用于化学机械抛光中温度控制的流体喷流期间的气体输送制造技术

一种化学机械抛光系统包括：工作台，用于支撑具有抛光表面的抛光垫；以及垫冷却组件。垫冷却组件具有：在工作台上延伸的臂；由臂悬挂并耦合至冷却剂流体源的喷嘴，所述喷嘴定位成将冷却剂流体从源喷射到抛光垫的抛光表面上；以及在臂中的与喷嘴相邻的开口，以及在臂中的从开口延伸的通道，开口定位成足够靠近喷嘴，使得来自喷嘴的冷却剂流体流从开口夹带空气。气。气。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于化学机械抛光中温度控制的流体喷流期间的气体输送


[0001]本公开涉及化学机械抛光(CMP)期间的温度控制，更具体地涉及CMP期间对抛光垫的冷却。

技术介绍

[0002]通常通过在半导体晶片上依序沉积导电层、半导电层或绝缘层而在基板上形成集成电路。各种制造过程需要平面化基板上的层。例如，一个制造步骤包括在非平面表面上沉积填料层，并抛光填料层直到暴露出图案化层的顶表面。作为另一个示例，可以在图案化的导电层上沉积层，并且将层平面化以实现后续的光刻步骤。
[0003]化学机械抛光(CMP)是一种可接受的平面化方法。这种平面化方法通常需要将基板安装在承载头上。基板的暴露表面通常抵靠旋转抛光垫放置。承载头在基板上提供可控负载，以将基板推靠在抛光垫上。通常将具有研磨颗粒的抛光浆料供应至抛光垫的表面。
[0004]抛光过程中的抛光速率可能对温度是敏感的。已经提出了在抛光期间控制温度的各种技术。

