JP3627182B2 - Ｃｍｐ装置、研磨パッド及び研磨方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＣＭＰ装置、研磨用パッド及び研磨方法に関する。更に具体的には、基板の温度を制御する機構を備えた研磨用パッド、ＣＭＰ装置及びこれを用いた研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来のＣＭＰ装置を示す概略図である。
図６に示すようなＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、化学的機械的研磨）装置２００においては、スラリー供給口６から、シリカ粒子を含んだ研磨液（スラリー）を流しながら、ポリシングプレート８によって回転する研磨パッド１０に、ウェーハ４を擦りつけることにより、ウェーハ４の研磨を行う。
【０００３】
このようなＣＭＰ装置２００での、研磨特性について連続した安定性を確保するためには、研磨中のウェーハ４やウェーハ４と擦れ合う研磨パッド１０の温度を一定に保つことが重要である。このため、従来から、ウェーハ４や、研磨パッド１０の摩擦等による温度上昇を抑えるため、研磨パッド１０を固定する定盤（図示せず）に、渦巻き状に冷却水を流し、研磨パッド１０を下部から冷却する方法等が取られてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような冷却方法では、冷却水の流れる冷却管と、ウェーハ表面との間に、定盤等があるため、冷却管からの冷却熱が伝わりにくく、冷却効率が低下してしまう。また、冷却管からの熱が伝わるまでに時間がかかるため、ウェーハ表面の温度コントロールを行う上でも、応答が遅れてしまい、正確な温度コントロールが困難である。
【０００５】
このように、従来の冷却水を用いた冷却方法では、ウェーハ表面の温度を均一に保つことが困難である。しかし、温度が不均一になれば、複数のウェーハ間あるいは１枚のウェーハ面内での研磨特性の均一性を確保することができなくなってしまう。
【０００６】
従って、この発明は、以上説明したような研磨中の温度上昇の問題を解決し、温度変化を抑えて、ウェーハ表面を研磨することができるようにすることを目的として提案するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明のＣＭＰ装置は、基板を把持する把持部と、
前記基板の表面を研磨するための研磨パッドと、
前記研磨パッドの下に配置され、ペルチェ素子を有する冷却部と、
前記基板の温度を検知するための温度検知部と、
前記温度検知部の結果に応じて、前記冷却部による冷却を制御する温度制御部と、を備えるものである。
【０００８】
また、この発明のＣＭＰ装置は、前記温度検知部及び前記温度制御部が、熱によって膨張する導電ボールを含有するパッド母材を共有し、
前記温度制御部は、更に、電極を有し、
前記ペルチェ素子と前記電極とは、前記パッド母材を挟んで配置されるものである。
【０００９】
また、この発明のＣＭＰ装置は、前記導電ボールが、金からなるものである。
【００１０】
また、この発明のＣＭＰ装置は、前記導電ボールが、熱によって膨張する樹脂の球体を、導電性の材料でコーティングしたものである。
【００１１】
次に、この発明の研磨パッドは、ＣＭＰ装置内で、基板を研磨するために用いられる研磨パッドであって、
前記研磨パッドの下に配置され、ペルチェ素子を有する冷却部と、
前記基板の温度を検知するための温度検知部と、
前記温度検知部の結果に応じて、前記冷却部による冷却を制御する温度制御部と、
を備えるものである。
【００１２】
また、この発明の研磨パッドは、前記温度検知部及び前記温度制御部が、熱によって膨張する導電ボールを含有するパッド母材を共有し、
前記温度制御部は、更に、電極を有し、
前記ペルチェ素子と、前記電極は、前記パッド母材を挟んで配置されるものである。
【００１３】
また、この発明の研磨パッドは、前記導電ボールが、金からなるものである。
【００１４】
また、この発明の研磨パッドは、前記導電ボールが、熱によって膨張する樹脂の球体を、導電性の材料でコーティングしたものである。
【００１５】
次に、この発明の研磨方法は、回転する研磨パッドに基板を擦り合わせることにより研磨するＣＭＰ装置を用いた基板の研磨方法において、
前記ＣＭＰ装置は、研磨パッドの下に、ペルチェ素子と、複数の導電球を含有するパッド母材と、電極とを備え、
前記基板の温度変化を、前記複数の導電ボールの膨張により検知する工程と、
