JP7162000B2 - Ｃｍｐ位置特定研磨（ｌｓｐ）用に設計された螺旋及び同心運動 - Google Patents

Description

本開示の実施形態は、広くは、半導体ウエハなどの基板を研磨するための方法に関し、特に、電子デバイス製造プロセスにおいて基板の特定位置又は領域を研磨するための方法に関する。

化学機械研磨（CMP）は、高密度集積回路の製造で一般的に使用されるプロセスであり、スラリなどの研磨流体が存在する中で、平坦化される材料層を研磨パッドと接触させ、基板（したがって、材料層の表面）を研磨パッドに対して動かすことによって、基板上に堆積した材料の層を平坦化又は研磨する。通常の研磨プロセスでは、基板は、研磨パッドに向けて基板の裏側を押圧するキャリアヘッド内に保持されている。化学的活動と機械的活動の組み合わせを通して、材料が、研磨パッドと接触している材料層表面の全体にわたり除去される。キャリアヘッドは、基板の種々の環状領域に差圧を印加する複数の個別に制御される加圧領域を含んでよい。例えば、基板の中央における所望の材料除去と比較して、基板の周縁領域においてより多くの材料除去が望まれる場合、キャリアヘッドは、基板の周縁領域に対してより多くの圧力を印加することになる。しかし、基板の剛性は、キャリアヘッドによって基板の局所的領域に印加される圧力を再分配する傾向があり、それによって、基板に印加される圧力は、概して基板の全体にわたり拡散又は平滑化され得る。この平滑化の影響によって、局所的に圧力を印加して局所的に材料を除去することが、不可能ではないにしても困難となる。

CMPの２つの一般的な用途は、下層の特徴が層表面内に凹部及び凸部を生成する、バルク膜の平坦化、例えばプレ金属誘電体層（PMD）又は層間誘電体層（ILD）の研磨と、特徴を有する層の露出した表面（領域）からバイア、コンタクト、又はトレンチの充填材料の一部分を除去するために研磨が使用される、シャロートレンチアイソレーション（STI）及び層間金属相互接続（interlayer metal interconnect）の研磨とである。例えば、層間金属相互接続では、誘電体膜層内の開口内に堆積されたタングステン（W）などの導体が、その領域表面上にも堆積され、領域上のタングステンは、金属又は誘電材料の次の層がその上に形成され得る前に、そこから除去されなければならない。

CMPの後で、基板のバッチ又はロットからの通常１以上の基板が、プロセス目標とデバイス仕様への適合性を測定又は検査される。幾つかのCMP動作（すなわち、PMD又はILD）の後で基板の膜が厚過ぎるか、又は基板の膜が基板の領域表面上に残っている望ましくない残留膜（ポスト金属相互接続又はSTI研磨などのCMP動作後の不適切な除去として知られている）を有する場合、その基板は通常、更なる研磨のために従来のCMP研磨器に戻されることになる。しかし、基板の全体にわたる不均一な材料除去の程度は、ほとんどの従来のCMPプロセスに固有のものであるため、CMP後の基板の薄膜、及び膜の除去率は、基板の全体にわたり不均一であり得る。したがって、研磨された層が厚過ぎるか又は基板上に望ましくない残留膜を有する基板の再作業は、幾つかの位置で又は再作業の動作中に研磨され過ぎた位置で薄過ぎる膜をもたらし得る。

研磨し過ぎが薄過ぎる膜厚をもたらすことに加えて、研磨し過ぎは、バイア、コンタクト、及びラインなどの凹部特徴内の膜材料の上面の望ましくないディッシング、並びに／又は高特徴密度を有するエリア内の平面的な表面の侵食をもたらし得る。更に、タングステン（W）などの金属を金属CMPスラリに曝露し過ぎることは、スラリによる金属の化学変換、したがってコアリング（coring）をもたらし得る。その場合、金属の膜材料は、もはやそれが充填する開口の側壁及びベースに固着しておらず、研磨中に引き離される。

したがって、従来のCMPのものに匹敵する又はそれより優れたプロセス性能を有する、基板の特定位置からの材料の除去を容易にする方法が必要である。

本明細書の実施形態は、概して、平坦化された基板表面、すなわち、半導体ウエハなどの基板上の特定の所望の位置を研磨することによって、孔若しくはトレンチを充填する材料のディッシングなしに、領域表面から過剰な材料が完全に取り除かれた表面を提供するための方法に関する。

一実施形態では、基板を研磨する方法が、支持アームによって支持され且つ基板の表面積未満の接触部分表面積を有する研磨パッドを、基板の第１の半径において基板上に位置決めすること、及び第１の研磨レシピを使用して第１の半径において基板を研磨することを含む。第１の研磨レシピは、第１の研磨滞留時間、第１の研磨ダウンフォース、及び第１の研磨速度を含む。該方法は、研磨パッドが基板上で第１の半径から第２の半径へ横に移動するような位置決め動作を使用して支持アームを動かすこと、及び第２の研磨レシピを使用して第２の半径において基板を研磨することを更に含む。第２の研磨レシピは、第２の研磨滞留時間、第２の研磨ダウンフォース、及び第２の研磨速度を含む。

別の一実施形態では、基板を研磨する方法が、支持アームの第１の端部によって支持され且つ基板の表面積未満の接触部分表面積を有する研磨パッドを、基板の表面に対して付勢すること、及び第１の研磨レシピを使用して基板の表面より小さい基板の第１のエリア表面を研磨することを含む。第１の研磨レシピは、第１の研磨滞留時間、第１の研磨ダウンフォース、及び第１の研磨速度を含む。該方法は、研磨パッドが基板の第１のエリア表面から基板の表面より小さい基板の第２のエリア表面へ横に移動するように、基板と支持アームとを同時に動かすこと、及び第２の研磨レシピを使用して基板の第２のエリア表面を研磨することを更に含む。第２の研磨レシピは、第２の研磨滞留時間、第２の研磨ダウンフォース、及び第２の研磨速度を含む。

別の一実施形態では、基板を研磨する方法が、支持アームによって支持され且つ基板の表面積未満の接触部分表面積を有する研磨パッドを、基板の表面に対して付勢すること、研磨パッドが基板の表面の複数の半径のうちの各半径へ横に移動するように、基板が固定されたチャックを回転させると同時に支持アームを動かすこと、及び複数の研磨レシピであって、それぞれが複数の半径のそれぞれに対応する複数の研磨レシピを使用して基板の表面を研磨することを含む。複数の研磨レシピのそれぞれは、研磨滞留時間、研磨ダウンフォース、及び研磨速度を含む。

別の一実施形態では、残留膜厚プロファイルが、手動又は自動の検査技術に基づいて特定され、研磨レシピが、残留膜厚プロファイルに基づいて生成される。

本開示の上述の特徴を詳細に理解し得るように、上記で簡単に要約されている本開示の、より具体的な説明が、実施形態を参照することによって得られる。一部の実施形態は付随する図面に示されている。しかし、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容し得ることから、付随する図面はこの開示の典型的な実施形態のみを例示しており、したがって、本開示の範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。

