JP7372442B2 - 分配時の混合によるスラリー温度制御 - Google Patents
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Description
本開示は、化学機械研磨（ＣＭＰ）に関し、より詳細には、ＣＭＰ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。
一態様では、化学機械研磨システムは、研磨面を有する研磨パッドを支持するプラテンと、加熱流体源と、研磨液を保持するリザーバと、研磨液を研磨面上に方向付ける、プラテンの上に懸架された、１つまたは複数のアパーチャを有するディスペンサと、を含み、加熱流体源は、ディスペンサに結合されるとともに、加熱流体を研磨液中へと送達して、研磨液がリザーバを出た後であって研磨液が研磨面上に分配される前に、研磨液を加熱するように構成される。
上記態様のいずれかの実現例は、以下の特徴の１つまたは複数を含んでもよい。
加熱流体としては、水、脱イオン水、または添加物もしくは化学物質を含む水のうちの１つもしくは複数を挙げることができる。
加熱流体源は蒸気発生器を含むことができ、加熱流体は蒸気を含む。蒸気発生器は、蒸気を４０～１２０℃まで加熱させることができる。
加熱流体源は、加熱流体をディスペンサアーム内の研磨液中へと送達するように、プラテンの上に延在するディスペンサアーム内のディスペンサに結合することができる。加熱流体源は、加熱流体を混合チャンバ内の研磨液中へと送達するように、ディスペンサアーム内に位置する混合チャンバ内のディスペンサに結合することができる。
加熱流体源は、加熱流体を流体供給ライン内の研磨液中へと送達するように、リザーバとプラテンの上に延在するスラリー送達アームとの間の、流体供給ラインに結合することができる。
１つまたは複数のバルブは、研磨液に対する加熱流体の相対流量を制御することができる。加熱流体源は蒸気発生器を含むことができ、加熱流体は蒸気を含むことができ、コントローラは、蒸気発生器とディスペンサとの間に位置する蒸気バルブを制御して、蒸気を第１の速度で蒸気バルブを通してディスペンサ内へと流し、研磨液リザーバとディスペンサとの間に位置する研磨液バルブを制御して、研磨液を第２の速度でディスペンサ内へと流すように構成することができる。
別の態様では、化学機械研磨システムは、研磨面を有する研磨パッドを支持するプラテンと、研磨液を保持するリザーバ、および研磨液を研磨面上に方向付ける、プラテンの上に懸架された、１つまたは複数のアパーチャを有するディスペンサを含む、ディスペンサアセンブリと、ディスペンサアセンブリに結合されるとともに、蒸気を研磨液中へと送達して、研磨液が研磨面上に分配される前に研磨液を加熱するように構成された、蒸気発生器と、を含むことができる。
上記態様のいずれかの実現例は、以下の特徴の１つまたは複数を含んでもよい。
蒸気発生器は、ディスペンサに結合されるとともに、研磨液がリザーバを出た後、蒸気を研磨液中へと送達するように構成することができる。
別の態様では、化学機械研磨システムの温度制御方法は、研磨液がリザーバを出た後であって研磨液を研磨パッド上に分配する前に、加熱流体を使用して研磨液を加熱することと、加熱された研磨液を研磨パッド上に分配することと、を含む。
上記態様のいずれかの実現例は、以下の特徴の１つまたは複数を含んでもよい。
加熱流体源は蒸気発生器を含むことができ、加熱流体は蒸気を含む。
加熱流体は蒸気を含むことができる。蒸気は、研磨液中に注入される前に、４０～１２０℃まで加熱することができる。加熱流体としては、水、脱イオン水、または添加物もしくは化学物質を含む水のうちの１つもしくは複数を挙げることができる。加熱流体および研磨液は、１０：１～１：１０の流量比で混合することができる。
可能性がある利点としては、以下の１つまたは複数を含み得るがそれらに限定されない。
様々な構成要素の温度を制御することによって、ディッシング、エロージョン、および腐食など、温度依存性のプロセスの影響を低減することができる。温度の制御はまた、より均一なパッドアスペリティを作り出し、したがって、例えば金属残渣を除去するため、研磨の均一性を改善し、パッドの寿命を延ばすことができる。
一例では、研磨プロセスの温度を上昇させる。特に、蒸気を、即ち沸騰によって発生したガス状Ｈ２Ｏをスラリーに注入して、少ない液体含量（即ち、低希釈）でエネルギーを伝達して、スラリーの温度を迅速かつ効率的に上昇させることができる。これは、例えばバルク研磨の間の、研磨速度を増加させることができる。
別の例では、研磨動作の金属除去ステップ、オーバー研磨ステップ、または調整ステップのうちの１つもしくは複数の間の、研磨パッド表面の温度を低下させることができる。これは、ディッシングおよび腐食を低減し、ならびに／あるいはパッドアスペリティの均一性を改善し、したがって、研磨の均一性を改善するとともにパッドの寿命を延ばすことができる。
加えて、ＣＭＰ装置の様々な構成要素の温度を低下させることができ、それによってガルバニック反応速度を低減し、様々な構成要素の腐食を低減することができる。これは、研磨されたウェハの欠陥を低減することができる。
これは、ＣＭＰプロセス中の研磨の予測可能性を改善し、研磨動作ごとの研磨のばらつきを低減し、ウェハごとの均一性を改善することができる。
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。
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、調整ディスク、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。
他方で、研磨パッド上に分配されるスラリーはヒートシンクとして作用することができる。全体として、これらの影響は、空間的な、また時間に伴う、研磨パッドの温度のばらつきをもたらす。
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、貯蔵弾性率、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。金属除去ステップ、オーバー研磨ステップ、または調整ステップのうちの１つもしくは複数の間、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。
一般に、研磨液３８の温度が上昇するにつれて、研磨液３８の研磨速度が増加する。反対に、研磨液３８の温度が低下するにつれて、研磨液３８の研磨速度は減少する。研磨速度の増加は、研磨動作のいくつかの段階（例えば、バルク研磨の間）において望ましいことがあり、研磨速度の減少は、研磨動作の他の段階（例えば、金属除去ステップ、オーバー研磨ステップ、および調整ステップの間）において望ましいことがある。
更に、デブリおよびスラリーが、ＣＭＰの間、ＣＭＰ装置の様々な構成要素上に蓄積する場合がある。デブリおよびスラリーによる機械および化学エッチングは、研磨パッドのディッシングおよびエロージョンを引き起こす場合があり、ＣＭＰ装置の様々な構成要素を腐食させる場合がある。
これらの課題の１つまたは複数に対処し得る技法は、研磨プロセスの部分の間、例えばバルク研磨の間、研磨パッドおよび／またはスラリーを予熱するというものである。例えば、ＣＭＰ装置の様々な構成要素（例えば、研磨液リザーバ３７からの研磨液３８）を、蒸気、即ちガス状Ｈ２Ｏを使用して加熱して、研磨プロセス中の研磨速度を上昇させることができる。加えて、例えば、ボルテックスチューブ冷却を使用して、および／またはクーラントを分配することによって、研磨パッドおよび様々な構成要素の温度を低下させて、金属除去ステップ、オーバー研磨ステップ、または調整ステップのうちの１つもしくは複数の間の、スラリー化学物質の研磨速度を低減することができる。
