JP2009248269A

JP2009248269A - 研磨装置

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Publication number: JP2009248269A
Application number: JP2008101581A
Authority: JP
Inventors: Susumu Hoshino; 進星野
Original assignee: Nikon Corp
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Priority date: 2008-04-09
Filing date: 2008-04-09
Publication date: 2009-10-29
Anticipated expiration: 2028-04-09
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Abstract

【課題】スラリーの利用効率を向上可能な研磨装置を提供する
【解決手段】上面に研磨パッドが設けられて回転駆動される定盤１０と、定盤に対して基板Ｗを相対移動させる基板移動機構３０と、研磨パッドにスラリーを供給するスラリー供給装置６３を備え、スラリーを供給しながら基板の研磨加工を行う研磨装置において、研磨パッド１２からこぼれ出たスラリーを受け止めるスラリー受容溝１１０と、スラリー受容溝に受け止められたスラリーをスラリー回収路１３０及びスラリー供給路１２０を介して研磨パッドの上面中央に流出させる液送ポンプ１５０とを備え、基板Ｗの研磨加工中にスラリーが定盤内を循環するように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、スラリーの存在下において定盤と基板とを相対移動させて基板の研磨加工を行う研磨装置に関するものである。

上記のような研磨装置として、シリコン基板やガラス基板等の表面を平坦に研磨加工するＣＭＰ装置（Chemical Mechanical Polishing Machine）が広く知られている。ＣＭＰ装置は、例えば、上面に研磨パッドが設けられて下方に延びる回転軸廻りに回転駆動される定盤と、研磨パッドに基板を当接させた状態で基板を移動させる基板移動機構と、研磨パッドの上面にスラリーを供給するスラリー供給装置とを備え、スラリー供給装置から研磨パッドの上面にスラリーを供給し、スラリーの存在下で定盤と基板とを相対移動させて基板表面を平坦に研磨加工するように構成される。

ここで、スラリー供給装置からパッド上面に供給されたスラリーは、定盤の回転に伴う遠心力によってパッド上面を中央寄りから外周方向に移動し、研磨パッドの外周端部から流れ落ちて定盤から排除される。そのため、スラリー供給装置から供給されたスラリーのなかには、何ら研磨加工に寄与することなく、単に研磨パッドの上面を流れてそのまま排除されてしまうものも多く、研磨パッドに供給されたスラリーのうち実際に研磨加工に寄与したスラリーの割合、すなわちスラリーの利用効率は、一般的には１０％にも満たないと言われている。そこで、定盤から流れ落ちたスラリーを回収して未使用状態のスラリー（フレッシュスラリーという）が貯留されたタンクに戻し、スラリー供給装置のポンプによって再び研磨パッドに供給する循環システムを備えた研磨装置も考案されている（例えば、特許文献1を参照）。
米国特許第６１５９０８２号明細書

しかしながら、上記のような従来の研磨装置では、研磨パッド上に供給されたスラリーを回収し循環させるための構成が複雑であり、研磨装置全体が大型化するという課題があった。本発明は、上記課題に鑑みて成されたものであり、装置構成を複雑化、大型化することなくスラリーの利用効率を向上可能な研磨装置を提供することを目的とする。

上記目的達成のため、本発明は、上面に研磨パッドが設けられ下方に延びる回転軸廻りに回転駆動される定盤、研磨パッドの上面に基板を当接させた状態で定盤に対して基板を移動させる基板移動機構（例えば実施形態における基板キャリア２０、キャリア移動機構３０等）、及び研磨パッドの上面にスラリーを供給するスラリー供給装置を備え、スラリーの存在下において定盤と基板との相対移動により基板の研磨加工を行うように構成された研磨装置において、前記定盤に、研磨パッドの外周側にこぼれ出たスラリーを受け止めるスラリー受容溝と、定盤の上面中央部に開口を有して下方に延びるスラリー供給路と、スラリー受容溝とスラリー供給路とを結んで形成されたスラリー回収路と、スラリー受容溝に受け止められたスラリーをスラリー回収路及びスラリー供給路を介して開口から流出させる液送手段（例えば実施形態における液送ポンプ１５０）とを備え、基板の研磨加工中に、スラリー受容溝に受け止められたスラリーが液送手段により開口から研磨パッドの上面に供給され、定盤においてスラリーが循環するように構成される。

