TW200301176A - Apparatus and methods for controlling wafer temperature in chemical mechanical polishing - Google Patents

Description

2〇ί)3〇1|76 五、發明說明（l) 一、【發明所屬之技術領域】 本發明大體上係關於化學機械研磨（CMp)之系統、及 用以改善CMP操作之性能與效率的技術。更具體地說，本 ::ί關於在⑽操作期間、藉晶圓溫度之直接監視與晶 0…此之往來轉換以控制晶圓溫度的設備及方法。 先前技 半導體 清洗等 夾持操 、且可 可為比 詞『晶 半導體 型的積 。在晶 在接下 晶體裝 。圖案 當有更 化的需 製程將 在其他 後再執 在 與晶圓 行晶圓 料製成 其厚度 專有名 電路之 典 式製造 置。而 係與電 行定義 絕緣。 料平坦 時、其 困難。 中，然 術】 裝置的製造中，乃必須執行包括研磨、拋光 之CMP操作；在這些CMp操作之同時亦必須執 作。比方，一典型的半導體晶圓可以矽為材 為直徑20〇mm或3〇〇mm之圓盤。2〇〇_之晶圓 了 〇 · 0 2 8英叫。為了便於說明，以下係使用 圓』來描述並含括這類用以支撐電力或 晶圓及其他平面結構、或者基板。 3電：裝置係在這類晶圓上以多 ，的表層1，係形成具有擴散區之電 來的裡層t ’則有圖案化之互連金 置作電乳連接、以對符合要求之功" 化之導電層係藉由介雷糾^丨^ ^衣置進 夕八厘成/ 電材料而與其他導雷庶 夕至屬g人相關的介電層 曰 求便會增加。若I羊^ 7成7對介電材 士机主二+ 無千坦化，則欲增加金厘问 面電路佈局之較高變異性而變得？層 應用中’金屬線之圖案係形成於介；：相當 行金屬CMP操作將多餘的金屬移除。特料 五、發明說明一^ 在典型的CMP系統中，晶圓係裝設於載具上 以圓表面係用續製程。载具與晶圓斤 乍％轉。CMP製程係可在比方當旋轉中曰_ > & +轉 研磨Η — I ^ #丄4 a 疋得T日日圓之外露表面與 卷_之外路表面耩由外力而互相朝對方推進之時、以及 il；：外露表面在各自的研磨方向移動之時達成。CMPf 之化學實施態樣係包括晶圓與塗在研磨4 ' 之研激成分之間的反應。而CMP製程之二上，及晶因上 與研磨片之相對定位。 tf方推進之力、以及晶圓 =然有許多成功的CMP製程所倚賴之要素都已 3 ;此然而典型的CMP系統並不直接控制晶圓溫度。 面的；t有二要素、例如晶圓之外露表面與研磨片之外露表 、相對角度、便可藉由平衡環加以栌制。 ^ 系統類型t，則提供了線性承；J種 生。 I兄1士河绝種角度的產 示了晶圓溫度以外的這此要辛之批制描处日日& CMP操作期 、一罟京之技制僅忐間接影響 月互相知 。比方，對於用以使晶圓與研. 朝對方推進之力的控制將使且溫声.關 ； 麻受到Μ枝k 皿度相關性之化學

i致曰；Γ ，而這可能產生摩擦熱的現象、並間 二表；=溫度變化。亦有些嘗試係為克服預期中由 研磨所導致的問題。這些嘗試皆提供^ 形（例如研磨帶）。另外，晶圓載I盥晶 供了各式各揭沾4上丨 ^ U之間/方 )各樣的材料以容許液體自承載頭流向晶圓。 71載晶圓的真空頭内，便設置有將研漿由該承案

20^3Cii76 五、發明說明（3) :::二:曰，的1膜。然❿，雖然例如研漿等流體係具有一 二 特性’例如黏性’典型的CMP系統 有〒於晶圓溫度之間接控制或無控制的這種情況 $為許：受控要素間的相互關係、以及這些要素在Μ"喿 作上的聯合效應而變得複雜化。/ 圓溫度時、若增加晶圓盘載且門=乂匕方在旨试增加晶 至“午夕其他的受數’因而限制或阻礙了此種用於溫产 ^使用。比方，這種作用力可能直接影響ί =的速率、因而在某種程度上與特定晶圓溫度之需求相 =所需2的是一個CMP系統、以及在⑽操作期間、 可在比方不依罪例如CMP作用力等間接要素的情況下、直 ^控制晶圓溫度之方法。這種CMp系統將提供可於cMp操作 J間直接監視晶圓溫度的設備與方法，並對一個或多個埶 能來源加以控制、以達到符合要求之晶圓溫度。&外，由' 於符合要求之CMP操作可能在遍布整個晶圓區域内有各種 不同的溫度需求，這種CMP系統之設置係使其中的設備與 方法在CMP操作期間可直接對晶圓内不同區域之溫度進行 監視，並個別地控制各熱能來源、以達到符合各晶圓區域 要求之晶圓溫度。同時，這種CMP系統及其方法將以在CMp 期間内與晶圓作直接接觸的構造進行裝配、俾使其配置情 形與所要求之晶圓溫度控制方式一致。 月 200301176 五、發明說明（4) 三、【發明内容】 大體而言’本發明滿足了此 解決方案的CMP系統及方法的兩°二可提供實現上述問題之 一CMP系統及其方法可在晶圓二。、。如此，藉由本發明， 實行期間内、對晶圓上之局部 於—個或多個CMP操作之 性可為比方移除自晶圓的材料二化特性進行控制。該屬 -熱控制II，便可執行用以控=圓控制器與 到符合晶圓要求之局部平坦化么u /现又刼作以便達 比方不依靠例如CMP作用力一之間接\参目的，、這種系統可在 作期間内直接控制晶圓溫度 Mp 2 Λ下 '於CMP操 了可在⑽操作期間直接“;= =，供 對一個或多個埶能來源加以批生丨 σ又肴/、方法’亚 溫度。此外，以= : = = =:乍’這種CMP系統之配置係可在CMp 來夂==域之溫度進行監視，並分別控制各熱能 .#/Mp .達到付a各晶圓區域要求之晶圓溫度。同時，這 Μ Μ 統及其方法係可以在CMP期間内與晶圓作直接接觸 〇…、轉換特性）與所要求之晶圓溫度控制方式一致。 每在=發明中，一個控制化學機械研磨操作之晶圓溫度 。、二她悲樣提供了一具有晶圓裝設表面之晶圓載具。與晶 圓^設表面相鄰之處可有一熱能轉換單元、用以轉換有關 於晶圓之能量。且與晶圓裝設表面相鄰之處亦可有一熱能 、則的用以偵測晶圓之溫度。而控制裔則可回應該貞測

第9頁 五、發明說明（5) 器、错以控 在本發 制化學機械 配置成具有 之一獨立區 圓上某特定 與各獨立區 換單元之個 在本發 研磨操作期 定義在至少 度、其係必 上被維持。 至少一獨立 整個晶圓表 又，檢測操 式來執行。 區域的感應 心獨立區域 制供應至熱 明的另一個 研磨操作之 數個獨立間 域相鄰。又 區域之相關 域相關之多 別間隔區塊 明的又一個 間、用以監 一個晶圓表 須在化學機 另一操作項 區域之溫度 面之複數個 作可藉由對 另一操作項 溫度、來控 的熱能。 能轉換單元 實施態樣中 晶圓溫度的 隔區塊、各 ’每個個別 能量的個別 個偵測器、 的熱能。 實施態樣中 視晶圓溫度 面之獨立區 械研磨操作 目乃在化學 。該方法的 獨立區域中 各獨立區域 目之設置則 制供應至相 之熱能。 ，提供了用 設備。熱能 區塊皆與晶 區塊係可有 量。而控制 藉以控制供 ，提供了一 之方法。一 域的範圍内 期間於至少 機械研磨操 實施態樣係 的至少一獨 之溫度作個 係可根據相 關熱能轉換 以監視並控 轉換單元係 圓裝設表面 效地轉換晶 器則可回應 應至熱能轉 在化學機械 操作項目係 。一特定溫 一獨立區域 作期間感應 可包括遍布 立區域。 別檢測的方 關同心獨立 單元之各同