図１は、１つまたは複数の基板を処理する、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、および２０ｄを含むことができる。各研磨ステーション２０は、キャリアヘッド７０に保定された基板を研磨するように適合される。各ステーションの全ての構成要素が図１に示されているわけではない。
研磨装置２はまた、基板を保持するようにそれぞれ構成された、複数のキャリアヘッド７０を含む。研磨装置２はまた、基板をキャリアヘッドにロードし、またキャリアヘッドからアンロードする、移送ステーション６を含む。移送ステーション６は、移送ロボット９によって、キャリアヘッド７０と工場インターフェース（図示なし）または他のデバイス（図示なし）との間で基板を移送するのを容易にするように適合された、複数のロードカップ８、例えば２つのロードカップ８ａ、８ｂを含むことができる。ロードカップ８は、一般に、キャリアヘッド７０のロードおよびアンロードによって、ロボット９とキャリアヘッド７０それぞれとの間での移送を容易にする。
移送ステーション６および研磨ステーション２０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位置付けることができる。これは要件ではないが、研磨装置に良好なフットプリントを提供することができる。
研磨動作のため、１つのキャリアヘッド７０が各研磨ステーションに位置付けられる。ステーション６のロードおよびアンロードの際、他の基板を研磨ステーション２０で研磨しながら、研磨された基板を研磨されていない基板と交換するように、２つの追加のキャリアヘッドを位置付けることができる。
キャリアヘッド７０は、各キャリアヘッドを、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、および第４の研磨ステーション２０ｄを順に通過する経路に沿って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およびロードカップ８の上で選択的に位置付けることができる。
いくつかの実現例では、各キャリアヘッド７０は、支持構造７２に取り付けられるキャリッジ７８に結合される。キャリッジ７８を支持構造７２に沿って、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またはロードカップ８の上に位置付けることができる。あるいは、キャリアヘッド７０はカルーセルから懸架することができ、カルーセルの回転によって、全てのキャリアヘッドが円形経路に沿って同時に移動する。
研磨装置２の各研磨ステーション２０は、例えば、スラリーディスペンサ３９（例えば、ディスペンサアーム）の端部に、研磨スラリーなどの研磨液３８（図３Ａを参照）を研磨パッド３０上に分配する、ポートを含むことができる。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を研磨して研磨パッド３０を一貫した研磨状態で維持する、パッドコンディショナ９３を含むことができる。
図３Ａおよび図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３Ｂ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。
図１、図３Ａ、および図３Ｂを参照すると、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を、例えばスラリー送達アーム３９の端部に含むことができる。
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のに、コンディショナディスク９２（図２Ｂを参照）を有するパッドコンディショナ９０を含むことができる。コンディショナディスク９２は、アーム９４の端部にあるコンディショナヘッド９３に位置付けることができる。アーム９４およびコンディショナヘッド９３は基部９６によって支持される。アーム９４は、研磨パッド３０を横切って、コンディショナヘッド９３およびコンディショナディスク９２を横方向に掃引するように回動することができる。クリーニングカップ２５０は、アーム９４がコンディショナヘッド９３を移動させることができる位置で、プラテン２４に隣接して配置することができる。
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、例えば金属の上側部分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（図３Ｂの矢印Ｂを参照）、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（図３Ｂの矢印Ｃを参照）。
図３Ａおよび図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のいずれかの露出面がスラリーで被覆される傾向がある。例えば、スラリーは、保定リング８４の外径または内径面に粘着する場合がある。一般に、湿潤状態で維持されないいずれかの表面の場合、スラリーは凝固および／または乾燥する傾向がある。結果として、微粒子がキャリアヘッド７０上に生じ得る。これらの微粒子が取り除かれた場合、微粒子が基板を引っ掻いて研磨欠陥をもたらす場合がある。
更に、スラリーがキャリアヘッド７０上にこびりつく場合があり、またはスラリー中の水酸化ナトリウムが、キャリアヘッド７０および／または基板１０の表面の１つに結晶化し、キャリアヘッド７０の表面を腐食させる場合がある。こびりついたスラリー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。
同様の問題がコンディショナヘッド９２で起こり、例えば、微粒子がコンディショナヘッド９２上に生じる場合があり、スラリーがコンディショナヘッド９２上にこびりつく場合があり、またはスラリー中の水酸化ナトリウムがコンディショナヘッド９２の表面の１つで結晶化する場合がある。
１つの解決策は、構成要素、例えばキャリアヘッド７０およびコンディショナヘッド９２を、液体水流で洗浄することである。しかしながら、構成要素は、水流のみで洗浄するのが困難な場合があり、相当量の水が必要なことがある。加えて、研磨パッド３０に接触する構成要素、例えばキャリアヘッド７０、基板１０、およびコンディショナディスク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する場合がある。
これらの問題に対処するため、図２Ａに示されるように、研磨装置２は、１つまたは複数のキャリアヘッド蒸気処理アセンブリ２００を含む。各蒸気処理アセンブリ２００は、キャリアヘッド７０および基板１０を洗浄および／または予熱するのに使用することができる。
蒸気処理アセンブリ２００は、ロードカップ８の一部、例えばロードカップ８ａまたは８ｂの一部であることができる。あるいはまたは加えて、蒸気処理アセンブリ２００は、隣接する研磨ステーション２０間に位置する１つまたは複数のプラテン間ステーション９に設けることができる。
ロードカップ８は、ロード／アンロードプロセスの間、基板１０を保持する架台２０４を含む。ロードカップ８はまた、架台２０４を取り囲むかまたは実質的に取り囲むハウジング２０６を含む。複数のノズル２２５が、ハウジング２０６または別個の支持体によって支持されて、蒸気２４５を、ハウジング２０６によって規定されるキャビティ２０８内に位置付けられた、キャリアヘッドおよび／または基板に送達する。例えば、ノズル２２５は、ハウジング２０６の１つまたは複数の内表面に、例えばキャビティの床２０６ａおよび／または側壁２０６ｂおよび／または天井に位置付けることができる。ノズル２２５は、例えばコントローラ１２を使用して、ノズル２２５を通る流体流を開始および停止するように構成することができる。ノズル２２５は、蒸気をキャビティ２０６内へと内側に方向付けるように配向することができる。蒸気２４５は、蒸気発生器４１０、例えば更に後述する蒸気発生器を使用することによって、発生させることができる。ドレイン２３５は、余分な水、洗浄溶液、および洗浄副産物が通り抜けられるようにして、ロードカップ８に蓄積するのを防ぐことができる。
