• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    本發明係提供一種不降低研磨速率而用於減少所使用之研磨液體之數量的研磨方法。該研磨方法包括預先決定研磨液體的供給流速與於未控制該研磨墊之表面溫度而研磨該基板時的研磨速率之間的關係，及研磨液體的供給流速與於將該研磨墊之表面溫度控制在預定位準而研磨該基板時的研磨速率之間的關係，以及當將該研磨墊之表面溫度控制在預定位準而研磨該基板時，持續供給該研磨液體至該研磨墊之該表面以達到相較於當未控制該研磨墊之該表面溫度而研磨該基板時較高的研磨速率。
    公开号:TW201308412A
    申请号:TW101114481
    申请日:2012-04-24
    公开日:2013-02-16
    发明作者:Katsutoshi Ono；Yu Ishii；Hisanori Matsuo；Kuniaki Yamaguchi
    申请人:Ebara Corp；
    IPC主号:H01L21-00
    专利说明:
    研磨方法
    本發明係關於一種用於研磨例如半導體晶圓等等之基板所欲研磨之表面的研磨方法，該研磨方法係藉由將該基板所欲研磨之表面壓在研磨墊之研磨表面，同時供給研磨液體(研磨漿(slurry))至該研磨表面，並令該基板所欲研磨之表面及該研磨表面相對於彼此地移動。
    化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing,CMP)設備用以研磨或平坦化由研磨頭(polishing head)所夾持(例如半導體晶圓等等)的基板所欲研磨之表面係廣為人知。該CMP設備包含應用於研磨台(polishing table)之上表面的研磨墊，並提供研磨表面。操作該CMP設備係藉由將該基板所欲研磨之表面壓在研磨墊之研磨表面，並在供給研磨液體(研磨漿)至該研磨表面的同時，旋轉該研磨台及該研磨頭，以令該研磨表面及該基板所欲研磨之表面相對於彼此地移動。
    為了最大化每單位時間中所欲研磨之基板的數量，CMP技術需要滿足各種條件以在最大研磨速率(亦即，在研磨時間的最短期間內)研磨基板。為了滿足這些需求，藉由調整在研磨時，該基板被壓在該研磨墊之研磨表面下之壓力、該研磨頭及該研磨台之旋轉速率、以及該研磨液體供給至該研磨墊之研磨表面之流速，該CMP設備達成所欲之研磨速率。
    另一方面，當基板被此CMP設備研磨時，該基板及該研磨墊之間的摩擦產生熱，導致該研磨墊之表面的溫度顯著增加，且因此導致該研磨墊及該基板之間的研磨介面的溫度顯著增加。此溫度的顯著增加可能阻礙了該CMP設備達到最大研磨速率。一種解決方法係由例如冷卻噴嘴等等的氣體噴射部分噴射例如冷卻氣體等等的氣體朝向該研磨墊的表面，以主要地消除該研磨墊之表面的蒸發熱，因此使該研磨墊之表面的溫度保持正常，且因此使用於最大研磨速率的該研磨墊及該基板之間的研磨介面的溫度保持正常。
    已提出將該研磨墊之表面溫度控制在約50℃(也就是，44℃)以下的溫度範圍，以因此降低凹陷(dishing)(參照日本特開第2001-308040號)，且量測該研磨墊之表面溫度並以設置於該研磨墊上之冷卻機構冷卻該研磨墊，舉例而言，係根據該研磨墊之表面溫度的變化(參照日本特開第2001-62706號)。
    申請人已提出一種包含用於噴射例如壓縮空氣之氣體朝向該研磨表面的流體噴射機構。該流體噴射機構係被控制以基於該研磨表面所量測到的溫度分佈，將該研磨表面維持在特定溫度分佈(參照日本特開第2007-181910號)。
    研磨速率係依靠在研磨時於該基板被壓在該研磨墊之研磨表面下之壓力、該研磨頭及該研磨台之旋轉速率、以及該研磨液體供給至該研磨墊之研磨表面之流速。為了將該研磨速率保持在特定或更高的位準(level)，已考慮供給充足數量的研磨液體至該研磨墊之研磨表面。事實上，一般已知若降低供給至該研磨表面之研磨液體的數量，該研磨速率會降低。當有助於該研磨方法的磨料顆粒(abrasive grain)之數量減低時，已認為會發生此現像。
    然而，已發現該研磨速率相較於磨料顆粒之數量，更強烈地相關於該研磨墊之表面溫度，且藉由控制該研磨墊之表面溫度在預定位準，即使此時所使用之研磨液體之數量小於未控制該研磨墊之表面溫度時，該研磨速率不會降低，或將保持高速。
    鑒於上述情形而完成了本發明。因此，本發明之目的係提供一種可以不降低研磨速率而減少所使用之研磨液體之數量的研磨方法。
