JP2019119012A - フェースアップ式の研磨装置のための研磨ヘッド、当該研磨ヘッドを備える研磨装置および当該研磨装置を用いた研磨方法 - Google Patents

フェースアップ式の研磨装置のための研磨ヘッド、当該研磨ヘッドを備える研磨装置および当該研磨装置を用いた研磨方法 Download PDF

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Abstract

【課題】フェースアップ式の研磨装置において、ロータリジョイントを介さずに研磨液を供給する。【解決手段】本願は、一実施形態として、下面に研磨パッドを取り付けて用いられる、フェースアップ式の研磨装置のための研磨ヘッドであって、研磨ヘッドの回転軸の周囲に設けられた、液体を受けるための液体リザーバ部と、研磨ヘッドの下面に設けられた、液体リザーバ部により受けられた液体を排出するための液体排出口と、を備え、研磨ヘッドの上部に、研磨ヘッドの回転軸を中心とした環状の開口が形成されており、液体リザーバ部が、開口を介して研磨ヘッドの外部の空間と連通する、研磨ヘッドを開示する。【選択図】図２Ｂ

Description

本発明は、フェースアップ式の研磨装置のための研磨ヘッド、当該研磨ヘッドを備える研磨装置および当該研磨装置を用いた研磨方法に関する。
半導体加工工程において用いられる基板研磨装置の一種にＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing、化学的機械研磨）装置が存在する。ＣＭＰ装置は、基板の研磨面が向いている方向によって「フェースアップ式（基板の研磨面が上向きの方式）」と「フェースダウン式（基板の研磨面が下向きの方式）」に大別され得る。
特許文献１（特開平１０−１５８２３号公報、特に図４、段落０００５および段落０００６を参照）には、フェースアップ式のＣＭＰ装置において基板上に研磨液を供給する場合、研磨パッドの中央部には研磨液が充分に行きわたらない旨が記載されている。特許文献１にはさらに、フェースアップ式のＣＭＰ装置において基板上に研磨液を供給した場合、研磨に本来必要な量以上の量の研磨液を供給することが必要である旨が記載されている。そこで特許文献１（特に図１（ａ）を参照）は、フェースアップ式のＣＭＰ装置であって、自転可能な研磨ヘッドに設けられた貫通孔を介して研磨面に研磨液を供給するＣＭＰ装置を開示している。特許文献１のＣＭＰ装置はさらに、研磨ヘッドに設けられた貫通孔を介して研磨面から研磨液を吸引するように構成されている。
特開平１０−１５８２３号公報
特許文献１には、スラリー供給源と研磨ヘッドの接続について、および、スラリー吸引源と研磨ヘッドの接続についての具体的な構成は明示されていない。しかし、回転体である研磨ヘッドに設けられた貫通孔に研磨液を供給するため、および、貫通孔から研磨液を吸引するためには、ロータリジョイント（またはロータリジョイントと同等の機能を有する部品または部分：以下では単にロータリジョイントという。）を設ける必要があると考えられる。
研磨液がロータリジョイント内を通過すると、研磨液との化学反応によってロータリジョイントの内部の部品が変質し得る。さらに、研磨液がロータリジョイント内を通過すると、研磨液に含まれる砥粒によってロータリジョイントの内部の部品が摩耗し得る。ロータリジョイントの変質および／または摩耗は、研磨液の供給を不安定にさせ得るほか、研磨液の漏れを引き起こし得る。したがって、ロータリジョイントは定期的に交換されることが好ましい。しかし、ロータリジョイントを交換するためには費用（材料費および人件費など）が必要である。また、部品交換作業中は装置の稼働を停止する必要があるので、部品交換作業によって装置のスループットが低下し得る。
なお、ＣＭＰ装置のための研磨液には砥粒を含まないもの（砥粒レス研磨液）も存在する。この場合、砥粒による部品の摩耗は起こらないと考えられる。しかし、砥粒レス研磨液を用いる場合であっても研磨液との反応による部品の変質は起こり得る。
上記の課題は、ＣＭＰ装置に限らず、ロータリジョイントを介して研磨液を供給するフェースアップ式の研磨装置であれば生じ得る課題である。そこで本願は、フェースアップ式の研磨装置において、ロータリジョイントを介さずに研磨液を供給することを一つの目的とする。
本願は、一実施形態として、下面に研磨パッドを取り付けて用いられる、フェースアップ式の研磨装置のための研磨ヘッドであって、研磨ヘッドの回転軸の周囲に設けられた、液体を受けるための液体リザーバ部と、研磨ヘッドの下面に設けられた、液体リザーバ部により受けられた液体を排出するための液体排出口と、を備え、研磨ヘッドの上部に、研磨ヘッドの回転軸を中心とした環状の開口が形成されており、液体リザーバ部が、開口を介して研磨ヘッドの外部の空間と連通する、研磨ヘッドを開示する。
