特表 2024-526637 光学センサを用いた化学機械研磨振動測定

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-07-19

(54)【発明の名称】光学センサを用いた化学機械研磨振動測定

(51)【国際特許分類】

   B24B 37/013 20120101AFI20240711BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20240711BHJP

   B24B 37/00 20120101ALI20240711BHJP

   B24B 37/26 20120101ALI20240711BHJP

   B24B 37/005 20120101ALI20240711BHJP

   B24B 49/10 20060101ALI20240711BHJP

【ＦＩ】

B24B37/013

H01L21/304 621D

H01L21/304 622S

B24B37/00 E

B24B37/26

B24B37/005 A

B24B49/10

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024500054

(86)(22)【出願日】2022-07-05

(85)【翻訳文提出日】2024-02-26

(86)【国際出願番号】 US2022073439

(87)【国際公開番号】W WO2023283559

(87)【国際公開日】2023-01-12

(31)【優先権主張番号】63/218,887

(32)【優先日】2021-07-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【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

【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】オー， ジョンフン

(72)【発明者】

【氏名】オスターヘルド， トーマス エイチ．

(72)【発明者】

【氏名】ズニガ， スティーブン エム．

【テーマコード（参考）】

3C034

3C158

5F057

【Ｆターム（参考）】

3C034BB92

3C034CA24

3C034CB20

3C158AA07

3C158AC01

3C158BA09

3C158BA14

3C158DA12

3C158DA17

3C158EA12

3C158EA13

3C158EB01

3C158EB05

3C158EB10

3C158EB20

3C158ED00

5F057AA20

5F057CA11

5F057DA03

5F057EB11

5F057GA12

5F057GB02

5F057GB22

(57)【要約】

化学機械研磨装置が、研磨パッドを支持するプラテンと、研磨パッドの研磨面に対して基板を保持するキャリアヘッドと、基板の上にある層を研磨するように、プラテンとキャリアヘッドとの間の相対運動を発生させるモータと、光線を放出する光源、及び研磨パッドの反射面からの光線の反射を受け取るセンサを含む、インシトゥ振動モニタリングシステムと、インシトゥパッド振動モニタリングシステムのセンサからの測定値に基づき、基板の研磨による下層の露出を検出するように構成されたコントローラとを含む。
【選択図】図２Ｂ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

化学機械研磨装置であって、
研磨パッドを支持するプラテンと、
前記研磨パッドの研磨面に対して基板を保持するキャリアヘッドと、
前記基板の上にある層を研磨するように、前記プラテンと前記キャリアヘッドとの間の相対運動を発生させるモータと、
光線を放出する光源、及び前記研磨パッドの反射面からの前記光線の反射を受け取るセンサを含む、インシトゥパッド振動モニタリングシステムと、
前記インシトゥパッド振動モニタリングシステムの前記センサからの測定値に基づき、前記基板の前記研磨による下層の露出を検出するように構成されたコントローラと
を備える、化学機械研磨装置。

【請求項2】

前記研磨パッドを備え、前記反射面が、前記研磨パッドの下面から凹んでいる、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

研磨パッドが挿入物を備え、前記挿入物の上面が、前記研磨パッドの上面と同一平面上にあり、前記反射面が前記挿入物内に収容される、請求項２に記載の装置。

【請求項4】

前記研磨パッドが多孔性材料を含み、前記挿入物が非多孔性材料を含む、請求項３に記載の装置。

【請求項5】

前記挿入物の前記上面と前記挿入物の前記反射面との間の距離が、１０ミルから３０ミルの間の範囲にある、請求項３に記載の装置。

【請求項6】

前記挿入物の前記反射面が、８ｍｍから１８ｍｍの間の範囲の幅を有する、請求項３に記載の装置。

【請求項7】

前記挿入物が、研磨パッドのデュロメーター値から１０ショアの範囲のデュロメーター値を有する、請求項３に記載の装置。

【請求項8】

前記研磨パッドが、研磨層と、前記研磨層の研磨面内に複数のスラリ給送溝とを有し、前記挿入物が、前記研磨パッドのうちスラリ給送溝がない部分に位置決めされている、請求項３に記載の装置。

【請求項9】

前記コントローラが、前記インシトゥパッド振動モニタリングシステムの前記センサから受け取った前記測定値の周波数ドメイン解析を実行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10】

前記コントローラが、周波数ドメイン解析に基づいて研磨終点を検出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11】

前記インシトゥパッド振動モニタリングシステムの前記センサからの前記測定値に応答して、前記コントローラが、
前記キャリアヘッドの現行の圧力を調整すること、又は
新たな基板の後続の研磨の基準圧を調整すること
を行うように構成されている、請求項１に記載の装置。