本発明によれば、スラリー受容溝に受け止められたスラリーが定盤内で循環される構成のため、装置構成を複雑化、大型化することなくスラリーの利用効率を向上させた研磨装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。本発明を適用した研磨装置１の概略構成（側面図）を図８に示す。研磨装置１は、上面に研磨パッド１２が設けられ下方に延びるスピンドル廻りに回転駆動される定盤１０、下面にガラス基板やシリコン基板、半導体ウエーハ等の基板Ｗを吸着保持して回転駆動される基板キャリア２０を有し、保持した基板Ｗを研磨パッド１２に押接して水平揺動させるキャリア移動機構３０、研磨加工に際して定盤１０にスラリーを供給するスラリー供給装置６０などを備えて構成される。

研磨装置１の各部の作動は、制御装置８０によって制御され、研磨パッド１２の上面にスラリーを供給し、定盤１０及び基板キャリア２０を相対回転させて基板Ｗを研磨パッド１２に当接させて加圧し、スラリー存在下で基板Ｗと研磨パッド１２とを相対移動（基板キャリア２０の回転及び揺動並びに定盤１０の回転）させて、基板表面を平坦に研磨加工する。研磨装置１には、ダイヤモンド砥粒等が固着されたドレス工具７２を研磨パッドに当接させ、研磨パッドの表面をドレッシングするドレス機構７０が設けられている。

定盤１０は、全体として、加工対象の基板Ｗよりも直径が大きく厚肉円盤状のパッド定盤１１と、このパッド定盤１１の上面に接着や粘着等の手段により装着された研磨パッド１２と、パッド定盤１１から鉛直下方に延びパッド定盤に回転駆動力を伝達するスピンドル１３などからなり、研磨パッド１２の上面１２ｕが上向きの水平姿勢で配設される。

定盤１０と隣接してキャリア移動機構３０が設けられ、その先端部に基板キャリア２０が設けられている。基板キャリア２０は、例えば真空吸着により基盤Ｗを着脱自在に保持する円盤状のチャック２１と、チャック２１に保持された基板を研磨パッド１２に押しつけて加圧する加圧機構、チャック２１に回転駆動力を伝達するスピンドル２３などからなり、基板Ｗが下向きの水平姿勢で研磨パッド１２と対向して配設される。キャリア移動機構３０は、定盤１０に対して水平揺動可能に設けられたアーム３１を有し、アーム３１の先端から下方に突出するスピンドルホルダに基板キャリア２０が設けられている。

スラリー供給装置６０は、加工対象に応じた種々の基板研磨用のスラリーや洗浄用の純水（リンス液）などを貯留し、制御装置８０からの指令信号に基づいて上記スラリー等を供給するスラリー供給ユニット６１と、このスラリー供給ユニット６１から送出されたスラリー等を定盤１０に導く配管経路であるライン６２などを備えて構成される。ライン６２の先端側は、定盤１０の回転中心近傍まで延設されて供給位置の調整が可能なノズル６３が設けられており、スラリー供給ユニット６１から送出された未使用状態のスラリー（フレッシュ・スラリー）が研磨パッド１２の上方から供給されるようになっている。

一方、定盤１０に、スラリーを定盤内で循環させるスラリー循環機構１００が設けられている。図１に定盤１０の回転軸心を通る鉛直面で切断したスラリー循環機構１００の概要構成図（図２中Ｉ−Ｉ矢視の側断面図）を示し、図２に定盤１０の平面図を示す。スラリー循環機構１００は、定盤１０の外周側に位置し研磨パッド１２から外周側にこぼれ出たスラリーを受け止めるスラリー受容溝１１０と、定盤１０の上面中央部に吐出開口１２１を有し下方に延びるスラリー供給路１２０と、スラリー受容溝１１０とスラリー供給路１２０とを結んで形成されたスラリー回収路１３０と、スラリー受容溝１１０に受け止められたスラリーをスラリー回収路１３０及びスラリー供給路１２０を介して吐出開口１２１から流出させる液送ポンプ１５０とを備え、基板Ｗの研磨加工中に、スラリー受容溝１１０に受け止められたスラリーが液送ポンプ１５０により吐出開口１２１から研磨パッド１２の上面１２ｕに供給され、定盤１０においてスラリーが循環するように構成される。

本実施形態に示すスラリー受容溝１１０は、このスラリー受容溝１１０の部分を拡大した側断面図を図３に示すように、パッド定盤１１の上面に装着された研磨パッド１２の外周面１２ａと、パッド定盤１１の外周を囲んで設けられた円筒状の飛散防止リング１４０の内周面１４０ａと、これらの間に露出するパッド定盤１１の上面１１ｕに囲まれて、平面視において円環状、側断面視において凹溝状に形成される。

