特許 7569684 研磨ヘッドおよび研磨装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-09

(45)【発行日】2024-10-18

(54)【発明の名称】研磨ヘッドおよび研磨装置

(51)【国際特許分類】

   B24B 41/047 20060101AFI20241010BHJP

   B24B 55/00 20060101ALI20241010BHJP

   B23Q 11/12 20060101ALI20241010BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20241010BHJP

【ＦＩ】

B24B41/047

B24B55/00

B23Q11/12 A

H01L21/304 622R

H01L21/304 621D

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020218349

(22)【出願日】2020-12-28

(65)【公開番号】P2022103609

(43)【公開日】2022-07-08

【審査請求日】2023-04-26

(73)【特許権者】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100146710

【弁理士】

【氏名又は名称】鐘ヶ江 幸男

(74)【代理人】

【識別番号】100186613

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邊 誠

(72)【発明者】

【氏名】古澤 磨奈人

(72)【発明者】

【氏名】小林 賢一

【審査官】亀田 貴志

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２０／２５０８７８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－０２８９２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０５５４０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１２１０８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１２４４０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１８６１６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１１９０１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１９９６１７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２４Ｂ ３７／００ － ３７／３４

Ｂ２４Ｂ ４１／０４７

Ｂ２４Ｂ ５５／００ － ５５／１２

Ｂ２３Ｑ １１／１２

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被研磨面を上向きにした状態で保持された基板を研磨するための研磨ヘッドであって、
回転シャフトと、
前記回転シャフトに固定されたフランジと、
前記回転シャフトによって前記被研磨面に押圧される研磨パッドが取り付けられる前記フランジの面以外の面に設けられた複数のフィンと、
を含み、
前記複数のフィンの少なくとも一部と前記フランジは、ヒートパイプを介して接続される、
研磨ヘッド。

【請求項2】

前記複数のフィンは、前記フランジの上面に前記回転シャフトを中心に放射状に設けられた羽根車であることを特徴とする、
請求項１に記載の研磨ヘッド。

【請求項3】

前記羽根車の上部を前記回転シャフトと同心状に覆うカバーであって、前記回転シャフトよりも大きいサイズの開口を有するカバーをさらに含む、
請求項２に記載の研磨ヘッド。

【請求項4】

被研磨面を上向きにした状態で保持された基板を研磨するための研磨ヘッドであって、
回転シャフトと、
前記回転シャフトに固定されたフランジと、
前記回転シャフトによって前記被研磨面に押圧される研磨パッドが取り付けられる前記フランジの面以外の面に設けられた複数のフィンと、
を含み、
前記複数のフィンは、前記フランジの上面に互いに平行に設けられる、
研磨ヘッド。

【請求項5】

前記研磨ヘッドの上部を覆う第１の壁部材、および前記第１の壁部材と接続され、前記研磨ヘッドを囲む第２の壁部材、を含むケーシングと、
前記ケーシング内部の前記研磨ヘッドが配置された空間に冷却用流体を供給するための流体供給ノズルと、
をさらに含む、
請求項１から４のいずれか一項に記載の研磨ヘッド。

【請求項6】

前記回転シャフトの周囲に設けられた、液体を受けるための液体リザーバと、
前記液体リザーバの上部に設けられた、液体を前記液体リザーバに注入するための液体注入口と、
前記液体リザーバの下部に設けられた、液体を前記液体リザーバから排出するための液体排出口と、
前記液体リザーバにより受けられた液体を、前記液体排出口を介して圧送するための圧送部材と、
をさらに含む、
請求項１から５のいずれか一項に記載の研磨ヘッド。

【請求項7】

基板を着脱可能に支持するための基板支持機構と、
前記基板支持機構に対向するように設けられた、請求項１から６のいずれか一項に記載の研磨ヘッドと、
を備える、研磨装置。

【請求項8】

被研磨面を上向きにした状態で保持された基板を研磨するための複数の研磨ヘッドと、
前記複数の研磨ヘッドの上部を覆う第１の壁部材、および前記第１の壁部材と接続され、前記複数の研磨ヘッドを個別に囲む第２の壁部材、を含むケーシングと、
前記ケーシング内部の前記複数の研磨ヘッドが配置された各空間に冷却用流体を供給するための複数の流体供給ノズルと、
を含み、
前記第２の壁部材の下端は、基板の被研磨面の高さよりも上方に位置するように構成されている、
研磨装置。

