(57)【要約】【解決手段】  装置および方法は化学機械研磨工程のためにウェハ（５２）の温度を制御する。ウェハキャリア（６６）は、ウェハ（５２）に対するエネルギを伝達する熱エネルギ伝達部（６４）に近接するウェハを配置するためのウェハ取り付け面を備える。熱エネルギ検出器（５４）は、ウェハ（５２）の温度を検出するために、ウェハ取り付け面に近接して配置されている。制御装置（６０）は、検出器（５４）に対応し、熱エネルギ伝達部（６４）に対する熱エネルギ供給を制御する。実施例は、ウェハの分離領域の規定と、各分離領域に対する熱エネルギ伝達部（６４）の分離区画の提供と、分離領域に関連付けられている熱エネルギ伝達部（６４）に対する熱エネルギ供給を個別に制御するために、各分離領域の温度を別々に検出することを含む。
2005514781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学機械研磨工程のためのウェハの温度を制御する装置であって、
ウェハ取り付け面を有するウェハキャリアと、
前記ウェハ取り付け面に近接し、前記ウェハに対してエネルギを伝達する熱エネルギ伝達部と、
前記ウェハ取り付け面に近接し、前記ウェハの温度を検出する熱エネルギ検出部と、
前記検出部に対応して、前記熱エネルギ伝達部に対する熱エネルギの供給を制御する制御装置と
を備える装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記熱エネルギ伝達部は、前記ウェハの表面の選択された領域に対して前記熱エネルギを伝達し、前記表面に亘って温度勾配を確立するよう構成され、前記熱エネルギ検出部は、前記表面上の所定の位置における温度を検出するよう構成されている装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置において、前記熱エネルギ伝達部の構造は円と対応づけて規定され、前記ウェハの前記表面の前記選択された領域は前記ウェハの中心に近接しており、前記熱エネルギ検出部の構造は円と対応付けて規定され、前記表面の前記所定の位置は、前記ウェハの外縁に近接している装置。
【請求項４】
請求項２に記載の装置において、前記熱エネルギ伝達部の前記構成は環状であるとともに前記ウェハの前記表面の前記選択された領域は前記ウェハの外縁に近接し、前記熱エネルギ検出部の前記構成は環状であるとともに前記表面の前記所定の位置は前記ウェハの中心に近接している装置。  
【請求項５】
請求項１に記載の装置において、前記熱エネルギ伝達部は、前記表面全域に均一な熱条件を確立するために、前記ウェハの表面のほぼ全体に対して均一に前記熱エネルギを伝達するよう構成され、前記熱エネルギ検出部は、前記表面上の所定の位置における温度を検出するよう構成されている装置。
【請求項６】
請求項１記載の装置はさらに、
前記ウェハを支持するために前記ウェハ取り付け面上に備えられているウェハ取り付け膜を備え、前記ウェハ取り付け膜は前記ウェハ取り付け面の相対位置によって熱伝導係数が変化するように熱的に構成されており、
前記ウェハに対して前記熱エネルギ伝達部から伝達される前記エネルギは、前記熱伝導係数の差違により前記ウェハの様々な部分に伝達される装置。
【請求項７】
請求項１記載の装置において、前記制御装置は、前記ウェハの温度を上昇させるために、熱エネルギ源を前記熱エネルギ伝達部に接続することにより低温を表示する前記熱エネルギ検出部に応答する装置。
【請求項８】
請求項１記載の装置において、前記制御装置は、前記ウェハの温度を低下させるために、熱エネルギ受信部を前記熱エネルギ伝達部に接続することにより高温を表示する前記熱エネルギ検出部に応答する装置。
【請求項９】
化学機械研磨工程のためのウェハの温度を変更する装置であって、前記ウェハの裏面全体を支持する面を有するウェハキャリアと、
分離離間されている区画を伴い構成されている熱エネルギ伝達部と
を備え、各区画はウェハ取り付け面の分離領域に近接し、各分離区画は前記ウェハの特定領域に対する別々のエネルギ量の伝達に有効である装置。  
【請求項１０】
請求項９記載の装置はさらに、
前記ウェハの特定の分離したスラリ投入領域にスラリを供給するために、前記ウェハキャリアに接続されているスラリ供給口と、
前記分離したスラリ投入領域の各々に近接し、前記ウェハの各分離したスラリ投入領域に近接する前記ウェハの前記特定領域のうちの一領域の温度を検出する熱エネルギ検出部と
を備える装置。  
【請求項１１】
請求項１０記載の装置はさらに、
前記スラリにより前記ウェハに対して伝達される熱エネルギを補正するために、前記熱エネルギ検出部の各々に対応して、前記熱エネルギ伝達部の分離離間されている区画への熱エネルギの供給を制御する制御装置を備える装置。  
【請求項１２】
請求項９記載の装置はさらに、
前記分離離間されている区画の各々に対応するプローブを含む光学熱エネルギ検出部と、各プローブは各分離離間されている区画に対応する前記ウェハの領域における温度を検出し、
前記熱エネルギ伝達部における各々の分離離間されている区画への熱エネルギの供給を制御するプローブの各々に対応する制御装置と
を備える装置。
【請求項１３】
請求項９に記載の装置であって、前記熱エネルギ伝達部は、前記ウェハのそれぞれの特定領域に対して個別のエネルギ量を伝達するために、前記分離離間されている区画の各々に対応する分離された発光体を含む光エネルギ源である装置。  
【請求項１４】
請求項９記載の装置はさらに、
前記分離離間されている区画に関連して、アレイ状に均一に配置されている温度検出部と、各温度検出部は前記ウェハの特定位置における温度を表す信号を出力するよう構成され、
前記熱エネルギ検出部から前記信号に対応するとともに前記分離離間されている区画全域における実際の温度勾配を表示するようプログラムされているシステム制御装置と、前記システムは前記実際の温度勾配と前記分離離間されている区画全域における所望の温度勾配とを比較するようプログラムされ、
前記実際の温度勾配を前記分離離間されている区画全域における所望の温度勾配と等しくするために、前記システム制御装置に対応して、前記熱エネルギ伝達部の各分離離間されている区画への熱エネルギ供給を制御する熱エネルギ制御装置と
を備える装置。  
【請求項１５】
化学機械研磨工程間ウェハの温度を監視する方法であって、
前記ウェハの表面における少なくとも一つの分離領域を規定する工程と、化学機械研磨工程の間、前記少なくとも一つの分離領域において特定の温度が維持され、
前記化学機械研磨工程の間、前記少なくとも一つの分離領域における温度を検知する工程と
を備える方法。  
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法において、前記少なくとも一つの分離領域は、前記ウェハの表面に亘る複数の前記分離領域であり、前記検知工程は、前記分離領域の各々の温度を別々に検知することにより実施される方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の方法はさらに、
前記各々の領域の前記検知された温度にしたがって、前記分離領域の各々に対する熱エネルギを伝達する工程を備える方法。  
【請求項１８】
請求項１５に記載の方法において、前記規定工程は、前記ウェハの中心を同心とする前記ウェハの前記表面の複数の分離領域を規定し、前記複数の同心分離領域の各々において特定の温度が維持され、前記検知工程は前記同心分離領域の各々の温度に関連して個別に実施される方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の方法はさらに、
前記それぞれの同心分離領域の前記検知された温度にしたがって、前記同心分離領域の各々に対する熱エネルギの供給を制御する工程を備える方法。
【請求項２０】
請求項１５に記載の方法において、前記少なくとも一つの分離領域は、前記ウェハの外周内に規定されている円盤状の領域であって、