技术实现思路

[0005]在一个方面，化学机械抛光系统包括：工作台，用于支撑具有抛光表面的抛光垫；以及垫冷却组件。垫冷却组件具有：在工作台上延伸的臂；由臂悬挂并耦合至冷却剂流体源的喷嘴；定位成将冷却剂流体从源喷射到抛光垫的抛光表面上的喷嘴；以及在臂中的与喷嘴相邻的开口和在臂中的从开口延伸的通道，开口定位成足够靠近喷嘴，使得来自喷嘴的冷却剂流体流从开口夹带空气。
[0006]在另一个方面，一种用于化学机械抛光系统的温度控制方法包括以下步骤：将喷嘴支撑在支撑臂上；将来自冷却剂源的冷却剂流体通过喷嘴输送到抛光垫上；以及将来自支撑臂中的开口的空气夹带在来自喷嘴的冷却剂流体流中。
[0007]可能的优点可包括但不限于以下各项中的一项或多项。
[0008]与仅将冷却剂引导到抛光垫上相比，可以更高效地降低抛光垫的温度，而无需更多能量。抛光垫温度，并且因此抛光工艺温度，可被控制并且在晶片间的基础上更加均匀，从而减少晶片间不均匀性(WIWNU)。可以在抛光操作的金属清除、过度抛光或调节步骤中的一个或多个步骤期间降低抛光垫表面的温度。这可以减少凹陷与腐蚀，和/或提高垫粗糙度的均匀性，从而改善抛光均匀性，并延长垫的寿命。
[0009]一个或多个实施方式的细节将在附图及以下描述中阐述。根据说明书、附图和权利要求，其他方面、特征和优点将是显而易见的。
附图说明
[0010]图1A是抛光设备的抛光站的示例的示意性截面图。
[0011]图1B是化学机械抛光设备的示例抛光站的示意性俯视图。
[0012]图2是冷却剂输送臂的示意性截面图。
[0013]图3A和图3B分别是冷却剂输送臂的另一实施方式的示意性截面图和俯视图。
[0014]图4A和图4B分别是冷却剂输送臂的进一步实施方式的示意性截面图和俯视图。
[0015]图5是冷却剂输送系统的示意图。
[0016]图6是控制图2的化学机械抛光系统的温度的方法的示例的流程图。
具体实施方式
[0017]化学机械抛光通过在基板、抛光液以及抛光垫之间的界面处进行机械研磨与化学蚀刻的组合来操作。在抛光过程中，由于基板表面与抛光垫之间的摩擦而产生大量的热量。另外，一些工艺还包括原位垫调节步骤，在所述步骤中将调节盘(例如，涂覆有研磨金刚石颗粒的盘)压靠在旋转的抛光垫上，以调节并纹理化抛光垫表面。调节工艺的研磨也会产生热量。例如，在典型的一分钟铜CMP工艺中，其中压力为2psi且去除速率为/min，聚氨酯抛光垫的表面温度可能会升高约30℃。
[0018]CMP工艺中与化学有关的变量(例如，参与反应的起始和速率)与机械相关的变量(例如，抛光垫的表面摩擦系数和粘弹性)两者都与温度密切相关。因此，抛光垫的表面温度的变化可能导致移除速率、抛光均匀性、腐蚀、凹陷以及残留物的变化。通过在抛光过程中更严格地控制抛光垫的表面温度，可以减少温度变化，并且可以例如通过测量晶片内不均匀性或晶片间不均匀性来改善抛光性能。
[0019]已经提出的一种控制化学机械抛光工艺的温度的技术是将冷却剂(例如，冷水)喷射到抛光垫上。需要电力来降低冷却剂的温度，并且当冷却剂从源流到分配端口时，热量可以传递到冷却剂。然而，通过将冷却剂喷射到抛光垫上的喷嘴定位在开口附近，冷却剂流中可以夹带一些空气以提供气体冷却效果，从而放大冷却系统的冷却能力。这可以提高抛光垫的冷却效率。特别地，在喷射冷却剂的喷嘴由臂的支撑板支撑的情况下，夹带的空气可以从支撑板上方(例如，臂上方)流动。这种空气应比邻近抛光垫并且可能已经吸收了从抛光垫辐射的热量的空气更冷。
[0020]图1A和图1B图示了化学机械抛光系统的抛光站20的示例。抛光站20包括可旋转的盘形工作台24，抛光垫30位于盘形工作台24上。工作台24可操作以绕轴线25旋转(参见图1B中的箭头A)。例如，电机22可以转动驱动轴28以旋转工作台24。抛光垫30可以是具有外抛光层34和较软背衬层32的双层抛光垫。
[0021]抛光站20可包括(例如，在浆料供应臂39的端部处的)供应端口，以将抛光液38(诸如研磨浆料)分配到抛光垫30上。抛光站20还可包括带有调节器盘的垫调节器以保持抛光垫30的表面粗糙度。
[0022]承载头70可操作以将基板10保持抵靠抛光垫30。承载头70从支撑结构72(例如，转盘或轨道)悬挂，并通过驱动轴74连接至承载头旋转电机76，使得承载头可绕轴线71旋转。可选地，承载头70可以例如，在转盘上的滑块上、通过沿着轨道的运动或通过转盘本身的旋转振荡而横向振荡。
[0023]承载头70可包括弹性膜80，弹性膜80具有与基板10的背侧接触的基板安装表面，以及多个可加压室82，以将不同的压力施加到基板10上的不同区域(例如，不同的径向区域)。承载头70可以包括保持环84以保持基板。在一些实施方式中，保持环84可以包括与抛
光垫接触的下部塑料部分86以及较硬材料(例如，金属)的上部部分88。
[0024]在操作中，工作台绕其中心轴线25旋转，并且承载头绕其中心轴线71旋转(参见图1B中的箭头B)并横向平移(参见图1B中的箭头C)横跨抛光垫30的顶表面。
[0025]在一些实施方式中，抛光站20包括温度传感器64，以监测抛光站或抛光站的部件/抛光站中的部件的温度，例如，抛光垫30和/或抛光垫上的浆料38的温度。例如，温度传感器64可以是红外(IR)传感器(例如，IR相机)，其定位在抛光垫30上方并且配置成测量抛光垫30和/或抛光垫上的浆料38的温度。特别地，温度传感器64可被配置成沿着抛光垫30的半径在多个点处测量温度，以便产生径向温度分布。例如，IR相机可以具有跨过抛光垫30的半径的视野。
[0026]在一些实施方式中，温度传感器是接触式传感器而不是非接触式传感器。例如，温度传感器64可以是定位在工作台24之上或之中的热电偶或IR温度计。另外，温度传感器64可以与抛光垫直接接触。
[0027]在一些实施方式中，多个温度传感器可以在整个抛光垫本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种化学机械抛光系统，包括：工作台，所述工作台用于支撑具有抛光表面的抛光垫；以及垫冷却组件，所述垫冷却组件包括臂，所述臂在所述工作台之上延伸，喷嘴，所述喷嘴由所述臂悬挂并耦合至冷却剂流体源，所述喷嘴定位成将所述冷却剂流体从所述源喷射到所述抛光垫的所述抛光表面上，以及在所述臂中的与所述喷嘴相邻的开口，以及在所述臂中的从所述开口延伸的通道，所述开口定位成足够靠近所述喷嘴，使得来自所述喷嘴的冷却剂流体流从所述开口夹带空气。2.如权利要求1所述的系统，其中所述臂包括支撑板，所述支撑板具有贯穿其中的孔，并且其中所述喷嘴定向为通过所述孔喷射冷却剂流体。3.如权利要求2所述的系统，其中所述开口由所述孔的内表面与所述喷嘴之间的间隙所提供。4.如权利要求3所述的系统，其中所述喷嘴的底部定位在所述支撑板上方。5.如权利要求3所述的系统，其中所述喷嘴的部分延伸到所述孔中。6.如权利要求2所述的系统，其中所述支撑板的顶部未被覆盖。7.如权利要求2所述的系统，其中所述臂包括覆盖所述支撑板的壳体。8.如权利要求7所述的系统，包括通道，所述通道穿过所述壳体以将所述壳体的内部连接到外部大气。9.如权利要求7所述的系统，其中多个喷嘴是由所述臂悬挂的喷嘴，并且多个喷嘴在所述壳体的公共腔室中。10.如权利要求7所述的系统，包括通道，所述通道从所述孔的至少一个侧壁横向延伸穿过所述支撑板，其中所述开口由所述通道提供。11.如权利要求7所述的系统，包括多个通道，所述多个通道从所述孔的多个不同侧壁横向延伸穿过所述支撑...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：