JP7059117B2 - 研磨パッドの研磨面の温度を調整するための熱交換器、該熱交換器を備えた研磨装置、該熱交換器を用いた基板の研磨方法、および研磨パッドの研磨面の温度を調整するためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、ウェーハなどの基板の研磨に使用される研磨パッドの研磨面の温度を調整するための装置および方法に関する。

ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）装置は、半導体デバイスの製造において、ウェーハの表面を研磨する工程に使用される。ＣＭＰ装置は、ウェーハを研磨ヘッドで保持してウェーハを回転させ、さらに回転する研磨テーブル上の研磨パッドにウェーハを押し付けてウェーハの表面を研磨する。研磨中、研磨パッドにはスラリーが供給され、ウェーハの表面は、スラリーの化学的作用とスラリーに含まれる砥粒の機械的作用により平坦化される。

ウェーハの研磨レートは、ウェーハの研磨パッドに対する研磨荷重のみならず、研磨パッドの研磨面の温度にも依存する。これは、ウェーハに対するスラリー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、ウェーハの研磨レートを上げて更に一定に保つために、ウェーハ研磨中の研磨パッドの研磨面の温度を最適な値に保つことが重要とされる。

そこで、研磨パッドの研磨面の温度を調整するためにパッド温度調整装置が従来から使用されている。このパッド温度調整装置は、研磨パッドの上方に配置された熱交換器を備える（例えば特許文献１参照）。ウェーハの研磨中は、研磨パッドと熱交換器との間にスラリーが存在した状態で、熱交換器は、研磨パッドと熱交換器内を流れる流体との間で熱交換を行い、これによって研磨面の温度を調整するように構成されている。

通常、ウェーハの研磨レート（除去レートとも言う）を上昇させるために、ウェーハの研磨中は、研磨パッドの研磨面はある程度の高い温度（例えば６０℃程度）に調整される。このような高い温度を維持するために、パッド温度調整装置の熱交換器には高温の流体が流れ、熱交換器自体が高温となる。ウェーハの研磨中は、研磨パッド上のスラリーは熱交換器に接触し、スラリーの一部は熱交換器に付着する。そこで、ウェーハの研磨後に純水を熱交換器に噴霧し、スラリーを熱交換器から除去している。

特開２０１５－０４４２４５号公報

しかしながら、熱交換器はかなりの高温であるため、熱交換器に付着したスラリーがウェーハの研磨中に乾燥し、熱交換器の側面に固着してしまう。乾燥したスラリーは、次のウェーハの研磨中に熱交換器から研磨パッド上に落下することがある。乾燥したスラリーの塊は、ウェーハの表面に傷を付けてしまい、ウェーハの欠陥を生じさせる。上述したように、ウェーハの研磨後に純水で熱交換器を洗浄するようにしているが、一旦固着したスラリーを純水で除去するのは難しい。しかも、ウェーハを研磨している途中でスラリーが乾燥して、研磨パッド上に落下することもある。

そこで、本発明は、スラリーの固着を防止することができる熱交換器を提供することを目的とする。また、本発明は、そのような熱交換器を備えた研磨装置を提供することを目的とする。また、本発明は、そのような熱交換器を用いて基板を研磨する研磨方法を提供することを目的とする。また、本発明は、研磨パッドの研磨面の温度を調整するためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、研磨パッドの研磨面の温度を調整するための熱交換器であって、加熱流路および冷却流路が内部に形成された流路構造体と、前記流路構造体の側面を覆う撥水材とを備え、前記熱交換器の側面は前記撥水材から構成されており、前記熱交換器の底面はＳｉＣから構成されていることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記撥水材は、ポリテトラフルオロエチレンからなるコーティング層であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記撥水材は、撥水性の粘着テープからなることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記撥水材は、シリコーンゴムからなることを特徴とする。
本発明の一態様は、研磨パッドの研磨面の温度を調整するための熱交換器であって、加熱流路および冷却流路が内部に形成された流路構造体と、前記流路構造体の側面を覆う撥水材とを備え、前記熱交換器の側面は前記撥水材から構成されており、前記撥水材は、断熱材としてのシリコーンゴムと、前記シリコーンゴムの外面を覆う撥水性のコーティング層を含むことを特徴とする。

本発明の一態様は、研磨パッドの研磨面の温度を調整するための熱交換器であって、加熱流路、冷却流路、および純水流路が内部に形成された流路構造体と、前記流路構造体の側部に固定された多孔材を備え、前記純水流路は、前記加熱流路および前記冷却流路を囲み、かつ前記多孔材の内面に沿って延びており、前記多孔材の内面は前記純水流路の外壁を構成し、前記熱交換器の側面は前記多孔材の外面から構成されていることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記加熱流路と前記純水流路との間に配置された断熱層をさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記断熱層は空気層であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記多孔材はセラミックから構成されていることを特徴とする。

本発明の一態様は、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の研磨面に押し付ける研磨ヘッドと、前記研磨パッドの研磨面にスラリーまたは純水を選択的に供給する液体供給ノズルと、前記研磨パッドと熱交換を行うことで前記研磨面の温度を調整する上記熱交換器とを備えたことを特徴とする研磨装置である。

