(57)【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、少なくとも１つの板状のバッフルを配置し、
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し、
前記複数のバッフルは、各々、その内部に空間を有することにより、前記液体流入口から前記液体流出口にかけて前記液体流路と前記空間とが交互に配置され、
前記空間は、密閉空間であることを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記密閉空間は、真空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】
前記密閉空間は、気体が封入されていることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項４】
前記液体流路は、二以上の液体流路からなり、前記二以上の液体流路を流れる液体は各流路毎に異なる温度に調整され、前記少なくとも１つのバッフルは、前記二以上の液体流路を分離するように配置されてい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】
前記パッド接触部材は、その外面からの放射による放熱を防ぐ部材を備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項６】
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５のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項７】
基板を研磨パッドに摺接させて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と熱交換可能な熱交換部材と、温度調整された液体を前記熱交換部材に供給する液体供給システムとを有し、
前記熱交換部材は、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、少なくとも１つの板状のバッフルを配置し、
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し、
前記複数のバッフルは、各々、その内部に空間を有することにより、前記液体流入口から前記液体流出口にかけて前記液体流路と前記空間とが交互に配置され、
前記空間は、密閉空間であることを特徴とする研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエ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係り、特に研磨パッドの表面温度を調整しながら基板を研磨する研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの高集積化・高密度化に伴い、回路の配線がますます微細化し、多層配線の層数も増加している。回路の微細化を図りながら多層配線を実現しようとすると、下側の層の表面凹凸を踏襲しながら段差がより大きくなるので、配線層数が増加するに従って、薄膜形成における段差形状に対する膜被覆性（ステップカバレッジ）が悪くなる。したがって、多層配線にするためには、このステップカバレッジを改善し、然るべき過程で平坦化処理しなければならない。また光リソグラフィの微細化とともに焦点深度が浅くなるため、半導体デバイスの表面の凹凸段差が焦点深度以下に収まるように半導体デバイス表面を平坦化処理する必要がある。
【０００３】
従って、半導体デバイスの製造工程においては、半導体デバイス表面の平坦化技術がますます重要になっている。この平坦化技術のうち、最も重要な技術は、化学的機械研磨（ＣＭＰ（Chemical  Mechanical  Polishing））である。この化学的機械的研磨は、研磨装置を用いて、シリカ（ＳｉＯ２）やセリア（ＣｅＯ２）等の砥粒を含んだ研磨液（スラリー）を研磨パッドに供給しつつ半導体ウエハなどの基板を研磨パッドに摺接させて研磨を行うものである。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
そのため、本件出願人は、先に、特開２０１２−１７６４４９号公報（特許文献１）において、研磨パッドの表面に接触するパッド接触部材に温度調整された液体を供給して研磨パッドの表面温度を調整するパッド温度調整機構を備えた研磨装置を提案した。
特許文献１において提案されたパッド接触部材は、内部に液体流路を有した板状体からなり、板状体の内部の液体流路には複数のバッフルが配置されており、複数のバッフルによりジグザグ流路を形成している。パッド接触部材は、液体流路内を流れる温度調整された液体から研磨パッドの表面にできるだけ無駄なく熱を伝えるために、熱伝導率の高い材料、例えば、ＳｉＣ（炭化ケイ素）で形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−１７６４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明者らは、特許文献１に記載されるような液体流路にバッフルを備えたパッド接触部材を用いて研磨パッドの表面温度を調整する工程を繰り返し行う過程で以下のような知見を得たものである。