前記方法はさらに、
前記検知工程における出力にしたがって前記円盤状の領域のほぼ全体に対する光エネルギを方向づけることにより、前記円盤状の領域に対する熱エネルギ供給を制御する工程を備える方法。
【請求項２１】
化学機械研磨工程間ウェハの温度を監視する方法であって、
前記ウェハの表面における少なくとも一つの分離領域を規定する工程と、前記少なくとも一つの分離領域において特定の温度が維持され、
化学機械研磨工程のために前記ウェハを所定の配置にて前記少なくとも一つの分離領域とともに取り付ける工程と、
前記少なくとも一つの分離領域の温度を検知する工程と
を備える方法。  
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法において、複数の前記少なくとも一つの分離領域は、前記ウェハの前記表面に亘って供給され、前記取り付け工程は、キャリアヘッド上に前記ウェハを置くことにより実施され、前記検知工程は、前記分離領域の各々の温度を別々に検知することにより実施される方法。
【請求項２３】
請求項２２記載の方法はさらに、
前記それぞれの領域の前記検知された温度にしたがって、前記分離領域の各々に対する熱エネルギを伝達する工程を備える方法。
【請求項２４】
請求項２１に記載の方法において、前記規定工程は、前記ウェハの中心を同心とする前記ウェハの前記表面の複数の分離領域を規定し、前記複数の同心分離領域の各々において特定の温度が維持され、前記検知工程は、前記同心分離領域の各々の温度に応答することにより実施される方法。  
【請求項２５】
請求項２４記載の方法はさらに、
前記それぞれの分離プローブの出力にしたがって、前記同心分離領域の各々に対する熱エネルギの供給を制御する工程を備える方法。
【請求項２６】
ウェハにおいて、少なくとも一つの化学機械研磨工程の実行中ウェハの局所的平滑化特性を制御する方法であって、
特定の平滑化特性が少なくとも一つの分離領域において実施される前記ウェハの表面における少なくとも一つの分離領域を規定する工程と、
前記少なくとも一つの分離領域の温度を制御する工程と
を備える方法。  
【請求項２７】
請求項２６に記載の方法はさらに、
前記少なくとも一つの化学機械研磨工程の一工程として、前記ウェハの少なくとも一つの分離領域にスラリを適用する工程と、
前記ウェハの前記少なくとも一つの分離領域に適用される前記スラリの温度を制御する工程と
を備える方法。  
【請求項２８】
請求項２６に記載の方法において、複数の前記少なくとも一つの分離領域は、前記ウェハの前記表面に規定され、
前記方法はさらに、
前記少なくとも一つの化学機械研磨工程の一部として、分離適用スラリを前記ウェハの前記各分離領域に対して適用する工程と、
前記ウェハの前記分離領域に適用される前記分離適用スラリの各々の温度を制御する工程と
を備える方法。  
【請求項２９】
ウェハにおける化学機械研磨工程の実行中、ウェハの局所的平滑化特性を制御する方法であって、
特定の平滑化特性が実現される少なくとも１つの分離領域を前記ウェハの表面に規定する工程と、
前記化学機械研磨工程のうちの一工程において、研磨パッドを前記ウェハの表面に接触させる工程と、前記研磨パッドは異なる温度に応じて異なる化学機械研磨性能を有することと、
前記ウェハに接触する前記研磨パッドの局所的温度を変更するために、前記研磨パッドと接触する前記ウェハが、前記研磨パッドに対する熱エネルギを伝達するように前記ウェハの前記少なくとも一つの分離領域の温度を制御する工程と
を備える方法。  
【請求項３０】
ウェハにおける化学機械研磨工程の実行中、前記ウェハの平滑化速度を制御する方法であって、
様々な平滑化速度が実現される少なくとも１つの分離領域を前記ウェハの表面に規定する工程と、
前記少なくとも一つの分離領域における温度を時間との関係において変化させる工程と
を備える方法。  
【請求項３１】
請求項３０記載の方法において、時間との関係において前記少なくとも一つの分離領域における温度を変化させる前記工程は、前記ウェハの温度を、まず第１の期間中は高い値とし、前記第１の期間後は、前記第１の期間後の平滑化速度を低減するために、前記高い値よりも低い値とする方法。
【請求項３２】
ウェハにおける少なくとも一つの化学機械研磨工程を実行中、前記ウェハの局所的平滑化特性を制御する装置であって、
ウェハキャリアと、
前記ウェハに対してエネルギを伝達する前記ウェハキャリアにおける熱エネルギ伝達部と、
前記ウェハに近接し、温度を検出する熱エネルギ検出システムと、
前記検出システムに応答して、前記熱エネルギ伝達部に対する熱エネルギ供給を制御する制御装置と
を備える装置。  
【請求項３３】
請求項３２記載の装置において、前記熱エネルギ検出システムは、前記ウェハの温度を示す温度を検出するために、前記ウェハに近接する前記ウェハキャリアに取り付けられる装置。  
【請求項３４】
請求項３３に記載の装置において、前記熱エネルギ検出システムは、離間された各位置の近傍における前記ウェハの温度を示す温度を検出するために、前記ウェハに近接する前記離間された各位置にて前記ウェハキャリアに取り付けられている亜鈴状の分離熱エネルギ検出部を備える装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、化学機械研磨（ＣＭＰ）システム、およびその操作性能と効率とを向上させる技術に関する。より具体的には、本発明は、ＣＭＰ工程の間、ウェハの温度を直接監視するとともに、ウェハと熱エネルギをやりとりすることによりウェハの温度を制御する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の製造では、研磨工程、バフ研磨工程、およびウエハ洗浄工程を含むＣＭＰ操作と、かかるＣＭＰ操作と関連してウェハ処理操作とを実施する必要がある。例えば、一般的な半導体ウェハはシリコンで製造され、２００ｍｍ、あるいは３００ｍｍ径の円盤になり得る。例えば、２００ｍｍ径のウェハの厚みは０．０２８インチ（０．０７１ｃｍ）となり得る。説明の簡略化のため、「ウェハ」という用語は以下において、かかる半導体ウェハ、および電気回路または電子回路を支持するために用いられるその他の平面構造、すなわち基板を記述しまた含むように用いられる。  
【０００３】
一般的に集積回路素子は、かかるウェハ上に加工されている多層構造である。ウェハ層には、拡散領域を有するトランジスタ素子が形成される。続く層には金属配線がパターニングされ、所望の機能装置を定義するためにトランジスタ素子に電気的に接続される。パターニングされた導電層は、絶縁体によって、他の導電層から絶縁されている。金属層とそれらに伴う絶縁層の形成層数が多くなるほど、絶縁体を平滑化する必要性が増す。平滑化しない場合、表面のトポグラフィのばらつきが一層多くなるため、金属層の積層は実質的により困難になる。他の実施態様としては、誘電体に金属配線がパターニングされた後に、余分な金属を除去するために金属ＣＭＰ操作が行われる。  
【０００４】
一般的なＣＭＰシステムでは、ウェハはＣＭＰ処理のために、表面を露出した状態でキャリアに載せられている。キャリアおよびウェハは、回転方向に回転する。例えば、回転するウェハの露出面および研磨パッドの露出面が研磨力によって互いに接触するよう作用されるとともに、かかる露出面がそれぞれ研磨方向に動くと、ＣＭＰ処理が実現され得る。ＣＭＰ処理の化学的側面には、ウェハと、研磨パッドおよびウェハに適用されるスラリ化合物との間の反応が含まれる。ＣＭＰ処理の機械的特徴には、ウェハおよび研磨パッドが互いに作用し合う力と、ウェハと研磨パッドとの相対配置とを含む。  
【０００５】
良好なＣＭＰ処理の前提となる多くの要素に制御が与えられてきたが、ＣＭＰシステムは、一般的に、ウェハの温度を直接制御しないシステムである。例えば、研磨パッドの露出面とウェハの露出面との相対角度のような要素は、ジンバルにより制御され得る。その他の種類のＣＭＰシステムでは、線形軸受が備えられ、任意の角度を回避する。  
