研磨パッドの温度調整機構を備えた研磨装置
【課題】速やかに研磨パッドの表面温度を目標温度にまで上昇させることができる改良されたパッド接触部材を備えた研磨装置を提供する。
【解決手段】パッド温度調整機構は、研磨パッド３の表面に接触するパッド接触部材１１と、温度調整された液体をパッド接触部材１１に供給する液体供給システム３０とを有する。パッド接触部材１１は、その内部に第１の液体流路２１と第２の液体流路２２を有し、これらは直列に接続されている。第１の液体流路２１と第２の液体流路２２には、研磨テーブル２の半径方向に対して略垂直に延びる複数のバッフル２５がそれぞれ配置される。
【解決手段】パッド温度調整機構は、研磨パッド３の表面に接触するパッド接触部材１１と、温度調整された液体をパッド接触部材１１に供給する液体供給システム３０とを有する。パッド接触部材１１は、その内部に第１の液体流路２１と第２の液体流路２２を有し、これらは直列に接続されている。第１の液体流路２１と第２の液体流路２２には、研磨テーブル２の半径方向に対して略垂直に延びる複数のバッフル２５がそれぞれ配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハなどの基板を研磨パッドに摺接させて研磨する研磨装置に関し、特に研磨パッドの表面温度を調整するための機構を有する研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）装置は、半導体デバイスの製造において、基板の表面を研磨する工程に使用される。ＣＭＰ装置は、基板をトップリングで保持して基板を回転させ、さらに回転する研磨テーブル上の研磨パッドに基板を押し付けて基板の表面を研磨する。研磨中、研磨パッドには研磨液（スラリー）が供給され、基板の表面は、研磨液の化学的作用と研磨液に含まれる砥粒の機械的作用により平坦化される。
【０００３】
基板の研磨レートは、基板の研磨パッドに対する研磨荷重のみならず、研磨パッドの表面温度にも依存する。これは、基板に対する研磨液の化学的作用が温度に依存するからである。したがって、半導体デバイスの製造においては、基板の研磨レートを上げて更に一定に保つために、基板研磨中の研磨パッドの表面温度を最適な値に保つことが重要とされる。
【０００４】
図１３は、研磨パッドの表面温度を調整するためのパッド温度調整機構を示す模式図である。このパッド温度調整機構は、研磨パッド１０２に接触するパッド接触部材１００を備えている。研磨パッド１０２は、研磨テーブル１０１の上面に固定されており、研磨テーブル１０１とともに矢印で示す方向に回転する。パッド接触部材１００には液体が流れており、液体と研磨パッド１０２との熱交換により研磨パッド１０２の表面温度が調整される。
【０００５】
図１４は、図１３に示すパッド接触部材１００を示す斜視図である。パッド接触部材１００は、内部に液体の流路が形成される流路形成部材９０と、この流路形成部材９０に固定されるカバー部材９１とを有している。カバー部材９１には、液体流入口９３および液体流出口９４が形成されている。カバー部材９１は、複数のボルト９２により流路形成部材９０の上部に固定されている。カバー部材９１は、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）から形成されており、流路形成部材９０は、焼結ＳｉＣ（焼結炭化ケイ素）から形成されている。
【０００６】
図１５は図１４に示す流路形成部材９０を示す平面図であり、図１６は図１４に示すＡ−Ａ線断面図である。流路形成部材９０の内部には仕切り９５が設けられ、この仕切り９５の両側に液体流路９９が形成されている。温度調整された液体は、液体流入口９３からパッド接触部材１００の内部に流入し、液体流路９９を図１５の矢印で示す方向に流れて、液体流出口９４から排出される。研磨パッド１０２の表面は、パッド接触部材１００内を流れる液体と研磨パッド１０２との間の熱交換により所定の目標温度に維持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−３０７６３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
基板の研磨処理のスループットを向上させるためには、できるだけ速やかに研磨パッドの表面温度を目標温度まで上昇させる必要がある。そこで、本発明は、従来のパッド接触部材よりも速やかに研磨パッドの表面温度を目標温度にまで上昇させることができる改良されたパッド接触部材を備えた研磨装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、基板を研磨パッドに摺接させて該基板を研磨する研磨装置において、前記研磨パッドを支持する研磨テーブルと、前記研磨テーブル上の前記研磨パッドに前記基板を押し付けるトップリングと、前記研磨パッドの表面温度を調整するパッド温度調整機構とを備え、前記パッド温度調整機構は、前記研磨パッドの表面に接触するパッド接触部材と、温度調整された液体を前記パッド接触部材に供給する液体供給システムとを有し、前記パッド接触部材は、その内部に空間を有し、該空間は仕切りによって第１の液体流路と第２の液体流路とに分けられ、前記第１の液体流路と前記第２の液体流路は、直列に接続されており、前記第１の液体流路は、前記液体供給システムに接続された液体流入口に連通し、前記第２の液体流路は、前記液体供給システムに接続された液体流出口に連通し、前記第１の液体流路と前記第２の液体流路には、前記研磨テーブルの半径方向に対して略垂直に延びる少なくとも１つのバッフルがそれぞれ配置されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の他の態様は、基板を研磨パッドに摺接させて該基板を研磨する研磨装置において、前記研磨パッドを支持する研磨テーブルと、前記研磨テーブル上の前記研磨パッドに前記基板を押し付けるトップリングと、前記研磨パッドの表面温度を調整するパッド温度調整機構とを備え、前記パッド温度調整機構は、前記研磨パッドの表面に接触するパッド接触部材と、温度調整された液体を前記パッド接触部材に供給する液体供給システムとを有し、前記パッド接触部材は、その内部に液体流路を有しており、前記液体流路は、前記液体供給システムに接続された液体流入口および液体流出口に連通しており、前記液体流路には、前記研磨テーブルの半径方向に対して略垂直に延びる少なくとも１つのバッフルが配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、パッド接触部材内の液体は、バッフルに沿って研磨パッドの回転方向およびそれと反対方向に交互に流れるので、研磨パッドと液体の熱交換効率が向上する。したがって、研磨パッドの表面温度を所定の目標温度にまで速やかに上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る研磨装置を示す模式図である。
【図２】パッド接触部材に液体を供給するための液体供給システムを示す模式図である。
【図３】パッド接触部材を示す斜視図である。
【図４】図３に示す流路形成部材を下から見た図である。
【図５】図３に示すＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】研磨パッドの表面温度を測定した実験結果を示すグラフである。
【図７】流路形成部材の内面が断熱材で覆われた例を示す図である。
【図８】流路形成部材の他の例を示す図である。
【図９】パッド接触部材の他の例を示す斜視図である。
【図１０】図９に示す流路形成部材を上から見た図である。
【図１１】図９に示すＣ−Ｃ線断面図である。
【図１２】パッド接触部材を洗浄する洗浄機構を備えた研磨装置を示す模式図である。
【図１３】従来のパッド温度調整機構を示す模式図である。
【図１４】図１３に示すパッド接触部材を示す斜視図である。
【図１５】図１４に示すパッド接触部材の流路形成部材を示す平面図である。
【図１６】図１４に示すＡ−Ａ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る研磨装置を示す模式図である。図１に示すように、研磨装置は、半導体ウェハなどの基板を保持して回転させるトップリング１と、研磨パッド３を支持する研磨テーブル２と、研磨パッド３の表面に研磨液（例えばスラリー）を供給する研磨液供給機構４と、研磨パッド３の表面温度を調整するパッド温度調整機構５とを備えている。
