(57)【要約】半導体処理システムが提供される。このシステムは、基材表面上に配置された薄膜厚を示すシグナルを検出するように構成されたセンサーを備える。研磨用パッドの表面に第１流体を適用するように構成された第１ノズルを備える。この第１ノズルより上流に位置する流体制限デバイスが設けられる。この流体制限デバイスは、研磨用パッドの表面上にスラリーを均一に分布させるように構成されている。流体制限デバイスより上流に位置する第２ノズルを備える。この第２ノズルは、均一に分布したスラリーに第２流体を適用するように構成されている。基材の表面に差次的除去速度を適用するためのＣＭＰシステムおよび方法もまた提供される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材表面に適用される除去速度に対して差次的制御を提供するための方法であって、以下：
処理操作の前に該基材の厚さ地図を生成する工程；
該厚さ地図の座標を該処理操作において利用されるセンサーと関連付ける工程；および
該センサーと関連付けられた該基材表面の位置において使用される除去速度を、該厚さ地図から提供されるデータに基づいて調節する工程、
を包含する、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、さらに、以下：
前記処理操作に間に前記位置における厚さをモニタリングする工程；および
該位置における該厚さを示すシグナルから導電体により引き起こされる不正確さを除去する工程、
を包含する、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記センサーと関連付けられた前記基材表面の位置において使用される除去速度を、前記厚さ地図から提供されるデータに基づいて調節する前記工程の操作方法が、以下：
研磨用パッド上に実質的に均一なスラリー層を提供する工程；および
該位置に対応する該実質的に均一なスラリー層の一領域を乱す工程、
を包含する、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記センサーと関連付けられた前記基材表面の位置において使用される除去速度を、前記厚さ地図から提供されるデータに基づいて調節する前記工程の操作方法が、以下：
研磨用パッドの表面上にスラリー欠乏領域およびスラリー強化領域の１つを作製する工程、
を包含する、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、さらに、以下：
前記センサーからのシグナルを較正して、前記基材表面上に配置された薄膜の厚さに対応するシグナル成分を単離する工程、
を包含する、方法。
【請求項６】
半導体処理モジュールであって、以下：
研磨用パッド；
該研磨用パッドが移動する際に、該研磨用パッドの該頂部表面上に配置された流体を妨害し、該パッドの頂部表面上に実質的に均一な流体層を作製するように構成された流体制限デバイス；および
該実質的に均一な流体層の一領域を選択的に乱すように構成された流体送達システム、
を備える、半導体処理モジュール。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体処理モジュールであって、さらに、以下：
前記流体送達システムと通信するセンサーであって、該センサーが、該センサーにより検出されたウエハー厚に基づいて、該流体送達システムが前記領域を乱すことを引き起こし得る、センサー、
を備える、半導体処理モジュール。
【請求項８】
前記センサーが渦電流センサーである、請求項６に記載の半導体処理モジュール。
【請求項９】
請求項６に記載の半導体処理モジュールであって、前記流体送達システムが、前記研磨用パッドへのスラリーの添加および該研磨用パッドへの置換試薬の添加の１つを介して、前記領域を乱すように構成されている、半導体処理モジュール。
【請求項１０】
差次的閉ループ制御による半導体ウエハー処理システムであって、以下；
第１検知デバイスおよび第２検知デバイスを有するシグナル伝達システムであって、該第１検知デバイスが、処理状態下での薄膜厚に依存するシグナルをモニタリングするように構成されており、該第２検知デバイスが、外部物体からの影響を最小にして、薄膜厚を単離および測定するように構成されている、シグナル伝達システム；
所望の平面化規格を得るために、局所的除去速度を差次的に訂正するように構成された実行システム；および
該シグナル伝達システムおよび該実行システムの両方と通信するコントローラーであって、該コントローラーが、該第１検知デバイスからのシグナルを調節して、該第２検出デバイスにより捕捉されたデータから、該実行システムによって導入された第３者効果および基材厚成分の両方を除去するように構成されている、コントローラー、
を備える、システム。
【請求項１１】
前記第１検知デバイスおよび前記第２検知デバイスが、渦電流センサーである、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
請求項１０に記載のシステムであって、前記実行システムが、以下：
研磨用パッドが移動する際に、該研磨用パッドの頂部表面上に配置された流体を妨害し、該パッドの頂部表面上に実質的に均一な流体層を作製するように構成された、流体制限デバイス；および
該実質的に均一な流体層の一領域を選択的に乱すように構成された、流体送達デバイス、
を備える、システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のシステムであって、前記コントローラーが、前記第１検知デバイスからの調節されたシグナルに基づいて、前記流体送達システムが前記領域を乱すことを引き起こし得る、システム。
【請求項１４】
前記実行システムが、ベルト型の化学的機械的平面化（ＣＭＰ）システムである、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第１検知デバイスが、前記実行システムのウエハーキャリア上に埋め込まれている、請求項１２に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
（発明の背景）
本発明は、一般に、半導体製造に関し、より具体的には、ウエハー処理の間のプロセス制御のためのインラインでの計測法に関する。
【０００２】
半導体製造の間には、処理操作を受けている基材の特徴を測定するための多くの機会が存在する。これらの特徴の多くは、これらの特徴を示すシグナルを捕捉することで決定され得る。例えば、レーザー干渉法、発光などを使用する種々の終点決定方法が、利用可能である。しかし、これらの特徴は、サイズ、特に半導体の製造において使用される薄膜の厚さと共に減少し続けるので、これらの特徴を示すシグナルは、特定の状況において検出不可能となる。例えば、渦電流センサーは、変位測定、近接測定、および薄膜厚測定のために使用される。このセンサーは、測定される物体の近位にある試験コイルの電磁場を変動させることによるサンプル中の電流の誘導に基づく。電磁場の変動は、交流電流をコイルに流すことの結果として生じる。電磁場を変動させることにより、渦電流が生じ、この渦電流が、適用される場を乱し、コイルのインダクタンスを変化させる。
【０００３】
図１は、渦電流センサーが作動する原理についての簡略化した概略図である。交流電流が、導電物体１０２のすぐ近位にあるコイル１００を流れる。このコイルの電磁場により、導電物体１０２に渦電流１０４が誘導される。次に、この渦電流の強度および位相は、コイルの荷電に影響を与える。従って、このコイルのインピーダンスは、この渦電流によりインパクトを受ける。このインパクトが導電物体１０２の近接度、およびこの物体の厚さを検知するために測定される。距離１０６は、コイル１００に対する渦電流１０４の影響にインパクトを与え、そのために、物体１０２が移動した場合、渦電流のコイル１００へのインパクトをモニタリングしているセンサーからのシグナルもまた変化する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
渦電流センサーを薄膜厚を測定するために使用するという試みは、限定的な成功に終わっている。渦電流センサーからのシグナルは薄膜厚および基材のセンサーに対する距離の両方に対して感受性であるので、分解されなければならない２つの未知の値が存在する。図２Ａは、化学的機械的平面化プロセス（ＣＭＰ）の間にウエハー厚を測定するために渦電流センサーを有する、ウエハーキャリアの概略図である。ウエハーキャリア１０８は、渦電流センサー１１０を備える。ＣＭＰ操作の間、キャリア１０８のキャリア薄膜１１２によって支持されているウエハー１１４は、パッド１１６に対して押し付けられ、このウエハーの表面が平面化される。パッド１１６は、ステンレス鋼バッキング１１８により支持されている、
図２Ａの構成の１つの欠点が、キャリア薄膜の可変性から生じる。この薄膜は、わずか０．０２０インチ厚であり、サンプルによって０．００６インチ厚まで変化し得る。プロセス状態、特にウエハーの積載に起因する薄膜の圧縮は、センサー−金属層の距離に影響する。従って、キャリア薄膜および可変性のプロセス状態により、ウエハーとセンサーとの間の距離に実質的な可変性がもたらされる。従って、距離に影響し、次にセンサーによる厚さの測定にインパクトを与える全ての変数を較正することは、極めて困難なものとなる。この構成の別の欠点は、測定されている導電材料から分離された別の導電材料の存在により生じ、一般に第３者効果といわれている。導電層の厚さがいわゆる皮膚厚さ未満である場合、コイルによる電磁場は、完全には吸収されず、部分的に貫通して、図２Ａのパッド１１６のステンレス鋼バッキング１１８に達する。この電磁場は、ステンレス鋼ベルト内にさらなる渦電流を誘導し、それによって、渦電流センサーからの全シグナルに寄与する。
【０００５】
さらに、パッドは、時間が経過するにつれて磨耗または侵食され、ステンレス鋼バッキングと渦電流センサーとの間の距離に変動をもたらして、渦電流センサーの全シグナルに対する適切な寄与に影響することが理解されるべきである。従って、ウエハーが継続的にに処理される際には、磨耗係数が考慮されなければならない。結果として、厚さの測定に持ち込まれる可変性に起因して、誤差の量は受容できない大きさであり、かつ予測不可能である。さらに、除去速度の均一性に集中することは、現在の適用にとって誤っている。つまり、エンドユーザーの観点からは、半導体基材の表面上に均一な最終層を有することが望ましいのであり、それは均一な除去速度の結果である必要はない。例えば、平面化に先立って処理されたウエハーの表面が均一な厚さではない場合、その不均一性は、均一な除去速度がこの処理されたウエハーに適用される場合も、維持される。
【０００６】
図２Ｂは、均一な除去速度をシリコン基材の表面に適用した結果を示す簡略化した断面概略図である。見られ得るように、基材１０９に適用された均一な除去速度は、不均一な厚さを有する基材１１を生じる。すなわち、基材１１の中心での厚さは、この基材の外縁での厚さよりも小さく、この基材の外縁は、平面化の適用の前の基材１０９に類似する。結果として、基材１１１の中心は、特に銅除去プロセスに関して、過剰に研磨され得る。
【０００７】
