KR20220148106A

KR20220148106A - 연마 장치, 및 연마 방법

Info

Publication number: KR20220148106A
Application number: KR1020220048994A
Authority: KR
Inventors: 반 이토; 야수유키 모토시마; 승호 윤; 슈지 우오즈미; 숨페이 미우라; 히사노리 마추오; 케니치 수즈키
Original assignee: 에바라코포레이숀
Priority date: 2021-04-28
Filing date: 2022-04-20
Publication date: 2022-11-04
Also published as: TW202242990A; US20220347814A1; CN115302398A

Abstract

기판에 스크래치 등의 결함 및 오염을 발생시키는 일 없이, 원하는 연마 성능으로 기판을 연마하는 것이 가능한 연마 장치를 제공한다. 연마 장치는, 연마 패드(3)를 지지하기 위한 연마 테이블(2)과, 기판(W)을 연마 패드(3)의 연마면에 눌러붙여서 기판(W)을 연마하는 연마 헤드(1)와, 연마면의 온도를 측정하는 패드 온도 측정기(10)와, 연마면의 온도를 조정하는 패드 온도 조정 장치(5)와, 패드 온도 측정기(10)에 의해 측정된 연마면의 온도에 기초하여 패드 온도 조정 장치(5)의 동작을 제어하는 제어 장치(40)를 구비한다. 패드 온도 조정 장치(5)는, 연마면으로부터 상방으로 이간하여 배치된 패드 가열기(11)를 포함하고, 그 패드 가열기(11)는, 연마 패드(3)의 대략 반경 방향으로 연장되는 장척부(11a)와, 그 장척부(11a)의 길이 방향을 따라 형성되며, 연마면을 향해 가열 유체를 분사하기 위한 슬릿 형상의 분사구(11b)를 갖는다.

Description

연마 장치, 및 연마 방법{POLISHING APPARATUS AND POLISHING METHOD}

본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 기판을 연마 패드에 슬라이딩 접촉시켜 연마하는 연마 장치 및 연마 방법에 관한 것으로, 특히 연마 패드의 표면 온도를 조정하면서 기판을 연마하는 연마 장치 및 연마 방법에 관한 것이다.

CMP(Chemical　Mechanical　Polishing) 장치는, 반도체 디바이스의 제조에서, 기판의 표면을 연마하는 공정에 사용된다. CMP 장치는, 기판을 연마 헤드로 보유지지하여 기판을 회전시키고, 또한, 회전하는 연마 테이블상의 연마 패드에 기판을 눌려붙여서 기판의 표면을 연마한다. 연마 중, 연마 패드에는 연마액(슬러리)이 공급되고, 기판의 표면은, 연마액의 화학적 작용과 연마액에 포함되는 지립(砥粒; abrasive grain)의 기계적 작용에 의해 평탄화된다.

기판의 연마 레이트는, 기판의 연마 패드에 대한 연마 하중 뿐만 아니라, 연마 패드의 표면 온도에도 의존한다. 이는, 기판에 대한 연마액의 화학적 작용이 온도에 의존하기 때문이다. 따라서, 반도체 디바이스의 제조에서는, 기판의 연마 레이트를 올려서 더욱 일정하게 유지하기 위해, 기판 연마 중인 연마 패드의 표면 온도를 최적의 값으로 유지하는 것이 중요해진다.

그래서, 연마 패드의 표면 온도를 조정하기 위한 패드 온도 조정 장치가 종래부터 사용되고 있다(예를 들어, 특허문헌 1, 특허문헌 2 참조). 패드 온도 조정 장치는, 연마 패드의 표면에 접촉하여, 온도 조정된 가열액 및 냉각액이 공급되는 패드 접촉 부재(또는, 열교환기)를 갖고 있다. 패드 접촉 부재에 공급되는 가열액의 유량과 냉각액의 유량을 조정함으로써, 기판 연마 중인 연마 패드의 표면 온도를 원하는 온도로 유지할 수 있다.

그렇지만, 패드 온도 조정 장치의 패드 접촉 부재는, 기판의 연마 중에 필연적으로 연마액에 접촉하므로, 패드 접촉 부재에, 연마액에 포함되는 지립 및 연마 패드의 마모 가루 등의 오물이 부착한다. 오물이 기판의 연마 중에 패드 접촉 부재에서 탈락하면, 기판을 오염시키거나, 기판에 스크래치 등의 결함을 일으키게 되어 버린다. 또한, 패드 접촉 부재에서 탈락한 오물이 연마 패드의 표면 상태를 악화시킬 우려가 있어서, 연마 성능에 악영향을 줄 수도 있다.

특허문헌 1: 일본 공개특허 2012－176449호 공보 특허문헌 2: 일본 공개특허 2017－148933호 공보

본 발명은, 기판에 스크래치 등의 결함 및 오염을 발생시키는 일 없이, 원하는 연마 성능으로 기판을 연마하는 것이 가능한 연마 장치 및 연마 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

일 태양에서는, 연마 패드를 지지하기 위한 연마 테이블과, 기판을 상기 연마 패드의 연마면에 눌러붙여서 상기 기판을 연마하는 연마 헤드와, 상기 연마면의 온도를 측정하는 패드 온도 측정기와, 상기 연마면의 온도를 조정하는 패드 온도 조정 장치와, 상기 패드 온도 측정기에 의해 측정된 상기 연마면의 온도에 기초하여 상기 패드 온도 조정 장치의 동작을 제어하는 제어 장치를 구비하고, 상기 패드 온도 조정 장치는, 상기 연마면으로부터 상방으로 이간하여 배치된 패드 가열기를 포함하며, 상기 패드 가열기는, 상기 연마 패드의 대략 반경 방향으로 연장되는 장척부(長尺部)와, 그 장척부의 길이 방향을 따라 형성되며, 상기 연마면을 향해 가열 유체를 분사하기 위한 슬릿 형상의 분사구를 갖는, 연마 장치가 제공된다.

일 태양에서는, 상기 패드 온도 조정 장치는, 상기 패드 가열기를 상기 연마면에 대해 상하 이동시키는 상하 이동 기구를 더 구비한다.

일 태양에서는, 상기 패드 온도 조정 장치는, 상기 패드 가열기를 상기 연마면에 대해 수평 방향으로 회동시키는 회동 기구를 더 구비한다.

일 태양에서는, 상기 패드 온도 조정 장치는, 상기 패드 가열기를 그 길이 방향축을 중심으로 회전시키는 회전 기구를 더 구비한다.

일 태양에서는, 상기 패드 온도 조정 장치는, 상기 분사구의 개방도를 조정하는 셔터 기구를 더 구비한다.

일 태양에서는, 상기 패드 온도 측정기는, 상기 연마 패드의 반경 방향을 따르는 온도 프로파일을 측정 가능한 측정기이고, 상기 셔터 기구는, 상기 패드 가열기의 분사구의 길이 방향을 따라 배열된 피에조 소자로 구성된다.

일 태양에서는, 상기 제어 장치는, 상기 온도 프로파일에 기초하여, 각 피에조 소자의 신축량을 조정한다.

일 태양에서는, 상기 패드 온도 조정 장치는, 상기 연마면에 냉각 유체를 분사하여 그 연마면을 냉각하는 냉각 기구를 더 구비한다.

일 태양에서는, 상기 냉각 기구는, 상기 연마면으로부터 상방으로 이간하여 배치된 패드 냉각기를 포함하고, 상기 패드 온도 조정 장치는, 상기 패드 냉각기를 그 길이 방향축을 중심으로 회전시키는 회전 기구를 더 구비한다.

일 태양에서는, 상기 냉각 기구는, 상기 연마면으로부터 상방으로 이간하여 배치된 패드 냉각기를 포함하고, 상기 패드 냉각기는, 상기 연마 패드의 대략 반경 방향으로 연장되는 장척부와, 상기 장척부의 길이 방향을 따라 배열되며, 상기 연마면을 향해 상기 냉각 유체를 분사하기 위한 복수의 분사구를 갖고 있으며, 상기 냉각 기구는, 상기 패드 냉각기의 복수의 분사구의 개방도를 조정하는 셔터 기구를 더 구비한다.

일 태양에서는, 상기 냉각 기구는, 상기 연마면으로부터 상방으로 이간하여 배치된 패드 냉각기를 포함하고, 상기 냉각 기구는, 상기 패드 냉각기에 부착된 안내판과, 상기 안내판을 회동시키는 액츄에이터를 더 구비한다.

일 태양에서는, 상기 패드 온도 조정 장치는, 상기 연마면의 상방에 배치되며 상기 연마면의 상방의 공기를 흡인하는 흡인 기구를 더 구비한다.

일 태양에서는, 상기 패드 온도 조정 장치는, 상기 패드 가열기 내에 배치된 히터를 더 구비한다.

일 태양에서는, 상기 연마 테이블은, 연마실에 배치되어 있고, 상기 패드 온도 조정 장치는, 상기 연마실 내의 압력이 소정의 값으로 유지되도록, 상기 연마실 내의 공기를 흡인하는 연마실 흡인 장치를 더 구비한다.

일 태양에서는, 상기 패드 가열기를 상기 연마 패드의 측방의 대피 위치에서 세정하는 세정 장치를 더 구비한다.

일 태양에서는, 상기 가열 유체는 과열 증기이다.

일 태양에서는, 상기 제어 장치는, 상기 연마 패드의 표면 온도의 제어를 개시시킬 때에, 패드 온도 조절 개시 동작을 실행하고, 상기 패드 온도 조절 개시 동작은, 상기 연마면의 온도를 목표 온도에 도달시키기 위해 산출된 상기 가열 유체의 유량 및/또는 온도보다도 큰 유량 및/또는 온도를 가진 상기 가열 유체를 상기 패드 가열기에 공급하는 동작이다.

일 태양에서는, 상기 패드 온도 조정 장치는, 상기 가열 유체를 상기 패드 가열기에 공급하는 가열 유체 공급 라인과, 상기 가열 유체 공급 라인에 배치된 유량 조정기를 더 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 패드 온도 조절 개시 동작 중에, 상기 유량 조정기를 이용하여 상기 가열 유체의 유량을 증대시킨다.

일 태양에서는, 상기 제어 장치는, 상기 연마 패드의 연마면의 온도가 상기 목표 온도에 도달하면, 상기 패드 온도 조절 개시 동작을 종료시킨다.

일 태양에서는, 연마 패드의 연마면의 온도를, 상기 연마면으로부터 상방으로 이간하여 배치된 패드 가열기로 조정하면서, 기판을 상기 연마면에 눌러붙여서 상기 기판을 연마하는 연마 방법으로서, 상기 연마면의 온도의 제어를 개시시킬 때에, 패드 온도 조절 개시 동작을 실행하여 상기 연마면의 온도를 목표 온도에 도달시키고, 상기 기판의 연마 중, 상기 연마면의 온도를 측정하는 패드 온도 측정기에 의해 측정된 상기 연마면의 온도에 기초하여, 상기 패드 가열기의 장척부에 형성된 슬릿 형상의 분사구로부터 가열 유체를 분사하여, 상기 연마면의 온도를 상기 목표 온도로 유지하며, 상기 패드 온도 조절 개시 동작은, 상기 연마면의 온도를 목표 온도에 도달시키기 위해 산출된 상기 가열 유체의 유량 및/또는 온도보다도 큰 유량 및/또는 온도를 가진 상기 가열 유체를 상기 패드 가열기에 공급하는 동작인, 연마 방법이 제공된다.

일 태양에서는, 상기 연마면의 온도를 상기 목표 온도로 유지하는 공정은, 상기 가열 유체의 온도 및/또는 유량의 조정, 상기 연마면에 대한 상기 패드 가열기의 상하 이동의 조정, 상기 연마면에 대한 상기 패드 가열기의 수평 방향의 회동 동작의 조정, 및 상기 패드 가열기를 그 길이 방향축을 중심으로 회전시키는 회전 동작의 조정 중 적어도 하나에 의해 행해진다.

