JP2000505003A - 製造過程における素材の検出のための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 化学機械的平坦化（ＣＭＰ）システムと共に使用される装置は、調査信号を生成し、調査信号を、ＣＭＰ手順中に素材を処理するように構成された研磨パッドに向ける光源を含む。調査信号に応答して生成される反射信号が検出器によって受信され、反射信号の光学特性が処理および分析されて、研磨パッドの一領域内に異物が存在するかどうかが判定される。装置は、別の複数の光源および処理技法を用いて、異なる物理的特性を有する多種類の研磨パッドに関連して動作させても利点が得られ得る。

Description

【発明の詳細な説明】 製造過程における素材の検出のための方法および装置 関連出願 本願は、1996年7月18日付けで出願された「Methods and Apparatus for the I n-Process Detection of Workpieces in a CMP Environment」と題する米国特許 出願第08/683,150号に関連する、1997年1月9日付けで出願された「Methods and Apparatus for the In-Process Detection of Workpieces with a Monochromati c Light Source」と題する米国特許出願第08/781,132号に関連する。 技術分野 本発明は一般に、化学機械的平坦化（ＣＭＰ）処理において、処理要素上にお ける異物の存在を検出するための方法および装置に関し、特に、原位置における 、半導体ウエハの製造過程における紛失(loss)または破損(breakage)を検出する ための反射光学系を用いた改良された技法に関する。 背景技術および技術的問題 集積回路の生産は、高質な半導体ウエハの作製から始まる。ウエハ製造処理中 、ウエハは複数のマスキング、エッチング、ならびに誘電体および導体堆積処理 を経験し得る。これらの集積回路の生産に要求される高精度のため、半導体ウエ ハの少なくとも片面上において非常に平坦な表面が、このウエハ面上に作製され る微細電子構造の適切な精度および性能を確保するために、一般に必要とされる 。集積回路のサイズが小さくなり、集積回路当たりの微細構造の数が増加するに つれ、正確なウエハ表面の必要性はより重要になる。従って、各処理工程間にお いて、なるべく平らな表面を得るために、ウエハの表面を研磨あるいは平坦化す ることが通常必要である。 化学機械的平坦化（ＣＭＰ）処理および装置の記載としては、例えば、1989年 ２月付けで付与されたAraiらの米国特許第4,805,348号；1992年３月付けで付与 されたAraiらの米国特許第5,099,614号；1994年７月付けで付与されたKarlsrud らの米国特許第5,329,732号；1996年３月付けで付与されたKarlsrudらの米国特 許第5,498,196号；および1996年３月付けで付与されたKarlsrudらの米国特許第5 ,498,199号を参照せよ。 このような研磨は当該分野において周知であり、ウエハの片面またはチャック をウエハ搬送装置の平らな面にとり付け、ウエハの他方の面を平らな研磨面に対 して押しつけることを一般に包含する。一般に、研磨面は、例えば酸化セリウム 、酸化アルミニウム、燻蒸された(fumed)／沈殿されたシリカあるいはその他の 粒子研磨剤(abrasive)などからなる露出した研磨用面(abrasive surface)を有す る、研磨パッドを含む。市販の研磨パッドは、当該分野において公知の様々な材 料で形成され得る。典型的には、研磨パッドは、Scottsdale、ArizonaのRodel P roducts Corporationから販売されているICシリーズおよびGSシリーズ研磨パッ ドなどの、ブロー成型された(blown)ポリウレタンから形成され得る。研磨パッ ドの堅さ(hardness)、密度、色、反射率およびその他の特性は、用途によって、 例えば研磨されるべき材料などに応じて、変化し得る。 研磨または平坦化処理中において、素材あるいはウエハは典型的には研磨パッ ド面に押しつけられながら、パッドはその垂直軸の周りに回転する。さらに、研 磨の効果を向上させるために、ウエハをその垂直軸の周りに回転させて研磨パッ ドの面上を振動させてもよい。研磨動作中において研磨パッドは不均一に摩耗す ることにより、表面不規則性がパッド上に発生することが周知である。全ての素 材の一貫したかつ正確な平坦化および研磨を確実にするためには、これらの不規 則性を排除しなければならない。 ＣＭＰ処理中、素材はときどき素材搬送装置から外れたり(dislodge)、あるい は研磨中に破損し得る。外れた素材、破損した素材の一部、あるいはその他の異 物が研磨台上に残されると、同じ研磨台上の他の素材および／または素材搬送装 置と接触することにより、台上の全ての素材に損傷を与えるか破壊し得る。従っ て、破損したあるいは外れた素材の存在を直ちに検出し、その状況が正されるま で処理を停止することが望ましい。典型的にはこれは、他の無事な素材に損傷を 与えないように素材の断片およびその他の残骸が除去され得るように、研磨パッ ドの徹底的なクリーニングおよび／または交換を必要とする。 素材の紛失または破損した素材の検出のための現在公知のシステムは、いくつ かの面で不十分である。例えば、現在公知のシステムは、同様に色付けされた少 数の研磨パッドを用いた動作に限定され得る。このような公知のシステムは、暗 色の研磨パッド上、または研磨パッドが時間と共に変色するような環境における ウエハ紛失の検出には非効果的であり得る。現在のシステムはまた、大量の研磨 スラリー（slurry）および／または様々な色を有する研磨スラリーを用いるＣＭ Ｐ環境においても不十分であり得る。さらに、パッド上およびウエハ自体上のス ラリー、脱イオン水、ヨウ素（またはその他のＣＭＰ化合物）の存在は、反射さ れた光信号をマスクし、信号が正しく光検出器に検出されることを妨げる傾向を 有する。結果として、多くの現在公知の素材検出概要はしばしば、全てのディス クが各搬送装置中で無事なままであっても「偽」の読み取り値を発してしまい、 この際、機械がシャットダウンされて処理は停止されてしまう。 従って、従来技術の欠点を克服する、ＣＭＰ研磨パッド上で紛失したあるいは 外れた素材を検出するための技法が必要である。 発明の要旨 本発明によれば、従来技術の欠点の多くを克服する方法および装置が提供され る。 ある好適な実施形態において、プローブが研磨台表面において光ビームを出射 するように、プローブがＣＭＰ研磨台の上面近くに適切にマウントされ、ビーム は狭い波長帯域を有する。特に好適な実施形態において、単色光源が用いられる 本発明のさらなる局面によれば、プローブはさらに、研磨台から反射された光 の一部を検出するための検出器を含む。検出器は、反射された信号を、反射され た光をアナログ電気信号に変換する変換器に、与えるように構成される。 本発明のさらなる局面によれば、変換器の出力は、研磨パッド上の異物の存在 を示す出力を生成するプロセッサに与えられる。 