专利名称：用于监控化学机械抛光的数据处理的制作方法
技术领域：
本发明涉及在化学机械抛光期间进行监控。
背景技术：
集成电路一般是通过在硅晶片上顺序沉积导电层、半导体层和绝缘层从而形成在衬底上。一种制作步骤包括在不平整的表面上沉积填料层，然后使该填料层平整化，直到暴露出前述不平整的表面。例如，可以将导电填料层沉积到形成图案的绝缘层上，以填充绝缘层中的沟槽和孔。然后对填料层抛光，直到暴露出绝缘层的突起的图案。在平整化之后，仍在绝缘层的突起的图案之间的导电层部分形成过孔、插头和线路，它们提供衬底上的薄膜电路之间的导电路径。另外，需要平整化来来使衬底表面平整以进行光刻。
化学机械抛光(CMP)是一种可接受的平整化方法。这种平整化方法一般要求将衬底安装到载具或抛光头上。衬底的暴露出的表面放置为与旋转的盘状抛光垫或带状抛光垫相对。抛光垫可以是“标准”垫或固定磨料垫。标准垫具有耐磨的粗糙表面，而固定磨料垫具有保持在包含介质中的磨料颗粒。载具头在衬底上提供可控的载荷，以将其推向抛光垫。抛光浆液(至少包括一种化学活性剂，如果使用标准垫的话还包括磨料颗粒)被提供给抛光垫的表面。
CMP中的一个重要的步骤是检测抛光工艺是否完整，即，衬底层是否已被平整化到期望的平整度或厚度，或者已移除期望的材料量的时间。导电层或膜的过量抛光(移除过多)将导致电路电阻增加。另一方面，导电层的不足抛光(移除太少)将导致电短路。衬底层初始厚度、抛光浆液组分、抛光垫状态、抛光垫和衬底之间的相对速度以及衬底上的载荷的变化可能导致材料去除速率的变化。这些变化导致达到抛光终点所需要的时间变化。因此，抛光终点不能仅仅确定为抛光时间的函数。
为了检测抛光终点，可以从抛光表面移除衬底，将其送到计量台上。在计量台上可以例如利用轮廓曲线仪或电阻率测量仪测量出衬底层的厚度。如果尚未达到抛光终点，则可以将该衬底重新装载到CMP装置上，以进一步处理。
或者可以在原位对抛光进行监控，即，不将衬底从抛光垫移除。已利用光学和电容传感器实现了原位监控。对于原位终点检测，其他技术提出监控摩擦、马达电流、抛光浆液化学性质、声学特征或导电性。最近发展起来的终点检测技术使用涡流。该技术包括在覆盖衬底的金属层中感生涡流，并且在通过抛光移除该金属层时测量涡流改变。
发明内容
为了有效地估计衬底厚度，参考迹线被用来处理在抛光期间通过监控器所获取的数据迹线。一般来说，在一个方面中，本发明提供了方法和装置，以实现用于监控对衬底进行抛光的技术。获取两个或多个数据点，其中每个数据点具有受传感器的感知区域内的特征影响的值，并且与感知区域经过衬底时衬底和传感器的相对位置相对应。一组参考点被用来修改所获取的数据点。该修改对由感知区域经过衬底所导致的获取的数据点失真进行补偿。基于修改后数据点，估计衬底的局部属性来监控抛光。
具体的实现可以包括下面的特征中的一个或多个。获取数据点可以包括获取受衬底中的涡流影响的一个或多个数据点。修改所获取的数据点可以包括使用一个或多个参考点来对在感知区域经过衬底时传感器的局部灵敏度改变进行补偿。补偿局部灵敏度改变可以包括将一个或多个所获取的数据点的值除以基于一个或多个参考点的相应灵敏度值，以补偿传感器局部灵敏度改变。
修改所获取的数据点包括使用一个或多个参考点来对在感知区域经过衬底时所获取的数据点的局部偏置改变进行补偿。补偿局部偏置改变可以包括从相应获取的数据点的值减去一个或多个参考点值，以补偿局部偏置改变，其中所述一个或多个参考点值基于一个或多个参考点。
修改所获取的数据点可以包括对由感知区域经过衬底边沿所导致的信号损失进行补偿。补偿由边沿导致的信号损失可以包括计算一个或多个表征感知区域与衬底的重叠的一个或多个参考点。
