(57)【要約】  研磨する方法は、基板を研磨する段階と、研磨中にモニタするように選択されたスペクトル特徴のＩＤを受け取る段階と、基板が研磨されている間に基板から反射する光の一連のスペクトルを測定する段階と、一連のスペクトルにおけるスペクトルの各々に対して選択されたスペクトル特徴の位置値及び関連強度値を判断して一連の座標を生成する段階と、一連の座標に基づいて研磨終点又は研磨速度の調節のうちの少なくとも一方を判断する段階とを含む。一連のもののうちのスペクトルの少なくとも一部は、研磨中に除去されている材料のために異なり、座標は、位置値と関連強度値の対である。【選択図】図１６Ｂ
2013541827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨する方法であって、
基板を研磨する段階と、
研磨中にモニタするように選択されたスペクトル特徴のＩＤを受け取る段階と、
前記基板が研磨されている間に該基板から反射した光の一連のスペクトルを測定する段階であって、該一連のもののうちの該スペクトルの少なくとも一部が、該研磨中に除去されている材料のために異なっている前記測定する段階と、
前記一連のスペクトルにおける該スペクトルの各々に対して前記選択されたスペクトル特徴の位置値及び関連強度値を判断し、位置値と関連強度値の対である一連の座標を生成する段階と、
前記一連の座標に基づいて研磨終点又は研磨速度の調節のうちの少なくとも一方を判断する段階と、
を含むことと特徴とする方法。
【請求項２】
前記選択されたスペクトル特徴は、ピーク又は谷を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記位置値は、前記ピークの最大値又は前記谷の最小値の波長又は周波数を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記一連の座標は、開始座標及び現在座標を有し、
前記開始座標から前記現在座標までの距離を判断する段階、
を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記距離が閾値を超える時に研磨する段階を休止する段階を更に含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記一連の座標は、経路を形成し、前記距離を判断する段階は、該経路に沿った距離を判断する段階を含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記経路に沿った前記距離を判断する段階は、前記一連のものにおける連続する座標間の距離を合計する段階を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記一連の光のスペクトルは、前記基板の第１の部分からのものであり、
前記基板が研磨されている間に前記基板の第２の部分から反射した光の第２の一連のスペクトルを測定する段階と、
前記第２の一連のスペクトルにおける該スペクトルの各々に対して前記選択されたスペクトル特徴の位置値及び関連強度値を判断し、第２の一連の座標を生成する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記第２の一連の座標は、第２の開始座標及び第２の現在座標を有し、
前記第２の開始座標から前記第２の現在座標までの第２の距離を判断する段階、
を更に含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
研磨速度の調節を判断する段階は、前記開始座標から前記現在座標までの前記距離を前記第２の開始座標から前記第２の現在座標までの前記第２の距離と比較する段階を有することを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記基板は、第１の層の上に重なる第２の層を有し、
原位置モニタリングシステムで前記第１層の露出を検出する段階、
を更に含み、
前記開始座標は、前記原位置モニタリング技術が前記第１の層の露出を検出する時点の前記特徴の座標を含む、
ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項１２】
測定位置を正規化して前記位置値を判断する段階と、測定強度を正規化して前記強度値を生成する段階とを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
セットアップウェーハにおける前記スペクトル特徴の最大位置及び最小位置を測定する段階を更に含み、
正規化する段階は、前記測定位置を前記最大位置と前記最小位置の間の差で割り算する段階を含む、
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
セットアップウェーハにおける前記スペクトル特徴の最大強度及び最小強度を測定する段階を更に含み、
正規化する段階は、前記測定強度を前記最大強度と前記最小強度の間の差で割り算する段階を含む、
ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記一連の光のスペクトルを測定する段階は、前記基板にわたってセンサの複数の掃引を行う段階を含み、
前記位置値及び前記関連強度値を判断する段階は、前記複数の掃引からの掃引で測定された複数のスペクトルを平均する段階を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の開示は、基板の化学機械研磨中の光学モニタリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路は、典型的には、導体、半導体、又はシリコンウェーハ上の絶縁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、非平面にわたって充填材層を堆積させる段階と充填材層を平坦化する段階とを伴う。ある一定の用途に対して、充填材層は、パターン化絶縁層の上面が露出されるまで平坦化される。導電性充填材層は、例えば、パターン化絶縁層上に堆積し、絶縁層の溝又は孔を充填することができる。平坦化した後に、絶縁層の隆起パターンの間に残っている導電層の各部分は、基板上の薄膜回路の間に導電路をもたらすバイア、プラグ、及び線を形成する。酸化物研磨のような他の用途に対して、充填材層は、所定の厚みが非平面にわたって残るまで平坦化される。更に、基板表面の平坦化は、通常フォトリソグラフィに対して必要である。
【０００３】
化学機械研磨（ＣＭＰ）は、平坦化の１つの受け入れられている方法である。この平坦化方法は、典型的には、基板が担体又は研磨ヘッド上に装着されることを必要とする。基板の露出面は、典型的には、回転研磨パッドに対して置かれる。担体ヘッドは、基板上に制御可能な荷重を提供し、基板を研磨パッドに対して押圧する。研削研磨スラリは、典型的には、研磨パッドの表面に供給される。
【０００４】
ＣＭＰにおける１つの問題は、研磨工程が完全であるか否か、すなわち、基板層が望ましい平面性又は厚みに平坦化されているか否か、又は望ましい量の材料が除去された時を判断することである。スラリ分注、研磨パッド条件、研磨パッドと基板の間の相対速度、及び基板上の荷重の変動は、材料除去率の変動を引き起こす可能性がある。それらの変動、並びに基板層の初期厚みの変動は、研磨終点に達するのに必要な時間の変動を引き起こす。従って、研磨終点は、単に研磨時間の関数として判断することはできない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一部のシステムでは、基板は、例えば研磨パッドの窓を通して研磨中に原位置で光学的にモニタされる。しかし、既存の光学モニタリング技術は、半導体素子製造業者の需要の増加を満足させることはできない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
研磨中に、基板からの光のスペクトルの特定の特徴、例えば、ピーク又は谷をモニタすることができ、特徴の座標は、２次元，例えば、強度及び波長で追跡することができ、研磨パラメータに対する研磨終点又は調節は、２次元空間の座標が移動する距離に基づくことができる。
【０００７】
１つの態様において、研磨の方法は、基板を研磨する段階と、研磨中にモニタするように選択されたスペクトル特徴のＩＤを受け取る段階と、基板が研磨されている間に基板から反射する光の一連のスペクトルを測定する段階と、一連の座標を生成するために一連のスペクトルにおいてスペクトルの各々に対して選択されたスペクトル特徴の位置値及び関連強度値を判断する段階と、一連の座標に基づいて研磨終点又は研磨速度に対する調節のうちの少なくとも一方を判断する段階とを含む。一連のスペクトルの少なくとも一部は、研磨中に除去されている材料のために異なっており、座標は、位置値と関連強度値の対である。
【０００８】
実施は、以下の特徴のうちの１つ又はそれよりも多くを含むことができる。選択されたスペクトル特徴は、ピーク又は谷とすることができる。位置値は、波長又は周波数、例えば、ピークの最大値又は谷の最小値の波長又は周波数とすることができる。選択されたスペクトル特徴は、一連のスペクトルを通して発生位置又は強度を維持することができる。一連の座標は、開始座標及び現在座標を含むことができ、開始座標から現在座標までの距離を判断することができる。研磨は、距離が閾値を超えると休止することができる。一連の座標は、経路を形成することができ、距離を判断する段階は、経路に沿って距離を判断する段階を含むことができる。経路に沿って距離を判断する段階は、一連の連続座標の間の距離を合計する段階を含むことができる。一連の連続座標の間の距離は、ユークリッド距離とすることができる。開始座標から現在座標までの距離も、ユークリッド距離とすることができる。光の一連のスペクトルは、基板の第１の部分からとすることができ、基板の第２の部分から反射する光の第２の一連のスペクトルは、基板が研磨されている間に測定することができる。第２の一連のスペクトルにおいてスペクトルの各々に対する選択されたスペクトル特徴の位置値及び関連強度値を判断して、第２の一連の座標を生成することができる。第２の一連の座標は、第２の開始座標及び第２の現在座標を含むことができ、第２の開始座標から第２の現在座標までの第２の距離を判断することができる。研磨速度の調節を判断する段階は、開始座標から現在座標までの距離を第２の開始座標から第２の現在座標までの第２の距離と比較する段階を含むことができる。基板は、第１の層の上に重なる第２の層を有することができる。第１層の露出は、原位置モニタリングシステムで検出することができ、開始座標は、原位置モニタリング技術が、第１の層の露出を検出する時間における特徴の座標とすることができる。測定位置を正規化して位置値を判断することができ、測定強度を正規化して強度値を生成することができる。スペクトル特徴の最大位置及び最小位置は、セットアップウェーハで測定することができ、正規化する段階は、最大位置と最小位置の間の差によって測定位置を割り算する段階を含むことができる。スペクトル特徴の最大強度及び最小強度は、セットアップウェーハで測定することができ、正規化する段階は、最大強度と最小強度の間の差によって測定強度を割り算する段階を含むことができる。光の一連のスペクトルを測定する段階は、基板にわたってセンサの複数の掃引を行う段階を含むことができる。位置値及び関連強度値を判断する段階は、複数の掃引からの１つの掃引で測定した複数のスペクトルを平均する段階を含むことができる。位置値及び関連強度値を判断する段階は、一連のスペクトルからの各スペクトルを濾過する段階を含むことができる。
【０００９】
実施は、任意的に、以下の利点のうちの１つ又はそれよりも多くを含むことができる。半導体製造業者が特定の製品基板の終点を検出するアルゴリズムを開発する時間を短縮することができる。研磨終点は、より確実に判断することができ、ウェーハ間厚みの不均一性（ＷＴＷＮＵ）を低下させることができる。除去される基板厚みの量は、残っている基板厚みの量とは対照的に正確に制御することができる。
【００１０】
１つ又はそれよりも多くの実施の詳細は、添付の図面及び以下の説明に示されている。他の態様、特徴、及び利点は、説明及び図面から並びに特許請求の範囲から明らかであろう。
【００１１】
様々な図面における同様の参照番号及び名称は、同様の要素を示している。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】化学機械研磨装置を示す図である。
