JP2023530555A - Ｃｍｐ温度制御のための装置および方法 - Google Patents

Abstract

化学機械研磨装置は、研磨パッドを保持する回転可能なプラテンと、研磨プロセスの間、基板を研磨パッドの研磨面に対して保持するキャリアと、加熱された流体またはクーラント流体の供給源、およびプラテンの上に位置付けられるとともに研磨パッドから分離された、流体を研磨パッド上に送達する、複数の開口部を有するプレナムを含む、温度制御システムであって、開口部の少なくともいくつかがそれぞれ、異なる量の流体を研磨パッド上に送達するように構成された、温度制御システムと、を含む。【選択図】図２

Description

本開示は、化学機械研磨（ＣＭＰ）に関し、より具体的には、化学機械研磨中の温度制御に関する。

集積回路は、一般的に、導電層、半導電層、または絶縁層を半導体ウェハ上に逐次堆積させることによって、基板上に形成される。様々な製造プロセスでは、基板上の層を平坦化する必要がある。例えば、ある製造ステップは、フィラー層を非平坦面の上に堆積させ、フィラー層を平坦化することを伴う。特定の用途の場合、フィラー層は、パターニングされた層の上面が露出するまで平坦化される。例えば、金属層をパターニングされた絶縁層上に堆積させて、絶縁層の溝および穴を埋めることができる。平坦化後、パターニングされた層の溝および穴内にある金属の残りの部分は、基板上の薄膜回路間に導電路を提供するビア、プラグ、およびラインを形成する。別の例として、誘電層をパターニングされた導電層の上に堆積させ、次に平坦化して、後続のフォトリソグラフィステップを可能にすることができる。

化学機械研磨（ＣＭＰ）は、１つの許容された平坦化方法である。この平坦化方法は、一般的に、基板をキャリアヘッド上に載置する必要がある。基板の露出面は、一般的に、回転する研磨パッドに接して配置される。キャリアヘッドは、制御可能な負荷を基板に与えて基板を研磨パッドに押し付ける。研磨粒子を含む研磨スラリーが、一般的に、研磨パッドの表面に供給される。

化学機械研磨装置は、研磨パッドを保持する回転可能なプラテンと、研磨プロセスの間、基板を研磨パッドの研磨面に対して保持するキャリアと、加熱された流体またはクーラント流体の供給源、およびプラテンの上に位置付けられるとともに研磨パッドから分離された、流体を研磨パッド上に送達する、複数の開口部を有するプレナムを含む、温度制御システムとを含む。

一態様では、開口部の少なくともいくつかはそれぞれ、異なる量の流体を研磨パッド上に送達するように構成される。

別の態様では、プレナムに沿った第１の複数の径方向位置はそれぞれ、少なくとも２つの横方向に分離された開口部を有し、プレナムに沿った第２の複数の径方向位置はそれぞれ、単一の開口部を有する。

別の態様では、開口部の位置およびサイズは、複数の開口部を通る加熱された流体の質量流量が、プラテンの回転軸からの距離に伴って実質的に放物線的に増加するようなものである。

更なる態様では、研磨を制御する方法は、基板の研磨の間、第１の研磨パッドの径方向温度プロファイルを測定することと、径方向温度プロファイルの不均一性を補償する質量流プロファイルを提供する開口部のパターンを決定することと、そのパターンで配置された開口部を有するベースプレートを得ることと、化学機械研磨システムの温度制御システムのアーム内にベースプレートを設置して、複数の開口部がプラテンの上に位置付けられたプレナムを形成することと、加熱されたガスが複数の開口部を通して第２の研磨パッド上に流れるようにして加熱された流体源をプレナムに供給しながら、化学機械研磨システムの第２の研磨パッドを用いて基板を研磨することと、を含む。

実現例としては、以下の可能性がある利点の１つまたは複数を含み得るがそれらに限定されない。研磨パッドの表面全体の温度を迅速かつ効率的に上下させることによって、研磨パッドの所望の温度制御プロファイルを実現することができる。研磨パッドの温度は、研磨パッドを固体と、例えば熱交換プレートと接触させることなく制御することができるので、パッドの汚染および欠陥のリスクが低減される。研磨動作全体にわたる温度のばらつきを低減することができる。これは、研磨プロセスの研磨の予測可能性を改善することができる。研磨動作ごとの温度のばらつきを低減することができる。これは、ウェハごとの均一性を改善し、研磨プロセスの再現性を改善することができる。基板全体の温度のばらつきを低減することができる。これはウェハ内の均一性を改善することができる。

