(57)【要約】  本明細書に記載の実施形態では、調整掃引の閉ループ制御（ＣＬＣ）を使用して、パッド寿命全体を通してパッド全体にわたって均一な溝深さの除去を行うことができる。調整アーム内へ内蔵されたセンサにより、パッドスタックの厚さをインサイチュおよびリアルタイムで監視することができる。厚さセンサからのフィードバックを使用して、パッド表面全体にわたってパッドコンディショナーの休止時間を修正し、パッドおよびディスクが老化するにつれて起こりうるパッドプロファイルのずれを補正する。パッドプロファイルＣＬＣにより、連続した調整で溝深さを均一に低減させることができ、消耗品寿命をより長くし、動作コストを低減させる。
2013525126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨パッドを調整する方法であって、
前記研磨パッドの表面と調整ディスクを接触させるステップと、
前記研磨パッドの前記表面全体にわたって前記調整ディスクを掃引しながら、前記研磨パッドの厚さを測定するステップと、
前記研磨パッドの前記測定された厚さと標準的な厚さの研磨パッドプロファイルを比較するステップと、
前記研磨パッドの前記測定された厚さと前記標準的な厚さの研磨パッドプロファイルの前記比較に基づいて、前記調整ディスクの休止時間を調整するステップとを含む方法。
【請求項２】
前記調整された休止時間を使用して、前記研磨パッドの前記表面全体にわたって前記調整ディスクを掃引するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記研磨パッドが調整ゾーンに分割され、前記調整ディスクの前記休止時間が、各調整ゾーン内の前記調整ディスクの滞留時間と定義される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記研磨パッドの特定の調整ゾーンに対して測定された前記研磨パッドの厚さが前記標準的な研磨パッドの厚さより大きい場合、前記調整掃引中にその特定の調整ゾーンに対して前記調整ディスクの前記休止時間が増大される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記研磨パッドの特定の調整ゾーンに対して測定された前記研磨パッドの厚さが前記標準的な研磨パッドの厚さより小さい場合、前記調整掃引中にその特定の調整ゾーンに対して前記調整ディスクの前記休止時間が低減される、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記調整された休止時間を使用して、前記研磨パッドの前記表面全体にわたって前記調整ディスクを掃引するステップが、前記研磨パッドの前記表面上で基板が研磨されている間にインサイチュで行われる、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記調整された休止時間を使用して、前記研磨パッドの前記表面全体にわたって前記調整ディスクを掃引するステップが、前記基板の研磨間にエクスシチュで行われる、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記研磨パッドの前記厚さが、前記調整ディスクと結合された調整アームと結合された誘導性センサを使用して測定される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
研磨パッドを調整する方法であって、
最初の調整方策を使用して研磨パッドを調整しながら、内蔵型の誘導性センサを使用して前記研磨パッドの厚さを測定するステップであって、前記最初の調整方策が最初の休止時間プロファイルに基づく最初の掃引予定を含む、ステップと、
前記研磨パッドの前記測定された厚さと最初の研磨前のパッドの厚さプロファイルを比較し、この差を使用して測定されたパッド摩耗プロファイルを構築するステップと、
前記測定されたパッド摩耗プロファイルとターゲットパッド摩耗プロファイルを比較するステップと、
前記測定されたパッド摩耗プロファイルとターゲットパッド摩耗プロファイルの前記比較に基づいて、変更された休止時間プロファイルを求めるステップと、
前記変更された休止時間プロファイルに基づいて、変更された掃引予定を策定するステップと、
前記変更された掃引予定に基づいて、前記調整ディスクの休止時間を調整するステップとを含む方法。
【請求項１０】
前記変更された掃引予定を使用して、前記研磨パッドを調整するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
研磨パッドを調整するステップが、
前記研磨パッドの表面と調整ディスクを接触させることと、前記研磨パッドの前記表面全体にわたって前記調整ディスクを掃引することとをさらに含み、前記誘導性センサが、前記調整ディスクと結合された調整アームと結合される、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
