(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨を制御する方法であって、
基板を研磨すること、
前記基板が研磨されている間に、前記基板からの反射光スペクトルの第１シーケンスを、インシトゥスペクトログラフィック光学モニタシステムで測定すること、
スペクトルの前記第１シーケンスの中で、スペクトルの前記第１シーケンスにおいて展開する第１の位置を有する第１のスペクトル特徴を選択すること、
スペクトルの前記第１シーケンスに含まれる各スペクトルごとに、第１の位置の値のシーケンスを生成するため、前記第１のスペクトル特徴に対して第１の位置の値を決定すること
第１の位置の値の前記シーケンスに基づいて、前記第１のスペクトル特徴の前記第１の位置が第１の境界と交差したことを決定すること、
前記第１のスペクトル特徴が前記第１の境界と交差した後、前記基板が研磨されている間に、前記基板からの反射光スペクトルの第２シーケンスを測定すること、
前記第１のスペクトル特徴の前記第１の位置が前記第１の境界と交差したことが決定されると、スペクトルの前記第２シーケンスにおいて展開する第２の位置を有する第２のスペクトル特徴を選択すること、
スペクトルの前記第２シーケンスに含まれる各スペクトルごとに、第２の位置の値のシーケンスを生成するため、前記第２のスペクトル特徴に対して第２の位置の値を決定すること、
第２の位置の値の前記シーケンスに基づいて、研磨終点をトリガーすること又は研磨パラメータを調整することのうちの少なくとも１つ
を含む、方法。
【請求項２】
前記第２のスペクトル特徴の前記第２の位置が第２の境界と交差したことが決定されると、前記研磨終点をトリガーすることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
関数を前記第２の位置の値のシーケンスに適合することを含み、前記第２のスペクトル特徴の前記第２の位置が第２の境界と交差したことを決定することは、前記関数が閾値と交差したことを決定することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のスペクトル特徴の初期位置の値を決定すること、及び前記第１のスペクトル特徴の現在位置の値を決定することを含み、前記第１の位置の値は、前記初期位置の値と前記現在位置の値との間の差分を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第２のスペクトル特徴を選択することは、前記第２のスペクトル特徴に対する所定の第２の波長範囲を検索することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記所定の第２の波長範囲を検索することは、前記所定の第２の波長範囲に極大値又は極小値を見出すことを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１のスペクトル特徴の波長は時間と共に第１の方向に単調に変化し、前記所定の第２の波長範囲は前記第１の境界を基準にして前記第１の方向とは反対側に配置される、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の境界は前記スペクトログラフィック光学モニタシステムの動作範囲のエッジ近傍にある、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第２の境界は前記スペクトログラフィック光学モニタシステムの動作範囲のエッジ近傍にある、請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
研磨操作を制御するための操作をプロセッサに実行させるように操作可能で、非一過性コンピュータ記憶媒体上にエンコードされたコンピュータプログラム製品であって、前記操作は、
基板が研磨されている間に、前記基板からの反射光スペクトルの第１シーケンスの測定値を、インシトゥスペクトログラフィック光学モニタシステムから受け取ること、
スペクトルの前記第１シーケンスの中で、スペクトルの前記第１シーケンスにおいて展開する第１の位置を有する第１のスペクトル特徴を選択すること、
スペクトルの前記第１シーケンスに含まれる各スペクトルごとに、第１の位置の値のシーケンスを生成するため、前記第１のスペクトル特徴に対して第１の位置の値を決定すること、
第１の位置の値の前記シーケンスに基づいて、前記第１のスペクトル特徴の前記第１の位置が第１の境界と交差したことを決定すること、
前記第１のスペクトル特徴が前記第１の境界と交差した後、前記基板が研磨されている間に、前記基板からの反射光スペクトルの第２シーケンスの測定値を、前記インシトゥスペクトログラフィック光学モニタシステムから受け取ること、
前記第１のスペクトル特徴の前記第１の位置が前記第１の境界と交差したことが決定されると、スペクトルの前記第２シーケンスにおいて展開する第２の位置を有する第２のスペクトル特徴を選択すること、
スペクトルの前記第２シーケンスに含まれる各スペクトルごとに、第２の位置の値のシーケンスを生成するため、前記第２のスペクトル特徴に対して第２の位置の値を決定すること、及び
第２の位置の値の前記シーケンスに基づいて、研磨終点をトリガーすること又は研磨パラメータを調整することのうちの少なくとも１つ
を含む、コンピュータプログラム製品。
【請求項１１】
研磨パッドを支持するプラテン、
前記研磨パッドに接して基板を保持するキャリアヘッド、