アクチュエータは、ハウジング２０６とキャリアヘッド７０との間で、相対垂直運動を提供する。例えば、軸２１０は、ハウジング２０６を支持することができ、またハウジング２０６を上下させるように垂直に作動可能であることができる。あるいは、キャリアヘッド７０は垂直に移動することができる。架台２０５は軸２１０と同軸であることができる。架台２０４は、ハウジング２０６に対して垂直に移動可能であることができる。
動作の際、キャリアヘッド７０はロードカップ８の上に位置付けることができ、ハウジング２０６を上昇させて（またはキャリアヘッド７０を下降させて）、キャリアヘッド７０が部分的にキャビティ２０８内にあるようにすることができる。基板１０は、架台２０４上で始まってキャリアヘッド７０上にチャックすることができ、および／またはキャリアヘッド７０上で始まって架台２０４上にデチャックすることができる。
蒸気は、基板１０および／またはキャリアヘッド７０の１つもしくは複数の表面を洗浄および／または予熱するように、ノズル２２５を通して方向付けられる。例えば、ノズルの１つまたは複数を、キャリアヘッド７０の外表面、保定リング８４の外表面８４ａ、および／または保定リング８４の下面８４ｂ上に蒸気を方向付けるように位置付けることができる。ノズルの１つまたは複数は、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、即ち研磨される表面上に、または基板１０がキャリアヘッド７０上で支持されていない場合、メンブレン８０の下面上に、蒸気を方向付けるように位置付けることができる。１つまたは複数のノズルを架台２０４の下方に位置付けて、架台２０４上に位置付けられた基板１０の前面上へと蒸気を上方に方向付けることができる。１つまたは複数のノズルを架台２０４の上方に位置付けて、架台２０４上に位置付けられた基板１０の裏面上へと蒸気を下方に方向付けることができる。キャリアヘッド７０は、ロードカップ８内で回転し、および／またはロードカップ８に対して垂直に移動して、ノズル２２５がキャリアヘッド７０および／または基板１０の異なる区域を処理するのを可能にすることができる。基板１０は、架台２０５上に置かれて、キャリアヘッド７０の内表面を、例えばメンブレン８２の下面、または保定リング８４の内表面を、蒸気処理するのを可能にすることができる。
蒸気は、蒸気源から、ハウジング２０６を通る供給ライン２３０を通って、ノズル２２５まで循環させられる。ノズル２２５は、蒸気２４５を噴霧して、各研磨動作後にキャリアヘッド７０および基板１０上に残った有機残渣、副産物、デブリ、およびスラリー粒子を除去することができる。ノズル２２５は、蒸気２４５を噴霧して、基板１０および／またはキャリアヘッド７０を加熱することができる。
プラテン間ステーション９は、同様に構築し動作させることができるが、必ずしも基板支持架台を有するとは限らない。
ノズル２２５によって送達される蒸気２４５は、キャリアヘッド７０および基板１０の清浄および予熱を変動させる、調節可能な温度、圧力、および流量を有することができる。いくつかの実現例では、温度、圧力、および／または流量は、各ノズルに対して、またはノズル群の間で独立して調節可能である。
例えば、蒸気２４５を（例えば、図４Ａの蒸気発生器４１０内で）発生させたとき、蒸気２４５の温度は９０～２００℃であることができる。蒸気２４５を、例えば移行中の熱損失により、ノズル２２５によって分配するとき、蒸気２４５の温度は９０～１５０℃であることができる。いくつかの実現例では、蒸気は、７０～１００℃、例えば８０～９０℃の温度でノズル２２５によって送達される。いくつかの実現例では、ノズルによって送達される蒸気は過熱され、即ち沸点を上回る温度である。
蒸気２４５の流量は、蒸気２４５がノズル２２５によって送達されるとき、ヒータの出力および圧力に応じて、１～１０００ｃｃ／分であることができる。いくつかの実現例では、蒸気は他のガスと混合され、例えば、大気またはＮ２と混合される。あるいは、ノズル２２５によって送達される流体は実質的に純粋な水である。いくつかの実現例では、ノズル２２５によって送達される蒸気２４５は液体水と、例えばエアロゾル化した水と混合される。例えば、液体水および蒸気は、１：１～１：１０の相対流量比で（例えば、ｓｃｃｍ単位の流量で）組み合わせることができる。しかしながら、液体水の量が少ない場合、例えば５重量％未満、例えば３重量％未満、例えば１重量％未満の場合、蒸気は優れた伝熱性を有するであろう。したがって、いくつかの実現例では、蒸気は乾燥蒸気であり、即ち水滴を実質的に含まない。
メンブレンが熱で劣化するのを回避するため、水を蒸気２４５と混合して、温度を例えば４０～５０℃程度まで低減させることができる。蒸気２４５の温度は、冷却された水を蒸気２４５に混合するか、または同じもしくは実質的に同じ温度の水を蒸気２４５に混合することによって低減することができる（液体水はガス状の水よりもエネルギー伝達が少ないため）。
いくつかの実現例では、蒸気処理アセンブリ２００に、またはその近傍に温度センサ２１４をインストールして、キャリアヘッド７０および／または基板１０の温度を検出することができる。センサ２１４からの信号をコントローラ１２によって受信して、キャリアヘッド７０および／または基板１０の温度をモニタリングすることができる。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による蒸気の送達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信することができる。温度測定値が目標値を超えることをコントローラ１２が検出した場合、コントローラ１２は蒸気の流れを停止する。別の例として、コントローラ１２は、例えば洗浄および／または予熱中の構成要素の過熱を防ぐため、蒸気送達流量を低減し、および／または蒸気温度を低減することができる。
いくつかの実現例では、コントローラ１２はタイマーを含む。この場合、コントローラ１２は、蒸気の送達が始まると開始することができ、タイマーが切れると蒸気の送達を停止することができる。タイマーは、洗浄および／または予熱中のキャリアヘッド７０および基板１０の所望の温度を得る、経験的試験に基づいて設定することができる。
図２Ｂは、ハウジング２５５を含むコンディショナ蒸気処理アセンブリ２５０を示している。ハウジング２５５は、コンディショナディスク９２およびコンディショナヘッド９３を受け入れる「カップ」を形成することができる。蒸気は、ハウジング２５５内の供給ライン２８０を通って１つまたは複数のノズル２７５まで循環させられる。ノズル２７５は、蒸気２９５を噴霧して、各調整動作後にコンディショナディスク９２および／またはコンディショナヘッド９３上に残った研磨副産物、例えばデブリまたはスラリー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、天井に配置することができる。ノズル２７５は、例えばコントローラ１２を使用して、ノズル２７５を通る流体流を開始および停止するように構成することができる。１つまたは複数のノズルは、パッドコンディショナディスクの底面、ならびに／あるいはコンディショナヘッド９３の底面、側壁、および／または上面を洗浄するように位置付けることができる。蒸気２９５は蒸気発生器４１０を使用して発生させることができる。ドレイン２８５は、余分な水、洗浄溶液、および洗浄副産物が通り抜けられるようにして、ハウジング２５５に蓄積するのを防ぐことができる。