飛散防止リング１４０は、図示省略するリング昇降機構によりパッド定盤１１に対して上下に移動可能に設けられており、この飛散防止リング１４０の上端１４０ｕが研磨パッド１２の上面１２ｕよりも上方に位置する第１位置と、研磨パッドの上面１２ｕよりも低い第２位置とに配置可能になっている。この飛散防止リング１４０の第１位置Ｐ₁と第２位置Ｐ₂（Ｐ₂₁,Ｐ₂₂）については後に詳述するが、基板Ｗの研磨加工時には、飛散防止リング１４０が第１位置Ｐ₁に配置され、研磨パッド１２の外周端部からスラリー受容溝１１０に流れ落ちるスラリーのみならず、遠心力によって研磨パッド１２の外周端部から水平方向に飛散するスラリーが飛散防止リング１４０の内周面１４０ａに受け止められてスラリー受容溝１１０に流れ込むようになっている。また、研磨パッドの上面に洗浄液を供給して基板のリンス洗浄を行う際、及び研磨パッド１２のドレッシングを行う際に、飛散防止リング１４０が第２位置に配設される。

スラリー供給路１２０は、定盤１０の上面中央部に研磨パッド１２を貫通して開口形成された吐出開口１２１を有し、この吐出開口１２１に繋がってパッド定盤１１に下方に延びて形成されている。パッド定盤１１の内部には、スラリー受容溝１１０とスラリー供給路１２０とを結ぶスラリー回収路１３０が設けられている。スラリー回収路１３０は、円環溝状のスラリー受容溝１１０の底面から下方に延びる円孔状のスラリー導入穴１３１と、このスラリー導入穴１３１と中心のスラリー供給路１２０とを結ぶ円孔状のスラリー集合路１３２とからなり、本実施形態においては複数（図２において６本）のスラリー回収路１３０をパッド定盤１１に放射状に設けた構成例を示す。なお、スラリー回収路１３０は、例えば、パッド定盤１１の外周端面から中心に向けて円孔を穿接し、スラリー導入穴１３１とスラリー供給路１２０とを連通させた後、外周端面の開口部をプラグ等により閉塞して構成することができ、あるいはロストワックス鋳造等により外周端面にプラグを設けることなく図示形態に形成することができる。

液送ポンプ１５０は、定盤１０の中心に位置してスラリー供給路１２０とスラリー回収路１３０との連結部に設けられており、スラリー回収路１３０に流入したスラリーを吸引してスラリー供給路１２０に吐出し、吐出開口１２１から（すなわち研磨パッド１２の下側から）上向きに流出させて、研磨パッド１２の上面中央部に供給する。液送ポンプ１５０には、このポンプの吐出流量を検出する流量計が付設されており、流量計の検出信号がスピンドル１３に設けられたロータリージョイントを介して制御装置８０に入力され、制御装置８０はロータリージョイントを介してポンプモータの回転制御を行う。液送ポンプ１５０の吐出口と吐出開口１２１との間には、ドレッシングにより生じた研磨パッドの破断片やドレス工具７２から脱落したダイヤモンド砥粒、スラリーの凝集粒子等を除去するフィルター１５５が設けられている。

液送ポンプ１５０の下方には、上端部がスラリー回収路１３０と繋がって下方に延び、他端側がスピンドル１３から出て外部に導出されるスラリー排出路１６０が形成されるとともに、このスラリー排出路１６０を開閉する排出路開閉弁１６５が設けられている。

次に、このように構成される研磨装置１の作用について説明する。まず、研磨加工時においては、定盤１０及び基板キャリア２０が回転駆動され、基板キャリアに２０保持された基板Ｗがキャリア移動機構３０により定盤１０の上方に移動されて研磨パッド１２に押接され、所定条件で左右に揺動される。このとき、スラリー供給装置６０では、加工条件において設定された種別のスラリーが当該設定に基づく流量でスラリー供給ユニット６１から送出され、ライン６２及びノズル６３を介して定盤１０の上方から研磨パッド１２の上面の中央近傍に供給される。また、定盤１０に設けられた飛散防止リング１４０は、上端１４０ｕが研磨パッドの上面１２ｕよりも高い第１位置Ｐ₁に設定される。

研磨パッド１２の上面中央近傍に供給されたスラリーは、定盤１０の回転に伴う遠心力によって研磨パッドの上面１２ｕを外周方向に移動し、その移動過程において５〜１０％程度のスラリーが基板Ｗと研磨パッド１２との摺接部に介在して基板の研磨加工（ＣＭＰ加工）に寄与する。こうして研磨加工に寄与したスラリー及び研磨加工に寄与することなく研磨パッドの上面１２ｕを移動したスラリーは、使用するスラリーの粘度や単位時間当たりの供給流量、定盤１０の回転速度、研磨パッド１２の性状などに応じて概略定まる所定時間で研磨パッド１２の外周縁部に到達し、ついには研磨パッド１２の外周端部から流れ落ちてスラリー受容溝１１０に流入する。