【請求項9】

前記複数の研磨ヘッドの少なくとも１つは、
回転シャフトと、
前記回転シャフトに固定されたフランジと、
前記回転シャフトによって前記被研磨面に押圧される研磨パッドが取り付けられる前記フランジの面以外の面に設けられた複数のフィンと、
を含む、
請求項８に記載の研磨装置。

【請求項10】

前記複数のフィンは、前記フランジの上面に前記回転シャフトを中心に放射状に設けられた羽根車である、
請求項９に記載の研磨装置。

【請求項11】

前記羽根車の上部を前記回転シャフトと同心状に覆うカバーであって、前記回転シャフトよりも大きいサイズの開口を有するカバーをさらに含む、
請求項１０に記載の研磨装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、研磨ヘッドおよび研磨装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体加工工程において用いられる基板研磨装置の一種にＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing、化学的機械的研磨）装置が存在する。ＣＭＰ装置は、基板の被研磨面が向いている方向によって「フェースアップ式（基板の被研磨面が上向きの方式）」と「フェースダウン式（基板の被研磨面が下向きの方式）」に大別され得る。

【0003】

特許文献１には、フェースアップ式のＣＭＰ装置が開示されている。このＣＭＰ装置は、研磨パッドが貼り付けられた研磨部材と、研磨部材を保持するフランジと、を含む研磨ヘッドを備える。この研磨ヘッドは、フランジを回転させながらロータリジョイントを用いて研磨液を基板に供給するとともに研磨パッドを基板に押圧することによって基板を研磨するように構成されている。特許文献１には、研磨で生じる熱によってフランジが変形するのを抑制するために、ロータリジョイントを介してフランジ内部に液体を供給することによってフランジを冷却することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００８－０４４０６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

フェースアップ式の研磨装置においては、ロータリジョイントを用いずに研磨液を基板に供給する研磨ヘッドが存在する。この研磨ヘッドの場合、ロータリジョイントを用いないのでフランジ内部に液体を供給するのが難しい。また、ロータリジョイントを用いる場合であってもフランジ内部に液体を供給するだけでは研磨時に発生する熱に対して研磨ヘッドを効率よく冷却できない可能性もある。

【0006】

そこで本願は、研磨時に発生する熱に対して研磨ヘッドを効率よく冷却することを一つの目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本願は、一実施形態として、被研磨面を上向きにした状態で保持された基板を研磨するための研磨ヘッドであって、回転シャフトと、前記回転シャフトに固定されたフランジと、前記回転シャフトによって前記被研磨面に押圧される研磨パッドが取り付けられる前記フランジの面以外の面に設けられた複数のフィンと、を含む、研磨ヘッドを開示する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は一実施形態にかかる研磨装置の正面図である。

【図2】図２は一実施形態にかかる研磨装置の上面図である。

【図3】図３は一実施形態にかかる研磨ヘッドの断面図である。

【図4】図４は一実施形態にかかる研磨ヘッドの上面図である。

【図5】図５は一実施形態にかかる研磨ヘッドの上面図である。

【図6】図６は一実施形態にかかる研磨ヘッドの上面図である。

【図7】図７は一実施形態にかかる研磨ヘッドの断面図である。

【図8】図８は一実施形態にかかる研磨ヘッドの斜視図である。

【図9】図９は一実施形態にかかる研磨ヘッドの斜視図である。

【図10】図１０は一実施形態にかかる研磨ヘッドの断面図である。

【図11】図１１は一実施形態にかかる研磨ヘッドの断面図である。

【図12】図１２は一実施形態にかかる研磨ヘッドの断面図である。

【図13】図１３は一実施形態にかかる研磨ヘッドの断面図である。

【図14】図１４は一実施形態にかかる研磨ヘッドの断面図である。

【図15】図１５は一実施形態にかかる冷却用流体の温度調整を説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下では、図面を参照しながら本発明の一実施形態について説明する。ただし、用いられる図面は模式図である。したがって、図示された部品の大きさ、位置および形状などは、実際の装置における大きさ、位置および形状などとは異なり得る。図１は一実施形態にかかる研磨装置１０００の正面図である。以下では、図１における左右方向をＸ方向（紙面右側を正）、紙面に垂直な方向をＹ方向（紙面手前側を正）、上下方向をＺ方向（紙面上側を正）とする。

