JP2021154477A - 研磨装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】基板にスクラッチなどのディフェクトおよび汚染を生じさせることなく、研磨パッドの表面温度を調整することができる研磨装置を提供する。【解決手段】研磨装置は、研磨パッド3を支持する研磨テーブル2と、基板Wを研磨パッド3に押し付ける研磨ヘッド1と、研磨パッド3上に研磨液を供給する研磨液供給ノズル4と、研磨液に放射される電磁波を発振する電磁波発生器30、および電磁波発生器30に連結される導波管33を含む照射機5と、を備える。導波管33は、研磨パッド3の上方に配置される放射部を有しており、放射部は、電磁波を研磨パッド3の表面に向けて放射するための少なくとも1つの開口を有する。【選択図】図1
Description
本発明は、ウエハなどの基板を研磨する研磨装置に関するものである。
ウエハなどの基板を研磨ヘッドで保持して該基板を回転させ、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装置が知られている。基板の研磨中、研磨パッドには研磨液(例えば、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。
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さらに一定に保つために、基板の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。そこで、研磨パッドの表面温度を調整するためにパッド温度調整装置が使用される(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。パッド温度調整装置は、研磨パッドの表面温度を調整するために、該研磨パッドに接触する熱交換器を有している。
しかしながら、パッド温度調整装置の熱交換器は、基板の研磨中に必然的に研磨液にも接触するので、研磨液に含まれる砥粒および研磨パッドの摩耗粉などの汚れが熱交換器に付着する。汚れが基板の研磨中に熱交換器から脱落すると、基板にスクラッチなどのディフェクトおよび汚染を生じさせてしまう。
そこで、本発明は、基板にスクラッチなどのディフェクトおよび汚染を生じさせることなく、研磨パッドの表面温度を調整することができる研磨装置を提供することを目的とする。
一態様では、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、基板を前記研磨パッドに押し付ける研磨ヘッドと、前記研磨パッド上に研磨液を供給する研磨液供給ノズルと、前記研磨液に放射される電磁波を発振する電磁波発生器、および前記電磁波発生器に連結される導波管を含む照射機と、を備え、前記導波管は、前記研磨パッドの上方に配置される放射部を有しており、前記放射部は、前記電磁波を前記研磨パッドの表面に向けて放射するための少なくとも1つの開口を有する、研磨装置が提供される。
一態様では、前記研磨装置は、前記研磨パッドの温度を測定する少なくとも1つのパッド温度測定器と、前記開口を開閉可能なシャッターと、前記シャッターを移動させる移動装置と、前記パッド温度測定器の出力値に基づいて、前記開口に対するシャッターの移動量を制御する制御装置と、をさらに備える。
一態様では、前記研磨装置は、前記基板の膜厚を測定する膜厚測定器と、前記開口を開閉可能なシャッターと、前記シャッターを移動させる移動装置と、前記膜厚測定器の出力値に基づいて、前記開口に対するシャッターの移動量を制御する制御装置と、をさらに備える。
一態様では、前記照射機は、前記導波管を、電磁波照射位置と待避位置との間で移動させる移動機構をさらに備え、前記電磁波照射位置では、前記開口が前記研磨パッドの上方に位置し、前記待避位置では、前記導波管が前記研磨パッドの外側に位置する。
一態様では、前記研磨装置は、前記基板の膜厚を測定する膜厚測定器と、前記開口を開閉可能なシャッターと、前記シャッターを移動させる移動装置と、前記膜厚測定器の出力値に基づいて、前記開口に対するシャッターの移動量を制御する制御装置と、をさらに備える。
一態様では、前記照射機は、前記導波管を、電磁波照射位置と待避位置との間で移動させる移動機構をさらに備え、前記電磁波照射位置では、前記開口が前記研磨パッドの上方に位置し、前記待避位置では、前記導波管が前記研磨パッドの外側に位置する。
本発明によれば、照射機の導波管の開口から放射された電磁波によって研磨液が加熱され、これにより、研磨パッドの表面の温度が調整される。照射機は、非接触で研磨パッドの表面の温度を調整することができるので、照射機に研磨液に含まれる砥粒および研磨パッドの摩耗粉などの汚れが付着することが防止される。その結果、基板にスクラッチなどのディフェクトおよび汚染が生じることが防止される。