コンディショナヘッド９３およびコンディショナディスク９２は、少なくとも部分的にハウジング２５５内へと下降させて、蒸気処理することができる。コンディショナディスク９２が動作するように戻される場合、コンディショナヘッド９３およびコンディショナディスク９２は持ち上げられてハウジング２５５から出され、研磨パッド３０上に位置付けられて、研磨パッド３０を調整する。調整動作が完了すると、コンディショナヘッド９３およびコンディショナディスク９２は、研磨パッドから持ち上げられ、回動してハウジングカップ２５５に戻されて、コンディショナヘッド９３およびコンディショナディスク９２上の研磨副産物が除去される。いくつかの実現例では、ハウジング２５５は垂直作動可能であり、例えば垂直駆動軸２６０に取り付けられる。
ハウジング２５５は、パッドコンディショナディスク９２およびコンディショナヘッド９３を受け入れるように位置付けられる。コンディショナディスク９２およびコンディショナヘッド９３は、ハウジング２５５内で回転し、および／またはハウジング２５５内で垂直に移動して、ノズル２７５が、コンディショナディスク９２およびコンディショナヘッド９３の様々な表面を蒸気処理するのを可能にすることができる。
ノズル２７５によって送達される蒸気２９５は、調節可能な温度、圧力、および／または流量を有することができる。いくつかの実現例では、温度、圧力、および／または流量は、各ノズルに対して、またはノズル群の間で独立して調節可能である。これにより、変更が可能になり、したがってコンディショナディスク９２またはコンディショナヘッド９３の洗浄をより効果的にすることができる。
例えば、蒸気２９５を（例えば、図４Ａの蒸気発生器４１０内で）発生させたとき、蒸気２９５の温度は９０～２００℃であることができる。蒸気２９５を、例えば移行中の熱損失により、ノズル２７５によって分配するとき、蒸気２９５の温度は９０～１５０℃であることができる。いくつかの実現例では、蒸気は、７０～１００℃、例えば８０～９０℃の温度でノズル２７５によって送達することができる。いくつかの実現例では、ノズルによって送達される蒸気は過熱され、即ち沸点を上回る温度である。
蒸気２９４５の流量は、蒸気２９５がノズル２７５によって送達されるとき、１～１０００ｃｃ／分であることができる。いくつかの実現例では、蒸気は他のガスと混合され、例えば、大気またはＮ２と混合される。あるいは、ノズル２７５によって送達される流体は実質的に純粋な水である。いくつかの実現例では、ノズル２７５によって送達される蒸気２９５は液体水と、例えばエアロゾル化した水と混合される。例えば、液体水および蒸気は、１：１～１：１０の相対流量比で（例えば、ｓｃｃｍ単位の流量で）組み合わせることができる。しかしながら、液体水の量が少ない場合、例えば５重量％未満、例えば３重量％未満、例えば１重量％未満の場合、蒸気は優れた伝熱性を有するであろう。したがって、いくつかの実現例では、蒸気は乾燥蒸気であり、即ち水滴を含まない。
いくつかの実現例では、ハウジング２５５に、またはその近傍に温度センサ２６４をインストールして、コンディショナヘッド９３および／またはコンディショナディスク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から信号を受信して、コンディショナヘッド９３またはコンディショナディスク９２の温度をモニタリングし、例えばパッドコンディショナディスク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による蒸気の送達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信することができる。温度測定値が目標値を超えることをコントローラ１２が検出した場合、コントローラ１２は蒸気の流れを停止する。別の例として、コントローラ１２は、例えば洗浄および／または予熱中の構成要素の過熱を防ぐため、蒸気送達流量を低減し、および／または蒸気温度を低減することができる。
いくつかの実現例では、コントローラ１２はタイマーを使用する。この場合、コントローラ１２は、蒸気の送達が始まると時間を開始し、タイマーが切れると蒸気の送達を停止することができる。タイマーは、例えば過熱を防ぐため、洗浄および／または予熱中のコンディショナディスク９２の所望の温度を得る、経験的試験に基づいて設定することができる。
図３Ａを参照すると、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３０および／または研磨パッド上の研磨液３８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研磨液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３Ａでは、研磨パッド３０および／またはパッド３０上の研磨液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研磨液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、冷却システム１０２および／または加熱システム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。
冷却システム１０２の場合、冷却媒体は、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。媒体は、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１０２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（開孔）、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３Ａおよび図３Ｂに示されるように、一例の冷却システム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、パッドコンディショナディスク９２、およびスラリーディスペンサ３９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。
例示の冷却システム１０２は、アーム１１０から懸架された複数のノズル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がギャップ１２６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。各ノズル１２０は、例えばコントローラ１２を使用して、各ノズル１２０を通る流体流を開始および停止するように構成することができる。各ノズル１２０は、霧１２２中のエアロゾル化した水を、研磨パッド３０に向かって方向付けるように構成することができる。
冷却システム１０２は、液体冷却媒体源１３０と、気体冷却媒体源１３２とを含むことができる（図３Ｂを参照）。媒体源１３０からの液体および媒体源１３２からのガスは、ノズル１２０を通して方向付けられて霧１２２を形成する前に、例えばアーム１１０の中または上にある、混合チャンバ１３４（図３Ａを参照）内で混合することができる。分配されたとき、このクーラントは室温未満、例えば－１００～２０℃、例えば０℃未満であることができる。
冷却システム１０２で使用されるクーラントは、例えば、液体窒素、あるいは液体窒素および／またはドライアイスから形成されるガスを含むことができる。いくつかの実現例では、水滴をガス流に追加することができる。水を冷却して、氷滴の融解潜熱によって研磨パッドを効率的に冷却する、氷滴を形成することができる。加えて、氷滴または水滴は、研磨パッド３０が冷却されたガスによって冷却される際に乾燥するのを防ぐことができる。水よりもエタノールまたはイソプロピルアルコールをガス流に注入して、凍結粒子を形成することができる。