本発明の別の実施形態は、単色光源ではなく実質的に広帯域の光源を用いる。 この実施形態において、検出器の出力は、検出された信号の反射特性を分析する ことにより研磨パッド上にウエハまたはウエハ断片が存在するかどうかを正確に 判定する制御アルゴリズムによって、処理される。 本発明のさらに別の局面において、外れたあるいは断片化したウエハが研磨パ ッド上で検出されると、プロセッサはＣＭＰ機コントローラに信号を送り、直ち にＣＭＰ機の処理、あるいは少なくとも紛失または断片化した素材によって悪影 響を受け得る処理を停止する。 本発明の上述およびその他の利点は、一形態において、ＣＭＰ処理中における 研磨パッド上の素材の存在を検出するための装置によって実現される。そのよう な装置は、少なくとも１つの素材が研磨パッド上で処理される際にプローブが研 磨パッドと間欠的な光学的連絡を確立するように研磨パッド近くに位置されたプ ローブアセンブリと、入力光信号を研磨パッド表面に向けるように構成された光 源と、入力信号のうち研磨パッドの表面から散乱された部分を捕捉するように構 成された受信器と、捕捉された信号を処理して研磨パッド上の素材の有無を表示 する出力を生成するように構成されたプロセッサと、を含み得る。 図面の簡単な説明 図１は、本発明のコンテキストにおいて有用な例示的ＣＭＰの斜視図である。 図２は、本発明によるプローブアセンブリの例示的な向きを示す、図１のＣＭ Ｐ機の上面図である。 図３は、研磨パッドに調査（interrogation）信号を与え、且つ、研磨パッド からの反射信号を捕捉するプローブアセンブリであって、反射信号に基づいてウ エハの損失を検出するための様々な処理構成要素をさらに含むプローブアセンブ リの概略図である。 図４は、明色の研磨パッドに向けられた図３のプローブアセンブリの構成の概 略図である。 図５は、ウエハがプローブの視野内にある状態の、図４のプローブ構成の概略 図である。 図６は、暗色の研磨パッドに向けられた図３のプローブアセンブリの構成の概 略図である。 図７は、ウエハがプローブの視野内にある状態の、図６のプローブアセンブリ の概略図である。 図８は、本発明の別の実施形態によるプローブアセンブリの概略図である。 図９Ａおよび図９Ｂは、図８に示される別の実施形態により用いられる例示的 な処理回路の概略図である。 好適な例示的実施形態の詳細な説明 本発明は、少なくとも光調査信号と、調査信号に応答して反射信号を検出する ための光検出器と、光検出器の出力を分析して、素材がパッド上にあるかどうか を判定するためのプロセッサとを使用する、研磨パッド上の外れた（dislodged ）または砕けた素材の、製造過程での検出に関する。本明細書に記載される好適 な実施形態は、化学機械的平坦化（ＣＭＰ）研磨パッド上の半導体ウエハの検出 に関する。しかし、本発明の原理は、例えばハードディスクなどの様々な処理（ 例えば、研磨または平坦化）環境において素材または他の材料を検出するために 使用され得ることが認識される。 次に図１および図２を参照して、本発明を実施する、ＣＭＰシステムの形態の ウエハ研磨装置１００が示される。ウエハ研磨装置１００は、適切には、前の処 理工程からのウエハを受け入れ、ウエハを研磨し、最適にはウエハを洗浄（rins e）し、そして、その次の処理のために、ウエハをウエハカセットに再ロードす るウエハ研磨機を含む。 次に、研磨装置１００についてより詳細に説明すると、装置１００は、アンロ ードステーション１０２、ウエハ移行（transition）ステーション１０４、研磨 ステーション１０６、ならびにウエハ洗浄およびロードステーション１０８を含 む。本発明の好適な実施形態によれば、それぞれが複数のウエハを保持する１つ 以上のカセット１１０が、アンロードステーション１０２で機械内に入れられる 。次に、ロボットウエハ搬送アーム１１２が、カセット１１０からウエハを取り 出し、そのウエハを、一度に１枚ずつ、第１のウエハ移送（transfer）アーム１ １４上に置く。その後、ウエハ移送アーム１１４は、ウエハを持ち上げ、ウエハ 移行部１０４内に移動させる。即ち、移送アーム１１４は、適切には、ウエハ移 行 部１０４内の回転式テーブル１２０上にある複数のウエハピックアップステーシ ョン１１６の各々の上に、個々のウエハを連続して置く。回転式テーブル１２０ はまた、適切には、ピックアップステーション１１６と交互に配置される複数の ウエハドロップオフステーション１１８を含む。複数のピックアップステーショ ン１１６のうちの１つにウエハが置かれると、テーブル１２０は、新しいステー ション１１６が移送アーム１１４と整列するように回転する。すると、移送アー ム１１４が、この新しい空のピックアップステーション１１６の上に、次のウエ ハを置く。この処理は、すべてのピックアップステーション１１６にウエハが置 かれるまで続く。本発明の好適な実施形態では、テーブル１２０は、５つのピッ クアップステーション１１６と、５つのドロップオフステーション１１８とを含 む。 次に、個々のウエハ搬送要素１２４を有するウエハ搬送装置１２２は、適切に は、それぞれの搬送要素１２４が、それぞれのピックアップステーション１１６ にあるウエハの真上に配置されるように、テーブル１２０の上で整列する。その 後、搬送装置１２２は、それぞれのステーションにウエハを降ろし且つそれぞれ のステーションからウエハを拾い上げ、ウエハが研磨ステーション１０６の上に 配置されるようにウエハを横方向に移動させる。一旦研磨ステーション１０６の 上に配置されると、搬送装置１２２は、適切には、個々の要素１２４によって保 持されるウエハを下降させ、ラップ（lap）ホイール１２８の上に配置された研 磨パッド１２６と作動的に係合させる。動作中、ラップホイール１２８は、その 垂直方向の軸を中心に、研磨パッド１２６を、例えば矢印１３４によって示され るような反時計回り方向に回転させる。それと同時に、個々の搬送要素１２４は 、それぞれの垂直方向の軸を中心にウエハを回転させ、個々の搬送要素１２４が 研磨パッドに押しつけられると、ウエハを、パッド１２６を横切るように（実質 的に矢印１３３に沿って）前後に振動させる。このようにして、ウエハの表面が 、研磨または平坦化される。 適切な処理時間が経過すると、ウエハは、研磨パッド１２６から取り除かれ、 搬送装置１２２は、ウエハを、再び移行ステーション１０４まで輸送する。その 後、搬送装置１２２は、個々の搬送要素１２４を下降させ、ウエハをドロップオ フステーション１１８上に配置する。その後、ウエハは、第２の移送アーム１３ ０によってドロップオフステーション１１８から取り除かれる。移送アーム１３ ０は、適切には、移行ステーション１０４から各ウエハを持ち上げて、ウエハ洗 浄およびロードステーション１０８に移送する。ロードステーション１０８では 、移送アーム１３０は、適切には、各ウエハの洗浄中、そのウエハを保持する。 完全に洗浄した後、ウエハは、カセット１３２に再ロードされる。その後、カセ ット１３２は、ウエハを、さらなる処理または実装のために、次のステーション に輸送する。 