異なるパターンのアパーチャを有するプレートを交換して流体ディスペンサに入れて、異なる温度プロファイルを提供することができる。これにより、新しい温度プロファイルを要するプロセスに対して、ポリッシャーの異なる温度プロファイルまたは修正に関する試験を迅速に行うことができる。

１つまたは複数の実現例の詳細を、添付図面および以下の説明に示す。他の態様、特徴、および利点は、説明および図面から、また特許請求の範囲から明白となるであろう。

研磨装置の一例を示す概略断面図である。 化学機械研磨装置の一例を示す概略上面図である。 図１の一例の加熱送達アームを示す概略底面図である。 図１のプラテンの回転軸からの径方向距離の関数としての質量流量を示す図である。

様々な図面における同様の参照符号は同様の構成要素を指す。

化学機械研磨は、基板、研磨液、および研磨パッドの間の境界面における、機械研磨と化学エッチングとの組み合わせによって動作する。研磨プロセスの間、基板の表面と研磨パッドとの摩擦によって相当量の熱が発生する。加えて、一部のプロセスはまた、コンディショニングディスク、例えば研磨ダイヤモンド粒子でコーティングされたディスクを、回転する研磨パッドに押し付けて、研磨パッド表面が調整されテクスチャ加工される、インシチューのパッド調整ステップを含む。調整プロセスの研磨も熱を発生する場合がある。例えば、公称ダウンフォース圧力２ｐｓｉおよび除去率８０００オングストローム／分の一般的な一分の銅ＣＭＰプロセスでは、ポリウレタン研磨パッドの表面温度は約３０℃上昇する場合がある。

ＣＭＰプロセスにおける化学に関連する変数、例えば関与する反応の開始および速度としての変数、ならびに機械に関連する変数、例えば、研磨パッドの表面摩擦係数および粘弾性は、両方とも温度に大きく依存する。結論として、研磨パッドの表面温度のばらつきは、除去率、研磨の均一性、エロージョン、ディッシング、および残渣の変化をもたらす場合がある。研磨の間、研磨パッドの表面の温度をより緊密に制御することによって、温度のばらつきを低減することができ、例えば、ウェハ内の不均一性またはウェハ間の不均一性によって測定されるような、研磨性能を改善することができる。

温度制御に関していくつかの技法が提案されてきた。一例として、クーラントをプラテンに流すことができる。別の例として、研磨パッドに送達される研磨液の温度を制御することができる。しかしながら、これらの技法は不十分な場合がある。例えば、プラテンは、研磨面の温度を制御するのに、研磨パッド自体の本体に熱を供給するかまたは通さなければならない。研磨パッドは、一般的に、プラスチック材料および不良熱伝導体であるため、プラテンからの熱制御が困難な場合がある。他方で、研磨液は顕著な熱質量を有さないことがある。

これらの課題に対処し得る技法は、温度制御された媒体、例えば液体、水蒸気、もしくは霧を研磨パッドの研磨面に（または研磨液を研磨パッド上に）送達する、（研磨液供給部とは別個の）専用の温度制御システムを有するというものである。

更なる課題は、ＣＭＰプロセスの間、回転する研磨パッドの半径に沿って温度上昇が均一でない場合が多い。いずれの特定の理論にも限定されるものではないが、研磨ヘッドおよびパッドコンディショナの異なる掃引プロファイルは、場合によっては、研磨パッドの各径方向区域における異なる滞留時間を有することができる。加えて、研磨パッドと研磨ヘッドおよび／またはパッドコンディショナとの間の相対線速度も、研磨パッドの半径に沿って変動する。更に、研磨液はヒートシンクとして作用して、研磨液が分配される領域で研磨パッドを冷却することができる。これらの効果は、研磨パッド表面上の不均一な発熱に寄与することができ、ウェハ内除去率の変動をもたらすことができる。

これらの課題に対処し得る技法は、研磨パッドの半径に沿って不均一な質量流を提供するように離隔されサイズ決めされた流体流のための開口部を有する、ディスペンサを有するというものである。特に、開口部のサイズおよび開口部の径方向間隔を含む、ディスペンサのアームに沿った開口部のパターンは、所望の温度制御プロファイルの詳細に基づいてカスタマイズすることができる。