ガス源１３２からのガス、例えば圧縮ガスは、圧縮ガスを低温流および高温流に分離し、ノズル１２０への低温流を研磨パッド３０上に方向付けることができる、ボルテックスチューブ５０に接続することができる。いくつかの実現例では、ノズル１２０は、圧縮ガスの低温流を研磨パッド３０上に方向付ける、ボルテックスチューブの下端である。
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、（例えば、コントローラ１２によって）各ノズルに対して独立して制御することができる。例えば、各ノズル１２０に対するクーラントを、独立して制御可能なチラーに流して、霧の温度を独立して制御することができる。別の例として、１つはガス用、１つは液体用のポンプの別個の対を各ノズルに接続して、流量、圧力、およびガスと液体の混合比を、各ノズルに対して独立して制御することができる。
様々なノズルが、研磨パッド３０上の異なる径方向区域１２４上に噴霧することができる。隣接する径方向区域１２４は重なり合う場合がある。いくつかの実現例では、ノズル１２０は、細長い領域１２８に沿って研磨パッド３０に衝突する霧を発生させる。例えば、ノズルは、ほぼ平坦な三角形状体積で霧を発生させるように構成することができる。
細長い領域１２８の１つまたは複数、例えば細長い領域１２８の全ては、領域１２８を通って延在する半径に平行な長手方向軸線を有することができる（領域１２８ａを参照）。あるいは、ノズル１２０は円錐状の霧を発生させる。
図１は霧自体が重なり合うことを示しているが、細長い領域が重なり合わないように、ノズル１２０を配向することができる。例えば、少なくともいくつかのノズル１２０、例えば全てのノズル１２０を、細長い領域１２８が細長い領域を通る半径に対して斜角であるように、配向することができる（領域１２８ｂを参照）。
少なくともいくつかのノズル１２０は、そのノズルからの霧の中心軸（矢印Ａを参照）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。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における、研磨パッド３０の運動方向（矢印Ａを参照）に対向する方向の水平成分を有するように、ノズル１２０から方向付けることができる。
図３Ａおよび図３Ｂは、均一な間隔で離隔されたノズル１２０を示しているが、これは要件ではない。ノズル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、ノズル１２０は、径方向に沿って、研磨パッド３０の縁部に向かってより緊密に密集させることができる。加えて、図３Ａおよび図３Ｂは９つのノズルを示しているが、より多数またはより少数のノズル、例えば３～２０個のノズルがあり得る。
冷却システム１０２は、研磨面３６の温度を低下させるのに使用することができる。例えば、研磨面３６の温度は、霧１２２を介した液体クーラント１３０からの液体、霧１２２を介したガスクーラント１３２からのガス、ボルテックスチューブ５０からの低温流５２、またはそれらの組み合わせを使用して低下させることができる。いくつかの実施形態では、研磨面３６の温度は２０℃以下まで低下させることができる。金属除去ステップ、オーバー研磨ステップ、または調整ステップのうちの１つもしくは複数の間、温度を低下させることによって、研磨液３８の選択性を低減することにより、ＣＭＰ中の軟金属のディッシングおよびエロージョンを低減することができる。
いくつかの実現例では、温度センサは、研磨パッドまたは研磨パッド上の研磨液の温度を測定し、コントローラは、閉ループ制御アルゴリズムを実行して、研磨パッドまたは研磨パッド上の研磨液を所望の温度で維持するように、研磨液の流量に対するクーラントの流量を制御する。
ＣＭＰ中の温度の低下は、腐食を低減するのに使用することができる。例えば、金属除去ステップ、オーバー研磨ステップ、または調整ステップのうちの１つもしくは複数の間、温度を低下させることによって、ガルバニック反応は温度依存性であり得るため、様々な構成要素のガルバニック腐食を低減することができる。加えて、ＣＭＰ中、ボルテックスチューブ５０は、研磨プロセスにおいて不活性であるガスを使用することができる。特に、酸素を含まない（または大気よりも酸素が少ない）ガスを使用して、局所化された不活性環境を作り出して、局所化された不活性環境内の酸素を低減することができ、それによって腐食の低減をもたらすことができる。かかるガスの例としては、例えば、液体窒素またはドライアイスから蒸発した、窒素および二酸化炭素が挙げられる。
研磨面３６の温度を低下させることで、例えば調整ステップの場合、研磨パッド３０の貯蔵弾性率を増加させ、研磨パッド３０の粘弾性を低減することができる。増加した貯蔵弾性率および低減した粘弾性を、パッドコンディショナディスク９２に対するダウンフォースの低下および／またはパッドコンディショナディスク９２による調整の積極性の低下と組み合わせて、より均一なパッドアスペリティをもたらすことができる。均一なパッドアスペリティの利点は、後に続く研磨動作中における基板１０の引っ掻きが低減されること、ならびに研磨パッド３０の寿命が増加することである。
いくつかの実現例では、クーラントを使用して研磨液の温度を低下させる代わりにまたは加えて、加熱された流体、例えば蒸気を研磨液３８（例えば、スラリー）に注入して、研磨液３８が分配される前に研磨液３８の温度を上昇させることができる。あるいは、加熱された流体、例えば蒸気を研磨パッド上に方向付け、即ち、研磨液が分配された後に研磨液の温度を調節するようにすることができる。
加熱システム１０４の場合、加熱流体はガス、例えば蒸気（例えば、蒸気発生器４１０からのもの、図４Ａを参照）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。加熱流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。流体は、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１０４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。
加熱流体は、加熱送達アーム上の、例えば、１つまたは複数のノズルによって提供されるアパーチャに、例えば穴もしく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、加熱液体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。
一例の加熱システム１０４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１４０を含む。アーム１４０は基部１４２によって支持することができ、基部１４２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１４２は、１つまたは複数のアクチュエータ、例えば、アーム１４０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１４０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１４０は、研磨ヘッド７０、パッドコンディショナディスク９２、およびスラリーディスペンサ３９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。
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１１０のアーム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、加熱システム１０４のアーム１４０を、冷却システム１１０のアーム１１０とスラリーディスペンサ３９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、スラリーディスペンサ３９、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。