本発明の一態様は、研磨パッドの研磨面にスラリーを供給しながら、基板を前記研磨パッドの研磨面に押し付けて該基板を研磨し、前記基板の研磨中に、前記研磨パッドの研磨面と熱交換器の底面との間に前記スラリーが存在した状態で、前記研磨パッドと前記熱交換器内を流れる加熱液および冷却液との間で熱交換を行い、前記基板の研磨後に、前記研磨パッドの研磨面に純水を供給しながら、前記基板を前記研磨パッド上の純水に接触させる水研磨工程を実行し、前記水研磨工程中に、前記熱交換器の底面を前記研磨パッドの研磨面上の純水に接触させて、前記熱交換器の底面から前記スラリーを前記純水で洗い流し、前記水研磨工程後に、前記熱交換器の側面に純水を噴霧する工程を含み、前記熱交換器は、上記熱交換器であることを特徴とする研磨方法である。

本発明の一態様は、テーブルモータに指令を発して研磨テーブルを回転させるステップと、液体供給ノズルおよび研磨ヘッドに指令を発して、前記研磨テーブル上の研磨パッドの研磨面に前記液体供給ノズルからスラリーを供給しながら、前記研磨ヘッドで基板を前記研磨面に押し付けて該基板を研磨するステップと、前記基板の研磨中に、昇降機構に指令を発して熱交換器を前記研磨面に向かって移動させ、前記研磨パッドの研磨面と前記熱交換器の底面との間に前記スラリーが存在した状態で、前記研磨パッドと前記熱交換器内を流れる加熱液および冷却液との間で熱交換を行わせるステップと、前記基板の研磨後に、前記液体供給ノズルに指令を発して、前記研磨パッドの研磨面に前記液体供給ノズルから純水を供給することで、前記基板を前記研磨面上の純水に接触させ、かつ、前記熱交換器の底面を前記研磨面上の純水に接触させて、前記熱交換器の底面から前記スラリーを前記純水で洗い流し、その後、クリーニングノズルに指令を発して、前記クリーニングノズルから前記熱交換器の側面に純水を噴霧するステップをコンピュータに実行させるためのプログラムを記録した非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。

本発明によれば、熱交換器の側面は撥水材から構成されている。基板の研磨中に撥水材に付着したスラリーは集合して、その体積が増える。結果として、スラリーは乾燥しにくくなり、基板の研磨中にスラリーが熱交換器の側面に固着するのが防止される。
本発明によれば、熱交換器の側面は多孔材から構成されている。純水流路を流れる純水は多孔材を通じて多孔材の外面、すなわち熱交換器の側面からにじみ出る。その結果、熱交換器の側面はウェットの状態に保たれる。熱交換器の側面に付着したスラリーは乾燥せず、多孔材へのスラリーの固着が防止される。
本発明によれば、水研磨工程中に、熱交換器の底面上のスラリーは、研磨パッド上の純水によって洗い流される。したがって、熱交換器の底面からスラリーを除去することが可能である。

研磨装置を示す模式図である。 熱交換器を示す水平断面図である。 研磨パッド上の熱交換器と研磨ヘッドとの位置関係を示す平面図である。 熱交換器の内部構造を模式的に示す断面図である。 他の実施形態に係る熱交換器の内部構造を模式的に示す断面図である。 他の実施形態に係る熱交換器の内部構造を模式的に示す断面図である。 他の実施形態に係る熱交換器の内部構造を模式的に示す断面図である。 他の実施形態に係る熱交換器の内部構造を模式的に示す断面図である。 図９（ａ）乃至図９（ｃ）は、熱交換器を備えた研磨装置でウェーハを研磨する工程を説明する図である。 動作制御部の構成を示す模式図である。

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、研磨装置を示す模式図である。図１に示すように、研磨装置は、基板の一例であるウェーハ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の表面にスラリーまたは純水を選択的に供給する液体供給ノズル４と、研磨パッド３の表面温度を調整するパッド温度調整装置５とを備えている。研磨パッド３の表面（上面）は、ウェーハＷを研磨する研磨面３ａを構成する。液体供給ノズル４は、スラリーを供給するためのスラリーノズルと、純水を供給するための純水ノズルとの組み合わせから構成されている。

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。ウェーハ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にはテーブルモータ６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、研磨ヘッド１、テーブルモータ６、液体供給ノズル４、パッド温度調整装置５の動作を制御する動作制御部４０を備えている。ウェーハＷの研磨は次のようにして行われる。研磨されるウェーハ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とともにテーブルモータ６によって回転される。この状態で、研磨パッド３の表面には液体供給ノズル４からスラリーが供給され、さらにウェーハＷの表面は、研磨ヘッド１によって研磨パッド３の研磨面３ａに対して押し付けられる。ウェーハＷの表面は、スラリーの存在下での研磨パッド３との摺接により研磨される。ウェーハＷの表面は、スラリーの化学的作用とスラリーに含まれる砥粒の機械的作用により平坦化される。

