JP2012525715A - 化学機械研磨の温度制御 - Google Patents
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Abstract
化学機械研磨装置は、研磨表面を持つパッドを保持するプラテンと、研磨工程中、基板と研磨表面を共に保持するサブシステムと、研磨表面の温度を測定するために方向付けられた温度センサとを含み、ここで、サブシステムは、センサによって測定された温度を受信し、測定された温度に応じて研磨プロセスのパラメータを変えるようにプログラムされている。1つの態様において、化学機械研磨装置は、研磨表面を持つパッドを保持するプラテンと、流体を流体源から研磨表面まで輸送する流体配送システムと、作業中配送システムによって輸送される流体の温度を制御する温度制御装置を持つ。
Description
本発明は、半導体基板の化学機械研磨(CMP)のための方法および装置に関し、より具体的には、そのような化学機械研磨中の温度制御に関する。
集積回路は、通常、シリコンウエーハといった基板上に、導電体層、半導体層、あるいは絶縁体層といった種々の層を順次堆積することによって作成される。1つの層が堆積された後、その層の上にフォトレジスト塗布層を適用することができる。塗布層上に光学像を集束することによって作業するフォトリソグラフ装置は、回路構造を形成することになる領域のフォトレジスト塗布層を残して、塗布層の部分を除去するために用いることができる。その後、基板は、層が塗布されていない部分を除去するためにエッチングして、所望の回路構造を残すことができる。
一連の層が順次堆積されエッチングされるにつれて、基板の外部または最上部の表面は、次第に平坦でなくなりがちである。この平坦でない表面は、集積回路製造プロセスのフォトリソグラフィー工程に問題を提起する。例えば、もし平坦でない表面の山と谷の間の最大の高さの差が装置の焦点深度を超えていれば、フォトリソグラフィー装置を用いてフォトレジスト層上への光学像を集束する能力が損なわれかねない。従って、定期的に基板表面を平坦化する必要がある。
化学機械研磨(CMP)は平坦化のため一般に認められた1つの方法である。化学機械研磨は、一般に、化学的に反応性の物質を含むスラリー中での基板の機械的研磨を含む。研磨の間、基板は一般にキャリアヘッドによって研磨パッドに押し付けられている。研磨パッドは回転してもよい。キャリアヘッドも回転し、基板を研磨パッドと相対的に動かしてもよい。キャリアヘッドと研磨パッドとの間の運動の結果として、化学溶液あるいは化学スラリーを含むことのできる化学薬品が、化学機械研磨によって平坦でない基板表面を平坦化する。
非平坦性を除去するように設計されたCMPプロセスは、それでもなお、平坦でない製品を作る場合がある。例えば、システムの機械的態様と結合したスラリーの流体力学が、回転の相対速度に比例して、研磨パッド/基板の全域で乱流の変化の原因となりうる。これらの乱流の変化が基板の浸食を引き起こし、このことがCMPの目標に反して、平面性から逸脱する結果を招くと考えられている。この浸食は、CMP研磨パッドに対して基板を動かすことでも一部減らすことができるが、こうした浸食は完全には排除されない。CMPから生じうる別の欠陥または平面性の逸脱は、「へこみ」または差分研磨、および/または異なる材料層、典型的には異なる硬度の材料層の間に起こる浸食である。例えば、CMPがその上を覆う硬質層、例えば酸化物の層を破壊すると、軟質金属からなる下地層は「へこむ」ことがある。その結果、当該技術分野において、基板を平坦化し、浸食やへこみといったCMPの非平坦を招く副作用を減少させるCMPの能力を向上させる必要がある。
出願人は、CMP中の温度制御は、平坦性の向上、浸食の減少、そしてへこみの減少を導く可能性があることを見出した。特に、例えば、過硫酸アンモニウム(APS)酸化剤を付加したスラリーを用いた銅のCMPにおいて、へこみと浸食は、研磨パッドの表面温度と研磨スラリーの温度に依存する可能性があり、ここで、へこみは温度の低下と共に増加し、一方、浸食は温度の上昇と共に増加することを、出願人は見出した。