さらに、半導体処理のために必要とされる薄い薄膜厚に適応するために十分に高感度であるいくつかのシステムは、第３者によりシグナルの感知が妨害され得る。例えば、シグナルは、感知される近位部中での他の導電物体の存在によりインパクトを受け得る。さらに、このインパクトは、一定ではなく、金属薄膜の厚さに依存し得、それによって、シグナルから厚さへの直接的な変換が不可能となる。
【０００８】
上述の観点から、ウエハーの標的残留層の厚さの均一性を制御するために、均一な除去速度ではなく均一な厚さを送達し得る方法および装置を提供する必要性がある。さらに、処理されている半導体ウエハーの残留厚に対するリアルタイム差次的閉ループ制御を提供する必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（発明の要旨）
大きく言って、本発明は、化学的機械的平面化操作の間にウエハーに適用される除去速度の差次的制御を可能にすることによって、これらの必要性を満たす。本発明は、多くの方法（装置、システム、デバイス、または方法が挙げられる）に導入され得ることが理解されるべきである。本発明のいくつかの進歩的実施形態が以下に記載される。
【００１０】
本発明の１つの実施形態に従って、化学的機械的平面化（ＣＭＰ）システムが提供される。このＣＭＰシステムは、研磨用パッド上に配置されたウエハーキャリアを備える。ウエハーキャリアは、平面化プロセスの間、ウエハーを支持するように構成されている。このウエハーキャリアは、薄膜厚を示すシグナルを検出するように構成されたセンサーを備える。この薄膜厚を示すシグナルは、第３者効果を含む。センサーと通信する汎用コンピューターが備えられる。この汎用コンピューターは、センサーからの薄膜厚を示すシグナルを調節して、ＣＭＰシステムにより導入された第三者効果および基材厚成分の両方を実質的に除去するように構成されている。研磨用パッド上に実質的に均一なスラリー層を提供するように構成されたスラリー輸送システムが提供される。このスラリー輸送システムは、第１側部および第２側部を有する流体制限デバイスを備える。この流体制限デバイスは、第１側部の後ろにある研磨用パッド上にスラリープールを作製するように構成されている。この流体制限デバイスはさらに、第２の側部の後ろにある研磨用パッド上に実質的に均一なスラリー層を設けるように構成されている。
【００１１】
別の実施形態に従って、化学的機械的平面化（ＣＭＰ）操作の間、リアルタイムで薄膜厚を決定し得るシステムが提供される。このシステムは、センサーの集合を有するＣＭＰモジュールを備え、このセンサーの集合の各センサーは、ＣＭＰモジュールと関連する導電体の存在下でウエハーの対応する点における厚さを示すシグナルを検出するように構成されている。このＣＭＰモジュールは、研磨用パッドの一領域上に実質的に均一なスラリー層を作製し得る流体制限デバイス、およびこの流体制限デバイスとウエハーキャリアとの間に位置するノズルを備える。このノズルは、流体を研磨用パッド領域の一部へ適用することを可能にするように構成されている。センサーの集合およびＣＭＰモジュールの外部にあるセンサーの集合の両方と通信する汎用コンピューターが備えられている。この汎用コンピューターは、ＣＭＰモジュールの外部にあるセンサーの集合から提供されるデータから、ウエハーの対応する点についての較正係数を計算するように構成されている。この較正係数は、厚さを示すシグナルを調節して、ウエハーの薄膜厚を示すシグナルの一部を単離するように構成されており、ここで、汎用コンピューターはさらに、ウエハーの対応する点において局所的に除去速度を調節するために、ノズルを起動して流体を適用するように構成されている。
【００１２】
本発明のまた別の実施形態に従って、半導体処理システムが提供される。このシステムは、基材表面上に配置された薄膜の厚さを示すシグナルを検出するように構成されているセンサーを備える。第１流体を研磨用パッド表面に適用するように構成された第１ノズルが備えられている。この第１ノズルより上流に位置する流体制限デバイスが設けられている。この流体制限デバイスは、研磨用パッドの表面にわたってスラリーを均一に分布させるように構成されている。この流体制限デバイスより上流に位置する第２ノズルが備えられている。この第２ノズルは、均一に分布されたスラリーに第２流体を適用するように構成されている。
【００１３】
なおまた別の実施形態に従って、その上にフィルムが配置されている基材表面に差次的な除去速度を適用するための方法が提供される。この方法は、処理操作の前にウエハーの厚さ地図を生成することにより開始する。次いで、このウエハーが処理ステーションに移される。次に、処理状態の下でウエハー上の点に対応する厚さデータが検出される。次に、調節した厚さデータが、処理中のウエハー上の点について生成される。次いで、ウエハー上の点に関連する位置におけるスラリー分布が調節され、その点における除去速度が局所的に調整される。
【００１４】
別の実施形態に従って、基材表面に適用される除去速度に対して差次的制御を与える方法が提供される。この方法は、この方法は、処理操作の前に基材の厚さ地図を生成することにより開始する。次いで、この厚さ地図の座標が処理操作に利用されているセンサーと関連付けられる。次に、センサーに関連する基材表面の位置において用いられる除去速度が、厚さ地図から提供されるデータに基づいて調節される。
【００１５】
また別の実施形態に従って、半導体処理モジュールが提供される。この半導体処理モジュールは、研磨用パッドを備える。流体制限デバイスが備えられている。この流体制限デバイスは、研磨用パッドが移動する際に、研磨用パッドの頂部面上に配置されている流体に干渉し、このパッドの頂部表面にわたって実質的に均一な流体層を作製するように構成されている。流体送達システムが設けられている。この流体送達システムは、実質的に均一な流体層の一領域を選択的に乱すように構成されている。
【００１６】
なおまた別の実施形態に従って、差次的閉ループ制御による半導体ウエハー処理システムが提供される。このシステムは、第１検知システムおよび第２検出システムを有するシグナル伝達システムを備えている。この第１検知デバイスは、処理状態の下で薄膜厚に依存するシグナルをモニタリングするように構成されている。この第２検出デバイスは、外部物体からの影響を最小にして、薄膜厚を単離および測定するように構成されている。所望の平面化規格を得るために、局所的除去速度を差次的に訂正するように構成された実行システムが備えられている。シグナル伝達システムおよび実行システムの両方と通信するコントローラーが設けられている。このコントローラーは、第１検出デバイスからのシグナルを調節して、第２検出デバイスにより捕捉されたデータから、実行システムによって導入される第３者効果および基材厚成分の両方を実質的に除去する。
【００１７】
上述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、例示および説明のためのみであって、添付の特許請求の範囲のように、本発明を制限しないことが理解されるべきである。
【００１８】
（発明の詳細な説明）
ここで、本発明のいくつかの例示的実施形態が、添付の図面を参照して詳細に記載される。以下の記載において、多くの具体的詳細が、本発明の完全な理解を提供するために、示される。しかし、本発明がこれらの具体的詳細のいくつかまたは全てなしに実施され得ることが、当業者に理解される。他の場合では、本発明を不必要に不明瞭にしないために、周知のプロセス操作は詳細に記載されていない。図１、２Ａ、および２Ｂは、上の「発明の背景」節で考察されている。
【００１９】
渦電流センサー（ＥＣＳ）は、半導体の製造に通常利用される全範囲の厚みにおける薄い金属フィルムの厚みの非接触測定を可能にする。ＥＣＳが、ウェーハーが代表的なローディングロボットの速度で移動するのに対して十分速い応答を提供することが可能であることが、決定されている。従って、プロセス処理能力に悪影響を与えることなく、「進行中」の厚さ測定を実施することが可能である。さらに、ウェーハーの移動は、クラスター形態における制限された数のセンサーから厚さプロファイルを生成する利点を有し得る。例えば、ウェーハーアライナーは、回転方向および直線半径方向での移動を提供する。従って、センサーのクラスターは、ウェーハーが一般的な自動化されたウェーハー操作スキームを経る間に、ウェーハーの厚みプロファイルを捕捉し得る。１つの実施形態において、厚みプロファイルは、各々のウェーハーについて生成され得、その結果、下流プロセスの方法は、厚みプロファイルについて最適化され得る。
【００２０】
下の図は、最初に、理想的な非撹乱条件（例えば、非プロセス条件）下でウェーハーから薄いフィルム厚に依存するシグナルを測定する入りセンサーまたはセンサークラスターについての形態を提供する。次いで、この厚さは、薄い金属フィルムを扱う下流作製プラセスに蓄積され、そして／または連絡される。すなわち、入り厚みは、下流作製プロセスのための同様の厚み測定デバイスに対して供給され得る。次いで、下流作製プロセスと結合されたセンサーは、入り厚で較正され、関連性のないプロセス条件から生じる未知数または変数を作製し得る。センサーのクラスターが、２つまたは３つのセンサーの組み合わせをいい、新しい度量衡学的特性を定義することが、理解される。１つの実施形態において、センサーが、クラスターに連結され、距離に対する感受性を除去する。センサー形態を用いて集められるサンプルのデータの結果がまた、本明細書中で提供される。本明細書中で使用されるセンサーのアレイは、ウェーハーの大きな領域を覆う（すなわち、マッピングする）ために連結される２つ以上のセンサーのクラスターを備える。さらに、ウェーハーの同じ側に配置される３つのセンサーが、アレイであると考えられ得る。
【００２１】
クラスター化されたセンサーを予め存在しているステーションと統合させる場合、ウェーハーの厚さが、下流プロセス操作のために、マッピングされ得、蓄積され得る。さらに、ウェーハーがプロセスチャンバーから除去される場合、プロセスされたウェーハーの厚さがまた、走査されてプロセス操作の結果に関する品質コントロールフィードバックを提供し得る。従って、フィードバックに基づく操作の方法に対する調節が行われ得る。もちろん、プロセス後の結果は、さらなるプロセス操作をも提供し得る。
【００２２】
１つの実施形態において、ＣＭＰシステムは、ウェーハーの厚みを維持するための差動閉ループを備える。このシステムは、研磨パッド上に配置されたウェーハーキャリアを備える。このウェーハーキャリアは、平坦化プロセスの間、ウェーハーを支持するように構成される。ウェーハーキャリアは、フィルムの厚さを示すシグナルを検出するように構成されるセンサーを備える。フィルムの厚さを示すシグナルは、第３の本体効果（ｂｏｄｙ  ｅｆｆｅｃｔ）を含む。センサーと連絡している汎用性コンピューターが、備えられる。汎用性コンピューターは、センサーからのフィルムの厚さを示すシグナルを調節するように適合されて、ＣＭＰシステムにより導入される第３の本体効果および基体の厚み成分の両方を実質的に除去する。基体の厚み成分が測定され、その後シグナル（例えば、渦電流シグナル）と干渉し得る第３の本体の非存在下でのプロセス操作が行なわれる。研磨パッド上に実質的に均質なスラリー層を提供するよう構成されたスラリー送達システムが、提供される。このスラリー送達システムは、第１の側面および第２の側面を有する流体抑制デバイスを備える。流体抑制デバイスが構成されて、パッドが動きながらパッド上のスラリーの流れを遅らせることにより、第１の側面の後ろの研磨パッド上のスラリープールを作製する。流体抑制デバイスが、さらに構成されて、第２の側面に続く研磨パッド上の実質的に均質なスラリー層を提供する。流体抑制デバイスから下流は、均質なスラリー層においてスラリー欠損領域およびスラリー増大領域を作製するように構成された機械であり、差動的に除去速度をコントロールする。