ここで、基板Ｗの研磨加工時には、飛散防止リング１４０は、リングの上端１４０ｕが研磨パッドの上面１２ｕよりも高い第１位置Ｐ₁に設定されている。そのため、例えば定盤１０の回転に伴う研磨パッド外周縁部の周速度が大きく、研磨パッド１２の外周端部に到達したスラリーの多くが遠心力によって水平に飛び散るような場合であっても、飛散したスラリーが飛散防止リングの内壁面１４０ａに受け止められてスラリー受容溝１１０に流れ込む。従って、定盤の回転速度やスラリーの粘度等（加工条件）によらず、常に高い確率でスラリーを回収することができる。

スラリー受容溝１１０に流れ込んだスラリーは、スラリー受容溝１１０を徐々に満たし溝底面（１１ｕ）に形成されたスラリー導入穴１３１からスラリー回収路１３０に流入する。複数形成されたスラリー導入穴１３１，１３１…をスラリーが塞ぐようになると、各スラリー回収路１３０内のスラリーに作用する液送ポンプ１５０の吸引力が大きくなり、各スラリー集合路１３２，１３２…を介して吸い上げられたスラリーが液送ポンプ１５０からスラリー供給路１２０に吐出され、フィルター１５５により濾過されて、吐出開口１２１から研磨パッド１２の上面中央部に流出する。

吐出開口１２１から研磨パッド１２の上面中央部に流出したスラリー（循環スラリーという）は、定盤１０の回転に伴う遠心力によって再び研磨パッドの上面１２ｕを外周方向に流れ、一定割合のスラリーが研磨加工に寄与したのち研磨パッド１２の外周端部からスラリー受容溝１１０に流入する。このように、スラリー循環機構１００では、スラリー供給装置６０により供給されたスラリーが、定盤１０内の短い経路で循環し複数回研磨パッド１２の上面を移動する。そのため、スラリーの性状変化や不純物の混入等の影響を受けにくく、かつ、研磨加工に寄与するスラリーの寄与率を高めることができる。

ところで、液送ポンプ１５０の回転数を一定とした場合には、スラリー受容溝１１０がスラリーで一定程度満たされるまで（全てのスラリー導入穴１３１，１３１…がスラリーにより塞がれるようになるまで）、吐出開口１２１から研磨パッド１２の上面に戻るスラリーの流量が増加し、スラリー受容溝１１０が全周にわたってスラリーで満たされるようになると循環スラリーの流量が定量化する。このように、スラリー供給装置６０によるフレッシュ・スラリーの供給が開始されてから、スラリー循環機構１００による循環スラリーの供給が始まるまでに所定時間を要し、その後循環スラリーの供給量が定量化するまでに別の所定時間を要する。既述したように、上記所定時間等は使用するスラリーの種別や流量、定盤１０の回転速度などによって変化する。そして、研磨パッド１２の上面を流れるスラリーの流量が変化すると、研磨加工の加工条件が変化する。

そこで、研磨装置１においては、研磨パッド１２の上面を流れるスラリーの流量が略一定になるように構成されている。すなわち、研磨装置１では、スラリー供給装置６０により研磨パッド１２の上面に供給されるスラリーの流量（単位時間当たりの供給量）Ｑ₁と、液送ポンプ１５０により研磨パッド１２の上面に供給されるスラリーの流量（単位時間当たりの供給量）Ｑ₂とを合計した研磨パッド上面への合計供給量Ｑ_all＝Ｑ₁＋Ｑ₂が略一定となるように、スラリー供給装置６０によるスラリーの供給量Ｑ₁が制御される。

この関係を例示したグラフを図４に示す。このグラフにおいて、縦軸が研磨パッド１２の上面に供給されるスラリーの単位時間当たりの供給量Ｑ、横軸が時間ｔである。図示するように、定盤１０が回転起動しスラリー供給装置６０によるフレッシュ・スラリーの供給が開始された時刻ｔ₀から時刻ｔ₁までの初期状態においては、スラリーが研磨パッド上を外周方向に移動する移動過程にあり、スラリー循環機構１００による循環スラリーの供給は始まっていない。そのため、この初期状態において研磨パッド１２の上面に供給されるスラリーは、スラリー供給装置６０により供給されるフレッシュ・スラリーのみであり、スラリー供給ユニット６１から研磨パッド１２の上面に送り出されるスラリーの単位時間当たりの供給量Ｑ₁は一定に保持される。