ＣＭＰ機１００は、５つの研磨ステーションを有するものとして示されている が、本発明はまた、実質的にいかなる数の研磨ステーションのコンテキストにお いても使用され得ることが認識される。さらに、本発明はまた、すべての研磨ス テーションが同時に機能していない環境においても使用され得る。例えば、多く の標準的なウエハカセットは、１つのカセットに２４個の個々の素材を保持する 。従って、１つのＣＭＰ機には５つの素材チャックがある場合が多いため、第５ のディスクホルダーが空のままで、カセット内の最後の４つのディスクが一度に 研磨される場合が多い。 続けて図２を参照して、それぞれのプローブアセンブリ１２９は、適切には、 ウエハ搬送装置１２２上で、各搬送要素１２４付近に構成される。以下に図３お よび図８に関してより詳細に説明するように、本発明の特に好適な実施形態によ れば、各プローブアセンブリ１２９は、適切には、各搬送要素１２４に隣接する 研磨パッド表面の少なくとも一部分を光学的に係合して、研磨パッド１２６の表 面上にある、外れたねじ（loose screw）、ウエハ、またはウエハ断片などの異 物の存在を検出するように構成される。本明細書のコンテキストでは、研磨パッ ド１２６は、本発明が相互作用するように構成され得る処理要素の１つの実施例 である。 本発明の別の局面によれば、装置１００は、適切には、ＣＭＰ装置１００によ って研磨されているウエハの表面特性を測定するように構成されるプローブ１２ ７を含み得る。類似のプローブ構成の詳細な説明は、「Methods and Apparatus for the In-Process Measurement of Thin Film Layers」と題された、1996年7 月26日出願の米国特許出願シリアル番号第08/687,710号に開示される。 次に図３を参照して、本発明による例示的なプローブアセンブリ１２９は、適 切には、分岐されたファイバプローブ３１２を有するハウジング３１０、光源３ １８、光検出器３２０、アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器３２２、プロセ ッサ３２４、およびＣＭＰコントローラ３２６を含む。例示的な素材３０６は、 図１および図２に関して上で説明したように、搬送要素１２４によって保持され 、且つ、研磨テーブル１２６によって研磨されるものとして示される。分かりや すくするために、図３では、装置１００の他の構成要素を省略している。プロー ブアセンブリ１２９は、適切には、ハウジング３１０およびプローブ３１２が研 磨パッド１２６の上面に向けられるように、研磨テーブル１２８および研磨パッ ド１２６に近接して（好ましくは、その上方に）装着される。特に、プローブ３ １２は、マルチヘッド輸送アセンブリ（ＭＨＴＡ）の下に装着され得る。マルチ ヘッド輸送アセンブリは、プローブが、研磨パッドの所望の部分だけを含む視野 を有することを可能にする領域にある、搬送装置１２２の一部分である。 示された実施形態によれば、プローブ３１２を有するハウジング３１０は、適 切には、各プローブ３１２の視野３１３がそれぞれの搬送要素のすぐ前になるよ うに、各搬送要素１２４の上で、各搬送要素１２４に隣接して装着される。即ち 、テーブル１２８およびパッド１２６が、矢印１３４（図２も参照）で示される ように反時計回りに回転している場合、プローブ３１２は、ウエハ（または、ウ エハ断片）が、搬送装置から外れるとすぐに視野３１３に入るように構成される 。このようにして、プローブアセンブリ１２９は、外れたウエハまたはウエハ断 片をできるだけ早く検出し、他のウエハが損傷を受ける前に機械を停止させる。 同様に、テーブル１２８およびパッド１２６が時計回りに回転している場合、プ ローブ：３１２は、視野３１３が各搬送要素１２４の反対側に向けられるように 構成される。 本発明の別の実施形態によれば、ハウジング３１０およびプローブ３１２は、 視野３１３が、パッド１２６に対して実質的に垂直にならないように角度を与え られ得る。以下により詳細に説明するように、ハウジング３１０およびプローブ ３１２は、最適な読み出しを達成するために、好ましくは、パッドに対して角度 が付けられ得る。 本発明の特に好ましい実施態様では、図３を続けて参照すると、プローブ３１ ２は、送信器ケーブル３１４を適切に有し、光は、送信器ケーブル３１４を通し て、光源３１８からプローブ３１２および研磨パッド１２６の上面に送信される 。同様に、プローブ３１２は、受信器ケーブル３１６をさらに有し、研磨パッド および表面から反射された光は、受信器ケーブル３１６を通して、光検出器３２ ０に送信される。光検出器３２０は、反射された光エネルギーを受け取り、これ をアナログ電気信号３２８に変換し、次いでアナログ電気信号３２８は、Ａ／Ｄ 変換器３２２でディジタル信号３３０に変換される。プロセッサ３２４は、変換 器：３２２からディジタル信号３３０を受信し、これをアルゴリズム（以下に記 載）に従って分析し、信号が、研磨パッド上に存在するウエハまたはウエハ断片 を示すかどうかを判定する。ウエハまたはウエハ断片が検出される場合、プロセ ッサ３２４は、信号３３２をＣＭＰコントローラ３２６に送信し、次いでＣＭＰ コントローラ３２６は、即座に機械を停止する。言うまでもなく、研磨パッドの 上面は、任意の所望のレートでプローブアセンブリ１２９によってサンプリング され得るか、またはサンプリングは、実質的に連続し得る。 本発明の他の局面によると、光源３１８は、パッドの表面に所望の光信号を与 えることが可能な任意の源を適切に含む。例えば、広帯域光信号（例えば、３５ ０から２０００ｎｍの範囲、最も好ましくは、４００から８５０ｎｍの範囲）を 発することが可能なタングステンハロゲン光源である。適切なハロゲン光源は、 マサチューセッツのGilway Corporationから入手可能なモデル番号Ｌ７３Ａ９８ を含み得る。 好ましい実施態様において、ケーブル３１４および３１６は、光ファイバケー ブルを適切に含むが、調査信号（例えば、光信号）を素材に良好に送達し、素材 から反射される信号の少なくとも一部を捕捉するように、実質的に任意の導電体 が用いられ得る。同様に、光検出器３２０およびＡ／Ｄ変換器３２２は、現在入 手可能な実質的に任意の光検出器およびＡ／Ｄ変換器を適切に含む。好ましい実 施態様において、光検出器は、日本のHamamatsu Corporationから入手可能なモ デル番号Ｓ２３８６を適切に含む。同様に、好ましい実施態様において、Ａ／Ｄ 変換器３２２は、例えば、カリフォルニア州フレモントのMission Peak Optics Companyから入手可能なモデル番号ＰＣＭＣＩＡ−１６ＤＡＳなどの、プロセッ サ３２４を備えたＰＣＭＣＩＡインターフェースとして構成される１６チャネル 、１２ビット、３３０ｋＨｚの変換器を適切に含む。 プロセッサ３２４は、Ａ／Ｄ変換器３２２から出力信号３３０を受信し、信号 ３２６から様々なパラメータを計算することができる任意の汎用コントローラを 適切に含む。好ましい実施態様において、プロセッサ３２４は、信号３３０を解 釈し、それによって、所定のアルゴリズムに基づいて、ウエハまたはウエハ断片 が研磨パッド１２６上に存在するかどうかを判定するように適切に構成されてい る。