JP7797424B2 - 研磨パッド温度制御による半導体基板研磨 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２０２０年６月１７日に出願された米国特許出願第１６／９４６，３４０号の利益を主張し、すべての関連する一貫した目的のために参照により本明細書に組み込まれる。

本開示の分野は、半導体基板の研磨に関し、特に、研磨パッドの温度制御を伴う方法およびシステムに関する。

半導体ウエハは、回路が印刷される集積回路（ＩＣ）チップの製造に一般的に使用される。回路は、最初にウエハの表面に小型化された形で印刷される。その後、ウエハは回路チップに分割される。この小型化された回路では、回路がウエハの表面全体に適切に印刷されるように、各ウエハの表面と裏面が非常に平らで平行である必要がある。これを達成するために、インゴットからウエハを切り出した後、ウエハの表面と裏面の平坦度と平行度を改善するために研磨プロセスが一般的に使用される。電子ビームリソグラフィまたはフォトリソグラフィプロセス（以下「リソグラフィ」）によってウエハ上に微細化された回路を印刷する準備としてウエハを研磨する場合、特に良好な仕上げが必要とされる。小型化された回路が印刷されるウエハ表面は平坦でなければならない。

両面研磨は、ウエハの表面および裏面を同時に研磨する工程を含むことができる。具体的には、上部研磨パッドがウエハの上面を研磨し、同時に下部研磨パッドがウエハの裏面を研磨する。しかしながら、研磨プロセス全体を通して研磨パッド温度が一定しないため、研磨プロセスによって半導体ウエハのプロファイルが不均一になることがある。例えば、研磨プロセスによる研磨パッド温度の変化は、研磨パッドの形状を変化させ、ウエハのプロファイルを変化させる可能性がある。

研磨プロセス全体を通して一貫した研磨パッド温度を提供する、半導体基板を研磨するための方法およびシステムが必要とされている。

このセクションは、以下で説明および／または特許請求される、本開示のさまざまな態様に関連し得る技術のさまざまな態様を読者に紹介することを意図している。この議論は、読者に背景情報を提供して、本開示の様々な態様のより良い理解を促進するのに役立つと考えられる。したがって、これらの記載は、先行技術の承認としてではなく、この観点から読まれるべきであることが理解されるべきである。

本開示の一態様は、半導体ウエハ研磨システムの研磨パッドを予熱する方法に関する。この方法は、流体を第１の所定の温度まで加熱する工程を含む。この方法はまた、流体を研磨パッドに適用する工程を含む。この方法はさらに、流体が研磨パッドを覆うように研磨パッドを回転させる工程を含む。流体は、研磨パッドの温度を第２の所定の温度まで上昇させる。

本開示の別の態様は、ウエハ研磨システムを用いて半導体ウエハを研磨する方法に関する。ウエハ研磨システムは、予熱システムと研磨ヘッドを含む。予熱システムはヒータを含み、研磨ヘッドは研磨パッドを含む。この方法は、ヒータを用いて流体を第１の所定の温度に加熱する工程を含む。この方法は、流体を研磨パッドに適用する工程も含む。この方法はさらに、流体が研磨パッドを覆うように研磨パッドを回転させる工程を含む。流体は、研磨パッドの温度を第２の所定の温度まで上昇させる。この方法はまた、ウエハ研磨システム内にウエハを配置する工程を含む。この方法は、研磨パッドでウエハを研磨する工程をさらに含む。

本開示のさらに他の態様は、半導体ウエハを研磨するためのウエハ研磨システムを対象とする。ウエハ研磨システムは、研磨パッドを含む研磨ヘッドと、研磨パッドを予熱するための予熱システムとを含む。予熱システムは、流体を第１の所定の温度に加熱するためのヒータを含む。予熱システムは流体を研磨パッドに導き、流体は研磨パッドの温度を第２の所定の温度に上昇させる。

本開示の上述の態様に関連して言及された特徴の様々な改良が存在する。さらなる特徴もまた、本開示の上述の態様に組み込むことができる。これらの改良点と追加機能は、個別に、または任意の組み合わせで存在する可能性がある。例えば、本開示の例示された実施形態のいずれかに関連して以下で論じられる様々な特徴は、本開示の上記の態様のいずれかに、単独で、または任意の組み合わせで組み込むことができる。

