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JP7641916B2 - Use of water vapor for preheating or cleaning CMP components - Patents.com - Google Patents

Use of water vapor for preheating or cleaning CMP components - Patents.com Download PDF

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Description

本開示は、化学機械研磨(CMP)に関し、特に、CMP中の洗浄又は予熱のための水蒸気(steam)の使用に関する。 This disclosure relates to chemical mechanical polishing (CMP), and in particular to the use of steam for cleaning or preheating during CMP.

集積回路は、典型的には、半導体ウエハ上に導電層、半導電層、又は絶縁層を順次堆積させることによって、基板上に形成される。様々な製造工程で、基板上の層の平坦化が必要とされる。例えば、1つの製造ステップは、非平面的な表面の上に充填層を堆積させ、充填層を平坦化することを伴う。特定の応用例では、充填層は、パターン層の頂面が露出するまで平坦化される。例えば、パターニングされた絶縁層上に金属層を堆積させて、絶縁層内のトレンチ及び孔を充填することができる。平坦化後、パターニングされた層のトレンチ及び孔の中に残っている金属の部分によって、基板上の薄膜回路間の導電経路を提供するビア、プラグ、およびラインが形成される。別の一例として、誘電体層が、パターニングされた導電層の上に堆積され、次いで、平坦化されて、その後のフォトリソグラフィステップを可能にし得る。 Integrated circuits are typically formed on a substrate by sequentially depositing conductive, semiconductive, or insulating layers on a semiconductor wafer. Planarization of layers on the substrate is required during various manufacturing processes. For example, one manufacturing step involves depositing a fill layer over a non-planar surface and planarizing the fill layer. In certain applications, the fill layer is planarized until the top surface of the patterned layer is exposed. For example, a metal layer may be deposited over a patterned insulating layer to fill the trenches and holes in the insulating layer. After planarization, portions of the metal remaining in the trenches and holes of the patterned layer form vias, plugs, and lines that provide conductive paths between thin-film circuits on the substrate. As another example, a dielectric layer may be deposited over a patterned conductive layer and then planarized to allow for subsequent photolithography steps.

化学機械研磨(CMP)は、平坦化の1つの受け入れられている方法である。この平坦化方法は、典型的には、基板がキャリアヘッドに取り付けられることを必要とする。基板の露出表面は、典型的には、回転する研磨パッドに対して配置される。キャリアヘッドは、基板に制御可能な負荷を与えて、研磨パッドに押し付ける。典型的には、研磨粒子を含む研磨スラリが、研磨パッドの表面に供給される。 Chemical mechanical polishing (CMP) is one accepted method of planarization. This planarization method typically requires that the substrate be mounted on a carrier head. The exposed surface of the substrate is typically positioned against a rotating polishing pad. The carrier head provides a controllable load to the substrate, forcing it against the polishing pad. Typically, an abrasive slurry containing abrasive particles is supplied to the surface of the polishing pad.

一態様では、化学機械研磨システムのための温度制御の方法が、構成要素が研磨システムの研磨パッドから間隔を空けられている間に、構成要素の温度を上昇温度まで上昇させるために、水蒸気を含むガスをオリフィスから研磨システム内の構成要素に導くこと、及び、構成要素が周囲温度に戻る前に、構成要素を研磨パッドと接触するように移動させることを含む。 In one aspect, a method of temperature control for a chemical mechanical polishing system includes directing a gas containing water vapor through an orifice to a component in the polishing system to raise the temperature of the component to an elevated temperature while the component is spaced from a polishing pad of the polishing system, and moving the component into contact with the polishing pad before the component returns to ambient temperature.

実施態様は、以下の特徴のうちの1以上を含み得る。 Implementations may include one or more of the following features:

構成要素の温度は、水蒸気が構成要素に導かれている間に測定されてよく、構成要素が目標温度に到達したときに水蒸気を停止させる。研磨パッドの温度が測定されてよく、目標温度はその測定された温度に基づいてよい。 The temperature of the component may be measured while the water vapor is directed to the component, and the water vapor is stopped when the component reaches a target temperature. The temperature of the polishing pad may be measured, and the target temperature may be based on the measured temperature.

タイマーが設定されてよく、水蒸気は、タイマーが切れたときに停止されてよい。 A timer may be set and the steam may be stopped when the timer expires.

構成要素の温度は、構成要素が研磨パッドと接触するときに、研磨パッドの温度と略等しくなり得る。上昇温度は、研磨パッドの温度よりも高くてよい。 The temperature of the component can be approximately equal to the temperature of the polishing pad when the component contacts the polishing pad. The elevated temperature can be higher than the temperature of the polishing pad.

ガスは、70~100℃の温度を有してよい。水蒸気は、乾燥した水蒸気(dry steam)であってよい。ガスは、水蒸気から成り得る。 The gas may have a temperature of 70-100°C. The water vapor may be dry steam. The gas may consist of water vapor.

処理ステーションで構成要素に水蒸気を導くために、構成要素は、研磨パッドから間隔を空けられて配置され得る。水蒸気が構成要素に導かれるときに、構成要素は、処理ステーション内で回転され得る。水蒸気が構成要素に導かれるときに、構成要素は、処理ステーション内で垂直方向に移動し得る。 To direct water vapor to the component at the processing station, the component may be spaced apart from the polishing pad. The component may be rotated within the processing station as water vapor is directed to the component. The component may be moved vertically within the processing station as water vapor is directed to the component.

構成要素は、キャリアヘッド又は研磨される基板を含み得る。水蒸気は、基板移送ステーションで構成要素に導かれ得る。水蒸気は、プラテン間ステーションで構成要素に導かれ得る。 The components may include a carrier head or a substrate to be polished. The water vapor may be directed to the components at a substrate transfer station. The water vapor may be directed to the components at an inter-platen station.

構成要素は、調整器ディスク又は調整器ヘッドを含み得る。水蒸気は、調整器ディスクの洗浄カップで構成要素に導かれ得る。 The component may include a regulator disk or a regulator head. The water vapor may be directed to the component at a wash cup of the regulator disk.

別の一態様では、化学機械研磨システムが、研磨パッドを支持するためのプラテン、ボイラー、研磨パッドから間隔を空けられ、ボイラーからの水蒸気を処理ステーション内に配置された本体に導くための複数のノズルを有する処理ステーション、構成要素を処理ステーションから研磨パッドと接触するように移動させるためのアクチュエータ、及び、水蒸気を構成要素に導いて構成要素の温度を上昇温度まで上昇させることを処理ステーションに実行させ、構成要素が周囲温度に戻る前に、構成要素を処理ステーションから研磨パッドと接触するように移動させることをアクチュエータに実行させるコントローラを含む。 In another aspect, a chemical mechanical polishing system includes a platen for supporting a polishing pad, a boiler, a processing station spaced from the polishing pad and having a plurality of nozzles for directing steam from the boiler to a body disposed within the processing station, an actuator for moving a component from the processing station into contact with the polishing pad, and a controller for causing the processing station to direct the steam to the component to increase the temperature of the component to an elevated temperature and causing the actuator to move the component from the processing station into contact with the polishing pad before the component returns to an ambient temperature.

実施態様は、以下の特徴のうちの1以上を含み得る。 Implementations may include one or more of the following features:

構成要素は、キャリアヘッド又は基板を含み得る。構成要素は、調整器ヘッド又は調整器ディスクを含み得る。 The components may include a carrier head or a substrate. The components may include a conditioner head or a conditioner disk.

別の一態様では、化学機械研磨システムのための洗浄の方法が、構成要素が研磨システムの研磨パッドから間隔を空けられている間に、構成要素を洗浄するために、水蒸気を含むガスをオリフィスから研磨システム内の構成要素に導くこと、及び、構成要素を研磨パッドと接触するように移動させることを含む。 In another aspect, a method of cleaning for a chemical mechanical polishing system includes directing a gas containing water vapor through an orifice to a component in the polishing system while the component is spaced from a polishing pad of the polishing system, and moving the component into contact with the polishing pad to clean the component.

実施態様は、以下の特徴のうちの1以上を含み得る。 Implementations may include one or more of the following features:

タイマーが設定されてよく、水蒸気は、タイマーが切れたときに停止されてよい。 A timer may be set and the steam may be stopped when the timer expires.

ガスは、70~100℃の温度を有してよい。ガスは、80~100℃の温度を有してよい。水蒸気は、乾燥した水蒸気を含んでよい。ガスは、水蒸気から成り得る。ガスは、水蒸気と雰囲気との混合物を含み得る。 The gas may have a temperature of 70-100°C. The gas may have a temperature of 80-100°C. The water vapor may include dry water vapor. The gas may consist of water vapor. The gas may include a mixture of water vapor and atmosphere.

構成要素は、処理ステーション内に配置されてよく、処理ステーションで構成要素に水蒸気を導くために、研磨パッドから間隔を空けて配置され得る。構成要素は、水蒸気が構成要素に導かれるときに、処理ステーション内で回転され得る。構成要素は、水蒸気が構成要素に導かれるときに、処理ステーション内で垂直方向に移動し得る。 The component may be disposed within a processing station and may be spaced apart from the polishing pad for directing water vapor to the component at the processing station. The component may be rotated within the processing station as water vapor is directed to the component. The component may be moved vertically within the processing station as water vapor is directed to the component.

構成要素は、キャリアヘッド又は研磨される基板を含み得る。水蒸気は、基板移送ステーションで構成要素に導かれ得る。水蒸気は、プラテン間ステーションで構成要素に導かれ得る。 The components may include a carrier head or a substrate to be polished. The water vapor may be directed to the components at a substrate transfer station. The water vapor may be directed to the components at an inter-platen station.

構成要素は、調整器ディスク又は調整器ヘッドを含み得る。水蒸気は、調整器ディスクの洗浄カップで構成要素に導かれ得る。 The component may include a regulator disk or a regulator head. The water vapor may be directed to the component at a wash cup of the regulator disk.

構成要素を洗浄することは、凝固したスラリを除去することを含み得る。構成要素を洗浄することは、凝固した研磨屑を除去することを含み得る。 Cleaning the component may include removing solidified slurry. Cleaning the component may include removing solidified abrasive debris.

一態様では、化学機械研磨システムが、研磨パッドを支持するためのプラテンと、ボイラーと、研磨パッドから間隔を空けられた処理ステーションであって、ボイラーからの水蒸気を処理ステーション内に配置された本体に導くための複数のノズルを有する処理ステーションと、構成要素を処理ステーションから研磨パッドと接触するように移動させるためのアクチュエータと、水蒸気を構成要素に導いて構成要素の温度を上昇温度まで完全に上昇させることを処理ステーションに実行させ、構成要素を処理ステーションから研磨パッドと接触するように移動させることをアクチュエータに実行させるコントローラとを含む。 In one aspect, a chemical mechanical polishing system includes a platen for supporting a polishing pad, a boiler, a processing station spaced from the polishing pad, the processing station having a plurality of nozzles for directing steam from the boiler to a body disposed within the processing station, an actuator for moving a component from the processing station into contact with the polishing pad, and a controller for causing the processing station to direct the steam to the component to fully raise the temperature of the component to the elevated temperature and causing the actuator to move the component from the processing station into contact with the polishing pad.

実施態様は、以下の特徴のうちの1以上を含み得る。 Implementations may include one or more of the following features:

構成要素は、キャリアヘッド又は研磨される基板を含み得る。 The components may include a carrier head or a substrate to be polished.

構成要素は、調整器ディスク又は調整器ヘッドを含み得る。 The components may include a regulator disk or a regulator head.

