JP2013529560A - Closed loop control of CMP slurry flow - Google Patents
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Abstract
本発明の実施形態は、一般に、基板を化学機械研磨するための方法に関する。本方法は、一般に、研磨表面上の溝または他のスラリ輸送機構を有する研磨パッドの厚さを測定するステップを含む。研磨表面上の溝の深さが決定されると、研磨スラリの流量が、決定された溝の深さに応じて調整される。所定の数の基板が研磨表面上で研磨される。次いで、任意選択で本方法を繰り返すことができる。 Embodiments of the present invention generally relate to a method for chemical mechanical polishing a substrate. The method generally includes measuring the thickness of a polishing pad having a groove or other slurry transport mechanism on the polishing surface. Once the groove depth on the polishing surface is determined, the flow rate of the polishing slurry is adjusted according to the determined groove depth. A predetermined number of substrates are polished on the polishing surface. The method can then optionally be repeated.
Description
本発明の実施形態は、一般に、基板を化学機械研磨する方法に関する。 Embodiments of the present invention generally relate to a method of chemical mechanical polishing a substrate.
化学機械研磨(CMP)は、基板を平坦化するために用いられる一般的な技法である。CMPは、基板を平坦化するために2つのモードを利用する。1つのモードは、基板から材料を除去するために、化学組成物、典型的にはスラリまたは他の流体媒体を使用する化学反応であり、もう1つのモードは、機械的な力である。従来のCMP技法では、基板キャリアまたは研磨ヘッドは、キャリアアセンブリ上に取り付けられ、CMP装置内の研磨パッドに接触して位置決めされている。キャリアアセンブリは、基板に制御可能な圧力をもたらし、基板を研磨パッドに押し付ける。パッドは、外部の駆動力によって、基板に対して移動する。したがって、CMP装置は、研磨組成物を分注しながら基板表面と研磨パッドの間で研磨移動または摩擦移動を行い、化学的および機械的な働きの両方を達成する。しかし、CMP装置において研磨される基板が増えるにつれて、研磨バッドの効率が変化し、最終的に研磨パッドの交換が必要となる。研磨パッドおよび研磨スラリは、高価な構成要素であり、研磨パッドを交換するために必要とされる休止時間を短縮することが好ましい。したがって、パッドを交換する頻度を低減させ、研磨スラリをより効率的に利用することが好ましい。 Chemical mechanical polishing (CMP) is a common technique used to planarize a substrate. CMP utilizes two modes to planarize the substrate. One mode is a chemical reaction that uses a chemical composition, typically a slurry or other fluid medium, to remove material from the substrate, and the other mode is a mechanical force. In conventional CMP techniques, a substrate carrier or polishing head is mounted on a carrier assembly and positioned in contact with a polishing pad in a CMP apparatus. The carrier assembly provides a controllable pressure on the substrate and presses the substrate against the polishing pad. The pad moves with respect to the substrate by an external driving force. Therefore, the CMP apparatus performs a polishing movement or a friction movement between the substrate surface and the polishing pad while dispensing the polishing composition to achieve both chemical and mechanical functions. However, as the number of substrates to be polished in the CMP apparatus increases, the efficiency of the polishing pad changes, and eventually the polishing pad needs to be replaced. The polishing pad and polishing slurry are expensive components and preferably reduce the downtime required to replace the polishing pad. Therefore, it is preferable to reduce the frequency of replacing the pad and use the polishing slurry more efficiently.
したがって、より長い有効寿命を有する研磨パッドを使用し、基板に送出される研磨スラリを効率的に利用して、基板を研磨する方法が必要とされている。 Accordingly, there is a need for a method of polishing a substrate using a polishing pad having a longer useful life and efficiently utilizing a polishing slurry delivered to the substrate.
本発明の実施形態は、一般に、基板を化学機械研磨するための方法に関する。本方法は、一般に、研磨表面上に溝または他のスラリ輸送機構を有する研磨パッドの厚さを測定するステップを含む。研磨基板上の溝の深さが決定されると、研磨スラリの流量が、決定された溝の深さに応じて調整される。所定の数の基板が研磨表面上で研磨される。次いで、任意選択で本方法を繰り返すことができる。 Embodiments of the present invention generally relate to a method for chemical mechanical polishing a substrate. The method generally includes measuring the thickness of a polishing pad having grooves or other slurry transport mechanisms on the polishing surface. When the depth of the groove on the polishing substrate is determined, the flow rate of the polishing slurry is adjusted according to the determined groove depth. A predetermined number of substrates are polished on the polishing surface. The method can then optionally be repeated.
