(57)【要約】【課題】被研磨基板の研磨に際して発熱量が少なく、且つ基板保持機構の基板保持部を効果的に冷却できると共に、その外周部に研磨液や研磨屑が付着・乾燥するのを効果的に防止できる機能を具備する基板保持機構、基板研磨装置及び基板研磨方法を提供すること。【解決手段】取り付けフランジ２、支持部材６、リテーナリング３を具備し、該リテーナリング３に囲まれた支持部材６の下面に被研磨基板Ｗを保持し、該被研磨基板Ｗを研磨面に押圧する基板保持機構（トップリング１）において、取り付けフランジ２に少なくともリテーナリング３に接する流路２６を設け、該流路２６に温度コントロールされた気体を流して、取り付けフランジ２、支持部材６及びリテーナリング３を冷却する。また、リテーナリング３には流路２６に連通し且つ該流路２６に流れる気体を研磨テーブルの研磨面に吹き付ける複数の貫通穴３ａを設けた。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
取り付けフランジ、該取り付けフランジに取り付けられた支持部材と、該支持部材の外周に配置され前記取り付けフランジに取り付けられたリテーナリングを具備し、該リテーナリングに囲まれた前記支持部材の下面に被研磨基板を保持し、該被研磨基板を研磨面に押圧する基板保持機構において、
前記リテーナリングにポリイミド系化合物からなるリテーナリングを用いることを特徴とする基板保持機構。
【請求項２】
取り付けフランジ、該取り付けフランジに取り付けられた支持部材と、該支持部材の外周に配置され前記取り付けフランジに取り付けられたリテーナリングを具備し、該リテーナリングに囲まれた前記支持部材の下面に被研磨基板を保持し、該被研磨基板を研磨面に押圧する基板保持機構において、
前記取り付けフランジに少なくとも前記リテーナリングに接する流路を設け、該流路に温度コントロールされた気体を流して、前記取り付けフランジ、前記支持部材及び前記リテーナリングを冷却することを特徴とする基板保持機構。
【請求項３】
請求項２に記載の基板保持機構において、
前記リテーナリングには前記流路に連通し且つ該流路に流れる気体を研磨テーブルの研磨面に吹き付ける複数の貫通穴を設けたことを特徴とする基板保持機構。
【請求項４】
請求項３に記載の基板保持機構において、
前記流路に冷却用の気体と、前記リテーナリング洗浄用の液体を切り替えて供給する切替手段を設けたことを特徴とする基板保持機構。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれか１項に記載の基板保持機構において、
前記流路に流す温度コントロールされた気体は加湿気体であることを特徴とする基板保持機構。
【請求項６】
請求項２乃至５のいずれか１項に記載の基板保持機構において、
前記取り付けフランジと、前記支持部材の間に加圧室を設け、該加圧室に圧力流体を供給し、前記支持部材を押圧するように構成されており、前記流路に供給する気体の圧力は該加圧室に供給する流体の圧力より低いことを特徴とする基板保持機構。
【請求項７】
基板保持機構と、研磨面を有する研磨テーブルを具備し、前記基板保持機構で保持された被研磨基板を前記研磨テーブルの研磨面に押圧し、該基板保持機構で保持された被研磨基板と該研磨テーブルの研磨面の相対的運動により該被研磨基板を研磨する基板研磨装置において、
前記基板保持機構に請求項１乃至６のいずれか１項に記載の基板保持機構を用いることを特徴とする基板研磨装置。
【請求項８】
基板保持機構と、研磨面を有する研磨テーブルを具備し、前記基板保持機構で保持された被研磨基板を前記研磨テーブルの研磨面に押圧し、該基板保持機構で保持された被研磨基板と該研磨テーブルの研磨面の相対的運動により該被研磨基板を研磨する研磨装置において、
前記研磨テーブルの研磨面及び前記基板保持機構の基板保持部を冷却するための冷却手段を設けたことを特徴とする基板研磨装置。
【請求項９】
請求項８に記載の基板研磨装置において、
前記冷却手段は、前記研磨テーブルの研磨面及び前記基板保持機構の基板保持部を吸気口及び排気口を有するドームで覆い、該ドーム内を局所排気することにより発生する気流で、前記研磨テーブルの研磨面及び前記基板保持機構の基板保持部を冷却するように構成したことを特徴とする基板研磨装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の基板研磨装置において、
前記冷却手段は、低温気体供給手段を具備し、該低温気体供給手段から低温気体を前記吸気口を通して前記ドーム内に供給できるように構成したことを特徴とする基板研磨装置。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の基板研磨装置において、
前記冷却手段は、前記研磨テーブルの研磨面の前記被研磨基板に対して該研磨テーブルの運動方向側の近傍位置と前記基板保持機構の基板保持部が、前記局所排気することにより発生する気流の流路内に位置するように構成したことを特徴とする基板研磨装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の基板研磨装置において、
前記冷却手段は、前記研磨テーブルの研磨面の前記被研磨基板に対して該研磨テーブルの運動方向側の近傍位置と前記基板保持機構の基板保持部を、前記局所排気することにより発生する気流の流路内に位置させるため、前記ドーム内に気流を制御する仕切板を具備したことを特徴とする基板研磨装置。
【請求項１３】
請求項８に記載の基板研磨装置において、
前記冷却手段は、常温気体供給手段又は低温気体供給手段を具備し、該常温気体供給手段からの常温気体又は低温気体供給手段からの低温気体により、前記研磨テーブルの研磨面及び前記基板保持機構の基板保持部を冷却するように構成したことを特徴とする基板研磨装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の基板研磨装置において、
前記常温気体供給手段又は前記低温気体供給手段は、前記研磨テーブルの研磨面の被研磨基板に対する該研磨テーブルの運動方向側の近傍位置を冷却するように設置されていることを特徴とする基板研磨装置。
【請求項１５】
請求項８に記載の基板研磨装置において、
前記冷却手段は、低温気体供給手段を具備し、該低温気体供給手段から研磨中の被研磨基板の裏面に低温気体を供給して該被研磨基板を冷却するように構成したことを特徴とする基板研磨装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の基板研磨装置において、
前記冷却手段は、前記低温気体供給手段から供給される低温気体が所定の流速を確保するための定流量弁を具備したことを特徴とする基板研磨装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の基板研磨装置において、
前記定流量弁は、弁開度調節可能な開度調節可能式定流量弁であることを特徴とする基板研磨装置。
【請求項１８】
請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の基板研磨装置において、
研磨後の被研磨基板の搬送手段として、前記低温気体を供給する流路内の低温気体を真空吸引する真空吸引手段を具備し、該流路内の低温気体を吸引することにより被研磨基板を保持する真空吸着機構を設けたことを特徴とする基板研磨装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の基板研磨装置において、
前記定流量弁を設置した配管内に、逆止弁を設けたことを特徴とする基板研磨装置。
【請求項２０】
研磨テーブルの研磨面に基板保持機構で保持された被研磨基板を押圧すると共に、該研磨面に研磨液を供給しながら、該被研磨基板と該研磨面の相対的運動により該被研磨基板を研磨する基板研磨方法において、
前記被研磨基板の研磨中、該被研磨基板の温度を４０℃乃至６５℃内に維持することを特徴とする基板研磨方法。
【請求項２１】
研磨テーブルの研磨面に基板保持機構で保持された被研磨基板を押圧すると共に、該研磨面に研磨液を供給しながら、該被研磨基板と該研磨面の相対的運動により該被研磨基板を研磨する基板研磨方法において、
前記被研磨基板の研磨中、前記研磨テーブルの研磨面及び前記被研磨基板の温度を４０℃乃至６５℃内に維持することを特徴とする基板研磨方法。
【請求項２２】
請求項２０又は２１に記載の基板研磨方法において、
前記研磨テーブルの研磨面及び前記基板保持機構の基板保持部を吸気口、排気口を有するドームで覆い、該ドーム内を局所排気することにより発生する気流と、低温気体供給手段から供給する低温気体で前記研磨テーブルの研磨面及び前記基板保持機構の基板保持部を冷却することを特徴とする基板研磨方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の基板研磨方法において、