複数の開口部１４４がアーム１４０の底面に形成される。各開口部１４４は、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。アーム１４０は、開口部１４４がギャップによって研磨パッド３０から分離されるように、基部１４２によって支持することができる。ギャップは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。
加熱システム１０４は、配管によってアーム１４０に接続することができる、蒸気源１４８、例えば蒸気発生器４１０（図４Ａを参照）を含むことができる。各開口部１４４は、蒸気を研磨パッド３０に向かって方向付けるように構成することができる。
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、各ノズルに対して独立して制御することができる。例えば、各開口部１４４に対する流体を、独立して制御可能なヒータに流して、加熱流体の温度、例えば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が、研磨パッド３０上の異なる径方向区域上に蒸気を方向付けることができる。隣接する径方向区域は重なり合う場合がある。任意に、開口部１４４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。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。
図３Ｂは、均等な間隔で離隔された開口部１４４を示しているが、これは要件ではない。ノズル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、開口部１４４は、研磨パッド３０の中心に向かってより緊密に密集させることができる。別の例として、開口部１４４は、研磨液３８がスラリーディスペンサ３９によって研磨パッド３０に送達される半径に対応する半径において、より緊密に密集させることができる。加えて、図３Ｂは９つ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があり得る。
図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、蒸気発生器４１０（図４Ａを参照）からの蒸気２４５を研磨液３８（例えば、スラリー）に注入し、研磨液３８が分配される前に研磨液３８の温度を上昇させることができる。液体水を使用する代わりに、蒸気２４５を使用して研磨液３８を加熱することの利点は、気化潜熱によって液体水と比較してより多量のエネルギーを蒸気から伝達することが可能になるので、研磨液３８に注入する必要がある蒸気２４５がより少量であろうという点である。また、研磨液３８の温度を上昇させるのに要する蒸気２４５が液体水よりも少ないので、研磨液３８が希釈されすぎない。蒸気は、１：１００～１：５の流量比で研磨液に注入することができる。例えば、少量の蒸気２４５、例えば、５０ｃｃの研磨液３８に対して１ｃｃの蒸気２４５（１気圧で）を使用して、研磨液３８を加熱することができる。
蒸気２４５および研磨液３８は、スラリーディスペンサ３９のアーム内に位置する混合チャンバ３５内で混合することができる。加熱流体、例えば蒸気２４５はまた、スラリーディスペンサ３９および／または研磨液リザーバ３７を加熱するのに使用することができ、スラリーディスペンサ３９および／または研磨液リザーバ３７が次いで、研磨パッド３０上に分配する前に研磨液３８を加熱することができる。
蒸気２４５は同様に、脱イオン水および他の化学物質（例えば、洗浄化学物質）など、ＣＭＰで使用される他の液体を加熱するのに使用することができる。いくつかの実施形態では、これらの液体は、スラリーディスペンサ３９によって分配される前に研磨液３８と混合することができる。温度の上昇によって、研磨液３８の化学エッチング速度を増加させて、その効率を改善するとともに研磨動作中に必要な研磨液３８を少なくすることができる。
いくつかの実現例では、温度センサは混合物の温度を測定し、コントローラは、閉ループ制御アルゴリズムを実行して、混合物を所望の温度で維持するように、研磨液の流量に対する蒸気の流量を制御する。
いくつかの実現例では、温度センサは、研磨パッドまたは研磨パッド上のスラリーの温度を測定し、コントローラは、閉ループ制御アルゴリズムを実行して、研磨パッドまたは研磨パッド上のスラリーを所望の温度で維持するように、研磨液の流量に対する蒸気の流量を制御する。
コントローラ１２は、蒸気発生器４１０とスラリーディスペンサ３９との間に位置するノズルまたはバルブ（例えば、蒸気バルブ）（図示なし）を通る、蒸気２４５の流れを制御することができ、コントローラ１２は、研磨液リザーバ３７とスラリーディスペンサ３９との間に位置するノズルまたはバルブ（例えば、研磨液バルブ）（図示なし）を通る、研磨液３８の流れを制御することができる。
蒸気２４５および研磨液３８は、スラリーディスペンサ３９のアーム内に位置する混合チャンバ３５内で混合することができる。加熱流体、例えば蒸気２４５はまた、スラリーディスペンサ３９および／または研磨液リザーバ３７を加熱するのに使用することができ、スラリーディスペンサ３９および／または研磨液リザーバ３７が次いで、研磨パッド３０上に分配する前に研磨液３８を加熱することができる。
蒸気２４５は同様に、脱イオン水および他の化学物質（例えば、洗浄化学物質）など、ＣＭＰで使用される他の液体を加熱するのに使用することができる。いくつかの実施形態では、これらの液体は、スラリーディスペンサ３９によって分配される前に研磨液３８と混合することができる。温度の上昇によって、研磨液３８の化学エッチング速度を増加させて、その効率を改善するとともに研磨動作中に必要な研磨液３８を少なくすることができる。
研磨システム２０はまた、高圧すすぎシステム１０６を含むことができる。高圧すすぎシステム１０６は、洗浄流体、例えば水を、高強度で研磨パッド３０上に方向付けて、パッド３０を洗浄し、使用済みスラリー、研磨デブリなどを除去する、複数のノズル１５４、例えば３～２０個のノズルを含む。
図３Ｂに示されるように、一例のすすぎシステム１０６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１５０を含む。アーム１５０は基部１５２によって支持することができ、基部１５２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１５２は、１つまたは複数のアクチュエータ、例えば、アーム１５０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１５０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１５０は、研磨ヘッド７０、パッドコンディショナディスク９２、およびスラリーディスペンサ３９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。
プラテン２４の回転方向に沿って、すすぎシステム１０６のアーム１５０を、冷却システム１１０のアーム１１０と加熱システム１４０のアーム１４０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、すすぎシステム１０６のアーム１５０、加熱システム１０４のアーム１４０、スラリーディスペンサ３９、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。あるいは、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、すすぎシステム１０６のアーム１５０と加熱システム１４０のアーム１４０との間に位置付けることができる。例えば、すすぎシステム１０６のアーム１５０、冷却システム１１０のアーム１１０、加熱システム１０４のアーム１４０、スラリーディスペンサ３９、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。