図１７は、液体流路にバッフルを備えたパッド接触部材１１を用いて研磨パッド３の表面温度を調整しているときの熱の流れの状態を示す模式図である。パッド接触部材１１と研磨パッド３との間には液膜（スラリーなど）が介在している。図１７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。パッド接触部材１１の内部には液体流路２１が形成されており、液体流路２１内にはバッフル２５が配置されている。液体流路２１を流れる液体が保有している熱は、太い矢印で示すように液体流路２１の周囲の４方向に流れ、液体流路２１から下方に流れた熱は、太い矢印Ｈで示すように板部材１５の下面から研磨パッド３に伝達されて研磨パッド３の温度調整に寄与する。一方、液体流路２１から左右に流れた熱は、流路形成部材１６の側壁およびバッフル２５に流れ、液体流路２１から上方に流れた熱は、流路形成部材１６の上部壁に流れる。そして、流路形成部材１６の側壁、上部壁およびバッフル２５に流れた熱は、それぞれ側壁、上部壁およびバッフル２５内を流れ、一部の熱は細い矢印ｈで示すように板部材１５の下面から研磨パッド３に伝達され、また一部の熱はバッフル２５を通して隣の流路内の液体に移動し、さらに一部の熱は太い矢印Ｈで示すように流路形成部材１６の外壁面から大気に放出される。
【０００９】
図１７に示す熱の流れから分かるように、液体流路２１からバッフル２５に流れた熱は、その一部は研磨パッド３の温度調整に利用されるが、残部はバッフル２５を介して隣の流路内の液体に移動してしまうか、パッド接触部材１１の外壁面から大気に放出されてしまい、研磨パッド３の温度調整に利用されることはない。
また、パッド接触部材１１には、内部に高温液体が流れる高温液体流路と低温液体が流れる低温液体流路の二流路をバッフル（又は仕切り）によって完全に分離しているパッド接触部材もあるが、このパッド接触部材の場合には高温液体流路を流れる高温液体の熱がバッフルを介して低温液体流路を流れる低温液体に流れてしまい、高温液体の熱が低温液体に奪われてしまうという問題点がある。
【００１０】
図１８は、内部に高温液体が流れる高温液体流路と低温液体が流れる低温液体流路の二流路をバッフル（又は仕切り）によって完全に分離したパッド接触部材１１を用いて研磨パッド３の表面温度を調整しているときの熱の流れの状態を示す模式図である。パッド接触部材１１と研磨パッド３との間には液膜（スラリーなど）が介在している。図１８に示すように、パッド接触部材１１の内部には、高温液体が流れる高温液体流路２１Ａと低温液体が流れる低温液体流路２１Ｂの二流路が配置されている。高温液体流路２１Ａと低温液体流路２１Ｂとは、バッフル（又は仕切り）２５により完全に分離されている。また、高温液体流路２１Ａと低温液体流路２１Ｂには、それぞれバッフル（図示せず）が配置され、ジグザグ流路になっている。図１８に示すように、高温液体流路２１Ａを流れる高温液体が保有している熱が、矢印で示すように低温液体流路２１Ｂを流れる低温液体に流れてしまう。すなわち、高温液体流路２１Ａを流れる高温液体の熱が低温液体流路２１Ｂを流れる低温液体に奪われてしまい、熱を無駄にするという問題点がある。
【００１１】
本発明者らは、図１７に示すパッド接触部材１１においては、液体流路２１からバッフル２５に流れる熱のうち、相当な量の熱が研磨パッド３の温度調整には利用されずに、隣の流路内の液体に移動してしまうか、大気に放出されてしまい、熱を無駄にすることを見出したものである。また、本発明者らは、図１８に示すように内部に２本以上の流路があるパッド接触部材１１の場合には、高温液体流路２１Ａを流れる高温液体の熱がバッフル２５を介して低温液体流路２１Ｂを流れる低温液体に流れてしまい、高温液体の熱が低温液体に奪われてしまい、熱を無駄にすることを見出したものである。
【００１２】
本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、内部の液体流路にバッフル（又は仕切り）を設けたパッド接触部材により研磨パッドの表面温度を調整する研磨装置において、パッド接触部材の液体流路を流れる液体が保有する熱を無駄にすることなく研磨パッドに効率的に伝達して研磨パッドの表面温度を調整することにより、研磨レートを向上させることができる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】
【００１３】
