TWI227181B - Apparatus and methods for controlling wafer temperature in chemical mechanical polishing - Google Patents

Apparatus and methods for controlling wafer temperature in chemical mechanical polishing Download PDF

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TWI227181B TW091136602A TW91136602A TWI227181B TW I227181 B TWI227181 B TW I227181B TW 091136602 A TW091136602 A TW 091136602A TW 91136602 A TW91136602 A TW 91136602A TW I227181 B TWI227181 B TW I227181B
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Description

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、L龟明所屬之技術領域】 本毛明大體上係關於化學機械研磨（CMP)之系统、及 :::iCMP操作之性能與效率的技術…體：ΐ，ΐ 圓拖操作期間、藉晶圓溫度之直接監視與ΐ 、、、 轉換以控制晶圓溫度的設備及方法。 ~ 【先前技術】 與晶裝置的製造中，乃必須執行包括研磨、抛光 行晶圓I拄Γ之CMP操作，·在這些CMP操作之同時亦必須執 料製成、呆作。比方，一典型的半導體晶圓可以矽為材 其厚度 、7為直徑或3〇〇mni之圓盤。200mm之晶圓 專有名气，，方0 . 〇 2 8英吋。為了便於說明，以下係使用 電路之^晶圓』來描述並含括這類用以支撐電力或電子 典型導體晶圓及其他平面結構、或者基板。 式製造。^ ΐ體電路裝置係在這類晶圓上以多層結構的形 置。而在拉_圓的表層上’係形成具有擴散區之電晶體裝 係與電晶顺I來的裡層中’則有圖案化之互連金屬線、其 行定義。置作電氣連接、以對符合要求之功能裝置進 絕緣。卷有木化之$電層係藉由介電材料而與其他導電層 料平垣化 ^多金屬層與相關的介電層形成時，對介電材 時、其製浐而求便會增加。若無平坦化，則欲增加金屬層 困難。在甘將由於表面電路佈局之較高變異性而變得相當 中，然德2他應用中，金屬線之圖案係形成於介電材料 執行金屬CMP操作將多餘的金屬移除。 1227181
、發明說明 在典型的c Μ P系統中’晶圓係裝設於載具上、且所露 > _圓表面係用於CMP製私。載具與晶圓係以旋轉方向 2轉。CMP製程係可在比方當旋轉中晶圓之外露表面與 =f片之外露表面藉由外力而互相朝對方推進之時、以及 二這些外露表面在各自的研磨方向移動之時達成。CMP製 =之，學實施態樣係包括晶圓與塗在研磨片上以及晶圓上 勹，焱成分之間的反應。而CMp製程之機械實施態樣則係 ^ 以使晶圓與研磨片互相朝對方推進之力、以及晶圓 一、研磨片之相對定位。
控制雖然有許多成功的CMP製程所倚賴之要素都已提供了 比方去，然而典型的CMP系統並不直接控制晶圓溫度。 面的柏：些要f、例ί晶圓之外露表面與研磨片之外露表 系统哼别f度、便可猎由平衡環加以控制。在其他的CMP 生、。頒坦中，則提供了線性承軸以避免任何這種角度的產
CMP操作湘曰曰圓溫度以外的這些要素之控制僅能間接影Η 片互相勤晶圓溫度。比彳，對於用以使晶圓盥研 應受到^ Ϊ方推進之力的控制將使具溫度相關性之化, 導ς曰=的影響，而這可能產生摩擦熱的現象、並 圓表；=溫度變化。亦有些嘗試係為克服預期“ -外形導;r:二口， :7在各;:=::容許液體自承載頭流二間: 戰Β曰囫的真空頭内，便設置有將研漿由該承韋
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散佈至晶圓的薄膜。然而，雖然 些溫度相關之特性，例如黏性， 控制晶圓溫度。 例如研漿等流體係具有一 典型的CMP系統並未直接 有關於晶圓溫度之間接控制或無控制的這種 : = = Γ間的相互關係、以及這些要素在⑽操 而變得複雜化。因此，比方在嘗試增加晶 0 μ度日守、右增加晶圓與載具間的作用力’便可能益咅間 =到：多其他的變數’因而限制或阻礙了此種用於溫度 控制之作用力的使用。比方’這種作用力可能直接影塑到 =的速率、因而在某種程度上與特定晶圓溫度之需求相 衝犬0 於是所需要的是一個CMP系統 以及在CMP操作期間 可在比方不依靠例如CMP作用力等間接要素的情況下'、直 接控制晶圓溫度之方法。這種CMP系統將提供;於Μ?'摔 期間直接監視晶圓溫度的設備與方法，並對一個或多個； 能來源加以控制、以達到符合要求之晶圓溫度。此外，i 於符合要求之CMP操作可能在遍布整個晶圓區域内有各種 不同的溫度需求，這種CMP系統之設置係使其中的設備與 方法在CMP操作期間可直接對晶圓内不同區域之溫度進行 監視，並個別地控制各熱能來源、以達到符合各晶圓區域 要求之晶圓溫度。同時，這種CMP系統及其方法將以在cmp 期間内與晶圓作直接接觸的構造進行裝配、俾使其配置情 形與所要求之晶圓溫度控制方式一致。
第8頁 1227181 五、發明說明（4) 二、【發明内容】 大體而言，本發明滿足了這些可提供實現上述問題之 ，決方案的CMp系統及方法的需求。如此，籍由本發明、， 一CMP系統及其方法可在晶圓上、於一個或多個CMP操作之 實行期間内、對晶圓上之局部平坦化特性進行控制；;該屬 f可為比方移除自晶圓的材料數量。經由一系統控制器與 一熱控制器，便可執行用以控制晶圓溫度之操作、以:幸 合晶$要求之局部平坦化。為此目的，這種系統可在 比方不依罪例如CMP作用力之間接要素的情況下、於 作期間内直接控制晶圓溫度。這種CMp系統更進一* 了可在CMP操作期間直接監視晶圓溫度之設備與方法 對-個或多個熱能來源加以控制、以要’亚 溫度。此外’為提供可在晶圓區域内有不：：：求：晶圓 CMP # ^ ^ ^CMP , ^ «ΜΡ7^ " ^ " 接對晶圓内不同區域之溫度進行臣6視本八作1間内、直 來源、以達到符合各晶圓區域要；之：：控制各熱能 種CMP系統及其方法係可'" 日日α /皿度。同時，這 的μ、止、佳壯 ’、χ在〇好期間内與晶圓作直接桩結 的構以進订“己’例如晶圓支撐膜，俾使 J接接觸 如熱轉換特性）與所要求之晶圓溫度控制方式_较。形（例 在本發明中，-個控制化學機械研磨操"作。 