JP2005526383A - 研磨パッドを加熱するための方法及び装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】
【解決手段】 化学機械平坦化(CMP)システムで使用される温度制御システムであって、線状研磨ベルト(102)と、線状研磨ベルト上の処理位置の上に基板(104)を当てることができるキャリア(108)とを備えるシステムが開示される。温度制御システムは、さらに、処理位置より後の位置における線状研磨ベルトの温度を決定するように構成された温度センサ(160)を備える。温度制御システムは、また、温度センサから受信された出力に応じ、プラテンの複数の区域のうちの選択区域に供給される温度調整済みの流体の流れを制御するためのコントローラ(150)を備える。

Description

本発明は、一般に、化学機械平坦化装置に関するものである。本発明は、より具体的には、研磨パッドの温度制御を通じて化学機械平坦化の用途で均一性の向上を図るための方法及び装置に関するものである。
半導体デバイスを製造する際は、化学機械平坦化(CMP)を実施する必要がある。集積回路デバイスは、一般に、多層構造の形態を採る。基板の層には、拡散区域を有するトランジスタデバイスが形成される。後続の層には、相互接続配線がパターン形成され、形成された相互接続配線は、トランジスタデバイスに電気的に接続されて、所望の機能を有するデバイスを形成する。周知のように、パターン形成された導電層は、二酸化ケイ素などの誘電体によって他の導電層から隔離される。形成される配線層及び関連の誘電層が増えるにつれて、誘電体を平坦化する必要性も増す。平坦化が行われないと、それ以上の配線層を製造することが、表面トポロジーの格差のために困難になるからである。他の用途では、誘電体内で配線のパターン形成が行われた後、余分な材料を取り除くための金属CMPが実施される。
化学機械平坦化(CMP)システムは、一般に、前述のようにウエハを研磨するために使用される。CMPシステムは、一般に、ウエハの表面の処理及び研磨を行うためのシステム構成要素を備える。このような構成要素は、例えば、環状の研磨パッド又はベルト状の研磨パッドであって良い。パッドそのものは、一般に、ポリウレタン材料又はポリウレタンを例えばステンレス鋼などのベルトと組み合わせて形成される。ベルト状のパッドが動作を開始すると、スラリ材料が供給されて、ベルト状パッドの表面全体に広がる。表面にスラリを有するベルト状パッドが所望速度で運動し始めると、ウエハが降下し、ベルト状パッドの表面にあてがわれる。このように、平坦化を望まれるウエハは、紙ヤスリを使用して木材を磨く場合と同様に、大幅に滑らかな表面を得ることができる。ウエハは、次いで、ウエハ洗浄システムで洗浄される。
図1Aは、CMPシステムで一般に使用される線状研磨装置10を示している。線状研磨装置10は、半導体ウエハ16の表面の材料を研磨して取り除く。取り除かれる材料は、ウエハ16の基板材料であっても良いし、ウエハ16の表面に形成された一枚またはそれ以上の層であっても良い。このような層は、一般に、例えば誘電体、窒化ケイ素、金属(アルミニウムや銅など)、金属合金、半導体材料など、CMPプロセスの際に形成される又は同プロセスの際に存在する一種類若しくはそれ以上の任意の材料を含む。一般に、CMPは、ウエハ16の上の一枚又はそれ以上の層を研磨して、ウエハ16の表面層を平坦化するために使用される。
線状研磨装置10は、ウエハ16の表面に対して直線的に移動する研磨ベルト12を使用する。研磨ベルト12は、ローラ(又はスピンドル)20を中心に回転する連続した一本のベルトである。ローラは、一般に、モータによって駆動されるので、ローラ20の回転運動は、研磨ベルト12を駆動して、ウエハ16に対して直線運動22させることができる。
ウエハキャリア18は、ウエハ16を保持する。ウエハ16は、一般に、機械的な止め輪又は真空によって適所に保持される。ウエハキャリアは、ウエハ16の表面が研磨ベルト12の研磨表面と接触するようなかたちでウエハを研磨ベルト12の上で保持する。
図1Bは、線状研磨装置10の側面図である。ウエハキャリア18は、図1Aを参照にして上述されたように、ウエハ16を研磨ベルト12上の適所に保持しつつ、研磨ベルト12に圧力を加える。研磨ベルト12は、例えばローデル社によるIC1000などのポリマ材料を支持層の上に重ねることによって形成される。研磨ベルト12は、ベルトを駆動してウエハ16に対して直線運動22させるローラ20によって回転される。一例では、流体ベアリングプラテン24が、ウエハ16をあてがわれている区域の研磨ベルトを下から支持する。ベアリングプラテン24は、次いで、それがサポートしている層の下面に流体を供給するために使用できる。供給された流体は、したがって、流体ベアリングを形成し、ウエハ16の表面にあてがわれる部分の研磨ベルト12の下面に研磨圧力を加える。しかしながら、流体ベアリングによって生じる研磨速度は、残念ながら制御が困難であるので、流体ベアリングによって加えられる研磨圧力は不均一である。具体的に言うと、研磨ベルト12は、研磨プロセスのあいだに頻繁に温度が変動する。研磨ベルト12は、一般に、冷たい状態で研磨プロセスに入って徐々に暖かくなる。ウエハの研磨が進行するにつれて、研磨ベルト12の温度は、研磨ベルト12と、スラリと、ウエハ16との間の摩擦によって上昇する。これは、極めて大きな問題である。なぜなら、研磨ベルト12の温度上昇は、研磨プロセスで使用されるスラリの温度上昇に繋がって、ひいてはウエハ16の研磨速度をも上昇させるからである。また、流体ベアリングとして空気が使用される場合は、ベアリングプラテン24から放出される空気は一般に極めて冷たい。これは、空気がベアリングプラテン24の空気出力ホールから出力される際に膨張して冷たくなるからである。このように、摩擦による熱及びベアリングプラテン24からの冷たい空気は、研磨ベルトの温度制御を非常に困難にする。したがって、従来技術による研磨システムの設計を使用すると、研磨の動力学を適切に制御できないこと、研磨にムラがあること、ウエハの研磨に一貫性がないことなどが原因で、ウエハの歩留まりが減少し、ウエハのコストが増大する結果となる。