在本發明的冉另一個實施態樣中，一提供之方法々 用於控制晶圓溫度，包括定義許多晶圓表面之獨立區j 範圍’其中各獨立區域係維持在—特定溫度 提、 布整個晶圓之溫度梯度。晶圓之裝設係用於化^機械； 刼作、且其獨立區域皆在事先決定之定位上。各獨立丨

20〇3Cii76 五、發明說明（6) 之溫度將被測量。一熱能轉換操作項目係根據相關區域之 檢測溫度進行相關於各獨立區域之熱能轉換。在另一操作 項目中’則對供應至各相關獨立區域的熱能進行控制。 本發明之其他實施態樣與優點將可藉由以下之詳細敘 述、連同附圖及對本發明之理念範例的說明、而更加清 楚。 四、【 在 問題之 及方法 實施方式】 況下、 一步提 方法， 求之晶 各種不 係使其 並個別 之晶圓 在 發明之 發明可 其他例 程操作 此將描述一項用於CMP系統之發明、以及實現上述 解决方案的方法。如此，藉由本發明，一CMp系統 將可在比方不依靠例如CMP作用力等間接要素的情 於CMP操作期間内控制晶圓溫度。這種，系統更進 供了可在CMP操作期間直接·監視晶圓溫度之設備與 並對们或夕個熱能來源加以控制、以達到符合要 ΚΙ卢：：方法，比方對於在整個晶圓區域内有 在CMP 求π的CMP操作而言，這種CMP系統之配置 =各=7、接Λ視個別不同區域…^ 溫度。 ，、以達到各個別晶圓區域所要求 以下的敘述中，接ψ 7 徹底瞭解。然而，1来二/、—洋述、以提供對本 在未使用這述:m 支術之人士當可瞭解，本 子中，為全部的情況下實施。在 與結構進行詳細的描述。 不對已热知的製 第11頁 WUU76 五、發明說明（7) 用力ί:Γ要"辛2解本發明係在比方不依靠例如㈤作 制晶圓ί '於⑽操作期間提供一用以控 晶圓52之溫产τ' 糸統5°。熱能谓測器54係直接監視 控制器58。^统^將一個或多個温度信號56輸出至系統 與一個咬多個埶二制為58係對貫現—個或多個熱能來源62 控制。=以結的熱議 之溫:T ““58的控制之下、以達到符合晶圓52所要求 上於—個^ 系統50乃可執行一種方法、其係在晶圓52 G化個之實行期間内、對晶圓上之局部 料數量ό铖由：：f。S亥屬性可為比方移除自曰曰曰圓52的材 52之溫^控制器58與熱控制器59，便可執行晶圓 坦化，:心作：便達到符合晶圓52所要求之局部平 將於U下作更全面的敘述。 面68 : 可：置成任何型式用以裝設晶圓52之裝設表 面74互：=之面72係位於朝研磨片76之研磨表 用之承巷-百μ处圖1Α顯不了與帶型研磨片76Β —起使 CMP摔作5妒㉟例、其係移動於箭頭82的方向、藉以執行

下）的承蕾-:β係向下視入具有與圖1 α相同定位（晶圓向 52及承恭之上。其所示之承載頭66乃與直徑較晶圓 中， 頭大很多的碟狀研磨片76DL —起使用。在圖1C "所示之承載頭66係在晶圓向上的定位、並且與碟狀

第12頁 200301176 五、發明酬⑻ --- 研磨片調節器83相_。此處’橫向移動與轉動之碟狀研磨 片76T係在晶圓52上用於次窗孔CMP操作之部分區域内移 動、且亦在研磨片調節器8 3上移動。 圖2係描述本發明之承載頭66的一個實施例，其係以 光之形式設置了熱能轉換單元64、用以轉換相關於 曰曰圓52之熱能。在光源64L的例子中，轉換至晶圓52之相 關熱能、可為轉換至裝設於承載頭6 6上之晶圓5 2者。光源 64L可為任何用以將高強度光能均勻地分佈在一寬廣區” 域二例如均勻地遍布整個晶圓52之區域的光源配置'°這類 光旎可能包含了用以提供熱轉換至晶圓5 2的輻射或傳導 能。一般而言，這種光源64L係快速地轉換這種熱能。所 示之光源64L係與可裝設於承載膜84上之晶圓52相鄰。光 源6 4 L可為比方鹵素鎢燈。均勻地遍布整個晶圓區域而供 應熱能的光源64L係為本發明之一個實施例的範例。必項 瞭解的是以下所述者係關於本發明中、非均勻地遍布整個 晶圓區域而供應熱能之其他實施例。 、無論設置於承載頭66上之單元64的特定類型為何，承 載頭6 6皆可設置一個或多個用以供應研漿8 8之通道8 6、藉 以經由承載膜84而分別散佈於晶圓52與研磨片76面對面白^ 接觸表面7 2與7 4 (圖1 A)之間。依照所使用的研磨片類型， 可將包含不同類型的分散狀研磨粒子、比方s丨％及/或 A 12〇3等水溶液所組成之研漿88應用於研磨片76，從而在研 磨片7 6與晶圓5 2之外露表面7 2間產生研磨性化學溶液。由 於研聚88的溫度乃影響晶圓52之溫度τ的因素之一，且研

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漿88之黏性可能具有溫度相 5 4 S裝設於鄰近通道8 6之處、？生故了將-熱能偵測器 度，並將-溫度信號5心出：==聚'的溫 如何控制熱控制器6 0、以達到符人日 儿 '、疋 τ。在本發明的一個實施；V中付口二圓田5 2所要求之溫度 松&曰η μ +、 樣中可使用研漿88之溫度來

ί可二在/ ίΤ °比^ ’如圖2所示’熱能轉換單元^ 又2研漿通道86有熱能轉換關係之承載頭66上、 亚在…控制态60與系統控制器58的控制之下操作、以達到 符合研漿88要求之溫度。藉由研漿88與晶圓以之接觸，可 在不依賴比方圖2所示之熱能轉換單元6礼的情況下、達到 符合晶圓5 2所要求之晶圓溫度τ。

、圖2亦描述以熱偶92之形式設置有熱能偵測器54的承 載頭6 6、其係用以直接監視晶圓5 2之溫度τ。熱偶g 2係可 配置成一環繞晶圓52的環92R、用以檢測與晶圓52之外露 表面72相鄰的平均溫度τ。熱偶92可將溫度信號56輸出至 系統控制裔5 8。在偵測器5 4不需要為了準確地偵測晶圓5 2 之溫度T而靠近或碰觸到晶圓5 2的情形中，可將偵測器5 4 裝設於承載頭66中、並與晶圓52保持細小間隔。這樣的偵 測器54因而可偵測與晶圓52相鄰（非常靠近）之承載頭66的 溫度、並從而提供晶圓溫度之準確指示（例如在實際晶圓 溫度T之正負5度範圍内的溫度）。均句地遍布整個晶圓區 域而供應熱能的光源6 4 L係為本發明之一個實施例的範 例0 20〇3GU76

五、發明說明（ίο)

