(57)【要約】      （修正有）【課題】研磨パッドの耐用期間を最適化するＣＭＰ制御システムを提供する。【解決手段】研磨パッド１０５の耐用期間は、調節ディスク１１７による研磨パッドからの材料除去率を制御することによって最適化される。調節ディスクは、研磨表面がウェーハを適切に処理できるのに十分な材料を除去するが、過度に材料を除去することはない。過度の材料除去を防止することにより、研磨パッドの耐用期間が延びる。ＣＭＰ処理中、制御装置は、調節ディスクに印加されるトルク、および研磨パッド全体にわたって調節ディスクを掃引するアーム１２１に印加されるトルクに関するデータを受け取る。検出された動作条件に基づいて、システムは材料除去率を予測し、研磨パッドの耐用期間を最適化するように調節ディスクに印加される力を調整することができる。【選択図】図１
2015065439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学的機械研磨のための装置であって、
ウェーハを処理する回転可能な研磨パッドと、
前記研磨パッドを調節する研削表面を有する回転可能な調節ディスクと、
前記調節ディスクに結合され、前記研磨パッド全体にわたって前記調節ディスクの研削表面を移動させるアームと、
前記調節ディスクに印加される回転トルクを検出するセンサと、
前記研磨パッドに対する前記調節ディスクの圧縮力を調整するアクチュエータと、
前記センサから回転トルクデータを受け取り、前記データを使用して、前記アクチュエータによって前記調節ディスクに印加される前記圧縮力を調整し、前記回転トルクの大きさを予め定義された範囲内で維持する制御装置と
を備える装置。
【請求項２】
前記制御装置が、前記回転トルクの前記大きさが前記予め定義された範囲内の最小値を下回るとき、前記調節ディスクに対する前記アクチュエータの前記圧縮力を増大させ、前記回転トルクの前記大きさが前記予め定義された範囲内の最大値を超えたとき、前記調節ディスクに対する前記アクチュエータの前記圧縮力を低減させる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記アームに結合され、前記研磨パッド全体にわたって前記調節ディスクを移動させるのに必要な掃引トルクの量を検出する掃引トルクセンサ
をさらに備え、前記制御装置が、前記掃引トルクセンサから掃引トルクデータを受け取って、前記掃引トルクの大きさを予め定義された範囲内で維持する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記制御装置が、前記掃引トルクの前記大きさが前記予め定義された範囲内の最小値を下回るとき、前記調節ディスクに対する前記アクチュエータの前記圧縮力を増大させ、前記掃引トルクの前記大きさが前記予め定義された範囲内の大きさの値を超えたとき、前記調節ディスクに対する前記アクチュエータの前記圧縮力を低減させる、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
予期される回転トルク範囲を記憶するデータベース
をさらに備え、前記回転トルクの前記大きさと前記予期される回転トルク範囲とを比較して、前記回転トルクの前記大きさが前記予期される回転トルク範囲内であるかどうかを判断する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
化学的機械研磨のための方法であって、
ウェーハを処理する回転可能な研磨パッド、研削表面を有する回転可能な調節ディスク、および前記調節ディスクに結合されて、前記研磨パッドの上で前記調節ディスクの研削表面を移動させるアームを提供することと、
前記研磨パッドに対して前記調節ディスクの研削表面を回転させることによって、前記研磨パッドを調節することと、
前記調節ディスクに印加される回転トルクを検出することと、
前記研磨パッドに対する前記調節ディスクの圧縮力を調整して、前記感知された回転トルクの大きさを、予め定義された範囲内で維持することと
を含む方法。
【請求項７】
前記検出された回転トルクの前記大きさが前記予め定義された範囲内の最小値を下回るとき、前記研磨パッドに対する前記調節ディスクの前記圧縮力を増大させることと、
前記検出された回転トルクの前記大きさが前記予め定義された範囲内の最大値を超えたとき、前記研磨パッドに対する前記調節ディスクの前記圧縮力を低減させることと
をさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記検出された回転トルクの前記大きさが前記予め定義された範囲内の最小値を下回るとき、前記調節ディスクの回転率を増大させることと、
前記検出された回転トルクの前記大きさが前記予め定義された範囲内の最大値を超える場合、前記調節ディスクの前記回転率を低減させることと
をさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記検出されたトルクの前記大きさが前記予め定義された範囲内の最小値を下回る場合、前記アームの掃引率を増大させることと、
前記検出された回転トルクの前記大きさが前記予め定義された範囲内の最大値を超える場合、前記アームの掃引率を低減させることと
をさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
予期される回転トルク範囲を記憶するデータベースを提供することと、
前記回転トルクの前記大きさと前記予期される回転トルク範囲とを比較して、前記回転トルクの前記大きさが前記予期される回転トルク範囲内であるかどうかを判断することと