以上からわかるように、研磨パッドの温度制御を向上させると共に研磨速度の不具合を低減させることができるプラテンを具備することによって、従来技術に伴う問題を克服できる、装置が必要とされている。
本発明の実施形態は、概して、使用される空気の温度をプラテンの区域ごとに異ならせることによって、CMPプロセスにおけるウエハ研磨の均一性を制御することができる、研磨パッド加熱システムを提供することよって、上述されたニーズを満たすものである。
一実施形態では、化学機械平坦化(CMP)システムで使用される温度制御システムであって、線状研磨ベルトと、該線状研磨ベルト上の処理位置の上に基板を当てることができるキャリアとを備える温度制御システムが提供される。温度制御システムは、複数の区域を有するプラテンを備える。温度制御システムは、さらに、処理位置より後の位置における線状研磨ベルトの温度を決定するように構成された温度センサを備える。温度制御システムは、また、温度センサから受信された出力に応じ、プラテンの複数の区域のうちの選択区域に向かう温度調整済みの流体の流れを調整するためのコントローラを備える。
別の一実施形態では、化学機械平坦化(CMP)システムで使用される温度制御システムであって、線状研磨ベルトと、該線状研磨ベルト上の処理位置の上に基板を当てることができるキャリアとを備える温度制御システムが提供される。温度制御システムは、複数の区域を有するプラテンを備える。温度制御システムは、また、処理位置より後の位置における線状研磨ベルトの温度を決定する温度センサを備える。温度制御システムは、さらに、処理位置より前の位置に設けられると共に線状研磨ベルトの表面に向けて方向付けられた加熱要素を備える。温度制御システムは、また、温度センサから受信された出力に応じて加熱要素からの出力を調整するためのコントローラを備える。
化学機械平坦化(CMP)の際に研磨パッドを加熱するための方法が提供される。この方法は、研磨パッドの温度が温度設定値にほぼ等しいか否かを決定する動作を備える。方法は、また、研磨パッドの温度が温度設定値にほぼ等しくないか否かも決定する。研磨パッドの温度が温度設定値にほぼ等しくない場合は、方法は、プラテンの少なくとも一つの圧力区域から出力される加熱流体の温度及び圧力の少なくとも一方を調整する。この調整は、研磨パッドの温度と温度設定値とをほぼ等しくする。
別の一実施形態では、化学機械平坦化(CMP)の際に研磨パッドを加熱するための装置が提供される。この装置は、研磨パッドの下に設けられたプラテンを備える。プラテンは、研磨パッドの下面部分に加熱流体を出力できる少なくとも一つの圧力区域を伴うプラテン板を有する。装置は、また、少なくとも一つの流体スループットによってプラテンの少なくとも一つの圧力区域に連結された内部マニホルドを備える。内部マニホルドは、少なくとも一つの流体スループットによってプラテンの少なくとも一つの圧力区域に加熱流体を供給することができる。装置は、さらに、少なくとも一つのマニホルドスループットによって内部マニホルドに連結された外部マニホルドを備える。外部マニホルドは、内部マニホルドに加熱流体を供給することができる。装置は、また、少なくとも一つのヒータスループットによって外部マニホルドに接続されたヒータを備える。ヒータは、流体を複数の設定温度の一つに加熱することができると共に、加熱された流体を外部マニホルドに供給することができる。装置は、さらに、内部マニホルド及び研磨パッド温度センサに接続されたコントローラを備える。コントローラは、研磨パッドの温度をモニタすることができると共に、内部マニホルドから少なくとも一つの圧力区域への加熱流体の送出を調整することによって研磨パッドの温度を温度設定値に等しくすることができる。
本発明の実施形態は、温度を制御済みである制御済みの流体圧力をプラテンの様々な部分に加えられるという有利な効果によって、平坦化速度の一貫性を大幅に高めることができる。本発明の他の態様及び他の利点は、本発明の原理を例示した添付の図面と併せて行う以下の詳細な説明から明らかになる。
本発明及び本発明によって得られる更なる利点は、添付の図面と併せて行う以下の詳細な説明から容易に理解することが可能である。
CMPシステムのための発明が開示される。この発明は、CMPプロセスの際に出力される流体の温度をプラテンの区域ごとに異ならせ、研磨パッドの温度を制御することによって、CMPプロセスにおける研磨の均一性を制御する。以下の説明では、本発明の十分な理解を可能にするために、数多くの詳細を特定している。しかしながら、当業者ならば承知のように、本発明は、これらの詳細の一部または全部を特定しなくても実施することができる。また、本発明の理解を不必要に曖昧にしないために、周知の処理工程の詳細な説明は省略した。
一般に、本発明の実施形態は、CMPプロセスの際に研磨パッドの温度を制御することによってウエハの研磨速度を管理するという、特異な能力を有するCMPシステムを提供する。なお、CMPシステムは、例えば線状研磨ベルトやステンレス鋼によって支持された研磨ベルトなど、任意の適切な研磨パッド構造を採ることが可能である。CMPシステムは、プラテンに入力される流体の温度を制御することによって、研磨パッドの各区域に出力される流体の温度を等しくしたり異ならせたりすることができる。温度を制御された流体が出力されると、流体ベアリングが形成され、研磨パッドを特定の温度に設定することが可能になる。研磨パッドの温度が適切に管理されると、研磨速度が制御され、ひいてはウエハ研磨の一貫性及び効率を高めることが可能になる。具体的に言うと、制御装置は、プラテンの様々な区域に対する加熱流体の入力を、研磨パッド温度センサからのフィードバックを通じて管理し、インテリジェントなフィードバックループを形成することによって、研磨パッドの温度を制御することができる。その結果、研磨パッドの温度の格差が要因で生じる研磨圧力のばらつき及び非一貫性を、高度に統制された方式で管理することが可能になる。
ここで開示される、CMPシステムで使用されるプラテンは、ウエハの領域の内側及び外側に任意の数の圧力区域を含むことが可能である。各圧力区域は、研磨パッドの裏面(ウエハを研磨する側とは反対の側)に様々な温度の流体を出力することによって研磨パッドの動力学の不備を正すために使用される複数の流体ホールを有する。なお、本発明の実施形態は、例えば200mmウエハや300mmウエハなど、任意のサイズのウエハを研磨するために利用可能である。
