JP2008166448A - Ｃｍｐ装置のウェハ温度制御方法及びウェハ温度制御機構 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェハ保持ヘッドの構造を複雑化することなく、ウェハの温度均一性を高めてウェハ面内の平坦性及び研磨レートを制御する。
【解決手段】加熱手段又は冷却手段により所定温度に調整されるバックプレート１１をウェハ保持ヘッド３内に設けると共に、バックプレート１１とウェハＷとの間にエアが流動するエアフロー層１４を形成する。このエアフロー層１４を介してバックプレート１１とウェハＷ裏面の間で熱移動することにより、ウェハＷの温度を制御する。加熱手段又は冷却手段としては、所定温度に調整された気体、液体等の流体２０を使用でき、流体２０を連続して流動させる流体通路２１をバックプレート１１の内部に形成する。加熱手段又は冷却手段としてヒータ又はペルチェ素子等を使用できる。
【選択図】図２

Description

本発明はＣＭＰ装置のウェハ温度制御方法及びウェハ温度制御機構に関するものであり、特に、ウェハ保持ヘッドに保持されたウェハを回転中の研磨パッドに押し付けて研磨するＣＭＰ装置のウェハ温度制御方法及びウェハ温度制御機構に関するものである。

従来、此種ＣＭＰ装置は、研磨パッドが貼り付けられたプラテン（研磨定盤）の上方にウェハ保持ヘッドが配設され、該ウェハ保持ヘッドの下部側にはウェハが着脱可能に保持される。

前記ウェハを研磨する際は、前記プラテン及びウェハ保持ヘッドをモータで夫々回転駆動すると共に、該研磨パッド上面にスラリーを供給しながら該研磨パッド上面にウェハを押し付けることにより、ウェハを化学的機械的に研磨している。

ここで、ウェハ研磨面の平坦性を確保するには、研磨パッドに対するウェハの押し付け力の調整と共に、研磨中におけるウェハ温度が大きな要因になる。そこで、ウェハの温度を制御するためには、ウェハ保持ヘッド内におけるウェハ裏面（裏面）側に加熱板又は放熱板を設けた温度制御機構、或いは、エアバック又は空洞を温度調整可能に設けた温度制御機構などが種々提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。
特開平０９−２９５９１号公報 特開２００１−３４１０６４号公報 特開２００５−２６８５６６号公報 特開２００６−２８９５０６号公報

上記特許文献１及び２記載の従来技術のように、ウェハ保持ヘッド内に加熱板又は放熱板を設けた場合は、ウェハ保持ヘッドの構造が複雑になりコスト高になる。又、上記特許文献３及び４記載の従来技術のように、ウェハ保持ヘッド内にエアバック又は空洞を設けて温度制御した場合は、加熱若しくは冷却されるエアバック又は空洞に熱が蓄積されるため、ウェハ表面への熱の伝導が遅くなり、所望の温度プロファイルを得ることが困難になる。

その結果、ウェハ面内の温度が不均一になり、ウェハ研磨面の平坦性低下を招く。特に、ウェハの中心部は研磨熱が蓄積し易いため外周部よりも温度が高くなり、この温度差に伴い化学的な研磨速度が変化して、ウェハ面内の研磨レートにバラツキが生じるという問題があった。

そこで、簡単な構造でウェハ温度の均一性を確保でき、ウェハ面内の平坦性及び研磨レートを向上させるために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、回転するプラテン上に装着されている研磨パッド上にスラリーを供給しながら、ウェハ保持ヘッドに保持されたウェハを前記研磨パッドに押し付けて研磨するＣＭＰ装置において、ウェハ保持ヘッド内に設けたバックプレートを加熱又は冷却して所定温度に調整し、エアが流動するエアフロー層を介して前記バックプレートとウェハ裏面の間で熱移動させることにより、該ウェハの温度を制御するＣＭＰ装置のウェハ温度制御方法を提供する。

この方法によれば、ウェハ研磨中、上記バックプレートは所定温度になるように加熱又は冷却される。そして、エアが流動するエアフロー層を介して、前記バックプレートとウェハ裏面の間で熱移動が発生する。例えば、バックプレートがウェハよりも高温であれば、バックプレートの熱がウェハ裏面に移動し、逆に、バックプレートがウェハよりも低温であれば、ウェハ裏面の熱がバックプレートに移動する。これにより、ウェハ裏面全域において一様な温度制御が実施される。