一実施形態にかかる研磨装置の正面図である。 一実施形態にかかる研磨ヘッドおよび液体供給ノズルの上面図である。 一実施形態にかかる研磨ヘッドの正面断面図である。 液体リザーバ部の底面にオーバーハング部が設けられた研磨ヘッドの正面断面図である。 図３Ａのオーバーハング部周辺の拡大図である。 一実施形態にかかる研磨方法を説明するフローチャートである。 研磨ヘッドを複数備える、一実施形態にかかる研磨装置の正面図である。
以下では、図面を参照しながら本発明の一実施形態について説明する。ただし、用いられる図面は模式図である。したがって、図示された部品の大きさ、位置および形状などは、実際の装置における大きさ、位置および形状などとは異なり得る。図１は一実施形態にかかる研磨装置１００の正面図である。以下では、図１における左右方向をＸ方向（紙面右側を正）、紙面に垂直な方向をＹ方向（紙面手前側を正）、上下方向をＺ方向（紙面上側を正）とする。
図１の研磨装置１００はフェースアップ式のＣＭＰ装置である。ただし、研磨液を用いるフェースアップ式の研磨装置であれば、研磨装置１００はＣＭＰ装置でなくともよい。ここで、フェースアップ式の研磨装置とは、基板の研磨面が上向きとなるように基板を保持する研磨装置であって、研磨パッドを用いて基板を研磨する研磨装置である。研磨装置１００は、定盤１１０、研磨ヘッド１２０および液体供給ノズル１３０を備える。研磨装置１００はさらに、研磨装置１００の各構成要素を制御するための制御部１４０を備える。
定盤１１０は、研磨されるべき基板１１１を支持するために設けられている。定盤１１０の上面には基板１１１が着脱可能に支持されている。図１の例では、定盤１１０は基本的に移動しない物体である。しかし、たとえば定盤１１０を移動および／または回転させる機構が定盤１１０に接続されていてもよい。基板１１１は円形であっても角形であっても、その他の形状であってもよい。
研磨ヘッド１２０は定盤１１０に対向して設けられている。研磨ヘッド１２０の下面には研磨パッド１２１が着脱可能に取り付けられている。研磨装置１００はさらに回転機構１２２を備える。回転機構１２２は、シャフト１２３を中心に研磨ヘッド１２０を回転させることが可能である。ここで、研磨ヘッド１２０の回転軸はＺ方向である。なお、本明細書における「シャフト」とは「回転によって動力を伝達する機械的な部品（実際に存在
する部品）」を指す用語であり、「回転軸」とは「回転運動の中心となる直線（数学的または仮想的な直線）」を指す用語である。研磨装置１００はさらに研磨ヘッド１２０をＺ方向に移動させるための上下動機構１２４を備える。上下動機構１２４により研磨ヘッド１２０を下降させることによって、研磨パッド１２１の下面が基板１１１の上面に押し付けられる。研磨パッド１２１が基板１１１に押し付けられた状態で研磨ヘッド１２０を回転させることにより、基板１１１が研磨される。
好ましくは、研磨装置１００はさらに研磨ヘッド１２０を水平移動させるための水平移動機構１２５を備える。基板１１１の研磨中に、水平移動機構１２５により研磨ヘッド１２０を移動させることにより、基板１１１の広い領域を研磨することが可能になる。なお、図１の水平移動機構１２５は研磨ヘッド１２０をＸ方向に移動させるように構成されている。しかし、水平移動機構１２５は研磨ヘッド１２０をＸ方向および／またはＹ方向に移動させる機構であってよい。
研磨ヘッド１２０の下面には、研磨パッド１２１と基板１１１との間の押圧力を調整するためのエアバッグ（図示せず）が設けられていてもよい。図１の例では、研磨パッド１２１より基板１１１の方が大きく図示されている。しかし、基板１１１より研磨パッド１２１の方が大きい構成を採用することも可能である。研磨ヘッド１２０は定盤１１０より大きくてもよく、小さくてもよい。ここで、基板１１１、研磨パッド１２１、研磨ヘッド１２０および定盤１１０の大きさとは、それらを上方または下方から見た場合における面積、すなわちＸＹ平面上の投影面積を指す。
研磨ヘッド１２０には液体リザーバ部１２６が設けられている。さらに、研磨ヘッド１２０には液体リザーバ部１２６と連通し、液体リザーバ部１２６により受けられた液体を排出するための液体排出口１２７が設けられている。換言すれば、液体排出口１２７は研磨ヘッド１２０の下面と液体リザーバ部１２６とを接続する。研磨パッド１２１には、液体排出口１２７の位置に対応するようにパッド孔１２８が設けられている。液体供給ノズル１３０から供給され、液体リザーバ部１２６により受けられた液体は、重力に従って液体排出口１２７に流れこむ。液体排出口１２７に流れ込んだ液体は、パッド孔１２８を通って研磨パッド１２１の研磨面に達する。
