(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インシトゥ光学監視システムを使用して少なくとも１つのスペクトルを得るステップであって、得られたスペクトルが、研磨を受けているそれぞれの最外層および少なくとも１つのそれぞれの下位層を有する基板から反射される光のスペクトルであり、前記基板から反射される前記光のスペクトルは前記最外層の厚さ及び前記下位層の厚さによって決まるステップと、
前記得られたスペクトルを複数の異なる基準スペクトルと比較するステップであって、前記複数の基準スペクトルのそれぞれが複数の基準基板のそれぞれの１つから反射される光のスペクトルを表し、それぞれの基準基板がそれぞれの最外層と少なくも１つのそれぞれの下位層を有し、複数の基準基板の前記それぞれの最外層が共通する厚さを共有し、一方で前記少なくも１つのそれぞれの下位層が、前記複数の基準基板の間で、少なくとも厚さ又はパターン形成の点で異なるステップと、
前記比較するステップに基づき、研磨を受けている前記最外層を有する前記基板について、研磨終点に達したかどうかを決定するステップと
を含むコンピュータで実施される方法。
【請求項２】
前記研磨終点に達したかどうかを決定するステップが、前記得られたスペクトルと前記基準スペクトルとの差を計算するステップを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記研磨終点に達したかどうかを決定するステップが、前記差の少なくとも１つがしきい値に達したかどうかを決定するステップを包含する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記差の前記少なくとも１つが前記差のうちの最小差である、又は、前記差の中央値である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記研磨終点に達したかどうかを決定するステップが、前記差の少なくとも１つがしきい値に達したときに終点検出アルゴリズムを起動するステップを包含する、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記研磨終点に達したかどうかを決定するステップが、各々がプラテンの回転について計算される前記差の最小を表す複数の点を包含する差トレースを生成するステップを包含する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記終点検出アルゴリズムが、前記差トレースが最低値に達したかどうかを決定するステップを包含する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記差トレースが最低値に達したかどうかを決定するステップが、前記差トレースの勾配を計算するステップを包含する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記終点検出アルゴリズムは、前記差トレースが、前記最低値を上回るしきい値まで上昇したかどうかを決定するステップを包含する、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
複数のスペクトルを異なる時間に得るステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
複数の得られたスペクトルが、前記基板を横断する前記インシトゥ光学監視システムの複数の掃引に基づく一連の得られたスペクトルを包含する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
複数の得られたスペクトルが、前記基板を横断する前記インシトゥ光学監視システムの１回の同一の掃引に基づく複数の得られたスペクトルを包含する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記複数の得られたスペクトルと前記複数の基準スペクトルとの複数の差を生成するために、前記同一の掃引に基づく前記複数の得られたスペクトルを前記複数の基準スペクトルと比較するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記複数の差の最小を決定するステップおよび前記複数の差の前記最小を使用して研磨終点に達したかどうかを決定するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
インシトゥ光学監視システムを使用して少なくとも１つのスペクトルを得るステップであって、得られたスペクトルが、研磨を受けているそれぞれの最外層および少なくとも１つのそれぞれの下位層を有する基板から反射される光のスペクトルであり、前記基板から反射される前記光のスペクトルは前記最外層の厚さ及び前記下位層の厚さによって決まるステップと、
