用于在化学机械抛光中控制晶片温度的设备及方法技术

在化学机械抛光操作中用以控制晶片温度的设备与方法。一晶片承载器（６６）具有一晶片安装表面，用以将晶片定位在相邻于热能转移单元（６４）之处，以转移相关于晶片（５２）的能量。一热能探测器（５４）的定位相邻于晶片安装表面，以探测晶片（５２）的温度。一控制器（６０）响应该探测器（５４），以控制供应至热能转移单元（６４）的热能。实施例则包括界定晶片的独立区域，为每个独立区域提供热能转移单元（６４）的独立区块以及独立地探测每个独立区域的温度，以独立地控制对于与独立区域相关的热能转移单元（６４）的热能供应。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体上是关于化学机械抛光(CMP)系统及用以改善CMP操作的性能与效率的技术。更具体地说，本专利技术是关于在CMP操作期间，通过晶片温度的直接监视与晶片热能的往来转移来控制晶片温度的设备及方法。
技术介绍
在半导体装置的制造中，必须执行包括抛光、软皮擦光与晶片清洗等的CMP操作；在这些CMP操作的同时还必须执行晶片夹持操作。例如，一典型的半导体晶片可以由硅制成且例如可为直径200mm或300mm的圆盘。例如200mm的晶片的厚度可为例如0.028英寸。为了便于说明，以下是使用术语“晶片”来描述并含括这类用以支持电力或电子电路的半导体晶片及其他平面结构或者基板。典型的集成电路装置是在这类晶片上以多层结构的形式制造。在晶片的表层上，形成具有扩散区的晶体管器件。而在接下来的层中，则有图案化的互连金属线，其与晶体管器件作电气连接，以确定符合要求的功能装置。图案化的导电层是借助介电材料与其他导电层绝缘。当有更多金属层与相关的介电层形成时，对介电材料平坦化的需求便会增加。若无平坦化，则欲增加金属层的加工将由于表面电路布局的较高差异而变得相当困难。在其他应用中，金属线的图案是形成于介电材料中，然后再执行金属CMP操作将多余的金属移除。在典型的CMP系统中，晶片是安装于承载器上且所露出的晶片表面是用于CMP工艺。承载器与晶片是以旋转方向作旋转。CMP工艺可在例如当旋转中晶片的外露表面与抛光垫的外露表面借助外力互相朝对方推进之时以及当这些外露表面在各自的抛光方向移动之时实现。CMP工艺的化学方面包括晶片与应用在抛光垫上以及晶片上的浆料成分之间的反应。而CMP工艺的机械方面则包括用以使晶片与抛光垫互相朝对方推进的力以及晶片与抛光垫的相对定位。虽然已经为成功的CMP工艺所依赖的许多要素提供了控制方法，然而典型的CMP系统并不直接控制晶片温度。例如，有些要素例如晶片之外露表面与抛光垫的外露表面的相对角度便可借助平衡架加以控制。在其他的CMP系统类型中，则提供了线性轴承以避免任何这种角度的产生。除了晶片温度以外的这些要素的控制仅能间接影响CMP操作期间的晶片温度。例如，对于用以使晶片与抛光垫互相朝对方推进的力的控制将使具温度相关性的化学反应受到间接的影响，而这可能产生摩擦热并间接导致晶片内的温度变化。还有些尝试是为克服预期中由晶片表面的不平坦抛光所导致的问题。这些尝试皆提供抛光垫的外形(例如抛光带)。另外，晶片承载器与晶片之间还提供了各式各样的材料以容许流体自承载器头流向晶片。例如，在承载晶片的真空头内，便设置有将浆料由该承载器头散布至晶片的薄膜。然而，虽然例如浆料等流体是具有一些温度相关的特性，例如粘性，典型的CMP系统并未直接控制晶片温度。有关于晶片温度的间接控制或无控制的这种情况，更因为许多受控要素间的相互关系以及这些要素在CMP操作上的联合效应而变得复杂化。因此，例如在尝试增加晶片温度时，若增加晶片与承载器间的作用力，可能无意间影响到许多其他的变数，因而限制或阻碍了此种用于温度控制之作用力的使用。例如，这种作用力可能直接影响到抛光的速率，因而在某种程度上与特定晶片温度的需求相冲突。于是所需要的是一个CMP系统以及在CMP操作期间可在例如不依靠例如CMP作用力等间接要素的情况下，直接控制晶片温度的方法。这种CMP系统将提供可于CMP操作期间直接监视晶片温度的设备与方法，并对一个或多个热能来源加以控制，以达到符合要求的晶片温度。此外，由于所需的CMP操作可能在遍布整个晶片区域内有各种不同的温度需求，这种CMP系统的设置将使其中的设备与方法在CMP操作期间可直接对晶片内不同区域的温度进行监视，并独立地控制各热能来源以达到符合各晶片区域要求的晶片温度。同时，这种CMP系统及其方法将配置在CMP操作期间内与晶片作直接接触的构造，从而使其配置与所需的晶片温度控制一致。