【0010】

図１の研磨装置１０００はフェースアップ式のＣＭＰ装置である。ただし、研磨液、薬液および／または洗浄液などの液体を用いるフェースアップ式の研磨装置であれば、研磨装置１０００はＣＭＰ装置でなくともよい。ここで、フェースアップ式の研磨装置とは、基板の被研磨面が上向きとなるように基板を保持する研磨装置であって、研磨パッドを用いて基板を研磨する研磨装置である。研磨装置１０００は、定盤１００、基板加圧部材１５０、研磨ヘッド２００および液体供給ノズル３００を備える。研磨装置１０００はさらに、研磨装置１０００の各構成要素を制御するための制御装置４００を備える。

【0011】

定盤１００は、基板１１０を着脱可能に支持するための基板支持機構の一例であり、研磨されるべき基板１１０を支持しつつ、研磨中に基板１１０がずれないよう保持するために設けられる。定盤１００の上面には基板１１０が着脱可能に支持される。定盤１００は基板１１０の被支持面（裏面）の全体を支持するだけでなく、基板１１０の被支持面を部分的に支持するものでもよい。基板加圧部材１５０は、基板１１０の下側に設けられており、基板１１０を研磨ヘッド２００に対して押し付けるように構成される。基板１１０は円形であっても角形であっても、その他の形状であってもよい。基板加圧部材１５０は、１つの基板１１０に対して複数存在してもよい。

【0012】

研磨ヘッド２００は、基板１１０を挟んで定盤１００と対面する位置に設けられる。研磨ヘッド２００の下面には研磨パッド５００が着脱可能に取り付けられる。研磨装置１０００はさらに回転機構６１０を備える。回転機構６１０は、シャフト２４０を中心に研磨ヘッド２００を回転させることが可能である。ここで、研磨ヘッド２００の回転軸はＺ方向である。なお、本明細書における「シャフト」とは「回転によって動力を伝達する機械的な部品（実際に存在する部品）」を指す用語であり、「回転軸」とは「回転運動の中心となる直線（数学的または仮想的な直線）」を指す用語である。研磨装置１０００はさらに研磨ヘッド２００をＺ方向に移動させて基板１１０の厚さの違いを吸収するための上下動機構６３０を備える。上下動機構６３０により研磨ヘッド２００を下降させることによって、研磨パッド５００の下面が基板１１０の上面に押し付けられる。研磨パッド５００が基板１１０に押し付けられた状態で研磨ヘッド２００を回転させることにより、基板１１０が研磨される。図１では上下動機構６３０が研磨ヘッド２００を上下に駆動させる構成となっているが、定盤１００を上下動させることによって基板１１０の上面が研磨パッド５００に接するよう基板１１０を上下動させる構成であってもよい。

【0013】

好ましくは、研磨装置１０００はさらに研磨ヘッド２００を水平移動させるための水平
動機構６４０を備える。基板１１０の研磨中に、水平動機構６４０により研磨ヘッド２００を移動させることにより、基板１１０の広い領域を研磨することが可能になる。なお、図１の水平動機構６４０は研磨ヘッド２００をＸ方向に移動させるように構成されている。しかし、水平動機構６４０は研磨ヘッド２００をＸ方向および／またはＹ方向に移動させる機構であってもよい。また、図１では、研磨ヘッド２００を基板１１０に対して水平移動させる構成となっているが、定盤１００を駆動させることによって基板１１０を研磨ヘッド２００に対して水平移動させる構成であってもよい。基板１１０と研磨ヘッド２００とを相対的に水平移動させることにより、研磨パッド５００より大きな基板１１０の全面を研磨したり、研磨量のムラを抑制したりできる。

【0014】

研磨ヘッド２００の下面には、研磨パッド５００と基板１１０との間の押圧力を調整するためのエアバッグ（図示せず）が設けられていてもよい。研磨ヘッド２００の下面にエアバッグを設けた場合、基板加圧部材１５０は設けなくてもよい。図１の例では、研磨パッド５００より基板１１０の方が大きく図示されている。しかし、基板１１０より研磨パッド５００の方が大きい構成を採用することも可能である。研磨ヘッド２００は定盤１００より大きくてもよく、小さくてもよい。ここで、基板１１０、研磨パッド５００、研磨ヘッド２００および定盤１００の大きさとは、それらを上方または下方から見た場合における面積、すなわちＸＹ平面上の投影面積を指す。

