(57)【要約】  化学機械研磨装置は、研磨表面を持つパッドを保持するプラテンと、研磨工程中、基板と研磨表面を共に保持するサブシステムと、研磨表面の温度を測定するために方向付けられた温度センサとを含み、ここで、サブシステムは、センサによって測定された温度を受信し、測定された温度に応じて研磨プロセスのパラメータを変えるようにプログラムされている。１つの態様において、化学機械研磨装置は、研磨表面を持つパッドを保持するプラテンと、流体を流体源から研磨表面まで輸送する流体配送システムと、作業中配送システムによって輸送される流体の温度を制御する温度制御装置を持つ。
2012525715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨表面を持つパッドを保持するプラテンと、
研磨プロセス中、研磨表面に当てて基板を保持するサブシステムと、
研磨表面の温度を測定するために方向付けられた温度センサと、
を備えた化学機械研磨装置であって、
サブシステムは、センサによって測定された温度を受信し、測定された温度に応じて研磨プロセスのパラメータを変えるようにプログラムされており、かつ、
もし、測定された温度が目標温度から閾値量より大きく変化している場合、温度を目標温度に戻すために１つまたはそれ以上の研磨パラメータを調節する装置。
【請求項２】
サブシステムが、制御された圧力で研磨表面に当てて基板を保持し、かつ、研磨プロセスのパラメータが、制御された圧力を含む請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記サブシステムが、プロセス中、基板を保持するためのキャリアヘッドを含む請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記サブシステムが、サブシステムが研磨表面に当てて基板を保持する圧力を制御するための圧力制御装置を含む請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記サブシステムが、ある相対速度で研磨表面に当てて基板を保持し、かつ、研磨プロセスパラメータが、相対速度を含む請求項１に記載の装置。
【請求項６】
ある濃度をもつ化学溶液を研磨表面に配送する化学溶液配送システムをさらに備え、かつ、研磨プロセスのパラメータが、濃度を含む請求項１に記載の装置。
【請求項７】
基板の表面を研磨するための方法であって、前記方法が、
複数のプロセスパラメータによって特徴づけられる研磨プロセス中、研磨表面をもつ基板の表面を研磨し、
研磨プロセス中、研磨表面の温度を繰り返し観測し、
観測された温度に対する目標値を得るように、観測された温度に応じて複数のプロセスパラメータの１つを制御すること
を含む方法。
【請求項８】
複数のプロセスパラメータの１つが、研磨表面に当てて基板を保持する制御された圧力である請求項７に記載の方法。
【請求項９】
制御された圧力を制御することが、もし観測された温度が目標温度より低ければ、圧力を高めることを含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
制御された圧力を制御することが、もし観測された温度が目標温度より高ければ、圧力を減少させることを含む請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の化学機械研磨（ＣＭＰ）のための方法および装置に関し、より具体的には、そのような化学機械研磨中の温度制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路は、通常、シリコンウエーハといった基板上に、導電体層、半導体層、あるいは絶縁体層といった種々の層を順次堆積することによって作成される。１つの層が堆積された後、その層の上にフォトレジスト塗布層を適用することができる。塗布層上に光学像を集束することによって作業するフォトリソグラフ装置は、回路構造を形成することになる領域のフォトレジスト塗布層を残して、塗布層の部分を除去するために用いることができる。その後、基板は、層が塗布されていない部分を除去するためにエッチングして、所望の回路構造を残すことができる。
