专利名称：将测量光谱匹配至参考光谱以进行原位光学监测的技术的制作方法
技术领域：
本发明关于如在对基板进行化学机械抛光期间进行的光学监测。
背景技术：
集成电路一般通过在硅晶圆上相继沉积导电层、半导体层或绝缘层而形成在基板上。一个制造步骤涉及在非平面表面上沉积填料层以及平坦化填料层。就某些应用而言，持续平坦化填料层直到露出图案化层的顶表面为止。导电填料层例如可沉积在图案化绝缘层上，以填充绝缘层内的沟渠或孔洞。平坦化后，部分导电层保留在绝缘层的凸起图案之间而形成通路、插栓和线路，所述通路、插栓和线路提供基板上的薄膜电路间的导电路径。就其它诸如氧化物抛光等应用而言，持续平坦化填料层直到非平面表面上留下预定厚度为止。此外，光刻技术通常需要平坦化基板表面。化学机械抛光(CMP)为公认的平坦化方法之一。所述平坦化方法一般需要将基板安装在研磨头上。露出的基板表面通常抵靠着旋转的抛光垫设置。研磨头在基板上提供可控制的负载，以抵靠着抛光垫推动所述基板。抛光液(如具有研磨粒的浆料)一般供应至抛光垫的表面。CMP中的一个问题在于确定抛光工艺是否完成，即，是否已将基板层平坦化成所期望的平坦度或厚度、或者何时已移除所期望量的材料。基板层的初始厚度、浆料组成、抛光垫条件、抛光垫与基板之间的相对速度、以及基板上的负载的变化都会造成材料移除速率的变化。这些变化将导致到达抛光终点所需的时间上的不同。因此，不能只根据抛光时间来确定抛光终点。在一些系统中，在抛光期间原位光学监测基板，例如通过抛光垫中的窗口。然而，现有光学监测技术无法满足半导体装置制造业者不断提高的要求。
发明内容
在一些光学监测工艺中，将如在抛光工艺期间原位测量的光谱与参考光谱的图库进行比较，以寻找最佳匹配参考光谱。寻找最佳匹配者的一种技术为计算测量光谱与图库中各参考光谱间的平方差总和；平方差总和最小的参考光谱为最佳匹配者。然而，对抛光某些基板而言，如在同一压板移除多个介电层，匹配算法可能并不可靠。不局限于任何特定理论，平方差总和可深受光谱中的波峰位置的影响，且下层厚度上的变化则会造成波峰位置的移位。但若采用另一技术(如交叉相关法)来寻找最佳匹配参考光谱，则可减少或避免这些问题的发生。在一个方面中，控制抛光的方法包括存储具有多个参考光谱的图库、抛光基板、在抛光期间测量来自基板的光的一序列光谱、利用除平方差总和之外的匹配技术为所述序列光谱中的每一个测量光谱寻找最佳匹配参考光谱以产生一序列最佳匹配参考光谱、以及基于所述序列最佳匹配参考光谱确定抛光终点或抛光速率的调节至少之一。实施方式可包括一个或多个下列特征。寻找最佳匹配参考光谱可包括用来自图库的多个参考光谱中的两个或更多个参考光谱的每一个执行测量光谱的交叉相关，并选择与测量光谱有最大相关性的参考光谱作为最佳匹配参考光谱。多个参考光谱中的每一个参考光谱可具有存储的关联索引值，并可确定所述序列最佳匹配参考光谱中各最佳匹配光谱的关联索引值，以产生一序列索引值，并使一函数配适所述序列索引值。当线性函数匹配或超过目标索引时，可停止抛光。基板可包括覆盖第一层的第二层，第一层具有不同于第二层的组成。第二层可为阻挡层，而第一层可为介电层。阻挡层可为氮化钽或氮化钛，而介电层可为碳掺杂二氧化硅或者可由四乙氧基硅烷形成。所述函数可配适一部分的所述序列索引值，所述部分序列索引值对应检测到第一层露出后测量的光谱。寻找最佳匹配参考光谱可包括执行计算测量光谱与图库中多个参考光谱的两个或更多个参考光谱的每一个参考光谱间的欧几里得(Euclidean)向量距离的总和，以及选择总和最小的参考光谱作为最佳匹配参考光谱。寻找最佳匹配参考光谱可包括执行计算测量光谱与图库中多个参考光谱的两个或更多个参考光谱的每一个参考光谱间的导数差的总和，以及选择总和最小的参考光谱作为最佳匹配参考光谱。测量来自基板的光的所述序列光谱可包括使传感器多次扫描基板各处。所述序列光谱中的每一个光谱可对应于传感器多次扫描中的单次扫描。基板可包括多个区域，且各区域的抛光速率可由独立变化的抛光参数单独控制。在抛光期间，可测量来自各区域的序列光谱。可就各区域的序列光谱中的每一个测量光谱，用图库中多个参考光谱的两个或更多个参考光谱的每一个参考光谱执行测量光谱的的交叉相关，并从图库中选择与测量光谱有最大相关性的参考光谱作为最佳匹配参考光谱，以产生一序列最佳匹配参考光谱。可调节至少一个区域的抛光参数，以调节至少一个区域的抛光速率，使多个区域在抛光终点具有比在无这种调节的情况下更小的厚度差。
在另一方面中，实体包含在机器可读取存储装置中的计算机程序产品包括执行此方法的指令。
在另一方面中，抛光设备包括用以保持抛光垫的支撑件、用以保持基板使基板抵靠着抛光垫的研磨头、用以在研磨头与支撑件之间产生相对运动以抛光基板的马达、在抛光基板的同时测量来自基板的光的一序列光谱的光学监测系统、以及控制器。控制器配置为存储具有多个参考光谱的图库，多个参考光谱中的每一个参考光谱具有存储的关联索引值，并利用除平方差总和之外的匹配技术，就所述序列光谱中的每一个测量光谱，寻找最佳匹配参考光谱，以产生一序列最佳匹配参考光谱，以及基于所述序列最佳匹配参考光谱确定抛光终点或抛光速率的调节至少之一。
实施方式可选择性地包括一个或多个下列优点。匹配技术受测量光谱中波峰位置的影响较小，由此降低对下层厚度变化的敏感度。终点系统检测所期望抛光终点的可靠性将提高，且晶圆内和晶圆间厚度的不均匀性(WIWNU和WTWNU)可降低。
一个或多个实施例的细节将在附图和以下的描述中进行阐述。其它特征、方面和优点将在说明书、附图和权利要求书中变得更明显。
图1A及IB为抛光前后的基板的示意性截面图。
图2示出抛光设备示例的示意性截面图。
图3不出具有多个区域的基板的不意性俯视图。
图4示出抛光垫的俯视图，并示出在基板上进行原位测量的位置。图5示出来自原位光学监测系统的测量光谱。图6示出参考光谱的图库。图7示出索引轨迹。图8示出具有线性函数的索引轨迹，所述线性函数配适在检测到清除上层后采集的索引值。图9为制造基板及检测抛光终点的示例工艺的流程图。图10示出多个索引轨迹。图11示出基于参考区域的索引轨迹到达目标索引的时间来计算多个可调节区域的多个所期望斜率。图12示出基于参考区域的索引轨迹到达目标索引的时间来计算终点。图13为示例工艺的流程图，所述示例工艺用以调节多个基板中的多个区域的抛光速率，以使多个区域在目标时间有近乎相同的厚度。图14示出检测上层清除的流程图。图15A示出单次扫描期间，在抛光之初采集的光谱的图。图15B示出单次扫描期间，在几乎清除阻挡层时采集的光谱的图。图16示出随抛光时间变化的光谱的标准偏差的图。图17为示出用于确定最佳匹配参考光谱的不同技术的比较图。 各图中相同的标号和名称代表相同的兀件。
