(57)【要約】  コンピュータ実行方法は、研磨基板群を研磨装置内で同時に研磨する工程を含む。各基板は、独立可変の研磨パラメータにより個別に制御可能な研磨レートを有する。前記基板群の各々の厚さとともに変化する測定データを前記基板群の各々から研磨中に、インサイチューモニタリングシステムで取得する。各基板が目標時間で有することになる予測厚さを、前記測定データに基づいて求める。少なくとも１つの基板の研磨レートを調整するよう前記少なくとも１つの基板に関する研磨パラメータを調整することにより、前記基板群が、このような調整を行なわない場合よりも同じ厚さにより近い厚さを前記目標時間で有するようになる。
2012508452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板を研磨装置内で同時に研磨する工程であって、各基板が、独立可変の研磨パラメータにより個別に制御可能な研磨レートを有する、前記研磨する工程と；
測定データを前記複数の基板の各々から研磨中に、インサイチューモニタリングシステムで取得する工程であって、前記測定データが前記複数の基板の各々の厚さとともに変化する、前記取得する工程と；
前記測定データに基づいて、前記複数の基板の各基板が目標時間で有することになる予測厚さ、または前記複数の基板の各基板に関する予測時間であって、前記基板が目標厚さに達することになる予測時間を求める工程と；
少なくとも１つの基板の研磨レートを調整するよう前記少なくとも１つの基板に関する研磨パラメータを調整する工程であって、これにより、前記複数の基板が、このような調整を行なわない場合よりも同じ厚さにより近い厚さを前記目標時間で有するようにする、または前記複数の基板が、このような調整を行なわない場合よりも同時により近いタイミングで前記目標厚さに達するようにする、前記調整する工程と、
を含む、コンピュータ実行方法。
【請求項２】
前記測定データに基づいて、前記複数の基板の各基板が目標時間で有することになる予測厚さを求める工程と、少なくとも１つの基板の前記研磨レートを調整するよう前記少なくとも１つの基板に関する研磨パラメータを調整することにより、前記複数の基板が、このような調整を行なわない場合より同じ厚さにより近い厚さを前記目標時間で有するようになる工程と、を更に含む、請求項１に記載のコンピュータ実行方法。
【請求項３】
前記測定データに基づいて、前記複数の基板の各基板に関する予測時間であって、前記基板が目標厚さに達することになる前記予測時間を求める工程と、少なくとも１つの基板の前記研磨レートを調整するよう前記少なくとも１つの基板に関する研磨パラメータを調整することにより、前記複数の基板が、このような調整を行なわない場合よりも同時により近いタイミングで前記目標厚さに達する工程と、を更に含む、請求項１に記載のコンピュータ実行方法。
【請求項４】
各基板が目標時間で有することになる前記予測厚さ、または各基板が前記目標厚さに達することになる前記予測時間を求める前記工程は、現在の研磨レートを計算する工程を含む、請求項１に記載のコンピュータ実行方法。
【請求項５】
測定データを取得する前記工程は、一連の厚さ測定値を取得する工程を含む、請求項４に記載のコンピュータ実行方法。
【請求項６】
現在の研磨レートを計算する前記工程は、一次関数を前記一連の厚さ測定値にフィッティングさせる工程を含む、請求項５に記載のコンピュータ実行方法。
【請求項７】
測定データを取得する前記工程は、一連の現在の反射光スペクトルを前記基板から、光学モニタリングシステムで取得する工程を含む、請求項１に記載のコンピュータ実行方法。
【請求項８】
測定データを取得する前記工程は、前記一連の現在のスペクトルの各現在のスペクトルを、基準スペクトルライブラリの複数の基準スペクトルと比較する工程と、最良一致基準スペクトルを選択する工程と、を更に含む、請求項７に記載のコンピュータ実行方法。
【請求項９】
前記研磨パラメータは、前記研磨装置のキャリアヘッドの圧力である、請求項１に記載のコンピュータ実行方法。
【請求項１０】
前記研磨パラメータを調整する前記工程は、基準基板を前記複数の基板から選択する工程と、前記複数の基板のうちの異なる基板に関する前記研磨パラメータを調整する工程と、を含む、請求項１に記載のコンピュータ実行方法。
【請求項１１】
前記異なる基板の前記研磨パラメータを調整する前記工程は、前記異なる基板の前記研磨レートを調整することにより、前記異なる基板が、ほぼ前記基準基板の予測厚さを、前記目標時間で有するようにする、または前記異なる基板が前記目標厚さに、ほぼ前記基準基板の予測時間で達するようにする、請求項１０に記載のコンピュータ実行方法。
【請求項１２】
基準基板を選択する前記工程は、前記複数の基板から、前記複数の基板の厚さのうちの最も薄い厚さ、または最も厚い予測厚さを有する基板を選択する工程を含む、請求項１１に記載のコンピュータ実行方法。
【請求項１３】
前記研磨パラメータを調整する前記工程は、平均厚さを、前記複数の基板の各基板に関する前記予測厚さから計算する、または平均時間を、前記複数の基板の各基板に関する予測時間から計算する工程を含む、請求項１に記載のコンピュータ実行方法。
【請求項１４】
コンピュータ可読記憶媒体に明白に具体化されるコンピュータプログラム製品であって、前記コンピュータプログラム製品は命令群を含み、これらの命令によってプロセッサは：
研磨装置に、各基板が独立可変の研磨パラメータにより個別に制御可能な研磨レートを有している状態で、複数の基板を同時に研磨させ；
測定データを前記複数の基板の各々から研磨中に、インサイチューモニタリングシステムで受信し、前記測定データは、前記複数の基板の各々の厚さとともに変化し；
