基板拋光設(shè)備、基板拋光方法和在該拋光設(shè)備中用于調(diào)節(jié)拋光墊的拋光面溫度的設(shè)備的制造方法
【專利說明】基板拋光設(shè)備、基板拋光方法和在該拋光設(shè)備中用于調(diào)節(jié)拋光墊的拋光面溫度的設(shè)備
[0001]本申請是申請日為2010年12月28日、申請?zhí)枮?01010621521.0、發(fā)明名稱為“基板拋光設(shè)備、基板拋光方法和在該拋光設(shè)備中用于調(diào)節(jié)拋光墊的拋光面溫度的設(shè)備”的發(fā)明專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及通過用基板保持機(jī)構(gòu)保持基板、將基板壓靠在拋光臺(tái)上的拋光墊的拋光面上并且使得基板表面與拋光墊的拋光面之間相對移動(dòng)來拋光基板(如半導(dǎo)體基板)表面的基板拋光設(shè)備和基板拋光方法，本發(fā)明還涉及在基板拋光設(shè)備中用于調(diào)節(jié)拋光墊的拋光面溫度的設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0003]已知化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)設(shè)備作為拋光基板如半導(dǎo)體基板表面的設(shè)備。典型地，該設(shè)備具有拋光臺(tái)、連接于拋光臺(tái)的上表面的拋光墊、以及基板保持機(jī)構(gòu)(下面稱為頂環(huán))。拋光墊提供了用于拋光基板的拋光面。待拋光基板被頂環(huán)所保持且壓靠在拋光墊的拋光面上，同時(shí)漿體被供至拋光面上。旋轉(zhuǎn)拋光臺(tái)和頂環(huán)以使拋光面與基板表面之間相對移動(dòng)，藉此拋光和平面化基板表面。
[0004]為得到精細(xì)的半導(dǎo)體裝置，在CMP設(shè)備內(nèi)均勻地拋光基板表面是很重要的。為實(shí)現(xiàn)基板表面的均勻拋光，已經(jīng)有人嘗試調(diào)節(jié)基板表面抵靠拋光面的接觸壓力從而優(yōu)化基板表面內(nèi)的壓力分布。
[0005]但是，基板表面的拋光率不僅受到拋光面上接觸壓力的影響，還受到拋光面溫度、供應(yīng)的漿體濃度等的影響。因此，不可能僅通過調(diào)節(jié)拋光面上的接觸壓力來完全控制拋光率。特別地，在拋光率極大地取決于拋光面溫度的CMP工藝中(例如，在拋光墊的表面硬度極大地取決于其溫度的情形下)，由于拋光面內(nèi)的溫度分布，基板表面不同部分的拋光率各異。因此，不能得到均勻的拋光分布。一般地，因?yàn)閽伖饷媾c基板表面接觸且與保持基板的頂環(huán)的保持環(huán)接觸故而自身產(chǎn)生了熱量、拋光面的熱吸收率變化、供至拋光面上的漿體流動(dòng)特性等，所以拋光墊的拋光面溫度不均勻。因此，在拋光面的各個(gè)區(qū)域內(nèi)存在溫度差異。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明鑒于上述缺陷而提供。因此本發(fā)明的目的在于提供一種用于拋光基板的基板拋光設(shè)備和基板拋光方法，其在拋光的同時(shí)測定拋光墊的拋光面溫度且反饋測定的溫度信息從而借助PID控制來調(diào)節(jié)拋光面的溫度。本發(fā)明的另一目的在于提供一種在基板拋光設(shè)備中用于調(diào)節(jié)拋光墊的拋光面溫度的設(shè)備。
[0007]本發(fā)明的又一目的在于提供一種基板拋光設(shè)備和用于調(diào)節(jié)拋光墊的拋光面溫度的設(shè)備，后者具有溫度調(diào)節(jié)功能(即加熱功能和冷卻功能)，能夠在全部拋光時(shí)間期間或拋光時(shí)間的各個(gè)部分期間保持墊表面溫度的恒定從而得到最優(yōu)拋光率和最優(yōu)梯階特性(stepproperty)以防止楽體變質(zhì)同時(shí)均勾地拋光基板表面。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種用于拋光基板的基板拋光設(shè)備。該設(shè)備包括:拋光墊連接于其上的可旋轉(zhuǎn)拋光臺(tái)；被構(gòu)造為保持基板并且將基板壓靠在所述旋轉(zhuǎn)拋光臺(tái)上的拋光墊的拋光面上從而拋光基板的至少一個(gè)基板保持器；被構(gòu)造為檢測拋光墊的拋光面溫度的墊溫度檢測器；被構(gòu)造為接觸拋光墊的拋光面從而調(diào)節(jié)拋光面溫度的墊溫度調(diào)節(jié)器；以及被構(gòu)造為通過基于所述墊溫度檢測器檢測到的溫度信息控制所述墊溫度調(diào)節(jié)器來控制拋光墊的拋光面溫度的溫度控制器。所述溫度控制器被構(gòu)造為基于預(yù)定規(guī)則從若干種PID參數(shù)中選擇預(yù)定PID參數(shù)并且基于拋光面溫度的信息使用所選PID參數(shù)控制拋光墊的拋光面溫度。