変更された休止時間プロファイルを求めるステップが、前記研磨パッドを調整ゾーンに分割することを含み、前記調整ディスクの前記休止時間が、各調整ゾーン内の前記調整ディスクの滞留時間と定義される、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記研磨パッドの特定の調整ゾーンに対して測定された前記研磨パッドの厚さが前記ターゲット研磨パッドの厚さより大きい場合、前記調整掃引中にその特定の調整ゾーンに対して前記調整ディスクの前記休止時間が増大される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記研磨パッドの特定の調整ゾーンに対して測定された前記研磨パッドの厚さが前記ターゲット研磨パッドの厚さより小さい場合、前記調整掃引中にその特定の調整ゾーンに対して前記調整ディスクの前記休止時間が低減される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記変更された掃引予定を使用して、前記研磨パッドを調整するステップが、前記研磨パッドの前記表面上で基板が研磨されている間にインサイチュで行われる、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載の実施形態は、一般に、基板の平坦化に関する。より詳細には、本明細書に記載の実施形態は、研磨パッドの調整に関する。
【背景技術】
【０００２】
４分の１ミクロン以下の多層金属化は、次世代の超大規模集積（ＵＬＳＩ）にとって主要な技術の１つである。この技術の中心に位置する多層相互接続は、接点、ビア、トレンチ、および他の特徴を含むアスペクト比の高い開孔内に形成された相互接続特徴の平坦化を必要とする。これらの相互接続特徴を確実に形成することは、ＵＬＳＩの成功、ならびに個々の基板およびダイ上で回路の密度および品質を増大させるための継続的な努力にとって、非常に重要である。
【０００３】
多層相互接続は、基板表面上で連続した材料堆積および材料除去技法を使用して基板内に特徴を形成することで形成される。材料層が連続して堆積および除去されるにつれて、基板の最上の表面は、その表面全体にわたって非平面になることがあり、さらなる処理の前に平坦化を必要とすることがある。平坦化または「研磨」は、基板の表面から材料を除去して概ね均一な平面の表面を形成する処理である。平坦化は、後のフォトリソグラフィおよび他の半導体製造処理のために均一の表面を提供するために、余分な堆積材料を除去し、また表面粗さ、塊になった材料、結晶格子の損傷、擦傷、および汚染層または材料などの望ましくない表面トポグラフィおよび表面欠陥を除去するのに有用である。
【０００４】
化学機械平坦化または化学機械研磨（ＣＭＰ）は、基板を平坦化するために使用される一般的な技法である。ＣＭＰは、基板から材料を選択的に除去するために、スラリまたは他の流体媒体などの化学組成物を利用する。従来のＣＭＰ技法では、基板キャリアまたは研磨ヘッドが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するように位置決めされる。キャリアアセンブリは、制御可能な圧力を基板に提供し、それによって基板を研磨パッドに押し当てる。パッドは、外部の駆動力によって、基板に対して動かされる。ＣＭＰ装置は、研磨組成物を分散させながら基板の表面と研磨パッドの間の研磨または摩擦運動に影響を与え、化学的作用および／または機械的作用、ならびにその結果生じる基板の表面からの材料の除去に影響を与える。
【０００５】
この材料除去を実行する研磨パッドは、基板の平坦化に適当な機械的特性をもちながら、研磨中に基板内で欠陥の生成を最小にしなければならない。そのような欠陥は、基板から除去された導電性材料が電解液から沈殿する蓄積、パッドの研磨された部分、研磨スラリからの研磨剤粒子の凝集など、パッドの高くなった領域によって、またはパッドの表面上に堆積した研磨副生成物によって引き起こされる基板表面内の擦傷である場合がある。研磨パッドの研磨電位は通常、パッド表面上での摩耗および／または研磨副生成物の蓄積のため、研磨中に小さくなり、その結果、研磨品質が低減する。こうした研磨パッドの変質は、パッド表面にわたって不均一または局所的なパターンで生じることがあり、それによって導電性材料の不均一な平坦化を促進することがある。したがって、パッドの研磨性能を回復するには、パッド表面を定期的に新しくし、または調整しなければならない。
【０００６】
したがって、研磨パッドを調整する改善された方法および装置が必要とされている。
【発明の概要】
【０００７】
本明細書に記載の実施形態は、一般に、基板の平坦化に関する。より詳細には、本明細書に記載の実施形態は、研磨パッドの調整に関する。一実施形態では、研磨パッドを調整する方法を提供する。この方法は、研磨パッドの表面と調整ディスクを接触させるステップと、研磨パッドの表面全体にわたって調整ディスクを掃引しながら、研磨パッドの厚さを測定するステップと、研磨パッドの測定された厚さと標準的な厚さの研磨パッドプロファイルを比較するステップと、研磨パッドの測定された厚さと標準的な厚さの研磨パッドプロファイルの比較に基づいて、調整ディスクの休止時間を調整するステップとを含む。
【０００８】