前記導電ボールの膨張による接触面積の変化により、ペルチェ素子に流れる電流の量を制御して、ペルチェ素子に電流を流す工程と、
前記ペルチェ素子により、基板の温度を制御する工程とを備えるものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【００１７】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１において用いるＣＭＰ装置を示す図である。また、図２は、このＣＭＰ装置に備えられた、冷却機構を示す図である。
【００１８】
図１において、符号１００は、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、化学的機械的研磨）装置を示す。
また、符号２は、ウェーハチャックを示し、符号４は、ウェーハを示す。ウェーハチャック２は、ウェーハ４を把持する把持部である。ウェーハ４は、この実施の形態において研磨される基板である。また、符号４Ａは、ウェーハ４の被研磨面を示す。
【００１９】
符号６は、スラリー供給口である。スラリー供給口６は、スラリーを供給するための供給口である。ここで、スラリーとは研磨パッドの表面に、シリカ粒子を含んだ研磨液である。
【００２０】
符号８は、ポリシングプレートを示し、符号１０は、研磨パッドを示す。研磨パッドは、発泡ウレタンによって形成されている。ポリシングプレート８は、研磨パッド１０を回転するための回転プレートである。
【００２１】
図２に示すように、ポリシングプレート８と、研磨パッド１０との間には、冷却機構２０が備えられている。
図２において、符号１２は、恒温板を示す。恒温板１２は、研磨パッド１０の直下に配置されている。恒温板１２は、蓄熱層の役割を果たす。従って、恒温板１２によって、急激な温度変化により、温度の揺らぎの振幅が大きくなるのを避け、緩やかに温度を変化させることにより、均一な温度を保つようにしている。
【００２２】
符号１４は、ペルチェ素子を示す。ペルチェ素子１４は、研磨パッド１０及びウェーハ４を冷却するための冷却部であり、恒温板１２の下に配置されている。
【００２３】
符号１６は、パッド母材である。また符合１８は、導電ボールである。パッド母材１６は、発泡ウレタンで形成されている。また、導電ボール１８は、熱膨張率の高い樹脂に、Ａｕをコーティングしたものである。導電ボール１８は、パッド母材１６中に、規則的に配列されている。また、導電ボール１８を含むパッド母材１６は、上部において、ペルチェ素子１４と、恒温板１２の双方に接するように配置されている。
【００２４】
符号２２は、プラス電極を、符号２４は、アースを示す。プラス電極２２及びアース２４は、ともに、パッド母材１６に含まれる導電ボール１８に接するように配置されている。
【００２５】
符号２６は、パッドヒーターを示す。パッドヒーター２６は、電極２２、２４の下に配置されている。ヒーター２６は、ここでは、ウェーハの温度が低くなった場合に、ウェーハの温度を高くするために備えられている。
【００２６】
なお、この実施の形態において、ペルチェ素子１４を含んで冷却部が構成され、パッド母材１６、電極２２及び２４を含んで、温度制御部が構成される。また、パッド母材１６が同時に、温度検知部の役割を果たす。また、温度制御機構、温度検知部、冷却部を含んで、この実施の形態における冷却機構２０が構成される。
【００２７】
図３は、上述したような冷却機構２０の、研磨パッド１０下での配列の状態を示す概略図である。
図３に示すように、プラス電極２２及びアース２４は、研磨パッド１０の下で、渦巻き状に配置されている。このように渦巻き状に配置されたプラス電極２２及びアース２４には、導電ボール１８を含むパッド母材１６を介して、ペルチェ素子１４が接続されている。このようにして、研磨パッド１０の下には、複数の冷却機構２０が渦巻き状に配置されている。
【００２８】
図４は、ＣＭＰ装置１００の研磨パッド１０の下部に搭載された冷却機構２０について説明するための図であり、図４（ａ）は、研磨パッド１０の表面が比較的低温な場合の状態を示し、図４（ｂ）は、研磨パッド１０の表面が比較的高温な場合の状態を示す。
【００２９】