具体实施例方式一种光学监测技术是在抛光期间测量从基板反射的光的光谱，并从图库中识别匹配的参考光谱。匹配的参考光谱提供一序列索引值，且一函数(如直线)配适所述序列索引值。将函数投影到目标值可用来确定终点或改变抛光速率。对抛光某些类型的基板而言，如将在同一压板抛光多层材料的基板，一个潜在问题在于，用于从图库中寻找最佳匹配光谱的技术(如，选择平方差总和最小的参考光谱)可能并不可靠。不局限于任何特定理论，平方差的总和可深受光谱中波峰位置的影响，而下层厚度的变化则会造成波峰位置的移位。但若采用另一技术(如，交叉相关法)来寻找最佳匹配参考光谱，则可减少或避免这些问题的发生。举例来说，参考图1A，基板10可包括由第一介电材料组成的图案化第一层12 (此层也称为下层)，第一介电材料例如为低k材料,例如碳掺杂二氧化娃,如Black Diamond (来自应用材料公司(Applied Materials, Inc.))或Coral (来自诺发系统公司(NovellusSystems, Inc.))。设置在第一层12上的为由不同的第二介电材料组成的第二层16 (此层也称为上层)，第二介电材料例如为阻挡层，例如氮化物，如氮化钽或氮化钛。选择性地设置在第一层与第二层之间的是由不同于第一与第二介电材料的另一介电材料组成的一个或多个附加层14，另一介电材料例如为低k封盖材料，例如由四乙氧基硅烷(TEOS)形成的材料。第一层12和一个或多个附加层14 一起在第二层底下提供层堆叠。设置在第二层(和由第一层的图案提供的沟槽中)上的为导电材料18，导电材料例如为金属，如铜。化学机械抛光可用来平坦化基板，直到露出由第一介电材料组成的第一层为止。例如，参考图1B，平坦化后，部分导电材料18保留在第一层12的凸起图案之间从而形成通路等。此外，有时期望移除第一介电材料，直到留下目标厚度或已经移除目标量的材料为止。
一种抛光的方法是在第一抛光垫上抛光导电材料，至少到露出第二层(如阻挡层)为止。此外，可在如过抛光步骤期间，在第一抛光垫移除第二层的部分厚度。接着将基板传送到第二抛光垫，在第二抛光垫完全移除第二层(如阻挡层)，且还移除下面第一层(如低k介电材料)的部分厚度。此外，可在相同抛光操作中，在第二抛光垫移除第一层与第二层之间的一个或多个附加层(若有)(如封盖层)。
图2示出抛光设备100的示例。抛光设备100包括旋转式盘状压板120，压板120上设置抛光垫110。压板可操作以绕着轴125旋转。例如，马达121可转动驱动轴124，进而旋转压板120。抛光垫110可为具有外部抛光层112与较软垫层114的双层抛光垫。
抛光设备100可包括端口 130，用以将抛光液132 (如浆料)分配至抛光垫110上。抛光设备还可包括抛光垫调节器，用以摩擦抛光垫110，使抛光垫110维持为一致的研磨状态。
抛光设备100包括一个或多个研磨头140。各研磨头140可操作以保持基板10抵靠着抛光垫110。每一研磨头140可独立控制与各基板相关的抛光参数，例如压力。
特别地，每一研磨头140可包括把基板10保留在柔性膜144下方的定位环142。各研磨头140还包括由膜界定的多个独立控制的可加压腔室，例如三个腔室146a-146c，腔室146a-146c可独立地将可控制的压力施加至柔性膜144及因而在基板10上的相关区域148a-148c (参见图3)。参考图2，中心区域148a可基本上为圆形，且其余区域148b_148c可为围绕中心区域148a的同心环状区域。虽然为了便于说明，图2及图3中仅示出三个腔室，然而也可具有一个或两个腔室、或者四个或更多个腔室，例如五个腔室。
回到图2，各研磨头140从如传送带的支撑结构150悬吊，且研磨头140由驱动轴152连接至研磨头旋转马达154，以使研磨头绕着轴155旋转。可选择地，各研磨头140可在例如传送带150上的滑件上横向摆动；或通过传送带自身的可旋转振荡横向摆动。在操作中，压板绕着压板中心轴125旋转,且各研磨头绕着研磨头中心轴155旋转并横向转移越过抛光垫的顶表面。
虽然仅示出了一个研磨头140，但也可设置更多的研磨头来保持附加基板，使得可有效地利用抛光垫110的表面积。因此，适于在同步抛光工艺中保持基板的研磨头装配件数量至少部分取决于抛光垫110的表面积。
抛光设备还包括原位光学监测系统160，例如光谱监测系统，光学监测系统160可用于确定是否需调节抛光速率或确定对抛光速率的调节，这将在以下进行讨论。通过包括小孔(即，穿过抛光垫的孔)或实心窗口 118提供通过抛光垫的光学通路。实心窗口 118可固定于抛光垫110，例如，像填充抛光垫中的小孔的插栓般，例如铸模或黏附地固定于抛光垫，虽然在一些实施方式中，实心窗口可支撑在压板120上并伸进抛光垫中的小孔。
光学监测系统160可包括光源162、光检测器164和电路166，电路166发送并接收远程控制器190 (如计算机)与光源162和光检测器164之间的信号。一个或多个光纤可用来把来自光源162的光传递到抛光垫中的光学通路，并将从基板10反射的光传递到检测器164。例如，双叉光纤170可用来把来自光源162的光传递到基板10并传回到检测器164。双叉光纤包括邻近光学通路设置的主干172、和分别连接至光源162与检测器164的两个分支174和176。在一些实施方式中，压板的顶表面可包括凹槽128，凹槽128内配设光学头168，用以保持双叉光纤的主干172 —端。光学头168可包括用以调整主干172顶部与实心窗口118之间的垂直距离的机构。电路166的输出可为数字电子信号,信号通过驱动轴124中的旋转式联结器129(如滑动环)至光学监测系统的控制器190。类似地，可响应数字电子信号中的控制命令而打开或关闭光源，信号从控制器190经旋转式联结器129至光学监测系统160。或者，电路166可通过无线信号与控制器190通信。光源162可操作以发射白光。在一实施方式中，发射的白光包括波长为200至800纳米的光。适合的光源为氙气灯或氙汞灯。光检测器164可为光谱仪。光谱仪为用于测量部分电磁波谱上的光强度的光学仪器。适合的光谱仪为光栅光谱仪。光谱仪的典型输出为随波长(或频率)变化的光强度。如上所述，光源162和光检测器164可连接至计算装置(如控制器190)，以可操作地控制光源162和光检测器164的操作并接收光源162和光检测器164的信号。计算装置可包括位于抛光设备附近的微处理器，例如可编程计算机。至于控制方面，计算装置例如可将光源的开启和压板120的旋转同步化。在一些实施方式中，原位监测系统160的光源162和检测器164安装在压板120中并与压板120—起旋转。在此情况下，压板的运动将使传感器扫过各基板。特别地，随着压板120旋转，控制器190将使光源162恰在光学通路通过基板10下方前开始发射一连串闪光且紧接在光学通路通过基板10下方后结束所述发射。或者，计算装置可使光源162恰在各基板10通过光学通路前开始连续发光且紧接在各基板10通过光学通路后结束所述发光。在任一情况下，可在采样周期上累积来自检测器的信号，从而以采样频率产生光谱测量。在操作中，控制器190例如可接收在光源的特定闪光或检测器的时帧内携载用于描述光检测器接收的光的光谱的信息的信号。