[发明专利]化学机械研磨的温度控制

说明书

一种化学机械研磨系统，包括支撑件、承载头、原位监控系统、温度控制系统及控制器，所述支撑件固持研磨垫，所述承载头在研磨工艺期间将基板抵靠所述研磨垫固持，所述原位监控系统经配置产生表示所述基板上的材料量的信号，所述温度控制系统控制所述研磨工艺的温度，所述控制器耦接到所述原位监控系统和所述温度控制系统。控制器经配置使温度控制系统响应所述信号而改变所述研磨工艺的温度。

技术领域

本发明关于用于化学机械研磨(CMP)的温度控制的方法和设备。

背景技术

集成电路通常通过各种层(如导体、半导体或绝缘层)连续地沉积而形成在基板(如半导体晶片)上。在沉积一层之后，可以在所述层的顶部施加光刻胶涂层。通过将光图像聚焦在涂层上而操作的光刻设备可以用于去除涂层的部分，将光刻胶涂层留在待形成电路特征的区域上。然后可以蚀刻基板以去除所述层的未涂覆部分，而留下所需的电路特征。

随着依序地沉积和蚀刻一系列层，基板的外表面或最上表面趋于变得越来越不平坦。此不平坦表面在集成电路制造工艺的光刻步骤中存在问题。例如，如果不平坦表面的峰和谷之间的最大高度差超过设备的焦深，则可能损害使用光刻设备将光图像聚焦在光刻胶上的能力。因此，对于周期性地平坦化基板表面是有所需求的。

化学机械研磨(CMP)是一种公认的平坦化方法。化学机械研磨通常包括在含有化学反应剂的浆料中机械研磨基板。在研磨工艺中，通常通过承载头将基板抵靠研磨垫固持。可旋转研磨垫。承载头亦可相对于研磨垫旋转和移动基板。由于承载头和研磨垫之间的运动，可以包括化学溶液或化学浆料的化学物质通过化学机械研磨使不平坦基板表面平坦化。

发明内容

在一个方面中，一种化学机械研磨系统，包括支撑件、承载头、原位监控系统、温度控制系统及控制器，所述支撑件固持研磨垫，所述承载头在研磨工艺期间将基板抵靠所述研磨垫固持，所述原位监控系统经配置产生取决于所述基板上的材料量的信号，所述温度控制系统控制所述研磨工艺的温度，所述控制器耦接到所述原位监控系统和所述温度控制系统。控制器经配置使温度控制系统响应所述信号而改变所述研磨工艺的温度。

实施可包括以下特征中的一个或多个。

温度控制系统可包括：将热引导到所述研磨垫上的红外加热器、所述支撑件或承载头中的电阻加热器、所述支撑件或承载头中的热电加热器或冷却器、经配置在研磨液输送到所述研磨垫之前将热与所述研磨液交换的热交换器、或者具有所述支撑件中的流体通道的热交换器。

原位监控系统可经配置在研磨工艺期间检测下层的暴露，以及控制器可经配置响应检测到下层的暴露而改变研磨工艺的温度。所述函数可以是阶梯函数，一旦基板的下层的暴露改变时，所述阶梯函数是不连续的。

原位监控系统可经配置产生信号，所述信号具有一值，所述值代表在所述研磨工艺期间一层的厚度或所去除的量，以及控制器可经配置响应所述信号而改变研磨工艺的温度。所述信号的值可与层的厚度或所去除的量成比例(proportional to)。所述函数可以是基板的层的厚度的连续函数。控制器可经配置使温度控制系统响应所述信号的值超过阈值而改变(如增加或减少)所述研磨工艺的温度。超过阈值的信号的值可表示所述层的剩余厚度降低到所述阈值厚度之下，以及控制器可经配置响应所述层的剩余厚度降低到所述阈值厚度之下而减少所述温度(如至少减少10℃)。控制器可经配置将所述温度调整足以达到目标研磨特性的量。

传感器可监控研磨工艺的温度，且控制器可接收来自传感器的信号，且控制器可包括温度控制系统的闭合回路控制以驱使来自所述传感器的测量的温度到所述期望温度。

原位监控系统可包括光学监控系统、涡流监控系统、摩擦传感器、马达电流或马达扭矩监控系统或温度传感器。