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特許6060308インシトゥプロファイル制御（ＩＳＰＣ）を用いた残留物クリアリングの動的制御
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6060308
(24)【登録日】2016年12月16日
(45)【発行日】2017年1月11日
(54)【発明の名称】インシトゥプロファイル制御（ＩＳＰＣ）を用いた残留物クリアリングの動的制御
(51)【国際特許分類】
H01L 21/304 20060101AFI20161226BHJP
B24B 37/013 20120101ALI20161226BHJP
【ＦＩ】
H01L21/304 622S
B24B37/04 K
【請求項の数】20
【全頁数】36
(21)【出願番号】特願2016-500309(P2016-500309)
(86)(22)【出願日】2014年2月20日
(65)【公表番号】特表2016-510953(P2016-510953A)
(43)【公表日】2016年4月11日
(86)【国際出願番号】US2014017277
(87)【国際公開番号】WO2014149330
(87)【国際公開日】20140925
【審査請求日】2016年9月9日
(31)【優先権主張番号】61/787,221
(32)【優先日】2013年3月15日
(33)【優先権主張国】US
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】390040660
【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】チエン， チュン
(72)【発明者】
【氏名】ダンダパーニ， シヴァクマール
(72)【発明者】
【氏名】シェリアン， ベンジャミン
(72)【発明者】
【氏名】オスターヘルド， トーマス エイチ．
(72)【発明者】
【氏名】ギャレットソン， チャールズ シー．
【審査官】
宮久保 博幸
(56)【参考文献】
【文献】
特表２０１２−５０２４８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２００８−５０３３５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２００８／０３２７５３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
特表２０１３−５２９３８６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２０１２／００３４８４５（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｌ ２１／３０４
Ｂ２４Ｂ ３７／０１３
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板を研磨する方法であって、
回転可能なプラテンを有する研磨装置内で、複数のゾーンを有する基板を研磨してバルク材料層を除去すること
を含み、前記複数のゾーンのうちのそれぞれのゾーンの研磨速度が、独立に変更可能な研磨パラメータによって独立に制御可能であり、
前記方法がさらに、
バルクターゲット指標値を記憶すること、
研磨中に、前記複数のゾーンのうちのそれぞれのゾーンからの値の第１のシーケンスを、インシトゥモニタリングシステムを用いて測定すること、
前記複数のゾーンのうちのそれぞれのゾーンについて、前記値の第１のシーケンスに第１の線形関数を当てはめること、
前記複数のゾーンのうちの基準ゾーンについて、前記基準ゾーンが前記バルクターゲット指標値に到達する予測バルク終点時刻を、前記基準ゾーンの前記第１の線形関数に基づいて決定すること、ならびに
前記複数のゾーンのうちの少なくとも１つの調整可能ゾーンについて、前記調整可能ゾーンに対する前記研磨パラメータの第１の調整を計算して、前記調整可能ゾーンの研磨速度を調整すること
を含み、前記調整可能ゾーンの研磨速度の前記調整が、このような調整がなされない場合よりも、前記調整可能ゾーンが、前記予測バルク終点時刻において、前記バルクターゲット指標値により近くなるように実施され、前記計算が、以前の基板に対して計算された誤差値に基づいて前記第１の調整を計算することを含み、
前記方法がさらに、
前記研磨パラメータを調整した後に、それぞれのゾーンについて、研磨中に、前記研磨パラメータの前記第１の調整の後に得られた値の第２のシーケンスを測定すること、
それぞれの基板の前記少なくとも１つの調整可能ゾーンについて、前記値の第２のシーケンスに第２の線形関数を当てはめること、
後続の基板の前記少なくとも１つの調整可能ゾーンに対する誤差値を、前記第２の線形関数および所望の傾きに基づいて計算すること、
前記基準ゾーンの前記第１の線形関数または前記第２の線形関数がクリアリングターゲット指標値に到達する、残留材料除去の予測クリアリング終点時刻を決定すること、ならびに
少なくとも１つの調整可能ゾーンについて、前記調整可能ゾーンに対する前記研磨パラメータの第２の調整を計算して、前記調整可能ゾーンの研磨速度を調整すること
を含み、前記調整可能ゾーンの研磨速度の前記調整が、このような調整がなされない場合よりも、前記調整可能ゾーンが、前記予測クリアリング終点時刻において、前記クリアリングターゲット指標値により近くなるように実施され、前記計算が、以前の基板に対して計算された誤差値に基づいて前記調整を計算することを含み、
前記方法がさらに、
前記複数のゾーンの研磨を継続して、前記予測バルク終点時刻が過ぎるまで前記バルク材料層を除去すること、ならびに
前記調整可能ゾーンが、前記予測クリアリング終点時刻において、前記クリアリングターゲット指標値により近くなるように、前記第２の調整がなされた研磨パラメータを使用して前記複数のゾーンを研磨して、前記残留材料の層を除去すること
を含む方法。
回転可能なプラテンを有する研磨装置内で、複数のゾーンを有する基板を研磨してバルク材料層を除去すること
を含み、前記複数のゾーンのうちのそれぞれのゾーンの研磨速度が、独立に変更可能な研磨パラメータによって独立に制御可能であり、
前記方法がさらに、
バルクターゲット指標値を記憶すること、
研磨中に、前記複数のゾーンのうちのそれぞれのゾーンからの値の第１のシーケンスを、インシトゥモニタリングシステムを用いて測定すること、
前記複数のゾーンのうちのそれぞれのゾーンについて、前記値の第１のシーケンスに第１の線形関数を当てはめること、
前記複数のゾーンのうちの基準ゾーンについて、前記基準ゾーンが前記バルクターゲット指標値に到達する予測バルク終点時刻を、前記基準ゾーンの前記第１の線形関数に基づいて決定すること、ならびに
前記複数のゾーンのうちの少なくとも１つの調整可能ゾーンについて、前記調整可能ゾーンに対する前記研磨パラメータの第１の調整を計算して、前記調整可能ゾーンの研磨速度を調整すること
を含み、前記調整可能ゾーンの研磨速度の前記調整が、このような調整がなされない場合よりも、前記調整可能ゾーンが、前記予測バルク終点時刻において、前記バルクターゲット指標値により近くなるように実施され、前記計算が、以前の基板に対して計算された誤差値に基づいて前記第１の調整を計算することを含み、
前記方法がさらに、
前記研磨パラメータを調整した後に、それぞれのゾーンについて、研磨中に、前記研磨パラメータの前記第１の調整の後に得られた値の第２のシーケンスを測定すること、
それぞれの基板の前記少なくとも１つの調整可能ゾーンについて、前記値の第２のシーケンスに第２の線形関数を当てはめること、
後続の基板の前記少なくとも１つの調整可能ゾーンに対する誤差値を、前記第２の線形関数および所望の傾きに基づいて計算すること、
前記基準ゾーンの前記第１の線形関数または前記第２の線形関数がクリアリングターゲット指標値に到達する、残留材料除去の予測クリアリング終点時刻を決定すること、ならびに
少なくとも１つの調整可能ゾーンについて、前記調整可能ゾーンに対する前記研磨パラメータの第２の調整を計算して、前記調整可能ゾーンの研磨速度を調整すること
を含み、前記調整可能ゾーンの研磨速度の前記調整が、このような調整がなされない場合よりも、前記調整可能ゾーンが、前記予測クリアリング終点時刻において、前記クリアリングターゲット指標値により近くなるように実施され、前記計算が、以前の基板に対して計算された誤差値に基づいて前記調整を計算することを含み、
前記方法がさらに、
前記複数のゾーンの研磨を継続して、前記予測バルク終点時刻が過ぎるまで前記バルク材料層を除去すること、ならびに
前記調整可能ゾーンが、前記予測クリアリング終点時刻において、前記クリアリングターゲット指標値により近くなるように、前記第２の調整がなされた研磨パラメータを使用して前記複数のゾーンを研磨して、前記残留材料の層を除去すること
を含む方法。
【請求項2】
前記基板が所定の時間、研磨され、前記バルクターゲット指標値が、前記所定の時間におけるプラテン回転数である、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記独立に変更可能な研磨パラメータが、前記研磨装置のキャリアヘッドによって前記基板の前記複数のゾーンのうち特定のゾーンの上に加えられる圧力である、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前の基板に対して計算された前記誤差値が、前の１つまたは複数の基板の前記ゾーンの実際の研磨速度の、それらの前の基板の前記ゾーンに対する所望の研磨速度からの変動に基づく、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前の基板に対して計算された前記誤差値が、前記調整可能ゾーン上の圧力に対する修正を調整するスケーリング因子として使用される、請求項４に記載の方法。
【請求項6】
前記インシトゥモニタリングシステムが分光写真モニタリングシステムである、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記予測バルク終点時刻が、モータトルクモニタリングシステム、渦電流モニタリングシステム、摩擦モニタリングシステムまたは単色光学システムのうちの少なくとも１つのシステムを使用して検出される、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
前記予測バルク終点時刻が、多数のゾーンの予測終点時刻の結合として予め決定されまたは計算される、請求項１に記載の方法。
【請求項9】
前記予測バルク終点時刻が、以前に研磨された基板のバルク終点時刻に基づいて決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項10】
前の基板に対して計算された前記誤差値が、前の１つまたは複数の基板の前記ゾーンの実際の研磨速度の、それらの前の基板の前記ゾーンに対する所望の研磨速度からの変動に基づく、請求項１に記載の方法。
【請求項11】
前の基板に対して計算された前記誤差値が、前記調整可能ゾーン上の圧力に対する修正を調整するスケーリング因子として使用される、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
基板を研磨する方法であって、
回転可能なプラテンを有する研磨装置内で、複数のゾーンを有する基板を研磨してバルク材料層を除去すること
を含み、前記複数のゾーンのうちのそれぞれのゾーンの研磨速度が、独立に変更可能な研磨パラメータによって独立に制御可能であり、
前記方法がさらに、
前記複数のゾーンのうちのそれぞれのゾーンについて、現在のプラテン回転に対する測定スペクトルを得ること、
前記複数のゾーンのうちのそれぞれのゾーンについて、前記測定スペクトルに対するベストマッチである基準スペクトルを決定すること、
ベストフィットであるそれぞれの基準スペクトルの指標値を決定することによって指標値のシーケンスを生成すること、
前記複数のゾーンのうちのそれぞれのゾーンについて、前記指標値のシーケンスに第１の線形関数を当てはめること、
前記複数のゾーンのうちの基準ゾーンの前記第１の線形関数がバルクターゲット指標値に到達する予測バルク終点時刻を決定すること、
前の任意の基板からの誤差値を使用することを含む、前記複数のゾーンのうちのそれぞれのゾーンの研磨パラメータを、前記複数のゾーンが前記予測バルク終点時刻にほぼ同じ指標値を有するように調整すること、
研磨を継続し、スペクトルを測定し、誤差値および指標値の第２のシーケンスを決定し、前記指標値の第２のシーケンスに第２の線形関数を当てはめること、
前記基準ゾーンの前記第１の線形関数または前記第２の線形関数がクリアリングターゲット指標値に到達する予測クリアリング終点時刻を決定すること、
前記複数のゾーンの研磨を継続して、前記予測バルク終点時刻が過ぎるまで前記バルク材料層を除去すること、ならびに
前の任意の基板からの誤差値を使用することを含む、前記予測バルク終点時刻が過ぎた後に、研磨パラメータを調整して、前記複数のゾーンを研磨し、それによって残留材料層を除去すること
を含む方法。
回転可能なプラテンを有する研磨装置内で、複数のゾーンを有する基板を研磨してバルク材料層を除去すること
を含み、前記複数のゾーンのうちのそれぞれのゾーンの研磨速度が、独立に変更可能な研磨パラメータによって独立に制御可能であり、
前記方法がさらに、
前記複数のゾーンのうちのそれぞれのゾーンについて、現在のプラテン回転に対する測定スペクトルを得ること、
前記複数のゾーンのうちのそれぞれのゾーンについて、前記測定スペクトルに対するベストマッチである基準スペクトルを決定すること、
ベストフィットであるそれぞれの基準スペクトルの指標値を決定することによって指標値のシーケンスを生成すること、
前記複数のゾーンのうちのそれぞれのゾーンについて、前記指標値のシーケンスに第１の線形関数を当てはめること、
前記複数のゾーンのうちの基準ゾーンの前記第１の線形関数がバルクターゲット指標値に到達する予測バルク終点時刻を決定すること、
前の任意の基板からの誤差値を使用することを含む、前記複数のゾーンのうちのそれぞれのゾーンの研磨パラメータを、前記複数のゾーンが前記予測バルク終点時刻にほぼ同じ指標値を有するように調整すること、
研磨を継続し、スペクトルを測定し、誤差値および指標値の第２のシーケンスを決定し、前記指標値の第２のシーケンスに第２の線形関数を当てはめること、
前記基準ゾーンの前記第１の線形関数または前記第２の線形関数がクリアリングターゲット指標値に到達する予測クリアリング終点時刻を決定すること、
前記複数のゾーンの研磨を継続して、前記予測バルク終点時刻が過ぎるまで前記バルク材料層を除去すること、ならびに
前の任意の基板からの誤差値を使用することを含む、前記予測バルク終点時刻が過ぎた後に、研磨パラメータを調整して、前記複数のゾーンを研磨し、それによって残留材料層を除去すること
を含む方法。
【請求項13】
前記予測バルク終点時刻が過ぎた後に残留材料層を除去することが、
