(57)【要約】基板１２１の化学機械研磨（ＣＭＰ）、特に金属層の化学機械研磨のための方法およびコントローラ１５０が開示される。ＣＭＰプロセスの線形モデルでは、取り扱われるべき金属層の侵食は、超過研磨時間および場合により絶縁層を研磨するための分離した研磨プラテンによる追加の研磨時間によって決定される。ＣＭＰ固有の特性は実験的に求められる感度パラメータによって表される。さらに、わずかなプロセス変動に起因する感度パラメータのある種の不正確さの存在にかかわらず、合理的なコントローラ応答が得られるように制御動作は設計される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板１２１の化学機械研磨を制御する方法であって、
第１材料層の超過研磨時間と前記第１材料層に関連する制御変数との間の関係を量的に記述する第１感度パラメータを取得するステップと、
第２材料層に関連する制御変数と先行する基板の第２材料層に関連する制御変数との間の関係を量的に記述する第２感度パラメータを取得するステップと、
前記第２材料層に関連する制御変数、前記第１感度パラメータ、前記第２感度パラメータ、前記第１材料層に対する指令値、前記第２材料層の超過研磨時間、前記第２材料層に関連する制御変数および前記先行する基板の前記第２材料層に関連する制御変数を少なくとも含む、化学機械研磨プロセスの線形モデルから前記第１材料層の超過研磨時間を計算するステップと、
前記第１材料層の前記超過研磨時間の荷重移動平均を計算するステップと、
前記基板１２１を化学機械研磨する際の前記第１材料層の前記超過研磨時間を、前記計算された超過研磨時間に対応して調整するステップとを含む方法。
【請求項２】
前記制御変数は、侵食、ディッシングおよび材料層の厚みのうちの少なくとも一つを表す、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記先行する基板の前記第１および第２材料層の少なくとも一つの測定によって、侵食、ディッシングおよび材料層の厚みのうちの少なくとも一つを決定するステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記制御変数のそれぞれは複数の基板の平均値を表す、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記第１感度パラメータは、すでに処理された基板数およびこれから処理されるべき基板数の少なくとも一つに依存する、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記化学機械研磨プロセスは、調整可能な追加の研磨時間をかけて分離した研磨プラテンで行われる最終研磨ステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記制御変数と前記追加の研磨時間との間の関係を量的に記述する第３感度パラメータを取得するステップをさらに含む、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記線形モデルから前記追加の研磨時間を計算するステップをさらに含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記超過研磨時間および前記追加の研磨時間を計算するステップは、中間の超過研磨時間および中間の追加の研磨時間を、対応する許容範囲の中心点からの前記中間の超過研磨時間および前記中間の追加の研磨時間の組み合わせ偏差がおおよそ最小の値になるように決定するステップを含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記最小の値は、先行する基板のそれぞれの値を比較したときに、前記中間の超過研磨時間と前記中間の追加の研磨時間とが異なった方向に変化する条件および前記中間の超過研磨時間と前記中間の追加の研磨時間とが前記指令値に実質的に等しい前記第１材料層に関連する制御変数値を生成する条件において決定される、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
基板２０１の第１金属層の化学機械研磨を制御する方法であって、
前記第１金属層に関連する制御変数Ｅｆｉｒｓｔに対する終点が検出された後に、CMPで使用される超過研磨時間Ｔｏｐの影響を量的に記述する感度パラメータαを決定するステップと、
前記制御変数Ｅｆｉｒｓｔに対する、前記基板の第２金属層に関連する制御変数Ｅｓｅｃｏｎｄおよび先行する基板の前記第２金属層に関連する制御変数Ｅｐ，ｓｅｃｏｎｄの影響を量的に記述する感度パラメータγを決定するステップと、
少なくとも次の項を含む線形モデルから、前記第１金属層についての前記超過研磨時間Ｔｏｐを計算するステップと、
Ｅｆｉｒｓｔ，Ｅｐ，ｆｉｒｓｔ，α（Ｔｏｐ−Ｔｐ，ｏｐ），γ（Ｅｓｅｃｏｎｄ−Ｅｐ，ｓｅｃｏｎｄ）
ここでＴｐ，ｏｐは先行する基板の超過研磨時間、
前記基板の前記第１金属層の化学機械研磨の際の実際の超過研磨時間として、前記計算された超過研磨時間Ｔｏｐを選択するステップとを含む方法。
【請求項１２】
前記Ｔｏｐを計算するステップは、
前記制御変数Ｅｆｉｒｓｔの所望の値Ｅｔａｒｇｅｔを取得するのに必要とされる中間の超過研磨時間Ｔ＊ｏｐを計算するステップと、
前記先行する基板の超過研磨時間Ｔｐ，ｏｐおよび前記中間の超過研磨時間Ｔ＊ｏｐから荷重移動平均としてＴ＊ｏｐを計算するステップを含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
基板の化学機械研磨のための装置であって、
少なくとも一つの研磨プラテンを有する研磨装置１１０と、
前記研磨の終点を知らせる終点信号を供給する終点検出装置と、
前記終点検出信号が供給された後に、処理されるべき第１材料層を有する現在の基板についての超過研磨時間を前もって決定するコントローラ１５０とを備え、前記コントローラ１５０は、前記超過研磨時間を
先行する基板の第１材料層の侵食、ディッシングおよび層の厚みのうちの少なくとも一つ、
前記先行する基板の第２材料層の侵食、ディッシングおよび層の厚みのうちの少なくとも一つ、
現在の基板の第２材料層の侵食、ディッシングおよび層の厚みのうちの少なくとも一つ、
前記研磨プロセスの固有の機構を表す実験的に決定された感度パラメータを基にして決定する装置。
【請求項１４】
前記少なくとも一つの研磨プラテンの下流に配置される最終研磨プラテンをさらに含み、前記コントローラ１５０は前記最終研磨プラテンの研磨時間を決定するように構成されている、請求項１３記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に集積回路の製造分野に関し、さらに詳細には、集積回路の様々な製造工程における金属層などの材料層の化学機械研磨（ＣＭＰ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