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１１】
化学的機械研磨のための方法であって、
ウェーハを処理する回転可能な研磨パッド、研削表面を有する回転可能な調節ディスク、および前記調節ディスクに結合されて、前記研磨パッドの上で前記調節ディスクの研削表面を移動させるアームを提供することと、
前記研磨パッドに対して前記調節ディスクの研削表面を回転させることによって、前記研磨パッドを調節することと、
前記研磨パッド全体にわたって前記調節ディスクを移動させるように前記アームに印加される掃引トルクを検出することと、
前記研磨パッドに対する前記調節ディスクの圧縮力を調整して、前記検出された掃引トルクの大きさを、予め定義された範囲内で維持することと
を含む方法。
【請求項１２】
前記検出された掃引トルクの前記大きさが前記予め定義された範囲内の最小値を下回るとき、前記アームの掃引率を増大させることと、
前記検出された掃引トルクの前記大きさが前記予め定義された範囲内の最大値を超えるとき、前記アームの前記掃引率を低減させることと
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記検出された回転トルクの前記大きさが前記予め定義された範囲内の最小値を下回るとき、前記調節ディスクの回転率を増大させることと、
前記検出された回転トルクの前記大きさが前記予め定義された範囲内の最大値を超える場合、前記調節ディスクの前記回転率を低減させることと
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
予期される掃引トルク範囲を記憶するデータベースを提供することと、
前記回転トルクの前記大きさと前記予期される掃引トルク範囲とを比較して、前記掃引トルクの前記大きさが前記予期される掃引トルク範囲内であるかどうかを判断することと
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記掃引トルクの前記大きさに基づいたアルゴリズムを使用して、前記研磨パッドからの材料除去率を予測すること
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
このＰＣＴ出願は、２００９年８月７日出願の米国特許出願第１２／１８７，６３７号、ＩＮ−ＳＩＴＵ  ＰＥＲＦＯＲＭＡＮＣＥ  ＰＲＥＤＩＣＴＩＯＮ   ＯＦ  ＰＡＤ  ＣＯＮＤＩＴＩＯＮＩＮＧ  ＤＩＳＫ  ＢＹ  ＣＬＯＳＥＤ  ＬＯＯＰ  ＴＯＲＱＵＥ  ＭＯＮＩＴＯＲＩＮＧに対する優先権を主張する。米国特許出願第１２／１８７，６３７号を、参照として本明細書に組み込む。
【０００２】
本発明は、半導体デバイスを製造するために化学的機械研磨（ＣＭＰ）で使用される研磨パッドを調節する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来のＣＭＰ機は、回転式の研磨パッドと、ウェーハキャリアと、研磨パッドを調節するために使用される研削表面を有する調節ディスクとを含む。ＣＭＰ処理中、研削粒子の液体スラリーを回転式の研磨パッド上へ流し込み、ウェーハキャリア内に半導体ウェーハを配置する。ウェーハキャリアは、ウェーハをスラリーおよび回転式の研磨パッドに押し付けながら、研磨パッドの幅全体にわたってウェーハを移動させる。スラリーとの化学反応、および研削粒子との接触による物理的浸食により、ウェーハから材料が除去され、あらゆる不規則なトポグラフィが平らになり、露出したウェーハ表面が平面になる。調節ディスクは研削表面を含んでおり、調節ディスクを回転させて調節ディスクの研削表面を研磨パッド表面に対して掃引するアームに結合される。調節ディスクは、ウェーハから除去された粒子が研磨パッド表面上に蓄積するのを防ぎ、研磨パッドの均一な研削特徴を維持する。
【０００４】
正常のＣＭＰシステムでは、調節ディスクアクチュエータは、一定の圧縮力を印加して、調節ディスクを研磨パッドに押し付ける。調節ディスクはまた、一定の回転率で回転し、一定の掃引率で研磨パッドの半径全体にわたって移動する。新しい研磨パッドおよび新しい調節ディスクがＣＭＰ機に設置されたとき、調節ディスクの研削表面は非常に鋭い傾向があり、研磨パッドからの材料除去率は、初めは高い。調節ディスクの耐用期間中、研削表面は摩耗し、調節ディスクの鋭さは低減する。これにより、調節ディスクが使用されるにつれて材料除去率は低減する。このように、従来技術のＣＭＰ機では材料除去率は制御されておらず、研磨パッドからの材料除去率は、研磨パッドの耐用期間全体にわたって直線的ではない。したがって、調節ディスクの状態を監視し、材料除去率を調整して研磨パッドの耐用期間を最適化するＣＭＰ制御システムが必要とされている。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、研磨パッドの耐用期間を最適化するシステムおよび方法を対象とする。このシステムは、回転式の研磨パッド、ウェーハキャリア、調節ディスク、調節ディスクアクチュエータ、および閉ループ制御システムを含む。ウェーハキャリアは、研削スラリーで被覆された回転式の研磨パッドに対してウェーハを保持する。キャリアは、研磨パッドの幅全体にわたってウェーハを回転および移動させる。ウェーハから材料が除去されるにつれて、ウェーハは研磨されて滑らかで平坦な表面になる。調節ディスクは、多くの小さいダイヤモンドを含むことができる研削表面を有する。ＣＭＰ処理中、調節ディスクは回転し、その研削表面は研磨パッドの幅全体にわたって移動する。調節ディスクの研削表面は、研磨パッドからウェーハ粒子を落とし、また均一に研磨するように研磨パッドを調節す る。調節プロセス中、研磨パッド材料の一部は調節ディスクによって除去される。
