基于光谱的监测化学机械研磨的装置及方法

专利名称：基于光谱的监测化学机械研磨的装置及方法
技术领域：
本发明大体来说是有关于基材的化学机械研磨。
背景技术：
一集成电路通常是藉由在硅晶片上的一系列的导体、半导体、或绝缘 层的沉积而形成在 一 基材上。 一 制造步骤包含在 一 非平坦表面上沉积 一 填 充层并平坦化该填充层。对于某些应用而言，会持续平坦化该填充层直到 一图案化层的上表面暴露出为止。 一导电填充层，例如，可沉积在一图案 化绝缘层上以填充该绝缘层的沟槽或孔洞。在平坦化的后，余留在该凸起 的绝缘层图案间的导电层部分形成介层洞、栓塞孔、及联机，其在该基材 上的薄膜电路间提供信道。就其它应用而言，例如氧化物研磨，平坦化该 填充层直到在该非平坦表面上剩下一预定厚度为止。此外，微影通常必定 要平坦化该基材表面。
化学机械研磨(CMP)是一种公认的平坦化方法。此平坦化方法 一般需 要将该基材设置在一载具或研磨头上。该基材的暴露表面通常相对一旋转 盘或带状研磨垫设置。该研磨垫可以是标准研磨垫或固定磨粒研磨垫。一 标准研磨垫拥有长效的粗糙表面，而固定磨粒研磨垫则拥有保持在一容纳 媒介内的研磨微粒。该载具头在该基材上提供可控制的负载，以将其推向 该研磨垫。通常供应一研浆至该研磨垫表面。该研浆包含至少一种化学反 应剂及，若用于标准研磨垫，研磨微粒。
CMP的一个问题是判定研磨制程是否已经完成，即，是否已将一基材 层平坦化至预期平坦度或厚度，或是何时是已经移除预期材料量的时间点。
过研磨(除去过多)导电层或薄膜会造成电路阻抗的增加。反之，研磨不足 量(除去太少)导电层则会造成短路。该基材层的最初厚度、研浆成份、研 磨垫条件、研磨垫和基材间的相对速度、以及基材上的负载等变异皆可导 致材料移除速率的变异。这些变异造成达到研磨终点所需时间的变异。因 此，研磨终点不能只视为研磨时间的函数来判定。

发明内容
在一一般观点中，本发明的特征在于一种包含选择一参考光谱的计算 机执行方法。该参考光谱是从位于一第一基材上并且厚度大于一目标厚度 的感兴趣的薄膜反射回来的白光光谱。该参考光谱是依经验法则为特定光 谱基底终点判定逻辑选用，因此当应用该特定光语基底终点逻辑判定出终 点时，即是达到该目标厚度。该方法包含取得一现时光谱。该现时光谱是 从位于一第二基材上并且现时厚度大于该目标厚度的感兴趣的薄膜反射回 来的白光光谱。使在该第二基材上的感兴趣的薄膜经受一研磨步骤。该方 法包含判定，为该第二基材，该研磨步骤何时达到终点。该判定是基于该 参考光谱及该现时光谱。
在另 一一般观点中，本发明的特征在于 一种包含选择两或多种参考光 谱的计算机执行方法。每一种参考光谱皆是从位于一第一基材上并且厚度 大于一目标厚度的感兴趣的薄膜反射回来的白光光谱。所述参考光谙是依 经验法则为特定光谱基底终点判定逻辑选用，因此当应用所述特定光谱基 底终点逻辑判定出终点时，即是达到该目标厚度。该方法包含取得两或多 种现时光谱。每一种现时光谱皆是从位于一第二基材上并且现时厚度大于 该目标厚度的感兴趣的薄膜反射回来的白光光谱。使在该第二基材上的薄 膜经受一研磨步骤。该方法包含判定，为该第二基材，该研磨步骤何时达 到终点，该判定是基于所述参考光谱及所述现时光谱。
在另一一般观点中，本发明的特征在于一计算机程序产品，其包含能 够使一处理器选择一参考光语的指令。该参考光谱是从位于一第一基材上 并且厚度大于一目标厚度的感兴趣的薄膜反射回来的白光光谱。该参考光 谱是依经验法则为特定光谱基底终点判定逻辑选用，因此当应用该特定光 谱基底终点逻辑判定出终点时，即是达到该目标厚度。该产品包含使该处 理器取得一现时光语的指令。该现时光傳是从位于一第二基材上并且现时 厚度大于该目标厚度的感兴趣的薄膜反射回来的白光光谱。使在该第二基 材上的感兴趣的薄膜经受一研磨步骤。该产品包含使该处理器判定，为该 第二基材，该研磨步骤何时达到终点的指令。该判定是基于该参考光谱及 该现时光谱。该产品是具体地储存在机器可读媒介中。
在又另——般观点中，本发明的特征在于具体储存在机器可读媒介中 的计算机程序产品。该产品包含能够使一处理器选择两或多种参考光谱的 指令。每一种参考光谱皆是从位于一第一基材上并且厚度大于一目标厚度 的感兴趣的薄膜反射回来的白光光谱。所述参考光谱是依经验法则为特定 光谱基底终点判定逻辑选用，因此当应用所述特定光谱基底终点逻辑判定 出终点时，即是达到该目标厚度。该产品更包含取得两或多种现时光谱的 指令。每一种现时光谱皆是从位于一第二基材上并且现时厚度大于该目标 厚度的感兴趣的薄膜反射回来的白光光谱。使在该第二基材上的感兴趣的 薄膜经受一研磨步骤。该产品更包含用来判定，为该第二基材，该研磨步 骤是否达到终点的指令，该判定是基于所述参考光谱及所迷现时光谱。
在——般观点中，本发明的特征在于一种用来冲洗一光学头上表面的 冲洗系统。该系统包含一气体来源，配置来提供一气流， 一输送喷孔，一 输送线，其连接该气体来源至该输送喷孔， 一真空来源，配置来提供真空， 一真空喷孔，以及一真空线，其连接该真空来源至该真空喷孔。该气体来 源和该输送喷孔是经配置来引导一气流通过该光学头的上表面。该真空喷 孔和真空来源是经配置以使该气流为层流型态。
在另 一 一般观点中，本发明的特征在于 一种用来冲洗一研磨垫窗口下 表面的冲洗系统。该系统包含一气体来源，配置来提供一气流， 一输送喷 孔，一输送线，其连接该气体来源至该输送喷孔， 一真空来源，配置来提 供真空， 一真空喷孔，以及一真空线，其连接该真空来源至该真空喷孔。 该气体来源和该输送喷孔是经配置来引导一气流至该研磨垫窗口底部，其 中防止凝结物形成在该研磨垫窗口的下表面上。
在一一般观点中，本发明的特征在于一种用于化学机械研磨的组件。
该组件包含一研磨垫，具有一研磨表面。该组件包含一坚固窗口，设置在 该研磨垫中以提供通过该研磨垫的光学近接。该坚固窗口包含由聚氨酯形 成的第一部分以及由石英形成的第二部分。该第一部分的表面与该研磨垫 的研磨表面共平面。
在另——般观点中，本发明的特征在于一种研磨垫，其包含拥有一上 表面及一下表面的研磨层。该研磨垫包含一孔洞，具有一第一开口在该上 表面及一第二开口在该下表面。该上表面是一研磨表面。该研磨垫包含一 窗口，其含有由软质塑料形成的第一部分及结晶或玻璃类的第二部分。该 窗口对于白光而言是可穿透的。该窗口是设置在该孔洞内，因此该第一部 分塞住该孔洞，而该第二部分则在该第一部分的底侧上，其中该第一部分 作用为一研浆密封障蔽。
在另一一般观点中，本发明的特征在于一种制造研磨垫的方法。该方 法包含将结晶或玻璃类的材料块置于一研磨垫窗口铸模中，该材料块对于 白光而言是可穿透的。该方法包含将一软质塑料材料的液态前驱物配送至 该铸模中，该软质塑料材料对于白光而言是可穿透的。该方法包含固化该 液态前驱物以形成拥有由软质塑料材料形成的第 一部分及结晶或玻璃类的 第二部分的窗口。该方法包含将该窗口置于一研磨垫铸模中。该方法包含
将一研磨垫材料的液态前驱物配送至该研磨垫铸模中。该方法包含固化该 研磨垫材料的液态前驱物以产生该研磨垫，其中该窗口是设置在该研磨垫 铸模中，因此，当生产出该研磨垫时，该窗口是设置在该研磨垫中，而使 该第一部分作用为一研浆密封障蔽。
在另——般观点中，本发明的特征在于一种制造研磨垫的方法。该方 法包含将结晶或玻璃类的材料块置于 一研磨垫窗口铸模中，该材料块对于 白光而言是可穿透的。该方法包含将一软质塑料材料的液态前驱物配送至 该铸模中，该软质塑料材料对于白光而言是可穿透的。该方法包含固化该 液态前驱物以形成拥有由软质塑料材料形成的第 一部分及结晶或玻璃类的 第二部分的窗口。该方法包含形成含有一孔洞的研磨层，该研磨层具有一 上表面及一下表面，该孔洞具有一第一开口在该上表面及一第二开口在该 下表面，该上表面是一研磨表面。该方法包含将该窗口嵌入该孔洞中，该
窗口是设置在该孔洞中，因此该第一部分塞住该孔洞，而该第二部分则在 该第一部分的底側上，其中该第一部分作用为一研浆密封障蔽。
