KR102604745B1 - 연마 패드의 표면 온도를 조정하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

연마 패드의 표면 온도를 원하는 목표 온도로 유지할 수 있는 장치를 제공한다.
연마 패드(3)의 표면 온도를 조정하기 위한 장치는, 연마 패드(3)의 표면에 접촉 가능하고, 또한 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)가 내부에 형성된 패드 접촉 부재(11)와, 가열 유로(61)에 접속된 가열액 공급관(32)과, 냉각 유로(62)에 접속된 냉각액 공급관(51)과, 가열액 공급관(32)에 설치된 제1 유량 제어 밸브(42)와, 냉각액 공급관(51)에 설치된 제2 유량 제어 밸브(56)와, 연마 패드(3)의 표면 온도를 측정하는 패드 온도 측정기(39)와, 연마 패드(3)의 표면 온도에 기초하여, 제1 유량 제어 밸브(42) 및 제2 유량 제어 밸브(56)를 조작하는 밸브 제어부(40)를 구비한다.

Description

연마 패드의 표면 온도를 조정하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR REGULATING SURFACE TEMPERATURE OF POLISHING PAD}
본 발명은, 웨이퍼 등의 기판의 연마에 사용되는 연마 패드의 표면 온도를 조정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
CMP(Chemical Mechanical Polishing) 장치는, 반도체 디바이스의 제조에 있어서, 웨이퍼의 표면을 연마하는 공정에 사용된다. CMP 장치는, 웨이퍼를 톱 링으로 보유 지지해서 웨이퍼를 회전시키고, 다시 회전하는 연마 테이블 상의 연마 패드에 웨이퍼를 압박해서 웨이퍼의 표면을 연마한다. 연마 중, 연마 패드에는 연마액(슬러리)이 공급되고, 웨이퍼의 표면은 연마액의 화학적 작용과 연마액에 함유되는 지립의 기계적 작용에 의해 평탄화된다.
웨이퍼의 연마율은, 웨이퍼의 연마 패드에 대한 연마 하중뿐만 아니라, 연마 패드의 표면 온도에도 의존한다. 이것은, 웨이퍼에 대한 연마액의 화학적 작용이 온도에 의존하기 때문이다. 따라서, 반도체 디바이스의 제조에 있어서는, 웨이퍼의 연마율을 올려서 더욱 일정하게 유지하기 위해서, 웨이퍼 연마 중의 연마 패드의 표면 온도를 최적인 값으로 유지하는 것이 중요해진다.
따라서, 연마 패드의 표면 온도를 조정하기 위해서 패드 온도 조정 장치가 종래부터 사용되고 있다. 도 25는, 종래의 패드 온도 조정 장치를 도시하는 모식도이다. 도 25에 도시한 바와 같이, 패드 온도 조정 장치는 연마 패드(103)의 표면에 접촉하는 패드 접촉 부재(111)와, 패드 접촉 부재(111)에 접속된 유체 공급관(112)을 구비하고 있다. 유체 공급관(112)은, 온수 공급원에 접속된 온수 공급관(115)과, 냉수 공급원에 접속된 냉수 공급관(116)에 분기하고 있으며, 온수 공급관(115) 및 냉수 공급관(116)에는 온수 밸브(120) 및 냉수 밸브(121)가 각각 설치되어 있다. 온수 밸브(120) 또는 냉수 밸브(121) 중 어느 하나를 폐쇄함으로써, 온수 또는 냉수 중 어느 하나가 선택적으로 패드 접촉 부재(111)에 공급되도록 되어 있다.
도 26은, 온수 밸브(120) 및 냉수 밸브(121)의 동작과, 연마 패드(103)의 표면 온도의 변화를 도시하는 도면이다. 온수 밸브(120) 및 냉수 밸브(121)는, 연마 패드(103)의 표면 온도에 기초하여 조작된다. 즉, 연마 패드(103)의 표면 온도가 미리 설정된 상한값을 초과하면, 온수 밸브(120)가 폐쇄되고, 또한 냉수 밸브(121)가 개방된다. 마찬가지로, 연마 패드(103)의 표면 온도가 미리 설정된 하한값을 하회하면, 냉수 밸브(121)가 폐쇄되고, 또한 온수 밸브(120)가 개방된다.
일본 특허 공개 제2015-044245호 공보
그러나 패드 접촉 부재(111)에 공급되는 액체가 온수에서 냉수로 전환되어도, 패드 접촉 부재(111) 및 유체 공급관(112)에 온수가 남아 있으므로, 패드 접촉 부재(111)가 냉각될 때까지 잠깐 시간이 걸린다. 마찬가지로, 패드 접촉 부재(111)에 공급되는 액체가 냉수에서 온수로 전환되어도, 패드 접촉 부재(111)가 따뜻해질 때까지 잠깐 시간이 걸린다. 이로 인해, 연마 패드(103)의 표면 온도의 변화에 큰 오버슈트 및 언더슈트가 발생한다. 결과적으로, 연마 패드(103)의 표면 온도가 크게 변동한다.
도 27은, 연마 패드(103)의 목표 온도가 60℃로 설정되었을 때의, 연마 패드(103)의 표면 온도의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 27에 도시한 바와 같이, 연마 패드(103)의 표면 온도는, 약 20℃의 폭으로 크게 변화되고 있다. 도 28은, PID 제어의 파라미터를 조정한 후의, 연마 패드(103)의 표면 온도의 변화를 나타내는 그래프이다. 이 경우에도, 연마 패드(103)의 표면 온도는, 어느 정도의 폭으로 변화되고 있다. 또한, 도 29는 PID 제어의 파라미터를 조정한 후에, 목표 온도를 60℃에서 50℃로 변경한 경우의, 연마 패드(103)의 표면 온도의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 29에 도시한 바와 같이, 연마 패드(103)의 표면 온도는, 다시 크게 변화되고 있다.
