(57)【要約】  化学機械研磨のための装置は、研磨パッドを支持するための表面を有するプラテンと、研磨パッドの研磨面に対して基板を保持するためのキャリアヘッドと、研磨面に対してコンディショニングディスクを保持するためのパッドコンディショナと、インシトゥ（その場）研磨パッド厚さ監視システムと、コントローラとを含む。コントローラは、複数のコンディショナディスク製品の各々をそれぞれの閾値に関連付けるデータを記憶し、複数のコンディショナディスク製品からコンディショナディスク製品を選択する入力を受信し、選択されたコンディショナディスク製品に関連付けられた特定の閾値を決定し、監視システムから信号を受信し、信号からパッドカット速度の測定量を生成し、パッドカット速度が特定の閾値を下回った場合に警告を生成するように、構成される。【選択図】図１Ｂ
2021517074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨パッドを支持するための表面を有するプラテンと、
前記研磨パッドの研磨面に対して基板を保持するためのキャリアヘッドと、
前記研磨面に対してコンディショニングディスクを保持するためのパッドコンディショナと、
インシトゥ研磨パッド厚さ監視システムと、
複数のコンディショナディスク製品の各々をそれぞれの閾値に関連付けるデータを記憶し、前記複数のコンディショナディスク製品からコンディショナディスク製品を選択する入力を受信し、選択された前記コンディショナディスク製品に関連付けられた特定の閾値を決定し、前記監視システムから信号を受信し、前記信号からパッドカット速度の測定量を生成し、前記パッドカット速度が前記特定の閾値を下回った場合に警告を生成するように構成されたコントローラと、
を備える、化学機械研磨のための装置。
【請求項２】
前記インシトゥ研磨パッド厚さ監視システムが、電磁誘導監視システムを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記電磁誘導監視システムが、前記プラテン内に電流を誘導するための磁場を生成するように前記パッドコンディショナ上に保持された磁気コアを有するセンサを備える、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記パッドコンディショナが、前記プラテンの上方で延在するアームを備え、前記磁気コアが、前記パッドコンディショナの前記アーム上に支持される、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記コントローラが、前記信号に予測フィルタを適用して、フィルタリングされた信号を生成するように構成されており、前記フィルタリングされた信号は、調整された値のシーケンスを含み、前記コントローラが、前記調整された値のシーケンス内の各調整された値について、
測定された値のシーケンスから少なくとも１つの予測された値を生成すること、ならびに
前記測定された値のシーケンスおよび前記予測された値から前記調整された値を計算すること
によって、前記フィルタリングされた信号を生成するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
研磨パッドを支持するための表面を有するプラテンと、
前記研磨パッドの研磨面に対して基板を保持するためのキャリアヘッドと、
前記研磨面に対してコンディショニングディスクを保持するためのパッドコンディショナと、
インシトゥ研磨パッド厚さ監視システムと、
前記監視システムから信号を受信し、前記信号からパッドカット速度の測定量を生成し、前記信号から前記パッドカット速度の変動性の測定量を決定するように構成されたコントローラと、
を備える、化学機械研磨のための装置。
【請求項７】
前記コントローラが、前記変動性の測定量が閾値を超える場合に警告を生成するように構成されている、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記コントローラが、前記パッドカット速度の標準偏差を計算することによって変動性の測定量を決定するように構成されている、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記コントローラが、測定のランニングウィンドウにおいて前記標準偏差を計算するように構成されている、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記インシトゥ研磨パッド厚さ監視システムが、電磁誘導監視システムを備える、請求項６に記載の装置。
【請求項１１】