的實施態樣提供了 一具有晶圓裝設表面之曰、：0溫度 圓裝設表面：鄰之處可有-熱能轉換單元韓拖與晶 偵測器、用以偵測晶圓之溫 =亦可有—熱能 而栓制為則可回應該偵 1227181 五、發明說明（5) 為、藉以控制供應至熱能轉換單元之熱能。 制化ίί發明的另—個實施態樣中，提供了用以監視並控 配置ίίΐ研磨操作之晶圓溫度的設備。熱能轉換單元係 ，、有數個獨立間隔區塊、各區塊皆與晶圓裝設表面 πs，區域相鄰。又，每個個別區塊係可有效地轉換晶 :僻寺定區域之相關能量的個別量。而控制器則可回應 二二—立區域相關之多個偵測器、藉以控制供應至熱能轉 換早70之個別間隔區塊的熱能。 f本發明的又一個實施態樣中，提供了 一在化學機械 研磨操作期間、用以監視晶圓溫度之方法。一操作項目係 定義在至少一個晶圓表面之獨立區域的範圍内。一特定溫 度、、其係必須在化學機械研磨操作期間於至少一獨立區^ 上，^持另一刼作項目乃在化學機械研磨操作期間感^ 至/ 獨立區域之溫度。該方法的實施態樣係可包括遍本 整個^圓，面之複數個獨立區域中的至少一獨立區域。 ::測刼作可藉由對各獨立區域之溫度作個別檢測的方 > =。另一操作項目之設置則係可根據相關同心獨立
::獨立=溫度、來控制供應至相關熱能轉換單元之各同 〜獨立&域的熱能。 J 在本發明的再另一個實施態樣中，一提供之方 用於控制晶圓溫度，包括定義許多晶圓表面之’= 2軟如曰、獨域係維持在—特定溫度、藉以提供遍 布土個日日圓之溫度梯度。晶圓之裝設係用於化讲= 操作、且其獨立區域皆在事先決定之定位上。 第10頁 1227181 五、發明說明（6) 之溫度將被測量。一熱能轉換操作項目 檢測溫度進行相關於各獨立區域之熱_係根據相關區域之 項目中，則對供應至各相關獨立區域=2換。在另一操作 本發明之其他實施態樣與優點將可葬、能進行控制。 述、連同附圖及對本發明之理念範二由以下之詳細敘 楚。 呪明、而更加清 四、【實施方式】 在此將描述一項用於CMp系統之 問題之解決方案的方法。如此，藉：本發：，及^述 及方法將可在比方不依靠例如CMp作用 CMP糸統 況下、於CMP操作期間内控制晶圓溫度。這要素的情 一步提供了可在CMP操作期間直接. ’、，、，更進 求之晶圓溫度。以此方法，比方料 達丨付a要 各種不同之溫度需求的CMp操作而言;，這正種 ：域内有 係使其在CMP操作射h直接監視個別不同區^之溫之度配置 並個別地控制各熱能來源、以遠卩 又 之晶圓溫度。 卩相各個別晶圓區域所要求 在以下的敘述中’提出了許多具體詳述、以提供對本 發明之徹底暸解。然而，熟悉本技術之人士當可瞭解， 發明可在未使用這些詳述之部分或全部的情況下實施。在 其他例子中’ $不使本發明受到混淆、將^已熟 程操作與結構進行詳細的描述。 τ 1227181 五、發明說明（7) 參考圖1 A，可瞭解本發明係在比方不依靠例如CMp作 用力等間接要素的情況下、於CMP操作期間提供一用以控 制晶圓52之溫度丁的CMP系統50。熱能偵測器54係直接監視 晶圓52之溫度T，並將一個或多個溫度信號56輸出至系^統 =制器m統控制器58係對實現—個或多個熱能來源62 :、二個或多個熱能轉換單元64間之連結的熱控制器6〇加以 控制。早兀64係裝設於承載頭66之上、 6。與系統控制器58的控制之下、以達到符合晶圓52 :; 之溫度了。 I文' 二般而言，系統50乃可執行-種方法、其係在晶圓52 ^於一個或多個CMP操作之實行期間内、對晶圓上之局部 Ϊ 2特性Ϊ行控制。該屬性可為比方移除自晶圓52的材 52之。控制器58與熱控制器59，便可執行晶圓 作、以便達到符合晶圓52所要求之局部平 坦化，此將於以下作更全面的敘述。 面68 it ΐ :6:可：置成任何型式用以裝設晶圓52之裝設表 面74互Γ拖五隹、=外露表面72係位於朝研磨片76之研磨表 用之承：頭66 =二。圖1八顯示了與帶型研磨片76B -起使 CMp摔^祀？1、其係移動於箭頭82的方向、藉以執行 :比方二使用其他型式之承載頭66與研磨片 下）的承宽曰66 ^'。下視入具有與圖1A相同定位（晶圓向 52及承恭大。其所示之承載頭66乃與直徑較晶圓 中，々m”的碟狀研磨片76dl-起使用。在圖ic 其所不之承载頭66係在晶圓向上的定位、並且與碟狀
第12頁 1227181 五、發明說明（8) 研磨片調節器83相#。此處，橫向移動與轉動之碟狀 片76T係在晶圓52上用於次窗孔CMp操作之部分區域内〜 動、且亦在研磨片調節器8 3上移動。 圖2係描述本發明之承載頭6 6的一個實施例，置 …此在光源64L的例子中，轉換至晶圓52之 關熱能可為轉換至裝設於承載頭66上之晶圓52者。光源 6 4L可為任何用以將高強度光能均勻地分佈在一寬廣區 ，:例如均勻地遍布整個晶圓52之區域的光源配置〃。這 二％可忐包含了用以提供熱轉換至晶圓5 2的輻射或傳導 此〃般而a ，這種光源6 4 L係快速地轉換這種熱能。所 不之光源64L係與可裝設於承載膜84上之晶圓52相鄰。光 可為比方鹵素鎢燈。均勻地遍布整個晶圓區域而供 f…能的光源64L係為本發明之一個實施例的範例。必須 T解的是以下所述者係關於本發明中、非均句地遍布整個 晶圓區域而供應熱能之其他實施例。 、一無娜5又置於承載頭6 6上之單元6 4的特定類型為何，承 載頭6 6皆可没置一個或多個用以供應研漿8 8之通道8 6、藉 以、、二由承載膜8 4而分別散佈於晶圓5 2與研磨片7 6面對面的 接觸表面7 2與7 4 (圖1 A )之間。依照所使用的研磨片類型， 可將包含不同類型的分散狀研磨粒子、比方s丨〇2及/或 A込〇3等水溶液所組成之研漿8 8應用於研磨片，從而在研 l,L 6 /、曰曰圓5 2之外路表面7 2間產生研磨性化學溶液。由 於研装88的溫度乃影響晶圓52之溫度T的因素之一，且研
1227181 五、發明說明（9) 漿88之黏性可能具有溫度相關性，故可將 54S裝設於鄰近通道86之虛、 、…犯價別為 择开將一、、四声严啼ς β c 、以便直接監視研漿8 8的溫 ： 輪出至系統控制器58。以類似於 使用仏號56的方式’系餘如 ; 如何控制熱控制器60:以5八=吏广㈣^ 丁。在本發明的一個實施能達樣到中付合^圓田52所要求之溫度 控制晶圓52之溫度T。'比;樣^9可使用研浆88之溫度來 會7胩π .商m將3 ，如圖2所不，熱能轉換單元64 :ΓΪ ί 有熱能轉換關係之承載頭66上、 亚在,，、、f制态60與系統控制器58的控制之下操#、以達到 符合研κ88要求之溫度。藉由研漿88與晶圓Μ之接觸，可 在不依賴比方圖2所示之熱能轉換單元6 符合晶圓52所要求之晶圓溫度τ。 卜違到 圖2亦描述以熱偶92之形式設置有熱能偵測器^的承 載頭66、^糸用以直接監視晶圓52之溫度τ。熱偶92係可 配置成-壤繞晶圓52的環92R、用以檢測與晶圓52之外露 表面72相鄰的平均溫度丁。