特許 7050152 研磨パッド摩耗率のモニタリングのための予測フィルタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-03-30

(45)【発行日】2022-04-07

(54)【発明の名称】研磨パッド摩耗率のモニタリングのための予測フィルタ

(51)【国際特許分類】

   B24B 53/00 20060101AFI20220331BHJP

   B24B 53/017 20120101ALI20220331BHJP

   B24B 53/12 20060101ALI20220331BHJP

   B24B 37/005 20120101ALI20220331BHJP

   B24B 49/10 20060101ALI20220331BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20220331BHJP

【ＦＩ】

B24B53/00 A

B24B53/017 A

B24B53/12 Z

B24B37/005 Z

B24B49/10

H01L21/304 622M

H01L21/304 621B

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2020526082

(86)(22)【出願日】2018-11-14

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-02-12

(86)【国際出願番号】 US2018061086

(87)【国際公開番号】W WO2019099541

(87)【国際公開日】2019-05-23

【審査請求日】2020-07-10

(31)【優先権主張番号】62/587,393

(32)【優先日】2017-11-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】62/596,701

(32)【優先日】2017-12-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】ダンダパーニ， シヴァクマール

(72)【発明者】

【氏名】チエン， チュン

【審査官】奥隅 隆

(56)【参考文献】

【文献】特表２００９－５４２４４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１４８８７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５８６５６６５（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２４Ｂ ５３／００－５３／１２

Ｂ２４Ｂ ３７／００－３７／３２

Ｂ２４Ｂ ４９／１０

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

化学機械研磨のための装置であって、
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当接するように基板を保持するためのキャリアヘッドと、
前記研磨面に当接するように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、
インシトゥの研磨パッド厚モニタリングシステムと、
前記モニタリングシステムから信号を受信するよう、前記信号に予測フィルタを適用することによって研磨パッド摩耗速度の尺度を生成するよう、かつ、前記研磨パッド摩耗速度の尺度がある閾値を下回ると警告を生成するよう構成された、コントローラとを備える、
装置。

【請求項2】

前記インシトゥの研磨パッド厚モニタリングシステムが電磁誘導モニタリングシステムを含む、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記電磁誘導モニタリングシステムが、前記コンディショニングディスクの金属層内に電流を誘起するための磁場を生成するように、前記プラテン内に保持された磁性コアを備える、請求項２に記載の装置。

【請求項4】

前記電磁誘導モニタリングシステムが、前記プラテン内に電流を誘起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において保持された磁性コアを備える、請求項２に記載の装置。

【請求項5】

前記パッドコンディショナが前記プラテンの上方に延在するアームを備え、前記磁性コアが、前記パッドコンディショナの前記アームにおいて保持される、請求項４に記載の装置。

【請求項6】

前記アームが、前記研磨パッドにわたる揺動スイープ運動を実施するよう構成される、請求項５に記載の装置。

【請求項7】

前記コントローラが、摩耗速度を実質的に一定に維持するために、前記研磨パッド摩耗速度の尺度に基づいて、前記コンディショニングディスクに対するパッドコンディションの下向き力を調整するよう構成される、請求項１に記載の装置。

【請求項8】

前記コントローラが、前記信号に前記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構成され、前記フィルタリングされた信号は調整済みの値のシーケンスを含み、前記コントローラが、前記調整済みの値のシーケンスにおける調整済みの値の各々について、
測定値のシーケンスから少なくとも１つの予測値を生成すること、並びに
前記測定値のシーケンス及び前記予測値から前記調整済みの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構成される、請求項１に記載の装置。

【請求項9】

前記コントローラが、線形予測を使用して前記測定値のシーケンスから少なくとも１つの予測値を生成することによって、前記少なくとも１つの予測値を生成するよう構成される、請求項８に記載の装置。

【請求項10】

前記予測フィルタがカルマンフィルタを含む、請求項９に記載の装置。

【請求項11】

化学機械研磨装置を動作させる方法であって、
研磨パッドを用いて基板を研磨することと、
コンディショニングディスクを用いて前記研磨パッドをコンディショニングすることと、
インシトゥのパッド厚モニタリングシステムを用いて前記研磨パッドの厚さをモニタし、前記モニタリングシステムからの信号を生成することと、
前記信号に予測フィルタを適用することによって、研磨パッド摩耗速度の尺度を生成することと、
前記研磨パッド摩耗速度の尺度がある閾値を下回ると警告を生成することと、
を含む、方法。

