JP2018508123A - アコースティックエミッションモニタリング及び化学機械研磨の終点 - Google Patents

Abstract

化学機械研磨装置は、研磨パッドを支持するプラテンと、プラテンによって支持されるアコースティックエミッションセンサとを含むインシトゥアコースティックエミッションモニタリングシステムと、研磨パッドを少なくとも部分的に通って延在するように構成された導波管と、アコースティックエミッションセンサからの信号を受信するプロセッサとを含む。このインシトゥアコースティックエミッションモニタリングシステムは、基板の変形によって生じ導波管を通って伝達される音響事象を検出するように構成され、プロセッサは、この信号に基づいて研磨終点を検出するように構成されている。【選択図】図１

Description

本開示は、化学機械研磨のインシトゥのモニタリングに関する。

集積回路は通常、シリコンウェハに導電層、半導電層、または絶縁層を連続的に堆積させることによって基板上に形成される。１つの製造ステップは、非平坦面上に充填層を堆積し、充填層を平坦化することを含む。ある応用例では、充填層は、パターン層の上面が露出するまで平坦化される。例えば、導電性充填層がパターニング済み絶縁層上に堆積され、絶縁層内のトレンチまたは孔を充填することができる。平坦化後、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、およびラインを形成する。酸化物研磨といった他の応用例では、充填層は、非平坦面上に所定の厚さが残るまで、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は通常必要とされる。

化学機械研磨（ＣＭＰ）は、認められた平坦化方法の１つである。この平坦化方法では通常、基板がキャリアまたは研磨ヘッドに取り付けられる必要がある。基板は通常、露出面が回転研磨パッドに当たるようにして置かれる。キャリアヘッドが、基板に制御可能な荷重をかけ、基板を研磨パッドに押し付ける。通常、研磨用の研磨スラリが、研磨パッドの表面に供給される。

ＣＭＰの１つの問題は、研磨処理が完了しているかどうか、すなわち基板層が所望の平坦度もしくは厚さにまで平坦化されたかどうか、またはどの時点で除去されたか材料が所望の量に達したかを、決定することである。スラリ分布、研磨パッド状態、研磨パッドと基板の間の相対速度、および基板への荷重の各ばらつきが、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。

いくつかのシステムでは、基板は、例えばプラテンまた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。音響による研磨のモニタリングも、提案されてきた。しかし、既存のモニタリング技法では、半導体デバイス製造者の増大する要望を満足させることができない。

上記のように、化学機械研磨の音響によるモニタリングが提案されてきた。音響センサを、スラリまたは、研磨パッドの他の部分から機械的に分離されたパッドの一部に直接接触させて設置することによって、信号の減衰を低減することができる。これによって、より正確なモニタリングや終点検出をすることができる。この音響センサは、例えば充填層の除去や下層の露出を検出するといった、他の研磨プロセスにおいても、終点検出のために使用することができる。

一態様においては、化学機械研磨装置は、研磨パッドを支持するプラテンと、プラテンによって支持されるアコースティックエミッションセンサとを含むインシトゥアコースティックエミッションモニタリングシステムと、研磨パッドを少なくとも部分的に通って延在するように構成された導波管と、アコースティックエミッションセンサからの信号を受信するプロセッサとを含む。このインシトゥアコースティックエミッションモニタリングシステムは、基板の変形によって生じ導波管を通って伝達される音響事象を検出するように構成され、プロセッサは、この信号に基づいて研磨終点を検出するように構成されている。

実装態様は、下記のうちの１つ以上を含み得る。アコースティックエミッションセンサは、１２５ｋＨｚと５５０ｋＨｚの間の動作周波数を有していてよい。プロセッサは、この信号にフーリエ変換を実施し、周波数スペクトルを生成するように構成されていてよい。プロセッサは、この周波数スペクトルをモニタし、周波数スペクトルの周波数要素の強度が閾値を超えた場合に、研磨終点をトリガするように構成されていてよい。

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、信号を生成するインシトゥ音響モニタリングシステムとを含む。インシトゥ音響モニタリングシステムは、プラテンに支持されたアコースティックエミッションセンサと、研磨パッドの溝内で、アコースティックエミッションセンサをスラリに連結するように位置する導波管とを含む。

実装態様は、下記のうちの１つ以上を含み得る。装置は、研磨パッドを含み得る。研磨パッドは、研磨層及び、研磨層の研磨面内の複数のスラリ給送溝を有していてよく、導波管は、研磨パッドを通って溝内まで延在していてよい。導波管の先端は、研磨面よりも下に位置していてよい。研磨パッドは、研磨層とバッキング層を含んでいてよい。導波管は、バッキング層を通り、バッキング層に接触していてよい。バッキング層の中に開口が形成されていてよく、この開口を通って導波管が延びていてよい。このインシトゥ音響モニタリングシステムは、複数の平行な導波管を含んでいてよい。導波管の位置は、垂直方向に調整可能であってよい。

