(57)【要約】化学機械的研磨（ＣＭＰ）において用いられる研磨パッド（１）の断面の厚さのインサイチュ測定は、距離を測定するセンサ（７）をコンディショニング装置（６）とともに構成することによって可能になる。センサは、例えば、パッドの表面の上の較正された高さレベルから、間接的な測定を行うレーザセンサ（７ａ〜ｃ）として提供されるか、または、パッド表面からパッドと圧盤との接触表面への直接的な厚さの測定を行うレーザセンサまたは超音波センサ（７ｅ）として提供される。断面の厚さ（１０）は、コンディショニングの間センサをコンディショニング装置と同時に移動させること、または、一定の距離の、パッド表面の上のガイドレール（１４）に沿ってセンサをガイドすることによって得られる。研磨圧盤への基準距離測定は、圧盤（２）上にパッドがない位置、孔または端に取り付けられる第２のセンサ（７ｄ）によって達成され得る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨パッド（１）をコンディショニングする構造であって、半導体デバイス（４）の化学的機械的研磨を行うように設計され、該研磨パッド（１）が回転可能な研磨圧盤（２）に取り付けられている、構造であって、該構造は、
コンディショニングディスク（３）を有するコンディショニング装置（６）であって、該研磨パッド（１）にわたって移動可能である、コンディショニング装置（６）と、
該研磨パッド（１）の厚さ（１０）を測定する測定ユニット（４０）であって、該測定ユニット（４０）は、
ａ）基準レベルと該研磨パッド（１）の表面要素との間の距離（１２）を測定するセンサ（７）と、
ｂ）該少なくとも１つのセンサ（７）に接続されている、該研磨パッド（１）の該厚さ（１０）を該距離（１２）の測定から計算する、制御ユニット（３０）と、
を備える、測定ユニット（４０）と、
を備える、構造。
【請求項２】
前記コンディショニングディスク（３）を角速度（２１）で回転させるモータと、
厚さ測定に応答してコンディショニングする間に、該角速度（２１）を調節するように、該モータに接続されている前記制御ユニット（３０）と
を特徴とする、請求項１に記載の構造。
【請求項３】
前記研磨パッド（１）に前記コンディショニングディスク（３）の下方向の圧力（２２）をかける手段と、
厚さ測定に応答して該下方向の圧力（２２）を調節するように、該下方向の圧力（２２）をかける手段に接続されている前記制御ユニット（３０）と
を特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載の構造。
【請求項４】
前記少なくとも１つのセンサ（７）がレーザセンサであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の構造。
【請求項５】
前記少なくとも１つのセンサ（７）が超音波センサであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の構造。
【請求項６】
レーザセンサ（１６）のアレイを特徴とする、請求項４に記載の構造。
【請求項７】
前記レーザセンサ（１６）のアレイが、コンディショニングされていない中心部分（５）の端から、前記研磨パッド（１）の外側の端へと伸びるように構成されることを特徴とする、請求項６に記載の構造。
【請求項８】
前記少なくとも１つのセンサ（７）が、前記研磨パッドの表面に対して少なくとも水平方向に移動可能であるようにガイドレール（１４）に取り付けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載の構造。
【請求項９】
他のセンサ（７ｄ）が、前記研磨圧盤の前記研磨パッド（１）によって覆われていない領域の上に位置し、該研磨圧盤（２）の表面までの距離（１３）を測定することを特徴とする、請求項８に記載の構造。
【請求項１０】
前記コンディショニングディスク（３）と同じサポート（８）に取り付けられている少なくとも２つのレーザセンサ（７ａ、７ｂ）を特徴とする、請求項４に記載の構造。
【請求項１１】
前記少なくとも２つのレーザセンサ（７ａ、７ｂ）のうちの第１のセンサ（７ａ）が前記コンディショニング装置（６）の移動方向（９）に向けられた前記サポート（８）の第１の側に取り付けられ、
該少なくとも２つのレーザセンサ（７ａ、７ｂ）のうちの第２のセンサ（７ｂ）が該移動方向（９）と反対の該サポート（８）の第２の側に取り付けられることを特徴とする、請求項１０に記載の構造。