一実施形態による、LSPモジュールの上面斜視図である。 図１ＡのLSPモジュールの概略的な断面図である。 一実施形態による、研磨ヘッドの概略的な断面図である。 一実施形態による、研磨パッドアセンブリの概略的な断面図である。 一実施形態による、研磨ヘッド内に配置された偏芯部材の概略的な断面図である。 図４Ａにおいて描かれた研磨ヘッドの実施形態による研磨動作を描く。 別の一実施形態による、研磨ヘッド内に配置された別の偏芯部材の概略的な断面図である。 図５Ａにおいて描かれた研磨ヘッドの実施形態による研磨動作を描く。 別の一実施形態による、LSPモジュールの概略的な等角断面図である。 一実施形態による、基板上の研磨パッドアセンブリの様々な動作モードを示すLSPモジュールの概略的な平面図である。 研磨パッドアセンブリの様々な動作モードの別の一実施形態を示す、LSPモジュールの概略的な平面図である。 図９Ａから図９Ｃは、幾つかの実施形態による、基板上で形成された研磨経路を示す図である。 図９Ａから図９Ｃは、幾つかの実施形態による、基板上で形成された研磨経路を示す図である。 図９Ａから図９Ｃは、幾つかの実施形態による、基板上で形成された研磨経路を示す図である。 一実施形態による、基板を研磨するための方法のフロー図である。

理解を容易にするため、可能な限り、図面に共通する同一の要素を示すのに同一の参照番号を使用した。一実施形態において開示されている要素は、その具体的な記述がなくとも、（１以上の）他の実施形態で有益に利用され得ると考えられる。

本開示は、製造プロセス中に、基板上での位置特定研磨（LSP）に特に適したモジュールを使用して、基板上の薄膜を研磨する方法を提供する。該方法は、基板上の膜層に対する厚さ修正プロファイルを生成すること、及び厚さ修正プロファイルに基づいて研磨レシピ又は一連の研磨レシピを生成することを含む。ある実施形態では、該方法が、従来のCMP動作の前又は後に採用され得る。該方法が従来のCMP動作の前に使用される場合、一態様では、露出された膜層の部分を研磨することによって膜層材料を選択的に除去するために、既存のその不均一な膜厚を修正するために、且つ／又は、従来のCMP中の膜層材料の部分の不均一な除去を見越して、露出された膜層の部分を研磨することによって膜層材料を選択的に除去するために、それが使用される。該方法が、従来のCMP動作の後に使用される場合、膜層表面又はその表面の部分の過少研磨を修正、すなわち不適切な材料を除去（別名「再作業」）するために、それが使用される。同様に、本明細書の設備及び方法は、それ（基板）を用いて集積回路を形成するために、それ（基板）を処理する前に、半導体ウエハなどの基板の平面度を修正するために使用され得る。

CMP後の材料層の不均一な膜厚又は領域上の残留膜の存在は、CMP中の研磨及び／又は不均一な材料の除去の前の膜層の膜厚の不均一性の関数であり得る。材料除去の不均一性は、研磨パッド構造、パッド表面、基板保持リング、パッド調整器、研磨スラリを含む、CMP消耗品におけるばらつき、研磨プロセスパラメータ、及び基板特性の変動などの幾つかの要因によって影響を受ける。消耗品の特性は、消耗部分ごと、ロットごと、及び製造業者ごとに変動する。更に、研磨に対する消耗品の影響は、消耗品の寿命にわたり変化する。結果として生じる膜厚の均一性、及び基板上の望ましくない残留膜の存在（不適切な除去）に影響を与えるプロセスパラメータにおけるばらつきは、基板上へのダウンフォース、プラテン及びキャリアの速度、調整力（conditioning force）、プラテンの温度、流体の流量における偏差を含む。研磨性能に影響を与える基板におけるばらつきは、膜層材料の特性、マルチレベルの相互接続構造における膜層レベル、並びに／又はデバイスのサイズ及び特徴密度を含む。

入って来る消耗品とプロセスパラメータのばらつきを低減させるために、従来の品質管理及びプロセス内モニタリング方法が使用される。消耗品の寿命にわたる且つ／又は基板の特性による材料除去の不均一なプロファイルの変化は、避けられないが概して予測可能である。円形状の基板を研磨するように構成された従来のCMPシステムでは、材料除去のプロファイルが、しばしば、基板の中心からの径方向距離を基準にして参照され得る。一般的に、基板の直径に沿った材料除去のプロファイルは、基板の中心で分割されるならば、それ自体が対称であるだろう。これは、残っている膜厚又は基板上の特定の位置における残留膜の存在が、基板の中心からのその位置の半径に大きく依存し、概して、基板上の同じ半径における円周位置において測定された場合に類似し得ることを意味する。

製造基板上の膜厚又は残留膜の存在のモニタリングは、スタンドアローン、インライン、及びインシトゥ計測システム、並びにCMP後の光学検査（手動であれ自動であれ）を使用して行われ得る。測定及び／又は検査は、従来のCMPの前、後、若しくは最中、又はそれらの組み合わせで行われ得る。プレ金属誘電体層（PMD）及び層間誘電体層（ILD）などの一部の誘電体膜層では、CMP後の膜厚及び膜厚の不均性が、デバイス設計仕様との適合性を確実にするためのみならず、統計的プロセス制御（SPC）を目的として製造基板上でモニタされ得る。

PMD及びILDのCMP後の膜厚が、一般的に、インライン又はスタンドアローンの光学計測システムを使用してモニタされる。概して、指定された数の測定が、各基板について、又は基板ロット（同じデバイスの基板のバッチ）内のサンプル数の基板について行われる。各膜厚の測定は、一般的に、ダイ内又はダイ間のスクライブラインの専用測定サイトで行われる。測定の数、及びそれに対応する位置は、概して、これもまたスクライブライン内に位置付けられる試験構造物の電気測定を行う製造ラインの終点における電気試験の稼働を含む、半導体製造施設内でのほとんど又は全ての稼働にわたり標準化される。製造中にインラインで行われた測定と電機試験施設で行われた測定をマッチングすると、製造ラインのSPCとトラブルシューティングが容易になるが、これらの標準化された測定サイトは、LSPで使用する修正プロファイルを特定するのに理想的ではない場合がある。修正プロファイルを特定するための１つのオプションは、上述された標準化された測定の範囲を越えて、製造基板にわたり更なる測定を行うことである。

計測スループットと容量の関心の対象は、更なる測定が何回行われるか、それらがダイ内で行われるか、スクライブライン内の専用測定サイトで行われるかという要因である。計測ツールは、デバイスパターン認識機能を有してよい。したがって、厚さの測定結果は、一般的に、対象の膜層すなわち研磨されたばかりの層のみの厚さを特定し、下層の厚さは含まない。鋳物などのデバイス製品の変化する範囲を有するデバイス製造業者は、一般的に、スクライブラインの専用測定サイトを使用して、自動化計測レシピの生成を容易にする。しかし、基板上の専用測定サイトはダイより少ないので、これらの測定サイトに基づく修正プロファイルは、測定サイト間の膜厚における偏差を反映しない場合がある。測定サイト間の膜厚における偏差は、行われた測定、及びその下で基板が従来のCMPを使用して研磨されたところのプロセス条件に基づいて予測され得る。

金属又はSTI膜が、基板の表面から除去されるが、基板の表面内のライン、バイア、トレンチ、又は他の凹部などの、凹部特徴内に残っていることを確実にするために、金属及び／又はSTI特性のCMP後のモニタリングが行われる。残留膜の存在は、通常、過少研磨の結果である。この膜の不十分な除去は、短絡（金属CMP）又は不十分なトランジスタ形成（STI）によるデバイス故障をもたらし得る。モニタリングは、残留膜のCMP後の厚さ測定（すなわち、金属のための渦電流試験若しくは光学計測、STIのための光学計測）、又は他の光学検査技法を含む。手動の光学検査は、残留膜に対する全ての基板の１Ｘ視覚検査、及び／又は拡大下での手動の検査を含んでよい。一般的に、自動化光学検査が、明領域検査システム及び／若しくは暗領域検査システムなどの、インライン又はスタンドアローン検査システムを使用して実行される。