【００２３】
図３は、本発明の１つの実施形態に従う、入りウェーハーの厚みを測定するための結合したセンサーの単純化された概略図である。頂部センサー１３０および底部センサー１３２が、構成されてウェーハー１３８の厚みを示すシグナルを提供する。１つの実施形態において、センサー１３０および１３２は、渦電流センサーである。ウェーハー１３８は、基体１４２および金属層１４０を備える。頂部センサーの軸１３４は、底部センサー１３２の軸１３６からオフセットされている。当業者は、頂部センサー１３０および底部センサー１３２をオフセットすることにより、両方のセンサーが渦電流センサーである場合、センサー１３０および１３２により作り出される電磁場は、干渉しない（すなわち、互いに抑圧しない）ことを理解する。振動数が同じであり、軸１３４が、軸１３６と整列されるならば、シグナルの抑圧が特定の状況において生じ得る、しかし、下で説明されるように、調節が、シグナルの抑圧を避けるために行なわれ得る。コントローラー１４４は、センサー１３２および１３４と連絡している。１つの実施形態において、コントローラー１４４は、センサー１３２および１３４からシグナルを受け、そしてウェーハー１３８の厚みを決定するように構成される。コントローラー１４４が、センサー１３０および１３２からのシグナルの平均をとると、ウェーハーの厚みを示すシグナルに達することが、理解される。さらに、頂部センサー１３０および底部センサー１３２を提供することにより、頂部センサーとウェーハー１３８の頂部表面との間の距離１４６の変化または底部センサーとウェーハー１３８の底部表面との間の距離１４８の変化が、相殺される。すなわち、両方のセンサーが静止している場合のいずれの距離の変化も、読み取りの平均を取ることにより相殺され、その結果、ここでシグナルは、厚みおよび近接の関数ではなく厚みの関数である。別の実施形態において、コントローラー１４４は、計算された厚みをＣＭＰツールのような下流ツールに伝え、その結果下流プロセスは、ウェーハーの入り厚に基いて、適用されるダウンフォースの圧力およびベルト速度のようなプロセス設定を最適化し得る。
【００２４】
図４は、本発明の１つの実施形態に従う図３のように構成される結合した渦電流センサー由来のシグナルのグラフである。グラフ１５０は、ボルト対時間の渦電流センサー出力をプロットする。ライン１５２は、図３の底部センサー１３２のようなウェーハーの下に位置するセンサーからのシグナルを表す。ライン１５４は、図３の頂部センサー１３０のようなウェーハーの上に位置するセンサーからのシグナルを表す。ボールドライン１５６は、ライン１５２と１５４の平均を表す。ライン１５６が、実質的に一定のシグナルを提供することが、当業者には明らかである。すなわち、頂部センサーからのシグナルを底部センサーからのシグナルと組み合わせることにより、センサーの距離に対するシグナルの依存が、除かれる。例えば、図３のウェーハー１３８が、頂部センサー１３０により接近して移動する場合、シグナルは増加する。領域１５８が、頂部センサーにより近いウェーハーの移動を例示する。従って、頂部センサーからのシグナル強度が、領域１５８のライン１５２により例示されるように、増加する。同時に、ウェーハーは、底部センサーから離れて移動する。従って、底部センサーからのシグナル強度は、領域１５８のライン１５４により例示されるように、頂部センサーからのシグナル強度の増加と同様に減少する。結果としては、頂部シグナル強度と底部シグナル強度との平均は、一定のままである。シグナル強度が、対象に対するセンサーの距離と線形に関連付けられるために、第１の定常センサーに対する対象の移動により引き起こされるシグナル強度の変化は、対象物の第２の定常センサーから離れる対象の移動により引き起こされる強度の反対の変化により相殺される。次には、距離に対するシグナル強度の感受性が除かれ、そして平均シグナルが、フィルムの厚みに関して較正される一方、薄いフィルムの測定能力に依存しない距離を提供する。
【００２５】
従って、センサーまたはセンサーのクラスターを、ＣＭＰツールのウェーハーキャリアに埋め込まれるセンサーのような作動条件下のセンサーとクラスター化することにより、作動条件下で操作するセンサーは、較正されてより正確に除去速度およびプロセス終点に関する情報を提供し得る。すなわち、入りフィルム厚またはウェーハー厚の正確な測定が提供されて、その結果プロセス条件下で引き起こされる不正確さが、較正設定を介して補われ得る。さらに、センサークラスターが利用されて、作動間の（ｒｕｎ−ｔｏ−ｒｕｎ）プロセスコントロールとして利用され得る、この場合、ウェーハーは、第１のセンサーまたはセンサーのクラスターによりマッピングされるプロファイルを有し、そしてプロファイルがプロセスツールのコントローラーにダウンロードされて、ＣＭＰプロセスのようなプロセスをカスタマイズして、フィルム厚の現在の量を除去する。
【００２６】
図５は、本発明の１つの実施形態に従うウェーハーまたはフィルムの入り厚を測定するための結合されたセンサーの代替的構成の単純化された概略図である。ここで、頂部センサー１３０および底部センサー１３２は、同じ垂直軸１６０を共有する。頂部センサーと底部センサーとの間のシグナルのあらゆる干渉または抑制を除外するために、異なる周波数が、それぞれのセンサーの各々に適用され得る。さらに、位相のずれが適用され得、その結果、２つのセンサーは違相である。すなわち、１つのセンサーがシグナルの波を１８０度逆転させて、シグナルの抑制を除外する。距離が上記のように本明細書中で変動可能なものとして除外されるので、シグナル強度は、厚みの関数である。数式：Ｓ＝ｋ（ＴＨＫ）（ここでＳはシグナル強度、ｋは感受性係数、そしてＴＨＫは厚み）として述べられる。上式についてのシグナル強度および感受性係数が既知である場合、厚みが１つの実施形態における較正曲線を介して決定され得る。この決定された厚みは、図８および図９を参照して考察されるようなＣＭＰツールのような半導体作製プロセスにおいて薄い金属フィルムを処理する下流プロセスツールに供給され得る。
【００２７】
図６Ａは、本発明の１つの実施形態に従う、入りウェーハーの厚みを測定するための結合されたセンサーの別の代替的な構成の単純化された概略図である。この実施形態において、センサークラスターが構成されて、頂部センサー１３０の軸１６２に沿うウェーハー１３８の厚みを決定する。底部センサー１３２ａおよび１３２ｂが配置されて、その結果、軸１６２に対する各々のセンサーからの距離は、等しくなる。従って、センサー１３２ａおよび１３２ｂからのシグナルを平均化することにより、軸１６２に沿う、シグナルおよび結果として生じる厚みが、決定される。本明細書中で、底部センサー１３２ａおよび１３２ｂが頂部センサー１３０の軸からオフセットされるので、頂部センサーと底部センサーとの間のシグナルの干渉または抑制は、問題ではない。領域１６４、１６６、１６８、１７０および１７２は、ウェーハーが頂部センサー１３０と底部センサー１３２ａおよび１３２ｂとの間の規定された空間を通る場合に、ウェーハー１３８の移動を示す。これらの領域の重要性が、図６Ｂを参照してより詳細に記載される。
【００２８】
図６Ｂは、本発明の１つの実施形態に従う、フィルム厚を検出するためのグラフの横に構成されるような渦電流センサークラスターを使用する場合、平均シグナルの安定性を示すグラフである。この形態において、渦電流センサークラスターは、頂部センサー１３０ならびに底部センサー１３２ａおよび１３２ｂを備える。ウェーハー１３８は、頂部センサー１３０と底部センサー１３２ａおよび１３２ｂとの間を移動する。グラフ１７１は、ＥＣＳ示数（ボルト）対時間（ミリ秒）をプロットする。ライン１６９が、センサー１３２ａからの示数を表す一方、ライン１７３は、センサー１３２ｂからの示数を表す。ライン１７５は、頂部センサー１３０からの読み取りを表す。１つの実施形態において、センサー１３２ａおよび１３２ｂからのシグナルは、平均化される。次いで、この結果は、センサー１３０からのシグナルで平均化される。最後に平均化されたシグナルは、ライン１７７により表される。グラフ１７１は、ウェーハー１３８がセンサークラスターを介して通る場合、ウェーハー１３８の種々の位置を例示する。例えば、ウェーハー１３８がセンサークラスター中に入ると、領域１６４によりグラフ上に表される。ここでウェーハーが測定されていない場合、１１ボルトのＥＣＳ示数が、厚さ０に対応する開始点を表すことが理解される。ウェーハーエッジがセンサークラスターを介して通る場合、シグナルは安定化する。次いで、ウェーハーは、領域１６６に表されるような中間点経路に沿って移動する。見られ得るように、ライン１７７により表される平均示数は、比較的安定している。
【００２９】
次に、ウェーハーは、０．０２０インチだけ上に移動する。頂部センサー１３０からのシグナル強度、すなわち、厚さ０での測定されたシグナルと参照シグナルとの差が、より強くなる場合、底部センサー１３２ａおよび１３２ｂからのシグナル強度は、より弱くなる。しかし、ライン１７７により表される平均は、比較的一定のままである。次いで、
ウェーハーが、中間点経路から０．０２０インチ下に移動する。従って、頂部センサー１３０からのシグナル強度はより弱くなる一方、底部センサー１３２ａおよび１３２ｂからのシグナル強度は、より強くなる。上のように、頂部センサーシグナルおよび底部センサーシグナルの平均は、事実上変わらない、すなわち比較的一定である。従って、上に述べられるように、センサークラスターは、安定な、距離に依存しないシグナルを供給し、ここで、頂部シグナルおよび底部シグナルの平均が、移動するウェーハーの変量またはゆがめられるウェーハーからのシグナルのバリエーションでさえオフセットするために、センサーからのウェーハーの距離は無関係である。次いで、ウェーハー１３８が、領域１７２に描かれるようにセンサークラスターの外に移動し、ここでセンサーは、ウェーハーが存在している際にそのウェーハーの縁を感知する場合、シグナルは変化する。図６Ａの領域１６４〜１７２が、図６Ｂに関して記載されるような移動の類似のパターンを表すことが、理解されるべきである。図６Ａの移動のグラフが、図６Ｂのような実質的に一定の平均シグナルを生じる。当業者は、センサーが、１つの底部センサーおよび１つの頂部センサー、１つの底部センサーおよび２つの底部センサー、またはウェーハーの移動をオフセットする任意の他の適切な形態で構成され得、その結果安定な示数が保たれる。
【００３０】