    為了達成上述目的，本發明提供一種研磨方法，係用於當供給研磨液體至研磨墊之表面時，藉由令基板與該研磨墊之該表面保持滑動接觸以研磨該基板，該方法包括：預先決定研磨液體的供給流速與於未控制該研磨墊之表面溫度而研磨該基板時的研磨速率之間的關係，及研磨液體的供給流速與於將該研磨墊之表面溫度控制在預定位準而研磨該基板時的研磨速率之間的關係；以及當將該研磨墊之表面溫度控制在預定位準而研磨該基板時，持續供給該研磨液體至該研磨墊之該表面以達到相較於當未控制該研磨墊之該表面溫度而研磨該基板時較高的研磨速率。
    一般而言，當所使用之該研磨液體的數量減少時，有助於研磨方法的磨料顆粒之數量減少，導致研磨速率降低。研磨速率相較於磨料顆粒之數量，更強烈地相關於該研磨墊之表面溫度。因此，可以藉由將該研磨墊之表面溫度控制在預定位準以減少所使用之該研磨液體的數量而不降低研磨速率。
    本發明復提供一種研磨方法，係用於當供給研磨液體至研磨墊之表面時，藉由令基板與該研磨墊之該表面保持滑動接觸以研磨該基板，該研磨方法包括：預先決定研磨液體的供給流速與於未控制該研磨墊之表面溫度而研磨該基板時的研磨速率之間的關係；以及當以較用於最大研磨速率之流速小的流速持續供給該研磨液體至該研磨墊之該表面時，控制該研磨墊之表面溫度在預定位準而研磨該基板。
    於本發明之一較佳實施態樣中，該研磨液體係以於等於或高於20 ml/min且低於200 ml/min之範圍內的流速持續供給至該研磨墊之該表面。
    當該研磨墊之表面溫度係被控制在預定位準時，即使該研磨液體係以於低於200 ml/min的流速持續供給至該研磨墊之該表面，仍可達成適當的研磨速率。已確認該研磨液體之消耗可小於未控制該研磨墊之表面溫度的狀況。當該研磨液體係以20 ml/min或更高的流速持續供給至該研磨墊之該表面，該研磨液體可被供給至該研磨墊的整個表面，從而避免以下包含的問題：(1)該基板所欲研磨之表面上的移除數量之均勻性的減低、(2)由於有助於該研磨方法的磨料顆粒之短缺，該研磨速率極度降低、及(3)因為研磨方法中所產生之熱而發生的在該研磨墊之表面上的部份乾燥區域對正常研磨方法的限制(inhibition)。
    於本發明之一較佳實施態樣中，該研磨液體係以從50 ml/min至180 ml/min之範圍內的流速持續供給至該研磨墊之該表面。
    舉例而言，當研磨形成於該基板之表面上的例如熱氧化薄膜等等之絕緣薄膜時，已確認藉由將該研磨墊之表面溫度控制在從例如42℃至46℃的範圍內，即使該研磨液體係以從50 ml/min至180 ml/min之範圍內的流速持續供給至該研磨墊之該表面，仍可達成適合的研磨速率。
    於本發明之一較佳實施態樣中，該研磨液體係以從50 ml/min至175 ml/min之範圍內的流速持續供給至該研磨墊之該表面。
    舉例而言，當研磨形成於該基板之表面上的銅薄膜時，已確認藉由將該研磨墊之表面溫度控制在例如50℃，即使該研磨液體係以從50 ml/min至175 ml/min之範圍內的流速持續供給至該研磨墊之該表面，仍可達成適合的研磨速率。
    於本發明之一較佳實施態樣中，該研磨液體係為包含具有作為磨料顆粒之氧化鈰的添加物的研磨漿。
    該研磨漿係有效地達成高研磨速率，其包含具有作為磨料顆粒之氧化鈰(二氧化鈰，cerium oxide,CeO2)的添加物，並實施化學機械研磨動作。
    於本發明之一較佳實施態樣中，該研磨墊之該表面溫度係以下列方法中之至少一者進行控制：(1)施加壓縮空氣至該研磨墊之方法、(2)令具有冷卻劑通道(coolant passage)設於其中以在該冷卻劑通道中傳送冷卻劑之裝置與該研磨墊接觸之方法、(3)施加霧氣(mist)至該研磨墊之方法、以及(4)施加冷卻氣體至該研磨墊之方法。
    依據本發明，所使用之研磨液體的數量可以減少至小於其中該研磨墊之表面溫度未控制之情況的位準，且當持續供給研磨液體至該研磨墊之該表面時，藉由控制該研磨墊之該表面溫度在預定位準而不會降低該研磨速率。
    現將參考附圖描述本發明之較佳實施例。
    第1圖示意地透視顯示用以實行依據本發明之研磨方法的研磨設備10。如第1圖所示，該研磨設備10包含旋轉研磨台12、設置於該研磨台12之上表面且具有上研磨表面14a之研磨墊14、用於夾持例如半導體晶圓等等之基板W在其下表面上，並將該基板W壓在該研磨表面14a的旋轉研磨頭16、以及設置在該研磨墊14上方，用於供給研磨液體18至該研磨表面14a的研磨液體供給噴嘴20。該研磨液體供給噴嘴20係連接至從研磨液體供應源22延伸出來的研磨液體供應線24。該研磨液體供應線24包含流速控制閥26，該流速控制閥26之開口(opening)可調整以控制該研磨液體18從該研磨液體供應源22至該研磨液體供給噴嘴20之流動的速率。