일 태양에서는, 상기 가열 유체의 유량의 조정은, 상기 패드 가열기의 분사구의 개방도를 조정 가능한 셔터에 의해 행해진다.

일 태양에서는, 상기 패드 온도 측정기는, 상기 연마 패드의 반경 방향을 따르는 온도 프로파일을 측정 가능한 측정기이고, 상기 셔터는, 상기 패드 가열기의 분사구의 길이 방향을 따라 배열된 피에조 소자로 구성되며, 상기 가열 유체의 유량의 조정은, 상기 온도 프로파일에 기초하여, 각 피에조 소자의 신축량을 조정함으로써 행해진다.

일 태양에서는, 상기 연마면의 온도를 상기 목표 온도로 유지하는 공정은, 상기 패드 가열기와, 상기 연마면에 냉각 유체를 분사하여 그 연마면을 냉각하는 냉각 기구에 의해 행해진다.

일 태양에서는, 상기 냉각 기구는, 상기 연마면으로부터 상방으로 이간하여 배치된 패드 냉각기를 포함하고, 상기 패드 냉각기는, 상기 연마 패드의 대략 반경 방향으로 연장되는 장척부와, 상기 장척부의 길이 방향을 따라 배열되며, 상기 연마면을 향해 상기 냉각 유체를 분사하기 위한 복수의 분사구를 갖고 있으며, 상기 연마면의 온도를 상기 목표 온도로 유지하는 공정은, 상기 패드 냉각기를 그 길이 방향축을 중심으로 회전시키는 회전 동작의 조정, 셔터에 의한 상기 패드 냉각기의 복수의 분사구의 개방도의 조정, 및 상기 패드 냉각기에 부착된 안내판의 회동 동작의 조정 중 적어도 하나를 더 추가하여 행해진다.

일 태양에서는, 상기 패드 온도 조절 개시 동작은, 상기 가열 유체를 상기 패드 가열기에 공급하는 가열 유체 공급 라인에 배치된 유량 조정기를 이용하여 상기 가열 유체의 유량을 증대시키는 동작이다.

일 태양에서는, 상기 연마 패드의 연마면의 온도가 상기 목표 온도에 도달하면, 상기 패드 온도 조절 개시 동작을 종료시킨다.

본 발명에 의하면, 패드 온도 조정 장치는, 연마 패드의 연마면과 비접촉식으로 그 연마 패드의 연마면의 온도를 소정의 목표 온도로 조정하므로, 패드 온도 조정 장치는, 연마액에 포함되는 지립 및 연마 패드의 마모 가루 등의 오물이 부착하는 구성 요소를 갖지 않는다. 그 결과, 패드 온도 조정 장치에서 탈락한 오물에 기인한 스크래치 등의 결함 및 오염이 기판에 생기는 것이 방지된다. 또한, 패드 온도 조정 장치에서 탈락한 오물에 의해, 연마 패드의 표면 상태가 변화하는 일도 없으므로, 연마 패드의 연마면의 온도가 소정의 목표 온도로 유지되고 있을 때에 발휘되는 원하는 연마 레이트로 기판을 연마할 수 있다.

도 1은, 일 실시형태에 관한 연마 장치를 나타내는 모식도이다.
도 2는, 일 실시형태에 관한 가열 유체 공급 시스템과 냉각 유체 공급 시스템을 나타내는 모식도이다.
도 3의 (a)는, 일 실시형태에 관한 패드 가열기를 나타내는 모식도이고, 도 3의 (b)는, 도 3의 (a)에 나타내는 패드 가열기의 단면도이며, 도 3의 (c)는, 연마 패드(3)에 대한 패드 가열기의 배치의 일 예를 나타내는 평면도이다.
도 4의 (a)는, 일 실시형태에 관한 패드 냉각기의 모식도이고, 도 4의 (b)는, 도 4의 (a)에 나타내는 패드 냉각기의 단면도이다.
도 5의 (a)는, 일 실시형태에 관한 흡인 노즐의 모식도이고, 도 5의 (b)는, 도 5의 (a)에 나타내는 흡인 노즐의 단면도이다.
도 6의 (a)는, 패드 가열기의 장척부 및 패드 냉각기의 장척부를 일체로 형성한 일 예를 나타내는 도면이고, 도 6의 (b)는, 패드 가열기의 장척부 및 패드 냉각기의 장척부 모두의 기능을 행하는 공통의 장척부가 설치된 일 예를 나타내는 모식도이다.
도 7은, 상하 이동 기구의 일 예를 나타내는 모식도이다.
도 8의 (a)는, 회동 기구의 일 예를 나타내는 모식도이고, 도 8의 (b)는, 회동 기구에 의해 회동된 패드 가열기를 나타내는 평면도이다.
도 9의 (a)는, 패드 가열기를 그 길이 방향축을 중심으로 회전시키는 회전 기구의 일 예를 나타내는 모식도이고, 도 9의 (b)는, 도 9의 (a)에 나타내는 패드 가열기가 상방향으로 회전되었을 때의 모습을 나타내는 단면도이며, 도 9의 (c)는, 도 9의 (a)에 나타내는 패드 가열기가 하방향으로 회전되었을 때의 모습을 나타내는 단면도이다.
도 10은, 다른 실시형태에 관한 패드 가열기를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 11의 (a)는, 다른 실시형태에 관한 셔터 기구를 하면측에서 바라본 사시도이고, 도 11의 (b)는, 도 11의 (a)에 나타내는 셔터 기구의 동작의 일 예를 나타내는 모식도이다.
도 12는, 연마 패드의 목표 온도 프로파일, 및 패드 온도 측정기에 의해 취득된 온도 프로파일의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 13은, 또 다른 실시형태에 관한 패드 가열기를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 14는, 또 다른 실시형태에 관한 패드 온도 조정 장치를 구비한 연마 장치를 나타내는 모식도이다.
도 15의 (a)는, 다른 실시형태에 관한 냉각 기구의 패드 냉각기를 나타내는 모식도이고, 도 15의 (b)는, 도 15의 (a)에 나타내는 패드 냉각기의 단면도이다.
도 16은, 또 다른 실시형태에 관한 냉각 기구의 패드 냉각기를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 17은, 또 다른 실시형태에 관한 냉각 기구의 패드 냉각기를 나타내는 모식도이다.
도 18은, 패드 온도 조절 개시 동작의 일 예를 설명하기 위한 그래프이다.
도 19는, 또 다른 실시형태에 관한 패드 온도 조정 장치를 구비한 연마 장치를 나타내는 모식도이다.
도 20은, 다른 실시형태에 관한 가열 유체 공급 시스템과 냉각 유체 공급 시스템을 나타내는 모식도이다.
도 21은, 또 다른 실시형태에 관한 가열 유체 공급 시스템을 나타내는 모식도이다.
도 22는, 다른 실시형태에 관한 냉각 유체 공급 시스템과 흡인 기구의 조합을 나타내는 모식도이다.
도 23은, 다른 실시형태에 관한 가열 유체 공급 시스템, 냉각 유체 공급 시스템, 및 흡인 기구의 조합을 나타내는 모식도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은, 일 실시형태에 관한 연마 장치를 나타내는 모식도이다. 도 1에 나타내는 연마 장치는, 기판의 일 예인 웨이퍼(W)를 보유지지하여 회전시키는 연마 헤드(1)와, 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 표면의 온도를 측정하는 패드 온도 측정기(10)와, 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.

또한, 연마 장치는, 패드 온도 측정기(10)에 의해 측정된 연마 패드(3)의 연마면의 온도(이하, 패드 표면 온도라고 하는 경우가 있다)에 기초하여, 패드 온도 조정 장치(5)의 동작을 제어하는 제어 장치(40)를 갖고 있다. 본 실시형태에서는, 제어 장치(40)는, 패드 온도 조정 장치(5)를 포함하는 연마 장치 전체의 동작을 제어하도록 구성되어 있다.

연마 헤드(1)는 연직 방향으로 이동 가능하며, 또 그 축심을 중심으로 화살표로 나타내는 방향으로 회전 가능하게 되어 있다. 웨이퍼(W)는, 연마 헤드(1)의 하면에 진공 흡착 등에 의해 보유지지된다. 연마 테이블(2)에는 모터(도시하지 않음)가 연결되어 있으며, 화살표로 나타내는 방향으로 회전 가능하게 되어 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 연마 헤드(1) 및 연마 테이블(2)은, 같은 방향으로 회전한다. 연마 패드(3)는, 연마 테이블(2)의 상면에 첩부(貼付)되어 있다.

웨이퍼(W)의 연마는 다음과 같이 행해진다. 연마되는 웨이퍼(W)는, 연마 헤드(1)에 의해 보유지지되고, 또한 연마 헤드(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, 또한 웨이퍼(W)의 표면은, 연마 헤드(1)에 의해 연마 패드(3)의 표면(즉 연마면)에 대해 눌러붙여진다. 웨이퍼(W)의 표면은, 연마액의 존재하에서의 연마 패드(3)와의 슬라이딩 접촉에 의해 연마된다. 웨이퍼(W)의 표면은, 연마액의 화학적 작용과 연마액에 포함되는 지립의 기계적 작용에 의해 평탄화된다.

패드 온도 조정 장치(5)는, 연마 패드(3)의 연마면을 가열하는 가열 기구(9)를 갖고 있고, 이 가열 기구(9)는, 연마 패드(3)의 상방으로 배치된 패드 가열기(11)와, 가열 유체를 패드 가열기(11)에 공급하는 가열 유체 공급 시스템(30)을 적어도 구비하고 있다. 가열 유체 공급 시스템(30)을 개재하여 패드 가열기(11)에 공급된 가열 유체가 연마 패드(3)의 연마면에 분사됨으로써, 그 연마면을 소정의 목표 온도로 가열하고, 그 목표 온도로 유지할 수 있다.

또한, 도 1에 나타내는 패드 온도 조정 장치(5)는, 연마 패드(3)의 연마면에 유체를 분사하여 그 연마면을 냉각하기 위한 냉각 기구(50)와, 연마 패드(3)의 연마면의 상방에 배치된 흡인 기구(60)를 갖고 있다.

냉각 기구(50)는, 연마 패드(3)의 상방에 배치된 패드 냉각기(51)와, 냉각 유체를 패드 냉각기(51)에 공급하는 냉각 유체 공급 시스템(52)을 적어도 갖고 있다. 흡인 기구(60)는, 연마 패드(3)의 상방에 배치된 흡인 노즐(61)과, 진공원(진공 장치)(63)과, 진공원(63)을 흡인 노즐(61)에 연결하는 흡인 라인(62)을 적어도 갖고 있다. 진공원(63)의 예로는, 흡인 펌프, 흡인 팬, 및 이젝터(ejector)를 들 수 있다. 흡인 기구(60)는, 흡인 라인(62)에 배치되는 유량 조정기(64)를 갖고 있어도 된다. 유량 조정기(64)는, 예를 들어, 댐퍼(damper)이다.

패드 온도 측정기(10)는, 비접촉으로 패드 표면 온도를 측정하고, 그 측정값을 제어 장치(40)에 보낸다. 패드 온도 측정기(10)는, 연마 패드(3)의 표면 온도를 측정하는 적외선 방사 온도계 또는 열전쌍 온도계여도 되고, 연마 패드(3)의 지름 방향을 따르는 연마 패드(3)의 온도 분포(온도 프로파일)를 취득하는 온도 분포 측정기여도 된다. 온도 분포 측정기의 예로는, 써모그래피, 써모 파일, 및 적외 카메라를 들 수 있다. 패드 온도 측정기(10)가 온도 분포 측정기인 경우는, 패드 온도 측정기(10)는, 연마 패드(3)의 중심과 외주연(外周緣)을 포함하는 영역으로서, 그 연마 패드(3)의 반경 방향으로 연장되는 영역에서의 연마 패드(3)의 표면 온도의 분포를 측정하도록 구성된다. 본 명세서에서, 온도 분포(온도 프로파일)는, 패드 표면 온도와, 웨이퍼(W) 상의 반경 방향의 위치와의 관계를 나타낸다.