前記複数のゾーンのうちのそれぞれのゾーンについて、前記測定スペクトルに対するベストマッチである基準スペクトルを決定すること、
ベストフィットであるそれぞれの基準スペクトルの指標値を決定することによって指標値のシーケンスを生成すること、
前記複数のゾーンのうちのそれぞれのゾーンについて、前記指標値のシーケンスに第１の線形関数を当てはめること、
前記基準ゾーンの前記第１の線形関数がクリアリングターゲット指標値に到達する予測クリアリング終点時刻を調整すること、および
前記基準ゾーンが調整された前記予測クリアリング終点時刻に到達するまで研磨すること
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
前記複数のゾーンのうちのそれぞれのゾーンについて、前記測定スペクトルに対するベストマッチである基準スペクトルを決定すること、
ベストフィットであるそれぞれの基準スペクトルの指標値を決定することによって指標値のシーケンスを生成すること、
前記複数のゾーンのうちのそれぞれのゾーンについて、前記指標値のシーケンスに第１の線形関数を当てはめること、
前記基準ゾーンの前記第１の線形関数がクリアリングターゲット指標値に到達する予測クリアリング終点時刻を調整すること、および
前記基準ゾーンが調整された前記予測クリアリング終点時刻に到達するまで研磨すること
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記予測バルク終点時刻が過ぎた後に残留材料層を除去することが、
指標値の新しいシーケンスを決定し、前記指標値の新しいシーケンスに第２の線形関数を当てはめること、および
後続の基板の研磨にフィードバックする誤差値を決定すること
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
指標値の新しいシーケンスを決定し、前記指標値の新しいシーケンスに第２の線形関数を当てはめること、および
後続の基板の研磨にフィードバックする誤差値を決定すること
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
１つまたは複数の新たな基板を研磨パッド上に装填すること、
調整された前記研磨パラメータに基づいて前記１つまたは複数の新たな基板を研磨すること
をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
調整された前記研磨パラメータに基づいて前記１つまたは複数の新たな基板を研磨すること
をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項16】
前記１つまたは複数の新たな基板の前記複数のゾーンのうちのそれぞれのゾーンについて、現在のプラテン回転に対する測定スペクトルを得ること、
前記１つまたは複数の新たな基板の前記複数のゾーンのうちのそれぞれのゾーンについて、前記測定スペクトルに対するベストマッチである基準スペクトルを決定すること、および
前記１つまたは複数の新たな基板について、ベストフィットであるそれぞれの基準スペクトルの指標値を決定することによって指標値のシーケンスを生成すること、
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
前記１つまたは複数の新たな基板の前記複数のゾーンのうちのそれぞれのゾーンについて、前記測定スペクトルに対するベストマッチである基準スペクトルを決定すること、および
前記１つまたは複数の新たな基板について、ベストフィットであるそれぞれの基準スペクトルの指標値を決定することによって指標値のシーケンスを生成すること、
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
前記独立に変更可能な研磨パラメータが、前記研磨装置のキャリアヘッドの圧力である、請求項１２に記載の方法。
【請求項18】
前記基板が所定の時間、研磨され、前記バルクターゲット指標値が、前記所定の時間におけるプラテン回転数である、請求項１２に記載の方法。
【請求項19】
前記測定スペクトルが、インシトゥ分光写真モニタリングシステムを使用して得られる、請求項１２に記載の方法。
【請求項20】
前記予測バルク終点時刻が、モータトルクモニタリングシステム、渦電流モニタリングシステム、摩擦モニタリングシステムまたは単色光学システムのうちの少なくとも１つのシステムを使用して検出される、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は一般に、化学機械研磨プロセスのモニタリングおよび制御に関する。
【背景技術】
【0002】
集積回路は通常、シリコンウエハ上に導電層、半導電層または絶縁層を逐次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、非平面表面に充填層を堆積させ、その充填層を平坦化することを含む。ある種の用途では、パターン形成された層の上面が露出するまでこの充填層を平坦化する。パターン形成された絶縁層上に例えば導電性充填層を堆積させて、その絶縁層に形成されたトレンチまたは孔を埋めることができる。平坦化後、絶縁層の高くなったパターン間に残った導電層の部分は、基板上の薄膜回路間の導電性経路となるバイア、プラグおよびラインを形成する。酸化物研磨などの他の用途では、非平面表面を覆って所定の厚さの充填層が残されるまでその充填層を平坦化する。さらに、フォトリソグラフィを実行するためには通常、基板表面の平坦化が必要である。
【0003】
化学機械研磨（ＣＭＰ）は、一般に認められた１つの平坦化方法である。この平坦化方法では通常、キャリアヘッドに基板を装着する必要がある。通常は、基板の露出した表面を、耐久性のある粗い表面を有する回転する研磨パッドに当たるように置く。キャリアヘッドは、制御可能な荷重を基板に加えて、基板を研磨パッドに押しつける。通常は、研磨粒子を含むスラリなどの研磨液が研磨パッドの表面に供給される。
【0004】
ＣＭＰの１つの課題は、適当な研磨速度を使用して、望ましいプロファイル、例えば、所望の平坦度もしくは所望の厚さに平坦化された基板層、または所望の量の材料が除去されている基板層を達成することである。基板層の初期の厚さ、スラリの組成、研磨パッドの状態、研磨パッドと基板の間の相対速度および基板に加わる荷重の変動は、１つの基板上での材料除去速度の変動および基板間での材料除去速度の変動を引き起こしうる。これらの変動は、研磨の終点に達するのに必要な時間および除去される量を変動させる。したがって、研磨の終点を、単に研磨時間の関数として決定すること、または、所望のプロファイルを、単に一定の圧力を加えることによって達成することが可能でないことがある。
【0005】
いくつかのシステムでは、研磨の間、基板が、インシトゥ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で、光学的に、例えば研磨パッドに形成された窓を通してモニタリングされる。しかしながら、既存の光学モニタリング技法は、半導体デバイス製造業者の増大している要求を満たさないことがある。
【発明の概要】
【0006】
本発明の実施態様は一般に、化学機械研磨プロセスのモニタリングおよび制御に関する。一実施態様では、基板を研磨する方法が提供される。この方法は、回転可能なプラテン（ｐｌａｔｅｎ）を有する研磨装置内で、複数のゾーンを有する基板を研磨してバルク材料層を除去することを含み、複数のゾーンのうちのそれぞれのゾーンの研磨速度が、独立に変更可能な研磨パラメータによって独立に制御可能であり、この方法はさらに、バルクターゲット指標値（ｂｕｌｋ ｔａｒｇｅｔ ｉｎｄｅｘ ｖａｌｕｅ）を記憶すること、研磨中に、複数のゾーンのうちのそれぞれのゾーンからの値の第１のシーケンス（ｓｅｑｕｅｎｃｅ）を、インシトゥモニタリングシステムを用いて測定すること、複数のゾーンのうちのそれぞれのゾーンについて、値の第１のシーケンスに第１の線形関数を当てはめること、複数のゾーンからの基準ゾーンについて、基準ゾーンがバルクターゲット指標値に到達する予測されるバルク終点時刻（以後、予測バルク終点時刻）を、基準ゾーンの第１の線形関数に基づいて決定すること、ならびに複数のゾーンのうちの少なくとも１つの調整可能なゾーン（以後、調整可能ゾーン）について、調整可能ゾーンに対する研磨パラメータの第１の調整を計算して、調整可能ゾーンの研磨速度を調整することを含み、調整可能ゾーンの研磨速度の調整が、このような調整がなされない場合よりも、調整可能ゾーンが、予測バルク終点時刻において、バルクターゲット指標値により近くなるように実施され、計算が、以前の基板に対して計算された誤差値に基づいて調整を計算することを含み、この方法はさらに、研磨パラメータを調整した後に、それぞれのゾーンについて、研磨中に、研磨パラメータの第１の調整の後に得られた値の第２のシーケンスを測定すること、それぞれの基板の少なくとも１つの調整可能ゾーンについて、値の第２のシーケンスに第２の線形関数を当てはめること、後続の基板の少なくとも１つの調整可能ゾーンに対する誤差値を、第２の線形関数および所望の傾きに基づいて計算すること、基準ゾーンの第１の線形関数または第２の線形関数がクリアリング（ｃｌｅａｒｉｎｇ）ターゲット指標値に到達する、残留材料除去の予測されるクリアリング終点時刻（以後、予測クリアリング終点時刻）を決定すること、ならびに少なくとも１つの調整可能ゾーンについて、調整可能ゾーンに対する研磨パラメータの第２の調整を計算して、調整可能ゾーンの研磨速度を調整することを含み、調整可能ゾーンの研磨速度の調整が、このような調整がなされない場合よりも、調整可能ゾーンが、予測クリアリング終点時刻において、クリアリングターゲット指標値により近くなるように実施され、計算が、以前の基板に対して計算された誤差値に基づいて調整を計算することを含み、この方法はさらに、複数のゾーンの研磨を継続して、バルク終点時刻が過ぎるまでバルク材料層を除去すること、ならびに調整可能ゾーンが、予測クリアリング終点において、クリアリングターゲット指標値により近くなるように第２の調整された研磨パラメータを使用して複数のゾーンを研磨して、残留材料層を除去することを含む。
【0007】
他の実施態様では、基板を研磨する方法が提供される。この方法は、回転可能なプラテンを有する研磨装置内で、複数のゾーンを有する基板を研磨してバルク材料層を除去することを含み、複数のゾーンのうちのそれぞれのゾーンの研磨速度が、独立に変更可能な研磨パラメータによって独立に制御可能であり、この方法はさらに、複数のゾーンのうちのそれぞれのゾーンについて、現在（ｃｕｒｒｅｎｔ）のプラテン回転に対する測定された現在のスペクトルを得ること、複数のゾーンのうちのそれぞれのゾーンについて、測定されたスペクトル（以後、測定スペクトル）に対するベストマッチ（ｂｅｓｔ ｍａｔｃｈ）である基準スペクトルを決定すること、ベストフィットであるそれぞれの基準スペクトルの指標値を決定することによって指標値のシーケンスを生成すること、複数のゾーンのうちのそれぞれのゾーンについて、指標値のシーケンスに第１の線形関数を当てはめること、複数のゾーンからの基準ゾーンの第１の線形関数がバルクターゲット指標値に到達する予想されるバルク終点時刻（以後、予想バルク終点時刻）を決定すること、前の任意の基板からの誤差値を使用することを含む、複数のゾーンのうちのそれぞれのゾーンの研磨パラメータを複数のゾーンが予想バルク終点時刻にほぼ同じ指標値を有するように調整すること、研磨を継続し、スペクトルを測定し、誤差値および指標値の第２のシーケンスを決定し、指標値の第２のシーケンスに第２の線形関数を当てはめること、基準ゾーンの第１の線形関数または第２の線形関数がクリアリングターゲット指標値に到達する予想されるクリアリング終点時刻（以後、予想クリアリング終点時刻）を決定すること、複数のゾーンの研磨を継続して、バルク終点時刻が過ぎるまでバルク材料層を除去すること、ならびに、前の任意の基板からの誤差値を使用することを含む、バルク終点時刻が過ぎた後に、研磨パラメータを調整して、複数のゾーンを研磨し、それによって残留材料層を除去することを含む。
【0008】
上に挙げた本発明の諸特徴を詳細に理解することができるように、そのうちのいくつかが添付図面に示された実施態様を参照することによって、上に概要を示した発明をより具体的に説明する。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施態様だけを示したものであり、したがって添付図面を本発明の範囲を限定するものと考えるべきではないことに留意すべきである。等しく有効な別の実施態様を本発明が受け入れる可能性があるためである。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】当技術分野で現在使用されている研磨方法を使用すると起こる基板の過研磨を示すプロットである。
【図3】２つの研磨ヘッドを有する研磨装置の一例の略断面図である。
【図4】多数のゾーンを有する基板の略上面図である。
【図6】インシトゥ光学モニタリングシステムによる測定スペクトルを示す図である。
【図7】基準スペクトルのライブラリを示す図である。
【図8】指標トレースを示す図である。
【図9】異なる基板の異なるゾーンの複数の指標トレースを示す図である。
【図10】基準ゾーンの指標トレースがターゲット指標に到達する時間に基づく、複数の調整可能ゾーンの複数の所望の傾きの計算を示す図である。
【図11】基準ゾーンの指標トレースがターゲット指標に到達する時間に基づく、複数の調整可能ゾーンの複数の所望の傾きの計算を示す図である。
【図12】異なるゾーンが異なるターゲット指標を有する、異なる基板の異なるゾーンの複数の指標トレースを示す図である。
【図13】基準ゾーンの指標トレースがターゲット指標に到達する時間に基づく、終点の計算を示す図である。
【図14A】誤差フィードバックを生成するための所望の傾きと実際の傾きの比較を４つの状況のうちの１つについて示す図である。
【図14B】誤差フィードバックを生成するための所望の傾きと実際の傾きの比較を４つの状況のうちの１つについて示す図である。
【図14C】誤差フィードバックを生成するための所望の傾きと実際の傾きの比較を４つの状況のうちの１つについて示す図である。
【図14D】誤差フィードバックを生成するための所望の傾きと実際の傾きの比較を４つの状況のうちの１つについて示す図である。
【図15】ターゲット指標と調整可能ゾーンが到達する実際の指標との比較を示す図である。
【図16A】１つまたは複数の基板の複数のゾーンの研磨速度を、それらの複数のゾーンがターゲット時刻にほぼ同じ厚さを有するように調整する例示的なプロセスの一実施態様の流れ図である。
【図16B】１つまたは複数の基板の複数のゾーンの研磨速度を、それらの複数のゾーンがターゲット時刻にほぼ同じ厚さを有するように調整する例示的なプロセスの一実施態様の流れ図である。
【図16C】１つまたは複数の基板の複数のゾーンの研磨速度を、それらの複数のゾーンがターゲット時刻にほぼ同じ厚さを有するように調整する例示的なプロセスの一実施態様の流れ図である。