請求項２記載の発明は、回転するプラテン上に装着されている研磨パッド上にスラリーを供給しながら、ウェハ保持ヘッドに保持されたウェハを前記研磨パッドに押し付けて研磨するＣＭＰ装置において、前記ウェハ保持ヘッド内に設けられているバックプレートを加熱手段又は冷却手段により所定温度に調整可能に設けると共に、該バックプレートとウェハとの間に形成されているエアフロー層を介して前記バックプレートとウェハ裏面の間で熱移動させることにより、該ウェハの温度を制御するように構成して成るＣＭＰ装置のウェハ温度制御機構を提供する。

この構成によれば、ウェハ研磨中、上記バックプレートは加熱手段又は冷却手段により所定温度に加熱又は冷却される。そして、エアフロー層を介してバックプレートとウェハ裏面の間で熱が移動する。例えば、バックプレートがウェハよりも高温であれば、バックプレートの熱がウェハ裏面に移動し、逆に、バックプレートがウェハよりも低温であれば、ウェハ裏面の熱がバックプレートに移動する。これにより、ウェハ裏面全域において一様な温度制御が実施される。

請求項３記載の発明は、上記加熱手段又は冷却手段が所定温度に調整された気体、液体等の流体であり、該流体を連続して流動させる流体通路が上記バックプレートに形成されて成る請求項２記載のＣＭＰ装置のウェハ温度制御機構を提供する。

この構成によれば、ウェハの研磨中、バックプレート内部に形成した流体通路には気体、液体等の流体が連続して流動する。この流体は所定温度に調整されているため、バックプレートに対して加熱手段又は冷却手段として機能する。従って、バックプレートの温度は流体の調整温度に応じて正確に制御される。

請求項４記載の発明は、上記加熱手段又は冷却手段がヒータ又はチラー若しくはペルチェ素子であり、該ヒータ又はチラー若しくはペルチェ素子は上記バックプレートに設けられている請求項２記載のＣＭＰ装置のウェハ温度制御機構を提供する。

この構成によれば、ウェハの研磨中、上記バックプレートはヒータ又はチラー若しくはペルチェ素子により直接加熱又は冷却される。従って、バックプレートの温度はヒータ又はチラー若しくはペルチェ素子による加熱作用又は冷却作用によって迅速に制御される。

請求項５の発明は、 回転するプラテン上に装着されている研磨パッド上にスラリーを供給しながら、ウェハ保持ヘッドに保持されたウェハを前記研磨パッドに押し付けて研磨するＣＭＰ装置において、前記ウェハ保持ヘッド内に設けたバックプレートを分割加熱又は分割冷却して所定温度に調整し、エアが流動するエアフロー層を介して前記バックプレートとウェハ裏面の間で熱移動させることにより、該ウェハの温度を制御するＣＭＰ装置のウェハ温度制御方法を提供する。

この方法によれば、ウェハ研磨中、上記バックプレートは所定温度になるように分割加熱又は分割冷却される。そして、エアが流動するエアフロー層を介して、前記バックプレートとウェハ裏面の間で熱移動が発生する。例えば、バックプレートがウェハよりも高温であれば、バックプレートの熱がウェハ裏面に移動し、逆に、バックプレートがウェハよりも低温であれば、ウェハ裏面の熱がバックプレートに移動する。これにより、ウェハ裏面全域において一様な温度制御が実施される。

また、前記パックプレートは所定温度になるように分割加熱又は分割冷却される。これにより、ウェハ裏面において積極的な温度制御が実施される。

請求項６の発明は、 回転するプラテン上に装着されている研磨パッド上にスラリーを供給しながら、ウェハ保持ヘッドに保持されたウェハを前記研磨パッドに押し付けて研磨するＣＭＰ装置において、前記ウェハ保持ヘッド内に設けられているバックプレートを分割加熱手段又は分割冷却手段により所定温度に調整可能に設けると共に、該バックプレートとウェハとの間に形成されているエアフロー層を介して前記バックプレートとウェハ裏面の間で熱移動させることにより、該ウェハの温度を制御するように構成して成るＣＭＰ装置のウェハ温度制御機構を提供する。

