CN113874166A - 使用蒸汽用于预热或清洁cmp部件 - Google Patents

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Abstract

一种用于化学机械抛光系统的温度控制方法，包括以下步骤：当抛光系统中的部件与抛光系统中的抛光垫分隔开时，将包含蒸汽的气体从孔口引导到部件上以清洁部件或使部件的温度上升到升高的温度。将部件移动到与抛光垫接触，这可以在部件返回到环境温度之前发生。

Description

使用蒸汽用于预热或清洁CMP部件
技术领域
本公开涉及化学机械抛光(CMP)，并且更具体地涉及在CMP期间使用蒸汽用于清洁或预热。
背景技术
通常通过在半导体晶片上顺序沉积导电层、半导电层或绝缘层来在基板上形成集成电路。各种制造工艺需要对基板上的层进行平面化。例如，一个制造步骤包括在非平面表面上沉积填料层并使所述填料层平面化。对于某些应用，将填料层平面化，直到暴露出图案化层的顶表面。例如，可以在图案化的绝缘层上沉积金属层以填充绝缘层中的沟槽和孔洞。在平面化之后，图案化层的沟槽和孔洞中的金属的剩余部分形成通孔、插塞和线，以在基板上的薄膜电路之间提供导电路径。作为另一示例，介电层可被沉积在图案化的导电层上，然后被平面化以实现后续的光刻步骤。
化学机械抛光(CMP)是一种可以接受的平面化方法。这种平面化方法通常需要将基板安装在承载头上。基板的暴露表面通常抵靠旋转抛光垫放置。承载头在基板上提供可控制的负载，以将基板推靠在抛光垫上。通常将具有研磨颗粒的抛光浆料供应到抛光垫的表面。
发明内容
在一个方面，一种用于化学机械抛光系统的温度控制方法，包括以下步骤：当抛光系统中的部件与抛光系统中的抛光垫分隔开时，将包含蒸汽的气体从孔口(orifice)引导到部件上以使部件的温度上升到升高的温度，以及在部件返回到环境温度之前，将部件移动到与抛光垫接触。
实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。
当蒸汽被引导到部件上时可以测量部件的温度，以及当部件到达目标温度时停止蒸汽。可以测量抛光垫的温度，以及可以基于所测量的温度来计算目标温度。
可以设置定时器，以及在定时器超时(expiration)时停止蒸汽。
当部件被设置成与抛光垫接触时，部件的温度可以大约等于抛光垫的温度。升高的温度可以大于抛光垫的温度。
气体可以具有70-100℃的温度。蒸汽可以是干蒸汽。气体可以由蒸汽组成。
可以将部件定位成与抛光垫分隔开以在处置站处将蒸汽引导到部件上。当蒸汽被引导到部件上时，部件可以在处置站中旋转。当蒸汽被引导到部件上时，部件可以在处置站中垂直地移动。
部件可以包括承载头或待抛光的基板。蒸汽可以在基板传送站处被引导到部件上。蒸汽可以在压板间(inter-platen)站处被引导到部件上。
部件可以包括调节器盘或调节器头。蒸汽可以在调节器盘清洁杯处被引导到部件上。
在另一个方面，一种化学机械抛光系统包括：压板，所述压板支撑抛光垫；锅炉；处置站，所述处置站与抛光垫分隔开并且具有多个喷嘴以将蒸汽从锅炉引导到定位在处置站中的主体上；致动器，所述致动器将部件从处置站移动到与抛光垫接触；以及控制器，所述控制器配置成使处置站将蒸汽引导到部件上以使部件的温度上升至升高的温度，并且在部件返回到环境温度之前，使致动器将部件从处置站移动到与抛光垫接触。
实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。
部件可以包括承载头或基板。部件可以包括调节器头或调节器盘。
在另一个方面，一种用于化学机械抛光系统的清洁方法包括以下步骤：当抛光系统中的部件与抛光系统中的抛光垫分隔开时，将包含蒸汽的气体从孔口引导到部件上以清洁部件，以及将部件移动到与抛光垫接触。
实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。
可以设置定时器，以及在定时器超时时停止蒸汽。
气体可以具有70-100℃的温度。气体可以具有80-100℃的温度。蒸汽可以包括干蒸汽。气体可以由蒸汽组成。气体可以包括蒸汽与大气的混合物。
部件可以定位在处置站中，并且可以与抛光垫分隔开以将蒸汽引导到处置站处的部件上。当蒸汽被引导到部件上时，部件可以在处置站中旋转。当蒸汽被引导到部件上时，部件可以在处置站中垂直地移动。
部件可以包括承载头或待抛光的基板。蒸汽可以在基板传送站处被引导到部件上。蒸汽可以在压板间站处被引导到部件上。
部件可以包括调节器盘或调节器头。蒸汽可以在调节器盘清洁杯处被引导到部件上。
清洁部件可以包括去除凝结的浆料。清洁部件可以包括去除凝结的抛光碎屑。