前記測定データに基づいて、前記複数の基板の各基板が目標時間で有することになる予測厚さ、または前記複数の基板の各基板に関する予測時間であって、前記基板が目標厚さに達することになる予測時間を求め；かつ、
少なくとも１つの基板の研磨レートを調整するよう前記少なくとも１つの基板に関する研磨パラメータを調整することにより、前記複数の基板が、このような調整を行なわない場合よりも同じ厚さにより近い厚さを前記目標時間で有するようにする、または前記複数の基板が、このような調整を行なわない場合よりも同時により近いタイミングで前記目標厚さに達するようにする、
コンピュータプログラム製品。
【請求項１５】
研磨装置であって：
複数の基板を研磨表面に押圧保持する複数のキャリアヘッドであって、各キャリアヘッドが、前記キャリアヘッドに保持される基板に作用する個別に制御可能な圧力を有する、前記複数のキャリアヘッドと；
測定データを前記複数の基板の各々から研磨中に生成するインサイチューモニタリングシステムであって、前記測定データが、測定対象基板の厚さとともに変化する、前記インサイチューモニタリングシステムと；
コントローラと、を備え、前記コントローラは、
前記研磨装置に、前記複数の基板を同時に研磨させ、
前記測定データを受信し、
前記測定データに基づいて、前記複数の基板の各基板が目標時間で有することになる予測厚さ、または前記複数の基板の各基板に関する予測時間であって、前記基板が目標厚さに達することになる予測時間を求め、
少なくとも１つの基板の研磨レートを調整するよう前記少なくとも１つの基板に関する研磨パラメータを調整することにより、前記複数の基板が、このような調整を行なわない場合よりも同じ厚さにより近い厚さを前記目標時間で有するようにする、または前記複数の基板が、このような調整を行なわない場合よりも同時により近いタイミングで前記目標厚さに達するようにするように構成される、
研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、化学機械研磨中の複数基板のモニタリングに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
集積回路は通常、導電層、半導体層、または絶縁層をシリコンウェハに順番に堆積させることにより基板に形成される。１つの形成工程では、フィラー層を非平坦面に堆積させ、当該フィラー層を平坦化する。特定の用途では、このフィラー層は、パターニング済み層の上面が露出するまで平坦化される。導電フィラー層を、例えばパターニング済み絶縁層の上に堆積させて、当該絶縁層のトレンチまたは孔を充填することができる。平坦化後、導電層のうち、絶縁層の隆起パターンの間に残留する部分が、基板上の薄膜回路群の間の導電経路群となるビア群、プラグ群、及び配線群を形成する。酸化膜研磨のような他の用途では、フィラー層は、所定の厚さが非平坦面を覆って残るまで平坦化される。更に、フォトリソグラフィには、基板表面の平坦化が普通必要である。
【０００３】
化学機械研磨処理（ＣＭＰ）は、受け入れられている１つの平坦化方法である。この平坦化方法では通常、基板をキャリアまたは研磨ヘッド上に取り付ける必要がある。基板の露出表面は通常、回転研磨ディスクパッドまたはベルトパッドに押し付けるように載置される。研磨パッドは、標準的なパッドまたは固定砥粒研磨パッドとすることができる。標準的なパッドは、高耐久性粗面を有するのに対し、固定砥粒研磨パッドは、閉じ込め媒質内に保持される砥粒を有する。キャリアヘッドは、制御可能な荷重を基板に与えて、当該基板を研磨パッドに押し付ける。研磨砥粒を含有するスラリーのような研磨液は通常、研磨パッドの表面に供給される。
【０００４】
ＣＭＰの１つの解決課題は、適切な研磨レートを使用して、所望のウェハプロファイルを実現する、例えば平坦化されて所望の平坦度または厚さになっている、または所望量の材料が除去されている基板層を含むウェハを実現することにある。導電層または導電膜の過剰研磨（除去量が多過ぎること）によって回路抵抗が高くなる。その一方、導電層の研磨不足（除去量が少な過ぎること）によって電気短絡が生じる。複数ウェハを研磨しようとする場合、厚さをウェハ群全体に亘って制御することは困難となり得る。基板層の初期厚さのバラツキ、スラリー組成のバラツキ、研磨パッド状態のバラツキ、研磨パッドと基板との間の相対速度のバラツキ、及び基板に掛かる荷重のバラツキによって、基板群全体に亘る材料除去量のバラツキが生じ得る。
【発明の概要】
【０００５】
概括すると、一態様では、コンピュータ実行方法は、複数の基板を研磨装置内で同時に研磨する工程を含む。各基板は、独立可変の研磨パラメータにより個別に制御可能な研磨レートを有する。前記基板群の各々の厚さとともに変化する測定データを前記基板群の各々から研磨中に、インサイチューモニタリングシステムで取得する。各基板が目標時間で有することになる予測厚さを、前記測定データに基づいて求める。少なくとも１つの基板の研磨レートを調整するよう前記少なくとも１つの基板に関する研磨パラメータを調整することにより、前記基板群が、前記調整を行なわない場合よりも同じ厚さにより近い厚さを前記目標時間で有するようになる。
【０００６】
この実施形態及び他の実施形態は、以下の特徴群のうちの１つ以上を任意に含むことができる。各基板が前記目標時間で有することになる前記予測厚さを求める前記工程は、現在の研磨レートを計算する工程を含むことができる。測定データを取得する前記工程は、一連の厚さ測定値を取得する工程を含むことができる。前記現在の研磨レートを計算する前記工程は、一次関数を前記一連の厚さ測定値にフィッティングさせる工程を含むことができ、かつ、前記予測厚さを求める前記工程は、前記１次関数がいつ前記目標時間に達するのかを外挿法で求める工程を含むことができる。
【０００７】
