(57)【要約】本発明によれば、パッドコンディショニングシステムのドライブアセンブリから得られたモータ電流信号のようなセンサ信号が、ＣＭＰシステムにおける一つあるいはそれ以上の消耗品（１１３）の状態を推定するように用いられるシステム及び方法が提供される。
2007529111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学機械研磨のためのシステムであって、
基板を所定位置で受容及び保持するように構成された、可動かつ動作可能な研磨ヘッド（１０４）と、
第一ドライブアセンブリ（１０５）に結合されたプラテン（１０１）に設けられた研磨パッド（１０２）と、
少なくとも一つの電気モータを備えた第二ドライブアセンブリ（１１２）に結合されたパッドコンディショニングアセンブリ（１１０）と、
前記研磨ヘッド（１０４）、第一（１０５）ドライブアセンブリ、及び第二（１１２）ドライブアセンブリに操作可能なように接続されたコントロールユニット（１２０）有し、前記コントロールユニット（１２０）は、第一及び第二ドライブアセンブリ（１０５，１１２）の動作をコントロールするように構成され、前記コントロールユニット（１２０）は、前記第二ドライブアセンブリ（１１２）からセンサ信号を受信すると、前記システムの消耗メンバ（１１３）の少なくとも一つの特性の指標を与えるようにに更に構成される、
システム。
【請求項２】
前記第二ドライブアセンブリから受信した前記センサ信号は、前記少なくとも一つの電気モータの回転と前記少なくとも一つのモータのトルクとのうち少なくとも一つを示す、
請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記コントロールユニットは、前記センサ信号に基づき前記第一ドライブアセンブリと前記研磨ヘッドのうち少なくとも一つをコントロールするように更に構成される、
請求項１記載のシステム。
【請求項４】
化学機械研磨システムのオペレーションを行うための方法であって、
前記ＣＭＰシステム（１００）のパッドコンディショナー（１１０）を駆動する電気ドライブアセンブリ（１１２）からセンサ信号を得て、
前記センサ信号に基づき前記パッドコンディショナー（１１０）のコンディションを推定する、
方法。  
【請求項５】
前記センサ信号は、前記ドライブアセンブリの少なくとも一つの電気モータと前記少なくとも一つのモータのトルクの回転のうち少なくとも一つを示す、
請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記パッドコンディショナーの前記コンディションを推定するステップは、前記パッドコンディショナーの少なくとも一つの特性に関する参照データを確立し、前記センサ信号と前記参照データを比較する、
請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも一つの特性には、前記ＣＭＰシステムのオペレーション中の前記パッドコンディショナーと研磨パッドのコンディショニング表面間に作用する摩擦力を含む、
請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも一つのプロセスパラメータは、前記ＣＭＰシステムにおけるパッド及び研磨ヘッドのダウンフォース、研磨時間、及び相関速度のうち少なくとも一つを含む、
請求項８記載の方法。
【請求項９】
ＣＭＰシステム（１００）における消耗品の耐用年数を推定するための方法であって、
所定のオペレーティングコンディションで前記第一コンディショニング表面を使用する際、複数の時点において、パッドコンディショナー（１１０）の第一コンディショニング表面の前記状態を測定し、
各時点で決定された前記状態と、ドライブアセンブリ（１１２）における前記パッドコンディショナー（１１０）を駆動するための少なくとも一つのパラメータを示すセンサ信号と、の相関関係を確立し、
第二コンディショニング表面をも使用した所定のオペレーティングコンディションで前記ＣＭＰシステムのオペレーティングを行って前記関係に基づいて前記センサ信号を評価し、これにより、前記ＣＭＰシステムの少なくとも一つの消耗メンバ（１１３）の残り耐用期間を推定する、方法。
【請求項１０】
前記信号に基づき前記ＣＭＰシステムの少なくとも一つの消耗品コンポーネントの状態を更に推定する、
請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミクロ構造の製造技術分野に関し、より具体的には、基板を化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical  Mechanical  Polishing)を行うためのツールに関し、例えば、このツールは集積回路を形成するために複数のダイを支持し、ツールの研磨パッドの表面をコンディショニング（再加工）するためのコンディショナーシステムを備える。
【背景技術】
【０００２】
集積回路のようなミクロ構造では、半導体層、導電層、絶縁材料層をデポジットし、フォトリソグラフィ及びエッチング技術でこれらの層をパターニングすることにより、トランジスタ、キャパシタ、抵抗器のような多数の回路素子がシングル基板に製造される。前に形成された材料層がはっきりとした形状（（pronounced topography）になると、後続の材料層のパターニングに悪影響を与えるという問題が、頻繁に生じる。更に、ミクロ構造の製造においては、先にデポジットされた材料層における過剰材料の除去が求められることが多い。