이와 같이, 종래의 패드 온도 조정 장치에서는, 웨이퍼의 연마 중에, 연마 패드(103)의 표면 온도가 크게 변동하여, 원하는 연마율(제거율이라고도 함)이 얻어지지 않는다고 하는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은 연마 패드의 표면 온도를 원하는 목표 온도로 유지할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 형태는, 연마 패드의 표면 온도를 조정하기 위한 장치이며, 상기 연마 패드의 표면과 열교환을 하도록 구성되고, 또한 가열 유로 및 냉각 유로가 내부에 형성된 패드 접촉 부재와, 상기 가열 유로에 접속된 가열액 공급관 및 가열액 복귀관과, 상기 냉각 유로에 접속된 냉각액 공급관 및 냉각액 배출관과, 상기 가열액 공급관에 설치된 제1 유량 제어 밸브와, 상기 냉각액 공급관에 설치된 제2 유량 제어 밸브와, 상기 연마 패드의 표면 온도를 측정하는 패드 온도 측정기와, 상기 연마 패드의 표면 온도에 기초하여, 상기 제1 유량 제어 밸브 및 상기 제2 유량 제어 밸브를 조작하는 밸브 제어부를 구비하고, 상기 가열 유로 및 상기 냉각 유로는, 서로 인접하여 연장되어 있으며, 또한 나선 형상으로 연장되어 있고, 상기 가열 유로 및 상기 냉각 유로는, 복수의 제1 원호 유로 및 복수의 제2 원호 유로를 각각 갖고 있고, 상기 복수의 제1 원호 유로 및 상기 복수의 제2 원호 유로는, 상기 패드 접촉 부재의 중심으로부터 외주를 향하는 방향을 따라서 교호로 배열되어 있고, 상기 가열 유로는, 제1 입구 및 제1 출구를 갖고, 상기 냉각 유로는, 제2 입구 및 제2 출구를 갖고, 상기 제1 입구 및 상기 제2 입구는, 상기 패드 접촉 부재의 외주에 배열되어 있고, 상기 제1 출구 및 상기 제2 출구는, 상기 패드 접촉 부재의 중심에 배열되어 있고, 상기 가열액 공급관은, 상기 가열 유로의 상기 제1 입구에 접속되고, 상기 가열액 복귀관은, 상기 가열 유로의 상기 제1 출구에 접속되고, 상기 냉각액 공급관은, 상기 냉각 유로의 상기 제2 입구에 접속되고, 상기 냉각액 배출관은, 상기 냉각 유로의 상기 제2 출구에 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 가열 유로 및 상기 냉각 유로는, 상기 연마 패드의 반경 방향에 관하여 대칭인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 밸브 제어부는 목표 온도와 상기 연마 패드의 표면 온도와의 차를 없애기 위해서 필요한 상기 제1 유량 제어 밸브 및 상기 제2 유량 제어 밸브의 조작량을 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 제1 유량 제어 밸브 및 상기 제2 유량 제어 밸브의 각각의 조작량을 0%에서 100%까지의 수치로 나타냈을 때에, 상기 밸브 제어부는, 상기 제1 유량 제어 밸브 및 상기 제2 유량 제어 밸브 중 한쪽 조작량을 100%에서 빼는 것으로, 상기 제1 유량 제어 밸브 및 상기 제2 유량 제어 밸브 중 다른 쪽의 조작량을 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 가열 유로는, 상기 복수의 제1 원호 유로를 연결하는 복수의 제1 경사 유로를 갖고, 상기 냉각 유로는, 상기 복수의 제2 원호 유로를 연결하는 복수의 제2 경사 유로를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 복수의 제1 원호 유로의 각각은 일정의 곡률을 갖고, 상기 복수의 제2 원호 유로의 각각은 일정의 곡률을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 복수의 제1 원호 유로 중 가장 외주측의 제1 원호 유로와, 상기 복수의 제2 원호 유로 증 가장 외주측의 제2 원호 유로는, 상기 패드 접촉 부재의 외주에 위치하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 가열 유로 및 상기 냉각 유로는, 점 대칭인 형상을 갖고, 서로 동일한 길이를 갖고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 복수의 제1 원호 유로 중 가장 외주측의 제1 원호 유로는 상기 제1 입구를 갖고, 상기 복수의 제2 원호 유로 증 가장 외주측의 제2 원호 유로는 상기 제2 입구를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 제1 입구 및 상기 제2 입구는, 상기 패드 접촉 부재의 중심에 관하여 대칭으로 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 형태는, 연마 패드의 표면 온도를 조정하기 위한 장치이며, 상기 연마 패드의 표면과 열교환을 하도록 구성되고, 또한 가열 유로 및 냉각 유로가 내부에 형성된 패드 접촉 부재와, 상기 가열 유로에 접속된 가열액 공급관 및 가열액 복귀관과, 상기 냉각 유로에 접속된 냉각액 공급관 및 냉각액 배출관과, 상기 가열액 공급관에 설치된 제1 유량 제어 밸브와, 상기 냉각액 공급관에 설치된 제2 유량 제어 밸브와, 상기 연마 패드의 표면 온도를 측정하는 패드 온도 측정기와, 상기 연마 패드의 표면 온도에 기초하여, 상기 제1 유량 제어 밸브 및 상기 제2 유량 제어 밸브를 조작하는 밸브 제어부를 구비하고, 상기 가열 유로는, 제1 입구 및 제1 출구를 갖고, 상기 냉각 유로는, 제2 입구 및 제2 출구를 갖고, 상기 제1 입구 및 상기 제2 입구는, 상기 패드 접촉 부재의 외주에 배열되어 있고, 상기 제1 출구 및 상기 제2 출구는, 상기 패드 접촉 부재의 중심에 배열되어 있고, 상기 가열액 공급관은, 상기 가열 유로의 상기 제1 입구에 접속되고, 상기 가열액 복귀관은, 상기 가열 유로의 상기 제1 출구에 접속되고, 상기 냉각액 공급관은, 상기 냉각 유로의 상기 제2 입구에 접속되고, 상기 냉각액 배출관은, 상기 냉각 유로의 상기 제2 출구에 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 가열 유로 및 상기 냉각 유로는, 서로 인접하여 연장되어 있고, 또한 나선 형상으로 연장되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 가열 유로는, 복수의 제1 경사 유로를 갖고, 상기 냉각 유로는, 복수의 제2 경사 유로를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 가열 유로 및 상기 냉각 유로는, 점 대칭인 형상을 갖고, 서로 동일한 길이를 갖고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 제1 입구 및 상기 제2 입구는, 상기 패드 접촉 부재의 중심에 관하여 대칭으로 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 패드 접촉 부재의 가열 유로에는 가열액만이 흐르고, 냉각 유로에는 냉각액만이 흐른다. 가열액 및 냉각액의 각각의 유량은, 연마 패드의 표면 온도에 기초해서 제어된다. 이와 같이, 온수와 냉수의 전환이 아닌, 가열액 및 냉각액을 각각의 전용 공급관에서 공급하고, 또한 유량을 컨트롤함으로써, 아날로그적인 온도 제어가 가능해진다. 따라서, 연마 패드의 표면 온도를 목표 온도로 안정되게 유지할 수 있다.
도 1은, 연마 장치를 도시하는 모식도이다.
도 2는, 패드 접촉 부재를 나타내는 수평 단면도이다.
도 3은, 연마 패드 상의 패드 접촉 부재와 톱 링과의 위치 관계를 도시하는 평면도이다.
도 4는, 제1 유량 제어 밸브 및 제2 유량 제어 밸브의 조작량과, 유량과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는, 밸브 제어부의 동작을 설명하는 도면이다.
도 6은, 패드 표면 온도의 변화와, 각 밸브의 상태를 나타내는 그래프이다.
도 7은, 패드 접촉 부재의 다른 실시 형태를 나타내는 수평 단면도이다.
도 8은, 도 7에 나타내는 패드 접촉 부재와 톱 링과의 위치 관계를 도시하는 평면도이다.
도 9는, 패드 접촉 부재의 또 다른 실시 형태를 나타내는 수평 단면도이다.
도 10은, 도 9에 나타내는 패드 접촉 부재와 톱 링과의 위치 관계를 도시하는 평면도이다.
도 11은, 패드 접촉 부재의 또 다른 실시 형태를 나타내는 수평 단면도이다.
도 12는, 도 11에 도시하는 패드 접촉 부재와 톱 링과의 위치 관계를 도시하는 평면도이다.
도 13은, 패드 접촉 부재의 또 다른 실시 형태를 나타내는 수평 단면도이다.
도 14는, 도 13에 나타내는 패드 접촉 부재와 톱 링과의 위치 관계를 도시하는 평면도이다.
도 15는, 도 2에 도시하는 스파이럴 형상의 가열 유로 및 냉각 유로를 갖는 패드 접촉 부재를 연마 패드에 접촉시켰을 때의 패드 표면 온도의 변화를 나타내는 실험 데이터이다.
도 16은, 도 11에 도시하는 반원 형상으로 연장되는 가열 유로 및 냉각 유로를 갖는 패드 접촉 부재를 연마 패드에 접촉시켰을 때의 패드 표면 온도의 변화를 나타내는 실험 데이터이다.
도 17은, 도 13에 나타내는 지그재그 형상의 가열 유로 및 냉각 유로를 갖는 패드 접촉 부재를 연마 패드에 접촉시켰을 때의 패드 표면 온도의 변화를 나타내는 실험 데이터이다.