可以利用传感器获取该组参考点。获取这组参考点可以包括利用传感器测量专门准备的衬底和/或在抛光前利用传感器测量衬底。
估计衬底的局部属性可以包括估计衬底上的金属层的厚度。基于该厚度估计，可以检测出对衬底上的金属层进行抛光的终点，并且/或者可以修改抛光工艺的一个或多个参数。
本发明可以实现为提供下面的优点中的一个或多个。可以在不中断抛光的单抛光操作期间获取并处理多条数据迹线。通过使用参考迹线，可以例如通过局部调整偏置和/或归一化来处理所获取的数据迹线，以在抛光期间更精确高效地估计剩余的或已被移除的衬底厚度。数据迹线可以分析来确定描述抛光的金属层的厚度变化的抛光概况。基于该抛光概况，可以修改抛光工艺来获得最优抛光的衬底。可以有效地估计金属层的厚度，即使在接近衬底边沿的情况下。数据迹线可以分析来提高终点检测。所获取的数据迹线可以处理来使衬底与监控器的感知区域之间的不完全重叠的效应最小化，或者调整局部偏置。参考迹线可以由用来获取数据迹线的同一个监控器获取。
在另一个方面中，本发明集中于用于监控对衬底抛光的方法。在该方法中，参考迹线被生成。该参考迹线代表在抛光步骤前原位监控系统的传感器扫描过衬底的一个表面。该衬底在化学机械抛光系统中被抛光，并且在抛光期间通过使原位监控系统的传感器扫描过衬底的一个面生成测量迹线。测量迹线通过使用参考迹线而被修改，并且根据修改后测量迹线检测抛光终点。
本发明的实现可以包括一个和多个下面的特征。修改测量迹线可以包括从测量迹线减去参考迹线，或者将测量迹线除以参考迹线。生成参考迹线可以包括在抛光步骤前将原位监控系统的传感器扫描过衬底的一个面，或者计算传感器的感知区域与衬底之间的重叠。原位监控系统中的传感器可以多次扫过衬底的该面，以生成多条测量迹线，并且可以使用参考迹线对每条测量迹线进行修改。
在另一个方面中，本发明集中于抛光装置。该装置具有保持衬底的载具；抛光表面；马达；监控系统和控制器。马达连接到载具和抛光表面中的至少一个，以产生衬底和抛光表面之间的相对运动。监控系统包括传感器，该传感器在衬底与抛光表面接触时扫描过衬底的一面，从而生成测量迹线。控制器配置为使用参考迹线修改测量迹线，所述参考迹线代表在抛光之前原位监控系统的传感器扫过衬底的该面，并且配置为根据修改后测量迹线检测抛光终点。
在所附附图和下面的描述中阐述了本发明的一个或多个实施例的细节。从描述、附图和权利要求中，本发明的其他特征、目的和优点将变清楚。
图1A和图1B是示出了由使用涡流的原位监控器监控并且在CMP装置中抛光的衬底的示意图。
图2A和图2B示出了由使用涡流的原位监控器获取的数据点的示意性迹线。
图3是示出了在本发明一个实现中用于利用原位监控器检测抛光终点的方法的流程图。
图4是示出了在本发明一个实现中用于数据处理来检测抛光终点的方法的流程图。
图5A和图5B示出了从在图2A和图2B中获得的数据点分别通过局部调整偏置生成的数据点的迹线的示意性迹线。
图6A和图6B示出了从在图2A和图2B中获得的数据点分别通过归一化灵敏度生成的数据点的示意性迹线。
在各个图中，相似的标号表示相似的元素。
具体实施例方式
图1A和图1B示出了由原位监控器40监控的在抛光装置中抛光的衬底10。原位监控器40在抛光期间可以获得表征衬底厚度的数据迹线，将参考图2A和图2B对其进行描述。所获得的数据迹线可以通过使用参考迹线被处理来增加测出的厚度的空间分辨率，并且处理后的迹线可用于终点检测，这将参考图3到图6B描述。
