TW201503244A - 利用原位輪廓控制（ｉｓｐｃ）之動態殘留物清除控制法 - Google Patents

利用原位輪廓控制（ｉｓｐｃ）之動態殘留物清除控制法 Download PDF

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Abstract

提供一種控制化學機械研磨(「CMP」)製程之殘留物清除製程的方法。在殘留物清除開始之前使用動態原位輪廓控制(「ISPC」)來控制研磨，然後為該清除製程動態計算新的研磨製作方法。揭示了幾種不同的方法來計算該清除製作方法。首先，在某些實施方式中，當使用T0或T1方法的反饋時，在ISPC軟體中產生研磨後輪廓及反饋偏差。在清除製程開始之前，根據研磨輪廓及ISPC產生的反饋，鎖定目標為清除之後平的後輪廓。清除步驟的估計時間可以根據先前處理的晶圓(例如先前終點時間之移動平均)。計算出的壓力可以被縮放成較低的(或較高的)基線壓力，用於更均勻的清除。

Description

利用原位輪廓控制(ISPC)之動態殘留物清除控制法
本發明之實施例大體而言係關於化學機械研磨製程之監測及控制。
積體電路通常是藉由在矽晶圓上依續沉積導電的、半導電的或絕緣的層而被形成在基板上。一個製造步驟牽涉到在非平的表面上方沉積填料層並平坦化該填料層。對於某些應用，填料層被平坦化直到圖案化層的頂表面被曝露出。例如導電填料層可被沉積在圖案化絕緣層上，以填充在該絕緣層中的溝槽或孔。平坦化之後，仍在絕緣層的凸起圖案之間的導電層部分形成了在基板上的薄膜電路之間提供導電路徑的通孔、栓塞及線。對於其他的應用，例如氧化物研磨，填料層被平坦化直到非平的表面上留下預定的厚度。此外，基板表面的平坦化通常是光微影所必須的。
化學機械研磨(CMP)是一個公認的平坦化方法。此平坦化方法通常需要基板被固定在承載頭上。基板的曝露表面通常被對著具有耐用的粗糙化表面的旋轉研磨墊放置。承載頭在基板上提供可控制的負載，以對著研磨墊推壓基 板。研磨液，例如具有研磨顆粒的漿料通常被供應到研磨墊的表面。
CMP的一個問題是使用合適的研磨速率來實現理想的輪廓，例如已被平坦化到所需平坦度或厚度的基板層，或所需的材料量已經被移除。基板層之初始厚度中的變化、漿料組成、研磨墊條件、研磨墊和基板之間的相對速度以及基板上的負載會導致基板各處以及基板和基板之間的材料去除速率產生變化。這些變化導致到達研磨終點和去除量所需的時間產生變化。因此，僅作為研磨時間的函數可能無法決定研磨終點，或僅藉由施加恆定的壓力可能無法實現所需的輪廓。
在一些系統中，基板在研磨過程中被原位進行光學監測，例如通過研磨墊中的窗口。然而，現存的光學監測技術可能無法滿足半導體元件製造商不斷增加的需求。
本發明的實施方式大體而言係關於化學機械研磨製程的監測和控制。在一個實施方式中，提供了一種研磨基板的方法。該方法包含以下步驟：在具有可旋轉平臺的研磨裝置中研磨具有複數個區域的基板，以去除塊體材料層，其中該複數個區域中每個區域之研磨速率可藉由可獨立變化的研磨參數來獨立控制；儲存塊體目標索引值；在使用原位監測系統研磨的過程中，從該複數個區域的每個區域量測第一值序列；對於該複數個區域的每個區域，對該第一值序列適配第一線性函數；對於來自該複數個區域的參考區域，基於該 參考區域之該第一線性函數來決定該參考區域將達到該塊體目標索引值的預測塊體終點時間；對於該複數個區域的至少一可調整區域，為該可調整區域之該研磨參數計算第一調整，以調整該可調整區域之該研磨速率，使得該可調整區域在該預測塊體終點時間時比沒有該調整者更接近該塊體目標索引值，該計算包括根據誤差值來計算該調整，該誤差值係為先前基板所計算的；在調整該研磨參數之後，對於每個區域，在研磨過程中量測第二值序列，該第二值序列係在該研磨參數之該第一調整之後獲得的；對於每個基板的該至少一可調整區域，對該第二值序列適配第二線性函數；對於後續基板，根據該第二線性函數和所需斜率為該至少一可調整區域計算該誤差值；為去除殘留材料決定預測清除終點時間，使得該參考區域之該第一或第二線性函數任一者將達到清除目標索引值；對於至少一可調整區域，為該可調整區域之該研磨參數計算第二調整，以調整該可調整區域之該研磨速率，使得該可調整區域在該預測清除終點時間時比沒有該調整者更接近該清除目標索引值，該計算包括根據誤差值來計算該調整，該誤差值係為先前基板所計算的；繼續研磨該複數個區域以去除該塊體材料層，直到該塊體終點時間終止；以及使用該第二調整研磨參數研磨該複數個區域，以去除該殘留材料層，使得該可調整區域在該預測清除終點時較接近該清除目標索引值。
在另一個實施方式中，提供了一種研磨基板的方法。該方法包含以下步驟：在具有可旋轉平臺的研磨裝置中 研磨具有複數個區域的基板，以去除塊體材料層，其中該複數個區域中每個區域之研磨速率可藉由可獨立變化的研磨參數來獨立控制；對於該複數個區域的每個區域，為目前的平臺轉動取得測得的目前光譜；決定參考光譜，該參考光譜最匹配該複數個區域的每個區域之該測得光譜；藉由為每個最佳適配的參考光譜決定索引值來產生索引值序列；對於該複數個區域的每個區域，對該索引值序列適配第一線性函數；決定預測塊體終點時間，在該預測塊體終點時間來自該複數個區域的參考區域之該第一線性函數將達到塊體目標索引值；為該複數個區域的每個區域調整研磨參數，包括使用來自任何先前基板的誤差值，使得該複數個區域在該預期塊體終點時間時具有大約相同的索引值；繼續研磨、量測光譜、決定誤差值和第二索引值序列及對該第二索引值序列適配第二線性函數；決定預測清除終點時間，在該預測清除終點時間該參考區域之該第一或第二線性函數將達到清除目標索引值；繼續研磨該複數個區域以去除該塊體材料層，直到該塊體終點時間終止；以及調整研磨參數來研磨該複數個區域，包括使用來自任何先前基板的誤差值，以在該塊體終點時間終止之後去除殘留材料層。
5‧‧‧圖
10‧‧‧基板
10a‧‧‧第一基板
10b‧‧‧第二基板
11‧‧‧材料層
15‧‧‧氧化物層
20‧‧‧終止層
30‧‧‧介電質填充材料
35‧‧‧特徵界定
40‧‧‧表面形貌
45‧‧‧過量材料沉積
50‧‧‧殘留介電質材料
60‧‧‧隔離特徵
100‧‧‧研磨裝置
108‧‧‧窗
110‧‧‧研磨墊
112‧‧‧外研磨層
114‧‧‧背托層
118‧‧‧堅固窗
120‧‧‧平臺
121‧‧‧馬達
124‧‧‧驅動軸
125‧‧‧軸
128‧‧‧凹槽
129‧‧‧旋轉耦合器
130‧‧‧漿料/沖洗臂
132‧‧‧研磨液
140‧‧‧承載頭
142‧‧‧定位環
144‧‧‧彈性膜
146a‧‧‧腔室
146b‧‧‧腔室
146c‧‧‧腔室
148a‧‧‧區域
148b‧‧‧區域
148c‧‧‧區域
150‧‧‧支撐結構
152‧‧‧驅動軸
154‧‧‧馬達
155‧‧‧中心軸
160‧‧‧光學監測系統
162‧‧‧光源
164‧‧‧光偵測器
166‧‧‧電路
168‧‧‧光學磁頭
170‧‧‧光纖
172‧‧‧主幹線
174‧‧‧分支
176‧‧‧分支
190‧‧‧控制器
201‧‧‧位置
201a-201k‧‧‧點
202‧‧‧位置
204‧‧‧箭頭
210‧‧‧索引蹤跡
212‧‧‧索引值
214‧‧‧第一線
220‧‧‧第二序列
222‧‧‧索引值
224‧‧‧第二線
230‧‧‧第三序列
232‧‧‧索引值
234‧‧‧第三線
240‧‧‧第四序列
242‧‧‧索引值
244‧‧‧第四線
300‧‧‧光譜
310‧‧‧資料庫
312‧‧‧索引值
314‧‧‧線性函數
320‧‧‧參考光譜
322‧‧‧索引值
324‧‧‧第二線性函數
330‧‧‧索引值
340‧‧‧記錄
350‧‧‧數據庫
1600‧‧‧流程圖
1602‧‧‧方塊
1604‧‧‧方塊
1606‧‧‧方塊
1608‧‧‧方塊
1610‧‧‧方塊
1612‧‧‧方塊
1614‧‧‧方塊
1616‧‧‧方塊
1618‧‧‧方塊
1620‧‧‧方塊
1622‧‧‧方塊
1624‧‧‧方塊
1626‧‧‧方塊
1628‧‧‧方塊
1630‧‧‧方塊
1632‧‧‧方塊
1634‧‧‧方塊
1636‧‧‧方塊
1638‧‧‧方塊
1640‧‧‧方塊
1642‧‧‧方塊
1700‧‧‧圖
1800‧‧‧圖
1900‧‧‧圖
為詳細瞭解上述本發明的特徵，可以參照實施方式來對以上簡單概述的本發明作更具體的描述，其中一些實施方式被圖示在附圖中。然而，應注意的是，附圖說明的只是本發明的典型實施方式，因而不應將附圖說明視為是對本發 明範圍作限制，因本發明可認可其他同樣有效的實施方式。
第1圖圖示描繪使用目前現有技藝中使用的研磨方法所發生的基板過度研磨之圖；第2A-2C圖圖示基板在研磨前後的示意性剖面圖；第3圖圖示具有兩個研磨頭的研磨裝置之實例的示意性剖面圖；第4圖圖示具有多個區域的基板之示意性俯視圖；第5A圖圖示研磨墊之俯視圖並顯示在第一基板上進行原位量測的位置；第5B圖圖示研磨墊之俯視圖並顯示在第二基板上進行量測的位置；第6圖圖示來自該原位光學監測系統之測得光譜；第7圖圖示參考光譜之資料庫；第8圖圖示索引蹤跡；第9圖圖示不同基板之不同區域的複數個索引蹤跡；第10圖圖示根據參考區域之索引蹤跡達到目標索引的時間來計算複數個可調整區域之複數個所需斜率；第11圖圖示根據參考區域之索引蹤跡達到目標索引的時間來計算複數個可調整區域之複數個所需斜率；第12圖圖示不同基板之不同區域的複數個索引蹤跡，並且不同區域具有不同的目標索引；第13圖圖示根據參考區域之索引蹤跡達到目標索引的時間來計算終點； 第14A-14D圖圖示為了產生誤差反饋的目的比較四種情況中的所需斜率與實際斜率；第15圖圖示目標索引和可調整區域達到的實際索引之比較；第16A-16D圖為示例性製程之一個實施方式的流程圖，該示例性製程係用於調整一個或更多個基板的複數個區域之研磨速率，使得該複數個區域在目標時間具有大約相同的厚度；第17圖為描繪依據本文所述的實施方式研磨基板的方法之圖；第18圖為描繪依據本文所述的實施方式研磨基板的另一個方法之圖；以及第19圖為描繪依據本文所述的實施方式研磨基板的另一個方法之圖。