例えば、誘電層に組み込まれた金属線によって個々の回路素子が電気的に接続されることになり、その結果、通常メタライゼーション（金属被膜）層と称される層を形成する。近年の集積回路では、通常、そのようなメタライゼーション層が複数形成され、求められる機能を維持するようにそれぞれ互いにその上面にスタックされなければならない。しかし、金属層のパターニングが繰り返されることで、表面形状がますます平坦ではなくなり、特に、洗練された集積回路のように、サブミクロン範囲における最小サイズを有するフィーチャを含むミクロ構造に関して、後続のパターニングプロセスを悪化する可能性がある。  
【０００３】
それゆえ、特定の層の形成それぞれ行っていく間に、基板の表面を平坦化することが必須であることが判明している。種々の理由から、基板の表面を平坦とすることが要求されるが、その理由の一つとして、ミクロ構造の材料層をパターニングするために用いられるフォトリソグラフィにおいて、合わせる焦点の深さが光学的に制限されることが挙げられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
化学機械研磨は、基板の過剰材料を除去し、広範囲な平坦化を満たすように幅広く用いられる適切なプロセスである。ＣＭＰプロセスでは、ウェーハが研磨ヘッドと呼ばれる適切に形成されたキャリアに備えられ、ウェーハが研磨パッドと密着する一方、このキャリアが研磨パッドに関連して動く。ＣＭＰプロセス中スラリーが研磨パッドに供給され、例えば材料を酸化物に変化することによって平坦化される材料あるいは複数の材料層と反応して化学化合物を包含し、一方で金属酸化物のような反応製品がスラリー及び／あるいは研磨パッドに包含される研磨材でむしろ機械的に除去される。層パラメータの高度な平坦化を満たすと同時に要求された除去率を得るためには、ＣＭＰプロセスのコンディションが適切に選択されなければならない。そのゆえ研磨パッドの構造、スラリーの形式、研磨パッドに関連して動く際にウェーハに印加される圧力、ウェーハと研磨パッド間の相関速度のようなファクタを考慮しなければならない。更に、除去率はスラリーの温度にかなり依存し、従って研磨パッドとウェーハ間の相関的な動きにより生じる摩擦量、蒸発したパーティクル（粒子）によるスラリーの飽和度、特に研磨パッドの研磨表面の状態によってかなりの影響を受ける。
【０００５】
大部分の研磨パッドは、多くのボイド（空隙）を有する多孔質のミクロ構造ポリマー材料で形成されるが、このボイドは、オペレーション中にスラリーが入り込む。基板表面から除去され、スラリー内に蓄積されたパーティクルがボイド内に吸収されることで、スラリーの緻密化が生じる。結果として、除去率は減少していき、それによって平坦化プロセスの信頼性に悪い影響を及ぼす。これにより、完成した半導体デバイスの歩留まりと信頼度を低下させる。
【０００６】
この問題を部分的に克服するために、研磨表面と研磨パッドを“リコンディション（recondition：再調整）”する、通常パッドコンディショナーと呼ばれるものが用いられる。このパッドコンディショナーは、例えば、耐性材料で覆われたダイアモンドのような様々な材料で構成され得るコンディショニング表面を含む。そのような事例では、除去率が低過ぎると評価されると、パッドの劣化した表面の剥離、及び／又は、パッドコンディショナーの比較的硬い材料によるリワークがなされる。洗練されたＣＭＰ装置のような他の例では、パッドコンディショナーが研磨パッドと絶えず密着しながら、基板が研磨される。
【０００７】
洗練された集積回路では、研磨パッドの状態をシングル基板の全領域にわたってできる限り一定して維持することに加えて、できる限り多くの基板をプロセッシングすることが必要であり、ＣＭＰプロセスの均一性に係わるプロセス要求が、かなり厳格となる。その結果、パッドコンディショナーは、ドライブアセンブリとコントロールユニットに設けられる。これらにより、パッドコンディショナー、即ち、コンディショニング表面を含むキャリア、が、研磨ヘッドの動きに関連して動くことが可能となり、また、研磨ヘッドの動きによる干渉を避けながら、研磨パッドによる均一なリワークが可能となる。それゆえ、一つあるいはそれ以上の電気モータが通常コンディショナードライブアセンブリに与えられ、コンディショニング表面を適切に回転及び／又はスイープさせる。
【０００８】
従来のＣＭＰシステムの問題の一つは、コンディショニング表面、研磨パッド、研磨ヘッドのコンポーネント等のような消耗品が定期的に交換されなければならないという点にある。例えば、コンディショニング表面を含むダイアモンドの耐用期間は、一般に、基板２０００個の処理に不十分なものであり、この実際の耐用年数は、適切な交換時期を予測することを非常に困難にする種々のファクタに依存する。概して、初期段階で消耗品を交換するとコスト高にかなり影響し、ツールアベラビリティ低下の一因となる。一方でＣＭＰシステムの一つあるいはそれ以上の消耗品をかなり進行した段階で交換すると、プロセスの安定性に悪い影響を及ぼしかねない。更に、消耗品の劣化が、プロセス安定性の維持を困難にし、従って、消耗品の置換の最適な時点を確実に予測することを困難にする。  