基板１１１を研磨している間、研磨ヘッド１２０は回転する。研磨ヘッド１２０の回転により、研磨パッド１２１の研磨面に達した液体は研磨ヘッド１２０の径方向外側に向かって力を受ける。したがって、基板１１１の研磨中に研磨ヘッド１２０の径方向外側に液体が移動し得る。液体が径方向外側に移動することによって、研磨ヘッド１２０の中心付近において液体が不足する可能性がある。そこで好ましくは、液体排出口１２７は研磨ヘッド１２０の下面の中心付近に設けられている。液体排出口１２７を研磨ヘッド１２０の下面の中心に設けることにより、研磨パッド１２１の中心に十分な量の液体を供給することが可能となる。ただし、液体排出口１２７を研磨ヘッド１２０の下面の中心以外の部分に設けることも可能である。また、液体排出口１２７の個数は限定されない。液体リザーバ部１２６の詳細は、図２を用いて後述される。
液体供給ノズル１３０は、液体源１３１に保持された研磨液、薬液および／または洗浄液などの液体を研磨装置１００に供給するために設けられている。より詳細には、液体供給ノズル１３０は、研磨ヘッド１２０の上部から液体リザーバ部１２６に液体を滴下または流下するように設けられている。液体源１３１は研磨装置１００の一部を構成する要素であってよい。追加または代替として、研磨装置１００と別個独立した液体源１３１を用いることも可能である。好ましくは、研磨装置１００は、液体供給ノズル１３０から供給される液体の量を調整するための流量調整機構１３２を備える。流量調整機構１３２は制御部１４０によって制御されてもよい。図１では、１つの液体源１３１が１つの液体供給
ノズル１３０に接続されている。代替として、複数の液体源１３１を１つの液体供給ノズル１３０に接続してもよい。複数の液体源１３１を１つの液体供給ノズル１３０に接続した場合、１つの液体供給ノズル１３０から複数の種類の液体を供給することが可能になる。さらに、液体供給ノズル１３０の数は１つに限らない。液体供給ノズル１３０を複数設ける場合、それぞれの液体供給ノズル１３０に１つまたは複数の別個独立した液体源１３１を接続してもよい。一方で、液体供給ノズル１３０を複数設ける場合、１つの液体源１３１を複数の液体供給ノズル１３０に接続してもよい。
液体供給ノズル１３０は回転機構１２２により回転させられない。換言すれば、回転機構１２２が研磨ヘッド１２０を回転させている間であっても、液体供給ノズル１３０は回転機構１２２によって回転させられない。したがって、液体源１３１から液体リザーバ部１２６に液体を供給する際に、液体は回転する部品の内部を通過する必要がない。よって、図１の構成によれば、研磨装置１００にロータリジョイントを設ける必要がない。ただし、図１の構成にロータリジョイント（たとえば洗浄水を供給するために設けられたロータリジョイント）を加えた構成が排除されるわけではない。
液体供給ノズル１３０は上下動機構１２４および／または水平移動機構１２５により移動させられるように構成されていてもよい。液体供給ノズル１３０が上下動機構１２４および／または水平移動機構１２５によって移動させられるように構成することで、液体供給ノズル１３０を研磨ヘッド１２０の平行移動に追従させることが容易になる。一方で、液体供給ノズル１３０は上下動機構１２４および／または水平移動機構１２５によって移動させられないように構成されていてもよい。液体供給ノズル１３０と上下動機構１２４および／または水平移動機構１２５を互いに独立させることで、装置の設計自由度が向上し、かつ、液体源１３１の交換が容易になると考えられる。なお、上下動機構１２４および水平移動機構１２５とは別個独立して、液体供給ノズル１３０を移動させるための移動機構をさらに設けることも可能である。
次に、液体リザーバ部１２６の詳細について図２を用いて説明する。図２Ａは研磨ヘッド１２０の上面図である。図２Ｂは研磨ヘッド１２０の正面断面図である。なお、図２Ａおよび図２Ｂには液体供給ノズル１３０もあわせて図示されている。さらに、図２Ｂには研磨パッド１２１もあわせて図示されている。
研磨ヘッド１２０の上部かつシャフト１２３の周囲、すなわち研磨ヘッド１２０の上部かつ研磨ヘッド１２０の回転軸の周囲には、上部から見て環状の凹みが形成されている。この凹みにより画定される空間が、液体供給ノズル１３０から供給される液体を受けるための液体リザーバ部１２６として働く。なお、凹みにより液体リザーバ部１２６を形成することに代え、他の部材、たとえば研磨ヘッド１２０の上面に設けられた円筒状の部材、などにより液体リザーバ部１２６を形成してもよい。
研磨ヘッド１２０の上部かつシャフト１２３の周囲、すなわち研磨ヘッド１２０の上部かつ研磨ヘッド１２０の回転軸の周囲には、環状の開口２００が形成される。図２の例では、後述するオーバーハング部２２０が開口２００を画定している。後述するオーバーハング部２２０が設けられていない場合、研磨ヘッド１２０の上部に形成された凹みが環状の開口２００を画定し得る。液体リザーバ部１２６は開口２００を介して研磨ヘッド１２０の外部の空間と連通している。したがって、研磨ヘッド１２０が回転している間にも、液体供給ノズル１３０から供給された液体は、開口２００を介して液体リザーバ部１２６に達することができる。