在一个方面，一种化学机械抛光系统包括：压板，所述压板支撑抛光垫；锅炉；处置站，所述处置站与抛光垫分隔开，处置站具有多个喷嘴以将蒸汽从锅炉引导到定位在处置站中的主体上；致动器，所述致动器将部件从处置站移动到与抛光垫接触；控制器，所述控制器配置成使处置站将蒸汽引导到部件上以使部件的温度上升至升高的温度，以及使致动器将部件从处置站移动到与抛光垫接触。
实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。
部件可以包括承载头或基板。
部件可以包括调节器头或调节器盘。
可能的优点可包括但不限于以下各项中的一项或多项。
可以在低污染物水平的情况下产生足够量的蒸汽(即，通过沸腾产生的气态H2O)。此外，蒸汽发生器可以产生基本上纯气体的蒸汽，例如，在蒸汽中几乎没有或没有悬浮的液体。这种蒸汽(也称为干蒸汽)可以提供H2O的气态形式，其与其他蒸汽替代物(诸如闪蒸(flash steam))相比具有更高的能量传递和更低的液体含量。
可以快速且高效地清洁CMP设备的各种部件。在溶解或以其他方式从抛光系统表面去除抛光副产品、干燥的浆料、碎屑等方面，蒸汽可以比液态水更有效。因此，可以减少基板上的缺陷。
可以预热CMP设备的各种部件。可以减小在整个抛光垫上的温度变化，并且因此减小在整个基板上的温度变化，从而减少晶片内不均匀性(WIWNU)。可以减小抛光操作期间的温度变化。这可以改善CMP工艺期间抛光的可预测性。可以减小从一个抛光操作到另一抛光操作的温度变化。这样可以改善晶片间均匀性。
在附图和以下说明中描述一个或多个实施方式的细节。根据说明书和附图以及权利要求书，其他方面、特征和优点将是显而易见的。
附图说明
图1是抛光设备的示例的示意性平面图。
图2A是示例承载头蒸汽处置组件的示意性截面图。
图2B是示例调节头蒸汽处置组件的示意性截面图。
图3A是抛光设备的抛光站的示例的示意性截面图。
图3B是化学机械抛光设备的示例抛光站的示意性俯视图。
具体实施方式
化学机械抛光通过在基板、抛光液和抛光垫之间的接口处的机械磨蚀和化学蚀刻的组合来操作。在抛光工艺期间，由于基板表面和抛光垫之间的摩擦而产生大量的热量。此外，一些工艺还包括原位垫调节步骤，在原位垫调节步骤中将调节盘(例如涂有研磨金刚石颗粒的盘)压靠在旋转抛光垫上以调节和纹理化抛光垫表面。调节工艺的磨蚀也可以产生热。例如，在具有2psi的标称下压力和
Figure BDA0003372868790000041
的去除速率的典型的一分钟铜CMP工艺中，聚氨酯抛光垫的表面温度可以升高约30℃。
另一方面，如果抛光垫已经通过先前的抛光操作被加热，则当新的基板最初下降到与抛光垫接触时，所述新的基板处于较低的温度，因此可以用作散热器。类似地，分配到抛光垫上的浆料可以用作散热器。总体而言，这些影响导致抛光垫的温度在空间上和时间上变化。
CMP工艺中的化学相关变量(例如，如参与反应的引发(initiation)和速率)和机械相关变量(例如，抛光垫的表面摩擦系数和粘弹性)两者都是高度依赖于温度的。因此，抛光垫的表面温度的变化可导致去除速率、抛光均匀性、侵蚀、凹陷和残留物的变化。通过在抛光期间更严格地控制抛光垫表面的温度，可以降低温度的变化，并且可以改善例如如由晶片内不均匀性或晶片间不均匀性所测量的抛光性能。
此外，在CMP期间，碎屑和浆料可能积聚在CMP设备的各种部件上。如果这些抛光副产品后来从部件上脱落，则它们可能会刮伤或以其他方式损坏基板，从而导致抛光缺陷增加。水射流(water jets)已用于清洁CMP设备系统的各种部件。然而，执行此任务需要大量的水。
可以解决这些问题中的一个或多个问题的技术是使用蒸汽(即通过沸腾产生的气态H2O)来清洁和/或预热CMP设备的各种部件。例如，由于蒸汽的潜热，可需要较少的蒸汽来提供与热水等量的能量。另外，可以以高速喷洒蒸汽以清洁和/或预热部件。此外，蒸汽在溶解或以其他方式去除抛光副产物方面比液态水更有效。
图1是用于处理一个或多个基板的化学机械抛光设备2的平面图。抛光设备2包括抛光平台4，抛光平台4至少部分地支撑并容纳多个抛光站20。例如，抛光设备可以包括四个抛光站20a、20b、20c和20d。每个抛光站20适于抛光保持在承载头70中的基板。图1中未示出每个工作站的所有组件。
抛光设备2还包括多个承载头70，每个承载头70配置成承载基板。抛光设备2还包括用于从承载头装载和卸除基板的传送站6。传送站6可以包括多个装载罩8(例如，两个装载罩8a、8b)，所述多个装载罩8适于促进通过传送机器人9在承载头70与工厂接口(未示出)或其他装置(未示出)之间传送基板。装载罩8通常通过装载和卸除装载头70来促进机器人9与装载头70中的每个装载头70之间的传送。
抛光设备2的站(包括传送站6和抛光站20)可以围绕平台4的中心以基本上相等的角度间隔定位。这不是必需的，但是可以为抛光设备提供良好的占地面积。