前記研磨テーブルの研磨面の前記被研磨基板に対する該研磨テーブルの運動側の近傍位置を前記局所排気により発生する気流流路内に設置し、該研磨面及び前記基板保持機構の基板保持部を冷却することを特徴とする基板研磨方法。
【請求項２４】
請求項２０又は２１に記載の基板研磨方法において、
前記研磨テーブルの研磨面及び前記基板保持機構の基板保持部を、常温気体供給手段からの常温気体又は低温気体供給手段からの低温気体で冷却することを特徴とする基板研磨方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の基板研磨方法において、
前記研磨テーブルの研磨面の冷却を、該研磨テーブルの研磨面の前記被研磨基板に対する該研磨テーブルの運動方向側の近傍位置を冷却することにより行うことを特徴とする基板研磨方法。
【請求項２６】
請求項２０又は２１に記載の基板研磨方法において、
低温気体供給手段から研磨中の被研磨基板の裏面に低温気体を供給して前記被研磨基板を冷却することを特徴とする基板研磨方法。
【請求項２７】
請求項２０乃至２６のいずれか１項に記載の基板研磨方法において、
前記被研磨基板は凹部を含む下地上に配線材料の薄膜が形成された基板であり、前記研磨により該被研磨基板の凹部内の配線材料を残し、それ以外の配線材料を除去することを特徴とする基板研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウエハ等の被研磨基板を平坦化する研磨装置に用いる基板保持機構、該基板保持機構を用いる基板研磨装置及び基板研磨方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの微細化と高集積化が進み、回路の配線間距離が狭くなりつつある。特に０．５μｍ以下の光リソグラフィの場合は、焦点深度が浅くなるため露光装置の結像面の平坦度を必要とする。この平坦度を実現するために研磨装置による研磨が広く採用されている。
【０００３】
この種の研磨装置として、各々独立した回転数で回転する上面に研磨布を貼ったターンテーブルと基板保持機構としてトップリングとを有し、ターンテーブルの研磨面（研磨面）にトップリングに保持した被研磨基板を押圧し、該研磨面に研磨液を供給しつつ該被研磨基板の表面を平坦且つ鏡面に研磨する研磨装置がある。そして研磨終了後は被研磨基板をトップリング本体から離脱させ、被研磨基板を次の処理、例えば洗浄処理に移している。
【０００４】
上記のような研磨装置においては、被研磨基板を研磨している際に発生する摩擦熱によって被研磨基板を保持するトップリングの研磨基板保持部に変形が生じたり、研磨面の温度分布による研磨能力の差発生等によって被研磨基板の研磨機能が低下してしまうという問題があった。また、この種の研磨装置では、研磨テーブルの研磨面にスラリー等の研磨液を供給しながら、被研磨基板を研磨するが、この研磨液がトップリングの外表面、特に外周面に付着し、乾燥し、乾燥した固形物が研磨面上に落下し、研磨に悪影響を与えるという問題があった。
【０００５】
上記被研磨基板を研磨する際に発生する摩擦熱によってトップリングの研磨基板保持部の変形を防止するため、特許文献１においては、基板保持部（ウエハホルダ）に熱伝導良好材を取り付けて温度分布を均一にしたり、基板保持部に冷媒流路を設け該冷媒流路に冷媒を流して冷却したり、さらには基板保持部に放熱を促進するフィンを設けたりしている。
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の方法も、トップリングの研磨基板保持部の外周部（特にガイドリング）を効果的に冷却するには不充分で、外周部にスラリー等の研磨液が付着し、研磨屑と共に、乾燥・固着するという問題があった。
【０００７】
また、半導体基板の大径化によって、研磨テーブルの研磨パッドと被研磨基板の接触面積が増大し、その結果基板研磨中の温度上昇が引き起こされる場合がある。また、基板研磨装置による研磨プロファイルのコントロールを目的とした、複雑な機構を持つ研磨装置が一般的となっているが、その多くはこの複雑な機構中に、摩擦係数の高い部品を研磨パッドに接触・加圧させる方法を用いるケースが多々あり、これによっても研磨中の温度上昇が引き起こされる場合がある。
【０００８】
上記基板研磨中の温度上昇が、研磨パッドの表面やスラリー成分に影響を及ぼし、研磨装置で得られる被研磨基板の研磨面の平坦性や研磨レートを劣化・不安定にするという問題がある。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−３４７９３６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、被研磨基板の研磨に際して発熱量が少なく、且つ基板保持機構の基板保持部及び研磨テーブルの研磨面を効果的に冷却できると共に、基板研磨中に研磨テーブルの研磨面や被研磨基板の温度を所定の温度範囲に維持し、被研磨基板の研磨面の平坦性や研磨レートを安定に維持し、且つ外周部に研磨液や研磨屑が付着・乾燥するのを効果的に防止できる機能を具備する基板保持機構、基板研磨装置及び基板研磨方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、取り付けフランジ、該取り付けフランジに取り付けられた支持部材と、該支持部材の外周に配置され前記取り付けフランジに取り付けられたリテーナリングを具備し、該リテーナリングに囲まれた支持部材の下面に被研磨基板を保持し、該被研磨基板を研磨面に押圧する基板保持機構において、リテーナリングにポリイミド系化合物からなるリテーナリングを用いることを特徴とする。
【００１２】
上記のようにリテーナリングにポリイミド系化合物からなるリテーナリングを用いることにより、後に詳述するようにポリイミド系化合物は研磨面を形成する研磨パッドに対する摩耗率が小さく、且つ摩擦による発熱量も少ないから、リテーナリングの寿命が長く、長期間にわたって高い研磨性能を維持できると共に、研磨面の温度上昇を低く抑えることができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、取り付けフランジ、該取り付けフランジに取り付けられた支持部材と、該支持部材の外周に配置され取り付けフランジに取り付けられたリテーナリングを具備し、該リテーナリングに囲まれた支持部材の下面に被研磨基板を保持し、該被研磨基板を研磨面に押圧する基板保持機構において、取り付けフランジに少なくともリテーナリングに接する流路を設け、該流路に温度コントロールされた気体を流して、取り付けフランジ、支持部材及びリテーナリングを冷却することを特徴とする。
【００１４】
上記のように取り付けフランジにリテーナリングに接する流路を設け、該流路に温度コントロールされた気体を流すことにより、被研磨基板の研磨に際してリテーナリングが摩擦熱により熱を発しても、その熱を効果的に除去することができるから、高い研磨性能を維持することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の基板保持機構において、リテーナリングには流路に連通し且つ該流路に流れる気体を研磨テーブルの研磨面に吹き付ける複数の貫通穴を設けたことを特徴とする。
【００１６】
上記のようにリテーナリングに複数の貫通穴を設けたことにより、温度コントロールされた気体を流路に流すことにより、該温度コントロールされた気体が貫通穴を通して研磨面に吹き付けられ、研磨面が効果的に冷却され、研磨面の昇温も低く抑えることが可能となる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の基板保持機構において、流路に冷却用の気体と、リテーナリング洗浄用の液体を切り替えて供給する切替手段を設けたことを特徴とする。
【００１８】
上記のように流路に冷却用の気体と、リテーナリング洗浄用の液体を切り替えて供給する切替手段を設けたことにより、リテーナリングや研磨面の冷却と、リテーナリングの洗浄を切り替えて行うことができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、請求項２乃至４のいずれか１項に記載の基板保持機構において、流路に流す温度コントロールされた気体は加湿気体であることを特徴とする。
【００２０】
上記のように流路に流す温度コントロールされた気体は加湿気体とすることにより、リテーナリングの冷却とリテーナリングに付着する研磨液や研磨屑の乾燥の防止とを行うことができる。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、請求項２乃至５のいずれか１項に記載の基板保持機構において、取り付けフランジと、支持部材の間に加圧室を設け、該加圧室に圧力流体を供給し、支持部材を押圧するように構成されており、流路に供給する気体の圧力は該加圧室に供給する流体の圧力より低いことを特徴とする。