【請求項１２】
データベースが、前記研磨パッド（１）の表面要素の厚さ（１０）および半径位置を含むデータの少なくとも一対とともに、前記制御ユニット（３０）に接続されていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の構造。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのセンサ（７）が、０．０２５μｍ以下の厚さの測定分解能を有することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の構造。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれかに記載の構造を用いて研磨パッド（１）をコンディショニングする方法であって、
コンディショニング装置（６）およびコンディショニングディスク（３）を該研磨パッド（１）の表面要素に押し付ける工程であって、該コンディショニングディスクは角速度（２１）および下方向の圧力（２２）を有する、工程と
センサ（７）を用いて、該研磨パッド（１）の該表面要素と基準レベルとの間の距離（１２）の測定を行う工程と、
制御ユニット（３０）を用いて、該測定された距離（１２）から該研磨パッド（１）の厚さ（１０）を計算する工程と
を包含する、方法。
【請求項１５】
前記研磨パッド（１）の少なくとも他の表面要素について、断面の厚さを得るように、工程を繰り返す工程を特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記研磨パッド（１）の第１の表面要素の判定された厚さ（１０）を第２の表面要素の厚さと比較する工程と、
該比較に応答して、信号を生成する工程とを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記信号に応答して、前記コンディショニングディスク（３）の角速度（２１）および下方向圧力（２２）からなる群のうちの少なくとも１つを調節する工程を特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
基準として、前記研磨圧盤（２）の表面要素までの距離（１３）の測定を行う工程と、
前記研磨パッド（１）の前記厚さを、前記距離（１２）と該基準距離（１３）との間の差から計算する工程とを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記研磨パッド（１）の厚さ（１０）を判定する工程と、
前記コンディショニング装置（６）を該研磨パッド（１）に押し付ける工程の前に、該研磨パッド（１）の表面要素までの距離（１２ａ）を測定する工程と、
該コンディショニング装置（６）を該研磨パッド（１）に押し付ける工程の後に、該研磨パッド（１）の表面要素までの距離（１２ｂ）を測定する工程と、
該コンディショニング装置を押し付ける前の該距離（１２ａ）を該コンディショニング装置を押し付けた後の該距離（１２ｂ）から減算する工程と、
該減算された距離を用いて新たな厚さ（１０）を計算する工程と
を特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの化学機械的研磨を行うように設計され、回転可能な研磨圧盤上に取り付けられる研磨パッドをコンディショニングする構成および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置化学機械的研磨は、従来はポリウレタン製である研磨パッドが取り付けられた回転テーブルを含む。回転可能な研磨ヘッドは、研磨されるウェハを保持し、そのウェハを回転湿式研磨パッドに対して押しつける。研磨の間、研磨ヘッドは、研磨ヘッドと同時回転または逆回転するが、振動アームによって、回転テーブルの軸に対して、変動し得る。そのことにより、テクスチャード研磨パッド表面は、ウェハ表面を摩耗させる役割を果たすいわゆるスラリーを受ける。
【０００３】
典型的には、スラリーは、脱イオン水の中に、例えば、酸化アルミニウムまたは二酸化シリコンの粒子を、表面材料を化学的に酸化させ、機械的に摩耗させる各種の化学合金とともに含む。このような化学合金を用いることによって、例えば、二酸化シリコンに対するポリシリコンまたはタングステンの研磨レートを自由に選択できることが、平面化の間、維持され得る。
【０００４】
摩耗レートは、テーブルおよびヘッドのそれぞれの回転速度、スラリー濃度、および研磨ヘッドが研磨パッドに押しつけら得る圧力に依存する。