【図２】研磨パッドの俯瞰図であり、原位置測定を行う位置を示す図である。
【図３Ａ】原位置測定から得られるスペクトルを示す図である。
【図３Ｂ】研磨が進行する時に原位置測定から得られるスペクトルの発生を示す図である。
【図４Ａ】基板から反射する光のスペクトルの例示的なグラフを示す図である。
【図４Ｂ】ハイパスフィルタを通過した図４Ａのグラフを示す図である。
【図５Ａ】基板から反射する光のスペクトルを示す図である。
【図５Ｂ】基板から反射する光の原位置測定から得られるスペクトルの等高線図である。
【図６Ａ】特性差対時間で測定された研磨進行の例示的なグラフを示す図である。
【図６Ｂ】２つの異なる特徴の特性が基板の研磨速度を調節するために測定される特性差対時間で測定された研磨進行の例示的なグラフを示す図である。
【図７Ａ】原位置測定から得られる光の別のスペクトルを示す図である。
【図７Ｂ】図７Ａのスペクトル後に得られる光のスペクトルを示す図である。
【図７Ｃ】図７Ａのスペクトル後に得られる光の別のスペクトルを示す図である。
【図８】モニタするピークを選択する方法を示す図である。
【図９】選択されたピークに対するターゲットパラメータを得る方法を示す図である。
【図１０】終点判断の方法を示す図である。
【図１１】終点検出を設定する方法を示す図である。
【図１２】終点判断のための別の方法を示す図である。
【図１３】研磨中の時間の関数としての総反射強度のグラフを示す図である。
【図１４】研磨中の時間の関数としてのスペクトルピークの波長位置のグラフを示す図である。
【図１５Ａ】下に重なる層の厚みで取った一連のスペクトルのグラフを示す図である。
【図１５Ｂ】下に重なる層の厚みで取った一連のスペクトルのグラフを示す図である。
【図１５Ｃ】下に重なる層の厚みで取った一連のスペクトルのグラフを示す図である。
【図１６Ａ】セットアップ基板からの２つの異なる時間において測定されたスペクトルのグラフを示す図である。
【図１６Ｂ】セットアップ基板が研磨されている間の２つの特徴特性の変化のグラフを示す図である。
【図１６Ｃ】特徴特性値に関連付けられた一連の座標のグラフを示す図である。
【図１７Ａ】基板から反射する光のスペクトルの例示的なグラフを示す図である。
【図１７Ｂ】ローパスフィルタを通過した図１７Ａのグラフを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
１つの光学モニタリング技術は、研磨中に基板から反射する光のスペクトルを測定すること、及びライブラリから適合する基準スペクトルを識別することである。スペクトル適合手法に関連付けられた１つの潜在的な問題は、一部のタイプの基板に対して、以下に重なるダイ特徴に有意な基板間の差がある点であり、その結果、表面上は同じ外側層厚みを有する基板から反射するスペクトルの変動をもたらす。それらの変動により、適切なスペクトル適合の難しさを増大させ、光学モニタリングの信頼性を低下させる。
【００１４】
この問題に対抗するための１つの技術は、研磨されている基板から反射する光のスペクトルを測定すること、及びスペクトル特徴特性の変化を識別することである。スペクトルの特徴の特性、例えば、スペクトルピークの波長の変化を追跡することで、バッチ内の基板の間の研磨においてより優れた均一性を可能にすることができる。スペクトル特徴特性のターゲット差を判断することにより、終点は、特性の値がターゲット量だけ変化した時に呼び出すことができる。
【００１５】
基板の層堆積は、第１の誘電体、例えば、低ｋ材料、例えば、炭素ドープ二酸化珪素、例えば、ブラックダイヤモンド（登録商標）（アプライド・マテリアルズ・インコーポレーテッドから）又はコーラル（登録商標）（ノーベラス・システムズ・インコーポレーテッドから）のパターン化された第１の層を含むことができる。第１の層の上に配置されるのは、異なる第２の誘電体の第２の層、例えば、障壁層、例えば、窒化物、例えば、窒化タンタル又は窒化チタンである。第１の層と第２の層の間に任意的に配置されるのは、第１及び第２の誘電体、例えば、低ｋキャッピング材料、例えば、テトラエチルオルトケイ酸塩（ＴＥＯＳ）の両方とは異なる別の誘電体の１つ又はそれよりも多くの付加的な層である。互いに、第１の層及び１つ又はそれよりも多くの付加的な層は、第２の層の下に層堆積をもたらす。第２の層の上に（及び第１の層のパターンによって設けられた溝において）配置されるのは、導電材料，例えば、金属、例えば、銅である。
【００１６】
化学機械研磨の１つの用途は、第１の誘電体の第１の層が露出されるまで基板を平坦化することである。平坦化後、第１の層の隆起パターンの間に残る導電層の一部分は、バイアなどを形成する。更に、ターゲット厚みが残るまで第１の誘電体を除去することを望ましいとすることができる。
【００１７】
研磨の１つの方法は、少なくとも第２の層、例えば、障壁層が露出されるまで第１の研磨パッド上の導電層を研磨することである。更に、第２の層の厚みの一部分は、例えば、第１の研磨パッドにおいて過度の研磨ステップ中に除去することができる。基板は、次に、第２の研磨パッドに移送され、ここで、第２の層、例えば、障壁層は完全に除去され、以下に重なる第１の層、例えば、低ｋ誘電体の厚みの一部分も除去される。更に、存在する場合には、第１及び第２の層の間の付加的な１つの層又は複数の層は、第２の研磨パッドにおいて同じ研磨作動で除去することができる。
【００１８】
しかし、第２の層の初期厚みは、基板が第２の研磨パッドに移送される時に分からない場合がある。上述のように、これは、ターゲット厚みにおいて終点を判断するために、スペクトル測定において選択されたスペクトル特徴特性を追跡する光学終点検出技術に支障を来たす可能性がある。しかし、この問題は、スペクトル特徴追跡が、第２の誘電体の除去及び下に重なる層又は層構造の露出を確実に検出することができる別のモニタリング技術によってトリガされる場合に軽減することができる。更に、第１の層の初期厚みを測定し、第１の層に対する初期厚み及びターゲット厚みからターゲット特徴値を計算することにより、第１の層の厚みの基板間の均一性を改善することができる。
【００１９】
スペクトル特徴は、スペクトルピーク、スペクトル谷、スペクトル変曲点、又はスペクトルゼロ交差を含むことができる。特徴の特性は、波長、幅、又は強度を含むことができる。
【００２０】
下に重なる層の変動、例えば、下に重なる層の厚みは、時々、単一特性に基づいて研磨されている層の厚みを判断するのを困難にする可能性がある。選択されたスペクトル特徴の２つの特性、例えば、波長及び関連強度値の変化の追跡は、終点制御の精度を改善することができ、バッチ内の基板の間又はバッチの間で研磨のより優れた均一性を可能にすることができる。
【００２１】
図１は、基板１０を研磨するように作動可能な研磨装置２０を示している。研磨装置２０は、回転可能円板状プラテン２４を含み、その上に研磨パッド３０が位置する。プラテンは、軸線２５の周りで回転するように作動可能である。例えば、モータは、駆動軸２２を転回させてプラテン２４を回転させることができる。研磨パッド３０は、プラテン２４に例えば接着剤の層によって取外し可能に固定することができる。摩耗すると、研磨パッド３０は、脱離して交換することができる。研磨パッド３０は、外側研磨層３２及びより柔らかいバッキング層３４を有する２層研磨パッドとすることができる。
【００２２】
研磨パッドを通る光学アクセス３６は、開口（すなわち、パッドを通過する孔）又は固体窓を含むことによって与えられる。固体窓は、研磨パッドに固定することができるが、一部の実施では、固体窓は、プラテン２４で支持され、研磨パッドの開口の中に突出することができる。研磨パッド３０は、通常、開口又は窓がプラテン２４の凹部２６に位置する光学ヘッド５３の上に重なるようにプラテン２４上に置かれる。光学ヘッド５３は、その結果、開口又は窓を通して研磨されている基板に光学アクセスする。
【００２３】
窓は、例えば、剛性結晶又はガラス材料、例えば、石英又はガラス、又はより柔らかいプラスチック材料、例えば、シリコーン、ポリウレタン又はハロゲン化ポリマー（例えば、フルオロポリマー）、又は上述の材料の組合せとすることができる。窓は、白色光に対して透明であるとすることができる。固体窓の上面が、剛性結晶又はガラス材料である場合、上面は、研磨面を傷つけないように十分に埋め込む必要がある。上面が研磨面の近くにあり、研磨面と接触状態になる可能性がある場合、窓の上面は、より柔らかいプラスチック材料とすべきである。一部の実施では、固体窓は、研磨パッドに固定され、ポリウレタン窓であり、又は窓は、石英及びポリウレタンの組合せを有する。窓は、特定の色の単色光、例えば、青色光又は赤色光に対して高透過率、例えば、約８０％の透過率を有することができる。窓は、液体が、窓及び研磨パッド３０のインタフェースを通して漏れないように、研磨パッド３０に密封することができる。
【００２４】
一実施では、窓は、より柔らかいプラスチック材料の外側層で覆われた剛性結晶又はガラス材料を含む。より柔らかい材料の上面は、研磨面と同一平面上とすることができる。剛性材料の底面は、研磨パッドの底面と同一平面上とすることができ又はそれに対して埋め込むことができる。特に、研磨パッドが２つの層を含む場合、固体窓は、研磨層の中に一体化することができ、底層は、固体窓に整列した開口を有することができる。
【００２５】
窓の底面は、任意的に１つ又はそれよりも多くの凹部を含むことができる。凹部は，例えば、光ファイバケーブルの端部又は渦電流センサの端部を収容するような形状にすることができる。凹部は、光ファイバケーブルの端部又は渦電流センサの端部が、窓の厚みよりも薄い研磨されている基板表面からある距離を置いて位置することを可能にする。窓が剛性結晶部分又はガラス状部分を含み、凹部が機械加工によってこのような部分に形成される実施により、凹部は、機械加工によって生じた傷を除去するように研磨される。代替的に、溶媒及び／又は液体ポリマーを凹部の表面に付加し、機械加工によって生じた傷を除去することができる。通常機械加工によって生じた傷の除去は、散乱を低減し、窓を通る光の透過率を改善することができる。
【００２６】
研磨パッドのバッキング層３４は、例えば接着剤によってその外側研磨層３２に取りつけることができる。光学アクセス３６を与える開口は、例えば開口を含むようにパッド３０の切断によって又は成形によってパッド３０に形成することができ、窓は、開口の中に挿入され、パッド３０に、例えば、接着剤によって固定することができる。代替的に、窓の液体前駆体は、パッド３０の開口の中に分注され、窓を形成するために硬化することができる。代替的に、固体の透明要素、例えば、上述の結晶又はガラス状部分は、液体パッド材料に位置することができ、液体パッド材料を硬化し、透明要素の周囲にパッド３０を形成することができる。後者の２つのいずれの場合にも、パッド材料のブロックを形成することができ、成形された窓を有する研磨パッドの層は、ブロックから刈ることができる。
【００２７】
研磨装置２０は、組合せスラリ／リンスアーム３９を含む。研磨中に、アーム３９は、液体及びｐＨ調節剤を含有するスラリ３８を分注するように作動可能である。代替的に、研磨装置は、スラリを研磨パッド３０の上に分注するように作動可能なスラリポートを含む。
【００２８】
研磨装置２０は、研磨パッド３０に対して基板１０を保持するように作動可能な担体ヘッド７０を含む。担体ヘッド７０は、支持構造体７２、例えば、カルーセルから懸架され、担体ヘッドが軸線７１の周りで回転することができるように、担体駆動シャフト７４によって担体ヘッド回転モータ７６に接続される。更に、担体ヘッド７０は、支持構造体７２に形成された半径方向スロットにおいて横方向に首振りすることができる。作動中に、プラテンは、その中心軸２５の周りで回転し、担体ヘッドは、その中心軸７１の周りで回転し、研磨パッドの上面にわたって横方向に並進する。
【００２９】
研磨装置はまた、光学モニタリングシステムを含み、光学モニタリングシステムを使用して、以下に説明するように研磨終点を判断することができる。光学モニタリングシステムは、光源５１及び光検出器５２を含む。光は、光源５１から研磨パッド３０の光学アクセス３６を通って通過し、基板１０に衝突し、基板１０から光学アクセス３６を遡って反射し、光検出器５２に行く。
【００３０】
分岐した光ケーブル５４を使用して、光を光源５１から光学アクセス３６に伝達し、光学アクセス３６から光検出器５２に戻すことができる。分岐した光ケーブル５４は、「幹」５５、並びに２つの「枝」５６及び５８を含むことができる。
【００３１】
