专利名称：在使用多个光谱的化学机械抛光中的终点检测的制作方法
技术领域：
本发明通 常涉及在化学机械抛光期间基板的光谱监测。
背景技术：
通常是通过在硅晶片上顺序沉积导体层、半导体层或绝缘层来在基板上形成集 成电路。一个制造步骤涉及在非平面的表面上沉积填料层并且使所述填料层平坦化。对 于某些应用来说，使填料层平坦化，直到图案化层的顶表面暴露为止。例如，可在图案 化绝缘层上沉积导电的填料层，以填充在绝缘层中的沟槽或孔。在平坦化之后，残留在 绝缘层的升高的图案之间的导体层的部分形成在基板上的薄膜电路之间提供导电通路的 通孔、插头和线路。对于诸如氧化物抛光的其他应用来说，使填料层平坦化，直到在非 平面的表面上留下预定厚度为止。另外，基板表面的平坦化通常是光刻法所需要的。化学机械抛光(CMP)是一种所接受的平坦化方法。这种平坦化方法通常需要将 基板安装在载具头或抛光头上。基板的暴露表面通常抵靠旋转抛光盘状衬垫或带状衬垫 放置。抛光垫可以是标准衬垫或固定研磨衬垫。标准衬垫具有耐久粗糙表面，而固定研 磨衬垫具有保持在包含介质中的研磨粒子。该载具头在基板上提供可控的负载以将其推 至抛光垫。通常向抛光垫的表面供应抛光液体，诸如具有研磨粒子的浆液。CMP中的一个问题在于确定该抛光处理是否完成，S卩，是否已将基板层平坦化 到所要的平整度或厚度，或确定何时移除了所要量的材料。过度抛光(移除过多)导体 层或薄膜导致电路电阻增加。另一方面，抛光不足(移除太少)导体层导致电气短路。 基板层的初始厚度的变化、浆液成分的变化、抛光垫状态的变化、抛光垫与基板之间相 对速度的变化和基板上负载的变化可导致材料移除速率的变化。这些变化导致达到抛光 终点所需要的时间的变化。因此，不能将抛光终点仅确定为抛光时间的函数。
发明内容
在一个通用的方面，一种计算机实施的方法包括用实地光学监测系统获得至 少一个当前光谱，比较所述当前光谱与多个不同的参考光谱，和基于该比较来确定对于 具有经受抛光的最外层的基板来说是否已到达抛光终点。该当前光谱是由基板反射的光 的光谱，该基板具有经受抛光的最外层和至少一个下面层。该多个参考光谱表示由基板 反射的光的光谱，这些基板具有厚度相同的最外层和厚度不同的下面层。实施方式可包括一或多个以下步骤。确定是否已到达抛光终点可以包括计算当 前光谱与参考光谱之间的差值。确定是否已到达抛光终点可以包括确定这些差值中的至 少一个差值是否已达到阈值。这些差值中的该至少一个差值可以为最小差值。确定是 否已到达抛光终点可以包括当这些差值中的至少一个差值已达到阈值时激活终点检测算 法。确定是否已到达抛光终点可以包括产生差值迹线，该差值迹线包括多个点，每个点 代表为压板的旋转进行计算的差值中的最小差值。该终点检测算法可以包括确定该差值 迹线是否已达到最小值。确定所述差值迹线是否已达到最小值可以包括计算该差值迹线的斜率，或确定该差值迹线是否已升至最小值以上的阈值。该参考光谱可以凭经验来产 生或根据理论来产生。在另一方面，一种编码在有形的载体程序上的计算机程序产品可操作以使数据 处理设备执行包含上述方法的步骤的操作。如在本说明书中所用，术语基板可包括，例如，产品基板(例如，其包括多个 存储器或处理器模具)、测试基板、裸露基板和间基板。基板可以处在集成电路制造的各 个阶段，例如，基板可以是裸露晶片，或其可以包括一或多个沉积层和/或图案化层。 术语基板可以包括圆形的盘和长方形的板。本发明实施方式可能存在的优点可以包括一或多个以下优点。终点检测系统对 下面层或图案中基板之间变化可能较不敏感，从而可以改善终点系统的可靠性。通过提 供比使用单个参考光谱技术所产生的迹线通常更平滑的差值或终点迹线，多个参考光谱 (如与单个参考光谱相对)的使用改善终点确定的准确性。本发明的一或多个实 施例的细节阐述于附图和以下描述中。本发明的其他特 征、方面和优点将由描述、附图和权利要求书而变得显而易见。