本發明的另一個實施例亦可均勻地轉換相關於整個晶 圓區域之熱能。圖3A顯示了一連串同心環形式之熱能轉換 單元6 4、其乃定義了電阻加熱器6 4 r的範圍。如同在光源 64L的例子中，藉由電阻加熱器64R所轉換之熱能係轉換至 裝設於承載頭66上之晶圓52。加熱器64r之配置係為個別 的同心環、且乃顯示成用以均勻地將熱能分佈在整個晶圓 52之區域内的三個環。對於直徑較大之晶圓“（例如3〇〇mm 晶圓對照於20 0mm晶圓）、可使用較多的環、藉以確保均勻 的加熱性、從而使整個晶圓52之區域具有相同的溫度丁。 這種來自電阻加熱器64R之熱能係以傳導能的形式提供晶 圓52之熱能轉換。電阻加熱器64R係可裝設在與晶圓“相 #之f亦可I设在承載膜84之上。每個電阻加熱器_ 乃可為比方一11 ow電阻加熱器。 ^ " '、士述了設置有另一個熱能偵測器54實施例的71 π *處，有許多短熱偶探針92P等間隔地環繞著晶 τ。决ό糟^以^直接監視相鄰於晶圓5 2之外露表面7 2的溫度 & 針92Ρ之信號56Ρ可由系統控制器58單獨地監 二可由系= 智

之外露表面72的制:;5取：均/、軸^ 圓52之外露表面；二「。為確保溫度Τ係均勻地遍布整们 探針92Ρ所檢測到之’系統控制器58可比較分別由^ 温差可用來指干度Τ。這些溫度Τ的零或小（例如5 t 雖然圖3A所示爲係均勻地遍布整個晶圓52之區域。 …、 棟針92P，然比方亦可基於例如晶圓5

第15頁 200301176 五、發明說明（π) 之直徑等要素來設置較多或較少的探針9 2 P。又，為進一 步確保溫度τ係均勻地遍布整個晶圓52之區域，可使用比 方個別熱能偵測器54之陣列、其將於以

更全面的敘述。 < F 之曰述一平面圖、其係向上視入裝設於承載頭66 之ss 0 52的外露表面72。所示範的三個環64R係以虛線表 不，且所示之直徑D3係由晶圓52之一邊穿越晶圓52之中心 9 4而朝外延伸至晶圓5 2的對面-邊。直徑D 3可延伸於比方 晶圓52對面兩側的探針92P之間。如本發明之此實施例所 要求，均勻地遍布於外露表面72之區域的溫度了係藉由圖 3C之圖表加以說明，該圖顯示了沿著直徑⑽之位置而桿給 的晶圓52之溫度τ。所示之溫度τ相當固定，表示溫度梯产 並未遍布於整個晶圓52之外露表面72的區域内。 本發明之其他實施例的提供、係為供應非均勻地遍布 二個晶圓區域之熱能，且乃如圖4A至7所示。亦即，這類 貝施例各皆可提供遍布於晶圓52之外露表面72的熱梯度。 圖4A顯示這些實施例的第一個，說明了以中心碟64p為形 式之熱能轉換單元64、其係可座落於晶圓52上的一點，例 如中心94。該碟64P可由回應電源1〇2(圖1A)之電能而產生 熱能的壓電材質加以配置。藉由碟64p轉換之熱能係轉換 至1设於承載頭6 6之晶圓5 2。作為晶圓5 2之唯一可控制的 ^忐來源，碟64P可將熱能散佈至晶圓52的中心94裡。熱 月b因而被非均勻地轉換至晶圓52。來自碟64p之熱能將由 中心94向外地、或放射狀地朝晶圓52的邊緣流動。離開中

第16頁 五、發明說明（12) 〜9 4之示範區域1 〇 4與1 0 6的溫度將較中心9 4的溫度為低， 如此在本實施例中最低溫度T之值將相鄰於晶圓5 2之邊緣 處。碟64P可藉由類似圖2所示有關光源64L的方式裝設在 相鄰於晶圓5 2之處。 又

圖4 A亦描述設置了一個熱能偵測器5 4實施例之承載頭 66 ’其係類似於圖2所示包括一熱偶環92R之熱偶92。或者 比方，亦可設置如以上有關圖3A所述之許多短熱偶探針 92P熱偶環92r乃環繞著晶圓52、藉以檢測相鄰於晶圓μ 之外露表面72處的平均溫度τ。熱偶環92R可將溫度信號56 輸出至系統控制器5 8。

曰圖4B係描述一平面圖、其係向上視入裝設於承載頭“ 之晶圓52的外露表面72。所示範的中心環64p係以虛線表 不’且所示之直徑D4係由晶圓52之一邊穿越晶圓52之中心 9 4而朝外延伸至對面一邊。直徑D 4可延伸於比方晶圓5 2對 面兩=的環9 2 R之間。如本發明之此實施例所要求，遍布 ^外露表面72之區域的溫度梯度係藉由圖4C之圖表加以說 明该圖π顯示了沿著直徑D4之位置而標繪的晶圓52之溫度 T。來自％92R之信號56代表了這種直徑D4端點處的溫度 Τ。圖係顯示一倒U型曲線11 〇、其係描述遍布於晶圓52 之外路表面7 2的區域所要求的示範性溫度梯度。曲線11 〇 係表=概度Τ在中心9 4具有最大值、且向外遞減。 若較佳的情形係更準確地測量沿著晶圓52之直徑D4位 、， M及測置由於中心碟6 4P的使用而產生之溫度 梯度則可使用個別熱能偵測器5 4之陣列、其將於以下有

200301176 五、發明說明（13) 關圖5A之處作更全面的敘述。在實際的CMp操作 種陣列，則曲線110之形狀將基於比方CMp製程或承使用1 之熱轉換特性、而傾向由圖4C所示之_型產生氣載、 將於以下有巧圖8之處作更全面的敘述。儘管有=傾其 向’具有特疋變化方式、Λ方根據圖4C所示、 熱梯度仍為所要求的。為補償這種在單—=10的 _)之㈤製程所發生的非均句熱轉換特性，埶：： 元64之配置可如有關比方圖^與7所示。 ”、、此轉換早 提供遍布於晶K 5 2之外露表面7 2區域的另 度：施例，5Α所示，其係說明了以外環64〇r為：二： 熱月b轉換單元64。外環640R可配置成一在曰: 緣處延伸的圓環。該環_可為；：圖3在A;;:5二鄰， ’或者可能以圖“所示之碟64p的壓電材為 n然❿，為轉換相關於晶圓52之熱 、為 J二rTL與一高溫TH下、將熱能轉換液體 =6,的能力:為此目的、外環6_係配置成—中空 二：：％ 40R可稭由類似圖2所示有關光源6 < 在相鄰於晶圓52之處。液體116可為比方乙二醇。 '衣叹 孰血ί源62 ί 一係可回應熱控制器60而提供液體116之加 ^ /7部兩，或如圖1 Α所示，一個熱源62H可供應加埶 次體11 θ、而另—個熱源62c則可供體γ…、 熱控制係在系統控制器58的控 ；液J1 6。 職Η或熱脚C連接至獅R，如此係;=於

第18頁 200301176 五、發明說明（14)

卻。控制器6 0係將具有適當溫度之液體丨丨6供應給中空環 6 40R。作為進出晶圓5 2之唯一可控制的熱能來源或接收 器，環640R可直接轉換只進出於晶圓52外緣的熱能。熱能 因而非均勻地轉入或轉出晶圓5 2的區域。在加熱時，由環 640R直接轉換至晶圓52的熱能將朝内地，或放射狀地由晶 圓52之邊緣朝中心94流動。離開邊緣之區域比方122與124 係發生溫度T之變化。至於冷卻時，由晶圓5 2直接轉換至 環6 40R的熱能則將朝外地、或放射狀地由晶圓52之中心94 朝邊緣流動，而至環64〇R。離開邊緣之區域122與124係發 生溫度T之變化。不管液體係供應至較目前晶圓5 2之溫度τ 為冷的晶圓52，或者係供應至較目前晶圓52之溫度丁為暖 的晶圓52，其適用溫度τ之最低值將分別發生在相鄰於本 卷月之曰曰圓5 2的邊緣處’或者將發生在相鄰於中心9 4之 圖5Α係描述設置了一個熱能偵測器54實施例之承載頭 66、其係配置成、可在許多間隔位置上各自檢測曰曰曰之溫 二如以/下之進一步敘述，溫度梯度乃可有不同的定位 续^ i其係相關於晶圓5 2之中心9 4、或有關於晶圓5 2之邊 总:：、、、監視比方跨越直徑D5的溫度梯度，偵測器54之配置 b而以相同間隔之關係排列的個別熱能感應 &伤之-陣列54A。陣列54A將穿越比方區域122與124。圖 之咸ί Γ 一個典型的氟磷灰石探針（例如LUXTR0N牌探針） 1 态54F、其係具有一偵測尖端126、所設置之塗層 、材貝乃回應不同溫度而發出不同螢光。尖端126可位