ウエハ研磨システムの概略図である。 研磨ヘッドを予熱する方法のフロー図である。 ウエハを研磨する方法のフロー図である。 研磨パッドの予熱プロセスの時間を変化させたときの研磨パッドの温度変化を示すグラフである。 研磨パッドの予熱プロセスの持続時間を変化させたときの仕上げ研磨ウエハのＴＡＰＥＲの変化の箱ひげ図である。

さまざまな例の特定の特徴がいくつかの図面に示され、他の図面には示されていないが、これは便宜上のものにすぎない。任意の図面の任意の機能は、他の任意の図面の任意の機能と組み合わせて参照および／または主張できる。

別段の指示がない限り、図面は、本開示の例の特徴を示すことを意図している。これらの特徴は、本開示の１つまたは複数の例を含むさまざまなシステムに適用できると考えられる。図面は、開示された実施例を実施するために必要であると当業者に知られているすべての従来の特徴を含むことを意図していない。

適切な基板（半導体またはシリコン「ウエハ」と呼ばれることがある）には、チョクラルスキ法によって形成されたインゴットからウエハをスライスすることによって得られる基板を含む、単結晶シリコン基板が含まれる。各基板は、中心軸、表面、および表面に平行な裏面を含む。表面と裏面は、中心軸に対してほぼ垂直である。周辺エッジが表面と裏面を結合する。

一例では、予熱工程は、研磨パッドの温度を所定の温度まで上昇させる。この例では、脱イオン（「ＤＩ」）水が加熱され、その後、ＤＩ水が研磨パッドに適用され、研磨パッドの温度が実質的に均一になるように研磨パッドを回転される。ＤＩ水は研磨パッドの温度を上昇させ、加熱された研磨パッドは半導体ウエハを研磨するために使用される。ウエハを研磨する前に研磨パッドの温度を上昇させると、研磨パッドの温度が、ウエハの研磨中の研磨パッドの温度より低いか、またはほぼ等しい温度に上昇する。研磨パッドが予熱された後、構造体の表面および／または裏面が研磨される（すなわち、片面または両面研磨が行われる）１つまたは複数の研磨工程が行われる。

研磨パッドを予熱すると、研磨プロセス中の研磨パッド温度がより一定になる。研磨プロセス中の研磨パッド温度が一定であると、研磨プロセス中のシリコン除去がより均一になる。研磨パッドの温度は、化学機械研磨プロセス中のウエハと研磨パッドの界面での摩擦力によって上昇する。予熱プロセスは、研磨パッドの温度が研磨プロセス全体にわたって一定であり、ウエハの除去プロファイルが均一になるように、研磨プロセスの前に研磨パッドの温度を上昇させる。

図１を参照すると、図１に示すように、ウエハ研磨システム１００は、研磨機１０２、予熱システム１０４、およびスラリ供給システム１０６を含む。研磨機１０２はウエハ１０８を研磨し、スラリ供給システム１０６は研磨機にスラリを供給する。予熱システム１０４は、研磨プロセス中に研磨機の温度を研磨機の研磨温度未満またはほぼ等しい温度まで上昇させるために、研磨プロセスの前に研磨機１０２を予熱する。

研磨機１０２は、第１のシャフト１１２に取り付けられた第１の研磨ヘッド（上部研磨ヘッド）１１０と、第２のシャフト１１６に取り付けられた第２の研磨ヘッド（下部研磨ヘッド）１１４とを含む。第１のシャフト１１２は第１の研磨ヘッド１１０を回転させ、第２のシャフト１１６は第２の研磨ヘッド１１４を回転させる。第１の研磨ヘッド１１０は、第１のプレート（上部プレート）１１８と、第１のプレートに取り付けられた第１の研磨パッド（上部研磨パッド）１２０とを含む。第１の研磨ヘッド１１０はまた、研磨パッド温度センサ１２２および複数の流体分チューブ１２４を含む。研磨パッド温度センサ１２２は、第１の研磨パッド１２０および第２の研磨パッド１２８の温度を測定し、流体分配チューブ１２４は、第１の流体を第１の研磨パッドおよび第２の研磨パッドに適用する。図示の実施形態では、研磨パッド温度センサ１２２は抵抗温度検出器である。しかしながら、研磨パッド温度センサ１２２は、研磨機１０２が本明細書に記載されるように動作することを可能にする任意のタイプの温度センサでもよい。同様に、第２の研磨ヘッド１１４は、第２のプレート（下部プレート）１２６と、第２のプレートに取り付けられた第２の研磨パッド（下部研磨パッド）１２８とを含む。

