JP4787063B2 - 研磨装置及び研磨方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板保持機構で保持する半導体基板等の研磨対象基板の被研磨面を、研磨テーブル等の研磨面に接触させ、被研磨面と研磨面の相対運動により被研磨面を研磨する研磨装置及び研磨方法に関するものである。

従来、研磨テーブルの上面に研磨クロス（研磨パッド）を貼り付けて研磨面を形成し、この研磨面に基板保持機構（トップリング）で保持する半導体基板等の研磨対象基板（以下、「基板」という）の被研磨面を押圧接触させ、研磨面にスラリーを供給しながら、研磨テーブルの回転とトップリングの回転による研磨面と被研磨面の相対運動により、被研磨面を平坦且つ鏡面状に研磨する化学機械研磨（Chemical mechanical polishing：ＣＭＰ）装置がある。

ここで、半導体デバイスの微細化への取り組みには、上記のＣＭＰ装置における基板の被研磨面の均一な研磨が重要である。そのため従来から、例えば特許文献１に示すように、研磨面の被研磨面に対する接触圧力を調節して被研磨面内の面圧分布を最適化することで、基板の被研磨面を均一な状態に研磨する試みがなされている。
特開２００２−８６３４７号公報

しかしながら、基板の被研磨面の研磨レート（研磨率）は、研磨面の接触圧力だけでなく、研磨面の温度や供給するスラリーの濃度等の影響も受けるため、研磨面の接触圧力を調節するだけでは、研磨レートを完全にコントロールすることはできなかった。特に、研磨レートの研磨面温度への依存性が高いＣＭＰプロセス（例えば、研磨クロスの表面硬度がその温度に高く依存するような場合）では、研磨面の温度分布によって被研磨面内の各部の研磨レートにばらつきが生じ、研磨プロファイルが均一にならなかった。研磨面の温度は、一般に、被研磨面との接触やトップリングに取り付けられた基板を保持するリテーナリングとの接触による研磨面自体の発熱や、研磨面の熱吸収率のばらつきや、研磨面に滴下されたスラリーの流れ方などによって、均一でなく、各所で温度差が生じた状態になっている。

また、上記のような研磨レートの研磨面温度への依存性が高いＣＭＰプロセスでは、研磨面の被研磨面に対する接触圧力が所定範囲内の間は、研磨レートが接触圧力に比例するが、接触圧力が所定範囲を超えると接触圧力が変化しても研磨レートが変化しなくなる。この場合、被研磨面内の他の箇所と温度が異なる部分の接触圧力を局所的に変化させても、その部分の研磨レートを変えることができず、被研磨面内の研磨レートのばらつきを是正することができなかった。このように、研磨面の接触圧力を調節するだけでは、被研磨面の全体で均一な研磨プロファイルを得ることができなかった。

一方、研磨面の被研磨面に対する接触部分全体の接触圧力を下げれば、研磨面の温度上昇が抑えられ、接触圧力の変化による研磨プロファイルのコントロール性が向上するが、その反面、被研磨面全体の研磨レートが低下してしまうので、生産性が悪化する。このように従来は、高い研磨レートを維持しながら均一な研磨プロファイルを得ることが困難であった。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、被研磨面の研磨レートの研磨面温度への依存性が高いＣＭＰプロセスにおいても、被研磨面の高い研磨レートを維持しながら均一な研磨プロファイルを得ることができる研磨装置、及び研磨方法を提供することにある。

上記課題を解決するため本願の請求項１に記載の発明は、基板を保持する基板保持機構と、研磨面を有する研磨テーブルとを備え、基板保持機構で保持する基板の被研磨面を研磨テーブルの研磨面に接触させ、被研磨面と研磨面の相対運動により被研磨面を研磨する研磨装置において、前記研磨テーブルの研磨面に向けて流体を吹き出す流体吹出機構と、前記流体吹出機構による流体の吹き出しを制御するコントローラとで前記研磨テーブルの研磨面の温度分布を制御する研磨面温度制御手段を設け、前記研磨装置は、前記研磨面温度制御手段の前記流体吹出機構で前記研磨面に向けて流体を吹き出すことで、前記研磨面の温度分布を所定の温度分布に制御して前記被研磨面を研磨する第１の研磨工程と、前記流体吹出機構による流体の吹き出しを停止するか、又は前記流体吹出機構による流体の吹出流量を前記第１の工程における流体の吹出流量よりも少ない流量とすることで、前記研磨面の温度分布を前記第１の研磨工程における温度分布よりも高い温度の温度分布に制御して前記被研磨面を研磨する第２の研磨工程と、を行うと共に、前記第２の研磨工程において研磨の終了点を検出したときに前記基板の研磨工程を終了することを特徴とする。

