中所圖示，若偵測器安裝在平臺中，由於平臺之旋轉(藉由箭頭204圖示)，當窗口108在承載頭下方行進時，則以取樣頻率產生光譜量測之光學監視系統將引起在位置201處進行光譜量測，位置201在橫越基板10之弧形中。舉例而言，點201a-201k中之每一者代表監視系統之光譜量測之位置(點之數量為說明性的；視取樣頻率而定可進行比所圖示之量測更多或更少之量測)。可選擇取樣頻率使得窗口108每次拂掠時收集介於 五個至二十個之間的光譜。舉例而言，取樣週期可在3毫秒與100毫秒之間。
如圖所示，在平臺之一個旋轉期間，在基板10上自不同半徑獲得光譜。亦即，自靠近基板10之中心之位置獲得一些光譜且自靠近基板10之邊緣之位置獲得一些光譜。因此，對於跨過基板之光學監視系統之任何給定掃描，基於時序、電動機編碼器資訊及基板之邊緣及/或擋圈之光學偵測，控制器190可自掃描計算每一量測之光譜之半徑位置(相對於經掃描之基板之中心)。研磨系統亦可包括旋轉位置感測器，例如，附著於平臺之邊緣之凸緣，該旋轉位置感測器將經過固定光學斷續器，以提供額外資料用於決定哪個基板及量測之光譜在該基板上之位置。控制器因此可將各種量測之光譜與基板10a及基板10b上之可控制區域148b-148e(參見第2圖)相關聯。在一些實施中，光譜之量測之時間可用作代替半徑位置之準確計算。
在平臺之多個旋轉期間，對於每一區域，可隨時間獲得一序列光譜。不受限於任何特定理論，由於最外層之厚度變化，當研磨進行時(例如，在平臺之多個旋轉期間，不在跨過基板之單一拂掠期間)，自基板10反射之光之光譜演變，因此產生隨時間改變之一序列光譜。此外，特定光譜由層堆疊之特定厚度顯示。
在一些實施中，可程式化控制器(例如，計算裝置)以將量測之光譜與多個參考光譜比較及決定哪個參考光 譜提供最佳匹配。詳言之，可程式化控制器以將來自每一區域之一序列量測之光譜的每一光譜與多個參考光譜比較從而產生每一區域之一序列最佳匹配參考光譜。
如本文中所使用，參考光譜為研磨基板之前產生之預先定義之光譜。假定實際研磨速率遵循預計研磨速率，則參考光譜可與代表研磨製程中預計出現光譜之時間之值具有預先定義(亦即，在研磨操作之前定義)之關聯性。或者或另外，參考光譜可與諸如最外層之厚度之基板性質之值具有預先定義之關聯性。
可憑經驗產生參考光譜，例如，藉由量測來自測試基板之光譜(例如，測試基板具有已知之最初層厚度)。舉例而言，為產生複數個參考光譜，使用將在裝置晶圓研磨期間所使用之相同研磨參數研磨裝設基板，同時收集一序列光譜。對於每一光譜，記錄代表研磨製程中收集光譜之時間之值。舉例而言，值可為所經過之時間或若干平臺旋轉。可過度研磨基板，亦即，基板經研磨超過所欲之厚度，使得完成目標厚度時可獲得自基板反射之光之光譜。
為了將每一光譜與基板性質(例如，最外層之厚度)之值相關聯，可在計量站於研磨前量測最初光譜及與產品基板具有相同圖案之「裝設」基板之性質。亦可使用相同計量站或不同計量站於研磨後量測最後光譜及性質。可藉由內插法(例如，基於量測測試基板之光譜所 經過之時間之線性內插)決定介於最初光譜及最後光譜之間的光譜之性質。
除了憑經驗決定外，參考光譜中之一些或全部可根據理論計算，例如，使用基板層之光學模型計算。舉例而言，光學模型可用於計算給定外層厚度D之參考光譜。例如，藉由假定以均勻研磨速率移除外層，可計算代表在研磨製程中將收集參考光譜之時間之值。舉例而言，可藉由假定開始厚度D0及均勻研磨速率R簡單計算特定參考光譜之時間Ts(Ts=(D0-D)/R)。作為另一實例，可執行線性內插，該線性內插介於研磨前之厚度D1及研磨後之厚度D2(或計量站處量測之其他厚度)之量測時間T1、T2之間，該研磨前之厚度D1及研磨後之厚度D2(或計量站處量測之其他厚度)基於用於光學模型之厚度D(Ts=T2-T1*(D1-D)/(D1-D2)。
在一些實施中，軟體可用於自動計算多個參考光譜。因為存在將進入之基板之下層之厚度的變化，故製造商可輸入下層(例如，多個下層)中之至少一者之厚度範圍及厚度增量。對於下層之厚度之每一組合，軟體將計算參考光譜。對於上層之每一厚度，可計算多個參考光譜。
舉例而言，對於第1B圖中所圖示之結構的研磨，光學堆疊可依序包括位於底部之金屬層(例如，傳導層14)、鈍化層、下部低k介電層、蝕刻終止層、上部低k介電層、TEOS層、阻障層及水層(代表研磨液，光穿 過該研磨液可到達)。在一個實例中，出於計算參考光譜之目的，阻障層可以10Å之增量在300Å及350Å之間變化，TEOS層可以50Å之增量在4800Å及5200Å之間變化，且上部低k介電頂層可以20Å之增量在1800Å及2200Å之間變化。對於層之厚度之每一組合，計算參考光譜。使用該等自由度，將計算9*6*21=1134個參考光譜。然而，對於每一層，其他範圍及增量為可能的。
為計算參考光譜，可使用以下光學模型。薄膜堆疊之頂層p之反射率RSTACK可計算為： 其中Ep +代表將進入之光束之電磁場強度且Ep -代表將離開之光束之電磁場強度。
值Ep +及Ep -可計算為：Ep +=(Ep+Hp/μp)/2 Ep -=(Ep-Hp/μp)/2。
可使用轉換矩陣法根據下層中之場E及場H計算任意層j中之場E及場H。因此，在層0,1,...,p-1,p(其中層0為底層且層p為最外層)之堆疊中，對於給定層j>0，Ej及Hj可計算為： 其中μj=(nj-ikj)．cos Φj且gj=2π(nj-ikj)．tj．cos Φj/λ，其中nj為層j之折射率，kj為層j之消光係數，tj為層j之厚度，Φj為光至層j之入射角，且λ為波長。對於堆疊中之底層(亦即，層j=0)，E0=1且H0=μ0=(n0-ik0)．cos Φ0。可根據科學文獻決定每一層之折射率n及消光係數k，且折射率n及消光係數k可為波長之函數。可根據史奈爾(Snell)定律計算入射角Φ。
層之厚度t可根據藉由使用者輸入該層之厚度範圍及厚度增量來計算，例如，對於k=0,1,...，對於tj≦TMAXj，tj=TMINj+k*TINCj，其中TMINj及TMAXj為層j之厚度範圍之上限及下限且TINCj為層j之厚度增量。可對於層之厚度值之每一組合重複計算。
此技術之潛在優點為快速產生大量參考光譜庫，該大量參考光譜庫可對應於基板上之層之厚度之不同組合，從而改良發現良好匹配參考光譜之可能性及改良光學監視系統之準確性及可靠性。
舉例而言，自第1C圖中所圖示之基板反射之光強度可計算為： 其中g4之值及μ4之值取決於基板10之最外層(例如，上部介電層22(例如，低k材料))之厚度、折射率及消光係數；g3之值及μ3之值取決於下層(例如，蝕刻終止層20(例如，SiCN))之厚度、折射率及消光係數；g2之值及μ2之值取決於另一下層(例如，下部介電層18)之厚度、折射率及消光係數；g1之值及μ1之值取決 於另一下層(例如，鈍化層(例如，SiN))之厚度、折射率及消光係數；以及μ0之值取決於底層(例如，傳導層14(例如，銅))之折射率及消光係數。
接著反射率RSTACK可計算為：
儘管未圖示，亦可在光學模型中說明在基板上方存在水層(代表研磨液，光經由該研磨液可到達)。
上述基板及相關聯之光學堆疊僅為層之一個可能組合，及許多其他組合為可能的。舉例而言，上述光學堆疊在光學堆疊之底部處使用傳導層，該傳導層對於線後端製程中之基板而言將為典型的。然而，在線前端製程中，或若傳導層為透明材料，則光學堆疊之底部可為半導體晶圓(例如，矽)。作為另一實例，一些基板可不包括下部介電層。
除了層厚度的變化之外，光學模型可包括光學堆疊中之一或更多個層之折射率及/或消光係數之變化。該一或更多個層可包括下層及/或上層。該一或更多個層可包括氧化矽層、摻雜碳氧化矽層、碳化矽層、氮化矽層、摻雜碳氮化矽層及/或多晶矽層。視基板上之層之組成及沈積方法而定，可自具有較高折射率或消光係數之層之基板進行一些光譜量測，而其他光譜量測可自具有較低折射率或消光係數之層之基板進行。
在一些實施中，軟體可用於接收使用者輸入以識別一組一或更多個折射率函數及/或一組一或更多個消光係數函數。折射率函數可為層之材料提供折射率作為波長之函數。類似地，消光係數函數可為層之材料提供消光係數作為波長之函數。在基板之間折射率有變化之情況下，複數個不同折射率函數可用於產生參考光譜。類似地，在基板之間消光係數有變化之情況下，複數個消光係數函數可用於產生參考光譜。舉例而言，對於來自該組折射率函數之折射率函數及來自該組消光係數函數之消光係數函數之每一組合，軟體可計算參考光譜。
不同折射率函數可為常見一般折射率函數之變體。舉例而言，一般折射率函數可為波長之函數及一或更多個額外係數之函數，且不同折射率函數可組成一或更多個係數之不同值。使用者(例如，半導體製造商)可設定一或更多係數之值。舉例而言，對於特定係數，使用者可藉由輸入下限值、上限值及值增量或若干總值來設定值。
類似地，不同消光係數函數可為常見一般消光係數函數之變體。舉例而言，一般消光係數函數可為波長之函數及一或更多個額外係數之函數，且不同消光係數函數可組成一或更多個係數之不同值。使用者(例如，半導體製造商)可定義一或更多係數之值。舉例而言，對於特定係數，使用者可藉由輸入下限值、上限值及值增量或若干總值來設定值。使用者亦可定義幾組常數之值及 係數之值。因此，使用使用者定義之值可計算不同組消光係數函數。
在一些實施中，使用柯西等式可將折射率函數及消光係數函數模型化。柯西模型可用於對於可見光波長範圍中之透明介電質將n(λ)及k(λ)模型化。由下式得出： 其中An、Bn、Cn、Ak、Bk由使用者規定，且Ck為常數(4000Å)。若不存在吸收，則Ak=0。第18圖為柯西產生折射率函數之實例。柯西模型可用於僅將n(λ)或僅將k(λ)模型化。
為了產生複數個光譜，建立基線柯西模型及隨後藉由使用者定義邊線允許An、Bn、Cn、Ak及Bk中之一或多者「浮動」。亦即，在用於產生函數之係數之多個值上，可重複計算光譜RSTACK，例如，在An、Bn、Cn、Ak及Bk之多個值上。舉例而言，An可在1.40與1.50之間變化，例如，變化增量為0.02。
此技術之潛在優點為產生參考光譜，該等參考光譜可對應於基板上之層中之不同折射率或不同消光係數，從而改良發現良好匹配參考光譜之可能性及改良光學監視系統之準確性及可靠性。
n(λ)及k(λ)可隨不同使用者係數輸入浮動。舉例而言，可存在n(λ1)，n(λ1)為使用者以An1、Bn1及Cn1規定 之折射率；以及可存在k(λ1)，k(λ1)為使用者以Ak1、Bk1及Ck1規定之消光係數。
