(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハの被研磨面が押し当てられて該被研磨面を平坦に研磨する研磨面が、盤表面に形成された研磨用定盤を備えるウェーハの研磨装置において、
前記研磨用定盤の内部に設けられ、該研磨用定盤を冷却する冷却用の流路と、
該冷却用の流路に供給される冷却液の温度と該冷却用の流路から排出される冷却液の温度との給排温度差を検出する温度差検出手段と、
前記冷却液の流量を検出する流量センサと、
冷却液の流量を調整する流量制御手段とを備え、
該流量制御手段は、
あらかじめ経験的に求められた冷却液の給排温度差における冷却液の流量の設定条件を入力する操作部と、
外部からの信号によって開度を自動的に変える流量調整弁と、
前記操作部から出力される設定信号と前記流量センサによる検出信号とを比較して流量パラメータにかかる信号を出力する流量パラメータ用の比較器と、
前記温度差検出手段によって出力された温度パラメータにかかる信号と、前記流量パラメータ用の比較器によって出力された流量パラメータにかかる信号とに応じて、冷却液の流量を調整して前記研磨用定盤が所定の一定温度となるように制御すべく、前記温度差検出手段により検出された冷却液の給排温度差における前記流量センサにより検出される冷却液の検出流量が、前記あらかじめ経験的に求められ入力された、冷却液の給排温度差に対応する冷却液の設定流量となるように、前記流量調整弁の制御にかかる信号を出力する流量調整用の比較器とを具備することを特徴とするウェーハの研磨装置。
【請求項２】
前記温度差検出手段が、前記冷却用の流路に供給される冷却液の温度を検出する供給側温度センサと、前記冷却用の流路から排出される冷却液の温度を検出する排出側温度センサと、前記供給側温度センサによる検出信号と前記排出側温度センサによる検出信号とを比較して冷却液の給排温度差の信号を出力する温度パラメータ用の比較器とを備えることを特徴とする請求項１記載のウェーハの研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウェーハの研磨装置に関し、さらに詳細には、ウェーハの被研磨面が押し当てられて該被研磨面を平坦に研磨する研磨面が、盤表面に形成された研磨用定盤を用いるウェーハの研磨装置に関する。
【０００２】
ウェーハの研磨装置には、ポリシング装置、及びラッピング装置（ラップ盤）がある。
例えば、ポリシング装置は、図２に示すように基本的に、ウェーハ５０の表面を研磨する研磨面５１を有する研磨用定盤５２、その研磨用定盤５２に対向して配されてウェーハ５０を保持するウェーハの保持部５３、ウェーハ５０の表面を研磨面５１に当接させるべくウェーハの保持部５３と研磨用定盤５２とを接離動させる接離動機構５４、ウェーハの保持部５３に保持されたウェーハ５０を研磨面５１に所定の押圧力で押し当てる押圧機構５５、ウェーハ５０が研磨面５１に押し当てられた状態でそのウェーハの保持部５３（ウェーハ５０）と研磨用定盤５２（研磨面５１）とを回転および／又は往復動によって相対的に運動させる保持部の駆動機構５６および研磨用定盤の駆動機構５７、スラリーと呼ばれる液状の研磨剤（以下「研磨液」という）の供給機構（図示せず）等の構成を備えている。なお、研磨液は、通常、エッチング液成分（化学成分）及び微細砥粒を含有している。
【０００３】
ポリシング装置の研磨用定盤５２は、通常、金属板又はセラミックス板から成る定盤（本体）の表面上に、布もしくはフェルト状のクロス、又はスポンジもしくは短毛刷子状の部材等の研磨面を構成する部材が付着固定されて構成され、広義にはその定盤を受けて支持する定盤受け部等の構成を含むものである。
このように構成されたポリシング装置によれば、薄板状の被研磨物であるウェーハの表面、例えば半導体装置用のシリコンウェーハの表面を、鏡面研磨及び平坦化することができる。
なお、定盤本体の材質は、一般的にはポリシング装置の場合はその耐化学性からステンレススチール（金属板）又はセラミックス板が用いられ、ラップ盤の場合は鋳鉄が用いられている。
【０００４】
【従来の技術】
上記のような研磨用定盤において、その定盤本体（以下、単に「定盤」という）の盤表面は、ウェーハの研磨精度を向上させるため、高い平坦度が要求される。特に半導体チップの原料となるシリコンウェーハの平坦度には、サブミクロンの精度が要求されているため、熱による定盤の僅かな変形も無視できない。
