(57)【要約】  ＣＭＰシステムにおいて、研磨パッドを調整するための方法および装置が提供される。一実施形態において、研磨パッドを調整するための方法は、調整ディスクを研磨パッドに対して付勢するダウンフォースを調整ディスクに加えること、調整ディスクを研磨パッドにわたって掃引するのに必要なトルクを測定すること、測定されたトルクをモデルフォースプロファイル（ＭＦＰ）と比較することにより、ダウンフォース内の変化を決定すること、および決定された変化に応じて、調整ディスクが研磨パッドに対して加えるダウンフォースを調節することを含む。
2013526057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨パッドを調整するための方法であって、
調整ディスクを前記研磨パッドに対して付勢するダウンフォースを前記調整ディスクに加えるステップと、
前記研磨パッドにわたって前記調整ディスクを掃引するのに必要なトルクを測定するステップと、
前記測定されたトルクをモデルフォースプロファイル（ＭＦＰ）と比較することにより、ダウンフォースの変化を決定するステップと、
前記決定された変化に応じて、前記調整ディスクが前記研磨パッドに対して加える前記ダウンフォースを調節するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記ＭＦＰが、前記ダウンフォース、前記トルク、および前記研磨パッドによる基板からの材料の除去の速度の間に推定される関係を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記決定するステップが、
前記研磨パッドによる基板からの材料除去の速度を維持するのに必要なダウンフォースの前記変化を決定するステップを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記決定するステップが、
前記ＭＦＰのターゲットトルクを達成するのに必要なダウンフォースの減少を決定するステップを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記決定するステップが、
前記ＭＦＰよりも少ない前記測定されたトルクに応じて、前記研磨パッドの一定の除去速度を維持するのに必要なダウンフォースの増加を決定するステップを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ダウンフォースを調節する前記ステップが、前記研磨パッドのための調整方策を修正するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ダウンフォースを調節する前記ステップが、前記研磨パッドの調整期間に、前記ダウンフォースをインシトゥで調節するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
研磨パッドを調整するための方法であって、
ダウンフォースを加えて、調整ディスクを前記研磨パッドに対して付勢するステップと、
前記研磨パッドと接触する前記調整ディスクにより生成される摩擦力を測定するステップと、
前記測定された摩擦力をモデルフォースプロファイル（ＭＦＰ）と比較して、ダウンフォースの変化を決定するステップと、
前記測定された摩擦力と前記ＭＦＰの間の前記比較に応じて、前記加えられるダウンフォースを調節するステップと
を含む方法。
【請求項９】
前記ＭＦＰが
前記ダウンフォース、前記摩擦力、および前記研磨パッドによる基板からの材料の除去の速度の間に推定される関係をさらに備える、
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記摩擦力が、調整ヘッド、プラテン、または研磨ヘッドのうちの少なくとも１つを回転するのに必要な回転トルクを備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
研磨パッドを調整ディスクで調整するための装置であって、
前記研磨パッドを支持するプラテンと、
前記調整ディスクを保持する調整ヘッドと、
前記調整ヘッドが前記研磨パッドに対してダウンフォースを加えるやり方で、前記調整ヘッドを移動するように動作可能なダウンフォースアクチュエータと、