第19圖為圖示使用n值浮動模型(藉由浮動An及Bn)之厚度追蹤之更好光譜擬合之實例。在此特定實例中，k膜之參數定義為An=1.435至1.495、Bn=0.003至0.007，其中堆疊厚度變化(依序)為：介電質薄膜2300Å至3100Å、蝕刻終止層475Å至525Å、介電質薄膜2400Å及蝕刻終止層500Å。第19圖圖示介電層厚度與研磨時間曲線圖。橫軸表示以秒為單位之研磨時間；以及垂直軸表示以Å為單位之厚度最佳匹配。該圖表示最佳匹配之三個例子。每一例子位置恰好位於其他例子之頂部上。
在更一般之實施中，產生用於控制研磨之參考光譜庫之步驟可包括以下步驟：儲存多個層之層堆疊之光學模型；接受定義折射率係數之一組不同第一值之使用者輸入；對於每一第一值，計算折射率函數以產生若干折射率函數；以及對於每一折射率函數，基於折射率函數、消光係數函數及第一層之第一厚度使用光學模型計算參考光譜。
在更一般之態樣中，一組一或更多個折射率函數可包括複數個不同折射率函數。類似地，一組一或更多個消光係數函數可包括複數個不同消光係數函數。
除了層厚度之變化之外，光學模型可包括金屬層之光譜貢獻之變化。亦即，視製造中之晶片上之圖案而定，可在具有高金屬(例如，來自溝槽中之傳導材料28)濃 度之區域中進行一些光譜量測，而其他光譜量測可在具有較低金屬濃度之區域中進行。
使用者對軟體之輸入可進一步包括基板之第一層之若干不同厚度值。在該等不同厚度值中，存在至少第一厚度值。因此，使用光學模型，不同折射率函數、消光係數函數及厚度值之每一組組合將產生參考光譜以用於光譜庫中。
添加至光譜庫中之光譜RLIBRARY可計算為： 其中RSTACK1為第一光譜，RSTACK2為第二光譜，RREFERENCE為第一堆疊及第二堆疊之底層之光譜，且X為第一堆疊之百分比貢獻。
RLIBRARY可為多個堆疊模型之組合。舉例而言，可存在RSTACK1及RSTACK2，RSTACK1為最高堆疊(包含CAP、介電、阻障及銅基板)之光譜貢獻，RSTACK2為兩個最高堆疊(該兩個最高堆疊為來自RSTACK1之介電及阻障基板加上駐留於該介電及阻障基板下方之介電、阻障及銅基板)之光譜貢獻。故RLIBRARY之計算看起來類似： 其中X+Y<1，RSTACK1為第一光譜，RSTACK2為第二光譜，RMETAL為第三光譜，RREFERENCE為該第一堆疊和該第二堆疊之底層之光譜，且X為第一堆疊之百分比貢獻，且Y為金屬之百分比貢獻。
在一些實施例中，例如，若傳導層14及傳導材料28為相同材料(例如，銅)，則RBASELINE及RMetal為相同光譜(例如，銅之光譜)。可在X之多個值上重複計算光譜RLIBRARY。舉例而言，X可以間隔0.2在0.0與1.0之間改變。繼續第1B圖中所圖示之堆疊之實例，使用該等自由度，將計算9*6*21*6=6804個參考光譜。此技術之潛在優點為產生參考光譜，該等參考光譜可對應於基板上之量測之點中之不同金屬濃度，從而改良發現良好匹配參考光譜之可能性及改良光學監視系統之準確性及可靠性。
除了改變層厚度之外，光學模型可包括改變金屬層之光譜貢獻。亦即，視製造中之晶片上之圖案而定，可在具有高金屬(例如，來自溝槽中之傳導材料28)濃度之區域中進行一些光譜量測，而其他光譜量測可在具有較低金屬濃度之區域中進行。由於藉由折射率、消光係數及厚度定義材料層，故對於給定之材料，存在表徵該材料之光學性質之折射率及消光係數之每一函數，可量測、憑經驗決定或模型化該函數。
故對於RLIBRARY之計算看起來類似： 其中X+Y<1，RSTACK1為第一光譜，RSTACK2為第二光譜，RMETAL為第三光譜，RREFERENCE為該第一堆疊和該第二堆疊之底層之光譜，且X為第一堆疊之百分比貢 獻，且Y為金屬之百分比貢獻。
在一些實施例中，例如，若傳導層14及傳導材料28為相同材料(例如，銅)，則RREFERENCE及RMETAL為相同光譜(例如，銅之光譜)。可在X及Y之多個值上重複計算光譜RLIBRARY。舉例而言，X可以間隔0.1在0.0與1.0之間改變且Y可以間隔0.1在0.0與1.0之間改變。此技術之潛在優點為產生參考光譜，該等參考光譜可對應於基板上之量測之點中之不同金屬濃度，從而改良發現良好匹配參考光譜之可能性及改良光學監視系統之準確性及可靠性。
在一些實施中，將自單一拂掠(例如，跨過區域或跨過整個基板之拂掠)所收集之多個量測之光譜均分。由於自較大區域取樣平均光譜，故平均光譜具有來自各種層組之百分比貢獻之較緊密分佈。此允許使用者將用於計算中之百分比貢獻限制至更狹小之範圍。舉例而言，X及Y可以間隔0.02在0.2之範圍內改變。
軟體可接收識別金屬層之複數個不同金屬貢獻百分比之使用者輸入，該接收之步驟可包括以下步驟：接收識別第一堆疊之第一數量不同貢獻百分比之使用者輸入及接收識別第二堆疊之第二數量不同貢獻百分比之使用者輸入。可根據第一數量不同貢獻百分比及第二數量不同貢獻百分比計算複數個不同金屬貢獻百分比。
在一些實施中，第二光譜之計算可忽略第二層組下方之層及/或可人為增加一些層之消光係數以代表光到達 彼等層之減少之可能性。
在一些實施中，第一光譜之計算可包括計算堆疊參考RSTACK1： 其中對於每一層j>0，Ej及Hj計算為： 其中E0為1且H0為μ0，且其中對於每一層j≧0，μj=(nj-ikj)．cos Φj且gj=2π(nj-ikj)．tj．cos Φj/λ，其中nj為層j之折射率，kj為層j之消光係數，tj為層j之厚度，Φj為光至層j之入射角，且λ為波長。
類似地，第二光譜之計算可包括堆疊反射率RSTACK2： 其中對於每一層j>0，Ej及Hj計算為： 其中E0為1且H0為μ0，且其中對於每一層j≧0，μj=(nj-i(kj+mj))．cos Φj且gj=2π(nj-i(kj+mj))．tj．cos Φj/λ，其中nj為層j之折射率，kj為層j之消光係數，mj為增加層j之消光係數之數量，tj為層j之厚度，Φj為光至層j之入射角，且λ為波長。
在一些實施中，第一堆疊可包括頂端介電層及蝕刻終 止層，例如，碳化矽、氮化矽或碳氮化矽(SiCN)。如第20圖中所圖示，可存在頂層組之不同反射貢獻。參閱第20圖，圖示光進行至層堆疊中。光1810、光1820及光1830代表進入及反射光穿過不同層。光1810自上層金屬(M7)反射出來，光1820自第一層組(M6上方之層)反射且光1830自第二層組(M5上方之層)反射。由於M7、M6及M5中存在金屬線，故存在極低可能性：由光學監視系統照射之位置201將包括大量自M5下方之層反射之光。因此，在光學模型中可忽略該等層(例如，模型將假定金屬層M5為所有堆疊之底層)，或RSTACK2可包括所有該等層之影響，從而有效地將M6下方之層作為單一實體處理，以實現決定不同百分比貢獻之目的(但是可能調整消光係數以代表藉由散射引起的自下層之減少之反射，如上所述)。當然，第20圖僅為示例性的，可存在不同數量金屬層且阻隔可位於不同金屬層。
為了計算參考光譜，電腦可接收多個個別光譜。舉例而言，可接收代表基板上之第一堆疊中的層之反射率之第一光譜，第一堆疊包括第一層。可接收代表基板上之第二堆疊中的層之反射率之第二光譜，第二堆疊包括不位於第一堆疊內之第二層(但是包括第一層)。此外，可接收代表基板上之第三堆疊中的層之反射率之第三光譜，第三堆疊包括不位於第一堆疊且不位於第二堆疊內之第三層。使用者(例如，半導體製造操作者)可輸入該等所收集之堆疊光譜之不同貢獻百分比以產生參考光 譜庫，可根據第一光譜、第二光譜及第三光譜，第一貢獻百分比及第二貢獻百分比計算該參考光譜庫。
在一些實施中，光反射組件可經模型化為三個不同模型。舉例而言，對於銅貢獻(諸如自頂層銅線反射之光)可使用理論銅反射光譜。在一些實施中，根據水層取值之已知折射率值及消光系數值可用於計算銅反射組件。
對於頂層組貢獻，可將光譜向下模型化至第二金屬層，該頂層組貢獻為自正研磨之頂層組反射之光。在一些實施例中，完全移除敷蓋層及研磨頂端介電層至給定厚度。在此情況下堆疊可包括：水、TEOS敷蓋層、摻雜碳氧化矽介電層、碳化矽蝕刻終止層塊及銅(基板)。計算模型可忽略TEOS，因為將完全移除TEOS。摻雜碳氧化矽介電層將在模型中具有自最小值至最大值之厚度範圍，該厚度範圍代表研磨範圍。碳化矽蝕刻終止層通常將具有標稱厚度及可藉由使用者規定該碳化矽蝕刻終止層以用於預計之下層改變之範圍。
對於多堆疊貢獻，光含有來自剩餘下層(包括頂層)之反射。因此總反射率為銅反射率、頂層反射率及多堆疊反射率之線性組合。舉例而言，總反射率等於每一層組反射率之貢獻之百分比總和。使用者能規定標稱銅貢獻、頂層貢獻及改變範圍，例如，藉由輸入最大值、最小值及步驟間隔值。
另外，可需要方法來說明「散射」。當光在堆疊中進一步向下行進時，由於下層中之散射，故較少光會反射回 來。因此下部低k介電層及阻障層將對光譜具有較少影響，僅僅因為該等層更加向下且該等層中存在之銅線將阻隔一些反射之光返回。可使用允許將額外消光係數添加至彼層之使用中之消光系數值之經驗模型。額外消光係數可為使用者規定之等式，該等式有效增加下層之消光。
在計算模型中，只要當分別處理頂層時將頂層模型化，那麼出現模型化誤差之空間將更少。若模型化整個多層堆疊，則計算結果將更複雜及更易出現誤差。因此藉由分別及不同地處理堆疊，可得到更好的計算結果用於產生基於模型的光譜庫。舉例而言，最後光譜可為多堆疊光譜之下層部分、頂層光譜之頂層部分及銅光譜之頂層銅部分之總和，該銅光譜之頂層銅部分等於自整個部分中減去前兩個部分之剩餘部分。
對於一些類型之基板(例如，一些層結構及晶片圖案)，上述用於基於光學模型產生參考光譜庫之技術可為充分的。然而，對於一些類型之基板，基於此光學模型之參考光譜不對應於憑經驗所量測之光譜。不受限於任何特定理論，當將附加層添加至基板上之堆疊時，增加光的散射(例如，自基板上之不同圖案化金屬層散射)。簡而言之，當金屬層數量增加時，來自基板上之下層的光變得不太可能會被反射進入光纖及到達偵測器。
在一些實施中，為模擬藉由增加金屬層數量引起之散射，可在光學模型中使用改變之消光係數用於計算參考 光譜。改變之消光係數比層之材料之自然消光係數更大。靠近晶圓之層之消光係數所增加之數量可更大。
舉例而言，在以上等式中，μ' j及g' j可分別替代術語μj及gj，其中μ' j及g' j可計算為：μ' j=(nj-i(kj+mj))．cos Φj g' j=2π(nj-i(kj+mj))．tj．cos Φj/λ，其中mj為增加層j之消光係數之數量。大體而言，mj等於或大於0，且可到達1。對於接近堆疊之頂端之層，mj可為小的(例如，0)。對於更深之層，mj可為較大的(例如，0.2、0.4或0.6)。當j減少時，數量mj可單調地增加。數量mj可為波長之函數，例如，對於特定層，在較長之波長處mj可更大或在較短之波長處mj可更大。