ウェーハＷの研磨後は、液体供給ノズル４から研磨パッド３の研磨面３ａに純水を供給しながら、ウェーハＷを研磨パッド３上の純水に接触させる水研磨工程が実行される。

パッド温度調整装置５は、研磨パッド３と熱交換を行うことで研磨面３ａの温度を調整する熱交換器１１と、温度調整された加熱液および冷却液を熱交換器１１に供給する液体供給システム３０と、熱交換器１１に連結された昇降機構２０を備えている。熱交換器１１は、研磨パッド３の研磨面３ａの上方に位置し、熱交換器１１の底面は、研磨パッド３の研磨面３ａに対面している。昇降機構２０は熱交換器１１を上昇および下降させるように構成されている。より具体的には、昇降機構２０は熱交換器１１の底面を研磨パッド３の研磨面３ａに近づける方向、および研磨パッド３の研磨面３ａから離れる方向に移動させるように構成されている。昇降機構２０は、モータまたはエアシリンダなどのアクチュエータ（図示せず）を備えている。昇降機構２０の動作は動作制御部４０によって制御される。

液体供給システム３０は、温度調整された加熱液を貯留する加熱液供給源としての加熱液供給タンク３１と、加熱液供給タンク３１と熱交換器１１とを連結する加熱液供給管３２および加熱液戻り管３３とを備えている。加熱液供給管３２および加熱液戻り管３３の一方の端部は加熱液供給タンク３１に接続され、他方の端部は熱交換器１１に接続されている。

温度調整された加熱液は、加熱液供給タンク３１から加熱液供給管３２を通じて熱交換器１１に供給され、熱交換器１１内を流れ、そして熱交換器１１から加熱液戻り管３３を通じて加熱液供給タンク３１に戻される。このように、加熱液は、加熱液供給タンク３１と熱交換器１１との間を循環する。加熱液供給タンク３１は、ヒータ（図示せず）を有しており、加熱液はヒータにより所定の温度に加熱される。

加熱液供給管３２には、第１開閉バルブ４１および第１流量制御バルブ４２が取り付けられている。第１流量制御バルブ４２は、熱交換器１１と第１開閉バルブ４１との間に配置されている。第１開閉バルブ４１は、流量調整機能を有しないバルブであるのに対し、第１流量制御バルブ４２は、流量調整機能を有するバルブである。

液体供給システム３０は、熱交換器１１に接続された冷却液供給管５１および冷却液排出管５２をさらに備えている。冷却液供給管５１は、研磨装置が設置される工場に設けられている冷却液供給源（例えば、冷水供給源）に接続されている。冷却液は、冷却液供給管５１を通じて熱交換器１１に供給され、熱交換器１１内を流れ、そして熱交換器１１から冷却液排出管５２を通じて排出される。一実施形態では、熱交換器１１内を流れた冷却液を、冷却液排出管５２を通じて冷却液供給源に戻してもよい。

冷却液供給管５１には、第２開閉バルブ５５および第２流量制御バルブ５６が取り付けられている。第２流量制御バルブ５６は、熱交換器１１と第２開閉バルブ５５との間に配置されている。第２開閉バルブ５５は、流量調整機能を有しないバルブであるのに対し、第２流量制御バルブ５６は、流量調整機能を有するバルブである。

第１開閉バルブ４１、第１流量制御バルブ４２、第２開閉バルブ５５、および第２流量制御バルブ５６は、動作制御部４０に接続されており、第１開閉バルブ４１、第１流量制御バルブ４２、第２開閉バルブ５５、および第２流量制御バルブ５６の動作は、動作制御部４０によって制御される。

パッド温度調整装置５は、研磨パッド３の研磨面３ａの温度（以下、パッド表面温度ということがある）を測定するパッド温度測定器３９をさらに備えている。パッド温度測定器３９は動作制御部４０に接続されている。動作制御部４０は、パッド温度測定器３９により測定されたパッド表面温度に基づいて第１流量制御バルブ４２および第２流量制御バルブ５６を操作するように構成されている。第１開閉バルブ４１および第２開閉バルブ５５は、通常は開かれている。パッド温度測定器３９として、非接触で研磨パッド３の研磨面３ａの温度を測定することができる放射温度計を使用することができる。

パッド温度測定器３９は、非接触でパッド表面温度を測定し、その測定値を動作制御部４０に送る。動作制御部４０は、パッド表面温度が、予め設定された目標温度に維持されるように、測定されたパッド表面温度に基づいて、第１流量制御バルブ４２および第２流量制御バルブ５６を操作することで、加熱液および冷却液の流量を制御する。第１流量制御バルブ４２および第２流量制御バルブ５６は、動作制御部４０からの制御信号に従って動作し、熱交換器１１に供給される加熱液の流量および冷却液の流量を調整する。熱交換器１１を流れる加熱液および冷却液と研磨パッド３との間で熱交換が行われ、これによりパッド表面温度が変化する。