一実施形態では、方法は、研磨パッド上の研磨表面内に配置された溝を有する研磨パッドの厚さを測定するステップを含む。研磨表面内に配置された溝の深さが決定され、研磨表面に導入される研磨スラリの流量が、研磨表面内に配置された溝の決定された深さに応じて調整される。所定の数の基板が研磨され、本方法が繰り返される。 In one embodiment, the method includes measuring a thickness of the polishing pad having grooves disposed in the polishing surface on the polishing pad. The depth of the grooves disposed in the polishing surface is determined, and the flow rate of the polishing slurry introduced into the polishing surface is adjusted according to the determined depth of the grooves disposed in the polishing surface. A predetermined number of substrates are polished and the method is repeated.
別の実施形態では、方法は、研磨パッドの研磨表面内に配置された溝を有する研磨パッドの厚さを測定するステップを含む。測定された研磨パッドの厚さを研磨パッドの初期の研磨前の厚さと比較して、研磨パッドの厚さにおける減少量を決定する。次に、研磨表面内に配置された溝の深さを計算する。研磨表面に導入される研磨スラリの流量が、研磨表面内に配置された溝の計算された深さに応じて調整される。次いで、所定の数の基板が研磨される。研磨は、所定の数の基板それぞれを研磨パッドに接触させるステップと、所定の数の基板それぞれに対して、研磨スラリを調整された流量で研磨パッドに導入するステップとを含む。次いで、本方法が繰り返される。 In another embodiment, the method includes measuring a thickness of the polishing pad having grooves disposed in the polishing surface of the polishing pad. The measured polishing pad thickness is compared with the initial pre-polishing thickness of the polishing pad to determine the reduction in polishing pad thickness. Next, the depth of the groove disposed in the polishing surface is calculated. The flow rate of the polishing slurry introduced to the polishing surface is adjusted according to the calculated depth of the grooves disposed in the polishing surface. A predetermined number of substrates are then polished. Polishing includes contacting each of a predetermined number of substrates with the polishing pad and introducing a polishing slurry into the polishing pad at a regulated flow rate for each of the predetermined number of substrates. The method is then repeated.
別の実施形態では、方法は、研磨表面内に配置された溝を有する研磨パッドの厚さを測定するステップを含む。測定された研磨パッドの厚さを研磨パッドの初期の研磨前の厚さと比較して、研磨パッドの厚さにおける減少量を決定し、研磨表面内に配置された溝の深さを計算する。計算された溝の深さをルックアップテーブルに格納されている値と比較する。スラリが所定の流量で研磨パッドに導入され、所定の流量が、計算された溝の深さに依存して決まる。所定の数の基板が研磨され、次いで、本方法が繰り返される。 In another embodiment, the method includes measuring the thickness of a polishing pad having grooves disposed in the polishing surface. The measured polishing pad thickness is compared to the initial pre-polishing thickness of the polishing pad to determine the amount of reduction in polishing pad thickness and to calculate the depth of the grooves disposed in the polishing surface. The calculated groove depth is compared with the value stored in the lookup table. Slurry is introduced into the polishing pad at a predetermined flow rate, which depends on the calculated groove depth. A predetermined number of substrates are polished and then the method is repeated.
上記した本発明の特徴をより詳細に理解できるように、上記で簡単にまとめた本発明のより具体的な説明が実施形態を参照してなされ、その一部は添付図面に示される。しかし、添付図面は、単に本発明の典型的な実施形態を示し、したがって、本発明が他の等しく効果的な実施形態を許容しうるので、本発明の範囲を限定すると考えられるべきではないことに留意されたい。 In order that the features of the present invention described above may be understood in more detail, a more specific description of the invention briefly summarized above is made with reference to the embodiments, some of which are illustrated in the accompanying drawings. However, the attached drawings merely illustrate exemplary embodiments of the present invention and therefore should not be considered as limiting the scope of the present invention as the invention may allow other equally effective embodiments. Please note that.
理解を容易にするために、可能な場合は、同一の参照数字を使用して、各図に共通な同一の要素を指定した。一実施形態において開示されている要素は、特別な記述なしに、他の実施形態に関して有益に利用されうることが意図されている。 To facilitate understanding, identical reference numerals have been used, where possible, to designate identical elements that are common to the figures. It is contemplated that elements disclosed in one embodiment may be beneficially utilized with respect to other embodiments without special description.
本発明の実施形態は、一般に、基板を化学機械研磨するための方法に関する。本方法は、一般に、研磨表面上に溝または他のスラリ輸送機構を有する研磨パッドの厚さを測定するステップを含む。研磨表面上の溝の深さが決定されると、研磨スラリの流量が、決定された溝の深さに応じて調整される。所定の数の基板が、研磨表面上で研磨される。次いで、任意選択で本方法が繰り返される。 Embodiments of the present invention generally relate to a method for chemical mechanical polishing a substrate. The method generally includes measuring the thickness of a polishing pad having grooves or other slurry transport mechanisms on the polishing surface. Once the groove depth on the polishing surface is determined, the flow rate of the polishing slurry is adjusted according to the determined groove depth. A predetermined number of substrates are polished on the polishing surface. The method is then optionally repeated.
