JP2011521450A

JP2011521450A - Ｃｍｐプロセス制御のためのインライン流出液分析方法及び装置

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Publication number: JP2011521450A
Application number: JP2011509495A
Authority: JP
Inventors: ベナー，スティーヴン，ジェイ．; ピータース，ダリル，ダブリュー．
Original assignee: Confluense LLC
Current assignee: Confluense LLC
Priority date: 2008-05-15
Filing date: 2009-05-15
Publication date: 2011-07-21
Also published as: WO2009139912A3; CA2724228A1; KR20110028261A; EP2286443A2; US20090287340A1; IL209308A0; CN102027573A; WO2009139912A2

Abstract

化学機械平坦化（ＣＭＰ）プロセスによって生成される流出液の流動を収集及び分析するための装置及び方法は、少なくとも１の流出液特性の連続測定を行い、時間で結果を積分して、平坦化プロセスの容量分析を生成する。容量分析はフィードバック／フィードフォワード信号として用いられて、平坦化プロセスそのものを制御し（例えば、フィルム材料の既知の初期の厚さによる終点の検出）、範囲外の測定値のためのアラーム信号を生成し、及び／又は、放出前に流出液を処理するのに有用な廃棄物流動の指標を生成する（例えば、ｐＨ補正の決定）。
【選択図】図３

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２００８年５月１５日出願の米国仮特許出願第６１／１２７，７９８号の利益を主張する。

［技術分野］
本発明は、半導体ウェーハの化学機械平坦化（ＣＭＰ）の分野、特に、平坦化プロセスのフィードバック及びフィードフォワード制御用に除去された流出液の容量分析を提供するインラインシステムに関する。

化学機械平坦化（ＣＭＰ）として本分野で既知のプロセスは、半導体ウェーハ表面を平坦化する好適な技術として考え出された。ＣＭＰは研磨台に固定される研磨パッドの使用に関与し、別個のホルダーは回転研磨パッドに対し半導体ウェーハを提供するのに用いられる。研磨剤粒子及び化学添加剤の双方を含む研磨スラリーは研磨パッドの表面に分配され、ウェーハ表面から不規則性を慎重に除去する（すなわち、表面を「平坦化」する）のに用いられる。研磨剤粒子は平坦化プロセスの機械的な態様を提供する一方、特異的な化学添加剤はフィルム材料を選択的に酸化又はエッチングするのに用いられ、ウェーハ表面を軟化するか、ウェーハ表面からの除去を補助する。

特定の状況においては、比較的厚い材料層（「比較的厚い」材料は一般的には「充填」誘電材料又は「過装入」の導電材料のいずれかを含む）が多数の生じたデバイス領域及び関連する溝部を含むパターン化された表面に付着させた後（例えば、プリメタル誘電体（ＰＭＤ）層の付着又は中間層誘電体（ＩＬＤ）の付着、あるいはパターン化された（エッチングされた）誘電体層にわたる導電材料の付着といった）、材料のウェーハの平坦化が要求される。図１は単純化した形態のこの状況を示し、デバイス領域３を含むウェーハ表面２にわたって付着される比較的厚い層１を示す。層１が共形コーティングを形成するために、層１の上面４はデバイス領域３の存在によって生成される段部の輪郭に従う。ＣＭＰプロセスを適用する目的は、この場合においては、ウェーハを再平坦化するために層１の所望の部分のみを除去し、更なる処理が（図１で点線「Ｓ」によって示される）平面で行われるのを可能にすることである。これらの例においてＣＭＰプロセスを用いることは、除去プロセスの終点を検出するための指標として用いられうる界面標識がないため、時に「ブラインド」プロセス（又は、フィルム内停止プロセス）と称される。従って、この平坦化の形式の全体的な性能は、一定の除去速度（ダイ内部の除去速度及びウェーハ内部の除去速度の双方）及びロット間の均一性といった因子に依存している。

図１で符号Δｓとして示される段部の差異が従来のＣＭＰプロセスを用いることによって除去される場合、得られた平面性の度合（「段部の高さ低減効率（ｓｔｅｐｈｅｉｇｈｔｒｅｄｕｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）」と称される）は、研磨パッドの特性に顕著に依存する。段部の差異に加えて、デバイスパターンのレイアウト、フィルム付着特性、スラリーの特性、研磨設備の不均一性といった因子は総て、ＣＭＰプロセスで得られる平面性の度合に影響を与える。