【００１４】
トップリング１は、研磨ヘッド支持アーム７に支持されている。この研磨ヘッド支持アーム７には、エアシリンダーおよびモータ（図示せず）が配置されており、これらエアシリンダーおよびモータによってトップリング１は鉛直方向に移動し、かつその軸心周りに回転可能となっている。基板は、トップリング１の下面に真空吸着などによって保持される。研磨テーブル２にはモータ（図示せず）が連結されており、矢印で示す方向に回転可能となっている。
【００１５】
研磨される基板は、トップリング１によって保持され、さらにトップリング１によって回転される。一方、研磨パッド３は、研磨テーブル２とともにその軸芯周りに回転される。この状態で、研磨パッド３の表面には研磨液供給機構４から研磨液が供給され、さらに基板の表面は、トップリング１によって研磨パッド３の表面（すなわち基板研磨面）に対して押し付けられる。基板の表面は、研磨液の存在下での研磨パッド３と基板との摺接により研磨される。
【００１６】
パッド温度調整機構５は、研磨パッド３の表面に接触するパッド接触部材１１と、このパッド接触部材１１に温度調整された液体を供給する液体供給システム３０とを備えている。パッド接触部材１１は、該パッド接触部材１１を昇降させる昇降機構としてのエアシリンダー１２にアーム１４を介して連結されている。さらに、パッド接触部材１１は、移動機構としてのモータ１３に連結されており、このモータ１３によりパッド接触部材１１は、研磨パッド３の上方の所定の上昇位置と、研磨テーブル２の径方向外側の所定の退避位置との間で移動される。
【００１７】
図２は、パッド接触部材１１に液体を供給するための液体供給システム３０を示す模式図である。この液体供給システム３０は、液体供給タンク３１と、液体供給タンク３１とパッド接触部材１１とを連結する供給ライン３２および戻りライン３３とを備えている。熱媒体としての液体は、液体供給タンク３１から供給ライン３２を通じてパッド接触部材１１に供給され、パッド接触部材１１から戻りライン３３を通じて液体供給タンク３１に戻される。このように、液体は、液体供給タンク３１とパッド接触部材１１との間を循環する。液体供給タンク３１は、液体を加熱するヒータ（図示せず）を有しており、液体はヒータにより所定の温度に加熱される。
【００１８】
液体供給システム３０は、さらに、供給ライン３２を流れる液体の圧力を一定にするレギュレータ３５と、レギュレータ３５を通過した液体の圧力を測定する圧力計３６と、レギュレータ３５を通過した液体の流量を測定する流量計３７と、パッド接触部材１１に供給される液体の流量を調整する流量制御バルブ３８と、研磨パッド３の表面温度を測定するパッド表面温度計としての放射温度計３９と、放射温度計３９により測定されたパッド表面温度に基づいて流量制御バルブ３８を制御する温度コントローラ４０とを備えている。供給ライン３２と戻りライン３３とは連通ライン４２を介して連通しているが、通常、連通ライン４２はハンドバルブ４３により閉じられている。
【００１９】
放射温度計３９は、非接触で研磨パッド３の表面温度を測定し、その測定値を温度コントローラ４０に送る。温度コントローラ４０は、研磨パッド３の表面温度が予め設定された目標温度になるように、研磨パッド３の表面温度の測定値に基づいて、流量調整バルブ３８を制御する。流量調整バルブ３８は、温度コントローラ４０からの制御信号に基づいて動作し、パッド接触部材１１に供給される液体の流量を制御する。研磨パッド３の表面温度は、パッド接触部材１１を流れる液体と研磨パッド３との間での熱交換により調整される。
【００２０】
このようなフィードバック制御により、研磨パッド３の表面温度は、所定の目標温度に維持される。温度コントローラ４０としては、ＰＩＤコントローラを使用することができる。研磨パッド３の目標温度は、基板の種類または研磨プロセスに応じて決定され、決定された目標温度は、温度コントローラ４０に予め入力される。
【００２１】
上述したように、研磨パッド３の表面温度は、パッド接触部材１１に供給される液体の流量を調整することにより制御される。パッド接触部材１１に供給される液体（熱媒体）としては、水が使用される。水の温度は、液体供給タンク３１のヒータにより、例えば約８０℃に加熱される。より速やかに研磨パッド３の表面温度を上昇させる場合には、シリコーンオイルを熱媒体として使用してもよい。シリコーンオイルを使用する場合には、シリコーンオイルは液体供給タンク３１のヒータにより１００℃以上（例えば、約１２０℃）に加熱される。
【００２２】
図３は、パッド接触部材１１を示す斜視図である。図３に示すように、パッド接触部材１１は、研磨パッド３の表面に接触する接触面を有する板部材１５と、内部に液体の流路が形成された流路形成部材１６とを備えている。板部材１５は、流路形成部材１６の下部に固定されている。流路形成部材１６の上面には、液体流入口２３と液体流出口２４とが形成されている。
【００２３】
図４は、図３に示す流路形成部材１６を下から見た図である。図５は、図３に示すＢ−Ｂ線断面図である。流路形成部材１６の内部には、研磨テーブル２の半径方向に延びる仕切り１８が配置されており、この仕切り１８によって流路形成部材１６の内部空間は、第１の液体流路２１および第２の液体流路２２に分けられている。第１の液体流路２１および第２の液体流路２２は直列に接続されている。より具体的には、第１の液体流路２１の下流側端部は、第２の液体流路２２の上流側端部に接続されている。第１の液体流路２１は、液体流入口２３に連通しており、第２の液体流路２２は、液体流出口２４に連通している。
【００２４】
液体供給システム３０からの液体は、液体流入口２３を介して第１の液体流路２１に供給される。液体は、第１の液体流路２１および第２の液体流路２２をこの順に流れ、液体と研磨パッド３との間で熱交換が行われる。液体は、液体流出口２４から排出され、液体供給システム３０の液体供給タンク３１に戻される。
【００２５】
第１の液体流路２１内には、複数の（図４に示す例では１３個の）バッフル２５が配置されている。これらバッフル２５は、仕切り１８に対して略垂直に延びるプレートであり、互いに平行に配列されている。バッフル２５は、交互にずらして配置されており、これにより第１の液体流路２１はジグザグ流路を構成している。仕切り１８は、円形の研磨テーブル２（または研磨パッド３）の半径方向に延びており、バッフル２５は研磨テーブル２の略周方向に延びている。したがって、第１の液体流路２１内の液体は、研磨テーブル２の回転方向と、研磨テーブル２の回転方向に逆らう方向に交互に進行する。
【００２６】
同様に、第２の液体流路２２内には、複数の（図４に示す例では１３個の）バッフル２５が配置されており、第２の液体流路２２はジグザグ流路を構成している。第２の液体流路２２内の液体は、研磨テーブル２の回転方向と、研磨テーブル２の回転方向に逆らう方向に交互に進行する。本実施形態では、仕切り１８およびバッフル２５は流路形成部材１６と一体に形成されているが、別部材としてもよい。
【００２７】
板部材１５は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によりＳｉＣ（炭化ケイ素）を板状に堆積させることによって形成されている。このようなＣＶＤ技術を使用することにより、薄い板部材１５を形成することができる。例えば、図１４乃至図１６に示す従来の流路形成部材の接触部の厚さが約３ｍｍであるのに対して、図５に示す板部材１５の厚さは、０．７〜１．０ｍｍである。また、ＣＶＤにより形成されたＳｉＣは、焼結ＳｉＣよりも熱伝導率に優れている。したがって、ＣＶＤにより形成された薄いＳｉＣ板部材１５を使用することにより、液体と研磨パッド３との熱交換効率を向上させることができる。なお、製造コストなどの観点から、焼結ＳｉＣにより板部材１５を形成してもよい。この場合も、板部材１５はできるだけ薄くすることが好ましい。例えば、焼結ＳｉＣから形成された板部材１５の厚さは約１．０ｍｍとされる。
【００２８】