前記電磁誘導監視システムが、前記プラテン内に電流を誘導するための磁場を生成するように前記パッドコンディショナ上に保持された磁気コアを有するセンサを備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記パッドコンディショナが、前記プラテンの上方で延在するアームを備え、前記磁気コアが、前記パッドコンディショナの前記アーム上に支持される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
化学機械研磨を制御する方法であって、
プラテン上の研磨パッドに基板を接触させることと、
前記研磨パッドと前記基板との間の相対運動を発生させることと、
前記研磨パッドをコンディショニングすることと、
インシトゥパッド厚さ監視システムで前記研磨パッドを監視し、前記研磨パッドの厚さに依存する信号を生成することと、
前記信号からパッドカット速度の測定量を生成することと、
前記信号から前記パッドカット速度の変動性の測定量を決定することと、
を含む方法。
【請求項１４】
前記パッドカット速度の標準偏差を計算することによって前記変動性の測定量を決定することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
測定のランニングウィンドウにおいて前記標準偏差を計算することを含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、化学機械研磨におけるパッドコンディショナによる研磨パッドを通るカット速度の監視に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路は、典型的には、シリコンウェハ上に導電層、半導電層、または絶縁層を順次堆積させることによって、基板上に形成される。種々の製造プロセスが、基板上の層の平坦化を必要とする。例えば、１つの製造工程は、パター二ングされた絶縁層上に導電性充填層を堆積させて、絶縁層のトレンチまたは孔を充填することを含む。次に、充填層は、絶縁層の隆起パターンが露出するまで研磨される。平坦化後、絶縁層の隆起パターン間に残る導電性充填層の部分は、基板上の薄膜回路間に導電経路を提供するビア、プラグおよびラインを形成する。
【０００３】
化学機械研磨（ＣＭＰ）は、平坦化の１つの受け入れられている方法である。この平坦化方法は、典型的には、基板がキャリアヘッドに載せられることを必要とする。基板の露出面が、回転する研磨パッドに対して配置される。キャリアヘッドは、基板を研磨パッドに押し付けるように、基板に制御可能な荷重を与える。研磨液、例えば研磨粒子を有するスラリーが、研磨パッドの表面に供給される。
【０００４】
ＣＭＰプロセスが、ある期間実行された後、研磨パッドの表面は、基板および／または研磨パッドから除去されたスラリー副生成物および／または材料の蓄積により、グレージングされることがある。グレージングは、研磨速度を低下させたり、基板上の不均一性を増加させたりする。
【０００５】
典型的には、研磨パッドは、パッドコンディショナでコンディショニングするプロセスによって、所望の表面粗さで維持される（そして、グレージングが回避される）。パッドコンディショナは、研磨パッド上の不要な蓄積物を除去し、研磨パッドの表面を望ましいアスペリティに再生するために使用される。典型的なパッドコンディショナは、研磨コンディショナディスクを含む。このようなコンディショナディスクには、例えば、研磨パッド表面に対してこすられてパッドに再び粗さを持たせることができるダイヤモンド研磨粒子を埋め込むことができる。しかしながら、コンディショニングプロセスもまた、研磨パッドを摩耗させる傾向がある。その結果、研磨およびコンディショニングの一定数のサイクルの後に、研磨パッドを交換する必要がある。
【発明の概要】
【０００６】
化学機械研磨のための装置は、研磨パッドを支持するための表面を有するプラテンと、研磨パッドの研磨面に対して基板を保持するためのキャリアヘッドと、研磨面に対してコンディショニングディスクを保持するためのパッドコンディショナと、インシトゥ（その場）研磨パッド厚さ監視システムと、コントローラとを含む。コントローラは、複数のコンディショナディスク製品の各々をそれぞれの閾値に関連付けるデータを記憶し、複数のコンディショナディスク製品からコンディショナディスク製品を選択する入力を受信し、選択されたコンディショナディスク製品に関連付けられた特定の閾値を決定し、監視システムから信号を受信し、信号からパッドカット速度の測定量を生成し、パッドカット速度が特定の閾値を下回った場合に警告を生成するように、構成される。
【０００７】
