专利名称：通过选择性改变检测不同层之间的界面以在化学机械抛光过程中进行的终点控制的制作方法
技术领域：
本文所述的实施例关于自基板移除材料。具体而言，本文所述的实施例关于在化学机械抛光过程中进行的终点控制。
现有技术集成电路已发展成可在单个晶片上包括数百万个部件(例如，晶体管、电容器及电阻器)的复杂装置。对更大电路密度的需要迫使集成电路部件的尺寸的减小(例如，次微米尺寸)且使用各种材料来制造装置以达成更快且更好的电气性能，材料诸如用于金属线中具有较高导电率的材料、用作绝缘材料的具有较低电容率(低介电常数(low-k)、介电常数)的材料等。对集成电路制造而言，具有低电阻的金属互连(诸如，铜及铝互连)在集成电路装 置上的集成电路部件之间提供了导电路径。通常，金属互连是由介电大块绝缘材料为彼此做电气隔离。在次微米尺寸下，相邻的金属互连之间可能出现电容性耦合，此举可造成串扰及/或电阻-电容(RC)延迟且降低集成电路的整体性能。一些集成电路部件包括多层互连结构，例如双重镶嵌结构。通常，双重镶嵌结构具有堆迭于彼此之上的介电大块绝缘层及导电金属层，诸如低介电常数材料及导电铜层。将通孔及/或沟槽蚀刻成介电大块绝缘层，且随后将导电金属层填充于这些通孔及/或沟槽中，且通过诸如化学机械平坦化制程(CMP)平坦化这些导电金属层，以使导电金属材料仅留在这些通孔及/或沟槽中。在双重镶嵌方法中，可需要相当复杂的介电质堆迭，该介电质堆迭包括一系列硬掩模、低介电常数介电质及蚀刻终止层等。在CMP过程中的挑战为确定抛光制程是否完成(即，确定是否已将基板层平坦化至所要的平坦度或厚度)或确定何时所需要量的材料已被移除。过度抛光(移除过多)导电层或薄膜可导致增大的电路电阻。另一方面，抛光不足(移除太少)导电层可导致电气短路。浆组合物、抛光垫状况、抛光垫与基板之间的相对速度及基板上的负载的变化可引起材料移除速率变化。这些变化加上来料厚度变化引起达到抛光终点所需时间的变化。因此，不能仅根据抛光时间或预定厚度来确定抛光终点。近来，使用基于光谱的终点检测技术来对基板进行原位光学监测，已被用以提高抛光终点的检测。在操作中，计算装置用以接收例如一信号，该信号携带描述针对特定光源闪光由光检测器所接收光的光谱的信息。自基板反射的光的光谱随抛光的进行而演变，这归因于最外层的厚度改变，因此产生一系列时变光谱。特定层堆迭的厚度表现特定光谱。然而，对一些特定薄膜堆迭而言，终点确定变得十分困难，这归因于在抛光过程中最小光谱改变可被晶圆间及批量间的变化遮蔽掉。例如，对硬掩模/超低介电常数介电质/阻挡层的薄膜堆迭而言，在抛光阻挡层及硬掩模层的过程中光谱通常显著改变，但在抛光超低介电常数介电质的过程中光谱改变极小。因此，不能仅根据光谱确定抛光终点。
因此，需要一种用于在化学机械抛光过程中进行终点检测的改良方法
发明内容
本文所述的实施例关于自基板移除材料。具体而言，本文所述的实施例关于一种在化学机械抛光制程中检测目标基板的终点的方法。在一个实施例中，该方法包括以下步骤以第一薄膜移除速率抛光一或多个参考基板以提供参考光谱；以第二薄膜移除速率抛光一或多个目标基板以提供一或多个目标基板的当前光谱，其中第二薄膜移除速率不同于第一薄膜移除速率；基于在抛光一或多个参考基板过程中收集的参考光谱，使用所获得的一系列终点值来识别形成于一或多个目标基板上不同层之间的界面转变；以及将自一或多个目标基板的当前光谱获得的每一当前光谱与参考光谱进行比较，以获得该系列终点值。在一个方面，在完成比较步骤之后，基于一系列最匹配参考光谱，识别形成于一或多个目标基板上不同层之间的界面转变。在识别形成于一或多个目标基板上不同层之间的界面转变之后，取决于应用而将一或多个目标基板可任选地过度抛光至所要厚度。在另一实施例中，本发明提供一种在化学机械抛光制程中检测目标基板的终点的方法。在一个实施例中，在化学机械抛光制程中检测目标基板的终点的方法包括以下步骤抛光目标基板，该目标基板含有沉积于该目标基板上的多个薄膜层；以及当达到终点时终止抛光目标基板，该终点在抛光至少一个参考基板的过程中识别层之间的至少一个界面，其中该终点是响应于自光谱分析中编译的信息而被选择的。在又一实施例中，本发明提供一种在化学机械抛光制程中处理目标基板的方法。该方法包括以下步骤使用第一浆抛光且测量参考基板，以在不同平台旋转下提供参考光谱；使用第二浆抛光且测量目标基板，以在不同平台旋转下提供当前光谱，其中第二浆的薄膜移除速率不同于第一浆的薄膜移除速率；将目标基板的当前光谱与参考光谱进行比较，以在不同抛光时间产生一系列最匹配参考光谱；以及基于该系列最匹配参考光谱，使用在抛光参考基板过程中收集的一系列终点值来识别目标基板中不同层之间的界面转变。
