JP2016006856A - 基板研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 有害なガスの発生場所の近傍でガス拡散を効率よく防ぐことのできる基板研磨装置を提供する。
【解決手段】 基板研磨装置は、回転する研磨テーブル３０と、ウェハＷを保持しウェハＷを研磨テーブル３０に押し付けて研磨するトップリング３１と、トップリング３１の近傍に吸気ヘッド３６が配置される局所排気機構３５を備える。吸気ヘッド３６は、トップリング３１に対して研磨テーブル３０の回転方向の下流側に配置される。
【選択図】 図４

Description

本発明は、基板を研磨する基板研磨装置に関し、特に、有害なガスが発生する場合に好適な基板研磨装置に関する。

従来、化合物半導体基板（ウェハ）の研磨では危険な薬液が使用される場合がある。例えばＳｉＣ基板ではＨＦが使用されることがある。また、ＧａＡｓ基板では研磨廃液には有害なヒ素が混入される場合もある。そこで、従来の基板研磨装置では、研磨雰囲気を局所的に隔離し、ダウンフロー排気して有害物質の外部への漏れを防止している（特許文献１参照）。

特開２００８−１６６７０９号公報

しかしながら、従来の基板研磨装置では、装置各部の密閉性改善や排気量の増大を図る必要があり、大幅な設計変更が必要であった。そのため、大規模な設計変更を必要とせず、有害なガスの拡散を効率よく防ぐことができる装置の開発が望まれていた。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、有害なガスの拡散を効率よく防ぐことのできる基板研磨装置を提供することを目的とする。

本発明の基板研磨装置は、回転する研磨テーブルと、基板を保持し、基板を研磨テーブルに押し付けて研磨する基板保持部と、基板保持部の近傍に吸気ヘッドが配置される局所排気機構と、を備え、吸気ヘッドは、基板保持部に対して研磨テーブルの回転方向の下流側に配置されている。

この構成によれば、基板の研磨時に有害なガスが発生した場合であっても、基板保持部の近傍に配置された吸気ヘッドによって、ガスを効率よく吸引することができる。この場合、吸気ヘッドが研磨テーブルの回転方向の下流側に配置されているので、研磨テーブルの回転により生じる気流（旋回流）によって流されてくるガスを効率よく吸引することができる。このように、吸気ヘッドという比較的簡易な構成で、有害なガスの発生場所の近傍でガス拡散を効率よく防ぐことができ、大規模な設計変更を必要しない。

また、本発明の基板研磨装置では、吸気ヘッドの吸気速度が、研磨テーブルの回転速度より高く設定されてもよい。

研磨テーブルの回転により生じる気流（旋回流）によってガスが流される速度は、研磨テーブルの回転速度と同程度（あるいは、それ以下）であると考えられる。この場合、吸気ヘッドの吸気速度が研磨テーブルの回転速度より高く設定されているので、研磨テーブルの回転により生じる気流（旋回流）によって流されてくるガスを、ガスの流される速度に応じて好適に吸引することができる。

また、本発明の基板研磨装置では、吸気ヘッドは、研磨テーブルの径方向に並んだ複数の吸気口を備え、複数の吸気口のうち、径方向の外側の吸気口の吸気速度が、径方向の内側の吸気口の吸気速度より高く設定されてもよい。

この構成によれば、吸気ヘッドの複数の吸気口によって、基板の研磨時に発生した有害なガスを吸引することができる。研磨テーブルの回転速度は、径方向の内側より外側のほうが高いので、研磨テーブルの回転により生じる気流（旋回流）によってガスが流される速度は、径方向の内側より外側のほうが高い（径方向に差がある）と考えられる。この場合、複数の吸気口が研磨テーブルの径方向に並んでおり、径方向の外側の吸気口の吸気速度が径方向の内側の吸気口の吸気速度より高く設定されているので、研磨テーブルの回転により生じる気流（旋回流）によって流されてくるガスを、ガスの流される速度の差（径方向の差）に応じて好適に吸引することができる。

本発明によれば、基板の研磨時に有害なガスが発生した場合であっても、有害なガスの発生場所の近傍でガス拡散を効率よく防ぐことができる。

第１の実施の形態における基板処理装置の全体構成を示す平面図である。 第１の実施の形態における研磨ユニットの構造を示す斜視図である。 （ａ）第１の実施の形態における洗浄部を示す平面図である。 （ｂ）第１の実施の形態における洗浄部を示す側面図である。 第１の実施の形態における基板研磨装置の概略構成を示す説明図である。 第１の実施の形態における基板研磨装置の主要な構成を示す平面図である。 第１の実施の形態における基板研磨装置の主要な構成を示す側面図である。 第１の実施の形態の変形例の概略構成を示す説明図である。 第２の実施の形態における基板研磨装置の主要な構成を示す平面図である。 第２の実施の形態における基板研磨装置の主要な構成を示す側面図である。 第２の実施の形態の変形例の主要な構成を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態の基板研磨装置について、図面を用いて説明する。本実施の形態では、化学機械研磨（ＣＭＰ）により基板を研磨する基板処理装置の場合を例示する。