【０００３】
一連の層が順次堆積されエッチングされるにつれて、基板の外部または最上部の表面は、次第に平坦でなくなりがちである。この平坦でない表面は、集積回路製造プロセスのフォトリソグラフィー工程に問題を提起する。例えば、もし平坦でない表面の山と谷の間の最大の高さの差が装置の焦点深度を超えていれば、フォトリソグラフィー装置を用いてフォトレジスト層上への光学像を集束する能力が損なわれかねない。従って、定期的に基板表面を平坦化する必要がある。
【０００４】
化学機械研磨（ＣＭＰ）は平坦化のため一般に認められた１つの方法である。化学機械研磨は、一般に、化学的に反応性の物質を含むスラリー中での基板の機械的研磨を含む。研磨の間、基板は一般にキャリアヘッドによって研磨パッドに押し付けられている。研磨パッドは回転してもよい。キャリアヘッドも回転し、基板を研磨パッドと相対的に動かしてもよい。キャリアヘッドと研磨パッドとの間の運動の結果として、化学溶液あるいは化学スラリーを含むことのできる化学薬品が、化学機械研磨によって平坦でない基板表面を平坦化する。
【０００５】
非平坦性を除去するように設計されたＣＭＰプロセスは、それでもなお、平坦でない製品を作る場合がある。例えば、システムの機械的態様と結合したスラリーの流体力学が、回転の相対速度に比例して、研磨パッド／基板の全域で乱流の変化の原因となりうる。これらの乱流の変化が基板の浸食を引き起こし、このことがＣＭＰの目標に反して、平面性から逸脱する結果を招くと考えられている。この浸食は、ＣＭＰ研磨パッドに対して基板を動かすことでも一部減らすことができるが、こうした浸食は完全には排除されない。ＣＭＰから生じうる別の欠陥または平面性の逸脱は、「へこみ」または差分研磨、および／または異なる材料層、典型的には異なる硬度の材料層の間に起こる浸食である。例えば、ＣＭＰがその上を覆う硬質層、例えば酸化物の層を破壊すると、軟質金属からなる下地層は「へこむ」ことがある。その結果、当該技術分野において、基板を平坦化し、浸食やへこみといったＣＭＰの非平坦を招く副作用を減少させるＣＭＰの能力を向上させる必要がある。
【発明の概要】
【０００６】
出願人は、ＣＭＰ中の温度制御は、平坦性の向上、浸食の減少、そしてへこみの減少を導く可能性があることを見出した。特に、例えば、過硫酸アンモニウム（ＡＰＳ）酸化剤を付加したスラリーを用いた銅のＣＭＰにおいて、へこみと浸食は、研磨パッドの表面温度と研磨スラリーの温度に依存する可能性があり、ここで、へこみは温度の低下と共に増加し、一方、浸食は温度の上昇と共に増加することを、出願人は見出した。
【０００７】
一般に、多くの態様において、本発明は、研磨表面を持つパッドを保持するプラテンと、研磨プロセス中、研磨表面に当てて基板を保持するサブシステムと、研磨表面の温度を測定するように向けられた温度センサを持つ化学機械研磨装置を特徴とする。サブシステムはセンサによって測定された温度を受信し、測定された温度に応じて研磨プロセスのパラメータを変えるようにプログラムされている。
【０００８】
種々の実施構成は、以下の１つまたはそれ以上を含んでいてもよい。サブシステムは、制御された圧力で基板を研磨表面に当てて保持してもよく、研磨プロセスのパラメータは、その制御された圧力とすることができる。キャリアヘッドは、基板を保持してもよい。圧力制御装置は、サブシステムが基板を研磨表面に当てて保持する圧力を制御してもよい。プロセッサは、圧力制御装置に電気的に接続されていてもよい。圧力制御装置は、キャリアヘッドへの圧縮された流体の流れを制御することによって圧力を制御してもよい。基板と研磨表面の間の相対速度が、研磨プロセスのパラメータであってもよい。化学溶液供給システムは、ある濃度の化学溶液を研磨表面に供給してもよく、研磨プロセスパラメータは濃度であってもよい。
