(57)【要約】  化学機械研磨システムは、研磨パッドを支持するためのプラテン、基板を保持し、基板の下面を研磨パッドと接触させるためのキャリアヘッド、および摩擦センサを含むインシトゥ摩擦監視システムを含む。摩擦センサは、基板の下面と接触するための上面を有する基板接触部を有するパッド部と、基板接触部より下かつ基板接触部の互いに反対側に配置された一対の静電容量センサとを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨パッドを支持するためのプラテンと、
基板を保持し、前記基板の下面を前記研磨パッドと接触させるためのキャリアヘッドと、
摩擦センサを含むインシトゥ摩擦監視システムと、
を備える化学機械研磨システムであって、前記摩擦センサが、
前記基板の前記下面と接触するための上面を有する基板接触部を有するパッド部と、
前記基板接触部より下かつ前記基板接触部の互いに反対側に配置された一対の静電容量センサと、
を含む、化学機械研磨システム。
【請求項２】
前記インシトゥ摩擦監視システムが、前記一対の静電容量センサの第１の静電容量センサからの第１の信号と前記一対の静電容量センサの第２の静電容量センサからの第２の信号との間の経時的な差のシーケンスを決定するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記差のシーケンスに基づいて、研磨終点または前記キャリアヘッドによって加えられる圧力の変化のうちの少なくとも１つを決定するように構成されたコントローラを備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記摩擦センサが、下部本体であって、その表面に第１の対の電極が形成されている下部本体、ポリマー本体であって、その表面に、前記第１の対の電極と整列した第２の対の電極が形成されているポリマー本体、および前記第１の対の電極と前記第２の対の電極との間の一対の間隙を備え、第１の電極、間隙および第２の電極の各スタックが、前記一対の静電容量センサのうちの１つを提供する、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記ポリマー本体が、主本体と、前記主本体から延在して前記下部本体に接触している複数の突起とを備え、前記突起間の凹部が、前記間隙を規定する、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記ポリマー本体が、成形されたシリコーンを含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記下部本体が、プリント回路基板を含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項８】
前記パッド部が、前記ポリマー本体上に支持されている、請求項４に記載のシステム。
【請求項９】
前記パッド部が、下部を含み、前記基板接触部が、前記下部から上方に突出しており、前記下部が、前記基板接触部の全ての側面を越えて横方向に延在している、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記研磨パッドを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記パッド部が、前記研磨パッドの研磨層の残りの部分に一体的に接合されている、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記パッド部が、下部を含み、前記基板接触部が、前記下部から上方に突出しており、前記下部が、前記基板接触部の全ての側面を越えて横方向に延在して、前記研磨パッドに接合されている、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記摩擦センサの底面が、前記研磨パッドの底面と同一平面上にあるか、前記研磨パッドの底面に対して凹んでいる、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１４】
前記パッド部の前記上面が、前記研磨パッドの研磨面と同一平面上にある、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１５】
前記基板接触部と、前記研磨パッドの研磨層とが、同じ材料である、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１６】
前記摩擦センサが、２対の静電容量センサを備え、各対の静電容量センサが、前記基板接触部より下かつ前記基板接触部の互いに反対側に配置されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記インシトゥ摩擦監視システムが、全摩擦力を、複数の差の二乗和の平方根として決定するように構成されており、前記複数の差が、前記２対の静電容量センサの第１の対からの信号間の第１の差、および前記２対の静電容量センサの第２の対からの信号間の第２の差を含む、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
研磨パッドであって、
