TWI540624B - 化學機械研磨的溫度控制 - Google Patents

Description

化學機械研磨的溫度控制

本發明大體是關於用於半導體基材之化學機械研磨(CMP)的設備及方法，更詳言之，本發明是關於在此類化學機械研磨期間的溫度控制。

積體電路一般藉由依序沉積諸如導體、半導體、絕緣層之多種層而形成於諸如矽晶圓之基材上。沉積層後，可施加光阻塗層於該層之頂部上。藉由將光影像聚焦於塗層上而操作的光微影設備可用於移除塗層部分，因而留下光阻塗層於待形成電路特徵結構的區域上。基材隨後可經蝕刻以移除該層未受塗佈的部分，而留下期望的電路特徵結構。

當一系列的層依序沉積並且受到蝕刻時，基材的外層或最上層表面趨於逐漸變得不平坦。此不平坦的表面在積體電路製造製程的光微影步驟中會出現問題。舉例而言，倘若不平坦的表面的峰谷之間的最大高度差超過設備的聚焦深度，使用光微影設備將光影像聚焦在光阻層的能力會被削弱。因此，需要週期性平坦化基材表面。

化學機械研磨(CMP)是一項被接受的平坦化方法。化學機械研磨一般包括在含有化學反應劑的漿料中機械性磨除基材。研磨期間，基材一般由載具頭固持抵靠研 磨墊。研磨墊可旋轉。載具頭也可相對研磨墊旋轉並且移動基材。由於載具頭及研磨墊之間的運動，可包括化學溶液或化學漿料的化學品藉由化學機械研磨平坦化該不平坦的基材表面。

CMP製程是設計用以移除不平坦性，然而，CMP製程會導致不平坦的成品。例如，與系統的機械性態樣有所連結的漿料流體動力會導致遍及研磨墊/基材的紊流變化，該變化正比於旋轉的相對速度。相信這些紊流變化會導致基材磨損(erosion)，造成平坦度的偏差，此舉有違CMP的目的。此磨損可部分藉由也相對CMP研磨墊移動基材而抵銷，但此類磨損不會完全消除。可由CMP造成的另一種平坦度中的缺陷或偏差是「碟形化」或差別研磨及/或發生在不同材料層之間的磨損(一般是不同硬度的材料層)。舉例而言，當CMP突破上面的堅硬層(例如氧化物)，較柔軟的金屬之底下層會被碟形化。於是，在此技藝中需要改善CMP之能力以平坦化基材並且減少CMP不平坦的副作用(諸如磨損以及碟形化)。

本發明的實施例大體上關於用於半導體基材之化學機械研磨(CMP)的設備及方法，更詳言之，本發明是關於在此類化學機械研磨期間的溫度控制。一個實施例中，提供一種用於化學機械研磨(CMP)配置在一或多 個基材上的導電材料的方法，該方法包含以下步驟：在研磨製程期間於研磨流體的存在下，抵靠研磨表面研磨該一或多個基材，以移除該導電材料的一部分；在該研磨製程期間，監控該研磨表面的溫度；以及回應該受監控的溫度而將該研磨表面暴露至速率驟減(rate quench)製程，以在該研磨製程期間將該研磨表面的該溫度維持在目標值。

另一實施例中，提供一種用於化學機械研磨(CMP)配置在或多個基材上的導電材料的方法，該方法包含以下步驟：於研磨流體的存在下，在研磨墊的研磨表面上研磨具有導電材料的一或多個基材，以移除該導電材料的一部分，該導電材料配置成覆於底下的阻障材料上，該研磨墊被支撐在第一平臺上；在該研磨墊上研磨該一或多個基材的同時，監控該研磨墊的該研磨表面的溫度；以及在該研磨墊上研磨該基材的同時，回應超過目標值的該研磨表面的溫度而將該研磨墊的該研磨表面暴露至速率驟減製程。

此述之本發明之實施例大體上關於用於化學機械研磨基材以平坦化此類基材的方法及設備。申請人已發現CMP處理的平坦化效能是與製程期間的製程溫度以及溫度變化有關。詳言之，世人相信諸如磨損以及碟形化的 CMP副作用與CMP製程期間的溫度及溫度變化有關。詳言之，申請人發現，例如在使用具有過硫酸銨(APS)氧化劑的漿料的銅CMP中，碟形化及磨損可取決於研磨墊表面處的溫度以及研磨漿料之溫度，其中碟形化會隨溫度減少而增加，而磨損會隨溫度增加而增加。因此，下述之設備及方法是針對在CMP平坦化基材期間控制平均溫度以及減少溫度變化，特別是針對改善平坦化之目標溫度。此述之方法及設備改善基材CMP期間平坦化效益，且減少諸如磨損及碟形化之副作用。

在系統設計與耗材(例如研磨漿料與研磨墊)中的改善結合高產率與更快處理量的需求下，銅CMP可達成在較低壓力下有非常高的移除速率，以適應進步的技術節點。如此高的移除速率的結果是副產物濃度增加、因放熱反應而導致較高的溫度生成(有時超過攝氏70度)以及晶圓或基材表面上摩擦增加。進一步而言，實施一個平臺的銅清除製程與較厚的銅膜移除已惡化此現象。此外，將無可避免地導入較大的墊表面(具有超過30吋的直徑)，此舉可能導致清潔研磨墊與晶圓有更大的挑戰。較高的溫度、較大的副產物濃度以及晶圓與研磨墊表面之間較高的摩擦對關鍵製程表現參數有負面的衝擊，這些參數諸如為地形、金屬線的均勻度以及電阻率與缺陷的表現。耗材部件(諸如墊表面、黏著劑與漿料成分)的表現也將會在極高的溫度下劣化。

驟減製程的一個實施例中，舉例而言，執行高流量高 壓去離子水(DIW)的清洗以回應監控的溫度，而降低製程溫度、稀釋CMP副產物濃度並且減少高摩擦所致的高力矩，該高摩擦是由於副產物與溫度所造成。適當的溫度控制有許多優點，包括維持漿料成分的完整性以供適當的表面鈍化、降低負面缺陷表現(諸如銅線腐蝕)、降低反應速率以供Rs控制、維持墊表面性質(諸如粗糙(asperity))以及維持黏著劑的完整性。稀釋副產物透過使墊、研磨頭與晶圓更加乾淨而降低了負面缺陷表現(諸如刮痕)的風險、增加研磨漿料中會以其他方式黏結副產物的鈍化劑的濃度以及改善製程穩定性。這些態樣在銅CMP膜移除中的銅清除步驟期間是關鍵的。

驟減製程之目標可在於使用渦流技術原位監控不同的膜厚，而驟減的歷時將取決於許多因素而有所變化，這些因素諸如為：所使用的耗材、移除速率、單一或多個頭的研磨(例如單一研磨墊同時研磨多個基材)、製程溫度與墊表面積。可執行其他驟減製程，以有效地減少副產物、降低溫度、降低摩擦並且幫助維持耗材完整性。這些方法包括傳導或對流方法，類似熱交換物或氣流、冷激(chilled)流體的流動或其他化學物質的流動，但不以此為限。同樣，此述的實施例可應用至其他膜的CMP，包括金屬、介電質、阻障物或任何其他用於製造積體電路晶片之製程流程中的基材。此述的實施例可應用至單一平臺上單一或多個頭的研磨，且對於當前外徑為30吋或更大的研磨墊而言也是恰當的。