別の実施形態では、研磨パッドを調整する方法を提供する。この方法は、最初の調整方策を使用して研磨パッドを調整しながら、内蔵型の誘導性センサを使用して研磨パッドの厚さを測定するステップであって、最初の調整方策が最初の休止時間プロファイルに基づく最初の掃引予定を含む、ステップと、研磨パッドの測定された厚さと最初の研磨前のパッドの厚さプロファイルを比較し、この差を使用して測定されたパッド摩耗プロファイルを構築するステップと、測定されたパッド摩耗プロファイルとターゲットパッド摩耗プロファイルを比較するステップと、測定されたパッド摩耗プロファイルとターゲットパッド摩耗プロファイルの比較に基づいて、変更された休止時間プロファイルを求めるステップと、変更された休止時間プロファイルに基づいて、変更された掃引予定を策定するステップと、変更された掃引予定に基づいて、調整ディスクの休止時間を調整するステップとを含む。
【０００９】
本発明の上述の特徴を詳細に理解できるように、実施形態を参照すれば、上記で簡単に要約した本発明のより具体的な説明を得ることができる。実施形態の一部を、添付の図面に示す。しかし、本発明は他の等しく効果的な実施形態も許容しうるため、添付の図面は本発明の典型的な実施形態のみを示し、したがって本発明の範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】化学機械研磨（ＣＭＰ）システムの一実施形態の概略上面図である。
【図２】図１のＣＭＰシステムの研磨ステーションの部分斜視図である。
【図３】本明細書に記載の実施形態によるパッド調整方法の一実施形態を示す流れ図である。
【図４】本明細書に記載の実施形態によるパッド調整方法の別の実施形態を示す流れ図である。
【図５Ａ】開ループの実行に使用される従来技術の線形のパッド調整掃引プロファイルを示すグラフである。
【図５Ｂ】本明細書に記載の実施形態による内蔵型のセンサからのパッドプロファイルフィードバックを使用するパッドプロファイルＣＬＣ制御モデルの概略図である。
【図６Ａ】ＤＩＷ調整の実行に対する休止時間予定を示すグラフである。
【図６Ｂ】内蔵型のセンサとピンゲージ（ＰＧ）の結果を比較する、開ループおよび閉ループ制御の実行に対する最終的なパッド除去プロファイルを示すグラフである。
【図７Ａ】本明細書に記載の実施形態によるスラリ研磨調整の実行に対する休止時間予定を示すグラフである。
【図７Ｂ】本明細書に記載の実施形態による内蔵型のセンサとピンゲージ（ＰＧ）の結果を比較する、開ループおよび閉ループ制御の実行に対する最終的なパッド除去プロファイルを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
理解を容易にするために、可能な場合、複数の図に共通の同一の要素を指すのに同一の参照番号を使用した。一実施形態の要素および特徴は、さらなる記述がなくても、他の実施形態で有益に組み込むことができることが企図される。
【００１２】
本明細書に記載の実施形態は、一般に、基板の平坦化のための方法および装置を提供する。より詳細には、本明細書に記載の実施形態は、研磨パッドの調整のための方法および装置を提供する。化学機械平坦化（ＣＭＰ）パッドは、許容できる性能をもたらす表面を維持するために、調整を必要とする。しかし、調整は、パッド表面を再生するだけではなく、パッド材料およびスラリ輸送溝をすり減らす。許容できない調整の結果、パッドプロファイルが不均一になることがあり、パッドの生産寿命を制限する。本明細書に記載の特定の実施形態では、調整掃引の閉ループ制御（ＣＬＣ）を使用して、パッド寿命全体を通してパッド全体にわたって均一な溝深さの除去を行うことができる。調整アーム内へセンサを内蔵して、パッドスタックの厚さをインサイチュおよびリアルタイムで監視することができる。厚さセンサからのフィードバックを使用して、パッド表面全体にわたってパッドコンディショナーの休止時間を修正し、パッドおよびディスクが老化するにつれて起こりうるパッドプロファイルのずれを補正することができる。パッドプロファイルＣＬＣにより、連続した調整で溝深さを均一に低減させることができ、消耗品寿命をより長くし、動作コストを低減させる。
【００１３】
パッド調整は、許容できる処理性能を維持するために、ＣＭＰにおいて広範囲にわたって使用される。ウエハ上の薄膜材料除去率（ＭＲＲ）は、研磨剤ディスクによる定期的なパッド表面の調整を行わなければ急速に劣化する。パッドまたはパッドセットの寿命全体を通して許容できるウエハ内の不均一性（ＷＩＷＮＵ）および欠陥性を維持するには、適当な調整間隔も必要である。しかし、調整は、パッド上面を再生するだけではなく、スラリの分散に使用される溝を含むパッド上面をすり減らす。これらの溝が不均一にすり減った場合、パッドの有効寿命が低減する可能性がある。許容できない調整の結果、パッドプロファイルが不均一になることがあり、それによってパッドの生産寿命を制限する。パッドプロファイルの不均一性は、消耗品の交換および後の処理の再認定のため、ツール動作コストに重大な衝撃を与える可能性がある。
【００１４】
パッド調整掃引予定は、パッドプロファイルの不均一性に影響を与える最も重大な要因の１つである。回転研磨ツールの場合、プラテン全体にわたる調整ディスクの運動は通常、放射状の調整ゾーンに分割される。各ゾーン内の調整ディスクの滞留時間、または休止時間は、所望の掃引予定をもたらすように調整することができる。通常、固定された線形および正弦波形の掃引予定が一般に使用される。しかし、固定の掃引予定では、処理のずれおよび使用される消耗品（たとえば、スラリ）のばらつきを補正できないことが多い。
【００１５】