제어 장치(40)는, 패드 표면 온도가, 미리 설정된 목표 온도로 유지되도록, 측정된 패드 표면 온도에 기초하여, 패드 온도 조정 장치(5)의 동작을 제어한다. 이하에서는, 가열 유체 공급 시스템(30)으로부터 패드 가열기(11)에 공급되는 가열 유체가 과열 증기인 예가 설명된다. 그렇지만, 가열 유체는 이 예에 한정되지 않는다. 가열 유체는, 고온의 기체(예를 들어, 고온의 공기, 질소, 또는 아르곤)여도 되고, 가열 증기여도 된다. 또, 과열 증기란, 포화 증기를 더 가열한 고온의 증기를 의미한다.

또한, 이하에서는, 냉각 유체가 상온의 가스(예를 들어, 질소, 아르곤 등의 비활성 가스)인 예가 설명된다. 그렇지만, 냉각 유체는 이 예에 한정되지 않는다. 냉각 유체는, 상온보다도 낮은 설정 온도까지 냉각된 가스여도 되고, 연마 패드(3)의 목표 온도보다 낮은 설정 온도까지 상온에서 가열된 가스여도 된다. 냉각 유체는, 연마액에 대한 영향을 고려하여, 비활성 가스인 것이 바람직하다. 그렇지만, 냉각 유체는, 공기 등의 비활성 가스와는 다른 가스여도 된다.

도 2는, 일 실시형태에 관한 가열 유체 공급 시스템과 냉각 유체 공급 시스템을 나타내는 모식도이다.

도 2에 나타내는 가열 유체 공급 시스템(30)은, 과열 증기 발생기(31)와, 과열 증기 발생기(31)로부터 패드 가열기(11)까지 연장되는 과열 증기 공급 라인(32)과, 과열 증기 발생기(31)에 물을 공급하는 물공급 라인(33)과, 과열 증기 발생기(31)에 상온의 가스를 공급하는 가스 공급 라인(34)을 구비하고 있다. 가스 공급 라인(34)은, 가스 공급원(도시하지 않음)에서 연장되는 가스 메인 라인(70)으로부터 분기하여 과열 증기 발생기(31)까지 연장되어 있다.

과열 증기 발생기(31)는, 물공급 라인(33)으로부터 공급된 물과, 가스 공급 라인(34)으로부터 공급된 상온의 가스를 혼합하여, 소정의 온도로 조정된 과열 증기를 생성한다. 과열 증기는, 과열 증기 공급 라인(32)을 개재하여 패드 가열기(11)에 공급되고, 패드 가열기(11)로부터 연마 패드(3)의 연마면에 분사된다. 이 동작에 의해, 연마 패드(3)의 연마면의 온도를 상승시킬 수 있다.

도 2에 나타내는 가열 유체 공급 시스템(30)은, 과열 증기 공급 라인(32)에 배치된 유량 조정기(제1 유량 조정기)(35)와, 유량 조정기(35)의 상류측에서 과열 증기 공급 라인(32)으로부터 분기하는 배기 라인(36)을 더 구비하고 있다. 유량 조정기(35)의 예로는, 매스 플로우 컨트롤러, 및 유량 조정 밸브를 들 수 있다. 유량 조정기(35)에 의해, 패드 가열기(11)에 공급되는 과열 증기의 유량을 조정할 수 있다. 잉여의 과열 증기는, 배기 라인(36)을 지나 연마 장치로부터 배출된다.

일 실시형태에서는, 가열 유체 공급 시스템(30)은, 유량 조정기(35)를 대신하여, 개폐 밸브(도시하지 않음)를 갖고 있어도 된다. 이 경우, 제어 장치(40)가 개폐 밸브를 개방시킴으로써, 소정 유량의 과열 증기(가열 유체)가 패드 가열기(11)에 공급되고, 그 패드 가열기(11)로부터 연마 패드(3)의 연마면에 분사된다.

과열 증기가 아니라, 고온의 가스를 가열 유체로 이용하는 경우는, 가열 유체 공급 시스템(30)에서는, 물공급 라인(33)이 생략되고, 과열 증기 발생기(31)를, 가열 가스 히터로 바꿔놓으면 된다. 또한, 과열 증기 공급 라인(32)은, 가열 가스 공급 라인이라고 할 수 있다.

도 2에 나타내는 냉각 유체 공급 시스템(52)은, 가스 메인 라인(70)으로부터 분기하여, 패드 냉각기(51)까지 연장되는 냉각 가스 공급 라인(53)과, 냉각 가스 공급 라인(53)에 배치된 유량 조정기(제2 유량 조정기)(54)를 구비하고 있다. 유량 조정기(54)의 예로는, 매스 플로우 컨트롤러, 및 유량 조정 밸브를 들 수 있다. 유량 조정기(54)에 의해, 패드 냉각기(51)에 공급되는 냉각 가스의 유량을 조정할 수 있다. 냉각 유체는, 냉각 가스 공급 라인(53)을 개재하여 패드 냉각기(51)에 공급되며, 패드 냉각기(51)로부터 연마 패드(3)의 연마면에 분사된다. 이 동작에 의해, 연마 패드(3)의 연마면의 온도를 저하시킬 수 있다.

일 실시형태에서는, 냉각 유체 공급 시스템(52)은, 유량 조정기(54)를 대신하여, 개폐 밸브(도시하지 않음)를 갖고 있어도 된다. 이 경우, 제어 장치(40)가 개폐 밸브를 개방시킴으로써, 소정 유량의 냉각 가스(냉각 유체)가 패드 냉각기(51)에 공급되고, 그 패드 냉각기(51)로부터 연마 패드(3)의 연마면에 분사된다.

제어 장치(40)는, 과열 증기 발생기(31), 유량 조정기(35, 54), 진공원(63), 및 유량 조정기(64)(도 1 참조)에 접속되어 있다. 제어 장치(40)는, 패드 온도 측정기(10)의 측정값에 기초하여 과열 증기 발생기(31), 유량 조정기(35, 54), 진공원(63), 및 유량 조정기(64) 중 적어도 하나의 동작을 제어하며, 패드 표면 온도를 소정의 목표 온도에 일치시킨다. 예를 들어, 제어 장치(40)는, 패드 표면 온도가 소정의 목표 온도에 일치하도록, 유량 조정기(35, 54)의 동작을 제어하여, 과열 증기의 유량 및 냉각 가스의 유량을 조정한다.

제어 장치(40)는, 유량 조정기(35, 54)의 동작에 추가하여, 또는 이들 동작을 대신하여, 과열 증기 발생기(31)의 동작, 진공원(63)의 동작, 및 유량 조정기(64)의 동작 중 적어도 하나를 제어해도 된다. 예를 들어, 제어 장치(40)는, 과열 증기 발생기(31)가 생성하는 과열 증기의 온도를 조정해도 되고, 진공원(63) 및/또는 유량 조정기(64)의 동작을 제어하여, 흡인되는 공기의 양을 조정해도 된다. 연마 패드(3)의 연마면에 분사되는 과열 증기의 온도를 변화시킴으로써, 연마면의 온도를 조정할 수 있다. 진공원(63) 및/또는 유량 조정기(64)에 의해 흡인되는 공기의 양을 증감시키면, 연마면 상의 슬러리로부터 빼앗기는 기화열의 양이 변화하여, 결과적으로, 연마면의 온도를 조정할 수 있다.

일 실시형태에서는, 흡인 기구(60)의 진공원(63) 및/또는 유량 조정기(64)의 동작을 제어하여, 흡인 노즐(61)로부터 흡인되는 공기의 양을 증대시킴으로써, 흡인 기구(60)를 냉각 기구(50)의 보조 냉각 기구로서 사용해도 되고, 냉각 기구(50)를 생략해도 된다.

패드 온도 측정기(10)(도 1 참조)는, 비접촉으로 패드 표면 온도를 측정하고, 그 측정값을 제어 장치(40)에 보낸다. 본 실시형태에서는, 제어 장치(40)는, 패드 표면 온도가 미리 설정된 목표 온도로 유지되도록, 측정된 패드 표면 온도에 기초하여, 과열 증기 발생기(31), 유량 조정기(35, 54), 진공원(63), 및 유량 조정기(64) 중 적어도 하나의 조작량을 PID 제어한다.

제어 장치(40)에 의한 연마 패드(3)의 연마면의 온도 제어 방법은, 측정된 패드 표면 온도를 목표 온도로 유지할 수 있는 한, PID 제어에 한정되지 않고, 임의의 제어 방법을 이용할 수 있다. 예를 들어, 제어 장치(40)는, 과열 증기 발생기(31), 유량 조정기(35, 54), 진공원(63), 및 유량 조정기(64)의 조작량 중 적어도 하나를, 기계 학습을 행함으로써 구축된 학습완료 모델을 이용하여 예측 내지 결정하는 AI(artificial intelligence) 기능을 갖고 있어도 된다.

도 3의 (a)는, 일 실시형태에 관한 패드 가열기를 나타내는 모식도이고, 도 3의 (b)는, 도 3의 (a)에 나타내는 패드 가열기의 단면도이며, 도 3의 (c)는, 연마 패드(3)에 대한 패드 가열기의 배치의 일 예를 나타내는 평면도이다. 도 3의 (a) 내지 도 3의 (c)에 나타낸 바와 같이, 가열기(11)는, 연마 패드(3)의 대략 반경 방향으로 연장되는 장척부(11a)와, 연마 패드(3)의 연마면을 향해 가열 유체를 분사하기 위한 분사구(11b)를 갖는다. 장척부(11a)의 내부에는, 과열 증기의 유로(도시하지 않음)가 형성된다. 패드 가열기(11)의 장척부(11a)는, 연마면에 대해 평행하게 연장되는 것이 바람직하다.

분사구(11b)는, 장척부(11a)의 길이 방향을 따라 형성된 슬릿 형상을 갖는다. 분사구(11b)는, 가열 유체가 연마 패드(3)의 연마면에 대해 경사지게 충돌하도록, 장척부(11a)의 중심축선(CL1)을 지나, 연마 패드(3)의 연마면에 대해 연직 방향으로 연장되는 가상면(P1)에 대해 경사지게 향하고 있는 것이 바람직하다.

장척부(11a)의 형상은, 분사구(11b)로부터 연마 패드(3)의 연마면을 향해 가열 유체를 분사할 수 있는 한 임의이다. 예를 들어, 장척부(11a)는, 원통 형상을 갖고 있어도 되고, 사각통 형상, 오각통 형상 등의 다각통 형상이어도 된다.

도 4의 (a)는, 일 실시형태에 관한 패드 냉각기의 모식도이고, 도 4의 (b)는, 도 4의 (a)에 나타내는 패드 냉각기의 단면도이다. 도 4의 (a) 및 도 4의 (b)에 나타내는 패드 냉각기(51)는, 연마 패드(3)의 대략 반경 방향으로 연장되는 장척부(51a)와, 연마 패드(3)의 연마면을 향해 냉각 유체를 분사하기 위한 복수의 분사구(51b)를 갖는다. 장척부(51a)의 내부에는, 냉각 가스의 유로(도시하지 않음)가 형성된다. 패드 냉각기(51)의 장척부(51a)는, 연마면에 대해 평행하게 연장되는 것이 바람직하다.

복수의 분사구(51b)는, 장척부(51a)의 길이 방향을 따라 배열되어 있다. 본 실시형태에서는, 각 분사구(51b)는, 원형상을 갖고 있다. 분사구(51b)는, 냉각 유체가 연마 패드(3)의 연마면에 대해 경사지게 충돌하도록, 장척부(51a)의 중심축선(CL2)을 지나, 연마 패드(3)의 연마면에 대해 연직 방향으로 연장되는 면(P2)에 대해 경사지게 향하고 있는 것이 바람직하다.