潜在的な利点としては、以下の1以上が挙げられるが、これらに限定されない。 Potential advantages may include, but are not limited to, one or more of the following:

水蒸気、すなわち沸騰によって生成されるガス状H2Oは、低レベルの汚染物質を伴って十分な量で生成することができる。加えて、水蒸気生成器は、実質的に純粋なガス、例えば、水蒸気中に懸濁した液体をほとんど又は全く有さない水蒸気を生成することができる。乾燥した水蒸気としても知られているこのような水蒸気は、フラッシュ水蒸気(flash steam)のような他の水蒸気代替物よりも高いエネルギー移動及び低い液体含有量を有するH2Oのガス形態を提供することができる。 Water vapor, i.e., gaseous H2O produced by boiling, can be produced in sufficient quantities with low levels of contaminants. In addition, water vapor generators can produce substantially pure gas, e.g., water vapor with little or no liquid suspended in the water vapor. Such water vapor, also known as dry water vapor, can provide a gaseous form of H2O with higher energy transfer and lower liquid content than other water vapor alternatives such as flash steam.

CMP装置の様々な構成要素を迅速且つ効率的に洗浄することができる。水蒸気は、研磨システム内の表面から、研磨副産物、乾燥スラリ、デブリなどを溶解するか、又はさもなければ除去することにおいて、液体の水よりも効果的であり得る。これにより、基板上の欠陥を低減させることができる。 Various components of the CMP apparatus can be cleaned quickly and efficiently. Water vapor can be more effective than liquid water at dissolving or otherwise removing polishing by-products, dried slurry, debris, etc. from surfaces in the polishing system, which can reduce defects on the substrate.

CMP装置の様々な構成要素を予熱することができる。研磨パッド全体、ひいては基板全体にわたる温度のばらつきを低減させることができ、これにより、ウエハ内不均一性(WIWNU)を低減させることができる。ある研磨動作にわたる温度のばらつきを低減させることができる。これにより、CMP工程中の研磨の予測可能性を改善することができる。ある研磨動作から別の研磨動作への温度のばらつきを低減させることができる。これにより、ウエハ間の均一性を改善することができる。 Various components of the CMP apparatus can be preheated. Temperature variations across the polishing pad and therefore across the substrate can be reduced, thereby reducing within-wafer non-uniformity (WIWNU). Temperature variations across a polishing run can be reduced, thereby improving the predictability of polishing during the CMP process. Temperature variations from one polishing run to another can be reduced, thereby improving wafer-to-wafer uniformity.

1以上の実施態様の詳細が、添付図面及び以下の記述において説明される。その他の態様、特徴、及び利点は、これらの説明及び図面から並びに特許請求の範囲から明らかになろう。 The details of one or more embodiments are set forth in the accompanying drawings and the description below. Other aspects, features, and advantages will become apparent from the description and drawings, and from the claims.

研磨装置の一実施例の概略平面図である。1 is a schematic plan view of an embodiment of a polishing apparatus; 例示的なキャリアヘッド水蒸気処理アセンブリの概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of an exemplary carrier head water vapor processing assembly. 例示的な調整ヘッド水蒸気処理アセンブリの概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of an exemplary conditioning head water vapor processing assembly. 研磨装置の研磨ステーションの一実施例の概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of one embodiment of a polishing station of a polishing apparatus. 化学機械研磨装置の一実施例の研磨ステーションの概略上面図である。1 is a schematic top view of a polishing station of one embodiment of a chemical mechanical polishing apparatus.

化学機械研磨は、基板と、研磨液と、研磨パッドとの間の界面における機械的磨耗と化学的エッチングとの組み合わせによって動作する。研磨工程中、基板の表面と研磨パッドとの間の摩擦により、かなりの量の熱が生成される。加えて、幾つかの工程は、インシトゥ(in-situ)パッド調整ステップも含み、調整ディスク、例えば研磨ダイヤモンド粒子で被覆されたディスクが、回転する研磨パッドに押し付けられて、研磨パッドの表面を調整及び触感調節(texture)する。調整工程の摩耗によっても熱が生成され得る。例えば、2psiの公称ダウンフォース圧力及び8000Å/分の除去速度を有する典型的な1分間の銅CMP工程では、ポリウレタン研磨パッドの表面温度が、摂氏約30度上昇し得る。 Chemical mechanical polishing works by a combination of mechanical wear and chemical etching at the interface between the substrate, polishing fluid, and polishing pad. During the polishing process, friction between the surface of the substrate and the polishing pad generates a significant amount of heat. In addition, some processes also include an in-situ pad conditioning step, where a conditioning disk, e.g., a disk coated with abrasive diamond particles, is pressed against the rotating polishing pad to condition and texture the surface of the polishing pad. Heat can also be generated by wear during the conditioning process. For example, in a typical 1-minute copper CMP process with a nominal downforce pressure of 2 psi and a removal rate of 8000 Å/min, the surface temperature of a polyurethane polishing pad can increase by about 30 degrees Celsius.

一方、研磨パッドが以前の研磨動作によって加熱されていた場合、新しい基板が最初に下げられて研磨パッドに接触すると、それはより低い温度にあり、したがって、ヒートシンクとして作用し得る。同様に、研磨パッド上に分注されたスラリは、ヒートシンクとして作用し得る。全体として、これらの効果は、研磨パッドの温度の空間的及び時間的なばらつきをもたらす。 On the other hand, if the polishing pad has been heated by a previous polishing operation, when a new substrate is first lowered into contact with the polishing pad it will be at a lower temperature and therefore may act as a heat sink. Similarly, the slurry dispensed onto the polishing pad may act as a heat sink. Overall, these effects result in spatial and temporal variations in the temperature of the polishing pad.

CMP工程における化学関連変数(例えば、関与する反応の開始及び速度)と機械関連変数(例えば、研磨パッドの表面摩擦係数及び粘弾性)とのうちの両方が、強く温度に依存する。その結果、研磨パッドの表面温度の変動が、除去速度、研磨均一性、浸食、ディッシング、及び残留物の変化をもたらし得る。研磨中に研磨パッドの表面の温度をより厳密に制御することによって、温度の変動を低減させることができ、例えば、ウエハ内の不均一性又はウエハ間の不均一性として測定されるような研磨性能を改善することができる。 Both chemically-related variables (e.g., the initiation and rate of reactions involved) and mechanically-related variables (e.g., the surface friction coefficient and viscoelasticity of the polishing pad) in the CMP process are strongly temperature-dependent. As a result, variations in the surface temperature of the polishing pad can lead to changes in removal rate, polishing uniformity, erosion, dishing, and residues. By more closely controlling the temperature of the surface of the polishing pad during polishing, temperature variations can be reduced, improving polishing performance, as measured, for example, as within-wafer or between-wafer non-uniformity.

更に、デブリ及びスラリは、CMP中にCMP装置の様々な構成要素上に蓄積する可能性がある。これらの研磨副産物が後に構成要素から外れると、基板を傷付けたり、又はさもなければ破損させたりしてしまい、研磨不良が増加する可能性がある。ウォータージェットが、CMP装置システムの様々な構成要素を洗浄するために使用されてきた。しかし、この作業を行うためには大量の水が必要である。 Additionally, debris and slurry can accumulate on various components of the CMP apparatus during CMP. If these polishing by-products later break off from the components, they can scratch or otherwise damage the substrate, resulting in increased polishing defects. Water jets have been used to clean various components of the CMP apparatus system. However, large amounts of water are required to perform this task.

これらの問題のうちの1以上に対処することができる技法は、水蒸気、すなわち沸騰によって生成されるガス状H2Oを使用してCMP装置の様々な構成要素を洗浄及び/又は予熱することである。例えば水蒸気の潜熱のために、温水と同量のエネルギーを付与するために必要な水蒸気はより少なくて済むことがある。加えて、水蒸気を高速で噴霧して、構成要素を洗浄及び/又は予熱することができる。更に、水蒸気は、研磨副産物を溶解するか、又はそうでなければ除去することにおいて、液体の水よりも効果的であり得る。 A technique that can address one or more of these problems is to use water vapor, i.e., gaseous H2O produced by boiling, to clean and/or preheat various components of a CMP apparatus. For example, due to the latent heat of water vapor, less water vapor may be required to impart the same amount of energy as hot water. In addition, water vapor can be sprayed at high velocities to clean and/or preheat components. Furthermore, water vapor can be more effective than liquid water in dissolving or otherwise removing polishing by-products.

図1は、1以上の基板を処理するための化学機械研磨装置2の平面図である。研磨装置2は、複数の研磨ステーション20を少なくとも部分的に支持し且つ収容する研磨プラットフォーム4を含む。例えば、研磨装置は、4つの研磨ステーション20a、20b、20c、及び20dを含み得る。各研磨ステーション20は、キャリアヘッド70内に保持された基板を研磨するようになっている。各ステーションの全ての構成要素が図1で示されているわけではない。 Figure 1 is a top view of a chemical mechanical polishing apparatus 2 for processing one or more substrates. The polishing apparatus 2 includes a polishing platform 4 that at least partially supports and houses a plurality of polishing stations 20. For example, the polishing apparatus may include four polishing stations 20a, 20b, 20c, and 20d. Each polishing station 20 is adapted to polish a substrate held within a carrier head 70. Not all components of each station are shown in Figure 1.

研磨装置2はまた、多数のキャリアヘッド70も含み、各キャリアヘッドは、基板を搬送するように構成されている。研磨装置2はまた、キャリアヘッドから基板をロード及びアンロードするための移送ステーション6も含む。移送ステーション6は、移送ロボット9によるキャリアヘッド70とファクトリインターフェース(図示せず)又は他のデバイス(図示せず)との間の基板の移送を容易にするようになっている複数のロードカップ8、例えば2つのロードカップ8a、8bを含み得る。ロードカップ8は、一般に、キャリアヘッド70をロード及びアンロードすることによって、ロボット9とキャリアヘッド70の各々との間の移送を容易にする。 The polishing apparatus 2 also includes a number of carrier heads 70, each configured to transport a substrate. The polishing apparatus 2 also includes a transfer station 6 for loading and unloading substrates from the carrier heads. The transfer station 6 may include multiple load cups 8, e.g., two load cups 8a, 8b, adapted to facilitate transfer of substrates between the carrier heads 70 and a factory interface (not shown) or other device (not shown) by a transfer robot 9. The load cups 8 generally facilitate transfer between the robot 9 and each of the carrier heads 70 by loading and unloading the carrier heads 70.

移送ステーション6と研磨ステーション20とを含む、研磨装置2のステーションは、プラットフォーム4の中心の周りで実質的に等しい角度間隔で配置され得る。これは必ずしも必要ではないが、研磨装置に良好な設置面積を提供することができる。 The stations of the polishing apparatus 2, including the transfer station 6 and the polishing station 20, may be positioned at substantially equal angular intervals about the center of the platform 4. This is not necessary, but may provide a good footprint for the polishing apparatus.

研磨動作では、1つのキャリアヘッド70が各研磨ステーションに配置される。研磨ステーション20で他の基板が研磨されている間に、研磨されていない基板を研磨された基板と交換するために、2つの追加のキャリアヘッドをロード及びアンロードステーション6内に配置することができる。 In a polishing operation, one carrier head 70 is positioned at each polishing station. Two additional carrier heads can be positioned in the load and unload station 6 to exchange unpolished substrates for polished substrates while other substrates are being polished at the polishing station 20.

キャリアヘッド70は、第1の研磨ステーション20a、第2の研磨ステーション20b、第3の研磨ステーション20c、及び第4の研磨ステーション20dの順に通過する経路に沿って、各キャリアヘッドを移動させることができる支持構造によって保持される。これにより、各キャリアヘッドを、研磨ステーション20及びロードカップ8の上に選択的に配置することができる。 The carrier heads 70 are held by a support structure that allows each carrier head to move along a path that passes through the first polishing station 20a, the second polishing station 20b, the third polishing station 20c, and the fourth polishing station 20d in that order. This allows each carrier head to be selectively positioned over the polishing stations 20 and the load cup 8.