【０００９】
ある態様において、化学機械研磨装置は、研磨表面を持つパッドを保持するプラテンと、流体を流体源から研磨表面に輸送する流体供給システムと、作業中に、供給システムによって輸送される流体の温度を制御する温度制御装置とを持つ。
【００１０】
幾つかの実施構成は、以下に示す１つまたはそれ以上を含む。加熱／冷却要素は、流体の温度を調節してもよい。装置は、流体の温度を制御するためのプロセッサを持っていてもよい。そこから流体が輸送される流体源は、水タンクであってもよい。
【００１１】
種々の態様において、基板の表面を研磨する方法は、複数のプロセスパラメータに特徴づけられる研磨プロセス中、研磨表面を用いて基板の表面を研磨し、該研磨プロセス中、研磨表面の温度を繰り返し観測し、観測された温度の目標値を得るように観測された温度に応じて複数のプロセスパラメータの１つを制御することを含む。
【００１２】
幾つかの実施構成は、以下の１つまたはそれ以上を含む。複数のプロセスパラメータのうちの１つは、基板を研磨表面に当てて保持する制御された圧力であってもよい。もし、観測された温度が目標温度より低ければ圧力は増加されてもよく、もし、観測された温度が目標温度より高ければ圧力は低減されてもよい。複数のプロセスパラメータのうちの１つは、研磨表面と基板の表面と間の相対速度を含んでいてもよい。ある濃度を持った化学溶液を研磨表面に供給してもよく、複数のプロセスパラメータのうちの１つは濃度であってもよい。
【００１３】
本発明の種々の態様において、基板表面を研磨する方法は、流体を研磨表面に輸送し、流体の温度を制御することを含む。
【００１４】
ここで述べる化学機械研磨装置の潜在的な利点は、１つの研磨作業中および１つの研磨作業から次の研磨作業にかけて、温度の変動を大きく減少できることである。このことで、今度は、研磨プロセスの再現性の改良を可能とする。
【００１５】
本発明の１つあるいはそれ以上の実施形態の詳細は、添付図面および以下の記述において説明される。本発明のその他の特徴、目的、および利点は、明細書、図面及び特許請求の範囲から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本文に記載の化学機械研磨システムの主要な構成要素のブロック図である。
【図２】図２は、図１の研磨装置といった研磨装置におけるキャリアヘッドを制御するための制御システムのブロック図である。
【図３】図３は、本発明の種々の実施構成によって構築された化学機械研磨システムの主要な構成要素のブロック図である。
【００１７】
種々の図面における同様の参照記号は、同様の要素を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本文に述べる本発明は、一般に、基板を平坦化するための、基板の化学機械研磨の方法および装置に関する。出願人は、ＣＭＰ研磨プロセスの平坦化効率が、プロセスの温度およびプロセス中の温度の変動に関係することを見出した。特に、侵食やへこみといったＣＭＰの副作用は、ＣＭＰプロセス中の温度や温度変動に関係していると考えられている。特に、例えば、過硫酸アンモニウム（ＡＰＳ）酸化剤を含むスラリーを用いた銅のＣＭＰにおいて、へこみや侵食は、研磨パッド表面の温度および研磨スラリーの温度に依存する可能性があり、ここで、へこみは温度の低下とともに増加し、侵食は温度の上昇とともに増加することを出願人は見出した。従って、以下に記載する装置や方法は、ＣＭＰによる基板の平坦化中に平均温度の制御および温度変動の減少を対象とし、特に、平坦化を改良する目標温度を対象としている。記載した方法および装置は、侵食やへこみといった副作用を減少させて、基板のＣＭＰ期間中の改良された平坦化効率をもたらす。
