TWI566883B - 基板研磨裝置、基板研磨方法及用於研磨裝置之研磨墊之研磨表面調溫裝置 - Google Patents

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Description

基板研磨裝置、基板研磨方法及用於研磨裝置之研磨墊之研磨表面調溫裝置
本發明係有關於用以研磨基板(例如，半導體基板)之表面的基板研磨裝置及基板研磨方法，其係使用一基板固持機構來固持一基板，使該基板抵頂在研磨台上之研磨墊(polishing pad)的研磨表面，以及使該基板之表面與該研磨墊之研磨表面之間相對移動。本發明也有關於一種用於基板研磨裝置之研磨墊之研磨表面調溫裝置。(研磨，polishing，有稱為「拋光」之情形)。
眾所周知，化學機械研磨(CMP)裝置為用於研磨基板(例如，半導體基板)之表面的裝置。通常此裝置具有研磨台、附著至該研磨台之上表面的研磨墊、以及基板固持機構(以下被稱為頂環)。研磨墊提供用以研磨基板的研磨表面。待研磨基板被頂環固持及抵頂研磨墊的研磨表面，同時供給研磨漿(slurry)至研磨表面上。研磨台與頂環的旋轉可使研磨表面與基板表面之間有相對移動，從而可研磨及平坦化基板的表面。
對於更精細的半導體裝置，在CMP裝置中均勻地研磨基板表面是重要的方法。為了達成均勻地研磨基板表面，已有人企圖調整基板表面對於研磨表面的接觸壓力以優化基板表面內的壓力分布。
不過，不僅研磨表面上的接觸壓力，研磨表面的溫度、供給研磨漿的濃度、等等也會影響基板表面的研磨速率(polishing rate)。因此，只藉由調整研磨表面上的接觸壓力不可能完全控制研磨速率。特別是，在研磨速率高度取決於研磨表面之溫度(例如，在研磨墊之表面硬度高度取決於其溫度的情形下)的CMP製程中，研磨表面的溫度分布會造成研磨速率隨著是在基板表面的那一個部份而改變。結果，無法得到研磨均勻的輪廓。一般而言，研磨墊之研磨表面的溫度不均勻的原因有：研磨表面本身由於與基板表面接觸以及與頂環中裝設成可固持基板的固定環(retainer ring)接觸而產生熱，研磨表面的熱吸收率(heat absorptivity)有差異，供給至研磨表面上之研磨漿的流動行為，及其類似者。因此，研磨表面的區域有溫差。
鑑於上述缺點已做成本發明。因此，本發明的目標是要提供一種基板研磨裝置與一種基板研磨方法用以研磨基板同時測量研磨墊之研磨表面的溫度以及反饋測得溫度資訊以便經由PID控制來調整該研磨表面的溫度。本發明的另一目標是要提供一種用於基板研磨裝置之研磨墊之研磨表面調溫裝置。
本發明又一目標是要提供一種基板研磨裝置與一種裝置用以調整研磨墊之研磨表面的溫度，其係具有在整個研磨時間或在每個部份研磨時間能夠讓墊表面溫度保持不變的調溫功能(亦即，加熱功能與冷卻功能)以藉此得到最佳研磨速率與最佳步驟屬性(optimum step property)，防止研磨漿劣化，以及均勻地研磨基板的表面。
為了達成上述目標，本發明之一態樣是一種用於研磨基板的基板研磨裝置。該裝置包含：有一個研磨墊附著於其上的可旋轉研磨台；至少一個基板固持具(substrate holder)，其係經配置成固持基板以及使該基板抵頂在該轉動研磨台上之該研磨墊的研磨表面以便研磨該基板；墊溫檢測器(pad-temperature detector)，其係經配置成檢測該研磨墊之該研磨表面的溫度；墊溫調整器(pad-temperature regulator)，其係經配置成接觸該研磨墊之該研磨表面以調整該研磨表面的溫度；以及，溫度控制器，其係經配置成藉由基於該研磨表面用該墊溫檢測器測得的溫度資訊來控制該墊溫調整器，以控制該研磨墊之該研磨表面的溫度。該溫度控制器係經配置成基於預定規則由數種PID參數選出預定PID參數，以及配置成基於該研磨表面溫度的資訊使用該選定PID參數來控制該研磨墊之該研磨表面的溫度。
在本發明之一較佳態樣中，該溫度控制器係經配置成根據該基板之薄膜類型由該數種PID參數選出該預定PID參數。
在本發明之一較佳態樣中，該溫度控制器儲存該數種PID參數於其中，包含用於冷卻該研磨墊之該研磨表面的PID參數以及用於加熱該研磨墊之該研磨表面的PID參數。
在本發明之一較佳態樣中，該PID參數係預先登錄於一配方以及該溫度控制器根據該配方來選出該PID參數。
在本發明之一較佳態樣中，該墊溫調整器具有一個堅固構件(solid member)，該堅固構件有與該研磨墊之該研磨表面接觸的接觸表面，該接觸表面係沿著該研磨表面之徑向延伸，以及該墊溫調整器係經配置成在該堅固構件中流動之流體與該研磨墊之間可通過該堅固構件之該接觸表面來進行熱交換。
在本發明之一較佳態樣中，該基板研磨裝置更包含：用於支承該基板固持具的頭部段(head section)；以及，經配置成吹熱氣於該研磨墊之該研磨表面上的熱風加熱器(hot-blast heater)。該熱風加熱器係設於該頭部段上。
在本發明之一較佳態樣中，該基板研磨裝置更包含經配置成吹冷氣至該研磨墊之該研磨表面上的冷氣吹風機。
在本發明之一較佳態樣中，該基板研磨裝置更包含經配置成在該基板被該基板固持具固持時加熱該基板的基板加熱裝置。
在本發明之一較佳態樣中，該基板加熱裝置包含經配置成供給熱水至該基板上的熱水供給裝置。
在本發明之一較佳態樣中，該至少一基板固持具包含數個基板固持具，以及提供該墊溫檢測器、該墊溫調整器、及該溫度控制器給每個該等基板固持具。
本發明的另一態樣是要提供一種用於研磨基板的基板研磨裝置。該裝置包含：有一個研磨墊附著於其上的可旋轉研磨台；至少一基板固持具，其係經配置成固持基板以及使該基板抵頂在該轉動研磨台上之該研磨墊的研磨表面以便研磨該基板；墊溫檢測器，其係經配置成檢測該研磨墊之該研磨表面的溫度；墊溫調整器，其係經配置成接觸該研磨墊之該研磨表面以調整該研磨表面的溫度；以及，溫度控制器，其係經配置成藉由基於該研磨表面用該墊溫檢測器測得的溫度資訊來控制該墊溫調整器以控制該研磨墊之該研磨表面的溫度。該溫度控制器係經配置成使用一預定PID參數來控制該研磨墊之該研磨表面的溫度。
本發明的又一態樣是要提供一種藉由在轉動研磨台上使基板抵頂研磨墊之研磨表面來研磨該基板的方法。該方法包含：基於一個預定規則，由數種PID參數選出一個預定PID參數；使墊溫調整器與該研磨墊之該研磨表面接觸；控制該研磨墊之該研磨表面的溫度，其係藉由基於該研磨表面的溫度資訊使用該選定PID參數來控制該墊溫調整器；以及，研磨該基板同時控制該研磨表面的溫度。
本發明的再一態樣是要提供一種墊溫調整裝置供調整使用於基板研磨裝置之研磨墊的研磨表面溫度。該墊溫調整裝置包含：包含墊接觸件(pad contact member)與配置於該墊接觸件上之絕熱蓋(insulating cover)的堅固構件。該墊接觸件有待與該研磨墊之該研磨表面接觸的接觸表面，該墊接觸件由陶瓷製成，該絕熱蓋配置於該接觸表面的反面，該絕熱蓋由線膨脹係數(linear expansion coefficient)與該墊接觸件接近的材料製成，以及該堅固構件係經配置成在該堅固構件中流動之流體與該研磨墊之該研磨表面之間可通過該接觸表面來進行熱交換。
在本發明之一較佳態樣中，該墊接觸件由碳化矽(SiC)或鋁製成。
在本發明之一較佳態樣中，該堅固構件之該接觸表面包含一鏡化處理(mirror-finished)接觸表面，或將CVD塗層塗佈於該接觸表面用以降低該接觸表面的表面粗糙度。
在本發明之一較佳態樣中，該墊溫調整裝置更包含一跟隨機構(follow mechanism)，其係經配置成允許該堅固構件跟隨該研磨表面在周向及徑向的撓曲(deflection)以及跟隨該研磨墊由磨損所致的厚度變化。該堅固構件的形狀經製作成在該徑向延伸且經配置成可用自身的重量來與該研磨表面接觸。
在本發明之一較佳態樣中，該墊溫調整裝置更包含升高機構(raising mechanism)，其係能夠升高該堅固構件至在該研磨墊之周緣處的直立位置使得該堅固構件不會妨礙該研磨墊的更換。
在本發明之一較佳態樣中，該堅固構件有設於其位在該研磨墊之中心側部份(center-side portion)處之一末端部份上的至少一個第一流體端口與設於其位在該研磨墊之周緣側部份(periphery-side portion)處之另一末端部份上的至少一個第二流體端口，以及該流體係通過該第一流體端口與該第二流體端口引進及排出該堅固構件。
在本發明之一較佳態樣中，在冷卻該研磨墊之該研磨表面時，向位在該研磨表面之該中心側部份處的該第一流體端口供給該流體以及由位在該研磨墊之該周緣側部份處的該第二流體端口排出該流體。