前記基板が研磨されている間に前記基板からの反射光スペクトルを測定するように構成されたインシトゥスペクトログラフィック光学モニタシステム、及び
コントローラであって、
前記基板が研磨されている間に前記基板からの反射光スペクトルの第１シーケンスの測定値を、前記インシトゥスペクトログラフィック光学モニタシステムから受け取り、
スペクトルの前記第１シーケンスの中で、スペクトルの前記第１シーケンスにおいて展開する第１の位置を有する第１のスペクトル特徴を選択し、
スペクトルの前記第１シーケンスに含まれる各スペクトルごとに、第１の位置の値のシーケンスを生成するため、前記第１のスペクトル特徴に対して第１の位置の値を決定し、
第１の位置の値の前記シーケンスに基づいて、前記第１のスペクトル特徴の前記位置が第１の境界と交差したことを決定し、
前記第１のスペクトル特徴が前記第１の境界と交差した後、前記基板が研磨されている間に、前記基板からの反射光スペクトルの第２シーケンスの測定値を、前記インシトゥスペクトログラフィック光学モニタシステムから受け取り、
前記第１のスペクトル特徴の前記第１の位置が前記第１の境界と交差したことが決定されると、スペクトルの前記第２シーケンスにおいて展開する第２の位置を有する第２のスペクトル特徴を選択し、
スペクトルの前記第２シーケンスに含まれる各スペクトルごとに、第２の位置の値のシーケンスを生成するため、前記第２のスペクトル特徴に対して第２の位置の値を決定し、更に
第２の位置の値の前記シーケンスに基づいて、研磨終点をトリガーすること又は研磨パラメータを調整することのうちの少なくとも１つ
を行うように構成されたコントローラ
を備える研磨システム。
【請求項１２】
前記第１のスペクトル特徴が前記第１の境界と交差するときの前記第２のスペクトル特徴の初期位置の値を決定することを含み、前記第２のスペクトル特徴の現在位置の値を決定することを更に含み、前記第２の位置の値は、前記初期位置の値と前記現在位置の値との間の差分を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記操作は、前記第２のスペクトル特徴の前記第２の位置が第２の境界と交差したことが決定されると、前記研磨終点をトリガーすることを含む、請求項１０に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項１４】
前記操作は、関数を第２の位置の値の前記シーケンスに適合することを含み、前記第２のスペクトル特徴の前記第２の位置が前記第２の境界と交差したことを決定することは、前記関数が閾値と交差したことを決定することを含む、請求項１３に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項１５】
前記第１のスペクトル特徴と前記第２のスペクトル特徴はそれぞれ、ピーク、変曲点又はゼロ交点を含む、請求項１０に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項１６】
前記第１のスペクトル特徴と第２のスペクトル特徴はそれぞれ、極大値又は極小値を含む、請求項１５に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項１７】
前記操作は、前記第１のスペクトル特徴の初期位置の値を決定すること、及び前記第１のスペクトル特徴の現在位置の値を決定することを含み、前記第１の位置の値は、前記初期位置の値と前記現在位置の値との間の差分を含む、請求項１０に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項１８】
前記操作は、前記第１のスペクトル特徴が前記第１の境界と交差するときの前記第２のスペクトル特徴の初期位置の値を決定することを含み、前記操作は、前記第２のスペクトル特徴の現在位置の値を決定することを更に含み、前記第２の位置の値は、前記初期位置の値と前記現在位置の値との間の差分を含む、請求項１０に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項１９】
前記第２のスペクトル特徴を選択することは、前記第２のスペクトル特徴に対する所定の第２の波長範囲を検索することを含む、請求項１０に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項２０】
前記所定の第２の波長範囲を検索することは、前記所定の第２の波長範囲に極大値又は極小値を見出すことを含む、請求項１９に記載の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】
集積回路は通常、シリコンウエハに導電層、半導電層、又は絶縁層を連続的に堆積させることによって基板上に形成される。１つの製造ステップは、非平面の表面上に充填層を堆積し、充填層を平坦化することを含む。特定の応用例では、充填層は、パターン層の上面が露出するまで平坦化される。例えば、導電性充填層がパターン絶縁層上に堆積され、絶縁層内のトレンチ又は孔を充填することができる。平坦化後、絶縁層の高くなったパターンの間に残っている導電層の部分が、基板上の薄膜回路の間の導電経路を提供するビア、プラグ、及びラインを形成する。酸化物研磨などの他の応用例では、非平面の表面上に既定の厚さが残るまで、充填層が平坦化される。加えて、基板表面の平坦化は、フォトリソグラフィのために通常必要とされる。
【０００３】