研磨用定盤では、その性質上、ウェーハの表面と研磨面とが擦れ合う際に発生する熱によって、定盤の研磨面側が温められて熱膨張によって変形し、研磨の開始時とある時間が経過した後の研磨面の平坦度が変化することは避けられない。通常、定盤の研磨面側の温度が摩擦熱によって高いのに対し、定盤の裏面側は温度が低いため、定盤は表面側が凸状に反ってしまい、そのためにウェーハ表面の平坦度（研磨精度）を向上できない。例えば、恒温室においても、摩擦熱によって定盤の研磨面の温度が上がってしまい、安定して高精度のウェーハ加工ができなくなる。
【０００５】
これに対しては、剛性が高く、熱変形を抑制できるように熱膨張率が低いと共に熱伝導率が高い材質を採用して定盤を形成したり、冷却手段として定盤の内部に冷却液（冷却水）が流通する冷却用の流路を形成し、その冷却用の流路に冷却水を流して定盤の過熱を防止し、定盤が変形することを抑制していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ウェーハの研磨精度の要求はさらに高くなり、上記従来の対応策（材質、単なる冷却手段）では充分でないという課題が生じてきた。
特に、研磨用定盤を単なる冷却手段で冷却しても、研磨作業の開始時と所定の時間が経過した時との関係のように、研磨面（定盤）の温度を一定に維持できないという課題があった。すなわち、一定温度で一定流量の冷却液を冷却用の流路に流している場合、変化する研磨条件に対応することができず、研磨面（定盤）の温度が変動しまい、その変動に伴って定盤の熱変形の程度が変動し、同一の条件でウェーハの表面を研磨できない。従って、ウェーハの研磨精度を向上できないという課題があった。
また、従来のウェーハの研磨装置では、一定流量の冷却液が流れていることを前提として冷却液の流量が管理されていなかった。従って、何らかの原因によって所定の流量が流れていない場合、好適なウェーハの研磨はできなかった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、変化する研磨条件に好適に対応し、研磨用定盤の温度を一定に維持することで、その研磨用定盤の熱変形を抑制してウェーハの研磨精度を向上できるウェーハの研磨装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は次の構成を備える。
すなわち、本発明は、ウェーハの被研磨面が押し当てられて該被研磨面を平坦に研磨する研磨面が、盤表面に形成された研磨用定盤を備えるウェーハの研磨装置において、前記研磨用定盤の内部に設けられ、該研磨用定盤を冷却する冷却用の流路と、該冷却用の流路に供給される冷却液の温度と該冷却用の流路から排出される冷却液の温度との給排温度差を検出する温度差検出手段と、前記冷却液の流量を検出する流量センサと、冷却液の流量を調整する流量制御手段とを備え、該流量制御手段は、あらかじめ経験的に求められた冷却液の給排温度差における冷却液の流量の設定条件を入力する操作部と、外部からの信号によって開度を自動的に変える流量調整弁と、前記操作部から出力される設定信号と前記流量センサによる検出信号とを比較して流量パラメータにかかる信号を出力する流量パラメータ用の比較器と、前記温度差検出手段によって出力された温度パラメータにかかる信号と、前記流量パラメータ用の比較器によって出力された流量パラメータにかかる信号とに応じて、冷却液の流量を調整して前記研磨用定盤が所定の一定温度となるように制御すべく、前記温度差検出手段により検出された冷却液の給排温度差における前記流量センサにより検出される冷却液の検出流量が、前記あらかじめ経験的に求められ入力された、冷却液の給排温度差に対応する冷却液の設定流量となるように、前記流量調整弁の制御にかかる信号を出力する流量調整用の比較器とを具備することを特徴とする。
【０００９】
また、前記温度差検出手段が、前記冷却用の流路に供給される冷却液の温度を検出する供給側温度センサと、前記冷却用の流路から排出される冷却液の温度を検出する排出側温度センサと、前記供給側温度センサによる検出信号と前記排出側温度センサによる検出信号とを比較して冷却液の給排温度差の信号を出力する温度パラメータ用の比較器とを備えることで、冷却液の給排温度差の信号を好適に得ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明にかかるウェーハのポリシング装置（研磨装置）に用いられるウェーハの研磨用定盤装置の一実施例を模式的に示す説明図である。
１０は研磨用定盤であり、ウェーハ１２の被研磨面（ウェーハの表面）が押し当てられてその表面を平坦に研磨する研磨面が、盤表面に形成されている。
この研磨用定盤１０によれば、前述したようにウェーハの表面を研磨液を介在させて好適に鏡面研磨することができる。