広範囲にわたって調整されたパッドに対するパッドスタックの厚さまたは溝深さプロファイルを測定することによって、優れたパッド内摩耗プロファイル性能をもたらす休止時間プロファイルを予測するように設計されたモデルが試験されてきた。パッド厚さプロファイルの測定は通常、中断を伴う傾向があり、本質的に破壊的であることが多いため、研磨動作中には実行されない。現在、コンディショナー掃引予定は静的であり、一度確立されると、処理のずれに応答して自己調整しない。
【００１６】
本明細書に記載の実施形態は、プラテン内のパッド摩耗の不均一性を補正する閉ループ制御方法を提供する。パッド調整アーム内へ内蔵された非接触センサを使用して、調整動作中でも、調整および研磨動作とは関係なくても、パッド厚さまたは除去プロファイルを監視することができる。内蔵型のセンサからのフィードバックは、高性能の処理制御（ＡＰＣ）システムまたはコントローラへ送られ、ＡＰＣシステムまたはコントローラは、測定されたパッド除去プロファイルとターゲット除去プロファイルを比較する。次いでＡＰＣシステムは、ターゲットパッド摩耗プロファイルからの逸脱を補正するように、掃引予定内の各ゾーンに対するコンディショナー休止時間を修正する。閉ループ制御方法は、ディスク設計、前側の平坦さ、および調整摩耗率の違いに左右されないと考えられる。この方法は、許容できない最初の掃引プロファイル設定、またはパッドおよびディスクが老化するにつれて起こりうるパッドプロファイルのずれを補正することができ、パッド寿命全体を通して均一のパッド内摩耗プロファイルを維持することができる。この方法はまた、スラリなどの消耗品の変動性、ならびにディスク間およびパッド間のばらつきを補正することができる。
【００１７】
本明細書に記載の実施形態を実行できる特定の装置は限定されるものではないが、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から市販の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）システム内でこれらの実施形態を実行すると特に有益である。さらに、他の製造者から入手可能なＣＭＰシステムも、本明細書に記載の実施形態からの利益を得ることができる。本明細書に記載の実施形態は、２００９年４月９日出願のＰＯＬＩＳＨＩＮＧ  ＳＹＳＴＥＭ  ＨＡＶＩＮＧ  Ａ  ＴＲＡＣＫという名称の、本発明の譲受人に譲渡された、現在は米国特許出願第２００９／０２５８５７４号として公開されている米国特許出願第１２／４２０，９９６号に記載のオーバーヘッドトラック研磨システムを含めて、オーバーヘッド式の円形のトラック研磨システム上で実行することもできる。同願を、全体として参照により本明細書に組み込む。
【００１８】
図１は、化学機械研磨（「ＣＭＰ」）システム１００の一実施形態を示す上面図である。ＣＭＰシステム１００は、ファクトリインターフェース１０２、洗浄装置１０４、および研磨モジュール１０６を含む。ファクトリインターフェース１０２と研磨モジュール１０６の間で基板１７０を移送するために、湿式ロボット１０８が提供される。湿式ロボット１０８はまた、研磨モジュール１０６と洗浄装置１０４の間で基板を移送するように構成することもできる。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つまたは複数の移送プラットフォーム１１６の間で基板１７０を移送するように構成された乾式ロボット１１０を含む。図１に示す一実施形態では、４つの基板貯蔵カセット１１４を示す。乾式ロボット１１０は、４つのカセット１１４と１つまたは複数の移送プラットフォーム１１６の間の移送を容易にするのに十分な運動範囲を有する。任意選択で、乾式ロボット１１０をレールまたはトラック１１２上に取り付けて、ファクトリインターフェース１０２内でロボット１１０を側方に位置決めし、それによって、大型または複雑なロボットの連結を必要とすることなく、乾式ロボット１１０の運動範囲を増大させることができる。乾式ロボット１１０は、洗浄装置１０４から基板を受け取り、清浄な研磨された基板を基板貯蔵カセット１１４へ戻すようにさらに構成される。図１に示す実施形態には、１つの基板移送プラットフォーム１１６を示すが、２つ以上の基板移送プラットフォームを提供することもでき、したがって湿式ロボット１０８によって研磨モジュール１０６へ同時に移送するために、少なくとも２つの基板を待たせることができる。
【００１９】
図１をさらに参照すると、研磨モジュール１０６は複数の研磨ステーション１２４を含み、研磨ステーション１２４上で、基板が１つまたは複数のキャリアヘッド１２６Ａ、１２６Ｂ内に保持されたまま研磨される。研磨ステーション１２４は、２つ以上のキャリアヘッド１２６Ａ、１２６Ｂと同時に整合するように寸法設定され、したがって、単一の研磨ステーション１２４を使用して、２つ以上の基板の研磨を同時に行うことができる。キャリアヘッド１２６Ａ、１２６Ｂは、図１に想像線で示すオーバーヘッドトラック１２８に取り付けられたキャリッジ（図示せず）に結合される。オーバーヘッドトラック１２８により、研磨モジュール１０６の周りにキャリッジを選択的に位置決めすることができ、それによって研磨ステーション１２４およびロードカップ１２２の上へキャリアヘッド１２６Ａ、１２６Ｂを選択的に位置決めすることが容易になる。図１に示す実施形態では、オーバーヘッドトラック１２８は円形の構成を有し、それによってキャリアヘッド１２６Ａ、１２６Ｂを保持するキャリッジは、ロードカップ１２２および研磨ステーション１２４の上を、ならびに／またはロードカップ１２２および研磨ステーション１２４から離れて、選択的に独立して回転させることができる。オーバーヘッドトラック１２８は、長円形、楕円形、線形、または他の適した配向を含む他の構成を有することができ、他の適したデバイスを使用して、キャリアヘッド１２６Ａ、１２６Ｂの運動を容易にすることができる。
