(57)【要約】【課題】研磨パッドの上の膜の厚さを制御するための装置および方法【解決手段】化学機械平坦化システム（１００）で用いるための装置が提供される。該装置は、流体駆逐デバイスおよび流体送出デバイスを含む。流体駆逐デバイスは、研磨パッド（１０１）の上方の近接位置に配置することができ、研磨パッド（１０１）の一領域から第１の流体の少なくとも一部を駆逐するように構成される。流体送出デバイス（１０３）は、研磨パッドの上記領域において、駆逐された第１の流体を、第１の流体と異なる第２の流体に置き換えることができる。研磨パッド（１０１）の表面の上に存在する膜の特性を制御する方法も提供される。更には、研磨パッド表面の上方の近接位置において、研磨パッドの上に流体を送出することができる装置も提供される。該装置は、更に、研磨パッド表面の上から上記の流体の少なくとも一部を除去できることが望ましい。この除去は、研磨パッド表面の上方の近接位置において、流体の送出に隣接して生じるように構成される。【選択図】図１
2007525002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学機械平坦化システムで用いるための装置であって、
研磨パッドの上方の近接位置に配置することができ、前記研磨パッドの一領域から第１の流体の少なくとも一部を駆逐するように構成された流体駆逐デバイスと、
前記研磨パッドの前記領域において、前記第１の流体を、前記第１の流体と異なる第２の流体に置き換えることができる流体送出デバイスと
を備える化学機械平坦化システム。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、
前記流体駆逐デバイスは、前記研磨パッドの一領域から前記第１の流体を駆逐するために、空気、清浄な乾燥空気、および窒素のうちのいずれかを供給する、装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置であって、
前記研磨パッドの上方において、前記流体駆逐デバイスの前記近接位置は、約０．１ｍｍから約２５ｍｍまでの範囲である、装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置であって、
前記流体駆逐デバイスは、約５ＰＳＩから約４０ＰＳＩまでの範囲の流体圧力を印加することができる、装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置であって、
前記流体駆逐デバイスは、約１０度から約９０度までの範囲の角度だけ前記研磨パッドからオフセットしている、装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置であって、
前記第１の流体は、スラリ、脱イオン水、イソプロピルアルコール、微粒子、研磨材、材料残留物、およびパッド残留物のうちの、いずれか１つまたはいずれかの組み合わせであることが可能である、装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置であって、
前記流体送出デバイスによって送出される前記流体は、脱イオン水、スラリ、および可変研磨レベルスラリのうちの、いずれか１つまたはいずれかの組み合わせであることが可能である、装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置であって、
脱イオン水、スラリ、および可変研磨レベルスラリのうちの、いずれか１つまたはいずれかの組み合わせの選択は、前記ＣＭＰシステムによる平坦化の度合いを調整する、装置。
【請求項９】
半導体基板を処理するためのシステムであって、
研磨パッドと、
研磨パッドの上方の近接位置に配置することができ、ウエハを受け取るように構成されたウエハキャリアと、
前記研磨パッドの上に載せることができ、前記ウエハキャリアによって保持された前記ウエハの平坦化を補助する第１の流体と、
前記研磨パッドの全面に、前記第１の流体を制御式に分配することができる流体制限デバイスと、
前記流体制限デバイスと前記キャリアヘッドとの間において、前記研磨パッドの上方の近接位置に配置することができ、前記研磨パッド上の一領域から前記第１の流体の少なくとも一部を駆逐することができる流体駆逐デバイスと、
前記研磨パッドの前記領域において、前記第１の流体を、前記第１の流体と異なる第２の流体に置き換えることができる流体送出デバイスと
を備えるシステム。
【請求項１０】
請求項９に記載のシステムであって、
前記第１の流体は、スラリ、脱イオン水、イソプロピルアルコール、微粒子、研磨材、材料残留物、およびパッド残留物のうちの、いずれか１つまたはいずれかの組み合わせであることが可能である、システム。
【請求項１１】
請求項９に記載のシステムであって、
前記流体駆逐デバイスは、前記研磨パッドの一領域から前記第１の流体を駆逐するために、空気、清浄な乾燥空気、および窒素のうちのいずれかを供給する、システム。
【請求項１２】
請求項９に記載のシステムであって、
前記研磨パッドの上方において、前記流体駆逐デバイスの前記近接位置は、約０．１ｍｍから約２５ｍｍまでの範囲である、システム。
【請求項１３】
請求項９に記載のシステムであって、
前記流体駆逐デバイスは、約５ＰＳＩから約４０ＰＳＩまでの範囲の流体圧力を印加することができる、システム。
【請求項１４】
請求項９に記載のシステムであって、
前記流体駆逐デバイスは、約１０度から約９０度までの範囲の角度だけ前記研磨パッドからオフセットしている、システム。
【請求項１５】
請求項９に記載のシステムであって
前記流体送出デバイスによって送出される前記流体は、脱イオン水、スラリ、および可変研磨レベルスラリのうちの、いずれか１つまたはいずれかの組み合わせであることが可能である、システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のシステムであって、
脱イオン水、スラリ、および可変研磨レベルスラリのうちのいずれかの選択は、前記ＣＭＰシステムによる平坦化の度合いを調整する、システム。
【請求項１７】
請求項１６に記載のシステムであって、
前記流体駆逐デバイスおよび前記流体送出デバイスは、前記研磨表面の一区域に作用を及ぼす、システム。
【請求項１８】
請求項１７に記載のシステムであって、更に、
前記研磨表面の作用領域に跨るように少なくとも２つの区域で構成された複数の区域を備えるシステム。
【請求項１９】
研磨パッド表面の上に存在する膜の特性を制御する方法であって、
研磨表面の一領域上に存在する流体を駆逐する工程と、
前記研磨表面の前記領域において、前記駆逐された流体を第２の流体に置き換える工程と
を備え、
前記領域における前記置き換えが前記駆逐の後に生じることにより、前記第２の流体が前記駆逐された流体に占有されていた前記領域を占有する、方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の、研磨パッド表面の上に存在する膜の特性を制御する方法であって、
前記駆逐および前記置き換えは、前記膜の特性を制御するように設定され、平坦化の度合いを変動させることができる、方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の、研磨パッド表面の上に存在する膜の特性を制御する方法であって、
前記第２の流体は、脱イオン水、スラリ、および可変研磨レベルスラリのうちの、いずれか１つまたはいずれかの組み合わせである、方法。
【請求項２２】
請求項２０に記載の、研磨パッド表面の上に存在する膜の特性を制御する方法であって、
前記駆逐および前記置き換えは、前記研磨パッド表面の一区域を対象にする、方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の、研磨パッド表面の上に存在する膜の特性を制御する方法であって、更に、
平坦化されているウエハに対して前記区域の前記膜から及ぼされる作用を監視する工程と、
前記区域に関連して及ぼされる基板の平坦化の作用に関連するフィードバックをセンサから受け取る工程と、
前記センサから受け取られた、前記膜の特性による作用を及ぼされる領域に関連するフィードバックに基づいて、前記区域における前記駆逐および前記置き換えを調整する、工程と、
を備える方法。
【請求項２４】
化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムで用いるための装置であって、
研磨パッドの上方の近接位置に配置することができるヘッドであって、
前記ヘッドの中に形成され、前記近接位置において、研磨パッドの表面の上に流体を送出することができる入口と、
前記ヘッドの中に、前記入口に隣接して配向され、前記研磨パッドの前記表面の上に送出された前記流体の少なくとも一部を除去することができる出口と
を含むヘッドを備える装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載の装置であって、
前記ヘッドは可動である、装置。
【請求項２６】
請求項２４に記載の装置であって、
前記ヘッドは、複数の入口および出口を追加で含むことが可能である、装置。
【請求項２７】
請求項２４に記載の装置であって、
作用領域に跨るように、複数のヘッドを構成することが可能である、装置。
【請求項２８】
請求項２４に記載の装置であって、
前記研磨パッドの上方において、前記ヘッドの前記近接位置は、約０．１ｍｍから約１ｍｍまでの範囲である、装置。
【請求項２９】
請求項２４に記載の装置であって、
前記流体は、化学的に不活性の非研磨性の液体、脱イオン水、およびプロセスに無作用の流体のうちのいずれかであることが可能である、装置。
【請求項３０】
請求項２４に記載の装置であって、
前記出口は、前記研磨パッドの上に存在する材料を除去することができる、装置。
【請求項３１】
請求項３０に記載の装置であって、
前記出口によって除去することができる前記研磨パッド上の前記材料は、スラリ、脱イオン水、イソプロピルアルコール、微粒子、研磨材、材料残留物、およびパッド残留物のうちの、いずれか１つまたはいずれかの組み合わせであることが可能である、装置。
【請求項３２】
請求項２４に記載の装置であって、更に、
コンピュータを備える装置。
【請求項３３】
請求項３２に記載の装置であって、
前記コンピュータは、前記ＣＭＰシステム上に位置するセンサと通信することができる、装置。
【請求項３４】
請求項３３に記載の装置であって、
前記センサは、膜厚、導電性、表面粗さ、および形状の高さ変動を含む、基板の材料特性を検出することができる、装置。
【請求項３５】
研磨パッド表面の上の膜の特性を制御するための方法であって、
前記研磨パッド表面の上方の近接位置において、前記研磨パッドの上に流体を送出する工程と、
前記研磨パッド表面の上から前記流体の少なくとも一部を除去する工程であって、前記除去が前記研磨パッド表面の上方の近接位置において前記流体の送出に隣接して生じるように設定された工程と、
を備える方法。
【請求項３６】
請求項３５に記載の、研磨パッド表面の上の膜の特性を制御するための方法であって、
前記送出および前記除去は、前記研磨パッド表面の上の前記膜の特性の制御を補助するように設定される、方法。
【請求項３７】