【０００５】
概して、研磨パッドは劣化されるが、これは、均一な、テクスチャードされた、断面を有するパッド表面が、取り除かれたウェハ表面材料、化学的に変質したスラリー材料、または劣化したパッド表面材料といった、いわゆる「パッド摩滅効果」によって消耗するからである。
【０００６】
この効果は、ガラスのような材料、および一番上の劣化したパッド層を、コンディショニングディスクによって取り除くコンディショニング工程を行うことによって、対処され得る。これにより、スラリーを受ける孔が再度開けられ、パッドの機能性の回復につながる。
【０００７】
コンディショニングのプロセスは、研磨工程の間、または研磨工程の後のいずれかにおいて行われ得る。一例として、ダイヤモンドエメリーペーパーが、コンディショニングヘッドに取り付けられ、研磨ヘッドと同様に、さらなる振動アームによって運ばれる。ダイヤモンド粒子は、ソケット層に取り付けられるニッケルグリットに包まれる。ダイヤモンド粒子はニッケル表面から突き出ているが、その程度は様々であり、完全に包まれているものから、ニッケル層にわずかにくっついているものまである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように構成された調整パッドは、研磨パッドに押しつけられるコンディショニング器の回転運動において、弾性ポリウレタンまたは類似の研磨パッド表面にわたって研削する。コンディショニング工程の後、摩耗の能力は、実質的に回復され、パッドの寿命が延び、劣化したパッドの交換に操作者が使う労力が減ることにつながる。それでも、コンディショニングサイクルごとに、パッド材料を０．２〜１．５μｍの厚さで除去することに起因して、コンディショニング工程を行うことによる寿命の伸びは、例えば、１２〜１８時間に限定される。その後、接着手段によって回転テーブルに取り付けられている研磨パッドは、新たな研磨パッドと交換される。典型的には、ウェハ研磨のたびにその後に行われるコンディショニングサイクルは、４０〜６０秒間必要とする。典型的な研磨サイクルは、約２分間かかる。現在では、１つのパッドで研磨できるウェハは、おおよそ５００〜１０００枚のみである。典型的には、新たな研磨パッドは、１〜２ｍｍの厚さで開始する。パッドの寿命は、取り除かれる厚さおよび均質性などの要因に依存する。
【０００９】
研磨半導体ウェハにおいて、正確に決定された除去レートで表面材料を取り除くためには、均一性が高いことが必要とされる。均一でないことは、層の厚さの規格を守れず、研磨プロセスの生産量が不都合にも減ることになることが避けられ得ない。
【００１０】
この不均一性の原因は、しばしば、コンディショニングが進んだ状態における、研磨パッドの断面の変化から生じ得る。通常の状況において、研磨圧盤に取り付けられる研磨パッドの中心領域および端は、研磨またはコンディショニングによって影響を受けない。従って、中心領域または端の近傍のパッド表面領域は、表面材料のコンディショニングのための除去によって受ける影響が、両方の境界内の半径を有する領域よりも小さい。これにより、研磨パッドの断面の厚さに傾斜ができる。さらに、材料の不均質性は、研磨の間、ウェハ表面に影響を与える、局所的に高い部分を生じさせ得る。
【００１１】
従来技術において、このような問題は、研磨パッドを研磨圧盤から取り除き、例えばマイクロメータを用いる高い精度の断面の厚さの測定を行うことによって対処されてきた。この手順は、不都合なことに、時間がかかる断面測定につながっており、測定結果が現在のパッドについて再度直接使用することができないような、調査中の研磨パッドを破壊してしまうという悪条件につながっている。むしろ、傾向は、現在のコンディショニングがいかに効率的であるか、パッドの寿命が終わるまでに一般的にどのくらいの間用いられ得るかついて推定され得る。あるいは、ＣＭＰ装置の問題が速く進む場合、問題点が発見され、対応がとられることができるまでに、不利益に処理されるウェハの数が多すぎる。
【００１２】
従って、本発明の主な目的は、より良好な研磨均一性を達成することによって、化学機械的研磨における生産量を増大させ、プロセスの問題点を発見し、対応するために必要な時間を短縮することである。本発明のさらなる目的は、研磨パッド均一性測定にかかる時間を短縮し、研磨パッドの材料コストを低減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