幾つかの実施態様では、各キャリアヘッド70が、支持構造72に取り付けられたキャリッジ78に結合される。キャリッジ78を支持構造72、例えばトラックに沿って移動させることによって、キャリアヘッド70を選択された研磨ステーション20又はロードカップ8の上に配置することができる。代替的に、キャリアヘッド70は、カルーセルから吊り下げられてよく、カルーセルの回転が、全てのキャリアヘッドを円形経路に沿って同時に移動させる。 In some embodiments, each carrier head 70 is coupled to a carriage 78 that is mounted to a support structure 72. The carriage 78 can be moved along the support structure 72, e.g., a track, to position the carrier head 70 over a selected polishing station 20 or load cup 8. Alternatively, the carrier heads 70 can be suspended from a carousel, with rotation of the carousel moving all of the carrier heads simultaneously along a circular path.

研磨装置2の各研磨ステーション20は、研磨液38(図3A参照)、例えば研磨スラリを研磨パッド30上に分注するために、例えばスラリ供給アーム39の端部にポートを含み得る。研磨装置2の各研磨ステーション20はまた、研磨パッド30を摩耗させて研磨パッド30を一貫した研磨状態に維持するためのパッド調整器93も含み得る。 Each polishing station 20 of the polishing apparatus 2 may include a port, for example at the end of a slurry supply arm 39, for dispensing a polishing fluid 38 (see FIG. 3A), for example a polishing slurry, onto the polishing pad 30. Each polishing station 20 of the polishing apparatus 2 may also include a pad conditioner 93 for abrading the polishing pad 30 to maintain the polishing pad 30 in a consistent polishing condition.

図3A及び図3Bは、化学機械研磨システムの研磨ステーション20の一実施例を示している。研磨ステーション20は、回転可能な円盤形状のプラテン24を含み、研磨パッド30はプラテン24上にある。プラテン24は、軸25の周りで回転するように動作可能である(図3Bの矢印A参照)。例えば、モータ22が、駆動シャフト28を回して、プラテン24を回転させることができる。研磨パッド30は、外側研磨層34とより軟性のバッキング層32とを有する、二層研磨パッドであってよい。 3A and 3B show an embodiment of a polishing station 20 of a chemical mechanical polishing system. The polishing station 20 includes a rotatable, disk-shaped platen 24 on which a polishing pad 30 rests. The platen 24 is operable to rotate about an axis 25 (see arrow A in FIG. 3B). For example, a motor 22 can turn a drive shaft 28 to rotate the platen 24. The polishing pad 30 can be a two-layer polishing pad having an outer polishing layer 34 and a softer backing layer 32.

図1、図3A、及び図3Bを参照すると、研磨ステーション20は、研磨パッド30上に研磨液38、例えば研磨スラリを分注するために、例えばスラリ供給アーム39の端部に供給ポートを含み得る。 With reference to Figures 1, 3A, and 3B, the polishing station 20 may include a supply port, for example at the end of a slurry supply arm 39, for dispensing a polishing fluid 38, for example a polishing slurry, onto the polishing pad 30.

研磨ステーション20は、研磨パッド30の表面粗さを維持するために、調整器ディスク92(図2B参照)を有するパッド調整器90を含み得る。調整器ディスク92は、アーム94の端部にある調整器ヘッド93内に配置され得る。アーム94及び調整器ヘッド93は、ベース96によって支持されている。アーム94は、研磨パッド30を横切って調整器ヘッド93及び調整器ディスク92を掃引するように揺動し得る。洗浄カップ255は、アーム94が調整器ヘッド93を移動させることができる位置で、プラテン24に隣接して位置付けられ得る。 The polishing station 20 may include a pad conditioner 90 having a conditioner disk 92 (see FIG. 2B) to maintain the surface roughness of the polishing pad 30. The conditioner disk 92 may be disposed in a conditioner head 93 at the end of an arm 94. The arm 94 and conditioner head 93 are supported by a base 96. The arm 94 may swing to sweep the conditioner head 93 and conditioner disk 92 across the polishing pad 30. A wash cup 255 may be positioned adjacent to the platen 24 in a position that allows the arm 94 to move the conditioner head 93.

キャリアヘッド70は、研磨パッド30に対して基板10を保持するように動作可能である。キャリアヘッド70が軸71の周りで回転し得るように、キャリアヘッドは、支持構造72(例えば、カルーセル又はトラック)から吊り下げられ、駆動シャフト74によってキャリアヘッド回転モータ76に連結される。任意選択的に、キャリアヘッド70は、例えば、カルーセル上のスライダ上などで、トラックに沿った移動によって、又はカルーセル自体の回転振動によって、横方向に振動することができる。 The carrier head 70 is operable to hold the substrate 10 against the polishing pad 30. The carrier head 70 is suspended from a support structure 72 (e.g., a carousel or track) and coupled to a carrier head rotation motor 76 by a drive shaft 74 so that the carrier head 70 may rotate about an axis 71. Optionally, the carrier head 70 may be oscillated laterally, for example by movement along the track, such as on a slider on the carousel, or by rotational oscillation of the carousel itself.

キャリアヘッド70は、基板10の裏側に接触する基板装着面を有する可撓性膜80と、基板10上の種々のゾーン(例えば、種々の半径方向ゾーン)に異なる圧力を加えるための複数の加圧可能チャンバ82とを含み得る。キャリアヘッド70は、基板を保持するための保持リング84を含み得る。幾つかの実施態様では、保持リング84が、研磨パッドに接触する下側プラスチック部分86と、より硬い材料、例えば金属の上側部分88とを含み得る。 The carrier head 70 may include a flexible membrane 80 having a substrate mounting surface that contacts the backside of the substrate 10 and a number of pressurizable chambers 82 for applying different pressures to different zones (e.g., different radial zones) on the substrate 10. The carrier head 70 may include a retaining ring 84 for retaining the substrate. In some implementations, the retaining ring 84 may include a lower plastic portion 86 that contacts the polishing pad and an upper portion 88 of a harder material, such as metal.

動作では、プラテンがその中心軸25の周りで回転され、キャリアヘッドはその中心軸71(図3Bの矢印B参照)の周りで回転され、研磨パッド30の上面を横切って横方向(図3Bの矢印C参照)に平行移動される。 In operation, the platen is rotated about its central axis 25, the carrier head is rotated about its central axis 71 (see arrow B in FIG. 3B) and translated laterally (see arrow C in FIG. 3B) across the upper surface of the polishing pad 30.

図3A及び図3Bを参照すると、キャリアヘッド70が研磨パッド30を横切って掃引するにつれて、キャリアヘッド70の任意の露出表面が、スラリで覆われる傾向がある。例えば、スラリは、保持リング84の外径又は内径表面に付着し得る。一般に、湿潤状態で維持されていない表面の場合、スラリは凝固及び/又は乾燥する傾向がある。その結果、粒子がキャリアヘッド70上に形成され得る。これらの粒子が外れると、粒子は基板を引っ掻くことがあり、研磨欠陥を生じる。 3A and 3B, as the carrier head 70 sweeps across the polishing pad 30, any exposed surfaces of the carrier head 70 tend to become covered with slurry. For example, the slurry may adhere to the outer or inner diameter surfaces of the retaining ring 84. Generally, for surfaces that are not kept wet, the slurry tends to solidify and/or dry. As a result, particles may form on the carrier head 70. When these particles become dislodged, they can scratch the substrate, causing polishing defects.

更に、スラリはキャリアヘッド70上で固まることがあり、又はスラリ中の水酸化ナトリウムがキャリアヘッド70及び/又は基板10のうちの一方の表面上で結晶化し、キャリアヘッド70の表面を腐食させることがある。固化したスラリは除去するのが困難であり、結晶化した水酸化ナトリウムは溶液に戻すのが困難である。 Additionally, the slurry may solidify on the carrier head 70 or the sodium hydroxide in the slurry may crystallize on the surface of the carrier head 70 and/or one of the substrates 10, corroding the surface of the carrier head 70. The solidified slurry is difficult to remove and the crystallized sodium hydroxide is difficult to put back into solution.

同様の問題が調整器ヘッド92で生じ、例えば、粒子が調整器ヘッド92上に形成されたり、スラリが調整器ヘッド92上で固まったり、スラリ中の水酸化ナトリウムが調整器ヘッド92の表面の1つで結晶化したりする。 Similar problems can occur with the regulator head 92, for example particles can form on the regulator head 92, the slurry can cake on the regulator head 92, or sodium hydroxide in the slurry can crystallize on one of the surfaces of the regulator head 92.

1つの解決策は、液体ウォータージェットで、構成要素、例えばキャリアヘッド70及び調整器ヘッド92を洗浄することである。しかし、構成要素は、ウォータージェット単独で洗浄することが困難であり得、かなりの水量が必要となり得る。更に、研磨パッド30と接触する構成要素、例えば、キャリアヘッド70、基板10、及び調整器ディスク92は、研磨パッド温度の均一性を妨げるヒートシンクとして作用し得る。 One solution is to clean the components, such as the carrier head 70 and the conditioner head 92, with a liquid water jet. However, the components can be difficult to clean with a water jet alone and may require significant amounts of water. Additionally, the components in contact with the polishing pad 30, such as the carrier head 70, the substrate 10, and the conditioner disk 92, can act as a heat sink that impedes polishing pad temperature uniformity.

これらの問題に対処するために、図2Aで示されているように、研磨装置2は、1以上のキャリアヘッド水蒸気処理アセンブリ200を含む。各水蒸気処理アセンブリ200は、キャリアヘッド70及び基板10の洗浄及び/又は予熱に使用され得る。 To address these issues, as shown in FIG. 2A, the polishing apparatus 2 includes one or more carrier head water vapor processing assemblies 200. Each water vapor processing assembly 200 can be used to clean and/or preheat the carrier head 70 and substrate 10.

水蒸気処理アセンブリ200は、ロードカップ8の部分、例えばロードカップ8a又は8bの部分であってよい。代替的に又は追加的に、水蒸気処理アセンブリ200は、隣接する研磨ステーション20の間に位置付けられた1以上のプラテン間ステーション9に設けられてよい。 The water vapor treatment assembly 200 may be part of the load cup 8, such as part of load cup 8a or 8b. Alternatively or additionally, the water vapor treatment assembly 200 may be provided in one or more interplaten stations 9 positioned between adjacent polishing stations 20.

ロードカップ8は、ロード/アンロード工程中に基板10を保持するためのペデスタル204を含む。ロードカップ8はまた、ペデスタル204を取り囲む又は実質的に取り囲むハウジング206も含む。複数のノズル225が、ハウジング206によって画定されたキャビティ208内に配置されたキャリアヘッド及び/又は基板に水蒸気245を供給するために、ハウジング206或いは別個の支持体によって支持される。例えば、ノズル225は、ハウジング206の1以上の内面上、例えば、床206a及び/又は側壁206b及び/又はキャビティの天井に配置されてよい。ノズル225は、水蒸気をキャビティ206の中に内向きに導くように方向付けられ得る。水蒸気245は、水蒸気生成器410、例えば、フラッシュボイラー又は通常のボイラーなどのようなボイラーを使用することによって生成され得る。排水管235は、過剰な水、洗浄溶液、及び洗浄副産物を通過させてよく、ロードカップ8内の蓄積を防止することができる。 The load cup 8 includes a pedestal 204 for holding the substrate 10 during the load/unload process. The load cup 8 also includes a housing 206 that surrounds or substantially surrounds the pedestal 204. A plurality of nozzles 225 are supported by the housing 206 or a separate support for supplying water vapor 245 to the carrier head and/or substrate disposed within the cavity 208 defined by the housing 206. For example, the nozzles 225 may be disposed on one or more interior surfaces of the housing 206, such as the floor 206a and/or the sidewalls 206b and/or the ceiling of the cavity. The nozzles 225 may be oriented to direct water vapor inwardly into the cavity 206. The water vapor 245 may be generated by using a water vapor generator 410, such as a boiler, such as a flash boiler or a conventional boiler. A drain 235 may allow excess water, cleaning solution, and cleaning by-products to pass through and prevent accumulation within the load cup 8.