アルゴリズムは、使用される研磨パッドのタイプまたは研磨される素材のス タイルに関係なく、研磨パッドの反射特性と研磨される素材の反射特性とを区別 するように適切に構成されている。従って、スラリーおよ／または脱イオン水が 大量に存在していても、プロセッサは、パッド上のウエハまたはウエハ断片の存 在を検出することができる。特に好ましい実施態様において、プロセッサ３２４ は、任意の汎用パーソナルコンピュータを適切に含む。 プロセッサ３２４はまた、信号３３２をＣＭＰコントローラ３２６に出力する ように適切に構成されている。好ましい実施態様において、信号３３２は、研磨 パッド上の素材の有無を示す２進信号である。しかし、信号３３２は、適切な情 報をＣＭＰコントローラ３２６に伝達するのに必要な研磨パッド表面１２６につ いての任意の適切な情報または特性を具現化し得ることが理解される。 好ましい実施態様によると、信号３３２が、ウエハの一部が搬送装置１２４か らからはずれていることを示す場合、ＣＭＰコントローラ３２６は、システム上 のモータを迅速に停止し、処理を停止し、研磨されている他のウエハおよびＣＭ Ｐ機自体に与えられる損傷を最小限に抑えることを確実にする。本発明の特に好 ましい実施態様において、コントローラ３２６は、ＣＭＰ機の主要なプロセッサ ／コントローラに接続されている個別の制御デバイスを有し得るか、またはコン トローラ３２６は、主要ユニットの一部として構成され得る。さらにコントロー ラ３２６は、プロセッサ３２４の一部として構成され得る。当業者には言うまで もなく、コントローラ３２６は、ＣＭＰ機を停止することが可能な任意のタイプ および構成のコントローラを含む。 ここで、プローブアセンブリ１２９の動作および構成、ならびに、特に、プロ ーブ３１２からの光信号を解釈する例示的な方法（アルゴリズム）について、図 ４から図７を参照しながら説明する。簡単に上述したように、異なるタイプの研 磨パッドは、異なる反射特性を示す。特に、上記でさらに詳細に説明したＣＭＰ 研磨装置１００は、少なくとも２つの異なる種類のパッド、即ち、一般に実質的 に明るい光または白色を示す一次研磨パッドおよび一般により暗色を示す二次研 磨パッドを使用し得る。パッドの色および構成が異なるため、角度をなしたプロ ーブ３１２の配置は、各パッドによって変化し得る。従って、各搬送要素１２４ に対して、装置１００で２つ以上のプローブ、例えば、使用される異なるタイプ のパッドのそれぞれに１つずつのプローブを用いることが好適であり得る。ある いは、装置１００は、各搬送要素に対してプローブを１個だけ有し得るので、研 磨パッドが変化すると、プローブの角度をなした位置合わせもそれに応じて変化 する。 ここで、図４および図５を参照しながら、ハウジング３１０およびプローブ３ １２の構成を一次明色パッドについて説明する。好ましい実施態様によると、ハ ウジング３１０およびプローブ３１２は、研磨パッド１２６に対して約３０°か ら約６０°の角度、好ましくは約４５°の角度で適切に配置される。この角度は 、図４および図５では、角度Ａとして示される。同様に、プローブ３１２もまた 、パッド１２６の垂直軸から約３０°から約６０°、好ましくは約４５°に適切 に配置される。これは、図４および図５において、角度Ａ’として示される。 動作中、プローブ３１２は、白色光を搬送要素１２４（図４および図５には図 示していない）付近の研磨パッド１２６に対して適切に投射する。一次明色パッ ドの特性下では、反射光３４０は、図４に矢印３４０で示すように、実質的にあ らゆる方向にパッドから反射される。このように、プローブ３１２の受信器セン サは、反射光のいくらかを受け取る。スラリーの圧力、脱イオン水流によるリプ ル、空気の泡、搬送装置の振動、およびパッドの長期にわたる変色の結果、プロ ーブ３１２によって受け取られるエネルギーは、一般に、これらの要因が無 い場合に受け取られる光エネルギーの約５０％から約７５％である。パッドがよ り変色するにつれて、受け取られる光の量は減少する。明色パッドを用いると、 受け取られる光の量は、おそらく、５０％より多くは減少しない。 ここで、図５を参照すると、ウエハまたはウエハ断片が搬送要素からはずれる と、プローブ３１２から出射される白色光の少なくとも一部は、研磨パッドでは なく、ウエハまたはウエハ断片に接触する。本発明のこの局面によると、ウエハ の独特の反射特性のために、光エネルギーは、円錐形Ｃ−Ｃ’を実質的に規定す る光線３４２として図５に示されるより周密なパターンでウエハから上方に反射 される。本発明のこの局面によると、円錐形Ｃ−Ｃ’は、垂線から約２０°から ４０°、好ましくは、ウエハ３０６の垂線から約３０°にある。従って、プロー ブ３１２は、垂線から約４５°の角度（角度Ａ’）で方向づけられているので、 プローブは、ウエハから反射される光をあまり検出しない。プロセッサ３２４が 、ウエハによって反射される光がプローブによって受け取られないことを示す信 号を受信すると、プロセッサは、ウエハまたはウエハ断片が検出されたと判定し 、信号をＣＭＰコントローラ３２６に送信し、機械を停止する。 ここで、図６および図７を参照しながら、より暗い二次パッドの散乱特性につ いて説明する。本発明の本実施態様によると、ハウジング３１０およびプローブ ３１２は、パッドの面から約８０°から９０°および好ましくは約８５°（角度 Ｄ）、またはパッドの垂線から約０°から１０°および好ましくは約５° （角 度Ｄ’）に角度をなして方向づけられる。本発明のこの局面によると、白色光３ ４３は、搬送要素１２４（図６および図７には図示していない）付近のパッド１ ２６の表面に向けられる。二次パッドの暗い色合いのため、光エネルギーの大半 は吸収され、プローブ３１２は、検出したとしてもわずかな散乱しか検出しない 。さらに、プローブを約５°の角度で方向づけることによって、スラリーおよび 脱イオン水によって反射される光は、プローブの視野外にあるので、プローブが ほとんどまたはまったく散乱を検出しないことを確実にする。 ここで、図７を参照すると、ウエハまたはウエハ断片が、光３４３の視野内に あるとき、光は、上記のように、ウエハの垂線から約＋／−３０°の領域（円錐 形Ｃ−Ｃ’）に反射される。従って、プローブ３１２は、垂線からわずか約 ５°の角度をなして方向づけられるので、ウエハからの散乱光を受け取る。従っ て、プロセッサ３２４が反射光の存在を示す信号を受信すると、プロセッサは、 ウエハが存在すると判定し、信号をＣＭＰコントローラ３２６に送信し、機械を 停止する。 明るい研磨パッドの反射特性と暗い研磨パッドの反射特性とは、互いに異なる 傾向にあるので、異なるタイプのパッドが用いられると、ハウジング３１０およ びプローブ３１２の角度をなした方向付けもそれに従って調整され得ることに留 意されたい。 次に図８を参照して、本発明の別の実施形態によるプローブアセンブリ１２９ を典型的なＣＭＰ環境のコンテキストにおいて模式的に示す。