因此，此光谱是抛光期间原位测量的光谱。如图4中所示，若检测器安装在压板中，则当窗口 108因压板旋转(如箭头204所示)而在研磨头下方移动时，以采样频率进行光谱测量的光学监测系统将在越过基板10的弧形中的位置201进行光谱测量。例如，各点201a-201k代表监测系统进行光谱测量的位置(点数仅为举例说明；可视采样频率进行比所示点数更多或更少次的测量)。采样频率可经选择以在每次扫描窗口 108时采集5至20个光谱。例如，采样周期可为3至100毫秒。如图所示，压板旋转一周，即可从基板10上的不同径向位置获得光谱。即，一些光谱取自较靠近基板10中心的位置，而一些光谱则较靠近边缘。由此，对于光学监测系统对基板各处的任何给定扫描，基于时序、马达编码器信息和基板边缘及/或定位环的光检测，控制器190可计算扫描所得的各测量光谱的径向位置(相对被扫描的基板的中心)。抛光系统还可包括旋转式位置传感器，例如附接至压板边缘的凸缘，所述凸缘将通过固定式光遮断器，以提供额外数据用来确定测量光谱是哪个基板的和在基板上的位置。由此控制器可使各种测量光谱与基板IOa和IOb上的可控制区域148b-148c (参见图2)相关联。在一些实施方式中，光谱测量的时间可用作代替对径向位置的精确计算。
就各区域而言，压板旋转多周后，将随时间推移获得一序列光谱。不局限于任何特定理论，随着抛光进行(如压板经多次旋转、非单一扫描基板各处时)，因最外层厚度上的改变，将逐步形成从基板10反射的光的光谱，由此产生一序列随时间变化的光谱。另外，特定厚度的层堆叠将呈现特定光谱。
在一些实施方式中，控制器(如计算装置)可经编程以将测量光谱与多个参考光谱进行比较，并确定哪个参考光谱提供最佳匹配。特别地，控制器可经编程以将来自各区域的一序列测量光谱中的每一个光谱与多个参考光谱进行比较，以产生各区域的一序列最佳匹配参考光谱。
如在本文中所使用地，参考光谱是抛光基板前产生的预定光谱。假设实际抛光速率按照预期的抛光速率，则参考光谱可与代表抛光工艺中预期出现光谱的时间的值有预定关联性，即抛光操作前所定义的。可替换地或附加地，参考光谱可与基板性质的值(如最外层的厚度)有预定关联性。
参考光谱可凭经验产生，例如通过测量来自测试基板(如，具有已知初始层厚度的测试基板)的光谱。例如，为产生多个参考光谱，使用与将用于抛光装置晶圆一样的抛光参数来抛光设置基板，同时采集一序列光谱。对于各光谱，记录代表抛光工艺中采集光谱的时间的值。例如，此数值可为经过的时间或压板转数。可对基板进行过抛光，即抛光超过期望的厚度，从而在达到目标厚度时获得从基板反射的光的光谱。
为使各光谱与基板性质的值(如最外层的厚度)相关联，可在抛光前，在测量站测量“设置”基板的初始光谱和性质，“设置”基板具有与产品基板一样的图案。也可在抛光后利用同一测量站或不同测量站测量最终光谱和性质。初始光谱与最终光谱间的光谱性质可基于测量测试基板的光谱的经过时间通过内插法确定，例如线性内插法。
除了凭经验确定外，部分或所有参考光谱可依据理论计算，例如，利用基板层的光学模型。例如，光学模型可用于计算给定外层厚度D的参考光谱。例如，通过假设以均匀的抛光速率移除外层，可计算代表抛光工艺中将采集参考光谱的时间的值。例如，可通过仅仅假设起始厚度DO和均匀抛光速率R，来计算特定参考光谱的时间Ts (Ts= (DO-D)/R)。又例如，基于用于光学模型的厚度D，抛光前与抛光后的厚度Dl、D2 (或在测量站测量的其它厚度)的测量时间T1、T2间的线性内插可表示成(Ts=T2-TlX (D1-D)/(D1-D2))。
参考图5及图6，可将测量光谱300 (参见图5)与来自一个或多个图库310的参考光谱320 (参见图6)进行比较。如在本文中所使用地，参考光谱的图库是参考光谱的集合，参考光谱的集合代表有共同性质的基板。然而，单个图库中的共同性质在多个参考光谱的图库中可能会有改变。例如，两个不同的图库可包括代表具有两种不同下层厚度的基板的参考光谱。就给定参考光谱的图库而言，上层厚度中的变化可为光谱强度差异的主要原因，而非其它因素(诸如晶圆图案上的差异、下层厚度或层组成)所致。
通过抛光多个具有不同基板性质(如，下层厚度或层组成)的“设置”基板并采集上述光谱，可产生用于不同图库310的参考光谱320;来自某一设置基板的光谱可提供第一图库，且来自具有不同下层厚度的另一基板的光谱可提供第二图库。可替换地或附加地，不同图库的参考光谱可依据理论计算，例如，第一图库的光谱可利用具有第一厚度的下层的光学模型来计算，而第二图库的光谱可利用具有不同厚度的下层的光学模型来计算。
在一些实施方式中，每一个参考光谱320分配到一个索引值330。通常，每一个图库310可包括许多参考光谱320，例如，在基板的预期抛光时间内压板每旋转一周而得的一个或多个(如，精确地为一个)参考光谱。所述索引330可为代表抛光工艺中预期观察到参考光谱320的时间的值，例如数字。可将光谱索引编入索引，以使特定图库中的每个光谱具有唯一的索引值。可实现编入索引，使得索引值以测量测试基板的光谱的顺序按顺序排好。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。特别地，参考光谱的索引值可经选择以使索引值构成时间或压板转数的线性函数(假设抛光速率按照模型或测试基板的抛光速率，测试基板用于产生图库中的参考光谱)。例如，索引值可与测量测试基板的参考光谱或光学模型中将出现参考光谱的压板转数呈比例(如等于)。因此，每个索引值可为整数。索引数字可代表预期将出现相关光谱的压板转数。参考光谱和参考光谱的相关联索引值可存储在参考图库中。例如，各参考光谱320和各参考光谱的相关联索引值330可存储在数据库350的记录340中。参考光谱的参考图库的数据库350可在抛光设备的计算装置的存储器中实现。如上所述，对于各基板的每一个区域，基于所述区域和基板的序列测量光谱，控制器190可经编程以产生一序列最佳匹配参考光谱。通过将测量光谱与来自特定图库的参考光谱进行比较，可确定最佳匹配参考光谱。在一些实施方式中，通过为每个参考光谱计算测量光谱与参考光谱间的平方差总和，来确定最佳匹配参考光谱。平方差总和最小的参考光谱为最佳适配者。也可采用其它寻找最佳匹配参考光谱的技术，例如，最小绝对差总和。在一些实施方式中，可利用除平方差总和之外的匹配技术，来确定最佳匹配参考光谱。在一实施方式中，对于各参考光谱，计算测量光谱与参考光谱间的交叉相关性，并选择有最大相关性的参考光谱作为匹配参考光谱。交叉相关的潜在优点在于较不受光谱横向移位的影响，且因而较不受下层厚度变化的影响。为进行交叉相关，测量光谱的前端和尾端可填入“零”，以提供数据从而在参考光谱相对测量光谱移位时与参考光谱进行比较。或者，测量光谱的前端可填入等于测量光谱前边缘数值的数值，而测量光谱的尾端可填入等于测量光谱尾端数值的数值。快速傅立叶(Fourier)变换可用于提高实时匹配技术应用中计算交叉相关性的速度。在另一实施方式中，计算欧几里得向量距离的总和，例如D=l/Ua-Xb) *[Σλ = λ3至Ab|lMU)2-1KU)2|]，其中Xa至Xb为所有加在一起的波长，ιΜ(λ)为测量光谱，而ΙΕ(λ)为参考光谱。在又一实施方式中，对于各参考光谱，计算导数差总和，例如D=I/(λ a- λ b).[ Σ λ = λ3$ Ab I dIM( λ )/d λ -dIE( λ )/d λ | ],并选择总和最小的参考光谱作为匹配参考光谱。图17示出对于具有不同厚度TEOS层的基板利用交叉相关法和平方差总和法匹配光谱而得的索引轨迹(最佳匹配参考光谱的索引作为压板转数的函数)的比较。所述数据针对具有堆叠结构的产品基板产生，所述堆叠结构由1 500Α厚的黑金刚石(Black Diamond)