別の態様では、化学機械研磨装置は、研磨パッドを支持するプラテンと、信号を生成するインシトゥ音響モニタリングシステムとを含む。インシトゥ音響モニタリングシステムは、プラテンに指示された音響センサと、研磨パッドから機械的に分離された研磨パッド材料の本体と、音響センサを研磨パッド材料の本体に連結する導波管とを含む。

実装態様は、下記のうちの１つ以上を含み得る。装置は、研磨パッドを含み得る。研磨パッドの材料は、研磨パッド内の研磨層の材料と同じであってよい。本体は、間隙によって研磨パッドから分離していてよい。シールによって、この間隙からのスラリの漏れが防止されていてよい。導波管の位置は、垂直方向に調整可能であってよい。導波管の先端より下の窪みまで、洗浄システムが流体を導いてよい。

別の態様では、化学機械研磨装置は、研磨パッドを支持するプラテンと、研磨パッドの開口内で研磨材料のコードを支持するように構成されたパッドコード支持体とを備える。

実装態様は、下記のうちの１つ以上を含み得る。パッドコード支持体は送りリール及び巻き取りリールを含んでいてよく、パッドコード支持体は、パッドコードを送りリールから巻き取りリールへと誘導するように構成されている。インシトゥ音響モニタシステムは、信号を生成し得る。インシトゥ音響モニタリングシステムは、プラテンに支持された音響センサと、音響センサをパッドコードの下の領域に連結する導波管とを含み得る。導波管とパッドコードの間の領域に、洗浄システムが流体を導いてよい。導波管の先端は、パッドコードを受容するためのスロットを有していてよい。コードは、間隙によって研磨パッドから分離していてよい。

別の態様では、化学機械研磨装置は、研磨パッドを支持するプラテン、並びに、複数の異なる位置でプラテンに支持される複数の音響センサ、及び複数の音響センサからの信号を受信し、この信号から基板の音響事象の位置を決定するように構成されたコントローラ備えるインシトゥ音響モニタリングシステムを含む。

実装態様は、下記のうちの１つ以上を含み得る。コントローラは、信号間の音響事象の時差を決定し、時差に基づいて位置を決定するように構成されていてよい。インシトゥのモニタリングシステムは、少なくとも３つの音響センサを含んでいてよく、コントローラは、音響事象の位置を三角測量するように構成されていてよい。信号内の音響事象は、バースト型の放出によって表されていてよい。コントローラは、事象の、基板の中心からの径方向の距離を決定するように構成されていてよい。コントローラは、信号に対して、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）またはウェーブレットパケット変換（ＷＰＴ）を実施するように構成されていてよい。複数の音響センサは、プラテンの回転軸から径方向に種々の距離で位置していてよい。複数の音響センサは、プラテンの回転軸の周囲に、種々の角度位置で位置していてよい。

別の態様では、プロセッサによって実行されたときに、プロセッサに上記装置の動作を実施させる命令が、非一時的コンピュータ可読媒体上に記憶されている。

実施態様は、以下の潜在的な利点の１つ以上を含むことができる。音響センサが、より強い信号を有することができる。下層の露出を、より確実に検出することができる。研磨をより確実に中止することができ、ウエハ間の均一性を向上することができる。

１つまたは複数の実施形態の詳細を添付の図面および以下の記述で説明する。他の態様、特徴および利点は、これらの記述および図面から、ならびに特許請求の範囲から明らかになろう。

研磨装置の一例の概略断面図である。 研磨パッドの溝内に延在するプローブを有する音響モニタリングセンサの、概略断面図である。 複数のプローブを有する音響モニタリングセンサの、概略断面図である。 パッドセグメント内に延在するプローブを有する音響モニタリングセンサの、概略断面図である。 可動コードを有する音響モニタリングセンサの、概略断面図である。 音響モニタリングセンサから出ているプローブの概略断面図である。 複数の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。 複数の音響モニタリングセンサからの信号を示す。 研磨を制御する方法を示すフロー図である。

様々な図面において、同様の参照符号は同様の要素を示している。

いくつかの半導体チップ製造プロセスでは、例えば金属、酸化ケイ素またはポリシリコンである上層が、例えば酸化ケイ素、窒化ケイ素または高Ｋ誘電体などの誘電体である下層が露出するまで、研磨される。ある用途では、下層が露出したとき、基板からのアコースティックエミッションは変化する。研磨終点は、この音響信号の変化を検出することによって決定することができる。