对于抛光操作，一个承载头70定位在每个抛光站处。两个额外的承载头可以定位在装载和卸除站6中，以在其他基板在抛光站20处被抛光的同时将抛光过的基板替换为未抛光的基板。
承载头70由支撑结构固持，所述支撑结构可以使每个承载头沿着依序经过第一抛光站20a、第二抛光站20b、第三抛光站20c和第四抛光站20d的路径移动。这允许将每个承载头选择性地定位在抛光站20和装载罩8之上。
在一些实施方式中，每个承载头70耦接至托架78，托架78安装至支撑结构72。通过沿着支撑结构72(例如，轨道)移动托架78，可以将承载头70定位在选定的抛光站20或装载罩8之上。替代地，承载头70可以从旋转式传送带悬挂，并且旋转式传送带的旋转沿着圆形路径同时移动所有承载头。
抛光设备2的每个抛光站20可以包括例如在浆料供应臂39的端部处的端口，以将诸如研磨浆料之类的抛光液38(参见图3A)分配到抛光垫30上。抛光设备2的每个抛光站20还可以包括垫调节器93以研磨抛光垫30，以将抛光垫30保持在一致的研磨状态。
图3A和图3B示出化学机械抛光系统的抛光站20的示例。抛光站20包括可旋转的盘形平台24，抛光垫30位于盘形平台24上。压板24可操作以围绕轴线25旋转(参见图3B中的箭头A)。例如，电机22可以转动驱动轴28以旋转压板24。抛光垫30可以是具有外抛光层34和较软的背层32的双层抛光垫。
参照图1、图3A和图3B，抛光站20可以包括例如在浆料供应臂39的端部处的供应端口，以将诸如研磨浆料之类的抛光液38分配到抛光垫30上。
抛光站20可以包括具有调节器盘92(参见图2)的垫调节器90以保持抛光垫30的表面粗糙度。调节器盘92可以定位在臂94的端部处的调节器头93中。臂94和调节器头93由基部96支撑。臂94可以摆动，以将调节器头93和调节器盘92横向扫过(sweep)抛光垫30。清洁杯255可以位于邻近压板24的位置，臂94可以将调节器头93移动至所述位置。
承载头70可操作以将基板10固持抵靠抛光垫30。承载头70从支撑结构72(例如，旋转式传送带或轨道)悬挂，并且通过驱动轴74连接到承载头旋转电机76，使得承载头可以围绕轴线71旋转。可选地，承载头70可以横向振动，例如，在旋转式传送带上的滑块上、通过沿着轨道的移动、或通过旋转式传送带本身的旋转振动来横向振动。
承载头70可以包括弹性膜80和多个可加压腔室82，弹性膜80具有与基板10的背面接触的基板安装表面，多个可加压腔室82将不同的压力施加到基板10上的不同区，例如不同的径向区。承载头70可以包括扣环84以固持基板。在一些实施方式中，扣环84可包括与抛光垫接触的下部塑料部分86以及较硬材料(例如，金属)的上部部分88。
在操作中，平台围绕平台中心轴线25旋转，并且承载头围绕承载头中心轴线71旋转(参见图3B中的箭头B)并且横向平移(参见图3B中的箭头C)跨过抛光垫30的顶表面。
参照图3A和图3B，当承载头70扫过抛光垫30时，承载头70的任何暴露表面趋于被浆料覆盖。例如，浆料可以粘附于扣环84的外直径表面或内直径表面。一般来说，对于未保持在湿润状态的任何表面，浆料将趋于凝结和/或变干。作为结果，微粒可以在承载头70上形成。如果这些微粒脱落，则这些微粒可能刮伤基板，从而导致抛光缺陷。
此外，浆料可以在承载头70上结块(cake)，或者浆料中的氢氧化钠可以在承载头70和/或基板10的表面中的一个表面上结晶并且导致承载头70的表面被腐蚀。结块的浆料难以去除，并且结晶的氢氧化钠难以返回成溶液。
调节器头92也会发生类似的问题，例如，微粒可以在调节器头92上形成，浆料可以在调节器头92上结块，或者浆料中的氢氧化钠可以在调节器头92的表面中的一个表面上结晶。
一种解决方案是用液态水射流来清洁部件(例如，承载头70和调节器头92)。然而，仅使用水射流可能难以清洗部件，并且可能需要大量的水。另外，与抛光垫30接触的部件(例如，承载头70、基板10和调节器盘92)可以用作散热器，所述散热器阻碍抛光垫温度的均匀性。
为了解决这些问题，如图2A所示，抛光设备2包括一个或多个承载头蒸汽处置组件200。每个蒸汽处置组件200可以用于清洁和/或预加热承载头70和基板10。
蒸汽处置组件200可以是装载罩8的部分，例如，装载罩8a或装载罩8b的部分。替代地或附加地，蒸汽处置组件200可以设置在位于相邻抛光站20之间的一个或多个压板间站9处。
装载罩8包括基座204以在装载/卸除工艺期间固持基板10。装载罩8还包括壳体206，壳体206围绕或基本上围绕基座204。多个喷嘴225由壳体206或单独的支撑件支撑，以将蒸汽245输送至定位在由壳体206限定的腔208中的承载头和/或基板。例如，喷嘴225可以定位在壳体206的一个或多个内表面上，例如，底板206a和/或侧壁206b和/或腔的顶板。喷嘴225可以定向为将蒸汽向内引导到腔206中。可以通过使用蒸汽发生器410(例如，诸如闪蒸锅炉或传统锅炉之类的锅炉)产生蒸汽245。排放口235可以允许过量的水、清洁溶液和清洁副产物通过以防止在装载罩8中积聚。