【０００９】
上述した問題の点から消耗品の挙動を考慮したＣＭＰシステムにおけるコントロール対策の改善が需要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、概して、パッドコンディショナーに結合されたドライブアセンブリの状態を表す信号に基づきＣＭＰシステムをコントロールするための技術を目的としている。ドライブアセンブリによって印加された信号は、現在のツール状態を示し、及び／又はＣＭＰシステムの一つあるいはそれ以上の消耗品の残存する耐用年数を推定し、ＣＭＰプロセスコントロールのクオリティを改善するために使用される。このため、パッドコンディショナーのドライブアセンブリによって印加された信号が、コンディショニング表面の現在の状態についての情報を含む“センサ”信号として作用し、次に耐用年数を予測するために評価されてよいし、及び／又はＣＭＰプロセスの一つあるいはそれ以上のプロセスパラメータの再調整してよい。基板と研磨パッド間に生成される摩擦力とは反対に、コンディショニング表面と研磨パッド間の相対運動によって生成される摩擦力は、短時間の変動に対して実質的に無感応であることから、この摩擦力を示す全ての信号が、コンディショニング表面の状態を推定するために効率的に使用できる。本発明に従って、パッドコンディショナーのドライブアセンブリが、この摩擦力を示す信号を生成するソースとして使用され、それゆえパッドコンディショナーの少なくともコンディショニング表面の“状態”センサとして作用する。
【００１１】
本発明の一例示的な実施形態に従って、化学機械研磨に関するシステムは、所定の位置で基板を受容及び保持するように構成された可動式で、動作可能な研磨ヘッドを含む。更に、第一ドライブアセンブリに結合されるプラテン上に備えられる研磨パッドが与えられる。パッドコンディショニングアセンブリは第２ドライブアセンブリに結合される。コントロールユニットが操作可能なように研磨ヘッド、第一及び第二ドライブアセンブリに接続され、このコントロールユニットは第一及び第二ドライブアセンブリのオペレーションをコントロールし、第二ドライブアセンブリからセンサ信号を受信した際、ＣＭＰシステムの消耗品メンバの少なくとも一つの特性に関する指標を与えるために構成される。  
【００１２】
本発明の更なる他の例示的な実施形態に従って、ＣＭＰシステムをオペレートするための方法は、ＣＭＰシステムのパッドコンディショナーを駆動する電気的ドライブアセンブリからセンサ信号を得、このセンサ信号に基づきパッドコンディショナーのコンディションを推定する。
【００１３】
更なる実施形態では、この方法は前述の推定した状態に基づき前述したパッドコンディショナーのコンディショニング表面の残存する耐用年数を更に予測する。
【００１４】
更なる実施形態では、この方法は前述したセンサ信号に基づきＣＭＰシステムのオペレーションを更にコントロールする。
【００１５】
更なる実施形態では、ＣＭＰシステムのオペレーションをコントロールするステップが、前述したセンサ信号に基づきダウンフォース、研磨時間、基板と研磨パッド間の相関速度のうち少なくとも一つを再調整する。
【００１６】
更なる実施形態では、コンディショニング効果を調整するために、ＣＭＰシステムのオペレーションをコントロールするステップでは、前述したセンサ信号に基づき前述したドライブアセンブリに対してドライブ信号を再調整する。
【００１７】
本発明の更なる例示的な実施形態に従って、ＣＭＰシステムにおける消耗品の耐用年数を推定する方法が、ＣＭＰシステムの所定のオペレーティーングコンディションでパッドコンディショナーの第一コンディショニング表面を使用しながら、複数の時点で第一コンディショニング表面の状態を判断する。その後、各時点に関して判断された状態とパッドコンディショナーを駆動するドライブアセンブリの少なくとも一つのパラメータを示すセンサ信号間に関係が構築される。最終的に、所定のオペレーティングコンディションで第二コンディショニング表面を用いてＣＭＰシステムのオペレーティングを行って前述の関係に基づきセンサ信号が評価され、それによってＣＭＰシステムの少なくとも一つの消耗品メンバの残存する耐用年数を推定する。
【００１８】
更なる実施形態では、少なくとも一つのプロセスパラメータには、前述のＣＭＰシステムの上流側に設けられたデポジションツールのデポジション仕様パラメータを含む。
【００１９】
更なる例示的な実施形態に従って、ＣＭＰプロセスを含むプロセスシーケンスをコントロールするための方法は、ＣＭＰシステムのコンディショナードライブアセンブリからドライブアセンブリのモータトルクとモータ速度のうち少なくとも一つを示す信号を得る。加えて、少なくとも一つのプロセスパラメータがこの信号に基づきプロセスシーケンスにおいて調整される。
【００２０】
更なる実施形態では、方法は前述のセンサ信号の許容範囲を更に決定する。
【００２１】
更なる実施形態では、前述のセンサ信号が前述の許容範囲外にあるとき、方法はＣＭＰシステムが無効な状態であることを更に示す。
【００２２】