如图1A所示，衬底10可以在抛光装置的抛光台22上被抛光或平整化。例如，抛光装置可以是CMP装置，例如在美国专利No.5,738,574中所描述的，该专利的整个公开通过引用结合于此。衬底10可以包括硅晶片，硅晶片具有由导电层(例如诸如铜之类的金属)覆盖的电介质层(例如，氧化物)。电介质层具有带有用导电层填充的形成图案的沟槽和孔的表面。通过对导电层进行抛光，直到暴露出下面的绝缘层表面，仍在沟槽和孔中的导电层部分可以形成用于集成电路的电路元件。
衬底10由载具头70保持在抛光台22上。在美国专利No.6,218,306中描述了适当的载具头70，该专利的整个公开通过引用结合于此。载具头70将衬底10压向搁在底盘24上的抛光垫30。在抛光期间，支撑抛光垫30的底盘24绕中心轴25旋转，并且马达76绕轴71旋转载具头70。抛光垫30一般具有两层，包括紧邻底盘24的表面的衬背层32和用于对衬底10抛光的覆盖层34。抛光浆液38可以通过浆液供给端口或者组合的浆液/漂洗臂39被供给给抛光垫30的表面。
抛光台22使用原位监控器40进行终点检测。原位监控器40监控衬底10上的金属层的厚度。在2000年5月19日提交的美国专利申请No.09/547,008和2001年5月2日提交的美国专利申请No.09/847,867中公开了适当的原位监控器，这两个申请的整个公开通过引用结合于此。
在一个实现中，原位监控器40包括绕在定位在底盘24的凹槽26中的线芯42上的驱动线圈44和传感线圈46。通过利用振荡器50驱动线圈44，原位监控器40生成振荡磁场，该振荡磁场穿过抛光垫30到衬底10中。在衬底的金属层中，振荡磁场感生涡流，该涡流由传感线圈46检测出。传感线圈46和电容器52形成LC电路。该LC电路的阻抗受金属层中的涡流影响。随着金属层的厚度改变，涡流和阻抗也改变。为了检测这种改变，电容器52耦合到通过二极管56将信号发送到计算机90的RF放大器54。
计算机90可以评估信号来检测终点，或者测量金属层的厚度。可选地，诸如显示器92之类的用户界面设备可以连接到计算机90。显示器可以向抛光装置的操作者提供信息。
在操作中，线芯42、驱动线圈44和传感线圈46随底盘24旋转。原位监控器40的其他元件可以与底盘24分离放置，并且通过旋转的电接套29耦合到底盘24。
图1B示出了在抛光期间线芯42相对于衬底10的运动。线芯42位于底盘24上的抛光垫30的部分36下。随着底盘24旋转，线芯42在衬底10下扫过。位置传感器80可以被添加到抛光台22(参见图1A)，以感知线芯42在衬底10下的时间。位置传感器80可以是安装在载具头70上的光学中断器。或者，抛光装置可以包括解码器来确定底盘24的角位置。
当线芯42在衬底10下通过时，原位监控器40基于来自绕在线芯42上的传感线圈46的信号以基本恒定的采样速率生成数据点。通过考虑底盘24的旋转速率和期望的测量出的数据的空间分辨率，可以挑选出适当的采样速率。例如，在典型的约60-100rpm(即，每分钟的转数)的旋转速率时，1KHz采样速率(即，每毫秒生成一个数据点)提供约1毫米的空间分辨率。更大的采样速率或更小的旋转速率可以增大空间分辨率。
原位监控器40检测线芯42附近的感知区域中的涡流。随着底盘24旋转并且线芯42相对衬底10移动，每个数据点对应于在该数据点的采样时间中感知区域扫过的采样区域96。在一种实现中，采样时间的持续时间由采样速率的倒数设定。采样区域96的大小取决于底盘24的旋转速率、采样速率和感知区域的大小。感知区域的大小还限制测量出的数据的空间分辨率。