請求項３６に記載の、研磨パッド表面の上の膜の特性を制御するための方法であって、
前記膜は、スラリ、一定量の脱イオン水、一定量の化学剤、イソプロピルアルコール、微粒子、研磨材、材料残留物、およびパッド残留物のうちの、１つまたはそれ以上を含む、方法。
【請求項３８】
請求項３５に記載の方法であって、
前記膜からのスラリの除去は、前記研磨パッド表面によって施すことができる平坦化の度合いを調整する、方法。
【請求項３９】
化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムを制御することができる装置であって、
センサと、
コンピュータと、
研磨パッドの上方の近接位置に配置することができるヘッドであって、
前記ヘッドの中に形成され、前記近接位置において、研磨パッドの表面の上に流体を送出することができる入口と、
前記ヘッドの中に、前記入口に隣接する向きに設けられ、前記研磨パッドの表面の上に送出された前記流体の少なくとも一部を除去することができる出口と
を含むヘッドと
を備える装置。
【請求項４０】
請求項３９に記載の装置であって、
前記コンピュータは、前記ＣＭＰシステム上に位置する前記センサと通信することができる、装置。
【請求項４１】
請求項３９に記載の装置であって、
前記センサは、処理中のウエハ表面の材料特性を検出することができる、装置。
【請求項４２】
請求項４１に記載の装置であって、
材料特性は、膜厚、導電性、表面粗さ、および形状の高さ変動を含む、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、半導体の製造に関するものである。本発明は、より具体的には、化学機械平坦化（ＣＭＰ）ウエハ処理の最中におけるプロセス制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子を製造するにあたっては、余分な材料の除去、バフ仕上げ、ならびにＣＭＰ後のウエハの洗浄および乾燥などの、化学機械平坦化（ＣＭＰ）の各工程を実施する必要がある。集積回路装置は、一般に、多重レベル構造を採るように構成される。基板のレベルには、ｐ型およびｎ型のドープ領域を有するトランジスタ素子が形成される。続くレベルには、相互接続用の金属配線がパターン形成され、これらの配線は、トランジスタ素子に電気的に接続されることによって、所望の機能デバイスを構成する。パターン形成された導電性の特徴は、二酸化ケイ素などの誘電体によって隔離される。形成される金属配線層およびそれに関連する絶縁層が数を増すにつれて、誘電体を平坦化する必要も増す。平坦化が行われないと、表面形状のばらつきが原因で、金属配線層の追加が実質不可能になる。別の用途では、先ず、誘電体内に金属配線がパターン形成され、次いで、余分な配線を除去するための金属ＣＭＰ工程が実施される。更に別の用途では、例えば浅い溝の隔離または多金属の絶縁のために用いられる誘電体など、金属配線の形成に先だって堆積された誘電体膜を平坦化するプロセスが含まれる。
【０００３】
ＣＭＰシステムは、一般に、ベルト、パッド、またはブラシを用いてウエハの片面または両面のスクラブ、バフ仕上げ、および研磨を行う回転テーブル式、ベルト式、環状、またはブラシ式の各種動作を実施する。パッドそれ自体は、一般に、ポリウレタン材料またはその他の適切な材料で形成され、堅いテーブルや、ステンレス製ベルトなどの支持ベルトによって支えることができる。処理の際は、先ず、研磨パッドまたはベルトの全面にスラリ液を行き渡らせ、次いで、スラリで覆われたベルトまたはパッドを回転させつつウエハをパッドの表面まで降ろして平坦化を行う。
【０００４】
好結果のＣＭＰ動作は、処理によって、ウエハ表面を均一の平面にすることが望ましい。ウエハ上の膜の除去速度は、注意深く追跡または監視されているのが通常である。均一な除去速度を実現するために、これまで、化学機械平坦化システムの働きを制御する様々な試みが為されてきた。その１つとして、ウエハキャリアまたはその他の加工品保持用デバイスから加えられる下向きの力を制御することによって、研磨用表面に印可される圧力を可変にする試みが、広く知られている。しかしながら、下向きの力のばらつきは、補整的な強い下向きの力を加えられたウエハ部分において、いわゆるディッシングと称される局所的な性能劣化や浸食の現象を生じる可能性がある。また、過剰な下向きの力は、膜の剥離、スクラッチの形成、または粒間境界の損傷などの更なる品質問題を引き起こす可能性がある。したがって、除去速度の均一性に焦点を当てた試みは、見当はずれな影響を生じる場合がある。つまり、最終使用者の立場からすると、ＣＭＰプロセス後には、半導体ウエハの表面に均一な層が存在することが望ましいが、これは、必ずしも均一な除去速度の結果として得る必要はない。例えば、平坦化前のウエハ表面の厚さが均一でないにも関わらず、平坦化後のウエハに均一の除去速度を適用した場合は、厚さの不均一性はそのまま維持される。すなわち、縁部分が厚い基板に均一の除去速度を適用した場合は、平坦化前のウエハと同様に、中央の厚みの小さいウエハが得られる。また、上記の例に関連して、ウエハの中央の過剰研磨によってダイが失われたりウエハの歩留まりが低下したりする場合もある。
【０００５】
ＣＭＰ動作中は、ウエハ上のデバイス特徴部を測定する機会がたくさんある。特徴部の多くは、特徴部を示す信号を獲得することによって決定することができる。半導体製造に用いられる特徴部を示すことができる信号は、特に膜の厚さなどの場合は、その特徴部の大きさが小さくなるにつれて、検出することが不可能になる場合がある。変位、近接性、および膜厚は、誘導性センサを用いて測定することができる。これらのセンサは、被測定物に近接するテストコイルの揺動電磁場によって生じるサンプル内の誘導電流に依存する。揺動電磁場は、コイルに交流を流した結果として形成される。揺動電磁場は、渦電流を誘導する。そして、誘導された渦電流は、自身の場を形成して元からの場に重なることによって、コイルのインダクタンスを変化させる。平坦化の最中に誘導性センサなどのセンサから提供されるフィードバックは、ＣＭＰの動作の最中におけるリアルタイムの監視および必要に応じた補正を可能にする。
【０００６】
以上からわかるように、ウエハ表面における除去速度のばらつきを、より正確に左右するためには、研磨パッドの上に分別供給される流体の組成および量を、平坦化の動作の最中に制御する技術が必要である。
【発明の開示】
【０００７】
本発明は、概して、平坦化の制御を通じて半導体ウエハ上に指定の厚さの膜を残留させる装置である。なお、本発明は、装置、システム、デバイス、または方法を含む各種の形で実現可能である。以下では、本発明のいくつかの実施形態が説明される。
【０００８】
本発明の一実施形態にしたがって、化学機械平坦化システムで用いるための装置が提供される。研磨パッドの上方の近接位置には、流体駆逐デバイスを配置することができる。流体駆逐デバイスは、研磨パッドの一領域から第１の流体の少なくとも一部を駆逐するように構成される。流体送出デバイスは、研磨パッドの上記領域において、第１の流体を第２の流体に置き換えることができる。第１の流体に取って代わる第２の流体は、第１の流体と異なる流体である。
【０００９】
本発明の別の一実施形態にしたがって、半導体基板を処理するためのシステムが提供される。該システムは、研磨パッドと、研磨パッドの上方の近接位置に配置され、ウエハを受け取るように構成されたウエハキャリアとを備える。研磨パッドの上に載せることできる第１の流体は、ウエハキャリアによって保持されたウエハの平坦化を補助する働きをする。流体制限デバイスは、研磨パッドの全面に第１の流体を分配することができる。流体制限デバイスとキャリアヘッドとの間において、研磨パッドの上方の近接位置に配置することができる流体駆逐デバイスは、研磨パッド上の一領域から第１の流体の少なくとも一部を駆逐することができる。流体送出デバイスは、研磨パッドの上記領域において、第１の流体を、第１の流体と異なる第２の流体に置き換えることができる。
【００１０】
本発明の更に別の一実施形態にしたがって、研磨パッド表面の上に存在する膜の特性を制御する方法が提供される。該方法は、研磨パッドの一領域上に存在する流体を駆逐する工程と、研磨表面の上記領域において、駆逐された流体を第２の流体に置き換える工程とを備える。上記領域における置き換えは、駆逐の後に生じるので、第２の流体は、駆逐された流体に占有されていた上記領域を占有する。
【００１１】
本発明の更に別の一実施形態にしたがって、研磨パッド表面の上に存在する膜の特性を制御する方法が提供される。該方法は、研磨パッドの一領域上に存在する流体を少なくとも部分的に駆逐する工程と、研磨表面の上記領域において、駆逐された流体を第２の流体に置き換える工程とを備える。上記領域における置き換えは、駆逐の後に生じるので、第２の流体は、駆逐された流体に占有されていた領域の少なくとも一部を占有する。
【００１２】
本発明の更に別の一実施形態にしたがって、化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムで用いるための装置が提供される。研磨パッドの上方の近接位置に配置することができるヘッドは、入口および出口をそれぞれ含む。入口は、上記近接位置において、研磨パッドの表面の上に流体を送出することができる。入口に隣接して配向された出口は、研磨パッドの表面の上に供給された流体の少なくとも一部を除去することができる。
【００１３】
別の一実施形態において、研磨パッド表面の上の膜の特性を制御するための方法が提供される。該方法は、研磨パッドの上に流体を送出する工程と、研磨パッド表面の上から流体の少なくとも一部を除去する工程とを備える。流体の送出は、研磨パッド表面の上方の近接位置において行われる。流体の少なくとも一部の除去は、研磨パッド表面の上方の近接位置において、流体の送出に隣接して生じるように構成される。
【００１４】
別の一実施形態において、化学機械研磨（ＣＭＰ）システムを制御することができる装置が提供される。該装置は、センサと、コンピュータと、ヘッドとを備える。ヘッドは、研磨パッドの上方の近接位置に配置することができる。ヘッドは、ヘッドの中に形成された入口と、ヘッドの中に、入口に隣接して配向された出口とを有する。入口は、近接位置において、研磨パッドの表面の上に流体を送出することができ、出口は、研磨パッドの表面の上に送出された流体の少なくとも一部を除去することができる。
【００１５】
更に別の一実施形態において、化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムで用いるための装置が提供される。該装置は、研磨パッドの上方の近接位置に配置することができるヘッドを備える。ヘッドの中に形成された出口は、研磨パッドの上方の近接位置に配置することができ、研磨パッドの表面の上に存在する材料の除去を可能にするように構成される。ヘッドの中に形成された入口は、研磨パッドの上方の近接位置に配置することができ、更に、入口に隣接してヘッドの中に設けられた出口によって除去されるように構成された材料を少なくとも部分的に置き換えるために、研磨パッドの表面に流体を送出することができる。
【００１６】