図７Ａは、本発明の１つの実施形態に従う下流ＣＭＰプロセス厚さセンサーに結合される入り厚みセンサーの単純化された概略図である。本明細書中で、入り厚みセンサー１３０ａは、ウェーハーおよび／またはウェーハー１３８の基材１４２上の薄いフィルム１４０の厚みを決定する。決定した厚みを示すシグナルは、コントローラー１４４に伝達される。代わって、コントローラー１４４は、シグナルをセンサー１３０ｂに伝達し、このセンサー１３０ｂは、ＣＭＰプロセスのためのウェーハーキャリア１７４に埋め込まれる。１つの実施形態において、センサー１３０ａおよびセンサー１３０ｂは、渦電流センサーである。別の実施形態において、センサー１３０ａおよびセンサー１３０ｂは、赤外線センサーである。センサー１３０ｂに入りウェーハー１３８の厚みを提供することにより、較正を行い、センサーとウェーハーとの間の距離に対する感受性を実質的に除外し得ることが、理解されるべきである。センサー１３０ｂとウェーハー１３８との間の距離の可変性は、作用条件の間圧縮するキャリアフィルム１７６により引き起こされ得るか、または＋／−３ミリメートルの長さであり得るキャリアフィルムの厚さの固有の変動のみに起因して引き起こされ得る。さらに、研磨パッド１７８の頂部とステンレス鋼バッキング１８０との間の距離は、センサー１３０ｂからのシグナルに影響を与える。再び、入りウェーハー１３８の厚さを示すシグナルを使用して、センサー１３０ｂを較正し、研磨パッド１７８の頂部とステンレス鋼バッキング１８０との間の距離に影響を与える研磨パッド耐性および研磨パッド浸食により引き起こされる可変性を実質的に除外し得る。
【００３１】
図７Ｂは、下流ＣＭＰプロセス厚さセンサーと結合した入り厚さセンサーの代替的実施形態の単純化された概略図である。図７Ｂにおいて、頂部センサー１３０ａ、ならびに底部センサー１３２ａおよび１３２ｂからなるセンサークラスターは、コントローラー１４４と連絡している。ここで、適切なセンサークラスター（図６Ａおよび図６Ｂのセンサークラスターのような）が提供されて、ウェーハー１３８またはウェーハーの薄いフィルム１４０の入り厚さを決定し得る。当業者は、図３および図５を参照するセンサークラスターが、ウェーハー１３８の厚さを決定するのにも使用され得る適切なセンサークラスターであることを、理解する。１つの実施形態において、コントローラー１４４は、ウェーハーを通る頂部センサー１３０ａの軸に沿うウェーハー１３８の厚さについて厚さシグナルを決定するために、底部センサー１３２ａおよび１３２ｂからのシグナルを平均化する。次いで、底部センサーの平均化したシグナルが、頂部センサー１３０ａからのシグナルで平均化されて、ウェーハー１３８または薄いフィルム１４０の厚さを決定する。次いで、この厚さは、埋め込まれたセンサー１３０ｂに伝達される。図７Ａを参照して上で述べられたように、自動較正が、センサー１３０ｂについて実施され得、ここでセンサーとウェーハー１３８との間の距離に対する感受性ならびに研磨パッド１７８の頂部とステンレス鋼バッキング１８０との間の距離に対する感受性は、実質的に除外される。すねわち、自動較正をリアルタイムで実施して、パッド磨耗またはＣＭＰキャリアからプレートへの機械的変位での他の機械的ドリフトの問題に起因する、センサー近位におけるバリエーションについてのＥＣＳ読み取り値を、調節し得る。
【００３２】
図７Ｂのセンサ１３０ｂは、スペーサー１７５上に配置されている。スペーサー１７５は、ウエハキャリア１７４の底表面と整列されている。スペーサー１７５は、非伝導性の任意の適切な材料で構成される。１つの実施形態において、スペーサー１７５はポリマーである。別の実施形態において、スペーサー１７５は、約１ミリメートル（ｍｍ）〜約１．５ｍｍの間の厚さである。スペーサー１７５は、ウエハまたはウエハ上のフィルムの厚みおよび近接性を示す信号を伝送および受信するためのセンサ１３０ｂのウィンドウを提供することが理解されるべきである。
【００３３】
図７Ａおよび７Ｂの実施形態は、前ＣＭＰ処理のセンサまたはセンサクラスターを示しているが、センサまたはセンサクラスターはまた、ラン毎の処理の制御を改善するよう構成された情報を提供するためにＣＭＰ処理後に配置され得る。入り厚みは、特定のレシピが、任意の次のフィルムの厚みを補償するために処理ツールステーションにダウンロードされることを可能にするが、ポストＣＭＰ厚みは、ポストＣＭＰ厚み均一性測定において決定された任意の検出されたプロセスの変動の較正を可能にする。すなわち、ポストＣＭＰ厚み均一性測定は、センサ１３０ｂが正確な終点を得るための較正設定をさらに精巧に調節するために、フィードバックとしてセンサ１３０ｂに提供される。１つの実施形態において、コントローラ１４４は、ポストＣＭＰセンサクラスターからセンサ１３０ｂにフィードバックを提供する。別の実施形態において、渦電流センサは、ＳＵＮＸ  Ｌｉｍｉｔｅｄから入手可能な一般的に利用されている渦電流センサ（例えば、ＧＰ−Ａシリーズ）である。別の実施形態において、複数のセンサは、図７Ａおよび７Ｂのウエハキャリア中に配置され得る。複数のセンサは、ウエハの近接性および金属フィルムの厚みの両方を検出するようひとつに連結され得る。例えば、キャパシタンスセンサはウエハとＥＣＳセンサとの間の距離を決定するためにウエハキャリア中に含まれる。キャパシタンスセンサがＥＣＳセンサに連結されているので、その距離は、ＥＳＣセンサに提供され得る。
【００３４】
図８Ａおよび８Ｂは、フィルムの厚みについての渦電流センサからの信号と、本発明の１つの実施形態に従う標準的な抵抗性フィルムの厚み測定デバイスからの信号との間のとの相関関係を示すグラフである。図８Ａの線１９０は、代表的な抵抗センサアプローチからの信号を表す。線１９２は、ウエハの中心から異なる点での、第３の金属体の存在下（例えば、ＣＭＰツールの研磨パッドまたはベルト、ウエハキャリア、空気保持プラテンなどのステンレス鋼裏打ち）での渦電流センサからの信号を表す。線１９４ａは、第３の金属体の非存在下での渦電流センサからの信号を表す。従って、渦電流センサは、抵抗測定の標準的な４点アプローチからの信号と緊密に相関する。さらに、パーセント偏差は、三角形１９６（三角形の各々は、各々の三角形上の線におけるそれぞれの点の間の差に対応する）により示されるような、＋／−５％以内である。
【００３５】
図８Ｂは、同様に、代表的な抵抗センサアプローチからの信号に関連付けられた渦電流測定を示す。ここで、線１９０ｂは、代表的な抵抗センサアプローチからの信号を表し、１９４ｂは、第３の金属体の非存在下での渦電流センサからの信号を表す。図８Ａにおいて測定されたウエハは、図８Ｂにおけるウエハ測定と異なることが理解されるべきである。ここでも、ＥＣＳ信号１９４ｂは、ＲＳ７５信号と緊密に相関する。すなわち、信号間のパーセント偏差は、三角形１９６により示されるように、ほぼ＋／−５％以内である。当業者は、線の端の点が、フィルムの縁（すなわち、ウエハの縁）に対応し、関連するとみなされないことを理解する。
【００３６】
図９は、本発明の１つの実施形態に従って、銅フィルムの厚みを測定するための渦電流センサについての較正曲線を示すグラフである。線１９８は、銅のフィルム厚および第３の金属体の非存在下でのその厚みについての付随するＥＣＳ電圧読み取りを表す。線２００は、銅のフィルム厚および第３の金属体の存在下でのその厚みについての付随するＥＣＳ電圧読み取りを表す。当業者は、構成曲線が、図３、５、６Ａ、６Ｂ、７Ａ、および７Ｂに関して、上記センサに適用され得ることを理解する。さらに、較正曲線は、任意の導電性フィルム層について作製され得、銅は、本明細書中で例示目的でのみ記載され、限定することを意味しない。
【００３７】
図１０は、本発明の１つの実施形態に従う基板上の銅の薄いフィルムのＣＭＰ操作の間の２つの渦電流センサ出力信号を示すグラフである。線２１０は、ＣＭＰ操作を実施するウエハの前縁のＥＣＳ信号を経時的に表す。線２１２は、ＣＭＰ操作を実施するウエハの端部の背向の経時的なＥＣＳ信号を表す。線２１４と２１６との間で規定される領域は、ウエハのトポグラフィーを排除するが、線２１６より後ろの領域は、ウエハから銅の過積載を排除することが理解されるべきである。点２１０−１は、ウエハの前縁の終点（すなわち、銅の過積載の除去）を表す。点２１２−１は、ウエハの後縁の終点を表す。当業者は、ウエハキャリアに包埋されたＥＣＳから集められた情報が除去速度を決定するための連続的なデータを生成することを理解する。さらに、前縁と後縁との間の除去速度の偏差が観察され得る。センサは、ウエハキャリアに包埋されているが、このセンサは、ウエハまたはウエハ上のフィルムの厚みが測定されるように、連続的なリアルタイムデータを提供する。すなわち、異なる測定を提供する研磨ベルトまたはパッドの回転ごとに一度、センサがスナップショットを撮るウィンドウは存在しない。本明細書中に記載される実施形態は、連続的な測定および厚みのモニタリングを提供する。
【００３８】
図１１Ａは、本発明の１つの実施形態に従って、研磨ベルトの温度を測定する赤外線（ＩＲ）センサの経時的な信号のグラフである。当業者は、ケイ素基板が赤外線信号に対して透過性であり、従って、赤外線信号は、研磨表面の表面により平坦化されたウエハの薄いフィルムの温度を検出し得ることを理解する。図１１Ａのグラフの線は、ベルトの種々の位置（例えば、操作者に対してベルトの中心前方および後方）での赤外線信号のモニタリングを表す。
【００３９】
図１１Ｂは、本発明の１つの実施形態に従うウエハ温度の赤外線信号の経時的グラフである。ここで、ウエハ温度は、ＣＭＰプロセスフローの間の温度変化をモニターするためにモニタリングされる。図１１Ａおよび１１Ｂの実施形態の各々については、それぞれ、線２１８および２２０は、関連するプロセスの終点でのグラフの応答線を交差する。すなわち、ベルトの温度およびウエハの温度は、終点（曲線の変曲点）で減少し始める。１つの実施形態において、この処理の間、ウエハ温度は、約２０℃変化し、そしてベルト温度は、約１０℃変化する。
【００４０】
図１２は、ＣＭＰ処理の３０秒時間系列Ｔ１〜Ｔ９の概略図であり、本発明の１つの実施形態に従うウエハキャリアにおける渦電流により測定される場合の銅フィルムの除去を示す。時間系列Ｔ１〜Ｔ９の各々は、ｙ軸にＥＣＳ信号（ボルト）およびｘ軸に時間間隔（秒）を示す。時間系列Ｔ１は、処理開始を示し、時間系列Ｔ２は、銅フィルムの除去を示す。すなわち、４７９オングストロームの材料が時間系列Ｔ２において除去される。時間系列Ｔ３〜Ｔ８は、約３０秒の期間を示し、関連する量の材料が、その時間系列の間に除去される。時間系列Ｔ９は、終点状態の発生を示す。
【００４１】