原位监控器40生成与具有衬底10上的不同径向位置的采样区域96相对应的数据点。通过根据相应采样区域的径向位置对数据点分类，原位监控器40可以监控金属层的厚度，其中该厚度为衬底10上的径向位置的函数。例如，如果线芯42定位为使其在衬底10的中心下通过，则当线芯42在衬底下扫过时，原位监控器40将对具有从衬底半径处开始、移动过衬底中心、再回到衬底半径处的径向位置的采样区域进行扫描。
图2A和图2B示出了在底盘24旋转时原位监控器40对衬底10进行扫描所获得的数据点形成的示意性迹线。每个数据点(在这些迹线中未示出单个的数据点，只示出了作为结果的总的迹线)由下述时间索引，该时间指示线芯42在衬底下扫过期间测量出该数据点的时刻。由于底盘24旋转，所以时间索引对应于具有不同径向位置的采样区域。0时间索引对应于包括衬底10中心的采样区域，并且渐增的绝对时间索引对应于具有渐增的径向位置的采样区域。
图2A示出了通过测量从RF放大器54(参见图1A)接收到的信号的相对幅度所获取的三个示意性迹线。第一迹线是开始抛光操作前通过对衬底10进行扫描所获取的参考幅度迹线201。第二迹线202和第三迹线203是在抛光期间分别接近抛光操作的中间和结束时获取的幅度迹线。
参考幅度迹线201具有多个平坦部分，其中对于该范围内的时间索引的数据点具有基本相同的值。在最大绝对时间索引处，第一平坦部分210和第三平坦部分230包括整个衬底在线芯42的感知区域外时测量出的数据点。因此，第一平坦部分210和第三平坦部分230具有相同的相对幅度值。接近0时间索引处，第二平坦部分221包括衬底在整个感知区域中时测量出的数据点。由于在衬底中金属层的存在，第二平坦部分221具有比第一平坦部分210和第三平坦部分230小的相对幅度。
在参考幅度迹线201中的第一平坦部分210和第二平坦部分221之间，存在第一边沿区域215，其包括在衬底的前边沿在线芯42的感知区域内时测量出的数据点。随着时间索引渐增衬底移入感知区域，数据点的相对幅度从第一平坦部分210的值降低到第二平坦部分221的值。类似地，在第二边沿区域225中，第二平坦部分221和第三平坦部分230之间的数据点是衬底的尾边沿在感知区域中时测量出的。随着时间索引渐增衬底移出感知区域，数据点的相对幅度从第二平坦部分221的幅度值增加到第三平坦部分230的幅度值。
第二幅度迹线202是在对衬底上的金属层抛光期间接近抛光操作中间时获取的。第二幅度迹线202具有与参考幅度迹线201相同的第一平坦部分210和第三平坦部分230，因为在这些平坦部分中的数据点都是衬底在感知区域外时测量出的。当衬底至少部分在感知区域中时，与参考幅度迹线201中的相应值相比，第二幅度迹线202中的数据点具有增加的相对幅度值。该幅度值之所以增加，是由于衬底上金属层的厚度降低。
在0时间索引附近，不同于参考幅度迹线201中的第二平坦部分221，第二幅度迹线202显示出增加的相对幅度值的“隆起”222。该“隆起”222是由于不均衡抛光使接近衬底中央的金属层比接近边沿的较薄导致的。
第三幅度迹线203是对衬底上的金属层的抛光接近结束时通过扫描衬底10获取的。第三幅度迹线203具有与参考幅度迹线201相同的第一平坦部分210和第三平坦部分230。但是，接近0时间索引处，即，接近衬底的中心，第三幅度迹线203具有第四平坦部分223，其具有与参考幅度迹线201中的第二平坦部分221不同的幅度值。
第四平坦部分223具有接近衬底在感知区域外时的第一平坦部分210和第三平坦部分230的幅度值的幅度值。在一种实现中，只有抛光的金属层可以在感知区域中支持涡流，因此第四平坦部分223的这种相对幅度值可以指示出第二抛光已几乎整个移除了接近衬底中心的金属层。在替换实现中，第四平坦部分223的幅度值可以不同于第一平坦部分210和第三平坦部分230的幅度值，即使金属层已被移除。例如，衬底或头可以包括可以在感知区域中支持涡流的额外金属层或者其他的导电元件，从而改变223部分的幅度值。