アクチュエータは、ハウジング206とキャリアヘッド70との間の相対的な垂直運動を提供する。例えば、シャフト210は、ハウジング206を支持してよく、ハウジング206を上げ下げするために垂直方向に作動可能である。代替的に、キャリアヘッド70は、垂直方向に移動することができる。ペデスタル204は、シャフト210と同軸上にあり得る。ペデスタル204は、ハウジング206に対して垂直方向に移動可能であり得る。 The actuator provides relative vertical motion between the housing 206 and the carrier head 70. For example, the shaft 210 may support the housing 206 and be vertically actuable to raise and lower the housing 206. Alternatively, the carrier head 70 may be vertically movable. The pedestal 204 may be coaxial with the shaft 210. The pedestal 204 may be vertically movable relative to the housing 206.

動作では、キャリアヘッド70が、ロードカップ8の上に配置されてよく、ハウジング206は、キャリアヘッド70が部分的にキャビティ208内にあるように上昇(又はキャリアヘッド70が下降)する。基板10は、ペデスタル204上で始まり、キャリアヘッド70上にチャックされてよく、及び/又は、キャリアヘッド70上で始まり、ペデスタル204上にデチャックされてよい。 In operation, the carrier head 70 may be placed over the load cup 8 and the housing 206 raised (or the carrier head 70 lowered) so that the carrier head 70 is partially within the cavity 208. The substrate 10 may start on the pedestal 204 and be chucked onto the carrier head 70 and/or may start on the carrier head 70 and be dechucked onto the pedestal 204.

水蒸気は、ノズル225を通して導かれ、基板10及び/又はキャリアヘッド70の1以上の表面を洗浄及び/又は予熱する。例えば、キャリアヘッド70の外面、保持リング84の外面84a、及び/又は保持リング84の下面84bに水蒸気を導くように、ノズルの1以上を配置することができる。キャリアヘッド70によって保持されている基板10の前面、すなわち研磨されるべき表面に、又は基板10がキャリアヘッド70上に支持されていない場合には膜80の下面に水蒸気を導くように、ノズルの1以上を配置することができる。ペデスタル204上に配置された基板10の前面に上向きに水蒸気を導くように、1以上のノズルをペデスタル204の下方に配置することができる。ペデスタル204上に配置された基板10の裏面に下向きに水蒸気を導くように、1以上のノズルをペデスタル204の上方に配置することができる。ノズル225がキャリアヘッド70及び/又は基板10の種々のエリアを処理できるように、キャリアヘッド70は、ロードカップ8内で回転すること及び/又はロードカップ8に対して垂直方向に移動することができる。キャリアヘッド70の内面、例えば、膜80の下面又は保持リング84の内面を水蒸気処理できるように、基板10をペデスタル204上に載置することができる。 The water vapor is directed through the nozzles 225 to clean and/or preheat one or more surfaces of the substrate 10 and/or carrier head 70. For example, one or more of the nozzles can be positioned to direct water vapor to the outer surface of the carrier head 70, the outer surface 84a of the retaining ring 84, and/or the underside 84b of the retaining ring 84. One or more of the nozzles can be positioned to direct water vapor to the front surface of the substrate 10 held by the carrier head 70, i.e., the surface to be polished, or to the underside of the membrane 80 if the substrate 10 is not supported on the carrier head 70. One or more nozzles can be positioned below the pedestal 204 to direct water vapor upward to the front surface of the substrate 10 disposed on the pedestal 204. One or more nozzles can be positioned above the pedestal 204 to direct water vapor downward to the back surface of the substrate 10 disposed on the pedestal 204. The carrier head 70 can rotate within the load cup 8 and/or move vertically relative to the load cup 8 so that the nozzles 225 can treat different areas of the carrier head 70 and/or the substrate 10. The substrate 10 can be placed on the pedestal 204 so that an inner surface of the carrier head 70, such as the underside of the membrane 80 or the inner surface of the retaining ring 84, can be steam treated.

水蒸気は、水蒸気源から供給ライン230を通してハウジング206を通してノズル225に循環される。ノズル225は、水蒸気245を噴霧して、各研磨動作後にキャリアヘッド70及び基板10上に残った有機残留物、副産物、デブリ、及びスラリ粒子を除去することができる。ノズル225は、水蒸気245を噴霧して、基板10及び/又はキャリアヘッド70を加熱することができる。 Water vapor is circulated from a water vapor source through a supply line 230 through the housing 206 to the nozzle 225. The nozzle 225 can spray water vapor 245 to remove organic residues, by-products, debris, and slurry particles remaining on the carrier head 70 and substrate 10 after each polishing operation. The nozzle 225 can spray water vapor 245 to heat the substrate 10 and/or carrier head 70.

プラテン間ステーション9を同様に構築し動作させることができるが、基板支持ペデスタルを有する必要は必ずしもない。 The inter-platen station 9 can be constructed and operated similarly, but does not necessarily have a substrate support pedestal.

ノズル225によって供給される水蒸気245は、キャリアヘッド70及び基板10の洗浄及び予熱を変化させるために、調節可能な温度、圧力、及び流量を有することができる。幾つかの実施態様では、温度、圧力、及び/又は流量が、各ノズルについて又はノズルの群の間で独立して調整可能であり得る。 The water vapor 245 delivered by the nozzles 225 can have adjustable temperature, pressure, and flow rate to vary the cleaning and pre-heating of the carrier head 70 and the substrate 10. In some implementations, the temperature, pressure, and/or flow rate can be independently adjustable for each nozzle or between groups of nozzles.

例えば、水蒸気245が生成されるときに(例えば、水蒸気生成器410内で)、水蒸気245の温度は、90から200℃であってよい。水蒸気245が、ノズル225によって分注されるときに、例えば、移動における熱損失により、水蒸気245の温度は、90から150℃の間であってよい。幾つかの実施態様では、水蒸気が、70~100℃、例えば80~90℃の温度でノズル225によって供給される。幾つかの実施態様では、ノズルによって供給される水蒸気が、過熱される、すなわち沸点を超える温度にある。 For example, when the water vapor 245 is generated (e.g., in the water vapor generator 410), the temperature of the water vapor 245 may be between 90 and 200° C. When the water vapor 245 is dispensed by the nozzle 225, e.g., due to heat losses in the transfer, the temperature of the water vapor 245 may be between 90 and 150° C. In some implementations, the water vapor is delivered by the nozzle 225 at a temperature of 70-100° C., e.g., 80-90° C. In some implementations, the water vapor delivered by the nozzle is superheated, i.e., at a temperature above the boiling point.

水蒸気245の流量は、ヒータの出力及び圧力に応じて、水蒸気245がノズル225によって供給されるときに、1~1000cc/分であってよい。幾つかの実施態様では、水蒸気が、他のガスと混合され、例えば、通常の雰囲気又はN2と混合される。代替的に、ノズル225によって供給される流体は、実質的に純粋な水である。幾つかの実施態様では、ノズル225によって供給される水蒸気245が、液体の水、例えばエアロゾル化水(aerosolized water)と混合される。例えば、液体の水と水蒸気とは、1:1から1:10の相対流量比で(例えばsccmの流量で)組み合わされてよい。しかし、液体の水の量が少ない、例えば5重量%未満、例えば3重量%未満、例えば1重量%未満である場合、水蒸気は優れた熱伝達特性を有することになる。したがって、幾つかの実施態様では、水蒸気が乾燥した水蒸気であり、すなわち水滴を実質的に含まない。 The flow rate of the water vapor 245 may be between 1 and 1000 cc/min when the water vapor 245 is delivered by the nozzle 225, depending on the power and pressure of the heater. In some embodiments, the water vapor is mixed with other gases, for example, with normal atmosphere or N2 . Alternatively, the fluid delivered by the nozzle 225 is substantially pure water. In some embodiments, the water vapor 245 delivered by the nozzle 225 is mixed with liquid water, for example, aerosolized water. For example, the liquid water and water vapor may be combined in a relative flow ratio (e.g., at a flow rate of sccm) of 1:1 to 1:10. However, when the amount of liquid water is small, for example less than 5% by weight, for example less than 3% by weight, for example less than 1% by weight, the water vapor will have excellent heat transfer properties. Thus, in some embodiments, the water vapor is dry water vapor, i.e., substantially free of water droplets.

熱による膜の劣化を回避するために、水を水蒸気245と混合して、例えば、約40~50℃くらいまで温度を下げることができる。水蒸気245の温度は、冷却された水を水蒸気245の中に混合するか、又は同じ若しくは実質的に同じ温度の水を水蒸気245の中に混合することによって低減され得る(というのも、液体の水はガス状の水よりも少ないエネルギーを伝達するので)。 To avoid thermal degradation of the membrane, water can be mixed with the water vapor 245 to reduce the temperature, for example to about 40-50° C. The temperature of the water vapor 245 can be reduced by mixing cooled water into the water vapor 245 or by mixing water of the same or substantially the same temperature into the water vapor 245 (since liquid water transfers less energy than gaseous water).

幾つかの実施態様では、温度センサ214を水蒸気処理アセンブリ200内に又はそれに隣接して設置して、キャリアヘッド70及び/又は基板10の温度を検出することができる。センサ214からの信号は、コントローラ12によって受信されて、キャリアヘッド70及び/又は基板10の温度をモニタすることができる。コントローラ12は、温度センサ214からの温度測定値に基づいて、アセンブリ100による水蒸気の供給を制御することができる。例えば、コントローラは、目標温度値を受け取ることができる。コントローラ12が、温度測定値が目標温度値を超えたことを検出した場合、コントローラ12は水蒸気の流れを停止する。別の一実施例として、コントローラ12は、水蒸気の供給流量を低減させることができ、及び/又は水蒸気の温度を低減させることができ、例えば、洗浄及び/又は予熱中に構成要素の過熱を防止することができる。 In some implementations, a temperature sensor 214 may be located in or adjacent to the water vapor processing assembly 200 to detect the temperature of the carrier head 70 and/or the substrate 10. A signal from the sensor 214 may be received by the controller 12 to monitor the temperature of the carrier head 70 and/or the substrate 10. The controller 12 may control the supply of water vapor by the assembly 100 based on the temperature measurements from the temperature sensor 214. For example, the controller may receive a target temperature value. If the controller 12 detects that the temperature measurements exceed the target temperature value, the controller 12 stops the flow of water vapor. As another example, the controller 12 may reduce the supply flow rate of the water vapor and/or reduce the temperature of the water vapor, for example, to prevent overheating of components during cleaning and/or preheating.

幾つかの実施態様では、コントローラ12がタイマーを含む。この場合、コントローラ12は、水蒸気の供給を開始するときに開始してよく、タイマーが切れると水蒸気の供給を停止することができる。タイマーは、洗浄及び/又は予熱中にキャリアヘッド70及び基板10の所望の温度を実現するために、経験的試験に基づいて設定され得る。 In some embodiments, the controller 12 includes a timer. In this case, the controller 12 may initiate when to start the supply of water vapor and may stop the supply of water vapor when the timer expires. The timer may be set based on empirical testing to achieve a desired temperature of the carrier head 70 and the substrate 10 during cleaning and/or preheating.