在另——般观点中，本发明的特征在于一种制造研磨垫的方法。该方 法包含形成一研磨垫窗口的第一部分，该第一部分具有一凹槽，并且对于 白光而言是可穿透的。该方法包含将一结晶或玻璃类材料块嵌入该凹槽中， 该材料块对于白光而言是可穿透的。该方法包含形成含有一孔洞的研磨层， 该研磨层具有一上表面及一下表面，该孔洞具有一第一开口在该上表面及 一第二开口在该下表面，该上表面是一研磨表面。该方法包含将该窗口嵌 入该孔洞中，该窗口是设置在该孔洞中，因此该第一部分塞住该孔洞，而 该第二部分则在该第一部分的底侧上，其中该第一部分作用为一研浆密封障蔽。
在另一一般观点中，本发明的特征在于一种计算机执行方法。在一研 磨程序期间，从一基材上的第一区域取得反射光的第一光谱，并且从该基
材上的第二区域取得第二光谱。将该第 一光谱及该第二光谱与 一光谱库做 比较，以判定该第一光谱的第一指针，以及该第二光谱的第二指针。在该 研磨程序期间的不同时间点，从该第一区域取得反射光的第三光谱，并从 该第二区域取得第四光谱。将该第三光谱及该第四光谱与该光谱库做比较， 以判定该第一区域的第三指针，以及该第二区域的第四指针。该第一区域 的研磨速率是从该第一指针和该第三指针来判定，而该第二区域的研磨速 率则是从该第二指针和该第四指针来判定。基于该第一研磨速率，该第二 研磨速率，该第 一 区域的第 一 目标相对厚度及该第二区域的第二目标相对 厚度，为该第二区域判定出适应研磨速率，以使该第二区域基本上在该第 一区域研磨至该第一目标相对厚度的同时研磨至该第二目标相对厚度。
本发明的实施可包含一或多种如下特征。该第 一 区域可以是一 内部区 域，而该第二区域可以是一外部环状区域。判定该第二区域的适应研磨速 率可包含判定何时该第一目标相对厚度会落在距离该第二目标相对厚度的 一预定门限内。判定该第二区域的适应研磨速率可包含判定该研磨程序的 估计终点时间。取得该第一光谱及第二光谱可包含取得白光光谱。该方法 可更包含调整该研磨系统的参数，以使该第二区域可以该适应研磨速率研
磨。判定该适应研磨速率的步骤可在一设定基材上执行，而调整该研磨系 统参数的步骤可在一产品基材上执行，或者该两个步骤皆可在该产品基材 上执行。调整该研磨系统的参数可包含调整压力。判定一适应研磨速率可 包含判定能在该研磨程序完成时让沿着该基材直径的剖面拥有平坦轮廓或 碗状轮廓的研磨速率。取得该第 一光语及该第二光谱可包含在不同旋转位 置采样该基材。取得该第一光谱和该第二光谱可包含测量从一氧化层反射 回来的光谱。该方法可更包含研磨一设定基材直到该设定基材被过蚀刻， 在该研磨期间从该测试基材的单一区域取得数个光谱；以及储存该数个光 谱连同取得每一个光谱的时间点，以创造出该光谱库等步骤。该方法可更 包含创造出该光谱库的指针，其中一指针代表在一特定时间点从该设定基 材取得的光语。
在另 一一般观点中，本发明的特征在于一种监控一化学机械研磨制程 的方法。引导一多波长光束至正在研磨的基材上，并测量从该基材反射回 来的光线的光谱。使该光束以橫越该基材表面的路径移动。从该讯号取得 一系列的光谱测量，并且判定每一个光谱测量在该基材上的径向位置。根 据所述径向位置将所述光谱测量分类成为数种径向范围。从该数种径向范 围的至少 一者中的光谱测量判定该基材的研磨终点。该方法可更包含判定 所述径向范围之一的适应研磨速率及应用该适应研磨速率至所述径向范围 之一。
如在此说明书中所使用者，基材一词可包含，例如， 一产品基材(例如， 含有多种内存或处理器晶粒者)、 一测试基材、 一棵基材、以及一栅极基材
(gating substrate)。该基材可以是在集成电路的各种制造阶段下，例如， 该基材可以是一裸晶片，或者其可包含一或多个沉积及/或图案化层。基 材一词可包含圓盘及矩形薄片。
本发明的实施的可能优势可包含如下一或多种。几乎可不需考虑研磨 速率的变异做出终点判定。影响研磨速率的因素，例如，消耗物，通常不 需要列入考虑。多个参考及/或目标光谱的使用(相对于单一参考光谱及/ 或单一目标光语)改善终点判定的精确度，藉由提供通常比使用单一参考光
谱技术产生出的图形平滑的差异或终点图形。 一种较不会使研浆在研磨的
基材表面上干燥的冲洗系统。 一种可提高终点判定的精确度及/或准确度 的研磨垫窗口。
本发明的 一或多个实施例的细节在如下的附图及描述中提出。本发明 的其它特征、目的、及优势可由所述描述及图式，以及所述权利要求而变 得显而易见。


图1标出一化学机械研磨设备。
第2A-2H图标出一研磨垫窗口的实施。
图3标出一冲洗系统的实施。
图4标出该冲洗系统的另一种实施。
图5是一研磨垫的上视图，并示出进行原位测量的位置。
图6A标出由原位测量取得的光谱。
图6B标出在研磨进展时由原位测量取得的光谱的演变。
图7A标出一种取得目标光谱的方法。
图7B标出一种取得参考光谱的方法。
图8A和8B标出 一种终点判定的方法。
图9A和9B标出终点判定的另 一种方法。
图10A和10B标出终点判定的另一种可选方法。
图11标出判定终点的实施。
图12标出 一光谱的波峰至波谷标准化。
图13标出使用多个参考光谱提供的平滑效应。
图14标出一种在研磨期间于区域内取得光谱的方法。
图15标出 一种调整区域内的研磨速率以达到预期轮廓的方法。
图16标出研磨速率经过调整的制程的研磨进展对于时间的作图。
图17标出研磨速率未经过调整的制程的研磨进展对于时间的作图。
图18标出使用前馈法来控制研磨的制程的研磨对于时间的作图。
在各种图式中相同的组件符号表示相同的组件。主要组件符号说明 10 基材
22 驱动杆 25、 71 轴 30 研磨垫 34 背研磨层 38 研浆
50 原位监控模块
52 光侦测器
54 光缆
56、 58 分支
72 支撑结构
76 马达
204 石英部分
208 研磨表面
212 凸出物
216 胶黏剂
220 折射胶
302、 402 气体来源
306、 406 输送喷孔
310、 410 真空线
501-511 点
801、 803、 901、 903、
805 门限值
905 门限范围
1005 线条
1505 稳定研磨期
1515、 1630 边缘区域
1530 指针
20 研磨设备
24平台
26 凹槽
32 外研磨层
36 光学近接
39手臂
51 光源
53 光学头
55 主干
70 载具头
74 栽具驱动杆
202 聚氨酯部分
206、 314 上表面
210 下表面
214 路径
218 唇状物
222 光纤缆线
304、 404 输送线
308、 408 抽吸喷孔
312、 412 真空来源
602、 604、 606 光语
、1004 图形
807 最小值
907 目标差异
1302、 1304、 1306 图形
1510、 1610 中心区域
1520、 1620 中间区域
1535 旋转数
1640 门限距离1650 可接受限度
具体实施例方式
图1标出可用来研磨一基材10的研磨设备20。该研磨设备20包含一 可旋转的盘状平台24，其上设置有一研磨垫30。该平台可以轴25为中心 旋转。例如， 一马达可转动一驱动杆22来旋转该平台24。该研磨垫30能 够可拆除地固定在该平台24上，例如，利用一层胶翻剂。当耗尽时，可拆 除该研磨垫30并替换。该研磨垫30可以是具有外研磨层32和较软的背 研磨层34的两层研磨垫。
藉由包含一孔洞(即，贯穿该研磨垫的洞)或一坚固窗口来提供通过该 研磨垫的光学近接36。该坚固窗口可固定在该研磨垫上，虽然在某些实施 中，该坚固窗口可以支撑在该平台24上，并伸入该研磨垫中的孔洞内。该 研磨垫30—般是置放在该平台24上，而使该孔洞或窗口位于设置在该平 台24的凹槽26内的光学头53上。该光学头53因此通过该孔洞或窗口拥 有对受到研磨的基材的光学近接。该光学头在后方进一步描述。