高性能な集積回路の製造においては、電界効果トランジスタ、キャパシタなどの膨大な量の半導体素子を基板表面全体にまたがる複数のチップ領域（ダイ）に作り込む。常に縮小しつづける個々の半導体素子の構造寸法に起因して、基板表面全体にデポジションされ、下地層に対応して特定のトポグラフィーを示す様々な材料層ができるだけ均一になるようにして、後続のフォトリソグラフィー、エッチングなどのパターニングプロセスに要求される品質を保証することが必要である。最近、後続の材料層をデポジションするための準備として、既存の材料層を平坦化するための技術として化学機械研磨（ＣＭＰ）が広く用いられるようになってきている。化学機械研磨は、いわゆる金属層、つまり個々の半導体要素を接続する金属配線を形成するための適切な金属で充填されたビアまたはトレンチなどの凹部を含む層の形成に特に関係する。従来、アルミニウムが好適な金属層として用いられてきた。そして、高性能な集積回路では、半導体素子間の必要な接続数を得るために最大１２層の金属層を設ける必要があった。半導体の製造業者は現在アルミニウムを銅で置き換え始めているが、その理由は銅のエレクトロマイグレーションおよび導電性の特性がアルミニウムに比べて優れているためである。銅を使用することにより、アルミニウムに比べて銅の導電性は高いため、一般的に銅配線は断面積を小さく形成することができるので、必要とされる機能を提供するために必要な金属層の数が減少しうる。しかしながら、やはり個々の金属層の平坦化は相変わらず非常に重要である。銅金属配線を形成するために一般的に使用される技術はダマシンプロセスと呼ばれるものであって、絶縁層の中にビアやトレンチを形成し、続いてそれらのビアやトレンチを銅で充填する。金属のデポジションの後、化学機械研磨によって余分の金属を取り除いて、平坦化された金属層を得る。ＣＭＰは半導体業界において成功裡に使われているが、このプロセスは複雑で、制御が難しいことがわかっており、特に大口径の基板を大量に処理しなければならないときはそれが顕著である。
【０００３】
ＣＭＰプロセスでは、半導体素子が形成されるウェハなどの基板が研磨パッドと呼ばれる適切に形成されたキャリアに取り付けられ、ウェハの表面が研磨パッドに接触しながら、そのキャリアが研磨パッドに対して相対的に運動する。このプロセスの間、研磨パッドにはスラリー（slurry）が供給される。スラリーは平坦化されるべき材料または材料層と反応して、例えば金属を酸化物に変化させる化学化合物を含んでおり、酸化銅のような反応生成物はスラリーに含まれる研磨剤および研磨パッドによって機械的に除去される。ＣＭＰプロセスの問題の一つは、プロセスのある段階において、研磨対象の層に異なった材料が同時に存在しうるという事実から生じている。例えば、余分な銅のほとんどを除去した後、例えば二酸化シリコンなどの絶縁層材料を、銅および酸化銅とともに、スラリー、研磨パッドおよびスラリー中の研磨剤によって、化学的かつ機械的に同時に処理しなければならない。通常、スラリーの組成は特定された材料に対して最適な研磨特性を示すように選択されている。一般的に、異なった材料は異なった除去速度を持つので、例えば銅および酸化銅は周囲の絶縁材料よりもより速く除去される。結果として、周囲の絶縁材料と比較して、金属配線の上面に凹部が形成される。この効果は通常「ディッシング（dishing）」と呼ばれる。さらに、絶縁材料の存在下で余分な金属を除去する際、一般的に銅に比べて遅い除去速度ではあるが絶縁材料層も除去される。従って、最初にデポジションされた絶縁層の厚みも減少する。絶縁層の厚みの減少は一般に「侵食（erosion）」と呼ばれる。
【０００４】
しかしながら、侵食およびディッシングは、絶縁層および金属層を構成する材料の違いのみに依存するのではなく、基板表面の場所によっても変化し、平坦化するべきパターンに応じて単一のチップ領域内においてさえも変化する。つまり、金属および絶縁材料の除去速度は様々な要因、例えばスラリーのタイプ、研磨パッドの構成、研磨ヘッドの構造およびタイプ、研磨パッドと基板との間の相対的運動量、研磨パッド対して基板が相対的に動いている間に基板に加えられる圧力、基板上の位置、研磨対象の構造パターンのタイプ、および下地の絶縁層および金属層の均一性などに基づいて決定される。
【０００５】
上記の考察から、複数の相互に関連するパラメータが、最終的に得られる金属層のトポグラフィーに影響を与えることは明らかである。従って、ＣＭＰプロセスの信頼性および堅牢性を改善するＣＭＰ装置および方法を開発するために多くの努力が行われてきている。例えば、高性能なＣＭＰ装置では、研磨ヘッドは基板に調整可能な圧力を加えるための２以上の部分を設けるように構成されており、それによって摩擦力を制御し、これらの異なったヘッド部分に対応する基板領域の除去速度を制御する。さらに、研磨パッドを保持する研磨プラテンおよび研磨ヘッドは表面領域全体にわたってできるだけ均一な除去速度になるように互いに相対的に動き、それによって動作中に徐々に摩耗する研磨パッドの寿命ができるだけ長くなるにする。この目的のために、ＣＭＰ装置にはさらにいわゆるパッドコンディショナーが装備され、研磨パッド上を動いて、できるだけ多くの基板に対して同様の研磨条件を維持するように研磨面を再生する。このパッドコンディショナーの動きは、研磨パッドが実質的に均一に調整されるようにするとともに、同時にパッドコンディショナーが研磨ヘッドの動きに干渉しないように制御される。
【０００６】
ＣＭＰプロセスの複雑さに起因して、最先端の半導体装置の製造における厳密な要求に適合する研磨結果を得るためには、好適には異なった研磨プラテンによる２以上のプロセスステップを実施する必要がある。例えば、金属層の製造においては、設計ルールに従った所望の抵抗値を実現するためには個々の金属配線について最低限の断面積を実現する必要がある。個々の金属配線の抵抗値は材料のタイプ、配線長、および断面積に応じて変わる。前の２つの要素は製造プロセスにおいて実質的に変化しないが、複雑なＣＭＰプロセスにおいて発生する侵食やディッシングのために、金属配線の断面積は大きく変化する可能性があり、金属配線の抵抗値または品質に影響を及ぼす。従って、半導体の設計者はこれらの変動を考慮して、研磨処理が終わった後で各金属配線の断面積が確実に定められた許容範囲内になるように金属配線の追加的な「安全な」厚みを実装する必要がある。
【０００７】
