TW201507810A - 研磨方法及研磨裝置 - Google Patents

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Hisanori Matsuo
Yasuyuki Motoshima
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Abstract

本發明提供一種藉由調整研磨墊之表面溫度可使研磨率提高，並且亦可控制研磨之基板的研磨輪廓之研磨方法及研磨裝置。 在研磨台上之研磨墊上按壓基板來研磨基板的研磨方法具備：研磨墊3之表面溫度調整工序，其係調整研磨墊3之表面溫度；及研磨工序，其係於調整後之表面溫度下，在研磨墊3上按壓基板來研磨基板；研磨墊3之表面溫度調整工序，係以在研磨工序中，於研磨墊3表面半徑方向之溫度輪廓的溫度變化率在研磨墊半徑方向保持一定之方式，調整基板接觸之研磨墊3一部分區域的表面溫度。

Description

研磨方法及研磨裝置
本發明係關於一種使半導體晶圓等基板滑動接觸於研磨墊而研磨該基板的研磨方法及研磨裝置，特別是關於調整研磨墊之表面溫度同時研磨基板的研磨方法及研磨裝置。
近年來，隨著半導體元件之高積體化、高密度化，電路之配線更加微細化，多層配線之層數亦增加。欲謀求電路微細化並實現多層配線，由於階差沿著下側層之表面凹凸而更大，因此，隨著配線層數增加，形成薄膜時對階差形狀之膜被覆性(步階覆蓋率(Step Coverage))差。因此，為了形成多層配線，必須改善該步階覆蓋率，並以適當之過程進行平坦化處理。此外，因為光微影術微細化並且焦點深度淺，所以需要以半導體元件表面之凹凸階差在焦點深度以下的方式平坦化處理半導體元件表面。
因此，半導體元件表面之平坦化技術在半導體元件之製造工序中很重要。該平坦化技術中最重要之技術為化學性機械研磨(CMP(Chemical Mechanical Polishing))。該化學性機械性研磨係使用研磨裝置，將含有二氧化矽(SiO2)或二氧化鈰(CeO2)等研磨粒之研磨液(漿液)供給至研磨墊，並使半導體晶圓等基板滑動接觸於研磨墊來進行研磨者。
CMP(化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing))裝置 於製造半導體元件時，使用於研磨基板表面之工序。CMP裝置係以頂環保持基板而使基板旋轉，進一步在旋轉之研磨台上的研磨墊上按壓基板來研磨基板表面。研磨中，在研磨墊上供給研磨液(slurry：漿液)，基板之表面藉由研磨液之化學性作用與研磨液中所含之研磨粒的機械性作用而平坦化。
基板之研磨率，除了基板對研磨墊之研磨負荷之外，還取決 於研磨墊之表面溫度。此因研磨液對基板之化學性作用取決於溫度。因此，製造半導體元件時，為了提高基板之研磨率並進一步保持一定，將基板研磨中之研磨墊的表面溫度保持在最佳值很重要。
因而，本案申請人過去曾在日本特開2012-176449號公報(專 利文獻1)中提出一種具備墊溫度調整機構之研磨裝置，該墊溫度調整機構係在接觸於研磨墊表面之墊接觸部件中供給溫度調整後的液體，來調整研磨墊之表面溫度。
專利文獻1中提出之墊接觸部件，重視研磨率提高，為了使研磨墊之表面溫度更迅速上升至目標溫度，在佈局上儘量增大接觸面積。亦即，墊接觸部件在半徑方向係從研磨墊之外周部延伸至研磨墊之中心附近，此外，墊接觸部件之寬度，考慮研磨中研磨墊表面沿著半徑方向之溫度梯度，而在研磨墊之外周側大，隨著朝向研磨墊之中心而逐漸變小。因此，墊接觸部件具有概略三角形之平面形狀，且形成內部具有液體流路之板狀體。
【先前技術文獻】 【專利文獻】
[專利文獻1]日本特開2012-176449號公報
本案申請人在反覆進行使用專利文獻1記載之墊接觸部件使研磨墊升溫，藉由升溫之研磨墊研磨基板的工序之過程中獲得以下的見解。
重視研磨率提高，為了使研磨墊之表面快速升溫，而在佈局上儘量增大墊接觸部件之接觸面積，所以整個研磨墊快速升溫，不過研磨墊之溫度分布係研磨墊外周部之溫度上升比中央部之溫度上升大。因而，因為可藉由墊接觸部件使整個研磨墊升溫，所以研磨率提高，不過判明研磨輪廓變形成凹型，亦即，因為基板被研磨面之中央部比外周部切削多，而有中央部凹陷的問題。不將研磨墊升溫情況下，研磨輪廓即不致變形成凹型，因此，判明需要使研磨墊之半徑方向溫度分布及基板在研磨中接受之溫度的歷程類似於無墊接觸部件者。
本發明係鑑於上述情況者，目的為提供一種藉由調整研磨墊之表面溫度可使研磨率提高，並且亦可控制研磨之基板的研磨輪廓之研磨方法及研磨裝置。
為了達成上述目的，本發明之研磨方法及研磨裝置，係在研磨台上之研磨墊上按壓基板來研磨基板的研磨方法，其特徵為具備：研磨墊之表面溫度調整工序，其係調整前述研磨墊之表面溫度；及研磨工序，其係於前述調整後之表面溫度下在前述研磨墊上按壓基板來研磨基板；前述研磨墊之表面溫度調整工序係以在前述研磨工序中，於前述研磨墊表面 半徑方向之溫度輪廓的溫度變化率在研磨墊半徑方向保持一定之方式，調整基板接觸之前述研磨墊一部分區域的表面溫度。
本發明適宜之樣態的特徵為：前述研磨墊之表面溫度調整工序係將以不調整前述研磨墊之表面溫度的狀態下，獲得目標之研磨輪廓的研磨條件研磨時，在前述研磨墊表面之半徑方向的溫度輪廓為基準，以在前述研磨工序中，於前述研磨墊表面半徑方向之溫度輪廓的溫度變化率對成為前述基準之溫度輪廓，在研磨墊半徑方向保持一定之方式，調整基板接觸之前述研磨墊一部分區域的表面溫度。
本發明適宜之樣態的特徵為：前述研磨墊之表面溫度調整工序，係使用接觸前述研磨墊表面之墊接觸部件，將前述研磨墊之一部分區域加熱或冷卻。
本發明適宜之樣態的特徵為：在前述研磨墊表面半徑方向之溫度輪廓，係在前述研磨墊表面半徑方向之溫度分布。
本發明適宜之樣態的特徵為：係在前述研磨墊之每個溫度測定點算出在前述研磨墊表面半徑方向之溫度輪廓的溫度變化率。
本發明適宜之樣態的特徵為：在前述研磨墊表面半徑方向之溫度輪廓，係在前述研磨墊之半徑方向定義複數個區域，每個區域至少設1點前述研磨墊之溫度測定點，使用在前述溫度測定點所測定之測定值而作成。
本發明適宜之樣態的特徵為：在區域內設複數個前述溫度測定點時，係個別使用在複數個溫度測定點所測定之測定值，或是使用前述測定值之平均值。
本發明適宜之樣態的特徵為：在前述研磨工序中，依前述研磨墊表面半徑方向之溫度輪廓的溫度變化率，調整前述研磨墊之表面溫度的前述研磨墊之部分區域為可變。
本發明適宜之樣態的特徵為：係以熱成像儀(Thermography)或紅外線輻射溫度計(Infrared radiation thermometer)進行前述研磨墊之溫度測定。
本發明適宜之樣態的特徵為：調整前述研磨墊表面溫度之部分，係在前述研磨墊之半徑方向規定同心圓環狀之複數個區域時，是規定之複數個區域中的至少1個區域。
本發明第二樣態之研磨墊的溫度調整區域之決定方法，係用於在研磨台上之研磨墊上按壓基板來研磨基板的研磨方法，其特徵為具備：第一工序，其係在前述研磨墊之半徑方向規定同心圓環狀的複數個區域，從規定之複數個區域選擇調整表面溫度之區域，將選擇之區域調整成指定的溫度，在基板半徑方向每個位置算出藉由接觸溫度調整後之前述研磨墊而從研磨墊接受的熱量，在基板半徑方向的每個位置從前述算出之熱量算出隨著基板旋轉產生之熱量累計值，作成在基板半徑方向之熱量累計值輪廓，對調整表面溫度之每個區域作成該熱量累計值輪廓而儲存；第二工序，其係取得以不調整前述研磨墊表面溫度狀態下成為目標之研磨輪廓的研磨條件研磨時，在前述研磨墊表面之半徑方向的溫度輪廓，在基板半徑方向每個位置從該溫度輪廓算出隨著基板旋轉產生之熱量累計值，而算出在基板半徑方向之熱量累計值輪廓；及第三工序，其係從將前述第一工序所儲存之前述熱量累計值輪廓標準化的熱量累計值輪廓，選擇與將前述 第二工序所取得之熱量累計值輪廓標準化的熱量累計值輪廓相等或近似之輪廓；依據前述第三工序所選擇之輪廓，決定調整前述研磨墊之表面溫度的區域。
