JP2005517290A - 渦電流モニタリングシステムを備えた化学機械的研磨の為の方法及び装置 - Google Patents

Abstract

研磨システム（２０）は、回転可能なプラテン（２４）、そのプラテンに固定された研磨パッド（３０）、その研磨パッドに対し基板を保持する為のキャリアヘッド（１０）、コイル又は強磁性体を含む渦電流モニタシステムであって、上記研磨パッドを少なくとも部分的に貫通して延びる上記システムを有することが可能である。研磨パッドは、研磨層、コイルまたは研磨層であって、強磁性体に固定されたものを有することが可能である。

Description

背景

この発明は、化学機械的研磨中金属層をモニタする為の方法及び装置に関する。

集積回路は、通常、シリコンウエハ上の導電層、半導体層、絶縁層の連続堆積により、基板上に形成される。ある製造ステップは、平坦でない表面を覆って充填層を堆積すること、平坦でない表面が露出するまで充填層を平坦化すること、に包含する。例えば、導電性充填層は、その絶縁層内のトレンチやホールを充填する為に、パターン化された絶縁層上に堆積可能である。充填層は、その後、その絶縁層の隆起したパターンが露出するまで研磨される。平坦化の後、絶縁層の隆起したパターン間に残る導電層の一部は、バイア、プラグ、ラインであって、上記基板上の薄膜回路間の導電路を与えるものを形成する。さらに、平坦化は、フォトリソグラフィ用基板表面を平坦化する為に必要である。

化学機械的研磨（ＣＭＰ）は、許容された平坦化法の一つである。この平坦化法は、通常、基板をキャリア又は研磨ヘッド上に取り付けることが必要である。基板の露出表面は、回転する研磨ディスクパッドまたはベルトパッドに対して配置される。研磨パッドは、「標準」パッド又は固定研磨材パッドのいずれかである。標準パッドは、耐久性のある粗い表面を有するが、固定研磨材パッドは、包含媒体内に保持された研磨材粒子を有する。キャリアヘッドは、制御可能な荷重を基板上に提供し、基板を研磨パッドに押し付ける。研磨スラリは、少なくとも一つの化学反応剤、標準パッドが使用されるのであれば研磨材粒子を含み、研磨パッドの表面に供給される。

ＣＭＰの一つの課題は、研磨処理が完了するか、即ち、基板層が所望の平坦戸又は厚みで平坦化されたか、或いは、いつ、所望の量の材料が除去されたか、を決定することである。導電層または膜の過剰研磨（除去過ぎ）は、回路抵抗の増加を導く。一方、導電層の不完全研磨（除去不足）は、電気的短絡を導く。基板層の初期厚み、スラリ組成、研磨パッドの状態、研磨パッド及び基板間の相対速度、基板上の荷重におけるバラツキは、材料の除去速度のバラツキを引き起こす。これらのバラツキは、研磨終了点に達するのに必要な時間のバラツキを引き起こす。よって、研磨終了点は、単に、研磨時間の関数として決定することができない。

研磨終了点を決定する一つの方法は、例えば光学的または電気的センサを用いて、現場で基板の研磨をモニタすることである。一つのモニタリング技術は、磁界を用いて金属層内の渦電流を誘導し、金属層が除去されるにつれて磁束の変化を検出することである。要約すると、渦電流により発生された磁束は、励起磁束線と反対方向である。この磁束は、渦電流に比例し、渦電流は金属層の抵抗に比例し、金属層の抵抗は層の厚みに比例する。そのため、金属層の厚みの変化は、渦電流により生み出された磁束の変化を生じる。この磁束の変化は、一次コイル内の電流変化を誘発し、それは、インピーダンスの変化として測定可能である。したがって、コイルのインピーダンスの変化が金属層の厚みの変化を反映する。

概要

一態様において、本発明は、研磨表面を備えた研磨パッド、研磨パッドの研磨表面に対して基板を保持する為のキャリア、コイルを含む渦電流モニタリングシステムを有する研磨システムに向けられている。コイルは、基板の向かい合う研磨表面の一側部に位置決めされており、研磨パッドを少なくとも部分的に通って延びている。

本発明の実施例は、以下の特徴のうち、１以上を含んでもよい。研磨パッドは、その底部表面に形成された凹部を含み、コイルは、その凹部内に少なくとも部分的に位置決めされてもよい。コイルは、研磨パッドに固定され、例えば、研磨パッド内に埋め込まれている。コイルは、コアの周りに巻き付けられてもよい。コイルは、光学的モニタリングシステムの透過性ウインドウを少なくとも部分的に通って延びていてもよい。研磨パッドは、プラテンの最上面に取り付けられ、コイルがプラテンにより支持されてもよい。

他の態様において、本発明は、研磨表面を備えた研磨パッド、研磨パッドの研磨表面に対して基板を保持する為のキャリア、強磁性体を含む渦電流モニタリングシステムを有する研磨システムに向けられている。強磁性体は、基板の向かい合う研磨表面の一側部上に位置決めされており、研磨パッドを少なくとも部分的に通って延びている。

本発明の実施例は、以下の特徴のうち、一つ以上を含んでもよい。凹部は、研磨パッドの底部表面内に形成され、その凹部内に強磁性体が位置決めされてもよい。研磨パッドは、プラテンに付けられ、そのプラテンにより強磁性体が支持されてもよい。間隙は、強磁性体を研磨パッドから分離してもよい。研磨パッドは、それを通って形成されたアパーチャを含み、そのアパーチャ内に強磁性体が位置決めされてもよい。渦電流モニタリングシステムのコアは、研磨パッドがプラテンに固定されるとき、強磁性体と整列されてもよい。強磁性体は、光学モニタリングシステムの透過性ウインドウを少なくとも部分的に通って延びてもよい。強磁性体は、例えば、ポリウレタンエポキシを用いること、又は研磨パッド内に埋め込まれることにより、研磨パッドに固定されてもよい。コイルは、強磁性体の周りに巻かれてもよい。コイルは、研磨パッドを少なくとも部分的に通って延びてもよい。強磁性体は、研磨パッドに対し付勢されてもよい。