该窗口可以是，例如，坚硬的结晶或玻璃类材料，例如，石英或玻璃， 或是较软的塑料材料，例如硅树脂、聚氨酯或卣化聚合物(例如，氟化聚合 物)，或所提到材料的组合物。该窗口对于白光可以是可穿透的。若该坚固 窗口的上表面是一坚硬的结晶或玻璃类材料，则该上表面应该要从该研磨 表面凹陷够深以避免刮伤。若该上表面很接近并且可能与该研磨表面接触， 则该窗口的上表面应该是一较软的塑料材料。在某些实施中，该坚固窗口 是固定在该研磨垫内并且是聚氨酯窗口 ，或者是拥有石英和聚氨酯的组合 物的窗口。该窗口可具有高穿透率，例如，大约80%的穿透率，对于特定 颜色的单色光而言，例如，蓝光或红光。该窗口可密封在该研磨垫30上， 因此液体不会通过该窗口和该研磨垫30的接口漏出。
在一实施中，该窗口包含覆盖一较软的塑料材料外层的坚硬结晶或玻 璃类材料。该较软材料的上表面可与该研磨表面共平面。该坚硬材料的下 表面相较于该研磨垫的下表面可以共平面或凹陷。明确地说，若该研磨垫 包含两层，该坚固窗口可以合并在该研磨层内，而该下层可具有与该坚固
窗口对齐的孔洞。
假设该窗口包含坚硬的结晶或玻璃类材料及较软的塑料材料的组合 物，则不需要任何胶黏剂来固定这两个部分。例如，在一实施中，并没有 使用胶黏剂来结合该窗口的聚氨酯部分和该石英部分。或者，可使用对于 白光而言可穿透的胶黏剂，或可应用一种胶黏剂，而使通过该窗口的光线 不会通过该胶黏剂。譬如，可仅在该聚氨酯和石英部分间的接口周围应用 该胶翁剂。可在该窗口下表面上应用一折射胶。
该窗口下表面可选择性地包含一或多个凹槽。 一凹槽可经塑型以容纳， 例如， 一光纤缆线的终端或一涡流感应器的终端。该凹槽使该光纤缆线的 终端或该涡流感应器的终端可以设置在距离受到研磨的基材表面 一段短于 该窗口厚度的距离。在该窗口包含一坚硬的结晶部分或玻璃类部分且该凹 槽是藉由加工形成在此一部分内的实施中，该凹槽是经研磨以除去由加工 所造成的刮痕。或者，可施加一溶剂及/或一液态聚合物至该凹槽表面， 以除去由加工所造成的刮痕。除去通常因为加工所造成的刮痕可降低散射， 并且可改善通过该窗口的光线的穿透率。
图2A-2H标出该窗口的各种实施。如图2A所示，该窗口可具有两 个部分， 一聚氨酯部分202以及一石英部分204。所述部分是几个分层， 以该聚氨酯部分202设置在该石英部分204上方的形式。该窗口可设置在 该研磨垫内，而使该聚氨酯层的上表面206与该研磨垫的研磨表面208共 平面。
如图2B所示，该聚氨酯部分202可拥有该石英部分设置在其内的凹 槽。该石英部分的下表面210暴露出来。
如图2C所示，该聚氨酯部分202可包含凸出物，例如，深入该石英 部分204内的凸出物212。所述凸出物可作用以降低该聚氨酯部分202因 为来自该基材或扣环的磨擦力而被拉离该石英部分204的可能性。
如图2D所示，该聚氨酯部分202和石英部分204间的接口可以是一 粗糙表面。此种表面可改善该窗口的两个部分的结合强度，也可降低该聚 氨酯部分202因为来自该基材或扣环的磨擦力而被拉离该石英部分204的 可能性。
如图2E所示，该聚氨酯部分202的厚度可以不平均。在一光束路径 214上的位置的厚度小于不在该光束路径214上的位置的厚度。譬如，厚 度^小于厚度t2。或者，该窗口边缘处的厚度可以比较薄。
如图2F所示，可利用一胶黏剂216连结该聚氨酯部分202及该石英 部分204。可应用该胶黏剂而使其不会在该光束路径214上。
如图2G所示，该研磨垫可包含一研磨层及一背层。该聚氨酯层202 延伸通过该研磨层，并至少部分进入该背层。该背层内的孔可比该研磨层 内的孔大，并且该背层内的聚氨酯部分可比该研磨层内的聚氨酯部分宽。 该研磨层因此提供一唇状物218，其突出在该窗口上并可作用以抗拒使该 聚氨酯部分202离开该石英部分204的拉力。该聚氨酯部分202与该研磨 垫的分层的孔洞形状相符。
如图2H所示，可在该石英部分204的下表面210施加折射胶220, 以提供光线从一光纤缆线222行进至该窗口的媒介。该折射胶220可填充 该光纤缆线222和该石英部分204间的距离，并且可具有符合的折射率或 介于该光纤缆线222和该石英部分204的折射率间的折射率。
在该窗口含有石英和聚氨酯部分两者的实施中，该聚氨酯层应当有在 该研磨垫的使用寿命期间，该聚氨酯部分不会耗尽而暴露出该石英部分的 厚度。该石英可从该研磨垫下表面凹陷进去，而该光纤缆线222可部分延 伸进入该研磨垫内。
可用若干技术来制造上述的窗口及研磨垫。例如，可用胶黏剂来将该 研磨垫的背层34与其外研磨层32连结。提供光学近接36的孔洞可形成 在该研磨垫30内，例如，藉由切割或成型该研磨垫30以包含该孔洞，并 且该窗口可以嵌入该孔洞中并固定在该研磨垫30上，例如，利用胶黏剂。 或者，可配送该窗口的液态前驱物至该研磨垫30的孔洞内并固化以形成该 窗口。或者， 一坚固的可穿透构件，例如，上述的结晶或玻璃类部分，可 安置在液态研磨垫材料内，并且可固化该液态研磨垫材料以形成围绕该可 穿透构件的研磨垫。在后面的两个情况中，可形成一块研磨垫材料，并且 可从该块状物切割出一层具有成型的窗口的研磨垫。
在该窗口包含一结晶或玻璃类的第 一部分及由软质塑料材料制成的第二部分的实施中，可应用所述的液态前驱物技术来在该研磨垫30的孔洞内
形成该第二部分。然后再嵌入该第一部分。若在该第二部分的液态前驱物 固化前嵌入该第一部分，则固化可结合该第一及第二部分。若在该第二部 分的液态前驱物固化后嵌入该第 一部分，则可利用 一胶l占剂来固定该第一 及第二部分。
该研磨设备20可包含一沖洗系统以改善光线通过该光学近接26的传 播。该冲洗系统有不同的实施。在该研磨垫30包含一孔洞而非一坚固窗口 的研磨设备20的实施中，实施该沖洗系统以在该光学头53的上表面上提 供流体，例如，气体或液体，的层流。(该上表面可以是含在该光学头53 内的一透镜的上表面)。该光学头53上表面上的流体层流可将不可穿透的 研浆冲离该光学近接及/或避免研浆在该上表面上干燥，因而，改善通过 该光学近接的传播。在该研磨垫30包含一坚固窗口而非一孔洞的实施中， 实施该冲洗系统以引导 一 气流至该窗口下表面。该气流可避免凝结物形成 在该坚固窗口的下表面上，不然会阻碍光学近接。
图3标出该层流冲洗系统的实施。该沖洗系统包含一气体来源302、 一输送线304、 一输送喷孔306、 一抽吸喷孔308、 一真空线310、以及一 真空来源312。该气体来源302和真空来源可经配置以使其可导入及抽出 相同或相似的气体量。该输送喷孔306是经设置而使得气体层流被引导通 过该原位监控模块的可穿透上表面314，而不会被引导至受到研磨的基材 表面处。因此，气体层流不会干燥受研磨的基材表面上的研浆，这会对研 磨产生不良影响。
图4标出用来避免凝结物形成在该坚固窗口下表面上的沖洗系统的实 施。该系统减少或避免凝结物形成在该研磨垫窗口下表面。该系统包含一 气体来源402、 一输送线404、 一输送喷孔406、 一抽吸喷孔408、 一真空 线410、以及一真空来源412。该气体来源402和真空来源可经配置以使 其可导入及抽出相同或相似的气体量。该输送喷孔406是经设置而使得气 体层流被引导至该研磨垫30内的窗口下表面处。
在图4的实施的另一种选择的实施中，该沖洗系统并不包含一真空来 源或真空线。取代这些零组件，该沖洗系统包含形成在该平台内的风扇，
而使导入该坚固窗口下方空间内的气体可以被抽至该平台一侧，或者是， 至该研磨设备内可以容忍潮湿的其它地方。
上述气体来源和真空来源可以设置在远离该平台处，因此不会跟该平 台一起旋转。在此情况下，该供给线及该真空线每一个皆含有输送气体的 旋转耦合器。
回到图1,该研磨设备20包含一组合的研浆/漂洗手臂39。在研磨 期间，该手臂39能够分布含有液体及pH调整剂的研浆38。或者，该研 磨设备包含能够分散研浆至研磨垫30上的研浆埠。