上記の考察からあきらかなように、高い品質水準を維持しながら、基板の化学機械研磨における歩留まりを改善するために非常に大きな努力がなされている。ＣＭＰプロセスの本質に起因して、除去されるべき層の厚みおよび／または除去速度のその場での測定は非常に予測が難しい。実際には、所定の数の製品基板が処理される前または後に、複数のダミー基板を用いてＣＭＰ装置の調整および／または較正（キャリブレーション）を行う。ダミーウェハの処理には非常に大きなコストと時間がかかるので、最近ではＣＭＰプロセスの性能を維持するために適切な制御メカニズムを導入してテストランの数を劇的に減らそうと試みられている。一般的に、最終層の厚みおよびディッシングおよび侵食を仕様内に正確に維持するために、処理されたばかりの基板の測定結果に基づいて特定のＣＭＰパラメータを操作する制御プロセス持つことがたいへん望ましい。このいわゆるラントゥーラン（run-to-run）制御を生産ラインで実現するためには、少なくとも２つの条件が満たされなければならない。第１に、適切な測定装置を生産ラインに組み込んで、ＣＭＰプロセスを終えた各基板をすぐに測定しなければならず、その結果をＣＭＰプロセスの前、または少なくともその直後の、その基板の最終段階のＣＭＰプロセスの前に、ＣＭＰ装置に供給する必要がある。第２に、所望の研磨結果を得るために適切な、操作変数を示すＣＭＰプロセスのモデルを確立しなければならない。
【０００８】
第１の条件は製造プロセスの他のパラメータ、例えばスループット、すなわちコスト対効果に多大な悪影響を与えずに実現することは不可能である。従って、実際には、最初に処理された基板の最初の測定結果が得られるまでは、複数の基板がＣＭＰプロセスの対象となる。つまり、制御ループにはある特定量の遅延があり、測定結果を基にプロセスのパラメータを調整するときにはそれを考慮にいれなければならない。
【０００９】
第２の条件については、操作変数を古いフィードバック結果に基づいて制御するということを考慮に入れた、複数のＣＭＰモデルがすでに確立されている。例えば、ＡＥＣ／ＡＰＣ  ＶＩＩＩシンポジウム２００１の会報には、Chamnessらによる論文、”A Comparison of R2R Control Algorithms for the CMP with Measurement Delays”（測定遅延を持つＣＭＰのＲ２Ｒ制御アルゴリズムの比較）には、遅延測定値フィードバックの条件下で動作するＣＭＰモデルの比較結果が開示されている。この論文で著者は、ある一定の程度の遅延を持つ測定結果がＣＭＰ装置に供給されたときに、モデル予想ｒｕｎ制御はその制御機能において不安定性を避けうるということを単に示したにすぎない。
【００１０】
一般的に、この従来技術に鑑みて、上記の論文に説明されているモデルおよび／または例えば基板に加えられる圧力、スラリーの組成など、ＣＭＰプロセスの所望の出力を得るために操作可能なプロセス変数を導き出す実験データのセットなどの予想モデルが望ましい。
【００１１】
これまでに行った考察から、ＣＭＰプロセスは多くの半導体工場で成功裡に採用されているものの、高性能の集積回路に対する信頼できる、堅牢なＣＭＰプロセスにはプロセス装置および制御操作の点からみて多くの努力が必要であることが明らかであり、従って処理基板に要求される高い品質水準を保証しながら、単純化されたより効率のよいＣＭＰ制御プロセスおよび制御システムを得ることが望ましい。
本発明は、上述の問題のいくつかまたはすべてを解決することができ、またはそれらの影響を低減することができる方法に関する。
【発明の開示】
【発明の概要】
【００１２】
一般的に、本発明は容易にアクセス可能なプロセスパラメータを操作することによって、ＣＭＰプロセスの制御を可能にする方法および制御装置に関する。それによって、プロセス特有の特性は実験的に決定されたパラメータによって記述されるが、その正確性は適切な制御機能にとって重大なものではない。
【００１３】
従って、本発明の一実施形態は、基板の化学機械研磨を制御する方法であって、第１材料層の超過研磨時間と前記第１材料層に関連する制御変数との間の関係を量的に記述する第１感度パラメータを実験的に取得するステップと、第２材料層に関連する制御変数と先行する基板の第２材料層に関連する制御変数との間の関係を量的に記述する第２感度パラメータを実験的に取得するステップとを含む。さらに当該方法は、第２材料層に関連する制御変数、第１感度パラメータ、第２感度パラメータ、前記制御変数に対する指令値、前記第２材料層の超過研磨時間、前記第２材料層の制御変数および先行する基板の前記第２材料層に関連する制御変数を含む線形モデルから前記第１材料層の超過研磨時間を計算するステップを含む。ここで、前記超過研磨時間は、荷重移動平均（weighted moving average）によって決定される。さらに、前記第１材料層の超過研磨時間は、計算された超過研磨時間に調整される。
【００１４】
本発明の別の実施形態は、基板の第１金属層の化学機械研磨を制御する方法であって、前記第１金属層に関連する制御変数Ｅｆｉｒｓｔに対する超過研磨時間Ｔｏｐの影響を量的に記述する感度パラメータαを実験的に決定するステップを含む。さらに、制御変数Ｅｆｉｒｓｔに対する基板の第２金属層の制御変数Ｅｓｅｃｏｎｄおよび先行する基板の第２金属層の制御変数Ｅｐ，ｓｅｃｏｎｄの影響を量的に記述する感度パラメータγを実験的に決定する。さらに、当該方法は、少なくともＥｆｉｒｓｔ，Ｅｐ，ｆｉｒｓｔ，α（Ｔｏｐ−Ｔｐ，ｏｐ），γ（Ｅｓｅｃｏｎｄ−Ｅｐ，ｓｅｃｏｎｄ）の項を含む線形モデルから前記第１金属層についての超過研磨時間Ｔｏｐを計算するステップを含む。ここでＴｐ，ｏｐは先行する基板の超過研磨時間である。さらに、化学機械研磨プロセスの実際の超過研磨時間を計算された超過研磨時間Ｔｏｐに調整する。
【００１５】
別の実施形態は、基板の化学機械研磨のコントローラであって、感度パラメータおよび制御変数の測定値のうちの少なくとも一つを入力するための入力部と、超過研磨時間および最終研磨時間のうちの少なくとも一つを被操作変数として出力する出力部とを含む。当該コントローラは線形モデルから第１材料層の超過研磨時間を計算するように構成された計算部をさらに含み、この線型モデルは、第１材料層とは別の第２材料層に関連する制御変数、第１感度パラメータ、第２感度パラメータ、前記制御変数に対する指令値、前記第２材料層の超過研磨時間、前記第２材料層に関連する制御変数および先行する基板の前記第２材料層の制御変数を含む。さらに前記計算部は荷重移動平均法によって前記被操作変数を決定するように構成される。
【００１６】
