(57)【要約】  研磨モジュールのキャリアヘッドに配置された保持リングの表面の状態をモニタするための方法および装置が説明される。１つの実施形態では、装置が提供される。この装置は、基板がキャリアヘッドに保持されているとき基板を研磨するための少なくとも１つの研磨ステーションと、保持リングを有するキャリアヘッドにおよびそれから基板を移送するための移送ステーションとの間で移動経路において移動可能なキャリアヘッドと、キャリアヘッドの移動経路に配置され、保持リングの状態を示すメトリックを提供するように動作可能なセンサとを含む。
2013532588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板がキャリアヘッドに保持されているとき前記基板を研磨するための少なくとも１つの研磨ステーションと、保持リングを有する前記キャリアヘッドにおよびそれから前記基板を移送するための移送ステーションとの間で移動経路において移動可能なキャリアヘッドと、
前記キャリアヘッドの前記移動経路に配置され、前記保持リングの状態を示すメトリックを提供するように動作可能なセンサと
を備える装置。
【請求項２】
前記センサが超音波センサである、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記センサが渦電流センサである、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記センサが光センサである、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記移送ステーションの本体に配置され、前記保持リングが前記移送ステーションの前記本体に位置合わせされるとき前記保持リングの方に光を誘導するように位置づけられた複数の導波路を、前記センサが備える、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記センサが送信機と受信機とを備える、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記移送ステーションが、水源と流体連通する１つまたは複数のノズルを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記移送ステーションが、流体を含むように成形される本体を備える、請求項２に記載の装置。
【請求項９】
前記基板が第１の半径を含み、前記センサが前記第１の半径よりも大きい第２の半径で位置づけられる、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
キャリアヘッドに結合された保持リングの少なくとも１つの表面をモニタする方法であって、
研磨モジュールに配置されたセンサデバイスの近傍にキャリアヘッドを移動させるステップと、
前記センサデバイスからのエネルギーを前記保持リングの方に送出するステップと、
前記保持リングから反射されたエネルギーを受け取るステップと、
前記受け取ったエネルギーに基づいて前記保持リングの状態を決定するステップと
を含む方法。
【請求項１１】
前記送出され受け取られるエネルギーが音波である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記送出され受け取られるエネルギーが光信号である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記送出され受け取られるエネルギーが磁界である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記エネルギーが液体により送出され受け取られる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記研磨モジュールに配置されたロードカップアセンブリの近傍に前記キャリアヘッドを移動させるステップであり、前記センサデバイスが前記ロードカップアセンブリの本体に配置される、ステップをさらに含む、請求項１０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、半導体基板などの基板を研磨するための研磨システムに関する。より詳細には、本発明の実施形態は、研磨システムの構成要素をモニタするための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学機械研磨（ＣＭＰ）は、高密度集積回路の製造において、基板に堆積された材料の層を平坦化または研磨するために一般に使用される１つのプロセスである。基板は、研磨システムの研磨ステーションに用意され、基板を可動研磨パッドに制御可能に押しつけるキャリアヘッドに保持されうる。基板のフィーチャ側と研磨パッドとの間を接触させ、研磨流体が存在している間研磨パッドに対して基板を移動させることによって、ＣＭＰは効果的に使用される。材料は、研磨表面に接触している基板のフィーチャ側から化学的および機械的作用の組合せにより除去される。
【０００３】
基板を囲み、キャリアヘッドに基板を保持しやすくすることができる保持リングをキャリアヘッドは一般に含む。保持リングの１つまたは複数の表面は、一般に、研磨の間研磨パッドに接触する。保持リングは多数の基板の研磨に耐えるように適合されるが、研磨パッドに接触している表面は摩耗を受け、保持リングの定期的な交換が必要である。したがって、摩耗をモニタし、交換時間間隔を決定するために、保持リングの検査が必要である。
【０００４】
従来の検査方法は多くの時間を要し、ステーションの構成要素を物理的に取り扱う要員を必要とし、研磨システムの運転停止を必要とする。さらに、従来の方法は、研磨ステーションの部分的な分解とステーションからのキャリアヘッドの取り出しとを必要とすることがあり、それにより、システム内の他の構成要素が汚染にさらされることがある。
【０００５】