【００２２】
上記のように流路に供給する気体の圧力は該加圧室に供給する流体の圧力より低くすることにより、流路に供給する気体の圧力、即ち流路圧力が支持部材を押圧する加圧室の圧力に影響を与えることなく、リテーナリングを冷却することができる。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、基板保持機構と、研磨面を有する研磨テーブルを具備し、基板保持機構で保持された被研磨基板を前記研磨テーブルの研磨面に押圧し、該基板保持機構で保持された被研磨基板と該研磨テーブルの研磨面の相対的運動により該被研磨基板を研磨する研磨装置において、前記基板保持機構に請求項１乃至６のいずれか１項に記載の基板保持機構を用いることを特徴とする。
【００２４】
上記のように研磨装置の基板保持機構に請求項１乃至６のいずれか１項に記載の基板保持機構を用いることにより、該基板保持機構が有する上記特性を発揮し優れた基板研磨が可能な研磨装置が実現できる。
【００２５】
請求項８に記載の発明は、基板保持機構と、研磨面を有する研磨テーブルを具備し、基板保持機構で保持された被研磨基板を研磨テーブルの研磨面に押圧し、該基板保持機構で保持された被研磨基板と該研磨テーブルの研磨面の相対的運動により該被研磨基板を研磨する研磨装置において、研磨テーブルの研磨面及び基板保持機構の基板保持部を冷却するための冷却手段を設けたことを特徴とする。
【００２６】
上記のように研磨テーブルの研磨面及び基板保持機構の基板保持部を冷却するための冷却手段を設けたことにより、被研磨基板の研磨中、研磨テーブルの研磨面及び基板保持機構の基板保持部を所定温度範囲に維持でき、被研磨基板を安定した平坦性や研磨レートで研磨できる。
【００２７】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の基板研磨装置において、冷却手段は、研磨テーブルの研磨面及び基板保持機構の基板保持部を吸気口及び排気口を有するドームで覆い、該ドーム内を局所排気することにより発生する気流で、研磨テーブルの研磨面及び基板保持機構の基板保持部を冷却するように構成したことを特徴とする。
【００２８】
上記のように研磨テーブルの研磨面及び基板保持機構の基板保持部を吸気口及び排気口を有するドームで覆い、該ドーム内を局所排気することにより発生する気流で冷却するので、既存の基板研磨装置の基本的構造を変えることなく、簡単な構成で被研磨基板の研磨中、研磨テーブルの研磨面及び基板保持機構の基板保持部を所定温度範囲に維持できる。
【００２９】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の基板研磨装置において、冷却手段は、低温気体供給手段を具備し、該低温気体供給手段から低温気体を吸気口を通してドーム内に供給できるように構成したことを特徴とする。
【００３０】
上記のように低温気体供給手段を具備することにより、被研磨基板の研磨中、ドーム内を局所排気して気流を発生させただけでは、研磨テーブルの研磨面及び基板保持機構の基板保持部を所定温度範囲に維持できない場合、低温気体供給手段から吸気口を通してドーム内に低温気体を供給することにより、被研磨基板の研磨中、研磨テーブルの研磨面及び基板保持機構の基板保持部を容易に所定温度範囲に維持できる。
【００３１】
請求項１１に記載の発明は、請求項９又は１０に記載の基板研磨装置において、冷却手段は、研磨テーブルの研磨面の被研磨基板に対して該研磨テーブルの運動方向側の近傍位置と基板保持機構の基板保持部が、局所排気することにより発生する気流の流路内に位置するように構成した。
【００３２】
上記のように研磨テーブルの研磨面の被研磨基板に対して該研磨テーブルの運動方向側の近傍位置、即ち、研磨テーブルの研磨面と被研磨基板の相対的運動量が大きく摩擦熱の発生量が多い側の近傍位置と基板保持機構の基板保持部が、局所排気することにより発生する気流の流路内に位置するように構成することにより、この摩擦熱の発生量の多い部分を効果的に冷却し、研磨テーブルの研磨面と基板保持機構の基板保持部を所定の温度範囲に維持することができる。
【００３３】
請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の基板研磨装置において、冷却手段は、研磨テーブルの研磨面の被研磨基板に対して該研磨テーブルの運動方向側の近傍位置と基板保持機構の基板保持部を、局所排気することにより発生する気流の流路内に位置させるため、ドーム内に気流を制御する仕切板を具備したことを特徴とする。
【００３４】
上記のように研磨テーブルの研磨面及び基板保持機構の基板保持部を吸気口及び排気口を有するドームで覆い、局所排気することにより発生する気流を制御する仕切板を設けたことにより、研磨テーブルの研磨面の基板に対して該研磨テーブルの運動方向側の近傍位置と基板保持機構の基板保持部をドーム内に発生する気流の流路内に位置させることができるから、既存の基板研磨装置の基本的構造を変えることなく、簡単な構成で被研磨基板の研磨中、研磨テーブルの研磨面及び基板保持機構の基板保持部を所定温度範囲に維持できる。
【００３５】
請求項１３に記載の発明は、請求項８に記載の基板研磨装置において、冷却手段は、常温気体供給手段又は低温気体供給手段を具備し、該常温気体供給手段からの常温気体又は低温気体供給手段からの低温気体により、研磨テーブルの研磨面及び基板保持機構の基板保持部を冷却するように構成したことを特徴とする。
【００３６】
上記のように常温気体供給手段からの常温気体又は低温気体供給手段からの低温気体により、研磨テーブルの研磨面及び基板保持機構の基板保持部を冷却するので、既存の基板研磨装置の構造を変えることなく、簡単な構成で被研磨基板の研磨中、研磨テーブルの研磨面及び基板保持機構の基板保持部を所定温度範囲に維持できる。
【００３７】
請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の基板研磨装置において、常温気体供給手段又は低温気体供給手段は、研磨テーブルの研磨面の被研磨基板に対する該研磨テーブルの運動方向側の近傍位置を冷却するように設置されていることを特徴とする。
【００３８】
上記のように常温気体供給手段又は低温気体供給手段は、研磨テーブルの研磨面の被研磨基板に対する該研磨テーブルの運動方向側の近傍位置、即ち、研磨テーブルの研磨面と被研磨基板の相対的運動量が多く摩擦熱が多く発生する側の近傍を冷却するので、研磨テーブルの研磨面及び基板保持機構の基板保持部を効果的に所定の温度範囲に維持することができる。
【００３９】
請求項１５に記載の発明は、請求項８に記載の基板研磨装置において、冷却手段は、低温気体供給手段を具備し、該低温気体供給手段から研磨中の被研磨基板の裏面に低温気体を供給して該被研磨基板を冷却するように構成したことを特徴とする
【００４０】
上記のように低温気体供給手段から研磨中の被研磨基板の裏面に低温気体を供給して該被研磨基板を冷却することにより、被研磨基板は効率よく冷却され、該被研磨基板を所定温度に維持し、被研磨基板を安定した平坦性や研磨レートで研磨することができる。
【００４１】
請求項１６に記載の発明は、請求項１５に記載の基板研磨装置において、冷却手段は、低温気体供給手段から供給される低温気体が所定の流速を確保するための定流量弁を具備したことを特徴とする。
【００４２】
上記のように定流量弁を設けたことにより、被研磨基板の裏面に供給される低温気体の流れが淀むことなく所定の流速で流れるから、被研磨基板の温度は所定の温度範囲に維持される。
【００４３】
請求項１７に記載の発明は、請求項１６に記載の基板研磨装置において、定流量弁は、弁開度調節可能な開度調節可能式定流量弁であることを特徴とする。
【００４４】
上記のように定流量弁を開度調節可能式定流量弁とすることにより、被研磨基板の裏面に供給される低温気体の流速を制御できるから、被研磨基板の温度を所定の温度範囲に制御することができる。
【００４５】
請求項１８に記載の発明は、請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の基板研磨装置において、研磨後の被研磨基板の搬送手段として、低温気体を供給する流路内の低温気体を真空吸引する真空吸引手段を具備し、該流路内の低温気体を吸引することにより被研磨基板を保持する真空吸着機構を設けたことを特徴とする。
【００４６】
上記のように真空吸着機構を設けたことにより、真空吸引手段で低温気体を供給する流路内を真空吸引することで、被研磨基板を冷却するための低温気体流路を利用して被研磨基板を真空吸着して搬送することが可能となる。
【００４７】