在本發明之一較佳態樣中，在加熱該研磨墊之該研磨表面時，向位在該研磨墊之該周緣側部份處的該第二流體端口供給該流體以及由位在該研磨表面之該中心側部份處的該第一流體端口排出該流體。
在本發明之一較佳態樣中，該至少一個第一流體端口包含一流體端口，以及該至少一個第二流體端口包含至少兩個流體端口。
在本發明之較佳態樣中，該堅固構件從上面俯視係呈梯形，其係具有與該研磨墊之中心側部份接觸的窄末端部份以及與該研磨墊之周緣側部份接觸的寬末端部份。
在本發明之較佳態樣中，該流體為液體或氣體。
在本發明之較佳態樣中，該墊溫調整裝置更包含讓該流體通過以供給至該堅固構件的比例控制三通閥(proportional control three-way valve)。熱流體與冷流體皆供給至該比例控制三通閥，以及用該比例控制三通閥以各自調整過的流率來混合該熱流體與該冷流體以形成具有一受控溫度的該流體。
根據本發明，該溫度控制器基於該預定規則由該數種PID參數選出該預定PID參數，以及可基於該墊溫資訊使用該選定PID參數來控制該研磨墊表面的溫度。因此，可使該基板有最佳化及保持不變的研磨速率，藉此可縮短研磨時間。結果，也可減少研磨漿的使用量及研磨漿的廢棄量。
如上述，因為可縮短研磨時間，所以可增加單位時間的基板加工數及改善生產力。此外，也可降低每個基板的研磨成本(包含研磨漿及其他耗材的成本)。
因為可改善基板表面的研磨均勻度及步驟屬性，所以可改善基板研磨製程的生產良率。
因為可根據配方來選擇PID參數，所以有可能應付具有各種配方資訊(由電腦主機送來)的處理工作(process job)。
因為在研磨期間可設定每個研磨步驟的PID參數與設定溫度(亦即，目標溫度)，所以可根據待由基板移除之薄膜的狀態來控制研磨墊的溫度。
以下詳述本發明之具體實施例。第1圖係顯示本發明基板研磨裝置之一示意結構之實施例之圖。如附圖所示，基板研磨裝置10包含有研磨墊11附著於其上表面的研磨台13，以及作為用以固持基板之基板固持具的頂環14。研磨台13與頂環14皆可旋轉。基板(未圖示)固持於頂環14的下表面上，被頂環14旋轉，且藉由頂環14以抵頂在轉動研磨台13上之研磨墊11的研磨表面。此外，由研磨漿供給噴嘴(slurry supply nozzle)16供給用作研磨液的研磨漿17至研磨墊11的研磨表面上。以此方式，藉由基板與研磨墊11的研磨表面之間的相對移動來研磨基板的表面。
基板研磨裝置10更包含輻射溫度計19、溫度控制器20、電動氣動調整器(electropneumatic regulator)22、比例控制三通閥23、熱水產生槽25、墊溫調整器26及溫度計28。輻射溫度計19作為用以檢測或測量研磨墊11之研磨表面(亦即，上表面)之溫度的墊溫檢測器。墊溫調整器26係經配置成與研磨墊11之研磨表面接觸以便調整研磨表面的溫度。溫度計28經配置成可檢測或測量由墊溫調整器26排出的水溫。輻射溫度計19經配置成可檢測研磨墊11之研磨表面中之目標區的溫度。此目標區係鄰近在研磨表面上的頂環14且相對於研磨台13的旋轉方向(用箭頭A表示)是在頂環14的上游。研磨墊表面被檢測的溫度資訊係輸入至溫度控制器20。
詳述於下文的各種PID參數儲存於溫度控制器20。研磨墊11之研磨表面的設定溫度也儲存於溫度控制器20。溫度控制器20係經配置成根據研磨墊11之研磨表面的設定溫度與研磨表面用輻射溫度計19測得之實際溫度的差額以由該數種PID參數選出預定的PID參數，以及配置成通過電動氣動調整器22基於用輻射溫度計19測得之研磨墊11表面溫度的資訊來控制比例控制三通閥23使得研磨墊11的研磨表面具有設定溫度。比例控制三通閥23的開放程度用電動氣動調整器22控制使得研磨墊11的上表面(亦即，研磨表面)具有預定溫度。具體言之，比例控制三通閥23係控制來自熱水產生槽25有預定溫度之熱水30的流率與有預定溫度之冷水31的流率的混合比例以及供給溫度受控流體至墊溫調整器26。由墊溫調整器26流出之水的溫度用溫度計28測量，以及反饋測得溫度給溫度控制器20。或者，可反饋輻射溫度計19測得的研磨墊11表面溫度給溫度控制器20。用這些操作，研磨墊11的研磨表面可維持已設定於溫度控制器20的最佳溫度。因此，基板的研磨速率被優化且保持不變，而且可縮短研磨時間。結果，也可減少研磨漿17的使用量與研磨漿17的廢棄量。
基板在研磨時產生的熱量取決於加工條件(包含基板之薄膜的類型)、研磨條件(例如，研磨台13的轉速與頂環14的轉速)以及研磨墊11的類型。因此，研磨墊11在研磨基板時的表面溫度分布也取決於該等加工條件。此外，研磨墊11在研磨基板時的最佳表面溫度也取決於該等加工條件，因此，必須提供各自對應至該等加工條件的PID參數。不過，由於單一基板研磨裝置需要處理各種加工條件，因此必須儲存數種PID參數於溫度控制器20以及選擇性地使用它們。
在輸送一批基板至基板研磨裝置10時，由高級電腦(例如，廠內的電腦主機)傳輸研磨條件配方至基板研磨裝置10。因此，藉由寫上各自PID參數的研磨條件配方，可通過基板研磨裝置10的電腦與溫度控制器20的通訊來選擇性地使用PID參數。傳輸自高級電腦的研磨條件配方儲存於基板研磨裝置10的電腦。
在進行基板薄膜的研磨時，可能有必要改變研磨墊11的最佳表面溫度。在此情況下，也可能有必要根據最佳表面溫度的變化來改變PID參數。第2A圖及第2B圖係各顯示一配方之實施例之圖。第3圖係顯示基板研磨時間[秒]與研磨墊之表面溫度的關係之圖。第2A圖及第2B圖列出每個研磨步驟1、2、3、…、及10的加工時間、轉速、…、研磨墊溫度控制的“無效”或“有效”、PID參數、以及設定溫度。基板研磨時間與研磨墊11之上表面溫度的關係係為如第3圖的虛線A所示步驟2的設定溫度為45℃、步驟3的設定溫度為40℃，而研磨墊11上表面的測定溫度以曲線B圖示。
在有金屬鍍膜形成於其表面上之基板被基板研磨裝置研磨的情形下，薄膜研磨速度V與研磨墊表面溫度[℃]的關係圖示於第4圖。如第4圖，研磨速度V在研磨墊11上表面溫度等於T0(例如，45℃)時有最大值。在此情形下，判定以溫度T0為中心的預定溫度範圍(例如，由30至60℃)為適於研磨的最佳設定溫度範圍△t。
第5圖係示研磨墊11之上表面在研磨有銅鍍膜形成於其上之基板時的溫度分布之圖。第6圖係顯示研磨墊在研磨有使用於STI(淺溝隔離技術,trench isolation)之介電膜形成於其上之基板時的溫度分布之圖。在研磨有銅鍍膜之基板的情形下，如果不執行研磨墊上表面的溫度控制，則如第5圖的曲線B所示，研磨墊的溫度會增加到所需控制溫度以上再降到所需控制溫度以下，儘管所需控制溫度設定於預定溫度(例如，40℃)，如第5圖的虛線A所示。同樣，在研磨有介電膜供使用於STI之基板的情形下，如果不執行研磨墊上表面的溫度控制，則如第6圖的曲線B所示，研磨墊的溫度會增加到所需控制溫度以上，儘管所需控制溫度設定於預定溫度(例如，40℃)，如第6圖的虛線A所示。
在此具體實施例中，控制研磨墊11上表面在研磨期間的溫度以便保持在有預定精確度(例如，至多±1℃的精確度)的預定設定溫度範圍(例如，30℃至60℃)內。更特別的是，研磨墊中之預定區域(例如，沿著研磨台13邊緣或周圍以30毫米寬延伸的區域及其他區域)的溫度維持在設定溫度範圍。加熱研磨基板前之研磨墊的責任是讓溫度在5秒內到達設定溫度。當在研磨基板期間切換溫度時，溫度以不小於2℃/秒的比率增加或減少。控制研磨墊的溫度以便到達研磨開始前的所需溫度(亦即，設定溫度)。在研磨期間保持此設定溫度。有所需溫度在研磨期間改變的情形。在此情形下，溫度以不小於2℃/秒的比率改變。
第7A圖係顯示墊溫調整器26的結構實施例之平面圖，第7B圖係顯示墊溫調整器26的側視圖，以及第7C圖為沿著第7B圖中之線A-A繪出的截面圖。墊溫調整器26包含有墊接觸段(pad-contact section)34的堅固構件33，該墊接觸段34會與研磨台13上之研磨墊11的上表面接觸。如下文所述，堅固構件33有用作熱交換介質之流體在其中流動通過的流體通路(fluid passage)。墊接觸段34的上半部用由有優異絕熱性質之材料製成的蓋體(亦即，絕熱蓋)35覆蓋。堅固構件33有前端部份與尾端部份，而且前端部份的寬度L1小於尾端部份的寬度L2(亦即，L1<L2)。如第1圖所示，墊溫調整器26係配置於研磨墊11的上表面上使得有較小寬度L1的前端部份位於研磨墊11的中心側部份以及有較大寬度L2的尾端部份位於研磨墊11的周緣側部份。流經堅固構件33的流體與研磨墊11的上表面係通過墊接觸段34來進行熱交換，從而可以預定的溫度來調整研磨墊11的上表面溫度。