上述の目的を達成するため、本発明の研磨装置の一態様は、基板を研磨パッドに摺接させて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、少なくとも１つの板状のバッフルを配置し、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し、前記複数のバッフルは、各々、その内部に空間を有することにより、前記液体流入口から前記液体流出口にかけて前記液体流路と前記空間とが交互に配置され、前記空間は、密閉空間であることを特徴とする。
本発明によれば、液体流路内に少なくとも１つの板状のバッフルを配置したパッド接触部材において、バッフルを挟んで隣接する流路間の熱の移動が防止され、無駄な熱の移動を防ぐことができる。
【００１４】
本発明の実施形態によれば、基板を研磨パッドに摺接させて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、少なくとも１つの板状のバッフルを配置し、前記バッフルは、その内部に空間を有し、前記空間は、前記パッド接触部材の周囲雰囲気に連通している。
上記実施形態によれば、研磨装置のハウジング内は空気で満たされているため、バッフル内の空間は空気で満たされている。バッフルの空間内の空気は断熱層となり、バッフルを挟んで隣接する流路間の熱の移動が防止され、無駄な熱の移動を防ぐことができる。
【００１５】
本発明の好ましい態様によれば、前記密閉空間は、真空であることを特徴とする。
本発明によれば、バッフルの密閉空間内の真空は断熱層となり、バッフルを挟んで隣接する流路間の熱の移動が防止され、無駄な熱の移動を防ぐことができる。
【００１６】
本発明の好ましい態様によれば、前記密閉空間は、気体が封入されていることを特徴とする。
本発明によれば、バッフルの密閉空間内の気体は断熱層となり、バッフルを挟んで隣接する流路間の熱の移動が防止され、無駄な熱の移動を防ぐことができる。バッフルの密閉空間内の気体の一例として空気があげられる。
【００１７】
本発明の実施形態によれば、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。
【００１８】
本発明の好ましい態様によれば、前記液体流路は、二以上の液体流路からなり、前記二以上の液体流路を流れる液体は各流路毎に異なる温度に調整され、前記少なくとも１つのバッフルは、前記二以上の液体流路を分離するように配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、高温液体流路と低温液体流路とを含む二以上の流路を備え、高温液体流路と低温液体流路とをバッフル（又は仕切り）で完全に分離したパッド接触部材において、高温液体から低温液体への熱の移動が防止され、無駄な熱の移動を防ぐことができる。
【００１９】
本発明の好ましい態様によれば、前記パッド接触部材は、その外面からの放射による放熱を防ぐ部材を備えていることを特徴とする。
本発明において、放射による放熱を防ぐ部材は、放射率が低いアルミニウムなどの金属箔が好ましい。
【００２０】
本発明の好ましい態様によれば、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。
本発明の研磨装置の他の態様は、基板を研磨パッドに摺接させて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と熱交換可能な熱交換部材と、温度調整された液体を前記熱交換部材に供給する液体供給システムとを有し、前記熱交換部材は、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、少なくとも１つの板状のバッフルを配置し、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し、前記複数のバッフルは、各々、その内部に空間を有することにより、前記液体流入口から前記液体流出口にかけて前記液体流路と前記空間とが交互に配置され、前記空間は、密閉空間であることを特徴とする。
本発明の実施形態によれば、基板を研磨パッドに摺接させて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と熱交換可能な熱交換部材と、温度調整された液体を前記熱交換部材に供給する液体供給システムとを有し、前記熱交換部材は、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、少なくとも１つの板状のバッフルを配置し、前記バッフルは、その内部に空間を有し、前記空間は、前記熱交換部材の周囲雰囲気に連通している。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、以下に列挙する効果を奏する。
１）液体流路内に少なくとも１つの板状のバッフルを配置したパッド接触部材において、バッフルを挟んで隣接する流路間の熱の移動が防止され、無駄な熱の移動を防ぐことができる。したがって、パッド接触部材の液体流路を流れる液体が保有する熱を無駄にすることなく研磨パッドに伝達して研磨パッドの表面温度を調整することができる。