层、130A厚的Blok层和厚度为5200A、5100A或5000A的TEOS层组成。参考图库针对参考基板产生，参考基板具有厚度为5200A的TEOS层。如轨迹1702所示，在产品基板和参考基板具有相同厚度(即5200A)的TEOS层处，两个索引轨迹互相重叠而无明显差异。然而，在产品基板具有厚度为51OOA的TEOS层且参考基板具有厚度为5200A的TEOS层处，利用平方差总和产生的索引轨迹1704将稍微偏离线性行为。与之相反，利用交叉相关产生的索引轨迹与索引轨迹1702重叠(且因此无法从图中看出)。最后，在产品基板具有厚度为5000A的TEOS层且参考基板具有厚度为5200A的TEOS层处，利用平方差总和产生的索引轨迹1706将显著偏离线性行为和轨迹1702，然而利用交叉相关产生的索引轨迹1708仍保持大致呈线性且更接近轨迹1702。总之，此结果显示，当下层厚度上有变化，则利用交叉相关来确定最佳匹配光谱将产生更好地匹配理想轨迹的轨迹。
可应用来减少计算机处理的方法为对图库中用于搜索匹配光谱的部分进行限制。图库一般包括比在抛光基板时将获得的光谱范围更宽的光谱。在基板抛光期间，图库搜索限制在预定的图库光谱范围内。在一些实施例中，确定被抛光基板的当前旋转索引N。例如，压板初始旋转中，可通过搜索图库的所有参考光谱来确定N。对于随后一次旋转期间获得的光谱，图库在自由度为N的范围内被搜索。即，若旋转一周期间索引数为N，在随后晚X个转数的旋转期间(其中自由度为Y)，将被搜索的范围为(N+X)-Y至(N+X)+Y。
参考图7，其中只示出了单个基板的单个区域的结果，可确定序列中各最佳匹配光谱的索引值，以产生随时间变化序列的索引值212。此序列索引值可被称为索引轨迹210。在一些实施方式中，索引轨迹通过将各测量光谱与来自确切为一个图库的参考光谱进行比较而产生。通常，光学监测系统每次扫描基板下方时，索引轨迹210可包括一个索引值(如，确切为一个索引值)。
对给定索引轨迹210来说，其中光学监测系统单次扫描特定区域时有多个测量光谱(称为“当前光谱”)，可确定各当前光谱与一个或多个图库(如，确切为一个)的参考光谱之间的最佳匹配。在一些实施方式中，将各选定的当前光谱与选定图库(一个或多个)的每一个参考光谱进行比较。假定有当前光谱e、f和g以及参考光谱E、F和G，则可计算下列当前与参考光谱的每一个组合的匹配系数:e与E、e与F、e与G、f与E、f与F、f与G、g与E、g与F、和g与G。任何指示最佳匹配者的匹配系数(如，系数为最小)确定最佳匹配参考光谱，且进而确定索引值。或者，在一些实施方式中，可结合(如平均)当前光谱，并将所得的结合光谱与参考光谱进行比较，以确定最佳匹配者，且进而确定索引值。
在一些实施方式中，对于一些基板的至少一些区域，可产生多个索引轨迹。对给定基板的给定区域来说，可为各关注的参考图库产生索引轨迹。即，对于用于给定基板的给定区域的各关注的参考图库，将一序列测量光谱中的每一个测量光谱与来自特定图库的参考光谱进行比较，确定一序列最佳匹配参考光谱，且所述序列最佳匹配参考光谱的索引值提供用于给定图库的索引轨迹。
总而言之，各索引轨迹包括一序列210的索引值212，所述序列的每一个特定索引值212通过从给定图库选择最适配测量光谱的参考光谱的索引而产生。索引轨迹210的各索引的时间值可与测量测量光谱的时间相同。
原位监测技术用来检测对第二层的清除以及下层或层结构的暴露。例如，可从马达转矩或从基板反射的光的总强度上的突然改变、或从所采集光谱的散布，检测到第一层在时间TC暴露，这将在以下进行更详细的讨论。
如图8中所示，例如，通过利用稳健的线性配适，使一函数(例如，阶数为已知的多项式函数，例如一阶函数(如直线214))配适时间TC后采集的光谱的序列索引值。当使函数配适所述序列索引值时，忽略时间TC前采集的光谱的索引值。也可采用其它函数，例如二阶多项式函数，但直线更易运算。可在直线214与目标索引IT相交的终点时间TE，停止抛光。
图9示出用于制造并抛光产品基板的方法的流程图。产品基板可至少具有与测试基板一样的层结构和一样的图案，测试基板用于产生图库的参考光谱。
最初，将第一层沉积在基板上并图案化第一层(步骤902)。如上所述，第一层可为介电材料，例如低k材料,例如碳掺杂二氧化娃,如BI ack Di amond (来自应用材料公司)或Coral (来自诺发系统公司)。
可选择地，根据第一材料的组成，由不同于第一与第二介电材料的另一介电材料组成的一个或多个附加层沉积在产品基板的第一层上(步骤903)，另一介电材料例如为低k封盖材料,例如四乙氧基娃烧(TE0S)。第一层和一个或多个附加层一起提供层堆叠。可选择地，在沉积一个或多个附加层后，可进行图案化(使得一个或多个附加层不延伸到第一层中的沟槽内，如图1A中所示)。
接着，由不同的第二介电材料组成的第二层沉积在产品基板的第一层或层堆叠上(步骤904)，第二介电材料例如为阻挡层，例如氮化物，如氮化钽或氮化钛。此外，导电层可沉积在产品基板的第二层上(和第一层图案提供的沟槽中)，导电层例如为金属层，如铜(步骤906)。可选择地，在沉积第二层后，可进行第一层的图案化(在这情况下，第二层不会延伸到第一层中的沟槽内)。
抛光产品基板(步骤908)。例如,可在第一抛光站中，使用第一抛光垫抛光及移除导电层和部分第二层(步骤908a)。接着，可在第二抛光站，使用第二抛光垫抛光及移除第二层和部分第一层(步骤908b)。然而，应注意在一些实施方式中没有导电层，例如，开始抛光时，第二层是最外层。当然，可在别处进行步骤902至步骤906，使得抛光设备的特定操作工艺从步骤908开始。
原位监测技术用来检测对第二层的清除及第一层的暴露(步骤910)。例如，可从马达转矩或从基板反射的光的总强度上的突然改变、或从所采集光谱的散布，检测到第一层在时间TC暴露(参见图8)，这将在下面进行更详细的讨论。
至少在检测到清除第二层时开始(且可能更早，例如，从用第二抛光垫抛光产品基板开始)，如利用上述原位监测系统，在抛光期间获得一序列测量光谱(步骤912)。