他の態様において、本発明は、研磨表面を有する研磨パッド、内部に形成された凹部を備えたバッキング表面、その凹部内に少なくとも部分的に位置決めされた誘導コイルを含む渦電流モニタリングシステムを含む、研磨システムに向けられている。

他の態様において、本発明は、研磨表面を有する研磨パッド、内部に形成された凹部を備えたバッキング表面、その凹部内に少なくとも部分的に位置決めされた強磁性体を含む渦電流モニタリングシステムを含む、研磨システムに向けられている。

他の態様において、本発明は、研磨表面を備えた研磨層、その研磨層内の固体透過性ウインドウを有する、研磨パッドに向けられている。透過性ウインドウは、研磨表面と実質的に同一平面にある最上面と、内部に少なくとも一つの凹部を備えた底部表面とを有する。

本発明の実施例は、以下の特徴のうち、一つ以上の特徴を含んでもよい。透過性ウインドウは、ポリウレタンで形成されてもよい。バッキング層は、研磨表面の向かい合う研磨層の側部に位置決めされてもよい。アパーチャは、バッキング層内に形成され、ウインドウと整列されてもよい。

他の態様において、本発明は、研磨層と、その研磨層に固定された誘導コイルとを有する、研磨パッドに向けられている。

本発明の実施例は、以下の特徴のうち、１つ以上を含んでもよい。誘導コイルは、研磨パッド内に埋め込まれてもよい。凹部は、研磨パッドの底部表面内に形成され、コイルは、その凹部内に位置決めされてもよい。コイルは、研磨層の表面に対し直交する主軸で位置決めされてもよい。コイルは、研磨層の表面に対し０°より大きく９０°未満の角度の主軸で位置決めされてもよい。

他の態様において、本発明は、研磨層と、その研磨層に固定された強磁性体と、を備えた研磨パッドに向けられている。

本発明の実施例は、以下の特徴のうち、一つ以上を含んでもよい。研磨層は、その底部表面内に形成された凹部を含み、強磁性体は、その凹部内で位置決めされてもよい。研磨層は、複数の凹部を含み、複数の強磁性体は、凹部内で位置決めされてもよい。研磨層は、そこを通って形成されたアパーチャを含んでもよく、強磁性体は、そのアパーチャ内で位置決めされてもよい。プラグは、そのアパーチャ内で強磁性体を保持してもよい。プラグは、研磨層の表面と実質的に同一平面の最上面を有してもよい。強磁性体の位置は、研磨層の表面に関して調節可能でもよい。強磁性体の最上面は、研磨環境に露出されてもよい。強磁性体は、研磨層の表面と直交する縦軸で位置決めされてもよいし、強磁性体は研磨層の表面に対し０°より大きく９０°未満の角度の縦軸で位置決めされてもよい。強磁性体は、エポキシで研磨層に固定されてもよい。透過性ウインドウは、研磨層を通って形成されてもよいし、強磁性体は、その透過性ウインドウに固定されてもよい。凹部又はアパーチャは、透過性ウインドウ内に形成されてもよい。コイルは、強磁性体の周りに巻かれてもよい。

他の態様において、本発明は、基板受容面と、基板受容面の後ろの強磁性体とを有する研磨システム用キャリアヘッドに向けられている。

他の態様において、本発明は、研磨方法に向けられている。当該方法は、研磨パッドの研磨表面に基板を接触させるステップ、誘導コイルが研磨パッドを少なくとも部分的に通って延びるように基板の向かい合う研磨表面の側部で誘導コイルを位置決めするステップ、基板と研磨パッドとの間に相対運動を引き起こすステップ、誘導コイルを使用して磁界をモニタするステップを含む。

他の態様において、本発明は、研磨方法に向けられている。当該方法は、研磨パッドの研磨表面に基板を接触させるステップ、誘導コイルが研磨パッドを少なくとも部分的に通って延びるように基板の向かい合う研磨表面の側部で強磁性体を位置決めするステップ、基板と研磨パッドとの間に相対運動を引き起こすステップ、強磁性体と磁気結合される誘導コイルを使用して磁界をモニタするステップを含む。

他の態様において、本発明は、研磨パッドを製造する方法に向けられている。当該方法は、固体透過性ウインドウの底部表面に凹部を形成するステップ、固定透過性ウインドウの最上面が研磨パッドの研磨表面と実質的に同一平面になるように、研磨層内に固定透過性ウインドウを設置するステップを含む。

本発明の実施例は、以下の特徴のうち、１以上を含んでもよい。凹部を形成するステップは、凹部を機械加工する工程またはウインドウを成型する工程を含んでもよい。ウインドウを設置するステップは、研磨層内でアパーチャを形成する工程および例えば接着剤で当該アパーチャ内で当該ウインドウを固定する工程を含んでもよい。

以下、添付図面を参照して本発明に係る一以上の実施形態の詳細を説明する。本発明の他の特徴、目的、利点は、説明及び図面、更に、請求項から明らかになろう。

詳細な説明

図１Ａを参照すると、１以上の基板１０がＣＭＰ装置２０により研磨可能になっている。適切な研磨装置２０の説明は、米国特許第５７３８５７４号で見つけられ、それが参考の為に本願に組み込まれる。

研磨装置２０は、回転可能なプラテン２４を含み、このプラテン２４上で研磨パッド３０が配置されている。研磨パッド３０は、堅い耐久性のある外部層３２と、柔らかいバッキング層３４を備えた２層研磨パッドでもよい。研磨ステーションは、また、研磨パッドが効果的に基板を研磨するように研磨パッドの状態を維持する為にパッドコンディショナ装置を含んでもよい。