도 18은, 도 2에 도시하는 스파이럴 형상의 가열 유로 및 냉각 유로를 갖는 패드 접촉 부재를 연마 패드에 접촉시켰을 때의 패드 표면 온도의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 19는, 도 11에 도시하는 반원 형상으로 연장되는 가열 유로 및 냉각 유로를 갖는 패드 접촉 부재를 연마 패드에 접촉시켰을 때의 패드 표면 온도의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 20은, 도 13에 나타내는 지그재그 형상의 가열 유로 및 냉각 유로를 갖는 패드 접촉 부재를 연마 패드에 접촉시켰을 때의 패드 표면 온도의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 21은, 패드 온도 조정 장치를 사용해서 웨이퍼를 연마하는 일 실시 형태를 설명하는 도면이다.
도 22는, 패드 온도 조정 장치의 다른 실시 형태를 도시하는 도면이다.
도 23은, 패드 온도 조정 장치의 또 다른 실시 형태를 도시하는 도면이다.
도 24는, 패드 온도 조정 장치의 또 다른 실시 형태를 도시하는 도면이다.
도 25는, 종래의 패드 온도 조정 장치를 도시하는 모식도이다.
도 26은, 온수 밸브 및 냉수 밸브의 동작과, 연마 패드의 표면 온도의 변화를 도시하는 도면이다.
도 27은, 연마 패드의 목표 온도가 60℃로 설정되었을 때의, 연마 패드의 표면 온도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 28은, PID 제어의 파라미터를 조정한 후의, 연마 패드의 표면 온도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 29는, PID 제어의 파라미터를 조정한 후에, 목표 온도를 60℃에서 50℃로 변경한 경우의, 연마 패드의 표면 온도의 변화를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은, 연마 장치를 도시하는 모식도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 연마 장치는 기판의 일례인 웨이퍼(W)를 보유 지지해서 회전시키는 톱 링(1)과, 연마 패드(3)를 지지하는 연마 테이블(2)과, 연마 패드(3)의 표면에 연마액(예를 들어 슬러리)을 공급하는 연마액 공급 노즐(4)과, 연마 패드(3)의 표면 온도를 조정하는 패드 온도 조정 장치(5)를 구비하고 있다. 연마 패드(3)의 표면(상면)은, 웨이퍼(W)를 연마하는 연마면을 구성한다.
톱 링(1)은 연직 방향으로 이동 가능하고, 또한 그 축심을 중심으로 해서 화살표로 나타내는 방향으로 회전 가능하게 되어 있다. 웨이퍼(W)는 톱 링(1)의 하면에 진공 흡착 등에 의해 보유 지지된다. 연마 테이블(2)에는 모터(도시하지 않음)가 연결되어 있고, 화살표로 나타내는 방향으로 회전 가능하게 되어 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 톱 링(1) 및 연마 테이블(2)은, 동일한 방향으로 회전한다. 연마 패드(3)는, 연마 테이블(2)의 상면에 부착되어 있다.
웨이퍼(W)의 연마는 다음과 같이 해서 행하여진다. 연마되는 웨이퍼(W)는, 톱 링(1)에 의해 보유 지지되고, 다시 톱 링(1)에 의해 회전된다. 한편, 연마 패드(3)는 연마 테이블(2)과 함께 회전된다. 이 상태에서, 연마 패드(3)의 표면에는 연마액 공급 노즐(4)로부터 연마액이 공급되고, 다시 웨이퍼(W)의 표면은, 톱 링(1)에 의해 연마 패드(3)의 표면(즉 연마면)에 대하여 압박된다. 웨이퍼(W)의 표면은, 연마액의 존재 하에서 연마 패드(3)와의 미끄럼 접촉에 의해 연마된다. 웨이퍼(W)의 표면은, 연마액의 화학적 작용과 연마액에 함유되는 지립의 기계적 작용에 의해 평탄화된다.
패드 온도 조정 장치(5)는, 연마 패드(3)의 표면에 접촉 가능한 패드 접촉 부재(11)와, 온도 조정된 가열액 및 냉각액을 패드 접촉 부재(11)에 공급하는 액체 공급 시스템(30)을 구비하고 있다. 이 액체 공급 시스템(30)은, 온도 조정된 가열액을 저류하는 가열액 공급원으로서의 가열액 공급 탱크(31)와, 가열액 공급 탱크(31)와 패드 접촉 부재(11)를 연결하는 가열액 공급관(32) 및 가열액 복귀관(33)을 구비하고 있다. 가열액 공급관(32) 및 가열액 복귀관(33) 중 한쪽 단부는 가열액 공급 탱크(31)에 접속되고, 다른 쪽 단부는 패드 접촉 부재(11)에 접속되어 있다.
온도 조정된 가열액은, 가열액 공급 탱크(31)로부터 가열액 공급관(32)을 통해서 패드 접촉 부재(11)에 공급되고, 패드 접촉 부재(11) 내를 흐르고, 그리고 패드 접촉 부재(11)로부터 가열액 복귀관(33)을 통해서 가열액 공급 탱크(31)로 복귀된다. 이와 같이, 가열액은 가열액 공급 탱크(31)와 패드 접촉 부재(11) 사이를 순환한다. 가열액 공급 탱크(31)는 히터(도시하지 않음)를 갖고 있으며, 가열액은 히터에 의해 소정의 온도로 가열된다.
가열액 공급관(32)에는, 제1 개폐 밸브(41) 및 제1 유량 제어 밸브(42)가 설치되어 있다. 제1 유량 제어 밸브(42)는, 패드 접촉 부재(11)와 제1 개폐 밸브(41) 사이에 배치되어 있다. 제1 개폐 밸브(41)는, 유량 조정 기능을 갖지 않는 밸브인 것에 반해, 제1 유량 제어 밸브(42)는 유량 조정 기능을 갖는 밸브이다.
액체 공급 시스템(30)은, 패드 접촉 부재(11)에 접속된 냉각액 공급관(51) 및 냉각액 배출관(52)을 더 구비하고 있다. 냉각액 공급관(51)은, 연마 장치가 설치되는 공장에 설치되어 있는 냉각액 공급원(예를 들어, 냉수 공급원)에 접속되어 있다. 냉각액은, 냉각액 공급관(51)을 통해서 패드 접촉 부재(11)에 공급되고, 패드 접촉 부재(11) 내를 흐르고, 그리고 패드 접촉 부재(11)로부터 냉각액 배출관(52)을 통해서 배출된다. 일 실시 형태에서는, 패드 접촉 부재(11) 내를 흐른 냉각액을, 냉각액 배출관(52)을 통해서 냉각액 공급원으로 복귀시켜도 된다.
냉각액 공급관(51)에는, 제2 개폐 밸브(55) 및 제2 유량 제어 밸브(56)가 설치되어 있다. 제2 유량 제어 밸브(56)는, 패드 접촉 부재(11)와 제2 개폐 밸브(55) 사이에 배치되어 있다. 제2 개폐 밸브(55)는, 유량 조정 기능을 갖지 않는 밸브인 것에 반해, 제2 유량 제어 밸브(56)는 유량 조정 기능을 갖는 밸브이다.
패드 온도 조정 장치(5)는, 연마 패드(3)의 표면 온도(이하, 패드 표면 온도라고 하는 경우가 있음)를 측정하는 패드 온도 측정기(39)와, 패드 온도 측정기(39)에 의해 측정된 패드 표면 온도에 기초하여 제1 유량 제어 밸브(42) 및 제2 유량 제어 밸브(56)를 조작하는 밸브 제어부(40)를 더 구비하고 있다. 제1 개폐 밸브(41) 및 제2 개폐 밸브(55)는, 통상은 개방되어 있다. 패드 온도 측정기(39)로서, 비접촉으로 연마 패드(3)의 표면 온도를 측정할 수 있는 방사 온도계를 사용할 수 있다.
