JP2024012279A - 化学機械研磨のための水蒸気生成 - Google Patents

化学機械研磨のための水蒸気生成 Download PDF

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Abstract

【課題】本開示は、化学機械研磨中の洗浄又は予熱のための水蒸気の使用に関する。【解決手段】水蒸気生成装置４１０は、キャニスタ４２０を下側チャンバ４２２と上側チャンバ４２４とに分割するキャニスタ４２０内のバリア４２６を含む。下側チャンバ４２２は、水入口４３２から水４４０を受け取るように配置されている。水蒸気出口４３６のバルブ４８２は、上側チャンバ４２４から水蒸気４４６を受け取る。バリア４２６は、水蒸気４４６が下側チャンバ４２２から上側チャンバ４２４に移るための複数の開口４２８を有し、凝縮水が上側チャンバ４２４から下側チャンバ４２２に移ることを可能にする。水蒸気生成装置４１０は、下側チャンバ４２２の一部分に熱を加える加熱要素４３０を含み、加熱要素４３０の上方且つ水蒸気出口４３６の下方に水位４４２を保つために、水入口４３２を通る水の流量を変更するように構成されたコントローラ１２を含む。【選択図】図４Ａ

Description

本開示は、化学機械研磨（CMP）に関し、特に、CMP中の洗浄又は予熱のための水蒸気（steam）の使用に関する。
集積回路は、典型的には、半導体ウエハ上に導電層、半導電層、又は絶縁層を順次堆積させることによって、基板上に形成される。様々な製造工程で、基板上の層の平坦化が必要とされる。例えば、１つの製造ステップは、非平面的な表面の上に充填層を堆積させ、充填層を平坦化することを伴う。特定の応用例では、充填層は、パターン層の頂面が露出するまで平坦化される。例えば、パターニングされた絶縁層上に金属層を堆積させて、絶縁層内のトレンチ及び孔を充填することができる。平坦化後、パターニングされた層のトレンチ及び孔の中に残っている金属の部分によって、基板上の薄膜回路間の導電経路を提供するビア、プラグ、及びラインが形成される。別の一例として、誘電体層が、パターニングされた導電層の上に堆積され、次いで、平坦化されて、その後のフォトリソグラフィステップを可能にし得る。
化学機械研磨（CMP）は、平坦化の１つの受け入れられている方法である。この平坦化方法は、典型的には、基板がキャリアヘッドに取り付けられることを必要とする。基板の露出表面は、典型的には、回転する研磨パッドに対して配置される。キャリアヘッドは、基板に制御可能な負荷を与えて、研磨パッドに押し付ける。典型的には、研磨粒子を含む研磨スラリが、研磨パッドの表面に供給される。
一態様では、水蒸気生成装置が、水入口及び水蒸気出口を有するキャニスタを含む。水蒸気生成装置は、キャニスタを下側チャンバと上側チャンバとに分割するキャニスタ内のバリアを含む。下側チャンバは、水入口から水を受け取るように配置されている。水蒸気出口のバルブは、上側チャンバから水蒸気を受け取る。バリアは、水蒸気が下側チャンバから上側チャンバに移るための複数の開口を有し、凝縮水が上側チャンバから下側チャンバに移ることを可能にする。水蒸気生成装置は、下側チャンバの一部分に熱を加えるように構成された加熱要素を含む。水蒸気生成装置は、加熱要素の上方且つ水蒸気出口の下方に水位を保つために、水入口を通る水の流量を変更するように構成されたコントローラを含む。
実施態様は、以下の特徴のうちの１以上を含み得る。
キャニスタは、石英であってよい。バリアは、石英であってよい。キャニスタ及びバリアは、PTFEでコーティングされてよい。
バイパス管が、キャニスタと平行に水入口と水蒸気出口とを接続し得る。バイパス管内の水位をモニタするために、水位センサが配置され得る。コントローラは、水位センサから信号を受信するように構成され得る。コントローラは、キャニスタ内の水位を加熱要素の上方且つ水蒸気出口の下方に保つために、水位センサからの信号に基づいて、水入口を通る水の流量を変更するように構成され得る。
複数の開口は、バリアの縁部の近くに位置付けられ得る。複数の開口は、キャニスタの内径面のすぐ近くに位置付けられ得る。複数の開口は、キャニスタの内径面のすぐ近くにのみ位置付けられ得る。
加熱要素は、加熱コイルを含み得る。加熱コイルは、キャニスタの下側チャンバの周りに巻き付けられ得る。
一態様では、水蒸気生成装置が、下側チャンバ及び上側チャンバを有するキャニスタを含む。キャニスタは、水入口及び水蒸気出口を有する。下側チャンバは、水入口から水を受け取るように配置されている。水蒸気出口のバルブは、上側チャンバから水蒸気を受け取る。水蒸気生成装置は、下側チャンバの一部分に熱を加えるように構成された加熱要素を含む。水蒸気生成装置は、加熱要素の上方且つ水蒸気出口の下方に水位を保つために、水入口を通る水の流量を変更するように構成されたコントローラを含む。
実施態様は、以下の特徴のうちの１以上を含み得る。
キャニスタは、石英であってよい。バイパス管が、キャニスタと平行に水入口と水蒸気出口とを接続し得る。水位センサは、バイパス管内の水位をモニタし得る。
潜在的な利点としては、以下の１以上が挙げられるが、これらに限定されない。
水蒸気、すなわち沸騰によって生成されるガス状H2Oは、低レベルの汚染物質を伴って十分な量で生成することができる。加えて、水蒸気生成器は、実質的に純粋なガス、例えば、水蒸気中に懸濁した液体をほとんど又は全く有さない水蒸気を生成することができる。乾燥水蒸気（dry steam）としても知られているこのような水蒸気は、フラッシュ水蒸気（flash steam）のような他の水蒸気代替物よりも高いエネルギー移動及び低い液体含有量を有するH2Oのガス形態を提供することができる。
CMP装置の様々な構成要素を迅速且つ効率的に洗浄することができる。水蒸気は、研磨システム内の表面から、研磨副産物、乾燥スラリ、デブリなどを溶解するか、又はさもなければ除去することにおいて、液体の水よりも効果的であり得る。これにより、基板上の欠陥を低減させることができる。
CMP装置の様々な構成要素を予熱することができる。研磨パッド全体、ひいては基板全体にわたる温度のばらつきを低減させることができ、これにより、ウエハ内不均一性（WIWNU）を低減させることができる。ある研磨動作にわたる温度のばらつきを低減させることができる。これにより、CMP工程中の研磨の予測可能性を改善することができる。ある研磨動作から別の研磨動作への温度のばらつきを低減させることができる。これにより、ウエハ間の均一性を改善することができる。
１以上の実施態様の詳細が、添付図面及び以下の説明で記述される。その他の態様、特徴、及び利点は、これらの説明及び図面から並びに特許請求の範囲から明らかになろう。
研磨装置の一実施例の概略平面図である。 例示的なキャリアヘッド水蒸気処理アセンブリの概略断面図である。 例示的な調整ヘッド水蒸気処理アセンブリの概略断面図である。 研磨装置の研磨ステーションの一実施例の概略断面図である。 化学機械研磨装置の例示的な研磨ステーションの概略上面図である。 例示的な水蒸気生成器の概略断面図である。 例示的な水蒸気生成器の概略断面上面図である。
化学機械研磨は、基板と、研磨液と、研磨パッドとの間の界面における機械的磨耗と化学的エッチングとの組み合わせによって動作する。研磨工程中、基板の表面と研磨パッドとの間の摩擦により、かなりの量の熱が生成される。加えて、幾つかの工程は、インシトゥ（in-situ）パッド調整ステップも含み、調整ディスク、例えば研磨ダイヤモンド粒子で被覆されたディスクが、回転する研磨パッドに押し付けられて、研磨パッドの表面を調整及び触感調節（texture）する。調整工程の摩耗によっても熱が生成され得る。例えば、２psiの公称ダウンフォース圧力及び８０００Å／分の除去速度を有する典型的な１分間の銅CMP工程では、ポリウレタン研磨パッドの表面温度が、摂氏約３０度上昇し得る。