化学機械研磨（ＣＭＰ）は、１つの認められた平坦化の方法である。この平坦化の方法では一般に、基板がキャリア又は研磨ヘッドに取り付けられる必要がある。基板の露出面は一般に、回転研磨パッドに当てられる。キャリアヘッドが、基板に制御可能な負荷をかけ、基板を研磨パッドに押し付ける。研磨用研磨スラリが一般に、研磨パッドの表面に供給される。
【０００４】
ＣＭＰの１つの問題は、研磨処理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又は厚さにまで平坦化されたかどうか、又は所望の量の材料が除去されたときを決定することである。スラリ分布、研磨パッド状態、研磨パッドと基板の間の相対速度、及び基板への荷重の各ばらつきが、材料除去速度のばらつきを生じさせる可能性がある。これらのばらつき、並びに基板層の初期厚さのばらつきが、研磨終点に到達するのに必要な時間のばらつきを生じさせる。したがって、研磨終点は単なる研磨時間の関数として決定することができない。
【０００５】
あるシステムでは、基板は研磨中に、インシトゥで、例えば研磨パッドの窓を通して光学的にモニタされる。しかしながら、既存の光学モニタ技術では、半導体デバイスメーカーの高まる要求を満たすことができない場合がある。
【発明の概要】
【０００６】
一部の光学的な終点検出技術は、研磨が進むにつれて、選択されたスペクトル特徴の特性、例えば、スペクトル中のピークの波長を追跡する。しかしながら、基板上の一部の層構造では、選択された特徴が過大に動くことがある。例えば、ピークの波長位置は、研磨が完了する前に、スペクトログラフによってモニタされる波長帯を完全に横切って移動することがある。この問題に対処する技術として、多数の特徴のトラッキングを連続して「つなぎ合わせる」方法がある。例えば、最初に追跡したピークの波長が境界と交差すると、新しいピークが選択され、新しいピークの波長が追跡される。
【０００７】
一態様では、研磨の制御方法は、基板を研磨すること、基板が研磨されている間に、基板からの反射光スペクトルの第１シーケンスを、インシトゥスペクトログラフィック光学モニタシステムで測定すること、及びスペクトルの第１シーケンス中の第１のスペクトル特徴を選択することを含む。第１のスペクトル特徴は、スペクトルの第１シーケンスにおいて展開する第１の位置を有する。スペクトルの第１シーケンスからの測定された各スペクトルでは、第１の位置の値は、第１の位置の値のシーケンスを生成するため、第１のスペクトル特徴に対して決定される。第１のスペクトル特徴の位置が第１の境界と交差することは、第１の位置の値のシーケンスに基づいて決定される。基板からの反射光スペクトルの第２シーケンスは、第１のスペクトル特徴が第１の境界と交差した後、基板が研磨されている間に測定される。第１のスペクトル特徴の位置が第１の境界と交差したことが決定されると、第２のスペクトル特徴が選択される。第２のスペクトル特徴は、スペクトルの第２シーケンスにおいて展開する第２の位置を有する。スペクトルの第２シーケンスからの測定された各スペクトルに関しては、第２の位置の値は、第２の位置の値のシーケンスを生成するため、第２のスペクトル特徴に対して決定される。位置の値の第２のシーケンスに基づいて、研磨終点はトリガーされるか、研磨パラメータは調整される。
【０００８】
実施態様は、任意選択で、下記の利点のうちの一又は複数を含みうる。スペクトル特徴のトラッキングは、多種多様な層構造及び組成物の研磨制御に適用可能である。終点制御及びウエハ間の厚さの不均一性（ＷＴＷＵ）は改善できる。
【０００９】
一又は複数の実施態様の詳細を添付の図面及び以下の記述で説明する。他の態様、特徴及び利点は、これらの記述及び図面、並びに特許請求の範囲から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】化学機械研磨装置を示す。
【図２】インシトゥ測定から得られるスペクトルを示す。
【図３Ａ】研磨が進むにつれて、インシトゥ測定から得られるスペクトルの展開（ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）を示している。
【図３Ｂ】研磨が進むにつれて、インシトゥ測定から得られるスペクトルの展開（ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）を示している。
【図３Ｃ】研磨が進むにつれて、インシトゥ測定から得られるスペクトルの展開（ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）を示している。
【図３Ｄ】研磨が進むにつれて、インシトゥ測定から得られるスペクトルの展開（ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）を示している。
【図３Ｅ】研磨が進むにつれて、インシトゥ測定から得られるスペクトルの展開（ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）を示している。
【図４】光学モニタリングの方法のフロー図である。
【図５】特性値対時間で測定した、研磨の進行の例示的なグラフを示している。
【図６】特性値対時間で測定した、研磨の進行の例示的なグラフを示しており、このグラフでは、基板の研磨速度を調整するため、２つの異なる特徴の特性が測定されている。
【００１１】
様々な図面における同じ参照番号及び記号表示は、同じ要素を表わす。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