參閱第5圖及第6圖，量測之光譜300(參見第5圖)可與來自一或更多個庫310之參考光譜320(參見第6圖)相比較。如本文所使用，參考光譜庫為代表享有共同性質之基板之參考光譜之集合。然而，在單一光譜庫中共同享有之性質可跨過多個參考光譜庫改變。舉例而言，兩個不同庫可包括參考光譜，該等參考光譜代表具有兩個不同下層厚度之基板。對於給定參考光譜庫，上層厚度改變，而不是其他因素(諸如晶圓圖案之差異、下層厚度之差異或層組成之差異)，可主要地對光譜強度之差異負責。
不同庫310之參考光譜320可藉由研磨具有不同基板性質(例如，下層厚度或層組成)之多個「裝設」基板 及收集上述光譜產生；來自一個裝設基板之光譜可提供第一光譜庫且來自具有不同下層厚度之另一基板之光譜可提供第二光譜庫。或者或另外，不同庫之參考光譜可根據理論計算，例如，可使用具有下層之光學模型計算第一光譜庫之光譜，該下層具有第一厚度；及可使用具有下層之光學模型計算第二光譜庫之光譜，該下層具有一個不同厚度。舉例而言，此揭示案使用銅基板用於產生光譜庫及隨後用於光譜量測。
在一些實施中，每一參考光譜320分配有指數值330。大體而言，每一光譜庫310可包括許多參考光譜320(例如，預計基板研磨時間期間之每一平臺旋轉之一或更多個(例如，正好一個)參考光譜)。此指數330可為代表研磨製程中預計觀察參考光譜320之時間之值(例如，數字)。光譜可經索引使得每一光譜在特定光譜庫具有唯一指數值。可實施索引使得指數值以量測測試基板之光譜之順序排序。當研磨進行時，可選擇指數值以單調地改變(例如，增加或減少)。特定而言，可選擇參考光譜之指數值使得指數值形成平臺旋轉之時間或數量之線性函數(假定研磨速率遵循用於在光譜庫中產生參考光譜之模型或測試基板之研磨速率)。舉例而言，指數值可與若干平臺旋轉成比例(例如，相等)，在該平臺旋轉處量測測試基板之參考光譜或參考光譜將出現在光學模型中。因此，每一指數值可為整數。指數可代表預計之平臺旋轉，在該平臺旋轉處將出現相關聯之光譜。
參考光譜及與參考光譜關聯之指數值可儲存在參考庫中。舉例而言，每一參考光譜320及與每一參考光譜320關聯之指數值330可儲存在資料庫350之記錄340中。可在研磨設備之計算裝置之記憶體中實施參考光譜之參考庫之資料庫350。
如上所述，對於每一基板之每一區域，基於該序列量測之光譜或彼區域及基板，可程式化控制器190以產生一序列最佳匹配光譜。可藉由將量測之光譜與來自特定庫之參考光譜相比較來決定最佳匹配參考光譜。
在一些實施中，可藉由對於每一參考光譜計算量測之光譜與參考光譜之平方差之和來決定最佳匹配參考光譜。具有最低平方差之和之參考光譜具有最佳擬合。用於發現最佳匹配參考光譜之其他技術(例如，最低絕對差之和)為可能的。
在一些實施中，可藉由使用平方差之和以外的匹配技術來決定最佳匹配參考光譜。在一個實施中，對於每一參考光譜，計算量測之光譜及參考光譜之間的互相關，及選擇具有最大相關之參考光譜作為匹配參考光譜。互相關之潛在優點為對於光譜之橫向位移不太敏感，且因此可對下層厚度變化不太敏感。為了執行互相關，當參考光譜相對於量測之光譜移動時，可使用「零」填充量測之光譜之前端及尾端以提供資料從而與參考光譜對比。或者，可使用與量測之光譜之前沿處之值相等之值填充量測之光譜之前端，及可使用與量測之光譜之後沿 處之值相等之值填充量測之光譜之後端。快速傅立葉(Fourier)變換可用於增加匹配技術之實時應用之互相關之計算速度。
在另一實施中，歐氏向量距離之和，例如，D=1/(λa-λb)．[Σλ=λa至λb|IM(λ)2-IR(λ)2|]，其中λa至λb為計算求和之波長，IM(λ)為量測之光譜，且IR(λ)為參考光譜。在另一實施中，對於每一參考光譜，將導數差求和(例如，D=1/(λa-λb)．[Σλ=λa至λb|dIM(λ)/dλ-dIR(λ)/dλ|])，及選擇具有最低和之參考光譜作為匹配參考光譜。
現在參閱第7圖，該圖圖示僅單一基板之單一區域之結果，可決定序列中之最佳匹配光譜中之每一者之指數值以產生一序列隨時間改變之指數值212。此序列指數值可稱為指數跡線210。在一些實施中，藉由將每一量測之光譜與來自正好一個庫之參考光譜相比較來產生指數跡線。大體而言，指數跡線210可包括光學監視系統在基板下方之每次拂掠之一個(例如，正好一個)指數值。
對於給定指數跡線210，其中存在光學監視系統之單一拂掠中之特定區域之量測之多個光譜(稱為「當前光譜」)，可在當前光譜中之每一者及一或更多個(例如，正好一個)庫之參考光譜中之每一者之間決定最佳匹配。在一些實施中，將每一選擇之當前光譜與一或更多選擇之庫之每一參考光譜相比較。給定當前光譜e、當前光譜f及當前光譜g及參考光譜E、參考光譜F及參 考光譜G，(例如)可計算當前光譜及參考光譜之以下組合中之每一者之匹配係數：e與E、e與F、e與G、f與E、f與F、f與G、g與E、g與F及g與G。任何一個匹配係數指示最佳匹配(例如)為最小的，決定最佳匹配參考光譜及因此決定指數值。或者，在一些實施中，可組合當前光譜(例如，經平均)及將產生之組合光譜與參考光譜相比較以決定最佳匹配及因此決定指數值。
在一些實施中，對於一些基板之至少一些區域，可產生複數個指數跡線。對於給定基板之給定區域，可產生感興趣之每一參考庫之指數跡線。亦即，對於給定基板之給定區域所感興趣之每一參考庫，將一序列量測之光譜中之每一量測之光譜與來自給定庫之參考光譜相比較，決定一序列最佳匹配參考光譜，及該序列最佳匹配參考光譜之指數值提供給定庫之指數跡線。
總之，每一指數跡線包括一序列210指數值212，其中藉由選擇來自給定庫之參考光譜之指數產生該序列之每一特定指數值212，指數值212與量測之光譜最近擬合。指數跡線210之每一指數之時間值可為與量測經量測之光譜之時間相同。
原位監視技術用於偵測第二層之清除及下層或層結構之暴露。舉例而言，如下更詳細之描述，可藉由電動機轉矩或自基板反射之光之總強度之突然改變或自收集之光譜之分散來偵測在時間TC處之第一層之暴露。
如第8圖所圖示，函數(例如，已知階之多項式函數(例如，第一階函數(例如，線214)))與時間TC之後收集之光譜之該序列指數值擬合(例如，使用穩健的線性擬合)。將函數與該序列指數值擬合時，忽略時間TC之前收集之光譜之指數值。可使用其他函數(例如，二階多項式函數)，但是線提供容易之計算。可在終點時間TE處停止研磨，該終點時間TE為線214與目標指數IT交叉之時。
第9圖圖示製造及研磨產品基板之方法之流程圖。當測試基板用於產生庫之參考光譜時，產品基板可具有至少相同的層結構及相同圖案。
開始時，在基板上沈積第一層及將第一層圖案化(步驟902)。如上所述，第一層可為介電質(例如，諸如摻雜碳二氧化矽之低k材料(例如，Black DiamondTM(來自Applied Materials,Inc.)或CoralTM(來自Novellus Systems,Inc.)))。
視需要，視第一材料之組成而定，將不同於第一材料之另一介電材料(例如，低k敷蓋材料(例如，正矽酸乙酯(TEOS)))之一或更多個附加層沈積在產品基板上之第一層上方(步驟903)。第一層及一或更多個附加層共同提供層堆疊。視需要，可在沈積一或更多個附加層之後進行圖案化(使得一或更多個附加層不會延伸至第一層中之溝槽內，如第1A圖所圖示)。
隨後，將不同材料之第二層(例如，阻障層(例如，氮化物(例如，一氮化鉭或一氮化鈦)))，沈積在產品基板之第一層或層堆疊上方(步驟904)。另外，傳導層(例如，金屬層(例如，銅))，可沈積在產品基板之第二層上方(及在第一層之圖案所提供之溝槽內)(步驟906)。視需要，第一層之圖案化可發生在沈積第二層之後(在此情況下，第二層不會延伸至第一層中之溝槽內)。
研磨產品基板(步驟908)。舉例而言，可使用第一研磨墊在第一研磨站處研磨及移除傳導層及第二層之部分(步驟908a)。隨後可使用第二研磨墊在第二研磨站處研磨及移除第二層及第一層之部分(步驟908b)。然而，應注意，對於一些實施例而言，不存在傳導層，例如，當研磨開始時第二層為最外層。當然，可在別處執行步驟902-906，使得研磨設備之特定操作者可從步驟908開始製程。
原位監視技術用於偵測第二層之清除及第一層之暴露(步驟910)。舉例而言，如下更詳細之描述，可藉由電動機轉矩或自基板反射之光之總強度之突然改變或自收集之光譜之分散來偵測在時間TC處(參見第8圖)之第一層之暴露。
至少從偵測到第二層之清除開始(及可能較早地，例如，從使用第二研磨墊研磨產品基板開始)，(例如，如上所述使用原位監視系統)在研磨期間獲得一序列量測之光譜(步驟912)。
分析量測之光譜以產生一序列指數值，且一函數與該序列指數值擬合。詳言之，對於該序列量測之光譜中之每一量測之光譜，決定參考光譜之指數值以產生該序列指數值(步驟914)，該參考光譜為最佳擬合。函數(例如，線性函數)與時間TC之後收集之光譜之該序列指數值擬合，在該時間TC處偵測到第二層之清除(步驟916)。換言之，在時間TC之前收集之光譜之指數值不用於計算函數，在時間TC處偵測到第二層之清除。
一旦指數值(例如，自線性函數產生之計算之指數值，該線性函數與新序列指數值擬合)到達目標指數，則可停止研磨(步驟918)。在研磨操作之前可由使用者設定目標厚度IT及儲存目標厚度IT。或者，可由使用者設定待移除之目標數量，及可根據待移除之目標數量計算目標指數IT。舉例而言，可根據待移除之目標數量(例如，根據憑經驗決定之已移除數量與指數(例如，研磨速率)之比率)來計算折射率差ID及將折射率差ID增加至時間TC處之指數值IC，在時間TC處偵測到上層之清除(參見第8圖)。
亦可能使用與來自偵測到第二層之清除之後收集之光譜之指數值擬合之函數來調整研磨參數，例如，調整基板上之一或更多個區域之研磨速率，以改良研磨均勻性。
參閱第10圖，圖示複數個指數跡線。如上所述，可產生每一區域之指數跡線。舉例而言，可產生第一區域之第一序列210之指數值212(藉由空心圓圈圖示)，可產 生第二區域之第二序列220之指數值222(藉由空心方塊圖示)，及產生第三區域之第三序列230之指數值232(藉由空心三角形圖示)。儘管圖示了三個區域，但可能存在兩個區域或四個或四個以上區域。所有區域可位於相同基板上，或區域中之一些可來自在相同平臺上同時研磨之不同基板。
如上所述，原位監視技術用於偵測到清除第二層及暴露下層或層結構。舉例而言，如下更詳細之描述，可藉由電動機轉矩或自基板反射之光之總強度之突然改變或自收集之光譜之分散來偵測在時間TC處之第一層之暴露。
