(57)【要約】  本発明の実施形態は、一般に、基板を化学機械研磨するための方法に関する。本方法は、一般に、研磨表面上の溝または他のスラリ輸送機構を有する研磨パッドの厚さを測定するステップを含む。研磨表面上の溝の深さが決定されると、研磨スラリの流量が、決定された溝の深さに応じて調整される。所定の数の基板が研磨表面上で研磨される。次いで、任意選択で本方法を繰り返すことができる。
2013529560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）研磨パッドの研磨表面内に配置された溝を有する前記研磨パッドの厚さを測定するステップと、
（ｂ）前記研磨表面内に配置された前記溝の深さを決定するステップと、
（ｃ）前記研磨表面内に配置された前記溝の前記決定された深さに応じて、前記研磨表面に導入される研磨スラリの流量を調整するステップと、
（ｄ）所定の数の基板を研磨するステップと、
（ｅ）（ａ）〜（ｄ）を繰り返すステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記所定の数の基板が、約５００枚の基板である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記所定の数の基板が、約１０００枚の基板である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記研磨パッド表面内に配置された前記溝が、約４０ｍｉｌの初期の深さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記流量を前記調整するステップが、前記溝の前記深さが低減するとともに前記研磨スラリの前記流量を減少させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
研磨パッドの厚さを測定する前記ステップが、誘導センサを使用して前記厚さを測定するステップを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記流量を前記調整するステップが、前記溝の前記決定された深さを、コンピュータ可読媒体上に格納されたルックアップテーブル内に位置づけられた所定のスラリ流量と関連づけるステップを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
（ａ）研磨パッドの研磨表面内に配置された溝を有する前記研磨パッドの厚さを測定するステップと、
（ｂ）前記研磨パッドの前記測定された厚さを、前記研磨パッドの初期の研磨前の厚さと比較して、研磨パッド厚における減少量を計算するステップと、
（ｃ）前記研磨表面内に配置された前記溝の深さを計算するステップと、
（ｄ）前記研磨表面に導入される研磨スラリの流量を、前記研磨表面内に配置された前記溝の前記決定された深さに応じて、調整するステップと、
（ｅ）所定の数の基板それぞれを前記研磨パッドに接触させるステップと、前記所定の数の基板それぞれに対して前記調整された流量で前記研磨パッドに前記研磨スラリを導入するステップとを含む、前記所定の数の基板を研磨するステップと、
（ｆ）（ａ）〜（ｅ）を繰り返すステップと
を含む方法。
【請求項９】
研磨スラリの流量を調整する前記ステップが、実質的に一定の研磨除去速度が維持されるように、前記研磨表面内に配置された前記溝の前記深さが低減するとともに前記研磨スラリの前記流量を減少させるステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
流量を調整する前記ステップが、前記溝の前記決定された深さを、コンピュータ可読媒体内に格納されたルックアップテーブル内に位置づけられたスラリ流量と関連づけるステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
研磨パッドの厚さを測定する前記ステップが、誘導センサを使用して前記厚さを測定するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
（ａ）研磨パッドの研磨表面内に配置された溝を有する前記研磨パッドの厚さを測定するステップと、
（ｂ）前記研磨パッドの前記測定された厚さを、前記研磨パッドの初期の研磨前の厚さと比較して、研磨パッド厚における減少量を決定するステップと、