さらに別の実施形態は、基板の第１金属層の化学機械研磨のためのコントローラであって、感度パラメータα、感度パラメータγ、制御変数Ｅｆｉｒｓｔの少なくとも一つの測定値を入力するための入力部を有し、前記制御変数Ｅｆｉｒｓｔは侵食およびディッシングのどちらかを示す。さらにコントローラは、少なくとも超過研磨時間Ｔｏｐを化学機械研磨の制御用の被操作変数として出力するための出力部を有する。さらにコントローラは、ＣＭＰプロセスの線形モデルから、少なくとも前記第１金属層に対する超過研磨時間Ｔｏｐを計算するように構成された計算部を含む。従って、前記線形モデルは少なくともＥｆｉｒｓｔ，Ｅｐ，ｆｉｒｓｔ，α（Ｔｏｐ−Ｔｐ，ｏｐ），γ（Ｅｓｅｃｏｎｄ−Ｅｐ，ｓｅｃｏｎｄ）の項を含み、ここでＥｐ，ｆｉｒｓｔは先行する基板の第１金属層に関連する制御変数を表し、Ｔｐ，ｏｐは先行する基板の超過研磨時間を表し、Ｅｓｅｃｏｎｄは基板の第２金属層の制御変数を表し、Ｅｐ，ｓｅｃｏｎｄは先行する基板の第２金属層に関連する制御変数を表す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は、添付の図面とともに、以下の説明を参照することによって理解できる。図面  中、類似の参照符号は類似の要素を示す。
本発明は様々な変形および代替の形態をとりうるが、その特定の実施形態を例示のために図面に示し、本明細書において詳細に説明する。しかしながら、特定の実施形態についての本明細書中の説明は、開示された特定の形態に本発明を限定しようとするものではなく、むしろ反対に、添付の特許請求の範囲に規定される本発明の精神および範囲の範疇に入る、すべての変形物、均等物および代替物を含むことを意図している、ことを理解してもらいたい。
【００１８】
本発明の例示としての実施形態を以下説明する。明確化のために、本明細書では実施物の構造すべてを説明しているわけではない。そのような現実の実施形態の開発においては、例えばシステム関連の順守事項およびビジネス上の制約など、実用化の事例毎に異なる、開発者の特定の目標を達成するために、数々の実施に則した判断を行わなければならないことは当然理解してもらえるだろう。さらに、そのような開発努力は複雑で時間のかかるものであるかもしれないが、それにもかかわらず本明細書の開示による利益を得た当業者にとっては日常作業に過ぎないことも理解できるであろう。
【００１９】
一般的に、これまでに説明した実施形態および以下で説明する実施形態は、ＣＭＰプロセスにおける超過研磨時間を適切に調整することによって、きつく設定された許容範囲内に金属層などの基板中の材料層のディッシングや侵食を維持することができるという知見に基づくものである。通常、超過研磨時間とは、基板上の所定の領域におけるある材料が除去されたことが測定された後もＣＭＰプロセスが継続される時間を指す。また、特定された領域の除去を検出するプロセスは終点検出（endpoint detection）と呼ばれ、金属層を製造するためのＣＭＰプロセスではたいてい採用されている。さらに、すでに説明したように、ハイエンドの集積回路におけるダマシン金属層のためのＣＭＰプロセスは、しばしば複数ステップのプロセスとして設計されているので、例えば金属が除去された後、プロセスの最後のステップとして絶縁層上で研磨処理が行われる。従って、最終の研磨ステップのプロセス時間を調整することによって、侵食およびディッシングの程度も制御可能である。信頼性高く適切な超過研磨時間および／または最後のＣＭＰステップのプロセス時間を予想するために、本発明の発明者はＣＭＰプロセスの線形モデルと提唱している。当該モデルは、同一のものおよび先行する基板の、侵食および／またはディッシングおよび／または以前の金属層の層の厚みに基づくものである。このモデルでは、プロセス固有の機構が２以上の感度パラメータによって説明される。感度パラメータは、実験、および／または計算と実験によって決定される。ある実施形態においては、制御機能の自己一貫性（self-consistent）の設計によって、感度パラメータの正確性は制御動作の成功のために決定的なものではない。従って、例えば本明細書の背景技術の欄で説明したような従来の制御方法とは逆に、本発明においては、容易にアクセス可能で精密に調整可能なプロセスパラメータが制御動作の被操作変数として選択される。
【００２０】
図１を参照して、本明細書で説明する実施形態において使用可能な典型的なＣＭＰ装置およびプロセスについて説明する。図１は、ＣＭＰ装置１１０、測定装置１３０およびＣＭＰコントローラ１５０を含むＣＭＰシステム１００の概略図である。ＣＭＰ装置１１０は、処理対象の基板を受け入れる入力部１１１、ＣＭＰプロセスが完了した後の基板を受け入れ、貯蔵する出力部１１２を含む。さらにＣＭＰ装置１１０は、３つの研磨プラテン１１４，１１５および１１６を持つプロセスチャンバ１１３を含み、研磨プラテン１１４，１１５および１１６はそれぞれプラテンI、プラテンIIおよびプラテンIIIとも呼ばれる。研磨プラテン１１４，１１５および１１６のそれぞれに、パッドコンディショナー１１７，スラリー供給装置１１８および研磨ヘッド１１９が設けられる。プラテンIIには、測定手段１２０が配置され、ＣＭＰプロセスの終点を検出するように構成されている。単純化のために、ガスや、水、スラリーなどの液体を供給するすべての手段とともに、基板を入力部１１１からプラテンIへ、またはプラテンIからプラテンIIへ、などへ運搬するために必要なその他の手段は図示していない。
【００２１】
動作時には、一以上の金属層を含む基板１２１がプラテンIの研磨ヘッドに取り付けられる。ここで注意してもらいたいのは、基板１２１は、説明する制御プロセスの被操作変数を確立するべき「現在の」基板であることである。すなわち、被操作変数とは、ディッシング、侵食および最終的な層の厚みなどの制御変数の所望の値を得るためにその値を変化させるプロセスパラメータを表す。すぐにＣＭＰ装置１１０によって処理される基板１２１の金属層は第１金属層とも呼ばれる。ここで、この第１金属層の下にあって、すでにＣＭＰプロセスの対象となった基板１２１のすべての金属層は第２金属層と呼ばれる。さらに、すでにＣＭＰの対象となった基板は先行する基板と呼ばれ、その先行する基板の金属層で現在の基板１２１の金属層に対応するものは、現在の基板１２１と同様に、第１および第２金属層と呼ばれる。
【００２２】
基板１２１が所定のプロセスパラメータ、例えば所定のスラリー組成、所定の研磨ヘッド１１９とプラテン１１４との間の相対運動ＣＭＰプロセスの時間などによってプラテンIでのＣＭＰプロセスを終了すると、基板１２１はプラテンIIに渡されて、場合によって異なったプロセスパラメータに基づき、測定装置１２０がプロセスの終点に達したことを示すまで第２ＣＭＰステップの対象となる。すでに説明したように、また図２を参照してこれから詳細に説明するように、基板１２１の研磨はコントローラ１５０によって決定される研磨時間Ｔｏｐの間、プラテンII上で続けられる。超過研磨時間Ｔｏｐの経過後、基板１２１はプラテンIIIへ運ばれて、そこで第１金属層の絶縁材料の研磨が適切なプロセスパラメータ、例えばスラリー組成、プラテン１１６と研磨ヘッド１１９との間の相対運動、基板１２１へ加えられる圧力などに基づいて実行される。図１の実施形態では、ＴIIIとも呼ばれるプラテンIIIでの処理時間はコントローラ１５０によって決定される。プラテンIIIでの研磨ステップが完了した後、基板１２１は出力部分１１２へ、そして場合により測定装置１３０へと運ばれて、そこで層の厚み、侵食およびディッシングなどの第１金属層に関連する測定結果が得られる。説明する様々な実施形態において、層の厚み、侵食およびディッシングは単独で、またはそれらの組み合わせにおいて、ＣＭＰプロセスの制御変数として考えられ、一方でＴｏｐおよび／またはＴIIIは被操作変数として機能する。一般に、制御変数の測定結果は周知の光学的測定技術によって取得される。従って、それについての説明は省略する。