一般に、多くの態様において、本発明は、研磨表面を持つパッドを保持するプラテンと、研磨プロセス中、研磨表面に当てて基板を保持するサブシステムと、研磨表面の温度を測定するように向けられた温度センサを持つ化学機械研磨装置を特徴とする。サブシステムはセンサによって測定された温度を受信し、測定された温度に応じて研磨プロセスのパラメータを変えるようにプログラムされている。
種々の実施構成は、以下の1つまたはそれ以上を含んでいてもよい。サブシステムは、制御された圧力で基板を研磨表面に当てて保持してもよく、研磨プロセスのパラメータは、その制御された圧力とすることができる。キャリアヘッドは、基板を保持してもよい。圧力制御装置は、サブシステムが基板を研磨表面に当てて保持する圧力を制御してもよい。プロセッサは、圧力制御装置に電気的に接続されていてもよい。圧力制御装置は、キャリアヘッドへの圧縮された流体の流れを制御することによって圧力を制御してもよい。基板と研磨表面の間の相対速度が、研磨プロセスのパラメータであってもよい。化学溶液供給システムは、ある濃度の化学溶液を研磨表面に供給してもよく、研磨プロセスパラメータは濃度であってもよい。
ある態様において、化学機械研磨装置は、研磨表面を持つパッドを保持するプラテンと、流体を流体源から研磨表面に輸送する流体供給システムと、作業中に、供給システムによって輸送される流体の温度を制御する温度制御装置とを持つ。
幾つかの実施構成は、以下に示す1つまたはそれ以上を含む。加熱/冷却要素は、流体の温度を調節してもよい。装置は、流体の温度を制御するためのプロセッサを持っていてもよい。そこから流体が輸送される流体源は、水タンクであってもよい。
種々の態様において、基板の表面を研磨する方法は、複数のプロセスパラメータに特徴づけられる研磨プロセス中、研磨表面を用いて基板の表面を研磨し、該研磨プロセス中、研磨表面の温度を繰り返し観測し、観測された温度の目標値を得るように観測された温度に応じて複数のプロセスパラメータの1つを制御することを含む。
幾つかの実施構成は、以下の1つまたはそれ以上を含む。複数のプロセスパラメータのうちの1つは、基板を研磨表面に当てて保持する制御された圧力であってもよい。もし、観測された温度が目標温度より低ければ圧力は増加されてもよく、もし、観測された温度が目標温度より高ければ圧力は低減されてもよい。複数のプロセスパラメータのうちの1つは、研磨表面と基板の表面と間の相対速度を含んでいてもよい。ある濃度を持った化学溶液を研磨表面に供給してもよく、複数のプロセスパラメータのうちの1つは濃度であってもよい。
本発明の種々の態様において、基板表面を研磨する方法は、流体を研磨表面に輸送し、流体の温度を制御することを含む。
ここで述べる化学機械研磨装置の潜在的な利点は、1つの研磨作業中および1つの研磨作業から次の研磨作業にかけて、温度の変動を大きく減少できることである。このことで、今度は、研磨プロセスの再現性の改良を可能とする。
本発明の1つあるいはそれ以上の実施形態の詳細は、添付図面および以下の記述において説明される。本発明のその他の特徴、目的、および利点は、明細書、図面及び特許請求の範囲から明らかとなろう。
種々の図面における同様の参照記号は、同様の要素を示している。
本文に述べる本発明は、一般に、基板を平坦化するための、基板の化学機械研磨の方法および装置に関する。出願人は、CMP研磨プロセスの平坦化効率が、プロセスの温度およびプロセス中の温度の変動に関係することを見出した。特に、侵食やへこみといったCMPの副作用は、CMPプロセス中の温度や温度変動に関係していると考えられている。特に、例えば、過硫酸アンモニウム(APS)酸化剤を含むスラリーを用いた銅のCMPにおいて、へこみや侵食は、研磨パッド表面の温度および研磨スラリーの温度に依存する可能性があり、ここで、へこみは温度の低下とともに増加し、侵食は温度の上昇とともに増加することを出願人は見出した。従って、以下に記載する装置や方法は、CMPによる基板の平坦化中に平均温度の制御および温度変動の減少を対象とし、特に、平坦化を改良する目標温度を対象としている。記載した方法および装置は、侵食やへこみといった副作用を減少させて、基板のCMP期間中の改良された平坦化効率をもたらす。