一方、研磨パッドが以前の研磨動作によって加熱されていた場合、新しい基板が最初に下げられて研磨パッドに接触すると、それはより低い温度にあり、したがって、ヒートシンクとして作用し得る。同様に、研磨パッド上に分注されたスラリは、ヒートシンクとして作用し得る。全体として、これらの効果は、研磨パッドの温度の空間的及び時間的なばらつきをもたらす。
CMP工程における化学関連変数（例えば、関与する反応の開始及び速度）と機械関連変数（例えば、研磨パッドの表面摩擦係数及び粘弾性）とのうちの両方が、強く温度に依存する。その結果、研磨パッドの表面温度の変動が、除去速度、研磨均一性、浸食、ディッシング、及び残留物の変化をもたらし得る。研磨中に研磨パッドの表面の温度をより厳密に制御することによって、温度の変動を低減させることができ、例えば、ウエハ内の不均一性又はウエハ間の不均一性として測定されるような研磨性能を改善することができる。
更に、デブリ及びスラリは、CMP中にCMP装置の様々な構成要素上に蓄積する可能性がある。これらの研磨副産物が後に構成要素から外れると、基板を傷付けたり、又はさもなければ破損させたりしてしまい、研磨不良が増加する可能性がある。ウォータージェットが、CMP装置システムの様々な構成要素を洗浄するために使用されてきた。しかし、この作業を行うためには大量の水が必要である。
これらの問題のうちの１以上に対処することができる技法は、水蒸気、すなわち沸騰によって生成されるガス状H2Oを使用してCMP装置の様々な構成要素を洗浄及び／又は予熱することである。例えば水蒸気の潜熱のために、温水と同量のエネルギーを付与するために必要な水蒸気はより少なくて済むことがある。加えて、水蒸気を高速で噴霧して、構成要素を洗浄及び／又は予熱することができる。更に、水蒸気は、研磨副産物を溶解するか、又はそうでなければ除去することにおいて、液体の水よりも効果的であり得る。
図１は、１以上の基板を処理するための化学機械研磨装置２の平面図である。研磨装置２は、複数の研磨ステーション２０を少なくとも部分的に支持し且つ収容する研磨プラットフォーム４を含む。例えば、研磨装置は、４つの研磨ステーション２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、及び２０ｄを含み得る。各研磨ステーション２０は、キャリアヘッド７０内に保持された基板を研磨するようになっている。各ステーションの全ての構成要素が図１で示されているわけではない。
研磨装置２はまた、多数のキャリアヘッド７０も含み、各キャリアヘッドは、基板を搬送するように構成されている。研磨装置２はまた、キャリアヘッドから基板をロード及びアンロードするための移送ステーション６も含む。移送ステーション６は、移送ロボット９によるキャリアヘッド７０とファクトリインターフェース（図示せず）又は他のデバイス（図示せず）との間の基板の移送を容易にするようになっている複数のロードカップ８、例えば２つのロードカップ８ａ、８ｂを含み得る。ロードカップ８は、一般に、キャリアヘッド７０をロード及びアンロードすることによって、ロボット９とキャリアヘッド７０の各々との間の移送を容易にする。
移送ステーション６と研磨ステーション２０とを含む、研磨装置２のステーションは、プラットフォーム４の中心の周りで実質的に等しい角度間隔で配置され得る。これは必ずしも必要ではないが、研磨装置に良好な設置面積を提供することができる。
研磨動作では、１つのキャリアヘッド７０が各研磨ステーションに配置される。研磨ステーション２０で他の基板が研磨されている間に、研磨されていない基板を研磨された基板と交換するために、２つの追加のキャリアヘッドをロード及びアンロードステーション６内に配置することができる。
キャリアヘッド７０は、第１の研磨ステーション２０ａ、第２の研磨ステーション２０ｂ、第３の研磨ステーション２０ｃ、及び第４の研磨ステーション２０ｄの順に通過する経路に沿って、各キャリアヘッドを移動させることができる支持構造によって保持される。これにより、各キャリアヘッドを、研磨ステーション２０及びロードカップ８の上に選択的に配置することができる。
幾つかの実施態様では、各キャリアヘッド７０が、支持構造７２に取り付けられたキャリッジ７８に結合される。キャリッジ７８を支持構造７２、例えばトラックに沿って移動させることによって、キャリアヘッド７０を選択された研磨ステーション２０又はロードカップ８の上に配置することができる。代替的に、キャリアヘッド７０は、カルーセルから吊り下げられてよく、カルーセルの回転が、全てのキャリアヘッドを円形経路に沿って同時に移動させる。
研磨装置２の各研磨ステーション２０は、研磨液３８（図３Ａ参照）、例えば研磨スラリを研磨パッド３０上に分注するために、例えばスラリ供給アーム３９の端部にポートを含み得る。研磨装置２の各研磨ステーション２０はまた、研磨パッド３０を摩耗させて研磨パッド３０を一貫した研磨状態に維持するためのパッド調整器９３も含み得る。
図３Ａ及び図３Ｂは、化学機械研磨システムの研磨ステーション２０の一実施例を示している。研磨ステーション２０は、回転可能な円盤形状のプラテン２４を含み、研磨パッド３０はプラテン２４上にある。プラテン２４は、軸２５の周りで回転するように動作可能である（図３Ｂの矢印Ａ参照）。例えば、モータ２２が、駆動シャフト２８を回して、プラテン２４を回転させることができる。研磨パッド３０は、外側研磨層３４とより軟性のバッキング層３２とを有する、二層研磨パッドであってよい。
図１、図３Ａ、及び図３Ｂを参照すると、研磨ステーション２０は、研磨パッド３０上に研磨液３８、例えば研磨スラリを分注するために、例えばスラリ供給アーム３９の端部に供給ポートを含み得る。
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ために、調整器ディスク９２（図２Ｂ参照）を有するパッド調整器９０を含み得る。調整器ディスク９２は、アーム９４の端部にある調整器ヘッド９３内に配置され得る。アーム９４及び調整器ヘッド９３は、ベース９６によって支持されている。アーム９４は、研磨パッド３０を横切って調整器ヘッド９３及び調整器ディスク９２を掃引するように揺動し得る。洗浄カップ２５０は、アーム９４が調整器ヘッド９３を移動させることができる位置で、プラテン２４に隣接して位置付けられ得る。
キャリアヘッド７０は、研磨パッド３０に対して基板１０を保持するように動作可能である。キャリアヘッド７０が軸７１の周りで回転し得るように、キャリアヘッドは、支持構造７２（例えば、カルーセル又はトラック）から吊り下げられ、駆動シャフト７４によってキャリアヘッド回転モータ７６に連結される。任意選択的に、キャリアヘッド７０は、例えば、カルーセル上のスライダ上などで、トラックに沿った移動によって、又はカルーセル自体の回転振動によって、横方向に振動することができる。
キャリアヘッド７０は、基板１０の裏側に接触する基板装着面を有する可撓性膜８０と、基板１０上の種々のゾーン（例えば、種々の半径方向ゾーン）に異なる圧力を加えるための複数の加圧可能チャンバ８２とを含み得る。キャリアヘッド７０は、基板を保持するための保持リング８４を含み得る。幾つかの実施態様では、保持リング８４が、研磨パッドに接触する下側プラスチック部分８６と、より硬い材料、例えば金属の上側部分８８とを含み得る。