【図16D】１つまたは複数の基板の複数のゾーンの研磨速度を、それらの複数のゾーンがターゲット時刻にほぼ同じ厚さを有するように調整する例示的なプロセスの一実施態様の流れ図である。
【図17】本明細書に記載された実施態様に基づく基板研磨方法を示すプロットである。
【図18】本明細書に記載された実施態様に基づく他の基板研磨方法を示すプロットである。
【図19】本明細書に記載された実施態様に基づく他の基板研磨方法を示すプロットである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本明細書に記載された実施態様は一般に、化学機械研磨プロセスのモニタリングおよび制御に関する。本明細書に記載された実施態様は、浅いトレンチ分離（ｓｈａｌｌｏｗ ｔｒｅｎｃｈ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ：「ＳＴＩ」）、置換金属ゲート（ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｍｅｔａｌ ｇａｔｅ：「ＲＭＧ」）層間誘電体（ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ：「ＩＬＤ」）などのＣＭＰプロセスの残留物クリアリングステップの動的制御を対象とする。残留物クリアリングプロセスの前にバルクＣＭＰ研磨レシピ（ｒｅｃｉｐｅ）を制御するため、現在、モータトルクエンドポイント（ｍｏｔｏｒ ｔｏｒｑｕｅ ｅｎｄｐｏｉｎｔ：「ＭＴ ＥＰ」）および動的なインシトゥプロファイル制御（ｉｎ−ｓｉｔｕ ｐｒｏｆｉｌｅ ｃｏｎｔｒｏｌ：「ＩＳＰＣ」）が使用されている。残留物クリアリングプロセス中も、同じバルクＣＭＰ研磨レシピを使用してクリアリングプロセスを制御する。ＩＳＰＣは通常、クリアリングプロセスが始まる前にフラットポストプロファイル（ｆｌａｔ ｐｏｓｔ ｐｒｏｆｉｌｅ）を達成することをターゲットとしているため、バルクＣＭＰ研磨プロセス中に使用されるＩＳＰＣ圧力は、クリアリングプロセス中に過補正を生じさせる傾向がある。
【0011】
本明細書に記載された実施態様は、ＣＭＰ研磨の残留物クリアリングプロセスを制御するいくつかの方法を提供する。動的ＩＳＰＣを使用して、残留物クリアリングが始まる前に研磨を制御し、次いで、クリアリングプロセス用の新たな研磨レシピを動的に計算する。このクリアリングレシピを計算するいくつかの異なる方法が開示される。最初に、ある種の実施態様では、Ｔ０またはＴ１でフィードバックする方法が使用されるときに、ＩＳＰＣソフトウェア内で、研磨後プロファイルおよびフィードバックオフセットが生成される。クリアリングプロセスが始まる前のＩＳＰＣによって生成された研磨プロファイルおよびフィードバックに基づいて、クリアリング後のフラットポストプロファイルをターゲットとする。クリアリングステップの推定時間は、以前に処理したウエハ（例えば以前の終点時刻の移動平均）に基づくことができる。より均一なクリアリングのため、計算された圧力を、より低い（またはより高い）ベースライン圧力にスケーリング（ｓｃａｌｉｎｇ）することができる。ある種の実施態様では、クリアリングの前にＩＳＰＣによって生成されたフィードバックに基づいて、クリアリング後のフラットな除去プロファイルをターゲットとする。より均一なクリアリングのため、計算された圧力を、より低い（またはより高い）ベースライン圧力にスケーリング（ｓｃａｌｉｎｇ）することができる。ある種の実施態様では、出力圧力が一定のクリアリングレシピが使用される。
【0012】
ある種の実施態様では、残留物クリアリングステップに入る前にフラットポストプロファイルを達成することをターゲットとする代わりに、動的ＩＳＰＣを使用して、クリアリングステップの終わりにフラットポストプロファイルを達成することをターゲットとする。ＩＳＰＣに対する推定される終点ターゲットレベルは、モータトルクエンドポイント法または他の終点制御方法によって処理された開ループウエハから決定することができる。このシナリオでは、バルク研磨とクリアリング研磨の両方に同じレシピを使用することができる。後続のウエハに対しては、ＩＳＰＣを使用して、研磨圧力および研磨終点を制御することができる。フィードバックを生成して、ＩＳＰＣアルゴリズムを自動的に更新することができる。フィードバックは、クリアリングの終わり、または過研磨の終わり、すなわち所望の厚さを過ぎて研磨されたときの指標に基づいて計算されることができる。この方法は、任意のＣＭＰ残留物クリアリングプロセスに拡張することができる。過研磨の有無にかかわらず研磨プロファイルを制御することができ、研磨時刻は、自動プロファイル制御（ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｐｒｏｆｉｌｅ ｃｏｎｔｒｏｌ：「ＡＰＣ」）、光学測定または他の摩擦測定を含む他の方法を使用して制御することができる。
【0013】
以下では、本明細書に記載された実施態様を、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．（米カリフォルニア州Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ）から入手可能なＭＩＲＲＡ（商標）、ＭＩＲＲＡ ＭＥＳＡ（商標）、ＲＥＦＬＥＸＩＯＮ（登録商標）、ＲＥＦＬＥＸＩＯＮ ＬＫ（商標）、ＲＥＦＬＥＸＩＯＮ（登録商標） ＧＴ（商標）化学機械平坦化システムなどの化学機械研磨プロセス機器を使用して実行できる平坦化プロセスおよび組成物に関して説明する。処理パッド、平坦化ウエブまたはこれらの組合せを使用する平坦化モジュールおよび回転、直線または他の平面運動で基板を平坦化面に対して移動させる平坦化モジュールを含む他の平坦化モジュールを、本明細書に記載された実施態様から利益を得るように適合させることもできる。さらに、本明細書に記載された方法または組成物を使用する化学機械研磨を可能にする任意のシステムを有利に使用することができる。装置の以下の説明は例示が目的であり、これを、本明細書に記載された実施態様の範囲を限定するものと理解または解釈すべきではない。
【0014】
図１は、現在使用されている研磨方法を使用することによって起こる基板の過研磨を示すプロット５である。ｘ軸は時間を表し、ｙ軸は、基板から除去されている材料の指標値を表す。ＩＴＢは、バルク研磨プロセスのターゲット厚さの指標値を表す。ＩＴＲは、残留物研磨プロセスのターゲット厚さの指標値を表す。Ｚ１およびＺ２は、基板表面の別々のゾーンを表す。ＴＥＢは、バルク研磨プロセスの研磨終点を表し、ＴＥＲは、残留物研磨プロセスまたはクリアリング研磨プロセスの研磨終点を表す。２つのゾーン（Ｚ１およびＺ２）が示されているが、基板は、任意の数のゾーンに分割することができる。基準ゾーンは所望の研磨プロファイルを示す。現行の研磨レシピは、モータトルクエンドポイントと動的インシトゥプロファイル制御（ＩＳＰＣ）の結合を使用して、ＩＴＢにおいて均一なプロファイルを達成する。ＩＴＢとＩＴＲの間の残留物クリアリングプロセスの間も、バルク研磨と同じＩＳＰＣレシピを使用して、クリアリングプロセスまたは残留材料除去プロセスを制御する。ＩＳＰＣは通常、クリアリングプロセスが始まる前にフラットポストプロファイルを達成することをターゲットとしているため、ＩＴＢとＴＥＢの交点においてフラットポストプロファイルを達成するのに使用したＩＳＰＣ圧力は、Ｚ１およびＺ２のＴＥＢとＴＥＲの間の区間によって示されているように、クリアリングプロセス中に過研磨につながる過補正を引き起こす傾向がある。
【0015】
図２Ａ〜図２Ｃは、研磨の前後の基板の略断面図である。ポリシリコン材料層、ドープされたポリシリコン層などの材料層１１、酸化シリコンなどの酸化物層１５、誘電体バリア、エッチング停止材料などの研磨／エッチング停止層２０に形成されたパターン形成されたフィーチャ画定域（ｆｅａｔｕｒｅ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ）３５を有する基板１０の基板表面を、フィーチャ画定域３５に充填するのに十分な量の誘電体充填材料３０のバルク堆積にかける。この誘電体充填材料は、酸化シリコンなどの第１の誘電体材料であり、誘電体バリアまたはエッチング停止材料は、窒化シリコンなどの第２の誘電体材料である。
【0016】
堆積させた誘電体充填材料３０は一般に、バルク誘電体材料の過剰な材料堆積４５を有し、材料堆積４５は、図２Ａに示されているように、さまざまな幅を有するフィーチャ画定域３５の上に通常は形成されるピークおよび凹みを有する平らでない表面トポグラフィ（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ）４０を有する。次いで、誘電体充填材料３０を、バルク終点時刻に終わる第１の研磨ステップで研磨して、図２Ｂに示されているように、研磨／エッチング停止層２０の上の誘電体充填材料３０の大部分を除去する。次いで、残った誘電体充填材料、すなわち残留誘電体材料５０を、第２の研磨ステップで、クリアリング終点時刻に終わる研磨にかけて、図２Ｃに示されているように、フィーチャ６０が分離された平坦化された表面を形成する。
【0017】
図３は、研磨装置の例１００を示す。研磨装置１００は、その上に研磨パッド１１０が位置する回転可能な円板形プラテン１２０を含む。プラテン１２０は、軸１２５を中心にして回転するように動作可能である。例えば、モータ１２１が駆動シャフト１２４を回して、プラテン１２０を回転させることができる。研磨パッド１１０は、例えば接着剤の層によって、プラテン１２０に取外し可能に固定することができる。研磨パッド１１０は、外側研磨層１１２とより軟かいバッキング層１１４とを有する２層研磨パッドとすることができる。
【0018】
研磨装置１００は、複合スラリ／洗浄剤アーム１３０を含むことができる。研磨中、アーム１３０は、研磨パッド１１０上にスラリなどの研磨液１３２を分与するように動作可能である。１本のスラリ／洗浄剤アーム１３０だけが示されているが、キャリアヘッドごとに１つまたは複数の専用スラリアームを使用するなど、追加のノズルを使用することもできる。研磨装置はさらに、研磨パッド１１０を研磨して研磨パッド１１０を首尾一貫した研磨状態に維持する研磨パッドコンディショナを含むことができる。
【0019】
この実施態様では、研磨装置１００が、２つ（または２つ以上）のキャリアヘッド１４０を含む。キャリアヘッド１４０はそれぞれ、研磨パッド１１０、すなわち同じ研磨パッドに対して基板１０を保持する（例えば一方のキャリアヘッドで第１の基板１０ａを保持し、もう一方のキャリアヘッドで第２の基板１０ｂを保持する）ように動作可能である。キャリアヘッド１４０はそれぞれ、対応するそれぞれの基板に関連した研磨パラメータ、例えば圧力の独立制御を有することができる。いくつかの実施態様では、研磨装置１００が多数のキャリアヘッドを含み、それらのキャリアヘッド（および保持された基板）が、同じ研磨パッドの上ではなく異なる研磨パッドの上に配置される。このような実施態様に対して、同じプラテン上の多数の基板の終点を同時にするという以下の議論は当てはまらないが、（単一の基板上ではあるが）多数のゾーンの終点を同時にするという議論は当てはまると考えられる。
【0020】
さらに説明すると、キャリアヘッド１４０はそれぞれ、軟性膜１４４の下方に基板１０を保持する保持環１４２を含むことができる。キャリアヘッド１４０はそれぞれさらに、この膜によって画定された独立に制御可能な複数の加圧可能チャンバ、例えば３つのチャンバ１４６ａ〜１４６ｃを含み、それらのチャンバは、軟性膜１４４上したがって基板１０上の関連ゾーン１４８ａ〜１４８ｃ（図４参照）に、独立に制御可能な圧力を加えることができる。図４を参照すると、中心ゾーン１４８ａは実質的に円形とすることができ、残りのゾーン１４８ｂ〜１４８ｃは、中心ゾーン１４８ａの周囲の同心環状ゾーンとすることができる。図解を容易にするため、図３および図４には３つのチャンバだけが示されているが、２つのチャンバまたは４つ以上のチャンバ、例えば５つのチャンバを含むこともできる。
【0021】
再び図３を参照すると、キャリアヘッド１４０はそれぞれ、支持構造体１５０、例えばカルーセル（ｃａｒｏｕｓｅｌ）から吊り下げられており、駆動シャフト１５２によってキャリアヘッド回転モータ１５４に、軸１５５を中心にして回転することができるように接続されている。任意選択で、キャリアヘッド１４０はそれぞれ、例えば支持構造体１５０上のスライダ上で、またはカルーセル自体の回転振動によって、横方向に振動することができる。動作時、プラテンはその中心軸１２５を中心に回転し、キャリアヘッドはそれぞれその中心軸１５５を中心に回転し、さらに研磨パッドの上面を横切って横方向に平行移動する。
【0022】
２つのキャリアヘッド１４０だけが示されているが、追加の基板を保持するためにそれよりも多くのキャリアヘッドを提供して、研磨パッド１１０の表面積を効率的に使用することができるようにすることもできる。したがって、基板を保持するように適合された同時研磨プロセス用のキャリアヘッドアセンブリの数は、少なくとも部分的には、研磨パッド１１０の表面積に基づくことができる。
【0023】
この研磨装置はさらに、研磨速度を調整するかどうか、すなわち上で論じた研磨速度の調整を判定する目的に使用することができるインシトゥモニタリングシステム１６０を含む。インシトゥモニタリングシステム１６０は、光学モニタリングシステム、例えば分光写真（ｓｐｅｃｔｒｏｇｒａｐｈｉｃ）モニタリングシステム、または渦電流モニタリングシステムを含むことができる。
【0024】
一実施態様では、モニタリングシステム１６０が光学モニタリングシステムである。開孔（すなわちパッドの貫いて延びる穴）または固体窓１１８を含めることによって、研磨パッドを貫通する光学通路（ｏｐｔｉｃａｌ ａｃｃｅｓｓ）が提供される。固体窓１１８は、例えば研磨パッドの開孔を塞ぐプラグとして研磨パッド１１０に固定すること、例えば研磨パッドに成形すること、または研磨パッドに接着剤で固定することができるが、いくつかの実施態様では、固体窓がプラテン１２０上に支持され、研磨パッドの開孔の中へ突き出ることもできる。
【0025】
光学モニタリングシステム１６０は、光源１６２と、光検出器１６４と、光源１６２および光検出器１６４とリモートコントローラ１９０、例えばコンピュータとの間で信号を送受信する回路１６６とを含むことができる。１本または数本の光ファイバを使用して、光源１６２からの光を研磨パッドの光学通路に伝送し、基板１０から反射された光を検出器１６４に伝送することができる。例えば、二又の光ファイバ１７０を使用して、光源１６２からの光を基板１０に伝送し、次いで検出器１６４へ戻すことができる。この二又の光ファイバは、光学通路の近くに配置された幹線１７２と、それぞれ光源１６２および検出器１６４に接続された２本の枝線１７４および１７６とを含むことができる。
【0026】
いくつかの実施態様では、プラテンの上面が、二又ファイバの幹線１７２の一端を保持した光学ヘッド１６８がはめ込まれた凹み１２８を含むことができる。光学ヘッド１６８は、幹線１７２の先端と固体窓１１８の間の垂直距離を調整する機構を含むことができる。