したがって、物理的な保持リングの取扱いまたは研磨システムの運転停止を必要とすることなしに保持リングをモニタしやすくする方法および装置が必要である。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、概して、保持リングの状態を決定し、かつ／または保持リングの寿命を評価するために研磨システム内の保持リングをモニタしやすくする方法および装置を提供する。１つの実施形態では、装置が提供される。この装置は、基板がキャリアヘッドに保持されているとき基板を研磨するための少なくとも１つの研磨ステーションと、保持リングを有するキャリアヘッドにおよびそれから基板を移送するための移送ステーションとの間で移動経路において移動可能なキャリアヘッドと、キャリアヘッドの移動経路に配置され、保持リングの状態を示すメトリックを提供するように動作可能なセンサとを含む。
【０００７】
別の実施形態では、基板移送デバイスと少なくとも１つのキャリアヘッドとの間で基板を移送するために研磨モジュールに配置された移送ステーションが提供される。移送ステーションは、基板、および少なくとも１つのキャリアヘッドに結合される保持リングの少なくとも一部を受け取るように大きさを合わされる本体を有するロードカップアセンブリと、本体に配置され、保持リングの状態を示すメトリックを提供するように動作可能なセンサとを含み、基板は第１の半径を含み、センサは第１の半径よりも大きい第２の半径で本体に位置づけられる。
【０００８】
別の実施形態では、キャリアヘッドに結合された保持リングの少なくとも１つの表面をモニタする方法が提供される。この方法は、研磨モジュールに配置されたセンサデバイスの近傍にキャリアヘッドを移動させるステップと、センサデバイスからのエネルギーを保持リングの方に送出するステップと、保持リングから反射されたエネルギーを受け取るステップと、受け取ったエネルギーに基づいて保持リングの状態を決定するステップとを含む。
【０００９】
別の実施形態では、キャリアヘッドに結合された保持リングの少なくとも１つの表面をモニタする方法が提供される。この方法は、研磨モジュールに配置されたロードカップアセンブリの近傍にキャリアヘッドを移動させるステップであり、センサデバイスがロードカップアセンブリの本体に配置される、ステップと、保持リングがセンサデバイスの視線内にあるとき、センサデバイスからのエネルギーを保持リングの表面の方に送出するステップと、表面から反射されたエネルギーを受け取るステップと、受け取ったエネルギーに基づいて保持リングの厚さを決定するステップとを含む。
【００１０】
別の実施形態では、キャリアヘッドに結合された保持リングの少なくとも１つの表面をモニタする方法が提供される。この方法は、研磨モジュールに配置されたロードカップアセンブリの近傍にキャリアヘッドを移動させるステップであり、センサデバイスがロードカップアセンブリの本体に配置される、ステップと、保持リングをすすぐステップと、保持リングがセンサデバイスの視線内にあるとき、センサデバイスからのエネルギーを保持リングの表面の方に送出するステップと、表面から反射されたエネルギーを受け取るステップと、受け取ったエネルギーに基づいて保持リングの厚さを決定するステップとを含む。
【００１１】
別の実施形態では、装置が提供される。この装置は、基板がキャリアヘッドに保持されているとき基板を研磨するための少なくとも１つの研磨ステーションと、保持リングを有するキャリアヘッドにおよびそれから基板を移送するための移送ステーションとの間で移動経路において移動可能なキャリアヘッドと、キャリアヘッドの移動経路に配置され、保持リングの状態を示すメトリックを提供するように動作可能なセンサとを含む。
【００１２】
別の実施形態では、基板移送デバイスと少なくとも１つのキャリアヘッドとの間で基板を移送するために研磨モジュールに配置された移送ステーションが提供される。移送ステーションは、基板、および少なくとも１つのキャリアヘッドに結合される保持リングの少なくとも一部を受け取るように大きさを合わされる本体を有するロードカップアセンブリと、本体に配置され、保持リングの状態を示すメトリックを提供するように動作可能なセンサとを含み、基板は第１の半径を含み、センサは第１の半径よりも大きい第２の半径で本体に位置づけられる。
【００１３】
本発明の上述の特徴を詳細に理解することができるように、上述で簡単に要約された本発明のより詳細な説明が実施形態を参照して行われ、その実施形態のうちのいくつかが添付図面に示される。しかし、添付図面は、本発明の典型的な実施形態のみを示しており、したがって、本発明の範囲を限定するものと見なされるべきではなく、本発明は他の同等に有効な実施形態を許容することができることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】研磨システムの１つの実施形態の平面図である。
【図２】図１の研磨システムで利用することができる移送ステーションの１つの実施形態の部分断面図である。
【図３】図１の研磨システムで利用することができる移送ステーションの別の実施形態の概略断面図である。
【図４】図１の研磨システムで利用することができる移送ステーションの別の実施形態の概略断面図である。
【図５】Ａは保持リングの１つの実施形態の部分平面図であり、Ｂは図１の研磨システムで利用することができる移送ステーションの別の実施形態の概略断面図である。
【図６】図１の研磨システムで利用することができる移送ステーションの別の実施形態の概略断面図である。
【図７】方法の１つの実施形態を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
理解しやすくするために、可能な場合、図に共通な同一の要素を示すのに同一の参照番号が使用される。１つの実施形態で開示されている要素は、特別な記述なしに他の実施形態で有利に利用できることが企図されている。
【００１６】
本発明は、概して、保持リングの摩耗を決定し、かつ／または保持リングの寿命を評価するための研磨システム内の保持リングのモニタリングを容易にする方法および装置を提供する。保持リングの物理的な取扱いまたは研磨システムの運転停止を必要とすることなしに、保持リングをモニタするオンツールモニタデバイスが説明される。さらに、モニタデバイスからのデータはコントローラに供給され、後続の研磨プロセスを調整するのに利用されうる。