【請求項12】

前記信号に前記予測フィルタを適用することでフィルタリングされた信号が生成され、前記フィルタリングされた信号は調整済みの値のシーケンスを含み、前記フィルタリングされた信号を生成することが、前記調整済みの値のシーケンスにおける調整済みの値の各々について、
測定値のシーケンスから少なくとも１つの予測値を生成することと、
前記測定値のシーケンス及び前記予測値から前記調整済みの値を計算することとを含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記少なくとも１つの予測値を生成することが、線形予測を使用して前記測定値のシーケンスから少なくとも１つの予測値を生成することを含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記予測フィルタがカルマンフィルタを含む、請求項１３に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、化学機械研磨に使用される研磨パッドの摩耗率（摩耗速度、ｗｅａｒ ｒａｔｅ）をモニタすることに関する。

【背景技術】

【0002】

集積回路は、典型的には、シリコンウエハ上に導電層、半導電層、又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。多種多様な製造プロセスにおいて、基板上の層の平坦化が必要とされる。例えば、１つの製造ステップは、パターニングされた絶縁層上に導電性充填層を堆積させて、絶縁層のトレンチ又は穴を充填することを伴う。充填層は次いで、絶縁層の凸状パターンが露出するまで研磨される。平坦化の後、導電性充填層のうち絶縁層の凸状パターンの間に残っている部分が、基板上の薄膜回路間の導電経路を提供するビア、プラグ、及びラインを形成する。

【0003】

化学機械研磨（ＣＭＰ）は、一般に認められた１つの平坦化方法である。この平坦化方法では、典型的には、基板がキャリアヘッドに装着されることが必要になる。基板の露出面は、回転する研磨パッドに当接するように配置される。キャリアヘッドは、基板を研磨パッドに押し付けるために、基板に制御可能な負荷をかける。研磨液（砥粒を有するスラリなど）が、研磨パッドの表面に供給される。

【0004】

ＣＭＰプロセスがある一定の時間にわたって実施された後、基板及び／又は研磨パッドから除去された材料及び／又はスラリ副生成物が蓄積することにより、研磨パッドの表面は、目つぶれを起こす（ｇｌａｚｅｄ）ことがある。目つぶれにより、研磨速度が鈍化したり、基板上の不均一性が増大したりしうる。

【0005】

典型的には、研磨パッドは、パッドコンディショナを用いてコンディショニングするプロセスによって、望ましい表面粗さで維持される（かつ、目つぶれが回避される）。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粗さ（ａｓｐｅｒｉｔｙ）に再生させるために、使用される。典型的なパッドコンディショナは、砥粒コンディショナディスクを含む。かかるコンディショナディスクには、例えばダイヤモンドの砥粒が埋め込まれてよく、この砥粒が、研磨パッドの表面にこすりつけられて、パッドの表面を再び粗くする（ｒｅｔｅｘｔｕｒｅ）。しかし、このコンディショニングプロセスは、研磨パッドを摩耗させる傾向もある。結果として、研磨とコンディショニングのサイクルをある一定の回数行った後に、研磨パッドの交換が必要になる。

【発明の概要】

【0006】

一態様では、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当接するように基板を保持するためのキャリアヘッドと、研磨面に当接するように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）の研磨パッド厚モニタリングシステムと、モニタリングシステムから信号を受信するよう、かつ、信号に予測フィルタを適用することによって研磨パッド摩耗率の尺度（ｍｅａｓｕｒｅ）を生成するよう構成された、コントローラとを、含む。

【0007】

実行形態は、以下の特徴のうちの一又は複数を含みうる。

【0008】

インシトゥの研磨パッド厚モニタリングシステムは、電磁誘導モニタリングシステムを含みうる。電磁誘導モニタリングシステムは、コンディショニングディスクの金属層内に電流を誘起するための磁場を生成するように、プラテン内に保持された磁性コアを含むことがある。電磁誘導モニタリングシステムは、プラテン内に電流を誘起するための磁場を生成するように、パッドコンディショナにおいて保持された磁性コアを含むこともある。

【0009】

コントローラは、パッド摩耗率の尺度が閾値を超えると警告を生成するよう構成されうる。コントローラは、摩耗率を実質的に一定に維持するために、パッド摩耗率の尺度に基づいて、コンディショニングディスクに対するパッドコンディションの下向き力を調整するよう構成されうる。

【0010】

コントローラは、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構成されてよく、フィルタリングされた信号は、調整済みの値のシーケンスを含む。コントローラは、調整済みの値のシーケンスにおける調整済みの値の各々について、測定値のシーケンスから少なくとも１つの予測値を生成すること、並びにこの測定値のシーケンス及び予測値から調整済みの値を計算することによって、フィルタリングされた信号を生成するよう構成されうる。