ここで利用される流体は、任意の種類の気体又は液体であって良い。したがって、後述されるCMPシステムは、温度を制御された気体又は液体を利用してウエハの研磨速度を制御することができる。また、プラテンの各圧力区域は、様々な圧力の下で様々な温度の流体の供給を受けることができる。このような構成は、ウエハ研磨速度の極めて柔軟な管理を可能にする。
図2Aは、本発明の一実施形態にしたがった、化学機械平坦化システム100の側面図である。この実施形態では、処理の際にウエハ104を適所に固定して保持するために、キャリアヘッド108が使用される。研磨パッド102は、回転ドラム112を中心に回転する連続ループを形成することが好ましい。研磨パッド102は、一般に、約400フィート毎分の速度で方向106に移動するが、この速度は、個々のCMPプロセスに応じて可変である。研磨パッド102が回転するにつれて、キャリアヘッド108によってウエハ104が研磨パッド102の上面に降下される。
研磨プロセスの際は、プラテン110が研磨パッド102を支持する。このプラテン110は、液体ベアリング又は気体ベアリングなど、任意の適切なベアリングを使用して良い。プラテン110には、内部マニホルド114からの流体圧力が、それぞれ独立に制御される複数の出力ホールを通じて入力される。これらの複数の出力ホールは、研磨パッドの特徴を制御する上向きの力を研磨パッド102に提供するために使用される。内部マニホルド114からプラテン110に入力される流体圧力は、流体スループット132を通じて供給される。流体スループット132は、内部マニホルドからプラテン110に流体を運ぶ一本またはそれ以上の経路を含むことが可能である。流体スループット132は、プラテンの複数の区域に対して供給を行うので、プラテン110の各区域からの流体の出力を制御することができる。したがって、プラテン110の有する制御可能な流体出力区域の数がいくつであっても、内部マニホルド114からはそれに等しい数の経路が設けられるので、それらの各区域に対して供給を行うことができる。なお、プラテン110の有する流体出力区域は、各区域に供給を行うための対応経路と共に、任意の適切な数だけ設けることが可能である。
内部マニホルド114は、マニホルドスループット122を通じて外部マニホルド120から流体を受け取る。マニホルドスループット122は、利用を望まれる流体温度の種類に応じ、任意の適切な数の経路を含むことができる。マニホルドスループット122を構成するこれらの経路は、望まれる流体温度の多様性に応じ、異なる温度又は同じ温度の流体を運ぶことができる。一実施形態では、マニホルドスループット122は、経路ごとに異なる温度の流体を運ぶことができる。このような一実施形態では、内部マニホルド120は、各種の温度の流体を受け取って、それらを管理できるように構成されるので、プラテンの各区域は、出力を望まれる任意の適切な温度の任意の適切な流体をそれぞれ出力することができる。
外部マニホルド120は、ヒータスループット124を通じてヒータ118から加熱流体を受け取る。ヒータスループット124は、CMPプロセスでの利用を望まれる流体温度の種類に応じ、任意の適切な数の経路を含むことができる。なお、ヒータ118、外部マニホルド120、及び内部マニホルド114は、空気や水などの任意の流体を、CMPプロセスでの使用のために管理及び移送することができる。一実施形態では、空気を移送することによって、プラテンの特定の区域から異なる(又は同じ)温度の空気を出力させて良い。また、水源115からは、プラテン110のプレウェット出力及びポストウェット出力に加熱水を供給することができる。水源115は、所望の用途に応じ、任意の適切な温度の水を供給することができる。水源115によってプラテン110に供給される水の温度は、一実施形態では摂氏約60度である。水源115は、コントローラ150に接続されていて、コントローラ150は、プラテン110からの加熱空気の出力を管理すると共に、プレウェット出力及びポストウェット出力によって出力される水の温度を管理することができる。図中、コントローラ150、水用ヒータ115、プラテン110、外部マニホルド120、及びヒータ118は、それぞれ別々の構成要素として比喩的に示されているが、このうち二つ又はそれ以上の構成要素を組み合わせて一つの構成要素を構成することも可能である。例えば、一実施形態では、プラテン110、コントローラ150、内部マニホルド114、及びヒータ118を組み合わせて一つの構造を構成することができる。一実施形態では、図2Aに示された内部マニホルド114をCMP機器の領域内に設けることができる。なお、外部マニホルド120は、CMP機器の外側に位置する任意の適切なマニホルドであって良い。一実施形態では、外部マニホルド120は、CMP機器の領域の外側に位置する設備マニホルドであることが可能である。
コントローラ150は、温度センサ160を使用して研磨パッド102の温度をモニタして良い。なお、コントローラ150は、プラテン110の各流体出力区域からの加熱流体の出力をインテリジェントに制御することによって研磨パッド102の温度をインテリジェントに管理することができる任意の適切な制御装置であって良い。コントローラ150は、温度センサ160によって感知された温度に応じ、プラテン110の空気出力区域のうちの任意の一つ、一部、又は全部の区域から出力される流体の量及び温度を管理することができる。なお、ここで説明されるCMPシステムは、それぞれ独立に制御可能である任意の適切な数の空気出力区域を有する任意の適切なプラテンを使用して良い。これらの空気出力区域は、したがって、研磨パッド102の下面に加熱流体を供給することによって、研磨パッドを所望の温度にすることができる。したがって、温度センサ160と、コントローラ150と、内部マニホルド114との間のフィードバックループを利用すれば、それぞれ独立に制御可能であるプラテン110の各流体出力区域からの温度制御された流体の出力をインテリジェントに制御及び管理することができる。