（ｃ）前記研磨表面内に配置された前記溝の深さを計算するステップと、
（ｄ）前記溝の前記計算された深さを、ルックアップテーブル内に格納された値と比較するステップと、
（ｅ）スラリを、前記溝の前記計算された深さに依存した所定の流量で、前記研磨パッドに導入するステップと、
（ｆ）所定の数の基板を研磨するステップと、
（ｇ）（ａ）〜（ｆ）を繰り返すステップと
を含む方法。
【請求項１３】
前記溝が約５ｍｉｌ以下の深さを有する場合、前記研磨パッドを交換するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記研磨パッドにスラリを導入する前記ステップが、実質的に一定の研磨除去速度が維持されるように、前記研磨表面内に配置された前記溝の前記深さが低減するとともに、前記研磨スラリの前記流量を減少させるステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記研磨パッドの厚さを測定する前記ステップが、誘導センサを使用して前記厚さを測定するステップを含み、ならびに前記研磨表面内に配置された前記溝の深さを計算する前記ステップが、前記研磨表面内に配置された前記溝の容積を決定するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般に、基板を化学機械研磨する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学機械研磨（ＣＭＰ）は、基板を平坦化するために用いられる一般的な技法である。ＣＭＰは、基板を平坦化するために２つのモードを利用する。１つのモードは、基板から材料を除去するために、化学組成物、典型的にはスラリまたは他の流体媒体を使用する化学反応であり、もう１つのモードは、機械的な力である。従来のＣＭＰ技法では、基板キャリアまたは研磨ヘッドは、キャリアアセンブリ上に取り付けられ、ＣＭＰ装置内の研磨パッドに接触して位置決めされている。キャリアアセンブリは、基板に制御可能な圧力をもたらし、基板を研磨パッドに押し付ける。パッドは、外部の駆動力によって、基板に対して移動する。したがって、ＣＭＰ装置は、研磨組成物を分注しながら基板表面と研磨パッドの間で研磨移動または摩擦移動を行い、化学的および機械的な働きの両方を達成する。しかし、ＣＭＰ装置において研磨される基板が増えるにつれて、研磨バッドの効率が変化し、最終的に研磨パッドの交換が必要となる。研磨パッドおよび研磨スラリは、高価な構成要素であり、研磨パッドを交換するために必要とされる休止時間を短縮することが好ましい。したがって、パッドを交換する頻度を低減させ、研磨スラリをより効率的に利用することが好ましい。
【０００３】
したがって、より長い有効寿命を有する研磨パッドを使用し、基板に送出される研磨スラリを効率的に利用して、基板を研磨する方法が必要とされている。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の実施形態は、一般に、基板を化学機械研磨するための方法に関する。本方法は、一般に、研磨表面上に溝または他のスラリ輸送機構を有する研磨パッドの厚さを測定するステップを含む。研磨基板上の溝の深さが決定されると、研磨スラリの流量が、決定された溝の深さに応じて調整される。所定の数の基板が研磨表面上で研磨される。次いで、任意選択で本方法を繰り返すことができる。
【０００５】
一実施形態では、方法は、研磨パッド上の研磨表面内に配置された溝を有する研磨パッドの厚さを測定するステップを含む。研磨表面内に配置された溝の深さが決定され、研磨表面に導入される研磨スラリの流量が、研磨表面内に配置された溝の決定された深さに応じて調整される。所定の数の基板が研磨され、本方法が繰り返される。
【０００６】
別の実施形態では、方法は、研磨パッドの研磨表面内に配置された溝を有する研磨パッドの厚さを測定するステップを含む。測定された研磨パッドの厚さを研磨パッドの初期の研磨前の厚さと比較して、研磨パッドの厚さにおける減少量を決定する。次に、研磨表面内に配置された溝の深さを計算する。研磨表面に導入される研磨スラリの流量が、研磨表面内に配置された溝の計算された深さに応じて調整される。次いで、所定の数の基板が研磨される。研磨は、所定の数の基板それぞれを研磨パッドに接触させるステップと、所定の数の基板それぞれに対して、研磨スラリを調整された流量で研磨パッドに導入するステップとを含む。次いで、本方法が繰り返される。