本発明は、多くの利点をもたらす。ウエハ表面上の膜の厚さにばらつきが生じると、スラリ、水、および他の流体の濃度を研磨表面の区域ごとに分別式に変動させることによってウエハの表面材料を領域ごとに個別に平坦化することができる方法および装置が必要になる。研磨表面に供給された流体は、研磨表面上に存在する流体の駆逐およびその駆逐された領域における流体の置き換えを通じて、区域ごとに精密に制御される。このような区域ごとの精密な制御は、ウエハ上の材料の除去速度を増減させることができる。領域ごとの個別の平坦化を可能にすることの最終目的は、ウエハの全面にわたって均一の除去速度を確保しようとする従来の試みと異なり、残留層の厚さの均一性を制御することにある。
【００１７】
以上に記載された発明の概要は、例示および説明を目的としたものであり、添付の特許請求の範囲に記載された発明を限定するものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下では、添付の図面を参照にして、発明を実施するためのいくつかの形態が説明される。以下の説明では、本発明の完全な理解を可能にするために、多くの詳細が特定されている。しかしながら、当業者ならば明らかなように、本発明は、これらの一部または全部の詳細を特定しなくても実施可能である。また、本発明が不必要に不明瞭になるのを避けるため、周知のプロセス工程の詳細な説明は省略されている。
【００１９】
以上の説明から、化学機械平坦化システムにおいて、研磨表面に供給される流体の精密制御を通じてウエハ層表面の材料平坦化を制御するように設計された、いくつかの実施形態を得ることができる。大まかに言うと、第１の手法（Ａ）は、キャリアヘッドによって研磨表面にあてがわれた基板上の特定の一領域に作用する平坦化を制御する目的で、研磨表面上の近接位置に存在する流体を除去し、その流体を別の流体に置き換える手法である。第２の手法（Ｂ）は、研磨表面の上に存在する流体の駆逐を行い、次いで、駆逐後のその領域で流体の置き換えを行う手法であって、これは、キャリアによって保持された基板に作用する平坦化の量を増減させることができる。
【００２０】
Ａ．除去および置き換え
図１は、本発明の一実施形態にしたがった、リアルタイムの分別式の閉ループ制御を行うことができる化学機械平坦化（ＣＭＰ）システム１００の説明図である。ウエハキャリア１３５に保持されたウエハ１３０は、研磨パッド１０１にあてがわれた状態で回転される。流体送出デバイス１０３は、研磨パッド１０１に第１の流体１０２を送出する。第１の流体１０２は、一般に、ウエハ表面上の材料の除去に作用を及ぼす化学的研磨材および物理的研磨材の両方で構成された、ウエハ１３０の化学機械平坦化を目的としたスラリを含有している。研磨パッド１０１上のスラリは、研磨パッド１０１上に既に存在している他の微粒子、研磨材、材料残留物、パッド残留物、脱イオン水、およびイソプロピルアルコールと混ざり合うことによって、研磨パッド１０１の全面に広がる膜を形成する。研磨パッド１０１内の溝１０６および微細孔１０８は、第１の流体１０２を、ウエハキャリア１３５の方向１２０に運ぶ。なお、流体を研磨パッド１０１に送出する手段としては、例えばポンプや空気圧などの任意の適切な技術を用いることが可能である。
【００２１】
流体送出デバイスより下流に位置する、ダムとも称される流体制限デバイス１０４は、研磨パッド１０１の表面上に第１の流体１０２を均等に分配する目的で、研磨パッド１０１上に押しつけられる。このような均等な分配の結果、スラリは、研磨パッド１０１の幅全体に均一に行き渡り、ウエハの方向に向かう均一な膜を形成する。したがって、流体送出デバイス１０３は、必ずしも、第１の流体１０２を研磨パッド１０１に正確に分配する機能を必要とするわけではない。流体制限デバイス１０４は、研磨パッド１０１上に押しつけられ、その上流に第１の流体１０２を溜まらせる。当業者ならば明らかなように、流体制限デバイス１０４は、他の適切な技術によって、研磨パッド１０１の上方に架かるアームに挟み付けたり留め付けたりすることが可能である。研磨パッド１０１の上方に架かるアームは、垂直方向および水平方向の制御によって、研磨パッド１０１に対する角度および間隙を直接することが可能である。一実施形態において、流体制限デバイス１０４は、研磨パッド１０１と同じ材料、すなわちポリウレタンで構成される。しかしながら、流体制限デバイス１０４は、ＣＭＰ工程に対応でき、尚かつ、下流側で均等な分配を実現しながら第１の流体１０２を溜まらせることができる限り、任意の材料で構成することが可能である。
【００２２】
やはり図１において、流体制限デバイス１０４とウエハキャリア１３５との間には、ヘッド１１５が配置される。研磨パッド１０１の上方において、ヘッド１１５は、約０．１ｍｍから約１ｍｍまでの範囲に配置することができ、最も優れた実行応答を実現可能であるように最適化される。最適な位置は、厳密には、第１の流体１０２の供給速度、粘度、湿潤係数、および第１の流体１０２を第２の流体１１８に置き換える際のヘッド１１５の効率を決定するその他のパラメータに依存する。ヘッド１１５は、第２の流体１１８を送出可能である少なくとも１つの入口１１７と、真空およびその他の加圧技術を通じて第１の流体１０２と第２の流体１１８の一部とを除去可能である少なくとも１つの出口１１９とを有する。第２の流体１１８の送出は、研磨パッド１０１の表面上の所望の位置における均等な分配を含む。第２の流体１１８は、化学的に不活性の非研磨性の液体、脱イオン水、およびプロセスに無作用のその他の流体のうちのいずれかであることが可能である。ヘッド１１５の入口１１７の１つと出口１１９の１つとの間に、研磨パッド１０１の表面に隣接して設けられた間隙１１６は、第２の流体１１８によって第１の流体１０２を希釈することと、第２の流体１１８によって出口１１９を介して第１の流体１０２を除去することとを可能にする。第１の流体１０２の希釈は、ＣＭＰシステムによるウエハ１３０の平坦化を減速させ、そして、最終的に実現される第１の流体１０２の除去は、ＣＭＰシステムによるウエハ１３０の平坦化を阻止する。第１の流体１０２、すなわち、微粒子、材料残留物、およびパッド残留物などの他の構成要素をともなうスラリを主成分とする膜が除去される一方で、第２の流体１１８の一部、すなわち脱イオン水は、ウエハキャリア１３５の方向１２０に進んでいく。したがって、第２の流体１１８が研磨パッド１０１に供給されたとき、ウエハ１３０の表面の平坦化がかなり低減されるか、あるいは、平坦化が行われない。
【００２３】
前述のように、研磨パッド１０１は、作用領域に向かう方向１２０に進むときに、スラリ、微粒子、材料残留物、およびパッド残留物などの材料を含有する膜である第１の流体１０２を運んでいく。一実施形態では、化学的に不活性の非研磨性の液体、脱イオン水、およびプロセスに無作用のその他の流体のいずれかでありうる第２の流体１１８の追加に先だって、研磨パッド１０１上に残留する材料、すなわち第１の流体１０２の一部が除去される。第２の流体１１８の一部は、ヘッド１１５の間隙１１６および出口１１９を通じて第１の流体１０２とともに除去される。この場合の第２の流体１１８は、第１の流体１０２を希釈して研磨パッド１０１の表面から持ち上げる効果を及ぼすことによって、第１の流体１０２の除去を補助することができる。別の一実施形態では、ヘッド１１５の入口１１７を通じて行われる第２の流体１１８の供給に先だって、研磨パッド１０１上に残留する材料、すなわち第１の流体１０２の全部がヘッド１１５の出口１１９を通じて除去される。このように、第１の流体１０２を完全にまたはほぼ完全に除去したうえで第２の流体１１８に置き換えたとき、第２の流体１１８、すなわちプロセスに無作用の流体は、作用領域の方向１２０に進み、ウエハ１３０上の特定の部分における材料の除去をかなり低減させるか、または全く無くする。
【００２４】
ウエハキャリア１３５は、ウエハの材料特性およびＣＭＰ動作の進行具合を検出するように構成された少なくとも１つのセンサ１４０を組み込むことができる。一実施形態において、センサは、膜厚を示す信号を検出することが可能である。膜が導電性であるとき、複数のセンサ１４０は、誘導電流によって放射される磁場によって形成される信号を検出するように構成された誘導性センサであることが可能である。膜の厚さを示す信号は、第三体効果を含む場合が多い。誘導性センサは、半導体製造で一般に用いられるおよそ０〜１５，０００オングストロームのあらゆる厚さの導電性（例えば金属）薄膜の厚さを非接触測定することができる。誘導性センサは、通常の搭載ロボット速度で移動するウエハに対して十分高速に応答可能であることが判明している。したがって、膜厚の測定は、処理の最中に、その処理のスループットに悪影響を及ぼすことなく実施することが可能である。更には、クラスタを構成する限られた数のセンサを用いて膜厚プロフィールを作成するために、ウエハの運動を上手く利用することも可能である。例えば、ウエハアライナは、回転方向および直線的半径方向の運動を提供することによって、首尾一貫したウエハの位置決めを可能にしている。したがって、本発明では、よくある自動式のウエハ取り扱い技術によってウエハを扱う一方で、または、ＣＭＰ工程の最中にウエハを回転させる一方で、センサ群によってウエハの膜厚プロフィールを獲得することが可能である。ウエハ１３０の膜厚プロフィールは、ウエハ１３０の回転とともに生成されるので、ヘッド１１５は、所望の膜厚プロフィールを得られるようにスラリの駆逐を最適化することができる。
【００２５】
やはり図１において、コントローラとも称されるコンピュータ１５０は、ＣＭＰシステム１００のための各種の制御活動を整合させる働きをする。コンピュータ１５０は、複数のセンサ１４０、ヘッド１１５、流体制限デバイス１０４、および流体送出デバイス１０３と通信１４２することができる。コンピュータ１５０は、膜厚を示すセンサ１４０からの信号を調整することによって、ＣＭＰシステムによって持ち込まれる第三体効果と、基板の厚さ成分との両方を十分に排除するように、構成することができる。そして、調整済みの信号の値にしたがって、第２の流体１１８、流体制限デバイス１０４、および流体送出デバイス１０３のための制御信号が生成される。センサ１４０からの膜厚のフィードバックは、ヘッド１１５に対するコマンドの発行を通じて行われる除去速度の制御に必要とされる情報を、コンピュータ１５０に提供する。いずれかのセンサ１４０で生成された信号によって、除去速度が大きすぎることが示される場合、すなわち、そのセンサ１４０に対応する一領域のウエハ１３０の膜厚が小さいことが示される場合は、ウエハ１３０上の対応点において平坦化の度合いの調整および除去速度の低減を図るために、脱イオン水または他の何らかの適切な駆逐用化学剤のいずれかでありうる第２の流体１１８が、ヘッド１１５上の入口１１７の１つを通じて分配される。同様に、ウエハ１３０上のある部分において所望の厚さが得られた場合は、実行＆補正システムとして機能するヘッド１１５は、第１の流体１０２を第２の流体１１８に置き換えることによって、その作用領域において更なる平坦化が進行するのを阻止する。本明細書で言うところの実行＆補正システムは、コンピュータ１５０からのコマンドを受けて本発明における流体の送出および流体の除去などの動作を行うシステムである。処理作用の補正および調整は、研磨パッド１０１の表面上の指定位置でスラリが除去されたときに、ヘッド１１５によって行うことが可能である。
【００２６】