研磨ステップ中、液体とｐＨアジャスターを含むスラリ３８は、スラリ供給ポート又はスラリ／リンス結合アーム３９により、研磨パッド３０の表面に供給されてもよい。スラリ３８は、また、研磨材粒子を含んでもよい。

基板１０は、キャリアヘッド７０により研磨パッド３０に対して保持される。キャリアヘッド７０は、カルーセルのような支持構造体７２から吊り下げられ、キャリアヘッドが軸７１の周りを回転できるように、キャリア駆動シャフト７４によりキャリアヘッド回転モータ７６に連結されている。さらに、キャリアヘッド７０は、ラジアルスロットが形成された支持構造体７２内で側方に振動可能である。適切なキャリアヘッド７０の説明は、２０００年３月２７日に出願された米国特許出願第０９／４７０８２０、０９／５３５５７５で見つけることができるが、その全体の開示内容は参考のため本願に組み込まれる。操作中、プラテンは、その中心軸２５の周りに回転され、キャリアヘッドは、その中心軸７１の周りで回転し、研磨パッドの表面を横切り側方に平行移動される。

凹部２６は、プラテン２４内に形成され、現場のモニタリングモジュール５０は、凹部２６内に適合する。透過性ウインドウ３６は、モジュール５０の一部を覆って適合する。透過性ウインドウ３６は、研磨パッド３０の最上面と同一平面に横たわる最上面を有する。モジュール５０とウインドウ３６は、プラテンの一部の回転中、これらが基板１０の下を通過するように位置決めされている。

透過性ウインドウ３６は、モジュール５０自体の一体化された一部でもよく、或いは、研磨パッド３０の一体化された一部でもよい。前者の場合、研磨パッドは、アパーチャを備えて形成可能であり、アパーチャは、ウインドウの寸法と合致する。研磨パッドが組み込まれるとき、アパーチャはウインドウの周囲に適合する。後者の場合、研磨パッドは、ウインドウがモジュール５０と整列されるようにプラテン２４上に配置可能である。透過性ウインドウ３６は、比較的、純粋なポリマー又はポリウレタン（例えば、充填材なく形成されたもの）あるいは、ウインドウは、テフロン又はポリカーボネートで形成可能である。一般的に、ウインドウ３６の材料は、非磁性か非導電性である。

イン・シトゥーモニタリングモジュール５０は、イン・シトゥー渦電流モニタリングシステム４０と光学的モニタリングシステム１４０とを含む。光学的モニタリングシステム１４０は、詳細に説明されてないが、レーザのような光源１４４、検出器１４６を含む。光源は、光ビーム１４２を発生し、光ビームは透過性ウインドウ３６とスラリを通って伝播し、基板１０の露出表面に衝突する。基板により反射された光は、検出器１４６により検出される。一般に、光学的モニタリンスシステムは、１９９８年１１月２日に出願された米国特許出願第０９／１８４７７５および１９９８年１１月２日に出願された０９／１８４７６７号に記載されたように機能するが、これらの全体の開示内容は参考のため本願に組み込まれる。

渦電流モニタリングシステム４０は、プラテンと共に回転する為に凹部２６内に位置決めされたコア４２を含む。駆動コイル４４は、コア４２の第１部分の周りに巻かれ、感知コイル４６はコア４２の第２部分の周りに巻かれている。操作中、オシレータ４２は、駆動コイル４４にエネルギを与え、コア４２の本体を通して延びる発振磁界４８を発生させる。磁界４８の少なくとも一部は、基板１０に向かってウインドウ３６を通って延びている。もし、金属層が基板１０上に存在する場合、発振磁界４８が渦電流を発生させる。渦電流は、誘導された磁界に対し反対方向で磁束を生み出し、この磁束は第１次または感知コイル内で逆電流を駆動電流に対し反対方向に誘導する。結果として生じる電流変化は、コイルのインピーダンスの変化として測定可能である。金属層の厚みが変わるので、金属層の抵抗が変わる。そのため、渦電流の強度と、渦電流により誘導された磁束も変化し、一次コイルのインピーダンスに対する変化が生じる。これらの変化をモニタすることにより（例えば、コイル電流の振幅または駆動コイル電流の位相に対するコイル電流の位相を測定することにより）、渦電流センサモニタは、金属層の厚みの変化を検出することができる。

渦電流モニタリングシステムの為の駆動システムと感知システムは、詳細に説明されないが、適切なシステムの説明は、２０００年２月１６日に出願された米国特許出願第０９／５７４００８および２００１年７月２７日に出願された米国特許出願第０９／９１８５９１にて見つけられ、これらの全体の開示内容は参考のため本願に組み込まれる。

光学的及び渦電流モニタリングシステムの様々な電気的構成要素は、モジュール５０内に配置された印刷回路基板１６０上に配置可能である。プリント回路板１６０は、反応マイクロプロセッサ又は用途特定集積回路のような回路を含み、渦電流感知システム及び光学的モニタリングシステムからの信号をデジタル信号に変換してもよい。

前述したように、渦電流モニタリングシステム４０は、凹部２６内に位置決めされたコア４２を含む。コア４２を基板に近く位置決めすることにより、渦電流モニタリングシステムの空間分解能が改善される。

