基板抛光设备、基板抛光方法和在该抛光设备中用于调节抛光垫的抛光面温度的设备的制造方法
【专利说明】基板抛光设备、基板抛光方法和在该抛光设备中用于调节抛光垫的抛光面温度的设备
[0001]本申请是申请日为2010年12月28日、申请号为201010621521.0、发明名称为“基板抛光设备、基板抛光方法和在该抛光设备中用于调节抛光垫的抛光面温度的设备”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及通过用基板保持机构保持基板、将基板压靠在抛光台上的抛光垫的抛光面上并且使得基板表面与抛光垫的抛光面之间相对移动来抛光基板(如半导体基板)表面的基板抛光设备和基板抛光方法，本发明还涉及在基板抛光设备中用于调节抛光垫的抛光面温度的设备。
【背景技术】
[0003]已知化学机械抛光(CMP)设备作为抛光基板如半导体基板表面的设备。典型地，该设备具有抛光台、连接于抛光台的上表面的抛光垫、以及基板保持机构(下面称为顶环)。抛光垫提供了用于抛光基板的抛光面。待抛光基板被顶环所保持且压靠在抛光垫的抛光面上，同时浆体被供至抛光面上。旋转抛光台和顶环以使抛光面与基板表面之间相对移动，藉此抛光和平面化基板表面。
[0004]为得到精细的半导体装置，在CMP设备内均匀地抛光基板表面是很重要的。为实现基板表面的均匀抛光，已经有人尝试调节基板表面抵靠抛光面的接触压力从而优化基板表面内的压力分布。
[0005]但是，基板表面的抛光率不仅受到抛光面上接触压力的影响，还受到抛光面温度、供应的浆体浓度等的影响。因此，不可能仅通过调节抛光面上的接触压力来完全控制抛光率。特别地，在抛光率极大地取决于抛光面温度的CMP工艺中(例如，在抛光垫的表面硬度极大地取决于其温度的情形下)，由于抛光面内的温度分布，基板表面不同部分的抛光率各异。因此，不能得到均匀的抛光分布。一般地，因为抛光面与基板表面接触且与保持基板的顶环的保持环接触故而自身产生了热量、抛光面的热吸收率变化、供至抛光面上的浆体流动特性等，所以抛光垫的抛光面温度不均匀。因此，在抛光面的各个区域内存在温度差异。
【发明内容】
[0006]本发明鉴于上述缺陷而提供。因此本发明的目的在于提供一种用于抛光基板的基板抛光设备和基板抛光方法，其在抛光的同时测定抛光垫的抛光面温度且反馈测定的温度信息从而借助PID控制来调节抛光面的温度。本发明的另一目的在于提供一种在基板抛光设备中用于调节抛光垫的抛光面温度的设备。
[0007]本发明的又一目的在于提供一种基板抛光设备和用于调节抛光垫的抛光面温度的设备，后者具有温度调节功能(即加热功能和冷却功能)，能够在全部抛光时间期间或抛光时间的各个部分期间保持垫表面温度的恒定从而得到最优抛光率和最优梯阶特性(stepproperty)以防止楽体变质同时均勾地抛光基板表面。
[0008]为实现上述目的，本发明的一个方面提供一种用于抛光基板的基板抛光设备。该设备包括:抛光垫连接于其上的可旋转抛光台；被构造为保持基板并且将基板压靠在所述旋转抛光台上的抛光垫的抛光面上从而抛光基板的至少一个基板保持器；被构造为检测抛光垫的抛光面温度的垫温度检测器；被构造为接触抛光垫的抛光面从而调节抛光面温度的垫温度调节器；以及被构造为通过基于所述垫温度检测器检测到的温度信息控制所述垫温度调节器来控制抛光垫的抛光面温度的温度控制器。所述温度控制器被构造为基于预定规则从若干种PID参数中选择预定PID参数并且基于抛光面温度的信息使用所选PID参数控制抛光垫的抛光面温度。
[0009]在本发明的一个优选方面中，所述温度控制器被构造为根据基板的膜的类型从若干种PID参数中选择预定PID参数。
[0010]在本发明的一个优选方面中，所述温度控制器在其内存储若干种PID参数，包括用于冷却抛光垫的抛光面的PID参数和用于加热抛光垫的抛光面的PID参数。
[0011]在本发明的一个优选方面中，PID参数被预先记录在方案(recipe)中并且所述温度控制器根据该方案选择PID参数。
[0012]在本发明的一个优选方面中，所述垫温度调节器具有带有与抛光垫的抛光面接触的接触面的立体元件，所述接触面沿抛光面的径向延伸，并且所述垫温度调节器被构造为通过所述立体元件的所述接触面在所述立体元件内流动的流体与抛光垫之间进行热交换。
[0013]在本发明的一个优选方面中，基板抛光设备还包括:用于支撑所述基板保持器的顶部段；以及被构造为在抛光垫的抛光面上吹热气的热风(hot-blast)加热器。所述热风加热器位于所述顶部段上。