【0027】
回路１６６の出力は、駆動シャフト１２４内の回転結合器１２９、例えばスリップリングを通って光学モニタリングシステムのコントローラ１９０に達するディジタル電子信号とすることができる。同様に、コントローラ１９０から回転結合器１２９を通って光学モニタリングシステム１６０に達するディジタル電子信号中の制御コマンドに応答して、光源をオンまたはオフにすることができる。あるいは、回路１６６は、無線信号によってコントローラ１９０と通信することもできる。
【0028】
光源１６２は、白色光を発射するように動作可能な光源とすることができる。一実施態様では、発射される白色光が、波長２００〜８００ナノメートルの光を含む。適当な光源は、キセノンランプまたはキセノン水銀ランプである。
【0029】
光検出器１６４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分にわたって光の強度を測定する光学機器である。適当な分光計は格子分光計である。分光計の典型的な出力は、波長（または周波数）の関数としての光の強度である。
【0030】
上記のとおり、光源１６２および光検出器１６４は、光源１６２および光検出器１６４の動作を制御し、光源１６２および光検出器１６４の信号を受信するように動作可能なコンピューティングデバイス、例えばコントローラ１９０に接続することができる。このコンピューティングデバイスは、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、このコンピューティングデバイスは例えば、光源の起動とプラテン１２０の回転とを同期させることができる。
【0031】
いくつかの実施態様では、インシトゥモニタリングシステム１６０の光源１６２および検出器１６４がプラテン１２０の中に設置され、プラテン１２０と一緒に回転する。この場合、プラテンが運動することによって、センサが、それぞれの基板を走査する。具体的には、プラテン１２０が回転しているときに、コントローラ１９０は、光源１６２に、それぞれの基板１０が光学通路の上を通る直前に始まり、それぞれの基板１０が光学通路の上を通過した直後に終わる一連の閃光を発射させることができる。あるいは、このコンピューティングデバイスは、光源１６２に、それぞれの基板１０が光学通路の上を通る直前に始まり、それぞれの基板１０が光学通路の上を通過した直後に終わる連続光を発射させることもできる。いずれの場合も、検出器からの信号をあるサンプリング期間にわたって統合して、スペクトル測定値をあるサンプリング頻度で生成することができる。
【0032】
動作時、コントローラ１９０は例えば、光源の特定の閃光または検出器の時間枠の間に光検出器が受け取った光のスペクトルを記述した情報を携えた信号を受信することができる。したがって、このスペクトルは、研磨中にインシトゥで測定されたスペクトルである。
【0033】
プラテンの中に検出器が設置されている場合には、図５Ａに示されているように、プラテンの回転（矢印２０４によって示されている）によって一方のキャリアヘッド（例えば第１の基板１０ａを保持しているキャリアヘッド）の下を窓１０８が移動すると、あるサンプリング頻度でスペクトル測定を実施している光学モニタリングシステムは、第１の基板１０ａを横切る弧に沿った位置２０１でスペクトル測定を実施する。例えば、点２０１ａ〜２０１ｋはそれぞれ、モニタリングシステムによる第１の基板１０ａのスペクトル測定位置を表す（点の数は例であり、サンプリング頻度に応じて、図示された数よりも多くのまたは図示された数よりも少数の測定を実施することができる）。示されているとおり、プラテンが１回転する間に、基板１０ａ上の異なる半径からスペクトルが得られる。すなわち、いくつかのスペクトルは基板１０ａの中心により近い位置から得られ、いくつかのスペクトルは縁により近い位置から得られる。同様に、図５Ｂに示されているように、プラテンの回転によってもう一方のキャリアヘッド（例えば第２の基板１０ｂを保持しているキャリアヘッド）の下を窓が移動すると、サンプリング頻度でスペクトル測定を実施している光学モニタリングシステムは、第２の基板１０ｂを横切る弧に沿った位置２０２でスペクトル測定を実施する。
【0034】
したがって、プラテンの所与の任意の回転について、コントローラは、タイミング情報およびモータ符号器の情報に基づいて、どちらの基板、例えば基板１０ａまたは１０ｂがその測定スペクトルの源であるのかを決定することができる。加えて、光学モニタリングシステムによる基板、例えば基板１０ａまたは１０ｂの所与の任意の走査について、コントローラ１９０は、タイミング情報、モータ符号器情報ならびに基板の縁および／または保持環の光学検出に基づいて、その走査によるそれぞれの測定スペクトルの（走査されている特定の基板１０ａまたは１０ｂの中心に対する）半径位置を計算することができる。測定スペクトルの基板および基板上の位置を決定するための追加のデータを提供するため、この研磨システムはさらに、回転位置センサ、例えば固定された光学的断続器を通過するプラテンの縁に取り付けられたフランジ（ｆｌａｎｇｅ）を含むことができる。したがって、コントローラは、さまざまな測定スペクトルを、基板１０ａおよび１０ｂ上の制御可能なゾーン１４８ａ〜１４８ｃ（図４参照）に関連づけることができる。いくつかの実施態様では、スペクトルの測定時刻を、半径位置の正確な計算の代替として使用することができる。
【0035】
プラテンが多数回、回転する間に、それぞれの基板のそれぞれのゾーンについて、スペクトルのシーケンスを経時的に得ることができる。特定の理論だけに限定されないが、基板１０から反射した光のスペクトルは、研磨が進むにつれて（例えば、基板を横切る１回のスイープ（ｓｗｅｅｐ）の間にではなく、プラテンが多数回、回転する間に）、最外層の厚さが変化することにより徐々に変化し、したがって時間変化するスペクトルのシーケンスを与える。さらに、特定の厚さの層スタックは特定のスペクトルを示す。
【0036】
いくつかの実施態様では、測定スペクトルを多数の基準スペクトルと比較して、どの基準スペクトルがベストマッチを提供するのかを決定するように、コントローラ、例えばコンピューティングデバイスをプログラムすることができる。具体的には、それぞれの基板のそれぞれのゾーンからの測定スペクトルのシーケンス中のそれぞれのスペクトルを多数の基準スペクトルと比較して、それぞれの基板のそれぞれのゾーンについて、最も良く一致する（ｂｅｓｔ ｍａｔｃｈｉｎｇ）基準スペクトルのシーケンスを生成するように、コントローラをプログラムすることができる。
【0037】
本明細書で使用されるとき、基準スペクトルは、基板を研磨する前に生成された予め決められたスペクトルである。基準スペクトルは、実際の研磨速度が予想される研磨速度に従うと仮定した場合にそのスペクトルが現れると予想される研磨プロセス中の時刻を表す値との予め決められた関連（ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）、すなわち研磨操作の前に決められた関連を有することができる。あるいは、またはそれに加えて、基準スペクトルは、最外層の厚さなどの基板特性の値との予め決められた関連を有することもできる。
【0038】
基準スペクトルは、例えば試験基板、例えば初期の層厚が分かっている試験基板からスペクトルを測定することによって経験的に生成することができる。例えば、複数の基準スペクトルを生成するためには、デバイスウエハの研磨中に使用されるであろう研磨パラメータと同じ研磨パラメータを使用してセットアップ基板（ｓｅｔ−ｕｐ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）を研磨し、その間に、スペクトルのシーケンスを集める。それぞれのスペクトルについて、そのスペクトルが集められた研磨プロセス中の時刻を表す値を記録する。例えば、この値を、経過時間またはプラテン回転数とすることができる。ターゲット厚さが達成されたときに基板から反射された光のスペクトルを得ることができるように、この基板を過研磨することができる。
【0039】
それぞれのスペクトルを、ある基板特性の値、例えば最外層の厚さに関連づけるために、製品基板と同じパターンを有する「セットアップ」基板の初期のスペクトルおよび特性を、研磨前に計測ステーションで測定することができる。研磨後に、最終のスペクトルおよび特性を、同じ計測ステーションまたは別の計測ステーションで測定することもできる。初期のスペクトルと最終スペクトルの間のスペクトルの特性は補間、例えば試験基板のスペクトルを測定した経過時間に基づく直線補間によって決定することができる。
【0040】
経験的に決定されることに加えて、基準スペクトルの一部または全部を、理論によって、例えば基板層の光学モデルを使用することによって、計算することもできる。例えば、光学モデルを使用して、外層の所与の厚さＤに対する基準スペクトルを計算することができる。例えば外層が均一な研磨速度で除去されると仮定することによって、その基準スペクトルが集められるであろう研磨プロセス中の時刻を表す値を計算することができる。例えば、特定の基準スペクトルに対する時刻ＴＳは、単純に出発厚さＤ０および均一な研磨速度Ｒを仮定することによって計算することができる（ＴＳ＝（Ｄ０−Ｄ）／Ｒ）。他の例として、光学モデルに対して使用される厚さＤに基づく研磨前および研磨後の厚さＤ１、Ｄ２（または計測ステーションで測定された他の厚さ）の測定時刻Ｔ１、Ｔ２間の直線補間を実行することもできる（ＴＳ＝Ｔ２−Ｔ１×（Ｄ１−Ｄ）／（Ｄ１−Ｄ２））。
【0041】
図６および図７を参照すると、研磨中に、測定スペクトル３００（図６参照）を、１つまたは複数のライブラリ３１０からの基準スペクトル３２０（図７参照）と比較することができる。本明細書で使用されるとき、基準スペクトルのライブラリは、ある特性を共有する基板を表す基準スペクトルの集合である。しかしながら、単一のライブラリ中で共有される特性は、基準スペクトルの多数のライブラリ間で異なることがある。例えば、２つの異なるライブラリは、下にある２つの異なる厚さを有する基板を表す基準スペクトルを含むことがありうる。基準スペクトルの所与のライブラリでは、（ウエハパターンの違い、下層の厚さ、層組成などの）他の因子ではなく、上位層の厚さの変動が、スペクトル強度の差の主たる原因であることがある。
【0042】
異なるライブラリ３１０の基準スペクトル３２０は、異なる基板特性（例えば下層の厚さまたは層組成）を有する多数の「セットアップ」基板を研磨し、上で論じたとおりにスペクトルを集めることによって生成することができる。１枚のセットアップ基板からのスペクトルは第１のライブラリを提供することができ、下層の厚さが異なる別の基板からのスペクトルは第２のライブラリを提供することができる。あるいは、またはそれに加えて、異なるライブラリの基準スペクトルを理論によって計算することもできる。例えば、第１のライブラリのスペクトルは、下層が第１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、第２のライブラリのスペクトルは、下層が異なる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。
【0043】
いくつかの実施態様では、それぞれの基準スペクトル３２０に指標値３３０が割り当てられる。一般に、それぞれのライブラリ３１０は、多くの基準スペクトル３２０を含むことができ、例えば、基板の予想される研磨時間の間のプラテンの回転ごとに１つまたは複数、例えば正確に１つの基準スペクトルを含むことができる。この指標３３０は、その基準スペクトル３２０が観察されると予想される研磨プロセス中の時刻を表す値、例えば数とすることができる。特定のライブラリ中のスペクトルがそれぞれ固有の指標値を有するようにスペクトルに指標付けすることができる。この指標付けは、それらのスペクトルが測定された順に指標値が配列されるように実施することができる。指標値は、研磨が進むにつれて単調に変化するように、例えば研磨が進むにつれて増大または低減するように選択することができる。具体的には、基準スペクトルの指標値は、それらの指標値が、時間またはプラテン回転数の線形関数を形成するように選択することができる（研磨速度は、そのライブラリ内の基準スペクトルを生成するのに使用するモデルまたは試験基板の研磨速度に従うと仮定する）。例えば、指標値は、試験基板ではその基準スペクトルが測定されたときのプラテン回転数、または光学モデルではその基準スペクトルが現れると考えられるときのプラテン回転数に比例することができ、例えばこのようなプラテン回転数と同一とすることができる。したがって、それぞれの指標値は整数であることができる。この指標数は、関連するスペクトルが現れると考えられるときの予想されるプラテン回転を表すことができる。
【0044】
これらの基準スペクトルおよびそれらの関連指標値を参照ライブラリに記憶することができる。例えば、それぞれの基準スペクトル３２０およびその関連指標値３３０を、データベース３５０のレコード３４０に記憶することができる。基準スペクトルの参照ライブラリのデータベース３５０は、研磨装置のコンピューティングデバイスの記憶装置内に実装することができる。
【0045】
いくつかの実施態様では、所与の一群の基板に対して基準スペクトルを自動的に生成することができる。一群の基板のうちの最初の基板、または新たなデバイス／マスクパターンを有する最初の基板を研磨し、その間に、光学モニタリングシステムが、（図１１〜図１３に関して後に論じる）研磨速度の制御なしでスペクトルを測定する。これによって、この最初の基板のスペクトルのシーケンスが生成され、その際には、窓が基板の下をスイープするごとに、例えばプラテンが１回転することに、１ゾーンにつき少なくとも１つのスペクトルを生成する。
【0046】
この最初の基板のスペクトルのシーケンスから、一組の基準スペクトル、例えばそれぞれのゾーンに対する一組の基準スペクトルが自動的に生成される。手短に言えば、最初の基板から測定されたスペクトルが基準スペクトルになる。より具体的には、最初の基板のそれぞれのゾーンから測定されたスペクトルがそのゾーンの基準スペクトルになる。それぞれの基準スペクトルは、最初の基板からその基準スペクトルが測定されたときのプラテン回転数に関連づけられる。特定のプラテン回転における最初の基板の特定のゾーンに対する測定スペクトルが多数ある場合には、それらの測定スペクトルを結合して、例えばそれらの測定スペクトルを平均して、そのプラテン回転に対する平均スペクトルを生成することができる。あるいは、参照ライブラリが、それぞれのスペクトルを別個の基準スペクトルとして単純に保持し、後述するように、後続の基板の測定スペクトルをそれぞれの基準スペクトルと比較して、ベストマッチを見つけることもできる。任意選択で、データベースは、基準スペクトルのデフォルトセット（ｄｅｆａｕｌｔ ｓｅｔ）を記憶することができ、それらの基準スペクトルは次いで、最初の基板のスペクトルのシーケンスから生成された一組の基準スペクトルに置き換えられる。
【0047】