對於每一基板指數跡線，已知階之多項式函數(例如，第一階函數(例如，線))與關聯區域之時間TC之後收集之光譜之該序列指數值擬合，例如，使用穩健的線性擬合。舉例而言，第一線214可與第一區域之指數值212擬合，第二線224可與第二區域之指數值222擬合，及第三線234可與第三區域之指數值232擬合。線與指數值之擬合可包括計算線之斜率S及X軸交叉時間T，在時間T處線與開始指數值(例如，0)交叉。可以I(t)=S．(t-T)之形式表示函數，其中t為時間。X軸交叉時間T可具有負值，指示基板層之開始厚度比預計的小。因此，第一線214可具有第一斜率S1及第一X軸交叉時間T1，第二線224可具有第二斜率S2及第二X 軸交叉時間T2，及第三線234可具有第三斜率S3及第三X軸交叉時間T3。
在研磨製程期間的一些時間處(例如，在時間T0處)，調整至少一個區域之研磨參數以調整基板之區域之研磨速率，使得在研磨終點時間處，複數個區域比沒有此調整時更靠近該複數個區域之目標厚度。在一些實施例中，每一區域在終點時間處可具有大約相同厚度。
參閱第11圖，在一些實施中，選擇一個區域作為參考區域，及決定預測終點時間TE，在該預測終點時間TE處參考區域將到達目標指數IT。舉例而言，如第11圖中所圖示，儘管可選擇不同區域及/或不同基板，但選擇第一區域作為參考區域。在研磨操作之前可由使用者設定目標厚度IT及儲存目標厚度IT。或者，可由使用者設定待移除之目標數量TR，及可根據待移除之目標數量TR計算目標指數IT。舉例而言，可根據待移除之目標數量(例如，根據憑經驗決定之已移除之數量與指數(例如，研磨速率)之比率)來計算折射率差ID及將折射率差ID增加至時間TC處之指數值IC，在時間TC處偵測到上層之清除。
為了決定預測時間，在該預測時間處參考區域將到達目標指數，可計算參考區域之線(例如，線214)與目標指數IT之交叉。假定貫穿其餘研磨製程研磨速率沒有偏離預計之研磨速率，那麼該序列指數值應保持實質上線性級數。因此，預計之終點時間TE可作為線對目標 指數IT之簡單線性內插計算，例如，IT=S‧(TE-T)。因此，在使用關聯之第一線214選擇第一區域作為參考區域之第11圖之實例中，IT=S1‧(TE-T1)，亦即，TE=IT/S1-T1。
一或更多個區域，例如，除了參考區域之外的全部區域(包括其他基板上的區域)，可定義為可調整區域。當可調整區域之線到達預計終點時間TE時，定義可調整區域之預測終點。因此，每一可調整區域之線性函數(例如，第11圖中之線224及線234)可用於外推將在關聯區域之預計終點時間ET處到達之指數(例如，EI2及EI3)。舉例而言，第二線224可用於外推在第二區域之預計終點時間ET處之預計指數EI2，及第三線234可用於外推在第三區域之預計終點時間ET處之預計指數EI3。
如第11圖所圖示，若沒有調整時間T0後之區域中之任一者之研磨速率，隨後若同時對所有區域強制終點，則每一區域可具有不同厚度(不同厚度並非所欲的，因為不同厚度會導致缺陷及產量損失)。
若將在不同區域之不同時間處到達之目標指數(或相當於，可調整區域將在參考區域之預測終點時間處具有不同預計指數)，則可向上或向下調整研磨速率，使得區域將比沒有此調整時更靠近同時(例如，大約同時)到達目標指數(及因此到達目標厚度)，或區域將比沒有此調整時在目標時間處更靠近相同指數值(及因此更靠近 相同厚度)，例如，更靠近大約相同指數值(及因此更靠近大約相同厚度)。
因此，在第11圖之實例中，在時間T0處開始，改變第二區域之至少一個研磨參數，使得區域之研磨速率增加(及因此增加指數跡線220之斜率)。同樣地，在此實例中，改變第三區域之至少一個研磨參數，使得第三區域之研磨速率減少(及因此減少指數跡線230之斜率)。因此，區域將大約同時到達目標指數(及因此到達目標厚度)(或若同時停止對區域之壓力，則區域將以大約相同厚度停止)。
在一些實施中，若在預計終點時間ET處之預測指數指示基板之區域位於目標厚度之預先決定範圍內，則彼區域不需要調整。範圍可為目標指數之2%(例如，不超過1%)。
可調整可調整區域之研磨速率使得所有區域比沒有此調整時在預計終點時間處更靠近目標指數。舉例而言，可選擇參考基板之參考區域及調整所有其他區域之處理參數，使得所有區域將在參考基板之大約預測時間處停止。參考區域可為(例如)預先決定區域(例如，中心區域148a或緊靠地圍繞中心區域之區域148b)，該區域具有基板中之任一者之區域中之任一者之最早及最晚預測終點時間，或基板之區域具有所欲之預測終點。若同時停止研磨，則最早時間等同於最薄基板。同樣地，若同時停止研磨，則最晚時間等同於最厚基板。參考基板 可為(例如)預先決定基板，基板具有區域，該區域具有基板之最早或最晚預測終點時間。若同時停止研磨，則最早時間等同於最薄區域。同樣地，若同時停止研磨，則最晚時間等同於最厚區域。
對於可調整區域中之每一者，可計算指數跡線之所欲斜率使得可調整區域與參考區域同時到達目標指數。舉例而言，可根據(IT-I)=SD*(TE-T0)計算所欲斜率SD，其中I為將改變研磨參數之時間T0處之指數值(根據與該序列指數值擬合之線性函數計算)，IT為目標指數，且TE為計算之預計終點時間。在第11圖之實例中，對於第二區域，可根據(IT-I2)=SD2*(TE-T0)計算所欲之斜率SD2，及對於第三區域可根據(IT-I3)=SD3*(TE-T0)計算所欲之斜率SD3。
或者，在一些實施中，不存在參考區域，及預計終點時間可為預先決定時間，例如，在研磨製程之前由使用者設定，或可根據來自一或更多個基板之二個或二個以上區域(當藉由預測各種區域到達目標指數之線計算時)之預計終點時間之平均值或其他組合計算。在此實施中，儘管亦必須計算第一基板之第一區域之所欲斜率(例如，可根據(IT-I1)=SD1*(TE’-T0)計算所欲之斜率SD1)，但實質上如上所述計算所欲之斜率。
或者，在一些實施中，存在不同區域之不同目標指數。此可允許在基板上建立預先考慮但可控制的不均勻厚度輪廓。使用者(例如，使用控制器上的輸入設備)可輸 入目標指數。舉例而言，第一基板之第一區域可具有第一目標指數，第一基板之第二區域可具有第二目標指數，第二基板之第一區域可具有第三目標指數，及第二基板之第二區域可具有第四目標指數。
對於上述方法中之任一者，調整研磨速率以使得指數跡線之斜率更靠近所欲之斜率。例如，可藉由增加或減少承載頭之相應腔室中之壓力來調整研磨速率。可假定研磨速率之變化與壓力之變化直接成正比(例如，簡單的Prestonian模型)。舉例而言，對於每一基板之每一區域，其中在時間T0之前使用壓力Pold研磨區域，在時間T0之後將施加之新壓力Pnew可計算為：Pnew=Pold*(SD/S)，其中S為時間T0之前的線的斜率且SD為所欲之斜率。
舉例而言，假定將壓力Pold1施加至第一基板之第一區域，將壓力Pold2施加至第一基板之第二區域，將壓力Pold3施加至第二基板之第一區域，及將壓力Pold4施加至第二基板之第二區域，則第一基板之第一區域之新壓力Pnew1可計算為：Pnew1=Pold1*(SD1/S1)，第一基板之第二區域之新壓力Pnew2可計算為：Pnew2=Pold2*(SD2/S2)，第二基板之第一區域之新壓力Pnew3可計算為：Pnew3=Pold3*(SD3/S3)，第二基板之第二區域之新壓力Pnew4可計算為：Pnew4=Pold4*(SD4/S4)。
決定基板將到達目標厚度之預測時間及調整研磨速率 之製程僅可在研磨製程期間執行一次(例如，在給定時間(例如，經過預計研磨時間40%至60%)執行)或可在研磨製程期間多次執行(例如，每三十至六十秒執行一次)。研磨製程期間在後續時間處，可再次調整速率(如適當)。在研磨製程期間，僅可幾次改變研磨速率(諸如四次、三次、兩次或僅一次)。可在接近研磨製程之開始處、中間處或接近結束處進行調整。
在已經調整研磨速率之後(例如，時間T0之後)繼續研磨，光學監視系統繼續收集至少參考區域之光譜及決定參考區域之指數值。在一些實施中，光學監視系統繼續收集每一區域之光譜及決定每一區域之指數值。一旦參考區域之指數跡線達到目標指數，則調用終點及終止研磨操作。
舉例而言，如第12圖中所圖示，在時間T0之後，光學監視系統繼續收集參考區域之光譜及決定參考區域之指數值312。若參考區域上之壓力沒有改變(例如，如在第11圖之實施中)，則可使用來自T0之前(但不是TC之前)及T0之後的資料點計算線性函數以提供更新之線性函數314，及線性函數314到達目標指數IT之時間指示研磨終點時間。另一方面，若參考區域上之壓力在T0處改變，則可根據時間T0之後之該序列指數值312計算具有斜率S’之新線性函數314，及新線性函數314到達目標指數IT之時間指示研磨終點時間。用於決定終點之參考區域可為上述使用之相同參考區域以計算預計 終點時間或不同區域(或如參閱第11圖所述若調整所有區域，則可選擇參考區域以實現決定終點之目的)。若新線性函數314比根據原始線性函數214計算之預測時間稍遲(如第12圖所圖示)或稍早到達目標指數IT，則區域中之一或更多者可分別略微過度研磨或研磨不足。然而，由於預計終點時間與實際研磨時間之間之差異應小於幾秒鐘，故此舉不會嚴重影響研磨均勻性。
在一些實施中(例如，對於銅研磨)，在偵測到基板之終點後，基板將立即經歷過度研磨製程(例如，以移除銅剩餘物)。可在基板之所有區域之均勻壓力下進行過度研磨製程，例如，1至1.5psi。過度研磨製程可具有預置持續時間(例如，10至15秒)。
若產生特定區域之多個指數跡線(例如，特定區域感興趣之每一庫之一個指數跡線)，則可選擇指數跡線中之一者用於特定區域之終點或壓力控制演算法。舉例而言，相同區域產生之每一指數跡線，控制器190可將線性函數與彼指數跡線之指數值擬合，及決定彼線性函數與該序列指數值之擬合良好性。可選擇產生之指數跡線作為特定區域及基板之指數跡線，該指數跡線具有與該指數跡線自身的指數值有著最佳擬合良好性之線。舉例而言，當決定如何調整可調整區域之研磨速率時(例如，在時間T0處)，具有最佳擬合良好性之線性函數可用於計算。如另一實例，當具有最佳擬合良好性之線之計算之指數(當根據與該序列指數值擬合之線性函數計算) 匹配或超過目標指數時，可調用終點。同樣地，並非根據線性函數計算指數值，指數值本身可與目標指數相比較以決定終點。
決定與光譜庫相關聯之指數跡線是否具有與庫相關聯之線性函數之最佳擬合良好性之步驟可包括以下步驟：相對地，相較於與關聯之強健線及與另一庫相關聯之指數跡線之差異(例如，最低標準差、最大相關性或其他方差量測)，決定關聯之光譜庫之指數跡線是否具有與關聯之強健線之最少差異量。在一個實施中，藉由計算指數資料點與線性函數之間之平方差之和決定擬合良好性；具有最小平方差之和之庫具有最佳擬合。
參閱第13圖，圖示概述性流程圖1300。如上所述，使用相同研磨墊在研磨設備中同時研磨基板之複數個區域(步驟1302)。在此研磨操作期間，藉由獨立可變的研磨參數(例如，由特定區域上方之承載頭中的腔室施加的壓力)每一區域具有自身之獨立於其他基板之可控制的研磨速率。在研磨操作期間，如上所述監視基板(步驟1304)，例如，使用自每一區域獲得之一序列量測光譜。對於該序列中之每一量測之光譜，決定參考光譜，該參考光譜為最佳匹配(步驟1306)。決定最佳擬合之每一參考光譜之指數值以產生一序列指數值(步驟1308)。