熱偶92可將溫度信號56輸出； :C ”8。在偵測器54不需要為了準確地偵測晶圓52 而菲近或碰觸到晶㈣的情形巾，可將该測器54 衣叹於承載頭66中、並與晶圓52保持細小間隔。這樣的偵 j益54因而可偵測與晶圓52相鄰（非常靠近）之承載頭μ的 2 ' IE從而提供晶圓溫度之準確指示（例如在實際晶圓 '里又之正負5度範圍内的溫度）。均勻地遍布整個晶圓區 域而供應熱能的光源64L係為本發明之一個實施例的範 例。 、 1227181 五、發明說明（10) t發明的另-個實施例亦可均句地轉換相關於整個晶 圓區域之熱能。圖3 A顯示了一連_ @ s 口口 -以 * < 一莫7 + 逆甲U、娘形式之熱能轉換 早兀64、其乃疋義了電阻加熱器64R的範圍。士口同在光源 6礼的例子中’藉由電阻加熱器64R所轉換之熱能係轉換至 裝设於承載頭66上之晶圓52。加熱器64R之配置係為個別 的同心環、且乃顯示成用以均勻地將熱能分佈在整個晶圓 52之區域内的三個環。對於直徑較大之晶圓“（例如3〇〇mm 晶圓對照於2 0 0龍晶圓）、可使用較多的環、藉以確保均句 的加熱性、從而使整個晶圓52之區域具有相同的.溫度τ。 這種來自電阻加熱器6 4 R之熱能係以傳導能的形式提供晶 圓52之熱能轉換。電阻加熱器64R係可裝設在與晶圓52相 鄰之處，亦可裝設在承載膜84之上。每個電阻加熱器64R 乃可為比方一 Watlow電阻加熱器。 、圖3A亦描述了設置有另一個熱能偵測器54實施例的承 載頭66三此處，有許多短熱偶探針92p等間隔地環繞著晶 圓52、藉以直接監視相鄰於晶圓52之外露表面72的溫度 丁。來自各採針9 2 P之信號5 6 P可由系統控制器5 8單獨地監 視、藉以測定特定探針92P位置上之晶圓溫度τ，或者信號 56Ρ可&由系統控制器58取平均數、藉以決定相鄰於晶圓52 ，外露表面72的溫度τ。為確保溫度τ係均勻地遍布整個晶 圓5 2之外露表面7 2的區域，系統控制器5 8可比較分別由各 採針92Ρ所檢測到之溫度τ。這些溫度τ的零或小（例如5它） 溫差可用來指示溫度τ係均勻地遍布整個晶圓5 2之區域。 雖然圖3Α所不為4個探針92Ρ，然比方亦可基於例如晶圓52
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之直徑等要素來設置較多或較少的探針9 2 p。又，進〆 步確保溫度T係均勻地遍布整個晶圓5 2之區域，可使用比 方個別熱能偵測器5 4之陣列、其將於以下有關圖5 作 更全面的敘述。 圖3B係描述一平面圖、其係向上視入裝設於承載頭“ 之晶圓52的外露表面72。所示範的三個環64R係以虛線表 示，且所示之直徑D3係由晶圓52之一邊穿越晶圓52股之中心 94而朝外延伸至晶圓52的對面一邊。直徑⑽可延伸於比方 晶圓52對面兩側的探針92P之間。如本發明之此實施例所 要求，均句地遍布於外露表面72之區域的溫度τ係藉由圖 3C之圖表加以說明，該圖顯示了沿著直徑⑽之位置而標繪 的晶圓52之溫度τ。所示之溫度τ相當固定，表示溫度梯^ 並未遍布於整個晶圓52之外露表面72的區域内。 又 本發明之其他實施例的提供、係為供應非均勻地遍 整個晶圓區域之熱能，且乃如圖4Α至7所示。亦即，這類 實施例各皆可提供遍布於晶圓5 2之外露表面7 2的熱梯度、。 圖4 Α顯不這些實施例的第一個，說明了以中心碟6 4 ρ為形 式之熱能轉換單元6 4、其係可座落於晶圓5 2上的一點， 如中心W。該碟64P可由回應電源1〇2(圖1A)之電能而產生 熱能的壓電材質加以配置。藉由碟64p轉換之熱能係轉換 至裝設於承載頭66之晶圓52。作為晶圓52之唯一可控制的 熱能來源，碟64P可將熱能散佈至晶圓52的中心94裡。熱 月匕因而被非均勻地轉換至晶圓52。來自碟64p之熱能將由 中心94向外地、或放射狀地朝晶圓52的邊緣流動。離開中 1227181 五、發明說明（12) 心9 4之示範區域1 〇 4與1 0 6的溫度將較中心9 4的溫度為低， 如此在本實施例中最低溫度T之值將相鄰於晶圓5 2之邊緣 處。碟64P可藉由類似圖2所示有關光源64L的方式裝設在 相鄰於晶圓5 2之處。 圖4 A亦描述設置了一個熱能偵測器5 4實施例之承載頭 66，其係類似於圖2所示包括一熱偶環92R之熱偶92。或者 比方，亦可設置如以上有關圖3 A所述之許多短熱偶探針 9 2 P。熱偶環9 2 R乃環繞著晶圓5 2、藉以檢測相鄰於晶圓5 2 之外露表面72處的平均溫度τ。熱偶環92R可將溫度信號56 輸出至系統控制器5 8。 圖4B係描述一平面圖、其係向上視入裝設於承載頭6 6 之晶圓52的外露表面72。所示範的中心環64p係以虛線表 不’且所示之直經D4係由晶圓52之一邊穿越晶圓52之中心 9 4而朝外延伸至對面一邊。直徑D 4可延伸於比方晶圓5 2對 面兩，的環92R之間。如本發明之此實施例所要求，遍布 於外露表面72之區域的溫度梯度係藉由圖4C之圖表加以說 明’違圖顯不了沿著直徑D4之位置而標繪的晶圓52之溫度 T °來自％9 2R之信號56代表了這種直$D4端點處的溫度 丁。圖係顯示一倒u型曲線丨1〇、其係描述遍布於晶圓52 之外路表面7 2的區域所要求的示範性溫度梯度。曲線丨j 〇 係表:溫度T在中心94具有最大值、且向外遞減。 f較佳的情形係更準確地測量沿著晶圓52之直徑D4位 置的改度T，以及測量由於中心碟6 4 p的使用而產生之溫度 梯度則可使用個別熱能偵測器5 4之陣列、其將於以下有
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1227181 五、發明說明（13) 關圖5 A之處作更入 種陣列，則曲線^ 〇 ^ #敘述。在實際的CMP操作中使用這 之熱轉換特性、而傾向^狀將基於^比方CMP製程或承載膜84 將於以下有關圖8之作爭入4C所示之靖型產生變化、其 向，具有特定更全面的敛述。儘管有這種傾 熱梯度仍為戶斤式根據圖4C所*之曲線U0的 1 0 6 )之CMP製程所获斗，’.、補彳貝廷種在單一區域上（例如 元64之配置可如/的非均勾熱轉換特性，熱能轉換單 曰且j如有關比方圖6A與7所示。 hi、遍布於晶圓52之外露表 度實施例係如圖5A所+甘二面72 £域的另一個溫度梯 熱能轉換單元64環.以外環6權為形式之 緣處延伸的圓環。二;= f-在晶圓52之相鄰邊 I ：或者可能以圖4A所示之碟64P的壓電材質為 52今由：二為轉換相關於晶圓52之熱能、包括轉入晶圓 =由晶圓52轉出之熱能兩者，圖5A所示之實施例係= 外L與—高溫THT、將熱能轉換液體116供應至 卜衣640R的能力。為此目的、外環64〇R係配置成一中 :管。環6權可藉由類似圖2所示有關光源6礼 ；設 在相鄰於晶圓52之處。液體116可為比方乙二醇。 熱源62之一係可回應熱控制器6〇而提供液體116之加 …、與冷部兩者，或如圖1A所示，一個熱源62H可供應加埶 之液體116、而另一個熱源62C則可供應冷卻之液體116”。、、 熱控制器60係在系統控制器58的控制之下操作、藉以將熱 减6 2 Η或熱源6 2 C連接至環6 4 0 R，如此係可適用於加熱或冷 第18頁 1227181