【００２３】
図２を参照して、操作された変数ＴｏｐおよびＴIIIを得るための実施形態について説明する。図２の最初のステップ２１０で、一実施形態として、以前に処理されたテスト基板または製品基板を基にした実験から得られた感度パラメータが決定される。それによって第１感度パラメータαは決定され、例えば侵食、ディッシングの程度、金属層の厚みなどの制御変数に対する超過研磨時間Ｔｏｐの影響を記述する。また、プラテンIIIにおいて実行されるＣＭＰプロセスの研磨時間ＴIIIの影響を特定する、第２感度パラメータβが決定される。さらに、上述のとおり第２金属層とも呼ばれる先行する金属層の制御変数、例えば先行する層のディッシングおよび／または侵食が、どのように現在、つまり前記第１金属層の制御変数に影響を与えるかを定量的に記述する第３感度パラメータγが決定される。特に、感度パラメータαおよびβは除去速度などのＣＭＰ固有の機構を包含するため、実際のＣＭＰプロセスの間に、例えば研磨パッドの消耗、スラリーの飽和などによって変化する可能性がある。後でさらに詳細に説明するが、特定の一実施形態においては、単純な線形ＣＭＰモデルのためにαおよびβを単一の数で表して、αおよびβの変化を無視することも、それに対応して、αおよびβのプロセス固有の変化が最終的な結果に実質的な悪影響を与えないように残りの制御動作を設計することで、考慮される。別の実施形態では、プロセス条件の微妙な変動を考慮して、感度パラメータαおよびβは時間、つまりすでに処理された基板数またはこれから処理される基板数に依存するように選択される。
【００２４】
ステップ２２０では、線形ＣＭＰモデルから被操作変数の中間値（Ｔ＊ｏｐ，Ｔ＊IIIと呼ぶ）が計算される。この点で、線形モデルは様々な変数、例えば被操作変数Ｔｏｐ，ＴIIIおよび制御変数などの様々な変数間の関係を記述する数学的表現であることが分かる。ここで、これらの変数は、高次の項、例えばＴ２ｏｐ，Ｔ３ｏｐなどを含まない線形項である。
【００２５】
図３を参照して、Ｔ＊ｏｐ，Ｔ＊IIIを決定するための実施形態を説明する。図３で、ステップ２２０は、ＣＭＰプロセスの線型モデルを説明する第１サブステップ２２１に再分割される。このアプローチに従って、第１金属層の制御変数はＥｆｉｒｓｔと表される。ここで、ある制御変数は、侵食、ディッシング、金属層の厚みなどのどれを表してもよいことに注意してもらいたい。Ｅｆｉｒｓｔは次の式で与えられる。
【数１】
2005518667.tif 000003
ここで、添え字ｐは先行する基板に関する変数を示し、添え字ｆｉｒｓｔとｓｅｃｏｎｄはそれぞれこれから処理される第１金属層とすでに処理された第２金属層とを表す。従って、好適にはαの符号は正に、βの符号は負に選択される。γの大きさおよび符号は実験によって定められる。さらに、すでに説明したように特定の一実施形態では、プラテンIIIでの最終ＣＭＰステップを使わない場合は、Ｔｏｐなどの単一の被操作変数のみを用いてＣＭＰプロセス全体を制御することができる。式１から明らかなように、測定によって得られる第１金属層の侵食などのＥｐ，ｆｉｒｓｔが与えられたときに、先行する基板Ｔｐ，ｏｐの第１金属層に比べて、第１金属層の超過研磨時間Ｔｏｐを増加させると、それらの超過研磨時間の差（Ｔｏｐ−Ｔｐ，ｏｐ）に感度パラメータαを掛けたものによって決定される量だけＥｆｉｒｓｔを増加させる。従って、単一の数αによって表されるＣＭＰプロセスの固有機構による変動またはαを決定する際のある種の不正確さはＥｆｉｒｓｔの結果に影響を与えうるものであり、したがってある場合には所望のＥｔａｒｇｅｔを得るためには不適切であると考えられるＴｏｐの値を生じうることは明らかである。ここで、Ｅｔａｒｇｅｔは制御変数の目標値である。同じことが感度パラメータβについても言える。
【００２６】
従って、一実施形態においては、すでに説明したように、サブステップ２２２においてパラメータαまたはβは時間依存のパラメータとして選択され、さらに適切には処理対象の基板数に依存したパラメータとして選択される。このようにして、研磨パッドの消耗、スラリーの組成の劣化などの一般的な傾向が考慮に入れられて、αおよび／またはβの系統的な変化を補償することができる。つまり、時間の経過に伴う研磨速度の系統的な減少を処理された基板の数が増加するに従って、αを増加させ、および／またはβを減少させることにより斟酌することができる。従って、αおよび／またはβは、関数α＝α（ｉ）および／またはβ＝β（ｉ）として選択することができる。ここで、（ｉ）は処理された基板の数を表す。この特性はＣＭＰ制御にある程度の予測性を与える。そのことは、以前に説明したように、コントローラが現在処理中の基板に対して大きな遅れを持ちうる測定結果に応答しなればならないときに有利である。
【００２７】
サブステップ２２３では、ステップ２２１のモデルに従って、被操作変数、超過研磨時間およびプラテンIIIでの研磨時間についての中間値が得られる。中間値Ｔ＊ｏｐ，Ｔ＊IIIを決定する理由は、制御動作はＣＭＰプロセスのどのような短時間変動をも平滑化しなければならず、そしてすでに処理された基板の測定結果に対して、過剰なアンダーシュートまたはオーバーシュートを生じさせることなしに、「ソフト」な方法で応答してなければならないという事実に帰する。このような制御動作の振る舞いは、基板についての測定結果が少ない数しか利用できず、ある一つの先行基板の測定結果から他の先行基板の測定結果に大きな変動が生じているときに、便利である。つまり、例えばＥｐ，ｆｉｒｓｔを表す測定結果は、先行する基板上の所定の一箇所での一回の測定で得られる。従って、実際の被操作変数Ｔｏｐ，ＴIIIの前に、中間の被操作変数Ｔ＊ｏｐ，Ｔ＊IIIが決定される。
サブステップ２２３は次のような場合についてのものである。
【数２】
2005518667.tif 000004
これは、先行基板の超過研磨時間と比較して超過研磨時間を変化させず、そして以前の基板のプラテンIIIでの研磨時間と比較してプラテンIIIでの研磨時間を変化させることになしに、Ｅｔａｒｇｅｔの指令値を得られることを意味している。従って、Ｔ＊ｏｐはＴｐ，ｏｐに等しく、Ｔ＊IIIはＴｐ，IIIに等しい。
【００２８】
サブステップ２２４では、Ｔ＊ｏｐおよびＴ＊IIIは次のような場合について計算される。