光学モニタリング技術は、研磨されている基板からの反射光スペクトルを測定し、スペクトル特徴の特性を追跡するためのもので、例えば、測定されたスペクトルでピークの位置を追跡する。研磨処理に対する修正又は研磨終点のトリガーは、所定の境界と交差する特性の値に基づいて、及び／又は、所定の値だけ特性が変化することによって（例えば、特性の初期値に所定の値を付加することによって算出される境界との交差に基づいて）、実行されうる。
【００１３】
しかしながら、基板上の一部の層構造では、特徴が過大に動くことがある。例えば、ピークの波長位置は、研磨が完了する前に、スペクトログラフシステムによってモニタされる波長帯を完全に横切って移動することがある。この問題に対処する技術として、多数の特徴のトラッキングを連続して「つなぎ合わせる」方法がある。例えば、最初に追跡したピークの波長が境界と交差すると、新しいピークが選択され、新しいピークの波長が追跡される。
【００１４】
スペクトル特徴は、スペクトルピーク、スペクトル変曲点、又はスペクトルゼロ交点を含みうる。この文脈では、「ピーク」は一般的に局所的極値、例えば、極大値（ピーク）又は極小値（谷）を意味する。追跡される典型的な特性は、スペクトル特徴の位置となることがあり、例えば、スペクトルの測定スケールに応じて、波長、周波数又は波数となる。
【００１５】
ピークの位置は、ピークの絶対的な最大値（又は谷に対応する最小値）の波長（或いは周波数又は波数）として決定すること、或いは、ピークのいずれかの側に特定の高さを有する２つの位置の間を中間点とすること、或いはピークの微分係数をとり、その微分係数のゼロ交点によってピークを決定することなど、更に複雑なアルゴリズムから決定することができる。必要であれば、更にノイズを低減するため、Ｓａｖｉｔｓｋｙ  Ｇｏｌａｙなどの関数をスペクトルに適合することが可能で、スペクトル特徴の位置は適合した関数の極値から決定することができる。
【００１６】
基板は、半導体層上に配置された単一の誘電体層のように単純化すること、或いは大幅に複雑な層スタックを有することができる。例えば、基板は、誘電体の第１層、並びに第１層の下に配置された金属、半導体又は誘電体の第２層を含むことができる。しかしながら、特徴の位置を使用することは、材料の屈折率が高くなる（例えば、酸化物よりも高くなる）フロント・エンド・オブ・ライン（ＦＥＯＬ）研磨処理、例えば、ポリ研磨又は窒素研磨で特に有用で、基板を平坦化して、第２層が露出するまで第１層を除去するために、化学機械研磨を使用することができる。代替的には、目標とする厚みが第２層の上に残存するまで、或いは目標とする量の第１層の材料が除去されるまで、第１層を研磨することが望ましい場合もある。
【００１７】
図１は、基板１０を研磨するために操作可能な研磨装置２０を示している。研磨装置２０は、研磨パッド３０が位置する回転可能な円盤状のプラテン２４を含む。プラテンは、軸２５の周囲を回転するように操作可能である。例えば、モータ２１はドライブシャフト２２を回して、プラテン２４を回転させることができる。研磨パッド３０は、分離できるように、例えば、接着剤の層によってプラテン２４に固定することができる。研磨パッド３０は摩耗したら、分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及びより軟性のバッキング層３４を有する二層研磨パッドであってよい。
【００１８】
研磨パッドを通る光アクセス３６は、開孔（すなわちパッドを貫通する孔）、又は固体ウインドウを含むことによって得られる。固体ウインドウは研磨パッドに固定することができるが、実施態様によっては、固体ウインドウはプラテン２４の上に支持されて、研磨パッドの開孔の中へ突出することもできる。開孔又はウインドウが、プラテン２４の凹み２６に位置する光学ヘッド５３にのるように、研磨パッド３０は通常、プラテン２４の上に配置される。光学ヘッド５３はその結果として、開孔又はウインドウを通って研磨されている基板に至る光アクセスを有する。
【００１９】
研磨装置２０は、結合されたスラリ／リンスアーム３９を含む。研磨中、アーム３９は、研磨液３８、例えば、研磨粒子を含むスラリを供給するように操作可能である。代替的に、研磨装置は、研磨液を研磨パッド３０に供給するように操作可能なプラテンにポートを含むことができる。
【００２０】
研磨装置２０は、基板１０を研磨パッド３０に当てて保持するように操作可能なキャリアヘッド７０を含む。キャリアヘッド７０は支持構造７２、例えばカルーセル又はトラックから吊るされ、ドライブシャフト７４によってキャリアヘッドの回転モータ７６に接続されており、これによりキャリアヘッドが軸７１を中心として回転することができる。加えて、キャリアヘッド７０は、例えば、カルーセル内で放射状スロットを動かすことによって、カルーセルの回転又はトラックに沿った前後運動によって、研磨パッドを横切って横方向に振動することができる。操作中、プラテン２４はその中心軸２５の周囲を回転し、各キャリアヘッドは、その中心軸７１の周囲を回転し、研磨パッドの上面を横切って横方向に移動する。
【００２１】
研磨装置はまた、以下で説明するように、研磨終点を決定するために使用可能なスペクトログラフ光学モニタシステムを含む。光学モニタシステムは光源５１及び光検出器５２を含む。光源５１からの光は研磨パッド３０の光アクセス３６を通り、基板１０に当たり、反射されて光アクセス３６を通って戻り、光検出器５２まで進む。
【００２２】
分岐光ケーブル５４を使用して、光源５１からの光を光アクセス３６まで伝送し、光アクセス３６から光検出器５２まで戻すことができる。分岐光ケーブル５４は、「トランク」５５及び２つの「ブランチ」５６と５８を含むことができる。