ある実施形態では、膜厚測定及び／又は残留膜検査の結果が、施設自動化システムにアップロードされ得る。そこで、膜層修正プロファイルの特定が行われ得る。施設自動化システムは、修正プロファイルに基づいて研磨レシピを生成することになるか、又は研磨された膜層に関連付けられた既知の膜厚プロファイルに基づいて研磨レシピを選択することができ、次いで、修正研磨レシピをLSPモジュールにダウンロードすることになる。

他の実施形態では、基板の特定位置を研磨するために適したシステムが、厚さ測定及び／又は光学検査からの情報を使用して、特定の基板に対する修正プロファイルを生成することができる。修正プロファイルは、膜厚修正プロファイルと残留膜厚プロファイルのうちの一方である。従来のCMPプロセス及びツールの径方向材料除去プロファイルと同様に、消耗品の寿命及び／又は基板特性に基づいて予測されたCMP後の膜層プロファイルは、修正プロファイルの精度を改善するためにも有用である。次いで、修正プロファイルに基づく研磨レシピが、本明細書で開示されるLSPモジュールで使用されるために、又は基板の離散部分を選択的に研磨するのに適した任意の装置で使用されるために生成され得る。研磨レシピは、LSPモジュールによって、施設自動化システムによって、又は何らかの他のシステムによって生成され得る。研磨レシピは、LSPモジュールの回転及び径方向動作を使用して、修正時間の全体を低減させるために最適化され得る。

当業者によって理解されることとなるように、本開示の態様は、システム、方法、コンピュータプログラム製品、又はそれらの組み合わせとして具現化され得る。したがって、本開示の態様は、全体がハードウェアの実施形態、全体がソフトウェアの実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）、又は本明細書で「回路」、「モジュール」、若しくは「システム」と称され得るソフトウェアとハードウェアを組み合わせた実施形態の形態を採り得る。更に、本開示の態様は、その上で具現化されたコンピュータ可読プログラムコードを有する、１以上のコンピュータ可読媒体内で具現化された、コンピュータプログラム製品の形態を採り得る。

１以上のコンピュータ可読媒体の任意の組み合わせは、実行されたときに基板を研磨するための方法を実行するように構成されたプログラム製品を記憶するために利用され得る。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読信号媒体であり得るか、又はコンピュータ可読記憶媒体であってよい。コンピュータ可読記憶媒体は、例えば、電子、磁気、光学、電磁、赤外線、又は半導体のシステム、装置、若しくはデバイス、又は以上のものの任意の適切な組み合わせであってよいが、それらに限定されるものではない。コンピュータ可読記憶媒体のより具体的な実施例（非排他的なリスト）は、以下のものを含み得る。すなわち、携帯可能コンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（RAM）、リードオンリーメモリ（ROM）、消去可能プログラム可能リードオンリーメモリ（EPROM又はフラッシュメモリ）、光ファイバ、携帯可能コンパクトディスクリードオンリーメモリ（CD-ROM）、光学記憶デバイス、磁気記憶デバイス、又は以上のものの任意の適切な組み合わせである。本文書の文脈では、コンピュータ可読記憶媒体が、指示命令実行システム、装置、又はデバイスによって使用されるか又はそれらと併せて使用されるためのプログラムを含み又は記憶することができる、任意の有形な媒体であってよい。

コンピュータ可読信号媒体は、例えばベースバンド内に又は搬送波の部分として、内部に具現化されたコンピュータ可読プログラムコードを有する伝播データ信号を含み得る。そのような伝播信号は、電気磁気、光学、無線、又はそれらの任意の適切な組み合わせを含む、様々な形態の何れかを採り得るが、それらに限定されるものではない。コンピュータ可読信号媒体は、コンピュータ可読記憶媒体ではなく、指示命令実行システム、装置、又はデバイスによって使用されるか又はそれらと併せて使用されるためのプログラムを通信、伝播、又は移送することができる、任意のコンピュータ可読媒体であってよい。

コンピュータ可読媒体で具現化されるプログラムコードは、無線、有線、光ファイバケーブル、RFなど、又は以上のものの任意の適切な組み合わせを含む任意の適切な媒体を使用して伝送され得る。コンピュータプログラムコードは、任意の１以上のプログラミング言語で書かれ得る。プログラムコードは、全体的にユーザのコンピュータで、部分的にユーザのコンピュータで実行され、スタンドアローンソフトウェアパッケージとして、部分的にユーザのコンピュータで、部分的に遠隔コンピュータで、又は全体的に遠隔コンピュータ若しくはサーバで実行され得る。後者のシナリオでは、遠隔コンピュータが、ローカルエリアネットワーク（LAN）若しくはワイドエリアネット―ワーク（WAN）を含む、任意の種類のネットワークを通じて、ユーザのコンピュータに接続され得るか、又は（例えば、インターネットサービスプロバイダ―を使用してインターネットを通じて）その接続が外部のコンピュータに対して行われ得る。

コンピュータプログラム指示命令は、コンピュータ、他のプログラム可能データ処理装置、又は他のデバイスにもロードされて、コンピュータ、他のプログラム可能装置、又は他のデバイスで、一連の動作が実行されるようにして、コンピュータ実装プロセスを生成することができる。それによって、コンピュータ又は他のプログラム可能データ装置で実行される指示命令が、フローチャート及び／又はブロック図の１以上のブロック内で指定される機能／作用を実施するためのプロセスを提供する。

図１Ａは、本明細書で説明される方法を実施するために使用されるLSPモジュール１００の概略的な斜視図である。図１Ｂは、図１ＡのLSPモジュール１００の概略的な断面図である。LSPモジュール１００は、チャック１１０を支持するベース１０５を含み、このチャック１１０は、その上で基板１１５を回転可能に支持する。示されている実施形態では、チャック１１０が、真空チャックとして構成されているが、静電、接着、又はクランプベースのチャックなどの、他の基板固定デバイスが採用されてもよい。チャック１１０は、モータ又は回転アクチュエータなどの駆動デバイス１２０に連結され、少なくとも（Ｚ方向に方向付けられた）軸Ａの周りでチャック１１０の回転動作を提供する。チャックの回転速度は、望ましくは、約３rpmと９０rpmの間などの、約０．１rpmと約１００rpmの間である。

基板１１５は、基板１１５の特徴（デバイス）側が、その上方に位置付けられた研磨パッドアセンブリ１２５と対面するように、「上向き」配向でチャック１１０上に配置されている。研磨パッドアセンブリ１２５は、基板が従来のCMPシステム内で研磨される前又は後に、基板１１５の特定位置から材料を研磨又は除去するために使用される。

研磨パッドアセンブリ１２５は、研磨ヘッド１４５に連結され、今度は、研磨ヘッド１４５が、基板１１５の表面層に対して研磨パッドアセンブリ１２５を移動させる支持アーム１３０に連結されている。支持アーム１３０は、アクチュエータシステム１３５に連結されている。本明細書のアクチュエータシステム１３５は、軸Ｂの周りで支持アーム１３０に回転動作を提供する支持アームシャフト１３３に連結されたモータ１３７を含む。他の実施形態は、図示されていないが、２つ以上の研磨パッドシステム１２５、支持アーム１３０、及びアクチュエータシステム１３５を使用してよい。

一実施形態では、流体アプリケータ１５５が、ベース１０５に回転可能に連結されている。流体アプリケータ１５５は、流体源１４０から基板１１５の表面層に流体を供給するための、１以上のノズル１４３を含む。１以上のノズル１４３は、垂直軸Ｃの周りで流体アプリケータ１５５のノズル１４３を旋回させることによって、基板１１５の表面の上方に選択的に位置決め可能である。ノズル１４３を通して供給される流体は、基板１１５の研磨及び／又は洗浄を促進し、スラリ、バフ研磨用流体、脱イオン水、洗浄液、それらの組み合わせ、又は他の流体などの、研磨流体を含む。ベース１０５は、ボウル（basin）として構成されて、基板１１５の縁部から流れ出た研磨流体及び／又はDIWを収集する。別の一実施形態では、流体源１４０からの流体が、研磨ヘッドを通して基板に付けられる。流体源１４０は、清浄乾燥空気（CDA）又は窒素などのガスを研磨ヘッドに供給することもできる。