第19頁 03G1176 五、發明說明（15) 在相鄰於晶圓52之處，例如與晶圓52作直接的接觸。在使 用承載膜84(例如見圖2)之承載頭66的一配置情形中，尖 端126可緊接於與晶圓52接觸之承載膜84。來自氣填灰石 探針54F之信號56的強度係提供位於探針54{Γ處之溫度了的 指示。=於陣列中探針54F的相同間隔，當系統控制㈣ 接收到來自不同探針54F之信號56時，每個探針54f將同時 具有溫度f的指示以及探針54F之位置的參考（例如沿著直 位D5)藉由一個特定信號56與產生該特定信號56之探針 54F的位置之間的關係，系統控制器58乃因而接收了跨越 晶圓52之直徑D5的實際溫度梯度指示，可將實際溫度梯度 ?所要求之溫度梯度相比’然後再藉由熱能轉換單元64的 裱640R使適當之熱轉換得以發生。 圖5B係描述一平面圖、其係向上視入裝設於承載頭“ 之晶圓52的外露表面72。所示範的環6術係以虛線表示， 且所不之直徑D5係由晶圓52之一邊穿越晶圓52之中心94而 朝外延伸至對面一邊。$常直徑D5可延伸於比方環6·的 對面兩側之間、且沿著陣列54A。如本發明之此實施例所 要求，遍布於外露表面72之區域的溫度梯度係藉由圖％之 圖表加以說明，該圖顯示了沿著直徑肝之位置而標繪的晶 圓52之溫度T。圖5C係顯示一般的倒1]型曲線118、其係描 述阳圓52之外露表面72的區域内、跨越其直徑D5的溫产梯 度。：線118係表示溫度τ在邊緣處具有最大值、且向：遞 減。右CMP製程之特性（例如不管該製程係為放熱或吸 熱）、乃其所要求之熱梯度可藉由供應冷卻液體116或加熱

第20頁 五、發明說明（16) 液體116至環640R而達成，則如上所述、系統控制哭“將 可使適當熱度（熱或冷）之液體116由適當的熱源621；或62(： 供應至外環640R。 類似於以上有關圖4 A至4 C的敘述，在實際實行中，曲 線1 1 8之形狀將傾向由圖5C所示之倒11型產生變二^該變化 可基於比方CMP製程或承載膜84之熱轉換特性，其將Λ於以 下比方有關圖8Α與8Β之處作更全面的敘述。儘管有這種傾 向，具有特定變化方式、比方根據圖5C所示之曲線ιι8的、 熱梯度仍為所要求的。為補償這種在單一區域上（例如 122)之CMP製程所具有的非均勻熱轉換特性，熱能轉換單 元6 4之配置係可如以下有關比方圖6 a所示。 參考圖6A，本發明亦滿足了跨越晶圓52之直徑D6的埶 梯度係以特定方式變化的需求。另外亦提供了比方單一'區 域上（例如132)之CMP製程與另一個區域134者相比時、其 非均勻=熱產生或轉換特性的補償。圖6A描述了本發明之 另一個實施例’其中不同的熱能轉換係可個別在兩^以上 之晶圓52的不同區域同時發生。這些示範區域可 放射狀間隔之區域132與134。又’這些區域可為如圖”斤 不之圓餅狀或楔狀區域136。考慮到比方6A , 一熱能 係可進入區域132、而另一熱能轉換則可離開區域134，反 。舉例來說’ CMP製程可在一給定時間於區域134產 τ二Γ +如此右無本發明之溫度控制方法將導致溫度T出現 ，提升）’而同時CMP製程亦可在區域132吸收熱 月匕（如此右無本發明之溫度控制方法將導致溫度τ出現不符

五、發明說明（17) 要求之降低）。所提供之個別熱能轉換將可在系統控制哭 5 8的控制之下離開區域丨3 4或進入區域丨3 2。 $ 圖6A係顯示以許多中空的環或管64ρι為形式之熱能 換單元64。每個管64PI皆可配置成在晶圓52之個別環形區 域上呈拱形延伸的圓環，例如在區域丨32或134之一 ^ ^二 外側的管64PI可與晶圓52之邊緣相鄰，而緊接的内側管父 64PI可由外側管64PI朝内呈放射狀、以提供轉入或=曰 圓5 2之許多環形區域的熱能轉換。 管6 4PI之配置係可用於轉換有關晶圓52之熱能、包含 進入晶圓52之熱能與離開晶圓52之熱能。為此目的，管各 64PI可為中空的光學纖維、其係可引導來自光源64[的6光 線、用以供應熱能。管64PI亦可連接至冷卻液體116之埶 源62C、以提供離開晶圓52之特定區域的熱能轉換。 圖6A所不之實施例係以類似圖5A所示之外環^⑽的_ 式、提供有關許多管64PI之各自的熱能轉換，亦即在相参 於晶圓52之-低溫几與一高溫心者之下。因此，埶源6 J -：可回應熱控制器60而提供液體i 16之加熱與冷卻兩 :纪或如圖1A所示，一個熱源62H可供應加熱之液體ιΐ6

而另一個熱源6 2 C則可供座、人％ >、六μ u P 〜』仏應冷部之液體11 6。熱控制器60 ^ 在系統控制器5 8的批法|丨> 4。A # ^ ^ &制之下刼作、藉以將熱源62H或熱源 6 2 C連接至各管6 4 Ρ I。批告丨|哭、β η # μ θ > η η ^ ^ 卜彳工制的6 0係將具有疋當溫度之液體 鄰tρ 官64ΡΙ可可裝設於與晶圓52相 ::承載頭66上’如以上有關環64〇R的敘述。每個管64ρ 基本上皆直接轉換進入或離 4雕開日日0 5 2之一特定區域（例如 200301176 五、發明說明（18) 1 3 2或1 3 4 )的熱能。因而相關於整個晶圓5 2之區域的熱能 係被非均勻地轉換。直接由特定區域比方j 3 2或丨3 4轉出或 轉入之熱能將使該區域之溫度T上升或下降。藉由在個別 的管64PI之間提供熱絕緣體138，這種區域132的溫度τ之 改變、大體上將與任何相鄰於晶圓52之區域丨34的任何溫 度T之改變相互獨立。

圖6 A亦描述設置了一個熱能偵測器5 4實施例之承載頭 6 6、其係配置成可在許多間隔位置上各自檢測晶圓5 2之溫 度T。這些位置係對應於由不同的管6 4 p丨所負責的區域。 如以下之進一步敘述，所要求之溫度梯度乃可有不同的定 位方式’例如由比方晶圓5 2之中心9 4至其邊緣。圖6 B係描 述一平面圖、其係向上視入裝設於承載頭6 6之晶圓5 2的外 露表面72。所示範的圓形管64PI係以虛線表示，且所示之 環形區域1 3 2與1 3 4係在虛線之内、藉以簡化說明。對於比 方跨越直徑D6(圖6A)而變化的温度梯度、且其中與每個中 〜同心之環形區域（例如1 3 2 )内乃要求大體上相同的溫度τ 而言’偵測器5 4係可配置成如以上有關圖5 A所述之個別熱 能感應器54F所組成之同心圓環陣列54(：。陣列54(：係排列 在環繞區域1 3 2之環形路徑上、以便監視區域丨3 2之溫度 T^對每個陣列54C而言，感應器54F之位置係環繞著比方 %形區域1 3 2而有相同間隔之關係。因此每個陣列5 4 c係與 相鄰的陣列54C保持間隔。由於個別的陣列54C之探針間係 有相同的間隔，且由於一陣列54C係與其他陣列54C相互分 開’故當系統控制器5 8接收到來自不同探針5 4 F之信號5 6