【００２０】
図１に示す一実施形態では、研磨モジュール１０６の向かい合わせの隅部に位置する２つの研磨ステーション１２４を示す。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の隅部には、少なくとも１つのロードカップ１２２が位置する。ロードカップ１２２は、湿式ロボット１０８とキャリアヘッド１２６Ａ、１２６Ｂの間の移送を容易にする。任意選択で、ロードカップ１２２とは反対側の研磨ステーション１２４の隅部に、第３の研磨ステーション１２４（想像線で示す）を位置決めすることもできる。別法として、湿式ロボット近傍に位置決めされたロードカップ１２２とは反対側の研磨モジュール１０６の隅部に、第２の対のロードカップ１２２（同じく想像線で示す）を配置することもできる。より大きな設置面積を有するシステム内の研磨モジュール１０６内に、追加の研磨ステーション１２４を内蔵することもできる。
【００２１】
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可能な研磨表面１３０を有する研磨パッド２００（図２参照）と、基板のそれぞれに対して一致する数の研磨ユニットとを含む。研磨ユニットはそれぞれ、１つまたは複数のキャリアヘッド１２６Ａ、１２６Ｂ、調整モジュール１３２、および研磨流体供給モジュール１３４を含む。一実施形態では、調整モジュール１３２は、研磨破片を除去してパッドの孔をあけることによって研磨パッド２００の研磨表面１３０を仕上げるパッド調整アセンブリ１４０を備えることができる。別の実施形態では、研磨流体供給モジュール１３４は、スラリ供給アーム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、複数のパッド調整アセンブリ１３２、１３３を備える。一実施形態では、各研磨ステーション１２４は、各研磨ステーション１２４へ流体流を供給する複数の流体供給アーム１３４、１３５を備える。研磨パッド２００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２４０（図２参照）上で支持される。一実施形態では、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少なくとも１つに適している。別の実施形態では、プラテンは、研磨中、約８０ｒｐｍ〜約１００ｒｐｍなど、約１０ｒｐｍ〜約１５０ｒｐｍ、たとえば約５０ｒｐｍ〜約１１０ｒｐｍの速度で回転させることができる。システム１００は、電源１８０と結合される。
【００２２】
図２は、本明細書に記載の実施形態による調整モジュール１３２を有する研磨ステーション１２４の部分斜視図である。各調整モジュール１３２は、パッド調整アセンブリ１４０を含む。一実施形態では、パッド調整アセンブリ１４０は調整ヘッド２４２を備え、調整ヘッド２４２は、支持アセンブリ２４６によって、両者の間に介在する調整アーム２４４を用いて支持される。一実施形態では、パッド調整アセンブリ１４０は、調整アーム２４４と結合された変位センサ２６０をさらに備える。別の実施形態では、変位センサ２６０は、調整ヘッド２４２と結合することができる。
【００２３】
支持アセンブリ２４６は、調整ヘッド２４２を研磨表面１３０に接触させて位置決めするように適合され、調整ヘッド２４２と研磨表面１３０の間に相対運動を提供するようにさらに適合される。調整アーム２４４は、調整ヘッド２４２に結合された遠位端と、基礎２４７に結合された近位端とを有する。基礎２４７は、研磨表面１３０全体にわたって調整ヘッド２４２を掃引して研磨表面１３０を調整するように回転する。研磨パッド２００の研磨表面１３０に対する調整ヘッド２４２の相対運動の結果、変位センサ２６０は、研磨表面１３０および研磨パッド２００の厚さ測定を行う。
【００２４】
調整アームに結合されたセンサによって、通常動作サイクルの一部分において研磨パッド２００の厚さを様々な点で測定することができ、付随する論理により、測定データを捕獲および表示することができる。いくつかの実施形態では、変位センサ２６０は、誘導性センサを利用することができる。
【００２５】
変位センサ２６０がレーザベースのセンサである実施形態では、研磨パッド２００の厚さは直接測定される。調整アーム２４４は、プラテン２４０に対して固定の位置にあり、レーザは、アームに対して固定の位置にある。したがって、レーザは、プラテンアセンブリ２４０に対して固定の位置にある。処理パッドまでの距離を測定し、研磨パッド２００までの距離とプラテンアセンブリ２４０までの距離の差を計算することによって、研磨パッド２００の残りの厚さを求めることができる。いくつかの実施形態では、レーザベースの変位センサ２６０を使用する厚さ測定の分解能は、２５μｍの範囲内とすることができる。
【００２６】