概して、LSPモジュール１００は、LSPモジュール１００の自動化された態様を制御するように構成された、システムコントローラ１９０を含む。システムコントローラ１９０は、LSPモジュール１００全体の制御と自動化を促進し、中央処理装置（CPU）（図示せず）、メモリ（図示せず）、及びサポート回路（又はI／O）（図示せず）を含む。CPUは、様々なプロセス及びハードウェア（例えば、アクチュエータ、流体供給ハードウェアなど）を制御するための、並びにシステムプロセス（例えば、基板の位置、プロセス時間、検出器の信号など）をモニタリングするための、産業用設定で使用されるコンピュータプロセスの任意の形態のうちの１つであり得る。メモリは、CPUに接続されており、ランダムアクセスメモリ（RAM）、リードオンリーメモリ（ROM）、フロッピーディスク、ハードディスク、又は任意の他の形態の局所的若しくは遠隔のデジタルストレージなどの、容易に利用可能なメモリのうちの１以上である。１以上の研磨プロセス関連動作を実行させるようにCPUに指示命令するためのソフトウェア指示命令及びデータが、メモリ内に符号化及び記憶されている。従来のやり方でプロセッサをサポートするためのサポート回路も、CPUに接続されている。サポート回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、入力／出力回路、サブシステムなどを含む。システムコントローラ１９０によって可読なプログラム（又はコンピュータ指示命令）が、どの作業がLSPモジュール１００内の様々な構成要素によって実行可能であるかを判断する。好適には、プログラムは、システムコントローラ１９０によって可読なソフトウェアである。そのソフトウェアは、少なくとも基板位置情報、様々な制御される構成要素の動きのシーケンスを生成し記憶し、LSPモジュール１００内の様々な構成要素（例えば、支持アーム１３０、研磨パッドアセンブリ１２５、及び基板１１５）の動きを調整するためのコードを含む。代替的に、研磨装置の制御は、ファブワイド（fab wide）制御システムなどの、遠隔のコントローラ、コンピュータ、又は他の制御システムにおいて具現化され得る。

ある実施形態では、システムコントローラ１９０が、計測ステーション、ファクトリインターフェース、FABホストコントローラ、又は他のデバイスからの基板１１５に関する測定データ若しくは他の情報を取得し、基板１１５に対する修正プロファイル又は残留膜プロファイルを特定するためのデータを記憶する。ある実施形態では、システムコントローラ１９０が、基板１１５の各半径に必要とされる、研磨滞留時間、研磨ダウンフォース、及び研磨速度などの、研磨レシピパラメータを決定するためのプログラムを記憶し実行する。データは、数式、グラフ、表、離散点として、又は他の適切な様態で記憶される。

ある実施形態では、（図１Ａで示されている）計測デバイス１６５が、ベース１０５に連結されている。計測デバイス１６５は、研磨中に基板１１５上の金属又は誘電体の膜厚を測定することによって研磨の進捗のインシトゥ測定基準を提供し、又は明領域／暗領域技法などの、光学検査技法を使用して領域表面上の残留膜を検出するために使用される。計測デバイス１６５は、領域表面上の金属若しくは誘電体の膜厚又は残留膜の存在を特定するために有用な、渦電流センサ、光学センサ、又は他の検知デバイスのうちの１つである。他の実施形態では、エクスシトゥ（ex-situ）計測フィードバックが使用されて、ウエハ上の堆積又は残留膜の厚い／薄いエリアの位置などの研磨後の膜層パラメータ、したがってチャック１１０、支持アーム１３０、及び研磨パッドアセンブリ１２５に対する動作レシピ、研磨滞留時間、並びにLSPのダウンフォース又は圧力を特定する。エクスシトゥフィードバックは、研磨された膜の最終的なプロファイルを特定するためにも使用することができる。インシトゥ計測は、エクスシトゥ測定で特定されたパラメータの進捗をモニタリングすることによって、研磨を最適化するために使用され得る。

図２は、本明細書で説明される方法を実施するために使用される、研磨ヘッド２００の１つの型式の概略的な断面図である。本明細書では、研磨ヘッド２００が、図１Ａ及び図１Ｂで示されている研磨ヘッド１４５として使用される。研磨ヘッド２００は、１以上のポスト２２０及び１以上のポストカップリング２２３によって、支持体２１５に移動可能に連結された、研磨ヘッドハウジング２０５を備える。ポスト２２０及びポストカップリング２２３は、支持体２１５と研磨ヘッドハウジング２０５との間の平行な関係を維持し、研磨ヘッドハウジング２０５が支持体２１５に対して回転することを防止する一方で、支持体２１５に対する研磨ヘッドハウジング２０５の、軌道動作又は振動動作などの制限された側方動作を可能にする。ある実施形態では、ポスト２２０が、ナイロンなどのプラスチック材料から作成されている。研磨ヘッドハウジング２０５は、上側ハウジング２０３と下側ハウジング２０７を備える。下側ハウジング２０７は、ポリウレタン、PET（ポリエチレンテレフタレート）、又はポリエーテルエーテルケトン（PEEK）若しくはポリフェニレンスルフィド（PPS）などの十分な硬度及び／又は強度を有する他の適切なポリマーなどの、ポリマー材料から作成されている。これらの材料は、通常のCMPプロセス条件下でそれらの形状を維持するのに十分な構造強度を有し、既知のCMP流体及び研磨剤に対する化学的且つ物理的耐性を有する。

可撓性の薄膜２３５が、上側ハウジング２０３と下側ハウジング２０７との間に可動に配置されている。可撓性の薄膜２３５及び上側ハウジング２０３は、ハウジング空間２２５を画定する。流体源１４０は、上側ハウジング２０３を通して配置されたガスインレット２８０に流体結合されている。流体源１４０は、CDA又は窒素などの圧縮されたガスを、ハウジング空間２２５の中に供給する。研磨パッドアセンブリ１２５は、研磨パッドアセンブリ１２５が、下側ハウジング２０７内の開口から突出するように、可撓性の薄膜２３５に連結されている。動作では、圧縮されたガスが、ガスインレット２８０を通してハウジング空間２２５に導入される。圧縮されたガスは、研磨ダウンフォースによって、下に横たわっている基板（図示せず）の最も上の層表面に対して研磨パッドアセンブリ１２５を押し付ける。基板の表面に対する研磨パッドアセンブリ１２５の研磨ダウンフォースは、ハウジング内のガスの圧力を変更することによって調整される。圧力コントローラ（図示せず）が、ハウジング空間２２５内のガス圧を調整する。それによって、研磨パッドアセンブリ上の研磨ダウンフォースが、支持体２１５に対する研磨ヘッドハウジング２０５の軸回転を通じて一定のままである。そのような回転は、本明細書で開示されるある実施形態で生じる。