【００１９】
図１を参照すると、化学機械研磨（ＣＭＰ）装置１０は、研磨パッド１４を取り付けまたは適用した平坦なプラテン１２を含む。プラテン１２は、研磨作業中にプラテン１２を回転させるモータ２０の駆動軸１０の端部に取り付けられている。プラテン１２は、例えば、アルミニウムといった熱伝導性材料で作成されていてもよく、その内部に、使用中冷却流体または加熱流体を循環させることができる流体循環路２２の配列を含むこともできる。ポンプ２４は、貯留槽出口管２５ａを通して予備タンク２５から流体を集める。ポンプ２４は、入口管２６を介して循環路２２に流体を供給し、循環路２２から流出した流体は出口管２８を通して集める。ポンプ２４は、貯留槽入口管２５ｂを通して予備タンク２５に流体を戻す。予備タンク２５を囲む加熱／冷却要素３０は、循環システムを通して流れる流体を、例えば、所定温度に加熱または冷却し、これにより、研磨作業中プラテン１２の温度を制御することができる。加熱／冷却要素は、当業者に既知の加熱および冷却要素を含むことができる。例えば、加熱要素は、抵抗電気加熱要素、赤外加熱要素、加熱された流体を予備タンク２５の熱交換ジャケットあるいはコイル中を通して導く熱交換システム等を含むことができる。冷却要素は、冷却された流体を予備タンク２５の熱交換ジャケットまたはコイルを通して導く熱交換システム、ペルチエ要素等を含むことができる。加熱または冷却要素は、プラテン１２およびプラテン１２の基板を加熱または冷却するために採用することができる。例えば、赤外加熱要素は、プラテン１２とプラテン１２に載置された基板を加熱するために採用することができる。赤外加熱要素は、赤外線の熱を研磨パッド上に導くためにプラテンの上方に配置することができる。流体の温度を観測するための温度センサ３３を含む温度制御装置３２は、加熱／冷却要素３０に電気的に接続されている。センサ３３によって供給される信号に基づいて、制御装置３２は、例えば、流体を所定温度とするために加熱／冷却要素３０を操作する。
【００２０】
通常は、研磨パッド１４はプラテン１２に接着によって取りつけられている。研磨パッド１４は、例えば、伝統的な研磨パッド、固定研磨材パッド等とすることができる。伝統的パッドの例は、ＩＣ１０００パッド（デラウェア州ニューアーク、ロデル社）である。研磨パッド１４が、研磨表面３４を提供する。
【００２１】
キャリアヘッド３６は、プラテン１２と対面しかつ研磨作業中基板を保持する。キャリアヘッド３６は、通常、第２モータ４０の駆動軸３８の端部に取りつけられ、第２モータは、研磨中ヘッド３６を回転させることができ、同時に、プラテン１２は回転している。種々の実施構成においては、さらに、例えばキャリアヘッド３６が回転中、研磨パッド１４の表面の上方でキャリアヘッド３６を横方向に動かすことが可能な並進モータを含んでもよい。
【００２２】
キャリアヘッド３６は、支持組立体、例えば、円環状の保持リング４３によって囲むことができるピストン状支持組立体４２を含むことができる。支持組立体４２は、保持リング４３内の中央空間領域の内側に可撓性膜といった基板受領面を持つ。支持組立体４２の後部の加圧可能チャンバ４４は、支持組立体４２の基板受領面の位置を制御する。チャンバ４４内の圧力を調整することによって、基板を研磨パッドに押しつける圧力が制御される。さらに具体的には、チャンバ４４内の圧力の増加は、支持組立体４２をして研磨パッド１４に基板をより強い力で押しつけ、チャンバ４４内の圧力が減少すると押しつける力が弱まる。
【００２３】
本文は、ここに述べる発明に関連したＣＭＰ装置の典型的な要素を示す。典型的なＣＭＰの構造および作業に関する追加の詳細は、例えば、米国特許第５，７３８，５７４号明細書に開示され、この特許は、参照することによって全体としてここに援用される。
【００２４】