これらの目的は、研磨パッドをコンディショニングする構造および方法であって、半導体デバイスの化学的機械的研磨を行うように設計され、該研磨パッドが回転可能な研磨圧盤に取り付けられている、構造であって、該構造および方法は、コンディショニングディスクを有するコンディショニング装置であって、該研磨パッドにわたって移動可能である、コンディショニング装置と、該研磨パッドの厚さを測定する測定ユニットであって、該測定ユニットは、基準レベルと該研磨パッドの表面要素との間の距離を測定するセンサと、該少なくとも１つのセンサに接続されている、該研磨パッドの該厚さを該距離の測定から計算する、制御ユニットとを備える、測定ユニットとを備える、構造および方法によって達成される。
【００１４】
本発明によると、研磨パッドの断面の厚さのインサイチュ測定は、測定ユニットにコンディショニング装置を設けることによって可能になる。従って、例えばマイクロメータによる測定がその後に続く研磨圧盤の除去に起因する、研磨パッドの破壊が必要とされない。コンディショニングサイクル後に得られる断面は、コンディショニング工程が終了した直後、またはコンディショニング工程の途中でさえも利用可能である。結果として、研磨パッドは、厚さまたは断面の厚さの測定によって、化学機械的研磨を行うために研磨パッドをさらに用いるとウェハの生産量の不利益な減少が生じるほど劣化していることが明らかになった場合にのみ取り除かれる必要がある。本発明の構造を用いることにより、対応する時間の工程は、正確に判定され、最適な使用が提供され得、そのことにより、コスト、操作者が研磨パッドを取り除く時間、およびマイクロメータ測定を行うために従来使われてきた操作者の時間が削減される。
【００１５】
本発明のさらなる局面において、前記コンディショニングディスクを角速度で回転させるモータが測定ユニットの制御ユニットに接続されていると考えられている。暗示的に、より早い角速度を可能にし、そのことにより、本発明による測定ユニットによって検出された研磨パッドの断面の不均一性に応答して、閉じられたループ制御回路が設けられる。
【００１６】
例えば、研磨パッドのより急な断面は、研磨パッドの外側の端の近傍または中心領域の近傍（後者は通常コンディショニングされていない）で生じるが、そのことにより検出され得、制御ユニットは、傾斜を補償するためにどの位置で表面材料がどの程度取り除かれるかについての計算を行う。角速度と除去レートとの関係で、コンディショニングディスク回転は、現在のサイクル、次のサイクルまたは以降のサイクルのいずれかの間、断面の不均一性を補正するように制御され得る。あるいは、局所的な盛り上がりまたは断面の傾斜は、例えば、同時に移動するセンサによって、コンディショニングディスクの位置において直ちに検出され得る。その後、制御ユニットを介するコンディショニングディスク角速度へのフィードバックは、この閉ループ制御回路を行うために、研磨パッド断面が許容範囲内であるか否かを判定するための閾値が提供される。
【００１７】
さらなる局面において、類似の閉ループ制御回路前記研磨パッドは、測定ユニットの制御ユニットと研磨パッドに前記コンディショニングディスクの下方向の圧力をかける手段との接続によって提供される。下方向の圧力はまた、所与の角速度での研磨パッドの表面材料除去レートと相関する。対応するフィードバックループは、研磨パッドの断面の厚さの盛り上がりまたは傾斜を検出し、同様に提供される角速度の場合のように、同様に閾値を超えることに応答して、下方向の圧力を調節する。好適な実施形態において、制御ユニットによる、測定ユニットのフィードバック制御は、コンディショニングディスクを回転させるモータおよび下方向の圧力をかける手段、すなわち、両者の組み合わせに対して提供される。
【００１８】
測定ユニットのセンサは、好ましくは、レーザセンサおよび超音波センサのいずれかである。両方のタイプのセンサとも、典型的には、パッドの除去が０．２〜１．５μｍに達するサイクルの前と後との厚さの差を検出するために充分な高さの精度で利用可能であることが公知である。
【００１９】
断面の厚さの測定を行うために、センサはパッドの異なる位置を取ることが必要である。一方では、本発明は、所望の位置を受けるようにセンサに可動性が与えられた局面を提供する。他方で、また、センサのアレイ、好ましくは、レーザセンサだが、さらなる局面において考慮されるように、その測定位置において、取り付けられ、固定されることも可能である。
【００２０】