【００１７】
図１は、研磨モジュール１０５および基板移送デバイスを有し、電気化学機械研磨および／または化学機械研磨に好適である研磨システム１００の平面図である。研磨モジュール１０５は、環境制御された筐体１１５に配置された第１の研磨ステーション１１０Ａ、第２の研磨ステーション１１０Ｂ、および第３の研磨ステーション１１０Ｃを含む。カルーセル１２５などの基板移送デバイスは、研磨ステーション１１０Ａ、１１０Ｂ、および１１０Ｃの間で基板を移動させる。研磨ステーション１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃのいずれも平坦化または研磨プロセスを行い、基板のフィーチャ側から材料を除去してフィーチャ側に平面表面を形成することができる。モジュール１０５は、カリフォルニア州、サンタクララにあるＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，  Ｉｎｃ．から入手できるＲＥＦＬＥＸＩＯＮ（登録商標）、ＲＥＦＬＥＸＩＯＮ（登録商標）  ＬＫ、ＲＥＦＬＥＸＩＯＮ（登録商標）  ＬＫ  ＥＣＭＰ（商標）、ＭＩＲＲＡ  ＭＥＳＡ（登録商標）、およびＲＥＦＬＥＸＩＯＮ  ＧＴ（商標）研磨システムなどのより大きい研磨システムの一部とすることができるが、他の研磨システムを利用することができる。他のタイプの研磨パッド、ベルト、割り出し可能なウエブタイプのパッド、またはそれらの組合せを使用するものと、研磨表面に対して基板を回転、直線、または他の平面の動きで移動させるものとを含む他の研磨モジュールは、やはり、本明細書で説明される実施形態から利益を得るように適合することができる。
【００１８】
１つの実施形態では、研磨モジュール１０５の１１０Ａ〜１１０Ｃの研磨ステーションの各々は従来の化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスを行うように構成される。代替として、第１の研磨ステーション１１０Ａは電気化学機械平坦化（ＥＣＭＰ）プロセスを行うように適合することができ、一方、第２の研磨ステーション１１０Ｂおよび第３の研磨ステーション１１０ＣはＣＭＰプロセスを行うことができる。プロセスの１つの実施形態では、基板内に形成され、バリア層で覆われたフィーチャ輪郭と、バリア層の上に配置された導電性材料とを有する基板は、第１と第２の研磨ステーション１１０Ａ、１１０Ｂの２段階でＣＭＰプロセスによって除去される導電性材料を、基板上に平坦化された表面を形成するために第３のステーション１１０Ｃで第３のＣＭＰプロセスによって処理されるバリア層とともに有することができる。
【００１９】
１つの実施形態では、システム１００は、研磨ステーション１１０Ａ、１１０Ｂ、および１１０Ｃと、移送ステーション１２０と、カルーセル１２５とを支持するモジュール基部１１８を含む。研磨ステーション１１０Ａ、１１０Ｂ、および１１０Ｃの各々は、研磨プロセスの間研磨表面１７５に研磨流体を供給するように適合された研磨流体デリバリアーム１２８を含む。複数の調整デバイス１３０がモジュール基部１１８に結合されて示されており、研磨ステーション１１０Ａ、１１０Ｂ、および１１０Ｃの各々に対して調整デバイス１３０を選択的に配置するために方向Ａに移動可能である。移送ステーション１２０は、一般に、湿式ロボット１４０を介して基板１３５をシステム１００におよびそれから移送しやすくする。湿式ロボット１４０は、一般に、移送ステーション１２０とファクトリインターフェース（図示せず）との間で基板１３５を移送し、ファクトリインターフェースは洗浄モジュール、計測デバイス、および１つまたは複数の基板ストレージカセットを含むことができる。移送ステーション１２０は、第１のバッファステーション１４５、第２のバッファステーション１５０、移送ロボット１５５、およびロードカップアセンブリ１６０を備える。移送ロボット１５５は、第１のバッファステーション１４５と、第２のバッファステーション１５０と、ロードカップアセンブリ１６０との間で基板を移送する。ロードカップアセンブリ１６０は、コントローラに結合されているモニタデバイス１６２を含む。
【００２０】
カルーセル１２５は複数のアーム１７０を含み、各アーム１７０はキャリアヘッド１６５Ａ〜１６５Ｄを支持する。キャリアヘッド１６５Ｃおよび１６５Ｄならびに２つのアーム１７０の一部は、移送ステーション１２０および研磨ステーション１１０Ｃの研磨表面１７５を見ることができるように仮想線で示されている。研磨表面１７５は、回転可能なプラテン（この図には図示せず）に配置されたパッドアセンブリの上部表面を備える。キャリアヘッド１６５Ａ〜１６５Ｄの各々はアクチュエータ１６８を含む。カルーセル１２５は、移送ステーション１２０と研磨ステーション１１０Ａ、１１０Ｂ、および１１０Ｃとの間でキャリアヘッド１６５Ａ〜１６５Ｄを移動させ、アクチュエータ１６８は、カルーセル１２５に対してキャリアヘッド１６５Ａ〜１６５Ｄを移動させるように適合される。カルーセル１２５は、キャリアヘッド１６５Ａ〜１６５Ｄが、ユーザによって定義されたシーケンスで研磨ステーション１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃと移送ステーション１２０との間で移動されうるように割り出し可能である。キャリアヘッド１６５Ａ〜１６５Ｄの各々は、研磨プロセスの間１つの基板１３５を研磨ステーション１１０Ａ〜１１０Ｃに保持する。研磨ステーション当たり１つを超えるキャリアヘッドを含むＲＥＦＬＥＸＩＯＮ  ＧＴ（商標）研磨システムなどの他の研磨モジュールは、やはり、本明細書で説明される実施形態から利益を得るように適合することができる。キャリアヘッド１６５Ａ〜１６５Ｄの各々は各アーム１７０の長手軸に移動可能である。研磨済み基板１３５は、移送ステーション１２０で各キャリアヘッド１６５Ａ〜１６５Ｄから移送することができる。さらに、未研磨基板１３５は移送ステーション１２０で各キャリアヘッド１６５Ａ〜１６５Ｄに移送することができる。キャリアヘッド１６５Ｄに関連して示されているように、キャリアヘッド１６５Ｄは、破線で示された移動経路１６４でアーム１７０の長手軸に沿って移動可能であり、それにより、キャリアヘッド１６５Ｄはロードカップアセンブリ１６０にアクセスし、基板の移送を容易にすることができる。