流路形成部材１６は、セラミックから形成されている。流路形成部材１６は、下端開口部を有した容器の形状を有しており、その下端開口部は板部材１５により閉じられている。流路形成部材１６と板部材１５とは、接着剤によって互いに接合されている。接着剤としては、フリットガラスを使用することができる。フリットガラスは、ガラス接合技術に基づいた接着剤であり、セラミックとＳｉＣとを接合することが可能である。フリットガラスの線膨張係数は、セラミックおよびＳｉＣの線膨張係数とほぼ同じであり、フリットガラスを用いることにより熱応力を抑制することができる。
【００２９】
パッド接触部材１１を流れる液体の熱により、流路形成部材１６および板部材１５はある程度変形する。このような熱膨張の影響をできるだけ少なくするために、流路形成部材１６を形成するセラミックは、板部材１５を形成するＳｉＣと実質的に同じ線膨張係数を有することが好ましい。
【００３０】
板部材１５は、流路形成部材１６の周壁および仕切り１８のみならず、複数のバッフル２５にも固定されている。したがって、薄い板部材１５の機械的強度が補強され、液体の圧力による板部材１５の変形が防止される。このように、複数のバッフル２５により板部材１５が支持されるので、より薄い板部材１５を使用することができ、結果として熱交換効率を上げることができる。
【００３１】
流路形成部材１６の上部には、上述した液体流入口２３および液体流出口２４が形成されている。液体流入口２３および液体流出口２４は、いずれも研磨パッド３の外周側部位の上方に位置している。液体流入口２３は、研磨テーブル２（研磨パッド３）の回転方向に関して、液体流出口２４よりも下流側に位置している。これは、液体を研磨パッド３の回転方向と反対の方向に流すことで、液体と研磨パッド３との熱交換の効率を上げるためである。第１の液体流路２１および第２の液体流路２２はジグザグ流路を形成しているが、全体としては研磨パッド３の半径方向に延びている。したがって、液体は、第１の液体流路２１および第２の液体流路２２を蛇行しながら、研磨パッド３の半径方向に進行する。
【００３２】
基板の研磨中、研磨パッド３はその中心周りに回転するため、研磨パッド３の外周側部位の温度は、研磨パッド３の中心側部位の温度よりも低くなる。このため、研磨中の研磨パッド３の表面には、その半径方向に沿って温度勾配が存在する。この温度勾配は、基板の研磨に悪影響を与えることがあるため、研磨パッド３の温度勾配をなくすことが好ましい。そこで、研磨パッド３の温度勾配を解消するために、パッド接触部材１１の幅は、研磨テーブル２（研磨パッド３）の中心に向かって徐々に小さくなっている。
【００３３】
図４に示すように、第１の液体流路２１および第２の液体流路２２は、液体が蛇行するジグザグ流路を構成する。このジグザグ流路は、径方向に延びる仕切り１８に対して略垂直に延びる複数の流路区間を有している。研磨パッド外周側に位置する流路区間の長さＬ１（図４参照）は、研磨パッド中心側に位置する流路区間の長さＬ２よりも長くなっている。より具体的には、仕切り１８に対して略垂直に延びる流路区間の長さは、研磨パッド中心側から研磨パッド外周側に向かって徐々に増加している。したがって、研磨パッド３の中心側部位よりも外周側部位での熱交換が促進され、研磨パッド３の表面の温度勾配を解消することができる。なお、図３乃至図５に示すパッド接触部材１１の形状は、その中心線、すなわち仕切り１８に関して左右対称とはなっていないが、パッド接触部材１１を仕切り１８に関して左右対称な扇形状としてもよい。
【００３４】
第１の液体流路２１および第２の液体流路２２を流れる液体の平均流速は、０．７ｍ／ｓｅｃ以上、１．０ｍ／ｓｅｃ未満であることが好ましい。これは、液体の平均流速が１．０ｍ／ｓｅｃを超えると、キャビテーションが起こりやすくなり、熱交換効率が低下してしまうからである。液体の平均流速を１．０ｍ／ｓｅｃ未満に制限するために、研磨パッド中心側のジグザグ流路の断面積を大きくすることが好ましい。図４に示すように、研磨パッド中心側のジグザグ流路の幅ｗ１は、研磨パッド外周側のジグザグ流路の幅ｗ２よりも広くなっている。このような構成とすることにより、液体の平均流速が遅くなり、キャビテーションの発生を防止することができる。
【００３５】
液体は、液体流入口２３からパッド接触部材１１に流入し、第１の液体流路２１を蛇行しながら研磨テーブル２（研磨パッド３）の中心に向かって流れる。さらに、液体は、第１の液体流路２１の下流側端部でその進行方向を変え、第２の液体流路２２を蛇行しながら研磨テーブル２（研磨パッド３）の半径方向外側に進行する。このように、液体は、複数のバッフル２５に沿って研磨パッド３の周方向に流れるので、研磨パッド３と液体との熱交換効率を上げることができる。すなわち、液体は、研磨パッド３の回転方向とは反対の方向に流れるので、液体の研磨パッド３との熱交換効率を向上させることができる。したがって、研磨パッド３の表面温度を目標温度にまで速やかに上昇させることができる。その結果、基板処理のスループットを向上させることができる。
【００３６】
図６は、研磨パッド３の表面温度を測定した実験結果を示すグラフである。図６のグラフにおいて、太い実線は、図３乃至図５に記載されたパッド接触部材１１を用いたときの研磨パッド３の表面温度の変化を示し、細い実線は、図１４乃至図１６に示す従来のパッド接触部材を用いたときの研磨パッド３の表面温度の変化を示し、一点鎖線は、パッド接触部材を用いなかったときの研磨パッド３の表面温度の変化を示している。
【００３７】
図１４乃至図１６に示す従来のパッド接触部材を流れる液体の平均流速は、約０．３ｍ／ｓｅｃであり、一方、図３乃至図５に示すパッド接触部材１１を流れる液体の平均流速は、約０．７ｍ／ｓｅｃであった。図６に示すグラフから、本実施形態に係るパッド接触部材１１を用いることにより、研磨パッド３の表面温度を所定の目標温度に速やかに上昇させることができることが分かる。
【００３８】
基板の研磨は、上述のパッド温度調整機構５により研磨パッド３の表面温度を調整しながら行われる。基板の研磨が行われていないときは、パッド接触部材１１はエアシリンダー１２により持ち上げられ、パッド接触部材１１は研磨パッド３の表面（研磨面）から離される。これにより、パッド接触部材１１のパッド接触面の不要な摩耗を防止することができる。基板の研磨が終了した後、モータ１３によりアーム１４を旋回させてパッド接触部材１１を所定の退避位置に移動してもよい。
【００３９】
基板の研磨中は、基板はトップリング１に保持され、研磨パッド３に押し付けられる。しかしながら、研磨中に基板がトップリング１から外れてしまうことが稀にある。基板がトップリング１から外れると、基板がパッド接触部材１１に衝突し、該パッド接触部材１１に損傷を与えてしまう。このようなパッド接触部材１１の損傷を防止するために、パッド接触部材１１または該パッド接触部材１１を支持するアーム１４に基板検知センサー（図示せず）を設け、基板検知センサーがトップリング１から飛び出した基板を検知したときは、パッド接触部材１１をエアシリンダー１２により持ち上げるようにすることが好ましい。
【００４０】
セラミックからなる流路形成部材１６を通じた液体の放熱を低減させるために、図７に示すように、第１の液体流路２１および第２の液体流路２２を形成する流路形成部材１６の内面を断熱材２７で覆うことが好ましい。断熱材２７は、流路形成部材１６の内面の上部および側部を覆うように配置される。使用される断熱材２７は、樹脂からなる断熱シート、または樹脂コーティングなどである。このように、断熱材２７を流路形成部材１６の内面に取り付けることにより、第１の液体流路２１および第２の液体流路２２を流れる液体からの放熱を防止することができる。
【００４１】
図８は、流路形成部材１６の他の例を示す図である。特に説明しない構成は、図３乃至図５に示す流路形成部材１６と同様である。図８に示す例では、流路形成部材１６の内側には仕切りは設けられていなく、したがって流路形成部材１６内には１つの液体流路２０が形成されている。液体流路２０内には、研磨テーブル２（研磨パッド３）の半径方向に対して略垂直に延びる複数のバッフル２５が配置されている。これらバッフル２５は、交互にずれて配置されており、これにより液体流路２０はジグザグ流路となっている。
【００４２】
液体流入口２３は、液体流路２０の一端に接続され、液体流出口２４は、液体流路２０の他端に接続されている。液体流入口２３は、研磨パッド３の外周側部位の上方に位置し、一方、液体流出口２４は、研磨パッド３の中心側部位の上方に位置している。図８に示す例では、液体は、液体流入口２３から液体流路２０に流入し、液体流路２０を蛇行しながら研磨パッド３の中心に向かって進み、液体流出口２４から排出される。このような研磨パッド３の中心に向かう液体の流れにより、研磨パッド３の表面の温度勾配をより速やかに解消することができる。