图1示出基板。图2示出化学机械抛光设备。图3是抛光垫的顶视图并且示出采取实地测量的位置。图4是确定抛光终点的程序框图。图5图示来自光谱监测系统的差值迹线。图6是确定抛光终点的另一个实施方式的程序框图。在各个图式中相同的元件符号和名称指示相同的元件。
具体实施例方式参见图1，基板10可以包括晶片12、将经受抛光的最外层14和在最外层16与 晶片12之间的一或多个下面层16，下面层16中的一些通常经图案化。在化学机械抛光 期间光谱终点检测的一个潜在问题在于下面层的厚度可能从基板到基板变化。因此，取 决于下面层，其中最外层具有相同厚度的基板实际上可以反射不同的光谱。因而，用于 触发一些基板的抛光终点的靶光谱可能不对其他基板起到适当的作用，例如，如果下面 层具有不同的厚度的话。然而，通过将在抛光期间获得的光谱与多个光谱进行比较，可 以补偿该影响，其中该多个光谱代表在下面层中的变化。图2示出可操作以抛光基板10的抛光设备20。抛光设备20包括可旋转的盘状 压板24，抛光垫30位于该盘状压板24上。该压板可操作以绕轴25旋转。例如，电动 机可以转动主动轴22以使压板24旋转。通过包括孔隙(即，贯穿该衬垫的孔)或实心窗口，提供了穿过抛光垫的光学通 路36。虽然在一些实施方式中该实心窗口可以被支撑在压板24上并且投入抛光垫中的孔 隙中，但可以将实心窗口固定到抛光垫。通常将抛光垫30放置在压板24上，以便孔隙 或窗口覆盖位于压板24的凹槽26中的光学头53。因而，光学头53具有穿过孔隙或窗口到正被抛光的基板的光学通路。该光学头在下文进一步描述。抛光设备20包括组合浆液/清洗臂39。在抛光期间，臂39可操作以分配诸如
浆液的抛光液体38。或者，该抛光设备包括可操作以将浆液分配到抛光垫30上的浆液端□。抛光设备20包括可操 作以将基板10固持到抛光垫30上的载具头70。载具头 70是悬挂于例如圆盘传送带的支撑结构72上，并且通过载具主动轴74连接到载具头旋 转电动机76，以便载具头可以绕轴71旋转。另外，载具头70可以在形成于支撑结构72 中的径向槽中横向地摆动。在操作中，使压板绕其中心轴25旋转，并且使载具头绕其中 心轴71旋转并且横跨抛光垫的顶表面横向地平移。抛光设备还包括光学监测系统，其可以如下文论述用于确定抛光终点。光学监 测系统包括光源51和光检测器52。光从光源51传出，穿过抛光垫30中的光学通路36， 撞击基板10并且从基板10反射回穿过光学通路36，并且行进到光检测器52。分叉光缆54可以用于将光从光源51传输到光学通路36，并且从光学通路36传 回到光检测器52。分叉光缆54可以包括“主干” 55和两个“分支” 56和58。如上文提及，压板24包括凹槽26，光学头53位于凹槽26中。光学头53固持 分叉光纤电缆54的主干55的一个末端，光纤电缆54经配置以向和从正被抛光的基板表 面传送光。光学头53可以包括覆盖分叉光纤电缆54的末端的一或多个透镜或窗口。或 者，光学头53可以仅固持主干55的相邻于抛光垫中实心窗口的末端。光学头53可以固 持冲水系统的上述喷嘴。光学头53可以根据需要从凹槽26移除，例如，以实现预防性 或校正性维护。该压板包括可移除的实地监测模块50。实地监测模块50可以包括以下的一或多 个光源51、光检测器52和用于向光源51和光检测器52发送信号和从其接收信号的电 路。例如，检测器52的输出可以是经过主动轴22中的旋转耦合器(例如，集电环)到 用于光学监测系统的控制器的数字电子信号。类似地，可以响应从控制器经由旋转耦合 器到模块50的数字电子信号中的控制命令来开启或关闭光源。实地监测模块还可以固持分叉光纤54的分支部分56和58的各自末端。光源可 操作以传输光，该光是经由分支56传送并且从位于光学头53中的主干55的末端传出， 并且撞击在正被抛光的基板上。