장척부(51a)의 형상은, 분사구(51b)로부터 연마 패드(3)의 연마면을 향해 냉각 유체를 분사할 수 있는 한 임의이다. 예를 들어, 장척부(51a)는, 원통 형상을 갖고 있어도 되고, 사각통 형상, 오각통 형상 등의 다각통 형상이어도 된다. 또한, 분사구(51b)의 수 및 형상도 임의이다. 예를 들어, 분사구(51b)는, 장척부(51a)의 길이 방향을 따라 형성되어 슬릿 형상을 가진 하나의 개구여도 되고, 복수의 분사구(51b)의 각각이 사각형상 또는 삼각형상을 갖고 있어도 된다.

도 5의 (a)는, 일 실시형태에 관한 흡인 노즐의 모식도이고, 도 5의 (b)는, 도 5의 (a)에 나타내는 흡인 노즐의 단면도이다. 도 5의 (a) 및 도 5의 (b)에 나타내는 흡인 노즐(61)은, 연마 패드(3)의 대략 반경 방향으로 연장되는 장척부(61a)와, 연마 패드(3)의 연마면의 상방의 공기를 흡인하는 흡인구(61b)를 갖는다. 흡인구(61b)는, 연마면과 대향하고 있는 것이 바람직하다. 장척부(61a)의 내부에는, 흡인된 공기의 유로(도시하지 않음)가 형성된다. 흡인 노즐(61)의 장척부(61a)는, 연마면에 대해 평행하게 연장되는 것이 바람직하다.

흡인 노즐(61)로부터 원하는 양의 공기를 흡인할 수 있는 한, 흡인 노즐(61)의 형상은 임의이고, 흡인구(61b)의 수 및 형상도 임의이다. 예를 들어, 흡인 기구(60)는, 장척부(61a)의 길이 방향을 따라 배열된 복수의 흡인구(61b)를 갖고 있어도 된다. 이 경우, 각 흡인구(61b)는, 원형상을 갖고 있어도 되고, 사각형상 또는 삼각형상을 갖고 있어도 된다. 또한, 도시하지는 않았지만, 흡인 노즐(61)은, 돔 형상을 가진 선단부를 갖고 있어도 된다. 이 경우, 돔 형상을 가진 흡인 노즐(61)의 선단부의 최하부에 형성된 개구가 흡인구(61b)로서 기능한다. 또한, 돔 형상을 가진 흡인 노즐(61)의 선단부에, 패드 가열기(11)의 장척부(11a) 및/또는 패드 냉각기(51)의 장척부(51b)를 수용해도 된다.

도 6의 (a)에 나타낸 바와 같이, 패드 가열기(11)의 장척부(11a) 및 패드 냉각기(51)의 장척부(51b)를 일체로 형성해도 된다. 혹은, 도 6의 (b)에 나타낸 바와 같이, 패드 온도 조정 장치(5)는, 패드 가열기(11)의 장척부(11a) 및 패드 냉각기(51)의 장척부(51b) 모두의 기능을 행하는 공통의 장척부(80)을 갖고 있어도 된다. 이 경우, 공통의 장척부(80)에는, 과열 증기 공급 라인(32) 및 냉각 가스 공급 라인(53)이 혼합 밸브(81)를 개재하여 연결된다. 제어 장치(40)가 혼합 밸브(81)의 밸브 개방도를 조정함으로써, 원하는 온도를 가진, 과열 증기와 냉각 가스의 혼합 가스가 공통의 장척부(80)에 공급되며, 그 장척부(80)로부터 연마 패드(3)의 연마면에 분사된다. 장척부(80)에는, 예를 들어, 장척부(80)의 길이 방향을 따라 형성된, 슬릿 형상을 가진 분사구가 형성된다.

패드 온도 조정 장치(5)가 혼합 밸브(81)를 갖는 경우, 제어 장치(40)는, 미리 설정된 목표 온도와, 연마 패드(3)의 표면 온도와의 차이를 없애기 위해 필요한 혼합 밸브(81)의 조작량을 계산하도록 구성되어 있다. 혼합 밸브(81)의 밸브 개방도는, 과열 증기와 냉각 가스의 혼합비에 대응한다. 제어 장치(40)는, 혼합 밸브(81)의 조작량을 변경함으로써, 과열 증기와 냉각 가스의 혼합비를 조정하고, 결과적으로, 장척부(80)의 분사구로부터 연마 패드(3)에 분사되는 혼합 가스의 온도를 조정한다. 제어 장치(40)는, 연마 패드(3)의 표면 온도가 미리 설정된 목표 온도에 일치하도록, 혼합 밸브(81)의 조작량(즉, 혼합 밸브(81)의 밸브 개방도)을 제어한다.

패드 가열기(11), 패드 냉각기(51), 및 흡인 노즐(61)의 배열 순서는 임의이다. 그렇지만, 도 1에 나타낸 바와 같이, 패드 냉각기(51)는, 연마 패드(3)의 회전 방향에서 패드 가열기(11)의 하류 측에 배치되고, 흡인 노즐(61)은, 연마 패드(3)의 회전 방향에서 패드 냉각기(51)의 하류 측에 배치되는 것이 바람직하다. 이 경우, 패드 냉각기(51)는, 패드 가열기(11)와 흡인 노즐(61)의 사이에 위치한다.

또한, 패드 가열기(11), 패드 냉각기(51), 및 흡인 노즐(61)은, 서로 인접하여 배치되는 것이 바람직하다. 이 경우, 패드 가열기(11), 패드 냉각기(51), 및 흡인 노즐(61)은, 연결 바, 연결 블록, 또는 연결 아암(모두 도시하지 않음) 등의 연결구로 서로 연결되어도 된다. 이 연결구는, 패드 가열기(11), 패드 냉각기(51), 및 흡인 노즐(61)을 일체의 구조물로 통합하는 베이스로서 기능해도 된다.

본 실시형태에 의하면, 패드 가열기(11), 패드 냉각기(51), 및 흡인 노즐(61)은, 연마 패드(3)의 상방에 배치되어 있다. 즉, 패드 온도 조정 장치(5)는, 연마액에 포함되는 지립 및 연마 패드(3)의 마모 가루 등의 오물이 부착하는 구성요소를 갖지 않는다. 그 결과, 패드 온도 조정 장치(5)에서 탈락한 오물에 기인한 스크래치 등의 결함 및 오염이 웨이퍼(W)에 생기는 일이 없다. 또한, 패드 온도 조정 장치(5)에서 탈락한 오물에 의해, 연마 패드(3)의 표면 상태가 변화하는 일도 없으므로, 원하는 연마 레이트로 웨이퍼(W)를 연마할 수 있다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 패드 온도 조정 장치(5)는, 패드 가열기(11)를 연마 패드(3)의 연마면에 대해 상하 이동시키는 상하 이동 기구(85)를 구비하고 있어도 된다. 도 7은, 상하 이동 기구(85)의 일 예를 나타내는 모식도이다.

도 7에 나타내는 상하 이동 기구(85)는, 패드 가열기(11)에 연결되는 지지 아암(86)과, 지지 아암(86)을 개재하여 패드 가열기(11)를 상하 이동시키는 상하 이동 액츄에이터(87)를 구비하고 있다. 상하 이동 액츄에이터(87)의 구성은, 패드 가열기(11)를 상하 방향으로 이동시키는 것이 가능한 한 임의이다. 예를 들어, 상하 이동 액츄에이터(87)는, 패드 가열기(11)를 지지 아암(86)을 개재하여 상하 이동시키는 피스톤을 구비한 피스톤 실린더 장치여도 되고, 또는 패드 가열기(11)를 지지 아암(86)을 개재하여 상하 이동시키는 모터(예를 들어, 써보 모터, 또는 스텝 모터)여도 된다. 일 실시형태에서는, 상하 이동 액츄에이터(87)는, 피에조 소자의 압전 효과를 이용하여 패드 가열기(11)를 지지 아암(86)을 개재하여 상하 이동시키는 피에조 액츄에이터여도 된다.

상하 이동 기구(85)는, 제어 장치(40)에 접속되어 있다. 제어 장치(40)는, 패드 온도 측정기(10)의 측정값에 기초하여 상하 이동 기구(85)의 동작(즉, 상하 이동 액츄에이터(87)의 조작량)을 제어하고, 이에 의해, 연마 패드(3)의 연마면에 대한 패드 가열기(11)의 상하 방향의 위치가 변화한다(도 3의 (b)의 화살표 A 참조). 패드 가열기(11)와 연마 패드(3)와의 사이의 거리가 변화하면, 연마 패드(3)의 연마면에 충돌할 때의 과열 증기의 온도가 변화한다. 예를 들어, 패드 가열기(11)를 연마 패드(3)에 가까이하면, 높은 온도를 가진 과열 증기가 연마 패드(3)의 연마면에 충돌하여, 패드 표면 온도를 상승시킬 수 있다. 한편, 패드 가열기(11)를 연마 패드(3)로부터 멀리하면, 낮은 온도를 가진 과열 증기가 연마 패드(3)의 연마면에 충돌하여, 패드 표면 온도를 저하시킬 수 있다. 따라서, 패드 가열기(11)와 연마 패드(3)의 연마면과의 거리를 변화시킴으로써, 패드 표면 온도를 조정할 수 있다.

또한, 도 8의 (a)에 나타낸 바와 같이, 패드 온도 조정 장치(5)는, 패드 가열기(11)를 연마 패드(3)의 연마면에 대해 수평 방향으로 회동시키는 회동 기구(90)를 구비하고 있어도 된다. 도 8의 (a)는, 회동 기구(90)의 일 예를 나타내는 모식도이고, 도 8의 (b)는, 회동 기구(90)에 의해 회동된 패드 가열기(11)를 나타내는 평면도이다.

도 8의 (a)에 나타내는 회동 기구(90)는, 패드 가열기(11)에 지지 아암(86)을 개재하여 연결되는 회동 샤프트(91)와, 회동 샤프트(91)를 회동시키는 회동 액츄에이터(92)를 구비한다. 회동 액츄에이터(92)는, 예를 들어, 회동 샤프트(91)를 회동시키는 모터(예를 들어, 써보 모터, 또는 스텝 모터), 또는 로터리 실린더이다. 일 실시형태에서는, 회동 액츄에이터(92)는, 피스톤을 가진 피스톤 실린더여도 된다. 이 경우, 회동 기구(90)는, 피스톤 실린더의 피스톤의 동작을 회동 샤프트(91)의 회동 동작으로 변환하는 링크 기구를 갖는다.

회동 기구(90)는, 제어 장치(40)에 접속되어 있다. 제어 장치(40)는, 패드 온도 측정기(10)의 측정값에 기초하여 회동 기구(90)의 동작(즉, 회동 액츄에이터(92)의 조작량)을 제어하고, 이에 의해, 연마 패드(3)의 연마면에 대한 패드 가열기(11)의 회동 각도를 제어한다.

도 8의 (b)에 나타낸 바와 같이, 패드 가열기(11)를, 그 패드 가열기(11)의 장척부(11a)가 연마 패드(3)의 길이 방향과 대략 평행하게 연장되는 초기 위치(도 3의 (c) 참조)로부터 회동시키면, 연마 패드(3)의 연마면에 충돌하는 과열 증기의 방향 및 양이 바뀐다. 그 결과, 초기 위치로부터의 패드 가열기(11)의 회동 각도를 제어함으로써, 패드 표면 온도를 조정할 수 있다.

도 9의 (a)는, 패드 가열기(11)를 그 길이 방향축을 중심으로 회전시키는 회전 기구(95)의 일 예를 나타내는 모식도이고, 도 9의 (b)는, 도 9의 (a)에 나타내는 패드 가열기(11)가 상방향으로 회전되었을 때의 모습을 나타내는 단면도이며, 도 9의 (c)는, 도 9의 (a)에 나타내는 패드 가열기(11)가 하방향으로 회전되었을 때의 모습을 나타내는 단면도이다.