２）高温液体流路と低温液体流路とを含む二以上の流路を備え、高温液体流路と低温液体流路とをバッフル（又は仕切り）で完全に分離したパッド接触部材において、高温液体から低温液体への熱の移動が防止され、無駄な熱の移動を防ぐことができる。したがって、パッド接触部材の液体流路を流れる液体が保有する熱を無駄にすることなく研磨パッドに伝達して研磨パッドの表面温度を調整することができる。
３）パッド接触部材の液体流路を流れる液体が保有する熱を研磨パッドに効率的に伝達することができ、研磨パッドの表面温度を研磨に最適な温度に調整することができる。したがって、研磨レートを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】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２】図２は、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】図３は、図１および図２に示すパッド接触部材の一実施形態を示す斜視図である。
【図４】図４は、図３に示す流路形成部材を下から見た図である。
【図５】図５は、図３のＶ-Ｖ線断面図である。
【図６】図６は、バッフルの詳細を示す図であり、図４のVI−VI線断面図である。
【図７】図７は、パッド接触部材の他の実施形態を示す図であり、流路形成部材を下から見た図である。
【図８】図８は、図７のVIII−VIII線断面図である。
【図９】図９（ａ），（ｂ）は、比較例のパッド接触部材と本発明のパッド接触部材とを対比して示す図であり、図９（ａ）は比較例のパッド接触部材を示す模式図、図９（ｂ）は図３乃至図６に示す本発明のパッド接触部材を示す模式図である。
【図１０】図１０は、図７および図８に示す本発明のパッド接触部材を示す模式図である。
【図１１】図１１は、図９（ｂ）に示す本発明のパッド接触部材に放射率の低い材料を貼り付けて放射による放熱を防ぐように構成した実施形態を示す模式図である。
【図１２】図１２は、図１０に示す本発明のパッド接触部材に放射率の低い材料を貼り付けて放射による放熱を防ぐように構成した実施形態を示す模式図である。
【図１３】図１３は、所定の厚さを有した平板を熱が移動する場合を示す模式図である。
【図１４】図１４は、所定の厚さを有した平板を介して高温液体が低温液体と熱交換している場合を示す模式図である。
【図１５】図１５は、平板と平板の間に薄い気体の層を設けた場合の断熱効果を示す模式図である。
【図１６】図１６（ａ），（ｂ）は、本発明のパッド接触部材の他の実施形態を示す模式図である。
【図１７】図１７は、液体流路にバッフルを備えたパッド接触部材を用いて研磨パッドの表面温度を調整しているときの熱の流れの状態を示す模式図である。
【図１８】図１８は、内部に高温液体が流れる高温液体流路と低温液体が流れる低温液体流路の二流路をバッフル（又は仕切り）によって完全に分離したパッド接触部材を用いて研磨パッドの表面温度を調整しているときの熱の流れの状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る研磨装置の実施形態を図１乃至図１６を参照して説明する。図１乃至図１６において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
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、半導体ウエ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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、液体はヒーターにより所定の温度に加熱される。すなわち、液体供給タンク３１は温調機として機能する。
【００２８】
液体供給システム３０は、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。
【００２９】
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、流量制御バルブ３８を制御する。流量制御バルブ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。
【００３０】
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。
【００３１】
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のヒーターにより、例えば約８０℃に加熱されて温水とされる。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のヒーターにより１００℃以上（例えば、約１２０℃）に加熱される。
【００３２】
図３は、図１および図２に示すパッド接触部材１１の一実施形態を示す斜視図である。図３に示すように、三角形の平面形状を有したパッド接触部材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。