【００２３】
上述のように、プラテン２４は、光学ヘッド５３が配置される凹み２６を含む。光学ヘッド５３は、研磨されている基板表面との間で光を伝達するように構成される、分岐ファイバケーブル５４のトランク５５の一端部を保持する。光学ヘッド５３は、分岐ファイバケーブル５４の端部に重なる一又は複数のレンズ又はウインドウを含むことができる。代替的に、光学ヘッド５３は、研磨パッドの固体ウインドウに隣接するトランク５５の端部を単に保持することもできる。
【００２４】
プラテンは、着脱可能なインシトゥモニタリングモジュール５０を含む。インシトゥモニタリングモジュール５０は、光源５１、光検出器５２、並びに光源５１及び光検出器５２との間で信号を送受信するための回路、のうちの一又は複数を含むことができる。例えば、検出器５２の出力は、光学モニタシステムのコントローラまでドライブシャフト２２の回転カプラ、例えばスリップリングを通過するデジタル電気信号であってよい。同様に、コントローラ９０から回転カプラを通ってモジュール５０へ到達するデジタル電気信号の制御コマンドに応答して、光源のスイッチをオンまたはオフにすることができる。
【００２５】
インシトゥモニタリングモジュール５０は、分岐光ファイバ５４のブランチ部分５６及び５８の各端部を保持することもできる。光源は光を送るように操作可能で、光はブランチ５６を通って伝達され、光学ヘッド５３内に配置されたトランク５５の端部を出て、研磨されている基板に到達する。基板からの反射光は、光学ヘッド５３内に配置されたトランク５５の端部で受容され、ブランチ５８を通って光検出器５２まで伝達される。
【００２６】
光源５１は白色光を放射するように操作可能である。ある実装態様では、放射される白色光は２００〜８００ナノメートルの波長を有する光を含む。適切な光源はキセノンランプ又はキセノン水銀ランプである。
【００２７】
光検出器５２は分光光度計であってよい。分光光度計は基本的に、光の特性、例えば、電磁気スペクトルの一部の光の強度を測定する光学機器である。適切な分光光度計は、格子分光光度計である。分光光度計の出力は通常、光の強度を波長の関数としたものである。分光光度計５２は一般的に、例えば２００〜８００ナノメートル、又は２５０〜１１００ナノメートルの動作波長帯を有する。
【００２８】
光源５１と光検出器５２は、これらの動作を制御し、これらの信号を受信するように操作可能なコンピュータデバイス９０に接続されている。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。
【００２９】
研磨が進むにつれて、例えば、基板を横切るプラテン内のセンサの連続掃引から得られるスペクトルは、測定されたスペクトルのシーケンスをもたらす。幾つかの実施態様では、基板を横切る各掃引の間に、スペクトルは基板１０の上の複数の異なる位置で測定可能である。幾つかの実施態様では、各掃引について、掃引の２つ以上のスペクトルを結合して、掃引に対する測定スペクトルとして提供することができる。幾つかの実施態様では、各掃引について、掃引の複数のスペクトルから１つのスペクトルを選択して、掃引に対する測定スペクトルとして提供することができる。
【００３０】
受信信号に関しては、計算装置は、例えば、光検出器５２によって受容された光のスペクトルを記述する情報を運ぶ信号を受信する。図２は、光源の１回の点灯で放射され、基板で反射され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２０２は、製品基板で反射された光から測定される。スペクトル２０４は、（シリコン層のみを有するウエハである）ベースシリコン基板で反射された光から測定される。スペクトル２０６は、光学ヘッド５３の上に基板が配置されていないときに、光学ヘッド５３によって受容された光によるものである。この条件下において、本明細書で「暗」条件と呼ぶことにすると、受容された光は一般的に周辺光となる。
【００３１】
光学モニタシステムは、測定したスペクトルをハイパスフィルタに通して、スペクトルの傾斜全体を低減することができる。例えば、多数の基板のバッチ処理中、ウエハ間には大きなスペクトルの差分が存在しうる。同一バッチの中で基板間のスペクトルの変動を低減するには、スペクトルを正規化するためハイパスフィルタが使用されうる。例示的なハイパスフィルタは、０．００５Ｈｚのカットオフ周波数と４次のフィルタを有しうる。ハイパスフィルタは、潜在的な変動に対するノイズ除去感度を高めるために使用されるだけでなく、特徴の追跡が容易になるよう正規の信号を「平坦化」するためにも使用される。
【００３２】
測定されたスペクトルもまた、望ましくない光の反射の影響を除去又は軽減するため、正規化されうる。膜以外の媒体又は注目している膜によってもたらされる光の反射は、研磨パッドウインドウからの光反射及び基板の下層からの光反射を含む。ウインドウからの寄与分は、暗条件下で（すなわち、インシトゥモニタシステム上に基板が配置されていないとき）、インシトゥモニタシステムによって受容される光のスペクトルを測定することによって推定可能である。下層からの寄与分は、剥き出しのシリコン基板での反射光スペクトルを測定することによって推定可能である。この寄与分は通常、研磨ステップの開始前に得られる。測定された未加工のスペクトルは以下のようにして正規化可能である。
正規化されたスペクトル  ＝  （Ａ  -  Ｄａｒｋ）／（Ｘ  -  Ｄａｒｋ）
ここで、Ａは未加工のスペクトル、Ｄａｒｋは暗条件下で得られたスペクトル、Ｘは金属層又は未加工のシリコン基板などの下層のスペクトルである。