【０００６】
研磨パッドからの材料除去率は、その性能および耐用期間を最適化するのに重要である。調節プロセス中に研磨パッドから過度の材料が除去された場合、除去された余分の材料が、研磨パッドの耐用期間を短くする。逆に、研磨表面から除去された材料の量が不十分である場合、研磨表面は適切に調節されず、すなわち、望ましくない粒子が残ってパッドの公称の表面特性が戻らないことがあり、その結果、ウェーハが適切に研磨されないことがある。したがって、研磨パッドの最適な調節のためには、研磨パッドの耐用期間を必要以上に短くするはずの過度の材料を除去することなく十分な調節が実行されるように、研磨パッド表面から除去された材料を厳重に制御しなければならない。
【０００７】
本発明のＣＭＰシステムは、研磨ディスクの性能を監視し、残りの研磨ディスク耐用期間を予測して研磨ディスク交換の正確な時期を判断する方法として、研磨ディスクと調節パッドの間の摩擦を監視する閉ループ制御システムを含む。研磨ディスクの調節は、調節ディスクに印加される圧縮力、調節ディスクの回転速度、および調節ディスクアームの掃引率を調整することにより、研磨パッドからの材料除去率を制御することによって実現される。これらのパラメータは、個々にまたは組み合わせて制御することができる。調節中の材料除去率は、圧縮力、回転率、または掃引率が増大すると増大する。逆に、調節中の材料除去率は、圧縮力、回転率、または掃引率のいずれかが低減すると低減する。
【０００８】
材料除去率を制御するために、システムは、材料除去率を予測しなければならない。研磨パッドからの材料除去率は、調節ディスクの研削表面の鋭さ、圧縮力、回転率、および掃引率の影響を受ける可能性がある。研削表面は、多くのダイヤモンドによって形成された複数の鋭い刃先から作られる。調節ディスクが使用されるにつれて、これらの鋭い刃は摩耗し、研磨パッドとの摩擦が低減する。一実施形態では、これらの動作条件の累積的な影響は、調節ディスクに印加される回転トルクおよび調節ディスクアームに印加される掃引トルクによって測定することができる。調節ディスクに回転トルクセンサを結合させて、調節ディスクの回転トルクを検出することができ、アームに掃引トルクセンサを結合させて、研磨パッド全体にわたって調節ディスクを移動させるために使用される掃引トルクを検出することができる。調節ディスクに印加される回転トルクおよび掃引トルクに関するデータは、閉ループ制御システム制御装置で受け取ることができ、制御装置は、制御可能な動作条件に調整を加えて、調節ディスクからの材料除去率を一定の率で維持し、研磨パッドの耐用期間を最適化する。
【０００９】
調節ディスクが新しいとき、研削表面は鋭い可能性があり、調節ディスクの研削表面と研磨パッドの間の摩擦の量は大きい可能性がある。こうして摩擦の量が大きいため、検出される回転トルクの大きさまたは掃引トルクの大きさは、好ましい材料除去率の標的範囲を超えることがある。トルクを低減させるために、制御システムは、調節ディスクに印加される圧縮力、回転率、および／または掃引率を低減させることができる。調節パッドの研削表面が摩耗するにつれて、調節ディスクの研削表面と研磨パッドの間の摩擦の量は低減し、制御装置は、調節ディスクの圧縮力、回転率、および／または掃引率を増大させて、回転トルクの大きさを再び予め定義された範囲まで引き上げなければならない。このように、回転トルクおよび掃引トルクに関するデータに基づいて、閉ループ制御システムは、研磨パッド表面からの材料除去率を最適化して有用耐用期間をより長くするように、調節ディスクに印加される回転トルクおよび掃引トルクを制御することができる。材料除去率を制御することによって、研磨パッド厚さの変化を、それぞれの処理されるウェーハに対して実質上同じにすることができる。このように、本発明のＣＭＰシステムの場合、研磨パッド厚さの変化と処理されるウェーハの数を、直接相関させることができる。
【００１０】
様々なシステム構成が可能である。いくつかの実施形態では、ＣＭＰシステムは、回転トルクセンサと掃引トルクセンサをどちらも含むことができる。別法として、ＣＭＰシステムは、回転トルクセンサだけ、または掃引トルクセンサだけを含むことができる。システムは、調節ディスクの（１）圧縮、（２）回転率、または（３）掃引率を、個々にまたは何らかの形で組み合わせて変更することによって、材料除去率を制御することができる。
【００１１】
制御装置は、多くの異なる方法で動作することができる。たとえば、上述の一実施形態で記載のように、制御装置は、調節ディスクに印加される回転トルクの大きさおよび／またはアームに印加される掃引トルクの大きさに関するデータを受け取ることができ、また、制御装置は、検出したトルクが予め定義された値の範囲内にあるかどうかを判断することができる。研磨パッド表面からの材料除去率は、回転トルクおよび掃引トルクと相関する。したがって、各トルク値は、関連する材料除去率を有する。検出したトルクの大きさが予め定義された範囲を超えている場合、閉ループ制御システムは、ウェーハ処理中に制御可能な動作条件を調整して、回転および掃引トルクを予め定義された範囲内で最適化することができる。このように、研磨パッド表面からの材料除去率を制御して、耐用期間を長くする。