【０００６】
ウェハの温度以外の要素の制御は、ＣＭＰ処理中、ウェハの温度に間接的に影響するに過ぎない。例えば、温度依存性化学反応は、ウェハおよびキャリアヘッドが互いに作用しあう力を制御することにより間接的に影響を及ぼされ、摩擦熱に影響し、間接的にウェハの温度変化を発生させ得る。ウェハ露出面の不均一な研磨により発生が予測される課題を克服するために、いくつかの試みがなされてきた。かかる試みは、研磨パッド（例えば研磨ベルト）上に凹凸をもたらしている。さらに、キャリアヘッドからウェハへと流体が流れ得るように、様々な物質がウェハキャリアとウェハとの間に備えられてきた。例えば、ウェハを搬送するバキューム・ヘッド内には、ヘッドからウェハへとスラリを散布するために薄膜が備えられていた。しかしながら、スラリのような流体は粘性などの温度依存性を備えているが、一般的なＣＭＰシステムは、ウェハの温度を直接制御しない。  
【０００７】
ウェハ温度の間接制御、すなわち無制御に関連するこの状況は、制御される要素の多くにおける相互関係、およびＣＭＰ操作におけるかかる要素の複合効果によって複雑になる。したがって、ウェハの温度を上昇させる目的でウェハからキャリアへの力が増加された場合には、その他の多くの意図せぬ変数に影響が及び、目的の温度制御のための力の使用を制限あるいは妨げ得る。例えば、かかる力は、特定のウェハ温度状態を有する必要性と矛盾するという形で、研磨速度に直接影響を与え得る。  
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、ＣＭＰ工程中、例えばＣＭＰ力などの間接的要素に依存することなく、ウェハの温度を直接制御するＣＭＰシステムおよび方法が必要となる。かかるＣＭＰシステムは、ＣＭＰ工程中に、ウェハの温度を直接監視するとともに、所望のウェハ温度を実現するために、一つ以上の熱エネルギ源を制御する装置および方法を提供する。さらに、所望のＣＭＰ工程は、ウェハの領域全域における温度差を必要とし得るため、かかるＣＭＰシステムは、ＣＭＰ操作中に、ウェハの様々な領域の温度を直接監視するとともに、所望の温度をウェハ領域の各々に対して実現するために熱エネルギ源を個別に制御する装置および方法を提供する。さらに、かかるＣＭＰシステムおよび方法は、所望のウェハの温度制御と一致するように、ＣＭＰ工程中、ウェハと直接接触する構造を構成する。
【発明を解決するための手段】
【０００９】
概して、本発明は、上述の課題を解決するＣＭＰシステムおよび方法を提供することにより、これらの要求を満たす。したがって、本発明により、ＣＭＰシステムおよび方法は、ウェハにおいて一つ以上のＣＭＰ工程を実行中、ウェハの局所的平滑化特性を制御することが可能である。例えば特性には、ウェハから除去される物質量が該当し得る。システム制御装置および熱制御装置を介して、ウェハにおける所望の局所的平滑化特性を実現するために、ウェハの温度を制御するための工程が実施される。かかる目的のために、かかるシステムは、ＣＭＰ工程の間、例えばＣＭＰ力のような間接的要素に依存することなくウェハの温度を直接制御し得る。かかるＣＭＰシステムはさらに、ＣＭＰ工程中に、ウェハの温度を直接監視するとともに、所望のウェハの温度を実現するために一つ以上の熱エネルギ源を制御する装置および方法を提供する。さらに、ウェハの領域に亘って温度差を要求するＣＭＰ工程に対応するために、かかるＣＭＰシステムはＣＭＰ工程の間、ウェハの様々な領域の温度を直接監視するとともに、所望の温度をウェハ領域各々に対して実現するため、熱エネルギ源を個別制御するよう構成され得る。さらに、かかるＣＭＰシステムおよび方法は、ＣＭＰ工程中、設定（例えば、熱伝達特性）が所望のウェハの温度制御と一致するように、ウェハ支持膜のようなウェハと直接接触する構造体を構成し得る。  
【００１０】
本発明において、化学機械研磨操作のためのウェハの温度制御の一態様は、ウェハ取り付け面を有するウェハキャリアを備える。熱エネルギ伝達部は、ウェハに対するエネルギを伝達するために、ウェハ取り付け面に近接し得る。熱エネルギ検出部は、ウェハの温度を検出するために、ウェハ取り付け面に近接して配置され得る。制御装置は、検出部に応答し、熱エネルギ伝達部に対する熱エネルギ供給を制御する。  
【００１１】
本発明の別の実施態様において、化学機械研磨工程のためにウェハの温度を監視および制御する装置が提供されている。熱エネルギ伝達部は、分離離間されている区画を伴うように構成され、各区画はウェハ取り付け面の分離領域に近接している。また、各分離区画は、ウェハの特定領域に対し、個別のエネルギ量を伝達するのに効果的である。制御装置は、分離領域と関連付けられている複数の検出部の各々に応答することが可能で、熱エネルギ伝達部の分離離間されている区画への熱エネルギ供給を制御する。  
【００１２】
本発明のさらに別の実施態様において、化学機械研磨工程の間、ウェハの温度を監視する方法が提供されている。工程は、ウェハの表面における少なくとも一つの分離領域を規定する。特定の温度は、化学機械研磨工程の間、少なくとも一つの分離領域にて維持される。別の工程は、化学機械研磨工程の間、少なくとも一つの分離した領域の温度を検知する。方法の態様は、少なくとも一つの分離領域をウェハの表面に亘る複数の分離領域とすることを含む。また、検知工程は、分離領域の各々の温度を個別に検知することにより実行され得る。別の工程は、それぞれの同心分離領域の検知された温度にしたがって、同心分離領域の各々に対する熱エネルギの供給を制御するために提供され得る。  
【００１３】
本発明のさらに別の態様において、方法は、ウェハの温度を制御するためにウェハの表面における多数の分離領域を規定することを含んで提供される。その方法において特定の温度は、ウェハ全域に亘る温度勾配を提供するために、分離領域の各々において維持される。ウェハは、所定の配置にて、化学機械研磨工程のために、分離領域を伴って取り付けられる。分離領域の温度が測定される。熱エネルギ伝達工程は、それぞれの領域の検知された温度にしたがって、分離領域の各々に対する熱エネルギを伝達する。別の工程では、分離領域の各々に対する熱エネルギの供給が制御される。  
本発明のその他の態様および利点は、本発明の原理を例示した添付図面と関連付ながら行う以下の詳細な説明から明らかになる。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、上述の問題を解決するＣＭＰシステムおよび方法を説明する。したがって本発明により、ＣＭＰシステムおよび方法は、ＣＭＰ工程の間、例えばＣＭＰ力などの間接的要素に依存することなくウェハの温度を制御する。かかるＣＭＰシステムはさらに、ＣＭＰ工程中に、ウェハの温度を直接監視するとともに、所望のウェハの温度を実現するために一つ以上の熱エネルギ源を制御する装置および方法を提供する。本態様において、ウェハの領域全体に亘って温度偏差を要求するＣＭＰ工程に対し、例えば、かかるＣＭＰシステムは、ＣＭＰ工程の間、ウェハの様々な領域の個々の領域温度を直接監視するとともに、所望のウェハの温度が個々のウェハ領域それぞれに対して実現されるように、熱エネルギ源を個別に制御するよう構成され得る。  
【００１５】
本発明の完全な理解を促すために、以下の記述において詳細を説明する。しかしながら、当業者にとっては、本発明がこれらの詳細の一部もしくはすべてがなくとも実行可能であることが理解されるだろう。その他にも、本発明を不明瞭にしないように、周知の処理工程および構造についての詳細な説明は省略した。  
【００１６】
図１Ａを参照すると、本発明は、例えばＣＭＰ力などの間接的要素に依存することなく、ＣＭＰ工程中にウェハ５２の温度Ｔを制御するＣＭＰシステム５０を提供するものとして理解され得る。熱エネルギ検出器５４は、ウェハ５２の温度Ｔを直接監視するとともに、システム制御装置５８に一つ以上の温度信号５６を出力する。システム制御装置５８は、一つ以上の熱エネルギ伝達部６４に一つ以上の熱エネルギ源６２を接続する熱制御装置６０を制御する。伝達部６４は、キャリアヘッド６６に取り付けられるとともに、所望のウェハ５２のウェハ温度Ｔを実現するために、熱制御装置６０およびシステム制御装置５８の制御下において動作する。  