【００３３】
計算装置は、上述の信号又はその一部を処理して、研磨ステップの終点を決定することができる。いかなる特定の理論に制限されるものではないが、研磨が進行するにつれて、基板１０からの反射光スペクトルは展開する。
【００３４】
図３Ａ〜図３Ｅは、注目している膜上で研磨が進むにつれて、展開されるスペクトルの例を示している。スペクトル上の別々のラインは、研磨中の別々の時刻を表わす。見てわかるように、膜の厚みが変化するにつれて測定されたスペクトルは変化し、特定のスペクトルは膜の特定の厚みによって示されている。
【００３５】
図示しているように、測定されたスペクトルは一般的に一又は複数のピーク３０２（極大又は極小）を含む。研磨が進むにつれて、特定のピークが配置されている波長は一般的に変化し、例えば、研磨が進むにつれて増大又は減少する。ピークの運動方向は研磨処理の間、一定であってもよく。例えば、ピークの位置は研磨処理全体にわたって、単調に変化する。例えば、図３Ａ〜図３Ｃで示すように、ピーク３０２ａは波長Ｖ１から波長Ｖ２へ移動する。この運動はまた、他のスペクトル特性、例えば、変曲点又はゼロ交点にも当てはまる。
【００３６】
加えて、膜の研磨が進むにつれて、ピークの高さ及び／又は幅は一般的に変化し、材料が除去されるにつれて、ピークは幅広くなる傾向にある。例えば、この効果はブランケット誘電体又はポリ膜の場合に起こりうる。
【００３７】
ピークの波長の絶対位置又は位置の相対変化、或いは他のスペクトル特性は、研磨処理に対する修正の決定、又は研磨終点の検出に使用されうる。
【００３８】
しかしながら、上述のように、すべてのピークが研磨処理全体にわたって持続するわけではない。第１に、ピークの波長位置は、例えば、図３Ｃ及び図３Ｄで示したように、研磨が完了する前に、スペクトログラフシステムによってモニタされる波長帯を完全に横切って移動することが可能で、ピーク３０２ａはスペクトログラフシステムによってモニタされる波長範囲の外へ移動している。第２に、ピークが存在しなくなるまで、或いはピークがスペクトルのノイズ上で検出できなくなるまで、ピーク高を低減することが可能である。
【００３９】
以下の技術で説明されるように、光学モニタシステムは、１つのスペクトル特徴の追跡を別のスペクトル特徴に切り替える。例えば、最初に追跡したピークの波長が境界と交差すると、新しいピークが選択され、新しいピークの波長が追跡される。
【００４０】
図３Ａ及び図４を参照すると、初期のスペクトル特徴３０２ａは追跡のために選択されている。例えば、研磨処理の開始時、或いは研磨処理の開始から所定の時間が経過した時点で、初期のスペクトルが測定される（ステップ４０２）。第１のスペクトル特徴は、追跡のために選択される（ステップ４０４）。例えば、所定の第１の波長範囲３１０は、例えば、ピークや極大値などのスペクトル特徴に対して検索されうる。第１のスペクトル特徴は、研磨が進行するにつれて変化する（矢印Ａで示す）位置３２０を有する。例えば、スペクトル特徴の波長Ｖ１によって与えられる初期位置は決定可能である（ステップ４０６）。第１の波長範囲の限界は、実験に基づいて決定可能である。
【００４１】
図３Ｂを参照すると、研磨が進むにつれて、第１のスペクトル特徴の位置３２０は変化を示し、例えば、低い波長にシフトしている。
【００４２】
図３Ｃ及び図４を参照すると、光学モニタシステムは、第１のスペクトル特徴３０２ａの位置３２０が境界３１２と交差するときを検出する（ステップ４０８）。例えば、システムは、第１のスペクトル特徴３０２ａの波長が閾値波長ＶＢと交差するときを検出することができる。第１のスペクトル特徴が、スペクトログラフシステムによってモニタされる波長帯を完全に横切って移動する場合には、境界３１２は波長帯のエッジに、或いはエッジの近傍に位置しうる。例えば、研磨が進むにつれて、スペクトル特徴３０２ａの波長が減少する場合には、境界３１２は、スペクトログラフシステムによってモニタされる波長帯の最低波長に、或いは最低波長の近傍（下位四分位点）に位置しうる。同様に、研磨が進むにつれて、スペクトル特徴３０２ａの波長が増大する場合には、境界３１２は、スペクトログラフシステムによってモニタされる波長帯の最高波長に、或いは最高波長の近傍（上位四分位点）に位置しうる。ピーク高の減少によって、スペクトル特徴が研磨の過程で消える場合には、境界３１２は、（ピークの移動方向に応じて）スペクトル特徴が消える位置よりもいくぶん前に、その特徴が確実に検出できるスポットにあるときに、配置されるべきである。使用するアプローチ及び境界に対する正確な値は、実験に基づいて決定可能である。
【００４３】
図３Ｄ及び図４を参照すると、第１のスペクトル特徴３０２ａの位置が境界３１２と交差することをシステムが検出すると、システムは追跡のため第２のスペクトル特徴３０２ｂを選択する（ステップ４１０）。例えば、第２のスペクトル特徴３０２ｂは、第１のスペクトル特徴３０２ａが境界３１２と交差するときに測定されたスペクトルから選択されうる。例えば、所定の第２の波長範囲３１４は、例えば、ピークや極大値などのスペクトル特徴に対して検索されうる。第２のスペクトル特徴は、研磨が進むにつれて変化する位置３２２を有する。例えば、第２のスペクトル特徴の波長Ｖ３によって与えられる初期位置は決定可能である（ステップ４１２）。
【００４４】