本願の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の研磨装置において、前記流体吹出機構で前記研磨面に向けて吹き出す流体は、気体又は気液混合流体である
ことを特徴とする。

本願の請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の研磨装置において、前記流体吹出機構は、複数の流体吹出口を具備することを特徴とする。

本願の請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の研磨装置において、前記複数の流体吹出口から吹き出す流体の流量を個別に調節する流量調節手段、及び／又は前記複数の流体吹出口から吹き出す流体の温度を個別に調節する温度調節手段を具備することを特徴とする。

本願の請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の研磨装置において、前記複数の流体吹出口のうち流体を吹き出す流体吹出口の数を調節する吹出口数調節手段、及び／又は前記各流体吹出口の研磨面への流体の吹き付け位置を調節する吹付位置調節手段を具備することを特徴とする。

本願の請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の研磨装置において、前記研磨テーブルの研磨面の温度分布を測定する研磨面温度分布測定手段を備え、前記研磨面温度制御手段は、前記研磨面温度分布測定手段の測定結果に基づいて、前記流量調節手段、温度調節手段、吹出口数調節手段、吹付位置調節手段の少なくともいずれかを用いて流体の吹き出しを制御することで、前記研磨面を所定の温度分布に制御することを特徴とする。

本願の請求項７に記載の発明は、基板の被研磨面を研磨面に接触させ、被研磨面と研磨面の相対運動により被研磨面を研磨する研磨工程を有し、前記研磨工程は、前記研磨面の温度を制御する研磨面温度制御手段で、該研磨面の温度を所定の温度分布に制御して研磨を行う第１の研磨工程と、前記研磨面温度制御手段で、前記研磨面の温度分布を前記第１の研磨工程における温度分布よりも高い温度の温度分布に制御して研磨を行う第２の研磨工程と、からなり、前記第１の研磨工程は、前記研磨面温度制御手段が備える流体吹出機構で、前記研磨面に向けて所定流量の流体を吹き出して研磨を行う工程であり、前記第２の研磨工程は、前記流体吹出機構による流体の吹き出しを停止して研磨を行うか、又は前記流体吹出機構で前記第１の工程における流体の吹出流量よりも少ない流量の流体を吹き出して研磨を行う工程であり、前記第２の研磨工程において研磨の終了点を検出したときに基板の研磨工程を終了することを特徴とする。

本願の請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の研磨方法において、前記第１の研磨工程の時間が、研磨工程全体の半分以上の時間を占めることを特徴とする。

本願の請求項１に記載の発明によれば、研磨テーブルの研磨面の温度分布を制御する研磨面温度制御手段を設け、研磨面温度制御手段で研磨面の温度分布を所定の温度分布に制御し、基板の被研磨面の各部の研磨レートを制御するので、被研磨面の研磨レートの研磨面温度への依存性が高いＣＭＰプロセスにおいても、被研磨面全体の面圧を下げることなく、被研磨面の各部を所望の研磨レートで研磨することが可能となり、被研磨面の高い研磨レートを維持しながら均一な研磨プロファイルを得ることができる。

また、本願の請求項１に記載の発明によれば、研磨面温度制御手段は、研磨テーブルの研磨面に向けて流体を吹き出すことで研磨面を所定の温度分布にする流体吹出機構を具備するので、簡単な構成で研磨面を所望の温度分布にすることが可能となり、均一な研磨プロファイルを得ることができる。

本願の請求項３に記載の発明によれば、流体吹出機構は、複数の流体吹出口を具備するので、研磨面をより細かい範囲に区分してそれらの部分を所望の温度分布にすることが可能となり、より均一な研磨プロファイルを容易に得ることができる。

本願の請求項４に記載の発明によれば、複数の流体吹出口から吹き出す流体の流量を個別に調節する流量調節手段、及び／又は複数の流体吹出口から吹き出す流体の温度を個別に調節する温度調節手段を具備するので、研磨面の局所的な部分を所望の温度分布にすることが可能となり、より均一な研磨プロファイルを容易に得ることができる。

本願の請求項５に記載の発明によれば、複数の流体吹出口のうち流体を吹き出す流体吹出口の数を調節する吹出口数調節手段、及び／又は各流体吹出口の研磨面への流体の吹き付け位置を調節する吹付位置調節手段を具備するので、研磨面の局所的な部分を所望の温度分布にすることが可能となり、より均一な研磨プロファイルを容易に得ることができる。