【０００７】
別の実施形態では、方法は、研磨表面内に配置された溝を有する研磨パッドの厚さを測定するステップを含む。測定された研磨パッドの厚さを研磨パッドの初期の研磨前の厚さと比較して、研磨パッドの厚さにおける減少量を決定し、研磨表面内に配置された溝の深さを計算する。計算された溝の深さをルックアップテーブルに格納されている値と比較する。スラリが所定の流量で研磨パッドに導入され、所定の流量が、計算された溝の深さに依存して決まる。所定の数の基板が研磨され、次いで、本方法が繰り返される。
【０００８】
上記した本発明の特徴をより詳細に理解できるように、上記で簡単にまとめた本発明のより具体的な説明が実施形態を参照してなされ、その一部は添付図面に示される。しかし、添付図面は、単に本発明の典型的な実施形態を示し、したがって、本発明が他の等しく効果的な実施形態を許容しうるので、本発明の範囲を限定すると考えられるべきではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】化学機械研磨システムの一実施形態を示す上面概略図である。
【図２】パッド調節アセンブリを有する研磨ステーションの部分透視図である。
【図３】化学機械研磨の一実施形態を示す流れ図である。
【図４】研磨パッドの溝の深さを示す断面概略図である。
【図５Ａ】研磨パッドの溝の深さを示す断面概略図である。
【図５Ｂ】研磨パッドの溝の深さを示す断面概略図である。
【図５Ｃ】研磨パッドの溝の深さを示す断面概略図である。
【図６】様々な溝の深さを有する研磨パッドに対する、スラリの流量対酸化膜除去量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
理解を容易にするために、可能な場合は、同一の参照数字を使用して、各図に共通な同一の要素を指定した。一実施形態において開示されている要素は、特別な記述なしに、他の実施形態に関して有益に利用されうることが意図されている。
【００１１】
本発明の実施形態は、一般に、基板を化学機械研磨するための方法に関する。本方法は、一般に、研磨表面上に溝または他のスラリ輸送機構を有する研磨パッドの厚さを測定するステップを含む。研磨表面上の溝の深さが決定されると、研磨スラリの流量が、決定された溝の深さに応じて調整される。所定の数の基板が、研磨表面上で研磨される。次いで、任意選択で本方法が繰り返される。
【００１２】
本明細書で説明される実施形態が実行されうる具体的な装置は、限定されるものではないが、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．ｏｆ  Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａから販売されているＲＥＦＬＥＸＩＯＮ  ＧＴ（商標）システム、ＲＥＦＬＥＸＩＯＮ（登録商標）  ＬＫ  ＣＭＰシステム、およびＭＩＲＲＡ  ＭＥＳＡ（登録商標）システムで、本実施形態を実行することが特に有益である。さらに、他の製造業者から入手可能なＣＭＰシステムも本明細書で説明する実施形態によって利益を得ることができる。
【００１３】
図１は、化学機械研磨システム１００の一実施形態を示す上面概略図である。ＣＭＰシステム１００は、ファクトリインターフェース１０２、洗浄機１０４、および研磨モジュール１０６を含む。湿式ロボット１０８は、ファクトリインターフェース１０２と研磨モジュール１０６との間で基板１７０を移載するために設けられている。また、湿式ロボット１０８は、研磨モジュール１０６と洗浄機１０４との間で基板を移載するように構成されている。ファクトリインターフェース１０２は、１つまたは複数のカセット１１４と１つまたは複数の移載プラットフォーム１１６との間で、基板１７０を移載するように構成された乾燥ロボット１１０を含む。乾燥ロボット１１０は、４つのカセット１１４と１つまたは複数の移載プラットフォーム１１６との間での移載を容易にするように、十分な動き範囲を有する。任意選択で、乾燥ロボット１１０は、レールまたはトラック１１２上に取り付けられて、ファクトリインターフェース１０２の範囲内で長手方向にロボット１１０を位置決めし、これによって大きいまたは複雑なロボットの連結部を必要とすることなしに、乾燥ロボット１１０の動き範囲を増大させることができる。さらに、乾燥ロボット１１０は、洗浄機１０４から基板を受け取り、この清浄な研磨された基板を基板収納カセット１１４に戻すように構成されている。図１に示す実施形態では、１つの基板移載プラットフォーム１１６が示されているが、２つ以上の基板移載プラットフォームが設けられてよく、その結果、少なくとも２つの基板を、同時に、湿式ロボット１０８によって研磨モジュール１０６に移載するために列に並ばせることができる。