[0014]在本发明的一个优选方面中，基板抛光设备还包括被构造为在抛光垫的抛光面上吹冷气的冷气鼓风机。
[0015]在本发明的一个优选方面中，基板抛光设备还包括被构造为当基板被所述基板保持器保持时加热基板的基板加热装置。
[0016]在本发明的一个优选方面中，所述基板加热装置包括被构造为在基板上供应热水的热水供应装置。
[0017]在本发明的一个优选方面中，所述至少一个基板保持器包括多个基板保持器；并且为每个所述基板保持器配备所述垫温度检测器、所述垫温度调节器和所述温度控制器。
[0018]本发明的另一方面在于提供一种用于抛光基板的基板抛光设备。所述设备包括:抛光垫连接于其上的可旋转抛光台；被构造为保持基板并且将基板压靠在所述旋转抛光台上的抛光垫的抛光面上从而抛光基板的至少一个基板保持器；被构造为检测抛光垫的抛光面温度的垫温度检测器；被构造为接触抛光垫的抛光面从而调节抛光面温度的垫温度调节器；以及被构造为通过基于所述垫温度检测器检测到的抛光面温度信息控制所述垫温度调节器以控制抛光垫的抛光面温度的温度控制器。所述温度控制器被构造为使用预定PID参数控制抛光垫的抛光面温度。
[0019]本发明的又一方面在于提供一种通过将基板压靠在旋转抛光台上抛光垫的抛光面上来抛光基板的方法。所述方法包括:基于预定规则从若干种PID参数中选择预定PID参数；令垫温度调节器与抛光垫的抛光面接触；通过基于抛光面温度的信息使用所选的PID参数控制垫温度调节器来控制抛光垫的抛光面温度；以及在控制抛光面温度的同时抛光基板。
[0020]本发明的又一方面在于提供一种用于基板抛光设备中调节抛光垫的抛光面温度的垫温度调节设备。所述垫温度调节设备包括:包括垫接触元件和设于所述垫接触元件上的绝缘盖的立体元件。所述垫接触元件具有与抛光垫的抛光面接触的接触面，所述垫接触元件由陶瓷制成，所述绝缘盖被设置在所述接触面的相反侧，所述绝缘盖由与垫接触元件的线性膨胀系数接近的材料制成，并且所述立体元件被构造为通过接触面在所述立体元件中流动的流体与抛光垫的抛光面之间进行热交换。
[0021]在本发明的一个优选方面中，所述垫接触元件由SiC或氧化铝制成。
[0022]在本发明的一个优选方面中，所述立体元件的所述接触面包括镜面磨光接触面，或CVD涂层被涂敷于所述接触面以降低所述接触面的表面粗糙度。
[0023]在本发明的一个优选方面中，垫温度调节设备还包括被构造为使得所述立体元件遵循着抛光面的周向和径向上的偏转并且遵循着因抛光垫的磨损导致的厚度变化的随动机构。所述立体元件被成形为径向延伸并且设置为通过其自重与抛光面接触。
[0024]在本发明的一个优选方面中，所述垫温度调节设备还包括抬高机构，其能够将所述立体元件抬高至所述抛光垫周缘处垂直位置，从而所述立体元件不会阻碍抛光垫的更换。
[0025]在本发明的一个优选方面中，所述立体元件具有位于抛光垫中心侧部处其一个端部上的至少一个第一流体端口和位于抛光垫周缘侧部处其另一个端部上的至少一个第二流体端口，并且流体穿过所述第一流体端口和第二流体端口被导入所述立体元件以及从其排出。
[0026]在本发明的一个优选方面中，当冷却抛光垫的抛光面时，流体被供至位于抛光面的中心侧部处的所述第一流体端口内并且从位于抛光垫周缘侧部处的所述第二流体端口排出。
[0027]在本发明的一个优选方面中，当加热抛光垫的抛光面时，流体被供至位于抛光垫周缘侧部处的所述第二流体端口内并且从位于抛光面的中心侧部处的所述第一流体端口排出。
[0028]在本发明的一个优选方面中，所述至少一个第一流体端口包括一个流体端口，并且所述至少一个第二流体端口包括至少两个流体端口。
[0029]在本发明的一个优选方面中，从上面看时，所述立体元件具有梯形形状，其具有与抛光垫中心侧部接触的狭窄端部和与抛光垫的周缘侧部接触的宽阔端部。
[0030]在本发明的一个优选方面中，所述流体为液体或气体。
[0031]在本发明的一个优选方面中，所述垫温度调节设备还包括流体穿过其被供给所述立体元件的比例控制三通阀。热流体和冷流体被供至所述比例控制三通阀，并且热流体和冷流体分别以被调节的流速被所述比例控制三通阀混合以形成具有受控温度的流体。
[0032]根据本发明，温度控制器基于预定规则从若干种类型的PID参数中选择预定PID参数并且基于垫温度信息使用所选的PID参数控制抛光垫表面的温度。因此，基板的抛光率可被优化且保持恒定，藉此可缩短抛光时间。此外，因此可减少使用的浆体量和废弃的浆体量。
[0033]因为如上所