研磨機１０２は、ウエハ１０８を粗研磨または仕上げ研磨する両面研磨機である。粗研磨および仕上げ研磨は、例えば、化学機械平坦化（ＣＭＰ）によって達成できる。ＣＭＰは、典型的には、スラリ供給システム１０６によって供給される研磨スラリ内へのウエハ１０８の浸漬、および第１および第２の研磨パッド１２０、１２８によるウエハの研磨を含む。化学的および機械的作用の組み合わせにより、ウエハ１０８の表面は平滑化される。典型的には、研磨は、化学的および熱的安定状態が達成されるまで、およびウエハ１０８が目標とする形状および平坦度を達成するまで実行される。

予熱システム１０４は、予熱タンク１３４、予熱ポンプ１３６、予熱流量コントローラ１３８、およびヒータ１４０を含む。予熱タンク１３４は、第１の流体を含み、予熱ポンプ１３６は、第１の流体をタンクから予熱流量コントローラ１３８、ヒータ１４０、および第１の研磨ヘッド１１０に圧送する。予熱流量コントローラ１３８は、予熱ポンプ１３６からの第１の流体の流れを制御し、ヒータ１４０は、第１の流体を第１および第２の研磨ヘッド１１０、１１４に送る前に、第１の流体の温度を上昇させる。

予熱タンク１３４は、第１の流体を収容する非金属タンクを含む。例えば、この実施形態では、予熱タンク１３４は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）タンクを含む。代替の実施形態では、予熱タンク１３４は、予熱システム１０４が本明細書に記載のように動作することを可能にする、金属タンクを含む任意のタイプのタンクを含む。予熱ポンプ１３６は、予熱タンク１３４から第１の研磨ヘッド１１０に第１の流体を圧送するのに適した任意のポンプを含み、遠心ポンプ、容積式ポンプ、および／または任意の他の流体駆動装置を含むが、これらに限定されない。予熱流量コントローラ１３８は、第１の流体の流れを制御する任意の流量コントローラを含む。ヒータ１４０は、電気加熱器、ガス加熱器、熱交換器、および／または任意の他の加熱装置を含むがこれらに限定されない、第１の流体の温度を上昇させる任意の加熱装置を含む。

この実施形態では、第１の流体は脱イオン水を含む。より具体的には、第１の流体は、二酸化ケイ素を実質的に含まない脱イオン水のような非研磨流体を含む。他の実施形態では、第１の流体は、予熱システム１０４および研磨機１０２が本明細書で説明されるように動作することを可能にする任意の流体を含むことができる。

スラリ供給システム１０６は、スラリタンク１３０、スラリポンプ１３２、スラリ流量コントローラ１５２、およびヒータ１４０を含む。スラリタンク１３０は、第２の流体を含み、スラリポンプ１３２は、第２の流体をスラリタンクからスラリ流量コントローラ１５２、ヒータ１４０、および第１の研磨ヘッド１１０にポンプで送る。スラリ流量コントローラ１５２は、スラリポンプ１３２からの第２の流体の流れを制御し、ヒータ１４０は、第２の流体を第１の研磨ヘッド１１０に送る前に、第２の流体の温度を上昇させる。

スラリタンク１３０は、第２の流体を収容する非金属タンクを含む。例えば、この実施形態では、スラリタンク１３０はＰＴＦＥタンクを含む。他の実施形態では、スラリタンク１３０は、スラリ供給システム１０６が本明細書に記載のように動作することを可能にする、金属タンクを含む任意のタイプのタンクを含む。スラリポンプ１３２は、第２の流体をスラリタンク１３０から第１の研磨ヘッド１１０に圧送するのに適した任意のポンプを含み、遠心ポンプ、容積式ポンプ、および／または任意の他の流体駆動装置を含むが、これらに限定されない。スラリ流量コントローラ１５２は、第２の流体の流れを制御する任意の流量コントローラを含む。スラリ供給システム１０６は、予熱システム１０４と同じヒータ１４０を使用して、第２の流体の温度を上昇させる。