図1を参照すると、化学機械研磨(CMP)装置10は、研磨パッド14を取り付けまたは適用した平坦なプラテン12を含む。プラテン12は、研磨作業中にプラテン12を回転させるモータ20の駆動軸10の端部に取り付けられている。プラテン12は、例えば、アルミニウムといった熱伝導性材料で作成されていてもよく、その内部に、使用中冷却流体または加熱流体を循環させることができる流体循環路22の配列を含むこともできる。ポンプ24は、貯留槽出口管25aを通して予備タンク25から流体を集める。ポンプ24は、入口管26を介して循環路22に流体を供給し、循環路22から流出した流体は出口管28を通して集める。ポンプ24は、貯留槽入口管25bを通して予備タンク25に流体を戻す。予備タンク25を囲む加熱/冷却要素30は、循環システムを通して流れる流体を、例えば、所定温度に加熱または冷却し、これにより、研磨作業中プラテン12の温度を制御することができる。加熱/冷却要素は、当業者に既知の加熱および冷却要素を含むことができる。例えば、加熱要素は、抵抗電気加熱要素、赤外加熱要素、加熱された流体を予備タンク25の熱交換ジャケットあるいはコイル中を通して導く熱交換システム等を含むことができる。冷却要素は、冷却された流体を予備タンク25の熱交換ジャケットまたはコイルを通して導く熱交換システム、ペルチエ要素等を含むことができる。加熱または冷却要素は、プラテン12およびプラテン12の基板を加熱または冷却するために採用することができる。例えば、赤外加熱要素は、プラテン12とプラテン12に載置された基板を加熱するために採用することができる。赤外加熱要素は、赤外線の熱を研磨パッド上に導くためにプラテンの上方に配置することができる。流体の温度を観測するための温度センサ33を含む温度制御装置32は、加熱/冷却要素30に電気的に接続されている。センサ33によって供給される信号に基づいて、制御装置32は、例えば、流体を所定温度とするために加熱/冷却要素30を操作する。
通常は、研磨パッド14はプラテン12に接着によって取りつけられている。研磨パッド14は、例えば、伝統的な研磨パッド、固定研磨材パッド等とすることができる。伝統的パッドの例は、IC1000パッド(デラウェア州ニューアーク、ロデル社)である。研磨パッド14が、研磨表面34を提供する。
キャリアヘッド36は、プラテン12と対面しかつ研磨作業中基板を保持する。キャリアヘッド36は、通常、第2モータ40の駆動軸38の端部に取りつけられ、第2モータは、研磨中ヘッド36を回転させることができ、同時に、プラテン12は回転している。種々の実施構成においては、さらに、例えばキャリアヘッド36が回転中、研磨パッド14の表面の上方でキャリアヘッド36を横方向に動かすことが可能な並進モータを含んでもよい。
キャリアヘッド36は、支持組立体、例えば、円環状の保持リング43によって囲むことができるピストン状支持組立体42を含むことができる。支持組立体42は、保持リング43内の中央空間領域の内側に可撓性膜といった基板受領面を持つ。支持組立体42の後部の加圧可能チャンバ44は、支持組立体42の基板受領面の位置を制御する。チャンバ44内の圧力を調整することによって、基板を研磨パッドに押しつける圧力が制御される。さらに具体的には、チャンバ44内の圧力の増加は、支持組立体42をして研磨パッド14に基板をより強い力で押しつけ、チャンバ44内の圧力が減少すると押しつける力が弱まる。
本文は、ここに述べる発明に関連したCMP装置の典型的な要素を示す。典型的なCMPの構造および作業に関する追加の詳細は、例えば、米国特許第5,738,574号明細書に開示され、この特許は、参照することによって全体としてここに援用される。
種々の実施構成において、例えば、圧縮空気源48(例えば、加圧空気の容器または空気ポンプ)といった圧力の源と連携している圧力制御装置46は、チャンバ44内の圧力を制御することができる。圧力制御装置46は、チャンバ44内の圧力を検知する圧力センサ50を含むことができる。圧力センサ50は、圧力制御装置46内に図示されているが、圧力センサはその代わりに、チャンバ44内の圧力が効率的に観測できる位置であればどのような位置にでも配置できる。圧力制御装置46は、弁、例えば、電子的に制御可能な弁52を動作させて、チャンバ44内に空気を流したり、チャンバ44から空気を開放したりすることにより、チャンバ44内の圧力を制御する。