前記得られたスペクトルを複数の異なる基準スペクトルと比較するステップであって、前記複数の基準スペクトルのそれぞれが複数の基準基板のそれぞれの１つから反射される光のスペクトルを表し、それぞれの基準基板がそれぞれの最外層と少なくも１つのそれぞれの下位層を有し、複数の基準基板の前記それぞれの最外層が共通する厚さを共有し、一方で前記少なくも１つのそれぞれの下位層が、前記複数の基準基板の間で、少なくとも厚さ又はパターン形成の点で異なるステップと、
前記比較するステップに基づいて、研磨を受けている前記最外層を有する前記基板について、研磨終点に達したかどうかを決定するステップと
を含む動作を、データ処理装置に行わせるように動作可能な、有形プログラムキャリア上にエンコードされるコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、化学機械研磨の間の基板の分光学的監視に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路は典型的には、シリコンウェハー上への導電性、半導電性、または絶縁性の層の順次堆積によって基板上に形成される。１つの製作ステップは、非平面の表面を覆ってフィラー層を堆積させるステップおよびフィラー層を平坦化するステップを伴う。ある種の用途では、フィラー層は、パターン化層の上面が露出されるまで平坦化される。導電性フィラー層は、例えば、絶縁層の溝または穴を充填するためにパターン化絶縁層上に堆積させることができる。平坦化後に、絶縁層の高くなったパターン間に残る導電層の部分は、基板上の薄膜回路間の導電性経路を提供するビア、プラグ、および配線を形成する。酸化物研磨などの他の適用については、フィラー層は、所定の厚さが非平面の表面を覆って残されるまで平坦化される。加えて、基板表面の平坦化は通常、フォトリソグラフィのために必要とされる。
【０００３】
化学機械研磨（ＣＭＰ）は、一般に認められた平坦化の１つの方法である。この平坦化方法は典型的には、基板がキャリアまたは研磨ヘッドに取り付けられることを必要とする。基板の露出面は典型的には、回転研磨ディスクパッドまたはベルトパッドに接触して配置される。研磨パッドは、標準パッドまたは固定研磨剤パッドとすることができる。標準パッドは、耐久性のある粗面を有するが、一方固定研磨剤パッドは、閉じ込め媒体に保持された研磨用粒子を有する。キャリアヘッドは、基板を研磨パッドに押し付けるために基板に制御可能な負荷を提供する。研磨用粒子を含むスラリーなどの研磨液体は典型的には、研磨パッドの表面に供給される。
【０００４】
ＣＭＰの１つの問題は、研磨プロセスが完了しているかどうか、すなわち基板層が所望の平坦度または厚さに平坦化されたかどうか、またはいつ所望の量の材料が除去されたかを決定することである。導電層または膜の過剰研磨（多すぎる除去）は、回路抵抗の増加につながる。他方では、導電層の研磨不足（少なすぎる除去）は電気的短絡につながる。基板層の初期厚さの変化、スラリー組成、研磨パッド状態、研磨パッドと基板との間の相対速度、および基板への負荷は、材料除去レートの変化を引き起こす可能性がある。これらの変化は、研磨終点に達するのに必要な時間の変化を引き起こす。従って、研磨終点は、単に研磨時間の関数として決定できない。
【発明の概要】
【０００５】
一般的な一態様では、コンピュータで実施される方法は、その場光学監視システムを使用して少なくとも１つの現在のスペクトルを得るステップと、現在のスペクトルを複数の異なる基準スペクトルと比較するステップと、この比較するステップに基づいて、研磨を受けている最外層を有する基板について研磨終点に達したかどうかを決定するステップとを包含する。現在のスペクトルは、研磨を受けている最外層および少なくとも１つの下位層を有する基板から反射される光のスペクトルである。複数の基準スペクトルは、同じ厚さを有する最外層および異なる厚さを有する下位層を有する基板から反射される光のスペクトルを表す。
【０００６】
実施形態は下記の１つまたは複数を包含することができる。研磨終点に達したかどうかを決定するステップは、現在のスペクトルと基準スペクトルとの差を計算するステップを包含してもよい。研磨終点に達したかどうかを決定するステップは、差の少なくとも１つがしきい値に達したかどうかを決定するステップを包含してもよい。差の少なくとも１つは最小差であってもよい。研磨終点に達したかどうかを決定するステップは、差の少なくとも１つがしきい値に達したとき終点検出アルゴリズムを起動するステップを包含してもよい。研磨終点に達したかどうかを決定するステップは、複数の点を包含する差トレースを生成するステップを包含してもよく、この場合、これらの各点はプラテンの回転について計算される差の最小を表す。終点検出アルゴリズムは、差トレースが最低値に達したかどうかを決定するステップを包含してもよい。差トレースが最低値に達したかどうかを決定するステップは、差トレースの勾配を計算するステップまたは差トレースが最低値を上回るしきい値まで上昇したかどうかを決定するステップを包含してもよい。基準スペクトルは、実験的に生成するか、または理論から生成することができる。