上述のように、プラテン２４は凹部２６を含み、そこに光学ヘッド５３が位置する。光学ヘッド５３は、分岐した光ケーブル５４の幹５５の一端を保持し、分岐した光ケーブル５４は、研磨している基板表面に出入りする光を伝達するように構成される。光学ヘッド５３は、１つ又はそれよりも多くのレンズ又は分岐したファイバケーブル５４の端部の上に重なる窓を含むことができる。代替的に、光学ヘッド５３は、単に研磨パッドの固体窓に隣接する幹５５の端部を保持することができるに過ぎない。光学ヘッド５３は、必要に応じて凹部２６から取り外し、例えば、予防保守又は補正保守を達成することができる。
【００３２】
プラテンは、取外し可能な原位置モニタリングモジュール５０を含む。原位置モニタリングモジュール５０は、以下の光源５１、光検出器５２、並びに光源５１及び光検出器５２に出入りする信号を送信及び受信するための回路のうちの１つ又はそれよりも多くを含むことができる。例えば、検出器５２の出力は、駆動シャフト２２の回転結合器、例えば、スリップリングを通して光学モニタリングシステムのためのコントローラに伝達されるデジタル電子信号とすることができる。同様に、光源は、コントローラから回転結合器を通してモジュール５０に伝達されるデジタル電子信号の制御指令に応答してスイッチを入れたり切ったりすることができる。
【００３３】
原位置モニタリングモジュール５０はまた、分岐した光ファイバ５４の枝部分５６及び５８のそれぞれの端部を保持することができる。光源は、光を伝達するように作動可能であり、光は、枝５６を通して光学ヘッド５３に位置した幹５５の端部の外に伝達され、研磨されている基板に衝突する。基板から反射する光は、光学ヘッド５３に位置した幹５５の端部で受け取られ、枝５８を通して光検出器５２に伝達される。
【００３４】
一実施では、分岐した光ケーブル５４は、１束の光ファイバである。束は、第１のグループの光ファイバ及び第２のグループの光ファイバを含む。第１のグループの光ファイバは、光を光源５１から研磨されている基板表面に伝達するように接続される。第２のグループの光ファイバは、研磨されている基板表面から反射した光を受け取り、受け取った光を光検出器５２に伝達するように接続される。光ファイバは、第２のグループの光ファイバが、分岐した光ファイバ５４の縦軸線上に中心があるＸ状形状（分岐したファイバケーブル５４の断面で見た時）を形成するように配置することができる。代替的に、他の配置を実施することができる。例えば、第２のグループの光ファイバは、互いに鏡像であるＶ状形状を形成することができる。好ましい分岐した光ファイバは、米国テキサス州のカロルトン所在のベリティ・インスツルメント・インコーポレーテッドから入手可能である。
【００３５】
通常、研磨パッド窓と研磨パッド窓に近接する分岐したファイバケーブル５４の幹５５の端部との間に最適な距離がある。この距離は、経験的に判断することができ、例えば、窓の反射率、分岐したファイバケーブルから放出する光ビームの形状、及びモニタされている基板までの距離の影響を受ける。一実施では、分岐したファイバケーブルは、窓に近接する端部が、実際に窓に触れることなく窓の底部にできるだけ近いように位置する。この実施により、研磨装置２０は、分岐したファイバケーブル５４と研磨パッド窓の底面の間の距離に隣接して作動可能である機構を例えば光学ヘッド５３の一部として含むことができる。代替的に、分岐したファイバケーブル５４の近位端は、窓に埋め込まれる。
【００３６】
光源５１は、白色光を放出するように作動可能である。一実施では、放出する白色光は、２００−８００ナノメートルの波長を有する光を含む。好ましい光源は、キセノンランプ又はキセノン水銀ランプである。
【００３７】
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る光の特性、例えば、強度を測定するための光学計器である。好ましい分光計は、回折格子分光計である。分光計のための典型的な出力は、波長の関数としての光の強度である。
【００３８】
光源５１及び光検出器５２は、それらの作動を制御してそれらの信号を受信するように作動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含むことができる。制御に関して、コンピュータデバイスは、例えば、プラテン２４の回転と共に光源５１の起動を同期させることができる。図２に示すように、コンピュータは、基板１０が原位置モニタリングモジュール５０の上を通過する直前に開始して直後に終了する一連の閃光を光源５１が放出することを可能にすることができる。ポイント２０１−２１１の各々は、原位置モニタリングモジュール５０からの光が基板１０に衝突してこれから反射した位置を表している。代替的に、コンピュータは、基板１０が原位置モニタリングモジュール５０の上を通過する直前に開始して直後に終了する光を光源５１が連続して放出することを可能にすることができる。
【００３９】
研磨が進行する時に、例えば、基板にわたるプラテンにおけるセンサの連続掃引から得られるスペクトルは、一連のスペクトルを提供する。一部の実施では、光源５１は、一連の閃光を基板１０の複数の部分の上に放出する。例えば、光源は、基板１０の中心部分及び基板１０の外側部分の上に閃光を放出することができる。基板１０から反射する光は、基板１０の複数の部分からの複数の一連のスペクトルを判断するために光検出器５２によって受け取ることができる。特徴は、各特徴が基板１０の１つの部分に関連しているスペクトルにおいて識別することができる。特徴は、例えば、基板１０を研磨するための終点条件を判断する上で使用することができる。一部の実施では、基板１０の複数の部分のモニタリングは、基板１０の一部分の１つ又はそれよりも多くに対する研磨速度を変更することを可能にする。
【００４０】
信号の受信に関して、コンピュータデバイスは、例えば、光検出器５２が受け取る光のスペクトルを説明する情報を担持する信号を受信することができる。図３Ａは、光源の単一閃光から放出され、基板から反射する光から測定されたスペクトルの例を示している。スペクトル３０２は、製品基板から反射する光から測定される。スペクトル３０４は、ベースシリコン基板（これはシリコン層のみを有するウェーハである）から反射する光から測定される。スペクトル３０６は、光学ヘッド５３の上に位置する基板がない時に光学ヘッド５３が受け取る光からのものである。本明細書では暗条件と呼ぶこの条件下では、受け取られた光は、典型的には周囲光である。
【００４１】
コンピュータデバイスは、上述の信号又はその一部分を処理し、研磨ステップの終点を判断することができる。どのような特定の理論にも制限されることなく、基板１０から反射する光のスペクトルは、研磨が進行する時に進展する。図３Ｂは、関連のフィルムの研磨が進行する時のスペクトルの進展の例を提供している。スペクトルの異なる線は、研磨における異なる時間を表している。図に示すように、反射光のスペクトルの特性は、フィルムの厚みが変化する時に変化し、特定のスペクトルは、フィルムの特定の厚みによって示されている。反射光のスペクトルのピーク（すなわち、極大値）がフィルムの研磨が進行する時に観察される時に、ピークの高さは、典型的には変化し、ピークは、材料が除去される時に広くなる傾向がある。拡大に加えて、特定のピークが位置する波長は、典型的には、研磨が進行する時に長くなる。一部の実施では、特定のピークが位置する波長は、典型的には、研磨が進行する時に短くなる。例えば、ピーク３１０（１）は、研磨中の一定の時間におけるスペクトルのピークを示し、ピーク３１０（２）は、研磨中しばらく経って同じピークを示している。ピーク３１０（２）は、ピーク３１０（１）よりも長い波長に位置してピーク３１０（１）よりも広い。
【００４２】
ピークの波長及び／又は幅（例えば、ピークよりも小さい固定距離において測定された又はピークに最も近い谷の間の中ほどの高さにおいて測定された幅）、ピークの絶対波長及び／又は幅、又は両方の相対的変化を使用して、実験式によって研磨するための終点を判断することができる。終点を判断する時に使用するのに最良の１つのピーク（又は複数のピーク）は、どの材料が研磨されているか及びそれらの材料のパターンに応じて変わる。
【００４３】
一部の実施では、ピーク波長の変化を使用して終点を判断することができる。例えば、ピークの開始波長とピークの現在波長の間の差がターゲット差に達すると、研磨装置２０は、基板１０の研磨を停止することができる。代替的に、ピーク以外の特徴を使用して、基板１０から反射する光の波長の差を判断することができる。例えば、谷の波長、変曲点、又はｘ又はｙ軸切片は、光検出器５２によってモニタすることができ、波長が所定の量だけ変化した状態で、研磨装置２０は、基板１０の研磨を停止することができる。
【００４４】
一部の実施では、モニタされる特性は、波長の代わりに又は波長に加えて特徴の幅又は強度である。特徴は、４０ｎｍから１２０ｎｍの程度でシフトすることができるが、他のシフトも可能である。例えば、上限は、特に誘電体研磨の時に遥かに大きくなる場合がある。
【００４５】
図４Ａは、基板１０から反射する光の測定スペクトル４００ａの例を提供している。光学モニタリングシステムは、スペクトルの勾配全体を低減するために、スペクトル４００ａをハイパスフィルタに通し、結果として図４Ｂに示すスペクトル４００ｂをもたらすことができる。バッチ中の複数の基板の処理中に、例えば、大きなスペクトル差がウェーハ間に存在する場合がある。ハイパスフィルタを使用して、同じバッチ中の基板にわたってスペクトル変動を低減するために、スペクトルを正規化することができる。例示的なハイパスフィルタは、０．００５Ｈｚのカットオフ及び４のフィルタ次数を有することができる。ハイパスフィルタは、潜在的な変動に対する感受性を濾過して取り除くのを補助するだけでなく、特徴追跡を容易にするために適正な信号を「平らにする」ために使用することができる。
【００４６】
ユーザが、終点を判断するのに終点のどの特徴を追跡するかを選択するために、等高線図を生成してユーザに表示することができる。図５Ｂは、研磨中に基板１０から反射する光の複数のスペクトル測定から生成した等高線図５００ｂの例を提供し、図５Ａは、等高線図５００ｂの特定の瞬間からの測定スペクトル５００ａの例を提供している。等高線図５００ｂは、スペクトル５００ａ上の関連ピーク５０２及び谷５０４から生じるピーク区域５０２及び谷区域５０４のような特徴を含む。時間が進む時に、等高線図５００ｂにおけるスペクトル特徴への変化によって示すように、基板１０は研磨され、基板から反射する光は変化する。
【００４７】
等高線図５００ｂを生成するために、試験基板を研磨することができ、試験基板から反射する光は、研磨中に光検出器５２によって測定し、基板１０から反射する光の一連のスペクトルを生成することができる。一連のスペクトルは、例えば、コンピュータシステムに格納することができ、コンピュータシステムは、光学モニタリングシステムの一部とすることができる。セットアップ基板の研磨は、時間Ｔ１で開始し、推定終点時間を過ぎて継続することができる。
【００４８】
試験基板の研磨が終了すると、コンピュータは、研磨装置２０のオペレータに例えばコンピュータモニタに呈示するために等高線図５００ｂを表示する。一部の実施では、コンピュータは、等高線図を例えば赤色をスペクトルのより高い強度値に、青色をスペクトルのより低強度値に、かつ中間色（オレンジ色から緑色）をスペクトルのメジアン強度値に割り当てることによって色分けする。他の実施では、コンピュータは、灰色の最も暗い陰影をスペクトルのより低強度値に、灰色の最も明るい陰影をスペクトルのより高い強度値に、かつ中間陰影をスペクトルのメジアン強度値に割り当てることによってグレースケール等高線図を生成する。代替的に、コンピュータは、スペクトルのより高い強度値に対して最大ｚ値、スペクトルのより低強度値に対して最小ｚ値、かつスペクトルのメジアン値に対してメジアンｚ値を有する３−Ｄ等高線図を生成することができる。３−Ｄ等高線図は、例えば、グレースケール、又は黒色及び白色の色で表示することができる。一部の実施では、研磨装置２０のオペレータは、スペクトルの異なる特徴を見るために、３−Ｄ等高線図と対話することができる。
【００４９】
研磨中に試験基板のモニタリングから発生する反射光の等高線図５００ｂは、例えば、ピーク、谷、スペクトルゼロ交差点、及び変曲点のようなスペクトル特徴を含むことができる。特徴は、波長、幅、及び／又は強度のような特性を有することができる。等高線図５００ｂによって示すように、研磨パッド３０がセットアップ基板の上面から材料を除去すると、セットアップ基板から反射する光は、時間と共に変化する可能性があるので、特徴特性は、時間と共に変化する。