本文所描述的實施方式大體而言係關於化學機械研磨製程的監測和控制。本文所描述的實施方式著眼於CMP製程的殘留物清除步驟之動態控制，例如淺溝槽隔離(「STI」)及替換性金屬閘極(「RMG」)層間介電質(「ILD」)。馬達扭矩終點(「MT EP」)和動態原位輪廓控制(「ISPC」)目前被用於在殘留物清除製程之前控制塊體CMP研磨製作方法。在殘留物清除製程的過程中，相同的塊體CMP研磨製作方法被用來控制清除製程。由於ISPC的目標通常是在清除製程開始之前有平的後輪廓，故在塊體CMP研磨製程過程中使用的 ISPC壓力往往會導致清除製程過程中過度校正。
本文所描述的實施方式提供了幾種用於控制CMP研磨之殘留物清除製程的方法。動態ISPC被用來在殘留物清除開始之前控制研磨，然後動態計算新的研磨製作方法用於清除製程。揭露了幾種不同的方法來計算清除製作方法。首先，在某些實施方式中，當使用T0或T1方法的反饋時，則在ISPC軟體中產生研磨後輪廓和反饋偏差。基於清除製程開始之前ISPC產生的研磨輪廓和反饋，即鎖定目標為清除之後平的後輪廓。清除步驟的估計時間可以基於先前處理過的晶圓(例如先前終點時間的移動平均)。計算出的壓力可以被依比例縮放到較低的(或較高的)基線壓力，以更均勻地清除。在某些實施方式中，基於清除之前ISPC所產生的反饋，即鎖定目標為清除之後平的去除輪廓。可以將計算出的壓力依比例縮放到較低的(或較高的)基線壓力，以更均勻地清除。在某些實施方式中，使用了恆定輸出壓力的清除製作方法。
在某些實施方式中，不是在進入殘留物清除步驟之前鎖定目標為平的後輪廓，而是使用動態ISPC來鎖定目標為在清除步驟結束時有平的後輪廓。為ISPC估計的終點目標水平可以從藉由馬達扭矩終點或其他終點控制方法處理的開迴路晶圓來決定。在這種情況下相同的製作方法可以被用於塊體和清除研磨兩者。對於隨後的晶圓，ISPC可以被用來控制研磨壓力和終點。可以產生反饋來自動更新ISPC演算法。反饋可以根據清除結束時或過度研磨(即研磨超過所需厚度)結束時的索引來計算。此方法可以被延伸用於任何的CMP殘 留物清除製程。可以使用或不使用過度研磨來控制研磨輪廓，而且可以使用其他的方法來控制研磨時間，該方法包括自動輪廓控制(「APC」)、光學或其他的磨擦量測。
以下將參照可以使用化學機械研磨製程設備進行的平坦化製程和組合物來描述本文所述的實施方式，該化學機械研磨製程設備例如可向美國加州聖克拉拉市的應用材料公司(Applied Materials,Inc.of Santa Clara,California)取得的MIRRATM、MIRRA MESATM、REFLEXION®、REFLEXION LKTM及REFLEXION® GTTM化學機械平坦化系統。其他的平坦化模組，包括那些使用處理墊、平坦化網或上述之組合者、以及那些相對於平坦化表面以旋轉的、線性的或其他的平面運動移動基板者，也可適於從本文所述的實施方式中獲益。此外，任何使用本文所述的方法或組合物來實現化學機械研磨的系統可被用來獲利。以下的裝置描述是說明性的，而且不應被理解或解釋為限制本文所述的實施方式之範圍。
第1圖為描繪使用目前使用的研磨方法所發生的基板過度研磨之圖5。x軸表示時間，而y軸表示被從基板去除的材料之索引值。ITB表示塊體研磨製程之目標厚度的索引值。ITR表示殘留物研磨製程的目標厚度之索引值。Z1和Z2表示基板表面的不同區域。EB表示塊體研磨製程的研磨終點，而ER表示殘留物或清除研磨製程的研磨終點。雖然描繪出兩個區域(Z1和Z2)，但基板也可以被劃分成任何數目的區域。參考區域描繪出所需的研磨輪廓。目前的研磨製作方法使用的是馬達扭矩終點和動態原位輪廓控制(ISPC)的組合 來實現在ITB的均勻分佈。在ITB和ITR之間的殘留物清除製程過程中，使用與塊體研磨相同的ISPC製作方法來控制清除製程或殘留材料去除製程。由於ISPC通常是在清除製程開始之前鎖定目標為平的後輪廓，故在ITB和TEB交叉處用以實現平的後輪廓的ISPC壓力往往會導致過度校正，從而造成清除製程過程中的過度研磨，如TEB和TER之間的Z1和Z2所圖示。
第2A-2C圖為研磨前後的基板之示意性剖視圖。使具有形成於材料層11(例如多晶矽材料或摻雜的多晶矽層)的圖案化特徵界定35、氧化物層15(例如氧化矽)及研磨/蝕刻終止層20(例如介電質阻障或蝕刻終止材料)的基板10進行在基板表面上塊體沉積足夠量的介電質填充材料30，以填滿特徵界定35。該介電填充材料為第一介電質材料，例如氧化矽，而該介電質阻障或蝕刻終止材料為第二介電質材料，例如氮化矽。
沉積的介電質填充材料30通常具有塊體介電質材料的過量材料沉積45，量材料沉積45具有不平整的表面形貌40，不平整的表面形貌40具有通常形成在特徵界定35上方並具有不同寬度的尖峰和凹槽，如第2A圖所圖示。然後在第一研磨步驟中研磨介電質填充材料30，該第一研磨步驟在塊體終點時間結束，以去除研磨/蝕刻終止層20上方的介電質填充材料30塊體，如第2B圖所圖示。然後在第二研磨步驟中研磨剩餘的介電質填充材料一殘留介電質材料50，並在清除終點時間結束，以形成具有隔離特徵60的平坦化表面，如第 2C圖所圖示。
第3圖圖示研磨裝置100之實例。研磨裝置100包括可轉動的圓盤狀平臺120，研磨墊110位於平臺120上。平臺120可***作來圍繞軸125旋轉。例如，馬達121可以轉動驅動軸124來旋轉平臺120。研磨墊110可以例如藉由黏著層而被可拆卸地固定於平臺120。研磨墊110可以是具有外研磨層112和較軟背托層114的雙層研磨墊。
研磨裝置100可以包括組合的漿料/沖洗臂130。在研磨過程中，可以操作臂130來分配研磨液132(例如漿料)到研磨墊110上。雖然只有圖示出一個漿料/沖洗臂130，但還可以使用另外的噴嘴，例如每個承載頭有一或更多個專用的漿料臂。該研磨裝置還可以包括研磨墊調理器來磨擦研磨墊110，以將研磨墊110保持在一致的研磨狀態中。
在本實施方式中，研磨裝置100包括兩個(或兩個或更多個)承載頭140。每個承載頭140可***作來對著研磨墊110(即相同的研磨墊)固持基板10(例如在一個承載頭的第一基板10a和在另一個承載頭的第二基板10b)。每個承載頭140可以對與每個個別基板相關的研磨參數(例如壓力)進行獨立的控制。在一些實施方式中，研磨裝置100包括多個承載頭，但該等承載頭(及固持的基板)係位於不同的研磨墊上方，而不是相同的研磨墊上方。對於這樣的實施方式，以下在同一平臺上同時獲得多個基板終點的討論並不適用，但同時獲得多個區域終點(雖然在單個基板上)的討論仍將適用。
特別的是，每個承載頭140可以包括定位環142，以將基板10定位於彈性膜144下方。每個承載頭140還包括複數個由膜界定的可獨立控制加壓腔室，例如，3個腔室146a-146c，腔室146a-146c可以施加可獨立控制的壓力到彈性膜144上的相關區域148a-148c，並從而施加可獨立控制的壓力於基板10上(參見第4圖)。參照第4圖，中心區域148a可以是大致上圓形的，而其餘的區域148b-148c可以是圍繞中心區域148a的同心環形區域。雖然為了便於說明只在第3圖和第4圖中圖示出三個腔室，但也可以有兩個腔室、或四個或更多個腔室，例如5個腔室。
回到第3圖，每個承載頭140被懸掛自支撐結構 150，例如旋轉料架，並被驅動軸152連接到承載頭旋轉馬達154，使得承載頭可以圍繞軸155旋轉。每個承載頭140可以選擇性地橫向振盪，例如在支撐結構150上的滑塊上；或藉由旋轉料架本身的旋轉振盪。在操作中，平臺圍繞其中心軸125旋轉，而且每個承載頭圍繞其中心軸155旋轉並橫向平移橫跨研磨墊的頂表面。
雖然只圖示出兩個承載頭140，但可以提供更多個承載頭來固持另外的基板，以使研磨墊110的表面積可以被有效地利用。因此，適於固持基板以進行同步研磨製程的承載頭組件之數量可以至少部分基於研磨墊110的表面積。
該研磨裝置還包括原位監測系統160，原位監測系統160可被用於決定是否要調整研磨速率或如下所討論的研磨速率調整。原位監測系統160可以包括光學監測系統，例 如光譜監測系統或渦流監測系統。
在一個實施方式中，監測系統160是光學監測系統。藉由包括一個孔(即貫穿墊的孔)或堅固窗118來提供通過研磨墊的光進出口。堅固窗118可以被固定於研磨墊110，例如作為填充研磨墊中的孔的栓塞，例如被模製於或黏著固定於研磨墊，雖然在一些實施方式中堅固窗可以被支撐在平臺120上並伸入研磨墊的孔中。
光學監測系統160可以包括光源162、光偵測器164及電路166，電路166用於在遠端控制器190(例如電腦)和光源162與光偵測器164之間發送和接收訊號。可以使用一條或更多條光纖來將來自光源162的光傳送到研磨墊中的光進出口，並將從基板10反射的光傳送到偵測器164。例如，可以使用分叉的光纖170來將來自光源162的光傳送到基板10並傳回到偵測器164。該分叉的光纖包括定位於該光進出口附近的主幹線172及兩個分別連接到光源162和偵測器164的分支174和176。
在一些實施方式中，平臺的頂表面可以包括凹槽128，凹槽128中裝配光學磁頭168，光學磁頭168固持該分叉光纖的主幹線172之一端。光學磁頭168可以包括用以調整主幹線172的頂部和堅固窗118之間的垂直距離的機制。