【０００７】
別の態様では、有形プログラムキャリア上にエンコードされるコンピュータプログラム製品は、上の方法のステップを含む動作をデータ処理装置に行わせるように動作可能である。
【０００８】
本明細書では、基板という用語は、例えば、製品基板（例えば、それは複数のメモリまたはプロセッサダイを包含する）、テスト基板、ベア基板、およびゲーティング基板を包含することができる。基板は、集積回路製作のさまざまな段階にあるとすることができ、例えば、基板は、ベアウェハーとすることができ、またはそれは、１つまたは複数の堆積された層および／またはパターン化された層を包含することができる。基板という術語は、円形ディスクおよび矩形シートを包含することができる。
【０００９】
本発明の実施形態に可能な利点は、下記の１つまたは複数を包含することができる。終点検出システムの、下位層またはパターンの基板間での変化に対する感受性は低下させることができ、それ故に終点システムの信頼性が改善しうる。複数の基準スペクトルの使用は（単一基準スペクトルとは対照的に）、単一基準スペクトル技術を使用することによって生成されるトレースよりも一般に滑らかである差または終点トレースを提供することによって終点決定の正確さを改善する。
【００１０】
本発明の１つまたは複数の実施形態の詳細は、添付図面および以下の記述で説明される。本発明の他の特徴、態様、および利点は、その記述、図面、および特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】基板を示す図である。
【図２】化学機械研磨装置を示す図である。
【図３】研磨パッドの俯瞰図であり、その場測定結果が取得される位置を示す。
【図４】研磨終点決定のフローチャートである。
【図５】分光学的監視システムからの差トレースを例示している。
【図６】研磨終点決定の実施形態のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
さまざまな図面での同様の参照番号および記号は、同様の要素を表示する。
【００１３】
図１に示すように、基板１０は、ウェハー１２、研磨を受けることになる最外層１４、および最外層１４とウェハー１２との間にあって、そのいくつかは典型的にはパターン化される１つまたは複数の下位層１６を包含することができる。化学機械研磨の間の分光学的終点検出に関連する１つの潜在的問題は、下位層（複数可）の厚さ（複数可）が基板ごとに変化する可能性があることである。結果として、最外層が同じ厚さを有する基板は実際に、下位層（複数可）に応じて異なるスペクトルを反射する可能性がある。その結果、いくつかの基板について研磨終点のきっかけを与えるために使用される目標スペクトルは、例えば下位層が異なる厚さを有する場合、他の基板については適切に機能しないこともある。しかしながら、研磨の間に得られるスペクトルを複数のスペクトルと対比して比較することによってこの効果を補償することは可能であり、ただし複数のスペクトルは下位層（複数可）の変化を表す。
【００１４】
図２は、基板１０を研磨するように動作可能な研磨装置２０を示す。研磨装置２０は、回転可能なディスク状プラテン２４を包含し、その上に研磨パッド３０が位置する。プラテンは軸２５の周りを回転するように動作可能である。例えば、モータはプラテン２４を回転させるために駆動シャフト２２を回転させることができる。
【００１５】
研磨パッドを通る光アクセス３６は、開口（すなわち、パッドを貫通する穴）または固体窓を包含することによって提供される。固体窓は、研磨パッドに固定できるが、いくつかの実施形態では、プラテン２４上に支持されて研磨パッドの開口中に突き出ることができる。研磨パッド３０は通常、開口または窓がプラテン２４の凹部２６に位置する光学ヘッド５３の上に横たわるようにプラテン２４上に置かれる。光学ヘッド５３はその結果、研磨されている基板への開口または窓を通る光アクセスを有する。光学ヘッドについては後述でさらに説明する。
【００１６】
研磨装置２０は複合スラリー／リンスアーム３９を包含する。研磨の間に、アーム３９は、スラリーなどの研磨液体３８を分注するように動作可能である。別法として、研磨装置は、研磨パッド３０上にスラリーを分注するように動作可能なスラリーポートを包含する。
【００１７】