堅固構件33緊固於安裝軸(mount shaft)36。此安裝軸36嚙合托架38，而此托架38嚙合用以支撐堅固構件33的支撐軸(support shaft)39。在安裝軸36.與托架38之間形成預定的間隙。用該等結構，堅固構件33可在如箭頭B及箭頭C所示的預定範圍內樞轉，而且更可在預定範圍內向上及向下移動。由於在托架38與安裝軸36之間形成間隙，墊溫調整器26的堅固構件33用自身的重量來與研磨墊11接觸而且在徑向及周向可跟隨研磨墊11的撓曲。此外，即使研磨墊11已磨損，由於堅固構件33可向上及向下移動，因此，除了堅固構件33的撓曲以外，堅固構件33可通過間隙來跟隨研磨墊11的磨損。用於引導流體(亦即，熱交換介質)進入上述流體通路的流體入口33a與用於由流體通路排出流體的流體出口33b均設於堅固構件33的尾端部份。
墊溫調整器26有升高機構29，其係能夠升高堅固構件33至在研磨台13之周緣處的一直立位置，如第8圖的虛線所示。此機構29允許更換在研磨台13之上表面上的研磨墊11而不必藉由升高堅固構件33至在研磨台13周緣處的直立位置來由基板研磨裝置10移除墊溫調整器26。在第8圖，符號C代表研磨台13的旋轉中心。
第9A圖係顯示墊溫調整器26之堅固構件33除蓋體35以外的內部結構之實施例之展開透視圖，第9B圖為堅固構件33的透視圖，以及第9C圖為沿著第9B圖中之線A-A繪出的視圖。圖示於第7A圖至第7C圖之墊溫調整器26的堅固構件33與圖示於第9A圖至第9C圖之墊溫調整器26的堅固構件33在形狀上稍微有點不同。如第9A圖至第9C圖所示，堅固構件33有墊接觸件33-1、矽氧樹脂橡膠加熱器33-2、以及鋁製循環水箱33-3。墊接觸件33-1具有與研磨墊11接觸的接觸表面。墊接觸件33-1由具有優異導熱性、優異耐磨性、及優異耐蝕性的材料製成。墊接觸件33-1的材料實施例包含陶瓷，例如碳化矽(silicon carbide)或鋁。墊接觸件33-1由上俯視呈梯形，其中前端部份的寬度L1小於尾端部份的寬度L2(L1<L2)。墊接觸件33-1具有形狀為直壁的周邊部份。因此，墊接觸件33-1整體構成一梯形容器。
矽氧樹脂橡膠加熱器33-2由上俯視呈梯形而且具有可插進墊接觸件33-1之內部的周邊部份。鋁製循環水箱33-3由上俯視呈梯形而且具有可插進矽氧樹脂橡膠加熱器33-2之內部的周邊部份。墊接觸件33-1的內表面與矽氧樹脂橡膠加熱器33-2的外表面用例如黏著劑相互黏結。通過導線33-2a與33-2b供給電流至矽氧樹脂橡膠加熱器33-2以藉此產生熱。鋁製循環水箱33-3具有讓流體(亦即，熱交換介質，例如熱水或冷水)流入的輸入流體通路33-3a與排出流體的輸出流體通路33-3b。
墊接觸件33-1由具有優異導熱性、優異耐磨性、及優異耐蝕性的陶瓷(例如，碳化矽或鋁)製成。覆蓋墊接觸件33-1上半部的蓋體35由具有優異絕熱性質的材料製成以便增加研磨墊11上表面與由例如碳化矽製成的墊接觸件33-1之間的熱交換效率。例如，蓋體35由陶瓷(有低導熱係數)或樹脂製成。在蓋體35使用樹脂的情形下，最好選用PEEK(聚醚醚酮)或PPS(聚苯硫醚)以防墊接觸件33-1因流體之熱而熱變形。或者，有可能使用線膨脹係數與墊接觸件33-1接近或實質相同的材料使得防止墊接觸件33-1熱變形的優先性高於絕熱性質。此外，為了提高熱效率，最好增加墊接觸件33-1與研磨墊11的接觸面積以及減少墊接觸件33-1中與研磨墊11接觸之墊接觸部份(亦即，底部)的厚度。堅固構件33的形狀不限於梯形，且堅固構件33可具有扇形。
墊接觸件33-1中待與研磨墊11接觸的接觸表面為由研磨拋光製程(lapping process)或其類似者形成的鏡化處理表面以便降低表面粗糙度。如果墊接觸件33-1的接觸表面用切割技術加工，在研磨期間，細微的材料可能由接觸表面脫落而刮傷基板的研磨表面。由於待與研磨墊11接觸的接觸表面為由研磨拋光製程或其類似者形成的鏡化處理表面，墊溫調整器26的堅固構件33會平滑地與研磨墊11的上表面接觸，且含有在形成接觸表面時產生之裂紋的壓碎層變薄。因此，在研磨期間會脫落較少的材料而比較不可能刮傷基板的研磨表面。為了得到與研磨拋光製程一樣的結果，可塗上鑽石、DLC(類鑽碳)、碳化矽(silicon carbide)、或其類似物的CVD塗層於接觸表面。
在上述基板研磨裝置中，當研磨台13旋轉時，與研磨墊11的中心側部份相比，研磨墊11的周緣側部份容易因熱蒸發而變冷。因此，最好將流體入口33a與流體出口33b配置成防止這種傾向(亦即，以便使研磨墊11的研磨表面不產生溫差)。
在一具體實施例中，如第10A圖所示，讓冷卻水通過堅固構件33的流體入口33a與流體出口33b皆設於與研磨墊11之周緣側部份接觸的尾端部份。流體通路係形成於堅固構件33使得流入流體入口33a的流體(亦即，冷卻水)流動通過堅固構件33至與研磨墊11之中心側部份接觸的前端部份，回到堅固構件33在研磨墊11中心附近的前端部份，流向堅固構件33與研磨墊11之周緣側部份接觸的尾端部份，以及由流體出口33b流出。
在另一具體實施例中，為了改善研磨墊11之周緣側部份因熱蒸發而比研磨墊11之中心側部份還快冷卻的傾向，在堅固構件33與研磨墊11之中心側部份接觸的前端部份上裝設一流體入口33a，以及在堅固構件33與研磨墊11之周緣側部份接觸的尾端部份上裝設兩個流體出口33b，如第10B圖所示。形成數條流體通路使得引進流體入口33a的流體(冷卻水)流動通過堅固構件33至尾端部份，以及由這兩個流體出口33b流出。用此配置，最初引進的低溫冷卻水在研磨墊11的中心側部份流動從而使中心側部份的冷卻幅度大於研磨墊11的周緣側部份。因此，可抑制研磨墊11之周緣側部份因熱蒸發而比研磨墊11之中心側部份還快冷卻的傾向。
如上述，由於研磨台13旋轉，研磨墊11之周緣側部份容易因熱蒸發而比研磨墊11之中心側部份還快冷卻。為了抑制此傾向，安裝熱風加熱器45於可旋轉地固持頂環14之轉軸40的頂環支撐臂(亦即，頭部段)43上。此熱風加熱器45經配置成吹熱氣(例如，熱空氣)至研磨墊11之周緣側部份上位於頂環14上游的上游區。以此方式，用由熱風加熱器45供給的熱氣只加熱研磨墊11的周緣側部份。由於熱風加熱器45配置於頂環支撐臂43上，因此不需裝設用以支撐熱風加熱器45的支撐機構，因此可降低成本。頂環支撐臂43經配置成隨時樞轉及停在預定的研磨位置。因此，熱風加熱器45相對於研磨墊11的位置也隨時保持不變。結果，可得到良好的可重覆性而且可控制研磨墊11的上表面溫度。控制來自熱風加熱器45的熱氣46係基於研磨墊11上表面之周緣側部份的溫度。更具體的是，有PID參數的溫度控制器20是在電壓調整器27上執行PID控制，或有恆溫的熱氣46吹到研磨墊11以及只執行熱氣46的開關控制。
來自熱風加熱器45之熱氣46的吹向是在有研磨墊11附著於其上之研磨台13的徑向向外方向，或與研磨台13之旋轉方向相反的方向。藉由以此方式吹熱氣46，可最小化研磨墊11表面的溫度下降。
在圖示於第9A圖至第9C圖的墊溫調整器26中，加熱器(亦即，矽氧樹脂橡膠加熱器33-2)係配置於墊接觸件33-1的內表面上，或者如第12圖所示，形成於墊接觸件33-1的數個圓孔49插入加熱棒(rod heater)48藉此將該等加熱棒48配置於墊接觸件33-1。用加熱器(亦即，矽氧樹脂橡膠加熱器33-2或加熱棒48)來執行研磨墊11的加熱，以及藉由使冷水通過設於鋁製循環水箱33-3的輸入流體通路33-3a及輸出流體通路33-3b來執行研磨墊11的冷卻，藉此可控制研磨墊11的表面溫度。當研磨墊11上表面的所需設定溫度高時，不僅可用加熱器(亦即，矽氧樹脂橡膠加熱器33-2或加熱棒48)來加熱研磨墊11，也可藉由通過熱水來加熱它。
第14A圖至第14C圖係各顯示墊溫調整器26之堅固構件33除蓋體35以外的內部結構之實施例之圖。在此實施例中，堅固構件33的內部結構與圖示於第9圖之堅固構件33之內部結構不同的地方在於鋁製循環水箱33-3的末端部份有相同的寬度而且做成小的。結果，位於研磨墊11之周緣側部份的冷卻水通路的面積變小。因此，可抑制研磨墊11上表面之對應部份的冷卻。