本明細書で説明される実施形態が実行されうる具体的な装置は、限定されるものではないが、Applied Materials,Inc.of Santa Clara、Californiaから販売されているREFLEXION GT(商標)システム、REFLEXION(登録商標) LK CMPシステム、およびMIRRA MESA(登録商標)システムで、本実施形態を実行することが特に有益である。さらに、他の製造業者から入手可能なCMPシステムも本明細書で説明する実施形態によって利益を得ることができる。 Specific devices on which the embodiments described herein can be implemented include, but are not limited to, Applied Materials, Inc. It is particularly beneficial to perform this embodiment on the REFLEXION GT ™ system, the REFLEXION ™ LK CMP system, and the MIRRA MESA ™ system sold by of Santa Clara, California. In addition, CMP systems available from other manufacturers can also benefit from the embodiments described herein.
図1は、化学機械研磨システム100の一実施形態を示す上面概略図である。CMPシステム100は、ファクトリインターフェース102、洗浄機104、および研磨モジュール106を含む。湿式ロボット108は、ファクトリインターフェース102と研磨モジュール106との間で基板170を移載するために設けられている。また、湿式ロボット108は、研磨モジュール106と洗浄機104との間で基板を移載するように構成されている。ファクトリインターフェース102は、1つまたは複数のカセット114と1つまたは複数の移載プラットフォーム116との間で、基板170を移載するように構成された乾燥ロボット110を含む。乾燥ロボット110は、4つのカセット114と1つまたは複数の移載プラットフォーム116との間での移載を容易にするように、十分な動き範囲を有する。任意選択で、乾燥ロボット110は、レールまたはトラック112上に取り付けられて、ファクトリインターフェース102の範囲内で長手方向にロボット110を位置決めし、これによって大きいまたは複雑なロボットの連結部を必要とすることなしに、乾燥ロボット110の動き範囲を増大させることができる。さらに、乾燥ロボット110は、洗浄機104から基板を受け取り、この清浄な研磨された基板を基板収納カセット114に戻すように構成されている。図1に示す実施形態では、1つの基板移載プラットフォーム116が示されているが、2つ以上の基板移載プラットフォームが設けられてよく、その結果、少なくとも2つの基板を、同時に、湿式ロボット108によって研磨モジュール106に移載するために列に並ばせることができる。
FIG. 1 is a top schematic view illustrating one embodiment of a chemical
研磨モジュール106は、基板が、1つまたは複数のキャリアヘッド126a、126b内に保持されながら研磨される複数の研磨ステーション124を含む。研磨ステーション124は、2つ以上のキャリアヘッド126a、126bと同時にインターフェースするようにサイズを調整され、その結果2つ以上の基板の研磨を、単一の研磨ステーション124を使用して同時に行うことができる。キャリアヘッド126a、126bは、図1に破線で示すオーバヘッドトラック128に取り付けられているキャリッジ(図示せず)に結合されている。オーバヘッドトラック128により、キャリッジを研磨モジュール106の周りに選択的に位置決めすることができ、それによりキャリアヘッド126a、126bを研磨ステーション124および積載カップ122の上に選択的に位置決めすることが容易になる。オーバヘッドトラック128は、円形の構成を有し、この構成によってキャリアヘッド126a、126bを保持するキャリッジが、積載カップ122ならびに研磨ステーション124の上を、および/または積載カップ122ならびに研磨ステーション124から離れて選択的に、かつ独立して回転することが可能となる。オーバヘッドトラック128は、楕円形、長円形、直線形または他の適切な配向を含む他の構成を有してよく、キャリアヘッド126a、126bは、他の適切な装置を用いて容易に移動されうる。
The
2つの研磨ステーション124が、研磨モジュール106の対向するコーナに位置して示されている。少なくとも1つの積載カップ122は、湿式ロボット108に最も近い、研磨ステーション124間の、研磨モジュール106のコーナにある。積載カップ122は、湿式ロボット108とキャリアヘッド126a、126bとの間の移載を容易にする。任意選択で、第3の研磨ステーション124(破線で示す)を、積載カップ122に対向する研磨ステーション124のコーナに位置決めすることができる。あるいは、第2の一対の積載カップ122(やはり破線で示す)を、湿式ロボットの近くに位置決めされた積載カップ122に対向する、研磨モジュール106のコーナに位置させることができる。追加の研磨ステーション124は、さらに大きな接地面積を有するシステムにおいて、研磨モジュール106内に統合されてもよい。