動作では、プラテンがその中心軸２５の周りで回転され、キャリアヘッドはその中心軸７１（図３Ｂの矢印Ｂ参照）の周りで回転され、研磨パッド３０の上面を横切って横方向（図３Ｂの矢印Ｃ参照）に平行移動される。
図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、キャリアヘッド７０が研磨パッド３０を横切って掃引するにつれて、キャリアヘッド７０の任意の露出表面が、スラリで覆われる傾向がある。例えば、スラリは、保持リング８４の外径又は内径表面に付着し得る。一般に、湿潤状態で維持されていない表面の場合、スラリは凝固及び／又は乾燥する傾向がある。その結果、粒子がキャリアヘッド７０上に形成され得る。これらの粒子が外れると、粒子は基板を引っ掻くことがあり、研磨欠陥を生じる。
更に、スラリはキャリアヘッド７０上で固まることがあり、又はスラリ中の水酸化ナトリウムがキャリアヘッド７０及び／又は基板１０のうちの一方の表面上で結晶化し、キャリアヘッド７０の表面を腐食させることがある。固化したスラリは除去するのが困難であり、結晶化した水酸化ナトリウムは溶液に戻すのが困難である。
同様の問題が調整器ヘッド９３で生じ、例えば、粒子が調整器ヘッド９３上に形成されたり、スラリが調整器ヘッド９３上で固まったり、スラリ中の水酸化ナトリウムが調整器ヘッド９３の表面の１つで結晶化したりする。
１つの解決策は、液体ウォータージェットで、構成要素、例えばキャリアヘッド７０及び調整器ヘッド９３を洗浄することである。しかし、構成要素は、ウォータージェット単独で洗浄することが困難であり得、かなりの水量が必要となり得る。更に、研磨パッド３０と接触する構成要素、例えば、キャリアヘッド７０、基板１０、及び調整器ディスク９２は、研磨パッド温度の均一性を妨げるヒートシンクとして作用し得る。
これらの問題に対処するために、図２Ａで示されているように、研磨装置２は、１以上のキャリアヘッド水蒸気処理アセンブリ２００を含む。各水蒸気処理アセンブリ２００は、キャリアヘッド７０及び基板１０の洗浄及び／又は予熱に使用され得る。
水蒸気処理アセンブリ２００は、ロードカップ８の部分、例えばロードカップ８ａ又は８ｂの部分であってよい。代替的に又は追加的に、水蒸気処理アセンブリ２００は、隣接する研磨ステーション２０の間に位置付けられた１以上のプラテン間ステーション９に設けられてよい。
ロードカップ８は、ロード／アンロード工程中に基板１０を保持するためのペデスタル２０４を含む。ロードカップ８はまた、ペデスタル２０４を取り囲む又は実質的に取り囲むハウジング２０６も含む。複数のノズル２２５が、ハウジング２０６によって画定されたキャビティ２０８内に配置されたキャリアヘッド及び／又は基板に水蒸気２４５を供給するために、ハウジング２０６或いは別個の支持体によって支持される。例えば、ノズル２２５は、ハウジング２０６の１以上の内面上、例えば、床２０６ａ及び／又は側壁２０６ｂ及び／又はキャビティの天井に配置されてよい。ノズル２２５は、水蒸気をキャビティ２０６の中に内向きに導くように方向付けられ得る。水蒸気２４５は、水蒸気生成器４１０、例えば後述する水蒸気生成器を使用して生成され得る。排水管２３５は、過剰な水、洗浄溶液、及び洗浄副産物を通過させてよく、ロードカップ８内の蓄積を防止することができる。
アクチュエータは、ハウジング２０６とキャリアヘッド７０との間の相対的な垂直運動を提供する。例えば、シャフト２１０は、ハウジング２０６を支持してよく、ハウジング２０６を上げ下げするために垂直方向に作動可能である。代替的に、キャリアヘッド７０は、垂直方向に移動することができる。ペデスタル２０４は、シャフト２１０と同軸上にあり得る。ペデスタル２０４は、ハウジング２０６に対して垂直方向に移動可能であり得る。
動作では、キャリアヘッド７０が、ロードカップ８の上に配置されてよく、ハウジング２０６は、キャリアヘッド７０が部分的にキャビティ２０８内にあるように上昇（又はキャリアヘッド７０が下降）する。基板１０は、ペデスタル２０４上で始まり、キャリアヘッド７０上にチャックされてよく、及び／又は、キャリアヘッド７０上で始まり、ペデスタル２０４上にデチャックされてよい。
水蒸気は、ノズル２２５を通して導かれ、基板１０及び／又はキャリアヘッド７０の１以上の表面を洗浄及び／又は予熱する。例えば、キャリアヘッド７０の外面、保持リング８４の外面８４ａ、及び／又は保持リング８４の下面８４ｂに水蒸気を導くように、ノズルの１以上を配置することができる。キャリアヘッド７０によって保持されている基板１０の前面、すなわち研磨されるべき表面に、又は基板１０がキャリアヘッド７０上に支持されていない場合には膜８０の下面に水蒸気を導くように、ノズルの１以上を配置することができる。ペデスタル２０４上に配置された基板１０の前面に上向きに水蒸気を導くように、１以上のノズルをペデスタル２０４の下方に配置することができる。ペデスタル２０４上に配置された基板１０の裏面に下向きに水蒸気を導くように、１以上のノズルをペデスタル２０４の上方に配置することができる。ノズル２２５がキャリアヘッド７０及び／又は基板１０の種々のエリアを処理できるように、キャリアヘッド７０は、ロードカップ８内で回転すること及び／又はロードカップ８に対して垂直方向に移動することができる。キャリアヘッド７０の内面、例えば、膜８０の下面又は保持リング８４の内面を水蒸気処理できるように、基板１０をペデスタル２０４上に載置することができる。
水蒸気は、水蒸気源から供給ライン２３０を通してハウジング２０６を通してノズル２２５に循環される。ノズル２２５は、水蒸気２４５を噴霧して、各研磨動作後にキャリアヘッド７０及び基板１０上に残った有機残留物、副産物、デブリ、及びスラリ粒子を除去することができる。ノズル２２５は、水蒸気２４５を噴霧して、基板１０及び／又はキャリアヘッド７０を加熱することができる。
プラテン間ステーション９を同様に構築し動作させることができるが、基板支持ペデスタルを有する必要は必ずしもない。
ノズル２２５によって供給される水蒸気２４５は、キャリアヘッド７０及び基板１０の洗浄及び予熱を変化させるために、調節可能な温度、圧力、及び流量を有することができる。幾つかの実施態様では、温度、圧力、及び／又は流量が、各ノズルについて又はノズルの群の間で独立して調整可能であり得る。
例えば、水蒸気２４５の温度は、水蒸気２４５が生成されるときに（例えば、図４Ａの水蒸気生成器４１０内で）、９０～２００℃であり得る。水蒸気２４５が、ノズル２２５によって分注されるときに、例えば、移動における熱損失により、水蒸気２４５の温度は、９０から１５０℃の間であってよい。幾つかの実施態様では、水蒸気が、７０～１００℃、例えば８０～９０℃の温度でノズル２２５によって供給される。幾つかの実施態様では、ノズルによって供給される水蒸気が、過熱される、すなわち沸点を超える温度にある。
水蒸気２４５の流量は、ヒータの出力及び圧力に応じて、水蒸気２４５がノズル２２５によって供給されるときに、１～１０００cc／分であってよい。幾つかの実施態様では、水蒸気が、他のガスと混合され、例えば、通常の雰囲気又はN2と混合される。代替的に、ノズル２２５によって供給される流体は、実質的に純粋な水である。幾つかの実施態様では、ノズル２２５によって供給される水蒸気２４５が、液体の水、例えばエアロゾル化水（aerosolized water）と混合される。例えば、液体の水と水蒸気とは、１：１から１：１０の相対流量比で（例えばsccmの流量で）組み合わされてよい。しかし、液体の水の量が少ない、例えば５重量％未満、例えば３重量％未満、例えば１重量％未満である場合、水蒸気は優れた熱伝達特性を有することになる。したがって、幾つかの実施態様では、水蒸気が乾燥した水蒸気であり、すなわち水滴を実質的に含まない。