【００１２】
別の実施形態では、制御装置は、アルゴリズムを使用して、研磨パッドからの材料除去率を予測することができる。制御装置は、検出された動作条件に基づいてアルゴリズムを絶えず実行し、材料除去率を予測することができる。研磨パッド表面からの予測された材料除去率が予め定義された材料除去率を超えている場合、制御装置は、それに応じて制御可能な動作条件を調整して、好ましい材料除去率でアルゴリズムを提供することができる。
【００１３】
別の実施形態では、制御装置を、予期されるまたは履歴のＣＭＰプロセス測定を記憶するデータベースに結合させることができる。次いで制御装置は、検出された動作条件と記憶されたデータを比較することができる。測定された動作条件データが記憶されたデータから外れる場合、制御装置は、制御可能な動作条件を調整して、好ましい材料除去率を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ＣＭＰシステムの上面図である。
【図２】ＣＭＰシステムの側面図である。
【図３】処理されたウェーハの数量に基づいて研磨パッド厚さの変化を示すグラフである。
【図４】ＣＭＰ制御システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、ＣＭＰ研磨パッドの処理耐用期間を最適化する改善された装置および方法を対象とする。本発明のシステムは、調節ディスクに印加されるトルク力の大きさを検出して研磨パッドを調節し、調節ディスクの動作を調整して研磨パッドの性能および耐用期間を最適化する。図１を参照すると、ＣＭＰシステムの好ましい実施形態は、回転式の円形研磨パッド１０５、ウェーハキャリア機構１１１、調節ディスク１１７、および調節ディスクアームを含む。ＣＭＰ処理中、スラリー分配機構１２５によって研磨パッド１０５上へ研削スラリーを流し込む。ウェーハキャリア機構１１１は、スラリーの上で、回転式の研磨パッド１０５の幅全体にわたってウェーハを回転および移動させる。調節ディスク１１７は、研磨パッド１０５に接触して研磨表面からウェーハ粒子を除去する研削表面を有する。調節ディスク１１７は、調節ディスクアーム１２１に結合された掃引アクチュエータによって、研磨パッド１０５の幅全体にわたって前後に掃引される。
【００１６】
図２を参照すると、研磨パッド１０５に対する調節ディスク１１７の圧縮は、圧縮アクチュエータ１８９を用いて制御される。回転トルクセンサ１３３が、調節ディスク１１７に印加される回転トルクの大きさを検出する。アーム１２１には掃引トルクセンサ１３１が結合されて、アーム１２１に印加される掃引トルクの大きさを検出する。調節ディスクに印加される回転トルクおよび／または掃引トルクの大きさ（複数可）は制御装置に送られ、制御装置は、このトルクデータを使用して、ＣＭＰ処理中の研磨パッド１０５からの材料除去率を予測する。研磨パッド１０５および調節ディスク１１７は、消耗されうる構成要素であり、通常、研磨パッド１０５が特定数のウェーハを処理し、研磨パッドが予め定義された最小厚さまで摩耗した後に交換される。この好ましい実施形態では、研磨パッド１０５の耐用期間は、研磨パッド表面を調節するのに十分な材料だけを除去して、過度の量の材料を不必要に除去しないように、ＣＭＰ処理中の調節ディスク１１７による材料除去率を制御することによって延ばされる。
【００１７】
対照的に、従来技術のＣＭＰシステムでは、調節中に材料除去率を制御することができない。これらの従来技術のシステムでは、調節ディスクに印加される圧縮力、調節ディスクの回転速度、および研磨パッド全体にわたる調節ディスクの掃引率は、研磨パッドの耐用期間全体にわたって一定に保持される。研磨パッドの実際の摩耗率が直線的ではないため、この方法は非効率的である。新しい研磨パッドおよび調節ディスクがＣＭＰ機上に設置されたとき、調節ディスクの研削表面は鋭く、研磨パッド表面からの材料除去率は初め、研磨表面を調節するために必要となりうるものより高い。研磨パッドの研削表面が摩耗するにつれて、研磨パッドからの材料除去率は低減する。したがって、研磨表面を調節するために必要な量を超えて除去された材料はすべて無駄になる。
【００１８】
図３を参照すると、水平軸上の処理されたウェーハの数に対して垂直軸に研磨パッド厚さを表すグラフを示す。従来技術のＣＭＰ機の研磨パッドを、曲線１９３で表す。研磨パッドは、初めは完全な厚さ１９１である。ウェーハが処理されるにつれて、研磨パッドは調節ディスクによって摩耗される。論じたように、調節ディスクには一定の圧縮力が印加されており、材料除去率は、グラフの左側に急な傾斜２０３で表すように、初めは非常に高い。より多くのウェーハが処理されるにつれて材料除去率は低減し、結局は、追加のウェーハが処理されるにつれて先細りしてよりなだらかな傾斜２０５になることで表すように、材料除去率は小さくなる。研磨パッドの厚さが破線１９９で表す最小厚さまで摩耗したとき、研磨パッドはその耐用期間の限界に達する。この従来技術の技法によれば、厚さが実際には測定されないため、研磨パッドおよび調節ディスクは、所定の数のウェーハが処理された後、実際の状態にかかわりなく交換される。
【００１９】
対照的に、本発明の一実施形態によるＣＭＰ処理システムを、実線１９５で表す。このシステムは、材料除去率が研磨パッド表面を適切に調節するのに十分なものとなるように、材料除去率を制御する。材料除去はデータ点によって制御され、データ点の値は動作条件の調節に影響を与えるため、過度の材料除去は回避される。処理される各ウェーハで一貫した量の材料が除去されるため、厚さの変化は直線１９５で表される。研磨パッドの耐用期間の延長は、従来技術のＣＭＰ機に対する線１９３と本発明のＣＭＰシステムの一実施形態に対する線１９５との間の垂直距離で図示される。