図２から把握されるように、液体リザーバ部１２６は液体排出口１２７より研磨ヘッド１２０の上部に位置する。したがって、液体リザーバ部１２６に受けられた液体は、重力
に従って下降し、液体排出口１２７から排出される。
基板１１１の研磨中は、液体リザーバ部１２６に供給された液体は遠心力に曝される。すなわち、液体は、研磨パッド１２１の中心から離れる方向の力を受ける。遠心力に逆らって液体を研磨パッド１２１の中心に供給するために、図２の液体リザーバ部１２６の底面はすり鉢状に傾斜していることが好ましい。液体リザーバ部１２６の底面を傾斜させることで、液体を、重力によって研磨ヘッド１２０の中心に向かって流すことが可能になる。液体リザーバ部１２６の底面の傾斜角度θ１は、研磨ヘッド１２０の回転速度、研磨ヘッド１２０の寸法、液体供給ノズル１３０から供給される液体の性質、および、研磨パッド１２１の研磨面に供給すべき液体の量などの種々のパラメータを考慮して決定されてよい。たとえば、θ１は５°より大きく８５°より小さい値である。
研磨ヘッド１２０にはさらに、液体リザーバ部１２６と液体排出口１２７を繋ぐ流路２１０が設けられている。流路２１０を設けることにより、液体リザーバ部１２６と液体排出口１２７との接続を容易にすることが可能である。ただし、液体リザーバ部１２６と液体排出口１２７とが直接接続されている構成を採用することもできる。好ましくは、流路２１０は、液体リザーバ部１２６のうちもっとも下部に位置する部分と、液体排出口１２７を繋ぐよう構成される。図２の例では、６０°ごとに設けられた６つの流路２１０が図示されている。ただし、流路２１０の構成は図２に示された例に限らない。流路２１０の具体的な構成は、液体供給ノズル１３０から供給される液体の性質、および、研磨パッド１２１の研磨面に供給すべき液体の量などの種々のパラメータを考慮して決定されてよい。また、液体リザーバ部１２６の底面同様、流路２１０も傾けられていてよい。流路２１０の傾斜角度θ２はθ１より大きくても小さくてもよい。θ２は、研磨ヘッド１２０の回転速度、研磨ヘッド１２０の寸法、液体供給ノズル１３０から供給される液体の性質、および、研磨パッド１２１の研磨面に供給すべき液体の量などの種々のパラメータを考慮して決定されてよい。たとえば、θ２は５°より大きく８５°より小さい値であって、θ１より大きい値である。
図２の液体リザーバ部１２６は密閉されていない。したがって、図２に示された研磨パッド１２１を用いる場合、液体リザーバ部１２６から液体が飛び出し得る。液体リザーバ部１２６の内部の液体は遠心力を受け得るので、液体リザーバ部１２６の外周部から液体が特に飛び出しやすいと考えられる。
そこで図２の研磨ヘッド１２０は、液体リザーバ部１２６から液体が飛び出ることを防ぐためのオーバーハング部２２０を備える。図２に示されたオーバーハング部２２０は、液体リザーバ部１２６の外壁から研磨ヘッド１２０の回転軸に向かって延びるように設けられている。すなわち、オーバーハング部２２０は、開口２００の径方向内側に向かって延びている。オーバーハング部２２０は、ねずみ返し状の部分であると表現することもできる。図２では、オーバーハング部２２０は、研磨ヘッド１２０の他の部分と一体に形成されているように図示されている。代替として、オーバーハング部２２０は、研磨ヘッド１２０の他の部分と独立した部品から構成されてもよい。
液体リザーバ部１２６から飛び出ようとする液体は、オーバーハング部２２０により受け止められる。したがって、オーバーハング部２２０を設けることにより、液体リザーバ部１２６から液体が飛び出すことを防止することができる。なお、オーバーハング部２２０が設けられた場合、オーバーハング部２２０が開口２００を画定し得る。オーバーハング部２２０の張り出し量が大きい場合、液体の飛び出しをより効果的に防止できる。一方で、オーバーハング部２２０の張り出し量が大きい場合、開口２００の大きさを小さくすることとなり得る。開口２００の大きさが小さくなると、液体供給ノズル１３０からの液体の供給を困難にすると考えられる。オーバーハング部２２０の張り出し量は、研磨ヘッ
ド１２０の回転速度、研磨ヘッド１２０の寸法、液体供給ノズル１３０から供給される液体の性質、および、液体供給ノズル１３０からの液体の供給のしやすさなどの種々のパラメータを考慮して決定されてよい。図２のオーバーハング部２２０の上部および／または下部に、追加のオーバーハング部を設けてもよい。
図２とは異なり、オーバーハング部２２０は液体リザーバ部１２６の底面に設けられてもよい。図３Ａは、液体リザーバ部１２６の底面にオーバーハング部２２０が設けられた研磨ヘッド１２０の正面断面図である。図３Ａの例では２つのオーバーハング部２２０が示されているが、オーバーハング部２２０の個数は１個でもよく、３つ以上でもよい。なお、図３Ａのオーバーハング部２２０のそれぞれは、研磨ヘッド１２０の他の部分から独立した部品である。ただし、オーバーハング部２２０は研磨ヘッド１２０の他の部分と一体に形成されていてもよい。