熱による膜の劣化を回避するために、水を水蒸気２４５と混合して、例えば、約４０～５０℃くらいまで温度を下げることができる。水蒸気２４５の温度は、冷却された水を水蒸気２４５の中に混合するか、又は同じ若しくは実質的に同じ温度の水を水蒸気２４５の中に混合することによって低減され得る（というのも、液体の水はガス状の水よりも少ないエネルギーを伝達するので）。
幾つかの実施態様では、温度センサ２１４を水蒸気処理アセンブリ２００内に又はそれに隣接して設置して、キャリアヘッド７０及び／又は基板１０の温度を検出することができる。センサ２１４からの信号は、コントローラ１２によって受信されて、キャリアヘッド７０及び／又は基板１０の温度をモニタすることができる。コントローラ１２は、温度センサ２１４からの温度測定値に基づいて、アセンブリ１００による水蒸気の供給を制御することができる。例えば、コントローラは、目標温度値を受け取ることができる。コントローラ１２が、温度測定値が目標温度値を超えたことを検出した場合、コントローラ１２は水蒸気の流れを停止する。別の一実施例として、コントローラ１２は、水蒸気の供給流量を低減させることができ、及び／又は水蒸気の温度を低減させることができ、例えば、洗浄及び／又は予熱中に構成要素の過熱を防止することができる。
幾つかの実施態様では、コントローラ１２がタイマーを含む。この場合、コントローラ１２は、水蒸気の供給を開始するときに開始してよく、タイマーが切れると水蒸気の供給を停止することができる。タイマーは、洗浄及び／又は予熱中にキャリアヘッド７０及び基板１０の所望の温度を実現するために、経験的試験に基づいて設定され得る。
図２Ｂは、ハウジング２５５を含む、調整器水蒸気処理アセンブリ２５０を示している。ハウジング２５５は、調整器ディスク９２及び調整器ヘッド９３を受け入れるための「カップ」の形態を採り得る。水蒸気は、ハウジング２５５内の供給ライン２８０を通して１以上のノズル２７５に循環される。ノズル２７５は、水蒸気２９５を噴霧して、各調整動作後に調整器ディスク９２及び／又は調整器ヘッド９３上に残された研磨副産物、例えば、デブリ又はスラリ粒子を除去することができる。ノズル２７５は、ハウジング２５５内に、例えば、ハウジング２５５の内部の床、側壁、又は天井に位置付けられ得る。パッド調整器ディスクの下面、並びに／又は調整器ヘッド９３の下面、側壁、及び／若しくは上面を洗浄するために、１以上のノズルを配置することができる。水蒸気生成器４１０を使用して、水蒸気２９５が生成され得る。排水管２８５は、過剰な水、洗浄溶液、及び洗浄副産物を通過させてよく、ハウジング２５５内の蓄積を防止することができる。
調整器ヘッド９３及び調整器ディスク９２は、水蒸気処理されるハウジング２５５の中に少なくとも部分的に下降させることができる。調整器ディスク９２が動作に戻されるときに、調整器ヘッド９３及び調整ディスク９２は、ハウジング２５５から持ち上げられ、研磨パッド３０上に配置されて、研磨パッド３０を調整する。調整動作が完了したときに、調整器ヘッド９３及び調整ディスク９２は、研磨パッドから持ち上げられ、調整器ヘッド９３及び調整器ディスク９２上の研磨副産物を除去するためのハウジングカップ２５５に振り戻される。幾つかの実施態様では、ハウジング２５５が、垂直方向に作動可能であり、例えば、垂直な駆動シャフト２６０に取り付けられている。
ハウジング２５５は、パッド調整器ディスク９２及び調整器ヘッド９３を受け入れるように配置される。ノズル２７５が、調整器ディスク９２及び調整器ヘッド９３の様々な表面を水蒸気処理することを可能にするために、調整器ディスク９２及び調整器ヘッド９３は、ハウジング２５５内で回転可能であり、及び／又はハウジング２５５内で垂直方向に移動可能である。
ノズル２７５によって供給される水蒸気２９５は、調整可能な温度、圧力、及び／又は流量を有し得る。幾つかの実施態様では、温度、圧力、及び／又は流量が、各ノズルについて又はノズルの群の間で独立して調整可能であり得る。これにより、調整器ディスク９２又は調整器ヘッド９３の洗浄のバリエーションが可能になり、したがって、洗浄がより効果的になる。
例えば、水蒸気２９５の温度は、水蒸気２９５が生成されるときに（例えば、図４Ａの水蒸気生成器４１０内で）、９０～２００℃であり得る。水蒸気２９５が、ノズル２７５によって分注されるときに、例えば、移動における熱損失により、水蒸気２９５の温度は、９０から１５０℃の間であってよい。幾つかの実施態様では、水蒸気が、７０～１００℃、例えば８０～９０℃の温度でノズル２７５によって供給され得る。幾つかの実施態様では、ノズルによって供給される水蒸気が、過熱される、すなわち沸点を超える温度にある。
水蒸気２９５の流量は、水蒸気２９５がノズル２７５によって供給されるときに、１～１０００cc／分であってよい。幾つかの実施態様では、水蒸気が、他のガスと混合され、例えば、通常の雰囲気又はN2と混合される。代替的に、ノズル２７５によって供給される流体は、実質的に純粋な水である。幾つかの実施態様では、ノズル２７５によって供給される水蒸気２９５が、液体の水、例えばエアロゾル化水（aerosolized water）と混合される。例えば、液体の水と水蒸気とは、１：１から１：１０の相対流量比で（例えばsccmの流量で）組み合わされてよい。しかし、液体の水の量が少ない、例えば５重量％未満、例えば３重量％未満、例えば１重量％未満である場合、水蒸気は優れた熱伝達特性を有することになる。したがって、幾つかの実施態様では、水蒸気が乾燥した水蒸気であり、すなわち水滴を実質的に含まない。
幾つかの実施態様では、温度センサ２６４をハウジング２５５内に又はそれに隣接して設置してよく、調整器ヘッド９３及び／又は調整器ディスク９２の温度を検出することができる。温度センサ２６４からの信号は、コントローラ１２によって受信され、調整器ヘッド９３又は調整器ディスク９２の温度をモニタして、パッド調整器ディスク９２の温度を検出することができる。コントローラ１２は、温度センサ２６４からの温度測定値に基づいて、アセンブリ２５０による水蒸気の供給を制御することができる。例えば、コントローラは、目標温度値を受け取ることができる。コントローラ１２が、温度測定値が目標温度値を超えたことを検出した場合、コントローラ１２は水蒸気の流れを停止する。別の一実施例として、コントローラ１２は、水蒸気の供給流量を低減させることができ、及び／又は水蒸気の温度を低減させることができ、例えば、洗浄及び／又は予熱中に構成要素の過熱を防止することができる。
幾つかの実施態様では、コントローラ１２がタイマーを含む。この場合、コントローラ１２は、水蒸気の供給を開始するときに開始してよく、タイマーが切れると水蒸気の供給を停止することができる。タイマーは、洗浄及び／又は予熱中に調整器ディスク９２の所望の温度を実現するために、経験的試験に基づいて設定されてよく、例えば、過熱を防止することができる。