五、發明說明（14)
卻。控制為6 0係將具有適當溫度之液體1 1 6供應給中空環 640R。作為進出晶圓52之唯一可控制的熱能來源或接收 器，環640R可直接轉換只進出於晶圓52外緣的熱能。熱能 因而非均勻地轉入或轉出晶圓52的區域。在加熱時，由環 6 4OR直接轉換至晶圓5 2的熱能將朝内地，或放射狀地由晶 圓5 2之邊緣朝中心9 4流動。離開邊緣之區域比方1 2 2與1 2 4 係發生溫度T之變化。至於冷卻時，由晶圓5 2直接轉換至 環6 4 0 R的熱能則將朝外地、或放射狀地由晶圓5 2之中心9 4 朝邊緣流動’而至環640R。離開邊緣之區域1 22與1 24係發 生溫度T之變化。不管液體係供應至較目前晶圓5 2之溫度τ 為冷的晶圓5 2，或者係供應至較目前晶圓5 2之溫度T為暖 的晶圓5 2，其適用溫度τ之最低值將分別發生在相鄰於本 發明之晶圓5 2的邊緣處，或者將發生在相鄰於中心9 4之 處。
圖5 A係描述設置了一個熱能偵測器5 4實施例之承載頭 6 6、其係配置成可在許多間隔位置上各自檢測晶圓5 2之溫 度T。如以下之進一步敘述，溫度梯度乃可有不同的定位 方式、其係相關於晶圓5 2之中心9 4、或有關於晶圓5 2之邊 緣。為監視比方跨越直徑的的溫度梯度，偵測器54之配置 係為/σ者直役D 5而以相同間隔之關係排列的個別熱能感應 杰5 4 F之陣列5 4 Α。陣列5 4 Α將穿越比方區域1 2 2與1 2 4。圖 5D係顯示一個典型的氟磷灰石探針（例如LUXTR〇N牌探針） 之感應器54F、其係具有一偵測尖端1 26、所設置之塗層 1 2 8的材質乃回應不同溫度而發出不同螢光。尖端丨2 6可位
1227181 五、發明說明（15) 在相鄰於晶圓52之處，例如與晶圓52作直接的接觸。在使 用承載膜84(例如見圖2)之承載頭66的一配置情形中，尖 端126可緊接於與晶圓52接觸之承载膜84。來^氟磷灰= 探針54F之信號56的強度係提供位於探針54ρ處之，产丁的 陣=中探針54F的相同間隔，當系統控;广器58 接收到來自不同探針5 4 F之彳古辦^ fi拉 a ym』 -—--^ 1, =ί:二特定信號56與產生該特定信號心ΐ 晶圓52之直徑D5 ^實%ν^^Λ58乃因而接收了跨越 盥所要m J二 不，可將實際溫度梯度 環’然後再藉由熱能轉換單元64的 衣6 4〇R使適田之熱轉換得以發生。 圖5Β係描述〜平面目、其係向上視入裝設於 之晶圓5 2的外露表而7 9 ^ ,, ί載頭6 6 面72。所不靶的環64〇r係以虛線# ^，直徑D5係由晶圓52之一邊穿越晶圓52之：=而 朝外延伸至對面〜彡。通常直徑D5可延伸於比方产“ =’遍布於外露表面72之區域的溫度梯度係藉由Vsc之 =加：說明’錄圖顯示了沿著直徑D5之位置而標： 員之/皿度T。圖5C係顯示一般的隹代型日、曰曰 述晶圓52之外露表而79 AA「a〜 ^ 其係描 度。曲細係表示處= = ’、、')乃/、所要求之熱梯度可藉由供應冷卻液體116或加熱 第20頁 !227181 五、發明說明（16) 、體11 6至環6 4 0 R而達成，則如上所述、系統控制器5 8將 可使適當熱度（熱或冷）之液體116由適當的熱源62[1或62C 供應至外環640R。 類似於以上有關圖4 A至4 C的敘述，在實際實行中，曲 、、泉1 1 8之形狀將傾向由圖5 c所示之倒u型產生變化。該變化 可基於比方CMP製程或承載膜84之熱轉換特性，其將於以 下比方有關圖8 A與8 B之處作更全面的敘述。儘管有這種傾 向具有特疋蜒化方式、比方根據圖5 C所示之曲線1 1，8的 熱梯度仍為所要求的。為補償這種在單一區域上（例如 1 2 2 )之CMP製程所具有的非均勻熱轉換特性，熱能轉換單 元64之配置係可如以下有關比方圖6A所示。 ,麥考圖6A，本發明亦滿足了跨越晶圓52之直徑D6的熱 梯度係以特定方式變化的需求。另外亦提供了比方單一區 域上（例如1 3 2 )之CMP製程與另一個區域丨3 4者相比時、其 非均勻=熱產生或轉換特性的補償。圖6A描述了本發明之 另一個實施例，其中不同的熱能轉換係可個別在兩個以上 之晶圓5 2的不同區域同時發生。這些示範區域可為比方呈 放射狀間隔之區域132與134。又，這些區域可為如圖7所 示之圓餅狀或楔狀區域丨36。考慮到比方6A，一熱能轉換 係可進入區域132、而另一熱能轉換則可離開區域134，反 之亦同。舉例來說，CMP製程可在一給定時間於區域丨34產 生熱能（如此若無本發明之溫度控制方法 不符要求之提升），而同鑛製程亦可在區^ 月以如此右無本發明之溫度控制方法將導致溫度τ出現不符
1227181 五、發明說明（17) 要求之降低）。所提供之個別熱能轉換將可在系統控制器 58的控制之下離開區域134或進入區域丨32。 的 圖6A係顯示以許多中空的環或管64ρι為形式之熱能轉 換單元64。每個管64PI皆可配置成在晶圓52之個別環形區 域上呈拱形延伸的圓環，例如在區域丨3 2或丨3 4之一上。較 外側的管64PI可與晶圓52之邊緣相鄰，而緊接的内側管 64PI可由外側管64PI朝内呈放射狀、以提供轉入或轉出晶 圓5 2之許多環形區域的熱能轉換。
官6 4 P I之配置係可用於轉換有關晶圓5 2之熱能、包含 進入晶圓52之熱能與離開晶圓52之熱能。為此目的，管 64PI可為中空的光學纖維、其係可引導來自光源64l的光 線、用以供應熱能。管64PI亦可連接至冷卻液體116之熱 源6 2 C、以提供離開晶圓5 2之特定區域的熱能轉換。
、圖6A所示之實施例係以類似圖5A所示之外環640R的方 式、提供有關許多管64PI之各自的熱能轉換，亦即在相鄰 於曰曰圓52之一低溫TL與一鬲溫τη兩者之下。因此，熱源62 之仏可回應熱控制器6 0而提供液體1 1 6之加熱與冷卻兩 者’或如圖1A所示，一個熱源62H可供應加熱之液體116、 而另個熱源6 2 C則可供應冷卻之液體1 1 6。熱控制器⑽係 在系統控制為5 8的控制之下操作、藉以將熱源6 2 η或熱源 6 2C連接至各管64ΡΙ。控制器㈤係將具有是當溫度之液體 1米16供應給適當的管64ΡΙ。f64PI可可裝設於與晶圓52相 4P之承載頭6 6上’如以上有關環6 4 〇 r的敘述。每個管6 4 p I 基本上皆直接轉換進入或離開晶圓52之一特定區域（例如