いくつかの実施態様は、以下の利点の１つ以上を含むことができる。研磨パッドの厚さを決定することができ、研磨パッドを通るカット速度を監視することができる。カット速度が通常の速度から逸脱する場合、これは、コンディショナディスクの効果が低下していることを示すことができる。コンディショナディスクは、その効果が低下したときに交換することができ、それによって、パッドコンディショニングの均一性が改善され、基板の研磨速度が増加し、ウェハ内不均一性（ＷＩＷＮＵ）および欠陥が減少する。コンディショニングディスクに対する圧力は、パッド摩耗速度が実質的に一定に維持されるように調整することができる。
【０００８】
１つ以上の実施態様の詳細が、添付の図面および以下の説明に記載される。他の態様、特徴、および利点は、説明および図面、ならびに特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】パッド層の厚さを検出するように構成されたセンサを含む化学機械研磨システムの概略側面図であり、部分断面図である。
【図１Ｂ】パッド層の厚さを検出するためのセンサを含む化学機械研磨システムの別の実施態様の概略側面図であり、部分断面図である。
【図２】化学機械研磨システムの概略上面図である。
【図３】電磁誘導監視システムの駆動システムの概略回路図である。
【図４】プラテンの複数回転にわたってのセンサからの信号強度の例示的なグラフである。
【図５】経時的なパッドカット速度の例示的なグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
種々の図面における同じ参照記号は、同じ要素を示す。
【００１１】
上述したように、コンディショニングプロセスもまた、研磨パッドを磨耗させる傾向がある。研磨パッドは、通常、スラリーを運ぶための溝を有し、パッドが摩耗するにつれて、これらの溝は、浅くなり、研磨効果が劣化する。その結果、研磨およびコンディショニングの一定数のサイクルの後に、研磨パッドを交換する必要がある。典型的には、これは、単に、決められた数の基板が研磨された後に、例えば５００基板の後に、研磨パッドを交換することによって、行われる。
【００１２】
残念ながら、パッド摩耗の速度は、一貫している必要はなく、そのため、研磨パッドの寿命は、決められた数よりも多くなることも、少なくなることもあり、その結果、それぞれ、パッド寿命の浪費または不均一な研磨を生じる可能性がある。詳細には、研磨パッドの寿命にわたって、コンディショニングディスク上の研磨材、例えばダイヤモンドが、徐々に摩耗する。その結果、ディスクのコンディショニング効率は、経時的に低下する可能性がある。したがって、コンディショニングによって生成される表面テクスチャが、研磨パッドの寿命にわたって、またパッド間で変化し、劣化する可能性がある。これは、研磨挙動を変化させる。
【００１３】
同様に、コンディショナディスクが、経時的に効果を失う傾向がある。特に理論に限定されないが、コンディショナ上の研磨粒子もまた摩耗し、切れ味を失う。これにより、パッドコンディショナもまた、定期的に交換する必要がある。再度、これも、単に、決められた数の基板が研磨された後に、例えば１０００基板の後に、コンディショニングディスクを交換することによって、行われる（パッドおよびコンディショニングディスクに対する交換速度は、消耗品および工程に依存する）。
【００１４】
研磨パッドの厚さは、例えば、コンディショナシステム、キャリアヘッドまたはプラテンに取り付けられたセンサを用いて、インシトゥ（その場）で測定することができる。測定されたパッドの厚さが閾値を下回った場合、研磨パッドを交換することができる。さらに、パッド厚さの測定値から、運転中のパッドのカット速度（パッド摩耗速度とも呼ばれる）を計算することができる。パッドカット速度の変動やノイズを監視できる。さらに、測定されたパッド磨耗速度が、閾値を下回る場合は、コンディショナディスクを交換することができる。
【００１５】
１つの難点は、厚さ測定が、かなりのノイズに曝される可能性があることである。ノイズに対するいくつかの寄与は、例えば、センサが研磨パッドの異なる部分の上を通過するので、周期的であり得る。ノイズへの別の寄与は、「ウェットアイドル」問題である。ウェットアイドル後に研磨システムが運転を開始するとき、誘導性センサは、研磨パッドの厚さを、不自然に大きいものとして測定する傾向がある。これにより、パッドカット速度の見積もりが不正確になる。
【００１６】
しかしながら、パッド厚さ測定値に予測フィルタ、例えばカルマンフィルタを適用することにより、このノイズを低減することができ、パッドの摩耗速度を、より正確に計算することができる。
【００１７】