モニタすべきアコースティックエミッションは、基板材料が変形を受けるときの応力エネルギーによって生じることができ、結果として生じる音響スペクトルは、基板の材料特性と関連がある。この音響効果が、研磨パッドに対する基板の摩擦によって生成されるノイズ（こちらもまた音響信号と呼ばれることがある）と同一ではなく、この音響効果は、こうした摩擦ノイズよりも、顕著に高い（例えば５０ｋＨｚから１ＭＨｚ高い）周波数範囲で発生するものであり、したがって、基板の応力によって生じるアコースティックエミッションの適正な周波数範囲のモニタリングは、摩擦ノイズのモニタリングに使われる周波数範囲の最適化に起因するものではないということは、留意されてよい。

しかし、音響モニタリングシステムに関する潜在的な問題は、音響信号のセンサへの伝達である。研磨パッドは、音響信号を弱める傾向がある。したがって、音響信号の減衰が少ない位置にセンサを置くことが有利であろう。

図１は、研磨装置１００の一例を示す図である。研磨装置１００は、上に研磨パッド１１０が位置する、回転可能な円盤状のプラテン１２０を含む。研磨パッド１１０は、外側研磨層１１２及び、より軟性のバッキング層１１４を有する、二層研磨パッドであってよい。プラテンは、軸１２５を中心に回転するように操作可能である。例えば、モータ１２１（例えば、ＤＣ誘導モータ）は、駆動シャフト１２４を回してプラテン１２０を回転させることができる。

研磨装置１００は、研磨スラリなどの研磨液１３２を研磨パッド１１０の上に供給するポート１３０を含むことができる。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ーも含むことができる。

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に当てて保持するように動作可能である。各キャリアヘッド１４０は、例えば圧力といった、各基板それぞれに関連付けられた研磨パラメータを、個別に制御することができる。

キャリアヘッド１４０は、可撓性の膜１４４の下に基板１０を保持するための保持リング１４２を含むことができる。キャリアヘッド１４０はまた、膜によって画定された、１つ以上の個別に制御可能で加圧可能なチャンバ（例えば３つのチャンバ１４６ａ〜１４６ｃ）を含み、これらのチャンバは、可撓性の膜１４４上、すなわち基板１０上の関連付けられたゾーンに、個別に制御可能な圧力を加えることができる（図１参照）。説明を簡略化するために、図１には３個のチャンバのみを図示したが、１個もしくは２個のチャンバ、または４個もしくはそれ以上のチャンバ、例えば５個のチャンバがあってもよい。

キャリアヘッド１４０は、支持構造体１５０（例えば、カルーセルまたはトラック）から懸架され、キャリアヘッドが軸１５５を中心に回転できるように、ドライブ軸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）に連結される。各キャリアヘッド１４０はオプションで、例えばカルーセル１５０上のスライダによって、またはカルーセル自体の回転振動によって、横方向に振動することができる。典型的な動作では、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を中心に回転すると共に、研磨パッドの上面全体にわたって横方向に並進運動する。

一つのキャリアヘッド１４０のみを示したが、研磨パッド１１０の表面積を効率的に使用できるように、より多くのキャリアヘッドを設けて追加の基板を保持することができる。

プログラム可能コンピュータなどのコントローラ１９０が、プラテン１２０およびキャリアヘッド１４０の回転速度を制御するためにモータ１２１、１５４に接続される。例えば、各モータは、付随するドライブ軸の回転速度を測定するエンコーダを含むことができる。モータ自体の中にあることができ、またはコントローラの一部もしくは別の回路の中にあることができ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、また、ドライブ軸のこの回転速度をコントローラから受け取った回転速度に確実に一致させるために、モータに供給される電流を調整する。

研磨装置１００は、少なくとも１つのインシトゥ音響モニタリングシステム１６０を含む。このインシトゥ音響モニタリングシステム１６０は、１つ以上のアコースティックエミッションセンサ１６２を含む。各アコースティックエミッションセンサは、上側プラテン１２０上の１つ以上の箇所に設置されることができる。具体的には、このインシトゥ音響モニタリングシステムは、基板１０の材料が変形を受けているときに応力エネルギーによって生じたアコースティックエミッションを、検出するように構成されることができる。

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またはロータリーエンコーダを、用いることができる。これによって、センサ１６２が基板の近傍にあるとき（例えばセンサ１６２がキャリアヘッドまたは基板よりも下にあるとき）に測定された信号の、一部のみを終点検出に用いることが可能になる。