変位センサ２６０が誘導性センサである実施形態では、研磨パッド２００の厚さは間接的に測定される。調整アーム２４４は、調整ヘッド２４２が処理パッド２００に接触するまで、枢動点の周りで作動される。枢動ベースの調整アーム２４４の端部には、電磁界を放出する誘導性センサが取り付けられる。ファラデーの誘導法則によれば、閉ループ内の電圧は、時間変化による磁界変化に直接比例する。印加される磁界が強ければ強いほど、発達する渦電流はより大きくなり、逆磁界もより大きくなる。センサからの信号は、センサの先端部から金属のプラテンアセンブリ２４０までの距離に直接関係する。プラテンアセンブリ２４０が回転すると、調整ヘッド２４２はパッドの表面に乗り、誘導性センサは、研磨パッド２００のプロファイルに応じて調整アーム２４４とともに上下する。誘導性センサが金属のプラテンアセンブリ２４０に近づくと、処理パッドの摩耗を示し、信号の電圧が増大する。センサからの信号は処理され、研磨パッドアセンブリ２００の厚さのばらつきを捕獲する。いくつかの実施形態では、誘導性センサ２６０を使用する厚さ測定の分解能は、１μｍの範囲内とすることができる。
【００２７】
調整ヘッド２４２はまた、制御可能な圧力またはダウンフォースを提供して調整ヘッド２４２を研磨表面１３０の方へ制御可能に押すように構成される。一実施形態では、ダウンフォースは、約０．５ｌｂｆ（２２．２Ｎ）〜約１４ｌｂｆ（６２．３Ｎ）、たとえば約１ｌｂｆ（４．４５Ｎ）〜約１０ｌｂｆ（４４．５Ｎ）の範囲内とすることができる。調整ヘッド２４２は通常、研磨表面１３０全体にわたって掃引運動で側方に回転および／または移動する。一実施形態では、調整ヘッド２４２の側方運動は、プラテンアセンブリ２４０の回転と組み合わせて研磨表面１３０全体を調整できるように、研磨表面１３０の中心の周りから研磨表面１３０の外縁部の周りの範囲内で線形または弧状とすることができる。調整ヘッド２４２は、使用しないときは調整ヘッド２４２をプラテンアセンブリ２４０から離すように、さらなる運動範囲を有することができる。
【００２８】
調整ヘッド２４２は、調整ディスク２４８を収納して研磨表面１３０に接触させるように適合される。調整ディスク２４８は、調整アーム２４４の既存の上下運動を利用する磁石および空気圧アクチュエータなどの受動機構によって、調整ヘッド２４２と結合することができる。調整ディスク２４８は通常、研磨表面１３０に接触するように、調整ヘッド２４２の収納を約０．２ｍｍ〜約１ｍｍ越えて延びる。調整ディスク２４８は、研磨表面１３０を損傷しないナイロン、綿布、ポリマー、または他の軟化材料から作ることができる。別法として、調整ディスク２４８は、荒くした表面にダイヤモンド粒子を付着または形成したテキスチャ付きのポリマーまたはステンレス鋼から作ることができる。ダイヤモンド粒子は、約３０ミクロン〜約１００ミクロンの寸法範囲とすることができる。
【００２９】
研磨システム１００の制御および研磨システム１００上で実行される処理を容易にするために、研磨システム１００には、中央処理装置（ＣＰＵ）１９２、メモリ１９４、および支持回路１９６を備えるコントローラ１９０が接続される。ＣＰＵ１９２は、様々なドライバおよび圧力を制御するために産業用の設定で使用できるコンピュータ処理装置の任意の形式の１つとすることができる。メモリ１９４は、ＣＰＵ１９２に接続される。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（登録商標）ディスク、ハードディスク、または任意の他の形式のローカルもしくは遠隔デジタルストレージなどの容易に入手可能なメモリの１つまたは複数とすることができる。支持回路１９６は、従来通り処理装置を支持するように、ＣＰＵ１９２に接続される。これらの回路には、キャッシュ、電源、クロック回路、入出力回路、サブシステムなどが含まれる。
【００３０】
図３は、パッド調整方法の一実施形態を示す流れ図３００である。流れ図３００に示す方法は、均一の研磨パッドプロファイルを維持し、または研磨パッドの有用寿命全体を通して不均一のパッド研磨プロファイルを補正する調整処理を実現する。ブロック３１０で、研磨パッドの表面全体にわたって調整ディスクを掃引しながら、研磨パッドの厚さを測定する。研磨パッドの厚さは、本明細書に記載の誘導性センサなどの変位センサを使用して測定することができる。測定された研磨パッドの厚さを使用して、測定された研磨パッドの厚さプロファイルを作ることができる。
【００３１】
ブロック３２０で、測定された研磨パッドの厚さと、ターゲット値とすることができる標準的な研磨パッドの厚さプロファイルを比較する。標準的な研磨パッドの厚さプロファイルは、平坦な除去プロファイル（たとえば、研磨パッドの溝深さの均一の低減）に基づいて求めることができる。
【００３２】
ブロック３３０で、ブロック３２０で実行した比較に基づいて、調整ディスクの休止時間の調整が行われる。調整ディスクの「休止時間」は、各調整ゾーン内の調整ディスクの滞留時間と定義される。研磨パッドの特定の領域に対して測定された研磨パッドの厚さが標準的な研磨パッドの厚さより大きい場合、研磨掃引中にその特定の調整ゾーンに対して調整ディスクの休止時間を増大させる。研磨パッドの特定の調整ゾーンに対して測定された研磨パッドの厚さが標準的な研磨パッドの厚さより小さい場合、研磨掃引中にその特定の調整ゾーンに対して調整ディスクの休止時間を低減させる。研磨表面の調整は、基板が処理されている間に排他的に行うことができ（インサイチュ調整）、基板の処理間に進めることができ（エクスシチュ調整）、または調整とは独立して行うことができる。いくつかの実施形態では、調整は、基板が装置上に位置決めされ、処理され、また装置から除去されるときに連続して行うことができる（混合調整）。他の実施形態では、調整は、研磨前、研磨中、または研磨後に開始することができ、研磨前、研磨中、または研磨後に終了することができる。