【００１７】
通常、システム５０は、ウェハ５２において一以上のＣＭＰ工程を実施する間、ウェハ５２の局所的平滑化特性を制御する方法を実行し得る。例えばこの特性には、ウェハ５２から除去される物質量が該当し得る。以下に詳述されるように、システム制御装置５８および熱制御装置６０を介し、ウェハ５２において所望の局所平滑化特性を実現するために、ウェハ５２の温度を制御するための工程が実施される。  
【００１８】
キャリアヘッド６６は、研磨パッド７６の研磨面７４に対向して作用する位置において、露出面７２を有するウェハ５２を取り付けるための取り付け面６８を提供する任意の種類のヘッドとしてよい。図１Ａは、ＣＭＰ工程を実施するために矢印方向に動くベルト型研磨パッド７６Ｂを使用する代表的なキャリアヘッド６６を示す図である。但し、他の種類のヘッド６６およびパッド７６も使用してよい。例えば、図１Ｂは、図１Ａと同様に配置（ウェハは下）されているキャリアヘッド６６を見下ろした図である。キャリアヘッド６６は、実質的にウェハ５２より直径が大きい円盤状の研磨パッド７６ＤＬとキャリア６６とを用いて示されている。図１Ｃでは、キャリアヘッド６６は、円盤状の研磨パッド調整部８３に近接してウェハの上方向に示される。本明細書において、旋回および回転する円盤状の研磨パッド７６Ｔは、サブーアパーチャＣＭＰ工程に対し、ウェハ５２の一部を覆って移動するとともに、パッドコンディショナ８３上を覆って移動する。  
【００１９】
図２は、ウェハ５２に対する熱エネルギを伝達する、光源６４Ｌ形式の熱エネルギ伝達部６４を備える本発明のキャリアヘッド６６の態様を示す。光源６４Ｌ形式の場合には、ウェハ５２に対する熱エネルギ伝達は、キャリアヘッド６６に取り付けられているウェハ５２への伝達となり得る。光源６４Ｌは、広い領域全域、例えばウェハ５２の領域全体に亘って、強度の高い光エネルギを均一に分配するよう構成されている任意の供給源としてよい。かかる光エネルギには、ウェハ５２に熱を伝達する放射エネルギ、あるいは伝導性エネルギが含まれ得る。一般に、かかる光源６４Ｌは、迅速にかかる熱エネルギを伝達する。光源６４Ｌは、キャリア膜８４上に取り付けられ得るウェハ５２に近接して示されている。光源６４Ｌは、例えばタングステンのハロゲン・ランプとしてよい。ウェハの領域全体に亘って均一に熱エネルギを供給するための光源６４Ｌは、本発明の一例としての実施例である。以下の説明は、ウェハ領域全体に亘って、不均一に熱エネルギを供給する本発明の他の実施例に関することは理解されるであろう。
【００２０】
キャリアヘッド６６には特定の種類の伝達部６４が備えられているがにもかかわらず、キャリアヘッド６６は、キャリア膜８４を通じて、ウェハ５２およびパッド７６とそれぞれ対面する接触面、７２と７４（図１Ａ）との間にスラリ８８を散布する一つ以上の搬送路８６を備え得る。使用されている研磨パッドの種類に応じて、ＳｉＯ2および／あるいはＡｌ2Ｏ3など、異なる種類の分散研磨粒子を含む水溶液からなるスラリ８８を研磨パッド７６に適用可能であり、それによって研磨パッド７６とウェハ５２の露出面７２との間に研磨化学溶液が生成される。スラリ８８の温度はウェハ５２の温度Ｔに影響を与え、スラリ８８の年度は温度依存する可能性があるため、熱エネルギ検出器５４Ｓは、スラリ８８の温度を直接監視するとともに、温度信号５６Ｓをシステム制御装置５８に出力するために、搬送路８６に近接して取り付けられ得る。信号５６の場合と同様の使用方法にて、ウェハ５２の所望の温度Ｔを実現するために、熱制御装置６０を制御する方法を決定する際、システム制御装置５８は信号５６Ｓを使用する。本発明の一態様において、スラリ８８の温度は、ウェハ５２の温度Ｔを制御するために利用され得る。例えば、図２に示すとおり、熱エネルギ伝達部６４もまた、スラリ搬送路８６との熱エネルギ伝達関係においてキャリアヘッド６６に取り付けられるとともに、スラリ８８の所望の温度を実現するために、熱制御装置６０およびシステム制御装置５８の制御下において操作され得る。スラリ８８とウェハ５２との接触を介し、ウェハ５２の所望のウェハ温度Ｔは、例えば図２に示す熱エネルギ伝達部６４Ｌと独立して実現され得る。  
【００２１】
図２はまた、ウェハ５２の温度Ｔを直接監視する熱エネルギ検出器５４を熱電対９２の形状にて備えるキャリアヘッド６６を示す。熱電対９２は、ウェハ５２を囲むリング９２Ｒとして、露出面７２近傍におけるウェハ５２の平均温度Ｔを検知するために構成され得る。熱電対９２は、システム制御装置５８に温度信号５６を出力し得る。ウェハ５２の温度Ｔを正確に検出のため、検出器５４をウェハ５２に接近、あるいは接触させる必要のない状況において、検出器５４は、ウェハ５２からわずかに間隔をあけて、キャリアヘッド６６に取り付けられ得る。したがって、かかる検出器５４は、ウェハ５２に近接（極めて接近）しているキャリアヘッド６６の温度を検出し得るため、ウェハ温度を正確に表示し得る（例えば、実際のウェハ温度Ｔから５度以内の温度）。ウェハ領域に全体に亘って均一に熱エネルギを供給するための光源６４Ｌは、本発明の一実施例である。  
【００２２】
本発明の別の実施例も同様に、ウェハ領域全体に対して、均一に熱エネルギを伝達する。図３Ａは、抵抗加熱器６４Ｒを規定する一連の同心リング状の熱エネルギ伝達部６４を示す。光源６４Ｌの場合と同様に、抵抗加熱器６４Ｒによる熱エネルギの伝達は、キャリアヘッド６６に取り付けられているウェハ５２への伝達である。加熱器６４Ｒは、分離した同心リングとして構成され、ウェハ５２の全領域に亘って均一に熱エネルギを分配する３つのリングとして示されている。直径の大きいウェハ５２に対して（例えば、２００ｍｍウェハに対し、３００ｍｍウェハ）、均一な加熱を確保するためにさらにリングを用いてもよく、それによって、ウェハ５２の全領域において、温度Ｔを均一にすることができる。抵抗加熱器６４Ｒからの熱エネルギは、ウェハ５２に熱伝達を提供するために、伝導性エネルギ形式である。抵抗加熱器６２Ｒは、ウェハ５２に近接して取り付けられてよく、キャリア膜８４にも取り付けられ得る。各抵抗加熱器６４Ｒは、例えばワトロー抵抗加熱器としてよい。  
【００２３】
図３Ａはまた、熱エネルギ検出器５４の別の実施形態を備えるキャリアヘッド６６を示す。本明細書において、多くの短型熱電対プローブ９２Ｐは、露出面７２近傍位置にてウェハ５２の温度Ｔを直接監視するために、ウェハ５２周辺に均等間隔にて配置されている。プローブ９２Ｐの各々からの信号５６Ｐは、特定のプローブ９２Ｐの位置におけるウェハ温度Ｔを決定するために、システム制御装置５８によって個別に監視され得る、すなわち、露出面７２近傍におけるウェハ５２の平均温度Ｔを決定するために、システム制御装置５８によって平均化され得る。温度Ｔが、ウェハ５２の露出面７２の領域に亘って確実に均一になるように、システム制御装置５８は、それぞれのプローブ９２Ｐから検知された温度Ｔを比較し得る。ゼロ、あるいは小さな（例えば５度）温度Ｔの差異は、ウェハ５２の領域に亘って、均一な温度Ｔを表示するために用いられ得る。４つのプローブ９２Ｐが図３Ａに示されているが、例えば、ウェハ５２の直径といった要因に基づき、それより多い、または少ないプローブ９２Ｐが提供されてもよい。また、ウェハ５２の領域に亘って均一な温度Ｔをさらに確実に提供するために、例えば図５Ａに関連して以下に詳述されるように、それぞれ分離した熱エネルギ検出器５４の配列を用いてもよい。  
【００２４】