【0011】

コントローラは、線形予測を使用して測定値のシーケンスから少なくとも１つの予測値を生成することによって、少なくとも１つの予測値を生成するよう構成されうる。予測フィルタはカルマンフィルタでありうる。予測フィルタは、次の式に適合するパッド摩耗率の尺度を計算しうる。

ここで、ｘ_ｋはパッド厚Ｔｈ_ｋとパッド摩耗率ＣＲ_ｋを含む状態ベクトルであり、αはパッド厚の測定と測定との間のコンディショニング時間量を示し、ΔｄＦはコンディショナディスクに対する下向き力の変化であり、βはパッド摩耗率と下向き力との比率であり、ｙ_ｋはパッド厚の尺度であり、ｖ_ｋは測定ノイズを表わしている。

【0012】

ある種の実行形態は、以下の利点のうちの一又は複数を含みうる。摩耗率が計算され、研磨パッドの厚さが検出されうる。パッド厚の測定におけるノイズの低減が可能であり、研磨パッド上の種々の領域を測定するパッド厚センサの影響が補償されうる。コンディショナディスクは、その耐用寿命の終わりに近づいたときに交換可能であるが、不必要に交換されない。同様に、研磨パッドは、その耐用寿命の終わりに近づいたときに交換可能であるが、不必要に交換されない。ゆえに、基板の不均一な研磨を回避しつつ、コンディショナディスク及び研磨パッドの寿命を延ばすことが可能になる。コンディショニングディスクに対する圧力は、パッド摩耗率が実質的に一定に維持されるように調整されうる。

【0013】

一又は複数の実行形態態の詳細が、添付の図面及び以下の説明に明記される。その他の態様、特徴、及び利点は、この説明及び図面から、並びに特許請求の範囲から、自明となろう。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1A】パッド層の厚さを検出するよう構成されたセンサを含む化学機械研磨システムの、側面からの概略的な部分断面図である。

【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行形態の、側面からの概略的な部分断面図である。

【図2】化学機械研磨システムの概略図上面図である。

【図3】電磁誘導モニタリングシステムのための駆動システムの概略回路図である。

【図4】プラテンの複数回の回転にわたる、センサからの信号の強度の例示的なグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

様々な図面における類似の参照記号は、類似の要素を示している。

【0016】

上述したように、コンディショニングプロセスは、研磨パッドを磨耗させる傾向もある。研磨パッドは典型的にはスラリを保持するための溝を有し、パッドが摩耗するにつれて、これらの溝は浅くなり、研磨効果が低下する。結果として、研磨とコンディショニングのサイクルをある一定の回数行った後に、研磨パッドの交換が必要になる。典型的には、これは単純に、設定された数の基板が研磨された後に（例えば５００の基板の後に）研磨パッドを交換することによって行われる。

【0017】

残念ながら、パッド摩耗の速度は必ずしも一定ではないため、研磨パッドは設定された基板数を上回る使用に耐えることも、下回る使用にしか耐えないこともあり、その結果、パッド寿命の無駄又は不均一な研磨が、それぞれ生じる可能性がある。詳細には、研磨パッドの寿命全体にわたり、コンディショニングディスク上の砥粒材料（例えばダイヤモンド）は徐々に摩耗する。その結果、ディスクのコンディショニング効率が、経時的に低下しうる。ゆえに、表面のテクスチャにより生成されるコンディショニングは、変化し、研磨パッドの寿命全体にわたり、かつパッド毎に、低下することがある。これにより、研磨挙動が変化する。

【0018】

同様にコンディショナディスクも、経時的に有効性を失う傾向がある。何らかの特定の理論に限定されるものではないが、コンディショナ上の砥粒も摩耗し、鋭さを失う。ゆえに、パッドコンディショナも定期的に交換される必要がある。これも同じく単純に、設定された数の基板が研磨された後に（例えば１０００の基板の後に）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（パッド及びコンディショニングディスクは消耗品であり、これらの交換率はプロセスに依存するものである）。

【0019】

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、又はプラテンに設置されたセンサを用いて、インシトゥで測定されうる。測定されたパッド厚が閾値を下回ると、研磨パッドは交換されうる。加えて、パッド摩耗率はパッド厚の測定値から計算可能であり、測定されたパッド摩耗率が閾値を下回ると、コンディショナディスクは交換されうる。