【００２１】
１つの実施形態では、カルーセル１２５が左回り方向（方向Ｂ）に連続して進められ、研磨ステーション１１０Ａ〜１１０Ｃおよび移送ステーション１２０の上にキャリアヘッド１６５Ａ〜１６５Ｄを移動させる。処理の間、４つのキャリアヘッド１６５Ａ〜１６５Ｄのうちの３つは、その中に保持された基板を有し、研磨ステーション１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃの上に配置され、その上で研磨プロセスが行われる。基板１３５は、同じキャリアヘッド１６５Ａ〜１６５Ｄに保持されながらステーション間で基板が移動されることによって連続して処理される。１つの例では、３つのキャリアヘッド１６５Ａ〜１６５Ｃは基板を含み、研磨ステーション１１０Ａ、１１０Ｂ、および１１０Ｃの研磨表面１７５の方に基板１３５を押しつける。研磨の間、基板を含むキャリアヘッド１６５Ａ〜１６５Ｃは右回り方向（方向Ｃ）に回転され、一方、研磨表面１７５は左回り方向（方向Ｄ）に回転される。
【００２２】
この例ではキャリアヘッド１６５Ａ〜１６５Ｃとして示されている３つのキャリアヘッドがステーション１１０Ａ〜１１０Ｃで利用されているので、キャリアヘッド１６５Ｄは、基板移送プロセスが行われる移送ステーション１２０に隣接している。キャリアヘッド１６５Ｄは、３つのキャリアヘッド１６５Ａ〜１６５Ｃが研磨プロセスを行っているので、ある期間の間活動停止とすることができる。この期間中、キャリアヘッド１６５Ｄは、移送ステーション１２０において、次のサイクルに研磨ステーション１１０Ａで使用するように準備される。キャリアヘッド１６５Ｄは移動経路１６４に沿って進み、移送ステーション１２０の非常に近くに存在することができる。キャリアヘッド１６５Ｄが移送ステーション１２０に存在する間に、キャリアヘッド１６５Ｄは、研磨済み基板１３５を取り出し、洗浄され、研磨ステーション１１０Ａでの研磨プロセスのための新しい未研磨基板１３５を受け取ることができる。１つの実施形態では、キャリアヘッド１６５Ｄは、移送ステーション１２０に配置されたモニタデバイス１６２を使用して検査される。
【００２３】
研磨表面１７５は基板１３５から材料を機械的に除去しやすくするために粗化される。研磨パッドの研磨表面１７５はポリマー材料とすることができ、ポリマー材料は研磨プロセスの間の基板１３５からの材料の除去を容易にするためにもっぱら誘電体とすることができる。代替として、研磨パッドの研磨表面１７５は、電気化学機械研磨（ＥＣＭＰ）プロセスにおける基板からの材料の電気化学溶解を容易にするために少なくとも部分的に導電性とすることができる。使用することができる好適なポリマー材料には、ポリウレタン、ポリカーボネート、フルオロポリマー、ＰＴＦＥ、ＰＴＦＡ、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、またはそれらの組合せ、および基板表面の研磨で使用される他の研磨材料が含まれる。１つの実施形態では、研磨パッドの研磨表面１７５は、半導体基板の研磨で有用な研磨パッドの製造で一般に使用される開放気孔または閉鎖気孔ポリウレタン材料などのポリマー材料を含む。別の実施形態では、研磨パッドの研磨表面１７５は固定研磨剤を含むことができる。研磨流体は、一般に、研磨の間研磨パッドの研磨表面１７５に供給される。研磨流体は、研磨プロセスおよび使用される研磨パッドのタイプに応じてスラリまたは電解質流体とすることができる。
【００２４】
図２は、図１の移送ステーション１２０の１つの実施形態の部分断面図である。前述のように、移送ステーション１２０は、第１のバッファステーション１４５に隣接するロードカップアセンブリ１６０を含む。第１のバッファステーション１４５は、基板１３５を支持するように構成される入力または出力バッファステーションとすることができる。移送ロボット１５５は、第１のバッファステーション１４５と、基板をキャリアヘッド１６５Ｄに移送しやすくするロードカップアセンブリ１６０との間で基板１３５を移送する。
【００２５】
１つの実施形態では、第１のバッファステーション１４５は研磨済み基板１３５を支持して、湿式ロボットロボット１４０（図１）が後続の研磨および／またはストレージのためにファクトリインターフェースに基板１３５を移送することができるようにする。別の実施形態では、第１のバッファステーション１４５は未研磨基板１３５を支持して、キャリアヘッド１６５Ｄが、研磨ステーション１１０Ａで研磨するために基板１３５を受け取ることができるようにする。１つの実施形態では、移送ロボット１５５は、第１のバッファステーション１４５とロードカップアセンブリ１６０との間で基板１３５を移送して、キャリアヘッド１６５Ｄが図２に仮想線で示したように基板１３５を受け取ることができるように構成される。
【００２６】
キャリアヘッド１６５Ｄはシャフト２００に結合され、シャフト２００は、アーム１７０に対して直線運動（Ｘおよび／またはＹ方向）でキャリアヘッド１６５Ｄを横方向に移動するように構成されたモータ２１５に結合される。キャリアヘッド１６５Ｄは、アーム１７０に対してＺ方向にキャリアヘッド１６５Ｄを上昇または下降させるためにアクチュエータまたはモータ２１０をさらに含む。キャリアヘッド１６５Ｄは、さらに、アーム１７０に対して回転軸のまわりにキャリアヘッド１６５Ｄを回転させるように適合される回転アクチュエータまたはモータ２２０に結合される。キャリアヘッド１６５Ｄに配置されたモータ２１０、２１５、および２２０は、さらに、研磨パッドの研磨表面１７５（図１）に対してキャリアヘッド１６５Ｄを移動させるように構成される。１つの実施形態では、モータ２１０、２１５、および２２０は、回転研磨表面１７５に対してキャリアヘッド１６５Ｄを回転させ、ならびに処理の間研磨パッドの研磨表面１７５に対してキャリアヘッド１６５Ｄに保持された基板１３５を押しつけるように下向きの力を与えるように構成される。図２に示されたキャリアヘッド１６５Ｄの構造および動作は図１のキャリアヘッド１６５Ａ〜１６５Ｃを代表しており、キャリアヘッド１６５Ａ〜１６５Ｃは簡潔にするためにこれ以上説明されない。