（第１の実施の形態）
図１は、本実施の第１の形態における基板処理装置の全体構成を示す平面図である。図１に示すように、この基板処理装置は、略矩形状のハウジング１を備えており、ハウジング１の内部は隔壁１ａ，１ｂによってロード／アンロード部２と研磨部３と洗浄部４とに区画されている。これらのロード／アンロード部２、研磨部３、および洗浄部４は、それぞれ独立に組み立てられる。また、基板処理装置は、基板処理動作を制御する制御部５を有している。

ロード／アンロード部２は、多数のウェハ（基板）をストックするウェハカセットが載置される２つ以上（本実施形態では４つ）のフロントロード部２０を備えている。これらのフロントロード部２０はハウジング１に隣接して配置され、基板処理装置の幅方向（長手方向と垂直な方向）に沿って配列されている。フロントロード部２０には、オープンカセット、ＳＭＩＦ（Standard Manufacturing Interface）ポッド、またはＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）を搭載することができるようになっている。ここで、ＳＭＩＦ
、ＦＯＵＰは、内部にウェハカセットを収納し、隔壁で覆うことにより、外部空間とは独立した環境を保つことができる密閉容器である。

また、ロード／アンロード部２には、フロントロード部２０の並びに沿って走行機構２１が敷設されており、この走行機構２１上にウェハカセットの配列方向に沿って移動可能な２台の搬送ロボット（ローダー）２２が設置されている。搬送ロボット２２は走行機構２１上を移動することによってフロントロード部２０に搭載されたウェハカセットにアクセスできるようになっている。各搬送ロボット２２は上下に２つのハンドを備えており、上側のハンドを処理されたウェハをウェハカセットに戻すときに使用し、下側のハンドを処理前のウェハをウェハカセットから取り出すときに使用して、上下のハンドを使い分けることができるようになっている。さらに、搬送ロボット２２の下側のハンドは、その軸心周りに回転することで、ウェハを反転させることができるように構成されている。

ロード／アンロード部２は最もクリーンな状態を保つ必要がある領域であるため、ロード／アンロード部２の内部は、基板処理装置の外部、研磨部３、および洗浄部４のいずれよりも高い圧力に常時維持されている。研磨部３は研磨液としてスラリーを用いるため最もダーティな領域である。したがって、研磨部３の内部には負圧が形成され、その圧力は洗浄部４の内部圧力よりも低く維持されている。ロード／アンロード部２には、ＨＥＰＡフィルタ、ＵＬＰＡフィルタ、またはケミカルフィルタなどのクリーンエアフィルタを有するフィルタファンユニット（図示せず）が設けられており、このフィルタファンユニットからはパーティクルや有毒蒸気、有毒ガスが除去されたクリーンエアが常時吹き出している。

研磨部３は、ウェハの研磨（平坦化）が行われる領域であり、第１研磨ユニット３Ａ、第２研磨ユニット３Ｂ、第３研磨ユニット３Ｃ、第４研磨ユニット３Ｄを備えている。これらの第１研磨ユニット３Ａ、第２研磨ユニット３Ｂ、第３研磨ユニット３Ｃ、および第４研磨ユニット３Ｄは、図１に示すように、基板処理装置の長手方向に沿って配列されている。この研磨部３で、ウェハの表面（被研磨面）を研磨して被研磨面に形成された金属膜を除去する処理が行われる。

図１に示すように、第１研磨ユニット３Ａは、研磨面を有する研磨パッド１０が取り付けられた研磨テーブル３０Ａと、ウェハを保持しかつウェハを研磨テーブル３０Ａ上の研磨パッド１０に押圧しながら研磨するためのトップリング３１Ａと、研磨パッド１０に研磨液やドレッシング液（例えば、純水）を供給するための研磨液供給ノズル３２Ａと、研磨パッド１０の研磨面のドレッシングを行うためのドレッサ３３Ａと、液体（例えば純水）と気体（例えば窒素ガス）の混合流体または液体（例えば純水）を霧状にして研磨面に噴射するアトマイザ３４Ａとを備えている。

同様に、第２研磨ユニット３Ｂは、研磨パッド１０が取り付けられた研磨テーブル３０Ｂと、トップリング３１Ｂと、研磨液供給ノズル３２Ｂと、ドレッサ３３Ｂと、アトマイザ３４Ｂとを備えている。また、第３研磨ユニット３Ｃは、研磨パッド１０が取り付けられた研磨テーブル３０Ｃと、トップリング３１Ｃと、研磨液供給ノズル３２Ｃと、ドレッサ３３Ｃと、アトマイザ３４Ｃとを備えている。また、第４研磨ユニット３Ｄは、研磨パッド１０が取り付けられた研磨テーブル３０Ｄと、トップリング３１Ｄと、研磨液供給ノズル３２Ｄと、ドレッサ３３Ｄと、アトマイザ３４Ｄとを備えている。