前記調整ヘッドを前記プラテンの上に支持するため、前記調整ヘッドに連結されるアームと、
前記アームに連結され、前記プラテンにわたって前記調整ヘッドを掃引するように動作可能な掃引アクチュエータと、
前記調整ディスクが前記研磨パッドと接触するとき、前記プラテンにわたって前記調整ヘッドを掃引するのに必要なトルクを測定するように動作可能な掃引トルクセンサと
を備える装置。
【請求項１２】
前記ダウンフォースアクチュエータに連結され、モデルフォースプロファイル（ＭＦＰ）に応じて選択される値で前記ダウンフォースを加えるため、前記ダウンフォースアクチュエータに命令するように動作可能なコントローラをさらに備える、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記コントローラが、前記掃引トルクセンサにより測定された前記トルクに基づいて、前記ダウンフォースアクチュエータにより加えられるダウンフォースの閉ループ制御を提供するように動作可能であり、前記研磨パッドによる基板からの材料の実質的に一定の除去速度を維持する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記調整ヘッドに連結されるパッド厚センサをさらに備える、請求項１１に記載の装置。
【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、電気化学的機械処理システム内の研磨面を調整するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスを製造する期間、層および構造物が様々なプロセスにより半導体基板上に堆積され、形成される。化学機械研磨（ＣＭＰ）は幅広く使用されるプロセスであり、このプロセスによって、研磨パッドと研磨溶液とを組み合わせることによって、後続の層を受け取るため、基板を平坦化するまたは平坦度を維持するやり方で、過剰な材料を除去する。圧力、摩擦、および熱がパッド上に硬く、比較的滑らかな表面を形成するため基板から（またはパッド自身から）除去された処理スラリ、材料などからの微粒子物質とが組み合わさるとき、時間が経つにつれて、研磨パッドの有効性が減少する。この効果は、一般に「グレージング」と呼ばれる。グレージングが起こった後の研磨パッドの有効性を改善するために、研磨パッドを定期的に調整してよい。パッド調整は、一般に、研磨パッドを研磨剤調整ディスクでこすって磨き、パッド表面上の任意の蓄積された研磨副産物を除去し、かつ／または研磨パッドの表面を回復させることを含む。研磨パッド表面の調整は、新しい研磨パッドで研磨する前に行って、研磨プロセスの期間、研磨パッド表面の表面粗さおよび除去速度を維持しかつ／または向上させることができ、または処理後に行い、研磨される新しい基板のため研磨パッド表面を準備することができる。
【０００３】
調整ディスクの有効性がディスクおよびパッドの磨耗に起因して時間とともに低下することは、一般的に知られている。結果として、研磨パッドの有効性が時間とともにドリフトし、基板毎に不均一な結果を生じる。したがって、調整ディスクの寿命にわたって研磨パッドの性能を改善するため、研磨パッドを調整するための、改善された方法が必要である。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の実施形態は、研磨パッドを調整するための方法を提供する。一実施形態において、研磨パッドを調整するための方法は、調整ディスクを研磨パッドに対して付勢するダウンフォースを調整ディスクに加えること、調整ディスクを研磨パッドにわたって掃引するのに必要なトルクを測定すること、測定されたトルクをモデルフォースプロファイル（ＭＦＰ）と比較することにより、ダウンフォース内の変化を決定すること、および決定された変化に応じて、調整ディスクが研磨パッドに対して加えるダウンフォースを調節することを含む。
【０００５】
別の実施形態において、研磨パッドを調整するための方法は、調整ディスクを研磨パッドに対して付勢するダウンフォースを加えること、研磨パッドに接触する調整ディスクにより発生する摩擦力を測定すること、測定された摩擦力をモデルフォースプロファイル（ＭＦＰ）と比較し、ダウンフォース内の変化を決定すること、および測定された摩擦力とＭＦＰの間の比較に応じて加えられるダウンフォースを調節することを含む。