なお、CMPシステム100は、加熱流体を制御可能な方式で研磨パッド102に加えることができる任意の適切な構成を採って良い。一実施形態では、内部マニホルド114はプラテン110の一部であって良い。別の一実施形態では、外部マニホルド120を使用せずに、ヒータを内部マニホルド114に直接接続して良い。さらに別の一実施形態では、内部マニホルド114を設けずに、外部マニホルド120からプラテン110の各流体出力区域に直接流体を供給して良い。別の一実施形態では、内部に内部マニホルドを有するプラテン110にヒータ118から直接流体を供給して良い。これらの様々な実施形態では、プラテンの各出力区域に流体を出力する装置が何であれ、コントローラ150は、その適切な装置からの流体の出力を制御することによって加熱流体の出力を管理する。
一実施形態では、研磨パッドの温度設定値は華氏125度未満である。なお、この温度設定値は、所望の研磨速度に応じて任意の適切な値を採ることができる。より高速の研磨速度が望ましい場合は、設定値が高く設けられる。より低速の研磨速度が望ましい場合は、設定値が低く設けられる。
図2Bは、本発明の一実施形態にしたがった、研磨パッドヒータを伴う化学機械平坦化(CMP)システム100’の側面図である。この実施形態では、CMPシステム100’は、研磨パッド102を加熱するために使用できる研磨パッドヒータ130を備える。一実施形態では、研磨パッドヒータ130は、研磨パッド102の上方の、プラテン110の後縁部にあたる位置に配される。研磨パッドヒータ130は、任意の適切な方法によって研磨パッド102を加熱することができる。一実施形態では、ヒータ130は、研磨パッド102を加熱できる加熱ランプすなわち放射ヒータである。コントローラ150’は、温度センサ160からの入力を受信し、ヒータ130から出力される熱の量を決定することによって、研磨パッド102を温度設定値に到達させる又は保持することができる。一実施形態では、研磨パッドヒータ130は、最大で華氏250度の温度で作動して、研磨パッドの温度を上昇させることができる。したがって、研磨パッド102の温度を温度センサ及びコントローラ150’でモニタしつつ研磨パッド102を加熱ランプ130で加熱すれば、研磨パッド102の温度をインテリジェントに制御することが可能である。
図3は、本発明の一実施形態にしたがった、内部マニホルド114と、外部マニホルド120と、ヒータ118との間の接続を示した図180である。一実施形態では、4種類の温度の流体が使用される。ここで説明される装置では、清浄な乾燥空気又は脱イオン水などの流体を使用することができる。一実施形態では、空気がヒータ118によって加熱され、外部マニホルド120及び内部マニホルド114を通じてプラテン110に送られる。別の一実施形態では、空気と水の混合体がヒータ118によって加熱され、外部マニホルド120及び内部マニホルド114を通じて送られる。さらに別の一実施形態では、水がヒータ118によって加熱され、外部マニホルド120及び内部マニホルド114を通じてプラテン110に送られる。なお、ヒータ118は、任意の適切な種類の温度の流体を外部マニホルド120に出力することができ、外部マニホルド120は、対応する任意の適切な種類の温度の流体を内部マニホルド114に供給することができる。
一実施形態では、内部マニホルド114は、プラテン110への流体の流れを制御するための電子圧力(EP)レギュレータを有する。このように、内部マニホルド114は、プラテン110に供給される流体の圧力を制御して、プラテン110の任意の適切な流体出力区域に任意の適切な温度の流体を供給することができる。一実施形態では、ヒータ118は、華氏50度、華氏60度、華氏70度、及び華氏80度の流体を、それぞれチューブ124a,124b,124c,124dを通じて出力することができる。温度は、華氏125度以下であることが好ましい。チューブ124a,124b,124c,124dは、一実施形態では、ヒータスループット124を構成することができる。外部マニホルド120は、次いで、チューブ124a,124b,124c,124dから入力された流体を、それぞれチューブ122a,122b,122c,122dを通じて内部マニホルド114に出力することができる。一実施形態では、チューブ122a,122b,122c,122dは、マニホルドスループット122を構成することができる。内部マニホルド114は、次いで、コントローラ150による管理を受けつつ、チューブ132a,132b,132c,132d,132e,132fを通じてプラテン110の6つの異なる流体出力区域に出力される流体の温度及び圧力を制御する。なお、チューブ132a,132b,132c,132d,132e,132fは、一実施形態では、流体スループット132を構成することができる。ヒータ118は、所望の量の流体を所望の温度に加熱することができる任意の適切なヒータであって良い。一実施形態では、ヒータ118は、最大で華氏125度の流体を供給する40kWのヒータであって良い。
図4Aは、本発明の一実施形態にしたがった、プラテン110の拡大俯瞰図である。図には、特定の圧力サブ区域を伴う代表的なプラテン構造が示されているが、図2Aを参照にして上述されたCMPシステム100は、任意の適切な数及び構成の流体圧力区域を伴う任意の適切なプラテンを使用することができる。
一実施形態では、辺縁の流体出力区域204aが、各種の大きさの同心の空気圧力区域を含む複数の環状のサブ区域を有する。なお、辺縁区域204a及び中心区域204bは、いずれも、例えば2,3,4,5,6,7,8,9,10など、任意の数のサブ区域を有して良い。なお、辺縁区域204a及び中心区域204bは、例えば円状のサブ区域や半円状のサブ区域など、任意の形状のサブ区域を有して良い。一実施形態では、辺縁区域204aは、環状のサブ区域204a−1,204a−2,204a−3,204a−4,204a−5を含む5つのサブ区域を有し、中央区域204bは、サブ区域は無く1つの区域のみを有する。各サブ区域が個別に制御可能であることから、個々のサブ区域を通る空気の流量は、CMPプロセスを最適化するように変化させることができる。個々のサブ区域を通る空気の流量を個別に制御することによって、ウエハの外周の内側及び外側の領域を含むウエハの各直径距離に、様々に異なる圧力を形成することができる。このように、辺縁区域204a及び中心区域204bに含まれる複数のサブ区域は、研磨パッド102の各領域における温度の管理及び研磨パッド102の各領域に加えられる圧力の微調整を可能にする。このような圧力及び温度のばらつきは、ウエハの領域ごとに研磨速度を異ならせるために使用できる。なぜなら、当業者ならば周知のように、ウエハの一部分で生じる研磨の量は、対応する研磨パッドの一部分に加えられる圧力の関数及び研磨の際の研磨パッド102の温度の関数であるからである。したがって、使用されるサブ区域の数は、研磨の特徴要件に応じて増減させることができる。なお、空気圧力サブ区域は、研磨されるウエハよりも外周が大きい区域を含まなくても良いし、1つ若しくはそれ以上含んでも良い。