下部本体であって、その表面に第１の対の電極が形成されている下部本体、ポリマー本体であって、その表面に、前記第１の対の電極と整列した第２の対の電極が形成されているポリマー本体、および前記第１の対の電極と前記第２の対の電極との間の一対の間隙を含むアセンブリと、
前記アセンブリを囲む前記研磨パッドの下部と、
前記アセンブリ上に配置されたパッド部、および前記下部上に配置された研磨層の少なくとも一部、を含む上部と、
を備える研磨パッド。
【請求項１９】
研磨工程中に基板の摩擦係数を監視する方法であって、
前記基板の表面を、研磨面と接触させ、同時に基板接触部材の上面と接触させて配置することと、
前記基板と前記研磨面との間の相対運動であって、第１の静電容量センサへの圧力を増加させ、第２の静電容量センサへの圧力を減少させる摩擦力を、前記基板接触部材に加える相対運動を、生じさせることと、
前記第１および前記第２の静電容量センサからの信号間の差に基づいて、前記基板接触部材の剪断を示す信号を生成することと、
を含む方法。
【請求項２０】
研磨パッドを製造する方法であって、
前記研磨パッドの下部に囲まれたアセンブリであって、下部本体であって、その表面に第１の対の電極が形成されている下部本体、ポリマー本体であって、その表面に、前記第１の対の電極と整列した第２の対の電極が形成されているポリマー本体、および前記第１の対の電極と前記第２の対の電極との間の一対の間隙、を含むアセンブリを提供することと、
前記アセンブリと前記下部上へのパッド前駆体材料の液滴放出を含む付加製造プロセスによって前記研磨パッドの上部を製造することと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、２０１８年８月３１日に出願された米国仮特許出願第６２／７２６，１２２号の優先権を主張し、その開示が、参照により組み込まれる。
【０００２】
本開示は、基板の研磨中の摩擦のインシトゥ（その場）監視に関する。
【背景技術】
【０００３】
集積回路は、通常、シリコンウェハ上に導電性、半導電性、または絶縁性の層を順次堆積することによって基板上に形成される。１つの製造ステップは、非平面上にフィラー層を堆積することと、非平面が露出するまでフィラー層を平坦化することとを含む。例えば、導電層が、パターニングされた誘電体層上に堆積され得る。平坦化後、誘電体層のトレンチ内の金属層の部分は、導電性のライン、ビア、接点パッドなどを提供することができる。さらに、フォトリソグラフィーのために適切に平坦な基板表面を提供するために、平坦化が必要となる場合がある。
【０００４】
化学機械研磨（ＣＭＰ）は、平坦化の１つの受け入れられた方法である。この平坦化方法では、通常、基板をキャリアヘッドに取り付ける必要がある。基板の露出面が、回転する研磨パッドなどの研磨面に対して配置される。キャリアヘッドは、研磨パッドに対して制御可能な基板の荷重を提供する。研磨粒子を通常含む研磨スラリが、研磨面に供給される。
【０００５】
ＣＭＰの１つの問題は、研磨プロセスが完了したかどうか、つまり、基板層が、所望の平坦度もしくは厚さに平坦化されたかどうか、所望の量の材料がいつ除去されたか、または下にある層がいつ露出したかを決定することである。基板層の初期の厚さ、スラリ組成、研磨パッドの状態、研磨パッドと基板との間の相対速度、および基板への荷重の変動は、材料除去速度の変動を引き起こす可能性がある。これらの変動により、研磨終点に到達するのに必要な時間が変動する。したがって、研磨終点は、単に研磨時間の関数として決定することはできない。
【０００６】
研磨終点を検出するために、例えば、光学または渦電流センサを使用して、基板のインシトゥ監視が実行されてきた。しかしながら、基板上に堆積された２つの基板層間の導電率または反射率の変化の検出に依存する技法は、２つの層が同様の導電率および反射率を有する場合、有効でない可能性がある。
【発明の概要】
【０００７】
一般に、一態様では、化学機械研磨システムは、研磨パッドを支持するためのプラテン、基板を保持し、基板の下面を研磨パッドと接触させるためのキャリアヘッド、および摩擦センサを含むインシトゥ摩擦監視システムを含む。摩擦センサは、基板の下面と接触するための上面を有する基板接触部を有するパッド部と、基板接触部より下かつ基板接触部の互いに反対側に配置された一対の静電容量センサとを含む。
【０００８】
実施態様は、以下の特徴の１つ以上を含み得る。
【０００９】
インシトゥ摩擦監視システムは、一対の静電容量センサの第１からの第１の信号と一対の静電容量センサの第２からの第２の信号との間の経時的な差のシーケンスを決定するように構成され得る。コントローラが、差のシーケンスに基づいて、研磨終点またはキャリアヘッドによって加えられる圧力の変化のうちの少なくとも１つを決定するように構成され得る。
【００１０】
摩擦センサは、その上に形成された第１の対の電極を有する下部本体、その上に形成され、第１の対の電極と整列した第２の対の電極を有するポリマー本体、および第１の対の電極と第２の対の電極との間の一対の間隙を含むことができ、第１の電極、間隙および第２の電極の各スタックは、一対の静電容量センサのうちの１つを提供する。ポリマー本体は、主本体と、下部本体に接触するように主本体から延在する複数の突起とを含むことができ、突起間の凹部は、間隙を規定することができる。ポリマー本体は、成形されたシリコーンであってもよい。下部本体は、プリント回路基板であってもよい。パッド部は、ポリマー本体上に支持され得る。