该研磨设备20包含能够使该基材10保持倚靠该研磨垫30的载具头 70。该载具头70悬吊在一支撑结构72上，例如， 一旋转具，并且利用一 栽具驱动杆74连接至一载具头旋转马达76,因此该载具头可以一轴71为 中心旋转。此外，该载具头70可在形成于该支撑结构72内的径向狭缝内 横向摆动。操作时，该平台以其中央轴25为中心旋转，而该栽具头则以其 中央轴71为中心旋转，并在该研磨垫上表面上横向移动。
该研磨设备也包含一光学监控系统，其可用来如上述般判定研磨终点。 该光学监控系统包含一光源51以及一光侦测器52。光从该光源51通过该 研磨垫30内的光学近接36,撞击该基材10并从其反射回来通过该光学近 接36,并行进至该光侦测器52。
可使用一分岔的光缆54来从该光源51传输光线至该光学近接36,并 从该光学近接36传输光线回到该光侦测器52。该分岔的光缆54可包含一 r主干J 55和两个r分支j 56及58。
如上所述，该平台24包含该凹槽26,其中设置有该光学头53。该光 学头53容纳该分岔光缆54的主干55的一端，其是配置来传输光线往返 受研磨的基材表面。该光学头53可包含一或多个位于该分岔光缆54的端 点上方的透镜或窗口(如图3所示般)。或者，该光学头53可仅在邻接该研 磨垫内的坚固窗口处容纳该主干55端点。该光学头53可容纳上迷沖洗系 统的喷孔。该光学头53可依需要从该凹槽26移出，例如，以进行预防性 或校正性维修。
该平台包含一可移除的原位监控模块50。该原位监控模块50可包含
一或多种如下构件该光源51、该光侦测器52、以及传送和接收讯号往 返该光源51和光侦测器52的电路。例如，该侦测器52的输出可以是通 过该驱动杆22内的旋转耦合器，例如一滑环，至该光学监控系统的控制器 的数字电子讯号。同样地，该光源可响应从该控制器通过该旋转耦合器至 该模块50的数字电子讯号内的控制命令而开启或关闭。
该原位监控模块也可容纳该分岔光纤54的分支部分56和58各自的 端点。该光源可发射光线，其是经传输通过该分支56并自位于该光学头 53内的主千55的端点离开，且撞击在受研磨的基材上。从该基材反射出 的光线在位于该光学头53内的主干55的端点处被接收，并传输通过该分 支58至该光侦测器52。
在一实施中，该分岔光纤缆线54是一束光纤。该束光纤包含一第一组 光纤以及一第二组光纤。该第一组内的光纤是经连接以从该光源51传输光 线至受研磨的基材表面。该第二组内的光纤是经连接以接收从受研磨的基 材表面反射出的光线，并传输所接收的光线至一光侦测器。所述光纤可经 设置而使该第二组内的光纤成为类似X的形状，其以该分岔光纤54的纵 轴为中心(如以该分岔光纤54的剖面观看)。或者，可实施其它配置。例如， 该第二组内的光纤可成为类似V的形状，其是彼此的镜像。适用的分岔光 纤可从德州Carrollton的Verity Instruments公司购得。
该研磨垫窗口和紧邻该研磨垫窗口的分岔光纤缆线54的主干55的端 点间通常有一最佳距离。该距离可依经验法则决定并且受到，例如，该窗 口的反射率、从该分岔光纤缆线发射出的光束形状、以及所监控的基材的 距离等因素影响。在一实施中，该分岔光纤缆线是经设置而使紧邻该窗口 的端点尽可能靠近该窗口底部，但不真的接触该窗口。在此实施中，该研
磨设备20可包含一种机构，例如，做为该光学头53的一部分，其能够调 整该分岔光纤缆线54的端点和该研磨垫窗口下表面间的距离。或者，该分 岔光纤缆线的紧邻端点是嵌入在该窗口中。
该光源51能够发射白光。在一实施中，所发射的白光包含波长200-800 纳米的光线。适合的光源是氙气灯或氙汞灯。
该光侦测器52可以是一光谱仪。光谱仪基本上是一种用来测量在电磁
波谱的一部分范围内的光线特性的光学仪器，例如，强度。适合的光谱仪 是一光栅光谱仪。 一光谱仪的典型输出是做为波长函数的光线强度。
选择性地，该原位监控模块50可包含其它感应器构件。该原位监控模
块50可包含，例如，涡流感应器、激光、发光二极管、以及光侦测器 (photodetector)。在该原位监控模块50包含涡流感应器的实施中，该模块 50通常是经设置而使受研磨基材会位于该涡流感应器的工作范围内。
该光源51和光侦测器5 2与能够控制其操作以及接收其讯号的运算装 置连接。该运算装置可包含一靠近该研磨设备设置的微处理器，例如，一 个人计算机。在控制方面，该运算装置可以，例如，让光源51的激活及该 平台24的旋转同时发生。如图5所示，该计算机可使该光源51刚好在该 基材10通过该原位监控模块之前开始发射一连串的闪光，并在通过的后立 即结束。(所描绘的每一点501-511表示来自该原位监控模块的光线撞击及 反射的位置)。或者，该计算机可使该光源51刚好在该基材10通过该原位 监控模块之前开始连续发光，并在通过的后立即结束。
在接收讯号方面，该运算装置可接收，例如，含有描述该光侦测器52 所接收到的光线的光谱的信息的讯号。图6A标出从光源的单次闪光所发 射出并从该基材反射回来的光线所测得的光谱的范例。该光谱示出 一原始 光谱(raw spectrum),也就是，标准化之前的光谱。光i普602是从一产品 基材反射回来的光线所测得者。光谱604是从一基础硅基材(仅有一个硅层 的晶片)反射回来的光线所测得者。光谱606是来自该光学头53所接收到 的光线，当没有基材设置在该光学头53上方时。在此情况下，在本说明书 中称为黑暗条件，所接收到的光线通常是从该研磨垫窗口散射的光线。
该运算装置可处理上述讯号，以判定一研磨步骤的终点。不受限于任 何特定理论，从该基材10反射回来的光线的光谱随着研磨进展演进。图 6B提供随着感兴趣的薄膜的研磨进展演进的范例。图6B的光谱已经过标 准化。光谱的不同线表示研磨的不同时间点。如可见到者，反射光的光谙 特性随着该薄膜厚度改变而改变，并且特定的薄膜厚度呈现出特定的光谱。 该运算装置可执行基于一或多个光谱来判定何时达到终点的逻辑。终点判 定所植基的一或多个光谱可包含目标光谱、参考光谱、或两者。
如在本说明书中所使用者， 一目标光语表示由感兴趣的薄膜反射回来 的白光所呈现的光谱，当该感兴趣的薄膜具有目标厚度时。譬如，目标厚
度可以是1、 2、或3微米。或者，该目标厚度可以是O,例如，当感兴趣
的薄膜被清除而露出下方薄膜时。
感兴趣的特定厚度可以有并且通常有多个目标光谱。会这样是因为研 磨通常在限定速率下发生，而使感兴趣的薄膜维持该目标厚度一段可取得 多个光谱的时间。此外，图案化基材的不同区域通常产生不同的光语(即使 所述光谱是在研磨期间的相同时间点获得)。例如，从基材的切割线反射回 来的光线的光谱与从该基材的数组反射回来的光线的光谱不同(即，形状不 同)。这种现象在本说明书中称为图案效应。因此， 一特定目标厚度可有多 个光谱，并且该多个光谱可因为图案效应而包含彼此不同的光谱。
图7A标出取得一或多个目标光谦的方法700。测量图案与该产品基材 相同的基材的特性(步骤702)。在本说明书中将所测量的基材称为「设定J 基材。该设定基材可以纯粹是与产品基材相似或相同的基材，或者该设定 基材可以是来自一个批次的一个基材。所述特性可包含在该基材上的感兴 趣的特定位置处的感兴趣的薄膜的研磨前厚度。通常，测量多个位置的厚 度。所述位置一般是经选择而在每一个位置测量相同类型的晶粒特征。测 量可在一量测站处执行。
该设定基材根据所欲的研磨步骤研磨，并且在研磨期间收集从受研磨 的基材表面反射回来的白光的光谱(步骤704)。研磨及光谱收集可在上述研 磨设备内执行。在研磨期间，光语是由该原位监控系统收集。每一次平台 旋转皆可收集多个光谱。该基材是过研磨，即，研磨超过估计的终点，因 此可取得达到目标厚度时从该基材反射回来的光线的光谱。
测量受到过研磨的基材的特性(步骤706)。所述特性包含感兴趣的薄膜 在研磨前的测量中所采用的特定位置或多个位置处的研磨后的厚度。
用所测量的厚度和所收集到的光谱来选择，从所收集到的光谱的中， 该基材具有所欲的厚度时会呈现的一或多个光谱(步骤708)。明确地说，可 用所测量到的研磨前薄膜厚度及研磨后基材厚度来执行线性内插，以决定 达到目标薄膜厚度时会呈现的是哪一个光谱。所决定的达到该目标厚度时