【００４３】
図９は、パッド接触部材１１の他の例を示す斜視図である。図３乃至図５に示す例と同一の要素には同一の符号を付して、その重複する説明を省略する。図９に示す例では、流路形成部材１６の上に板部材１５が配置されている。したがって、流路形成部材１６の下面が研磨パッド３の表面に接触する。図１０は、図９に示す流路形成部材１６を上から見た図である。図１１は、図９に示すＣ−Ｃ線断面図である。
【００４４】
板部材１５は、符号２８で示す複数のボルトまたはねじにより流路形成部材１６に固定されている。板部材１５は、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）から形成されており、流路形成部材１６は、焼結ＳｉＣ（焼結炭化ケイ素）から形成されている。流路形成部材１６の下部の厚さは、約２ｍｍである。板部材１５には、第１の液体流路２１に接続される液体流入口２３と、第２の液体流路２２に接続される液体入出口２４とが形成されている。第１の液体流路２１および第２の液体流路２２は、図４に示す上述の例における第１の液体流路２１および第２の液体流路２２と実質的に同じ形状を有している。したがって、この例においても、研磨パッド３の表面温度を速やかに上昇させることができる。
【００４５】
図１２は、パッド接触部材１１に洗浄液を噴射してパッド接触部材１１を洗浄する洗浄機構５０，５０を備えた研磨装置を示す模式図である。洗浄機構５０，５０は、パッド接触部材１１の両側に配置されており、アーム１４に固定されている。洗浄機構５０，５０は、昇降機構としてのエアシリンダー１２によりパッド接触部材１１と一体に上昇または下降し、さらにモータ１３によりパッド接触部材１１と一体に旋回する。
【００４６】
各洗浄機構５０は、洗浄液供給源５４に連通するヘッダーチューブ５１と、このヘッダーチューブ５１に設けられた複数のスプレーノズル５２とを備えている。ヘッダーチューブ５１は、パッド接触部材１１の側面に沿って配置され、複数のスプレーノズル５２はパッド接触部材１１の側面に対向して配置されている。洗浄液供給源５４から供給される洗浄液は、スプレーノズル５２からパッド接触部材１１の両側面に向けて噴射される。これにより、パッド接触部材１１の側面に付着した研磨液（例えば、スラリー）を除去することができる。洗浄液としては、例えば純水が使用される。なお、パッド接触部材１１の洗浄は、パッド接触部材１１が退避位置にあるときに行なうことが好ましい。
【００４７】
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。
【符号の説明】
【００４８】
１ トップリング
２ 研磨テーブル
３ 研磨パッド
４ 研磨液供給機構
５ パッド温度調整機構
１１ パッド接触部材
１２ エアシリンダー
１３ モータ
１５ 板部材
１６ 流路形成部材
１８ 仕切り
２０ 液体流路
２１ 第１の液体流路
２２ 第２の液体流路
２３ 液体流入口
２４ 液体流出口
２５ バッフル
２７ 断熱材
３０ 液体供給システム
５０ 洗浄機構
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハなどの基板を研磨パッドに摺接させて研磨する研磨装置に関し、特に研磨パッドの表面温度を調整するための機構を有する研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）装置は、半導体デバイスの製造において、基板の表面を研磨する工程に使用される。ＣＭＰ装置は、基板をトップリングで保持して基板を回転させ、さらに回転する研磨テーブル上の研磨パッドに基板を押し付けて基板の表面を研磨する。研磨中、研磨パッドには研磨液（スラリー）が供給され、基板の表面は、研磨液の化学的作用と研磨液に含まれる砥粒の機械的作用により平坦化される。
【０００３】
基板の研磨レートは、基板の研磨パッドに対する研磨荷重のみならず、研磨パッドの表面温度にも依存する。これは、基板に対する研磨液の化学的作用が温度に依存するからである。したがって、半導体デバイスの製造においては、基板の研磨レートを上げて更に一定に保つために、基板研磨中の研磨パッドの表面温度を最適な値に保つことが重要とされる。
【０００４】
図１３は、研磨パッドの表面温度を調整するためのパッド温度調整機構を示す模式図である。このパッド温度調整機構は、研磨パッド１０２に接触するパッド接触部材１００を備えている。研磨パッド１０２は、研磨テーブル１０１の上面に固定されており、研磨テーブル１０１とともに矢印で示す方向に回転する。パッド接触部材１００には液体が流れており、液体と研磨パッド１０２との熱交換により研磨パッド１０２の表面温度が調整される。
【０００５】
図１４は、図１３に示すパッド接触部材１００を示す斜視図である。パッド接触部材１００は、内部に液体の流路が形成される流路形成部材９０と、この流路形成部材９０に固定されるカバー部材９１とを有している。カバー部材９１には、液体流入口９３および液体流出口９４が形成されている。カバー部材９１は、複数のボルト９２により流路形成部材９０の上部に固定されている。カバー部材９１は、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）から形成されており、流路形成部材９０は、焼結ＳｉＣ（焼結炭化ケイ素）から形成されている。
【０００６】
図１５は図１４に示す流路形成部材９０を示す平面図であり、図１６は図１４に示すＡ−Ａ線断面図である。流路形成部材９０の内部には仕切り９５が設けられ、この仕切り９５の両側に液体流路９９が形成されている。温度調整された液体は、液体流入口９３からパッド接触部材１００の内部に流入し、液体流路９９を図１５の矢印で示す方向に流れて、液体流出口９４から排出される。研磨パッド１０２の表面は、パッド接触部材１００内を流れる液体と研磨パッド１０２との間の熱交換により所定の目標温度に維持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−３０７６３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
基板の研磨処理のスループットを向上させるためには、できるだけ速やかに研磨パッドの表面温度を目標温度まで上昇させる必要がある。そこで、本発明は、従来のパッド接触部材よりも速やかに研磨パッドの表面温度を目標温度にまで上昇させることができる改良されたパッド接触部材を備えた研磨装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、基板を研磨パッドに摺接させて該基板を研磨する研磨装置において、前記研磨パッドを支持する研磨テーブルと、前記研磨テーブル上の前記研磨パッドに前記基板を押し付けるトップリングと、前記研磨パッドの表面温度を調整するパッド温度調整機構とを備え、前記パッド温度調整機構は、前記研磨パッドの表面に接触するパッド接触部材と、温度調整された液体を前記パッド接触部材に供給する液体供給システムとを有し、前記パッド接触部材は、その内部に空間を有し、該空間は仕切りによって第１の液体流路と第２の液体流路とに分けられ、前記第１の液体流路と前記第２の液体流路は、直列に接続されており、前記第１の液体流路は、前記液体供給システムに接続された液体流入口に連通し、前記第２の液体流路は、前記液体供給システムに接続された液体流出口に連通し、前記第１の液体流路と前記第２の液体流路には、前記研磨テーブルの半径方向に対して略垂直に延びる少なくとも１つのバッフルがそれぞれ配置されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の他の態様は、基板を研磨パッドに摺接させて該基板を研磨する研磨装置において、前記研磨パッドを支持する研磨テーブルと、前記研磨テーブル上の前記研磨パッドに前記基板を押し付けるトップリングと、前記研磨パッドの表面温度を調整するパッド温度調整機構とを備え、前記パッド温度調整機構は、前記研磨パッドの表面に接触するパッド接触部材と、温度調整された液体を前記パッド接触部材に供給する液体供給システムとを有し、前記パッド接触部材は、その内部に液体流路を有しており、前記液体流路は、前記液体供給システムに接続された液体流入口および液体流出口に連通しており、前記液体流路には、前記研磨テーブルの半径方向に対して略垂直に延びる少なくとも１つのバッフルが配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、パッド接触部材内の液体は、バッフルに沿って研磨パッドの回転方向およびそれと反対方向に交互に流れるので、研磨パッドと液体の熱交換効率が向上する。したがって、研磨パッドの表面温度を所定の目標温度にまで速やかに上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る研磨装置を示す模式図である。
