TWI797659B - 在用於化學機械研磨中的溫度控制之流體噴流期間的氣體輸送 - Google Patents

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Abstract

一種化學機械研磨系統包括一托板，以支撐具有研磨表面的研磨墊，以及一墊冷卻組件。墊冷卻組件具有在托板上延伸的一臂、由臂懸掛並聯接至冷卻劑流體源的一噴嘴，噴嘴經定位以將冷卻劑流體從源噴射到研磨墊的研磨表面上，以及在臂中的靠近噴嘴的一開口，及在臂中的從開口延伸的通道，開口經定位成足夠靠近噴嘴，使得來自噴嘴的冷卻劑流體流從開口夾帶空氣。

Description

在用於化學機械研磨中的溫度控制之流體噴流期間的氣體輸送
本案涉及化學機械研磨(CMP)期間的溫度控制，更具體地涉及CMP期間研磨墊的冷卻。
通常透過在半導體晶片上依序沉積導電的、半導的、或絕緣層而在基板上形成積體電路。各種製造程序都需要平面化基板上的層。例如，一個製造步驟包括在非平面表面上沉積填充劑層，並研磨填充劑層直到暴露出圖案化層的頂表面。作為另一個例子，可以在圖案化的導電層上沉積一層，並且經平面化以實現後續的光刻步驟。
化學機械研磨（CMP）是一種可接受的平面化方法。這種平面化方法通常需要將基板安裝在承載頭上。基板的暴露表面通常抵靠一旋轉研磨墊放置。承載頭在基板上提供可控制的負載，以將其推向研磨墊。通常將具有磨料顆粒的研磨漿料供應至研磨墊的表面。
研磨過程中的研磨速率可能對溫度是敏感的。已經提出了在研磨期間控制溫度的各種技術。
在一態樣，化學機械研磨系統包括一托板，以支撐具有研磨表面的研磨墊，以及一墊冷卻組件。墊冷卻組件具有在托板上延伸的臂、由臂懸掛並聯接至冷卻劑流體源的噴嘴、定位成將冷卻劑流體從源噴射到研磨墊的研磨表面上的噴嘴、以及開口靠近噴嘴的臂和從開口在臂中延伸的通道，開口定位得足夠靠近噴嘴，使得來自噴嘴的冷卻劑流體流從開口夾帶空氣。
在另一態樣，用於化學機械研磨系統的溫度控制方法，包括步驟：將一噴嘴一支撐在一支撐臂上，將來自ㄧ冷卻劑源的一冷卻劑流體藉由該噴嘴輸送到一研磨墊上，以及，將來自該支撐臂中的一開口的空氣夾帶在來自該噴嘴的一冷卻劑流體流中。
可能的優點可包括但不限於以下一項或多項。
與僅將冷卻劑導引到研磨墊上相比，無需更多能量，可以更有效地降低研磨墊的溫度。可控制研磨墊溫度且因此控制研磨製程溫度，及在晶片到晶片的基礎上更加均勻，從而減少晶片到晶片的不均勻性(WIWNU)。可以在研磨操作中的金屬清除、過度研磨、或調節步驟中的一或多個步驟中，降低研磨墊表面的溫度。這可以減少凹陷與腐蝕，及/或提高墊粗糙度的均勻性，從而改善研磨均勻性，並延長墊的壽命。
一或多個實施方式的細節將在附圖及以下詳細說明中闡述。從詳細說明、圖式、及申請專利範圍可知，其他態樣、特徵、及優點將是顯而易見的。
化學機械研磨是藉由在基板、研磨液、及研磨墊之間的界面處，進行機械磨蝕與化學蝕刻的組合來進行的。在研磨程序中，由於基板表面與研磨墊之間的摩擦而產生大量的熱量。另外，一些製程還包括現場墊調節步驟，在該步驟中將調節盤（例如，塗覆有研磨料金剛石顆粒的盤）壓靠在旋轉的研磨墊上，以調節並紋理化研磨墊表面。調節程序的研磨也會產生熱量。例如，在典型的一分鐘銅CMP製程中，名義下壓力為2 psi且去除速率為8000Å/min，聚氨酯研磨墊的表面溫度可能會升高約30℃。
CMP製程中與化學有關的變量（例如，反應開始及參與反應的速率）與機械有關的變量（例如，研磨墊的表面摩擦係數和黏彈性）兩者都與溫度密切相關。因此，研磨墊的表面溫度的變化會導致移除速率、研磨均勻性、腐蝕、凹陷、及殘留物的變化。透過在研磨程序中更嚴格地控制研磨墊的表面溫度，可以減少溫度變化，並且可以例如透過測量晶片內不均勻性或晶片間不均勻性來改善研磨效能。