本發明適宜之樣態的特徵為：調整前述研磨墊之表面溫度的區域係複數個，該複數個區域中之每個區域的溫度不同。
本發明第三樣態之研磨方法，係在研磨台上之研磨墊上按壓基板來研磨基板，其特徵為具備：第一工序，其係在前述研磨墊之半徑方向規定同心圓環狀的複數個區域，從規定之複數個區域選擇調整表面溫度之區域，將選擇之區域調整成指定的溫度，在基板半徑方向每個位置算出藉由接觸溫度調整後之前述研磨墊而從研磨墊接受的熱量，在基板半徑方向的每個位置從前述算出之熱量算出隨著基板旋轉產生之熱量累計值，作成在基板半徑方向之熱量累計值輪廓，對調整表面溫度之每個區域作成該熱量累計值輪廓而儲存；第二工序，其係取得以不調整前述研磨墊表面溫度狀態下成為目標之研磨輪廓的研磨條件研磨時，在前述研磨墊表面之半徑方向的溫度輪廓，在基板半徑方向每個位置從該溫度輪廓算出隨著基板旋轉產生之熱量累計值，而算出在基板半徑方向之熱量累計值輪廓；第三工序，其係從將前述第一工序所儲存之前述熱量累計值輪廓標準化的熱量累計值輪廓，選擇與將前述第二工序所取得之熱量累計值輪廓標準化的熱量累計值輪廓相等或近似之輪廓；及第四工序，其係依據前述第三工序所選擇之輪廓決定調整前述研磨墊表面溫度的區域，調整所決定之研磨墊區域的表面溫度，同時在前述研磨墊上按壓基板來研磨。
本發明適宜之樣態的特徵為：調整前述研磨墊之表面溫度的 區域係複數個，該複數個區域中之每個區域的溫度不同。
本發明適宜之樣態的特徵為：在前述基板之研磨中，作成在前述研磨墊表面半徑方向之溫度輪廓。
本發明適宜之樣態的特徵為：在前述研磨墊表面半徑方向之溫度輪廓，係在前述研磨墊表面半徑方向之溫度分布。
本發明適宜之樣態的特徵為：係在前述研磨墊之每個溫度測定點算出在前述研磨墊表面半徑方向之溫度輪廓的溫度變化率。
本發明適宜之樣態的特徵為：在前述基板之研磨中，依前述溫度變化率，調整前述表面溫度之區域為可變。
本發明適宜之樣態的特徵為：係以熱成像儀或紅外線輻射溫度計進行前述研磨墊之溫度測定。
本發明第四樣態之研磨裝置，係在研磨台上之研磨墊上按壓基板來研磨基板，其特徵為具備：頂環，其係在前述研磨台上之前述研磨墊上按壓前述基板；及墊溫度調整機構，其係調整前述研磨墊之表面溫度；前述墊溫度調整機構具有：墊接觸部件，其係接觸於前述研磨墊之表面；及液體供給系統，其係將溫度調整後之液體供給至前述墊接觸部件；前述溫度調整後之液體係溫水及冷水，該溫水及冷水不致混合，而藉由閥門之切換選擇性供給至前述墊接觸部件。
本發明適宜之樣態的特徵為：前述閥門切換時，係在將保留於前述墊接觸部件及配管內的溫水送回前述液體供給系統後，將冷水供給至前述墊接觸部件。
本發明適宜之樣態的特徵為：前述閥門切換時，係排出保留 於前述墊接觸部件及配管內的冷水後，將溫水供給至前述墊接觸部件。
本發明第五樣態之研磨裝置，係在研磨台上之研磨墊上按壓 基板來研磨基板，其特徵為具備：頂環，其係在前述研磨台上之前述研磨墊上按壓前述基板；及墊溫度調整機構，其係調整前述研磨墊之表面溫度；前述墊溫度調整機構具有墊接觸部件，其係接觸於前述研磨墊之表面，將研磨墊加熱或冷卻，前述墊接觸部件具備可個別調整溫度之複數個區域，藉由進行此等複數個區域中至少1個區域的溫度調整，可調整在前述研磨墊表面半徑方向之溫度輪廓。
本發明適宜之樣態的特徵為：在前述墊接觸部件之前述複數 個區域中的每個區域能控制溫水或冷水之流量同時供給溫水或冷水。
本發明可達到以下列舉之效果。
1)藉由調整研磨墊之表面溫度，可使研磨率提高，並控制研磨輪廓。
2)無須測定基板被研磨膜之膜厚，可依據藉由測定研磨墊表面溫度之方法獲得的資料，來調節被研磨膜之研磨輪廓。
3)藉由賦予墊接觸部件之每個區域供給的液體之流量差，可控制基板之溫度歷程。此外，藉由使墊接觸部件移動來調整研磨墊之溫度，可控制基板之溫度歷程。
1‧‧‧頂環
2‧‧‧研磨台
3‧‧‧研磨墊
4‧‧‧研磨液供給機構
5‧‧‧墊溫度調整機構
7‧‧‧研磨頭支撐臂
11‧‧‧墊接觸部件
11a‧‧‧上邊
11al、11ar‧‧‧邊
11b‧‧‧下邊
11s、11s‧‧‧兩側邊
11s1、11s1‧‧‧第一側邊
11s2、11s2‧‧‧第二側邊
12‧‧‧流路形成部件
13‧‧‧板部件
14‧‧‧隔牆
14A‧‧‧第一隔牆
14B‧‧‧第二隔牆
15‧‧‧液體流入口
16‧‧‧液體流出口
30‧‧‧液體供給系統
31‧‧‧液體供給槽
32‧‧‧供給管線
32A、32B‧‧‧供給管線
33‧‧‧返回管線
35‧‧‧流量調整閥
36‧‧‧壓力計
37‧‧‧流量計
39‧‧‧紅外線輻射溫度計
40‧‧‧溫度控制器
41‧‧‧冷水管線
42‧‧‧排水管線
43‧‧‧電空調壓閥
50‧‧‧CMP控制器
52‧‧‧氣壓缸
53‧‧‧馬達
54‧‧‧支臂
55‧‧‧馬達
56‧‧‧馬達控制器
57‧‧‧紅外線輻射溫度計
58‧‧‧主控制器
61A、61B‧‧‧比例控制閥
62‧‧‧溫度控制器
63‧‧‧電源裝置
103‧‧‧研磨墊
111‧‧‧墊接觸部件
115‧‧‧板部件
116‧‧‧流路形成部件
118‧‧‧隔牆
121‧‧‧第一液體流路
122‧‧‧第二液體流路
123‧‧‧液體流入口
124‧‧‧液體流出口
125‧‧‧折流板
126、127‧‧‧密封部件
A1、A2、A3‧‧‧同心圓的區域
C1、C2、C3、C4‧‧‧同心圓
IN‧‧‧液體流入口
O‧‧‧中心
OUT‧‧‧液體流出口
V1~V5‧‧‧閥門
W‧‧‧基板(晶圓)
第一圖係顯示本發明一種實施形態之研磨裝置的模式圖。
第二圖係顯示用於供給液體至墊接觸部件之液體供給系統的模式圖。
第三(a)圖係顯示過去之墊接觸部件、研磨墊及研磨對象的基板(晶圓) 之圖，第三(b)圖係顯示第三(a)圖之墊接觸部件的斜視圖，第三(c)圖係顯示形成於第三(b)圖所示之墊接觸部件內部的流路構成平面圖。
第四(a)圖係顯示墊接觸部件之全體斜視圖，第四(b)圖係顯示墊接觸部件內之流路及裝入流路內的密封部件之圖，第四(c)圖係顯示使用變更流路之改良型的墊接觸部件時之加熱區域圖。
第五(a)圖、第五(b)圖與第五(c)圖係顯示對過去型之墊接觸部件，使用改良型之墊接觸部件時確認加熱區域變更的效果之結果圖。
第六(a)圖與第六(b)圖係顯示本發明之墊接觸部件的圖，第六(a)圖係墊接觸部件之斜視圖，第六(b)圖係顯示形成於墊接觸部件內部之流路構成的斜視圖。第六(c)圖係顯示使用如第六(a)圖與第六(b)圖所示構成之墊接觸部件時的加熱區域之圖。
第七圖係比較使用第四(a)圖與第四(b)圖所示之改良型的墊接觸部件時之熱分析結果的墊溫度分布、與使用第六(a)圖與第六(b)圖所示之本發明的墊接觸部件時之熱分析結果的墊溫度分布圖，且係顯示研磨墊之半徑方向位置(mm)與研磨墊上之水膜溫度(℃)的關係圖。
第八(a)圖至第八(e)圖係顯示使第六(a)圖與第六(b)圖所示之本發明的墊接觸部件在研磨墊上於半徑方向移動時的評估結果圖。
第九圖係使用同心圓顯示本發明之墊接觸部件在研磨墊上的配置位置圖。
第十(a)圖、第十(b)圖與第十(c)圖係顯示溫度歷程之概念圖。