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五、發明說明（19) 時’每個探針54F將同時具有溫度T的指示、以及以探 54F為一部份之陣列54C與探針54F之位置的參考。因而^ 統控制器58所接收的數據係提供環繞晶圓52之特定環糸 域（例如1 32 )的實際熱梯度指示，且可將實際熱梯度與二品 區域所要求之熱梯度作比較。同樣地，系統控制器58、μ 使用沿著圖6Α之直徑D6而排列之不同探針54F所發出 :虎56、來決定沿著直徑D6之熱梯度是否可接受口 供應至比方管64PI之液體進行適當的溫度控制= 如本發明之此實施例所要求，遍布於 =溫度梯度係藉由圖6(:之圖表加以說明，該圖顯示$ 者，徑D6之位置而標繪的日日日圓52之 口 相鄰於環形區域132、134等之不同探針54F相對應置：： 幵y的曲線1 4 2係描述一示範性 w产 # 52之外露表面72的直徑D6、之二度9梯度、其係跨越晶圓 j且^ u b。曲線j 4 2乃代夹失佶闲士 之溫度監視與控制方法的⑽序说痒 、，未/吏用本 ' 明 程可在區域134產生埶能（:二=以梯度係基於CMP製 將導致溫度τ出現不如之此= ^ ^ ^ 1 3 2 ^ ^ ^ ^ ( Λ /Λ i B ^ M P ^ ^ ^ 致溫度τ出現不符要求之^明之溫度控制方法將導 線144、其係描述經過圖乂亦顯示斜率固定的曲 52之外漏表面72的直徑。、不把生'皿度梯度、跨越晶圓 溫度監視與控制方法的浪 :1 4 4乃代表使用本發明之 產生了熱能，為回應來。儘管CMP製程在區域134 ^、區域1 3 4相鄰之偵測器5 4 F，區

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五、發明說明（20) 域134之管64PI將受到控制、並且如位置134上之曲線144 所示、使熱能由區域1 34轉出並降低溫度了。以此方式，系 統50可避免未使用本發明之溫度控制方法時、區域&4之' 溫度T出現不符要求的提升。同樣地，藉由提供孰能至區 域132、系統50亦可避免未使用本發明之溫度控制方法 時、區域132之溫度T出現不符要求的降低。 然則應可瞭解、以此方式、系統5 〇係可用於以特定方 式對跨越晶圓52之直徑D6的熱梯度變化加以控制，包刮使 熱梯度消失之控制方式。不管可能不符要求的熱梯度是否 基於在單一區域（例如132)上之CMP製程、相較於另一個區 域比方134者、所具有的非均勻熱產生或熱轉換特性，系 統50皆可提供這種控制。 系統50之另一個實施例係可將晶圓52之區域分割成除 了比方區域132與134的環形之外的形狀。圖7係顯示^晶圓 的一部份、其乃具有示範性之楔狀或圓餅狀區域丨36。 沒些圓餅狀區域1 36之溫度T可藉由比方將熱能轉換單元64 配置成具有許多中空的環或管64W的形式、來加以控制。 圖7中晶圓5 2業經切割、用以顯示相鄰於晶圓5 2之個別楔 形區域136的每個管64W皆可具有楔形配置。第一管64W一^ 乃相鄰於第一區域136-1、其範圍係藉由晶圓52之&總體區 域所選定的一角度152加以界定。第二管64W —2乃相鄰於第 二區域1 3 6 - 2、其範圍係藉由晶圓5 2之總體區域所選定的 一角度154加以界定、且位於第一管6 4W-1的相鄰處'。區域 136之間可提供絕緣體丨52、藉以對這些區域136作熱度分

五、發明說明（21) 隔。基於上述實施例，晶圓52之區域的其他部分可提供其 他的楔形官64W，或其他的熱能轉換單元64。同樣地，基 於上述實施=，偵測器可相對楔形區域136作適當的排 列、用以對每個晶圓52之這種區域丨36的溫度τ進行個別 監視與控制。 圖《Α興8“系描述系統5〇進一步之實施例、其中承載膜 84之熱轉換特性可與晶圓52之溫度了的監視與控制結合使 用，不之承載膜8 4具有許多區塊j 5 8，可配置成任何形 Ϊ^括比方圖⑽所示之環形區域。所提供之區塊158可 數。二：ί 5換特性，例如表面粗糙度或者比方熱傳導係 式，有鑑於特定位置之CMP製程係具有特定之 例如放熱反應），承載膜84之配置係可容許較多 ^细或車父少熱能轉出晶圓5 2上相鄰於該特定位置之 :單為，能轉換單元64的個別部分之一與另一 換早兀64的個別邱八夕問、往 > 一 ”、、月匕轉 熱能轉換特性。 仃熱度分隔、φ可提供不同的 一偷11所述，系統50可在晶圓52上執行一方法、用以i 3夕個CMP操作之實行期間内、對晶圓52上之月却 坦化特性進行# Ί M BB W W上之局部平 52之溫产相卫制。这種方法的實施態樣之一係包含晶圓 在化學i;二圖9係描述一流程圖170、其係敘述本發3 項目。該；作期間用以監視晶圓溫度之方法的操作 至少-個獨立巴二：Ϊ J圓52的表面區域上、胃責界定出 作期間，】操作172。在化學機械研磨操 们獨立區域需維持在一特定溫度τ。該區 五、發明說明（22) H為晶圓—52的整個區域，或者比方上述區域i32、134或 只，、中之一。该方法接著推進至操作174、其乃在化學機 :::操作期f[負責感應出至少一個獨立區域之溫度。 此感應操作可使用上述偵測器54之一來執行。 該方法的另一個實施態樣係執行操作172、藉以界定 =如遍布於曰曰曰圓52表面之許多獨立區域的至少一個獨立 與曰^如許多區域136、、或132及134。這些獨立區域可 〜之中〜同心，且複數個同心的獨立區域上各可維 祕一特定的溫度T。又，可藉由個別地對每個這種獨立區 摅Ϊ溫度進行感應來執行感應操作174。接著該方法可根 糠各區域所感應之溫度、以及該感應.溫度 =間的比腾，而推進至操細、用以二要/ ;夕一個區域、或相關於每個獨立區域之熱能。 /應可瞭解该區域的感應溫度與所要求溫度間之比較可 ^ 控制器58加以執行。系統控制器58可為一Watl〇w溫 度&制器或電腦、其程式設計係為處理所接收之信號56。 1匕方’當承載頭6 6之上有一信號5 6時，該信號係可與代表 晶圓W所要求之溫度值τ的儲存數據相比較。根據任何由 車父所產生之差異’糸統控制器5 8將使熱控制器6 〇提供 ，能至承載頭6 6、以使感應溫度τ達到所要求之值。在測 ，了比方所要求之溫度的值之後、便可將該儲存數據輸入 系統控制器58，結果將提供晶圓52上所要求之局部平坦化 特性’例如晶圓52之CMP移除部分所要求的數量。 如同於比方當對以上個別陣列54C的探針54F所具有之 五、發明說明（23) 固定間隔進行敘述時一般，可以有許多的信號56。如敘 述，由於該陣列54C係與其他陣列5 4有所間隔，故系統控 制器58可由探針54F之一接收信號56、其數據乃表示溫度 丁、該探針54F所對應之陣列54C、以及探針54F的位置。系 統控制器5 8之程式設計係為有系統地組織這些數據、並損 供環繞晶圓52之特定環形區域（例如132)的實際熱梯度指 示（例如圖5C與圖6C之圖表）。這些環繞晶圓5 2之特定環形 區域的實際熱梯度數據（例如曲線142)係與代表該區域所^ 要求之熱梯度數據（例如曲線1 4 4 )相比較。接著系統控制 為5 8便使熱控制器6 〇開始運作、以提供不同區域所要求之