致动器提供在壳体206与承载头70之间的相对垂直运动。例如，轴210可以支撑壳体206并且垂直地可致动以升高和降低壳体206。替代地，承载头70可以垂直移动。基座205可以与轴210同轴(on-axis)。基座204可以相对于壳体206垂直可移动。
在操作中，承载头70可以定位在装载罩8之上，并且壳体206可以升高(或者承载头70降低)，使得承载头70部分地位于腔208内。基板10可以开始在基座204上并且被卡紧(chucked)到承载头70上，和/或开始在承载头70上以及被解卡紧(dechucked)到基座204上。
蒸汽被引导通过喷嘴225以清洁和/或预热基板10和/或承载头70的一个或多个表面。例如，喷嘴中的一个或多个喷嘴可定位成将蒸汽引导到承载头70的外表面、扣环84的外表面84a和/或扣环84的底表面84b上。可以定位喷嘴中的一个或多个喷嘴以将蒸汽引导到由承载头70固持的基板10的前表面(即，待抛光的表面)上，或者如果没有基板10被支撑在承载头70上，则将蒸汽引导到膜80的底表面上。可以将一个或多个喷嘴定位在基座204下方，以将蒸汽向上引导到定位在基座204上的基板10的前表面上。可以将一个或多个喷嘴定位在基座204上方，以将蒸汽向下引导到定位在基座204上的基板10的背表面上。承载头70可以在装载罩8内旋转和/或相对于装载罩8垂直移动，以允许喷嘴225处置承载头70和/或基板10的不同区域。基板10可以安置在基座205上以允许对承载头70的内表面(例如，膜82的底表面或扣环84的内表面)进行蒸汽处置。
蒸汽从蒸汽源通过穿过壳体206的供应管线230循环到喷嘴225。喷嘴225可以喷洒蒸汽245以去除在每次抛光操作之后留在承载头70和基板10上的有机残留物、副产物、碎屑和浆料颗粒。喷嘴225可以喷洒蒸汽245以加热基板10和/或承载头70。
压板间站9可以类似地构造和操作，但是不需要具有基板支撑基座。
由喷嘴225输送的蒸汽245可以具有可调节的温度、压力和流速，以改变承载头70和基板10的清洁和预热。在一些实施方式中，可以针对每个喷嘴或在喷嘴的群组之间独立地调整温度、压力和/或流速。
例如，当(例如，在蒸汽发生器410中)产生蒸汽245时，蒸汽245的温度可以为90℃至200℃。例如，由于在输送中的热损失，当通过喷嘴225分配蒸汽245时，蒸汽245的温度可以在90℃至150℃之间。在一些实施方式中，通过喷嘴225以70-100℃、例如80-90℃的温度输送蒸汽。在一些实施方式中，由喷嘴输送的蒸汽是过热的(superheated)，即处于高于沸点的温度。
当蒸汽245通过喷嘴225输送时，蒸汽245的流速可以是1-1000cc/分钟，这取决于加热器功率和压力。在一些实施方式中，蒸汽与其他气体混合，例如，与正常大气或与N2混合。替代地，由喷嘴225输送的流体基本上是纯水。在一些实施方式中，由喷嘴225输送的蒸汽245与液态水(例如，雾化水)混合。例如，液态水和蒸汽可以以1:1到1:10的相对流量比率(例如，以sccm为单位的流速)合并。然而，如果液态水的量低，例如小于5重量百分比(wt％)，例如小于3重量百分比，例如小于1重量百分比，则蒸汽将具有优异的传热性能。因此，在一些实施方式中，蒸汽是干蒸汽，即，基本上没有水滴。
为了避免膜受热降解，可以将水与蒸汽245混合以降低温度，例如降低到约40-50℃。可以通过将冷却的水混合到蒸汽245中或者将处于相同或基本上相同的温度的水混合到蒸汽245中来降低蒸汽245的温度(因为液态水比气态水传递更少的能量)。
在一些实施方式中，温度传感器214可以安装在蒸汽处置组件200中或邻近蒸汽处置组件200以检测承载头70和/或基板10的温度。可由控制器12接收来自传感器214的信号以监控承载头70和/或基板10的温度。控制器12可以基于来自温度传感器214的温度测量值来控制由组件100进行的蒸汽输送。例如，控制器可以接收目标温度值。如果控制器12检测到温度测量值超过目标值，则控制器12停止蒸汽流。作为另一个示例，控制器12可以降低蒸汽输送流速和/或降低蒸汽温度，例如，以防止在清洁和/或预热期间部件的过热。
在一些实施方式中，控制器12包括定时器。在这种情况下，控制器12可以在开始输送蒸汽时启动，并且可以在定时器期满时停止输送蒸汽。可以基于经验测试来设置定时器以在清洁和/或预热期间达到承载头70和基板10的期望温度。