第１研磨ユニット３Ａ、第２研磨ユニット３Ｂ、第３研磨ユニット３Ｃ、および第４
研磨ユニット３Ｄは、互いに同一の構成を有しているので、以下、第１研磨ユニット３１Ａについて説明する。

図２は、第１研磨ユニット３Ａを模式的に示す斜視図である。トップリング３１Ａは、トップリングシャフトに支持されている。研磨テーブル３０Ａの上面には研磨パッド１０が貼付されており、この研磨パッド１０の上面はウェハＷを研磨する研磨面を構成する。なお、研磨パッド１０に代えて固定砥粒を用いることもできる。トップリング３１Ａおよ
び研磨テーブル３０Ａは、矢印で示すように、その軸心周りに回転するように構成されている。ウェハＷは、トップリング３１Ａの下面に真空吸着により保持される。研磨時には、研磨液供給ノズル３２Ａから研磨パッド１０の研磨面に研磨液が供給され、研磨対象であるウェハＷがトップリング３１Ａにより研磨面に押圧されて研磨される。

次に、ウェハを搬送するための搬送機構について説明する。図１に示すように、第１研磨ユニット３Ａおよび第２研磨ユニット３Ｂに隣接して、第１リニアトランスポータ６が配置されている。この第１リニアトランスポータ６は、研磨ユニット３Ａ，３Ｂが配列する方向に沿った４つの搬送位置（ロード／アンロード部側から順番に第１搬送位置ＴＰ１、第２搬送位置ＴＰ２、第３搬送位置ＴＰ３、第４搬送位置ＴＰ４とする）の間でウェハを搬送する機構である。

また、第３研磨ユニット３Ｃおよび第４研磨ユニット３Ｄに隣接して、第２リニアトランスポータ７が配置されている。この第２リニアトランスポータ７は、研磨ユニット３Ｃ，３Ｄが配列する方向に沿った３つの搬送位置（ロード／アンロード部側から順番に第５搬送位置ＴＰ５、第６搬送位置ＴＰ６、第７搬送位置ＴＰ７とする）の間でウェハを搬送する機構である。

ウェハは、第１リニアトランスポータ６によって研磨ユニット３Ａ，３Ｂに搬送される。上述したように、第１研磨ユニット３Ａのトップリング３１Ａは、トップリングヘッドのスイング動作により研磨位置と第２搬送位置ＴＰ２との間を移動する。したがって、トップリング３１Ａへのウェハの受け渡しは第２搬送位置ＴＰ２で行われる。同様に、第２研磨ユニット３Ｂのトップリング３１Ｂは研磨位置と第３搬送位置ＴＰ３との間を移動し、トップリング３１Ｂへのウェハの受け渡しは第３搬送位置ＴＰ３で行われる。第３研磨ユニット３Ｃのトップリング３１Ｃは研磨位置と第６搬送位置ＴＰ６との間を移動し、トップリング３１Ｃへのウェハの受け渡しは第６搬送位置ＴＰ６で行われる。第４研磨ユニット３Ｄのトップリング３１Ｄは研磨位置と第７搬送位置ＴＰ７との間を移動し、トップリング３１Ｄへのウェハの受け渡しは第７搬送位置ＴＰ７で行われる。

第１搬送位置ＴＰ１には、搬送ロボット２２からウェハを受け取るためのリフタ１１が配置されている。ウェハはこのリフタ１１を介して搬送ロボット２２から第１リニアトランスポータ６に渡される。リフタ１１と搬送ロボット２２との間に位置して、シャッタ（図示せず）が隔壁１ａに設けられており、ウェハの搬送時にはシャッタが開かれて搬送ロボット２２からリフタ１１にウェハが渡されるようになっている。また、第１リニアトランスポータ６と、第２リニアトランスポータ７と、洗浄部４との間にはスイングトランスポータ１２が配置されている。このスイングトランスポータ１２は、第４搬送位置ＴＰ４と第５搬送位置ＴＰ５との間を移動可能なハンドを有しており、第１リニアトランスポータ６から第２リニアトランスポータ７へのウェハの受け渡しは、スイングトランスポータ１２によって行われる。ウェハは、第２リニアトランスポータ７によって第３研磨ユニット３Ｃおよび／または第４研磨ユニット３Ｄに搬送される。また、研磨部３で研磨されたウェハはスイングトランスポータ１２を経由して洗浄部４に搬送される。