偵測到第二層之清除(步驟1310)。對於每一區域，線性函數與偵測到第二層之清除之後所收集光譜之該序 列指數值擬合(步驟1312)。在一個實施中，(例如，藉由線性函數之線性內插)決定參考區域之線性函數將到達目標指數值之預計終點時間(步驟1314)。在其他實施中，預先決定預計終點時間或作為多個區域之預計終點時間之組合計算預計終點時間。若有需要，調整其他區域之研磨參數以調整彼基板之研磨速率，使得複數個區域大約同時到達目標厚度或使得複數個區域在目標時間具有大約相同厚度(或目標厚度)(步驟1316)。調整參數之後繼續研磨，及對於每一區域：量測光譜；決定來自庫之最佳匹配參考光譜；決定最佳匹配光譜之指數值以在調整研磨參數之後的時間週期期間產生一序列新指數值；以及將線性函數與指數值擬合(步驟1318)。一旦參考區域之指數值(例如，自線性函數產生之計算之指數值，該線性函數與該序列新指數值擬合)到達目標指數，則可停止研磨(步驟1330)。
在一些實施中，該序列指數值用於調整基板之一或更多個區域之研磨速率，但是另一原位監視系統或技術用於偵測研磨終點。
如上所述，對於一些技術及一些層堆疊，偵測到上層之清除及下層之暴露可為困難的。在一些實施中，收集一序列光譜組，及計算每一組光譜之分散參數之值以產生一序列分散值。可根據該序列分散值偵測到上層之清除。此技術可用於(例如，在上述研磨操作之步驟910或1310中)偵測第二層之清除及第一層之暴露。
第14圖圖示用於偵測第二層之清除及第一層之暴露之方法1400。當正在研磨基板時(步驟1402)，收集一序列光譜組(步驟1404)。如第4圖中所圖示，若光學監視系統緊固至旋轉平臺，則在光學監視系統跨過基板之單一拂掠中，可自基板上之多個不同位置201b-201j收集光譜。自單一拂掠收集之光譜提供一組光譜。當研磨進行時，光學監視系統之多個拂掠提供一序列光譜組。每一平臺旋轉時可收集一組光譜，例如，可以與平臺旋轉速率等同之頻率收集光譜組。通常，每一組將包括五至二十個光譜。可使用相同光學監視系統收集光譜，該光學監視系統用於收集上述峰值追蹤技術之光譜。
第15A圖提供研磨開始時(例如，當下層上方剩餘上層之明顯厚度時)自基板10反射之光之一組量測之光譜1500a之實例。光譜組1500a可包括在光學監視系統跨過基板之第一拂掠中在基板上之不同位置處收集之光譜202a-204a。第15B圖提供在上層之清除處或附近自基板10反射之光之一組量測之光譜1500b之實例。光譜組1500b可包括在光學監視系統跨過基板之不同第二拂掠中在基板上之不同位置處收集之光譜202b-204b(可自基板上不同於收集光譜1500b之位置的位置處收集光譜1500a)。
開始時，如第15A圖中所圖示，光譜1500a為極相似的。然而，如第15B圖中所圖示，當清除上層(例如，阻障層)及暴露下層(例如，低k層或敷蓋層)時，來 自基板上之不同位置之光譜1500b之間的差異逐漸變得明顯。
對於每一組光譜，計算該組中之光譜之分散參數之值(步驟1406)。此舉產生一序列分散值。
在一個實施中，為了計算一組光譜之分散參數，將強度值(作為波長之函數)一起平均化以提供平均光譜。亦即IAVE(λ)=(1/N)．[Σi=1至N Ii(λ)]，其中N為該組中光譜之數量且Ii(λ)為光譜。對於該組中之每一光譜，可隨後計算光譜及平均光譜之間的全差，例如，使用平方差之和或絕對值差之和(例如，Di=[1/(λa-λb)．[Σλ=λa至λb[Ii(λ)-IAVE(λ)]2]]1/2或Di=[1/(λa-λb)．[Σλ=λa至λb|Ii(λ)-IAVE(λ)|]]，其中λa至λb為求和之波長範圍)。
一旦已經計算該組光譜中之每一光譜之差值，則可根據差值計算該組之分散參數之值。各種分散參數為可能的，諸如標準差、四分位差、全距(最大值減最小值)、平均差、絕對中位差及平均絕對差。可分析該序列分散值及將該序列分散值用於偵測上層之清除(步驟1408)。
第16圖圖示作為研磨時間之函數之光譜之標準差之圖1600(其中根據一組光譜之差值計算每一標準差)。因此，對於在光學監視系統之給定拂掠處所收集之該組光譜之差值，圖中每一標出點1602為標準差。如圖所示，在第一時間週期1610期間，標準差值保持相當低。然而，在時間週期1610之後，標準差值變大且更為分散。不受限於任何特定理論，厚的阻障層趨向於支配反 射之光譜、阻障層本身之厚度中之掩蔽差及任何下層。當研磨進行時，阻障層變得更薄或為完全地移除，及反射之光譜對下層厚度之變化變得更為敏感。因此，當清除阻障層時，光譜之分散將可能增加。
當清除上層時，可使用各種演算法偵測分散值之性質之變化。舉例而言，該序列分散值可與閾值相比較，及若分散值超過閾值，則產生訊號指示已清除上層。作為另一實例，可計算移動窗口內部之該序列分散值之部分之斜率，及若斜率超過閾值，則產生訊號指示已清除上層。
作為偵測分散中之增加的演算法之部分，為了移除高頻雜訊，該序列分散值可受濾波器(例如，低通或頻帶濾波器)支配。低通濾波器之實例包括流動平均數及巴特沃斯(Butterworth)濾波器。
儘管以上論述集中在偵測阻障層之清除，但在其他上下文中該技術可用於偵測上層之清除，例如，在使用介電層堆疊(例如，層間介電(ILD))之另一類型半導體製程中之上層之清除，或介電層上方之薄金屬層之清除。
除了如上所述用作觸發器啟動特徵追蹤之外，用於偵測上層之清除之此技術可為其他目的用於研磨操作中，例如，用作終點訊號自身，以觸發計時器使得在暴露下層之后在預先決定之時間期間研磨下層，或用作觸發器以改變研磨參數(例如，在暴露下層之後改變承載頭壓力或漿料組成)。
另外，儘管以上討論假定存在具有安裝在平臺中之光學終點監視器之旋轉平臺，但是系統可適用於監視系統與基板之間的其他類型相對運動。舉例而言，在一些實施中(例如，軌道運動)，光源橫越基板上之不同位置，但是不跨過基板之邊緣。在此等情況下，仍可將所收集之光譜分組，例如，可在某一頻率處收集光譜及在時間週期內收集之光譜視為一組之部分。時間週期應當足夠長使得對於每一組可收集五至二十個光譜。
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，產品基板包括多個記憶體或處理器晶片)、測試基板、裸基板及閘控基板。基板可處於積體電路製造之各種階段，例如，基板可為裸晶圓，或基板可包括一或更多個沈積層及/或圖案化之層。術語基板可包括圓盤及矩形片材。
可在數位電子電路中，或在計算機軟體、韌體或硬體(包括此說明書中所揭示之結構性構件及該等結構性構件之結構性等同物)中，或在上述者之組合中執行此說明書中所述之本發明之實施例及所有功能操作。本發明之實施例可執行為一或更多個電腦程式產品，亦即，藉由資料處理設備(例如，可程式化處理器、電腦或多個處理器或多個電腦)執行之機器可讀取儲存媒體中切實包括之一或更多個電腦程式或用於控制資料處理設備之操作之機器可讀取儲存媒體中切實包括之一或更多個電腦程式。可以包括編譯或解釋語言在內之任何形式之程 式設計語言編寫電腦程式(亦稱為程式、軟體、軟體應用程式或碼)，及可以任何形式部署電腦程式，包括作為獨立程式或作為模組、組件、次常式或適用於計算環境中之其他單元。電腦程式不必要對應於檔案。程式可儲存在保持其他程式或資料之檔案之部分中、可儲存在用於所述程式之單一檔案中或可儲存在多個坐標檔案(例如，儲存一或更多個模組、次程式或碼部分之檔案)中。可部署電腦程式以在位於一個地點處執行該電腦程式或跨過多個地點分散該電腦程式及藉由通訊網路互連該電腦程式。此說明書中所述之製程及邏輯流程可藉由執行一或更多個電腦程式之一或更多個可程式化處理器執行以藉由在輸入資料上操作及產生輸出來執行函數。製程及邏輯流程可藉由專用邏輯電路(例如，FPGA(現場可程式化閘陣列)或ASIC(特定應用積體電路))執行，及設備亦可執行為專用邏輯電路(例如，FPGA(現場可程式化閘陣列)或ASIC(特定應用積體電路))。
第17圖圖示對於具有TEOS層之不同厚度之基板，使用互相關性之方法匹配光譜之指數跡線与使用平方差之和之方法匹配光譜之指數跡線(最佳匹配參考光譜之指數作為平臺旋轉之數量之函數)之比較。產生具有1500厚度之Black Diamond層、130厚度之Blok層及厚度為5200、5100或5000之TEOS層之堆疊之產品基板之資料。產生具有厚度為5200之TEOS層之參考基板之參考庫。如藉由跡線1702所圖示，在產品基板 及參考基板具有相同厚度(亦即，5200)之TEOS層之情況下，兩個指數跡線重疊而無明顯差異。然而，在產品基板具有厚度為5100之TEOS層及參考基板具有厚度為5200之TEOS層之情況下，使用平方差之和產生之指數跡線1704與線性性質有一些偏離。相反，使用互相關性產生之指數跡線與指數跡線1702重疊(及因此在圖中不明顯)。最後，在產品基板具有厚度為5000之TEOS層及參考基板具有厚度為5200之TEOS層之情況下，使用平方差之和產生之指數跡線1706與線性性質及跡線1702有著明顯偏離，而使用互相關性產生之指數跡線1708通常保持線性及更靠近跡線1702。總之，由此可見當下層厚度發生改變時使用互相關性決定最佳匹配光譜產生跡線，該跡線更好地匹配理想者。
可經應用以減少電腦處理之方法將限制經搜索用於匹配光譜之庫之部分。庫通常包括比研磨基板時將獲得之光譜範圍更寬廣之光譜範圍。在研磨基板期間，庫搜索受限於預先決定之庫光譜範圍。在一些實施例中，決定正在研磨之基板之當前旋轉指數N。舉例而言，在最初平臺旋轉中，可藉由搜索庫之所有參考光譜來決定N。對於後續旋轉期間獲得的光譜，在N之自由度範圍內搜索庫。亦即，若在一個旋轉期間發現指數為N，在後來有X個旋轉之後續旋轉期間，其中自由度為Y，則將搜索之範圍為(N+X)-Y至(N+X)+Y。
上述研磨設備及方法可應用於各種研磨系統中。研磨墊或承載頭或兩者均可移動以提供研磨表面与基板之間的相對運動。舉例而言，平臺可繞軌道移動而不是旋轉。研磨墊可為緊固至平臺之圓形(或其他形狀)墊。終點偵測系統之一些態樣可應用至線性研磨系統，例如，在該等線性研磨系統中研磨墊為線性移動之連續或捲軸至捲軸之帶。研磨層可為標準(例如，具有或不具有填料之聚氨基甲酸酯)研磨材料、軟材料或固定研磨材料。使用相對定位術語；應理解，可在垂直方向或其他方向固持研磨表面及基板。
已經描述本發明之特定實施例。其他實施例落入以下申請專利範圍之范畴內。
10‧‧‧基板
10a‧‧‧基板
12‧‧‧基本結構