図３Ａを参照すると、幾つかの実施態様では、研磨ステーション２０が、研磨ステーション内の、又は研磨ステーションの／研磨ステーション内の構成要素内の温度、例えば、研磨パッド３０及び／又は研磨パッド上のスラリ３８の温度をモニタするための温度センサ６４を含む。例えば、温度センサ６４は、赤外線（IR）センサであって、研磨パッド３０の上方に配置され、研磨パッド３０及び／又は研磨パッド上のスラリ３８の温度を測定するように構成された赤外線（IR）センサ（例えば、IRカメラ）であってよい。特に、温度センサ６４は、半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得る。例えば、IRカメラは、研磨パッド３０の半径に及ぶ視野を有することができる。
幾つかの実施態様では、温度センサが、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上又はプラテン２４内に配置された熱電対又はIR温度計であってよい。更に、温度センサ６４は、研磨パッドと直接接触してもよい。
幾つかの実施態様では、研磨パッド３０の半径に沿った複数のポイントで温度を提供するために、研磨パッド３０を横断する種々の半径方向位置に複数の温度センサを間隔を空けて配置することができる。この技法は、IRカメラと代替的に又は追加的に使用することができる。
研磨パッド３０の及び／又はパッド３０上のスラリ３８の温度をモニタするために配置されるように図３Ａでは示されているが、温度センサ６４は、基板１０の温度を測定するために、キャリアヘッド７０の内側に配置されてもよい。温度センサ６４は、基板１０の半導体ウエハと直接接触（すなわち、接触するセンサ）することができる。幾つかの実施態様では、例えば、研磨ステーションの／研磨ステーション内の種々の構成要素の温度を測定するために、複数の温度センサが、研磨ステーション２２内に含まれる。
研磨システム２０はまた、研磨パッド３０及び／又は研磨パッド上のスラリ３８の温度を制御するための温度制御システム１００も含む。温度制御システム１００は、冷却システム１０２及び／又は加熱システム１０４を含んでよい。冷却システム１０２及び加熱システム１０４のうちの少なくとも１つ、並びに幾つかの実施態様では両方ともが、研磨パッド３０の研磨面３６上に（又は研磨パッド上に既に存在する研磨液上に）、温度制御媒体（例えば、液体、蒸気、又は霧）を供給することによって動作する。
冷却システム１０２では、冷却媒体が、ガス（例えば空気）又は液体（例えば水）であってよい。媒体は、室温であってよく、又は室温未満（例えば、摂氏５～１５度）に冷やされ得る。幾つかの実施態様では、冷却システム１０２が、空気と液体との霧（例えば、水などの液体のエアロゾル化された霧）を使用する。特に、冷却システムは、室温未満に冷やされる水のエアロゾル化された霧を生成するノズルを有することができる。幾つかの実施態様では、固体材料をガス及び／又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）、又は水内で溶解されたときに（例えば化学反応によって）熱を吸収する材料であってよい。
冷却媒体は、クーラント供給アーム内の１以上の開孔（例えば、任意選択的にノズル内に形成された孔又はスロット）を貫通して流れることによって供給され得る。開孔は、クーラントの供給源に連結されたマニホールドによって設けられ得る。
図３Ａ及び図３Ｂで示されているように、例示的な冷却システム１０２は、研磨パッドの縁部から研磨パッド３０の中心に又はその中心の近くに（例えば、研磨パッドの全半径の５％以内に）、プラテン２４及び研磨パッド３０の上で延在するアーム１１０を含む。アーム１１０は、ベース１１２によって支持されてよく、ベース１１２は、プラテン２４と同じフレーム４０上に支持されてよい。ベース１１２は、１以上のアクチュエータ、例えば、アーム１１０を上昇させ若しくは下降させるリニアアクチュエータ、及び／又は、プラテン２４の上でアーム１１０を側方に揺動させる回転アクチュエータを含んでよい。アーム１１０は、研磨ヘッド７０、パッド調整ディスク９２、及びスラリ分注アーム３９などの他のハードウェア構成要素との衝突を回避するように配置される。
例示的な冷却システム１０２は、アーム１１０から吊り下げられた複数のノズル１２０を含む。各ノズル１２０は、液体冷却媒体（例えば水）を研磨パッド３０上に噴霧するように構成される。アーム１１０は、ノズル１２０が間隙１２６によって研磨パッド３０から分離されるように、ベース１１２によって支持され得る。
各ノズル１２０は、霧１２２内のエアロゾル化された水を研磨パッド３０に導くように構成され得る。冷却システム１０２は、液体冷却媒体の供給源１３０と、ガス源１３２（図３Ｂ参照）とを含み得る。供給源１３０からの液体及び供給源１３２からのガスは、霧１２２を生成するためにノズル１２０を通して導かれる前に、例えばアーム１１０内又はアーム１１０上の混合チャンバ１３４（図３Ａ参照）内で混合され得る。
幾つかの実施態様では、プロセスパラメータ、例えば、流量、圧力、温度、及び／又は液体とガスとの混合比を、各ノズルについて独立して制御することができる。例えば、各ノズル１２０用のクーラントは、独立して制御可能な冷却器を通って流れて、霧の温度を独立して制御することができる。別の一実施例として、ガス用と液体用の別々のポンプの組を各ノズルに連結して、流量、圧力、及びガスと液体との混合比を、各ノズルについて独立して制御することができる。
様々なノズルは、研磨パッド３０上の種々の半径方向ゾーン１２４上に噴霧することができる。隣接する半径方向ゾーン１２４は、オーバーラップしてよい。幾つかの実施態様では、ノズル１２０が、細長い領域１２８に沿って研磨パッド３０に衝突する霧を生成する。例えば、ノズルは、概して平面的な三角形の空間内に霧を生成するように構成され得る。
細長い領域１２８のうちの１以上、例えば細長い領域１２８の全ては、領域１２８を通って延びる半径に平行な長手軸を有し得る（領域１２８ａ参照）。代替的に、ノズル１２０は、円錐状の霧を生成する。
図１は、霧自体がオーバーラップしている状態を示しているが、ノズル１２０は、細長い領域がオーバーラップしないように配向されてよい。例えば、少なくとも一部のノズル１２０、例えば全てのノズル１２０は、細長い領域１２８が、細長い領域を通過する半径に対して斜角となるように配向されてよい（１２８ｂ参照）。
少なくとも一部のノズル１２０は、そのノズルからの噴霧（矢印Ａ参照）の中心軸が、研磨面３６に対して斜角となるように配向されてよい。特に、霧１２２は、プラテン２４の回転によって生じる衝突の領域内で、研磨パッド３０の移動の方向とは反対側の方向の水平成分を有するように（矢印Ａ参照）、ノズル１２０から導かれ得る。
図３Ａ及び図３Ｂは、ノズル１２０を均一な間隔で配置されたものとして示しているが、これは必ずしも必要ではない。ノズル１２０は、半径方向に若しくは角度的にのいずれかで又はそれらの両方で不均一に分散されてよい。例えば、ノズル１２０は、研磨パッド３０の縁部に向けて半径方向に沿って、より密にクラスタ化することができる。加えて、図３Ａ及び図３Ｂは、９つのノズルを示しているが、より多数の又はより少ない数のノズル、例えば、３つから２０個のノズルが存在してもよい。
加熱システム１０４では、加熱媒体が、ガス、例えば、水蒸気（例えば、水蒸気生成器４１０からの、図４Ａ参照）、若しくは加熱空気、若しくは液体、例えば、加熱水、又はガスと液体との組み合わせであってよい。媒体は、室温よりも上（例えば、摂氏４０～１２０度、例えば、摂氏９０～１１０度）である。媒体は、水（実質的に純粋な脱イオン水、又は添加物若しくは化学物質を含む水）であってよい。幾つかの実施態様では、加熱システム１０４が、水蒸気の噴霧を使用する。水蒸気は、添加物又は化学物質を含み得る。