【００５０】
デバイス基板を研磨する前に、研磨装置２０のオペレータは、等高線図５００ｂを見て、セットアップ基板と同様のダイの特徴を有する基板のバッチの処理中に特徴特性を選択して追跡することができる。例えば、ピーク５０６の波長は、研磨装置２０のオペレータが追跡するように選択することができる。等高線図５００ｂ、特に色分けした又は３−Ｄ等高線図の潜在的利点は、特徴、例えば、時間と共に直線的に変化する特性を有する特徴を容易に視覚的に区別することができ、従って、このようなグラフ表示がユーザによる関連特徴の選択を容易にすることである。
【００５１】
終点基準を選択するために、選択された特徴の特性は、試験基板の研磨前厚み及び研磨後厚みに基づいて線形補間によって計算することができる。例えば、試験基板上の層の厚みＤ１及びＤ２は、研磨前（例えば、研磨を開始する時の時間Ｔ１前の試験基板の厚み）及び研磨後（例えば、研磨を終了する時の時間Ｔ２後の試験基板の厚み）それぞれにおいて測定することができ、特性の値は、ターゲット厚みＤ’が達成される時間Ｔ’において測定することができる。Ｔ’は、Ｔ’＝Ｔ１＋（Ｔ２−Ｔ１）*（Ｄ２−Ｄ’）／（Ｄ２−Ｄ１）から計算することができ、特性の値Ｖ’は、時間Ｔ’において測定されたスペクトルから判断することができる。ピーク５０６の波長の特定の変化のような選択された特徴の特性に対するターゲット差δＶは、Ｖ’−Ｖ１から判断することができ、ここで、Ｖ１は、初期特性値（時間Ｔ１における）である。従って、ターゲット差δＶは、時間Ｔ１における研磨前の特性Ｖ１の初期値から研磨が終了すると予想される時の時間Ｔ’における特性Ｖ’の値までの変化とすることができる。研磨装置２０のオペレータは、変化する特徴特性に対するターゲット差６０４（例えば、δＶ）を研磨装置２０に関連付けられたコンピュータの中に入力することができる。
【００５２】
ポイント６０２の値をその後に判断するＶ’の値を判断するために、ロバスト直線当て嵌めを使用して、線５０８を測定データに当て嵌めることができる。時間Ｔ’における線５０８の値からＴ１における線５０８の値を差し引いたものを使用して、ポイント６０２を判断することができる。
【００５３】
スペクトルピーク５０６のような特徴は、特徴特性のターゲット差と研磨中にセットアップ基板から除去された材料の量との間の相関関係に基づいて選択することができる。研磨装置２０のオペレータは、特性のターゲット差とセットアップ基板から除去された材料の量との間に良好な相関関係を有する特徴特性を見出すために、異なる特徴及び／又は特徴特性を選択することができる。
【００５４】
他の実施では、終点判断論理が、追跡するスペクトル特徴及び終点基準を判断する。
【００５５】
ここでデバイス基板の研磨に移ると、図６Ａは、デバイス基板１０の研磨中に追跡した特徴特性の差の値６０２ａ−ｄの例示的なグラフ６００ａである。基板１０は、研磨装置２０のオペレータがセットアップ基板の等高線図５００ｂから追跡するピーク又は谷の波長のような特徴特性を選択した研磨されている基板のバッチの一部とすることができる。
【００５６】
基板１０が研磨される時に、光検出器５２は、基板１０から反射する光のスペクトルを測定する。終点判断論理は、光のスペクトルを使用して、特徴特性に対して一連の値を判断する。選択された特徴特性の値は、材料が基板１０の表面から除去される時に変化する可能性がある。特徴特性の一連の値と特徴特性Ｖ１の初期値の間の差を使用して、差の値６０２ａ−ｄを判断する。
【００５７】
基板１０が研磨される時に、終点判断論理は、追跡されている特徴特性の現在値を判断することができる。一部の実施では、特徴の現在値がターゲット差６０４だけ初期値から変化した状態で、終点を呼び出すことができる。一部の実施では、線６０６が、例えば、ロバスト直線当て嵌めを使用して差の値６０２ａ−ｄに当て嵌められる。線６０６の関数は、研磨終点時間を予想するために、差の値６０２ａ−ｄに基づいて判断することができる。一部の実施では、関数は、時間対特性差の１次関数である。線６０６、例えば、勾配及び交差位置の関数は、新しい差の値が計算される時に基板１０の研磨中に変化する可能性がある。一部の実施では、線６０６がターゲット差６０４に達する時間は、推定終点時間６０８を提供する。線６０６の関数が、新しい差の値に適合するように変化すると、推定終点時間６０８は、変化する可能性がある。
【００５８】
一部の実施では、線６０６の関数を使用して、基板１０から除去された材料の量を判断し、関数によって判断された現在値の変化を使用して、ターゲット差に達して終点を呼び出す必要がある時を判断する。線６０６は、除去された材料の量を追跡する。代替的に、基板１０から特定の厚みの材料を除去すると、関数によって判断された現在値の変化を使用して、基板１０の上面から除去された材料の量及び終点を呼び出す時を判断することができる。例えば、オペレータは、５０ナノメートルの選択された特徴の波長の変化があるようにターゲット差を設定することができる。例えば、選択されたピークの波長の変化を使用して、どれだけ多くの材料が基板１０の最上層から除去されているか及び終点を呼び出す時を判断することができる。
【００５９】
時間Ｔ１において、基板１０の研磨前に、選択された特徴の特性値の差は０である。研磨パッド３０が基板０を研磨し始めると、識別された特徴の特性値は、材料が基板１０の上面から研磨される時に変化する可能性がある。例えば、研磨中に、選択された特徴特性の波長は、より高い又はより低い波長に移動する可能性がある。ノイズの影響を取り除くと、特徴の波長及び従って波長の差は、単調に、多くの場合、直線的に変化する傾向がある。時間Ｔ’において、終点判断論理は、識別された特徴特性がターゲット差δＶだけ変化していると判断し、終点を呼び出すことができる。例えば、特徴の波長が５０ナノメートルのターゲット差だけ変化した時に、終点が呼び出され、研磨パッド３０は、基板１０の研磨を停止する。
【００６０】
基板のバッチを処理する時に、光学モニタリングシステム５０は、例えば、基板の全てにわたって同じスペクトル特徴を追跡することができる。スペクトル特徴は、基板上の同じダイ特徴に関連することができる。スペクトル特徴の開始波長は、基板の潜在的な変動に基づいてバッチにわたって基板間で変化する可能性がある。一部の実施では、複数の基板にわたる変動性を最小にするために、終点判断論理は、選択された特徴特性値又は関数がターゲット差の代わりに終点測定基準ＥＭによって特徴特性変化の値に適合する時に終点を呼び出すことができる。終点判断論理は、セットアップ基板から判断された予想初期値ＥＩＶを使用することができる。基板１０上で追跡されている特徴特性が識別される時の時間Ｔ１において、終点判断論理は、処理されている基板に対して実初期値ＡＩＶを判断する。終点判断論理は、初期値重みＩＶＷを使用して、バッチにわたる基板の変動を考慮しながら終点判断に対する実初期値の影響を低下させることができる。基板変動は、例えば、基板厚み又は下に重なる構造体の厚みを含むことができる。初期値重みは、処理する基板の間の均一性を増大させるために基板変動に相関する可能性がある。終点測定基準は、例えば、初期値重みに実初期値と予想初期値の間の差を掛けてターゲット差を加える、例えば、ＥＭ＝ＩＶＷ*（ＡＩＶ−ＥＩＶ）＋δＶによって判断することができる。
【００６１】
一部の実施では、重み付き組合せを使用して終点を判断する。例えば、終点判断論理は、関数からの特性の初期値及び関数からの特性の現在値、並びに初期値と現在値の間の第１の差を計算することができる。終点判断論理は、初期値とターゲット値の間の第２の差を計算し、第１の差及び第２の差の重み付き組合せを生成することができる。
【００６２】
図６Ｂは、基板１０の２つの部分で取った特性測定差対時間の例示的なグラフ６００ｂである。例えば、光学モニタリングシステム５０は、どれだけ多くの材料が基板１０から除去されているか判断するために、基板１０の縁部の方向に位置した１つの特徴と、基板１０の中心部分の方向に位置した別の特徴とを追跡することができる。セットアップ基板を試験する時に、研磨装置２０のオペレータは、例えば、セットアップ基板の異なる部分に対応する追跡する２つの特徴を識別することができる。一部の実施では、スペクトル特徴は、セットアップ基板上の同じタイプのダイ特徴に対応する。他の実施では、スペクトル特徴は、セットアップ基板上の異なるタイプの特徴に関連している。基板１０が研磨されている時に、光検出器５２は、セットアップ基板の選択された特徴に対応する基板１０の２つの部分から反射光の一連のスペクトルを測定することができる。２つの特徴の特性に関連付けられた一連の値は、終点判断論理によって判断することができる。一連の第１の差の値６１０ａ−ｂは、研磨時間が進む時に現在特性値から初期特性値を差し引くことによって基板１０の第１の部分の特徴特性対して計算することができる。一連の第２の差の値６１２ａ−ｂは、基板１０の第２の部分の特徴特性に対して同様に計算することができる。
【００６３】
第１の線６１４は、第１の差の値６１０ａ−ｂに当て嵌めることができ、第２の線６１６は、第２の差の値６１２ａ−ｂに当て嵌めることができる。第１の線６１４及び第２の線６１６は、基板１０の推定研磨終点時間６１８又は研磨速度６２０の調節を判断するために、第１の関数及び第２の関数それぞれによって判断することができる。
【００６４】
研磨中に、ターゲット差６２２に基づく終点計算は、基板１０の第１の部分に対する第１の関数により、及び基板の第２の部分に対する第２の関数によって時間ＴＣにおいて行われる。基板の第１の部分及び基板の第２の部分に対する推定終点時間が異なる場合（例えば、第１の部分が、第２の部分の前にターゲット厚みに達することになる）、研磨速度６２０の調節は、第１の関数及び第２の関数が同じ終点時間６１８を有することになるように行うことができる。一部の実施では、基板の第１の部分及び第２の部分の両方の研磨速度は、終点が同時に両部分に達するように調節される。代替的に、第１の部分又は第２の部分のいずれかの研磨速度を調節することができる。
【００６５】
研磨速度は、例えば、担体ヘッド７０の対応する領域の圧力を増加又は低減することによって調節することができる。研磨速度の変化は、圧力の変化、例えば、単純なプレストニアンモデルに正比例すると仮定することができる。例えば、基板１０の第１の領域が、時間ＴＡにおいてターゲット厚みに達するように投影され、かつシステムがターゲット時間ＴＴを確立している時に、時間Ｔ３前の対応する領域の担体ヘッド圧力にＴＴ／ＴＡを掛けて、時間Ｔ３後の担体ヘッド圧力を提供することができる。更に、基板を研磨するための制御モデルは、プラテン又はヘッド回転速度の影響、異なるヘッド圧力組合せの２次効果、研磨温度、スラリ流量、又は研磨速度に影響を与える他のパラメータを考慮に入れ、基板を研磨するための制御モデルを開発することができる。研磨工程中のその後の時間において、速度は、この場合も同様に適切な場合に調節することができる。
【００６６】
一部の実施では、コンピュータデバイスは、デバイス基板１０から反射する光の測定スペクトルの選択されたスペクトル特徴を容易に識別するような波長範囲を使用する。コンピュータデバイスは、選択されたスペクトル特徴を測定スペクトル、例えば、強度、幅、又は波長の選択されたスペクトル特徴に類似する他のスペクトル特徴と区別するために、選択されたスペクトル特徴のための波長範囲を検索する。
【００６７】
図７Ａは、光検出器５２が受け取った光から測定されたスペクトル７００ａの例を示している。スペクトル７００ａは、選択されたスペクトル特徴７０２、例えば、スペクトルピークを含む。選択されたスペクトル特徴７０２は、基板１０のＣＭＰ中に追跡するための終点判断論理によって選択することができる。選択されたスペクトル特徴７０２の特性７０４（例えば、波長）は、終点判断論理によって識別することができる。特性７０４が、ターゲット差によって変化している時に、終点判断論理は、終点を呼び出す。
【００６８】
一部の実施では、終点判断論理は、選択されたスペクトル特徴７０２を検索する波長範囲７０６を判断する。波長範囲７０６は、約５０ナノメートルから約２００ナノメートルの幅を有することができる。一部の実施では、波長範囲７０６は、予め判断され、例えば、オペレータにより、例えば、波長範囲を選択するユーザ入力を受け取ることによって指定され、又は波長範囲を基板のバッチに関連付けるメモリから波長範囲を取り出すことによって基板のバッチに対する処理パラメータとして指定される。一部の実施では、波長範囲７０６は、履歴データ、例えば、連続するスペクトル測定間の平均又は最大距離に基づいている。一部の実施では、波長範囲７０６は、試験基板に関する情報、例えば、ターゲット差δＶの２倍に基づいている。