図２は、前述されたＣＭＰシステムの上面図である。なお、ウエハの回転速度は、研磨パッド１０１の線速度と相まって、ウエハ１３０の中心に向いた流体をウエハ１３０の回転速度によって端に押しやる状況を生み出す。したがって、例えば研磨パッド１０１上にスラリが存在する状況では、ウエハ１３０の中心で利用可能なスラリが少なくなるので、除去速度も小さくなる。流体制限デバイス１０４より下流に位置するヘッド１１５は、センサ１４０によって指定された複数の位置で、スラリを除去して水に置き換えることによって、ウエハ１３０の表面の各部分に個別の除去速度を適用する。また、ウエハの回転は、ウエハキャリア１３５の下で流体を方向付けて、別の流体経路１２２を形成する。直線ベルト状に運ばれる流体経路は、回転しているウエハにあてがわれた際に環状の作用を及ぼす。第２の流体を供給可能である入口１１７も、やはり、予想される方向１２１へのウエハ１３０の回転に応じた位置に配置することができる。
【００２７】
直線ベルト式のＣＭＰシステムにおいて、ベルトは、当然ながら、ウエハ１３０の軸回転とともに、ウエハ１３０に向かう方向１２０に移動することができる。したがって、図の上側に示されるように、研磨パッド１０１の動きとウエハ１３０の動きとが反対である部分は、相対速度を生じるので、ウエハ１３０の高相対速度区域１３０ａとして知られる。図の下側に示されるように、回転しているウエハ１３０と研磨パッド１０１とが同じ相対方向に移動する部分は、低相対速度区域１３６ｂとして示されている。したがって、研磨パッド１０１の高相対速度区域１３０ａでは、より多量の色付き銅プロセス副産物および砕片が堆積されるので、研磨パッド１０１は、高相対速度の領域で汚れやすい傾向がある。したがって、流体制限デバイス１０４および第１の流体１０２の溜まりは、１つには、砕片を研磨パッド１０１の全域で再循環させる代わりに砕片を収集して均一に分配する働きをする。砕片の均一な分配は、研磨パッド１０１の摩耗パターンの均一性を高め、そうして、研磨パッド１０１の寿命を延ばすことができる。
【００２８】
図２に示されるように、流体を複数の出口１１９を通じて除去できること、および、第２の流体１１８を１つまたはそれ以上の位置で送出できることが、当業者に理解されるであろう。入口１１７および出口１１９の位置は、研磨パッド１０１の表面上の特定の領域を隔離することによって、ウエハ１３０に適用される除去速度を制御することができるように、ヘッド１１５上に構成することができる。ヘッド１１５の入口１１７の１つと出口１１９の１つとの間において、研磨パッド１０１の表面に隣接して設けられた間隙１１６は、第２の流体１１８によって第１の流体１０２を希釈することと、第２の流体１１８によって出口１１９を介して第１の流体１０２を除去することとを可能にするので、入口１１７および出口１１９は、互いに繋がった複数の対（ペア）を為していると見なすことができる。入口１１７と出口１１９とからなる各対の動作は、図１で説明されたように、コンピュータ１５０によって個別に制御することができるので、コンピュータ１５０は、研磨パッド１０１上の指定部分における第１の流体１０２の除去を隔離することができる。ヘッド１１５は、研磨パッド１０１の幅を跨ぐ形で示された複数の入口１１７および出口１１９を含むことができる。ヘッド１１５は、図１で説明された方式で動作する研磨パッド１０１の幅を跨ぐ形で設けられたアーム１１４によって保持することができる。アーム１１４は、研磨パッド１０１の上方の装置で支えることも可能であるし、あるいは、研磨パッド１０１の外側まで到達させたうえで、システム上の他の構造で支えることも可能である。
【００２９】
図３は、アーム１１４上に構成されたヘッド１１５の別の一構成を示している。図３に示されるように、ヘッド１１５は、研磨パッド１０１の幅を跨ぐ形で設けられたアーム１１４に沿って、直線的に移動することができる。ヘッド１１５の位置は、入口１１７および出口１１９の下方において、研磨パッド１０１の表面上の特定の領域を隔離することによって、ウエハ１３０に適用される除去速度を制御することができるように、構成することができる。作用領域に対する守備範囲、すなわち、ウエハ１３０の表面の下方を通過する研磨パッド１０１上の領域に対する守備範囲の向上を図るためには、複数のヘッド１１５’を随意に用いることが可能である。ヘッド１１５およびヘッド１１５’は、研磨パッド１０１の幅を跨ぐ形で設けられたアーム１１４に沿って、互いに連携した方式またはそれぞれ独立した方式で、直線的に移動することができる。図１で説明されたコンピュータ１５０は、分別式に制御される平坦化処理に適した処理を研磨パッド１０１に施す目的で、ヘッド１１５またはヘッド１１５’の動きを調和的に統合することができる。
【００３０】
代替案として、アーム１１４は、図４に示されるように、センサ１４０によって指定された位置に、ヘッド１１５を移動させることも可能である。アーム１１４は、幾つかの関節１１３を有するように、尚かつステップモータやサーバモータなどの任意の適切な技術で制御可能であるように構成することができ、そうすることによって、流体制限デバイス１０４より下流に位置する研磨パッド１０１の表面上において、スラリ、脱イオン水、または他の何らかの適切な流体の管理を行って、ウエハ１３０に適用される除去速度を制御することができる。また、図１で説明されたように、コンピュータ１５０によって指定された位置にヘッド１１５’を移動させ、研磨パッド１０１に対する処理を行うために、複数のアーム１１４’を用いることも可能である。
【００３１】
図５Ａは、図１で説明されたＣＭＰシステムの別の一構成の側面図である。ウエハキャリア１３５は、回転式プラットフォーム内において、研磨パッドの上方に構成することができる。入口１１７および出口１１９をともなうヘッド１１５は、第２の流体１１８によって第１の流体１０２の希釈することと、第２の流体によって研磨パッド１０１上の膜から第１の流体１０２を除去することとを可能にする。
【００３２】
図５Ｂは、研磨パッド上の膜の除去および置き換えを採用した回転式ＣＭＰシステムの上面図である。アーム１１４は、ウエハキャリア１３５より上流で、回転式の研磨表面の上方において、ヘッド１１５を支えている。流体送出デバイス１０３および流体制限デバイス１０４は、ヘッド１１５より上流に位置する。
【００３３】
図６は、本発明の一実施形態にしたがった、研磨パッドの上の膜の特性を制御するための方法を示したフローチャートである。該方法は、工程４０４において、研磨パッドの表面の上方の近接位置で、研磨パッドの上に流体を送出させることからスタートする。続く工程４０８では、研磨パッドの表面の上方で、研磨パッドの送出に隣接した近接位置において、研磨パッド表面の上から上記の流体の少なくとも一部が除去される。研磨パッド表面の上の膜からの流体の除去は、膜の特性を制御することができる。膜は、スラリ、一定量の脱イオン水、一定量の化学剤、イソプロピルアルコール、微粒子、研磨材、材料残留物、およびパッド残留物を含むことが可能である。研磨パッド上の膜の組成は、ウエハの表面上において実施される平坦化に直接影響を及ぼす。膜からのスラリの除去は、研磨パッド表面上の近接位置における材料の除去を減速させる。
【００３４】
図７は、本発明の一実施形態にしたがった、ウエハの表面に適用される除去速度の分別式の制御を可能にするための動作方法を示したフローチャートである。該方法は、工程５０４において、１枚または複数枚の膜の除去を目的としたウエハを用意することからスタートする。処理動作に先だって、基板の厚さマップを作成することが可能である。厚さマップは、外部の誘導性物体、すなわち第三体が存在しない状況のもとで、ウエハの表面を走査して厚さデータを得ることによって作成することが可能である。前述のように、厚さマップを作成する目的でウエハの表面を走査する際は、アライナおよびその他の中継ステーションを用いることが可能である。厚さマップの作成には、ウエハと走査機構のみが用いられるので、このとき、第三体すなわち誘導性物体は存在しない。厚さデータは、基板成分と膜成分とに区別される。この場合、ウエハの表面を走査することによって生成された信号は、基板成分と膜成分とに細別される。例えば、誘導信号は、２つの成分に分割することが可能である。なお、この成分データからは、較正係数を生成することができ、これらの較正係数は、次いで、更に正確な厚さを求める目的で、下流の厚さ測定手段、すなわちウエハキャリアに組み込まれたセンサに適用される。
【００３５】
この方法は、次いで、ウエハが処理ステーションに移される工程５０６に進む。一実施形態において、処理ステーションは、ＣＭＰシステムである。このとき、ウエハを処理ステーションに移すためには、当然ながら、任意の適切なロボット技術、機械技術、または手動技術を用いることが可能である。この方法は、次いで、工程５０８に進み、ウエハキャリア上のセンサによって、ウエハ上の各離散点に対応する膜厚が決定され、第三体の存在の有無が検出される。このとき、厚さデータを検出するためには、図１〜４を参照にして上述されたようにウエハキャリアに組み込まれた１つまたはそれ以上のセンサを用いることが可能である。一実施形態では、この検出に誘導性センサが用いられるが、スキャタロメータ、分光反射率計、熱監視、応力監視、およびその他のセンサを用いることも可能である。
【００３６】
次いで、工程５１０では、基板成分および第三体効果の両者を十分に排除するために、ウエハ上の対応点に関する厚さデータの調整が行われる。すなわち、前述されたウエハ上の膜に関する厚さデータを隔離するために、外部の誘電性物体、すなわち第三体の存在しない状況下で決定された較正係数が用いられる。厚さマップの座標点は、処理動作に使用されるセンサ（例えば前述の誘導性センサ）に対応付けられる。このように、厚さマップ上の各点は、ウエハキャリアに組み込まれた各センサに対応付けられるので、平坦化プロセスの制御は、ウエハキャリアに組み込まれたそのセンサに対応する領域で実施することができる。図１で説明された、コントローラとしても知られるコンピュータは、この対応付けに必要な演算を実施することが可能である。工程５１２において、パッドにスラリが供給されると、工程５１４において、ウエハ表面の平坦化が開始される。各離散点における膜の厚さは、工程５１６において、前述のように、センサからのフィードバックを受けたコンピュータによって計算される。工程５１８において、特定の位置において所望の厚さが得られるまでのあいだ、工程５２１では、そのたびに平坦化のプロセスが継続される。もし、特定の位置において所望の厚さが得られた場合は、工程５２２において、全てのセンサに対して問い合わせが発せられる。もし、全部ではないが一部の位置において所望の厚さが得られた場合は、ヘッドは、工程５２５において、図１〜４で説明されたように、所望の厚さを有する領域、すなわち、除去速度が過剰である領域からスラリを除去し、化学的に不活性の非研磨性の第２の流体に置き換える。方法は、次いで、工程５１２に進み、研磨パッドにスラリを供給しつづけるが、その一方で、所望の厚さを有するものとしてコンピュータに指定された領域では、スラリが第２の流体に置き換わる。工程５１２は、工程５２２において、全ての位置のセンサによって所望の厚さが得られたことが示されるまで、継続される。ウエハ上の全ての位置で所望の厚さが得られると、工程５３０において、平坦化のプロセスは完了し、ウエハは研磨パッドから取り外される。