因此，可详细理解本发明的上述特征结构的方式，即上文简要概述的本发明的更特定描述可参照实施例获得，一些实施例图示于附加图式中。然而，应注意，附加图式仅图示本发明的典型实施例，且因此不欲视为本发明范围的限制，因为本发明可允许其他同等有效的实施例。图I图示具有两个抛光头的抛光设备的实例；图2图示含有双重镶嵌结构的基板的示意性横截面图；图3图示根据本发明用于获得目标光谱的方法；图4图示根据本发明用于选择基于特定目标厚度及特定光谱的终点确定逻辑的参考光谱的方法；图5图示在不同时间在抛光目标晶圆过程中收集的一系列终点值，该目标晶圆具有图2的已知介电薄膜堆迭；以及图6图示在用先前技术及即时终点技术进行处理后，介电基层中金属线的所得厚度与不同初始厚度的比较；以及
图7图示根据本发明用于使用所识别的不同层之间的薄膜界面进行终点检测的方法。为促进理解，在可能情况下已使用相同元件符号来指定为诸图所共有的相同元件。预期一个实施例的元件及特征结构可有利地并入其他实施例中而无需进一步叙述。实施方式如上所述，抛光垫状况及抛光垫与基板之间的相对速度等的变化可引起材料移除速率的变化。若同时抛光多个晶圆，例如在相同抛光垫上，则基板层的初始厚度、由抛光垫状况造成的抛光速率的变化及抛光垫与基板之间的相对速度等的变化可导致基板在不同时间达到这些基板的目标厚度。类似地，若同时停止抛光基板，则一些基板可能没有达到所要厚度。另一方面，若在不同时间终止抛光基板，则一些基板可能具有缺陷且抛光设备将可能以较低产量操作。如下文所论述，通过原位测量来识别不同层之间的界面，可确定每一基板的目标 厚度的预计终点时间或目标终点时间的预计厚度，并且可调整至少一个基板的抛光速率，以使基板达到更接近的终点状况。由“更接近的终点状况”，意谓着基板将比在无此类调整的情况下更接近于相同的时间达到基板目标厚度；或者，意谓着若在相同时间停止抛光基板，则基板将比在无此类调整的情况下更接近于具有相同厚度。图I图示示例性抛光设备100的局部横截面图。抛光设备100包括可旋转圆盘状平台120，抛光垫110位于平台120上。通过包括孔隙(即，贯穿该垫的孔)或立体窗口来提供穿过抛光垫110所形成的光学入口 155。平台120可操作以通过马达121转动驱动轴142而环绕轴125旋转，以旋转平台120。抛光设备100可包括组合浆/清洗臂122。在抛光过程中，臂122可操作以将抛光液体118 (诸如，浆)分配于抛光垫110上。通常，抛光设备100包括至少一个承载头，尽管图I中仅图示了两个承载头130。每一承载头130可操作以将基板115抵靠抛光垫110。每一承载头130可独立控制至少一个抛光参数，例如用以将基板115压向抛光垫110及平台120的力，这些抛光参数与每一各别基板115相关联。每一承载头130自支撑结构171悬挂下来且每一承载头130由驱动轴连接至承载头旋转马达(未图示)，该承载头旋转马达使承载头130及固持于承载头130中的基板115环绕轴161旋转。可任选地，每一承载头130可横向地或以摆动形式而振荡。在操作中，平台120环绕平台120的中心轴125旋转，且每一承载头130环绕每一承载头130的中心轴161旋转。另外,可在抛光垫110的顶表面上使承载头130横向平移。一个合适的承载头组件为可购自位于加利福尼亚，圣克拉拉的应用材料公司(Applied Materials, Inc.)的TITAN HEAD 承载头。尽管仅图示了两个承载头130，但可提供更多承载头以固定额外的基板，以有效地使用抛光垫110的表面积。因此，对同时抛光制程而言适合于固定基板的承载头组件的数目可至少部分地基于抛光垫Iio的表面积。尽管仅图示了一个浆/清洗臂122，但可使用额外的喷嘴(未图示)，诸如每一承载头一或多个专用浆臂，且可在所要位置提供额外的喷嘴以有利于浆分布。可在可购自位于加利福尼亚，圣克拉拉的应用材料公司的合适的适应性REFLEXION 、REFLEXION GT、REFLEXION LK 及 MIRRA MESA CMP 系统中实施本发明的实施例。另外，亦可在可购自其他制造商的合适的适应性CMP系统中实施本发明。