第15圖係顯示本發明研磨裝置之一示意結構之實施例之圖。基板研磨裝置10有溫度控制器20，其係經配置成基於由輻射溫度計19測得之研磨墊11之上表面溫度的資訊，可對墊溫調整器26的溫度執行PID控制。具體言之，用來自溫度控制器20的輸出控制來自電壓調整器41的電壓輸出，以及此電壓輸出供給加熱電流至墊溫調整器26的矽氧樹脂橡膠加熱器33-2或加熱棒48，藉此可執行墊溫調整器26的加熱控制。在此情形下，可連續地供給及控制該加熱電流，或可藉由改變加熱電流之開關周期(ON-OFF cycle)的時間比例來控制。用調整冷水31供給至墊溫調整器26之堅固構件33之流率的流率控制器50來執行墊溫調整器26的冷卻控制。流率控制器50的PID控制用溫度控制器20。
單一溫度控制器20具有用於加熱器(亦即，矽氧樹脂橡膠加熱器33-2或加熱棒48)之電壓調整器41的PID參數與用於流率控制器50的PID參數，亦即，用於供給加熱電流的PID參數與用於供給冷水的PID參數。用於加熱的參數與用於冷卻的參數都寫到配方上的不同字行，使得溫度控制器20可分辨用於加熱(亦即，用於供給加熱電流)的參數與用於冷卻(亦即，用於供給冷水)的參數。
第16圖係顯示在圖示於第2B圖的配方下控制輸入(在此實施例中，為冷水31的流率與供給至加熱器的電壓)與溫度的關係之圖。第17圖係顯示研磨時間[秒]與溫度[℃]的關係之圖。如第2B圖所示，其中提供“加工時間”、“轉速”、...、“研磨墊的溫度控制”、“用於加熱的PID參數”、“用於冷卻的PID參數”、以及“溫度的設定值(℃)”作為配方的項目。在此實施例中，加工時間、轉速、研磨墊的溫度控制有效或無效、用於加熱的PID參數、用於冷卻的PID參數、以及溫度的設定值係經設定成與步驟1、2、3、…、10關連。
在第17圖的步驟2，為了到達所需的設定溫度B，根據控制特性來執行PID加熱控制。當溫度接近預定溫度時，也開始PID冷卻控制(然而它取決於PID參數的數值以及預定溫度與所需設定溫度的差)。結果，PID加熱控制與PID冷卻控制會平衡。用於加熱控制的PID參數為參數A，而用於冷卻控制的PID參數為參數a。之後，在步驟3，只用參數b來執行冷卻控制，因為所需的設定溫度被設定於低位。
在基板研磨裝置中，當在開始研磨基板時，使待研磨基板與研磨墊11接觸，研磨墊11的上表面溫度在時刻t1降低，如第18圖的曲線B所示，這意指研磨墊11的上表面冷卻。為了防止研磨墊11的上表面冷卻，提供用於在基板接觸研磨墊11之前預熱基板的加熱裝置。提供用於供給熱水至被頂環14固持之基板(未圖示)上的噴嘴56作為該加熱裝置，如第13圖所示。當固持基板的頂環14在用於輸送基板至頂環14的輸送機構(輸送)53上方的位置靜止不動時，由該等噴嘴56供給熱水54至固持於頂環14下表面上的基板一段預定時間。即使固持著基板的頂環14由在輸送機構53上方的位置移到在研磨墊11上之研磨位置上方的位置時，仍供給熱水至基板上。
為了防止研磨墊11的上表面因接觸基板而冷卻，設定於溫度控制器20的研磨墊11表面加熱溫度可高於基板研磨的所需設定溫度，以及在基板與研磨墊11接觸後可切換成所需設定溫度。
第19圖係顯示本發明研磨裝置之示意結構之另一實施例。在此基板研磨裝置10中，熱水產生槽25只供給有預定溫度的熱水至墊溫調整器26的堅固構件33以便加熱研磨墊11的上表面。熱水流率的PID控制係通過流率控制器(例如，流量控制閥)50由溫度控制器20執行。由於熱水產生槽25中的熱水量應保持不變，由熱水產生槽25排出之熱水的流率也應等於回收進入熱水產生槽25之熱水的流率。就圖示於第1圖的系統而言，其係使用三通閥23混合熱水與冷水以提供供給至墊溫調整器26之堅固構件33的流體混合物，因此必須執行回收控制讓回收的流率與熱水由熱水產生槽25排出的流率相同。反之，在圖示於第19圖的系統中，其係不使用三通閥而且只有熱水以受控的流率循環，則不需要上述回收控制。此外，由於熱水不與冷水混合，回收熱水的溫度不會變低。因此，熱水產生槽25的加熱器容量可變小，而且可減少耗電量。
如第19圖所示，提供用於吹冷卻氣體(例如，冷空體)58至研磨墊11之上表面的冷卻噴嘴59作為研磨墊11上表面的冷卻機構。電動氣動調整器60的開放程度用由溫度控制器20執行的PID控制來調整以藉此控制導向研磨墊11之冷卻氣體58的流率。使用有常溫或預定溫度的氣體作為冷卻氣體58。
儘管上述具體實施例的基板研磨裝置10有一研磨台13與一頂環14，然而本發明基板研磨裝置不受限於此配置。如第20圖所示，該基板研磨裝置可具有一研磨台13以及各自用以固持及壓迫基板以研磨它的多個(附圖有兩個)頂環14。在此情形下，為每個頂環14提供輻射溫度計19、墊溫調整器26、溫度控制器20、電壓調整器41、及流率控制器50。
當兩個頂環14固持基板及使它們抵頂研磨墊11的上表面以便研磨該等基板時，與使用一個頂環14的情形相比，研磨該等基板會產生雙倍的熱量。結果，研磨墊11的溫度會增加。因此，為每個頂環14提供輻射溫度計19、墊溫調整器26、溫度控制器20、電壓調整器41、以及流率控制器50。與第15圖基板研磨裝置的系統一樣，由溫度控制器20的PID控制來執行每個墊溫調整器26的溫度控制係基於由輻射溫度計19測得之研磨墊11上表面溫度的資訊。具體言之，每個墊溫調整器26的加熱控制係藉由控制電壓調整器41的輸出電壓來執行以便控制供給至矽氧樹脂橡膠加熱器33-2或加熱棒48的加熱電流。每個墊溫調整器26的冷卻控制係藉由控制流率控制器50來執行以便控制流動通過墊溫調整器26之堅固構件33之通路的冷水31之流率。用這些操作，可使研磨墊11的上表面溫度保持研磨的最佳溫度。第20圖係顯示用於基板研磨裝置之多個頂環14的溫度調整系統之實施例之圖。如第1圖及第19圖所示的其他溫度調整系統可用於多個頂環14。
如上述，有一個研磨台及多個頂環的基板研磨裝置用以下方式也可實現最佳研磨速率與最佳步驟屬性：為每個頂環提供輻射溫度計、墊溫調整器、溫度控制器、及其他裝置，以及使用溫度控制器來執行墊溫調整器的溫度控制，該溫度控制器係基於由輻射溫度計測得之研磨墊上表面溫度的資訊來執行PID控制。
頂環或基板的薄膜可能導致基板之間在研磨速率上有差異。如上述，即使在提供多個頂環以及同時進行相同的製程，儘管頂環之間有差異，藉由控制研磨墊的上表面溫度仍可得到最佳的研磨速率與最佳的步驟屬性，因為每個頂環可執行溫度控制。此外，研磨墊在研磨一基板時(例如，在研磨第25個基板時)的上表面溫度不會上升高於在同時研磨兩個基板時的溫度。因此，通過使用研磨墊上表面的上述溫度控制，可得到最佳的研磨速率與最佳的步驟屬性，即使在研磨一基板的情形下以及研磨兩個基板的情形下。例如，在一個晶圓盒(cassette)中可達成相同位準的研磨。
提供以上具體實施例的說明讓熟諳此藝者可製作及使用本發明。此外，熟諳此藝者顯然可輕易做出各種修改，以及定義於本文的一般原則及特定實施例可應用於其他的具體實施例。因此，不希望本發明受限於描述於本文的具體實施例而是應符合申請專利範圍及等價陳述所定義的最廣泛範疇。
10．．．基板研磨裝置
11．．．研磨墊
13．．．研磨台
14．．．頂環
16．．．研磨漿供給噴嘴
17．．．研磨漿
19．．．輻射溫度計
20．．．溫度控制器
22．．．電動氣動調整器
23．．．比例控制三通閥
25．．．熱水產生槽
26．．．墊溫調整器
27．．．電壓調整器
28．．．溫度計
29．．．升高機構
30、54．．．熱水
31．．．冷水
33．．．堅固構件
33a．．．流體入口
33b．．．流體出口
33-1．．．墊接觸件
33-2．．．矽氧樹脂橡膠加熱器
33-2a,33-2b．．．導線
33-3．．．鋁製循環水箱
33-3a．．．輸入流體通路
33-3b．．．輸出流體通路
34．．．墊接觸段
35．．．蓋體
36．．．安裝軸
38．．．托架
39．．．支撐軸
40．．．轉軸
43．．．頂環支撐臂
45．．．熱風加熱器
46．．．熱氣
48．．．加熱棒
49．．．圓孔
50．．．流率控制器
53．．．輸送機構
56．．．噴嘴
58．．．冷卻氣體
59．．．冷卻噴嘴
60．．．電動氣動調整器
A．．．研磨台13的旋轉方向
B,C．．．堅固構件33的預定樞轉範圍
L1,L2．．．寬度
T0．．．預定溫度範圍
△t．．．最佳設定溫度範圍
第1圖係顯示本發明基板研磨裝置之一示意結構之實施例之圖；
第2A圖係顯示一配方之實施例之圖；
第2B圖係顯示一配方之實施例之圖；
第3圖係顯示基板研磨時間與研磨墊表面溫度的關係之圖；
第4圖係顯示基板薄膜之研磨速度與研磨墊溫度的關係之圖；
第5圖係顯示銅膜基板研磨時間與研磨墊溫度的關係之圖；
第6圖係顯示使用於STI(淺溝隔離技術)之薄膜的基板研磨時間與研磨墊溫度的關係之圖；
第7A圖至第7C圖係顯示墊溫調整器之結構之實施例之圖；