更なる実施形態では、前述のセンサ信号が前述の許容範囲内にあるとき、方法が前述した少なくとも一つの消耗品メンバの残存する耐用年数を更に決定する。
【００２３】
更なる実施形態では、方法が特定的なＣＭＰレシピに関する除去率と研磨時間のうち少なくとも一つを前述したセンサ信号に更に関連付け、前述した許容範囲を決定する。
【００２４】
更なる実施形態では、前述したセンサ信号が前述したドライブアセンブリのモータトルクを表す。
【００２５】
本発明の更なる利点、対象物及び実施形態は、添付の請求項において限定され、添付の図面と併せて以下の詳細な説明により明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明は、図面と併せて以下の詳細な説明において表される実施形態を参照しながら記載される一方で、以下の詳細な説明が図面と同様に開示された特定的な実施形態に制限されることを意図したものではなく、むしろ記載された例示的な実施形態は本発明の種々の態様を単に例示したものであり、本発明の趣旨は添付の請求項において限定されるものであることが理解されよう。  
【００２７】
図面を参照しながら、例示的な実施形態によって本発明を以下に詳細に説明する。
【００２８】
図１は、本発明に従ったＣＭＰシステム１００を概略的に表す。ＣＭＰシステム１００は、研磨パッド１０２がその上に備えられるプラテン１０１を含む。プラテン１０１は、回転可能なようにドライブアセンブリ１０３に結合され、このドライブアセンブリは毎分ゼロ回から数百回の回転数の範囲内で求められる何れの回転数でプラテン１０１を回転するように構成される。研磨ヘッド１０４はドライブアセンブリ１０５に結合され、ドライブアセンブリ１０５は、符号１０６によって示されるように、プラテン１０１に関連して研磨ヘッド１０４を回転させ、径方向に動くようになっている。
【００２９】
更に、ドライブアセンブリ１０５は、研磨ヘッド１０４によって所定の位置で受容及び保持される基板１０７を、研磨ヘッド１０４をローディング及びアンローディングするように動かす構成とされている、どのように動かすかは任意である。スラリー１０９が研磨パッド１０２に適切に供給されるようにスラリー供給装置１０８が形成され、配置される。
【００３０】
ＣＭＰシステム１００は、パッドコンディショナー１１０として以下で称されるコンディショニングシステム１１０を更に含む。このパッドコンディショナーは、ダイヤモンドのような適切な材料で構成されるコンディショニング表面を含むコンディショニングメンバ１１３に結合されるヘッド１１１を含む。このコンディショニング表面は、研磨パッド１０２に最適なコンディショニング効果が得られるように特別に設計された特定的なテクスチャあるいは形状を有する。ヘッド１１１は、ドライブアセンブリ１１２に接続され、このドライブアセンブリが次にヘッド１１１を回転し、矢印１１４によって示されるようにプラテン１０１に関して径方向に動くように構成される。更に、ドライブアセンブリ１１２は、適切なコンディショニング効果が生じるように求められた可動式のヘッド１１１を提供するように構成されてよい。 
【００３１】
ドライブアセンブリ１１２は、適切な構造により構成される少なくとも一つの電気モータを含み、求められる機能をパッドコンディショナー１１０に与える。例えば、ドライブアセンブリ１１２はＤＣあるいはいずれのタイプのＡＣサーボモータでもよい。同様に、ドライブアセンブリ１０３及び１０５は、一つあるいはそれ以上の適切な電気モータを備えてよい。
【００３２】
ＣＭＰシステムは、操作可能なようにドライブアセンブリ１０３，１０５，１１２に接続されるコントロールユニット１２０を更に含む。コントロールユニット１２０もスラリーの排出を開始するようにスラリー供給装置に接続できる。コントロールユニット１２０は、ケーブル接続、ワイヤレスネットワーク等のような適切な通信と通信可能である二つあるいはそれ以上のサブユニットで構成されてよい。例えば、コントロールユニット１２０が従来のＣＭＰシステムで与えられたようなサブコントロールユニットを含み得、研磨ヘッド１０４、研磨パッド１０２、パッドコンディショナー１１０の動きを調整するようにコントロール信号１２１，１２２，１２３をドライブアセンブリ１０３，１０５，１１２に適切に供給することができる。コントロール信号１２１，１２２，１２３は、求められた回転速度及び／又は直動速度でオペレートするために対応するドライブアセンブリに指示あるいは指標を与えるように何れの適切な信号形式を表してもよい。
【００３３】
従来のＣＭＰシステムとは反対に、コントロールユニット１２０はオペレーション中研磨パッド１０２とコンディショニングメンバ１１３間に作用する摩擦力を基本的に示す信号をドライブアセンブリ１１２から受信及び処理するように構成される。従って、信号１２４は、“センサ”信号とも称される。センサ信号１２４を受信及びプロセスする能力は対応するサブユニット、ＰＣのような別のコントロールデバイスの形式で導入してよいし、あるいは設備マネージメントシステムの一部として導入してもよい。従来のプロセスコントロールファンクションをセンサ信号プロセッシングに結合するデータ通信は上述した通信ネットワークによって得ることができる。
【００３４】