【００３７】
要約すると、図１〜７で説明されたＣＭＰシステムは、ウエハの各領域に適用される除去速度を研磨媒体上の流体の除去および置換を通じて分別式に制御するように構成することができる。流体の溜まりを形成する流体制限デバイスの使用によって、流体制限デバイスの下流には、均一なスラリ層が形成される。実行＆制御のシステムとして機能するヘッドは、均一な膜厚を有する基板を得るために、ウエハキャリア上のセンサ位置に対応する指定位置において研磨材を除去することによって、プロセス制御を実現する。流体制限デバイスによって形成された均一なスラリ層は、所望の膜厚を得られた領域で除去される。複数のセンサは、先ずは非プロセス条件下において、更には平坦化プロセスの最中において、ウエハ上の膜の厚さを決定することによって、終点および関連の除去速度を決定することができる。更に、上述された実施形態は、回転式または軌道式のＣＭＰシステムに適用可能であるのみならず、ベルト型の研磨媒体に依存する線形式のＣＭＰシステムにも適用可能である。
【００３８】
Ｂ．駆逐および置き換え
図８は、第２の制御方法にしたがった、リアルタイムの分別式の閉ループ制御を実現可能である化学機械平坦化（ＣＭＰ）システム２００の説明図である。ウエハキャリア１３５に保持されたウエハ１３０は、研磨パッド１０１にあてがわれた状態で回転される。流体送出デバイス１０３は、研磨パッド１０１に第１の流体１０２を送出する。第１の流体１０２は、一般に、ウエハ表面上の材料の除去に作用を及ぼす化学的研磨材および物理的研磨材の両方で構成された、ウエハ１３０の化学機械平坦化を目的としたスラリを含有している。研磨パッド１０１上のスラリは、研磨パッド１０１上に既に存在している他の微粒子、研磨材、材料残留物、パッド残留物、脱イオン水、およびイソプロピルアルコールと混ざり合うことによって、研磨パッド１０１の全面に広がる膜を形成する。研磨パッド内の溝１０６および微細孔１０８は、第１の流体１０２を、ウエハキャリア１３５の方向１２０に運ぶ。なお、流体を研磨パッド１０１に送出する手段としては、例えばポンプや空気圧などの任意の適切な技術を用いることが可能である。
【００３９】
流体送出デバイスより下流に位置する、ダムとも称される流体制限デバイス１０４は、研磨パッド１０１の表面上に第１の流体１０２を均等に分配する目的で、研磨パッド１０１上に押しつけられる。このような均等な分配の結果、スラリは、研磨パッド１０１の幅全体に均一に行き渡り、ウエハの方向に向かう均一な膜を形成する。したがって、流体送出デバイス１０３は、必ずしも、第１の流体１０２を研磨パッド１０１に正確に分配する機能を必要とするわけではない。流体制限デバイス１０４は、研磨パッド１０１上に押しつけられ、その上流に第１の流体１０２を溜まらせる。当業者ならば明らかなように、流体制限デバイス１０４は、他の適切な技術によって、研磨パッド１０１の上方に架かるアームに挟み付けたり留め付けたりすることが可能である。研磨パッド１０１の上方に架かるアームは、垂直方向および水平方向の制御によって、研磨パッド１０１に対する角度および間隙を直接することが可能である。一実施形態において、流体制限デバイス１０４は、研磨パッド１０１と同じ材料、すなわちポリウレタンで構成される。しかしながら、流体制限デバイス１０４は、ＣＭＰ動作に対応でき、尚かつ、下流側で均等な分配を実現しながら第１の流体１０２を溜まらせることができる限り、任意の材料で構成することが可能である。
【００４０】
やはり図８において、流体制限デバイス１０４とウエハキャリア１３５との間には、流体駆逐デバイス２１０が配置される。流体駆逐デバイス２１０は、研磨パッド１０１の上方において、約０．１ｍｍから約２５ｍｍまでの範囲に配置することができ、流体制限デバイス１０４の下流において、研磨パッド１０１の上に存在する流体を最も良く制御式に駆逐できるように最適化される。最適な位置は、厳密には、第１の流体１０２の供給速度、粘度、湿潤係数、および流体駆逐デバイス２１０に近づく研磨パッド１０１の前進速度に依存する。その他のパラメータも、流体制限デバイス１０４とウエハキャリア１３５との間の近接位置において、溝１０６と、微細孔１０８と、研磨パッド１０１の表面上とから第１の流体１０２を効果的に排除するための駆逐用の流体２１２を供給する流体駆逐デバイス２１０の能力を、決定することが可能である。駆逐用の流体２１２は、清浄な乾燥空気（ＣＤＡ）、窒素（Ｎ2）、または研磨パッド１０１上に存在する第１の流体１０２の駆逐を可能にする他の任意の適切なガスのいずれかであることが可能である。流体駆逐デバイス２１０からは、駆逐用の流体２１２が研磨パッド１０１上の一領域から第１の流体１０２を駆逐するために必要とする流体圧力で放出される。約５〜４０ポンド／平方インチ（ＰＳＩ）の流体圧力は、ノズルまたはその他の適切な方法を用いて印加される。流体駆逐デバイス２１０は、約１０度から最大約９０度までの範囲の角度θだけ、研磨パッド１０１からオフセットして設けることができる。角度θを測定するための適切な基準は、研磨パッド１０１に直角の線、すなわち法線によって確立することができる。駆逐用の流体２１２を作用させる角度θは、研磨パッド１０１からの第１の流体１０２の駆逐を最適にするように最適化することができる。
【００４１】
やはり図８において、流体駆逐デバイス２１０が正常に作動しているとき、流体駆逐デバイス２１０の下方に直接隣接する研磨パッド１０１上の一領域は、流体駆逐デバイス２１０による駆逐によって、ほぼ流体の存在しない状態にある。研磨パッド１０１は、方向１２０に進むので、流体の存在しないこの領域も、ウエハキャリア１３５に向かって方向１２０に進む。流体の存在しないこの領域の上方では、流体駆逐デバイス２１０より下流に位置する流体送出デバイス２３０が、第１の流体１０２を第２の流体１０２ａに置き換えることができる。第２の流体１０２ａは流体制限デバイス１０４の上流に位置する流体送出デバイス１０３から供給される第１の流体１０２と異なるものであり、脱イオン水、スラリ、および可変研磨レベルスラリのうちの、いずれか１つまたはいずれかの組み合わせであることが可能である。第２の流体１０２ａは、２３４，２３６，２３８で示された複数のポートまたはノズルを通じて送出することができる。
【００４２】
流体駆逐デバイス２１０は、研磨パッド１０１上に存在する全ての膜および流体を必ずしも完全に駆逐するわけではない。ある領域において、溝１０６および微細孔１０８の内部に非常に薄い膜が残留している場合は、その膜による影響は、流体送出デバイス２３０によって供給される第２の流体１０２ａによる事実上の置き換えを通じて最小限に抑えられる。研磨パッド１０１の表面上または溝１０６および微細孔１０８の内部に残留する膜は、研磨パッド１０１の表面全域に不均一に分布するが、このような膜による影響も、やはり、第１の流体１０２に置き換わる働きをする第２の流体１０２ａを多量に用いることによって最小限に抑えられる。極端な例では、研磨パッド１０１上の所望の一区域において、第１の流体は、第２の流体１０２ａによって完全に駆逐され、第２の流体１０２ａによって完全に置き換えることができる。
【００４３】
一実施形態において、ポートまたはノズルは、スラリまたは可変研磨レベルスラリを２３８を通じて送出し、スラリを２３６を通じて送出し、そして脱イオン水を２３４を通じて送出するように構成することができる。このような、脱イオン水、スラリ、および可変研磨レベルスラリの選択は、ＣＭＰシステムによって施される平坦化の度合いを調整することができる。流体送出デバイス２３０からの第２の流体１０２ａは、ウエハキャリア１３５の上流において、流体送出デバイス２３０に直接隣接する流体送出デバイス２３０の下方の領域で、研磨パッド１０１上に送出される。研磨パッド１０１が、ウエハキャリア１３５に向かって方向１２０に進むにつれて、第２の流体１０２ａは、溝１０６および微細孔１０８を満たしていく。このように、第２の流体１０２ａは、基本的に、研磨パッド１０１の材料の内部にあるので、溝１０６および微細孔１０８の中の第２の流体１０２ａは、たとえウエハキャリア１３５の回転中であろうとも、ウエハキャリア１３５の真下を進むことができる。研磨パッド１０１上にある第２の流体１０２ａ、すなわち、微細孔１０８および溝１０６の外側の研磨パッド１０１表面上にある過剰の第２の流体１０２ａは、研磨パッド１０１が方向１２０に進むにつれて、ウエハキャリア１３５の動きによって部分的に駆逐される。
【００４４】
流体駆逐デバイス２１０および流体送出デバイス２３０は、研磨パッド１０１の一区域に作用を及ぼす。流体送出デバイス２３０によって供給される第２の流体１０２ａが、脱イオン水で構成される場合は、溝１０６、微細孔１０８、および研磨パッド１０１の表面は、脱イオン水で満たされる。脱イオン水を含有するこの区域は、ウエハキャリア１３５の下に進んだときに、作用対象であるウエハ１３０の表面に対してほとんどまたは極端な場合には全く平坦化を実施しない。反対に、もし、流体送出デバイス２３０によって供給される第２の流体１０２ａが、高濃度スラリと研磨材とを含有する場合は、その流体は、ウエハキャリア１３５に向かう方向１２０に進んだときに、ウエハキャリア１３５によって研磨パッド１０１に押し付けられたウエハ１３０の表面に対して高い除去速度（または平坦化速度としても知られている）の材料除去を実施する。
【００４５】
図８に示されるように、ウエハキャリア１３５は、ウエハの材料特性およびＣＭＰ動作の進行具合を検出するように構成された少なくとも１つのセンサを組み込むことができる。センサ１４０による検出が可能な材料特性には、膜厚、導電性、表面粗さ、および形状の高さ変動が含まれる。ＣＭＰ動作の進行具合を判断するセンサとしては、例えば、米国特許出願第１０／６７２，０１９号に記載されたセンサ、ならびに同時係属の米国特許出願第１０／６７１，９７８号に記載された機械的応力および熱応力の監視センサなどの、他の適切なセンサを用いることができ、これらの文献は、引用によって本明細書に組み込まれるものとする。
【００４６】
一実施形態において、センサは、膜厚を示す信号を検出することが可能である。膜が導電性であるとき、複数のセンサ１４０は、誘導電流によって放射される磁場によって形成される信号を検出するように構成された誘導性センサであることが可能である。膜の厚さを示す信号は、第三体効果を含む場合が多い。誘導性センサは、半導体製造で一般に用いられるおよそ０〜１５，０００オングストロームのあらゆる厚さの導電性（例えば金属）薄膜の厚さを非接触測定することができる。誘導性センサは、通常の搭載ロボット速度で移動するウエハに対して十分高速に応答できることが判明している。したがって、膜厚の測定は、処理の最中に、その処理のスループットに悪影響を及ぼすことなく実施することが可能である。更には、クラスタを構成する限られた数のセンサを用いて膜厚プロフィールを作成するために、ウエハの運動を上手く利用することも可能である。例えば、ウエハアライナは、回転方向および直線的半径方向の運動を提供することによって、首尾一貫したウエハの位置決めを可能にしている。
【００４７】
したがって、本発明では、よくある自動式のウエハ取り扱い技術によってウエハを扱う一方で、または、ＣＭＰの最中にウエハを回転させる一方で、センサ群によってウエハの膜厚プロフィールを獲得することが可能である。ウエハ１３０の膜厚プロフィールは、ウエハ１３０の回転とともに生成されるので、流体送出デバイス２３０は、所望の膜厚プロフィールを得られるように、研磨パッド１０１上の特定の区域の流体を最適化することができる。