スラリー供給装置６０によるフレッシュ・スラリーの供給が開始されて所定時間が経過した時刻ｔ₁以降では、初期に供給されたスラリーが研磨パッド上を外周端部まで移動してスラリー受容溝１１０に溜まりはじめ、徐々に液送ポンプ１５０による循環スラリーの単位時間当たりの供給量Ｑ₂が増加する（時刻ｔ₁→ｔ₂）。そのため、時刻ｔ₁から時刻ｔ₂の中期状態において研磨パッド１２の上面に供給されるスラリーの単位時間当たりの供給量Ｑは、スラリー供給ユニット６１から供給されるフレッシュ・スラリーの単位時間当たりの供給量Ｑ₁と、液送ポンプ１５０から吐出される循環スラリーの単位時間当たりの供給量Ｑ₂の合計値となる。

ここで、スラリー供給ユニット６１から供給されるスラリーの単位時間当たりの供給量Ｑ₁は、加工条件に基づいて制御装置８０から出力される制御値によって制御されており既知である。また、液送ポンプ１５０から吐出される循環スラリーの単位時間当たりの供給量Ｑ₂は、液送ポンプ１５０に付設された流量計から制御装置８０に入力される検出信号により把握される。そこで、制御装置８０は、液送ポンプ１５０の流量計から入力される循環スラリーの流量Ｑ₂が増加するのに伴い、スラリー供給ユニット６１から送出されるフレッシュ・スラリーの供給流量Ｑ₁を減少させ、研磨パッド１２の上面に供給される合計供給量Ｑ_all＝Ｑ₁＋Ｑ₂が略一定となるように、スラリー供給装置６０を制御する。

そして、スラリー循環機構１００による循環スラリーの供給が始まって所定時間が経過した時刻ｔ₂以降では、液送ポンプ１５０から吐出される循環スラリーの単位時間当たりの供給量Ｑ₂が、この液送ポンプ１５０について設定された流量で安定する。図４に示す実施態様では、安定時における液送ポンプ１５０の流量Ｑ₂が、初期状態におけるスラリー供給ユニット６１の流量Ｑ₁と同一（Ｑ₂＝Ｑ₁）となるように液送ポンプ１５０のポンプ回転数を設定している。そのため、液送ポンプ１５０の流量Ｑ₂が安定した時刻ｔ₂以降の後期状態では、スラリー供給ユニット６１からのスラリー供給が停止され、スラリー循環機構１００によって循環される循環スラリーによって基板Ｗの研磨加工が行われる。これにより、フレッシュ・スラリーの使用量を低減できるとともに、研磨加工に寄与するスラリーの寄与率をさらに高めることができる。

なお、上記記載からも明らかなように、液送ポンプ１５０による循環スラリーの流量は適宜変更して設定することができる。図５及び図６は、液送ポンプ１５０の作動を制御することにより、研磨パッド１２の上面に供給されるスラリーの供給状態を、図４に示す実施態様と異なる設定にした構成例である。

まず、図５に示す実施態様では、前述した時刻ｔ₁を経過した時刻ｔ₁₁に、液送ポンプ１５０を回転起動する。すなわち、スラリー供給装置６０によるフレッシュ・スラリーの供給が開始されて所定時間が経過し、初期に供給されたスラリーがスラリー受容溝１１０にある程度溜まりはじめた段階で、液送ポンプ１５０が回転起動される。時刻ｔ₁₁の回転起動時におけるポンプ回転は低速回転とされ、時刻ｔ₁₂までポンプ回転数が緩やかに上昇して（時刻ｔ₁₁→ｔ₁₂）、時刻ｔ₁₂以降で循環スラリーの単位時間当たりの供給量Ｑ₂が、スラリー供給装置６０によるフレッシュ・スラリーの初期流量と同一となるように制御される。このような構成によれば、フレッシュ・スラリーの供給容量を確保できるとともに、無効な電力消費を低減でき、また送ポンプ１５０を安定的にポンプ作動させることができる。