スラリ供給システム１０６は、研磨プロセス中に第２の流体を研磨機に提供する。この実施形態では、第２の流体はスラリである。他のの実施形態では、第２の流体は、研磨機１０２が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の流体を含むことができる。例えば、研磨プロセスにおいて単独でまたは組み合わせて使用され得る適切なスラリは、ある量のシリカ粒子を含む第１の研磨スラリ、アルカリ性（すなわち、苛性）であり、典型的にはシリカ粒子を含まない第２の研磨スラリ、および脱イオン水である第３の研磨スラリを含む。これに関して、本明細書で言及される「スラリ」という用語は、様々な懸濁液および溶液（苛性溶液および脱イオン水のような粒子を含まない溶液を含む）を意味し、液体中に粒子が存在することを意味するものではないことに留意されたい。第１のスラリのシリカ粒子はコロイダルシリカであってもよく、粒子はポリマに封入されていてもよい。

ウエハ研磨システム１００はまた、研磨機１０２、予熱システム１０４、およびスラリ供給システム１０６を制御するコントローラ１４２を含んでもよい。例えば、コントローラ１４２は、研磨機１０２の回転速度、第１の流体の流量、第１の流体の温度、および／または予熱の持続時間を制御できる。

動作中、予熱システム１０４は研磨機１０２を予熱し、研磨機は、第１および第２の研磨パッド１２０、１２８の温度が上昇した後にウエハ１０８を研磨する。具体的には、研磨プロセスは、第１の流体を予熱タンク１３４から予熱流量コントローラ１３８およびヒータ１４０に、予熱ポンプ１３６を用いて圧送することによって開始する。予熱流量コントローラ１３８は、第１の流体の流れを制御し、ヒータ１４０は、第１の流体の温度を第１の所定の温度まで上昇させる。この例では、第１の所定の温度は約２０℃である。代わりの例では、第１の所定温度は、予熱システム１０４が本明細書で説明されるように動作することを可能にする任意の温度であり得る。

加熱された第１の流体は、第１のシャフト１１２内で少なくとも部分的に導管１４４に送られる。導管１４４は、第１の流体を流体分配チューブ１２４に導き、流体分配チューブ１２４は、次に、加熱された第１の流体を第１および第２の研磨パッド１２０、１２８に適用する。第１の流体は、第２の研磨パッド１２８の上に落下し、第２の研磨パッドの温度を上昇させる。第１および第２のシャフト１１２、１１６は、第１および第２の研磨ヘッド１１０、１１４を同時に回転させて、第１および第２の研磨パッド１２０、１２８の上に第１の流体をコーティングする。第１の流体は、第１および第２の研磨パッド１２０、１２８の温度を第２の所定の温度まで上昇させる。第１の流体が第１および第２の研磨パッド１２０、１２８を所定の時間予熱するように、第１の流体が第１および第２の研磨パッド１２０、１２８に所定の時間適用される。本実施形態では、所定時間は約８分である。他の実施形態では、所定の時間は、研磨機１０２が本明細書で説明したように動作することを可能にする任意の時間である。

あるいは、第２の研磨ヘッド１１４はまた、第１の流体を第２の研磨ヘッド１１４に導きながら、同時に第１の流体を第１の研磨ヘッド１１０に導く流体分配管を含んでもよい。さらに、第２の研磨ヘッド１１４はまた、第２の研磨パッド１２８の温度を測定する研磨パッド温度センサを含んでもよい。

第１の所定の温度は、第２の所定の温度に基づいており、第２の所定の温度は研磨温度に基づいている。具体的には、研磨温度は、ウエハ１０８が目標の形状および平坦性を達成したときに達成される化学的および熱的定常状態によって決定される。熱定常状態が研磨温度を決定する。この例では、研磨パッド温度は研磨温度の±０．４℃以内に維持され、第１および第２の所定温度は、研磨パッド温度が研磨温度の±０．４℃以内に維持されるように選択される。この実施形態では、研磨温度は約４２℃から約４３℃である。より具体的には、この実施形態では、研磨温度は約４２．５℃である。代わりの実施形態では、研磨温度は、研磨機１０２が本明細書に記載されるように動作することを可能にする任意の温度であり得る。