図１の図面は層における単一の「特性」（「局所的な」平面性の問題）と関連する形態を示すが、ウェーハ表面にわたる大多数の別個の、かつ異なる形状の素子の含有によって、大多数の局所的特性の素子の生成を引き起こし、最終的には許容可能なリトグラフの領域の深さを回復すべく「全体的な」平坦化の解決が要求される。

特に導電性の相互接続に関する、化学機械平坦化プロセスの別の困難性は、溝部における導電材料の過剰なわん状変形を生じさせることなく、導電材料の「過装入」を除去することである。同様に一般的な要求は、取り囲む酸化層又はＫ値の低い誘電体層における微細な金属の溝部及びビアの合成密度のために活動的なＣＭＰに耐えることができない領域の侵食及び酸化物の損失を最小化することである。

図２（ａ）及び２（ｂ）はそれぞれ、わん状変形及び侵食を示す例示的な概略図である。わん状変形は銅の溝部／ビアのライン５の上面部が隣接する誘電体６のレベル未満に後退する場合に生じ、図２（ａ）の符号「ｄ」によって示される。侵食は誘電体６の局在的な薄さであり、図２（ｂ）の符号「ｅ」によって示される。誘電体の侵食は研磨の最終段階の間に生じ（過研磨）、一般的には総ての金属が誘電体の上部から除去するのを確実にするのに必要である（さもなければ、ラインが互いに短くなりうる）。化学的に軟質な材料が、双方が硬性材料である、周囲の酸化物又は障壁金属よりも速い速度で除去されるため、わん状変形は、例えば銅といった軟質金属で生じる。わん状変形を通して、銅のライン５の厚さが低減し、電気抵抗が増加し、後の相互接続で下流での接触問題を生じさせうる。更には、わん状変形及び侵食によって生じた平面性の全体的な変化は更に、後のリソグラフステップ時のダイを通して良好な集束を得る場合に、困難性を生じさせうる。一般的なＣＭＰプロセスについては、一般的に取られるアプローチは一連の平坦化ステップである。すなわち、平坦化された銅の上面を得るためのプロセス及び銅の上面の平坦化から銅の浄化までのプロセスは連続的な動作で実行され、各々が強力で固有の消耗物とプロセス状態とを有している。

現在のＣＭＰ設備は（例えば、２ないし４の異なる圧盤を用いて）多段階の研磨の順番を提供するように進化しており、部分的な研磨方法（ステップ）を行うのを可能にしている。しかしながら、このアプローチが有する１つの問題は、開始状態が不規則となり、標的の「ステップの終点」が内部層にあるか、遷移を超えうる（すなわち、過研磨）ためにステップの各々について除去速度及び終点を制御することは困難であることである。

従来技術に残る必要性は本発明によって処理されて、本発明は、半導体ウェーハの化学機械平坦化（ＣＭＰ）の分野に、特に平坦化プロセスのフィードバック及び／又はフィードフォワード制御用に除去された流出液の容量分析を提供するためのインラインシステムに関し、プロセスでの廃棄物流動の処理を含む。

本発明によると、除去された材料の容量のアルゴリズム的な決定は、現在のシステム状態を決定し、ＣＭＰプロセスのフィードバック及び／又はフィードフォワード制御を提供するように分析される。以降、「流出液」と称する除去された材料は一般的には、以下の成分を含む：研磨スラリー、水、ウェーハの細片、ウェーハ表面からの化学反応材料、研磨パッドの細片、調整剤、調整ディスクの細片等。多様な流出液分析は限定しないが、化学的、摩擦学的、物理的及び／又は電気的分析を含み、その多様な組合せを含む。

除去された流出液の容量の実時間分析を実行する能力によって、ＣＭＰステップレベルの終点で、従来技術の多様なシステムにわたる実装を伴い、正確な層の平坦化を形成するのを可能にするのが本発明のある態様である。これは特に中間層誘電体（ＩＬＤ）又はプリメタル誘電体（ＰＭＤ）のＣＭＰプロセスといったシステムにおける特に有用な特性であり、再平坦化プロセスの終点を決定するのに用いられうる（時間以外の）物理的指標がない。更には、容量分析は過装入又は遷移後材料の除去に関連するＣＭＰプロセスの「ソフトランディング」／除去速度制御を可能にする（例えば、初めに述べたような銅のわん状変形又は侵食を防ぐ）。

分析プロセスによって収集された情報は、フィードフォワードの方法で用いられて、流出液の廃棄物処理／減少を行うことができることは本発明の更なる態様である。更に、容量測定分析のうちの任意における予期されない変化（例えば、流出液の伝導率の突然の増加、混濁度の顕著な減少等）は本発明によると、偏差アラームとして用いることができ、ＣＭＰ研磨パッド（例えば、パッドの故障、不均一なパッド表面）、ウェーハ表面にわたる材料の不均一な除去（例えば、中心が速い／中心が遅いといった、ウェーハ直径の増加とともに新たに生起する懸案事項）、及びスラリー送達装置の故障等の問題をユーザに警告する。