對於光學監測系統，電路166的輸出可以是通過驅動軸124中的旋轉耦合器129而到達控制器190的數位電子訊號，旋轉耦合器129例如滑環。類似地，光源可以被打開或關閉以回應數位電子訊號中的控制命令，該數位電子訊號 從控制器190通過旋轉耦合器129而到達光學監測系統160。或者，電路166可以藉由無線訊號來與控制器190進行通訊。
光源162可以是可操作來發射白光的。在一個實施方式中，發射的白光包括波長為200-800奈米的光。適當的光源為氙燈或氙汞燈。
光偵測器164可以是光譜儀。光譜儀是用於量測在一部分電磁光譜間的光強度的光學儀器。適當的光譜儀為光柵光譜儀。光譜儀的典型輸出為以波長(或頻率)為函數的光強度。
如上所述，光源162和光偵測器164可以被連接到計算元件，例如控制器190，控制器190可操作來控制它們的操作和接收它們的訊號。該計算元件可以包括位於該研磨裝置附近的微處理器，例如可程式化電腦。關於控制，該計算元件可以例如使用平臺120的旋轉來同步光源的啟動。
在一些實施方式中，原位監測系統160的光源162和偵測器164被安裝在平臺120中並隨著平臺120轉動。在這種情況下，平臺的移動將導致感測器在每個基板各處進行掃描。特別的是，當平臺120旋轉時，控制器190可以使光源162在每個基板10正要通過光進出口之前開始發射一系列的閃光，並在每個基板10通過光進出口之後立即停止發射一系列的閃光。或者，計算元件可以使光源162在每個基板10正要通過光進出口之前開始連續地發射光，並在每個基板10通過光進出口之後立即停止連續地發射光。在任一情況下，可以對在取樣期間來自偵測器的訊號進行積分，以產生在取 樣頻率的光譜量測值。
在操作中，控制器190可以接收例如攜帶資訊的訊號，該資訊描述光偵測器在光源的特定閃光或偵測器的特定時段所接收的光之光譜。因此，此光譜為研磨過程中原位測得的光譜。
如第5A圖所圖示，假使偵測器被安裝在平臺中，那麼由於平臺的旋轉(以箭頭204圖示)，當窗108在一個承載頭(例如固持第一基板10a的承載頭)下方行進時，在取樣頻率下進行光譜量測的光學監測系統將在穿過第一基板10a的弧中的位置201取得光譜量測值。例如，每個點201a-201k表示第一基板10a的監測系統量測光譜的位置(點的數量是說明性的；可以取得比圖示出的更多或更少的量測值，取決於取樣頻率)。如圖所示，在平臺旋轉一週的期間，可從基板10a上的不同半徑取得光譜。也就是說，一些光譜是從較靠近基板10a中心的位置獲得的，而一些是從較靠近基板10a邊緣的位置獲得的。同樣地，如第5B圖所圖示，由於平臺的轉動，當該窗在另一個承載頭(例如固持第二基板10b的承載頭)下方行進時，在取樣頻率下進行光譜量測的光學監測系統將在沿著穿過第二基板10b的弧的位置202取得光譜量測值。
因此，對於平臺的任何給定旋轉，基於時間和馬達編碼器的資訊，控制器可以判斷哪個基板(例如基板10a或10b)是所測光譜的來源。此外，對於光學監測系統橫跨基板(例如基板10a或10b)的任何給定掃描，基於時間、馬達編 碼器資訊及基板邊緣及/或定位環的光偵測，控制器190可以為來自掃描的每個測得光譜計算出徑向位置(相對於被掃描的特定基板10a或10b的中心)。該研磨系統還可以包括旋轉位置感測器，例如附接於平臺邊緣的凸緣，該凸緣將通過固定的光遮斷器，以提供額外的數據用於判斷哪一個基板以及測得光譜的基板位置。因此該控制器可以將各測得光譜與基板10a和10b上的可控制區域148a-148c相關聯(參見第4圖)。在一些實施方式中，光譜的量測時間可以被用來取代精確計算的徑向位置。
在平臺的多次旋轉期間，對於每個基板的每個區域來說，可以隨著時間獲得光譜序列。不受任何特定理論的限制，由於最外層的厚度變化，反射自基板10的光譜演變為研磨的進展(例如在平臺的多次旋轉期間，不是在橫跨基板的單次掃描期間)，從而產生隨時間變化的光譜序列。此外，特定光譜是由特定厚度的層堆疊所表現出的。
在一些實施方式中，控制器(例如該計算元件)可以被程式化來將測得的光譜與多個參考光譜進行比較，以決定哪一個參考光譜提供了最佳匹配。特別的是，控制器可以被程式化來將來自每個基板之每個區域的測得光譜序列中的每個光譜與多個參考光譜進行比較，以為每個基板的每個區域產生最佳匹配的參考光譜序列。
如本文中所使用的，參考光譜是在研磨基板之前產生的預定義光譜。假設實際的研磨速率會跟隨預期的研磨速率，則參考光譜可以與表示研磨製程時間的值具有預先定義 的關聯，亦即在研磨操作之前定義的，且該光譜預期會在該時間出現。替代地或另外地，參考光譜可以與基板性質的值具有預先定義的關聯，例如最外層的厚度。
參考光譜可以根據經驗來產生，例如藉由量測測試基板的光譜，該測試基板例如具有已知初始層厚度的測試基板。舉例來說，為了產生複數個參考光譜，使用了在研磨元件晶圓的過程中將使用的相同研磨參數來研磨設置基板，同時收集光譜序列。對於每個光譜，記錄表示收集該光譜的研磨製程時間的值。例如，該值可以是經過的時間，或是平臺的旋轉數。該基板可以被過度研磨，使得可以獲得實現目標厚度時反射自基板的光之光譜。
為了將每個光譜與基板性質的值(例如最外層的厚度)相關聯，可以在計量站於研磨之前量測與產品基板具有相同圖案的「設置」基板之初始光譜和性質。還可以在研磨之後使用相同的計量站或不同的計量站來量測最終的光譜和性質。可以藉由內插法來判斷初始光譜和最終光譜之間的光譜性質，例如基於對測試基板進行光譜量測的經過時間之線性內插。
除了依經驗判斷之外，某些或全部的參考光譜可以從理論計算出，例如使用基板層的光學模型。例如，可以使用光學模型來為給定的外層厚度D計算參考光譜。可以例如藉由假設該外層被以均勻的研磨速率去除來計算表示將收集該參考光譜的研磨製程時間值。舉例來說，可以簡單地藉由假設起始厚度D0和均勻的研磨速率R(Ts=(D0-D)/R)來計算 特定參考光譜的時間Ts。至於另一個實例，可以根據用於光學模型的厚度D而在研磨前和研磨後的厚度D1、D2(或在計量站測得的其他厚度)的量測時間T1、T2之間進行線性內插(Ts=T2-T1*(D1-D)/(D1-D2))。
參照第6圖和第7圖，在研磨過程中，可以將測得的光譜300(參見第6圖)與來自一或更多個資料庫310的參考光譜320(參見第7圖)進行比較。如本文中所使用的，參考光譜的資料庫為代表共享共同性質的基板之參考光譜的集合。然而，在單一個資料庫中共同共享的性質可能跨越多個參考光譜的資料庫而有所不同。舉例來說，兩個不同的資料庫可以包括表示具有兩種不同下層厚度的基板的參考光譜。對於給定的參考光譜資料庫，上層厚度的變化是光譜強度差異的主要原因，而不是其他的因素(例如晶圓圖案、下層厚度或層組成的差異)。
不同資料庫310的參考光譜320可以藉由研磨多個具有不同基板性質(例如下層的厚度或層的組成)的「設置」基板及如以上所討論收集光譜來產生；來自一個設置基板的光譜可以提供第一資料庫，而來自另一個具有不同下層厚度的基板之光譜可以提供第二資料庫。替代地或另外地，不同的資料庫的參考光譜可以從理論計算出，例如，第一資料庫的光譜可以使用下層具有第一厚度的光學模型進行計算，而且第二資料庫的光譜可以使用下層具有不同厚度的光學模型進行計算。
在一些實施方式中，每個參考光譜320被指定一個 索引值330。一般來說，對於在基板的預期研磨時間期間每周的平臺旋轉，每個資料庫310可以包括許多的參考光譜320，例如一個或更多個參考光譜，例如剛好一個參考光譜。此索引330可以是數值，例如數字，表示在研磨製程中預期觀察到參考光譜320的時間。可以對該等光譜編索引，使得特定資料庫中的每個光譜具有唯一的索引值。可以實施該索引編製，使得索引值被依測得光譜的順序排序。可以選擇呈單調變化的索引值，例如隨著研磨的進行增加或減少。特別的是，可以選擇參考光譜的索引值，使得該等索引值形成時間或平臺轉數的線性函數(假設研磨速率跟隨用以產生資料庫中的參考光譜的模型或測試基板之索引值)。舉例來說，索引值可以是成比例的，例如等於測試基板被量測出該參考光譜時的平臺轉數或該參考光譜將出現在該光學模型時的平臺轉數。因此，每個索引值可以是一個整數。索引數可以表示將會出現相關光譜的預期平臺轉動。
參考光譜及其相關索引值可以被儲存在參考資料庫中。例如，每個參考光譜320及其相關索引值330可以被儲存在數據庫350的記錄340中。參考光譜的參考資料庫之數據庫350可以被實施在研磨裝置的計算元件之記憶體中。
在一些實施方式中，可以對給定的許多基板自動產生參考光譜。在光學監測系統量測光譜的同時研磨一批的第一個基板或具有新元件/遮罩圖案的第一個基板，但不控制研磨速率(以下參照第11-13圖進行討論)。這為該第一個基板產生了光譜序列，且每掃描基板下方的窗一次(例如每周的 平臺轉動)即在每個區取得至少一個光譜。
對此第一個基板，自動從該光譜序列產生一組參考光譜，例如為每個區域自動產生一組參考光譜。簡言之，從該第一個基板測得的光譜變成參考光譜。更具體來說，從該第一個基板的每個區域測得的光譜變成該區域的參考光譜。將每個參考光譜與該參考光譜被從該第一個基板測得時的平臺轉數相關聯。假使在特定的平臺旋轉中從該第一個基板的特定區域測得多個光譜，則可以將測得的光譜組合在一起，例如將該等光譜平均以為該平臺旋轉產生平均的光譜。或者，參考資料庫可以簡單地將每個光譜保留作為單獨的參考光譜，並將後續基板所測得的光譜與每個參考光譜比較，以找出最佳的匹配，如以下所述。可選擇的，數據庫可以儲存一組預設的參考光譜，然後該組預設的參考光譜再被從來自該第一個基板的該光譜序列產生的該組參考光譜取代。