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、一実施形態に係る研磨装置を示す模式図である。図2は、図1に示す研磨装置の概略平面図である。図1および図2に示す研磨装置は、基板の一例であるウエハWを保持して回転させる研磨ヘッド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(研磨面)3aに研磨液(例えばスラリー)を供給する研磨液供給ノズル4と、を備えている。図2に示すように、研磨装置は、隔壁7によって区画された研磨室8の内部に配置されている。
図1は、一実施形態に係る研磨装置を示す模式図である。図2は、図1に示す研磨装置の概略平面図である。図1および図2に示す研磨装置は、基板の一例であるウエハWを保持して回転させる研磨ヘッド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(研磨面)3aに研磨液(例えばスラリー)を供給する研磨液供給ノズル4と、を備えている。図2に示すように、研磨装置は、隔壁7によって区画された研磨室8の内部に配置されている。
研磨ヘッド1は鉛直方向に移動可能であり、かつその軸心を中心として矢印で示す方向に回転可能となっている。ウエハWは、研磨ヘッド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。図1および図2に示すように、研磨ヘッド1および研磨テーブル2は、同じ方向に回転する。研磨パッド3は、研磨テーブル2の上面に貼り付けられている。
研磨装置は、研磨テーブル2上の研磨パッド3をドレッシングするドレッサ(図示せず)をさらに備えていてもよい。ドレッサは研磨パッド3の表面3a上を研磨パッド3の半径方向に揺動するように構成されている。ドレッサは、研磨パッド3の表面3a上を揺動しながら回転し、研磨パッド3を僅かに削り取ることにより研磨パッド3の表面3aをドレッシングする。
ウエハWの研磨は次のようにして行われる。研磨されるウエハWは、研磨ヘッド1によって保持され、さらに研磨ヘッド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とともに回転される。この状態で、研磨パッド3の表面3aには研磨液供給ノズル4から研磨液が供給され、さらにウエハWの表面は、研磨ヘッド1によって研磨パッド3の表面3aに対して押し付けられる。ウエハWの表面は、研磨液の存在下での研磨パッド3との摺接により研磨される。ウエハW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。
研磨装置は、さらに、電磁波を利用して研磨パッド3の表面温度(すなわち、研磨面3aの温度)を調整する照射機(パッド温度調整装置)5と、研磨パッド3の表面温度を測定するパッド温度測定器10と、パッド温度測定器10によって測定された研磨パッド3の表面温度に基づいて、照射機5の動作を制御する制御装置11と、を備えている。照射機5は、制御装置11に接続されている。以下の説明では、研磨パッド3の表面温度を、「パッド表面温度」と称することがある。
パッド温度測定器10は、研磨パッド3の表面3aの上方に配置されており、非接触で研磨パッド3の表面温度を測定するように構成されている。パッド温度測定器10は、制御装置11に接続されている。パッド温度測定器10は、研磨パッド3の表面温度を測定する赤外線放射温度計または熱電対温度計であってもよく、研磨パッド3の径方向に沿った研磨パッド3の温度分布(温度プロファイル)を取得する温度分布測定器であってもよい。温度分布測定器の例としては、サーモグラフィ、サーモパイル、および赤外カメラが挙げられる。パッド温度測定器10が温度分布測定器である場合は、パッド温度測定器10は、研磨パッド3の中心と外周縁とを含む領域であって、該研磨パッド3の半径方向に延びる領域における研磨パッド3の表面温度の分布を測定するように構成される。本明細書において、温度分布(温度プロファイル)は、パッド表面温度と、ウエハW上の半径方向の位置との関係を示す。
図3は、一実施形態に係る照射機を示す模式図である。図1および図2に示す研磨装置は、図3に示す照射機5を備えている。この照射機5は、研磨パッド3の表面に接触する部材を有さない非接触式のパッド温度調整器として機能する。
図3に示すように、照射機5は、電磁波発生器30と、該電磁波発生器30に連結された導波管33と、を少なくとも備えている。電磁波発生器30は、研磨パッド3の外側に配置される。導波管33は、少なくともその一部が研磨パッド3の表面3aの上方に位置するように配置される。より具体的には、導波管33は、該導波管33に形成された開口33a(後述する)が研磨パッド3の表面3aの上方に位置するように、研磨パッド3の外側に配置された電磁波発生器30から延びる。