プラテン110は、また、プレウェット出力232及びポストウェット出力230を含む。プレウェット出力232は、研磨パッドが方向160に移動する際にプラテン板202より先に研磨パッド120に直面する領域に設けられた一並びの出力ホールである。ポストウェット出力230は、研磨パッドが方向106に移動する際にプラテン板202より後に研磨パッド102に直面する領域に設けられた一並びの出力ホールである。プレウェット出力232及びポストウェット出力230は、プラテン230の上の部分に流体を送ることによって、研磨パッド102の裏面をCMPプロセスの際に洗浄して滑らかにする。
図4Bは、図4Aに示されたプラテン110を直径に沿って切り取った、本発明の一実施形態にしたがった側面図である。プラテンは、プラテン板202と、取り付け板228と、プラテン蓋222とを含む。この実施形態では、プラテン板202は、空気を出力することができる環状のくぼみ206a,206b,206c,206d,206e,206fを内部に形成されている。なお、流体を出力できるくぼみとしては、望ましい流体圧力区域の構成及び数に応じ、任意の数又は構成を使用して良い。例えば、別の一実施形態では、くぼみは環状ではなく半円状であって良いし、さらに別の一実施形態では、環状のくぼみ及び半円状のくぼみの両方が使用されて良い。環状のくぼみ206a,206b,206c,206d,206eは、それらの内部に形成された少なくとも1つの流体入力ポートから流体を受け取り、環状のサブ区域204a−1,204a−2,204a−3,204a−4,204a−5のそれぞれに流体を供給することによって、辺縁区域204aの上に5つの個別の流体圧力区域を形成するように構成される。環状のくぼみ206fは、プラテンの中心部分に流体を供給することによって、中心区域204bの上に流体圧力を形成するように構成される。プラテン板202は、CMPの終点検出のために使用することができる終点検出ホール224を随意に含んで良い。また、プラテン板の内部には、空気/水プレウェットライン236及び空気/水ポストウェットライン238が円を構成するかたちで設けられる。空気/水プレウェットライン236は、プラテン板202の表面にプレウェット出力232を有する。空気/水プレウェットライン238は、プラテン板202の表面にポストウェット出力230を有する。ライン236及びライン238の両方又は一方に水を注入すれば、プラテン板202の表面をCMPプロセスの開始前に湿らせることができる。
プラテン板202は、取り付け板228に取り付けられるように構成される。取り付け板228は、取り付け板の流体入力234を通じて内部マニホルド114(図2Aに示される)からの流体を受け取り、受け取った流体をプラテン板202の中の環状のくぼみ206a,206b,206c,206d,206e,206f,206gに供給するように構成される。プラテン蓋222は、プラテン板202及び取り付け板228の縁端を連結し、プラテン板202及び取り付け板228を密着状態で維持することができる。
したがって、動作の際は、入力234を通じて空気が入力され、入力された空気が取り付け板228を通じて流体入力ポートに送られ、環状のくぼみ206a,206b,206c,206d,206e,206f,206gに供給される。流体は、次いで、流体圧力によって区域204a−1,204a−2,204a−3,204a−4,204a−5,204bから押し出される。
図4Cは、本発明の一実施形態にしたがった、同心の温度区域を伴うプラテン構成340を示している。この実施形態では、プラテン構成340は、複数の同心の圧力区域342,344,346,348と1つの中心の圧力区域350とを含む。各圧力区域342,344,346,348,350は、それぞれ互いに異なる温度の流体を出力しても良いし、いずれも同じ温度の流体を出力しても良いし、異なる温度及び同じ温度の流体を適切な組み合わせで出力しても良い。
図4Dは、本発明の一実施形態にしたがった、水平な圧力区域を伴うプラテン構成360を示している。この実施形態では、プラテン構成360は、水平の温度区域362,364,366,368,370を含む。各水平温度区域は、それぞれ互いに異なる温度の流体を出力しても良いし、いずれも同じ温度の流体を出力しても良いし、異なる温度及び同じ温度の流体を適切な組み合わせで出力しても良い。
図4Eは、本発明の一実施形態にしたがった、研磨パッドの加熱プロセスを示した図380である。この実施形態では、ウエハ104を保持しているキャリアヘッド108が下がって、方向106に移動している研磨パッド102の上に押し付けられる。この実施形態では、プラテン110は、その様々な圧力区域から研磨パッド102の下面に加熱空気を供給するものとして図示されている。また、プレウェット出力232及びポストウェット出力230は、研磨パッド102の下面に加熱水を供給するものとして図示されている。このとき、加熱温度センサ160は、研磨パッド102の温度を検出し、(図2Aに示された)コントローラ150は、フィードバックループを通じて、プラテン110によって供給される加熱流体のモニタ及び調整を行うと共にプレウェット出力232及びポストウェット出力230から送られる加熱流体の調整を行う。また、研磨パッド102の上にヒータ130を設け、研磨パッドを設定温度に加熱することもできる。ヒータ130は、図2Bに示されるように随意的に使用されても良いし、或いは、プラテンを通じて加熱空気を使用して研磨パッド102を加熱するプロセスに追加して使用されても良い。