【請求項12】

前記センサが、２５０ｋＨｚ以上の周波数で、反射された前記光線を受け取るように構成されている、請求項１に記載の装置。

【請求項13】

前記センサが、３９５ｋＨｚの周波数で、反射された前記光線を受け取るように構成されている、請求項１に記載の装置。

【請求項14】

基板と化学機械研磨装置の研磨パッドとの間の相対運動を発生させることと、
光線を発生させることであって、前記光線が前記研磨パッドの反射面から反射される、光線を発生させることと、
前記化学機械研磨装置のセンサを用いて、反射された前記光線を受け取ることと、
反射された前記光線に基づき、前記化学機械研磨装置によって支持された基板の研磨終点を決定することと
を含む、方法。

【請求項15】

反射された前記光線の周波数ドメイン解析を決定することを更に含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記研磨終点を前記決定することが、前記周波数ドメイン解析に基づく、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

周波数ドメイン解析を前記決定することが、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）、又はウェーブレットパケット変換（ＷＰＴ）を実行することを含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項18】

キャリアヘッドの現行の圧力を調整すること、又は
前記周波数ドメイン解析に基づき、新たな基板の後続の研磨の基準圧を調整すること
を更に含む、請求項１５に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［０００１］本明細書は、化学機械研磨に関し、より具体的には、化学機械研磨パッドの振動を測定して層遷移を検出することに関する。

【背景技術】

【0002】

［０００２］集積回路は、通常、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。ある製造ステップは、非平坦面の上に充填層を堆積させ、該充填層を平坦化することを伴う。特定の用途のために、充填層は、パターニングされた層の上面が露出するまで平坦化される。例えば、導電性充填層をパターニングされた絶縁層上に堆積させて、絶縁層内のトレンチ又は孔を充填することができる。平坦化した後、高くなった絶縁層のパターン間に残っている金属層の部分が、基板上の薄膜回路間の導電経路になるビア、プラグ、及びラインを形成する。酸化物研磨などの他の用途では、充填層は、所定の厚さが非平坦面の上に残るまで、平坦化される。加えて、基板表面の平坦化は、フォトリソグラフィのために通常必要とされる。

【0003】

［０００３］化学機械研磨（ＣＭＰ）は、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、基板をキャリア又は研磨ヘッドに取り付ける必要がある。基板の露出面は、通常、回転研磨パッドに当接するように配置される。キャリアヘッドが、制御可能な荷重を基板にかけて、基板を研磨パッドに押し付ける。典型的に、研磨用研磨スラリが研磨パッドの表面に供給される。

【0004】

［０００４］ＣＭＰにおける１つの問題は、研磨プロセスが完了したかどうか（例えば基板層が所望の平坦度若しくは厚さにまで平坦化されたかどうか）、又は所望の量の材料がいつ除去されたかを判定することである。スラリ分布、研磨パッド状態、研磨パッドと基板との間の相対速度、及び基板への荷重のばらつきが、材料除去速度のばらつきを生じさせる可能性がある。これらのばらつき、並びに基板層の初期厚さのばらつきが、研磨終点に到達するのに必要な時間のばらつきを生じさせる。したがって、研磨終点は通常、単なる研磨時間の関数として決定することができない。

【0005】

［０００５］幾つかのシステムでは、基板は、例えばプラテン又はキャリアヘッドを回転させるのにモータが必要とするトルクをモニタリングすることによって、研磨中にインシトゥでモニタされる。しかし、既存のモニタリング技法は、増大しつつある半導体デバイス製造業者の要求を満たさない可能性がある。

【発明の概要】

【0006】

［０００６］一態様では、化学機械研磨装置は、研磨パッドを支持するプラテンと、研磨パッドの研磨面に対して基板を保持するキャリアヘッドと、基板の上にある層を研磨するように、プラテンとキャリアヘッドとの間の相対運動を発生させるモータと、光線を放出する光源、及び研磨パッドの反射面からの光線の反射を受け取るセンサを含む、インシトゥ振動モニタリングシステムと、インシトゥパッド振動モニタリングシステムのセンサからの測定値に基づき、基板の研磨による下層の露出を検出するように構成されたコントローラとを含む。

【0007】

［０００７］実装形態の利点は、以下のもののうちの一又は複数を含み得るが、これらに限定されない。

【0008】

［０００８］本明細書において開示されるのは、化学機械研磨装置の研磨パッドの振動を検出する光源及びセンサを含むインシトゥ変位モニタリングシステムを使用するための装置及び方法である。検出された振動は、研磨パッドの溝付き上面を移動する基板とスラリとの間の摩擦、例えば応力エネルギーの解放によって誘発される運動に対応する。検出された振動に基づいて振動周波数ドメイン解析が決定され、下層の露出を検出するなど周波数ドメイン解析がモニタされて研磨終点を決定する。