【０００６】
さらに別の実施形態において、調整ディスクで研磨パッドを調整するための装置は、研磨パッドを支持するプラテンと、調整ディスクを保持する調整ヘッドと、調整ヘッドが研磨パッドに対してダウンフォースを加えるやり方で、調整ヘッドを移動させるように動作可能なダウンフォースアクチュエータと、調整ヘッドに連結され、プラテンの上に調整ヘッドを支持するアームと、アームに連結され、調整ヘッドをプラテンにわたって掃引するように動作可能な掃引アクチュエータと、調整ディスクが研磨パッドと接触しているとき、調整ヘッドをプラテンにわたって掃引するのに必要なトルクを測定するように動作可能な掃引トルクセンサとを含む。
【０００７】
本発明の上記の特徴が得られ、詳細に理解することが可能なやり方で、上で簡単に要約された本発明のより具体的な説明が、添付の図面に例示される本発明の実施形態を参照することによってわかることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態を実施するために使用することができる、例示的なＣＭＰシステムの断面図である。
【図２】図１のＣＭＰシステムの上面図である。
【図３】パッド調整する方法の一実施形態の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
理解しやすくするために、可能な場合は、図に共通な同一の要素を指定するため、同一の参照番号が使用されている。一実施形態の要素および特徴が、さらなる記述なしに、他の実施形態に有利に組み込まれ得ることが意図される。
【００１０】
しかし、他の同様に有効な実施形態を本発明が容認することができるので、添付の図面は、本発明の単に例示的な実施形態を示しており、したがって本発明の範囲を限定すると考えるべきでないことに留意されたい。
【００１１】
本発明の実施形態は、ＣＭＰ研磨パッドの性能を対象とする。本開示の実施形態は、調整アーム掃引トルクと、研磨パッドと調整ディスクの間の摩擦の間の関係に基づき、ＣＭＰ研磨器を制御するための方法および装置を提供する。実施形態は、処理結果を改善するために、測定された力とモデル化された力のプロファイルの間の違いに基づいて、調整ディスクにより研磨パッドに加えられる下向きの力（ダウンフォース）を調節するための方法を含む。研磨器の性能をモニタするために調整器掃引トルクを使用可能な本開示の態様は、リアルタイムで、かつ／または基板が研磨される間に研磨パッドが調整されるとき（すなわち、インシトゥ調整）、基板研磨の中間に研磨パッドが調整されるとき（すなわち、エクスシトゥ調整）、またはこの任意の組み合わせで、適用できることが意図される。
【００１２】
図１は、本開示のいくつかの態様にしたがう例示的なＣＭＰシステムの一実施形態の断面図である。図１に示すように、ＣＭＰシステムは、機械基部１３０を有する研磨器１００、研磨流体デリバリアーム１９０、プラテン１０２上に配設される研磨パッド１０４、研磨ヘッド１０６、コンディショナーアセンブリ１２２、およびコントローラ１５２を備える。機械基部１３０は、プラテン１０２、研磨流体デリバリアーム１９０およびコンディショナーアセンブリ１２２を支持する。プラテン１０２は、研磨ヘッド１０６を支持する。
【００１３】
研磨ヘッド１０６は、処理の期間、基板１１８を研磨パッド１０４に保持し、回転可能に接触させる。研磨ヘッド１０６は、基板１１８が研磨の期間研磨ヘッド１０６の下から出ることを防止する、保持リング１１６を含むことができる。研磨ヘッド１０６はモータ１２０によって回転され、このことにより基板１１８を、研磨パッド１０４に対して研磨ヘッド１０６の中心軸Ｄの周りに回転することができる。センサ１４８を使用して、基板１１８を研磨パッド１０４に対して回転するのに必要な力を計量することができる。
【００１４】