【００３３】
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のＶ−Ｖ線断面図である。図４および図５に示すように、流路形成部材１６は、三角形の平面形状を有した平板１６ａと、三角形状の平板１６ａの外縁から垂直方向に延びる三つの側壁１６ｂとを備え、全体として容器状をなしている。流路形成部材１６の内部には、液体流路２１が形成されている。液体流路２１の始端部は、液体流入口２３に連通しており、液体流路２１の末端部は、液体流出口２４に連通している。
【００３４】
液体供給システム３０の液体供給タンク３１からの液体は、液体流入口２３を介して液体流路２１に供給される。液体は、液体流路２１を流れ、液体と研磨パッド３との間で熱交換が行われる。液体は、液体流路２１を流れた後に液体流出口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。
【００３５】
液体流路２１内には、複数の（図４に示す例では５個の）バッフル（リブ）２５が配置されている。これらバッフル２５は、三角形の平面形状の底辺から斜辺側に延びるバッフルと、斜辺から底辺側に延びるバッフルとからなり、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、これにより液体流路２１はジグザグ流路を構成している。バッフル２５は研磨テーブル２の半径方向に延びており、液体流路２１内の液体は、研磨テーブル２の中心方向と、研磨テーブル２の外周方向に交互に進行する。
【００３６】
図６は、バッフル２５の詳細を示す図であり、図４のVI―VI線断面図である。図６に示すように、バッフル２５は、平板１６ａから垂直方向に延びる二枚のプレート２５ａ，２５ａからなり、二枚のプレート２５ａ，２５ａは互いに平行に配置されている。図４に示すように、各バッフル２５における２枚のプレート２５ａ，２５ａの一端部は、側壁１６ｂに接続されており、この接続部では２枚のプレート２５ａ，２５ａ間に開口（又は隙間）２５ｃが形成されている。また、２枚のプレート２５ａ，２５ａの他端部は、互いに接続されて閉塞部２５ｅを形成している。したがって、各バッフル２５における二枚のプレート２５ａ，２５ａ間には、パッド接触部材１１の周囲雰囲気に連通している空間Ｓが形成されている。
【００３７】
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３および図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。
【００３８】
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の側壁１６ｂ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。
【００３９】
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。
【００４０】
板部材１５は、流路形成部材１６の側壁１６ｂのみならず、複数のバッフル２５にも接合されている。すなわち、板部材１５と、流路形成部材１６における各側壁１６ｂの下端および各バッフル１５の下端とが接着剤により接合されている。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。
【００４１】
流路形成部材１６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。液体流路２１は複数のバッフル１５により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、液体流路２１を蛇行しながら、研磨パッド３の半径方向に進行する。
【００４２】
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。
【００４３】
図７および図８は、パッド接触部材の他の実施形態を示す図である。図７は流路形成部材１６を下から見た図であり、図４に対応する図である。図８は図７のVIII-VIII線断面図であり、図６に対応した図である。
図７に示すように、流路形成部材１６は、三角形の平面形状を有した平板１６ａと、三角形状の平板１６ａの外縁から垂直方向に延びる三つの側壁１６ｂとを備え、全体として容器状をなしている。図７に示す例においては、側壁１６ｂには開口（又は隙間）は形成されていない。流路形成部材１６の内部には、液体流路２１が形成されており、液体流路２１の始端部は、液体流入口２３に連通しており、液体流路２１の末端部は、液体流出口２４に連通している。
【００４４】
図８に示すように、バッフル２５は、平板１６ａから垂直方向に延びる二枚のプレート２５ａ，２５ａからなり、二枚のプレート２５ａ，２５ａは互いに平行に配置されている。図７に示すように、各バッフル２５における２枚のプレート２５ａ，２５ａの一端部は、側壁１６ｂに接続されている。また、２枚のプレート２５ａ，２５ａの他端部は、互いに接続されて閉塞部２５ｅを形成している。したがって、各バッフル２５における二枚のプレート２５ａ，２５ａ、閉塞部２５ｅおよび側壁１６ｂの一部によって、バッフル２５内には空間Ｓが形成されている。