請求項１９に記載の発明は、請求項１８に記載の基板研磨装置において、定流量弁を設置した配管内に、逆止弁を設けたことを特徴とする。
【００４８】
上記のように定流量弁を設置した配管内に、逆止弁を設けたので、真空吸引手段で流路内を真空吸引したとき、該流路内に気体が逆流することがないから、真空吸着が可能となる。
【００４９】
請求項２０に記載の発明は、研磨テーブルの研磨面に基板保持機構で保持された被研磨基板を押圧すると共に、該研磨面に研磨液を供給しながら、該被研磨基板と該研磨面の相対的運動により該被研磨基板を研磨する基板研磨方法において、被研磨基板の研磨中、該被研磨基板の温度を４０℃乃至６５℃内に維持することを特徴とする。
【００５０】
上記のように被研磨基板の研磨中、該被研磨基板の温度を４０℃乃至６５℃内に維持することにより、被研磨基板を安定した平坦性や研磨レートで研磨することができる。
【００５１】
請求項２１に記載の発明は、研磨テーブルの研磨面に基板保持機構で保持された被研磨基板を押圧すると共に、該研磨面に研磨液を供給しながら、該被研磨基板と該研磨面の相対的運動により該被研磨基板を研磨する基板研磨方法において、被研磨基板の研磨中、研磨テーブルの研磨面及び被研磨基板の温度を４０℃乃至６５℃内に維持することを特徴とする。
【００５２】
上記のように被研磨基板の研磨中、研磨テーブルの研磨面及び被研磨基板の温度を４０℃乃至６５℃内に維持することにより、被研磨基板の研磨面の平坦性や研磨レートを安定させることができる。
【００５３】
請求項２２に記載の発明は、請求項２０又は２１に記載の基板研磨方法において、研磨テーブルの研磨面及び基板保持機構の基板保持部を吸気口、排気口を有するドームで覆い、該ドーム内を局所排気することにより発生する気流と、低温気体供給手段から供給する低温気体で研磨テーブルの研磨面及び基板保持機構の基板保持部を冷却することを特徴とする。
【００５４】
上記のように研磨テーブルの研磨面及び基板保持機構の基板保持部を吸気口及び排気口を有するドームで覆い、該ドーム内を局所排気することにより発生する気流と、低温気体供給手段から供給する低温気体で研磨テーブルの研磨面及び基板保持機構の基板保持部を冷却することにより、既存の基板研磨装置の基本的構造を変えることなく、簡単に研磨テーブルの研磨面及び基板保持機構の基板保持部を所定温度範囲に維持しながら研磨を行うことができる。
【００５５】
請求項２３に記載の発明は、請求項２２に記載の基板研磨方法において、研磨テーブルの研磨面の被研磨基板に対する該研磨テーブルの運動側の近傍位置を局所排気により発生する気流流路内に設置し、該研磨面及び基板保持機構の基板保持部を冷却することを特徴とする。
【００５６】
上記のように、研磨テーブルの研磨面の被研磨基板に対する該研磨テーブルの運動側の近傍位置を局所排気により発生する気流流路内に設置することにより、摩擦熱の発生量の多い部分が効果的に冷却されることになり、研磨面及び基板保持機構の基板保持部の温度を所定の温度範囲に維持することが容易となる。
【００５７】
請求項２４に記載の発明は、請求項２０又は２１に記載の基板研磨方法において、研磨テーブルの研磨面及び基板保持機構の基板保持部を、常温気体供給手段からの常温気体又は低温気体供給手段からの低温気体で冷却することを特徴とする。
【００５８】
研磨テーブルの研磨面及び基板保持機構の基板保持部を、上記のように常温気体供給手段からの常温気体又は低温気体供給手段からの低温気体で冷却することにより、既存の基板研磨装置の構造を変更することなしに、被研磨基板の研磨中の研磨テーブルの研磨面及び基板保持機構の基板保持部の温度を４０℃乃至６５℃内に維持することができる。
【００５９】
請求項２５に記載の発明は、請求項２４に記載の基板研磨方法において、研磨テーブルの研磨面の冷却を、該研磨テーブルの研磨面の被研磨基板に対する該研磨テーブルの運動方向側の近傍位置を冷却することにより行うことを特徴とする。
【００６０】
研磨テーブルの研磨面の冷却を、上記のように該研磨テーブルの研磨面の被研磨基板に対する該研磨テーブルの運動方向側の近傍位置、即ち摩擦熱の発生量の多い側の近傍位置を冷却して行うことにより、研磨テーブルの研磨面の温度を上記温度範囲に維持できる。
【００６１】
請求項２６に記載の発明は、請求項２０又は２１に記載の基板研磨方法において、低温気体供給手段から研磨中の被研磨基板の裏面に低温気体を供給して被研磨基板を冷却することを特徴とする。
【００６２】
上記のように低温気体供給手段から研磨中の被研磨基板の裏面に低温気体を供給して該被研磨基板を冷却することにより、被研磨基板を所定温度に維持することが容易となり、被研磨基板を安定した平坦性や研磨レートで研磨することができる。
【００６３】
請求項２７に記載の発明は、請求項２０乃至２６のいずれか１項に記載の基板研磨方法において、被研磨基板は、凹部を含む下地上に配線材料の薄膜が形成された基板であり、研磨により該被研磨基板の凹部内の配線材料を残し、それ以外の配線材料を除去することを特徴とする。
【００６４】
上記のように被研磨基板の温度を４０℃乃至６５℃内に維持し、凹部を含む下地上に配線材料の薄膜が形成された被研磨基板を研磨するので、安定した平坦性や研磨レートで凹部内の配線材料を残し、それ以外の配線材料を除去する研磨を行うことができる。
【００６５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る研磨装置の全体構成を示す図である。図示するように、研磨装置は、基板保持機構としてのトップリング１と、研磨面を有する研磨パッド１０１を貼付けた研磨テーブル１００を具備し、トップリング１で保持された半導体ウエハ等の被研磨基板Ｗを研磨テーブル１００の研磨パッド１０１の表面（研磨面）に押圧し、該トップリング１で保持された被研磨基板Ｗの回転運動と該研磨テーブル１００の研磨面の回転運動により被研磨基板Ｗを研磨するように構成されている。また、研磨テーブル１００の上方には研磨液供給ノズル１０２によって研磨テーブル１００上の研磨パッド１０１上に砥液Ｑが供給されるようになっている。
【００６６】
なお、研磨パッド１０１としては種々のものがあり、例えば、ロデール社製のＳＵＢＡ８００、ＩＣ−１０００、ＩＣ−１０００／ＳＵＢＡ４００（二層クロス）、フジミインコーポレイテッド社製のＳｕｒｆｉｎ  ｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ  ０００等がある。ＳＵＢＡ８００、Ｓｕｒｆｉｎ  ｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ  ０００は繊維をウレタン樹脂で固めた不織布であり、ＩＣ−１０００は硬質の発泡ウレタン（単層）である。発泡ポリウレタンは、ポーラス（多孔質状）になっており、その表面に多数の微細なへこみ又は孔を有している。
【００６７】
トップリング１は、自在継手部１０を介してトップリング駆動軸１１に接続されており、トップリング駆動軸１１はトップリングヘッド１１０に固定されたトップリング用エアシリンダ１１１に連結されている。このトップリング用エアシリンダ１１１によってトップリング駆動軸１１は上下動し、トップリング１の全体を昇降させると共に取り付けフランジ２の下端に固定されたリテーナリング３を研磨テーブル１００に押圧するようになっている。トップリング用エアシリンダ１１１はレギュレータＲ１を介して圧縮空気源１２０に接続されており、レギュレータＲ１によってトップリング用エアシリンダ１１１に供給される加圧空気の空気圧等を調整することができる。これにより、リテーナリング３が研磨パッド１０１を押圧する押圧力を調整することができる。
【００６８】
また、トップリング駆動軸１１はキー（図示せず）を介して回転筒１１２に連結されている。この回転筒１１２はその外周部にタイミングプーリ１１３を備えている。トップリングヘッド１１０にはトップリング駆動モータ１１４が固定されており、上記タイミングプーリ１１３は、タイミングベルト１１５を介してトップリング駆動モータ１１４に設けられたタイミングプーリ１１６に接続されている。従って、トップリング駆動モータ１１４を起動することによってタイミングプーリ１１６、タイミングベルト１１５、及びタイミングプーリ１１３を介して回転筒１１２及びトップリング駆動軸１１が一体に回転し、トップリング１が回転する。なお、トップリングヘッド１１０は、フレーム（図示せず）に固定支持されたトップリングヘッドシャフト１１７によって支持されている。
【００６９】
図２は本発明に係る基板保持機構であるトップリングの構成例を示す縦断面図である。図示するように、本トップリング１は、取り付けフランジ２と、該取り付けフランジ２の外周縁部下端に取り付けられたリテーナリング３とを備えている。取り付けフランジ２は金属やセラミックス等の強度及び剛性が高い材料から形成されている。また、リテーナリング３は、剛性の高い樹脂材又はセラミック等から形成されている。ここでは後に詳述するように、ポリイミド系化合物で形成されたものを用いる。