本願の請求項６に記載の発明によれば、研磨面温度制御手段は、研磨面温度分布測定手段の測定結果に基づいて、流量調節手段、温度調節手段、吹出口数調節手段、吹付位置調節手段の少なくともいずれかを用いて流体の吹き出しを制御することで、研磨面を所定の温度分布に制御するので、実際の研磨面の温度分布に基づいて、正確に目的とする研磨面の温度分布を実現することができ、より均一な研磨プロファイルを得ることができる。

本願の請求項７に記載の発明によれば、研磨工程を行う際に、研磨面の温度分布を所定の温度分布に制御して、基板の被研磨面の各部の研磨レートを制御するので、被研磨面の研磨レートの研磨面温度への依存性が高いＣＭＰプロセスにおいても、被研磨面全体の面圧を下げることなく、被研磨面の各部を所望の研磨レートで研磨することが可能となり、被研磨面の高い研磨レートを維持しながら均一な研磨プロファイルを得ることができる。

本願の請求項１及び請求項７に記載の発明によれば、研磨工程が、研磨面温度制御手段で、該研磨面の温度を所定の温度分布に制御して研磨を行う第１の研磨工程と、研磨面温度制御手段で、研磨面の温度分布を第１の研磨工程における温度分布よりも高い温度の温度分布に制御して研磨を行う第２の研磨工程とからなるので、第２の研磨工程の研磨レートが第１の研磨工程の研磨レートよりも低下することで、第２の研磨工程における研磨工程の終了点を正確に検出できるようになり、研磨終点検知の精度の向上が望めるようになる。

また、本願の請求項１及び請求項７に記載の発明によれば、第１の研磨工程は、流体吹出機構で、研磨面に向けて所定流量の流体を吹き出して研磨を行う工程であり、第２の研磨工程は、流体吹出機構による流体の吹き出しを停止して研磨を行うか、又は流体吹出機構で、第１の工程における流体の吹出流量よりも少ない流量の流体を吹き出して研磨を行う工程なので、簡単な工程の変化によって、第２の研磨工程の研磨レートが第１の研磨工程の研磨レートよりも低下することで、第２の研磨工程における研磨工程の終了点を正確に検出できるようになる。また、第２の研磨工程における研磨面の乾燥も抑えることができる。

本願の請求項８に記載の発明によれば、第１の研磨工程の時間が、研磨工程全体の半分以上の時間を占めるので、研磨終点付近以外では研磨レートを落とすことなく研磨を行うことができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態にかかる研磨装置の構成を示す概略側面図である。同図に示す研磨装置は、回転軸３に支持されて水平面内で回転するように設置された円形平板状の研磨テーブル（ターンテーブル）１を備え、研磨テーブル１の上面に研磨クロス２が貼り付けられて研磨面８が形成されている。研磨テーブル１の上部には、基板Ｗを保持するトップリング４が設置されている。トップリング４は、トップリング回転軸５の下端に枢着され、トップリング回転軸５は、揺動軸７を中心として揺動（旋回）するトップリング揺動アーム６によって同図に示す研磨テーブル１上の研磨位置と、研磨テーブル１側部の基板受渡位置（図示せず）との間で揺動自在に支持されている。またトップリング４は、図示しない昇降手段によりトップリング回転軸５と共に研磨面８に対して上下動可能になっており、研磨面８に向けて下降することで、基板Ｗの被研磨面９を研磨面８に所定の圧力で押圧接触させる一方、上昇することで被研磨面９を研磨面８から離間させるようになっている。研磨テーブル１の上方には、研磨面８に向けてスラリー等の砥液を供給する砥液供給ノズル１０が設置されている。

そしてこの研磨装置は、基板Ｗの被研磨面９に接触する研磨面８を所定の温度分布に制御する研磨面温度制御手段２０を備えている。研磨面温度制御手段２０は、研磨テーブル１上のトップリング４に隣接する位置に設置された、研磨面８に向けて流体（本実施形態では気体）を吹き出す流体吹出機構３０と、研磨面８の温度分布を測定する研磨面温度分布測定手段４０と、コントローラ５０とを備えて構成されている。以下、研磨面温度制御手段２０の各構成部を順に説明する。

図２は、流体吹出機構３０の構成を説明するための図で、同図（ａ）は研磨テーブル１をその上方から見た図で、同図（ｂ）は側方から見た図である。なお、同図（ｂ）では、流体吹出機構３０はその一部のみを示している。また図３は、流体吹出機構３０の全体構成を示す図である。図２に示すように、流体吹出機構３０は、研磨テーブル１上のトップリング４の側部（詳細には、研磨テーブル１の回転によって、基板Ｗの被研磨面９に接触する部分の研磨面８が移動して通過する位置の上方にあたる側部）に設置され、トップリング４の側面を囲むように放射状に配置された複数個（図では５個）の吹出ノズル（流体吹出口）３２を備えている。各吹出ノズル３２は、いずれも研磨面８に向けて開口し、それぞれ研磨面８上の異なる位置に気体を吹き付けるようになっている。