【００１４】
研磨モジュール１０６は、基板が、１つまたは複数のキャリアヘッド１２６ａ、１２６ｂ内に保持されながら研磨される複数の研磨ステーション１２４を含む。研磨ステーション１２４は、２つ以上のキャリアヘッド１２６ａ、１２６ｂと同時にインターフェースするようにサイズを調整され、その結果２つ以上の基板の研磨を、単一の研磨ステーション１２４を使用して同時に行うことができる。キャリアヘッド１２６ａ、１２６ｂは、図１に破線で示すオーバヘッドトラック１２８に取り付けられているキャリッジ（図示せず）に結合されている。オーバヘッドトラック１２８により、キャリッジを研磨モジュール１０６の周りに選択的に位置決めすることができ、それによりキャリアヘッド１２６ａ、１２６ｂを研磨ステーション１２４および積載カップ１２２の上に選択的に位置決めすることが容易になる。オーバヘッドトラック１２８は、円形の構成を有し、この構成によってキャリアヘッド１２６ａ、１２６ｂを保持するキャリッジが、積載カップ１２２ならびに研磨ステーション１２４の上を、および／または積載カップ１２２ならびに研磨ステーション１２４から離れて選択的に、かつ独立して回転することが可能となる。オーバヘッドトラック１２８は、楕円形、長円形、直線形または他の適切な配向を含む他の構成を有してよく、キャリアヘッド１２６ａ、１２６ｂは、他の適切な装置を用いて容易に移動されうる。
【００１５】
２つの研磨ステーション１２４が、研磨モジュール１０６の対向するコーナに位置して示されている。少なくとも１つの積載カップ１２２は、湿式ロボット１０８に最も近い、研磨ステーション１２４間の、研磨モジュール１０６のコーナにある。積載カップ１２２は、湿式ロボット１０８とキャリアヘッド１２６ａ、１２６ｂとの間の移載を容易にする。任意選択で、第３の研磨ステーション１２４（破線で示す）を、積載カップ１２２に対向する研磨ステーション１２４のコーナに位置決めすることができる。あるいは、第２の一対の積載カップ１２２（やはり破線で示す）を、湿式ロボットの近くに位置決めされた積載カップ１２２に対向する、研磨モジュール１０６のコーナに位置させることができる。追加の研磨ステーション１２４は、さらに大きな接地面積を有するシステムにおいて、研磨モジュール１０６内に統合されてもよい。
【００１６】
各研磨ステーション１２４は、少なくとも２つの基板を同時に研磨することができる、研磨表面１３０を有する研磨パッドを含む。研磨パッドは、ポリウレタンから形成されうる。また、各研磨ステーション１２４は、パッド調節アセンブリ１４０を含む。一実施形態では、パッド調節アセンブリ１４０は、研磨屑を除去し、パッドの孔を開けることによって研磨パッドの研磨表面１３０を整える調節ヘッド１３２、および研磨流体送出アーム１３４を備えることができる。一実施形態では、各研磨ステーション１２４は、多数のパッド調節アセンブリ１４０を備える。研磨パッドは、処理中に研磨表面１３０を回転させるプラテンアセンブリ上に支持されている。研磨表面１３０は、化学機械研磨、および／または電気化学機械研磨処理のうちの少なくとも１つに対して、好適である。システム１００は、電源１８０に結合されている。
【００１７】
研磨システム１００の制御および研磨システム上で実施される処理を容易にするために、中央処理ユニット（ＣＰＵ）１９２、メモリ１９４、および支援回路１９６を備えるコントローラ１９０が、研磨システム１００に接続されている。ＣＰＵ１９２は、様々な駆動および圧力を制御するための産業用装置において使用することができる任意の形態のコンピュータプロセッサのうちの１つであってよい。メモリ１９４は、ＣＰＵ１９２に接続されている。メモリ１９４、またはコンピュータ可読媒体は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスク、任意の他の形態のディジタルストレージなど、１つまたは複数の容易に入手可能なメモリであってよく、ローカルにあっても遠隔にあってもよい。支援回路１９６は、従来のやり方でプロセッサを支援するためにＣＰＵ１９２に接続されている。これらの回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、入出力回路、サブシステムなどを含む。