【００４５】
図７および図８に示す流路形成部材１６の下端開口部を閉塞する板部材は、図３および図５に示す板部材１５と同様の構成である。したがって、図７および図８に示す流路形成部材１６の下端開口部を板部材１５で閉塞することにより形成されたパッド接触部材１１は、各バッフル２５内に密閉された空間Ｓを有することになる。その他の構成は、図３乃至図６に示すパッド接触部材１１と同様である。
【００４６】
図９（ａ），（ｂ）は、比較例のパッド接触部材と本発明のパッド接触部材とを対比して示す図であり、図９（ａ）は比較例のパッド接触部材を示す模式図、図９（ｂ）は図３乃至図６に示す本発明のパッド接触部材を示す模式図である。
図９（ａ）に示す比較例のパッド接触部材１１は、流路形成部材１６をＳＵＳや樹脂など比較的熱伝導率の悪い材料で製作し、板部材１５をＳｉＣなど比較的熱伝導率の良い材料で製作し、板部材１５と流路形成部材１６とを接合して構成している。液体流路２１内には複数のバッフル２５が配置されている。図９（ａ）に示すパッド接触部材１１では、板部材１５と流路形成部材１６の線膨張係数の違いにより、パッド接触部材１１に反りが発生し、研磨パッドから浮き上がる部分が発生し、伝熱効率が悪くなるという問題点がある。また、バッフル２５を通しての研磨パッド側への伝熱が接合部の熱抵抗により妨げられるなどの問題点がある。
【００４７】
図９（ｂ）に示す本発明のパッド接触部材１１は、液体流路２１内に設置されたバッフル２５により相隣接する流路間を端部を除いて仕切ることにより、ジグザグ流路を形成している。バッフル２５を構成する２枚のプレート２５ａ，２５ａ間には、空間Ｓが形成されている。空間Ｓはパッド接触部材１１の周囲雰囲気に連通している。図１に示す研磨装置のハウジング内は空気で満たされているため、空間Ｓは空気で満たされている。バッフル２５の空間Ｓ内の空気は断熱層となり、バッフル２５を挟んで隣接する流路間の熱の移動が防止され、無駄な熱の移動を防ぐことができる。また、板部材１５と流路形成部材１６は実質的に同一の線膨張係数であるため、パッド接触部材１１に反りが発生することはない。したがって、比較例のパッド接触部材１１のような伝熱効率の悪化や接合部の熱抵抗等の問題点はない。
【００４８】
図１０は、図７および図８に示す本発明のパッド接触部材１１を示す模式図である。図１０に示す本発明のパッド接触部材１１は、液体流路２１内に設置されたバッフル２５により相隣接する流路間を端部を除いて仕切ることにより、ジグザグ流路を形成している。バッフル２５を構成する２枚のプレート２５ａ，２５ａ間には、密閉空間Ｓが形成されている。密閉空間Ｓは真空になっている。密閉空間Ｓ内の真空は断熱層となり、バッフル２５を挟んで隣接する流路間の熱の移動が防止され、無駄な熱の移動を防ぐことができる。密閉空間Ｓの上下面は極力薄くして部材内の熱伝導を抑えることが好ましい。なお、密閉空間Ｓに気体を封入することにより断熱層を形成してもよい。
【００４９】
図１１は、図９（ｂ）に示す本発明のパッド接触部材１１に放射率の低い材料を貼り付けて放射による放熱を防ぐように構成した実施形態を示す模式図である。図１１に示すように、本実施形態においては、流路形成部材１６の外面の全面にアルミニウムなどの金属箔１７を貼り付けることにより、流路形成部材１６の外面からの放射による放熱を防ぐようにしている。アルミニウムなどの金属は、放射率が０．１〜０．０４程度と低く、放射による放熱を防ぐ材料として好適である。ただし、金属による伝熱を抑えるために、金属箔（厚さ数μｍ）にして流路形成部材１６の外面からの放射による放熱を防ぐようにしている。
【００５０】
図１２は、図１０に示す本発明のパッド接触部材１１に放射率の低い材料を貼り付けて放射による放熱を防ぐように構成した実施形態を示す模式図である。図１２に示すように、本実施形態においては、流路形成部材１６の外面の全面にアルミニウムなどの金属箔１７を貼り付けることにより、流路形成部材１６の外面からの放射による放熱を防ぐようにしている。
【００５１】
次に、本発明のパッド接触部材１１の構成を伝熱理論に基づいて説明する。
図１３は、所定の厚さを有した平板を熱が移動する場合を示す模式図である。
伝熱面積Ａ、厚さｂ、熱伝導率λの平板で、左面が高温Ｔｈ、右面が低温Ｔｃに保たれている場合、平板を高温面から低温面へ定常的に移動する熱量Ｑは、（１）式で与えられる。
【数１】
0006580939.tif 000002
図１３に示す平板を本発明のパッド接触部材１１におけるバッフル２５と仮定すれば、（１）式から、バッフル２５の厚さｂを厚くすれば、高温面から低温面へ移動する熱量Ｑを小さくすることができることが分かる。
【００５２】