【0009】

［０００９］高いサンプリングレートで変位をモニタリングすることにより、振動プロファイルの広いスペクトル分解能が得られる。例えば、最大３５０ｋＨｚの変位をモニタリングすることにより、１Ｈｚ以下から１７５ｋＨｚまでの範囲の振動プロファイルの分解能を得ることができる。リアルタイムの周波数ドメイン解析により、下層の露出に対応する振動プロファイルの変化を精密かつ正確に検出することが可能になる。

【0010】

［００１０］以下の可能な利点の一又は複数が実現され得る。下層の露出がより確実に検出され得る。研磨をより確実な停止することができ、ウエハ間の均一性が向上し得る。

【0011】

［００１１］一又は複数の実施形態の詳細について、添付の図面及び以下の記載に明記する。その他の特徴、態様、及び利点は、記載、図面、及び特許請求の範囲から明らかになろう。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】［００１２］研磨装置の一例の概略断面図である。

【図2A】［００１３］研磨パッドの挿入物をモニタする振動モニタリングセンサの概略断面図である。

【図2B】［００１４］研磨パッドを通る挿入物をモニタする振動モニタリングセンサの別の実装形態の概略断面図である。

【図2C】［００１５］研磨パッドの一部分と係合する振動モニタリングセンサの別の実装形態の概略断面図である。

【図3】［００１６］音響モニタリングセンサを有するプラテンの概略上面図である。

【図4】［００１７］音響モニタリングの方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

［００１８］様々な図面における類似した参照番号及び記号表示は、類似した要素を示す。

【0014】

［００１９］幾つかの半導体チップ製造プロセスでは、上にある層（例えば、金属、酸化ケイ素、又はポリシリコン）は、下層（例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、又は高誘電率誘電体などの誘電体）が露出するまで研磨される。上にある層の研磨中、スラリ、基板、研磨パッド間の摩擦が振動を生み出す。幾つかの用途では、下層が露出したとき、振動周波数スペクトルが変化する。研磨遷移点は、この振動の変化を検出することによって決定され得る。例えば、音響センサを研磨パッドに機械的に連結することができる。しかし、かかるモニタリング技法は、増大しつつある半導体デバイス製造業者の要求を満たさない可能性がある。特に、研磨パッドと音響センサとの間の一貫した低損失の音響結合は困難又は高価になる可能性がある。

【0015】

［００２０］光線を発生させ、研磨パッドからの光線の反射を測定することにより、研磨パッドの振動をより減衰が少なく、ひいてはノイズがより低減されて測定することが可能になる場合がある。

【0016】

［００２１］図１は、研磨装置１００の一例を示す。研磨装置１００は、研磨パッド１１０が位置す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を中心に回転するように動作可能である。例えば、モータ１２１（例えばＤＣ誘導モータ）が、駆動シャフト１２４を回して、プラテン１２０を回転させ得る。

【0017】

［００２２］研磨パッド１１０は、外側研磨層１１２と、より軟性のバッキング層１１４とを有する、二層研磨パッドであり得る。幾つかの実装形態では、研磨パッド１１０の研磨層１１２の上面に、複数のスラリ給送溝１１６（図２Ａ参照）が形成される。溝１１６は、研磨層１１２の厚さを通して部分的に延在するが、完全には延在しない。溝１１６は、研磨パッド１１０の研磨面（例えば上面）から２５ミルから３０ミル（例えば、０．０２５”から０．０３０”）の範囲の深さを有し、幾つかの研磨動作に続く研磨パッド１１０の摩耗に応じてより低くなり得る。

【0018】

［００２３］研磨装置１００は、研磨液１３２（例えば研磨用スラリ）を研磨パッド１１０上に分注するためのポート１３０を含み得る。研磨装置はまた、研磨パッド１１０を磨いて研磨パッド１１０を一貫した研磨状態に維持する、研磨パッドコンディショナも含み得る。

【0019】

［００２４］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、基板１０を研磨パッド１１０に対して保持するよう動作可能である。各キャリアヘッド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）の個別制御を有し得る。

【0020】

［００２５］キャリアヘッド１４０は、基板１０を可撓性膜１４４の下に保持する保持リング１４２を含み得る。キャリアヘッド１４０は、膜によって画定された、個別に制御可能な一又は複数の加圧可能チャンバ（例えば３つのチャンバ１４６ａ～１４６ｃ）も含む。これらのチャンバは、可撓性膜１４４の（ひいては基板１０上の）関連ゾーンに、個別に制御可能な圧力を印加し得る。説明を簡略化するために、図１には３つのチャンバのみを示したが、１つ若しくは２つのチャンバ、又は４つ以上のチャンバ、例えば、５つのチャンバがあってもよい。