【数３】
2005518667.tif 000005
それが意味するところは、Ｅが実際に何を表しているかに応じて、先行する基板の第１金属層の侵食および／またはディッシングおよび／または層の厚み、そして現在の基板および先行する基板の第２金属層の侵食の影響により、より少ない侵食および／またはディッシングおよび／または望ましい厚みよりも薄い層の厚みを生じさせることである。明らかに、現在の基板の超過研磨時間は、先行する基板の超過研磨時間と等しいか、長くなければならない。そして、プラテンIIIでの研磨時間は先行する基板の研磨時間と等しいか、短くなければならない。従って、次の式が成り立つ。
【数４】
2005518667.tif 000006
さらに、一般に最長および最短の超過研磨時間（バー）Ｔｏｐ、（アンダーバー）Ｔｏｐ、およびプラテンIIIの最長、最短研磨時間（バー）ＴIII、（アンダーバー）ＴIIIは、プロセスの要求に従って、事前に設定されうる。超過研磨時間およびプラテンIIIの研磨時間に対するこれらの限定は実験または経験により決定される。例えば、最長および最短超過研磨時間（バー）Ｔｏｐ、（アンダーバー）Ｔｏｐはそれぞれ約３０秒と約５秒に選択することができる。プラテンIIIの最長、最短研磨時間（バー）ＴIII、（アンダーバー）ＴIIIは、それぞれ約１２０秒と約２０秒に選択することができる。超過研磨時間ＴｏｐおよびプラテンIIIの研磨時間ＴIIIが同時に被操作変数として用いられる実施形態では、中間値Ｔ＊ｏｐおよびＴ＊IIIを決定して、それらの値が最短および最長超過研磨時間およびプラテンIIIの研磨時間のそれぞれによって与えられる許容範囲中に十分入っているようにすることが望ましい。一実施形態では、超過研磨時間Ｔ＊ｏｐおよびプラテンIIIの研磨時間Ｔ＊IIIの中間は、対応する許容範囲の中間に中心合わせするように決定され、同時にＴ＊ｏｐおよびＴ＊IIIは、ＣＭＰモデルが指令値Ｅｔａｒｇｅｔを提供するように選択しなければならない。よって、Ｔ＊ｏｐおよびＴ＊IIIは、次の式によって決定される。
【数５】
2005518667.tif 000007
対応する許容範囲内で中心に合わせられたＴ＊ｏｐおよびＴ＊IIIは、次の式の最小値を計算することによって得られる。
【数６】
2005518667.tif 000008
ここで、式４および式５は、最小のＴ＊ｏｐおよびＴ＊IIIを求めるための２次条件である。
【００２９】
同様に、サブステップ２２５では、次の場合についてＴ＊ｏｐおよびＴ＊IIIが計算される。
【数７】
2005518667.tif 000009
これは、先行する基板の第１金属層の侵食と第２金属層の侵食との組み合わせが望ましい侵食の値を超えたことを意味する。従って、中間の超過研磨時間は先行する基板の超過研磨時間と同じかまたはそれより短くなるように選択しなければならず、中間のプラテンIIIの研磨時間は、先行する基板のプラテンIIIの研磨時間と同じかまたはそれより長くなるように選択しなければならない。従って、
【数８】
2005518667.tif 000010
となる。サブステップ２２４で実行された計算と同じく、この場合にも、２次条件（５）および（８）において式６の最小値が決定される。
【００３０】
中間の超過研磨時間Ｔ＊ｏｐおよび中間のプラテンIIIの研磨時間Ｔ＊IIIを取得するための上記サブステップを定性的に要約するために、第２金属層の先行する基板の測定結果または、それの計算値がそれぞれ予想される侵食が望ましい侵食に等しいことを示しているとき、中間の超過研磨時間Ｔ＊ｏｐおよびプラテンIIIの研磨時間Ｔ＊IIIは、先行する基板の超過研磨時間Ｔｐ，ｏｐおよびプラテンIIIの研磨時間Ｔｐ，IIIに対応する。先行する基板および現在の基板２２１および先行する基板の第２金属層の侵食値が望ましい侵食Ｅｔａｒｇｅｔを生じさせない場合、中間の研磨時間は、それらの値が許容範囲の中間付近に中心合わせされるように決定され、同時に前述の２次条件（５）および（６）を満たす、つまり中間の研磨時間が望ましい侵食Ｅｔａｒｇｅｔを生じさせ、さらに条件（４）および（８）に従うようにする。特に、２次条件（４）および（８）は、Ｔ＊ｏｐのどのような変化も、プラテンIIIの研磨時間の対応する変化によって補償されないことを保証している。対応する振る舞いは、式（６）に従って最小値を決定するより簡単な解法につながる可能性があるが、しかし不正確なαおよびβについての誤った方向への制御動作となって、制御機能を不安定にする可能性もある。
【００３１】
実際には、計算は所定の精度で実行され、従って方程式の解法に関するどの計算ももちろん、アルゴリズムおよび「不正確性」の許容度に応じて、ある程度の「変動」の対象となる。従って、ここで説明した計算結果は通常は、利用可能な計算能力、要求される精度などの要因によって決定される近似の度合いによる概算値として取り扱うべきである。例えば、多くの応用では、超過研磨時間およびプラテンIIIの時間に対する精度は２分の１のオーダーで十分である。それは、２分の１内の研磨動作が測定変動の十分な範囲内の量の侵食の変化につながるからである。
【００３２】
式（６）の最小値を決定するための重み付け率は次のように選択される。
【数９】
2005518667.tif 000011
重み付け率ｗも実験によって決定できる。
さらに、単に一つの被操作変数、例えば超過研磨時間Ｔｏｐを用いる場合には、最小値を計算することによって中間値を決定する必要はないことに注意しなければならない。
【００３３】
図２を再び参照して、ステップ２３０において、超過研磨時間およびプラテンIII研磨時間の実際の出力値を、中間の超過研磨時間、中間のプラテンIIIの研磨時間および先行する基板の超過研磨時間およびプラテンIIIの研磨時間から計算する。これは、使用するアルゴリズムに応じて、先行する基板の超過研磨時間およびプラテンIIIの研磨時間の進化（evolution）に対して、超過研磨時間およびプラテンIIIの研磨時間の比較的なめらかな適応を保証する。
【００３４】
図４に、ステップ２３０において、超過研磨時間およびプラテンIII研磨時間を得るための一実施形態を示す。第１サブステップ２３１において、Ｔ＊ｏｐおよび／またはＴ＊IIIが所定の範囲内にあるかどうかをチェックする。この所定の範囲は、上述の最長および最短の超過研磨時間およびプラテンIIIの研磨時間によって定義された範囲とは異なっていてもよい。これらの所定の範囲によって、パラメータαおよびβ、従ってＣＭＰ条件が大きく変動したかどうかを示す、制御動作が系統的に明確な範囲を逸脱する傾向があるかどうかを検出することができる。
【００３５】