【図２】パッド接触部材に液体を供給するための液体供給システムを示す模式図である。
【図３】パッド接触部材を示す斜視図である。
【図４】図３に示す流路形成部材を下から見た図である。
【図５】図３に示すＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】研磨パッドの表面温度を測定した実験結果を示すグラフである。
【図７】流路形成部材の内面が断熱材で覆われた例を示す図である。
【図８】流路形成部材の他の例を示す図である。
【図９】パッド接触部材の他の例を示す斜視図である。
【図１０】図９に示す流路形成部材を上から見た図である。
【図１１】図９に示すＣ−Ｃ線断面図である。
【図１２】パッド接触部材を洗浄する洗浄機構を備えた研磨装置を示す模式図である。
【図１３】従来のパッド温度調整機構を示す模式図である。
【図１４】図１３に示すパッド接触部材を示す斜視図である。
【図１５】図１４に示すパッド接触部材の流路形成部材を示す平面図である。
【図１６】図１４に示すＡ−Ａ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る研磨装置を示す模式図である。図１に示すように、研磨装置は、半導体ウェハなどの基板を保持して回転させるトップリング１と、研磨パッド３を支持する研磨テーブル２と、研磨パッド３の表面に研磨液（例えばスラリー）を供給する研磨液供給機構４と、研磨パッド３の表面温度を調整するパッド温度調整機構５とを備えている。
【００１４】
トップリング１は、研磨ヘッド支持アーム７に支持されている。この研磨ヘッド支持アーム７には、エアシリンダーおよびモータ（図示せず）が配置されており、これらエアシリンダーおよびモータによってトップリング１は鉛直方向に移動し、かつその軸心周りに回転可能となっている。基板は、トップリング１の下面に真空吸着などによって保持される。研磨テーブル２にはモータ（図示せず）が連結されており、矢印で示す方向に回転可能となっている。
【００１５】
研磨される基板は、トップリング１によって保持され、さらにトップリング１によって回転される。一方、研磨パッド３は、研磨テーブル２とともにその軸芯周りに回転される。この状態で、研磨パッド３の表面には研磨液供給機構４から研磨液が供給され、さらに基板の表面は、トップリング１によって研磨パッド３の表面（すなわち基板研磨面）に対して押し付けられる。基板の表面は、研磨液の存在下での研磨パッド３と基板との摺接により研磨される。
【００１６】
パッド温度調整機構５は、研磨パッド３の表面に接触するパッド接触部材１１と、このパッド接触部材１１に温度調整された液体を供給する液体供給システム３０とを備えている。パッド接触部材１１は、該パッド接触部材１１を昇降させる昇降機構としてのエアシリンダー１２にアーム１４を介して連結されている。さらに、パッド接触部材１１は、移動機構としてのモータ１３に連結されており、このモータ１３によりパッド接触部材１１は、研磨パッド３の上方の所定の上昇位置と、研磨テーブル２の径方向外側の所定の退避位置との間で移動される。
【００１７】
図２は、パッド接触部材１１に液体を供給するための液体供給システム３０を示す模式図である。この液体供給システム３０は、液体供給タンク３１と、液体供給タンク３１とパッド接触部材１１とを連結する供給ライン３２および戻りライン３３とを備えている。熱媒体としての液体は、液体供給タンク３１から供給ライン３２を通じてパッド接触部材１１に供給され、パッド接触部材１１から戻りライン３３を通じて液体供給タンク３１に戻される。このように、液体は、液体供給タンク３１とパッド接触部材１１との間を循環する。液体供給タンク３１は、液体を加熱するヒータ（図示せず）を有しており、液体はヒータにより所定の温度に加熱される。
【００１８】
液体供給システム３０は、さらに、供給ライン３２を流れる液体の圧力を一定にするレギュレータ３５と、レギュレータ３５を通過した液体の圧力を測定する圧力計３６と、レギュレータ３５を通過した液体の流量を測定する流量計３７と、パッド接触部材１１に供給される液体の流量を調整する流量制御バルブ３８と、研磨パッド３の表面温度を測定するパッド表面温度計としての放射温度計３９と、放射温度計３９により測定されたパッド表面温度に基づいて流量制御バルブ３８を制御する温度コントローラ４０とを備えている。供給ライン３２と戻りライン３３とは連通ライン４２を介して連通しているが、通常、連通ライン４２はハンドバルブ４３により閉じられている。
【００１９】
放射温度計３９は、非接触で研磨パッド３の表面温度を測定し、その測定値を温度コントローラ４０に送る。温度コントローラ４０は、研磨パッド３の表面温度が予め設定された目標温度になるように、研磨パッド３の表面温度の測定値に基づいて、流量調整バルブ３８を制御する。流量調整バルブ３８は、温度コントローラ４０からの制御信号に基づいて動作し、パッド接触部材１１に供給される液体の流量を制御する。研磨パッド３の表面温度は、パッド接触部材１１を流れる液体と研磨パッド３との間での熱交換により調整される。
【００２０】
このようなフィードバック制御により、研磨パッド３の表面温度は、所定の目標温度に維持される。温度コントローラ４０としては、ＰＩＤコントローラを使用することができる。研磨パッド３の目標温度は、基板の種類または研磨プロセスに応じて決定され、決定された目標温度は、温度コントローラ４０に予め入力される。
【００２１】
上述したように、研磨パッド３の表面温度は、パッド接触部材１１に供給される液体の流量を調整することにより制御される。パッド接触部材１１に供給される液体（熱媒体）としては、水が使用される。水の温度は、液体供給タンク３１のヒータにより、例えば約８０℃に加熱される。より速やかに研磨パッド３の表面温度を上昇させる場合には、シリコーンオイルを熱媒体として使用してもよい。シリコーンオイルを使用する場合には、シリコーンオイルは液体供給タンク３１のヒータにより１００℃以上（例えば、約１２０℃）に加熱される。
【００２２】
図３は、パッド接触部材１１を示す斜視図である。図３に示すように、パッド接触部材１１は、研磨パッド３の表面に接触する接触面を有する板部材１５と、内部に液体の流路が形成された流路形成部材１６とを備えている。板部材１５は、流路形成部材１６の下部に固定されている。流路形成部材１６の上面には、液体流入口２３と液体流出口２４とが形成されている。
【００２３】
図４は、図３に示す流路形成部材１６を下から見た図である。図５は、図３に示すＢ−Ｂ線断面図である。流路形成部材１６の内部には、研磨テーブル２の半径方向に延びる仕切り１８が配置されており、この仕切り１８によって流路形成部材１６の内部空間は、第１の液体流路２１および第２の液体流路２２に分けられている。第１の液体流路２１および第２の液体流路２２は直列に接続されている。より具体的には、第１の液体流路２１の下流側端部は、第２の液体流路２２の上流側端部に接続されている。第１の液体流路２１は、液体流入口２３に連通しており、第２の液体流路２２は、液体流出口２４に連通している。
【００２４】
液体供給システム３０からの液体は、液体流入口２３を介して第１の液体流路２１に供給される。液体は、第１の液体流路２１および第２の液体流路２２をこの順に流れ、液体と研磨パッド３との間で熱交換が行われる。液体は、液体流出口２４から排出され、液体供給システム３０の液体供給タンク３１に戻される。
【００２５】