已經提出的一種控制化學機械研磨製程的溫度的技術，是將冷卻劑例如冷水噴射到研磨墊上。需要電力來降低冷卻劑的溫度，並且當冷卻劑從源流到分配埠口時，熱量可以傳遞到冷卻劑。然而，藉由將冷卻劑噴射到研磨墊上的噴嘴設置在一開口附近，冷卻劑流中可以夾帶一些空氣以提供氣體冷卻效果，從而放大冷卻系統的冷卻能力。這可以提高研磨墊的冷卻效率。特別地，在噴射冷卻劑的噴嘴由臂的支撐板支撐的情況下，夾帶的空氣可以從支撐板上方，例如臂上方流動。此種空氣應比靠近研磨墊的空氣冷，並且可能已經吸收了從研磨墊輻射的熱量。
圖1A和1B圖示了化學機械研磨系統的研磨站20的示例。研磨站20包括可旋轉的盤形托板24，研磨墊30位於盤形托板24上。托板24可操作以繞軸25旋轉（參見圖1B中的箭頭A）。例如，馬達22可以轉動驅動軸28以旋轉托板24。研磨墊30可以是具有外研磨層34及較軟背襯層32的兩層研磨墊。
研磨站20可包括例如在漿料供應臂39的末端處的一供應埠，以將諸如研磨漿料的漿料38分配到研磨墊30上。研磨站20還可包括帶有調節器盤的墊調節器以保持研磨墊30的表面粗糙度。
承載頭70可操作以將基板10保持抵靠研磨墊30。承載頭70係懸掛在例如旋轉盤或軌道的支撐結構72上，並藉由驅動軸74連接至承載頭旋轉馬達76，使得該承載頭可繞軸71旋轉。可選地，承載頭70可以例如透過沿著軌道的運動或者透過旋轉的傳送帶本身的旋轉，而在例如旋轉盤上的滑動器上橫向振動。
承載頭70可包括彈性膜80，其具有與基板10的背側接觸的一基板安裝表面，以及複數個可加壓室82，以將不同的壓力施加到基板10上的不同區域(例如不同的徑向區域)。承載頭70可以包括保持環84以保持基板。在一些實施方式中，保持環84可以包括與研磨墊接觸的下部塑膠部分86及較硬材料(如金屬)的上部88。
在操作中，該托板繞其中心軸25旋轉，並且承載頭繞其中心軸71旋轉(參見圖1B中的箭頭B)並橫向平移(參見圖1B中的箭頭C)橫過研磨墊30的頂表面。
在一些實施方式中，研磨站20包括溫度偵測器64，以監測該研磨站或該研磨站中的部件的溫度，例如，研磨墊30及/或研磨墊上的漿料38的溫度。例如，溫度偵測器64可以是紅外(IR)偵測器，例如IR相機，其定位在研磨墊30上方並且係配置以測量研磨墊30及/或研磨 墊上的漿料38的溫度。特別地，溫度偵測器64可經配置以沿著研磨墊30的半徑在多個點處測量溫度，以產生徑向溫度輪廓。例如，IR相機可以具有跨過研磨墊30的半徑的視野。
在一些實施方式中，溫度偵測器是接觸偵測器而不是非接觸偵測器。例如，溫度偵測器64可以是定位在托板24之上或之中的熱電偶或IR溫度計。另外，溫度偵測器64可以與研磨墊直接接觸。
在一些實施方式中，多個溫度偵測器可以在研磨墊30上的不同徑向位置處間隔開，以便在沿著研磨墊30的半徑的多個點處提供溫度。此技術可以替代的方式或附加的方式使用IR相機。
儘管在圖1A中示出，為監測研磨墊30及/或研磨墊30上的漿料38的溫度而設置溫度偵測器64，溫度偵測器64可設置在承載頭70內部以測量基板10的溫度。溫度偵測器64可以與基板10的半導體晶片直接接觸(亦即，一接觸偵測器)。在一些實施方式中，多個溫度偵測器被包括在研磨站20中，例如以測量該研磨站的或該研磨站中的不同部件的溫度。
研磨站20還包括溫度控制系統100，以控制研磨墊30及/或研磨墊上的漿料38的溫度。溫度控制系統100可以包括一冷卻系統102。冷卻系統102透過將一冷卻劑輸送到研磨墊30的研磨表面36上(或輸送到已經存在於研磨墊上的研磨液上)來操作。