会呈现的光语被指定为该批次基材的目标光谱。通常，指定所收集到的光 谱中的三个为目标光语。或者，指定五个、七个、和九个光谱为目标光谱。
选择性地，处理所收集到的光谱以增强精确度及/或准确度。可处理 所述光谱以，例如，将其标准化成为共同参考，将其平均，及/或从其中 滤除噪声。下面描述这些处理操作的特定实施。
如在本说明书中所使用者， 一参考光谱表示与目标薄膜厚度有关的光 谱。通常依经验法则为特定光谱基底终点判定逻辑选择一个、两个或更多 个参考光谱，因此当该计算机装置应用该特定光谱基底终点判定逻辑判定 出终点时，即是达到目标厚度。该或所述参考光谱可以重复选择，如会在
下面参考图7B描述般。参考光语通常不是目标光谱。反之，参考光谱通
常是在感兴趣的薄膜的厚度大于目标厚度时，从该基材反射回来的光线的光谱。
图7B标出为一特定目标厚度及特定光谱基底终点判定逻辑选择一参 考光谱的方法701。在某些实施例中，可选择两个或多个光谱，而非仅选 一个。测量一设定基材并如上面步骤702-706所述般研磨(步骤703)。明 确地说，储存所收集到的光谱及每一个收集到的光谱被测量的时间点。在 研磨期间，每一次平台旋转皆可收集多个光谱。
为该特定的设定基材计算研磨设备的研磨速率(步骤705)。可利用研磨 前及后的厚度7V 丁2和实际研磨时间PT来计算平均研磨速率PR，例如， PR=(T2- "H)/PT。
计算该特定的设定基材的终点时间，以提供一校正点来测试该参考光 语，如下所讨论般(步骤707)。可基于计算出的研磨速率PR、感兴趣的薄 膜的研磨前起使厚度ST、以及感兴趣的薄膜的目标厚度TT来计算终点时 间。该终点时间可以简单线性内插法来计算，假设在整个研磨制程期间该 研磨速率是固定的，例如，ET=(ST-TT)/PR。
选择性地，可利用研磨该批图案化基材的另一个基材，在所算出的终 点时间停止研磨，并测量感兴趣的薄膜的厚度来评估所计算出的终点时间。 若厚度在该目标厚度的符合要求的范围内，则所计算出的终点时间即是令 人满意的。否则，必须重新计算所算出的终点时间。
选择所收集的光谱的一并指定为该参考光语(步骤709)。所选择的光谱 是在感兴趣的薄膜的厚度大于以及大约等于该目标厚度时从该基材反射回 来的光线的光语。或者，指定两个或多个光语做为该参考光谱。通常，指 定所收集到的光谱中的三个做为参考光错。或者，指定五个、七个、或九 个光谱为参考光谱。如同该目标光谱般，可以有多个参考光谱，因为该研 磨速率是限定的。
在 一 实施中，识别出相应于步骤707计算出的终点时间的该特定平台 旋转，并且选择该特定平台旋转期间所收集到的光谱来指定为参考光谱。 譬如，所收集的光谱可以来自该基材的中央区域。相应于所计算出的终点 时间的该平台旋转是相应于所算出的终点时间发生期间的平台旋转。譬如， 若算出的终点时间是25.5秒，则相应于此算出的终点时间的该特定平台旋 转是在该研磨制程中研磨25.5秒发生期间的平台旋转。
利用为该设定基材收集的光谱以及指定为该或所述参考光谱的该或所 述选择光谱来仿真执行该特定终点判定逻辑(步骤711)。执行该逻辑产生依 经验法则导出但是是仿真的该逻辑判定是终点的终点时间。
将依经验法则导出但是是仿真的终点时间与所计算出的终点时间做比 较(步骤713)。若该依经验法则导出的终点时间落在所计算出的终点时间的 门限范围内，则知道目前所选择的参考光谱可产生符合该校正点的结果。 因此，当在执行环境下利用该或所述参考光谱执行该终点逻辑时，该系统 应该会确实地在该目标厚度处侦测出终点。因此，可保留该或所述参考光 谱做为该批次其它基材的执行期间的研磨的参考光谱(步骤718)。否则，适 当地重复步骤709和711。
选择性地，可为每一次重复(即，每一次执行步骤709和711)改变除 了选择的该或所述光谱之外的其它变因。例如，可改变上述光语处理(例如 滤光片参数)及/或距离差异图形的最小值的门限范围。后面描述该差异图 形及该差异图形的最小值的门限范围
图8A标出使用光语基底终点判定逻辑来判定一研磨步骤的终点的方 法800。利用上述研磨设备研磨该批次的图案化基材中的另一个基材(步骤 802)。在该平台的每一次旋转执行下述步骤。
测量从受研磨的基材表面反射回来的白光的一或多个光谦，以取得现
时平台旋转的一或多个现时光谱(步骤804)。在点501-511处(图5)的光谱
测量是现时平台旋转期间测得的光谱的范例。选择性地处理在现时平台旋 转期间所测得的光谱，以增强精确度及/或准确度，如上面参考图7A所 描述者，以及如后方参考图11所描述者。
在某些实施中，若仅测量一个光谱，则用该光谱来做为该现时光谱。 若为一平台旋转测量多于一个现时光谱，则将其分组，在每一组中平均， 并且指定所述平均做为现时光语。可用距离该基材中心的径向距离来分组 所述光谱。譬如， 一第一现时光谱可取自在点502和510处(图5)测得的 光谱， 一第二现时光谱可取自在点503和509处(图5)测得的光语， 一第 三现时光谱可取自在点504和508处(图5)测得的光谱，依此类推。平均 在点502和510处测得的光语，以取得该现时平台旋转的第 一现时光谱。 平均在点503和509处测得的光谱，以取得该现时平台旋转的第二现时光 谱。平均在点504和508处测得的光谱，以取得该现时平台旋转的第三现 时光谱。
在某些实施中，选择在该现时平台旋转期间测得的两个或多个光谱来 做为该现时平台旋转的现时光谱。在一实施中，选择做为现时光谱的光谱 是在靠近该基材中心的样本位置处所测得者(例如，在图5所示的点505、 506、和507处)。并未平均所选择的光谱，并且每一个选择的光谱均指定 为该现时平台旋转的现时光谱。
计算每一个该或所述现时光谱及每一个参考光语间的差异(步骤806)。
该或所述参考光语可如上面参考图7B所述般获得。在一实施中，该差异 是在一波长范围内的强度差异的总和。也就是，
差异=Z * (/ (A) - /—ce (A))
其中3和b分别是一光谱的波长范围的下限和上限，而lcur「ent(入)和
lreference(入)分别是一 已知波长的现时光谱的强度及目标光谱的强度。
计算每一个现时光语和每一个参考光谱间的差异的一种方式是选择每
一个现时光谱。对于每一个选择的现时光谱而言，对照每一个参考光谱计
算出差异。已知现时光谱e、 f、和g，以及参考光谱E、 F、和G,例如，
会计算每一组现时和参考光语的如下组合的差异e和E、 e和F、 e和G、 f和E、 f和F、 f和G、 g和E、 g和F、及g和G。
在某些实施中，每一个计算出的差异被附加至一差异图形中(步骤 808)。该差异图形一般是所计算出的差异的作图。该差异图形每平台旋转 至少更新一次。(当为每一次平台旋转取得多个光谱时，该差异图形可以每 平台旋转更新多于一次)。
该差异图形通常是所计算出的差异的一的作图(在此例中，所计算出的 现时平台旋转的最小差异)。替代该最小差异，另一种差异，例如，所述差 异的中位数或最小差异的下一个，可以附加至该图形。
取用所述差异的最小值可改善该终点判定制程的精确度。现时光语可 包含从该基材的不同位置(例如，切割线和数组)反射回来的光线的光谱， 并且上述图案效应可使这些光谱非常不一样。同样地，该参考光谱可包含 从该基材的不同位置反射回来的光线的光谱。比较不同类的光譜是不对的， 并且可造成终点判定的错误。例如，比较从一图案化光谱的切割线反射回 来的光线的现时光语和从该图案化基材的数组反射回来的光线的参考光谱 会使该终点判定计算产生错误。此种比较，比喻来说，是拿苹果和橘子来 做比较。在仅考虑所述差异的最小值的情况下，这些类型的比较(即使执行) 是排除在计算外的。因此，藉由使用多个参考光谱及多个现时光谱，并且 仅考虑每一个这些光谱间的差异的最小值，能够避免可能因为上述不对的 比较而产生的错误。