如上所述，目標索引值也可以被自動產生。在一些實施方式中，該第一個基板被研磨持續一段固定的研磨時間，而且可以將該固定的研磨時間結束時的平臺轉數設定為目標索引值。在一些實施方式中，不是使用固定的研磨時間，而是可以使用某些形式的、來自工廠主機或CMP工具的晶圓到晶圓前饋或反饋控制(例如在美國專利申請案序號第12/625,480號、授證為US 8,292,693中所描述的)來調整用於該第一個晶圓的研磨時間。在調整後的研磨時間結束時的平臺轉數可被設定為目標索引值。
在一些實施方式中，如第3圖所圖示，研磨系統可 以包括另一個終點偵測系統(未圖示)(除了光譜光學監測系統160之外)，例如使用摩擦量測(例如如美國專利第7,513,818號所描述)、渦流(例如如美國專利第6,924,641號所描述)、馬達扭矩(例如如美國專利第5,846,882號所描述)或單色光，例如雷射(例如如美國專利第6,719,818號所描述)。另一個終點偵測系統可以在平臺的獨立凹槽中，或在與光學監測系統160相同的凹槽128中。另外，雖然在第3圖中圖示為在平臺120的轉動軸的相反側上，但這是並非必須的，然而終點偵測系統的感測器和軸125的徑向距離可以與光學監測系統160相同。該另一個終點偵測系統可被用來偵測該第一個基板的研磨終點，而且在該另一個終點偵測系統偵測到終點時的平臺轉數可以被設定為目標索引值。在一些實施方式中，可以進行該第一個基板的研磨後厚度量測，而且藉由上述其中一個技術所決定的初始目標索引值可以被調整，例如藉由線性縮放，例如藉由乘以目標厚度對研磨後量測厚度的比值。
此外，可以基於所處理的新基板和新的所需終點時間來進一步改良目標索引值。在一些實施方式中，不是僅使用該第一個基板來設定目標索引值，而是可以基於多個先前研磨的基板來動態地決定目標索引，例如藉由組合(例如加權平均)晶圓到晶圓前饋或反饋控制或該另一個終點偵測系統所指示的終點時間。可以在計算中使用預定數量的先前研磨基板(例如4個或更少)，該等先前研磨基板是緊接在目前基板之前研磨的。
在任何情況下，一旦決定了目標索引值，則可以使用下面描述的技術來研磨一個或更多個後續的基板，以調整施加到一個或更多個區域的壓力，使得該等區域比在沒有這種調整之下在更接近同一時間時達到目標索引(或在預期的終點時間時更接近其目標索引)。
如上所述，對於每個基板的每個區域，根據測得光譜的序列或該區域和基板，控制器190可以被程式化，以產生最佳匹配光譜的序列。最佳匹配的參考光譜可以藉由將測得光譜與來自特定資料庫的參考光譜進行比較來決定。
在一些實施方式中，最佳匹配的參考光譜可以藉由對每個參考光譜計算測得光譜和參考光譜之間的平方差之和來決定。具有最小平方差之和的參考光譜具有最佳的適配。其他用以查找最佳匹配參考光譜的技術是可以的。
可被應用來減少電腦處理的方法是限制用以檢索匹配光譜的資料庫部分。該資料庫通常包括比在研磨基板的時候將獲得的範圍更廣的光譜。在基板研磨的過程中，該資料庫檢索被限制於預定範圍的資料庫光譜。在一些實施方式中，決定被研磨的基板目前的轉動索引N。例如，在初始的平臺旋轉中，N可以藉由檢索資料庫的全部參考光譜來決定。對於在隨後的旋轉過程中所獲得的光譜，在自由範圍N內檢索該資料庫。亦即，假使在一周的旋轉過程中發現索引數為N，則在隨後X周旋轉後的旋動過程中(其中自由為Y)，被檢索的範圍將是從(N+X)-Y到(N+X)+Y。
參照第8圖，第8圖只圖示單一基板的單一區域的 結果，可以決定序列中每個最佳匹配光譜的索引值來產生隨時間變化的索引值212之序列。此索引值序列可以被稱為索引蹤跡210。在一些實施方式中，索引蹤跡是藉由將每個測得光譜與恰好來自同一資料庫的參考光譜進行比較所產生的。一般來說，光學監測系統每掃描基板下方一次索引蹤跡210可以包括一個(例如恰好一個)索引值。
對於給定的索引蹤跡210，其中有在光學監測系統的單次掃描中為特定基板和區域測得的多個光譜(被稱為「目前光譜」)，可以在每個目前光譜和一個或更多個(例如恰好一個)資料庫的參考光譜之間決定最佳匹配。在一些實施方式中，將每個選定的目前光譜與選定的一或多個資料庫的每個參考光譜進行比較。舉例來說，給定目前光譜e、f及g以及參考光譜E、F及G，則可以為以下的每個目前和參考光譜的組合計算出匹配參數：e和E、e和F、e和G、f和E、f和F、f和G、g和E、g和F以及g和G。任一組指示最佳匹配(例如最小的)的匹配係數可決定最佳匹配的參考光譜，並從而決定索引值。或者，在一些實施方式中，可以將目前光譜組合，例如取平均，並將所得的組合光譜與參考光譜進行比較，以決定最佳匹配，從而決定索引值。
在一些實施方式中，對於某些基板的至少一些區域，可以產生複數個索引蹤跡。對於給定基板的給定區域，可以為每個感興趣的參考資料庫產生一個索引蹤跡。也就是說，對於給定基板的給定區域感興趣的每個參考資料庫，將在測得光譜序列中的每個測得光譜與來自給定資料庫的參考 光譜進行比較，決定出最佳匹配參考光譜的序列，而且最佳匹配參考光譜的序列之索引值可為該給定資料庫提供索引蹤跡。
總之，每個索引蹤跡包括索引值212之序列210，且序列之每個特定索引值212係藉由從最適配測得光譜的給定資料庫選擇參考光譜的索引所產生的。索引蹤跡210的每個索引之時間值可以與測得光譜進行量測的時間相同。
參照第9圖，圖示出複數個索引蹤跡。如上面所討論的，可以為每個基板的每個區域產生一個索引蹤跡。例如，可以為第一基板的第一區域產生第一序列210的索引值212(由空心圓圖示)，可以為第一基板的第二區域產生第二序列220的索引值222(由實心方形圖示)，可以為第二基板的第一區域產生第三序列230的索引值232(由實心圓圖示)，以及可以為第二基板的第二區域產生第四序列240的索引值242(由空心圓圖示)。
如第9圖所圖示，對於每個基板索引蹤跡，將已知冪次的多項式函數(例如一次函數(例如一條線))與相關區域和晶圓的索引值序列適配，例如使用強大的線性適配。舉例來說，可以將第一線214與該第一個基板的第一區域之索引值212進行適配，可以將第二線224與該第一個基板的第二區域之索引值222進行適配，可以將第三線234與該第二個基板的第一區域之索引值232進行適配，以及可以將第四線244與該第二個基板的第二區域之索引值242進行適配。將線與該等索引值進行適配可以包括計算該線的斜率S以及 該線與起始索引值(例如0)相交的x軸交點時間T。可以將該函數以I(t)=S(t-T)的形式表示，其中t為時間。該x軸交點時間T可以具有負值，表示基板層的起始厚度小於預期。因此，第一線214可以具有第一斜率S1和第一x軸交點時間T1，第二線224可以具有第二斜率S2和第二x軸交點時間T2，第三線234可以具有第三斜率S3和第三x軸交點時間T3，以及第四線244可以具有第四斜率S4和第四x軸交點時間T4。
當多個基板被同時研磨時，例如在相同的研磨墊上，基板之間的研磨速率變化會導致基板在不同的時間到達其目標厚度。一方面，假使同時對基板停止研磨，則某些將不會具有所需的厚度。另一方面，假使在不同的時間停止對基板的研磨，則某些基板可能會有缺陷，並且研磨裝置的操作產量較低。
藉由從原位量測來對每個基板的每個區域決定研磨速率，則可以為每個基板的每個區域決定目標厚度的預測終點時間或目標終點時間的預測厚度，而且可以對至少一個基板的至少一個區域之研磨速率進行調整，使得基板可以實現較相近的終點狀況。所謂「較相近的終點狀況」意指基板的各個區域將會比沒有該種調整較接近同一時間地實現其目標厚度，或者假使該等基板在同一時間停止研磨，則該等基板的該等區域將比沒有該種調整較接近同一厚度。
在研磨製程的一些過程中，例如在時間T0，調整用於至少一個基板的至少一個區域(例如每個基板的至少一個 區域)的研磨參數，以調整該基板知該區域的研磨速率，使得在研磨終點時間時，該複數個基板的該複數個區域比沒有該種調整的區域更接近其目標厚度。在一些實施方式中，該複數個基板的每個區域在終點時間時都可以具有大致相同的厚度。
參照第10圖，在一些實施方式中，一個基板的一個區域被選擇作為參考區域，並決定該參考區域將達到目標索引IT的預測終點時間TE。在某些實施方式中，預測終點時間TE可以是預期殘留物清除終點時間(TER)的預測塊體終點時間(TEB)。舉例來說，如第10圖所圖示，選擇該第一個基板的第一區域作為參考區域，雖然也可以選擇不同的區域及/或不同的基板。在研磨操作之前由使用者設定目標厚度IT並儲存。
為了決定該參考區域將到達目標索引的預測時間，可以計算出該參考區域的線(例如線214)與目標索引的交點IT。假設完成剩餘的研磨製程後研磨速率並不會偏離預期的研磨速率，則索引值的序列應保持基本上線性的級數。因此，預期的終點時間TE可以被計算為線到目標索引IT的簡單線性內插，例如IT=S(TE-T)。因此，在第11圖的實例中，其中該第二基板的第一區域被選擇為參考區域，並具有相關的第三線234，IT=S1(TE-T1)，即TE=IT/S1-T1。
參考區域以外的一個或更多個區域，例如全部的區域(包括在其他基板上的區域)可以被界定為可調整的區域。凡可調整區域的線符合預期的終點時間TE即為可調整區域 界定出預測終點。因此可以使用每個可調整區域的線性函數，例如第11圖的線224、234及244來外推出相關區域將在預期的終點時間ET實現的索引，例如EI2、EI3及EI4。舉例來說，可以使用第二線224來為該第一個基板的第二區域外推在預期終點時間ET的預期索引EI2，可以使用第三線234來為該第二個基板的第一區域外推在預期終點時間ET的預期索引EI3，以及可以使用第四線來為該第二個基板的第二區域外推在預期終點時間ET的預期索引EI4。