このようなフィードバック制御により、研磨パッド３の研磨面３ａの温度（すなわちパッド表面温度）は、所定の目標温度に維持される。動作制御部４０としては、ＰＩＤコントローラを使用することができる。研磨パッド３の目標温度は、ウェーハＷの種類または研磨プロセスに応じて決定され、決定された目標温度は、動作制御部４０に予め入力される。

熱交換器１１に供給される加熱液としては、温水が使用される。温水は、加熱液供給タンク３１のヒータにより、例えば約８０℃に加熱される。より速やかに研磨パッド３の表面温度を上昇させる場合には、シリコーンオイルを加熱液として使用してもよい。シリコーンオイルを加熱液として使用する場合には、シリコーンオイルは加熱液供給タンク３１のヒータにより１００℃以上（例えば、約１２０℃）に加熱される。熱交換器１１に供給される冷却液としては、冷水またはシリコーンオイルが使用される。シリコーンオイルを冷却液として使用する場合には、冷却液供給源としてチラーを冷却液供給管５１に接続し、シリコーンオイルを０℃以下に冷却することで、研磨パッド３を速やかに冷却することができる。冷水としては、純水を使用することができる。純水を冷却して冷水を生成するために、冷却液供給源としてチラーを使用してもよい。この場合は、熱交換器１１内を流れた冷水を、冷却液排出管５２を通じてチラーに戻してもよい。

加熱液供給管３２および冷却液供給管５１は、完全に独立した配管である。したがって、加熱液および冷却液は、混合されることなく、同時に熱交換器１１に供給される。加熱液戻り管３３および冷却液排出管５２も、完全に独立した配管である。したがって、加熱液は、冷却液と混合されることなく加熱液供給タンク３１に戻され、冷却液は、加熱液と混合されることなく排出されるか、または冷却液供給源に戻される。

パッド温度調整装置５は、熱交換器１１の側面１１ａに純水を噴霧して、熱交換器１１を洗浄する複数のクリーニングノズル６０をさらに備えている。これらのクリーニングノズル６０は、熱交換器１１の側面１１ａを向いて配置されている。本実施形態では２つのクリーニングノズル６０が設けられているが、３つ以上のクリーニングノズル６０を設けてもよい。クリーニングノズル６０は、ウェーハＷの研磨に使用されたスラリーを純水の噴流によって熱交換器１１の側面１１ａから除去するために設けられている。

次に、熱交換器１１について、図２を参照して説明する。図２は、熱交換器１１を示す水平断面図である。図２に示すように、熱交換器１１は、加熱流路６１および冷却流路６２が内部に形成された流路構造体７０と、流路構造体７０の側面を覆う撥水材７１を備えている。熱交換器１１の側面１１ａは、撥水材７１から構成されている。本実施形態の流路構造体７０は円形を有している。本実施形態では、熱交換器１１の全体は円形を有しており、熱交換器１１の側面１１ａは円筒形状である。熱交換器１１の底面は平坦であり、かつ円形である。熱交換器１１の底面は流路構造体７０の底面から構成されている。流路構造体７０は、耐摩耗性に優れるとともに熱伝導率の高い材質、例えば緻密質のＳｉＣなどのセラミックで構成されている。

加熱流路６１および冷却流路６２は、互いに隣接して（互いに並んで）延びており、かつ螺旋状に延びている。さらに、加熱流路６１および冷却流路６２は、点対称な形状を有し、互いに同じ長さを有している。加熱流路６１および冷却流路６２のそれぞれは、曲率が一定の複数の円弧流路６４と、これら円弧流路６４を連結する複数の傾斜流路６５から基本的に構成されている。隣接する２つの円弧流路６４は、各傾斜流路６５によって連結されている。

このような構成によれば、加熱流路６１および冷却流路６２のそれぞれの最外周部を、熱交換器１１の最外周部に配置することができる。つまり、熱交換器１１の底面のほぼ全体は、加熱流路６１および冷却流路６２の下方に位置し、加熱液および冷却液は研磨パッド３の研磨面３ａを速やかに加熱および冷却することができる。加熱液および冷却液と、研磨パッド３との間の熱交換は、研磨パッド３の研磨面３ａと熱交換器１１の底面との間にスラリーが存在した状態で行われる。

加熱液供給管３２は、加熱流路６１の入口６１ａに接続されており、加熱液戻り管３３は、加熱流路６１の出口６１ｂに接続されている。冷却液供給管５１は、冷却流路６２の入口６２ａに接続されており、冷却液排出管５２は、冷却流路６２の出口６２ｂに接続されている。加熱流路６１および冷却流路６２の入口６１ａ，６２ａは、熱交換器１１の周縁部に位置しており、加熱流路６１および冷却流路６２の出口６１ｂ，６２ｂは、熱交換器１１の中心部に位置している。したがって、加熱液および冷却液は、熱交換器１１の周縁部から中心部に向かって螺旋状に流れる。加熱流路６１および冷却流路６２は、完全に分離しており、熱交換器１１内で加熱液および冷却液が混合されることはない。