[0009]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面中，所述溫度控制器被構(gòu)造為根據(jù)基板的膜的類型從若干種PID參數(shù)中選擇預(yù)定PID參數(shù)。
[0010]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面中，所述溫度控制器在其內(nèi)存儲(chǔ)若干種PID參數(shù)，包括用于冷卻拋光墊的拋光面的PID參數(shù)和用于加熱拋光墊的拋光面的PID參數(shù)。
[0011]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面中，PID參數(shù)被預(yù)先記錄在方案(recipe)中并且所述溫度控制器根據(jù)該方案選擇PID參數(shù)。
[0012]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面中，所述墊溫度調(diào)節(jié)器具有帶有與拋光墊的拋光面接觸的接觸面的立體元件，所述接觸面沿拋光面的徑向延伸，并且所述墊溫度調(diào)節(jié)器被構(gòu)造為通過所述立體元件的所述接觸面在所述立體元件內(nèi)流動(dòng)的流體與拋光墊之間進(jìn)行熱交換。
[0013]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面中，基板拋光設(shè)備還包括:用于支撐所述基板保持器的頂部段；以及被構(gòu)造為在拋光墊的拋光面上吹熱氣的熱風(fēng)(hot-blast)加熱器。所述熱風(fēng)加熱器位于所述頂部段上。
[0014]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面中，基板拋光設(shè)備還包括被構(gòu)造為在拋光墊的拋光面上吹冷氣的冷氣鼓風(fēng)機(jī)。
[0015]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面中，基板拋光設(shè)備還包括被構(gòu)造為當(dāng)基板被所述基板保持器保持時(shí)加熱基板的基板加熱裝置。
[0016]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面中，所述基板加熱裝置包括被構(gòu)造為在基板上供應(yīng)熱水的熱水供應(yīng)裝置。
[0017]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面中，所述至少一個(gè)基板保持器包括多個(gè)基板保持器；并且為每個(gè)所述基板保持器配備所述墊溫度檢測器、所述墊溫度調(diào)節(jié)器和所述溫度控制器。
[0018]本發(fā)明的另一方面在于提供一種用于拋光基板的基板拋光設(shè)備。所述設(shè)備包括:拋光墊連接于其上的可旋轉(zhuǎn)拋光臺(tái)；被構(gòu)造為保持基板并且將基板壓靠在所述旋轉(zhuǎn)拋光臺(tái)上的拋光墊的拋光面上從而拋光基板的至少一個(gè)基板保持器；被構(gòu)造為檢測拋光墊的拋光面溫度的墊溫度檢測器；被構(gòu)造為接觸拋光墊的拋光面從而調(diào)節(jié)拋光面溫度的墊溫度調(diào)節(jié)器；以及被構(gòu)造為通過基于所述墊溫度檢測器檢測到的拋光面溫度信息控制所述墊溫度調(diào)節(jié)器以控制拋光墊的拋光面溫度的溫度控制器。所述溫度控制器被構(gòu)造為使用預(yù)定PID參數(shù)控制拋光墊的拋光面溫度。
[0019]本發(fā)明的又一方面在于提供一種通過將基板壓靠在旋轉(zhuǎn)拋光臺(tái)上拋光墊的拋光面上來拋光基板的方法。所述方法包括:基于預(yù)定規(guī)則從若干種PID參數(shù)中選擇預(yù)定PID參數(shù)；令墊溫度調(diào)節(jié)器與拋光墊的拋光面接觸；通過基于拋光面溫度的信息使用所選的PID參數(shù)控制墊溫度調(diào)節(jié)器來控制拋光墊的拋光面溫度；以及在控制拋光面溫度的同時(shí)拋光基板。