第１の液体流路２１内には、複数の（図４に示す例では１３個の）バッフル２５が配置されている。これらバッフル２５は、仕切り１８に対して略垂直に延びるプレートであり、互いに平行に配列されている。バッフル２５は、交互にずらして配置されており、これにより第１の液体流路２１はジグザグ流路を構成している。仕切り１８は、円形の研磨テーブル２（または研磨パッド３）の半径方向に延びており、バッフル２５は研磨テーブル２の略周方向に延びている。したがって、第１の液体流路２１内の液体は、研磨テーブル２の回転方向と、研磨テーブル２の回転方向に逆らう方向に交互に進行する。
【００２６】
同様に、第２の液体流路２２内には、複数の（図４に示す例では１３個の）バッフル２５が配置されており、第２の液体流路２２はジグザグ流路を構成している。第２の液体流路２２内の液体は、研磨テーブル２の回転方向と、研磨テーブル２の回転方向に逆らう方向に交互に進行する。本実施形態では、仕切り１８およびバッフル２５は流路形成部材１６と一体に形成されているが、別部材としてもよい。
【００２７】
板部材１５は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によりＳｉＣ（炭化ケイ素）を板状に堆積させることによって形成されている。このようなＣＶＤ技術を使用することにより、薄い板部材１５を形成することができる。例えば、図１４乃至図１６に示す従来の流路形成部材の接触部の厚さが約３ｍｍであるのに対して、図５に示す板部材１５の厚さは、０．７〜１．０ｍｍである。また、ＣＶＤにより形成されたＳｉＣは、焼結ＳｉＣよりも熱伝導率に優れている。したがって、ＣＶＤにより形成された薄いＳｉＣ板部材１５を使用することにより、液体と研磨パッド３との熱交換効率を向上させることができる。なお、製造コストなどの観点から、焼結ＳｉＣにより板部材１５を形成してもよい。この場合も、板部材１５はできるだけ薄くすることが好ましい。例えば、焼結ＳｉＣから形成された板部材１５の厚さは約１．０ｍｍとされる。
【００２８】
流路形成部材１６は、セラミックから形成されている。流路形成部材１６は、下端開口部を有した容器の形状を有しており、その下端開口部は板部材１５により閉じられている。流路形成部材１６と板部材１５とは、接着剤によって互いに接合されている。接着剤としては、フリットガラスを使用することができる。フリットガラスは、ガラス接合技術に基づいた接着剤であり、セラミックとＳｉＣとを接合することが可能である。フリットガラスの線膨張係数は、セラミックおよびＳｉＣの線膨張係数とほぼ同じであり、フリットガラスを用いることにより熱応力を抑制することができる。
【００２９】
パッド接触部材１１を流れる液体の熱により、流路形成部材１６および板部材１５はある程度変形する。このような熱膨張の影響をできるだけ少なくするために、流路形成部材１６を形成するセラミックは、板部材１５を形成するＳｉＣと実質的に同じ線膨張係数を有することが好ましい。
【００３０】
板部材１５は、流路形成部材１６の周壁および仕切り１８のみならず、複数のバッフル２５にも固定されている。したがって、薄い板部材１５の機械的強度が補強され、液体の圧力による板部材１５の変形が防止される。このように、複数のバッフル２５により板部材１５が支持されるので、より薄い板部材１５を使用することができ、結果として熱交換効率を上げることができる。
【００３１】
流路形成部材１６の上部には、上述した液体流入口２３および液体流出口２４が形成されている。液体流入口２３および液体流出口２４は、いずれも研磨パッド３の外周側部位の上方に位置している。液体流入口２３は、研磨テーブル２（研磨パッド３）の回転方向に関して、液体流出口２４よりも下流側に位置している。これは、液体を研磨パッド３の回転方向と反対の方向に流すことで、液体と研磨パッド３との熱交換の効率を上げるためである。第１の液体流路２１および第２の液体流路２２はジグザグ流路を形成しているが、全体としては研磨パッド３の半径方向に延びている。したがって、液体は、第１の液体流路２１および第２の液体流路２２を蛇行しながら、研磨パッド３の半径方向に進行する。
【００３２】
基板の研磨中、研磨パッド３はその中心周りに回転するため、研磨パッド３の外周側部位の温度は、研磨パッド３の中心側部位の温度よりも低くなる。このため、研磨中の研磨パッド３の表面には、その半径方向に沿って温度勾配が存在する。この温度勾配は、基板の研磨に悪影響を与えることがあるため、研磨パッド３の温度勾配をなくすことが好ましい。そこで、研磨パッド３の温度勾配を解消するために、パッド接触部材１１の幅は、研磨テーブル２（研磨パッド３）の中心に向かって徐々に小さくなっている。
【００３３】
図４に示すように、第１の液体流路２１および第２の液体流路２２は、液体が蛇行するジグザグ流路を構成する。このジグザグ流路は、径方向に延びる仕切り１８に対して略垂直に延びる複数の流路区間を有している。研磨パッド外周側に位置する流路区間の長さＬ１（図４参照）は、研磨パッド中心側に位置する流路区間の長さＬ２よりも長くなっている。より具体的には、仕切り１８に対して略垂直に延びる流路区間の長さは、研磨パッド中心側から研磨パッド外周側に向かって徐々に増加している。したがって、研磨パッド３の中心側部位よりも外周側部位での熱交換が促進され、研磨パッド３の表面の温度勾配を解消することができる。なお、図３乃至図５に示すパッド接触部材１１の形状は、その中心線、すなわち仕切り１８に関して左右対称とはなっていないが、パッド接触部材１１を仕切り１８に関して左右対称な扇形状としてもよい。
【００３４】
第１の液体流路２１および第２の液体流路２２を流れる液体の平均流速は、０．７ｍ／ｓｅｃ以上、１．０ｍ／ｓｅｃ未満であることが好ましい。これは、液体の平均流速が１．０ｍ／ｓｅｃを超えると、キャビテーションが起こりやすくなり、熱交換効率が低下してしまうからである。液体の平均流速を１．０ｍ／ｓｅｃ未満に制限するために、研磨パッド中心側のジグザグ流路の断面積を大きくすることが好ましい。図４に示すように、研磨パッド中心側のジグザグ流路の幅ｗ１は、研磨パッド外周側のジグザグ流路の幅ｗ２よりも広くなっている。このような構成とすることにより、液体の平均流速が遅くなり、キャビテーションの発生を防止することができる。
【００３５】
液体は、液体流入口２３からパッド接触部材１１に流入し、第１の液体流路２１を蛇行しながら研磨テーブル２（研磨パッド３）の中心に向かって流れる。さらに、液体は、第１の液体流路２１の下流側端部でその進行方向を変え、第２の液体流路２２を蛇行しながら研磨テーブル２（研磨パッド３）の半径方向外側に進行する。このように、液体は、複数のバッフル２５に沿って研磨パッド３の周方向に流れるので、研磨パッド３と液体との熱交換効率を上げることができる。すなわち、液体は、研磨パッド３の回転方向とは反対の方向に流れるので、液体の研磨パッド３との熱交換効率を向上させることができる。したがって、研磨パッド３の表面温度を目標温度にまで速やかに上昇させることができる。その結果、基板処理のスループットを向上させることができる。
【００３６】
図６は、研磨パッド３の表面温度を測定した実験結果を示すグラフである。図６のグラフにおいて、太い実線は、図３乃至図５に記載されたパッド接触部材１１を用いたときの研磨パッド３の表面温度の変化を示し、細い実線は、図１４乃至図１６に示す従来のパッド接触部材を用いたときの研磨パッド３の表面温度の変化を示し、一点鎖線は、パッド接触部材を用いなかったときの研磨パッド３の表面温度の変化を示している。
【００３７】
図１４乃至図１６に示す従来のパッド接触部材を流れる液体の平均流速は、約０．３ｍ／ｓｅｃであり、一方、図３乃至図５に示すパッド接触部材１１を流れる液体の平均流速は、約０．７ｍ／ｓｅｃであった。図６に示すグラフから、本実施形態に係るパッド接触部材１１を用いることにより、研磨パッド３の表面温度を所定の目標温度に速やかに上昇させることができることが分かる。
【００３８】
基板の研磨は、上述のパッド温度調整機構５により研磨パッド３の表面温度を調整しながら行われる。基板の研磨が行われていないときは、パッド接触部材１１はエアシリンダー１２により持ち上げられ、パッド接触部材１１は研磨パッド３の表面（研磨面）から離される。これにより、パッド接触部材１１のパッド接触面の不要な摩耗を防止することができる。基板の研磨が終了した後、モータ１３によりアーム１４を旋回させてパッド接触部材１１を所定の退避位置に移動してもよい。