【００２７】
キャリアヘッド１６５Ｄは、保持リング２３０によって囲まれた本体２２５を含む。キャリアヘッド１６５Ｄは、可撓性膜２４０に隣接する１つまたは複数のブラダ２３５Ａ、２３５Ｂをさらに含む。可撓性膜２４０は、基板１３５がキャリアヘッド１６５Ｄに保持されているとき基板１３５の裏側に接触する。ブラダ２３５Ａおよび２３５Ｂは、可撓性膜２４０に力を加えるためにブラダ２３５Ａおよび２３５Ｂに流体を選択的に供給する第１の可変圧力源２４５Ａに結合される。１つの実施形態では、ブラダ２３５Ａは可撓性膜２４０の外側ゾーンに力を加え、一方、ブラダ２３５Ｂは可撓性膜２４０の中央ゾーンに力を加える。ブラダ２３５Ａおよび２３５Ｂから可撓性膜２４０に加えられる力は基板１３５の一部に伝えられ、研磨パッド（図示せず）の研磨表面の方に基板１３５の一部を押しつけるのに使用することができる。第１の可変圧力源２４５Ａは、可撓性膜２４０による基板１３５の個別の領域への力を制御するためにブラダ２３５Ａおよび２３５Ｂの各々に流体を独立して供給するように構成される。さらに、真空ポート（図示せず）をキャリアヘッド１３５に設け、基板１３５の裏側を吸引し、キャリアヘッド１６５Ｄに基板１３５を保持しやすくすることができる。利用することができるキャリアヘッド１６５Ｄの例には、カリフォルニア州、サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，  Ｉｎｃ．から入手できるＴＩＴＡＮ  ＨＥＡＤ（商標）、ＴＩＴＡＮ  ＣＯＮＴＯＵＲ（商標）、およびＴＩＴＡＮ  ＰＲＯＦＩＬＥＲ（商標）キャリアヘッドが含まれる。
【００２８】
１つの実施形態では、保持リング２３０はアクチュエータ２３２によって本体２２５に結合される。アクチュエータ２３２は第２の可変圧力源２４５Ｂによって制御される。第２の可変圧力源２４５Ｂは流体をアクチュエータ２３２に供給するか、またはそれから除去し、それにより、保持リング２３０はキャリアヘッド１６５Ｄの本体２２５に対して少なくともＺ方向に移動する。第２の可変圧力源２４５Ｂは、モータ２１０によって与えられた移動と無関係に保持リング２３０のＺ方向移動を行うように適合される。第２の可変圧力源２４５Ｂは、アクチュエータ２３２および／または保持リング２３０に負圧または正圧を加えることによって保持リング２３０の移動を行うことができる。１つの態様では、圧力を保持リング２３０に加えて、研磨プロセスの間研磨パッド（図示せず）の研磨表面１７５（図１）の方に保持リング２３０を押しつける。第１の可変圧力源２４５Ａおよび第２の可変圧力源２４５Ｂの各々は、研磨プロセスの間基板１３５のゾーンへの圧力を自動的に制御する研磨方策を実行しやすくするためにコントローラに結合することができる。
【００２９】
保持リング２３０は研磨プロセスの間研磨表面１７５に接触する。保持リング２３０は、さらに、研磨表面１７５に研磨流体を輸送しやすくし、かつ研磨表面１７５との接触から摩擦により熱を生成することができる。流体輸送と生成された熱とを利用して研磨プロセスの間利益を得ることができる。研磨表面１７５との接触のために、保持リング２３０は摩耗する。保持リング２３０の表面の摩耗は研磨プロセスに影響を与え、保持リング２３０は最終的に交換を必要とすることになる。したがって、保持リング２３０の厚さを定期的に評価して、摩耗と交換時間間隔とを決定しなければならない。
【００３０】
１つの実施形態では、保持リング２３０の表面は、ロードカップアセンブリ１６０に配置されたモニタデバイス１６２でモニタされる。キャリアヘッド１６５Ｄがロードカップアセンブリ１６０に隣接しているとき保持リング２３０の表面を感知することができ、保持リング２３０の摩耗を表すデータをコントローラに送ることができる。コントローラはモニタと通信し、データをユーザに表示することができる。モニタデバイス１６２からのデータを使用して保持リング２３０の状態を予測および／または確認し、保持リング２３０の状態を利用して保持リング２３０の寿命および交換を決定する。１つの実施形態では、データは保持リング２３０の厚さを示す。代替としてまたは追加として、コントローラはシステムコントローラとすることができ、システムコントローラは、データを分析し、プロセス方策における是正措置を実施して、研磨プロセスにおいて保持リング２３０の摩耗を補償することができる。したがって、モニタデバイス１６２からのデータは保持リング２３０の寿命および交換を決定するのに使用され、さらに、研磨プロセスを調整するために制御ノブとして利用されうる。さらに、多数の保持リング付きキャリアヘッドを有するシステムでは、モニタデバイス１６２からのデータを利用して、個々の保持リングのプロセス方策を、システムの他のキャリアヘッドの他の保持リングから独立して調整することができる。例えば、個々の保持リングが異なる速さで摩耗することがあるので、あるキャリアヘッドのある保持リングのプロセス方策を調整することがあり、一方、残りのキャリアヘッドの他の保持リングの他のプロセス方策は同じままであることがある。
【００３１】
図３は、図１の研磨システム１００で利用することができる移送ステーション１２０の別の実施形態の概略断面図である。移送ステーション１２０はロードカップアセンブリ１６０を含み、キャリアヘッド１６５Ｄはロードカップアセンブリ１６０に隣接して配置される。この実施形態では、ロードカップアセンブリ１６０は、キャリアヘッド１６５Ｄが、図１の研磨ステーション１１０Ａ〜１１０Ｃでの研磨に利用されていないときキャリアヘッド１６５Ｄを洗浄するように適合された洗浄ステーション３００として構成される。
【００３２】