電磁波発生器30は、研磨液を加熱するための電磁波を発生させる装置であり、図示しない電源に接続されている。電磁波発生器30の種類、および電磁波発生器30が発振する電磁波の周波数は、研磨液を加熱可能である限り任意である。例えば、電磁波発生器30が発振する電磁波の周波数は、10〜20MHzの範囲(高周波の範囲)にあってもよいし、100MHz〜10GHzの範囲(マイクロ波の範囲)にあってもよい。使い勝手のよい周波数は、433.92MHz,915MHz,2450MHzであり、これら周波数は、ITU(国際電気通信連合)で割り当てられたISM周波数に相当する。特に、電磁波発生器30として、2450MHzの周波数のマイクロ波を発振可能であり、小型軽量の永久磁石を内蔵したマグネトロンを比較的低コストで利用可能である。
導波管33は、電磁波発生器30が発振した電磁波を研磨パッド3の表面3aに導く部材である。導波管33の種類および形状は、電磁波を電磁波発生器30から研磨パッド3の表面3aに導ける限り任意である。例えば、導波管33は、円形または矩形の断面を持つ金属製の中空導波管である。一実施形態では、導波管33は、その断面が導波管33の長手方向に沿って徐々に大きく(または小さく)なるホーン形状を有する金属製の中空導波管であってもよい。さらに、導波管33は、内側導体および外側導体を有する同軸導波管であってもよい。図示した例では、導波管33は、電磁波発生器30から直線状に研磨パッド3の上方まで延びているが、導波管33は、屈曲部または湾曲部を有していてもよい。
導波管33は、研磨パッド3の表面3aに向けて、電磁波発生器30が発振した電磁波を放射するための少なくとも1つの開口33aを有する。本実施形態では、導波管33は、開口33aが形成される放射部33bを有しており、放射部33bは、導波管33の先端に形成されている。一実施形態では、開口33aを有する放射部33bを、導波管33の途中に形成してもよい。
図示した例では、導波管33は、2つの開口33aを有しているが、導波管33は、1つの開口33aのみを有していてもよいし、3つ以上の開口33aを有していてもよい。開口33aの形状および大きさも任意である。
開口33aが形成される導波管33の放射部33bは、研磨パッド3の上方に位置しており、開口33aは、研磨パッド3に向けて開口している。開口33aは導波管33の放射部33bの下面に形成されている。電磁波発生器30が発振した電磁波は、導波管33を通って開口33aから研磨パッド3に向けて放射される。導波管33の開口33aから研磨パッド3に向けて放射された電磁波が研磨室8(図2参照)に極力拡散しないように、導波管33の下面は、できるだけ研磨パッド3の表面に近接することが好ましい。
照射機5は、ウエハWの研磨中、研磨液が供給された研磨パッド3の表面に向けて電磁波を導波管33の開口33aから放射する。言い換えれば、照射機5は、研磨パッド3の表面に供給された研磨液に導波管33の開口33aから電磁波を放射する。開口33aから放射された電磁波は、研磨液(例えば、スラリー)の液体成分(例えば、水)に作用して、研磨液の温度を上昇させることができる。研磨液の温度上昇によって、パッド表面温度が上昇する。すなわち、照射機5から放射させる電磁波を用いて研磨液の温度を変化させることで、パッド表面温度を調整することができる。
図1および図2に示すように、パッド温度測定器10は、制御装置11に接続されており、パッド温度測定器10の測定値は制御装置11に送られる。制御装置11は、パッド温度測定器10の測定値に基づいて照射機5の動作を制御し、パッド表面温度を所定の目標温度に一致させる。例えば、制御装置11は、パッド表面温度が所定の目標温度に一致するように、電磁波発生器30が発振する電磁波の出力を調整する。一実施形態では、制御装置11は、パッド表面温度が所定の目標温度に一致するように、電磁波発生器30のon/off制御を行ってもよい。
一実施形態では、パッド表面温度をより精度よく調整するために、研磨液供給ノズル4から吐出される前の研磨液の温度を、所定の目標温度に応じて予め調整してもよい。
本実施形態によれば、照射機5は、非接触で研磨パッド3の表面3aの温度を調整することができる。言い換えれば、照射機5は、研磨パッド3の表面3aに供給された研磨液に接触する部材を有さない。したがって、照射機5、特に、導波管33が研磨液に含まれる砥粒および研磨パッド3の摩耗粉などの汚れによって汚染されないので、ウエハWにスクラッチなどのディフェクトおよび汚染が生じることが防止される。