研磨作業を行うために、供給配送管54が研磨パッド14の表面に研磨液56を配送する。種々の実施構成において、研磨パッド14は砥粒を含み、そして、研磨液56は普通、水と研磨プロセスを助ける化学薬品の混合液である。ある実施構成においては、研磨パッドは砥粒を含まず、研磨液56が化学液混合体中に砥粒を含んでいてもよい。幾つかの実施構成において、研磨パッド14と研磨液56の両方が砥粒を含むことができる。
パイプ58は、配送管54と供給貯留槽60とを接続している。加熱/冷却要素62は、貯留槽60を囲み、研磨液を、それが研磨パッドに配送される前に、希望の一定温度に加熱および/または冷却する手法を提供する。加熱/冷却要素62を操作する温度制御装置64は、スラリーの温度監視のために熱センサ65を用い、スラリー温度を制御するために加熱/冷却要素62に送られる電力を調節する。
研磨表面34に配置されたIRセンサ66は、例えば、キャリアヘッド36が研磨表面34と接触している時、キャリアヘッド36に隣接した研磨表面34の温度を検知するために方向付けられている。プログラムされたコンピュータあるいは特殊目的のプロセッサ68は、IRセンサ66の出力を観測でき、以下により詳細に述べるように、ポンプ24、温度制御装置32、圧力制御装置46、温度制御装置64の制御できる。
研磨システムは、脱イオン水102を研磨パッド14の表面34に配送する水配送管100といったパッド洗浄システムをも含むことができる。パイプ104は、脱イオン水タンク106に配送管100を結合する。加熱/冷却要素108は、タンク106を囲み、水が研磨パッド14に配送される前に水を加熱および/または冷却する手法を提供する。加熱/冷却要素108を操作する温度制御装置110は、水の温度観測用に熱センサ112を用い、希望の水温を得るために加熱/冷却要素108に配送する電力を調節する。
研磨期間中、モータ20がプラテン12を回転させ、かつ、モータ40がキャリアヘッド36を回転させている間、キャリアヘッド36は、研磨表面34に当てて基板16を保持する。供給配送管54は、水と化学物質の混合液を研磨表面34に配送する。研磨後、研磨屑と過剰なスラリーは、水配送管100からの水によってパッド表面から洗い落とすことができる。
本来部分的には化学的である研磨プロセスの間、研磨速度は、基板16での温度と研磨表面34の温度に依存する。より具体的には、研磨速度は、温度上昇時に増加し、温度が低下すると減少する。さらに、浸食やへこみといった好ましくない副作用は、温度の変動および/または温度の逸脱にともなって増加すると考えられる。この場合、へこみは温度低下と共に増加し、浸食は温度上昇と共に増加する。より均一で再現可能な研磨速度を得るために、かつ、浸食やへこみといった副作用を減少させるために、CMP中の温度を、特に、平坦化を向上させる目標温度に向かって以下のような1つまたはそれ以上の方法により調整することができる。
第1に、研磨表面34での温度は、流体循環路22を循環する流体の温度を制御することによって、部分的に調整可能である。プラテンは熱伝導性材料で作られているので、循環路中の流体の温度は、研磨パッドの温度に直接的かつ迅速に影響することができる。コンピュータ68は、温度制御装置32の目標温度を設定可能で、その後、流体の温度を制御するため、例えば、目標温度に保持するために、加熱/冷却要素30に供給される電力を調節する。従って、目標温度に到達でき、温度の変動は減少できる。
研磨表面34の温度は、研磨表面34に配送される液体の温度を制御することによって調整してもよい。研磨パッド14は絶縁性を持つ。従って、例えプラテン12の温度が上述のように制御されたとしても、研磨表面34の温度を望ましいほど十分に制御しない可能性がある。研磨表面34の追加の温度制御は、液体配送給管54を通して供給される研磨流体56といった液を制御された温度で研磨表面34に配送することを含んでもよい。温度制御装置64は、タンク62内の研磨流体の温度を検知する。コンピュータ68は、目標温度を設定可能で、温度制御装置64は、その後、流体の温度を、例えば、目標温度に制御のため、加熱/冷却要素62に供給する電力を調整することができる。従って、目標温度に到達し、温度の変動が減少できる。