広帯域光源を使用 する代わりに、プローブアセンブリ１２９は、調査信号８１４として使用される 実質的に単色の光ビームを出射するように構成された赤外ＬＥＤ発光器８１２と 、調査信号８１４に応答して生成される反射信号８１６を受信するように構成さ れた検出器８１５と、反射信号８１６を変換して、反射信号８１６に関連付けら れたアナログ電圧を有する制御信号８２０とするように構成された変換器８１８ とを好適に含む。制御信号８２０が任意の数の測定可能な電気的特性に関連付け られ得ること、および、制御信号８２０がアナログ信号ではなく、ディジタル表 記であってもよいことが理解されるべきである。 例示的な別の実施形態において、プローブアセンブリ１２９は、少なくとも発 光器８１２と、検出器８１５と、変換器８１８とをハウジング３１０内に収容し た一体構成要素である。プローブアセンブリ１２９は、発光器８１２が所望の光 信号を研磨パッド１２６の表面８２２に印加し得るように好適に選択される。上 記のように、調査信号８１４は、ＬＥＤ源によって生成される実質的に単色の赤 外光ビームであり得る。好適なプローブアセンブリ１２９の一例は、日本のSunx , Ltd.から市販されている（現在、部品番号ＲＳ−１２０ＨＦ−２−ＳＡＳ）。 本発明において、調査信号８１４を生成し、反射信号８１６を受信し、そして制 御信号８２０を生成することができる任意の適切なプローブアセンブリ１２９が 使用され得ることが当業者には理解されるであろう。 上記本発明の別の実施形態において、引き続き図８を参照して、発光器８１ ２は、研磨パッド１２６の上面８２２上のある領域に調査信号８１４を好適に指 向する。研磨パッド１２６、ウエハ断片（または他の異物）、スラリー等から反 射され得る反射信号８１６は、検出器８１５に送信され得る。検出器８１５は、 反射光エネルギーを受信する。後に、反射光エネルギーは、変換器８１８によっ て制御信号８２０に変換される。好ましくは、変換器８１８は、プロセッサ８２ ６に接続される。プロセッサ８２６は、制御信号８２０を処理して、研磨パッド １２６上の視野８２４内における異物の存在を示す出力信号８２８を生成するよ うに構成される。プロセッサ８２６が、（図３に関連して上記した）プロセッサ ３２４内に組み込まれていてもよく、あるいは、別の場合にはＣＭＰ機と協働す る別構成要素であってもよいことに留意されたい。以下により詳細に説明するよ うに、プロセッサ８２６は、制御信号８２０が所定範囲内のアナログ電圧レベル を有するときに出力信号８２８を生成する。 上記のように、プロセッサ８２６は、上記所定範囲内においてアナログ電圧が 測定されたときに視野８２４内の領域近傍における異物の存在を示す。結果的に 、上記所定範囲内においてアナログ電圧が測定されなかったときに、装置１００ が、視野８２４近傍における異物の存在を示すことはない。異物の存在を示す電 圧範囲は、好ましくは、様々な動作条件および環境下で複数の素材（例えば、半 導体ウエハ）について実験的な反射率試験を行うことによって確立される。この 電圧範囲は、プローブ１２９または装置１００の他の構成要素の動作仕様に従っ て選択することも可能である。上記所定範囲は、例えば、色、反射率、使用年数 (age)等の研磨パッド１２６の物理的特性からは実質的に独立したものであるこ とが理解されるべきである。さらに、上記電圧範囲がウエハの反射率に関連付け られているので、上記電圧範囲は、ＣＭＰ手順において使用される研磨スラリー の物理的特性から実質的に独立するように構成することもできる。 ＣＭＰ手順を行う前に、同様の実験的な試験によって、第１の反射率範囲を有 する第１の数の研磨パッドを示す比較的低い電圧範囲、および第２の反射率範囲 を有する第２の数の研磨パッドを示す比較的高い電圧範囲を確立し得る。例えば 、装置１００の好適な実施形態によれば、ウエハ検出のための所定電圧範囲は、 約６〜８ボルトであり、明色の研磨パッド１２６を示す電圧範囲は約６ボルト未 満 であり、暗色の研磨パッド１２６を示す電圧範囲は約８ボルトより高い。上記各 電圧範囲は、好ましくは、互いに重ならないように選択される。結果的に、実用 上、誤検出の可能性が低くなる。上記の例示的な電圧範囲が本発明の範囲を制限 するように意図されたものではなく、実際の電圧レベルは各用途毎に異なり得る ことに留意されたい。 装置１００は、ＣＭＰ平坦化手順の前に、現在の研磨パッド１２６の反射率特 性を確立するための初期トレーニング（training）手順を取り入れてもよい。こ のようなトレーニング手順は、摩耗、変色等に起因する研磨パッド１２６の反射 率の変動を補償するために所望であり得る。異なる研磨パッド１２６を時々使用 する場合に、上記トレーニング（または較正）手順は特に有用であり得る。例示 的なトレーニング手順は、トレーニング信号（調査信号８１４に類似）を研磨パ ッド１２６のある領域、例えば、視野８２４近傍に方向付けることを含む。トレ ーニング手順は、好ましくは、搬送要素１２４にウエハを結合していない状態で 行われ、従って、反射トレーニング信号（反射信号８１６に類似）は、研磨パッ ド１２６からの反射によって生成される。上記トレーニング手順を行う際に、意 図した動作環境をシミュレートするために存在するスラリー、水または他の「通 常」処理材料の量は任意の所望の量であり得ることは言うまでもない。 上記反射トレーニング信号は、検出器８１５によって検出され、変換器８１８ によって出力試験信号（出力信号８２０に類似）に変換される。以降、プロセッ サ８２６または任意の適切な演算デバイス（図示せず）によって、出力試験信号 に関連付けられた電圧範囲、即ち、現在の研磨パッドの反射率を示す電圧範囲が 確立され得る。上記電圧範囲は、統計分析を行うことによって、例えば、複数の 個別の試験測定またはサンプルにおける従来の平均化または予測アルゴリズムに よって好適に確立され得る。 図３〜図７に関連して上記した実施形態と同様、ウエハまたはウエハ断片が検 出されると、プロセッサ８２６は、好ましくは、ＣＭＰコントローラ３２６に出 力信号８２８を送る。次に、ＣＭＰコントローラ３２６はその直後に機械を停止 し得る。出力信号８２８は、代替的にまたは追加的に、デバイスに警告を発した り、あるいは、装置１００の様々な他の構成要素を制御してもよい。機械を停 止する代わりに、出力信号８２８は、損傷の可能性を低減または排除するように 、システムの適切な動作パラメータを好適に調節してもよい。好適な実施形態に おいて、発光器８１２および検出器８１５は、実質的に連続的な様式で動作し、 プロセッサ８２６は、適切なサンプリングレートで制御信号８２０をサンプリン グする。あるいは、研磨パッドの上面８２２をプローブアセンブリ１２９によっ てサンプリングしてもよく、サンプリングされた制御信号を後にプロセッサ８２ ６によって処理してもよい。好適な実施形態において、プロセッサ８２６は、約 １０００サンプル／秒の頻度で制御信号８２０をサンプリングする。以下により 詳細に説明するように、サンプリングレートは、所望の検出感度または他の用途 に特有のパラメータに従って変化し得る。 プロセッサ８２６は、変換器８１８から制御信号８２０を受信して、出力信号 ８２８を生成し得る任意の汎用コントローラを含み得る。