溫度τ。如上所述，此乃可藉由比方將熱源62[1或熱源62C 連接至環640R，如此係可適用於加熱或冷卻。系統控制器 58係對控制器60加以控制、以便將具有適當溫度之液體 116供應給中空環64〇R。因此，儘管有CMp製程在區域 上為回應來自相鄰於區域丨34之偵測器54F的信號56而產生 生情況，系統控制器58的程式設計係可使區域 B _由§玄區域134將熱能轉出、並且如曲線144的 位置1 3 4所示使溫度τ降低。 當使用比方陣歹丨j 5 4 Γ 、n I a 今少加N A 早幻扎日守在測定了比方所要求溫度的 弁夕個別值之後、便可將兮 仕果將扃曰m ^ f ΰ亥儲存數據輸入系統控制器58， 、、、口禾將在晶圓5 2之相對庶l γ , ^ al ^ ^ ^ C域上（例如區域132與134，圖6B) &供所要求之個別的局部平扫 _ a〇D； 比方研漿88與晶圓52之間呈：寺'。迫I測定乃可基於 -般而言，與晶圓52接觸：：；=關性的化學反應」比方 之研水8 8的溫度愈高，並且晶圓

ϋυ^〇1176 五、發明說明（24) 將會發ΐ二回’則移除速率將愈快’亦即愈快的CMP操作 間的ir月個實施態樣係關於圖"所示之溫度對時 時間“對應Γ::”圓溫度τ係在時ml有最高值。 的研磨或者‘陕、亲鱼呆作的起始，且一般而言較快 供。麸而:、率才符合要求、並由較高的溫度值提 由8士 ：tl $ /ΜΡ操作的實行期間、隨著時間的增加(例如 ^ 2 A呀間七2)，便需要對移除速率進行規模較大的 K降ί 在時間T夺、所… 、，至比方時間t3。時間t2與t3可更接近該 銮=μ人呆之結尾，故此一般而言較低或較慢的研磨速 W 、ί、要求、以避免晶圓52發生過度研磨的現象。基於 二絲目二，可在比方時間1:1、t2與t3使用系統50、以提供 此種具日守間相關性之晶圓溫度T的控制。 又本發明的另一個實施態樣係有關晶圓52與研磨片76 ，間的接觸f月形。這種接觸係在壓力下形成，&而晶圓5 2 ^研磨^ 7 6之間可發生熱能轉換。如上所述、可使用系統 、並藉由控制晶圓5 2之溫度T來控制研磨片7 6之溫度。 乂此方式萄研磨片7 6之研磨特性（例如在給定壓力下的 研磨速率）著研磨片7 6之溫度而變化時，可控制晶圓溫 度T ’亚且藉由晶圓與研磨片之間的接觸、使研磨片76之 溫度及研磨片76之研磨特性可在CMp操作期間内的任何時 間進行選定。 本發明的進一步實施例係有關使用研漿88之溫度來控

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制晶圓52之溫度T。比方如圖U所示，埶

配置成裝設在研磨片76B之上的個別出口212。個：: 212係將研漿88之個別研漿流214供應至研磨片76β的：出別 £塊216之上，該區塊216係隨著研磨片76β移動 66。研磨片76B之區塊216的溫度係由研㈣214中相^ 研漿88的溫度所決定。該研磨片的移動致使研磨片 相關區塊2 1 6與晶圓5 2個別之相關區域間具有埶能轉換 關係，故而可達到比方晶圓52之各相關區域所要求的溫 度。具相關研漿88之溫度的研磨片76B之相關區塊216皿以 及由晶圓5 2之相關區域所產生的溫度τ，皆可用以在晶圓 的各區域上提供符合要求之局部平坦化特性，例如晶β^λ52 的各區域所要求之移除數量。

應/可瞭解本發明係藉由提供實現上述問題之解決方案 的CMf系統50及所述之方法而滿足了上述需求。因此，在、 CMP操作期間係藉由CMP系統5〇以及那些方法來維持對晶圓 之溫度τ的直接控制。也就是說，此溫度7係在比方不依 靠例如對晶圓5 2施加CMP作用力等間接要素的情況下受到 ，制。這種CMP系統50乃進一步直接地在CMP操作期間監視 晶圓52之溫度T。此外，為提供可在晶圓區域内有不同溫 度之需求的CMP操作，這種CMP系統50之配置係可在CMP操 作期間内、直接對晶圓5 2内不同區域（例如丨3 2、1 3 4、 1^6)之溫度進行監視，並分別控制各熱能來源62、以達到 符合各晶圓區域要求之晶圓溫度Τ。同時，這種CMP系統5〇 及其方法將以在CMP期間内與晶圓作直接接觸的構造進行

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五、發明說明（26) 配置，例如裝設於承載頭6 6上的晶圓 之配置情形（例如熱轉換特性）與所要 式一致。 雖然為了清楚瞭解的目的、上述 節進行敘述，但顯而易見的是在隨附 可進行某種程度的變更與修改。比方 據欲對熱能轉換進行控制之處、而定 與=狀。又，熱能轉換單元64與偵測 ::ί 2 &些區域相對應而加以變化 :::::例性而非限制性者，且本發 行修：。31可在隨附之申請專利範 支樓膜84，俾使該膜 求之晶圓溫度控制方 發明係已針對許多細 之申請專利範圍内將 晶圓5 2之區域便可根 義成許多不同的尺寸 器5 4之配置情形可與 。因此，本實施例應 明不應受限於文中之 圍及其等效範圍内進

200301176 圖式簡單說明 五、【圖式簡单說明】 藉由以下連同附圖之詳細敘述、將對本發明有清楚的 瞭解，其中同樣的參考數字乃表示同樣的結構元件。 圖1 A為本發明中用以控制晶圓溫度之系統的一示意 圖，顯示了 一熱能控制器、其係用以提供相關於裝設在一 種CMP系統上之晶圓的能量轉換； 圖1 B為本發明中用以控制晶圓溫度之系統的一示意 圖’顯不了裝設在另一種C Μ P糸統上之晶圓， 圖1 C為本發明中用以控制晶圓溫度之系統的一示意 圖5顯不了顯不了裝設在又另' 一^重C Μ Ρ糸統上之晶圓， 圖2為本發明之承載頭的一示意圖，說明了用以轉換 相關於承載頭上整個晶圓區域之熱能轉換裝置的一個光源 實施例，以及一環狀溫度感應器實施例； 圖3Α為一示意圖、其係向下視入一個熱能轉換單元實 施例之同心環上方的配置情形，以及溫度感應器之一個探 針實施例； 圖3 Β為一示意圖、其係顯示遍布整個晶圓之同心區域 的延伸直徑； 圖3C為一圖表、顯示圖3Α所示之熱能轉換單元係具有 均勻的溫度對直徑位置特性； 圖4 Α為一示意圖、其係向下視入一熱能轉換單元之中 心點實施例的上方，以及溫度感應器之一環狀實施例； 圖4B為一示意圖、其係顯示遍布整個晶圓上、中心點 與環狀感應器間之區域的延伸直徑；

第32頁 2⑽3G1176 圖式簡單說明 圖4C為一圖表、顯示了熱梯度之一實施例、即圖 示之熱能轉換單元所具有之可變的溫度對直徑位置特性· 圖5A為一示意圖、其係向下視入另一個熱能轉換开 實施例之外圍環狀液體供應器的配置情形，以及一、w 應器之陣列； 夂&感 圖5B為一示意圖、其係顯示遍布整個晶圓上、沿 狀液體供應器之配置的正反面間之一感應器陣列區^二 伸直徑； π w < 圖5C為一圖表、顯示了另一個熱梯度、即另