図１Ａを参照すると、コア４２は、非導電性強磁性体材料（例えば、フェライト）で形成されたＵ字状本体でもよい。駆動コイル４４は、コア４２の底部段の周りに巻かれ、感知コイル４６は、コア４２の２つのプロング４２ａ、４２ｂの周りに巻かれている。例示的な実施例において、各プロングは、約４．３ｍｍ×６．４ｍｍの横断面を有し、プロングが、約２０．５ｍｍ離れていてもよい。他の例示的な実施例において、各プロングは約１．５ｍｍ×３．１ｍｍの横断面を持ち、プロングは約６．３ｍｍ離れてもよい。コアに対する適切な大きさと形状は、実験的に決定できる。しかし、コアの大きさを小さくすることにより、結果として生じる磁界は小さくなり、基板上の小領域しかカバーしないことに注意すべきである。したがって、渦電流モニタリングシステムの空間分解能は、改善可能である。適した巻き構成とコア構成も同様に実験的に決定可能である。

透過性ウインドウ３６の下部表面は、研磨パッドにおける２つの薄い区分５３を与える２つの矩形窪み５２を含む。コア４２のプロング４２ａ、４２ｂは、これらが研磨パッドを部分的に通過するように、窪み５２内に延びている。この実施形において、研磨パッドは、ウインドウの下部表面内に予め形成された凹部を備えて製造可能である。研磨パッド３０がプラテンに固定されるとき、ウインドウ３６は、プラテン内の凹部２６を覆って適合し、凹部５２は、コアのプロングの端部を覆って適合する。そのため、コアは、プロング４２ａ、４２ｂが実際にプラテン２４の最上面の平面を超えて突き出すように支持構造体により保持可能である。コア４２を基板に近く位置決めすることにより、磁界は広がらず、空間分解能は改善される。

凹部は、固体ウインドウ片の底部表面に凹部を機械加工することにより、或いは、凹部を備えたウインドウを成型（例えば、射出成型、圧縮成型）することにより、形成可能であるが、ウインドウの材料は、凹部を形成する窪みを備えた成型内で硬化または凝結する。いったん、ウインドウが製造されると、それは研磨パッドに固定可能である。例えば、アパーチャは、上部研磨層内に形成可能であり、ウインドウは接着材（例えば、接着剤または接着材）を用いて当該アパーチャ内に挿入可能である。あるいは、ウインドウがアパーチャ内に挿入され、液体ポリウレタンがウインドウとパッド間の隙間に注がれ、その液体ポリウレタンが硬化されることも可能であろう。研磨パッドが２つの層を含むと仮定すると、ウインドウ３６に整列するバッキング層内にアパーチャが形成可能であり、ウインドウの底部は接着材を用いてバッキング層の露出端部に付けられる。

図２を参照すると、他の実施例において、パッドの製造中、潜在的に１以上の強磁性体片が研磨パッドに固定される。透過性ウインドウ３６の下部表面は、２つの矩形窪み５２を含み、２つのプロングエキステンダー５４ａ、５４ｂは、例えばエポキシ５６により固定される。プロングエキステンダー５４ａ、５４ｂは、コア４２のプロング４２ａ、４２ｂと実質的に同一の横断面寸法を有する。プロングエキステンダー５４ａ、５４ｂは、強磁性体で形成され、これらは、コア４２と同一材料でもよい。ウインドウ３６がモジュール４０を覆って固定されるとき、プロングエキステンダー５４ａ、５４ｂは、プロング４２ａ、４２ｂの近傍の近くで、プロング４２ａ、４２ｂと実質的に整列される。そのため、プロングエキステンダー５４ａ、５４ｂは、ウインドウ３６の薄い区分を介して磁界４８を一ヵ所に集め、コアは、効果的に基板に近く位置決めされる。小さな間隙５８は、渦電流モニタリングシステムの性能に影響を与えることなく、プロングをプロングエキステンダーから分離可能である。

図３を参照すると、他の実施形態において、磁力線は、それらが基板１０を通過するとき、もっと集中され平行化されるように、キャリアヘッド７０が修正される。図示のように、キャリアヘッド７０は、ベース１０２、圧縮可能なチャンバ１０６を形成する為にベース１０２に固定された可撓性膜１０４、可撓性膜１０４の下で基板を保持する為の保持リング１０８を含む。流体をチャンバ１０６内に押し込むことにより、膜１０４は下方に圧縮され、下方荷重を基板１０に加える。

キャリアヘッド７０は、また、強磁性体（例えばフェライト）から形成されたプレート１００を含む。プレート１００は、圧縮可能なチャンバ１０６の内部に位置決め可能であり、可撓性膜１０４上に載せることができる。プレート１００は、それを囲むキャリアヘッドより磁気的透過性が高いので、磁界は、優先的にプレートを介して通路が形成され、磁力線は、それらが基板１０を通過するときに比較的に集中され平行化されたままである。したがって、磁界は、相対的に基板の小部分を通過し、よって、渦電流モニタリングシステム４０の空間分解能を改善する。

また、可撓性膜及び圧縮可能チャンバの代わりに、キャリアヘッドは、強磁性体で形成された堅いバッキング部材を使用することができる。薄い圧縮可能な層（例えば、キャリア膜）は、堅いバッキング部材の外部表面上に配置可能である。

図４を参照すると、他の実施例において、コア４２’は、Ｕ字状本体の代わりに単純な強磁性体ロッドである。一実施例において、コア４２’は、約１．６ｍｍと５ｍｍの円筒である。オプションとして、コア４２’の横断面は、台形でもよい。結合された駆動及び感知コイルは、両方とも、コア４２’の底部の周りに巻かれてもよい。さらに、別個の駆動コイルと感知コイルは、両方とも、コア４２’の周りに巻かれてもよい。

コア４２’は、実質的に垂直、すなわち、研磨表面の平面に対し相対的に直交する縦軸、に配向されている。ウインドウ３６は、単一の窪み５２’を含み、コア４２’は、コア４２’の一部が窪み５２’内に延びるように固定可能である。駆動及び感知コイル４４’にエネルギが与えられると、磁界は薄い区分５３’を通過し、基板上の金属層と相互作用する。コア４２’は、エポキシ（ポリウレタンエポキシ）で、又は液体ポリウレタンを使用し、そのポリウレタンを所定場所でコアと共に硬化することにより、固定可能である。