図2Bは、ハウジング255を含む、調整器水蒸気処理アセンブリ250を示している。ハウジング255は、調整器ディスク92及び調整器ヘッド93を受け入れるための「カップ」の形態を採り得る。水蒸気は、ハウジング255内の供給ライン280を通して1以上のノズル275に循環される。ノズル275は、水蒸気295を噴霧して、各調整動作後に調整器ディスク92及び/又は調整器ヘッド93上に残された研磨副産物、例えば、デブリ又はスラリ粒子を除去することができる。ノズル275は、ハウジング255内に、例えば、ハウジング255の内部の床、側壁、又は天井に位置付けられ得る。パッド調整器ディスクの下面、並びに/又は調整器ヘッド93の下面、側壁、及び/若しくは上面を洗浄するために、1以上のノズルを配置することができる。水蒸気生成器410を使用して、水蒸気295が生成され得る。排水管285は、過剰な水、洗浄溶液、及び洗浄副産物を通過させてよく、ハウジング255内の蓄積を防止することができる。 FIG. 2B shows a conditioner water vapor processing assembly 250, including a housing 255. The housing 255 may take the form of a "cup" for receiving the conditioner disk 92 and the conditioner head 93. Water vapor is circulated through a supply line 280 in the housing 255 to one or more nozzles 275. The nozzles 275 may spray water vapor 295 to remove polishing by-products, such as debris or slurry particles, left on the conditioner disk 92 and/or the conditioner head 93 after each conditioning operation. The nozzles 275 may be positioned within the housing 255, for example, on the floor, sidewalls, or ceiling of the interior of the housing 255. One or more nozzles may be positioned to clean the underside of the pad conditioner disk and/or the underside, sidewalls, and/or top surface of the conditioner head 93. A water vapor generator 410 may be used to generate the water vapor 295. The drain 285 may allow excess water, cleaning solution, and cleaning by-products to pass through and prevent buildup within the housing 255.

調整器ヘッド93及び調整器ディスク92は、水蒸気処理されるハウジング255の中に少なくとも部分的に下降させることができる。調整器ディスク92が動作に戻されるときに、調整器ヘッド93及び調整ディスク92は、ハウジング255から持ち上げられ、研磨パッド30上に配置されて、研磨パッド30を調整する。調整動作が完了したときに、調整器ヘッド93及び調整ディスク92は、研磨パッドから持ち上げられ、調整器ヘッド93及び調整器ディスク92上の研磨副産物を除去するためのハウジングカップ255に振り戻される。幾つかの実施態様では、ハウジング255が、垂直方向に作動可能であり、例えば、垂直な駆動シャフト260に取り付けられている。 The conditioner head 93 and conditioner disk 92 can be lowered at least partially into the housing 255 where they are steamed. When the conditioner disk 92 is returned to operation, the conditioner head 93 and conditioner disk 92 are lifted from the housing 255 and placed on the polishing pad 30 to condition the polishing pad 30. When the conditioning operation is completed, the conditioner head 93 and conditioner disk 92 are lifted from the polishing pad and swung back into the housing cup 255 to remove polishing by-products on the conditioner head 93 and conditioner disk 92. In some embodiments, the housing 255 is vertically operable, e.g., attached to a vertical drive shaft 260.

ハウジング255は、パッド調整器ディスク92及び調整器ヘッド93を受け入れるように配置される。ノズル275が、調整器ディスク92及び調整器ヘッド93の様々な表面を水蒸気処理することを可能にするために、調整器ディスク92及び調整器ヘッド93は、ハウジング255内で回転可能であり、及び/又はハウジング255内で垂直方向に移動可能である。 The housing 255 is positioned to receive the pad conditioner disk 92 and the conditioner head 93. The conditioner disk 92 and the conditioner head 93 are rotatable within the housing 255 and/or vertically movable within the housing 255 to allow the nozzle 275 to steam various surfaces of the conditioner disk 92 and the conditioner head 93.

ノズル275によって供給される水蒸気295は、調整可能な温度、圧力、及び/又は流量を有し得る。幾つかの実施態様では、温度、圧力、及び/又は流量が、各ノズルについて又はノズルの群の間で独立して調整可能であり得る。これにより、調整器ディスク92又は調整器ヘッド93の洗浄のバリエーションが可能になり、したがって、洗浄がより効果的になる。 The water vapor 295 delivered by the nozzles 275 may have an adjustable temperature, pressure, and/or flow rate. In some embodiments, the temperature, pressure, and/or flow rate may be independently adjustable for each nozzle or between groups of nozzles. This allows for variation in cleaning of the regulator disk 92 or regulator head 93, thus making the cleaning more effective.

例えば、水蒸気295が生成されるときに(例えば、水蒸気生成器410内で)、水蒸気295の温度は、90から200℃であってよい。水蒸気295が、ノズル275によって分注されるときに、例えば、移動における熱損失により、水蒸気295の温度は、90から150℃の間であってよい。幾つかの実施態様では、水蒸気が、70~100℃、例えば80~90℃の温度でノズル275によって供給され得る。幾つかの実施態様では、ノズルによって供給される水蒸気が、過熱される、すなわち沸点を超える温度にある。 For example, when the water vapor 295 is generated (e.g., in the water vapor generator 410), the temperature of the water vapor 295 may be between 90 and 200° C. When the water vapor 295 is dispensed by the nozzle 275, the temperature of the water vapor 295 may be between 90 and 150° C., e.g., due to heat losses in the transfer. In some implementations, the water vapor may be delivered by the nozzle 275 at a temperature of 70-100° C., e.g., 80-90° C. In some implementations, the water vapor delivered by the nozzle is superheated, i.e., at a temperature above the boiling point.

水蒸気295の流量は、水蒸気295がノズル275によって供給されるときに、1~1000cc/分であってよい。幾つかの実施態様では、水蒸気が、他のガスと混合され、例えば、通常の雰囲気又はN2と混合される。代替的に、ノズル275によって供給される流体は、実質的に純粋な水である。幾つかの実施態様では、ノズル275によって供給される水蒸気295が、液体の水、例えばエアロゾル化水と混合される。例えば、液体の水と水蒸気とは、1:1から1:10の相対流量比で(例えばsccmの流量で)組み合わされてよい。しかし、液体の水の量が少ない、例えば5重量%未満、例えば3重量%未満、例えば1重量%未満である場合、水蒸気は優れた熱伝達特性を有することになる。したがって、幾つかの実施態様では、水蒸気が乾燥した水蒸気であり、すなわち水滴を実質的に含まない。 The flow rate of the water vapor 295 may be between 1 and 1000 cc/min when the water vapor 295 is delivered by the nozzle 275. In some embodiments, the water vapor is mixed with other gases, for example, with normal atmosphere or N2 . Alternatively, the fluid delivered by the nozzle 275 is substantially pure water. In some embodiments, the water vapor 295 delivered by the nozzle 275 is mixed with liquid water, for example, aerosolized water. For example, the liquid water and water vapor may be combined in a relative flow ratio (e.g., at a flow rate of sccm) of 1:1 to 1:10. However, when the amount of liquid water is small, for example, less than 5% by weight, for example, less than 3% by weight, for example, less than 1% by weight, the water vapor will have excellent heat transfer properties. Thus, in some embodiments, the water vapor is dry water vapor, i.e., substantially free of water droplets.

幾つかの実施態様では、温度センサ264をハウジング255内に又はそれに隣接して設置してよく、調整器ヘッド93及び/又は調整器ディスク92の温度を検出することができる。温度センサ264からの信号は、コントローラ12によって受信され、調整器ヘッド93又は調整器ディスク92の温度をモニタして、パッド調整器ディスク92の温度を検出することができる。コントローラ12は、温度センサ264からの温度測定値に基づいて、アセンブリ250による水蒸気の供給を制御することができる。例えば、コントローラは、目標温度値を受け取ることができる。コントローラ12が、温度測定値が目標温度値を超えたことを検出した場合、コントローラ12は水蒸気の流れを停止する。別の一実施例として、コントローラ12は、水蒸気の供給流量を低減させることができ、及び/又は水蒸気の温度を低減させることができ、例えば、洗浄及び/又は予熱中に構成要素の過熱を防止することができる。 In some implementations, a temperature sensor 264 may be located in or adjacent to the housing 255 and may detect the temperature of the regulator head 93 and/or the regulator disk 92. A signal from the temperature sensor 264 may be received by the controller 12 to monitor the temperature of the regulator head 93 or the regulator disk 92 to detect the temperature of the pad regulator disk 92. The controller 12 may control the supply of water vapor by the assembly 250 based on the temperature measurements from the temperature sensor 264. For example, the controller may receive a target temperature value. If the controller 12 detects that the temperature measurements exceed the target temperature value, the controller 12 may stop the flow of water vapor. As another example, the controller 12 may reduce the supply flow rate of the water vapor and/or reduce the temperature of the water vapor, for example, to prevent overheating of components during cleaning and/or preheating.

幾つかの実施態様では、コントローラ12がタイマーを含む。この場合、コントローラ12は、水蒸気の供給を開始するときに開始してよく、タイマーが切れると水蒸気の供給を停止することができる。タイマーは、洗浄及び/又は予熱中に調整器ディスク92の所望の温度を実現するために、経験的試験に基づいて設定されてよく、例えば、過熱を防止することができる。 In some embodiments, the controller 12 includes a timer. In this case, the controller 12 may initiate when to begin supplying steam and may stop supplying steam when the timer expires. The timer may be set based on empirical testing to achieve a desired temperature of the regulator disk 92 during cleaning and/or preheating, e.g., to prevent overheating.

図3Aを参照すると、幾つかの実施態様では、研磨ステーション20が、研磨ステーション内の、又は研磨ステーションの/研磨ステーション内の構成要素内の温度、例えば、研磨パッド30及び/又は研磨パッド上のスラリ38の温度をモニタするための温度センサ64を含む。例えば、温度センサ64は、赤外線(IR)センサであって、研磨パッド30の上方に配置され、研磨パッド30及び/又は研磨パッド上のスラリ38の温度を測定するように構成された赤外線(IR)センサ(例えば、IRカメラ)であってよい。特に、温度センサ64は、半径方向温度プロファイルを生成するために、研磨パッド30の半径に沿った複数のポイントで温度を測定するように構成され得る。例えば、IRカメラは、研磨パッド30の半径に及ぶ視野を有することができる。 3A, in some embodiments, the polishing station 20 includes a temperature sensor 64 for monitoring the temperature within the polishing station or within components of the polishing station/within the polishing station, such as the temperature of the polishing pad 30 and/or the slurry 38 thereon. For example, the temperature sensor 64 may be an infrared (IR) sensor (e.g., an IR camera) disposed above the polishing pad 30 and configured to measure the temperature of the polishing pad 30 and/or the slurry 38 thereon. In particular, the temperature sensor 64 may be configured to measure the temperature at multiple points along the radius of the polishing pad 30 to generate a radial temperature profile. For example, the IR camera may have a field of view that spans the radius of the polishing pad 30.

幾つかの実施態様では、温度センサが、非接触センサではなく接触センサである。例えば、温度センサ64は、プラテン24上又はプラテン24内に配置された熱電対又はIR温度計であってよい。更に、温度センサ64は、研磨パッドと直接接触してもよい。 In some embodiments, the temperature sensor is a contact sensor rather than a non-contact sensor. For example, the temperature sensor 64 may be a thermocouple or an IR thermometer disposed on or within the platen 24. Additionally, the temperature sensor 64 may be in direct contact with the polishing pad.

幾つかの実施態様では、研磨パッド30の半径に沿った複数のポイントで温度を提供するために、研磨パッド30を横断する種々の半径方向位置に複数の温度センサを間隔を空けて配置することができる。この技法は、IRカメラと代替的に又は追加的に使用することができる。 In some embodiments, multiple temperature sensors can be spaced at various radial locations across the polishing pad 30 to provide temperature at multiple points along the radius of the polishing pad 30. This technique can be used alternatively or in addition to an IR camera.

研磨パッド30の及び/又はパッド30上のスラリ38の温度をモニタするために配置されるように図3Aでは示されているが、温度センサ64は、基板10の温度を測定するために、キャリアヘッド70の内側に配置されてもよい。温度センサ64は、基板10の半導体ウエハと直接接触(すなわち、接触するセンサ)することができる。幾つかの実施態様では、例えば、研磨ステーションの/研磨ステーション内の種々の構成要素の温度を測定するために、複数の温度センサが、研磨ステーション22内に含まれる。 Although shown in FIG. 3A as being positioned to monitor the temperature of the polishing pad 30 and/or the slurry 38 on the pad 30, the temperature sensor 64 may be positioned inside the carrier head 70 to measure the temperature of the substrate 10. The temperature sensor 64 may be in direct contact (i.e., a contacting sensor) with the semiconductor wafer of the substrate 10. In some implementations, multiple temperature sensors are included in the polishing station 22, for example, to measure the temperature of various components of/within the polishing station.