图2B示出包括壳体255的调节器蒸汽处置组件250。壳体255可以形成为“杯(cup)”以接收调节器盘92和调节器头93。蒸汽通过壳体255中的供应管线280循环到一个或多个喷嘴275。喷嘴275可以喷洒蒸汽295以去除在每次调节操作之后留在调节器盘92和/或调节器头93上的抛光副产物，例如，碎屑或浆料颗粒。喷嘴275可以位于壳体255中，例如，在壳体255内部的底板、侧壁或顶板上。可以将一个或多个喷嘴定位成清洁垫调节器盘的底表面和/或调节器头93的底表面、侧壁和/或顶表面。可以使用蒸汽发生器410产生蒸汽295。排放口285可以允许过量的水、清洁溶液和清洁副产物通过以防止在壳体255中积聚。
调节器头93和调节器盘92可以至少部分地下降到壳体255中以待作蒸汽处置。当调节器盘92要恢复操作时，调节器头93和调节盘92被从壳体255中抬出并定位在抛光垫30上以调节抛光垫30。当调节操作完成时，将调节器头93和调节盘92从抛光垫上抬起，并摆动回到壳体杯255中，以用于去除调节器头93和调节器盘92上的抛光副产物。在一些实施方式中，壳体255是垂直可致动的，例如，安装至垂直驱动轴260。
壳体255定位成接收垫调节器盘92和调节器头93。调节器盘92和调节器头93可以在壳体255内旋转，和/或在壳体255中垂直移动，以允许喷嘴275对调节器盘92和调节器头93的各个表面进行蒸汽处置。
由喷嘴275输送的蒸汽295可以具有可调整的温度、压力和/或流速。在一些实施方式中，可以针对每个喷嘴或在喷嘴的群组之间独立地调整温度、压力和/或流速。这允许变化并且因此更有效地清洁调节剂盘92或调节剂头93。
例如，当(例如，在蒸汽发生器410中)产生蒸汽295时，蒸汽295的温度可以为90℃至200℃。例如，由于在输送中的热损失，当通过喷嘴275分配蒸汽295时，蒸汽295的温度可以在90℃至150℃之间。在一些实施方式中，可以通过喷嘴275在70-100℃、例如80-90℃的温度下输送蒸汽。在一些实施方式中，由喷嘴输送的蒸汽是过热的，即处于高于沸点的温度。
当通过喷嘴275输送蒸汽295时，蒸汽2945的流速可以是1-1000cc/分钟。在一些实施方式中，蒸汽与其他气体混合，例如，与正常大气或与N2混合。替代地，由喷嘴275输送的流体基本上是纯水。在一些实施方式中，由喷嘴275输送的蒸汽295与液态水(例如，雾化水)混合。例如，液态水和蒸汽可以以1:1到1:10的相对流量比率(例如，以sccm为单位的流速)合并。然而，如果液态水的量低，例如小于5重量百分比，例如小于3重量百分比，例如小于1重量百分比，则蒸汽将具有优异的传热性能。因此，在一些实施方式中，蒸汽是干蒸汽，即，不包括水滴。
在一些实施方式中，温度传感器264可以安装在壳体255中或邻近壳体255以检测调节器头93和/或调节器盘92的温度。控制器12可以接收来自温度传感器264的信号以监控调节器头93或调节器盘92的温度，例如，以检测垫调节器盘92的温度。控制器12可以基于来自温度传感器264的温度测量值来控制组件250进行的蒸汽输送。例如，控制器可以接收目标温度值。如果控制器12检测到温度测量值超过目标值，则控制器12停止蒸汽流。作为另一个示例，控制器12可以降低蒸汽输送流速和/或降低蒸汽温度，例如，以防止在清洁和/或预热期间部件的过热。
在一些实施方式中，控制器12使用定时器。在这种情况下，控制器12可以在开始输送蒸汽时启动记时，并且在定时器期满时就停止输送蒸汽。可以基于经验测试来设置定时器，以在清洁和/或预热期间达到调节器盘92的期望温度，例如，以防止过热。
参照图3A，在一些实施方式中，抛光站20包括温度传感器64以监控抛光站中的温度或者抛光站的部件的温度或抛光站中的部件的温度，例如，抛光垫30的温度和/或抛光垫上的浆料38的温度。例如，温度传感器64可以是红外(IR)传感器(例如，IR相机)，其定位在抛光垫30上方并且配置成测量抛光垫30的温度和/或抛光垫上的浆料38的温度。具体地，温度传感器64可以配置成测量沿着抛光垫30的半径的多个点处的温度，以便产生径向温度分布。例如，IR相机可以具有跨越抛光垫30的半径的视野。
在一些实施方式中，温度传感器是接触传感器而不是非接触传感器。例如，温度传感器64可以是定位在压板24上或压板24中的热电偶或IR温度计。另外，温度传感器64可以与抛光垫直接接触。
在一些实施方式中，多个温度传感器可以在整个抛光垫30上的不同径向位置处间隔开，以便在沿着抛光垫30的半径的多个点处提供温度。此技术可以用于IR相机的替代或补充。
尽管温度传感器64在图3A中示出为定位成监控抛光垫30的温度和/或垫30上的浆料38的温度，但温度传感器64可以定位在承载头70内以测量基板10的温度。温度传感器64可以与基板10的半导体晶片直接接触(即，接触传感器)。在一些实施方式中，多个温度传感器被包括在抛光站22中，例如，以测量抛光站的不同部件的温度或抛光站中的不同部件的温度。