種々の実施構成において、例えば、圧縮空気源４８（例えば、加圧空気の容器または空気ポンプ）といった圧力の源と連携している圧力制御装置４６は、チャンバ４４内の圧力を制御することができる。圧力制御装置４６は、チャンバ４４内の圧力を検知する圧力センサ５０を含むことができる。圧力センサ５０は、圧力制御装置４６内に図示されているが、圧力センサはその代わりに、チャンバ４４内の圧力が効率的に観測できる位置であればどのような位置にでも配置できる。圧力制御装置４６は、弁、例えば、電子的に制御可能な弁５２を動作させて、チャンバ４４内に空気を流したり、チャンバ４４から空気を開放したりすることにより、チャンバ４４内の圧力を制御する。
【００２５】
研磨作業を行うために、供給配送管５４が研磨パッド１４の表面に研磨液５６を配送する。種々の実施構成において、研磨パッド１４は砥粒を含み、そして、研磨液５６は普通、水と研磨プロセスを助ける化学薬品の混合液である。ある実施構成においては、研磨パッドは砥粒を含まず、研磨液５６が化学液混合体中に砥粒を含んでいてもよい。幾つかの実施構成において、研磨パッド１４と研磨液５６の両方が砥粒を含むことができる。
【００２６】
パイプ５８は、配送管５４と供給貯留槽６０とを接続している。加熱／冷却要素６２は、貯留槽６０を囲み、研磨液を、それが研磨パッドに配送される前に、希望の一定温度に加熱および／または冷却する手法を提供する。加熱／冷却要素６２を操作する温度制御装置６４は、スラリーの温度監視のために熱センサ６５を用い、スラリー温度を制御するために加熱／冷却要素６２に送られる電力を調節する。
【００２７】
研磨表面３４に配置されたＩＲセンサ６６は、例えば、キャリアヘッド３６が研磨表面３４と接触している時、キャリアヘッド３６に隣接した研磨表面３４の温度を検知するために方向付けられている。プログラムされたコンピュータあるいは特殊目的のプロセッサ６８は、ＩＲセンサ６６の出力を観測でき、以下により詳細に述べるように、ポンプ２４、温度制御装置３２、圧力制御装置４６、温度制御装置６４の制御できる。
【００２８】
研磨システムは、脱イオン水１０２を研磨パッド１４の表面３４に配送する水配送管１００といったパッド洗浄システムをも含むことができる。パイプ１０４は、脱イオン水タンク１０６に配送管１００を結合する。加熱／冷却要素１０８は、タンク１０６を囲み、水が研磨パッド１４に配送される前に水を加熱および／または冷却する手法を提供する。加熱／冷却要素１０８を操作する温度制御装置１１０は、水の温度観測用に熱センサ１１２を用い、希望の水温を得るために加熱／冷却要素１０８に配送する電力を調節する。
【００２９】
研磨期間中、モータ２０がプラテン１２を回転させ、かつ、モータ４０がキャリアヘッド３６を回転させている間、キャリアヘッド３６は、研磨表面３４に当てて基板１６を保持する。供給配送管５４は、水と化学物質の混合液を研磨表面３４に配送する。研磨後、研磨屑と過剰なスラリーは、水配送管１００からの水によってパッド表面から洗い落とすことができる。
【００３０】
本来部分的には化学的である研磨プロセスの間、研磨速度は、基板１６での温度と研磨表面３４の温度に依存する。より具体的には、研磨速度は、温度上昇時に増加し、温度が低下すると減少する。さらに、浸食やへこみといった好ましくない副作用は、温度の変動および／または温度の逸脱にともなって増加すると考えられる。この場合、へこみは温度低下と共に増加し、浸食は温度上昇と共に増加する。より均一で再現可能な研磨速度を得るために、かつ、浸食やへこみといった副作用を減少させるために、ＣＭＰ中の温度を、特に、平坦化を向上させる目標温度に向かって以下のような１つまたはそれ以上の方法により調整することができる。
【００３１】