表面34に配送される第2の液体は、水配送管100から配送される脱イオン水102とすることができる。温度制御装置110は、水タンク106中の水の温度を検知することができる。温度制御装置106は、水の温度を、例えば、予め設定された目標温度に制御するため、加熱/冷却要素108に供給される電力を調節することができる。水配送管100は、例えば、目標温度にある脱イオン水を、研磨工程を始める前に、例えば、数秒間研磨表面34に配送する。それによって、研磨表面34は研磨工程が始まる時、目標温度とすることができる。この手順により、プロセスの再現性を向上させることができる。
図2も参照すると、CMPプロセス中の基板16の温度は、研磨中、基板16が研磨表面34に押しつけられる圧力を制御することによっても制御できる。基板16と表面34の間の圧力は、部分的には摩擦を決める。圧力の増加は高い摩擦を、それ故高い温度をもたらす。反対に、圧力の減少は、低い摩擦、それ故低い温度をもたらす。したがって、コンピュータ68は、研磨表面34の温度を、例えば、目標温度に向けて制御するために、あるいは温度の逸脱を減少させるために、圧力を変えることができる。
プロセス中に、基板16が研磨表面34に対して印加する圧力は、次のような方法で制御することができる。IRセンサ66を用いることにより、コンピュータ68は、研磨表面34の温度を観測できる。コンピュータ68は、センサ66の温度を予知された目標温度プロフィールと比較するようにプログラムすることができる。もし測定された温度が目標温度プロフィールより高い場合、コンピュータ68は、圧力制御装置46をして、例えば、キャリアヘッド36(図1参照)内のチャンバ44の圧力を減少させることによって、基板16に印加される圧力を減少させる。もし、測定された温度が目標温度プロフィールより低い場合、コンピュータ68は、圧力制御装置46をして、チャンバ44内の圧力を高めることによって、基板16に印加される圧力を高める。従って、コンピュータ68は、研磨プロセスを通して、温度を、例えば、ある所定の目標値に制御することができる。このプロセスは、ある与えられた基板に対して1〜2分の短かさとすることができる。
通常、研磨作業中、研磨表面34の温度は、ある安定な温度に達するまで上昇する。コンピュータ68によって用いられる目標温度を決める方法の1つは、「良好な」研磨作業を監視し、圧力を一定にして、作業中温度の変動を時間の関数として調べる。このように測定された温度は、同様な研磨作業の目標温度として選定できる。即ち、コンピュータ68は単に、それぞれの作業において基板に印加される圧力を、研磨表面の温度が良好な研磨作業の測定曲線に従うように制御する。従って、コンピュータ68は、各研磨作業での平均化された研磨速度は繰り返し可能であり、これによって一貫性のある結果を与えることを保証している傾向にある。「良好な研磨作業」とは、温度制御によりへこみおよび/または浸食量が容認できる範囲で効果的な平坦化が導かれた時に得られる。
CMPプロセス中の基板16の温度は、プラテン12とキャリアヘッド36が互いに回転する相対速度を制御することによって制御できる。基板16と研磨表面34の間の摩擦は、基板16と表面34の間の相対速度によって一部決められる。相対速度と摩擦の間の関係は計算できる。そこで、もし研磨表面34の温度があまりに高ければ、摩擦を減少させるよう相対速度を調整でき、または、もし研磨表面34の温度があまりに低ければ、摩擦を増加させるよう相対速度が調節できる。例えば、研磨表面34の温度を、例えば、目標温度に向かって制御するために、コンピュータ68は、モータ20および/またはモータ40によって作り出される回転速度を変えることができる。
プラテン12とキャリアヘッド36の間の相対速度は次の方法で制御することができる。IRセンサ66を用いて、コンピュータ68は研磨表面34の温度を観測する。コンピュータ68は、検知された温度を所定の目標温度プロフィールと比較するようにプログラムすることが可能である。もし、測定された温度が該目標温度プロフィールより高いまたは低い場合、コンピュータ68は、モータ20および/またはモータ40の回転速度を比例して変えることができる。それ故、コンピュータ68は、研磨プロセス中、温度を、例えば、所定の目標値に制御する。