照射機5は、導波管33の途中に設けられたチューナー35、パワーモニタ36、およびアイソレータ37を有していてもよい。一実施形態では、照射機5は、チューナー35、パワーモニタ36、およびアイソレータ37のいずれか1つまたは2つを有していてもよい。
チューナー35は、導波管33内の電磁波の位相合わせを行う機器であり、例えば、スリースタブチューナーまたはEHチューナーである。アイソレータ37は、電磁波発生器30を保護するための機器であり、アイソレータ37によって、研磨テーブル2から反射して戻ってきた電磁波が電磁波発生器30に到達することが防止される。パワーモニタ36は、導波管33を往復する電磁波の出力を測定する機器であり、電磁波発生器30の異常動作(例えば、異常出力)を検知可能に構成されている。パワーモニタ36は、制御装置11に接続されている。制御装置11は、パワーモニタ36が電磁波発生器30の異常動作を検出すると、電磁波発生器30の動作を停止させる(安全インターロック)。
図2に示すように、研磨室8内に、電磁波センサ19を配置してもよい。電磁波センサ19は、研磨室8内に漏洩または拡散した電磁波を検知する。電磁波センサ19は、制御装置11に接続されている。電磁波センサ19によって所定量以上の電磁波が検知されると、制御装置11は、電磁波発生器30の動作を停止させる(安全インターロック)。
さらに、研磨室8の隔壁7に設けられた扉21が開いていることを検知可能な扉センサ22を設けてもよい。扉センサ22も制御装置11に接続されている。扉センサ22によって扉21が開いていることが検知されている間は、制御装置11は、電磁波発生器30を起動させない。電磁波発生器30の動作中に、扉センサ22が扉21が開かれたことを検知すると、制御装置11は、電磁波発生器30の動作を停止させる(安全インターロック)。
図3に示すように、電磁波吸収体48を導波管33の下面に取り付けてもよい。電磁波吸収体48によって、導波管33からの電磁波の漏洩を低減することができる。一実施形態では、開口33aを除く導波管33の全体を電磁波吸収体48で覆ってもよい。
電磁波吸収体48は、例えば、フェライト焼結体、CMC(カーボンμコイル)などのカーボンから構成されてもよいし、カーボン粉を混入したゴム、発泡ウレタン、発泡ポリスチロールなどの誘電体で構成される誘電性電波吸収材から構成されてもよい。あるいは、電磁波吸収体48は、EMファイバー電波吸収体を金属の母材に貼付または塗布したものであってもよい。EMファイバー電波吸収体は、ガラス繊維や合繊繊維中に吸収する電磁波の波長の2倍の長さのステンレス繊維を分散させることにより得られる。
電磁波発生器30を起動すると、導波管33も電磁波によって加熱される。そのため、照射機5は、導波管33を冷却する冷却装置41を有していてもよい。図3に示す冷却装置41は、冷却ジャケットであり、その内部に冷却液(例えば、水)が流れる少なくとも1つの流路41aを有している。一実施形態では、冷却装置41は、導波管33の外面に形成された冷却フィンであってもよいし、冷却ファンであってもよい。
図1に示すように、照射機5は、導波管33が研磨パッド3の外側に位置する待避位置と、導波管33の開口33aが研磨パッド3の上方に位置する電磁波放射位置との間で導波管33を移動させる移動機構50を備えていてもよい。図3に示す導波管33は、電磁波照射位置にある。図1に示す移動機構50は、電磁波発生器30に連結されたヒンジである。
ヒンジは、2つの板と、該2つの板を互いに回動可能に連結する回動ピン52とで構成される。図1では、回動ピン52のみを示しており、回動ピン52を介して回動可能に連結される2つの板の図示は省略している。一方の板は電磁波発生器30の外面に接続され、他方の板は研磨装置のフレームに固定されたブラケットなどの固定部材(図示せず)に接続される。電磁波発生器30および導波管33を、回動ピン52まわりに上方に90℃以上回動させることにより、導波管33を待避位置(図4で一点鎖線で示された照射機5参照)に移動させることができる。
導波管33を待避位置に移動させることにより、研磨装置のメンテナンスを容易に行うことができる。例えば、研磨装置の作業者は、寿命に到達した研磨パッド3を研磨テーブル2から除去して、新しい研磨パッド3を研磨テーブル2に取り付ける研磨パッド3の交換作業を容易に行うことができる。
一実施形態では、ヒンジである移動機構50が所定の角度以上に開いたことを検出可能な角度スイッチ(図示せず)を設けてもよい。角度スイッチは、電磁波発生器30の動作中に、導波管33が電磁波放射位置から所定角度以上回動したことを検出するスイッチであり、制御装置11に接続されている。制御装置11は、角度スイッチからの出力を受信したときに、電磁波発生器30を停止させる(安全インターロック)。