第十一(a)圖係顯示使第六(a)圖與第六(b)圖所示之本發明的墊接觸部件在研磨墊上於半徑方向移動時之研磨率的評估結果，第十一(b)圖係顯示 溫度歷程積分值之評估結果，第十一(c)圖係顯示標準化之溫度歷程積分值的評估結果圖。
第十二(a)圖與第十二(b)圖係將本發明一種實施形態之第六(a)圖與第六(b)圖所示的墊接觸部件、與本發明其他實施形態之墊接觸部件對比而顯示的圖。
第十三(a)圖、第十三(b)圖與第十三(c)圖係顯示形成於第十二(b)圖所示之墊接觸部件內部的流路構成斜視圖。
第十四(a)圖係在第十一(b)圖所示之溫度歷程積分值的評估結果中，追加使用第十二(b)圖所示之本發明其他實施形態的墊接觸部件時之溫度歷程積分值的評估結果之圖，第十四(b)圖係顯示標準化之溫度歷程積分值的評估結果圖。
第十五(a)圖、第十五(b)圖與第十五(c)圖係顯示使用第十三圖所示之本發明其他實施形態中的墊接觸部件，變更供給至墊接觸部件之液體(溫水)流量，將研磨墊表面加熱的溫度評估結果圖。
第十六圖係顯示具備使墊接觸部件在研磨墊之半徑方向移動的機構之墊溫度調整機構的斜視圖。
第十七圖係顯示具備在研磨墊之半徑方向來回移動的自動機構之墊溫度調整機構的斜視圖。
第十八圖係顯示將墊接觸部件在研磨墊之半徑方向隔開複數個，並區分成研磨墊半徑方向之內側區域與外側區域，可個別供給液體(溫水)，而每個區域控制研磨墊之半徑方向溫度的樣態圖。
第十九圖係顯示以加熱器內藏之陶瓷加熱器構成墊接觸部件，藉由在 研磨墊之半徑方向配置複數個墊接觸部件，而每個區域(Area)控制研磨墊之半徑方向溫度的樣態圖。
第二十(a)圖係顯示用於在墊接觸部件中選擇性供給溫水與冷水之液體供給系統圖，第二十(b)圖係顯示進行從供給溫水切換成供給冷水及從供給冷水切換成供給溫水時之各閥門的狀態圖。
第二十一(a)圖與第二十一(b)圖係顯示為了將研磨墊之表面溫度控制在設定溫度，而切換控制溫水與冷水之方法圖。
以下，參照第一圖至第二十一圖說明本發明之研磨裝置的實施形態。第一圖至第二十一圖中，在相同或相當之構成要素上註記相同符號，而省略重複之說明。
第一圖係顯示本發明一種實施形態之研磨裝置的模式圖。如第一圖所示，研磨裝置具備：保持半導體晶圓等基板而使其旋轉的頂環1、支撐研磨墊3之研磨台2、在研磨墊3表面供給研磨液(例如漿液)之研磨液供給機構4、及調整研磨墊3之表面溫度的墊溫度調整機構5。
頂環1被研磨頭支撐臂7支撐。該研磨頭支撐臂7中配置有氣壓缸及馬達(無圖示)，頂環1藉由此等氣壓缸及馬達而在垂直方向移動，且可在其軸心周圍旋轉。基板藉由真空吸著等而保持於頂環1之下面。研磨台2連結有馬達(無圖示)，且可在箭頭顯示之方向旋轉。
研磨之基板藉由頂環1保持，進一步藉由頂環1而旋轉。另外，研磨墊3與研磨台2一起在其軸芯周圍旋轉。在該狀態下，從研磨液供給機構4供給研磨液至研磨墊3表面，再者，基板之表面藉由頂環1對研磨墊 3表面(亦即基板研磨面)按壓。基板表面在研磨液存在下，藉由研磨墊3與基板之滑動接觸而研磨。
墊溫度調整機構5具備：接觸於研磨墊3表面之墊接觸部件 11、及在該墊接觸部件11中供給溫度調整後之液體的液體供給系統30。墊接觸部件11經由支臂54連結於作為使該墊接觸部件11升降之升降機構的氣壓缸52。再者，墊接觸部件11連結於作為移動機構之馬達53，墊接觸部件11藉由該馬達53而在研磨墊3上方指定之上升位置與研磨台2直徑方向外側的指定退出位置之間移動。
第二圖係顯示用於供給液體至墊接觸部件11之液體供給系 統30的模式圖。該液體供給系統30具備：液體供給槽31、連結液體供給槽31與墊接觸部件11之供給管線32及返回管線33。作為熱媒介之液體從液體供給槽31通過供給管線32而供給至墊接觸部件11，並從墊接觸部件11通過返回管線33而返回液體供給槽31。如此，液體在液體供給槽31與墊接觸部件11之間循環。液體供給槽31具有將液體加熱之加熱器(無圖示)，液體藉由加熱器加熱至指定溫度。亦即，液體供給槽31發揮調溫機之功能。
液體供給系統30具備：調整流過供給管線32之液體流量的流 量調整閥35；測定通過流量調整閥35之液體壓力的壓力計36；測定流過返回管線33之液體流量的流量計37；測定研磨墊3之表面溫度的作為墊表面溫度計之紅外線輻射溫度計39；及依據藉由紅外線輻射溫度計39所測定之墊表面溫度，控制流量調整閥35之溫度控制器40。流過供給管線32之液體流量係藉由電空調壓閥43所控制之氣壓傳送至流量調整閥35而決定閥門的開度來調整。另外，供給管線32上連接冷水管線，可從冷水管線41供給冷水 至供給管線32。此外，返回管線33連接排水管線42，可排出流過返回管線33之液體。
紅外線輻射溫度計39以非接觸方式測定研磨墊3之表面溫 度，並將其測定值傳送至溫度控制器40。溫度控制器40以研磨墊3之表面溫度達到預先設定之目標溫度的方式，依據研磨墊3表面溫度之測定值控制電空調壓閥43。電空調壓閥43將依據來自溫度控制器40之控制信號所控制的氣壓傳送至流量調整閥35。流量調整閥35藉由從電空調壓閥43所傳送之氣壓調整閥門之開度，來控制供給至墊接觸部件11的液體流量。研磨墊3之表面溫度藉由流過墊接觸部件11之液體與研磨墊3之間的熱交換來調整。
藉由此種反饋控制，研磨墊3之表面溫度維持在指定之目標 溫度。溫度控制器40可使用PID控制器(比例積分微分控制器)。研磨墊3之目標溫度由CMP控制器50依基板種類或研磨程序來決定，決定後之溫度設定控制信號輸入溫度控制器40。
如上述，研磨墊3之表面溫度係藉由調整供給至墊接觸部件11之液體流量來控制。供給至墊接觸部件11之液體(熱媒介)係使用水。水之溫度藉由液體供給槽31之加熱器例如加熱至約80℃而成為溫水。使研磨墊3之表面溫度更迅速上升情況下，亦可使用矽油作為熱媒介。使用矽油情況下，矽油藉由液體供給槽31之加熱器加熱至100℃以上(例如約120℃)。為了可在墊接觸部件11中切換供給溫水與冷水，而在供給管線32、返回管線33、冷水管線41及排水管線42等中設有閥門V1~V5(後述)。
其次，說明本發明之墊溫度調整機構5使用的墊接觸部件11。
本發明人藉由使用專利文獻1所記載之墊接觸部件，將加熱 區域作各種變更，而發明出第一圖所示之形態的墊接觸部件11，以下說明該發明之過程。
第三(a)圖係顯示過去之墊接觸部件111、研磨墊3及研磨對象 的基板(晶圓)W之圖。第三(b)圖係顯示第三(a)圖之墊接觸部件111的斜視圖，第三(c)圖係顯示形成於第三(b)圖所示之墊接觸部件111內部的流路構成平面圖。
如第三(a)圖所示，具有概略三角形之平面形狀，且內部具 有流路之板狀體構成的墊接觸部件111，可從研磨墊3之外周側接觸至中心部附近。研磨對象之基板(晶圓)W隔著研磨墊3之中心(O)而位於墊接觸部件111的相反側。
如第三(b)圖所示，墊接觸部件111具備：具有接觸於研磨墊 3表面之接觸面的板部件115、及在內部形成有液體流路之流路形成部件116。板部件115固定於流路形成部件116之下部。在流路形成部件116之上面形成有液體流入口123與液體流出口124。
如第三(c)圖所示，在流路形成部件116之內部配置有延伸於 研磨墊3之半徑方向的隔牆118，流路形成部件116之內部空間藉由該隔牆118而區分成第一液體流路121及第二液體流路122。第一液體流路121及第二液體流路122串聯連接。更具體而言，第一液體流路121之下游側端部連接於第二液體流路122之上游側端部。第一液體流路121連通於液體流入口123，第二液體流路122連通於液體流出口124。在第一液體流路121內及第二液體流路122內分別配置有複數個折流板(baffle)125。