オーバーハング部２２０を液体リザーバ部１２６の底面に設ける場合、液体リザーバ部１２６の底面は、少なくとも２段（図３Ａの例では３段）の階段状に構成されることが好ましい（ここでは底面の分割数（階段の「角」の数に１を足した数）を段数とする）。オーバーハング部２２０は、液体リザーバ部１２６の階段状に隆起した部分から研磨ヘッド１２０の回転軸に向かって延びるように構成されることが好ましい。すなわち、図３Ａの例であっても、図２の例同様に、オーバーハング部２２０は開口２００の径方向内側に向かって延びている。オーバーハング部２２０は、液体リザーバ部１２６を複数の領域に区分けする。液体リザーバ部１２６の領域のうち少なくとも１つの領域の径は、液体リザーバ部１２６全体の径より小さい。なお、たとえば断面Ｌ字状のオーバーハング部２２０を用いる場合、液体リザーバ部１２６の底面は階段状でなくともよい。液体リザーバ部１２６の底面は傾斜していることが好ましい。しかし、液体リザーバ部１２６の底面は傾斜していなくともよい。液体リザーバ部１２６の底面が階段状に形成されている場合、それぞれの段の傾斜角度はすべて同一でもよく、段ごとに異なっていてもよい。
液体リザーバ部１２６内部の液体の液面より高い位置にある図３Ａのオーバーハング部２２０は、液体の飛び出しを防止することができる。また、液面より高い位置に少なくとも１つのオーバーハング部２２０が存在する場合、遠心力を受けた液体は、液体リザーバ部１２６の外壁に達する前にオーバーハング部２２０により止められる。したがって、図３Ａのオーバーハング部２２０は、液体が液体リザーバ部１２６の最外周に達することを防止することが可能であり、その結果液体を液体排出口１２７から排出することを容易にし得る。
図３Ａのオーバーハング部２２０は液体リザーバ部１２６の底面に設けられているので、液体リザーバ部１２６に比較的多量の液体が存在する場合、図３Ａのオーバーハング部２２０のいくつかまたはすべては液体に浸漬され得る。液体に浸漬されているオーバーハング部２２０は、液体リザーバ部１２６の内部の液体の流れを細分化する。液体の流れについて、図３Ｂを用いて説明する。
図３Ｂは、図３Ａのオーバーハング部２２０周辺の拡大図である。ただし、図示の便宜のため、図３Ａの縦横比と図３Ｂの縦横比は異なる。図３Ｂでは、すべてのオーバーハング部２２０が液体に浸漬されている。また、研磨ヘッド１２０は回転中である。したがって、液体リザーバ部１２６中の液体は遠心力を受けている。遠心力を受けている結果、液面は傾き得る。
液体リザーバ部１２６の底面にオーバーハング部２２０が設けられていない構成（図２参照）では、遠心力により、液体リザーバ部１２６の内壁から外壁に向けた液体の流れが発生し得、すべての液体が液体リザーバ部１２６の外壁に達し得る。一方で、図３Ｂ内に
矢印で示されているとおり、液体リザーバ部１２６の底面にオーバーハング部２２０が設けられている場合は、液体の流れはオーバーハング部２２０により阻害される。その結果、液体リザーバ部１２６内の液体のうち少なくとも一部は液体リザーバ部１２６の外壁に達せず、液体排出口１２７にから排出されやすくなり得る。
図２のオーバーハング部２２０は水平に設けられている。また、図３のオーバーハング部２２０は下向きに傾斜するよう設けられている。図２および図３に示したオーバーハング部とは異なり、上向きに傾斜したオーバーハング部２２０を用いてもよい。すなわち、液体リザーバ部１２６内部の液体の飛び出しを防止できること、および／または、液体リザーバ部１２６内部の液体の流れを中心方向に向けることが可能である限り、オーバーハング部２２０の傾斜角度に限定はない。
図２および図３に示した構成とは異なり、オーバーハング部２２０を備えない研磨ヘッド１２０を用いることも可能である。研磨ヘッド１２０にオーバーハング部２２０が設けられていない場合、液体リザーバ部１２６の深さを深く（液体リザーバ部１２６の高さを高く）することで、液体の飛び出しを防止することが好ましい。
これまで説明した研磨ヘッド１２０のいずれかを用いて基板１１１を研磨する際のフローチャートを図４に示す。説明の便宜のため、フローチャートの開始時には基板１１１と研磨パッド１２１は接触しておらず、かつ、液体リザーバ部１２６には研磨液が実質的に存在していないものとする。
ステップ４００： 制御部１４０が上下動機構１２４および／または水平移動機構１２５を制御し、研磨パッド１２１を基板１１１に接触させる。なお、研磨装置１００が上下動機構１２４および水平移動機構１２５以外の移動機構を備える場合は、それらの移動機構も制御部１４０によって制御されてよい。