Two polishing
各研磨ステーション124は、少なくとも2つの基板を同時に研磨することができる、研磨表面130を有する研磨パッドを含む。研磨パッドは、ポリウレタンから形成されうる。また、各研磨ステーション124は、パッド調節アセンブリ140を含む。一実施形態では、パッド調節アセンブリ140は、研磨屑を除去し、パッドの孔を開けることによって研磨パッドの研磨表面130を整える調節ヘッド132、および研磨流体送出アーム134を備えることができる。一実施形態では、各研磨ステーション124は、多数のパッド調節アセンブリ140を備える。研磨パッドは、処理中に研磨表面130を回転させるプラテンアセンブリ上に支持されている。研磨表面130は、化学機械研磨、および/または電気化学機械研磨処理のうちの少なくとも1つに対して、好適である。システム100は、電源180に結合されている。
Each polishing
研磨システム100の制御および研磨システム上で実施される処理を容易にするために、中央処理ユニット(CPU)192、メモリ194、および支援回路196を備えるコントローラ190が、研磨システム100に接続されている。CPU192は、様々な駆動および圧力を制御するための産業用装置において使用することができる任意の形態のコンピュータプロセッサのうちの1つであってよい。メモリ194は、CPU192に接続されている。メモリ194、またはコンピュータ可読媒体は、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読出し専用メモリ(ROM)、フロッピーディスク、ハードディスク、任意の他の形態のディジタルストレージなど、1つまたは複数の容易に入手可能なメモリであってよく、ローカルにあっても遠隔にあってもよい。支援回路196は、従来のやり方でプロセッサを支援するためにCPU192に接続されている。これらの回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、入出力回路、サブシステムなどを含む。
A
図1に示す研磨システム100のようなCMP研磨システムは、通常、基板から材料を除去するのを助けるために研磨表面130上に1つまたは複数の溝(図示せず)を有する研磨パッドを使用する。典型的な溝の深さは、約15milまたは約30milであり、パッドは、約80milの厚さを有しうる。研磨パッドが、研磨するために使用されると、研磨表面は摩耗し、溝の深さは低減する。研磨パッドの有効寿命を増大させるために、研磨パッドの厚さは、例えば120milにまで増大されうる。対応して、溝の深さも、例えば約40mil、50mil、または60milにまで増大される。しかし、研磨パッドの溝の深さが増大し、他の全ての処理パラメータが一定に維持されている場合、40milの溝の深さを有するパッドは、30milの溝の深さを有するパッドよりも低い研磨速度を有するようになる。したがって、40milの溝の深さを有する研磨パッドに適用する研磨スラリの量は、等しい研磨速度を生成するために、30milの溝の深さを有する研磨パッドに適用される研磨スラリの量よりも多くするべきである。逆に、研磨パッド上の溝の深さが減少すると、他の全ての処理パラメータが一定に維持されている場合、研磨除去速度は増大する。溝に追加して、または溝に対する代替として、研磨パッドは、穿孔などの他のスラリ輸送機構を利用することもできる。本明細書における実施形態は、全体に溝に言及するが、穿孔などの他のスラリ輸送機構を有するパッドの使用も利用可能であり、本明細書における実施形態により利益が得られることを理解されたい。
A CMP polishing system, such as the
40milの溝の深さを有する研磨パッドが基板を研磨すると、溝の深さは減少し、研磨速度は増大する。研磨速度はパッドの摩耗によりすでに増大しているので、研磨スラリを一定量供給し続けることは無駄であろう。したがって、本発明の実施形態は、研磨パッドの測定された溝の深さに応じて研磨スラリの流量を閉ループ制御するための方法を提供する。 When a polishing pad having a groove depth of 40 mils polishes the substrate, the groove depth decreases and the polishing rate increases. Since the polishing rate has already increased due to pad wear, it would be useless to continue to supply a certain amount of polishing slurry. Accordingly, embodiments of the present invention provide a method for closed-loop control of the polishing slurry flow rate as a function of the measured groove depth of the polishing pad.