好適な実施形態におい て、プロセッサ８２６は、制御信号を８２０を解釈して、これにより、ウエハま たはウエハ断片が研磨パッド１２６上に存在するかどうかを判定するように好適 に構成される。プロセッサ８２６は、使用する研磨パッド１２６およびスラリー の種類、または研磨している素材３０６の型(style)に関係なく、研磨パッド１ ２６の反射率特性と、研磨パッド１２６上に存在し得る異物の反射率特性とを区 別するように好適に構成される。従って、プロセッサ８２６は、スラリーおよび ／または脱イオン水が大量に存在する場合でも、研磨パッド１２６上におけるウ エハまたはウエハ断片の存在を検出するように調節される。特に好適な実施形態 において、プロセッサ８２６は、複数のディジタル処理構成要素（後述）を適切 に含む。 上記のように、プロセッサ８２６もまた、ＣＭＰコントローラ３２６に供給さ れ得る出力信号８２８を生成するように適切に構成される。好適な実施形態にお いて、出力信号８２８は、研磨パッド１２６上の素材（または他の異物）の有無 を示す２値信号である。しかし、出力信号８２８は、適切な情報をＣＭＰコント ローラ３２６に伝えるのに必要な研磨パッド１２６の表面８２２に関する任意の 適切な情報または特性を具現化し得ることが理解されるであろう。 図９Ａおよび図９Ｂを参照すると、プロセッサ８２６により採用される、例 示的な回路９００が概略図として示されている。図９Ａおよび図９Ｂは２つの類 似の処理回路を示すが、当業者は、プロセッサ８２６が、特に、装置１００によ り利用されるプローブ１２９の数または発光器８１２の数に依存して、任意の数 の処理回路を組み込み得ることを認識する。本明細書では明瞭さおよび簡潔さの ために、処理回路を１つのみ記載する。 回路９００は概して、少なくともアナログ−ディジタル変換器（ＡＤＣ）９０ ２と、電圧モニタリング要素９０４と、出力要素９０６とを含む。制御信号８２ ０は好適には、ＡＤＣ４０２に関連するアナログ入力９０８に供給される。好適 な実施形態において、アナログ入力９０８は、プロセッサ８２６を較正するよう に構成された較正回路９１０に適切に接続されている。それにより、制御信号８ ２０が異物を示すときに、ＡＤＣ９０２への入力９１２は実質的に所定の電圧範 囲内にあり得る。換言すると、較正回路９１０は適切には、特定のプローブ１２ ９により生成される制御信号８２０のレベルの変動、またはハードウェアの電気 的誤差による動作パラメータの小さい変動を補償するように調整され得る。図９ Ａおよび図９Ｂに示すように、較正回路９１０は、電圧分割器として機能する抵 抗器９１４および／または電位計９１６のネットワークを含み得る。あるいは、 較正回路９１０は様々な電気的構成要素により実現され多くの様式で構成され得 る。 較正回路９１０の出力、すなわち出力９１２は、プロセッサ８２６の検出感度 を制御するように適応された回路に接続され得る。好適な実施形態において、こ の回路は、入力９１２とＡＤＣ９０２に関連するアナログ接地との間に接続され ている２２マイクロファラッドのカプリングキャパシタ９１８により実現される 。カプリングキャパシタ９１８の精密な値は、プローブ１２９により生成される 任意のアナログ電圧スパイクを適切に減衰するように選択されている。例えば、 制御信号８２０は、スラリーまたは水の突然のフローまたはリプルなどの、ある 動作条件に応答して過渡特性を提示し得る。カプリングキャパシタ９１８は、入 力９１２の変化の速度を制御することにより、研磨パッド１２６の表面８２２上 の異物が誤って検出される可能性を適切に低減する。カプリングキャパシタ９１ ８は、プロセッサ８２６の検出感度の微調整を可能にするように調整され得る。 制御信号８２０から誘導され得る入力９１２は、ＡＤＣ９０２により適切にサ ンプリングされ、それにより多くの制御信号サンプル（図示せず）を生成する。 その後、アナログ制御信号サンプルは、ＡＤＣ９０２により、対応するディジタ ル語９２０に変換される。好適な実施形態は、Texas lnstrumentsより部品番号 ＡＤＣ０８０４ＬＣＮとして市販されている８ビットＡＤＣ９０２を採用する。 好適な実施形態において、回路９００は、ＡＤＣ９０２が約０．５ボルトのディ ジタル出力解像度を提供するように構成されている。図９Ａおよび図９Ｂに示す ように、ＡＤＣ９０２は、８つの出力ビット全てを利用する必要はなく、ディジ タル語９２０は好適には５ビット長である。 電圧モニタリング要素９０４は、少なくとも１つの出力ビットをＡＤＣ９０２ から受け取るように構成されている。要素９０４は好適には、各ディジタル語９ ２０をモニタすることにより、現在のディジタル語９２０が、ウエハ、ウエハ断 片または他の異物の検出に関連する所定の範囲内の電圧レベルを有する現在の制 御信号サンプルを示すかどうかを判定する。好適な実施形態において、要素９０ ４は、ＡＤＣ９０２の出力に適切に接続されている７４ＬＳ１１ＡＮＤゲートに より実現される。例えば、６〜８ボルトの範囲内の電圧をモニタする好適な構成 において、要素９０４は、２ボルトを表す出力ビットに関連する第１の入力と、 ４ボルトを表す出力ビットに関連する第２の入力とを含む。従って、現在のディ ジタル語９２０が少なくとも６ボルトであるが８ボルト未満であるアナログ電圧 を表すとき、要素９０４の出力は論理ハイである。現在のディジタル語９２０が ６ボルト未満または８ボルトを越えるアナログ電圧を表すとき、要素９０４の出 力は論理ローである。要素９０４は、特定の用途のために必要であれば追加の又 は代わりの構成要素を採用し得る。 電圧モニタリング要素９０４の出力９２２は好適には、出力要素９０６の入力 に接続されている。上述したように、出力９２２は、１ビットの２進信号であり 得る。出力要素９０６は、所定数の連続ディジタル語が、それぞれの制御信号サ ンプルが所定の異物検出範囲内の電圧レベルを有することを示すときに、出力信 号８２８（図８を参照のこと）が生成されるように構成されている。従って、出 力要素９０６は、誤検出、すなわち、反復可能な制御信号８２０が測定される ときにプロセッサ８２６が出力信号８２８を生成する可能性を低減する、信頼で きる手段を提供する。 図９Ａおよび図９Ｂに示す、例示的な実施形態において、出力要素９０６は、 ７４ＬＳ３０ＮＡＮＤゲート９２６に接続された８ビットシフトレジスタ９２４ を採用している。Texas Instrumentsから部品番号７４ＬＳ１６４として市販さ れているシフトレジスタ９２４は、従来の様式で、ディジタル出力９２２が８つ の連続サンプルに対して論理ハイであるときにのみ、８つの出力ビットの全てが 論理ハイになるように動作する。このような状態に応答して、ＮＡＮＤゲート９ ２６は、出力信号８２８に対する論理ロー状態を生成する。出力信号８２８は直 接、ＣＭＰコントローラ３２６またはさらなる処理のための任意の適切な回路（ 図示せず）に接続され得る。 本発明の範囲から逸脱することなく、ディジタル処理の当業者に公知の様々な 様式で、様々な論理状態が反転または変更され得ることが理解されるべきである 。さらに、図９Ａおよび図９Ｂに示す様々な構成要素は、別個の要素である必要 はなく、本発明は回路９００の目的のために、任意の数のＩＣ、ＡＳＩＣまたは 他の半導体チップを利用し得る。