【００１１】
パッド部は、下部を含むことができ、基板接触部は、下部から上方に突出することができ、下部は、基板接触部の全ての側面を越えて横方向に延在することができる。
【００１２】
システムは、研磨パッドを含むことができる。パッド部は、研磨パッドの研磨層の残りの部分に一体的に接合されることができる。パッド部は、下部を含むことができ、基板接触部は、下部から上方に突出することができ、下部は、基板接触部の全ての側面を越えて横方向に延在して、研磨パッドに接合されることができる。摩擦センサは、研磨パッドに固定することができる。摩擦センサの底面は、研磨パッドの底面と同一平面上にあるか、または底面に対して凹んでいてもよい。パッド部の上面は、研磨パッドの研磨面と同一平面上にあってもよい。基板接触部と研磨パッドの研磨層は、同じ材料であってもよい。
【００１３】
摩擦センサは、２対の静電容量センサを含んでもよく、各対の静電容量センサが、基板接触部より下かつ基板接触部の互いに反対側に配置される。インシトゥ摩擦監視システムは、全摩擦力を、複数の差の二乗和の平方根として決定するように構成することができ、複数の差は、２対の静電容量センサの第１の対からの信号間の第１の差、および２対の静電容量センサの第２の対からの信号間の第２の差を含む。
【００１４】
別の態様では、研磨パッドは、研磨パッドの下部に囲まれたアセンブリと、アセンブリ上に配置されたパッド部と下部上に配置された研磨層の少なくとも一部とを含む上部とを含む。アセンブリは、その上に形成された第１の対の電極を有する下部本体、その上に形成され、第１の対の電極と整列した第２の対の電極を有するポリマー本体、および第１の対の電極と第２の対の電極との間の一対の間隙を含む。
【００１５】
別の態様では、研磨工程中に基板の摩擦係数を監視する方法は、基板の表面を研磨面と接触させ、同時に基板接触部材の上面と接触させて配置することと、基板と研磨面との間に相対運動を生じさせることであって、相対運動は、基板接触部材に摩擦力を加え、第１の静電容量センサへの圧力を増加させ、第２の静電容量センサへの圧力を減少させる、生じさせることと、第１および第２の静電容量センサからの信号間の差に基づいて、基板接触部材の剪断を示す信号を生成することと、を含む。
【００１６】
別の態様では、研磨パッドを製造する方法は、研磨パッドの下部に囲まれたアセンブリを提供することと、アセンブリと下部上へのパッド前駆体材料の液滴放出を含む付加製造プロセスによって研磨パッドの上部を製造することとを含む。アセンブリは、その上に形成された第１の対の電極を有する下部本体、その上に形成され、第１の対の電極と整列した第２の対の電極を有するポリマー本体、および第１の対の電極と第２の対の電極との間の一対の間隙を含む。
【００１７】
実施態様は、以下の利点の一部を有する場合もあり、全てを有する場合もあり、または全く有しない場合もある。研磨されている層の平坦化、または下にある任意の層の露出が、より正確に、かつ／または研磨されている層および露出されるべき層が同様の光学的もしくは導電性の特性を有する場合に、検出され得る。摩擦センサは小さくすることができ、複雑な機械部品を避けることができる。摩擦センサは研磨パッドと統合できるため、製造が容易である。
【００１８】
１つ以上の実施形態の詳細が、添付の図面および以下の説明に記載されている。他の態様、特徴、および利点が、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】
【００１９】
【図１Ａ】渦電流監視システムを含む化学機械研磨ステーションの部分断面の概略側面図である。
【図１Ｂ】化学機械研磨ステーションの概略上面図である。
【図２】研磨パッドの一部にある摩擦センサの概略断面側面図である。
【図３】図２の摩擦センサおよび研磨パッドの概略上面図である。図２は、図３の線２−２に沿った断面図である。
【図４】研磨中の監視方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
様々な図面の同様の参照記号は、同様の要素を示す。
【００２１】
化学機械研磨の摩擦に基づく監視が提案されてきた。例えば、センサは、研磨パッドの一片が取り付けられている板ばねなどの可撓性プレートを含む。センサは、可撓性プレートのひずみを測定して、基板からの摩擦を表す信号を生成できる。ただし、このようなセンサは、かさばる可能性がある。例えば、プレートの垂直方向の長さは、プラテンで利用可能なスペースを考えると、フォームファクタの問題を引き起こす可能性がある。さらに、研磨パッドへのセンサの取り付けは、面倒な場合がある。しかしながら、静電容量センサは、占めるスペースをより少なくでき、摩擦の方向を決定することができる信号を生成することができ、かつ／または取り付けを容易にするために研磨パッドに統合することができる。さらに、静電容量センサは、摩擦測定の精度と正確さを向上させることができる。センサの接点は、研磨パッドの底部に配置できるので、他の回路への電気的接続を簡単に実行できる。