如第11圖所圖示，假使在時間T0之後不對任何基板的任何區域之研磨速率進行調整，則若對所有基板強制終點在同一時間，則每個基板會具有不同的厚度，或是每個基板會具有不同的終點時間(這是不理想的，因為會導致缺陷和產量損失)。在這裡，舉例來說，該第一個基板的第二區域(由線224圖示)之終點將在比該第一個基板的第一區域之預期索引更大的預期索引EI2(並因此厚度較薄)。同樣地，該第二基板的第一區域之終點將會在比該第一個基板的第一區域更小的預期索引EI3(並因此厚度較厚)。
如第11圖所圖示，假使不同的基板將在不同的時間達到目標索引(或相當於該可調整區域將在參考區域的預測終點時間具有不同的預期索引)，則研磨速率可以被向上或向下調整，使得該等基板將會比沒有該種調整更接近同一時間(例如在大約相同的時間)達到目標索引(並因此達到目標厚度)，或是該等基板在目標時間將比沒有該種調整更接近同一索引值(並因而同一厚度)，例如大約相同的索引值(並因 而大約相同的厚度)。
因此，在第10圖的實例中，在時間T0開始，修改該第一個基板的該第二區域之至少一個研磨參數，使得該區域的研磨速率降低(並且導致索引蹤跡220的斜率減小)。同時，在本實例中，修改第二基板的第一區域之至少一個研磨參數，使得該區域的研磨速率降低(並導致索引蹤跡230的斜率減小)。同樣地，在本實例中，修改第二基板的第二區域之至少一個研磨參數，使得該區域的研磨速率降低(並導致索引蹤跡240的斜率減小)。結果，兩個基板的兩個區域皆會在大約相同的時間達到目標索引(並因而目標厚度)(或若兩個基板的研磨皆在同一時間停止，則兩個基板的兩個區域最後將具有大約相同的厚度)。
在一些實施方式中，假使在預期終點時間ET的預測索引表示該基板的一個區域在目標厚度的預定範圍內，則該區域可能不需要調整。該範圍可以是該目標索引的2%，例如在1%內。
可以對該等可調整區域的研磨速率進行調整，使得全部的區域在預期的終點時間皆比沒有該種調整更接近目標索引。例如，可以選擇參考基板的參照區域並調整所有其他區域的處理參數，使得所有區域的終點將都大約在參考基板的預測時間。該參照區域可以是例如預定的區域，例如中心區域148a或緊接圍繞該中心區域的區域148b、任何基板的任何區域中具有最早或最晚的預測終點時間的區域、或具有所需預測終點的基板區域。若在同一時間停止研磨，則該最早 的時間相當於最薄的基板。同樣地，若在同一時間停止研磨，則該最晚的時間相當於最厚的基板。該參考基板可以是例如預定的基板、具有的區域具有基板的最早或最晚預測終點時間的基板。若在同一時間停止研磨，則最早的時間相當於最薄的區域。同樣地，若在同一時間停止研磨，則最晚的時間相當於最厚的區域。
對於每個可調整區域，可以計算出該索引蹤跡的所需斜率，使得該可調整區域在與該參考區域相同的時間到達目標索引。例如，所需斜率SD可以從(IT-I)=SD*(TE-T0)計算出，其中I為在研磨參數將被改變的時間T0時的索引值(從索引值序列的線性函數適配計算出)，IT為目標索引，以及TE為計算出的預期終點時間。在第10圖的實例中，對於該第一基板的第二區域，所需的斜率SD2可以從(IT-I2)=SD2*(TE-T0)計算出，對於該第二基板的第一區域，所需的斜率SD3可以從(IT-I3)=SD3*(TE-T0)計算出，以及對於該第二基板的第二區域，所需的斜率SD4可以從(IT-I4)=SD4*(TE-T0)計算出。
參照第11圖，在一些實施方式中沒有參考區域。例如，預期終點時間TE'可以是預定的時間，例如在研磨製程之前由使用者來設定，或者可以從來自一個或更多個基板的兩個或更多個區域的預期終點時間之平均或其他組合來計算出(如藉由為各個區域將該線推測到目標索引來計算)。在此實施方式中，基本上如上面所討論的來計算所需的斜率(使用預期終點時間TE'而不是TE)，然而也必須為第一基板的第一 區域計算出所需的斜率，例如所需的斜率SD1可以從(IT-I1)=SD1*(TE'-T0)計算出。
參照第12圖，在一些實施方式中(也可以與第11圖中圖示的實施方式相結合)，不同的區域有不同的目標索引。這允許在基板上產生蓄意的、但可控制的不均勻厚度分佈。目標索引可以由使用者輸入，例如使用控制器上的輸入設備。例如，該第一基板的第一區域可以具有第一目標索引IT1，該第一基板的第二區域可以具有第二目標索引IT2，該第二基板的第一區域可以具有第三目標索引IT3，以及該第二基板的第二區域可以具有第四目標索引IT4。
每個可調整區域的所需斜率SD可以從(IT-I)=SD*(TE-T0)計算出，其中I為在研磨參數將被改變的時間T0時該區域的索引值(從該區域的索引值序列的線性函數適配計算出)，IT為該特定區域的目標索引，以及TE為計算出的預期終點時間(可從以上關於第10圖所討論的參考區域、或從預設的終點時間或從以上關於第11圖所討論的預期終點時間之組合計算出)。在第12圖的實例中，對於該第一基板的第二區域，所需的斜率SD2可以從(IT2-I2)=SD2*(TE-T0)計算出，對於該第二基板的第一區域，所需的斜率SD3可以從(IT3-I3)=SD3*(TE-T0)計算出，以及對於該第二基板的第二區域，所需的斜率SD4可以從(IT4-I4)=SD4*(TE-T0)計算出。
對於以上針對第10-12圖所描述的任何方法來說，對研磨速率進行調整以使索引蹤跡的斜率更接近所需的斜 率。可以藉由例如提高或降低承載頭相關腔室中的壓力來調整研磨速率。可以假設研磨速率的變化與壓力的變化直接成正比，例如簡單的Prestonian模型。舉例來說，對於在時間T0之前使用壓力Pold對區域進行研磨的每個基板的每個區域來說，在時間T0之後將施加的新壓力Pnew可以被計算為Pnew=Pold*(SD/S)，其中S為在時間T0之前該線的斜率，SD為所需的斜率。
例如，假設壓力Pold1被施加到該第一基板的第一區域，壓力Pold2被施加到該第一基板的第二區域，壓力Pold3被施加到該第二基板的第一區域，以及壓力Pold4被施加到該第二基板的第二區域，則用於該第一基板的第一區域的新壓力Pnew1可以被計算為Pnew1=Pold1*(SD1/S1)，用於該第一基板的第二區域的新壓力Pnew2可以被計算為Pnew2=Pold2*(SD2/S2)，用於該第二基板的第一區域的新壓力Pnew3可以被計算為Pnew3=Pold3*(SD3/S3)，以及用於該第二基板的第二區域的新壓力Pnew4可以被計算為Pnew4=Pold4*(SD4/S4)。
在研磨製程的過程中，決定基板將達到目標厚度的預測時間以及調整研磨速率的製程可以只被執行一次，例如在指定的時間，例如經過預期研磨時間40至60%，或是在研磨製程的過程中，決定基板將達到目標厚度的預測時間以及調整研磨速率的製程可以被執行多次，例如每30至60秒一次。在研磨製程過程中的後續時間，若適當的話可以再次調整該速率。在研磨製程的過程中，可以只進行幾次研磨速率 的改變，例如四次、三次、二次或僅一次。該調整可以在剛開始、在中期或趨近研磨製程結束時進行。
調整好研磨速率之後(例如時間T0之後)研磨繼續進行，並且光學監測系統持續收集光譜並為每個基板的每個區域決定索引值。一旦參照區域的索引蹤跡到達目標索引(例如藉由在時間T0之後將新的線性函數與索引值序列適配並決定新的線性函數到達目標索引的時間來計算)即視為終點，並停止兩個基板的研磨操作。用於決定終點的參考區域可以與如上所述使用來計算預期終點時間的參考區域相同或不同(或者假使如參照第10圖所述對所有的區域進行了調整，則可以為了終點決定的目的來選擇參考區域)。
例如，如第13圖所圖示，在時間T0之後，光學監測系統繼續為該參考區域收集光譜並為該參考區域測定索引值312。假使該參考區域上的壓力並未改變(例如如同第10圖的實施方式)，則可以使用T0之前和T0之後的數據點來計算線性函數，以提供更新的線性函數314，而且線性函數314到達目標索引IT的時間表示研磨終點時間。另一方面，假使在時間T0改變在參考區域上的壓力(例如如第11圖的實施方式)，則可以從時間T0之後的索引值312序列計算出具有斜率S'的新線性函數314，並且新線性函數314到達目標索引IT的時間表示研磨終點時間。用於決定終點的參考區域可以是與如上所述用以計算預期終點時間的參考區域相同或不同的區域(或者假使如參照第10圖所述調整了所有的區域，則可以為了終點決定的目的來選擇參考區域)。假使新線性函數 314比從原始線性函數214計算出的預測時間稍晚(如第13圖所圖示)或稍早到達目標索引IT，則一個或更多個區域可能會分別被稍微過度研磨或研磨不足。然而，由於預期終點時間與實際研磨時間之間的差應小於幾秒鐘，所以不一定會嚴重影響研磨的均勻性。
即使採用了如上參照第10圖所述的研磨速率調整，一個或更多個可調整區域的實際研磨速率仍可能不匹配所需的研磨速率，並且因此該可調整區域可能是研磨不足或過度研磨的。在一些實施方式中，可以使用反饋製程基於先前基板中的可調整區域之研磨結果來校正可調整區域的研磨速率。所需的研磨速率和實際的研磨速率之間的不匹配可以是由於製程的漂移，例如製程溫度的變化、墊的狀況、漿料的組成、或基板的變化。此外，在剛開始並不總是能夠為給定的製程條件組良好地特徵化壓力變化和去除速率變化之間的關係。因此，使用者通常將進行實驗矩陣設計來看出不同壓力對不同區域的去除速率之影響，或是使用原位製程控制、隨著基板扭捏增益及/或偏差設定直到實現所需的輪廓來操作一系列基板。然而，反饋機制可以自動判斷或微調這種關係。