【0020】

困難の１つは、厚さの測定が、著しいノイズの影響を受ける可能性があることである。ノイズの原因の一部は、（例えば、センサが研磨パッドの種々の部分を通り過ぎることによる）周期的なものでありうる。ノイズの別の原因は、「ウェットアイドル（ｗｅｔ ｉｄｌｅ）」問題である。ウェットアイドルの後に研磨システムが運転を開始する場合、誘導性センサは、研磨パッドの厚さを、不自然に（ａｒｔｉｆｉｃｉａｌｌｙ）大きなものとして測定する傾向がある。これにより、パッドの減少率（ｃｕｔ ｒａｔｅ）の不正確な推定が生じる。

【0021】

しかし、パッド厚の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可能であり、パッドの摩耗率がより正確に計算されうる。ゆえに、摩耗率とその閾値とを比較すれば、コンディショナディスクの交換が早すぎたり、遅すぎたりする可能性が減少する。更に、実際のパッド厚をより正確に測定することが可能になることによっても、研磨パッドの交換が早すぎたり、遅すぎたりする可能性が減少する。加えて、研磨プロセスに問題があることが摩耗率により示された場合、コントローラはそれを感知しうる。

【0022】

図１は、化学機械研磨装置の研磨システム２０の一例を示している。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であって、その上に研磨パッド３０が置かれている、プラテン２４を含む。プラテン２４は、軸２５の周りで回転するよう動作可能である。プラテン２４を回転させるために、例えば、モータ２２が駆動シャフト２８を回しうる。研磨パッド３０は、外層３４と、より軟性のバッキング層３２とを有する、二層研磨パッドでありうる。

【0023】

研磨システム２０は、研磨液３８（スラリなど）を研磨パッド３０上に分配するために、供給ポート又は一体型の供給－洗浄アーム３９を含みうる。

【0024】

研磨システム２０は、研磨パッド３０を研磨して一定の砥粒状態に維持するための、研磨パッドコンディショナ６０も含みうる。研磨パッドコンディショナ６０は、ベースと、研磨パッド３０上で横方向にスイープしうるアーム６２と、アーム６２によってベース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、砥粒面（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、研磨パッド３０をコンディショニングする。砥粒面は回転可能であってよく、研磨パッドに当接する砥粒面の圧力は制御可能でありうる。

【0025】

一部の実行形態では、アーム６２は、ベースに枢動可能に取り付けられ、往復するようにスイープして、コンディショナヘッド６４を、研磨パッド３０にわたって揺動（ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｙ）スイープ運動を行うように動かす。コンディショナヘッド６４の運動は、衝突を防止するために、キャリアヘッド７０の運動と同期されうる。

【0026】

コンディショナヘッド６４の垂直運動と、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とは、コンディショナヘッド６４の上方又はコンディショナヘッド６４内の垂直アクチュエータ６８（例えば、コンディショナヘッド６４に下向きの圧力を印加するよう配置された加圧可能チャンバ）によって提供されうる。あるいは、垂直運動及び圧力制御は、アーム６２とコンディショナヘッド６４の全体を上昇させるベース内の垂直アクチュエータによって、又は、アーム６２の傾斜角度、ひいては研磨パッド３０の上方のコンディショナヘッド６４の高さを制御可能にしうる、アーム６２とベースとの間の枢動接続によって、提供されうる。

【0027】

コンディショニングディスク６６は、砥粒（例えばダイヤモンド粒）でコーティングされた金属ディスクでありうる。詳細には、コンディショニングディスク６６は導電体でありうる。

【0028】

キャリアヘッド７０は、基板１０を研磨パッド３０に当接するように保持するよう、動作可能である。キャリアヘッド７０は、支持構造物７２（カルーセル又は軌道など）から懸架され、キャリアヘッドが軸７１の周りで回転しうるように、駆動シャフト７４によってキャリアヘッド回転モータ７６に接続される。オプションで、キャリアヘッド７０は、（例えば、カルーセル又は軌道７２のスライダに沿って）横方向に、又はカルーセル自体の回転揺動によって、揺動しうる。稼働中、プラテンはその中心軸２５の周りで回転し、キャリアヘッドは、その中心軸７１の周りで回転し、かつ研磨パッド３０の上面にわたって横方向に平行移動する。

【0029】

キャリアヘッド７０は、基板１０の裏面と接触する基板装着面を有する可撓膜８０と、基板１０上の種々のゾーン（例えば、種々の径方向ゾーン）に異なる圧力を印加するための、複数の加圧可能チャンバ８２とを含みうる。キャリアヘッドは、基板を保持するための保持リング８４も含みうる。

【0030】

研磨システム２０は、研磨パッドの厚さを表わす信号を生成する、インシトゥの研磨パッド厚モニタリングシステム１００を含む。詳細には、インシトゥの研磨パッド厚モニタリングシステム１００は、電磁誘導モニタリングシステムでありうる。電磁誘導モニタリングシステムは、導電層内の渦電流の発生と、導電ループにおける電流の発生のいずれかによって動作しうる。稼働中、研磨システム２０は、コンディショナディスク及び／又は研磨パッドを交換する必要があるかどうかを判定するために、モニタリングシステム１００を使用しうる。