图2B示出了由通过对从RF放大器54和振荡器50(参见图1A)接收到的信号之间的相对相位偏移进行测量所获取的数据点形成的三条示意性迹线251～253。图2B中的这三条相位迹线251～253对应于与图2A中示出的三条幅度迹线201～203相同的衬底扫描。
相位迹线251～253具有与幅度迹线201～203类似的定性特征。例如，与参考幅度迹线201中的第二平坦部分221类似，第一(即，参考)相位迹线251在接近0时间索引处具有平坦部分260。此外，与参考相位迹线251的相应值相比，第二相位迹线252和第三相位迹线253中的相对相位偏移值定性来看以与幅度迹线的情形相似的方式增加。例如，与“隆起”222类似，由于不均衡抛光导致第二和第三迹线在接近衬底中心处具有增加的相对相位偏移值。此外，在外部区域270和280中，与幅度迹线的第一平坦部分210和第三平坦部分230类似，即，在第二相位迹线242和第三相位迹线253中，相对相位偏移数据点在衬底被抛光后并未明显改变。
图3是用于利用原位监控器例如测量涡流的原位监控器40(图1A和图1B)来检测抛光终点的方法300的流程图。为了有效确定是否已达到抛光终点，方法300使用参考数据来修改由原位监控器所获取的数据迹线。
方法300通过提供一条或多条参考迹线开始(步骤310)。在一种实现中，通过在开始对衬底抛光前利用原位监控器扫描衬底获取参考迹线。图2A和图2B分别针对幅度和相位迹线示出了所获取的参考迹线201和251。所获取的参考迹线可用来测量在对衬底抛光期间移除的厚度。
可替换地或另外，可以通过扫描“完美”的参考衬底获取参考迹线，该参考衬底具有有一个或多个高精度特征的金属层，所述特征例如极其平坦的表面、绕中心高度旋转对称、或者一个或多个径向区域的已知厚度值。“完美”参考迹线可用于在抛光期间测量衬底的剩余厚度。
可选地，可以单独从理论上考虑来获取参考迹线，或者与所获取的迹线组合获取参考迹线。例如，可以规定参考迹线的理论函数形式，并且可以调准该函数形式中的参数来使之符合所获取的迹线。
在开始对衬底抛光后(步骤320)，利用原位监控器获取数据点来形成获取的迹线(330)。获取的迹线具有与衬底厚度相关的数据点值，例如图2A和图2B中分别示出的相对幅度和相位偏移值。所获取的迹线中的数据点通过使用参考迹线而被修改(步骤340)，以辅助从数据点检测终点。修改所获取的迹线将参考图4～图6B更详细地讨论。
随着处理继续进行，来自一条或多条前面的迹线的修改的数据被分析，以确定抛光是否达到终点(判定350)。终点检测可以基于一个或多个标准。例如，可以在预先选择的径向位置处估计剩余或移除的厚度，或者可以在衬底的多个区域上对剩余或移除的厚度求平均。或者，例如通过将修改后的数据与相对幅度或相位偏移相比较，从而无需估计厚度就可以检测出终点。
如果抛光尚未达到终点(判决350的“否”分支)，则获取新的数据迹线(即，方法300返回步骤330)。从而，对于传感器在衬底下的每次扫描，在不停止操作或移除衬底的情况下可以生成独立的新迹线，并且可以使用相同的参考迹线来修改每条新迹线，以生成修改的数据。
可选地，所获取的迹线可以被分析来确定如何修改抛光工艺，以便获得最优的抛光衬底。例如，如果必需的话，可以调整载具头来向衬底施加不同的压力。当确定出达到终点时(判决350的“是”分支)，抛光停止(步骤360)。
如图4所示，方法400可以使用参考迹线来修改所获取的迹线中的数据，以辅助根据数据点估计衬底厚度。修改后的衬底迹线可用来确定参考图3所讨论的终点。