【００３９】
基板の研磨中は、基板はトップリング１に保持され、研磨パッド３に押し付けられる。しかしながら、研磨中に基板がトップリング１から外れてしまうことが稀にある。基板がトップリング１から外れると、基板がパッド接触部材１１に衝突し、該パッド接触部材１１に損傷を与えてしまう。このようなパッド接触部材１１の損傷を防止するために、パッド接触部材１１または該パッド接触部材１１を支持するアーム１４に基板検知センサー（図示せず）を設け、基板検知センサーがトップリング１から飛び出した基板を検知したときは、パッド接触部材１１をエアシリンダー１２により持ち上げるようにすることが好ましい。
【００４０】
セラミックからなる流路形成部材１６を通じた液体の放熱を低減させるために、図７に示すように、第１の液体流路２１および第２の液体流路２２を形成する流路形成部材１６の内面を断熱材２７で覆うことが好ましい。断熱材２７は、流路形成部材１６の内面の上部および側部を覆うように配置される。使用される断熱材２７は、樹脂からなる断熱シート、または樹脂コーティングなどである。このように、断熱材２７を流路形成部材１６の内面に取り付けることにより、第１の液体流路２１および第２の液体流路２２を流れる液体からの放熱を防止することができる。
【００４１】
図８は、流路形成部材１６の他の例を示す図である。特に説明しない構成は、図３乃至図５に示す流路形成部材１６と同様である。図８に示す例では、流路形成部材１６の内側には仕切りは設けられていなく、したがって流路形成部材１６内には１つの液体流路２０が形成されている。液体流路２０内には、研磨テーブル２（研磨パッド３）の半径方向に対して略垂直に延びる複数のバッフル２５が配置されている。これらバッフル２５は、交互にずれて配置されており、これにより液体流路２０はジグザグ流路となっている。
【００４２】
液体流入口２３は、液体流路２０の一端に接続され、液体流出口２４は、液体流路２０の他端に接続されている。液体流入口２３は、研磨パッド３の外周側部位の上方に位置し、一方、液体流出口２４は、研磨パッド３の中心側部位の上方に位置している。図８に示す例では、液体は、液体流入口２３から液体流路２０に流入し、液体流路２０を蛇行しながら研磨パッド３の中心に向かって進み、液体流出口２４から排出される。このような研磨パッド３の中心に向かう液体の流れにより、研磨パッド３の表面の温度勾配をより速やかに解消することができる。
【００４３】
図９は、パッド接触部材１１の他の例を示す斜視図である。図３乃至図５に示す例と同一の要素には同一の符号を付して、その重複する説明を省略する。図９に示す例では、流路形成部材１６の上に板部材１５が配置されている。したがって、流路形成部材１６の下面が研磨パッド３の表面に接触する。図１０は、図９に示す流路形成部材１６を上から見た図である。図１１は、図９に示すＣ−Ｃ線断面図である。
【００４４】
板部材１５は、符号２８で示す複数のボルトまたはねじにより流路形成部材１６に固定されている。板部材１５は、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）から形成されており、流路形成部材１６は、焼結ＳｉＣ（焼結炭化ケイ素）から形成されている。流路形成部材１６の下部の厚さは、約２ｍｍである。板部材１５には、第１の液体流路２１に接続される液体流入口２３と、第２の液体流路２２に接続される液体入出口２４とが形成されている。第１の液体流路２１および第２の液体流路２２は、図４に示す上述の例における第１の液体流路２１および第２の液体流路２２と実質的に同じ形状を有している。したがって、この例においても、研磨パッド３の表面温度を速やかに上昇させることができる。
【００４５】
図１２は、パッド接触部材１１に洗浄液を噴射してパッド接触部材１１を洗浄する洗浄機構５０，５０を備えた研磨装置を示す模式図である。洗浄機構５０，５０は、パッド接触部材１１の両側に配置されており、アーム１４に固定されている。洗浄機構５０，５０は、昇降機構としてのエアシリンダー１２によりパッド接触部材１１と一体に上昇または下降し、さらにモータ１３によりパッド接触部材１１と一体に旋回する。
【００４６】
各洗浄機構５０は、洗浄液供給源５４に連通するヘッダーチューブ５１と、このヘッダーチューブ５１に設けられた複数のスプレーノズル５２とを備えている。ヘッダーチューブ５１は、パッド接触部材１１の側面に沿って配置され、複数のスプレーノズル５２はパッド接触部材１１の側面に対向して配置されている。洗浄液供給源５４から供給される洗浄液は、スプレーノズル５２からパッド接触部材１１の両側面に向けて噴射される。これにより、パッド接触部材１１の側面に付着した研磨液（例えば、スラリー）を除去することができる。洗浄液としては、例えば純水が使用される。なお、パッド接触部材１１の洗浄は、パッド接触部材１１が退避位置にあるときに行なうことが好ましい。
【００４７】
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。
【符号の説明】
【００４８】
１ トップリング
２ 研磨テーブル
３ 研磨パッド
４ 研磨液供給機構
５ パッド温度調整機構
１１ パッド接触部材
１２ エアシリンダー
１３ モータ
１５ 板部材
１６ 流路形成部材
１８ 仕切り
２０ 液体流路
２１ 第１の液体流路
２２ 第２の液体流路
２３ 液体流入口
２４ 液体流出口
２５ バッフル
２７ 断熱材
３０ 液体供給システム
５０ 洗浄機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を研磨パッドに摺接させて該基板を研磨する研磨装置において、
前記研磨パッドを支持する研磨テーブルと、
前記研磨テーブル上の前記研磨パッドに前記基板を押し付けるトップリングと、
前記研磨パッドの表面温度を調整するパッド温度調整機構とを備え、
前記パッド温度調整機構は、前記研磨パッドの表面に接触するパッド接触部材と、温度調整された液体を前記パッド接触部材に供給する液体供給システムとを有し、
前記パッド接触部材は、その内部に空間を有し、該空間は仕切りによって第１の液体流路と第２の液体流路とに分けられ、
前記第１の液体流路と前記第２の液体流路は、直列に接続されており、
前記第１の液体流路は、前記液体供給システムに接続された液体流入口に連通し、
前記第２の液体流路は、前記液体供給システムに接続された液体流出口に連通し、
前記第１の液体流路と前記第２の液体流路には、前記研磨テーブルの半径方向に対して略垂直に延びる少なくとも１つのバッフルがそれぞれ配置されていることを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つのバッフルは、互いに平行に配置された複数のバッフルであることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つのバッフルは、前記仕切りに対して略垂直に延びることを特徴とする請求項１または２に記載の研磨装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つのバッフルは、交互に位置をずらして配置された複数のバッフルであり、前記複数のバッフルにより、前記第１の液体流路および前記第２の液体流路はジグザグ流路を構成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項５】
研磨パッド中心側に位置する前記ジグザグ流路の幅は、研磨パッド外周側に位置する前記ジグザグ流路の幅よりも広いことを特徴とする請求項４に記載の研磨装置。
【請求項６】
前記液体流入口および前記液体流出口は、前記研磨パッドの外周側部位の上方に位置することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項７】
前記パッド接触部材は、前記研磨パッドに接触する板部材と、前記仕切りを有する流路形成部材とを有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項８】
前記第１の液体流路および前記第２の液体流路を形成する前記流路形成部材の内面は、断熱材で覆われていることを特徴とする請求項７に記載の研磨装置。
【請求項９】