さらに他の局面において、レーザセンサのアレイは、回転する研磨パッドのアクティブな研磨表面が、アレイによって完全に覆われるように、構成される。アレイは、好ましくは、測定の間固定された位置を取るが、アレイは、メンテナンス上の理由により取り除くことができることも好ましい。
【００２１】
測定を行うために所望の位置に移動可能なセンサは、第１の局面において考慮されたように、ガイドレールに取り付けられてもよいし、コンディショニング装置およびコンディショニングディスクを保持するように、同じサポート、例えば、コンディショニング装置を保持し、移動させるコンディショニングアームに取り付けられてもよい。ガイドレールまたはステージ、あるいはサポート上で研磨パッドにわたって移動可能である、１つ、２つ、またはそれ以上のレーザセンサが取り付けられ得る。
【００２２】
本発明によると、本発明による構造を用いて研磨パッドをコンディショニングする方法が提供される。コンディショニング装置およびコンディショニングディスクが該研磨パッドの表面要素に押し付けられている間、該コンディショニングディスクは角速度および下方向の圧力を有し、少なくとも１つのセンサを用いて、該研磨パッドの該表面要素と基準レベルとの間の距離の測定が行われる。制御ユニットを用いて、この測定された距離から該研磨パッドの厚さが計算される。
【００２３】
研磨パッドの厚さを判定するため、センサは、表面要素と基準レベルとの間の距離を測定する。直接厚さを測定する場合、センサは、研磨パッドの表面要素との接触を有し、基準レベルは研磨圧盤と接触する研磨パッドの底面である。
【００２４】
距離を測定するために、例えば、位置センシティブデバイス（ＰＳＤ）を用いるレーザセンサが用いられる場合、レーザビームが研磨圧盤表面に向かって横断することが出来る穴が提供され得る。回転する研磨圧盤の場合、このような穴は、周期的な距離信号をレーザに提供する周期的な構造、例えば、所与のパッド半径において、円全体について１つの穴で、実現され得る。研磨パッドが回転しない場合、レーザセンサおよび研磨パッドは、レーザ位置において、このような穴を通じて、距離測定を可能にする。これは、基準レベル測定を提供する。
【００２５】
このような穴は、圧盤の表面にレーザビームを提供するために、パッドの厚さを完全に通じて延びる。この穴は、研磨の間、スラリーを保持または維持する役割を果たすパッド内の穴またはスパイラルカーブと混同されるべきではない。
【００２６】
超音波センサが用いられる場合、センサは、研磨パッド表面に接触し、定常波パターンの構造と超音波との実行時間の差が、測定される。このことにより、波を伝達する研磨パッドの底部の研磨圧盤による超音波の反射が利用される。
【００２７】
間接的な測定は、研磨パッドの表面への距離を測定するレーザセンサを用いて、接触がない測定である。そのことにより、研磨圧盤表面に接触する研磨パッドの底部表面への正確に測定された距離が得られる。距離センサおよびパッド表面と、センサおよび研磨圧盤表面との間の差は、現在のパッドの厚さを明らかにする。超音波センサまたは任意の他の距離測定センサは、測定のこのタイプについて用いられ得る。
【００２８】
有益なことに、コンディショニング装置によって残された実際のパッドの厚さは、コンディショニングのたびに、直接モニタされ得る。この方法を用いて、断面の厚さの破壊的なマイクロメータ測定を飛ばすことができる。
【００２９】
断面の厚さを得るために、１組の続く厚さの測定が行われる。隣接する位置測定の異なる値は、傾斜または局所的な盛り上がりがあることを示す。制御ユニットは、このような比較または傾斜判定を行い、閾値とのさらなる比較によって、コンディショニングディスクの角速度を調節するモータ、または研磨パッドにコンディショニングディスクの下方向に圧力をかける手段のいずれかに送信される信号を生成する。また、コンディショニングアーム移動を制御するモータに向かう信号を生成することも可能である。この信号は、例えば、角速度または下方向圧力が一定に保持されたままで、コンディショニング装置のより遅い移動を開始する。そのことにより、表面要素の統合された除去作業は、磨耗作業の持続時間が長いか、または短いかにより、それぞれ、増大されるか、または低減される。
【００３０】
さらなる利点および局面は、従属項から明らかである。
【発明の効果】
【００３１】
＊＊＊
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明は、添付の図面とともに実施形態を参照することによって、より良く理解される。