    對於研磨例如熱氧化薄膜等等之絕緣薄膜，舉例而言，該研磨液體18係為包含具有作為磨料顆粒之氧化鈰(二氧化鈰，cerium oxide,CeO2)之添加物之研磨漿的形式。當作為用做研磨液體18之研磨漿的磨料顆粒的氧化鈰實施化學機械研磨動作時，用於熱氧化薄膜等等之該研磨漿達到高的研磨速率。對於研磨銅薄膜，該研磨液體18係為用於研磨銅之研磨漿的形式。
    當夾持在旋轉的研磨頭16之下表面上之該基板W的欲研磨之表面被壓在該旋轉研磨台12上之該研磨墊14的該研磨表面14a，且作為該研磨液體18的研磨漿係從該研磨液體供給噴嘴20供給至該研磨墊14的該研磨表面14a時，係依靠該基板W及該研磨表面14a之相對運動研磨該基板W所欲研磨之表面。當該基板W所欲研磨之表面如此被研磨時，係調整該流速控制閥26之開口以控制該研磨液體18供給至該研磨墊14之該研磨表面14a的流速。
    於本實施例中，該研磨墊14係由在0℃至80℃的溫度範圍內，具有從10 GPa至10 MPa範圍內之彈性變化之係數的材料所製造。舉例而言，當冷卻用於該基板W之所欲研磨的表面上的消除步驟時，由樹脂(resin)所製成之該研磨墊變得更硬。舉例而言，該研磨頭16係為可垂直移動的，且連接至搖臂(swing arm)(未圖示)之自由端(free end)，以致於該研磨頭16在該研磨台12上方的研磨位置及在線性輸送器(未圖示)的推動器(pusher)等等上之基板傳送位置之間可以水平移動。
    作為氣體噴射部分(gas ejectien section)之冷卻噴嘴30係設置於該研磨墊14上方，且平行而實質地徑向穿過該研磨墊14之研磨表面14a延伸。該冷卻噴嘴(氣體噴射部分)30具有界定於其下壁的氣體噴射口(gas ejecting port)30a且保持與在該冷卻噴嘴30中之內通道的流體連通。該氣體噴射口30a將由該內通道所供給之例如壓縮空氣等等之冷卻氣體噴射朝向該研磨墊14之研磨表面14a。相對於該研磨墊14之該冷卻噴嘴30的位置以及該氣體噴射口30a之數目係依據研磨方法條件而如所欲地選擇。
    於本實施例中，該氣體噴嘴30係用作為氣體噴射部分，用於將例如壓縮空氣等等之冷卻氣體噴射朝向該研磨墊14之研磨表面14a。然而，用於噴射例如用以將該研磨墊14之溫度調整至所欲溫度的溫度受控制之氣體的氣體噴射部分，或用於噴射溫度受控制之霧劑的霧劑噴射部份可被使用來替代該冷卻噴嘴30。此外，具有冷卻劑通道設於其中之裝置可被用作為溫度調整滑動器(temperature adjusting slider)來替代該冷卻噴嘴30，用於向內及向外移動而與該研磨墊14及/或該研磨台12接觸。此裝置(溫度調整滑動器)可與該研磨墊14及/或該研磨台12產生接觸及分開，以冷卻該研磨墊14。
    該冷卻噴嘴30係連接至從氣體供應源32延伸出的氣體供應線34。該氣體供應線34包含壓力控制閥36及流速計38，該壓力控制閥36及流速計38係沿該冷卻氣體從該氣體供應源32至該冷卻噴嘴30流動的方向連續地設置。由該氣體供應源32所供給之該冷卻氣體(壓縮空氣)具有由該壓力控制閥36所控制的壓力。該處於受控制之壓力下的冷卻氣體從該壓力控制閥36流入該流速計38，該流速計38測量該冷卻流體流動之流速。接著，該冷卻流體流入該冷卻噴嘴30並從該氣體噴射口30a噴射朝向該研磨墊14。操作該壓力控制閥36以控制該冷卻流體從該氣體噴射口30a噴射朝向該研磨墊14之流速。
    舉例而言，例如輻射式溫度計的溫度計40係設置於該研磨墊14上方，用於偵測該研磨墊14之表面溫度。該溫度計40係電性連接至控制器42，該控制器42設有例如用於該研磨墊14之表面的目標溫度。該控制器42亦電性連接至該壓力控制閥36。依據PID控制方法，係藉由來自該控制器42之控制訊號而控制該壓力控制閥36。
    特別地，該控制器42儲存複數個PID參數。依據設定於該控制器42中之該研磨墊14的目標表面溫度及由該溫度計40所偵測到之該研磨墊14的真實表面溫度之間的差異，該控制器42選擇至少一個所儲存的PID參數，並透過電動氣動調整器(electropneumatic regulator)(未圖示)控制該壓力控制閥36之開口，以依據該所選擇的PID參數而基於由該溫度計40所偵測到之該研磨墊14的溫度以達到該研磨墊14之目標表面溫度。舉例而言，該控制器42控制該壓力控制閥36之開口，以使該冷卻氣體(壓縮空氣)從該氣體噴射口30a以從50至1000 ml/min範圍的流速噴射朝向該研磨墊14。該流速計38及該流速控制閥26亦電性連接至該控制器42。該流速控制閥26之開口係由來自該控制器42之控制訊號所控制。