冷卻劑可以是氣體，例如空氣，及/或液體，例如水。冷卻劑的氣態成分（如果存在）可以是空氣或對研磨過程呈惰性的其他氣體，例如氮氣、二氧化碳、氬氣、或其他稀有氣體，或其混合物。冷卻劑的液體成分（如果存在）可以是水或另一種液體，例如乙醇、或異丙醇，或其混合物。液體成分對研磨過程可能是惰性的。冷卻劑可以處於室溫，也可以冷卻至室溫以下，即低於20℃。例如，冷卻劑可以在5~15℃。在一些實施方式中，冷卻劑處於或低於0℃。
在一些實施方式中，冷卻劑基本上是純氣體。在一些實施方式中，冷卻劑是氣體與液體的噴霧，例如一液體的霧化噴霧，如在一氣體載體（如空氣）中的水。在一些實施方式中，冷卻系統可具有噴嘴，該噴嘴產生水的霧化噴霧，其被冷卻至低於室溫。
在一些實施方式中，冷卻劑包括與氣體及/或液體混合的固體材料的顆粒。固體材料可以是冷卻的材料，例如冰、乾冰、或冷凍的乙醇或異丙醇。在一些實施方式中，冷卻劑是氣體（如空氣）與固體顆粒（例如冰顆粒）的噴霧，但是基本上不是液相的。固體材料也可以是當溶於水時透過化學反應吸收熱量的材料。
可藉由流過在冷卻劑輸送臂中的一或多個可選地形成在噴嘴中的開孔，例如孔或狹槽，來輸送冷卻劑。該些開孔可由連接到一冷卻劑源的一歧管來提供。
如圖1A和1B所示，示例冷卻系統102包括臂110，臂110從研磨墊的邊緣延伸到托板24與研磨墊30上方，或者至少接近(例如，在研磨墊的總半徑的5%以內)研磨墊30的中心。臂110可以由基座112支撐，並且基座112可以與托板24被支撐在同一框架40上。基座112可包括一或多個致動器，例如，用於升高或降低臂110的一線性致動器，及/或用於使臂110在托板24上橫向擺動的一旋轉致動器。臂110被定位成避免與其他硬體部件碰撞，例如承載頭70、墊調節盤92、及漿料供應臂39。
示例性冷卻系統102包括從臂110懸掛的多個噴嘴120。每個噴嘴120係配置以將液體冷卻劑(例如水)噴射到研磨墊30上。在冷卻劑源和噴嘴之間的流體連接可以由臂外例如臂頂部及/或臂內的管道、管路等提供。臂110可以由基座112支撐，使得噴嘴120藉由間隙126與研磨墊30分開。
每個噴嘴120可經配置以開始及停止(例如使用控制器12)藉由每個噴嘴120的流體流動。每個噴嘴120可經配置以將噴霧122中的霧化水導引朝向研磨墊30。
冷卻系統102可以包括冷卻劑源，其可以是液體、氣體、或液體和氣體的組合。該源可以包括用於液體冷卻劑的源130及/或用於氣體冷卻劑的源132(見圖1B)。來自源130的液體和來自源132的氣體，可以在臂110中或其上的混合腔室中混合，然後被導引通過噴嘴 120以形成噴霧122。當分配時，該冷卻劑可以低於室溫，例如從-100℃到20℃，例如低於0℃。
冷卻系統102中使用的冷卻劑可包括，例如冷卻水、液態氮、液態乙醇或異丙醇、透過液態氮、乙醇或異丙醇、或乾冰中的一種或多種蒸發形成的氣體。在一些實施方式中，可以將水滴添加到一氣流中。水可經冷卻以形成冰滴，由於冰滴融合的潛熱，冰滴可以有效地冷卻研磨墊。另外，冰或水滴可以防止研磨墊30在被冷卻的氣體冷卻時變乾。可以將乙醇或異丙醇注入氣流中以形成冷凍顆粒，而不是水。
來自氣體的源132的氣體，例如壓縮氣體，可連接至渦流管50，渦流管50可將壓縮氣體分離成一冷流和一熱流，並將該冷流導引至噴嘴120而到研磨墊30上。在一些實施方式中，噴嘴120是將冷壓縮氣體流導引到研磨墊30上的渦流管的下端。