図３に示すように、各吹出ノズル３２は、各々の配管３３を介して圧縮エアやチッソガスなどの気体が供給される気体源３４と接続され、気体源３４から供給される前記気体を吹き出すように構成されている。また、各々の配管３３には、各吹出ノズル３２から吹き出す気体の流量を個別に調節する流量調節手段であるニードルバルブ３５と、流量を計測する流量計３６とが設置されている。各流量計３６の測定値はコントローラ５０に入力され、各ニードルバルブ３５はコントローラ５０の指令で動作するように構成されている。

また各々の配管３３には、各吹出ノズル３２から吹き出す気体の温度を個別に調節するヒーターあるいは冷却器などの温度調節手段３７が設置されている。また各吹出ノズル３２には、それらの姿勢を個別に変えて各吹出ノズル３２から出た気体が吹き付けられる研磨面８上の位置を任意に変更する機構である吹付位置調節手段（図示せず）が設置されている。温度調節手段３７や吹付位置調節手段も、コントローラ５０の指令で動作するように構成されている。なお、各吹出ノズル３２から乾燥した気体を研磨面８に吹き付けると、研磨面８が乾燥してスラリーが固化し、基板Ｗの被研磨面９が傷付く可能性があるため、これを防ぐ目的で、各吹出ノズル３２から吹き出す気体を加湿する加湿機構３８を設けている。また、図示は省略するが、吹出ノズル３２の近傍に加湿機や噴霧ノズル等を設置することで、研磨面８の乾燥を防ぐように構成してもよい。

研磨面温度分布測定手段４０は、本実施形態では、図１に示すように、研磨面８の温度分布（被研磨面９と接触する部分の温度分布）を測定するサーモグラフィ４０である。このサーモグラフィ４０による研磨面８の温度分布の測定結果は、コントローラ５０に入力されるように構成されている。なお研磨面温度分布測定手段４０としては、同図に示すサーモグラフィ４０のほか、研磨面８上の各部の温度を測定する複数の放射温度計等を用いることもできる。

コントローラ５０は、サーモグラフィ４０の測定データを入力すると共に、流体吹出機構３０へ指令を出力するように、これらと電気的に接続されている。また、コントローラ５０には、予め測定した、研磨面８の温度制御を行なっていない状態における被研磨面９の研磨プロファイルのデータが格納されると共に、各吹出ノズル３２からの最適な気体の吹出流量や吹出温度、又は気体を吹き出す吹出ノズル３２の数や各吹出ノズル３２の吹出方向（吹付位置）を自動的に決定することで研磨面の温度分布を制御する研磨面温度制御プログラム５１が格納されている。

次に、上記構成の研磨装置による研磨工程を説明する。トップリング揺動アーム６によってトップリング４を研磨テーブル１上の研磨位置まで揺動移動させる。そして、回転軸３を中心に研磨テーブル１を回転させると共に、トップリング回転軸５を中心にトップリング４を回転させ、砥液供給ノズル１０から研磨面８にスラリーを供給しながら、昇降手段によりトップリング４を下降させて、トップリング４の下端面に保持された基板Ｗの被研磨面９を研磨面８に押圧接触させる。これにより被研磨面９と研磨面８の相対運動で、基板Ｗの被研磨面９を研磨する。

その際、サーモグラフィ４０で、研磨中の研磨面８の温度分布を測定し、この測定データをコントローラ５０に入力する。研磨面温度制御プログラム５１は、この温度分布の測定データと、コントローラ５０に格納されている研磨面８の温度制御を行なっていない状態での被研磨面９の研磨プロファイルのデータとに基づいて、被研磨面９の研磨レートを均一化するために必要な研磨面８の加熱・冷却量を算出し、各吹出ノズル３２からの気体の最適な吹出流量と吹出温度、吹付位置を決定する。そしてこの決定結果に基づいて、コントローラ５０は、流体吹出機構３０に、各ニードルバルブ３５の弁開度、各温度調節手段３７の設定温度、各吹付位置調節手段による吹付位置の指令を出力し、各吹出ノズル３２の吹出流量、吹出温度、吹付位置を個別に調節して研磨面８に気体を吹き付ける。これにより、研磨面８を所定の温度分布に制御することができ、研磨面８に接触する被研磨面９の研磨レートを均一化して、被研磨面９を平坦化することができる。