図３は、研磨パッド３上の熱交換器１１と研磨ヘッド１との位置関係を示す平面図である。熱交換器１１は、上から見たときに円形であり、熱交換器１１の直径は研磨ヘッド１の直径よりも小さい。研磨パッド３の回転中心から熱交換器１１の中心までの距離は、研磨パッド３の回転中心から研磨ヘッド１の中心までの距離と同じである。加熱流路６１および冷却流路６２は、互いに隣接しているので、加熱流路６１および冷却流路６２は、研磨パッド３の径方向のみならず、研磨パッド３の周方向に沿って並んでいる。したがって、研磨テーブル２および研磨パッド３が回転している間、研磨パッド３は、加熱液および冷却液の両方と熱交換を行う。２つのクリーニングノズル６０は、熱交換器１１の両側に配置されている。

図４は、熱交換器１１の内部構造を模式的に示す断面図である。熱交換器１１の側面１１ａの全体は撥水材７１から構成されている。本実施形態の熱交換器１１の側面１１ａは円筒形状であり、熱交換器１１の側面１１ａの全周が撥水材７１から構成されている。本実施形態では、撥水材７１は、ポリテトラフルオロエチレンからなるコーティング層である。ポリテトラフルオロエチレンは、テフロン（登録商標）として知られている。図４の符号Ｑは、スラリーを表している。一実施形態では、熱交換器１１の側面１１ａに加えて、熱交換器１１の底面１１ｂの全体を撥水材から構成してもよい。例えば、ポリテトラフルオロエチレンからなるコーティング層により熱交換器１１の底面１１ｂを構成してもよい。

一実施形態では、図５に示すように、撥水材７１は、撥水性の粘着テープ８０から構成されてもよい。撥水性の粘着テープ８０の一方の面は粘着層８０ａから構成され、他方の面は撥水層８０ｂから構成される。撥水層８０ｂは、例えばポリテトラフルオロエチレンなどの撥水材から構成される。撥水性の粘着テープ８０は、流路構造体７０の側面に貼り付けられている。粘着テープ８０の撥水性が低下したときは、粘着テープ８０を流路構造体７０から引き剥がし、新たな撥水性の粘着テープを流路構造体７０の側面に貼り付ける。

一実施形態では、図６に示すように、撥水材７１は、シリコーンゴム９０から構成されてもよい。すなわち、流路構造体７０の側面はシリコーンゴム９０で覆われており、熱交換器１１の側面１１ａの全体はシリコーンゴム９０から構成されている。シリコーンゴム９０は、それ自体が撥水性を有している。さらに、シリコーンゴム９０は、断熱材としても機能する。したがって、シリコーンゴム９０からなる熱交換器１１の側面１１ａにスラリーが付着しても、熱交換器１１内を流れる加熱液の熱はシリコーンゴム９０上のスラリーには伝わりにくい。結果として、シリコーンゴム９０に付着したスラリーの乾燥が防止される。シリコーンゴム９０が断熱材として機能するために、シリコーンゴム９０の厚さは１ｍｍ以上であることが好ましい。

さらに、シリコーンゴム９０は、ウェーハＷの研磨中に研磨ヘッド１から外れたウェーハＷが熱交換器１１の側面１１ａに衝突したとしても、ウェーハＷへの衝撃を和らげることができる。結果として、ウェーハＷが研磨ヘッド１から外れたときのウェーハＷへのダメージを最小とすることができる。

一実施形態では、図７に示すように、撥水材７１は、シリコーンゴム９０と撥水性のコーティング層９１を備えてもよい。シリコーンゴム９０は、流路構造体７０の側面を覆っており、撥水性のコーティング層９１はシリコーンゴム９０の外面を覆っている。撥水性のコーティング層９１は、例えば、ポリテトラフルオロエチレンから構成される。その他の構成は、図６に示す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。

図４乃至図７に示す実施形態によれば、ウェーハＷの研磨中に撥水材７１の表面に付着したスラリーは集合して、その体積が増える。結果として、スラリーは乾燥しにくくなり、ウェーハＷの研磨中にスラリーが熱交換器１１の側面１１ａに固着するのが防止される。

図８は、熱交換器１１の他の実施形態を示す断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図１乃至図７を参照して説明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。図８に示すように、本実施形態の熱交換器１１は、加熱流路６１、冷却流路６２、および純水流路９２が形成された内部に流路構造体７０と、流路構造体７０の側部に固定された多孔材９５を備える。多孔材９５は、例えば、炭化ケイ素、酸化アルミニウム（アルミナ）などのセラミックから構成される。

純水流路９２は、加熱流路６１および冷却流路６２の外側に位置している。純水流路９２は、加熱流路６１および冷却流路６２を囲み、かつ多孔材９５の内面に沿って延びている。本実施形態の流路構造体７０は、図１乃至図３に示す実施形態と同じように、円形である。純水流路９２は、円形の流路構造体７０の最外部に位置した環状の流路である。多孔材９５の内面は純水流路９２の外壁を構成し、熱交換器１１の側面１１ａの全体は多孔材９５から構成されている。