【0021】

［００２６］キャリアヘッド１４０は、支持構造物１５０（例えばカルーセル又はトラック）から懸架され、かつ、駆動シャフト１５２によってキャリアヘッド回転モータ１５４（例えばＤＣ誘導モータ）に接続される。これにより、キャリアヘッドは軸１５５を中心に回転し得る。任意選択的に、各キャリアヘッド１４０は、例えば、カルーセル１５０のスライダ上で、カルーセル自体の回転往復運動（ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）によって、又はトラックに沿って摺動することによって、横方向に往復し得る。典型的な動作においては、プラテンはその中心軸１２５を中心に回転し、各キャリアヘッドは、その中心軸１５５を中心に回転し、かつ研磨パッドの上面で端から端まで、横方向に並進運動する。

【0022】

［００２７］コントローラ１９０（プログラマブルコンピュータなど）が、モータ１２１、１５４に接続されて、プラテン１２０及びキャリアヘッド１４０の回転速度を制御する。例えば、各モータは、関連する駆動シャフトの回転速度を測定するエンコーダを含み得る。モータ自体の中にあり得る、コントローラの一部又は別個の回路の中にあり得るフィードバック制御回路が、測定された回転速度をエンコーダから受け取り、かつ、駆動シャフトのこの回転速度がコントローラから受け取られた回転速度に一致することを確実にするために、モータに供給される電流を調整する。

【0023】

［００２８］モニタされる研磨パッドの振動は、スラリ、研磨パッド、又は基板材料が研磨中に変形したときの音響エネルギー解放によって引き起こされる可能性があり、結果として生じる振動周波数スペクトルは、スラリ、研磨パッド、及び／又は基板の材料特性に関連する。特定の理論に限定されることなく、「応力エネルギー」とも称されるこのエネルギーとその特徴的な周波数の発生源としては、化学結合の切断、特徴的なフォノン周波数、スリップスティック機構等が考えられる。研磨中に発生する振動には、研磨パッドに対する基板の摩擦によって発生するノイズ（これは音響信号とも呼ばれることがある）、又は基板上のクラック、チッピング、切断又は同様の欠陥の発生によって発生するノイズが含まれ得る。

【0024】

［００２９］振動は、研磨パッドの一部分の変位を光学的にモニタリングすることによってモニタされ得る。光源（例えばレーザ）を使用して変位を測定することで、高精度かつ高周波数の振動モニタリングが得られる。光学モニタシステムは、研磨パッドの振動の精密な再構成を容易にする高いサンプリングレート（例えば、３００ｋＨｚ以上）で研磨パッドの表面の小さな変位を検出することができる。加えて、投影された光と挿入物１１８の底面との間には媒質又は機械的結合が介在しないため、凹部１１７内の空気による損失又は追加されるノイズをほとんど有することなく、振動を直接測定することが可能になる。

【0025】

［００３０］プラテン１２０の角度位置を感知するために、位置センサ（例えば、プラテンのリムに接続された光遮断器又はロータリエンコーダ）が使用され得る。これにより、光源１６２が基板に近接しているとき（例えば、光源１６２がキャリアヘッド又は基板の下方にあるとき）に測定された信号の部分だけが、終点検出に使用されることが可能になる。

【0026】

［００３１］研磨装置１００は、少なくとも１つのインシトゥ振動モニタリングシステム１６０を含む。具体的には、インシトゥ振動モニタリングシステム１６０は、基板１０の材料が変形するときに応力エネルギーによって生じた研磨パッド１１０における振動を検出するように構成され得る。振動は、研磨パッド１１０のバッキング層１１４及び研磨層１１２を通過し、インシトゥパッド振動モニタリングシステム１６０によって検出され得る。

【0027】

［００３２］インシトゥ振動モニタリングシステム１６０は、光を研磨パッドの底面上の場所に向けるように位置決めされた光源１６２と、研磨パッドからの光の反射を検出する検出器１６４とを含む変位センサアセンブリを含む。幾つかの実装形態では、インシトゥ振動モニタリングシステム１６０は、振動が研磨パッド上の複数の場所、例えば、回転軸１２５から等距離に位置する複数の場所、及び／又は回転軸１２５の周りに等間隔に位置する複数の場所でモニタされ得るように、複数の変位センサアセンブリを含む。