図2は、本明細書で説明する実施形態によるパッド調節アセンブリ240を有する研磨ステーション224の部分透視図である。一実施形態では、パッド調節アセンブリ240は、支持体アセンブリ246と調節ヘッド232との間にある支持アーム244を有する支持体アセンブリ246によって支持される調節ヘッド232を備える。パッド調節アセンブリ240は、支持アーム244に結合する変位センサ260をさらに備える。別の実施形態では、変位センサ260は、調節ヘッド232に結合されうる。キャリアヘッド226aおよび226bは、研磨表面230の上方に配置される。研磨流体送出アーム234は、研磨表面230の上方に位置決めされ、処理中に研磨パッド236に研磨流体またはスラリを供給するようになされている。研磨流体送出アーム234を介して供給される研磨スラリの流量は、コントローラ(図示せず)によって制御される。さらに、調節ディスク248は、研磨パッド表面230に隣接して位置し、研磨パッド236を調節するようになされている。
FIG. 2 is a partial perspective view of a polishing
支持体アセンブリ246は、調節ヘッド232を研磨表面230に接触して位置決めするようになされ、調節ヘッド232と研磨表面230間の相対的な動きをもたらすようにさらになされている。支持アーム244は、調節ヘッド232と結合する遠位端、および基部247と結合する近位端を有する。基部247は回転して、調節ヘッド232を研磨表面230全体にわたって掃引させて、研磨表面230を調節する。研磨パッド236の研磨表面230は、研磨表面230内部に配置された溝201を有する。調節ヘッド232の、研磨パッド236の研磨表面230に対する相対的な動きの結果、変位センサ260は、研磨表面230および研磨パッド236の厚さ測定を行うことができる。
The
調節アームに結合するセンサによって、通常の動作サイクルの一部の期間で、様々な点において研磨パッド236の厚さを測定することができ、付随する論理回路によって測定データを捉え、表示させることができる。いくつかの実施形態において、変位センサ260は、誘導センサを利用しうる。
A sensor coupled to the adjustment arm allows the thickness of the
変位センサ260がレーザをベースとしたセンサである実施形態では、研磨パッド236の厚さは、直接測定される。支持アーム244は、プラテンアセンブリ241に対して固定位置にあり、レーザは、このアームに対して固定位置にある。したがって、レーザは、プラテンアセンブリ241に対して固定位置にある。処理パッドまでの距離を測定し、研磨パッド236までの距離とプラテンアセンブリ241までの距離の差を計算することによって、研磨パッド236の残りの厚さが決定されうる。いくつかの実施形態では、レーザをベースとした変位センサ260を使用する厚さ測定の分解能は25μm以内となりうる。
In embodiments where the
変位センサ260が誘導センサである実施形態では、研磨パッド236の厚さは、間接的に測定される。支持アーム244は、調節ヘッド232が処理パッド236に接触するまで枢動点の周りで作動する。電磁場を放射する誘導センサは、枢動ベースの調節支持アーム244の端部に取り付けられる。誘導に関するFaradayの法則に従って、閉ループにおける電圧は、時間変化ごとの磁場の変化に直接比例する。印加される磁場が強ければ強いほど、作り出される渦電流はより大きくなり、反対の磁場がより大きくなる。センサからの信号は、センサの先端から金属製のプラテンアセンブリ241までの距離に直接関係する。プラテンアセンブリ241が回転すると、調節ヘッド232がパッドの表面に乗り、誘導センサが、研磨パッド236の形状に従って調節支持アーム244とともに上下する。誘導センサが金属製のプラテンアセンブリ241により近づくと、処理パッドの摩耗を示す信号電圧が増大する。センサからの信号は、処理され、処理パッド236の厚さにおける変化を捉える。いくつかの実施形態では、誘導センサ260を使用する厚さ測定の分解能は、1μm以内となりうる。
In embodiments where the
図3は、化学機械研磨の一実施形態を示す流れ図である。ステップ380において、研磨パッドの厚さが、上記したセンサのうちの少なくとも1つを用いて測定される。この測定値は、コントローラに引き継がれる。ステップ382において、測定された研磨パッドの厚さが、初期の研磨前の研磨パッドの厚さ、例えば処理の開始時点のパッドの厚さと比較される。通常、初期の研磨前の厚さは、コントローラにも格納される。例えば、研磨パッドが新しいパッドで、初期の厚さがわかっている場合は、この値がコントローラに入力されうる。あるいは、処理パッドの厚さがわかってない場合は、初期の研磨前の研磨パッドの厚さがセンサによって測定され、格納のためにコントローラへ引き継がれうる。
FIG. 3 is a flow diagram illustrating one embodiment of chemical mechanical polishing. In
測定された研磨パッドの厚さを初期の研磨前のパッドの厚さと比較することによって、パッドの厚さにおける変化がコントローラによって決定されうる。研磨パッドが、研磨表面において摩耗するので、パッドの厚さにおける差は、研磨表面内に配置された溝の深さにおける差にも直接関連する。例えば、研磨パッドの厚さおよび溝の深さは、同じ速度で減少する。したがって、研磨パッドの厚さにおける変化を測定することによって、溝の深さにおける変化も決定されうる。さらに、溝の数および位置(またはピッチ)がパッド作製中に確定され、典型的な研磨パッドがほぼ垂直の側壁を有する溝を備えているので、決定された溝の深さは、溝の容積を計算するためにも使用することができる。 By comparing the measured polishing pad thickness with the initial pre-polishing pad thickness, changes in the pad thickness can be determined by the controller. Because the polishing pad wears at the polishing surface, the difference in pad thickness is also directly related to the difference in the depth of the grooves disposed in the polishing surface. For example, the thickness of the polishing pad and the depth of the groove decrease at the same rate. Thus, by measuring the change in polishing pad thickness, the change in groove depth can also be determined. In addition, since the number and position (or pitch) of the grooves are determined during pad fabrication, and a typical polishing pad comprises grooves with substantially vertical sidewalls, the determined groove depth is the groove volume. Can also be used to calculate