図３（ａ）は洗浄部４を示す平面図であり、図３（ｂ）は洗浄部４を示す側面図である。この洗浄部４では、研磨部３によって研磨されたウェハＷを洗浄して乾燥する処理が行われる。図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、洗浄部４は、第１洗浄室１９０と、第１搬送室１９１と、第２洗浄室１９２と、第２搬送室１９３と、乾燥室１９４とに区画されている。第１洗浄室１９０内には、縦方向に沿って配列された上側一次洗浄モジュール２０１Ａおよび下側一次洗浄モジュール２０１Ｂが配置されている。上側一次洗浄モジュール２０１Ａは下側一次洗浄モジュール２０１Ｂの上方に配置されている。同様に、第２洗浄室１９２内には、縦方向に沿って配列された上側二次洗浄モジュール２０２Ａおよび下側二次洗浄モジュール２０２Ｂが配置されている。上側二次洗浄モジュール２０２Ａは下側二次洗浄モジュール２０２Ｂの上方に配置されている。一次および二次洗浄モジュール２０１Ａ，２０１Ｂ，２０２Ａ，２０２Ｂは、洗浄液を用いてウェハを洗浄する洗浄機である。これらの一次および二次洗浄モジュール２０１Ａ，２０１Ｂ，２０２Ａ，２０２Ｂは垂直方向に沿って配列されているので、フットプリント面積が小さいという利点が得られる。

上側二次洗浄モジュール２０２Ａと下側二次洗浄モジュール２０２Ｂとの間には、ウェハの仮置き台２０３が設けられている。乾燥室１９４内には、縦方向に沿って配列された上側乾燥モジュール２０５Ａおよび下側乾燥モジュール２０５Ｂが配置されている。これら上側乾燥モジュール２０５Ａおよび下側乾燥モジュール２０５Ｂは互いに隔離されている。上側乾燥モジュール２０５Ａおよび下側乾燥モジュール２０５Ｂの上部には、清浄な空気を乾燥モジュール２０５Ａ，２０５Ｂ内にそれぞれ供給するフィルタファンユニット２０７，２０７が設けられている。上側一次洗浄モジュール２０１Ａ、下側一次洗浄モジュール２０１Ｂ、上側二次洗浄モジュール２０２Ａ、下側二次洗浄モジュール２０２Ｂ、仮置き台２０３、上側乾燥モジュール２０５Ａ、および下側乾燥モジュール２０５Ｂは、図示しないフレームにボルトなどを介して固定されている。

第１搬送室１９１には、上下動可能な第１搬送ロボット２０９が配置され、第２搬送室１９３には、上下動可能な第２搬送ロボット２１０が配置されている。第１搬送ロボット２０９および第２搬送ロボット２１０は、縦方向に延びる支持軸２１１，２１２にそれぞれ移動自在に支持されている。第１搬送ロボット２０９および第２搬送ロボット２１０は、その内部にモータなどの駆動機構を有しており、支持軸２１１，２１２に沿って上下に移動自在となっている。第１搬送ロボット２０９は、搬送ロボット２２と同様に、上下二段のハンドを有している。第１搬送ロボット２０９は、図３（ａ）の点線が示すように、その下側のハンドが上述した仮置き台１８０にアクセス可能な位置に配置されている。第１搬送ロボット２０９の下側のハンドが仮置き台１８０にアクセスするときには、隔壁１ｂに設けられているシャッタ（図示せず）が開くようになっている。

第１搬送ロボット２０９は、仮置き台１８０、上側一次洗浄モジュール２０１Ａ、下側一次洗浄モジュール２０１Ｂ、仮置き台２０３、上側二次洗浄モジュール２０２Ａ、下側二次洗浄モジュール２０２Ｂの間でウェハＷを搬送するように動作する。洗浄前のウェハ（スラリーが付着しているウェハ）を搬送するときは、第１搬送ロボット２０９は、下側のハンドを用い、洗浄後のウェハを搬送するときは上側のハンドを用いる。第２搬送ロボット２１０は、上側二次洗浄モジュール２０２Ａ、下側二次洗浄モジュール２０２Ｂ、仮置き台２０３、上側乾燥モジュール２０５Ａ、下側乾燥モジュール２０５Ｂの間でウェハＷを搬送するように動作する。第２搬送ロボット２１０は、洗浄されたウェハのみを搬送するので、１つのハンドのみを備えている。図１に示す搬送ロボット２２は、その上側のハンドを用いて上側乾燥モジュール２０５Ａまたは下側乾燥モジュール２０５Ｂからウェハを取り出し、そのウェハをウェハカセットに戻す。搬送ロボット２２の上側ハンドが乾燥モジュール２０５Ａ，２０５Ｂにアクセスするときには、隔壁１ａに設けられているシャッタ（図示せず）が開くようになっている。

つぎに、本実施の形態の基板研磨装置の特徴的な構成について、図面を参照して説明する。図４は、本実施の形態の基板研磨装置の概略構成を示す説明図であり、図５および図６は、本実施の形態の基板研磨装置の主要な構成を示す説明図である。