基于与参考迹线的比较，所获取的迹线中的偏置被局部调整(步骤410)。在所获取的迹线中的不同位置处的不同局部偏置可以由下述因素引起例如，在衬底或抛光头、或者监控器的感知区域和衬底之间的部分重叠中的不同位置处存在或不存在金属部分。
在一种实现中，使用下述参考迹线调整偏置该参考迹线具有与所获取的迹线相同的时间索引的数据点。对于每个时间索引，通过从所获取的迹线中的数据点值减去参考迹线的数据点值，从而可以获得调整后的数据点值。或者，如果所获取的迹线具有有时间索引的数据点，而该时间索引在参考迹线中不可用，则例如通过使用标准的内插或外插公式，可以从参考迹线生成具有所要求的时间索引的数据点。示例性的局部偏置调整将在下面参考图5A和图5B讨论。
在偏置调整之后，所获取的迹线中的灵敏度例如使用灵敏度函数而被归一化(步骤420)。对于所获取的迹线中的每个时间索引(或径向位置)，灵敏度函数规定灵敏度值，该灵敏度值表征检测衬底的金属层的厚度改变的传感器的灵敏度。灵敏度值在不同的径向位置可以不同，这是例如因为衬底覆盖传感器的感知区域的不同百分比，或者由于在衬底或抛光头中存在或不存在金属部分。
在一种实现中，灵敏度函数可以从所获取的参考迹线生成，例如图2A示出的参考幅度迹线201。例如，全局偏置可以被应用到参考幅度迹线201，以使第一平坦部分210和第三平坦部分230为0数据值，因为这些部分对应于0灵敏度。在应用全局偏置后，参考幅度迹线可以被全部地乘一个数字，以使第二平坦部分221的相对幅度值变为1，该值对应于满灵敏度。作为结果的灵敏度函数在第一边沿区域215和第二边沿区域225中将具有0和1之间的值。可选地，灵敏度函数可以被滤波，以消除在参考迹线中原始存在的测量噪声。
或者，可以从衬底与已经获取了数据迹线的原位监控器周围的感知区域之间的重叠估计出灵敏度函数。例如，随着重叠减少，相同的金属层厚度差导致渐降的测得信号差。即，部分重叠限制了原位监控器检测衬底上的金属层特征的灵敏度。在一种实现中，灵敏度函数是通过将接近衬底中央的重叠归一化为1获得的。感知区域的大小可以例如从原位监控器用来感生并检测衬底的金属层中的涡流的磁芯的大小估计出。可选地，灵敏度函数可以包括衬底与原位监控器之间的距离的依赖关系。
在一种实现中，通过用所获取的迹线中的数据点值除以灵敏度涵数的相对应灵敏度值将灵敏度归一化。归一化可以被限制在灵敏度函数的灵敏度值基本不为0时的所获取的迹线的区域。在灵敏度函数实质上为0的区域中，归一化的迹线可能具有已分配的0值。对灵敏度归一化的示例将在下面参考图6A到图6B讨论。
可选地，方法400的两个步骤可以以相反的顺序执行，或者可以省略这两个步骤之一。或者，这两个步骤可以组合为例如使用傅立叶数据分析的解卷积步骤。
数据处理方法400可用来补偿所获取的迹线中的边沿效应。边沿效应在衬底的边沿移动过原位监控器的感知区域时发生。边沿效应的示例包括图2A和图2B中示出的第一边沿区域215和第二边沿区域225。在边沿区域中，数据点值不仅取决于衬底的属性，而且取决于衬底和感知区域之间的重叠程度。例如，由于部分重叠，数据点值可能获得随原位监控器在衬底下扫过而改变的特别的幅度或相位值。该特别的幅度或相位值可以通过局部偏置调整(步骤410)得到补偿。此外，如上所述，当重叠程度改变时，原位监控器具有检测衬底特征的变化的灵敏度。该变化的灵敏度可以通过灵敏度归一化(步骤420)得到补偿。
图5A和图5B分别示出了在原位监控器例如原位监控器40(图1A和图1B)所获取的数据迹线中通过局部偏置调整所生成的调整后迹线的示意性示例。调整后迹线可以例如通过使用参考图4描述的技术生成。