ステップ384において、閉ループコントローラは、研磨パッドに供給される研磨スラリの流量を、ステップ382において決定された研磨パッドの溝の深さに応じて調整する。通常、研磨処理を開始する前に、ユーザが入力したルックアップテーブルがコントローラ内に格納されている。ルックアップテーブルは、研磨スラリの所定の流量を、決定されたまたは測定された溝の深さと相互に関連付ける。流量は処理間で変わる可能性があり、パッドの組成物、スラリの組成物、または基板の材料に依存しうる。通常、流量は、実験的に決定される。
In
ステップ386において、研磨スラリは、以降処理される各基板に対して対応する流量で研磨パッドに供給され、続いて所定の数の基板が処理される。例えば、200、300、500、または1000のウェーハは、最後に決定された研磨パッドの溝の深さに対応する研磨スラリの流量を用いて、連続的に研磨されうる。任意選択のステップ388において、ステップ380、382、384、および386が繰り返される。ステップ380、382、384、および386は、数百の基板毎よりももっとしばしば、例えば全ての基板が研磨された後に、繰り返されてよいが、そうすることは、一般に有利ではない。通常、単一の基板のみを研磨した後では、研磨スラリの流量に顕著な変化をもたらすほどの溝の深さにおける十分な変化ない。したがって、少なくとも約500枚の基板が研磨された後に、研磨パッドの溝の深さを決定し、研磨スラリの流量を調整することで十分である。しかし、研磨パッドの厚さが減少し、研磨パッドがその処理寿命末期に近づくと、より頻繁に研磨パッドの厚さを測定し、溝の深さを決定することが望ましいことがある。これは、研磨パッドが、パッドの有効寿命の末期近くで研磨除去速度における「スパイク」に遭遇するという事実のためである。パッドの厚さをよりしばしば測定することによって、パッドの交換を必要とする時期をより容易に特定することができる。さらに、より頻繁にパッドを測定することは、「スパイク」中の研磨し過ぎによって引き起こされる基板の損傷を回避する助けとなり、また研磨スラリなどの消耗材を過度に無駄にすることを回避する助けとなりうる。
In
図4は、研磨パッドの溝の深さを示す断面概略図である。図4に示す実施形態において、研磨パッド436は、様々な深さの溝401を有しうる。溝は、初めは約40milの研磨前の深さを有する。しかし、研磨後、溝401は、約30mil、15milなどの減少した深さを有しうる。さらに、または代替として、パッドは、研磨前に様々な深さを有する多数の溝を備えることができる。溝401が約5milの深さに近づくか、または5milの深さを超えると、パッドは一般に交換するべきである。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the depth of the groove of the polishing pad. In the embodiment shown in FIG. 4, the
図5A〜5Cは、研磨パッドの溝の深さを示す断面概略図である。図5Aにおいて、研磨パッド536aは、40milの深さを有する溝501aを備える。研磨パッド536aの厚さは、約80milと120milの間でありうる。図5Bは、溝501bを備える研磨パッド536bを示す。溝501bは、約30milの深さを有する。研磨パッド536bは、約100milの厚さを有しうる。溝の深さが約5milに達すると、パッドは摩耗しきったと考えられ、通常すぐそのあとに交換が必要となる。図5Cは、約15milの深さを有する溝501cを備える研磨パッド536cを示す。研磨パッドの使用可能な寿命を増大させるために、研磨パッドの厚さおよび研磨パッドの溝の深さを増大させることができる。例えば、溝の深さは、従来のパッドの約30milから、図5Aに示すように約40milに増大させることができる。別の実施形態では、溝の深さは、約50milまたは約60milに増大させることができる。上記したように、約40milの溝の深さを有する研磨パッドは、30milの溝の深さを有する研磨パッドよりも、同様の研磨速度を生じさせるために、一般に、より多い研磨スラリの流量を必要とする。したがって、溝の深さが減少すると、研磨スラリの流量も減少するが、研磨速度は実質的に一定に維持されうる。
5A to 5C are schematic cross-sectional views showing the depth of the groove of the polishing pad. In FIG. 5A, the
図6は、様々な溝の深さを有する研磨パッドに対する、スラリの流量対シリコン酸化膜除去量を示すグラフである。図6からわかるように、40milの溝の深さを有する研磨パッドは、30milの溝の深さを有する研磨パッドと同じ研磨除去速度を得るために、より多い研磨スラリ流量を必要とする(例えば、スラリ流量が右にシフトする)。30milの溝の深さを有する研磨パッドに対しては、1分あたり100ミリリットルのスラリ流量で、1分あたり約1200オングストロームを除去することが可能である。スラリの流量が1分あたり200ミリリットルに増大した場合は、30milの溝の深さを有する研磨パッドは、1分あたり約1750オングストロームを除去することが可能である。スラリの流量が1分あたり300ミリリットルに増大した場合は、30milの溝の深さを有する研磨パッドは、1分あたり約1800オングストロームを除去することが可能である。 FIG. 6 is a graph showing slurry flow rate versus silicon oxide film removal for polishing pads having various groove depths. As can be seen from FIG. 6, a polishing pad having a 40 mil groove depth requires a higher polishing slurry flow rate to obtain the same polishing removal rate as a polishing pad having a 30 mil groove depth (eg, Slurry flow shifts to the right). For a polishing pad with a 30 mil groove depth, it is possible to remove about 1200 angstroms per minute at a slurry flow rate of 100 milliliters per minute. If the slurry flow rate is increased to 200 milliliters per minute, a polishing pad with a 30 mil groove depth can remove about 1750 angstroms per minute. If the slurry flow rate is increased to 300 milliliters per minute, a polishing pad with a 30 mil groove depth can remove about 1800 angstroms per minute.