【００４８】
やはり図８において、コントローラとも称されるコンピュータ１５０は、ＣＭＰシステム２００のための各種の制御活動を整合させる働きをする。コンピュータ１５０は、複数のセンサ１４０、流体制限デバイス１０４、流体送出デバイス１０３、流体駆逐デバイス２１０、および流体送出デバイス２３０と通信することができる。コンピュータ１５０は、膜厚を示すセンサ１４０からの信号を調整することによって、ＣＭＰシステムによって持ち込まれる第三体効果と、基板の厚さ成分との両方を十分に排除するように、構成することができる。そして、調整済みの信号の値にしたがって、流体制限デバイス１０４、流体送出デバイス１０３、流体駆逐デバイス２１０、および流体送出デバイス２３０のための制御信号が生成される。センサ１４０からの膜厚のフィードバックは、流体駆逐デバイス２１０および流体送出デバイス２３０に対するコマンドの発行を通じて行われる除去速度の制御に必要とされる情報を、コンピュータ１５０に提供する。コンピュータ１５０は、スラリまたは研磨レベルが可変なスラリが２３８を通じて、スラリが２３６を通じて、そして脱イオン水が２３４を通じて送出されるように、第２の流体１０２ａの流れを管理することができる。このような、脱イオン水、スラリ、および可変研磨レベルスラリの選択は、ＣＭＰシステムによって施される平坦化の度合いを調整することができる。
【００４９】
図９は、上述されたＣＭＰシステム２００の断面図であり、図中には、第２の流体１０２ａを送出する流体送出デバイス２３０の別の一実施形態が示されている。図に示されるように、流体送出デバイス２３０は、いくつかの流体入口部をともなう単一のノズルであることも可能である。ポート２３４，２３６，２３８は、それぞれ、脱イオン水、スラリ、および可変研磨レベルスラリを供給することができる。一連の弁２３２は、ノズルからの第２の流体１０２ａの送出を制御することができる。一連の弁２３２は、脱イオン水とスラリとを混ぜ合わせた特定の混合流体の形成を補助することができる。センサ１４０からのフィードバックに応答するコンピュータ１５０は、図８で説明されたように、ウエハ１３０の表面の平坦化を最適化するように流体駆逐デバイス２１０および流体送出デバイス２３０を管理することができる。また、コンピュータ１５０は、ポート２３４，２３６，２３８からの第２の流体１０２ａの選択を制御する一連の弁２３２の制御を管理することもできる。
【００５０】
図１０Ａは、ＣＭＰシステム２００で用いるための流体駆逐デバイス２１０および流体送出デバイス２３０の更に別の一実施形態である。本実施形態において、流体駆逐デバイス２１０および流体送出デバイス２３０は、研磨パッド１０１上の流体の駆逐および置き換えの両方を実施可能であるヘッド２２０の一部を構成している。ヘッド２２０は、コンピュータ１５０からのコマンドを受けて流体の駆逐および置き換えなどの動作を行う実行＆補正のシステムとして機能する。ヘッド２２０は、ウエハキャリア１３５の手前で研磨パッド１０１上の流体の駆逐および置き換えを補助するように構成された数本の流路を有することができる。ヘッド２２０は、あるいは、流体の駆逐および置き換えを研磨パッド１０１の作用領域の一区域に確実に作用させられる形で取り付けられた流体駆逐デバイス２１０および流体送出デバイス２３０を有することもできる。
【００５１】
ヘッド２２０は、研磨パッド１０１の上方において、約０．１ｍｍから約２５ｍｍまでの範囲に配置することができ、流体制限デバイス１０４の下流において、研磨パッド１０１の上に存在する流体を最も良く制御式に駆逐できるように最適化される。最適な位置は、厳密には、第１の流体１０２の供給速度、粘度、湿潤係数、および流体駆逐デバイス２１０に近づく研磨パッド１０１の前進速度に依存する。その他のパラメータは、流体制限デバイス１０４とウエハキャリア１３５との間の近接位置において、溝１０６と、微細孔１０８と、研磨パッド１０１の表面上とから第１の流体１０２を効果的に排除するための駆逐用の流体２１２を供給する流体駆逐デバイス２１０の能力を、決定することが可能である。ヘッド２２０をともなう構成において、流体駆逐デバイス２１０は、流体制限デバイス１０４より下流において、流体制限デバイス１０４の最も近くに位置すると共に、ウエハキャリア１３５より上流において、ウエハキャリア１３５から最も遠くに位置する、導管の形で組み込まれている。ヘッド２２０の一部を構成する流体駆逐デバイス２１０は、約１０度から最大で約９０度までの範囲の角度θで駆逐用の流体２１２を供給する。角度θを測定するための適切な基準は、研磨パッド１０１に研磨パッド１０１に直角の線、すなわち法線によって確立することができる。駆逐用の流体２１２を作用させる角度θは、研磨パッド１０１からの第１の流体１０２の駆逐を最適にするように最適化することができる。約５〜４０ポンド／平方インチ（ＰＳＩ）の流体圧力を印可するため、駆逐用の流体２１２は、ノズルまたはその他の技術の使用によって流体駆逐デバイス２１０を通じて放出される。
【００５２】
図１０Ａにおいて、ヘッド２２０は、図８および図９で説明された流体送出デバイス２３０と同様の方式で第２の流体１０２ａを送出するポート２３８，２３４を含むように構成される。ポート２３８，２３４は、スラリまたは可変研磨レベルスラリ、および脱イオン水をそれぞれ送出するように構成することができる。ヘッド２２０による流体の駆逐および置き換えは、流体制限デバイス１０４とウエハキャリア１３５との間において、研磨パッド１０１の一区域または一部分に作用を及ぼす。センサ１４０からのフィードバックに応答するコンピュータ１５０は、図８で説明されたように、上記の区域によって作用されるウエハ１３０の表面の平坦化を最適化するように流体駆逐デバイス２１０および流体送出デバイス２３０を管理することができる。
【００５３】
図１０Ｂは、流体送出デバイス１０３および流体制限デバイス１０４を有さないＣＭＰシステムを示している。図１０Ｂに示されるように、流体駆逐デバイス２１０およびポート２３８，２３４を有するヘッド２２０は、それ自体によって、ＣＭＰシステムによるウエハ平坦化用の流体組成物を作用領域の一部に供給することができる。図８および図９で説明されたような、流体駆逐デバイス２１０と併せて用いられる他の構成の流体送出デバイス２３０も、同様に、適切であると考えられる。ヘッド２２０によって研磨パッド１０１の一作用領域に作用する流体の駆逐および置き換えは、方向１２０に向かう研磨パッド１０１の移動にともなってウエハ１３０上の対応場所で平坦化を実現するのに十分であるように構成される。
【００５４】
図１１Ａは、図８〜１０で説明されたＣＭＰシステム２００の上面図である。なお、ウエハ１３０の回転速度は、研磨パッド１０１の線速度と相まって、ウエハ１３０の中心に向いた流体をウエハ１３０の回転速度によって端に押しやる状況を生み出す。したがって、例えば研磨パッド１０１上にスラリが存在する状況では、ウエハ１３０の中心で利用可能なスラリが少なくなるので、除去速度も小さくなる。ウエハ１３０の回転は、ウエハキャリア１３５の下で過剰の流体を方向付けて、別の流体経路１２２を形成する。図８で説明されたように、研磨パッド１０１の内部に、すなわち溝１０６および微細孔１０８の中にある第１の流体１０２または第２の流体１０２ａは、ほぼ直線状に、すなわち（テーブル型の場合は）方向１２０に前進して第２の流体１０２ａの経路１２２ｂを形成する。研磨パッド１０１の上にある流体材料は、ウエハキャリア１３５の回転にしたがって、経路１２２ａを通って逸れることができる。基本的に研磨パッド１０１の材料の中に、すなわち溝１０６および微細孔１０８の中にある第２の流体１０２ａは、たとえウエハキャリア１３５が回転中であろうとも、経路１２２ｂを通ってウエハキャリア１３５の下を進むことができる。直線ベルト状に運ばれる流体経路は、回転しているウエハにあてがわれた際に環状の作用を生じる。回転式ＣＭＰシステム（図１４Ａおよび図１４Ｂを参照に後述される）の場合は、研磨パッド１０１の溝１０６および微細孔１０８の中の流体が進む方向１２０は、非直線状の経路の形をとる。研磨パッド１０１上にある第２の流体１０２ａ、すなわち、微細孔１０８および溝１０６の外側の研磨パッド１０１表面上にある過剰の第２の流体１０２ａは、研磨パッド１０１が方向１２０に進むにつれて、ウエハキャリア１３５の動きによって部分的に駆逐される。
【００５５】
やはり図１１Ａにおいて、図８および図９に示された流体送出デバイスも、第２の流体１０２ａを供給するポート２３８，２３４も、予想される方向１２１へのウエハ１３０の回転に応じた位置に配置することができる。直線ベルト式のＣＭＰシステムにおいて、ベルトは、当然ながら、ウエハ１３０の軸回転とともに、ウエハ１３０に向かう方向１２０に移動することができる。したがって、図１１Ａの上側に示されるように、研磨パッド１０１の動きとウエハ１３０の動きとが反対である部分には、研磨パッド１０１の高相対速度区域１３０ａが存在する。ウエハ１３０の回転と研磨パッド１０１の動きとが同じ相対方向である部分には、低相対速度区域１３０ｂが存在する。したがって、研磨パッド１０１のベルトの上側半分では、より多量の砕片およびプロセス副産物が生成されるので、研磨パッド１０１は、高相対速度の領域で汚れやすい傾向がある。したがって、流体制限デバイス１０４および第１の流体１０２の溜まりは、１つには、砕片を研磨パッド１０１の全域で再循環させる代わりに砕片を収集して均一に分配する働きをする。砕片の均一な分配は、研磨パッド１０１の摩耗パターンの均一性を高め、そうして、研磨パッド１０１の寿命を延ばすことができる。
【００５６】
前述したセンサ１４０は、センサ１４１〜１４７として示されるように、ウエハ１３０の上方に配列させることが可能である。図中には、７つのセンサが示されているが、リアルタイム制御を目的としたフィードバックをコンピュータに提供するには、ウエハの材料特性を提供するセンサを任意の数だけ用いることが可能である。センサ配列１４１〜１４７を構成する各センサ１４０は、前述のように、ウエハ１３０の材料特性を検出するように構成される。センサ１４１〜１４７は、研磨パッド１０１の作用領域に跨る複数のヘッド２２０に関連付けられている。研磨パッド１０１の作用領域は、その作用領域に跨る形で複数の区域で構成され、研磨パッド１０１がウエハ１３０の上方に配列されたセンサ１４１〜１４７に向かう方向１２０に進むにつれて、ウエハ１３０の真下の位置へと進むことができる。
【００５７】
図１１Ａに示されるように、複数の流体駆逐デバイス２１０と、スラリまたは可変研磨レベルスラリ、および脱イオン水をそれぞれ送出するように構成されたポート２３８，２３４と、を有するヘッド２２０は、作用領域を覆うように構成することができる。流体制限デバイス１０４より下流に位置するヘッド２２０は、センサ１４１〜１４７によって指定された複数の位置で、第１の流体１０２を駆逐して第２の流体１０２ａに置き換えることによって、ウエハ１３０の表面の各部分に個別の除去速度を適用する。ヘッド２２０は、予想される方向１２１へのウエハ１３０の回転に応じた位置に第２の流体を供給することができる。
【００５８】