図４〜図６に示すように、本実施の形態の基板研磨装置は、上面に研磨面１０を有する研磨テーブル３０と、下面に被研磨面を有するウェハＷを保持するトップリング３１と、トップリング３１の近傍に配置される局所排気機構３５を備えている。研磨面１０は、例えば研磨パッドで構成されている。研磨テーブル３０は、所定の回転方向（図５における右回り）に回転しており、トップリング３１は、保持したウェハＷの被研磨面（図４および図６では下面）を研磨テーブル３０の研磨面１０に押し付けて、ウェハＷの被研磨面を研磨する。なお、基板研磨装置は、研磨テーブル３０の外側を覆うテーブルカバーや、トップリング３１の外側を覆うトップリングカバーを備えてもよい。

図５に示すように、局所排気機構３５は、トップリング３１の近傍に配置される吸気ヘッド３６を備えている。吸気ヘッド３６は、トップリング３１に対して研磨テーブル３０の回転方向の下流側（回転方向側）に配置されている。また、吸気ヘッド３６は、研磨テーブル３０の径方向に並んだ複数の吸気口３７を備えている。

図６に示すように、吸気ヘッド３６の吸気口３７は、エジェクタ３８に接続されており、エジェクタ３８に圧縮空気を流すことにより、吸気口３７からの吸気が行われる。エジェクタ３８は、圧縮空気の流量を調整することにより、吸気口３７の吸気速度を調整できるように構成されている。この場合、複数の吸気口３７のうち、径方向の外側の吸気口３７の吸気速度が、径方向の内側の吸気口３７の吸気速度より高く設定されている（図５参照）。なお、吸気口３７からの吸気手段としては、エジェクタ３８に限られず、例えば真空ポンプなどを用いてもよい。

吸気ヘッド３６の吸気速度は、研磨テーブル３０の回転速度より高く設定されることが好ましい。すなわち、吸気ヘッド３６の吸気速度は、研磨テーブル３０の回転速度（例えば、１〜２ｍ／ｓ）の１倍以上に設定される。例えば、吸気ヘッド３６の吸気速度は、研磨テーブル３０の回転速度の１．２倍〜２倍に設定される。吸気ヘッド３６の吸気速度は、研磨テーブルの回転速度と基準面積に基づいて設定することができる。基準面積は、ウェハＷの直径と基準高さの積から算出される。基準高さは、トップリング３１と吸気ヘッド３６との間の距離に基づいて設定してもよい。例えば、基準高さは、トップリング３１と吸気ヘッド３６との間の距離の０．３倍〜３倍に設定される。また、基準高さは、研磨面１０からトップリング３１の開口の上端（リテーナリングの隙間の上端）までの高さに基づいて設定してもよい。例えば、基準高さは、研磨面１０からトップリング３１の開口の上端（リテーナリングの隙間の上端）までの高さの１倍〜３倍に設定される。

なお、図４に示すように、局所排気機構３５は、排気機構３９に接続される排気用の配管４０が設けられている。なお、排気用の配管４０は、排気機能を有するダクトに接続されてもよく、また、排気用の配管４０に、電動機等により作動するブロアを装着してもよい。また、排気用の配管４０には、気液分離機構４１を設けられている。この場合、排気用の配管４０に気液分離機構４１が設けられているので、ガスを吸気する際に液体が混ざっていた場合であっても、気液分離機構４１によってガスと液体とを分離することができ、吸引したガスを（液体と分離して）適切に排気することができる。なお、気液分離機構４１と排気機構３９との間には、ダンパーが設けられてもよい。

このような本発明の実施の形態の基板研磨装置によれば、ウェハＷの研磨時に有害なガスが発生した場合であっても、有害なガスの発生場所の近傍でガス拡散を効率よく防ぐことができる。

すなわち、本実施の形態では、ウェハＷの研磨時に有害なガスが発生した場合であっても、トップリング３１の近傍に配置された吸気ヘッド３６によって、ガスを効率よく吸引することができる。この場合、吸気ヘッド３６が研磨テーブル３０の回転方向の下流側（回転方向側）に配置されているので、研磨テーブル３０の回転により生じる気流（旋回流）によって流されてくるガスを効率よく吸引することができる。このように、吸気ヘッド３６という比較的簡易な構成で、有害なガスの発生場所の近傍でガス拡散を効率よく防ぐことができ、大規模な設計変更を必要しない。

研磨テーブル３０の回転により生じる気流（旋回流）によってガスが流される速度は、研磨テーブル３０の回転速度と同程度（あるいは、それ以下）であると考えられる。この場合、吸気ヘッド３６の吸気速度が研磨テーブル３０の回転速度より高く設定されているので、研磨テーブル３０の回転により生じる気流（旋回流）によって流されてくるガスを、ガスの流される速度に応じて好適に吸引することができる。

また、本実施の形態では、吸気ヘッド３６の複数の吸気口３７によって、ウェハＷの研磨時に発生した有害なガスを吸引することができる。研磨テーブル３０の回転速度は、径方向の内側より外側のほうが高いので、研磨テーブル３０の回転により生じる気流（旋回流）によってガスが流される速度は、径方向の内側より外側のほうが高い（径方向に差がある）と考えられる。この場合、複数の吸気口３７が研磨テーブル３０の径方向に並んでおり、径方向の外側の吸気口３７の吸気速度が径方向の内側の吸気口３７の吸気速度より高く設定されているので、研磨テーブル３０の回転により生じる気流（旋回流）によって流されてくるガスを、ガスの流される速度の差（径方向の差）に応じて好適に吸引することができる。