この実施形態では、支持体２１５に対する研磨ヘッドハウジング２０５の側方動作が、研磨ヘッドモータ２４０に連結されたシャフト２５０によって提供される。モータ２４０は、垂直軸Ｅの周りでシャフト２５０を回転させる。シャフト２５０は、偏芯部材２５５に連結され、偏芯部材２５５は、軸受け２４５と回転可能に連結されている。軸受け２４５は、軸受けキャップ２３０によって上側ハウジング２０３に連結されている。偏芯部材ハウジング空間２８８は、内壁２６０と、その範囲内で軸受け２４５が操縦されるところの軸受けキャップ２３０とによって画定され、内壁２６０は、シャフト軸Ｅを取り囲むが、シャフト軸Ｅからオフセットされている。研磨動作中に、シャフト２５０は、偏芯部材２５５を回転させ、偏芯部材２５５は、偏芯部材ハウジング空間２８８内で内壁２６０に接触する。偏芯部材２５５の内壁２６０との接触は、研磨動作において、研磨ヘッドハウジング２０５が、支持体２１５に対して軸Ｅの周りで側方に且つ軌道上で移動することをもたらす。ポスト２２０は、支持体２１５の下方で研磨ヘッドハウジング２０５を支持し、ハウジングの動作に追従する一方で、研磨ヘッドハウジング２０５の側方の移動を制限する。研磨動作は、垂直軸Ｅから、約＋／－１mmなどの約０．５mmと約５mmの間の研磨動作半径Ｒを有する。本明細書では、研磨速度が、シャフト２５０の回転速度によって制御される。シャフト２５０の回転速度は、約１，０００rpmと約５，０００rpmの間に維持されることが望ましい。

別の一実施形態では、シャフト２５０が、研磨ヘッドハウジング２０５と直接的に連結され、ポスト２２０は取り除かれる。ここで、シャフト２５０は、支持アーム１３０に対して研磨ヘッドハウジング２０５を回転させる。この実施形態は、研磨パッドアセンブリの垂直軸が垂直軸Ｅであるならば、基板に対する研磨パッドアセンブリの回転研磨動作を生成するように使用され得る。別の一実施形態では、シャフト２５０が、研磨パッドハウジング２０５と直接的に連結され、ポスト２２０は取り除かれ、研磨ヘッドアセンブリ１２５の中心軸Ｆが、垂直軸Ｅからオフセットされる。それによって、シャフト２５０の回転は、垂直軸Ｅから半径Ｒにおいて研磨パッドアセンブリ１２５の軌道動作（軌道研磨動作）を生成する。

図３は、本明細書で説明される方法を実施するために有用な研磨パッドアセンブリ１２５と可撓性の薄膜２３５の概略的な断面図である。研磨パッドアセンブリ１２５は、接触部分３００と支持部分３０５を備える。接触部分３００は、購入可能な研磨パッド材料、例えば、CMPプロセスで通常使用されるポリマーベースのパッド材料などの、従来の研磨パッド材料であってよい。ポリマー材料は、ポリウレタン、ポリカーボネート、フルオロポリマー、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、ポリフェニレンスルフィド（PPS）、又はそれらの組み合わせを含む。ある実施形態では、接触部分３００が、CMP処理化学物質に対して適合性のある、連続気泡又は独立気泡のポリマー、エラストマー、フェルト、含浸フェルト、プラスチック、及び類似材料を含む。ある実施形態では、接触部分３００が、IC1010TMの商品名で販売されているDOW（登録商標）から購入可能な研磨パッド材料を含む。

支持部分３０５は、高密度ポリウレタン、ポリエチレン、DELRIN（登録商標）の商品名で販売されている材料、PEEK、又は十分な硬度を有する別の適切なポリマーなどの、ポリマー材料である。接触部分３００は、感圧接着剤、エポキシ、又は他の適切な接着剤などの、接着剤３２５によって、支持部分３０５に連結されている。

研磨パッドアセンブリは、接着剤３２５によって可撓性の薄膜２３５に接着されている。ある実施形態では、研磨パッドアセンブリ１２５の支持部分３０５は、可撓性の薄膜２３５内に形成された凹部３１０内に配置されている。ある実施形態では、可撓性の薄膜２３５用に使用される材料が、約５５ショアＡと約６５ショアＡの間の硬度を有する。可撓性の薄膜は、約１．４５mmと約１．５５mmの間の厚さＴ、及び約４．２mmと約４．５mmの間の高さＨを有する。研磨パッドアセンブリ１２５の接触表面３２７は、基板の最も上の層の表面積の約５％未満、約１％未満、又は約０．１％未満の面積などの、基板の最も上の層の表面積より小さい表面積を有する。例えば、円形状の接触表面３２７では、研磨パッドアセンブリ１２５の直径Ｄが約５mmであり、それは、３００mmの直径の基板の最も上の表面層の面積の０．０３％の面積である。しかし、他の実施形態では、接触表面３２７が、異なる形状及び／又は異なるサイズを有してよい。

図４Ａは、偏芯部材ハウジング空間２８８内に配置された偏芯部材２５５の一実施形態の概略的な断面図である。図４Ｂは、図４Ａにおいて示されている実施形態によって提供される、接触表面３２７の軌道研磨動作の経路を示している。この実施形態では、内壁２６０が軸Ｆの周りの円を形成する。軸Ｆは、本明細書では、接触表面３２７の中心でもあり、軸Ｅからオフセットされている。本明細書では、内壁２６０が、円形状であり、偏芯部材２５５が垂直軸Ｅの周りで回転する際に、偏芯部材２５５によって形成される半径未満の半径を有する。シャフト２５０が偏芯部材２５５を回転させる際に、偏芯部材２５５は、内壁２６０に対して押し付けられ、接触表面３２７が垂直軸Ｅに対して軌道研磨動作で移動する。本明細書では、研磨パッドアセンブリ１２５の接触表面３２７が、円形であり、中心軸Ｆを中心としているが、他の実施形態では、接触表面３２７が異なる形状を有してよい。図４Ｂは、偏芯部材２５５が垂直軸Ｅの周りで一回転する際の、中心軸Ｆと接触表面３２７の４つの異なる位置を示している。垂直軸Ｅと中心軸Ｆの間の距離は、接触表面３２７の研磨動作半径Ｒを決定する。他の実施形態では、研磨動作半径Ｒが、垂直軸Ｅと接触表面３２７の中心との間の距離を増加させることによって増加され得る。

図５Ａは、偏芯部材ハウジング空間２８８内に配置された偏芯部材２５５の別の一実施形態の概略的な断面図である。図５Ｂは、図５Ａにおいて示されている実施形態によって接触表面３２７に提供される振動研磨動作を示している。この実施形態では、内壁２６０が不規則な形状を有しており、偏芯部材２５５が、偏芯部材２５５によって形成される半径未満の半径を有する２つの対向する位置において内壁２６０に対して押し付けられる際に、接触表面３２７が振動研磨動作で移動することをもたらす。図５Ｂは、偏芯部材２５５が垂直軸Ｅの周りで一回転する際の、中心軸Ｆと接触表面３２７の２つの異なる位置を示している。

図６は、本明細書で説明される方法を実施するために使用される、LSPモジュール６００の一実施形態の概略的な側面断面図である。LSPモジュール６００は、真空源に連結されたチャック１１０を含む。チャック１１０は、チャック１１０の上に基板（図示せず）を固定するために、真空源と流体連通した複数の開口（図示せず）を有する、基板受け入れ表面６０５を備える。駆動デバイス１２０が、中心垂直軸の周りでチャック１１０を回転させる。研磨ヘッド１４５は、支持アーム１３０に連結されている。研磨ヘッド１４５は、図１に関連して示され且つ説明されたその構造、図２から図５Ｂに関連して説明された動作を有する。