选择性地，可处理该差异图形，例如，藉由排除偏离前一个或多个计 算差异超出一门限范围的计算差异来平滑化该差异图形。
判定该差异图形是否落在最小值的门限值内(步骤810)。在侦测到最小 值的后，当该差异图形开始上升超过该最小值的特定门限值时，即判定出 终点。或者，可基于该差异图形的斜率来判定出该终点。明确地说，该差 异图形的斜率在该差异图形最小值处接近并变成0。当该差异图形的斜率 落在接近0的斜率的门限范围内时即可判定出终点。
选择性地，可应用窗口逻辑来促进步骤808的判定。适用的窗口逻辑 在共同让渡的美国专利第5,893,796和6,296,548号中描述，其在此藉由
引用的方式并入本文中。
若判定该差异图形并未达到一最小值的门限范围，则研磨可以持续进
行，并适当地重复步骤804、 806、 808、和810。否则，判定出终点并且 终止研磨(步骤812)。
图8B标出上述判定终点的方法。图形801是原始差异图形。图形803 是平滑化的差异图形。当该平滑化的差异图形803达到该最小值807上的 门限值805时即判定出终点。
做为使用一或多个参考光谱的另一种选择，可在方法800中使用一或 多个目标光谱。该差异计算会是在现时光谱和目标光谱间，而终点会在该 差异图形达到最小值时判定出。
图9A标出使用光谱基底终点判定逻辑来判定一研磨步骤的终点的另 一种方法900。研磨一设定基材并取得一或多个目标光谱和参考光谱(步骤 902)。这些光谱可如上述般参考图7A和7B取得。
计算一目标差异(步骤904)。若使用一个参考光谱，则该目标差异是该 参考光谱和该目标光谱间的差异，并且可用上述差异方程式来计算。若使 用两个或多个参考光谱，则该目标差异是所述参考光语和所述目标光谱间 的差异的最小值，其利用上述差异方程式以及计算差异的方法算出(即，步 骤808)。
开始研磨该批次基材的另 一个基材(步骤906)。在研磨期间为每一次平 台旋转执行如下步骤。测量从受研磨的基材表面反射回来的白光的 一或多 个光谱，以得到一现时平台旋转的一或多个现时光谱(步骤908)。计算该现 时的一或多个光谱以及该参考光谱间的差异(步骤910)。将所计算出的差异 或所述差异(若有多于一个现时光谱)附加至一差异图形(步骤912)。(步骤 908、 910、和912分别与步骤804、 806、和808相似)。判定该差异图形 是否落在该目标差异的门限范围内(步骤914)。若判定该差异图形并未达到 该目标差异的门限范围，则研磨可以持续进行，并适当地重复步骤908、 910、 912、和914。否则，判定出终点并且终止研磨(步骤916)。
图9B标出上述判定终点的方法。图形901是原始差异图形。图形903 是平滑化的差异图形。当该平滑化的差异图形903落在一目标差异907的
门限范围905内时即判定出终点。
图10A标出判定一研磨步骤终点的另一种方法1000。取得一或多个 参考光i普(步骤1002)。该或所述参考光谱是如上述般参考图7B取得。
将从取得该参考光谱的程序收集到的光谱储存在一光谱库中(步骤 1004)。或者，该光谱库可包含非经收集而是由理论产生的光语。将所述光 谱，包含该参考光谱，指针化，因此每一个光谱皆具有独特的指针值。实 施该指针化而使得所述指针值是依照测得所述光谱的顺序来排序。该指针， 因此，可与时间及/或平台旋转联系起来。在一实施中，在第一时间点收 集到的第一光谱的指针值会小于在较晚的时间点收集到的第二光谱的指针 值。该光谱库可以实施在该研磨设备的运算装置的内存中。
研磨一个来自该批次基材的基材，并且为每一次平台旋转执行如下步 骤。测量一或多个光谱以取得现时平台旋转的现时光谱(步骤1006)。所述 光谱是如上述般取得。将每一个现时光谱与储存在该光谱库内的光谱做比 较，并判定出最适合任何所述现时光谱的光语库光谱(步骤1008)。将判定 为最适合任何所述现时光谱的光谱库光谱的指针附加至一终点指针图形 (步骤1010)。当该终点图形达到任何该或所述参考光谱的指针时即判定出 终点(步骤1012)。
图10B标出上述判定终点的方法。图形1004是原始指针图形。图形 1003是平滑化的指针图形。线条1005代表该参考光谱的指针值。可在该 光学头于该基材下方的每一次扫略中取得多个现时光谱，例如，在追踪的 基材上的每一个径向区域的光谱，并且可为每一个径向区域产生指针图形。
图11标出在一研磨步骤期间判定终点的实施。为每一次平台旋转执行 如下步骤。测量从受研磨的基材表面反射回来的白光的多个原始光谱(步骤
1102)。
标准化每 一 个测得的原始光语，以消除感兴趣的薄膜以外的媒介所贡 献的光反射(步骤1104)。标准化光谱辅助他们彼此间的比较。感兴趣的薄 膜以外的媒介所贡献的光反射包含来自该研磨垫窗口以及来自该基材的基 础硅层的光反射。来自该窗口的贡献可由测量该原位监控系统在黑暗条件 下(即，当没有基材置于该原位监控系统上时)所接收到的光的光谱来估计。 来自该硅层的贡献可由测量从一棵硅基材反射回来的光线的光谱来估计。 来自一棵硅基材的光反射可在该研磨步骤开始前取得。但是，来自该窗口 的贡献，即所谓的黑暗贡献，是动态取得，也就是，为每一次平台旋转取
得，例如图5的点511。
一测得的原始光谱是如下般标准化 标准化的光谱二(A-黑暗)/(硅-黑暗)
其中A是该原始光谱，黑暗是在该黑暗条件下所取得的光谱，而硅是 从该棵硅基材取得的光语。
选择性地，可基于产生该光谱的图案的区域来分类所收集到的光语， 并且来自某些区域的光谱可被排除在终点计算外。明确地说，可以不必考 虑从切割线反射回来的光线的光谱(步骤1106)。 一图案化基材的不同区域 通常会产生不同的光谱(即使所述光谱是在研磨期间的相同时间点取得)。 例如，从 一 切割线反射回来的光线的光谱与从该基材的 一 数组反射回来的 光线的光谱不同。因为其不同形状，使用来自该图案的两个区域的光谱通 常会造成终点判定上的错误。但是，可基于其形状将所述光i普分类为一切 割线组以及一数组组。因为切割线的光谱的变异一般是较大的，通常可以 不必考虑这些光谱以促进准确度。
步骤1106可以是使用多个参考光谱的技术的另一种选择(在上面方法 800的步骤808中描述)，以补偿上述由不对的比较所造成的错误。步骤 1106可取代步骤808或在步骤808之外执行。
至此已选择了经处理的光谱的子集，并且在某些情况下将其平均(步骤 1108)。该子集是由从该基材上的一区域的点反射回来的光线取得的光谱组 成。该区域可以是，例如，区域503或区域507(图5)。
选择性地， 一高通滤波器(high passfilter)是经应用在该测得的原始光 谱上(步骤1110)。高通滤波器的应用一般可除去光谱子集的平均的低频率 失真。该高通滤波器可以应用在所述原始光谱上，其平均上，或所述原始 光谱及其平均值两者上。
标准化该平均，以使其振幅与该参考光语的振幅相同或相似(步骤 1112)。 一光谱的振幅是该光谱的波峰至波谷的值。或者，标准化该平均以
使其参考光谱与该参考光谱也经过标准化的参考振幅相同或相似。在某些 实施中，标准化光谱子集的每一个光语，以使其振幅与一参考光谱的振幅 相同或相似，或是与该参考光i普也经过标准化的参考振幅相同或相似。
计算标准化的平均或光谱及一参考光语间的差异(步骤1114)。该或所 述参考光语是如上面参考图7B所述般取得。使用上述用来计算光谱间差 异的方程式来计算差异。
以现时差异或所计算出的差异的最小值来更新差异图形(步骤1116)。
时间(或平台旋转)的函数表现。
在该更新的差异图形上应用 一中位数滤波器(median filter)及一低通 滤波器(步骤1118)。应用这些滤波器通常可平滑化该图案(藉由减少或消除 该图形中的尖端)。
基于更新并且过滤的差异图形来执行终点判定(步骤1120)。该判定是 基于该差异图形何时达到最小值做出。使用上述窗口逻辑来做出该判定。