従来、研磨テーブル周辺の排気速度は、研磨テーブルの回転によって発生する気流によってガスが巻き上がらずに、スムーズに排気をすることができる程度の速度（例えば、約０．３ｍ／ｓ）に設定されていた。これに対して、通常、研磨テーブルの回転速度（周方向速度）は、１〜２ｍ／ｓ程度である。このような従来の排気速度では、研磨時に有害ガスが発生した場合、研磨テーブルの回転速度（排気速度より速い速度）でガスが研磨テーブル上に広がり、研磨テーブル面から蒸発拡散しやすくなるおそれがあった。また、従来の基板研磨装置では、例えば、研磨テーブルの周囲にカバーを設けて、研磨テーブルの周囲から通常の排気ラインで排気を行う構成を採用していたが、万が一、通常の排気ラインの機能が停止してしまった場合には、排気を行えなくなるおそれがあった。これに対して、本実施の形態では、局所排気機構３５としてエジェクタ３８を採用しており、従来（通常の排気ラインで排気を行う場合）より高い吸引機能を実現することができる。また、本実施の形態では、エジェクタ３８に圧縮空気が供給されていれば、通常の排気ラインの機能が停止した場合であっても、研磨テーブル上での局所排気が可能であり、装置周辺の安全を確保することができる。なお、図７に示すように、エジェクタ３５は、吸気ヘッド３６と離れた位置に設けられてもよい。

以上、本発明の実施の形態を例示により説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において目的に応じて変更・変形することが可能である。

例えば、以上の説明では、吸気ヘッド３６の吸気速度は、研磨テーブル３０の回転速度より高く設定される例について説明したが、吸気ヘッド３６の吸気速度は、研磨テーブル３０の回転速度より若干低く設定されてもよい。すなわち、吸気ヘッド３６の吸気速度は、研磨テーブル３０の回転速度の１倍以下に設定されてもよい。例えば、吸気ヘッド３６の吸気速度は、研磨テーブル３０の回転速度の０．８倍に設定されてもよい。

（第２の実施の形態）
本実施の形態は、ＣＭＰ装置のウェーハ研磨室の排気量と研磨パット温度に関する。研磨パット面およびパット面に広がる研磨液（以下、スラリー）の温度は、研磨負荷により熱エネルギーが入熱し上昇する。本実施の形態は、この温度を下げるあるいは管理、制御する機構・装置に関する。

従来、パット面およびスラリーから抜熱し温度を下げるために、例えば、（１）冷却板をパット面に這わせ熱伝導により抜熱する機構・装置や、（２）ドライガスをパット面に噴きつけ気化潜熱により抜熱する機構・装置が採用されてきた。

研磨レートを上げるために、研磨面圧を上げる、あるいは、研磨面の相対速度を上げる、などの方法が考えられる。ところが、そうすると研磨面の摩擦による損失エネルギーが上昇し、研磨パット・スラリ・被研磨製品のウェーハ・ウェーハを保持するトップリングにそのエネルギーが入熱し、それぞれの温度上昇を引き起こす。

スラリーについては、温度上昇によりスラリーの化学的性能による研磨（エッチング）による研磨レート増加も期待できる。しかし、温度が上がりすぎてもスラリーの性能が劣化し、本来の研磨性能を発揮できなくなるおそれがある。パットについても、温度が上昇するとパットの硬度・ヤング率が低下し、被研磨製品のウェーハ研磨面の平坦度劣化を引き起こすおそれがある。ウェーハを保持するトップリングについても、温度上昇が大きいと、ウェーハをパットに押し付ける機構への影響がある。そのため、研磨による温度上昇を管理・制御できることが切望されている。

そこで、先に挙げた接触熱伝導方式（１）やドライガス吹き付けによる気化潜熱方式（２）が開発されてきた。

しかし、従来の冷却板方式（１）では、冷却板が研磨するウェーハに接触するパットやスラリーと接触する。そのため、冷却板からの汚染（イオン、粒子）が懸念されコーティングや接触部のクリーニング装置が必要となる。また、冷却板に付着したスラリーの落下によるウェーハ面へのスクラッチ問題も懸念され、冷却板全体のクリーニング装置が必要となる。そのため、装置自体が大掛かりなものになってしまうおぞれがある。また、接触熱伝導による抜熱のため、接触面積と温度差に比例する方式であるから、大きな面積と大きな温度差が必要になる。しかし、研磨パット面には、ウェーハを保持したトップリング・パットを目立てするドレッサー・スラリーを供給するスラリーノズル・パット面を洗浄するアトマイザーノズル（高圧純水シャワーノズル）などが設けられており、接触面積を思うように確保することができない。