【００２２】
図１Ａおよび図１Ｂは、研磨装置１００の例を示している。研磨装置１００は、研磨パッド１１０が上に配置されている回転可能な円盤状のプラテン１２０を含む。プラテンは、軸１２５の周りを回転するように動作可能である。例えば、モータ１２１が、駆動シャフト１２４を回転させて、プラテン１２０を回転させることができる。
【００２３】
研磨パッド１１０は、外側の研磨層１１２およびより柔らかいバッキング層１１４を備えた２層研磨パッドであり得る。研磨層１１２は、溝１１８によって分離された複数のプラトー１１６を有するように形成することができる（図２を参照）。研磨層１１２の研磨面の溝１１８は、研磨液を運ぶのに役立つことができる。
【００２４】
研磨装置１００は、スラリなどの研磨液１３２を研磨パッド１１０上に分配するためのポート１３０を含むことができる。
【００２５】
研磨装置はまた、研磨パッド１１０を研磨して、研磨パッド１１０を一貫した研磨状態に維持するための研磨パッドコンディショナ１７０を含むことができる。さらに、コンディショニングにより、基板と研磨パッドの間の摩擦の一貫性が向上する。研磨パッドコンディショナ１７０は、プラテン１２０が回転するときにコンディショナヘッド１７２が研磨パッド１１０上を半径方向に掃引することを可能にするコンディショナヘッド１７２を含むことができる。コンディショナヘッド１７２は、コンディショナディスク１７６、例えば、研磨剤、例えば、ダイヤモンドグリットを下面に有する金属ディスクを保持することができる。コンディショニングプロセスは、時間の経過とともに研磨パッド１１０を摩耗させる傾向があり、最後には研磨パッド１１０を交換する必要がある。
【００２６】
研磨装置１００は、少なくとも１つのキャリアヘッド１４０を含む。キャリアヘッド１４０は、研磨パッド１１０に対して基板１０を保持するように動作可能である。キャリアヘッド１４０は、それぞれの基板に関連する研磨パラメータ、例えば圧力を独立に制御することができる。
【００２７】
詳細には、キャリアヘッド１４０は、可撓性膜１４４の下に基板１０を保持するための保持リング１４２を含むことができる。キャリアヘッド１４０はまた、膜によって画定された複数の独立して制御可能な加圧可能チャンバ１４６を含み、これらは、可撓性膜１４４上の、したがって基板１０上の関連するゾーンに独立して制御可能な圧力を加えることができる。例示を容易にするために、３つのチャンバ１４６のみが、図１に示されているが、１つまたは２つのチャンバ、または４つ以上のチャンバ、例えば５つのチャンバがあり得る。
【００２８】
キャリアヘッド１４０は、支持構造１５０、例えばカルーセルまたはトラックから吊り下げられ、駆動シャフト１５２によってキャリアヘッド回転モータ１５４に接続され、それにより、キャリアヘッドは、軸１５５の周りを回転することができる。任意選択で、キャリアヘッド１４０は、例えば、カルーセル１５０もしくはトラック上のスライダー上で、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１２５の周りに回転し、キャリアヘッドは、その中心軸１５５の周りに回転し、研磨パッドの上面を横切って横方向に並進する。
【００２９】
１つのキャリアヘッド１４０のみが示されているが、研磨パッド１１０の表面積が効率的に使用されるように、追加の基板を保持するための、より多くのキャリアヘッドが、提供されてもよい。
【００３０】
研磨装置１００はまた、インシトゥ監視システム２００を含む。詳細には、インシトゥ監視システム２００は、研磨されている基板１０上の層の表面の摩擦に依存する値の時間的に変化するシーケンスを生成する。インシトゥ監視システム２００は、基板１０の局所化された個別領域の摩擦係数に依存する信号を生成するセンサ２０２を含む。基板１０とセンサ２０２との間の相対運動により、測定は、基板１０上の異なる位置で行うことができる。
【００３１】
ＣＭＰ装置１００はまた、センサ２０２がいつ基板１０の下にあるかを感知するための、光遮断器などの位置センサ１８０を含むことができる。例えば、光遮断器１８０は、キャリアヘッド１７０の反対側の固定点に取り付けることができる。フラグ１８２が、プラテンの外縁部に取り付けられている。フラグ１８２の取り付け点および長さは、センサ２０２が基板１０の下を掃引する間、センサ１８０の光信号を遮断するように、選択される。あるいは、またはさらに、ＣＭＰ装置１００は、プラテン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る。
【００３２】
必要に応じて、感知回路２５０を使用して、例えば電線２５２で、センサ２０２からアナログ信号、例えば、電圧または電流レベルを受信することができる。感知回路２５０は、プラテン１２０の凹部に配置することができ、またはプラテン１２０の外側に配置して、ロータリー電気ユニオン１２９を介してセンサ２０２に結合することもできる。いくつかの実施態様では、駆動および感知回路は、センサ２０２から複数のアナログ信号を受信し、それらのアナログ信号をシリアルデジタル信号に変換する。
【００３３】