液體經由液體流入口123供給至第一液體流路121。液體依序 流過第一液體流路121及第二液體流路122，在液體與研磨墊3之間進行熱交換。液體從液體流出口124排出。
第四(a)圖與第四(b)圖係顯示藉由在第三(b)圖與第三(c)圖 所示之墊接觸部件111內部裝入密封部件，而變更墊接觸部件111內之流路的狀態圖，第四(a)圖係顯示墊接觸部件111之全體斜視圖，第四(b)圖係顯示墊接觸部件111內之流路及裝入流路內的密封部件之圖。
如第四(a)圖所示，除了原來形成於墊接觸部件111之液體流 入口((圖中以IN(原本)表示)及液體流出口(圖中以OUT(原本)表示)之外，還形成1個液體流入口(圖中以IN(追加工)表示)與2個液體流出口(圖中以OUT(追加工)表示)。
此外，如第四(b)圖所示，在墊接觸部件111之流路內裝入密 封部件126,127。設有密封部件126,127之改良型的墊接觸部件111，從液體流入口(IN(追加工))流入之液體從追加之2個液體流出口(OUT(追加工))兩方流出，液體(溫水)僅在墊接觸部件111上部側之三角形板狀部分的內部流動，液體(溫水)不在墊接觸部件111下部側之概略梯形的板狀部分內部流動。
第四(c)圖係顯示使用如第四(a)圖與第四(b)圖所示地變更流 路之改良型的墊接觸部件111時之加熱區域圖。如第四(c)圖所示，使用過去型之墊接觸部件111的情況下，加熱區域係研磨墊3上之同心圓的區域A1，而使用改良型之墊接觸部件111的情況下，加熱區域為研磨墊103上之同心圓的區域A2。亦即，藉由使用改良型之墊接觸部件111，研磨墊103之外周部側不致被加熱。第四(c)圖中，研磨對象之基板(晶圓)W隔著研磨墊3之 中心(O)而位於墊接觸部件111之相反側。
第五(a)圖、第五(b)圖與第五(c)圖係顯示對過去型之墊接觸 部件111，使用改良型之墊接觸部件111時確認加熱區域變更的效果之結果圖。
第五(a)圖、第五(b)圖與第五(c)圖中，參考(Reference)係無 墊接觸部件之情況，原滑件(Original Slider)(3.5)係使用第三圖所示之過去型的墊接觸部件之情況，密封滑件(Sealed Slider)(3.5)及密封滑件(7.0)係使用第四(a)圖與第四(b)圖所示之改良型的墊接觸部件之情況。密封滑件(3.5)為3.5公升/分鐘程度流動液體，密封滑件(7.0)為7.0公升/分鐘程度流動液體之情況，且皆為從IN(追加工)流入液體，並從2個OUT(追加工)兩方排出液體。
在開始研磨基板(晶圓)W，且研磨墊之溫度穩定的時刻，亦即在經過50秒之時刻測定研磨墊表面之溫度。另外，研磨時間係60秒。從研磨墊之中心沿著半徑方向，距離從約50mm之點至約340mm之點，等間隔經過9點而測定研磨墊之溫度的結果顯示於第五(a)圖。第五(a)圖之縱軸顯示的溫度以任意單位表示。以下，在本實施形態中，溫度與第五(a)圖中之情況同樣地以任意單位顯示。從第五(a)圖瞭解，原滑件(3.5)時，研磨墊外周部之溫度上升比中央部大。密封滑件(3.5)及密封滑件(7.0)時，溫度上升程度比原滑件(3.5)時稍低，不過研磨墊外周部之溫度上升被抑制，而接近無墊接觸部件之參考時的溫度分布。但是，即使密封滑件(3.5)及密封滑件(7.0)時，從研磨墊中心之距離從約75mm至約150mm之區域的溫度上升程度降低。亦即，與未使用墊接觸部件之參考時比較，瞭解存在溫度上升程度不 定的區域，亦即存在溫度上升程度低的區域。此處所謂溫度上升程度，可稱為與不使用墊接觸部件時在研磨墊半徑方向之研磨墊的溫度輪廓比較，在研磨墊半徑方向之各點顯示溫度上升變化何種程度的溫度變化率。
第五(b)圖中顯示，對於無墊接觸部件時，使用墊接觸部件 時之研磨墊的溫度上升程度(溫度變化率)。橫軸顯示從研磨墊中心起之距離(研磨墊之半徑方向位置)，縱軸顯示將無墊接觸部件之參考溫度作為1個基準的研磨墊之溫度上升程度。研磨墊之溫度資料使用第五(a)圖所示的資料。從第五(b)圖瞭解，原滑件(3.5)時研磨墊外周部之溫度上升程度高。 密封滑件(3.5)及密封滑件(7.0)時，研磨墊外周部之溫度上升程度被抑制，而接近相當平坦之線，不過更清楚顯示從研磨墊中心之距離從約75mm至約150mm的區域(圖中以橢圓形顯示)溫度上升程度降低。
第五(c)圖顯示開始研磨晶圓W在經過50秒之時刻的研磨 率。第五(c)圖之縱軸顯示的研磨率以任意單位表示。以下，在本實施形態中，研磨率與第五(c)圖時同樣地以任意單位顯示。而研磨時間係60秒。從第五(c)圖瞭解，使用墊接觸部件情況下，在任何情況研磨率皆提高，不過從研磨輪廓之觀點而言，研磨率之分布形狀宜為接近不使用墊接觸部件之參考的研磨率分布形狀者。除了晶圓W的外周部附近之外，密封滑件(3.5)及密封滑件(7.0)之研磨率分布形狀係接近參考之研磨率分布形狀者，而原滑件(3.5)之分布形狀有顯著變動。
本發明人從使用第五(a)圖、第五(b)圖與第五(c)圖所示之過 去型的墊接觸部件111及改良型之墊接觸部件111的實驗，發現藉由使用改良型之墊接觸部件111可消除基板中央區域之過度研磨，且可使研磨輪廓接近 不使用墊接觸部件之情況，又獲得若將從研磨墊中心之距離從約75mm至約150mm的區域再稍微加熱時，可更近似無墊接觸部件之溫度分布的知識。
亦即，瞭解藉由調整在研磨墊半徑方向之指定區域的溫度 (加熱)，將無墊接觸部件時在研磨墊表面半徑方向之溫度輪廓做為基準，可將在研磨墊表面之半徑方向各點的溫度上升程度(溫度變化率)在整個研磨墊之半徑方向保持一定。
第六(a)圖與第六(b)圖係顯示依據上述知識而發明之本發明 的墊接觸部件111之圖，第六(a)圖係墊接觸部件11之斜視圖，第六(b)圖係顯示形成於墊接觸部件11內部之流路構成的斜視圖。
如第六(a)圖所示，本發明之墊接觸部件11形成具有概略梯 形狀之平面形狀，且內部具有液體流路的板狀體。亦即，墊接觸部件11具有上邊11a、下邊11b、及兩側邊11s,11s，且具有上邊11a與下邊11b平行之概略梯形狀的平面形狀。另外，因為墊接觸部件11之上邊11a的左右端部側形成對中央部傾斜之邊11al,11ar，所以墊接觸部件11之平面形狀應稱為變形六角形。
如第六(a)圖所示，本發明之墊接觸部件11係由內部形成液 體流路並且具有接觸於研磨墊3表面之下面的流路形成部件12；及固定於流路形成部件12上面之板部件13而構成。在板部件13之上面形成有液體流入口15與液體流出口16。
第六(b)圖係顯示流路形成部件12之平面圖。如第六(b)圖所 示，在流路形成部件12之內部形成有水平方向延伸而左側端部向上方彎曲的複數個隔牆14。複數個隔牆14之水平部的端部或彎曲部的上端部連接於 外框。藉由此等隔牆14形成多重彎曲之一條曲折流路。第六(b)圖中，顯示為溫水IN之部分與液體流入口15連通，液體(溫水)可從該部分流入，顯示為溫水OUT之部分與液體流出口16連通，液體(溫水)可從該部分流出。
第六(c)圖係顯示使用如第六(a)圖與第六(b)圖所示構成之墊 接觸部件11時的加熱區域之圖。如第六(c)圖所示，使用墊接觸部件11情況下，加熱區域為研磨墊3上之同心圓的區域A3。亦即，藉由使用本發明之墊接觸部件11，研磨墊3之外周部側不致被加熱。第六(c)圖中，墊接觸部件11與研磨對象之基板(晶圓)W係以概略夾著研磨墊3之中心(O)的方式配置。