패드 온도 측정기(39)는, 비접촉으로 연마 패드(3)의 표면 온도를 측정하고, 그 측정값을 밸브 제어부(40)로 보낸다. 밸브 제어부(40)는, 패드 표면 온도가, 미리 설정된 목표 온도로 유지되도록, 측정된 패드 표면 온도에 기초하여, 제1 유량 제어 밸브(42) 및 제2 유량 제어 밸브(56)를 조작함으로써, 가열액 및 냉각액의 유량을 제어한다. 제1 유량 제어 밸브(42) 및 제2 유량 제어 밸브(56)는, 밸브 제어부(40)로부터의 제어 신호를 따라서 동작하고, 패드 접촉 부재(11)에 공급되는 가열액의 유량 및 냉각액의 유량을 조정한다. 패드 접촉 부재(11)를 흐르는 가열액 및 냉각액과 연마 패드(3) 사이에서 열 교환이 행하여지고, 이에 의해 패드 표면 온도가 변화된다.
이러한 피드백 제어에 의해, 연마 패드(3)의 표면 온도(패드 표면 온도)는 소정의 목표 온도로 유지된다. 밸브 제어부(40)로서는, PID 컨트롤러를 사용할 수 있다. 연마 패드(3)의 목표 온도는, 웨이퍼(W)의 종류 또는 연마 프로세스에 따라서 결정되고, 결정된 목표 온도는 밸브 제어부(40)에 미리 입력된다.
패드 표면 온도를 소정의 목표 온도로 유지하기 위해서, 웨이퍼(W)의 연마 중, 패드 접촉 부재(11)는 연마 패드(3)의 표면(즉 연마면)에 접촉한다. 본 명세서에 있어서, 패드 접촉 부재(11)가 연마 패드(3)의 표면에 접촉하는 형태에는, 패드 접촉 부재(11)가 연마 패드(3)의 표면에 직접 접촉하는 형태뿐만 아니라, 패드 접촉 부재(11)와 연마 패드(3)의 표면과의 사이에 연마액(슬러리)이 존재한 상태에서 패드 접촉 부재(11)가 연마 패드(3)의 표면에 접촉하는 형태도 포함된다. 어떠한 형태에 있어서도, 패드 접촉 부재(11)를 흐르는 가열액 및 냉각액과 연마 패드(3) 사이에서 열 교환이 행하여지고, 이에 의해 패드 표면 온도가 제어된다.
패드 접촉 부재(11)에 공급되는 가열액으로서는, 온수가 사용된다. 온수는, 가열액 공급 탱크(31)의 히터에 의해, 예를 들어 약 80℃로 가열된다. 보다 빠르게 연마 패드(3)의 표면 온도를 상승시키는 경우에는, 실리콘 오일을 가열액으로서 사용해도 된다. 실리콘 오일을 가열액으로서 사용할 경우에는, 실리콘 오일은 가열액 공급 탱크(31)의 히터에 의해 100℃ 이상(예를 들어, 약 120℃)으로 가열된다. 패드 접촉 부재(11)에 공급되는 냉각액으로서는, 냉수 또는 실리콘 오일이 사용된다. 실리콘 오일을 냉각액으로서 사용할 경우에는, 냉각액 공급원으로서 칠러를 냉각액 공급관(51)에 접속하고, 실리콘 오일을 0℃ 이하로 냉각함으로써, 연마 패드(3)를 빠르게 냉각할 수 있다. 냉수로서는, 순수를 사용할 수 있다. 순수를 냉각해서 냉수를 생성하기 위해서, 냉각액 공급원으로서 칠러를 사용해도 된다. 이 경우에는, 패드 접촉 부재(11) 내를 흐른 냉수를, 냉각액 배출관(52)을 통해서 칠러로 복귀시켜도 된다.
가열액 공급관(32) 및 냉각액 공급관(51)은, 완전히 독립된 배관이다. 따라서, 가열액 및 냉각액은 혼합되는 일 없이, 동시에 패드 접촉 부재(11)에 공급된다. 가열액 복귀관(33) 및 냉각액 배출관(52)도, 완전히 독립된 배관이다. 따라서, 가열액은 냉각액과 혼합되는 일 없이 가열액 공급 탱크(31)로 복귀되고, 냉각액은 가열액과 혼합되는 일 없이 배출되거나 또는 냉각액 공급원으로 복귀된다.
이어서, 패드 접촉 부재(11)에 대해서, 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는, 패드 접촉 부재(11)를 나타내는 수평 단면도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 패드 접촉 부재(11)는, 그 내부에 형성된 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)를 갖고 있다. 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)는, 서로 인접해서(서로 나란하게) 연장되어 있으며, 또한 나선 형상으로 연장되어 있다. 본 실시 형태에서는, 가열 유로(61)는 냉각 유로(62)보다도 짧다.
가열액 공급관(32)은 가열 유로(61)의 입구(61a)에 접속되어 있고, 가열액 복귀관(33)은 가열 유로(61)의 출구(61b)에 접속되어 있다. 냉각액 공급관(51)은 냉각 유로(62)의 입구(62a)에 접속되어 있고, 냉각액 배출관(52)은 냉각 유로(62)의 출구(62b)에 접속되어 있다. 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)의 입구(61a, 62a)는 패드 접촉 부재(11)의 주연부에 위치하고 있으며, 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)의 출구(61b, 62b)는 패드 접촉 부재(11)의 중심부에 위치하고 있다. 따라서, 가열액 및 냉각액은 패드 접촉 부재(11)의 주연부로부터 중심부를 향해 나선 형상으로 흐른다. 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)는 완전히 분리되어 있으며, 패드 접촉 부재(11) 내에서 가열액 및 냉각액이 혼합되는 일은 없다.
도 3은, 연마 패드(3) 상의 패드 접촉 부재(11)와 톱 링(1)과의 위치 관계를 도시하는 평면도이다. 패드 접촉 부재(11)는 위에서 보았을 때에 원형이며, 패드 접촉 부재(11)의 직경은 톱 링(1)의 직경보다도 작다. 연마 패드(3)의 회전 중심으로부터 패드 접촉 부재(11)의 중심까지의 거리는, 연마 패드(3)의 회전 중심으로부터 톱 링(1)의 중심까지의 거리와 같다. 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)는, 서로 인접하고 있으므로, 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)는, 연마 패드(3)의 직경 방향뿐만 아니라, 연마 패드(3)의 주위 방향을 따라 배열되어 있다. 따라서, 연마 테이블(2) 및 연마 패드(3)가 회전하고 있는 동안, 패드 접촉 부재(11)에 접촉하는 연마 패드(3)는, 가열액 및 냉각액의 양쪽과 열 교환을 행한다.
밸브 제어부(40)는, 미리 설정된 목표 온도와, 측정된 연마 패드(3)의 표면 온도와의 차를 없애기 위해서 필요한 제1 유량 제어 밸브(42)의 조작량 및 제2 유량 제어 밸브(56)의 조작량을 결정하도록 구성되어 있다. 제1 유량 제어 밸브(42)의 조작량 및 제2 유량 제어 밸브(56)의 조작량은, 바꿔 말하면 밸브 개방도이다. 제1 유량 제어 밸브(42)의 조작량은 가열액의 유량에 비례하고, 제2 유량 제어 밸브(56)의 조작량은 냉각액의 유량에 비례한다. 바람직하게는, 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 유량 제어 밸브(42)의 조작량은 가열액의 유량에 정비례하고, 제2 유량 제어 밸브(56)의 조작량은 냉각액의 유량에 정비례한다.