図１に示す実施形態では、アコースティックエミッションセンサ１６２はプラテン１２０の窪み１６４内に位置しており、基板の研磨パッド１１０により近接する側からのアコースティックエミッションを受信するように位置している。センサ１６２は、回路１６８によって、電源、及び／または他の信号処理電子機器１６６に、例えば水銀スリップリングといった回転連結部を通じて、接続されることができる。次に、信号処理電子機器１６６は、コントローラ１９０に接続されることができる。センサ１６２からの信号は、４０〜６０ｄＢのゲインの組込式内部増幅器によって増幅されることができる。次に、センサ１６２からの信号は、必要に応じてさらに増幅されフィルタリングされて、例えば電子機器１６６内でＡ／Ｄポートを通じて高速データ取得ボードでデジタル化される。センサ１６２からのデータは、１から３Ｍｈｚで記録されることができる。

アコースティックエミッションセンサ１６２は、プラテン１２０内に位置している場合、プラテン１２０の中心、例えば回転軸１２５上か、プラテン１２０の端部か、または中間点（例えば直径２０インチのプラテンの場合、回転軸から５インチのところ）のいずれかにあることができる。

ある実装態様では、窪み１６４内に、ガスが導かれてよい。例えば、空気または窒素といったガスが、ポンプまたはガス供給ラインといった圧力源１８０から、管及び／または通路によってプラテン１２０内に設けられた導管１８２を通って、窪み１６４内へと導かれ得る。出口ポート１８４が、窪み１６４を外部環境へと接続し、窪み１６４からのガスの流出を可能にすることができる。電子機器もしくは他の構成要素の損傷、またはセンサ１６２の汚染の可能性を低減するため、ガス流が窪み１６４に加圧して、スラリの窪み１６４への漏出を低減するか、及び／または窪み１６４内に漏出するスラリを出口ポート１８４を通ってパージすることができる。

アコースティックエミッションセンサ１６２は、音響エネルギーを伝達する導波管を提供する、プローブ１７０を含むことができる。プローブ１７０は、研磨パッド１１０を支持するプラテン１２０の上面１２８の上方に突出していることができる。プローブ１７０は、例えば、センサ１６２の本体から研磨パッド１１０内に延びる、鋭利な先端を有する針状の本体（例えば図２を参照）であることができる。代わりに、プローブ１７０は、鈍形の上端を有する円筒形の本体（例えば図５を参照）であることもできる。プローブは、任意の高密度の材料から製造されていることができ、耐食ステンレス鋼から製造されているのが理想的である。

導波管が連結されているセンサ部に関しては、動作周波数が５０ｋＨｚと１ＭＨｚの間、例えば１２５ｋＨｚと１ＭＨｚの間、例えば１２５ｋＨｚと５５０ｋＨｚの間である、（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ Ｎａｎｏ ３０といった）市販のアコースティックエミッションセンサを使うことができる。センサは、導波管の遠位端に取り付けられ、例えばクランプ止めまたはプラテン１２０へのネジ接続によって、所定の位置に保持されることができる。

図２を参照すると、ある実装態様では、研磨パッド１１０の研磨層１１２の上面内に、複数のスラリ給送溝１１６が形成されている。溝１１６は、研磨層１１２の厚さの、全部ではなく一部にわたって延びている。図２に示す実装態様では、プローブ１７０が研磨層１７２（例えば溝１１６の下方に残っている研磨層の薄い部分）を通って延びており、それによって、先端１７２は溝１１６のうちの１つの中に位置している。これによって、プローブ１７０が、溝１１６内に存在するスラリを通って伝播する音響信号を直接感知することが可能になる。このプローブは、単に研磨層内に延びているプローブと比べて、音響センサを、基板１０からのアコースティックエミッションに対してより良くカップリングすることができる。

研磨パッド１１０が基板１０によって押し付けられる際、プローブ１７０の先端１７２が基板１０に接触しないように、先端１７２は溝１１６内で十分に低い位置にあるべきである。

ある実装態様では、プローブの先端１７２の垂直部分は、調整可能である。これによって、感知用先端１７２の垂直位置を、研磨パッド１１０の溝の底部に対して正確に位置決めすることが可能になる。例えば、アコースティックエミッションセンサ１６２は、プラテン１２０の一部を通って開口内に嵌合する、円筒形の本体を含むことができる。本体外表面上のネジ山１７４は、プラテン１２０内の開口の内表面上のネジ山１２２と係合することができ、それによって、先端１７２の垂直位置の調整は、本体の回転によって達成することができる。しかし、圧電アクチュエータといった他の垂直位置調整機構も、使うことができる。プローブ先端１７２の垂直位置の位置決めは、図２から４に示す実装態様と組み合わせることができる。