この構成によれば、ウェハ研磨中、上記バックプレートは分割加熱手段又は分割冷却手段により所定温度に加熱又は冷却される。そして、エアフロー層を介してバックプレートとウェハ裏面の間で熱が移動する。例えば、バックプレートがウェハよりも高温であれば、バックプレートの熱がウェハ裏面に移動し、逆に、バックプレートがウェハよりも低温であれば、ウェハ裏面の熱がバックプレートに移動する。これにより、ウェハ裏面全域において一様な温度制御が実施される。

また、前記パックプレートは分割加熱手段又は分割冷却手段により所定温度に加熱又は冷却される。。これにより、ウェハ裏面において積極的な温度制御が実施される。

請求項７の発明は、上記分割加熱手段又は分割冷却手段が所定温度に調整された気体、液体等の流体であって、該流体を連続して流動させる流体通路が上記バックプレートに形成されて成る請求項６記載のＣＭＰ装置のウェハ温度制御機構を提供する。

この構成によれば、ウェハの研磨中、バックプレート内部に形成した流体通路には気体、液体等の流体が連続して流動する。この流体は所定温度に調整されているため、バックプレートに対して加熱手段又は冷却手段として機能する。従って、バックプレートの温度は流体の調整温度に応じて正確に制御される。

請求項８の発明は、上記分割加熱手段又は分割冷却手段がヒータ又はチラー若しくはペルチェ素子であって、該ヒータ又はチラー若しくはペルチェ素子が上記バックプレートに設けられていることを特徴とする請求項６記載のＣＭＰ装置のウェハ温度制御機構を提供する。

この構成によれば、ウェハの研磨中、上記バックプレートはヒータ又はチラー若しくはペルチェ素子により直接加熱又は冷却される。従って、バックプレートの温度はヒータ又はチラー若しくはペルチェ素子による加熱作用又は冷却作用によって迅速に制御される。

請求項９の発明は、上記バックプレートの温度が温度センサにより検出され、該温度センサによる検出値に基づいて前記バックプレートの温度を制御するように構成して成る請求項２,３,４,６,７又は８記載のＣＭＰ装置のウェハ温度制御機構を提供する。

この構成によれば、ウェハ研磨中、バックプレートの温度は温度センサにて検出された値に基づいて制御される。これにより、ウェハ面内の温度は研磨環境等に応じて適切に制御管理される。

請求項１０の発明は、上記温度センサは複数設けられ、且つ、該温度センサは上記ウェハの径方向に所定間隔を有して配置されている請求項９記載のＣＭＰ装置のウェハ温度制御機構を提供する。

この構成によれば、上記複数の温度センサは上記ウェハの径方向に所定間隔を有して配置されているので、エアフロート層におけるウェハ径方向の複数地点の温度、即ち、ウェハの中心部と外周部の温度差が検出される。

したがって、エアフロー層におけるウェハ径方向の複数地点の検出値に基づいて、エアフロート層に流入するエアの温度、流量又は流速を調整することにより、ウェハの温度が常に最適状態に制御管理される。

請求項１記載の発明は、ウェハ裏面全域において一様な温度に制御できるので、ウェハ面内の温度均一性が高くなる。従って、ウェハ研磨面の平坦性が向上すると共に、ウェハ研磨面の研磨レートも従来に比べて改善でき、ウェハの歩留り改善に大いに寄与することができる。

請求項２記載の発明は、ウェハ裏面全域において一様な温度に制御できるので、ウェハ面内の温度均一性が高くなる。従って、ウェハ研磨面の平坦性が向上すると共に、ウェハ研磨面の研磨レートも従来に比べて改善でき、ウェハの歩留り改善に大いに寄与することができる。

又、ウェハ保持ヘッド内にエアバック又は空洞を設ける必要がないため、従来に比べて構造が簡素化するメリットを有する。更に、エアフロー層を流れるエアにより、ウェハ裏面全域に対して直接加熱作用又は冷却作用を行うので、熱効率が従来に比べて向上し、熱エネルギー費（ランニングコスト）を低減させることができる。

請求項３記載の発明は、バックプレートの温度は流体の調整温度に応じて正確に制御できるので、請求項２記載の発明の効果に加えて、ウェハ面内の温度均一性を一層精度良くコントロールすることができる。