図３Ｂは、均等な間隔で離隔されたノズル１５４を示しているが、これは要件ではない。加えて、図３Ａおよび図３Ｂは９つのノズルを示しているが、より多数またはより少数のノズル、例えば３～２０個のノズルがあり得る。
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、コントローラ１２を含むことができる。コントローラ１２は、研磨パッドの各径方向区域に対する温度測定値を温度センサ６４から受け入れるように構成される。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、各ノズルまたは開口部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プロファイルに達する（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１２によって計算される。
いくつかの実現例では、研磨システム２０は、研磨液３８を研磨パッド３０にわたって均等に分配する、ワイパーブレードまたは本体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、スラリーディスペンサ３９とキャリアヘッド７０との間にあり得る。
図３Ｂ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おり、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４Ａを参照すると、本明細書に記載するプロセスのための、または化学機械研磨システムにおける他の用途のための蒸気は、蒸気発生器４１０を使用して発生させることができる。例示の蒸気発生器４１０は、内容積４２５を封止するキャニスタ４２０を含むことができる。キャニスタ４２０の壁は、鉱物汚染物質の量が非常に少ない熱絶縁性材料、例えば石英で作ることができる。あるいは、キャニスタの壁は別の材料で形成することができ、例えば、キャニスタの内表面をポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）または別のプラスチックでコーティングすることができる。いくつかの実現例では、キャニスタ４２０は、長さ２５．４～５０．８ｃｍ（１０～２０インチ）、幅２．５４～１２．７ｃｍ（１～５インチ）であることができる。
図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、いくつかの実施形態では、キャニスタ４２０の内容積４２５は、障壁４２６によって下側チャンバ４２２および上側チャンバ４２４に分割される。障壁４２６は、キャニスタ壁と同じ材料で、例えば石英、ステンレス鋼、アルミニウム、またはアルミナなどのセラミックで作ることができる。石英は、汚染リスクが低いという点で優れていることがある。障壁４２６は１つまたは複数のアパーチャ４２８を含むことができる。アパーチャ４２８は、障壁４２６がキャニスタ４２０の内壁と合わさる障壁４２６の縁部に、例えば縁部のみに配置することができる。アパーチャ４２８は、障壁４２６の縁部付近に、例えば障壁４２６の縁部と障壁４２６の中心との間に配置することができる。いくつかの実現例では、アパーチャはまた、縁部から離れて、例えば障壁４２６の幅にわたって、例えば障壁４２５の面積にわたって均一に離隔されて位置付けられる。障壁４２６は、沸騰水から跳ねる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に入るのを実質的に防ぐことができる。これにより、乾燥蒸気が上側チャンバ４２４内に蓄積することが可能になる。アパーチャ４２８は、蒸気が下側チャンバ４２２から通過して上側チャンバ４２４に入ることを可能にする。アパーチャ４２８、特に障壁４２６の縁部付近のアパーチャ４２８は、上側チャンバ４２４の壁に凝集して下側チャンバ４２２内へと滴り落ちて、上側チャンバ４２６内の液体含量を低減するとともに、液体を水４４０によって再加熱するのを可能にすることができる。
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、キャニスタ４２０の底部または底部付近に配置されて、下側チャンバ４２２に水４４０を提供することができる。
１つまたは複数の加熱素子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。加熱素子４３０は、例えば、キャニスタ４２０の外側に巻き付けられた加熱コイル、例えば抵抗性ヒータであることができる。加熱素子はまた、キャニスタの側壁の材料上に薄膜コーティングによって提供することができ、電流が印加された場合、薄膜コーティングが加熱素子として働くことができる。
加熱素子４３０はまた、キャニスタ４２０の下側チャンバ４２２内に配置することができる。例えば、加熱素子は、加熱素子からの汚染物質、例えば金属汚染物質が、蒸気に混入するのを防止する材料でコーティングすることができる。
加熱素子４３０は、最低水位４４３ａまでのキャニスタ４２０の底部部分に熱を加えることができる。つまり、加熱素子４３０は、最低水位４４３ａ以下のキャニスタ４２０の部分を被覆して、過熱を防ぎ、不要なエネルギー消費を低減することができる。
蒸気出口４３６は、上側チャンバ４２４を蒸気送達通路４３８に接続することができる。蒸気送達通路４３８は、キャニスタ４２０の頂部または頂部付近に、例えばキャニスタ４２０の天井に配置して、蒸気がキャニスタ４２０から蒸気送達通路４３８内に、またＣＭＰ装置の様々な構成要素に入るのを可能にすることができる。蒸気送達通路４３８は、例えば、キャリアヘッド７０、基板１０、およびパッドコンディショナディスク９２を蒸気洗浄し予熱するため、蒸気を化学機械研磨装置の様々な区域に向かって集めるのに使用することができる。
図４Ａを参照すると、いくつかの実施形態では、フィルタ４７０は、蒸気４４６中の汚染物質を低減するように構成された、蒸気出口４３８に結合される。フィルタ４７０はイオン交換フィルタであることができる。
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内へと流れることができる。水４４０は少なくとも、加熱素子４３０よりも上であって障壁４２６よりも下である水位４４２まで、キャニスタ４２０を満たすことができる。水４４０が加熱されるにつれて、ガス媒体４４６が発生し、障壁４２６のアパーチャ４２８を通って上昇する。アパーチャ４２８は、蒸気が上昇するのを可能にし、同時に凝集物が落ちるのを可能にすることによって、液体を実質的に含まない（例えば、蒸気中に懸濁した液体水滴を有さない）、水が蒸気であるガス媒体４４６がもたらされる。
いくつかの実施形態では、水位は、バイパスチューブ４４４内の水位４４２を測定する水位センサ４６０を使用して決定される。バイパスチューブは、水リザーバ４３４をキャニスタ４２０と並行して蒸気送達通路４３８に接続する。水位センサ４６０は、水位４４２がバイパスチューブ４４４内で、したがってキャニスタ４２０内でどこにあるかを示すことができる。例えば、水位センサ４４４およびキャニスタ４２０は均等に加圧される（例えば、両方とも同じ水リザーバ４３４から水を受け入れ、両方とも頂部において同じ圧力を有し、例えば、両方とも蒸気送達通路４３８に接続する）ので、水位４４２は、水位センサとキャニスタ４２０とで同じである。いくつかの実施形態では、水位センサ４４４内の水位４４２は、その他の場合、キャニスタ４２０内の水位４４２を示すことができ、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。