測定データを取得する前記工程は、測定データを、渦電流モニタリングシステムで取得する工程を含むことができる。渦電流モニタリングシステムを使用する場合、研磨は、研磨終点がレーザモニタリングシステムで検出されると、停止させることができる。
【０００８】
測定データを取得する前記工程は、測定データを、光学モニタリングシステムで取得する工程を含むことができる。一連の現在の反射光スペクトルは、前記基板から取得することができる。前記一連の現在のスペクトルの各現在のスペクトルを、基準スペクトルライブラリの複数の基準スペクトルと比較することができ、最良一致基準スペクトルを選択することができる。
【０００９】
前記研磨パラメータは、前記研磨装置のキャリアヘッドの圧力、前記キャリアヘッドの回転速度、または前記研磨装置の研磨定盤の回転速度とすることができる。
【００１０】
前記研磨パラメータを調整する前記工程は、基準基板を選択する工程と、異なる基板の研磨パラメータを調整する工程と、を含むことができる。前記異なる基板の研磨パラメータを調整する前記工程は、前記異なる基板の研磨レートを調整して、前記異なる基板が前記目標時間でほぼ前記基準基板の予測厚さを有するようにする工程を含むことができる。基準基板を選択する前記工程は、所定の基板を選択する工程を含むことができる。基準基板を選択する前記工程は、最も薄い予測厚さまたは最も厚い予測厚さを有する基板を選択する工程を含むことができる。
【００１１】
前記研磨パラメータを調整する前記工程は、各基板に関する予測厚さから平均厚さを計算する工程を含むことができる。前記研磨パラメータを調整する前記工程は、前記基板群の研磨パラメータを、前記基板群が前記目標時間でほぼ平均厚さを有するように調整する工程を含むことができる。前記基板群は同じ研磨定盤で研磨することができる。
【００１２】
他の態様では、研磨システム、及びコンピュータ可読媒体に有形に具体化されるコンピュータプログラム製品を提供して、これらの方法を実行する。
【００１３】
特定の実施形態は、以下の利点群のうちの１つ以上を有することができる。同じ研磨定盤上のウェハ群の全てが略同時に終点に達する場合、基板を水でリンス処理するタイミングが早過ぎることにより起こるスクラッチのような、または基板を適宜リンス処理することができないことにより起こる腐食のような欠陥を防止することができる。研磨時間を多数の基板に亘って等しくすることにより、スループットを向上させることもできる。
【００１４】
本発明の１つ以上の実施形態の詳細は、添付の図面及び以下の記述に開示される。本発明の他の特徴、態様及び利点は、詳細な説明、図面及び請求項から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、２つの研磨ヘッドを有する研磨装置の一例を示している。
【図２Ａ】図２Ａは、複数の基板のうちの１つの基板の研磨レートを調整して、複数の基板が目標厚さに略同時に達するようにする例示的なプロセスのフロー図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、複数の基板のうちの１つの基板の研磨レートを調整して、複数の基板が略同じ厚さを目標時間で有するようにする例示的なプロセスのフロー図である。
【図３】図３は、研磨レートを調整して目標時間または目標厚さに達するプロセスにおける厚さで測定される研磨進行度が経時的に変化する様子を表わす例示的なグラフを示している。
【図４】図４は、研磨レートを調整して目標時間または目標指標に達するプロセスにおける分光学的指標で測定される研磨進行度を表わす例示的なグラフを示している。
【図５】図５は、同じ研磨定盤上で研磨される２つの基板に対応し、かつ研磨レートを両方の基板に関して調整するプロセスから得られる２つの信号変化例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
種々の図面における同様の参照番号及び記号は、同様の構成要素を指している。
【００１７】
多数の基板を同時に、例えば同じ研磨パッドの上で研磨している場合、これらの基板の間の研磨レートバラツキによって、これらの基板がこれらの基板の目標厚さに異なる時間で到達する可能性がある。一方で、研磨が基板群に関して同時に停止する場合、幾つかの基板は所望の厚さにならない。他方で、基板群に対する研磨が異なる時間で停止する場合、幾つかの基板が欠陥を有する可能性があり、研磨装置は、より低いスループットで稼働する。
【００１８】
各基板に関する研磨レートをその場測定に基づいて決定することにより、目標厚さに対応する予測終点時間、または目標終点時間に対応する予測厚さを各基板に関して求めることができ、少なくとも１つの基板に関する研磨レートを調整して、これらの基板が、より近似する終点状態になるようにすることができる。「より近似する終点状態」とは、基板群が、このような調整を行なわない場合よりも同時に近いタイミングでこれらの基板の目標厚さに到達することを意味する、または基板群に対する研磨を同時に停止する場合に、これらの基板が、このような調整を行なわない場合よりも同じ厚さにより近い厚さを有するようになることを意味する。
【００１９】
図１は、研磨装置１００の一例を示している。研磨装置１００は、回転可能な円盤状研磨定盤１２０を含み、この円盤状研磨定盤１２０の上に、研磨パッド１１０が設置される。研磨定盤は、軸１２５の回りを回転するように作動することができる。例えば、モータ１２１は、ドライブシャフト１４２を回転させて研磨定盤１２０を回転させることができる。
【００２０】
研磨装置１００は複合スラリー／リンス供給アーム１２２を含む。研磨中、アーム１２２は、スラリーのような研磨液１１８を研磨パッド１０に供給するように作動することができる。
【００２１】