図６に示す実施態様は、図５に示した実施態様と同様に、時刻ｔ₁を経過した時刻ｔ₂₁に低速で液送ポンプ１５０を回転起動し、時刻ｔ₂₂までの任意時間でポンプ回転数を規定回転数まで上昇させ（時刻ｔ₂₁→ｔ₂₂）、時刻ｔ₂₂以降、規定回転数で定速運転される。この規定回転数における液送ポンプ１５０の吐出流量、すなわち時刻ｔ₂₂以降の循環スラリーの単位時間当たりの供給量Ｑ₂は、スラリー供給装置６０によるフレッシュ・スラリーの初期流量よりも低く、例えば７０〜９０％程度に設定される。そのため、時刻ｔ₂₂以降においてもスラリー供給ユニット６１からスラリー供給が継続され、研磨加工部ではフレッシュ・スラリーと循環スラリーとによって基板Ｗの研磨加工が行われる。このような構成によれば、常に新鮮なスラリーの存在下で研磨加工を行うことができ、かつフレッシュ・スラリーと循環スラリーとの構成比率を適宜に設定することができる。

さて、以上のようにして基板Ｗの研磨加工が実行され研磨加工が終了すると、次に、基板Ｗに付着したスラリーを除去するリンス洗浄が行われる。リンス洗浄は、スラリー供給装置６０から純水などの洗浄液（リンス液）を定盤１０に供給して行われる。具体的には、スラリー供給ユニット６１からライン６２及びノズル６３を介して研磨パッド１２の上面中央部に洗浄液が供給され、洗浄液を供給しながら基板Ｗと研磨パッド１２とを相対移動させて、基板Ｗに付着したスラリー、及び研磨パッド１２を含む定盤内のスラリーを洗い流す。

研磨装置１では、このリンス洗浄を行う際に、定盤１０の外周側に設けられた飛散防止リング１４０は、上端１４０ｕが研磨パッド１２の上面１２ｕよりも低い第２位置に設定される。第２位置は、リング上端１４０ｕが研磨パッドの上面１２ｕよりも低い高さ位置であれば適宜に設定することができ、第２位置を複数設定することも可能である。そこで、まず図３に示した定盤１０において、第２位置を、研磨パッド１２の上面１２ｕよりも低くパッド定盤１１の上面１１ｕよりも高い、パッド上面１２ｕとパッド定盤上面１１ｕ（研磨パッド下面）の中間の高さ位置（図３中に二点鎖線で付記する第２位置Ｐ₂）に設定した場合について説明する。

飛散防止リング１４０が上記第２位置Ｐ₂に設定されリンス洗浄が開始されると、研磨パッド１２の上面中央近傍に供給された洗浄液が、定盤１０の回転に伴う遠心力によって研磨パッドの上面１２ｕを外周方向に流れ、研磨パッドの上面１２ｕに残留するスラリーを外周方向に押し流す。このとき、基板Ｗの下面に付着したスラリーが基板と研磨パッドの相対移動により洗い落され、洗浄液とともにパッド外周に流される。スラリーを含む洗浄液（洗浄液等という）は研磨パッド１２の外周縁部に到達し、一部は研磨パッドの外周端部から水平方向に飛散して定盤１０から排出される。

一方、研磨パッド１２の外周端部から流れ落ちてスラリー受容溝１１０に流入した洗浄液等は、流れ落ちてくる洗浄液等の増加とともにスラリー受容溝１１０から溢れ、飛散防止リング１４０の上端部を乗り越えて定盤１０から排出される。このとき、飛散防止リング１４０が配設された第２位置Ｐ₂は、飛散防止リングの上端１４０ｕが研磨パッドの上面１２ｕよりも低い高さ位置に設定されているため、溢れ出た洗浄液等が研磨パッド１２の上面を覆うようなことがない。

また、リンス洗浄時には、定盤１０に内蔵された排出路開閉弁１６５が開放され、上端がスラリー回収路１３０に接続され他端側が定盤１０から外部に導出されたスラリー排出路１６０が開放される。このため、スラリー受容溝１１０に流入した洗浄液等は、スラリー回収路１３０に残留するスラリーを洗い流しながらスラリー排出路１６０を流下し、定盤１０から外部に排出される。これにより、スラリー受容溝１１０及びスラリー回収路１３０にスラリーが残留したり固化したりすることがない。

なお、スラリー排出路１６０に、液送ポンプ１５０と同様のポンプ（排出ポンプ）を設け、リンス洗浄時に排出ポンプを駆動してスラリー回収路１３０内に位置する洗浄液等を吸引して排出するように構成することも好ましい。このような構成によれば、定盤１０の回転に伴う遠心力の影響を受けることなく、スラリー回収路１３０内に残留するスラリーを強制的に吸引・排出してより効果的に洗い流すことができる。

