具体实施方式

在化学机械抛光中，在基板的边缘部分处的去除速率可与在基板的中央部分处的去除速率不同。另外，沿着基板的圆周的抛光速率不必是均匀的；这种效应可称为“边缘不对称”。为了解决基板厚度的不规则性，可将基板传送到专用的抛光“修整”工具，所述工具可抛光基板上的局部区域。这种工具可用于校正基板边缘的不对称。例如，在抛光工艺完成之后，可局部抛光基板边缘处的较厚区域以提供均匀厚度的基板。然而，此类工具的产量很低。

可解决此问题的技术是拥有专用的温度控制系统，所述专用的温度控制系统可在化学机械抛光工艺期间提供对基板边缘的不对称的原位校正。温度控制系统可创建提供不同的抛光速率的具有不同温度的区，因为抛光垫的抛光速率可取决于温度。

图1、图2A和图2B示出了化学机械抛光系统的抛光站20的示例。抛光站20包括可旋转的盘形的平台24，抛光垫30位于平台24上。平台24可操作以围绕轴25旋转。例如，电机22可转动驱动轴28以使平台24旋转。抛光垫30可以是具有外部的抛光层34和较软的背层32的双层抛光垫。

抛光站20可包括例如在浆料供应臂39的端部处的供应端口，以将如研磨浆料的研磨液38分配到抛光垫30上。抛光站20可包括具有调节盘的垫调节器设备以保持抛光垫30的表面粗糙度。调节盘可定位在臂的末端，所述臂可摆动以便将盘在整个抛光垫30上径向扫动。

承载头70可操作以将基板10保持抵靠抛光垫30。承载头70从支撑结构72(例如，转盘或轨道)悬垂且通过驱动轴74连接至承载头旋转电机76，使得承载头可围绕轴71旋转。可选地，承载头70可通过沿着轨道的移动或通过转盘本身的旋转而例如在转盘上的滑块上横向振荡。

承载头70可包括保持环84以保持基板。在一些实施方式中，保持环84可包括与抛光垫接触的下部塑料部分86以及由较硬材料制成的上部部分88。

在操作中，平台围绕平台的中心轴25旋转，而承载头围绕承载头的中心轴71旋转并且在抛光垫30的整个顶表面上横向平移。

承载头70可包括具有基板安装表面以接触基板10的背侧的柔性膜80以及多个可加压腔室82以向基板10上的不同区(例如，不同的径向区)施加不同的压力。承载头还可包括保持环84以保持基板。

在一些实施方式中，抛光站20包括温度传感器64以监测抛光站中或抛光站的/抛光站中的部件中的温度；例如，抛光垫和/或抛光垫上的浆料的温度。例如，温度传感器64可以是红外(IR)传感器(例如，IR相机)，定位在抛光垫30上方且经配置为测量抛光垫30和/或抛光垫上的浆料38的温度。具体来说，温度传感器64可经配置为沿着抛光垫30的半径在多个点处测量温度，以便生成径向温度分布。例如，IR相机可具有跨过抛光垫30的半径的视野。

在一些实施方式中，温度传感器是接触传感器而不是非接触传感器。例如，温度传感器64可以是定位在平台24上或平台24中的热电偶或IR温度计。另外，温度传感器64可与抛光垫直接接触。

在一些实施方式中，多个温度传感器可在整个抛光垫30上的不同径向位置处间隔开，以便在沿着抛光垫30的半径的多个点处提供温度。此技术可用作对IR相机的替代或补充。

尽管在图1中示出温度传感器64经定位成监测抛光垫30和/或垫30上的浆料38的温度，温度传感器64仍可定位在承载头70内部以测量基板10的温度。温度传感器64可直接与基板10的半导体晶片接触(即，接触传感器)。在一些实施方式中，多个温度传感器被包括在抛光站中以例如测量抛光站的/抛光站中的不同部件的温度。

抛光系统20还包括温度控制系统100以控制抛光垫30和/或抛光垫上的浆料38的温度。温度控制系统100通过将温度受控的介质(例如液体、蒸气或喷雾)输送到抛光垫30的抛光表面36上(或已存在于抛光垫上的抛光液体上)来进行操作。