14‧‧‧傳導層
16‧‧‧鈍化層
18‧‧‧下部介電層
20‧‧‧蝕刻終止層
22‧‧‧上部介電層
24‧‧‧附加層
26‧‧‧阻障層
28‧‧‧傳導材料
100‧‧‧研磨設備
108‧‧‧窗口
110‧‧‧研磨墊
112‧‧‧外部研磨層
114‧‧‧背托層
118‧‧‧固體窗口
120‧‧‧平臺
121‧‧‧電動機
124‧‧‧驅動軸
125‧‧‧中心軸
128‧‧‧凹口
129‧‧‧旋轉耦合器
130‧‧‧埠
132‧‧‧研磨液
140‧‧‧承載頭
142‧‧‧擋圈
144‧‧‧撓性薄膜
146a‧‧‧腔室
146b‧‧‧腔室
146c‧‧‧腔室
148a‧‧‧區域
148b‧‧‧區域
148c‧‧‧區域
150‧‧‧支撐結構/旋轉料架
152‧‧‧驅動軸
154‧‧‧承載頭旋轉電動機
155‧‧‧承載頭中心軸
160‧‧‧原位光學監視系統
162‧‧‧光源
164‧‧‧光偵測器
166‧‧‧電路
168‧‧‧光學頭
170‧‧‧分叉光纖
172‧‧‧主線
174‧‧‧支線
176‧‧‧支線
190‧‧‧控制器
201‧‧‧位置
201a‧‧‧點
201b‧‧‧點
201c‧‧‧點
201d‧‧‧點
201e‧‧‧點
201f‧‧‧點
201g‧‧‧點
201h‧‧‧點
201i‧‧‧點
201j‧‧‧點
201k‧‧‧點
202a‧‧‧光譜
202b‧‧‧光譜
203a‧‧‧光譜
203b‧‧‧光譜
204‧‧‧光譜
204a‧‧‧光譜
204b‧‧‧光譜
210‧‧‧指數跡線/序列
212‧‧‧指數值
214‧‧‧線/線性函數
220‧‧‧序列
222‧‧‧指數值
224‧‧‧線
230‧‧‧序列
232‧‧‧指數值
234‧‧‧線
300‧‧‧光譜
310‧‧‧庫
312‧‧‧指數值
314‧‧‧線性函數
320‧‧‧參考光譜
330‧‧‧指數值
340‧‧‧記錄
350‧‧‧資料庫
902‧‧‧步驟
903‧‧‧步驟
904‧‧‧步驟
906‧‧‧步驟
908‧‧‧步驟
908a‧‧‧步驟
908b‧‧‧步驟
910‧‧‧步驟
912‧‧‧步驟
914‧‧‧步驟
916‧‧‧步驟
918‧‧‧步驟
1300‧‧‧流程圖
1302‧‧‧步驟
1304‧‧‧步驟
1306‧‧‧步驟
1308‧‧‧步驟
1310‧‧‧步驟
1312‧‧‧步驟
1314‧‧‧步驟
1316‧‧‧步驟
1318‧‧‧步驟
1330‧‧‧步驟
1400‧‧‧方法
1402‧‧‧步驟
1404‧‧‧步驟
1406‧‧‧步驟
1408‧‧‧步驟
1500a‧‧‧光譜
1500b‧‧‧光譜
1600‧‧‧圖
1602‧‧‧點
1610‧‧‧時間週期
1702‧‧‧指數跡線
1704‧‧‧指數跡線
1706‧‧‧指數跡線
1708‧‧‧指數跡線
1810‧‧‧光
1820‧‧‧光
1830‧‧‧光
EI2‧‧‧指數
EI3‧‧‧指數
S'‧‧‧斜率
SD2‧‧‧斜率
SD3‧‧‧斜率
SD4‧‧‧斜率
第1A圖至第1C圖為研磨之前、研磨期間及研磨之後基板之概要性剖視圖。
第2圖圖示研磨設備之實例之概要性剖視圖。
第3圖圖示具有多個區域之基板之概要性俯視圖。
第4圖圖示研磨墊之俯視圖及圖示基板上進行原位量測之位置。
第5圖圖示來自原位光學監視系統之量測之光譜。
第6圖圖示參考光譜庫。
第7圖圖示指數跡線。
第8圖圖示指數跡線，該指數跡線具有偵測到上層之 清除後與所收集之指數值擬合之線性函數。
第9圖為用於製造基板及偵測研磨終點之實例製程之流程圖。
第10圖圖示複數個指數跡線。
第11圖圖示基於參考區域之指數跡線到達目標指數之時間計算複數個可調整區域之複數個所欲斜率。
第12圖圖示基於參考區域之指數跡線到達目標指數之時間計算終點。
第13圖為實例製程之流程圖，該實例製程用於調整複數個基板中之複數個區域之研磨速率以使得複數個區域在目標時間具有大約相同厚度。
第14圖圖示用於偵測上層之清除之流程圖。
第15A圖圖示研磨開始時在單一拂掠期間所收集之光譜圖。
第15B圖圖示在靠近阻障清除之單一拂掠期間所收集之光譜圖。
第16圖圖示作為研磨時間之函數之光譜之標準差圖。
第17圖為圖示用於決定最佳匹配參考光譜之不同技術之比較圖。
第18圖為圖示柯西產生之折射率分散模型之實例。
第19圖為圖示厚度追蹤與n值浮動模型之更好光譜擬合之實例。
第20圖圖示光行進至層堆疊中之示意圖。
在各個圖式中相同元件符號及名稱指示相同元件。
902‧‧‧步驟
903‧‧‧步驟
904‧‧‧步驟
906‧‧‧步驟
908‧‧‧步驟
908a‧‧‧步驟
908b‧‧‧步驟
910‧‧‧步驟
912‧‧‧步驟
914‧‧‧步驟
916‧‧‧步驟
918‧‧‧步驟

Claims (46)

  1. 一種產生一參考光譜庫之方法，該方法包含以下步驟：儲存具有複數個層之一層堆疊之一光學模型；接收識別來自該複數個層之一第一層之一組一或更多個折射率函數及一組一或更多個消光係數函數之使用者輸入，其中該組一或更多個折射率函數包括複數個不同折射率函數，或該組一或更多個消光係數函數包括複數個不同消光係數函數；以及對於來自該組折射率函數之一折射率函數及來自該組消光係數函數之一消光係數函數之每一組合，基於該折射率函數、該消光係數函數及該第一層之一第一厚度使用光學模型計算一參考光譜，以產生複數個參考光譜。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該組一或更多個折射率函數包括複數個不同折射率函數。
  3. 如請求項2所述之方法，其中接收識別該複數個不同折射率函數之使用者輸入之步驟包含以下步驟：接收識別該折射率函數之一第一係數之一第一複數個不同第一值之使用者輸入。
  4. 如請求項1所述之方法，其中接收識別該第一複數個不同第一值之使用者輸入之步驟包含以下步驟：接收一下 限值、一上限值及一值增量或若干值。
  5. 如請求項4所述之方法，其中接收識別該複數個不同折射率函數之使用者輸入之步驟包含以下步驟：接收識別該折射率函數之一第二係數之一第二複數個不同第二值之使用者輸入。
  6. 如請求項5所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：對於來自該第一複數個值之一第一值及來自該第二複數個值之一第二值之每一組合，計算一折射率函數以產生該複數個不同折射率函數，其中計算該折射率函數之步驟包含以下步驟：計算 其中n(λ)為該折射率函數，A為該第一值，B為該第二值且C為一第三值。
  7. 如請求項1所述之方法，其中該組一或更多個消光係數函數包括複數個不同消光係數函數。
  8. 如請求項1所述之方法，其中該組一或更多個折射率函數包括：複數個不同折射率函數，且該組一或更多個消光係數函數包括：複數個不同消光係數函數。
  9. 如請求項1所述之方法，該方法進一步包含以下步驟： 接收識別該基板之該第一層之複數個不同厚度值之使用者輸入，該複數個不同厚度值包括該第一厚度值。
  10. 如請求項1所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：對於來自該組折射率函數之一折射率函數、來自該組消光係數函數之一消光係數函數及來自該複數個不同厚度值之一厚度值之每一組合，使用該光學模型計算一參考光譜。
  11. 如請求項1所述之方法，其中該第一層包含氧化矽、摻雜碳氧化矽、碳化矽、氮化矽、摻雜碳氮化矽或多晶矽。
  12. 一種產生一參考光譜庫之方法，該方法包含以下步驟：儲存具有複數個層之一層堆疊之一光學模型；接收識別一折射率函數之一第一係數之一第一複數個不同第一值之使用者輸入；計算來自該複數個不同值之每一第一值之一折射率函數以產生複數個折射率函數；以及對於來自該複數個折射率函數之每一折射率函數，基於該折射率函數、一消光係數函數及一第一層之一第一厚度使用該光學模型計算一參考光譜，以產生複數個參考光譜。
  13. 如請求項12所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：接收識別該折射率函數之一第二係數之一第二複數個不同 第二值之使用者輸入，及對於來自該第一複數個不同第一值之一第一值及來自該第二複數個不同第二值之一第二值之每一組合計算一折射率函數。
  14. 如請求項13所述之方法，其中計算該折射率函數之步驟包含以下步驟：計算 其中n(λ)為該折射率函數，A為該第一值，B為該第二值，且C為一第三值。
  15. 一種產生一參考光譜庫之方法，該方法包含以下步驟：接收代表一基板上之一第一堆疊中的層之一反射率之一第一光譜，該第一堆疊包括一第一介電層；接收代表該基板上之一第二堆疊中的層之一反射率之一第二光譜，該第二堆疊包括該第一介電層及不位於該第一堆疊中之一第二介電層；接收識別該基板上之該第一堆疊或該第二堆疊中之至少一者之複數個不同貢獻百分比之使用者輸入；以及對於來自該複數個不同貢獻百分比之每一貢獻百分比，根據該第一光譜、該第二光譜及該貢獻百分比計算一參考光譜。
  16. 如請求項15所述之方法，其中計算該參考光譜RLIBRARY之步驟包含以下步驟：計算 其中RSTACK1為該第一光譜，RSTACK2為該第二光譜，RREFERENCE為該第一堆疊及該第二堆疊之一底層之一光譜，且X為該第一堆疊之該百分比貢獻。
  17. 如請求項16所述之方法，其中該底層為矽或金屬。
  18. 如請求項17所述之方法，其中該底層為矽。
  19. 如請求項15所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：接收代表該基板上之一金屬層之一反射率之一第三光譜，接收識別該金屬層之複數個不同金屬貢獻百分比之使用者輸入，及對於來自該複數個不同貢獻百分比之每一貢獻百分比及對於來自該複數個不同金屬貢獻百分比之每一金屬貢獻百分比，根據該第一光譜、該第二光譜、該第三光譜、該貢獻百分比及該金屬貢獻百分比計算一參考光譜。
  20. 如請求項19所述之方法，其中計算該參考光譜RLIBRARY之步驟包含以下步驟：計算 其中RSTACK1為該第一光譜，RSTACK2為該第二光譜，RMETAL為該第三光譜，RREEERENCE為該第一堆疊和該第二堆疊之一底層之一光譜，且X為該第一堆疊之該百分比貢 獻，且Y為該金屬之該百分比貢獻。
  21. 如請求項20所述之方法，其中該底層為該金屬層之該金屬。
  22. 如請求項19所述之方法，其中接收識別該金屬層之複數個不同金屬貢獻百分比之使用者輸入之步驟包含以下步驟：接收識別該第一堆疊之一第一複數個不同貢獻百分比之使用者輸入，及接收識別該第二堆疊之一第二複數個不同貢獻百分比之使用者輸入，及根據該第一複數個不同貢獻百分比及該第一複數個不同貢獻百分比計算該複數個不同金屬貢獻百分比。