    該研磨台12係與用於即時量測形成於該基板W之表面上的所欲研磨之金屬薄膜或絕緣薄膜的厚度的嵌入式渦電流感測器(embedded eddy-current sensor)52結合。該研磨台12可被研磨台馬達54旋轉，該研磨台馬達54係電性連接至研磨台電流監測器56，該研磨台電流監測器56係監測供應至該研磨台馬達54之研磨台電流。來自該渦電流感測器52及該研磨台電流監測器56之輸出訊號係供應至該控制器42，該控制器42即時量測研磨速率。
    特別地，依據由該渦電流感測器52所量測之該薄膜的厚度以及時間之間的關係，該控制器42即時地決定研磨速率。當該基板W被該研磨表面14a研磨時所產生之摩擦力係正比於該研磨速率，且該研磨台電流亦正比於該研磨速率。因此，若預先決定此等關係並作為資料儲存於該控制器42中，藉由以該研磨台電流監測器56監測供應至該研磨台監測器54的研磨台電流，該控制器42可依據所儲存資料即時地量測該研磨速率。
    光學感測器可被使用來替代該渦電流感測器52用於量測該薄膜的厚度。該渦電流感測器52及該研磨台電流監測器56可被交替地使用，亦即，其二者中之任一者可被設置並連接至該控制器42。
    該控制器42儲存已經實驗決定之資料於其中。所儲存的資料包含該研磨液體的供給流速和於未控制該研磨墊14之表面溫度而研磨該基板W時的研磨速率之間的關係、研磨液體的供給流速和於將該研磨墊14之表面溫度控制在預定位準而研磨該基板W時的研磨速率之間的關係等等。
    第2圖顯示當包含具有氧化鈰作為磨料顆粒之添加物的研磨漿作為該研磨液體18、該研磨台12及該研磨頭16係分別以100 rpm及107 rpm旋轉、及由該研磨頭16所夾持的該基板W係在0.35 kgf/cm2(5 psi)的研磨壓力下被壓在該研磨墊14的研磨表面14a，以研磨完全地形成於該基板W之表面上的熱氧化薄膜達60秒所獲得的數據。該研磨墊14係為由Rodel Inc.所製造的硬熱發泡聚氨基甲酸酯(hard foamed polyurethane)IC-1000之單層的形式。
    在第2圖中，曲線A1代表在熱氧化薄膜於未控制該研磨墊14之表面溫度而被研磨時，該研磨速率與該研磨液體18之流速之間的關係，且曲線B1代表在熱氧化薄膜於未控制該研磨墊14之表面溫度而被研磨時，該研磨墊14之表面溫度與該研磨液體18之流速之間的關係。曲線A2代表在熱氧化薄膜於將該研磨墊14之表面溫度控制在預定位準而被研磨時，該研磨速率與該研磨液體18之流速之間的關係，且曲線B2代表在熱氧化薄膜於將該研磨墊14之表面溫度控制在預定位準而被研磨時，該研磨墊14之表面溫度與該研磨液體18之流速之間的關係。
    由顯示在第2圖中的曲線A1可見，當該熱氧化薄膜於未控制該研磨墊14之表面溫度而被研磨時，若該研磨液體之流速係為200 ml/min或更高，將達到從約370 nm/min至約380 nm/min的範圍內之高的研磨速率。迄今為止，當熱氧化薄膜於上述條件下被研磨時，為了達到高的研磨速率，通常供給流速從200 ml/min至300 ml/min的範圍內的研磨液體至該研磨墊14之研磨表面14a。由顯示在第2圖中的曲線B1將了解到，當該研磨液體以從200 ml/min至300 ml/min的範圍內的流速供給至該研磨墊14之研磨表面14a，該研磨墊14之表面溫度係為從約51℃至54℃的範圍內。
    另一方面，由顯示在第2圖中的曲線A2、B2可見，當該熱氧化薄膜於將該研磨墊14之表面溫度控制在約45℃而被研磨時，若該研磨液體之流速為100 ml/min，將達到約400 nm/min之高的研磨速率。因此可了解到，相較於當該熱氧化薄膜於未控制該研磨墊14之表面溫度，以200 ml/min或更高的流速供給研磨液體被研磨時，舉例而言，當該熱氧化薄膜於將該研磨墊14之表面溫度控制在約45℃而被研磨時，即使該研磨液體之流速從200 ml/min或更高降低至100 ml/min，仍可能達到較高的研磨速率。
    同樣地，可見到當該熱氧化薄膜於將該研磨墊14之表面溫度控制在約46℃而被研磨時，若該研磨液體之流速為50 ml/min，將達到約370 nm/min之高的研磨速率。因此可了解到，相較於當該熱氧化薄膜於未控制該研磨墊14之表面溫度，以200 ml/min或更高的流速供給研磨液體被研磨時，舉例而言，當該熱氧化薄膜於將該研磨墊14之表面溫度控制在約46℃而被研磨時，即使該研磨液體之流速從200 ml/min或更高降低至50 ml/min，仍可能達到相同的研磨速率。