如图1和图2所示，温度控制系统120包括臂110，臂110在平台24和抛光垫30上从抛光垫的边缘延伸到或接近抛光垫30的中心。臂110可由基座112支撑，并且基座112可与平台24被支撑在同一框架40上。基座112可包括一个或多个致动器，例如，用于升高或降低臂110的线性致动器和/或用于在平台24上横向摆动臂110的旋转致动器。臂110经定位成避免与其他硬件部件(诸如抛光头70和浆料分配臂39)碰撞。

示例冷却系统120包括多个喷嘴，例如由臂110悬垂的喷嘴(例如，喷嘴128和喷嘴148)的线性阵列。每个喷嘴经配置成将介质(例如，气体或液体)喷射到抛光垫30上，以改变径向区(例如，径向区129和径向区149)中的温度。在一些实施方式中，介质可以是水，诸如基本上纯的去离子水、或包括添加剂或化学物质的水。例如，喷嘴128可经配置成当抛光垫30围绕轴25旋转时，将喷雾114中的雾化水引向抛光垫30并引导到区129上。区129与抛光垫30的旋转轴同心，并且区129可以是0.5cm至20cm宽，例如3cm至10cm宽。

臂110可由基座112支撑，使得喷嘴128通过间隙116与抛光垫30分开。间隙116可随着基座112的升高或降低而增大或减小。例如，喷嘴128与抛光垫30之间的间隙可以是0.5mm至100mm，例如，对于分配加热的流体的喷嘴128为0.5mm至5mm，或对于分配冷却的流体的喷嘴128为5cm至10cm。0.5mm至100mm。即，用于加热的介质的喷嘴可比用于冷流体的喷嘴更靠近垫。类似地，喷嘴148可经配置成将喷雾114引导到区149上。

可独立地控制流过每个喷嘴128、148的介质的温度。例如，可分别存在冷却剂介质和加热介质的分开的源122、124和源142、144，并且流体流到喷嘴的比率可例如通过使用阀门来控制介质的温度。替代地，可在喷嘴之前通过热交换器来控制介质的温度。

另外，温度控制系统120可包括气体介质源122、142和液体介质源124、1(见图2A)。来自源122、142的气体和来自源124、144的液体可在被引导通过喷嘴128以形成喷雾114之前，在(例如，在臂110内或臂110上的)混合腔室126(见图1)中混合。

气体介质122和液体介质124可用于冷却。为了冷却，介质可以是气体(例如空气)或液体(例如水)。在一些实施方式中，喷嘴喷射被冷却到低于室温的水的雾化喷雾。气体介质142和液体介质144可用于加热。为了加热，介质可以是气体(例如，蒸汽或加热的空气)、或液体(例如，加热的水)、或气体和液体的组合。在一些实施方式中，喷嘴喷射蒸汽喷雾以加热抛光垫30的区。

在一些实施方式中，固体材料可与气体和/或液体混合。固体材料可以是冷却的材料(例如冰)或当溶解在水中时(例如通过化学反应)吸收热的材料。

在一些实施方式中，可针对每个喷嘴128独立地控制工艺参数，例如流量、压力和/或液体与气体的混合比。

尽管图1和图2A至图2B示出了两个喷嘴128、148，但可存在更多或更少数量的喷嘴，例如，形成一至十个区的一至十个喷嘴。喷嘴可均匀地或不均匀地、径向地和/或成角度地分布。

虽然图2示出了用于温度控制系统100的一个臂，但可将加热和冷却的功能分为冷却系统120和单独的加热系统140。在一些实施方式中，各种子系统可包括在由单独的臂支撑的单独的组件中。例如，第一组件可包括冷却模块，而第二组件可包括加热模块。每个模块可包括可被固定到公共安装板(例如，框架40)的主体(例如，笔直的或弓形的主体)，并且公共安装板可被固定在臂的端部，使得组件定位在抛光垫30上。各种流体输送部件(例如，管、通道等)可在每个主体内部延伸。在一些实施方式中，模块可与安装板分开地拆卸。每个模块可具有类似的部件以执行上述相关系统的臂的功能。

