用于测量基板处理期间的层厚度的光谱数据的傅里叶滤波的制作方法

本公开大体上涉及在半导体基板的处理期间监测光谱数据。具体地，本公开描述了用于在基板处理期间测量层厚度的光谱数据的傅里叶滤波。

背景技术：

1、集成电路通常通过在硅晶片上顺序地沉积导电、半导电或绝缘层来在基板上形成。各种制造工艺使用在处理步骤之间将基板上的层平坦化。例如，对于某些应用，例如，研磨金属层以在图案化层的沟槽中形成通孔、插塞、和/或管线，覆盖层被平坦化直到暴露出图案化层的顶表面。在其他应用(例如，用于光刻技术的介电层的平坦化)中，覆盖层被研磨直到期望厚度余留在下层上方。

2、化学机械研磨(chemical mechanical polishing；cmp)是一种常见的平坦化方法。此平坦化方法通常要求将基板安装在承载或研磨头上。基板的暴露表面通常抵靠旋转研磨垫放置。承载头在基板上提供可控负载以推挤所述基板抵靠研磨垫。通常将磨蚀性研磨浆料供应到研磨垫的表面。

3、cmp的一个问题是确定是否完成研磨工艺，即，是否已经将基板层平坦化到期望的平坦度或厚度，或何时已经移除期望量的材料。浆料分布、研磨垫状况、研磨垫与基板之间的相对速度、和/或基板上的负载的变化可导致材料移除速率的变化。此类变化、及基板层的初始厚度的变化导致到达研磨终点所需的时间变化。由此，确定研磨终点仅仅随着研磨时间变化可导致晶片内不均匀性(within-wafer non-uniformity；wtwnu)及晶片间不均匀性(wafer-to-wafer non-uniformity；wtwnu)。

4、在一些系统中，在研磨期间原位光学监测(例如，穿过研磨垫中的窗口监测)基板。然而，现有的光学监测技术可能不满足增加的半导体器件制造商的需求。

技术实现思路

1、在一些实施例中，一种在化学机械研磨(chemical mechanical polishing；cmp)工艺期间确定晶片上的层的厚度的方法可包括：使用cmp工艺研磨晶片上的层；在cmp工艺期间利用原位光谱监测系统监测晶片以生成从晶片反射的光谱数据；将带通滤波器操作应用于光谱数据以生成滤波光谱数据，其中带通滤波器可被配置为经过对应于晶片上的层的频率范围；以及将滤波光谱数据匹配到参考滤波光谱数据，其中参考滤波光谱数据可已经使用带通滤波器操作来滤波，并且参考滤波光谱数据可与层的厚度相关联。

2、在一些实施例中，一种系统可包括：研磨垫；承载头，所述承载头被配置为抵靠研磨垫固持晶片；监测系统，所述监测系统被配置为将光引导至晶片上并且接收从晶片反射的光；一个或多个处理器；以及一个或多个存储器设备。一个或多个存储器设备可包括指令，当由一个或多个处理器执行时，所述指令使得一个或多个处理器执行包括下列的操作：基于从晶片反射的光来接收光谱数据；将带通滤波器操作应用于光谱数据以生成滤波光谱数据，其中带通滤波器可被配置为经过对应于晶片上的层的频率范围；将滤波光谱数据匹配到参考滤波光谱数据，其中参考滤波光谱数据可能已经使用带通滤波器操作来滤波，并且参考滤波光谱数据可与层的厚度相关联；以及基于厚度来控制晶片的研磨工艺。

3、在一些实施例中，一种非暂时性计算机可读取介质可包括指令，当由一个或多个处理器执行时，所述指令使得一个或多个处理器执行包括下列的操作：基于从晶片反射的光来接收光谱数据；将带通滤波器操作应用于光谱数据以生成滤波光谱数据，其中带通滤波器可被配置为经过对应于晶片上的层的频率范围；将滤波光谱数据匹配到参考滤波光谱数据，其中参考滤波光谱数据可已经使用带通滤波器操作来滤波，并且参考滤波光谱数据可与层的厚度相关联；以及基于厚度来控制在晶片上执行的工艺。