在一些實施方式中，可以針對每個噴嘴獨立地控制(例如，透過控制器12)製程參數，例如流速、壓力、溫度、及/或液體與氣體的混合比。例如，用於每個噴嘴120的冷卻劑，可以流過獨立可控制的冷卻器以獨立地控制噴霧的溫度。作為另一示例性，可以將一對分離的泵(用於氣體的泵和用於液體的泵)連接到每個噴嘴，使得可以針對每個噴嘴獨立地控制氣體與液體的流速、壓力、及混合比。
各種噴嘴可以噴射到研磨墊30上的不同徑向區域124上。相鄰的徑向區域124可以重疊。在一些實施方式中，噴嘴120產生噴霧，其沿著細長區域128衝擊研磨墊30。例如，噴嘴可經配置以大致上平面的三角形體積產生噴霧。
一或多個細長區域128，例如所有細長區域128，可具有一縱軸，其平行於延伸通過該些區域128的半徑(參見區域128)。可替代地，噴嘴120產生一錐形噴霧。
儘管圖1A示出了噴霧本身重疊，但是噴嘴120可經定向以使得細長區域不重疊。例如，至少一些噴嘴120，例如所有噴嘴120，可經定向以使得細長區域128相對於穿過細長區域(參見區域128)的半徑成一傾斜角。
至少一些噴嘴120可經定向以使得來自該噴嘴的噴霧的中心軸線(參見箭頭A)相對於研磨表面36成一傾斜角。尤其，噴霧122可被導引從噴嘴120而具有一水平分量，該水平分量在由托板24的旋轉所引起的衝擊區域中，在與研磨墊30的運動方向相反的方向上(參見箭頭A)。
圖1A和1B示出了以均勻間隔隔開的噴嘴120，這並非必要的。噴嘴120可以在徑向、或角度上、或兩者上不均勻地分佈。例如，噴嘴120可沿徑向朝向研磨墊30的邊緣更密集地聚集。此外，雖然圖1A和1B示出了九個 噴嘴，但可以有更多或更少數量的噴嘴，例如三到二十個噴嘴。
冷卻系統102可用於降低研磨表面36的溫度。例如，可以使用經由噴霧122來自液體冷卻劑的源130的液體、經由噴霧122來自氣體冷卻劑的源132的氣體、來自渦流管50的冷流(參見圖5)、或其組合，來降低研磨表面36的溫度。在一些實施例中，研磨表面36的溫度可以降低到等於或低於20℃。在一或多個金屬清除、過度研磨或調節的步驟中的較低的溫度，可以透過減少漿料38的選擇性，而減少在CMP期間的軟金屬的凹陷及腐蝕的步驟。
在一些實施方式中，一溫度感應器測量研磨墊30或研磨墊30上的漿料38的溫度，並且控制器12執行閉合迴路控制算法以控制冷卻劑的流速相對於漿料38的流速，以將研磨墊30或研磨墊30上的漿料38保持在一所需溫度。
CMP期間的較低的溫度可用於減少腐蝕。例如，在金屬清除、過度研磨、或調節步驟中的一或多個步驟的期間的較低的溫度，可以減少各種部件中的電偶腐蝕，因為電偶反應會是隨溫度改變的。另外，在CMP期間，可以在研磨過程中使用惰性氣體。尤其，可以使用缺少氧氣(或比正常大氣中的氧氣要少的氧氣)的氣體，來產生局部惰性環境，從而減少局部惰性環境中的氧氣，從 而減少腐蝕。這種氣體的例子，包括氮氣和二氧化碳，例如從液態氮或乾冰中蒸發的氣體。
降低研磨表面36的溫度，例如用於調節步驟，可以增加研磨墊30的儲存模數，並降低研磨墊30的黏彈性。增大的儲存模數及降低的黏彈性，伴隨著在墊調節盤92上的較低的下壓力，及/或墊調節盤92提供的較弱的調節，可導致更均勻的墊粗糙度。均勻的墊粗糙度的優點是減少在隨後的研磨操作期間在基板10上的刮擦，以及增加研磨墊30的壽命。