請求項４記載の発明は、バックプレートの温度はヒータ又はチラー若しくはペルチェ素子により迅速に制御できるので、請求項２記載の発明の効果に加えて、ウェハ面内の温度均一性を一層迅速にコントロールすることができる。

請求項５の発明は、ウェハ裏面において積極的に所定温度に制御できるので、ウェハ面内の温度均一性が高くなる。又は、所定の温度差をつけることができる。従って、ウェハ研磨面の平坦性が向上すると共に、ウェハ研磨面の研磨レートも従来に比べて改善でき、ウェハの歩留まり改善に大いに寄与することができる。

請求項６の発明は、ウェハ裏面において積極的に所定温度に制御できるので、ウェハ面内の温度均一性が高くなる。又は、所定の温度差をつけることができる。従って、ウェハ研磨面の平坦性が向上すると共に、ウェハ研磨面の研磨レートも従来に比べて改善でき、ウェハの歩留まり改善に大いに寄与することができる。

又、エアフロー層を流れるエアにより、ウェハ裏面全体に対して直接加熱作用又は冷却作用を行うので、熱効率が従来に比べて向上し、熱エネルギー費（ランニングコスト）を低減させることができる。更に、分割加熱又は分割冷却している部分と、該分割加熱又は分割冷却していない部分の温度差を、従来に比べて温度勾配が緩やかになるように制御することができる。

請求項７の発明は、バックプレートの温度は流体の調整温度に応じて正確に制御できるので、請求項６の発明の効果に加えて、ウェハ面内の温度を精度良くコントロールすることができる。

請求項８の発明は、バックプレートの温度はヒータ又はチラー若しくはペルチェ素子により迅速に制御できるので、請求項６の発明の効果に加えて、ウェハ面内の温度を一層迅速にコントロールすることができる。

請求項９の発明は、上記バックプレートの温度を、温度センサによる検出値に基づいて随時調整することにより、研磨中にウェハ面内の温度を研磨環境等に応じて正確に管理できるので、請求項２,３,４,６,７又は８記載の発明の効果に加えて、ウェハ研磨面の平坦性及び研磨レートを一層向上させることができる。

請求項１０の発明は、バックプレートの径方向（ウェハの径方向と同方向）の複数地点の温度の検出、値に基づいて、バックプレートの温度を随時調整することにより、ウェハ面内の温度を常に適切に制御管理できるので、請求項９記載の発明の効果に加えて、ウェハの半径方向における温度プロファイルを最適状態に容易に変更・調整することができる。

本発明は、ウェハ保持ヘッドの構造を複雑化することなく、ウェハの温度均一性を高めてウェハ面内の平坦性及び研磨レートを向上させるという目的を、回転するプラテン上に装着されている研磨パッド上にスラリーを供給しながら、ウェハ保持ヘッドに保持されたウェハを前記研磨パッドに押し付けて研磨するＣＭＰ装置において、前記ウェハ保持ヘッド内に設けられているバックプレートを加熱手段又は冷却手段により所定温度に調整可能に設けると共に、該バックプレートとウェハとの間に形成されているエアフロー層を介して前記バックプレートとウェハ裏面の間で熱移動させることにより、該ウェハの温度を制御するように構成したことにより達成した。

以下、本発明の好適な実施例を図１乃至図５に従って説明する。本実施例は、回転駆動されるプラテンに貼り付けられた研磨パッド上にスラリーを供給しながら、該研磨パッドにウェハを押し付けて研磨するＣＭＰ装置のウェハ温度制御機構に適用したものであって、ウェハ温度制御機構はウェハを保持するウェハ保持ヘッドの内部に設けられている。

図１はＣＭＰ装置の全体構成を示す斜視図、図２はウェハ保持ヘッドの内部構造の一例を示す縦断面図、図３はウェハ温度制御機構の流体流路を示す回路構成図、図４はウェハ保持ヘッドの内部構造の他の例を示す縦断面図、図５はウェハ温度制御機構の他の例を示す回路構成図である。

図１に示すように、ＣＭＰ装置１は、プラテン（研磨定盤）２及びウェハ保持ヘッド３等によって構成されている。前記プラテン２は円盤状に形成され、該プラテン２の上部には研磨パッド４が貼り付けられている。