도 9의 (a)에 나타내는 회전 기구(95)는, 패드 가열기(11)의 말단에 부착되어, 그 패드 가열기(11)를 회전시키는 회전 액츄에이터(96)에 의해 구성된다. 회전 액츄에이터(96)는, 예를 들어, 써보 모터, 또는 스텝 모터이다.

회전 기구(95)는, 제어 장치(40)에 접속되어 있다. 제어 장치(40)는, 패드 온도 측정기(10)의 측정값에 기초하여 회전 기구(95)의 동작(즉, 회전 액츄에이터(96)의 조작량)을 제어하고, 이에 의해, 연마 패드(3)의 연마면에 대한 패드 가열기(11)의 분사구(11b)의 방향을 변화시킨다(도 3의 (b)의 화살표 B 참조).

도 9의 (b) 및 도 9의 (c)에 나타낸 바와 같이, 연마 패드(3)의 연마면에 대한 패드 가열기(11)의 분사구(11b)의 방향을 변화시키면, 연마 패드(3)의 연마면에 충돌하는 과열 증기의 양, 및 온도가 바뀐다. 도 9의 (b)에 나타낸 바와 같이, 패드 가열기(11)을 상방향으로 회전시키면, 연마 패드(3)의 연마면에 충돌하는 과열 증기의 양, 및 온도가 감소하여, 패드 표면 온도를 저하시킬 수 있다. 도 9의 (c)에 나타낸 바와 같이, 패드 가열기(11)를 하방향으로 회전시키면, 연마 패드(3)의 연마면에 충돌하는 과열 증기의 양, 및 온도가 증가하여, 패드 표면 온도를 증가시킬 수 있다. 따라서, 지지 아암(86)에 대한 패드 가열기(11)의 회전 각도를 제어함으로써, 패드 표면 온도를 조정할 수 있다.

패드 온도 조정 장치(5)는, 상술한 상하 이동 기구(85), 회동 기구(90), 및 회전 기구(90) 중 어느 2개의 조합을 갖고 있어도 되고, 상하 이동 기구(85), 회동 기구(90), 및 회전 기구(90) 전부를 갖고 있어도 된다.

도 10은, 다른 실시형태에 관한 패드 가열기를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 10에 나타내는 패드 가열기(11)는, 분사구(11b)를 개폐하는 셔터(77)와, 셔터(77)를 구동하는 액츄에이터(78)를 포함하는 셔터 기구(76)를 더 구비한다. 도 10에 나타내는 예에서는, 셔터 기구(76)는, 2개의 셔터(77)을 갖고 있지만, 하나의 셔터(77)만 갖고 있어도 된다. 액츄에이터(78)는, 예를 들어, 셔터(77)를 이동시키는 피스톤을 구비한 피스톤 실린더 장치여도 되고, 또는 셔터(77)를 이동시키는 모터(예를 들어, 써보 모터, 또는 스텝 모터)여도 된다. 일 실시형태에서는, 액츄에이터(78)는, 피에조 소자의 압전 효과를 이용하여 셔터(77)를 이동시키는 피에조 액츄에이터여도 된다.

액츄에이터(78)는, 제어 장치(40)에 접속되어 있다. 제어 장치(40)는, 패드 온도 측정기(10)의 측정값에 기초하여 액츄에이터(78)의 동작(즉, 액츄에이터(78)의 조작량)을 제어하고, 이에 의해, 분사구(11b)의 개방도를 제어한다. 본 실시형태에서는, 분사구(11b)의 개방도는, 길이 방향에 수직인 방향에서의 분사구(11b)의 폭의 크기에 해당한다. 분사구(11b)의 개방도를 변화시키면, 연마 패드(3)의 연마면에 충돌하는 과열 증기의 유속 및 온도가 변화하여, 패드 표면 온도가 변화한다. 따라서, 분사구(11b)의 개방도를 제어함으로써, 패드 표면 온도를 조정할 수 있다.

도 11의 (a) 및 도 11의 (b)는, 다른 실시형태에 관한 셔터 기구를 모식적으로 나타내는 도면이다. 더 구체적으로는, 도 11의 (a)는, 다른 실시형태에 관한 셔터 기구를 하면측에서 바라본 사시도이고, 도 11의 (b)는, 도 11의 (a)에 나타내는 셔터 기구의 동작의 일 예를 나타내는 모식도이다. 특히 설명하지 않는 본 실시형태의 구성은, 도 10을 참조하여 설명된 실시형태와 마찬가지이므로, 그 중복되는 설명을 생략한다.

도 11의 (a)에 나타내는 셔터 기구(76)는, 복수의 피에조 소자(101)로 구성되는 셔터(77)를 갖는다. 복수의 피에조 소자(101)는, 분사구(11b)의 길이 방향을 따라(즉, 장척부(11a)의 길이 방향을 따라) 배열되어 있다. 본 실시형태에서는, 패드 가열기(11)의 장척부(11a)는, 직사각형상의 단면을 갖고 있지만, 상술한 바와 같이, 장척부(11a)의 단면 형상은 이 예에 한정되지 않는다. 도 11의 (a)에 나타내는 셔터(77)는, 피에조 소자의 역압전 효과에 의한 신축 동작에 의해 패드 가열기(11)의 분사구(11b)의 개방도를 조정한다.

각 피에조 소자(101)는 피에조 소자 드라이버(103)에 접속되어 있고, 피에조 소자 드라이버(103)는 제어 장치(40)에 접속되어 있다. 도 11의 (a)에서는, 도면이 번잡해지는 것을 방지하기 위해, 몇 개의 피에조 소자(101)에서 피에조 소자 드라이버(103)까지 연장되는 제어선만 도시되어 있다. 제어 장치(40)는, 피에조 소자 드라이버(103)의 동작을 제어함으로써, 각 피에조 소자(101)의 신축 동작을 독립하여 제어할 수 있다(예를 들어, 도 11의 (b) 참조). 피에조 소자 드라이버(103)는, 패드 가열기(11)의 분사구(11b)의 개방도를 조정하는 액츄에이터로서 기능한다.

패드 온도 측정기(10)가 상술한 온도 분포 측정기인 경우, 제어 장치(40)는, 연마 패드(3)의 지름 방향을 따르는 연마 패드(3)의 온도 분포(온도 프로파일)를 취득할 수 있다. 도 12는, 연마 패드의 목표 온도 프로파일, 및 패드 온도 측정기에 의해 취득된 온도 프로파일의 일 예를 나타내는 그래프이다. 도 12에서, 세로축은, 패드 표면 온도를 나타내고, 가로축은, 연마 패드의 지름 방향 위치를 나타낸다.

연마 후의 웨이퍼(W)의 표면 전체의 면내 균일성(평탄도)을 정밀하게 제어하기 위해서는, 온도 프로파일을 목표 온도에 항상 일치시켜 두는 것이 바람직하다. 그 때문에, 본 실시형태에서는, 제어 장치(40)는, 패드 온도 측정기(10)에 의해 취득된 온도 프로파일이 목표 온도에 일치하도록, 각 피에조 소자(101)의 신축 동작을 제어한다. 예를 들어, 도 12에 나타낸 바와 같이, 제어 장치(40)는, 목표 온도와 측정 온도와의 차(Da)가 큰 연마 패드(3)의 위치(Pa)에 대응하는 피에조 소자(101)를 크게 줄여서, 과열 증기의 분사량을 증대시킨다. 한편, 제어 장치(40)는, 목표 온도와 측정 온도와의 차(Db)가 작은 연마 패드(3)의 위치(Pb)에 대응하는 피에조 소자(101)의 신축량을 감소시켜서, 과열 증기의 분사량을 위치(Pa)에서의 분사량보다도 감소시킨다.

제어 장치(40)는, 패드 온도 측정기(10)의 측정값에 기초하여 피에조 소자 드라이버(103)의 동작(즉, 각 피에조 소자(101)의 신축량)을 제어하고, 이에 의해, 연마 패드(3)의 반경 방향에 따른 분사구(11b)의 개방도를 자유롭게 제어한다. 상술한 바와 같이, 분사구(11b)의 개방도를 변화시키면, 연마 패드(3)의 연마면에 충돌하는 과열 증기의 유속 및 온도가 변화하여, 패드 표면 온도가 변화한다. 이러한 패드 온도 제어를 행함으로써, 연마 패드(3) 전체의 온도 프로파일을 목표 온도에 일치시킬 수 있다. 그 결과, 웨이퍼(W)를 정밀하게 연마할 수 있다.

도 13은, 또 다른 실시형태에 관한 패드 가열기(11)를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 13은, 패드 가열기(11)의 장척부(11a)의 단면을 나타내고 있다. 도 13에 나타내는 패드 가열기(11)는, 장척부(11a)의 내부에 배치된 히터(79)를 갖는다. 히터(79)도 제어 장치(40)에 접속되어 있으며, 제어 장치(40)는, 히터(79)의 동작(예를 들어, ON/OFF 동작)을 제어한다. 히터(79)에 의해, 과열 증기 발생기(31)로부터 패드 가열기(11)까지 흘러오는 동안에 차가워진 과열 증기를 다시 가열할 수 있다. 과열 증기의 재가열에 의해, 패드 가열기(11)에서 과열 증기가 결로하는 등의 불편이 방지된다.

도 14는, 또 다른 실시형태에 관한 패드 온도 조정 장치를 구비한 연마 장치를 나타내는 모식도이다. 도 14는, 연마 장치의 평면도에 해당한다. 특히 설명하지 않는 본 실시형태의 구성은, 상술한 실시형태와 마찬가지이므로, 그 중복되는 설명을 생략한다.

도 14에 나타내는 실시형태에서는, 연마 테이블(2), 연마 패드(3), 및 연마 헤드(1) 등의 구성요소는, 연마실(PR)에 배치되어 있고, 웨이퍼(W)의 연마는 연마실(PR)에서 행해진다. 연마실(PR)은, 4개의 격벽(58)에 의해 구획된 공간이며, 그 내부의 압력은 소정의 압력(예를 들어, 연마실(PR)의 외부보다도 낮은 압력)으로 유지되고 있다. 또, 도 14에서는, 4개의 격벽(58) 중 3개가 도시되어 있다.

패드 가열기(11)로부터 과열 증기를 분사하고, 패드 냉각기(51)로부터 냉각 가스를 분사하면, 연마실(PR)의 압력이 소정의 압력보다도 상승하여, 연마실(PR)의 설정 압력에 대해 마련된 허용값을 초과할 우려가 있다. 그 때문에, 본 실시형태에서는, 패드 온도 조정 장치(5)는, 연마실(PR) 내의 압력이 소정의 값으로 유지되도록, 연마실(PR) 내의 공기를 그 연마실(PR)로부터 흡인하는 연마실 흡인 장치(66)를 구비하고 있다. 도 14에 나타내는 연마실 흡인 장치(66)는, 진공 펌프, 흡인 펌프 등의 진공 장치(67)와, 연마실(PR)에서 연장되는 연마실 흡인 라인(68)과, 연마실 흡인 라인(68)에 배치되는 댐퍼(69)를 구비하고 있다.

제어 장치(40)는, 댐퍼(69)에 접속되어 있고, 제어 장치(40)는, 연마실(PR) 내의 압력이 소정의 값으로 유지되도록, 댐퍼(69)의 개방도를 조정한다. 예를 들어, 제어 장치(40)는, 연마실 흡인 라인(68)을 흐르는 공기의 유량이 유량 조정기(35, 54)의 측정값의 합계와 같아지도록 댐퍼(69)의 개방도를 조정한다. 일 실시형태에서는, 제어 장치(40)는, 진공 장치(67)에도 접속되어, 연마실(PR) 내의 압력이 소정의 값으로 유지되도록, 댐퍼(69)의 개방도 및/또는 진공 장치(67)의 동작을 제어해도 된다.

도 15의 (a)는, 다른 실시형태에 관한 냉각 기구의 패드 냉각기를 나타내는 모식도이고, 도 15의 (b)는, 도 15의 (a)에 나타내는 패드 냉각기의 단면도이다. 특히 설명하지 않는 본 실시형태의 구성은, 도 4의 (a) 및 도 4의 (b)에 나타내는 실시형태와 마찬가지이므로, 그 중복되는 설명을 생략한다.