从基板反射的光是在位于光学头53中的主干55的末端 处接收，并且经由分支58传送到光检测器52。在一个实施方式中，分叉光纤电缆54是一束光纤。该束包括第一组光纤和第二 组光纤。第一组中的光纤经连接以将光从光源51传送到正被抛光的基板表面。第二组 中的光纤经连接以接收从正被抛光的基板表面反射的光并且将所接收的光传送到光检测 器。可以布置这些光纤以便第二组中的光纤形成以分叉光纤54的纵轴为中心的类似X的 形状(如在分叉光纤电缆54的横截面中所见)。或者，可以实施其他布置。例如，第二 组中的光纤可以形成彼此互成镜像的类似V的形状。适当的分叉光纤可购自Carrollton， Texa 的 Verity Instruments，Inc.。光源51可操作以发出白光。在一个实施方式中，发射的白光包括波长为 200-800纳米的光。适当的光源是氙灯或氙汞灯。光检测器52可以是光谱仪。光谱仪基本上是一种用于测量在一部分电磁光谱上的光的强度的光学仪器。适当的光谱仪是光栅光谱仪。光谱仪的典型输出是光强度为波 长的函数。光源51和光检测器52连接到可操作以控制其操作和接收其信号的计算装置。计 算装置可以包括位于邻近抛光设备的微处理器，例如个人计算机。就控制而言，计算装 置可以，例如，用压板24的旋转来使光源51的激活同步。如图3所示，计算机可以使 光源51发出一系列闪光，所述闪光在基板10即将经过实地监测模块以前开始，并且在基 板10经过实地监测模决之后立即终止。(所示的点301-311中的每一个点代表来自实地 监测模块的光被撞击并且反射开的位置。)或者，计算机可以使光源51连续地发出光， 所述光在基板10即将经过实地监测模块以前开始发出，并且在基板10经过实地监测模块 之后立即终止发出。在任何情况中，来自检测器的信号可以在采样周期上被集成以产生 采样频率上的光谱测量。虽然未示出，但是每次基板10经过监测模块，基板与监测模块 的对准都可以与先前的经过不同。经过该压板的一次旋转，从基板上的不同半径获得光 谱。即，一些光谱是从距基板中心较近的位置获得，而一些光谱是从距边缘较近的位置 获得。另外，经过该压板的多次旋转，随着时间推移可以获得一连串光谱。在操作中，计算装置可以接收，例如，承载描述关于光源的具体闪动或检测器 的时间帧的由光检测器52接收的光的光谱的信号。从而，该光谱为在抛光期间实地测量 的光谱。 不受任何具体理论限制，从基板10反射的光的光谱由于最外层的厚度的改变而 在抛光进行时演化，从而产生一连串时变光谱。此外，具体的光谱是由层叠的具体厚度 来展示。该计算装置可以处理该信号以确定抛光步骤的终点。具体地讲，计算装置可以 执行基于测量出的光谱来确定何时达到终点的逻辑。简单地说，计算装置可以将测量出的光谱与多个参考光谱进行比较，并且使用 比较的结果来确定何时达到终点。如本文所用，参考光谱是在基板的抛光之前产生的预定义光谱。参考光谱可以 具有预定义(即，在抛光操作之前定义)的与基板特性的值(诸如最外层的厚度)的关 联。参考光谱可以是凭经验产生，例如，通过测量来自具有已知的层厚度的测试基板的 光谱，或可以根据理论来产生。参考光谱可以是靶光谱，其可以是终点处理补偿靶光谱或未补偿靶光谱。未补 偿靶光谱涉及在最外层具有靶厚度时由该基板展示的光谱。举例而言，靶厚度可以是一 到三微米。或者，例如，当清理所关注的薄膜以便暴露下层薄膜时，靶厚度可以是零。 然而，在系统接收代表靶厚度的光谱与抛光停止的时间之间可以存在滞后时间(这可能 是由于终点检测算法需要来自多次压板旋转的光谱、用于将指令从控制器传输到处理系 统的时间和停止压板旋转所需要的时间)。因此，可以将抛光终点设置于达到靶厚度之前 的时间。