パッド母材に規則的に配列された導電ボール１８は、上述したように、熱膨張率の高い樹脂に、導電体であるＡｕをコーティングしたものである。導電ボール１８は、図３（ａ）に示すように、研磨パッド１０の温度が比較的低い場合には膨張せず、小さいままである。従って、導電ボール１８同士の接触面積は小さく、プラス電極２４から、ペルチェ素子１４に流れる電流はわずかである。ここで、ペルチェ素子は、異種の導体あるいは半導体を接合させて構成されるものであり、電流が流れると、接合部分において熱の吸収を起こすものである。従って、図４（ａ）に示すように、導電ボール１８の接触面積が小さく、流れる電流がわずかであれば、熱の吸収も小さいため、冷却効果も小さい。
【００３０】
一方、図４（ｂ）に示すように、研磨パッド１０から伝わる温度が比較的高い場合には、導電ボール１８は、熱膨張を起こし大きくなる。従って、導電ボール１８同士の接触面積は大きくなる。その結果、プラス電極から、ペルチェ素子１４に、大きな電流が流れる。この場合、ペルチェ素子１４による、熱の吸収は大きいため、冷却効果も大きくなる。
【００３１】
このように、本実施の形態における、冷却機構２０は、研磨パッド１０からの温度を熱膨張する導電ボール１８により、自動的に検知し、これに応じて自動的に、流れる電流を制御することができ、ペルチェ素子１４により、冷却をも制御できる。
【００３２】
次に、このように構成された、ＣＭＰ装置を用いた、ＣＭＰ研磨方法について説明する。
【００３３】
まず、研磨されるウェーハ４の研磨面４Ａを、研磨パッド１０に対向させるよにして、ウェーハ４をウェーハチャック２により把持する。
次に、ポリシングプレート８を回転させることにより、ポリシングプレート８上部に配置された研磨パッド１０を回転させる。同時に、スラリー供給口６から、研磨液であるスラリーの供給を開始する。
次に、ウェーハチャック２を下方に下げて、ウェーハ４を研磨パッド１０に押し当て、ウェーハ４の研磨面４Ａの研磨を開始する。
【００３４】
研磨中に、ウェーハ４と研磨パッド１０の接触面において、摩擦熱などにより温度が上昇する。この熱は、恒熱板１２を介して、パッド母材１６に伝達される。パッド母材１６に、この熱が伝わると、温度上昇分に応じて、パッド母材１６内部の導電ボール１８が膨張する。導電ボール１８が膨張すると、導電ボール１８同士の接触面積が大きくなり、パッド母材１６内の導電ボール１８を介して、ペルチェ素子１４に流れる電流の量が多くなる。ペルチェ素子１４では増加した電流の量に応じ、熱吸収が起こり、研磨パッド及びこれを介してウェーハ４が冷却される。
【００３５】
以上説明したようにすれば、研磨中のウェーハ４の温度上昇を抑えることができる。従って、研磨中のウェーハ４の温度を均一に保つことができ、ウェーハ内、あるいはウェーハ間での研磨特性の安定した均一化を図ることができる。
【００３６】
なお、この実施の形態では、熱膨張する導電ボール１８を用いて、温度によって、導電ボール同士の接触面積を変えることにより、ペルチェ素子１４に流れる電流を制御したが、このような温度検知あるいは温度制御に限るものではない。例えば、温度センサを配置し、これによって、電流の量を制御しながら、ペルチェ素子に電流を流し、温度を制御するもの等が考えられる。
【００３７】
また、この実施の形態では、冷却機構２０を、研磨パッド１０の下に配置したが、これに限るものではなく、例えば冷却機構２０をウェーハチャック２に備え、ウェーハ４の温度を直接検知して、ウェーハ４の下部から冷却するものであってもよい。
【００３８】
また、ここでは、導電ボール１８として、熱効率の高い樹脂の球体に、Ａｕをコーティングしたものを用いたが、これに限るものではない。例えば、樹脂の球体をコーティングするものは、Ａｕだけでなく、Ｃｕなど、延性の高い、金属膜などが考えられる。更に、樹脂の球体をコーティングする物に限らず、例えば、熱によって膨張しやすい金のボールを導電ボール１８として用いることも考えられる。
【００３９】
また、この実施の形態では、冷却機構２０を渦巻き状に複数配置した。このようにすれば、ウェーハ４の研磨面４Ａ全体を細かく温度を制御することができるが、冷却機構２０の配列は、このような渦巻き状に限るものではない。例えば、図５に示すように、直線状にプラス電極２２及びアース２４を配列し、これに冷却機構２０を複数配列したものなど、他の配列であってもよい。
【００４０】
また、この実施の形態では、電極２２、２４の下部に、パッドヒーター２６を配置して、ウェーハ４を温めることもできるようにしている。しかし、加熱手段は、パッドヒーターに限るものではなく、他の手段により、温めるものであってもよい。また、このような加熱手段を特別に有しないものであってもよい。
また、例えば、ペルチェ素子１４に逆に電流を流すと、放熱が起きる。これを利用して、流れる電流の向きを制御することにより、冷却機構を加熱手段として利用するものであっても良い。