在一些實施方式中，反饋可以是基於一個或更多個先前基板的可調整區域之量測值的誤差值。該誤差值可被用於計算後續基板的可調整區域(即參考區域除外)之所需壓力。可以基於所需的研磨速率(例如如藉由所計算的斜率SD所表示的)和調整之後(例如T0之後)的實際研磨速率(例 如如藉由實際的斜率S'所表示的)來計算該誤差值。該誤差值可以被用來作為縮放因子來調整對可調整區域上的壓力所做的修改。對於本實施方式，光學監測系統持續收集光譜，並在調整研磨壓力之後(例如T0之後)為至少一個可調整區域(例如每個基板的每個可調整區域)決定索引值。然而，使用此反饋技術的實施方式也可以適用於研磨墊上一次只有單個基板進行研磨的時候。
在一個實施方式中，在時間T0之後，當進行校正時，施加到基板上的可調整區域的調整後壓力Padj係依據以下來計算Padj=(Pnew-Pold)*err+Pnew，其中Pold為在時間T0之前施加到區域的壓力，Pnew係被計算為Pnew=Pold*(SD/S)，以及err為根據一個或更多個先前基板的區域之實際研磨速率與該等先前基板的該區域之所需研磨速率的變化所計算出的誤差值。
第14A-14D圖圖示出四種情況，其中可調整區域的所需研磨速率(如藉由從T0之前的線性函數所計算出的斜率SD表示)並不匹配可調整區域的實際研磨速率(如藉由T0之後來自第二線性函數的實際斜率S'表示)。在上述每一種情況中，可以為參考區域量測光譜的序列，可以為來自該參考區域的光譜決定索引值212(為時間T0之前)和索引值312(為時間T0之後)，可以將線性函數214/314適配於索引值212和312，以及可以從線性函數214/314與目標索引IT相交的時間來決定終點時間TE'。在某些實施方式中，預測的終點 時間TE'可以是預測殘留物清除終點時間(TE’R)的預測塊體終點時間(TE’B)。此外，可以為至少一個可調整區域量測光譜序列，例如，可以為該等光譜決定索引值222(為時間T0之前)和索引值322(為時間T0之後)，可以將第一線性函數224適配於索引值222來為時間T0之前的可調整區域決定原始斜率S，可以如以上所討論來計算可調整區域所需的斜率SD，以及可以將第二線性函數324適配於索引值322來為時間T0之後的可調整區域決定實際斜率S'。在一些實施方式中，監測每個基板的每個可調整區域，並為每個可調整區域決定原始斜率、所需的斜率及實際斜率。
如第14A圖所圖示，在某些情況下，所需的斜率SD可以超過原始斜率S，但可調整區域的實際斜率S'可以小於所需的斜率SD。因此，假設參考區域在預測時間達到目標索引IT，則基板的可調整區域是研磨不足的，因為沒有在終點時間TE'之前到達目標索引。因為對於此基板的此可調整區域來說，實際的研磨速率S'小於所需的研磨速率SD，故對於後續的基板來說，用於此可調整區域的壓力應增加超過計算的SD可表達的。例如，誤差err可以被計算為err=[(SD-S')/SD]。
如第14B圖所圖示，在某些情況下，所需的斜率SD可以超過原始斜率S，而用於可調整區域的實際斜率S'可以大於所需的斜率SD。因此，假設參考區域在預測時間達到目標索引IT，則基板的可調整區域是過度研磨的，因為在終點時間TE'超過了目標索引。因為對於此基板的此可調整區域來說，實際的研磨速率S'大於所需的研磨速率SD，故對於後 續的基板來說，用於此可調整區域的壓力應增加少於計算的SD可表達的。例如，誤差err可以被計算為err=[(SD-S')/SD]。
如第14C圖所圖示，在某些情況下，所需的斜率SD可以小於原始斜率S，而用於可調整區域的實際斜率S'可以大於所需的斜率SD。因此，假設參考區域在預測時間達到目標索引IT，則基板的可調整區域是過度研磨的，因為在終點時間TE'超過了目標索引。因為對於此基板的此可調整區域來說，實際的研磨速率S'大於所需的研磨速率SD，故對於後續的基板來說，用於此可調整區域的壓力應減少超過計算的SD可表達的。例如，誤差err可以被計算為err=[(S'-SD)/SD]。
如第14D圖所圖示，在某些情況下，所需的斜率SD可以小於原始斜率S，而用於可調整區域的實際斜率S'可以小於所需的斜率SD。因此，假設參考區域在預測時間達到目標索引IT，則基板的可調整區域是過度研磨的，因為在終點時間TE'並未達到目標索引。因為對於此基板的此可調整區域來說，實際的研磨速率S'小於所需的研磨速率SD，故對於後續的基板來說，用於此可調整區域的壓力應降低少於計算的SD可表達的。例如，誤差err可以被計算為err=[(S'-SD)/SD]。
與第14A圖和第14B圖相比較時，以上對第14A-14D圖討論的實施方式將第14C圖和第14D圖圖示的情況之誤差符號顛倒了。也就是說，當所需斜率SD大於原始斜率S時將誤差符號顛倒(即與所需斜率SD小於原始斜率S相比時顛倒)。
然而，在一些實施方式中，誤差總是可以被以相同的方式err=[(SD-S')/SD]計算出。在這些實施方式中，假使所需斜率大於實際斜率，則誤差是正的，並且假使所需斜率小於實際斜率，則誤差是負的，不管原始斜率S為何。
在一些實施方式中，在第14A-14D圖的每個情況中，之後可以將為先前基板計算出的誤差err用於為後續基板計算Padj=(Pnew-Pold)*err+Pnew[方程式1]。
還可以注意到的是，不是在計算調整後的壓力中應用誤差，而是可以為可調整區域計算調整後的目標索引。舉例來說，參照第15圖，調整後的目標索引ITadj可以被計算為ITadj=SI+(IT-SI)*(1+err)[方程式2]，其中IT為目標索引，並且SI為在時間T0的起始索引(如從線性函數224或線性函數324計算出的)。誤差err可以被計算為err=[(IT-AI)/(IT-SI)]，其中AI為可調整區域在終點時間TE'達成的實際索引(如從線性函數324計算出的)。
在一些實施方式中，第14A-D圖和第15圖的實施方式皆可應用的是，誤差為幾個先前基板所累積的。在簡單的實施方式中，用於方程式1或方程式2任一者的計算中所使用的總誤差err被計算為err=k1*err1+k2*err2，其中k1和k2為常數，err1係從緊接的先前基板計算出的，而err2係為該先前基板之前的一個或更多個基板計算出的誤差。
在一些實施方式中，用於為目前基板計算方程式1或方程式2中任一者的應用誤差err係被計算為先前基板之縮放誤差與來自該先前基板之前的基板之應用誤差的加權平均 之組合。這可以藉由以下方程式來表達為：應用errX+1=縮放誤差X+全部誤差X-1
縮放誤差X=k1*errX以及總誤差X-1=k2*(a1*應用errX-2+a2*應用errX-3...aN*應用err(X-(N+1))
其中k1和k2為常數，而且a1、a2、aN為用於加權平均的常數，即a1+a2+...+aN=1。常數k1可以為約0.7，而常數k2可以為1。errX為依據一個上述方法為先前基板所計算出的誤差，例如用於第14A-14D圖之實施方式的errX=[(SD-S')/SD]或errX=[(S'-SD)/SD]，或用於第15圖之實施方式的errX=[(IT-AI)/(IT-SI)]。用語應用errX為用於該先前基板的應用誤差，例如假設目前的基板為基板X+1，則應用errX-2為用於第三先前基板的應用誤差，應用errX-2為用於第四先前基板的應用誤差等等。對於方程式1或方程式2中之任一者，err=應用errX+1。
在一些實施方式中，例如對於銅研磨，在偵測完基板的終點之後，使該基板立即進行過度研磨製程，例如以去除銅殘留物。該過度研磨製程可以在對於該基板的所有區域為均勻的壓力下進行，例如1至1.5psi。該過度研磨製程可以具有預設的持續期間，例如10至15秒。
在一些實施方式中，基板的研磨並不同時停止。在這種實施方式中，為了終點測定的目的，每個基板可以有參考區域。一旦特定基板的參考區域之索引蹤跡到達目標索引(例如藉由適配索引值序列的線性函數在時間T0之後到達目 標索引的時間所計算出)，則視為特定基板的終點，並同時停止對該特定基板的所有區域施加壓力。然而，一個或更多個其他基板的研磨可以繼續。根據剩餘基板的參考區域，只有在所有剩餘的基板已經到達終點之後(或已經完成所有基板的過度研磨之後)才開始進行研磨墊沖洗。此外，所有的承載頭可以同時將基板升起離開研磨墊。
當為特定區域和基板產生多條索引蹤跡時，例如為感興趣的每個資料庫產生一條該特定區域和基板的索引蹤跡，則可以選擇其中一條索引蹤跡用於該特定區域和基板的終點或壓力控制演算法。舉例來說，為同一區域和基板所產生的每個索引蹤跡，控制器190可以對該索引蹤跡的索引值適配一個線性函數，並確定該線性函數對該索引值序列的適配吻合度。使線與自身的索引值具有最佳吻合度的生成索引蹤跡可以被選擇為該特定區域和基板的索引蹤跡。舉例來說，當決定如何調整可調整區域的研磨速率時，例如在時間T0，具有最佳適配吻合度的線性函數可被用於計算。作為另一個實例，當具有最佳適配吻合度的線之計算索引(如從索引值序列的線性函數適配計算出的)匹配或超過目標索引時則可以視為終點。同樣地，不是從線性函數計算索引值，而是可以將該等索引值本身與目標索引相比較來決定終點。
判斷與光譜資料庫相關的索引蹤跡是否對與該資料庫相關的線性函數具有最佳適配吻合度可以包括：判斷與相關的強健線和關聯另一個資料庫的索引蹤跡之間的差相比，該相關的光譜資料庫之索引蹤跡和該相關的強健線(robust line)之間的差是否具有相對最少量的差，例如最小標準差、最大關聯或其他的變異量測。在一個實施方式中，適配的吻合度係藉由計算索引數據點和線性函數之間的平方差之和來決定；具有最小平方差之和的資料庫擁有最佳的適配。