所定の第２の波長範囲３１４は、境界３１２の「上流」に位置する。例えば、研磨が進むにつれて、スペクトル特徴３０２ａ、３０２ｂの波長が減少する場合には、第２の波長範囲は境界３１２よりも大きな波長となる。同様に、研磨が進むにつれて、スペクトル特徴３０２ａ、３０２ｂの波長が増大する場合には、第２の波長範囲は境界３１２よりも短い波長となる。幾つかの実施態様では、第２の波長範囲は、スペクトログラフシステムによってモニタされる波長帯のエッジまで延在するが、これは必須ではない。第２の波長範囲境界の限界は、実験に基づいて決定可能である。
【００４５】
図３Ｅ及び図４を参照すると、光学モニタシステムは第２のスペクトル特徴３０２ｂの位置３２２をモニタし、研磨操作を制御するため、このデータを使用する（ステップ４１４）。
【００４６】
例えば、研磨終点を検出するため、システムは、第２のスペクトル特徴３０２ｂの位置３２２が第２の境界３１６と交差するときを決定し（ステップ４１６）、これを使用して研磨終点をトリガーする（ステップ４１８）。例えば、システムは、第２のスペクトル特徴３０２ａの波長が閾値波長ＶＴと交差するときを検出することができる。例えば、研磨が進むにつれて、第２のスペクトル特徴３０２ａの波長が減少する場合には、波長ＶＴは初期波長Ｖ３よりも短くなる。同様に、研磨が進むにつれて、第２のスペクトル特徴３０２ｂの波長が増大する場合には、閾値波長ＶＴは初期波長Ｖ３よりも長くなる。
【００４７】
第２の境界は、特定の波長など、所定の境界であってもよい。或いは、ステップ４１２で決定された初期位置に所定の量を（第２のスペクトル特徴３０２ｂの移動方向に応じて）増減することによって算出してもよい。例えば、ＶＴを算出するため、初期の波長Ｖ３に対して、波長の所定の変動分ΔＶを加算又は減算してもよい。
【００４８】
波長範囲３１０、３１４はそれぞれ、約５０〜約２００ナノメートルの幅を有する。幾つかの実施態様では、波長範囲３１０、３１４は事前に決定される。例えば、オペレータによって、又は波長範囲を選択するユーザー入力を受け取ることによって指定され、或いは、波長範囲を基板のバッチと関連付けるメモリから波長範囲を読み出すことによって、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。幾つかの実施態様では、波長範囲３１０、３１４は、履歴データ、例えば、連続したスペクトル測定の間での平均距離又は最大距離など、に基づいている。
【００４９】
ここで、デバイス基板の研磨に注目すると、図５Ａは、デバイス基板１０の研磨中に、第２のスペクトル特徴３０２ｂの位置３２２をモニタしている光学モニタシステムによって生成される値５０２の例示的なグラフになっている。
【００５０】
基板１０は研磨されるため、光検出器５２は基板１０からの反射光のスペクトルを測定している。コントローラ９０の終点決定ロジックは、光のスペクトルを使用して、特徴の特性についての一連の値を決定する。値５０２は、材料が基板１０の表面から除去されるにつれて変化する。
【００５１】
上述のように、各値５０２は、スペクトル特徴の位置の絶対値、或いは初期値からの位置の変化であってもよい。加えて、幾つかの実施態様では、値又は値の変化は、ルックアップテーブルを使用して、値５０２をもたらす厚み値に変換されうる。
【００５２】
幾つかの実施態様では、第２のスペクトル特徴の現在の値が目標値５２２に到達するときを終点と呼ぶことができる。値５０２が第２の特徴の位置３２２の値となる場合には、目標値５２２が第２の境界３１６である。
【００５３】
幾つかの実施態様では、関数５０６が値５０２に適合される。関数５０６は、研磨終点の時刻の決定に使用可能である。幾つかの実施態様では、関数は時間の線形関数である。線形関数は、例えば、ロバストライン適合を使用して適合させることができる。幾つかの実施態様では、関数５０６が目標値５２２に等しくなる時刻が終点の時刻５０８をもたらす。
【００５４】
図６は、基板１０の２つの異なるゾーンに対する特性の例示的なグラフである。例えば、光学モニタシステム５０は、基板１０のエッジ部分に向かって配置された第１ゾーン、及び基板１０の中心に向かって配置された第２ゾーンを追跡することができる。基板１０は研磨されているため、光検出器５２は基板１０の２つのゾーンからの反射光スペクトルのシーケンスを測定することができる。各ゾーンに対して、光学モニタシステムは、上述のように、第１のスペクトル特徴のモニタリングから第２のスペクトル特徴のモニタリングに切り替えることができる。第１の値６１０のシーケンスは、基板１０の第１ゾーンから測定されたスペクトルに基づいて、第２のスペクトル特徴の特性に対して測定可能である。第２の値６１２のシーケンスは、基板１０の第２ゾーンから測定されたスペクトルに基づいて、第２のスペクトル特徴の特性に対して同様に測定可能である。
【００５５】
第１の関数６１４、例えば、第１ラインは第１の値６１０のシーケンスに適合可能であり、第２の関数６１６、例えば、第２ラインは第２の値６１２のシーケンスに適合可能である。第１の関数６１４及び第２の関数６１６は、基板１０の研磨速度の調整を決定するために使用可能である。
【００５６】
研磨中、目標値６２２に基づく推定終点の計算は、基板１０の第１の部分に対する第１の関数によって、また、基板の第２の部分に対する第２の関数によって、ＴＣの時点に行われる。基板の第１ゾーンに対する推定終点時刻ＥＴ１と基板のゾーン部分に対する推定終点時刻ＥＴ２とが異なる場合（或いは、推定終点時刻６１８での第１関数の値と第２関数の値とが異なる場合）には、少なくとも１つのゾーンの研磨速度を調整して、第１ゾーンと第２ゾーンがこのような調整のない場合よりも同一の終点時刻に近づけることができる。例えば、第１ゾーンが第２ソーンよりも先に目標値６２２に到達する場合には、第１ゾーンが第２ゾーンとほぼ同時に目標値６２２に到達するように、第１ゾーンの研磨速度を（ライン６６０で示すように）下げることができる。幾つかの実施態様では、基板の第１部分と第２部分の研磨速度は共に調整されて、終点は両方の部分で同時に到達される。代替的には、第１部分又は第２部分だけ研磨速度を調整することもできる。