终点处理补偿靶光谱是这样一种光谱，当将其用于在具体的终点算法和抛光控 制系统下触发抛光终点时，产生大体上具有靶厚度的基板，例如，与没有对滞后时间进 行补偿的情况相比，该厚度显著较接近于靶厚度。如上所述，存在用于最外层的所关注的具体厚度的多个参考光谱。确实如此， 是因为即使最外层具有相同厚度，用于不同基板的下面层的厚度不同仍可以产生不同光谱。另外，用于不同集成芯片产品的基板将具有不同的层图案化，这样即使最外层具有 相同厚度也可以产生不同光谱。从而，可以存在针对最外层的具体厚度的多个光谱，并 且该多个光谱可以包括因为下面层厚度不同或由于基板旨在提供不同产品导致图案不同 而彼此不同的光谱参考光谱是在抛光操作之前收集，并且存储每个参考光谱与其关联的基板特性 的关联。该参考光谱可以凭经验来确定。例如，为了确定靶光谱，可以在测量站上在抛光之前测量与产品基板具有相同 图案的“设置”基板的特性。该基板特性可以是最外层的厚度。然后，抛光该设置基 板，同时收 集光谱。可以周期性地从该抛光系统上移除该设置基板，并且在测量站测量 其特性。该基板可以被过度抛光，即，抛光超过所要厚度，以便可以获得在达到靶厚度 时从该基板反射的光的光谱。使用所测量的厚度和所收集的光谱来从所收集的光谱中选择经确定为当基板具 有所关注厚度时将由其展示的一或多个光谱。具体地讲，可以使用所测量的抛光前薄 膜厚度和抛光后基板厚度来执行线性内插，以确定何时达到靶厚度和此时展示的相应光 谱。将被确定为在达到靶厚度时将展示的一或多个光谱指定为一或多个靶光谱。然后，可以对与产品基板具有相同图案并具有不同的下面层厚度的一或多个额 外的设置基板重复这些步骤以产生额外的参考光谱。从而，所收集的参考光谱包括针对 相同靶厚度但因为下面层厚度不同而彼此不同的靶光谱。另外或替代地，然后可以针对与产品基板具有不同图案的一或多个额外的设置 基板重复这些步骤以产生额外的参考光谱。从而，所收集的参考光谱包括针对相同靶厚 度但因为图案不同而彼此不同的靶光谱。视需要，处理所收集的光谱以增强准确性和/或精确性。可以处理光谱以，例 如将其标准化为共同参考，对其进行平均，和/或过滤其中的干扰。另外，可以根据理论来计算参考光谱中的一些或全部，例如，使用基板层的光 学模型来计算。图4示出使用基于光谱的终点确定逻辑来确定抛光步骤的终点的方法200。使用 上述抛光设备来抛光产品基板(步骤402)。在压板的每次旋转时，执行以下步骤。测量从正被抛光的基板表面反射出的光的至少一个光谱(步骤404)。视需要， 可以测量多个光谱，例如，可以从压板的单次旋转获得在基板上不同的半径处测量的光 谱，例如，在点301-311 (图3)。如果测量了多个光谱，那么可以选择这些光谱中的一或 多个光谱的子集来用于终点检测算法。例如，可以选择在邻近基板中心的采样位置处测 量的光谱(例如，在图3中所示的点305、点306和点307处)。视需要处理在当前压板 旋转期间测量的光谱，以增强准确性和/或精确性。计算在选择的所测光谱中的每一个与参考光谱中的每一个之间的差值(步骤 406)。参考光谱可以是靶光谱。在一个实施方式中，该差值是在波长范围上的强度差的 总和。即，
差值二 ^>拟当前⑷参考⑷)
λ-α
其中a和b分别为光谱的波长范围的下限和上限，并且Ι3| (λ)和分 别为针对给定波长的当前光谱的强度和靶光谱的强度。或者，可以将差值作为均方误差 来计算，即
权利要求
1. 一种计算机实施的方法，包含用实地光学监测系统获得至少一个当前光谱，所述当前光谱为从基板反射的光的光 谱，所述基板具有经受抛光的最外层和至少一个下面层；将所述当前光谱与多个不同的参考光谱进行比较，所述多个参考光谱代表从基板反 射的光的光谱，所述基板具有厚度相同的最外层和厚度不同的下面层；和基于所述比较来确定对于具有经受抛光的所述最外层的所述基板来说是否已到达抛 光终点。
2.根据权利要求1所述的方法，其中确定是否已到达所述抛光终点包括计算所述当前 光谱与所述参考光谱之间的差值。