個圖5 A …、，丨个/又、W力一狠 所示之熱能轉換單元所具有之溫度對直禋位置特性； 圖5D為—以F1⑽raptic(商標名）探針作為感應器之 圖， 、其係向下視入另—個熱能轉換單元 ;二； 卻環式的配置情形，“及許多溫度感 圖6B為-示意圖、其係顯示晶圓 陣列對齊的感應器陣列之一； /匕飞乂及一谷 圖6C為-圖表、顯示了兩個熱梯度、 用本發明之CMP操作，而另一個則使用τ 士 ^係木目禾使 制方法； 丨⑷便用了本發明之溫度控 圖7為一局部示意圖、其係向下相 ^ ^ ^ 卜視入另一個熱能轉換 早兀貝她例之夕重加熱冷卻環式的配置 配置相關之許多溫度感應器陣列； 汉，、衣式 圖8 Α為圖2所示結構之一部份^ 1切的局部放大視圖，其係 200301176 _ - 圖式簡單說明 顯不位於承载頭之晶圓裝設表面上的一 載膜之埶力配w i献德道尨如γ 表载膜’其中該承 位置而有所變化； 現耆$膜在不同區域的 圖8B為圖8 A所示之承載膜的 膜之不同區域； 用M祝明該承載 圖9為—流程圖、其係說明了 間用以監視晶圓、、西痄夕七il 予风佩研磨#作期 日日圓，皿度之方法的柄作項目； 圖1 0為一圖表、其係描述 作期間之控制情形； 1 1曰曰W Λ度對時間在CMP操 器將 個別的溫度控制 元件符號說明： 5 0〜 CMP系統 5 2〜 晶圓 5 4〜 熱能偵測器 54Α ' 〜陣歹|J 54C 〜同心圓環陣列 54F 〜熱能感應器、 54S 〜熱能偵測器 56〜 ，信號 5 6S 〜溫度信號 5 8、 /系統控制器 氟磷灰石探針

200301176 圖式簡單說明 6 0〜熱控制器 6 2〜熱能來源 62C〜熱源（冷卻液體） 6 2 Η〜熱源（加熱液體） 6 4〜熱能轉換單元 6 4 L〜光源 6 4 0 R〜外環 6 4 Ρ〜中心碟 64ΡΙ〜中空管 64R〜電阻加熱器 64W〜中空管 64W-1〜第一管 64W-2〜第二管 6 6〜承載頭 6 8〜裝設表面 7 2〜外露表面 7 4〜外露表面 7 6〜研磨片 76Β〜帶型研磨片 76DL〜碟狀研磨片 76Τ〜碟狀研磨片 8 2〜箭頭 84〜承載膜、晶圓支撐膜 8 6〜研漿通道

第35頁 200301176 圖式簡單說明 88、 〃研漿 92〜 /熱偶 92P 〜短 軌 偶 探 針 92R 〜熱 偶 環 94 - -中β 102 〜電 源 104 〜示 範 區 域 106 〜示 範 域 110 〜倒U型曲線 116 〜熱 能 轉 換 液 體 118 〜倒U型曲線 122 〜離 開 邊 緣 之 區 域 124 〜離 開 邊 緣 之 區 域 126 〜偵 測 尖 端 128 層 132 〜呈 放 射 狀 間 隔 之 134 〜呈 放 射 狀 間 隔 之 136 〜圓 餅狀 區 域 136 —1 第 一 區 域 136 - 2〜 第 二 區 域 138 〜絕 緣 體 142 〜波 浪 形 曲 線 144 〜斜 率 固 定 的 曲 線 152 〜角 度 絕 緣 體

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Claims (1)

1. 200301176 六、申請專利範圍

   包含： 一晶圓載具’具有一黑圓壯 面； 圓裝設表面、用以轉 ^ 日日國裝設表 一熱能轉換單元，其係相鄰於曰曰 換相關於晶圓之能量； 一熱能偵測器 晶圓之溫度；以及 其係相鄰於晶 圓裝設表面、 用以偵測 一控制Is ’其係回應該偵測器 轉換單元的熱能。 藉以控制供應 至熱能

   2·如申請專利範圍第1項之化風嫩奸 溫度的控制設備，其中該熱能轉換πσ — #研磨操作之晶圓 關於晶圓表面一選定區域的妖能 、70之配置係為轉換相 熱梯度，而熱能偵測器之配置則為 > ^布整個表面之 定之位置的溫度。 “、、、測该表面上一事先決 3.如申請專利範圍第2項之化風 溫度的控制設備，其中該熱能轉換:研磨操作之晶圓 係相關於一圓環、且該晶圓表面 =的配置情形其定義 的中心，而熱能偵測器之配置情形复〜二或係相鄰於晶圓 環、且該表面上事先決定之位置^〔、疋義亦相關於一圓 1 Ί厅、；f目鄰於曰

   4 ·如申請專利範圍第2項之化風；、曰曰圓的一外緣。 溫度的控制設備，其中該熱能轉換t幾械研磨操作之晶圓 圓環、且該晶圓表面之選定區域係相I的配置情形係為一 而熱能偵測器之配置情形亦為—圓j岫於晶圓的一外緣， 疋之位置係相鄰於晶圓的中心。 且邊表面上事先決

   20〇3Gll76 六、申請專利範圍 5 ·如申請專利範圍第1項之化學機械研磨操作之曰 溫度的控制設備，其中該熱能轉換單元之配置係為均=2 轉換相關於大體上整個晶圓表面的熱能、以建立遍布二^ 表面之均勻熱力狀態，而熱能偵測器之配置則為偵測誃= 面上一事先決定之位置的溫度。 ^ 6 ·如申請專利範圍第1項之化學機械研磨操作之晶圓 溫度的控制設備，更包含·· 一晶圓裝設膜，其係設置於晶圓裝設表面上藉以支撐 晶圓，該晶圓裝設膜之熱力配置、其熱傳導係數係隨著= 圓裝設表面的相關位置而有所變化；以及 曰曰 其中相關於晶圓而由熱能轉換單元轉出之能量將根據 熱傳導係數之變化而轉換至晶圓的不同部分。 7 ·如申請專利範圍第1項之化學機械研磨操作之晶 溫度的控制設備，其中·· 日日貝 該控制器係藉由連接一熱能來源至熱能轉換單元來回 應一指示較低溫度的偵測器、以提升晶圓之㈤产 ° 溫度8的控如制=，利Λ圍第1項之辑^ 3制器！藉由連接一熱能接收器至熱能轉換單元 口應和不較咼溫度的偵測器、以降低晶圓之、、w产 備，9包含—種用以改變化學機械研磨操作之晶圓1显^的設 以及一晶«載具，具有一用以支樓整個晶圓t面的表面；

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   一热 區塊皆與 塊係有效 10. 操作之晶 —研 應至晶圓 一熱 域、用以 區域之一 11. 操作之晶 一控 元之個別 至晶圓的 12. 操作之晶 一光 針，各探 度；以及 一控 之每個個 13. 操作之晶 能轉換單 晶圓裝設 地轉換晶 如申請專 圓溫度的 漿供應埠 上某些個 能偵測器 在晶圓上 特定區域 如申請專 圓溫度的 制器，其 間隔區塊 相關熱能 如申請專 圓溫度的 學熱能偵 針係用以 制器，其 別間隔區 如申請專 圓溫度的 元，其 表面之 圓上某 利範圍 設備， ，其係 別的研 ，其係 偵測相 的溫度 利範圍 設備， 係回應 的熱能 一獨立區域相鄰，且各 / ..^ ^ 且母個個別區 2疋區域之相關能量的個別量。 第9項之用以改變化學機械研磨 更包含： 連接至晶圓載具、藉以將研浆供 漿輸入區域；以及 相鄰於每個個別的研漿輸入區 鄰於晶圓上每個個別的研漿輸入 〇 第1 〇項之用以改變化學機械研磨 更包含： 各偵測器而對供應至熱能轉換單 進行控制、藉以補償由研漿轉換 利fc圍第9項之用以改變化學機械研磨 設備，更包含： 測器’具有一對應於每個個別區塊的探 偵測對應於各個別區塊之晶圓區域的溫 係回應各探針而對供應至熱能轉換單元 塊=熱能分別進行控制。 、 =範圍第9項之用以改變化學機械研磨 设備’其中該熱能轉換單元係為一光能