図１および図２は、化学機械研磨システムの研磨ステーション２０の一例を示している。研磨ステーション２０は、研磨パッド３０が上に載置される、回転可能なディスク形状のプラテン２４を含む。プラテン２４は、軸線２５を中心にして回転するように動作可能である（図２の矢印Ａを参照）。例えば、モータ２２が駆動軸２８を旋回させて、プラテン２４を回転させることができる。研磨パッド３０は、外側の研磨層３４とより柔らかい裏打ち層３２とを有する、二層の研磨パッドであることができる。

研磨ステーション２０は、研磨スラリーなどの研磨液３８を研磨パッド３０上に分配する供給ポート３９を含むことができる。供給ポート３９の正確な位置は、異なる実現例の間で異なってもよいが、一般的に、供給ポート３９は、研磨パッド３０の中心付近でアームの端部に位置付けられる。例えば、供給ポート３９は、加熱送達アーム１１０の端部に位置付けることができる（図１を参照）。別の例として、供給ポート３９は、スラリー供給アーム１７０の端部に位置付けることができる（図２を参照）。研磨ステーション２０は、研磨パッド３０の表面粗さを維持するのに、コンディショニングディスク９２（図２を参照）を有するパッドコンディショナ装置９０を含むことができる。コンディショニングディスク９０は、研磨パッド３０を横切って径方向に、ディスク９０を掃引するように回動することができるアーム９４の端部に位置付けることができる。

キャリアヘッド７０は、研磨パッド３０に接して基板１０を保持するように動作可能である。キャリアヘッド７０は、支持構造７２、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線７１を中心にして回転できるように、駆動軸７４によってキャリアヘッド回転モータ７６に接続される。任意に、キャリアヘッド７０は、トラックに沿った移動によって、またはカルーセル自体の回転振動によって、横方向に、例えばカルーセルのスライダ上で振動することができる。

キャリアヘッド７０は、基板を保持する保定リング８４を含むことができる。いくつかの実現例では、保定リング８４は、研磨パッドに接触する下側のプラスチック部分８６と、より硬質の材料の上側部分８８とを含んでもよい。

動作の際、プラテンはその中心軸２５を中心にして回転させられ、キャリアヘッドは、その中心軸７１を中心にして回転させられ、研磨パッド３０の上面を横切って横方向に並進させられる。

キャリアヘッド７０は、基板１０の裏面に接触する基板取付け面を有する可撓性メンブレン８０と、基板１０上の異なる区域に、例えば異なる径方向区域に異なる圧力を印加する複数の加圧可能なチャンバ８２とを含むことができる。キャリアヘッドは、基板を保持する保定リング８４を含むこともできる。

いくつかの実現例では、研磨ステーション２０は、研磨ステーションの、または研磨ステーションの／研磨ステーション内の構成要素の温度、例えば、研磨パッドおよび／または研磨パッド上のスラリーの温度をモニタリングする、温度センサ６４を含む。例えば、温度センサ６４は、研磨パッド３０の上方に位置付けられ、研磨パッド３０および／または研磨パッド上のスラリー３８の温度を測定するように構成された、赤外（ＩＲ）センサ、例えばＩＲカメラであり得る。特に、温度センサ６４は、径方向温度プロファイルを生成するために、研磨パッド３０の半径に沿った複数のポイントで温度を測定するように構成される。例えば、ＩＲカメラは、研磨パッド３０の半径にわたる視野を有することができる。

いくつかの実現例では、温度センサは非接触センサではなく接触センサである。例えば、温度センサ６４は、プラテン２４の上もしくは中に位置付けられた、熱電対またはＩＲ温度計であることができる。加えて、温度センサ６４は研磨パッドと直接接触することができる。

いくつかの実現例では、研磨パッド３０の半径に沿った複数のポイントにおける温度を提供するために、複数の温度センサを、研磨パッド３０にわたる異なる径方向位置で離隔させることができる。この技法は、ＩＲカメラの代わりに、またはＩＲカメラに加えて使用することができる。

図１では、研磨パッド３０および／またはパッド３０上のスラリー３８の温度をモニタリングするように位置付けられるが、温度センサ６４は、基板１０の温度を測定するように、キャリアヘッド７０内部に位置付けることができる。温度センサ６４は、基板１０の半導体ウェハと直接接触することができる（即ち、接触センサ）。いくつかの実現例では、例えば、研磨ステーションの／研磨ステーション内の異なる構成要素の温度を測定するため、複数の温度センサが研磨ステーション２２に含まれる。