【００１１】
１４は冷却用の流路であり、研磨用定盤１０の内部に設けられ、冷却液を流して研磨用定盤１０を冷却できるように形成されている。
本実施例の冷却用の流路１４は、研磨用定盤１０の厚さ方向に２層に形成され、研磨用定盤１０の温度をより均一にするように工夫されている。なお、本発明にかかる冷却用の流路１４はこれに限らず、単層に形成されていてもよいし、２層にした場合は上層から冷却するなど、その流路を適宜設計すればよい。
【００１２】
２０は温度差検出手段であり、冷却用の流路１４に供給される冷却液の温度と、冷却用の流路１４から排出される冷却液の温度との温度差を検出する。
この温度差検出手段２０は、冷却用の流路１４に供給される冷却液の温度を検出する供給側温度センサ２１と、冷却用の流路１４から排出される冷却液の温度を検出する排出側温度センサ２２と、供給側温度センサ２１による検出信号と排出側温度センサ２２による検出信号とを比較して冷却液の給排温度差の信号を出力する温度パラメータ用の比較器２４とによって構成されており、冷却液の給排温度差にかかる信号を出力できる。その給排温度差にかかる信号は、所定の範囲の電流値等の電気信号として好適に得ることができる。温度センサとしては、温度変化による電気抵抗変化を利用する抵抗温度センサ又は熱起電力変化を利用する熱電対等を利用できる。これらのセンサは流路内に入れられ、冷却液に接触して安定した条件で正確に温度を検出できる。
【００１３】
２６は流量センサであり、冷却用の流路１４中に設けられ、その冷却用の流路１４を流れる冷却水の流量を計測し、その計測（検出）結果を出力する。その検出信号は、例えば所定の範囲の電流値等の電気信号として好適に得ることができる。冷却液としては、例えば、半導体装置製造工場で集中管理されてポンプで供給される一定温度の冷却水を利用すればよい。その冷却水の温度は、例えば、恒温室の気温に合わせて２０°Ｃ±０．５°Ｃ程度に管理されている。なお、冷却液としては水に限らず、他の熱媒体（液体）を利用できるのは勿論である。
【００１４】
３０は流量制御手段であり、温度差検出手段２０によって検出された冷却液の給排温度差の検出結果に応じて研磨用定盤１０が所定の設定温度となるように冷却液の流量を調整する。例えば、温度差検出手段２０によって検出された冷却液の給排温度差が設定条件値以上の場合は冷却液の流量を増大させ、その冷却液の給排温度差が設定条件値以下の場合は冷却液の流量を減少させる。
これにより、冷却液の流量変化と、冷却液の温度変化とに好適に対応して、より確実に研磨用定盤１０の温度を一定に維持できる。
【００１５】
また、本実施例の流量制御手段３０は、冷却液の流量の設定条件を入力する操作部３２と、流量調整弁（モータ３３の動力によって開閉するモータバルブ３４）と、操作部３２による設定信号と流量センサ２６による検出信号とを比較して流量パラメータにかかる信号を出力する流量パラメータ用の比較器３６と、温度差検出手段２０によって出力された温度パラメータにかかる信号と、流量パラメータ用の比較器３６によって出力された流量パラメータにかかる信号とを比較してモータバルブ３４の制御にかかる信号を出力する流量調整用の比較器３８とを具備する。
【００１６】
モータ３３としてはサーボモータを用いることができる。モータバルブ３４は、外部からの信号によって開度が変えられる機能を備えるもので、例えば、サーボモータによる回転動力を減速機を介してバルブのハンドルに伝え、自動的に開度を変えることのできる流量調整弁であればよい。なお、冷却用の流路１４の開度を制御信号によって自動的に調整する流量調整弁としては、上記のモータバルブ３４に限らず、電磁バルブ（比例電磁弁）等の他の手段を用いることも可能である。
【００１７】
また、温度パラメータ用の比較器２４、流量パラメータ用の比較器３６及び流量調整用の比較器３８を含む構成によってフィードバック制御系である命令処理部４０が構成されている。各センサ及び操作部３２からの検出又は入力信号は、例えば、適宜所定の範囲の電流値に変換されて各比較器で比較され、演算装置等（図示せず）によって処理されることにより、モータバルブ３４を制御する所定の範囲の電流値の制御信号として出力される。上記の命令処理部４０は、公知の回路によって構成でき、シーケンス制御を行う。さらには、いわゆるＰＩＤ制御（比例、積分、微分の動作の組み合わせが可能）、ファジー制御等を行うように構成してもよい。
【００１８】
次に本実施例の作用効果について説明する。