도 15의 (a) 및 도 15의 (b)에 나타내는 패드 냉각기(51)는, 분사구(51b)를 개폐하는 셔터(111)와, 셔터(111)를 구동하는 액츄에이터(113)를 포함하는 셔터 기구(110)를 더 구비한다. 도 15에 나타내는 예에서는, 패드 냉각기(51)의 장척부(51a)는, 직사각형상의 단면을 갖고, 셔터 기구(110)는, 모든 분사구(51b)의 개방도를 조정 가능한 한 쌍의 셔터(111)를 갖고 있다. 일 실시형태에서는, 셔터 기구(110)는, 모든 분사구(51b)의 개방도를 조정 가능한 하나의 셔터(111)만 갖고 있어도 된다. 액츄에이터(113)는, 예를 들어, 셔터(111)를 이동시키는 피스톤을 구비한 피스톤 실린더 장치여도 되고, 또는 셔터(111)를 이동시키는 모터(예를 들어, 써보 모터, 또는 스텝 모터)여도 된다. 일 실시형태에서는, 액츄에이터(113)는, 피에조 소자의 역압전 효과를 이용하여 셔터(111)를 이동시키는 피에조 액츄에이터여도 된다.

액츄에이터(113)는, 제어 장치(40)에 접속되어 있다. 제어 장치(40)는, 패드 온도 측정기(10)의 측정값에 기초하여 패드 가열기(11)의 액츄에이터(78)의 동작 또는 피에조 소자 드라이버(103)의 동작과, 액츄에이터(113)의 동작(즉, 분사구(51b)의 조작량)을 제어하고, 이에 의해, 분사구(11b)와 분사구(51b)의 개방도를 제어한다. 본 실시형태에서는, 분사구(51b)의 개방도는, 길이 방향에 수직인 방향에서의 분사구(51b))의 폭의 크기에 해당한다. 분사구(11b)와 분사구(51b)의 개방도를 변화시키면, 연마 패드(3)의 연마면에 충돌하는 과열 증기의 유속 및 온도와, 냉각 가스의 유속 및 온도가 변화하여, 패드 표면 온도가 변화한다. 따라서, 분사구(11b)와 분사구(51b)의 개방도를 제어함으로써, 패드 표면 온도를 정밀하게 조정할 수 있다.

도 16은, 또 다른 실시형태에 관한 냉각 기구의 패드 냉각기를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 16에 나타낸 바와 같이, 패드 냉각기(51)는, 패드 냉각기(51)의 하부에 장착된 안내판(120)을 갖고 있어도 된다. 구체적으로는, 안내판(120)은, 장척부(51a)의 하부에 부착되어 있다. 안내판(120)은, 장척부(51a)의 전체에 걸쳐 연장되는 하나의 판체여도 되고, 각 분사구(51b)에 대응하여 부착된 복수의 판체여도 된다. 안내판(120)은, 그 단부에 축(120a)을 갖고 있고, 축(120a)은, 장척부(51a)의 하면에 고정된 베어링(121)에 회동이 자유롭게 부착되어 있다. 냉각 기구(50)는, 안내판(120)을 축(120a)을 따라 회동시키는 회동 액츄에이터(122)를 더 갖고 있으며, 회동 액츄에이터(122)는, 제어 장치(40)에 접속되어 있다.

안내판(120)을 회동시키면, 연마 패드(3)의 연마면에 충돌하는 냉각 가스의 위치 및 양이 바뀐다. 그 결과, 안내판(120)의 회동 각도를 제어함에 의해서도, 패드 표면 온도를 조정할 수 있다.

패드 냉각기(51)가 각 분사구(51b)에 대응하여 부착된 복수의 안내판(120)을 갖고 있는 경우는, 패드 온도 측정기(10)는, 연마 패드(3)의 지름 방향을 따르는 연마 패드(3)의 온도 분포(온도 프로파일)를 취득할 수 있는 온도 분포 측정기인 것이 바람직하다. 제어 장치(40)는, 패드 온도 측정기(10)가 취득한 온도 프로파일에 기초하여, 각 안내판(120)의 회동 각도를 독립하여 제어할 수 있다. 즉, 제어 장치(40)는, 연마 패드(3) 전체의 온도 프로파일이 목표 온도에 일치하도록, 각 안내판(120)의 회동 각도를 독립하여 제어할 수 있다. 그 결과, 웨이퍼(W)를 정밀하게 연마할 수 있다.

도 17은, 또 다른 실시형태에 관한 냉각 기구의 패드 냉각기를 나타내는 모식도이다. 도 17에 나타낸 바와 같이, 패드 온도 조정 장치(5)는, 패드 냉각기(51)를 그 길이 방향축을 중심으로 회전시키는 회전 기구(130)를 갖고 있어도 된다.

도 17에 나타내는 회전 기구(130)는, 패드 냉각기(51)의 말단에 부착되며 그 패드 냉각기(51)를 회전시키는 회전 액츄에이터(131)에 의해 구성된다. 회전 액츄에이터(131)는, 예를 들어, 써보 모터, 또는 스텝 모터이다.

회전 기구(130)는, 제어 장치(40)에 접속되어 있다. 제어 장치(40)는, 패드 온도 측정기(10)의 측정값에 기초하여 회전 기구(130)의 동작(즉, 회전 액츄에이터(131)의 조작량)을 제어하고, 이에 의해, 연마 패드(3)의 연마면에 대한 패드 냉각기(51)의 분사구(51b)의 방향을 변화시킬 수 있다. 연마 패드(3)의 연마면에 대한 패드 냉각기(51)의 분사구(51b)의 방향을 변화시키면, 연마 패드(3)의 연마면에 충돌하는 냉각 가스의 양, 및 온도가 바뀐다. 따라서, 연마 패드(3)의 연마면에 대한 패드 냉각기(51)의 회전 각도를 제어함으로써, 패드 표면 온도를 조정할 수 있다.

상술한 실시형태에 관한 패드 온도 조정 장치(5)에서는, 제어 장치(40)는, 패드 온도 측정기(10)의 측정값에 기초하여, 과열 증기 및 냉각 가스의 온도, 유량, 분사량, 분사 위치, 및 분사 범위 중 적어도 하나를 제어함으로써, 연마 패드(3)의 연마면의 온도를 제어한다. 더 구체적으로는, 제어 장치(40)는, 패드 온도 측정기(10)의 측정값에 기초하여, 유량 조정기(35, 54), 과열 증기 발생기(31), 상하 이동 기구(85), 회동 기구(90), 회전 기구(95, 130), 셔터 기구(77, 110), 히터(79), 혼합 밸브(81), 및 안내판(120)의 동작 중 적어도 하나를 제어함으로써, 연마 패드(3)의 연마면의 온도를 목표 온도에 도달시키고, 그 목표 온도로 유지한다. 이에 의해, 웨이퍼(W)를 원하는 막두께까지 정밀하게 연마할 수 있다. 특히, 셔터(77)가 복수의 피에조 소자(10)로 구성되는 실시형태, 및 패드 냉각기(51)이 각 분사구(51b)에 대응하여 부착된 복수의 안내판(120)을 갖고 있는 실시형태에서는, 연마 패드(3) 전체의 온도 프로파일을 목표 온도에 일치시킬 수 있다.

일 실시형태에서는, 제어 장치(40)는, 패드 가열기(11)로부터 연마 패드(3)에, 소정의 온도로 조정된 과열 증기를 일정한 유량으로 공급하면서, 냉각 가스의 유량 및/또는 온도를 조정함으로써, 패드 표면 온도를 제어해도 된다.

일 실시형태에서는, 제어 장치(40)는, 연마 패드(3)의 표면 온도의 제어를 개시할 때에, 일시적으로 과열 증기의 유량 및/또는 온도를 증대시켜도 된다. 더 구체적으로는, 제어 장치(40)는, 연마 패드(3)의 표면 온도를 목표 온도에 도달시키기 위해 산출된 과열 증기의 유량 및/또는 온도보다도 큰 유량 및/또는 온도를 가진 과열 증기를 패드 가열기(11)에 공급한다.

본 명세서에서는, 연마 패드(3)의 표면 온도의 제어를 개시시킬 때에, 일시적으로 과열 증기의 유량 및/또는 온도를 증대시키는 제어 동작을, 「패드 온도 조절 개시 동작」이라고 칭한다. 또한, 본 명세서에서는, 연마 패드(3)의 표면 온도를 목표 온도에 도달시키기 위해 산출된 과열 증기의 유량 및 온도를, 각각 「설정 유량」 및 「설정 온도」라고 칭한다.

패드 온도 조절 개시 동작에서는, 제어 장치(40)는, 예를 들어, 유량 조정기(35)의 동작을 제어하여, 패드 가열기(11)의 분사구(11a)에서 분출하는 과열 증기의 유량을 설정 유량보다도 증대시킨다. 혹은, 패드 온도 조절 개시 동작에서는, 제어 장치(40)는, 과열 증기 발생기(31) 및/또는 히터(79)의 동작을 제어하여, 패드 가열기(11)의 분사구(11a)에서 분출하는 과열 증기의 온도를 설정 온도보다도 증대시켜도 된다. 제어 장치(40)는, 유량 조정기(35)의 동작과, 과열 증기 발생기(31) 및/또는 히터(79)의 동작을 제어하여, 패드 가열기(11)의 분사구(11a)에서 분출하는 과열 증기의 유량 및 온도를, 설정 유량 및 설정 온도보다도 증대시켜도 된다. 이러한 동작에 의해, 패드 표면 온도를 신속히 목표 온도에 도달시킬 수 있다.

도 18은, 패드 온도 조절 개시 동작의 일 예를 설명하기 위한 그래프이다. 도 18에 나타내는 그래프에서는, 세로축은 패드 표면 온도를 나타내고, 가로축은 시간을 나타낸다. 도 18에서, 목표 온도는, 수평의 실선으로 도시되어 있고, 패드 온도 조절 개시 동작을 행했을 경우의 패드 표면 온도의 변화는, 일점 쇄선으로 도시되어 있다. 도 18에서, 2점 쇄선으로 도시된 곡선은, 패드 온도 조절 개시 동작을 행하지 않았을 경우의 패드 표면 온도의 변화이다. 도 18에서의 점(Ts)은, 패드 온도 조정 장치(5)가 연마 패드(3)의 온도 조정을 개시한 시점을 나타내고 있다.

상술한 바와 같이, 패드 온도 조절 개시 동작에서는, 일시적으로 과열 증기의 유량 및/또는 온도를, 설정 유량 및/또는 설정 온도보다도 증대시킨다. 도 18에 나타내는 그래프에서는, 과열 증기의 유량을 설정 유량보다도 증대시키고 있다. 이하에서는, 설정 유량보다도 큰 유량으로 과열 증기를 분출시키는 패드 온도 조절 개시 동작이 설명된다. 설정 온도보다도 큰 온도로 과열 증기를 분출시키는 패드 온도 조절 개시 동작도, 마찬가지의 제어 동작으로 행할 수 있다.

도 18에 나타낸 바와 같이, 제어 장치(40)는, 패드 온도 조절 개시 동작의 최장 실행 시간을 정하는 설정 시간(Ta)을 미리 기억하고 있다. 상기한 설정 유량 및 설정 시간(Ta)은, 임의로 정할 수 있다. 예를 들어, 설정 시간(Ta)은, 패드 온도 조절 개시 동작을 실행하지 않는 상태에서, 패드 가열기(11)의 분사구(11a)로부터 소정 유량의 과열 증기를 연마 패드(3)의 연마면에 분사하는 실험에서 얻어도 된다. 이 실험에서는, 연마 패드(3)의 온도 조정을 개시하고 나서, 패드 표면 온도가 목표 온도에 도달할 때까지의 시간을 계측하고, 계측된 시간을 설정 시간(Ta)으로 결정한다.