図３Ｂは、キャリアヘッド６６に取り付けられているウェハ５２の露出面７２を下から見た平面図である。代表的な３つのリング６４Ｒは点線で示され、直径Ｄ３は、ウェハ５２の一端からウェハ５２の中心９４を通って反対の端へと外側に伸長して示されている。直径Ｄ３は、例えば、ウェハ５２の対面する両側におけるプローブ９２Ｐの間に伸長し得る。本発明の本実施形態に説明するように、露出面７２の領域に亘って均一な温度Ｔは、ウェハ５２の温度Ｔに対してプロットされている、直径Ｄ３に沿った位置を示す図３Ｃのグラフにより示される。温度Ｔは比較的一定なものとして示され、ウェハ５２の露出面７２の領域に亘って温度変化がないことを示している。  
【００２５】
本発明のその他の実施形態は、ウェハ領域全体に亘って不均一に熱エネルギを提供する実施形態で、図４Ａから図７に示される。すなわち、各実施形態は、ウェハ５２の露出面７２に亘って、温度勾配を供給し得る。図４Ａは、これらのうちの第１実施例を示し、ウェハ５２の中心９４など一点に位置し得る一つの中心ディスク６４Ｐの形状の熱エネルギ伝達部６４を示す。ディスク６４Ｐは、供給源１０２（図１Ａ）からの電子エネルギに対応する圧電性物質より構成され得る。ディスク６４Ｐによる熱エネルギ伝達は、キャリアヘッド６６に取り付けられているウェハ５２への伝達である。唯一の制御可能なウェハ５２への熱エネルギ源として、ディスク６４Ｐは、ウェハ５２の中心９４へと熱エネルギを分配し得る。したがって熱エネルギは、ウェハ５２へと不均一に伝達される。ディスク６４Ｐからの熱エネルギは、外向き、すなわち、中心９４からウェハ５２の端部方向へと放射線状に流れる。本実施例において、温度Ｔの値がウェハ５２の端部近傍において最低値となるように、中心９４から離れた例示的領域１０４、１０６の温度Ｔは、中心９４の温度よりも低い。ディスク６４Ｐは、光源６４Ｌに関連して図２に示す方法と同様の方法にて、ウェハ５２に近接して取り付けられ得る。
【００２６】
図４Ａは、図２に示す熱電対９２と類似し得る、熱電対リング９２Ｒを含む熱エネルギ検出器５４の一実施例を備えるキャリアヘッド６６も示す。すなわち、例えば多数の短型熱電対プローブ９２Ｐが、図３Ａに関連して上述されたように提供され得る。熱電対リング９２Ｒは、露出面７２近傍におけるウェハ５２の平均温度Ｔを検知するために、ウェハ５２を取り囲む。熱電対リング９２Ｒは、システム制御装置５８に温度信号５６を出力し得る。  
【００２７】
図４Ｂは、キャリアヘッド６６に取り付けられているウェハ５２の露出面７２を下から見た平面図である。代表的な中心ディスク６４Ｐは点線で示され、直径Ｄ４は、ウェハ５２の一端からウェハ５２の中心９４を通り、反対の端へと外側に延びるように示されている。直径Ｄ４は、例えば、ウェハ５２の対面する両側のリング９２Ｒの間に伸長し得る。本発明の本実施例に説明されるように、露出面７２の領域に亘る温度勾配は、ウェハ５２の温度Ｔに対してプロットされる、直径Ｄ４沿いの位置を示す図４Ｃのグラフにより示される。リング９２Ｒからの信号５６は、半径Ｄ４の端における温度Ｔを示す。図４Ｃは、ウェハ５２の露出面７２の領域に亘る例示的な所望の温度勾配を描く逆Ｕ字状曲線１１０を示す。曲線１１０によれば、温度Ｔは中心９４にて最大値をとり、外側にいくほど値が小さくなることがわかる。  
【００２８】
ウェハ５２の直径Ｄ４に沿った位置における温度Ｔがより正確に測定され、中心ディスク６４Ｐを使用した結果、温度勾配を測定することができる場合には、図５Ａに関連して以下に詳述されるように、分離した熱エネルギ検出器５４Ａの配列が用いられ得るのが好ましい。実際のＣＭＰ工程において、かかる配列を用いると、図８に関連して以下に詳述するように、例えば、ＣＭＰ処理またはキャリア膜８４の熱伝達特性に基づき、曲線１１０の形状は図４Ｃに示す逆Ｕ形とは異なる傾向となり得る。かかる傾向にもかかわらず、例えば、図４Ｃに示す曲線１１０にしたがった特定の方法にて、温度勾配を変化させることは望ましい。ある領域（例えば１０６）におけるＣＭＰ処理の不均一な熱伝達特性を補正するために、熱エネルギ伝達部６４は、例えば図６Ａおよび図７に関連して説明されるように構成され得る。
【００２９】
温度勾配がウェハ５２の露出面７２に亘って与えられている別の実施例は図５Ａに示され、外リング６４ＯＲ状の熱エネルギ伝達部６４を図示する。外リング６４ＯＲは、ウェハ５２の端部近傍へと伸長する環状に構成され得る。外リング６４ＯＲは、図３Ａに示すリング６４Ｒと同様に抵抗加熱器としてよいし、図４Ａに示すディスク６４Ｐの圧電性物質で構成されてもよい。しかしながら、ウェハ５２へ供給またはウェハ５２から取り出される熱エネルギとして、ウェハ５２に対する熱エネルギを伝達するために、図５Ａに示す実施例は、低温ＴＬと高温ＴＨとの両方において、熱エネルギ伝達流体１１６を外リング６４ＯＲへと供給する機能を与える。このため、外リング６４ＯＲは中空リング状の管として構成される。外リング６４ＯＲは、光源６４Ｌに関連して図２に示す方法と同様の方法にて、ウェハ５２に近接して取り付けられ得る。流体１１６は、例えばエチレン・グリコールとしてよい。  
【００３０】
供給源６２の一つは、熱制御装置６０に応じて、流体１１６を加熱および冷却するために提供されてよく、あるいは図１Ａに示すように、供給源６２Ｈが熱流体１１６、別の供給源６２Ｃが冷流体１１６をそれぞれ供給するとしてもよい。熱制御装置６０は、システム制御装置５８の制御下において稼動し、加熱または冷却の必要性に応じて、供給源６２Ｈまたは６２Ｃのいずれかを外リング６４ＯＲに接続する。制御装置６０は、中空リング６４ＯＲへの適切な温度を有する流体１１６を供給する。ウェハ５２との熱エネルギの入出力を唯一制御可能な供給源、あるいは受入部として、外リング６４ＯＲは、ウェハ５２の外側に対してのみ、あるいは外側からのみ熱エネルギを直接伝達し得る。したがって熱エネルギは、ウェハ５２の領域へと、あるいは領域から不均一に伝達される。加熱の際、リング６４ＯＲからウェハ５２へと直接伝達される熱エネルギは内向き、すなわちウェハ５２の端部から中心９４へと放射状に流れる。例えば、端部から離れている領域１２２、１２４の温度Ｔが変化する。冷却のため、ウェハ５２からリング６４ＯＲへと直接伝達される熱エネルギは外向き、すなわち、ウェハ５２の中心から端部へと放射状に流れる。端部から離れている領域１２２、１２４の温度Ｔが変化する。ウェハ５２に供給される流体がウェハ５２の現在の温度Ｔよりも冷たいか、あるいは暖かいかに応じて、最低温度Ｔは、本実施例のウェハ５２の端部付近、あるいは中心付近に現れる。  
【００３１】
図５Ａは、間隔をあけて配置されている複数位置の各々にてウェハ５２の温度Ｔを検知するよう構成されている熱エネルギ検出器５４の実施例を備えるキャリアヘッド６６を示す。以下にさらに説明するように、温度勾配は、ウェハ５２の中心９４、あるいはウェハ５２の端部に関連して、様々な態様にて配置され得る。直径Ｄ５に沿った温度勾配を監視するために、例えば、検出器５４は、均等間隔にて直径Ｄ５に沿って配置されている別個の熱エネルギセンサ５４Ｆの配列５４Ａにより構成されている。配列５４Ａは、例えば、領域１２２、１２４を横断する。図５Ｄは、様々な温度に対応してそれぞれ蛍光を発する物質の塗膜１２６を備える検出器先端１２６を有する蛍光式光ファイバプローブ（ＬＵＸＴＲＯＮブランドのプローブなど）として、代表的なセンサ５４Ｆを示す。先端１２６は、ウェハ５２と直接接触するように、ウェハ５２に近接して配置され得る。キャリア膜８４が用いられているキャリアヘッド６６の構成において（例えば、図２参照）、先端１２６は、ウェハ５２と接触するキャリア膜８４のすぐそばに近接し得る。  
【００３２】
蛍光式光ファイバプローブ５４Ｆからの信号５６の強度により、プローブ５４Ｆの位置における温度Ｔが表示される。配列のプローブ５４が等間隔なため、システム制御装置５８が異なるプローブ５４Ｆからの信号５６を受信すると、各プローブ５４Ｆに対して、温度Ｔが表示され、プローブ５４Ｆの位置が参照される（例えば、直径Ｄ５に沿って）。信号５６の中の特定の信号および特定の信号５６を生成したプローブ５４Ｆの位置関係により、システム制御装置５８は、ウェハ５２の直径Ｄ５に沿って広がる実際の温度勾配表示を受信し、実際の温度勾配を所望の温度勾配と比較することが可能となり、熱エネルギ伝達部６４のリング６４ＯＲを介して、適切な熱伝達をもたらし得る。  