虽然在图1和图2中示出了两个区(区129和区149)，但可存在更少的区(例如，被加热或冷却的一个区)，并且可存在两个以上的具有可独立控制的温度的区。例如，可存在多个温度区，其中每个区可逐渐地比下一个区更冷或更热(例如，最外面的区最冷，最里面的区最热，且中间的每个区从最外面的区到最里面的区逐渐变热)。

抛光系统20还可包括控制器90以控制各种部件(例如，温度控制系统100)的操作。控制器90经配置为针对抛光垫的每个径向区从温度传感器64接收温度测量值。控制器90可将测得的温度曲线与期望的温度曲线进行比较，并为每个喷嘴生成给控制机构(例如，致动器、电源、泵、阀门等)的反馈信号。通过控制器90(例如，基于内部反馈算法)来计算反馈信号，以使控制机构调节每个区的冷却量或加热量，使得抛光垫和/或浆料到达(或至少移动到更接近)期望的温度曲线。

控制器90可在抛光垫30围绕轴25旋转时引导喷嘴128以液体和/或气体介质喷射外部径向同心区129，以使区129达到期望的温度(例如，冷却的区)。类似地，控制器90可在抛光垫30围绕轴25旋转时引导喷嘴148以液体和/或气体介质喷射内部径向同心区149(例如，加热的区)，以使区149达到期望的温度。温度传感器64可例如通过测量垫30的与冷却的区129和/或加热的区149相对应的部分来继续测量抛光垫30的温度，直到在整个抛光垫30上实现期望的温度曲线为止。

当降低垫30与基板10之间的界面的温度时，效果是抛光速率降低。相反地，当增加垫与基板10之间的界面的温度时，效果是抛光速率增加。

例如，降低区129处的垫30与基板10之间的界面的温度会降低区129处的抛光速率。此外，增加区149处的垫30与基板10之间的界面的温度会增加区149处的抛光速率。通过降低和/或增加在不同区处的抛光速率来创建非均匀抛光轮廓。在抛光轮廓中创建的温度非均匀性提供了不同的抛光速率，所述不同的抛光速率可生成基板10的期望轮廓。非均匀抛光轮廓可用于解决和补偿由于在没有温度控制系统100的情况下对基板10进行抛光而导致的非均匀性。

在一些实施方式中，非均匀抛光轮廓可用于解决和补偿在抛光之前具有非均匀轮廓的基板10。例如，可将具有的边缘部分比基板10的其余部分更薄的非均匀基板10定位在区129上方(例如，通过定位在具有降低的抛光速率的区129之上)以减少对基板10的较薄边缘的去除。替代地，可将具有的边缘部分比基板10的其余部分更厚的非均匀基板10定位在区149(例如，通过定位在具有增加的抛光速率的区149之上)以增加对基板10的较厚边缘的去除。结果将会是更均匀的基板10轮廓。

在一些实施方式中，期望非均匀的基板10轮廓。因此，可在不同区(例如，区129和/或区149)上方抛光基板10，以减少和/或增加对基板10的覆盖不同温度的不同区的部分的去除以实现期望的非均匀基板10。

在一些实施方式中，即使在整个抛光垫30上温度均匀，基板10的化学机械抛光仍会导致非均匀基板10。例如，即使假设抛光垫30的温度分布均匀，也可用比基板10的中央部分更高的速率抛光基板10的边缘部分。为了补偿非均匀抛光，可降低或增加抛光垫30的不同区(例如，区129和/或区149)的温度，以提供期望的基板10轮廓。例如，如果以比基板10的中央部分更高的速率抛光基板10的边缘部分，则基板10的边缘部分可定位在区129之上，区129可处于相对于抛光垫30的其余部分降低的温度。这将降低基板10的边缘部分处的抛光速率，并导致基板10的轮廓更均匀。

在一些实施方式中，基板10具有不对称的厚度非均匀性，其中基板10的不同角度部分具有不同的厚度。例如，基板10的第一边缘部分可比基板10的第二边缘部分更薄。如果期望均匀的基板10，则简单地将基板10的边缘部分定位在区(例如，区129、区149)上可能是不够的。