本発明の他の及び更なる態様及び実施形態は、以下の説明の過程で、及び添付の図面によって明確となるであろう。

本明細書の図面では、同様の番号はいくつかの図面の同様の部分を表わす。

図１は、本発明の装置及び方法が用いられうる例示的なウェーハ形態を示す。図２（ａ）及び（ｂ）は、ＣｕのＣＭＰプロセスと関連付けられる、「わん状変形」及び「侵食」の既知の状態を示す。図３は、本発明のインライン容量測定式の流出液分析装置を含む、例示的なＣＭＰシステムを示す。図４は、本発明の流出液分析装置を用いて平坦化されうる異なる材料の積層の特異的な形態を示す。図５は、本発明の例示的な流動式の流出液分析装置の簡単なブロック図である。図６は、ＣｕのＣＭＰプロセスについての時間の関数としての流出液の伝導率のプロットを含む。図７は、図５の装置によって用いられうる例示的な分析プロセスのフローチャートである。図８は、本発明の例示的な容量式の流出液分析装置の簡単なブロック図である。図９は、誘電体のＣＭＰプロセスについての時間の関数としての流出液のｐＨ及び伝導率のプロットを含む。

本発明によると、ＣＭＰシステムにおける平坦化及び調節時に生成される流出液は、ＣＭＰシステムに連結された流出液分析装置に誘導される。ウェーハ表面に初期に存在する１以上のフィルム材料の特性（例えば、厚さ、化学組成物）を認識することによって、流出液中に存在するような除去された材料のアルゴリズム的分析が本発明で用いられて、実時間でのＣＭＰプロセスをモニタリングする。例えば、本発明の流出液の容量分析は誘電体の平坦化プロセスの終了を決定するように用いられ、精度が、従来技術の「時間間隔（ｔｉｍｅｉｎｔｅｒｖａｌ）」の方法を超えて改善される。すなわち、「フィルム洗浄（ｆｉｌｍｃｌｅａｒｉｎｇ）」終点に関連する反射率遷移（光信号処理）を選択する、あるいは「ブラインド型（ｂｌｉｎｄ）」ＣＭＰで用いられるような時限終点に依存するのではなく、本発明のシステムは除去されるべきフィルム材料の算出容量を選択する。過装入の銅を除去する場合、本発明の容量分析は例えば、流出液中の銅の濃度を追跡し、プロセスを停止、及び／又は、プロセスの除去速度を制御して、上述のわん状変形及び侵食の問題を避ける、所望の「ソフトランディング（ｓｏｆｔｌａｎｄｉｎｇ）」を提供する。

図３は、本発明の実時間の流出液分析が内部で用いられうる例示的なＣＭＰシステム１１を示す。図示されるように、研磨ヘッド部１０は、ＣＭＰシステム１１の研磨パッド１２の上方に配置される。半導体ウェーハ１４は研磨ヘッド部１０の底面１６に取付けられ、その後研磨パッド１２に下げて（移動させて）、平坦化プロセスを開始する。この例においては、半導体ウェーハ１４はその共形コーティング中に多数の段部２０を含む厚い層１８を含むように示され、段部２０は半導体ウェーハ１４の層２４に形成される多数の素子２２と関連づけられる。層１８は例えば、誘電材料又は金属（銅といった）であってもよい。実際に、「層１８（ｌａｙｅｒ１８）」は異なる材料層、例えば、誘電体、金属、「空乏層（ｂａｒｒｉｅｒｌａｙｅｒ）」、及びトレンチライン等の積層部を具えてもよい。図４は２のこのような構造を示し、図４（ａ）は複数の金属トレンチ構造と付随する空乏層を示し、図４（ｂ）は金属接触領域と結合した空乏層とその上に重なるキャップ層を示す。空乏部及びトレンチライン部を形成するのに用いられる材料は、例えばタンタル、窒化タンタル、及びＣｏＷＰ合金を含んでもよい。当然ながら、「層１８」の多様な成分の組成物は、本発明によって行われる流出液分析の種類に影響を与える。