この実施形態では、研磨装置１００は２つのキャリアヘッド１３０を含む。各キャリアヘッド１３０は、基板１１５を研磨パッド１１０に押圧保持するように作動することができる。各キャリアヘッド１３０は、それぞれの各基板に関連する研磨パラメータ群、例えば圧力を個別に制御することができる。
【００２２】
各キャリアヘッド１３０は、支持構造１７１から懸架され、ドライブシャフトを介してキャリアヘッド回転モータに接続されるので、キャリアヘッドは、軸１６１の回りを回転することができる。更に、各キャリアヘッド１３０は横方向に揺動することができる。作動状態では、研磨定盤は、当該研磨定盤の中心軸１２５の回りを回転し、各キャリアヘッドは、当該キャリアヘッドの中心軸１６１の回りを回転し、かつ研磨パッドの上面を横切って横方向に並進移動する。
【００２３】
キャリアヘッド１３０を２つしか示していないが、研磨パッド１１０の表面領域を効率的に使用することができるように更に多くのキャリアヘッドを設けて追加の基板群を保持することもできる。従って、基板群を保持して研磨プロセスを同時に行なうように適合させたキャリアヘッドアセンブリ群の数は、研磨パッド１１０の表面積に少なくとも部分的に基づいて決定することができる。スラリー／リンス供給アーム１２２を１つしか示していないが、キャリアヘッド当たり１つ以上の専用スラリーアームのような追加のノズル群を使用することもできる。
【００２４】
研磨装置は更に、インサイチューモニタリングシステム（in-situ monitoring system）１４０を含み、このインサイチューモニタリングシステム１４０を使用することにより、以下に説明するように、研磨レートを調整すべきか否かを判断する、または研磨レートの調整量を決定することができる。インサイチューモニタリングシステム１４０は、光学モニタリングシステム、例えばレーザモニタリングシステムまたは分光法モニタリングシステム、或いは渦電流モニタリングシステムを含むことができる。
【００２５】
一実施形態では、モニタリングシステムは光学モニタリングシステムである。研磨パッドを透過する光透過開口部１５５を、アパーチャ（すなわち、パッドを貫通する孔）または固体窓を取り入れることにより設ける。光学モニタリングシステムは、次の構成要素群（図示せず）：光源、光検出器、及び光源及び光検出器との間で信号を送受信する回路のうちの１つ以上の構成要素を含むことができる。
【００２６】
次いで、光は光源から、研磨パッド１１０の光透過開口部１５５を通って基板１１５に衝突し、基板１１５によって反射され、光透過開口部１５５を通って戻って光検出器に到達することができる。例えば、検出器の出力はデジタル電子信号とすることができ、このデジタル電子信号は、ドライブシャフト１４２内の回転型カプラー、例えばスリップリングを通過して、光学モニタリングシステムのコンピュータのようなコントローラ１４５に達する。同様に、光源の電源は、コントローラから回転型カプラーを通ってモニタリングシステムに達するデジタル電子信号に含まれる制御指令に応答してオンまたはオフにすることができる。
【００２７】
光源は、白色光を放出するように作動することができる。一実施構成では、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含む。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。
【００２８】
光検出器は分光計とすることができる。分光計は、電磁スペクトルの一部の光の強度を測定する光学測定器である。適切な分光計は回折格子分光計である。分光計の代表的な出力は、波長（または周波数）の関数としての光の強度である。
【００２９】
光源及び光検出器は、コンピューティングデバイス、例えばコントローラに接続することができ、このコンピューティングデバイスは、これらの光源及び光検出器の動作を制御し、光源及び光検出器の信号を受信するように作動することができる。当該コンピューティングデバイスは、研磨装置の近傍に配置されるマイクロプロセッサ、例えばプログラム可能なコンピュータを含むことができる。制御に関して、当該コンピューティングデバイスは、例えば光源を研磨定盤１２０の回転に同期して作動させることができる。
【００３０】
幾つかの実施形態では、インサイチューモニタリングシステムのセンサは、研磨定盤１２０内に設置され、研磨定盤１２０と一緒に回転する。この場合、研磨定盤が動くことによって、センサが基板を横切って走査するようになる。とりわけ光学モニタリングシステムに対する他の実施形態では、インサイチューモニタリングシステムのセンサは、基板の下方に固定され、かつ配置される。この場合、インサイチューモニタリングシステムは、研磨定盤を貫通する開口部とセンサとが位置整合し、光を透過して基板に当てることができるようになるたびに測定を行なう。
【００３１】
光学モニタリングシステムの場合、研磨定盤が回転すると、コンピューティングデバイスは、基板１１５がインサイチューモニタリングモジュールの上を通過する直前に開始され、通過した直後に終了する一連の閃光を放出する、または研磨定盤内の開口部とインサイチューモニタリングモジュールのセンサとが位置整合する直前に開始され、位置整合した直後に終了する一連の閃光を光源に放出させることができる。或いは、コンピューティングデバイスは、基板１１５がインサイチューモニタリングモジュールの上を通過する直前に開始され、通過した直後に終了する、または研磨定盤内の開口部とインサイチューモニタリングモジュールのセンサとが位置整合する直前に開始され、位置整合した直後に終了するように光を連続的に光源に放出させることができる。いずれの場合においても、検出器からの信号をサンプリング期間に亘って積分することにより、スペクトル測定値をサンプリング周波数で生成することができる。センサが研磨定盤内に設置される場合、基板群１１５のうちの１つが、モニタリングモジュールの上を通過するたびに、モニタリングモジュールとの基板の整合位置は、それより前の通過時における整合位置とは異なっている可能性がある。研磨定盤の１回転が終了すると、スペクトルが基板上の異なる半径方向位置から取得される。すなわち、、基板の中心により近い複数箇所から取得されるスペクトルもあれば、周縁により近い複数箇所から取得されるスペクトルもある。更に、研磨定盤の多数回の回転が終了すると、一連のスペクトルを経時的に取得することができる。