プラテン１０２を使用して、処理期間に研磨パッド１０４を回転し、それによって研磨パッド１０４がパッド１０４上に配設された基板１１８の表面を平坦化（または「研磨」）する。研磨パッド１０４は研磨面を有する消耗品であり、プラテン１０２に固定することができる。プラテン１０２および研磨パッド１０４は、プラテン１０２にシャフト１１４により連結されるモータ１１２によって回転される。モータ１１２を使用して、研磨パッド１０４を、研磨ヘッド１０６内に保持される基板１１８に対して移動させる。図１に描かれる実施形態において、モータ１１２が、プラテン１０２に垂直な中心軸Ａの周りにＸ−Ｚ平面内でプラテン１０２を回転する。センサ１５０を使用して、プラテン１０２および研磨パッド１０４を、基板１１８および／またはコンディショナーアセンブリ１２２に対して、回転するのに必要な力を表す計量をすることができる。
【００１５】
研磨流体デリバリアーム１９０は、研磨期間に研磨流体を研磨パッド１０４の表面に提供する。研磨流体は、研磨材含有研磨スラリを含むことができ、または反応性であってよい、研磨材を有さない液体を含むことができる。
【００１６】
コンディショナーアセンブリ１２２は、一般に調整ヘッド１０８、シャフト１２６、およびアーム１２８を含む。シャフト１２６およびアーム１２８は、調整ヘッド１０８をプラテン１０２の上に支持する。調整ヘッド１０８は調整ディスク１２４を保持し、調整ディスク１２４は研磨パッド１０４と接触して選択的に配置され、研磨パッド１０４の表面を調整する。
【００１７】
シャフト１２６は、研磨器１００の機械基部１３０を貫通して配設される。シャフト１２６が機械基部１３０に垂直な軸Ｂの周りで回転することができ、機械基部１３０とシャフト１２６の間のベアリング１３２により回転が円滑にされ、それによってアーム１２８は調整ヘッド１０８を回転する。一実施形態において、シャフト１２６に連結される掃引アクチュエータ１４４は、シャフト１２６を回転し、アーム１２８を付勢して、調整ヘッド１０８を研磨パッド１０４にわたって掃引することができる。
【００１８】
コンディショナーアセンブリ１２２は、掃引トルクセンサ１４６をさらに含み、調整ディスク１２４を研磨パッド１０４の表面にわたって移動させるのに必要な掃引トルクを検出する。一実施形態において、掃引トルクセンサ１４６は、掃引アクチュエータ１４４に連結される、トルクまたは他の力のセンサであってよい。他の実施形態において、掃引トルクセンサ１４６は、掃引アクチュエータ１４４に連結される、電流センサまたは圧力センサであってよい。電流センサは、調整ディスク１２４と研磨パッド１０４の間の摩擦力が変化するとき、掃引アクチュエータ１４４により引き出される電流の変化を検出することができる。圧力センサは掃引アクチュエータ１４４と相互作用して、調整ディスク１２４と研磨パッド１０４の間の摩擦力が変化するとき、掃引アクチュエータ１４４を作動させるため使用される圧力の変化を検出することができる。別の実施形態において、掃引アクチュエータ１４４は、パッド調整掃引トルクの測定および制御のため、純粋なトルクのフィードバックを提供するように構成されるダイレクトドライブモータであってよい。さらに他の実施形態において、掃引トルクセンサ１４６は、調整ディスク１２４を研磨パッド１０４の表面にわたって移動するのに必要な力を表す計量を実施するのに好適な、任意の他のセンサであってよい。
【００１９】
調整ヘッド１０８は、調整ディスク１２４を、調整ディスク１２４を垂直に貫通して配設される軸Ｃの周りに回転する。調整ディスク１２４は、研磨パッド１０４の材料を調整するのに好適な材料から製造される。調整ディスク１２４は、ブラシ、ポリマーまたは研磨剤表面であってよい。一実施形態において、調整ディスク１２４は、ダイアモンドまたは他の比較的硬い物質などの研磨剤粒子を含む表面を有する。
【００２０】
一実施形態において、モータ１３４を使用して、調整ディスク１２４を研磨パッド１０４に対して回転させる。一実施形態において、モータ１３４は、アーム１２８の遠位端で、筐体１３６内に配設される。
【００２１】
センサ１３８は、調整ディスク１２４が研磨パッド１０４と接触するとき、調整ディスク１２４を軸Ｃの周りに回転させるのに必要なトルクまたは回転力を検出することができる。一実施形態において、センサ１３８は、筐体１３６内に配設することができる。一実施形態において、センサ１３８は、モータ１３４に連結される電流センサであってよい。電流センサは、調整ディスク１２４と研磨パッド１０４の間の摩擦力が変化するとき、モータ１３４により引き出される電流の変化を検出することができる。別の実施形態において、センサ１３８は、トルクセンサ、偏差センサ、または歪みゲージであってよく、モータと調整ヘッドの間のドライバトレーンに配置され、調整ヘッド上の摩擦により生じるドライバトレーン上の力を測定することができる。