前記パッド接触部材は、前記研磨パッドに接触する接触面および前記仕切りを有する流路形成部材と、前記流路部材を覆うカバーとを備えたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項１０】
前記仕切りは、前記研磨テーブルの半径方向に延びていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項１１】
前記パッド温度調整機構は、前記パッド接触部材を昇降させる昇降機構と、前記パッド接触部材を前記研磨パッドの上方にある所定の上昇位置と前記研磨テーブルの半径方向外側にある所定の退避位置との間で移動させる移動機構とをさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項１２】
前記パッド温度調整機構は、前記パッド接触部材を洗浄する洗浄機構をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項１３】
基板を研磨パッドに摺接させて該基板を研磨する研磨装置において、
前記研磨パッドを支持する研磨テーブルと、
前記研磨テーブル上の前記研磨パッドに前記基板を押し付けるトップリングと、
前記研磨パッドの表面温度を調整するパッド温度調整機構とを備え、
前記パッド温度調整機構は、前記研磨パッドの表面に接触するパッド接触部材と、温度調整された液体を前記パッド接触部材に供給する液体供給システムとを有し、
前記パッド接触部材は、その内部に液体流路を有しており、
前記液体流路は、前記液体供給システムに接続された液体流入口および液体流出口に連通しており、
前記液体流路には、前記研磨テーブルの半径方向に対して略垂直に延びる少なくとも１つのバッフルが配置されていることを特徴とする研磨装置。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのバッフルは、互いに平行に配置された複数のバッフルであることを特徴とする請求項１３に記載の研磨装置。
【請求項１５】
前記少なくとも１つのバッフルは、交互に位置をずらして配置された複数のバッフルであり、前記複数のバッフルにより、前記液体流路はジグザグ流路を構成することを特徴とする請求項１３または１４に記載の研磨装置。
【請求項１６】
前記液体流入口は、前記研磨パッドの外周側部位の上方に配置されており、前記液体流出口は、前記研磨パッドの中心側部位の上方に配置されていることを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項１】
基板を研磨パッドに摺接させて該基板を研磨する研磨装置において、
前記研磨パッドを支持する研磨テーブルと、
前記研磨テーブル上の前記研磨パッドに前記基板を押し付けるトップリングと、
前記研磨パッドの表面温度を調整するパッド温度調整機構とを備え、
前記パッド温度調整機構は、前記研磨パッドの表面に接触するパッド接触部材と、温度調整された液体を前記パッド接触部材に供給する液体供給システムとを有し、
前記パッド接触部材は、その内部に空間を有し、該空間は仕切りによって第１の液体流路と第２の液体流路とに分けられ、
前記第１の液体流路と前記第２の液体流路は、直列に接続されており、
前記第１の液体流路は、前記液体供給システムに接続された液体流入口に連通し、
前記第２の液体流路は、前記液体供給システムに接続された液体流出口に連通し、
前記第１の液体流路と前記第２の液体流路には、前記研磨テーブルの半径方向に対して略垂直に延びる少なくとも１つのバッフルがそれぞれ配置されていることを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つのバッフルは、互いに平行に配置された複数のバッフルであることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つのバッフルは、前記仕切りに対して略垂直に延びることを特徴とする請求項１または２に記載の研磨装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つのバッフルは、交互に位置をずらして配置された複数のバッフルであり、前記複数のバッフルにより、前記第１の液体流路および前記第２の液体流路はジグザグ流路を構成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項５】
研磨パッド中心側に位置する前記ジグザグ流路の幅は、研磨パッド外周側に位置する前記ジグザグ流路の幅よりも広いことを特徴とする請求項４に記載の研磨装置。
【請求項６】
前記液体流入口および前記液体流出口は、前記研磨パッドの外周側部位の上方に位置することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項７】
前記パッド接触部材は、前記研磨パッドに接触する板部材と、前記仕切りを有する流路形成部材とを有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項８】
前記第１の液体流路および前記第２の液体流路を形成する前記流路形成部材の内面は、断熱材で覆われていることを特徴とする請求項７に記載の研磨装置。
【請求項９】
前記パッド接触部材は、前記研磨パッドに接触する接触面および前記仕切りを有する流路形成部材と、前記流路部材を覆うカバーとを備えたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項１０】
前記仕切りは、前記研磨テーブルの半径方向に延びていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項１１】
前記パッド温度調整機構は、前記パッド接触部材を昇降させる昇降機構と、前記パッド接触部材を前記研磨パッドの上方にある所定の上昇位置と前記研磨テーブルの半径方向外側にある所定の退避位置との間で移動させる移動機構とをさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項１２】
前記パッド温度調整機構は、前記パッド接触部材を洗浄する洗浄機構をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項１３】
基板を研磨パッドに摺接させて該基板を研磨する研磨装置において、
前記研磨パッドを支持する研磨テーブルと、
前記研磨テーブル上の前記研磨パッドに前記基板を押し付けるトップリングと、
前記研磨パッドの表面温度を調整するパッド温度調整機構とを備え、
前記パッド温度調整機構は、前記研磨パッドの表面に接触するパッド接触部材と、温度調整された液体を前記パッド接触部材に供給する液体供給システムとを有し、
前記パッド接触部材は、その内部に液体流路を有しており、
前記液体流路は、前記液体供給システムに接続された液体流入口および液体流出口に連通しており、
前記液体流路には、前記研磨テーブルの半径方向に対して略垂直に延びる少なくとも１つのバッフルが配置されていることを特徴とする研磨装置。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのバッフルは、互いに平行に配置された複数のバッフルであることを特徴とする請求項１３に記載の研磨装置。
【請求項１５】
前記少なくとも１つのバッフルは、交互に位置をずらして配置された複数のバッフルであり、前記複数のバッフルにより、前記液体流路はジグザグ流路を構成することを特徴とする請求項１３または１４に記載の研磨装置。
【請求項１６】
前記液体流入口は、前記研磨パッドの外周側部位の上方に配置されており、前記液体流出口は、前記研磨パッドの中心側部位の上方に配置されていることを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか一項に記載の研磨装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−１７６４４９（Ｐ２０１２−１７６４４９Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３９５８６（Ｐ２０１１−３９５８６）
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
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