  23. 如請求項15所述之方法，其中接收識別複數個不同貢獻百分比之使用者輸入之步驟包含以下步驟：接收一下限百分比、一上限百分比及一百分比增量。
  24. 如請求項15所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：使用該第一堆疊之一光學模型及該第二堆疊之一光學模型分別計算該第一光譜及該第二光譜。
  25. 一種產生一參考光譜庫之方法，該方法包含以下步驟：接收代表一基板上之一第一堆疊中的層之一反射率之一第一光譜，該第一堆疊包括一第一層； 接收代表該基板上之一第二堆疊中的層之一反射率之一第二光譜，該第二堆疊包括不位於該第一堆疊中之一第二層；接收代表該基板上之一第三堆疊中的層之一反射率之一第三光譜，該第三堆疊包括不位於該第一堆疊且不位於該第二堆疊中之一第三層；接收識別該第一堆疊之一第一複數個不同貢獻百分比及該第二堆疊之一第二複數個不同貢獻百分比之使用者輸入；以及對於來自該第一複數個不同貢獻百分比之每一第一貢獻百分比及來自該第二複數個不同貢獻百分比之每一第二貢獻百分比，根據該第一光譜、該第二光譜、該第三光譜、該第一貢獻百分比及該第二貢獻百分比計算一參考光譜。
  26. 如請求項25所述之方法，其中該第二堆疊包括該第一層。
  27. 如請求項25所述之方法，其中該第一堆疊之一部分由該第一層組成，且該第一層為該第二堆疊之一底層。
  28. 如請求項27所述之方法，其中該第三堆疊包括該第一層及該第二層，該第一層為該第三堆疊之一底層，且該第二層在該第一層與該第三層之間。
  29. 一種控制研磨之方法，該方法包含以下步驟：根據請求項1、12、15，或25所述之方法產生一參考光譜庫；研磨一基板；在研磨期間量測來自該基板之光之一序列光譜；對於該序列光譜之每一量測之光譜，發現一最佳匹配參考光譜以產生一序列最佳匹配參考光譜；以及基於該序列最佳匹配參考光譜決定一研磨終點或一研磨速率之一調整中之至少一者。
  30. 一種用於產生一參考光譜庫之電腦程式產品，該電腦程式產品被實現在一電腦可讀取媒體中和包含用於使得一處理器進行以下步驟的指令：儲存具有複數個層之一層堆疊之一光學模型；接收識別來自該複數個層之一第一層之一組一或更多個折射率函數及一組一或更多個消光係數函數之使用者輸入，其中該組一或更多個折射率函數包括：複數個不同折射率函數，或該組一或更多個消光係數函數包括：複數個不同消光係數函數；及對於來自該組折射率函數之一折射率函數及來自該組消光係數函數之一消光係數函數之每一組合，基於該折射率函數、該消光係數函數及該第一層之一第一厚度使用光學模型計算一參考光譜，以產生複數個參考光譜。
  31. 如請求項30所述之電腦程式產品，其中該組一或更多個折射率函數包括：複數個不同折射率函數。
  32. 如請求項31所述之電腦程式產品，其中接收識別該複數個不同折射率函數之使用者輸入的指令包含：接收識別該折射率函數之一第一係數之一第一複數個不同第一值之使用者輸入的指令。
  33. 如請求項32所述之電腦程式產品，其中接收識別該複數個不同折射率函數之使用者輸入之指令包含：接收識別該折射率函數之一第二係數之一第二複數個不同第二值之使用者輸入的指令。
  34. 如請求項33所述之電腦程式產品，進一步包含：對於來自該第一複數個值之一第一值及來自該第二複數個值之一第二值之每一組合，計算一折射率函數以產生該複數個不同折射率函數的指令，其中計算該折射率函數之指令包含：計算下列算式的指令： 其中n(λ)為該折射率函數，A為該第一值，B為該第二值且C為一第三值。
  35. 如請求項30所述之電腦程式產品，其中該組一或更多個消光係數函數包括：複數個不同消光係數函數。
  36. 如請求項30所述之電腦程式產品，進一步包含：接收識別該基板之該第一層之複數個不同厚度值之使用者輸入的指令，該複數個不同厚度值包括：該第一厚度值，及進一步包含：對於來自該組折射率函數之一折射率函數、來自該組消光係數函數之一消光係數函數及來自該複數個不同厚度值之一厚度值之每一組合，使用該光學模型計算一參考光譜的指令。
  37. 一種用於產生一參考光譜庫之電腦程式產品，該電腦程式產品被實現在一電腦可讀取媒體中和包含用於使得一處理器進行以下步驟的指令：儲存具有複數個層之一層堆疊之一光學模型；接收識別一折射率函數之一第一係數之一第一複數個不同第一值之使用者輸入；計算來自該複數個不同值之每一第一值之一折射率函數以產生複數個折射率函數；及對於來自該複數個折射率函數之每一折射率函數，基於該折射率函數、一消光係數函數及該第一層之一第一厚度使用該光學模型計算一參考光譜，以產生複數個參考光譜。
  38. 一種用於產生一參考光譜庫之電腦程式產品，該電腦程式產品被實現在一電腦可讀取媒體中和包含用於使得一處理器進行以下步驟的指令： 接收代表一基板上之一第一堆疊中的層之一反射率之一第一光譜，該第一堆疊包括一第一介電層；接收代表該基板上之一第二堆疊中的層之一反射率之一第二光譜，該第二堆疊包括該第一介電層及不位於該第.一堆疊中之一第二介電層；接收識別該基板上之該第一堆疊或該第二堆疊中之至少一者之複數個不同貢獻百分比之使用者輸入；以及對於來自該複數個不同貢獻百分比之每一貢獻百分比，根據該第一光譜、該第二光譜及該貢獻百分比計算一參考光譜。
  39. 如請求項38所述之電腦程式產品，其中計算該參考光譜RLIBRARY的指令包含計算下列算式的指令： 其中RSTACK1為該第一光譜，RSTACK2為該第二光譜，RREFERENCE為該第一堆疊及該第二堆疊之一底層之一光譜，且X為該第一堆疊之該百分比貢獻。
  40. 如請求項39所述之電腦程式產品，其中該底層的該光譜為矽或金屬的光譜。
  41. 如請求項38所述之電腦程式產品，進一步包含用以進行以下步驟的指令：接收代表該基板上之一金屬層之一反射率之一第三光譜，接收識別該金屬層之複數個不同金屬 貢獻百分比之使用者輸入，及對於來自該複數個不同貢獻百分比之每一貢獻百分比及對於來自該複數個不同金屬貢獻百分比之每一金屬貢獻百分比，根據該第一光譜、該第二光譜、該第三光譜、該貢獻百分比及該金屬貢獻百分比計算一參考光譜。
  42. 如請求項41所述之電腦程式產品，其中計算該參考光譜RLIBRARY之指令包含計算下列算式的指令： 其中RSTACK1為該第一光譜，RSTACK2為該第二光譜，RMETAL為該第三光譜，RREFERENCE為該第一堆疊和該第二堆疊之一底層之一光譜，且X為該第一堆疊之該百分比貢獻，且Y為該金屬之該百分比貢獻。
  43. 如請求項42所述之電腦程式產品，其中該底層的該光譜為該金屬層之該金屬的光譜。
  44. 一種用於產生一參考光譜庫之電腦程式產品，該電腦程式產品被實現在一電腦可讀取媒體中和包含用於使得一處理器進行以下步驟的指令：接收代表一基板上之一第一堆疊中的層之一反射率之一第一光譜，該第一堆疊包括：一第一層；接收代表該基板上之一第二堆疊中的層之一反射率之一第二光譜，該第二堆疊包括：不位於該第一堆疊中之一第 二層；接收代表該基板上之一第三堆疊中的層之一反射率之一第三光譜，該第三堆疊包括：不位於該第一堆疊和不位於該第二堆疊的一第三層；接收識別該第一堆疊的一第一複數個不同貢獻百分比和該第二堆疊的一第二複數個不同貢獻百分比的使用者輸入；對於來自該第一複數個不同貢獻百分比之每個第一貢獻百分比和來自該第二複數個不同貢獻百分比之每個第二貢獻百分比，根據該第一光譜、該第二光譜、該第三光譜、該第一貢獻百分比和該第二貢獻百分比，計算一參考光譜。
  45. 一種用於控制研磨之電腦程式產品，該電腦程式產品被實現在一電腦可讀取媒體中和包含用於使得一處理器進行以下步驟的指令：根據請求項30，或37所述之電腦程式產品的指令，產生一參考光譜庫；在研磨期間，接收來自一基板之光之一序列光譜的量測；對於該序列光譜之每一量測之光譜，發現一最佳匹配參考光譜以產生一序列最佳匹配參考光譜；以及基於該序列最佳匹配參考光譜決定一研磨終點或一研磨速率之一調整中之至少一者。
  46. 一種用於控制研磨之電腦程式產品，該電腦程式產品被實現在一電腦可讀取媒體中和包含用於使得一處理器進行以下步驟的指令：根據請求項38，或44所述之電腦程式產品的指令，產生一參考光譜庫；在研磨期間，接收來自該基板之光之一序列光譜的量測；對於該序列光譜之每一量測之光譜，發現一最佳匹配參考光譜以產生一序列最佳匹配參考光譜；以及基於該序列最佳匹配參考光譜決定一研磨終點或一研磨速率之一調整中之至少一者。
TW101113982A 2011-04-28 2012-04-19 改變用於研磨控制的係數與函數 TWI574787B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/096,777 US20120278028A1 (en) 2011-04-28 2011-04-28 Generating model based spectra library for polishing
US13/096,714 US8942842B2 (en) 2011-04-28 2011-04-28 Varying optical coefficients to generate spectra for polishing control

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201249598A TW201249598A (en) 2012-12-16
TWI574787B true TWI574787B (zh) 2017-03-21

Family

ID=47072999

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW101113982A TWI574787B (zh) 2011-04-28 2012-04-19 改變用於研磨控制的係數與函數

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP6030636B2 (zh)
KR (1) KR101981814B1 (zh)
TW (1) TWI574787B (zh)
WO (1) WO2012148716A2 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9375824B2 (en) * 2013-11-27 2016-06-28 Applied Materials, Inc. Adjustment of polishing rates during substrate polishing with predictive filters