第２の所定の温度は、研磨温度よりも低いかまたはほぼ等しい。より具体的には、第２所定温度は、約４２℃から約４３℃である。より具体的には、この実施形態では、第２の所定温度は約４２．５℃である。

第１の所定の温度は、第２の所定の温度に基づいて算出される。具体的には、第１の所定の温度は、予熱プロセス中に研磨パッド温度が第２の所定の温度以下まで上昇するように設定される。第１の所定の温度が低いほど予熱の持続時間が長くなり、第１の所定の温度が高いほど予熱の持続時間が短くなる。この実施形態では、第１の所定の温度は約２０℃である。別の実施形態では、第１の所定の温度は、約２０℃から約４５℃、約４０℃から約４５℃、約４２℃から約４３℃、または約４２．５℃である。

研磨パッド温度センサ１２２は、予熱プロセス中に第１および第２の研磨パッド１２０、１２８の測定温度を測定し、測定温度をコントローラ１４２に送信する。コントローラ１４２は、測定された温度に基づいて研磨機１０２および予熱システム１０４を制御する。具体的には、コントローラ１４２は、研磨機１０２の回転速度、第１の流体の流量、第１の流体の温度、および／または予熱の持続時間を制御できる。例えば、コントローラ１４２は、測定温度に基づいて予熱流量コントローラ１３８を使用して第１の流体の流量を変化させ、測定温度に基づいてヒータ１４０を使用して第１の流体の温度を変化させ、温度に基づいて所定の時間を変化させることができる。測定された温度に基づいて研磨機１０２の回転速度を変化させる。上に挙げた動作パラメータを変化させることにより、コントローラ１４２は、研磨機１０２で研磨する前に、研磨パッドの温度が第２の所定の温度で安定するように、研磨パッドの温度を制御できる。例えば、以下の実施例１に示すように、所定の時間を長くすると、研磨パッド温度がより一定になる。さらに、第１の流体の流量を増加させると、所定の時間が短縮され、同時に第１の温度と第１の流体の流量を増加させると、所定の時間がさらに短縮される。

第１および第２の研磨パッド１２０、１２８を予熱することにより、研磨機１０２でウエハ１０８を研磨する前に、研磨パッドの温度を第２の所定の温度まで上昇させる。研磨プロセス中の温度が一定しないと、第１および第２の研磨パッド１２０、１２８の形状が変化する可能性があり、ひいては、ウエハ１０８上の除去プロファイルが変化する可能性がある。一定の研磨パッド温度は、研磨プロセス中に均一なシリコン除去をもたらし、２番目の流体の供給によって影響を受ける。

対照的に、ウエハを研磨する従来の方法では、研磨機は研磨プロセスの前にアイドル状態であり、研磨プロセスの開始時の研磨パッド温度は通常、研磨プロセス中に達成される熱定常状態温度よりも低い。研磨パッドの温度は、化学機械研磨プロセスにおけるウエハと研磨パッドの界面での摩擦力によって上昇する。次に、研磨パッドの温度は、研磨プロセスを通じて上昇し、研磨プロセスを通じて時間に依存し、一貫性がなくなる。一貫性のない研磨パッド温度は、ウエハの平坦度またはＴＡＰＥＲに影響を与える。本明細書に記載の予熱システム１０４は、研磨パッドの温度が研磨プロセス全体にわたって一定であり、ウエハの除去プロファイルが均一であるように、研磨プロセスの前に研磨パッドの温度を上昇させる。