図示はしないが、移動機構50は、電磁波発生器30および導波管33を水平方向に回動させる回動機構であってもよい。この場合、移動機構50は、電磁波発生器30に連結される支持軸と、該支持軸に連結され、支持軸を回動させる電動機などの駆動機と、を備える。駆動機を起動すると、電磁波発生器30とともに導波管33が支持軸を中心に水平方向に回動し、これにより、導波管33が研磨パッド3の外側に位置する待避移動に移動する。この場合でも、電磁波発生器30の動作中に、支持軸(すなわち、導波管33)が所定角度以上に回動したことを検出可能な角度スイッチを設けてもよい。制御装置11は、角度スイッチからの出力を受信したときに、電磁波発生器30を停止させる(安全インターロック)。
図5(a)は、図3に示す導波管の放射部の概略断面図であり、図5(b)は、図5(a)に示される放射部の下面図である。図5(a)および図5(b)に示すように、放射部33bは、導波管33の各開口33aの周囲に配置された電磁波シールド部33cを有していてもよい。本実施形態では、電磁波シールド部33cは、開口33aを除く放射部33bの下面全体に設けられる。電磁波シールド部33cは、例えば、誘電性吸収材料、または磁性吸収材料から形成される。電磁波シールド部33cを、上述した電磁波吸収体48と同一の材料から形成してもよい。電磁波シールド部33cは、例えば、放射部33bの下面に、誘電性吸収材料、磁性吸収材料、または電磁波吸収体を貼付するか、または塗布することにより形成される。電磁波シールド部33cによって、開口33aから放射された電磁波が開口33aの外側へ漏洩する量が低減される。すなわち、電磁波シールド部33cによって、電磁波を、開口33aに対向する研磨パッド3の表面にのみ集中して放射させることができる。その結果、研磨パッド3に照射される電磁波の量を高めることができる。
図5(a)および図5(b)に示すように、放射部33bを取り囲むチョーク構造体43を設けてもよい。チョーク構造体43は、開口33aから放射された電磁波、および/または研磨パッド3および研磨テーブル2から反射された電磁波が放射部33bの外側に漏れ出すことを防止する。図示した例のチョーク構造体43は、その内部に溝43aを有しており、溝43aは、チョーク構造体43の全周にわたって延びている。さらに、溝43aは、研磨パッド3に対向するチョーク構造体43の下面から上面に向かって延びている。溝43aの深さ(すなわち、チョーク構造体43の下面から溝43aの底面までの距離)は、電磁波発生器30が発振する電磁波の波長λの1/4の大きさに等しい。例えば、電磁波発生器30が発振する電磁波が2.45GHzの周波数と、12cmの波長λを有する場合は、溝43aの深さは、3cm(λ/4=12/4)である。一実施形態では、チョーク構造体43は複数の溝43aを有していてもよい。この場合、複数の溝43aは、チョーク構造体43の内側から外側に向かって等間隔に配列されてもよい。
図6は、導波管の放射部の変形例を説明するための模式図である。図6は、導波管33の放射部33bの下面図に相当する。図6では、図5(a)および図5(b)に示すチョーク構造体43の図示を省略している。図6に示すように、照射機5は、導波管33の開口部33aを開閉可能なシャッター45と、シャッター45を開口部33aに沿って移動させる移動装置46と、を備えていてもよい。移動装置46は、例えば、導波管33の外面(例えば、放射部33bの外面)に取り付けられたブラケット(図示せず)に固定されている。
シャッター45は、導波管33の放射部33bに接触しつつ、移動機構46の動作に応じて開口33aに沿って移動する。このようなシャッター45は、導電性を有する金属から構成されてもよいし、上述した電磁波吸収体から構成されてもよい。
移動装置46は、シャッター45に連結されるピストンと、ピストンの進退を許容するシリンダと、を有するピストンシリンダ装置であってもよいし、シャッター45に連結されるボールねじと、ボールねじを進退させるサーボモータと、を有するロボシリンダであってもよい。
移動装置46は、制御装置11に接続されている。制御装置11は、開口33aに沿ったシャッター45の移動量を制御可能に構成される。シャッター45の移動によって、開口33aの面積が変更され、これにより、研磨パッド3の表面に到達する電磁波の出力が調整される。したがって、制御装置11は、シャッター45の移動量を制御することで、パッド表面温度を調整することができる。すなわち、制御装置11は、パッド温度測定器10の測定値に基づいて、開口33aに沿ったシャッター45の移動量を制御し、これにより、パッド表面温度を所定の目標温度に一致させる。