ここで、各吹出ノズル３２の吹出流量を調節する際に、いずれかのニードルバルブ３５を完全に閉じてその吹出ノズル３２からの吹き出しを停止させれば、気体を吹き出す吹出ノズル３２の数を調節することができる。なお、上記で説明した気体の吹出流量、吹出温度、吹付位置の各要素は、その全部でなくても、いずれかを制御して研磨面８の温度分布を調節するように構成することもできる。

上記構成の研磨装置によれば、研磨面温度制御手段２０を備えたことで、被研磨面９に接触する研磨面８を所望の温度分布にできるので、被研磨面９の研磨レートが研磨面８の温度に高く依存するＣＭＰプロセスにおいても、被研磨面９の各部の研磨レートを自由に制御することができる。したがって、被研磨面９全体の面圧を下げることなく、被研磨面９の高い研磨レートを維持して生産性を良好に保ちながら、被研磨面９の平坦化を実現することができる。さらに、研磨面温度制御手段２０は、研磨面８の各部に気体を吹き付ける複数の吹出ノズル３２と、これら各吹出ノズル３２の気体の吹出流量、吹出温度、吹付位置を個別に調節する機構を備えるので、研磨面８を目的とする微細な範囲に区分して、各区分の温度分布を個別に制御することが可能となる。したがって、被研磨面９の各部の研磨レートを精密に制御でき、被研磨面９を高い精度で平坦化できる。

また、上記の研磨工程を前半の研磨工程（第１研磨工程）と後半の研磨工程（第２研磨工程）とに分けて、これら前半と後半の研磨工程で、研磨面温度制御手段２０の流体吹出機構３０からの気体の吹出流量を変化させて基板Ｗの研磨を行うようにしても良い。この具体例としては、前半の研磨工程で、流体吹出機構３０から所定流量の気体を吹き出して研磨面８の温度を制御しながら研磨を行う一方、後半の研磨工程で、前半の研磨工程よりも流体吹出機構３０からの気体の吹出流量を少なくして研磨を行ったり、あるいは気体の吹き出しを完全に停止して（即ち、研磨面温度制御手段２０による研磨面８の温度制御を行わずに）研磨を行う。これにより、後半の研磨工程での研磨面８における砥液の乾燥を抑えることができるので、砥粒の凝集が抑えられ、被研磨面９におけるスクラッチ（研磨傷）等のディフェクトの発生を防ぐことが可能となる。またこれと同様に、研磨面８における砥液の乾燥を抑えるため、前半の研磨工程では流体吹出機構３０から加湿していない気体を吹き出して研磨を行う一方、後半の研磨工程で、加湿機構３８や加湿機又は噴霧ノズル等で加湿した気体ないしは霧状の気液混合流体を吹き出して研磨を行っても良い。

本研磨装置における研磨工程では、たとえ基板Ｗの被研磨面９にスクラッチ等のディフェクトが生じても、被研磨面９の研磨対象膜の膜厚がスクラッチの深さよりも厚ければ、基板Ｗが不良品とはならない。したがって、上記のように研磨工程を前半と後半の研磨工程に分け、これらで流体吹出機構３０の運転状態を変えることで、後半の研磨工程において砥粒の凝集を防ぎながら研磨を行えば、最終的には被研磨面９にスクラッチ等のディフェクトが無い基板Ｗを得ることが可能となる。このことから、前半の研磨工程から後半の研磨工程への切り替えのタイミングは、砥粒の凝集体の大きさを考慮して定められる。例えば、前半の研磨工程において研磨対象膜の厚さが約５０ｎｍになった時点で、後半の研磨工程に切り替えるようにする。この切り替えのタイミングの判定は、具体的には、研磨テーブル１やトップリング４に設けたトルク電流センサや渦電流センサあるいは光学式センサなどの膜厚検出器（図示せず）の出力値を基準にして行う。

また、後半の研磨工程への切り替えのタイミングは、前半と後半の研磨工程の時間配分によって決定しても良い。例えば、前半の研磨工程よりも後半の研磨工程を長くすることで、全体の研磨工程の半分以上の時間である後半の研磨工程において、残りの時間である前半の研磨工程よりも流体吹出機構３０からの気体の吹出流量を少なくして研磨を行ったり、気体の吹き出しを停止して研磨を行うことができる。一方、全体の研磨時間の半分以上の時間において気体を吹き出し、研磨終点付近になったら気体の吹き出しを停止するようにして研磨工程を行ってもよい。なおここでは、研磨工程を前半と後半の二段階の研磨工程に分けた場合を説明したが、場合によっては研磨工程を三段階以上に分けても良いし、あるいは二段階に分けた場合でも、後半の研磨工程に代えて基板Ｗのエッチング工程を採用するなどしても良い。