研磨機１０２が予熱された後、ウエハ１０８はキャリア１４６内に配置され、ウエハおよびキャリアは研磨機１０２内に配置される。第２の流体（またはスラリ）は研磨機１０２に送られ、ウエハ１０８の表面１４８および裏面１５０が両面研磨によって研磨される第１の研磨工程が実行される。具体的には、第２の流体は、スラリポンプ１３２を用いて、スラリタンク１３０からスラリ流量コントローラ１５２およびヒータ１４０にポンプで送られる。スラリ流量コントローラ１５２は、第２の流体の流れを制御し、いくつかの例では、ヒータ１４０は、第２の流体の温度を上昇させることができる。第２の流体は、少なくとも部分的に第１のシャフト１１２内で導管１４４に導かれる。導管１４４は、第２の流体を流体分配チューブ１２４に導き、流体分配チューブ１２４は、第２の流体を第１および第２の研磨パッド１２０、１２８に適用する。第２の流体は、第２の研磨パッド１２８上に落ちる。第１および第２のシャフト１１２、１１６は、第１および第２の研磨ヘッド１１０、１１４を同時に回転させて、第１および第２の研磨パッド１２０、１２８上に第２の流体をコーティングし、ウエハ１０８を研磨する。

第１および第２の研磨パッド１２０、１２８、ウエハ１０８、およびスラリの間の摩擦は、研磨プロセスの間、研磨パッドの温度を第２の所定の温度に維持する。具体的には、この実施形態では、第１および第２の研磨パッド１２０、１２８、ウエハ１０８、およびスラリの間の摩擦により、研磨プロセス中、研磨パッドの温度が４２℃から４３℃に維持される。一般に、研磨は、ウエハ１０８のＴＡＰＥＲを約６０ナノメートル（ｎｍ）未満から約５ｎｍまたは約１ｎｍ程度まで低減する「粗い」研磨である。この仕様の目的のために、ＴＡＰＥＲはウエハ全体の厚さの変化の線形成分として表され、Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ「ＡＳＴＭ」）Ｆ１２４１スタンダードで定義されているように、ウエハの表面に最適な平面と理想的に平らな裏面との間の角度によって示される。

粗研磨が完了した後、ウエハ１０８をすすぎ、乾燥させてもよい。さらに、ウエハ１０８は、ウェットベンチまたはスピン洗浄を受けることができる。洗浄後、第２の研磨工程を実行できる。第２の研磨工程は、典型的には「仕上げ」または「鏡面」研磨であり、基板の表面がターンテーブルまたはプラテンに取り付けられた研磨パッドと接触する。あるいは、研磨機１０２が第２の研磨工程を実行してもよい。仕上げ研磨は、ウエハ１０８のＴＡＰＥＲを約６０ナノメートル（ｎｍ）未満に、約５ｎｍに、または約１ｎｍまで低減する。

基板を研磨するための従来の方法と比較して、本開示の方法はいくつかの利点を有する。ウエハを研磨する前に研磨パッドを予熱すると、研磨パッドの温度が、研磨プロセス中に達成される熱安定状態温度まで上昇する。ウエハ、研磨パッド、およびスラリの間の摩擦により、研磨プロセス中、研磨パッドの温度が一定の温度に維持される。研磨プロセス中の一貫した研磨パッド温度は、研磨プロセス中のウエハのＴＡＰＥＲの減少と均一なシリコン除去をもたらす。

図２は、半導体ウエハ研磨システムの研磨ヘッドを予熱する方法２００のフロー図である。方法２００は、第１の所定の温度に流体を加熱する工程２０２と、流体を研磨パッドに適用する工程２０４とを含む。方法２００はまた、流体が研磨パッドを覆い、流体が研磨パッドの温度を第２の所定の温度まで上昇させるように、研磨パッドを回転させる工程２０６を含む。方法２００はまた、研磨パッドの測定温度に基づいて流量コントローラを使用して流体の流量を変化させる工程２０８、研磨パッドの測定温度に基づいて流体の温度を変化させる工程２１０、研磨パッドの測定温度に基づいて所定の時間を変化させる工程２１２、流量コントローラを用いて流体の流量を制御する工程２１４、およびヒータを用いて流体を第１の所定の温度に加熱する工程２１６、を含むことができる。さらに、流体を研磨パッドに適用する工程２０４は、第１の流体を研磨パッドに所定の時間導く工程２１８も含むことができる。

図３は、ウエハ研磨システムで半導体ウエハを研磨する方法３００である。ウエハ研磨システムは予熱システムと研磨ヘッドを含み、予熱システムはヒータを含み、研磨ヘッドは研磨パッドを含む。方法３００は、ヒータで流体を第１の所定の温度に加熱する工程３０２、ウエハ研磨システム内にウエハを配置する工程３０４を含む。方法３００はまた、流体を研磨パッドに適用する工程３０６と、流体が研磨パッドを覆い、流体が研磨パッド温度を第２の所定の温度まで上昇させるように研磨パッドを回転させる工程３０８を含む。方法３００はさらに、第２の流体を研磨パッドに導く工程３１０、研磨パッドを用いてウエハを研磨する工程３１２を含む。