제어 장치(40)는, 연마 패드(3)의 온도 조정 개시(즉, 시간(Ts))부터 설정 시간(Ta)에 도달할 때까지의 동안에 패드 표면 온도를 목표 온도에 도달시키기 위한 과열 증기의 유량을 산출한다. 제어 장치(40)는, 패드 온도 조절 개시 동작을 실행하기 위해, 산출된 과열 증기의 유량보다도 큰 유량으로 과열 증기를 패드 가열기(11)의 분사구(11a)로부터 분사시킨다. 이에 의해, 패드 표면 온도가 신속히 목표 온도에 도달하기 때문에, 웨이퍼(W)의 연마 조건을 최적 조건에 신속히 도달시킬 수 있다.

패드 온도 조절 개시 동작의 실행 중, 제어 장치(40)는, 냉각 기구(50) 및 흡인 기구(60)의 동작을 정지시키고 있다. 패드 표면 온도가 목표 온도에 도달한 시점(도 18에서의 시점(Tb) 참조)에서, 제어 장치(40)는, 패드 온도 조절 개시 동작을 종료시키고, 패드 표면 온도를 목표 온도로 유지하기 위한 통상의 패드 온도 조정 제어를 개시한다. 더 구체적으로는, 제어 장치(40)는, 냉각 기구(50) 및 흡인 기구(60)의 동작을 개시시키고, 상술한 과열 증기 및 냉각 가스의 온도, 유량, 분사량, 분사 위치, 및 분사 범위 중 적어도 하나를 제어하는 통상 제어를 개시한다. 이에 의해, 패드 표면 온도가 목표 온도를 초과해 버리는 현상인 오버 슈트(overshoot)를 최대한 억제할 수 있다.

패드 표면 온도가 목표 온도에 도달하지 않고 , 시간(Ts)으로부터 계측되는 패드 온도 조절 개시 동작의 경과 시간이 설정 시간(Ta)에 도달한 경우도, 제어 장치(40)는, 과열 증기 및 냉각 가스의 온도, 유량, 분사량, 분사 위치, 및 분사 범위 중 적어도 하나를 제어하는 통상 제어를 개시한다. 일 실시형태에서는, 제어 장치(40)는, 패드 온도 조정 장치(5)에 이상이 발생하고 있다고 판단하여, 웨이퍼(W)의 연마 처리를 정지해도 된다.

도 19는, 또 다른 실시형태에 관한 패드 온도 조정 장치를 구비한 연마 장치를 나타내는 모식도이다. 특히 설명하지 않는 본 실시형태의 구성은, 상술한 실시형태와 마찬가지이므로, 그 중복되는 설명을 생략한다.

도 19에 나타내는 패드 온도 조정 장치(5)는, 연마 패드(3)의 측방의 대피 위치에서 패드 가열기(11), 패드 냉각기(51), 및 흡인 노즐(61)을 세정하는 세정 장치(45)를 구비하고 있다. 제어 장치(40)는, 세정 장치(45)에 접속되어 있으며, 그 세정 장치(45)의 동작을 제어한다. 또한, 도 19에서는, 패드 온도 조정 장치(5)의 패드 가열기(11), 패드 냉각기(51), 흡인 노즐(61), 및 세정 장치(45)만 도시되어 있고, 그 외의 구성 요소의 도시는 생략되어 있다.

본 실시형태에서는, 패드 온도 조정 장치(5)는, 상술한 회동 기구(90)를 구비하고 있으며, 제어 장치(40)는, 회동 기구(90)의 회동 액츄에이터(92)(도 8의 (a) 참조)를 동작시켜서, 패드 가열기(11), 패드 냉각기(51), 및 흡인 노즐(61)을, 도 3의 (c)에 나타내는 초기 위치로부터 도 19에 나타내는 대피 위치로 이동시킨다.

세정 장치(45)는, 대피 위치로 이동한 패드 가열기(11), 패드 냉각기(51), 및 흡인 노즐(61)에 세정액(예를 들어, 순수한 물)을 상방 및 하방에서 분사하는 복수의 스프레이(46)를 구비하고 있다. 제어 장치(40)는, 패드 가열기(11), 패드 냉각기(51), 및 흡인 노즐(61)이 대피 위치로 이동한 후에, 패드 가열기(11), 패드 냉각기(51), 및 흡인 노즐(61)에 스프레이(46)로부터 세정액을 분사한다. 이 동작에 의해, 패드 가열기(11), 패드 냉각기(51), 및 흡인 노즐(61)에 부착된 오물이 세정된다.

패드 가열기(11), 패드 냉각기(51), 및 흡인 노즐(61)의 세정이 완료하면, 제어 장치(40)는, 회동 기구(90)의 동작을 제어하여, 패드 가열기(11), 패드 냉각기(51), 및 흡인 노즐(61)을 초기 위치(도 3의 (c) 참조)로 이동시킨다. 초기 위치로 이동한 패드 가열기(11), 패드 냉각기(51), 및 흡인 노즐(61)로부터, 연마 패드(3)에 세정액의 액적이 낙하하면, 연마액(슬러리)의 농도가 바뀌어, 연마 성능에 악영향을 줄 우려가 있다. 그래서, 본 실시형태에서는, 세정 장치(45)는, 세정액에 의한 세정 후의 패드 가열기(11), 패드 냉각기(51), 및 흡인 노즐(61)에 기체(예를 들어, 공기, 질소, 또는 아르곤)를 내뿜는 복수의 노즐(47)을 갖고 있어도 된다.

노즐(47)로부터 내뿜어진 기체에 의해, 패드 가열기(11), 패드 냉각기(51), 및 흡인 노즐(61)에 부착된 세정액을 불어날려서, 패드 가열기(11), 패드 냉각기(51), 및 흡인 노즐(61)을 건조시킬 수 있다. 이 건조 처리에 의해, 초기 위치로 이동한 패드 가열기(11), 패드 냉각기(51), 및 흡인 노즐(61)로부터, 연마 패드(3)에 세정액의 액적이 낙하하는 것을 방지할 수 있다. 일 실시형태에서는, 스프레이(46)가 세정액과는 별도로 기체를 패드 가열기(11), 패드 냉각기(51), 및 흡인 노즐(61)에 내뿜는 기능을 갖고 있어도 된다.

상술한 실시형태에서는, 패드 온도 조정 장치(5)는, 패드 가열기(11) 뿐만 아니라, 냉각 기구(50) 및 흡인 기구(60)를 구비하고 있다. 그렇지만, 패드 온도 조정 장치(5)는, 패드 냉각기(51), 및 흡인 노즐(61) 중 어느 한쪽, 또는 양쪽 모두를 생략해도 된다. 패드 냉각기(51), 및 흡인 노즐(61) 중 어느 한쪽, 또는 양쪽 모두 생략되는 경우, 패드 온도 조정 장치(5)는, 상술한 상하 이동 기구(85), 회동 기구(90), 및 회전 기구(95) 중 적어도 하나를 갖고 있는 것이 바람직하다. 이들 기구(85, 90, 95)에 의해, 패드 표면 온도의 미세한 조정이 가능해진다.

도 20은, 다른 실시형태에 관한 가열 유체 공급 시스템과 냉각 유체 공급 시스템을 나타내는 모식도이다. 특히 설명하지 않는 본 실시형태의 구성은, 도 2에 나타내는 실시형태의 구성과 마찬가지이므로, 그 중복되는 설명을 생략한다.

도 20에 나타내는 가열 유체 공급 시스템(30)은, 과열 증기 공급 라인(32)에 배치된 온도계(71)와, 가스 공급 라인(34)에 배치된 유량계(72) 및 유량 조정기(73)(예를 들어, 유량 조정 밸브)를 구비한다. 온도계(71)는, 제어 장치(40)에 접속되어, 제어 장치(40)에 과열 증기의 온도의 측정값을 송신한다. 유량계(72) 및 유량 조정기(73)도 제어 장치(40)에 접속된다. 유량계(72)는, 가스 공급 라인(34)을 흐르는 가스의 유량의 측정값을 제어 장치(40)에 송신하고, 제어 장치(40)는, 유량 조정기(73)의 동작을 제어한다.

본 실시형태에서는, 제어 장치(40)는, 패드 온도 측정기(10)에 의해 측정된 패드 표면 온도에 기초하여, 과열 증기 발생기(31)에서 가열되는 증기의 온도를 산출한다. 제어 장치(40)는, 과열 증기 공급 라인(32)을 흐르는 과열 증기의 온도가 산출된 증기의 온도에 일치하도록, 과열 증기 발생기(31)의 동작을 제어한다.

제어 장치(40)는, 과열 증기 발생기(31)의 동작의 제어에 추가하여, 또는 이를 대신하여, 패드 온도 측정기(10)에 의해 측정된 패드 표면 온도에 기초하여, 유량 조정기(73)의 동작을 제어해도 된다. 이 경우, 제어 장치(40)는, 과열 증기 발생기(31)에서 가열되는 증기의 온도 및/또는 가스 공급 라인(34)을 흐르는 가스의 유량을 산출한다. 제어 장치(40)는, 과열 증기 공급 라인(32)을 흐르는 과열 증기의 온도가 산출된 증기의 온도에 일치하도록, 및/또는 가스 공급 라인(34)을 흐르는 가스의 유량이 산출된 가스의 유량에 일치하도록, 과열 증기 발생기(31)의 동작 및/또는 유량 조정기(73)의 동작을 제어한다.

도 21은, 또 다른 실시형태에 관한 가열 유체 공급 시스템을 나타내는 모식도이다. 특히 설명하지 않는 본 실시형태의 구성은, 도 2에 나타내는 실시형태의 가열 유체 공급 시스템과 마찬가지이므로, 그 중복되는 설명을 생략한다.

도 21에 나타내는 가열 유체 공급 시스템은, 배기 라인(36)이 접속되는 배액탱크(37)를 갖는다. 배액 탱크(37)에는, 물 공급 라인(33)에서 분기한 물 분기 라인(38)도 접속되어 있고, 물 분기 라인(38)에는 밸브(39)가 배치되어 있다. 밸브(39)를 열면, 상온의 물이 배액 탱크(37)에 공급된다.

배액 탱크(37)에는, 배기 라인(36)을 통해 흐른 잉여의 과열 증기가 공급되고, 배액 탱크(37) 내에서 응축하여 물로 되돌아온다. 잉여의 과열 증기를 효율적으로 응축시키기 위해, 배액 탱크(37)에는, 물 분기 라인(38)을 통해 상온의 물이 공급되며, 배액 탱크(37) 내의 분위기 온도를 저하시킨다. 배액 탱크(37)의 바닥부에는, 드레인 라인(83)이 접속되어 있고, 과열 증기로부터의 응축수는 드레인 라인(83)을 통해 연마 장치로부터 배출된다.

도시하지는 않았지만, 물 분기 라인(38)을 생략하여, 드레인 라인(83)을 과열 증기 발생기(31)에 접속해도 된다. 이 경우, 배액 탱크(37)에 저장된 고온의 물이 과열 증기 발생기(31)에 공급되어, 다시 한번 과열 증기의 생성에 이용된다. 이 구성에 의하면, 과열 증기 발생기(31)의 에너지 절약 운전을 기대할 수 있다.

도 22는, 다른 실시형태에 관한 냉각 유체 공급 시스템(50)과 흡인 기구(60)의 조합을 나타내는 모식도이다. 도 22에 나타내는 흡인 기구(60)의 진공원(63)은 이젝터이다. 진공원(63)에는, 냉각 유체 공급 시스템(52)의 냉각 가스 공급 라인(53)에서 분기한 가스 분기 라인(55)이 접속되고, 진공원(63)의 구동 유체는, 가스 분기 라인(55)을 통해 진공원(63)에 공급된 상온의 가스이다. 가스 분기 라인(55)에는, 구동 유체의 유량을 조정하는 유량 조정기(74)(예를 들어, 유량 조정 밸브)가 배치되어 있다. 이러한 구성에 의해 진공원(63)의 런닝 코스트를 저감할 수 있다.