コイル４４’は、コア４２’に付けることができ、或いは、モジュール５０内で固定される非付属要素でもよい。後者の場合、研磨パッド３０とウインドウ３６がプラテン２４に固定されるとき、コア４２’は、コイル４２’により形成された内部の円筒空間内に滑り込ませることができる。前者の場合、コイルは、研磨システム内の残りの電子部品から結合又は分離可能な電気接続部で終了する。例えば、コイルは、２つの接触パッドに接続可能であり、２本のリード線がプリント回路板１６０から延長可能である。研磨パッド３０とウインドウ３６がプラテン２４に固定されるとき、接触パッドは、プリント回路板１６０からのリード線に整列し、係合する。

図５を参照すると、他の実施例において、透過性ウインドウ３６は、その底部表面内の凹部の代わりに、その厚みを完全に通るアパーチャ１１０を含む。コア４２’は、アパーチャ１１０内にポリウレタン製プラグ１１２で固定されている。ポリウレタン製プラグ１１２の最上面は、透過性ウインドウ３６の表面と同一平面にある。プラグ１１２は、ウインドウ３６の表面に対しコア４２’が凹むように、コア４２’の最上部側部および上部側部を被覆している。また、コイル４４’は、コア４２’に付けることができ、或いは、それは、モジュール５０内に固定される非付属要素であってもよい。

図６を参照すると、他の実施例において、透過性ウインドウ３６は、その厚みを全体的に通り、アパーチャ１１０を含み、コア４２’は、環境に露出するがウインドウ３６の表面下方に僅かに凹むコアの最上部を備えてアパーチャ１１０内に固定されている。コア４２’の側部は、ポリウレタンエポキシ１１４で被膜されている。

図７を参照すると、コア４２’の位置は、垂直方向に調節可能である。透過性ウインドウ３６は、その厚みを全体的に通るアパーチャ１１０を含む。エポキシ製円筒部１１６は、アパーチャ１１０内に固定されている。コア４２’の外部表面は、ネジまたは溝が形成されており、エポキシ製円筒部の内部表面は、コア４２’の外部表面とかみ合う溝またはネジを有する。そのため、コア４２’は、コア４２’を回転することにより、正確にＺ軸（ウインドウ表面に対し直交する軸）に沿って位置決め可能である。これによりコア４２’の位置の選択が許容され、研磨されている基板を傷付けることがないが、依然として、ウインドウ３６の最上面とほとんど同一平面である。さらに、コア４２’の位置は、研磨パッドが摩耗するにつれて、調節可能であり、それにより、（基板上、基板基部まで）均一な距離を基板とコアの間に維持することができる。しかし、潜在的な欠点は、コア内のネジ又は溝が磁束を集中させ、より大きなスポットサイズが生じる点である。

図８を参照すると、他の実施例において、コア４２’は、荷重用ばね１２０で透過性ウインドウ３６の凹部５２に対して付勢されている。ばね１２０は、非常に柔らかい（低いバネ定数の）ばねでもよく、ウインドウは、パッドの残部と同様、支持される必要はない。そのため、研磨処理中、薄い区分５３’のせん断力と摩耗速度は、パッド残部より低くすることができる。この実施例の他の潜在的な利点は、コア４２’が容易に交換できる点である。

図９を参照すると、他の実施例において、コア４２’は、水平配向で透過性ウインドウ３６内の凹部５２’内に固定される（すなわち、主要な磁界軸はウインドウ表面に平行である。）。コア４２’は、研磨表面の回転軸に対し、軸線方向または半径方向に、或いは軸状整列と半径方向整列の中間の角度で整列させることができる。コア４２’は、接着材５６’（例えば、エポキシ）で固定可能である。センサの為に追加の配向を与えることにより、操作者は、信号対ノイズ比または空間分解能を最適化する為の、より多くのオプションを有する。

図１０を参照すると、他の実施例において、コア４２’は、垂直に対し角度αで傾いている。角度αは、０°より大きく９０°より小さい。例えば、角度αは、４５°でもよい。コア４２’は、所望の角度でコア４２’を保持するように形成された凹部５２”内に固定されている。コア４２’は、接着材すなわちエポキシ、又は、ある機械的な付属品で所定位置に保持可能である。コア４２’は、研磨表面の回転軸に対し、軸線方向または半径方向に或いは軸状整列と半径方向整列の中間の角度で整列可能である。センサの為に追加の配向を与えることにより、操作者は、信号対ノイズ比または空間分解能を最適化する為の、より多くのオプションを有する。

図１１を参照すると、他の実施例において、一以上の強磁性体片１２２が実際に研磨パッド又はウインドウ３６’内に埋め込まれている。例えば、強磁性体片１２２は、ウインドウが固まるとき研磨ウインドウ内に封入されたフェライトブロックでも可能である。研磨パッドがプラテンに付けられるとき、強磁性体片１２２は、コア４２のプロング４２ａ、４２ｂに整列され、プロングエキステンダーとして用いられる。

図１２を参照すると、他の実施例において、渦電流モニタリングシステム４０は、コアを含まないが、コイル４４”だけを有する。研磨パッド３６は、ウインドウ３６の底部表面に形成された凹部５２を含む。研磨パッドがプラテンに固定されるとき、コイル４４”が凹部５２内に延びるようにウインドウ３６が整列される。この実施例は、コイル４４”が高周波で動作するとき、実用的である。

図１３を参照すると、コアが欠如する他の実施例において、コイル４４”は、実際に研磨パッドまたはウインドウ３６’内に埋め込まれている。コイル４４”は、２つの電気接触パッド１２４に接続されている。研磨パッド３６’がプラテン２４に固定されるとき、接触パッド１２４は、電気回路を完全にするため、渦電流モニタリングシステム４０からのリード線に整列され、係合する。