如圖5所示，每個噴嘴120可以是一斂散(CD)噴嘴。斂散(CD)噴嘴也可以描述為第拉瓦噴嘴(de Laval nozzle)或超音速噴嘴。每個噴嘴120具有一收斂部分202(例如，一輸入埠)，在該處，氣體(例如，來自氣體的源132的氣體)以次音速速率進入噴嘴120。泵222可以導引氣體從氣體的源132穿過分配器210進入CD噴嘴120。例如，進入收斂部分202的氣體可以在室溫下，例如20~30℃，或者低於室溫，並且可以以每分鐘0至1000公升的速率進入每個噴嘴，例如每分鐘500公升的速率進入每個噴嘴。氣體從收斂部分202進入一節流點或喉部204，在該處，噴嘴120的橫截面面積為最小。氣體的速度，隨著氣體從收斂部分202流過喉部204並到達發散部分206(例如，輸出埠)而增加。喉部204導致流過喉部204的氣體的速度增加，因此當氣體進入並離開發散部分206時，氣體的速度係增加至超音速。例 如，離開發散部分206的氣體可以處於低於室溫的溫度，例如，-100℃到20℃、-90℃到0℃、-80℃到-25℃、或-70℃到-50℃。
冷卻系統102中使用的氣體可包括例如空氣、氮氣、二氧化碳、氬氣、或蒸發氣體，例如氣態乙醇或異丙醇。即使在將氣體輸送到CD噴嘴120之前，也可以對其進行冷卻。例如，冷卻的氣體可以是冷空氣(例如，通過熱交換器進行冷卻)、冷氮氣(例如，來自液態氮的蒸發)、或冷二氧化碳氣體(例如，來自乾冰的昇華)。
CD噴嘴120可用於冷卻研磨墊30。例如，發散部分206可以將冷卻的氣體直接分配到研磨墊30上。例如，發散部分206的出口可以位於距研磨表面36約1至10cm的位置，並且噴嘴120可經定向以使得氣體流衝擊研磨表面。
在一些實施方式中，液體冷卻劑的源130可以透過分配器210輸送液體，例如水。分配器210可以是一注入器，其定位成將水注入通過噴嘴120的氣體流中。例如，分配器210可以定位成將水滴噴射進入收斂部分202、進入喉部204(如圖5所示)、進入發散部分206、或直接在發散部分206之後。
可透過閥212來控制液體冷卻劑進入氣體流的流速，例如進入噴嘴120。分配器210可以例如以每分鐘0至300毫升的速率分配水滴208，例如每分鐘3至50毫升的速率。液體流速可以是氣體流速的約0.001%至1％，例如0.01％至0.1％。當氣體通過CD噴嘴120時，隨著通過CD噴嘴120的氣體被冷卻，水滴208可以被氣體冷卻。在一些實施方式中，水滴208被冷卻以形成冰滴。冰滴的大小可以是均勻的，例如直徑大約為10 µm。
在一些實施方式中，水滴208也直接分配到研磨墊30上，其與冷卻的氣體一起可以進一步冷卻研磨墊30。另外，冰或水滴可以防止研磨墊30在被冷卻的氣體冷卻時變乾。在一些實施方式中，冷卻的氣體使水滴208凍結以形成冰滴，冰滴與冷卻的氣體一起可以冷卻研磨墊30。冰滴可以有效地冷卻研磨墊30，因為熔化潛熱可以隨著冰滴吸收熱量並熔化成水而冷卻研磨墊30。此外，冰滴可用於刮擦並清潔研磨墊30。
在一些實施方式中，冷卻劑基本上只是液體，例如不與氣體混合。
參考圖2，臂110包括支撐板138，並且噴嘴120懸掛在支撐板138上方。每個噴嘴120可以定位在通過支撐板138的一相應通道114上方。在一些實施方式中，是沿著支撐板138延伸的狹槽，而非單獨的通道，並且噴嘴120定位在狹槽上方。
在一些實施方式中，噴嘴120懸掛在臂110內。例如，支撐板138可以被蓋子134覆蓋以形成腔室135，噴嘴120可以懸掛在腔室135內部的蓋子134的頂板135上。所有噴嘴120可以容納在一共用腔室135中（見圖1A）。然而，蓋子是可選的，並且支撐板138的頂表面通常可以對環境開放，而噴嘴120類似地不被覆蓋。在這種情況下，噴嘴120可以由從支撐板138延伸的支柱或框架懸掛。
雖然圖1A和圖2示出了完全位於支撐板138的頂表面上方的噴嘴120，但這不是必要的。例如，每個噴嘴120可以部分地延伸到支撐板138中的相應通道114中。然而，噴嘴120的底部沒有突出到支撐板138的底表面之下。
