[发明专利]将测量光谱匹配至参考光谱以进行原位光学监测的技术

说明书

技术领域

本发明关于如在对基板进行化学机械抛光期间进行的光学监测。

背景技术

集成电路一般通过在硅晶圆上相继沉积导电层、半导体层或绝缘层而形成在基板上。一个制造步骤涉及在非平面表面上沉积填料层以及平坦化填料层。就某些应用而言，持续平坦化填料层直到露出图案化层的顶表面为止。导电填料层例如可沉积在图案化绝缘层上，以填充绝缘层内的沟渠或孔洞。平坦化后，部分导电层保留在绝缘层的凸起图案之间而形成通路、插栓和线路，所述通路、插栓和线路提供基板上的薄膜电路间的导电路径。就其它诸如氧化物抛光等应用而言，持续平坦化填料层直到非平面表面上留下预定厚度为止。此外，光刻技术通常需要平坦化基板表面。

化学机械抛光（CMP）为公认的平坦化方法之一。所述平坦化方法一般需要将基板安装在研磨头上。露出的基板表面通常抵靠着旋转的抛光垫设置。研磨头在基板上提供可控制的负载，以抵靠着抛光垫推动所述基板。抛光液（如具有研磨粒的浆料）一般供应至抛光垫的表面。

CMP中的一个问题在于确定抛光工艺是否完成，即，是否已将基板层平坦化成所期望的平坦度或厚度、或者何时已移除所期望量的材料。基板层的初始厚度、浆料组成、抛光垫条件、抛光垫与基板之间的相对速度、以及基板上的负载的变化都会造成材料移除速率的变化。这些变化将导致到达抛光终点所需的时间上的不同。因此，不能只根据抛光时间来确定抛光终点。

在一些系统中，在抛光期间原位光学监测基板，例如通过抛光垫中的窗口。然而，现有光学监测技术无法满足半导体装置制造业者不断提高的要求。

发明内容

在一些光学监测工艺中，将如在抛光工艺期间原位测量的光谱与参考光谱的图库进行比较，以寻找最佳匹配参考光谱。寻找最佳匹配者的一种技术为计算测量光谱与图库中各参考光谱间的平方差总和；平方差总和最小的参考光谱为最佳匹配者。然而，对抛光某些基板而言，如在同一压板移除多个介电层，匹配算法可能并不可靠。不局限于任何特定理论，平方差总和可深受光谱中的波峰位置的影响，且下层厚度上的变化则会造成波峰位置的移位。但若采用另一技术（如交叉相关法）来寻找最佳匹配参考光谱，则可减少或避免这些问题的发生。

在一个方面中，控制抛光的方法包括存储具有多个参考光谱的图库、抛光基板、在抛光期间测量来自基板的光的一序列光谱、利用除平方差总和之外的匹配技术为所述序列光谱中的每一个测量光谱寻找最佳匹配参考光谱以产生一序列最佳匹配参考光谱、以及基于所述序列最佳匹配参考光谱确定抛光终点或抛光速率的调节至少之一。

实施方式可包括一个或多个下列特征。寻找最佳匹配参考光谱可包括用来自图库的多个参考光谱中的两个或更多个参考光谱的每一个执行测量光谱的交叉相关，并选择与测量光谱有最大相关性的参考光谱作为最佳匹配参考光谱。多个参考光谱中的每一个参考光谱可具有存储的关联索引值，并可确定所述序列最佳匹配参考光谱中各最佳匹配光谱的关联索引值，以产生一序列索引值，并使一函数配适所述序列索引值。当线性函数匹配或超过目标索引时，可停止抛光。基板可包括覆盖第一层的第二层，第一层具有不同于第二层的组成。第二层可为阻挡层，而第一层可为介电层。阻挡层可为氮化钽或氮化钛，而介电层可为碳掺杂二氧化硅或者可由四乙氧基硅烷形成。所述函数可配适一部分的所述序列索引值，所述部分序列索引值对应检测到第一层露出后测量的光谱。寻找最佳匹配参考光谱可包括执行计算测量光谱与图库中多个参考光谱的两个或更多个参考光谱的每一个参考光谱间的欧几里得（Euclidean）向量距离的总和，以及选择总和最小的参考光谱作为最佳匹配参考光谱。寻找最佳匹配参考光谱可包括执行计算测量光谱与图库中多个参考光谱的两个或更多个参考光谱的每一个参考光谱间的导数差的总和，以及选择总和最小的参考光谱作为最佳匹配参考光谱。测量来自基板的光的所述序列光谱可包括使传感器多次扫描基板各处。所述序列光谱中的每一个光谱可对应于传感器多次扫描中的单次扫描。基板可包括多个区域，且各区域的抛光速率可由独立变化的抛光参数单独控制。在抛光期间，可测量来自各区域的序列光谱。可就各区域的序列光谱中的每一个测量光谱，用图库中多个参考光谱的两个或更多个参考光谱的每一个参考光谱执行测量光谱的的交叉相关，并从图库中选择与测量光谱有最大相关性的参考光谱作为最佳匹配参考光谱，以产生一序列最佳匹配参考光谱。可调节至少一个区域的抛光参数，以调节至少一个区域的抛光速率，使多个区域在抛光终点具有比在无这种调节的情况下更小的厚度差。

在另一方面中，实体包含在机器可读取存储装置中的计算机程序产品包括执行此方法的指令。