図5は、各構成要素のネットワーク接続を通じてどのように温度が管理されるかを示した、本発明の一実施形態にしたがったネットワーク図400である。この制御図には、スケジューラ404に接続されたタッチ画面402が示される。スケジューラ404は、さらに、インターネットスイッチ406に接続されている。インターネットスイッチ406は、集合コントローラ408及び温度コントローラ410に接続されている。一実施形態では、タッチ画面402は、ユーザによる流体区域圧力、流体区域温度、及び熱水出力の設定を可能にするうえ、ユーザによる現行の流体区域及び熱水の温度のモニタも可能にする。スケジューラ404は、タッチ画面402とインターネットスイッチ406との間におけるデータの送受信を管理する。インターネットスイッチ406は、ネットワークに送信されたデータを意図した位置に方向付ける。集合コントローラ408は、ネットワーク内におけるノード管理を行うとともに、ネットワーク内におけるリソース割り振りのプロセスを補助する。温度コントローラ150は、空気区域及び熱水の温度設定値を設定する要求を受信することができる。温度コントローラ150は、また、あらゆる空気区域及び熱水の温度に対して比例・積分・微分(PID)制御(PID制御は図6A及び図6Bを参照にして詳述される)を実施することができる。温度コントローラ410は、また、現行の区域の温度及び熱水を要求ごとに同調して伝送することができる。温度コントローラ410は、上述された入力を受信し、比例・積分・微分(PID)制御信号(図6Aを参照にして詳述される)を実行し、各種の制御可能要素(例えば内部マニホルドなど)を制御する出力を生成するように構成された、任意の適切なコントローラであって良い。一実施形態では、温度コントローラ410は、シーメンス社又は相応しいPLCの他の任意メーカによって市販されているプログラマブル論理制御装置(PLC)であって良い。温度コントローラ410は、或いは、パソコンなどの任意の汎用計算システムであって良い。
図6Aは、プラテン110の区域n(nは管理されている圧力区域の番号である)の温度を制御する際の比例・積分・微分(PID)制御を示した、本発明の一実施形態にしたがったブロック図である。なお、ここで説明されるPID制御は、プラテン110上の任意の圧力区域の温度を制御及び管理するために使用することができる。一実施形態では、区域1,2,3,4,5,6が、環状サブ区域204a−1,204a−2,204a−3,204a−4,204a−5及び中心区域204bにそれぞれ対応して良い。
以上では、プラテン110の区域nにおける温度制御との関連のもとでPID制御を説明したが、同様の原理は、例えば流体の流れを特定の温度に制御するなど、任意の他の制御変数の制御にも適用することができる。例えば圧力区域nの所望温度など、所望の設定値を設定することが可能である。空気区域nは、プラテン110の内部に設けられ且つ流体の出力を独立に制御可能である複数の流体区域のうちの任意の一流体区域であって良い。したがって、ブロック図500は、任意の流体出力区域における流体出力の温度制御のために使用することができる。入力502には、例えば特定の空気区域の所望温度など、所望の設定値が入力される。入力502に入力された信号からは、比例、積分、微分変数Kp,Ki,Kdが抽出される。各PID変数は、対応するPID計算504a,504b,504cに供給され、制御信号510が生成される。出力される制御信号は、例えば区域1の空気温度制御信号であって良い。制御信号510は、次いで、制御出力ヒータパワー及びプロセスに供給される(例えば区域1の温度制御信号は第1の区域温度の制御入力に供給される)。プロセスは、また、管理されている特定の区域に関して電子圧力(EP)レギュレータからの信号を受信して、それを使用する。次いで、入力502にフィードバック信号512がフィードバックされ、エラー制御及びエラーフィードバックの一方又は両方が行われる。入力502に供給された設定値が空気区域1の空気の所望温度である場合は、フィードバック信号512は、例えば温度センサからの値など、空気区域1からの空気の検出温度であって良い。このように、プラテン110のあらゆる区域をインテリジェントに制御及び管理すれば、研磨パッドの温度をほぼ一様に設定温度に維持することができる。
図6Bは、プレウェット出力及びポストウェット出力によって送られる水の温度を制御する際の比例・積分・微分(PID)制御を示した、本発明の一実施形態にしたがったブロック図560である。ブロック図560で説明されるPID制御は、プレウェット出力及びポストウェット出力を通じて供給される熱水の温度及び出力の制御に関連している。例えば熱水の所望温度など、所望の設定値を設定することが可能である。熱水はプラテン110に送られ、プレウェット出力及びポストウェット出力を通じてプラテンの上面に送られる。入力562には、例えば水の所望温度など、所望の設定値が供給される。入力562に入力された信号からは、比例、積分、微分変数Kp,Ki,Kdが抽出される。各PID変数は、対応するPID計算564a,564b,564cに供給され、制御信号566が生成される。出力される制御信号は、例えばプレウェット熱水制御信号であって良い。制御信号566は、次いで、制御出力熱水パワー及びプロセスに供給される(例えばプレウェット熱水制御信号は研磨パッド温度の制御入力に供給される)。次いで、入力562にフィードバック信号568がフィードバックされ、エラー制御及びエラーフィードバックの一方又は両方が行われる。入力562に供給された設定値がプレウェット出力からの水の所望温度である場合は、フィードバック信号568は、例えば温度センサからの値など、プレウェット出力からの水の検出温度であって良い。
図7は、研磨パッド102を加熱する方法を示した、本発明の一実施形態にしたがったフローチャート600である。この方法は、研磨パッドの温度を決定する動作602から開始する。この動作では、コントローラは、研磨パッドの温度を示す信号を熱センサから受信することができる。方法は、動作602の後、研磨パッドが設定温度(温度設定値としても知られる)であるか否かを確認する動作604に進む。動作604では、コントローラは、研磨パッドの温度を温度設定値と比較する。研磨パッドが設定温度でない場合は、方法は動作606に進み、プラテンの各圧力区域から出力される流体の温度及び圧力の一方又は両方を変化させると共に、プレウェット出力及びポストウェット出力の一方又は両方から送られる水の温度を変化させることによって、研磨パッドの温度を設定温度に調整する。