도 5는, 밸브 제어부(40)의 동작을 설명하는 도면이다. 제1 유량 제어 밸브(42) 및 제2 유량 제어 밸브(56)의 각각의 조작량을 0%에서 100%까지의 수치로 나타냈을 때에, 밸브 제어부(40)는 제1 유량 제어 밸브(42)의 조작량을 100%에서 빼는 것으로, 제2 유량 제어 밸브(56)의 조작량을 결정하도록 구성되어 있다. 일 실시 형태에서는, 밸브 제어부(40)는 제2 유량 제어 밸브(56)의 조작량을 100%에서 빼는 것으로, 제1 유량 제어 밸브(42)의 조작량을 결정해도 된다.
제1 유량 제어 밸브(42)의 조작량이 100%인 것은, 제1 유량 제어 밸브(42)가 완전 개방인 것을 나타내고, 제1 유량 제어 밸브(42)의 조작량이 0%인 것은, 제1 유량 제어 밸브(42)가 완전 폐쇄되어 있는 것을 나타내고 있다. 마찬가지로, 제2 유량 제어 밸브(56)의 조작량이 100%인 것은, 제2 유량 제어 밸브(56)가 완전 개방인 것을 나타내고, 제2 유량 제어 밸브(56)의 조작량이 0%인 것은, 제2 유량 제어 밸브(56)가 완전 폐쇄되어 있는 것을 나타내고 있다.
제1 유량 제어 밸브(42)의 조작량이 100%일 때의 가열액의 유량은, 제2 유량 제어 밸브(56)의 조작량이 100%일 때의 냉각액의 유량과 같다. 따라서, 제1 유량 제어 밸브(42)를 통과하는 가열액의 유량과, 제2 유량 제어 밸브(56)를 통과하는 냉각액의 유량과의 합계는, 항상 일정하다.
도 6은, 패드 표면 온도의 변화와, 각 밸브의 상태를 나타내는 그래프이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 제1 유량 제어 밸브(42)의 조작량과, 제2 유량 제어 밸브(56)의 조작량과의 총합이 100%가 되도록, 제1 유량 제어 밸브(42) 및 제2 유량 제어 밸브(56)가 조작된다. 이와 같이, 가열액의 유량과 냉각액의 유량의 총합이 일정하게 유지되므로, 패드 표면 온도의 헌팅이 방지된다.
본 실시 형태에 따르면, 패드 접촉 부재(11)의 가열 유로(61)에는 가열액만이 흐르고, 냉각 유로(62)에는 냉각액만이 흐른다. 가열액 및 냉각액 각각의 유량은, 연마 패드(3)의 표면 온도에 기초해서 제어된다. 즉, 제1 유량 제어 밸브(42) 및 제2 유량 제어 밸브(56)는, 연마 패드(3)의 표면 온도와 목표 온도와의 차에 기초하여 동작한다. 따라서, 연마 패드(3)의 표면 온도를 목표 온도로 안정되게 유지할 수 있다.
도 7은, 패드 접촉 부재(11)의 다른 실시 형태를 나타내는 수평 단면도이며, 도 8은, 도 7에 나타내는 패드 접촉 부재(11)와 톱 링(1)과의 위치 관계를 도시하는 평면도이다. 도 2에 도시하는 실시 형태와 동일하도록, 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)는, 서로 인접해서(서로 나란하게) 연장되어 있으며, 또한 나선 형상으로 연장되어 있다. 또한, 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)는 점 대칭인 형상을 갖고, 서로 동일한 길이를 갖고 있다.
도 9는, 패드 접촉 부재(11)의 또 다른 실시 형태를 나타내는 수평 단면도이며, 도 10은, 도 9에 나타내는 패드 접촉 부재(11)와 톱 링(1)과의 위치 관계를 도시하는 평면도이다. 도 2에 도시하는 실시 형태와 동일하도록, 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)는, 서로 인접해서(서로 나란하게) 연장되어 있으며, 또한 나선 형상으로 연장되어 있다. 또한, 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)는, 점 대칭인 형상을 갖고, 서로 동일한 길이를 갖고 있다.
도 9에 도시한 바와 같이, 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)의 각각은, 곡률이 일정한 복수의 원호 유로(64)와, 이들 원호 유로(64)를 연결하는 복수의 경사 유로(65)로부터 기본적으로 구성되어 있다. 인접하는 2개의 원호 유로(64)는, 각 경사 유로(65)에 의해 연결되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)의 각각의 최외주부를, 패드 접촉 부재(11)의 최외주부에 배치할 수 있다. 즉, 패드 접촉 부재(11)의 하면으로 구성되는 패드 접촉면의 거의 전체는, 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)의 하방에 위치하고, 가열액 및 냉각액은 연마 패드(3)의 표면을 빠르게 가열 및 냉각할 수 있다.
도 11은, 패드 접촉 부재(11)의 또 다른 실시 형태를 나타내는 수평 단면도이며, 도 12는, 도 11에 도시하는 패드 접촉 부재(11)와 톱 링(1)과의 위치 관계를 도시하는 평면도이다. 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)는, 각각 반원 영역 내에 배치된, 복잡한 유로로 구성되어 있다. 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)는 연마 패드(3)의 반경 방향을 중심으로 해서 대칭이다. 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)는 연마 패드(3)의 주위 방향을 따라 배열되어 있다. 따라서, 연마 테이블(2)이 회전하고 있을 때, 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)가 배치되는 2개의 반원 영역은, 연마 패드(3)의 표면 내의 동일 영역에 접촉한다.
도 13은, 패드 접촉 부재(11)의 또 다른 실시 형태를 나타내는 수평 단면도이며, 도 14는, 도 13에 나타내는 패드 접촉 부재(11)와 톱 링(1)과의 위치 관계를 도시하는 평면도이다. 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)는, 서로 인접해서(서로 나란하게) 연장되어 있으며, 또한 지그재그로 연장되어 있다. 또한, 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)는, 점 대칭인 형상을 갖고, 서로 동일한 길이를 갖고 있다. 본 실시 형태에 있어서도, 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)는 연마 패드(3)의 주위 방향을 따라 배열되어 있다.
도 15는, 도 2에 도시하는 스파이럴 형상의 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)를 갖는 패드 접촉 부재(11)를 연마 패드(3)에 접촉시켰을 때의 패드 표면 온도의 변화를 나타내는 실험 데이터이다. 이 실험에서는, 제1 유량 제어 밸브(42)의 조작량과, 제2 유량 제어 밸브(56)의 조작량과의 총합이 100%가 되도록 제1 유량 제어 밸브(42) 및 제2 유량 제어 밸브(56)를 조작하였다. 목표 온도는 40℃, 50℃, 60℃였다. 도 15에서 알 수 있는 바와 같이, 연마 패드(3)의 표면 온도는 큰 헌팅을 수반하지 않고, 각 목표 온도로 유지되었다.
도 16은, 도 11에 도시하는 반원 형상으로 연장되는 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)를 갖는 패드 접촉 부재(11)를 연마 패드(3)에 접촉시켰을 때의 패드 표면 온도의 변화를 나타내는 실험 데이터이다. 이 실험에서도, 제1 유량 제어 밸브(42)의 조작량과, 제2 유량 제어 밸브(56)의 조작량과의 총합이 100%가 되도록 제1 유량 제어 밸브(42) 및 제2 유량 제어 밸브(56)를 조작하였다. 목표 온도는 40℃, 50℃, 60℃였다. 도 16에서 알 수 있는 바와 같이, 연마 패드(3)의 표면 온도는 큰 헌팅을 수반하지 않고, 각 목표 온도로 유지되었다.