【0015】

液体供給ノズル３００は、液体源３１０に保持された研磨液、薬液および／または洗浄液などの液体を研磨装置１０００に供給するために設けられている。より詳細には、液体供給ノズル３００は、研磨ヘッド２００の上部から液体リザーバ２３０に液体を滴下または流下するように設けられている。液体源３１０は研磨装置１０００の一部を構成する要素であってよい。追加または代替として、研磨装置１０００と別個独立した液体源３１０を用いることも可能である。好ましくは、研磨装置１０００は、液体供給ノズル３００から供給される液体の量を調整するための流量調整機構３２０を備える。流量調整機構３２０は制御装置４００によって制御されてもよい。図１では、１つの液体源３１０が１つの液体供給ノズル３００に接続されている。代替として、複数の液体源３１０を１つの液体供給ノズル３００に接続してもよい。複数の液体源３１０を１つの液体供給ノズル３００に接続した場合、１つの液体供給ノズル３００から複数の種類の液体を供給することが可能になる。さらに、液体供給ノズル３００の数は１つに限らない。液体供給ノズル３００を複数設ける場合、それぞれの液体供給ノズル３００に１つまたは複数の別個独立した液体源３１０を接続してもよい。一方で、液体供給ノズル３００を複数設ける場合、１つの液体源３１０を複数の液体供給ノズル３００に接続してもよい。

【0016】

液体供給ノズル３００は回転機構６１０により回転させられない。換言すれば、回転機構６１０が研磨ヘッド２００を回転させている間であっても、液体供給ノズル３００は回転機構６１０によって回転させられない。したがって、液体源３１０から液体リザーバ２３０に液体を供給する際に、液体は回転する部品の内部を通過しない。よって、図１の構成によれば、研磨装置１０００にロータリジョイントを設ける必要がない。特に、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）などに用いられる大型基板（例えば、大型ガラス基板）用のＣＭＰ装置の場合、大型基板をフェースアップで固定して、小径の研磨パッドで研磨を行うことが想定される。この場合、研磨パッドが小さいため、研磨時間を短縮するためには研磨ヘッド２００を高速回転させることになる。すると研磨液に含まれる砥粒の影響によってロータリジョイントが短期間で寿命を迎えることになり研磨装置１０００のメンテナンスが煩雑になるが、本実施形態によれば、ロータリジョイントを設ける必要がないので、研磨装置１０００のメンテナンスの負荷を軽減することができる。

【0017】

液体供給ノズル３００は上下動機構６３０および／または水平動機構６４０により移動させられるように構成されていてもよい。液体供給ノズル３００が上下動機構６３０およ
び／または水平動機構６４０によって移動させられるように構成することで、液体供給ノズル３００を研磨ヘッド２００の平行移動に追従させることが容易になる。一方で、液体供給ノズル３００は上下動機構６３０および／または水平動機構６４０によって移動させられないように構成されていてもよい。液体供給ノズル３００と上下動機構６３０および／または水平動機構６４０を互いに独立させることで、装置の設計自由度が向上し、かつ、液体源３１０の交換が容易になると考えられる。なお、上下動機構６３０および水平動機構６４０とは別個独立して、液体供給ノズル３００を移動させるための移動機構をさらに設けることも可能である。

【0018】

図２は一実施形態にかかる研磨装置１０００の上面図である。図２に示すように研磨装置１０００は複数（本実施形態では４個）の研磨ヘッド２００を備え得る。複数の研磨ヘッド２００は、回転機構６１０によって同期して回転させることもできるし、それぞれ独立して回転機構６１０によって回転させることもできる。複数の研磨ヘッド２００は、水平動機構６４０によってＸ方向および／またはＹ方向に移動させることができる。

【0019】

次に、研磨ヘッド２００の詳細について図３を用いて説明する。図３は一実施形態にかかる研磨ヘッド２００の断面図である。研磨ヘッド２００は、研磨ヘッド２００のシャフト２４０の周囲に設けられた、液体を受けるための液体リザーバ２３０を含む。具体的には、研磨ヘッド２００は、中央に開口を有する板状のフランジ２１０と、フランジ２１０の開口の周囲に設けられた側壁２２０と、を含む。フランジ２１０は板も含む。フランジ２１０の下面には研磨パッド５００が着脱可能に取り付けられる。研磨パッド５００の中央には、フランジ２１０の開口に対応する位置に、フランジ２１０の開口より僅かに径が大きいパッド孔５０２が形成される。研磨ヘッド２００のシャフト２４０の下端には、板状のフランジ２４２が取り付けられている。液体リザーバ２３０は、フランジ２１０の開口、側壁２２０、およびフランジ２４２によって囲まれた空間を含み、この空間に液体を保持するように構成される。側壁２２０は、頂部に開口を有するドーム状に形成されている。液体リザーバ２３０は、上部の内径よりも下部の内径ほうが広くなるように、および／または、上部から下部に向かって内径が広くなるように形成される。側壁２２０の形状は、円錐状、角錐状など、上部に行くほど径方向の距離が小さくなるような形状であれば、ドーム状に限られない。