そこで、ドライガス（エアーやＮ₂）を濡れたパット面に吹き付け気化潜熱で抜熱する方式（２）も一部で採用された。しかしながら、吹き付けるドライガスによって、スラリーが飛散し、研磨に有効なスラリー成分が低下するおそれがある。また、飛散したスラリーが周辺に付着し、付着したスラリーが落下してウェーハ面にスクラッチ問題を発生させるおそれがある。このように、従来の方式（２）は、解決すべき課題のハードルが高く、汎用性が乏しく、したがって、適用範囲が狭かった。

本実施の形態の基板研磨装置は、基板を保持し、基板を研磨テーブルに押し付けて研磨する基板保持部と、基板を研磨する研磨パッドを冷却するためのパッド冷却ノズルと、パッド冷却ノズルの近傍に吸気ヘッドが配置される局所排気機構と、を備え、吸気ヘッドは、パッド冷却ノズルに対して研磨テーブルの回転方向の下流側に配置されている。

この構成により、研磨テーブル上で発生する有害ガスやディフェクトソースを積極的に捕集し除去しつつ、パッド冷却ノズルによる研磨パットの冷却を両立した基板研磨装置（ＣＭＰ装置）が提供される。この場合、局所排気機構により、パッド冷却ノズルからの噴射ガスを局所排気することができる。

また、本実施の形態の基板研磨装置は、基板保持部の近傍に第２の吸気ヘッドが配置される第２の局所排気機構を備え、第２の吸気ヘッドは、基板保持部に対して研磨テーブルの回転方向の下流側に配置されてもよい。

この構成により、第２の局所排気機構によって、基板保持部の近傍で発生する有害ガスやディフェクトソースを排気することができる。

本実施の形態によれば、従来のドライガス吹き付け方式（２）の課題を解決し、気化潜熱現象を活用することができ、研磨パッド・研磨パッド面に広がるスラリー・ウェーハを保持するトップリングから抜熱することができ、それらの温度上昇を管理・制御することができる。従って、研磨面の良好な平坦度が得られ、スラリーの性能を引き出せる温度領域での研磨プロセスが実現できる。これにより、ＣＭＰ装置の生産性が向上できる。

つぎに、第２の実施の形態の基板研磨装置の特徴的な構成について、図面を参照して説明する。図８および図９は、本実施の形態の基板研磨装置の主要な構成を示す説明図である。

図８および図９に示すように、本実施の形態の基板研磨装置は、上面に研磨面１０を有する研磨テーブル３０と、下面に被研磨面を有するウェハＷを保持するトップリング３１と、トップリング３１の近傍に配置される局所排気機構１３５を備えている。研磨面１０は、例えば研磨パッドで構成されている。研磨テーブル３０は、所定の回転方向（図８における右回り）に回転しており、トップリング３１は、保持したウェハＷの被研磨面（図９では下面）を研磨テーブル３０の研磨面１０に押し付けて、ウェハＷの被研磨面を研磨する。なお、基板研磨装置は、研磨テーブル３０の外側を覆うテーブルカバーや、トップリング３１の外側を覆うトップリングカバーを備えてもよい。

図８に示すように、トップリング３１の下流側には、研磨パッド（研磨面１０）を冷却するためのパッド冷却ノズル１４２が備えられている。パッド冷却ノズル１４２から噴射される噴射ガス（冷却ガス）により、研磨面１０が冷却される。パッド冷却ノズル１４２の下流側には、局所排気機構１３５が備えられている。この局所排気機構１３５により、パッド冷却ノズル１４２からの噴射ガスを局所排気することができる。

局所排気機構１３５の吸気ヘッド１３６は、パッド冷却ノズル１４２（およびトップリング３１）に対して研磨テーブル３０の回転方向の下流側（回転方向側）に配置されている。また、吸気ヘッド１３６は、研磨テーブル３０の径方向に並んだ複数の吸気口１３７を備えている。

図９に示すように、吸気ヘッド１３６の吸気口１３７は、エジェクタ１３８に接続されており、エジェクタ１３８に圧縮空気を流すことにより、吸気口１３７からの吸気が行われる。エジェクタ１３８は、圧縮空気の流量を調整することにより、吸気口１３７の吸気速度を調整できるように構成されている。この場合、複数の吸気口１３７のうち、径方向の外側の吸気口１３７の吸気速度が、径方向の内側の吸気口１３７の吸気速度より高く設定されている（図８参照）。なお、吸気口１３７からの吸気手段としては、エジェクタ１３８に限られず、例えば真空ポンプなどを用いてもよい。