技术实现思路
大体而言，本专利技术满足了这些可提供实现上述问题的解决方案的CMP系统及方法的需求。如此，借助本专利技术，一CMP系统及其方法可在晶片上于一个或多个CMP操作的实行期间内对晶片上的局部平坦化特性进行控制。该特性可为例如从晶片移除的材料数量。经由一系统控制器与一热控制器，便可执行用以控制晶片温度的操作，以便达到所需的晶片上的局部平坦化。为此目的，这种系统可在例如不依靠例如CMP作用力等间接要素的情况下，于CMP操作期间内直接控制晶片温度。这种CMP系统更进一步提供了在CMP操作期间直接监视晶片温度的设备与方法，并对一个或多个热能来源加以控制，以达到所需的晶片温度。此外，为提供可在晶片区域内有不同温度的需求的CMP操作，这种CMP系统配置成可在CMP操作期间内直接对晶片内不同区域的温度进行监视，并分别控制各热能来源，以达到符合各晶片区域要求的晶片温度。此外，这种CMP系统及方法是可以配置在CMP期间内与晶片作直接接触的构造，例如晶片支撑膜，使得其配置(例如热转移特性)与所要求的晶片温度控制一致。在本专利技术中，一个控制化学机械抛光操作的晶片温度的方面提供了一具有晶片安装表面的晶片承载器。与晶片安装表面相邻之处可有一热能转移单元，用以转移有关于晶片的能量。且与晶片安装表面相邻之处还有一热能探测器，用以探测晶片的温度。而控制器则可响应该探测器，用以控制供应至热能转移单元的热能。在本专利技术的另一个方面，提供了用以监视并控制化学机械抛光操作的晶片温度的设备。热能转移单元是配置有数个独立间隔区块，各区块与晶片安装表面的一个独立区域相邻。每个独立区块还可有效地转移与晶片的某特定区域相关的能量的单个量。而控制器则可响应与各独立区域相关的多个探测器，用以控制供应至热能转移单元的独立间隔区块的热能。在本专利技术的又一个方面，提供了一在化学机械抛光操作期间用以监视晶片温度的方法。一操作限定在至少一个晶片表面的独立区域的范围内。一特定温度，其是必须在化学机械抛光操作期间于至少一独立区域上被维持。另一操作在化学机械抛光操作期间感应至少一独立区域的温度。该方法的方面可包括遍布整个晶片表面的多个独立区域中的至少一独立区域。感应操作可借助对各独立区域的温度分别感应的方式来执行。另一操作用于根据相关同心独立区域的感应温度来控制与所述各同心独立区域相关的热能供应。在本专利技术的另一个方面，一方法可用于控制晶片温度，包括确定许多晶片表面的独立区域的范围，其中各独立区域是维持在一特定温度，以提供遍布整个晶片的温度梯度。晶片的安装是用于化学机械抛光操作，且其独立区域皆在事先确定的定位上。各独立区域的温度将被测量。一热能转移操作根据相关区域的感应温度进行与各独立区域相关的热能转移。在另一操作中，则对与各独立区域相关的热能供应进行控制。本专利技术的其他方面与优点将可借助以下通过举例示出本专利技术的原理的结合附图的详细叙述而更加清楚。附图说明借助以下结合附图的详细叙述，将对本专利技术有清楚的了解，其中同样的标号表示同样的结构元件。图1A为本专利技术中用以控制晶片温度的系统的一示意图，显示了一热能控制器，其用以提供相关于安装在一种CMP系统上的晶片的能量转移；图1B为本专利技术中用以控制晶片温度的系统的一示意图，显示了安装在另一种CMP系统上的晶片；图1C为本专利技术中用以控制晶片温度的系统的一示意图，显示了显示了安装在又另一种CM本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制化学机械抛光操作的晶片温度的设备，包括：一晶片承载器，具有一晶片安装表面；一热能转移单元，其相邻于晶片安装表面，用于转移与晶片相关的能量；一热能探测器，其相邻于晶片安装表面，用于探测晶片的温度；以及　 　一控制器，其是响应该探测器，用于控制对热能转移单元的热能供应。

【技术特征摘要】