第22頁 1227181 五、發明說明（18) 1 3 2或1 3 4 )的熱能。因而相關於整個晶圓5 2之區域的熱能 係被非均勻地轉換。直接由特定區域比方1 3 2或1 3 4轉出或 轉入之熱能將使該區域之溫度T上升或下降。藉由在個別 的管64PI之間提供熱絕緣體138，這種區域132的溫度丁之 改變、大體上將與任何相鄰於晶圓5 2之區域1 3 4的任何溫 度T之改變相互獨立。 圖6 A亦描述設置了一個熱能偵測器5 4實施例之承載頭 6 6、其係配置成可在許多間隔位置上各自檢測晶圓5 2之溫 度τ。這些位置係對應於由不同的管64[)1所負責的區域。 如以下之進一步敘述，所要求之溫度梯度乃可有不同的定 位方式，例如由比方晶圓5 2之中心9 4至其邊緣。圖6 B係描 述一平面圖、其係向上視入裝設於承載頭6 6之晶圓5 2的外 路表面7 2。所示範的圓形管6 4 p I係以虛線表示，且所示之 %形區域1 3 2與1 3 4係在虛線之内、藉以簡化說明。對於比 方％越直feD6(圖6A)而變化的溫度梯度、且其中與每個中 〜同〜之ί衣形區域（例如丨3 2 )内乃要求大體上相同的溫度τ ，吕’，測器54係可配置成如以上有關圖5Α所述之個別熱 能，應器54F所組成之同心圓環陣列54C。陣列54(：係排列 在％繞^區域132之環形路徑上、以便監視區域132之溫度 對每個陣列54C而言，感應器54ρ之位置係環繞著比方 辰形區或1 3 2而有相同間隔之關係。因此每個陣列5 4 c係與 相鄰的陣列5 4 Γ保ϋ p弓it - /、 ^ , n ”持間隔。由於個別的陣列54C之探針間係 由於一陣列54C係與其他陣列54C相互分 開，故富糸統控制哭ς p ,,, 制的58接收到來自不同探針54F之信號56
第23頁 1227181 五、發明說明Qg) 日守、每個探針54F將同時具有溫度τ的指示、以及以探針 為—部份之陣列54C與探針54F之位置的參考。因而系 統控制器5 8所接收的數據係提供環繞晶圓5 2之特定環形區 ^ 例如1 3 2 )的實際熱梯度指示，且可將實際熱梯度與該 區域所要求之熱梯度作比較。同樣地，系統控制器5 8亦可 使用沿著圖6A之直徑D6而排列之不同探針54F所發出，的信 γ來決定沿著直徑〇6之熱梯度是否可接受，或者應該 藉由對供應至比方管6 4P I之液體進行適當的溫度控制來加 以改變。 、 如本發明之此實施例所要求，遍布於外露表面7 2之區 ，的溫度梯度係藉由圖6C之圖表加以說明，該圖顯示了沿 著直D 6之位置而標繪的晶圓5 2之溫度T。這些位置係與 相鄰於環形區域132、134等之不同探針54f相對應。波浪 幵y的曲線1 4 2係描述一示範性之溫度梯度、其係跨越晶圓 5 2之外露表面7 2的直徑D 6。曲線1 4 2乃代表未使用本發明 之溫度監視與控制方法的溫度梯度，該梯度係基MCMp製 私可在區域1 3 4產生熱能（如此若無本發明之溫度控制方法 將導致溫度T出現不符要求之提升），而同時c % p製程亦可 在區域1 3 2吸收熱能（如此若無本發明之溫度控制方法將導 致溫度Τ出現不符要求之降低）。圖6 C亦顯示斜率固定的曲 線1 4 4、其係描述經過控制的示範性溫度梯度、跨越晶圓 5 2之外漏表面7 2的直徑D 6。曲線1 4 4乃代表使用本發明之 溫度監視與控制方法的溫度梯度。儘管CMP製程在區域1 34 產生了熱能’為回應來自與區域1 3 4相鄰之偵測器5 4 F，區
1227181 五、發明說明（20) 域1 3 4之管6 4 P I將受到控制、並且如位置1 3 4上之曲線1 4 4 所示、使熱能由區域1 3 4轉出並降低溫度τ。以此方式，系 統5 0可避免未使用本發明之溫度控制方法時、區域1 3 4之 溫度T出現不符要求的提升。同樣地，藉由提供熱能至區 域1 3 2、系統5 0亦可避免未使用本發明之溫度控制方法 時、區域1 3 2之溫度T出現不符要求的降低。 然則應可瞭解、以此方式、系統5 0係可用於以特定方 式對跨越晶圓5 2之直徑D 6的熱梯度變化加以控制，包刮使 熱梯度消失之控制方式。不管可能不符要求的熱梯度是否 基於在單一區域（例如1 3 2 )上之CMP製程、相較於另一個區 域比方1 3 4者、所具有的非均勻熱產生或熱轉換特性，系 統50皆可提供這種控制。 系統5 0之另一個實施例係可將晶圓5 2之區域分割成除 了比方區域1 3 2與1 3 4的環形之外的形狀。圖7係顯示晶圓 5 2的一部份、其乃具有示範性之楔狀或圓餅狀區域丨3 6。 這些圓餅狀區域1 36之溫度T可藉由比方將熱能轉換單元64 配置成具有許多中空的環或管64W的形式、來加以控制。 圖7中晶圓5 2業經切割、用以顯示相鄰於晶圓5 2之個別楔 形區域1 36的每個管64W皆可具有楔形配置。第一管“^ 乃相鄰於第一區域1 3 6 - 1、其範圍係藉由晶圓5 2之總體區 域所選定的一角度152加以界定。第二管64W-2乃相鄰於第 —區域1 3 6 - 2、其範圍係藉由晶圓5 2之總體區域所選定的 角度1 5 4加以界定、且位於第一管β 4W- 1的相鄰處。區域 136之間可提供絕緣體丨52、藉以對這些區域丨36作熱度分
第25頁 1227181 五、發明說明（21) 隔。基於上述實施例，晶圓52之區域的其他部分可提供其 他的楔形管64W，或其他的熱能轉換單元64。同樣地，基 於上述實施例，偵測器可相對楔形區域丨36作適當的排土 列用以對每個晶圓5 2之這種區域1 3 6的溫度T進行個別的 監視與控制。 叩 圖8A與8C:係描述系統5〇進一步之實施例、其中承載膜 84之熱轉換特性可與晶圓52之溫度了的監視與控制結合使、 不之承載膜84具有許多區塊158，可配置成任何形 上’匕括比方圖⑽所示之環形區域。所提供之區塊158可 不同的熱轉換特# ’例如表面粗糙度或者比方埶傳 i力式，有鍟於特定位置之⑽製程係具有特定之、 二2 Λ放熱反應）’承載膜84之配置係可容許較多 s此或，劫二幸乂少，能轉出晶圓5 2上相鄰於該特定位置之 处。為在…、旎轉換單元6 4的個別部分一一 換單元64的個別部分之間進行熱度分隔、^ ::熱能轉 熱能轉換特性。 岡亦可k ί、不同的 如上所述’系統5 〇可在晶圓5 2上 一 一個或多個CMP操作之實行期 方法、用以在 坦化特性進行控制。這種方法上之局部平 52之溫度監視。圖9係 、、☆貝軛恶樣之一係包含晶圓 項目。該方法係包括在晶圓52::;曰【;;土之：法的操作 广個獨立區域之範圍的操作1 7 2。V化學機出 作期間，至少-個獨立區域需維持在一特定溫=研=喿 1227181 五、發明說明（22) 圓52的整個區域，或者比方上述區域132、134或 H 之一。該方法接著推進至操作1 74、其乃在化學機 计，刼作期間、負責感應出至少一個獨立區 此感應操作可使用上述偵測器54之一來執行。 