噴嘴120藉由間隙126與研磨墊30分開。噴嘴120將帶有夾帶氣體的液體冷卻劑藉由支撐板138中的通道114噴射到研磨墊30上。每個噴嘴120可具有單獨的通道114。儘管通道114顯示為圓形（在臂的俯視圖中），但該些通道可以具有其他橫截面形狀，例如矩形、橢圓形等。
通道114的內表面118和噴嘴120的外表面之間的空間提供了氣隙116。該氣隙可寬約5~10mm。氣隙116用作開口以允許額外的空氣，如箭頭140所示，被夾帶在冷卻劑流體流142中。冷卻劑流體流142中夾帶的空氣，可以增加導向研磨墊30的頂表面36上的漿料38上的氣體和冷卻劑流混合物的總量，從而增加從漿料38與研磨墊30的熱傳遞。如圖所示，夾帶的空氣從支撐板138上方流動。簡單地增加氣體流速也可以改善熱傳遞。然而，不限於任何特定理論，來自支撐板138上方的空氣可以比可能已經從研磨墊吸收熱量的直接位於研磨墊上方的空氣更冷，以便也改善熱傳遞。
參考圖3A和3B，在一些實施方式中，噴嘴120懸掛在殼體136內的臂110上。臂110可以如以上所討論的那樣配置，除了下文所指出的。所有噴嘴120可以位於單一殼體136的一共用腔室內。可替代地，如圖3B所示，噴嘴120中的至少一者，例如每個噴嘴120，可以具有專用殼體136，因此在由殼體136提供的腔室中存在單一噴嘴120。每個噴嘴懸掛在支撐板138上方，例如從殼體136的頂板154懸掛。在一些實施方式中，穿過殼體136的通道將殼體的內部連接到外部大氣。
支撐板138的頂表面146可具有一開孔144。開孔144連接到形成在支撐板138的主體中的充氣室148。特別地，充氣室148可以圍繞並連接到通道114的三個側面。因此，通道114在通向充氣室148的三側面150上具有開口以允許空氣流，由箭頭140所示，並且一側面152是封閉的。
噴嘴120通過支撐板138中的通道114噴射液體冷卻劑。儘管通過殼體136的氣流通常被阻檔，但空氣可以通過開孔144進入充氣室。因此，充氣室148提供了一個開口，空氣可以通過該開口而流入通道114，以夾帶在來自噴嘴120的噴霧中。因此，這種配置還可以增加導引到研磨墊30上的漿料38上的氣體和冷卻劑流混合物的總量，從而增加從漿料38與研磨墊30的熱傳遞。因為開孔 144在支撐板138的頂表面中，夾帶的空氣從支撐板138上方流動。然而，當與圖2的配置相比時，該配置可能不那麼有效。
圖4A和4B示出了與圖3A和3B中所示的配置類似的配置，但通道114僅在一側面150通向充氣室148。又，充氣室148提供一開口，空氣可通過該開口流入通道114以夾帶在來自噴嘴120的噴霧中，導致增加到研磨墊30上的漿料38的氣體和冷卻劑總流量。然而，當與圖3A和3B的配置相比時，該配置可能不那麼有效。
研磨站20還可以包括一加熱系統，例如具有開孔的臂，以將加熱的流體(例如水蒸氣)分配到該研磨墊上，一高壓沖洗系統，例如具有噴嘴的臂，以將沖洗液噴灑到研磨墊上，以及一刮拭片或體，以將漿料38均勻地分佈在研磨墊30上。
上述研磨設備及方法可以應用於各種研磨系統中。研磨墊或承載頭或兩者都可移動，以在研磨表面與基板之間提供相對運動。例如，托板可以繞軌道運動而不是旋轉。研磨墊可以是固定到托板的圓形(或其他形狀)的墊。研磨層可以是標準(例如，具有或不具有填料的聚氨酯)研磨材料、軟材料、或固定的研磨材料。
相對定位的用語，用於指示系統或基板內的相對定位，應該理解的是，在研磨操作期間，研磨表面與基板可以保持在垂直方向或某些其他方向。
研磨站20還可以包括控制器12以控制各種部件的操作，例如溫度控制系統100。控制器12配置成從溫度偵測器64接收針對研磨墊的每個徑向區域的溫度測量值。控制器12可以將所測量的溫度輪廓與所需的溫度輪廓進行比較，並且針對每個噴嘴或開口向一控制機構(例如，致動器、電源、泵、閥等)產生一反饋信號。控制器12計算反饋信號，例如依據內部反饋算法，以使控制機構調節冷卻或加熱的量，使得研磨墊及/或漿料達到(或至少接近)所需的溫度輪廓。