汎用プログラマブルデジタルコンピュータなどのコントローラ１９０が、感知回路２５０から、またはセンサ２０２から直接に、信号を受信する。コントローラ１９０は、プロセッサ、メモリ、およびＩ／Ｏデバイス、ならびに出力デバイス（例えば、モニタ）、および入力デバイス（例えば、キーボード）を含むことができる。信号は、ロータリー電気ユニオン１２９を介してセンサ２０２からコントローラ１９０に伝わることができる。あるいは、感知回路２５０は、無線信号によってコントローラ１９０と通信することができる。
【００３４】
コントローラ１９０は、センサ２０２からの信号を、基板１０の摩擦係数を示す一続きの値に変換するように構成することができる。したがって、コントローラ１９０のいくつかの機能は、インシトゥ監視システム２００の一部と見なすことができる。
【００３５】
センサ２０２は、プラテンが回転するたびに基板の下を掃引するので、摩擦に関する情報は、インシトゥで、かつ連続的なリアルタイムベースで（プラテンの回転ごとに１回）蓄積される。コントローラ１９０は、基板が概してセンサ２０２の上にある（位置センサ１８０によって決定される）ときに測定値をサンプリングするように、プログラムすることができる。研磨が進むにつれて、基板の表面の摩擦係数が変化し、サンプリングされた信号が、時間とともに変化し得る。時間的に変化するサンプリングされた信号は、トレースと呼ばれることがある。監視システムからの測定値が、研磨中に出力デバイスに表示されて、デバイスのオペレータが研磨工程の進行状況を視覚的に監視できるようにすることができる。
【００３６】
動作中、ＣＭＰ装置１００は、インシトゥ監視システム２００を使用して、フィラー層の大部分がいつ除去されたかを決定し、および／または下にある停止層がいつ実質的に露出したかを決定することができる。特に、下にある層が露出すると、摩擦係数が急激に変化するはずである。この変化は、例えば、トレースの傾きの変化を検出することによって、またはトレースの振幅または傾きがしきい値を超えることを検出することによって、検出することができる。下にある層の露出を検出すると、研磨終点が作動し、研磨を停止することができる。
【００３７】
コントローラ１９０はまた、キャリアヘッド１７０によって加えられる圧力を制御する圧力機構、キャリアヘッド回転速度を制御するためのキャリアヘッド回転モータ１７４、プラテン回転速度を制御するためのプラテン回転モータ１２１、または研磨パッドに供給されるスラリ組成物を制御するためのスラリ分配システム１３０に接続され得る。さらに、コンピュータ１９０は、基板の下の各掃引からのセンサ２０２の測定値を複数のサンプリングゾーン１９４に分割し、各サンプリングゾーンの半径方向位置を計算し、振幅測定値を半径方向範囲に分類するようにプログラムすることができる。測定値を半径方向範囲に分類した後、膜厚に関する情報が、リアルタイムで閉ループコントローラに入力されて、キャリアヘッドによって加えられる研磨圧力プロファイルを定期的または継続的に変更して、研磨の均一性を向上させることができる。
【００３８】
ここで図２および図３を参照すると、センサ２０２は、基板に接触するように構成された上面２１２を有するパッド部２１０と、パッド部２１０より下かつパッド部２１０の互いに反対側に配置された少なくとも一対の静電容量センサ２２０とを含むことができる。センサ２０２は、プリント回路基板であり得る下部本体２４０、およびポリマー本体２３０を含むことができる。下部本体２４０とポリマー本体２３０との間の間隙は、静電容量センサ２２０の対向する電極間の間隔を規定する。
【００３９】
パッド部２１０は、基板接触部２１４を含み、その上面は、研磨パッドと接触するための上面２１２を提供する。基板接触部２１４は、正方形、円形、または他の適切な形状である横断面（図３を参照）を有することができる。基板接触部２１４は、幅Ｗが約０．２〜０．５ｍｍ、高さＨが約０．２〜１ｍｍであり得る。上部２１４の高さＨは、基板接触部２１４の幅Ｗよりも大きくすることができる。
【００４０】
パッド部２１０はまた、任意選択で、基板接触部２１４の全ての側面で横方向外向きに延在する下部２１６を含むことができ、下部２１６は、基板接触部２１４の横方向寸法よりも小さい横方向寸法を有する。下部２１６は、静電容量センサ２２０を完全にまたいで延在することができ、ポリマー部２４０を完全にまたいで延在することができる。下部２１６（存在する場合）は、上部の高さよりも低い高さ、例えば、約０．１〜０．５ｍｍを有することができる。
【００４１】
いくつかの実施態様では、下部２１６は、研磨パッド３０の残りの部分まで延在し、それに接触する。下部２１６は、例えば接着剤で、研磨層１１２に固定することができる。あるいは、下部２１６は、研磨パッド３０の残りの部分に一体的に、すなわち、接着剤、継ぎ目、または同様の不連続部なしに、接合することができる。
【００４２】
いくつかの実施態様では、下部２１６の側縁部と研磨パッド３０との間に間隙が存在する。
【００４３】
一般に、基板接触部材５８は、研磨プロセスに悪影響を及ぼさない材料で形成され、例えば、研磨環境と化学的に適合性があり、基板に引っかき傷または損傷を与えないように十分に柔らかくなければならない。パッド部２１０は、研磨パッド３０の研磨層３２と同じ材料、例えばポリウレタンであり得る。あるいは、パッド部２１０は、研磨層３２とは異なる材料、例えば、アクリレートであり得る。