【００７０】
取り付けフランジ２は、円筒容器状のハウジング部２ａと、ハウジング部２ａの円筒部の内側に嵌合された環状の加圧シート支持部２ｂ、ハウジング部２ａの上面の外周縁部上面に嵌合された環状のシール部２ｃとを備えている。取り付けフランジ２のハウジング部２ａの下端には、リテーナリング３が固定されている。このリテーナリング３の下部は内方に突出している。なお、リテーナリング３と取り付けフランジ２は一体的に構成してもよい。
【００７１】
取り付けフランジ２のハウジング部２ａの中央部の上方には、トップリング駆動軸１１が配設されており、取り付けフランジ２とトップリング駆動軸１１とは自在継手部１０により連結されている。この自在継手部１０は、取り付けフランジ２及びトップリング駆動軸１１を互いに傾動可能とする球面軸受機構と、トップリング駆動軸１１の回転をトップリング本体に伝達する回転伝達機構とを備えており、トップリング駆動軸１１から取り付けフランジ２に対して互いに傾動を許容しつつ押圧力及び回転力を伝達できるようになっている。
【００７２】
球面軸受機構は、トップリング駆動軸１１の下面の中央に形成された球面状凹部１１ａと、ハウジング部２ａの上面の中央に形成された球面状凹部２ｄと、両凹部１１ａ、２ｄ間に介装されたセラミックスのような高硬度材料からなるベアリングボール１２とから構成されている。一方、回転伝達機構は、トップリング駆動軸１１に固定された駆動ピン（図示せず）とハウジング部２ａに固定された駆動ピン（図示せず）とから構成される。取り付けフランジ２が傾いても被駆動ピンと駆動ピンは相対的に上下方向に移動可能であり、互いに接触点をずらして係合し、回転伝達機構がトップリング駆動軸１１の回転トルクを取り付けフランジ２に確実に伝達する。
【００７３】
取り付けフランジ２及び取り付けフランジ２に一体に取り付けられたリテーナリング３の内部に画成された空間内には、トップリング１によって保持される半導体ウエハ等の被研磨基板Ｗに当接する弾性パッド４と、環状のホルダーリング５と、弾性パッド４を支持する概略円板状の支持部材６とが収容されている。弾性パッド４は、その外周部がホルダーリング５と該ホルダーリング５の下端に固定された支持部材６との間に挟み込まれており、支持部材６の下面を覆っている。これにより弾性パッド４と支持部材６との間には空間が形成されている。
【００７４】
ホルダーリング５と取り付けフランジ２との間には弾性膜からなる加圧シート７が張設されている。この加圧シート７は、一端を取り付けフランジ２のハウジング部２ａと加圧シート支持部２ｂとの間に挟み込み、他端をホルダーリング５の上端部５ａとストッパ部５ｂとの間に挟み込んで固定されている。取り付けフランジ２、支持部材６、ホルダーリング５、及び加圧シート７によって取り付けフランジ２の内部に圧力室２１が形成されている。
【００７５】
圧力室２１にはチューブ、コネクタ等からなる流体路３１が連通しており、圧力室２１は流体路３１上に配置されたレギュレータＲ２を介して圧縮空気源１２０に接続されている。なお、加圧シート７は、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴムなどの強度及び耐久性の優れたゴム材によって形成されている。
【００７６】
なお、加圧シート７がゴム等の弾性体である場合に、加圧シート７をリテーナリング３と取り付けフランジ２との間に挟み込んで固定する場合には、弾性体としての加圧シート７の弾性変形によってリテーナリング３の下面において好ましい平面が得られなくなってしまう。従って、これを防止するため、本実施形態では、別部材として加圧シート支持部２ｂを設けて、これを取り付けフランジ２のハウジング部２ａと加圧シート支持部２ｂとの間に挟み込んで固定している。
【００７７】
取り付けフランジ２のシール部２ｃが嵌合されるハウジング部２ａの上面の外周縁付近には、環状の溝からなる流路５１が形成されている。この流路５１にはシール部２ｃの貫通孔５２を介して流体路３２に連通しており、この流体路３２は切換弁Ｖ３及びレギュレータＲ７を介して空気供給源１３１と、三方切換弁Ｖ３を介して洗浄液供給源１３２に接続されている。流体路３２に空気供給源１３１から温度コントロールされた空気又は温度コントロールされた加湿空気、洗浄液供給源１３２から洗浄液（純水）を三方切換弁Ｖ３を切り替えて供給できるようになっている。また、流路５１からハウジング部２ａ、加圧シート支持部２ｂを貫通する連通孔５３が複数箇所に設けられており、この連通孔５３は弾性パッド４の外周面とリテーナリング３との間のわずかな間隙Ｇ、及びリテーナリング３に設けられた複数の貫通孔３ａに連通している。
【００７８】
弾性パッド４と支持部材６との間に形成された空間の内部には、弾性パッド４に当接する当接部材としての中心当接部材８及びリング状の外側当接部材９が設けられている。本実施形態においては、図２及び図３に示すように、中心当接部材８は支持部材６の下面の中心部に配置され、外側当接部材９はこの中心当接部材８の外側に配置されている。なお、弾性パッド４、中心当接部材８及び外側当接部材９は、加圧シート７と同様に、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度及び耐久性に優れたゴム材によって形成されている。
【００７９】
支持部材６と弾性パッド４との間に形成された空間は、上記中心当接部材８及び外側当接部材９によって複数の空間（第２の圧力室）に区画されており、これにより中心当接部材８と外側当接部材９の間には圧力室２２が、外側当接部材９の外側には圧力室２３がそれぞれ形成されている。
【００８０】
中心当接部材８は、図４（ａ）に示すように、弾性パッド４の上面に当接する弾性膜８１と、弾性膜８１を脱着可能に保持する中心当接部材保持部８２とから構成されている。中心当接部材保持部８２はネジ５５により、支持部材６の下面の中心部に着脱可能に取り付けられている。中心当接部材８の内部には、弾性膜８１と中心当接部材保持部８２とによって中心部圧力室２４（第１の圧力室）が形成されている。
【００８１】
同様に、外側当接部材９は、図４（ｂ）に示すように、弾性パッド４の上面に当接する弾性膜９１と、弾性膜９１を着脱可能に保持する外側当接部材保持部９２とから構成されている。外側当接部材保持部９２はネジ５６（図２参照）により、支持部材６の下面に着脱可能に取り付けられている。外側当接部材９の内部には、弾性膜９１と外側当接部材保持部９２とによって中間部圧力室２５（第２の圧力室）が形成されている。
【００８２】
圧力室２２、２３、中心部圧力室２４、及び中間部圧力室２５には、チューブ、コネクタ等からなる流体路３３、３４、３５、３６がそれぞれ連通されており、各圧力室２２〜２５はそれぞれの流体路３３〜３６上に配置されたレギュレータＲ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６を介して供給源としての圧縮空気源１２０に接続されている。なお、上記流体路３１〜３６は、トップリングヘッド１１０の上端部に設けられたロータリージョイント（図示せず）を介して各レギュレータＲ１〜Ｒ６に接続されている。
【００８３】
上述した支持部材６の上方の圧力室２１及び上記圧力室２２〜２５には、各圧力室に連通される流体路３１、３３、３４、３５、３６を介して加圧空気等の加圧流体又は大気圧や真空が供給されるようになっている。図１に示すように、圧力室２１〜２５の流体路３１、３３、３４、３５、３６上に配置されたレギュレータＲ２〜Ｒ６によってそれぞれの圧力室に供給される加圧流体の圧力を調整することができる。これにより各圧力室２１〜２５の内部の圧力を各々独立に制御する又は大気圧や真空にすることができるようになっている。このようにレギュレータＲ２〜Ｒ６によって各圧力室２１〜２５の内部の圧力を独立に可変とすることにより、弾性パッド４を介して被研磨基板Ｗを研磨パッド１０１に押圧する押圧力を被研磨基板Ｗの部分ごとに調整することができる。
【００８４】
弾性パッド４には、図３に示すように複数の開口４１が設けられている。そして中心当接部材８と外側当接部材９との間の開口部４１から露出するように支持部材６から下方に突出する内周部吸着部６１が設けられており、また外側当接部材９の外側の開口部４１から露出するように外周部吸着部６２が設けられている。本実施形態においては、弾性パッド４には８個の開口部４１が設けられ、各開口部４１に吸着部６１及び６２が露出するように設けられている。
【００８５】