第１に、研磨表面３４での温度は、流体循環路２２を循環する流体の温度を制御することによって、部分的に調整可能である。プラテンは熱伝導性材料で作られているので、循環路中の流体の温度は、研磨パッドの温度に直接的かつ迅速に影響することができる。コンピュータ６８は、温度制御装置３２の目標温度を設定可能で、その後、流体の温度を制御するため、例えば、目標温度に保持するために、加熱／冷却要素３０に供給される電力を調節する。従って、目標温度に到達でき、温度の変動は減少できる。
【００３２】
研磨表面３４の温度は、研磨表面３４に配送される液体の温度を制御することによって調整してもよい。研磨パッド１４は絶縁性を持つ。従って、例えプラテン１２の温度が上述のように制御されたとしても、研磨表面３４の温度を望ましいほど十分に制御しない可能性がある。研磨表面３４の追加の温度制御は、液体配送給管５４を通して供給される研磨流体５６といった液を制御された温度で研磨表面３４に配送することを含んでもよい。温度制御装置６４は、タンク６２内の研磨流体の温度を検知する。コンピュータ６８は、目標温度を設定可能で、温度制御装置６４は、その後、流体の温度を、例えば、目標温度に制御のため、加熱／冷却要素６２に供給する電力を調整することができる。従って、目標温度に到達し、温度の変動が減少できる。
【００３３】
表面３４に配送される第２の液体は、水配送管１００から配送される脱イオン水１０２とすることができる。温度制御装置１１０は、水タンク１０６中の水の温度を検知することができる。温度制御装置１０６は、水の温度を、例えば、予め設定された目標温度に制御するため、加熱／冷却要素１０８に供給される電力を調節することができる。水配送管１００は、例えば、目標温度にある脱イオン水を、研磨工程を始める前に、例えば、数秒間研磨表面３４に配送する。それによって、研磨表面３４は研磨工程が始まる時、目標温度とすることができる。この手順により、プロセスの再現性を向上させることができる。
【００３４】
図２も参照すると、ＣＭＰプロセス中の基板１６の温度は、研磨中、基板１６が研磨表面３４に押しつけられる圧力を制御することによっても制御できる。基板１６と表面３４の間の圧力は、部分的には摩擦を決める。圧力の増加は高い摩擦を、それ故高い温度をもたらす。反対に、圧力の減少は、低い摩擦、それ故低い温度をもたらす。したがって、コンピュータ６８は、研磨表面３４の温度を、例えば、目標温度に向けて制御するために、あるいは温度の逸脱を減少させるために、圧力を変えることができる。
【００３５】
プロセス中に、基板１６が研磨表面３４に対して印加する圧力は、次のような方法で制御することができる。ＩＲセンサ６６を用いることにより、コンピュータ６８は、研磨表面３４の温度を観測できる。コンピュータ６８は、センサ６６の温度を予知された目標温度プロフィールと比較するようにプログラムすることができる。もし測定された温度が目標温度プロフィールより高い場合、コンピュータ６８は、圧力制御装置４６をして、例えば、キャリアヘッド３６（図１参照）内のチャンバ４４の圧力を減少させることによって、基板１６に印加される圧力を減少させる。もし、測定された温度が目標温度プロフィールより低い場合、コンピュータ６８は、圧力制御装置４６をして、チャンバ４４内の圧力を高めることによって、基板１６に印加される圧力を高める。従って、コンピュータ６８は、研磨プロセスを通して、温度を、例えば、ある所定の目標値に制御することができる。このプロセスは、ある与えられた基板に対して１〜２分の短かさとすることができる。
【００３６】
通常、研磨作業中、研磨表面３４の温度は、ある安定な温度に達するまで上昇する。コンピュータ６８によって用いられる目標温度を決める方法の１つは、「良好な」研磨作業を監視し、圧力を一定にして、作業中温度の変動を時間の関数として調べる。このように測定された温度は、同様な研磨作業の目標温度として選定できる。即ち、コンピュータ６８は単に、それぞれの作業において基板に印加される圧力を、研磨表面の温度が良好な研磨作業の測定曲線に従うように制御する。従って、コンピュータ６８は、各研磨作業での平均化された研磨速度は繰り返し可能であり、これによって一貫性のある結果を与えることを保証している傾向にある。「良好な研磨作業」とは、温度制御によりへこみおよび／または浸食量が容認できる範囲で効果的な平坦化が導かれた時に得られる。