【００１８】
図１に示す研磨システム１００のようなＣＭＰ研磨システムは、通常、基板から材料を除去するのを助けるために研磨表面１３０上に１つまたは複数の溝（図示せず）を有する研磨パッドを使用する。典型的な溝の深さは、約１５ｍｉｌまたは約３０ｍｉｌであり、パッドは、約８０ｍｉｌの厚さを有しうる。研磨パッドが、研磨するために使用されると、研磨表面は摩耗し、溝の深さは低減する。研磨パッドの有効寿命を増大させるために、研磨パッドの厚さは、例えば１２０ｍｉｌにまで増大されうる。対応して、溝の深さも、例えば約４０ｍｉｌ、５０ｍｉｌ、または６０ｍｉｌにまで増大される。しかし、研磨パッドの溝の深さが増大し、他の全ての処理パラメータが一定に維持されている場合、４０ｍｉｌの溝の深さを有するパッドは、３０ｍｉｌの溝の深さを有するパッドよりも低い研磨速度を有するようになる。したがって、４０ｍｉｌの溝の深さを有する研磨パッドに適用する研磨スラリの量は、等しい研磨速度を生成するために、３０ｍｉｌの溝の深さを有する研磨パッドに適用される研磨スラリの量よりも多くするべきである。逆に、研磨パッド上の溝の深さが減少すると、他の全ての処理パラメータが一定に維持されている場合、研磨除去速度は増大する。溝に追加して、または溝に対する代替として、研磨パッドは、穿孔などの他のスラリ輸送機構を利用することもできる。本明細書における実施形態は、全体に溝に言及するが、穿孔などの他のスラリ輸送機構を有するパッドの使用も利用可能であり、本明細書における実施形態により利益が得られることを理解されたい。
【００１９】
４０ｍｉｌの溝の深さを有する研磨パッドが基板を研磨すると、溝の深さは減少し、研磨速度は増大する。研磨速度はパッドの摩耗によりすでに増大しているので、研磨スラリを一定量供給し続けることは無駄であろう。したがって、本発明の実施形態は、研磨パッドの測定された溝の深さに応じて研磨スラリの流量を閉ループ制御するための方法を提供する。
【００２０】
図２は、本明細書で説明する実施形態によるパッド調節アセンブリ２４０を有する研磨ステーション２２４の部分透視図である。一実施形態では、パッド調節アセンブリ２４０は、支持体アセンブリ２４６と調節ヘッド２３２との間にある支持アーム２４４を有する支持体アセンブリ２４６によって支持される調節ヘッド２３２を備える。パッド調節アセンブリ２４０は、支持アーム２４４に結合する変位センサ２６０をさらに備える。別の実施形態では、変位センサ２６０は、調節ヘッド２３２に結合されうる。キャリアヘッド２２６ａおよび２２６ｂは、研磨表面２３０の上方に配置される。研磨流体送出アーム２３４は、研磨表面２３０の上方に位置決めされ、処理中に研磨パッド２３６に研磨流体またはスラリを供給するようになされている。研磨流体送出アーム２３４を介して供給される研磨スラリの流量は、コントローラ（図示せず）によって制御される。さらに、調節ディスク２４８は、研磨パッド表面２３０に隣接して位置し、研磨パッド２３６を調節するようになされている。
【００２１】
支持体アセンブリ２４６は、調節ヘッド２３２を研磨表面２３０に接触して位置決めするようになされ、調節ヘッド２３２と研磨表面２３０間の相対的な動きをもたらすようにさらになされている。支持アーム２４４は、調節ヘッド２３２と結合する遠位端、および基部２４７と結合する近位端を有する。基部２４７は回転して、調節ヘッド２３２を研磨表面２３０全体にわたって掃引させて、研磨表面２３０を調節する。研磨パッド２３６の研磨表面２３０は、研磨表面２３０内部に配置された溝２０１を有する。調節ヘッド２３２の、研磨パッド２３６の研磨表面２３０に対する相対的な動きの結果、変位センサ２６０は、研磨表面２３０および研磨パッド２３６の厚さ測定を行うことができる。
【００２２】