ディジタル信号処理の当業者はさらに、回路９ ００の機能性が図９Ａおよび図９Ｂに示すハードウェア実行ではなくむしろソフ トウェアプログラミング命令により実現され得ることを認識する。 プローブアセンブリ１２９の動作および構成、並びに特に発光器プローブ８１ ２からの光信号を解釈する、例示的な方法を図８に関連して述べる。 簡単に上述したように、異なるタイプの研磨パッド１２６は、異なる反射特性 を示す。これも上述したように、プローブ１２９は望ましくは、研磨パッド１２ ６の表面８２２に対して角度を有する位置にある。プローブ１２９および特に発 光器８１２は、調査信号８１４が、表面８２２に対して１０度と２０度との間の 角度８３２、好適には約１５度の角度で研磨パッド１２６の方向に向けられるよ うに位置づけられている。整合角は、研磨パッド１２６の光学特性、検出される べき異物、またはプローブ１２９自体に応じて選択され得る。プローブ１２９の 使用は、本発明が、様々な条件下で且つ多くの異なる研磨パッド１２６で、角度 ８３２を調整する必要なく、一貫性をもって動作することを可能にする。 動作において、発光器８１２は適切には、実質的に単色の光を搬送要素１２４ 近傍の研磨パッド１２６に投影する。研磨パッド１２６の特性を与えられると、 反射信号８１６がパッドから概して検出器８１５の方向に反射される。図３に関 連して上述したように、光量は図８に図示しない様々な方向に反射され得ること 、および検出器８１５は、研磨パッド１２６からの反射光の一部を受け取るのみ であり得ることが理解されるべきである。ウエハまたはウエハ断片が搬送要素１ ２４から外された場合、研磨パッド１２６の場合とは異なり、発光器８１２から 出射される調査信号８１４の少なくとも一部がウエハまたはウエハ断片に接触す る。本発明のこの局面によると、ウエハの（研磨パッド１２６とは）異なる反射 特性のために、反射信号８１６内に含まれる光エネルギーの量は、研磨パッド１ ２６のみから反射される量とは異なる。プロセッサ８２６が、研磨パッド１２６ からではなくウエハからの反射信号８１６に応答して制御信号８２０を受信する と、プロセッサは、ＣＭＰコントローラ３２６への出力信号８２８を生成するこ とにより、機械を停止するか又は他の訂正作用を開始する。 本明細書において本発明を添付の図面を参照して述べたが、本発明は図示する 特定の形態に限定されないことが理解される。本発明の実施において、部品、構 成要素および処理工程の選択および構成において様々な改変がなされ得る。例え ば、光源、コントローラ、発光器、検出器、変換器およびプロセッサは模式的に 図示されているが、プローブのみが素材および研磨パッド近傍に設けられる必要 があること、並びに、プロセッサおよび他の構成要素は所望であれば素材から離 れて設けられ得ることが理解される。これら及び他の改変が、本発明を実施する 様々な構成要素の設計および構成において、添付の請求の範囲に記載する本発明 の思想および範囲から逸脱することなく、なされ得る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＤＥ，ＧＢ，ＪＰ，Ｋ Ｒ，ＳＧ (72)発明者 バーテルス，アンソニー エル. アメリカ合衆国 アリゾナ 85022，フェ ニックス，イー．グローバーズ ナンバー 64 815 (72)発明者 リン，ワレン アメリカ合衆国 カリフォルニア 94539, フレモント，ランチョ ヒグエラ 46941

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．化学機械的研磨（ＣＭＰ）手順中に研磨パッド上に素材が存在するかどう かを検出する装置であって、 ＣＭＰ機に関連する研磨パッドの近くに配置されるプローブアセンブリであっ て、少なくとも１つの素材が該研磨パッド上で処理されるとき、該研磨パッドの 表面と断続的な光学的な連絡を確立するように配置されるプローブアセンブリと 、 入力光信号を該表面の一領域に向けるように構成された光源と、 該入力信号に関連する散乱光応答の一部分を捕捉するように構成された受信器 と、 該散乱光応答の該部分を処理し、該表面上の該領域内に素材が存在するかどう かを示す出力を生成するように構成されたプロセッサと、 を備えた装置。 ２．前記プロセッサが、前記散乱光応答の前記部分をアナログ電気信号に変換 する光検出器を備えている、請求項１に記載の装置。 ３．前記プロセッサが、前記アナログ電気信号をディジタル信号に変換するア ナログ−ディジタル変換器をさらに備えている、請求項２に記載の装置。 ４．前記プロセッサが、前記アナログ−ディジタル変換器からの前記ディジタ ル信号を分析して、前記表面上の前記領域内に素材が存在するかどうかを判定す るコントローラをさらに備えている、請求項３に記載の装置。 ５．前記研磨パッドが明色研磨パッドである、請求項１に記載の装置。 ６．前記光源と前記受信器とが、前記研磨パッドから約４５°の角度で該研磨 パッドに向けられる、請求項５に記載の装置。 ７．前記研磨パッドが暗色着色研磨パッドである、請求項１に記載の装置。 ８．前記光源と前記受信器とが、前記研磨パッドから約８５°の角度で該研磨 パッドに向けられ、これにより湿潤表面効果をなくす、請求項７に記載の装置。 ９．化学機械的研磨（ＣＭＰ）手順中に研磨パッド上に素材が存在するかどう かを検出する装置であって、 ＣＭＰシステムに関連する研磨パッドの近くに配置されるプローブアセンブリ であって、少なくとも１つの素材が該研磨パッド上で処理されるとき、該研磨パ ッドと断続的な光学的な連絡を確立するように配置されるプローブアセンブリと 、 入力光信号を該研磨パッドの表面に向けるように構成されたタングステンハロ ゲン光源と、 該入力信号に関連する散乱光応答の一部分を捕捉するように構成された受信器 と、 該散乱光応答の該部分を処理し、該研磨パッド上で素材が外れているか、破壊 しているか、または不整列であることを示す出力を生成するように構成されたプ ロセッサと、 を備えた装置。 １０．化学機械的研磨（ＣＭＰ）手順中に研磨パッド上に素材が存在するかど うかを検出する装置であって、 ＣＭＰシステムに関連する研磨パッドの近くに配置されるプローブアセンブリ であって、少なくとも１つの素材が該研磨パッド上で処理されるとき、該研磨パ ッドと断続的な光学的な連絡を確立するように配置されるプローブアセンブリと 、 入力光信号を該研磨パッドの表面に向けるように構成された光源と、 該入力信号に関連する散乱光応答の一部分を捕捉するように構成された受信器 と、 該散乱光応答の該部分を処理し、該研磨パッド上で素材が外れているか、壊れ ているか、または不整列であることを示す出力を生成するように構成されたプロ セッサと、 該プロセッサに作動的に接続されるＣＭＰコントローラであって、該出力に応 答して該ＣＭＰシステムが処理を停止するように仕向ける、ＣＭＰコントローラ と、 を備えた装置。 １１．前記プロセッサが、前記表面上の前記領域内で素材が外れているか、壊 れているか、または不整列であるかどうかを示す出力を生成するように構成され る、請求項１に記載の装置。 １２．