【００２０】
従来技術のＣＭＰ方法を使用して処理されるウェーハの総数は、線１９３と最小厚さ１９７の交点１９９で表される。本発明のＣＭＰ方法の一実施形態を使用して処理されるウェーハの総数は、線１９５と最小厚さ１９９の交点２０１で表される。摩耗率がよりなだらかであり、最初の処理で過度の材料が除去されないため、それによって、消耗されうる研磨パッド表面の耐用期間は延びる。したがって、本発明のシステムのこの実施形態では、従来技術のシステムより著しく多くのウェーハを研磨することが可能である。
【００２１】
研磨パッド表面の耐用期間を最適化するために、一実施形態では、このシステムは、ＣＭＰ機の動作条件を監視して研磨パッドからの材料除去率を制御するように構成される制御装置を含むことができる。調節ディスクの研削表面を研磨パッド表面に当てたとき、研磨パッド表面からの材料除去率と回転トルクおよび掃引トルクを相関させることができる。これらのトルクは、調節ディスクと研磨パッドの間の摩擦の量、研磨パッドに対する調節ディスクの圧縮力、調節ディスクの回転率、および調節ディスクアームの掃引率と相関する。
【００２２】
トルクセンサによって検出されるトルクの大きさは、調節ディスクの位置に応じて変動する可能性がある。たとえば、アームは、調節ディスクを左右に掃引するとき、各掃引の初めに加速し、各掃引の終わりで減速する。したがって、検出されたトルクは、調節ディスクの摩擦、ならびにアームの運動加速度および減速度を含む。検出された掃引トルクから加速度および減速度の影響を除去するために、システムは、各掃引の途中でアームが一定の速度で回転しているとき、掃引トルクだけを読み取ることができる。別法として、システムは、トルク＝（質量）（加速度）（アーム長さ）というよく知られている物理学の公式に基づいて、加速度および減速度を予測することができる。このように、システムは、検出されたトルクから加速度成分を除去することができる。
【００２３】
研磨パッドの上で調節ディスクを移動させるのに必要な力はまた、研磨パッドの上での調節ディスクの相対的な摺動速度に応じて変動する可能性がある。相対的な摺動速度は、研磨パッドの上での調節ディスクの径方向の位置に応じて変化する。相対的な速度は、研磨パッドの中心より外側半径での方が速い。一実施形態では、本発明のシステムは、任意選択で回転位置センサを使用して、アームの径方向の位置を検出することができ、システム制御装置は、検出されたトルクの大きさを調整して、これらの摺動速度の変動を補償することができる。この実施形態では、これらの変動を補償することによって、本発明のシステムは、材料除去率をより正確に予測することができる。
【００２４】
調節ディスクの動作条件の変化は、検出される回転トルクまたは掃引トルクに対して異なる影響を有する可能性があるため、検出されたトルクの１つだけが対応する予め定義された範囲を超えている場合、制御装置は任意選択で、動作条件の１つを調整することができる。たとえば、回転トルクセンサ１３３は、掃引トルクセンサ１３１より調節ディスクの回転率１６３の変化によく反応することがある。したがって、掃引トルク１３１は予め定義された範囲内であるが、回転トルク１３３は予め定義された範囲を下回る場合、制御装置１７３は、調節パッド１７５の回転率１６３を増大させて、掃引トルク１３１の大きさを著しく変更することなく、回転トルク１３３の大きさを補正することができる。別の例では、回転トルク１３３は予め定義された範囲内であるが、掃引トルク１３１は予め定義された範囲を下回る場合、制御装置１７３は、掃引率１６５を低減させて、回転トルク１３３の大きさを著しく変更することなく、検出される掃引トルク１３１の大きさを予め定義された範囲内にすることができる。圧縮力１６１を変更すると、回転トルク１３３の大きさと掃引トルク１３１の大きさをどちらも等しく変更することができる。このように、本発明のシステムの実施形態は、様々な異なる処理条件を監視し、検出された変動のタイプに応じて補正的な調整を加えるように構成することができる。
【００２５】
図４を参照して、閉ループ制御システムの一実施形態のブロック図を示す。処理中、調節ディスクの研削表面は研磨パッド表面に押し付けられ、調節ディスクと研磨パッド１４１の間の回転摩擦の大きさは、回転トルクセンサ１３１および／または掃引トルクセンサ１３３によって検出される。制御装置１７３は、調節ディスクに印加される回転トルクを監視する回転センサ１３３からのデータを受け取るように結合される。制御装置１７３はまた、調節ディスクアームに印加される掃引トルクを監視する掃引トルクセンサ１３１からのデータを受け取るように結合することができる。検出されたトルクに加えて、制御装置はまた、処理されたウェーハの数、調節ディスクの圧縮力１６１、回転率１６３、および掃引率１６５に関するデータを受け取ることができる。これらはすべて潜在的に、研磨パッド表面からの材料除去率を予測するのに有用である。検出された処理情報に基づいて、制御装置１７３は、研磨パッド表面からの材料除去率を予測して、圧縮力１６１、回転率１６３、および掃引率１６５に調整を加えることができる。制御装置１７３はまた、（１）ユーザが本発明のＣＭＰシステムのこの実施形態の動作を制御することを可能にするグラフィカルユーザインターフェース１８１、および（２）システムが他のデジタルデバイスと通信することを可能にするネットワークに結合することができる。