ＣＭＰシステム１００のオペレーション中、基板１０７を受容し、研磨パッド１０２に搬送するように適切に配置された研磨ヘッド１０４が基板１０７をローディングしてよい。研磨ヘッド１０４は、通常、複数のガス線を含み、これにより、研磨ヘッド１０４を真空とする、及び／又はガスを供給して基板１０７を固定し、基板１０７と研磨パッド１０２間の相対運動中特定的なダウンフォース（下方への力）を与えることに注目されたい。
【００３５】
研磨ヘッド１０４を適切にオペレートするよう求められた様々な機能ももまたコントロールユニット１２０によってコントロールされてよい。プラテン１０１と研磨ヘッド１０４が回転した際、研磨パッド１０２全体に分布されるスラリー１０９を供給するようにスラリー供給装置１０８が、例えば、コントロールユニット１２０によって作動する。ドライブアセンブリ１０５及び１０３に供給される対応するコントロール信号１２１及び１２２が、基板１０７と研磨パッド１０２間に特定的な相対運動をもたらし、求められる除去率を実現する。特に上述して説明したようにこの除去率は、基板１０７の特性、研磨パッド１０２の構造及び現在の状態、使用されるスラリー１０９の形式、基板１０７に使用されるダウンフォース（下方への力）に依存する。基板１０７の研磨前及び／又は研磨中、研磨パッド１０２の表面をリワークするようにコンディショニングメンバ１１３が研磨パッド１０２と接触するようになる。このため、例えば、実質的に一定の速度、例として回転速度がコンディショニングプロセス中維持されるようにコントロールユニット１２０がコントロール信号１２３を与えるヘッド１１１が回転し、及び／又は研磨パッド１０２全体にスイープする。研磨パッド１０２の状態とメンバ１１３のコンディショニング表面に依存し、スラリー１０９の所定の形式に関して摩擦力が特定的な一定の回転速度を維持するように作用し、特定的なモータトルク量を求める。
【００３６】
基板１０７と研磨パッド１０２間に作用する摩擦力がシングル基板の研磨プロセス中の基板の仕様にかなり依存して大きく変化することとは逆に、コンディショニングメンバ１１３と研磨パッド１０２間の摩擦力は、パッドとコンディショニングメンバの状態における“長期間”の変化や進行によって実質的に決定され、基板に基づく短期間の変動に感応することはない。例えば、複数の基板１０７に関するコンディショニングプロセスの進行中、コンディショニングメンバ１１３の基板構成のシャープネスが劣化し得、パッド１０２とコンディショニングメンバ１１３間の摩擦力の減退につながるおそれがでてくる。結果、モータトルクが減少し、それゆえ回転速度定数を維持するように求められるモータ電流も減少する。従って、このモータトルク値は、摩擦力に関する情報を伝え、少なくともコンディショニングメンバ１１３の状態に依存するのである。例えば、モータトルクあるいはモータ電流を表すセンサ信号１２４はコントロールユニット１２０によって受信され、少なくともコンディショニングメンバ１１３の現在の状態を推定するように処理される。それゆえ、本発明の一実施形態では、モータトルクがコンディショニングメンバ１１３の現在の状態を推定するようにその特性を表し得る。すなわち、このモータトルクが摩擦力の特性を示すので、コンディショニングメンバ１１３によって現在与えられたコンディショニング効果を示すことになる。
【００３７】
前述の信号の受信及び処理、例えば閾値との比較、を行うと、コントロールユニット１２０は、コンディショニングメンバ１１３の現在の状態が有効か否か、すなわち求められるコンディショニング効果を提供するのに適切であると考えられるか否かを次に示し得る。更に、他の実施形態では、図２を参照しながらより詳細に以下に説明するように、例えば、前に得られたモータトルク値を記録し、これらの値を適切なアルゴリズム及び／又は前に得られた参照データに基づき更なるコンディショニング時間に関して挿入することによって、コントロールユニット１２０がコンディショニングメンバ１１３の残存する耐用年数を推定してよい。
【００３８】
図２に、ＣＭＰシステム１００の特定的なオペレーティングコンディションに関するドライブアセンブリ１１２のモータ電流とコンディショニング時間の依存関係を概略的にグラフで示す。特定的なオペレーティングコンディションは、プラテン１０１とヘッド１１１の回転速度が実質的に一定に維持されるコンディショニングプロセス中、特定的な形式のスラリー１０９が与えられたことを意味する。更に、モータ電流に関する代表的なデータあるいは参照データを得る場合において、コンディショニングメンバ１１３の状態の推定にあたってパッド劣化の依存を最小限に抑えるように、ＣＭＰシステム１００が基板１０７を使用せずに動作させてもよい。他の実施形態では、以下に説明されるように製品基板１０７又は専用テスト基板が研磨され得、それによって研磨パッド１０２とコンディショニングメンバ１１３の状態に関する情報を同時に得ることができる。
【００３９】
図２に、この実施形態における、コンディショニング時間に関する三つの異なるコンディショニングメンバ１１３のモータ電流を表すセンサ信号１２４を示す。図示されるようにモータ電流値は離散時間において得られるか又は実質的に継続して得られるかの何れかであり得るが、センサ信号１２４をプロセスする際のコントロールユニット１２０の性能に依存し、また離散時間方法又は実質的に継続した方法でセンサ信号１２４を供給するドライブアセンブリ１１２の性能に依存する。