【００２２】
ダウンフォースアクチュエータ１４０を使用して、調整ディスク１２４を研磨パッド１０４に対して付勢する。ダウンフォースアクチュエータ１４０は、調整ディスク１２４により研磨パッド１０４に加えられる力を選択的に設定するように構成される。一実施形態において、ダウンフォースアクチュエータ１４０は、アーム１２８とシャフト１２６の間、または他の好適な場所に配設することができる。
【００２３】
ダウンフォースセンサ１４２を使用して、研磨パッド１０４に対して加えられる、調整ディスク１２４のダウンフォースを表す計量を検出する。一実施形態において、ダウンフォースセンサ１４２は、ダウンフォースアクチュエータ１４０と一列に配置することができ、または他の好適な場所に配置することができる。
【００２４】
一実施形態において、研磨器１００は、調整ヘッド１０８に連結されるパッド厚センサ（図示せず）を任意選択で含むことができる。パッド厚センサは、プラテン１０２上に配設される研磨パッドの厚さを検出するようになされ得る。パッド厚センサを使用して、プラテン１０２上に配設される研磨パッド１０４の寿命の終わりを決定することができる。一実施形態において、パッド厚センサを使用して、調整ダウンフォースを制御するため、コントローラ１５２に追加のフィードバック信号をさらに提供することができる。
【００２５】
一般的に、コントローラ１５２を使用して、１つまたは複数の構成要素および研磨器１００で実施されるプロセスを制御する。一実施形態において、コントローラ１５２は、処理期間に基板１１８から除去される材料の速度を制御するフィードバック信号として、感覚データを使用することができる。コントローラ１５２は、様々な構成要素との間で信号を送受信するため、研磨器１００と様々な点で結合されてよい。例えば、コントローラ１５２は、モータ１１２、１２０、１３４、掃引アクチュエータ１４４、およびダウンフォースアクチュエータ１４０に制御信号を送信し、センサ１３８、１４２、１４６、１４８、１５０により検出される力に応じた信号を受信することができる。
【００２６】
コントローラ１５２は、一般的に、研磨器１００の制御および自動化を容易にするように設計され、典型的には、中央処理装置（ＣＰＵ）１５４、メモリ１５６、および支持回路（またはＩ／Ｏ）１５８を含む。ＣＰＵ１５４は、様々なシステム機能、基板の移動、チャンバプロセス、プロセスタイミングおよび支持ハードウェア（例えば、センサ、ロボット、モータ、タイミングデバイスなど）を制御するための産業用の設定で使用される、任意の形のコンピュータプロセッサのうちの１つであり、プロセス（例えば、化学的濃度、処理変数、チャンバプロセス時間、Ｉ／Ｏ信号など）をモニタすることができる。メモリ１５６は、ＣＰＵ１５４に接続され、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク（登録商標）、ハードディスク、またはローカルもしくはリモートの任意の他の形のデジタルストレージなど、容易に入手可能なメモリのうちの１つまたは複数であってよい。ソフトウェア命令およびデータは、ＣＰＵ１５４に命令するために、メモリ内に符号化され、記憶されてよい。支持回路１５８は、通常のやり方でプロセッサを支持するために、やはりＣＰＵ１５４に接続される。支持回路１５８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ことができる。コントローラ１５２により読取り可能なプログラムまたはコンピュータ命令によって、どのタスクが基板上で実施可能であるか決定する。好ましくは、プログラムは、研磨器１００内の基板を、監視、移動の実行および制御、支持、および／または配置することに関するタスクを実施するコードを含む、コントローラ１５２により読取り可能なソフトウェアである。一実施形態において、コントローラ１５２を使用して、ロボットデバイスを制御し、研磨器１００の戦略的な移動、スケジューリングおよび稼働を制御して、プロセスを反復可能にし、キュータイミング問題を解決し、基板の過処理または処理不足を防止させる。