動作の際、キャニスタ内の水位４４２は、最低水位４４３ａよりも上であって最高水位４４３ｂよりも下である。最低水位４４３ａは少なくとも加熱素子４３０よりも上であり、最高水位４４３ｂは蒸気出口４３６および障壁４２６よりも十分に下であるので、ガス媒体４４６、例えば蒸気が、キャニスタ４２０の頂部付近に蓄積するのを可能にし、それでもなお液体水を実質的に含まない、十分な空間が提供される。
いくつかの実施形態では、コントローラ１２は、水入口４３２を通る流体流を制御するバルブ４８０、蒸気出口４３６を通る流体流を制御するバルブ４８２、および／または水位センサ４６０に結合される。水位センサ４６０を使用して、コントローラ９０は、キャニスタ４２０に入る水４４０の流れを制限し、キャニスタ４２０を出るガス４４６の流れを制限して、水位４４２を、最低水位４４３ａよりも上（および加熱素子４３０よりも上）、かつ最高水位４４３ｂよりも下（および障壁４２６がある場合、障壁４２６よりも下）で維持するように構成される。コントローラ１２はまた、キャニスタ４２０内の水４４０に送達される熱の量を制御するために、加熱素子４３０の電源４８４に結合することができる。
図１、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、図３Ｂ、および図４Ａを参照すると、コントローラ１２は、センサ６４、２１４、および２６４が受信する温度測定値をモニタリングし、温度制御システム１００、水入口４３２、および蒸気出口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リングし、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、およびコンディショナディスク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から受信し、水入口４３２および蒸気出口４３６を制御して、キャリアヘッド７０および／またはコンディショナヘッド９２上への蒸気の送達を制御して、キャリアヘッド７０および／またはコンディショナヘッド９２の温度を研磨パッド３０の温度と一致するように上昇させることができる。温度差を低減することは、キャリアヘッド７０および／またはコンディショナヘッド９２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ぐ助けとなり得、ウェハ内の均一性を改善することができる。
いく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、およびコンディショナディスク９２に対する所望の温度を格納する。コントローラ１２は、センサ６４、２１４、および２６４からの温度測定値をモニタリングし、温度制御システム１００、水入口４３２、および蒸気出口４３６を制御して、研磨パッド３０、キャリアヘッド７０、および／またはコンディショナディスク９２の温度を所望の温度にすることができる。温度が所望の温度を達成するようにすることで、コントローラ１２は、ウェハ内の均一性およびウェハ間の均一性を改善することができる。
あるいは、コントローラ１２は、キャリアヘッド７０および／またはコンディショナヘッド９２の温度を、研磨パッド３０の温度をわずかに上回るまで上昇させて、キャリアヘッド７０および／またはコンディショナヘッド９２が、それぞれの洗浄および予熱ステーションから研磨パッド３０まで移動するにつれて、研磨パッド３０と同じまたは実質的に同じ温度まで冷却されることを可能にすることができる。
別のプロセスでは、研磨液３８の温度をバルク研磨動作のために上昇させる。バルク研磨動作後、キャリアヘッド７０の様々な構成要素（例えば、研磨面３６、コンディショナディスク９２）の温度を、金属除去動作、オーバー研磨動作、および／または調整動作のために冷却することができる。
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。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 (7)
- 研磨面を有する研磨パッドを支持するプラテンと、
蒸気発生器と、
研磨液を保持するリザーバと、
前記研磨液を前記研磨面上に方向付けるように前記プラテンの上に懸架された１つまたは複数のアパーチャを有する、前記プラテンの上に延在するディスペンサアームを有するディスペンサであって、前記蒸気発生器が、前記ディスペンサに結合されるとともに、蒸気を前記研磨液中へと送達して、前記研磨液が前記リザーバを出た後であって前記研磨液が前記研磨面上に分配される前に、前記研磨液を加熱するように構成され、前記蒸気発生器が、前記蒸気を混合チャンバ内の前記研磨液中へと送達するように、前記ディスペンサアーム内に位置する前記混合チャンバ内の前記ディスペンサに結合された、ディスペンサと、
前記研磨液に対する前記蒸気の相対流量を制御する、１つまたは複数のバルブと、
前記蒸気および前記研磨液が１：１００～１：５の流量比で混合されるように前記１つまたは複数のバルブを制御するように、また、前記研磨パッドが基板を研磨している間に前記蒸気および前記研磨液の混合物が前記研磨パッドに分配されるように前記ディスペンサを制御するように構成されたコントローラと、
を備える化学機械研磨システム。 - 前記蒸気が、水、脱イオン水、または添加物もしくは化学物質を含む水のうちの１つもしくは複数を含む、請求項１に記載のシステム。
- 前記蒸気発生器が前記蒸気を９０～２００℃まで加熱させる、請求項１に記載のシステム。
- 前記コントローラが、
前記蒸気発生器と前記ディスペンサとの間に位置する蒸気バルブを制御して、蒸気を第１の速度で前記蒸気バルブを通して前記ディスペンサ内へと流し、
前記リザーバと前記ディスペンサとの間に位置する研磨液バルブを制御して、研磨液を第２の速度で前記ディスペンサ内へと流すように構成された、請求項１に記載のシステム。 - 研磨面を有する研磨パッドを支持するプラテンと、
研磨液を保持するリザーバ、および前記研磨液を前記研磨面上に方向付ける、前記プラテンの上に懸架された、１つまたは複数のアパーチャを有するディスペンサを含む、ディスペンサアセンブリと、
前記ディスペンサ内に位置する混合チャンバ内で前記ディスペンサアセンブリに結合されるとともに、蒸気を前記研磨液中へと送達して、前記研磨液が前記研磨面上に分配される前に前記研磨液を加熱するように構成された、蒸気発生器と、
前記研磨液に対する前記蒸気の相対流量を制御する、１つまたは複数のバルブと、
前記蒸気および前記研磨液が１：１００～１：５の流量比で混合されるように前記１つまたは複数のバルブを制御するように、また、前記研磨パッドが基板を研磨している間に前記蒸気および前記研磨液の混合物が前記研磨パッドに分配されるように前記ディスペンサを制御するように構成されたコントローラと、
を備える、化学機械研磨システム。 - 前記蒸気発生器が、前記ディスペンサに結合されるとともに、前記研磨液が前記リザーバを出た後、蒸気を前記研磨液中へと送達するように構成された、請求項５に記載のシステム。
- 研磨液がリザーバを出た後であって前記研磨液を研磨パッド上に分配する前に、１：１００～１：５の流量比で蒸気発生器により生成された蒸気と前記研磨液を、前記蒸気発生器に結合されたディスペンサの混合チャンバ内で混合することにより前記研磨液を加熱することと、
前記研磨パッドが基板を研磨している間に、プラテンの上に延在する前記ディスペンサから、前記加熱された研磨液を前記研磨パッド上に分配することと、
を含む、化学機械研磨システムの温度制御方法。
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