図１３は、本発明の１つの実施形態に従うＣＭＰシステムの高レベルの概略である。以下に示されるように、センサクラスタまたはセンサクラスタのアレイは、ウエハの厚みプロファイルを提供するため、ＣＭＰ処理システムの前方端に組み込まれ得る。なぜならば、それらは、処理モジュールに送達されるかまたは処理モジュールから受信されるからである。ロードポートモジュール（ｌｏａｄ  ｐｏｒｔ  ｍｏｄｕｌｅ）２３０ａ、２３０ｂ、および２３０ｃは、処理されるウエハおよび／または処理されたウエハを含む。ロボット２４０は、ウエハを別のステーション（例えば、ドライバッファー２０８またはアライナー（ａｌｉｇｎｅｒ）２３４）に移すためにロードポートモジュール２３０ａ〜ｃにアクセスするよう構成されている。ロボット２３６は、ウエハをＣＭＰ処理モジュールに、およびＣＭＰ処理モジュールから移動させる。領域２３２は、スピン、リンス、およびドライ（ＳＲＤ）モジュールを表す。適切なセンサクラスタ（例えば、図７Ａおよび７Ｂに関して議論されるセンサクラスタ）は、１つの実施形態において図１３の前方端システム内に統合され得ることが理解される。例えば、センサクラスタまたはセンサクラスタのアレイさえも、アライナー２３４と統合され得る。従って、アライナー２３４がウエハを回転させる場合、厚みプロファイルは、センサクラスタにより検出され得る。従って、さらなる空間が必要とされることはなく、すなわち、このシステムのフットプリントは、影響を受けず、そしてウエハの通路は、この情報を得るために変更されない。センサクラスターはＣＭＰツールに関して議論されているが、このセンサクラスタは、薄い金属フィルムを取り扱い、ウエハアライナーを用いる任意のツールと共に組み込まれ得ることが理解されるべきである。さらに、単一のセンサクラスタが、本明細書中に記載される実施形態に組み込まれ得るか、あるいは、センサクラスタのアレイが、ウエハのより完全な厚みプロファイルについてより大きな部分を網羅するために組み込まれ得る。
【００４２】
図１４は、本発明の１つの実施形態に従う統合センサを有するウエハアライナーの簡単な概略の断面図である。ウエハアライナー２３４は、ウエハ１３８を回転するよう構成されたスピンドルを備える。１つの実施形態において、ウエハ１３８は、ウエハの底表面に適用された吸引力を通してスピンドル２４４に保持されている。上部センサアレイ２４２ａおよび底部センサアレイ２４２ｂは各々、各々のアレイに、複数のクラスター化されたセンサを備える。各アレイのクラスター化されたセンサは、ウエハ１３８上の金属フィルムの厚みを示す信号を検出するよう構成されている。１つの適切なセンサクラスターは、図６Ｂおよび７Ｂに関して上述された渦電流センサクラスターである。上部センサアレイ２４２ａは、アライナー２３４の上部に固定されており、底部センサアレイは、アライナーの底部に固定されている。上部センサアレイ２４２ａおよび底部センサアレイ２４２ｂは、ウエハの中心から分かれて示されているが、これらのセンサアレイおよびセンサアレイを構築するセンサクラスターは、ウエハ上の任意の数の適切な位置に配置され得ることが理解される。１つの実施形態において、上部センサアレイ２４２ａおよび底部センサアレイ２４２ｂに含まれるセンサクラスターは、図３、６Ａ、および６Ｂに関するように、クラスターの上部センサと底部センサとの間で分けられている。別の実施形態において、上部アレイ２４２ａにおけるセンサクラスターの上部センサの軸は、図５に関して議論されるように、対応する底部センサの軸と同一である。
【００４３】
図１４のアレイのセンサクラスターの各々は、コントローラー１４４と連絡している。上述のように、コントローラー１４４は、ウエハの厚みを決定するために、センサクラスターからの信号を平均化するよう構成されている。１つの実施形態において、複数のセンサが、上部センサアレイ２４２ａおよび底部センサアレイ２４２ｂに含まれる。従って、ウエハ１３８は、アラインメントプロセスのために回転する場合、センサアレイは、センサアレイに含まれるセンサクラスターを通してウエハの厚みプロファイルをマップし得る。１つの実施形態において、コントローラー１４４は、ウエハ１３８が送達される処理操作を制御するコンピューターである。ここで、このコンピューターは、厚みプロファイルを保存し得、かつウエハ１３８が処理操作を実行する場合に処理操作のためのレシピを調節し得る。すなわち、センサアレイのセンサクラスターは、処理システムの前方端に配置される場合、各々のウエハが処理されるようにカスタマイズすることを可能にする。例えば、ＣＭＰレシピについての処理変数（例えば、圧力、ベルト速度など）は、特定のウエハについて調節され得る。言い換えると、各処理操作は、特定のウエハについてカスタマイズされ得る。当業者は、コントローラー１４４が、この処理操作を制御する別のコントローラーまたはコンピューターと連絡しており、他のコントローラーまたはコンピューターに厚みプロファイルを提供することを理解する。
【００４４】
図１５は、本発明の１つの実施形態に従う、複数のセンサクラスターを含むセンサアレイのより詳細な側面図である。ここで、上部センサアレイ２４２ａは、上部センサ２４２ａ−１、２４２ａ−２、および２４２ａ−３を備える。底部センサ２４２ｂ−１、２４２ｂ−２、および２４２ｂ−３を備える。１つの実施形態において、各々のセンサは、渦電流センサである。図１５の実施形態において、上部の渦電流センサは、クラスター化されたセンサのセットの対応する底部の渦電流センサから分けられている。しかし、上述のように、上部および底部の渦電流センサは、上部センサと底部センサとの間にフェーズシフトを適用することにより、または異なる周波数を使用することにより共通軸を共有し得る。
【００４５】
図１６は、本発明の１つの実施形態に従って、図１５の複数のクラスター化されたセンサのを含むセンサアレイの上面図である。ここで、上部センサアレイ２４２ａは、センサ２４２ａ−１〜２４２ａ−３を備えていることが見られ得る。底部センサアレイ２４２ｂは、センサ２４２ｂ−１〜２４２ｂ−３および２４２ｃ−１〜２４２ｃ−３を備える。従って、センサアレイのセンサクラスターは、図６Ｂおよび７Ｂに関して記載されているように構成され得る。ウエハ１３８は、矢印２５０の方向にアライナーにおいて回転される場合、このセンサは、厚みの指標となる信号を検出することにより、ウエハ１３８の厚みプロファイルを生成する。さらに、センサは、ウエハが、アライナーの方に持って行かれる場合、矢印２５２の方向に直線的に移動するのに伴い、ウエハの厚みをモニターし得る。センサアレイは、厚みプロファイルをマップするために任意の適切なパターンで任意の数のセンサクラスターを有し得ることが理解されるべきである。さらに、センサは、ウエハ上に最終的に配置される必要はない。１つの実施形態において、対応する上部および底部センサの非対照的配置（すなわち、センサクラスター）は、ウエハ１３８の厚みプロファイルのより詳細なマップを提供し得る。
【００４６】
図１７Ａは、本発明の１つの実施形態に従う化学的機械的平坦化操作のためのリアルタイム差次的閉鎖ループ制御（ｒｅａｌ  ｔｉｍｅ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｃｌｏｓｅｄ  ｌｏｏｐ  ｃｏｎｔｒｏｌ）を提供し得るシステムの簡単な概略図である。ウエハ１３８は、ウエハ１３８を支持するウエハキャリアから下方向力を付与しつつ、研磨パッド２７２に対して回転される。流体流制御デバイス２６２（ダムとも称される）はまた、研磨パッド２７２に送達されるためのスラリーを供給する。流体流制御デバイス２６２の縁は、研磨パッド２７２に対して加圧され、流体制御デバイスから上流にスラリーレイク２７２を生成する。ノズル２６６は、スラリーを研磨バッド２７２に提供する。スラリーサプライ２６８は、送達されるべきスラリーを研磨パッド２７２に供給する。例えば、スラリーサプライ２６８は、スラリーのレザバおよびスラリーを送達するための適切なポンプを供給する。ノズル２６０は、流体流制御デバイス２６２から下流に流体を送達するよう構成される。流体サプライ２７０は、ノズル２６０に流体を供給する。ここで、流体は、スラリー、脱イオン水、または化学的機械的平坦化プロセスのためのいくつかの他の適切な化学物質を含み得る。１つの実施形態において、流体サプライ２７０は、ポンプまたはいくつかの他の適切な送達機構（例えば、加圧）を備え得る。従って、ノズル２６０および流体制御デバイス２６２から上流にあるノズル２６６の位置は、化学的機械的平坦化操作の間にウエハ１３８に適用される除去速度についての異なる制御を可能とする。流体制御デバイス２６２は、流体制御デバイスから下流に均一なスラリーの分散を生成する。すなわち、流体流制御デバイス下を通過するスラリーレイク２６４からのスラリーの量を測定することにより、均一な層のスラリーが、研磨パッド２７２上に配置される。流体サプライ２７０からノズル２６０に流体を送達するために、任意の適切な手段（例えば、ポンプ、気圧など）が使用され得ることが理解される。同様に、スラリーサプライ２６８からノズル２６６へのスラリーの送達は、任意の適切な手段を通して達成され得る。さらに、流体制御デバイス２６２は、研磨パッド２７２上にスラリーの均一な分散を提供するので、ノズル２６６へのスラリーサプライの送達は、研磨パッドへのスラリーの正確な分散を必要とする機器を必要としない。例えば、ペリスタポンプは、ノズル２６６へとスラリーを送達するのに必要とされ得る。流体は、スラリーレイク２６４中に収集され、次いで、流体流制御デバイス２６２の構成を通じて均一に分散される。
【００４７】
１つの実施形態において、流体制御デバイス２６２は、より多くのスラリーが、新鮮な流体スラリーがウエハ１３８の中心に到達するのを可能にするライン２６５によって示される軌道上を通過するように構成される。研磨パッド２７２の直線速度と共に、ウエハ１３８の回転速度は、ウエハ１３８の中心に向けられた流体が、ウエハの回転速度に起因して側面に押し出される状況を生成することが理解される。その状況（例えば、スラリーが、研磨パッドに滴下される状況）において、ウエハ１３８の中心は、ウエハ１３８の中心に利用可能な少量のスラリーに起因してより少量の除去速度を経験する。１つの実施形態において、ノズル２６０は、ウエハ１３８の表面の一部に異なる除去速度を提供するために、流体制御デバイス２６２から下流にさらなるスラリーを供給し得る。この構成において、ノズル２６０は、図１９に関して示されるように、研磨パッド２７２の幅を横切って延びるアームに沿って移動し得る。アームは、ウエハ１３８に適用される除去速度を操作するために、流体流制御デバイス２６２から下流にある研磨パッド２７２の表面上に、スラリー、脱イオン水、またはいくつかの適切な流体を向けるために、任意の適切な手段（例えば、ステップモーター、セルボモーターなど）により制御され得る。直線ベルトＣＭＰシステムについて、ウエハが、その軸の周りを回転する間、ベルトは、ウエハ１３８の方へと直線方向で移動する。従って、ウエハ１３８の上部区画１３８ａにより経験する相対速度は、ウエハ１３８の回転サイクルの間に底部区画１３８ｂにより経験する相対速度よりも大きい。結果として、パッド２７２は、ベルト２７２の上半分で経験する残骸の量が多いことに起因して、より速い相対速度を経験する領域においてより染色する傾向がある。従って、流体制御デバイス２６２の１つの機能は、パッド２７２の同一の共通領域における残骸再処理を有するよりもより均一に残骸を収集および分散し、それによって、パッドの寿命を延長し、より均一な消耗パターンを促進することである。
【００４８】