上記のとおり、ターゲット指標値も自動的に生成することができる。いくつかの実施態様では、最初の基板を、固定された研磨時間の間研磨し、その固定された研磨時間の終わりのプラテン回転数をターゲット指標値として設定することができる。いくつかの実施態様では、固定された研磨時間の代わりに、（例えば米国特許第８，２９２，６９３号として発行された米国特許出願第１２／６２５，４８０号に記載されている）ファクトリーホスト（ｆａｃｔｏｒｙ ｈｏｓｔ）またはＣＭＰツールからのある形態のウエハ−ウエハフィードフォワードまたはフィードバック制御を使用して、最初のウエハの研磨時間を調整することができる。調整された研磨時間の終わりのプラテン回転数をターゲット指標値として設定することができる。
【0048】
いくつかの実施態様では、図３に示されているように、研磨システムが、（分光写真光学モニタリングシステム１６０以外の）別の終点検出システム（図示せず）、例えば摩擦測定（例えば米国特許第７，５１３，８１８号に記載されている）、渦電流（例えば米国特許第６，９２４，６４１号に記載されている）、モータトルク（例えば米国特許第５，８４６，８８２号に記載されている）または単色光、例えばレーザ（例えば米国特許第６，７１９，８１８号に記載されている）を使用した終点検出システム（図示せず）を含むことができる。この別の終点検出システムは、プラテンの別個の凹み、または光学モニタリングシステム１６０と同じ凹み１２８の中に置くことができる。さらに、図３ではプラテン１２０の回転軸の反対側に示されているが、これは必須ではない。終点検出システムのセンサは、光学モニタリングシステム１６０と同じ、軸１２５からの半径距離を有することができる。この別の終点検出システムを使用して最初の基板の研磨終点を検出することができ、この別の終点検出システムが終点を検出した時刻におけるプラテン回転数をターゲット指標値として設定することができる。いくつかの実施態様では、最初の基板の研磨後の厚さを測定することができ、上記の技法のうちの１つ技法によって決定した初期のターゲット指標値を、例えば直線スケーリング（ｌｉｎｅａｒ ｓｃａｌｉｎｇ）によって、例えばターゲット厚さと研磨後の測定厚さの比を乗じることによって調整することができる。
【0049】
さらに、処理された新たな基板および新たな所望の終点時刻に基づいて、ターゲット指標値をさらに改良することができる。いくつかの実施態様では、最初の基板だけを使用してターゲット指標値をセットする代わりに、以前に研磨した多数の基板に基づいて、例えば、ウエハ−ウエハフィードフォワードまたはフィードバック制御または上記の別の終点検出システムによって示された終点時刻を結合する、例えば加重平均することによって、ターゲット指標を動的に決定することができる。この計算には、以前に研磨した予め決められた数の基板、例えば現在の基板の直前に研磨した４つ以下の基板を使用することができる。
【0050】
いずれにしても、ターゲット指標値が決定された後、１つまたは複数のゾーンに加えられる圧力を調整して、それらのゾーンが、このような調整がなされない場合よりも同時により近い時刻にターゲット指標に到達するようにする（またはそれらのゾーンが、予想される終点時刻（以後、予想終点時刻）に、それらのゾーンのターゲット指標により近くなるようにする）後述する技法を使用して、後続の１つまたは複数の基板を研磨することができる。
【0051】
上記のとおり、それぞれの基板のそれぞれのゾーンについて、測定スペクトルのシーケンスまたはそのゾーンおよび基板に基づいて、最も良く一致するスペクトルのシーケンスを生成するように、コントローラ１９０をプログラムすることができる。最も良く一致する基準スペクトルは、測定スペクトルを、特定のライブラリの基準スペクトルと比較することによって決定することができる。
【0052】
いくつかの実施態様では、測定スペクトルと基準スペクトルの差の２乗の和を計算することによって、最も良く一致する基準スペクトルを決定することができる。この差の２乗の和が最も小さい基準スペクトルがベストフィットを有する。最も良く一致する基準スペクトルを見つけ出す他の技法も可能である。
【0053】
コンピュータ処理を減らすために適用することができる方法は、一致するスペクトルを探索するライブラリの部分を制限する方法である。ライブラリは通常、基板を研磨している間に得られるスペクトルの範囲よりも広い範囲のスペクトルを含む。基板研磨の間、ライブラリの探索を、ライブラリスペクトルの所定の範囲に制限する。いくつかの実施態様では、研磨している基板の現在の回転指標Ｎを決定する。例えば、最初のプラテン回転では、そのライブラリの全ての基準スペクトルを探索することによってＮを決定することができる。後続の回転の間に得られるスペクトルについては、Ｎのフリーダム（ｆｒｅｅｄｏｍ）の範囲内でライブラリを探索する。すなわち、１つの回転中に指標数がＮであることが分かった場合、Ｘ回転後の後続の回転中には、フリーダムがＹである場合、（Ｎ＋Ｘ）−Ｙから（Ｎ＋Ｘ）＋Ｙまでの範囲を探索する。
【0054】
単一の基板の単一のゾーンだけの結果を示す図８を参照すると、シーケンス中の最も良く一致するそれぞれのスペクトルの指標値を決定して、指標値２１２の時間変化するシーケンスを生成することができる。指標値のこのシーケンスを指標トレース２１０と呼ぶことができる。いくつかの実施態様では、それぞれの測定スペクトルを、正確に１つのライブラリからの基準スペクトルと比較することによって、指標トレースを生成する。一般に、指標トレース２１０は、基板の下を光学モニタリングシステムがスイープするごとに１つ、例えば正確に１つの指標値を含むことができる。
【0055】
光学モニタリングシステムの１回のスイープで特定の基板およびゾーンに対して測定された多数のスペクトル（「現在のスペクトル」と呼ぶ）がある所与の指標トレース２１０については、それぞれの現在のスペクトルと１つまたは複数のライブラリ、例えば正確に１つのライブラリの基準スペクトルとの間のベストマッチを決定することができる。いくつかの実施態様では、選択されたそれぞれの現在のスペクトルを、選択された１つまたは複数のライブラリのそれぞれの基準スペクトルと比較する。例えば現在のスペクトルｅ、ｆおよびｇならびに基準スペクトルＥ、ＦおよびＧがある場合、現在のスペクトルと基準スペクトルの以下のそれぞれの組合せについて一致係数（ｍａｔｃｈｉｎｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）を計算することができる：ｅとＥ、ｅとＦ、ｅとＧ、ｆとＥ、ｆとＦ、ｆとＧ、ｇとＥ、ｇとＦおよびｇとＧ。一致係数がベストマッチを示すもの、例えば一致係数が最も小さいものが、最も良く一致する基準スペクトル、したがって指標値を決定する。あるいは、いくつかの実施態様では、これらの現在のスペクトルを結合、例えば平均し、その結果得られた結合されたスペクトルを基準スペクトルと比較して、ベストマッチ、したがって指標値を決定することができる。
【0056】
いくつかの実施態様では、いくつかの基板の少なくもいくつかのゾーンについて、複数の指標トレースを生成することができる。所与の基板の所与のゾーンについて、関心の参照ライブラリごとに、指標トレースを生成することができる。すなわち、関心の参照ライブラリごとに、所与の基板の所与のゾーンに対して、測定スペクトルのシーケンス中のそれぞれの測定スペクトルを、所与のライブラリからの基準スペクトルと比較し、最も良く一致する基準スペクトルのシーケンスを決定し、最も良く一致する基準スペクトルのシーケンスの指標値が、その所与のライブラリに対する指標トレースを提供する。
【0057】
要約すると、指標トレースはそれぞれ指標値２１２のシーケンス２１０を含み、シーケンスの特定の指標値２１２はそれぞれ、測定スペクトルに対する最も近いフィット（ｃｌｏｓｅｓｔ ｆｉｔ）である、所与のライブラリの基準スペクトルの指標を選択することによって生成される。指標トレース２１０のそれぞれの指標の時刻値は、測定スペクトルが測定された時刻と同じとすることができる。
【0058】
図９を参照すると、複数の指標トレースが示されている。上で論じたとおり、それぞれの基板のそれぞれのゾーンに対して指標トレースを生成することができる。例えば、第１の基板の第１のゾーンに対して指標値２１２（白抜きの円によって示されている）の第１のシーケンス２１０を生成することができ、第１の基板の第２のゾーンに対して指標値２２２（塗りつぶされた四角によって示されている）の第２のシーケンス２２０を生成することができ、第２の基板の第１のゾーンに対して指標値２３２（塗りつぶされた円によって示されている）の第３のシーケンス２３０を生成することができ、第２の基板の第２のゾーンに対して指標値２４２（白抜きの円によって示されている）の第４のシーケンス２４０を生成することができる。
【0059】
図９に示されているように、それぞれの基板指標トレースについて、関連ゾーンおよびウエハの指標値のシーケンスに、既知の次数の多項式関数、例えば線形関数（例えば直線）を、例えばロバスト（ｒｏｂｕｓｔ）な直線の当てはめを使用して当てはめる。例えば、第１の基板の第１のゾーンに対する指標値２１２に第１の直線２１４を当てはめることができ、第１の基板の第２のゾーンの指標値２２２に第２の直線２２４を当てはめることができ、第２の基板の第１のゾーンの指標値２３２に第３の直線２３４を当てはめることができ、第２の基板の第２のゾーンの指標値２４２に第４の直線２４４を当てはめることができる。指標値への直線の当てはめは、直線の傾きＳおよび直線が出発指標値、例えば０を横切るｘ軸交差時刻Ｔの計算を含むことができる。この関数は、Ｉ（ｔ）＝Ｓ（ｔ−Ｔ）の形で表すことができる。ｔは時刻である。ｘ軸交差時刻Ｔは負の値をとりうる。ｘ軸交差時刻Ｔが負であることは、基板層の出発厚さが予想よりも薄いことを示す。したがって、第１の直線２１４は、第１の傾きＳ１および第１のｘ軸交差時刻Ｔ１を有することができ、第２の直線２２４は、第２の傾きＳ２および第２のｘ軸交差時刻Ｔ２を有することができ、第３の直線２３４は、第３の傾きＳ３および第３のｘ軸交差時刻Ｔ３を有することができ、第４の直線２４４は、第４の傾きＳ４および第４のｘ軸交差時刻Ｔ４を有することができる。
【0060】
多数の基板が、例えば同じ研磨パッド上で同時に研磨されている場合、基板間の研磨速度の変動は、それらの基板が異なる時刻にそれらの基板のターゲット厚さに到達することにつながりうる。一方で、それらの基板に対する研磨を同時に停止させた場合、一部の基板は所望の厚さを有しない。他方、それらの基板に対する研磨を異なる時刻に止めた場合には、一部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動作している。
【0061】
それぞれの基板のそれぞれのゾーンの研磨速度をインシトゥ測定によって決定することによって、ターゲット厚さに対する予測される終点時刻（以後、予測終点時刻）またはターゲット終点時刻に対する予測される厚さを、それぞれの基板のそれぞれのゾーンに対して決定することができ、それらの基板がより近い終点条件を達成するように、少なくとも１つの基板の少なくとも１つのゾーンの研磨速度を調整することができる。「より近い終点条件」は、それらの基板のそれらのゾーンが、このような調整がなされない場合よりも同時により近い時刻にターゲット厚さに到達するであろうこと、または、それらの基板が研磨を同時に停止させた場合に、それらの基板のそれらのゾーンが、このような調整がなされない場合よりも同じ厚さにより近い厚さを有するであろうことを意味する。
【0062】
研磨プロセス中のある時刻、例えば時刻Ｔ０に、少なくとも１つの基板の少なくとも１つのゾーン、例えば全ての基板の少なくとも１つのゾーンの研磨パラメータを調整して、このような調整がなされない場合よりも、複数の基板の複数のゾーンが、研磨終点時刻において、それらのゾーンのターゲット厚さにより近くなるように、基板のゾーンの研磨速度を調整する。いくつかの実施態様では、複数の基板のそれぞれのゾーンが、終点時刻においてほぼ同じ厚さを有することができる。
【0063】
図１０を参照すると、いくつかの実施態様では、１つの基板の１つのゾーンを基準ゾーンとして選択し、基準ゾーンがターゲット指標ＩＴに到達する予測終点時刻ＴＥを決定する。ある種の実施態様では、予測終点時刻ＴＥを、予測残留物クリアリング終点時刻（ＴＥＲ）の予測バルク終点時刻（ＴＥＢ）とすることができる。例えば、図１０に示されているように、第１の基板の第１のゾーンを基準ゾーンとして選択する。別のゾーンおよび／または別の基板を選択することもできる。使用者は、研磨操作の前にターゲット厚さＩＴを設定し、それを記憶する。
【0064】
基準ゾーンがターゲット指標に到達する予測時刻を決定するために、基準ゾーンの直線、例えば直線２１４とターゲット指標ＩＴとの交点を計算することができる。残りの研磨プロセスを通して研磨速度が予想される研磨速度から外れないと仮定すると、指標値のシーケンスは、実質的に直線的な推移を維持するはずである。したがって、予想終点時刻ＴＥは、その直線のターゲット指標ＩＴへの単純な直線補間として、例えばＩＴ＝Ｓ（ＴＥ−Ｔ）として計算することができる。したがって、関連する第３の直線２３４を有する第２の基板の第１のゾーンが基準ゾーンとして選択された図１１の例では、ＩＴ＝Ｓ１（ＴＥ−Ｔ１）、すなわちＴＥ＝ＩＴ／Ｓ１−Ｔ１である。
【0065】
基準ゾーン以外の（他の基板上のゾーンを含む）１つまたは複数のゾーン、例えば全てのゾーンを調整可能ゾーンと規定することができる。それらの調整可能ゾーンの直線が予想終点時刻ＴＥと交わるところがそれらの調整可能ゾーンの予測される終点を規定する。したがって、それぞれの調整可能ゾーンの線形関数、例えば図１１の直線２２４、２３４および２４４を使用して、予想終点時刻ＥＴにおいてその関連ゾーンに対して達成される指標、例えばＥＩ２、ＥＩ３およびＥＩ４を外挿することができる。例えば、第２の直線２２４を使用して、予想終点時刻ＥＴにおける第１の基板の第２のゾーンの予想される指標ＥＩ２を外挿することができ、第３の直線２３４を使用して、予想終点時刻ＥＴにおける第２の基板の第１のゾーンの予想される指標ＥＩ３を外挿することができ、第４の直線を使用して、予想終点時刻ＥＴにおける第２の基板の第２のゾーンの予想される指標ＥＩ４を外挿することができる。
【0066】
図１１に示されているとおり、時刻Ｔ０の後にどの基板のどのゾーンの研磨速度も調整しない場合、全ての基板の終点を強制的に同じ時刻にした場合にそれぞれの基板が異なる厚さを有することがあり、またはそれぞれの基板が異なる終点時刻を有することがある（これは、欠陥およびスループットの損失につながりうるため望ましくない）。ここで、例えば、（直線２２４によって示されている）第１の基板の第２のゾーンは、終点で、第１の基板の第１のゾーンの予想される指標よりも大きな予想される指標ＥＩ２（したがって第１の基板の第１のゾーンよりも小さな厚さ）を有するであろう。同様に、第２の基板の第１のゾーンは、終点で、第１の基板の第１のゾーンよりも小さな予想される指標ＥＩ３（したがって第１の基板の第１のゾーンよりも大きな厚さ）を有するであろう。