この場合は、サブステップ２３２において、ＣＭＰプロセスの線型モデルがすでに有効でないか、または検討中のＣＭＰプロセスランが「近い将来」に無効になることを示している。この示唆は、ＣＭＰ固有機構の予見できなかったなにかの変化が発生したことの証拠としてとらえるべきである。ここで、サブステップ２３１は選択的なものであって、省略可能であることに注意してほしい。
【００３６】
サブステップ２３３において、超過研磨時間およびプラテンIIIの研磨時間を、先行する基板の超過研磨時間と中間の超過研磨時間Ｔ＊ｏｐとから、荷重移動平均法によって計算する。そして、プラテンIIIの研磨時間を先行する基板のプラテンIIIの研磨時間と中間のプラテンIIIの研磨時間Ｔ＊IIIとの荷重移動平均として計算する。２３３に示すように、超過研磨時間Ｔｏｐは次のように与えられる。
【数１０】
2005518667.tif 000012
ここで、λは０−１の範囲のパラメータである。パラメータλを用いて、前述の超過研磨時間の展開に関する制御揺れの適応「速度」を調整することができる。同様に、プラテンIIIの研磨時間は次の式で得られる。
【数１１】
2005518667.tif 000013
パラメータμは先行する基板との関係で、プラテンIIIの研磨時間の適応速度を調整する。明らかに、１に近いλおよびμの値は、例えば先行する基板の測定結果が指令値Ｅｔａｒｇｅｔからの比較的大きな偏差を示していた場合に、超過研磨時間およびプラテンIIIの研磨時間の即時応答につながる。一方、λおよびμの値として比較的小さい値を選ぶと、ＣＭＰプロセスのどのような変化に対しても非常に遅い応答しか示さなくなる。特定の一実施形態において、指数荷重移動平均（ＥＷＭＡ）と呼ばれるアルゴリズムが採用され、同じλの値が超過研磨時間およびプラテンIIIの研磨時間について使用される。このＥＷＭＡモデルにおいて、ＣＭＰプロセスの直近の経過の影響を、どのような「古い」プロセスイベントよりもより効果的に考慮することができる。ＥＷＭＡを含む対応する実施形態は、先行する基板からの測定結果に大きな遅れがない、つまり現在の基板１２１と先行する基板との間にほんの少数の基板または処理された基板がない場合に特に適している。
【００３７】
図２を再度参照して、ステップ２４０において、ステップ２３０で計算された超過研磨時間およびプラテンIIIの時間が図１のＣＭＰ装置１１０に転送されて、現在処理されている基板１２１の対応するプロセス時間を調整する。
【００３８】
ステップ２５０で、基板は測定装置１３０に運ばれて、制御変数のための測定値を取得する。次に、これらの測定値は後続の基板についての計算のためのＥｓｅｃｏｎｄ，Ｅｐ，ｓｅｃｏｎｄ，Ｅｐとして使われる。すでに説明したように、測定結果がコントローラ１５０で利用可能になるまでにある程度の遅れが存在する。そして、この場合、すでに処理された基板数とこれから処理される基板数とに応じて感度パラメータαおよびβがパラメータとして与えられる、サブステップ２２２を参照して説明した実施形態を、有利に使用することができる。その理由は、制御ループに考慮すべき遅れがある場合でも、コントローラ１５０が「予想的」振る舞いを示し、超過研磨時間およびプラテンIIIの研磨時間について信頼できる値を出力するからである。さらに、そのような予測モデルが採用される場合には、測定動作の回数を相当削減することができる。
【００３９】
これまで説明した実施形態では、現在処理対象の基板および先行する基板は単一の基板として参照してきた。しかしながら、一実施形態においては、現在の基板および先行する基板は複数の基板、例えば基板ロットなどを代表することができる。このとき、制御変数、Ｅｆｉｒｓｔ，Ｅｐ，ｆｉｒｓｔ，Ｅｓｅｃｏｎｄ，Ｅｐ，ｓｅｃｏｎｄおよび被操作変数ＴｏｐおよびＴIIIは対応する複数の基板の平均値を表す。対応する構成は、すでに確立したＣＭＰプロセスが組み込まれ、所定の複数基板内の基板間偏差が十分受け入れ可能なプロセスパラメータ内にある、製造ラインにおいて特に有用であることが証明される。従って、プロセス制御は、単純な、しかし効率的な方法で、多数の基板に対してロット対ロットベースで実行することができる。
【００４０】
図１に示すように、一実施形態においては、図２乃至４を参照して説明した実施形態の一つに従って制御動作を実行するコントローラ１５０は、入力部１５１、計算部１５２および出力部１５３を含み、入力部１５１は測定装置１３０に動作可能に結合され、出力部１５３はＣＭＰ装置１１０に動作可能に結合される。ＣＭＰプロセスを基板対基板ベースで制御するべきときには、測定装置１３０およびコントローラ１５０はインライン（ライン内）の装置として実装され、基板の移動を最小限にして、入力部１５１への測定結果の入力を早めるようにする。別の実施形態において、複数の基板をそれら複数基板の超過研磨時間および／またはプラテンIIIの研磨時間についての平均値で制御するときには、測定装置１３０および／またはコントローラ１５０は製造ラインの外に配置してもよい。
【００４１】
コントローラ１５０はシングルチップのマイクロプロセッサとして実装することができる。マイクロプロセッサはアナログまたはデジタル信号が測定装置１３０から直接供給される入力を持るマイクロコントローラであっても、例えばＰＣまたはワークステーションなどの外部コンピュータの一部であってもよく、半導体製造に一般的に用いられている工場内の管理システムの一部であってもよい。特に、計算ステップ２２０および２３０はどのような数学的アルゴリズムで実行してもよく、それには関連する式を解くための解析的な手法、ファジーロジック、テーブルパラメータの使用、特にＥＷＭＡについて、コントローラ１５０にインストールできる対応する動作コードが含まれる。さらに、上述の実施形態は、対応するＣＭＰ装置およびその装置で実行される基本ＣＭＰプロセスの固有特性を記述する感度パラメータαおよび／またはβを取得すればよいだけなので、既知のどのようなＣＭＰ装置にも簡単に適応させることができる。
【００４２】
上述の特定の実施形態は例示の目的のためだけのものであり、本発明は修正することができ、そして違うやり方ではあるが、本明細書の教示を受けた当業者に明白な均等な方法において実施することができる。例えば、上述のプロセスステップは異なった順番で実行することができる。さらに、添付の特許請求の範囲に説明されている以外は、明細書中の構成または設計の詳細な部分に本発明は限定する意図はない。従って、上述の特定の実施形態は変形または変更が可能であり、そのようなすべての変形例は本発明の範囲および精神の範囲内のものと考えられる。従って、ここで求められる保護は添付の特許請求の範囲に記載されるとおりである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態が実装された一般的なＣＭＰ装置の図。
【図２】ＣＭＰの制御方法の一実施形態を表す流れ図。
【図３】図２に示された実施形態の詳細を表す流れ図。
【図４】図２に示された実施形態に従った、被操作変数を計算する場合のさらに詳細を表す流れ図。