第8圖係顯示墊溫調整器及研磨台之結構之實施例之圖；
第9A圖至第9C圖係顯示墊溫調整器除蓋體以外的內部結構之實施例之圖；
第10A圖及第10B圖係顯示流體流動通過墊溫調整器之堅固構件的方式之圖；
第11圖係顯示本發明基板研磨裝置之一示意結構之實施例之圖；
第12圖係顯示墊溫調整器之墊接觸件與加熱棒的結構之實施例之圖；
第13圖係顯示熱水向處於基板輸送位置之頂環噴射的方式之圖；
第14A圖至第14C圖係顯示墊溫調整器除蓋體以外的內部結構之實施例之圖；
第15圖係顯示本發明基板研磨裝置之一示意結構之實施例之圖；
第16圖係顯示在第2B圖之配方下控制輸入與溫度的關係之圖；
第17圖係顯示在本發明基板研磨裝置研磨基板時研磨時間與研磨墊溫度的關係之圖；
第18圖係顯示研磨墊在研磨基板之前及在研磨基板期間的溫度變化之圖；
第19圖係顯示本發明基板研磨裝置之一示意結構之實施例之圖；以及
第20圖係顯示本發明基板研磨裝置之一示意結構之實施例之圖。
10．．．基板研磨裝置
11．．．研磨墊
13．．．研磨台
14．．．頂環
16．．．研磨漿供給噴嘴
17．．．研磨漿
19．．．輻射溫度計
20．．．溫度控制器
22．．．電動氣動調整器
23．．．比例控制三通閥
25．．．熱水產生槽
26．．．墊溫調整器
28．．．溫度計
30．．．熱水
31．．．冷水
A．．．研磨台13的旋轉方向
B．．．堅固構件33的預定樞轉範圍

Claims (23)

  1. 一種墊溫調整裝置，其係用以調整使用於基板研磨裝置之研磨墊之研磨表面的溫度，該墊溫調整裝置包含：堅固構件，其係包含墊接觸件與配置於該墊接觸件之與該研磨墊為相反側上的絕熱蓋，其中該墊接觸件具有待與該研磨墊之該研磨表面接觸的接觸表面，其中該墊接觸件係由具有優異導熱性、優異耐磨性、及優異耐蝕性的材料所製成；其中該絕熱蓋由絕熱材料所構成，該絕熱材料具有能夠防止該墊接觸件的熱變形之線膨脹係數，且該絕熱材料係能夠增加該墊接觸件與該研磨墊的研磨表面之間之熱交換效率，且其中該堅固構件係經配置成在流入該堅固構件的流體與該研磨墊之該研磨表面之間透過該接觸表面進行熱交換。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之墊溫調整裝置，其中該墊接觸件由碳化矽或鋁製成。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之墊溫調整裝置，其中該堅固構件之該接觸表面包含鏡化處理接觸表面，或塗佈CVD塗層於該接觸表面用以減少該接觸表面的表面粗糙度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之墊溫調整裝置，更包含：跟隨機構，其係經配置成允許該堅固構件跟隨該研 磨表面在周向及徑向的撓曲以及跟隨該研磨墊由磨損所致的厚度變化，其中該堅固構件的形狀經製作成在該徑向延伸且經配置成用自身的重量來與該研磨表面接觸。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之墊溫調整裝置，更包含：升高機構，其係能夠升高該堅固構件至在該研磨墊之周緣處的直立位置使得該堅固構件不會妨礙該研磨墊的更換。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之墊溫調整裝置，其中該堅固構件具有設於其位在該研磨墊之中心側部份處之末端部份上的至少一個第一流體端口與設於其位在該研磨墊之周緣側部份處之另一末端部份上的至少一個第二流體端口，且該流體係通過該第一流體端口與該第二流體端口引進及排出該堅固構件。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之墊溫調整裝置，其中在冷卻該研磨墊之該研磨表面時，向位在該研磨表面之該中心側部份處的該第一流體端口供給該流體以及由位在該研磨墊之該周緣側部份處的該第二流體端口排出該流體。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之墊溫調整裝置，其中在加熱該研磨墊之該研磨表面時，向位在該研磨墊之該周緣側部份處的該第二流體端口供給該流體以及由位在該研磨表面之該中心側部份處的該第一流體端口排出該流體。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之墊溫調整裝置，其中該至少一個第一流體端口包含流體端口，且該至少一個第二流體端口包含至少兩個流體端口。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之墊溫調整裝置，其中該堅固構件從上面俯視係呈梯形，其係具有與該研磨墊之中心側部份接觸的窄末端部份以及與該研磨墊之周緣側部份接觸的寬末端部份。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之墊溫調整裝置，其中該流體為液體或氣體。
  12. 一種墊溫調整裝置，其係用以調整使用於基板研磨裝置之研磨墊之研磨表面的溫度，該墊溫調整裝置包含：堅固構件，其係包含墊接觸件與配置於該墊接觸件上的絕熱蓋，讓流體通過以供給至該堅固構件的比例控制三通閥，其中該墊接觸件具有待與該研磨墊之該研磨表面接觸的接觸表面，其中該墊接觸件由陶瓷製成，其中該絕熱蓋係配置在該接觸表面的反面，其中該絕熱蓋由線膨脹係數與該墊接觸件之線膨脹係數接近的材料製成，且其中該堅固構件係經配置成在流入該堅固構件的流體與該研磨墊之該研磨表面之間透過該接觸表面進行熱交換；以及 其中熱流體與冷流體皆供給至該比例控制三通閥，且藉由該比例控制三通閥以調整過的流率來混合該熱流體與該冷流體以形成具有受控溫度的該流體。
  13. 一種用於研磨基板的基板研磨裝置，該裝置包含：有研磨墊附著於其上的旋轉研磨台；至少一個基板固持具，其係經配置成固持基板以及使該基板抵頂在該轉動研磨台上之該研磨墊之研磨表面以便研磨該基板；墊溫檢測器，其係經配置成檢測該研磨墊之該研磨表面的溫度；墊溫調整器，其係經配置成接觸該研磨墊之該研磨表面以調整該研磨表面的溫度；以及溫度控制器，其係經配置成藉由基於用該墊溫檢測器檢測該研磨表面之溫度的資訊來控制該墊溫調整器以控制該研磨墊之該研磨表面的溫度，其中該溫度控制器係經配置成基於預定規則由數種PID參數選出預定PID參數，以及配置成基於該研磨表面溫度的資訊使用該選定PID參數來控制該研磨墊之該研磨表面的溫度。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之基板研磨裝置，其中該溫度控制器係經配置成根據該基板之薄膜類型由該數種PID參數選出該預定PID參數。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之基板研磨裝置，其中該溫度控制器係儲存該數種PID參數於其中，該數種PID 參數包含用於冷卻該研磨墊之該研磨表面的PID參數以及用於加熱該研磨墊之該研磨表面的PID參數。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之基板研磨裝置，其中該PID參數係預先登錄於配方，且該溫度控制器根據該配方來選出該PID參數。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之基板研磨裝置，其中該墊溫調整器具有堅固構件，該堅固構件具有與該研磨墊之該研磨表面接觸的接觸表面，該接觸表面係沿著該研磨表面之徑向延伸，且該墊溫調整器係經配置成在流動於該堅固構件中之流體與該研磨墊之間透過該堅固構件之該接觸表面進行熱交換。
  18. 如申請專利範圍第13項所述之基板研磨裝置，更包含：用於支撐該基板固持具的頭部段；以及熱風加熱器，其係經配置成吹熱氣至該研磨墊之該研磨表面上，該熱風加熱器係設於該頭部段上。
  19. 如申請專利範圍第13項所述之基板研磨裝置，更包含：經配置成吹冷氣至該研磨墊之該研磨表面上的冷氣吹風機。
  20. 如申請專利範圍第13項所述之基板研磨裝置，更包含：基板加熱裝置，其係經配置成當該基板被該基板固持具固持時加熱該基板。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之基板研磨裝置，其中該基板加熱裝置包含經配置成供給熱水至該基板上的熱水供給裝置。