【００３７】
ＣＭＰプロセス中の基板１６の温度は、プラテン１２とキャリアヘッド３６が互いに回転する相対速度を制御することによって制御できる。基板１６と研磨表面３４の間の摩擦は、基板１６と表面３４の間の相対速度によって一部決められる。相対速度と摩擦の間の関係は計算できる。そこで、もし研磨表面３４の温度があまりに高ければ、摩擦を減少させるよう相対速度を調整でき、または、もし研磨表面３４の温度があまりに低ければ、摩擦を増加させるよう相対速度が調節できる。例えば、研磨表面３４の温度を、例えば、目標温度に向かって制御するために、コンピュータ６８は、モータ２０および／またはモータ４０によって作り出される回転速度を変えることができる。
【００３８】
プラテン１２とキャリアヘッド３６の間の相対速度は次の方法で制御することができる。ＩＲセンサ６６を用いて、コンピュータ６８は研磨表面３４の温度を観測する。コンピュータ６８は、検知された温度を所定の目標温度プロフィールと比較するようにプログラムすることが可能である。もし、測定された温度が該目標温度プロフィールより高いまたは低い場合、コンピュータ６８は、モータ２０および／またはモータ４０の回転速度を比例して変えることができる。それ故、コンピュータ６８は、研磨プロセス中、温度を、例えば、所定の目標値に制御する。
【００３９】
通常、研磨作業において、研磨表面３４の温度は、安定な温度に到達するまで上昇する。種々の実施構成において、コンピュータ６８によって用いられる目標温度は、基板１６と研磨表面３４のある固定された相対速度において、時間の関数として作業中の温度の変動を検討するため、「良好な」研磨作業を観測することによって選定することができる。この測定された温度は、同様の研磨作業の目標温度として選択可能である。それ故、コンピュータ６８は、基板１６と研磨表面３４との相対速度を制御できるので、研磨表面の温度は、良好な研磨作業の測定された曲線に従う。従って、コンピュータ６８は、それぞれの研磨作業の平均化された研磨速度は、再現可能であり、一定の結果をもたらすことを保証する傾向がある。「良好な研磨作業」は、温度制御によりへこみおよび／または浸食が低減された効果的な平坦化が導かれた時に得られる。
【００４０】
図３を参照すると、ＣＭＰプロセス中の基板１６の温度は、研磨液５６の組成を制御することによって制御可能である。研磨液５６は、供給／洗浄管５４によって研磨表面３４に配送される。パイプ７０およびパイプ７２は、管５４を化学溶液貯留槽７４および水タンク７６にそれぞれ接続している。弁７８および弁８０は、パイプ７０およびパイプ７２から管５４への液体の流れを、それぞれ、制御している。コンピュータ６８は、弁７８と８０を制御可能である。基板１６の温度は、研溶液５６と基板１６表面との反応速度に一部依存している可能性がある。研磨液５６と基板１６表面との反応速度は、研磨速度と直接比例している可能性がある。化学溶液の濃度が増加すると反応速度を増加させることができ、従って、研磨速度を増加させることができる。化学溶液の濃度の減少は、反応速度を低下させることができ、従って、研磨速度を減少させることができる。
【００４１】