第七圖係比較使用第四(a)圖與第四(b)圖所示之改良型的墊 接觸部件111時之熱分析結果的墊溫度分布、與使用第六(a)圖與第六(b)圖所示之本發明的墊接觸部件11時之熱分析結果的墊溫度分布圖，且係顯示研磨墊之半徑方向位置(mm)與研磨墊上之水膜溫度(℃)的關係圖。
第七圖中，現行密封顯示使用第五圖中說明之密封滑件(3.5) 的情況，變形六角顯示使用第六(a)圖與第六(b)圖所示之本發明的墊接觸部件11之情況。
從第七圖瞭解，使用密封滑件(3.5)之現行密封情況下，在研 磨墊之半徑方向位置約150mm以內研磨墊之水膜溫度平穩地上升，至半徑方向位置約200mm時大致保持一定溫度，當半徑方向位置比200mm大時，溫度逐漸下降。另外，使用本發明之墊接觸部件11的變形六角情況下，從半徑方向位置約50mm起溫度開始上升，在150mm附近顯示最大溫度，其後溫度逐漸減少，超過250mm時形成一定溫度。在半徑方向位置從約75mm至 200mm之範圍，變形六角之情況下，研磨墊之水膜溫度比現行密封的情況高。如此，改變墊接觸部件形狀之效果顯著表示在研磨墊的水膜溫度中。
第八(a)圖至第八(e)圖係顯示使第六(a)圖與第六(b)圖所示之 本發明的墊接觸部件11在研磨墊3上於半徑方向移動時的評估結果圖。第八(a)圖至第八(e)圖中，無Ref滑件係無墊接觸部件時之評估結果，且新型0mm、新型50mm、新型100mm係使本發明之墊接觸部件11在研磨墊3上的半徑方向如第九圖所示地設置時的評估結果。第九圖中，符號C1,C2,C3係從研磨墊3之中心(O)起以不同半徑(R)描繪的同心圓，C1時之半徑R係190mm，C2時之半徑R係240mm，C3時之半徑R係290mm。同心圓C1係通過研磨對象之基板W中心的同心圓。
新型0mm係以墊接觸部件11下邊11b之中央與同心圓C1一 致的方式配置墊接觸部件11之情況。新型50mm係以墊接觸部件11下邊11b之中央，與從同心圓C1移動至50mm程度之半徑方向外側的同心圓C2一致之方式配置墊接觸部件11的情況。新型100mm係以墊接觸部件11下邊11b之中央，與從同心圓C1移動至100mm程度之半徑方向外側的同心圓C3一致之方式配置墊接觸部件11的情況。
第八(a)圖係顯示基板之半徑方向位置與研磨率的關係圖形。
從第八(a)圖瞭解，與不使用墊接觸部件之無Ref滑件的情況比較，使用墊接觸部件之新型0mm、新型50mm、新型100mm的情況，其研磨率均高。基板之半徑方向位置在±140mm附近，亦即在基板邊緣部之研磨率，因為無Ref滑件之情況與新型0mm、新型50mm、新型100mm之情況顯 示同樣的分布形狀，所以表示墊接觸部件對基板之研磨輪廓的影響小。另外，在基板之中央部，由於新型0mm之研磨率最高，其次為新型50mm，而新型100mm最低，因此瞭解墊接觸部件之設置位置會影響基板中央部的研磨輪廓。此時，新型50mm之研磨率分布最接近無Ref滑件之情況，且基板之研磨輪廓亦更為平坦。
第八(b)圖、第八(c)圖、第八(d)圖表示在基板開始研磨後經 過50秒之時刻，研磨墊之半徑方向位置與研磨墊之溫度比的關係。第八(b)圖顯示無墊接觸部件之情況(Ref)與新型0mm之情況，第八(c)圖顯示無墊接觸部件之情況(Ref)與新型500mm之情況，第八(d)圖顯示無墊接觸部件之情況(Ref)與新型100mm之情況。研磨墊之溫度比係將使用新型0mm時在研磨墊溫度測定部位中最接近中心之點的溫度作為1個基準。測定溫度之研磨墊的半徑方向位置對應於基板接觸的範圍。
從第八(b)圖至第八(d)圖瞭解，使用墊接觸部件之情況的研 磨墊溫度比未使用墊接觸部件之情況高，溫度上升之位置沿著墊接觸部件設置位置的移動而變化，不過瞭解任何情況下，當研磨墊之半徑方向位置超過230mm時，溫度比皆為1以下，且溫度隨著接近外周部而下降。新型0mm、新型50mm、新型100mm中，第八(b)圖所示之新型50mm的研磨墊之溫度比分布為最接近無墊接觸部件時(Ref)的分布者。
第八(e)圖顯示在基板(晶圓)中心接觸之部分研磨墊的溫度隨時間之變化。新型0mm,50mm,100mm情況下之溫度變化，顯示雖然有少許差異但是如重疊般相同變化，並顯示與Ref時之溫度變化同樣的變化。
如第八(b),(c),(d)圖所示，藉由墊接觸部件11加熱之研磨墊3 的表面溫度依研磨墊3之半徑位置而異。如第九圖中之說明，研磨對象之基板W中心位於同心圓C1上。保持基板W之頂環1因為在研磨中係滯留於第一圖所示的位置，所以基板W之中心始終位於同心圓C1上。研磨對象之基板W因為藉由頂環1之旋轉而在基板中心周圍旋轉，所以每個瞬間在從基板中心離開之位置的基板上某一點接觸研磨墊3上之點不同。亦即，基板上之某一點於每個瞬間與研磨墊3上不同半徑位置的某一點接觸。因為研磨墊3之表面溫度依研磨墊3之半徑位置而異，所以基板上之各點藉由基板之旋轉而時時刻刻接觸不同溫度，即接受所謂溫度歷程。
第十(a)圖、第十(b)圖與第十(c)圖係顯示溫度歷程之概念圖。
第十(a)圖係顯示研磨墊3、基板(晶圓)W與墊接觸部件11之斜視圖。如第十(a)圖所示，研磨墊3在本身中心O1周圍旋轉，滑動接觸於研磨墊3之基板W在本身中心O2周圍旋轉。在研磨墊3上，於中心O1周圍描繪4個同心圓C1,C2,C3,C4。因為研磨墊3表面藉由墊接觸部件11加熱，所以如第十(a)圖之上部圖形所示，研磨墊3之表面溫度依研磨墊3上之半徑位置而異。基板W接觸於研磨墊3表面之面的被研磨面上各點，在基板W旋轉1次中，與表面溫度各個不同之研磨墊3上的半徑位置各點接觸。
將從基板W中心O2之半徑R作為變數(直徑300mm之基板時，R=0~150mm)，可將基板之旋轉角度(0°~360°)與在基板上半徑R位置之某一點接觸的研磨墊3上時時刻刻變化之點上的表面溫度之關係定義為溫度歷程，該溫度歷程於橫軸取基板之旋轉角度(0°~360°)，於縱軸取基板上某一點接觸之研磨墊3上時時刻刻變化之點的表面溫度(以下亦適宜稱為研磨墊3之表面溫度)時，可表示如第十(b)圖。亦即，因為基板上半 徑R=0之點如第十(a)圖所示，始終位於研磨墊3上之同心圓C2上，所以即使基板之旋轉角度變化，研磨墊3之表面溫度不致變化。因此如第十(b)圖所示，基板之旋轉角度與研磨墊3之表面溫度的關係可以平行於橫軸的直線來表示。隨著R變大，基板之旋轉角度與研磨墊3之表面溫度的關係形成有山谷的波形，且波形之振幅亦變大。圖示之例顯示有R=0,R=5mm,R=150mm之3條線。
第十(b)圖係就R=0,R=5mm,R=150mm時基板上之位 置，顯示對基板旋轉角度之溫度歷程，而第十(c)圖顯示在旋轉角度0°~360°之範圍乘上在基板上半徑位置R的溫度歷程之資料。亦即，第十(b)圖中，求出各線與橫軸之間的面積時，就基板之半徑R為0mm,5mm,150mm時可求出溫度之累計值。基板之半徑R(基板上之半徑位置)與各半徑R中求出之累計值的關係，可作為基板旋轉1次中的溫度歷程積分值來定義，該溫度歷程積分值可表示如第十(c)圖。第十(c)圖係顯示基板中心之溫度歷程積分值最大，隨著基板上之半徑位置向基板外周側而溫度歷程積分值變小之例。此處係表現為溫度歷程積分值，不過亦可不用溫度，若可採用基板從研磨墊接受之熱量時，亦可表現為熱量累計值。
如此算出基板從研磨墊接受之熱量，並在基板之每個半徑方 向位置從算出之熱量算出隨著基板旋轉產生之熱量累計值，而獲得在基板半徑方向之熱量累計值輪廓。對調整研磨墊之表面溫度的每個區域作成熱量累計值輪廓而儲存，並與成為基準之不使用墊接觸部件時的熱量累計值輪廓比較，從儲存了最接近成為基準之熱量累計值輪廓的輪廓之熱量累計值輪廓選擇，並依據選出之熱量累計值輪廓決定調整研磨墊之表面溫度的 區域。