在下文中，將參考能夠使用化學機械研磨製程設備執行的平坦化製程與組成物，描述此述的實施例，所述化學機械研磨製程設備諸如MIRRA^TM、MIRRA MESA^TM、REFLEXION®、REFLEXION LK^TM與REFLEXION® GT^TM化學機械平坦化系統，可購自美國加州聖克拉拉市的應用材料公司。其他平坦化模組(包括使用處理墊、平坦化卷條或前述物體之組合的模組)以及相對於平坦化表面以旋轉、線性或其他平面運動的方式移動基材的模組也可適於受惠於此述的實施例。此外，可利用任何使用此述之方法或組成物實現化學機械研磨的系統以獲得利益。下文中的設備描述是說明性質，且不應將該等描述理解或詮釋成限制此述之實施例的範疇。

第1圖是具有化學機械處理基材之設備的平坦化系統100的一個實施例的平面圖。系統100大體上包含工廠介面102、裝載機器人104與平坦化模組106。裝載機器人104配置成助於在工廠介面102與平坦化模組106之間輸送基材122。

設置控制器108以助於系統100的模組的控制與整合。控制器108包含中央處理單元(CPU)110、記憶體112以及支援電路114。控制器108耦接系統100的各部件，以助於控制平坦化、清潔與輸送製程。

工廠介面102大體上包括度量模組190、清潔模組116以及一或多個基材卡匣118。運用介面機器人120在基材卡匣118、清潔模組116與輸入模組124之間輸送基材 122。輸入模組124經定位以助於藉由夾持器(gripper)在平坦化模組106與工廠介面102之間輸送基材122，該夾持器例如為真空夾持器或機械夾具(clamp)。

度量模組190可以是非破壞性的測量裝置，該裝置適合提供基材厚度分佈曲線的度量指標。度量模組190可包括渦流感測器、干涉計、電容感測器以及其他適合的裝置。適合的度量模組之範例包括ISCAN®與IMAP^TM基材度量模組，所述模組可購自應用材料公司。度量模組190提供度量值給控制器108，其中決定目標移除分佈曲線以用於從基材測量的特定厚度分佈曲線。

平坦化模組106包括至少第一化學機械平坦化(CMP)站128，該CMP站128配置在環境上受控的包體(enclosure)188內。在第1圖所描繪的實施例中，平坦化模組106包括第一CMP站128、第二CMP站130與第三CMP站132。配置在基材122上的導電材料的巨量移除可透過在第一CMP站128的化學機械研磨製程執行。一個實施例中，巨量移除導電材料可以是多步驟製程。在第一CMP站128進行巨量材料移除之後，可在第二CMP站130於單步驟或多步驟化學機械研磨製程中從基材清除剩餘的導電材料或殘餘的導電材料，其中部分的多步驟製程是設置成移除殘餘的導電材料。第三CMP站132可用於研磨阻障層。一個實施例中，巨量材料移除與殘餘材料移除二者皆可在單一站執行。另一實施例中，移除巨量導電材料與殘餘導電材料可發生在相同的 站。或者，可利用超過一個CMP站執行多步驟移除製程，在此之前，於不同的站執行巨量移除製程。

示範性平坦化模組106也包括配置在機器基部140的上側或第一側上的輸送站136以及旋轉料架134。一個實施例中，輸送站136包括輸入緩衝站142、輸出緩衝站144、輸送機器人146以及裝載杯組件148。輸入緩衝站142從工廠介面102借助於裝載機器人104接收基材。裝載機器人104也用於將研磨過的基材從輸出緩衝站144送回工廠介面102。輸送機器人146用於在緩衝站142、144與裝載杯組件148之間移動基材。

一個實施例中，輸送機器人146包括兩個夾持器組件，每一個夾持器組件具有多個氣動式夾持器指部，該等指部藉由基材的邊緣固持基材。輸送機器人146可同時將待處理的基材從輸入緩衝站142輸送到裝載杯組件148，同時將處理過的基材從裝載杯組件148輸送到輸出緩衝站144。

旋轉料架134置中配置於基部140上方。旋轉料架134一般包括複數個臂150，每一臂支撐載具頭組件152。第1圖中所繪的臂150中的兩個臂以虛線圖示，使得可見到輸送站136以及第一CMP站128的平坦化表面129。旋轉料架134是可分度的，使得載具頭組件152可在平坦化站128、130與132以及輸送站136之間移動。調理(conditioning)裝置182配置在基部140上，鄰近平坦化站128、130與132之每一者。調理裝置182週期性地 調理配置在站128、130與132中的平坦化材料，以維持均勻的平坦化結果。

參考第2圖，化學機械研磨(CMP)設備200包括平坦的平臺212，該平臺含有附接的或鋪著的研磨墊214。該CMP設備200可以是第1圖中所繪的平坦化站128、130與132之任一者。平臺212裝設在馬達220的驅動軸桿218之端部上，該軸桿在研磨操作期間旋轉平臺212。平臺212可由導熱材料製成(例如鋁)，且在平臺212內部可包括流體循環通道222的陣列，透過該流體循環通道222，冷卻劑或加熱流體可在使用期間循環。泵224透過貯槽出口管225a收集來自儲存槽225的流體。泵224經由入口管226將流體供應至通道222且透過出口管228收集從循環通道222流出的流體。泵224透過貯槽入口管225b將流體送回儲存槽225。環繞儲存槽225的加熱/冷卻元件230可加熱或冷卻流過循環系統的流體至例如一預定溫度，因而在研磨操作期間控制平臺212的溫度。加熱/冷卻元件可包括此技藝中已知的加熱及冷卻元件。舉例而言，加熱元件可包括電阻式加熱元件、紅外線加熱元件、熱交換系統(該熱交換系統在儲存槽225引導受熱流體透過交換外套或旋管)以及類似元件。冷卻元件可包括熱交換系統(該熱交換系統在儲存槽225引導冷卻的流體透過交換外套或旋管)、Peltier元件與類似元件。加熱或冷卻元件可用於加熱或冷卻平臺212以及平臺212處的基材。例如，紅外線加 熱元件可用於加熱平臺212以及平臺212處的基材。紅外線加熱元件可定位在平臺上方，以引導紅外線熱至研磨墊上。溫度控制器232包括用於監控流體溫度的溫度感測器233，該溫度控制器232電連接至加熱/冷卻元件230。基於感測器233供應的訊號，控制器232操作加熱/冷卻元件230以例如使流體達到預定溫度。

載具頭組件152面向平臺212，並且在研磨操作期間固持基材。載具頭組件152一般裝設在第二馬達240的驅動軸桿238之端部上，該驅動軸桿可在研磨期間及平臺212亦旋轉的同時旋轉載具頭組件152。各種實施方法可進一步包括傳輸馬達，該傳輸馬達可於例如載具頭組件152旋轉同時，在研磨墊214表面上方側向移動載具頭組件152。雖然圖中圖示單一載具頭組件152，應瞭解，此述的實施例也可應用至每個平臺擁有多個載具頭且可同時在研磨表面上研磨複數個基材的研磨系統。一個示範性系統描繪於美國專利申請案第12/420,996號，發明名稱為「A POLISHING SYSTEM HAVING A TRACK」，該案於2009年4月9日提出申請，目前公開為US 2009/0258574，在此該案之全文以參考形式併入本文中。

載具頭組件152可包括支撐件組件，例如活塞型支撐件組件242，該支撐件組件由環狀留存環243環繞。支撐件組件242具有在留存環243內之中心開放區域內側的基材接收表面，諸如可撓的隔膜(membrane)。在支撐 件組件242後方的可加壓腔室244控制支撐件組件242的基材接收表面的位置。藉由調整腔室244內的壓力，可控制基材受壓抵靠研磨墊的壓力。更詳言之，腔室244內壓力的增加引發支撐件組件242以更大的力量將基材推抵研磨墊214，而腔室244內壓力的減少會減少該力量。