皿度 垓方法的另一個實施態樣係執行操作1 7 2、藉以界定 士遍布於曰曰圓5 2表面之許多獨立區域的至少一個獨立 ^ ^132^134 〇 拄:0 j之中心同心，且複數個同心的獨立區域上各可維 祕一=定的溫度了。又，可藉由個別地對每個這種獨立區 二之’Γ度進行感應來執行感應操作17 4。接著該方法可根 t區域所感應之溫度、以及該感應溫度與該區域所要求 之溫度間的比較結果，而推進至操作丨76、用以轉換相 於至少一個區域、或相關於每個獨立區域之熱能。、 應可瞭解該區域的感應溫度與所要求溫度間之比較可 ，t統，制器58加以執行。系統控制器58可為一Watl0w溫 又控制為或電腦、其程式設計係為處理所接收之信號56。 ^方，當承載頭66之上有一信號56時，該信號係可^代表 晶圓W所要求之溫度值τ的儲存數據相比較。根據任何由 &較所產生之差異，糸統控制器5 8將使熱控制器6 〇提供 熱能至承载頭66、以使感應溫度τ達到所要求之值。在測/、 定了比方所要求之溫度的值之後、便可將該儲存數據輸入 系統控制器58，結果將提供晶圓52上所要求之局部平坦化 特性，例如晶圓52之CMP移除部分所要求的數量。 一 如同於比方當對以上個別陣列54C的探針54F所具有之
第27頁 1227181 五、發明說明（23) 固定間隔進行敘述時一般，可以有許多的信號5 6。如敛 述，由於該陣列5 4 C係與其他陣列5 4有所間隔，故系統押 制器58可由探針54F之一接收信號56、其數據乃表示溫^ 丁、該探針54F所對應之陣列54C、以及探針54F的位置' ^ 統控制器5 8之程式設計係為有系統地組織這些數摅 、，’、 f豕、並提 供環繞晶圓5 2之特定環形區域（例如1 3 2 )的實際熱梯户^ 示（例如圖5C與圖6C之圖表）。這些環繞晶圓52之特定又環曰形 區域的實際熱梯度數據（例如曲線1 42)係與代表該區域所 要求之熱梯度數據（例如曲線1 4 4 )相比較。接著系統押制 器5 8便使熱控制器6 〇開始運作、以提供不同區域所要11 溫度T。如上所述，此乃可藉由比方將熱源62H或熱源62〔 連接至環640R，如此係可適用於加熱或冷卻。系統控制哭 5 8係對控制器6 〇加以控制、以便將具有適當溫度之液體的 116供應給中空環64〇r。因此，儘管有CMp製程在區域134 上為回應來自相鄰於區域134之偵測器54F的信號56而產生、 熱能的不範性情況，系統控制器5 8的程式設計係可使區域 134之管64PI由該區域134將熱能轉出、並且如曲線144的 位置1 3 4所示使溫度τ降低。 ^當使用比方陣列5 4C時，在測定了比方所要求溫度的 。午夕個別值之後、便可將該儲存數據輸入系統控制器5 8， 結果將在晶圓52之相對區域上（例如區域132與134 ’圖6b) 提供所要求之個別的局部平坦化特性。這些測定乃可基於 比方研㈣與晶圓52之間具溫度相關性的化學反應。比方 -般而吕，與晶圓52接觸之研漿88的溫度愈高，並且晶圓
第28頁 1227181 五、發明說明（24) 3會發f愈呵’則移除速率將愈快，亦即愈快的CMP操作 間的i 個實施態樣係關於圖1 ◦所示之溫度對時 B- PI t 1 ^ r斤不之晶圓溫度T係在時間t 1有最高值。 二二磨#去t至一特定CMP操作的起始，且一般而言較快 很。::私除速率才符合要求、並由較高的溫度值提 二士 ^ 在CMP知作的實行期間、隨著時間的增加（例如 ^ 3 &至時間t 2 )，便需要對移除速率進行規模較大的 控制。為此目的，在時間t2時、所示之晶圓溫度τ的值將 開=卩+低。’並持續至比方時間t 3。時間t 2與t 3可更接近該 特疋喿作之結尾，故此一般而言較低或較慢的研磨速 率才符合要求、以避免晶圓52發生過度研磨的現象。基於 以上所可在比方時間tl、t2與t3使用系統50、以提供 此種具時間相關性之晶圓溫度T的控制。 又本發明的另一個實施態樣係有關晶圓5 2與研磨片7 6 之間的接觸情形。這種接觸係在壓力下形成，故而晶圓5 2 與研磨片7 6之間可發生熱能轉換。如上所述、可使用系統 5 0、並藉由控制晶圓5 2之溫度T來控制研磨片7 6之溫度。 以此方式，當研磨片7 6之研磨特性（例如在給定壓力下的 研磨速率）隨著研磨片7 6之溫度而變化時，可控制晶圓溫 度T，並且藉由晶圓與研磨片之間的接觸、使研磨.片76之 溫度及研磨片76之研磨特性可在CMP操作期間内的任何時 間進行選定。 本發明的進一步實施例係有關使用研漿8 8之溫度來控
第29頁 1227181 五、發明說明（25)
制晶圓52之溫度T。比方如圖1 1所示，熱能轉換單元64[可 配置成裝設在研磨片76B之上的個別出口 2 1 2。個別的出口 212係將研漿88之個別研漿流214供應至研磨片76β的個別 區塊216之上，該區塊2 16係隨著研磨片76B移動至承載頭 66。研磨片76B之區塊216的溫度係由研漿流214中相關之 研漿8 8的溫度所決定。該研磨片的移動致使研磨片7 6 b之 相關區塊21 6與晶圓52個別之相關區域間具有熱能轉換的 關係，故而可達到比方晶圓52之各相關區域所要求的溫 度。具相關研漿88之溫度的研磨片76B之相關區塊216，以 及由晶圓5 2之相關區域所產生的溫度τ，皆可用以在晶圓 的各區域上挺供付合要求之局部平坦化特性，例如晶圓Μ 的各區域所要求之移除數量。
應可瞭解本發明係藉由提供實現上述問題之解決方案 的CMP系統50及所述之方法而滿足了上述需求。因此，在^ CMP操作期間係藉由CMP系統5〇以及那些方法來維持對晶圓 之溫度τ的直接控制。也就是說，此溫度丁係在比方不依 罪例如對晶圓52施加CMP作用力等間接要素的情況下受到 ^ ^ 這種◦ Μ P系統5 0乃進一步直接地在c Μ P操作期間監視 晶圓52之溫度τ。此外，為提供可在晶圓區域内有不同溫 度之需求的CMP操作，這種CMP系統50之配置係可在CMP操 作期間内、直接對晶圓5 2内不同區域（例如丨3 2、丨3 4、 1^6)之溫度進行監視，並分別控制各熱能來源62、以達到 付合各晶圓區域要求之晶圓溫度Τ。同時，這種CMp系統μ 及其方法將以在CMP期間内與晶圓作直接接觸的構造進行
第30頁 1227181 五、發明說明（26) 配置，例如裝設於承載頭6 6上的晶圓支撐膜8 4，俾使該膜 之配置情形（例如熱轉換特性）與所要求之晶圓溫度控制方 式一致。
雖然為了清楚瞭解的目的、上述發明係已針對許多細 節進行敘述，但顯而易見的是在隨附之申請專利範圍内將 可進行某種程度的變更與修改。比方晶圓5 2之區域便可根 據欲對熱能轉換進行控制之處、而定義成許多不同的尺寸 與形狀。又，熱能轉換單元6 4與偵測器5 4之配置情形可與 所定義的這些區域相對應而加以變化。因此，本實施例應 被視為舉例性而非限制性者，且本發明不應受限於文中之 細節描述，並可在隨附之申請專利範圍及其等效範圍内進 行修改。