【００２７】
図２に例示するように、動作において、研磨流体デリバリアーム１９０によって、研磨パッド１０４の表面に研磨流体２０２が提供される。研磨ヘッド１０６は、基板１１８を研磨パッド１０４に対して付勢する。研磨流体２０２が存在する状態で、回転する研磨パッド１０４の表面と接触することにより、基板１１８の表面を平坦化する。一実施形態において、以下に記載の態様にしたがって、基板を平坦化するために研磨パッド１０４を操作して、除去速度と呼ばれることがある、所定の速度で基板の表面から材料を除去することができる。
【００２８】
基板１１８を平坦化する前、平坦化する期間、および／または平坦化した後で、研磨パッド１０４を調整することができる。調整期間に、調整ヘッド１０８は、調整ディスク１２４を、予め規定されたダウンフォースで研磨パッド１０４に対して付勢する。調整ディスク１２４は、研磨パッド１０４の全体にわたって前後に掃引しながら、研磨パッド１０４の表面に対して回転する。調整ディスクと研磨パッドの間で接触することによって、研磨パッドの表面に、基板の除去速度を維持するために好適な肌理を与える。調整ディスク１２４と研磨パッド１０４の相互作用によって、以下に記載されるように検出され得る、摩擦力を発生する。一実施形態において、研磨パッドの除去速度および調整ディスク上に作用させる摩擦力は、調整ダウンフォースと直接関係する場合がある。そのため、除去速度は、具体的なダウンフォースに関して観察される摩擦力に基づいて推定することができる。
【００２９】
図３は、本開示の態様にしたがって、研磨器１００を使用して実施することができる、方法３００の流れ図である。方法３００が他の好適なＣＭＰシステムおよび装置を使用して実施され得ることが企図される。
【００３０】
３０２において、調整ディスク１２４は、ダウンフォースを使用して研磨パッド１０４に対して付勢される。研磨パッド１０４に対する調整ディスク１２４のダウンフォースを測定して、フォースアクチュエータ１４０にフィードバックを提供することができる。一実施形態において、ダウンフォースは、ダウンフォースセンサ１４２によって提供される計量を使用して測定される。測定されたダウンフォースは、調整ヘッド１０８の重量を考慮に入れることができる。
【００３１】
３０４において、調整ディスク１２４を研磨パッド１０４に対して動かすために必要な力が測定される。調整ディスク１２４を研磨パッド１０４に対して動かすために必要な力は、本明細書において、力またはトルクのいずれかとして規定される。一実施形態において、調整ディスクを研磨パッドにわたって掃引するのに必要な力またはトルクは、掃引トルクセンサによって提供される計量を使用して測定される。掃引トルクは、調整ディスクと研磨パッドの一方または両方が磨耗し、かつ／またはプロセス状態が変化するため、調整ディスクと研磨パッドの間の抵抗性の摩擦力が変化する結果として、経時変化する場合がある。調整プロセスが経時的に変化しない場合、調整ディスクが磨耗し、調整ディスクの有効な切除速度が徐々に減少するので、測定された掃引トルクは、調整ディスクの耐用年数にわたって減少する可能性がある。そのため、以下に記載の態様にしたがって、フィードバック信号として掃引トルクを使用することにより、ダウンフォースが調節されて、磨耗した調整ディスクを補償し、このことにより、調整プロセスを改善して一定の除去速度を維持することができる。別の実施形態において、調整ディスク１２４と研磨パッド１０４の間の摩擦力によって、調整ディスク１２４および／または研磨パッド１０４のうちの少なくとも１つを回転するために必要な力の変化を監視することにより検出できる、抵抗性の力が発生する。別の実施形態において、基板１１８と研磨パッド１０４の間の摩擦力によって、上記のセンサ１３８、１４２、１４６、１４８および１５０のうちの１つまたは複数によって測定され得る抵抗性の力が発生する。一実施形態において、上記の摩擦力のうちのいずれかが、一定の除去速度を維持するためのフィードバック信号として使用可能であることが理解される。
【００３２】