【００４４】
パッド部は、ポリマー本体２３０上で支持され得る。パッド部２１０の底面は、例えば、接着剤によって、またはパッド部２１０を直接にポリマー本体２３０上に製造することによって、ポリマー本体２３０の上面に固定することができる。
【００４５】
複数の突起２３２が、ポリマー本体２３０の主本体２３４の底部から延在して、下部本体２４０、例えば、プリント回路基板に接触する。突起２３２間の凹部が、ポリマー本体２３０と下部本体２４０との間の間隙２３６を規定する。ポリマー本体２３０は、例えば接着剤によって、下部本体２４０に固定することができる。間隙２３６は、部分的に基板接触部２１４の下にあることができる。例えば、突起２３２の幅は、基板接触部２１４の幅Ｗよりも小さくすることができる。あるいは、間隙２３６は、それらが基板接触部２１４の直接下にないように、横方向に間隔を空けることができる。例えば、突起２３２の幅は、基板接触部２１４の幅Ｗよりも大きくすることができる。
【００４６】
ポリマー本体２３０は、シリコーン材料、例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）であり得る。ポリマー本体２３０は、成形プロセス、例えば、主本体２３４から延在する突起２３２を有する形状への射出成形によって形成することができる。
【００４７】
凹部の内部水平面は、電極２３８を形成するために導電性材料でコーティングすることができる。凹部の側壁表面（すなわち、突起の側面）は、コーティングされる必要はない。
【００４８】
上記のように、下部本体２４０は、プリント回路基板であり得る。電極２４２が、下部本体２４０の上面に形成され、導電性接点２４４が、下部本体２４０の底面に形成され得る。さらに、下部本体２４０は、各電極２４２を対応する導電性接点２４４と電気的に接続するための、（例えば、下部本体の厚さを通って延びる）導電性リード線２４６を含むことができる。
【００４９】
いくつかの実施態様では、電気接点２５４が、プラテン１２０の上面に形成されることができる（図１Ａを参照）。これらの電気接点２５４は、電線２５２によって、感知回路２５０および／またはコントローラ１９０に接続されている。したがって、研磨パッド１１０がプラテン１２０上に取り付けられると、各導電性接点２４４は、対応する電気接点２５４へ電気的に接続される。これは、他の構成要素（例えば、感知回路２５０および／またはコントローラ１９０）へのセンサ２０２の電気的接続が迅速かつ容易に行われることを、可能にする。
【００５０】
ポリマー本体２３０が下部本体２４０に固定されると、ポリマー本体２３０上の各電極２３８は、間に間隙２３６を有して、下部本体２４０上の対応する電極２４２と整列される。間に間隙２３８を有する２つの電極２３８、２４２の組が、静電容量式圧力センサ２２０を提供する。簡単に言えば、電極２３８、２４２間の間隔が変化する場合、これは、静電容量の変化をもたらし、したがって、（例えば導電性接点２４４を介して）センサ２２０に結合された回路によって感知される信号の変化をもたらす。
【００５１】
停止状態では、例えば、基板からの圧力によって圧縮されていない場合、間隙２３８は、１０〜５０ミクロンの高さを有することができる。電極２３８、２４２は、０．５〜１ｍｍの横方向寸法を有することができる。電極２３８、２４２および間隙２３８は、正方形、円形、または別の適切な横断面形状であり得る。
【００５２】
上部２１４の中間線の互いに反対側に配置された一対の静電容量式圧力センサ２２０ａ、２２０ｂは、剪断センサを提供することができる。詳細には、基板から基板接触部２１４への摩擦抗力は、パッド部２１０にトルクを加える傾向がある。これにより、２つのセンサ２２０ａ、２２０ｂに対する圧力に差が生じる。例えば、基板１０が研磨パッド１１０を横切って右方向に移動している場合、パッド部２１０に対する摩擦は、右側の静電容量式圧力センサ２２０ａへの圧力を増加させ、左側の静電容量式圧力センサ２２０ｂへの圧力を減少させる傾向がある。逆に、基板１０が研磨パッド１１０を横切って左方向に移動している場合、パッド部２１０に対する摩擦は、右側の静電容量式圧力センサ２２０ａへの圧力を減少させ、左側の静電容量式圧力センサ２２０ｂへの圧力を増加させる傾向がある。
【００５３】
剪断の量を検出するために、したがって基板と基板接触部２１４との間の摩擦を測定するために、２つのセンサ２２０ａ、２２０ｂからの信号間の差を計算することができる。例えば、右側の静電容量式圧力センサ２２０ａからの信号が、左側の静電容量式圧力センサ２２０ｂからの信号から差し引かれることができる。
【００５４】
図３に示されるように、いくつかの実施態様では、センサ２０２は、２対の静電容量式圧力センサ２２０（すなわち、４つの静電容量式圧力センサ）を含む。各対の２つのセンサは、上部２１４の中間線の互いに反対側に配置されている。さらに、２つの対は、垂直軸に沿って剪断を測定するように配置することができる。この構成で、インシトゥ監視システム２００は、例えば、２つの垂直方向で測定された剪断の二乗和の平方根として、全摩擦力を示す測定値を生成することができる。この計算は、コントローラ１９０によって実行することができる。いくつかの実施態様では、センサ２０２は、３つ以上の対の静電容量式圧力センサ２２０を含み、各対の静電容量式圧力センサ２２０は、パッド部２１０の互いに反対側に２つの静電容量式圧力センサを含む。例えば、図３は、パッド部２１０の斜め上および斜め下の空の地点を示しているが、これらの地点は、追加の静電容量式圧力センサによって占められ得る。