第十一(a)圖、第十一(b)圖與第十一(c)圖係分別顯示使第六 (a)圖與第六(b)圖所示之本發明的墊接觸部件11在研磨墊3上於半徑方向移動時之研磨率的評估結果(第十一(a)圖)、溫度歷程積分值之評估結果(第十一(b)圖)、標準化之溫度歷程積分值的評估結果(第十一(c)圖)之圖。以下，在頂環1之轉數及研磨台2之轉數與求出第十(c)圖之溫度歷程積分值時同一條件下進行溫度歷程積分值的評估。
第十一(a)圖、第十一(b)圖與第十一(c)圖中，無Ref滑件、新 型0mm、新型50mm、100mm分別如在第九圖中之說明。此外，第十一(a)圖係與第八(a)圖同樣之圖形。
從第十一(a)圖瞭解，在基板之中央部，由於新型0mm,50mm, 100mm之間的研磨率有變動，因此表示基板之研磨輪廓與基板之溫度有相關連的關係。新型500mm之情況為最接近無Ref滑件情況之分布，且基板之研磨輪廓亦更平坦。另外，從研磨率之觀點考慮時，基板中央部於新型0mm之情況最高。
第十一(b)圖顯示在基板半徑方向位置之溫度歷程積分值。 從第十一(b)圖瞭解，在接近基板中心之部分，新型0mm時之溫度歷程積分值高，在半徑R為約50~80mm之範圍，新型50mm時之溫度歷程積分值高，在半徑R為約80mm以上之範圍，新型100mm時之溫度歷程積分值高。第十一(c)圖係將第十一(b)圖之資料標準化者。
從第十一(c)圖所示之標準化後的資料瞭解，使用新型50mm 之情況可最近似無Ref滑件的情況。從提高研磨率之觀點，由於使用基板中 央部之溫度高的新型0mm時特別高，因此墊接觸部件之設置位置只須考慮確保在新型0mm，且使基板半徑方向外方之溫度進一步上升即可。
第十二(a)圖與第十二(b)圖係將本發明一種實施形態之第六 (a)圖與第六(b)圖所示的墊接觸部件11、與本發明其他實施形態之墊接觸部件11對比而顯示的圖。第十二(a)圖係顯示第六(a)圖與第六(b)圖所示之墊接觸部件11、研磨墊3及研磨對象的基板(晶圓)W之平面圖，第十二(b)圖係顯示本發明其他實施形態之墊接觸部件11、研磨墊3及研磨對象的基板(晶圓)W之平面圖。
第十二(a)圖所示之墊接觸部件11係概略梯形狀的平面形 狀，第十二(b)圖所示之墊接觸部件11係形成概略六角形狀的平面形狀。亦即，第十二(b)圖所示之墊接觸部件11具有上邊11a、下邊11b及兩側邊11s,11s。兩側邊11s,11s具有：從上邊11a之兩端對上邊11a概略正交而延伸於研磨墊3的外周側之第一側邊11s1,11s1；及從該第一側邊11s1,11s1之端部彎曲於內側的第二側邊11s2,11s2。因此，墊接觸部件11具有概略六角形狀之平面形狀。另外，因為上邊11a與第十一(a)圖所示者同樣地形成左右端部側對中央部傾斜之邊11al,11ar，所以應稱為變形八角形。
從第十二(a)圖及第十二(b)圖瞭解，第十二(b)圖所示之墊接 觸部件11係形成在第十二(a)圖所示之墊接觸部件11中附加被第一側邊11s1,11s1與連結該左右第一側邊11s1,11s1之直線包圍的矩形狀部分的形狀。亦即，第十二(b)圖所示之墊接觸部件11為了亦可將研磨墊3之外周部加熱，而擴大墊接觸部件11之加熱面積。
第十三(a)圖、第十三(b)圖與第十三(c)圖係顯示形成於第十 二(b)圖所示之墊接觸部件11內部的流路構成斜視圖。
第十三(a)圖所示之墊接觸部件11中，設於內部之複數個隔 牆14延伸於橫方向，各隔牆14之一端部連接於外框，形成藉由此等隔牆14多重彎曲之一條曲折流路。液體從流入口(IN)流入，並流過曲折流路而從流出口(OUT)流出。
第十三(b)圖所示之墊接觸部件11中，設於內部之複數個隔 牆14延伸於縱方向，各隔牆14之一端部連接於外框，而形成藉由此等隔牆14亦多重彎曲之一條曲折流路。液體從流入口(IN)流入，並流過曲折流入而從流出口(OUT)流出。
第十三(c)圖所示之墊接觸部件11中，內部設有延伸於橫方 向之第一隔牆14A，第一隔牆14A之兩端連接於外框。亦即，墊接觸部件11之內部藉由第一隔牆14A而隔開上下2個空間(區域)。而後，上下空間中分別設置延伸於縱方向之複數個第二隔牆14B，各第二隔牆14B之一端部連接於外框或第一隔牆14A。因此，在上下空間分別形成有藉由複數個第二隔牆14B亦多重彎曲之一條曲折流路。液體從形成於上下空間之2個流入口(IN)流入，並流過並聯之2個曲折流路而從2個流出口(OUT)流出。
第十四(a)圖係在第十一(b)圖所示之溫度歷程積分值的評估 結果中，追加使用第十二(b)圖所示之本發明其他實施形態的墊接觸部件11時之溫度歷程積分值的評估結果之圖。第十四(a)圖中，新型0mm+100mm係預料藉由第十二(b)圖所示之墊接觸部件11而獲得的溫度歷程積分值。第十二(b)圖所示之墊接觸部件11因為可考慮為與組合第九圖所示之新型0mm與新型100mm者近似，所以在第十四(a)圖中，係顯示新型0mm+100mm作為 預料溫度歷程者。
第十四(b)圖係將第十四(a)圖之資料標準化者。從第十四(b) 圖所示之標準化的資料瞭解，使用新型0mm+100mm時標準化之溫度歷程積分值的輪廓亦與新型50mm之情況同樣地，可近似於無Ref滑件時標準化之溫度歷程積分值的輪廓。
其次，參照第十五(a)圖、第十五(b)圖與第十五(c)圖說明使 用第十三圖所示之本發明其他實施形態中的墊接觸部件11，變更供給至墊接觸部件11之液體(溫水)流量，而將研磨墊3表面加熱之溫度評估結果。
墊接觸部件11係以墊接觸部件11之下邊11b的中央與研磨墊 之圓(半徑：290mm)一致的方式配置。
第十五(a)圖顯示使用各種墊接觸部件時基板半徑方向位置 與基板表面接受之溫度歷程積分值的關係。
本發明其他實施形態之墊接觸部件11中，將使用第十三(a) 圖所示之墊接觸部件的情況稱為橫流，將使用第十三(b)圖所示之墊接觸部件的情況稱為縱流，並將使用第十三(c)圖所示之墊接觸部件的情況分成3種，而分別稱為僅中心、僅邊緣、及兩方。僅中心者，係指藉由第一隔牆14A隔開之空間中，僅形成於研磨墊中央側之空間的流路有溫水流過的情況；僅邊緣者，係指藉由第一隔牆14A隔開之空間中，僅形成於研磨墊外周側之空間的流路有溫水流過之情況。兩方者，係指藉由第一隔牆14A隔開之空間兩方有溫水流過的情況。再者，雖然顯示有新型0mm之情況，不過新型0mm係將第六圖中說明之形狀的墊接觸部件設置於第八圖所說明之位置的情況。任何情況流入墊接觸部件之溫水流量皆為5.0公升/分鐘。
從第十五(a)圖瞭解，藉由改變供給溫水之區域，可控制溫度歷程積分值。此外，藉由改變溫水流量亦應可細微控制溫度歷程積分值。第十五(a)圖所示之資料係未研磨時之資料，不過即使已研磨時，藉由改變供給溫水之區域，仍可控制溫度歷程積分值，結果亦應可控制研磨輪廓。
第十五(b)圖顯示兩方、僅中心、僅邊緣情況在研磨墊半徑方向位置之研磨墊的溫度。從第十五(b)圖瞭解，僅邊緣情況下，在研磨墊半徑方向位置約150mm附近起，研磨墊之溫度開始上升，在約250mm附近發現溫度上升之頂點。僅中心之情況，研磨墊半徑方向位置約為80mm時，研磨墊之溫度開始上升，從約150mm附近到達最大溫度，研磨墊半徑方向位置約200mm時開始下降。兩方之情況，為合併僅中心之情況與僅邊緣情況之特徵的曲線，且研磨墊之一定高溫狀態長期持續。