上記は、基板Ｗを洗浄液でリンス洗浄する場合について説明したが、研磨パッド１２をドレス機構７０によりドレッシングする場合についても同様に構成できる。そこで、以降、研磨パッド１２をドレッシングする場合の作用について簡明に説明する。ドレッシングは、スラリー供給ユニット６１からライン６２及びノズル６３を介して研磨パッド１２の上面中央部に純水などの洗浄液を供給し、研磨パッドの上面１２ｕに当接させたドレス工具７２を回転させながら揺動または半径方向に往復移動させて、研磨パッド１２とドレス工具７２とを相対移動させ、研磨パッドの上面１２ｕを平坦にドレスアップする。

研磨装置１では、ドレッシングを行う際にも、飛散防止リング１４０が第２位置に設定される。ここで、図７にスラリー受容溝の他の構成例を示す。図７は、図３と同様にスラリー受容溝の部分を拡大した側断面図である。このスラリー受容溝２１０は、パッド定盤１１の外周縁部が中央部よりも低く切り欠かれて円環状の段差が形成され、この円環状の段差の外周面２１０ａ及び底面２１０ｂと、外側を囲む飛散防止リング１４０の内周面１４０ａとによって円環凹溝状のスラリー受容溝２１０が形成される。このような構成によれば、スラリー回収路１３０を簡明かつローコストに形成することができる。

本実施態様において、第２位置を、図７中に共に二点鎖線で示す上部第２位置Ｐ₂₁と下部第２位置Ｐ₂₂の二か所設定した場合について説明する。ここで、上部第２位置Ｐ₂₁は、段差の上端（パッド定盤１１の上面１１ｕ）と略同一高さ、下部第２位置Ｐ₂₂は、段差の下端（スラリー回収溝２１０の底面２１０ｂ）よりも幾分低く設定している。

まず、ドレッシングの開始時には、飛散防止リング１４０が上部第２位置Ｐ₂₁に設定される。研磨パッド１２の上面中央に供給された洗浄液は、定盤１０の回転に伴う遠心力によって外周方向に流れ、ドレッシングにより削り落された研磨パッドの破断片やドレス工具７２から脱落したダイヤモンド砥粒等を外周方向に押し流す。これらの異物を含む洗浄液（同様に洗浄液等という）は研磨パッド１２の外周縁部に到達し、一部は研磨パッドの外周端部から水平方向に飛散して定盤１０から排出される。

研磨パッド１２の外周端部からスラリー受容溝２１０に流入した洗浄液等は、流れ落ちてくる洗浄液等の増加とともにスラリー受容溝２１０を満たし、ついには飛散防止リング１４０の上端部を乗り越えて定盤１０から排出される。上部第２位置Ｐ₂₁では、飛散防止リングの上端１４０ｕがパッド定盤の上面１１ｕ（研磨パッドの下面）と略同一高さに設定されているため、スラリー受容溝２１０に流入した洗浄液等が再び研磨パッド１２の上面側に戻るようなことがない。また、ドレッシング時においても、定盤１０に内蔵された排出路開閉弁１６５が開放され、スラリー排出路１６０が開放される。このため、スラリー受容溝２１０に流入した研磨パッドの破断片やダイヤモンド砥粒等の異物を含む洗浄液がスラリー排出路１６０を流下して定盤１０から外部に排出される。なお、スラリー排出路１６０に、液送ポンプ１５０と同様の排出ポンプを設け、ドレッシング時に排出ポンプを作動させてスラリー回収路１３０内の洗浄液等を吸引して排出するような構成によれば、定盤１０の回転に伴う遠心力の影響を受けることなく、異物を含む洗浄液をより効果的に排出することができる。

ドレッシングを開始して所定時間が経過したドレッシングの終期には、飛散防止リング１４０が下部第２位置Ｐ₂₂に設定される。飛散防止リング１４０が下部第２位置Ｐ₂₂に設定されると、スラリー受容溝２１０は外周側の側面が開放されて段差状態になり、研磨パッド１２の外周端部から流れ落ちる洗浄液等が段差の外周面２１０ａ及び底面２１０ｂを流れ、スラリー受容溝を洗い流すようにして定盤１０から排出される。このため、溝底部に残留しやすいダイヤモンド砥粒やパッドの削り屑等を洗い流して定盤１０から排出することができる。

以上は、研磨パッド１２をドレッシングする場合を例に説明したが、基板Ｗをリンス洗浄する場合についても同様に適用することができ、これにより、スラリー受容溝の底部に残留しがちなダイヤモンド砥粒やパッドの削り屑等を、きれいに洗い流して定盤１０から排出することができる。