3.根据权利要求2所述的方法，其中确定是否已到达所述抛光终点包括确定所述差值 中的至少一个差值是否已达到阈值。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述差值中的所述至少一个差值为所述差值中的 最小差值。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述差值中的所述至少一个差值为所述差值中的中等差值。
6.根据权利要求2所述的方法，其中确定是否已到达所述抛光终点包括当所述差值中 的至少一个差值已达到阈值时激活终点检测算法。
7.根据权利要求6所述的方法，其中确定是否已到达所述抛光终点包括产生差值 迹线，所述差值迹线包括多个点，每个点代表为压板的旋转计算的所述差值中的最小差值。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述终点检测算法包括确定所述差值迹线是否已 达到最小值。
9.根据权利要求8所述的方法，其中确定所述差值迹线是否已达到最小值包括计算所 述差值迹线的斜率。
10.根据权利要求7所述的方法，其中所述终点检测算法包括确定所述差值迹线是否 已升至所述最小值以上的阈值。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述参考光谱是凭经验来产生。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述参考光谱是根据理论来产生。
13.根据权利要求1所述的方法，进一步包含在不同时间获得多个当前光谱。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述多个当前光谱包括来自横跨所述基板的所 述实地光学监测系统的多个扫描的一连串当前光谱。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述多个当前光谱包括来自横跨所述基板的所 述实地光学监测系统的相同扫描的多个当前光谱。
16.根据权利要求14所述的方法，进一步包含将来自所述相同扫描的所述多个当前光 谱与所述多个参考光谱进行比较以产生所述当前光谱与所述参考光谱之间的多个差值。
17.根据权利要求15所述的方法，进一步包含确定所述多个差值中的最小差值并且使 用所述多个差值中的所述最小差值来确定是否已到达抛光终点。
18.—种计算机程序产品，其编码在有形的程序载体上，所述计算机程序产品可操作 以使数据处理设备执行包含以下的操作用实地光学监测系统获得至少一个当前光谱，所述当前光谱为从基板反射的光的光 谱，所述基板具有经受抛光的最外层和至少一个下面层；将所述当前光谱与多个不同的参考光谱进行比较，所述多个参考光谱代表从基板反 射的光的光谱，所述基板具有厚度相同的最外层和厚度不同的下面层；和基于所述比较来确定对于具有经受抛光的所述最外层的所述基板来说是否已到达抛 光终点。
全文摘要
一种计算机实施的方法包括用实地光学监测系统获得至少一个当前光谱，将所述当前光谱与多个不同的参考光谱进行比较，和基于所述比较来确定对于具有经受抛光的最外层的基板来说是否已到达抛光终点。所述当前光谱是从基板反射的光的光谱，所述基板具有经受抛光的最外层和至少一个下面层。所述多个参考光谱代表从基板反射的光的光谱，所述基板具有厚度相同的最外层和厚度不同的下面层。
文档编号H01L21/304GK102017094SQ200980116558
公开日2011年4月13日 申请日期2009年4月29日 优先权日2008年5月2日
发明者H·Q·李, J·钱, S·瀚达帕尼, T·H·奥斯特赫尔德, Z·朱 申请人:应用材料股份有限公司