【００３３】
本発明によって解決される、半導体ウェハ４の化学機械的研磨の間の不均一性につながる研磨パッドの断面の厚さの傾斜の問題を、従来技術において見られるような形で図１に示す。
【００３４】
側面図で、未使用状態の研磨パッド１で覆われた研磨圧盤２が図１Ａに示される。ウェハ４のコンディショニングサイクルのたび、その後、回転するコンディショニングディスク３を、振動運動で回転研磨パッド１にわたって移動させることによってコンディショニング工程がおこなわれる。そのことにより、ある程度の量の表面材料が、パッドから取り除かれ、図１Ｂに示すように、研磨パッドの厚さが低減することになる。コンディショニングされない研磨パッドの中心領域５、および研磨パッド１の外側の端は、研磨パッド１の厚さ境界状態を提供する。これらは、両方とも、研磨パッド１のコンディショニングされた領域へと傾斜がつけられた変わり目を有する。研磨テーブルの上面を図１Ｃに示す。
【００３５】
図１において示された断面の不均質性を検出するため、図２Ａに示された本発明の第１の実施形態は、ビームを研磨パッドに対して垂直に向ける２つのレーザセンサを含む。レーザセンサ７ａおよび７ｂは、コンディショニング器６をコンディショニングディスクとともに研磨パッド１に渡って移動させる支持部分の役割を果たすコンディショニング器振動アーム８に取り付けられる。第１のレーザセンサ７ｂは、コンディショニングディスク３によってまだコンディショニングされていない領域を表す研磨パッド表面までの距離を検出するように、振動アーム８に取り付けられる。例えば、第１の距離１２ｂは、コンディショニングディスク３の移動する方向にあるパッド表面要素の厚さ１０’を判定するために測定される。第２のレーザセンサ７ａは、コンディショニングディスク３によってすでにコンディショニングされたパッド領域の厚さ１０を測定する、領域振動アーム８の反対側の第２の距離１２ａを測定する。距離の値１２ａおよび１２ｂを比較すること、または、厚さの値１０および１０’を比較することによって、コンディショニングサイクルごとの表面材料の除去分１１が判定され得る。
【００３６】
実施形態の機能性の模式的な図が、図２Ｂに示される。図２Ｂは縮尺通りに描かれていない。
【００３７】
支持アーム８は、研磨圧盤２の表面に接する研磨パッド１の底面までの距離によって、測定される、レーザセンサ７ａおよび７ｂの基準レベルを実質的に保持する。コンディショニングの間の厚さの低減に起因して、方向９へと研磨パッド１にわたって移動するコンディショニングディスク３とともに回転するコンディショニング装置６は、僅かに曲がった形になる。これは、レーザセンサ７ａおよび７ｂが、実質的に、研磨パッド１の表面をちょうど摩耗させているコンディショニングディスク３の傾斜の影響を受けないということを意味する。
【００３８】
摩耗、すなわち、除去の量は、角速度２１および下方向の圧力２２、あるいは、移動方向９への振動アーム８の速度によって制御される。
【００３９】
実際の研磨パッド１０の厚さは、異なる様式で得ることができる。ある様式は、研磨パッド製造業者によって提供される初期の断面の厚さに依存し、コンディショニングサイクルのたびに、除去分１１の量を、振動アーム８によって供給される位置の関数として、以前のサイクルの厚さから減算することに依存する。厚さを判定する他の可能な様式として、レーザセンサ７ａおよび７ｂの厚さの絶対的な測定を用いて、断面の厚さを判定すること、および、除去分１１の量を定量的フィードバック入力として用いて、コンディショニング装置を制御することがある。両方の方法を組み合わせることも可能である。
【００４０】
本発明のさらなる実施形態を図３に示す。レーザセンサ７ｃは、研磨パッド１の表面にわたって、ある高さで取り付けられた、ガイドレール１４に取り付けられる。コンディショニングサイクルの間、または、その後、レーザセンサ７ｃは、ガイドレール１４に沿って移動し、レーザセンサ７ｃと研磨パッド１の表面との間のそれぞれ測定された距離１２からの位置の関数として、断面の厚さ１０を得るために、距離測定を行う。基準レベル、すなわち、レーザセンサ位置または高さは、研磨圧盤２の端において、この基準レベルから研磨圧盤表面２への距離を測定する基準レーザセンサ７ｄによって正確に測定される。
【００４１】