【００３３】
図５Ｂは、キャリアヘッド６６に取り付けられているウェハ５２の露出面７２を下から見た平面図である。代表的なリングリング６４ＯＲは点線で示され、直径Ｄ５は、ウェハ５２の一端からウェハ５２の中心９４を通り、反対の端部へと外向きに伸長して示される。したがって、直径Ｄ５は通常、リング６４ＯＲの対面する両側の間に伸長し、例えば配列５４Ａに沿っている。本発明の本実施例に説明されるように、露出面７２の領域に亘る温度勾配は、ウェハ５２の温度Ｔに対してプロットされる直径Ｄ５沿いの位置を示す図５Ｃのグラフにより示される。図５Ｃは、ウェハ５２の露出面７２の直径Ｄ５に沿ってひろがる温度勾配を描くＵ字状曲線１１８を示す。曲線１１８は、温度Ｔは端部にて最大値をとり、内側に向かって低下することを示す。ＣＭＰ処理の特性（例えば、処理が発熱か吸熱か）がそのようであるならば、所望の温度勾配は冷却流体１１６または加熱流体１１６のいずれかをリング６４Ｒに供給することにより実現され、次に、上述のとおり、システム制御装置５８は、供給源６２Ｈまたは６２Ｃのうちの適した供給源から、熱的に適した（熱い、あるいは冷たい）流体１１６を外リング６４ＯＲへと供給し得る。  
【００３４】
図４Ａから４Ｃに関連して上述したのと同様に、実際、曲線１１８の形状は、図５Ｃに示すＵ字状とは異なる傾向となり得る。差異は、例えば図８Ａおよび８Ｂに関連して以下に詳述するように、ＣＭＰ処理、すなわちキャリア膜８４の熱伝達特性に基づき得る。この傾向にもかかわらず、例えば図５Ｃに示す曲線１１８に従う特定の態様にて変化する温度勾配を有することが望まれ得る。ある領域（例えば１２２）におけるこの不均一なＣＭＰ処理の熱伝達特性を補正するために、熱エネルギ伝達部６４は、例えば図６Ａに関連して以下に述べるように構成され得る。  
【００３５】
図６Ａを参照すると、本発明はまた、ウェハ５２の直径Ｄに沿って広がる温度勾配を特定の方法において変化させる要求も満たす。さらに、例えば別の領域１３４と比較して、ある領域（例えば１３２）における不均一な熱生成、すなわち、ＣＭＰ処理の伝達特性に対する補正も提供される。図６Ａは、異なる熱エネルギ伝達が、同時にウェハ５２の２つ以上の様々な領域において、個々に行われ得る本発明の別の実施例を示す。これらの例示的領域は、例えば、放射状に間隔をあけて配置されている領域１３２および１３４としてよい。また、図７に示すパイ状、あるいはＶ字状の領域１３６としてよい。図６Ａを検討すると、例えば、ある熱エネルギは領域１３２に伝達され、別の熱エネルギは領域１３４から、すなわち逆向きに伝達され得る。例えば、所定の時間において、ＣＭＰ処理は、（本発明の温度制御を伴わないためにもたらされる温度Ｔの不要な上昇のため）領域１３４にて熱エネルギを生成し、同時に、（本発明の温度制御を伴わないためにもたらされる温度Ｔの不要な減少のため）領域１３２にて熱エネルギを吸収する。熱エネルギの個々の伝達は、システム制御装置５８の制御下において、領域１３４から提供されるとともに、領域１３２へと供給され得る。  
【００３６】
図６Ａは、複数の中空リング、すなわち中空管６４ＰＩの形状にてエネルギ伝達部６４を示す。各管６４ＰＩは、ウェハ５２のそれぞれ分離された環状の領域上にて、例えば、領域１３２または１３４のうちの一つの領域上にて弓状に伸長して円形に構成され得る。外側の管６４ＰＩは、ウェハ５２の端部に近接し、それより一つ内側の管６４ＰＩは、ウェハ５２の複数の環状領域に対する個々の熱伝達のやりとりを提供するため、外側の管６４ＰＩから内向きに放射状に配置され得る。  
【００３７】
管６４ＰＩは、ウェハ５２への、およびウェハ５２からの熱エネルギとしてウェハ５２に関連する熱エネルギを伝達するために構成され得る。こうするために、管６４ＰＩは、熱エネルギを供給する供給源６２Ｌからの光を導入可能な中空光学ファイバとしてよい。管６４ＰＩは、ウェハ５２の特定領域を避けて熱エネルギ伝達を提供するために、冷流体１１６の供給源６２Ｃに接続されてもよい。  
【００３８】
図６Ａに示す実施例は、図５Ａに示す外リング６４ＯＲと同様の方法、すなわち、低温ＴＬおよび高温ＴＨにて、ウェハ５２の近傍に、複数の管６４ＰＩの各々に関連して熱エネルギを伝達する。  
【００３９】
したがって、熱制御装置６０に対応して、供給源６２のうちの一つを流体１１６の加熱および冷却のために提供してよく、あるいは図１Ａに示すように、供給源６２Ｈが熱流体１１６、別の供給源６２Ｃが冷流体１１６をそれぞれ供給してもよい。熱制御装置６０は、システム制御装置５８の制御下において動作し、供給源６２Ｈまたは６２Ｃのいずれかを管６４ＰＩに接続する。制御装置６０は適切な管６４ＰＩに対して適した温度を有する流体１１６を供給する。  
【００４０】
管６４ＰＩは、リング６４ＯＲに関連して上述したように、ウェハ５２に近接するキャリアヘッド６６に取り付けられ得る。各管６４ＰＩは、直接、主としてウェハ５２の特定領域（例えば、１３２または１３４）と熱エネルギ伝達をやりとりする。したがって、熱エネルギは、ウェハ５２の全領域に対し、不均一に伝達され得る。例えば、特定の領域１３２または１３４との間の熱エネルギ伝達のやりとりは、その領域の温度Ｔの上昇、あるいは低下をもたらす。  
【００４１】
個々の管６４ＰＩの間に断熱材１３８を提供することにより、このような領域１３２の温度Ｔの変化は、実質的にウェハ５２の任意の近接する領域１３４の温度Ｔの変化と切り離される。  
【００４２】
図６Ａはまた、多数の離間位置の各々にて、ウェハ５２の温度Ｔを検知するよう構成されている熱エネルギ検出器５４の実現例を備えるキャリアヘッド６６も示す。かかる位置は、異なる管６４ＰＩにより与えられている領域に対応する。以下にさらに説明するように、所望の温度勾配は、例えばウェハ５２の中心９４から端部にというように、様々な態様にて配向され得る。図６Ｂは、キャリアヘッド６６に取り付けられているウェハ５２の露出面７２を下から見た平面図である。例示的な円形の管６４ＰＩを点線で示し、環状領域１３２および１３４を図面の簡略化のため、点線内に示す。例えば、直径Ｄ６（図６Ａ）に沿って変化し、実質的に同じ温度Ｔが中心を同心とする各管状領域（例えば１３２）内に要求されている温度勾配に対し、検出器５４は、図５Ａと関連して上述される別々の熱エネルギセンサ５４Ｆの同心円状の配列５４Ｃとして構成され得る。一つの配列５４Ｃは、領域１３２の温度Ｔの監視を容易にするために、領域１３２の周辺に環状経路状に配置される。各配列５４Ｃに対して、検出器５４Ｆは、例えば環状領域１３２の周辺に均等間隔にて配置される。したがって各配列５４Ｃは、隣り合う配列５４Ｃと間隔をあけて配置されている。個々の配列５４Ｃのプローブ５４Ｆが等間隔であるとともに、各配列５４Ｃはその他の配列５４Ｃから切り離されているため、システム制御装置５８が異なるプローブ５４Ｆからの信号５６を受信すると、各プローブ５４Ｆに対して、温度Ｔが表示され、プローブ５４Ｆの一部である配列６４Ｃおよびプローブ５４Ｆの位置が参照される。したがって、システム制御装置５８は、ウェハ５２の特定の環状領域（例えば１３２）周辺の実際の温度勾配を表示するためのデータを受信し、かかる実際の温度勾配をその領域に必要な温度勾配と比較し得る。同様に、システム制御装置５８は、図６Ａの直径Ｄ６沿いに配置されている異なるプローブ５４Ｆからの信号５６を用いて、直径Ｄ６沿いの温度勾配が許容できるか否か、あるいは、例えば管６４ＰＩに供給されている流体の温度を適切に制御することにより変更すべきか否かを判断する。  
【００４３】