プローブ１７０は、バッキング層を通って延び、バッキング層１１４に接触していることができる。代わりに、バッキング層１１４内に開口１１８が形成され、それによってプローブ１７０が開口１１８を通じて延びているが、バッキング層１１４とは直接接触していなくてもよい。研磨層１１２を穿刺する細い針状のプローブ１７０を使用することで、効果的に研磨層１１２を密封状態に保持し、プローブ１７０によって作られた開口を通るスラリの漏出を低減することができる。さらに、導波管は、バッキング層１１４の物理的特性を機械的に犠牲にすることなく、バッキング層１１４を貫通することができる。

図３に示すように、プローブ１７０の位置を溝１１６に合わせることは困難であり得るので、アコースティックエミッションセンサ１６２は、複数のプローブ１７０を含むことができる。例えば、プローブは、複数の平行な針であることができる。プローブ１７０が溝１１６間のピッチと少なくとも等しい領域にわたって延在しているとすると、研磨パッドがプラテン１２０上に置かれているとき、プローブ１７０の先端１７２のうちの少なくとも１つは、溝１１６内に位置するはずである。

図４を参照すると、ある実装態様では、アコースティックエミッションセンサ１６２のプローブ１７０は、本体２００内に延びている。この本体２００は、基板１０の底面に接触するように構成されているが、間隙２０４によって研磨パッド１１０の残りの部分から機械的に分離されている上面２０８を有する。本体２００は、研磨層１１２と同一の材料から作られていることができる。本体は、研磨層１１２と同じ厚さを有していることができる。本体の厚さは、約１０ｍｍから５０ｍｍであることができる。研磨パッドの上から見たときに、本体２００は、円形、長方形、または別の形状であることができる。

この構成によって、プローブ１７０が、基板と直接接触している本体２００を通じて音響信号を受信することが可能になる。しかし、本体２００が研磨パッド１１０から機械的に分離されていることで、本体２００は、概して周囲の研磨パッド１１０による制約を受けずに動く。こうして、本体２００は、研磨パッド１１０の残りの部分から機械的にほぼ切り離されていると考えることができる。これによって、センサ１６２への音響信号の伝達が向上し得る。

オプションで、本体２００の上面内に窪み２０６が形成されていることができ、プローブ１７０が、本体２００を通って窪み２０６まで延びていることができる。窪み２０６はスラリで満たすことができ、それによってアコースティックエミッションセンサ１６２が、窪み２０６内に存在するスラリを通って伝播する音響信号を、直接感知することが可能になる。

上記のように、本体２００は研磨パッドの残りの部分と同じ材料、例えば多孔性ポリウレタンであることができる。本体２００は、不透明であることができる。一方、ある実装態様では、研磨システム１００は、インシトゥ光学モニタシステムもまた含む。この場合、本体２００は透明な窓であることができ、その窓を通って光学モニタシステムが光線を導くことができる。

本体２００と研磨パッド１１０との間の間隙２０４を通るスラリの漏出を防止するため、オプションで、例えばＯリングといったシール２０２を使用することができる。シール２０２は十分な可撓性を有することができ、それによって、パッド１１０の撓みは本体２００に伝達されず、本体２００は、研磨パッド１１０の残りの部分から機械的にほぼ切り離された状態に保たれる。

図５を参照すると、ある実装態様では、パッド材料の本体２００は、パッド材料、例えば研磨層１１２と同じ材料から製造されているコード２１０によって代替されている。コード２１０は、送りリール２１２から巻き取りリール２１４へと巻き取ることができる。コード２１０は、送りリール２１２から、上方に、バッキング層１１４内の開口１１８を通り、研磨層１１２内の開口２２０を通って、上面２２２が研磨層１１２のストップ面とほぼ同一平面である部分２２１まで延び、開口１１８、２２０を通って、巻き取りリール２１４まで戻る。図示しないが、コード２１０は、部分２２１を所望の位置（例えば、概して研磨層１１２と同じ高さであり、開口２２０内で中央配置されている位置）に維持する、ガイドスロットを通過することができる。

稼働中、モータが定期的に巻き取りリール２１４を前に進めて、コード２１０の新たな部分を送りリール２１４から引き出すことができる。この構成は、センサ１６２上にパッド材料の新たな部分を提供することによって、測定の変動を生じる感知用先端のパッド磨耗を回避することができる。