도 17은, 도 13에 나타내는 지그재그 형상의 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)를 갖는 패드 접촉 부재(11)를 연마 패드(3)에 접촉시켰을 때의 패드 표면 온도의 변화를 나타내는 실험 데이터이다. 이 실험에서도, 제1 유량 제어 밸브(42)의 조작량과, 제2 유량 제어 밸브(56)의 조작량과의 총합이 100%가 되도록 제1 유량 제어 밸브(42) 및 제2 유량 제어 밸브(56)를 조작하였다. 목표 온도는 40℃, 50℃, 60℃였다. 도 17에서 알 수 있는 바와 같이, 연마 패드(3)의 표면 온도는 큰 헌팅을 수반하지 않고, 각 목표 온도로 유지되었다.
이어서, 패드 표면 온도의 균일성에 대해서 조사한 실험 결과를 설명한다. 도 18은, 도 2에 도시하는 스파이럴 형상의 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)를 갖는 패드 접촉 부재(11)를 연마 패드(3)에 접촉시켰을 때의 패드 표면 온도의 분포를 나타내는 그래프이다. 도 19는, 도 11에 도시하는 반원 형상으로 연장되는 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)를 갖는 패드 접촉 부재(11)를 연마 패드(3)에 접촉시켰을 때의 패드 표면 온도의 분포를 나타내는 그래프이다. 도 20은, 도 13에 나타내는 지그재그 형상의 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)를 갖는 패드 접촉 부재(11)를 연마 패드(3)에 접촉시켰을 때의 패드 표면 온도의 분포를 나타내는 그래프이다. 도 18 내지 도 20에 있어서, 패드 표면 온도의 분포는 연마 패드(3)의 반경 방향의 분포를 나타내고 있다.
도 18 내지 도 20에 나타내는 실험은, 모두 동일 조건으로 실시하였다. 연마 패드(3)의 표면 목표 온도는 55℃였다. 연마 테이블(2)의 중심으로부터 패드 접촉 부재(11)의 중심까지의 거리는, 연마 테이블(2)의 중심으로부터 톱 링(1)의 중심까지의 거리와 같았다. 도 18 내지 도 20에 나타내는 실험에서 알 수 있는 바와 같이, 패드 표면 온도의 균일성에 관해서, 반원 형상으로 연장되는 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)를 갖는 패드 접촉 부재(11)는, 권취 형상의 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)를 갖는 패드 접촉 부재(11)보다도 양호하며, 권취 형상의 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)를 갖는 패드 접촉 부재(11)는 지그재그 형상의 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)를 갖는 패드 접촉 부재(11)보다도 양호하였다.
이어서, 패드 온도 조정 장치(5)를 사용해서 웨이퍼(W)를 연마하는 일 실시 형태에 대해서 도 21을 참조하여 설명한다. 이하에 설명하는 실시 형태에서는, 웨이퍼(W)의 연마 중에, 연마 패드(3)의 표면 목표 온도를 제1 목표 온도에서 제2 목표 온도로 변화시키지만, 일 실시 형태에서는 웨이퍼(W)의 연마 중에 목표 온도를 일정하게 유지해도 된다.
본 실시 형태에서는, 웨이퍼(W)의 연마가 개시되기 전에, 패드 접촉 부재(11)를 연마 패드(3)의 표면(연마면)에 접촉시켜, 연마 패드(3)의 표면을 미리 가열한다(전가열 공정). 이 전가열 공정에서는, 연마 패드(3)의 표면의 목표 온도는 최댓값으로 설정된다. 패드 표면 온도가 제1 목표 온도를 상회하면, 연마 패드(3)의 표면 목표 온도는 최댓값으로부터 제1 목표 온도로 전환할 수 있다. 제1 목표 온도는, 최댓값보다도 낮은 온도이다. 또한, 웨이퍼(W)가 연마 패드(3)의 표면에 접촉하고, 웨이퍼(W)의 연마가 개시된다(제1 연마 공정). 연마 패드(3)의 표면은, 웨이퍼(W)의 연마가 개시되기 전에 미리 가열되어 있으므로, 높은 연마율로 웨이퍼(W)의 연마를 개시할 수 있다.
제1 연마 공정이 개시되고 나서 소정의 시간이 경과되었을 때, 또는 웨이퍼(W)의 막 두께가 소정의 값에 달했을 때, 웨이퍼(W)가 연마 패드(3)에 접촉한 채, 연마 패드(3)의 표면 목표 온도는 제1 목표 온도에서 제2 목표 온도로 바뀐다. 연마 패드(3)의 표면 온도가 제2 목표 온도로 유지된 상태에서 웨이퍼(W)가 연마된다(제2 연마 공정).
본 실시 형태에 따르면, 연마 패드(3)의 표면 온도를 제2 목표 온도보다도 높은 제1 목표 온도로 유지하면서 제1 연마 공정이 행하여지므로, 높은 연마율로 웨이퍼(W)를 연마할 수 있다. 제2 연마 공정에서는, 낮은 연마율로 웨이퍼(W)가 연마되므로, 웨이퍼(W)의 막 두께 프로파일을 정밀하게 조정할 수 있다.
도 22는, 패드 온도 조정 장치(5)의 다른 실시 형태를 도시하는 도면이다. 특별히 설명하지 않는 본 실시 형태의 구성 및 동작은, 도 2에 도시하는 패드 온도 조정 장치(5)와 동일하므로, 그 중복되는 설명을 생략한다. 또한, 도 22에서는, 톱 링(1) 및 연마액 공급 노즐(4)의 도시는 생략되어 있다. 도 22에 도시한 바와 같이, 복수의 패드 온도 측정기(39)가 연마 패드(3)의 반경 방향을 따라서 배열되어 있다. 본 실시 형태에서는, 3개의 패드 온도 측정기(39)가 배치되어 있지만, 2개라도 되고, 또는 4개 이상이어도 된다. 복수의 패드 온도 측정기(39)는, 밸브 제어부(40)에 접속되어 있다.
패드 접촉 부재(11)는, 슬라이드 기구(71)에 보유 지지되고 있다. 이 슬라이드 기구(71)는, 패드 접촉 부재(11)의 하면(즉 패드 접촉면)이 연마 패드(3)의 표면에 접촉한 상태에서, 패드 접촉 부재(11)를 연마 패드(3)의 반경 방향으로 이동시키는 것이 가능하게 구성되어 있다. 슬라이드 기구(71)로서는, 서보 모터와 볼 나사 기구의 조합 또는 에어 실린더 등으로 구성된다.
밸브 제어부(40)는, 패드 온도 측정기(39)에 의해 측정된 패드 표면 온도에 기초하여, 패드 표면 온도의 분포가 목표 온도 분포가 되도록 슬라이드 기구(71)를 조작한다. 이와 같이, 패드 표면 온도의 분포를 제어함으로써, 연마 패드(3) 상에서 연마되는 웨이퍼(W)의 막 두께 프로파일을 제어할 수 있다.
도 23은, 패드 온도 조정 장치(5)의 또 다른 실시 형태를 도시하는 도면이다. 연마 패드(3)를 급속하게 따뜻하게 하고 싶거나, 또는 차게 하고 싶은 경우, 패드 접촉 부재(11) 내에 남아 있는 냉각수액 또는 가열액이 급가열, 급냉각의 방해가 된다. 도 23에 나타내는 실시 형태는, 연마 패드(3)를 급속하게 가열 및 급속하게 냉각하는데 적합하다.