更に図３によると、研磨スラリーディスペンサー２６は、所定の組成物の研磨スラリー２８を、研磨パッド１２の表面３０に導入するのに用いられ、研磨スラリー２０は平坦化プロセスに寄与する材料を含む。すなわち、研磨スラリーは、層１８の曝露領域をエッチング除去するか、あるいは軟化させる特定の化学添加剤を含んでもよい。所定のサイズの研磨粒子材料はスラリー中に含んでもよく、機械的プロセスの層１８から段部２０を削って除去するように用いてもよい。研磨スラリーディスペンサー２６はこの実施形態においては、分配機構４２から生じるように示される。

従来技術で既知のように、研磨ヘッド部１０及びスラリー２８の多様な属性は平坦化プロセスを制御するよう調整できる。研磨ヘッド部１０の属性は例えば、ウェーハ１４を通って研磨パッド１２に印加される下方の応力Ｆと、研磨ヘッド部１０の回転速度ωとを含む。研磨スラリー２８の属性は例えば、スラリーの化学組成物と、粒子密度及び粒径と、スラリーの温度と、研磨パッド１２の表面３０にスラリーを分配する速度とを含む。

本発明によると、これら及び他の属性は除去された流出液の量で分析されて、進行中の平坦化プロセスを評価し、かつ、プロセス自体を制御する。以下に詳細に述べるように、分析はフィードバックモードか、フィードフォワードモードか、あるいはその双方で用いてもよい。

更に図３によると、ＣＭＰシステム１１は、使用済みの研磨スラリー２８、及びウェーハの細片等を除去することによって研磨パッド１２を洗浄（調整（ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ））するのに用いられる調整装置４０を更に具えるように示される。調整装置４０は研磨材料で形成されるディスク部４４を具え、好適には、その間に形成される複数の開口部を含んでいる。研磨調整ディスク４４は研磨パッド１２を接触させるように配置され、研磨パッドの表面３０に集まるような研磨細片を除去するように機能し、研磨パッドの表面の「グレイジング（ｇｌａｚｉｎｇ）」を防ぐ。従来技術で既知のように、調整ブラシは研磨ディスクの代わりに用いてもよい。超純水（ＵＰＷ）、あるいは他の洗浄液体、ガス又は混合剤といった調整剤４３は、調整ディスペンサー４１によって研磨パッドの表面３０に分配してもよい。図３の特定の実施形態においては、調整ディスペンサー４１は、研磨スラリー分配プロセスの制御と同様の方法において、分配機構４２によって制御される。

本発明によると、流出液除去経路４６は、真空応力が除去経路４６を通って印加され、研磨パッドの表面３０から流出液を除去するように用いられうるように、調整装置４０の真空式出口ポート４８に連結される。ほとんどの場合においては、流出液除去経路４６はホース又はチューブ等を具える。総てのものは本発明の範囲内にあると見なされ、簡潔さのために、「経路（ｐａｔｈ）」は以降では「ホース４６（ｈｏｓｅ４６）」と称する。調整装置４０の好適な実施形態においては、研磨ディスク４４は多数の貫通孔又は開口部を含むように形成され、除去された流出液が有効に引き込まれ、研磨パッドの表面３０から離れるのを可能にする（図３において矢印で示した）。除去された流出液は本発明によると、空気流で分離され、更なる特徴づけ用の流出液分析装置５０に提供されて、フィードバック／フィードフォワードプロセス制御信号を生成する。いくつかの実施形態においては、流出液分析装置５０は以下に詳細に述べるように、ホース４６に沿って「インライン」に配置されうると理解すべきである。

一般的には、これらのプロセス制御信号は：（１）終点検出、ソフトランディング等に関連付けられたＣＭＰプロセス信号（表示「Ｃ」）と；（２）流出液の環境への影響を低減するための改質に関連付けられた流出物廃棄流補正信号（表示「Ｗ」）と；（３）ＣＭＰシステム１１の多様な素子の機能障害に関連付けられたプロセスアラーム信号（表示「Ａ」）と；を含むように示される。

流出液のサンプルのみが分析目的で分流されうる従来技術とは対照的に、本発明は除去された流出液材料の量の積分を要求し、連続的に計量及び分析される。この型の容量分析（すなわち、流出液の「フィンガープリンティング（ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔｉｎｇ）」）を行うことによって、流出液成分の変化は、フィルム材料の所望の厚さがウェーハ表面にわたって維持されるように実時間で平坦化の終点を決定するのに用いることができる。流出液成分における変化の第一積分は更に決定され（すなわち、変化率を提供し）、プロセス制御で使用してもよい。代替的に、収集された流出液の量は既知の時間間隔で分析して、制御情報を生成してもよい。