控制器12的功能操作，可以使用一或多個電腦程式產品，即有形地體現在非暫態電腦可讀儲存媒體中的一或多個電腦程式來實現，以由資料處理設備執行或控制其操作，例如，一可編程處理器、一電腦、或多個處理器或電腦。
圖6示出了控制圖2的化學機械研磨系統的溫度的方法600的示例的流程圖。將一噴嘴支撐在支撐臂上(602)。將一冷卻劑流體從一冷卻劑源輸送到該噴嘴(604)。該冷卻劑流體可以是液體，例如液態水、液態乙醇、及/或液態異丙醇。冷卻劑流體可以是氣體，例如透過液態氮的蒸發，透過液態乙醇的蒸發，透過液態異丙醇的蒸發，及/或透過乾冰的昇華而形成。透過使該冷卻劑流體流過該噴嘴來冷卻該冷卻劑流體(606)。冷卻劑流體流過噴嘴以降低冷卻劑流體的溫度。來自該支撐臂中的一開口的空氣被夾帶在來自該噴嘴的經冷卻的冷卻劑流體流中，而形成夾帶氣體混合物的經冷卻的冷卻劑流體（608）。經冷卻的冷卻劑流體夾帶氣體混合物被導引到該研磨墊上（610）。夾帶的氣體混合物的該冷卻劑流體可以在低於0℃的溫度下分配到研磨墊上。夾帶的氣體混合物的該冷卻劑流體可以在-70℃至-50℃的溫度下分配到研磨墊上。
已描述了本發明的多個實施例。然而，將理解的是，在不脫離本發明的精神與範圍的情況下可以做出各種修改。
例如，雖然上面的描述集中在將冷卻劑輸送到研磨墊上，但是冷卻劑可以輸送到其他部件上以控制這些部件的溫度。例如，可以將冷卻劑噴射到基板上，同時將基板放置在轉移站中，例如在負載杯中。作為另一個例子，負載杯本身可以噴灑冷卻劑。作為又一示例，可以用冷卻劑噴灑調節盤。
雖然圖1B將臂110圖示為線性的，臂可以是弓形的。此外，各種子系統可以包含在由共用臂支撐的單一組件中。例如，一組件可以包括冷卻模組，以及沖洗模組、加熱模組、漿料輸送模組、及可選的刮拭器模組中的一者或多者。
因此，其他實施例為以下申請專利範圍所涵蓋。
10:基板
12:控制器
20:研磨站
22:馬達
24:托板
25:軸
28:驅動軸
30:研磨墊
32:背襯層
34:外研磨層
36:表面
38:漿料
39:漿料供應臂
40:框架
50:渦流管
64:溫度偵測器
70:承載頭
71:軸
72:支撐結構
74:驅動軸
76:承載頭旋轉馬達
80:彈性膜
82:可加壓室
84:保持環
86:下部塑膠部分
88:上部
92:墊調節盤
100:溫度控制系統
102:冷卻系統
110:臂
112:基座
114:通道
116:氣隙
118:內表面
120:噴嘴
122:噴霧
124:徑向區域
126:間隙
128:區域
130:源
132:源
134:蓋子
135:腔室
136:殼體
138:支撐板
140:箭頭
142:冷卻劑流體流
144:開孔
146:頂表面
148:充氣室 150:側面 152:側面 154:頂板 202:收斂部分 204:喉部 206:發散部分 208:水滴 210:分配器 212:閥 222:泵 600:方法 602:步驟 604:步驟 606:步驟 608:步驟 610:步驟
圖1A是研磨設備的研磨站的實例的示意性截面圖。
圖1B是化學機械研磨設備的示例研磨站的示意性俯視圖。
圖2是冷卻劑輸送臂的示意性截面圖。
圖3A和3B分別是冷卻劑輸送臂的另一實施方式的示意性截面圖和俯視圖。
圖4A和4B分別是冷卻劑輸送臂的進一步實施方式的示意性截面圖和俯視圖。
圖5是冷卻劑輸送系統的示意圖。
圖6是控制圖2的化學機械研磨系統的溫度的方法的示例的流程圖。