도 23에 도시한 바와 같이, 패드 온도 조정 장치(5)는 패드 접촉 부재(11)의 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)에 각각 접속된 제1 가열액 공급관(32A) 및 제2 가열액 공급관(32B)과, 패드 접촉 부재(11)의 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)에 각각 접속된 제1 가열액 복귀관(33A) 및 제2 가열액 복귀관(33B)을 구비하고 있다. 제2 가열액 공급관(32B)은 가열액 공급 탱크(31)에 접속되어 있고, 제1 가열액 공급관(32A)은 제2 가열액 공급관(32B)으로부터 분기되어 있다. 제1 가열액 복귀관(33A) 및 제2 가열액 복귀관(33B)은, 가열액 공급 탱크(31)에 접속되어 있다.
냉각액 공급관(51)은 제1 가열액 공급관(32A)에 접속되어 있고, 냉각액 배출관(52)은 제1 가열액 복귀관(33A)에 접속되어 있다. 냉각액 공급관(51)으로부터 분기하는 제1 분기관(81)은 제2 가열액 공급관(32B)에 접속되고, 냉각액 배출관(52)으로부터 분기하는 제2 분기관(84)은 제2 가열액 복귀관(33B)에 접속되어 있다.
제1 가열액 공급관(32A)에는 개폐 밸브 V1 및 유량 제어 밸브 R1가 설치되어 있고, 제2 가열액 공급관(32B)에는 개폐 밸브 V5 및 유량 제어 밸브 R2가 설치되어 있다. 냉각액 공급관(51)에는 개폐 밸브 V2가 설치되고, 냉각액 배출관(52)에는 개폐 밸브 V4가 설치되어 있다. 제1 가열액 복귀관(33A)에는 개폐 밸브 V3이 설치되고, 제2 가열액 복귀관(33B)에는 개폐 밸브 V7이 설치되어 있다. 또한, 제1 분기관(81)에는 개폐 밸브 V6이 설치되고, 제2 분기관(84)에는 개폐 밸브 V8이 설치되어 있다. 이들 모든 개폐 밸브 및 유량 제어 밸브는 밸브 제어부(40)에 접속되어 있고, 밸브 제어부(40)에 의해 조작된다.
연마 패드(3)를 급속하게 가열할 경우에는, 밸브 제어부(40)는 개폐 밸브 V1, V3, V5, V7을 개방하고, 개폐 밸브 V2, V4, V6, V8을 폐쇄한다. 유량 제어 밸브 R1, R2는 완전 개방이 된다. 가열액은 제1 가열액 공급관(32A) 및 제2 가열액 공급관(32B)을 지나 패드 접촉 부재(11)의 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)의 양쪽에 공급되고, 다시 제1 가열액 복귀관(33A) 및 제2 가열액 복귀관(33B)을 지나 가열액 공급 탱크(31)로 복귀된다. 이와 같이, 패드 접촉 부재(11)의 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)의 양쪽에 가열액이 공급되므로, 패드 접촉 부재(11)는 연마 패드(3)를 급속하게 가열할 수 있다.
연마 패드(3)의 표면 온도가 임계치를 초과하면, 밸브 제어부(40)는 개폐 밸브 V1, V3을 계속 개방한 채, 개폐 밸브 V6, V8을 개방하고, 다시 개폐 밸브 V2, V4를 계속 폐쇄한 채, 개폐 밸브 V5, V7을 폐쇄한다. 유량 제어 밸브 R1, R2는, 목표 온도와 연마 패드(3)의 표면 온도와의 차에 기초하여 밸브 제어부(40)에 의해 PID 제어된다.
연마 패드(3)를 급속하게 냉각할 경우에는, 밸브 제어부(40)는 개폐 밸브 V1, V3, V5, V7을 폐쇄하고, 개폐 밸브 V2, V4, V6, V8을 개방한다. 유량 제어 밸브 R1, R2는 완전 개방이 된다. 냉각액은 냉각액 공급관(51), 제1 가열액 공급관(32A), 제1 분기관(81) 및 제2 가열액 공급관(32B)을 지나 패드 접촉 부재(11)의 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)의 양쪽에 공급된다. 또한, 냉각액은 제1 가열액 복귀관(33A), 제2 가열액 복귀관(33B), 제2 분기관(84) 및 냉각액 배출관(52)을 지나서 배출된다. 이와 같이, 패드 접촉 부재(11)의 가열 유로(61) 및 냉각 유로(62)의 양쪽에 냉각액이 공급되므로, 패드 접촉 부재(11)는 연마 패드(3)를 급속하게 냉각할 수 있다.
연마 패드(3)의 표면 온도가 임계치를 하회하면, 밸브 제어부(40)는 개폐 밸브 V5, V7을 계속 폐쇄한 채, 개폐 밸브 V1, V3을 개방하고, 다시 개폐 밸브 V6, V8을 계속 개방한 채, 개폐 밸브 V2, V4를 폐쇄한다. 유량 제어 밸브 R1, R2는, 목표 온도와 연마 패드(3)의 표면 온도와의 차에 기초하여 밸브 제어부(40)에 의해 PID 제어된다.
패드 온도 조정 장치(5)의 동작이, 상술한 패드 급속 냉각 동작으로부터 통상의 패드 온도 제어 동작으로 전환될 때, 개폐 밸브 V3을 개방하는 타이밍이 너무 빠르면, 냉각액이 가열액 공급 탱크(31)로 유입되어, 패드 접촉 부재(11)에 공급되는 가열액의 온도가 저하될 우려가 있다. 따라서, 도 24에 도시한 바와 같이, 온도 센서 또는 열전대 등의 온도 검출기(90)를 제1 가열액 복귀관(33A)에 설치하는 것이 바람직하다. 온도 검출기(90)는, 패드 접촉 부재(11)와 개폐 밸브 V3 사이에 배치된다. 바람직하게는, 온도 검출기(90)는 개폐 밸브 V3의 근방에 배치된다. 온도 검출기(90)는 밸브 제어부(40)에 접속되어 있다.
연마 패드(3)의 급속 냉각 중, 개폐 밸브 V2, V4, V6, V8은 개방되어 있고, 개폐 밸브 V1, V3, V5, V7은 폐쇄되어 있다. 패드 표면 온도가 상술한 임계치를 하회하면, 개폐 밸브 V1은 개방되지만, 개폐 밸브 V3은 바로 개방되지 않는다. 제1 가열액 복귀관(33A)을 흐르는 액체의 온도가 설정값 이상인 것을 온도 검출기(90)가 검출하면, 밸브 제어부(40)는 개폐 밸브 V3을 개방하고, 개폐 밸브 V4를 폐쇄한다. 이러한 조작에 의해, 패드 접촉 부재(11) 및 제1 가열액 복귀관(33A)에 잔류하는 냉각액이 가열액 공급 탱크(31)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
제1 가열액 공급관(32A) 및 제1 가열액 복귀관(33A)을 흐르는 액체를 가열액에서 냉각액으로 전환할 경우에는, 제1 가열액 복귀관(33A)을 흐르는 액체의 온도가 설정값(상술한 설정값과 다른) 이하가 된 것을 온도 검출기(90)가 검출할 때까지, 개폐 밸브 V3을 계속 개방한 채 가열액을 가열액 공급 탱크(31)로 복귀시켜도 된다. 이러한 조작에 의해, 가열액을 버리는 양을 줄여서, 가열액을 효율적으로 순환할 수 있다.
상술한 실시 형태는, 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 사람이 본 발명을 실시할 수 있는 것을 목적으로 해서 기재된 것이다. 상기 실시 형태의 다양한 변형예는, 당업자라면 당연히 이룰 수 있는 것이며, 본 발명의 기술적 사상은 다른 실시 형태에도 적용할 수 있는 것이다. 따라서, 본 발명은 기재된 실시 형태에 한정되지 않고, 특허 청구의 범위에 의해 정의되는 기술적 사상을 따른 가장 넓은 범위로 해석되는 것이다.