下述文獻呈現與此述之本發明相關的CMP設備的一般元件。關於一般CMP的操作與結構之額外細節為已知，例如，美國專利第5,738,574號，該專利之全文在此以參考形式併入本文。

在多種實施方法中，與壓力源(例如壓縮空氣源248，例如壓縮空氣的容器或空氣泵)共同操作的壓力控制器246可控制腔室244中的壓力。壓力控制器246可包括壓力感測器250以感測腔室244中的壓力。雖將壓力感測器250描繪於壓力控制器246內，但可有替代方案為該壓力感測器250位於任何可有效監控腔室244內壓力的地方。壓力控制器246操作閥(例如電子控制閥252)以將空氣流入腔室244並且從腔室244釋放空氣，因而控制腔室244內的壓力。

為了執行研磨操作，供應傳送管126將研磨液體256傳送到研磨墊214之表面。某些實施例中，供應傳送管126可包括複數個清洗出口通口，該等通口經排列以均勻地傳送清洗流體的噴霧及/或液流至研磨墊214的表面。在各種實施方法中，研磨墊214包含磨料，且研磨 液體256一般為水和助於研磨製程的化學物質之混合物。在一些實施方法中，研磨墊不含磨料，且研磨液體256可在化學混合物中含有磨料。在數種實施方法中，研磨墊214及研磨液體256二者皆包括磨料。

管路258將傳送管126連接至供應貯槽260。加熱/冷卻元件262環繞貯槽260並且提供在將研磨液體傳送至研磨墊之前加熱及/或冷卻該研磨液體至例如一期望的恆定溫度之方式。溫度控制器264操作加熱/冷卻元件262，且該溫度控制器264使用熱感測器265以監控漿料溫度並且調整傳送到加熱/冷卻元件262的功率以控制漿料溫度。

位於研磨表面234的IR感測器266經定向以例如在載具頭組件152接觸研磨表面234時感測鄰接載具頭組件152的研磨表面234之溫度。程式化的電腦或控制器108可監控IR感測器266的輸出且可控制泵224、溫度控制器232、壓力控制器246以及溫度控制器264，如以下將更詳細地描述。

研磨系統亦可包括墊清洗系統，諸如水傳送管300，將去離子水302傳送至研磨墊214的表面234。管路304連接傳送管300至去離子水槽306。加熱/冷卻元件308環繞槽306且提供在將水傳送至研磨墊之前加熱及/或冷卻水之方式。溫度控制器310操作加熱/冷卻元件308，且該溫度控制器310使用熱感測器312以監控水溫並且調整傳送到加熱/冷卻元件308的功率以達到期望的水 溫。雖然水傳送管300與漿料傳送管126被描繪成分開的元件，應瞭解單一傳送管可執行水傳送以及漿料傳送之功能。

研磨期間，載具頭組件152固持基材122抵靠研磨表面234，同時馬達220旋轉平臺212而馬達240旋轉載具頭組件152。傳送管126傳送水和化學物質的混合物至研磨表面234。研磨後，殘餘物及過剩漿料可藉由來自水傳送管300的水從墊表面清洗。

研磨製程期間(在本質上部分為化學性)，研磨速率是視研磨表面234及基材122的溫度而定。更詳言之，當溫度增加時研磨速率增加，而當溫度減少時研磨速率減少。再者，相信諸如磨損及碟形化的非期望的副作用隨溫度變化及/或溫度偏差而增加，其中碟形化隨溫度減少而增加而磨損隨溫度增加而增加。為了達成更均勻且可重複的研磨速率以及為了減少諸如磨損及碟形化的副作用，可調節CMP中的溫度，特別是朝向改善平坦化的目標溫度調節CMP中的溫度，這藉由如下所述之一或多種方式完成。

首先，在研磨表面234的溫度可藉由控制通過流體循環通道222循環的流體溫度而部分調節。因為平臺是由導熱材料製成，在通道中的流體之溫度可直接且快速影響研磨墊溫度。控制器108可設定溫度控制器232的目標溫度，然後調整傳送至加熱/冷卻元件230的功率以控制流體溫度，例如，將該流體溫度保持在目標溫度。因 此，可達到目標溫度，且可減少溫度變化。

研磨表面234處的溫度亦可藉由控制傳送至研磨表面234的液體溫度而調節。研磨墊214可具有絕緣性質。因此，即使平臺212的溫度如上所述而受控制，不會提供如期望般對研磨表面234之溫度的如此多控制。研磨表面234的額外溫度控制可包括於控制的溫度下透過傳送管126傳送液體至研磨表面234，該液體諸如研磨液體256，例如為研磨漿料或其他液體。溫度控制器264感測供應貯槽260中研磨流體的溫度。控制器108可設定目標溫度，而溫度控制器264之後可調整傳送至加熱/冷卻元件262的功率以控制液體溫度(例如，目標溫度)。因此，可達成目標溫度，且能夠減少溫度變化。

傳送到表面234的第二液體可為去離子水302，該去離子水透過水傳送管300傳送。溫度控制器310可感測水槽306中的水溫。溫度控制器310可調整傳送至加熱/冷卻元件308的功率以控制水溫(例如，至預先設定的目標溫度)。水傳送管300在起始研磨步驟之前傳送例如處於目標溫度的去離子水至研磨表面234達例如數秒。研磨表面234可因此在研磨步驟開始時被帶至目標溫度。此程序可改善製程重複性。儘管在第2圖中溫度控制器232、溫度控制器264、溫度控制器310與壓力控制器246被描繪成分開的單元，應瞭解，這些控制器可個別為第1圖所繪的控制器108的一部分。

亦參考第3圖，基材122在CMP製程期間的溫度亦可 藉由控制基材122在研磨期間壓抵研磨表面234的壓力而控制。介於基材122以及表面234之間的壓力部分決定摩擦。增加壓力造成更高的摩擦，因而造成更高的溫度；相反地，減少壓力造成較低的摩擦，因而造成更低的溫度。因此，控制器108可改變壓力以例如朝目標溫度控制研磨表面234之溫度或減少溫度變化。

基材122在處理期間抵靠研磨表面234所施加的壓力可以下述方式控制。透過使用IR感測器266，控制器108可監控研磨表面234的溫度。控制器108可經程式化以比較溫度感測器266的溫度與預定的目標溫度分佈曲線。倘若測量到的溫度高於目標溫度分佈曲線，控制器108引發壓力控制器246藉由例如減少腔室244內載具頭組件152(見第2圖)中的壓力而減少施加至基材122的壓力。倘若測量到的溫度低於目標溫度分佈曲線，控制器108能引發壓力控制器246藉由增加腔室244的壓力而增加施加到基材122的壓力。因此，控制器108在整個研磨製程期間可將溫度控制在例如預定的目標值。對於一給定的基材而言，此製程可如1至2分鐘般短暫。

一般而言，研磨運作期間，研磨表面234的溫度會增加直到達成穩定溫度為止。一項控制器108用以建立目標溫度的途徑是監控一「良好」研磨運作以於為時間之函數的整個運作期間以及固定壓力下檢驗溫度變化。此測量到的溫度可選作目標溫度以用於類似的運作。意即，控制器108在每一次運作中僅控制施加至基材的壓 力，以致研磨表面的溫度遵循良好研磨運作的測量曲線。因此，控制器108傾向確保每一研磨運作的平均研磨速率是可重複的，因而提供一致的結果。「良好研磨運作」發生於溫度控制導致具有可接受量的碟形化及/或磨損之有效平坦化時。