    當以180 ml/min的流速供給該研磨液體時，該曲線A1及A2彼此交叉。在流速低於180 ml/min的流速時，當該熱氧化薄膜於將該研磨墊14之表面溫度控制在預定位準而被研磨時，該研磨速率係高於當該熱氧化薄膜於未控制該研磨墊14之表面溫度而被研磨時。相較於當該熱氧化薄膜於未控制該研磨墊14之表面溫度，以200 ml/min或更高的流速供給研磨液體被研磨時，當該熱氧化薄膜於將該研磨墊14之表面溫度控制在預定位準，以低於約200 ml/min的流速供給研磨液體被研磨時，可能達到實質上相同的研磨速率。因此可了解到，當該熱氧化薄膜於將該研磨墊14之表面溫度控制在預定位準而被研磨時，藉由以低於約200 ml/min(特別是約180 ml/min或更低)的流速供給該研磨液體，可能防止該研磨速率在以降低的流速供給該研磨液體的情況下變低。如顯示在第2圖中的曲線B2所示，該研磨墊14之表面溫度此時係為約42℃。
    若以20 ml/min或更低之流速的研磨液體供給至該研磨墊之表面，則該研磨墊之表面係未被該研磨液體完全地覆蓋，導致各種問題，包括：(1)該基板所欲研磨之表面上的移除數量之均勻性的減低、(2)由於有助於該研磨方法之磨料顆粒的短缺，該研磨速率極度降低、及(3)因為研磨方法中所產生之熱而發生在該研磨墊之表面上的部份乾燥區域對正常研磨方法的限制。
    如上文中所述，當該熱氧化薄膜被研磨時，藉由控制該研磨液體18之流速，在不引起研磨速率之降低的情況下，係減少了該研磨液體18之消耗，藉由將該研磨墊之表面溫度控制在預定位準，該研磨液體18係以於等於或高於20 ml/min且低於200 ml/min之範圍內的流速持續供給至該研磨墊14之研磨表面14a，較佳地係為從50 ml/min至180 ml/min之範圍。當該研磨液體18係以控制在等於或高於20 ml/min且低於200 ml/min之範圍內的流速持續供給至該研磨墊14之研磨表面14a(較佳地係為從50 ml/min至180 ml/min之範圍)，如顯示在第2圖中的曲線B2所示，該研磨墊14之表面溫度係在從約42℃至約46℃的範圍內。
    不管研磨時間的流逝，該持續供給至該研磨墊14之研磨表面14a的研磨液體18的流速係被控制在恆定的流速。
    第3及4圖顯示當用於研磨銅之研磨漿作為該研磨液體18、該研磨台12及該研磨頭16係分別以60 rpm及31 rpm旋轉、及由該研磨頭16所夾持的該基板W係在0.21 kgf/cm2(3 psi)的研磨壓力下被壓在該研磨墊14的研磨表面14a，以研磨形成於該基板W之表面上的銅薄膜達60秒所獲得的數據。該研磨墊14係為由Rodel Inc.所製造的硬熱發泡聚氨基甲酸酯IC-1000之單層的形式。
    在第3圖中，曲線A3代表在銅薄膜於未控制該研磨墊14之表面溫度而被研磨時，該研磨速率與該研磨液體18之流速之間的關係，且點A4代表該銅薄膜於將該研磨墊14之表面溫度控制在約50℃而被研磨時，該研磨速率與該研磨液體18之流速之間的關係。在第4圖中，曲線A3代表該銅薄膜於未控制該研磨墊14之表面溫度而被研磨時，該研磨墊14之表面溫度與該研磨液體18之流速之間的關係，且點B4代表該銅薄膜於將該研磨墊14之表面溫度控制在約50℃而被研磨時，該研磨墊14之表面溫度與該研磨液體18之流速之間的關係。
    由顯示在第3圖中的曲線A3可見，當該銅薄膜於未控制該研磨墊14之表面溫度而被研磨時，若該研磨液體18之流速係為175 ml/min，將達到從約626 nm/min的研磨速率，且若該研磨液體18之流速係為250 ml/min，將達到約644 nm/min之高的研磨速率。迄今為止，當銅薄膜於上述條件下被研磨時，為了達到高的研磨速率，通常供給流速從200 ml/min至300 ml/min的範圍內的研磨液體至該研磨墊14之研磨表面14a。由顯示在第4圖中的曲線B3將了解到，當該研磨液體以從200 ml/min至300 ml/min的範圍內的流速供給至該研磨墊14之研磨表面14a，該研磨墊14之表面溫度係為從約59℃至54℃的範圍內。
    另一方面，由顯示在第3圖中的點A4及第4圖中的點B4可見，當該銅薄膜於將該研磨墊14之表面溫度控制在約50℃而被研磨時，若該研磨液體之流速為175 ml/min，將達到約645 nm/min的研磨速率。因此可了解到，相較於當該銅薄膜於未控制該研磨墊14之表面溫度，以200 ml/min或更高的流速供給研磨液體被研磨時，舉例而言，當該銅薄膜於將該研磨墊14之表面溫度控制在約50℃而被研磨時，即使該研磨液體之流速從200 ml/min或更高降低至175 ml/min，仍可能達到實質上相同的研磨速率。
    以上研磨該銅薄膜之方法被認為展現與以上研磨該熱氧化薄膜之方法本質上相同的行為。因此，係認為當該銅薄膜被研磨時，藉由控制該研磨液體18之流速，在不引起研磨速率降低的情況下，係減少了該研磨液體18之消耗，藉由將該研磨墊14之表面溫度控制在預定位準，該研磨液體18係以從50 ml/min至175 ml/min之範圍內的流速供給至該研磨墊14之研磨表面14a。