【0020】

研磨ヘッド２００は、液体リザーバ２３０の上部に設けられた、液体を液体リザーバ２３０に注入するための液体注入口２７０を含む。具体的には、ドーム状に形成された側壁２２０の頂部にはシャフト２４０を囲む環状の開口が形成されており、この開口が液体注入口２７０となる。また、研磨ヘッド２００は、液体リザーバ２３０の下部に設けられた、液体を液体リザーバ２３０から排出するための液体排出口２６０を含む。液体排出口２６０は、液体リザーバ２３０の下部の外周部、具体的にはフランジ２４２の外周部に均等に複数設けられる。また、研磨ヘッド２００は、液体リザーバ２３０により受けられた液体を、液体排出口２６０を介して圧送するための圧送部材としての羽根車２５２を含む。図３の実施形態では、フランジ２１０、側壁２２０、シャフト２４０、フランジ２４２、および羽根車２５２は一体に形成されている。

【0021】

図４は一実施形態にかかる研磨ヘッドのフランジおよび羽根車の上面図である。図３および図４に示すように、羽根車２５２の羽根は、基端部がシャフト２４０に取り付けられており先端部が径方向外側に伸びている。具体的には、羽根車２５２の羽根は、破線Ｒで示す放射方向に対して所定の角度θで研磨ヘッド２００の回転方向（円弧状矢印Ｐ）と反対側に傾斜している。角度θは、研磨ヘッド２００の回転速度、研磨ヘッド２００の寸法、液体供給ノズル３００から供給される液体の性質、および、研磨パッド５００の研磨面に供給すべき液体の量などの種々のパラメータを考慮して決定されてよい。例えば、θは５°より大きく８５°より小さい値である。本実施形態の羽根車２５２には８枚の羽根が
設けられているが、羽根車２５２の羽根の枚数および形状は、液体を圧送するという機能を考慮して任意に設定することができる。また、羽根車２５２の羽根は傾斜させずに放射方向に伸びていてもよい。液体排出口２６０は、フランジ２４２の外周部において、羽根車２５２の羽根の先端部に対応する位置に形成されている。液体排出口２６０は、液体リザーバ２３０の内部と研磨パッド５００のパッド孔５０２とを連通する。液体排出口２６０の数および形状は、液体排出口２６０を介して液体を圧送するという機能を考慮して任意に設定することができる。

【0022】

液体供給ノズル３００から供給され、液体リザーバ２３０により受けられた液体は、羽根車２５２によって圧送され、液体排出口２６０を介してパッド孔５０２に流れ込む。具体的には、基板１１０を研磨している間、研磨ヘッド２００は回転する。液体リザーバ２３０により受けられた液体は、研磨ヘッド２００（シャフト２４０）の回転に伴って回転する羽根車２５２によって液体排出口２６０を介して圧送され、パッド孔５０２を通って研磨パッド５００の研磨面に達する。研磨ヘッド２００の回転により、研磨パッド５００の研磨面に達した液体は研磨ヘッド２００の径方向外側に向かって力を受ける。したがって、基板１１０の研磨中に研磨ヘッド２００の径方向外側に液体が移動し得る。本実施形態によれば、羽根車２５２が液体リザーバ２３０の内部の液体を強制的に研磨面へと排出し、液体供給を重力に頼らない構造となっているため、大流量の液体を研磨面に供給することが可能である。研磨パッド５００の研磨面には、液体を径方向外側へ流すために、放射状、同心円状、ＸＹ方向の格子状、またはこれらの任意の組み合わせの溝（より具体的には特開２０２０－００９９８７号公報の図２７、２８に開示された溝の例であって、研磨パッドの中央部に本実施形態のパッド孔５０２を形成したもの）、またはディンプル状の窪みが形成されていてもよい。