基材122在CMP製程期間的溫度亦可藉由控制平臺212及載具頭組件152彼此相對旋轉的相對速率而控制。在基材122及表面234之間的摩擦部分由基材122及表面234之間的相對速率決定。可計算相對速率及摩擦之間的關係。之後，倘若研磨表面234的溫度太高，相度速率可經調整以減少摩擦；或，倘若研磨表面234的溫度太低，相度速率可經調整以增加摩擦。舉例而言，控制器108可改變由馬達220及/或馬達240所生成的旋轉速率以例如朝目標溫度控制研磨表面234之溫度。

平臺212及載具頭組件152之間的相對速率可以下述方式控制。透過使用IR感測器266，控制器108可監控研磨表面234的溫度。控制器108可經程式化以比較感測的溫度與預定的目標溫度分佈曲線。倘若測量到的溫度低於或高於目標溫度分佈曲線，控制器108能比例式地改變馬達220及/或馬達240的旋轉速率。因此，控制器108在研磨製程期間可控制溫度於例如預定的目標值。

一般而言，研磨運作期間，研磨表面234的溫度會增加直到達成穩定溫度為止。在多種實施方法中，控制器 108所用的目標溫度是藉由監控一「良好」研磨運作而選擇，以於為時間之函數的整個運作期間、同時於固定的基材122對研磨表面234之相對速率下檢驗溫度變化。此測量到的溫度可選作目標溫度以用於類似的運作。因此，控制器108可控制基材122及研磨表面234之間的相對速率，以致研磨表面的溫度遵循良好研磨運作的測量曲線。因此，控制器108傾向確保每一研磨運作的平均研磨速率是可重複的，因而提供一致的結果。「良好研磨運作」發生於溫度控制導致具有減少的碟形化及/或磨損的有效平坦化時。

參考第4圖，基材122在CMP製程期間的溫度可藉由控制研磨液體256的組成物而控制。研磨液體256藉由供應/清洗傳送管126傳送至研磨表面234。管路270及272各別將傳送管126連接至化學溶液貯槽274以及水槽276。閥278及280各別控制液體從管路270及272流動至管126。控制器108可控制閥278與280。基材122的溫度可部分取決於研磨液體256與基材122之表面的反應的速率。研磨液體256與基材122之表面的反應的速率可直接正比於研磨速率。增加化學溶液的濃度會增加反應速率，而因此增加研磨速率。減少化學溶液的濃度會減少反應速率，而因此減少研磨速率。

研磨液體256之組成可以下述方式控制。透過使用IR感測器266，控制器108可監控研磨表面234的溫度。控制器108可經程式化以比較感測的溫度與預定的目標 溫度分佈曲線。倘若測量到的溫度高於目標溫度分佈曲線，控制器108能調整閥278以減少化學溶液從化學溶液貯槽274流出。或者，控制器108可調整閥280以增加水從水槽276流出。此調整能夠減少研磨表面234上的化學溶液之濃度，因而減少研磨速率。另一方面而言，倘若測量到的溫度低於目標溫度分佈曲線，控制器108能調整閥278以增加化學溶液從化學溶液貯槽274流出。或者，控制器108可調整閥280以減少水從水槽276流出。此調整會增加研磨表面234上的化學溶液之濃度，因而增加研磨速率。

一般而言，研磨運作期間，研磨表面234的溫度會增加直到達成穩定溫度為止。在多種實施方法中，控制器108使用的目標溫度是藉由監控一「良好」研磨運作以於為時間之函數的整個運作期間、於固定的在水中之化學溶液濃度下檢驗溫度變化而建立。此測量到的溫度可選作目標溫度以用於類似的運作。因此，控制器108可控制水中化學溶液的濃度，使得研磨表面的溫度遵循良好研磨運作的測量曲線。因此，控制器108傾向確保每一研磨運作的平均研磨速率是可重複的，因而提供一致的結果。「良好研磨運作」發生於溫度控制導致具有減少的碟形化及/或磨損的有效平坦化時。倘若測量到的溫度從目標溫度以超過閾值的量改變，一或多個研磨參數(例如基材上之壓力、留存環上之壓力及/或漿料流速)可經調整以將溫度朝目標溫度帶回。目標溫度在整個研磨製 程期間可以是恆定的。再者，可容許真實研磨速率在研磨期間漂移，即，研磨參數的回饋迴圈是基於保持溫度恆定而非保持研磨速率恆定。

其他實施例位於下述的申請專利範圍內。舉例而言，在冷卻劑可傳送至平臺以調節研磨表面之溫度的系統中，除了前述的鋁外，平臺可由任何適當的導熱材料製成。此外，無須用IR監控器測量研磨表面之溫度，可利用其他用於測量研磨表面溫度之已知技術，例如安裝在平臺中或嵌於研磨墊中的熱偶。亦可利用其他控制基材與研磨墊間壓力的方法。例如，無須施加壓力至基材背側，整個載具頭組件可由致動器(例如氣動式致動器、電磁致動器以及類似物)垂直移動以控制基材上的壓力。再者，傳送至研磨表面的研磨液體或水的溫度可由放置在傳送系統中的有別於前述之位置的其他位置處的加熱或冷卻元件控制。此外，液體可透過多重傳送管傳送至研磨表面，並且以獨立溫度控制器控制各管中的液體溫度。

多重步驟金屬研磨製程(例如銅研磨)可包括：第一研磨步驟，該步驟中巨量研磨銅層是在無溫度控制(或有溫度控制)下以第一研磨墊於第一平臺執行，但使用原位監控器以中止該研磨步驟；以及第二研磨步驟，在該步驟中，阻障層被曝露及/或移除且使用前述的溫度控制程序。

第5A圖是研磨設備中用於監控溫度的控制系統的方 塊圖，該研磨設備諸如第2圖的研磨設備。參考第5A圖，CMP製程期間的基材122的溫度也可由以下方式控制：控制基材122在研磨期間壓抵的研磨表面234的溫度。在某些實施例中，可透過將研磨表面234暴露至速率驟減製程以回應受監控的溫度，而控制研磨表面234的溫度，以便達成研磨製程期間受監控之溫度的目標值。在研磨表面234上執行速率驟減製程造成研磨表面234的溫度減少，且相對應地減少基材122的溫度。因此，控制器108可變化速率驟減製程的應用，以控制研磨表面234之溫度例如朝向目標值(諸如目標值溫度)或減少溫度變化。目標值可由數個因素決定。一個示範性因素是所用的研磨漿料之類型。目標值可以是攝氏50度或更低。在某些實施例中，溫度目標值可以是一範圍，該範圍低於某個所選的值，該值諸如為低於攝氏50度。可期望使溫度相當低(諸如攝氏20度)並且在製程再度逼近目標值之前提供大量(時間的)緩衝。

可以下列方式控制處理期間將速率驟減製程施加至研磨表面234。透過使用IR感測器266，控制器108可監控研磨表面234的溫度。控制器108可經程式化以比較感測器266的溫度與預定的目標溫度分佈曲線。倘若測量到的溫度高於目標溫度分佈曲線，控制器108引發施加速率驟減製程，以減少研磨表面234的溫度。倘若測量到的溫度低於目標溫度分佈曲線，控制器108能引發壓力控制器246藉由增加腔室244的壓力而增加施加到 基材122的壓力。倘若測量到的溫度低於目標溫度分佈曲線，控制器108可直接施加加熱流體(例如加熱的去離子水或研磨漿料)至研磨表面234或透過熱傳導/對流加熱研磨表面234。因此，控制器108在整個研磨製程期間可將溫度控制在例如預定的目標值。