  22. 如申請專利範圍第13項所述之基板研磨裝置，其中：該至少一個基板固持具包含基板固持具；且將該墊溫檢測器、該墊溫調整器、及該溫度控制器提供給每一該等基板固持具。
  23. 一種研磨基板的方法，其係藉由使該基板抵頂在轉動研磨台上之研磨墊之研磨表面，該方法包含：基於預定規則，由數種PID參數選出預定PID參數；使墊溫調整器與該研磨墊之該研磨表面接觸；控制該研磨墊之該研磨表面的溫度，其係藉由基於該研磨表面的溫度資訊使用該選定PID參數來控制該墊溫調整器；以及研磨該基板同時控制該研磨表面的溫度。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI800697B (zh) * 2018-11-28 2023-05-01 日商荏原製作所股份有限公司 溫度調整裝置及研磨裝置

Families Citing this family (64)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102528651B (zh) * 2010-12-21 2014-10-22 中国科学院微电子研究所 化学机械抛光设备及其预热方法
JP5628067B2 (ja) * 2011-02-25 2014-11-19 株式会社荏原製作所 研磨パッドの温度調整機構を備えた研磨装置
JP5695963B2 (ja) * 2011-04-28 2015-04-08 株式会社荏原製作所 研磨方法
TWI548483B (zh) * 2011-07-19 2016-09-11 荏原製作所股份有限公司 研磨裝置及方法
JP5791987B2 (ja) * 2011-07-19 2015-10-07 株式会社荏原製作所 研磨装置および方法
JP2013042066A (ja) * 2011-08-19 2013-02-28 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法
US9418904B2 (en) 2011-11-14 2016-08-16 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Localized CMP to improve wafer planarization
US10065288B2 (en) * 2012-02-14 2018-09-04 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Chemical mechanical polishing (CMP) platform for local profile control
US20130210173A1 (en) * 2012-02-14 2013-08-15 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Multiple Zone Temperature Control for CMP
CN102672594A (zh) * 2012-05-04 2012-09-19 上海华力微电子有限公司 一种精确控制cmp研磨盘温度的装置
JP6091773B2 (ja) * 2012-06-11 2017-03-08 株式会社東芝 半導体装置の製造方法
CN102699821A (zh) * 2012-06-18 2012-10-03 南京航空航天大学 提高精密抛光加工速度和工件表面质量的方法及装置
US20140015107A1 (en) * 2012-07-12 2014-01-16 Macronix International Co., Ltd. Method to improve within wafer uniformity of cmp process
CN102794698B (zh) * 2012-08-16 2015-10-21 中国科学院西安光学精密机械研究所 辐射温度场加速腐蚀的研抛装置
TWI498990B (zh) * 2012-12-19 2015-09-01 Genesis Photonics Inc 劈裂裝置
JP6030980B2 (ja) * 2013-03-26 2016-11-24 株式会社荏原製作所 研磨装置温度制御システム、及び研磨装置
US9550270B2 (en) * 2013-07-31 2017-01-24 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited Temperature modification for chemical mechanical polishing
JP6161999B2 (ja) * 2013-08-27 2017-07-12 株式会社荏原製作所 研磨方法および研磨装置
US9321143B2 (en) * 2013-10-08 2016-04-26 Seagate Technology Llc Lapping device with lapping control feature and method
CN103753380B (zh) * 2013-12-18 2016-04-20 河南科技学院 基于无线传输的化学机械抛光界面温度检测控制系统
JP6139420B2 (ja) * 2014-01-10 2017-05-31 株式会社東芝 研磨装置および研磨方法
US9855637B2 (en) * 2014-04-10 2018-01-02 Apple Inc. Thermographic characterization for surface finishing process development
SG10201503374QA (en) * 2014-04-30 2015-11-27 Ebara Corp Substrate Polishing Apparatus
TWI656944B (zh) * 2014-05-14 2019-04-21 日商荏原製作所股份有限公司 研磨裝置
JP6263092B2 (ja) * 2014-06-23 2018-01-17 株式会社荏原製作所 研磨パッドの温度調節システムおよびこれを備えた基板処理装置
KR102083607B1 (ko) * 2014-12-12 2020-04-16 주식회사 케이씨텍 화학 기계적 연마 장치
JP6580939B2 (ja) * 2015-10-20 2019-09-25 株式会社荏原製作所 研磨装置
CN105598841B (zh) * 2015-12-28 2017-11-24 宁波鑫晟工具有限公司 设置有散热装置的磨光机
SG11201806747QA (en) * 2016-02-16 2018-09-27 Shin Etsu Handotai Co Ltd Double-side polishing method and double-side polishing apparatus
US10414018B2 (en) * 2016-02-22 2019-09-17 Ebara Corporation Apparatus and method for regulating surface temperature of polishing pad
CN105922124B (zh) * 2016-05-24 2018-05-01 广东工业大学 一种半导体基片的流体动压抛光装置及其抛光方法
JP2018027582A (ja) * 2016-08-17 2018-02-22 株式会社荏原製作所 研磨方法、研磨装置、およびコンピュータプログラムを記録した記録媒体
CN207480364U (zh) * 2016-11-25 2018-06-12 凯斯科技股份有限公司 化学机械基板研磨装置
CN108115553B (zh) * 2016-11-29 2019-11-29 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 化学机械抛光设备和化学机械抛光方法
JP2018122406A (ja) * 2017-02-02 2018-08-09 株式会社荏原製作所 研磨パッドの表面温度を調整するための熱交換器、研磨装置、研磨方法、およびコンピュータプログラムを記録した記録媒体
JP6896472B2 (ja) * 2017-03-23 2021-06-30 株式会社ディスコ ウエーハの研磨方法及び研磨装置