US 2001-12-26 10/033,4551.一种用于控制化学机械抛光操作的晶片温度的设备，包括一晶片承载器，具有一晶片安装表面；一热能转移单元，其相邻于晶片安装表面，用于转移与晶片相关的能量；一热能探测器，其相邻于晶片安装表面，用于探测晶片的温度；以及一控制器，其是响应该探测器，用于控制对热能转移单元的热能供应。2.如权利要求1所述的设备，其中该热能转移单元配置成转移与晶片表面一选定区域相关的热能，以建立遍布整个表面的热梯度，而热能探测器配置成探测该表面上事先确定的位置的温度。3.如权利要求2所述的设备，其中该热能转移单元的配置关于一圆环确定，且该晶片表面的选定区域相邻于晶片的中心，而热能探测器的配置关于一圆环确定，且该表面上事先确定的位置相邻于晶片的外缘。4.如权利要求2所述的设备，其中该热能转移单元的配置为一圆环，且该晶片表面的选定区域是与晶片的外缘相邻，而热能探测器的配置还为一圆环，且该表面上事先确定的位置是与晶片的中心相邻。5.如权利要求1所述的设备，其中该热能转移单元配置为均匀地转移与基本整个晶片表面相关的热能，以建立遍布于该表面的均匀热力状态，而热能探测器配置为探测该表面上事先确定的位置的温度。6.如权利要求1所述的设备，还包括一晶片安装膜，其设置于晶片安装表面上以支撑晶片，该晶片安装膜在热力上配置成热传导系数随着与晶片安装表面相关的位置而有所变化；以及其中从与晶片有关的热能转移单元转移的能量将根据热传导系数的变化而转移至晶片的不同部分。7.如权利要求1所述的设备，其中该控制器借助连接一热能来源至热能转移单元来响应一指示较低温度的探测器以提升晶片的温度。8.如权利要求1所述的设备，其中该控制器借助连接一热能接收器至热能转移单元来响应一指示较高温度的探测器以降低晶片的温度。9.一种用于改变化学机械抛光操作的晶片温度的设备，包括一晶片承载器，具有一用以支撑整个晶片背面的表面；以及一热能转移单元，其配置是有数个独立间隔的区块，各区块与晶片安装表面的一个独立区域相邻，且每个独立区块有效地转移与晶片上某特定区域相关的能量的独立量。10.如权利要求9所述的设备，还包括一浆料供应口，其是连接至晶片承载器，以将浆料供应至晶片上某些独立的浆料输入区域；以及一热能探测器，其相邻于每个独立的浆料输入区域，用以在晶片上探测相邻于晶片上每个独立的浆料输入区域的一特定区域的温度。11.如权利要求10所述的设备，还包括一控制器，其响应各探测器而控制对热能转移单元的独立间隔的区块的热能供应，以由浆料补偿与晶片有关的转移的热能。12.如权利要求9所述的设备，还包括一光学热能探测器，具有一对应于每个独立区块的探头，各探头探测与各独立间隔的区块对应的晶片区域的温度；以及一控制器，其响应各探头而控制对热能转移单元的每个独立间隔区块的热能供应。13.如权利要求9所述的设备，其中该热能转移单元为一光能来源，具有对应于每个独立间隔区块的独立发光器，以转移与晶片上某特定区域的相关的能量的独立量。14.如权利要求9所述的设备，还包括温度探测器，它们以与独立间隔区块相关的阵列均匀地定位，各探测器配置为将代表晶片上一特定位置的温度的信号输出；一系统控制器，其响应来自探测器的信号且其程序设计成提供遍布于该间隔区块的实际热梯度的指示，该系统的程序设计为比较整个间隔区块上的实际热梯度与所需的热梯度；以及一热能控制器，其响应该系统控制器而对供应至热能转移单元的每个独立间隔区块的热能进行控制，以使整个间隔区块上的实际热梯度与所要求的热梯度相等。15.一种用来在化学机械抛光操作期间监视晶片温度的方法，该方法包括以下操作界定出至少一个晶片表面的独立区域，其中在化学机械抛光操作期间，该至少一个独立区域需维持在一特定温度；以及在化学机械抛光操作期间感应该至少一个独立区域的温度。16.如权利要求15所述的方法，其中该至少一个独立区域是多个个遍布于晶片表面的独立区域，且该感应操作是借助独立地感应每个独立区域的温度来进行。17.如权利要求15所述的方法，还包括以下操作根据相关区域的感应温度来进行与各独立区域有关的热能...

【专利技术属性】
技术研发人员：N布赖特，DJ赫姆克尔，
申请(专利权)人：兰姆研究有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]