図１Ａは、化学機械研磨装置の研磨システム２０の一例を示す。研磨システム２０は、回転可能なディスク形状のプラテン２４を含み、その上に研磨パッド３０が位置している。プラテン２４は、軸２５の周りに回転するように動作可能である。例えば、モータ２２は、駆動シャフト２８を回転させて、プラテン２４を回転させることができる。研磨パッド３０は、外層３４および柔らかいバッキング層３２を有する２層研磨パッドとすることができる。
【００１８】
研磨システム２０は、スラリーなどの研磨液３８を研磨パッド３０上に分配するために、供給ポートまたは結合された供給−リンスアーム３９を含むことができる。
【００１９】
研磨システム２０は、研磨パッド３０を一貫した研磨状態に維持するために研磨パッド３０を研磨する研磨パッドコンディショナ６０も含むことができる。研磨パッドコンディショナ６０は、基部と、研磨パッド３０の上を横方向に掃引できるアーム６２と、アーム６４によって基部に接続されたコンディショナヘッド６４とを含む。コンディショナヘッド６４は、研磨面、例えばコンディショナヘッド６４によって保持されたディスク６６の下面を研磨パッド３０に接触させて、それをコンディショニングする。研磨面は、回転可能とすることができ、研磨パッドに対する研磨面の圧力は、制御可能とすることができる。
【００２０】
いくつかの実施態様では、アーム６２は、基部に旋回可能に取り付けられ、前後に掃引して、コンディショナヘッド６４を、研磨パッド３０を横切る振動掃引運動で移動させる。コンディショナヘッド６４の運動は、キャリアヘッド７０の運動と同期させて、衝突を防止することができる。
【００２１】
コンディショナヘッド６４の垂直運動および研磨パッド３０に対するコンディショニング面の圧力の制御は、コンディショナヘッド６４の上方または中にある垂直アクチュエータ６８、例えば、コンディショナヘッド６４に下向きの圧力を加えるように配置された加圧可能なチャンバによって提供することができる。あるいは、垂直運動および圧力制御は、アーム６２およびコンディショナヘッド６４全体を持ち上げる基部内の垂直アクチュエータによって、またはアーム６２の傾斜角、したがって研磨パッド３０上のコンディショナヘッド６４の高さを制御可能にする、アーム６２と基部との間のピボット接続によって提供することができる。
【００２２】
コンディショナディスク６６は、研磨粒子、例えばダイヤモンドグリットで被覆された金属ディスクとすることができる。詳細には、コンディショニングディスク６６は、導電性本体であってもよい。
【００２３】
キャリアヘッド７０は、基板１０を研磨パッド３０に対して保持するように動作可能である。キャリアヘッド７０は、支持構造７２、例えばカルーセルまたはトラックから吊り下げられており、キャリアヘッドが軸７１の周りに回転できるように、駆動シャフト７４によってキャリアヘッド回転モータ７６に接続されている。任意選択で、キャリアヘッド７０は、例えば、カルーセルもしくはトラック７２上のスライダ上で、またはカルーセル自体の回転振動によって、横方向に振動することができる。動作中、プラテンは、その中心軸２５の周りに回転し、キャリアヘッドは、その中心軸７１の周りに回転し、研磨パッド３０の上面を横切って横方向に平行移動する。
【００２４】
キャリアヘッド７０は、基板１０の裏面に接触する基板取り付け面を有する可撓性膜８０と、基板１０上の異なるゾーン、例えば、異なる半径方向ゾーンに異なる圧力を加える複数の加圧可能チャンバ８２とを含むことができる。キャリアヘッドはまた、基板を保持するための保持リング８４を含むことができる。
【００２５】
研磨システム２０は、研磨パッドの厚さを表す信号を生成するインシトゥ研磨パッド厚さ監視システム１００を含む。詳細には、インシトゥ研磨パッド厚さ監視システム１００は、電磁誘導監視システムとすることができる。電磁誘導監視システムは、導電層内の渦電流の発生または導電ループ内の電流の発生のいずれかによって動作することができる。動作中、研磨システム２０は、監視システム１００を使用して、コンディショナディスクおよび／または研磨パッドを交換する必要があるか否かを決定することができる。
【００２６】
いくつかの実施態様では、監視システムは、プラテンの凹部２６に取り付けられたセンサ１０２を含む。センサ１０２は、少なくとも部分的に凹部２６内に配置された磁気コア１０４と、コア１０４の周囲に巻かれた少なくとも１つのコイル１０６とを含むことができる。駆動および感知回路１０８が、コイル１０６に電気的に接続される。駆動および感知回路１０８は、コントローラ９０に送ることができる信号を生成する。
【００２７】