【００２６】
制御装置１７３は、様々な動作モードを有することができる。一実施形態では、システムは、回転トルクの大きさおよび／または掃引トルクの大きさを特有の予め定義された範囲内で維持するように構成することができる。回転または掃引トルクの検出された大きさが予め定義された範囲を超えている場合、制御装置１７３は、圧縮力１６１、回転率１６３、および掃引率１６５を個々にまたは組み合わせて調整して、研磨パッド表面からの材料除去率を補正することができる。
【００２７】
第１の例示的な動作モードでは、制御装置１７３は、調節ディスクに印加される回転トルク１３３の大きさに関するデータを受け取るように構成することができる。制御装置１７３は、回転トルク１３３の大きさを予め定義された範囲内で維持する。一実施形態では、制御装置は、圧縮力１６１を調整して調節ディスクと研磨パッドの間の摩擦１７９を制御することだけが可能であることがある。調節ディスクと研磨パッドの間の摩擦１７９が予め定義されたレベルを上回る場合、回転トルクセンサ１３３は制御装置１７３へデータを送達し、制御装置１７３は圧縮力１６１を低減させて摩擦を低減させる。逆に、調節ディスクと研磨パッドの間の摩擦１７９が予め定義されたレベルを下回る場合、回転トルクセンサ１３３は制御装置１７３へデータを送達し、制御装置１７３は圧縮力１６１を増大させて摩擦を増大させる。他の動作モードでは、システムは、任意の組合せの動作条件を検出し、これらの動作条件を制御して材料除去率を制御することができる。材料除去率を制御することによって、研磨パッドを直線的に摩耗させ、パッド１０５の耐用期間を最適化することができる。
【００２８】
他の実施形態では、制御装置１７３は、研磨パッド表面からの材料除去率を予測するアルゴリズムを利用するマイクロプロセッサを含むことができる。このアルゴリズムは、様々な動作条件間の関係に基づいたものとすることができる。材料除去率は、圧縮力１６１、調節ディスクの回転速度１６３、調節ディスクの掃引率１６５、調節ディスクに印加される回転トルク１３３および掃引トルク１３５、ならびに研磨パッドの上での研削表面の速度と相関する。材料除去率は、これらの条件のいずれかが増大すると増大し、動作条件のいずれかが低減すると低減する。
【００２９】
これらの動作条件はそれぞれ、材料除去率に対して異なる定量的な影響を有するため、検出された動作条件のそれぞれに補正係数を加えることができる。効果的なアルゴリズムは、任意の検出された処理条件または検出された処理条件の組合せを含むことができる。一般化された材料除去率の等式は、
材料除去率＝Ｘ１ＴＲ＋Ｘ２ＴＳ＋Ｘ３Ｃ＋Ｘ４Ｒ＋Ｘ５Ｓ
とすることができる。上式で、
Ｘ１〜Ｘ５は、検出された動作条件に対する補正係数であり、
ＴＲは、調節ディスクに印加される回転トルクであり、
ＴＳは、調節ディスクアームに印加される掃引トルクであり、
Ｃは、調節ディスクに印加される圧縮力であり、
Ｒは、調節ディスクの回転率であり、
Ｓは、調節ディスクの掃引率である。
【００３０】
さらに別の実施形態では、システム制御装置はデータ記憶域に結合され、制御装置は、実際の検出した動作条件の一部またはすべてと、履歴データおよび／または標的性能データを含むことができるデータベース１７７とを比較することができる。制御装置１７３は、検出された動作条件のいずれかが予め定義された範囲外であるかどうかを判断することができ、誤りが検出された場合、制御装置は、圧縮力１６１、回転率１６３、および／または掃引率１６５に必要な調整を加えることができる。動作条件に関するデータを絶えず受け取り、検出された値と予め定義された値を比較することによって、誤りを迅速に検出することができ、制御装置１７３によってすべての必要な調整を加えることができる。システムは、研磨パッドからの材料除去率を最適のレベルで維持することができる。
【００３１】
一実施形態では、データベース１７７は、履歴処理データ、ならびに寿命および誤り条件を含む。履歴データは、特定の動作条件に対する予期される回転トルクおよび予期される掃引トルクの大きさを含むことができる。たとえば、ＣＭＰシステムが特有の圧縮力、回転率、および掃引率で動作しており、調節ディスクが２０５枚のウェーハを処理した場合、データベースは、予期される回転および掃引トルクの大きさに対する処理データを有することができる。検出された回転トルク１３３または掃引トルク１３１の大きさが予期される値または範囲と実質上異なる場合、システムは、誤りを識別して、ＣＭＰ処理に伴う問題が存在することを示す信号を放出することができる。
【００３２】
一実施形態では、本発明のシステムは、特定の動作条件が満たされたことを検出すると寿命信号を放出するように構成することができる。たとえば、高い圧縮力が印加されたときに、検出された回転および／または掃引トルクの大きさが対応する予め定義された値を下回る場合、システムは研磨パッドが摩耗し、適切に調節できないことを検出することができる。別法として、調節ディスクに印加される圧縮力が予め定義された値を超え、または調節ディスの回転率もしくは調節ディスクアームの掃引率が予め定義された率を超えたとき、誤り信号を生成することができる。他の実施形態では、本発明のシステムはまた、トルクセンサが回転トルクまたは掃引トルクの大きさの大きな変動を検出したとき、ＣＭＰプロセスの誤りを検出することができる。これらの変動は、調節ディスクの研磨表面が凸凹していることを示すことができる。たとえば、内側の放射状領域は、外側の放射状領域より起伏が多い可能性がある。凸凹した表面は最終的に、処理しているウェーハ内で欠陥をもたらすため、著しい変動が検出されたとき、システムは誤り信号を提供することができる。