図１４Ａ−図１４Ｃを参照すると、渦電流モニタリングシステムは、他のコア形状（例えば、蹄鉄状コア１３０、１３２、１３６）を使用することができる。追加のコア形状を提供することにより、操作者は、信号対ノイズ比または空間分解能を最適化する為の、より多くのオプションを有する。特に、図１４Ａ−図１４Ｃの蹄鉄状コアは、対向するプロング間が短距離である。したがって、磁界は、プロングの端部からの短距離だけに広がる。そのため、蹄鉄状コアは、改善された空間分解能を提供する。

図１に戻ると、汎用プログラム可能デジタルコンピュータ９０は、回転電気ユニットを介してプリント回路板１６０を含むプラテン内の構成要素に結合可能である。コンピュータ９０は、渦電流感知システム及び光学モニタリングシステムから信号を受信する。モニタリングシステムは、プラテンの各回転によって、基板の下を走査するので、金属層の厚みと、基底層の露出についての情報が、インシトゥーかつ連続したリアルタイムで（プラテンの回転毎に）蓄積される。研磨が進行するにつれて、金属層の反射率または厚みが変化し、抽出された信号が時間とともに変化する。時間変化抽出信号は、痕跡と呼ばれてもよい。モニタリングシステムからの測定値は、デバイスの操作者が視覚的に研磨動作の進行をモニタする為に、研磨中、出力装置９４上に表示可能である。さらに、前述したように、痕跡は、研磨処理の制御し、金属層の研磨動作の終了点を決定する為に使用可能である。

動作中、ＣＭＰ装置２０は、渦電流モニタリングシステム４０と光学モニタリングシステム１４０を使用し、いつ充填層の大部分が除去されたかを決定し、いつ基底ストップ層が実質的に露出したかを決定する。コンピュータ９０は、処理制御及び終了点検出ロジックを、抽出された信号に適用し、変更処理パラメータを変更する時期、更に、研磨終了点を検出する時期を決定する。可能な処理制御と検出器ロジック用終了点基準は、地域的最小または最大、スロープの変化、振幅又はスロープの閾値、それらの組合せを含む。

渦電流及び光学モニタリングシステムは、いろいろな研磨システムで使用可能である。研磨パッドまたはキャリアヘッドのいずれか一方、或いは両方は、研磨表面と基板との間の相対運動を提供する為に可動である。研磨パッドは、プラテンに固定された円形（又は他の形状）パッド、供給用ローラと巻き取り用ローラ間に伸びたテープ、連続ベルトでもよい。垂直位置決めという用語が使用可能であるが、研磨表面と基板は垂直配向または他の配向で保持可能であることが理解される筈である。研磨パッドは、プラテンに付着可能であり、研磨動作の間、プラテンを覆って増加的に進められるか、研磨中、プラテンを覆って連続的に駆動される。パッドは、研磨中、プラテンに固定可能であるか、研磨中、プラテンと研磨パッド間に流体ベアリングがあってもよい。研磨パッドは、標準（例えば、充填材付きポリウレタンまたは充填材なしのポリウレタン）の粗いパッド、柔らかいパッドまたは固定研磨材パッドでもよい。

同一ホール内に位置決めされているのように、光学モニタリングシステム１４０は、プラテン内で、渦電流モニタリングシステム４０とは異なる場所に位置決めされてもよい。例えば、光学モニタリングシステム１４０と渦電流モニタリングシステム４０は、プラテンの向かい合う側部に位置決め、それらが交互に基板表面を走査してもよい。さらに、本発明は、また、光学モニタリングシステムが使用されていなくても、研磨パッドが全体的に不透明であっても、適用可能である。これら２つの場合、コアを保持する為の凹部とアパーチャは、２層研磨パッドの最外部研磨層のような研磨層の一つの中に形成される。

渦電流モニタリングシステムは、別個の駆動及び感知コイル、又は単一結合駆動及び感知コイルを含むことが可能である。単一のコイルシステムにおいて、発信器と感知キャパ下（他の感知回路）は、同一コイルに接続される。

本発明の多くの実施形態が説明されてきた。それにも拘わらず、様々な変形例は、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく行われることが理解されよう。したがって、他の実施形態は、添付する請求項の範囲内である。

図１Ａは、渦電流モニタリングシステムと光学的モニタリングシステムとを含む、化学機械的研磨ステーションの、一部が横断面の、概略側面図である。 図１Ｂは、図１の渦電流モニタリングシステムの拡大図である。 図２は、研磨パッドに固定された強磁性体片を例示する概略的な横断側面図である。 図３は、渦電流モニタリングシステムにより発生されたチャンネル磁界に対して修正されたキャリアヘッドを例示する概略的な横断側面図である。 図４は、研磨パッドの透過性ウインドウ内の凹部内に固定されたロッド状コアを例示する概略的な横断側面図である。 図５は、エポキシプラグで研磨パッドに固定されたコアを例示する概略的な横断側面図である。 図６は、研磨パッド内のアパーチャに固定されたコアを例示する概略的な横断側面図である。 図７は、調節可能な垂直位置で研磨パッドに固定されたコアを例示する概略的な横断側面図である。 図８は、荷重バネで研磨パッドの底部表面に対し付勢されたコアを例示する概略的な横断側面図である。 図９は、水平配向で研磨パッドに固定されたコアを例示する概略的な横断側面図である。 図１０は、傾斜配向で研磨パッドに固定されたコアを例示する概略的な横断側面図である。 図１１は、研磨パッド内に埋め込まれた強磁性体片を例示する概略的な横断側面図である。 図１２は、研磨パッド内の凹部内に延びるコイルを備えた渦電流モニタリングシステムを例示する概略的な横断側面図である。 図１３は、研磨パッド内に埋め込まれたコイルを備えた渦電流モニタリングシステムを例示する概略的な横断側面図である。 図１４Ａは、蹄鉄状コアを例示する側面図である。 図１４Ｂは、蹄鉄状コアを例示する側面図である。 図１４Ｃは、蹄鉄状コアを例示する側面図である。