研磨システム20はまた、研磨パッド30及び/又は研磨パッド上のスラリ38の温度を制御するための温度制御システム100も含む。温度制御システム100は、冷却システム102及び/又は加熱システム104を含んでよい。冷却システム102及び加熱システム104のうちの少なくとも1つ、並びに幾つかの実施態様では両方ともが、研磨パッド30の研磨面36上に(又は研磨パッド上に既に存在する研磨液上に)、温度制御媒体(例えば、液体、蒸気、又は霧)を供給することによって動作する。 The polishing system 20 also includes a temperature control system 100 for controlling the temperature of the polishing pad 30 and/or the slurry 38 on the polishing pad. The temperature control system 100 may include a cooling system 102 and/or a heating system 104. At least one of the cooling system 102 and the heating system 104, and in some embodiments both, operate by supplying a temperature control medium (e.g., liquid, vapor, or mist) onto the polishing surface 36 of the polishing pad 30 (or onto the polishing fluid already present on the polishing pad).

冷却システム102では、冷却媒体が、ガス(例えば空気)又は液体(例えば水)であってよい。媒体は、室温であってよく、又は室温未満(例えば、摂氏5~15度)に冷やされ得る。幾つかの実施態様では、冷却システム102が、空気と液体との霧(例えば、水などの液体のエアロゾル化された霧)を使用する。特に、冷却システムは、室温未満に冷やされる水のエアロゾル化された霧を生成するノズルを有することができる。幾つかの実施態様では、固体材料をガス及び/又は液体と混合することができる。固体材料は、冷やされた材料(例えば氷)、又は水内で溶解されたときに(例えば化学反応によって)熱を吸収する材料であってよい。 In the cooling system 102, the cooling medium may be a gas (e.g., air) or a liquid (e.g., water). The medium may be at room temperature or may be chilled below room temperature (e.g., 5-15 degrees Celsius). In some implementations, the cooling system 102 uses a mist of air and liquid (e.g., an aerosolized mist of a liquid such as water). In particular, the cooling system may have a nozzle that creates an aerosolized mist of water that is chilled below room temperature. In some implementations, a solid material may be mixed with the gas and/or liquid. The solid material may be a chilled material (e.g., ice) or a material that absorbs heat when dissolved in water (e.g., by a chemical reaction).

冷却媒体は、クーラント供給アーム内の1以上の開孔(例えば、任意選択的にノズル内に形成された孔又はスロット)を貫通して流れることによって供給され得る。開孔は、クーラントの供給源に連結されたマニホールドによって設けられ得る。 The cooling medium may be supplied by flowing through one or more apertures in the coolant supply arm (e.g., holes or slots optionally formed in a nozzle). The apertures may be provided by a manifold connected to a source of coolant.

図3A及び図3Bで示されているように、例示的な冷却システム102は、研磨パッドの縁部から研磨パッド30の中心に又はその中心の近くに(例えば、研磨パッドの全半径の5%以内に)、プラテン24及び研磨パッド30の上で延在するアーム110を含む。アーム110は、ベース112によって支持されてよく、ベース112は、プラテン24と同じフレーム40上に支持されてよい。ベース112は、1以上のアクチュエータ、例えば、アーム110を上昇させ若しくは下降させるリニアアクチュエータ、及び/又は、プラテン24の上でアーム110を側方に揺動させる回転アクチュエータを含んでよい。アーム110は、研磨ヘッド70、パッド調整ディスク92、及びスラリ分注アーム39などの他のハードウェア構成要素との衝突を回避するように配置される。 3A and 3B, an exemplary cooling system 102 includes an arm 110 that extends over the platen 24 and polishing pad 30 from the edge of the polishing pad to or near the center of the polishing pad 30 (e.g., within 5% of the total radius of the polishing pad). The arm 110 may be supported by a base 112, which may be supported on the same frame 40 as the platen 24. The base 112 may include one or more actuators, such as a linear actuator that raises or lowers the arm 110 and/or a rotary actuator that swings the arm 110 laterally over the platen 24. The arm 110 is positioned to avoid collisions with other hardware components, such as the polishing head 70, the pad conditioning disk 92, and the slurry dispensing arm 39.

例示的な冷却システム102は、アーム110から吊り下げられた複数のノズル120を含む。各ノズル120は、液体冷却媒体(例えば水)を研磨パッド30上に噴霧するように構成される。アーム110は、ノズル120が間隙126によって研磨パッド30から分離されるように、ベース112によって支持され得る。 The exemplary cooling system 102 includes a plurality of nozzles 120 suspended from an arm 110. Each nozzle 120 is configured to spray a liquid cooling medium (e.g., water) onto the polishing pad 30. The arm 110 may be supported by a base 112 such that the nozzles 120 are separated from the polishing pad 30 by a gap 126.

各ノズル120は、霧122内のエアロゾル化された水を研磨パッド30に導くように構成され得る。冷却システム102は、液体冷却媒体の供給源130と、ガス源132(図3B参照)とを含み得る。供給源130からの液体及び供給源132からのガスは、霧122を生成するためにノズル120を通して導かれる前に、例えばアーム110内又はアーム110上の混合チャンバ134(図3A参照)内で混合され得る。 Each nozzle 120 may be configured to direct aerosolized water in a mist 122 toward the polishing pad 30. The cooling system 102 may include a source 130 of liquid cooling medium and a gas source 132 (see FIG. 3B). The liquid from the source 130 and the gas from the source 132 may be mixed, for example, in a mixing chamber 134 (see FIG. 3A) in or on the arm 110 before being directed through the nozzles 120 to generate the mist 122.

幾つかの実施態様では、プロセスパラメータ、例えば、流量、圧力、温度、及び/又は液体とガスとの混合比を、各ノズルについて独立して制御することができる。例えば、各ノズル120用のクーラントは、独立して制御可能な冷却器を通って流れて、霧の温度を独立して制御することができる。別の一実施例として、ガス用と液体用の別々のポンプの組を各ノズルに連結して、流量、圧力、及びガスと液体との混合比を、各ノズルについて独立して制御することができる。 In some implementations, process parameters such as flow rate, pressure, temperature, and/or liquid to gas mixture ratio can be independently controlled for each nozzle. For example, the coolant for each nozzle 120 can flow through an independently controllable chiller to independently control the temperature of the mist. As another example, a separate set of gas and liquid pumps can be coupled to each nozzle to independently control the flow rate, pressure, and gas to liquid mixture ratio for each nozzle.

様々なノズルは、研磨パッド30上の種々の半径方向ゾーン124上に噴霧することができる。隣接する半径方向ゾーン124は、オーバーラップしてよい。幾つかの実施態様では、ノズル120が、細長い領域128に沿って研磨パッド30に衝突する霧を生成する。例えば、ノズルは、概して平面的な三角形の空間内に霧を生成するように構成され得る。 The various nozzles can spray onto various radial zones 124 on the polishing pad 30. Adjacent radial zones 124 may overlap. In some implementations, the nozzles 120 generate a mist that impinges on the polishing pad 30 along an elongated region 128. For example, the nozzles can be configured to generate a mist within a generally planar triangular space.

細長い領域128のうちの1以上、例えば細長い領域128の全ては、領域128を通って延びる半径に平行な長手軸を有し得る(領域128a参照)。代替的に、ノズル120は、円錐状の霧を生成する。 One or more of the elongated regions 128, for example all of the elongated regions 128, may have a longitudinal axis parallel to a radius extending through the region 128 (see region 128a). Alternatively, the nozzle 120 produces a cone-shaped mist.

図1は、霧自体がオーバーラップしている状態を示しているが、ノズル120は、細長い領域がオーバーラップしないように配向されてよい。例えば、少なくとも一部のノズル120、例えば全てのノズル120は、細長い領域128が、細長い領域を通過する半径に対して斜角となるように配向されてよい(128b参照)。 1 shows the mist overlapping, the nozzles 120 may be oriented such that the elongated regions do not overlap. For example, at least some of the nozzles 120, e.g., all of the nozzles 120, may be oriented such that the elongated region 128 is at an oblique angle to a radius passing through the elongated region (see 128b).

少なくとも一部のノズル120は、そのノズルからの噴霧(矢印A参照)の中心軸が、研磨面36に対して斜角となるように配向されてよい。特に、霧122は、プラテン24の回転によって生じる衝突の領域内で、研磨パッド30の移動の方向とは反対側の方向の水平成分を有するように(矢印A参照)、ノズル120から導かれ得る。 At least some of the nozzles 120 may be oriented such that the central axis of the spray (see arrow A) from that nozzle is at an oblique angle to the polishing surface 36. In particular, the mist 122 may be directed from the nozzles 120 such that it has a horizontal component (see arrow A) in a direction opposite to the direction of movement of the polishing pad 30 within the region of impingement caused by the rotation of the platen 24.

図3A及び図3Bは、ノズル120を均一な間隔で配置されたものとして示しているが、これは必ずしも必要ではない。ノズル120は、半径方向に若しくは角度的にのいずれかで又はそれらの両方で不均一に分散されてよい。例えば、ノズル120は、研磨パッド30の縁部に向けて半径方向に沿って、より密にクラスタ化することができる。加えて、図3A及び図3Bは、9つのノズルを示しているが、より多数の又はより少ない数のノズル、例えば、3つから20個のノズルが存在してもよい。 3A and 3B show the nozzles 120 as being uniformly spaced, this is not necessary. The nozzles 120 may be non-uniformly distributed either radially or angularly, or both. For example, the nozzles 120 may be more tightly clustered along the radial direction toward the edge of the polishing pad 30. In addition, while FIGS. 3A and 3B show nine nozzles, there may be a greater or lesser number of nozzles, e.g., between three and twenty nozzles.

加熱システム104では、加熱媒体が、ガス、例えば、水蒸気(例えば、水蒸気生成器410からの)又は加熱された空気、若しくは液体、例えば、加熱水、或いはガスと液体との組み合わせであってよい。媒体は、室温よりも上(例えば、摂氏40~120度、例えば、摂氏90~110度)である。媒体は、水(実質的に純粋な脱イオン水、又は添加物若しくは化学物質を含む水)であってよい。幾つかの実施態様では、加熱システム104が、水蒸気の噴霧を使用する。水蒸気は、添加物又は化学物質を含み得る。 In the heating system 104, the heating medium may be a gas, such as water vapor (e.g., from the water vapor generator 410) or heated air, or a liquid, such as heated water, or a combination of gas and liquid. The medium is above room temperature (e.g., 40-120 degrees Celsius, e.g., 90-110 degrees Celsius). The medium may be water (substantially pure deionized water, or water with additives or chemicals). In some implementations, the heating system 104 uses a spray of water vapor. The water vapor may include additives or chemicals.

加熱媒体は、加熱供給アーム上の開孔(例えば、1以上のノズルによって設けられる例えば孔又はスロット)を通って流れることによって供給され得る。開孔は、加熱媒体の供給源に連結されたマニホールドによって設けられ得る。 The heating medium may be delivered by flowing through apertures (e.g., holes or slots provided by one or more nozzles) on the heating delivery arm. The apertures may be provided by a manifold connected to a source of heating medium.

例示的な加熱システム104は、研磨パッドの縁部から研磨パッド30の中心に又はその中心の近くに(例えば、研磨パッドの全半径の5%以内に)、プラテン24及び研磨パッド30の上で延在するアーム140を含む。アーム140は、ベース142によって支持されてよく、ベース142は、プラテン24と同じフレーム40上に支持されてよい。ベース142は、1以上のアクチュエータ、例えば、アーム140を上昇させ若しくは下降させるリニアアクチュエータ、及び/又は、プラテン24の上でアーム140を側方に揺動させる回転アクチュエータを含んでよい。アーム140は、研磨ヘッド70、パッド調整ディスク92、及びスラリ分注アーム39などの他のハードウェア構成要素との衝突を回避するように配置される。 An exemplary heating system 104 includes an arm 140 that extends over the platen 24 and polishing pad 30 from the edge of the polishing pad to or near the center of the polishing pad 30 (e.g., within 5% of the total radius of the polishing pad). The arm 140 may be supported by a base 142, which may be supported on the same frame 40 as the platen 24. The base 142 may include one or more actuators, such as a linear actuator that raises or lowers the arm 140 and/or a rotary actuator that swings the arm 140 laterally over the platen 24. The arm 140 is positioned to avoid collisions with other hardware components, such as the polishing head 70, the pad conditioning disk 92, and the slurry dispensing arm 39.