第16A-16D圖為示例性製程之一個實施方式的流程圖1600，該示例性製程係用於調整一個或更多個基板的複數個區域之研磨速率，使得該複數個區域在目標時間具有大約相同的厚度。在方塊1602，在研磨裝置中使用相同的研磨墊同時研磨一個或更多個基板的複數個區域，以去除如上所述的塊體材料層。在此研磨操作過程中，每個基板的每個區域藉由可獨立變化的研磨參數而可獨立於其他基板地控制其研磨速率。該可獨立變化的研磨參數例如在特定區域上方的承載頭中由腔室所施加的壓力。示例性的塊體材料包括導電材料(例如銅)和絕緣體(例如氮化矽(SiN)和氧化矽(例如SiO2))。在方塊1604，在研磨操作過程中，如上所述對基板進行監測，例如使用從每個基板的每個區域獲得的量測光譜。在方塊1606，決定最佳匹配的參考光譜。在方塊1608，決定最佳適配的每個參考光譜之索引值來產生索引值序列。在方塊1610，對於每個基板的每個區域，使第一線性函數適配於該索引值序列。
在方塊1612，決定參考區域的該第一線性函數將達到塊體目標索引值的預期塊體終點時間，例如藉由線性函數的線性內插法。在某些實施方式中，將預期塊體終點時間預定或計算為多個區域的預期終點時間之組合。在某些實施方 式中，可以使用如本文先前所述的馬達扭矩監測系統、渦流監測系統、摩擦監測系統或單色光學系統中之至少一者偵測塊體終點時間。在某些實施方式中，可以使用先前研磨的基板之塊體終點時間來估計塊體終點時間。在某些實施方式中，當使用多個研磨步驟來去除塊體材料時，終點時間可以發生在一部分的塊體材料被去除之後。
在方塊1614，調整該一個或更多個基板的其他區域之研磨參數，以調整該基板之研磨速率，使得該一個或更多個基板之該複數個區域在大約相同的時間達到目標厚度，或使得該複數個基板之該複數個區域在預期的塊體終點時間具有大約相同的厚度(或目標厚度)。調整研磨參數的製程可以包括使用從任何先前的基板產生的誤差值。包括使用誤差值的研磨參數調整之說明係描述於共同受讓給Qian等人、標題為化學機械研磨中用於研磨速率校正的反饋(FEEDBACK FOR POLISHING RATE CORRECTION IN CHEMICAL MECHANICAL POLISHING)的美國專利申請案公開第2012/0231701號中。
在方塊1616，在調整參數之後繼續研磨，並且對每個基板的每個區域量測光譜、從資料庫中決定最佳匹配的參考光譜、決定用於該最佳匹配光譜的索引值以為研磨參數調整之後的期間產生新的索引值序列、以及對新的索引值序列適配第二線性函數。
在某些實施方式中，為每個可調整區域決定適配於該區域之新索引值序列的該第二線性函數之斜率(即調整參 數之後)。在某些實施方式中，對於每個可調整區域，基於該區域的實際研磨速率(如由該第二線性函數之斜率所給出)和所需研磨速率(如由所需斜率所給出)之間的差來計算誤差值。可以使用該誤差值來調整研磨參數，並且調整過的研磨參數可以被使用於從該一個或更多個基板去除殘留材料的前饋型製程過程中，而且還可以被應用於反饋型製程中其他基板的研磨。
選擇性地，一旦參考區域的索引值(例如從該第一或第二線性函數產生的計算索引值)達到第一目標索引值即可停止研磨。在某些實施方式中，該第一目標索引值為塊體研磨製程之目標索引值。在研磨是在多個平臺上進行的某些實施方式中(例如第一平臺用於去除塊體材料，而第二平臺用於去除殘留材料)，該一個或更多個基板可以選擇性地被傳送到具有第二平臺和第二研磨墊的第二研磨站，該第二研磨站係進行研磨和殘留材料去除。一種多平臺的研磨系統被描述於共同受讓給Tolles等人、標題為用於具有多研磨站的化學機械研磨之系統(SYSTEM FOR CHEMICAL MECHANICAL POLISHING HAVING MULTIPLE POLISHING STATIONS)的美國專利第6,126,517號中。在某些實施方式中，殘留材料的去除可以使用研磨溶液來進行，該研磨溶液與用以去除塊體材料層的研磨溶液不同。在某些研磨是在單個平臺上進行的實施方式中，可以在相同的平臺上使用相同的研磨墊來進行塊體材料去除和殘留材料去除。
在方塊1618，決定該參照區域的線性函數將達到清 除目標索引值的預期清除終點時間，例如藉由該線性函數的線性內插。在某些實施方式中，該清除終點時間為殘留材料去除研磨製程的終點。在某些實施方式中，該預期清除終點時間係預定或計算為多個區域的預期終點時間之組合。在某些實施方式中，可以使用本文中先前所描述的馬達扭矩監測系統、渦流監測系統、摩擦監測系統或單色光學系統中之至少一者來偵測該清除終點時間。在某些實施方式中，可以根據先前基板的清除終點時間來估計該清除終點時間。
在方塊1620，繼續研磨該一個或更多個基板的多個區域，以去除塊體材料層，直到塊體終點時間終止。
在方塊1622，調整研磨參數來研磨該一個或更多個基板的多個區域，以在塊體終點時間終止之後去除殘留材料層。調整研磨參數的製程可以包括使用從任何先前基板產生的誤差值。調整研磨參數可以包括調整施加到每個區域的壓力。調整後的研磨參數可以基於包括預期清除終點時間、從任何先前基板獲得的誤差值、從同一基板的塊體研磨所獲得的誤差值(例如前饋製程)、在方塊1614獲得的調整後研磨參數以及該一個或更多個基板上的材料厚度等因素。類似於方塊1602的研磨製程，在此研磨操作過程中，每個基板的每個區域藉由可獨立變化的研磨參數而可獨立於其他基板地控制其研磨速率，該可獨立變化的研磨參數例如在特定區域上方的承載頭中由腔室所施加的壓力。在某些實施方式中，方塊1622的研磨製程與方塊1602的研磨製程相比是在降低的壓力下進行。可以在相同的平臺上使用與方塊1602的研磨製 程相同的研磨墊來進行方塊1622的研磨製程，或者可以在不同的平臺上使用不同的研磨墊及/或不同的研磨溶液來進行方塊1622的研磨製程。
在方塊1624，類似於方塊1604的製程，為每個基板的每個區域決定目前平臺轉動的參考光譜。在方塊1626，類似於方塊1606，決定最佳匹配的參考光譜。在方塊1628，類似於方塊1608，為最佳適配的每個參考光譜決定索引值，以產生索引值序列。在方塊1630，類似於方塊1610，為每個基板的每個區域，將第一線性函數適配於該索引值序列。
在方塊1632，在某些實施方式中，可以根據第一線性函數來調整預期清除終點時間，因為參考區域將達到目標索引值被決定出，例如藉由該線性函數的線性內插。在方塊1634，在調整參數之後繼續研磨，並且對每個基板的每個區域量測光譜、從資料庫中決定最佳匹配的參考光譜、決定用於最佳匹配光譜的索引值以為研磨參數已被調整之後的期間產生新的索引值序列、以及對新的索引值序列適配第二線性函數。
在方塊1636，一旦參考區域的索引值(例如從該第一或第二線性函數產生的計算索引值)達到清除目標索引值即可停止研磨。在某些實施方式中，該清除目標索引值為殘留研磨製程之目標索引值。在方塊1638，對於每個可調整區域，決定適配於該區域之新索引值序列(即調整參數之後)的第二線性函數之斜率。在方塊1640，對於每個可調整區域，基於該區域的實際研磨速率(如由該第二線性函數之斜率所 給出)和所需研磨速率(如由所需斜率所給出)之間的差來計算誤差值。在方塊1642，將至少一個新的基板裝載到研磨墊上，並使用先前計算的研磨參數調整來重複該製程。
第17圖為描繪依據本文所述的實施方式研磨基板的方法之圖1700。類似於第1圖，x軸表示時間，而y軸表示被從基板去除的材料之索引值。ITB表示塊體研磨製程之目標厚度的索引值。ITR表示殘留物研磨製程的目標厚度之索引值。Z1和Z2表示基板表面的不同區域。TEB表示塊體研磨製程的研磨終點，而TER表示殘留物研磨製程的研磨終點。雖然描繪出兩個區域(Z1和Z2)，但如以上所討論基板也可以被劃分成任何數目的區域。參考區域描繪出所需的研磨輪廓。圖1700中描繪的研磨製程目標是在ITB和TEB的交點有均勻的研磨輪廓。類似於第1圖中描繪的前案研磨製程，在塊體研磨製程過程中使用的研磨壓力校正導致ITB和ITR之間的殘留物清除製程過程中過度校正和過度研磨。然而，使用本文所述的實施方式，Z1和Z2的研磨壓力在殘留物清除製程的過程中被校正，以在ITR和TER的交點圖示的殘留物清除製程結束時實現均勻的研磨輪廓。
第18圖為描繪依據本文所述的實施方式研磨基板的另一個方法之圖1800。圖1800中描繪的研磨製程目標是在ITR和TER的交點有均勻的研磨輪廓。圖1800中描繪的研磨方法可以對應於流程圖1600的方法。根據流程圖1600所述在TEB和ITB交點處的塊體終點之前計算的清除製作方法來調整用於Z1和Z2的研磨參數，以在ITR和TER的交點圖示的 殘留物清除製程結束時實現均勻的研磨輪廓。
第19圖為描繪依據本文所述的實施方式研磨基板的另一個方法之圖1900。不似先前所討論的在進入殘留物清除製程(例如在ITB和TER的交點)之前鎖定目標為平的後輪廓，流程圖1600所描繪的方法使用動態ISPC來鎖定目標為在殘留物清除製程結束時(例如在ITR和IER的交點)有平的後輪廓。為ISPC估計的終點目標水平可以從使用開迴路(壓力固定)控制製程研磨的基板所產生的動態ISPC資料庫來判斷，該開迴路控制製程係使用馬達扭矩終點技術或本文先前所述的其他終點控制方法。同一研磨製作方法可被用於塊體研磨製程和殘留物研磨製程。對於後續的晶圓，ISPC可以被用來控制研磨壓力和終點。可以產生反饋來自動更新ISPC演算法。可以根據殘留物研磨製程結束時或過度研磨結束時的索引來計算反饋。圖1900中描繪的方法可以被延用到任何的CMP殘留物清除製程。可以使用或不使用過度研磨來控制研磨輪廓。可以使用其他方法來控制研磨時間，包括先進製程控制(APC)、光學或其他的摩擦量測。