【0067】
図１１に示されているように、異なる基板が異なる時刻にターゲット指標に到達する場合（または、同義には、調整可能ゾーンが、基準ゾーンの予測終点時刻において異なる予想される指標を有する）には、それらの基板が、このような調整がなされない場合よりも同時により近い時刻に、例えばほぼ同じ時刻に、ターゲット指標（したがってターゲット厚さ）に到達するように、または、それらの基板が、ターゲット時刻において、このような調整がなされない場合よりも同じ指標値により近い指標値（したがって同じ厚さにより近い長さ）、例えばほぼ同じ指標値（したがってほぼ同じ厚さ）を有するように、研磨速度を上方または下方へ調整することができる。
【0068】
したがって、図１０の例では、時刻Ｔ０を始点として、第１の基板の第２のゾーンに対する少なくとも１つの研磨パラメータを、そのゾーンの研磨速度が低下するように（その結果、指標トレース２２０の傾きが低下するように）修正する。さらに、この例では、第２の基板の第１のゾーンに対する少なくとも１つの研磨パラメータを、そのゾーンの研磨速度が低下するように（その結果、指標トレース２３０の傾きが低下するように）修正する。同様に、この例では、第２の基板の第２のゾーンに対する少なくとも１つの研磨パラメータを、そのゾーンの研磨速度が低下するように（その結果、指標トレース２４０の傾きが低下するように）修正する。その結果、両方の基板の両方のゾーンが、ほぼ同じ時刻にターゲット指標（したがってターゲット厚さ）に到達する（または、両方の基板の研磨が同時に停止した場合に、両方の基板の両方のゾーンがほぼ同じ厚さを有して終端する）であろう。
【0069】
いくつかの実施態様では、予想終点時刻ＥＴにおける予測される指標が、その基板のゾーンが、ターゲット厚さの予め決められた範囲内にあることを示している場合には、そのゾーンに対する調整が必要ないことがある。この範囲は、ターゲット指標の２％とすることができ、例えばターゲット指標の１％以内とすることができる。
【0070】
調整可能ゾーンの研磨速度を調整して、このような調整がなされない場合よりも、全てのゾーンが、予想終点時刻において、ターゲット指標により近くなるようにすることができる。例えば、基準基板の基準ゾーンを選択し、残りの全てのゾーンの処理パラメータを、それらの全てのゾーンが、基準基板の予測される時刻とほぼ同じ時刻に終点に到達するように調整することができる。基準ゾーンは例えば、所定のゾーン、例えば中心ゾーン１４８ａもしくは中心ゾーンをじかに取り囲むゾーン１４８ｂ、任意の基板の任意のゾーンのうち最も早い予測終点時刻もしくは最も遅い予測終点時刻を有するゾーン、または所望の予測終点を有する基板のゾーンとすることができる。この最も早い時刻は、研磨を同じ時刻に停止させた場合の最も薄い基板と同義である。同様に、この最も遅い時刻は、研磨を同じ時刻に停止させた場合の最も厚い基板と同義である。基準基板は例えば、所定の基板、複数の基板のうちの最も速い予測終点時刻を有するゾーンを有する基板、または最も遅い予測終点時刻を有するゾーンを有する基板とすることができる。この最も早い時刻は、研磨を同じ時刻に停止させた場合の最も薄いゾーンと同義である。同様に、この最も遅い時刻は、研磨を同じ時刻に停止させた場合の最も厚いゾーンと同義である。
【0071】
それぞれの調整可能ゾーンについて、その調整可能ゾーンが、基準ゾーンと同じ時刻にターゲット指標に到達するように、指標トレースの所望の傾きを計算することができる。例えば、所望の傾きＳＤは、（ＩＴ−Ｉ）＝ＳＤ×（ＴＥ−Ｔ０）から計算することができる。この式で、Ｉは、研磨パラメータを変化させる時刻Ｔ０における（指標値のシーケンスに対する線形関数の当てはめによって計算された）指標値、ＩＴはターゲット指標、ＴＥは、計算された予想終点時刻である。図１０の例では、第１の基板の第２のゾーンに対して、（ＩＴ−Ｉ２）＝ＳＤ２×（ＴＥ−Ｔ０）から所望の傾きＳＤ２を計算されることができ、第２の基板の第１のゾーンに対して、（ＩＴ−Ｉ３）＝ＳＤ３×（ＴＥ−Ｔ０）から所望の傾きＳＤ３を計算することができ、第２の基板の第２のゾーンに対して、（ＩＴ−Ｉ４）＝ＳＤ４×（ＴＥ−Ｔ０）から所望の傾きＳＤ４を計算されることができる。
【0072】
図１１を参照すると、いくつかの実施態様では基準ゾーンがない。例えば、予想終点時刻ＴＥ’を、所定の時刻、例えば研磨プロセスの前に使用者が設定した所定の時刻とすることができ、または、予想終点時刻ＴＥ’を、１つもしくは複数の基板の２つ以上のゾーンの（さまざまなゾーンのターゲット指標までの直線を予測することによって計算された）予想終点時刻の平均もしくは他の結合から計算することもできる。この実施態様では、所望の傾きが、（予想終点時刻ＴＥ’をＴＥの代わりに使用して）実質的に上で論じたとおりに計算されるが、第１の基板の第１のゾーンに対する所望の傾きも計算しなければならない。例えば、所望の傾きＳＤ１は、（ＩＴ−Ｉ１）＝ＳＤ１×（ＴＥ’−Ｔ０）から計算することができる。
【0073】
図１２を参照すると、いくつかの実施態様では、異なるゾーンに対して異なるターゲット指標がある（これらの実施態様を、図１１に示された実施態様と組み合わせることもできる）。これは、基板上に、計画的だが制御可能な不均一な厚さプロファイルを生み出すことを可能にする。使用者は、例えばコントローラ上の入力デバイスを使用してターゲット指標を入力することができる。例えば、第１の基板の第１のゾーンは第１のターゲット指標ＩＴ１を有することができ、第１の基板の第２のゾーンは第２のターゲット指標ＩＴ２を有することができ、第２の基板の第１のゾーンは第３のターゲット指標ＩＴ３を有することができ、第２の基板の第２のゾーンは第４のターゲット指標ＩＴ４を有することができる。
【0074】
それぞれの調整可能ゾーンの所望の傾きＳＤは、（ＩＴ−Ｉ）＝ＳＤ×（ＴＥ−Ｔ０）から計算することができる。この式で、Ｉは、研磨パラメータを変化させる時刻Ｔ０における（そのゾーンの指標値のシーケンスに対する線形関数の当てはめによって計算された）そのゾーンの指標値、ＩＴは、その特定のゾーンのターゲット指標、ＴＥは、（図１０に関して上で論じた基準ゾーンから、または図１１に関して上で論じた予め設定された終点時刻もしくは予想終点時刻の結合から）計算された予想終点時刻である。図１２の例では、第１の基板の第２のゾーンに対して、（ＩＴ２−Ｉ２）＝ＳＤ２×（ＴＥ−Ｔ０）から所望の傾きＳＤ２を計算されることができ、第２の基板の第１のゾーンに対して、（ＩＴ３−Ｉ３）＝ＳＤ３×（ＴＥ−Ｔ０）から所望の傾きＳＤ３を計算することができ、第２の基板の第２のゾーンに対して、（ＩＴ４−Ｉ４）＝ＳＤ４×（ＴＥ−Ｔ０）から所望の傾きＳＤ４を計算されることができる。
【0075】
図１０〜図１２に関して上で説明した上記の方法では、研磨速度を調整して指標トレースの傾きを所望の傾きに近づける。研磨速度は例えば、キャリアヘッドの対応するチャンバ内の圧力を増大または低減させることによって調整することができる。研磨速度の変化は、圧力の変化、例えば単純なプレストンモデル（Ｐｒｅｓｔｏｎｉａｎ ｍｏｄｅｌ）に正比例すると仮定することができる。例えば、それぞれの基板のそれぞれのゾーンに関して、そのゾーンが、時刻Ｔ０より前は圧力Ｐｏｌｄで研磨された場合、時刻Ｔ０の後に加える新たな圧力Ｐｎｅｗを、Ｐｎｅｗ＝Ｐｏｌｄ×（ＳＤ／Ｓ）として計算することができる。この式で、Ｓは、時刻Ｔ０より前の直線の傾き、ＳＤは、所望の傾きである。
【0076】
例えば、第１の基板の第１のゾーンに圧力Ｐｏｌｄ１が加えられ、第１の基板の第２のゾーンに圧力Ｐｏｌｄ２が加えられ、第２の基板の第１のゾーンに圧力Ｐｏｌｄ３が加えられ、第２の基板の第２のゾーンに圧力Ｐｏｌｄ４が加えられたと仮定すると、第１の基板の第１のゾーンに対する新たな圧力ＰｎｅｗｌはＰｎｅｗ１＝Ｐｏｌｄ１×（ＳＤ１／Ｓ１）として計算することができ、第１の基板の第２のゾーンに対する新たな圧力Ｐｎｅｗ２はＰｎｅｗ２＝Ｐｏｌｄ２×（ＳＤ２／Ｓ２）として計算することができ、第２の基板の第１のゾーンに対する新たな圧力Ｐｎｅｗ３はＰｎｅｗ３＝Ｐｏｌｄ３×（ＳＤ３／Ｓ３）として計算することができ、第２の基板の第２のゾーンに対する新たな圧力Ｐｎｅｗ４はＰｎｅｗ４＝Ｐｏｌｄ４×（ＳＤ４／Ｓ４）として計算することができる。
【0077】
基板がターゲット厚さに到達する予測される時刻を決定し、研磨速度を調整するこのプロセスは、研磨プロセス中に１回だけ、例えば指定された時刻に、例えば予想される研磨時間の４０から６０％に当たる時刻に実行することができ、または、研磨プロセス中に複数回にわたって、例えば３０から６０秒ごとに実行することもできる。適当ならば、研磨プロセス中の後続の時刻に、速度を再び調整することができる。研磨速度は、研磨プロセス中に数回だけ、例えば４回、３回、２回または１回だけ変化させることができる。この調整は、研磨プロセスの始め近く、研磨プロセスの中間または研磨プロセスの終わり近くに実施することができる。
【0078】
研磨速度を調整した後、例えば時刻Ｔ０の後も研磨は継続し、光学モニタリングシステムは、スペクトルを集めること、およびそれぞれの基板のそれぞれのゾーンに対する指標値を決定することを継続する。基準ゾーンの指標トレースが、（例えば、時刻Ｔ０の後の指標値のシーケンスに新たな線形関数を当てはめ、その新たな線形関数がターゲット指標に到達する時刻を決定することによって計算された）ターゲット指標に到達したら、終点がコール（ｃａｌｌ）され、研磨操作は、両方の基板に対して停止する。終点を決定するのに使用する基準ゾーンは、予想終点時刻を前述のとおりに計算するのに使用した基準ゾーンと同じ基準ゾーンとすることができ、または別のゾーンとすることもできる（あるいは、図１０に関して説明したように全てのゾーンが調整された場合には、終点決定のために基準ゾーンを選択することができる）。
【0079】
例えば、図１３に示されているように、時刻Ｔ０の後も、光学モニタリングシステムは、基準ゾーンのスペクトルを集めること、および基準ゾーンの指標値３１２を決定することを継続する。（例えば図１０の実施態様の場合のように）基準ゾーン上の圧力が変化しなかった場合には、Ｔ０の前と後の両方のデータ点を使用して線形関数は計算して、更新された線形関数３１４を提供することができ、線形関数３１４がターゲット指標ＩＴに到達する時刻が、研磨終点時刻を示す。一方、（例えば図１１の実施態様の場合のように）時刻Ｔ０において基準ゾーン上の圧力が変化した場合には、時刻Ｔ０の後の指標値のシーケンス３１２から、傾きＳ’を有する新たな線形関数３１４を計算することができ、新たな線形関数３１４がターゲット指標ＩＴに到達する時刻が、研磨終点時刻を示す。終点を決定するのに使用する基準ゾーンは、予想終点時刻を前述のとおりに計算するのに使用した基準ゾーンと同じ基準ゾーンとすることができ、または別のゾーンとすることもできる（あるいは、図１０に関して説明したように全てのゾーンが調整された場合には、終点決定のために基準ゾーンを選択することができる）。新たな線形関数３１４が、元の線形関数２１４から計算された予測時刻よりも（図１３に示されているように）わずかに遅く、またはわずかに早くターゲット指標ＩＴに到達する場合にはそれぞれ、１つもしくは複数のゾーンがわずかに過大にまたはわずかに過小に研磨される可能性がある。しかしながら、予想終点時刻と実際の研磨時刻の差は２秒未満であるはずなので、これが、研磨の均一性に深刻な影響を与えるとは限らない。
【0080】
図１０を参照して上で説明した研磨速度の調整を用いても、１つまたは複数の調整可能ゾーンの実際の研磨速度が所望の研磨速度に一致せず、したがって調整可能ゾーンが過小にまたは過大に研磨されることが依然として起こりうる。いくつかの実施態様では、フィードバックプロセスを使用して、調整可能ゾーンの研磨速度を、以前の基板の調整可能ゾーンの研磨結果に基づいて補正することができる。所望の研磨速度と実際の研磨速度の不一致は、プロセスドリフト（ｐｒｏｃｅｓｓ ｄｒｉｆｔ）、例えばプロセス温度、パッド状態、スラリ組成の変化または基板の変動が原因で生じうる。さらに、所与の一組のプロセス条件について、圧力の変化と除去速度の変化の関係が、最初によく特徴づけられているとは限らない。したがって、使用者は通常、実験計画マトリックスを実行して、さまざまなゾーン内の異なる圧力の除去速度に対する効果を調べるか、または、インシトゥプロセス制御を使用して一連の基板を処理し、所望のプロファイルが達成されるまで、ゲインおよび／またはオフセット設定を基板ごとに微調整する。しかしながら、フィードバック機構は、この関係を自動的に決定しまたは微調整することができる。
【0081】
いくつかの実施態様では、このフィードバックを、１つまたは複数の前の基板の調整可能ゾーンの測定に基づく誤差値とすることができる。この誤差値を、後続の基板の調整可能ゾーン（すなわち基準ゾーン以外のゾーン）に対する所望の圧力を計算する際に使用することができる。この誤差値は、所望の研磨速度（例えば計算された傾きＳＤによって表される）、および調整後の、例えばＴ０の後の実際の研磨速度（例えば実際の傾きＳ’によって表される）に基づいて計算することができる。この誤差値は、調整可能ゾーン上の圧力に対する修正を調整するスケーリング因子（ｓｃａｌｉｎｇ ｆａｃｔｏｒ）として使用することができる。この実施態様では、光学モニタリングシステムが、研磨圧力を調整した後、例えばＴ０の後も、スペクトルを集めること、および少なくとも１つの調整可能ゾーン、例えばそれぞれの基板のそれぞれの調整可能ゾーンの指標値を決定することを継続する。しかしながら、このフィードバック技法を使用する実施態様は、研磨パッド上で一度に単一の基板だけが研磨されている場合にも適用可能であることがある。
【0082】
一実施態様では、この補正が実施されるときに時刻Ｔ０の後に基板上の調整可能ゾーンに加える調整された圧力Ｐａｄｊが、Ｐａｄｊ＝（Ｐｎｅｗ−Ｐｏｌｄ）×ｅｒｒ＋Ｐｎｅｗ
に従って計算される。上式で、Ｐｏｌｄは、時刻Ｔ０の前にゾーンに加えられる圧力であり、Ｐｎｅｗは、Ｐｎｅｗ＝Ｐｏｌｄ×（ＳＤ／Ｓ）として計算され、ｅｒｒは、１つまたは複数の前の基板のゾーンの実際の研磨速度の、それらの前の基板のゾーンの所望の研磨速度からの変動に基づいて計算された誤差値である。
【0083】
図１４Ａ〜図１４Ｄは、調整可能ゾーンの所望の研磨速度（Ｔ０の前の線形関数から計算された傾きＳＤによって表される）が、その調整可能ゾーンの実際の研磨速度（Ｔ０の後の第２の線形関数の実際の傾きＳ’によって表される）と一致しない４つの状況を示す。これらのそれぞれの状況では、基準ゾーンについてスペクトルのシーケンスを測定し、基準ゾーンのそれらのスペクトルについて、（時刻Ｔ０の前の）指標値２１２および（時刻Ｔ０の後の）指標値３１２を決定し、指標値２１２および３１２に線形関数２１４／３１４を当てはめ、線形関数２１４／３１４がターゲット指標ＩＴを横切る時刻から終点時刻ＴＥ’を決定することができる。ある種の実施態様では、予測終点時刻ＴＥ’を、予測残留物クリアリング終点時刻（ＴＥ’Ｒ）の予測バルク終点時刻（ＴＥ’Ｂ）とすることができる。さらに、少なくとも１つの調整可能ゾーンについてスペクトルのシーケンスを測定し、それらのスペクトルについて例えば（時刻Ｔ０の前の）指標値２２２および（時刻Ｔ０の後の）指標値３２２を決定し、指標値２２２に第１の線形関数２２４を当てはめて、その調整可能ゾーンの時刻Ｔ０の前の元の傾きＳを決定し、その調整可能ゾーンに対する所望の傾きＳＤを上で論じたとおりに計算し、指標値３２２に第２の線形関数３２４を当てはめて、その調整可能ゾーンの時刻Ｔ０の後の実際の傾きＳ’を決定することができる。いくつかの実施態様では、それぞれの基板のそれぞれの調整可能ゾーンをモニタリングし、それぞれの調整可能ゾーンの元の傾き、所望の傾きおよび実際の傾きを決定する。