抛光系统20还包括温度控制系统100以控制抛光垫30的温度和/或抛光垫上的浆料38的温度。温度控制系统100可以包括冷却系统102和/或加热系统104。冷却系统102和加热系统104中的至少一者，并且在一些实施方式中冷却系统102和加热系统104两者，通过将温度受控的介质(例如，液体、蒸气或喷雾)输送到抛光垫30的抛光表面36上(或输送到已经存在于抛光垫上的抛光液上)。
对于冷却系统102，冷却介质可以是气体(例如，空气)或液体(例如，水)。介质可以处于室温或被冷却到低于室温，例如处于5-15℃。在一些实施方式中，冷却系统102使用空气和液体的喷雾，例如，液体(例如，水)的雾化喷雾。具体地，冷却系统可以具有产生水的雾化喷雾之喷嘴，所述水的雾化喷雾在低于室温下被冷却。在一些实施方式中，固体材料可以与气体和/或液体混合。固体材料可以是冷却的材料(例如，冰)或当溶解在水中时(例如，通过化学反应)吸收热的材料。
冷却介质可以通过流过冷却剂输送臂中的可选地形成在喷嘴中的一个或多个孔(例如，孔洞或槽)来输送。孔可以由连接到冷却剂源的歧管提供。
如图3A和图3B所示，示例冷却系统102包括臂110，臂110在压板24和抛光垫30之上从抛光垫的边缘延伸到或至少接近(例如，在抛光垫的总半径的5％以内)抛光垫30的中心。臂110可以由基部112支撑，并且基部112可以与压板24被支撑在同一框架40上。基部112可以包括一个或多个致动器，例如，线性致动器以升高或降低臂110，和/或旋转致动器以使臂110在压板24上横向摆动。臂110定位成避免与其他硬件部件(诸如抛光头70、垫调节盘92和浆料分配臂39)碰撞。
示例冷却系统102包括从臂110悬挂的多个喷嘴120。每个喷嘴120配置成将液体冷却剂介质(例如，水)喷洒到抛光垫30上。臂110可以由基座112支撑，使得喷嘴120通过间隙126与抛光垫30分开。
每个喷嘴120可以配置成将喷雾122中的雾化水朝向抛光垫30引导。冷却系统102可以包括液体冷却剂介质的源130和气体源132(参见图3B)。来自源130的液体和来自源132的气体可以在(例如，在臂110上或臂110中的)混合腔室134中混合(参见图3A)，然后被引导通过喷嘴120以形成喷雾122。
在一些实施方式中，可以针对每个喷嘴独立地控制工艺参数，例如，流速、压力、温度和/或液体与气体的混合比。例如，用于每个喷嘴120的冷却剂可以流过独立可控的冷却器以独立地控制喷雾的温度。作为另一个示例，单独的一对泵，一个泵用于气体并且一个泵用于液体，可以连接到每个喷嘴，使得可以针对每个喷嘴单独地控制流速、压力和气体与液体的混合比。
各种喷嘴可以喷洒到抛光垫30上的不同径向区124上。相邻的径向区124可以重叠。在一些实施方式中，喷嘴120产生沿细长区域128撞击抛光垫30的喷雾。例如，喷嘴可以配置成在大致平面的三角形体积中产生喷雾。
细长区域128中的一个或多个细长区域128(例如，全部细长区域128)可以具有与延伸通过区域128的半径平行的纵轴(参见区域128a)。替代地，喷嘴120产生锥形喷雾。
尽管图1示出喷雾本身重叠，但是喷嘴120可以定向为使得细长区域不重叠。例如，至少一些喷嘴120(例如，所有喷嘴120)可以定向为使得细长区域128相对于穿过细长区域的半径成一倾斜角(参见区域128b)。
至少一些喷嘴120可以定向为使得来自所述喷嘴的喷雾的中心轴线(参见箭头A)相对于抛光表面36成一倾斜角。具体地，喷雾122可以从喷嘴120被引导以具有在与由压板24的旋转引起的撞击区域中抛光垫30的运动方向(参见箭头A)相反的方向上的水平分量。
尽管图3A和图3B将喷嘴120示出为以均匀间隔隔开，但这不是必需的。喷嘴120可以在径向上、或角度上、或这两者上不均匀地分布。例如，喷嘴120可以沿着朝向抛光垫30边缘的径向方向更密集地聚集。另外，尽管图3A和图3B示出九个喷嘴，但是可以存在更多或更少数量的喷嘴，例如，三个至二十个喷嘴。
对于加热系统104，加热介质可以是气体(例如，蒸汽(例如，来自蒸汽发生器410)或加热的空气)或液体(例如，加热的水)或气体和液体的组合。介质高于室温，例如在40-120℃，例如在90-110℃。介质可以是水，诸如基本上纯的去离子水，或包含添加剂或化学物质的水。在一些实施方式中，加热系统104使用蒸汽喷雾。蒸汽可以包含添加剂或化学物质。
加热介质可以通过流过加热输送臂上的(例如，由一个或多个喷嘴提供的)孔(例如，孔洞或槽)来输送。孔可以由连接到加热介质源的歧管提供。
示例加热系统104包括臂140，臂140在压板24和抛光垫30之上从抛光垫的边缘延伸到或至少接近(例如，在抛光垫的总半径的5％以内)抛光垫30的中心。臂140可以由基部142支撑，并且基部142可以与压板24被支撑在同一框架40上。基部142可以包括一个或多个致动器，例如，线性致动器以升高或降低臂140，和/或旋转致动器以使臂140在压板24上横向摆动。臂140定位成避免与其他硬件部件(诸如抛光头70、垫调节盘92和浆料分配臂39)碰撞。