【0031】

図１Ａ及び図２を参照するに、一部の実行形態では、モニタリングシステムは、プラテンの凹部２６内に設置されたセンサ１０２を含む。センサ１０２は、凹部２６内に少なくとも部分的に配置された磁性コア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とを含みうる。駆動・感知回路１０８が、コイル１０６に電気的に接続される。駆動・感知回路１０８は信号を生成し、この信号は、コントローラ９０に送られうる。

【0032】

一部の実行形態では、モニタリングシステムは、プラテンの複数の凹部内に設置された複数のセンサ１０２を含む。センサ１０２は、回転軸２５の周りに、等しい角度間隔で離間していることが可能である。

【0033】

駆動・感知回路１０８はプラテン２４の外部に図示されているが、その一部又は全ては、プラテン２４内に設置されることもある。回転可能プラテンの構成要素（例えばコイル１０６）と、プラテンの外部の構成要素（例えば駆動・感知回路１０８）とを電気的に接続するために、回転カプラ２９が使用されうる。

【0034】

プラテン内にセンサ１０２を有する誘導モニタリングシステムの場合、導電体１３０が、研磨パッド３０の上面（すなわち研磨面）に接触して配置される。ゆえに、導電体１３０は、センサ１０２から見て研磨パッド３０の向こう側に位置する。一部の実行形態では、導電体はコンディショナディスク６６である（図１Ａ参照）。一部の実行形態では、導電体１３０は、それを貫通する一又は複数の開孔を有することがあり、例えば、導電体はループでありうる。一部の実行形態では、導電体は、開孔のない中実シートである。これらのいずれもが、コンディショナディスク６６の一部でありうる。

【0035】

プラテン２４が回転するにつれて、センサ１０２は導電体１３０の下でスイープする。モニタリングシステム１００は、あ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、導電体１３０にわたる（例えば、コンディショナディスク６６にわたる）複数の位置において、測定値を生成する。各スイープで、一又は複数の位置における測定値が、選択されうるか又は組み合わされうる。

【0036】

図３を参照するに、コイル１０６が磁場１２０を生成する。磁場１２０は、導電体１３０に到達すると、（例えば導電体１３０がループである場合には、）通過して電流を生成可能であり、かつ／又は、（例えば導電体１３０がシートである場合には、）渦電流を生じさせうる。これにより、回路１０８によって測定されうる実効インピーダンスが生じ、ひいては、研磨パッド３０の厚さを表す信号が生成される。

【0037】

駆動・感知回路１０８に関しては、多種多様な構成が実現可能である。例えば、駆動・感知回路１０８はマージナル発振器を含んでよく、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が、信号に使用されうる。あるいは、駆動コイル１０６が一定の周波数で駆動されることもあり、感知コイルからの電流の（駆動発振器に対する）振幅又は位相が、信号に使用されることもある。

【0038】

モニタリングシステム１００は、例えば図１Ｂに示しているように、プラテン内のセンサに代えて、又はそれに加えて、研磨パッド３０の上に配置されたセンサ１０２’を含みうる。例えば、パッド厚センサ１０２’は、コンディショニングヘッド６４内に、コンディショナアーム６２に、又はキャリアヘッド７０に配置されることもある。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と接触するように付勢されうる。

【0039】

パッド厚センサ１０２’は、電磁誘導モニタリングシステムであってもよい。この場合、センサ１０２’は、センサ１０２と同様であってよく、磁性コア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・感知回路１０８とを含みうる。コア１０４からの磁場１２０は、研磨パッドを通過し、下にある導電体（例えばプラテン２４）内に渦電流を生成しうる。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する。これは、回路１０８によって感知され、ひいては研磨パッド３０の厚さの測定をもたらしうる。

【0040】

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。

【0041】

コントローラ９０（例えば汎用のプログラマブルデジタルコンピュータ）は、インシトゥの研磨パッド厚モニタリングシステム１００からの信号を受信するものであり、この信号から研磨パッド３０の厚さの尺度を生成するよう構成されうる。上述したように、研磨パッドの厚さは、コンディショニングプロセスにより、経時的に（例えば、数十又は数百の基板を研磨する過程にわたって）変化する。ゆえに、選択された又は組み合わされた、インシトゥの研磨パッド厚モニタリングシステム１００による測定値が、複数の基板にわたって、研磨パッド３０の厚さの変化を示す値の時変シーケンスを提供する。