アコースティックエミッションセンサ１６２はまた、流体パージポート、例えばセンサ１６２の本体を通る１つ以上の通路２２４も含むことができる。稼働中、流体、例えば水といった液体を、流体源２２６から通路２２４を通って開口１１８及び２２０へと導くことができる。これによって、開口内にスラリが蓄積されるのを防止することができる。加えて、流体は、プローブ１７０の音響カップリングの、基板１０へのカップリングを向上することができる。

図５は、センサ１６２の下側本体内にある流体パージポートの通路２２６を示しているが、図６に示すように、ある実装態様では、通路２２６はプローブ１７０を通り、プローブ１７０の長手軸に沿って延びていることもできる。これによって、コード２１０のより近くの空間に流体を注入し、プローブ１７０の音響カップリングと基板１０とのカップリングを向上することが可能になる。ある実施形態では、プローブ１７０の上端は、コード２１０の部分２２１を所望の位置に保持するガイドの役割を果たす、スロットを含む。

ここで、先行する実施態様のうちの任意のものにおけるセンサ１６２からの信号を見てみると、例えば増幅、予備フィルタリング及びデジタル化の後の信号は、終点検出またはフィードバックまたはフィードフォワードの制御のため、例えばコントローラ１９０内で、データ処理を受けることができる。

ある実装態様では、信号の周波数分析が実施される。例えば、周波数スペクトルを生成するため、信号に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実施することができる。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表すことができ、これは、終点をトリガするのに使用することができる。代わりに、選択された周波数帯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表すことができ、終点をトリガするのに使用することができる。例えば、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）における層間誘電膜（ＩＬＤ）の研磨のモニタリングに関しては、２２５ｋＨｚから３５０ｋＨｚの周波数範囲をモニタすることができる。

別の例として、信号を低周波数要素と高周波数要素に分解するため、信号に対してウェーブレットパケット変換（ＷＰＴ）を実施することができる。信号をより小さい要素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。周波数要素のうちの１つの、強度をモニタすることができるが、この要素の強度が閾値を超える場合、下層が露出されたことを表すことができ、これは、終点をトリガするのに使用することができる。

図７を参照すると、ある実装態様では、複数のセンサ１６２がプラテン１２０内に設置されてもよい。各センサ１６２は、図２〜図６のうちの任意のものを説明する態様で構成されることができる。センサ１６２からの信号は、コントローラ１９０によって、研磨中、基板１０に生じるアコースティックエミッション事象の位置的分布を計算するために使用することができる。ある実装態様では、複数のセンサ１６２は、プラテン１２０の回転軸の周囲に、種々の角度位置であるが、回転軸から同じ径方向距離で、位置していることができる。ある実装態様では、複数のセンサ１６２は、プラテン１２０の回転軸から種々の径方向距離であるが、同じ角度位置で、位置していることができる。ある実装態様では、複数のセンサ１６２は、プラテン１２０の回転軸の周囲に種々の角度位置で、且つプラテン１２０の回転軸から種々の径方向距離で位置していることができる。

図８は、時間に応じたセンサ１６２からの信号強度を示すグラフ２５０である。基板１０からのアコースティックエミッションが、基板１０上の個別の事象の結果であるとすると、特定の事象が、背景の音響信号２５２からの逸脱２５０（例えばバースト型放出）として表されるはずである。逸脱はそれぞれ異なる形状を有し得るが、特定の逸脱に関して種々のセンサ１６２が受信した信号は、事象の位置からセンサまで信号が伝播するのに要した時間の差による時差（点線で示す）はあるが、ほぼ同一の形状を有するはずである。スラリ１３２を通って伝播するアコースティックエミッション波の速度は、一定である。したがって、各センサ１６２が研磨面１１２上に生じる特定の事象からの波信号を受信するのにかかる時間は、この特定の事象の位置とセンサの位置との間の距離に比例する。したがって、各センサ１６２が特定の事象を表す音響信号を受信する時間は、センサ１６２の事象の位置への距離と、音響信号の伝播速度とに依存する。

各センサが事象を表す音響信号を受信する相対時差Ｔは、例えば、センサ１６２からの信号の相互相関を使用して決定することができる。この時差Ｔは、センサ１６２間の２次元空間内における音響事象のおよその位置を三角測量するのに使用することができる。センサ１６２の数を増加することによって、三角測量の正確性が向上し得る。２個以上のセンサを使用した音響信号の三角測量は、「Ｓｏｕｒｃｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｉｎ ｐｌａｔｅｓ ｕｓｉｎｇ ｃｒｏｓｓ−ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ」（Ｓ．Ｍ． Ｚｉｏｌａ ａｎｄ Ｍ．Ｒ． Ｇｏｒｍａｎ， Ｊ．、Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ， ９０ （５） （１９９１））及び、「Ａｃｏｕｓｔｉｃ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｓｏｕｒｃｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｗｏ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ ｂｙ ａｎ ａｒｒａｙ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｓｅｎｓｏｒｓ，」（Ｔｏｂｉａｓ， Ｎｏｎ−Ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ Ｔｅｓｔ．， ９， ｐｐ． ９−１２ （１９７６））に記載されている。これらの技法をＣＭＰに適用するには、波の伝播のための等方媒体の役割を果たす、研磨パッドの溝内に存在する流体（具体的には、パッド１１０と基板１０の間の流体１３２）を必要とする。