【００６９】
図７Ｂは、光検出器５２が受け取った光から測定されたスペクトル７００ｂの例である。例えば、スペクトル７００ｂは、スペクトル７００ａを取った直後のプラテン２４の回転中に測定される。一部の実施では、終点判断論理は、波長範囲７０８の中心が特性７０４の近くに位置するように、前のスペクトル７００ａの特性７０４の値（例えば、５２０ｎｍ）を判断し、波長範囲７０６を調節する。
【００７０】
一部の実施では、終点判断論理は、線６０６の関数を使用して、特性７０４の予想現在値を判断する。例えば、終点判断論理は、現在研磨時間を使用して予想差を判断し、予想差を特性７０４の初期値Ｖ１に加えることにより、特性７０４の予想現在値を判断することができる。終点判断論理は、波長範囲７０８を特性７０４の予想現在値の中心に置くことができる。
【００７１】
図７Ｃは、光検出器５２が受け取った光から測定されたスペクトル７００ｃの別の例である。例えば、スペクトル７００ｃは、スペクトル７００ａを取った直後のプラテン２４の回転中に測定される。一部の実施では、終点判断論理は、波長範囲７１０の中心に対して特性７０４の前値を使用する。
【００７２】
例えば、終点判断論理は、基板１０の下の光学ヘッド５３の２回の連続的な通過中に判断された特性７０４の値の間の平均分散を判断する。終点判断論理は、波長範囲７１０の幅を平均分散の２倍に設定することができる。一部の実施では、終点判断論理は、波長範囲７１０の幅を判断する上で特性７０４の値の間の分散の標準偏差を使用する。
【００７３】
一部の実施では、波長範囲７０６の幅は、全てのスペクトル測定値に対して同じである。例えば、波長範囲７０６、波長範囲７０８、及び波長範囲７１０の幅は同じである。一部の実施では、波長範囲の幅は異なる。例えば、特性７０４が、特性の前の測定から２ナノメートルだけ変化すると推定される時に、波長範囲７０８の幅は６０ナノメートルである。特性７０４が、特性の前の測定から５ナノメートルだけ変化すると推定される時に、波長７０８の幅は、特性のより小さな変化に対する範囲よりも大きな波長範囲の８０ナノメートルである。
【００７４】
一部の実施では、波長範囲７０６は、基板１０の研磨中の全てのスペクトル測定に対して同じである。例えば、波長範囲７０６は、４７５ナノメートルから５５５ナノメートルであり、終点判断論理は、基板１０の研磨中に取った全てのスペクトル測定に対して４７５ナノメートルから５５５ナノメートルの波長で選択されたスペクトル特徴７０２に対して検索するが、他の波長範囲も可能である。波長範囲７０６は、原位置モニタリングシステムによって測定された全スペクトルの部分集合としてユーザ入力によって選択することができる。
【００７５】
一部の実施では、終点判断論理は、スペクトル測定の一部の修正波長範囲とスペクトルの残りの部分の前のスペクトルに対して使用する波長範囲とにおける選択されたスペクトル特徴７０２に対して検索する。例えば、終点判断論理は、プラテン２４の第１の回転中に測定されたスペクトルに対する波長範囲７０６、及びプラテン２４の連続回転中に測定されたスペクトルに対する波長範囲７０８における選択されたスペクトル特徴７０２に対して検索し、ここで両測定は、基板１０の第１の区域で行われたものである。この例を続けると、終点判断論理は、同じプラテン回転中に測定された２つのスペクトルに対して波長範囲７１０の別の選択されたスペクトル特徴に対して検索し、ここで両測定は、第１の区域と異なる基板１０の第２の区域で行われたものである。
【００７６】
一部の実施では、選択されたスペクトル特徴７０２は、スペクトル谷又はスペクトルゼロ交差点である。一部の実施では、特性７４は、ピーク又は谷の強度又は幅（例えば、ピークよりも小さい固定距離において測定された又はピークに最も近い谷の間の中ほどの高さにおいて測定された幅）である。
【００７７】
図８は、研磨工程のために終点を判断する時に使用するターゲット差δＶを選択する方法８００を示している。製品基板と同じパターンを有する基板の特性が測定される（ステップ８０２）。測定される基板は、本明細書では「セットアップ」基板と呼ぶ。セットアップ基板は、単に製品基板に類似するか又はそれと同じ基板とすることができ、又はセットアップ基板は、製品基板のバッチからの１つの基板とすることができる。測定される特性は、基板上の関連の特定の位置において関連のフィルムの研磨前厚みを含むことができる。典型的には、複数の位置における厚みを測定することができる。位置は、通常、同じタイプのダイ特徴が各位置に対して測定されるように選択される。測定は測定ステーションにおいて実施することができる。原位置光学モニタリングシステムは、研磨前に基板から反射する光のスペクトルを測定することができる。
【００７８】
セットアップ基板は、関連の研磨ステップに従って研磨され、研磨中に得られるスペクトルが収集される（ステップ８０４）。研磨及びスペクトル収集は、上述の研磨装置において実施することができる。スペクトルは、研磨中に原位置モニタリングシステムによって収集される。基板は、ターゲット厚みを達成する時に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、すなわち、推定終点を過ぎて研磨される。
【００７９】
研磨過剰の基板の特性が測定される（ステップ８０６）。特性は、研磨後測定のために使用する特定の１つの位置又は複数の位置において関連のフィルムの研磨後厚みを含む。
【００８０】
測定厚み及び収集スペクトルを使用して、収集スペクトルを調べることにより、研磨中にモニタするピーク又は谷のような特定の特徴を選択する（ステップ８０８）。特徴は、研磨装置のオペレータによって選択することができ、又は特徴の選択は自動化することができる（従来のピーク発見アルゴリズム及び経験的ピーク選択方程式に基づいて）。例えば、研磨装置２０のオペレータには、図５Ｂを参照して上述したように、等高線図５００ｂを呈示することができ、オペレータは、特徴を選択し、等高線図５００ｂから追跡することができる。スペクトルの特定の領域が、研磨中にモニタすることが望ましい特徴を含むことが予想される場合（例えば、過去の経験又は理論に基づく特徴挙動の計算による）、その領域の特徴のみを考慮すべきである。特徴は、典型的には、基板が研磨される時にセットアップ基板の上部から除去された材料の量の間の相関関係を示すように選択される。
【００８１】
線形補間は、測定研磨前フィルム厚み及び研磨後基板厚みを使用して実施され、ターゲットフィルム厚みを達成した大体の時間を判断することができる。大体の時間は、選択された特徴特性の終点値を判断するためにスペクトル等高線図と比較することができる。特徴特性の終点値と初期値の間の差は、ターゲット差として使用することができる。一部の実施では、特徴特性の値を正規化するために、関数が特徴特性の値に当て嵌められる。関数の終点値と関数の初期値の間の差は、ターゲット差として使用することができる。同じ特徴は、基板のバッチの残りの部分の研磨中にモニタされる。
【００８２】
任意的に、スペクトルは、正確性及び／又は精度を高めるように処理される。スペクトルは、例えば、それらを共通基準に対して正規化し、それらを平均化し、及び／又はそれらからノイズを濾過するように処理することができる。一実施では、ローパスフィルタをスペクトルに適用し、突然のスパイクを減少又は排除する。
【００８３】
モニタするスペクトル特徴は、典型的には、コンピュータデバイスが特定の特徴ベースの終点論理を適用することによって終点を呼び出す時にターゲット厚みが達成されるように、特定の終点判断論理に対して経験的に選択される。終点判断論理は、特徴特性のターゲット差を使用して、終点を呼び出すべき時を判断する。特性の変化は、研磨が始まる時に特徴の初期特性値に対して測定することができる。代替的に、終点は、ターゲット差δＶに加えて予想初期値ＥＩＶ及び実初期値ＡＩＶに対して呼び出すことができる。終点論理は、基板間の潜在的な変動を補償するために、実初期値と予想初期値の間の差に開始値重みＳＶＷを掛けることができる。例えば、終点判断論理は、終点測定基準ＥＭ＝ＳＶＷ*（ＡＩＶ−ＥＩＶ）＋δＶである時に研磨を終了することができる。
【００８４】
一部の実施では、重み付き組合せを使用して終点を判断する。例えば、終点判断論理は、関数からの特性の初期値及び関数からの特性の現在値、並びに初期値と現在値の間の第１の差を計算することができる。終点判断論理は、初期値とターゲット値の間の第２の差を計算し、第１の差及び第２の差の重み付き組合せを生成することができる。加重値がターゲット値に達すると、終点を呼び出すことができる。終点判断論理は、モニタした差（又は複数の差）を特性のターゲット差と比較することによって終点を呼び出すべき時を判断することができる。モニタした差がターゲット差と適合するか又はそれを超える場合、終点を呼び出す。一実施では、モニタした差は、終点を呼び出す前に何らかの期間（例えば、プラテンの２回転）にわたってターゲット差に適合するか又はそれを超える必要がある。
【００８５】
図９は、特定のターゲット厚み及び特定の終点判断論理に対する選択されたスペクトル特徴に関連付けられた特性のターゲット値を選択する方法９０１を示している。セットアップ基板は、ステップ８０２−８０６（ステップ９０３）で上述のように測定されて研磨される。特に、スペクトルが収集され、各収集スペクトルを測定する時間が格納される。
【００８６】
特定のセットアップ基板に対する研磨装置の研磨速度が計算される（ステップ９０５）。平均研磨速度ＰＲは、研磨前及び研磨後の厚みＤ１、Ｄ２、及び実研磨時間ＰＴ、例えば、ＰＲ＝（Ｄ２−Ｄ１）／ＰＴを使用することによって計算することができる。
【００８７】
終点時間は、特定のセットアップ基板に対して計算され（ステップ９０７）て較正点を提供し、以下に説明するように、選択された特徴の特性のターゲット値を判断する。終点時間は、計算研磨速度ＰＲ、関連のフィルムの研磨前開始厚みＳＴ、及び関連のフィルムのターゲット厚みＴＴに基づいて計算することができる。終点時間は、研磨速度が研磨工程を通して一定、例えば、ＥＴ＝（ＳＴ−ＴＴ）／ＰＲと仮定すると、簡単な線形補間として計算することができる。
【００８８】
任意的に、計算終点時間は、パターン化基板のバッチの別の基板を研磨し、計算終点時間において研磨を停止し、かつ関連のフィルムの厚みを測定することによって評価することができる。厚みが、ターゲット厚みの満足のいく範囲にある場合、計算終点時間は、満足のいくものである。そうでなければ、計算終点時間は、再計算することができる。
【００８９】
選択された特徴に対するターゲット特性値は、計算終点時間においてセットアップ基板から収集されたスペクトルから記録される（ステップ９０９）。関連のパラメータが、選択された特徴の位置又は幅の変化を伴う場合、その情報は、計算終点時間の前の期間中に収集されたスペクトルを調べることによって判断することができる。特性の初期値とターゲット値の間の差は、特徴に対するターゲット差として記録される。一部の実施では、単一ターゲット差が記録される。
【００９０】
図１０は、研磨ステップの終点を判断するためにピークベースの終点判断論理を使用する方法１０００を示している。パターン化基板のバッチの別の基板は、上述の研磨装置を使用して研磨される（ステップ１００２）。
【００９１】
選択されたスペクトル特徴のＩＤ、波長範囲、及び選択されたスペクトル特徴の特性を受け取る（ステップ１００４）。例えば、終点判断論理は、基板に対する処理パラメータを有するコンピュータからＩＤを受け取る。一部の実施では、処理パラメータは、セットアップ基板の処理中に判断された情報に基づいている。
【００９２】
基板は、最初に研磨され、基板から反射した光を測定し、スペクトルを生成し、選択されたスペクトル特徴の特性値が、測定スペクトルの波長範囲で判断される。プラテンの各回転において、以下のステップが実施される。
【００９３】
研磨されている基板表面から反射した光の１つ又はそれよりも多くのスペクトルを測定し、現在プラテン回転に対して１つ又はそれよりも多くの現在スペクトルを得る（ステップ１００６）。現在のプラテン回転に対して測定された１つ又はそれよりも多くのスペクトルは、図８を参照して上述したように、任意的に処理され、正確性及び／又は精度を高める。１つのスペクトルのみを測定する場合、１つのスペクトルは、現在スペクトルとして使用される。１つ又はそれよりも多くの現在スペクトルをプラテン回転に対して測定する場合、それらは、グループ分けされ、各グループ内で平均化され、かつ平均値は、現在スペクトルであると指定される。スペクトルは、基板の中心からの半径距離によってグループ分けすることができる。