【００３３】
本発明のシステムについて特定の実施形態を参照して説明したが、本発明のシステムの範囲から逸脱することなく、これらの実施形態に追加、削除、および変更を加えうることが理解されるであろう。記載のＣＭＰシステムは様々な構成要素を含むが、これらの構成要素および記載の構成を様々な他の構成で修正および再構成できることがよく理解される。
【図１】
2015065439.tif 000003
【図２】
2015065439.tif 000004
【図３】
2015065439.tif 000005
【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年11月4日(2014.11.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学的機械研磨のための装置であって、
ウェーハを処理する回転可能な研磨パッドと、
前記研磨パッドを調節する研削表面を有する回転可能な調節ディスクと、
前記調節ディスクに結合され、前記研磨パッド全体にわたって前記調節ディスクの研削表面を掃引させるアームと、
前記アームに結合され、前記アームを前記研磨パッド上で掃引させる掃引アクチュエータと、
前記アームに結合され、前記掃引アクチュエータにより前記アームに印加される掃引トルクの量を検出する掃引トルクセンサと、
前記調節ディスクに印加される回転トルクを検出する回転トルクセンサと、
前記研磨パッドに対する前記調節ディスクの圧縮力を調整する圧縮アクチュエータと、
前記回転トルクセンサから回転トルクデータを、および前記掃引トルクセンサから掃引トルクデータを受け取り、前記回転トルクデータおよび掃引トルクデータを使用して、前記圧縮アクチュエータによって前記調節ディスクに印加される前記圧縮力を調整する制御装置と
を備える装置。
【請求項２】
前記制御装置が、前記回転トルクの大きさを予め定義された第１の範囲内で維持する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記制御装置が、前記回転トルクの前記大きさが前記予め定義された第１の範囲内の最小値を下回るとき、前記調節ディスクに対する前記圧縮アクチュエータの前記圧縮力を増大させる、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記制御装置が、前記回転トルクの前記大きさが前記予め定義された第１の範囲内の最大値を超えたとき、前記調節ディスクに対する前記圧縮アクチュエータの前記圧縮力を低減させる、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記アームに結合された前記掃引トルクセンサが、さらに、前記研磨パッド全体にわたって前記調節ディスクを動かすために必要な掃引トルクの量を検出するようになっている、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記制御装置が前記掃引トルクセンサから掃引トルクデータを受け取り、前記制御装置が前記掃引トルクの大きさを予め定義された第２の範囲内で維持する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記制御装置が、前記掃引トルクの前記大きさが前記予め定義された第２の範囲内の最小値を下回るとき、前記調節ディスクに対する前記圧縮アクチュエータの前記圧縮力を増大させる、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記制御装置が、前記掃引トルクの前記大きさが前記予め定義された第２の範囲内の最大値を超えたとき、前記調節ディスクに対する前記圧縮アクチュエータの前記圧縮力を低減させる、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記回転トルクの前記大きさに基づいて前記研磨パッドからの材料除去率を予測するアルゴリズムをプログラムされたマイクロプロセッサをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
予期される回転トルク範囲を記憶するデータベース
をさらに備え、前記回転トルクの大きさと前記予期される回転トルク範囲とを比較して、前記回転トルクの前記大きさが前記予期される回転トルク範囲内であるかどうかを判断する、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
化学的機械研磨のための方法であって、
ウェーハを処理する回転可能な研磨パッド、研削表面を有する回転可能な調節ディスク、および前記調節ディスクに結合されて、前記研磨パッドの上で前記調節ディスクの研削表面を掃引させるアームを提供することと、
前記研磨パッドに対して前記調節ディスクの研削表面を回転させることによって、前記研磨パッドを調節することと、
前記調節ディスクに印加される回転トルクを検出することと、
前記研磨パッド全体にわたって前記調節ディスクを掃引させる前記アームに印加される掃引トルクの量を検出することと、
前記研磨パッドに対する前記調節ディスクの圧縮力を調整して、前記回転トルクの大きさを予め定義された第１の範囲内で、および前記掃引トルクの大きさを予め定義された第２の範囲内で維持することと