【００４０】
他の実施形態では、それぞれ離散的な値をとるモータ電流値を内挿あるいは補間するか、あるいはフィットアルゴリズムを使用することによって、滑らかなモータ電流曲線を得ることができる。
【００４１】
図２において、曲線Ａ，Ｂ，Ｃは、三つの異なるコンディショニングメンバ１１３の各センサ信号１２４を表す。この例では、曲線Ａ，Ｂ，Ｃでは、モータ電流に対するパッド劣化の影響を実質的に避けるために研磨パッド１０２が頻繁に置換されるものとする。曲線Ａは、曲線Ｂ及びＣによって表されるコンディショニングメンバ１１３と比較して、コンディショニング時間の全域にわたって多大なモータ電流量が要求されるコンディショニングメンバ１１３を表す。それゆえ、摩擦力、従って曲線Ａによって表されるコンディショニングメンバ１１３のコンディショニング効果が、曲線Ｂ及びＣによって表すコンディショニングメンバ１１３によって与えられるコンディショニング効果より高くなり得る。Ｌで示される破線は、最小モータ電流、つまり最小限のコンディショニング効果を表す得である。この値は、基板１０７の研磨中プロセスの安定性を保証するために十分であると考えられるコンディショニング効果を与えるために最小限必要とされる値である。その結果、三つの時点ｔＡ，ｔＢ，ｔＣが、曲線Ａ，Ｂ，Ｃによって表される三つのコンディショニングメンバ１１３の各々の有用な耐用年数を示す。
【００４２】
実際の製品基板１０７のそれぞれを同時に研磨することによって曲線Ａ，Ｂ，Ｃが得られる例では、一度対応する時点ｔＡ，ｔＢ，ｔＣに達すると、コントロールユニット１２０がシステムの無効状態を示し得る。
【００４３】
他の実施形態では、モータ電流のそれまでの進行状況（preceding progression）を評価して対応するモータ電流曲線の将来の挙動の補間や内挿に使用することで、コンディショニングメンバ１１３の残存する耐用年数がセンサ信号１２４に基づきコントロールユニット１２０によって予測することができる。例えば、センサ信号１２４が図２に示す曲線Ｂに従い、時点ｔＰにおいてコンディショニングメンバ１１３の残存する耐用年数に関する予測が求められる場合である。例えば、ＣＭＰシステム１００の様々なコンポーネントのメンテナンスを調整し、又はある種の製造シーケンスに関するプロセスプランを構築するときにツールが使用可能であるかを推定する場合である。それまでの進行状況と曲線Ｂの勾配から、コントロールユニット１２０が、例えば補間法によってｔＢ〜ｔＰの差分、すなわちコンディショニングメンバの残存する有用な耐用年数を推定することができる。コントロールユニット１２０のこの予測は、初期段階ｔＰ中かなり進行状況が似ている他のモータ電流曲線の“過去の実測値（Experience）”に更に基づき行い得る。このため、センサ信号１２４を表す曲線のライブラリが生成され得、このセンサ信号１２４、例えば、モータ電流は、ＣＭＰシステム１００の特定的なオペレーティングコンディションに関する対応するコンディショニング時間に関連付けられる。
参照データとしてライブラリを用いることによって、予測された残存する耐用年数の信頼性は、ライブラリに入力されているデータ量が増えるに従って増大する。更に、曲線Ａ，Ｂ，Ｃのような複数の代表的な曲線からコンディショニングメンバ１１３の残存する耐用年数を予測することにおける信頼性を更に向上するように、所定の時点におけるその後の平均的な挙動が構築され得る。
【００４４】
先に指摘したように、摩擦力も研磨パッド１０２の現在の状態に依存し得るので、研磨パッド１０２の劣化も、センサ信号１２４の時間経過に伴う変化の要因となる。研磨パッド１０２とコンディショニングメンバ１１３の耐用年数はそれぞれかなり異なるものとなり得るので、それぞれのコンポーネントの交換が要求される時期を別々に示すことが可能になるようにコンディショニングメンバ１１３と研磨パッド１０２の双方の状態の情報を得たほうが有利である。従って、本発明の一例示的な実施形態では、モータ電流信号の一例であるセンサ信号１２４の時間に対する挙動と、研磨パッド１０２の劣化と、の間の関係が構築される。このため、特定的なＣＭＰプロセス、すなわち所定のＣＭＰレシピが複数の基板に関して実行され、測定結果に対するコンディショニングメンバ１１３の劣化の影響を最小限に抑えるようにコンディショニングメンバ１１３が頻繁に交換される。
【００４５】
図３は、例示的な方法で時間が経過するとともに得られるセンサ信号１２４を概略的に表し、コンディショニングメンバ１１３と研磨パッド１０２間の摩擦力の減少を示す。ここではコンディショニング効果の低下が研磨パッド１０２の表面の変化によって実質的に生じ得ると仮定される。この実施例では、パッドの劣化が結果として、モータ電流信号がわずかに減少し、一方他のＣＭＰプロセスでは異なる挙動が結果的に生じ得る。センサ信号１２４が、明白な挙動、例えば、時間に関して、少なくともある特定の期間において、単調な挙動が得られている限りにおいては、センサ信号１２４のいずれのタイプの変動も、研磨パッド１０２の状態を示すものとして用いられることに注目されたい。