相対的に、40milの溝の深さを有する研磨パッドは、研磨スラリの流量が1分あたり200ミリリットルの場合、1分あたり約1400オングストロームの材料しか除去できない。スラリの流量が1分あたり300ミリリットルに増大した場合は、40milの溝の深さを有する研磨パッドは、1分あたり約1600オングストロームを除去することが可能である。40milの溝の深さを有する研磨パッドが、1分あたり約1750オングストロームの除去速度を生成するためには、1分あたり400ミリリットルのスラリの流量を必要とし、この除去速度は、ほぼ、30milの溝の深さを有するパッドが1分あたり200ミリリットルのスラリの流量で除去する速度である。 In comparison, a polishing pad having a groove depth of 40 mils can only remove about 1400 angstroms of material per minute when the polishing slurry flow rate is 200 milliliters per minute. If the slurry flow rate is increased to 300 milliliters per minute, a polishing pad having a 40 mil groove depth can remove about 1600 angstroms per minute. A polishing pad with a 40 mil groove depth requires a slurry flow rate of 400 milliliters per minute to produce a removal rate of about 1750 angstroms per minute, which is approximately 30 mils. The rate at which the pad having the groove depth is removed at a flow rate of 200 milliliters of slurry per minute.
さらに、本明細書の方法は、初期の深さが40mil未満、例えば約30milの溝を有するパッド用に使用することができる。しかし、溝の深さが30mil未満の場合、溝の深さは、研磨速度に影響を与える2次的な要因にすぎない。溝の深さが30milを超える場合、溝の深さと除去速度との間により強い関係があることがわかり、したがって、30milを超える溝の深さを有するパッドを使用する場合、スラリ流の閉ループ制御を利用することは、より大きな関心事となる。 Further, the methods herein can be used for pads having grooves with an initial depth of less than 40 mils, for example about 30 mils. However, if the groove depth is less than 30 mils, the groove depth is only a secondary factor that affects the polishing rate. It can be seen that when the groove depth exceeds 30 mils, there is a stronger relationship between the groove depth and removal rate, and therefore when using pads with groove depths exceeding 30 mils, closed-loop control of the slurry flow. Using is a greater concern.
閉ループ制御システムによって、パッドが摩耗するにつれ研磨パッドに送出されるスラリの量を低減しながら、一定の研磨速度を維持することができる。スラリ流を閉ループ制御することによって、より長い有効寿命を有するパッドを使用することが可能となり、これによってパッドの交換を必要とする頻度が減少する。さらに、パッドの厚さに応じてスラリ流を閉ループ制御することによって、スラリ流量をパッドの厚さおよび溝の深さに合わせて調整することができ、このことは、確実に、過剰なスラリがパッドに無駄に供給されないようにするのに役立つ。研磨スラリの閉ループ制御は、消耗材料を無駄に捨てないことによって研磨パッドの寿命全体にわたって著しいコスト削減につながるはずである。本明細書で開示された実施形態により、より長い有効寿命を有する比較的厚い研磨パッドの効率的な使用が可能となり、基板の高いスループットをさらに維持できる。 A closed loop control system can maintain a constant polishing rate while reducing the amount of slurry delivered to the polishing pad as the pad wears. Closed loop control of the slurry flow allows the use of pads with a longer useful life, thereby reducing the frequency with which pad replacement is required. In addition, by controlling the slurry flow in a closed loop depending on the pad thickness, the slurry flow rate can be adjusted to the pad thickness and groove depth, which ensures that excess slurry is removed. It helps to prevent the pad from being wasted. Closed loop control of the polishing slurry should lead to significant cost savings over the life of the polishing pad by not wasting consumable material. The embodiments disclosed herein allow for the efficient use of a relatively thick polishing pad with a longer useful life and further maintain the high throughput of the substrate.