【００３３】
図４は、パッド調整方法の別の実施形態を示す流れ図４００である。流れ図４００に示す方法は、均一の研磨パッドプロファイルを維持し、または研磨パッドの有用寿命全体を通して不均一のパッド研磨プロファイルを補正する調整処理を実現する。ブロック４１０で、最初の休止時間プロファイルに基づく最初の掃引予定を含む最初の調整方策が提供される。ブロック４２０で、最初の調整方策によって研磨パッドを調整しながら、内蔵型のセンサを使用して研磨パッドの厚さを測定する。研磨パッドは、研磨パッド上で基板を研磨しながら調整することができる。ブロック４３０で、研磨パッドの測定された厚さと最初の研磨前のパッドの厚さプロファイルを比較し、両者の差を使用して測定されたパッド摩耗プロファイルを構築する。ブロック４４０で、測定されたパッド摩耗プロファイルとターゲットパッド摩耗プロファイルを比較する。ブロック４５０で、測定されたパッド摩耗プロファイルとターゲットパッド摩耗プロファイルの比較に基づいて、変更された休止時間プロファイルを求める。ブロック４６０で、変更された休止時間プロファイルに基づく変更された掃引予定を策定する。ブロック４７０で、変更された掃引予定に基づいて、調整ディスクの休止時間を調整する。変更された掃引予定に基づいて変更された調整方策は、さらなる基板を処理するとき、研磨パッドのエクスシチュ、インサイチュ、または混合の調整に使用することができる。
実施例
【００３４】
以下の非限定的な例は、本明細書に記載の実施形態についてさらに説明するために提供する。しかし、これらの例は、包括的なものではなく、本明細書に記載の実施形態の範囲を限定しようとするものではない。
【００３５】
パッド摩耗の調査は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＲＥＦＬＥＸＩＯＮ（登録商標）ＬＫ３００ｍｍというＣＭＰシステム上で行い、Ｔｈｅ  Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＩＣ１０１０ポリウレタンパッド、および３Ｍ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＡ１６５ダイヤモンド調整ディスクを使用した。この研磨器は、内蔵型の非接触厚さセンサ（図２参照）を特徴とする新しいパッド調整アーム設計を追加することによって修正した。パッドの厚さ測定は、調整中にパッド全体にわたってパッド調整アームが掃印されるときに収集した。ダイアル式の指示器および直径の小さいワイアスタイラスを有する深さゲージであるＭｉｔｕｔｏｙｏ  Ａｂｓｏｌｕｔｅ  Ｄｉｇｉｍａｔｉｃ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ（「ピンゲージ」）を使用して、研磨パッドの残りの溝深さの手動測定から、パッドの摩耗プロファイルも得た。
【００３６】
調整のみ（エクスシチュ調整）の場合および研磨中の調整（インサイチュ研磨）の場合に対して、実験を行った。パッドは、調整のみの実行中には脱イオン水で濡らし、研磨の実行には、Ｃａｂｏｔ  Ｃｏｒｐ．から入手可能なＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ（登録商標）１２またはＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ（登録商標）２５（脱イオン水と１：１で希釈）を使用した。後者の場合、キャリアヘッド速度８７ｒｐｍおよび平均膜圧４．５ｐｓｉで除去率の高い層間誘電体（ＩＬＤ）処理を使用して、熱酸化させたシリコンウエハまたはＱｕａｒｔｚ  Ｕｎｌｉｍｉｔｅｄからの石英ディスクを研磨した。すべての実行で、プラテン速度は９３ｒｐｍとした。
【００３７】
９５ｒｐｍのヘッド速度で９ｌｂ（４．０８ｋｇ）の負荷を印加して、パッドコンディショナーを動作させた。掃引速度は１分当たり１９回であり、１．７インチ（４．３２ｃｍ）〜１４．７インチ（３７．３ｃｍ）の掃引範囲を、１３個の等距離のゾーンに分割した。開ループモードで実行される固定の線形の掃引予定（図５Ａ参照）による調整と、本明細書に記載の実施形態による閉ループ制御下の調整可能な掃引予定（図５Ｂ参照）による調整とで、パッド除去プロファイルを比較した。最初の線形の掃引予定は、調整方策の範囲内で設定した。開ループ制御の場合、実行全体を通して線形掃引予定は維持された。閉ループ制御の場合、内蔵型のセンサからのフィードバックに基づいて、掃引予定は自動的に更新された。
調整のみの実行
【００３８】
ＩＣ１０１０パッドを、開ループの固定の休止実行で１０時間を超える調整にかけ、また休止時間の閉ループ制御下で２２時間の調整にかけた。調整のみの実行中、ＤＩ水を使用し、基板とパッドの接触はなかった。図６Ａに示すように、開ループおよび閉ループの実行に対する掃引予定は最初、すべてのゾーン全体にわたって同一かつ均一（平坦）であった。しかし、閉ループ制御方式を使用した後は、パッドの極めて縁部のゾーン内で休止時間を最小にして、パッドの外縁部の摩耗を最小にし始める。閉ループ制御の実行が進むと、相対的な休止時間は縁部付近のゾーンで増大し、プラテンの中心付近のゾーン内で低減する。