符号の説明

１０…基板、２０…研磨装置、２４…回転プラテン、２５…中心軸、２６…凹部、３０…研磨パッド、３２…外部層、３４…バッキング層、３６…透過性ウインドウ、３６’…ウインドウ、３８…スラリ、３９…スラリ／リンス結合アーム、４０…渦電流モニタリングシステム、４２…コア、４２’…コア、４２ａ…プロング、４２ｂ…プロング、４４…駆動コイル、４４’…駆動コイル、４４”…コイル、４６…感知コイル、４８…発振磁界、５０…モジュール、５２…窪み、５２’…窪み、５３…薄い区分、５３’…薄い区分、５４ａ…プロングエキステンダー、５４ｂ…プロングエキステンダー、５６…エポキシ、５６’…接着材、５８…間隙、７０…キャリアヘッド、７１…軸、７２…サポート構造体、７４…キャリア駆動シャフト、７６…キャリアヘッド回転モータ、９０…デジタルコンピュータ、９２…回転電気ユニオン、９４…出力装置、１００…プレート、１０２…ベース、１０４…可撓性膜、１０６…圧縮可能チャンバ、１０８…保持リング、１１０…アパーチャ、１１２…ポリウレタン製プラグ、１１４…ポリウレタンエポキシ、１１６…エポキシ製円筒部、１２０…荷重バネ、１２２…強磁性体片、１２４…電気接触パッド、１３０，１３２，１３６…蹄鉄状コア、１４０…光学モニタリングシステム、１４２…光ビーム、１４４…光源、１４６…検出器、１６０…プリント回路板

Claims (57)