純水流路９２には純水供給ライン１００が接続されており、純水流量調整バルブ１０１が純水供給ライン１００に取り付けられている。純水は図示しない純水供給源から純水供給ライン１００を通って純水流路９２に供給される。純水流路９２に供給される純水の流量は、純水流量調整バルブ１０１によって制御される。純水は純水流路９２を満たし、多孔材９５の内面に接触する。純水は多孔材９５を少しずつ通過し、多孔材９５の外面からにじみ出る。

本実施形態によれば、熱交換器１１の側面１１ａは多孔材９５から構成されている。純水流路９２を流れる純水は多孔材９５を通じて多孔材９５の外面、すなわち熱交換器１１の側面１１ａからにじみ出る。その結果、熱交換器１１の側面１１ａはウェットの状態に保たれる。したがって、熱交換器１１の側面１１ａに付着したスラリーは乾燥せず、多孔材９５へのスラリーの固着が防止される。

多孔材９５からにじみ出る純水の流量は純水流量調整バルブ１０１によって調整することができる。ウェーハＷの研磨中は、熱交換器１１の側面１１ａをウェットの状態に維持するために、純水は純水流路９２に供給され続ける。さらに、ウェーハＷの研磨後、図１に示すクリーニングノズル６０から供給される純水で熱交換器１１の側面１１ａが洗浄される間も、熱交換器１１の側面１１ａをウェットの状態に維持するために、純水は純水流路９２に供給され続ける。クリーニングノズル６０で熱交換器１１の側面１１ａを洗浄しているときに純水流路９２に供給される純水の流量は、ウェーハＷの研磨中に純水流路９２に供給される純水の流量よりも少なくてよい。

図８に示すように、加熱流路６１と純水流路９２との間には断熱層９７が配置されている。断熱層９７は、加熱流路６１および冷却流路６２を囲むように延び、純水流路９２の内側に位置している。この断熱層９７は、断熱材または空気層から構成することができる。断熱層９７は、加熱流路６１を流れる加熱液の熱が多孔材９５に伝達されることを防止し、多孔材９５の外面から構成される熱交換器１１の側面１１ａ上のスラリーの乾燥を防止することができる。また、断熱層９７は、加熱流路６１を流れる加熱液の熱が、純水流路９２内の純水によって奪われることを防止し、熱交換能力の低下を防ぐことができる。断熱層９７は、図４乃至図７に示す実施形態にも適用することができる。

次に、上述した熱交換器１１を備えた研磨装置でウェーハを研磨する工程について、図１、図９（ａ）乃至図９（ｃ）を参照して説明する。図９（ａ）乃至図９（ｃ）に示す熱交換器１１は、図４乃至図８のいずれかに示す熱交換器１１である。

図１に示すように、研磨テーブル２はテーブルモータ６によって回転され、研磨テーブル２上の研磨パッド３が回転する。ウェーハＷを下面で保持した研磨ヘッド１も図示しないモータによって回転する。熱交換器１１は昇降機構２０によって研磨面３ａに向かって移動され、研磨面３ａに接触する。

図９（ａ）に示すように、液体供給ノズル４から研磨パッド３の研磨面３ａにスラリーＱを供給しながら、研磨ヘッド１でウェーハＷを研磨パッド３の研磨面３ａに押し付けて該ウェーハＷを研磨する。ウェーハＷの研磨中、熱交換器１１の底面１１ｂは研磨パッド３の研磨面３ａに対面する。ウェーハＷの研磨中、研磨パッド３と熱交換器１１内を流れる加熱液および冷却液との間で熱交換が行われる。すなわち、研磨パッド３の研磨面３ａと熱交換器１１の底面１１ｂとの間にスラリーＱが存在した状態で、研磨パッド３と熱交換器１１内を流れる加熱液および冷却液との間で熱交換を行う。これによりウェーハＷの研磨中の研磨パッド３の研磨面３ａの温度が予め設定された目標温度に維持される。

図９（ｂ）に示すように、ウェーハＷの研磨後に、液体供給ノズル４から研磨パッド３の研磨面３ａに純水Ｐを供給しながら、ウェーハＷを研磨パッド３上の純水Ｐに接触させる水研磨工程を実行する。この水研磨工程では、研磨ヘッド１は上述したスラリーを用いたウェーハＷの研磨時よりも低い圧力をウェーハＷに加える。ウェーハＷの研磨された面は純水Ｐで洗浄され、スラリーや研磨屑がウェーハＷから除去される。上記水研磨工程中、熱交換器１１の底面１１ｂを研磨パッド３の研磨面３ａ上の純水Ｐに接触させて、熱交換器１１の底面１１ｂからスラリーを純水Ｐで洗い流す。水研磨工程中、熱交換器１１の底面１１ｂと研磨パッド３の研磨面３ａとの間の隙間は、純水Ｐの流れで満たされる。

図９（ｃ）に示すように、水研磨工程後に、熱交換器１１を昇降機構２０により上方に移動させて研磨パッド３の研磨面３ａから離す。クリーニングノズル６０から熱交換器１１の側面１１ａに純水を噴霧し、熱交換器１１の側面１１ａに付着したスラリーを洗い流す。クリーニングノズル６０での洗浄中に、図示しないドレッサにより、研磨パッド３の研磨面３ａのドレッシングを行ってもよい。