研磨システム２０はまた、研磨パッド３０および／または研磨パッド上のスラリー３８の温度を制御する、温度制御システム１００を含む。温度制御システム１００は、加熱システム１０２および／または冷却システム１０４を含むことができる。冷却システム１０２および加熱システム１０４の少なくとも１つ、いくつかの実現例では両方は、温度制御された媒体、例えば液体、水蒸気、もしくは霧を、研磨パッド３０の研磨面３６上に（または研磨パッド上に既にある研磨液上に）送達することによって動作する。

加熱システム１０２の場合、加熱媒体はガス、例えば蒸気もしくは加熱された空気、または液体、例えば加熱された水、またはガスと液体の組み合わせであることができる。媒体は、室温よりも高温であり、例えば４０～１２０℃、例えば９０～１１０℃である。媒体は、実質的に純粋な脱イオン水などの水、または添加物もしくは化学物質を含む水であることができる。いくつかの実現例では、加熱システム１０２は蒸気の霧を使用する。蒸気は添加物もしくは化学物質を含むことができる。

加熱媒体は、供給源１０８、例えば蒸気発生器から、パイピング、可撓性配管、固体を通す通路、またはそれらの何らかの組み合わせによって提供することができる、流体送達ライン１１８に流すことによって、加熱送達アーム１１０のプレナム１１６に送達することができる。

一例の加熱システム１０２は、プラテン２４および研磨パッド３０の上を、研磨パッドの縁部から研磨パッド３０の中心まで、または少なくとも中心付近（例えば、研磨パッドの総半径の５％以内）まで延在するアーム１１０を含む。アーム１１０は基部１１２によって支持することができ、基部１１２はプラテン２４と同じフレーム４０上で支持することができる。基部１１２は、１つまたは複数のアクチュエータ、例えば、アーム１１０を上下させるリニアアクチュエータ、および／またはアーム１１０をプラテン２４の上で横方向に回動させる回転アクチュエータを含むことができる。アーム１１０は、研磨ヘッド７０およびパッドコンディショナディスク９２など、他のハードウェア構成要素との衝突を回避するように位置付けられる。

複数の開口部１２０がアーム１１０の底面に形成される。各開口部１２０は、加熱された流体１１４、例えばガスまたは水蒸気、例えば蒸気を、研磨パッド３０上に方向付けるように構成される。開口部１２０は、ベースプレート１２２を通る穴またはスロットによって提供することができる。あるいは、または加えて、開口部の一部または全てを、ベースプレート１２２の底部に固定されたノズルによって提供することができる。センタープレート１２４を、ベースプレート１２２とトッププレート１２６との間に挟むことができ、センタープレート１２４を通るアパーチャがプレナム１１６を提供することができる。加熱された流体が研磨パッド３０上への霧を形成するように、開口部１２０は十分に小さく、プレナム１１６内の圧力は十分に高いものであることができる。開口部のサイズは、例えば、研磨動作の間は調節不能に設定される。例えば、ベースプレート１２２を研磨アームから除去し、開口部またはノズルを交換できるように、通路を機械加工して拡幅することができる。

図３を参照して、以下で更に詳細に記載されるように、複数の開口部１２０は、所望の温度プロファイルに従って、研磨パッド３０および／または研磨パッド上のスラリー３８の有効な温度制御を容易にする、あるパターンで底面に配置される。

図１は、アーム１１０の長手方向に沿って位置付けられ、均等な間隔で離隔された、均等なサイズの開口部１２０を示しているが、これは要件ではない。つまり、開口部１２０は、径方向で、もしくは角度方向で、または両方で不均一に分配することができる。例えば、図２に示されるように、２つ以上の開口部１２０を、アーム１１０の横断方向に沿って位置付けることができる。プラテン２４の中心から異なる径方向距離にある開口部１２０は、互いに異なるサイズ、例えば異なる直径のものであることができる。更に、同じ径方向距離にある、即ち横断方向に沿ったラインに位置付けられた開口部は、異なるサイズのものであることができる。加えて、図１および図２はそれぞれ９個および１２個の開口部を示しているが、より多数またはより少数の開口部、例えば３～２００個の開口部があり得る。更に、図２は円形の開口部を示しているが、開口部は、長方形、例えば正方形、細長いスロット、または他の形状であることができる。

様々な開口部１２０が、異なる量の加熱された流体１１４、例えば蒸気を、研磨パッド３０上の異なる区域上に、例えば異なる径方向または角度方向区域上に方向付けることができる。隣接する区域は重なり合う場合がある。任意に、開口部１２０のいくつかは、その開口部からの霧の中心軸が研磨面３６に対して斜角であるように、配向することができる。加熱された流体、例えば蒸気は、プラテン２４の回転によって生じるような衝突の領域における、研磨パッド３０の運動方向に対向する方向の水平成分を有するように、開口部１４４の１つまたは複数から方向付けることができる。