抛光设备亦包括原位监测系统140，原位监测系统140可用于确定是否调整抛光速率，如下所述。原位监测系统140可包括光学监测系统，例如激光或光谱监测系统或涡电流监测系统。在一个实施例中，监测系统140为光学监测系统。光学监测系统可包括一或多个部件(未图示)，诸如光源、光检测器，及用于自光源及光检测器接收信号且发送信号至光源及光检测器的电路。在操作中，自光源所发射穿过抛光垫110中的光学入口 155的光由基板115反射，且反射光穿过光学入口 155行进回至光检测器。光源可操作以发射白光。在一个实施中，所发射的白光包括波长介于约200纳米与约800纳米之间的光。一个合适的光源为氙气灯或汞氙灯。 光检测器可为分光计，诸如光栅分光计。分光计为用于测量一部分电磁光谱上光强度的光学仪器。分光计具有输出信号，该输出信号指示随着波长(或频率)函数变化的光强度。光源及光检测器可连接至计算装置150 (例如，控制器)，计算装置150可操作以控制光源及光检测器的操作且接收光源及光检测器的信号。计算装置150可包括位于抛光设备附近的微处理器145，例如可编程逻辑控制器。就控制而言，计算装置150可例如使监测系统140的光源的启动与平台120的旋转同步。在一些实施例中，原位监测系统140的传感器(未图示)可安装于平台120中且原位监测系统140的传感器可随平台120旋转。在该实施例中，平台120相对于基板115的运动将使传感器在基板上扫描。在其他实施例中，原位监测系统140的传感器为固定的且定位于基板115下方。在该实施例中，每当穿过平台所形成的光学入口 155旋转成与监测系统140的传感器对准，以允许来自监测系统140的光穿过平台120发送至基板115且自基板115反射回来时，原位监测系统140可获得测量。在一个实施例中，在平台120旋转时，计算装置150可使光源发射一系列闪光，此一系列闪光刚好在基板115通过原位监测系统140或平台120中的光学入口 155与原位监测系统140的传感器对准之前开始，且刚好在基板115通过原位监测系统140或平台120中的光学入口 155与原位监测系统140的传感器对准之后结束。或者，计算装置150可使光源连续地发射光，此光刚好在基板115通过原位监测系统140或平台120中的光学入口 155与原位监测系统140的传感器对准之前开始，且刚好在基板115通过原位监测系统140或平台120中的光学入口 155与原位监测系统140的传感器对准之后结束。在任一情况下，来自检测器的信号可在取样周期内整合以在采样频率下产生光谱测量。在操作中，计算装置150可接收例如一信号，该信号携带描述针对特定光源闪光或检测器的时段由光检测器所接收光的光谱的信息。因此，此光谱为在抛光过程中原位测量的光谱。在未局限于任何特定理论的情况下，自基板115反射的光的光谱随抛光的进行而演变，这归因于最外层的厚度改变，因此产生一系列时变光谱。特定层堆迭的厚度表现特定光谱。然而，如先前所述，对一些特定薄膜堆迭而言，终点确定可能变得困难，这归因于在抛光过程中最小光谱改变可被晶圆间及批量间的变化遮蔽掉。例如，如下文图2中所示，在硬掩模/大块介电层/底部阻挡层的薄膜堆迭中，在抛光硬掩模层222、224的过程中光谱可显著改变，但在抛光大块介电层220的过程中光谱改变极小(将在下文结合图3论述)，由此造成在所要最终厚度下的终点检测较困难。