如圖1900所描繪的，ISPC方法被用來根據T(1)之前獲得的研磨資訊而在T(1)調整同一基板內的研磨壓力，使得該複數個區域(Z1和Z2)在預期終點時間(ER)具有大約相同的索引值。該研磨資訊可被用於反饋迴路中，以改良下一個晶圓的研磨。
在總研磨時間短的某些實施方式中，理想的可能是在T(0)根據來自先前研磨基板的調整後研磨壓力開始調整研 磨壓力。
以上描述的技術也可以應用於使用渦流系統監測金屬層。在這種情況下，不是執行光譜的匹配，而是直接由渦流監測系統量測層厚度(或該厚度之代表值)，而且使用該層厚度來取代索引值進行計算。
根據所進行的研磨之類型，用於調整終點的方法可以是不同的。對於銅塊體研磨，可以使用單個渦流監測系統。對於單個平臺上具有多片晶圓的銅清除CMP，可以先使用單個渦流監測系統，以便所有的基板在同一時間達成第一突破。然後可以將該渦流監測系統切換到雷射監測系統，以清除並過度研磨該等晶圓。對於單個平臺上具有多片晶圓的阻障和介電質CMP，可以使用光學監測系統。
本發明的實施方式及本說明書中描述的所有功能操作皆可以被實施於數位電子電路或電腦軟體、韌體或硬體中，包括本說明書中揭示的結構工具及該等結構工具之結構等同物、或上述之組合。本發明的實施方式可以被實施為一個或更多個電腦程式產品，即有形地體現於機器可讀儲存媒體的一個或更多個電腦程式，用於被數據處理裝置執行或控制數據處理裝置之操作，該數據處理裝置例如可程式化處理器、電腦或多個處理器或電腦。電腦程式(也習知為程式、軟體、軟體應用或代碼)可以被以任何形式的程式化語言編寫，包括編譯或解釋語言，而且電腦程式可以被以任何形式部署，包括作為獨立的程式或作為模組、元件、子程式或其他適用於運算環境的單元。電腦程式不一定要對應一個檔 案。程式可以被儲存於保存其他程式或數據的檔案之一部分中、專用於所討論程式的單一檔案中或多個同等文件中(例如儲存一個或更多個模組、子程式或部分代碼的檔案)。可以將電腦程式部署成在一個電腦上或在一個地點或分散遍及多個地點並由通訊網路互連的多個電腦上被執行。
本說明書中描述的製程和邏輯流程可以由一個或更多個可程式化處理器執行，該可程式化處理器執行一個或更多個電腦程式，以藉由操作輸入數據及產生輸出來執行功能。該製程和邏輯流程還可以藉由特用邏輯電路來執行，而且裝置也可以被實施為特用邏輯電路，例如FPGA(場可程式化閘陣列)或ASIC(特定用途積體電路)。
上述的研磨裝置和方法可以被應用在各種研磨系統中。無論是研磨墊、或承載頭或上述兩者皆可以移動來提供在研磨表面和基板之間的相對運動。舉例來說，平臺可以繞軌道運行而不是旋轉。研磨墊可以是固定於平臺的圓形(或一些其他形狀)墊。終點偵測系統的一些態樣可以應用於線性研磨系統，例如當研磨墊為連續的或線性移動的捲盤至捲盤帶之時。研磨層可以是標準的(例如具有或不具填料的聚氨酯)研磨材料、軟質材料或固定的研磨材料。使用了相對定位的術語；應當理解的是，研磨表面和基板可以被保持在垂直的方向或一些其他的方向。
雖然前述係針對本發明之實施方式，但在不偏離本發明之基本範圍下，亦可設計出本發明之其他與深一層的實施方式，且本發明之範圍係由以下申請專利範圍所決定。
1900‧‧‧圖

Claims (20)

  1. 一種研磨一基板的方法，包含以下步驟：在一具有一可旋轉平臺的研磨裝置中研磨一具有複數個區域的基板，以去除一塊體材料層，其中該複數個區域中每個區域之一研磨速率可藉由一可獨立變化的研磨參數來獨立控制；儲存一塊體目標索引值；在使用一原位監測系統研磨的過程中，從該複數個區域的每個區域量測一第一值序列；對於該複數個區域的每個區域，對該第一值序列適配一第一線性函數；對於一來自該複數個區域的參考區域，基於該參考區域之該第一線性函數來決定該參考區域將達到該塊體目標索引值的一預測塊體終點時間；對於該複數個區域的至少一可調整區域，為該可調整區域之該研磨參數計算一第一調整，以調整該可調整區域之該研磨速率，使得該可調整區域在該預測塊體終點時間時比沒有該調整者更接近該塊體目標索引值，該計算包括根據一誤差值來計算該調整，該誤差值係為一先前基板所計算的；在調整該研磨參數之後，對於每個區域，在研磨過程中量測一第二值序列，該第二值序列係在該研磨參數之該第一調整之後獲得的；對於每個基板的該至少一可調整區域，對該第二值序列適配一第二線性函數； 對於一後續基板，根據該第二線性函數和一所需斜率為該至少一可調整區域計算該誤差值；為去除一殘留材料決定一預測清除終點時間，使得該參考區域之該第一或第二線性函數任一者將達到一清除目標索引值；對於至少一可調整區域，為該可調整區域之該研磨參數計算一第二調整，以調整該可調整區域之該研磨速率，使得該可調整區域在該預測清除終點時間時比沒有該調整者更接近該清除目標索引值，該計算包括根據一誤差值來計算該調整，該誤差值係為一先前基板所計算的；繼續研磨該複數個區域以去除該塊體材料層，直到該塊體終點時間終止；以及使用該第二調整研磨參數研磨該複數個區域，以去除該殘留材料層，使得該可調整區域在該預測清除終點時較接近該清除目標索引值。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該基板被研磨持續一預定時間，而且該塊體目標索引值為在該預定時間的平臺轉數。
  3. 如請求項1所述之方法，其中該可獨立變化的研磨參數為該研磨裝置之一承載頭對該基板之特定區域上方施加的壓力。
  4. 如請求項1所述之方法，其中該誤差值係基於一個或更 多個先前基板之區域的實際研磨速率與該等先前基板之區域的所需研磨速率之間的變化。
  5. 如請求項4所述之方法，其中該誤差值係用於作為一縮放因子，以調整對該可調整區域上的壓力之修改。
  6. 如請求項1所述之方法，其中該第一原位監測系統為一光譜監測系統。
  7. 如請求項1所述之方法，其中該塊體終點時間係使用一馬達扭矩監測系統、一渦流監測系統、一摩擦監測系統或一單色光學系統中之至少一者偵測。
  8. 如請求項1所述之方法，其中該預期塊體終點時間係預定或計算為多個區域的預期終點時間之一組合。
  9. 如請求項1所述之方法，其中該預期塊體終點時間係根據先前研磨的基板之塊體終點時間來決定。
  10. 如請求項1所述之方法，其中該誤差值係基於一個或更多個先前基板之區域的實際研磨速率與該等先前基板之區域的所需研磨速率之間的變化。
  11. 如請求項10所述之方法，其中該誤差值係用於作為一縮 放因子，以調整對該可調整區域上的壓力之修改。
  12. 一種研磨一基板的方法，包含以下步驟：在一具有一可旋轉平臺的研磨裝置中研磨一具有複數個區域的基板，以去除一塊體材料層，其中該複數個區域中每個區域之一研磨速率可藉由一可獨立變化的研磨參數來獨立控制；對於該複數個區域的每個區域，為目前的平臺轉動取得測得的目前光譜；決定一參考光譜，該參考光譜最匹配該複數個區域的每個區域之該測得光譜；藉由為每個最佳適配的參考光譜決定一索引值來產生一索引值序列；對於該複數個區域的每個區域，對該索引值序列適配一第一線性函數；決定一預期塊體終點時間，在該預期塊體終點時間來自該複數個區域的一參考區域之該第一線性函數將達到一塊體目標索引值；為該複數個區域的每個區域調整研磨參數，包括使用來自任何先前基板的誤差值，使得該複數個區域在該預期塊體終點時間時具有大約相同的索引值；繼續研磨、量測光譜、決定誤差值和一第二索引值序列及對該第二索引值序列適配一第二線性函數；決定預期清除終點時間，在該預期清除終點時間該參考 區域之該第一或第二線性函數將達到一清除目標索引值；繼續研磨該複數個區域以去除該塊體材料層，直到該塊體終點時間終止；以及調整研磨參數來研磨該複數個區域，包括使用來自任何先前基板的誤差值，以在該塊體終點時間終止之後去除一殘留材料層。
  13. 如請求項12所述之方法，其中在該塊體終點時間終止之後去除一殘留材料層之步驟進一步包含以下步驟：決定一參考光譜，該參考光譜最匹配該複數個區域的每個區域之該測得光譜；藉由為每個最佳適配的參考光譜決定一索引值來產生一索引值序列；對於該複數個區域的每個區域，對該索引值序列適配一第一線性函數；調整預期殘留物清除終點時間，在該預期殘留物清除終點時間該參考區域之該第一線性函數將達到一清除目標索引值；以及研磨直到該參考區域達到該預期清除終點時間。
  14. 如請求項13所述之方法，其中在該塊體終點時間終止之後去除一殘留材料層之步驟進一步包含以下步驟：決定一新索引值序列並對該新索引值序列適配一第二線性函數；以及 決定誤差值，用以反饋至後續基板的研磨。
  15. 如請求項14所述之方法，進一步包含以下步驟：將一個或更多個新基板載至該研磨墊上；以及根據調整過的研磨參數來研磨該一個或更多個基板。
  16. 如請求項15所述之方法，進一步包含以下步驟：對於該一個或更多個新基板之該複數個區域的每個區域，為目前的平臺轉動取得測得的目前光譜；決定一參考光譜，該參考光譜最匹配該一個或更多個新基板之該複數個區域的每個區域之該測得光譜；以及藉由為每個最佳適配該一個或更多個新基板的參考光譜決定一索引值來產生一索引值序列。
  17. 如請求項12所述之方法，其中該可獨立變化的研磨參數為該研磨裝置之一承載頭中的壓力。
  18. 如請求項12所述之方法，其中該基板被研磨持續一預定時間，而且該塊體目標索引值為在該預定時間的平臺轉數。
  19. 如請求項1所述之方法，其中該測得的目前光譜係使用一原位光譜監測系統所獲得。
  20. 如請求項12所述之方法，其中該塊體終點時間係使用一 馬達扭矩監測系統、一渦流監測系統、一摩擦監測系統或一單色光學系統中之至少一者偵測。
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