研磨装置２０は、研磨パッド３０に接触して基板１０を保持するように動作可能なキャリアヘッド７０を包含する。キャリアヘッド７０は、支持構造体７２、例えばカルーセルからつるされており、キャリアヘッドが軸７１の周りを回転できるように、キャリア駆動シャフト７４によってキャリアヘッド回転モータ７６に接続される。加えて、キャリアヘッド７０は、支持構造体７２に形成される放射状スロット中で横方向に振動することができる。動作時には、プラテンはその中心軸２５の周りを回転させられ、キャリアヘッドはその中心軸７１の周りを回転させられ、研磨パッドの上面を横断して横方向に移動させられる。
【００１８】
研磨装置はまた、光学監視システムも包含し、それは、以下で論じられるように研磨終点を決定するために使用できる。光学監視システムは、光源５１および光検出器５２を包含する。光は、光源５１から研磨パッド３０の光アクセス３６を通り抜けて衝突し、基板１０に反射されて光アクセス３６を通って戻り、光検出器５２へ伝わる。
【００１９】
分岐光ケーブル５４は、光源５１から光アクセス３６へ、逆に光アクセス３６から光検出器５２へ、光を伝送するために使用できる。分岐光ケーブル５４は、「トランク」５５ならびに２つの「ブランチ」５６および５８を包含することができる。
【００２０】
上記のように、プラテン２４は凹部２６を包含し、その中に光学ヘッド５３が位置する。光学ヘッド５３は分岐ファイバーケーブル５４のトランク５５の一端を保持し、ケーブル５４は、研磨されている基板表面への光と、基板表面からの光を伝送するように構成される。光学ヘッド５３は、分岐ファイバーケーブル５４の端部の上に横たわる１つまたは複数のレンズまたは窓を包含することができる。別法として、光学ヘッド５３は、研磨パッドの固体窓に隣接するトランク５５の端部を単に保持することができる。光学ヘッド５３は、フラッシングシステムの上述のノズルを保持することができる。光学ヘッド５３は、例えば予防または改良保全のために、必要に応じて凹部２６から除去されてもよい。
【００２１】
プラテンは、取り外し可能なその場監視モジュール５０を包含する。その場監視モジュール５０は、光源５１、光検出器５２、ならびに光源５１および光検出器５２と信号を送受信するための電気回路の１つまたは複数を包含することができる。例えば、検出器５２の出力は、駆動シャフト２２の回転連結器、例えばスリップリングを通って光学監視システムのためのコントローラまで行くデジタル電子信号であってもよい。同様に、光源は、コントローラから回転連結器を通ってモジュール５０まで行くデジタル電子信号中の制御命令に応答してオンまたはオフにされてもよい。
【００２２】
その場監視モジュールはまた、分岐光ファイバー５４のブランチ部分５６および５８のそれぞれの端部を保持することもできる。光源は、光を伝送するように動作可能であり、その光は、ブランチ５６を通って、光学ヘッド５３にあるトランク５５の端部の外へ伝えられ、研磨されている基板にぶつかる。基板から反射された光は、光学ヘッド５３にあるトランク５５の端部で受け取られ、ブランチ５８を通って光検出器５２まで伝えられる。
【００２３】
一実施形態では、分岐ファイバーケーブル５４は光ファイバーの束である。その束は、光ファイバーの第１の群および光ファイバーの第２の群を包含する。第１の群の光ファイバーは、光源５１から研磨されている基板表面まで光を伝えるように接続される。第２の群の光ファイバーは、研磨されている基板表面から反射する光を受け取り、受け取られた光を光検出器まで伝えるように接続される。光ファイバーは、第２の群の光ファイバーが分岐光ファイバー５４の縦軸上に中心があるＸのような形状を形成するように配置できる（分岐ファイバーケーブル５４の横断面で見ると）。別法として、他の配置を実施できる。例えば、第２の群の光ファイバーは、互いの鏡像であるＶのような形状を形成することができる。適切な分岐光ファイバーは、Ｃａｒｒｏｌｌｔｏｎ、ＴｅｘａｓのＶｅｒｉｔｙ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ、Ｉｎｃ．から入手できる。
【００２４】
光源５１は、白色光を放出するように動作可能である。一実施形態では、放出される白色光は、２００〜８００ナノメートルの波長を有する光を包含する。適切な光源は、キセノンランプまたはキセノン水銀ランプである。
【００２５】
光検出器５２は、分光計とすることができる。分光計は基本的には、電磁スペクトルの一部分にわたって光の強度を測定するための光学機器である。適切な分光計は、回折格子分光計である。分光計についての典型的な出力は、波長の関数としての光の強度である。
【００２６】