1. 研磨パッドであって：
   研磨表面を有する研磨層と；
   前記研磨層内の固定透過性固体ウインドウであって、前記研磨面と実質的に同一平面にある最上面を有し、かつ、内部に少なくとも一つの凹部が形成された底部表面を有する、前記ウインドウ、前記研磨層に固定された誘導コイルまたは前記研磨層に固定された強磁性体のうちの少なくとも一つと；
   を備える、前記研磨パッド。
2. 前記透過性ウインドウを備える、請求項１記載の研磨パッド。
3. 前記透過性ウインドウは、ポリウレタンで形成されている、請求項２記載の研磨パッド。
4. 前記研磨表面の向かい合う前記研磨層の側部上に位置決めされたバッキング層を更に備える、請求項３記載の研磨パッド。
5. アパーチャが前記バッキング層内に形成され、前記ウインドウに整列している、請求項４記載の研磨パッド。
6. 前記誘導コイルを備える、請求項１記載の研磨パッド。
7. 前記誘導コイルは、前記研磨パッド内に埋め込まれている、請求項６記載の研磨パッド。
8. 前記研磨層は、その底部表面に形成された凹部を含み、前記コイルは、前記凹部内に位置決めされている、請求項６記載の研磨パッド。
9. 前記コイルは、前記研磨層の表面に対し直交する主軸で位置決めされている、請求項６記載の研磨パッド。
10. 前記コイルは、前記研磨層の表面に対し０°より大きく以上９０°未満の角度の主軸で位置決めされている、請求項６記載の研磨パッド。
11. 前記強磁性体を備える、請求項１記載の研磨パッド。
12. 前記研磨層は、その底部表面内に形成された凹部を含み、前記強磁性体は、前記凹部内で位置決めされている、請求項１１記載の研磨パッド。
13. 前記研磨層は、その底部表面内に形成された複数の凹部を含み、複数の強磁性体は、前記凹部内で位置決めされている、請求項１２記載の研磨パッド。
14. 前記研磨層は、そこを通って形成されたアパーチャを含み、前記強磁性体は、前記アパーチャ内で位置決めされている、請求項１１記載の研磨パッド。
15. 前記アパーチャ内で前記強磁性体を保持するプラグを更に備える、請求項１４記載の研磨パッド。
16. 前記プラグは、前記研磨層の表面と実質的に同一平面にある最上面を有する、請求項１５記載の研磨パッド。
17. 前記研磨パッドは、バッキング層を更に備える、請求項１４記載の研磨パッド。
18. 前記強磁性体の最上面は、研磨環境に晒される、請求項１４記載の研磨パッド。
19. 前記研磨層の表面に関する前記強磁性体の位置は、調節可能である、請求項１１記載の研磨パッド。
20. 前記強磁性体は、前記研磨層の表面に対し直交する縦軸で位置決めされている、請求項１１記載の研磨パッド。
21. 前記強磁性体は、前記研磨層の表面に対し、０°より大きく９０°未満の角度の縦軸で位置決めされている、請求項１１記載の研磨パッド。
22. 前記強磁性体は、エポキシで前記研磨層に固定されている、請求項１１記載の研磨パッド。
23. 前記研磨層を通る透過性ウインドウを更に備え、前記強磁性体は、前記透過性ウインドウに固定されている、請求項１１記載の研磨パッド。
24. 前記透過性ウインドウは、その底部表面内に形成された凹部を含み、前記強磁性体は、前記凹部内で位置決めされている、請求項２３記載の研磨パッド。
25. 前記透過性ウインドウは、そこを通って形成されたアパーチャを含み、前記強磁性体は、前記凹部内で位置決めされている、請求項２４記載の研磨パッド。
26. 前記強磁性体の周りに巻かれたコイルを更に備える、請求項１１記載の研磨パッド。
27. 研磨システムであって：
    研磨表面を有する研磨パッドと；
    前記研磨パッドの前記研磨表面に対し基板を保持する為のキャリアと；
    前記基板の向かい合う前記研磨面の側部上で位置決めされた誘導コイルであって、前記研磨パッドを少なくとも部分的に通って延びる前記誘導コイル、または、前記基板の向かい合う前記研磨面の側部に位置決めされた強磁性体であって、前記研磨パッドを少なくとも部分的に通って延びる、前記強磁性体のうち、少なくとも一つを含む、渦電流モニタシステムと；を備える、前記研磨システム。
28. 前記誘導コイルを備える、請求項２７記載の研磨システム。
29. 前記研磨パッドは、その底部表面内に形成された凹部を含み、前記コイルは、前記凹部内に少なくとも部分的に位置決めされている、請求項２８記載の研磨システム。
30. 前記コイルは、前記研磨パッドに固定されている、請求項２８記載の研磨システム。
31. 前記コイルは、前記研磨パッド内に埋め込まれている、請求項３０記載の研磨システム。
32. 前記渦電流モニタリングシステムは、コアを含み、前記コイルは、前記コアの周りに巻かれている、請求項２８記載の研磨システム。
33. 透過性ウインドウを含む光学モニタリングシステムを更に備え、前記コイルは、前記透過性ウインドウを少なくとも部分的に通って延びている、請求項２８記載の研磨システム。
34. 前記研磨パッドは、プラテンの最上面上に取り付けられており、前記コイルは、前記プラテンにより支持されている、請求項２８記載の研磨システム。
35. 前記強磁性体を備える、請求項２７記載の研磨システム。
36. 前記研磨パッドは、その底部表面内に形成された凹部を含み、前記強磁性体は、前記凹部内で位置決めされている、請求項３５記載の研磨システム。
37. 前記研磨パッドは、プラテンに付けられ、前記強磁性体は、前記プラテンにより支持されている、請求項３６記載の研磨システム。
38. 間隙が前記強磁性体を前記研磨パッドから分離している、請求項３７記載の研磨システム。
39. 前記研磨パッドは、そこを通って形成されたアパーチャを含み、前記強磁性体は、前記アパーチャ内で位置決めされている、請求項３５記載の研磨システム。
40. 前記渦電流モニタリングシステムは、コアを含み、前記研磨パッドが前記プラテンに固定されるとき、前記コアは前記強磁性体に整列されている、請求項３５記載の研磨システム。
41. 透過性ウインドウを含む光学モニタリングシステムを更に備え、前記強磁性体は、前記透過性ウインドウを少なくとも部分的に通って延びている、請求項３５記載の研磨システム。
42. 前記強磁性体は、前記研磨パッドに固定されている、請求項３５記載の研磨システム。
43. 前記強磁性体は、ポリウレタンエポキシで前記研磨パッドに固定されている、請求項４２記載の研磨システム。
44. 前記強磁性体は、前記研磨パッド内に埋め込まれている、請求項４２記載の研磨システム。
45. 前記強磁性体の周りに巻かれたコイルを更に備える、請求項３５記載の研磨システム。
46. 前記コイルは、前記研磨パッドを少なくとも部分的に通って延びている、請求項４５記載の研磨システム。
47. 前記研磨パッドに対して前記強磁性体を付勢する手段を更に備える、請求項４５記載の研磨システム。
48. 研磨システムであって：
    研磨表面、内部に形成された凹部を備えたバッキング表面を有する研磨パッドと；
    前記凹部内で少なくとも部分的に位置決めされた誘導コイルを含む、渦電流モニタリングシステムと；
    を備える、前記研磨システム。
49. 研磨システムであって：
    研磨表面、内部に形成された凹部を備えたバッキング表面を有する研磨パッドと；
    前記凹部内で少なくとも部分的に位置決めされた強磁性体を含む、渦電流モニタリングシステムと；
    を備える、前記研磨システム。
50. 研磨システムの為のキャリアヘッドであって：
    基板受容面と；
    前記基板受容面の向かい合う側部上のキャリアヘッド内の強磁性体と；
    を備える、前記キャリアヘッド。
51. 研磨方法であって：
    研磨パッドの研磨表面に基板を接触させるステップと；
    誘導コイルが前記研磨パッドを少なくとも部分的に通って延びるように、前記基板の向かい合う前記研磨表面の側部で前記誘導コイルを位置決めするステップと；
    前記基板と前記研磨パッドとの間に相対運動を引き起こすステップと；
    前記誘導コイルを使用して磁界をモニタするステップと；
    を備える、前記研磨方法。
52. 研磨方法であって：
    研磨パッドの研磨表面に基板を接触させるステップと；
    強磁性体が前記研磨パッドを少なくとも部分的に通って延びるように、前記基板の向かい合う前記研磨表面の側部で前記強磁性体を位置決めするステップと；
    前記基板と前記研磨パッドとの間に相対運動を引き起こすステップと；
    前記強磁性体に磁気結合する誘導コイルを使用して磁界をモニタするステップと；
    を備える、前記研磨方法。
53. 研磨パッドを製造する方法であって：
    固体透過性ウインドウの底部表面内に凹部を形成するステップと；
    前記固体透過性ウインドウの最上面が前記研磨パッドの研磨表面と実質的に同一平面になるように研磨層内に前記固体透過性ウインドウを設置するステップと；
    を備える、前記方法。
54. 前記凹部を形成するステップは、前記凹部を機械加工する工程を含む、請求項５３記載の方法。
55. 前記凹部を形成するステップは、前記ウインドウを成型する工程を含む、請求項５３記載の方法。
56. 前記ウインドウを設置するステップは、前記研磨層内にアパーチャを形成する工程、前記ウインドウを前記アパーチャ内に固定する工程を含む、請求項５３記載の方法。
57. 前記ウインドウは、接着剤で前記アパーチャ内に固定される、請求項５６記載の方法。

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