除去されたフィルム材料の総量のアルゴリズム的な決定を用いて、流出液分析装置５０は多数の異なる特徴づけを行って、研磨ヘッド部１０（段部、圧力、速度、帯域圧）、研磨スラリー２８（化学組成物、流速、温度）、及び調整剤４３（化学組成物、流速、温度）の調整に有用なデータを提供できる。調整プロセス（応力、位置）及び廃棄流処分（ｐＨ調整、スラリー再利用、水再利用）のための変更は更に行われうる。本発明の流出液の容量分析の顕著な態様は、平坦化ステップ又はプロセスの終点に到達する時間を決定する能力に属する（特に、空乏部／ライン部のＣＭＰステップ前の、ＰＭＤ又はＩＬＤのＣＭＰ、及び銅の大量除去といったブラインド型のステップに特に好適である）。

本発明によると、流出液分析装置５０は、（フィルム材料の組成物が平坦化中に除去されるのに依存しうる）以下の流出液分析のうちの１又はそれ以上を用いることができる：（１）化学的（濃度、ｐＨ、イオン選択電極（ＩＳＥ）、赤外（ＩＲ）分光法、音響分析、ＲＦ／流動透過性；（２）摩擦学的（粘性）；（３）物理的（温度、混濁度、粒子形態）；及び／又は、（４）電気的（伝導率、静電容量、ゼータ電位、酸化還元電位）。行うべき分析型の特異性は、ウェーハ表面から除去中のフィルム材料の組成物、及びスラリーと調整剤との化学的相互作用、ならびにＣＭＰ設備の特性及び実際の平坦化を行うのに用いられる段階的なプロセスに依存する。本発明が任意の特定の型のＣＭＰ設備又はプロセスに限定されず、プロセス全体を制御する同期方法で流出液が収集及び分析されうる任意のシステムに一般的に有用であることは理解されよう。

図５は、図３のシステムで用いてフィードバック及びフィードフォワードプロセス制御を提供できる、流動式の流出液分析装置５０−Ａの例示的な実施形態を示す。この場合においては、プローブ６０は調整装置４０からの除去中にホース４６を通って入る際に流出液の流動に直接的に挿入される。一実施形態においては、プローブ６０は特定イオン用のサンプルに用いられるイオン選択電極（ＩＳＥ）を具えてもよい。ＩＳＥプローブ６０はｐＨ計６２とともに動作して、ｐｐｍ単位でイオン濃度（一般的には最大値５０００ｐｐｍ）を決定する。流出液分析装置５０−ＡがＣＭＰプロセスと連携して用いられて、過装入の銅を除去する場合、Ｃｕイオン選択性のＩＳＥプローブ６０が用いられ、流出液中のＣｕイオン濃度が測定される。図６は、Ｃｕ過装入の除去プロセス間に測定されるような、時間の関数としての流出液の流動中のＣｕイオン濃度のプロットを含む。更に、素子６０としてのＩＳＥプローブの使用は単なる例示であると見なされ、多様な他の型のプローブは流出液の多様な特性を測定するために用いてもよく、プローブは限定しないが、イオン選択電極、分光セル、透過セル、光センサ、及び混濁セルからなる群から選択してもよい。

更に図５によると、流出液分析装置５０−Ａは更に流量計６４を含み、ホース４６内部の流出液の流動に挿入され、時間の関数として流出液の流速を測定するのに用いられる。ｐＨ計６２及び流量計６４からの出力はその後、プロセッサ６６への入力として印加される。プロセッサ６６は例えば、（ＣＭＰ装置１１からの１（以上）の入力「設定」制御信号Ｓを介して入力されうる、フィルム材料の薄さ及び組成物といった設定値及び既知のシステムパラメータを記憶するための）メモリモジュール６７と、入力測定値を積分し、メモリモジュール６７に記憶される値と比較するための演算モジュール６９とを具える。この特定の実施形態においては、演算モジュール６９は時間でイオン濃度の測定値を積分し、かつその結果を初期の過装入の厚さの既知の値と比較するように機能する。これらの２の値を比較することによって、演算モジュール６９は標的となる過装入の銅をいつ除去するかを決定でき、プロセッサ６６が制御信号ＣをＣＭＰシステム１１に送信して、平坦化プロセスを停止するのを可能にする。

濃度測定における任意の異常な、あるいは所望されない数値（「偏差（ｅｘｃｕｒｓｉｏｎ）」と称される）は、偏差アラーム信号Ａを始動するのに用いることができ、ＣＭＰシステムのユーザにプロセス／設備の機能障害の可能性を警告するのが本発明の更なる態様である。プロセッサ６６のこの特異的な実装が単なる例示であり、測定、積分及び分析機能を行うための多様な及びその他の構成は、当該技術分野の当業者によって開発でき、本発明の精神及び範囲内にあると見なされることは理解されよう。