为了补偿基板10中的边缘不对称性，控制器90可使承载头70运动以在抛光垫30的不同温度区上承载不同的边缘部分。这可通过使承载头70的振荡与承载头70的旋转同步或通过使承载头70的旋转与平台24的旋转同步来实现。

基板10可具有第一角度幅面(angular swath)127和第二角度幅面147，每个角度幅面具有不同的厚度。当基板10的第一角度幅面127在围绕承载头70的旋转轴71的给定方位角位置12时，承载头70可将第一角度幅面127定位成覆盖第一区域(例如，区129)。当承载头旋转时，第二角度幅面147朝着给定方位角位置移动。当基板10的第二角度幅面147在围绕承载头70的旋转轴71的给定方位角位置12时，承载头70可将第二角度幅面147定位成覆盖第二区域(例如，区149)。方位角位置12可以是距抛光垫的旋转轴25最远的位置。类似地，方位角位置12可在穿过抛光垫30的旋转轴25和承载头70的旋转轴71的直线上。

例如，如图2A所示，如果基板10的第一角度幅面127相对于基板10的其他部分较薄，则控制器90可使承载头70的横向运动(由箭头A示出)与承载头70的旋转(由箭头B示出)同步，使得第一角度幅面127覆盖区129，其中区129处于降低抛光速率的第一温度。结果是以较低的速率抛光第一角度幅面127。这可提供更均匀的基板10。相似地，如图2B所示，如果基板10的边缘部分的第二角度幅面147相对于基板10的其他部分较厚，则控制器90可使承载头70的横向运动和承载头70的旋转同步，使得第二角度幅面147覆盖区149，其中区149处于增加抛光速率的第二温度。结果是以较高的速率抛光第二角度幅面147，并且提供了更均匀的基板10。

尽管在图2A和图2B中示出了两个角度幅面127、147，但此技术可扩大规模以处理具有不同厚度的更多角度幅面。

现在参考图3A和图3B，抛光站20可包括抛光垫30，在抛光垫30中控制混合温度区339的温度。混合温度区339包括可设置为不同温度的区域329和区域349。例如，区339可包括处于第一温度的区域329和处于第二温度的区域349两者。

混合温度区339可在处于第一温度的区域329的弓形段330与处于不同的第二温度的区域349的弓形段330之间交替。简而言之，可由温度控制系统100在抛光垫30旋转时在对区域339进行加热和冷却之间交替(或通过在两种不同的加热速率或两种不同的冷却速率之间交替)来产生区域329、429。在混合温度区339内可存在两个到十个之间的段330。

可独立地控制包括混合温度区339的多个段330的温度。例如，可引导喷嘴138以喷射各种冷却和加热介质(例如，来自气体介质源122和/或液体介质源124的冷却剂、以及来自气体介质源142和/或液体介质源144的加热介质)，以实现混合温度区339的期望温度曲线。

在一些实施方式中，喷嘴138可喷射混合温度区339的不同段330以具有两个交替温度。如图3A和图3B所示，混合温度区339可具有交替的段330，所述交替的段330具有处于第一温度的区域329和处于第二温度的区域349。例如，可用冷却剂介质喷射区域329，而用加热介质喷射区域349，从而创建冷却区域329和加热区域349的交替图案。

尽管示出了一个臂110，但可使用另外的臂来维持抛光垫30上的期望温度分布。另外，尽管示出了一个混合温度区339，但另外的喷嘴138可在抛光垫30上形成另外的混合温度区。

控制器90可使承载头70的运动在抛光垫30的混合温度区339的不同段330上承载基板10的不同边缘部分，其中可将每个段330中的区域329和区域349设置为不同温度。这可通过使承载头70的旋转与平台24的旋转同步并结合由温度控制系统100施加的加热或冷却的定时来实现。

基板10可具有第一角度幅面127和第二角度幅面147，每个角度幅面具有不同的厚度。当基板10的第一角度幅面127在围绕承载头70的旋转轴71的给定方位角位置12时，承载头70可将第一角度幅面127定位成覆盖第一区域(例如，区域329)。当承载头旋转时，第二角度幅面147朝着给定方位角位置移动。当基板10的第二角度幅面147在围绕承载头70的旋转轴71的给定方位角位置12时，承载头70可将第二角度幅面147定位成覆盖第二区域(例如，区域349)。方位角位置12可为距抛光垫的旋转轴25最远的位置。类似地，方位角位置12可在穿过抛光垫30的旋转轴25和承载头70的旋转轴71的直线上。