調節アームに結合するセンサによって、通常の動作サイクルの一部の期間で、様々な点において研磨パッド２３６の厚さを測定することができ、付随する論理回路によって測定データを捉え、表示させることができる。いくつかの実施形態において、変位センサ２６０は、誘導センサを利用しうる。
【００２３】
変位センサ２６０がレーザをベースとしたセンサである実施形態では、研磨パッド２３６の厚さは、直接測定される。支持アーム２４４は、プラテンアセンブリ２４１に対して固定位置にあり、レーザは、このアームに対して固定位置にある。したがって、レーザは、プラテンアセンブリ２４１に対して固定位置にある。処理パッドまでの距離を測定し、研磨パッド２３６までの距離とプラテンアセンブリ２４１までの距離の差を計算することによって、研磨パッド２３６の残りの厚さが決定されうる。いくつかの実施形態では、レーザをベースとした変位センサ２６０を使用する厚さ測定の分解能は２５μｍ以内となりうる。
【００２４】
変位センサ２６０が誘導センサである実施形態では、研磨パッド２３６の厚さは、間接的に測定される。支持アーム２４４は、調節ヘッド２３２が処理パッド２３６に接触するまで枢動点の周りで作動する。電磁場を放射する誘導センサは、枢動ベースの調節支持アーム２４４の端部に取り付けられる。誘導に関するＦａｒａｄａｙの法則に従って、閉ループにおける電圧は、時間変化ごとの磁場の変化に直接比例する。印加される磁場が強ければ強いほど、作り出される渦電流はより大きくなり、反対の磁場がより大きくなる。センサからの信号は、センサの先端から金属製のプラテンアセンブリ２４１までの距離に直接関係する。プラテンアセンブリ２４１が回転すると、調節ヘッド２３２がパッドの表面に乗り、誘導センサが、研磨パッド２３６の形状に従って調節支持アーム２４４とともに上下する。誘導センサが金属製のプラテンアセンブリ２４１により近づくと、処理パッドの摩耗を示す信号電圧が増大する。センサからの信号は、処理され、処理パッド２３６の厚さにおける変化を捉える。いくつかの実施形態では、誘導センサ２６０を使用する厚さ測定の分解能は、１μｍ以内となりうる。
【００２５】
図３は、化学機械研磨の一実施形態を示す流れ図である。ステップ３８０において、研磨パッドの厚さが、上記したセンサのうちの少なくとも１つを用いて測定される。この測定値は、コントローラに引き継がれる。ステップ３８２において、測定された研磨パッドの厚さが、初期の研磨前の研磨パッドの厚さ、例えば処理の開始時点のパッドの厚さと比較される。通常、初期の研磨前の厚さは、コントローラにも格納される。例えば、研磨パッドが新しいパッドで、初期の厚さがわかっている場合は、この値がコントローラに入力されうる。あるいは、処理パッドの厚さがわかってない場合は、初期の研磨前の研磨パッドの厚さがセンサによって測定され、格納のためにコントローラへ引き継がれうる。
【００２６】
測定された研磨パッドの厚さを初期の研磨前のパッドの厚さと比較することによって、パッドの厚さにおける変化がコントローラによって決定されうる。研磨パッドが、研磨表面において摩耗するので、パッドの厚さにおける差は、研磨表面内に配置された溝の深さにおける差にも直接関連する。例えば、研磨パッドの厚さおよび溝の深さは、同じ速度で減少する。したがって、研磨パッドの厚さにおける変化を測定することによって、溝の深さにおける変化も決定されうる。さらに、溝の数および位置（またはピッチ）がパッド作製中に確定され、典型的な研磨パッドがほぼ垂直の側壁を有する溝を備えているので、決定された溝の深さは、溝の容積を計算するためにも使用することができる。
【００２７】
ステップ３８４において、閉ループコントローラは、研磨パッドに供給される研磨スラリの流量を、ステップ３８２において決定された研磨パッドの溝の深さに応じて調整する。通常、研磨処理を開始する前に、ユーザが入力したルックアップテーブルがコントローラ内に格納されている。ルックアップテーブルは、研磨スラリの所定の流量を、決定されたまたは測定された溝の深さと相互に関連付ける。流量は処理間で変わる可能性があり、パッドの組成物、スラリの組成物、または基板の材料に依存しうる。通常、流量は、実験的に決定される。
【００２８】