【００４１】
なお、この発明において、冷却部には、例えばこの実施の形態におけるペルチェ素子１４が該当し、また、温度検知部には、導電ボール１８を含むパッド母材１６が該当する。また、温度制御部には、導電ボール１８を有するパッド母材１６と、電極２２、２４と、を含む部分が該当する。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、温度検知部と、これに応じて、基板の温度を制御する温度制御部を備え、温度制御部は、冷却部であるペルチェ素子を用いて温度の制御を行う。従って、研磨中、基板の温度を効率よく一定に保つことができ、均一な研磨特性を確保することができる。
【００４３】
また、この発明において、パッド母材に導電ボールを含むものを温度検知部、温度制御部に共有するものについては、温度の検知を導電ボールの膨張によって容易に感知し、更に、この膨張に応じて、流れる電流の量を制御することで、冷却を制御することができる。従って、より迅速に、確実に、研磨中の基板の温度変化に対応し、効率よく基板の冷却を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１において用いるＣＭＰ装置を示す図である。
【図２】このＣＭＰ装置に備えられた、冷却機構を示す図である。
【図３】冷却機構の、研磨パッド下での配列の状態を示す概略図である。
【図４】冷却機構について説明するため概略図である。
【図５】冷却機構の、研磨パッド下での配列の状態を示す概略図である。
【図６】従来のＣＭＰ装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１００、２００ ＣＭＰ装置
２ ウェーハチャック
４ ウェーハ
６ スラリー供給口
８ ポリシングプレート
１０ 研磨パッド
１２ 恒温板
１４ ペルチェ素子
１６ パッド母材
１８ 導電ボール
２０ 冷却機構
２２ プラス電極
２４ アース
２６ パッドヒーター

Claims (7)

1. 基板を把持する把持部と、
   前記基板の表面を研磨するための研磨パッドと、
   前記研磨パッドの下に配置され、ペルチェ素子を有する冷却部と、
   前記基板の温度を検知するための温度検知部と、
   前記温度検知部の結果に応じて、前記冷却部による冷却を制御する温度制御部と、を備え、
   前記温度検知部及び前記温度制御部は、熱によって膨張する導電ボールを含有するパッド母材を共有し、
   前記温度制御部は、更に、電極を有し、
   前記ペルチェ素子と前記電極とは、前記パッド母材を挟んで配置されることを特徴とするＣＭＰ装置。
2. 前記導電ボールは、金からなることを特徴とする請求項１に記載のＣＭＰ装置。
3. 前記導電ボールは、熱によって膨張する樹脂の球体を、導電性の材料でコーティングしたものであることを特徴とする請求項１に記載のＣＭＰ装置。
4. ＣＭＰ装置内で、基板を研磨するために用いられる研磨パッドであって、
   前記研磨パッドの下に配置され、ペルチェ素子を有する冷却部と、
   前記基板の温度を検知するための温度検知部と、
   前記温度検知部の結果に応じて、前記冷却部による冷却を制御する温度制御部と、
   を備え、
   前記温度検知部及び前記温度制御部は、熱によって膨張する導電ボールを含有するパッド母材を共有し、
   前記温度制御部は、更に、電極を有し、
   前記ペルチェ素子と、前記電極は、前記パッド母材を挟んで配置されることを特徴とする研磨パッド。
5. 前記導電ボールは、金からなることを特徴とする請求項４に記載の研磨パッド。
6. 前記導電ボールは、熱によって膨張する樹脂の球体を、導電性の材料でコーティングしたものであることを特徴とする請求項４に記載の研磨パッド。
7. 回転する研磨パッドに基板を擦り合わせることにより研磨するＣＭＰ装置を用いた基板の研磨方法において、
   前記ＣＭＰ装置は、研磨パッドの下に、ペルチェ素子と、複数の導電ボールを含有するパッド母材と、電極とを備え、
   前記基板の温度変化を、前記複数の導電ボールの膨張により検知する工程と、
   前記導電ボールの膨張による接触面積の変化により、ペルチェ素子に流れる電流の量を制御して、ペルチェ素子に電流を流す工程と、
   前記ペルチェ素子により、基板の温度を制御する工程とを備えたことを特徴とする基板の研磨方法。

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