光源５１および光検出器５２は、それらの動作を制御し、それらの信号を受け取るように動作可能なコンピュータデバイスに接続される。コンピュータデバイスは、研磨装置の近くに位置するマイクロプロセッサ、例えばパーソナルコンピュータを包含することができる。制御に関しては、コンピュータデバイスは、例えば光源５１の起動をプラテン２４の回転と同期させることができる。図３で示されるように、コンピュータは、基板１０がその場監視モジュールの上を通過する直前に始まり、直後に終わる一連のフラッシュを光源５１に放出させることができる。（描画される点３０１〜３１１の各々は、その場監視モジュールからの光がぶつかり、反射した位置を表す。）別法として、コンピュータは、基板１０がその場監視モジュールの上を通過する直前に始まり、直後に終わる光を連続的に光源５１に放出させることができる。どちらの場合にも、検出器からの信号は、サンプリング周期にわたって積分されて、サンプリング周波数でスペクトル測定結果を生成できる。図示しないが、基板１０の監視モジュール上の通過毎の、基板の監視モジュールとの位置合わせは、先の通過と異なってもよい。プラテンの１回転にわたって、スペクトルは基板上の異なる半径から得られる。すなわち、いくつかのスペクトルは、基板の中心の方に近い位置から得られ、いくつかはエッジの方に近い位置から得られる。加えて、プラテンの複数の回転にわたって、一連のスペクトルが時間とともに得られてもよい。
【００２７】
動作時には、コンピュータデバイスは、例えば光源の特定のフラッシュまたは検出器の時間枠について、光検出器５２によって受け取られる光のスペクトルを記述する情報を運ぶ信号を受け取ることができる。このように、このスペクトルは研磨の間にその場で測定されるスペクトルである。
【００２８】
いかなる特定の理論にも限定されることなく、基板１０から反射される光のスペクトルは、研磨が進むにつれて最外層の厚さの変化に起因して変化し、それ故に一連の時間変化するスペクトルを生じさせる。その上、特定のスペクトルは、特定の厚さの積層によって提示される。
【００２９】
コンピュータデバイスは、研磨ステップの終点を決定するために信号を処理することができる。特に、コンピュータデバイスは、測定スペクトルに基づいて、いつ終点に達したかを決定するロジックを実行することができる。
【００３０】
要するに、コンピュータデバイスは、測定スペクトルを複数の基準スペクトルと比較することができ、比較の結果を使用していつ終点に達したかを決定する。
【００３１】
本明細書で使用されるように、基準スペクトルは、基板の研磨より前に生成される所定のスペクトルである。基準スペクトルは、最外層の厚さなどの基板特性の値との、所定の、すなわち研磨動作よりも前に規定される関連を有することができる。基準スペクトルは、実験的に、例えば既知の層厚を有するテスト基板からのスペクトルを測定することによって生成できるか、または理論から生成できる。
【００３２】
基準スペクトルは、目標スペクトルとすることができ、それは、終点プロセス補償目標スペクトルまたは非補償目標スペクトルとすることができる。非補償目標スペクトルは、最外層が目標厚さを有するとき基板によって提示されるスペクトルのことである。例として、目標厚さは、１から３ミクロンとすることができる。別法として、目標厚さは、例えば下位層が露出されるように対象の膜が取り除かれるとき、ゼロとすることができる。しかしながら、システムが目標厚さを表すスペクトルを受け取るのと研磨が停止する時間との間に時間のずれがあることもある（それは、複数のプラテン回転からのスペクトルを必要とする終点検出アルゴリズム、命令がコントローラから処理システムに伝送される時間、およびプラテンの回転を停止するのに必要な時間に起因する可能性もある）。従って、研磨終点は、目標厚さを達成するより前の時間に設定できる。終点プロセス補償目標スペクトルは、特定の終点アルゴリズムおよび研磨制御システムのもとで研磨終点のきっかけを与えるために使用されるとき、実質的に目標厚さを有する、例えば時間のずれの補償がなされなかった場合よりも目標厚さに著しく近い厚さの基板をもたらすスペクトルである。
【００３３】
上で述べたように、最外層の特定の対象厚さについて、複数の基準スペクトルがある。異なる基板について下位層（複数可）の異なる厚さは、たとえ最外層が同じ厚さを有しても、異なるスペクトルをもたらす可能性があるので、そういうことである。加えて、異なる集積化チップ製品のための基板は、層の異なるパターン化を有することになり、それはまた、たとえ最外層が同じ厚さを有しても、異なるスペクトルをもたらす可能性がある。このように、最外層の特定の厚さに対して複数のスペクトルがある可能性があり、その複数のスペクトルは、基板が異なる製品を提供することを目的としていることに起因して下位層（複数可）の異なる厚さまたは異なるパターンのために互いに異なるスペクトルを包含することができる。
【００３４】
基準スペクトルは研磨動作より前に収集され、各基準スペクトルのその関連する基板特性との関連は保存される。基準スペクトルは実験的に決定できる。
【００３５】
例えば、目標スペクトルを決定するために、製品基板と同じパターンを有する「設定」基板の特性は、計測ステーションで研磨前に測定できる。基板特性は最外層の厚さとすることができる。設定基板は次いで、スペクトルが収集されながら研磨される。設定基板は研磨システムから周期的に除去でき、その特性は計測ステーションで測定される。基板は、目標厚さが達せられるとき基板から反射される光のスペクトルを得ることができるように過剰研磨されてもよく、すなわち所望の厚さを越えて研磨されてもよい。