さらに他の実施形態を図４に示す。超音波センサ７ｅは、研磨パッド１の表面に接触するように、下方向の圧力１５によって、研磨パッド１に押しつけられる。研磨圧盤２の表面から反射する超音波を放出することによって、研磨パッド１の厚さ１０が直接測定される。スキャンする移動を行うことによって、超音波センサ７ｅを保持し、押しつけるアームは、好ましくは、研磨テーブルが回転していないときに、断面の厚さを得ることができる。
【００４２】
さらに他の実施形態を図５に示す。振動アーム８が、方向９に振動運動を行い、そのことにより、コンディショニングディスク３によって研磨パッド１の表面をコンディショニングする場合、線形に構成されたレーザセンサ７のセットを含むレーザセンサ１６のアレイは、それ自体が移動することなく、研磨パッドの断面の厚さを測定する。各レーザセンサ７は、研磨パッド表面１上の半径位置に対応し、生じる断面の傾斜は、インサイチュで、早く、かつオンラインで、検出され得る。有益なことに、図５Ｂに示すように、半導体ウェハ４を研磨し、同時に、研磨パッド１をコンディショニングすることができる。
【００４３】
有益なことに、全ての実施形態において、現在の研磨パッド１の使用は、最小点のパッドの厚さに達したか、または、研磨性能が、所定の要件より下に落ちたために、本発明の方法による、断面の修復、すなわち、断面の厚さにおける不均質性の除去によって、さらに修復ができないという所定の状態になったときに停止される。
【００４４】
それぞれの実施形態は、断面の厚さを提供する。例えば、研磨パッド１の厚さ１０は、パッドの半径位置の関数として提供される。制御ユニットは、評価し、そこから、位置の関数として、必要な表面材料除去分１１を計算し、次のコンディショニングサイクルについて計画する。この除去断面から、制御ユニットは、角速度２１、コンディショニングディスク３の下方向の圧力２２、または移動の方向９への振動アーム速度を決定し得る。しかし、各実施形態はまた、コンディショングディスクパラメータを瞬時に調節する手段を、特に図２および図５に示す実施形態において、提供する。レーザセンサ７ｃのガイドレール１４に沿った動きが十分に早く、測定時間が短い場合、コンディショニング装置６の現在の位置における断面の傾斜の検出がまた、図３の実施形態によって提供され得る。図３による実施形態の改良は、さらなるレーザセンサ７ｃを提供することによって為される。各レーザセンサは、研磨パッド上でコンディショニング装置６の半径位置と同時に移動し、両方が、図２Ａに示すようにコンディショニング装置６との同様の相対的な位置を有する。その後、第１のレーザセンサは、コンディショニング装置の前の厚さを測定し、他方のレーザセンサは、コンディショニング装置６の後の厚さを測定する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は、従来技術のコンディショニングによる研磨パッドの厚さの断面の傾斜の問題を示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明による、コンディショニングアームに取り付けられた２つのレーザセンサの実施形態を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、縮尺通りに描かれていない、除去する厚さの測定の原理を示す図である。
【図３】図３は、ガイドレールに取り付けられた第１のレーザセンサおよび基準測定を行う第２のレーザセンサを有する本発明による他の実施形態を示す図である。
【図４】図４は、超音波センサを用いる本発明によるさらなる実施形態を示す図である。
【図５】図５は、レーザセンサのアレイを用いるさらなる実施形態を示す図である。
【国際公開パンフレット】
2004531077.tif 000003
2004531077.tif 000004
2004531077.tif 000005
2004531077.tif 000006
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2004531077.tif 000009
2004531077.tif 000010
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【手続補正書】
【提出日】平成15年6月5日(2003.6.5)
【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】
研磨パッド（１）をコンディショニングする構造であって、半導体デバイス（４）の化学的機械的研磨を行うように設計され、該研磨パッド（１）が回転可能な研磨圧盤（２）に取り付けられている、構造であって、該構造は、