    不管研磨時間的流逝，該持續供給至該研磨墊14之研磨表面14a的研磨液體18的流速係被控制在恆定的流速。
    以下將描述一種用於研磨於顯示在第1圖中的研磨設備10上之該基板W之表面上形成的熱氧化薄膜的研磨方法。
    基於顯示於第2圖之數據，包含具有氧化鈰作為磨料顆粒之添加物的研磨漿作為該研磨液體18。該研磨台12及該研磨頭16係分別以100 rpm及107 rpm旋轉，於此同時，由該研磨頭16所夾持的該基板W係在0.35 kgf/cm2(5 psi)的研磨壓力下被壓在該研磨墊14的研磨表面14a，以研磨形成於該基板W之表面上的熱氧化薄膜。
    舉例而言，依據PID控制方法，當該熱氧化薄膜被研磨時，該研磨墊14之表面溫度係被控制在約45℃，於此同時，該研磨液體係以100 ml/min之流速持續供給至該研磨墊14之研磨表面14a。不管研磨時間的流逝，該研磨液體的流速係被控制在100 ml/min的恆定的流速。
    即使該研磨液體之消耗，亦即，供給該研磨液體之流速，從200 ml/min或更高減低至100 ml/min，舉例而言，相較於當該熱氧化薄膜在未控制該研磨墊14之表面溫度，在相同的條件下使用相同的研磨液體，以200 ml/min或更高的流速供給研磨液體被研磨時，仍可能達到用於增加生產量之較高的研磨速率。
    舉例而言，依據PID控制方法，當該熱氧化薄膜被研磨時，基於顯示於第2圖之數據，當將該研磨墊14之表面溫度控制在約46℃，以50 ml/min的流速供給該研磨液體至該研磨表面14a。以此方法，可能達到如同當該熱氧化薄膜在未控制該研磨墊14之表面溫度，在相同的條件下使用相同的研磨液體，以200 ml/min或更高的流速供給研磨液體被研磨時，實質上相同高的研磨速率。
    以下將描述一種用於研磨於顯示在第1圖中的研磨設備10上之該基板W之表面上形成的銅薄膜的研磨方法。
    基於顯示於第3及4圖之數據，用於研磨銅之研磨漿作為該研磨液體18。該研磨台12及該研磨頭16係分別以60 rpm及31 rpm旋轉，於此同時，由該研磨頭16所夾持的該基板W係在0.21 kgf/cm2(3 psi)的研磨壓力下被壓在該研磨墊14的研磨表面14a，以研磨形成於該基板W之表面上的銅薄膜。
    舉例而言，依據PID控制方法，當該銅薄膜被研磨時，該研磨墊14之表面溫度係被控制在50℃，於此同時，該研磨液體係以175 ml/min之流速持續供給至該研磨墊14之研磨表面14a。
    即使該研磨液體之消耗，亦即，供給該研磨液體之流速，從200 ml/min或更高減低至175 ml/min，舉例而言，相較於當該銅薄膜在未控制該研磨墊14之表面溫度，在相同的條件下使用相同的研磨液體，以200 ml/min或更高的流速供給研磨液體被研磨時，仍可能達到實質上相同高的研磨速率。
    雖然本發明之特定較佳的實施例已被詳細的顯示及描述，應該了解到，在不背離所附加之申請專利範圍的範疇，可以由該等實施例中完成各種變化及修正。
    10‧‧‧研磨設備
    12‧‧‧研磨台
    14‧‧‧研磨墊
    14a‧‧‧研磨表面
    16‧‧‧研磨頭
    18‧‧‧研磨液體
    20‧‧‧噴嘴
    22‧‧‧研磨液體供應源
    24‧‧‧研磨液體供應線
    26‧‧‧流速控制閥
    30‧‧‧冷卻噴嘴
    30a‧‧‧氣體噴射口
    32‧‧‧氣體供應源
    34‧‧‧氣體供應線
    36‧‧‧壓力控制閥
    38‧‧‧流速計
    40‧‧‧溫度計
    42‧‧‧控制器
    52‧‧‧渦電流感測器
    54‧‧‧研磨台馬達
    56‧‧‧研磨台電流監測器
    W‧‧‧基板
    第1圖係為用以實行依據本發明之研磨方法的研磨設備的示意透視圖；第2圖係為顯示熱氧化薄膜於未控制該研磨墊之表面溫度而被研磨時，該研磨速率與該研磨液體之流速之間的關係及該研磨墊之表面溫度與該研磨液體之流速之間的關係，且亦顯示熱氧化薄膜於將該研磨墊之表面溫度控制在預定位準而被研磨時，該研磨速率與該研磨液體之流速之間的關係及該研磨墊之表面溫度與該研磨液體之流速之間的關係的圖表；第3圖係為顯示銅薄膜於未控制該研磨墊之表面溫度而被研磨時，該研磨速率與該研磨液體之流速之間的關係，且亦顯示銅薄膜於將該研磨墊之表面溫度控制在約50℃而被研磨時，該研磨速率與該研磨液體之流速之間的關係的圖表；以及第4圖係為顯示銅薄膜於未控制該研磨墊之表面溫度而被研磨時，該研磨墊之表面溫度與該研磨液體之流速之間的關係，且亦顯示銅薄膜於將該研磨墊之表面溫度控制在約50℃而被研磨時，該研磨墊之表面溫度與該研磨液體之流速之間的關係的圖表。