沿着压板24的旋转方向，加热系统104的臂140可以定位在冷却系统110的臂110与承载头70之间。沿着压板24的旋转方向，加热系统104的臂140可以定位在冷却系统110的臂110与浆料输送臂39之间。例如，冷却系统110的臂110、加热系统104的臂140、浆料输送臂39和承载头70可以沿着压板24的旋转的方向依序设置。
多个开口144形成在臂140的底表面中。每个开口144配置成将气体或蒸气(例如，蒸汽)引导到抛光垫30上。臂140可以由基部142支撑，使得开口144通过间隙与抛光垫30分开。间隙可以为0.5mm至5mm。具体地，间隙可被选择为使得加热流体的热量在流体到达抛光垫之前不会显著消散。例如，间隙可被选择为使得从开口发射的蒸汽在到达抛光垫之前不会冷凝。
加热系统104可以包括蒸汽源148(例如，蒸汽发生器410)，蒸汽源148可以通过管道连接到臂140。每个开口144可以配置成将蒸汽引导向抛光垫30。
在一些实施方式中，可以针对每个喷嘴独立地控制工艺参数，例如流速、压力、温度和/或液体与气体的混合比。例如，用于每个开口144的流体可以流过独立可控的加热器以独立地控制加热流体的温度，例如蒸汽的温度。
各种开口144可以将蒸汽引导到抛光垫30上的不同径向区上。相邻的径向区可以重叠。可选地，开口144中的一些开口144可以定向为使得来自所述开口的喷雾的中心轴线相对于抛光表面36成一倾斜角。蒸汽可以从开口144中的一个或多个开口144被引导以具有在与由压板24的旋转引起的撞击区域中抛光垫30的运动方向相反的方向上的水平分量。
尽管图3B将开口144示出为以均匀间隔隔开，但这不是必需的。喷嘴120可以在径向上、或角度上、或这两者上不均匀地分布。例如，开口144可以朝向抛光垫30的中心更密集地聚集。作为另一个示例，开口144可以在与由浆料输送臂39将抛光液39输送到抛光垫30处的半径相对应的半径处更密集地聚集。另外，尽管图3B示出九个开口，但是可以存在更多或更少数量的开口。
抛光系统20还可以包括高压冲洗系统106。高压冲洗系统106包括多个喷嘴154(例如，三个至二十个喷嘴)，多个喷嘴154以高强度将清洁液(例如，水)引导到抛光垫30上以清洗垫30并去除用过的浆料、抛光碎屑等。
如图3B所示，示例冲洗系统106包括臂150，臂150在压板24和抛光垫30之上从抛光垫的边缘延伸到或至少接近(例如，在抛光垫的总半径的5％以内)抛光垫30的中心。臂150可以由基部152支撑，并且基部152可以与压板24被支撑在同一框架40上。基部152可以包括一个或多个致动器，例如，线性致动器以升高或降低臂150，和/或旋转致动器以使臂150在压板24上横向摆动。臂150定位成避免与其他硬件部件(诸如抛光头70、垫调节盘92和浆料分配臂39)碰撞。
沿着压板24的旋转的方向，冲洗系统106的臂150可以在冷却系统110的臂110与加热系统140的臂140之间。例如，冷却系统110的臂110、冲洗系统106的臂150、加热系统104的臂140、浆料输送臂39和承载头70可以沿着压板24的旋转的方向依序设置。替代地，沿着压板24的旋转的方向，冷却系统104的臂140可以在冲洗系统106的臂150与加热系统140的臂140之间。例如，冲洗系统106的臂150、冷却系统110的臂110、加热系统104的臂140、浆料输送臂39和承载头70可以沿着压板24的旋转的方向依序设置。
尽管图3B示出以均匀间隔隔开的喷嘴154，但这不是必需的。另外，尽管图3A和图3B示出九个喷嘴，但是可以有更多或更少数量的喷嘴，例如三个至二十个喷嘴。
抛光系统2还可以包括控制器12以控制各种部件(例如，温度控制系统100)的操作。控制器12配置成从温度传感器64接收针对抛光垫的每个径向区域的温度测量值。控制器12可以将测量的温度分布与期望的温度分布比较，并且为每个喷嘴或开口产生给控制机构(例如，致动器、电源、泵、阀门等)的反馈信号。控制器12(例如，基于内部反馈算法)计算反馈信号以使控制机构调整冷却或加热的量，使得抛光垫和/或浆料达到(或至少移动到更接近)期望的温度分布。
在一些实施方式中，抛光系统20包括刮刷片(wiper blade)或主体170以将抛光液38均匀地分布在整个抛光垫30上。沿着压板24的旋转方向，刮刷片170可以定位在浆料输送臂39与承载头70之间。
图3B示出用于每个子系统(例如，加热系统102、冷却系统104和冲洗系统106)的单独的臂，各种子系统可以被包含在由公共臂支撑的单个组件中。例如，组件可以包括冷却模块、冲洗模块、加热模块、浆料输送模块、以及可选地刮刷器模块。每个模块可以包括主体(例如，弓形主体)，所述主体可以固定到公共安装板，并且公共安装板可以固定在臂的端部，使得组件定位在抛光垫30之上。各种流体输送部件(例如，管道、通道等)可以在每个主体内部延伸。在一些实施方式中，模块可以与安装板分开地拆卸。每个模块可以具有类似的部件以执行上述相关联系统的臂的功能。