第31頁 1227181 圖式簡單說明 五、【圖式fa〗早說明】 藉由以下連同附圖之詳細敘述、將對本發明有清楚的 瞭解，其中同樣的參考數字乃表示同樣的結構元件。 圖1 A為本發明中用以控制晶圓溫度之系統的一示意 圖，顯示了 一熱能控制器、其係用以提供相關於裝設在一 種CMP系統上之晶圓的能量轉換； 圖1 B為本發明中用以控制晶圓溫度之系統的一示意 圖，顯示了裝設在另一種CMP系統上之晶圓；
圖1 C為本發明中用以控制晶圓溫度之系統的一示意 圖，顯示了顯示了裝設在又另一種CMP系統上之晶圓； 圖2為本發明之承載頭的一示意圖，說明了用以轉換 相關於承載頭上整個晶圓區域之熱能轉換裝置的一個光源 實施例，以及一環狀溫度感應器實施例； 圖3A為一示意圖、其係向下視入一個熱能轉換單元實 施例之同心環上方的配置情形，以及溫度感應器之一個探 針實施例； 圖3 B為一示意圖、其係顯示遍布整個晶圓之同心區域 的延伸直徑；
圖3C為一圖表、顯示圖3A所示之熱能轉換單元係具有 均勻的溫度對直徑位置特性； 圖4A為一示意圖、其係向下視入一熱能轉換單元之中 心點實施例的上方，以及溫度感應器之一環狀實施例； 圖4 B為一示意圖、其係顯示遍布整個晶圓上、中心點 與環狀感應器間之區域的延伸直徑；
第32頁 1227181
圖4C為一圖表、顯示了熱梯度之一每a 示之熱能轉換單元所具有之可纟該二西男、施例、即圖4A所 一圖5A為一示意圖、其係向$視二ς $直徑位置特性； 實施例之外圍環狀液體供應器的配二個熱能轉換單元 應器之陣列； 月形’以及一溫度感 、圖5Β為一示意圖、其係顯示遍布整 。 狀液體供應器之配置的正反面間— 曰曰圓上、沿著環 伸直徑； & &器陣列區域的延 圖5C為一圖表、顯示了另一個熱梯户
即另一個圖5 A 所示之熱能轉換單元所具有之溫度對直庐 卩另一個 圖 5D 為一以FlU0rapt ic(商標名）探二=二=， m ； 下為感應1§之
^ ^ 個熱能轉換單元 情形，以及許多溫度感 圖6 A為一示意圖、其係向下視 實施例之多重加熱冷卻環式的配置 應器陣列； 圓之環形區域以及與各 圖6 B為一示意圖、其係顯示晶 陣列對齊的感應器陣列之一； 圖6C為一圖表、顯示了兩個熱梯度、一個係來自未使
用本發明之CMP操作’而另一個則使用了本發明之溫度控 制方法； X工 圖7為一局部示意圖、其係向下視入另一個熱能轉換 單元實施例之多重加熱冷卻環式的配置情形，以及與環式 配置相關之許多溫度感應器陣列； 圖8 A為圖2所示結構之一部份的局部放大視圖，其係
第33頁 1227181 圖式簡單說明 顯示位於承載頭之晶圓裝設表面上的一承載膜，其中該承 載膜之熱力配置、其熱傳導係數係隨著該膜在不同區域的 位置而有所變化； 圖8B為圖8A所示之承載膜的平面圖，用以說明該承載 膜之不同區域； 圖9為一流程圖、其係說明了在化學機械研磨操作期 間用以監視晶圓溫度之方法的操作項目； 圖1 0為一圖表、其係描述了晶圓溫度對時間在CMP操 作期間之控制情形； 圖1 1為一示意圖、其係為個別的溫度控制用研漿供應 器將個別的溫度控制研漿流滴在一研磨帶之上的情形。 元件符號說明： 5 0〜C Μ P系統 5 2〜晶圓 54〜熱能偵測器 54Α〜陣列 54C〜同心圓環陣列 5 4 F〜熱能感應器、氟磷灰石探針 54S〜熱能偵測器 5 6〜信號 5 6 S〜溫度信號 5 8〜系統控制器
1227181 圖式簡單說明 6 0〜熱控制器 62〜熱能來源 62C〜熱源（冷卻液體） 62H〜熱源（加熱液體） 64〜熱能轉換單元 6 4 L〜光源 6 4 0 R〜外環 6 4 P〜中心碟 64PI〜中空管 6 4 R〜電阻加熱器 64W〜中空管 64W-1〜第一管 64W-2〜第二管 6 6〜承載頭 6 8〜裝設表面 7 2〜外露表面 7 4〜外露表面 7 6〜研磨片 76B〜帶型研磨片 7 6 D L〜碟狀研磨片 76T〜碟狀研磨片 82〜箭頭 84〜承載膜、晶圓支撐膜 8 6〜研漿通道
第35頁 1227181 圖式簡單說明 8 8〜研聚 9 2〜熱偶 9 2 P〜短熱偶探針 9 2 R〜熱偶環 9 4〜中心 1 0 2〜電源 1 0 4〜示範區域 1 0 6〜示範區域 1 1 0〜倒U型曲線 1 1 6〜熱能轉換液體 1 1 8〜倒U型曲線 1 2 2〜離開邊緣之區域 1 2 4〜離開邊緣之區域 1 2 6〜偵測尖端 1 2 8〜塗層 1 3 2〜呈放射狀間隔之區域 1 3 4〜呈放射狀間隔之區域 1 3 6〜圓餅狀區域 1 3 6 - 1〜第一區域 1 3 6 - 2〜第二區域 1 3 8〜絕緣體 1 4 2〜波浪形曲線 1 4 4〜斜率固定的曲線 1 5 2〜角度、絕緣體
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Claims (1)

1227181 六、申請專利範圍 包含 種化學機械研磨操作之晶圓溫度的控制設備， 換相關 曰曰 圓之 轉換單 2. 溫度的 關於晶 熱梯度 定之位 3. 溫度的 係相關 的中心 環、且 4. 溫度的 圓環、 而熱能 定之位 晶圓載具，具有一晶圓 熱能轉換單元，其係相 於晶圓之能量； 熱能偵測器’其係相鄰 溫度；以及 控制器，其係回應該偵 元的熱能。 如申請專利範圍第 控制設備，其巾％ 、 一甲5亥熱能 圓表面1定區域的敎 ’而熱能偵測器、之配置 置的溫度。 如申請專利範圍第2項 控制設備，其中該埶能 於-圓環、且該晶圓表 ，而熱能偵測器之配置 該表面上事先決定之位 如申請專利範圍第2項 控制設備，其中該熱能 且該晶圓表面之選定區 偵測器之配置情形亦= 置係相鄰於晶圓的中i 裝設表面； 一於晶圓裝設表面、用以轉 於晶圓裝設表面、用以偵測 測态、藉以控制供應至熱 月& 之化學機械研磨操作之曰 χ/τ - 曰曰圓 轉換早70之配置係為轉換相 能、以建立遍布整個表面 則為偵測該表面上~ ^ . 之化學機械研磨操作曰 ^ αα _ 、晶圓 轉換早7G的配置情形其定 面之运疋區域係相鄰於日日γ、 情形其定義亦相關於—^曰圓 置係相鄰於晶圓的一外緣 之化學機械研磨操作之曰 轉換單元的配置情形係:$ 域係相鄰於晶圓的—外緣— 一圓環、且該表面上事先央