プラテン24の回転方向に沿って、加熱システム104のアーム140を、冷却システム102のアーム110とキャリアヘッド70との間に配置することができる。プラテン24の回転方向に沿って、加熱システム104のアーム140は、冷却システム102のアーム110とスラリ供給アーム39との間に配置することができる。例えば、冷却システム102のアーム110、加熱システム104のアーム140、スラリ供給アーム39、及びキャリアヘッド70は、プラテン24の回転方向に沿った順序で配置することができる。 Along the rotation direction of the platen 24, the arm 140 of the heating system 104 can be disposed between the arm 110 of the cooling system 102 and the carrier head 70. Along the rotation direction of the platen 24, the arm 140 of the heating system 104 can be disposed between the arm 110 of the cooling system 102 and the slurry supply arm 39. For example, the arm 110 of the cooling system 102, the arm 140 of the heating system 104, the slurry supply arm 39, and the carrier head 70 can be disposed in a sequence along the rotation direction of the platen 24.

アーム140の下面内には複数の開口部144が形成される。各開口部144は、ガス又は蒸気(vapor)、例えば水蒸気(steam)を研磨パッド30上に導くように構成される。アーム140は、開口部144が間隙によって研磨パッド30から分離されるように、ベース142によって支持されてよい。間隙は、0.5~5mmであってよい。特に、間隙は、流体が研磨パッドに到達する前に、加熱流体の熱が著しく消散しないように選択されてよい。例えば、開口部から放出された水蒸気が研磨パッドに到達する前に凝縮しないように、間隙を選択することができる。 A plurality of openings 144 are formed in the underside of the arm 140. Each opening 144 is configured to direct a gas or vapor, e.g., water vapor, onto the polishing pad 30. The arm 140 may be supported by a base 142 such that the openings 144 are separated from the polishing pad 30 by a gap. The gap may be 0.5-5 mm. In particular, the gap may be selected such that heat from the heating fluid is not significantly dissipated before the fluid reaches the polishing pad. For example, the gap may be selected such that water vapor emitted from the openings does not condense before reaching the polishing pad.

加熱システム104は、水蒸気の供給源148、例えば蒸気生成器410を含んでよく、これは管によってアーム140に連結され得る。各開口部144は、水蒸気を研磨パッド30に導くように構成されてよい。 The heating system 104 may include a source 148 of water vapor, such as a steam generator 410, which may be coupled to the arm 140 by a tube. Each opening 144 may be configured to direct water vapor to the polishing pad 30.

幾つかの実施態様では、プロセスパラメータ、例えば、流量、圧力、温度、及び/又は液体とガスとの混合比を、各ノズルについて独立して制御することができる。例えば、各開口部144用の流体は、独立して制御可能なヒータを通って流れて、加熱流体の温度、例えば水蒸気の温度を独立して制御することができる。 In some implementations, process parameters, such as flow rate, pressure, temperature, and/or liquid to gas mixture ratio, can be independently controlled for each nozzle. For example, the fluid for each opening 144 can flow through an independently controllable heater to independently control the temperature of the heating fluid, e.g., the temperature of the water vapor.

様々な開口部144は、研磨パッド30上の異なる半径方向ゾーン上に水蒸気を導くことができる。隣接する半径方向ゾーンは、オーバーラップし得る。任意選択的に、開口部144の一部は、その開口部からの噴霧の中心軸が、研磨面36に対して斜角となるように配向されてよい。水蒸気は、プラテン24の回転によって生じる衝突の領域内で、研磨パッド30の移動の方向とは反対側の方向の水平成分を有するように、開口部144のうちの1以上から導かれ得る。 The various openings 144 can direct the water vapor onto different radial zones on the polishing pad 30. Adjacent radial zones can overlap. Optionally, some of the openings 144 can be oriented such that the central axis of the spray from that opening is at an oblique angle to the polishing surface 36. The water vapor can be directed from one or more of the openings 144 to have a horizontal component in a direction opposite to the direction of movement of the polishing pad 30 within the region of impingement caused by the rotation of the platen 24.

図3Bは、開口部144が均一な間隔を空けて配置されるように示しているが、これは必ずしも必要ではない。ノズル120は、半径方向に若しくは角度的にのいずれかで又はそれらの両方で不均一に分散されてよい。例えば、開口部144は、研磨パッド30の中心に向けて、より密にクラスタ化することができる。別の一実施例として、開口部144は、研磨液38がスラリ供給アーム39によって研磨パッド30に供給される半径に対応する半径において、より密にクラスタ化することができる。更に、図3Bは、9つの開口部を示しているが、より多くの又はより少ない数の開口部が存在してもよい。 3B shows the openings 144 as being uniformly spaced, but this is not necessary. The nozzles 120 may be non-uniformly distributed either radially or angularly, or both. For example, the openings 144 may be more tightly clustered toward the center of the polishing pad 30. As another example, the openings 144 may be more tightly clustered at a radius corresponding to the radius at which the polishing liquid 38 is delivered to the polishing pad 30 by the slurry delivery arm 39. Additionally, while FIG. 3B shows nine openings, there may be a greater or lesser number of openings.

研磨システム20はまた、高圧リンスシステム106も含み得る。高圧リンスシステム106は、パッド30を洗浄し、使用済みスラリや研磨屑などを除去するために、洗浄流体、例えば水を研磨パッド30上に高強度で導く複数のノズル154(例えば、3から20個のノズル)を含む。 The polishing system 20 may also include a high-pressure rinse system 106. The high-pressure rinse system 106 includes multiple nozzles 154 (e.g., 3 to 20 nozzles) that direct a cleaning fluid, e.g., water, at high intensity onto the polishing pad 30 to clean the pad 30 and remove used slurry, polishing debris, and the like.

図3Bで示されているように、例示的なリンスシステム106は、研磨パッドの縁部から研磨パッド30の中心に又はその中心の近くに(例えば、研磨パッドの全半径の5%以内に)、プラテン24及び研磨パッド30の上で延在するアーム150を含む。アーム150は、ベース152によって支持されてよく、ベース152は、プラテン24と同じフレーム40上に支持されてよい。ベース152は、1以上のアクチュエータ、例えば、アーム150を上昇させ若しくは下降させるリニアアクチュエータ、及び/又は、プラテン24の上でアーム150を側方に揺動させる回転アクチュエータを含んでよい。アーム150は、研磨ヘッド70、パッド調整ディスク92、及びスラリ分注アーム39などの他のハードウェア構成要素との衝突を回避するように配置される。 3B, the exemplary rinse system 106 includes an arm 150 that extends over the platen 24 and polishing pad 30 from the edge of the polishing pad to or near the center of the polishing pad 30 (e.g., within 5% of the total radius of the polishing pad). The arm 150 may be supported by a base 152, which may be supported on the same frame 40 as the platen 24. The base 152 may include one or more actuators, such as a linear actuator that raises or lowers the arm 150 and/or a rotary actuator that swings the arm 150 laterally over the platen 24. The arm 150 is positioned to avoid collisions with other hardware components, such as the polishing head 70, the pad conditioning disk 92, and the slurry dispensing arm 39.

プラテン24の回転方向に沿って、リンスシステム106のアーム150は、冷却システム102のアーム110と加熱システム104のアーム140との間にあってよい。例えば、冷却システム102のアーム110、リンスシステム106のアーム150、加熱システム104のアーム140、スラリ供給アーム39、及びキャリアヘッド70は、プラテン24の回転方向に沿った順序で配置することができる。代替的に、プラテン24の回転方向に沿って、冷却システム102のアーム110は、リンスシステム106のアーム150と加熱システム104のアーム140との間にあってよい。例えば、リンスシステム106のアーム150、冷却システム102のアーム110、加熱システム104のアーム140、スラリ供給アーム39、及びキャリアヘッド70は、プラテン24の回転方向に沿った順序で配置することができる。 Along the rotation direction of the platen 24, the arm 150 of the rinsing system 106 may be between the arm 110 of the cooling system 102 and the arm 140 of the heating system 104. For example, the arm 110 of the cooling system 102, the arm 150 of the rinsing system 106, the arm 140 of the heating system 104, the slurry supply arm 39, and the carrier head 70 may be arranged in a sequence along the rotation direction of the platen 24. Alternatively, along the rotation direction of the platen 24, the arm 110 of the cooling system 102 may be between the arm 150 of the rinsing system 106 and the arm 140 of the heating system 104. For example, the arm 150 of the rinsing system 106, the arm 110 of the cooling system 102, the arm 140 of the heating system 104, the slurry supply arm 39, and the carrier head 70 may be arranged in a sequence along the rotation direction of the platen 24.

図3Bは、開口部154が均一な間隔で配置されるように示しているが、これは必ずしも必要ではない。加えて、図3A及び図3Bは、9つのノズルを示しているが、より多数の又はより少ない数のノズル、例えば、3つから20個のノズルが存在してもよい。 While FIG. 3B shows the openings 154 as being evenly spaced, this is not necessary. Additionally, while FIGS. 3A and 3B show nine nozzles, there may be a greater or lesser number of nozzles, e.g., between three and twenty nozzles.

研磨システム2はまた、様々な構成要素、例えば温度制御システム100の動作を制御するためのコントローラ12も含んでよい。コントローラ12は、研磨パッドの各半径方向ゾーンについて温度センサ64から温度測定値を受け取るように構成される。コントローラ12は、測定された温度プロファイルを所望の温度プロファイルと比較し、各ノズル又は開口部についての制御機構(例えば、アクチュエータ、電源、ポンプ、バルブなど)へのフィードバック信号を生成することができる。フィードバック信号は、例えば、内部フィードバックアルゴリズムに基づいて、コントローラ12によって計算されて、研磨パッド及び/又はスラリが所望の温度プロファイルに達する(又は少なくともそれに近づく)ように、制御機構に冷却又は加熱の量を調整させる。 The polishing system 2 may also include a controller 12 for controlling the operation of various components, such as the temperature control system 100. The controller 12 is configured to receive temperature measurements from the temperature sensors 64 for each radial zone of the polishing pad. The controller 12 may compare the measured temperature profile to a desired temperature profile and generate a feedback signal to a control mechanism (e.g., actuator, power supply, pump, valve, etc.) for each nozzle or opening. The feedback signal is calculated by the controller 12, for example, based on an internal feedback algorithm, to cause the control mechanism to adjust the amount of cooling or heating so that the polishing pad and/or slurry reaches (or at least approaches) the desired temperature profile.

幾つかの実施態様では、研磨システム20が、研磨パッド30を横切って研磨液38を均一に分散させるために、ワイパーブレード又は本体170を含む。プラテン24の回転方向に沿って、ワイパーブレード170は、スラリ供給アーム39とキャリアヘッド70との間にあってよい。 In some embodiments, the polishing system 20 includes a wiper blade or body 170 to uniformly distribute the polishing fluid 38 across the polishing pad 30. Along the direction of rotation of the platen 24, the wiper blade 170 may be between the slurry delivery arm 39 and the carrier head 70.