支持アーム１３０は、アクチュエータアセンブリ６６０を介してベース１０５に可動に取り付けられている。アクチュエータアセンブリ６６０は、第１のアクチュエータ６２５Ａと第２のアクチュエータ６２５Ｂを含む。アクチュエータアセンブリ６６０は、垂直（Ｚ方向）及び側方（Ｘ方向、したがって基板の径方向に沿った方向）に支持アーム１３０を移動させる。第１のアクチュエータ６２５Ａは、（それぞれの研磨ヘッド１４５を有する）支持アーム１３０を垂直（Ｚ方向）へ移動させるために使用され、第２のアクチュエータ６２５Ｂは、（それぞれの研磨ヘッド１４５を有する）支持アーム１３０を側方（Ｘ方向）へ移動させるために使用され、第３のアクチュエータ６２５Ｃは、（それぞれの研磨ヘッド１４５を有する）支持アーム１３０をスイープ方向（シータ方向）へ移動させるために使用される。第１のアクチュエータ６２５Ａは、基板受け入れ表面６０５に向けて研磨ヘッドを付勢する制御可能なダウンフォースを提供するために使用してもよい。他の実施形態（図示せず）は、２つ以上の研磨パッドアセンブリ１２５、支持アーム１３０、アクチュエータアセンブリ６６０、及び第３のアクチュエータ６２５Ｃを使用してよい。

アクチュエータアセンブリ６６０は、送りねじ機構、その位置がアクチュエータによって制御される摺動機構、又は第２のアクチュエータ６２５Ｂに連結されたボールねじなどの、線形移動機構６２７を含む。同様に、第１のアクチュエータ６２５Ａは、送りねじ機構、その位置がアクチュエータによって制御される摺動機構、支持シャフト６４２に連結されたボールねじ、又は支持アーム１３０を垂直に移動させる円筒摺動機構などの、線形移動デバイスである。アクチュエータアセンブリ６６０は、アクチュエータ支持アーム６３５、第１のアクチュエータ６２５Ａ、及び線形移動機構６２７も含む。動的シール６４０は、第１のアクチュエータ６２５Ａの部分であり得る支持シャフト６４２の周りに配置されてよい。動的シール６４０は、支持シャフト６４２とベース１０５との間に連結されたラビリンスシールであってよい。第３のアクチュエータ６２５Ｃは、軸Ｇの周りで支持アーム１３０に回転動作を提供する、支持アーム１３０に連結されたモータを含む。

支持シャフト６４２は、ベース１０５内に形成された開口６４４内に配置される。開口６４４は、アクチュエータアセンブリ６６０の軸動作の結果として、支持アーム１３０が側方に移動することを可能にする。開口６４４は、支持シャフト６４２の十分な側方の移動を可能とするようにサイズ決定される。それによって、支持アーム１３０と支持アーム１３０に取り付けられた研磨ヘッド１４５とが、基板受け入れ表面６０５の外周６４６から基板の中心に移動することができる。更に、開口６４４は、支持アーム１３０の端部６４８を、チャック１１０のチャック外周６５０の外側に位置付けることができるように、支持シャフト６４２の十分な側方の移動を可能にするようにサイズ決定されている。したがって、チャック外周６５０を越えるように、研磨ヘッド１４５が外向きに移動されたときに、基板は、研磨ヘッド１４５からの干渉なしに、基板受け入れ表面６０５の上に入れたり出したりするように移動することができる。基板は、従来の全体的なCMPプロセスの前に又は後で、従来の研磨ステーションへ又はそのステーションから、ロボットアーム又はエンドエフェクタによって移動され得る。

図７は、本明細書で説明されるように、回転基板１１５に対する研磨パッドアセンブリ１２５の位置決めを示す、LSPモジュール７００内の研磨パッドアセンブリ１２５と基板の動作例の概略的な平面図である。LSPモジュール７００は、図１及び図６において示されたLSPモジュール１００及び６００と類似してよい。

研磨パッドアセンブリ１２５は、図６の支持アーム１３０によって支持されている。図７で示されているように、支持アーム１３０は、径方向７０５とスイープ方向７１０（シータ方向）のうちの一方又はそれらの組み合わせにおいて、研磨パッドアセンブリ１２５を移動させる。回転方向７２０（シータ方向）における基板１１５の回転動作は、研磨パッドアセンブリ１２５の下で基板１１５の離散した部分をスイープする。基板１１５の動作と研磨パッドアセンブリ１２５の複数の自由度の動作との組み合わせは、基板１１５を研磨するためのより高度な制御及び精度を容易にする。例えば、組み合わされた動作は、方向７０５と円形研磨経路とに沿った振動モードを生成することができる。基板の最も上の層の研磨中に、研磨経路７１５に沿った研磨パッドアセンブリの側方の又はランダムな振動が提供され得る。

図８は、研磨中の研磨パッドアセンブリの移動及び基板１１５の回転の両方によってもたらされる、基板１１５の最も上の層の表面に対する、研磨パッドアセンブリ１２５の様々な動きを示している、LSPモジュール８００の動作例の概略的な平面図である。図８で示されているLSPモジュール８００は、図１及び図６において示されたLSPモジュール１００及び６００と類似してよい。

一実施形態では、（（図１Ａ及び図１Ｂ並びに図６で示されている）チャック１１０の上に取り付けられた）基板１１５が、回転方向７２０において移動する。回転方向７２０は、行ったり戻ったりの動作であってもよく（例えば、時計回りと反時計回り若しくはその逆）、又は、同じ方向において連続的な動作であり、時計回り若しくは反時計回りであってよい。研磨パッドアセンブリ１２５は、支持アーム１３０に取り付けられ、軸Ｂの周りで移動する支持アーム１３０によって容易にされたスイープ方向７１０で移動することができる。支持アーム１３０は、スイープ方向７１０において研磨パッドアセンブリ１２５を移動させるために、軸Ｂの周りで動くことができると同時に、研磨パッドアセンブリ１２５は、研磨経路７１５を形成するために、所望のやり方で移動することができる。更に、支持アーム１３０が軸Ｂの周りで動き、研磨パッドアセンブリ１２５が方向７１０に移動すると同時に、基板１１５が回転方向７２０において移動する。ある実施形態では、システムコントローラ１９０が、互いに連結されたアクチュエータを制御することによって、支持アーム１３０及び基板１１５の動きを調整するように構成されている。回転方向７２０は、円弧又は円形状経路を形成することができる。

ある実施形態では、回転方向７２０における基板１１５の移動は、約０．１の分当たりの回転数（rpm）と約１００rpmの間の平均回転速度と等しい角速度を有する。ある実施形態では、スイープ方向７１０における支持アーム１３０の移動は、約０．１rpmと約１００rpmの間の平均回転速度と等しい角速度を有する。円形研磨動作７１５における研磨パッドアセンブリ１２５の動きは、約１００rpmと約５０００rpmの間の回転速度を有する。その一方で、ある実施形態では、パッドの中心が、約０．５mmと約３０mmの間の距離だけ、回転の中心からオフセットされた位置にある。ある実施形態では、研磨パッドアセンブリ１２５上の研磨ダウンフォースが、研磨ヘッド２００のハウジング空間２２５に供給される圧縮されたガスによって提供される。研磨パッドアセンブリ１２５に提供される研磨ダウンフォースは、約０．１psigと約５０psigの間の所望の圧力と等しい。