【００３６】
測定厚さおよび収集スペクトルは、基板が対象の厚さを有したとき基板によって提示されると決定される１つまたは複数のスペクトルを収集スペクトルの中から選択するために使用される。特に、目標厚さが達成されたときに提示される時間および対応するスペクトルを決定するために、測定された研磨前の膜厚さおよび研磨後の基板厚さを使用して、線形補間を行うことができる。目標厚さが達成されたときに提示されると決定されるスペクトルまたは複数スペクトルは、目標スペクトルまたは複数目標スペクトルであると指定される。
【００３７】
次に、これらのステップを、追加の基準スペクトルを生成するために、製品基板と同じパターンを有するが、異なる厚さの下位層（複数可）を有する１つまたは複数の追加の設定基板について繰り返すことができる。このように、結果として生じる基準スペクトルの集積は、同じ目標厚さについてではあるが、下位層（複数可）の異なる厚さのために互いに異なる目標スペクトルを包含する。
【００３８】
別法としてまたは加えて、次に、これらのステップを、追加の基準スペクトルを生成するために、製品基板と異なるパターンを有する１つまたは複数の追加の設定基板について繰り返すことができる。このように、結果として生じる基準スペクトルの集積は、同じ目標厚さについてではあるが、異なるパターンのために互いに異なる目標スペクトルを包含する。
【００３９】
オプションとして、収集されたスペクトルは、正確さおよび／または精密さを高めるために処理される。スペクトルは、例えばスペクトルを共通基準に正規化するために、スペクトルを平均化するために、および／またはスペクトルからのノイズをフィルターにかけるために、処理できる。
【００４０】
加えて、基準スペクトルのいくつかまたはすべては、理論から、例えば基板層の光学モデルを使用して計算できる。
【００４１】
図４は、研磨ステップの終点を決定するためにスペクトルを基にした終点決定ロジックを使用するための方法２００を示す。製品基板を、上述の研磨装置を使用して研磨される（ステップ４０２）。プラテンの各回転で次のステップが行われる。
【００４２】
研磨されている基板表面から反射する光の少なくとも１つのスペクトルを測定する（ステップ４０４）。オプションとして、複数のスペクトルを測定することができ、例えば、基板上の異なる半径で測定されるスペクトルは、プラテンの単一回転から、例えば点３０１〜３１１（図３）で得ることができる。複数のスペクトルが測定される場合、スペクトルの１つまたは複数のサブセットが、終点検出アルゴリズムでの使用のために選択できる。例えば、基板の中心に近いサンプル位置で（例えば、図３で示される点３０５、３０６、および３０７で）測定されるスペクトルが選択されることもあり得る。現在のプラテン回転の間に測定されるスペクトルはオプションとして、正確さおよび／または精密さを高めるために処理される。
【００４３】
選択された測定スペクトルの各々と基準スペクトルの各々との差を計算する（ステップ４０６）。基準スペクトルは目標スペクトルとすることができる。一実施形態では、差は、波長の範囲にわたる強度の差の合計である。すなわち、
0005542802.tif 000002
式中、ａおよびｂは、それぞれスペクトルの波長の範囲の下限および上限であり、Ｉｃｕｒｒｅｎｔ（λ）およびＩｒｅｆｅｒｅｎｃｅ（λ）は、それぞれ所与の波長に対する現在のスペクトルの強度および目標スペクトルの強度である。別法として、差は、平均二乗誤差として計算でき、すなわち、
0005542802.tif 000003
である。
【００４４】
現在のスペクトルの各々と基準スペクトルの各々との差を計算するための１つの方法は、現在のスペクトルの各々を選択することである。選択された現在の各スペクトルについて、差は、基準スペクトルの各々に対比して計算される。現在のスペクトルｅ、ｆ、およびｇ、ならびに基準スペクトルＥ、Ｆ、およびＧを所与として、例えば、差は、現在のスペクトルと基準スペクトルの次の組合せ、すなわちｅとＥ、ｅとＦ、ｅとＧ、ｆとＥ、ｆとＦ、ｆとＧ、ｇとＥ、ｇとＦ、およびｇとＧの各々について計算されることになる。
【００４５】
計算された差の最小を、差トレースに付加する（ステップ４０８）。差トレースは通常、プラテン１回転につき１回更新される。差トレースは一般に、計算された差の１つのプロットである（この場合現在のプラテン回転について計算された差の最小）。最小差の代用として、差のもう１つ、例えば差の中央値または最小差の次のものを、トレースに付加することができる。
【００４６】