さらに、上記のように後半の研磨工程で前半の研磨工程よりも気体の吹出流量を低減させて研磨を行ったり、気体の吹き出しを停止して研磨を行えば、後半の研磨工程では、研磨面８の冷却効果が低減することで、研磨面８の温度分布が前半の研磨工程の温度分布よりも高い温度の温度分布になる。これにより被研磨面９の研磨レートが低下するが、研磨終了の際に研磨レートが低下していれば、研磨工程の終了点をより正確に検出できるという効果が生じるので、研磨終点の検知の精度を向上させることにつながる。このように、後半の研磨工程で気体の吹出流量を低減させて研磨を行ったり、気体の吹き出しを停止して研磨を行うことで、研磨面８の温度分布を前半の研磨工程の温度分布よりも高い温度の温度分布にすれば、研磨対象の基板Ｗを理想の研磨終点値に到達させるための制御が容易かつ確実に行えるようになる効果が望める。

〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態を説明する。本実施形態においては、第１実施形態と共通する構成部分については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。また、以下で説明する以外の事項は第１実施形態と同じである。他の実施形態においても同様とする。図４は、本実施形態にかかる研磨装置が備える流体吹出機構３０−２の構成を説明するための図で、同図（ａ）は研磨テーブル１をその上方から見た図で、同図（ｂ）は側方から見た図である。なお、同図（ｂ）では、流体吹出機構３０−２はその一部のみを示している。また図５は、流体吹出機構３０−２の全体構成を示す図である。本実施形態の研磨装置は、第１実施形態の研磨装置が備える流体吹出機構３０にかえて、図４、５に示す他の構成の流体吹出機構３０−２を備えたものである。

流体吹出機構３０−２は、図５に示すように送風管４１の一端にモータ４２で駆動する送風機４３が設置され、送風機４３の吸込側に、研磨装置の外部に開口する吸気口４４が設けられている。送風機４３は、コントローラ５０の指令によって運転・停止される。一方、送風管４１の途中には、エアフィルタ４５が設置され、送風管４１の他端には吹出部４６が設けられている。吹出部４６は、図４に示すように、研磨テーブル１上のトップリング４の一方の側部位置（第１実施形態の流体吹出口３１と同様の位置）に配置されている。吹出部４６は、その内部が複数個（図では４個）の吹出口４７に分割されていて、各吹出口４７が、トップリング４の側面を囲むように放射状に配置されている。各吹出口４７はいずれも研磨面８に向けて開口し、それぞれ研磨面８上の異なる位置に気体を吹き付けるように構成されている。また、吹出部４６内で送風管４１から各吹出口４７に分岐する部分には、各吹出口４７への流路の開度を個別に調節する絞り弁４８が設置されている。各絞り弁４８は、コントローラ５０の指令で開閉するように構成されている。なお、本実施形態においても、図示は省略するが、研磨面８の乾燥を防ぐため、各吹出口４７から吹き出す気体を加湿する加湿機構を設けたり、吹出部４６の近傍に加湿機や噴霧ノズル等を設置してもよい。

この研磨装置では、被研磨面９の研磨を行うにあたって、送風機４３を運転して、研磨面８に研磨装置の外部から吸入した空気を吹き付けることで、研磨面８の温度分布を制御するが、その際、第１実施形態の研磨装置と同様に、サーモグラフィ４０による研磨面８の温度分布の測定結果から被研磨面９の研磨レートを均一化するために必要な研磨面８の加熱・冷却量を算出し、各吹出口４７からの最適な気体の吹出流量を決定する。そしてこの決定結果に基づいて、コントローラ５０から絞り弁４８の開度の指令を出し、各吹出口４７に通じる流路の開度を変え、各吹出口４７からの気体の吹出流量を個別に調節する。これにより、研磨面８を所定の温度分布に制御する。なおこのときも、いずれかの絞り弁４８を完全に閉じることで、気体が吹き出す吹出口４７の数を調節することも可能である。

〔第３実施形態〕
図６は、本発明の第３実施形態にかかる研磨装置の構成を説明するための図で、同図（ａ）は研磨テーブル１をその上方から見た図で、同図（ｂ）は側方から見た図である。本実施形態の研磨装置は、第１実施形態の研磨装置が備える流体吹出機構３０にかえて、研磨面の温度分布を制御する手段として、研磨面８にその側面を接触させながら転動する冷却加熱ローラー６０を設置したものである。冷却加熱ローラー６０は、略円錐形状の接触部６１を備え、研磨テーブル１の回転に伴う研磨面８の移動により、接触部６１の側面６１ａが研磨面８に接触した状態で回転軸６２を中心に転動するように構成されている。接触部６１は、ステンレス、チタン、あるいは耐腐食処理を施したアルミ合金等の金属材料で構成されている。そして接触する研磨面８を所定の温度分布にできるように、接触部６１の側面６１ａの各部分は、互いに熱吸収率の異なる複数種類の金属材料で構成されている。また図示は省略するが、冷却加熱ローラー６０を研磨面８に対して上下動させることで、接触部６１の側面６１ａを研磨面８に接触・離間させる上下動機構を備えている。上下動機構は、コントローラ５０の指令で動作する。