【００３９】
こうした休止時間のばらつきの理由を図６Ｂに示す。開ループの場合、パッド除去は、プラテンの中心に近づく（プラテンの中心から約３インチ（７．６２ｃｍ）〜６インチ（１５．２ｃｍ））と最も大きくなり、縁部付近の領域では最も小さくなる。閉ループの場合、最終的な休止時間プロファイルは、最終的な開ループのパッド除去プロファイルのほぼ逆になる。閉ループの休止時間プロファイルの結果、図６Ｂに観察される平坦な除去プロファイルが得られる。ピンゲージの測定と内蔵型のセンサの測定の間で、良好な一致（プロファイルの整合）が観察される。
【００４０】
有用なパッド寿命は、パッドの任意の領域内の溝が残り深さ５ミルまですり減る（たとえば、最初の溝深さが３０ミルの場合、２５ミルがすり減る）累積調整時間と定義される。パッドの摩耗プロファイルが不均一である場合、平均的なパッドの摩耗ではなく、パッドのうち最も速く摩耗する領域が、有用なパッド寿命を制限する。図６Ｂに示すように、開ループ処理は、プラテンの中心から最大約５インチ（１２．７ｃｍ）のパッド摩耗を有する。パッドの残り部分全体にわたって、特にプラテン縁部付近で十分な溝深さが依然として残っている場合でも、この摩耗の速い帯域が寿命を制限する。閉ループ制御では、除去プロファイルは平坦になる。溝深さの均一な低減により、パッド寿命が増大する。
研磨中の調整の実行
【００４１】
研磨中の調整は、調整のみの実行中に観察されるものに類似のパッド内除去プロファイルをもたらす。結果は、熱酸化物基板または石英ディスク上のスラリ研磨の実行（たとえば、シリカスラリ）に関して比較され、一方は開ループモードであり、他方は閉ループ制御モードであり、どちらも２，０００枚を超えるウエハを研磨する（調整時間は２０時間を超える）。この場合も、開ループおよび閉ループの実行に対する最初の掃引予定は最初、すべてのゾーン全体にわたって同一かつ均一（平坦）である（図７Ａ参照）。閉ループ制御方式を使用した後は、パッドの極めて縁部のゾーン内および半径中間付近で休止時間を最小にして、縁部付近の領域およびプラテン中心で休止時間を増大させ始める。
【００４２】
２，０００枚のウエハの開ループの基線実行に対するパッド摩耗結果を、図７Ｂに示す。不均一性プロファイルは、パッド摩耗率がプラテンの中心でより速いことを除いて、休止が固定された調整のみの実行で見られるもの（図６Ｂ）に類似している。平坦なパッド除去プロファイルを維持するために、閉ループ制御システムは、ほとんどすべての半径中間ゾーンに対して休止時間を低減させながら、中心ゾーンの休止時間を増大させた。掃引予定の閉ループ制御により、パッド材料の除去はより均一になり、溝深さの低減はより均一になった。休止時間の閉ループ制御は、研磨した２，０００枚を超えるウエハに対して、平坦な除去プロファイルをもたらした。ピンゲージの測定と内蔵型のセンサの測定の間で、良好な一致が得られた。
【００４３】
調整のみの実行と研磨中の調整の実行を延長した場合のパッドプロファイルの不均一性範囲の比較を表１に示す。ピンゲージで測定したとき、閉ループのパッドプロファイル制御を使用すると、溝深さのばらつきは４０％を超えて低減した。内蔵型のセンサ測定は、７５％を超えるプロファイルの不均一性の低減を示した。
【００４４】
【表１】
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【００４５】
本明細書に記載の実施形態は、調整掃引の閉ループ制御（ＣＬＣ）を使用して、パッド寿命全体を通してパッド全体にわたって均一な溝深さの除去を行うことができる新しい調整手法を提供する。調整アーム内へ内蔵された非接触センサにより、パッドスタックの厚さをインサイチュおよびリアルタイムで監視することができる。厚さセンサからのフィードバックを使用して、掃引予定内の各ゾーンに対するパッドコンディショナーの休止時間を修正し、パッドおよびディスクが老化するにつれて起こりうるパッドプロファイルのずれを補正する。パッドプロファイルＣＬＣにより、連続した調整で溝深さを均一に低減させることができ、消耗品寿命をより長くし、動作コストを低減させる。閉ループのパッドプロファイル制御を使用すると、溝深さのばらつきは４０％を超えて低減しており、有用なパッド寿命は２０％増大すると考えられる。
【００４６】
本明細書では、特定の実施形態について、溝付きの研磨パッドに関連して論じたが、本明細書に記載の方法は、表面の特徴をもたない研磨パッド、および表面の特徴（たとえば、穿孔、エンボス加工された表面特徴など）を有する研磨パッドを含めて、すべての非金属の研磨パッドに適用できることも理解されたい。
【００４７】
上記は本発明の実施形態を対象とするが、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、以下の特許請求の範囲によって決まる。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【国際調査報告】
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