１つの実施形態では、ロードカップアセンブリ１６０は、基部３０９に結合される基準円すいまたはリング３０７を有する本体３０５を含む。リング３０７および基部３０９は第１のアクチュエータ３１０Ａによってモジュール基部１１８に対して移動することができる。第１のアクチュエータ３１０Ａを利用して、モジュール基部１１８に対して少なくとも直線方向（Ｚ方向）に本体３０５を移動させることができる。ロードカップアセンブリ１６０は、基板１３５（仮想線で示された）を支持するように適合されたペデスタル３２０をさらに含む。ペデスタル３２０は、ペデスタル３２０の支持表面３２１を上昇および降下させるように適合された第２のアクチュエータ３１０Ｂに結合される。第２のアクチュエータ３１０Ｂは、本体３０５に対してＺ方向に支持表面３２１を移動させることによって基板１３５をキャリアヘッド１６５Ｄにまたはそれから移送しやすくする。
【００３３】
本体３０５は、基板がペデスタル３２０上にないときキャリアヘッド１６５Ｄを洗浄するのに利用される複数のノズル３１５をさらに含む。ノズル３１５は加圧流体供給源３３０と流体連通する。加圧流体供給源３３０は脱イオン水などの流体を含み、流体はノズル３１５を通して与えられ、キャリアヘッド１６５Ｄを洗浄する。１つの実施形態では、ペデスタル３２０の支持表面３２１は、ノズル３１５からの洗浄流体がキャリアヘッド１６５Ｄに当たるように多数の開区域を有するリングとして構成される。洗浄流体は、キャリアヘッド１６５Ｄに保持されていることがある研磨プロセスからの研磨液体および他のデブリを洗浄する。洗浄ステーション３００は、基部３０９に形成された開口３２５をさら含み、開口３２５は、キャリアヘッド１６５Ｄから移動された流体および研磨デブリを選択的に取り除くように廃液管として適合される。
【００３４】
この実施形態では、洗浄ステーション３００は、コントローラに結合されたセンサ３３５を備えるモニタデバイス１６２を含む。センサ３３５は保持リング２３０の厚さＴを測定するように適合される。１つの実施形態では、センサ３３５は超音波センサである。センサ３３５は、音波を送受信するために本体３０５に結合させるか、またはその中に埋め込むことができる。音波はコントローラに送信され、保持リング２３０の厚さＴを示すメトリックが生成される。１つの実施形態では、保持リング２３０は、上部部分３５５Ａおよび下部部分３５５Ｂなどの２つの環状部分を備える。１つの実施形態では、上部部分３５５Ａおよび下部部分３５５Ｂは、金属材料、セラミック材料、またはプラスチック材料などのＣＭＰプロセスにおいて化学的に不活性である材料を含むことができる。１つの実施形態では、下部部分３５５Ｂは、プラスチック、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、炭素含有ＰＥＥＫ材料、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）含有ＰＥＥＫ材料、または複合材料を含む。上部部分３５５Ａは、下部部分３５５Ｂよりも高い剛性または密度である材料を含むことができる。１つの実施形態では、上部部分３５５Ａはステンレス鋼、アルミニウム、モリブデン、またはセラミック材料を含む。
【００３５】
動作の１つの例では、センサ３３５は、本体３０５のランド区域３４５の活性表面３４０に取り付けられる。ランド区域３４５はリング３０７の底面の領域として画定することができ、保持リング２３０の下部部分３５５Ｂはリング３０７の表面に接触する。活性表面３４０は、保持リング２３０が位置づけられるランド区域３４５においてリング３０７の表面とじかに面することができる。１つの実施形態では、音波は保持リング２３０の下部部分３５５Ｂにまたはそれを通して送信され、上部部分３５５Ａから反射される。反射された信号はコントローラに送信され、保持リング２３０の下部部分３５５Ｂの厚さＴを決定するために利用される。時間経過に伴う厚さＴの変化は保持リング２３０の摩耗を示す。
【００３６】
図４は、図１の研磨システム１００で利用することができる移送ステーション１２０の別の実施形態の概略断面図である。この実施形態では、ロードカップアセンブリ１６０は、図３に示された実施形態と実質的に同様とすることができる洗浄ステーション４００として構成される。図３の移送ステーション１２０と同様である移送ステーション１２０の要素は簡潔にするために繰り返されない。
【００３７】
この実施形態では、モニタデバイス１６２は、下部部分３５５Ｂの厚さＴを測定するように適合された渦電流センサであるセンサ３３５を備える。この実施形態では、下部部分３５５Ｂの接触表面４０５はリング３０７の活性表面３４０に接触する。他の実施形態では、保持リング２３０がリング３０７から離されているとき、センサ３３５を利用することができる。１つの態様では、渦電流センサとして適合されたセンサ３３５を利用して、活性表面３４０と、保持リング２３０の上部部分３５５Ａの接触表面４０５との間の変位を測定することができる。変位は、保持リング２３０の少なくとも下部部分３５５Ｂの厚さの変化に対応する。変位は、保持リング２３０の下部部分３５５Ｂが活性表面３４０に接触するとき、または下部部分３５５Ｂが活性表面３４０から一定の距離で保持されるとき決定することができる。
【００３８】
図５Ａは、１つまたは複数の溝５００を有する保持リング２３０の１つの実施形態の部分平面図である。１つまたは複数の溝５００の各々は、保持リング２３０の接触表面４０５と溝５００の底部５０５との間を所望の深さで保持リング２３０に形成される。保持リング２３０に配置された溝５００の各々を利用して、研磨プロセスの間研磨流体の輸送を強化することによって研磨しやすくすることができる。
【００３９】