【0042】

センサ１０２の出力は、デジタル電子信号でありうる（センサの出力がアナログ信号である場合には、センサ又はコントローラにおけるＡＤＣによってデジタル信号に変換されうる）。このデジタル信号は信号値のシーケンスで構成され、信号値間の時間周期は、センサのサンプリング頻度に依存する。この信号値のシーケンスは、信号対時間曲線と称されうる。信号値のシーケンスは、値のセットＳ_Ｎとして表現されうる。

【0043】

信号強度と研磨パッド厚と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、プロフィロメータやピンゲージなどによって測定されたもの）がプラテン上に配置され、信号強度が測定されうる。

【0044】

一部の実行形態では、センサ１０２からの信号強度は、研磨層の厚さと線形に関連する。この場合、下記の複数の数式において、値はＴｈ＝Ｓ又はＴｈ＝Ａ＊Ｓであり、ここでＡは、既知の研磨パッド厚のデータに関数を適合させるための定数である。

【0045】

しかし、センサ１０２からの信号強度は、研磨層の厚さと線形に関連することが必要なわけではない。例えば、信号強度は、研磨層の厚さの指数関数でありうる。

【0046】

厚さの指数関数は次いで、データに適合されうる。例えば、この関数は次の式のものでありうる。

ここで、Ｓは信号強度であり、Ｔｈは研磨パッド厚であり、Ａ及びＢは、既知の研磨パッド厚のデータに関数を適合させるよう調整される定数である。

【0047】

コントローラ９０は、のちに研磨に使用される研磨パッドに関して、信号強度から研磨パッド厚を計算するために、この関数を使用しうる。より詳細には、コントローラは、（例えば次の式のように）信号強度の等価対数関数から研磨パッド厚Ｔｈの尺度を生成するよう構成されうる。

しかし、その他の関数（例えば２次以上の多項式関数又は多項式）も使用されうる。ゆえに、信号値のシーケンスＳ_Ｎが厚さの値のシーケンスＴｈ_Ｎに変換されうる。

【0048】

コントローラ９０は、信号から研磨パッド３０の摩耗率の尺度を生成するようにも構成される。この摩耗率は、線形関数を測定されたパッド厚の値Ｓ_Ｎに経時的に適合させることによって、計算されうる。例えば、この関数は、実行ウインドウ（例えば、直近のＮ個のウエハ）からの厚さの値に適合されうる。ここでＮは、即時摩耗率（ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ ｗｅａｒ ｒａｔｅ）により近いパッド摩耗率と、平均パッド摩耗率により近いパッド摩耗率の、どちらが求められているかに応じて選択される。Ｎの値が小さいほど、ノイズに対する反応性が高くなる。Ｎの値が大きいほど反応性が低くなるが、即時性も低くなる。一部の実行形態では、実行ウインドウは直近の３～３０の測定値である。

【0049】

しかし、上述したように、パッド厚の測定値はノイズの影響を受ける。詳細には、新たな基板の研磨が開始されるたびに、及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、ノイズが導入されうる。しかし、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されうる。この同じフィルタは、現時点のパッド摩耗率を計算するために使用されうる。線形予測は、現在及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技法である。線形予測は、現在のデータと過去のデータとの自己相関を追跡し続ける公式のセットを用いて実装可能であり、かつ、単純な多項式外挿によって可能になるよりもはるかに将来にわたって、データを予測することが可能になる。

【0050】

厚さ及び摩耗率は、次の式で表現されうる。

ここで、Ｔｈはパッド厚であり、ＣＲは即時的なパッド摩耗率（又は減少率）であり、αはパッド厚の測定と測定との間のコンディショニング時間量（これはオペレータによって設定されうる）を示し、ωはホワイトノイズパラメータである。パッドが１基板当たり１回測定される場合、αは１つの基板のコンディショニング時間と同じである。減少率は１時間当たりの厚さで測定されうるが、測定と測定との間の時間は秒で測定されうるので、３６００で割ることによって変換が実施されうる。例えば、ＣＭＰ研磨のレシピにおいて、ＣＲがミル／時で表現されうる一方、ウエハ毎のコンディショニング時間は秒で特定される。