通常、研磨作業において、研磨表面34の温度は、安定な温度に到達するまで上昇する。種々の実施構成において、コンピュータ68によって用いられる目標温度は、基板16と研磨表面34のある固定された相対速度において、時間の関数として作業中の温度の変動を検討するため、「良好な」研磨作業を観測することによって選定することができる。この測定された温度は、同様の研磨作業の目標温度として選択可能である。それ故、コンピュータ68は、基板16と研磨表面34との相対速度を制御できるので、研磨表面の温度は、良好な研磨作業の測定された曲線に従う。従って、コンピュータ68は、それぞれの研磨作業の平均化された研磨速度は、再現可能であり、一定の結果をもたらすことを保証する傾向がある。「良好な研磨作業」は、温度制御によりへこみおよび/または浸食が低減された効果的な平坦化が導かれた時に得られる。
図3を参照すると、CMPプロセス中の基板16の温度は、研磨液56の組成を制御することによって制御可能である。研磨液56は、供給/洗浄管54によって研磨表面34に配送される。パイプ70およびパイプ72は、管54を化学溶液貯留槽74および水タンク76にそれぞれ接続している。弁78および弁80は、パイプ70およびパイプ72から管54への液体の流れを、それぞれ、制御している。コンピュータ68は、弁78と80を制御可能である。基板16の温度は、研溶液56と基板16表面との反応速度に一部依存している可能性がある。研磨液56と基板16表面との反応速度は、研磨速度と直接比例している可能性がある。化学溶液の濃度が増加すると反応速度を増加させることができ、従って、研磨速度を増加させることができる。化学溶液の濃度の減少は、反応速度を低下させることができ、従って、研磨速度を減少させることができる。
研磨液56の組成は、次のような方法で制御することができる。IRセンサ66を用いて、コンピュータ68は、研磨表面34の温度を観測することができる。コンピュータ68は、検知された温度を所定の目標温度プロフィールと比較するようにプログラムすることができる。もし、測定された温度が目標温度プロフィールより高ければ、コンピュータ68は、弁78を調節して化学溶液貯留槽74からの化学溶液の流量を減少させることができる。あるいは、コンピュータ68は、弁80を調節して水タンク76からの水の流量を増加させることができる。この1つの弁または2つの弁の調節は、研磨表面34上の化学溶液の濃度を減少させる可能性があり、従って、研磨速度を減少させる。一方、もし測定された温度が目標温度プロフィールより低ければ、コンピュータ68は、弁78を調節して化学溶液貯留槽74からの化学溶液の流量を増加することができる。あるいは、コンピュータ68は、弁80を調節して、水タンク76からの水の流量を減少させることができる。この1つの弁または2つの弁の調節によって、研磨表面上の化学溶液の濃度を増加させることができ、従って、研磨速度を増加させることができる。
通常、研磨作業中、研磨表面34の温度は、安定な温度に達するまで上昇する。種々の実施構成において、コンピュータ68によって使用される目標温度は、化学溶液の固定の水中濃度を用いて、時間の関数として作業中の温度の変動を検討するため、「良好な」研磨作業観測することによって確立することができる。この測定された温度は、同様の作業に対する目標温度として選択することができる。従って、コンピュータ68は、化学溶液の水中濃度を制御することができるので、研磨表面の温度は良好な研磨作業の測定曲線に従う。コンピュータ68は、従って、それぞれの研磨作業の平均化された研磨速度は、再現可能であり、一定の結果を導くことを保証する傾向がある。「良好な研磨作業」は温度制御によりへこみや浸食の少ない効果的な平坦化が導かれたときに得られる。もし測定温度が、ある閾値量以上に目標温度から変化している場合、温度を目標温度に向けて戻すために、例えば、基板上への圧力、保持リング上への圧力および/またはスラリーの流量といった1つまたは2つ以上の研磨パラメータを調節することができる。目標温度は、研磨プロセスを通して一定とすることができる。さらに、実際の研磨速度は研磨中変動してもよい。即ち、研磨パラメータのフィードバック・ループは、研磨速度を一定に維持するよりも、温度を一定に維持するように行われることを基本とする。