図７は流動系の流出液分析装置５０−Ａによって行われるような例示的なプロセスを示すフローチャートである。プロセスはシステムの多様な設定値を決定することによるステップ１００で開始する。この場合においては、流出液の流速、フィルム材料の組成物、初期の過装入の厚さ、及び標的の除去する厚さは規定された数値である。流出液分析のプロセスは、流動型の流出液システムにおけるＣｕイオン濃度を測定することによるステップ１１０に続く。測定された値は次いでステップ１２０に示されるように時間で積分され、除去速度と、除去すべき銅の現在の厚さとに関連する数値を生成する。ステップ１３０において積分結果は、過装入の銅の既知の標的の除去する厚さと比較される。この比較の結果は次いで、制御信号として用いられ、平坦化プロセスが（標的が到達しない場合に）ステップ１４０で続くのを可能にするか、あるいは、所望の量の過装入が除去される場合（すなわち、同濃度の積分値が過装入材料の標的の除去する厚さと等しい場合）、ステップ１５０で「停止（ｓｔｏｐ）」又は「ソフトランド（ｓｏｆｔｌａｎｄ）」制御信号Ｃを送信し、ＣＭＰシステム１１に返すかのいずれかをする。この信号は更に平坦化プロセスを変更するのに用いることができ、設備に信号を送り、異なるソフトランディング又は過装入除去速度に切り換えることは理解されよう。

偏差アラーム状態を認識することに関する更なるプロセスのステップは、図７のフローチャートに含まれる。この特定例においては、測定値は「期待される（ｅｘｐｅｃｔｅｄ）」数値範囲と比較され（ステップ１６０）、期待される範囲外の任意の測定値はアラーム信号を生成するのに用いられる（ステップ１７０）。

本発明の流出液分析装置の容量型の実施形態５０−Ｂは、図８に示される。この場合においては、既知の容量の流出液は分析セル７０に収集される。更にＣＭＰプロセスが過装入の銅の除去と関連する場合、銅イオン濃度は上述のようにＩＳＥプローブ７２及びｐＨ計７４を用いることによって測定されうる。ＣＭＰシステム１１が初期の設定値の数値として既知の除去速度を有するように較正されるため、過装入を除去するのに要求される時間間隔は、プロセッサ７６内で決定できる（プロセッサは上述のメモリ及び演算モジュールを具えてもよい）。従って、研磨時間は、Ｃｕイオンに対する積分されたＩＳＥ信号に基づく制御信号Ｃを用いて制御されうる。更に、任意の異常な、あるいは所望されない測定値はＣＭＰシステムＣＭＰシステムの操作者用のアラーム信号を始動するのに用いることができる。

誘電体の（ＩＬＤのＣＭＰ又はＰＭＤのＣＭＰで用いられるような）研磨プロセスについては、本発明の流出液分析装置５０は、溶液中のシリコンが流出液の伝導率を低減するため、流出液の伝導率測定を行うことができる。図９は誘電体研磨プロセス間のｐＨ及び伝導率の双方をプロットするグラフである。入力供給速度及び／又は流出液の流速が分かると、流出液の容量／単位時間は更に分かる。伝導率計は流出液分析装置５０内部で用い、溶液中の溶解されたシリカに対する読取り値を決定するために較正し、伝導率値を与えることができる。過装入の銅の除去と同様に、既知の厚さの誘電体を除去するために、測定された伝導率値は時間で積分される。濃度信号は、較正曲線によって伝導率信号から得られる。これらの曲線は初期プロセスの形成／制限の間に生成でき、「フィンガープリント」は流出液分析装置５０に対する「設定」入力制御信号Ｓとして用いられる。このアプローチはフィルムの材料／特性の面積及び容量の更に堅牢な調整及び発展を可能にする。この数値を除去すべき既知の誘電体容量と比較して、終点制御信号は生成され、ＣＭＰシステム１１に伝達されて、平坦化プロセスを停止（又はソフトランディング）する。

本発明の構成はこのように、進行中の平坦化プロセスの実時間制御を提供できる。すなわち、除去された流出液を（上に引用された、あるいは同様の分析方法のいずれかを用いて）分析することにより、粒径、化学的活性、ゼータ電位、ｐＨ、腐食防止剤、上部及び帯域圧、速度、リンス剤等を調整することによって、例えば、除去速度（速度、圧力印加、入力流動、表面温度等を調整する）、一方の材料の他方の材料に対する除去選択性（流入する化学物質、固体濃度、研磨剤の大きさ、スラリー供給源等を調整する）、ウェーハ表面にわたる除去の均一性（回転速度、圧力、化学物質の添加、中和剤等を調整する）、ウェーハ表面の状態（例えば、粒子親和性）の面から平坦化プロセスに対する調整がなされてもよい。