図２を参照して前述したように、複数の研磨パッド１０２と複数の異なるＣＭＰプロセスが、参照データのライブラリを構築するため、あるいはＣＭＰシステム１００の消耗品の現在の状態評価に関してコントロールユニット１２０で使用されるパラメータのいずれをも絶えず更新するように、詳しく調べることができる。
【００４６】
一例示的な実施形態では、図３に例示的に表された測定結果が図２に示した測定データと結合され得、それによってコントロールユニット１２０が研磨パッド１０２とコンディショニングメンバ１１３の双方の残存する有用な耐用年数を推定することを可能にする。例えば、研磨パッド１０２とコンディショニングメンバ１１３が用いられるとき、コントロールユニット１２０が時間を精密に監視する構成とすることができる。図２における実質的にパッドのどのような変化をも受けないとしてコンディショニングメンバ１１３の劣化を表した測定結果に比べると、研磨パッド１０２の追加的な劣化に起因するセンサ信号１２４の値が更に小さくなることにより、センサ信号１２４が僅かではあるが更に小さくなることが予測される。
従って、複数の基板の研磨中にコンディショニングメンバ１１３と研磨パッド１０２を交換しないで得られる実際のセンサ信号は、全使用期間中にわたってこれらの曲線がいずれもその傾きがある程度大きくなる、ということを除いては、図２に示される曲線と同様のものになると考えられる。従って、実際のセンサ信号１２４を、図２に示すような代表的な曲線と図３に示すような代表的な曲線とに比較することによって、研磨パッド１０２とコンディショニングメンバ１１４の双方の状態が推定できる。
【００４７】
更に、センサ信号１２４は実際のＣＭＰプロセス用にも記録され得、ＣＭＰステーション１００の消耗品の交換後その状態に関連付けられ得、それによって実際のＣＭＰプロセス中センサ信号１２４と消耗品の現在の状態間の関係の“堅牢性”が強化される。例えば、上述して説明したことを鑑みてコントロールユニット１２０によって開始されたコンディショニングメンバ１１３の交換後、特定的なセンサ信号１２４の状態が評価され得、ここではコンディショニングメンバ１１３に加えて、研磨パッド１０２のような他の消耗品の実際の状態を考慮に入れるようにできる。コンディショニングメンバ１１３と、他の消耗品があればその消耗品と、の検査により、センサ信号１２４による状態が十分正しく表されていないことが示されると、例えば、図２に示す限界Ｌが対応して調整される。この方法でコントロールユニット１２０をセンサ信号１２４に基づき絶えず更新されることができる。
【００４８】
上述した実施形態では、センサ信号１２４がドライブアセンブリ１１２における少なくとも一つの電気モータのモータ電流を表すことに注目されたい。他の実施形態では、センサ信号はコンディショニングメンバ１１３と研磨パッド１０２間のインターフェースを示す何れの適切な信号によって表されてよい。例えば、ドライブアセンブリ１１２に使用されるモータの形式に依存して、コントロールユニット１２０が定電流あるいは定電圧の何れかを供給してよいし、次にコンディショニングメンバ１１３と研磨パッド１０２間のインターフェースにおける置換に関してドライブアセンブリ１１２の“レスポンス”を使用してよい。例えば、ＡＣ型サーボモータがドライブアセンブリ１１２において用いられれば、コンディショニングメンバ１１３及び／又は研磨パッド１０２の劣化した際摩擦力が減少すると、ドライブアセンブリに定電流が供給されていることから、結果として回転速度の増大をもたらし得る。この回転速度における変化は、図２と図３を参照しながら説明したように現在の電流状態を示すインジケータとして使用されてよい。
【００４９】
図４を参照しながら本発明の更なる例示的な実施形態を以下に説明するように、コントロールユニット１２０がセンサ信号１２４に基づきＣＭＰプロセスをコントロールするための機能を追加あるいは他の機能と置換して含む。前述したようにＣＭＰシステム１００の消耗品のうちの一つ、例えばコンディショニングメンバ１１３の劣化は、その有用な耐用年数がまだ許容範囲内にあるとしても、ＣＭＰシステム１００のパフォーマンスに悪い影響を及ぼす可能性がある。ＣＭＰシステム１００のパフォーマンスと、例えば、モータ電流信号の形式で与えられたセンサ信号１２４間の関係を得るために、１つあるいはそれ以上の代表的なパラメータが信号１２４に関連して決定され得る。一実施形態では、特定的なＣＭＰレシピに関する全体的な除去率が、ドライブアセンブリ１１２から得られた対応するセンサ信号に関して決定され得る。このため、一つあるいはそれ以上のテスト基板が、例えば断続的に製品基板とともに研磨され得、特定的な材料層の除去された層厚を決定する。同時に、対応するセンサ信号１２４が記録される。基層特性の影響を最小限に抑えるように、テスト基板がその上にかなり厚い非パターン材料層を既に形成してよい。
【００５０】
図４は、センサ信号１２４の一例として、モータ電流から特定的なＣＭＰレシピと特定的な材料層に関する除去率の依存関係を定性的に表す概略図である。この測定データから、センサ信号１２４とＣＭＰ固有特性の間の対応する関係が次に構築され得る。すなわち、図４に示される例では、各モータ電流値が、ＣＭＰシステム１００のそれぞれの対応する除去率を表す。この関係は例えば、表又の数式等の形式でコントロールユニット１２０に次に実装され得、センサ信号１２４に基づきＣＭＰシステムをコントロールする。例えば、センサ信号１２４がＣＭＰシステム１００の除去率の減少を示すコントロールユニット１２０によって検出されれば、対応して基板１０７に加えられたダウンフォースを増大するようにコントロールユニット１２０が研磨ヘッド１０４に指示し得る。他の例では、研磨ヘッド１０４と研磨パッド１０２間の相対速度が、除去率の減少を補うように増大させてもよい。更なる実施例では、全研磨時間にセンサ信号１２４によって示された現在有効な除去率を適用してよい。