流体流制御デバイス２６２（本明細書中では、スラリー制御デバイスまたは流体制御デバイスとも称される）の別の利点は、スラリー分配の異なる様式に起因する不可逆的パッド表面修飾の防止である。すなわち、ゼブラ効果は、流体制御デバイス２６２の使用を通して防止される。ゼブラ効果が、異なる局部温度、摩擦係数、異なる化学、磨耗作用などを引き起こす、不均一な分散（すなわち、滴下送達システムからの高スラリー区画および低スラリー区画）ことは当業者に明らかである。ここで、スラリーを分配する方法は、流体制御デバイス２６２に起因する影響を有さない。すなわち、流体制御デバイス２６２は、スラリーを供給するサプライポンプまたはサプライ機構のポンプ速度を操作することなくウエハに移されるスラリーの量を制御する。従って、スラリー速度は、３０平方センチメートル（ｃｃ）／分であり、本明細書中に記載される実施形態については、スラリーの消費を最小限にするために、より低いものが使用され得る。以下により詳細に記載されているように、局部除去速度は、流体制御デバイス２６２より後ろであるが、ウエハ１３８とのパッド２７２係合よりも前の薄いスラリーフィルムまたは薄いスラリーフィルムの局部増加の局部洗い流しにより、システム要求をモニタリングする処理毎に操作され得る。さらに、研磨パッド２７２の直線方向に対する流体制御デバイス２６２の角度をさらに操作することにより、流体制御デバイスと研磨パッドとの間の隙間、および研磨パッドに対する流体制御デバイスの係合屈曲は、さらなる可撓性および除去速度に影響を与える選択肢を提供する。さらに、流体制御デバイス２６２は、以下に議論されるように多くの区画で構成され得る。
【００４９】
図１７Ｂは、図１７Ａを参照するＣＭＰシステムの代替の実施形態である。ここで、流体制御デバイス２６２は、研磨パッド２７２の直線方向に対して実質的に直角方向を有するよう示される。さらに、ノズル２６０−１〜２６０−３は、パッドの特定部分とウエハ１３８との係合前に、パッド２７２上にスラリー枯渇領域を形成するか、またはパッド２７２の特定部分にスラリーを濃縮する能力を提供する。実施形態１７Ａで上述されるように、ノズル２６０−１〜２６０−３は、パッド２７２に平行な平面および／またはパッドに垂直な平面で移動され得る。別の実施形態において、ウエハキャリア支持ウエハ１３８（すなわち、図７Ａおよび７Ｂのウエハキャリア）は、ノズル２６０−１〜２６０−３のうちの少なくとも１つに整列された少なくとも１つのセンサを備える。従って、リアルタイムで信号を検出する読み出しは、ウエハ１３８上の特定領域における除去速度を操作するために、局部的な枯渇スラリー領域または局部的な濃縮スラリー領域を形成するために使用され得る。すなわち、ウエハ１３８の特定領域がウエハ１３８の別領域よりも小さい厚みを有することを意味する場合、より小さい厚みを有する領域で経験する除去速度は、スラリー枯渇領域を形成するために、ノズル（２６０−１〜２６０−３）を通して脱イオン水を散布することによって減少され得る。スラリー枯渇領域は、脱イオン水またはＣＭＰ操作に適合するいくつかの他の適切な流体の添加により形成され得ることが理解される。ノズル２６０−１〜２６０−３から送達される流体は、対応するノズル下にある研磨パッド２７２の領域においてスラリーの一部または実質的に全てを移動させる。結果として、スラリー枯渇領域がウエハ１３８により現れされた場合、対応する除去速度が低下する。スラリー濃縮領域が形成される場合、スラリー濃縮領域と接触する上名の領域についての対応する除去速度は同様に増加することが理解される。
【００５０】
当業者は、流体サプライ２７０がポンプまたはいくつかの他の適切な送達機構を備え得ることを理解する。さらに、懸濁物（例えば、スラリー）を扱う場合、流体サプライ２７０からノズル２６０−１〜２６０−３への流体供給ラインは、懸濁物を維持するために使用しなかった巣ラリーをリサイクルするよう構成され得る。１つの実施形態において、スラリーは、ペリスタポンプを通してノズル２６６に送達され得る。ここで、ペリスタポンプの拍動設定は、平坦化操作に影響を与えない。なぜならば、流体制御デバイス２６０は、ポンプ速度に関わらず、パッド２７２上に分散されるスラリーの量を制御するからである。流体制御デバイス２６２は、他の適切な手段によって、研磨パッド２７２上を延びるアームにクリップ止めまたは固定され得ることは当業者に明らかである。研磨パッド２７２上を延びるアームは、研磨パッド２７２に対する角度および隙間に影響を与えるために、垂直および／または水平位置で操作され得る。１つの実施形態において、流体制御デバイスは、研磨パッド２７２の同じ材料で構成される（例えば、ポリウレタン）。しかし、流体制御デバイス２６２は、ＣＭＰ操作と適合し、スラリーレイク２６４に対して下流のスラリーの均等な分配を提供しつつスラリーレイク２６４を形成し得る任意の材料から構成され得ることが理解されるべきである。
【００５１】
図１７Ｃは、図１７Ａの実施形態のさらに別の代替物である。ここで、流体制御デバイス２６２は、研磨パッド２７２に対して小さい角度であるよう構成されている。すなわち、流体制御デバイス２６２の上部は、流体制御デバイス２６２の底部分から研磨パッド２７２の背面端までの距離に対して、研磨パッド２７２の背面端により近い。従って、流体制御デバイス２６２は、研磨パッド２７２の全長を横切って延びるよう示されている。この実施形態において、スラリーレイク２６４からのスラリーは、研磨パッド２７２の側面上に滴下し得ることが理解されるべきである。１つの実施形態において、研磨パッド２７２の側面に滴下する過剰なスラリーは、回収およびリサイクルされ得る。センサ１３０−１〜１３０−３は、ウエハキャリア１３８に備えられる。上述のように、センサ１３０−１〜１３０−３の各々は、ノズルと整列されている。例えば、センサ１３０−１〜１３０−３の各々は、それぞれ、ノズル２６０−１〜２６０−３と整列され得る。図１７Ａを参照して上述したように、ウエハ中心での厚みを検出するために配置された対応するセンサは、処理操作の間の上はの回転速度を考慮するため、うえは中心を通る軌道線からわずかに分かれている。１つの実施形態において、センサ１３０−１〜１３０−３は、渦電流センサである。別の実施形態において、流体制御デバイス２６２は、複数の区画で構成され得、ここで、各区画は独立して制御され得る。例えば、各区画に適用される下方向への力は、パッド２７２上の異なるスラリー厚の層を規定するために使用され得る。異なるスラリー厚の層は、平坦化される対応するウエハへの異なる除去速度を適用する。
【００５２】
図１８は、本発明の１つの実施形態に従うＣＭＰシステムについての制御構成の簡単な概略図である。汎用性コンピュータ１４４（コントローラーとも称され得る）は、ＣＭＰシステムについての種々の制御活動を協調する。マッパー（Ｍａｐｐｅｒ）２７１は、汎用性コンピュータ１４４と連通している。マッパー２７１は、アラインメントステーション（例えば、図１４〜１６を参照して記載されるアライナー）を備え得る。１つの実施形態において、マッパー２７１は、ウエハの厚みマップを生成するために、平坦化前にウエハ１３８の表面をスキャンするよう設定される。上述のように、厚みは、渦電流センサクラスタのアレイの使用を通して生成され得る。次いで、厚みマップに対応する信号は、汎用コンピュータ１４４に連絡され、そこでそれらは保存される（例えば、ハードディスクドライブまたは他の適切な記憶媒体に）。本明細書中に記載されるシステムは、１つの実施形態において３成分として考えられ得ることが理解されるべきである。例えば、３成分は、信号システム（感知デバイス（すなわち、渦電流センサ）を備える）、実行システム（流体制御デバイス設定を有するＣＭＰユニットを備える）、およびコントローラー（上述）を含む。
【００５３】
ウェハキャリア１７４は、研磨パッド２７２の上にあるウェハ１３８を支持する。図７Ａ、７Ｂおよび１７Ｃを参照して記載されるように、ウェハキャリア１７４は、平面化されるウェハ１３８上のフィルムに関連する厚みを検出するように構成された１つ以上のセンサを備え得る。さらに、マッパー２７１によって作製された厚みマップにより計算された相関係数は、センサ１３０によって検出された信号に適用されて、センサ１３０によって検出された基板構成要素および任意の第３体作用を実質的に排除し得る。例えば、センサ１３０が渦電流センサである場合、他の導電性表面は、センサ１３０によって検出される信号に影響を与える。他の導電性体は、研磨パッド２７２の後ろにあるステンレス鋼およびセンサ１３０の検出領域内にあるＣＭＰシステムに関連する他の一般的に使用される導電性物質を含む。センサ１３０によって生成された較正された信号は、汎用コンピューター１４４と通信している。あるいは、センサ１３０によって生成される信号は、汎用コンピューター１４４と通信し得、次いで、相関係数が生の信号データに適用される。
【００５４】
調節された信号の値に従って、脱イオン水または他の化学モジュール２７０、ダム制御モジュール２６７、およびスラリー供給モジュール２６８に対する制御信号が生成され得る。従って、センサ１３０によって生成された信号が、除去率が低すぎる（すなわち、対応するウェハ位置における厚みが比較的高い）ことを示す場合、汎用コンピューター１４４は、脱イオン水または他の化学モジュール２７０へ信号を伝送し得、これにより、スラリーは研磨パッド２７２上へとノズル２６０から分配されて、センサ１３０に対応するウェハ１３８の領域において経験される除去率を増加させ得る。同様に、センサ１３０によって生成された信号が、除去率が高すぎる（すなわち、厚みがセンサ１３０に対応するウェハ１３８の領域において低い）ことを示す場合、脱イオン水または幾らかの他の適切な置換化学が、ノズル２６０から分配されて、ウェハ１３８上の対応する点において経験される除去率を減少させ得る。
【００５５】
図１８は、単一センサ１３０および単一ノズル２６０を示すが、それぞれの構成の各々ノズルに対応する複数のセンサが利用されて、ウェハ１３８と研磨パッド２７２との間の界面の限局された領域において、異なる様式で除去率を操作し得る。さらに、汎用コンピューター１４４は、ダム制御モジュール２６７に伝送される信号を出し得、このダム制御モジュール２６７は、パッド２７２に対して流体制限デバイス２６２に適用される下方力または曲率の角度に影響を与える。従って、流体制限デバイス２６２の下流にある研磨パッド２７２上に分配されるスラリーの厚みは、ダム制御モジュールによって操作され得る。汎用コンピューター１４４はまた、信号をスラリー供給モジュール２６８に伝送し、研磨パッド２７２へのスラリー供給を増加または減少させるように構成される。それゆえに、流体制限デバイス２６２の操作による研磨パッド２７２へのスラリー供給は、スラリープール２６４の構成に影響を与える。
【００５６】
図１９は、本発明の１つの実施形態に従う流体制限デバイスおよびスラリープールの作製を示す簡素化した概略図である。ここで、スラリー送達ライン２６９は、ノズルまたは複数のノズルと流体連絡するマニホールドにスラリーを供給して、スラリーを研磨パッド２７２に供給する。流体制限デバイス２６２は、アーム２６１に固定される。１つの実施形態において、流体制限デバイス２６２は、アーム２６１に容易に装着および離脱され得る（例えば、アームにクリップで留められる）ように固定される。上記のように、アーム２６１は、研磨パッド２７２に対して水平および垂直に移動して流体制限デバイス２６２の角度および局率の程度に影響を与えるように構成される。例えば、下向きの力において適用される力を調節することによって、研磨パッド２７２の上面に対する、流体制限デバイスによって規定される角度が調節され得る。さらに、流体方向に関連する流体制限デバイスによって規定される角度は、研磨パッドに対して平行な平面にあるその軸の周りでアームを回転させることによって調節され得る。