例えばモータエンコーダ信号またはプラテン１２０に取り付けられた光遮断器を使用して、基板１０に対するセンサ１６２の位置が既知であるとすると、基板上の音響事象の位置、例えば、基板の中心からの事象の径方向位置を計算することができる。基板に対するセンサの位置を決定することは、参照によって援用される米国特許第６，１５９，０７３号で検討されている。

処理上意味のある様々な音響事象は、マイクロスクラッチ、膜遷移のブレイクスルー、及び膜のクリアリングを含む。導波管からのアコースティックエミッション信号を分析するのに、様々な方法を用いることができる。研磨中に生じるピーク周波数を決定するために、フーリエ変換及び他の周波数分析方法を使用することができる。実験的に決定された閾値と、所定の周波数範囲内によるモニタリングとを用いて、研磨中の、予期した変化と予期せぬ変化とが識別される。予期した変化の例は、膜硬度の遷移中にピーク周波数が突然出現することを含む。予期せぬ変化の例は、（パッドグレージング、または他の、処理の変更を誘発する機会の健康状態問題といった）消耗品のセットに関する問題を含む。

図９は、例えば閾値が実験的に決定された後の、素子側基板を研磨するプロセスを示す。素子側基板は、研磨ステーションで研磨され（３０２）、インシトゥ音響モニタリングシステムによって音響信号が収集される（３０４）。

信号がモニタされ、下層の露出が検出される（３０６）。例えば、特定の周波数範囲をモニタすることができる。強度をモニタし、閾値と比較することができる。

研磨終点の検出によって研磨の中止がトリガされる（３１０）。ただし、終点のトリガ後も、所定の時間にわたって研磨を継続することも可能である。代わりにまたは加えて、収集されたデータ及び／または終点の検出時間を、フィードフォワードして後続の処理工程（例えば後続のステーションにおける研磨）で基板の処理を制御するか、または、フィードバックして同一の研磨ステーションにおける後続の基板の処理を制御することができる。

本明細書に記載の実装態様、および機能的動作のすべては、デジタル電子回路として、または、本明細書に開示された構造的手段およびその構造的等価物を含むコンピュータソフトウェア、ファームウェアもしくはハードウェアとして、またはこれらの組合せとして実装することができる。本明細書に記載の実装態様は、１つ以上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、または複数のプロセッサもしくはコンピュータ）によって実行するための、また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１つ以上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。

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またはコードとしても知られている）は、コンパイルまた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、またはモジュール、構成要素、サブルーチン、も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配置することを含め、任意の形で配置することができる。１つのコンピュータプログラムは、必ずしも１つのファイルに対応しない。プログラムは、他のプログラムもしくはデータを保持するファイルの一部分、対象のプログラム専用の単一のファイル、または複数の連携しているファイル（例えば、１つ以上のモジュール、サブプログラム、もしくはコードの一部分を収納するファイル）に収納することができる。コンピュータプログラムは、１つのコンピュータ上で実行されるように配置すること、あるいは１つの場所にある、または複数の場所にわたって分散された、通信ネットワークによって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配置することができる。

本明細書に記載の処理および論理の流れは、１つ以上のプログラム可能プロセッサによって実施することができ、このプロセッサは、１つ以上のコンピュータプログラムを実行して、入力データに対して動作し出力を生成することによって諸機能を実施する。処理および論理の流れはまた、例えばＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）またはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）である専用論理回路によって実施することができ、この専用論理回路として装置を実装することもできる。

「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、または複数のプロセッサも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すべての装置、デバイスおよび機械を包含する。装置は、ハードウェアに加えて、対象の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、またはこれらの１つ以上の組合せを構成するコード）を含むことができる。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、汎用および専用の両方のマイクロプロセッサ、および任意の種類のデジタルコンピュータの任意の１つ以上の複数のプロセッサが含まれる。

コンピュータプログラム命令およびデータを収納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、およ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または着脱可能なディスク）、光磁気ディスク、ならびにＣＤーＲＯＭおよび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、媒体およびメモリデバイスが含まれる。プロセッサおよびメモリに専用論理回路を追加することができるし、プロセッサ及びメモリを専用論理回路に組み込むこともできる。