上記したことは、本発明の実施形態を対象としているが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく本発明の他のさらなる実施形態を考案することができ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって決定される。 While the foregoing is directed to embodiments of the present invention, other and further embodiments of the invention may be devised without departing from the basic scope thereof, and the scope of the invention is In accordance with the following claims.
100 化学機械研磨システム、CMPシステム、システム、研磨システム
102 ファクトリインターフェース
104 洗浄機
106 研磨モジュール
108 湿式ロボット
110 乾燥ロボット
112 レールまたはトラック
114 カセット、基板収納カセット
116 移載プラットフォーム
122 積載カップ
124 研磨ステーション
126a キャリアヘッド
126b キャリアヘッド
128 オーバヘッドトラック
130 研磨表面
132 調節ヘッド
134 研磨流体送出アーム
140 パッド調節アセンブリ
170 基板
180 電源
190 コントローラ
192 中央処理ユニット、CPU
194 メモリ
196 支援回路
201 溝
224 研磨ステーション
226A キャリアヘッド
226B キャリアヘッド
230 研磨表面
232 調節ヘッド
234 送出アーム
236 研磨パッド
240 パッド調節アセンブリ
241 プラテンアセンブリ
244 支持アーム
246 支持体アセンブリ
247 基部
248 調節ディスク
260 変位センサ、誘導センサ
380 ステップ
382 ステップ
384 ステップ
386 ステップ
388 ステップ
401 溝
436 研磨パッド
501a 溝
501b 溝
501c 溝
536a 研磨パッド
536b 研磨パッド
536c 研磨パッド
100 Chemical Mechanical Polishing System, CMP System, System,
194
Claims (15)
(b)前記研磨表面内に配置された前記溝の深さを決定するステップと、
(c)前記研磨表面内に配置された前記溝の前記決定された深さに応じて、前記研磨表面に導入される研磨スラリの流量を調整するステップと、
(d)所定の数の基板を研磨するステップと、
(e)(a)〜(d)を繰り返すステップと
を含む方法。 (A) measuring the thickness of the polishing pad having grooves disposed in the polishing surface of the polishing pad;
(B) determining a depth of the groove disposed in the polishing surface;
(C) adjusting the flow rate of the polishing slurry introduced into the polishing surface according to the determined depth of the groove disposed in the polishing surface;
(D) polishing a predetermined number of substrates;
(E) repeating (a) to (d).
(b)前記研磨パッドの前記測定された厚さを、前記研磨パッドの初期の研磨前の厚さと比較して、研磨パッド厚における減少量を計算するステップと、
(c)前記研磨表面内に配置された前記溝の深さを計算するステップと、
(d)前記研磨表面に導入される研磨スラリの流量を、前記研磨表面内に配置された前記溝の前記決定された深さに応じて、調整するステップと、
(e)所定の数の基板それぞれを前記研磨パッドに接触させるステップと、前記所定の数の基板それぞれに対して前記調整された流量で前記研磨パッドに前記研磨スラリを導入するステップとを含む、前記所定の数の基板を研磨するステップと、
(f)(a)〜(e)を繰り返すステップと
を含む方法。 (A) measuring the thickness of the polishing pad having grooves disposed in the polishing surface of the polishing pad;
(B) comparing the measured thickness of the polishing pad with an initial pre-polishing thickness of the polishing pad to calculate a reduction in polishing pad thickness;
(C) calculating a depth of the groove disposed in the polishing surface;
(D) adjusting the flow rate of the polishing slurry introduced into the polishing surface according to the determined depth of the groove disposed in the polishing surface;
(E) contacting each of a predetermined number of substrates with the polishing pad; and introducing the polishing slurry into the polishing pad at the adjusted flow rate for each of the predetermined number of substrates. Polishing the predetermined number of substrates;
(F) repeating (a) to (e).
(b)前記研磨パッドの前記測定された厚さを、前記研磨パッドの初期の研磨前の厚さと比較して、研磨パッド厚における減少量を決定するステップと、
(c)前記研磨表面内に配置された前記溝の深さを計算するステップと、
(d)前記溝の前記計算された深さを、ルックアップテーブル内に格納された値と比較するステップと、
(e)スラリを、前記溝の前記計算された深さに依存した所定の流量で、前記研磨パッドに導入するステップと、
(f)所定の数の基板を研磨するステップと、
(g)(a)〜(f)を繰り返すステップと
を含む方法。 (A) measuring the thickness of the polishing pad having grooves disposed in the polishing surface of the polishing pad;
(B) comparing the measured thickness of the polishing pad with an initial pre-polishing thickness of the polishing pad to determine a reduction in polishing pad thickness;
(C) calculating a depth of the groove disposed in the polishing surface;
(D) comparing the calculated depth of the groove with a value stored in a lookup table;
(E) introducing slurry into the polishing pad at a predetermined flow rate depending on the calculated depth of the groove;
(F) polishing a predetermined number of substrates;
(G) repeating (a) to (f).
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