【００９４】
一例として、第１の現在スペクトルは、ポイント２０２及び２１０（図２）において測定されたスペクトルから得ることができ、第２の現在スペクトルは、ポイント２０３及び２０９において測定されたスペクトルから得ることができ、第３の現在スペクトルは、ポイント２０４及び２０８において測定されたスペクトルから得ることができる等々である。選択されたスペクトルピークの特性値は、各現在スペクトルに対して判断することができ、研磨は、基板の各領域で個別にモニタすることができる。代替的に、最悪の場合には、選択されたスペクトルピークの特性に対する値は、現在スペクトルから判断することができ、終点判断論理によって使用することができる。
【００９５】
プラテンの各回転中に、付加的な１つのスペクトル又は複数のスペクトルは、現在基板に対して一連のスペクトルに加えられる。研磨が進行する時に、一連のスペクトルの少なくとも一部は、研磨中に基板から除去されている材料のために異なっている。
【００９６】
現在スペクトルに対する修正波長範囲は、図７Ａ〜図７Ｃを参照して上述したように生成される（ステップ１００８）。例えば、終点論理は、前の特性値に基づいて現在スペクトルに対して修正波長範囲を判断する。修正波長範囲は、前の特性値の中心に置くことができる。一部の実施では、修正波長範囲は、予想特性範囲に基づいて判断され、例えば、波長範囲の中心は、予想特性値と一致する。
【００９７】
一実施では、現在スペクトルに対する波長範囲の一部は、異なる方法を使用して判断される。例えば、基板の縁部区域で反射する光から測定されたスペクトルに対する波長範囲は、波長範囲を基板の同じ縁部区域で測定された前のスペクトルからの特性値の中心に置くことによって判断される。この例を続けると、基板の中心区域で反射する光から測定されたスペクトルに対する波長範囲は、波長範囲を中心区域に対して予想特性値の中心に置くことによって判断される。
【００９８】
一部の実施では、現在スペクトルに対する波長範囲の幅は同じである。一部の実施では、現在スペクトルに対する波長範囲の幅の一部は異なる。
【００９９】
選択されたスペクトル特徴特性を検索する波長範囲のＩＤは、終点の検出又は研磨速度変化の判断のより優れた精度を可能にすることができ、例えば、システムは、その後のスペクトル測定中に不正確なスペクトル特徴を選択する可能性は低い。スペクトル全体にわたることに代わって波長範囲のスペクトル特徴を追跡することは、スペクトル特徴をより容易かつ迅速に識別することを可能にする。選択されたスペクトル特徴を識別するのに必要な処理リソースは、減少させることができる。
【０１００】
選択されたピークに対する現在特性値は、修正波長範囲から抽出され（ステップ１０１０）、現在特性値は、図８の関連で上述した終点判断論理を使用してターゲット特性値と比較される（１０１２）。例えば、現在特徴特性に対する一連の値は、一連のスペクトルから判断され、関数は、一連の値に当て嵌められる。関数は、例えば、現在特性値と初期特性値の間の差に基づいて研磨中に基板から除去された材料の量の近似値を判断することができる１次関数とすることができる。
【０１０１】
終点条件が満足されない（ステップ１０１４の「ノー」の枝）と終点判断論理が判断する限り、研磨を継続することは可能であり、ステップ１００６、１００８、１０１０、１０１２、及び１０１４は、必要に応じて繰り返される。例えば、終点判断論理は、関数に基づいて、特徴特性に対するターゲット差にまだ達していないと判断する。
【０１０２】
一部の実施では、基板の複数の部分からの反射光のスペクトルが測定される時に、終点判断論理は、複数の部分の研磨が同じ時間又は同じ時間の近くに終了するように、基板の１つ又はそれよりも多くの部分の研磨速度を調節する必要があると判断することができる。
【０１０３】
終点条件が満足される（ステップ１０１４の「イエス」の枝）と終点判断論理が判断すると、終点が呼び出され、研磨は停止する（ステップ１０１６）。
【０１０４】
スペクトルを正規化し、不要な光反射の影響を除去又は低減することができる。関連の１つのフィルム又は複数のフィルム以外の媒体に起因する光反射は、研磨パッド窓から及び基板のベースシリコン層からの光反射を含む。窓からの寄与は、暗い条件下（すなわち、基板が原位置モニタリングシステム上に置かれていない時）で原位置モニタリングシステムが受け取る光のスペクトルを測定することによって推定することができる。シリコン層からの寄与は、裸シリコン基板から反射した光のスペクトルを測定することによって推定することができる。これらの寄与は、通常、研磨ステップの開始前に得られる。測定生スペクトルは、次の通り正規化される。
正規化スペクトル＝（Ａ−Ｄａｒｋ）／（Ｓｉ−Ｄａｒｋ）
ここで、Ａは生スペクトル、Ｄａｒｋは、暗い条件下で得られるスペクトルであり、Ｓｉは、裸シリコン基板から得られるスペクトルである。
【０１０５】
上述の実施形態において、スペクトルの波長ピークの変化を使用して、終点検出を実施する。スペクトルの波長谷（すなわち、局所最小値）の変化はまた、ピークの代わりに又はピークと共にのいずれかで使用することができる。複数のピーク（又は谷）の変化はまた、終点を検出する時に使用することができる。例えば、各ピークは個々にモニタすることができ、終点は、大部分のピークの変化が終点条件に合う時に呼び出すことができる。他の実施では、変曲点又はスペクトルゼロ交差の変化を使用して終点検出を判断することができる。
【０１０６】
一部の実施では、アルゴリズムセットアップ工程１１００（図１１）には、トリガ特徴追跡技術１２００（図１２）を使用する１つ又はそれよりも多くの基板の研磨が続く。
【０１０７】
最初に、スペクトルにおける関連の特徴の特性は、第１の層の研磨を追跡するのに使用するために、例えば、上述の技術のうちの１つを使用して選択される（ステップ１１０２）。例えば、特徴は、ピーク又は谷とすることができ、特性は、ピーク又は谷の波長又は周波数における位置又は幅、又はピーク又は谷の強度とすることができる。関連の特徴の特性が、異なるパターンの広範な製品基板に適用可能である場合、特徴及び特性は、機器製造業者によって事前選択することができる。
【０１０８】
加えて、研磨終点の近くの研磨速度ｄＤ／ｄｔが判断される（１１０４）。例えば、複数のセットアップ基板は、製品基板を研磨するために使用すべき研磨工程であるが予想終点研磨時間に近い異なる研磨時間に従って研磨することができる。セットアップ基板は、製品基板と同じパターンを有することができる。各セットアップ基板に対して、層の研磨前及び研磨後厚みを測定することができ、差から計算されて除去された量、並びにそのセットアップ基板に対する除去された量及び関連研磨時間を格納し、設定されたデータに提供する。時間の関数として除去された量の１次関数は、設定されたデータに当て嵌めることができ、１次関数の勾配は、研磨速度を提供する。
【０１０９】
アルゴリズムセットアップ工程は、セットアップ基板の第１の層の初期厚みＤ1を測定する段階（ステップ１１０６）を含む。セットアップ基板は、製品基板と同じパターンを有することができる。第１の層は、誘電体、例えば、低ｋ材料、例えば、炭素ドープ二酸化珪素、例えば、ブラックダイヤモンド（登録商標）（アプライド・マテリアルズ・インコーポレーテッドから）又はコーラル（登録商標）（ノーベラス・システムズ・インコーポレーテッドから）とすることができる。
【０１１０】
任意的に、第１の材料の組成に応じて、第１及び第２の誘電体の両方と異なる別の誘電体、例えば、低ｋキャッピング材料、例えば、テトラエチルオルトケイ酸塩（ＴＥＯＳ）の１つ又はそれよりも多くの付加的な層が、第１の層の上に堆積される（ステップ１１０７）。第１の層及び１つ又はそれよりも多くの付加的な層は、一緒に層堆積を提供する。
【０１１１】
次に、異なる第２の誘電体、例えば、障壁層、例えば、窒化物、例えば、窒化タンタル又は窒化チタンの第２の層が、第１の層又は層堆積の上に堆積される（ステップ１１０８）。更に、導電層、例えば、金属層、例えば、銅が、第２の層の上に（かつ第１の層のパターンによって設けられた溝に）堆積される（ステップ１１０９）。
【０１１２】
測定は、研磨中に使用すべき光学モニタリングシステム以外の測定システム、例えば、表面形状測定器又は偏光解析法を使用する光測定ステーションのようなインラインの又は個別の測定ステーションにおいて実施することができる。例えば、一部の測定技術、例えば、表面形状測定法に対して、第１の層の初期厚みは、第２の層が堆積する前に測定されるが、他の測定技術、例えば、偏光解析法に対して、測定は、第２の層が堆積される前又は後に実施することができる。
【０１１３】
セットアップ基板は、次に、関連の研磨工程に従って研磨される（ステップ１１１０）。例えば、導電層及び第２の層の一部分は、第１の研磨パッドを使用して第１の研磨ステーションにおいて研磨されて除去することができる（ステップ１１１０ａ）。次に、第２の層及び第１の層の一部分は、第２の研磨パッドを使用して第２の研磨ステーションにおいて研磨して除去することができる（ステップ１１１０ｂ）。しかし、一部の実施に対して、導電層はなく、例えば、第２の層は、研磨が始まる時に最外側層である点に注意すべきである。
【０１１４】
少なくとも第２の層の除去中に及び場合によっては第２の研磨ステーションにおける研磨作動全体中に、スペクトルは、上述の技術を使用して収集される（ステップ１１１２）。更に、個別の検出技術を使用して、第２の層の除去及び第１の層の露出を検出する（ステップ１１１４）。例えば、第１の層の露出は、モータトルク又は基板から反射する光の総強度の突然の変化によって検出することができる。第２の層の除去の時間Ｔ1におけるスペクトルの関連の特徴の特性の値Ｖ1が、検出されて格納される。除去を検出する時間Ｔ1も格納することができる。
【０１１５】
研磨は、除去の検出後のデフォルト時間において休止することができる（ステップ１１１８）。デフォルト時間は十分に大きく、研磨は、第１の層の露出後に休止される。デフォルト時間は、研磨後の厚みが、研磨速度が研磨後厚みとターゲット厚みとの間で線形であると仮定することができるほどターゲット厚みに十分近いように選択される。研磨を休止する時間におけるスペクトルの関連の特徴の特性の値Ｖ2は、研磨を休止した時間Ｔ2もそのようにできるように、検出して格納することができる。
【０１１６】
第１の層の研磨後厚みＤ2は、例えば、初期厚みを測定するのに使用するものと同じ測定システムを使用して測定される（ステップ１１２０）。
【０１１７】
特性の値ΔＶDのデフォルトターゲット変化が計算される（ステップ１１２２）。値のこのデフォルトターゲット変化は、製品基板に対する終点検出アルゴリズムにおいて使用されることになる。デフォルトターゲット変化は、第２の層の除去の時間における値と研磨を休止する時間における値との間の差、すなわち、ΔＶD＝Ｖ1−Ｖ2から計算することができる。
【０１１８】
研磨作動の終わり間近にモニタされた特性の関数として厚みの変化率ｄＤ／ＤＶが計算される（１１２４）。例えば、ピークの波長位置がモニタされていると仮定すると、変化率は、ピークの波長位置のシフトのオングストローム当たりの除去された材料のオングストロームとして表すことができる。別の例として、ピークの周波数幅がモニタされていると仮定すると、変化率は、ピークの幅の周波数のシフトのヘルツ当たりの除去された材料のオングストロームとして表すことができる。
【０１１９】
一実施では、時間の関数としての値の変化率ｄＶ／ｄｔは、第２の層の時間露出及び研磨の終わりにおける値、例えば、ｄＶ／ｄｔ＝（Ｄ2−Ｄ1）／（Ｔ2−Ｔ1）から簡単に計算することができる。別の実施では、セットアップ基板の研磨の終わり間近、例えば、Ｔ1とＴ2の間の時間の少なくとも２５％又はそれ未満からのデータを使用して時間の関数として測定値に線を当て嵌めることができ、線の勾配は、時間の関数としての値の変化率ｄＶ／ｄｔを提供する。いずれの場合にも、モニタされた特性の関数としての厚みの変化率ｄＤ／ｄＶは、次に、研磨速度を値の変化率で割ること、すなわち、ｄＤ／ｄＶ＝（ｄＤ／ｄｔ）／（ｄＶ／ｄｔ）によって計算される。変化率ｄＤ／ｄＶが計算された状態で、それは、製品に対しては一定のままであるべきであり、必ずしも同じ製品の異なるロットに対してｄＤ／ｄＶを再計算する必要はないはずである。
【０１２０】
セットアップ工程が完了した状態で、製品基板は研磨することができる。
【０１２１】