    10‧‧‧研磨設備
    12‧‧‧研磨台
    14‧‧‧研磨墊
    14a‧‧‧研磨表面
    16‧‧‧研磨頭
    18‧‧‧研磨液體
    20‧‧‧噴嘴
    22‧‧‧研磨液體供應源
    24‧‧‧研磨液體供應線
    26‧‧‧流速控制閥
    30‧‧‧冷卻噴嘴
    30a‧‧‧氣體噴射口
    32‧‧‧氣體供應源
    34‧‧‧氣體供應線
    36‧‧‧壓力控制閥
    38‧‧‧流速計
    40‧‧‧溫度計
    42‧‧‧控制器
    52‧‧‧渦電流感測器
    54‧‧‧研磨台馬達
    56‧‧‧研磨台電流監測器
    W‧‧‧基板
    权利要求:
    Claims (12)
    [1] 一種研磨方法係用於當供給研磨液體至研磨墊之表面時，藉由令基板與該研磨墊之該表面保持滑動接觸以研磨該基板，該方法包括：預先決定研磨液體的供給流速與於未控制該研磨墊之表面溫度而研磨該基板時的研磨速率之間的關係，及研磨液體的供給流速與於將該研磨墊之表面溫度控制在預定位準而研磨該基板的研磨速率之間的關係；以及當將該研磨墊之表面溫度控制在預定位準而研磨該基板時，持續供給該研磨液體至該研磨墊之該表面以達到相較於當未控制該研磨墊之該表面溫度而研磨該基板時較高的研磨速率。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述之研磨方法，其中，該研磨液體係以於等於或高於20 ml/min且低於200 ml/min之範圍內的流速持續供給至該研磨墊之該表面。
    [3] 如申請專利範圍第1項所述之研磨方法，其中，該研磨液體係以從50 ml/min至180 ml/min之範圍內的流速持續供給至該研磨墊之該表面。
    [4] 如申請專利範圍第1項所述之研磨方法，其中，該研磨液體係以從50 ml/min至175 ml/min之範圍內的流速持續供給至該研磨墊之該表面。
    [5] 如申請專利範圍第1項所述之研磨方法，其中，該研磨液體係為包含具有作為磨料顆粒之氧化鈰之添加物的研磨漿。
    [6] 如申請專利範圍第1項所述之研磨方法，其中，該研磨墊之該表面溫度係以下列方法中之至少一者進行控制：(1)施加壓縮空氣至該研磨墊之方法、(2)令具有冷卻劑通道設於其中以在該冷卻劑通道中傳送冷卻劑之裝置與該研磨墊接觸之方法、(3)施加霧氣至該研磨墊之方法、以及(4)施加冷卻氣體至該研磨墊之方法。
    [7] 一種研磨方法係用於當供給研磨液體至研磨墊之表面時，藉由令基板與該研磨墊之該表面保持滑動接觸以研磨該基板，該方法包括：預先決定研磨液體的供給流速與於未控制該研磨墊之表面溫度而研磨該基板時的研磨速率之間的關係；以及當以較用於最大研磨速率之流速小的流速持續供給該研磨液體至該研磨墊之該表面時，將該研磨墊之表面溫度控制在預定位準而研磨該基板。
    [8] 如申請專利範圍第7項所述之研磨方法，其中，該研磨液體係以於等於或高於20 ml/min且低於200 ml/min之範圍內的流速持續供給至該研磨墊之該表面。
    [9] 如申請專利範圍第7項所述之研磨方法，其中，該研磨液體係以從50 ml/min至180 ml/min之範圍內的流速持續供給至該研磨墊之該表面。
    [10] 如申請專利範圍第7項所述之研磨方法，其中，該研磨液體係以從50 ml/min至175 ml/min之範圍內的流速持續供給至該研磨墊之該表面。
    [11] 如申請專利範圍第7項所述之研磨方法，其中，該研磨液體係為包含具有作為磨料顆粒之氧化鈰之添加物的研磨漿。
    [12] 如申請專利範圍第7項所述之研磨方法，其中，該研磨墊之該表面溫度係以下列方法中之至少一者進行控制：(1)施加壓縮空氣至該研磨墊之方法、(2)令具有冷卻劑通道設於其中以在該冷卻劑通道中傳送冷卻劑之裝置與該研磨墊接觸之方法、(3)施加霧氣至該研磨墊之方法、以及(4)施加冷卻氣體至該研磨墊之方法。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    TWI527106B|2016-03-21|研磨方法
    US20120190273A1|2012-07-26|Polishing method and polishing apparatus
    US6533647B1|2003-03-18|Method for controlling a selected temperature of a planarizing surface of a polish pad.