加熱媒体は、加熱供給アーム上の開孔（例えば、１以上のノズルによって設けられる例えば孔又はスロット）を通って流れることによって供給され得る。開孔は、加熱媒体の供給源に連結されたマニホールドによって設けられ得る。
例示的な加熱システム１０４は、研磨パッドの縁部から研磨パッド３０の中心に又はその中心の近くに（例えば、研磨パッドの全半径の５％以内に）、プラテン２４及び研磨パッド３０の上で延在するアーム１４０を含む。アーム１４０は、ベース１４２によって支持されてよく、ベース１４２は、プラテン２４と同じフレーム４０上に支持されてよい。ベース１４２は、１以上のアクチュエータ、例えば、アーム１４０を上昇させ若しくは下降させるリニアアクチュエータ、及び／又は、プラテン２４の上でアーム１４０を側方に揺動させる回転アクチュエータを含んでよい。アーム１４０は、研磨ヘッド７０、パッド調整ディスク９２、及びスラリ分注アーム３９などの他のハードウェア構成要素との衝突を回避するように配置される。
プラテン２４の回転方向に沿って、加熱システム１０４のアーム１４０を、冷却システム１０２のアーム１１０とキャリアヘッド７０との間に配置することができる。プラテン２４の回転方向に沿って、加熱システム１０４のアーム１４０は、冷却システム１０２のアーム１１０とスラリ供給アーム３９との間に配置することができる。例えば、冷却システム１０２のアーム１１０、加熱システム１０４のアーム１４０、スラリ供給アーム３９、及びキャリアヘッド７０は、プラテン２４の回転方向に沿った順序で配置することができる。
アーム１４０の下面内には複数の開口部１４４が形成される。各開口部１４４は、ガス又は蒸気（vapor）、例えば水蒸気（steam）を研磨パッド３０上に導くように構成される。アーム１４０は、開口部１４４が間隙によって研磨パッド３０から分離されるように、ベース１４２によって支持されてよい。間隙は、０．５～５mmであってよい。特に、間隙は、流体が研磨パッドに到達する前に、加熱流体の熱が著しく消散しないように選択されてよい。例えば、開口部から放出された水蒸気が研磨パッドに到達する前に凝縮しないように、間隙を選択することができる。
加熱システム１０４は、水蒸気の供給源１４８、例えば水蒸気生成器４１０（図４Ａ参照）を含むことができ、これは、配管によってアーム１４０に接続することができる。各開口部１４４は、水蒸気を研磨パッド３０に導くように構成されてよい。
幾つかの実施態様では、プロセスパラメータ、例えば、流量、圧力、温度、及び／又は液体とガスとの混合比を、各ノズルについて独立して制御することができる。例えば、各開口部１４４用の流体は、独立して制御可能なヒータを通って流れて、加熱流体の温度、例えば水蒸気の温度を独立して制御することができる。
様々な開口部１４４は、研磨パッド３０上の異なる半径方向ゾーン上に水蒸気を導くことができる。隣接する半径方向ゾーンは、オーバーラップし得る。任意選択的に、開口部１４４の一部は、その開口部からの噴霧の中心軸が、研磨面３６に対して斜角となるように配向されてよい。水蒸気は、プラテン２４の回転によって生じる衝突の領域内で、研磨パッド３０の移動の方向とは反対側の方向の水平成分を有するように、開口部１４４のうちの１以上から導かれ得る。
図３Ｂは、開口部１４４が均一な間隔を空けて配置されるように示しているが、これは必ずしも必要ではない。ノズル１２０は、半径方向に若しくは角度的にのいずれかで又はそれらの両方で不均一に分散されてよい。例えば、開口部１４４は、研磨パッド３０の中心に向けて、より密にクラスタ化することができる。別の一実施例として、開口部１４４は、研磨液３８がスラリ供給アーム３９によって研磨パッド３０に供給される半径に対応する半径において、より密にクラスタ化することができる。更に、図３Ｂは、９つの開口部を示しているが、より多くの又はより少ない数の開口部が存在してもよい。
研磨システム２０はまた、高圧リンスシステム１０６も含み得る。高圧リンスシステム１０６は、パッド３０を洗浄し、使用済みスラリや研磨屑などを除去するために、洗浄流体、例えば水を研磨パッド３０上に高強度で導く複数のノズル１５４（例えば、３から２０個のノズル）を含む。
図３Ｂで示されているように、例示的なリンスシステム１０６は、研磨パッドの縁部から研磨パッド３０の中心に又はその中心の近くに（例えば、研磨パッドの全半径の５％以内に）、プラテン２４及び研磨パッド３０の上で延在するアーム１５０を含む。アーム１５０は、ベース１５２によって支持されてよく、ベース１５２は、プラテン２４と同じフレーム４０上に支持されてよい。ベース１５２は、１以上のアクチュエータ、例えば、アーム１５０を上昇させ若しくは下降させるリニアアクチュエータ、及び／又は、プラテン２４の上でアーム１５０を側方に揺動させる回転アクチュエータを含んでよい。アーム１５０は、研磨ヘッド７０、パッド調整ディスク９２、及びスラリ分注アーム３９などの他のハードウェア構成要素との衝突を回避するように配置される。
プラテン２４の回転方向に沿って、リンスシステム１０６のアーム１５０は、冷却システム１０２のアーム１１０と加熱システム１０４のアーム１４０との間にあってよい。例えば、冷却システム１０２のアーム１１０、リンスシステム１０６のアーム１５０、加熱システム１０４のアーム１４０、スラリ供給アーム３９、及びキャリアヘッド７０は、プラテン２４の回転方向に沿った順序で配置することができる。代替的に、プラテン２４の回転方向に沿って、冷却システム１０２のアーム１１０は、リンスシステム１０６のアーム１５０と加熱システム１０４のアーム１４０との間にあってよい。例えば、リンスシステム１０６のアーム１５０、冷却システム１０２のアーム１１０、加熱システム１０４のアーム１４０、スラリ供給アーム３９、及びキャリアヘッド７０は、プラテン２４の回転方向に沿った順序で配置することができる。
図３Ｂは、開口部１５４が均一な間隔で配置されるように示しているが、これは必ずしも必要ではない。加えて、図３Ａ及び図３Ｂは、９つのノズルを示しているが、より多数の又はより少ない数のノズル、例えば、３つから２０個のノズルが存在してもよい。
研磨システム２はまた、様々な構成要素、例えば温度制御システム１００の動作を制御するためのコントローラ１２も含んでよい。コントローラ１２は、研磨パッドの各半径方向ゾーンについて温度センサ６４から温度測定値を受け取るように構成されている。コントローラ１２は、測定された温度プロファイルを所望の温度プロファイルと比較し、各ノズル又は開口部についての制御機構（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、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１２によって計算されて、研磨パッド及び／又はスラリが所望の温度プロファイルに達する（又は少なくともそれに近づく）ように、制御機構に冷却又は加熱の量を調整させる。
幾つかの実施態様では、研磨システム２０が、研磨パッド３０を横切って研磨液３８を均一に分散させるために、ワイパーブレード又は本体１７０を含む。プラテン２４の回転方向に沿って、ワイパーブレード１７０は、スラリ供給アーム３９とキャリアヘッド７０との間にあってよい。