例如，如图3A所示，如果基板10的第一角度幅面127相对于基板10的其他部分较薄，则控制器90可使承载头70的旋转(由箭头B示出)与平台24和抛光垫30的旋转(由箭头C示出)同步，使得第一角度幅面127覆盖区域329，其中区域329处于降低抛光速率的第一温度。结果是以较低的速率抛光第一角度幅面127。这可提供更均匀的基板10。相似地，如图3B所示，如果基板10的边缘部分的第二角度幅面147相对于基板10的其他部分较厚，则控制器90可使承载头70的旋转和抛光垫30的旋转同步，使得第二角度幅面147覆盖区域349，其中区域349处于增加抛光速率的第二温度。结果是以较高的速率抛光第二角度幅面147，并且提供了更均匀的基板10。在此技术中承载头不必横向扫过；这可为协调不同温度的区域与基板的幅面提供更简单的计算。

尽管在图3A和图3B中示出了两个角度幅面127、147，但此技术可扩大规模以处理具有不同厚度的更多角度幅面。

上述实施例包括具有多个喷嘴的臂，以将加热或冷却流体供应到抛光垫上的不同区。因此，每个喷嘴可在抛光垫上具有专用区。

相反，如图4所示，喷嘴可在整个抛光垫上移动。例如，臂110可具有单个喷嘴128，并且臂110可移动以相对于平台的旋转轴径向地定位喷嘴，以便在可选择的位置处提供加热或冷却。例如，臂110可从可旋转的基座120延伸，使得臂110的端部可相对于平台的旋转轴25径向地扫动(由箭头C示出)。作为另一个示例，臂110可具有线性致动器，使得臂可延伸和缩回。作为另一个示例，臂110可固定在适当的位置，并且喷嘴128可例如通过线性致动器在臂上移动。例如，喷嘴128可从齿条和小齿轮装置悬垂。在这些情况中的任何一种情况下，将加热或冷却的流体分配到抛光垫上的适当时机可建立先前讨论的温度曲线中的一者。

另外，尽管以上实施例讨论了抛光垫上的多个被加热和冷却的区域，但可仅存在被加热的区或仅存在被加热的区(而抛光垫的其余部分(例如，抛光垫上的其他区)具有的温度受其他周遭或环境影响控制)。此外，尽管以上实施例讨论了抛光垫上的多个区，但可仅有一个被加热或冷却的区。

可将上述抛光设备和方法应用于各种抛光系统中。抛光垫或承载头中的任一者或两者可移动以在抛光表面与基板之间提供相对运动。例如，平台可围绕轨道运行(orbit)而不是旋转。抛光垫可以是固定到平台的圆形(或一些其他形状)的垫。抛光层可以是标准(例如，具有或不具有填料的聚氨酯)抛光材料、软材料或固定研磨材料。

相对定位的术语用于指代系统或基板内的相对定位。应理解的是，在抛光操作期间，抛光表面和基板可保持在垂直定向或一些其他定向上。

可使用一个或多个计算机程序产品(即，有形地体现在非瞬时计算机可读存储介质中的一个或多个计算机程序)来实施控制器90的功能操作，所述一个或多种计算机程序产品用于由数据处理设备执行或控制数据处理设备的操作，所述数据处理设备例如可编程处理器、计算机、或多个处理器或计算机。

已描述了本发明的多个实施例。然而，将理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可做出各种修改。

例如，尽管以上描述集中在将加热和/或冷却介质输送到抛光垫上，但可将加热和/或冷却介质输送到其他部件上以控制那些部件的温度。例如，可在将基板定位在转移站中(例如在负载杯中)的同时，将加热和/或冷却介质喷射到基板上。作为另一个示例，可用加热和/或冷却介质来喷射负载杯本身。作为又一个示例，可用加热和/或冷却介质来喷射调节盘。

因此，其他实施例在所附权利要求的范围内。