速率驟減製程減少處理表面234上研磨副產物(諸如金屬離子)的濃度。在移除巨量導電材料的第一部分之後，期望有稍微中間薄邊緣厚的輪廓。然而在整個研磨製程中的各點處，研磨墊214上以及研磨漿料中的研磨副產物(例如銅離子)的濃度大體上非常高。此研磨漿料中高濃度的金屬離子消耗鈍化劑，因此減少可用於鈍化及保護銅線與地形的鈍化劑的量。於是，此高濃度的金屬離子必須減少，以達成均勻的研磨。

速率驟減製程可包含以下步驟：添加清洗劑至研磨漿料以稀釋研磨漿料中研磨副產物的濃度、增加研磨漿料之流速、清洗研磨墊以及前述步驟之組合。

一個實施例中，速率驟減製程可透過添加清洗劑至研磨漿料以稀釋研磨漿料中金屬離子之濃度而完成。一個實施例中，可將清洗劑傳送到研磨漿料，這是透過使用水傳送管300、漿料傳送管126或分配漿料配發臂(distributed slurry dispense arm(DSDA))實現，所述部件能夠將研磨漿料與清洗劑二者傳送到位於第一CMP站128附近的研磨墊之表面。一個實施例中，清洗劑包含去離子水(DIW)。一個實施例中，清洗劑的流速可介 於約300毫升/分鐘至約12升/分鐘之間，例如約500毫升/分鐘。一個實施例中，清洗劑的流速可以介於約300毫升/分鐘至約1000毫升/分鐘之間。一個實施例中，可透過使用高壓清洗器傳送清洗劑，該高壓清洗器具有約1升/分鐘至約7升/分鐘之間的流速。

一個實施例中，速率驟減製程可包含增加研磨漿料的流速。一個實施例中，研磨漿料的流速可在約300毫升/分鐘至約500毫升/分鐘之間。

水傳送管300、漿料傳送管126或位在第一CMP站128附近的分配漿料配發臂(DSDA)可用於執行速率驟減步驟。速率驟減步驟可在研磨製程期間任一點執行，其中研磨表面34的溫度上升超過目標溫度。例如，速率驟減步驟可在以下程序之至少一者之前、期間或之後執行，該等程序為：移除巨量導電材料、第一次銅突破以及移除殘餘的導電材料。存在於漿料中的銅抑制劑添加物鈍化導電層或銅，但銅抑制劑也被銅離子消耗。若銅離子的濃度是高的，則銅抑制劑濃度將會變低，且晶圓的覆蓋率將會不良，而導致不良的銅鈍化及在銅突破處的高地形。供應傳送管126促進良好的晶圓的銅抑制劑覆蓋率，也更有效地稀釋銅離子濃度。

速率驟減製程期間，向下研磨力可降低至約0.5 psi。施加降低的向下研磨力，使得來自研磨漿料的銅抑制劑更有效接觸基材，也幫助從基材表面移除研磨副產物。

當監控的溫度低於目標值時，可停止速率驟減製程。

第5B圖是研磨設備中監控力矩的控制系統的方塊圖，該研磨設備諸如為第2圖的研磨設備。參考第5B圖，透過控制平臺212及/或載具頭組件152的力矩，也可控制CMP製程期間基材122的溫度。雖不願受理論所束縛，但相信較高的溫度通常是由較高的移除速率所造成，且較大量的副產物生成以及伴隨的較大的摩擦將導致較高的力矩。在某些實施例中，可透過將研磨表面234暴露至速率驟減製程以回應監控的力矩，而控制平臺212及/或載具頭組件152的力矩，以便達成研磨製程期間受監控之力矩的目標值。在研磨表面234上執行速率驟減製程導致摩擦所造成的高力矩減少，摩擦是由於副產物增加且研磨表面234的溫度增加之故。力矩中的減少導致研磨表面234的溫度減少，且相對應地減少基材122之溫度。因此，控制器108可變化速率驟減製程的施加，以控制平臺212及/或載具頭組件152的力矩，例如使該力矩朝向目標力矩。

可用下列方式控制處理期間將速率驟減製程施加至研磨表面234。透過監控馬達220的電流，控制器108可監控平臺212及/或載具頭組件152的力矩。控制器108可經程式化以比較力矩與預定的目標力矩分佈曲線。倘若測量到的溫度高於目標力矩分佈曲線，控制器108引發施加速率驟減製程，以減少平臺212及/或載具頭組件152的力矩。因此，控制器108在整個研磨製程期間可將溫度控制在例如預定的目標值。目標力矩值可取決於 多個因素，諸如馬達尺寸以及需要移動/旋轉的部件(例如平臺與墊)的重量與阻力。某些實施例中，目標力矩值可為大約500牛頓-公尺或更低。

第6圖是用於化學機械研磨一基材的方法600的一個實施例的方塊圖，該基材具有暴露的導電材料層以及底下的阻障層，該方法可於前述的系統100上操作。方法600也可在其他化學機械處理系統及其他基材材料上操作。方法600大體上儲存於控制器108的記憶體112中，一般是儲存成軟體常式。該軟體常式也可由第二CPU(圖中未示)儲存及/或實施，該第二CPU位在CPU110控制的硬體的遠端。

雖然此述的實施例被論述為做為軟體常式實行，然而在此揭示的方法步驟中的一些步驟可於硬體中執行，且可由軟體控制器執行。就此而言，此述的實施例可在軟體中實行(如電腦系統上所執行的軟體)、可在硬體中實行(如特殊應用積體電路或其他類型的硬體實行方式)或軟體與硬體之組合。

方法600開始於步驟602，步驟602為：將基材定位在平臺上，該基材包含導電材料，該導電材料配置成覆於底下的阻障材料上，該平臺含有研磨墊，該研磨墊具有研磨表面。導電層可包含鎢、銅、前述材料之組合與類似材料。阻障層可包含釕、鉭、氮化鉭、鈦、氮化鈦、氮化鎢、鎢、前述材料之組合以及類似材料。介電層(一般是氧化物)大體上位在阻障層下方。

一個實施例中，留存在載具頭組件152中的基材122於配置在CMP站128、130、132之一個站中的研磨墊214上方移動。載具頭組件152朝著研磨墊214降下，以將基材122放置成接觸研磨墊214的研磨表面234。

在步驟604，在巨量導電材料上執行化學機械研磨製程。在步驟606，在第一平臺上以第一移除速率研磨基材，以移除一部分的巨量導電材料。一個實施例中，導電層是銅層，該銅層具有在約6000-8000 Å之間的初始厚度。一個實施例中，研磨步驟606可在第一CMP站128執行。可用低於每平方吋約2.5磅(2.5 psi)的力將基材122推抵研磨墊214。一個實施例中，該力介於約1 psi至2 psi之間，例如為約1.8 psi。

接著，提供基材122與研磨墊214之間的相對運動。一個實施例中，載具頭組件152以每分鐘約50-100轉之間的轉速旋轉(例如每分鐘約30-60轉)，同時研磨墊214以每分鐘約50-100轉之間的轉速旋轉(例如每分鐘約7-35轉)。該製程大體上具有約9000 Å/min的銅移除速率。

研磨漿料被供應至研磨墊214。某些實施例中，研磨漿料可包含氧化劑、鈍化劑、pH緩衝液、金屬錯合劑(metal complexing agent)、磨料以及前述材料之組合，其中氧化劑諸如為過氧化氫或過硫酸銨，鈍化劑諸如腐蝕抑制劑。適合的腐蝕抑制劑包括具有氮原子(N)的化合物，諸如具有吡咯基的有機化合物。適合的化合物之 範例包括苯并三唑(benzotriazole(BTA))、氫硫基苯并三唑(mercaptobenzotriazole)、5-甲基-1-苯并三唑(TTA)、前述化合物之衍生物以及前述化合物之組合。其他適合的腐蝕抑制劑包括膜形成劑，諸如咪唑(imidazole)、苯并咪唑(benzimidazole)、三唑(triazole)以及前述物質之組合。也可使用苯并三唑、咪唑、苯并咪唑、三唑之衍生物做為腐蝕抑制劑，這些衍生物具有氫氧基、胺基、亞胺基、羧基、氫硫基、硝基與烷基取代基。研磨漿料一般可包括諸如苯并三唑(BTA)之類的腐蝕抑制劑。