従って、以上説明したような研磨装置によれば、研磨装置の全体構成を複雑化したり、大型化したりすることなく、スラリーの利用効率を向上させることができる。

スラリー循環機構の概要構成を示す側断面図である。上記定盤の平面図である。図１に示すスラリー受容溝の部分を拡大した側断面図である。スラリー供給装置により研磨パッド上面に供給されるスラリーの流量Ｑ₁、液送ポンプにより研磨パッド上面に供給されるスラリーの流量Ｑ₂、及びこれらを合計した研磨パッド上面への合計供給量Ｑ_allの関係を表す、第１実施態様のグラフである。スラリーの流量Ｑ₁、Ｑ₂、Ｑ_allの関係を表す第２実施態様のグラフである。スラリーの流量Ｑ₁、Ｑ₂、Ｑ_allの関係を表す第３実施態様のグラフである。スラリー受容溝の他の構成例を示す側断面図である。本発明を適用した研磨装置の概要構成を示す図面である。

符号の説明

Ｗ基板
Ｐ₁ 第１位置
Ｐ₂,Ｐ₂₁,Ｐ₂₂ 第２位置
１研磨装置
１０定盤
１２研磨パッド
２０基板キャリア（基板移動機構）
３０キャリア移動機構（基板移動機構）
６０スラリー供給装置
７０ドレス機構
７２ドレス工具
１１０，２１０スラリー受容溝
１２０スラリー供給路
１３０スラリー回収路
１４０飛散防止リング（囲壁）
１５０液送ポンプ（液送手段）
１６０スラリー排出路
１６５排出路開閉弁（排出路開閉手段）

Claims

上面に研磨パッドが設けられ下方に延びる回転軸廻りに回転駆動される定盤、前記研磨パッドの上面に基板を当接させた状態で前記定盤に対して前記基板を移動させる基板移動機構、及び前記研磨パッドの上面にスラリーを供給するスラリー供給装置を備え、スラリーの存在下において前記定盤と前記基板との相対移動により前記基板の研磨加工を行うように構成された研磨装置において、
前記定盤に、
前記研磨パッドの外周側にこぼれ出たスラリーを受け止めるスラリー受容溝と、
前記定盤の上面中央部に開口を有して下方に延びるスラリー供給路と、
前記スラリー受容溝と前記スラリー供給路とを結んで形成されたスラリー回収路と、
前記スラリー受容溝に受け止められたスラリーを前記スラリー回収路及び前記スラリー供給路を介して前記開口から流出させる液送手段とを備え、
前記基板の研磨加工中に、前記スラリー受容溝に受け止められたスラリーが前記液送手段により前記開口から前記研磨パッドの上面に供給され、前記定盤においてスラリーが循環するように構成したことを特徴とする研磨装置。
前記定盤に、前記スラリー受容溝の外周側を囲む囲壁を備え、
前記囲壁の上端が前記研磨パッドの上面よりも上方に位置して設けられることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
前記定盤に、前記スラリー受容溝の外周側を囲む囲壁を備え、
前記囲壁は、当該囲壁の上端が前記研磨パッドの上面よりも上方に位置する第１位置と、前記研磨パッドの上面よりも低い第２位置とに配置可能に設けられることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
前記囲壁は、前記基板を研磨加工する際に前記第１位置に配設され、前記研磨パッドの上面に洗浄液を供給しながら前記定盤と前記基板とを相対移動させてスラリーを洗い流す際に前記第２位置に配設されるように構成したことを特徴とする請求項３に記載の研磨装置。
前記研磨パッドの上面にドレス工具を当接させた状態で前記定盤に対して前記ドレス工具を移動させ、前記研磨パッドの上面をドレッシングするドレス機構を備え、
前記囲壁は、前記基板を研磨加工する際に前記第１位置に配設され、前記研磨パッドの上面に洗浄液を供給しながら前記ドレス機構により前記研磨パッドの上面をドレッシングする際に前記第２位置に配設されるように構成したことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の研磨装置。
一端が前記スラリー回収路に繋がって下方に延び他端側が前記定盤から外部に導出されるスラリー排出路と、前記スラリー排出路を開閉する排出路開閉手段とを備え、
前記研磨パッドの上面に洗浄液が供給された状態において、前記排出路開閉手段により前記スラリー排出路が開放され、前記スラリー回収路に流入した洗浄液が前記スラリー排出路を通って前記定盤から外部に排出されるように構成したことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の研磨装置。
前記スラリー供給装置により前記研磨パッドの上面に供給されるスラリーの単位時間当たりの供給量と、前記液送手段により前記研磨パッドの上面に供給されるスラリーの単位時間当たりの供給量との合計供給量が略一定となるように、前記スラリー供給装置によるスラリーの供給量が制御されるように構成したことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の研磨装置。