プラテン２４の外側として図示されているが、駆動および感知回路４８の一部または全てが、プラテン２４内に取り付けられてもよい。ロータリカプラ２９を使用して、回転可能なプラテン内の構成要素、例えばコイル１０６をプラテン外の構成要素、例えば駆動および感知回路１０８に電気的に接続することができる。
【００２８】
プラテン内にセンサ１０２を備えた誘導監視システムの場合、導電性本体１３０は、研磨パッド１３０の上面、すなわち研磨面に接触して配置される。したがって、導電性本体１３０は、センサ１０２から研磨パッド１３０の遠い側に位置する。いくつかの実施態様では、導電性本体は、コンディショナディスク６６である（図１Ａ参照）。いくつかの実施態様では、導電性本体１３０は、それを通る１つ以上の開口を有することができ、例えば、本体は、ループとすることができる。いくつかの実施態様では、導電性本体は、開口のない中実シートである。これらのいずれも、コンディショナディスク６６の一部とすることができる。
【００２９】
プラテン２４が回転すると、センサ１０２は、導電性本体１３０の下を掃引する。特定の頻度で回路１０８からの信号をサンプリングすることによって、監視システム１００は、導電性本体１３０を横切る、例えばコンディショナディスク６６を横切る複数の位置で測定値を生成する。各掃引について、１つ以上の位置での測定値を選択または組み合わせることができる。
【００３０】
図３を参照すると、コイル１０６は、磁場１２０を生成する。磁場１２０が導電性本体１３０に到達すると、磁場１２０は、通過して電流を生成することができ（例えば、本体１３０がループである場合）、および／または磁場は、渦電流を生成することができる（例えば、本体１３０がシートである場合）。これは、回路１０８によって測定することができる実効インピーダンスを生成し、したがって、研磨パッド３０の厚さを表す信号を生成する。
【００３１】
駆動および感知回路１０８に対しては、種々の構成が可能である。例えば、駆動および感知回路１０８は、マージナル発振器を含むことができ、マージナル発振器が一定の振幅を維持するための駆動電流を、信号のために使用することができる。あるいは、駆動コイル１０６を一定の頻度で駆動し、感知コイルからの電流の振幅または位相（駆動発振器に対する）を信号のために使用することができる。
【００３２】
プラテン内のセンサの代わりに、またはプラテン内のセンサに加えて、図１Ｂに示すように、監視システム１００は、研磨パッド３０の上方に位置するセンサ１０２’を含むことができる。例えば、パッド厚さセンサ１０２’を、コンディショニングヘッド６４内、コンディショナアーム６２上、またはキャリアヘッド７０上に配置することができる。センサ１０２’は、例えば、バネ１０３によって、研磨パッド３０の研磨面３４と接触するように偏位させることができる。また、研磨面３４に接触するのではなく、センサ１０２’を研磨パッド３０の上方に吊り下げることができる。例えば、センサ１２０’が、コンディショナアーム６２から吊り下げられ、コンディショナヘッド６４が、研磨パッド３０上に載置される場合、センサ１２０’とプラテン２４との間の距離は、研磨パッド３０の厚さに依存するであろう。これらのいずれの場合も、生成される信号は、センサとプラテン２４の導電性本体との距離に依存し、したがって、研磨パッド３０の厚さに依存する。
【００３３】
パッド厚さセンサ１０２’はまた、電磁誘導監視システムであってもよい。この場合、センサ１０２’は、センサ１０２と同様であり得、磁気コア１０４と、コア１０４の周囲に巻かれた少なくとも１つのコイル１０６と、コイル１０６に電気的に接続された駆動および感知回路１０８とを含むことができる。コア１０４からの磁場１２０が、研磨パッドを通過し、下にある導電性本体、例えばプラテン２４内に渦電流を発生させることができる。実効インピーダンスは、センサ１０２とプラテン２４との間の距離に依存し、これが、回路１０８によって感知され、こうして、研磨パッド３０の厚さの測定値を提供することができる。
【００３４】
あるいは、センサ１０２’は、接触プロフィロメータであってもよい。
【００３５】
センサ１０２が、研磨パッド３０の上方に位置し、プラテン２４までの距離を測定する場合、センサ１０２は、大幅な処理を必要としない実質的に連続した信号を生成するであろう。
【００３６】
けれども、センサ１０２が、プラテン２４内に取り付けられ、プラテン２４と共に回転して、導電性本体１３０までの距離を測定する場合、センサ１０２は、導電性本体１３０の下にない場合であっても、データを生成することができる。図４は、プラテン２４の２回転の間の、センサ１０２からの「生」信号１５０を示す。プラテンの１回転は、期間Ｒで示される。
【００３７】