【００３２】
作動状態では、コンピューティングデバイスは、例えば光源の特定の閃光、または検出器の時間フレームに対応して光検出器が受信する光のスペクトルを表わす情報を載せた信号を受信することができる。このように、このスペクトルは、研磨中にその場で測定されるスペクトルである。
【００３３】
いかなる特定の理論にも拘束されないが、基板１１５によって反射される光のスペクトルは、研磨が進むにつれて、最外側層の厚さが変化することに起因して変化することにより、一連の時間変化スペクトルとなる。更に、特定のスペクトルは、積層体の特定の厚さによって表わされる。
【００３４】
幾つかの実施形態では、コンピューティングデバイスは、測定スペクトルを多数の基準スペクトルと比較することにより、一連の最良一致基準スペクトルを生成し、一連の最良一致基準スペクトルの適合度を求める比較モジュールを含む。本明細書において使用するように、基準スペクトルとは、基板の研磨が行なわれる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、最外側層の厚さのような基板特性の１つの値との所定の関連性、すなわち研磨処理前に定義される関連性を持つことができる。別の構成として、または更に、基準スペクトルは、実際の研磨レートが予測研磨レートに従うと仮定すると、スペクトルが現われると予測される、研磨プロセスの１つの時間を表わす値との所定の関連性を持つことができる。
【００３５】
基準スペクトルは、例えばスペクトルを、既知の層厚を有するテスト基板から測定することにより実験的に生成する、または理論に基づいて生成することができる。例えば、基準スペクトルを求めるためには、製品基板と同じパターンを有する「条件設定用」基板のスペクトルを、研磨前に測定ステーションで測定することができる。基板特性、例えば最外側層の厚さは、研磨前に、同じ測定ステーションで、または異なる測定ステーションで測定することもできる。次に、条件設定用基板を、スペクトルを収集しながら研磨する。各スペクトルに関して、スペクトルが収集された研磨プロセスにおける時間を表わす値が記録される。例えば、当該値は、経過時間とすることも、研磨定盤の回転数とすることもできる。基板を過剰研磨して、すなわち所望の厚さを越えて研磨して、目標厚さに到達するときの基板によって反射される光のスペクトルを取得することができるようにする。従って、条件設定用基板の最外側層のスペクトル及び特性、例えば厚さは、研磨後に測定ステーションで測定することができる。
【００３６】
実験的に求める他に、これらの基準スペクトルのうちの幾つかまたは全ては、理論に基づいて、例えば基板層の光学モデルを使用して計算することができる。例えば、光学モデルを使用して、所定の外側層厚さＤに対応するスペクトルを計算することができる。スペクトルが収集される研磨プロセスにおける時間を表わす値は、例えば外側層が均一な研磨レートで除去されると仮定することにより計算することができる。例えば、特定のスペクトルに対応する時間Ｔｓは、初期厚さをＤ０、均一な研磨レートをＲとすることにより簡単に計算することができる（Ｔｓ＝（Ｄ０−Ｄ）／Ｒ）。別の例として、光学モデルに使用される厚さＤに基づく研磨前厚さＤ１及び研磨後厚さＤ２（または、測定ステーションで測定される他の厚さ）に対応する測定時間Ｔ１と測定時間Ｔ２との間の線形補間を実行することができる（Ｔｓ＝Ｔ２−Ｔ１＊（Ｄ１−Ｄ）／（Ｄ１−Ｄ２））。
【００３７】
本明細書において使用するように、基準スペクトルライブラリとは、１つの特性を共通に保有する基板群を表わす基準スペクトル集合のことである。しかしながら、単一のライブラリに共通に保有される特性は、多数の基準スペクトルライブラリに亘って変化させることができる。例えば、２つの異なるライブラリは、２つの異なる下地厚さを有する基板群を表わす基準スペクトルを含むことができる。
【００３８】
異なるライブラリに対応するスペクトルは、異なる基板特性（例えば、下地層厚さ、または層組成）を有する多数の「条件設定用」基板を研磨し、スペクトルを上に説明したように収集することにより生成することができる；１つの条件設定用基板から得られるスペクトルが第１ライブラリを提供することができ、異なる下地層厚さを有する別の基板から得られるスペクトルが第２ライブラリを提供することができる。別の構成として、または更に、異なるライブラリに対応する基準スペクトルは、理論に基づいて計算することができ、例えば第１ライブラリに対応するスペクトルは、下地層が第１厚さを有する光学モデルを使用して計算することができ、第２ライブラリに対応するスペクトルは、下地層が異なる１つの厚さを有する光学モデルを使用して計算することができる。
【００３９】
幾つかの実施形態では、各基準スペクトルに１つの指標値が割り当てられる。この指標は、基準スペクトルが観測されると予測される研磨プロセスにおける時間を表わす値とすることができる。これらのスペクトルは、特定のライブラリの各スペクトルが固有の指標値を有するように指標化することができる。指標化は、これらの指標値が、これらのスペクトルが測定された順番で時系列化されるように行なうことができる。１つの指標値を選択して、研磨が進行するにつれて、単調に変化する、例えば増加する、または減少するようにすることができる。具体的には、これらの基準スペクトルの指標値は、これらの指標値が、時間または研磨定盤回転数の一次関数を形成するように選択することができる。例えば、これらの指標値は、研磨定盤回転数に比例させることができる。このように、各指標番号は合計数とすることができ、当該指標番号は、関連するスペクトルが現われるであろう予測研磨定盤回転を表わすことができる。