アーム１１０は、開口部１２０がギャップ１３０によって研磨パッド３０から分離されるように、基部１１２によって支持することができる。ギャップ１３０は０．５～５ｍｍであることができる。特に、ギャップは、加熱流体が研磨パッドに達する前に流体の熱が大幅に散逸しないように選択することができる。例えば、ギャップ１３０は、開口部から放射された蒸気が研磨パッドに達する前に凝集しないように選択することができる。

いくつかの実現例では、プロセスパラメータ、例えば流量、圧力、温度、および／または液体対ガスの混合比は、開口部１２０の異なる群に対して独立して制御することができる。これには、アームが複数のプレナムを含み、各プレナムが、独立して制御可能なヒータに接続されて、それぞれのプレナムに対する加熱された流体の温度、例えば蒸気の温度を独立して制御することを要するであろう。

冷却システム１０４の場合、クーラントは、ガス、例えば空気、または液体、例えば水であることができる。クーラントは、室温であるか、または室温未満に冷やされ、例えば５～１５℃であることができる。いくつかの実現例では、冷却システム１０４は、空気および液体の霧、例えば、液体、例えば、水のエアロゾル化した霧を使用する。特に、冷却システムは、室温未満に冷やされた水のエアロゾル化した霧を発生させる、ノズルを有することができる。いくつかの実現例では、固体材料をガスおよび／または液体と混合することができる。固体材料は、冷やされた材料、例えば氷、または水中に溶解させたとき、例えば化学反応によって、熱を吸収する材料であることができる。

冷却媒体は、クーラント送達アームにおいて、ノズルに任意に形成された１つもしくは複数のアパーチャ、例えば穴またはスロットに流すことによって、送達することができる。アパーチャは、クーラント源に接続されたマニホルドによって提供することができる。

図２に示されるように、一例の冷却システム１０４は、プラテン２４および研磨パッド３０の上に延在するアーム１４０を含む。アーム１４０は、後述のことを除いて、加熱システムのアーム１１０と同様に構築することができる。

プラテン２４の回転方向に沿って、冷却システム１０４のアーム１４０を、システム１１０の加熱アーム１１０とキャリアヘッド７０との間に位置付けることができる。プラテン２４の回転方向に沿って、冷却システム１０４のアーム１４０を、加熱システム１１０のアーム１１０とスラリー送達アーム１７０との間に位置付けることができる。例えば、冷却システム１１０のアーム１１０、加熱システム１０４のアーム１４０、スラリー送達アーム１７０、およびキャリアヘッド７０を、その順序でプラテン２４の回転方向に沿って位置付けることができる。

例示の冷却システム１０２は、アーム１４０の底部に複数の開口部１４４を含む。各開口部１４４は、クーラント、例えば水などの液体、または空気などのガスを、研磨パッド３０上に送達するように構成される。加熱された流体のための開口部１２０と同様に、開口部１４４は、所望の温度プロファイルに従って、研磨パッド３０および／または研磨パッド上のスラリー３８の有効な温度制御を容易にする、あるパターンで底面に配置することができる。

冷却システム１０２は、液体冷却媒体源１４６ａおよび／またはガス源１４６ｂを含むことができる（図２を参照）。いくつかの実現例では、媒体源１４６ａからの液体およびガス源１４６ｂからのガスは、開口部１４４を通して方向付けられる前に、例えばアーム１４０の中または上にある、混合チャンバ内で混合することができる。例えば、空気およびガスをプレナム内で混合することができる。

研磨システム２０はまた、様々な構成要素、例えば温度制御システム１００の動作を制御する、コントローラ９０を含むことができる。コントローラ９０は、加熱源１０８および／またはクーラント源１４６ａ、１４６ｂに結合して、加熱流体および／またはクーラントの流量を制御することができる。例えば、コントローラ９０は、流体送達ライン１１８のバルブまたは液体流コントローラ（ＬＦＣ）を制御することができる。コントローラ９０は、温度センサ６４からの温度測定値を受信するように構成することができる。コントローラ９０は、測定された温度を所望の温度と比較し、それぞれの加熱流体およびクーラント流体の流量に対する制御メカニズム（例えば、アクチュエータ、電源、ポンプ、バルブなど）へのフィードバック信号を生成することができる。フィードバック信号は、研磨パッドおよび／またはスラリーが所望の温度に達する（または少なくとも近付く）ように、制御メカニズムに冷却または加熱の量を調節させるため、例えば内部フィードバックアルゴリズムに基づいて、コントローラ９０によって使用される。