センサ１０２は、導電性本体１３０が近いほど（したがって、研磨パッド３０が薄いほど）、信号強度が強くなるように構成することができる。図４に示すように、最初、センサ１０２は、キャリアヘッド７０および基板１０の下にあってよい。基板上の金属層は薄いので、領域１５２によって示される弱い信号のみを生成する。対照的に、センサ１０２が導電性本体１３０の下にある場合、センサ１０２は、領域１５４によって示される強い信号を生成する。それらの時間の間、センサ１０２は、領域１５６によって示される、さらに低い信号を生成する。
【００３８】
いくつかの技術を使用して、導電性本体１３０に対応しないセンサ１０２からの信号の部分を、フィルタ除去することができる。研磨システム２０は、いつセンサ１０２が導電性本体１２０の下にあるかを感知する位置センサを含むことができる。例えば、光遮断器を固定位置に取り付けることができ、フラグをプラテン２４の周囲に取り付けることができる。フラグの取り付け点および長さは、センサ１０２が基板導電性本体１３０の下を掃引していることを知らせるように選択される。別の例として、研磨システム２０は、プラテン２４の角度位置を決定するためのエンコーダを含むことができ、この情報を用いて、センサ１０２が導電性本体１３０の下をいつ掃引しているかを決定することができる。いずれの場合も、コントローラ９０は、センサ１０２が導電性本体１３０の下にない期間からの信号の部分を除外することができる。センサ１０２’が研磨パッド３０の上方にある場合には、同様の技術を使用して、センサ１０２’がプラテン２４内の窓または他の凹部の上に位置していることに対応する信号の部分をフィルタ除去することができる。
【００３９】
あるいは、または加えて、コントローラは、単に、信号１５０を閾値Ｔ（図４参照）と比較し、閾値Ｔを満たさない、例えば、閾値Ｔを下回る信号の部分を除外することができる。
【００４０】
研磨パッド３０を横切るコンディショナヘッド６４の掃引のために、センサ１０２は、導電性本体１３０の中心の下をきれいに通過しないことがある。例えば、センサ１０２は、導電性本体の縁部に沿ってのみ通過してもよい。この場合、より少ない導電性材料が存在するので、信号強度は、例えば、信号１５０の領域１５８によって示されるように、より低くなり、研磨パッド３０の厚さの信頼できる指標とはならない。閾値Ｔを満たさない信号の部分を除外することの利点は、コントローラ９０もまた、導電性本体１３０の縁部に沿って通過するセンサ１０２によって引き起こされるこれらの信頼できない測定値を除外できることである。
【００４１】
いくつかの実施態様では、各掃引に対して、除外されない信号１５０の部分を平均化して、掃引における平均信号強度を生成することができる。
【００４２】
コントローラ９０、例えば、汎用プログラマブルデジタルコンピュータが、インシトゥ研磨パッド厚さ監視システム１００から信号を受け取り、この信号から研磨パッド３０の厚さの測定量を生成するように構成することができる。上述のように、コンディショニングプロセスのために、研磨パッドの厚さは、経時的に、例えば、数十または数百の基板を研磨する間に変化する。したがって、複数の基板にわたって、インシトゥ研磨パッド厚さ監視システム１００からの選択されたまたは組み合わされた測定値は、研磨パッド３０の厚さの変化を示す値の時間的に変化するシーケンスを提供する。
【００４３】
センサ１０２の出力は、デジタル電子信号とすることができる（センサの出力がアナログ信号である場合、センサまたはコントローラ内のＡＤＣによってデジタル信号に変換することができる）。デジタル信号は、信号値のシーケンスで構成され、信号値間の期間は、センサのサンプリング周波数に依存する。信号値のこのシーケンスは、信号対時間曲線と呼ぶことができる。信号値のシーケンスは、一組の値ＳＮとして表すことができる。
【００４４】
研磨パッドの厚さに対する信号強度の関係を確立するために、既知の厚さの研磨パッド（例えば、プロフィロメータ、ピンゲージ等によって測定されたもの）をプラテン上に配置し、信号強度を測定することができる。
【００４５】
いくつかの実施態様では、センサ１０２からの信号強度は、研磨層の厚さと線形関係である。この場合、値Ｔｈ＝ＳまたはＴｈ＝Ａ＊Ｓであり、ここで、Ａは、既知の研磨パッド厚さのデータに関数をフィッティングさせる定数である。
【００４６】
しかし、センサ１０２からの信号強度は、研磨層の厚さと線形関係である必要はない。例えば、信号強度は、研磨層の厚さの指数関数であってもよい。
【００４７】
次に、厚さの指数関数をデータにフィッティングさせることができる。例えば、関数は、以下の形とすることができる。
2021517074.tif 000003