某些實施例中，研磨漿料也含有諸如膠體矽石(colloidal silica)、氧化鋁及/或氧化鈰之類的磨料。某些實施例中，研磨漿料可額外包含介面活性劑。適合用於巨量化學機械製程的研磨組成物與方法的範例描述於美國專利申請案第11/839,048號中，該案之發明名稱為「IMPROVED SELECTIVE CHEMISTRY FOR FIXED ABRASIVE CMP」，於2007年8月15日提出申請，現在公開為US 2008/0182413，該等範例還描述於美國專利申請案第11/356,352號中，發明名稱為「METHOD AND COMPOSITION FOR POLISHING A SUBSTRATE」，現在公開為US2006/0169597，於與當前之申請案無不一致的情況下，將這兩份文獻以參考形式在此併入本文。某些實施例中，基材122在添加研磨漿料後接觸研磨墊214。某些實施例中，基材122在添加研磨漿料之前接觸研磨 墊214。

在步驟608，研磨基材的同時，監控研磨表面的溫度。使用第5A圖中描繪的控制系統，可監控研磨表面之溫度。在移除巨量導電材料的第一部分的整個期間可連續監控研磨表面的溫度。在移除巨量導電材料的第一部分的整個期間可於界定的間隔重覆地監控研磨表面的溫度。

在步驟610，若受監控的溫度大於目標值，則研磨表面暴露至速率驟減製程以回應受監控的溫度。速率驟減製程可如針對第5A圖所述般執行。速率驟減製程的歷時可取決於許多因素而變化，這些因素諸如為所使用的耗材、移除速率、單一或多重頭的研磨、製程溫度以及墊的表面積。

在步驟612，決定巨量部分移除製程的終點。一個實施例中，巨量部分移除製程的終點發生在突破銅層之前。可透過使用偵測系統偵測該終點，偵測系統諸如為iScan^TM厚度監控器以及FullScan^TM光學終點系統，這兩者皆可購自美國加州聖克拉拉市的應用材料公司。

也可透過使用即時分佈曲線控制(real time profile control(RTPC))決定製程的終點。例如，CMP製程中，可監控基材上不同區域處導電材料的厚度，且所偵測到的不均勻性可引發CMP系統即時調整研磨參數。RTPC可用於藉由調整載具研磨頭中的區塊壓力而控制殘餘的銅分佈曲線。適合的RTPC技術與設備之範例描述於頒 發給Hanawa等人的美國專利第7,229,340號以及美國專利申請案第10/633,276號中(於2003年7月31日提出申請，目前已頒發為美國專利第7,112,960號)，前者之發明名稱為「METHOD AND APPARATUS FOR MONITORING A METAL LAYER DURING CHEMICAL MECHANICAL POLISHING」，後者之發明名稱為「EDDY CURRENT SYSTEM FOR IN-SITU PROFILE MEASUREMENT」，這兩份文獻的全文在此以參考形式併入本文中。

一個實施例中，可使用以光譜為基礎的終點偵測技術決定終點。以光譜為基礎的終點技術包括在研磨序列中不同時間的期間於基材上不同區塊獲得光譜、將該光譜與資料庫中的索引匹配以及使用該等索引以從該等索引決定不同區塊之每一者的研磨速率。另一實施例中，可使用度量儀器(meter)提供的處理之第一度量決定終點。該度量儀器可提供用於決定基材上導電材料(例如銅層)之殘餘厚度的電荷、電壓或電流資訊。另一實施例中，可利用光學技術，諸如運用感測器的干涉儀。可直接測量殘餘的厚度，或藉由從預定的起始膜厚度減去所移除的材料量計算殘餘的厚度。一個實施例中，藉由比較從基材移除的電荷以及預定基材面積的目標電荷量，而決定終點。可利用的終點技術的範例描述於下列文獻：美國專利第7,226,339號，發明名稱為「SPECTRUM BASED ENDPOINTING FOR CHEMICAL MECHANICAL POLISHING」，在2007年6月5日頒發給Benvegnu等人，美國專利申請案第11/748,825號，發明名稱為「SUBSTRATE THICKNESS MEASURING DURING POLISHING」，於2007年5月15日提出申請，現在公開為US 2007/0224915；以及美國專利第6,924,641號，發明名稱為「METHOD AND APPARATUS FOR MONITORING A METAL LAYER DURING CHEMICAL MECHANICAL POLISHING」，頒發給Hanawa等人，以上文獻之全文在此以參考形式併入本文。

一個實施例中，剩餘的銅層具有約1400Å至約2000Å之間的厚度。一個實施例中，第一終點發生在導電層具有約2000Å之厚度時。

在步驟614，執行「軟著陸(soft landing)」研磨步驟，在此該基材於平臺上以第二移除速率受到研磨，而突破導電材料且暴露一部分的底下的阻障材料，該第二移除速率低於第一移除速率。儘管在此論及該步驟是在與步驟606相同的平臺上執行，應瞭解步驟614的軟著陸步驟可在分開的平臺上執行。步驟614的軟著陸步驟需要低的銅移除速率。一個實施例中，軟著陸步驟期間，可用一移除速率研磨基材，該移除速率介於約1500-2500 Å/min之間，例如為約1800 Å/min。一個實施例中，可以用一向下的力將基材122推抵研磨墊214，該力介於約1.0 psi至1.6 psi之間，例如約1.3 psi。一個實施例中，研磨漿料的流速可介於約200 ml/min至約500 ml/min之間，例如介於約250 ml/min至約350 ml/min之間。

由供應傳送管126所提供的均勻漿料分佈確保銅離子濃度是低的且提供較大的製程裕度。在軟著陸步驟614期間，基材中心處的第一次突破是備受期望的，因為基材中心具有較大的過度研磨裕度。相信從基材移除及移出墊的研磨副產物(諸如銅離子)的濃度在基材邊緣處高於基材中心處。因此，銅抑制劑在基材中心處的滯留時間較長，導致較佳的鈍化。在第一CMP站128處的巨量導電材料移除製程的最終終點是起初的銅突破。在銅已被突破的情況下，第二CMP站130上移除殘餘導電層的研磨時間減少，導致有較高的晶圓處理量。在銅最終清除與場銅殘餘物移除期間較少量的銅材料來到第二CMP站130的情況下，也造成較低的地形。在第二平臺上有較少待移除的銅的情況下，銅離子濃度將會更低。銅離子愈少，銅抑制劑將會以較低的速率消耗，導致有較高的銅抑制劑濃度。銅抑制劑濃度愈高，將造成基材的銅抑制劑鈍化愈盛，導致有較低的地形。愈少銅離子在第二CMP站130上生成，可使用高於預期的向下力而不至於負面地影響地形，此舉改善完全移除場銅殘餘物的能力。

在步驟616，於平臺上以低於第一移除速率的第二移除速率研磨基材的同時，監控研磨表面的溫度。使用描繪於第5A圖中的控制系統，可監控研磨表面的溫度。研 磨表面的溫度可在移除巨量導電材料的第二部分的整個期間連續地受到監控。在移除巨量導電材料的第二部分的整個期間可於界定的間隔重覆地監控研磨表面的溫度。