コンディショニングディスク（３）を有するコンディショニング装置（６）であって、該研磨パッド（１）にわたって移動可能である、コンディショニング装置（６）と、
該研磨パッド（１）の厚さ（１０）を測定する測定ユニット（４０）であって、該測定ユニット（４０）は、
ａ）基準レベルと該研磨パッド（１）の表面要素との間の距離（１２）を測定する少なくとも１つのセンサ（７）であって、該センサがレーザセンサである、センサ（７）と、
ｂ）該少なくとも１つのセンサ（７）に接続されている、該研磨パッド（１）の該厚さ（１０）を該距離（１２）の測定から計算する、制御ユニット（３０）と、
を備える、測定ユニット（４０）とを備え、
該コンディショニングディスク（３）と同じサポート（８）に取り付けられている少なくとも２つのレーザセンサ（７ａ、７ｂ）を特徴とし、
該少なくとも２つのレーザセンサ（７ａ、７ｂ）のうちの第１のセンサ（７ａ）が該コンディショニング装置（６）の移動方向（９）に向けられた該サポート（８）の第１の側に取り付けられ、
該少なくとも２つのレーザセンサ（７ａ、７ｂ）のうちの第２のセンサ（７ｂ）が、該移動方向（９）と反対の該サポート（８）の第２の側に取り付けられる、構造。
【請求項２】
前記コンディショニングディスク（３）を角速度（２１）で回転させるモータと、
厚さ測定に応答してコンディショニングする間に、該角速度（２１）を調節するように、該モータに接続されている前記制御ユニット（３０）と
を特徴とする、請求項１に記載の構造。
【請求項３】
前記研磨パッド（１）に前記コンディショニングディスク（３）の下方向の圧力（２２）をかける手段と、
厚さ測定に応答して該下方向の圧力（２２）を調節するように、該下方向の圧力（２２）をかける手段に接続されている前記制御ユニット（３０）と
を特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載の構造。
【請求項４】
データベースが、前記研磨パッド（１）の表面要素の厚さ（１０）および半径位置を含むデータの少なくとも一対とともに、前記制御ユニット（３０）に接続されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の構造。
【請求項５】
前記少なくとも１つのセンサ（７）が、０．０２５μｍ以下の厚さの測定分解能を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の構造。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の構造を用いて研磨パッド（１）をコンディショニングする方法であって、
前記研磨パッド（１）の厚さ（１０）を判定する工程と、
前記コンディショニング装置（６）を表面要素に押し付ける工程の前に、該研磨パッド（１）のその表面要素までの距離（１２ａ）を測定する工程と、
該コンディショニング装置（６）およびコンディショニングディスク（３）を該研磨パッド（１）の該表面要素に押し付ける工程であって、該コンディショニングディスクは角速度（２１）および下方向の圧力（２２）を有する、工程と
該コンディショニング装置（６）を該表面要素に押し付ける工程の後に、該研磨パッド（１）の該表面要素までの距離（１２ｂ）を測定する工程と、
該コンディショニング装置を押し付ける前の該距離（１２ａ）を該コンディショニング装置を押し付けた後の該距離（１２ｂ）から減算する工程と、
制御装置（３０）を用いて該減算された距離を用いて新たな厚さ（１０）を計算する工程と
を包含する、方法。
【請求項７】
前記研磨パッド（１）の少なくとも他の表面要素について、断面の厚さを得るように、工程を繰り返す工程を特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記研磨パッド（１）の第１の表面要素の判定された厚さ（１０）を第２の表面要素の厚さと比較する工程と、
該比較に応答して、信号を生成する工程とを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記信号に応答して、前記コンディショニングディスク（３）の角速度（２１）および下方向圧力（２２）からなる群のうちの少なくとも１つを調節する工程を特徴とする、請求項８に記載の方法。
【国際調査報告】
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