【００４０】
これらの基準スペクトル、及びこれらのスペクトルに関連付けられる指標は、ライブラリに保存することができる。当該ライブラリは、研磨装置のコンピューティングデバイスのメモリ内に実装することができる。
【００４１】
研磨中、指標変化を各ライブラリに対応して表示することができる。各指標変化は、当該変化を形成する指標列を含み、当該列の各特定の指標は、特定の測定スペクトルに関連付けられている。所定のライブラリの指標変化に関して、当該列に含まれる特定の指標は、特定の測定スペクトルに最も良く一致する基準スペクトルの指標を、所定のライブラリから選択することにより生成される。このように、一連の現在のスペクトルの各現在のスペクトルを、基準スペクトルライブラリの複数の基準スペクトルと比較して、一連の最良一致基準スペクトルを生成する。更に一般的な表現をすると、各現在のスペクトルに関して、当該現在のスペクトルに最も良く一致する基準スペクトルを求める。
【００４２】
多数の現在のスペクトルが存在する場合、最良一致は、これらの現在のスペクトルの各々と、所定のライブラリの基準スペクトル群の各々との間で求めることができる。選択された各現在のスペクトルを各基準スペクトルと比較する。例えば、現在のスペクトルをｅ，ｆ，及びｇとし、基準スペクトルをＥ，Ｆ，及びＧとすると、一致係数は、現在のスペクトル及び基準スペクトルの次の組み合わせ：すなわち、ｅ及びＥ，ｅ及びＦ，ｅ及びＧ，ｆ及びＥ，ｆ及びＦ，ｆ及びＧ，ｇ及びＥ，ｇ及びＦ，並びにｇ及びＧの各々に対応して計算することができる。一致係数が最良一致を示す、例えば最小であるいずれかが、基準スペクトルを、従って指標を決定する。
【００４３】
別の実施形態では、モニタリングシステムは渦電流モニタリングシステムである。渦コイルモニタリングシステムは、次の構成要素群（図示せず）のうちの１つ以上：すなわち、振動磁界を生成する駆動コイルを含むことができ、この駆動コイルは、半導体ウェハ上の金属層の一部のような、基板１１５上の注目導電領域と結合することができる。この駆動コイルをコア（図示せず）の周りに巻き付け、このコアは、ＭｎＺｎフェライトまたはＮｉＺｎフェライトのようなフェライト材料により形成することができる。
【００４４】
振動磁界によって、渦電流が基板１１５の導電領域内に局所的に生成される。この渦電流によって、基板の導電領域が、検出コイル及びコンデンサ（図示せず）と並列接続されるインピーダンス源として機能するようになる。基板の導電領域の厚さが変化するにつれて、インピーダンスが変化して、システムのＱ値が変化する。Ｑ値の変化を検出することにより、渦電流検出機構は、渦電流の強度の変化を、従って導電領域の厚さの変化を検出することができる。従って、渦電流システムを使用して、導電領域の厚さのような導電領域のパラメータ群を求めることができる、または渦電流システムを使用して、研磨終点のような関連パラメータ群を求めることができる。特定の導電領域の厚さについて上に説明しているが、コア及び導電層の相対位置を、多数の異なる導電領域に関する厚さ情報が得られるように変化させてもよいことに留意されたい。同様に、特定の基板の厚さについて開示しているが、同じ研磨定盤上に位置する多数の基板をモニタリングしてもよい。
【００４５】
幾つかの実施構成では、Ｑ値の変化は、渦電流の振幅を時間の関数として、一定の駆動周波数及び振幅に関して測定することにより求めることができる。渦電流信号は、整流器を使用して整流することができ、振幅は出力を介してモニタリングすることができる。別の構成として、Ｑ値の変化は、渦電流の位相を時間の関数として測定することにより求めることができる。
【００４６】
モニタリングシステムは、例えばレーザ、発光ダイオード、及び光検出器を含む他のセンサ素子を含むことができる。
【００４７】
幾つかの実施構成では、モニタリングシステムによって収集される測定データ、例えば現在のスペクトルデータまたは渦電流データは、複数の基板から収集することができる。図２Ａ及び２Ｂを参照するに、上に説明したように、複数の基板は研磨装置内で、同じ研磨パッドで同時に研磨される。この研磨処理中、各基板は、独立可変研磨パラメータによって、例えば特定の基板を保持するキャリアヘッドから加わる圧力によって他の基板とは個別に制御することができる当該基板の研磨レートを有する（工程２０１）。研磨処理中、これらの基板を、上に説明したようにモニタリングする（工程２０２）。一実施形態では、図２Ａに示すように、各基板が目標厚さに達することになる予測時間を求める（工程２０３）。少なくとも１つの基板の研磨パラメータを調整して、当該基板の研磨レートを調整することにより、複数の基板が目標厚さに略同時に達するようにする（工程２０４）。別の実施形態では、図２Ｂに示すように、各基板が目標時間で有することになる予測厚さを求める（工程２０５）。少なくとも１つの基板の研磨パラメータを調整して、当該基板の研磨レートを調整することにより、複数の基板が略同じ厚さを目標時間で有するようにする（工程２０６）。
【００４８】
図３に示すように、例えば渦電流モニタリングシステムで収集される測定厚さ（ポイント３０１で表わされる）は時間に対して、各基板に関してプロットすることができる。各基板に関して、既知の次数の多項式関数、例えば１次関数（すなわち、直線３０２）を当該基板に関して収集された厚さ測定値に、例えば確実な直線フィッティングを行なってフィッティングさせる。
【００４９】