ここで、Ｓは信号強度であり、Ｔｈは研磨パッドの厚さであり、ＡおよびＢは、既知の研磨パッドの厚さのデータに関数をフィッティングさせるように調整された定数である。
【００４８】
後に研磨に使用される研磨パッドについて、コントローラ９０は、この関数を使用して、信号強度から研磨パッドの厚さを計算することができる。より詳細には、コントローラは、例えば、以下のような、信号強度の等価対数関数から研磨パッドの厚さＴｈの測定量を生成するように構成することができる。
2021517074.tif 000004
しかしながら、他の関数、例えば、２次以上の多項式関数、またはポリラインが、使用されてもよい。こうして、信号値ＳＮのシーケンスは、厚さ値ＴｈＮのシーケンスに変換することができる。
【００４９】
上述のように、パッド厚さの測定値は、ノイズの影響を受ける。詳細には、新しい基板が研磨を開始するたびに、および研磨システムがウェットアイドルモードに入るたびに、ノイズが導入され得る。しかしながら、一連の厚さ測定値は、線形予測を組み込んだフィルタを使用して平滑化することができる。この同じフィルタを使用して、現在のパッドカット速度を計算できる。線形予測は、現在および過去のデータを使用して将来のデータを予測する統計的技法である。
【００５０】
コントローラ９０はまた、信号からパッドカット速度の測定量を生成するように構成される。このパッドカット速度は、測定されたパッド厚さ値ＳＮに線形関数を経時的にフィッティングすることによって計算することができる。例えば、関数は、ランニングウィンドウ、例えば最後のＮ個のウェハからの厚さ値にフィッティングさせることができ、ここで、Ｎは、オペレータが、瞬間的なカット速度により近いパッドカット速度を計算することを望むか、または平均的なパッドカット速度により近いパッドカット速度を計算することを望むかに応じて選択される。Ｎの値が小さいほど、ノイズに対して反応性が高い。Ｎの値が大きいほど、反応性は低いが、瞬間的ではない。いくつかの実施態様では、ランニングウィンドウは、最後の３〜３０回の測定である。例えば、ランニングウィンドウは、５〜１０回の測定とすることができる。
【００５１】
経時的なパッドカット速度の可能な例（グラフ線１６０）を図５に示す。このグラフは、（単一の基板の研磨内ではなく）複数の基板の研磨にわたるものであろう。図示するように、パッドカット速度１６０は、例えば新しいコンディショナディスクが取り付けられた後、最初はかなり平坦なままであり得る（領域１６２）。しかし、しばらくすると、コンディショナディスクが摩耗して切れ味を失うにつれて、パッドカット速度は、下がり始め得る（領域１６４）。
【００５２】
パッドカット速度１６０の測定量が、閾値Ｔ’を下回ると、コントローラ９０は、コンディショニングディスク６６を交換する必要があることを研磨システム２０のオペレータに警告することができる。
【００５３】
いくつかの実施態様では、Ｔ’の値は、消耗品のセット（例えば、種々のコンディショニングディスク）に依存する。例えば、コントローラは、異なる値のＴ’を異なる消耗部品（例えば、異なるコンディショニングディスク）に関連付けるデータベースを記憶することができる。部品は、製造業者、ブランドおよび型式、または部品番号（例えば、ＳＫＵ）によって指定することができる。オペレータが、新しいコンディショニングディスクを取り付けるときに、部品識別情報が、コントローラ１９０に入力されることができる。次に、コントローラ１９０は、入力された部品識別情報に基づいて閾値Ｔ’を自動的に設定することができる。
【００５４】
あるいは、または加えて、コントローラ９０は、コンディショニングディスク６６に対するコンディショナヘッド６２からの下向きの力を調整して、一定の研磨パッド摩耗速度を維持することができる。摩耗速度は、コンディショニングディスク６６に対する下向きの力に比例すると仮定することができる。
【００５５】
しかしながら、いくつかの状況では、パッドカット速度が閾値Ｔを下回る前であっても、パッドカット速度は、（例えば、領域１６６において）増加した変動性の期間を経験し得る。この変動性は、コンディショナディスクに関する問題または研磨プロセスにおける他の何らかの問題のいずれかを示すことができる。パッドカット速度における変動性（または経時的な不均一性）は、例えば、ランニングウィンドウにおけるパッドカット速度測定値、例えば最後のＭ個のパッドカット速度測定値の標準偏差を計算することによって決定することができる。ある実施態様では、変動性が閾値を超える場合、コントローラ９０は、警告を生成することができる。これにより、オペレータは、コンディショニングディスクを交換したり、研磨システムの問題をチェックしたりすることができる。