ステップ３８６において、研磨スラリは、以降処理される各基板に対して対応する流量で研磨パッドに供給され、続いて所定の数の基板が処理される。例えば、２００、３００、５００、または１０００のウェーハは、最後に決定された研磨パッドの溝の深さに対応する研磨スラリの流量を用いて、連続的に研磨されうる。任意選択のステップ３８８において、ステップ３８０、３８２、３８４、および３８６が繰り返される。ステップ３８０、３８２、３８４、および３８６は、数百の基板毎よりももっとしばしば、例えば全ての基板が研磨された後に、繰り返されてよいが、そうすることは、一般に有利ではない。通常、単一の基板のみを研磨した後では、研磨スラリの流量に顕著な変化をもたらすほどの溝の深さにおける十分な変化ない。したがって、少なくとも約５００枚の基板が研磨された後に、研磨パッドの溝の深さを決定し、研磨スラリの流量を調整することで十分である。しかし、研磨パッドの厚さが減少し、研磨パッドがその処理寿命末期に近づくと、より頻繁に研磨パッドの厚さを測定し、溝の深さを決定することが望ましいことがある。これは、研磨パッドが、パッドの有効寿命の末期近くで研磨除去速度における「スパイク」に遭遇するという事実のためである。パッドの厚さをよりしばしば測定することによって、パッドの交換を必要とする時期をより容易に特定することができる。さらに、より頻繁にパッドを測定することは、「スパイク」中の研磨し過ぎによって引き起こされる基板の損傷を回避する助けとなり、また研磨スラリなどの消耗材を過度に無駄にすることを回避する助けとなりうる。
【００２９】
図４は、研磨パッドの溝の深さを示す断面概略図である。図４に示す実施形態において、研磨パッド４３６は、様々な深さの溝４０１を有しうる。溝は、初めは約４０ｍｉｌの研磨前の深さを有する。しかし、研磨後、溝４０１は、約３０ｍｉｌ、１５ｍｉｌなどの減少した深さを有しうる。さらに、または代替として、パッドは、研磨前に様々な深さを有する多数の溝を備えることができる。溝４０１が約５ｍｉｌの深さに近づくか、または５ｍｉｌの深さを超えると、パッドは一般に交換するべきである。
【００３０】
図５Ａ〜５Ｃは、研磨パッドの溝の深さを示す断面概略図である。図５Ａにおいて、研磨パッド５３６ａは、４０ｍｉｌの深さを有する溝５０１ａを備える。研磨パッド５３６ａの厚さは、約８０ｍｉｌと１２０ｍｉｌの間でありうる。図５Ｂは、溝５０１ｂを備える研磨パッド５３６ｂを示す。溝５０１ｂは、約３０ｍｉｌの深さを有する。研磨パッド５３６ｂは、約１００ｍｉｌの厚さを有しうる。溝の深さが約５ｍｉｌに達すると、パッドは摩耗しきったと考えられ、通常すぐそのあとに交換が必要となる。図５Ｃは、約１５ｍｉｌの深さを有する溝５０１ｃを備える研磨パッド５３６ｃを示す。研磨パッドの使用可能な寿命を増大させるために、研磨パッドの厚さおよび研磨パッドの溝の深さを増大させることができる。例えば、溝の深さは、従来のパッドの約３０ｍｉｌから、図５Ａに示すように約４０ｍｉｌに増大させることができる。別の実施形態では、溝の深さは、約５０ｍｉｌまたは約６０ｍｉｌに増大させることができる。上記したように、約４０ｍｉｌの溝の深さを有する研磨パッドは、３０ｍｉｌの溝の深さを有する研磨パッドよりも、同様の研磨速度を生じさせるために、一般に、より多い研磨スラリの流量を必要とする。したがって、溝の深さが減少すると、研磨スラリの流量も減少するが、研磨速度は実質的に一定に維持されうる。
【００３１】
図６は、様々な溝の深さを有する研磨パッドに対する、スラリの流量対シリコン酸化膜除去量を示すグラフである。図６からわかるように、４０ｍｉｌの溝の深さを有する研磨パッドは、３０ｍｉｌの溝の深さを有する研磨パッドと同じ研磨除去速度を得るために、より多い研磨スラリ流量を必要とする（例えば、スラリ流量が右にシフトする）。３０ｍｉｌの溝の深さを有する研磨パッドに対しては、１分あたり１００ミリリットルのスラリ流量で、１分あたり約１２００オングストロームを除去することが可能である。スラリの流量が１分あたり２００ミリリットルに増大した場合は、３０ｍｉｌの溝の深さを有する研磨パッドは、１分あたり約１７５０オングストロームを除去することが可能である。スラリの流量が１分あたり３００ミリリットルに増大した場合は、３０ｍｉｌの溝の深さを有する研磨パッドは、１分あたり約１８００オングストロームを除去することが可能である。
【００３２】