1 : 톱 링
2 : 연마 테이블
3 : 연마 패드
4 : 연마액 공급 노즐
5 : 패드 온도 조정 장치
11 : 패드 접촉 부재
30 : 액체 공급 시스템
31 : 가열액 공급 탱크
32 : 가열액 공급관
33 : 가열액 복귀관
39 : 패드 온도 측정기
40 : 밸브 제어부
41 : 제1 개폐 밸브
42 : 제1 유량 제어 밸브
51 : 냉각액 공급관
52 : 냉각액 배출관
55 : 제2 개폐 밸브
56 : 제2 유량 제어 밸브
61 : 가열 유로
62 : 냉각 유로
64 : 원호 유로
65 : 경사 유로
71 : 슬라이드 기구
81 : 제1 분기관
82 : 제1 분기 밸브
84 : 제2 분기관
90 : 온도 검출기

Claims (15)

  1. 연마 패드의 표면 온도를 조정하기 위한 장치이며,
    상기 연마 패드의 표면과 열교환을 하도록 구성되고, 또한 가열 유로 및 냉각 유로가 내부에 형성된 패드 접촉 부재와,
    상기 가열 유로에 접속된 가열액 공급관 및 가열액 복귀관과,
    상기 냉각 유로에 접속된 냉각액 공급관 및 냉각액 배출관과,
    상기 가열액 공급관에 설치된 제1 유량 제어 밸브와,
    상기 냉각액 공급관에 설치된 제2 유량 제어 밸브와,
    상기 연마 패드의 표면 온도를 측정하는 패드 온도 측정기와,
    상기 연마 패드의 표면 온도에 기초하여, 상기 제1 유량 제어 밸브 및 상기 제2 유량 제어 밸브를 조작하는 밸브 제어부를 구비하고,
    상기 가열 유로 및 상기 냉각 유로는, 서로 인접하여 연장되어 있으며, 또한 나선 형상으로 연장되어 있고,
    상기 가열 유로 및 상기 냉각 유로는, 복수의 제1 원호 유로 및 복수의 제2 원호 유로를 각각 갖고 있고, 상기 복수의 제1 원호 유로 및 상기 복수의 제2 원호 유로는, 상기 패드 접촉 부재의 중심으로부터 외주를 향하는 방향을 따라서 교호로 배열되어 있고,
    상기 가열 유로는, 제1 입구 및 제1 출구를 갖고,
    상기 냉각 유로는, 제2 입구 및 제2 출구를 갖고,
    상기 제1 입구 및 상기 제2 입구는, 상기 패드 접촉 부재의 외주에 배열되어 있고,
    상기 제1 출구 및 상기 제2 출구는, 상기 패드 접촉 부재의 중심에 배열되어 있고,
    상기 가열액 공급관은, 상기 가열 유로의 상기 제1 입구에 접속되고,
    상기 가열액 복귀관은, 상기 가열 유로의 상기 제1 출구에 접속되고,
    상기 냉각액 공급관은, 상기 냉각 유로의 상기 제2 입구에 접속되고,
    상기 냉각액 배출관은, 상기 냉각 유로의 상기 제2 출구에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가열 유로 및 상기 냉각 유로는, 상기 연마 패드의 반경 방향에 관하여 대칭인 것을 특징으로 하는, 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 밸브 제어부는 목표 온도와 상기 연마 패드의 표면 온도와의 차를 없애기 위해서 필요한 상기 제1 유량 제어 밸브 및 상기 제2 유량 제어 밸브의 조작량을 결정하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 유량 제어 밸브 및 상기 제2 유량 제어 밸브의 각각의 조작량을 0%에서 100%까지의 수치로 나타냈을 때에, 상기 밸브 제어부는, 상기 제1 유량 제어 밸브 및 상기 제2 유량 제어 밸브 중 한쪽 조작량을 100%에서 빼는 것으로, 상기 제1 유량 제어 밸브 및 상기 제2 유량 제어 밸브 중 다른 쪽의 조작량을 결정하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 가열 유로는, 상기 복수의 제1 원호 유로를 연결하는 복수의 제1 경사 유로를 갖고,
    상기 냉각 유로는, 상기 복수의 제2 원호 유로를 연결하는 복수의 제2 경사 유로를 갖는 것을 특징으로 하는, 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 복수의 제1 원호 유로의 각각은 일정의 곡률을 갖고, 상기 복수의 제2 원호 유로의 각각은 일정의 곡률을 갖는 것을 특징으로 하는, 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 복수의 제1 원호 유로 중 가장 외주측의 제1 원호 유로와, 상기 복수의 제2 원호 유로 증 가장 외주측의 제2 원호 유로는, 상기 패드 접촉 부재의 외주에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는, 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 가열 유로 및 상기 냉각 유로는, 점 대칭인 형상을 갖고, 서로 동일한 길이를 갖고 있는 것을 특징으로 하는, 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 복수의 제1 원호 유로 중 가장 외주측의 제1 원호 유로는 상기 제1 입구를 갖고, 상기 복수의 제2 원호 유로 증 가장 외주측의 제2 원호 유로는 상기 제2 입구를 갖는 것을 특징으로 하는, 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1 입구 및 상기 제2 입구는, 상기 패드 접촉 부재의 중심에 관하여 대칭으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치.
  11. 연마 패드의 표면 온도를 조정하기 위한 장치이며,
    상기 연마 패드의 표면과 열교환을 하도록 구성되고, 또한 가열 유로 및 냉각 유로가 내부에 형성된 패드 접촉 부재와,
    상기 가열 유로에 접속된 가열액 공급관 및 가열액 복귀관과,
    상기 냉각 유로에 접속된 냉각액 공급관 및 냉각액 배출관과,
    상기 가열액 공급관에 설치된 제1 유량 제어 밸브와,
    상기 냉각액 공급관에 설치된 제2 유량 제어 밸브와,
    상기 연마 패드의 표면 온도를 측정하는 패드 온도 측정기와,
    상기 연마 패드의 표면 온도에 기초하여, 상기 제1 유량 제어 밸브 및 상기 제2 유량 제어 밸브를 조작하는 밸브 제어부를 구비하고,
    상기 가열 유로는, 제1 입구 및 제1 출구를 갖고,
    상기 냉각 유로는, 제2 입구 및 제2 출구를 갖고,
    상기 제1 입구 및 상기 제2 입구는, 상기 패드 접촉 부재의 외주에 배열되어 있고,
    상기 제1 출구 및 상기 제2 출구는, 상기 패드 접촉 부재의 중심에 배열되어 있고,
    상기 가열액 공급관은, 상기 가열 유로의 상기 제1 입구에 접속되고,
    상기 가열액 복귀관은, 상기 가열 유로의 상기 제1 출구에 접속되고,
    상기 냉각액 공급관은, 상기 냉각 유로의 상기 제2 입구에 접속되고,
    상기 냉각액 배출관은, 상기 냉각 유로의 상기 제2 출구에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 가열 유로 및 상기 냉각 유로는, 서로 인접하여 연장되어 있고, 또한 나선 형상으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 가열 유로는, 복수의 제1 경사 유로를 갖고,
    상기 냉각 유로는, 복수의 제2 경사 유로를 갖는 것을 특징으로 하는, 장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 가열 유로 및 상기 냉각 유로는, 점 대칭인 형상을 갖고, 서로 동일한 길이를 갖고 있는 것을 특징으로 하는, 장치.
  15. 제11항에 있어서, 상기 제1 입구 및 상기 제2 입구는, 상기 패드 접촉 부재의 중심에 관하여 대칭으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치.
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