１つの基板が目標厚さに達することになる予測時間を求めるために、直線３０１と目標厚さとの交点を計算することができる。終点時間は、研磨レートＰＲ、基板の研磨前の初期厚さＳＴ、及び目標厚さＴＴ（研磨レートＰＲ及び初期厚さＳＴは、関数を、収集された厚さ測定値にフィッティングさせた結果により与えられるのに対し、目標厚さはユーザによって、研磨処理前に設定され、保存される）に基づいて計算することができる。終点時間は、研磨レートが研磨プロセス全体を通じて一定である、例えば終点時間Ｅｔ＝（ＳＴ−ＴＴ）／ＰＲが成り立つと仮定すると、簡単な線形補間値として計算することができる。
【００５０】
更に、当該直線が、研磨が停止することになる目標時間と交差する箇所によって、予測終点厚さが定義される。このように、各基板の厚さの変化率を使用して、厚さを外挿することにより、関連する基板の予測終点時間で達成されることになる厚さを求めることができる。
【００５１】
図３に示すように、現在時間における基板群のうちのいずれの研磨レートに対しても調整が行なわれない場合、各基板は、異なる終点時間を有することとなり得る（この状態は、この状態によって欠陥が生じ、かつスループットが低下し得るので、望ましくない）、または終点を全ての基板に対して強制的に同時とする場合、各基板は異なる厚さを有することになり得る。ここでは、例えば基板Ａは基板Ｂよりも厚い厚さで終点に達することになるだろう。同様に、仮に、両方の基板が同じ目標厚さになるまで研磨されるとすると、基板Ａは基板Ｂの終点時間よりも遅い終点時間を必要とすることになる。
【００５２】
図３に示すように、異なる基板について異なる時間で所望の厚さに達する場合、研磨レートを大きくなる方向または小さくなる方向に調整することができ、その結果、これらの基板が、このような調整を行なわない場合よりも同時により近いタイミングで、例えば略同時に達する、またはこのような調整を行なわない場合よりも同じ厚さに、例えば目標厚さにより近い厚さを、例えば略同じ厚さを目標時間で有するようになる。
【００５３】
従って、例えば図３では、時間Ｔ１から始まって、基板Ａの研磨パラメータ群を、基板Ａの研磨レートが大きくなり、かつ基板Ｂの研磨レートが小さくなるように変更して、両方の基板が目標厚さに略同時に達するようにする（または、両方の基板の研磨が同時に停止する場合、略同じ厚さに達するようにする）。予測終点時間が、これらの基板が目標厚さに略同時に達することを示している場合、調整を行なう必要はない。略同時とは、合計研磨時間の２％以内、例えば１％以内、例えば０．５％以内、または５秒以内、例えば２秒以内、例えば１．５秒以内を指す。同様に、予測終点厚さが、これらの基板が略同じ厚さを目標時間で有することを示している場合、調整を行なう必要はない。略同じ厚さとは、厚さの差が２００オングストローム未満であることを指す。
【００５４】
研磨レートを種々の基板に関して調整して、研磨時間を等しくすることができる。例えば、基準基板を選択し、他の基板群の全てに関する処理パラメータ群を調整して、これらの基板の全てが、基準基板のほぼ予測時間で終点に達するようにする。基準基板は、例えば所定の基板、基板群の最も早い時間または最も遅い予測時間を有する基板、または所望の予測終点を有する基板とすることができる。最も早い時間は、研磨を同時に停止させる場合の最も薄い基板と等価である。同様に、最も遅い時間は、研磨を同時に停止させる場合の最も厚い基板と等価である。別の実施構成では、複数の基板が、基板群の略平均予測時間で目標厚さに達する、または、基板群の略平均予測厚さで目標時間に達するように研磨パラメータを調整することができる。更に別の実施構成では、目標時間は、単なる所定の時間、例えば約４０秒であるか、または所定の厚さ、例えば約１５００〜２０００オングストロームである。ユーザは、目標時間または目標厚さを、研磨前に、ユーザインターフェースを使用することにより選択する方法を選択することができる、例えばコンピュータは、目標時間を選択する複数の方法のうちのいずれかを選択するユーザからの入力を受信する。
【００５５】
研磨レートは、例えば対応するキャリアヘッドの圧力を高くする、または低くすることにより調整することができる。研磨レートの変化は、圧力の変化に直接比例すると仮定することができ、例えば簡単なプレストニアンモデルに従うと仮定することができる。例えば、基板Ａが目標厚さに時間ＴＡで達し、かつシステムが目標時間ＴＴを設定している場合、時間Ｔ１前のキャリアヘッド圧力にＴＴ／ＴＡを乗算して、時間Ｔ１後のキャリアヘッド圧力を供給することができる。更に、研磨定盤またはヘッド回転速度の影響、異なるヘッド圧力合成の二次効果、研磨温度、スラリー流量、または研磨レートに影響するその他のパラメータを考慮に入れた基板研磨制御モデルを開発することができる。研磨プロセス中の次の時間では、これらのレートを再度、必要に応じて調整することができる。
【００５６】
図４に示すように、光学モニタリングシステムで収集される指標データを時間に対してプロットすることもでき、１つ以上の基板に対して調整を加えることにより、これらの基板の全ての研磨が略同じ指標または時間で終了するようにすることができる。このシステムは図３のシステムと同様に動作するが、計算は、厚さ値ではなく指標値を使用して行なわれる。
【００５７】
図５を参照するに、特定のプロファイルが望ましい、ここでは、６２％の信号レベルである場合、信号変化で示されるような研磨レートをモニタリングすることができる。第１基板の変化５０１及び第２基板の変化５０２が、これらの２つの基板が同じ予測時間で終点に達しないことを示している場合、一方または両方のヘッドの研磨レートを調整することができる。
【００５８】