又、プラテン２の下部にはスピンドル５が連結され、該スピンドル５の下端部にはモータ６が連結されている。従って、モータ６によってスピンドル５を回転駆動することにより、前記プラテン２は図１の矢印Ａ方向に回転する。更に、前記研磨パッド４の上方には、該研磨パッド４上面にスラリー（研磨剤）Ｓを供給するための供給ノズル７が設けられている。

前記ウェハ保持ヘッド３は、図示しない昇降装置によって昇降可能に設けられている。又、該ウェハ保持ヘッド３の下面側にはウェハＷが着脱可能に保持されるように構成されている。

更に、ウェハ保持ヘッド３の上部には回転軸８が連結され、該回転軸８の上端部には図示しないモータが連結されている。従って、該モータによって回転軸８を回転駆動することにより、ウェハ保持ヘッド３は図１の矢印Ｂ方向に回転する。

上記ＣＭＰ装置１によりウェハを研磨する際は、前記プラテン２及びウェハ保持ヘッド３をモータで夫々回転駆動すると共に、該研磨パッド４上面にスラリーＳを供給しながら、該研磨パッド４上面にウェハＷを押し付けることにより、該ウェハＷ下面に対して化学的機械的な研磨が実施される。

本発明では、研磨中のウェハＷは温度制御機構により温度制御して研磨される。即ち、バックプレートを加熱又は冷却して所定温度に調整し、エアが流動するエアフロー層を介してバックプレートとウェハ裏面の間で熱が移動することにより、ウェハＷの温度を制御している。

本実施例に係る温度制御機構は、ウェハ保持ヘッド３内におけるウェハＷ裏面の上方に設けられている。ウェハ保持ヘッド３の具体的構成は、図２に示すように、ヘッド本体１０、バックプレート１１、リテーナ１２及びメンブレン（保護シート）１３などから構成され、メンブレン１３とバックプレート１１との間にはエアフロート層１４が形成されている。尚、図２中のエアフロート層１４及びメンブレン１３等については、説明の都合上誇張して図示されている。

ヘッド本体１０の内側には円板形のバックプレート１１が配置され、該バックプレート１１はアルミニウム等の高い熱伝導率を有する金属より成る。このバックプレート１１には複数のエア噴出孔１５が形成され、エア噴出孔１５はエアライン１６を介して１次エア（図示せず）に接続されている。又、エアライン１６の途中には、図示しないバキュームポンプ及び給気ポンプが切り替え運転可能に設置されている。

更に、バックプレート１１の下側には円形のメンブレン１３が配置され、該メンブレン１３の外周部はリング状のリテーナ１２下部に固定されている。又、メンブレン１３は所要の可撓性を有する材料、例えばゴム材によりシート状に形成されている。

前記メンブレン１３はエアフロート層１４で形成されたエア圧をウェハＷに伝達し、且つ、エアフロート層１４とウェハＷ裏面の間において熱を伝える役目をなす。尚、リテーナ１２の下面開口部はウェハＷよりも若干大径に形成され、ウェハＷの径方向への動きを規制している。

更に又、メンブレン１３には複数の真空吸着用のエア孔１７が形成される。バキュームポンプによりエアフロート層１４内のエアを吸引して負圧を発生させることで、ウェハＷをメンブレン１３に吸着保持し、該ウェハＷをプラテン２に装着されている研磨パッド４上に移載する。然る後、該ウェハＷを研磨する際は、給気ポンプによりエアフロート層１４内に所定圧のエアを供給して所定圧が発生させることで、ウェハＷを研磨パッド４に所定圧力で押し付けて研磨する。尚、エアフロート層１４内に供給された加圧エアは、リテーナ１２に形成されている間隙１８から自然に排出されて、エアフロート層１４内のエア圧が自然に調整される。

本実施例では、バックプレート１１を加熱又は冷却して所定温度に調整することで、ウェハＷ裏面側のエアフロー層１４の温度を制御する。これにより、エアフロー層１４とウェハＷ裏面全域の間で熱移動（熱伝導）が生じて、ウェハＷが加熱又は冷却されることによって、ウェハＷ裏面側の温度分布のバラツキが最小に抑制される。