分析测量的光谱以产生一序列索引值，并使一函数配适所述序列索引值。特别地，对于序列测量光谱中的每一个测量光谱，确定最佳适配的参考光谱的索引值，以产生一序列索引值(步骤914)。一函数(如线性函数)配适于在检测到清除第二层的时间TC后采集的光谱的序列索引值(步骤916)。换言之，在检测到清除第二层的时间TC前采集的光谱的索引值不在函数的计算中使用。
一旦索引值(如，从配适于新序列索引值的线性函数产生的计算的索引值)达到目标索引，即可停止抛光(步骤918)。目标厚度IT可由使用者在抛光操作前设定并存储。或者，目标移除量可由使用者设定，而目标索引IT可从目标移除量计算而得。例如，索引差ID可从目标移除量计算而得，例如从凭经验确定的移除量与索引(如抛光速率)的比，并把索引差ID与检测到清除上层的时间TC时的索引值IC相加(参见图8)。
也可使用配适于来自在检测到清除第二层后采集的光谱的索引值的函数，以调节抛光参数，例如，调节基板上的一个或多个区域的抛光速率，进而改善抛光均匀性。
参考图10，示出了多个索引轨迹。如上所述，可为各区域产生索引轨迹。例如，可为第一区域产生第一序列210索引值212(以空心圆表示)，可为第二区域产生第二序列220索引值222 (以空心方块表示)，以及可为第三区域产生第三序列230索引值232 (以空心三角形表示)。尽管示出三个区域，然而也可为两个区域、或四个或更多区域。所有区域可在同一基板上，或者一些区域可来自在同一压板上正被同时抛光的不同基板。
如上所述，原位监测技术用来检测对第二层的清除及下层或层结构的暴露。例如，可从马达转矩或从基板反射的光的总强度上的突然改变、或从所采集光谱的散布，检测到在时间TC露出第一层，如以下更详细所讨论地。
对于各基板索引轨迹，例如利用稳健线性配适，使阶数已知的多项式函数(如一阶函数，例如直线)配适于时间TC后采集的相关区域的光谱的序列索引值。例如，第一直线214可配适于第一区域的索引值212，第二直线224可配适于第二区域的索引值222，而第三直线234可配适于第三区域的索引值232。使直线配适于索引值可包括计算直线的斜率S和直线与起始索引值(如O)相交的X轴交会时间T。函数可表示成I(t)=S (t-T)的形式，其中t为时间。X轴交会时间T可具有负值，负值表示基板层的起始厚度比预期小。所以，第一直线214可具有第一斜率SI和第一 X轴交会时间Tl，第二直线224可具有第二斜率S2和第二 X轴交会时间T2，而第三直线234可具有第三斜率S3和第三x轴交会时间T3。
在抛光工艺期间的某一时候，例如时间T0，调节至少一个区域的抛光参数，以调节所述基板的区域的抛光速率，使得多个区域在抛光终点时间比在没有这种调节的情况下更接近所述区域的目标厚度。在一些实施例中，各区域在终点时间可具有近乎相同的厚度。
参考图11，在一些实施方式中，选择一个区域作为参考区域，并确定参考区域将达到目标索引IT的计划终点时间TE。例如，如图11中所示，选择第一区域作为参考区域，虽然也可选择不同区域及/或不同基板。目标厚度IT由使用者在抛光操作前设定并存储。或者，目标移除量TR可由使用者设定，且目标索引IT可从目标移除量TR计算而得。例如，索引差ID可从目标移除量计算而得，例如从凭经验确定的移除量与索引(如抛光速率)的比，并将索引差ID与检测到清除上层的时间TC时的索引值IC相加。
为确定参考区域将达到目标索引的计划时间，可计算参考区域的直线(如直线214)与目标索引IT的交点。假设抛光速率在剩余抛光工艺中不会偏离预期抛光速率，则序列索引值应保持基本为线性的级数。所以，预期终点时间TE可依直线与目标索引IT的简单线性内插来计算，例如IT=S.(TE-T)。由此，在图11的示例中，其中第一区域被选作参考区域，相关联的第一直线 214，IT=Sl.(TE-Tl)，即 TE=IT/S1_T1。
一个或多个区域(例如，除参考区域外的所有区域，包括其它基板上的区域)可定义为可调节区域。可调节区域的直线与预期终点时间TE会合处定义为可调节区域的计划终点。各可调节区域的线性函数(如图11中的直线224和234)可进而用于推算相关联区域将在预期终点时间TE达到的索引，例如EI2和EI3。例如，第二直线224可用于推算第二区域在预期终点时间TE的预期索引EI2，而第三直线234可用于推算第三区域在预期终点时间TE的预期索引EI3。
如图11中所示，若时间TO后没有调节任何区域的抛光速率，则如果所有区域被迫同时达到终点， 则各区域可具有不同的厚度(这绝非所期望的，因为如此会导致缺陷和产量损失)。
若不同区域将在不同时间达到目标索引(或相当于，可调节区域将在参考区域的计划终点时间有不同的预期索引)，则可向上或向下调节抛光速率，使得区域比在无这种调节的情况下更接近同时(例如，近乎同时)地达到目标索引(并进而达到目标厚度)，或是在目标时间比在无这种调节的情况下将具有更接近相同的索引值(并进而具有相同厚度)，例如，近乎相同的索引值(并进而具有近乎相同的厚度)。
所以，在图11的示例中，从时间TO开始，修改第二区域的至少一个抛光参数，从而提高所述区域的抛光速率(且结果，增大了索引轨迹220的斜率)。而且在此示例中，修改第三区域的至少一个抛光参数，从而降低第三区域的抛光速率(且结果，减小了索引轨迹230的斜率)。结果，所述区域将近乎同时达到目标索引(并进而达到目标厚度)(或者，若同时停止对所述区域施压，则所述区域将以近乎相同的厚度结束)。
在一些实施方式中，若预期终点时间TE时的计划索引指示基板一区域在预定目标厚度范围内，则不需要调节所述区域。所述范围可为目标索引的2%，例如1%以内。
可对可调节区域的抛光速率进行调节，使所有区域在预期终点时间比在无这种调节的情况下更接近目标索引。例如，可选择参考基板的一个参考区域并调节所有其它区域的处理参数，使所有区域近乎在参考基板的计划时间达到终点。参考区域例如可为预定区域，例如中心区域148a或紧邻中心区域周围的区域148b，所述区域在任何基板的任何区域中具有最早或最晚计划终点时间，或基板的区域具有期望的计划终点。若同时停止抛光，则最早时间相当于最薄基板。同样地，若同时停止抛光，则最晚时间相当于最厚基板。参考基板例如可为预定基板，所述预定基板为基板中具有最早或最晚计划终点时间的区域的基板。若同时停止抛光，则最早时间相当于最薄区域。同样地，若同时停止抛光，则最晚时间相当于最厚区域。
对于各可调节区域，可计算索引轨迹的期望斜率，使得可调节区域与参考区域同时达到目标索引。例如，期望的斜率SD可从(IT-1)=SDX(TE-TO)计算而得，其中I是时间TO时抛光参数将改变的索引值(从配适于序列索引值的线性函数计算而得)，IT是目标索引，而TE是计算的预期终点时间。在图11的示例中，可为第二区域，从(IT-12)=SD2X (TE-TO)计算期望的斜率SD2，且为第三区域，从(IT-13) =SD3 X (TE-TO)计算期望的斜率SD3。