本実施例によれば、温度差検出手段２０によって温度パラメータにつき、また、流量センサ２６によって流量パラメータについて連続的にモニタしており、その検出データに基づいて、前述したように冷却水の流量制御を行っている。これにより、タイムリー且つ応答性よく研磨用定盤１０の温度制御ができ、その温度を一定に維持して熱変形を抑制することができる。
【００１９】
また、冷却用の流路１４に供給される冷却液（冷却水）の温度と、冷却用の流路１４から排出される冷却水の温度を検出し、その両者の温度差を検出しているため、精度の高い制御を行うことができる。例えば、基本流量を１０リットル／ｍｉｎ．、供給される冷却水の温度（基準となる冷却水温度）を２０°Ｃ±０．５°Ｃ、冷却水の給排温度差を３°Ｃとした場合について説明する。工場で供給される冷却水源の基準となる冷却水温度は、前記のように±０．５°Ｃまでは保証されているが、完全に一定に維持されているわけではない。すなわち、冷却水の給排温度差を３°Ｃとしていることに対し、基準となる冷却水温度の±０．５°Ｃの変動は比率的に大きく影響する。従って、冷却水の給排温度差を検出することで、流路１４から排出される冷却水の温度のみを検出して制御する場合等に比較して、基準となる冷却水温度が変動しても適正な検出データを得ることができ、正確な流量制御ができる。その結果、研磨用定盤１０の温度をより一定に維持でき、ウェーハの研磨精度を向上できる。
【００２０】
なお、流量制御手段３０は、単なるシーケンス制御の他に、プログラムによって作動する命令処理部４０によって、経験的に設定される条件付けで制御してもよいのは勿論である。その条件付けには、例えば、流量と温度差の積によって算出される熱容量の値、或いは経時的な要素等があり、これらの要素に基づいて演算処理を行い制御することでより正確な温度管理が可能となる。
【００２１】
本実施例では、工場内にライン供給されている冷却水（圧力が一定に保たれた冷却水源）を前提に構成したため、流量調整弁（モータバルブ３４）によって冷却液の流量制御を行う場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、独自にポンプを備えて、そのポンプの動力によって冷却液を流す場合には、前記モータバルブ３４に代えて、インバータを用いてポンプの出力を調整することで流量制御を行うことも可能である。
【００２２】
以上に説明してきたウェーハの研磨装置は、ポリシング装置に限らず、他の研磨装置にも好適に適用できる。すなわち、以上の実施例のように定盤の上面が研磨面となるものに限られることはなく、定盤の下面が研磨面となるウェーハの研磨装置としても利用できる。また、ウェーハの両面を研磨するラップ盤等の両面研磨機の上下の定盤に用いることもできるのは勿論である。
さらに、ウェーハを一枚ずつ研磨する枚葉式の研磨装置に用いることに限らず、複数のウェーハを一枚のプレートで保持して研磨するバッチ式の研磨装置にも用いることができるのは勿論である。
以上、本発明の好適な実施例について種々述べてきたが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内でさらに多くの改変を施し得るのは勿論のことである。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、流量制御手段によって、温度差検出手段によって検出された冷却液の給排温度差が設定条件値以上の場合は冷却液の流量を増大させ、その冷却液の給排温度差が設定条件値以下の場合は冷却液の流量を減少させることで、研磨用定盤の温度を一定に維持する。このように冷却液の給排温度差に基づいて冷却液の流量制御が行われるため、研磨用定盤についてより正確な温度管理が可能になっている。
従って、本発明によれば、変化する研磨条件に好適に対応し、研磨用定盤の温度をより一定に維持することができ、その研磨用定盤の熱変形を抑制してウェーハの研磨精度を向上できるという著効を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明にかかるウェーハの研磨装置を説明する説明図である。
【図２】  本発明にかかるウェーハの研磨装置が適用されるポリシング装置を説明する側面図である。
【符号の説明】
１０  研磨用定盤
１２  ウェーハ
１４  冷却用の流路
２０  温度差検出手段
２１  供給側温度センサ
２２  排出側温度センサ
２４  温度パラメータ用の比較器
２６  流量センサ
３０  流量制御手段
３２  操作部
３４  モータバルブ
３６  流量パラメータ用の比較器
３８  流量調整用の比較器
４０  命令処理部
【図１】
0004051115.tif 000002
【図２】
0004051115.tif 000003