TWI642772B (zh) * 2017-03-31 2018-12-01 智勝科技股份有限公司 研磨墊及研磨方法
JP6923342B2 (ja) * 2017-04-11 2021-08-18 株式会社荏原製作所 研磨装置、及び、研磨方法
CN107088825A (zh) * 2017-06-06 2017-08-25 上海华力微电子有限公司 化学机械研磨机台、温度控制系统及其温度控制方法
US11103970B2 (en) * 2017-08-15 2021-08-31 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co, , Ltd. Chemical-mechanical planarization system
TWI825043B (zh) * 2017-11-14 2023-12-11 美商應用材料股份有限公司 用於化學機械研磨的溫度控制的方法與系統
JP6896598B2 (ja) * 2017-12-21 2021-06-30 株式会社荏原製作所 研磨パッドの温度を調整するためのパッド温調機構および研磨装置
JP2019160996A (ja) * 2018-03-13 2019-09-19 東芝メモリ株式会社 研磨パッド、半導体製造装置、および半導体装置の製造方法
JP6975078B2 (ja) * 2018-03-15 2021-12-01 キオクシア株式会社 半導体製造装置および半導体装置の製造方法
US11305397B2 (en) * 2018-06-18 2022-04-19 Seagate Technology Llc Lapping system that includes a lapping plate temperature control system, and related methods
US11597052B2 (en) 2018-06-27 2023-03-07 Applied Materials, Inc. Temperature control of chemical mechanical polishing
KR20200082253A (ko) * 2018-12-28 2020-07-08 세메스 주식회사 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
TWI771668B (zh) 2019-04-18 2022-07-21 美商應用材料股份有限公司 Cmp期間基於溫度的原位邊緣不對稱校正
US11633833B2 (en) 2019-05-29 2023-04-25 Applied Materials, Inc. Use of steam for pre-heating of CMP components
TW202110575A (zh) 2019-05-29 2021-03-16 美商應用材料股份有限公司 用於化學機械研磨系統的蒸氣處置站
US11628478B2 (en) 2019-05-29 2023-04-18 Applied Materials, Inc. Steam cleaning of CMP components
JP7386125B2 (ja) * 2019-06-11 2023-11-24 株式会社荏原製作所 研磨方法および研磨装置
US11897079B2 (en) 2019-08-13 2024-02-13 Applied Materials, Inc. Low-temperature metal CMP for minimizing dishing and corrosion, and improving pad asperity
TW202129731A (zh) * 2019-08-13 2021-08-01 美商應用材料股份有限公司 Cmp溫度控制的裝置及方法
US20210046603A1 (en) * 2019-08-13 2021-02-18 Applied Materials, Inc. Slurry temperature control by mixing at dispensing
KR102157729B1 (ko) * 2020-01-09 2020-09-18 엑스티알 테크놀로지스 인코포레이티드 액정유리의 연마장치
JP2023518650A (ja) * 2020-06-29 2023-05-08 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 化学機械研磨のための蒸気発生の制御
JP2023516871A (ja) 2020-06-29 2023-04-21 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド Ｃｍｐにおける温度及びスラリ流量の制御
US11577358B2 (en) 2020-06-30 2023-02-14 Applied Materials, Inc. Gas entrainment during jetting of fluid for temperature control in chemical mechanical polishing
KR20220156633A (ko) * 2020-06-30 2022-11-25 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 Cmp 온도 제어를 위한 장치 및 방법
CN112605882A (zh) * 2021-01-11 2021-04-06 南京长相依贸易有限公司 一种可控研磨温度和研磨剂浓度的晶片研磨装置
JP2022149635A (ja) 2021-03-25 2022-10-07 株式会社荏原製作所 パッド温度調整装置、および研磨装置
KR20220134327A (ko) * 2021-03-26 2022-10-05 주식회사 케이씨텍 기판 연마 시스템 및 그 방법
JP2023542458A (ja) * 2021-05-04 2023-10-10 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 化学機械研磨のための温水生成

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6012967A (en) * 1996-11-29 2000-01-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Polishing method and polishing apparatus
TW442360B (en) * 1998-02-24 2001-06-23 Winbond Electronics Corp CMP device with temperature control
TW200402351A (en) * 2002-03-29 2004-02-16 Lam Res Corp Method and apparatus for heating polishing pad
TW200910441A (en) * 2007-06-13 2009-03-01 Ebara Corp Apparatus for heating or cooling a polishing surface of a polishing apparatus

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4450652A (en) * 1981-09-04 1984-05-29 Monsanto Company Temperature control for wafer polishing
JPH09123057A (ja) * 1995-10-31 1997-05-13 Sony Corp 基板研磨装置
JP2000071170A (ja) * 1998-08-28 2000-03-07 Nitta Ind Corp 研磨用ウエハ保持部材及びそのウエハ保持部材の研磨機定盤への脱着方法