或者，在一些实施方式中，并无参考区域，而预期终点时间可为预定时间，例如，由使用者在抛光工艺前设定，或从一个或多个基板中的两个或更多个区域的预期终点时间的平均值或其它组合计算(如将不同区域的直线投影到目标索引来计算)。在此实施方式中，期望的斜率基本上如上所述地计算，虽然为第一基板的第一区域也必须计算期望的斜率，例如，从(IT-1l)=SDlX (TE，-T0)计算期望的斜率SD1。
或者，在一些实施方式中，不同区域有不同的目标索引。这在基板上形成预有准备、但可控制的非均匀厚度轮廓。目标索引可由使用者键入，例如利用控制器上的输入装置。例如，第一基板的第一区域可具有第一目标索引，第一基板的第二区域可具有第二目标索引，第二基板的第一区域可具有第三目标索引，而第二基板的第二区域可具有第四目标索引。
对于上述任何方法，调节抛光速率，以使索引轨迹的斜率更接近期望的斜率。抛光速率例如可通过增大或减小研磨头的对应腔室内的压力而调节。抛光速率上的变化可假定与压力上的变化成正比，例如，简单的Prestonian模型。例如，就各基板的每一区域而言，其中时间TO前以压力P1日抛光区域，时间TO后施加的新压力P新可按P新=P10 X (SD/S)计算，其中S为时间TO前的直线的斜率，而SD为期望的斜率。
例如，假设压力Pisi施加于第一基板的第一区域，压力P102施加于第一基板的第二区域，压力P10 3施加于第二基板的第一区域，而压力P旧4施加于第二基板的第二区域，则对第一基板的第一区域的新压力Plil可按Plil=P101X (SD1/S1)计算，对第一基板的第二区域的新压力PIi 2可按PIi 2=p 10 2 X (SD2/S2)计算，对第二基板的第一区域的新压力P # 3可按P#3=P|03X (SD3/S3)计算，而对第二基板的第二区域的新压力Pli4可按Pli4=P104X (SD4/S4)计算。
抛光工艺期间，确定基板将达到目标厚度的计划时间以及调节抛光速率的工艺可只进行一次，例如在特定时间进行，例如经过预期抛光时间的40%至60%后，或可在抛光工艺期间进行多次，例如每30至60秒进行一次。在抛光工艺期间的随后时间，可再次适当调节速率。抛光工艺期间，抛光速率可只改变几次，诸如四次、三次、两次或仅一次。可在抛光工艺开始左右、中间或即将结束时进行调节。
已调节抛光速率后，例如时间TO后，继续进行抛光，光学监测系统继续采集至少参考区域的光谱并确定参考区域的索引值。在一些实施方式中，光学监测系统继续采集光谱并确定各区域的索引值。一旦参考区域的索引轨迹达到目标索引，即访问终点，并且停止抛光操作。
例如，如图12中所示，时间TO后，光学监测系统继续采集参考区域的光谱并确定参考区域的索引值312。若参考区域上的压力没有变化(例如，如在图11的实施方式中)，则可利用TO前(但非TC前)和TO后的数据点计算线性函数，以提供最新的线性函数314，且线性函数314达到目标索引IT的时间表示抛光终点时间。另一方面，若参考区域上的压力在时间TO时改变，则可从时间TO后的序列索引值312计算具有斜率S’的新线性函数314，且新线性函数314达到目标索引IT的时间表示抛光终点时间。用于确定终点的参考区域可与上述用以计算预期终点时间的参考区域为同一参考区域，或者用于确定终点的参考区域可为不同区域(或者，若所有区域如参考图11所描述地进行调节，则可为终点确定选择参考区域)。若新线性函数314比从原线性函数214计算的计划时间略晚(如第12图所示)或略早达到目标索引IT，则可分别使一个或多个区域稍微过抛光或抛光不足。然而，因为预期终点时间与实际抛光时间之间的差应小于几秒，所以这不需要严重影响抛光均匀性。
在一些实施方式中，以铜抛光为例，检测到基板的终点后，基板立即经受过抛光工艺处理，从而例如移除铜残留物。过抛光工艺可对基板的所有区域施予均匀压力，例如I至1.5磅/平方英寸。过抛光工艺可具有预设持续时间，例如10至15秒。
就特定区域产生多个索引轨迹处，例如，就各关注图库针对特定区域产生一个索引轨迹，则可选择一个索引轨迹用于特定区域的终点或压力控制算法。例如，对同一区域产生的各索引轨迹而言，控制器190可使一线性函数配适于所述索引轨迹的索引值，并确定所述线性函数与序列索引值的配适契合度。由具有与其自身索引值有最佳配适契合度的直线产生的索引轨迹可选作特定区域和基板的索引轨迹。例如，当确定如何调节可调节区域的抛光速率时，例如在时间TO时，可在计算中采用具有最佳配适契合度的线性函数。又例如，当具有最佳配适契合度的直线的计算索引(如从配适于序列索引值的线性函数计算一样)匹配或超过目标索引时，可访问终点。而且，可不从线性函数计算索引值，而是将索引值本身与目标索引进行比较来确定终点。
确定光谱图库相关联的索引轨迹是否与图库相关联的线性函数有最佳配适契合度可包括:与相关联稳健直线和另一图库的相关联索弓I轨迹间的差异相比，确定相关联光谱图库的索引轨迹是否相对地与相关联稳健直线有最小差异，例如最小标准差、最大相关性或其它测量变量。在一实施方式中，配适契合度通过计算索引数据点与线性函数间的平方差总和而确定；平方差总和最小的图库具有最适配者。
参考图13，示出了概括性的流程图1300。如上所述，在抛光设备中，利用同一抛光垫同时抛光基板的多个区域(步骤1302)。在此抛光操作期间，各区域的抛光速率可通过独立变化的抛光参数独立于其它基板地进行控制，所述独立变化的抛光参数例如为由研磨头中的腔室施加至特定区域上的压力。如上所述，在此抛光操作期间，例如利用从各区域获得的一序列测量光谱，监测基板(步骤1304)。就所述序列中的每一个测量光谱，确定最佳匹配的参考光谱(步骤1306)。确定各参考光谱的最适配的索引值，以产生序列索引值(步骤1308)。
检测对第二层的清除(步骤1310)。就各区域，使一线性函数配适于检测到清除第二层后采集的光谱的序列索引值(步骤1312)。在一实施方式中，确定参考区域的线性函数将达到目标索引值的预期终点时间，例如利用线性函数的线性内插(步骤1314)。在其它实施方式中，预期终点时间是预先决定的、或依多个区域的预期终点时间的组合计算。若有需要，调节其它区域的抛光参数，以调节所述基板的抛光速率，使得多个区域近乎同时达到目标厚度，或使得多个区域在目标时间有近乎相同的厚度(或目标厚度)(步骤1316)。调节参数后，继续进行抛光，并就各区域，测量光谱、从图库中确定最佳匹配参考光谱、在已调节抛光参数后的时段确定最佳匹配光谱的索引值以产生新序列索引值、以及使一线性函数配适于索引值(步骤1318)。一旦参考区域的索引值(例如，从配适于新序列索引值的线性函数产生的计算的索引值)达到目标索引，即可停止抛光(步骤1330)。
在一些实施方式中，序列索引值用于调节基板的一个或多个区域的抛光速率，但利用另一原位监测系统或技术来检测抛光终点。