在步驟618，若受監控的溫度大於目標值，則將研磨表面暴露至速率驟減製程以回應受監控的溫度。速率驟減製程可如針對步驟610及/或第5A圖所描述般執行。

在步驟620，決定突破製程的終點。可使用FullScan^TM以及其他此述的終點技術決定第二終點。

在步驟622，於殘餘導電材料上執行化學機械研磨製程。殘餘的導電材料移除製程包含：在第二平臺上研磨基材以及決定該研磨製程的終點。在步驟624，基材在第二平臺上受到研磨，以移除任何殘餘的導電材料。一個實施例中，可用一移除速率研磨基材，該移除速率介於約1500-2500 Å/min之間，例如為約2400 Å/min。步驟624可以是單步驟或多步驟化學機械清除製程。清除步驟624可在第二CMP站130上執行，或是在其餘CMP站128、132之其中一個站上執行。

透過將留存在載具頭組件152中的基材122於研磨墊(配置於第二CMP站130中)上方移動，而開始清除處理步驟624。載具頭組件152朝向研磨墊降下，以將基材122放置成接觸研磨墊的研磨表面。以低於約2 psi的力將基材122推抵研磨墊。另一實施例中，該力為低於或等於約0.3 psi。

接著，提供基材122與研磨墊之間的相對運動。研磨漿料被供應至研磨墊。一個實施例中，載具頭組件152以每分鐘約30-80轉之間的轉速旋轉(例如約50 rpm)，同時研磨墊以每分鐘約7-90轉之間的轉速旋轉(例如約53 rpm)。步驟624的製程大體上具有對於鎢而言約1500 Å/min的移除速率以及對於銅而言約2000 Å/min的移除速率。

在步驟626，研磨基材的同時監控研磨表面之溫度。使用第5圖中描繪的控制系統，可監控研磨表面之溫度。在移除殘餘導電材料的整個期間可連續監控研磨表面的溫度。在移除殘餘導電材料的整個期間可於界定的間隔重覆地監控研磨表面的溫度。

在步驟628，若受監控的溫度大於目標值，則將研磨表面暴露至速率驟減製程以回應受監控的溫度。速率驟減製程可如針對步驟610及/或第5A圖所述般執行。

在步驟630，決定殘餘導電材料移除的終點。該終點可透過使用FullScan^TM或前文所討論的其餘技術之任一者決定。一個實施例中，對於電化學機械研磨製程(Ecmp)而言，終點是透過偵測電流中的第一不連續性所決定，該電流是藉由使用度量儀器所感測。不連續性出現在底下的層開始突破導電層(例如，該銅層)時。因為底下的層具有有別於銅層的導電率，故當導電層的面積相對於底下的層的暴露面積改變時，橫越處理單元(即從基材的導電部分至電極)的電阻隨著改變，從而 引發電流改變。

視情況而定，為了回應終點偵測，可執行第二清除製程步驟以移除殘餘的銅層。用低於約2 psi的壓力將基材壓抵墊組件，在另一實施例中，以低於或等於約0.3 psi的壓力將基材壓抵墊組件。步驟之製程大體上對於銅製程與鎢製程兩者而言具有約500至約2000 Å/min的移除速率，例如在約500至約1200 Å/min之間。

視情況而定，在步驟632，可執行第三清除製程步驟或「過度研磨」，以從導電層移除任何殘餘的碎片。第三清除製程步驟一般是定時製程，且在降低的壓力下執行。一個實施例中，第三清除製程步驟(也稱作過度研磨步驟)具有約10秒至約30秒的歷時。

殘餘導電材料移除步驟622之後，可執行阻障物研磨。一個實施例中，阻障物研磨可在第三CMP站132上執行，但可取而代之地在其餘的CMP站128、130之其中一者上執行。

另一實施例中，此製程可適於一個平臺的銅清除製程。該製程可應用為2步驟製程，而在該2步驟之間有銅離子驟減步驟。用於良好的銅剩餘分佈曲線的RTPC可與DSDA一併使用，以確保遍及晶圓上有良好的銅抑制劑覆蓋率，而藉由更有效地稀釋銅離子以助於降低銅移除速率，因而提供遍及晶圓上有良好的銅鈍化，導致有良好的地形。在銅突破與清除期間，控制銅離子與銅抑制劑濃度的平衡是重要的。

第7圖是一圖表700，描繪化學機械研磨製程期間驟減製程對於溫度或力矩的影響。X軸代表以秒為單位的研磨時間，而y軸代表溫度或力矩。線710代表無驟減製程下所執行的化學機械研磨製程的溫度，該溫度為時間之函數。線720代表以此述的驟減製程所執行的化學機械研磨製程的溫度，該溫度為時間之函數。如線720所描繪，驟減製程快速地降低溫度、副產物與摩擦，以獲得較佳的製程結果。

第8圖是圖表800，描繪化學機械研磨製程期間驟減製程對於溫度的影響。X軸代表以秒為單位的研磨時間，而y軸代表溫度(℃)。線810代表無驟減製程下所執行的化學機械研磨製程的溫度，該溫度為時間之函數。線820代表以多個驟減點830、840所執行的化學機械研磨製程的溫度，該溫度為時間之函數，該等驟減點是此述的驟減製程開始之處。如線820所描繪，多個驟減製程快速地降低溫度、副產物與摩擦，以獲得較佳的製程結果。

雖然前述內容涉及本發明之實施例，然而可不背離本發明基本範疇設計其他與進一步的本發明之實施例，且本發明之範疇由隨後的申請專利範圍所決定。

100‧‧‧系統

102‧‧‧工廠介面

104‧‧‧裝載機器人

106‧‧‧平坦化模組

108‧‧‧控制器

110‧‧‧cpu

112‧‧‧記憶體

114‧‧‧支援電路

116‧‧‧清潔模組

118‧‧‧基材卡匣

120‧‧‧介面機器人

122‧‧‧基材

124‧‧‧輸入模組

126‧‧‧傳送管

128‧‧‧第一CMP站

129‧‧‧平坦化表面

130‧‧‧第二CMP站

132‧‧‧第三CMP站

134‧‧‧旋轉料架

136‧‧‧站

140‧‧‧機器基部

142‧‧‧輸入緩衝站

144‧‧‧輸出緩衝站

146‧‧‧機器人

148‧‧‧裝載杯組件

150‧‧‧臂

152‧‧‧載具頭組件

182‧‧‧調理裝置

188‧‧‧環境上受控的包體

190‧‧‧度量模組

200‧‧‧設備

212‧‧‧平臺

214‧‧‧研磨墊

218‧‧‧驅動軸桿

220‧‧‧馬達

222‧‧‧通道

224‧‧‧泵

225‧‧‧儲存槽

225a‧‧‧貯槽出口管

225b‧‧‧貯槽入口管

226‧‧‧入口管

228‧‧‧出口管

230‧‧‧加熱/冷卻元件

232‧‧‧溫度控制器

233‧‧‧溫度感測器

234‧‧‧表面

238‧‧‧驅動軸桿

240‧‧‧第二馬達

242‧‧‧支撐件組件

243‧‧‧留存環

244‧‧‧可加壓腔室

246‧‧‧壓力控制器

248‧‧‧壓力源

250‧‧‧壓力感測器

252‧‧‧電子控制閥

256‧‧‧研磨液體

258‧‧‧管路

260‧‧‧供應貯槽

262‧‧‧加熱/冷卻元件

264‧‧‧溫度控制器

265‧‧‧熱感測器

266‧‧‧感測器

270、272‧‧‧管路

274‧‧‧化學溶液貯槽

276‧‧‧水槽

278、280‧‧‧閥

300‧‧‧水傳送管

302‧‧‧去離子水

304‧‧‧管路

306‧‧‧去離子水槽

308‧‧‧加熱/冷卻元件

310‧‧‧溫度控制器

312‧‧‧熱感測器

600‧‧‧方法

602-632‧‧‧步驟

700‧‧‧圖表

710、720‧‧‧線

800‧‧‧圖表

810、820‧‧‧線

830、840‧‧‧多個驟減點

藉由參考實施例(一些實施例說明於附圖中)，可獲得 於【發明內容】中簡要總結的本發明之更特定的說明，而能詳細瞭解於【發明內容】記載的本發明之特徵。然而應注意附圖僅繪示此發明的典型實施例，而因而不應將該等附圖視為限制本發明之範疇，因為本發明可容許其他等效實施例。