【図１】
2005518667.tif 000014
【図２】
2005518667.tif 000015
【図３】
2005518667.tif 000016
【図４】
2005518667.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成16年1月13日(2004.1.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板１２１の化学機械研磨を制御する方法であって、
基板の研磨対象となる第１材料層の超過研磨時間と前記第１材料層に関連する制御変数との間の関係を量的に記述する第１感度パラメータを取得するステップと、
前記基板の既に研磨された第２材料層に関連する制御変数と先行する基板の研磨された第２材料層に関連する制御変数と前記第１材料層に関連する前記制御変数との間の関係を量的に記述する第２感度パラメータを取得するステップと、
前記先行する前記第１材料層に関連する制御変数、前記第１感度パラメータ、前記第２感度パラメータ、前記基板の前記第１材料層に対する指令値、前記先行する基板の超過研磨時間、前記基板の前記第２材料層に関連する制御変数および前記先行する基板の前記第２材料層に関連する制御変数を少なくとも含む、化学機械研磨プロセスの線形モデルから前記第１材料層の超過研磨時間を計算するステップと、
前記第１材料層の前記超過研磨時間の荷重移動平均を計算するステップと、
前記基板を化学機械研磨する際の前記第１材料層の前記超過研磨時間を、前記計算された超過研磨時間に対応して調整するステップとを含む方法。
【請求項２】
前記制御変数は、侵食、ディッシングおよび材料層の厚みのうちの少なくとも一つを表す、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記先行する基板の前記第１および第２材料層の少なくとも一つの測定によって、侵食、ディッシングおよび材料層の厚みのうちの少なくとも一つを決定するステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記制御変数のそれぞれは複数の基板の平均値を表す、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記第１感度パラメータは、すでに処理された基板数およびこれから処理されるべき基板数の少なくとも一つに依存する、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記化学機械研磨プロセスは、調整可能な追加の研磨時間をかけて分離した研磨プラテンで行われる最終研磨ステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記制御変数と前記追加の研磨時間との間の関係を量的に記述する第３感度パラメータを取得するステップをさらに含む、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記線形モデルから前記追加の研磨時間を計算するステップをさらに含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記超過研磨時間および前記追加の研磨時間を計算するステップは、中間の超過研磨時間および中間の追加の研磨時間を、対応する許容範囲の中心点からの前記中間の超過研磨時間および前記中間の追加の研磨時間の組み合わせ偏差がおおよそ最小の値になるように決定するステップを含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記最小の値は、先行する基板のそれぞれの値を比較したときに、前記中間の超過研磨時間と前記中間の追加の研磨時間とが異なった方向に変化する条件および前記中間の超過研磨時間と前記中間の追加の研磨時間とが前記命令値に実質的に等しい前記第１材料層に関連する制御変数値を生成する条件において決定される、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
基板の第１金属層の化学機械研磨を制御する方法であって、
前記第１金属層に関連する制御変数Ｅｆｉｒｓｔに対する終点が検出された後に、CMPで使用される超過研磨時間Ｔｏｐの影響を量的に記述する感度パラメータαを決定するステップと、
前記制御変数Ｅｆｉｒｓｔに対する、前記基板の第２金属層に関連する制御変数Ｅｓｅｃｏｎｄおよび先行する基板の前記第２金属層に関連する制御変数Ｅｐ，ｓｅｃｏｎｄの影響を量的に記述する感度パラメータγを決定するステップと、
少なくとも次の項を含む線形モデルから、前記第１金属層についての前記超過研磨時間Ｔｏｐを計算するステップと、
Ｅｆｉｒｓｔ，Ｅｐ，ｆｉｒｓｔ，α（Ｔｏｐ−Ｔｐ，ｏｐ），γ（Ｅｓｅｃｏｎｄ−Ｅｐ，ｓｅｃｏｎｄ）
ここでＴｐ，ｏｐは先行する基板の超過研磨時間、Ｅｐ，ｆｉｒｓｔは前記先行する基板の前記第１金属層に関連する制御変数、
前記基板の前記第１金属層の化学機械研磨の際の実際の超過研磨時間として、前記計算された超過研磨時間Ｔｏｐを選択するステップとを含む方法。
【請求項１２】
前記Ｔｏｐを計算するステップは、
前記制御変数Ｅｆｉｒｓｔの所望の値Ｅｔａｒｇｅｔを取得するのに必要とされる中間の超過研磨時間Ｔ＊ｏｐを計算するステップと、
前記先行する基板の超過研磨時間Ｔｐ，ｏｐおよび前記中間の超過研磨時間Ｔ＊ｏｐから荷重移動平均としてＴｏｐを計算するステップを含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
基板の化学機械研磨のための装置であって、
少なくとも一つの研磨プラテンを有する研磨装置１１０と、
前記研磨の終点を知らせる終点信号を供給する終点検出装置と、
前記終点検出信号が供給された後に、処理されるべき第１材料層を有する現在の基板についての超過研磨時間を前もって決定するコントローラ１５０とを備え、前記コントローラ１５０は、前記超過研磨時間を計算するように構成された計算部を含み、前記超過時間は、
先行する基板の第１材料層の侵食、ディッシングおよび層の厚みのうちの少なくとも一つ、
前記先行する基板の第２材料層の侵食、ディッシングおよび層の厚みのうちの少なくとも一つ、
現在の基板の第２材料層の侵食、ディッシングおよび層の厚みのうちの少なくとも一つ、
前記研磨プロセスの固有の機構を表す実験的に決定された感度パラメータを基にして決定される装置。
【請求項１４】
前記少なくとも一つの研磨プラテンの下流に配置される最終研磨プラテンをさらに含み、前記コントローラは前記最終研磨プラテンの研磨時間を決定するように構成されている、請求項１３記載の装置。
【国際調査報告】
2005518667.tif 000018
2005518667.tif 000019