図９Ａは、本明細書で開示される一実施形態による、研磨パッドアセンブリ１２５の研磨経路を示している図である。その経路は、図７及び図８で示されている動作モードを使用して、基板１１５上に形成され得る。この実施形態では、研磨経路９０５が、基板上の開始位置９１０において研磨パッドアセンブリ１２５が基板１１５に対して付勢されるところから開始し、基板上の終了位置９１５において終了する螺旋経路である。研磨パッドアセンブリ１２５は、第１の研磨レシピを使用して開始位置９１０において基板に対して付勢される。第１の研磨レシピは、研磨滞留時間、研磨ダウンフォース、及び研磨速度を含む。研磨パッドアセンブリが、開始位置９１０から終了位置９１５へ横に移動する際に、中間位置のそれぞれに対応する複数の研磨レシピのうちの１つを使用して、複数の中間位置を研磨する。研磨パッドアセンブリ１２５上の研磨ダウンフォースは、研磨パッドアセンブリが基板の表面から引き上げられるように、中間位置の間で緩和される。他の実施形態では、開始位置が、終了位置から径方向外向きであり得る。それによって、研磨パッドアセンブリは、基板の中心に向かって径方向内側へ横に移動する。研磨経路９０５の幅は、研磨パッドの接触表面積の幅と軌道研磨動作の半径とによって決定される。研磨経路９０５は、開始位置９１０から終了位置９１５へ横に移動する際に、それ自体が重なるかもしれないし又は重ならないかもしれない。図９Ｂは、別の一実施形態による、環形状のリングを含む開始位置９１０と終了位置９１５との間の基板上で研磨されたエリアを示している。図９Ｃは、別の一実施形態による、１以上の研磨経路９０５を示している。この実施形態では、研磨経路９０５が、環状リングに似ており、研磨経路の開始及び終了が、同じ開始終了位置９３０であってよい。研磨経路９０５は、基板１１５の中心から異なる半径において繰り返されてよい。それによって、研磨されたエリア９２０は、環状リングに似ている。研磨経路９０５は、径方向外向きに延在する際に、重なるかもしれないし又は重ならないかもしれない。

図１０は、本明細書で説明される実施形態による、基板を研磨するための方法のフロー図である。該方法は、基板上の各修正位置の間の移動距離及び移動時間を最小にすることによって、より短い修正研磨時間を提供する。例えば、約２０Åと２００Åの間又は８０Åの材料厚さ修正を必要とする基板は、約１０分未満で処理され得る。本明細書で説明される該方法は、ダイ範囲内（WIDR）均一性を改善し、従来のCMPに匹敵する改善されたステップ高さの研磨性能をもたらす。

一実施形態では、該方法１０００が、基板の膜厚を測定する動作１０１０によって開始する。測定が、基板上の特定の位置において行われ得る。ある実施形態では、特定の位置が、SPC目的のためのデバイス製造施設の全体を通して使用される位置に対応してよく、例えば、３００mmの基板に対して標準化された１７ポイントマップに対応する位置であってよい。各膜測定は、デバイスダイ内で行われ得るか、又はダイの間のスクライブライン内の専用測定サイトで行われ得る。

該方法は、基板に対して膜厚修正プロファイルを特定する動作１０２０で継続する。膜厚修正プロファイルを特定することは、動作１０１０において行われた測定に基づき、且つ／又は、基板に対する材料除去プロファイルが、本明細書で開示される方法の前又は後での基板の従来のCMP研磨に基づく。材料除去プロファイルが使用されて、動作１０１０の測定サイトの間の修正プロファイルを特定する。材料除去プロファイルは、予測モデリングから計算されるか、又は実験データを使用して特定される。

該方法は、基板に対して複数の研磨レシピを特定する動作１０３０で継続する。複数のレシピのそれぞれは、基板の中心からの指定された半径における環状リングなどの、基板の特定エリアに対応する。複数のレシピのそれぞれは、研磨ダウンフォース、研磨滞留時間、及び研磨動作速度のうちの少なくとも１つを含む。研磨ダウンフォースは、支持アームによって、研磨ヘッドによって、又は別の方法によって提供される。研磨滞留時間は、どれぐらいの長さの時間だけ研磨パッド又は研磨パッドアセンブリがある位置に滞留するか、及びどれぐらい速く研磨パッド又は研磨パッドアセンブリが１つの位置から別の位置に移動するかを決定する。研磨滞留時間は、回転基板支持チャック、その上に固定された基板、及び研磨ヘッドに連結された支持アームの研磨動作の相対速度を含む。研磨滞留時間は、チャックの回転速度を低減させることによって、アームの回転速度を低減させることによって、又はそれらの両方の組み合わせによって増加され得る。研磨速度は、研磨ヘッド内に配置されたシャフトの回転速度を含む。研磨レシピを特定することは、一般的に、膜厚修正プロファイルによって決定された膜の所望の厚さを除去するために、研磨ダウンフォース、研磨滞留時間、及び研磨速度を特定することを含む。

該方法は、基板上の第１の半径において研磨パッド又は研磨パッドアセンブリを位置決めする動作１０４０で継続する。第１の半径は、膜厚修正プロファイルから決定される。研磨パッドアセンブリは、位置決め動作を使用して支持アームを移動させることによって、基板を移動させることによって、又はそれらの組み合わせによって位置決めされる。位置決め動作は、支持アームを第２の端部を垂直に貫通して配置された軸の周りで回転させることによって、又は、支持アームを側方にＸ方向へ、Ｙ方向へ、又はそれらの組み合わせへ移動させることによって提供される。基板は、基板支持チャックを回転させることによって、又は、チャックを側方にＸ方向へ、Ｙ方向へ、又はそれらの組み合わせへ移動させることによって移動される。

該方法は、第１の半径に対して研磨レシピを使用することによって、基板の第１の半径において研磨する動作１０５０で継続する。ある実施形態では、基板を研磨することが、研磨ヘッドの軌道動作、円弧動作、円形動作、振動動作、回転動作、又はそれらの組み合わせなどの、研磨パッド又は研磨パッドアセンブリの研磨動作を含む。他の実施形態では、研磨動作が、支持アームによって提供される。

該方法は、チャックを移動させる動作１０６０で継続する。チャックは、その上に固定された基板を有する。該方法は、位置決め動作を使用して支持アームを移動させる動作１０７０で継続する。それによって、研磨パッドアセンブリは、基板上の第１の半径から基板上の第２の半径へ横に移動する。ある実施形態では、第１の半径が、第２の半径未満である。それによって、研磨パッドは、第１の位置から第２の位置へ移動する際に、基板の縁部に向けて移動する。他の実施形態では、第１の半径が、第２の半径より大きい。したがって、研磨パッドアセンブリは、第１の位置から第２の位置へ移動する際に、基板の中心に向けて移動する。

該方法は、第２の半径に対して研磨レシピを使用することによって、第２の半径において基板を研磨する動作１０８０で継続する。

ある実施形態では、チャックの相対運動と支持アームの相対運動が組み合されて、研磨パッドアセンブリを、第１の半径と第２の半径との間の基板の表面にわたる螺旋形状研磨経路上で横に移動させる。ある実施形態では、螺旋形状経路が、基板の中心に到達し、したがって、基板の中心の周りの環状リングを形成する。

他の実施形態では、該方法が、残留膜について基板を検査すること及び残留膜厚プロファイルを特定することで開始し、次いで、基板の上面層を研磨して残留膜を選択的に除去するために、図１０の動作を実行することを行う。残留金属膜を検査するために光学検査技法のみを使用する実施形態では、厚さ測定は利用できない。それらの実施形態では、材料除去プロファイルが使用されて、残留金属膜の径方向位置と表面被覆率から残留膜厚プロファイルを特定する。

上述された該方法は、従来のCMPの前又は後で使用され得る。該方法の利点は、基板上で必要とされる測定の数を増加させることなしに、高度に正確な修正プロファイル及び対応する研磨レシピを開発することを含む。基板の中心からの径方向の距離に基づいた研磨レシピは、総処理時間を最小化し、基板スループットを最大化する。

以上の説明は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲を逸脱することなく本開示の他の更なる実施形態を考案することができ、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって定められる。

Claims (17)