吸気ヘッド１３６の吸気速度は、研磨テーブル３０の回転速度より高く設定されることが好ましい。すなわち、吸気ヘッド１３６の吸気速度は、研磨テーブル３０の回転速度（例えば、１〜２ｍ／ｓ）の１倍以上に設定される。例えば、吸気ヘッド１３６の吸気速度は、研磨テーブル３０の回転速度の１．２倍〜２倍に設定される。吸気ヘッド１３６の吸気速度は、研磨テーブルの回転速度と基準面積に基づいて設定することができる。基準面積は、ウェハＷの直径と基準高さの積から算出される。基準高さは、トップリング３１と吸気ヘッド１３６との間の距離に基づいて設定してもよい。例えば、基準高さは、トップリング３１と吸気ヘッド１３６との間の距離の０．３倍〜３倍に設定される。また、基準高さは、研磨面１０からトップリング３１の開口の上端（リテーナリングの隙間の上端）までの高さに基づいて設定してもよい。例えば、基準高さは、研磨面１０からトップリング３１の開口の上端（リテーナリングの隙間の上端）までの高さの１倍〜３倍に設定される。

なお、図１０に示すように、局所排気機構１３５は、トップリング３１の下流側だけでなく、トップリング３１の近傍にも配置されてよい。すなわち、二つの局所排気機構１３５（トップリング３１の下流側の局所排気機構１３５、トップリング３１の近傍の局所排気機構１３５）を備えてもよい。この場合、トップリング３１の下流側の局所排気機構１３５により、パッド冷却ノズル１４２からの噴射ガスを局所排気することができ、トップリング３１の近傍の局所排気機構１３５により、被研磨材質とスラリーとの反応ガスを排気することができる。

以上、本発明の実施の形態を例示により説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において目的に応じて変更・変形することが可能である。

以上のように、本発明にかかる基板研磨装置は、有害なガスの発生場所の近傍でガス拡散を効率よく防ぐことができるという効果を有し、化学機械研磨（ＣＭＰ）装置等として用いられ、有用である。

１ ハウジング
２ ロード／アンロード部
３ 研磨部
３Ａ 第１研磨ユニット
３Ｂ 第２研磨ユニット
３Ｃ 第３研磨ユニット
３Ｄ 第４研磨ユニット
４ 洗浄部
５ 制御部
６ 第１リニアトランスポータ
７ 第２リニアトランスポータ
８ センサ
９ センサ
１０ 研磨パッド（研磨面）
１１ リフタ
１２ スイングトランスポータ
２０ フロントロード部
２１ 走行機構
２２ 搬送ロボット（ローダー）
３０（３０Ａ〜３０Ｄ） 研磨テーブル
３１（３１Ａ〜３１Ｄ） トップリング（基板保持部）
３２Ａ〜３２Ｄ 研磨液供給ノズル
３３Ａ〜３３Ｄ ドレッサ
３４Ａ〜３４Ｄ アトマイザ
３５ 局所排気機構
３６ 吸気ヘッド
３７ 吸気口
３８ エジェクタ
３９ 排気機構
４０ 配管
４１ 気液分離機構
ＴＰ１ 第１搬送位置
ＴＰ２ 第２搬送位置
ＴＰ３ 第３搬送位置
ＴＰ４ 第４搬送位置
ＴＰ５ 第５搬送位置
ＴＰ６ 第６搬送位置
ＴＰ７ 第７搬送位置
１８０ 仮置き台
１９０ 第１洗浄室
１９１ 第２洗浄室
１９２ 第３洗浄室
１９３ 第４洗浄室
Ｗ ウェハ（基板）

Claims (5)

1. 回転する研磨テーブルと、
   基板を保持し、前記基板を前記研磨テーブルに押し付けて研磨する基板保持部と、
   前記基板保持部の近傍に吸気ヘッドが配置される局所排気機構と、
   を備え、
   前記吸気ヘッドは、前記基板保持部に対して前記研磨テーブルの回転方向の下流側に配置されることを特徴とする基板研磨装置。
2. 前記吸気ヘッドの吸気速度が、前記研磨テーブルの回転速度より高く設定されている、請求項１に記載の基板研磨装置。
3. 前記吸気ヘッドは、前記研磨テーブルの径方向に並んだ複数の吸気口を備え、
   前記複数の吸気口のうち、径方向の外側の吸気口の吸気速度が、径方向の内側の吸気口の吸気速度より高く設定されている、請求項２に記載の基板研磨装置。
4. 基板を保持し、前記基板を前記研磨テーブルに押し付けて研磨する基板保持部と、
   前記基板を研磨する研磨パッドを冷却するためのパッド冷却ノズルと、
   前記パッド冷却ノズルの近傍に吸気ヘッドが配置される局所排気機構と、
   を備え、
   前記吸気ヘッドは、前記パッド冷却ノズルに対して前記研磨テーブルの回転方向の下流側に配置されることを特徴とする基板研磨装置。
5. 前記基板保持部の近傍に第２の吸気ヘッドが配置される第２の局所排気機構を備え、
   前記第２の吸気ヘッドは、前記基板保持部に対して前記研磨テーブルの回転方向の下流側に配置される、請求項４に記載の基板研磨装置。

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