图2图示含有可受益于本发明的示例性双重镶嵌结构的基板200。通常，基板200包括介电基层234，介电基层234具有安置于介电基层234中的导电材料240。一种类型的导电材料240包含含铜材料，诸如铜、铜合金(例如，含有至少约80重量％铜的铜基合金)或掺杂铜。至少包括底部阻挡层230、大块介电层220及顶部盖薄膜堆迭的示例性介电薄膜堆迭210相继沉积于基板200表面上的介电基层234上，该顶部盖薄膜堆迭含有第一硬掩模层222及第二硬掩模层224。可任选地，介电薄膜堆迭210可包括沉积于底部阻挡层230与介电基层234之间的蚀刻终止 层(未图示)。蚀刻终止层可包括氮化硅、二氧化硅、四乙氧基娃烧(tetra-ethyl-ortho-siIicate;TE0S)基氧化物、碳化娃、碳氧化娃等。在一个实施例中，底部阻挡层230为低介电常数介电材料，诸如碳化硅基材料(例如，碳氧化硅(SiOC))及其他材料。底部阻挡层230可进一步包含掺杂剂、氢、氧、氮、硼或磷或这些材料的组合。适于用作底部阻挡层230的低介电常数介电碳化硅基材料可具有小于或等于约7的介电常数。用于底部阻挡/衬垫层的一个示例性材料为Blok (阻挡低介电常数)薄膜，Blok 薄膜为可购自加利福尼亚，圣克拉拉的应用材料公司的碳化硅薄膜。大块介电层220沉积于底部阻挡层230上且大块介电层220可为具有小于约5(例如，小于约4或小于约2. 5)的介电常数的低介电常数介电材料，诸如碳掺杂二氧化硅介电材料、有机聚合物、有机娃酸盐、有机娃酸盐玻璃(organo-silicate glass;0SG)材料、旋涂式玻璃材料、氟掺杂娃玻璃(fluorine-doped silicon glass;FSG)材料,或掺杂有碳基掺杂剂(例如，烷基官能团)的类似材料。在本发明的一个实施例中，大块介电层220包含硅、氧及碳。有时，OSG称为掺杂二氧化硅，掺杂二氧化硅的实例为均可购自加利福尼亚，圣克拉拉的应用材料公司的Black Diamond I、Black Diamond II 及Black Diamond III 材料。顶部盖薄膜堆迭可为盖层、硬掩模层、双重硬掩模层、蚀刻终止层或抛光终止层，以适合于在制造过程中保护下层介电薄膜堆迭210。在顶部盖薄膜堆迭为双重硬掩模层的实施例中，第一硬掩模层222或第一盖层可为介电硬掩模材料,诸如二氧化娃(SiO2)、氮氧化硅(SiON)、碳化硅(SiC)、氧掺杂碳化硅(SiOC)、氮化硅(SiN)、SiOCN、氮掺杂碳化硅(SiCN)、四乙氧基硅烷(TEOS)基氧化物，或在曝露于蚀刻剂时可以不同于大块介电层220及其他介电层的速率的速率被蚀刻的类似材料。在一个实例中，第一硬掩模层222为沉积于大块介电层220上的SiOC层以在沟槽蚀刻制程中用作蚀刻掩模。第二硬掩模层224或第二盖层沉积于第一硬掩模层222上。第二硬掩模层224可为对于第一硬掩模层222及大块介电层220具有良好蚀刻选择性的导电材料、金属材料或金属氮化物。第二硬掩模层224可包含耐火金属氮化物(诸如，选自以下组成的群组的材料氮化钛、氮化钽及氮化钨)或耐火金属(诸如，钨或钛)。第二硬掩模层224亦可由介电材料(诸如，非晶硅)及其他材料形成。在抛光具有图2的薄膜堆迭210的基板的过程中，测量反射出经抛光的基板表面的光的一或多个光谱，以获得针对特定平台旋转的一或多个光谱。反射光的光谱性质随薄膜厚度改变而改变，且特定薄膜厚度表现特定光谱。基于一或多个光谱，计算装置可用以确定是否已达到终点。然而，据观察，在抛光顶部盖薄膜堆迭(例如，硬掩模层222)的过程中可检测到显著光谱改变，而在抛光大块介电层的过程中仅存在最小光谱改变，从而导致在抛光大块介电层220及硬掩模层222过程中即时终点确定较困难。另外，据报告，即使使用诸如透射电子显微镜(transmission electron microscope;TEM)方法的显微术技术，亦不可检测到大块介电层220与硬掩模层222之间的界面或自图像来看该界面不明显。因此，已建议使用改良光谱分析的各种方法来解决这些问题，将在下文结合图3、图4及图7论述。图3图示根据本发明的一个实施例的用于获得目标光谱的方法300。