   200301176 六、申請專利範圍 _ 來源、具有對應於每個個 轉換 操作之晶圓溫』的：：園；9項之用以改變化學機械研磨 ,,_ 用 更包含·· 數個溫度偵測器，以 別間隔區塊内，冬俏制_ 乂式句勻地定位在相關的個 位置之溫度的信號之配置係為將代表晶圓上一特定 式設= 布:；=、來自偵測器的信號、且其程 該系統的程式設計乃為比 ：：二際熱梯度的指示’ 該間隔區域的熱梯度；以及、τ、…、梯度與所要求之遍布於 一熱能控制器，其係 / 能轉換單元之每個個別間1 ^ ^統控制器而對供應至熱 實際熱梯度與所要求之谝二二A 6、熱能進行控制、藉以使 15. —種用以在化ί:於該間隔區域的熱梯度相等。 的方法，該方法包2;::研磨操作期間監視晶圓温度 界定出至少一個晶圓^面 化學機械研磨操作期間、^至^獨立區域的範圍，其中在 一特定溫度；以及 ^至少—個獨立區域乃需維持在 在化學機械研磨操作期、 之溫度。 / 9 、感應該至少一個獨立區域 16·如申請專利範圍第15 ^ 作期間監視晶圓溫度的方法，、之用以在化學機械研磨操 為複數個遍布於晶圓表面之其中該至少一個獨立區域係 立區域，且該感應操作係藉 第41頁 六、甲請导利範圍 由個別地感應每個獨立 1“申請專利範=溫度i執行。， 作期間監視晶圓溫度的方法，】2含：=機械研磨操 根據各相關區域之感 =: 的熱能轉換。 相關之獨立區域 作期間監視晶圓溫度U:1U :化學機械研磨操 個晶2面之獨立區域，ΐ獨：匸:；；：=係界定複數 心，其中該複數個同心之獨立區域各；维;;：之中心同 度；且其中該感應操作之個 — 持在一特定溫 立區域的溫度。 貝仃”有關於每個同心之獨 19、 如：請專利範圍第18項之用以在 作期間監視日日圓溫度的方♦ 予故械研磨择 ^ ^ ^ /έΓ ’更包含以下择作· * 根據各同心之獨立區域的感應温度而庙 心之獨立區域的熱能進行控制。 f供應至每個同 —不U哨之用以在化與 作期間監視晶圓溫度的方法，直φs ，予钱械研磨 界定在晶圓外圍之内的碟狀區域， ^獨立區域 作： /方法更包含以下操 根據感應操作之輸出而對供應至該 行控制，該控制係在大體上整個碟狀區域5域的熱， 21.—種用以在化學機械研磨操作期1導光能， 的方法，該方法包含以下操作： 0皿硯晶圓S 界定出至少一個晶圓表面之獨立區 Λ π範圍 20. 如申請專利範圍^項之用以在化風 視晶圓溫度的方法，直 予钱械研磨操 外圍之内的碟狀區诚，二個獨立區域係 ’其中該 200301176 六、申請專利範圍 至少一個獨立區域乃維持在一特定溫度； 將化學機械研磨操作之晶圓以一事先決定之定位裝設 在該至少一個獨立區域上；以及 感應該至少一個獨立區域之溫度。 22. 如申請專利範圍第22項之用以在化學機械研磨操 作期間監視晶圓溫度的方法，其中複數個該至少一個獨立 區域之設置係遍布於晶圓表面上，而裝設操作係藉由將晶 圓放置在一承載頭上來加以實行，並且感應操作係藉由個 別地感應每個獨立區域之溫度來加以實行。 2 3. 如申請專利範圍第2 2項之用以在化學機械研磨操 作期間監視晶圓溫度的方法，更包含以下操作： 根據各相關區域之感應溫度來進行各相關之獨立區域 的熱能轉換。 24. 如申請專利範圍第2 1項之用以在化學機械研磨操 作期間監視晶圓溫度的方法，其中該界定操作係界定複數 個晶圓表面之獨立區域’该獨立區域皆與晶圓之中心同 心，其中該複數個同心之獨立區域各皆維持在一特定溫 度；且其中該感應操作係藉由回應每個同心之獨立區域的 溫度來加以實行。 25. 如申請專利範圍第24項之用以在化學機械研磨操 作期間監視晶圓溫度的方法，更包含以下操作： 根據各個別探針之輸出而對供應至每個同心之獨立區 域的熱能進行控制。 26. 一種用以在晶圓上至少一個化學機械研磨操作的

   第43頁 200301176 — — 六、申請專利範圍 -~— ----- 声、=j間、控制一晶圓上之局部平坦化特性的方去1卞 法包含以下操作·· 亿符陣的方法，该方 一個圓J面之獨立區域的範圍，該至少 控制該至=;立—=::r特性… 化學機械研：』：m m:以在晶圓上至少一個 化特性的…更包;：;：作控制-晶圓上之局部平坦 至少-個獨立區：：機：：磨操作中將研漿塗在晶圓之該 控制：日圓上4至少—個獨立區域之研漿的溫度進行 實範：=項：：：：：：之至少-個 晶圓表獨立區；:： z夕個化孥機械研磨品或上、 對塗在晶圓之獨立區域的研；、2，以及 &違行控制。 其母個個別施用之、、w 以下操作： 之局部千坦化特性的方法，該二; 域的範 圍 定出至v—個晶圓表面之獨立區 該至少 第44頁 /、、申請專利範圍 一個獨立區域上將達成一特定之 接觸使：=f片與一化學機械研磨以t性： ;觸，該研磨片係根據不同的研廢ί作中之晶圓表面進行 丰機械研磨性能；以及 lu片溫度而具有不同的化 對晶圓之該至少一個 使接觸該研磨片之晶圓 &域的溫度進行控制、藉以 換、以改變與晶圓接進：相關於該研磨片之熱能轉 3〇· 一種用以在晶w研磨7的局部溫度。 間、控制晶圓之平垣=二^之化學機械研磨操作的實行期 作·· 逮率的方法，該方法包含以下操 界定出至少一個晶 個獨立區域上將遠 ^之獨立區域的範圍，該至少 將該至少-個獨 ^不同的平坦化速率，·以及 時間有關。 σ°或之溫度加以變化，該變化係與 3 ] · 如申請專利範 ^ 械研磨操作的實行期 第3 0項之用以在晶圓上之化學機 其中·· 、 間、控制晶圓之平坦化速率的方法， 作項圓目對：時間而變化的操 並在第-時間週期之較高值： 一時間週期之後的平坦化迷率。、 、 以降低第 實行期間、=:^ Ϊ曰圓曰：上至少-個化學機械研磨操作的 備係日日0上之局部平坦化特性的設備，該設

   200301176 六、申請專利範圍 一晶圓載具； 一熱能轉換單元，其係在晶圓載具上、藉以轉換相關 於晶圓之能量； 一熱能偵測器系統，其係與晶圓相鄰、藉以偵測其溫 度；以及 一控制器，其係回應該偵測器系統、藉以控制供應至 熱能轉換單元的熱能。

   33. 如申請專利範圍第32項之用以在晶圓上至少一個 化學機械研磨操作的實行期間、控制一晶圓上之局部平坦 化特性的設備，其中： 該熱能偵測器系統係裝設在相鄰於晶圓的晶圓載具 上、用以偵測一溫度、以作為晶圓溫度之指示。 34. 如申請專利範圍第33項之用以在晶圓上至少一個 化學機械研磨操作的實行期間、控制一晶圓上之局部平坦 化特性的設備，其中：

   該熱能偵測器系統係包含一個別熱能偵測器的陣列、 其係裝設在與晶圓相鄰之間隔位置上的晶圓載具、用以偵 測一溫度、以作為相鄰於每個間隔位置之晶圓溫度的指 示0

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