本発明のシステムは更にフィードフォワード技術を適用して、新しいフィンガープリントを受け取り、処理ソフトウェアで制御定数を調整することによって、実際のプロセス計測（例えば、フィルムの厚さ、均一性、フィルムの化学物質）又はデバイス設計の発展（形状、密度、材料等）から得ることができる。

重要なことには、フィードフォワード信号は、廃棄物流動に流動を放出する前に、流出液を処理するのに有効に用いられうる。例えば、既知の容量の流出液のｐＨを決定することによって、ｐＨ補正プロセスは放出前に流出液に適用してもよい。図３は本発明のこの態様を示し、流出液分析装置５０は廃棄物流動の制御信号Ｗを生成し、その後廃棄物補正装置８０（ｐＨ変更素子、使用場所の減少システム等といった）によって用いられて、廃棄物流動への放出前に貯槽８２に保持される流出液の容量のパラメータを調整する。実際には、廃棄物流動にこれらの材料を放出するのではなく、流出液分析装置のこの部分を用いて流出液を処理及び再循環する（すなわち、研磨スラリー、リンス水、及び調整剤のうちの１以上を別個に再循環する）ことが可能となる。一構成においては、流出液分析装置５０によって生じる廃棄物補正情報は、処理と再循環／放出動作とを行うことができる別個の（ＣＭＰの）外部にある処理設備に入力信号として提供してもよい。

更に、ウェーハの中心部と縁部との間のフィルム「容量」の差を感知しうることは本発明の容量測定による流出液分析プロセスの更なる利点である。例えば、流出液中の標的材料の濃度を感知することによって、パッドの位置に対して、研磨パッドを通る放射不均一性に起因する、濃度における全体的な差異があるかどうかを決定するのを可能にする。これらの変化を感知する能力は、パッドの摩耗、ＣＭＰ設備の問題に関連する不均一性の除去、損害等に対する有用な情報を提供し、ＣＭＰシステムの操作者が研磨界面の性能を良好にモニタリングすることを可能にする。測定装置の感度に依存して（すなわち、ＳＮ比が十分に大きい場合）、測定された流出液成分の濃度は、対応するウェーハの半径にわたる除去速度の変化を評価するのに用いられうる。除去速度におけるウェーハによる差異を決定するこの能力はより大きなウェーハが用いられる場合に更に関心を引き、流出液分析装置からのフィードバック情報は研磨ヘッド部内部の圧力帯に連絡される。

本発明は好適な実施形態に関して記載されてきたが、本発明がそれに限定されないこと、及び変化及び変形は以下の特許請求の範囲によって規定されるように、本発明の精神及び範囲を離れることなくなされうることは、当該技術分野の当業者に理解されよう。