実施例
本開示のプロセスは、以下の実施例によってさらに例示される。これらの例は、限定的な意味で解釈されるべきではない。

例１：ウエハの平坦度またはＴＡＰＥＲに対する予熱時間を変化させた効果
ウエハは両面研磨機で粗研磨した。具体的には、以下の表１に示すように、３回のテストランが行われた。最初のテストラン（テストラン１）では、研磨パッドでウエハを研磨する前に、２０°Ｃで１．３リットル／分（ｌ／ｍ）のＤＩ水を２つの研磨パッドに８分間導いた。２回目のテストラン（テストラン２）では、研磨パッドでウエハを研磨する前に、２０°Ｃで１．３リットル／ｍのＤＩ水を研磨パッドに４分間導いた。３回目のテストラン（テストラン３）では、研磨パッドは研磨前に予熱されなかった。

図４は、研磨パッドの予熱プロセスの持続時間を変化させた場合の研磨プロセス中の研磨パッドの温度変化のグラフ４００である。図４に示すように、テストラン１中の研磨パッドの温度は４２℃～４３℃に維持され、一方で、テストラン２中の研磨パッドの温度は４０℃～４３℃の間で変化し、テストラン３中の研磨パッドの温度は３９℃～４３℃の間で変化する。したがって、予熱の持続時間が長くなると、研磨プロセス中の研磨パッド温度が安定し、研磨パッド温度が研磨プロセス全体にわたって一定になる。逆に、予熱を行わないか、予熱時間を短くすると、研磨プロセス全体で研磨パッドの温度が一定しなくなる。

図５は、研磨パッドの予熱プロセスの持続時間を変化させた場合の、研磨されたウエハのＴＡＰＥＲの変化の箱ひげ図５００である。図５に示すように、テストラン１の間に形成されたウエハのＴＡＰＥＲは約０ナノメートル（ｎｍ）から１５ｎｍの間であり、テストラン２の間に形成されたウエハのＴＡＰＥＲは約１５ｎｍから３０ｎｍの間であり、テストラン３の間に形成されたウエハのＴＡＰＥＲは約１０ｎｍから５０ｎｍの間である。したがって、予熱の時間が長くなるとＴＡＰＥＲが減少し、研磨されたウエハの平坦性が増加する。

本明細書で使用される「約」、「実質的に」、「本質的に」および「ほぼ」という用語は、寸法、濃度、温度、または他の物理的もしくは化学的特性または特徴の範囲と併せて使用される場合、例えば、四捨五入、測定方法、またはその他の統計的変動に起因する変動を含む、特性または特性の範囲の上限および／または下限に存在し得る変動を包含することを意味する。

本開示またはその実施形態の要素を紹介するとき、冠詞「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」および「該（ｓａｉｄ）」は、１つまたは複数の要素があることを意味することを意図している。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は包括的であることを意図しており、列挙された要素以外の追加の要素が存在し得ることを意味する。特定の方向を示す用語の使用（「上（ｔｏｐ）」、「下（ｂｏｔｔｏｍ）」、「横（ｓｉｄｅ）」など）は、説明の便宜のためであり、説明されているアイテムの特定の向きを必要としない。

本開示の範囲から逸脱することなく、上述の構造および方法に様々な変更を加えることができるので、上述の説明に含まれ、添付の図面に示されたすべての事項は、例示として解釈されるべきであり、限定として解釈されるべきではないことが意図されている。

Claims (14)