ステップ４１０： 制御部１４０が液体源１３１（または液体源１３１に接続されているポンプなど）を制御し、液体供給ノズル１３０から液体リザーバ部１２６に研磨液を供給させる。流量調整機構１３２が備えられている場合、流量調整機構１３２も制御部１４０によって制御されてよい。さらに、制御部１４０は、液体供給ノズル１３０から研磨液を供給しながら回転機構１２２を制御して、研磨ヘッド１２０を回転させる。ステップ４００により基板１１１と研磨パッド１２１が接触させられているので、研磨ヘッド１２０の回転により基板１１１の研磨が行われる。
ステップ４１０において、研磨液の供給を開始するタイミングと、研磨ヘッド１２０の回転を開始するタイミングは同一であってもよい。ただし、研磨液の供給を開始するタイミングと、研磨ヘッド１２０の回転を開始するタイミングは同一である必要はない。たとえば、研磨ヘッド１２０の回転に先立ち研磨液を供給し、研磨液が研磨パッド１２１の研磨面に達するまで待機した後に研磨ヘッド１２０の回転を開始してもよい。逆に、研磨ヘッド１２０の回転を開始してから研磨液を液体リザーバ部１２６に供給してもよい。また、ステップ４１０では、単位時間あたりに液体排出口１２７から排出される研磨液の量とおよそ同一の量の研磨液が単位時間あたりに供給されることが好ましい。すなわち、研磨液の排出レートと供給レートは同程度であることが好ましい。「液体排出口１２７から排出される研磨液の量」は、「研磨加工の間に消費される研磨液の量」と表現することも可能である。研磨液の排出量（消費量）と供給量をおよそ同一とすることで、研磨パッド１２１の研磨面に研磨液が不足することを防止しつつ、液体リザーバ部１２６から研磨液が溢れ出ることを防止することができる。さらに、研磨液の排出量と供給量をおよそ同一とすることで、研磨パッド１２１の研磨面の近傍に存在する研磨液の量を安定させることが可能となる。研磨面の近傍に存在する研磨液の量を安定させることは、安定した研磨加工
を導き得る。
ステップ４２０： ステップ４１０における研磨の終了後、制御部１４０が液体源１３１を制御し、液体供給ノズル１３０から液体リザーバ部１２６に洗浄液を供給させる。流量調整機構１３２が備えられている場合、流量調整機構１３２も制御部１４０によって制御されてよい。さらに、制御部１４０は、液体供給ノズル１３０から洗浄液を供給しながら回転機構１２２を制御して、研磨ヘッド１２０を回転させる。ステップ４００により基板１１１と研磨パッド１２１が接触させられているので、研磨ヘッド１２０の回転により基板１１１の洗浄が行われる。基板１１１の洗浄と同時に、液体リザーバ部１２６、パッド孔１２８および流路２１０なども洗浄される。
ステップ４１０からステップ４２０に移行する際に、制御部１４０は、研磨ヘッド１２０の回転をいったん停止させてもよい。他の例として、制御部１４０は、研磨ヘッド１２０の回転を継続したままステップ４１０からステップ４２０に移行してもよい。また、ステップ４１０とステップ４２０の間に、図示しないセンサなどによって研磨の終了を判定するステップを追加してもよい。ステップ４１０および／またはステップ４２０において研磨ヘッド１２０を回転している最中に、水平移動機構１２５により研磨ヘッド１２０を水平移動させてもよい。
ステップ４３０： 制御部１４０が上下動機構１２４および／または水平移動機構１２５を制御し、研磨パッド１２１を基板１１１から引き離す。なお、「引き離す」とは「対象物を非接触にさせる、対象物を分離させるまたは対象物を非結合の状態にする」などを指す用語である。「引き離す」とは、「対象物を引っ張って他の部材から離す」という動作に限定される用語ではない。
図２および図３から把握されるように、一実施形態にかかる研磨ヘッド１２０には、パッド孔１２８を閉じるための蓋が設けられていない。したがって、一実施形態にかかる研磨ヘッド１２０において研磨パッド１２１が基板１１１と接触していない場合、換言すれば研磨ヘッド１２０が持ち上げられている場合、パッド孔１２８から液体が漏れ出る可能性がある。図４のフローチャートでは、基板１１１と研磨パッド１２１とを接触させたのちに液体リザーバ部１２６に研磨液を供給するので、研磨液がパッド孔１２８から意図せず漏れ出ることを防止することができる。また、図４のフローチャートでは、基板１１１の研磨後に液体リザーバ部１２６、パッド孔１２８および流路２１０などが洗浄される。洗浄後に研磨パッド１２１が基板１１１から引き離された場合、パッド孔１２８から液体が漏れ出たとしても、漏れ出る液体のほとんどは洗浄液である。したがって、図４のフローチャートに従って基板１１１の研磨を実行することで、パッド孔１２８から研磨液が漏れ出ることを防止することができる。