図３Ｂは、各サブシステム、例えば、加熱システム１０４、冷却システム１０２、及びリンスシステム１０６のための別個のアームを示しており、様々なサブシステムを、共通のアームによって支持された単一のアセンブリ内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、リンスモジュール、加熱モジュール、スラリ供給モジュール、及び任意選択的なワイパーモジュールを含んでよい。各モジュールは、共通の取り付けプレートに固定することができる本体、例えば弓形の本体を含むことができ、共通の取り付けプレートをアームの端部に固定して、アセンブリが研磨パッド３０の上に配置されるようにすることができる。様々な流体供給構成要素、例えば管類や通路などは、各本体の内側で延在してよい。幾つかの実施態様では、モジュールが、取り付けプレートから個別に取り外し可能である。各モジュールは、上述した関連するシステムのアームの機能を実行するための同様の構成要素を有することができる。
図４Ａを参照すると、本明細書で説明されるプロセス、又は化学機械研磨システムにおける他の用途向けの水蒸気は、水蒸気生成器４１０を使用して生成され得る。例示的な水蒸気生成器４１０は、内部空間４２５を囲うキャニスタ４２０を含み得る。キャニスタ４２０の壁は、非常に低レベルのミネラル汚染物質を有する断熱材料、例えば石英で作製され得る。代替的に、キャニスタの壁は、別の材料で形成されてもよく、例えば、キャニスタの内面は、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）又は別のプラスチックでコーティングされてもよい。幾つかの実施態様では、キャニスタ４２０が、長さ１０～２０インチ、及び幅１～５インチであってよい。
図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、幾つかの実施形態では、キャニスタ４２０の内部空間４２５が、バリア４２６によって下側チャンバ４２２と上側チャンバ４２４とに分割されている。バリア４２６は、キャニスタの壁と同じ材料、例えば、石英、ステンレス鋼、アルミニウム、又はアルミナなどのセラミックで作製され得る。石英は、汚染の危険性がより低いという点で優れている可能性がある。バリア４２６は、沸騰水によって飛散した水滴を遮断することによって、液体水４４０が上側チャンバ４２４に入ることを実質的に防止することができる。これにより、乾燥水蒸気が上側チャンバ４２４内に蓄積される。
バリア４２６は、１以上の開口４２８を含む。開口４２８は、水蒸気が下側チャンバ４２２から上側チャンバ４２４の中に移ることを可能にする。開口４２８、特にバリア４２６の縁部付近の開口４２８は、上側チャンバ４２４の壁上の凝縮水が下側チャンバ４２２の中に滴下することを可能にして、上側チャンバ４２４内の液体含有量を低減させ、その液体が水４４０と共に再加熱されることを可能にする。
開口４２８は、バリア４２６がキャニスタ４２０の内壁と出会うバリア４２６の縁部、例えば縁部のみに位置付けられ得る。開口４２８は、例えば、バリア４２６の縁部とバリア４２６の中心との間の、バリア４２６の縁部の近くに位置付けられ得る。この構成は、バリア４２６が中央に開口を有しておらず、したがって、上側チャンバ４２４の側壁上の凝縮水が上側チャンバから流出することを依然として可能にする一方で、液体水滴が上側チャンバに入る危険性を低減させるという点で有利であり得る。
しかし、幾つかの実施態様では、開口がまた、縁部から離れて、例えばバリア４２６の幅全体にわたり、例えばバリア４２６のエリア全体にわたり均一に間隔を空けて配置される。
図４Ａを参照すると、水入口４３２は、水リザーバ４３４をキャニスタ４２０の下側チャンバ４２２に接続することができる。水入口４３２は、下側チャンバ４２２に水４４０を提供するために、キャニスタ４２０の下端又はその近傍に配置され得る。
１以上の加熱要素４３０は、キャニスタ４２０の下側チャンバ４２２の一部分を取り囲むことができる。加熱要素４３０は、例えば、キャニスタ４２０の外周に巻き付けられた加熱コイル、例えば抵抗加熱器であってよい。加熱要素はまた、キャニスタの側壁の材料上の薄膜コーティングによって提供することもでき、電流が印加された場合、この薄膜コーティングは、加熱要素として働き得る。
加熱要素４３０はまた、キャニスタ４２０の下側チャンバ４２２内に位置付けられてもよい。例えば、加熱要素は、加熱要素からの汚染物質、例えば金属汚染物質が水蒸気の中に移動するのを防止し得る材料でコーティングされ得る。
加熱要素４３０は、最低水位４４３ａまでキャニスタ４２０の下部分に熱を加えることができる。すなわち、加熱要素４３０は、過熱を防止し、不必要なエネルギー消費を低減させるために、最低水位４４３ａよりも下方のキャニスタ４２０の部分をカバーすることができる。
水蒸気出口４３６は、上側チャンバ４２４を水蒸気供給通路４３８に接続することができる。水蒸気供給通路４３８は、キャニスタ４２０の上端又は上端付近、例えばキャニスタ４２０の天井に位置付けられ得る。それによって、水蒸気は、キャニスタ４２０から水蒸気供給通路４３８の中に、及びCMP装置の様々な構成要素に移ることが可能になる。水蒸気供給通路４３８を使用して、例えば、キャリアヘッド７０、基板１０、及びパッド調整器ディスク９２の水蒸気洗浄や予熱のために、化学機械研磨装置の様々なエリアに向けて、水蒸気を流し込むことができる。
図４Ａを参照すると、幾つかの実施形態では、水蒸気４４６内の汚染物質を低減させるように構成されたフィルタ４７０が、水蒸気出口４３８に結合されている。フィルタ４７０は、イオン交換フィルタであってよい。
水４４０は、水リザーバ４３４から水入口４３２を通って下側チャンバ４２２の中に流れることができる。水４４０は、少なくとも、加熱要素４３０の上方且つバリア４２６の下方にある水位４４２まで、キャニスタ４２０を満たすことができる。水４４０が加熱されると、ガス媒体４４６が生成され、バリア４２６の開口４２８を通って上昇する。開口４２８は、水蒸気が上昇することを可能にし、同時に、凝縮水が下降することを可能にし、その結果、水が実質的に液体を含まない（例えば、水蒸気中に懸濁された液体水滴を有さない）水蒸気であるガス媒体４４６をもたらす。
幾つかの実施形態では、水位が、バイパス管４４４内の水位４４２を測定する水位センサ４６０を用いて特定される。バイパス管は、キャニスタ４２０と平行に水リザーバ４３４を水蒸気供給通路４３８に接続する。水位センサ４６０は、水位４４２がバイパス管４４４内の、したがってキャニスタ４２０内のどこにあるかを示すことができる。例えば、水位センサ４４４及びキャニスタ４２０は、等しく圧力を受ける（例えば、両方とも同じ水リザーバ４３４から水を受け取り、両方とも上部で同じ圧力を有する、例えば、両方とも水蒸気供給通路４３８に接続している）。したがって、水位４４２は、水位センサとキャニスタ４２０との間で同じである。幾つかの実施形態において、水位センサ４４４内の水位４４２は、それ以外の方法でキャニスタ４２０内の水位４４２を示すことができる。例えば、水位センサ４４４内の水位４４２は、キャニスタ４２０内の水位４４２を示すようにスケーリングされる。
動作では、キャニスタ内の水位４４２が、最低水位４４３ａの上方且つ最高水位４４３ｂの下方にある。最低水位４４３ａは、少なくとも加熱要素４３０の上方にあり、最高水位４４３ｂは、水蒸気出口４３６及びバリア４２６の十分に下方にある。それによって、ガス媒体４４６、例えば水蒸気は、キャニスタ４２０の上端付近に蓄積し、依然として液体水を実質的に含まないようにするのに十分な空間が提供される。