研磨液５６の組成は、次のような方法で制御することができる。ＩＲセンサ６６を用いて、コンピュータ６８は、研磨表面３４の温度を観測することができる。コンピュータ６８は、検知された温度を所定の目標温度プロフィールと比較するようにプログラムすることができる。もし、測定された温度が目標温度プロフィールより高ければ、コンピュータ６８は、弁７８を調節して化学溶液貯留槽７４からの化学溶液の流量を減少させることができる。あるいは、コンピュータ６８は、弁８０を調節して水タンク７６からの水の流量を増加させることができる。この１つの弁または２つの弁の調節は、研磨表面３４上の化学溶液の濃度を減少させる可能性があり、従って、研磨速度を減少させる。一方、もし測定された温度が目標温度プロフィールより低ければ、コンピュータ６８は、弁７８を調節して化学溶液貯留槽７４からの化学溶液の流量を増加することができる。あるいは、コンピュータ６８は、弁８０を調節して、水タンク７６からの水の流量を減少させることができる。この１つの弁または２つの弁の調節によって、研磨表面上の化学溶液の濃度を増加させることができ、従って、研磨速度を増加させることができる。
【００４２】
通常、研磨作業中、研磨表面３４の温度は、安定な温度に達するまで上昇する。種々の実施構成において、コンピュータ６８によって使用される目標温度は、化学溶液の固定の水中濃度を用いて、時間の関数として作業中の温度の変動を検討するため、「良好な」研磨作業観測することによって確立することができる。この測定された温度は、同様の作業に対する目標温度として選択することができる。従って、コンピュータ６８は、化学溶液の水中濃度を制御することができるので、研磨表面の温度は良好な研磨作業の測定曲線に従う。コンピュータ６８は、従って、それぞれの研磨作業の平均化された研磨速度は、再現可能であり、一定の結果を導くことを保証する傾向がある。「良好な研磨作業」は温度制御によりへこみや浸食の少ない効果的な平坦化が導かれたときに得られる。もし測定温度が、ある閾値量以上に目標温度から変化している場合、温度を目標温度に向けて戻すために、例えば、基板上への圧力、保持リング上への圧力および／またはスラリーの流量といった１つまたは２つ以上の研磨パラメータを調節することができる。目標温度は、研磨プロセスを通して一定とすることができる。さらに、実際の研磨速度は研磨中変動してもよい。即ち、研磨パラメータのフィードバック・ループは、研磨速度を一定に維持するよりも、温度を一定に維持するように行われることを基本とする。
【００４３】
その他の実施形態は、以下の特許請求の範囲に含まれる。例えば、研磨表面の温度を制御するために冷媒をプラテンに供給することができるシステムにおいて、プラテンは、上記のアルミニウムの他に、いかなる適切な熱伝導性材料で製作されてもよい。加えて、研磨表面の温度をＩＲ観測で測定する代わりに、例えば、プラテン中に装着されるか、研磨パッド中に埋め込まれた熱電対を用いるといった研磨表面の温度を測定するためのその他の既知の技術を用いることができる。また、基板と研磨パッドの間の圧力を制御するためのその他の方法を用いることができる。例えば、基板の裏面側に圧力を加えるよりも、基板上の圧力を制御するために、キャリアヘッド全体を差動装置（例えば、空気差動装置、電磁差動装置等）によって垂直に動かすことができる。さらに、研磨表面に配送される研磨液または水の温度は、すでに記載した位置以外に、配送システム中の位置に置かれた加熱または冷却要素によって制御することができる。加えて、液は、複数の配送管を通して、それぞれの管内の液の温度を制御する独立の温度制御装置を用いて、研磨表面に配送することもできる。
【００４４】
多段金属研磨プロセス、例えば、銅研磨は、温度制御をせずに、しかし当該研磨工程を中止する現場観察装置を用いて第１研磨パッドを有する第１プラテンで銅層のバルク研磨を行う第１の研磨工程と、障壁層を露出または除去して、上述の温度制御手順を用いる第２の研磨工程を含むことができる。
【００４５】
本発明の多数の実施形態を記述した。それにも係わらず、本発明の精神と本発明の範囲を離れること無く種々の改良を行うことができることは理解されるだろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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