图5A示出了分别从图2A中的第二幅度迹线202和第三幅度迹线203生成的调整后幅度迹线502和503。调整后幅度迹线502和503是通过从第二幅度迹线202和第三幅度迹线203分别减去参考幅度迹线201生成的对于每个时间索引，已从幅度迹线中数据点值减去了具有相同时间索引的参考数据点值。
调整后幅度迹线502和503可以指示抛光期间已移除多少金属层。例如，局部偏置调整将幅度迹线中的第一平坦部分210和第三平坦部分230分别调整为第一调整后平坦部分210′和第三调整后平坦部分230′，其中每个调整后平坦部分由为0的调整后幅度值表征。为0的调整后幅度值指示抛光尚未影响这些部分，在这些部分中，抛光的衬底在原位监控器的感知区域外。此外，接近0时间索引处，即，在调整后部分222′和223′中，调整后幅度值越大，抛光期间已从金属层移除的厚度越大。
从第一调整后平坦部分210′和第三调整后平坦部分230′开始，调整后幅度迹线502和503在边沿区域215和225中朝向由0时间索引表示的衬底中央增加。在边沿区域215和225中，调整后幅度值不仅取决于移除的金属层的厚度，而且还取决于金属层覆盖的感知区域的百分比。
图5B示出了分别从图2B中的第二相位迹线252和第三相位迹线253生成的调整后相位迹线552和553。调整后相位迹线552和553是通过从第二相位迹线252和第三相位迹线253分别减去参考相位迹线251生成的对于每个时间索引，已从相位迹线中数据点值减去了具有相同时间索引的参考数据点值。
类似于调整后幅度迹线，调整后相位迹线552和553具有调整后相位值，指示抛光期间已移除多少金属层。例如，调整后平坦部分270′和280′具有指示未受抛光影响的为0的调整后相位值，而在接近0时间索引的部分522和523中，调整后相位值指示出移除的金属层的厚度。在边沿区域215和225中，调整后相位值还取决于在原位监控器的感知区域中金属层覆盖的百分比。
图6A和图6B分别示出了示意性的利用归一化灵敏度归一化后的幅度和相位迹线。图6A示出了从调整后幅度迹线502和503(图5A)分别生成的归一化后幅度迹线602和603。图6B示出了从调整后相位迹线552和553(图5B)分别生成的归一化后相位迹线652和653。所有灵敏度归一化都使用了估计的灵敏度函数对于数据迹线的每个时间索引，已从衬底与原位监控器的感知区域的重叠估计出了灵敏度函数。除了0值平坦部分210′、230′、270′和280′中的数据点外，已通过将数据点除以相应的灵敏度函数值(即，具有相同时间索引的灵敏度值)而对灵敏度进行了归一化。
由于灵敏度归一化，在第一边沿区域215和第二边沿区域225(参见图6A和图6B)中数据点值随时间索引迅速改变。这种迅速改变反应出衬底的边沿移入传感器的感知区域。通过使用灵敏度归一化，可以有效地估计出接近衬底边沿处的金属层厚度。
已经描述了许多实施例。但是，应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以作出各种修改。例如，本发明可应用于其他类型的原位监控系统，例如光学监控系统和基于测量发声、摩擦系数或温度的监控。另外，本发明还可应用于除旋转底盘外的抛光系统配置。因此，其他实施例也在所附权利要求的范围内。
权利要求
1.一种用于监控衬底处理的方法，包括在衬底处理期间通过将原位监控系统的传感器扫过所述衬底的一面来生成测量迹线，所述测量迹线包括下述数据点所述数据点的值在所述传感器的感知区域经过所述衬底时受所述感知区域内的衬底的特征影响；使用参考迹线修改所述测量迹线，所述参考迹线代表所述原位监控系统的所述传感器扫过所述衬底的所述面；根据所述修改后测量迹线估计所述衬底的局部属性。