如上所述，对一些技术和一些层堆叠结构而言，检测上层的清除及下层的暴露可能是困难的。在一些实施方式中，采集一序列光谱组，并计算每一个光谱组的分散参数的值，以产生序列分散值。可从所述序列分散值，检测对上层的清除。此技术可用于检测第二层的清除及第一层的暴露，例如在上述抛光操作的步骤910或1310中。
图14示出用于检测第二层的清除及第一层的暴露的方法1400。当抛光基板时(步骤1402)，采集一序列光谱组(步骤1404)。如图4中所示，若光学监测系统固定于旋转压板，则在光学监测系统对基板各处的单次扫描中，可采集基板上多个不同位置201b至201j的光谱。从单次扫描采集的光谱提供一组光谱。随着抛光的进行，光学监测系统的多次扫描提供一序列光谱组。压板旋转一周可采集一组光谱，例如，以相当于压板旋转速率的频率采集所述组。通常，每一组将包括5至20个光谱。可利用用于上述波峰追踪技术中采集光谱的同一个光学监测系统来采集光谱。
图15A提供抛光开始时(例如，当仍有明显厚度的上层留在下层上时)从基板10反射的光的一组测量光谱1500a的示例。所述一组光谱1500a可包括在光学监测系统第一次扫描基板各处时在基板上不同位置采集的光谱202a至204a。图15B提供在清除或几乎清除上层时从基板10反射的光的一组测量光谱1500b的示例。所述一组光谱1500b可包括在光学监测系统对基板各处进行不同的第二次扫描中在基板上不同位置采集的光谱202b至204b (基板上采集光谱1500a的位置可不同于光谱1500b)。
最初，如图15A中所示，光谱1500a颇为相似。然而，如图15B中所示，当清除上层(如阻挡层)而露出下层(如低k层或封盖层)时，来自基板上不同位置的光谱1500b之间的差异倾向于变得更加显著。
对于各组光谱，计算所述组中光谱的分散参数的值(步骤1406)。这产生一序列分散值。
在一实施方式中，为计算光谱组的分散参数，可将强度值(作为波长函数)一起平均化而提供平均光谱。即Ι^^(λ) = (1/Ν) *[Σ^1$ν Ii(A)],其中N是所述组中的光谱数量，Ii(A)为光谱。对于所述组中的每一个光谱，例如利用平方差总和或绝对值差总和，可随后计算所述光谱与平均光谱间的总差值，例如Di=[l/U a-Xb).[Σ A = Aa$ Ab[IiU )-1￥均(入)]2]]1/2 或 DHl/Ua-Xb)平均(λ) I]]，其中 λ a至 Xb 为所有加在一起的波长范围。
一旦已经计算了所述光谱组中的每一个光谱的差值，即可从差值计算所述组的分散参数的值。各种分散参数都有可能，诸如标准偏差、四分位数间范围、变化范围(最大值减去最小值)、平均差、中位绝对偏差和平均绝对偏差。
所述序列分散值可加以分析并用于检测上层的清除(步骤1408)。
图16不出随抛光时间变化的光谱的标准偏差的图表1600 (其中各标准偏差从光谱组的差值计算而得)。由此，图表中的每一个绘制点1602是在光学监测系统进行给定扫描时采集的光谱组差值的标准偏差。如图所示，第一时段1610期间标准偏差值仍相当小。然而在时段1610后，标准偏差值变得越来越大且越来越分散。不局限于任何特定理论，厚阻挡层可有控制反射光谱的倾向，这掩盖了阻挡层本身与任何下层的厚度差异。随着抛光的进行，阻挡层变得越来越薄或被完全移除，而反射光谱则变得更易受下层厚度变化的影响。结果，光谱的分散性将 随着阻挡层的清除而趋向于增大。
各种算法可用于检测当上层清除时的分散值的行为上的变化。例如，可将序列分散值与阈值进行比较，且若分散值超过阈值，则产生信号以指示已清除上层。又例如，可计算移动窗口内的部分序列分散值的斜率，且若斜率超过阈值，则产生信号以指示已清除上层。
作为检测分散性增大的部分算法，序列分散值可经滤波器(如低通滤波器或带通滤波器)处理，以移除高频噪声。低通滤波器的示例包括移动平均与巴特沃斯(Butterworth)滤波器。
虽然以上叙述着重于检测阻挡层的清除，但此技术也可用于检测其它方面的上层的清除，例如，在另一种半导体工艺中检测使用介电层堆叠结构(例如，层间介电(ILD))的上层的清除或检测介电层上的薄金属层的清除。
除了如上所述地用作初始化特征结构追踪的触发以外，此用于检测清除上层的技术还可用于抛光操作中的其它用途，例如，用作终点信号本身以触发定时器，从而在露出下层后，在预定的时间段内抛光下层，或者作为修改抛光参数的触发，从而例如在露出下层后，立即改变研磨头压力或浆料组成。
此外，虽然以上叙述采取光学终点监测器安装在压板中的旋转压板，但系统也可应用到监测系统与基板之间的其它类型的相对运动。例如，在一些实施方式中，如轨道运动，光源横跨基板上的不同位置，但不越过基板的边缘。在此情况下，仍可将采集的光谱分组，例如以特定频率采集光谱，且一定时间段内采集的光谱可视为组的一部分。所述时间段应足够长，使得各组有5至20个光谱被采集。
如本说明书中所用地，术语基板例如可包括产品基板(如，包括多个存储器或处理器管芯)、测试基板、裸露基板和栅极基板。基板可处于集成电路制造的各个阶段，例如基板可为裸露晶圆，或者基板可包括一个或多个沉积层及/或图案化层。术语基板可包括圆盘和矩形片。
本发明的实施例和本说明书中所述的所有功能操作可在数字电子电路、或计算机软件、固件或硬件中实现，包括本说明书中披露的结构装置、和所述结构装置的结构等效物或上述结构装置的组合物。本发明的实施例可实现为一个或多个计算机程序产品，即实体包含于机器可读取存储介质中的一个或多个计算机程序，以供数据处理设备(例如，可编程处理器、计算机、或多个处理器或计算机)执行或控制运作。计算机程序(也称为程序、软件、软件应用或代码)可以任何包括编译或解译语言的编程语言形式编写，且计算机程序可配置为任何形式，包括作为独立程序或模块、组件、子程序、或其它适合用于计算环境中的单元。计算机程序不一定要对应一个文件。程序可存储在保持其它程序或数据的文件的一部分中、质疑程序专用的单独文件中、或多重坐标文件中(例如，存储一个或多个模块、子程序或部分代码的文件)。计算机程序可配置以供在一个计算机或多个计算机上执行，计算机位于一个位置或分布遍及在多个位置且由通信网络相连。
本说明书中所述的工艺和逻辑流程可由一个或多个用于执行一个或多个计算机程序的可编程处理器进行，以通过操作输入数据及产生输出而执行功能。工艺和逻辑流程也可由特定用途的逻辑电路进行，且设备也可实现为特定用途的逻辑电路，特定用途的逻辑电路例如为现场可编程门阵列(FPGA)或ASIC (特定用途集成电路)。
上述抛光设备和方法可应用到各种抛光系统中。无论是抛光垫还是研磨头或二者，都可移动而提供抛光表面与基板间的相对运动。例如，压板可不旋转而是绕轨道运行。抛光垫可为固定于压板的圆形垫(或某些其它形状)。例如，当抛光垫为线性移动的连续式或卷盘式抛光带时，终点检测系统的一些方面可应用到线性抛光系统。抛光层可为标准抛光材料(例如，含有或不含填料的聚胺酯)、软材料或固定研磨材料。在此采用相对定位的术语；应理解，抛光表面与基板可保持在垂直方向或一些其它方向。