【0028】

［００３３］図１及び図２Ａに示される実装形態では、研磨パッド１１０は、挿入物１１８の上面１１９と研磨層１１２の最上面（例えば研磨面１１２ａ）とが同一平面上にあるように、研磨層１１２内に固定され、研磨層１１２を通って延在する挿入物１１８を含み、したがって上面１１９が動作中に基板１０に接触する。幾つかの実装形態では、図２Ａに示されるように、挿入物１１８は研磨層とバッキング層１１４の両方を通って延在する。図２Ｂの実装形態などの幾つかの実装形態では、挿入物は研磨層１１２を通って延在するが、バッキング層１１４内には延在しない。むしろ、バッキング層１１４の空隙１１４ａが挿入物１１８の下方に位置決めされる。

【0029】

［００３４］挿入物１１８は一般に円筒形であるが、他の形状も可能である。図２Ａに示されるように、挿入物１１８は、膜１１８ａと、膜１１８ａの外縁から下方に延在する環状の側壁１１８ｂとを有するドラム形状であり得る。膜１１８ａは研磨層１１２よりも薄くなり得る。膜１１８ａの厚さは、研磨層１１２の厚さの２０％から９０％の間であり得る。側壁１１９ｂの下端は、プラテン１２０の上部に置かれる可能性がある。

【0030】

［００３５］任意選択的に、図２Ｂに示されるように、フランジ１１８ｃ（例えば環状フランジ）は、環状側壁１１８ｂの下端から径方向外側に延在し得る。環状フランジ１１８ｂは、研磨層１１２とバッキング層１１４との間、又はバッキング層１１４とプラテン１２０との間に挟み込むことができる。幾つかの実装形態では、フランジ１１８ｂは、挿入物１１８のバッキング層１１４に対する安定性を高めるために、接着剤、又は接着テープでバッキング層１１４に貼り付けられる。

【0031】

［００３６］幾つかの実装形態では、挿入物１１８の外径（エッジ間など）は１０ｍｍから２０ｍｍの範囲になる（例えば、１２ｍｍ、１４ｍｍ、１６ｍｍ、又は１８ｍｍ）。挿入物１１８は凹部１１７を含む。凹部１１７の直径は挿入物１１８の外径よりも小さく、挿入物１１８内に空隙を画定する。凹部１１７の直径は、８ｍｍから１８ｍｍ（例えば、１０ｍｍ、１２ｍｍ、１４ｍｍ、又は１６ｍｍ）の範囲とすることができる。挿入物１１８は、周囲のバッキング層１１４及び／又は研磨層１１２と類似のデュロメーターを有する材料からなり、研磨動作中に基板１０が挿入物１１８上を通過する際の差分研磨を低減し得る。幾つかの実装形態では、挿入物１１８は、バッキング層１１４及び／又は研磨層１１２と同じデュロメーターの材料からなる。幾つかの実装形態では、挿入物１１８は、液体１３２中に存在する化学物質などの化学的相互作用に耐性のある材料からなる。

【0032】

［００３７］幾つかの実装形態では、研磨パッド１１０の一又は複数の層は、バッキング層１１４及び／又は研磨層１１２のように多孔性である。かかる実装形態では、挿入物１１８は、上面１１９で誘発された振動が、多孔性媒体を通過する振動などの音響損失なしに反射面１１５に伝達されるように、実質的に非多孔性である固体材料である。

【0033】

［００３８］凹部１１７の上部内面は、反射面１１５を構成するコーティングを含むか、又は材料からなる。反射面１１５は、凹部１１７の上部内面に金属箔、メタライゼーションコーティング等によって設けることができる。幾つかの実装形態では、反射面１１５は、インシトゥ振動モニタリングシステム１６０によって使用される光波長範囲（例えば、少なくとも９０％、少なくとも９２％、少なくとも９５％）において、反射面１１５に接触する光の少なくとも９０％を反射する。挿入物１１８の構造は、応力エネルギーによって生じる振動が上面１１９から反射面１１５に伝達するように、上面１１９を反射面１１５に構造的に接続する。

【0034】

［００３９］膜１１８ａの厚さ（例えば、上面１１９と反射面１１５との間の距離）は、１０ミルから３０ミル（例えば、０．０１０”から０．０３０”）の範囲であり得る。幾つかの実装形態では、上面１１９の厚さは２０ミル（例えば、０．０２０”）である。膜１１８ａの厚さを薄くすると振動検出感度が向上し、厚くすると挿入物１１８の耐久性及び製品寿命が向上する。

【0035】

［００４０］反射面１１５は平面であり、研磨層及び研磨パッド１１０下面と平行な凹部１１７上面の少なくとも一部分にわたる。反射面１１５は、表面積の１０％から１００％の範囲（例えば、１０％以上、３０％以上、５０％以上、７０％以上、９０％以下、７０％以下、５０％以下、３０％以下、２０％以下、又は１００％）で凹部１１７上面にわたり得る。幾つかの実装形態では、反射面１１５は、８ｍｍから１８ｍｍ（例えば、１０ｍｍ、１２ｍｍ、１４ｍｍ、又は１６ｍｍ）の幅を有し得る。