更普遍地，可用步骤1104-1112的讯号处理步骤来改善终点判定程序。 例如，取代产生一差异图形，可用所述标准化平均光谱来从一光谱库选择 光谱，以产生一指针图形，如上面参考图10A所述者。
图12标出步骤1112的标准化。如可见到者，只考虑标准化一部分的 光谱(或光谱的平均)。所考虑的部分在本说明书中称为一标准化范围，并 且除此之外，可以由使用者选择。执行标准化以使该标准化范围内的最高 点和最低点分别被标准化成为1和0。该标准化是如下般计算
<formula>formula see original document page 27</formula>其中g是增益，h是漂移，「max是该标准化范围内的最高值，「min是该 标准化范围内的最低值，N是标准化光语，而R是标准化前的光谱。
图13标出使用多个参考光谱提供的平滑效应。图形1302利用单一个 参考光谱产生(其为一平均)。图形1304利用三个参考光谱产生(如上面参 考图8所述者)。图形1306利用九个参考光谱产生。如可见到者，图形1304
含有比1302少的尖端。也就是说，图形1304比图形1302平滑。此外， 图形1304的凹陷轮廓比1306清楚，这是很重要的，因为是该凹陷始使终 点判定逻辑可以判定出终点。较清楚的凹陷因此可辅助终点判定。
图14标出使用光谱来达到预期基材轮廓的方法1200。判定研磨一产 品基材的预期终点时间(步骤1210)。在某些实施中，该预期终点时间的判 定是以预定制程参数研磨一设定基材，判定该设定基材何时达到预期厚度 (例如，利用习知离线量测设备)，并使用该设定基材达到该预期厚度的研 磨时间来做为该预期终点时间。
开始研磨生产基材(步骤1218)。在多于一个的基材径向位置处取得光 谱(步骤1226)。对于每一个光谱测量而言，可判定该基材上的径向位置， 并且可基于其径向位置将所述光谱测量分成几区域。 一基材可拥有多个区 域，例如中心区域、中间区域及边缘区域。在一 300毫米晶片上，该中心 区域可从中央延伸至半径50微米处，该中间区域可从半径50微米处延伸 至约100微米处，而该边缘区域可从约100微米处延伸至约150微米处。 在某些实施中，该基材拥有比提及的三个区域更多或更少的区域。取得该 光谱的位置可藉由，例如2004年8月18号提出申请的美国专利申请案第 10/922,110号「在研磨期间决定感应器测量位置」，或如美国专利第 7,018,271号所描述者来决定，其在此因应所有用途藉由引用的方式并入 本文中。
将来自每一区域的光谱(或，就每一区域而言，从该感应器在该基材上 的单次扫略中自该区域内取得的光谱的平均)与该光谱库中的光谱做比较， 如上面参考图10A所描述者(步骤1234)。从与该光谱库的比较中决定每一 区域相应的指针值(步骤1238)。
当所述区域的指针符合一或多个终点标准时终止研磨。例如，当达到 预选区域的预期指针时，或当任何区域先达到预期指针时，或是每一个区 域皆达到预期指针时即可终止研磨(步骤1244)。每一区域的预期指针是由 该基材的最终预期轮廓来判定。若希望研磨完成时基材拥有平坦轮廓或一 均匀的氧化层，则在每一区域取得的光谱必须相同或大约相同，并且每一 区域会有相同或相似的预期指针值。
可利用一反馈回路来调整所述区域的研磨速率，因此每一区域的最终 指针值会与预期目标指针值相等。图15标出调整该研磨制程以在预期终点
时间达到预期基材轮廓的方法1400。判定基材上每一区域的预期终点时间 的预期指针值(步骤1402)。开始研磨(步骤1404)并且如上述般选择性监控 该基材，以判定该基材上每一区域的指针图形(步骤1406)。在一起始延迟 时间后，其使该研磨制程可以稳定下来，计算该指针根据时间的改变率(平 台转动数可用来代表时间)(步骤1408)。该指针的改变率可单纯以两个不同 时间点的指针差异除以在所述不同时间产生所述指针的光谱测量间所发生 的平台转动数来计算。该指针值的改变率表示研磨速率。通常，若没有改 变任何研磨参数，可假设该研磨速率是稳定的。
用每一区域的指针改变率来外插该指针图形，以判定相关区域在预期 终点时间时会达到的指针值(步骤1412)。若在该预期终点时间，预期的指 针值已经过了或是尚未达到，可依需要上下调整该研磨速率(步骤1420)。 若在该预期终点时间达到预期指针值，则不需要任何调整。在该研磨程序 期间，可存在是否应做调整的多于一次的外插和判断。判断是否需要调整 研磨速率可包含判断在该研磨终点出现时是否会达到该预期指针值，或判 断该最终指针落在距离预期的最终指针值的可接受范围内。
在某些实施中，判定一个区域的预期终点时间，例如该中心区域。然 后调整其它区域的研磨速率，若需要的话，以与所选区域，例如该中心区 域，的预期终点时间同时达到其预期终点。研磨速率可以藉由，例如，增 加或降低该研磨头在相应区域内的施压来调整。在某些载具头中，例如在 美国专利公开案第2005-0211377号中所述的载具头，该载具头具有可调 整的施压区域。可假设研磨速率的改变与压力的改变成正比，例如，简单 的Prestonian模式。此外，可发展考虑平台或载具头旋转速度、不同旋转 头压力组合的二次效应、研磨温度、研浆流、或影响研磨速率的其它参数 造成的影响的研磨所述基材的控制模式。
也可用在上面的方法800中所述的光谱基底终点判定逻辑来判定研磨 终点，并可与调整该研磨制程并用以达到预期的基材轮廓。利用所述区域 间的差异来判定每一区域的相对厚度，出于上面关于步骤806所提供的方
程式。在研磨该基材时，取得光语并分区。选择性地，处理及过滤讯号被 应用在该光语上。在每一区域所收集到的光谱以及一预定参考光谱上应用 平方差总和。该预定的参考光谱即是达到研磨终点时会取得的光谱。
当与该参考光语的平方差总和接近一区域的最小值时，检查其它区域
的研磨压力以判定是否该改变任何区域的研磨速率。可减慢平方差总和接 近一最小值的区域的研磨速率，并且可增加其它区域的研磨速率。也可分 析研磨期间的平方差总和，以在该研磨程序的较早期变更研磨速率的调整。
不像在方法1400中所述者，此方法不需要所述研磨光谱和来自一光谱库
的指针值间的相互关联。
参见图16,若预期要有一特定轮廓，例如在该基材表面上有均匀的厚
度，可监控研磨速率的斜率，如由指针值根据时间的改变所表示者，并调
整研磨速率。在一稳定研磨期1505后，在该中心区域1510，该边缘区域 1515及其间的中间区域1520取得光谱。在此，所述区域是圆形或环形区 域。将每一个光谱与各自的指针连是起来。在若千平台旋转期间或一段时 间期间重复此制程，而判定出中心区域1510、中间区域1520和边缘区域 1515的每一个的研磨速率。研磨速率是由该指针1530(y轴)根据旋转数 1535(x轴)作图所取得的线条的斜率来表示。若任何一个速率显得比其它的 快或慢，则可调整该区域内的速率。在此，该调整是基于该中心区域1510 的終点Ce。在收集到足够的现时基材的资料点或平台旋转后，判定该中心 区域估计的研磨终点(approximate polish end point, EDP),或估计的终点 时间(estimated endpoint time, EET)。该EET在每一次平台旋转后重新计 算。在该研磨制程期间的第一研磨时间减慢该中间区域的研磨速率， 并增快该边缘区域的研磨速率。不调整该中间区域1520的的研磨速率， 该中间区域的研磨会比该基材的其它部分快，而被以过研磨速率Ma研磨。 不调整该边缘区域1515的的研磨速率，该边缘区域1515会以Eu的速 率研磨不足。
在该研磨制程随后的时间点(丁2)，可再次调整速率，若需要的话。此研 磨制程的目标是在该基材拥有一平坦表面时，或是该表面上的氧化层相当 平均时终止研磨。判断研磨速率调整量的一种方法是调整速率，以使该中
心、中间和边缘区域的每一个的指针在估计研磨终点EDP处相等。因此， 需要调整该边缘区域的研磨速率，而该中心及中间区域则以与在T2之前的 相同速率研磨。当该中心区域的最适线条接触预期的ASL水平线时判定出 该EDP。控制所有其它区域以使其最适线条尽可能靠近，以在相同时间点 与该ASL水平线相交。