この研磨装置では、被研磨面９の研磨を行うにあたって、冷却加熱ローラー６０を研磨面８に接触させて転動させながら研磨を行うことで、接触部６１の側面６１ａの各部と研磨面８の各部との間で熱交換を行わせ、研磨面８の温度分布を制御する。その際、第１実施形態の研磨装置と同様に、サーモグラフィ４０による研磨面８の温度分布の測定結果から、被研磨面９の研磨レートを均一化するために必要な研磨面８の加熱・冷却量を決定する。そしてこの決定結果に基づいて、冷却加熱ローラー６０を上下動させて、接触部６１の研磨面８への接触時間を調節する。これにより、研磨面８を所定の温度分布にする。

以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載のない何れの形状・構造・材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。例えば、流体吹出機構３０から吹き出す流体は、気体に限らず、液体や、霧状の気液混合流体等とすることも可能である。また、気体の場合でも、その種類は上記の圧縮エアやチッソガスには限定されず、目的に応じて他の種類のガスなども使用できる。また、流体吹出機構３０の吹出ノズル３２や吹出口４７の数や形状などは、上記実施形態に示すものに限定されず、研磨面８を所定の温度分布にできるように構成するため他の数や形状などにすることもできる。また、研磨装置の具体的な構成は、上記各実施形態に示すものに限られない。

次に、図７を用いて本発明の実施例を説明する。同図（ｂ）は、研磨テーブル１上の研磨面８の加熱・冷却を行わずに（研磨面８の温度分布を制御せずに）基板Ｗの研磨を行った場合と、本発明にかかる研磨装置で、同図（ａ）に示す研磨面８上の所定領域（符号Ａを付した領域）を冷却しながら研磨を行った場合との、基板Ｗの被研磨面９の研磨プロファイルの比較を示すグラフである。この場合の研磨面８の冷却は、上記実施形態の研磨装置で、研磨面８上のＡ部分に気体を吹き付ける吹出ノズル３２からのみ気体を吹き出すように設定して行った。グラフは、横軸が被研磨面９上の測定位置（被研磨面９の中心からの距離で示す）で、縦軸が研磨レートである。この研磨プロファイルからわかるように、研磨面８の温度分布を制御せずに研磨を行うと、被研磨面９にかかる面圧の分布の影響で、被研磨面９の外周に近くなるほど研磨レートが低下する傾向がみられるが、被研磨面９の外周近傍と接触する部分の研磨面８を冷却することで研磨面８の温度分布を制御して研磨を行うと、被研磨面９の外周近傍の研磨レートを上昇させることができる。これにより、被研磨面９全体で均一な研磨レートを得ることが可能となり、被研磨面９を平坦化することが可能となった。

本発明の第１実施形態にかかる研磨装置の構成例を示す概略側面図である。 流体吹出機構３０の詳細構成を説明するための図で、同図（ａ）は研磨テーブル１をその上方から見た図であり、同図（ｂ）はその側方から見た図である。 流体吹出機構３０の全体構成を示す図である。 図４は、本発明の第２実施形態にかかる研磨装置が備える流体吹出機構３０−２の構成を示す図で、同図（ａ）は研磨テーブル１をその上方から見た図であり、同図（ｂ）はその側方から見た図である。 図５は、流体吹出機構３０−２の全体構成を示す図である。 図６は、本発明の第３実施形態にかかる研磨装置の構成を説明するための図で、同図（ａ）は研磨テーブル１をその上方から見た図であり、同図（ｂ）はその側方から見た図である。 本発明の実施例を説明するための図で、同図（ａ）は研磨テーブル１をその上方から見た図であり、同図（ｂ）は、基板Ｗの被研磨面の研磨プロファイルを示すグラフである。