第十五(c)圖顯示兩方、橫流、縱流時在研磨墊半徑方向位置之研磨墊的溫度。從第十五(c)圖瞭解，任何情況下，研磨墊之溫度皆形成相同之溫度變化曲線，不過研磨墊半徑方向位置在170mm以上之範圍，兩方之情況的研磨墊溫度比橫流、縱流的情況稍高。橫流、縱流之情況係對整個墊接觸部件供給溫水，不過藉由變更墊接觸部件之設置位置，可調節研磨墊之溫度。
第十五圖所示之結果，由於任何情況下溫水之流量皆為5公升/分鐘，因此，藉由在藉由第一隔牆14A而隔開之2個空間分別流入不同流量之溫水，可調節研磨墊之溫度。此外，藉由改變流動液體之溫度亦可調節研磨墊之溫度。
上述實施形態中，藉由將墊接觸部件11之形狀形成變形六角 形(第六(a)圖與第六(b)圖)或變形八角形(第十三(a)圖、第十三(b)圖與第十三(c)圖)，並變更液體(溫水)之流路，而近似在無墊接觸部件之情況的研磨墊之半徑方向溫度分布。但是，理想之研磨墊半徑方向溫度分布依研磨程序而異。因而，宜使第六(a)圖與第六(b)圖或第十三(a)圖與第十三(b),(c)圖所示之墊接觸部件11可在研磨墊之半徑方向移動，而可控制研磨墊之半徑方向溫度分布。
第十六圖係顯示具備使墊接觸部件11在研磨墊之半徑方向 移動的機構之墊溫度調整機構5的斜視圖。如第十六圖所示，支撐墊接觸部件11之支臂54如箭頭所示，可以手動在研磨墊3之半徑方向來回移動。藉此，適宜選擇藉由墊接觸部件11將研磨墊3加熱之研磨墊3半徑方向的區域，可控制研磨墊之半徑方向溫度分布。
第十七圖係顯示具備在研磨墊之半徑方向來回移動的自動 機構之墊溫度調整機構5的斜視圖。如第十七圖所示，支撐墊接觸部件11之支臂54藉由馬達55可在研磨墊3之半徑方向來回移動。馬達55藉由馬達控制器56可控制其驅動。此外，在研磨墊3之上方配置有複數個熱成像儀或紅外線輻射溫度計57，可測定研磨墊3之表面溫度分布。馬達控制器56及紅外線輻射溫度計57連接於主控制器58。藉由第十七圖所示之構成，將紅外線輻射溫度計57之測定結果輸入主控制器58，藉由主控制器58控制馬達控制器56，反饋研磨墊3之表面溫度分布測定結果，可使墊接觸部件11移動而成為希望之研磨墊的半徑方向溫度分布。
第十八圖係顯示將墊接觸部件11在研磨墊3之半徑方向隔開 複數個，並區分成研磨墊3半徑方向之內側區域與外側區域，可個別供給液 體(溫水)，而在每個區域控制研磨墊3之半徑方向溫度的樣態圖。第十八圖所示之墊接觸部件11的具體形態與第十三圖所示者相同。如第十八圖所示，墊接觸部件11具備：位於研磨墊3之半徑方向內側的墊接觸部11A、及位於研磨墊3之半徑方向外側的墊接觸部11B。墊接觸部11A,11B中可個別地供給液體(溫水)。亦即，在墊接觸部11A,11B中從液體供給槽31經由供給管線32A,32B可個別地供給液體(溫水)。在供給管線32A,32B中分別設置有比例控制閥61A,61B，藉由比例控制閥61A,61B可個別地控制供給至墊接觸部11A,11B之液體(溫水)流量。在研磨墊3之上方設置有複數個熱成像儀或紅外線輻射溫度計57，可測定研磨墊3之表面溫度分布。紅外線輻射溫度計57及比例控制閥61A,61B連接於溫度控制器62。藉由第十八圖所示之構成，可對位於研磨墊3之半徑方向內側的墊接觸部11A與位於研磨墊3之半徑方向外側的墊接觸部11B個別地供給流量被控制的液體(溫水)，而可在每個區域(Area)控制研磨墊3之半徑方向溫度。第十八圖中，係將墊接觸部件11隔開成研磨墊3半徑方向之內側區域與外側區域的2個區域，不過亦可在半徑方向隔開3個區域以上。如第十八圖所示，亦可在供給管線32A,32B中供給冷水。第十八圖係顯示改變溫水與冷水之混合比的比例控制閥61A,61B，不過如第二圖所示，亦可構成以切換閥切換溫水、冷水，且以流量調整閥調整流量之切換系統。
第十九圖係顯示以加熱器內藏之陶瓷加熱器構成墊接觸部 件11，藉由在研磨墊3之半徑方向配置複數個墊接觸部件11，而在每個區域(Area)控制研磨墊3之半徑方向溫度的樣態圖。如第十九圖所示，將由陶瓷加熱器構成之複數個墊接觸部件11並列配置於研磨墊3之半徑方向。在各墊 接觸部件11中從電源裝置63供給電力。在研磨墊3之上方設置有複數個熱成像儀或紅外線輻射溫度計57，可測定研磨墊3之表面溫度分布。紅外線輻射溫度計57及電源裝置63,63連接於溫度控制器62。藉由第十九圖所示之構成，將紅外線輻射溫度計57之測定結果輸入溫度控制器62，藉由溫度控制器62控制電源裝置63,63，反饋研磨墊3之表面溫度分布測定結果，可控制由陶瓷加熱器構成之墊接觸部件11,11，而成為希望之研磨墊的半徑方向溫度分布。
本發明之墊溫度調整機構5係構成可切換溫水與冷水而供給 至墊接觸部件11，除了將研磨墊3之表面加熱之外，還可冷卻研磨墊3之表面。
第二十(a)圖係顯示用於在墊接觸部件11中選擇性供給溫水 與冷水之液體供給系統圖。第二十(a)圖係簡化第二圖所示之液體供給系統的圖。如第二十(a)圖所示，在供給管線32中設置有閥門V1，溫水經由閥門V1而供給至墊接觸部件11。在供給管線32中流動之溫水經由閥門V2返回液體供給槽31(參照第二圖)，溫水可循環。在冷水管線41中設置有閥門V3，冷水經由閥門V3而供給至墊接觸部件11。返回管線33中設置有閥門V4，供給至墊接觸部件11之溫水經由閥門V4返回液體供給槽31(參照第二圖)。在返回管線33中流動之冷水可經由閥門V5而排出。如以上所述，閥門V1係用於供給溫水之閥門，閥門V2係用於溫水循環之閥門，閥門V3係用於供給冷水之閥門，閥門V4係用於溫水返回之閥門，閥門V5係用於排水之閥門。
第二十(b)圖係顯示進行從供給溫水切換成供給冷水及從供 給冷水切換成供給溫水時之各閥門的狀態圖。如第二十(b)圖所示，將供給 至墊接觸部件11之液體從溫水切換成冷水時，係將打開之閥門V1關閉，將閥門V2保持關閉而延遲(Delay)一段時間後打開，將關閉之閥門V3打開，將閥門V4保持打開而延遲(Delay)一段時間後關閉，並將閥門V5保持關閉而延遲(Delay)一段時間後打開。此外，將供給至墊接觸部件11之液體從冷水切換成溫水時，係將關閉之閥門V1打開，將打開之閥門V2關閉，將打開之閥門V3關閉，將閥門V4保持關閉而延遲(Delay)一段時間後打開，將閥門V5保持打開而延遲(Delay)一段時間後關閉。如此，在切換閥門V1~V5時適切保持延遲(Dealy)時間，從供給溫水切換成供給冷水時，保留於墊接觸部件11及配管內的溫水返回調溫機。從供給冷水切換成供給溫水時，將保留於墊接觸部件11及配管內的冷水排出，可防止調溫機內之溫水的溫度降低。
其次，參照第二十一(a)圖與第二十一(b)圖說明為了將研磨 墊3之表面溫度控制在設定溫度，而切換控制溫水與冷水之方法圖。
第二十一(a)圖係顯示研磨墊3之表面溫度變化的圖，橫軸顯 示時間，縱軸顯示研磨墊3之表面溫度，在縱軸上記載有研磨墊3表面之設定溫度Ts1,Ts2。
如第二十一(a)圖所示，研磨墊3之現在溫度比設定溫度Ts2 低時，亦即設定溫度>現在溫度時，開始供給溫水(開始步驟1)。而後，當研磨墊3之現在溫度比設定溫度Ts1高時，亦即設定溫度<現在溫度時，開始供給冷水(開始步驟2)。
第二十一(b)圖係第二十一(a)圖之A部放大圖。如第二十一 (b)圖所示，在設定溫度Ts1上設控制上限與控制下限。當研磨墊3之現在溫度到達設定溫度Ts1之控制上下限時輸出閥門切換的信號。CMP控制器50 (參照第二圖)藉由閥門切換信號之狀態來切換溫水、冷水的閥門。該閥門之切換如第二十(a)圖與第二十(b)圖所示。
以上係說明本發明之實施形態，不過本發明不限定於上述實施形態，在其技術思想之範圍內，當然可以各種不同形態來實施。
1‧‧‧頂環
2‧‧‧研磨台