このように、本実施形態では、水研磨工程中に熱交換器１１の底面１１ｂが研磨パッド３上の純水の流れにより洗浄され、水研磨工程後に熱交換器１１の側面１１ａがクリーニングノズル６０により洗浄される。したがって、次のウェーハが研磨される前に、実質的に全てのスラリーを熱交換器１１から除去することができる。

上述した研磨装置の動作は、動作制御部４０によって制御される。動作制御部４０は、専用のコンピュータまたは汎用のコンピュータから構成される。図１０は、動作制御部４０の構成を示す模式図である。動作制御部４０は、プログラムやデータなどが格納される記憶装置１１０と、記憶装置１１０に格納されているプログラムに従って演算を行うＣＰＵ（中央処理装置）などの処理装置１２０と、データ、プログラム、および各種情報を記憶装置１１０に入力するための入力装置１３０と、処理結果や処理されたデータを出力するための出力装置１４０と、インターネットなどのネットワークに接続するための通信装置１５０を備えている。

記憶装置１１０は、処理装置１２０がアクセス可能な主記憶装置１１１と、データおよびプログラムを格納する補助記憶装置１１２を備えている。主記憶装置１１１は、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）であり、補助記憶装置１１２は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）またはソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）などのストレージ装置である。

入力装置１３０は、キーボード、マウスを備えており、さらに、記録媒体からデータを読み込むための記録媒体読み込み装置１３２と、記録媒体が接続される記録媒体ポート１３４を備えている。記録媒体は、非一時的な有形物であるコンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、例えば、光ディスク（例えば、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ）や、半導体メモリー（例えば、ＵＳＢフラッシュドライブ、メモリーカード）である。記録媒体読み込み装置１３２の例としては、ＣＤドライブ、ＤＶＤドライブなどの光学ドライブや、カードリーダーが挙げられる。記録媒体ポート１３４の例としては、ＵＳＢ端子が挙げられる。記録媒体に記憶されているプログラムおよび／またはデータは、入力装置１３０を介して動作制御部４０に導入され、記憶装置１１０の補助記憶装置１１２に格納される。出力装置１４０は、ディスプレイ装置１４１、印刷装置１４２を備えている。

コンピュータからなる動作制御部４０は、記憶装置１１０に電気的に格納されたプログラムに従って動作する。すなわち、動作制御部４０は、テーブルモータ６に指令を発して研磨テーブル２を回転させるステップと、液体供給ノズル４および研磨ヘッド１（研磨ヘッド１の図示しない昇降機構およびモータ）に指令を発して、研磨ヘッド１を回転させ、研磨テーブル２上の研磨パッド３の研磨面３ａに液体供給ノズル４のスラリーノズルからスラリーを供給しながら、研磨ヘッド１でウェーハＷを研磨面に押し付けて該ウェーハＷを研磨するステップと、ウェーハＷの研磨中に、昇降機構２０に指令を発して熱交換器１１を研磨面３ａに向かって移動させ、研磨パッド３の研磨面３ａと熱交換器１１の底面１１ｂとの間にスラリーが存在した状態で、研磨パッド３と熱交換器１１内を流れる加熱液および冷却液との間で熱交換を行わせるステップと、ウェーハＷの研磨後に、液体供給ノズル４に指令を発して、研磨パッド３の研磨面３ａに液体供給ノズル４の純水ノズルから純水を供給することで、ウェーハＷを研磨面３ａ上の純水に接触させ、かつ、熱交換器１１の底面１１ｂを研磨面３ａ上の純水に接触させて、熱交換器１１の底面１１ｂからスラリーを純水で洗い流すステップ（上述の水研磨工程）を実行する。

さらに、動作制御部４０は、水研磨工程の後に、研磨ヘッド１および昇降機構２０とクリーニングノズル６０に指令を発して、研磨ヘッド１と熱交換器１１を研磨パッド３の研磨面３ａから上昇させ、クリーニングノズル６０から熱交換器１１の側面１１ａに純水を噴霧させて、熱交換器１１の側面１１ａに付着したスラリーを洗い流すステップを実行する。

これらステップを動作制御部４０に実行させるためのプログラムは、非一時的な有形物であるコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録され、記録媒体を介して動作制御部４０に提供される。または、プログラムは、インターネットなどの通信ネットワークを介して動作制御部４０に提供されてもよい。

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ことである。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
４ 液体供給ノズル
５ パッド温度調整装置
６ テーブルモータ
１１ 熱交換器
３０ 液体供給システム
３１ 加熱液供給タンク
３２ 加熱液供給管
３３ 加熱液戻り管
３９ パッド温度測定器
４０ 動作制御部
４１ 第１開閉バルブ
４２ 第１流量制御バルブ
５１ 冷却液供給管
５２ 冷却液排出管
５５ 第２開閉バルブ
５６ 第２流量制御バルブ
６０ クリーニングノズル
６１ 加熱流路
６２ 冷却流路
６４ 円弧流路
６５ 傾斜流路
７０ 流路構造体
７１ 撥水材
８０ 粘着テープ
８０ａ 粘着層
８０ｂ 撥水層
９０ シリコーンゴム
９１ 撥水性のコーティング層
９２ 純水流路
９５ 多孔材
９７ 断熱層
１００ 純水供給ライン
１０１ 純水流量調整バルブ