【0036】

［００４１］光源１６２は、反射面１１５に向けられた光線１６３を放出する。幾つかの実装形態では、光線１６３は連続的であり、代替的な実装形態では、光線１６３は連続的ではない（パルスなど）。幾つかの実装形態では、光源１６２は単一波長の平行光線１６３を放出し、例えば、光源１６２はレーザである。インシトゥ振動モニタリングシステム１６０は、反射面１１５から散乱された光１６３を受け取るように位置決めされたセンサ１６４を含む。膜１１８ａからの振動は反射面１１５の変位に変換される。変位により、光１６３がセンサ１６４によって受け取る位置が変化する。センサ１６４は、受信ビーム１６３に基づいて信号を発生させる。センサ１６４は回路１６８と電子通信し、信号を回路１６８に送信する。

【0037】

［００４２］センサ１６４は、回路１６８によって、回転結合（例えば水銀スリップリング）を通じて、電源及び／又はその他の信号処理電子機器１６６に接続され得る。信号処理電子機器１６６は、コントローラ１９０に接続され得る。幾つかの実装形態では、センサ１６４からの信号は、内蔵された内部増幅器によって増幅され得る。次いで、センサ１６４からの信号は、（例えば電子機器１６６内の）高速データ取得ボードに至るまでに、必要であれば更に増幅され、フィルタリングされ、かつＡ／Ｄポートを通じてデジタル化され得る。センサ１６４からのデータは、１００から４００ｋＨｚで記録され得る。幾つかの実装形態では、センサ１６４からのデータは３９２ｋＨｚで収集される。より高いレート（例えば１００ｋＨｚ以上）で収集されたデータは、より高い周波数の振動に関する情報を提供し、振動中の低周波数成分の再現性を高める。

【0038】

［００４３］幾つかの実装形態では、光源１６２、センサ１６４、回路１６８、及び／又は信号処理電子機器１６６は、例えば、キーエンス製のＬＫ－Ｇ５０００センサヘッド及びコントローラなどの単一の機器に含まれる。

【0039】

［００４４］図２Ｃでは、別個の挿入物ではなく、凹部１１７が研磨層１１２自体の中に製造される。凹部１１７の上部内面には反射面１１５が設けられている。かかる実装形態では、反射面１１５及び凹部１１７の上の研磨層１１２は連続している。凹部１１７の深さは、研磨層１１２の厚さの１０％から８０％の間である。値が低いほど凹部１１７の上の研磨層１１２の耐久性が向上し、値が高いほどセンサ１６４によって検出される光線１６３からの信号が増加する。幾つかの実装形態では、研磨パッド１１０は、例えば反射及び減衰によって振動信号ノイズを低減するために、非多孔性材料からなる凹部１１７の上方の一部分を含む。

【0040】

［００４５］加えて、図３を参照すると、溝１１６、挿入物１１８、及び挿入物１１８を取り囲む研磨層１１２の一部分１８０を含む研磨パッド１１０の上面図が示されている。幾つかの実装形態では、部分１８０は平坦であり、すなわち溝がなく、周囲の研磨層１１２の上面と同一平面上にある。挿入物１１８の周囲に部分１８０を含む実装形態は、残りの研磨パッド１１０の溝１１６の縁部との相互作用による、挿入物１１８を通して伝達される振動を低減し得る。幾つかの実装形態では、部分１８０は、挿入物１１８と同じ材料からなる。幾つかの代替的な実装形態では、部分１８０は、挿入物１１８の材料などの非多孔性材料からなる。

【0041】

［００４６］挿入物１１８及びインシトゥパッド振動モニタリングシステム１６０は、プラテン１２０の中心（例えば、回転軸１２５）にも、プラテン１２０の縁部にも、又は中間点（例えば、直径２０インチのプラテンの回転軸から５インチのところ）にも、位置付けられ得る。

【0042】

［００４７］図１及び図３を参照すると、研磨パッドの部分１８０が基板１０の下で回転すると、部分１８０と基板１０との間のスティック／スリップ作用（例えば応力エネルギー解放）が振動特性を引き起こす。しかし、部分１８０及びセンサ１６２は研磨パッド１１０及びプラテン１２０の残部から独立しているので、センサは、パッドの部分１８０から選択的に振動挙動を獲得し得る。