【0084】
図１４Ａによって示されているように、いくつかの状況では、調整可能ゾーンの所望の傾きＳＤが元の傾きＳよりも大きいが、実際の傾きＳ’が所望の傾きＳＤよりも小さい。したがって、基準ゾーンが予測時刻にターゲット指標ＩＴに到達すると仮定すると、その基板の調整可能ゾーンは過小に研磨される。終点時刻ＴＥ’までに調整可能ゾーンがターゲット指標に到達しなかったためである。この基板のこの調整可能ゾーンでは実際の研磨速度Ｓ’が所望の研磨速度ＳＤよりも小さいため、後続の基板に対しては、この調整可能ゾーンに対する圧力の増大を、ＳＤの計算が示すものよりも大きくすべきである。例えば、誤差ｅｒｒは、ｅｒｒ＝［（ＳＤ−Ｓ’）／ＳＤ］として計算することができる。
【0085】
図１４Ｂによって示されているように、いくつかの状況では、調整可能ゾーンの所望の傾きＳＤが元の傾きＳよりも大きく、実際の傾きＳ’が所望の傾きＳＤよりも大きい。したがって、基準ゾーンが予測時刻にターゲット指標ＩＴに到達すると仮定すると、その基板の調整可能ゾーンは過大に研磨される。終点時刻ＴＥ’において調整可能ゾーンがターゲット指標を上回ったためである。この基板のこの調整可能ゾーンでは実際の研磨速度Ｓ’が所望の研磨速度ＳＤよりも大きいため、後続の基板に対しては、この調整可能ゾーンに対する圧力の増大を、ＳＤの計算が示すものよりも小さくすべきである。例えば、誤差ｅｒｒは、ｅｒｒ＝［（ＳＤ−Ｓ’）／ＳＤ］として計算することができる。
【0086】
図１４Ｃによって示されているように、いくつかの状況では、調整可能ゾーンの所望の傾きＳＤが元の傾きＳよりも小さく、実際の傾きＳ’が所望の傾きＳＤよりも大きい。したがって、基準ゾーンが予測時刻にターゲット指標ＩＴに到達すると仮定すると、その基板の調整可能ゾーンは過大に研磨される。終点時刻ＴＥ’において調整可能ゾーンがターゲット指標を上回ったためである。この基板のこの調整可能ゾーンでは実際の研磨速度Ｓ’が所望の研磨速度ＳＤよりも大きいため、後続の基板では、この調整可能ゾーンに対する圧力の低減を、ＳＤの計算が示すものよりも大きくすべきである。例えば、誤差ｅｒｒは、ｅｒｒ＝［（Ｓ’−ＳＤ）／ＳＤ］として計算することができる。
【0087】
図１４Ｄによって示されているように、いくつかの状況では、調整可能ゾーンの所望の傾きＳＤが元の傾きＳよりも小さく、実際の傾きＳ’が所望の傾きＳＤよりも小さい。したがって、基準ゾーンが予測時刻にターゲット指標ＩＴに到達すると仮定すると、その基板の調整可能ゾーンは過大に研磨される。終点時刻ＴＥ’に調整可能ゾーンがターゲット指標に到達しなかったためである。この基板のこの調整可能ゾーンでは実際の研磨速度Ｓ’が所望の研磨速度ＳＤよりも小さいため、後続の基板に対しては、この調整可能ゾーンに対する圧力の低減を、ＳＤの計算が示すものよりも小さくすべきである。例えば、誤差ｅｒｒは、ｅｒｒ＝［（Ｓ’−ＳＤ）／ＳＤ］として計算することができる。
【0088】
図１４Ａ〜図１４Ｄに関して上で論じた実施態様では、図１４Ｃおよび図１４Ｄに示された状況に対する誤差の符号が、図１４Ａおよび図１４Ｂとの比較で逆になる。すなわち、所望の傾きＳＤが元の傾きＳよりも大きいときには誤差信号を逆にする（すなわち、所望の傾きＳＤが元の傾きＳよりも小さいときとの比較で逆にする）。
【0089】
しかしながら、いくつかの実施態様では、この誤差を常に同じ方式で、すなわちｅｒｒ＝［（ＳＤ−Ｓ’）／ＳＤ］として計算することができる。これらの実施態様では、元の傾きＳに関わりなく、所望の傾きが実際の傾きよりも大きい場合には誤差が正であり、所望の傾きが実際の傾きよりも小さい場合には誤差が負である。
【0090】
いくつかの実施態様では、図１４Ａ〜図１４Ｄのそれぞれのケースで、前の基板に対して計算された誤差ｅｒｒを、後続の基板に対するＰａｄｊ＝（Ｐｎｅｗ−Ｐｏｌｄ）×ｅｒｒ＋Ｐｎｅｗ［式１］の計算で使用することができる。
【0091】
調整された圧力の計算に誤差を適用するのではなしに、調整可能ゾーンに対する調整されたターゲット指標を計算することもできることにも注目することができる。次いで、この調整されたターゲット指標に基づいて所望の傾きを計算することになる。例えば、図１５を参照すると、調整されたターゲット指標ＩＴａｄｊは、ＩＴａｄｊ＝ＳＩ＋（ＩＴ−ＳＩ）×（１＋ｅｒｒ）［式２］として計算することができる。この式で、ＩＴはターゲット指標、ＳＩは、（線形関数２２４または線形関数３２４から計算される）時刻Ｔ０における出発指標である。誤差ｅｒｒは、ｅｒｒ＝［（ＩＴ−ＡＩ）／（ＩＴ−ＳＩ）］として計算することができる。この式で、Ａｌは、終点時刻ＴＥ’において調整可能ゾーンが到達する（線形関数３２４から計算される）実際の指標である。
【0092】
図１４Ａ〜Ｄと図１５の両方の実施態様に適用可能ないくつかの実施態様では、この誤差が、前のいくつかの基板にわたって累積する。単純な一実施態様では、式１または式２の計算で使用される全体の誤差ｅｒｒが、ｅｒｒ＝ｋ１×ｅｒｒ１＋ｋ２×ｅｒｒ２として計算される。この式で、ｋ１およびｋ２は定数、ｅｒｒ１は、直前の基板から計算された誤差、ｅｒｒ２は、この直前の基板の前の１つまたは複数の基板に対して計算された誤差である。
【0093】
いくつかの実施態様では、現在の基板の式１または式２の計算に使用される適用される誤差ｅｒｒが、直前の基板のスケーリングされた誤差と直前の基板の前の基板からの適用された誤差の加重平均との結合として計算される。これは、下式によって表すことができる。適用されたｅｒｒＸ＋１＝スケーリングされたｅｒｒｏｒＸ＋ｔｏｔａｌｅｒｒｏｒＸ−１
スケーリングされたｅｒｒｏｒＸ＝ｋ１×ｅｒｒＸ
全体のｅｒｒｏｒＸ−１＝ｋ２×（ａ１×適用されたｅｒｒＸ−２＋ａ２×適用されたｅｒｒＸ−３．．．ａＮ×適用されたｅｒｒ（Ｘ−（Ｎ＋１））
上式で、ｋ１およびｋ２は定数、ａ１、ａ２、ａＮは加重平均のための定数であり、すなわちａ１＋ａ２＋．．．＋ａＮ＝１である。定数ｋ１は約０．７、定数ｋ２は１とすることができる。ｅｒｒＸは、上記の方法のうちの１つの方法に従って直前の基板に対して計算された誤差であり、例えば、図１４Ａ〜図１４Ｄの実施態様についてはｅｒｒＸ＝［（ＳＤ−Ｓ’）／ＳＤ］またはｅｒｒＸ＝［（Ｓ’−ＳＤ）／ＳＤ］、図１５の実施態様についてはｅｒｒＸ＝［（ＩＴ−ＡＩ）／（ＩＴ−ＳＩ）］である。用語「適用されたｅｒｒＸ」は、直前の基板に対して適用された誤差であり、例えば、現在の基板が基板Ｘ＋１であると仮定すると、適用されたｅｒｒＸ−２は３つの前の基板に対して適用された誤差、適用されたｅｒｒＸ−２は４つの前の基板に対して適用された誤差であり、以下同様である。式１または式２に対しては、ｅｒｒ＝適用されたｅｒｒＸ＋１である。
【0094】
いくつかの実施態様、例えば銅を研磨するいくつかの実施態様では、基板の終点を検出した後、その基板を直ちに過研磨プロセスにかけて、例えば銅の残留物を除去する。この過研磨プロセスは、基板の全てのゾーンに対して均一な、例えば１から１．５ｐｓｉの圧力で実施することができる。この過研磨プロセスは、例えば１０から１５秒の予め設定された持続時間を有することができる。
【0095】
いくつかの実施態様では、基板の研磨が同時には停止しない。このような実施態様では、終点を決定するために、それぞれの基板に対して基準ゾーンを設定することができる。特定の基板の基準ゾーンの指標トレースがターゲット指標に到達したら（これは例えば、時刻Ｔ０の後の指標値のシーケンスに当てはめられた線形関数がターゲット指標に到達する時刻によって計算される）、その特定の基板に対して終点がコールされ、その特定の基板の全てのゾーンに対する圧力が同時に停止される。しかしながら、１つまたは複数の他の基板の研磨は継続することができる。残りの基板の基準ゾーンに基づいて残りの全ての基板に対して終点コールされた後（または全ての基板に対する過研磨が完了した後）にのみ、研磨パッドの洗浄が始まる。さらに、全てのキャリアヘッドが同時に基板を持ち上げて研磨パッドから下ろすことができる。
【0096】
特定のゾーンおよび基板に対して多数の指標トレースは生成される場合、例えばその特定のゾーンおよび基板に対する関心のそれぞれのライブラリに対して１つの指標トレースが生成される場合には、それらの指標トレースのうちの１つの指標トレースを選択して、その特定のゾーンおよび基板に対する終点または圧力制御アルゴリズムで使用することができる。例えば、同じゾーンおよび基板に対して生成されたそれぞれの指標トレースについて、コントローラ１９０は、その指標トレースの指標値に線形関数を当てはめ、その指標値のシーケンスに対するその線形関数の適合度（ｇｏｏｄｎｅｓｓ ｏｆ ｆｉｔ）を決定することができる。それ自体の指標値に対する最も良い適合度を有する直線を有する生成された指標トレースを、その特定のゾーンおよび基板の指標トレースとして選択することができる。例えば、例えば時刻Ｔ０において調整可能ゾーンの研磨速度をどのように調整するのかを決定するときに、最も良い適合度を有する線形関数をその計算に使用することができる。他の例として、最も良い適合度を有する直線の（その指標値のシーケンスに当てはめられた線形関数から計算された）計算された指標がターゲット指標に一致し、またはターゲット指標を上回ったときに終点をコールすることができる。さらに、線形関数から指標値を計算するのではなしに、指標値自体をターゲット指標と比較して終点を判定することもできる。
【0097】
あるスペクトルライブラリに関連した指標トレースが、そのライブラリに関連した線形関数に対して最も良い適合度を有するのかどうかの判定は、その関連スペクトルライブラリの指標トレースのそのロバストな関連直線からの差が、別のライブラリに関連したロバストな関連直線および指標トレースからの差、例えば最も小さな標準偏差、最も大きな相関または分散の他の尺度に比べて相対的に最も少ないかどうかを判定することを含むことができる。一実施態様では、指標データ点と線形関数の間の差の２乗の和を計算することによって適合度を決定し、この差の２乗の和が最も小さいライブラリがベストフィットを有する。
【0098】
図１６Ａ〜図１６Ｄは、１つまたは複数の基板の複数のゾーンの研磨速度を、それらの複数のゾーンがターゲット時刻にほぼ同じ厚さを有するように調整する例示的なプロセスの一実施態様の流れ図１６００である。ブロック１６０２で、研磨装置内において、１つまたは複数の基板の複数のゾーンを同じ研磨パッドを用いて同時に研磨して、バルク材料層を前述のとおりに除去する。この研磨操作の間、それぞれの基板のそれぞれのゾーンは、独立に変更可能な研磨パラメータによって、例えば特定のゾーンの上方のキャリアヘッドのチャンバにより加えられる圧力によって他の基板とは独立に制御可能なその研磨速度を有する。例示的なバルク材料には、銅などの導電性材料、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（例えば、ＳｉＯ２）などの絶縁体が含まれる。ブロック１６０４で、研磨操作の間、基板を、前述のとおりに、例えばそれぞれの基板のそれぞれのゾーンから測定スペクトルを得ることによってモニタリングする。ブロック１６０６で、ベストマッチである基準スペクトルを決定する。ブロック１６０８で、ベストフィットであるそれぞれの基準スペクトルの指標値を決定して、指標値のシーケンスを生成する。ブロック１６１０で、それぞれの基板のそれぞれのゾーンについて、その指標値のシーケンスに第１の線形関数を当てはめる。
【0099】
ブロック１６１２で、基準ゾーンの第１の線形関数がバルクターゲット指標値に到達する予想バルク終点時刻を、例えばその線形関数の直線補間によって決定する。ある種の実施態様では、予想バルク終点時刻が、多数のゾーンの予想終点時刻の結合として決定または計算される。ある種の実施態様では、以前に本明細書中で説明したモータトルクモニタリングシステム、渦電流モニタリングシステム、摩擦モニタリングシステムまたは単色光学システムのうちの少なくとも１つのシステムを使用して、バルク終点時刻を検出する。ある種の実施態様では、以前に研磨した基板のバルク終点時刻を使用してバルク終点時刻を推定する。多数の研磨ステップを使用してバルク材料を除去するある種の実施態様では、終点時刻が、バルク材料の一部分を除去した後になることがある。
【0100】
ブロック１６１４で、この１つまたは複数の基板の残りのゾーンの研磨パラメータを調整して、その１つまたは複数の基板のそれらの複数のゾーンがほぼ同じ時刻にターゲット厚さに到達するように、あるいは、それらの複数の基板のそれらの複数のゾーンが、予想バルク終点時刻にほぼ同じ厚さ（またはターゲット厚さ）を有するように、その基板の研磨速度を調整する。研磨パラメータを調整するこのプロセスは、以前の任意の基板から生成された誤差値を使用することを含むことができる。誤差値の使用を含む研磨パラメータの調整の説明が、本発明の譲受人に譲渡されたＱｉａｎ他の「ＦＥＥＤＢＡＣＫ ＦＯＲ ＰＯＬＩＳＨＩＮＧ ＲＡＴＥ ＣＯＲＲＥＣＴＩＯＮ ＩＮ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＰＯＬＩＳＨＩＮＧ」という名称の米国特許出願公開第２０１２／０２３１７０１号に記載されている。
【0101】
ブロック１６１６で、パラメータを調整した後、研磨を継続し、それぞれの基板のそれぞれのゾーンについて、スペクトルを測定し、最も良く一致する基準スペクトルをライブラリから決定し、最も良く一致するスペクトルの指標値を決定して、研磨パラメータを調整した後の時間期間に対する指標値の新しいシーケンスを生成し、指標値の新しいシーケンスに第２の線形関数を当てはめる。
【0102】
ある種の実施態様では、それぞれの調整可能ゾーンについて、そのゾーンの指標値の新しいシーケンス（すなわちパラメータが調整された後のシーケンス）に当てはまる第２の線形関数の傾きを決定する。ある種の実施態様では、それぞれの調整可能ゾーンについて、そのゾーンの実際の研磨速度（第２の線形関数の傾きによって与えられる）と所望の研磨速度（所望の傾きによって与えられる）との差に基づいて、誤差値を計算する。この誤差値を使用して研磨パラメータは調整することができ、この調整された研磨パラメータを、この１つまたは複数の基板からの残留材料の除去中にフィードフォワード型のプロセスで使用することができ、また、この調整された研磨パラメータを、フィードバック型のプロセスで追加の基板の研磨に適用することもできる。
【0103】