【００５７】
図２０は、本明細書中に記載された実施形態により可能となった異なる除去率の影響の例示的な結果示すグラフである。図２０のグラフは、Ｘ軸上の時間に対してＹ軸上の銅厚みをプロットしたものである。銅厚みは、基板の上に堆積された銅フィルムの厚みを表す。残りの銅厚みは、上記の実施形態に記載されるように、渦電流センサによって検出される信号によって決定される。ここで、ライン２７４−１および２７６−１は、実質的に一定のままである除去率を表す。従って、任意の時点において、残りの銅厚みは異なる。しかし、平面化されるウェハの特定の領域に除去率の差次的な制御を適用するための上記の実施形態を使用することによって、トレース２７４−１および２７６−１は、それぞれトレース２７４−２および２７６−２に変換され、次いで、トレース２７８に収束する。すなわち、トレース２７４−２およびトレース２７６−２は、トレース２７８によって示されるように標的除去率に収束する。トレース２７８によって示される除去率は、ウェハキャリアにおける１つのセンサと関連するウェハの領域に適用される除去率であり得るが、ライン２７４−２および２７６−２によって表されるトレースは、各々が他の単一センサに関連することが理解されるはずである。例えば、図１７Ｃを参照して示されるセンサは、各々、ライン２７４−２、２７６−２および２７８によって表される３つのトレースのうちの１つに関連し得る。基板の表面に適用される異なる除去率は、平面化プロセスの間に基板上に堆積される残りの層のフィルム厚さをより均一に制御する能力を可能にする。図２０に示されるように、約２５００Å後に、信号２７４−２、２７６−２および２７８によって表される種々の領域に適用される除去率は、全て均一である。従って、層の残りの厚さが０〜２５００Åである任意の時点においてプロセスを停止することにより、基板の表面全体のより均一なフィルム厚さの層が生じる。
【００５８】
図２１は、本発明の１つの実施形態に従う流体制限デバイス後の研磨パッドの表面に分配される化学（例えば、脱イオン水）の作用を示すグラフである。ここで、ライン２８０は、平面化されるウェハの中心領域からの距離に対する除去率のトレースを表す。同様に、ライン２８２は、平面化される間のウェハの表面全体の除去率のプロットを表す。ライン２８０は、基板の縁部領域への脱イオン水の支出から得られ、一方、ライン２８２は、平面化されるウェハの中心領域へ適用される脱イオン水または類似の置換剤の分散から得られる。従って、脱イオン水または置換剤は、除去率が低下するスラリー欠乏領域を生成する。例えば、ライン２８０に対して、ウェハの縁部領域における除去率は、ライン２８２と比較すると減少する。しかし、中心領域においてライン２８２によって示される除去率は、対応する領域におけるライン２８０によって示される除去率より低い。すなわち、置換剤は、平面化されるウェハの中心領域に対応する研磨パッドのスラリー欠乏領域を生成する。ウェハの中心領域および縁部領域の両方におけるより厳格な制御は、本発明の実施形態によって達成されることが理解されるはずである。上記のように、ウェハの中心において減少した除去率を達成するために、スラリー欠乏領域を生成するノズルは、ウェハの回転速度に起因してウェハの中心からわずかにオフセットされ得る。
【００５９】
図２２Ａおよび２２Ｂは、本発明の１つの実施形態に従う化学機械的平面化操作の間、研磨パッドの種々の領域へのスラリーの添加を表すグラフを示す。図２２Ａは、平面化されるウェハの中心に対応する研磨パッドの中心領域へスラリーを添加する作用を示すグラフである。ライン２８４は、流体制限デバイスを使用して、スラリーが下流に加えられることなく研磨パッド全体にスラリーを分配する間の、ウェハの中心からの距離に対する除去率のトレースを表す。ライン２８６は、平面化されるウェハの中心領域によって偶然見られる研磨パッド上への位置に対する流体制限デバイス後に、スラリーを添加した場合に得られる結果を表す。ここで、流体制限デバイスのノズル下流は、流体制限デバイスによって生成される均一なスラリー層の部分を強化する。従って、中心領域にスラリーをさらに加えることにより、ライン２８６によって示されるように除去率の増加が生じる。
【００６０】
図２２Ｂは、本発明の１つの実施形態による、研磨パッドの中央領域、または研磨パッドのエッジ領域のいずれかへのスラリーの添加に対応するライントレースを表す。ライン２９０は、除去速度のトレースを表し、そこでは、スラリーは、研磨パッドの中央領域に添加されており、その一方、ライン２８８は、除去速度のトレースを表し、そこでは、スラリーは、研磨パッドのエッジ領域に添加されている。例えば、図１７Ｂを参照して、ノズル２６０−１および２６０−３は、エッジ領域にスラリーを供給するために用いられ得、その一方ノズル２６０−２は、中央領域に脱イオン水を供給するために用いられ得る。図２２Ｂに見られ得るように、スラリーの中央領域への添加は、ライン２８８に対するライン２９０の増加した除去速度を生じる。同時に、ライン２８８は、エッジ領域へのスラリーの添加の結果を示し、エッジ領域におけるライン２９０に対する除去速度を増加する。本明細書に記載の実施形態は、ウェーハーキャリヤ中の１つまたは３つのセンサ、および関連するノズルを含むが、任意の適切な数のセンサおよびノズルが履行され得ることは当業者に明らかであり得る。
【００６１】
図２３は、本発明の１つの実施形態によるリアルタイムで基板上に曝されたフィルム厚みをモニターする方法操作を示すフローチャート図である。この方法は、操作３００で開始され、そこでは、ウェーハーの表面は走査されて、第３の本体の非存在下の厚みデータを得る。ここで、整列器またはその他の移動ステーションを用いてウェーハーの表面を走査し得、上記に記載のような厚みマップを生成する。第３の本体、すなわち、伝導性表面は、ここには存在しない。なぜなら、ウェーハーおよび走査機構のみがこの厚みマップを生成するために用いられるからである。この方法は、次に、操作３０２に進み、ここでは、厚みデータの基板コンポーネントおよび厚みデータの膜コンポーネントが同定される。ここで、ウェーハーの表面を走査することにより生成された信号は、基板コンポーネントおよび膜コンポーネントに分割される。例えば、渦電流信号は、２つのコンポーネントに分解され得る。このコンポーネントデータから、較正係数が生成され得、これは、次に、厚みの下流測定、すなわち、厚みをより正確に測定するために、ウェーハーキャリヤ中に包埋されるセンサに適用され得ることが認識されるべきである。この方法は、次に、操作３０４まで進行し、そこでは、ウェーハーは、プロセッシングステーションに移される。１つの実施形態では、このプロセッシングステーションは、ＣＭＰシステムである。勿論、任意の適切なロボット手段が、このウェーハーをプロセッシングステーションに移動するために用いられ得る。この方法は、次に、操作３０６に移動し、そこでは、第３の本体の存在下で、ウェーハー上の点に対応する厚みデータが検出される。ここで、図７Ａおよび７Ｂを参照して上記に記載のようなウェーハーキャリヤ中に包埋されたセンサは、厚みデータを検出するために用いられ得る。１つの実施形態では、渦電流センサがこの目的のために用いられる。この方法は、次に、操作３０８に進行し、そこでは、ウェーハー上の点に対応する厚みデータは、調節されて基板コンポーネントの影響および第３の本体の影響を実質的になくす。すなわち、第３の本体の非存在下で決定された較正係数を用いて、ウェーハー上の膜に関連する厚みデータを隔離する。以下により詳細に論議されるように、この隔離された厚みデータは、次に、ウェーハーの表面を横切るより均一な平坦化操作を提供するために、異なる様式で平坦化操作を制御するために用いられ得る。
【００６２】
図２４は、本発明の１つの実施形態による基板表面に適用される除去速度に対して差次的制御を提供するための方法操作を示すフローチャート図である。この方法は、操作３１０で開始し、そこでは、基板の厚みマップがプロセッシング操作の前に生成される。この厚みマップは、図２３を参照して上記に記載のように生成され得る。この方法は、次に、操作３１２に進行し、そこでは、厚みマップの座標は、プロセッシング操作で利用されるセンサと関連している。ここで、厚みマップ上の点は、ウェーハーキャリヤ中に包埋されたセンサと関連し得、その結果、平坦化プロセスは、このウェーハーキャリヤ中に包埋されたセンサと関連する領域中で制御され得る。上記に記載のような、汎用コンピューター、またはコントローラーが、この関連を作製するために必要な計算を提供し得る。この方法は、次に、操作３１４に進行し、そこでは、センサと関連する基板表面の位置に適用される除去速度は、厚みマップにより提供されるデータに基づき調節される。ここで、この除去速度は、図１７Ａ〜２２Ｂを参照して上記に記載のような、ダム、すなわち、流体拘束デバイスから下流の研磨パッドの表面上にスラリー欠損領域またはスラリー増強領域を生成することにより調節され得る。
【００６３】
要約すれば、本発明は、その上に膜を有するウェーハーの表面に差次的除去速度の適用を提供する。従って、ＣＭＰプロセスのような、半導体製造プロセスの終点の決定は、時間に基づき得る。すなわち、差次的除去速度は、均一な膜厚みを有する基板に到達するために適用され得る。従って、特定の時間の後、または特定の厚みが検出された後、操作の終点に到達したことを示す信号が発信され得、操作を停止する。クラスターとなったセンサは、非プロセス状態下のウェーハー上の膜の厚みを最初に決定することにより、終点、および関連する除去または堆積速度を決定を可能にする。決定された厚みは、センサを、厚み測定（第３の本体が行う）における誤差を引き起こすプロセッシング条件からの変数が、実質的になくなるように較正するために、プロセス操作と関連する第２のセンサに提供される。例えば、非プロセッシング状態の下、すなわち、検出領域中に第３の本体なくして決定される較正係数は、プロセッシングモジュールによって導入される第３の本体の影響を実質的になくすために、第２のセンサの信号に適用され得る。さらに、ウェーハーの厚みマップが生成され、ここで、この厚みマップは、膜厚みコンポーネントを隔離するために、データを、膜厚みコンポーネントおよび基板コンポーネントに分解する。上記のように、この厚みマップは、非プロセッシング状態下で決定される。
【００６４】
これらの実施形態は、ＣＭＰプロセスに関して記載されているが、クラスターとなったセンサを含むクラスター化センサまたはアレイは、ＣＭＰプロセスに限定されないことを認識すべきである。例えば、センサは、基板上に層または膜を除去また堆積する任意の半導体プロセス（例えば、エッチング、堆積およびフォトレジストストリッピングプロセス）内で用いられ得る。さらに、上記に記載の実施形態は、ロータリーまたは軌道タイプＣＭＰシステムおよびベルトタイプＣＭＰシステムに適用され得る。
【００６５】