【0043】

［００４８］光源１６２からセンサ１６４によって受け取られた信号には、終点検出又はフィードバック制御若しくはフィードフォワード制御のいずれかのために、例えばコントローラ１９０において、例えば増幅、予備フィルタリング、及びデジタル化の後に、データ処理が行われ得る。幾つかの実装形態では、コントローラ１９０は、下層の露出を決定する。

【0044】

［００４９］幾つかの実装形態では、信号の周波数解析が実行される。例えば、周波数スペクトルを発生させるために、信号に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）が実行され得る。特定の周波数帯をモニタすることができるが、この周波数帯の強度が閾値を超える場合、下層が露出したことを示すことができ、これは、終点をトリガするのに使用することができる。あるいは、選択された周波数範囲の局所的最大幅または最小幅が閾値を超える場合も、下層が露出したことを示すことができ、終点をトリガするのに使用することができる。

【0045】

［００５０］別の例としては、信号を低周波数成分と高周波数成分とに分解するために、信号にウェーブレットパケット変換（ＷＰＴ）が実行され得る。信号をより小さい成分へと分解するために必要であれば、この分解を繰り返すことができる。周波数成分のうちの１つの強度がモニタされてよく、この成分の強度が閾値を超えた場合、これは下層の露出を示すことができ、終点をトリガするのに使用することができる。

【0046】

［００５１］研磨終点が検出されると研磨の停止がトリガされるが、終点のトリガの後も、研磨は所定の時間量にわたって継続し得る。代替的又は追加的には、収集済みデータ及び／又は終点検出時点は、後続の処理動作（例えば後続のステーションでの研磨）における基板の処理を制御するためにフィードフォワードされ得るか、又は、同じ研磨ステーションでの後続基板の処理を制御するためにフィードバックされ得る。

【0047】

［００５２］図４は、反射された光信号を使用して基板の下層の露出を決定するステップを示すフローチャート図である。基板は研磨パッドによって研磨される（ステップ４０２）。これには、基板をキャリアヘッドに保持し、基板を研磨面に接触させること、及び、例えば、プラテン及びキャリアヘッドを回転させることによって、基板と研磨パッドとの間に相対運動を発生させることが含まれ得る。基板が研磨パッドと相対運動する際、研磨中にスラリ、研磨パッド、又は基板材料が変形する間にエネルギーが解放され、結果として生じる振動周波数スペクトルが研磨面から研磨層の下側に伝達される。

【0048】

［００５３］光源は、研磨パッド１１０の底部の反射面１１５に向けられる光線を発生させる（ステップ４０４）。センサが反射された光線を受け取り（ステップ４０６）、受け取られた反射された光線に基づいて信号を発生させる。

【0049】

［００５４］コントローラ１９０は、振動周波数スペクトルに基づいて、基板１０の下層の露出を決定する（ステップ４０８）。決定には、振動周波数スペクトルを決定するために、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）、又はウェーブレットパケット変換（ＷＰＴ）を信号に対して実行することが含まれ得る。例えば、予め設定された波長範囲における総電力をモニタすることができる。コントローラ１９０が、モニタされた電力が予め設定された閾値を超えたことを検出した場合、コントローラ１９０は、下層の露出を示す信号を発生させることができる。信号に応答して、コントローラ１９０は、処理プロセスを修正する（例えば、研磨を停止する、基板への印加圧力を変更する、又は供給される研磨液を修正する）。インシトゥパッド振動モニタリングシステム１６０及び／又はコントローラ１９０は、本明細書に記載のように、信号、又は振動周波数スペクトルに対して追加的又は代替的なデータ処理を実行し得る。

【0050】

［００５５］本明細書に記載の実装形態、及び機能的動作の全ては、デジタル電子回路として、又は、本明細書に開示の構造的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として、又はこれらの組み合わせとして実装することができる。本明細書に記載の実装形態は、一又は複数の非一時的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（例えばプログラム可能プロセッサ、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）によって実行するための、又はデータ処理装置の動作を制御するための、機械可読記憶デバイス内で有形に具現化された一又は複数のコンピュータプログラムとして、実装することができる。

【0051】

［００５６］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知られている）は、コンパイル又は翻訳された言語を含む、任意の形のプログラミング言語で書くことができ、また独立型プログラムとして、又はモジュール、構成要素、サブルーチン、若しくは計算環境で使用するのに適している他のユニットとしてのものを含む、任意の形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、他のプログラム又はデータを保持するファイルの一部分、問題になっているプログラム専用の単一のファイル、又は複数の協調的なファイル（例えば、一又は複数のモジュール、サブプログラム、又はコードの一部を記憶するファイル）に記憶することができる。コンピュータプログラムは、一又は複数のコンピュータ上で実行されるか、又は、１つのサイトにあるか、若しくは複数のサイトにわたって分散されかつ通信ネットワークで相互接続された複数のコンピュータ上で実行されるように展開することができる。