３０６において、３０４で測定された力が、モデルフォースプロファイル（ＭＦＰ）と比較され、均一な除去を維持するのに必要なダウンフォースの変化を決定する。トルクが３０６で測定された力である場合、ＭＦＰはモデルトルクプロファイル（ＭＴＰ）である。簡潔にするために、本明細書においてＭＦＰへの言及は、適用可能なときにはＭＴＰが意図される。一実施形態において、コントローラが測定された力またはトルクをモデルフォースプロファイルと比較し、ダウンフォースの変化を決定することができる。一実施形態において、基板からの材料の一定の除去速度を維持するのに好適な、新しいダウンフォースは、ＭＦＰに基づいて計算することができる。一実施形態において、新しいダウンフォースは、基板の処理期間に、閉ループ制御ルーチンとして使用することができる。別の実施形態において、新しいダウンフォース値は、処理される次の基板で、フィードバック制御ルーチンとして使用することができる。測定された力の量と所望の除去速度が与えられれば、ＭＦＰによって、新しいダウンフォースを計算することが可能になる。ほとんどの応用において、一定の除去速度を維持することをともなうＭＦＰは非線形であり、したがって、トルクの変化は、ダウンフォースの変化に線形に比例しないことが決定された。いくつかのプロセス条件では、トルクの変化が、ダウンフォースの変化に線形に比例する場合があることが意図される。
【００３３】
一実施形態によれば、新しいダウンフォースは、研磨パッドの耐用年数を改善するように決定することができる。研磨パッドの磨耗は、初期ダウンフォースの減少を決定することにより少なくすることができるが、それでも、減少した初期ダウンフォースは、指定された掃引トルクターゲットを達成するのに好適である。過調整に起因する過剰な研磨パッドの磨耗は、調整ディスクが新しいとき、減少した初期ダウンフォース値を使用することにより避けることができ、調整ディスクの表面が磨耗するにつれ、ダウンフォースを増加して研磨性能を維持することができる。
【００３４】
３０８において、ダウンフォースは、測定された力とＭＦＰの間の差に応じて調節することができる。一実施形態において、ダウンフォースは、測定されたトルクとＭＦＰの間の差に応じて調節することができる。一実施形態において、制御信号がダウンフォースアクチュエータに送信され、調整ディスク上に作用させるダウンフォースを増加することができる。別の実施形態において、制御信号がダウンフォースアクチュエータに送信され、研磨パッドおよび調整ディスク上の過剰な磨耗を減らすためダウンフォースを減少することができる。ダウンフォースアクチュエータによって加えられるダウンフォースの量を制限するため、ダウンフォースの上限を事前定義できることが意図される。
【００３５】
基板が現在処理を受けている一方で、新しいダウンフォースを、閉ループ制御ルーチンとして調節することができ、または処理される次の基板のため、新しいダウンフォースを、フィードバック制御ルーチンとして調節することができる。
【００３６】
ＭＦＰは、経験的な証拠、以前の実験および試験、モデリング、計算を介して生成することができ、またはＭＦＰは、調整ディスクの仕様とともに参照曲線として提供することができる。一般的に、調整ディスクが古くなるにつれて、除去速度、掃引トルク、およびダウンフォースの間の関係を導き出せることが、判断されてきた。調整ディスクの表面がよりひどく磨耗するにつれ、その結果として、固定の調整ダウンフォースに関して、除去速度が減少する。したがって、研磨パッド表面の、同じレベルの崩壊または再生を提供するため、より大きなダウンフォース値が使用されることとなり、一定の除去速度を維持するため、調整ダウンフォースは、定期的に増加されてよい。
【００３７】
いくつかの態様にしたがって、掃引トルクと調整ダウンフォースの間の関係は、調整ディスクを継続して使用した場合と同様の傾向にしたがう場合があることも判断されてきた。固定の調整ダウンフォースに関し、調整ディスクと研磨パッドの間の摩擦力は、調整ディスクの研磨剤表面が磨耗するにつれて減少し、その結果、掃引アクチュエータが経験するトルクが減少することとなる。掃引トルクの減少は、研磨剤表面の磨耗に起因する、パッド調整の有効性の減少を示し得る。同様に、除去速度と調整掃引トルクの間の関係が調整ディスクの寿命について導き出すことも、判断されてきた。磨耗した調整ディスクは、研磨パッドを有効に調整しない可能性があり、このことによって、時間が経つと除去速度が下がる結果となる。