Claims (14)

1. 研磨パッドの研磨面の温度を調整するための熱交換器であって、
   加熱流路および冷却流路が内部に形成された流路構造体と、
   前記流路構造体の側面を覆う撥水材とを備え、
   前記熱交換器の側面は前記撥水材から構成されており、
   前記熱交換器の底面はＳｉＣから構成されていることを特徴とする熱交換器。
2. 前記撥水材は、ポリテトラフルオロエチレンからなるコーティング層であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記撥水材は、撥水性の粘着テープからなることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
4. 前記撥水材は、シリコーンゴムからなることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
5. 研磨パッドの研磨面の温度を調整するための熱交換器であって、
   加熱流路および冷却流路が内部に形成された流路構造体と、
   前記流路構造体の側面を覆う撥水材とを備え、
   前記熱交換器の側面は前記撥水材から構成されており、
   前記撥水材は、断熱材としてのシリコーンゴムと、前記シリコーンゴムの外面を覆う撥水性のコーティング層を含むことを特徴とする熱交換器。
6. 前記熱交換器の底面はＳｉＣから構成されていることを特徴とする請求項５に記載の熱交換器。
7. 前記シリコーンゴムの厚さは１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項５または６に記載の熱交換器。
8. 研磨パッドの研磨面の温度を調整するための熱交換器であって、
   加熱流路、冷却流路、および純水流路が内部に形成された流路構造体と、
   前記流路構造体の側部に固定された多孔材を備え、
   前記純水流路は、前記加熱流路および前記冷却流路を囲み、かつ前記多孔材の内面に沿って延びており、
   前記多孔材の内面は前記純水流路の外壁を構成し、
   前記熱交換器の側面は前記多孔材の外面から構成されていることを特徴とする熱交換器。
9. 前記加熱流路と前記純水流路との間に配置された断熱層をさらに備えたことを特徴とする請求項８に記載の熱交換器。
10. 前記断熱層は空気層であることを特徴とする請求項９に記載の熱交換器。
11. 前記多孔材はセラミックから構成されていることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の熱交換器。
12. 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の研磨面に押し付ける研磨ヘッドと、
    前記研磨パッドの研磨面にスラリーまたは純水を選択的に供給する液体供給ノズルと、
    前記研磨パッドと熱交換を行うことで前記研磨面の温度を調整する熱交換器とを備え、
    前記熱交換器は、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の熱交換器であることを特徴とする研磨装置。
13. 研磨パッドの研磨面にスラリーを供給しながら、基板を前記研磨パッドの研磨面に押し付けて該基板を研磨し、
    前記基板の研磨中に、前記研磨パッドの研磨面と熱交換器の底面との間に前記スラリーが存在した状態で、前記研磨パッドと前記熱交換器内を流れる加熱液および冷却液との間で熱交換を行い、
    前記基板の研磨後に、前記研磨パッドの研磨面に純水を供給しながら、前記基板を前記研磨パッド上の純水に接触させる水研磨工程を実行し、
    前記水研磨工程中に、前記熱交換器の底面を前記研磨パッドの研磨面上の純水に接触させて、前記熱交換器の底面から前記スラリーを前記純水で洗い流し、
    前記水研磨工程後に、前記熱交換器の側面に純水を噴霧する工程を含み、
    前記熱交換器は、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の熱交換器であることを特徴とする研磨方法。
14. テーブルモータに指令を発して研磨テーブルを回転させるステップと、
    液体供給ノズルおよび研磨ヘッドに指令を発して、前記研磨テーブル上の研磨パッドの研磨面に前記液体供給ノズルからスラリーを供給しながら、前記研磨ヘッドで基板を前記研磨面に押し付けて該基板を研磨するステップと、
    前記基板の研磨中に、昇降機構に指令を発して熱交換器を前記研磨面に向かって移動させ、前記研磨パッドの研磨面と前記熱交換器の底面との間に前記スラリーが存在した状態で、前記研磨パッドと前記熱交換器内を流れる加熱液および冷却液との間で熱交換を行わせるステップと、
    前記基板の研磨後に、前記液体供給ノズルに指令を発して、前記研磨パッドの研磨面に前記液体供給ノズルから純水を供給することで、前記基板を前記研磨面上の純水に接触させ、かつ、前記熱交換器の底面を前記研磨面上の純水に接触させて、前記熱交換器の底面から前記スラリーを前記純水で洗い流し、その後、クリーニングノズルに指令を発して、前記クリーニングノズルから前記熱交換器の側面に純水を噴霧するステップをコンピュータに実行させるためのプログラムを記録した非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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