任意的に、製品基板のロットから少なくとも１つの基板の第１の層の初期厚みｄ1が測定される（ステップ１２０２）。製品基板は、セットアップ基板と少なくとも同じ層構造、及び任意的に同じパターンを有する。一部の実施では、全ての製品基板を測定するとは限らない。例えば、あるロットから１つの基板を測定することができ、初期厚みは、そのロットからの全ての他の基板に対して使用される。別の例として、あるカセットから１つの基板を測定することができ、初期厚みは、そのカセットからの全ての他の基板に対して使用される。他の実施では、全ての製品基板が測定される。製品基板の第１の層の厚みの測定は、セットアップ工程が完了する前又は後に実施することができる。
【０１２２】
上述のように、第１の層は、誘電体、例えば、低ｋ材料、例えば、炭素ドープ二酸化珪素、例えば、ブラックダイヤモンド（登録商標）（アプライド・マテリアルズ・インコーポレーテッドから）又はコーラル（登録商標）（ノーベラス・システムズ・インコーポレーテッドから）とすることができる。測定は、研磨中に使用すべき光学モニタリングシステム以外の測定システム、例えば、表面形状測定器又は偏光解析法を使用する光測定ステーションのようなインラインの又は個別の測定ステーションにおいて実施することができる。
【０１２３】
任意的に、第１の材料の組成に応じて、第１及び第２の誘電体の両方と異なる別の誘電体、例えば、低ｋキャッピング材料、例えば、テトラエチルオルトケイ酸塩（ＴＥＯＳ）の１つ又はそれよりも多くの付加的な層が、製品基板上の第１の層の上に堆積される（ステップ１２０３）。第１の層及び１つ又はそれよりも多くの付加的な層は、一緒に層堆積を提供する。
【０１２４】
次に、異なる第２の誘電体、例えば、障壁層、例えば、窒化物、例えば、窒化タンタル又は窒化チタンの第２の層が、製品基板の第１の層又は層堆積の上に堆積される（ステップ１２０４）。更に、導電層、例えば、金属層、例えば、銅が、製品基板の第２の層の上に（かつ第１の層のパターンによって設けられた溝に）堆積することができる（ステップ１２０５）。
【０１２５】
一部の測定技術、例えば、表面形状測定に対して、第１の層の初期厚みは、第２の層が堆積される前に測定されるが、他の測定技術、例えば、偏光解析法に対して、第２の層が堆積する前又は後に測定を実施することができる。第２の層及び導電層の堆積は、セットアップ工程が完了する前又は後に実施することができる。
【０１２６】
研磨すべき各製品基板に対して、ターゲット特性差ΔＶは、第１の層の初期厚みに基づいて計算される（ステップ１２０６）。典型的には、これは研磨が始まる前に起こるが、研磨が始まった後であってスペクトル特徴追跡を開始する前に計算をすることもできる（ステップ１２１０において）。特に、製品基板の格納された初期厚みｄ1は、例えば、ターゲット厚みｄTと共にホストコンピュータから受け取られる。更に、開始及び終了厚みＤ1及びＤ2、モニタされた特性の関数としての厚みの変化率ｄＤ／ｄＶ、及びセットアップ基板に対して判断した値のデフォルトターゲット変化ΔＶDを受け取ることができる。
【０１２７】
一実施では、ターゲット特性差ΔＶは、以下の通り計算される。
ΔＶ＝ΔＶD＋（ｄ1−Ｄ1）／（ｄＤ／ｄＶ）＋（Ｄ2−ｄT）／（ｄＤ／ｄＶ）
【０１２８】
一部の実施では、前厚みは利用できないことになる。この場合には、「（ｄ1−Ｄ1）／（ｄＤ／ｄＶ）」は、上記方程式から省くことになる、すなわち、以下の通りである。
ΔＶ＝ΔＶD＋（Ｄ2−ｄT）／（ｄＤ／ｄＶ）
【０１２９】
製品基板が研磨される（ステップ１２０８）。例えば、導電層及び第２の層の一部分は、第１の研磨パッドを使用して第１の研磨ステーションにおいて研磨して除去することができる（ステップ１２０８ａ）。次に、第２の層及び第１の層の一部分は、第２の研磨パッドを使用して第２の研磨ステーションにおいて研磨して除去することができる（ステップ１２０８ｂ）。しかし、一部の実施に対して、導電層はなく、例えば、第２の層は、研磨が始まる時に最外側層である点に注意すべきである。
【０１３０】
原位置モニタリング技術を使用して、第２の層の除去及び第１の層の露出を検出する（ステップ１２１０）。例えば、時間ｔ１における第１の層の露出は、モータトルク又は基板から反射する光の総強度の突然の変化によって検出することができる。例えば、図１３は、以下に重なる障壁層を露出するための金属層の研磨中の時間の関数として基板から受け取った光の総強度のグラフを示している。この総強度は、スペクトル強度を積分することにより、例えば、測定された波長の全てにわたって又は現在波長範囲にわたってスペクトルモニタリングシステムによって獲得されたスペクトル信号から得ることができる。代替的に、総強度ではなく、特定の単色波長における強度を使用することができる。図１３によって示すように、銅層が除去されると、総強度は減少し、障壁層が完全に露出される時に、総強度は、一定になる。強度の安定は、スペクトル特徴追跡を開始するトリガとして検出されて使用することができる。
【０１３１】
少なくとも第２の層の除去の検出から始めて（及び場合によってはより早く、例えば、第２の研磨パッドを有する製品基板の研磨の始めから）、スペクトルは、上述の原位置モニタリング技術を使用して研磨中に得られる（ステップ１２１２）。スペクトルは、上述の技術を使用して解析され、追跡されている特徴の特性の値を判断する。例えば、図１４は、研磨中の時間の関数としてスペクトルピークの波長位置のグラフを示している。第２の層の除去の時間ｔ1におけるスペクトルの追跡されている特徴の特性の値ｖ1が検出されて判断される。
【０１３２】
特性に対するターゲット値ｖTは、ここで計算することができる（ステップ１２１４）。ターゲット値ｖTは、ターゲット特性差ΔＶを第２の層の除去の時間ｔ1における特性の値ｖ1に加えること、すなわち、ｖT＝ｖ1＋ΔＶによって計算することができる。
【０１３３】
追跡されている特徴の特性がターゲット値に達すると、研磨は休止される（ステップ１２１６）。特に、各測定スペクトルに対して、例えば、各プラテン回転において、追跡されている特徴の特性の値を判断し、一連の値を生成する。図６Ａを参照して上述したように、関数、例えば、時間の１次関数は、一連の値に当て嵌めることができる。一部の実施では、関数は、時間窓内の値に当て嵌めることができる。関数がターゲット値に合うところは、研磨を休止する終点時間を提供する。第２の層の除去が検出された時間ｔ1における特性の値ｖ1も、関数、例えば、１次関数を時間ｔ1に近い一連の値の部分に当て嵌めることによって判断することができる。
【０１３４】
別の実施形態において、選択されたスペクトル特徴の２つの特性、例えば、波長（又は周波数）及び関連強度値は、研磨中に追跡される。２つの特性に対する値の対は、２つの特性の２次元空間のスペクトル特徴の座標を形成し、研磨パラメータに対する研磨終点又は調節は、２次元空間の特徴の座標の経路に基づくことができる。例えば、研磨終点は、２次元空間の座標が移動する距離に基づいて判断することができる。一般的に、以下に説明する場合を除いて、この実施形態は、上述の実施形態の様々な技術を使用することができる。
【０１３５】
図１５Ａ〜図１５Ｃは、異なる下に重なる層の厚みを有する基板で取った一連のスペクトル１５００ａ−ｃのグラフを示している。例えば、一連のスペクトル１５００ａ−ｃは、１０００オングストロームの初期厚みを有する第１の層、例えば、低ｋ材料を研磨しながら測定される。下に重なる層、例えば、エッチング停止層は、第１の層の下に堆積され、例えば、一連のスペクトル１５００ａ−ｃに対してそれぞれ５０、１３０、及び２００オングストロームの厚みを有する。一連のスペクトル１５００ａ−ｃは、第１の層が異なる厚みを有する時に、例えば、第１の層がそれぞれ１０００、７５０、及び５００オングストローム厚である時に研磨中に取ったスペクトル測定値を含む。
【０１３６】
一連のスペクトル１５００ａ−ｃは、研磨が進行する時に、例えば、強度（ピークの最大値）及び位置（最大値の波長又は周波数）の変化を発生させるピーク１５０２−ｃを含む。例えば、ピークは、材料が除去される時により高強度及びより低波長にシフトする。ピーク１５０２−ｃの初期強度及び波長は、以下に重なる層の厚みに基づいて異なる可能性があり、特性値の変化は、様々な下に重なる層の厚みの各々によって異なる。
【０１３７】
見出されたことは、少なくとも一部のダイの何らかの製作に対して、同じ量の除去が、以下に重なる層の厚みに応じてピークを異なる量だけシフトさせる場合はあるが、上にある層からの所定の量の材料の除去に対して、強度及び波長の２次元空間のピークを表す座標が移動する距離は、一般的に下に重なる層の厚みに影響されにくいということである。
【０１３８】
強度及び波長の２次元空間の座標によって定義される時の連続ピーク測定値、すなわち、連続スペクトル測定値の選択されたピーク、例えば、基板の下の光学モニタリングシステムの連続掃引からのスペクトル測定値の間の距離を使用して、基板上の関連の位置の研磨速度を判断することができる。例えば、開始ピーク座標と第２のピーク座標の間のユークリッド距離ｄ1、ｄ3、及びｄ5、例えば、第１の層が７５０オングストローム厚である時のピーク測定値は、全ての一連のスペクトル１５００ａ−ｃに対して同じである（又は非常に類似している）。同様に、第２のピーク座標と第３のピーク座標の間のユークリッド距離ｄ2、ｄ4、及びｄ6は、同じであり（又は非常に類似しており）、ユークリッド距離のそれぞれの対の合計は、同じであり（又は非常に類似しており）、例えば、ｄ2と組み合わせたｄ1は、ｄ4と組み合わせたｄ3と同じである。第３のピーク座標は、第１の層が５００オングストローム厚である時のピーク１５０２ａ−ｃの測定値に関連することができる。
【０１３９】
図１６Ａは、セットアップ基板からの２つの異なる時間において測定されたスペクトルのグラフ１６００ａを示している。例えば、第１のスペクトルは、例えば、図１３及びステップ１１１４を参照して上述した技術を使用して検出されたように、第１の層の研磨が始まる時の時間ｔ1において測定することができ、第２のスペクトルは、第１の層の研磨が終る時の時間ｔ2において、例えば、所定研磨時間において測定することができる。２つのスペクトルは、識別されたスペクトル特徴、例えば、ピーク１６０２に関連付けられた座標の変化の閾値距離ＤTを判断するために、セットアップ基板の研磨中に測定することができる。
【０１４０】
図１６Ｂは、基板、例えば、セットアップ基板が研磨されている間の２つの特徴特性の変化のグラフ１６００ｂを示している。例えば、一連のスペクトルの識別されたスペクトル特徴の波長及び強度測定値は、２次元空間の一連の座標によってグラフ１６００ｂに表すことができる。例えば、位置値、例えば、波長値は、ｘ軸上にプロットされ、強度値は、ｙ軸上にプロットされる。グラフ１６００ｂは、時間ｔ1で取ったピーク１６０２の波長及び強度測定値と、セットアップ基板の研磨が時間ｔ2で停止するまでのピーク１６０２の対応する測定値とを含む。
【０１４１】
ピーク１６０２に関連付けられた最大強度Ｉmax及び最小強度Ｉminを判断することができる。更に、ピーク１６０２に関連付けられた最大波長又は周波数λmax及び最小波長又は周波数λminを判断することができる。最大値及び最小値を使用して、製品基板の研磨中に測定された位置及び強度値を正規化することができる。一部の実施では、特徴特性値は、特徴特性値の両方が同じスケール、例えば、ゼロから１であるように正規化され、特徴特性値の一方は他方よりも重い重みを持たない。
【０１４２】
閾値距離ＤTは、一連の座標における連続座標の間の距離を組み合わせて、例えば、合計してセットアップ基板の研磨後に判断することができる。例えば、時間ｔ1は、第１の層が露出される時に識別することができる（例えば、図１３及びステップ１１１４を参照して上述した技術を使用して）。時間ｔ1後に取った測定スペクトルに関連付けられた連続距離値Ｄ１’、Ｄ２’、Ｄ３’などは、総距離の閾値距離ＤTを判断するために測定して組み合わせることができる。第１の層のターゲット厚みが時間ｔxにおいて残っていたという判断を行うことができ、閾値距離ＤTは、時間ｔ1から時間ｔxまで連続距離値Ｄ１’、Ｄ２’、Ｄ３’などの合計になるように判断される。一部の実施では、時間ｔxは、時間ｔ2と同じである。
【０１４３】
一部の実施では、特徴特性値が正規化され、２つの連続座標の間のユークリッド距離Ｄは、以下の通り判断される。
2013541827.tif 000003