【0051】

一部の実行形態では、線形予測フィルタはカルマンフィルタである。カルマンフィルタの一例は、次の式のように、マトリクス形式で表現されうる。

ここで、ｘ_ｋは、パッド厚とパッド摩耗率とを状態空間の２つの軸成分として含む状態ベクトルであり、ΔｄＦはコンディショニングディスクに対する下向き力の変化であり、βはパッド摩耗率と下向き力との比率であり（βはコンディショナディスクの寿命全体にわたって変動しうる）、ｙ_ｋはパッド厚出力（例えば、誘導性センサを使用して測定されるもの）であり、ｖ_ｋは測定ノイズを表わしており、ω_ｋはホワイトノイズパラメータである。上述したシステムと測定のモデルは、確定的ではなく確率的な定式化であることに、留意されたい。ωは、パッド摩耗率（ＣＲ）が、ある基板と次の基板との間で、ランダムな量だけドリフトしうることを示している。Ｃ_ｋは、測定された出力と状態ベクトルとを関連付けるマトリクスである。
カルマンフィルタの状態推定時間外挿は、次の式で表現されうる。

ここでＡ_ｋ－１は、次の状態マトリクスである。

カルマンフィルタの誤差共分散外挿は次の式で表現されうる。

ここで、Ｐ_ｋは状態推定値の誤差に対する共分散であり、Ｑ_ｋはノイズベクトルＷ ｗ／ωに対する共分散マトリクスである。カルマンフィルタの測定更新は、次のように表現されうる。

上記の様々な数式では、以下のマトリクス形式の値が使用されうる。

【0052】

研磨パッド３０の厚さの尺度がある閾値を満たすと、コントローラ９０は、研磨システム２０のオペレータに対して、研磨パッド３０を交換する必要があるという警告を生成しうる。代替的又は追加的には、研磨パッドの厚さの尺度は、インシトゥの基板モニタリングシステム４０に供給されうる（この尺度は、例えば、基板１０からの信号を調整するために、インシトゥの基板モニタリングシステム４０によって使用されうる）。

【0053】

研磨パッド３０の摩耗率の尺度がある閾値を満たすと、コントローラ９０は、研磨システム２０のオペレータに対して、コンディショニングディスク６６を交換する必要があるという警告を生成しうる。代替的又は追加的には、コントローラ９０は、一定の研磨パッド摩耗率を維持するために、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６４からの下向き力を調整しうる。摩耗率はコンディショニングディスク６６に対する下向き力に比例すると、仮定されうる。

【0054】

一部の実行形態では、摩耗率の尺度が所定の範囲から外れると、このことは、（コンディショニングディスク以外の）研磨プロセスに伴う問題を示すことがあり、コントローラ９０は警告を生成しうる。

【0055】

センサ１０２が研磨パッド３０の上に配置され、プラテン２４までの距離を測定する場合には、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。

【0056】

しかし、センサ１０２がプラテン２４内に設置されてプラテン２４と共に回転し、導電体１３０までの距離を測定する場合には、センサ１０２は、導電体１３０の下にない時にも、データを生成しうる。図４は、プラテン２４が２回転する過程にわたる、センサ１０２からの「生」信号１５０を示している。プラテンの１回転は時間周期Ｒで示される。

【0057】

センサ１０２は、導電体１３０が近いほど（ゆえに研磨パッド３０が薄くなるほど）、信号強度が強くなるように構成されうる。図４に示しているように、センサ１０２は当初、キャリアヘッド７０及び基板１０の下方にありうる。基板上の金属層は、薄いので、領域１５２によって示されている弱い信号のみが生じる。対照的に、センサ１０２は、導電体１３０の下方に来ると、領域１５４によって示されている強い信号を生成する。これらの時間同士の間に、センサ１０２は、領域１５６によって示されている、更に弱い信号を生成する。

【0058】

センサ１０２からの信号のうち導電体１３０に対応していない部分をフィルタ除去するために、いくつかの技法が使用されうる。研磨システム２０は、センサ１０２が導電体１３０の下方にある時にそのことを感知するための、位置センサを含みうる。例えば、光インタラプタが決まった場所に装着されてよく、フラグが、プラテン２４の周縁部に取り付けられうる。フラグの取り付け点及び長さは、センサ１０２が基板導電体１３０の下方をスイープしていることを合図するように選択される。別の例としては、研磨システム２０は、プラテン２４の角度位置を特定するためのエンコーダを含んでよく、この情報を使用して、センサ１０２が導電体１３０の下方をスイープしている時を特定しうる。いずれの場合にも、コントローラ９０は、信号のうちセンサ１０２が導電体１３０の下にない期間の部分を除外しうる。

【0059】

代替的又は追加的には、コントローラは単純に、信号１５０と閾値Ｔ（図４参照）とを比較して、信号のうち閾値Ｔを満たさない（例えば閾値Ｔを下回る）部分を除外することが可能である。