本発明の本実施例に説明されるように、露出面７２の領域に亘る温度勾配は、ウェハ５２の温度Ｔに対してプロットされる直径Ｄ６に沿った位置を示す図６Ｃのグラフにより示される。その位置は、環状領域１３２、１３４などと近接するプローブ５４Ｆの各々の位置にそれぞれ対応する。波形曲線１４２は、ウェハ５２の露出面７２の直径Ｄ６にわたる例示的な温度勾配を示す。曲線１４２は、本発明の温度監視および制御をしない場合の温度勾配を表し、勾配は、（本発明の温度制御をしない場合には温度Ｔの不要な上昇が発生するため）領域１３４にて熱エネルギを生成し、それと同時に、（本発明の温度制御をしない場合には温度Ｔの不要な低下が発生するため）領域１３２にて熱エネルギを吸収するＣＭＰ処理に依存し得る。  図６Ｃはまた、ウェハ５２の露出面７２の直径Ｄ６にわたる例示的な制御された温度勾配を描く均一な曲線１４４を示す。曲線１４４は、本発明の温度監視と制御を伴う温度勾配を表す。領域１３４にて熱エネルギを生成するＣＭＰ処理にもかかわらず、領域１３４と近接する検出器５４Ｆからの信号５６に応じて、領域１３４の管６４ＰＩは、領域１３４からの熱エネルギを移動させるよう制御されるとともに、曲線１４４の位置１３４に示すように、温度Ｔを低下させる。この方法にて、システム５０は、本発明の温度制御がない場合に領域１３４に生じる温度Ｔの不要な上昇を回避する。同様に、領域１３２へと熱エネルギを供給することにより、システム５０は本発明の温度制御がない場合に領域１３２に生じる温度Ｔの不要な低下を回避する。  
【００４４】
このようにシステム５０は、温度勾配を除くための制御を含む特定の方法にて、ウェハ５２の直径Ｄ６に沿う温度勾配の偏差を制御するために用いられ得ることが理解され得るであろう。システム５０は、発生し得る不要な温度勾配が、不均一な熱生成、すなわち、例えば別の領域１３４と比較してある領域（例えば１３２）におけるＣＭＰ処理の熱エネルギ伝達特性に依存するか否かという制御を提供し得る。  
【００４５】
システム５０の別の実施例により、ウェハ５２の領域は、例えば領域１３２および１３４といった環状以外の形状に分割され得る。図７は、例示的なＶ字状、あるいはパイ状の領域１３６を有するウェハ５２の一部を示す。これらのパイ状領域１３６の温度Ｔは、例えば、複数の中空リング、すなわち管６４Ｗのように熱エネルギ伝達部６４を構成することにより制御され得る。各管６４Ｗがウェハ５２の分離されたＶ字状領域１３６の一つと近接するＶ字状構成となり得ることを示すために、ウェハ５２は図７において裁断されている。第１の管６４Ｗ−１は、ウェハ５２の全領域の選択された角度１５２により規定されるとおり、第１の領域１３６−１に近接し得る。第２の管６４Ｗ−２は、選択された角度１５４により規定されるとおり、第２の領域１３６−２に近接するとともに、第１の管６４Ｗ−１に近接して配置され得る。かかる領域１３６を熱的に分離するために、領域１３６間に断熱材１５２が提供され得る。上述の実施例に基づいて、他のＶ字状管６４Ｗ、すなわちその他の熱伝達部６４は、ウェハ５２の領域の他の部分に提供され得る。同様に、上述の実施例に基づき、ウェハ５２の各領域１３６の温度Ｔをそれぞれ監視および制御するために、検出器はＶ字状領域１３６に適合するよう配置され得る。  
【００４６】
図８Ａおよび８Ｂは、キャリア膜８４の熱伝達特性がウェハ５２の温度Ｔの監視および制御に併用され得るシステム５０の実施例をさらに示す。膜８４は、例えば図８Ｂに示す環状領域を含む任意の形状に構成され得る多数の区画１５８を含んで示されている。区画１５８は、例えば表面の粗さ、すなわち熱伝導係数などの異なる熱伝導特性を備え得る。本態様において、特定位置におけるＣＭＰ処理の特定の熱特性（例えば発熱反応）からみて、膜８４は特定位置に近接するウェハ５２へのより多くの熱エネルギ伝達、あるいはウェハ５２からのより少ない熱エネルギ伝達を許容するよう構成され得る。異なる熱エネルギ伝達特性は、熱エネルギ伝達部６４の分離した複数部分のうちの一つから別の一部分を熱的に分離するために提供され得る。  
【００４７】
上述のとおり、システム５０は、ウェハ５２上において一以上のＣＭＰ工程を実施する間、ウェハ５２の局所平滑化特性を制御する方法を実行し得る。かかる方法の一態様は、ウェハ５２の温度を監視することを含む。図９は、化学機械研磨工程の間、ウェハ５２の温度を監視する本発明の方法における工程を説明するフローチャート１７０を示す。その方法は、ウェハ５２の表面の少なくとも一つの分離領域を規定する工程１７２を含む。特定の温度Ｔは、化学機械研磨工程の間、少なくとも一つの分離領域において維持される。その領域は、ウェハ５２の全領域、あるいは、例えば上述の領域、１３２、１３４、１３６のうちの一領域としてよい。その方法は、化学機械研磨工程の間、少なくとも一つの分離領域の温度を検知する工程１７４へと移行する。検知は、上述の検出器５４のうちの一つを用いて行われ得る。  
【００４８】
本方法の別の態様は、例えば、多数の領域１３６、１３２、１３４のような、ウェハ５２の表面に亘る分離領域のうちの多くの領域として、少なくとも一つの分離領域を定義するために工程１７２を実行し得る。分離領域はウェハ５２の中心を同心とし、特定の温度Ｔは、複数の同心分離領域の各々において維持され得る。また、検知工程１７４は、かかる分離領域の各々の温度を個々に検知することにより実行され得る。その方法は、各領域の検知された温度およびその領域の所望の温度と検知された温度との比較に基づき、分離領域のうちの少なくとも一領域、あるいは各々の領域に対する熱エネルギを伝達する工程１７６に移行し得る。  
【００４９】
検知された温度とその領域の所望の温度との比較はシステム制御装置５８により行われ得ることは理解され得る。システム制御装置５８は、ワロー温度制御装置、すなわち、受信した信号５６を処理するようプログラムされているコンピュータとしてよい。例えば、キャリアヘッド６６に一つの信号５６がある場合には、その信号は、ウェハ５２の温度Ｔの所望の値を表す記憶データと比較され得る。かかる比較から生じる任意の差異に基づき、システム制御装置５８は、検知された温度Ｔを所望の値にするため、熱制御装置６０にキャリアヘッド６６へ熱エネルギを供給させる。ある値、例えば所望の温度が、ＣＭＰによりウェハ５２から除去される部分の所望の分量など、ウェハへの所望の局所平滑化特性の提供をもたらす値を決定した後、記憶データはシステム制御装置５８に入力され得る。  
【００５０】
上述のように、例えば個別の配列５４Ｃのプローブ５４Ｆが均一に離間されている場合には、信号５６は複数存在し得る。上述のとおり、ある配列５４Ｃはその他の配列５４Ｃから分離しているため、システム制御装置５８はプローブ５４Ｆのうちの一つから、温度Ｔ、そのプローブ５４Ｆに対応する配列５４Ｃ、およびプローブ５４Ｆの位置を示すデータとして信号５６を受信し得る。システム制御装置５８は、かかるデータを整理するとともにウェハ５２の特定の環状領域（例えば１３２）周辺の実際の温度勾配表示（例えば、図５Ｃおよび６Ｃのグラフ）を提供するようプログラムされている。このようなウェハ５２の特定の環状領域周辺の実際の温度勾配に対するデータ（例えば曲線１４２）は、その領域の所望の温度勾配（例えば曲線１４４）を表すデータと比較される。  
【００５１】
次にシステム制御装置５８により、熱制御装置６０は、様々な領域にて所望の温度Ｔを提供するよう動作する。上述のとおり、この工程は、加熱または冷却の必要性に応じて、供給源６２Ｈまたは６２Ｃのいずれかをリング６４ＯＲに接続することにより実行され得る。システム制御装置５８は、中空リング６４ＯＲに対して適切な温度を有する流体１１６を供給するため、制御装置６０を制御する。したがって、ＣＭＰ処理が領域１３４にて熱エネルギを生成する例示的状況にもかかわらず、領域１３４と近接する検出器５４Ｆからの信号５６に応じて、システム制御装置５８のプログラムは、領域１３４に対する管６４ＰＩにより、領域１３４から熱エネルギを送出するとともに、曲線１４４の位置１３４に示すように温度Ｔを低下させる。  
【００５２】