を含む方法。
【請求項１２】
前記検出された回転トルクの前記大きさが前記予め定義された第１の範囲内の最小値を下回るとき、前記研磨パッドに対する前記調節ディスクの前記圧縮力を増大させること、
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記検出された回転トルクの前記大きさが前記予め定義された第１の範囲内の最大値を超えたとき、前記研磨パッドに対する前記調節ディスクの前記圧縮力を低減させること、
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記検出された回転トルクの前記大きさが前記予め定義された第１の範囲内の最小値を下回るとき、前記調節ディスクの回転率を増大させること、
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記検出された回転トルクの前記大きさが前記予め定義された第１の範囲内の最大値を超える場合、前記調節ディスクの前記回転率を低減させること、
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記検出された掃引トルクの前記大きさが前記予め定義された第１の範囲内の最小値を下回る場合、前記アームの掃引率を増大させること、
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記検出された掃引トルクの前記大きさが前記予め定義された第１の範囲内の最大値を超える場合、前記アームの掃引率を低減させること、
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記回転トルクの前記大きさに基づいたアルゴリズムを使用して、前記研磨パッドからの材料除去率を予測すること、
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
予期される回転トルク範囲を記憶するデータベースを提供することと、
前記回転トルクの前記大きさと前記予期される回転トルク範囲とを比較して、前記回転トルクの前記大きさが前記予期される回転トルク範囲内であるかどうかを判断することと
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
化学的機械研磨のための方法であって、
ウェーハを処理する回転可能な研磨パッド、研削表面を有する回転可能な調節ディスク、および前記調節ディスクに結合されて、前記研磨パッドの上で前記調節ディスクの研削表面を掃引させるアームを提供することと、
前記研磨パッドに対して前記調節ディスクの研削表面を回転させることによって、前記研磨パッドを調節することと、
前記研磨パッド全体にわたって前記調節ディスクを掃引させるように前記アームに印加される掃引トルクを検出することと、
前記研磨パッドに対する前記調節ディスクの圧縮力を調整して、前記検出された掃引トルクの大きさを、予め定義された範囲内で維持することと
を含む方法。
【請求項２１】
前記検出された掃引トルクに基づいて前記調節ディスクの処理工程中の状態を判断すること、
をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記検出された掃引トルクに基づいて前記調節ディスクの交換時期を判断すること、
をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記検出された掃引トルクの前記大きさが前記予め定義された範囲内の最小値を下回るとき、前記調節ディスクに対する圧縮アクチュエータの圧縮力を増大させることと、
をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記検出された掃引トルクの前記大きさが前記予め定義された範囲内の最大値を超えるとき、前記調節ディスクに対する圧縮アクチュエータの圧縮力を低減させることと
をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記検出された掃引トルクの前記大きさが前記予め定義された範囲内の最小値を下回るとき、前記アームの掃引率を増大させることと、
をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
前記検出された掃引トルクの前記大きさが前記予め定義された範囲内の最大値を超えるとき、前記アームの掃引率を低減させることと
をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
前記掃引トルクの前記大きさに基づいたアルゴリズムを使用して、前記研磨パッドからの材料除去率を予測すること
をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２８】
予期される掃引トルク範囲を記憶するデータベースを提供することと、
前記掃引トルクの前記大きさと前記予期される掃引トルク範囲とを比較して、前記掃引トルクの前記大きさが前記予期される掃引トルク範囲内であるかどうかを判断することと
をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【外国語明細書】
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2015065439000002.pdf
2015065439000003.pdf
2015065439000004.pdf