オプションとして、差トレースを処理することができ、例えば、先行する１つまたは複数の計算された差からしきいを超えて逸脱する計算された差をフィルターで除去することによって、差トレースを滑らかにすることができる。
【００４７】
差トレースがしきい値を下回るかどうかを決定する（ステップ４１０）。いったん差トレースがしきい値を下回ると、終点ロジックが開始され、終点条件、例えば差トレースの最低値を検出するために適用できる（ステップ４１２）。例えば、終点は差トレースが最低値の特定のしきい値を過ぎて上昇し始めるとき、または差トレースの勾配がゼロに近いしきいを下回る場合にコールすることができ、または他の窓ロジックが適用できる。いったん終点ロジックが終点条件を検出すると（ステップ４１４）、研磨は停止される（ステップ４１６）。
【００４８】
いくつかの実施形態では、いったん差トレースがしきい値を下回ると、最近接マッチを、例えば測定スペクトルからの最小差を提供した特定の基準スペクトルは次いで、終点決定プロセスの残りのための唯一の基準スペクトルとして使用される。これは、終点が、下位層が研磨されている基板と似ている基板を表す目標スペクトルに基づくことを保証する。
【００４９】
異なる厚さの下位層を有する基板を表す複数の基準スペクトルを使用することによって、終点検出システムの、下位層の変化に対する感受性が低下し、それ故終点システムの信頼性が改善しうる。同様に、異なるパターンを有する基板を表す複数の基準スペクトルを使用することによって、終点検出システムの、パターンの変化に対する感受性が低下し、それ故終点システムの信頼性が改善しうる。
【００５０】
差トレースが最低値のしきい範囲に達したと決定されない場合、研磨の継続が許可され、ステップ４０４、４０６、４０８は必要に応じて繰り返される。
【００５１】
図５は、時間の関数としての差トレースの例となるグラフであり、しきいを例示する。トレース５０２は、差トレースであり、すでにフィルターをかけられて滑らかにされていてもよい。終点検出５０８は、滑らかにされた差トレース５０２が最低値５０６を上回るしきい値５０４に達するとき起動される。
【００５２】
図６は、研磨ステップの終点を決定する方法６００を示す。研磨動作より前に、基準スペクトルが生成され、例えば、設定基板を研磨し、スペクトルを測定することなどによって実験的に収集されるか、または例えば基板層の光学モデルを使用して理論から計算される。スペクトルはライブラリーに保存される。しかしながら、目標厚さを表す目標スペクトルだけが使用される図４のプロセスとは異なり、ライブラリーの基準スペクトルは、外層に種々の異なる厚さを有する基板を表す。測定スペクトルは次いで、ライブラリーのスペクトルと比較され、ライブラリーのスペクトルの１つがマッチするものとして選択される。
【００５３】
スペクトルは、特定の下位層厚さを有する基板を表すスペクトルの集積のうちの各々が固有の指標値を有するように指標付けされる（異なる下位層厚さを有する基板を表すスペクトルが、同じ指標値と関連付けられてもよい）。指標付けは、研磨の間にスペクトルが測定された順序または測定されると予想される順序で指標値が並べられるように実施される。指標値は、研磨が進むにつれて単調に増加するように選択でき、例えば、指標値は、プラテン回転数に比例する、例えば線形に比例してもよい。このように、各指数は整数とすることができ、指数は、関連するスペクトルが現れることになる予想プラテン回転を表すことができる。ライブラリーは、研磨装置のコンピュータデバイスのメモリで実施できる。
【００５４】
基板のバッチのうちの１つの基板を研磨し（ステップ６０２）、次のステップを、各プラテン回転について行う。１つまたは複数のスペクトルを、現在のプラテン回転について現在のスペクトルを得るために測定する（ステップ６０４）。ライブラリーに保存されたスペクトルのうち、現在のスペクトルに最も近いスペクトルを決定する（ステップ６０６）。現在のスペクトルに最も近いライブラリースペクトルの指標をライブラリーから決定し（ステップ６０８）、終点指標トレースに付加する（ステップ６１０）。上で論じられたように、指標は、研磨動作より前に決定することができ、例えばスペクトルを指標に関係づけるデータベースとして後のアクセスのために保存できる。終点は、終点トレースが目標スペクトルの指標に達するときコールされる（ステップ６１２）。
【００５５】
いくつかの実施形態では、得られた各スペクトルにマッチする指標は、時間またはプラテン回転に従ってプロットされる。線を、ロバスト画像照合（Robust line fitting）を使用してプロットされた指数に適合する。線が目標指標と出会うところが、終点時間または回転を規定する。
【００５６】
上で論じられたように、異なる厚さの下位層を有する基板を表す複数の基準スペクトルを使用することによって、終点検出システムの、下位層の変化に対する感受性が低下し、それ故終点システムの信頼性が改善しうる。
【００５７】