【0060】

研磨パッド３０にわたってコンディショナヘッド６４がスイープすることにより、センサ１０２は、導電体１３０の中心の真下を通らないことがある。例えば、センサ１０２は、導電体のエッジに沿って通過するだけである可能性もある。この場合、存在する導電性材料が少なくなるので、信号強度は、（例えば信号１５０の領域１５８によって示されているように）低くなり、研磨パッド３０の厚さの信頼できる指標にはならない。信号のうち閾値Ｔを満たさない部分を除外することの利点は、コントローラ９０が、導電体１３０のエッジに沿って通過するセンサ１０２によってもたらされる、上記のような信頼できない測定値も除外することである。

【0061】

一部の実行形態では、各スイープで、スイープの平均信号強度を生成するために、信号１５０の除外されない部分が平均化されうる。

【0062】

研磨システム２０がインシトゥの基板モニタリングシステム４０を含む場合、インシトゥの研磨パッドモニタリングシステム１００は第１の電磁誘導モニタリングシステム（例えば第１の渦電流モニタリングシステム）であってよく、基板モニタリングシステム４０は第２の電磁誘導モニタリングシステム（例えば第２の渦電流モニタリングシステム）でありうる。しかし、第１と第２の電磁誘導モニタリングシステムは、モニタされている種々の要素により、別々の共振周波数を有するように構築されうる。

【0063】

インシトゥの研磨パッド厚モニタリングシステムは、多種多様な研磨システムにおいて使用されうる。研磨面と基板との間の相対運動を提供するために、研磨パッドとキャリアヘッドのいずれか又は両方が移動しうる。研磨パッドは、プラテンに固定された円形（若しくは他の何らかの形状）のパッド、供給ローラと巻き取りローラとの間に延在するテープ、又は連続したベルトでありうる。研磨パッドは、プラテン上に固定されていることも、研磨の動作と動作の間にプラテンの上で漸進することも、研磨中にプラテンの上で連続的に駆動されることもある。パッドが研磨中にプラテンに固定されていることも、研磨中にプラテンと研磨パッドとの間に流体ベアリングが存在することもある。研磨パッドは、標準的な（例えば充填物を含むか若しくは含まないポリウレタン）粗いパッドでも、軟性パッドでも、又は固定砥粒パッドでもありうる。

【0064】

加えて、前述の説明は研磨中のモニタリング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又は研磨された後（例えば、基板が研磨システムに移送されている間）に得ることも可能である。

【0065】

本発明の実施形態、及び、この明細書に記載の機能的動作の全ては、デジタル電子回路において、又はこの明細書で開示されている構造手段及びその構造的等価物を含むコンピュータソフトウェア、ファームウェア、若しくはハードウェアにおいて、又はこれらの組合せにおいて、実装されうる。本発明の実施形態は、一又は複数のコンピュータプログラム製品、すなわち、データ処理装置（プログラマブルプロセッサ、コンピュータ、又は複数のプロセッサ若しくはコンピュータなど）による実行のため、又はかかるデータ処理装置の動作を制御するために、情報担体において（例えば、非一過性の機械可読記憶媒体において、又は被伝播信号において）有形に具現化される、一又は複数のコンピュータプログラムとして、実装されうる。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又はコードとしても既知である）は、コンパイル型言語又はインタプリタ型言語を含む任意の形態のプログラミング言語で書かれてよく、かつ、スタンドアローンプログラムとして、又はモジュール、コンポーネント、サブルーチン、若しくはコンピューティング環境での使用に適するその他のユニットとしてを含め、任意の形態でデプロイされうる。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、他のプログラム又はデータを保持するファイルの一部分に、当該プログラム専用の単一のファイルに、又は、複数の連携ファイル（例えば、一又は複数のモジュール、サブプログラム、又はコードの部分を記憶する複数のファイル）に記憶されうる。コンピュータプログラムは、１つのコンピュータで若しくは一箇所にある複数のコンピュータで実行されるようデプロイされても、複数箇所にわたって分散配置されて通信ネットワークによって相互接続されてもよい。

【0066】

この明細書に記載のプロセス及び論理フローは、入力データで動作しかつ出力を生成することによって機能を実施するために一又は複数のコンピュータプログラムを実行する、一又は複数のプログラマブルプロセッサによって実施されうる。これらのプロセス及び論理フローは、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）又はＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）といった特殊用途の論理回路によって実施されてもよく、装置が、かかる特殊用途の論理回路として実装されることも可能である。

【0067】

本発明のいくつかの実施形態について説明してきた。それでもなお、本発明の本質及び範囲から逸脱することなく様々な改変が行われうることが、理解されよう。したがって、その他の実施形態も、以下の特許請求の範囲内に含まれる。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】