基板群が目標厚さに達することになる予測時間を求め、研磨レート群を調整するプロセスは、研磨プロセス中に多数回繰り返すことができ、例えば３０〜６０秒毎に繰り返すことができる。例えば、図５では、研磨中の４つの時点で終点群を予測し、回転速度が遅いヘッドの研磨圧力を高くして研磨速度を上げた。ここでは、変化５０１で示す第１基板に関する圧力に、３１秒の時点で倍率１．２５を乗算し（５１０）、５１秒の時点で倍率１．０２を乗算した（５１１）。次に、変化５０２で示す第２基板に関する圧力に、７０秒の時点で倍率１．２０を乗算し（５１２）、９１秒の時点で倍率１．２７を乗算した（５１３）。図５では、２つの基板の最終的な終点は０．４秒だけ離れていた。
【００５９】
研磨プロセス中、研磨レートの変更は、数回、例えば４回、３回、２回、または１回しか行なうことができない。調整は、研磨プロセスの開始に近い時点で、中間時点で、または終点に向かう時点で行なうことができる。
【００６０】
終点を調整するために使用される方法は、施す研磨の種類に基づいて異ならせることができる。銅バルクを研磨する場合、単一の渦電流モニタリングシステムを使用することができる。多数のウェハに対して単一の研磨定盤上で銅除去ＣＭＰを行なう場合、単一の渦電流モニタリングシステムをまず使用して、基板群の全てが第１のブレークスルーに同時に達するようにすることができる。次に、渦電流モニタリングシステムをレーザモニタリングシステムに切り替えて、これらのウェハに対して除去を行ない、過剰研磨を施すことができる。多数のウェハに対して単一の研磨定盤上でバリア及び誘電体ＣＭＰを行なう場合、光学モニタリングシステムを使用することができる。
【００６１】
本発明の実施形態及び本明細書において記載される機能動作群の全ては、デジタル電子回路で、またはコンピュータソフトウェア、ファームウェアで実施する、または本明細書において開示される構造手段、及び構造手段の構造的等価物を含むハードウェアで実施する、或いはこれらの要素を組み合わせて実施することができる。本発明の実施形態は、１つ以上のコンピュータプログラム製品として、すなわち１つ以上のコンピュータプログラムとして実施することができ、これらのコンピュータプログラムは、機械可読記憶媒体に有形に具体化されて、データ処理装置、例えばプログラム可能なプロセッサ、コンピュータ、またはマルチプロセッサまたはマルチコンピュータにより実行する、或いはその動作を制御する。別の構成として、または更に、コンピュータプログラムは情報キャリアに、例えば伝送信号に符号化され得る。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、またはコードとも表記される）は、コンパイル型言語またはインタープリタ型言語を含むプログラミング言語のいずれの形式で記述することもでき、当該コンピュータプログラムは、スタンドアローンプログラムとして、またはモジュール、コンポーネント、サブルーチン、またはコンピューティング環境における使用に適する他のユニットとして含むいずれの形式でも導入することができる。コンピュータプログラムは、必ずしもファイルに対応している必要はない。プログラムは、ファイルのうち、他のプログラムまたはデータを、当該プログラムに専用の単一ファイルに、または多数の調整ファイル（例えば、１つ以上のモジュール、サブプログラム、またはコードの一部を保存するファイル）に記憶する部分に格納することができる。コンピュータプログラムは、１つのコンピュータでまたは１つのサイトの多数のコンピュータで実行されるか、または、多数のサイトに分散されて、通信ネットワークで相互接続される多数のコンピュータで実行されるよう導入することができる。
【００６２】
本明細書において記載されるプロセス及び論理フローは、１つ以上のプログラム可能なプロセッサによって実行することができ、これらのプロセッサは、１つ以上のコンピュータプログラムを実行して複数機能を、入力データを操作し、出力を生成することにより実行する。プロセス及び論理フローはまた、特定用途向け論理回路、例えばＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）またはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）によって実行することができ、装置も、特定用途論理回路、例えばＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）またはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）として実装することができる。
【００６３】
上に説明した研磨装置及び方法は、種々の研磨システムにおいて適用することができる。研磨パッドまたはキャリアヘッドのいずれか、または両方は、移動することにより、研磨布表面と基板との間の相対運動を実現することができる。例えば、研磨定盤は、回転させるのではなく、周回移動させてもよい。研磨パッドは、研磨定盤に固く固定される円形（または、他の或る形状）のパッドとすることができる。終点検出システムの幾つかの形態は、直線研磨システムに適用することができ、この場合、例えば研磨パッドは、直線的に移動する連続ベルトまたはリールツーリールベルトである。研磨層は標準的な（例えば、フィラーを含む、または含まないポリウレタン）研磨材料、軟質材料、または砥粒固定研磨材料とすることができる。「相対的位置決め（relative positioning）」の条件が使用される；研磨布表面及び基板は、垂直の姿勢に、または他の或る姿勢に保持することができることを理解されたい。
【００６４】
本発明の特定の実施形態について説明してきた。他の実施形態は、以下の請求項の範囲に包含される。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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