在步骤302，提供基板且测量具有与产品基板相同的图案的基板的性质。在本说明书中，将所测量的基板称为“装设”基板。装设基板可仅为类似于或相同于产品基板的基板，或装设基板可为来自一批次的一个基板。性质可包括在基板上感兴趣特定位置处的感兴趣薄膜的预抛光厚度。通常，测量多个位置的厚度。通常，选择位置以测量每一位置的相同类型的管芯特征。可在测量站执行测量。在步骤304，根据感兴趣的抛光步骤来抛光装设基板，且在抛光过程中收集反射出经抛光的基板表面的白光的光谱。可在图I中所示的上述抛光设备处执行抛光及光谱收集。在抛光过程中，原位监测系统收集光谱。在一个实施例中，过度抛光基板(即，抛光超过估计终点)，以使当达到目标厚度时，可获得自基板反射的光的光谱。
在步骤306，测量经过度抛光的基板的性质。性质可包括在用于抛光前测量的一或多个特定位置处的感兴趣薄膜的抛光后厚度。在步骤308，所测量厚度及所收集光谱用以自所收集光谱之中选择确定为感兴趣的厚度所表现的光谱。具体而言，可使用测量的抛光前薄膜厚度及抛光后基板厚度来执行线性内插，以确定当达到目标薄膜厚度时表现哪个光谱。将确定为在达到目标厚度时所表现光谱的光谱指定为一批次基板的目标光谱。可任选地，进一步处理所收集的这些光谱以增强准确性及/或精确性。这些光谱可经处理以例如将这些光谱标准化为共用参考、将这些光谱平均化及/或自这些光谱中滤出噪声。如本文中所用，参考光谱代表与目标薄膜厚度相关联的光谱。通常，凭经验地选择特定终点确定逻辑的参考光谱，以使当计算机装置通过应用特定基于光谱的终点逻辑来调用终点时，达到目标厚度。可迭代地选择参考光谱，如在下文图4描述。应注意，参考光谱通常不为目标光谱。实情为，参考光谱通常为当感兴趣的薄膜的厚度大于目标厚度时自基板反射的光的光谱。图4图示根据本发明的方法400，该方法用于选择基于特定目标厚度及特定光谱的终点确定逻辑的参考光谱。在步骤402，测量且抛光装设基板，如上文步骤302至步骤306中所描述。具体而言，将所收集光谱及测量每一所收集光谱的时间保存为程序库。在步骤404，计算用于特定装设基板的抛光设备的抛光速率。通过使用抛光前厚度Tl、抛光后厚度T2及实际抛光时间PT，可计算平均抛光速率PR，例如PR=(T2-T1)/PT。在步骤406，计算特定装设基板的终点时间，以提供校准点来测试参考光谱，如下文论述。基于计算的抛光速率PR、感兴趣的薄膜的抛光前起始厚度ST及感兴趣的薄膜的目标厚度TT，可计算终点时间。可将终点时间计算为简单的线性内插法，假定在抛光制程中抛光速率恒定，例如ET=(ST-TT) /PR。在步骤408，选择所收集光谱中的一个且将所收集光谱中的一个指定为参考光谱。所选定光谱为当感兴趣的薄膜的厚度约等于或大于目标厚度时自基板反射的光的光谱。在步骤410，使用针对装设基板的所收集光谱且使用指定为参考光谱的选定光谱，以模拟方式实施特定终点确定逻辑。逻辑的实施可产生凭经验推导的模拟的终点时间，逻辑已确定该终点时间为终点。在步骤412，将凭经验推导的模拟的终点时间与计算的终点时间进行比较。若凭经验推导的终点时间在计算的终点时间的阈值范围内，则得知当前选定的参考光谱将产生匹配校准点的结果。因此，当在运行时间环境中使用参考光谱实施终点逻辑时，系统能可靠地在目标厚度下检测终点。因此，可将参考光谱处理为在运行时间内抛光该批次的其他基板的参考光谱(步骤414)且将该参考光谱保存于程序库中。否则，在适当时重复步骤410及步骤412。尽管使用步骤402至步骤414获得的参考光谱的程序库为表示共享共同性质的基板的参考光谱的集合，但单个程序库中共享的共同性质可在参考光谱的多个程序库之间有所改变。例如，两个不同程序库可包括表示具有两个不同下层厚度的基板的参考光谱。另外，甚至相同批次中每一基板的初始厚度亦可由于来自沉积的不良控制的薄膜厚度而改变，从而导致达到抛光终点所需要的实际时间不同。类似地，浆组合物、抛光垫状况、抛光垫与基板之间的相对速度及基板上的负载亦可引起材料移除速率的变化。即使已识别参考光 谱，这些变化亦引起达到抛光终点所需要的实际时间变化。因此，不能仅根据对应于不同薄膜厚度的参考光谱来确定抛光终点。