도 23은, 다른 실시형태에 관한 가열 유체 공급 시스템(30), 냉각 유체 공급 시스템(50), 및 흡인 기구(60)의 조합을 나타내는 모식도이다. 특히 설명하지 않는 실시형태는, 도 21 및 도 22를 참조하여 설명된 실시형태와 마찬가지이므로, 그 중복되는 설명을 생략한다.

도 23에 나타내는 냉각 유체 공급 시스템(50)은, 이젝터인 진공원(63)에 구동 유체를 공급하기 위한 가스 분기 라인(55)과는 다른 가스 분기 라인(56)이 냉각 가스 공급 라인(53)에서 분기된다. 이하의 설명에서는, 가스 분기 라인(55)을 제1 분기 라인(55)이라고 칭하고, 가스 분기 라인(56)을 제2 분기 라인(56)이라고 칭한다.

제2 분기 라인(56)은, 배기 라인(36)에 접속된다. 제2 분기 라인(56)을 배기 라인(36)까지 흘러온 상온의 가스는, 배기 라인(36)에서 잉여의 과열 증기와 혼합되어, 과열 증기를 냉각한다. 따라서, 배액 탱크(37)에는, 냉각된 과열 증기와 과열 증기로부터 응축한 물이 공급된다.

배액 탱크(37)에는 가스 방출 라인(41)이 접속되어 있고, 가스 방출 라인(41)은, 이젝터인 진공원(63)의 배출 라인(65)에 연결된다. 배기 라인(36)으로부터 배액 탱크(37)까지 흘러온 기체는, 가스 방출 라인(41)을 통해 배출 라인(65)에 흘러들어, 배출 라인(65)을 개재하여 연마 장치로부터 배출된다.

상술한 실시형태는, 본 발명이 속하는 기술 분야에서의 통상의 지식을 가지는 자가 본 발명을 실시할 수 있는 것을 목적으로 하여 기재된 것이다. 상기 실시형태의 여러 가지 변형예는, 당업자라면 당연히 해낼 수 있는 것이며, 본 발명의 기술적 사상은 다른 실시형태에도 적용할 수 있다. 따라서, 본 발명은, 기재된 실시형태에 한정되는 일은 없으며, 특허청구의 범위에 의해 정의되는 기술적 사상에 따른 가장 넓은 범위로 해석되는 것이다.

1...연마 헤드
2...연마 테이블
3...연마 패드
9...가열 기구
10...패드 온도 측정기
11...패드 가열기
30...가열 유체 공급 시스템
31...과열 증기 발생기
32...과열 증기 공급 라인
35...유량 조정기
40...제어 장치
50...냉각 기구
51...패드 냉각기
52...냉각 유체 공급 시스템
53...냉각 가스 공급 라인
54...유량 조정기
60...흡인 기구
61...흡인 노즐
62...흡인 라인
63...진공원(진공 장치)
64...유량 조정기

Claims

연마 패드를 지지하기 위한 연마 테이블과,
기판을 상기 연마 패드의 연마면에 눌러붙여서 상기 기판을 연마하는 연마 헤드와,
상기 연마면의 온도를 측정하는 패드 온도 측정기와,
상기 연마면의 온도를 조정하는 패드 온도 조정 장치와,
상기 패드 온도 측정기에 의해 측정된 상기 연마면의 온도에 기초하여 상기 패드 온도 조정 장치의 동작을 제어하는 제어장치를 구비하고,
상기 패드 온도 조정 장치는, 상기 연마면으로부터 상방으로 이간하여 배치된 패드 가열기를 포함하며,
상기 패드 가열기는, 상기 연마 패드의 대략 반경 방향으로 연장되는 장척부와, 그 장척부의 길이 방향을 따라 형성되며, 상기 연마면을 향해 가열 유체를 분사하기 위한 슬릿 형상의 분사구를 갖는, 연마 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 패드 온도 조정 장치는, 상기 패드 가열기를 상기 연마면에 대해 상하 이동시키는 상하 이동 기구를 더 구비하는 연마 장치.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 패드 온도 조정 장치는, 상기 패드 가열기를 상기 연마면에 대해 수평 방향으로 회동시키는 회동 기구를 더 구비하는 연마 장치.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 패드 온도 조정 장치는, 상기 패드 가열기를 그 길이 방향축을 중심으로 회전시키는 회전 기구를 더 구비하는 연마 장치.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 패드 온도 조정 장치는, 상기 분사구의 개방도를 조정하는 셔터 기구를 더 구비하는 연마 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 패드 온도 측정기는, 상기 연마 패드의 반경 방향을 따르는 온도 프로파일을 측정 가능한 측정기이고,
상기 셔터 기구는, 상기 패드 가열기의 분사구의 길이 방향을 따라 배열된 피에조 소자로 구성되는 연마 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 온도 프로파일에 기초하여, 각 피에조 소자의 신축량을 조정하는 연마 장치.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 패드 온도 조정 장치는, 상기 연마면에 냉각 유체를 분사하여 그 연마면을 냉각하는 냉각 기구를 더 구비하는 연마 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 냉각 기구는, 상기 연마면으로부터 상방으로 이간하여 배치된 패드 냉각기를 포함하고,
상기 패드 온도 조정 장치는, 상기 패드 냉각기를 그 길이 방향축을 중심으로 회전시키는 회전 기구를 더 구비하는 연마 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 냉각 기구는, 상기 연마면으로부터 상방으로 이간하여 배치된 패드 냉각기를 포함하고,
상기 패드 냉각기는, 상기 연마 패드의 대략 반경 방향으로 연장되는 장척부와, 상기 장척부의 길이 방향을 따라 배열되며, 상기 연마면을 향해 상기 냉각 유체를 분사하기 위한 복수의 분사구를 갖고 있으며,
상기 냉각 기구는, 상기 패드 냉각기의 복수의 분사구의 개방도를 조정하는 셔터 기구를 더 구비하는 연마 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 냉각 기구는, 상기 연마면으로부터 상방으로 이간하여 배치된 패드 냉각기를 포함하고,
상기 냉각 기구는, 상기 패드 냉각기에 장착된 안내판과,
상기 안내판을 회동시키는 액츄에이터를 더 구비하는 연마 장치.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 패드 온도 조정 장치는, 상기 연마면의 상방에 배치되며 상기 연마면의 상방의 공기를 흡인하는 흡인 기구를 더 구비하는 연마 장치.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 패드 온도 조정 장치는, 상기 패드 가열기 내에 배치된 히터를 더 구비하는 연마 장치.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 연마 테이블은, 연마실에 배치되어 있고,
상기 패드 온도 조정 장치는, 상기 연마실 내의 압력이 소정의 값으로 유지되도록, 상기 연마실 내의 공기를 흡인하는 연마실 흡인 장치를 더 구비하는 연마 장치.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 패드 가열기를 상기 연마 패드의 측방의 대피 위치에서 세정하는 세정 장치를 더 구비하는 연마 장치.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 가열 유체는 과열 증기인 연마 장치.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 연마 패드의 표면 온도의 제어를 개시시킬 때에, 패드 온도 조절 개시 동작을 실행하고,
상기 패드 온도 조절 개시 동작은, 상기 연마면의 온도를 목표 온도에 도달시키기 위해 산출된 상기 가열 유체의 유량 및/또는 온도보다도 큰 유량 및/또는 온도를 가진 상기 가열 유체를 상기 패드 가열기에 공급하는 동작인 연마 장치.
청구항 17에 있어서,
상기 패드 온도 조정 장치는,
상기 가열 유체를 상기 패드 가열기에 공급하는 가열 유체 공급 라인과,
상기 가열 유체 공급 라인에 배치된 유량 조정기를 더 구비하고,
상기 제어 장치는, 상기 패드 온도 조절 개시 동작중에, 상기 유량 조정기를 이용하여 상기 가열 유체의 유량을 증대시키는 연마 장치.
청구항 17에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 연마 패드의 연마면의 온도가 상기 목표 온도에 도달하면, 상기 패드 온도 조절 개시 동작을 종료시키는 연마 장치.
연마 패드의 연마면의 온도를, 상기 연마면으로부터 상방으로 이간하여 배치된 패드 가열기로 조정하면서, 기판을 상기 연마면에 눌러붙여서 상기 기판을 연마하는 연마 방법으로서,
상기 연마면의 온도의 제어를 개시시킬 때에, 패드 온도 조절 개시 동작을 실행하여 상기 연마면의 온도를 목표 온도에 도달시키고,
상기 기판의 연마중, 상기 연마면의 온도를 측정하는 패드 온도 측정기에 의해 측정된 상기 연마면의 온도에 기초하여, 상기 패드 가열기의 장척부에 형성된 슬릿 형상의 분사구로부터 가열 유체를 분사하여, 상기 연마면의 온도를 상기 목표 온도로 유지하며,
상기 패드 온도 조절 개시 동작은, 상기 연마면의 온도를 목표 온도에 도달시키기 위해 산출된 상기 가열 유체의 유량 및/또는 온도보다도 큰 유량 및/또는 온도를 가진 상기 가열 유체를 상기 패드 가열기에 공급하는 동작인, 연마 방법.
청구항 20에 있어서,
상기 연마면의 온도를 상기 목표 온도로 유지하는 공정은, 상기 가열 유체의 온도 및/또는 유량의 조정, 상기 연마면에 대한 상기 패드 가열기의 상하 이동의 조정, 상기 연마면에 대한 상기 패드 가열기의 수평 방향의 회동 동작의 조정, 및 상기 패드 가열기를 그 길이 방향축을 중심으로 회전시키는 회전 동작의 조정 중 적어도 하나 의해 행해지는 연마 방법.
청구항 21에 있어서,
상기 가열 유체의 유량의 조정은, 상기 패드 가열기의 분사구의 개방도를 조정 가능한 셔터에 의해 행해지는 연마 방법.
청구항 22에 있어서,
상기 패드 온도 측정기는, 상기 연마 패드의 반경 방향을 따르는 온도 프로파일을 측정 가능한 측정기이고,
상기 셔터는, 상기 패드 가열기의 분사구의 길이 방향을 따라 배열된 피에조 소자로 구성되며,
상기 가열 유체의 유량의 조정은, 상기 온도 프로파일에 기초하여, 각 피에조 소자의 신축량을 조정함으로써 행해지는 연마 방법.
청구항 20 내지 23 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연마면의 온도를 상기 목표 온도로 유지하는 공정은, 상기 패드 가열기와, 상기 연마면에 냉각 유체를 분사하여 그 연마면을 냉각하는 냉각 기구에 의해 행해지는 연마 방법.
청구항 24에 있어서,
상기 냉각 기구는, 상기 연마면으로부터 상방으로 이간하여 배치된 패드 냉각기를 포함하고,
상기 패드 냉각기는, 상기 연마 패드의 대략 반경 방향으로 연장되는 장척부와, 상기 장척부의 길이 방향을 따라 배열되며, 상기 연마면을 향해 상기 냉각 유체를 분사하기 위한 복수의 분사구를 갖고 있으며,
상기 연마면의 온도를 상기 목표 온도로 유지하는 공정은, 상기 패드 냉각기를 그 길이 방향축을 중심으로 회전시키는 회전 동작의 조정, 셔터에 의한 상기 패드 냉각기의 복수의 분사구의 개방도의 조정, 및 상기 패드 냉각기에 장착된 안내판의 회동 동작의 조정 중 적어도 하나를 더 추가하여 행해지는 연마 방법.
청구항 20 내지 23 중 어느 한 항에 있어서,
상기 패드 온도 조절 개시 동작은, 상기 가열 유체를 상기 패드 가열기에 공급하는 가열 유체 공급 라인에 배치된 유량 조정기를 이용하여 상기 가열 유체의 유량을 증대시키는 동작인 연마 방법.
청구항 20 내지 23 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연마 패드의 연마면의 온도가 상기 목표 온도에 도달하면, 상기 패드 온도 조절 개시 동작을 종료시키는 연마 방법.