已描述了本发明的特定实施例。其它实施例也落在后附权利要求书所界定的范围内。
权利要求
1.一种控制抛光的方法，包含: 存储具有多个参考光谱的图库； 抛光基板； 在抛光期间，测量来自所述基板的光的序列光谱； 利用除平方差总和之外的匹配技术，为所述序列光谱中的每一个测量光谱寻找最佳匹配参考光谱，以产生序列最佳匹配参考光谱；以及 根据所述序列最佳匹配参考光谱，确定抛光终点或对抛光速率的调节的至少之一。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，寻找最佳匹配参考光谱包含:将所述测量光谱与来自所述图库的所述多个参考光谱中的两个或更多个参考光谱中的每一个参考光谱交叉相关，以及选择与所述测量光谱有最大相关性的参考光谱作为最佳匹配参考光谱。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述多个参考光谱中的每一个参考光谱具有存储的相关联索引值，且所述方法进一步包含:确定来自所述序列最佳匹配参考光谱中各最佳匹配光谱的所述相关联索引值以产生序列索引值，以及使函数配适于所述序列索引值。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包含:当所述线性函数匹配或超过目标索引时，停止抛光。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基板包括覆盖第一层的第二层，所述第一层具有不同于所述第二层的组成，且所述方法包括检测所述第一层的暴露，且所述函数配适于部分的所述序列索引值，所述部分的序列索引值对应于检测到所述第一层暴露后测量的光谱。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第二层是阻挡层，且所述第一层是介电层。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述阻挡层为氮化钽或氮化钛，且所述介电层为碳掺杂二氧化硅，或者所述介电层由四乙氧基硅烷形成。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，寻找最佳匹配参考光谱包含:计算所述测量光谱与来自所述图库的所述多个参考光谱中的两个或更多个参考光谱的每一个参考光谱间的欧几里得向量距离的总和，以及选择总和最小的参考光谱作为最佳匹配参考光谱。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，寻找最佳匹配参考光谱包含:计算所述测量光谱与来自所述图库的所述多个参考光谱中的两个或更多个参考光谱的每一个参考光谱间的导数差的总和，以及选择总和最小的参考光谱作为最佳匹配参考光谱。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基板包括多个区域，且各区域的抛光速率可由独立变化的抛光参数单独控制，且所述方法进一步包含: 在抛光期间，测量来自各区域的序列光谱； 就各区域的所述序列光谱中的每一个测量光谱，执行所述测量光谱与来自所述图库的所述多个参考光谱中的两个或更多个参考光谱的每一个参考光谱的交叉相关，以及从所述图库选择与所述测量光谱有最大相关性的参考光谱作为最佳匹配参考光谱从而产生序列最佳匹配参考光谱；以及 调节至少一个区域的所述抛光参数，以调节所述至少一个区域的所述抛光速率，使得所述多个区域在抛光终点有比在无这种调节的情况下更小的厚度差。
11.一种控制抛光的方法，包含: 存储具有多个参考光谱的图库； 抛光基板； 在抛光期间，测量来自所述基板的序列光谱； 就所述序列光谱的每一个测量光谱，执行所述测量光谱与来自所述图库的所述多个参考光谱中的两个或更多个参考光谱的每一个参考光谱的交叉相关，以及选择与所述测量光谱有最大相关性的参考光谱作为最佳匹配参考光谱从而产生序列最佳匹配参考光谱；以及根据所述序列最佳匹配参考光谱，确定抛光终点或对抛光速率的调节的至少之一。
12.—种抛光设备,包含: 支撑件，所述支撑件用以保持抛光垫； 研磨头，所述研磨头用以保持基板使所述基板抵靠着所述抛光垫； 马达，所述马达用以在所述研磨头与所述支撑件之间产生相对运动从而抛光所述基板； 光学监测系统，所述光学监测系统在抛光所述基板的同时测量来自所述基板的序列光谱；以及 控制器，所述控制器配置为: 存储具有多个参考光谱的图库，所述多个参考光谱中的每一个参考光谱具有存储的相关联索引值； 利用除平方差总和之外的匹配技术，为所述序列光谱中的每一个测量光谱寻找最佳匹配参考光谱，以产生序列最佳匹配参考光谱；以及 根据所述序列最佳匹配参考光谱，确定抛光终点或对抛光速率的调节的至少之一。
13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述控制器配置为对所述测量光谱与来自所述图库的所述多个参考光谱中的两个或更多个参考光谱的每一个参考光谱执行交叉相关，以及选择与所述测量光谱有最大相关性的参考光谱作为所述最佳匹配参考光谱。
14.一种实体包含于机器可读取存储装置的计算机程序产品，所述计算机程序产品包含多个指令来执行下列步骤: 存储具有多个参考光谱的图库； 抛光基板； 在抛光期间，测量来自所述基板的序列光谱； 利用除平方差总和之外的匹配技术，为所述序列光谱中的每一个测量光谱寻找最佳匹配参考光谱，以产生序列最佳匹配参考光谱；以及 根据所述序列最佳匹 配参考光谱，确定抛光终点或对抛光速率的调节的至少之一。
15.如权利要求14所述的计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品进一步包含多个指令来对所述测量光谱与来自所述图库的所述多个参考光谱中的两个或更多个参考光谱的每一个参考光谱执行交叉相关，以及选择与所述测量光谱有最大相关性的参考光谱作为所述最佳匹配参考光谱。
全文摘要
控制抛光的方法包括存储具有多个参考光谱的图库、抛光基板、在抛光期间测量来自基板的光的序列光谱、利用除平方差总和之外的匹配技术为所述序列光谱中的每一个测量光谱寻找最佳匹配参考光谱以产生序列最佳匹配参考光谱、以及根据所述序列最佳匹配参考光谱确定抛光终点或对抛光速率的调节的至少之一。寻找最佳匹配参考光谱可包括对测量光谱与来自图库的多个参考光谱中的两个或更多个参考光谱的每一个参考光谱进行交叉相关，以及选择与测量光谱有最大相关性的参考光谱作为最佳匹配参考光谱。
文档编号H01L21/304GK103155110SQ201180047978
公开日2013年6月12日 申请日期2011年8月4日 优先权日2010年8月6日
发明者X·胡, Z·王, H·Q·李, Z·朱, J·D·戴维, D·J·本韦格努, J·张, W-C·屠 申请人:应用材料公司