Claims

化学機械平坦化（ＣＭＰ）のプロセス制御を提供する方法であって、当該方法が、
ａ）進行中の平坦化プロセスの間に、ＣＭＰの研磨パッドの表面から流出液を連続的に除去するステップと；
ｂ）少なくとも１の特性パラメータを測定すべく、除去された前記流出液の分析を行うステップと；
ｃ）容量測定値の結果を生成するために前記少なくとも１の特性パラメータの測定値を時間で積分するステップと；
ｄ）ステップｃ）の結果を、前記ＣＭＰのプロセスの既知の初期状態と比較するステップと；
ｅ）進行中のＣＭＰ平坦化プロセスと関連する、少なくとも１の制御信号を生成するステップと；
を具えることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法において、ステップｂ）を行う場合に、前記分析が化学的、摩擦学的、物理的、及び電気的な群から選択されることを特徴とする方法。
請求項２に記載の方法において、ステップｂ）を行う場合に、化学的分析が前記流出液の流動のｐＨを決定するように行われることを特徴とする方法。
請求項２に記載の方法において、ステップｂ）を行う場合に、化学的分析が前記流出液の流動における特異的な成分の濃度を決定するように行われることを特徴とする方法。
請求項２に記載の方法において、ステップｂ）を行う場合に、摩擦学的分析が前記流出液の流動の粘性を決定するように行われることを特徴とする方法。
請求項２に記載の方法において、ステップｂ）を行う場合に、物理的分析が前記流出液の流動の混濁度を決定するように行われることを特徴とする方法。
請求項２に記載の方法において、ステップｂ）を行う場合に、電気的分析が前記流出液の流動の伝導率を決定するように行われることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法において、ステップｄ）を行う場合に、前記既知の初期状態が、平坦化の間に除去されているフィルム材料の組成物と、フィルム材料の初期の厚さと、所定の標的の除去する厚さとを含むことを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法において、ステップｅ）を行う場合に、終点制御信号が生成され、平坦化の段階を中断するように前記ＣＭＰのプロセッサに伝達されることを特徴とする方法。
請求項９に記載の方法において、前記終点制御信号が「平坦化停止」制御信号を含むことを特徴とする方法。
請求項９に記載の方法において、前記終点制御信号が「ソフトランディング」制御信号を含むことを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法において、ステップｅ）を行う場合に、偏差アラーム信号が生成されることを特徴とする方法。
請求項１２に記載の方法において、当該方法が、
１）ステップｃ）の結果を、既定の許容値の範囲と比較するステップと；
２）ステップｃ）の結果が前記既定の許容値の範囲を超える場合に、偏差アラーム信号を生成するステップと；
を更に具えることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法において、ステップｅ）を行う場合に、流出液の廃棄物流動の制御信号が生成されることを特徴とする方法。
請求項１４に記載の方法において、当該方法が、
１）ステップｃ）の結果を排出流の既定の許容値と比較するステップ；
を具え、ステップｃ）の結果がそれと異なる場合に、
２）前記流出液の流動の特性を前記既定の許容値に適合させるのに好適な補正の処理を決定するステップと；
３）前記処理を前記流出液の流動に適用するステップと；
を具えることを特徴とする方法。
請求項１５に記載の方法において、ステップ１）を行う場合に、前記流出液の流動のｐＨが測定され、既定の許容可能なｐＨ値と比較されることを特徴とする方法。
請求項１５に記載の方法において、当該方法が、処理済の前記流出液の流動を廃棄物流動に流出するステップを更に具えることを特徴とする方法。
請求項１５に記載の方法において、当該方法が処理済の前記流出液の流動を再循環するステップを更に具えることを特徴とする方法。
プロセス制御を化学機械平坦化（ＣＭＰ）プロセスに提供するための流出液分析装置であって、当該装置が、
進行中のＣＭＰ平坦化プロセスの間に研磨パッドから流出液を除去するための流出液除去経路と；
除去された前記流出液の少なくとの１の特性を測定するように、前記流出液除去経路に連結される流出液分析セルと；
容量分析情報を生成するために、前記流出液分析セルによって記録される測定値を時間で積分し；積分した前記結果を所定値と比較し；；かつ、前記積分した結果と前記所定値との間の比較に基づいて少なくとも１のＣＭＰプロセス制御信号を生成する；ために、前記流出液分析セルに連結されるプロセッサと；
を具えることを特徴とする流出液分析装置。
請求項１９に記載の流出液分析装置において、前記流出液分析セルが前記流出液除去経路に配置され、流動による前記流出液の測定値を提供することを特徴とする流出液分析装置。
請求項１９に記載の流出液分析装置において、前記プロセッサが前記ＣＭＰプロセスの前記少なくとも１の特性の所定値を含む平坦化プロセスの入力データを受信及び記憶するために、ＣＭＰツールに連結されることを特徴とする流出液分析装置。
請求項１９に記載の流出液分析装置において、前記分析セルが、前記流出液の流速を時間の関数として測定するための流量計と、流動する前記流出液の特性を記録するための少なくとも１の測定プローブとを具えることを特徴とする流出液分析装置。
請求項２２に記載の流出液分析装置において、前記少なくとも１の測定プローブが、イオン選択電極、分光セル、透過セル、光センサ、及び混濁セルからなる群から選択されることを特徴とする流出液分析装置。
請求項１８に記載の流出液分析装置において、前記分析セルが、所定量の流出液を収集するように前記流出液除去経路に連結される貯槽を具えることを特徴とする流出液分析装置。
請求項１９に記載の流出液分析装置において、前記プロセッサが、ＣＭＰプロセス制御信号、システム偏差アラーム信号、及び流出液廃棄物流動処理信号からなる群から選択される、少なくとも１の制御信号を生成するように構成されることを特徴とする流出液分析装置。
請求項２５に記載の流出液分析装置において、前記ＣＭＰプロセス制御信号がＣＭＰ終点制御信号であることを特徴とする流出液分析装置。
請求項２５に記載の流出液分析装置において、前記ＣＭＰプロセス制御信号がソフトランディング又は過研磨状態と関連するプロセス変更信号であることを特徴とする流出液分析装置。