該エアの温度調整は、エアフロート層１４の上側に設けたバックプレート１１を加熱又は冷却して行う。その際、所定温度に調整された流体（気体又は液体）、ヒータ又はチラー若しくはペルチェ素子などを加熱手段又は冷却手段として利用して、バックプレート１１を加熱又は冷却することができる。

図示例は、加熱手段又は冷却手段として流体（気体又は液体）２０を使用した構成例である。上記バックプレート１１の内部には、該流体２０を連続して流動させる流体通路２１が形成され、該流体通路２１を流体２０が絶えず流動することで、バックプレート１１の下面全域を効率良く加熱又は冷却できる。

図３に示すように、流体通路２１は流体ライン１９を介して流体タンク２２に接続され、流体ライン１９の途中には流体温度調整器２３及び流体流量調整器２４が設けられている。流体温度調整器２３及び流体流量調整器２４により、流体２０の温度及び流量を任意に調整できるように構成されている。

又、バックプレート１１の径方向における複数箇所、例えばバックプレート１１下面の中央部、中間部、外周部（エア噴出口近傍部）に図示しない温度センサを分散して設け、該温度センサによる検出温度を図３に示す制御装置２５に送信し、該制御装置２５に接続されたモニター２６にてリアルタイムで検出温度を表示して監視できるように構成されている。

更に、制御装置２５は前記検出温度に基づいて、流体ライン１９の途中に設けた流体温度調整器２３又は流体流量調整器２４の設定値を変更して、流体２０の温度又は流量を最適値に調整する。加熱手段又は冷却手段としてヒータ又はチラー若しくはペルチェ素子などを利用した場合は、該ヒータ又はチラー若しくはペルチェ素子などの出力を適宜調整する。

本実施例に係る他の温度制御機構は、ウェハ保持ヘッド３内におけるウェハＷ裏面の上方に設けられている。ウェハ保持ヘッド３の具体的構成は、図４に示すように、ヘッド本体１０、バックプレート１１，リテーナ１２及びメンブレン（保護シート）１３などから構成され、メンブレン１３とバックプレート１１との間にはエアフロー層１４が形成されている。尚、図２中のエアフロー層１４及びメンブレン１３等については、説明の都合上誇張して図示されている。

又、本実施例では、バックプレート１１を分割加熱又は分割冷却して所定温度に調整することで、ウェハＷ裏面側のエアフロー層１４の温度を制御する。これにより、エアフロー層１４とウェハＷ裏面全体の間で熱移動（熱伝導）が生じて、ウェハＷが加熱又は冷却されることによって、ウェハＷ裏面側の温度分布のバラツキが最小に抑制される。

該エアの温度調整は、エアフロー層１４の上側に設けたバックプレート１１を、分割加熱又は分割冷却して行う。その際、所定温度に調整された流体（気体又は液体）、ヒータ又はチラー若しくはペルチェ素子などを分割加熱手段又は分割冷却手段として利用して、バックプレート１１を分割加熱又は分割冷却することができる。

図示例では、分割加熱手段又は分割冷却手段として、ヒータ又はチラー若しくはペルチェ素子２７を使用した構成例である。上記バックプレート１１の内部には、ヒータ又はチラー若しくはペルチェ素子２７がバックプレート半径方向に所定の間隔を有して配置されることで、バックプレート１１の下面を分割加熱又は分割冷却できる。

図５に示すように、ヒータ又はチラー若しくはペルチェ素子２７のコントローラー２８と、ヒータ又はチラー若しくはペルチェ素子２７は互いに接続されている。更に、バックプレート１１にヒータ又はチラー若しくはペルチェ素子２７が分割して配置されており、ヒータ又はチラー若しくはペルチェ素子２７のコントローラー２８により、ヒータ又はチラー若しくはペルチェ素子２７の温度を任意に調整できるように構成されている。

又、バックプレート１１の径方向における複数個所、例えば、バックプレート１１下面の中央部、中間部、外周部（エア噴出口近傍部）に図示しない温度センサを分散して設け、該温度センサによる検出温度を図５に示す制御装置２５に送信し、該制御装置２５に接続されたモニター２６にてリアルタイムで検出温度を表示して監視できるように構成されている。