任意選択で、基準ゾーンの指標値（例えば第１または第２の線形関数から生成された計算された指標値）が第１のターゲット指標値に到達したら、研磨を停止させることができる。ある種の実施態様では、この第１のターゲット指標値が、バルク研磨プロセスのターゲット指標値である。多数のプラテン（例えばバルク材料を除去する第１のプラテンおよび残留材料を除去する第２のプラテン）上で研磨を実行するある種の実施態様では、任意選択で、この１つまたは複数の基板を、第２のプラテンおよび第２の研磨パッドを有する第２の研磨ステーションへ移し、そこで残留材料の研磨および除去を実行することができる。多プラテン研磨システムが、本発明の譲受人に譲渡されたＴｏｌｌｅｓ他の「ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＰＯＬＩＳＨＩＮＧ ＨＡＶＩＮＧ ＭＵＬＴＩＰＬＥ ＰＯＬＩＳＨＩＮＧ ＳＴＡＴＩＯＮＳ」という名称の米国特許第６，１２６，５１７号に記載されている。ある種の実施態様では、バルク材料層を除去するのに使用した研磨溶液とは異なる研磨溶液を使用して残留材料の除去を実行する。単一のプラテン上で研磨を実行するある種の実施態様では、バルク材料除去と残留材料除去を、同じプラテン上で同じ研磨パッドを使用して実行することができる。
【0104】
ブロック１６１８で、基準ゾーンの線形関数がクリアリングターゲット指標値に到達する予想クリアリング終点時刻を、例えばその線形関数の直線補間によって決定する。ある種の実施態様では、このクリアリング終点時刻が、残留材料除去研磨プロセスの終点である。ある種の実施態様では、予想クリアリング終点時刻が、多数のゾーンの予想終点時刻の結合として予め決定されまたは計算される。ある種の実施態様では、以前に本明細書中で説明したモータトルクモニタリングシステム、渦電流モニタリングシステム、摩擦モニタリングシステムまたは単色光学システムのうちの少なくとも１つのシステムを使用して、クリアリング終点時刻を検出する。ある種の実施態様では、以前の基板のクリアリング終点時刻に基づいてクリアリング終点時刻を推定する。
【0105】
ブロック１６２０で、この１つまたは複数の基板のそれらの多数のゾーンの研磨を継続して、バルク終点時刻が過ぎるまでバルク材料層を除去する。
【0106】
ブロック１６２２で、バルク終点時刻が過ぎた後に、研磨パラメータを調整して、この１つまたは複数の基板の多数のゾーンを研磨し、それによって残留材料層を除去する。研磨パラメータを調整するこのプロセスは、以前の任意の基板から生成された誤差値を使用することを含むことができる。この研磨パラメータの調整は、それぞれのゾーンに加える圧力を調整することを含むことができる。この調整された研磨パラメータは、予想クリアリング終点時刻、以前の任意の基板から得た誤差値、同じ基板のバルク研磨から得た誤差値（例えばフィードフォワードプロセス）、ブロック１６１４で得た調整された研磨パラメータ、およびこの１つまたは複数の基板上の材料の厚さを含む因子に基づくことができる。ブロック１６０２の研磨プロセスと同様に、この研磨操作の間、それぞれの基板のそれぞれのゾーンは、独立に変更可能な研磨パラメータによって、例えば特定のゾーンの上方のキャリアヘッドのチャンバにより加えられる圧力によって他の基板とは独立に制御可能なその研磨速度を有する。ある種の実施態様では、ブロック１６２２の研磨プロセスを、ブロック１６０２の研磨プロセスに比べて低い圧力で実行する。ブロック１６２２の研磨プロセスは、ブロック１６０２の研磨プロセスと同じプラテン上で、ブロック１６２２の研磨プロセスと同じ研磨パッドを使用して実行することができ、または、別個のプラテン上で、異なる研磨パッドおよび／または異なる研磨溶液を使用して実行することもできる。
【0107】
ブロック１６２４で、ブロック１６０４のプロセスと同様に、それぞれの基板のそれぞれのゾーンについて、現在のプラテン回転に対する基準スペクトルを決定する。ブロック１６２６で、ブロック１６０６と同様に、ベストマッチである基準スペクトルを決定する。ブロック１６２８で、ブロック１６０８と同様に、ベストフィットであるそれぞれの基準スペクトルの指標値を決定して、指標値のシーケンスを生成する。ブロック１６３０で、ブロック１６１０と同様に、それぞれの基板のそれぞれのゾーンについて、その指標値のシーケンスに第１の線形関数を当てはめる。
【0108】
ある種の実施態様では、ブロック１６３２で、基準ゾーンの第１の線形関数が例えばその線形関数の直線補間によって決定されたターゲット指標値に到達することに基づいて、予想クリアリング終点時刻が調整されうる。ブロック１６３４で、パラメータを調整した後、研磨を継続し、それぞれの基板のそれぞれのゾーンについて、スペクトルを測定し、最も良く一致する基準スペクトルをライブラリから決定し、最も良く一致するスペクトルの指標値を決定して、研磨パラメータを調整した後の時間期間のための指標値の新しいシーケンスを生成し、指標値の新しいシーケンスに第２の線形関数を当てはめる。
【0109】
ブロック１６３６で、基準ゾーンの指標値（例えば第１または第２の線形関数から生成された計算された指標値）がクリアリングターゲット指標値に到達したら、研磨を停止させることができる。ある種の実施態様では、クリアリングターゲット指標値が、残留物研磨プロセスのターゲット指標値である。ブロック１６３８で、それぞれの調整可能ゾーンについて、そのゾーンの指標値の新しいシーケンス（すなわちパラメータが調整された後のシーケンス）に当てはまる第２の線形関数の傾きを決定する。ブロック１６４０で、それぞれの調整可能ゾーンについて、そのゾーンの実際の研磨速度（第２の線形関数の傾きによって与えられる）と所望の研磨速度（所望の傾きによって与えられる）との差に基づいて、誤差値を計算する。ブロック１６４２で、少なくとも１つの新たな基板を研磨パッド上に装填し、このプロセスを、以前に計算した研磨パラメータの調整を用いて繰り返す。
【0110】
図１７は、本明細書に記載された実施態様に基づく基板研磨方法を示すプロット１７００である。図１と同様に、ｘ軸は時間を表し、ｙ軸は、基板から除去されている材料の指標値を表す。ＩＴＢは、バルク研磨プロセスのターゲット厚さの指標値を表す。ＩＴＲは、残留物研磨プロセスのターゲット厚さの指標値を表す。Ｚ１およびＺ２は、基板表面の別々のゾーンを表す。ＴＥＢは、バルク研磨プロセスの研磨終点を表し、ＴＥＲは、残留物研磨プロセスの研磨終点を表す。２つのゾーン（Ｚ１およびＺ２）が示されているが、上で論じたとおり、基板は、任意の数のゾーンに分割することができる。基準ゾーンは所望の研磨プロファイルを示す。プロット１７００に示された研磨プロセスは、ＩＴＢとＴＥＢの交点において均一な研磨プロファイルを得ることをターゲットとしている。図１に示された先行技術の研磨プロセスと同様に、バルク研磨プロセス中に使用した研磨圧力の補正は、ＩＴＢとＩＴＲの間の残留物クリアリングプロセスでは過補正および過研磨につながる。しかしながら、本明細書に記載された実施態様を使用すると、残留物クリアリングプロセス中のＺ１およびＺ２の研磨圧力が補正されて、ＩＴＲとＴＥＲの交点によって示された残留物クリアリングプロセスの終わりに均一な研磨プロファイルが達成される。
【0111】
図１８は、本明細書に記載された実施態様に基づく他の基板研磨方法を示すプロット１８００である。プロット１８００に示された研磨プロセスは、ＩＴＲとＴＥＲの交点において均一な研磨プロファイルを得ることをターゲットとしている。プロット１８００に示された研磨方法は、流れ図１６００の方法に対応する場合がある。Ｚ１およびＺ２に対して使用する研磨パラメータを、流れ図１６００に記載されているように、ＴＥＢとＩＴＢの交点のバルク終点の前に計算されたクリアリングレシピに基づいて調整して、ＩＴＲとＴＥＲの交点によって示された残留物クリアリングプロセスの終わりに均一な研磨プロファイルを達成する。
【0112】
図１９は、本明細書に記載された実施態様に基づく他の基板研磨方法を示すプロット１９００である。以前に論じたように残留物クリアリングプロセスに入る前に（例えばＩＴＢとＴＥＲの交点において）フラットポストプロファイルを達成することをターゲットとするのではなしに、流れ図１６００に示された方法は、残留物クリアリングプロセスの終わりに（例えばＩＴＲとＩＥＲの交点において）フラットポストプロファイルを達成することをターゲットとする動的ＩＳＰＣを使用する。このＩＳＰＣに対する推定される終点ターゲットレベルは、開ループ（固定圧力）制御プロセスを使用して研磨された基板から、以前に本明細書中で説明したモータトルクエンドポイント技法または他の終点制御方法を使用して作成された、動的ＩＳＰＣライブラリから決定することができる。バルク研磨プロセスと残留物研磨プロセスの両方に同じ研磨レシピを使用することができる。後続のウエハに対してこのＩＳＰＣを使用して、研磨圧力および終点を制御することができる。フィードバックを生成して、ＩＳＰＣアルゴリズムを自動的に更新することができる。フィードバックは、残留物研磨プロセスの終わりまたは過研磨の終わりの指標に基づいて計算することができる。プロット１９００に示された方法は、任意のＣＭＰ残留物クリアリングプロセスに拡張することができる。過研磨の有無にかかわらず研磨プロファイルを制御することができる。研磨時間は、高度プロセス制御（ａｄｖａｎｃｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ：ＡＰＣ）、光学測定または他の摩擦測定を含む他の方法を使用して制御することができる。
【0113】
プロット１９００に示されているように、ＩＳＰＣ法を使用して、時刻Ｔ（１）における同じ基板内の研磨圧力を、時刻Ｔ（１）の前に得た研磨情報に基づいて、これらの複数のゾーン（Ｚ１およびＺ２）が予想終点時刻（ＥＲ）にほぼ同じ指標値を有するように調整する。この研磨情報をフィードバックループで使用して、次のウエハの研磨を改良することができる。
【0114】
全体の研磨時間が短いある種の実施態様では、研磨圧力の調整を、以前に研磨した基板の調整された研磨圧力に基づいて時刻Ｔ（０）に始めることが望ましいことがある。
【0115】
前述の技法を、渦電流システムを使用した金属層のモニタリングに適用することもできる。その場合には、スペクトルのマッチングを実行するのではなしに、渦電流モニタリングシステムによって層厚（または層厚を表す値）を直接に測定し、その層厚を、指標値の代わりに計算に使用する。
【0116】
終点を調整するのに使用する方法は、実行する研磨のタイプに基づいて変更することができる。銅のバルク研磨には、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。単一のプラテン上の多数のウエハの銅クリアリングＣＭＰでは、最初に単一の渦電流モニタリングシステムを使用して、全ての基板が同時に第１のブレークスルー（ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈ）に到達するようにすることができる。次いで、その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、それらのウエハのクリアリングおよび過研磨を実行する。単一のプラテン上の多数のウエハのバリアおよび誘電体のＣＭＰには、光学モニタリングシステムを使用することができる。
【0117】
本発明の実施態様および本明細書に記載された全ての機能的操作は、本明細書に開示された構造的手段、それらの構造的等価物またはそれらの組合せを含む、ディジタル電子回路またはコンピュータソフトウェア、ファームウェアもしくはハードウェアで実施することができる。本発明の実施態様は、１つまたは複数のコンピュータプログラム製品として、すなわち、データ処理装置、例えばプログラム可能な処理装置、コンピュータまたは多数の処理装置もしくはコンピュータによって実行されるため、またはこのようなデータ処理装置の動作を制御するために機械可読記憶媒体の中に実体的に具体化された１つまたは複数のコンピュータプログラムとして実現することができる。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しても知られている）は、コンパイルまたは解釈された言語を含む任意の形態のプログラム言語で書くことができ、コンピューティング環境で使用するのに適した、独立型プログラムまたはモジュール、コンポーネント、サブルーチンもしくは他のユニットを含む任意の形態で配置することができる。コンピュータプログラムは必ずしもファイルに対応しない。プログラムは、他のプログラムもしくはデータを保持したファイルの一部分、問題のプログラムに対して専用の単一のファイル、または調和して機能する多数のファイル（例えば１つもしくは複数のモジュール、サブプログラムまたはコードの部分を記憶した複数のファイル）の中に記憶することができる。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ができ、または、１つの場所にある多数のコンピュータ、もしくは多数の場所に分散され、通信網によって相互接続された多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。
【0118】
本明細書に記載されたプロセスおよびロジックフローは、１つまたは複数のコンピュータプログラムを実行するプログラム可能な１つまたは複数の処理装置によって実行されて、入力データに基づいて動作し出力を生成することによって機能を実行することができる。それらのプロセスおよびロジックフローはさらに、専用論理回路、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もでき、装置は、専用論理回路、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）として実現することもできる。
【0119】
以上に説明した研磨装置および研磨方法は、さまざまな研磨システムで応用することができる。研磨パッドもしくはキャリアヘッド、またはその両方を移動させて、研磨面と基板の間の相対運動を提供することができる。例えば、プラテンは、回転する代わりに、軌道を描いて旋回してもよい。研磨パッドは、プラテンに固定された円形の（または他のある形状の）パッドとすることができる。終点検出システムのいくつかの態様は、直線研磨システム、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リール間のベルトである直線研磨システムに適用可能である。研磨層は、標準（例えば充填材を含むまたは含まないポリウレタン）研磨材料、軟質材料または研磨材が固定された材料とすることができる。相対的位置決めの用語が使用されるが、研磨面および基板は垂直向きに、または他のある向きに保持することができることを理解すべきである。
【0120】
以上の説明は本発明の実施態様を対象としているが、本発明の基本的な範囲を逸脱することなく本発明の他の追加の実施態様を考案することができる。本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。