为了在不受晶圆间变化性影响的情况下提供实时终点监测，本发明人已发现可将所收集的光谱及测量每一所收集光谱的抛光时间保存于程序库中且所收集的光谱及抛光时间可用以识别目标薄膜堆迭中的一或多个薄膜界面。随后，在抛光来自相同批次的一或多个目标基板过程中，含有关于不同层之间薄膜界面的信息的信号可用于有效的终点确定。图5图示在不同时间在抛光目标晶圆过程中收集的一系列终点值，该目标晶圆具有已知介电薄膜堆迭，例如，图2中所示的介电薄膜堆迭210。终点值为在给定时间来自目标光谱程序库的最匹配光谱的程序库索引。每一终点值表示在抛光制程中收集参考光谱索引值的时间，且薄膜堆迭210的特定厚度表现特定光谱。通过执行图7中所描述的方法，当以不同低介电常数/硬掩模薄膜选择性抛光目标晶圆时，可观察到指示界面转变的显著的斜率改变502。如下文所论述，一旦识别薄膜界面，则可向一或多个不同平台发送信号，该信号携带描述在抛光过程中测量的光谱的信息，目标晶圆正在这些平台中进行抛光。随后，取决于应用，可任选地过度抛光(即，抛光超过目标厚度或抛光终点的所要厚度)目标晶圆。与将抛光终点确定为预定抛光时间或厚度的函数的常规方法相比，本发明能够通过抛光具有不同薄膜选择性的参考基板及目标基板来识别薄膜界面转变(及因此有精确的抛光终点检测)。根据本发明的抛光制程亦能够使目标基板的介电基层中金属线厚度保持恒定，而不管基板的初始厚度为何。即，各别介电基层604中金属线602、603的所得厚度将保持恒定，而不管进入基板的初始厚度为何，如图6所示。图7图示根据本发明而使用所识别的不同层之间的薄膜界面进行终点检测的方法700。应注意，图7中所示步骤的数目及顺序并非意欲限制本文所述的本发明的范围，因为在不脱离本文所述的本发明的基本范围的情况下可添加、删除及/或重新排序一或多个步骤。在步骤702，如上文在方法400的步骤402至步骤414中所述，使用第一浆抛光且测量程序库(或参考)基板以提供参考光谱。在该实施例中，程序库基板可具备双重镶嵌结构，如上文在图2中所述，尽管可能存在任何其他的半导体装置或集成电路。
在步骤704，将自获得参考光谱的制程中收集的光谱及测量每一收集的光谱的时间存储于程序库中。可在如上所述的抛光设备的计算装置的存储器中实施程序库，或将该程序库作为数字信息可用于或提供至制造商以在其他抛光系统中使用。在需要多个程序库基板的情况下，如上所述通过抛光具有不同基板性质(例如，下层厚度或层组分)的多个程序库基板及收集光谱，可产生不同程序库的光谱。来自一个程序库基板的光谱可提供第一程序库且来自具有不同下层厚度的另一基板的光谱可提供第二程序库，等等。在一些实施中，每一参考光谱被指派一索引值。该索引可为表示在抛光制程中期望观察到参考光谱的时间的值。可将光谱编入索引，以使特定程序库中每一光谱具有唯一的索引值。可实施编入索引，以使索引值依测量光谱的次序排序。索引值可经选择以随抛光的进行而单调地改变，例如增大或减小。具体而言，可选择参考光谱的索引值，以使这些索引值形成时间或平台旋转数目的线性函数。例如，索引值可与平台旋转数目成比例。每一索引数可为整数，且索引数可表示相关联光谱出现的预期平台旋转。在步骤706，抛光来自一批次基板的一或多个目标基板。类似于程序库基板，目标基板可包括双重镶嵌结构，如上文图2中所述，尽管可使用方法700处理任何其他半导体装置或集成电路。在抛光过程中，测量一或多个光谱以使用以上所述的方法300中的步骤302至步骤306来获得在不同平台旋转下的目标基板的当前光谱。在一个实施例中，使用具有比第一浆的移除速率低得多的低介电常数移除速率的第二浆来抛光目标基板，尽管第一浆及第二浆可具有类似的阻挡/硬掩模抛光速率。例如，可以针对盖层或硬掩模层222、224的约800 A /分钟的移除速率及针对大块介电层220的约800 A /分钟的移除速率(针对硬掩模/大块介电质的薄膜选择性为1:1)来抛光程序库基板。可以针对盖层或硬掩模层222、224的约800 A /分钟的移除速率及针对大块介电层220的约400 A /分钟的移除速率(针对硬掩模/大块介电质的薄膜选择性为2:1)来抛光目标基板。