更に、制御装置２５は前記検出温度に基づいて、ヒータ又はチラー若しくはペルチェ素子２７のコントローラー２８はヒータ又はチラー若しくはペルチェ素子２７の設定値を変更することで、ヒータ又はチラー若しくはペルチェ素子２７の温度を最適値に調整する。

斯くして、バックプレート１１の温度を最適値に管理することで、エアフロート層１４を流れるエアＡの温度を研磨中に随時制御できる。このエアＡの温度は１０℃〜４５℃の範囲に設定するのが好ましい。又、エアＡの流量は０．１リッタ〜１００リッタの範囲に調整することができる。

ウェハＷ裏面側には、エアフロート層１４を連続して流れるエアＡが存在し、該エアＡはバックプレート１１により加熱又は冷却されるため、ウェハＷ裏面全域に対して常に均等な熱移動が発生する。従って、エアフロート層１４をエアＡが常に流動することで、ウェハＷの熱を奪ったり、或いは、ウェハＷに熱を与えることができる。

又、ウェハＷが分割加熱又は分割冷却されても、ウェハＷ裏面側にはエアフロート層１４を連続して流れるエアＡが存在し、エアフロート層１４をエアＡが常に流動することで、分割加熱又は分割冷却している部分と、該分割加熱又は分割冷却していない部分との温度の差を小さくすることが出来る。

要するに、エアフロート層１４を連続的に流れるエアＡとウェハＷとの間で生じる熱移動により、ウェハＷに対して積極的な温度制御が実行される。これにより、ウェハＷ面内の温度均一性を効果的に高めるとともに、ウェハＷの歩留り向上に寄与することができる。

さらに、ウェハＷの研磨状態をリアルタイムでモニター２６により監視することにより、ウェハＷに要求された条件や研磨環境に応じて、適切な温度分布を制御装置２５により常に維持管理できる。

以上説明したように、ウェハＷ研磨中、バックプレート１１は温度調整された流体（気体又は液体）２０により所定温度になるように加熱又は冷却される。そして、エアＡが流動するエアフロー層１４及びメンブレン１３を介して、バックプレート１１とウェハＷ裏面の間で熱移動が起こる。例えば、バックプレート１１がウェハＷよりも高温であれば、バックプレート１１の熱がウェハＷ裏面に移動してウェハＷを加温する。逆に、バックプレート１１がウェハＷよりも低温であれば、ウェハＷ裏面の熱がバックプレート１１に移動してウェハＷを冷却する。

従って、ウェハＷ裏面全域において一様に温度制御できるので、ウェハＷ面内の温度均一性が高くなる。斯くして、ウェハＷ研磨面の平坦性が向上すると共に、ウェハＷ研磨面の研磨レートも改善でき、ウェハＷの歩留り改善に大いに寄与できる。

又、ウェハ保持ヘッド３内に大きなエアバック又は複数の空洞を設ける必要がないため、従来に比べて構造が簡素化する。更に、エアフロー層１４を流れるエアＡにより、ウェハＷ表面に対する加熱又は冷却が直接行われるので、熱効率が大幅に向上し熱エネルギー費の低減化が図られる。

更に、ウェハＷの研磨中、バックプレート１１の流体通路２１には流体２０が連続して流動する。この流体２０は所定温度に調整されているため、バックプレート１１の温度は流体２０の温度に応じて正確に制御される。従って、ウェハＷ面内の温度均一性を一層精度良くコントロールすることができる。

又、ウェハＷの研磨中、バックプレート１１をヒータ又はチラー若しくはペルチェ素子２７により直接加熱又は冷却した場合は、バックプレート１１の温度を迅速に制御できるため、ウェハＷ面内の温度均一性を一層速やかに制御できる。

本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

本発明の一実施例を示し、ＣＭＰ装置の全体構成を示す斜視図。 一実施例に係るウェハ保持ヘッドの内部構造の一例を示す縦断面図。 一実施例に係るウェハ温度制御機構の制御系の一例を示す回路構成図。 一実施例に係るウェハ保持ヘッドの内部構造の他の例を示す縦断面図。 一実施例に係るウェハ温度制御機構の制御系の他の例を示す回路構成図。