ここで、ＩPは、前の座標のスペクトル特徴の強度であり、Ｉcurrentは、現在座標のスペクトル特徴の強度であり、λPは、前の座標のスペクトル特徴の波長又は周波数であり、λcurrentは、現在座標のスペクトル特徴の波長又は周波数であり、Ｉnormal＝Ｉmax−Ｉmin、及びλnormal＝λmax−λminである。ユークリッド距離以外の測距を使用することができる。例えば、一部の実施では、２つの連続座標の間の距離Ｄは、以下の通り判断される。
2013541827.tif 000004
【０１４４】
加えて、上述の距離の計算のための両方程式は、追跡されている２つの正規化特性の等しい重み付けを使用するが、等しくない重み付けで距離を計算することができる。
【０１４５】
閾値距離ＤTが識別された状態で、１つ又はそれよりも多くの製品基板は、研磨することができる。時間3は、第１の層又は研磨されている別の層が露出される時に判断することができる（例えば、図１３及びステップ１１１４を参照して上述した技術を使用して）。各プラテン回転に対して、現在スペクトルを測定することができ、現在特性値は、追跡されている選択されたスペクトル特徴に関連していると判断することができる。一部の実施では、特性値は、以下でより詳細に説明するように正規化することができる（例えば、強度値は、Ｉnormal又はＩmaxによって割り算することができ、波長又は周波数値は、λnormal又はλmaxによって割り算することができる）。図１６Ｃは、製品基板の研磨中に取った一連のスペクトルから判断されている特徴特性値に関連付けられた一連の座標のグラフ１６００ｃを示している。
【０１４６】
現在特性値を使用して、選択されたスペクトル特徴に関連付けられた現在座標を判断することができ、連続座標の間の距離、例えば、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３などを判断することができる（例えば、図１６Ｂを参照して上述した技術のうちの１つを使用して）。時間ｔ3において判断した開始座標と現在座標の間の一連の座標は、経路を形成することができ、距離Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３などを使用して、経路長は、例えば距離を組み合わせることにより、例えば距離を合計することによって判断することができる。例えば、経路長は、開始座標と現在座標の間の距離とすることができる。経路の現在長は、閾値距離ＤTと比較され、経路長が閾値距離ＤTを例えば時間ｔ4において超えると終点が呼び出される。
【０１４７】
一部の実施では、開始座標と現在座標の間のユークリッド距離は、開始座標と現在座標の間の連続座標によって作られた経路長と同じではない。一部の実施では、開始座標と現在座標の間の直線によって形成されたユークリッド距離を使用して、研磨速度又は終点を判断することができる。
【０１４８】
一部の実施では、特徴特性値は、一連の座標の生成中に正規化することができる。例えば、特徴特性値は、Ｉnormal又はλnormalそれぞれよって割り算され、正規化値を使用してグラフ１６００ｃにおいて関連座標が判断される。それらの実施では、連続座標間の距離を判断するのに使用する技術は、座標値を正規化するのに必要ではない。例えば、２つの連続座標値の間のユークリッド距離は、以下の通り判断される。
2013541827.tif 000005
ここで、ＩPは、前の座標のスペクトル特徴の正規化強度であり、Ｉcurrentは、現在座標のスペクトル特徴の正規化強度であり、λPは、前の座標のスペクトル特徴の正規化波長又は周波数であり、λcurrentは、前の座標のスペクトル特徴の正規化波長又は周波数である。
【０１４９】
研磨終点の検出の代わりに又は追加的に、２次元空間の座標の移動を使用して、ウェーハ内不均一性（ＷＩＷＮＵ）を低減するために、基板のゾーンのうちの１つにおいて研磨速度を調節することができる。特に、光の複数の一連のスペクトルは、基板の異なる部分から、例えば、第１の部分及び第２の部分からとすることができる。異なる部分に対してそれぞれの一連のスペクトルにおける選択されたスペクトル特徴の位置及び関連強度値を測定し、複数の一連の座標、例えば、基板の第１の部分に対する第１のシーケンス及び第２の部分に対する第２のシーケンスを生成することができる。各一連の座標に対して、距離は、上述の技術のうちの１つを使用して判断することができ、例えば、第１及び第２の一連の座標は、第１及び第２のそれぞれの開始座標と第１及び第２のそれぞれの現在座標とを含むことができ、第１及び第２のそれぞれの距離は、第１及び第２のそれぞれの開始座標から第１及び第２のそれぞれの現在座標まで判断することができる。第１の距離は、第２の距離と比較され、研磨速度に対する調節を判断することができる。特に、基板の異なる領域に対する研磨圧は、例えば、図６Ｂを参照して上述した技術を使用して、しかし、異なる値に対して計算した距離で置換することによって調節することができる。
【０１５０】
上述の技術は波長を使用するが、周波数のような特徴位置の他の測定を使用することができる。ピークに対して、ピークの位置は、ピークの最大値、ピークのメジアン値、又はピークのメジアン値での波長又は周波数として計算することができる。更に、上述の技術は位置及び強度の対を使用するが、この技術は、特徴位置及び特徴幅、又は特徴強度及び特徴幅のような他のペア又はトリプレットの特性に適用することができる。
【０１５１】
一部の実施では、研磨装置２０は、各プラテン回転に対する複数のスペクトルを識別し、識別したスペクトル特徴に関連付けられた２つの現在特性値を判断するために現在回転中に取ったスペクトルを平均する。一部の実施では、所定の数のスペクトル測定後、スペクトル測定値を平均化し、現在特性値を判断する。一部の実施では、メジアン特性値又はスペクトル測定値のスペクトルからのメジアンスペクトル測定値を使用して、現在特性値を判断する。一部の実施では、関係ないと判断されたスペクトルは、現在特性値を判断する前に廃棄される。
【０１５２】
図１７Ａは、基板１０から反射する光の測定スペクトル１７００ａの例を提供している。光学モニタリングシステムは、スペクトル強度のノイズを低減するために、ローパスフィルタを通してスペクトル１７００ａを通過させ、結果として図１７Ｂに示すスペクトル１７００ｂをもたらすことができる。ローパスフィルタを使用して、スペクトルの振動又はスパイクを低減するためにスペクトルを滑らかにすることができる。ローパスフィルタを使用して、図１６Ａ〜図１６Ｃを参照して上述したように、特徴追跡、例えば、複数の特徴特性の判断をより容易にすることができる。ローパスフィルタの例は、移動平均及び「バターワース」フィルタを含む。
【０１５３】
本明細書で使用される場合、用語の基板は、例えば、製品基板（例えば、これは、複数のメモリ又はプロセッサダイを含む）、試験基板、裸基板、及びゲート基板を含むことができる。基板は、集積回路製作の様々な段階において存在することができ、例えば、基板は、裸ウェーハとすることができ、又は基板は、１つ又はそれよりも多くの堆積及び／又はパターン化層を含むことができる。用語の基板は、円形ディスク及び矩形シートを含むことができる。
【０１５４】
本発明の実施形態及び本明細書に説明する機能的作動の全ては、本明細書に説明する構造的手段及びそれらの構造的均等物を含むデジタル電子回路、又はコンピュータソフトウエア、ファームウエア、又はハードウエア、又はそれらの組合せに実施することができる。本発明の実施形態は、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、又は複数のプロセッサ又はコンピュータによって実行するために又はそれらの作動を制御するように１つ又はそれよりも多くのコンピュータプログラム製品、すなわち、情報担体、例えば、機械可読なストレージデバイスに又は伝播信号に有形に具現化された１つ又はそれよりも多く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（プログラム、ソフトウエア、ソフトウエアアプリケーション、又はコードとしても公知）は、コンパイラ型又はインタープリター型言語を含むプログラム生成言語の形態で書くことができ、コンピュータプログラムは、独立型プログラムとして又はモジュール、コンポーネント、サブルーチン、又はコンピュータ環境において使用するのに好ましい他のユニットとして含むあらゆる形態で配備することができる。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、他のプログラム又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単一ファイルに、又は複数の調節されたファイル（例えば、１つ又はそれよりも多くのモジュール、サブプログラム、又はコードの一部分を格納するファイル）に格納することができる。コンピュータプログラムは、１つのサイトにおいて１つのコンピュータで又は複数のコンピュータで実行されるように配備され、又は複数のサイトにわたって分散され、かつ通信網によって相互接続することができる。
【０１５５】
本明細書に説明する処理及び論理の流れは、入力データを演算して出力を発生させることによって機能を実施する１つ又はそれよりも多くのコンピュータプログラムを実行する１つ又はそれよりも多くのプログラマブルプロセッサによって実施することができる。処理及び論理の流れはまた、特定目的論理回路、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）又はＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）によって実施することができ、装置はまた、それらとして実施することができる。
【０１５６】
上述の研磨装置及び方法は、様々な研磨システムに適用することができる。研磨パッド又は担体ヘッドのいずれか又は両方は、研磨面と基板の間に相対運動を提供するように移動することができる。例えば、プラテンは、回転ではなくて軌道に乗ることができる。研磨パッドは、プラテンに固定された円形の（又は何らかの他の形状の）パッドとすることができる。終点検出システムの一部の態様は、例えば、研磨パッドが、直線的に移動する連続的又はリール間ベルトである線形研磨システムに適用可能とすることができる。研磨層は、標準（例えば、充填物の有無に関わらずポリウレタン）研磨材料、軟質材料、又は固定研削材料とすることができる。相対位置決めの用語が使用されたが、研磨面及び基板は、垂直向き又は何らかの他の向きに保持することができることを理解すべきである。
【０１５７】
本発明の特定の実施形態を説明した。他の実施形態は、以下の特許請求の範囲の範囲にある。例えば、特許請求の範囲に列挙するアクションは、異なる順番で実施され、依然として望ましい結果を達成することができる。
【符号の説明】
【０１５８】
１６００ｂ  ２つの特徴特性の変化のグラフ
Ｉmax  最大強度
Ｉmin  最小強度
Ｄ１’、Ｄ２’、Ｄ３’  距離値
ｔ１、ｔ２、ｔｘ  時間
λmax  最大波長又は周波数
λmin  最小波長又は周波数
【図１】
2013541827.tif 000006
【図２】
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【図３Ｂ】
2013541827.tif 000008
【図４Ａ−Ｂ】
2013541827.tif 000009
【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2013541827.tif 000020
【図１４】
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【図１５Ａ】
2013541827.tif 000022
【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
2013541827.tif 000026
【図１６Ｃ】
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【図１７Ａ−Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図５Ａ−Ｂ】
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【国際調査報告】
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2013541827.tif 000032
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