【0052】

［００５７］本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発生させることによって機能を実行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ム可能プロセッサによって実行され得る。プロセス及び論理フローは、特殊用途論理回路（例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）、又はＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路））によって実行されることも可能であり、かつ、装置が、かかる特殊用途論理回路として実装されることも可能である。

【0053】

［００５８］「データ処理装置」という用語は、１つのプログラム可能プロセッサ、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を例として含む、データを処理するための全ての装置、デバイス及び機械を包含する。装置は、ハードウェアに加えて、問題になっているコンピュータプログラムの実行環境を作り出すコード（例えば、プロセッサファームウェア、プロトコルスタック、データベース管理システム、オペレーティングシステム、又はこれらの一若しくは複数の組み合わせを構成するコード）を含み得る。コンピュータプログラムを実行するのに適しているプロセッサには、例として、汎用と専用の両方のマイクロプロセッサ、及び任意の種類のデジタルコンピュータの任意の一又は複数のプロセッサが含まれる。

【0054】

［００５９］コンピュータプログラム命令及びデータを記憶するのに適しているコンピュータ可読媒体には、半導体メモリデバイス（例えばＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、及びフラッシュメモリデバイス）、磁気ディスク（例えば、内蔵ハードディスク又は着脱可能なディスク）、光磁気ディスク、並びにＣＤーＲＯＭ及びＤＶＤ－ＲＯＭディスクを例として含む、あらゆる形の不揮発性メモリ、媒体及びメモリデバイスが含まれる。プロセッサ及びメモリは、特殊用途論理回路によって補足すること、又は特殊用途論理回路に組み込むことができる。

【0055】

［００６０］上述の研磨装置及び研磨方法は、多種多様な研磨システムに適用され得る。研磨パッド若しくはキャリアヘッド、又はこの両方が、研磨面とウエハとの間で相対運動を提供するように動くことができる。例えば、プラテンは、回転するのではなく軌道周回する（ｏｒｂｉｔ）こともある。研磨パッドは、プラテンに固定された円形（又は何か他の形状の）パッドであり得る。終点検出システムの幾つかの態様は、例えば、研磨パッドが、直線的に移動する連続ベルト又はリールツーリールベルトである場合、直線的研磨システムに適用可能であってもよい。研磨層は、標準の（例えば、充填材を伴う若しくは伴わないポリウレタン）研磨材料、軟性材料、又は固定研磨材料であり得る。相対的位置決めという用語が使用され、研磨面及びウエハは、垂直の向きにも幾つかの別の向きにも保持できることを理解すべきである。

【0056】

［００６１］本明細書は特定の実装形態の詳細を多数含むが、これらは本発明のいかなる範囲、又は特許請求の範囲においても限定するものとして解釈すべきでなく、特定の発明の特定の実施形態に特有であり得る特徴の記載として解釈すべきである。別個の実施形態に関連して本明細書に記載された特定の特徴を、単一の実施形態において組み合わせて実装することも可能である。反対に、単一の実施形態に関連して記載された様々な特徴は、別々に、又は、任意の適切なサブコンビネーションで、複数の実施形態において実装することもできる。更に、特徴は、特定の組み合わせにおいて作用するものとして以上で記載され、最初はそのように特許請求される場合があるが、特許請求される組み合わせからの一又は複数の特徴は、ある場合には、その組み合わせから削除してもよく、特許請求される組み合わせは、サブコンビネーション又は様々なサブコンビネーションの対象としてもよい。

【0057】

［００６２］同様に、図面には動作が特定の順番で示され、特許請求の範囲に列挙されているが、所望の結果を得るためには、かかる動作を示された特定の順序で、又は連続的な順序で実行することが必要である、あるいは示された動作を全て実行することが必要であると、理解すべきではない。特定の状況においては、マルチタスク及び並行処理が有利であり得る。更に、上述した実施形態で様々なシステムモジュール及びコンポーネントが分離されていることで、全ての実施形態でかかる分離が必要であると理解されるべきではない。また、記載のプログラムコンポーネント及びシステムが、一般に単一のソフトウェア製品に統合できる、又は複数のソフトウェア製品にパッケージ化し得ることは、理解されるべきである。

【0058】

［００６３］主題の特定の実施形態について記載してきた。他の実施形態が、以下の特許請求の範囲に含まれる。例えば、特許請求の範囲に列挙される作用を別の順番で実行しても、所望の結果を得ることができる。一例として、添付の図面に図示されるプロセスは必ずしも、所望の結果を得るために図示した特定の順番、又は生じた順番である必要はない。ある場合には、マルチタスク及び並行処理は有利であり得る。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4】

【国際調査報告】