利用研磨速率的光谱基底监视以达到特定轮廓的另 一种方法是研磨一 第一基材并监控研磨速率，并且前馈研磨速率信息至随后研磨的基材。参 见图17,研磨一第一设定基材并取得光谱，以判定该中心1610、中间1620 和边缘1630区域的研磨速率及相对氧化物厚度。该中间1620、中心1610 和边缘1630区域的起始指针分别是M0、 Co和E0。该中心区域1610拥 有经选择做为目标光谱的终点Ce光傳。若在现时晶片的研磨终止时，另两 个区域的指针值在距离该中心终点CE的指针的门限距离1640内，则不会 调整下一个晶片的边缘1630或中间1620区域的研磨速率。同样的，若研 磨期间的研磨速率及指针值是在可接受限度1650内，则不需要调整该边 缘1630或中间1620区域。在此，在研磨终止时，该中间区域ME的终点 显示出该中间区域被过研磨，而该边缘区域EE的终点则显示出该边缘区域 的研磨不足。据此，会为随后的晶片调整研磨速率参数，而使所有区域E、 M、 C的终点厚度皆落在可接受范围1640内。图18标出下一个晶片的E、 M和C区域的预期讯号发展。
参见图18,在该研磨制程期间，当使用原位调整时，预期仅改变研磨 速率几次，例如，四次、三次、两次或仅一次。可在接近开始时、在中间 时或将结束研磨制程时进行调整。将所述光谱与指针值联系起来产生每一 区域研磨的线性比较，并且可简化判定如何控制该研磨制程所需的计算， 并除去复杂的软件或制程步骤。
从基材不同区域取得的光谱可指示该基材的轮廓，但并不一定会提供 该氧化层的绝对厚度。因此，在此所述的某些光谱基底研磨速率调整方法 可用来监控该基材上的氧化层的相对厚度。因为所述光谱基底方法可用来 判定及调整该基材上各区域内的研磨速率，所述光谱基底方法也可补偿该 基材接踵而来的厚度变异，以及在晶片的非均匀区域内进行的研磨。
如在此所示者，可用该相对厚度来达到预期基材轮廓。在某些上方范 例中，研磨后的预期基材轮廓是一平坦轮廓。但是，也可达到除了平坦以 外的其它轮廓。通常， 一基材是在多于一个平台上研磨。已知某些研磨制 程本来就会以比另 一 区域快的速度研磨 一 个区域。为补偿此非均匀研磨， 可控制在一第一平台上的研磨，以使一区域的厚度比另一区域厚，例如在 下一个平台上会以较快速度研磨的区域。此厚度差异可藉由选择目标指针 值的差异或 一 区域相对于另 一 区域的终点指针值间的比例来达到。
在此说明书中所描述的本发明的实施例及所有的功能操作皆可在数字 电子电路中实施，或在计算机软件、固件、或硬件中实施，包含在本说明 书中揭示的结构工具及其结构等效物，或其组合物。本发明的实施例可实 施为一或多种计算机程序产品，即， 一或多种具体实施在一信息载体内的 计算机程序，例如，在一机器可读式储存装置中或一传播讯号中，以由数 据处理设备执行，或控制数据处理设备的操作，例如， 一可程序化处理器、 一计算机、或多个处理器或计算机。
一计算机程序(也称为程序、软件、软 件应用、或指令码)可以任何类型的程序语言撰写，包含编译或直译语言， 并且可以任何形式部署，包含独立执行程序或一模块、组件、子例程、或 其它适用在计算机环境中的单元。 一计算机程序并不一定要对应一档案。 一程序可以储存在保有其它程序或资料的档案的一部分中，在专属所讨论 的程序的单一个档案中，或在多个协调档案中(例如，储存一或多个模块、 子程序、或一部分的程序代码的档案)。 一计算机程序可经部署以在一计算 机或在同地址或分布在多个地址并由一通讯网路连接的多个计算机上执 行。
在此说明书中所描述的制程及逻辑流程可由一或多个可程序化处理器 执行一或多个计算机程序来执行，以藉由运算输入资料并产生输出来执行 功能。所述制程及逻辑流程也可由特殊用途逻辑电路执行，并且设备也可
被实施为特殊用途逻辑电路，例如FPGA(现场可程序化逻辑门阵列)或 ASIC(特殊应用集成电路)。
上述的研磨设备和方法可应用在多种研磨系统中。该研磨垫，或是该 载具头，或两者皆可移动，以提供该研磨表面和该基材间的相对运动。例
如，该平台可绕轨道运行而非旋转。该研磨垫可以是固定在该平台上的圓 形(或其它形状)研磨垫。该终点侦测系统的某些观点可应用在线性研磨系 统上，例如，该研磨垫是直线移动的连续式或巻带式皮带时。该研磨层可 以是一标准(例如，有或没有填充料的聚氨酯)研磨材料、 一软质材料、或
一固定磨粒材料。使用相对位置等用词；应了解可将该研磨表面及基材保 持在垂直向位或某些其它向位。
已经描述过本发明的特定实施例。其它实施例是在权利要求的范围中。 例如，可以不同顺序执行在所述权利要求中叙述的动作，且仍然可达到预
期结果。
权利要求
1. 一种研磨系统，包括一盘；一承载头，维持基材的表面相对于所述盘上的研磨垫；一监视模块，包括一光源和一检测器；一光纤，具有耦合到所述监视模块的第一端和第二端；一光学头，可移除地置于该盘中，所述光学头维持光纤的第二端引导光穿过坚固(solid)窗口到达基材的表面并接收从基材表面反射的光，该光学头配置成调整光纤的第二端到该窗的距离。
2. 如权利要求1所述的研磨系统，其特征在于，还包括 研磨垫，该研磨垫置于该盘上。
3. 如权利要求2所述的研磨系统，其特征在于，所述坚固窗口是该研 磨垫的一部分。
4. 如权利要求3所述的研磨系统，其特征在于，该光学头包括该坚固 窗口 。
5. 如权利要求1所述的研磨系统，其特征在于，该盘是可旋转的。
6. 如权利要求5所述的研磨系统，其特征在于，所述监视模块可移除 地置于所述盘中。
7. 如权利要求6所述的研磨系统，其特征在于，还包括 一控制器和 一滑环，以从该监视模块传送电信号至所述控制器。
8，如权利要求1所述的研磨系统，其特征在于，所述光学头包括放置 在光纤的第二端上的透镜。
9. 如权利要求1所述的研磨系统，其特征在于，所述光纤包括分岔光纤，该分盆光纤的第二端提供主干而第一端包括耦合到该光源的第一分支 和耦合到该检测器的第二分支。
10. 如权利要求1所述的研磨系统，其特征在于，还包括冲洗系统， 该冲洗系统包括提供气体的气体源、设置成在该光学头的顶表面上引导该 气体的输送喷头、以及将气体源连接到该输送喷头的输送管线。
11. 如权利要求10所述的研磨系统，其特征在于，所述沖洗系统包 括用于提供真空的真空源、设置成在该光学头的顶表面上吸入该气体的真 空喷头、以及将真空源连接到该真空喷头的真空管线。
12. 如权利要求11所述的研磨系统，其特征在于，该输送喷头和真 空喷头配置成在所述光学头的顶表面上引导薄片状的气流。
13. 如权利要求11所述的研磨系统，其特征在于，该光学头配置成 维持光纤的第二端，使其在第一方向上引导光，该输送喷头和真空喷头配 置成在基本上垂直于第一方向的平面上引导气流。
14. 如权利要求11所述的研磨系统，其特征在于，气体源的气流速 率和真空源的抽吸速率大致相等。
15. 如权利要求11所述的研磨系统，其特征在于，该气体是清洁干 空气或者氮气。
全文摘要
本发明是揭示用于化学机械研磨的光谱基底监测的设备与方法，包含光谱基底终点侦测、光谱基底研磨速率调整、冲洗光学头的上表面、或具有窗口的垫片。该光谱基底终点侦测依经验法则为特定光谱基底终点判定逻辑选用一参考光谱，因此当应用该特定光谱基底终点逻辑判定出终点时，即是达到目标厚度。该研磨终点可利用一差异图形或一系列指针值来判定。该冲洗系统在该光学头上表面产生层流。该真空喷孔和真空来源是经配置以使该气流为层流型态。该窗口包含一软质塑料部分及一结晶或玻璃类部分。光谱基底研磨速率调整包含取得基材上不同区域的光谱。
文档编号B24B55/00GK101391397SQ200810175050
公开日2009年3月25日 申请日期2006年8月21日 优先权日2005年8月22日
发明者B·斯韦德克, D·J·本韦格努, H·Q·李, J·D·戴维, L·卡鲁皮亚 申请人:应用材料股份有限公司