図５Ｂは、図１の研磨システム１００および図５Ａに示された保持リング２３０で利用することができる移送ステーション１２０の別の実施形態の概略断面図である。保持リング２３０は、接触表面４０５および底部５０５によって画定された深さＤ’を有する１つまたは複数の溝５００を備える。溝５００の深さＤ’の変化は保持リング２３０の厚さの変化に対応する。１つの実施形態では、センサ３３５は、リング３０７に結合するか、またはその内に埋め込むことができる。センサ３３５は、光センサ、渦電流センサ、超音波センサ、または他の好適なセンシングデバイスとすることができる。１つの実施形態では、センサ３３５は、接触表面４０５に当たる信号５１０として示された音波を送受信するように構成された超音波センサである。音波は、保持リング２３０が乾いていることを感知しようと湿っていることを感知しようといずれにしても、コントローラに送信され、溝５００の深さＤ’、したがって、保持リング２３０の厚さを示すメトリックが生成される。したがって、溝５００の深さが接触表面４０５と底部５０５との間で測定され、保持リング２３０とロードカップアセンブリ１６０の他の部分との間の物理的接触なしに摩耗が決定される。キャリアヘッド１６５Ｄは所定の回転速度で回転して、保持リング２３０の多数の場所でセンシングを行うことができる。このように、多数の溝５００をモニタすることができる。代替として、キャリアヘッド１６５Ｄは静止しており、単一の溝５００を感知することができる。別の実施形態では、制御された空気カラムまたは液体カラムを利用して、信号５１０を取り囲み、保持リング２３０とセンサ３３５との間のインターフェースを制御することができる。例えば、バブラ（図示せず）を利用して、信号５１０の経路を取り囲む円筒状空気カラムを形成することができる。
【００４０】
１つの実施形態では、モニタデバイス１６２の位置は基板１３５の区域の外側にあり、それにより、基板１３５、または対象でないキャリアヘッド１６５Ｄの一部を意図せずに感知するのが防止される。例えば、基板１３５は、円形基板の場合に第１の半径Ｒ１を含む。１つの実施形態では、第１の半径Ｒ１は、２００ｍｍ直径の基板では約１００ｍｍの半径を含む。別の実施形態では、第１の半径Ｒ１は、３００ｍｍ直径の基板では約１５０ｍｍの半径を含む。１つの実施形態では、モニタデバイス１６２は、第１の半径Ｒ１よりも大きい、またはそれの外側にある第２の半径Ｒ２で位置づけられる。第２の半径Ｒ２は、２００ｍｍの基板では中心線Ｃ’から約１０５ｍｍから約１２０ｍｍなどの約１００ｍｍよりも大きくすることができる。別の例では、第２の半径Ｒ２は、３００ｍｍの基板では中心線Ｃ’から約１５５ｍｍから約１７０ｍｍなどの約１５０ｍｍよりも大きくすることができる。中心線Ｃ’は、ロードカップアセンブリ１６０の幾何学中心および／またはキャリアヘッド１６５Ｄの中心とすることができる。したがって、モニタデバイス１６２のこの位置づけにより、基板１３５、または対象でないキャリアヘッド１６５Ｄの一部を意図せずに感知するのが防止される。
【００４１】
図６は、図１の研磨システム１００で利用することができる移送ステーション１２０の別の実施形態の概略断面図である。この実施形態では、ロードカップアセンブリ１６０は図３、４、および５に示された実施形態と同様である。図３〜５の移送ステーション１２０と同様である移送ステーション１２０の要素は簡潔にするために繰り返されない。１つの実施形態では、保持リング２３０は、図５の保持リング２３０の実施形態と同様の１つまたは複数の溝５００を備える。
【００４２】
この実施形態では、モニタデバイス１６２は超音波センサであるセンサ３３５を備えるが、光センサ、渦電流センサ、または他の好適なセンシングデバイスを利用することができる。１つの実施形態では、センサ３３５は、保持リング２３０がセンサ３３５の視線または視野内にあるときに利用することができる。他の実施形態では、センサ３３５は、保持リング２３０がロードカップアセンブリ１６０に少なくとも部分的に配置されるときに利用することができる。１つの態様では、センサ３３５は、センサ３３５に隣接して配置された管状導管６００を含む。管状導管６００は流体供給源６０５に結合され、流体供給源６０５はセンサ３３５の信号経路を取り囲むように脱イオン水などの流体を供給する。流体を利用して、センサ３３５からの信号に影響を与えることがある制御されていない空気を排除する。１つの実施形態では、保持リング２３０の接触表面４０５はリング３０７の活性表面３４０に直接接触する。別の実施形態では、管状導管６００はアクチュエータ６１０に結合され、アクチュエータ６１０は管状導管６００をリング３０７の活性表面３４０に対して出し入れさせることができる。管状導管６００は、キャリアヘッド１６５Ｄがリング３０７に接触していない場合、仮想線で示されたように接触表面４０５の方に保持リング２３０の接触表面４０５の近傍の位置まで作動されうる。管状導管６００はセンサ３３５の少なくとも一部を含むことができ、センサ３３５の少なくとも一部は管状導管６００によって保持リング２３０の接触表面４０５の方に移動する。アクチュエータ６１０は、さらに、センサ３３５が必要でないとき管状導管６００を引っ込めることができる。
【００４３】
図７は方法７００の１つの実施形態を示す流れ図である。７０５において、保持リング２３０を有するキャリアヘッド１６５Ｄがモニタデバイス１６２の近傍に移動される。１つの実施形態では、モニタデバイス１６２は研磨モジュール１０５内のロードカップアセンブリ１６０に配置される。他の実施形態では、モニタデバイス１６２は移送ステーション１２０に隣接するか、または移送ステーション１２０に隣接するキャリアヘッド１６５Ｄの移動経路にあるか、または研磨モジュール１０５の他の位置にあることができる。モニタデバイス１６２はセンサ３３５を含み、エネルギーが７１０において示されるようにセンサ３３５から送出される。エネルギーは、超音波、光波、または磁界もしくは磁気信号とすることができる。７１５において、保持リング２３０から反射されたエネルギーがセンサ３３５で受け取られる。反射されたエネルギーは保持リング２３０の１つまたは複数の内側または外側表面からのものでありうる。７２０において、保持リングの状態が、受け取ったエネルギーに基づいて決定される。反射された信号はコントローラに供給され、保持リング２３０の状態、例えば、保持リング２３０またはその一部の厚さ、または保持リング２３０の厚さに関連しうる保持リング２３０の溝５００の深さを示すメトリックを得ることができる。このデータを利用して、保持リング２３０の交換時間間隔および／または後続の研磨プロセスの変数の調整を決定することができる。
【００４４】