第1圖是化學機械平坦化系統的平面圖；第2圖是此述之化學機械研磨設備之主要部件的方塊圖。

第3圖是研磨設備(諸如第2圖之研磨設備)中用以控制載具頭組件的控制系統之方塊圖；第4圖是根據本發明之各種實施方法所建構的化學機械研磨系統之主要部件之方塊圖；第5A圖是研磨設備(諸如第2圖之研磨設備)中用以監控溫度的控制系統的方塊圖；第5B圖是研磨設備(諸如第2圖之研磨設備)中用以監控力矩的控制系統的方塊圖；第6圖是用於化學機械研磨導電材料之方法的一個實施例的方塊圖；第7圖是一圖表，描繪化學機械研磨製程期間驟減製程對溫度或力矩的影響；以及第8圖是一圖表，描繪化學機械研磨製程期間驟減製程對溫度的影響。

為了助於瞭解，如可能則使用相同的元件符號標注共通於該等圖式的相同元件。應考量在一個實施例中所揭 示的元件及/或製程步驟可有利地用於其他實施例，而無需特別記載。

Claims (25)

1. 一種用於化學機械研磨(CMP)配置在一或多個基材上的一導電材料的方法，該方法包含以下步驟：在一研磨製程期間於一研磨流體的存在下，抵靠一研磨表面研磨該一或多個基材，以移除該導電材料的一部分；在該研磨製程期間，監控該研磨表面的一溫度；以及回應該受監控的溫度而將該研磨表面暴露至一速率驟減(rate quench)製程，以在該研磨製程期間將該研磨表面的該溫度維持在一目標值，其中該速率驟減製程包含以下步驟：增加該研磨流體中的一侵蝕抑制劑的一濃度。
2. 如請求項1所述之方法，其中該受監控的溫度的該目標值為約攝氏50度或更低。
3. 如請求項1所述之方法，其中當該受監控的溫度大於該目標值時，該研磨表面暴露至該速率驟減製程。
4. 如請求項3所述之方法，其中當該受監控的溫度低於該目標值時，該速率驟減製程中止。
5. 如請求項1所述之方法，其中該研磨製程包含以下步驟之至少一個步驟：研磨該一或多個基材以移除該導電材料的一巨量部分；研磨該一或多個基材以突破該導電材料並且暴露一底下的阻障材料的一部分；以及研磨該一或多個基材以從該底下的阻障材料移除殘餘的導電材料。
6. 如請求項5所述之方法，其中該研磨製程是在一單一平臺上執行。
7. 如請求項5所述之方法，其中研磨該一或多個基材以移除該導電材料的一巨量部分以及研磨該一或多個基材以突破該導電材料並且暴露一底下的材料的一部分是在相同的平臺上執行。
8. 一種用於化學機械研磨(CMP)配置在一或多個基材上的一導電材料的方法，該方法包含以下步驟：在一研磨製程期間於一研磨流體的存在下，抵靠一研磨表面研磨該一或多個基材，以移除該導電材料的一部分；在該研磨製程期間，監控該研磨表面的一溫度；以及回應該受監控的溫度而將該研磨表面暴露至一速率驟減製程，以在該研磨製程期間將該研磨表面的該溫度維持在一目標值，其中該速率驟減製程包含以下 步驟：以去離子水清洗該研磨表面。
9. 如請求項8所述之方法，其中該去離子水的流速介於約500毫升/分鐘至約12升/分鐘之間。
10. 如請求項8所述之方法，其中該受監控的溫度的該目標值為約攝氏50度或更低。
11. 如請求項8所述之方法，其中當該受監控的溫度大於該目標值時，該研磨表面暴露至該速率驟減製程。
12. 如請求項11所述之方法，其中當該受監控的溫度低於該目標值時，該速率驟減製程中止。
13. 如請求項8所述之方法，其中該研磨製程包含以下步驟之至少一個步驟：研磨該一或多個基材以移除該導電材料的一巨量部分；研磨該一或多個基材以突破該導電材料並且暴露一底下的阻障材料的一部分；以及研磨該一或多個基材以從該底下的阻障材料移除殘餘的導電材料。
14. 如請求項13所述之方法，其中該研磨製程是在一單一平臺上執行。
15. 如請求項13所述之方法，其中研磨該一或多個基材以 移除該導電材料的一巨量部分以及研磨該一或多個基材以突破該導電材料並且暴露一底下的材料的一部分是在相同的平臺上執行。
16. 一種用於化學機械研磨(CMP)配置在一或多個基材上的一導電材料的方法，該方法包含以下步驟：於一研磨流體的存在下，在一研磨墊的一研磨表面上研磨具有一導電材料的一或多個基材，以移除該導電材料的一部分，該導電材料配置成覆於一底下的阻障材料上，該研磨墊被支撐在一第一平臺上；在該研磨墊上研磨該一或多個基材的同時，監控該研磨墊的該研磨表面的一溫度；以及在該研磨墊上研磨該基材的同時，回應超過一目標值的該研磨表面的該溫度而將該研磨墊的該研磨表面暴露至一速率驟減製程，其中該速率驟減製程包含以下步驟：增加該研磨流體中的一侵蝕抑制劑的一濃度。
17. 如請求項16所述的方法，進一步包含以下步驟：在一第二平臺上研磨該一或多個基材，以從該底下的阻障材料清除該導電材料。
18. 如請求項16所述的方法，進一步包含以下步驟：在該第一平臺上研磨該一或多個基材，以從該底 下的阻障材料清除該導電材料。
19. 如請求項16所述的方法，其中該一或多個基材包含複數個基材，且該複數個基材同時受到研磨。
20. 如請求項16所述之方法，其中該受監控的溫度的該目標值為約攝氏50度或更低。
21. 一種用於化學機械研磨(CMP)配置在一或多個基材上的一導電材料的方法，該方法包含以下步驟：於一研磨流體的存在下，在一研磨墊的一研磨表面上研磨具有一導電材料的一或多個基材，以移除該導電材料的一部分，該導電材料配置成覆於一底下的阻障材料上，該研磨墊被支撐在一第一平臺上；在該研磨墊上研磨該一或多個基材的同時，監控該研磨墊的該研磨表面的一溫度；以及在該研磨墊上研磨該基材的同時，回應超過一目標值的該研磨表面的該溫度而將該研磨墊的該研磨表面暴露至一速率驟減製程，其中該速率驟減製程包含以下步驟：以去離子水清洗該研磨墊。
22. 如請求項21所述的方法，進一步包含以下步驟：在一第二平臺上研磨該一或多個基材，以從該底 下的阻障材料清除該導電材料。
23. 如請求項21所述的方法，進一步包含以下步驟：在該第一平臺上研磨該一或多個基材，以從該底下的阻障材料清除該導電材料。
24. 如請求項21所述的方法，其中該一或多個基材包含複數個基材，且該複數個基材同時受到研磨。
25. 如請求項21所述之方法，其中該受監控的溫度的該目標值為約攝氏50度或更低。