【００５６】
研磨システム２０が、インシトゥ基板監視システム４０を含む場合、インシトゥ研磨パッド監視システム１００は、第１の電磁誘導監視システム、例えば第１の渦電流監視システムとすることができ、基板監視システム４０は、第２の電磁誘導監視システム、例えば第２の渦電流監視システムとすることができる。しかしながら、第１および第２の電磁誘導監視システムは、監視されている異なる要素のために、異なる共振周波数で構築されるであろう。
【００５７】
インシトゥ研磨パッド厚さ監視システムは、様々な研磨システムで使用することができる。研磨パッドもしくはキャリアヘッドのいずれか、または両方が移動して、研磨面と基板との間の相対運動を提供することができる。研磨パッドは、プラテンに固定された円形（または他の何らかの形状）のパッド、供給ローラーと巻き取りローラーの間に延びるテープ、または連続的なベルトとすることができる。研磨パッドは、プラテン上に固定することも、研磨作業と研磨作業の間にプラテン上で徐々に前進させることも、研磨中にプラテン上で連続的に駆動させることもできる。研磨中、パッドは、プラテンに固定されていてもよいし、研磨中、プラテンと研磨パッドとの間に流体ベアリングがあってもよい。研磨パッドは、標準的な（例えば、充填剤を含むまたは含まないポリウレタン）粗いパッド、柔らかいパッド、または固定砥粒パッドとすることができる。
【００５８】
さらに、前述の説明は、研磨中の監視に焦点を当てているが、研磨パッドの測定値は、基板が研磨される前または研磨された後、例えば、基板が研磨システムに移送されている間に得ることができる。
【００５９】
本発明の実施形態および本明細書で説明される機能動作の全てが、デジタル電子回路、またはコンピュータソフトウェア、ファームウェア、もしくはハードウェア（本明細書で開示される構造的手段およびその構造的等価物を含む）、またはそれらの組合せで実施することができる。本発明の実施形態は、１つ以上のコンピュータプログラム製品として、すなわち、プログラマブルプロセッサ、コンピュータ、または複数のプロセッサもしくはコンピュータなどのデータ処理装置による実行のために、またはその動作を制御するために、情報担体に、例えば、非一時的な機械可読記憶媒体中に、または伝搬信号中に有形に具現化された１つ以上のコンピュータプログラムとして実施することができる。コンピュータプログラム（プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、またはコードとも呼ばれる）は、コンパイル型言語またはインタプリタ型言語を含む任意の形式のプログラミング言語で記述することができ、スタンドアロンプログラムとして、またはコンピューティング環境での使用に適したモジュール、コンポーネント、サブルーチン、もしくはその他のユニットとしてなど、任意の形式で展開することができる。コンピュータプログラムは、必ずしもファイルに対応するわけではない。プログラムは、他のプログラムもしくはデータを保持するファイルの一部に、問題のプログラム専用の単一ファイルに、または複数の調和したファイル（例えば、１つ以上のモジュール、サブプログラム、もしくはコードの一部を格納するファイル）に格納することができる。コンピュータプログラムは、１つのコンピュータ上、または１つの場所の複数のコンピュータ上で実行されるように配備することも、複数の場所に分散させて通信ネットワークによって相互接続することもできる。
【００６０】
本明細書で説明されるプロセスおよび論理フローは、入力データ上で動作し、出力を生成することによって機能を実行するために１つ以上のコンピュータプログラムを実行する１つ以上のプログラマブルプロセッサによって実行することができる。プロセスおよび論理フローはまた、ＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）またはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）などの専用論理回路によって実行することができ、専用論理回路として装置を実装することもできる。
【００６１】
本発明の多くの実施形態を記載してきた。それにもかかわらず、様々な修正が本発明の精神および範囲から逸脱することなく行われることが理解されるだろう。したがって、他の実施形態が、以下の特許請求の範囲の範囲内にある。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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