【００３８】
いくつかの態様にしたがって、ＭＦＰは、２つの異なるデータの組の分析を使用して開発することができる。第１のデータの組は、調整ディスクを磨耗の異なる段階で使用することで実施される実験の設計を使用して、導出することができる。掃引トルクの２乗平均（ＲＭＳ）を、あらゆるダウンフォース条件で、ブランケット基板除去速度とともに測定することができる。第２のデータセットは、ダウンフォースが、手動ＣＬＣを使用して、ステップワイズなやり方で変化される、ブランケット基板のマラソン走であってよい。一実施形態において、加えられるダウンフォースは、２，５００枚の基板を処理するうちに、３ｌｂのダウンフォースで開始してよく、１１ｌｂのダウンフォースに増加してよい。掃引トルクのＲＭＳはあらゆる基板で測定してよく、一方ブランケットＲＲはより少ない頻度で測定してよい。これら２つのデータの組を組み合わせることができ、最小２乗推定技法または任意の他の好適なデータフィッティング技法を使用して、ＲＭＳ掃引トルク（Ｔ）、ダウンフォース（ＤＦ）、およびブランケットＲＲの間のモデルフォースプロファイルを推定することができる。一実施形態において、モデルの構成は、以下であってよい。
【００３９】
【数１】
2013526057.tif 000003
【００４０】
上式で、ａおよびｂは、最小２乗推定から得られる定数である。一特定の例において、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌにより製造される、低ダウンフォース調整アームを使用する酸化物ＣＭＰシステム用に計算される値ｂおよびａは、それぞれ、０．２２８および０．３である。定数ｂおよびａは、条件の中でも、特定のパッド材料、研磨流体、研磨される基板材料に関して選択することができる。
【００４１】
式１は、以下のようにも書くことができる。
【００４２】
【数２】
2013526057.tif 000004
【００４３】
定数ＲＲ＝ｋについては、式を以下のように簡略化することができる。
【００４４】
【数３】
2013526057.tif 000005
【００４５】
【数４】
2013526057.tif 000006
【００４６】
【数５】
2013526057.tif 000007
【００４７】
式５は、一定の除去速度を達成する、ダウンフォースの関数としてのターゲット掃引トルクに関するモデルフォースプロファイルを例示する。
【００４８】
かくして、調整ディスクの寿命にわたって一定の除去速度を維持するための、方法論が提供された。本発明の実施形態は、有利なことに、調整の有効性のロスを補償し、所望のプロセス性能を維持する。方法論は、稼働しているプロセスとしてまたはフィードバックルーチンとしてインシトゥで使用して、実質的にプロセスのドリフトをなくすことができる。加えて、本発明の実施形態は、有利なことに、依然として指定の掃引トルクターゲットを達成するのに十分である、減少したダウンフォースを決定することにより、研磨パッドの有用な耐用年数を延ばす。したがって、本発明の実施形態は、有利なことに、例えば調整ディスクが新しく、新鮮な研磨剤であるとき、過調整に起因する過剰な研磨パッドの磨耗を減少する。いくつかの実施形態によれば、パッドの耐用年数は、従来型の手法を２０％から６０％改善することができる。同様に、本発明の実施形態は、有利なことに、調整ディスクの有用な耐用年数を増加することが理解される。
【００４９】
上記が本発明の実施形態を対象とする一方で、本発明の他のさらなる実施形態を、本発明の基本範囲から逸脱することなく考案することができ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲により決定される。例えば、上記は、調整ディスクの掃引トルクに注目した本発明の実施形態に関するが、他のモータまたはアクチュエータにおけるトルクなどの、ＣＭＰシステム全体にわたって測定されたトルクを使用して、研磨器を制御するためのモデルフォースプロファイルを決定できることが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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