複数の開口33aが放射部33bに形成される場合、パッド温度測定器10は、研磨パッド3の径方向に沿った研磨パッド3の温度分布(温度プロファイル)を取得する温度分布測定器であるのが好ましい。制御装置11は、パッド温度測定器10によって取得された研磨パッド3の半径方向に沿った温度分布に基づいて、各シャッター45の移動量を制御する。より具体的には、研磨パッド3の半径方向に沿った温度分布が一様になるように、各シャッター45の移動量を制御する。
図示はしないが、研磨パッド3の径方向に並んで配列された複数のパッド温度測定器10を設けてもよい。この場合、各パッド温度測定器10は、赤外線放射温度計または熱電対温度計などの温度計であり、研磨パッド3の局所的なパッド表面温度を測定する。複数のパッド温度測定器10は、制御装置11にそれぞれ接続されており、制御装置11は、複数のパッド温度測定器10によって取得されたパッド表面温度の測定値のそれぞれが目標温度に一致するように、各シャッター45の移動量を制御する。研磨装置は、開口33aの数と同じ数のパッド温度測定器10を有するのが好ましい。
研磨装置は、研磨パッド3のプロファイルを取得するためのパッド高さ測定器を有していてもよい。図7は、パッド高さ測定器の一例を説明するための概略側面図である。図7では、研磨ヘッド1および照射機5の図示を省略している。
図7に示す研磨装置は、ウエハWの研磨を繰り返すにつれて劣化する研磨パッド3の表面3aを再生するために設けられたドレッサ装置52と、該ドレッサ装置52に取り付けられたパッド高さ測定器73と、をさらに備えている。以下に説明するように、パッド高さ測定器73は、研磨パッド3の表面3aの高さを測定し、制御装置11は、得られた研磨パッド3の表面3aの高さに基づいて、導波管33の放射部33bを研磨パッド3の表面3aにできる限り近接させる。このような構成により、開口33aから放射された電磁波が研磨室8(図2参照)に拡散することを低減することができる。
図7に示すドレッシング装置52は、研磨パッド3の表面3aをドレッシングするドレッサ53と、ドレッサ53が連結されるドレッサシャフト55と、ドレッサシャフト55の上端に設けられたエアシリンダ54と、ドレッサシャフト55を回転自在に支持するドレッサアーム57とを備えている。ドレッサ53の下面はドレッシング面を構成し、このドレッシング面は砥粒(例えば、ダイヤモンド粒子)から構成されている。エアシリンダ54は、図示しない支持機構を介してドレッサアーム57に固定されている。
ドレッサアーム57は、図示しないモータに駆動されて、ドレッサ旋回軸58を中心として旋回するように構成されている。ドレッサ53は、ドレッサアーム57内に設置された図示しない回転機構によりドレッサシャフト55とともに回転駆動される。エアシリンダ54は、ドレッサシャフト55を介してドレッサ53を所定の荷重(押圧力)で研磨パッド3の表面3aに押圧するアクチュエータとして機能する。ドレッサアーム57がドレッサ旋回軸58を中心として旋回すると、ドレッサ53は研磨パッド3の表面3a上を研磨テーブル2の略半径方向に揺動する。
研磨パッド3のドレッシング中は、ドレッサ53がドレッサシャフト55を中心として回転されるとともに、液体供給ノズル74からドレッシング液が研磨パッド3上に供給される。この状態で、ドレッサ53を研磨パッド3に押圧し、そのドレッシング面(すなわち、ドレッサ20の下面)を研磨パッド3の表面3aに摺接する。さらに、ドレッサアーム57を、ドレッサ旋回軸58を中心として旋回させてドレッサ53を研磨パッド3の半径方向に揺動させる。このようにして、ドレッサ53により研磨パッド3が削り取られ、研磨パッド3の表面3aがドレッシング(再生)される。
図7に示されるパッド高さ測定器73は、研磨パッド3の表面3aの高さを測定するパッド高さセンサ75と、パッド高さセンサ75に対向して配置されたセンサターゲット76と、を有している。パッド高さセンサ75は、制御装置11に接続される。
パッド高さセンサ75は、ドレッサアーム57に固定されており、センサターゲット76は、ドレッサシャフト55に固定されている。センサターゲット76は、ドレッサシャフト55およびドレッサ53と一体に上下動する。一方、パッド高さセンサ75の上下方向の位置は固定されている。パッド高さセンサ75は変位センサであり、センサターゲット76の変位を測定することで、研磨パッド3の表面3aの高さ(研磨パッド3の厚さ)を間接的に測定することができる。センサターゲット76はドレッサ53と一体に上下動するので、パッド高さセンサ75は、研磨パッド3のドレッシング中に研磨パッド3の表面3aの高さを測定することができる。パッド高さセンサ75としては、リニアスケール式センサ、レーザ式センサ、超音波センサ、または渦電流式センサなどのあらゆるタイプのセンサを用いることができる。