図２は、各サブシステム、例えば加熱システム１０２、冷却システム１０４、およびすすぎシステム１０６のための別個のアームを示しているが、様々なサブシステムは、共通のアームによって支持される単一のアセンブリに含めることができる。例えば、アセンブリは、冷却モジュール、すすぎモジュール、加熱モジュール、スラリー送達モジュール、および任意にワイパーモジュールを含むことができる。各モジュールは、共通の取付けプレートに固定することができる本体、例えば円弧状本体を含むことができ、共通の取付けプレートは、アセンブリが研磨パッド３０の上に位置付けられるようにして、アームの端部で固定することができる。様々な流体送達構成要素、例えばプレナム、配管、通路などが、各本体の内部に延在することができる。いくつかの実現例では、モジュールは取付けプレートから別個に分離可能である。各モジュールは、上述の関連付けられたシステムのアームの機能を実施する、類似の構成要素を有することができる。

図３は、図１の一例の加熱送達アーム１１０の概略底面図を示している。アーム１１０は、ほぼ直線であることができ、その長さに沿って実質的に均一な幅を有することができるが、円形セクタ（「パイスライス」として知られる）、円弧、または三角くさび（全てシステムの底面図として）などの他の形状を使用して、研磨パッド３０および／または研磨パッド上のスラリー３８の温度制御において、所望の有効性を達成することができる。例えば、加熱送達アーム１１０を湾曲させ、例えば円弧、またはらせんの一部分を形成することができる。

加熱送達アーム１１０は、加熱媒体がそこを通ってアーム１１０のプレナム１１６に入る、単一の入口１１９を有することができる。入口１１９は、プラテン２４の回転軸に対して、アーム１１０の遠位端に配置することができる。

加熱送達アーム１１０は、底面１１０ａにあるパターンで配置された、例えばベースプレート１２２を通る、複数の開口部１２０を有する。開口部のサイズおよび開口部の径方向または角度方向間隔を含む、加熱送達アーム１１０の底面全体にわたる開口部１２０のパターンは、様々な温度制御プロファイルの特定の必要性を満たすように設計することができる。場合によっては、温度制御プロファイルは、プラテンの回転軸からの径方向距離の関数として、研磨パッド上への加熱された流体流の質量流量を規定することができる。例えば、質量流量は、回転軸からの距離に伴って放物線的に増加することができる。

動作の際、プラテンは、アーム１１０の長手方向に対して接線方向で回転する。したがって、便宜上、アーム１１０の長手方向は径方向とも呼ばれる。

図３の例示の実現例では、径方向で均等に分配された開口部１２０は、プラテンの回転軸から離れるにつれてより緊密に密集しているが、開口部を異なるように分配し、他のパターンを形成することができる。例えば、開口部１２０は、径方向に沿って不均一に、即ち不均等な間隔で離隔させることができる。別の例として、開口部１２０は、アーム１１０の長手方向縁部に沿ってより緊密に密集させることができる。

開口部１２０の少なくともいくつかは、異なるサイズおよび／または形状を有し、したがって、例えば質量流量の点で、異なる量の加熱された流体を研磨パッド上に送達する。加えて、開口部１２０のサイズ分布を、プラテンの回転軸から離れたより大きい開口部により大きく重み付けすることができる。図示されるように、アームの遠位端にある開口部は、全体として、プラテンの回転軸により近いアームの端部の開口部よりも大きい。

開口部１２０の少なくともいくつか、例えばタプル１３２またはクアドラプル（ｑｕａｄｒｕｐｌｅ）１３４によってグループ化された開口部は、アーム１１０の横断方向に沿って横方向に分離される。そのため、アーム１１０に沿ったいくつかの径方向位置はそれぞれ、少なくとも２つの横方向に分離された開口部を有し、アーム１１０に沿った他のいくつかの径方向位置はそれぞれ、単一の開口部を有する。つまり、少なくとも１対の開口部が、プラテンの回転軸から同じ径方向距離に位置付けられる。