したがって、プラテンから出力される流体の温度をインテリジェントに管理及び制御することによって、研磨パッドの温度を管理し、ひいてはウエハの研磨速度を最適化することができる。また、研磨パッドの温度を制御することによって、所望の研磨速度に応じて研磨速度をカスタマイズすることができる。したがって、ここで説明されたCMPシステムは、ウエハ研磨の動作を最適化することができる。
以上では、理解を明確にする目的で、いくらか詳しい説明を行った。しかしながら、当業者ならば明らかなように、添付した特許請求の範囲ならば、一定の変更および改良が可能である。したがって、以上に挙げられた実施形態は、例示を目的とした非限定的な実施形態だと見なされ、本発明は、以上に特定された詳細に限定されず、添付した特許請求およびそれらの同等物の範囲内で変更を加えることが可能である。
主にCMPシステムで使用される線状研磨装置の図である。 線状研磨装置の側面図である。 本発明の一実施形態にしたがった、化学機械平坦化(CMP)システムの側面図である。 本発明の一実施形態にしたがった、研磨パッドヒータを伴う化学機械平坦化(CMP)システムの側面図である。 本発明の一実施形態にしたがった、内部マニホルドと、外部マニホルドと、ヒータとの間における接続図である。 本発明の一実施形態にしたがった、プラテンの拡大俯瞰図である。 図4Aに示されたプラテンを直径に沿って切り取った、本発明の一実施形態にしたがった側面図である。 本発明の一実施形態にしたがった、同心の温度区域を伴うプラテン構成の図である。 本発明の一実施形態にしたがった、水平の圧力区域を伴うプラテン構成である。 本発明の一実施形態にしたがった、研磨パッドの加熱プロセスを示した図である。 各構成要素のネットワーク接続を通じてどのように温度が管理されるかを示した、本発明の一実施形態にしたがったネットワーク図である。 プラテンの区域n(nは管理されている圧力区域の番号である)の温度を制御する際の比例・積分・微分(PID)制御を示した、本発明の一実施形態にしたがったブロック図である。 プレウェット出力及びポストウェット出力によって送られる水の温度を制御する際の比例・積分・微分(PID)制御を示した、本発明の一実施形態にしたがったブロック図である。 研磨パッドを加熱する方法を示した、本発明の一実施形態にしたがったフローチャートである。
符号の説明
10…線状研磨装置
12…研磨ベルト
16…半導体ウエハ
18…ウエハキャリア
20…ローラ
24…プラテン
100…化学機械平坦化システム
100’…化学機械平坦化システム
102…研磨パッド
104…ウエハ
108…キャリアヘッド
112…回転ドラム
114…内部マニホルド
115…水用ヒータ
118…ヒータ
120…外部マニホルド
122…マニホルドスループット
122a,122b,122c,122d…チューブ
124…ヒータスループット
124a,124b,124c,124d…チューブ
130…研磨パッドヒータ
132…流体スループット
132a,132b,132c,132d,132e,132f…チューブ
150…コントローラ
150’…コントローラ
160…温度センサ
202…プラテン板
204a…辺縁区域
204b…中心区域
204a−1,204a−2,204a−3,204a−4,204a−5…環状のサブ区域
206a,206b,206c,206d,206e,206f…環状のくぼみ
222…プラテン蓋
224…終点検出ホール
228…取り付け板
230…ポストウェット出力
232…プレウェット出力
234…流体入力
236…空気/水プレウェットライン
238…空気/水ポストウェットウェイン
340…プラテン構成
342,344,346,348…同心の圧力区域
350…中心の圧力区域
360…プラテン構成
362,364,366,368,370…水平の温度区域
402…タッチ画面
404…スケジューラ
406…インターネットスイッチ
408…集合コントローラ
410…温度コントローラ
502…入力
504a,504b,504c…PID計算
510…制御信号
512…フィードバック信号
562…入力
564a,564b,564c…PID計算
566…制御信号
568…フィードバック信号
内部マニホルド114は、マニホルドスループット122を通じて外部マニホルド120から流体を受け取る。マニホルドスループット122は、利用を望まれる流体温度の種類に応じ、任意の適切な数の経路を含むことができる。マニホルドスループット122を構成するこれらの経路は、望まれる流体温度の多様性に応じ、異なる温度又は同じ温度の流体を運ぶことができる。一実施形態では、マニホルドスループット122は、経路ごとに異なる温度の流体を運ぶことができる。このような一実施形態では、内部マニホルド114は、各種の温度の流体を受け取って、それらを管理できるように構成されるので、プラテンの各区域は、出力を望まれる任意の適切な温度の任意の適切な流体をそれぞれ出力することができる。
プラテン110は、また、プレウェット出力232及びポストウェット出力230を含む。プレウェット出力232は、研磨パッドが方向160に移動する際にプラテン板202より先に研磨パッド102に直面する領域に設けられた一並びの出力ホールである。ポストウェット出力230は、研磨パッドが方向106に移動する際にプラテン板202より後に研磨パッド102に直面する領域に設けられた一並びの出力ホールである。プレウェット出力232及びポストウェット出力230は、プラテン110の上の部分に流体を送ることによって、研磨パッド102の裏面をCMPプロセスの際に洗浄して滑らかにする。