US6224461B1 (en) * 1999-03-29 2001-05-01 Lam Research Corporation Method and apparatus for stabilizing the process temperature during chemical mechanical polishing
JP2001129755A (ja) * 1999-08-20 2001-05-15 Ebara Corp 研磨装置及びドレッシング方法
US6479386B1 (en) * 2000-02-16 2002-11-12 Memc Electronic Materials, Inc. Process for reducing surface variations for polished wafer
US20020009953A1 (en) * 2000-06-15 2002-01-24 Leland Swanson Control of CMP removal rate uniformity by selective heating of pad area
CN1186700C (zh) * 2000-09-15 2005-01-26 先进微装置公司 半导体制造中用来改进控制的自调适取样方法
US6819963B2 (en) * 2000-12-06 2004-11-16 Advanced Micro Devices, Inc. Run-to-run control method for proportional-integral-derivative (PID) controller tuning for rapid thermal processing (RTP)
US20030119427A1 (en) * 2001-12-20 2003-06-26 Misra Sudhanshu Rid Temprature compensated chemical mechanical polishing apparatus and method
US6736720B2 (en) * 2001-12-26 2004-05-18 Lam Research Corporation Apparatus and methods for controlling wafer temperature in chemical mechanical polishing
US7169014B2 (en) * 2002-07-18 2007-01-30 Micron Technology, Inc. Apparatuses for controlling the temperature of polishing pads used in planarizing micro-device workpieces
US20040266192A1 (en) * 2003-06-30 2004-12-30 Lam Research Corporation Application of heated slurry for CMP
US7105446B2 (en) * 2003-09-04 2006-09-12 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Apparatus for pre-conditioning CMP polishing pad
WO2005082057A2 (en) * 2004-02-23 2005-09-09 Acm Research, Inc. Controlling removal rate uniformity of an electropolishing process in integrated circuit fabrication
US7086927B2 (en) * 2004-03-09 2006-08-08 Micron Technology, Inc. Methods and systems for planarizing workpieces, e.g., microelectronic workpieces
JP2005268566A (ja) * 2004-03-19 2005-09-29 Ebara Corp 化学機械研磨装置の基板把持機構のヘッド構造
JP2006093180A (ja) * 2004-09-21 2006-04-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置の製造方法
JP4799122B2 (ja) * 2005-10-20 2011-10-26 株式会社東芝 Ｃｕ膜の研磨方法および半導体装置の製造方法
US7201634B1 (en) * 2005-11-14 2007-04-10 Infineon Technologies Ag Polishing methods and apparatus
US20070131653A1 (en) * 2005-12-09 2007-06-14 Ettinger Gary C Methods and apparatus for processing a substrate
JP4787063B2 (ja) * 2005-12-09 2011-10-05 株式会社荏原製作所 研磨装置及び研磨方法
DE102007063232B4 (de) * 2007-12-31 2023-06-22 Advanced Micro Devices, Inc. Verfahren zum Polieren eines Substrats
US7848840B2 (en) * 2008-01-04 2010-12-07 Applied Materials, Inc. Method of controlling process parameters for semiconductor manufacturing apparatus
US8439723B2 (en) * 2008-08-11 2013-05-14 Applied Materials, Inc. Chemical mechanical polisher with heater and method
US8292691B2 (en) * 2008-09-29 2012-10-23 Applied Materials, Inc. Use of pad conditioning in temperature controlled CMP
JP2013042066A (ja) * 2011-08-19 2013-02-28 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法
TWI665642B (zh) 2017-05-03 2019-07-11 諧波創新科技股份有限公司 一種光明防盜器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6012967A (en) * 1996-11-29 2000-01-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Polishing method and polishing apparatus
TW442360B (en) * 1998-02-24 2001-06-23 Winbond Electronics Corp CMP device with temperature control
TW200402351A (en) * 2002-03-29 2004-02-16 Lam Res Corp Method and apparatus for heating polishing pad
TW200910441A (en) * 2007-06-13 2009-03-01 Ebara Corp Apparatus for heating or cooling a polishing surface of a polishing apparatus

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI800697B (zh) * 2018-11-28 2023-05-01 日商荏原製作所股份有限公司 溫度調整裝置及研磨裝置

Also Published As

Publication number Publication date
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