図４のフローチャートにステップを追加すること、図４のフローチャートに示されたステップを別のステップで代替すること、および、図４のフローチャートに示されたステップを削除することが可能である。たとえば、液体供給ノズル１３０を移動させるための移動機構が設けられている場合、研磨パッド１２１の移動に先立って、研磨パッド１２１の移動と同時に、または研磨パッド１２１の移動の後に、液体供給ノズル１３０を開口２００の上部に移動させるステップが追加されてもよい。他の例として、ステップ４４０の後に研磨パッド１２１をドレッサ（図示せず）によりドレッシングするステップが追加されてもよい。さらなる他の例として、ステップ４１０および／またはステップ４３０に代え、液体供給ノズル１３０から十分な量の液体（研磨液または洗浄液）を液体リザーバ部１２６に供給したのち、液体の供給を停止して、その後に研磨ヘッド１２０を回転させるステップを採用することができる。また、制御部１４０ではなくユーザが手動で各要素を制御してもよい。研磨ヘッド１２０の上下動、水平移動および／または回転は、必ずしも上
下動機構１２４、水平移動機構１２５および／または回転機構１２２により行われる必要はない。研磨装置１００が、定盤１１０を上下動および／または水平移動させるための移動機構を備える場合、ステップ４００およびステップ４４０は定盤１１０のための移動機構により実行されてもよい。例えば、研磨ヘッド１２０は、研磨装置１００とは独立したアクチュエータなどにより移動または回転させられてもよい。極端な例では、ユーザが研磨ヘッド１２０を移動または回転させてもよい。図４のフローチャートに示された手法以外の手法に従って研磨を実行してもよい。
研磨装置１００の変形例として、研磨ヘッド１２０を複数備える研磨装置１００を用いることも可能である。図５は、研磨ヘッド１２０を複数備える研磨装置１００の正面図である。研磨ヘッド１２０を複数備えることで、基板１１１の研磨効率が向上し、研磨装置１００のスループットが向上すると考えられる。したがって、図５の研磨装置１００は比較的大型の基板１１１を研磨する際に有利である。また、研磨ヘッド１２０を複数備えることで、複雑な形状の基板１１１（円形ではない基板）を容易に研磨することが可能になり得る。
以上、いくつかの本発明の実施形態について説明してきたが、上記した発明の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。
本願は、一実施形態として、下面に研磨パッドを取り付けて用いられる、フェースアップ式の研磨装置のための研磨ヘッドであって、研磨ヘッドの回転軸の周囲に設けられた、液体を受けるための液体リザーバ部と、研磨ヘッドの下面に設けられた、液体リザーバ部により受けられた液体を排出するための液体排出口と、を備え、研磨ヘッドの上部に、研磨ヘッドの回転軸を中心とした環状の開口が形成されており、液体リザーバ部が、開口を介して研磨ヘッドの外部の空間と連通する、研磨ヘッドを開示する。
この研磨ヘッドは、ロータリジョイントを介さずに研磨液を供給することができるという効果を一例として奏する。
さらに本願は、一実施形態として、液体リザーバ部の底面がすり鉢状に傾斜している、研磨ヘッドを開示する。
この研磨ヘッドは、液体を、重力によって研磨ヘッドの中心に向かって流すことが可能になるという効果を一例として奏する。
さらに本願は、一実施形態として、液体リザーバ部の外縁から研磨ヘッドの回転軸に向かって延びるオーバーハング部をさらに備える、研磨ヘッドを開示する。
この研磨ヘッドは、液体リザーバ部から液体が飛び出すことを防止することができるという効果を一例として奏する。
さらに本願は、一実施形態として、液体リザーバ部と液体排出口を繋ぐ流路が設けられている、研磨ヘッドを開示する。
この研磨ヘッドは、容易に液体リザーバ部と液体排出口とを接続可能であるという効果を一例として奏する。
さらに本願は、一実施形態として、液体排出口は研磨ヘッドの下面の中心に設けられている、研磨ヘッドを開示する。
この研磨ヘッドは、研磨パッド１２１の中心に十分な量の液体を供給し得るという効果を一例として奏する。
さらに本願は、一実施形態として、上面に基板を着脱可能に支持するための定盤と、定盤に対向するように設けられた、請求項１から５のいずれか一項に記載の研磨ヘッドと、研磨ヘッドの開口を介して液体リザーバに液体を供給するための液体供給ノズルと、を備える、研磨装置を開示する。
この開示内容により、いずれかの実施形態にかかる研磨ヘッドが適用される装置が明らかになる。
さらに本願は、一実施形態として、一実施形態にかかる研磨装置を用いた研磨方法であって、（ａ）研磨パッドを基板に接触させるステップと、（ｂ）液体供給ノズルから液体リザーバ部に研磨液を供給しながら、研磨ヘッドを回転させるステップと、（ｃ）液体供給ノズルから液体リザーバ部に洗浄液を供給しながら、研磨ヘッドを回転させるステップと、（ｄ）研磨パッドを基板から引き離すステップと、を含む、研磨方法を開示する。