パッド高さセンサ75は、制御装置11に接続されており、パッド高さセンサ75の出力信号(すなわち、研磨パッド3の表面3aの高さの測定値)が制御装置11に送られるようになっている。制御装置11は、研磨パッド3の表面3aの高さの測定値から、研磨パッド3のプロファイル(研磨パッド3の表面3aの断面形状)を取得する。
図1に戻り、照射機5は、上下動機構80を備えていてもよい。図1に示す上下動機構80は、照射機5の上下動を案内するリニアガイド83と、照射機5に接続されるボールねじ機構などのロボシリンダ84と、を備える。ロボシリンダ84は、電磁波発生装置30に連結されている。制御装置11は、ロボシリンダ84の動作を制御可能に構成されている。ロボシリンダ84を駆動すると、照射機5がリニアガイド83に沿って上下動する。
図1に示す上下動機構80は、ロボシリンダ84を備えるが、上下動機構80はこの例に限定されない。パッド高さ測定器73によって取得された研磨パッド3の表面の高さに基づいて、照射機5を上下動させることができる限り、上下動機構80の構成は任意である。例えば、上下動機構80は、ロボシリンダ84に代えて、ピストンシリンダ機構またはピエゾアクチュエータを有していてもよい。
上下動機構80によって、照射機5の導波管33(特に、導波管33の放射部33b)を研磨液に接触しない限度で、研磨パッド3の表面に近接させることができる。したがって、開口33aから放射された電磁波が研磨室8(図2参照)に拡散することを低減することができる。
図8は、他の実施形態に係る研磨装置を示す平面図である。特に説明しない本実施形態の構成および動作は、上述した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。なお、図8に示す照射機5の導波管33の放射部33bは、複数の開口33aと、各開口33aに対応して設けられたシャッター45(図6参照)を有している。
図8に示す研磨装置は、上述したパッド温度測定器10に代えて、ウエハWの膜厚を測定する膜厚測定器20を備えている。膜厚測定器20は、研磨テーブル2に配置されており、回転する研磨テーブル2とともに回転する。膜厚測定器20は、例えば、渦電流センサまたは光学式センサであり、ウエハWの膜厚に従って変化する膜厚指標値を出力するように構成されている。膜厚指標値は、膜厚を直接または間接に示す値である。膜厚測定器20は、研磨テーブル2が一回転するたびに、ウエハWの中心を含む複数の測定点で膜厚を測定し、上述した膜厚指標値を出力する。
膜厚測定器20は、制御装置11に接続されている。ウエハWの表面上の複数の測定点で得られた膜厚指標値は、膜厚データとして制御装置11に送られる。制御装置11は、膜厚データから膜厚プロファイルを作成する。本明細書において、膜厚プロファイルは、膜厚指標値(すなわち膜厚)と、ウエハW上の半径方向の位置との関係を示す。
制御装置11は、ウエハW上の半径方向の膜厚(すなわち、膜厚プロファイル)が一様となるように、各シャッター45の移動量を制御する。各シャッター45の移動量を制御することによって、研磨パッド3の半径方向に沿った研磨パッド3上の温度プロファイルを変更することができる。上述したように、ウエハWの研磨レートは、研磨パッド3の表面温度に依存する。したがって、研磨パッド3の半径方向に沿った研磨パッド3上の温度プロファイルを変更することで、ウエハWの半径方向に沿った研磨レートを調整できる。例えば、ウエハWの中心部の膜厚が、ウエハWの外周部の膜厚よりも大きい場合は、制御装置11は、ウエハWの中心部を研磨する研磨パッド3の一部分の温度がウエハWの外周部を研磨する研磨パッド3の他の部分の温度よりも高くなるように、各シャッター45の移動量を制御する。このような動作によって、ウエハWを均一に研磨することができる。
膜厚測定器20の保護のために、好ましくは、膜厚測定器20の上方に位置する導波管33の放射部33bには、上記した開口33aを設けない。さらに、上述したように、電磁波吸収体48を開口33a以外の導波管33の放射部33bの下面に設けるのが好ましい。
図8に示すように、研磨装置は、研磨パッド3の表面(すなわち、研磨面3a)を冷却する冷却装置17を備えてもよい。図8に示す冷却装置17は、気体を研磨パッド3の表面に噴射する気体噴射ノズルである。一実施形態では、冷却装置17は、研磨パッド3の表面3aに向けた気流を発生させる冷却ファンであってもよい。図8に示すように、冷却装置17は、制御装置11に接続されており、制御装置11は、照射機5とは独立して冷却装置17を制御することができる。このような構成により、制御装置11は、パッド表面温度をより精度よく調整することができる。このような冷却装置を、図1および図2に示した研磨装置に設けてもよい。