しかしながら、パッド接触部材１１のサイズ（大きさ）は、変更することなく同一と仮定すれば、バッフル２５の厚さｂを厚くすることは、液体流路２１の断面積が減少することを意味し、液体流路２１内の液体から研磨パッド３に伝わる熱量が減少することになる。したがって、バッフル２５を介して移動する熱量Ｑを小さくするために、バッフル２５の厚さｂを厚くする対策は、（１）式から好ましくないことが分かる。
【００５３】
図１４は、所定の厚さを有した平板を介して高温液体が低温液体と熱交換している場合を示す模式図である。
伝熱面積Ａ、厚さｘｂ、熱伝導率λの平板を介して、温度Ｔ１の高温液体が温度Ｔ４の低温液体と熱交換している場合、高温液体から低温液体へ定常的に移動する熱量Ｑは、（２）式で与えられる。ここで、Ｔ１：高温液体の温度、Ｔ２：平板の表面温度（高温液体側）、Ｔ３：平板の表面温度（低温液体側）、Ｔ４：低温液体の温度であり、Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３＞Ｔ４とする。また、ｈａ：高温液体と平板間の熱伝達率、λｂ：平板の熱伝導率、ｈｃ：低温液体と平板間の熱伝達率である。
【数２】
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【００５４】
図１４に示す平板を本発明のパッド接触部材１１におけるバッフル２５と仮定すれば、（２）式から、高温液体と接触するバッフル２５の面積Ａを小さくすれば、高温液体から低温液体に移動する熱量Ｑを小さくすることができることが分かる。
【００５５】
しかしながら、パッド接触部材１１のサイズ（大きさ）は、変更することなく同一と仮定すれば、高温液体と接触するバッフル２５の面積Ａを小さくすることは、液体流路２１を囲っている面積が減少することになり、バッフル２５から研磨パッド３に伝わる熱量が減少することになる。したがって、高温液体から低温液体にバッフル２５を介して移動する熱量Ｑを小さくするために、バッフル２５の面積Ａを小さくする対策は、（２）式から好ましくないことが分かる。
【００５６】
以上のように、（１）式および（２）式から、バッフル２５の厚さｂを厚くすることなく、かつ液体と接触するバッフル２５の面積Ａを小さくすることなく、高温液体側から低温液体側にバッフル２５を移動する熱量Ｑを小さくするために、本発明のパッド接触部材１１においては、バッフル２５に断熱層を形成する空間Ｓを形成したものである。空間Ｓは、気体が満たされているか、又は真空になっており、熱伝導を抑える断熱層になっている。空間Ｓに満たされる気体の一例として空気があげられる。
【００５７】
図１５は、平板と平板の間に薄い気体の層を設けた場合の断熱効果を示す模式図である。以下、気体の層として空気層をあげ説明する。
平板と平板の間に薄い空気層を設ける場合、厚みの薄い空気層のため空気自体の対流や流れがほぼ無いものとすると、図１４において空気層の部分の温度は一定であると考えられる。すなわち、空気層の熱伝達を無視することができるため空気層を平板の一部とみなすことができる。空気の熱伝導率は、一般的に０．０２Ｗ／ｍｋ程度であり、ステンレス（約２０Ｗ／ｍｋ）やＳｉＣ（約２００Ｗ／ｍｋ）に比べてとても小さい。すなわち、空気は熱を伝えにくいといえる。
このような薄い空気層をバッフル内部の空間に設けることにより、高温液体から低温液体に移動する熱量Ｑを小さくすることができる、すなわち断熱効果を得ることができる。
バッフル内部の密閉空間を真空にする場合には、放射による伝熱はあるが壁面の温度差が小さければ無視できるため、さらに断熱効果が期待できる。
【００５８】
以下、流体の熱伝達率について述べる。流体の熱伝達率は、一般的に以下の（３）式で求められる。
ｈ＝ｋ×Ｎｕ／Ｌ    ・・・  （３）
ここで、ｈ：流体の熱伝達率、ｋ：流体の熱伝導率、Ｎｕ：ヌセルト数、Ｌ：代表長さである。
上記の（３）式から明らかなように、流体の熱伝達率ｈはヌセルト数Ｎｕに比例し、ヌセルト数Ｎｕは、一般的に以下の（４）式で表されるように、レイノルズ数の関数である。
Ｎｕ＝ｆ（Ｒｅ、Ｐｒ、・・・）    ・・・（４）
ここで、Ｎｕ：ヌセルト数、Ｐｒ：プラントル数、Ｒｅ：レイノルズ数である。
また、レイノルズ数Ｒｅは、以下の（５）式で表されるように流体の流速に比例する。
Ｒｅ＝ｖ×Ｌ／ν    ・・・（５）
ここで、Ｒｅ：レイノルズ数、Ｌ：代表長さ、ｖ：流体の相対速度、ν：流体の動粘性係数である。
すなわち、流体の熱伝達率ｈは、その流体の流速の関数であると言える。
したがって、流体が止まっていれば、熱伝達率はほぼゼロとなる。特に密閉空間内の流体についてみると、流体の流れは重力による自然対流による流れのみであり、その速度は小さいため熱伝達率はほぼゼロと考えることができる。
このような流体の熱伝達率の特性を利用してバッフル内部の空間に気体層（空気層）を設けることにより、バッフルの断熱効果を得ることができる。
【００５９】
図１６（ａ），（ｂ）は、本発明のパッド接触部材１１の他の実施形態を示す模式図である。なお、図１６（ａ），（ｂ）は、パッド接触部材１１を上から見た図であるが、液体流路内のバッフルを実線で図示するとともに液体流路内の液体の流れを矢印で図示している。