相対的に、４０ｍｉｌの溝の深さを有する研磨パッドは、研磨スラリの流量が１分あたり２００ミリリットルの場合、１分あたり約１４００オングストロームの材料しか除去できない。スラリの流量が１分あたり３００ミリリットルに増大した場合は、４０ｍｉｌの溝の深さを有する研磨パッドは、１分あたり約１６００オングストロームを除去することが可能である。４０ｍｉｌの溝の深さを有する研磨パッドが、１分あたり約１７５０オングストロームの除去速度を生成するためには、１分あたり４００ミリリットルのスラリの流量を必要とし、この除去速度は、ほぼ、３０ｍｉｌの溝の深さを有するパッドが１分あたり２００ミリリットルのスラリの流量で除去する速度である。
【００３３】
さらに、本明細書の方法は、初期の深さが４０ｍｉｌ未満、例えば約３０ｍｉｌの溝を有するパッド用に使用することができる。しかし、溝の深さが３０ｍｉｌ未満の場合、溝の深さは、研磨速度に影響を与える２次的な要因にすぎない。溝の深さが３０ｍｉｌを超える場合、溝の深さと除去速度との間により強い関係があることがわかり、したがって、３０ｍｉｌを超える溝の深さを有するパッドを使用する場合、スラリ流の閉ループ制御を利用することは、より大きな関心事となる。
【００３４】
閉ループ制御システムによって、パッドが摩耗するにつれ研磨パッドに送出されるスラリの量を低減しながら、一定の研磨速度を維持することができる。スラリ流を閉ループ制御することによって、より長い有効寿命を有するパッドを使用することが可能となり、これによってパッドの交換を必要とする頻度が減少する。さらに、パッドの厚さに応じてスラリ流を閉ループ制御することによって、スラリ流量をパッドの厚さおよび溝の深さに合わせて調整することができ、このことは、確実に、過剰なスラリがパッドに無駄に供給されないようにするのに役立つ。研磨スラリの閉ループ制御は、消耗材料を無駄に捨てないことによって研磨パッドの寿命全体にわたって著しいコスト削減につながるはずである。本明細書で開示された実施形態により、より長い有効寿命を有する比較的厚い研磨パッドの効率的な使用が可能となり、基板の高いスループットをさらに維持できる。
【００３５】
上記したことは、本発明の実施形態を対象としているが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく本発明の他のさらなる実施形態を考案することができ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって決定される。
【符号の説明】
【００３６】
１００  化学機械研磨システム、ＣＭＰシステム、システム、研磨システム
１０２  ファクトリインターフェース
１０４  洗浄機
１０６  研磨モジュール
１０８  湿式ロボット
１１０  乾燥ロボット
１１２  レールまたはトラック
１１４  カセット、基板収納カセット
１１６  移載プラットフォーム
１２２  積載カップ
１２４  研磨ステーション
１２６ａ  キャリアヘッド
１２６ｂ  キャリアヘッド
１２８  オーバヘッドトラック
１３０  研磨表面
１３２  調節ヘッド
１３４  研磨流体送出アーム
１４０  パッド調節アセンブリ
１７０  基板
１８０  電源
１９０  コントローラ
１９２  中央処理ユニット、ＣＰＵ
１９４  メモリ
１９６  支援回路
２０１  溝
２２４  研磨ステーション
２２６Ａ  キャリアヘッド
２２６Ｂ  キャリアヘッド
２３０  研磨表面
２３２  調節ヘッド
２３４  送出アーム
２３６  研磨パッド
２４０  パッド調節アセンブリ
２４１  プラテンアセンブリ
２４４  支持アーム
２４６  支持体アセンブリ
２４７  基部
２４８  調節ディスク
２６０  変位センサ、誘導センサ
３８０  ステップ
３８２  ステップ
３８４  ステップ
３８６  ステップ
３８８  ステップ
４０１  溝
４３６  研磨パッド
５０１ａ  溝
５０１ｂ  溝
５０１ｃ  溝
５３６ａ  研磨パッド
５３６ｂ  研磨パッド
５３６ｃ  研磨パッド
【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５Ｃ】
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【図６】
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【国際調査報告】
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