第38頁 1227181 六、申請專利範圍 5. 如申請專利範圍第1 溫度的控制設備，其中孩熱 1 t整個晶圓 轉換相關於Λ脉上 表面之均勻熱力狀態’而熱 面上一事先決定之位置的溫 6. 如申請專利範圍第1 溫度的控制設備，更包含： 一晶圓裝設膜，其係設 晶圓，該晶圓裝設膜之熱力 圓裝設表面的相關位置而有 其中相關於晶圓而由熱 熱傳導係數之變化而轉換至 7· 如申請專利範圍第1 溫度的控制設備，其中·· 遠控制器係藉由連接一 應一指示較低溫度的偵測器 8·如申請專利範圍第i 溫度的控制設備，其中： 該控制器係藉由連接一 回應-指示較高溫度的偵測 9 · 種用以改變化學Μ 備，包含·· 以及 一晶圓載具，具有 用 項之化學機械研磨操作之晶 能轉換單元之配置係為均3勾9二 表面的熱能、以建立遍布於1 能偵測器之配置則為偵測該= 度。 項之化學機械研磨操作曰 曰曰圓 置於日日圓裝設表面上藉以支撐 配置、其熱傳導係數係隨著晶 所變化.；以及 θ3 能轉換單元轉出之能量將根據 晶圓的不同部分。 項之化學機械研磨操作之晶圓 熱能來源至熱能轉換單元來回 、以提升晶圓之溫度。 項之化學機械研磨操作之晶圓 熱能接收器至熱能轉換單元來 器、以降低晶圓之溫度。 篆械研磨操作之晶圓溫度的設 以支撑整個晶圓背面的表面；
1227181 六、申請專利範圍 一熱能轉換單元，其配置係有數個獨立間隔區塊，各 區塊皆與晶圓裝設表面之一獨立區域相鄰，且每個個別區 塊係有效地轉換晶圓上某特定區域之相關能量的個別量。 10.如申請專利範圍第9項之用以改變化學機械研磨 操作之晶圓溫度的設備，更包含： 一研漿供應埠，其係連接至晶圓載具、藉以將研漿供 應至晶圓上某些個別的研漿輸入區域；以及 一熱能偵測器，其係相鄰於每個個別的研漿輸入區 域、用以在晶圓上偵測相鄰於晶圓上每個個別的研聚輸入 區域之一特定區域的溫度。 1 1. 如申請專利範圍第1 0項之用以改變化學機械研磨 操作之晶圓溫度的設備，更包含： 一控制器，其係回應各偵測器而對供應至熱能轉換單 元之個別間隔區塊的熱能進行控制、藉以補償由研漿轉換 至晶圓的相關熱能。 12. 如申請專利範圍第9項之用以改變化學機械研磨 操作之晶圓溫度的設備，更包含： 一光學熱能偵測器，具有一對應於每個個別區塊的探 針，各探針係用以偵測對應於各個別區塊之晶圓區域的溫 度；以及 一控制器，其係回應各探針而對供應至熱能轉換單元 之每個個別間隔區塊的熱能分別進行控制。 13. 如申請專利範圍第9項之用以改變化學機械研磨 操作之晶圓溫度的設備，其中該熱能轉換單元係為一光能
1227181 1227181 六、申請專利範圍 由個別地感應每個獨立區域之溫度來執行。 17.如申請專利範圍第1 6項之用以在化學機械研磨操 作期間監視晶圓溫度的方法，更包含以下操作： 根據各相關區域之感應溫度來進行各相關之獨立區域 的熱能轉換。 18·如申請專利範圍第1 5項之用以在化學機械研磨操 作期間監視晶圓溫度的方法，其中該界定操作係界定複數 個晶圓表面之獨立區域，該獨立區域皆與晶圓之中心同 心，其中該複數個同心之獨立區域各皆維持在一特定溫 度；且其中該感應操作之個別實行係有關於每個同心之獨 立區域的溫度。 19. 如申請專利範圍第1 8項之用以在化學機械研磨操 作期間監視晶圓溫度的方法，更包含以下操作： 根據各同心之獨立區域的感應溫度而對供應至每個同 心之獨立區域的熱能進行控制。 20. 如申請專利範圍第1 5項之用以在化學機械研磨操 作期間監視晶圓溫度的方法，其中該至少一個獨立區域係 界定在晶圓外圍之内的碟狀區域，該方法更包含以下操 作： 根據感應操作之輸出而對供應至該碟狀區域的熱能進 行控制，該控制係在大體上整個碟狀區域内引導光能。 21. —種用以在化學機械研磨操作期間監視晶圓溫度 的方法，該方法包含以下操作： 界定出至少一個晶圓表面之獨立區域的範圍，其中該
第42頁 1227181 六、申請專利範圍 實行期間、控制一晶圓上之局部平坦化特性的方法，該方 法包含以下操作： 界定出至少一個晶圓表面之獨立區域的範圍，該至少 一個獨立區域上將達成一特定之平坦化特性；以及 控制該至少一個獨立區域之溫度。 2 7. 如申請專利範圍第2 6項之用以在晶圓上至少一個 化學機械研磨操作的實行期間、控制一晶圓上之局部平坦 化特性的方法，更包含以下操作： 在至少一個化學機械研磨操作中將研漿塗在晶圓之該 至少一個獨立區域上；以及 對塗在晶圓上該至少一個獨立區域之研漿的溫度進行 控制。 28. 如申請專利範圍第2 6項之用以在晶圓上至少一個 化學機械研磨操作的實行期間、控制一晶圓上之局部平坦 化特性的方法，其中複數個該至少一個獨立區域係界定在 晶圓表面上，該方法更包含以下操作： 將個別施用之研聚塗在晶圓之母個獨立區域上、以作 為該至少一個化學機械研磨操作的一部份；以及 對塗在晶圓之獨立區域的研漿、其每個個別施用之溫 度進行控制。 29. 一種用以在晶圓上之化學機械研磨操作的實行期 間、控制一晶圓上之局部平坦化特性的方法，該方法包含 以下操作： 界定出至少一個晶圓表面之獨立區域的範圍，該至少
第44頁 1227181 六、申請專利範圍 一個獨立區域上將達成一特定之平坦化特性； 使一研磨片與一化學機械研磨操作中之晶圓表面進行 接觸，該研磨片係根據不同的研磨片溫度而具有不同的化 學機械研磨性能；以及 對晶圓之該至少一個獨立區域的溫度進行控制、藉以 使接觸該研磨片之晶圓得以進行相關於該研磨片之熱能轉 換、以改變與晶圓接觸之該研磨片的局部溫度。 3 0. —種用以在晶圓上之化學機械研磨操作的實行期 間、控制晶圓之平坦化速率的方法，該方法包含以下操 作： 界定出至少一個晶圓表面之獨立區域的範圍，該至少 一個獨立區域上將達到各種不同的平坦化速率；以及 將該至少一個獨立區域之溫度加以變化，該變化係與 時間有關。 31. 如申請專利範圍第3 0項之用以在晶圓上之化學機 械研磨操作的實行期間、控制晶圓之平坦化速率的方法， 其中： 將該至少一個獨立區域之溫度相對於時間而變化的操 作項目將使晶圓溫度在第一時間週期起先具有一較高值、 並在第一時間週期之後具有低於該較高值的值、以降低第 一時間週期之後的平坦化速率。 32. 一種用以在晶圓上至少一個化學機械研磨操作的 實行期間、控制一晶圓上之局部平坦化特性的設備，該設 備係包含：
第45頁 1227181 六、申請專利範圍 一晶圓載具， 一熱能轉換單元，其係在晶圓載具上、藉以轉換相關 於晶圓之能量； 一熱能偵測器系統，其係與晶圓相鄰、藉以偵測其溫 度；以及 一控制器，其係回應該偵測器系統、藉以控制供應至 熱能轉換單元的熱能。
33. 如申請專利範圍第3 2項之用以在晶圓上至少一個 化學機械研磨操作的實行期間、控制一晶圓上之局部平坦 化特性的設備，其中： 該熱能偵測器系統係裝設在相鄰於晶圓的晶圓載具 上、用以偵測一溫度、以作為晶圓溫度之指示。 34. 如申請專利範圍第33項之用以在晶圓上至少一個 化學機械研磨操作的實行期間、控制一晶圓上之局部平坦 化特性的設備，其中：
該熱能偵測器系統係包含一個別熱能偵測器的陣列、 其係裝設在與晶圓相鄰之間隔位置上的晶圓載具、用以偵 測一溫度、以作為相鄰於每個間隔位置之晶圓溫度的指 示0
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