図４を参照すると、特定の例として、実線の曲線によって示されるような所望の温度制御プロファイルは、プラテンの回転軸からの径方向距離の非線形的で単調に増加する関数として、質量流量を規定する。より具体的には、開口部１２０は放物線的流量を有するように配置され、それにより、プラテンの回転軸からの径方向距離に沿ってほぼ線形的に増加する温度プロファイルがもたらされるはずである（面積が半径に伴って放物線的に増加して、より広い径方向領域がより多くの加熱流体を要するため）。

図４は、毎秒キログラム（ｋｇ／ｓ）の単位で質量流量を規定する縦軸と、プラテンの回転軸から円周方向行で何行離れているかという点で径方向距離を規定する横軸とを含む、プロットを示している。例えば、行は、０．２～４ｃｍ、例えば０．６～１．０ｃｍの等間隔で離隔することができる。

図３の加熱分布アーム１１０を使用することによって、温度制御システム１００は、散乱した点によって示されるように実線の曲線と緊密に整列したそれぞれの質量流量で、加熱された流体を送達し、それにより、所望の温度制御プロファイルに従って、研磨パッドおよび／または研磨パッド上のスラリーの温度を有効に制御することができる。

加熱流体の分布を変更するため、アーム１１０を除去することができ、異なるパターンの開口部を有する新しい下部プレート１１２に交換することができる。いくつかの実現例では、下部プレート１１２は、アーム１１０をベース１１２から除去することなく、アームから除去することができる。したがって、異なるパターンの開口部を有する異なるプレートを使用して、異なる温度プロファイルを提供することができる。また、これにより、新しい温度プロファイルを要するプロセスに対して、ポリッシャーの異なる温度プロファイルまたは修正に関する試験を迅速に行うことができる。

例えば、アームによる温度制御なしに基板を研磨する間、径方向温度プロファイルを測定することができる。径方向温度プロファイルの不均一性を補償する質量流プロファイルを提供する開口部のパターンは、例えば、径方向温度プロファイルの逆数として計算される。パターンで配置された開口部を有するベースプレートは、製造するか、または前もって製造されたベースプレートのセットから選択することができる。次に、ベースプレートはアームに設置され、基板を研磨する間使用される。

上述の研磨装置および方法は、様々な研磨システムにおいて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のどちらか、または両方は、研磨面と基板との相対運動をもたらすように移動することができる。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（または他の何らかの形状）のパッドであることができる。研磨層は、標準的な（例えば、フィルタを有するかもしくは有さないポリウレタン）研磨材料、軟質材料、または固定砥粒材料であることができる。

相対的位置付けの用語は、システムまたは基板内における相対的位置付けを指すのに使用され、研磨面および基板は、研磨動作の間、垂直配向または他の何らかの配向で保持することができるものと理解されるべきである。

コントローラ９０の機能的動作は、１つまたは複数のコンピュータプログラム製品、即ち、データ処理装置（例えば、プログラマブルプロセッサ、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）によって実行される、あるいはデータ処理装置の動作を制御する、非一時的コンピュータ可読記憶媒体で有形的に具体化された、１つまたは複数のコンピュータプログラムを使用して実現することができる。

本発明の多数の実施形態について説明してきた。それでもなお、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な修正が行われてもよいことが理解されるであろう。例えば、加熱流体について上述しているが、冷却システムのアームを同様に構成することができ、ただし加熱された流体ではなくクーラントがアームを流れる。同様の利点は、冷却システムが同様の物理的構造を有するアーム１４０を有する場合に当てはまる。例えば、クーラントの質量流量の径方向プロファイルは、この場合は温度を上昇させるのではなく温度を低下させることによって、温度の不均一性を補償することができる。

したがって、他の実施形態が以下の特許請求の範囲内にある。

Claims (19)