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。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。
1 研磨ヘッド
2 研磨テーブル
3 研磨パッド
3a 研磨面
4 研磨液供給ノズル
5 照射機
7 隔壁
8 研磨室
10 パッド温度測定器
11 制御装置
17 冷却装置
19 電磁波センサ
20 膜厚測定器
30 電磁波発生器
33 導波管
33a 開口
33b 放射部
35 チューナー
36 パワーモニタ
37 アイソレータ
41 冷却装置
43 チョーク構造体
43a 溝
45 シャッター
46 移動装置
50 移動機構
52 連結ピン
80 上下動機構
83 直動ガイド
84 ロボシリンダ
2 研磨テーブル
3 研磨パッド
3a 研磨面
4 研磨液供給ノズル
5 照射機
7 隔壁
8 研磨室
10 パッド温度測定器
11 制御装置
17 冷却装置
19 電磁波センサ
20 膜厚測定器
30 電磁波発生器
33 導波管
33a 開口
33b 放射部
35 チューナー
36 パワーモニタ
37 アイソレータ
41 冷却装置
43 チョーク構造体
43a 溝
45 シャッター
46 移動装置
50 移動機構
52 連結ピン
80 上下動機構
83 直動ガイド
84 ロボシリンダ
Claims (4)
- 研磨パッドを支持する研磨テーブルと、
基板を前記研磨パッドに押し付ける研磨ヘッドと、
前記研磨パッド上に研磨液を供給する研磨液供給ノズルと、
前記研磨液に放射される電磁波を発振する電磁波発生器、および前記電磁波発生器に連結される導波管を含む照射機と、を備え、
前記導波管は、前記研磨パッドの上方に配置される放射部を有しており、
前記放射部は、前記電磁波を前記研磨パッドの表面に向けて放射するための少なくとも1つの開口を有する、研磨装置。 - 前記研磨パッドの温度を測定する少なくとも1つのパッド温度測定器と、
前記開口を開閉可能なシャッターと、
前記シャッターを移動させる移動装置と、
前記パッド温度測定器の出力値に基づいて、前記開口に対するシャッターの移動量を制御する制御装置と、をさらに備えた、請求項1に記載の研磨装置。 - 前記基板の膜厚を測定する膜厚測定器と、
前記開口を開閉可能なシャッターと、
前記シャッターを移動させる移動装置と、
前記膜厚測定器の出力値に基づいて、前記開口に対するシャッターの移動量を制御する制御装置と、をさらに備えている、請求項1に記載の研磨装置。 - 前記照射機は、前記導波管を、電磁波照射位置と待避位置との間で移動させる移動機構をさらに備え、
前記電磁波照射位置では、前記開口が前記研磨パッドの上方に位置し、
前記待避位置では、前記導波管が前記研磨パッドの外側に位置する、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の研磨装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020060416A JP2021154477A (ja) | 2020-03-30 | 2020-03-30 | 研磨装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2020060416A JP2021154477A (ja) | 2020-03-30 | 2020-03-30 | 研磨装置 |
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JP2021154477A true JP2021154477A (ja) | 2021-10-07 |
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ID=77916551
Family Applications (1)
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JP2020060416A Pending JP2021154477A (ja) | 2020-03-30 | 2020-03-30 | 研磨装置 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2021154477A (ja) |
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2020
- 2020-03-30 JP JP2020060416A patent/JP2021154477A/ja active Pending
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