符号の説明

１ ＣＭＰ装置
３ ウェハ保持ヘッド
４ 研磨パッド
１１ バックプレート
１３ メンブレン（保護シート）
１４ エアフロート層
１９ 流体ライン
２０ 流体（気体又は液体）
２１ 流体通路
２３ 流体温度調整器
２４ 流体流量調整器
２５ 制御装置
２７ ヒータ又はチラー若しくはペルチェ素子
２８ ヒータ又はチラー若しくはペルチェ素子のコントローラー

Claims (10)

1. 回転するプラテン上に装着されている研磨パッド上にスラリーを供給しながら、ウェハ保持ヘッドに保持されたウェハを前記研磨パッドに押し付けて研磨するＣＭＰ装置において、
   ウェハ保持ヘッド内に設けたバックプレートを加熱又は冷却して所定温度に調整し、エアが流動するエアフロー層を介して前記バックプレートとウェハ裏面の間で熱移動させることにより、該ウェハの温度を制御することを特徴とするＣＭＰ装置のウェハ温度制御方法。
2. 回転するプラテン上に装着されている研磨パッド上にスラリーを供給しながら、ウェハ保持ヘッドに保持されたウェハを前記研磨パッドに押し付けて研磨するＣＭＰ装置において、
   前記ウェハ保持ヘッド内に設けられているバックプレートを加熱手段又は冷却手段により所定温度に調整可能に設けると共に、該バックプレートとウェハとの間に形成されているエアフロー層を介して前記バックプレートとウェハ裏面の間で熱移動させることにより、該ウェハの温度を制御するように構成したことを特徴とするＣＭＰ装置のウェハ温度制御機構。
3. 上記加熱手段又は冷却手段が所定温度に調整された気体、液体等の流体であって、該流体を連続して流動させる流体通路が上記バックプレートに形成されていることを特徴とする請求項２記載のＣＭＰ装置のウェハ温度制御機構。
4. 上記加熱手段又は冷却手段がヒータ又はチラー若しくはペルチェ素子であって、該ヒータ又はチラー若しくはペルチェ素子が上記バックプレートに設けられていることを特徴とする請求項２記載のＣＭＰ装置のウェハ温度制御機構。
5. 回転するプラテン上に装着されている研磨パッド上にスラリーを供給しながら、ウェハ保持ヘッドに保持されたウェハを前記研磨パッドに押し付けて研磨するＣＭＰ装置において、
   前記ウェハ保持ヘッド内に設けたバックプレートを分割加熱又は分割冷却して所定温度に調整し、エアが流動するエアフロー層を介して前記バックプレートとウェハ裏面の間で熱移動させることにより、該ウェハの温度を制御することを特徴とするＣＭＰ装置のウェハ温度制御方法。
6. 回転するプラテン上に装着されている研磨パッド上にスラリーを供給しながら、ウェハ保持ヘッドに保持されたウェハを前記研磨パッドに押し付けて研磨するＣＭＰ装置において、
   前記ウェハ保持ヘッド内に設けられているバックプレートを分割加熱手段又は分割冷却手段により所定温度に調整可能に設けると共に、該バックプレートとウェハとの間に形成されているエアフロー層を介して前記バックプレートとウェハ裏面の間で熱移動させることにより、該ウェハの温度を制御するように構成したことを特徴とするＣＭＰ装置のウェハ温度制御機構。
7. 上記分割加熱手段又は分割冷却手段が所定温度に調整された気体、液体等の流体であって、該流体を連続して流動させる流体通路が上記バックプレートに形成されていることを特徴とする請求項６記載のＣＭＰ装置のウェハ温度制御機構。
8. 上記分割加熱手段又は分割冷却手段がヒータ又はチラー若しくはペルチェ素子であって、該ヒータ又はチラー若しくはペルチェ素子が上記バックプレートに設けられていることを特徴とする請求項６記載のＣＭＰ装置のウェハ温度制御機構。
9. 上記バックプレートの温度が温度センサにより検出され、該温度センサによる検出値に基づいて前記バックプレートの温度を制御するように構成したことを特徴とする請求項２,３,４,６,７又は８記載のＣＭＰ装置のウェハ温度制御機構。
10. 上記温度センサは複数設けられ、且つ、該温度センサは上記ウェハの径方向に所定間隔を有して配置されていることを特徴とする請求項９記載のＣＭＰ装置のウェハ温度制御機構。

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