図１６（ａ）に示すパッド接触部材１１においては、流路形成部材１６の内部の液体流路２１に、三角形の底辺の中央から頂点に向かって延びる中央のバッフル２５Ａが配置されており、さらに三角形の斜辺と中央のバッフル２５Ａとの間で互いに平行でかつ交互にずらして複数のバッフル２５Ｂが配置されている。複数のバッフル２５Ｂは、中央のバッフル２５Ａを挟んで左右に対称的に配列されており、中央のバッフル２５Ａの端部側で互いに連通した２本のジグザグ流路を形成している。図１６（ａ）に示すパッド接触部材１１においては、矢印で示すように、液体流入口２３から流入した液体が２本のジグザグ流路を通って液体流出口２４から流出するようになっている。図１６（ａ）に示すバッフル２５Ａ，２５Ｂの内部には、図３乃至図９に示した空間Ｓと同様の空間（図示せず）が形成されている。
【００６０】
図１６（ｂ）に示すパッド接触部材１１においては、円板形状の流路形成部材１６の内部には、高温液体が流れる高温液体流路２１Ａと低温液体が流れる低温液体流路２１Ｂの二流路が配置されている。高温液体流路２１Ａと低温液体流路２１Ｂとは、中央のバッフル（又は仕切り）２５Ｃにより完全に分離されている。また、高温液体流路２１Ａと低温液体流路２１Ｂには、それぞれ複数のバッフル２５Ｄが互いに平行でかつ交互にずらして配置され、２本のジグザグ流路を形成している。図１６（ｂ）に示すパッド接触部材１１においては、矢印で示すように、液体流入口２３Ａから流入した高温液体がジグザグ流路を通って液体流出口２４Ａから流出し、液体流入口２３Ｂから流入した低温液体がジグザグ流路を通って液体流出口２４Ｂから流出するようになっている。図１６（ｂ）に示すバッフル２５Ｃ，２５Ｄの内部には、図３乃至図９に示した空間Ｓと同様の空間（図示せず）が形成されている。
【００６１】
図１６（ｂ）に示すパッド接触部材１１によれば、高温液体流路２１Ａと低温液体流路２１Ｂとを分離するバッフル（又は仕切り）２５Ｃに断熱層を形成する空間を設けることにより、バッフル２５Ｃを挟んで隣接する流路間の熱の移動が防止され、無駄な熱の移動を防ぐことができる。
図１６（ｂ）に示すパッド接触部材１１を用いて研磨パッド３の表面温度を調整する場合、パッド接触部材１１のバッフル（又は仕切り）２５Ｃを研磨パッド３の半径方向に位置させるようにパッド接触部材１１を研磨パッド３上に配置する第１の方法と、パッド接触部材１１のバッフル（又は仕切り）２５Ｃを研磨パッド３の半径方向と直交する方向に位置させるようにパッド接触部材１１を研磨パッド３上に配置する第２の方法が考えられる。第１の方法では、パッド接触部材１１が接触する研磨パッド３上の領域は、高温液体流路２１Ａに供給される高温液体と低温液体流路２１Ｂに供給される低温液体の中間の温度に制御される。また、第２の方法では、パッド接触部材１１が接触する研磨パッド３上の領域は、研磨パッド３の半径方向において、高温液体により温度調整された高温領域と低温液体により温度調整された低温領域に分かれる。
【００６２】
これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。
【符号の説明】
【００６３】
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
１４  アーム
１５  板部材
１６  流路形成部材
２１  液体流路
２３  液体流入口
２４  液体流出口
２５  バッフル
２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄ  バッフル
３０  液体供給システム
３１  液体供給タンク
３２  供給ライン
３３  戻りライン
３５  レギュレータ
３６  圧力計
３７  流量計
３９  放射温度計
４０  温度コントローラ
４２  連通ライン
４３  ハンドバルブ
【図１】
0006580939.tif 000004
【図２】
0006580939.tif 000005
【図３】
0006580939.tif 000006
【図４】
0006580939.tif 000007
【図５】
0006580939.tif 000008
【図６】
0006580939.tif 000009
【図７】
0006580939.tif 000010
【図８】
0006580939.tif 000011
【図９】
0006580939.tif 000012
【図１０】
0006580939.tif 000013
【図１１】
0006580939.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
0006580939.tif 000016
【図１４】
0006580939.tif 000017
【図１５】
0006580939.tif 000018
【図１６】
0006580939.tif 000019
【図１７】
0006580939.tif 000020
【図１８】
0006580939.tif 000021