【００５５】
異なる基板層は、堆積層と基板接触部２１４との間の異なる摩擦係数を有する。摩擦係数のこの違いは、異なる堆積層が異なる量の摩擦力を生成し、したがってセンサ２０２上に異なる量の剪断を生成することを意味する。摩擦係数が増加すると、剪断が増加する。同様に、摩擦係数が減少すると、剪断が減少する。堆積層１６が研磨されて、パターニングされた層１４が露出されると、剪断は、堆積層１４の材料と研磨パッド３０との間の異なる摩擦係数を反映するように変化する。その結果、コントローラ１９０などのコンピューティングデバイスを使用して、インシトゥ監視システムによって検出された剪断（したがって摩擦）の変化を監視することによって研磨終点を決定することができる。
【００５６】
図４を参照すると、コントローラを使用して、研磨システム１００を制御することができる。化学機械研磨のためのコンピュータプログラムの実施態様が、基板１０上での化学機械研磨プロセスの開始から始まる（４１０）。研磨プロセスの間、コンピュータ９０は、センサ２０２からの入力を受け取る（４２０）。個々の静電容量センサ２２０からの入力は、同時にまたは順次に受信することができ、連続的または定期的に受信することができる。コントローラ１９０（または回路２５０）は、静電容量センサ２２０から信号を受信し、センサ２０２によって経験された剪断を決定する（４３０）。コントローラ１９０は、剪断の変化について信号を監視する。剪断の変化が、所望の研磨終点を示すとき、コントローラ１９０は、研磨プロセスを終了する（４４０）。
【００５７】
いくつかの実施態様では、コントローラ１９０は、剪断データの傾きの変化を検出して、研磨終点を決定する。コントローラ１９０はまた、研磨終点を決定するために剪断信号平滑化を監視することができる。あるいは、コントローラ１９０は、終点の発生を決定するために、使用された堆積層に基づく予め決められた終点剪断値を含むデータベースを参照する。
【００５８】
上記のように、コントローラ９０は、センサ２０２からの測定値を半径方向範囲に分類することができる。次に、研磨パラメータを、例えば、改善された均一性を提供するように、測定値に基づいて調整することができる。下にある層が特定の範囲で露出したことを測定値が示す場合、研磨パラメータを調整して、その範囲の研磨速度を下げることができる。次に、基板の様々な半径方向範囲について独立して制御可能な機械パラメータを、それぞれの半径方向範囲における測定値に基づいて制御することができる。
【００５９】
詳細には、次に、測定値は、キャリアヘッド１７０によって加えられる圧力のリアルタイム閉ループ制御に使用することができる。例えば、コントローラ１９０が、１つの半径方向ゾーン、例えば、基板の縁部で摩擦が変化していることを検出する場合、これは、下にある層が露出しつつあること、例えば、下にある層が最初に基板の縁部で露出しつつあることを示し得る。それに応答して、コントローラ１９０は、キャリアヘッド１７０に、基板の縁部に加えられる圧力を低減させることができる。対照的に、コントローラ１９０が、別の半径方向範囲、例えば、基板の中央部における摩擦の変化を検出しなかった場合、これは、下にある層がまだ露出していないことを示し得る。コントローラ１９０は、キャリアヘッド１７０に、基板の中央に加えられる圧力を維持させることができる。
【００６０】
図１Ｂを参照すると、インシトゥ監視システムは、複数のセンサ２０２を含むことができる。例えば、インシトゥ監視システムは、プラテンの回転軸から実質的に同じ距離であるがプラテンの回転軸の周りに等しい角度間隔で配置された複数のセンサ２０２を含むことができる。別の例として、研磨パッド１１０上の異なる半径方向位置に配置されたセンサ２０２があり得る。例えば、センサ２０２は、３ｘ３格子状に配置することができる。センサの数を増やすと、基板１０からのサンプリングレートを増やすことができる。
【００６１】
センサ２０２を製造するために、下部本体２４０は、例えば、電極２４２を有するプリント回路基板として、製造することができる。ポリマー本体２３０は、射出成形によって製造することができる。電極２３８は、例えば、スパッタリングプロセスによって、突起２３２間の凹部に堆積させることができる。ポリマー本体２３０は、下部本体２４０に位置合わせされ、下部本体２４０に固定されて、静電容量センサ２２０を形成する。
【００６２】
次に、ポリマー本体２３０および下部本体２４０のアセンブリを、バッキング層１１４の開口部に配置することができる。次に、研磨層１１２を、アセンブリおよびバッキング層の上に製造することができる。例えば、研磨層１１２は、３Ｄ印刷プロセスによって、例えば、パッド前駆体材料の液滴の放出および硬化によって、製造することができる。これにより、パッド部２１０および研磨層１１２の残りの部分を、連続したワンピース部品として、すなわち、接着剤、継ぎ目、または同様の不連続部なしに、一緒に製造することが可能になる。