ヘッド２２０は、アーム１１４、または研磨パッド１０１の作用領域の上方にヘッド２２０を配置するためのその他の適切な構造によって支えることができる。当業者ならば明らかなように、流体の駆逐および置き換えは、１つまたは複数の位置で作用させることができる。ヘッド２２０の位置は、研磨パッド１０１の表面上の特定の区域を隔離することによって、ウエハ１３０に適用される除去速度を制御することができるように、構成することできる。作用領域を覆うためには、複数の駆逐用および置き換え用のデバイスを内包する１つのヘッドを用いることが可能である。あるいは、作用領域に跨る形で複数のヘッド２２０を配列させ、作用領域の所望の部分に作用を及ぼすために各ヘッドの直線的な動きをそれぞれ制御可能にすることもできる。ヘッド２２０の部分１は、自身の流体駆逐デバイス２１０とポート２３８，２３４とを通じて、センサ１４１によって監視されているウエハ１３０上の一領域に作用を及ぼす。同様に、ヘッド２２０の部分５は、センサ１４５に関連付けられた部分の作用領域に作用を及ぼす。センサ１４１〜１４７のいずれかで生成された信号によって、除去速度が大きすぎることが示される場合、すなわち、ウエハ１３０のうち、そのいずれかのセンサ１４１〜１４７に対応する特定の一領域のウエハ１３０の厚さが小さいことが示される場合は、流体駆逐デバイス２１０は、（図１０Ａで説明されたように）コンピュータの指示を受けて、第１の流体１０２を駆逐するように動作することができ、更に、ウエハ１３０上の対応点において平坦化の度合いの調整および除去速度の低減を図るために、ポート２３４は、脱イオン水を送出させることができる、あるいは、ポート２３８は、研磨レベルが可変なスラリを送出させることができる。同様に、ウエハ１３０上のとある部分において所望の厚さが得られた場合は、実行＆補正システムとして機能するヘッド２２０は、第１の流体１０２を駆逐して、ポート２３４からの脱イオン水に置き換えることによって、その作用領域において更なる平坦化が進行するのを阻止する。
【００５９】
図１１Ｂは、ＣＭＰシステム２００によって用いられる代表的な一制御方法を説明したグラフである。ｘ軸には、ウエハキャリア１３５のセンサ配列を、センサ１４１〜１４７として配してある。図１１Ａで説明されたように、センサ１４１〜１４７は、相対除去速度としても知られる研磨動作に関するフィードバックを、作用領域上の各区域に関連して提供するものである。研磨動作の相対除去速度は、ｙ軸上に配されている。目標除去速度は、正の数「１」、「２」、「３」を用いた中央値で表され、これらの値は、ｘ軸上の各センサに適用される除去速度の相対的増加を示している。センサ１４１に関連した除去速度を表す「−１」の値は、感知された速度の値が、その特定のセンサに関する目標値を下回ることを意味している。このように、除去速度が目標速度を下回るとき、図８〜９で説明された流体駆逐デバイス２１０は、研磨パッド１０１上の第１の流体１０２を駆逐し、流体送出デバイス２３０は、その第１の流体１０２をスラリに置き換える。同様に、研磨レベルが可変なスラリを追加することによって、センサ１４１によって検出される相対除去速度の増大を図ることも可能である。
【００６０】
図１０Ａで説明されたヘッド２２０構成などの別の一実施形態では、センサ１４１で検出される相対除去速度を増大させるために、研磨パッド１０１上の駆逐された第１の流体を、スラリまたは可変研磨レベルスラリで構成された第２の流体１０２ａに置き換えることができる。もし、センサ１４４などのセンサによって、目標値を上回る高い除去速度が示される場合は、第１の流体１０２を駆逐し、それを脱イオン水に置き換えることによって、センサ１４４に適用される相対除去速度を、目標値に近づく方向に減少させることができる。作用領域に跨る各区域に関連付けられた流体駆逐デバイス２０１および流体送出デバイス２３０は、ＣＭＰシステムによって研磨されている材料の厚さに作用を及ぼす相対除去速度を最適化するように、独立にまたは動的に作動することが可能である。
【００６１】
図１２は、図８〜１１で説明されたＣＭＰシステムの別の一実施形態である。アーム１１４は、流体駆逐デバイス２１０と、スラリまたは可変研磨レベルスラリ、および脱イオン水をそれぞれ送出するように構成されたポート２３８，２３４と、を有するヘッド２２０に対して支えを提供する。アーム１１４は、ヘッド２２０を、センサ１４１〜１４７によって指定された位置に移動させることができる。アーム１１４は、幾つかの関節１１３を有するように、尚かつステップモータやサーバモータなどの任意の適切な技術で制御可能であるように構成することができ、そうすることによって、流体制限デバイス１０４より下流に位置する研磨パッド１０１の表面上において、第１の流体１０２の駆逐および第２の流体１０２ａへの置き換えを行って、ウエハ１３０に適用される除去速度を制御することができる。また、図１１で説明されたように、コンピュータ１５０によって指定された位置に複数のヘッド２２０’を移動させ、研磨パッド１０１の作用領域上の膜を構成する流体の駆逐および置き換えを行うために、複数のアーム１１４’を用いることも可能である。また、除去速度を分別式に制御し、ウエハ１３０の表面上に残留する材料の厚さを目標値に確実に到達させるために、前述のように、流体駆逐デバイス２１０と、置き換え用の流体を研磨パッド１０１に送出する役割を担うポート２３８，２３４と、を支えるように構成された複数のアーム１１４’を、ＣＭＰシステムにおいて用いることも可能である。
【００６２】
図１３は、アーム１１４上に構成されたヘッド２２０の別の一実施形態を示している。図１３に示されるように、ヘッド２２０は、研磨パッド１０１の幅を跨ぐ形で設けられたアーム１１４に沿って、直線的に移動することができる。ヘッド２２０の位置は、流体駆逐デバイス２１０と、スラリまたは可変研磨レベルスラリ、および脱イオン水をそれぞれ送出するように構成されたポート２３８，２３４との下方において、研磨パッド１０１の表面上の特定の領域を隔離することによって、ウエハ１３０に適用される除去速度を制御することができるように、構成することができる。作用領域に対する守備範囲、すなわちウエハ１３０の表面の下方を通過する研磨パッド１０１上の領域に対する守備範囲の向上を図るためには、複数のヘッド２２０’を随意に用いることが可能である。ヘッド２２０およびヘッド２２０’は、研磨パッド１０１の幅を跨ぐ形で設けられたアーム１１４に沿って、互いに連携した方式またはそれぞれ独立した方式で、直線的に移動することができる。図８で説明されたコンピュータ１５０は、分別式に制御される平坦化処理に適した処理を研磨ヘッド１０１に施す目的で、ヘッド２２０またはヘッド２２０’の動きを調和的に統合することができる。
【００６３】
図１４Ａは、図８〜１０および図１１Ａ〜１１Ｂで説明されたＣＭＰシステムの別の一構成の側面図である。ウエハキャリア１３５は、回転式プラットフォーム上において、研磨パッド１０１の上方にウエハ１３０を配置するように構成することができる。ヘッド２２０は、研磨パッド１０１上に存在する流体の駆逐および置き換えを通じてウエハ１３０の表面上の材料の相対除去速度を制御することができる。
【００６４】
図１４Ｂは、研磨パッド１０１上の膜を構成する流体の駆逐および置き換えを採用した回転式ＣＭＰシステムの上面図である。アーム１１４は、ウエハキャリア１３５より上流で、尚かつ流体送出デバイス１０３および流体制限デバイス１０４より下流で、回転式研磨パッド１０１上の上方において、ヘッド２２０を支えている。ヘッド２２０は、既出の図面で説明されたように、研磨パッド１０１上の第１の流体１０２を駆逐する流体駆逐デバイス２１０と、第１の流体１０２を第２の流体１０２ａに置き換えるポート２３８，２３４と、を備えている。
【００６５】
図１５は、研磨パッドの上に存在する膜の特性を制御する方法を示したフローチャートである。該方法は、工程７０４において、研磨表面の一領域上に存在する流体を駆逐することからスタートする。研磨パッドの上および中に存在する流体膜の材料組成は、研磨動作に応じて可変である。研磨パッドの一領域の上および中の膜を構成する駆逐対象の流体は、一定量の脱イオン水、化学剤、イソプロピルアルコール、微粒子、研磨材、材料残留物、およびパッド残留物を含むことが可能である。工程７０８では、研磨表面の上記領域において、駆逐された流体が第２の流体に置き換えられる。第２の流体は、スラリ、可変研磨レベルスラリ、スラリ、および脱イオン水のうちの、いずれか１つまたはいずれかの組み合わせであることが可能である。研磨パッドの表面の上または中の膜としての第２の流体は、下流に位置するウエハの一領域に作用することによって、研磨動作を補助する役割を果たす。流体の駆逐および置き換えの方法は、平坦化処理を補助する膜の材料組成を制御するので、あらゆるタイプのＣＭＰ装置に適用可能であり、直線式または回転式のシステムに限定されない。
【００６６】
図１６は、本発明の一実施形態にしたがった、研磨表面の上に存在する膜の特性を制御するための方法のフローチャートである。該方法は、工程８０４において、１枚または複数枚の膜の除去を目的としたウエハを用意することからスタートする。処理動作に先だって、基板の厚さマップを作成することが可能である。厚さマップは、外部の誘導性物体、すなわち第三体が存在しない状況のもとで、ウエハの表面を走査して厚さデータを得ることによって作成することが可能である。前述のように、厚さマップを作成する目的でウエハの表面を走査する際は、アライナおよびその他の中継ステーションを用いることが可能である。厚さマップの作成には、ウエハと走査機構のみが用いられるので、このとき、第三体すなわち誘導性物体は存在しない。厚さデータは、基板成分と膜成分とに区別される。この場合、ウエハの表面を走査することによって生成された信号は、基板成分と膜成分とに細別される。例えば、誘導信号は、２つの成分に分割することが可能である。なお、この成分データからは、較正係数を生成することができ、これらの較正係数は、次いで、更に正確な厚さを求める目的で、下流の厚さ測定手段、すなわちウエハキャリアに組み込まれたセンサに適用される。
【００６７】
この方法は、次いで、ウエハが処理ステーションに移される工程８０６に進む。一実施形態において、処理ステーションは、ＣＭＰシステムである。このとき、ウエハを処理ステーションに移すためには、当然ながら、任意の適切なロボット技術、機械技術、または手動技術を用いることが可能である。この方法は、次いで、工程８０８に進み、ウエハキャリア上のセンサによって、ウエハ上の各離散点に対応する膜厚が決定され、外部の誘導性物体すなわち第三体の存在の有無が検出される。このとき、厚さデータを検出するためには、図８〜１３を参照にして上述されたようにウエハキャリアに組み込まれた１つまたはそれ以上のセンサを用いることが可能である。一実施形態では、この検出に誘導性センサが用いられるが、スキャタロメータ、分光反射率計、熱監視、応力監視、およびその他のセンサを用いることも可能である。
【００６８】