2.如权利要求1所述的方法，其中生成所述测量迹线包括获取其值受所述衬底中的涡流影响的数据点。
3.如权利要求1所述的方法，其中修改所述测量迹线包括使用所述参考迹线来对在所述感知区域经过所述衬底时由所述衬底的边沿导致的所述测量迹线中的边沿效应进行补偿。
4.如权利要求3所述的方法，其中补偿边沿效应包括对由于所述感知区域和所述衬底之间的部分重叠所导致的信号损失。
5.如权利要求1所述的方法，其中修改所述测量迹线包括使用所述参考迹线来对在所述感知区域经过所述衬底时所述传感器的局部灵敏度改变进行补偿。
6.如权利要求1所述的方法，其中修改所述测量迹线包括使用所述参考迹线来对在所述感知区域经过所述衬底时所述测量迹线中的局部偏置改变进行补偿。
7.如权利要求1所述的方法，其中修改所述测量迹线包括用所述参考迹线除所述测量迹线。
8.如权利要求1所述的方法，其中修改所述测量迹线包括从所述测量迹线减去所述参考迹线。
9.如权利要求1所述的方法，还包括生成所述参考迹线。
10.如权利要求9所述的方法，其中生成所述参考迹线包括计算所述传感器的所述感知区域与所述衬底之间的重叠；和基于所计算出的重叠生成所述参考迹线中的一个或多个参考点。
11.如权利要求9所述的方法，其中生成所述参考迹线包括生成代表归一化后灵敏度函数的参考迹线。
12.如权利要求9所述的方法，其中生成所述参考迹线包括通过在处理所述衬底之前使所述传感器扫描过所述衬底的所述面来测量所述衬底。
13.如权利要求9所述的方法，其中生成所述参考迹线包括测量专门准备的衬底。
14.如权利要求1所述的方法，其中处理所述衬底包括对所述衬底抛光，并且其中估计所述衬底的局部属性包括根据所述修改后测量迹线来估计所述衬底上的金属层的厚度。
15.如权利要求14所述的方法，其中估计所述金属层的厚度包括确定所述金属层的剩余厚度。
16.如权利要求14所述的方法，其中估计所述金属层的厚度包括确定从所述金属层移除的厚度。
17.如权利要求14所述的方法，还包括基于所述厚度估计，修改所述抛光工艺的一个或多个参数。
18.如权利要求14所述的方法，还包括基于所述厚度估计，检测抛光终点。
19.如权利要求1所述的方法，其中在处理所述衬底期间，所述原位监控系统的所述传感器多次扫过所述衬底的所述面，以生成多条测量迹线；并且使用所述参考迹线修改所述多条测量迹线中的每条。
20.一种抛光装置，包括保持衬底的载具；抛光表面；马达，其连接到所述载具和所述抛光表面中的至少一个，以产生所述衬底和所述抛光表面之间的相对运动；包括传感器的监控系统，所述传感器在所述衬底与所述抛光表面接触时扫描过所述衬底的一面，从而生成测量迹线；以及控制器，其配置为；使用参考迹线修改所述测量迹线，所述参考迹线代表所述原位监控系统的所述传感器扫描过所述衬底的所述面，并且根据所述修改后测量迹线检测抛光终点。
全文摘要
本发明提供了方法和装置，以实现用于监控对衬底进行抛光的技术。获取两个或多个数据点，其中每个数据点具有受传感器的感知区域内的特征影响的值，并且与感知区域经过衬底(10)时衬底和传感器的相对位置相对应。一组参考点被用来修改所获取的数据点。该修改对由感知区域经过衬底导致的所获取的数据点的失真进行补偿。基于修改后数据点，估计衬底的局部属性来监控抛光。
文档编号B24B49/10GK1805825SQ200480016922
公开日2006年7月19日 申请日期2004年6月16日 优先权日2003年6月18日
发明者博古斯劳·A·司维德克, 尼欧司·约翰逊, 曼欧彻尔·比郎 申请人:应用材料公司