    JP5547472B2|2014-07-16|基板研磨装置、基板研磨方法、及び基板研磨装置の研磨パッド面温調装置
    JP2012525715A|2012-10-22|化学機械研磨の温度制御
    JP2004243518A|2004-09-02|研摩装置
    JP2007525002A|2007-08-30|研磨パッド上の膜の厚さを制御するための装置および方法
    US10058975B2|2018-08-28|In-situ temperature control during chemical mechanical polishing with a condensed gas
    US11007621B2|2021-05-18|Polishing apparatus and polishing method
    US20140004626A1|2014-01-02|Temperature control of chemical mechanical polishing
    JP6030720B2|2016-11-24|研磨装置および方法
    JP3788810B2|2006-06-21|研磨装置
    TWI540624B|2016-07-01|化學機械研磨的溫度控制
    KR20200074241A|2020-06-24|화학적 기계적 연마의 온도 제어
    JP5722619B2|2015-05-27|研磨装置及び研磨方法
    US20210046602A1|2021-02-18|Low-temperature metal cmp for minimizing dishing and corrosion, and improving pad asperity
    US20210046604A1|2021-02-18|Apparatus and method for cmp temperature control
    US20190337115A1|2019-11-07|Temperature Control in Chemical Mechanical Polish
    US20200262024A1|2020-08-20|Apparatus and Method for CMP Temperature Control
    Wang et al.2012|Removal Mechanism of Tungsten CMP Process: Effect of Slurry Abrasive Concentration and Process Temperature
    JP2019102687A|2019-06-24|研磨装置
    JP2747469B2|1998-05-06|半導体ウェーハの研磨方法とその装置
    WO2021030356A1|2021-02-18|Slurry temperature control by mixing at dispensing
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US20120276816A1|2012-11-01|
    KR101541212B1|2015-07-31|
    TWI527106B|2016-03-21|
    US9067296B2|2015-06-30|
    KR20120122929A|2012-11-07|
    JP2012232366A|2012-11-29|
    JP5695963B2|2015-04-08|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    TWI587980B|2015-08-26|2017-06-21|財團法人工業技術研究院|表面量測裝置及其方法|
    TWI614802B|2015-12-18|2018-02-11|Sumco Corp|晶圓研磨方法及研磨裝置|
    US9970754B2|2015-08-26|2018-05-15|Industrial Technology Research Institute|Surface measurement device and method thereof|
    TWI642514B|2013-08-27|2018-12-01|日商荏原製作所股份有限公司|研磨方法及研磨裝置|US3738882A|1971-10-14|1973-06-12|Ibm|Method for polishing semiconductor gallium arsenide planar surfaces|
    US3775201A|1971-10-26|1973-11-27|Ibm|Method for polishing semiconductor gallium phosphide planar surfaces|
    US5607718A|1993-03-26|1997-03-04|Kabushiki Kaisha Toshiba|Polishing method and polishing apparatus|
    JPH09131660A|1995-11-06|1997-05-20|Toshiba Corp|半導体製造装置及び方法|
    JP2800802B2|1996-09-20|1998-09-21|日本電気株式会社|半導体ウェハーのｃｍｐ装置|
    JP3672685B2|1996-11-29|2005-07-20|松下電器産業株式会社|研磨方法及び研磨装置|
    JP4051116B2|1997-12-25|2008-02-20|不二越機械工業株式会社|ウェーハの研磨装置|
    US6077783A|1998-06-30|2000-06-20|Lsi Logic Corporation|Method and apparatus for detecting a polishing endpoint based upon heat conducted through a semiconductor wafer|
    JP2001062706A|1999-08-25|2001-03-13|Nikon Corp|研磨装置|
    US7041599B1|1999-12-21|2006-05-09|Applied Materials Inc.|High through-put Cu CMP with significantly reduced erosion and dishing|
    JP2004363252A|2003-06-03|2004-12-24|Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp|半導体ウェーハの研磨面の温度測定方法および半導体ウェーハの研磨装置|
    JP2004363270A|2003-06-04|2004-12-24|Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp|半導体ウェーハの研磨面の温度制御方法およびその装置|
    JP2005056987A|2003-08-01|2005-03-03|Nitta Haas Inc|研磨装置および研磨方法|
    EP1715979A4|2004-01-26|2010-03-31|Tbw Ind Inc|SYSTEM AND METHOD FOR MULTIPLE IN-SITU TOWEL CONDITIONING FOR CHEMICAL-MECHANICAL PLANARIZATION|
    JP4787063B2|2005-12-09|2011-10-05|株式会社荏原製作所|研磨装置及び研磨方法|
    US20090078583A1|2007-01-22|2009-03-26|Itsuki Kobata|Electrochemical mechanical polishing method and electrochemical mechanical polishing apparatus|
    DE102007063232A1|2007-12-31|2009-07-02|Advanced Micro Devices, Inc., Sunnyvale|CMP-System und Verfahren unter Verwendung individuell gesteuerter Temperaturzonen|
    JP5516396B2|2008-10-01|2014-06-11|旭硝子株式会社|研磨スラリー、その製造方法、研磨方法および磁気ディスク用ガラス基板の製造方法|
    JP5547472B2|2009-12-28|2014-07-16|株式会社荏原製作所|基板研磨装置、基板研磨方法、及び基板研磨装置の研磨パッド面温調装置|
    JP5628067B2|2011-02-25|2014-11-19|株式会社荏原製作所|研磨パッドの温度調整機構を備えた研磨装置|US9997420B2|2013-12-27|2018-06-12|Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited|Method and/or system for chemical mechanical planarization |
    JP6311186B2|2014-04-04|2018-04-18|富士紡ホールディングス株式会社|研磨パッド及びその製造方法|
    JP6450650B2|2015-06-16|2019-01-09|東京エレクトロン株式会社|処理装置、処理方法および記憶媒体|
    WO2017139079A1|2016-02-12|2017-08-17|Applied Materials, Inc.|In-situ temperature control during chemical mechanical polishing with a condensed gas|
    US20170361419A1|2016-06-16|2017-12-21|Texas Instruments Incorporated|System and Method of Delivering Slurry for Chemical Mechanical Polishing|
    US20210046602A1|2019-08-13|2021-02-18|Applied Materials, Inc.|Low-temperature metal cmp for minimizing dishing and corrosion, and improving pad asperity|
    WO2022005884A1|2020-06-29|2022-01-06|Applied Materials, Inc.|Temperature and slurry flow rate control in cmp|
    法律状态:
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP2011101051A|JP5695963B2|2011-04-28|2011-04-28|研磨方法|
    [返回顶部]