この研磨方法は、パッド孔から研磨液が漏れ出ることを防止することができるという効果を一例として奏する。
さらに本願は、一実施形態として、研磨装置は、研磨ヘッドを回転させるための回転機構をさらに備え、ステップ（ｂ）およびステップ（ｃ）における研磨ヘッドの回転は、回転機構により行われる、研磨方法を開示する。さらに本願は、一実施形態として、研磨装置は、研磨ヘッドを上下動させるための上下動機構をさらに備え、ステップ（ａ）における研磨パッドを基板に接触させることおよびステップ（ｄ）における研磨パッドを基板から引き離すことは、上下動機構により行われる、研磨方法を開示する。
これらの開示内容により、研磨方法を実行するための研磨装置の詳細が明らかになる。
さらに本願は、一実施形態として、ステップ（ｂ）における研磨液の単位時間あたりの供給量は、研磨液の液体排出口からの単位時間あたりの排出量と同一である、研磨方法を開示する。
この研磨方法は、研磨パッドの研磨面に研磨液が不足することを防止しつつ、液体リザーバ部から研磨液が溢れ出ることを防止することができるという効果を一例として奏する。
１００…研磨装置
１１０…定盤
１１１…基板
１２０…研磨ヘッド
１２１…研磨パッド
１２２…回転機構
１２３…シャフト
１２４…上下動機構
１２５…水平移動機構
１２６…液体リザーバ部
１２７…液体排出口
１２８…パッド孔
１３０…液体供給ノズル
１３１…液体源
１３２…流量調整機構
１４０…制御部
２００…開口
２１０…流路
２２０…オーバーハング部

Claims (10)

  1. 基板の研磨面が上向きとなるように前記基板を保持する研磨装置のための研磨ヘッドであって、
    前記研磨ヘッドの回転軸の周囲に設けられた、液体を受けるための液体リザーバ部と、
    前記研磨ヘッドの下面に設けられた、前記液体リザーバ部により受けられた液体を排出するための液体排出口と、
    を備え、
    前記研磨ヘッドの上部に、前記研磨ヘッドの回転軸を中心とした環状の開口が形成されており、
    前記液体リザーバ部が、前記開口を介して前記研磨ヘッドの外部の空間と連通する、研磨ヘッド。
  2. 請求項１に記載の研磨ヘッドであって、前記液体リザーバ部の底面がすり鉢状に傾斜している、研磨ヘッド。
  3. 請求項１または２に記載の研磨ヘッドであって、前記液体リザーバ部の外壁および／または底面に設けられたオーバーハング部であって、前記開口の径方向内側に向かって延びるオーバーハング部をさらに備える、研磨ヘッド。
  4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の研磨ヘッドであって、前記液体リザーバ部と前記液体排出口を繋ぐ流路が設けられている、研磨ヘッド。
  5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の研磨ヘッドであって、前記液体排出口は前記研磨ヘッドの下面の中心に設けられている、研磨ヘッド。
  6. 上面に基板を着脱可能に支持するための定盤と、
    前記定盤に対向するように設けられた、請求項１から５のいずれか一項に記載の研磨ヘッドと、
    前記研磨ヘッドの前記開口を介して前記液体リザーバに液体を供給するための液体供給ノズルと、
    を備える、研磨装置。
  7. 請求項６に記載の研磨装置を用いた研磨方法であって、
    （ａ）前記研磨ヘッドの下面に取り付けられた研磨パッドを前記基板に接触させるステップと、
    （ｂ）前記液体供給ノズルから前記液体リザーバ部に研磨液を供給しながら、前記研磨ヘッドを回転させるステップと、
    （ｃ）前記液体供給ノズルから前記液体リザーバ部に洗浄液を供給しながら、前記研磨ヘッドを回転させるステップと、
    （ｄ）前記研磨パッドを前記基板から引き離すステップと、
    を含む、研磨方法。
  8. 請求項７に記載の研磨方法であって、
    前記研磨装置は、前記研磨ヘッドを回転させるための回転機構をさらに備え、
    前記ステップ（ｂ）および前記ステップ（ｃ）における前記研磨ヘッドの回転は、前記回転機構により行われる、研磨方法。
  9. 請求項７または８に記載の研磨方法であって、
    前記研磨装置は、前記研磨ヘッドを上下動させるための上下動機構をさらに備え、
    前記ステップ（ａ）における前記研磨パッドを前記基板に接触させることおよび前記ステップ（ｄ）における前記研磨パッドを前記基板から引き離すことは、前記上下動機構により行われる、研磨方法。
  10. 請求項７から９のいずれか一項に記載の研磨方法であって、前記ステップ（ｂ）における前記研磨液の単位時間あたりの供給量は、前記研磨液の前記液体排出口からの単位時間あたりの排出量と同一である、研磨方法。
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