[0020]本發(fā)明的又一方面在于提供一種用于基板拋光設(shè)備中調(diào)節(jié)拋光墊的拋光面溫度的墊溫度調(diào)節(jié)設(shè)備。所述墊溫度調(diào)節(jié)設(shè)備包括:包括墊接觸元件和設(shè)于所述墊接觸元件上的絕緣蓋的立體元件。所述墊接觸元件具有與拋光墊的拋光面接觸的接觸面，所述墊接觸元件由陶瓷制成，所述絕緣蓋被設(shè)置在所述接觸面的相反側(cè)，所述絕緣蓋由與墊接觸元件的線性膨脹系數(shù)接近的材料制成，并且所述立體元件被構(gòu)造為通過接觸面在所述立體元件中流動(dòng)的流體與拋光墊的拋光面之間進(jìn)行熱交換。
[0021]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面中，所述墊接觸元件由SiC或氧化鋁制成。
[0022]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面中，所述立體元件的所述接觸面包括鏡面磨光接觸面，或CVD涂層被涂敷于所述接觸面以降低所述接觸面的表面粗糙度。
[0023]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面中，墊溫度調(diào)節(jié)設(shè)備還包括被構(gòu)造為使得所述立體元件遵循著拋光面的周向和徑向上的偏轉(zhuǎn)并且遵循著因拋光墊的磨損導(dǎo)致的厚度變化的隨動(dòng)機(jī)構(gòu)。所述立體元件被成形為徑向延伸并且設(shè)置為通過其自重與拋光面接觸。
[0024]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面中，所述墊溫度調(diào)節(jié)設(shè)備還包括抬高機(jī)構(gòu)，其能夠?qū)⑺隽Ⅲw元件抬高至所述拋光墊周緣處垂直位置，從而所述立體元件不會(huì)阻礙拋光墊的更換。
[0025]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面中，所述立體元件具有位于拋光墊中心側(cè)部處其一個(gè)端部上的至少一個(gè)第一流體端口和位于拋光墊周緣側(cè)部處其另一個(gè)端部上的至少一個(gè)第二流體端口，并且流體穿過所述第一流體端口和第二流體端口被導(dǎo)入所述立體元件以及從其排出。
[0026]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面中，當(dāng)冷卻拋光墊的拋光面時(shí)，流體被供至位于拋光面的中心側(cè)部處的所述第一流體端口內(nèi)并且從位于拋光墊周緣側(cè)部處的所述第二流體端口排出。
[0027]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面中，當(dāng)加熱拋光墊的拋光面時(shí)，流體被供至位于拋光墊周緣側(cè)部處的所述第二流體端口內(nèi)并且從位于拋光面的中心側(cè)部處的所述第一流體端口排出。
[0028]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面中，所述至少一個(gè)第一流體端口包括一個(gè)流體端口，并且所述至少一個(gè)第二流體端口包括至少兩個(gè)流體端口。
[0029]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面中，從上面看時(shí)，所述立體元件具有梯形形狀，其具有與拋光墊中心側(cè)部接觸的狹窄端部和與拋光墊的周緣側(cè)部接觸的寬闊端部。
[0030]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面中，所述流體為液體或氣體。
[0031]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面中，所述墊溫度調(diào)節(jié)設(shè)備還包括流體穿過其被供給所述立體元件的比例控制三通閥。熱流體和冷流體被供至所述比例控制三通閥，并且熱流體和冷流體分別以被調(diào)節(jié)的流速被所述比例控制三通閥混合以形成具有受控溫度的流體。
[0032]根據(jù)本發(fā)明，溫度控制器基于預(yù)定規(guī)則從若干種類型的PID參數(shù)中選擇預(yù)定PID參數(shù)并且基于墊溫度信息使用所選的PID參數(shù)控制拋光墊表面的溫度。因此，基板的拋光率可被優(yōu)化且保持恒定，藉此可縮短拋光時(shí)間。此外，因此可減少使用的漿體量和廢棄的漿體量。
[0033]因?yàn)槿缟纤?