US9352440B2 (en) * 2014-04-30 2016-05-31 Applied Materials, Inc. Serial feature tracking for endpoint detection
US9573243B2 (en) * 2014-11-04 2017-02-21 Headway Technologies, Inc. Method for adaptive feedback controlled polishing
TWI743176B (zh) 2016-08-26 2021-10-21 美商應用材料股份有限公司 獲得代表在基板上的層的厚度的測量的方法，及量測系統和電腦程式產品
US11951587B2 (en) * 2018-09-26 2024-04-09 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Zone-based CMP target control
KR20240017122A (ko) * 2018-09-26 2024-02-06 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 인-시튜 전자기 유도 모니터링에 대한 가장자리 재구성에서의 기판 도핑에 대한 보상
TWI810069B (zh) * 2020-06-08 2023-07-21 美商應用材料股份有限公司 用於在拋光相鄰導電層的堆疊期間的輪廓控制的系統、方法及電腦程式產品

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW374050B (en) * 1997-10-31 1999-11-11 Applied Materials Inc Method and apparatus for modeling substrate reflectivity during chemical mechanical polishing
JP2002536705A (ja) * 1999-02-12 2002-10-29 コーニング インコーポレイテッド 真空紫外光透過リソグラフィ用オキシフッ化ケイ素ガラス
US20030086097A1 (en) * 2001-09-30 2003-05-08 Nova Measuring Instruments Ltd. Method and system for thin film characterization
TW200717637A (en) * 2005-08-22 2007-05-01 Applied Materials Inc Apparatus and methods for spectrum based monitoring of chemical mechanical polishing
WO2010062497A2 (en) * 2008-10-27 2010-06-03 Applied Materials, Inc. Goodness of fit in spectrographic monitoring of a substrate during processing
TW201103085A (en) * 2005-08-22 2011-01-16 Applied Materials Inc Apparatus and methods for spectrum based monitoring of chemical mechanical polishing

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6491569B2 (en) * 2001-04-19 2002-12-10 Speedfam-Ipec Corporation Method and apparatus for using optical reflection data to obtain a continuous predictive signal during CMP
JP3865637B2 (ja) * 2002-01-15 2007-01-10 株式会社ルネサステクノロジ 半導体デバイスの製造方法
US7495781B2 (en) * 2006-07-10 2009-02-24 Tokyo Electron Limited Optimizing selected variables of an optical metrology model
US20090275265A1 (en) * 2008-05-02 2009-11-05 Applied Materials, Inc. Endpoint detection in chemical mechanical polishing using multiple spectra
US8295967B2 (en) * 2008-11-07 2012-10-23 Applied Materials, Inc. Endpoint control of multiple-wafer chemical mechanical polishing

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW374050B (en) * 1997-10-31 1999-11-11 Applied Materials Inc Method and apparatus for modeling substrate reflectivity during chemical mechanical polishing
JP2002536705A (ja) * 1999-02-12 2002-10-29 コーニング インコーポレイテッド 真空紫外光透過リソグラフィ用オキシフッ化ケイ素ガラス
US20030086097A1 (en) * 2001-09-30 2003-05-08 Nova Measuring Instruments Ltd. Method and system for thin film characterization
TW200717637A (en) * 2005-08-22 2007-05-01 Applied Materials Inc Apparatus and methods for spectrum based monitoring of chemical mechanical polishing
TW201103085A (en) * 2005-08-22 2011-01-16 Applied Materials Inc Apparatus and methods for spectrum based monitoring of chemical mechanical polishing
WO2010062497A2 (en) * 2008-10-27 2010-06-03 Applied Materials, Inc. Goodness of fit in spectrographic monitoring of a substrate during processing

Also Published As

Publication number Publication date
JP6030636B2 (ja) 2016-11-24
JP2014512704A (ja) 2014-05-22
WO2012148716A3 (en) 2012-12-20
KR101981814B1 (ko) 2019-05-23
KR20140028028A (ko) 2014-03-07
WO2012148716A2 (en) 2012-11-01
TW201249598A (en) 2012-12-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI574787B (zh) 改變用於研磨控制的係數與函數
KR101867385B1 (ko) 광학 모니터링을 위한 스펙트럼들의 라이브러리 구축
US9142466B2 (en) Using spectra to determine polishing endpoints
JP6030122B2 (ja) 終点検出のためのスペクトル特徴の適応的追跡
US20120278028A1 (en) Generating model based spectra library for polishing
KR101930111B1 (ko) 환경적 영향으로 변동들을 갖는 기준 스펙트럼들의 구성
US9573242B2 (en) Computer program product and method of controlling polishing of a substrate
US8860932B2 (en) Detection of layer clearing using spectral monitoring
KR101892914B1 (ko) 측정된 스펙트럼에 대한 광학 모델의 피팅
KR101484696B1 (ko) 종료점 검출을 위한 2차원적인 스펙트럼 피쳐들의 트랙킹
US8942842B2 (en) Varying optical coefficients to generate spectra for polishing control
TW201223702A (en) Techniques for matching measured spectra to reference spectra for in-situ optical monitoring
US9011202B2 (en) Fitting of optical model with diffraction effects to measured spectrum
KR20130098172A (ko) 종료점 검출을 위한 스펙트럼 피쳐들의 동적 또는 적응 트랙킹
TWI492005B (zh) 基板於處理期間之光譜監控的適合度
CN106471606B (zh) 利用沉积前测量的研磨
US20140242880A1 (en) Optical model with polarization direction effects for comparison to measured spectrum