【００５１】
他の実施形態では、ＣＭＰシステム１００の除去率以外の代表的な特性が、センサ信号１２４に関連付けられてよい。例えば、特定的な製品あるいはテスト基板に関して、研磨プロセスの存続時間、すなわち研磨時間を決定することができる。この決定された研磨時間は、基板の研磨中に受信されるセンサ信号１２４と関連付けられ、その後、実際のＣＭＰプロセスにおいて、コントロールユニット１２０によって得られたセンサ信号１２４が、現在プロセスされている基板に関して決定された関係に基づいて研磨時間を調整するために使用される。
その結果、消耗品の状態の推定においてセンサ信号１２４を付加的に用いる、あるいは他の推定要素の変わりに使用することによって、プロセスコントロールがラン−ツゥ−ランベースで実行でき、それによってプロセスの安定性がかなり向上する。他の実施形態では、センサ信号１２４が一つあるいはそれ以上の消耗品の状態だけではなくＣＭＰシステム１００の現在有効なパフォーマンスを表す状態信号として使用されてもよい。ここではこの状態信号が、設備マネージメントシステムあるいは関連付けられたプロセスと計測ツールのグループに印加され得、それによって様々なプロセスとそれに係わる計測ツールの状態を共通に評価し、それらの一つあるいはそれ以上のプロセスパラメータを対応して調整することによって複雑なプロセスシーケンスのコントロールを向上する。
例えば、デポジションプロフィルを現在のＣＭＰ状態に適用するために、デポジションツールがセンサ信号１２４に基づき対応してコントロールされてよい。センサ信号１２４と基板直径全体の研磨の均一性の間の相関関係が構築されたと仮定する。この関係は２００ｍｍあるいは３００ｍｍの直径を有する大きな直径の基板全体に特に重要であり得る。センサ信号１２４の情報が次に使用され、電気メッキ炉のようなデポジションツールのプロセスパラメータを調整し、現在検出された研磨不均一性にデポジションプロフィルを適用する。
【００５２】
パッドコンディショニングシステムのドライブアセンブリによって与えられたセンサ信号がＣＭＰシステムの一つあるいはそれ以上の消耗品の現在の状態及び／又は現在のパフォーマンス状態を検出あるいは少なくとも推定するように用いられるので、本発明は、結果としてＣＭＰシステムあるいはＣＭＰシステムを含むプロセスツールチェーンのパフォーマンスを向上するためのシステムと方法を提供する。センサ信号に基づき、システムの無効な状態及び／又は残存する耐用年数が示され得、及び／又はＣＭＰプロセスのコントロールが特にこのセンサ信号に基づき行われてよい。消耗品の状態の推定は、例えば、残存する耐用年数を予測することによって異なるＣＭＰコンポーネント及び／又は異なるＣＭＰ関連プロセスツールに関するメンテナンス期間の調整を可能にする。従ってツール性能を向上する一方で、消耗品をより効率的に使用することにより所有者のコストが削減される。パッドコンディショナーによって供給されたセンサ信号を用いることで、ＣＭＰ固有の多様性をＣＭＰツール内及び又はＣＭＰツールの一つあるいはそれ以上のプロセスツールの下流側あるいは上流側においても補うことができるという点でドライブアセンブリもプロセスの安定性を向上する。
【００５３】
当業者であれば、明細書を読むことにより、本発明の更なる変形及び修正が可能であることは明らかである。従って、この明細書は、当業者にとって本発明を実行するための一般的な方法で示す目的であり、例示的なものに過ぎない。明細書に示され、記載された本発明の形式は、現在好適な実施形態として思料されなければならないことが理解されよう。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、集積回路の大量製造に利便的に使用することができ、それによってプロセスコントロール、結果的に生産の歩留まりの向上を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の例示的な実施形態に従ったＣＭＰシステムの概略図。
【図２】コンディショナードライブアセンブリのモータ電流に対するコンディショニング時間の間の関係を示すグラフ。
【図３】実質的に安定したコンディショニングコンディションで基板を研磨する際のコンディショナードライブアセンブリのモータ電流に対する時間を示す線図。
【図４】例えば、所定のオペレーティングコンディションで研磨パッドをコンディションニングを行うことによって得られる除去率に対するコンディションニング表面を駆動するモータ電流によって表されるコンディショニング表面の特定された特性の依存関係を表すグラフ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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