1. 基板を研磨する方法であって、
   研磨システムの回転可能なチャック上に基板を位置決めすることであって、当該研磨システムは前記回転可能なチャックと、支持アームと、当該支持アームに連結された研磨ヘッドとを備え、前記研磨ヘッドは、
   支持部材と、
   前記支持部材との間での相対的な側方運動を可能とする一方で相対的な回転運動を防ぐように、前記支持部材に連結された研磨ヘッドハウジングと、
   前記支持部材と前記研磨ヘッドハウジングの間の前記相対的な側方運動を提供するシャフトと、
   前記基板の表面積未満の接触部分表面積を有する研磨パッドアセンブリと、を備え、
   前記研磨ヘッドハウジングは、上側ハウジングと、前記上側ハウジングに連結された下側ハウジングと、を備え、可撓性の薄膜が前記上側ハウジングと前記下側ハウジングの間に配置され、前記研磨パッドアセンブリは、前記下側ハウジング内の開口から突出するように前記可撓性の薄膜に連結されている、基板を位置決めすること、
   前記基板上の第１の半径において前記基板上に前記研磨パッドアセンブリを位置決めすること、
   第１の研磨滞留時間、第１の研磨ダウンフォース、及び第１の研磨スピードを含む第１の研磨レシピを使用して前記第１の半径において前記基板を研磨すること、
   前記研磨パッドが前記基板上で前記第１の半径から第２の半径へ横に移動するような位置決め動作を使用して前記支持アームを動かすこと、並びに
   第２の研磨滞留時間、第２の研磨ダウンフォース、及び第２の研磨スピードを含む第２の研磨レシピを使用して前記第２の半径において前記基板を研磨すること、
   を含む、方法。
2. 前記第１の研磨速度が、前記研磨ヘッド内に配置された前記シャフトの回転速度を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記位置決め動作が、前記支持アームの端部を貫通して配置された垂直軸の周りで前記支持アームを回転させることを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記研磨パッドに研磨動作を提供することを更に含み、前記研磨動作が、軌道動作、円弧動作、円形動作、振動動作、回転動作、又はそれらの組み合わせを含む、請求項２に記載の方法。
5. 前記チャックの相対運動と前記支持アームの前記位置決め動作とが前記基板上で螺旋形状研磨経路を形成するように、前記チャックの中心軸の周りで前記チャックを回転させることを更に含む、請求項３に記載の方法。
6. 前記研磨レシピに関する前記シャフトの回転速度が約１０００ｒｐｍから約５０００ｒｐｍの間である、請求項１に記載の方法。
7. 前記接触部分表面積が、前記基板の前記表面積の約１％未満である、請求項１に記載の方法。
8. 基板を研磨する方法であって、
   研磨システムの回転可能なチャック上に基板を位置決めすることであって、当該研磨システムは前記回転可能なチャックと、支持アームと、当該支持アームに連結された研磨ヘッドとを備え、前記研磨ヘッドは、
   支持部材と、
   前記支持部材との間での相対的な軌道運動又は振動運動を可能とする一方で、研磨ヘッドハウジングが前記支持部材に対して回転するのを防ぐように、前記支持部材に連結された研磨ヘッドハウジングと、
   前記支持部材と前記研磨ヘッドハウジングの間の前記相対的な軌道運動又は振動運動を提供するシャフトと、
   前記基板の表面積未満の表面積を有する接触部分と支持部分を備える研磨パッドアセンブリと
   を備え、
   前記研磨ヘッドハウジングは、上側ハウジングと、前記上側ハウジングに連結された下側ハウジングと、を備え、可撓性の薄膜が前記上側ハウジングと前記下側ハウジングの間に配置され、前記研磨パッドアセンブリは、前記下側ハウジング内の開口から突出するように前記可撓性の薄膜に連結されている、基板を位置決めすること、
   前記研磨パッドアセンブリの前記接触部分を前記基板に対して付勢すること、
   第１の研磨滞留時間、第１の研磨ダウンフォース、及び第１の研磨スピードを含む第１の研磨レシピを使用して前記基板の表面より小さい前記基板の第１のエリア表面を研磨すること、
   前記研磨パッドが前記基板の前記第１のエリア表面から前記基板の前記表面より小さい前記基板の第２のエリア表面へ横に移動するように、前記基板と前記支持アームとを同時に動かすこと、並びに
   第２の研磨滞留時間、第２の研磨ダウンフォース、及び第２の研磨スピードを含む第２の研磨レシピを使用して前記基板の前記第２のエリア表面を研磨すること、
   を含む、方法。
9. 前記基板の前記第１のエリア表面と前記基板の前記第２のエリア表面を研磨することが、研磨動作を使用することを含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記支持アームを動かすことが、前記支持アームの端部を貫通して配置された垂直軸の周りで前記支持アームを回転させることを含む、請求項８に記載の方法。
11. 前記基板を動かすことが、前記研磨パッドが前記基板上で螺旋形状経路を横に移動するように、前記基板の中心の周りで前記基板を回転させることを含む、請求項８に記載の方法。
12. 前記研磨動作が、前記研磨ヘッド内に配置されたアクチュエータアセンブリによって提供される、請求項９に記載の方法。
13. 前記研磨動作が、軌道動作、円弧動作、円形動作、振動動作、回転動作、又はそれらの組み合わせを含む、請求項９に記載の方法。
14. 基板を研磨する方法であって、
    支持アームによって支持され且つ基板の表面積未満の接触部分表面積を有する研磨パッドを、前記基板の表面に対して付勢することであって、前記研磨パッドと前記基板の表面の間の相対運動は研磨ヘッドアセンブリによってもたらされ、前記研磨ヘッドアセンブリは、
    支持部材と、
    前記支持部材に対して回転するのを防ぐように、前記支持部材に連結された研磨ヘッドハウジングであって、前記研磨ヘッドハウジングは、上側ハウジングと、前記上側ハウジングに連結された下側ハウジングと、を備え、可撓性の薄膜が前記上側ハウジングと前記下側ハウジングの間に配置されている、研磨ヘッドハウジングと、
    前記支持部材と前記研磨ヘッドハウジングの間の相対的な側方運動を提供するシャフトと、
    前記下側ハウジング内の開口から突出するように前記可撓性の薄膜に連結された研磨パッドアセンブリと、
    を備える、前記研磨パッドを前記基板の表面に対して付勢すること、
    前記研磨パッドが前記基板の前記表面の複数の半径のうちの各半径へ横に移動するように、前記基板が固定されたチャックを回転させると同時に前記支持アームを動かすこと、並びに
    複数の研磨レシピであって、それぞれが前記複数の半径のそれぞれに対応する複数の研磨レシピを使用して、前記基板の前記表面を研磨すること、を含み、
    前記複数の研磨レシピのそれぞれが、
    研磨滞留時間、
    研磨ダウンフォース、及び
    研磨速度を含む、方法。
15. 前記基板の前記表面を研磨することが、前記研磨パッドに研磨動作を提供することを含み、前記研磨動作が、軌道動作、円弧動作、円形動作、振動動作、回転動作、又はそれらの組み合わせを含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記研磨パッドが、前記基板上で螺旋形状経路を横に移動し、前記研磨パッドが、研磨ヘッドに連結されており、前記研磨速度が、前記研磨ヘッド内に配置されたシャフトの回転速度を含み、前記シャフトの前記回転速度が、約１０００rpmと約５０００rpmの間であり、前記研磨ダウンフォースが、前記研磨ヘッド内の圧縮されたガスを含む、請求項１４に記載の方法。
17. 前記複数の研磨レシピのうち少なくとも１つにおいて、前記シャフトの回転速度が約１０００ｒｐｍと約５０００ｒｐｍの間である、請求項１４に記載の方法。

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