浆被预期可为能够形成选择性差异的任何浆。一个合适的浆可包括具有高的超低介电常数移除速率或低的超低介电常数移除速率的酸性浆或碱性浆。浆亦可缓冲溶液以保持用于处理基板所要的酸碱值水平。来自相同公司的不同浆亦可取决于如何配制这些浆及浆中的添加剂等而具有不同选择性。在步骤708，基于一系列最匹配参考光谱，使用在抛光程序库基板过程中收集的一系列终点值来识别目标基板中不同层之间的界面。通过用浆抛光目标基板可获得最匹配参考光谱，该浆的低介电常数/硬掩模薄膜移除速率不同于如上所述的用于程序库基板的浆的薄膜移除速率。在某些实例中，在抛光目标基板之前抛光程序库基板且测量该程序库基板的抛光后厚度。使用不同的浆为在层之间形成薄膜选择性差异的一个方法。当目标基板正在进行抛光时，抛光设备的计算装置将搜寻在不同抛光时间最匹配目标光谱的程序库或参考光谱。例如，在总抛光中的前30秒中抛光硬掩模过程中，目标基板抛光的特定时间tl应很好地匹配程序库基板抛光的时间tl，这归因于类似的厚度、薄膜性质及光谱。然而，在抛光大块介电层220过程中，目标基板抛光的时间t2在不同时间将匹配例如程序库基板抛光的时间t3，这归因于目标基板及程序库基板的不同薄膜性质。可由大量圆点表示在不同抛光时间的这些最匹配参考光谱，如图5所示。因此，通过在程序库基板与目标基板之间形成薄膜移除速率的选择性差异，可观察到指示界面转变(亦即，薄膜界面)的显著的斜率改变502，如图5所示。由于获得了薄膜界面，所以可识别目标基板的合适的抛光终点。、
在步骤710，一旦识别薄膜界面，则可基于自抛光程序库基板所获得的光谱及厚度数据建立终点算法，且可向目标基板正在抛光所在的一或多个不同平台发送该终点算法。在步骤712，另外或替代地，比较模块可用以将自目标基板的一系列当前光谱获得的每一当前光谱与存储于参考光谱程序库中的多个参考光谱进行比较，以产生一系列最匹配参考光谱，由此识别目标基板的合适的抛光终点。在这种情况下，可延迟抛光目标基板直至程序库基板完成抛光及光谱测量。随后，基于在抛光程序库基板过程中获得的参考光谱及厚度数据，建立终点算法以用于抛光目标基板。在步骤714，取决于整合方案及应用，可任选地过度抛光(即，抛光超过目标厚度)目标晶圆。当制造商希望抛光终止于大块介电层220内侧而非终止于界面处时，可出现该状况。与将抛光终点确定为预定抛光时间或厚度的函数的常规方法相比，本发明能够通过抛光具有不同薄膜选择性的参考基板及目标基板来识别薄膜界面转变(及因此有精确的抛光终点检测)。根据本发明的抛光制程亦能够使介电基层中金属线厚度保持恒定，而不管基板的初始厚度为何。
尽管上述内容针对本发明的实施例，但本发明可用于需要检测其他薄膜界面的其他制程控制。在不脱离本发明的基本范围的情况下可设计本发明的其他实施例，且本发明的范围由以下权利要求来确定。
权利要求
1.一种在化学机械抛光制程中检测目标基板的终点的方法，包含以下步骤 以第一薄膜移除速率抛光一或多个参考基板以提供参考光谱； 以第二薄膜移除速率抛光一或多个目标基板以提供所述一或多个目标基板的当前光谱，其中所述第二薄膜移除速率不同于所述第一薄膜移除速率； 基于在抛光所述一或多个参考基板过程中收集的所述参考光谱，使用所获得的一系列终点值来识别形成于所述一或多个目标基板上不同层之间的界面转变；以及 将自所述一或多个目标基板的当前光谱获得的每一当前光谱与所述参考光谱进行比较，以获得所述一系列终点值。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，使用不同浆来抛光所述一或多个参考基板及目标基板。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，用于抛光所述一或多个目标基板的所述浆的低介电常数材料移除速率低于用于抛光所述一或多个参考基板的所述浆的低介电常数材料移除速率。
4.如权利要求I所述的方法，其特征在于，进一步包含以下步骤 在识别所述一或多个参考基板的薄膜界面之后，向一或多个不同平台提供信号，所述信号携带描述在抛光所述参考基板过程中测量的光谱的信息，所述目标基板正在所述平台中进行抛光。