1. 研磨パッドを保持する回転可能なプラテンと、
   研磨プロセスの間、基板を前記研磨パッドの研磨面に対して保持するキャリアと、
   加熱された流体またはクーラント流体の供給源、および前記プラテンの上に位置付けられるとともに前記研磨パッドから分離された、前記流体を前記研磨パッド上に送達する、複数の開口部を有するプレナムを含む、温度制御システムであって、前記開口部の少なくともいくつかがそれぞれ、異なる量の前記流体を前記研磨パッド上に送達するように構成された、温度制御システムと
   を備える、化学機械研磨装置。
2. 前記開口部の前記少なくともいくつかが異なるサイズを有する、請求項１に記載の装置。
3. 前記プラテンの回転軸から同じ径方向距離に位置付けられた、少なくとも１対の開口部を備える、請求項１に記載の装置。
4. 前記開口部が、前記プラテンの回転軸から径方向距離に沿って不均一に離隔された、請求項１に記載の装置。
5. 前記プレナムに沿った第１の複数の径方向位置を含み、前記第１の複数の径方向位置の各位置が少なくとも２つの横方向に分離された開口部を有する、請求項４に記載の装置。
6. 前記プレナムに沿った第２の複数の径方向位置を含み、前記第２の複数の径方向位置の各位置が単一の開口部を有する、請求項５に記載の装置。
7. 前記開口部のサイズおよび前記開口部の径方向間隔が、前記研磨パッド上への前記流体流の質量流量が前記プラテンの回転軸からの径方向距離の関数であるようなものである、請求項１に記載の装置。
8. 前記質量流量が、前記プラテンの前記回転軸からの径方向距離の非線形関数である、請求項７に記載の装置。
9. 前記質量流量が、前記プラテンの前記回転軸からの径方向距離の単調に増加する関数である、請求項７に記載の装置。
10. 前記質量流量が、前記プラテンの前記回転軸からの径方向距離の放物線的に増加する関数である、請求項９に記載の装置。
11. 前記流体が加熱されたガスを含む、請求項１に記載の装置。
12. 前記ガスが蒸気を含む、請求項１１に記載の装置。
13. 前記温度制御システムが、クーラント源、および前記プラテンの上に位置付けられるとともに前記研磨パッドから分離された、前記クーラントを前記研磨パッド上に送達する、第２の複数の第２の開口部を有する第２のプレナムを含み、前記第２の開口部の少なくともいくつかがそれぞれ、異なる量の前記クーラントを前記研磨パッド上に送達するように構成された、請求項１１に記載の装置。
14. 研磨パッドを保持するプラテンと、
    研磨プロセスの間、基板を前記研磨パッドの研磨面に対して保持するキャリアと、
    加熱された流体の供給源、および前記プラテンの上に位置付けられた、加熱されたガスをプレナムから前記研磨パッド上に送達する、複数の開口部を含む、温度制御システムであって、前記プレナムに沿った第１の複数の径方向位置がそれぞれ、少なくとも２つの横方向に分離された開口部を有し、前記プレナムに沿った第２の複数の径方向位置がそれぞれ単一の開口部を有する、温度制御システムと
    を備える、化学機械研磨装置。
15. 前記温度制御システムが、クーラント源、および前記プラテンの上に位置付けられるとともに前記研磨パッドから分離された、前記クーラントを前記研磨パッド上に送達する、第２の複数の開口部を有する第２のプレナムを含み、前記第２のプレナムに沿った第１の複数の径方向位置がそれぞれ、少なくとも２つの横方向に分離された第２の開口部を有し、前記プレナムに沿った第２の複数の径方向位置がそれぞれ単一の第２の開口部を有する、請求項１４に記載の装置。
16. 研磨パッドを保持する回転可能なプラテンと、
    研磨プロセスの間、基板を前記研磨パッドの研磨面に対して保持するキャリアと、
    加熱された流体の供給源、および前記プラテンの上に位置付けられるとともに前記研磨パッドから分離された、加熱された流体を前記研磨パッド上に送達する、複数の開口部を有するプレナムを含む、温度制御システムであって、前記開口部の位置およびサイズが、前記複数の開口部を通る前記加熱された流体の質量流量が、前記プラテンの回転軸からの距離に伴って実質的に放物線的に増加するようなものである、温度制御システムと
    を備える、化学機械研磨装置。
17. 基板の研磨の間、第１の研磨パッドの径方向温度プロファイルを測定することと、
    前記径方向温度プロファイルの不均一性を補償する質量流プロファイルを提供する開口部のパターンを決定することと、
    前記パターンで配置された開口部を有するベースプレートを得ることと、
    化学機械研磨システムの温度制御システムのアーム内に前記ベースプレートを設置して、前記複数の開口部が前記プラテンの上に位置付けられたプレナムを形成することと、
    前記流体が前記複数の開口部を通して第２の研磨パッド上に流れるようにして加熱またはクーラント流体源を前記プレナムに供給しながら、前記化学機械研磨システムの前記第２の研磨パッドを用いて基板を研磨することと
    を含む、研磨を制御する方法。
18. 前記ベースプレートを得ることが、前記ベースプレートを製造することを含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記ベースプレートを得ることが、複数の前もって製造されたベースプレートから前記ベースプレートを選択することを含む、請求項１７に記載の方法。

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