上述の研磨装置および方法は、種々の研磨システムに適用することができる。研磨パッドもしくはキャリアヘッド、またはこの両方が、研磨面とウエハの間で相対運動を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、周回してもよい。研磨パッドは、プラテンに固定された円形（または何か他の形状の）パッドであることができる。終点検出システムのいくつかの態様は、例えば、研磨パッドが、直線的に移動する連続ベルトまたはオープンリールベルトであるような、直線的研磨システムに適用可能であってよい。研磨層は、標準の（例えば、充填材を伴うもしくは伴わないポリウレタン）研磨材料、軟性材料、または固定砥粒材料であってよい。相対的位置決めという用語が使用され、研磨面とウエハは、垂直配向にもいくつか別の配向にも保持できることを理解されたい。

本明細書は多くの細目を含むが、これらは、特許請求することができる範囲の制限事項としてではなく、むしろ特定の発明の特定の実施形態に特定的でありうる特徴の説明として解釈されるべきである。いくつかの実施態様では、本方法は、上にある材料と下にある材料の別の組合せに適用すること、および別の種類のインシトゥ監視システム（例えば、光学的監視システムまたは渦電流監視システム）からの信号に適用することができる。

Claims (15)

1. 研磨パッドを支持するプラテン、並びに
   信号を生成するインシトゥ音響モニタリングシステムであって、前記プラテンによって支持されるアコースティックエミッションセンサと、前記アコースティックエミッションセンサを前記研磨パッドの溝内のスラリに連結するように位置する導波管とを含むインシトゥ音響モニタリングシステム
   を備える、化学機械研磨装置。
2. 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する前記研磨パッドを備え、前記導波管は、前記研磨パッドを通って前記溝内まで延在している、請求項１に記載の装置。
3. 前記導波管の先端が、前記研磨面よりも下に位置している、請求項２に記載の装置。
4. 研磨パッドを支持するプラテン、並びに
   信号を生成するインシトゥ音響モニタリングシステムであって、前記プラテンによって支持される音響センサと、前記研磨パッドから機械的に分離された研磨パッド材料の本体と、前記音響センサを前記研磨パッド材料の本体に連結する導波管とを含む、インシトゥ音響モニタリングシステム
   を含む、化学機械研磨装置。
5. 前記研磨パッドを備え、前記研磨パッドの材料は、前記研磨パッドの研磨層と同じ材料である、請求項４に記載の装置。
6. 前記研磨パッドを備える装置であって、前記本体は間隙によって前記研磨パッドから分離しており、前記間隙を通じたスラリの漏出を防止するためのシールをさらに備える、請求項４に記載の装置。
7. 研磨パッドを支持するプラテンと、
   前記研磨パッドの開口内で研磨材料のコードを支持するように構成されたパッドコード支持体と
   を備える、化学機械研磨装置。
8. 前記パッドコード支持体は送りリール及び巻き取りリールを備え、前記パッドコード支持体は、前記パッドコードを前記送りリールから前記巻き取りリールへと誘導するように構成されている、請求項７に記載の装置。
9. 信号を生成するインシトゥ音響モニタリングシステムであって、前記プラテンに支持された音響センサと、前記音響センサを前記パッドコードの下の領域に連結する導波管とを含むインシトゥ音響モニタリングシステムを備える、請求項７に記載の装置。
10. 前記導波管と前記パッドコードの間の領域に流体を導く洗浄システムを備える、請求項７に記載の装置。
11. 研磨パッドを支持するプラテン、並びに、
    インシトゥ音響モニタリングシステムであって、複数の異なる位置で前記プラテンに支持される複数の音響センサ、及び
    前記複数の音響センサからの信号を受信し、前記信号から基板の音響事象の位置を決定するように構成されたコントローラを備えるインシトゥ音響モニタリングシステム
    を備える、化学機械研磨装置。
12. 前記コントローラは、前記信号間の前記音響事象間の時差を決定し、前記時差に基づいて前記位置を決定するように構成されている、請求項１１に記載の装置。
13. 前記インシトゥモニタリングシステムは、少なくとも３つの音響センサを含み、前記コントローラは、前記音響事象の前記位置を三角測量するように構成されている、請求項１２に記載の装置。
14. 前記音響事象は、前記信号内でバースト型放出によって表される、請求項１２に記載の装置。
15. 前記コントローラは、前記事象の、前記基板の中心からの径方向の距離を決定するように構成される、請求項１１に記載の装置。

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