その他の実施形態は、以下の特許請求の範囲に含まれる。例えば、研磨表面の温度を制御するために冷媒をプラテンに供給することができるシステムにおいて、プラテンは、上記のアルミニウムの他に、いかなる適切な熱伝導性材料で製作されてもよい。加えて、研磨表面の温度をIR観測で測定する代わりに、例えば、プラテン中に装着されるか、研磨パッド中に埋め込まれた熱電対を用いるといった研磨表面の温度を測定するためのその他の既知の技術を用いることができる。また、基板と研磨パッドの間の圧力を制御するためのその他の方法を用いることができる。例えば、基板の裏面側に圧力を加えるよりも、基板上の圧力を制御するために、キャリアヘッド全体を差動装置(例えば、空気差動装置、電磁差動装置等)によって垂直に動かすことができる。さらに、研磨表面に配送される研磨液または水の温度は、すでに記載した位置以外に、配送システム中の位置に置かれた加熱または冷却要素によって制御することができる。加えて、液は、複数の配送管を通して、それぞれの管内の液の温度を制御する独立の温度制御装置を用いて、研磨表面に配送することもできる。
多段金属研磨プロセス、例えば、銅研磨は、温度制御をせずに、しかし当該研磨工程を中止する現場観察装置を用いて第1研磨パッドを有する第1プラテンで銅層のバルク研磨を行う第1の研磨工程と、障壁層を露出または除去して、上述の温度制御手順を用いる第2の研磨工程を含むことができる。
本発明の多数の実施形態を記述した。それにも係わらず、本発明の精神と本発明の範囲を離れること無く種々の改良を行うことができることは理解されるだろう。
Claims (10)
- 研磨表面を持つパッドを保持するプラテンと、
研磨プロセス中、研磨表面に当てて基板を保持するサブシステムと、
研磨表面の温度を測定するために方向付けられた温度センサと、
を備えた化学機械研磨装置であって、
サブシステムは、センサによって測定された温度を受信し、測定された温度に応じて研磨プロセスのパラメータを変えるようにプログラムされており、かつ、
もし、測定された温度が目標温度から閾値量より大きく変化している場合、温度を目標温度に戻すために1つまたはそれ以上の研磨パラメータを調節する装置。 - サブシステムが、制御された圧力で研磨表面に当てて基板を保持し、かつ、研磨プロセスのパラメータが、制御された圧力を含む請求項1に記載の装置。
- 前記サブシステムが、プロセス中、基板を保持するためのキャリアヘッドを含む請求項2に記載の装置。
- 前記サブシステムが、サブシステムが研磨表面に当てて基板を保持する圧力を制御するための圧力制御装置を含む請求項3に記載の装置。
- 前記サブシステムが、ある相対速度で研磨表面に当てて基板を保持し、かつ、研磨プロセスパラメータが、相対速度を含む請求項1に記載の装置。
- ある濃度をもつ化学溶液を研磨表面に配送する化学溶液配送システムをさらに備え、かつ、研磨プロセスのパラメータが、濃度を含む請求項1に記載の装置。
- 基板の表面を研磨するための方法であって、前記方法が、
複数のプロセスパラメータによって特徴づけられる研磨プロセス中、研磨表面をもつ基板の表面を研磨し、
研磨プロセス中、研磨表面の温度を繰り返し観測し、
観測された温度に対する目標値を得るように、観測された温度に応じて複数のプロセスパラメータの1つを制御すること
を含む方法。 - 複数のプロセスパラメータの1つが、研磨表面に当てて基板を保持する制御された圧力である請求項7に記載の方法。
- 制御された圧力を制御することが、もし観測された温度が目標温度より低ければ、圧力を高めることを含む請求項8に記載の方法。
- 制御された圧力を制御することが、もし観測された温度が目標温度より高ければ、圧力を減少させることを含む請求項8に記載の方法。
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