5.如权利要求I所述的方法，其特征在于，将自所述一或多个目标基板的当前光谱获得的每一当前光谱与所述一系列终点值进行比较的步骤进一步包含以下步骤 基于一系列最匹配参考光谱，识别形成于所述一或多个目标基板上不同层之间的界面转变。
6.如权利要求I所述的方法，其特征在于，抛光一或多个目标基板的步骤进一步包含以下步骤 以不同薄膜移除速率抛光形成于所述一或多个目标基板上的硬掩模层及低介电常数介电层，其中所述硬掩模层的薄膜移除速率与所述低介电常数介电层的薄膜移除速率的比率至少为约2:1。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包含以下步骤 在识别形成于所述一或多个目标基板上不同层之间的所述界面转变之后，过度抛光所述一或多个目标基板以超过目标抛光厚度。
8.如权利要求I所述的方法，其特征在于，进一步包含以下步骤 在抛光一或多个参考基板之后，基于在抛光所述一或多个参考基板过程中获得的所述参考光谱及厚度数据，建立终点算法以用于抛光所述一或多个目标基板。
9.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述一或多个参考基板或目标基板中的每一个具有形成于所述一或多个参考基板或目标基板上的双重镶嵌结构。
10.一种在化学机械抛光制程中检测目标基板的终点的方法，包含以下步骤 抛光目标基板，所述目标基板含有沉积于所述目标基板上的多个薄膜层；以及 当达到终点时终止抛光所述目标基板，所述终点在抛光至少一个参考基板的过程中识别层之间的至少一个界面，其中所述终点是响应于自光谱分析中编译的信息而被选择的。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，进一步包含以下步骤在抛光至少一个参考基板的过程中，收集参考光谱；以及 向一或多个不同平台提供所收集的参考光谱，所述目标基板正在所述平台中进行抛光。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，用于抛光所述目标基板的浆的低介电常数材料移除速率低于用于抛光所述参考基板的浆的低介电常数材料移除速率。
13.一种在化学机械抛光制程中检测目标基板的终点的方法，包含以下步骤 使用第一浆抛光且测量参考基板，以在不同平台旋转下提供参考光谱； 使用第二浆抛光且测量目标基板，以在不同平台旋转下提供当前光谱，其中所述第二浆的薄膜移除速率不同于所述第一浆的薄膜移除速率； 将所述目标基板的当前光谱与参考光谱进行比较，以在不同抛光时间产生一系列最匹配参考光谱；以及 基于所述一系列最匹配参考光谱，使用在抛光所述参考基板过程中收集的一系列终点值来识别所述目标基板中不同层之间的界面转变。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第二浆的低介电常数材料移除速率低于所述第一浆的低介电常数材料移除速率。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，进一步包含以下步骤 在识别所述目标基板中不同层之间的所述界面转变之后，过度抛光所述目标基板以超过目标抛光厚度。
全文摘要
本发明所述的实施例关于在化学机械抛光制程中检测目标基板的终点的方法。在一个实施例中，该方法包括以下步骤以第一薄膜移除速率抛光一或多个参考基板以提供参考光谱；以第二薄膜移除速率抛光一或多个目标基板以提供一或多个目标基板的当前光谱，其中第二薄膜移除速率不同于第一薄膜移除速率；基于在抛光一或多个参考基板过程中收集的参考光谱，使用所获得的一系列终点值来识别形成于一或多个目标基板上不同层之间的界面转变。
文档编号H01L21/304GK102725106SQ201180007265
公开日2012年10月10日 申请日期2011年6月16日 优先权日2010年6月30日
发明者W-C·图, X·S·胡, Z·王 申请人:应用材料公司