1. 半導体ウエハ研磨システムの研磨パッドを予熱する方法であって、
   第１の流体を第１の所定の温度まで加熱する工程；
   第１の流体を研磨パッドに適用する工程；
   第１の流体が研磨パッドを覆うように研磨パッドを回転させる工程；
   第１の流体を研磨パッドに適用する際に、研磨パッドの測定温度に基づいて流量コントローラにより研磨パッドへの第１の流体の流量を変化させ、研磨パッドの温度を第２の所定温度まで上昇させる工程であって、第２の所定温度は、ウエハが目標形状と平坦度に研磨された場合に達成される熱的定常状態温度に基づいて決定される工程；および、
   第２の流体を研磨パッドに適用してウエハを研磨する工程、
   を含む方法。
2. 第１の所定の温度は、第２の所定の温度および研磨パッドの温度に基づいて計算される請求項１に記載の方法。
3. 研磨パッド温度は、４２℃から４３℃までに維持される請求項１に記載の方法。
4. 第１の流体を研磨パッドに適用する工程は、第１の流体を研磨パッドに所定の時間導く工程を含み、
   研磨パッドの測定温度に基づいて、所定の時間を変化させる工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
5. 第１の流体は、脱イオン水を含み、二酸化ケイ素を実質的に含まない請求項１に記載の方法。
6. ヒータを用いて第１の流体を第１の所定の温度に加熱する工程；および、
   研磨パッドの測定温度に基づいて、第１の流体の温度を変化させる工程、をさらに含む請求項１に記載の方法。
7. ウエハ研磨システムを用いて半導体ウエハを研磨する方法であって、ウエハ研磨システムは予熱システムおよび研磨ヘッドを含み、予熱システムはヒータを含み、研磨ヘッドは研磨パッドを含み、この方法は、
   ヒータを用いて第１の流体を第１の所定の温度に加熱する工程；
   第１の流体を研磨パッドに適用する工程；
   第１の流体が研磨パッドを覆うように研磨パッドを回転させる工程；
   第１の流体を研磨パッドに適用する際に、研磨パッドの測定温度に基づいて流量コントローラにより研磨パッドへの第１の流体の流量を変化させ、研磨パッドの温度を第２の所定温度まで上昇させる工程であって、第２の所定温度は、ウエハが目標形状と平坦度に研磨された場合に達成される熱的定常状態温度に基づいて決定される工程；
   ウエハ研磨システム内にウエハを配置する工程；
   第２の流体を研磨パッドに適用する工程；および、
   研磨パッドおよび第２の流体を用いてウエハを研磨する工程、
   を含む方法。
8. 第２の流体は、スラリを含む請求項７に記載の方法。
9. 研磨パッド、ウエハ、およびスラリの間の摩擦は、研磨パッドの温度を第２の所定の温度に維持する請求項８に記載の方法。
10. 半導体ウエハを研磨するためのウエハ研磨システムであって、
    研磨パッドを含む研磨ヘッド；および、
    第１の流体を第１の所定の温度まで加熱するためのヒータを含む、研磨パッドを予熱するための予熱システムであって、予熱システムは第１の流体を研磨パッドに導く予熱システム；および、
    予熱システムおよび研磨ヘッドを制御するコントローラを含み、コントローラは、以下の動作：
    第１の流体を研磨パッドに適用する際に、研磨パッドの測定温度に基づいて、研磨パッドへの第１の流体の流量を変化させ、研磨パッドの温度を第２の所定温度まで上昇させ、第２の所定温度は、ウエハが目標形状および平坦度に研磨された場合に達成される熱的定常状態温度に基づいて決定されること；および、
    研磨パッドを回転させて、第１の流体が研磨パッドを覆うようにすること；
    により、予熱システムに、所定の時間、第１の流体を研磨パッドに適用させる動作、
    および、
    研磨パッドに第２の流体を適用させて、第２の流体はウエハの研磨に使用される動作、を行うようにプログラムされている、ウエハ研磨システム。
11. 第１の所定の温度は、第２の所定の温度および研磨パッドの温度に基づいて計算される請求項１０に記載のウエハ研磨システム。
12. 研磨ヘッドは、研磨パッドに取り付けられたプレートを含み、プレートは、第１の流体を予熱システムから研磨パッドに導き、および第２の流体を供給システムから研磨パッドに導くための流体分配チューブを規定する請求項１０に記載のウエハ研磨システム。
13. 予熱システムは、研磨パッドの温度を測定するための研磨パッド温度センサをさらに含む請求項１０に記載のウエハ研磨システム。
14. 予熱システムは、第１の流体の流量を制御するための流量コントローラをさらに含む請求項１０に記載のウエハ研磨システム。