次いで、工程８１０では、基板成分および第三体効果の両者を十分に排除するために、ウエハ上の対応点に関する厚さデータの調整が行われる。すなわち、前述されたウエハ上の膜に関する厚さデータを隔離するために、第三体の存在しない状況下で決定された較正係数が用いられる。厚さマップの座標点は、処理動作に使用されるセンサ（例えば前述の誘導性センサ）に対応付けられる。このように、厚さマップ上の各点は、ウエハキャリアに組み込まれた各センサに対応付けられるので、平坦化プロセスの制御は、ウエハキャリアに組み込まれたそのセンサに対応する領域で実施することができる。図８で説明された、コントローラとしても知られるコンピュータは、この対応付けに必要な演算を実施することが可能である。工程８１２において、パッドにスラリが供給されると、工程８１４において、ウエハ表面の平坦化が開始される。各離散点における膜の厚さは、工程８１６において、前述のように、平坦化されているウエハに対して前記区域の前記膜から及ぼされる作用を監視するセンサからのフィードバックを受けたコンピュータによって計算される。工程８１８において、特定の位置で所望の厚さが得られるまでのあいだ、工程８２１では、そのたびに平坦化のプロセスが継続される。もし、特定の位置で所望の厚さが得られた場合は、工程８２２において、全てのセンサに対して問い合わせが発せられる。
【００６９】
もし、全部ではないが一部の位置で所望の厚さが得られた場合は、流体駆逐デバイスおよび流体送出デバイスは、研磨パッドの作用領域の所望の区域における相対除去速度に作用を及ぼすために、図８〜１４で上述されたように、工程８２５において、研磨パッド上の膜を構成する流体の駆逐および置き換えを行う。駆逐および置き換えを行うための区域は、研磨パッド表面上の作用領域を跨ぐ配列の形で配される。コンピュータは、センサから受け取られた、膜の特性による作用を及ぼされる領域に関連するフィードバックに基づいて、それらの区域における駆逐および置き換えを調整することができる。システムにコンピュータが装備されていない場合、または、手動による制御が望ましい場合は、平坦化前の分析およびウエハのマッピングの一方または両方に基づいて、手動によってまたは他の機械的技術によって、駆逐および置き換えのための区域の位置決めならびに調整を行うことが可能である。システムは、事前較正することができるので、センサからのフィードバックは、上記の位置決めや、駆逐および置き換えの動作のリアルタイム制御に対して、さほど重要でも決定的でもない。
【００７０】
研磨パッド表面によって研磨される材料を目標厚さに到達させるため、コンピュータは、センサからのフィードバックに基づいて、個別の除去速度を有する区域ごとに駆逐および置き換えの調整具合を設定する。所望の厚さを有する区域、すなわち除去速度が過剰である区域に対しては、流体駆逐デバイスは、主にスラリから成る第１の流体を研磨パッドから駆逐し、その第１の流体を、化学的に不活性の非研磨性の流体すなわち脱イオン水に置き換える。工程８２５では、あるいは、第１の流体を駆逐し、それを、スラリまたは可変研磨レベルスラリに置き換えることによって、所望の領域における除去速度を増大させることも可能である。
【００７１】
この方法は、次いで、工程８１２に進み、研磨パッドにスラリを供給しつづけるが、その一方で、所望の厚さを得たものとしてコンピュータに指定された領域では、スラリが脱イオン水で構成された第２の流体に置き換わる。工程８１２は、工程８２２において、全ての位置のセンサによって所望の厚さが得られたことが示されるまで、継続される。ウエハ上の全ての位置で所望の厚さが得られると、工程８３０において、平坦化のプロセスは完了し、ウエハは研磨パッドから取り外される。
【００７２】
要約すると、本発明の実施形態は、ウエハの各領域に適用される除去速度を分別式に制御するように構成可能であるＣＭＰシステムを提供している。分別式の制御は、均一な除去速度ではなく均一な厚さを得ることを可能にする。流体の溜まりを形成する流体制限デバイスの使用によって、流体制限デバイスの下流には、均一なスラリ層が形成される。流体駆逐デバイスは、研磨パッドの上および中の指定位置において、スラリ、微粒子、研磨材、イソプロピルアルコール、および水のうちのいずれか１つまたはいずれかの組み合わせで構成された第１の流体を駆逐することによって、プロセス制御を実現するものである。流体を送出するための１つまたはそれ以上のポートを有する流体送出デバイスは、研磨パッドの一区域において、駆逐された第１の流体を、脱イオン水、スラリ、または可変研磨レベルスラリに置き換えることができる。流体駆逐デバイスおよび流体送出デバイスは、研磨パッド上の膜を構成する流体の駆逐および置き換えを行うことによって、研磨パッドの作用領域の所望の区域における相対除去速度に作用を及ぼす。研磨されているウエハの材料特性を検出可能であるウエハキャリア上のセンサは、ウエハ上の対応点において平坦化の度合いの調整および除去速度の低減を図るために、流体駆逐デバイスおよび流体送出デバイスにフィードバックを提供する。ウエハ上のある部分において所望の厚さが得られたときは、ヘッドの一部を構成する流体駆逐デバイスおよび流体送出デバイスは、第１の流体を駆逐し、それを脱イオン水に置き換えることによって、その作用領域において更なる平坦化の進行を阻止するか、または平坦化を大幅に低減させる。
【００７３】
ウエハの全面にわたって均一な所望の厚さが検出されると、平坦化の動作は完了し、工程を停止させるための信号が発せられる。前述の複数のセンサは、先ずは非プロセス条件下において、更には平坦化プロセスの最中において、ウエハ上の膜の厚さを決定することによって、終点および関連の除去速度を決定することができる。上述された実施形態は、回転式または軌道式のＣＭＰシステムに適用可能であるのみならず、ベルト型の研磨媒体に依存する線形式のＣＭＰシステムにも適用可能である。
【００７４】
以上では、いくつかの代表的な実施形態に基づいて、発明の説明を行ってきた。当業者ならば、本明細書および発明の実施を検討することによって、他の実施形態を明確に理解することができる。上述された実施形態および好ましい特徴は、例示的なものとみなされ、本発明は、添付の特許請求の範囲によって定められるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の一実施形態にしたがった、分別式の閉ループ平坦化制御に用いられる化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムの断面図である。
【図２】本発明の一実施形態にしたがった、分別ループ制御式の化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムの上面図であり、いくつかの入口および出口をともなう単一のヘッドを示している。
【図３】本発明の一実施形態にしたがった、分別ループ制御式の化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムの上面図であり、アーム上をスライド可能なヘッドを示している。
【図４】本発明の一実施形態にしたがった、分別ループ制御式の化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムの上面図であり、拡張式のアームによって移動可能なヘッドを示している。
【図５Ａ】本発明の一実施形態にしたがった、別の一構成の側面図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態にしたがった、回転式システムに用いられる本発明の上面図である。
【図６】本発明の一実施形態にしたがった、研磨パッド表面の上の膜の特性を制御するための方法のフローチャートである。
【図７】本発明の一実施形態にしたがった、研磨パッドからのスラリの除去を通じて基板表面に適用される除去速度の分別式の制御を可能にする方法のフローチャートである。
【図８】第２の制御方法にしたがった、リアルタイムの分別式の閉ループ制御を実現可能である化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムの説明図である。
【図９】本発明の一実施形態にしたがった、分別式の閉ループ平坦化制御に用いられる別の化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムの説明図である。
【図１０Ａ】本発明にしたがった、分別式の閉ループ平坦化制御に用いられる化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムの別の一実施形態の説明図である。
【図１０Ｂ】本発明にしたがった、分別式の閉ループ平坦化制御に用いられる化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムの別の一実施形態の説明図である。
【図１１Ａ】本発明の一実施形態にしたがった、化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムの上面図であり、いくつかの流体駆逐用のデバイスおよびいくつかの流体送出用のポートをともなうヘッドを示している。
【図１１Ｂ】本発明にしたがった、ＣＭＰシステムによって用いられる制御方法を説明したグラフである。
【図１２】本発明の一実施形態にしたがった、化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムの上面図であり、拡張式アームによって移動可能なヘッドを示している。
【図１３】本発明の一実施形態にしたがった、化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムの上面図であり、流体駆逐用のデバイスおよび流体送出用のポートをともなうヘッドを示している。
【図１４Ａ】本発明の一実施形態にしたがった、回転式の別の一発明構成の側面図である。
【図１４Ｂ】本発明の一実施形態にしたがった、回転式システムに用いられる本発明の上面図である。
【図１５】研磨パッド上の流体の駆逐および置き換えを通じて研磨パッド表面の上の膜の特性を制御する方法のフローチャートである。
【図１６】本発明の一実施形態にしたがった、研磨パッド表面上の流体の駆逐および置き換えを通じて基板表面に適用される除去速度の分別式の制御を可能にする化学機械平坦化システムの動作方法を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００７６】
１００…化学機械平坦化（ＣＭＰ）システム
１０１…研磨パッド
１０２…第１の流体
１０２ａ…第２の流体
１０３…流体送出デバイス
１０４…流体制限デバイス
１０６…溝
１０８…微細孔
１１３…関節
１１４，１１４’…アーム
１１５，１１５’…ヘッド
１１６…間隙
１１７…入口
１１８…第２の流体
１１９…出口
１２２…流体の経路
１２２ａ，１２２ｂ…流体の経路
１３０…ウエハ
１３０ａ…高相対速度区域
１３０ｂ…低相対速度区域
１３５…ウエハキャリア
１４０…センサ
１４１，１４２，１４３，１４４，１４５，１４６，１４７…センサ
１５０…コンピュータ
２００…化学機械平坦化（ＣＭＰ）システム
２１０…流体駆逐デバイス
２１２…駆逐用の流体
２２０，２２０’…ヘッド
２３０…流体送出デバイス
２３２…弁
２３４，２３６，２３８…ポートまたはノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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2007525002.tif 000024