内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２には、流体路３７、３８にそれぞれ連通する連通孔６１ａ、６２ａがそれぞれ形成されており、内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２は流体路３７、３８及びバルブＶ１、Ｖ２を介して真空ポンプ等の真空源１２１に接続されている。そして内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２の連通孔６１ａ、６２ａが真空源１２１に接続されると、連通孔６１ａ、６２ａの開口端に負圧が形成され、内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２に被研磨基板Ｗが吸着される。なお、内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２の下端に薄いゴムシート等からなる弾性シート６１ｂ、６２ｂ（図２参照）が貼着されており、内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２に被研磨基板Ｗを柔軟に吸着保持するようになっている。
【００８６】
上記構成の基板保持機構であるトップリング１において、被研磨基板Ｗの搬送時には、トップリング１の全体を被研磨基板Ｗの移送位置に位置させ、内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２の連通孔６１ａ、６２ａを流体路３７、３８を介して真空源１２１に接続する。連通孔６１ａ、６２ａの吸引作用により内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２の下端面に被研磨基板Ｗを吸着した状態でトップリング１を移動させ、トップリング１の全体を研磨テーブル１００の上方に位置させる。なお、被研磨基板Ｗの外周縁はリテーナリング３によって保持され、被研磨基板Ｗがトップリングから飛び出さないようになっている。
【００８７】
被研磨基板Ｗの研磨時には、吸着部６１、６２による被研磨基板Ｗの吸着を解除し、トップリング１の下面に被研磨基板Ｗを保持させると共に、トップリング駆動軸１１に連結されたトップリング用エアシリンダ１１１を作動させてトップリング１の下端に固定されたリテーナリング３を所定の押圧力で研磨テーブル１００の研磨パッド１０１の面上に押圧する。この状態で、圧力室２２、２３、中心部圧力室２４、及び中間部圧力室２５にそれぞれ所定の圧力の加圧流体を供給し、被研磨基板Ｗを研磨テーブル１００の研磨面に押圧する。そして、研磨液供給ノズル１０２から研磨液Ｑを流すことにより、研磨パッド１０１に研磨液Ｑが保持され、被研磨基板Ｗの研磨される面（下面）と研磨パッド１０１との間に研磨液Ｑが存在した状態で研磨が行われる。
【００８８】
ここで、被研磨基板Ｗの圧力室２２及び２３の下方に位置する部分は、それぞれの圧力室２２、２３に供給される加圧流体の圧力で研磨パッド１０１の面に押圧される。また、被研磨基板Ｗの中心部圧力室２４の下方に位置する部分は、中心当接部材８の弾性膜８１及び弾性パッド４を介して、中心部圧力室２４に供給される加圧流体の圧力で研磨面に押圧される。被研磨基板Ｗの中間部圧力室２５の下方に位置する部分は、外側当接部材９の弾性膜９１及び弾性パッド４を介して、中間部圧力室２５に供給される加圧流体の圧力で研磨面に押圧される。
【００８９】
従って、被研磨基板Ｗに加わる研磨圧力は、各圧力室２２〜２５に供給される加圧流体の圧力をそれぞれ制御することにより、被研磨基板Ｗの部分ごとに調整することができる。即ち、レギュレータＲ３〜Ｒ６によって各圧力室２２〜２５に供給される加圧流体の圧力をそれぞれ独立に調整し、被研磨基板Ｗを研磨テーブル１００の研磨パッド１０１に押圧する押圧力を被研磨基板Ｗの部分ごとに調整している。
【００９０】
上記のように各圧力室２２〜２５に供給される加圧流体の圧力をそれぞれ制御することにより、被研磨基板Ｗを同心の４つの円及び円環状部分（図３の領域Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４を参照）に区切り、それぞれの部分を独立した押圧力で押圧することができる。研磨レートは被研磨基板Ｗの研磨面に対する圧力に依存するが、上述のように各部分の押圧力を制御することができるから、被研磨基板の４つの部分の研磨レートを独立に制御することができる。
【００９１】
被研磨基板Ｗの研磨中、リテーナリング３及び被研磨基板Ｗは研磨テーブル１００の研磨パッド１０１に押圧され、摩擦熱が発生する。この摩擦熱により、上述のようにトップリング１の被研磨基板Ｗの保持部が変形し、研磨能力を低下させるという問題が発生する。また、摩擦熱により研磨パッド１０１の表面温度も上昇する。そこでここでは、取り付けフランジ２のハウジング部２ａ、リテーナリング３、ホルダーリング５及び加圧シート７で囲まれた流路２６には図１及び図２に示すように、切換弁Ｖ３、流体路３２、貫通孔５２、流路５１、連通孔５３を通して空気供給源１３１から温度コントロールされた空気を供給し、流路２６を流れる空気に接するハウジング部２ａ、リテーナリング３、及びホルダーリング５は効果的に冷却される。
【００９２】
流路２６内の圧力は圧力室２１や各圧力室２２〜２５の圧力と同じかそれより低くする。これにより、流路２６内に温度コントロールされた空気を供給しても被研磨基板Ｗの研磨レートに影響を与えることがない。
【００９３】
また、上記流路２６内の温度コントロールされた空気は弾性パッド４の外周面とリテーナリング３との間のわずかな隙間Ｇ、及びリテーナリング３に設けられた複数の貫通孔３ａを通して、研磨テーブル１００の研磨パッド１０１の研磨面に噴射され、これにより研磨面は効果的に冷却される。また、空気供給源１３１から温度コントロールされた加湿空気を供給することにより、トップリング１の取り付けフランジ２やリテーナリング３の冷却と共にその表面乾燥を防止することができる。これにより、取り付けフランジ２やリテーナリング３の表面に研磨液Ｑや削屑が付着し、乾燥するのを防止することができる。なお、この加湿空気を供給し乾燥を防止することは、研磨中に限定されるものではない。
【００９４】
また、三方切換弁Ｖ３を切り替え、流路３２、貫通孔５２、流路５１、連通孔５３を通して洗浄液供給源１３２から洗浄液を供給することにより、トップリング１や研磨テーブル１００の研磨パッド１０１の研磨面の洗浄を行うこともできる。
【００９５】
リテーナリング３を形成する材料としては、上記のようにポリイミド系化合物を用いている。リテーナリング３の材料にポリイミド系化合物を用いた場合は、例えばポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）やポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を用いた場合に比較し、リテーナリング３の摩耗率、被研磨基板の研磨率、研磨パッドの表面温度等において優れた結果が得られることは、本特許出願の発明者らの実験結果から明らかになっている。
【００９６】
図５はリテーナリング３の材料にポリイミド系化合物としてベスペル（登録商標）（ＣＲ４６１０、ＳＰ−１、ＳＣＰ５０００）を用いた場合と、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）やポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を用いた場合のリテーナリング３の摩耗率の比較例を示す図である。図から明らかなように、リテーナリング３の材料にベスペル（ＣＲ４６１０、ＳＰ−１、ＳＣＰ５０００）を用いた場合は、他の材料、特にポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）に比較して摩耗率が少ないことがわかる。
【００９７】
図６はリテーナリング３の材料にポリイミド系化合物としてベスペル（ＣＲ４６１０、ＳＰ−１、ＳＣＰ５０００）を用いた場合と、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）やポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を用いた場合の被研磨基板の研磨率の比較例を示す図である。図から明らかなように、リテーナリング３の材料にベスペル（ＣＲ４６１０、ＳＰ−１、ＳＣＰ５０００）を用いた場合は被研磨基板Ｗの端部の研磨率が抑制されるのに対して、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）やポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を用いた場合は、端部の研磨率が増大、所謂縁だれが発生する。
【００９８】