國內寄存資訊 （請依寄存機構、日期、號碼順序註記） 無
國外寄存資訊 （請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記） 無
30:研磨墊
36:表面
38:漿料
110:臂
114:通道
116:氣隙
118:內表面
120:噴嘴
126:間隙
134:蓋子
135:腔室
138:支撐板
140:箭頭
142:冷卻劑流體流

Claims (21)

  1. 一種化學機械研磨系統，包括：一托板，用於支撐具有一研磨表面的一研磨墊；以及一墊冷卻組件，包括一臂，該臂延伸在該托板上，一噴嘴，該噴嘴由該臂懸掛並聯接至一冷卻劑流體源，該噴嘴經定位以將該冷卻劑流體從該源噴射到該研磨墊的該研磨表面上，及一開口，位在該臂中靠近該噴嘴處，以及在該臂中的從該開口延伸的一通道，該開口經定位成足夠靠近該噴嘴，使得來自該噴嘴的一冷卻劑流體流從該開口夾帶空氣。
  2. 如請求項1所述的系統，其中該臂包括一支撐板，該支撐板具有一開孔貫穿其中，並且其中該噴嘴經定向為通過該開孔噴射冷卻劑流體。
  3. 如請求項2所述的系統，其中該開口由該開孔的一內表面與該噴嘴之間的一間隙所提供。
  4. 如請求項3所述的系統，其中該噴嘴的一底部位於該支撐板上方。
  5. 如請求項3所述的系統，其中一部分的該噴嘴延伸入該開孔中。
  6. 如請求項2所述的系統，其中該支撐板的一頂部未被覆蓋。
  7. 如請求項2所述的系統，其中該臂包括覆蓋該支撐板的一殼體。
  8. 如請求項7所述的系統，包括一通道，該通道穿過該殼體以將該殼體的一內部連接到外部大氣。
  9. 如請求項7所述的系統，其中複數個噴嘴是由該臂所懸掛的噴嘴，並且複數個噴嘴位在該殼體的一共用腔室中。
  10. 如請求項7所述的系統，包括一通道，該通道從該開孔的至少一個側壁橫向延伸穿過該支撐板，其中該開口係由該通道提供。
  11. 如請求項7所述的系統，包括複數個通道，該複數個通道從該開孔的複數個不同側壁橫向延伸穿過該支撐板，其中該開口係由該複數個通道提供。
  12. 如請求項1所述的系統，其中該噴嘴包括一斂散噴嘴。
  13. 如請求項1所述的系統，包括一控制器，該控制器配置以聯接至該冷卻劑源，並且使該冷卻劑源以每分鐘50~100標準公升的速率將該冷卻劑流體輸送到該噴嘴。
  14. 一種化學機械研磨系統的溫度控制方法，包括下列步驟：將一噴嘴支撐在一支撐臂上；從一冷卻劑源通過該噴嘴輸送一冷卻劑流體；以 及，將來自該支撐臂中的一開口的空氣夾帶在來自該噴嘴的一冷卻劑流體流中，使得冷卻劑流體與夾帶的空氣的一混合物被引導到一研磨墊上。
  15. 如請求項14所述的方法，其中使該冷卻劑流體通過該噴嘴流動的步驟，降低了該冷卻劑流體的一溫度。
  16. 如請求項14所述的方法，其中該冷卻劑流體是一氣體。
  17. 如請求項16所述的方法，包括步驟：透過冷卻空氣、透過蒸發液態氮、透過蒸發液態乙醇、透過蒸發液態異丙醇、及/或透過使乾冰昇華，來形成該冷卻劑流體。
  18. 如請求項14所述的方法，其中該冷卻劑流體是一液體。
  19. 如請求項18所述的方法，其中該冷卻劑流體包括液態氮、液態水、液態乙醇、及/或液態異丙醇。
  20. 如請求項14所述的方法，包括步驟：在低於0℃的一溫度下，將冷卻劑流體與夾帶的空氣的該混合物分配到該研磨墊上。
  21. 如請求項20所述的方法，包括步驟：在-70℃至-50℃之間的一溫度下，將冷卻劑流體與夾帶的空氣的該混合物分配到該研磨墊上。
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