【００５７】
研磨速度は、例えば、キャリアヘッド７０の対応領域の圧力を増減することで調整可能である。研磨速度の変化は、圧力の変化に直接比例するもの、例えば、単純なＰｒｅｓｔｏｎｉａｎモデルとみなすことができる。例えば、基板１０の第１ゾーンが時刻ＴＡで目標とする厚みに到達するように突出しており、システムが目標時刻ＴＴを確立しているときには、時刻ＴＣ後のキャリアヘッド圧力をもたらすため、時刻ＴＣ以前に対応する領域のキャリアヘッド圧力に、ＴＴ／ＴＡが乗ぜられる。研磨処理中のその後の時点で、速度は適切な場合に再び調整可能である。
【００５８】
値のシーケンスからノイズを取り除くには多数の手法がある。シーケンスへの直線の適合は上述のとおりであるが、シーケンスに非線形関数を適合することもできる。或いは、シーケンスを滑らかにするため、ローパスメジアンフィルタを使用することもできる（この場合、フィルタ処理された値は、終点を決定するため、目標値と直接比較されうる）。
【００５９】
本明細書で使用される基板という用語は、例えば、製品基板（例えば、複数のメモリ又はプロセッサダイを含む）、テスト基板、ベア基板、及びゲーティング基板を含みうる。基板は、集積回路の製造の様々な段階のものであってよく、例えば、基板はベアウエハであってよく、又は基板は一又は複数の堆積層及び／又はパターン層を含むことができる。基板という用語には、円板及び矩形薄板が含まれる。
【００６０】
本発明の実施形態、及び本明細書に記載された機能的作業のすべては、本明細書に開示された構造的手段、及びこれらの同等物、又はこれらの組み合わせを含め、デジタル電気回路において、又はコンピュータのソフトウェア、ファームウェア、又はハードウェアにおいて実装することができる。本発明の実施形態を一又は複数のコンピュータプログラム製品、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、又は複数のプロセッサ又はコンピュータによって実行される、又はこれらの作業を制御するための非一過性の機械可読記憶媒体に有形で具現化された一又は複数のコンピュータプログラムとして実装可能である。コンピュータプログラム（プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション又はコードとしても知られている）は、コンパイル又は翻訳された言語を含むプログラミング言語の任意の形で書くことができ、また独立型プログラムとして、又はモジュール、構成要素、サブルーチン、もしくは計算環境で使用するのに適している他のユニットとして配置することを含め、任意の形で配置することができる。１つのコンピュータプログラムは、必ずしも１つの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、問題になっているプログラム専用の単一のファイル、又は複数の協調的なファイル（例えば、一又は複数のモジュール、サブプログラム、又はコードの一部分を収納するファイル）に収納することができる。コンピュータプログラムは、１つのコンピュータ上で実行されるように配置すること、或いは１つの場所にある、又は複数の場所にわたって分散された、通信ネットワークによって相互接続された複数のコンピュータ上で実行されるように配置することができる。
【００６１】
本明細書に記載の処理及び論理の流れは、一又は複数のプログラム可能プロセッサによって実施することができ、このプロセッサは、一又は複数のコンピュータプログラムを実行して、入力データに対して動作し出力を生成することによって諸機能を実施する。処理及び論理の流れはまた、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）である専用論理回路によって実施することができ、この専用論理回路として装置を実装することもできる。
【００６２】
上述の研磨装置及び方法は、種々の研磨システムに適用することができる。研磨パッド若しくはキャリアヘッドのいずれか、又はこれらの両方が移動して、研磨面と基板との間の相対運動を起こすことができる。例えば、プラテンは、回転するのではなく、周回してもよい。研磨パッドは、プラテンに固定された円形（又は何らかの他の形状の）パッドであってよい。終点検出システムのいくつかの態様は、例えば、研磨パッドが、直線的に移動する連続ベルトまたはオープンリールベルトであるような、直線的研磨システムに適用可能でありうる。研磨層は、標準の（例えば、充填材を伴う又は伴わないポリウレタン）研磨材料、軟性材料、又は固定砥粒材料であってよい。相対配置に関する用語が使用されているが、研磨面及び基板は、垂直の配向に、又は他の何らかの配向に保持されうることを理解されたい。
【００６３】
本発明の特定の実施形態を説明してきた。他の実施形態は、下記の特許請求の範囲内にある。例えば、特許請求の範囲に列挙される作用を異なる順番で実行しても所望の結果を得ることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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