3‧‧‧研磨墊
4‧‧‧研磨液供給機構
5‧‧‧墊溫度調整機構
7‧‧‧研磨頭支撐臂
11‧‧‧墊接觸部件
30‧‧‧液體供給系統
52‧‧‧氣壓缸
53‧‧‧馬達
54‧‧‧支臂

Claims (24)

  1. 一種研磨方法，係在研磨台上之研磨墊上按壓基板來研磨基板，其特徵為具備：研磨墊之表面溫度調整工序，其係調整前述研磨墊之表面溫度；及研磨工序，其係於前述調整後之表面溫度下在前述研磨墊上按壓基板來研磨基板；前述研磨墊之表面溫度調整工序係以在前述研磨工序中，於前述研磨墊表面半徑方向之溫度輪廓的溫度變化率在研磨墊半徑方向保持一定之方式，調整基板接觸之前述研磨墊一部分區域的表面溫度。
  2. 如申請專利範圍第1項之研磨方法，其中前述研磨墊之表面溫度調整工序係將以不調整前述研磨墊之表面溫度的狀態下，獲得目標之研磨輪廓的研磨條件研磨時，在前述研磨墊表面之半徑方向的溫度輪廓為基準，以在前述研磨工序中，於前述研磨墊表面半徑方向之溫度輪廓的溫度變化率對成為前述基準之溫度輪廓，在研磨墊半徑方向保持一定之方式，調整基板接觸之前述研磨墊一部分區域的表面溫度。
  3. 如申請專利範圍第1項之研磨方法，其中前述研磨墊之表面溫度調整工序，係使用接觸前述研磨墊表面之墊接觸部件，將前述研磨墊之一部分區域加熱或冷卻。
  4. 如申請專利範圍第1項之研磨方法，其中在前述研磨墊表面半徑方向之溫度輪廓，係在前述研磨墊表面半徑方向之溫度分布。
  5. 如申請專利範圍第1項之研磨方法，其中係在前述研磨墊之每個溫度測定點算出在前述研磨墊表面半徑方向之溫度輪廓的溫度變化率。
  6. 如申請專利範圍第1項之研磨方法，其中在前述研磨墊表面半徑方向之溫度輪廓，係在前述研磨墊之半徑方向定義複數個區域，每個區域至少設1點前述研磨墊之溫度測定點，使用在前述溫度測定點所測定之測定值而作成。
  7. 如申請專利範圍第6項之研磨方法，其中在區域內設複數個前述溫度測定點時，係個別使用在複數個溫度測定點所測定之測定值，或是使用前述測定值之平均值。
  8. 如申請專利範圍第1項之研磨方法，其中在前述研磨工序中，依前述研磨墊表面半徑方向之溫度輪廓的溫度變化率，調整前述研磨墊之表面溫度的前述研磨墊之部分區域為可變。
  9. 如申請專利範圍第1項之研磨方法，其中係以熱成像儀或紅外線輻射溫度計進行前述研磨墊之溫度測定。
  10. 如申請專利範圍第1項之研磨方法，其中調整前述研磨墊表面溫度之部分，係在前述研磨墊之半徑方向規定同心圓環狀之複數個區域時，是規定之複數個區域中的至少1個區域。
  11. 一種研磨墊的溫度調整區域之決定方法，係用於在研磨台上之研磨墊上按壓基板來研磨基板的研磨方法，其特徵為具備：第一工序，其係在前述研磨墊之半徑方向規定同心圓環狀的複數個區域，從規定之複數個區域選擇調整表面溫度之區域，將選擇之區域調整成指定的溫度，在基板半徑方向每個位置算出藉由接觸溫度調整後之前述研磨墊而從研磨墊接受的熱量，在基板半徑方向的每個位置從前述算出之熱量算出隨著基板旋轉產生之熱量累計值，作成在基板 半徑方向之熱量累計值輪廓，對調整表面溫度之每個區域作成該熱量累計值輪廓而儲存；第二工序，其係取得以不調整前述研磨墊表面溫度狀態下成為目標之研磨輪廓的研磨條件研磨時，在前述研磨墊表面之半徑方向的溫度輪廓，在基板半徑方向每個位置從該溫度輪廓算出隨著基板旋轉產生之熱量累計值，而算出在基板半徑方向之熱量累計值輪廓；及第三工序，其係從將前述第一工序所儲存之前述熱量累計值輪廓標準化的熱量累計值輪廓，選擇與將前述第二工序所取得之熱量累計值輪廓標準化的熱量累計值輪廓相等或近似之輪廓；依據前述第三工序所選擇之輪廓，決定調整前述研磨墊之表面溫度的區域。
  12. 如申請專利範圍第11項之研磨墊的溫度調整區域之決定方法，其中調整前述研磨墊之表面溫度的區域係複數個，該複數個區域之每個區域的溫度不同。
  13. 一種研磨方法，係在研磨台上之研磨墊上按壓基板來研磨基板，其特徵為具備：第一工序，其係在前述研磨墊之半徑方向規定同心圓環狀的複數個區域，從規定之複數個區域選擇調整表面溫度之區域，將選擇之區域調整成指定的溫度，在基板半徑方向每個位置算出藉由接觸溫度調整後之前述研磨墊而從研磨墊接受的熱量，在基板半徑方向的每個位置從前述算出之熱量算出隨著基板旋轉產生之熱量累計值，作成在基板半徑方向之熱量累計值輪廓，對調整表面溫度之每個區域作成該熱量 累計值輪廓而儲存；第二工序，其係取得以不調整前述研磨墊表面溫度狀態下成為目標之研磨輪廓的研磨條件研磨時，在前述研磨墊表面之半徑方向的溫度輪廓，在基板半徑方向每個位置從該溫度輪廓算出隨著基板旋轉產生之熱量累計值，而算出在基板半徑方向之熱量累計值輪廓；第三工序，其係從將前述第一工序所儲存之前述熱量累計值輪廓標準化的熱量累計值輪廓，選擇與將前述第二工序所取得之熱量累計值輪廓標準化的熱量累計值輪廓相等或近似之輪廓；及第四工序，其係依據前述第三工序所選擇之輪廓決定調整前述研磨墊表面溫度的區域，調整所決定之研磨墊區域的表面溫度，同時在前述研磨墊上按壓基板來研磨。
  14. 如申請專利範圍第13項之研磨方法，其中調整前述研磨墊之表面溫度的區域係複數個，該複數個區域之每個區域的溫度不同。
  15. 如申請專利範圍第13項之研磨方法，其中在前述基板之研磨中，作成在前述研磨墊表面半徑方向之溫度輪廓。
  16. 如申請專利範圍第15項之研磨方法，其中在前述研磨墊表面半徑方向之溫度輪廓，係在前述研磨墊表面半徑方向之溫度分布。
  17. 如申請專利範圍第15項之研磨方法，其中係在前述研磨墊之每個溫度測定點算出在前述研磨墊表面半徑方向之溫度輪廓的溫度變化率。
  18. 如申請專利範圍第17項之研磨方法，其中在前述基板之研磨中，依前述溫度變化率調整前述表面溫度之區域為可變。
  19. 如申請專利範圍第13項至第18項中任一項之研磨方法，其中係以熱 成像儀或紅外線輻射溫度計進行前述研磨墊之溫度測定。
  20. 一種研磨裝置，係在研磨台上之研磨墊上按壓基板來研磨基板，其特徵為具備：頂環，其係在前述研磨台上之前述研磨墊上按壓前述基板；及墊溫度調整機構，其係調整前述研磨墊之表面溫度；前述墊溫度調整機構具有：墊接觸部件，其係接觸於前述研磨墊之表面；及液體供給系統，其係將溫度調整後之液體供給至前述墊接觸部件；前述溫度調整後之液體係溫水及冷水，該溫水及冷水不致混合，而藉由閥門之切換選擇性供給至前述墊接觸部件。
  21. 如申請專利範圍第20項之研磨裝置，其中前述閥門切換時，係在將保留於前述墊接觸部件及配管內的溫水送回前述液體供給系統後，將冷水供給至前述墊接觸部件。
  22. 如申請專利範圍第20項之研磨裝置，其中前述閥門切換時，係排出保留於前述墊接觸部件及配管內的冷水後，將溫水供給至前述墊接觸部件。
  23. 一種研磨裝置，係在研磨台上之研磨墊上按壓基板來研磨基板，其特徵為具備：頂環，其係在前述研磨台上之前述研磨墊上按壓前述基板；及墊溫度調整機構，其係調整前述研磨墊之表面溫度；前述墊溫度調整機構具有墊接觸部件，其係接觸於前述研磨墊之表面，將研磨墊加熱或冷卻， 前述墊接觸部件具備可個別調整溫度之複數個區域，藉由進行此等複數個區域中至少1個區域的溫度調整，可調整在前述研磨墊表面半徑方向之溫度輪廓。
  24. 如申請專利範圍第23項之研磨裝置，其中在前述墊接觸部件之前述複數個區域中的每個區域能控制溫水或冷水之流量同時供給溫水或冷水。
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