さらに、本発明は、ウェーハーの厚みプロフィールを、プロセス操作が、入来するウェーハー厚みのためのプロセス変数を最適化する情報を使用し得るようにマッピングすることを可能にする。当業者は、ウェーハーの厚みがまた、プロセッシング操作の終了に際しモニターされ得ることを認識する。例えば、上記の例示のＣＭＰプロセスが用いられた後、ウェーハーの厚みは、ウェーハーが負荷モジュールに戻されるときモニターされ得る。プロセス後モニタリングは、プロセッシングパラメーターをさらに最適化するためのフィードバックを提供するために用いられ得る。あるいは、プロセス後モニタリングは、ウェーハーが曝され、ウェーハーの厚みプロフィールが有効な情報である次のプロセスのために用いられ得る。
【００６６】
さらに、渦電流センサクラスターは、本発明の１つの実施形態における整列器と一体であるように記載された。完全または部分的なウェーハー回転を生成する任意のツールが、センサクラスターと組合せて厚みプロフィールを生成するために有効であり得ることが認識されるべきである。さらに、これらのセンサクラスターは、ウェーハー経路に沿って、ロボットがセンサクラスターまたはセンサクラスターアレイの間でウェーハーを通過するように採用され得る。次に、厚みプロフィールは、このセンサクラスター間のウェーハーの直線状移動から検出される。従って、測定は、代表的なロボットの負荷／脱負荷速度で即座に実施される。すなわち、システムスループットは衝撃されない。１つの実施形態では、渦電流センサの感度は、渦電流センサの検出領域内の強磁性または常磁性スラグの配置により増大され得る。すなわち、磁場は、強磁性または常磁性スラグにより増大され、これは、次に、センサにより検出されている信号を増大する。従って、センサの感度および信号対ノイズ比は、磁場の増大により増大される。１つの実施形態では、磁場は、センサから分離しているデバイス、すなわち、外部供給源により増大されることが理解されるべきである。増大した感度は、センサが先には検出不能であった信号を検出することを可能にする。従って、磁場増大供給源とセンサとの間の検出スペース中に配置された伝導性目的物の任意の抵抗を基礎にする性質が定量され得る。さらに、この信号は、上記の実施形態を参照して記載されたように増大され得、その結果、先には検出不能であった信号が測定され得る。例えば、２５００オングストローム厚みより薄い膜の厚みは、磁場増大供給源と組合せて用いられるとき、渦電流センサによって測定され得る。
【００６７】
１つの実施形態では、この磁場増大供給源は、強磁性または常磁性スラグである。別の実施形態では、第２のセンサは、磁場増大供給源である。この第２のセンサが磁場増大供給源であるとき、２つのセンサは相がないように相シフトが適用される。ここで、第２のセンサにより生成される磁場の相は、抑制効果を有さないように、第１のセンサの磁場の相から１８０゜離れている。すなわち、１つのセンサは、１８０゜だけ信号の波を覆し、信号の抑制をなくする。上記に記載の実施形態は、薄膜厚みを測定するために用いられる渦電流センサに詳細に言及しているが、任意の抵抗を基礎にした性質が測定され得ることを認識すべきである。さらに、本明細書に記載の本発明は、ＣＭＰ、プラズマエッチング、層堆積および特徴付けられるべき基板の層の厚みを必要とするその他のプロセスのようなプロセスのための多くの半導体プロセッシングツールに取り込まれ得る。これらのプロセッシングツールの中で、磁場／渦電流増大供給源は、容易に取り込まれ得る。例えば、エッチングおよび堆積ツールに関し、基板支持体、すなわち、チャックは、磁場増大性質を有する材料から構成され得るか、またはこれらの性質を有する挿入物を含み得るかのいずれかである。このチャックは、静電チャック、真空チャック、機械的チャックなどであり得ることは当業者に明らかである。
【００６８】
しかし、上記のように、本発明は、伝導性目的物の任意の適正な抵抗を基礎にする性質を決定するために拡張され得る。すなわち、基板上の薄膜の厚みまたは基板自身の厚みを決定することに加え、本明細書に記載の実施形態は、ドーパント濃度を決定するため、膜スタック組成物、薄金属膜一体性、表面粗さ、不純物の分布、粒子サイズ分布などを同定するために用いられ得る。要するに、磁場／渦電流増大供給源は、抵抗を基礎にする性質の広範な範囲を、センサ検出スペース中に配置される伝導性目的物について確実にする。本明細書に記載の実施例のいくつかは、半導体製造適用に関するが、これら実施例は、これらの適用に制限されない。抵抗を基礎にする性質により提供される情報を必要とする任意の適用は、本明細書に記載の感度増大実施形態を利用し得る。
【００６９】
本明細書に記載の本明細書の１つの実施形態は、この磁場増大供給源としてパーマロイを用いる。当業者は、パーマロイが、一般に、ニッケルおよび鉄からなり、そしてＮｉｘＦｅｙの組成を有する高い透磁率の合金のグループをいうことを認識する。１つの実施形態では、この鉄およびニッケルは、このパーマロイの組成の約４０％と約８０％との間の割合を占める。別の実施形態では、このパーマロイは、モリブデン、銅、クロムまたはタングステンのような少量のその他の元素を含む。
【００７０】
本明細書に記載の実施形態はまた、ウェーハーの領域に適用される除去速度を差次的に制御するように構成されるＣＭＰを提供する。この差次的な制御は、均一な除去速度に対して、均一な厚みが得られることを可能にする。流体拘束デバイスの使用は、レーキを生成するけれども、均一なスラリー層が規定される。この均一なスラリー層は、次に、ウェーハーの表面に異なる除去速度を付与するために上記に記載のように妨害される。
【００７１】
本発明を、いくつかの例示の実施形態に関して本明細書中に記載してきた。本発明のその他の実施形態は、本明細書を考慮し、そして発明の実施から当業者に明らかである。上記の実施形態および好適な特徴は、例示であると考慮されるべきであり、本発明は、添付の請求項によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
添付する図面は、本明細書に援用され、そして本明細書の構成部分であり、本発明の原理を説明するように機能する記載と共に本発明の例示的実施形態を示す。
【図１】図１は、渦電流センサーが作動する原理の簡略化した概略図である。
【図２Ａ】図２Ａは、化学的機械的平面化（ＣＭＰ）の間のウエハー厚を測定するための渦電流センサーを有するウエハーキャリアの概略図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、シリコン基材の表面に均一な除去率を適用した結果を示す簡略化した断面概略図である。
【図３】図３は、本発明の１つの実施形態に従う、取り込んだウエハーの厚さを測定するための連結センサーの簡略化した概略図である。
【図４】図４は、本発明の１つの実施形態に従う、図３のように構成された連結渦電流センサーのシグナルについてのグラフである。
【図５】図５は、本発明の１つの実施形態に従う、取り込んだウエハーまたは薄膜の厚さを測定するための連結センサーの代替的構成の簡略化した概略図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の１つの実施形態に従う、取り込んだウエハーの厚さを測定するための連結センサーの別の代替的構成の簡略化した概略図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、渦電流センサー群を使用する場合の平均シグナルの安定性を示すグラフであり、これらのセンサーは、本発明の１つの実施形態に従って薄膜厚を検出するためにグラフの側部にあるように構成されている。
【図７】図７Ａは、本発明の１つの実施形態に従う、ＣＭＰプロセスの下流にある厚さセンサーと連結した取り込み厚センサーの簡略化した概略図である。図７Ｂは、ＣＭＰプロセスの下流にある厚さセンサーと連結した取り込み厚センサーの代替的実施形態の簡略化した概略図である。
【図８】図８Ａおよび８Ｂは、薄膜厚についての渦電流センサーからのシグナルと、本発明の１つの実施形態に従う標準的な比抵抗式薄膜厚測定デバイスからのシグナルとの間の相関を示すグラフである。
【図９】図９は、本発明の１つの実施形態に従う銅薄膜の厚さを測定するための渦電流センサーについての較正曲線を示すグラフである。
【図１０】図１０は、本発明の１つの実施形態に従う、基材上の銅薄膜についてのＣＭＰ操作の間の２つの渦電流センサーからの出力シグナルを示すグラフである。
【図１１】図１１Ａは、本発明の１つの実施形態に従う、研磨用ベルトの温度を経時的に測定する、赤外線（ＩＲ）センサーからのシグナルのグラフである。図１１Ｂは、本発明の１つの実施形態に従う、ウエハー温度の赤外線シグナルの経時的グラフである。
【図１２】図１２は、ＣＭＰプロセスの３０秒間のシーケンスであるＴ１〜Ｔ９の概略図であり、本発明の１つの実施形態に従うウエハーキャリア中の渦電流センサーによって測定される銅薄膜の除去を示す。
【図１３】図１３は、本発明の１つの実施形態に従うＣＭＰシステムの高度な概略図である。
【図１４】図１４は、本発明の１つの実施形態に従う一体化したセンサー群を有するウエハーアライナーの簡略化した概略図の断面図である。
【図１５】図１５は、本発明の１つの実施形態に従う複数のセンサー群を備えるセンサーアレイのより詳細な側面図である。
【図１６】図１６は、本発明の１つの実施形態に従う図１５の複数のセンサー群を備えるセンサーアレイの頂面図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、本発明の１つの実施形態に従う、化学的機械的平面化操作に対してリアルタイムの差次的閉ループ制御を与え得るシステムの簡略化した概略図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、図１７ＡのＣＭＰシステムの代替的な実施形態である。
【図１７Ｃ】図１７Ｃは、図１７Ａの実施形態のまた別の代替である。
【図１８】図１８は、本発明の１つの実施形態に従うＣＭＰシステムについてのコントローラー構成の簡略化した概略図である。
【図１９】図１９は、本発明の１つの実施形態に従う、流体制限デバイスおよびスラリープールの作製を示す簡略化した概略図である。
【図２０】図２０は、本明細書に記載される実施形態を介して可能となる差次的除去速度の影響についての例示的な結果を示すグラフである。
【図２１】図２１は、本発明の１つの実施形態に従う流体制限デバイスの結果として研磨用パッドの表面に分散された化学物質（例えば、脱イオン水）の効果を示すグラフである。
【図２２】図２２Ａおよび２２Ｂは、本発明の１つの実施形態に従う化学的機械的平面化操作の間の研磨用パッドの種々の領域へのスラリーの添加を示すグラフを示す。
【図２３】図２３は、本発明の１つの実施形態に従う、基材上の曝露されている薄膜厚をリアルタイムでモニタリングする操作方法を示すフローチャート図である。
【図２４】図２４は、本発明の１つの実施形態に従う、基材表面に適用される除去速度を差次的に制御するための操作方法を示すフローチャート図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【国際調査報告】
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