符号の説明

１ 研磨テーブル
２ 研磨クロス（研磨パッド）
３ 回転軸
４ トップリング
５ トップリング回転軸
６ トップリング揺動アーム
７ 揺動軸
８ 研磨面
９ 被研磨面
１０ 砥液供給ノズル
２０ 研磨面温度制御手段
３０ 流体吹出機構
３０−２ 流体吹出機構
３２ 吹出ノズル（流体吹出口）
３３ 配管
３４ 気体源
３５ ニードルバルブ（流量調節手段）
３６ 流量計
３７ 温度調節手段
３８ 加湿機構
４０ サーモグラフィ（研磨面温度分布測定手段）
４１ 送風管
４２ モータ
４３ 送風機
４４ 吸気口
４５ エアフィルタ
４６ 吹出部
４７ 吹出口（流体吹出口）
４８ 絞り弁（流量調節手段）
５０ コントローラ
５１ 研磨面温度制御プログラム
６０ 冷却加熱ローラー
６１ 接触部
６１ａ 側面
６２ 回転軸

Claims (8)

1. 基板を保持する基板保持機構と、研磨面を有する研磨テーブルとを備え、基板保持機構で保持する基板の被研磨面を研磨テーブルの研磨面に接触させ、被研磨面と研磨面の相対運動により被研磨面を研磨する研磨装置において、
   前記研磨テーブルの研磨面に向けて流体を吹き出す流体吹出機構と、前記流体吹出機構による流体の吹き出しを制御するコントローラとで前記研磨テーブルの研磨面の温度分布を制御する研磨面温度制御手段を設け、
   前記研磨装置は、
   前記研磨面温度制御手段の前記流体吹出機構で前記研磨面に向けて流体を吹き出すことで、前記研磨面の温度分布を所定の温度分布に制御して前記被研磨面を研磨する第１の研磨工程と、
   前記流体吹出機構による流体の吹き出しを停止するか、又は前記流体吹出機構による流体の吹出流量を前記第１の工程における流体の吹出流量よりも少ない流量とすることで、前記研磨面の温度分布を前記第１の研磨工程における温度分布よりも高い温度の温度分布に制御して前記被研磨面を研磨する第２の研磨工程と、を行うと共に、
   前記第２の研磨工程において研磨の終了点を検出したときに前記基板の研磨工程を終了する
   ことを特徴とする研磨装置。
2. 請求項１に記載の研磨装置において、
   前記流体吹出機構で前記研磨面に向けて吹き出す流体は、気体又は気液混合流体である
   ことを特徴とする研磨装置。
3. 請求項１又は２に記載の研磨装置において、
   前記流体吹出機構は、複数の流体吹出口を具備することを特徴とする研磨装置。
4. 請求項３に記載の研磨装置において、
   前記複数の流体吹出口から吹き出す流体の流量を個別に調節する流量調節手段、及び／又は前記複数の流体吹出口から吹き出す流体の温度を個別に調節する温度調節手段を具備することを特徴とする研磨装置。
5. 請求項３又は４に記載の研磨装置において、
   前記複数の流体吹出口のうち流体を吹き出す流体吹出口の数を調節する吹出口数調節手段、及び／又は前記各流体吹出口の研磨面への流体の吹き付け位置を調節する吹付位置調節手段を具備することを特徴とする研磨装置。
6. 請求項４又は５に記載の研磨装置において、
   前記研磨テーブルの研磨面の温度分布を測定する研磨面温度分布測定手段を備え、
   前記研磨面温度制御手段は、前記研磨面温度分布測定手段の測定結果に基づいて、前記流量調節手段、温度調節手段、吹出口数調節手段、吹付位置調節手段の少なくともいずれかを用いて流体の吹き出しを制御することで、前記研磨面を所定の温度分布に制御することを特徴とする研磨装置。
7. 基板の被研磨面を研磨面に接触させ、被研磨面と研磨面の相対運動により被研磨面を研磨する研磨工程を有し、
   前記研磨工程は、前記研磨面の温度を制御する研磨面温度制御手段で、該研磨面の温度を所定の温度分布に制御して研磨を行う第１の研磨工程と、
   前記研磨面温度制御手段で、前記研磨面の温度分布を前記第１の研磨工程における温度分布よりも高い温度の温度分布に制御して研磨を行う第２の研磨工程と、
   からなり、
   前記第１の研磨工程は、前記研磨面温度制御手段が備える流体吹出機構で、前記研磨面に向けて所定流量の流体を吹き出して研磨を行う工程であり、
   前記第２の研磨工程は、前記流体吹出機構による流体の吹き出しを停止して研磨を行うか、又は前記流体吹出機構で前記第１の工程における流体の吹出流量よりも少ない流量の流体を吹き出して研磨を行う工程であり、
   前記第２の研磨工程において研磨の終了点を検出したときに基板の研磨工程を終了する
   ことを特徴とする研磨方法。
8. 請求項７に記載の研磨方法において、
   前記第１の研磨工程の時間が、研磨工程全体の半分以上の時間を占めることを特徴とする研磨方法。

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