前記プロセッサが、前記表面上の前記領域内に素材が存在することを示 す第１の出力を生成するように構成され、 該プロセッサが、該表面上の該領域内に素材が存在しないことを示す第２の出 力を生成するように構成される、請求項１に記載の装置。 １３．前記入力光信号が、約３５０ナノメートルから約２０００ナノメートル の範囲内の波長を有する、請求項１に記載の装置。 １４．前記表面上の前記領域が、前記ＣＭＰシステムに関連する素材搬送装置 に隣接するが、該搬送装置から分離している、請求項１に記載の装置。 １５．前記プロセッサがさらに、前記研磨パッド上に存在するスラリーの反射 特性とは独立した方法で前記出力を生成するように構成される、請求項１に記載 の装置。 １６．前記入力光信号が白色光信号を含む、請求項１に記載の装置。 １７．処理要素と該処理要素に対して素材を保持するように構成された搬送要 素とを有する素材処理システムにおいて、該素材処理システムの作動中に該処理 要素上に異物が存在するかどうかを検出する方法であって、 調査信号を、該搬送要素の近くの該処理要素の一領域に向けるステップと、 該調査信号に応答して生成される反射信号を検出するステップと、 該反射信号を制御信号に変換するステップと、 該制御信号が所定の範囲内で測定されるとき、該領域近くに該異物が存在する ことを示すステップと、 該制御信号が該所定の範囲内で測定されないとき、該領域近くに該異物が存在 することを示さないステップと、 を包含する方法。 １８．前記調査信号が、実質的にモノクロの光源によって生成される、請求項 １７に記載の方法。 １９．前記光源が赤外ＬＥＤ発光器である、請求項１８に記載の方法。 ２０．前記示すステップが、前記素材が前記搬送要素から外れるときを示し、 また前記異物が該素材を含む、請求項１７に記載の方法。 ２１．前記処理要素が、比較的平坦な研磨表面を有する研磨パッドを含み、前 記向けるステップが、前記調査信号を該研磨表面に対して１０から２０度の間の 角度に向ける、請求項１７に記載の方法。 ２２．前記示すステップに応答して前記素材処理システムの動作パラメータを 調整するステップをさらに包含する、請求項１７に記載の方法。 ２３．前記制御信号が関連するアナログ電圧を有し、また前記方法が、 第１の反射率範囲を有する第１の数の処理要素を示す、該アナログ電圧の第１ の範囲を確立するステップと、 該アナログ電圧のための該所定の範囲を、該所定の範囲が前記異物を示すよう に確立するステップと、 第２の反射率範囲を有する第２の数の処理要素を示す、該アナログ電圧の第２ の範囲を確立するステップと、 をさらに包含する、請求項１７に記載の方法。 ２４．前記素材処理システムが、平坦化手順を行うように構成された化学機械 的平坦化（ＣＭＰ）システムを含み、また前記方法が、 該平坦化手順の前に前記搬送要素の近くの前記処理要素の前記領域にトレーニ ング信号を向けるステップと、 該トレーニング信号に応答して生成される反射トレーニング信号を検出するス テップと、 該反射トレーニング信号を、アナログ電圧を有する出力試験信号に変換するス テップと、 該出力試験信号の該アナログ電圧の範囲を確立するステップであって、該範囲 は該処理要素の反射率を示す、ステップと、 をさらに包含する、請求項１７に記載の方法。 ２５．研磨パッドと該研磨パッドに対して素材を保持するように構成された搬 送要素とを有する化学機械的平坦化（ＣＭＰ）システムにおいて、平坦化手順中 に該研磨パッド上に異物が存在するかどうかを検出する装置であって、 該平坦化手順中に該搬送要素の近くの該研磨パッドの一領域との間の光学的な 連絡を確立するために、調査信号を生成する手段と、 該調査信号に応答して生成される反射信号を受信するように構成された検出器 と、 該反射信号をアナログ電圧を有する制御信号に変換する手段であって、該検出 器と通信する該変換手段と、 該変換手段に接続されるプロセッサであって、該制御信号を処理し、該アナロ グ電圧レベルが所定の範囲内であるとき該領域の近くに該異物が存在することを 示す出力を生成するように構成されたプロセッサと、 を備えた装置。 ２６．前記生成する手段が、赤外ＬＥＤ発光器を含む、請求項２５に記載の装 置。 ２７．前記研磨パッドが比較的平坦な研磨表面を有し、また前記生成する手段 が、前記調査信号が該研磨表面に対して１０から２０度の間の角度で該研磨表面 の方に向けられるように配置される、請求項２５に記載の方法。 ２８．前記プロセッサが、 前記制御信号をサンプリングし、これにより多数の制御信号サンプルを生成し 、該制御信号サンプルを対応する数のディジタル語に変換するように構成された アナログ−ディジタル変換器（ＡＤＣ）と、 現在のディジタル語が、前記所定の範囲間の電圧レベルを有する現在の制御信 号サンプルを示すかどうかを判定するために、該ディジタル語のそれぞれをモニ タする手段と、を備えている、請求項２５に記載の装置。 ２９．前記プロセッサが、前記出力を生成する手段をさらに備え、該生成する 手段が、前記ディジタル語の所定数の連続ワード数が、前記所定範囲間の前記電 圧レベルを有する制御信号サンプルを示すとき前記出力が生成されるように構成 される、請求項２８に記載の装置。 ３０．前記プロセッサの検出感度を制御する手段をさらに備え、該制御する手 段が前記ＡＤＣのアナログ入力に接続される、請求項２８に記載の装置。 ３１．前記制御信号が前記異物を示すとき、前記ＡＤＣへの入力が実質的に前 記所定の範囲内であるように前記プロセッサを較正する手段をさらに備え、該較 正する手段が、該制御信号を受信し、該ＡＤＣのアナログ入力に接続される、請 求項２８に記載の装置。 ３２．前記所定の範囲が、前記研磨パッドの物理的特性から実質的に独立して いる、請求項２５に記載の装置。 ３３．前記平坦化手順が、前記研磨パッド上に配置される研磨スラリーを用い 、前記電圧範囲が該研磨スラリーの物理的特性から実質的に独立している、請求 項３２に記載の装置。 ３４．素材処理システムで利用される処理要素の一領域に向けられる調査信号 に応答して生成される反射信号に関連する制御信号を処理するプロセッサ回路で あって、 該制御信号をサンプリングし、これにより多数の制御信号サンプルを生成し、 該制御信号サンプルを対応する数のディジタル語に変換するように構成されたア ナログ−ディジタル変換器（ＡＤＣ）と、 現在のディジタル語が、所定の範囲間の電気的特性を有する現在の制御信号サ ンプルを示すかどうかを決定するために、該ディジタル語のそれぞれをモニタす る手段と、 該ディジタル語の所定数の連続ワードが該所定の範囲間の該電気的特性を有す る制御信号サンプルを示すとき、該領域の近くに異物が存在することを示す出力 を生成する手段と、 を備えたプロセッサ回路。 ３５．前記制御信号が前記異物を示すとき、前記ＡＤＣへの入力が実質的に前 記所定の範囲内であるように前記プロセッサ回路を較正する手段をさらに備え、 該較正する手段が、該制御信号を受信し、該ＡＤＣのアナログ入力に接続される 、請求項３４に記載のプロセッサ回路。 ３６．前記プロセッサ回路の検出感度を制御する手段をさらに備え、該制御する 手段が前記ＡＤＣのアナログ入力に接続される、請求項３４に記載のプロセッサ 回路。