図4Bは、図4Aに示されたプラテン110を直径に沿って切り取った、本発明の一実施形態にしたがった側面図である。プラテンは、プラテン板202と、取り付け板228と、プラテン蓋222とを含む。この実施形態では、プラテン板202は、空気を出力することができる環状のくぼみ206a,206b,206c,206d,206e,206fを内部に形成されている。なお、流体を出力できるくぼみとしては、望ましい流体圧力区域の構成及び数に応じ、任意の数又は構成を使用して良い。例えば、別の一実施形態では、くぼみは環状ではなく半円状であって良いし、さらに別の一実施形態では、環状のくぼみ及び半円状のくぼみの両方が使用されて良い。環状のくぼみ206a,206b,206c,206d,206eは、それらの内部に形成された少なくとも1つの流体入力ポートから流体を受け取り、環状のサブ区域204a−1,204a−2,204a−3,204a−4,204a−5のそれぞれに流体を供給することによって、辺縁区域204aの上に5つの個別の流体圧力区域を形成するように構成される。環状のくぼみ206fは、プラテンの中心部分に流体を供給することによって、中心区域204bの上に流体圧力を形成するように構成される。プラテン板202は、CMPの終点検出のために使用することができる終点検出ホール224を随意に含んで良い。また、プラテン板の内部には、空気/水プレウェットライン236及び空気/水ポストウェットライン238が円を構成するかたちで設けられる。空気/水プレウェットライン236は、プラテン板202の表面にプレウェット出力232を有する。空気/水ポストウェットライン238は、プラテン板202の表面にポストウェット出力230を有する。ライン236及びライン238の両方又は一方に水を注入すれば、プラテン板202の表面をCMPプロセスの開始前に湿らせることができる。

Claims (18)

  1. 線状研磨ベルトと、前記線状研磨ベルト上の処理位置の上に基板を当てることができるキャリアとを備える化学機械平坦化(CMP)システムで使用される温度制御システムであって、
    複数の区域を有するプラテンと、
    前記処理位置より後の位置における前記線状研磨ベルトの温度を決定するように構成された温度センサと、
    前記温度センサからの出力に応じて、前記プラテンの前記複数の区域のうちの選択区域に向かう温度調整済みの流体の流れを制御するためのコントローラと、
    を備える温度制御システム。
  2. 請求項1に記載の研磨パッドを加熱するための装置であって、
    前記複数の区域は6つの圧力区域を含む、装置。
  3. 請求項1に記載の研磨パッドを加熱するための装置であって、
    前記複数の区域は1つの中心区域と1つの辺縁区域とを含む、装置。
  4. 請求項3に記載の研磨パッドを加熱するための装置であって、
    前記辺縁区域は少なくとも5つの環状圧力区域を含む、装置。
  5. 請求項1に記載の研磨パッドを加熱するための装置であって、
    前記プラテンはプレウェット出力とポストウェット出力とを含む、装置。
  6. 請求項5に記載の研磨パッドを加熱するための装置であって、
    前記プレウェット出力及び前記ポストウェット出力の少なくとも一方からの加熱流体の温度は可変である、装置。
  7. 請求項5に記載の研磨パッドを加熱するための装置であって、
    前記温度調整済みの流体は清浄な乾燥空気である、装置。
  8. 請求項1に記載の研磨パッドを加熱するための装置であって、さらに、
    前記処理位置より前に設けられ、前記線状研磨ベルトの表面に向けて方向付けられた加熱要素を備える、装置。
  9. 化学機械平坦化(CMP)の際に研磨パッドを加熱するための装置であって、
    前記研磨パッドの下に設けられ、前記研磨パッドの下面に加熱流体を吐出することができる少なくとも1つの圧力区域を伴うプラテン板を有するプラテンと、
    少なくとも1つの流体スループットによって前記プラテンに連結され、前記少なくとも1つの流体スループットによって前記プラテンの少なくとも1つの圧力区域に前記加熱流体を送ることができる内部マニホルドと、
    少なくとも1つのマニホルドスループットによって前記内部マニホルドに連結され、前記内部マニホルドに前記加熱流体を送ることができる外部マニホルドと、
    少なくとも1つのヒータスループットによって前記外部マニホルドに連結され、前記流体を複数の設定温度の1つに加熱すること及び前記加熱流体を前記外部マニホルドに送ることができるヒータと、
    前記内部マニホルドと研磨パッド温度センサとに接続され、研磨パッド温度をモニタすること、並びに前記内部マニホルドから前記少なくとも1つの圧力区域への前記加熱流体の送出を調整することによって前記研磨パッド温度を前記温度設定値に等しくすること、が可能なコントローラと、
    を備える装置。
  10. 請求項9に記載の研磨パッドを加熱するための装置であって、
    前記少なくとも1つの圧力区域は6つの圧力区域を含む、装置。
  11. 請求項10に記載の研磨パッドを加熱するための装置であって、
    前記少なくとも1つの区域は1つの中心区域と1つの辺縁区域とを含む、装置。
  12. 請求項11に記載の研磨パッドを加熱するための装置であって、
    前記辺縁区域は少なくとも5つの環状圧力区域を含む、装置。
  13. 請求項9に記載の研磨パッドを加熱するための装置であって、
    前記プラテンはプレウェット出力とポストウェット出力とを含む、装置。
  14. 請求項13に記載の研磨パッドを加熱するための装置であって、
    前記プレウェット出力及び前記ポストウェット出力の少なくとも一方からの加熱流体の温度は可変である、装置。
  15. 請求項14に記載の研磨パッドを加熱するための装置であって、
    前記流体は清浄な乾燥空気である、装置。
  16. 請求項9に記載の研磨パッドを加熱するための装置であって、
    前記ヒータは、空気を最大で華氏約125度まで加熱することができる、装置。
  17. 化学機械平坦化(CMP)の際に研磨パッドを加熱するための方法であって、
    前記研磨パッドの温度が温度設定値にほぼ等しいか否かを決定する動作と、
    前記研磨パッドの温度が前記温度設定値に等しくない場合に、プラテンの少なくとも1つの圧力区域から出力される加熱流体の温度及び圧力の少なくとも一方を調整して、前記研磨パッドの温度と前記温度設定値とをほぼ等しくする動作と、
    を備える方法。
  18. 請求項17に記載の研磨パッドを加熱するための方法であって、
    前記少なくとも1つの圧力区域は中心区域と辺縁区域とを含む、方法。
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