図3Bは、各サブシステム、例えば、加熱システム104、冷却システム102、及びリンスシステム106のための別個のアームを示しており、様々なサブシステムを、共通のアームによって支持された単一のアセンブリ内に含めることができる。例えば、アセンブリは、冷却モジュール、リンスモジュール、加熱モジュール、スラリ供給モジュール、及び任意選択的なワイパーモジュールを含んでよい。各モジュールは、共通の取り付けプレートに固定することができる本体、例えば弓形の本体を含むことができ、共通の取り付けプレートをアームの端部に固定して、アセンブリが研磨パッド30の上に配置されるようにすることができる。様々な流体供給構成要素、例えば管類や通路などは、各本体の内側で延在してよい。幾つかの実施形態では、モジュールが、取り付けプレートから個別に取り外し可能である。各モジュールは、上述した関連するシステムのアームの機能を実行するための同様の構成要素を有することができる。 3B shows separate arms for each subsystem, e.g., heating system 104, cooling system 102, and rinsing system 106, and the various subsystems can be included in a single assembly supported by a common arm. For example, the assembly can include a cooling module, a rinsing module, a heating module, a slurry supply module, and an optional wiper module. Each module can include a body, e.g., an arcuate body, that can be secured to a common mounting plate, which can be secured to the end of the arm such that the assembly is positioned above the polishing pad 30. Various fluid supply components, e.g., tubing, passages, etc., can extend inside each body. In some embodiments, the modules are individually removable from the mounting plate. Each module can have similar components to perform the functions of the arms of the associated system described above.

図1、図2A、図2B、図3A、及び図3Bを参照すると、コントローラ12は、センサ64、214、及び264によって受け取られた温度測定値をモニタしてよく、温度制御システム100、並びに水蒸気処理アセンブリ200及び250に供給される水蒸気の量を制御することができる。コントローラ12は、温度測定値を継続的にモニタしてよく、フィードバックループ内で温度を制御して、研磨パッド30、キャリアヘッド70、及び調整ディスク92の温度を調整することができる。例えば、コントローラ12は、研磨パッド30の温度をセンサ64から受け取り、キャリアヘッド70及び/又は調整器ヘッド92への水蒸気の供給を制御して、キャリアヘッド70及び/又は調整器ヘッド92の温度を上昇させ、研磨パッド30の温度に適合させることができる。温度差を減少させることは、キャリアヘッド70及び/又は調整器ヘッド92が比較的高温の研磨パッド30上でヒートシンクとして作用するのを防止するのに役立ち、ウエハ内の均一性を改善することができる。 1, 2A, 2B, 3A, and 3B, the controller 12 may monitor the temperature measurements received by the sensors 64, 214, and 264 and may control the amount of water vapor supplied to the temperature control system 100 and the water vapor processing assemblies 200 and 250. The controller 12 may continuously monitor the temperature measurements and may control the temperature in a feedback loop to regulate the temperature of the polishing pad 30, the carrier head 70, and the conditioning disk 92. For example, the controller 12 may receive the temperature of the polishing pad 30 from the sensor 64 and control the supply of water vapor to the carrier head 70 and/or the conditioning disk 92 to increase the temperature of the carrier head 70 and/or the conditioning disk 92 to match the temperature of the polishing pad 30. Reducing the temperature difference helps to prevent the carrier head 70 and/or the conditioning disk 92 from acting as a heat sink on the relatively hot polishing pad 30, which may improve within-wafer uniformity.

幾つかの実施形態では、コントローラ12は、研磨パッド30、キャリアヘッド70、及び調整器ディスク92用の所望の温度を記憶する。コントローラ12は、センサ64、214、264からの温度測定値をモニタし、温度制御システム100並びに水蒸気処理アセンブリ200及び/又は250を制御して、研磨パッド30、キャリアヘッド70、及び/又は調整器ディスク92の温度を所望の温度にすることができる。温度を所望の温度にすることを実現することによって、コントローラ12は、ウエハ内の均一性及びウエハ間の均一性を改善することができる。 In some embodiments, the controller 12 stores desired temperatures for the polishing pad 30, the carrier head 70, and the conditioner disk 92. The controller 12 can monitor temperature measurements from the sensors 64, 214, 264 and control the temperature control system 100 and the water vapor treatment assemblies 200 and/or 250 to achieve the desired temperatures for the polishing pad 30, the carrier head 70, and/or the conditioner disk 92. By achieving the desired temperatures, the controller 12 can improve within-wafer and between-wafer uniformity.

代替的に、コントローラ12は、キャリアヘッド70及び/又は調整器ヘッド92の温度を研磨パッド30の温度よりわずかに高くすることができ、キャリアヘッド70並びに/又は調整器ヘッド92がそれぞれの洗浄ステーション及び予熱ステーションから研磨パッド30に移動するときに、研磨パッド30の温度と同じ又は実質的に同じ温度に下げることを可能にする。 Alternatively, the controller 12 can cause the temperature of the carrier head 70 and/or the conditioner head 92 to be slightly higher than the temperature of the polishing pad 30 and to be reduced to the same or substantially the same temperature as the polishing pad 30 as the carrier head 70 and/or the conditioner head 92 move from their respective cleaning and preheating stations to the polishing pad 30.

本発明の数多くの実施形態について説明した。しかし、本発明の本質及び範囲から逸脱しない限り、様々な修正が行われ得ることを理解されたい。したがって、その他の実施形態も、以下の特許請求の範囲内に含まれる。
A number of embodiments of the invention have been described. However, it should be understood that various modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, other embodiments are within the scope of the following claims.

Claims (15)

化学機械研磨システムのための温度制御の方法であって、
前記研磨システム内の構成要素が前記研磨システムの研磨パッドから間隔を空けられている間に、前記構成要素の温度を上昇温度まで上昇させるために、水蒸気を含むガスをオリフィスから前記構成要素に導くこと、及び
加熱された前記構成要素が周囲温度に戻る前に、前記加熱された構成要素を前記研磨パッドと接触するように移動させることを含む、方法。
1. A method of temperature control for a chemical mechanical polishing system, comprising:
1. The method of claim 1, further comprising: directing a gas containing water vapor through an orifice to a component within the polishing system to raise a temperature of the component to an elevated temperature while the component is spaced from a polishing pad of the polishing system; and moving the heated component into contact with the polishing pad before the heated component returns to an ambient temperature.
前記水蒸気が前記構成要素に導かれている間に前記構成要素の温度を測定すること、前記研磨パッドの温度を測定すること、測定された前記温度に基づいて目標温度を計算すること、及び、前記構成要素が前記目標温度に到達したときに前記水蒸気を停止することを含む、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, comprising: measuring a temperature of the component while the water vapor is being directed to the component; measuring a temperature of the polishing pad; calculating a target temperature based on the measured temperature; and stopping the water vapor when the component reaches the target temperature. 前記構成要素が前記研磨パッドと接触するときに、前記構成要素の前記温度が、前記研磨パッドの温度に略等しい、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the temperature of the component is approximately equal to the temperature of the polishing pad when the component contacts the polishing pad. 化学機械研磨システムのための洗浄の方法であって、
前記研磨システム内の構成要素が前記研磨システムの研磨パッドから間隔を空けられている間に、前記構成要素から研磨副産物を洗浄して落とすために、水蒸気を含むガスをオリフィスから前記構成要素に導くこと、及び
洗浄された前記構成要素を前記研磨パッドと接触するように移動させることを含む、方法。
前記構成要素は、調整器ディスク又は調整器ヘッドを含む、方法。
1. A method of cleaning for a chemical mechanical polishing system, comprising:
The method includes: directing a gas containing water vapor through an orifice to a component in the polishing system while the component is spaced from a polishing pad of the polishing system to wash polishing by-products from the component; and moving the cleaned component into contact with the polishing pad.
The method , wherein the component comprises a regulator disk or a regulator head.
前記ガスは70~100℃の温度を有する、請求項1又は4に記載の方法。 The method of claim 1 or 4, wherein the gas has a temperature of 70 to 100°C. 前記水蒸気は乾燥した水蒸気を含む、請求項1又は4に記載の方法。 The method of claim 1 or 4, wherein the water vapor comprises dry water vapor. 前記構成要素を前記研磨パッドから間隔を空けられた処理ステーション内に配置すること、及び、水蒸気を前記処理ステーションで前記構成要素に導くことを含む、請求項1又は4に記載の方法。 The method of claim 1 or 4, comprising placing the component in a treatment station spaced from the polishing pad, and directing water vapor to the component at the treatment station. 前記構成要素は、キャリアヘッド又は研磨される基板を含む、請求項1又は4に記載の方法。 The method of claim 1 or 4, wherein the component includes a carrier head or a substrate to be polished. 前記水蒸気は、基板移送ステーション又はプラテン間ステーションで前記構成要素に導かれる、請求項8に記載の方法。 The method of claim 8, wherein the water vapor is directed to the component at a substrate transfer station or an inter-platen station. 前記構成要素は、調整器ディスク又は調整器ヘッドを含む、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1 , wherein the component comprises a regulator disk or a regulator head. 水蒸気が、調整器ディスク洗浄カップで前記構成要素に導かれる、請求項4または10に記載の方法。 The method of claim 4 or 10, wherein water vapor is directed to the component at a regulator disk wash cup. 化学機械研磨システムであって、
研磨パッドを支持するためのプラテンと、
ボイラーと、
前記研磨パッドから間隔を空けられた処理ステーションであって、前記ボイラーからの水蒸気を前記処理ステーション内に配置された本体に導くための複数のノズルを有する処理ステーションと、
構成要素を前記処理ステーションから前記研磨パッドと接触するように移動させるためのアクチュエータと、
コントローラとを含み、前記コントローラは、
前記水蒸気を前記構成要素に導いて前記構成要素の温度を上昇温度まで上昇させることを前記処理ステーションに実行させ、
前記構成要素が周囲温度に戻る前に、前記構成要素を前記処理ステーションから前記研磨パッドと接触するように移動させることを前記アクチュエータに実行させるように構成されている、システム。
1. A chemical mechanical polishing system comprising:
a platen for supporting the polishing pad;
Boiler and
a treatment station spaced from the polishing pad, the treatment station having a plurality of nozzles for directing steam from the boiler to a body disposed within the treatment station;
an actuator for moving a component from the processing station into contact with the polishing pad;
and a controller, the controller comprising:
causing the processing station to direct the water vapor to the component to increase a temperature of the component to an elevated temperature;
The system is configured to cause the actuator to move the component from the processing station into contact with the polishing pad before the component returns to ambient temperature.
化学機械研磨システムであって、
研磨パッドを支持するためのプラテンと、
ボイラーと、
前記研磨パッドから間隔を空けられた処理ステーションであって、前記ボイラーからの水蒸気を前記処理ステーション内に配置された本体に導くための複数のノズルを有する処理ステーションと、
構成要素を前記処理ステーションから前記研磨パッドと接触するように移動させるためのアクチュエータと、
コントローラとを含み、前記コントローラは、
前記水蒸気を前記構成要素に導いて前記構成要素を洗浄することを前記処理ステーションに実行させ、
洗浄された前記構成要素を前記処理ステーションから前記研磨パッドと接触するように移動させることを前記アクチュエータに実行させるように構成されており、
前記構成要素は、調整器ヘッド又は調整器ディスクを含む、システム。
1. A chemical mechanical polishing system comprising:
a platen for supporting the polishing pad;
Boiler and
a treatment station spaced from the polishing pad, the treatment station having a plurality of nozzles for directing steam from the boiler to a body disposed within the treatment station;
an actuator for moving a component from the processing station into contact with the polishing pad;
and a controller, the controller comprising:
causing the processing station to direct the water vapor to the component to clean the component;
configured to cause the actuator to move the cleaned component from the processing station into contact with the polishing pad ;
The system, wherein the component includes a conditioner head or a conditioner disk.
前記構成要素は、キャリアヘッド又は基板を含む、請求項12又は13に記載のシステム。 The system of claim 12 or 13, wherein the component includes a carrier head or a substrate. 前記構成要素は、調整器ヘッド又は調整器ディスクを含む、請求項12に記載のシステム。 The system of claim 12 , wherein the component comprises a conditioner head or a conditioner disk.
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