終点プロセスの間に適用できる方法は、マッチするスペクトルを探索するライブラリーの部分を限定することである。ライブラリーは典型的には、基板を研磨しながら得られるよりも広い範囲のスペクトルを包含する。範囲が広いということは、スペクトルが、より厚い開始最外層から得られること、および過剰研磨後に得られることを意味する。基板研磨の間は、ライブラリー探索は、ライブラリースペクトルの所定の範囲に限定される。いくつかの実施形態では、研磨されている基板の現在の回転指標Ｎが決定される。Ｎは、ライブラリースペクトルのすべてを探索することによって決定できる。その後の回転の間に得られるスペクトルについては、ライブラリーは、Ｎの自由度の範囲内で探索される。すなわち、１回転の間に指数がＮであると見いだされる場合、Ｘ回転後であるその後の回転の間に、自由度はＹであるとして、探索されることになる範囲は、（Ｎ＋Ｘ）−Ｙから（Ｎ＋Ｘ）＋Ｙである。例えば、基板の第１の研磨回転で、マッチする指標が８であると見いだされ、自由度が５であると選択される場合、第２の回転の間に得られるスペクトルについては、指数９±５に対応するスペクトルだけが、マッチするものを探して検査される。
【００５８】
本発明の実施形態およびこの明細書で述べられる機能的動作のすべては、デジタル電子回路で、またはコンピュータソフトウェア、ファームウェアで、またはこの明細書で開示される構造的手段およびそれの構造的等価物を含むハードウェアで、またはそれらの組合せで実施することができる。本発明の実施形態は、１つまたは複数のコンピュータプログラム製品として、すなわち、データ処理装置、例えばプログラマブルプロセッサ、コンピュータ、または複数のプロセッサまたはコンピュータによる実行のために、またはそれらの動作を制御するために、情報キャリアで、例えば機械可読記憶デバイスでまたは伝播信号で有形に具体化される１つまたは複数のコンピュータプログラムとして実施することができる。コンピュータプログラム（またプログラム、ソフトウェア、ソフトウェア応用、またはコードとしても既知の）は、コンパイラ型またはインタープリタ型言語を含む任意の形式のプログラミング言語で書くことができ、それは、スタンドアローン型プログラムとしてまたはモジュールとしてコンポーネント、サブルーチン、またはコンピュータ環境での使用に適した他のユニットを包含する任意の形式で展開できる。コンピュータプログラムは、必ずしもファイルに対応しない。プログラムは、他のプログラムまたはデータを保持するファイルの一部分に、問題のプログラム専用の単一ファイルに、または複数の協調ファイル（例えば、１つまたは複数のモジュール、副プログラム、またはコードの部分を保存するファイル）に保存することができる。コンピュータプログラムは、１つのサイトで、または複数のサイトに分散されて、通信網によって相互接続される複数のコンピュータ上で、或いは１つのコンピュータ上で、実行されるように開発することができる。
【００５９】
この明細書で述べられるプロセスおよびロジックの流れは、入力データで動作し、出力を生成することによって機能を行うために１つまたは複数のコンピュータプログラムを実行する１つまたは複数のプログラマブルプロセッサによって行うことができる。プロセスおよびロジックの流れはまた、特殊目的ロジック回路、例えばＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）またはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）によって行うことができ、装置はまた、それらとして実施することもできる。
【００６０】
上述の研磨装置および方法は、種々の研磨システムで応用できる。研磨パッドか、キャリアヘッド、または両方が、研磨表面と基板との間の相対運動を提供するために動くことができる。例えば、プラテンは、回転するよりもむしろ軌道を回ってもよい。研磨パッドは、プラテンに固定される円形（またはある他の形状）パッドとすることができる。終点検出システムのいくつかの態様は、線形研磨システム、例えば研磨パッドが線形に動く連続的なまたはリールツーリールのベルトである場合に適用可能であってもよい。研磨層は、標準の（例えば、フィラーのあるまたはないポリウレタン）研磨材料、軟質材料、または固定研磨剤材料とすることができる。相対位置決め条件が使用され、研磨表面および基板が、垂直配向またはある他の配向で保持できると理解されるべきである。
【００６１】
本発明の特定の実施形態について説明した。他の実施形態も特許請求の範囲に含まれる。例えば、特許請求の範囲に列挙されるアクションは、異なる順序で行うことができ、なお望ましい結果を達成することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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