4、在任何实施例中，以下特征中的任一者及全部可任何组合实施并且不作限制。方法/操作还可包括通过模拟对应于晶片的模型来生成多个参考滤波光谱数据。将滤波光谱数据匹配到参考滤波光谱数据可包括计算在滤波光谱数据与多个参考滤波光谱数据的每一者之间的相似性以将参考滤波光谱数据识别为最相似滤波光谱数据。对应于晶片的模型可包括移除晶片上的层之下的图案化特征和/或层的简化模型。带通滤波器操作可从与晶片上的层之下的图案化特征和/或层相关联的光谱数据移除频率分量。参考滤波光谱数据可从来自设置晶片的光谱数据测量及厚度测量中导出。方法/操作还可包括基于层的厚度操作cmp工艺，直到晶片上的层达到目标厚度。方法/操作还可包括将光谱数据转化为波数空间以生成表示层中的层内波的数量的波数数据，其中波数空间可取决于光谱数据中的每个数据点的层的波长相关折射率。方法/操作还可包括将波数数据内插到波数值的均匀间隔分布上。波数值的均匀间隔分布可包括2的幂数个波数值。方法/操作还可包括计算波数数据的离散傅里叶转换(discrete fourier transformer；dft)以生成dft数据，和/或识别对应于层的估计厚度的dft数据中的窗口。应用带通滤波器操作可包括将窗口之外的dft数据中的值设定为零。光谱数据可包括可与除了晶片上的层之外的层相关联的多个峰值。方法/操作还可包括识别对应于与层相关联的峰值的频率，及将带通滤波器操作应用于波数域或波长域中的光谱数据，其中带通滤波器操作可以对应于峰值的频率为中心。

技术特征：

1.一种在化学机械研磨(cmp)工艺期间确定晶片上的层的厚度的方法，所述方法包含以下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，进一步包含以下步骤：

3.如权利要求2所述的方法，其中将所述滤波光谱数据匹配到所述参考滤波光谱数据的步骤包含以下步骤：

4.如权利要求2所述的方法，其中对应于所述晶片的所述模型包含移除所述晶片上的所述层之下的图案化特征和/或层的简化模型。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述带通滤波器操作从与所述晶片上的所述层之下的所述图案化特征和/或所述层相关联的光谱数据移除频率分量。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述参考滤波光谱数据从来自设置晶片的光谱数据测量和厚度测量中导出。

7.如权利要求1所述的方法，进一步包含以下步骤：

8.一种系统，包含：

9.如权利要求8所述的系统，其中所述操作进一步包含以下步骤：

10.如权利要求9所述的系统，其中所述操作进一步包含以下步骤：

11.如权利要求10所述的系统，其中波数值的所述均匀间隔分布包含2的幂数个波数值。

12.如权利要求10所述的系统，其中所述操作进一步包含以下步骤：

13.如权利要求12所述的系统，其中所述操作进一步包含以下步骤：

14.如权利要求13所述的系统，其中应用所述带通滤波器操作的步骤包含以下步骤：将所述窗口之外的所述dft数据中的值设定为零。

15.一种包含指令的非暂时性计算机可读取介质，当由一个或多个处理器执行时，所述指令使得所述一个或多个处理器执行包含下列步骤的操作：

16.如权利要求15所述的非暂时性计算机可读取介质，其中所述光谱数据包含与除了所述晶片上的所述层之外的层相关联的多个峰值。

17.如权利要求15所述的非暂时性计算机可读取介质，其中将所述带通滤波器操作应用于所述光谱数据的步骤包含以下步骤：

18.如权利要求15所述的非暂时性计算机可读取介质，应用所述带通滤波器操作的步骤包含以下步骤：

19.如权利要求18所述的非暂时性计算机可读取介质，应用所述带通滤波器操作的步骤进一步包含以下步骤：

20.如权利要求19所述的非暂时性计算机可读取介质，应用所述带通滤波器操作的步骤进一步包含以下步骤：

技术总结
在半导体工艺期间确定晶片上的层的厚度可包括：在晶片上的层上执行工艺；在工艺期间利用原位光谱监测系统监测晶片以生成从晶片反射的光谱数据；将带通滤波器操作应用于光谱数据以生成滤波光谱数据，其中带通滤波器可被配置为经过对应于晶片上的层的频率范围；以及将滤波光谱数据匹配到参考滤波光谱数据，其中参考滤波光谱数据可已经使用带通滤波器操作来滤波，并且参考滤波光谱数据可与层的厚度相关联。

技术研发人员：B·切里安,D·J·本韦格努,H·Q·李
受保护的技术使用者：应用材料公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19