幾つかの実施形態では、コントローラ１２が、水入口４３２を通る流体の流量を制御するバルブ４８０、水蒸気出口４３６を通る流体の流量を制御するバルブ４８２、及び／又は水位センサ４６０に結合されている。水位センサ４６０を使用して、コントローラ１２は、キャニスタ４２０に入る水４４０の流量を調節し、キャニスタ４２０を出るガス４４６の流量を調節して、最低水位４４３ａの上方（及び加熱要素４３０の上方）且つ最高水位４４３ｂの下方（及び、バリア４２６が存在する場合には、バリア４２６の下方）に水位４４２を維持するように構成されている。コントローラ１２はまた、キャニスタ４２０内の水４４０に供給される熱量を制御するために、加熱要素４３０用の電源４８４にも結合され得る。
図１、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、図３Ｂ、及び図４Ａを参照すると、コントローラ１２は、センサ６４、２１４、及び２６４によって受け取られた温度測定値をモニタし、温度制御システム１００、水入口４３２、及び水蒸気出口４３６を制御することができる。コントローラ１２は、温度測定値を継続的にモニタしてよく、フィードバックループ内で温度を制御して、研磨パッド３０、キャリアヘッド７０、及び調整ディスク９２の温度を調整することができる。例えば、コントローラ１２は、研磨パッド３０の温度をセンサ６４から受け取り、水入口４３２及び水蒸気出口４３６を制御して、キャリアヘッド７０及び／又は調整器ヘッド９３への水蒸気の供給を制御し、キャリアヘッド７０及び／又は調整器ヘッド９３の温度を上昇させて、研磨パッド３０の温度に適合させることができる。温度差を減少させることは、キャリアヘッド７０及び/又は調整器ヘッド９３が比較的高温の研磨パッド３０上でヒートシンクとして作用するのを防止するのに役立ち、ウエハ内の均一性を改善することができる。
幾つかの実施形態では、コントローラ１２は、研磨パッド３０、キャリアヘッド７０、及び調整器ディスク９２用の所望の温度を記憶する。コントローラ１２は、センサ６４、２１４、及び２６４からの温度測定値をモニタし、温度制御システム１００、水入口４３２、及び水蒸気出口４３６を制御して、研磨パッド３０、キャリアヘッド７０、及び／又は調整器ディスク９２の温度を所望の温度にすることができる。温度を所望の温度にすることを実現することによって、コントローラ１２は、ウエハ内の均一性及びウエハ間の均一性を改善することができる。
代替的に、コントローラ１２は、キャリアヘッド７０及び／又は調整器ヘッド９３の温度を研磨パッド３０の温度よりわずかに高くすることができ、キャリアヘッド７０及び／又は調整器ヘッド９３が、それぞれの洗浄ステーション及び予熱ステーションから研磨パッド３０に移動するときに、研磨パッド３０の温度と同じ又は実質的に同じ温度に冷却されることを可能にする。
本発明の数多くの実施形態について説明した。しかし、本発明の本質及び範囲から逸脱しない限り、様々な修正が行われ得ることを理解されたい。したがって、その他の実施形態も、以下の特許請求の範囲内に含まれる。

Claims (14)

  1. 水蒸気生成装置であって、
    水入口及び水蒸気出口を有するキャニスタ、
    前記キャニスタを下側チャンバと上側チャンバとに分割する前記キャニスタ内のバリアであって、前記下側チャンバは、前記水入口から水を受け取るように配置され、前記水蒸気出口のバルブは、前記上側チャンバから水蒸気を受け取り、前記バリアは、水蒸気が前記下側チャンバから前記上側チャンバへ移るための複数の開口を有し、凝縮水が前記上側チャンバから前記下側チャンバへ移ることを可能にし、少なくとも一部の開口は、前記キャニスタの内径面のすぐ近くに位置付けられている、バリア、
    前記下側チャンバの一部分に熱を加えるように構成された加熱要素、及び
    前記加熱要素の上方且つ前記水蒸気出口の下方に水位を保つために、前記水入口を通る水の流量を変更するように構成されたコントローラを備える、装置。
  2. 前記キャニスタ及び／又は前記バリアが石英である、請求項１に記載の装置。
  3. 前記キャニスタ及び前記バリアが、PTFEでコーティングされている、請求項１に記載の装置。
  4. 前記キャニスタと平行に前記水入口と前記水蒸気出口とを接続するバイパス管を更に備える、請求項１に記載の装置。
  5. 前記バイパス管内の水位をモニタするように配置された水位センサ、及び前記水位センサから信号を受信するように構成されたコントローラを備え、前記コントローラは、前記キャニスタ内の水位を前記加熱要素の上方且つ前記水蒸気出口の下方に保つために、前記水位センサからの前記信号に基づいて、前記水入口を通る水の前記流量を変更するように構成されている、請求項４に記載の装置。
  6. 前記複数の開口は、前記キャニスタの前記内径面のすぐ近くにのみ位置付けられている、請求項１に記載の装置。
  7. 前記加熱要素は、加熱コイルを含む、請求項１に記載の装置。
  8. 前記加熱コイルは、前記キャニスタの前記下側チャンバの周りに巻き付けられている、請求項７に記載の装置。
  9. 前記水入口は、前記加熱要素の上端の下方にある、請求項１に記載の装置。
  10. 前記水入口は、前記キャニスタの前記下側チャンバの下端にある、請求項９に記載の装置。
  11. 水蒸気生成装置であって、
    下側チャンバ及び上側チャンバを有するキャニスタであって、水入口及び水蒸気出口を有し、前記下側チャンバは、前記水入口から水を受け取るように配置され、前記水蒸気出口のバルブは、前記上側チャンバから水蒸気を受け取る、キャニスタ、
    前記下側チャンバの一部分に熱を加えるように構成された加熱要素、及び
    前記加熱要素の上方且つ前記水蒸気出口の下方に水位を保つために、前記水入口を通る水の流量を変更するように構成されたコントローラを備える、装置。
  12. 前記キャニスタと平行に前記水入口と前記水蒸気出口とを接続するバイパス管を更に備える、請求項１１に記載の装置。
  13. 前記バイパス管内の水位をモニタするための水位センサを備え、前記コントローラは、前記水位センサからの信号に基づいて、前記水入口を通る水の前記流量を変更するように構成されている、請求項１２に記載の装置。
  14. 研磨パッドを支持するためのプラテンと、
    基板を前記研磨パッドと接触させて保持するためのキャリアヘッドと、
    前記プラテンと前記キャリアヘッドとの間に相対運動を生成させるためのモータと、
    水蒸気生成器とを備える、化学機械研磨システムであって、前記水蒸気生成器は、
    水入口及び水蒸気出口を有するキャニスタ、
    前記キャニスタを下側チャンバと上側チャンバとに分割する前記キャニスタ内のバリアであって、前記下側チャンバは、前記水入口から水を受け取るように配置され、前記水蒸気出口のバルブは、前記上側チャンバから水蒸気を受け取り、前記バリアは、水蒸気が前記下側チャンバから前記上側チャンバへ移るための複数の開口を有し、凝縮水が前記上側チャンバから前記下側チャンバへ移ることを可能にする、バリア、
    前記下側チャンバの一部分に熱を加えるように構成された加熱要素、及び
    前記加熱要素の上方且つ前記水蒸気出口の下方に水位を保つために、前記水入口を通る水の流量を変更するように構成されたコントローラを含み、
    前記化学機械研磨システムは更に、
    前記プラテンの上で延在するアーム、及び、前記水蒸気生成器の前記水蒸気出口に接続され、前記水蒸気生成器から前記研磨パッド上へ水蒸気を供給するように方向付けられた少なくとも１つのノズルを備える、化学機械研磨システム。
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