配列５４Ｃを使用する場合には、複数の別個の値、例えば所望の温度がウェハ５２における各領域（例えば、図６Ｂの領域１３２、１３４）にて別個の所望の局所的な平滑化特性を提供する値を決定した後、記憶データはシステム制御装置５８に入力される。かかる決定は、例えば、スラリ８８およびウェハ５２間の温度依存性化学反応に基づき得る。通常、例えばウェハ５２に接触するスラリ８８の温度が高くなり、ウェハ５２の温度Ｔが高くなるほど除去速度が高くなる、すなわちＣＭＰ処理が迅速に行われる。  
【００５３】
本発明の態様は、図１０示す温度対時間のグラフに関し、本グラフによればウェハ温度Ｔは時間ｔ１にて最高値となる。時間ｔ１は、特定のＣＭＰ工程の開始と対応し得る。また一般に、高速研磨、すなわち高速除去が要求され、高い値にて実現される。しかしながら、ＣＭＰ工程が行われている間、時間が経過（例えば時間ｔ１から時間ｔ２）すると、除去速度全体に対するより大規模な制御が要求され得る。このため、ウェハ温度Ｔは、例えば時間ｔ２で始まり時間ｔ３へと続く低い値に低下して示されている。時間ｔ２およびｔ３は、特定のＣＭＰ工程の終了間際となり得るため、ウェハ５２の過剰研磨を防止するために、通常そこでは、低い、すなわち速度の遅い研磨が要求される。上述に基づき、システム５０は、例えばこのようなウェハ温度Ｔの時間相関制御を提供するため、時間ｔ１、ｔ２、ｔ３にて用いられ得る。
【００５４】
本発明のさらに別の実施態様は、ウェハ５２および研磨パッド７６の間の接触に関する。ウェハ５２および研磨パッド７６の間で熱エネルギが伝達し得るように、かかる接触は加圧下である。システム５０は、パッド７６の温度を制御するため、ウェハ５２の温度Ｔを制御することにより、上述のとおり用いられ得る。本方法において、パッド７６の研磨特性（例えば、所定の圧力における研磨速度）がパッド７６の温度に関連して変化する場合には、ウェハ温度Ｔは制御され得るとともに、ウェハパッドによりパッド７６の温度と接触され得るため、パッド７６の研磨特性は、ＣＭＰ工程中の任意の時間において選択され得る。  
【００５５】
本発明のさらに別の態様は、ウェハ５２の温度Ｔを制御するためにスラリ８８の温度を用いることに関する。例えば、図１１に示すとおり、熱エネルギ伝達部６４ＳＬは、研磨パッド７６Ｂ上に取り付けられている分離排出口２１２として構成され得る。分離排出口２１２は、パッド７６Ｂの分離区画２１６上のスラリ８８の分離した流れを供給し、区画２１６は、パッド７６Ｂと共にキャリアヘッド６６へと移動する。パッド７６Ｂの区画２１６の温度は、各流れ２１４中のスラリ８８の温度により決定される。パッドの動作は、例えばウェハ５２の各領域それぞれの所望の温度が実現され得るように、ウェハ５２の各分離領域との熱エネルギ伝達関係にスラリ８８の各区画２１６を利用する。それぞれの温度のスラリ８８およびウェハ５２の各領域に生じた温度を有するパッド７６Ｂの区画２１６は、ウェハ５２の各領域の所望の除去量のような、ウェハの各領域における所望の局所平滑化特性を提供するために用いられ得る。  
【００５６】
ＣＭＰシステム５０および上述の問題に対する解決法を実行する上述の方法を提供することにより、本発明が上述の要求を満たすことは理解され得る。したがって、ＣＭＰシステム５０およびこれらの方法により、ＣＭＰ工程中、ウェハ５４の温度Ｔ全体に対し、直接制御が維持され得る。すなわち、かかる温度Ｔは、例えばウェハ５２に適用されるＣＭＰ力のような間接的要因に依存することなく制御される。かかるＣＭＰシステム５０はさらに、ＣＭＰ工程中、ウェハ５２の温度を直接監視する。さらに、ウェハの領域に広がる温度偏差を要求するＣＭＰ工程に対応するために、かかるＣＭＰシステム５０は、ＣＭＰ工程中、ウェハ５２の様々な領域（例えば、１３２、１３４、１３６）の温度Ｔを直接監視するとともに、所望のウェハ温度Ｔがウェハ領域の各々に対して実現されるように、熱エネルギ源６２を個別に制御するよう構成され得る。さらに、ＣＭＰシステム５０および方法は、膜構成（例えば、熱伝達特性）が所望のウェハの温度制御と一致するように、ＣＭＰ工程中、キャリアヘッド６６に取り付けられているウェハ支持膜８４など、ウェハと直接接触する構造体を構成し得る。  
【００５７】
理解を深めるために従来技術を詳しく説明したが、添付の特許請求の範囲内で所定の変更と修正を行ってもよいことは明らかである。例えば、ウェハ５２の領域は、熱エネルギ伝達が制御される場所によって、様々な寸法と形状とに定義され得る。また、熱エネルギ伝達部６４および検出器５４の構成は、このように定義された領域に応じて変更され得る。したがって、本実施形態は、例示的なものであって、制限的なものではないとみなされ、本発明は、本明細書に示した詳細に限定されず、添付の特許請求の範囲および等価物の範囲内で修正可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１Ａ】ウェハの温度を制御する本発明のシステムを示す概略図であり、ＣＭＰシステムの一のタイプに取り付けられているウェハに熱エネルギを伝達するために用いられる熱エネルギの制御装置を示す。
【図１Ｂ】ウェハの温度を制御する本発明のシステムを示す概略図であり、ＣＭＰシステムの他のタイプに取り付けられているウェハを示す。
【図１Ｃ】ウェハの温度を制御する本発明のシステムを示す概略図であり、ＣＭＰシステムのさらに他のタイプに取り付けられているウェハを示す。
【図２】本発明のキャリアヘッドの概略図であり、ヘッド上のウェハの全領域に対し、熱エネルギを伝達する部分の光源の実施例と、リング型の温度検出器を示す。
【図３Ａ】熱エネルギ伝達部の一実施例の同心リングおよび温度検出器のプローブの構成を上から見下ろした概略図である。
【図３Ｂ】ウェハの同心領域に亘って伸長する直径を示す概略図である。
【図３Ｃ】図３Ａに示す熱エネルギ伝達部の均一な温度に対する直径位置特性を示すグラフである。
【図４Ａ】熱エネルギ伝達部の実施例および温度センサのリング状実施例の中心点を上から見下ろした図である。
【図４Ｂ】中心点とリング状センサとの間のウェハ領域を横断して伸長する直径を示す概略図である。
【図４Ｃ】温度勾配の実施例を示すグラフであり、図４Ａに示す熱エネルギ伝達部の温度変化に対する直径位置特性を示す。
【図５Ａ】熱エネルギ伝達部の別の実施例における外輪形の流体供給構造を上からみた概略図である。
【図５Ｂ】リング形流体供給構造の対向面におけるセンサ配列に沿った、ウェハ領域に伸長する直径を示す概略図である。
【図５Ｃ】別の温度勾配を示すグラフであり、図５Ａに示す熱エネルギ伝達部の別の温度に対する直径位置特性を示す。
【図５Ｄ】蛍光式光ファイバプローブとしてのセンサの図である。
【図６Ａ】熱エネルギ伝達部の別の実施例における複数の加熱−冷却リング型構造と複数の温度センサ配列とを上から見た概略図である。
【図６Ｂ】ウェハの環状領域と各々一直線に配列されているセンサ配列のうちの一配列とを示す概略図である。
【図６Ｃ】二つの温度勾配を示すグラフである。一つは、本発明を用いていないＣＭＰ工程による結果で、もう一つは本発明の温度制御を用いた場合の結果である。
【図７】熱エネルギ伝達部の別の実施例における複数の加熱−冷却リング型構造と、リング型構造と関連付けられている多数の温度センサ配列とを上から見た概略図である。
【図８Ａ】図２に示す構造の一部を部分的に示す拡大図であり、キャリアヘッドのウェハ取り付け面に配置され、膜の様々な領域における相対位置によって熱伝導係数が変化するように熱的に構成されているキャリア膜を示す。
【図８Ｂ】図８Ａに示すキャリア膜の平面図であり、キャリア膜の様々な領域を示す。
【図９】化学機械研磨工程の間、ウェハの温度を監視する方法工程を示すフローチャートである。
【図１０】ＣＭＰ工程の間、時間と関係づけて行われるウェハ温度の制御を表すグラフである。
【図１１】研磨ベルト上に個別に制御されたスラリ流体を滴下する個別制御スラリ供給を示す概略図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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