【００６３】
あるいは、研磨層１１２は、個別に製造され、次いで、アセンブリおよびバッキング層１１４上に配置され、例えば接着剤によって、固定されてもよい。
【００６４】
あるいは、パッド部２１０は、ポリマー本体２３０および下部本体２４０のアセンブリに個別に固定することができる。その後、センサ２０２が、例えば、研磨パッド１１０の開口部に挿入され、例えば接着剤によって、固定されることによって、研磨パッド１１０に取り付けられることができる。
【００６５】
監視システムは、様々な研磨システムで使用できる。研磨パッド、もしくはキャリアヘッド、またはその両方が、研磨面と基板との間の相対運動を提供するように移動することができる。研磨パッドは、標準（例えば、フィラーを含むまたは含まないポリウレタン）の粗いパッド、柔らかいパッド、または固定砥粒パッドにすることができる。
【００６６】
例えば、コントローラおよび／または感知回路について、この明細書に記載されている機能的動作は、この明細書に開示されている構造的手段およびその構造的同等物を含む、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、またはそれらの組み合わせで実行することができる。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、データ処理装置、例えば、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による実行のために、またはそれらの動作を制御するために、情報媒体、例えば、非一時的な機械可読記憶媒体または伝搬信号に有形に具体化された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でき、スタンドアロンプログラムとして、またはモジュール、コンポーネント、サブルーチン、もしくはコンピューティング環境での使用に適した他のユニットとしてなどの、任意の形式で展開できる。コンピュータプログラムは、必ずしもファイルに対応しているわけではない。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、当該プログラム専用の単一のファイル、または複数の調整されたファイル（例えば、１つ以上のモジュール、サブプログラム、またはコードの部分を格納するファイル）に格納できる。コンピュータプログラムは、１台のコンピュータまたは１つのサイトの複数のコンピュータで実行されるように展開することも、複数のサイトに分散させて通信ネットワークで相互接続することもできる。
【００６７】
本明細書に記載のプロセスおよび論理フローは、１つ以上のプログラマブルプロセッサが、入力データを操作して出力を生成することによって機能を実行するように１つ以上のコンピュータプログラムを実行することによって、実行されることができる。プロセスおよび論理フローはまた、専用論理回路、例えば、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）によって実行されることができ、装置が、それら専用論理回路として実装されることもできる。
【００６８】
いくつかの実施形態が説明されてきた。それにもかかわらず、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、様々な修正を行うことができることが理解されるであろう。例えば：
・  ポリマー本体の上面は、バッキング層の上面と同一平面上にある必要はない。
・  図２では、研磨パッドは２層であるが、研磨パッドは、単層パッドでもよい。研磨パッドの裏面に凹部を形成し、センサを凹部に挿入することができる。
・  研磨パッドは、３Ｄ印刷プロセスによってセンサの周囲に構築できる。例えば、ポリマー本体と下部本体のアセンブリが、印刷ステージ上に配置され、研磨パッドの下部が、例えば、前駆体材料の液滴をアセンブリの上ではなく周囲の領域に選択的に放出することによって、アセンブリの周囲に製造され得る。これにより、パッド材料の最上部がアセンブリの最上部と同一平面上になるまで層を構築することができる。この時点の後、前駆体材料の液滴は、以前に形成された層とアセンブリの両方にわたって放出され、こうして、パッド部と、研磨パッドの残りの部分の上部とを形成することができる。
・  ３Ｄ印刷によるアセンブリの周囲の研磨パッドの製造技術は、単層パッドに使用でき、この場合、パッド全体で同じ材料を使用でき、または多層パッドに使用でき、この場合、異なる前駆体または異なる硬化技術を使用して、アセンブリの周囲に研磨パッドの下部（したがってバッキング層）を形成することができる。
【００６９】
したがって、他の実施形態が、以下の特許請求の範囲内にある。
【図１Ａ】
2021534987.tif 000003
【図１Ｂ】
2021534987.tif 000004
【図２】
2021534987.tif 000005
【図３】
2021534987.tif 000006
【図４】
2021534987.tif 000007
【国際調査報告】
2021534987.tif 000008
2021534987.tif 000009