図７はリテーナリング３の材料にポリイミド系化合物としてベスペル（ＣＲ４６１０、ＳＰ−１、ＳＣＰ５０００）を用いた場合と、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）やポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を用いた場合の研磨時間の経過に伴う研磨パッドの表面の温度上昇の比較例を示す図である。図から明らかなように、リテーナリング３の材料にベスペル（ＣＲ４６１０、ＳＰ−１、ＳＣＰ５０００）を用いた場合は研磨パッドの表面温度がポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）やポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を用いた場合より低くなる。
【００９９】
なお、上記構成の基板保持機構としてのトップリングは一例であり、本発明に係る基板保持機構はこれに限定されるものではない。要は、取り付けフランジ、該取り付けフランジに取り付けられた支持部材と、該支持部材の外周に配置され取り付けフランジに取り付けられたリテーナリングを具備し、リテーナリングに囲まれた支持部材の下面に被研磨基板を保持し、研磨面に押圧することができる構成であれば、具体的構成はどのようなものでもよい。
【０１００】
また、研磨装置も上記構成のものに限定されるものではなく、基板保持機構と、研磨面を有する研磨テーブルを具備し、基板保持機構で保持された被研磨基板を研磨テーブルの研磨面に押圧し、基板保持機構で保持された被研磨基板と研磨テーブルの研磨面の相対的運動により被研磨基板を研磨する構成であれば、具体的な構成はどのようなものでもよい。
【０１０１】
図８は本発明に係る基板研磨装置の概略構成例を示す図である。図８において、２００は平面運動の一つとして矢印Ａ方向に回転する研磨テーブルであり、該研磨テーブル２００は平らな剛体よりなるテーブルであり、その上面に研磨パッド２０１が貼り付けられている。２２１はトップリングであり、該トップリング２２１の下面に半導体基板の被研磨基板Ｗが保持されている。トップリング２２１はトップリング駆動軸２２２により矢印Ｂ方向に回転するようになっている。トップリング２２１は、回転してその下面に保持された被研磨基板Ｗを回転する研磨テーブル２００の研磨パッド２０１の上面に押圧（接触加圧）させるようになっている。また、研磨パッド２０１の上面には研磨液供給ノズル２０２から研磨液Ｑが定量的に供給（滴下）され、研磨パッド２０１の上面と被研磨基板Ｗの下面（研磨面）の間に供給される。
【０１０２】
研磨パッド２０１及びトップリング２２１を覆うドーム２４０には吸気口２４１と排気口２４２が開口しており、排気口２４２は排気ダクト２４３と接続している。ドーム２４０内の排気手段が作動すると、吸気口２４１から排気口２４２に向かって矢印Ｃに示すように気流が発生し、この気流流路に位置する研磨パッド２０１及びトップリング２２１を空冷する。２４４は低温ガスや低温空気等の低温気体を供給する低温気体供給装置であり、上記排気によって発生する気流による研磨パッド２０１及びトップリング２２１の冷却が不充分の場合、吸気口２４１から低温気体を供給し、冷却の補助を行う。
【０１０３】
２４５はドーム２４０内に設けた仕切板であり、上記のように回転する研磨テーブル２００の研磨パッド２０１に回転するトップリング２２１が保持する被研磨基板Ｗを押圧し、被研磨基板Ｗを研磨している期間、発熱源となっているトップリング２２１と、その近傍の研磨パッド２０１の表面が気流流路内に位置するように気流の制御を行う。
【０１０４】
上記のように本基板研磨装置によれば、研磨パッド２０１の表面及びトップリング２２１の冷却方法として、研磨パッド２０１の上部から直接空冷、又は空冷に低温気体供給装置２４４からの低温気体を補助的に加えて冷却を行うため、これまでの基板研磨装置の装置形態に大きな変更を加えることなく、吸気口２４１や排気口２４２を有するドーム２４０、排気ダクト２４３、仕切板２４５、排気手段、更には低温気体供給装置２４４等を付加するのみで、研磨パッド２０１の表面及びトップリング２２１を効果的に冷却することができる。
【０１０５】
図９は本発明に係る基板研磨装置の概略構成例を示す図である。図９において、平らな剛体よりなる矢印Ａ方向に回転する研磨テーブル２００、矢印Ｂ方向に回転するトップリング２２１、研磨パッド２０１面上に研磨液Ｑを定量的に供給する研磨液供給ノズル２０２を具備し、矢印Ｂ方向に回転するトップリング２２１の下面に保持する被研磨基板Ｗを矢印Ａ方向に回転する研磨テーブル２００の研磨パッド２０１の上面に押圧し、研磨液供給ノズル２０２から研磨パッド２０１の上面に研磨液Ｑを定量的に供給しながら被研磨基板Ｗを研磨するように構成された点は、図８に示す基板研磨装置と同一である。
【０１０６】
２４６は研磨パッド２０１の表面（上面）を冷却するための、パッド表面冷却装置であり、該パッド表面冷却装置２４６としては、常温空気や常温気体を供給する送風ファン等の常温気体供給装置、低温ガスや低温空気等の低温気体を供給する低温気体供給装置が挙げられる。
【０１０７】
上記のように本基板研磨装置によれば、研磨パッド２０１の表面及びトップリング２２１の冷却方法として、パッド表面冷却装置２４６から常温気体や低温気体を供給して研磨パッド２０１の上面から直接冷却を行うため、これまでの基板研磨装置（構造）の装置形態を大きく変えることなく、パッド表面冷却装置２４６を付加するのみで、研磨パッド２０１の表面及びトップリング２２１を効果的に冷却できる。
【０１０８】
図１０は本発明に係る基板研磨装置の概略構成例を示す図である。図１０において、平らな剛体よりなる矢印Ａ方向に回転する研磨テーブル２００、矢印Ｂ方向に回転するトップリング２２１、研磨パッド２０１の上面に研磨液Ｑを定量的に供給する研磨液供給ノズル２０２を具備し、矢印Ｂ方向に回転するトップリング２２１の下面に保持する被研磨基板Ｗを矢印Ａ方向に回転する研磨テーブル２００の研磨パッド２０１面上に押圧し、研磨液供給ノズル２０２から研磨パッド２０１面上に研磨液Ｑを定量的に供給しながら被研磨基板Ｗを研磨するように構成した点は、図８及び図９に示す基板研磨装置と同一である。
【０１０９】
トップリング２２１は略円板状のトップリング本体２３０を具備し、該トップリング本体２３０の下面外周囲には被研磨基板Ｗがトップリング本体２３０の下面から離脱するのを防止するため基板ガイド２３１が取り付けられている。トップリング本体２３０の内部には低温ガスや低温空気等の低温気体Ｄを被研磨基板Ｗの裏面（被研磨基板Ｗの研磨面を表面とする）に供給するための低温気体流路２３２が設けられ、該低温気体流路２３２の先端部は被研磨基板Ｗの裏面に開口されており、低温気体Ｄは被研磨基板Ｗと基板ガイド２３１との間の僅かな隙間を通して研磨パッド２０１の表面にも供給される。また、トップリング本体２３０には低温気体Ｄを排出するための低温気体排出路２３４が設けられている。
【０１１０】
低温気体排出路２３４には開度調整式定流量弁２３５が設けられ、被研磨基板Ｗの研磨中に低温気体Ｄが被研磨基板Ｗの裏面側で停滞しないように一定流量の低温気体Ｄが供給されるようになっている。また、開度調整式定流量弁２３５によって、被研磨基板Ｗの裏面側における低温気体Ｄの流速を制御する。また、低温気体排出路２３４に逆止弁２３６が設けられ、低温気体流路２３２内の低温気体Ｄを真空吸引装置で吸引し、負圧にすることにより、基板Ｗをトップリング本体２３０の下面に吸着保持する場合、低温気体排出路２３４から気体が逆流しないようになっている。
【０１１１】
上記のように本基板研磨装置によれば、研磨パッド２０１の表面及びトップリング２２１の冷却方法として、被研磨基板Ｗの裏面に直接低温気体Ｄを供給して冷却するため、効果的に被研磨基板Ｗを冷却することができる。
【０１１２】
図８に示す構成の基板研磨装置を用いて、被研磨基板Ｗを研磨する方法を以下に詳細に説明する。回転する研磨テーブル２００の研磨パッド２０１の上面に研磨液供給ノズル２０２から砥粒を含む研磨液Ｑを定量的に供給しながら、回転するトップリング２２１に保持する被研磨基板Ｗを押圧し、該被研磨基板Ｗの表面を研磨する。この時、研磨パッド２０１及びトップリング２２１を覆うドーム２４０の内部を局所排気することにより、吸気口２４１から排気口２４２、排気ダクト２４３に向かって気流が発生する。この気流を仕切板２４５により、積極的に制御し、研磨パッド２０１及びトップリング２２１をこの気流流路内に位置させることで、被研磨基板Ｗの研磨中の研磨パッド２０１の表面温度及び被研磨基板Ｗの温度を４０℃〜６５℃に維持することができる。
【０１１３】
特に研磨パッド２０１の上面の被研磨基板Ｗに対する研磨パッド２０１の運動側（研磨テーブル２００の運動側）は、研磨パッド２０１と被研磨基板Ｗの相対的運動量が大きく摩擦熱が多く発生するから、その近傍位置が気流流路内に位置するように、仕切板２４５により気流を制御することにより、研磨パッド２０１の表面温度及び被研磨基板Ｗの温度を４０℃〜６５℃に維持することができる。