本明細書で説明される実施形態は、本明細書で説明されるキャリアヘッド１６５Ａ〜１６５Ｄなどの研磨ステーションのキャリアヘッドに配置された保持リング２３０の表面の状態をモニタするための方法および装置を提供する。オンツールで取り付けることができ、１つの実施形態では研磨サイクルの間に保持リング２３０の状態を感知することができるモニタデバイス１６２が説明される。保持リング２３０のセンシングは、ルーチンモニタリングの一部として予め定義された時間間隔で、またはユーザ選好に基づいて選ばれた時間間隔でユーザによって設定されうる。モニタデバイス１６２からのデータは、保持リング２３０の摩耗をモニタし、保持リング２３０の寿命を決定し、かつ／または保持リング２３０の交換時間間隔を決定するのに使用することができるコントローラに供給される。１つの態様では、モニタデバイス１６２からのデータは、保持リング２３０の寿命を予測し、実用的な寿命の限界での保持リング２３０の交換を容易にするのに使用することができる。別の態様では、モニタデバイス１６２からのデータを使用して、保持リング２３０が完全には磨滅していない場合でも、寿命を予測し、好都合な交換時間間隔に役立てることができる。
【００４５】
本明細書で説明されるようなモニタデバイス１６２の実施形態は、キャリアヘッド１６５Ａ〜１６５Ｄおよび保持リング２３０の物理的取扱いおよび／またはそれらとの機械的接触を最小にするか、または排除する。例えば、カリパスなどの機械的測定デバイスは保持リング２３０との接触を必要とする。機械的測定デバイスとの接触は測定の間に保持リング２３０を損傷することがあり、その結果として、処理の間に研磨表面１７５が損傷されることがある。測定はツール内で行うことができ、研磨システムを運転停止する必要がない。さらに、測定のために保持リング２３０を完全に乾燥させる必要があるわけではない。モニタデバイス１６２はオンツールで取り付けられ、その結果、環境は、環境制御された筐体１１５（図１）に閉じ込められる。したがって、本明細書で説明されるようなモニタデバイス１６２は、キャリアヘッド１６５Ａ〜１６５Ｄの取扱いまたは接触による損傷、および／または研磨モジュール１０５の環境の破壊の潜在的に少ない保持リング２３０のモニタリングを実現する。この方法および装置は、さらに、時間がかかり、不正確であることがある目視検査を排除または最小にする。さらに、研磨システムは保持リング２３０の測定および／または観察のために運転停止を必要としないので、スループットを最大化することができる。
【００４６】
さらに、保持リング２３０の摩耗データは研磨プロセスの間の制御変数として使用することができる。例えば、保持リング２３０が溝５００を含み、溝５００が所定の量の摩耗を示す場合、１つまたは複数の研磨パラメータは、研磨均一性に関していかなる保持リング２３０の厚さ効果も補償するように調整することができる。１つの例では、キャリアヘッド１６５Ａ〜１６５Ｄの回転速度および下向きの力などの研磨パラメータは、保持リング２３０の摩耗の原因を明らかにし、摩耗の少ない保持リング２３０の研磨効果を模擬するように調整することができる。１つの態様では、キャリアヘッド１６５Ａ〜１６５Ｄの回転速度は、研磨流体の輸送を容易にし、摩耗の少ない保持リング２３０の効果と実質的に等価である研磨表面１７５上の熱を生成するように加速することができる。
【００４７】
別の例では、保持リング２３０の摩耗データを利用して、保持リング２３０の寿命の間ウエハ内不均一性を最小にすることができる。保持リング２３０の摩耗データは、図２に示されたキャリアヘッド１６５Ｄなどのマルチゾーンキャリアヘッドのブラダ２３５Ａおよび２３５Ｂに結合される自動処理制御システムで利用することができる。さらに、自動処理制御システムは、図２に示されたキャリアヘッド１６５Ｄのアクチュエータ２３２と連通することができる。１つの態様では、外側ゾーン（ブラダ２３５Ａ）に加えられ、かつ／またはアクチュエータ２３２により保持リング２３０に加えられる圧力は、保持リング２３０の厚さの変化に応じて変更することができる。ブラダ２３５Ａおよび２３５Ｂによって基板に加えられる圧力および／または保持リング２３０に加えられる圧力への変更は、保持リング２３０の厚さデータに基づいて実時間で行うことができる。したがって、研磨される基板の除去速度、除去プロファイル、および／またはトポグラフィは、保持リング２３０の摩耗に基づいて研磨パラメータを操作することによって制御することができる。さらに、研磨パラメータをキャリアヘッド１６５Ａ〜１６５Ｄごとに調整することができるので、キャリアヘッド間の変動を最小にすることができる。
【００４８】
本明細書で説明される実施形態は、保持リングの状態を決定し、かつ／または保持リングの寿命を評価するために研磨システム内の保持リングをモニタしやすくする方法および装置を提供する。１つの実施形態では、装置が提供される。この装置は、基板がキャリアヘッドに保持されているとき基板を研磨するための少なくとも１つの研磨ステーションと、保持リングを有するキャリアヘッドにおよびそれから基板を移送するための移送ステーションとの間で移動経路において移動可能なキャリアヘッドと、キャリアヘッドの移動経路に配置され、保持リングの状態を示すメトリックを提供するように動作可能なセンサとを含む。
【００４９】
別の実施形態では、基板移送デバイスと少なくとも１つのキャリアヘッドとの間で基板を移送するために研磨モジュールに配置された移送ステーションが提供される。移送ステーションは、基板、および少なくとも１つのキャリアヘッドに結合される保持リングの少なくとも一部を受け取るように大きさを合わされる本体を有するロードカップアセンブリと、本体に配置され、保持リングの状態を示すメトリックを提供するように動作可能なセンサとを含み、基板は第１の半径を含み、センサは第１の半径よりも大きい第２の半径で本体に位置づけられる。
【００５０】
前述の内容は本発明の実施形態に関するが、本発明の他の実施形態およびさらなる実施形態が本発明の基本的な範囲から逸脱することなしに考案されうる。
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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