参照图1、图2A、图2B、图3A和图3B，控制器12可以监控由传感器64、传感器214和传感器264接收的温度测量值，并且控制温度控制系统100以及输送到蒸汽处置组件200和蒸汽处置组件250的蒸汽量。控制器12可以连续地监控温度测量并在反馈回路中控制温度，以调节抛光垫30、承载头70和调节盘92的温度。例如，控制器12可以从传感器64接收抛光垫30的温度，并且控制蒸汽到承载头70和/或调节器头92上的输送以升高承载头70和/或调节器头92的温度，以匹配抛光垫30的温度。减少温度差可以帮助防止承载头70和/或调节器头92用作在相对较高温度的抛光垫30上的散热器，并且可以改善晶片内均匀性。
在一些实施例中，控制器12存储针对抛光垫30、承载头70和调节器盘92的期望温度。控制器12可以监控来自传感器64、传感器214和传感器264的温度测量值，并且控制温度控制系统100和蒸汽处置组件200和/或蒸汽处置组件250以使抛光垫30、承载头70和/或调节器盘92的温度达到期望的温度。通过使温度达到期望的温度，控制器12可以改善晶片内均匀性和晶片间均匀性。
替代地，控制器12可以将承载头70和/或调节器头92的温度升高到略高于抛光垫30的温度，以允许承载头70和/或调节器头92在从它们各自的清洁和预热站移动到抛光垫30时冷却到与抛光头30相同或基本上相同的温度。
已经描述了本发明的数个实施例。然而，应理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可进行各种修改。因此，其他实施例在所附权利要求书的范围内。

Claims (15)

1.一种用于化学机械抛光系统的温度控制方法，包括以下步骤：
当所述抛光系统中的部件与所述抛光系统中的抛光垫分隔开时，将包含蒸汽的气体从孔口引导到所述部件上以使所述部件的温度上升到升高的温度；以及
在所述加热的部件返回到环境温度之前，将所述加热的部件移动到与所述抛光垫接触。
2.如权利要求1所述的方法，包括以下步骤：当所述蒸汽被引导到所述部件上时测量所述部件的温度，测量所述抛光垫的温度，基于所测量的温度计算目标温度，以及当所述部件到达所述目标温度时停止所述蒸汽。
3.如权利要求1所述的方法，其中当所述部件被设置成与所述抛光垫接触时，所述部件的所述温度大约等于所述抛光垫的温度。
4.一种用于化学机械抛光系统的清洁方法，包括以下步骤：
当所述抛光系统中的部件与所述抛光系统中的抛光垫分隔开时，将包含蒸汽的气体从孔口引导到所述部件以从所述部件清洁抛光副产物；以及
将所清洁的部件移动到与所述抛光垫接触。
5.如权利要求1或4所述的方法，其中所述气体具有70-100℃的温度。
6.如权利要求1或4所述的方法，其中所述蒸汽包括干蒸汽。
7.如权利要求1或4所述的方法，包括以下步骤：将所述部件定位在与所述抛光垫分隔开的处置站中，以及在所述处置站处将蒸汽引导到所述部件上。
8.如权利要求1或4所述的方法，其中所述部件包括承载头或待抛光的基板。
9.如权利要求8所述的方法，其中在基板传送站处或压板间站处将所述蒸汽引导到所述部件上。
10.如权利要求1或4所述的方法，其中所述部件包括调节器盘或调节器头。
11.如权利要求10所述的方法，其中在调节器盘清洁杯处将所述蒸汽引导到所述部件上。
12.一种化学机械抛光系统，包括：
压板，所述压板支撑抛光垫；
锅炉；
处置站，所述处置站与所述抛光垫分隔开，所述处置站具有多个喷嘴以将蒸汽从所述锅炉引导到定位在所述处置站中的主体上；
致动器，所述致动器将所述部件从所述处置站移动到与所述抛光垫接触；
控制器，所述控制器配置成：
使所述处置站将所述蒸汽引导到所述部件上以使所述部件的温度上升至升高的温度，以及
在所述部件返回到环境温度之前，使所述致动器将所述部件从所述处置站移动到与所述抛光垫接触。
13.一种化学机械抛光系统，包括：
压板，所述压板支撑抛光垫；
锅炉；
处置站，所述处置站与所述抛光垫分隔开，所述处置站具有多个喷嘴以将蒸汽从所述锅炉引导到定位在所述处置站中的主体上；
致动器，所述致动器将所述部件从所述处置站移动到与所述抛光垫接触；
控制器，所述控制器配置成：
使所述处置站将所述蒸汽引导到所述部件上以将清洁所述部件，以及
使所述致动器将所清洁的部件从所述处置站移动到与所述抛光垫接触。
14.如权利要求13或12所述的系统，其中所述部件包括承载头或基板。
15.如权利要求13或12所述的系统，其中所述部件包括调节器头或调节器盘。
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