【０１１４】
図９に示す構成の基板研磨装置を用いて、被研磨基板Ｗを研磨する方法を以下に詳細に説明する。回転する研磨テーブル２００の研磨パッド２０１面上に研磨液供給ノズル２０２から砥粒を含む研磨液Ｑを定量的に供給しながら、回転するトップリング２２１に保持する被研磨基板Ｗを押圧し、該被研磨基板Ｗの表面を研磨する。このとき、トップリング２２１の近傍に設置したパッド表面冷却装置２４６から研磨パッド２０１の冷却スポット２０１ａに常温気体や低温気体Ｅを供給することにより、研磨パッド２０１の表面温度及び被研磨基板Ｗの温度を４０℃〜６５℃に維持することができる。
【０１１５】
特に上記のように研磨パッド２０１の上面の被研磨基板Ｗに対する研磨パッド２０１の運動側（研磨テーブル２００の運動側）は、研磨パッド２０１と被研磨基板Ｗの相対的運動量が大きく摩擦熱が多く発生するから、パッド表面冷却装置２４６からの常温気体や低温気体を研磨パッド２０１のこの運動側近傍の冷却スポット２０１ａに供給することにより、研磨パッド２０１の表面温度及び被研磨基板Ｗの温度を４０℃〜６５℃に維持することができる。
【０１１６】
図１０に示す構成の基板研磨装置を用いて、被研磨基板Ｗを研磨する方法を以下に詳細に説明する。回転する研磨テーブル２００の研磨パッド２０１面上に研磨液供給ノズル２０２から砥粒を含む研磨液Ｑを定量的に供給しながら、回転するトップリング２２１に保持する被研磨基板Ｗを押圧し、該被研磨基板Ｗの表面を研磨する。このとき、被研磨基板Ｗの裏面に低温気体Ｄを供給し続け、開度調整式定流量弁２３５によって、被研磨基板Ｗの裏面側に供給された低温気体Ｄが、被研磨基板Ｗの裏面側において、停滞することのないように略一定の流速を確保し、また開度を調整して流速を制御することにより、被研磨基板Ｗの研磨中の研磨パッド２０１の表面及び被研磨基板Ｗの温度を４０℃〜６５℃に維持することができる。
【０１１７】
研磨後の被研磨基板Ｗの搬送は、低温気体流路２３２内の低温気体Ｄを真空吸引装置で吸引し、負圧にすることにより、基板Ｗをトップリング本体２３０の下面に保持するが、低温気体排出路２３４に逆止弁２３６を設けているので、気体が被研磨基板Ｗの裏面側に逆流することがなく、被研磨基板Ｗをトップリング本体２３０の下面に確実に吸着保持することができる。
【０１１８】
図１１は従来の基板研磨装置による基板研磨と本発明に係る基板研磨装置による基板研磨の比較例を示す図である。図１１において、横軸は研磨中の研磨パッド表面温度及び被研磨基板温度（℃）を、左縦軸は研磨レートを、右縦軸は凹凸段差残りをそれぞれ示す。なお、ここで基板研磨に使用する研磨液は、主成分に高分子界面活性剤を有する研磨液である。図１１に示すように、従来の基板研磨装置で研磨パッド表面温度及び被研磨基板温度が温度領域Ａ（６５℃以上）となる研磨では、温度上昇に伴って研磨レートが低下し、凹凸段差残りが大きくなる。本発明に係る基板研磨装置で研磨パッドの表面温度及び被研磨基板の温度領域Ｂ（４０℃〜６５℃）での研磨では、高い研磨レートが得られ、凹凸段差残りも小さくなる。
【０１１９】
図１２は基板面上に配線用の凹部を形成し、該凹部を含む基板面上に配線材料の薄膜を形成した被研磨基板を研磨して凹部内の配線材料を残し、それ以外の配線材料を除去する研磨方法における従来の基板研磨と本発明に係る基板研磨の比較例を示す図である。図１２において、横軸は研磨中の研磨時間（ｓｅｃ）を、縦軸は研磨量をそれぞれ示す。図１２に示すように、従来の基板研磨装置で研磨パッド表面温度及び被研磨基板温度が温度領域Ａとなる研磨では、研磨時間と研磨量が比例関係になく、研磨時間経過に伴って、研磨量が指数関数的に増加する。これに対して、本発明に係る基板研磨装置で研磨パッドの表面温度及び被研磨基板の温度領域Ｂでの研磨では研磨時間と研磨量が比例関係にある。
【０１２０】
このため、所望の研磨量を得る場合、従来の温度領域では、研磨時間による研磨量の制御や、研磨終点検出装置による研磨量の制御が困難であり、また再現性に乏しかった。これに対して本発明に係る基板研磨装置で研磨パッドの表面温度及び被研磨基板の温度領域Ｂ（４０℃〜６５℃）での研磨では、研磨時間と研磨量が比例関係にあるため、所望の研磨量を得る場合、研磨時間による研磨量の制御や、研磨終点検出装置による研磨量の制御が容易であり、また良好な再現性が得られる。
【０１２１】
上記のように、研磨により被研磨基板面上に形成された材料層の凹凸を平坦にする研磨方法と、被研磨基板の凹部内の配線材料を残し、それ以外の配線材料を除去する研磨方法において、研磨中の研磨パッドの表面温度及び被研磨基板の温度は４０℃〜６５℃内にすることが好ましく、特に４５℃〜６０℃にすることが好ましい。
【０１２２】
【発明の効果】
以上説明したように本件発明によれば、リテーナリングや研磨面、基板保持機構の温度を効率的に制御することができるため、研磨速度向上、研磨均一性などの研磨性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る研磨装置の構成を示す図である。
【図２】本発明に係る基板保持機構の構成を示す側断面図である。
【図３】本発明に係る基板保持機構の構成の基板保持部を示す図である。
【図４】本発明に係る基板保持機構の一部側断面図である。
【図５】各種リテーナリングの摩耗率の比較例を示す図である。
【図６】各種リテーナリングを用いた研磨レートの比較例を示す図である。
【図７】各種リテーナリングを用いた研磨テーブルの研磨面温度変化の比較例を示す図である。
【図８】本発明に係る基板研磨装置の概略構成例を示す図である。
【図９】本発明に係る基板研磨装置の概略構成例を示す図である。
【図１０】本発明に係る基板研磨装置の概略構成例を示す図である。
【図１１】従来の基板研磨と本発明の基板研磨の比較例を示す図である。
【図１２】従来の基板研磨と本発明の基板研磨の比較例を示す図である。
【符号の説明】
１              トップリング
２              取り付けフランジ
３              リテーナリング
４              弾性パッド
５              ホルダーリング
６              支持部材
７              加圧シート
８              中心当接部材
９              外側当接部材
１０            自在継手部
１１            トップリング駆動軸
１２            ベアリングボール
３１〜３８      流体路
１００          研磨テーブル
１０１          研磨パッド
１０２          研磨液供給ノズル
１１０          トップリングヘッド
１１１          トップリング用エアシリンダ
１１２          回転筒
１１３          タイミングプーリ
１１４          トップリング駆動モータ
１１５          タイミングベルト
１１６          タイミングプーリ
１１７          トップリングヘッドシャフト
１２０          圧縮空気源
１２１          真空源
１３１          空気供給源
１３２          洗浄液供給源
２００          研磨テーブル
２０１          研磨パッド
２０２          研磨液供給ノズル
２２１          トップリング
２２２          トップリング駆動軸
２３０          トップリング本体
２３１          基板ガイド
２３２          低温気体流路
２３４          低温気体排出路
２３５          開度調整式定流量弁
２３６          逆止弁
２４０          ドーム
２４１          吸気口
２４２          排気口
２４３          排気ダクト
２４４          低温気体供給装置
２４５          仕切板
２４６          パッド表面冷却装置
【図１】
2004249452.tif 000003
【図２】
2004249452.tif 000004
【図３】
2004249452.tif 000005
【図４】
2004249452.tif 000006
【図５】
2004249452.tif 000007
【図６】
2004249452.tif 000008
【図７】
2004249452.tif 000009
【図８】
2004249452.tif 000010
【図９】
2004249452.tif 000011
【図１０】
2004249452.tif 000012
【図１１】
2004249452.tif 000013
【図１２】
2004249452.tif 000014