【0023】

基板１１０の研磨中は、液体リザーバ２３０に供給された液体は遠心力に曝される。そのため液体リザーバ２３０は、液体が遠心力で溢れないような形状になっている必要がある。具体的には、本実施形態では、液体リザーバ２３０の形状を上から下にかけて内径が広くなるようにし、遠心力により液体を下方の液体排出口２６０へ押し出す構造としている。これにより、液体が遠心力で液体リザーバ２３０から溢れることを防止することができる。特に、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）などに用いられる大型基板用のＣＭＰ装置の場合、大型基板をフェースアップで固定して、小径の研磨パッドで研磨を行うことが想定される。この場合、研磨パッドが小さいため、研磨時間を短縮するためには研磨ヘッド２００を高速回転させることになる。すると、液体リザーバ２３０の内部の液体には強い遠心力が加わり、液体が液体リザーバ２３０から溢れるおそれがあるが、本実施形態の液体リザーバ２３０の形状によれば、液体が遠心力で溢れることを防止することができる。また液体には重力も作用するため、本実施形態で示したような液体リザーバ２３０の形状であれば、遠心力との合力により液体リザーバ２３０の底面外周部に設けられた液体排出口２６０へと液体が流れ込むことになる。

【0024】

研磨ヘッド２００は、シャフト２４０を回転させながら研磨パッド５００を基板１１０に押圧することによって基板１１０を研磨するように構成される。ここで、基板１１０の研磨時においては、基板１１０と研磨パッド５００との摩擦によって熱が発生する。この摩擦熱によってフランジ２１０に変形が生じるおそれがある。また、この摩擦熱によって基板１１０と研磨パッド５００との間を通る研磨液の温度が上昇する。その結果、研磨レートが変化し、基板１１０の研磨プロファイルに影響を及ぼす可能性がある。

【0025】

これに対して、本実施形態の研磨ヘッド２００は、研磨時に発生する熱に対して研磨ヘッド２００を効率よく冷却するための機構を有している。図５は一実施形態にかかる研磨ヘッドの上面図である。図３および図５に示すように、研磨ヘッド２００は、フランジ２１０の上面に設けられた複数のフィン２８０を備える。具体的には、図５に示すように、
複数のフィン２８０は、フランジ２１０の上面に相互に平行に設けられる。複数のフィン２８０は、アルミニウム、鉄、銅など伝熱特性の良い材料で形成される。複数のフィン２８０はヒートシンクのように作用する。すなわち、複数のフィン２８０を設けることによってフランジ２１０の表面積は増大するので、フランジ２１０の放熱作用を向上させることができる。その結果、本実施形態によれば、研磨時に発生する熱に対して研磨ヘッド２００を効率よく冷却することができる。なお、本実施形態では、フランジ２１０の上面に複数のフィン２８０が設けられる例を示したが、これに限らず、複数のフィン２８０は、フランジ２１０の研磨パッド５００が取り付けられる面以外の面に設けることができる。

【0026】

複数のフィン２８０の態様は、図５に示したものに限られない。図６は一実施形態にかかる研磨ヘッドの上面図である。図６に示すように、複数のフィン２８０は、フランジ２１０の上面にシャフト２４０（回転シャフト）を中心に放射状に設けられてもよい。一般的にヒートシンクを用いた放熱はヒートシンク表面の空気を常に入れ替えるために冷却用ファンなどを設置する場合がある。これに対して本実施形態によれば、基板１１０を研磨するときに研磨ヘッド２００は回転するため、複数のフィン２８０も回転する。すると、複数のフィン２８０は、シャフト２４０を中心に放射方向に気体を圧送するように構成された羽根車として作用する。これにより、図３に示すように、複数のフィン２８０へ向かう下向きの気体の流れ、および複数のフィン２８０の放射方向外側へ向かう気体の流れが生じる。したがって、本実施形態によれば、冷却用ファンなどを設置することなくヒートシンク表面の空気を常に入れ替えることができるので、研磨により生じた摩擦熱は複数のフィン２８０を通る気体の流れによって効率よく放熱される。その結果、本実施形態によれば、研磨時に発生する熱に対して研磨ヘッド２００を効率よく冷却することができる。

【0027】

図７は一実施形態にかかる研磨ヘッドの断面図である。図７に示すように、複数のフィン２８０とフランジ２１０は、ヒートパイプ２８２ａ，２８２ｂを介して接続されていてもよい。ヒートパイプ２８２ａ，２８２ｂを介して複数のフィン２８０とフランジ２１０とを接続することによって、フランジ２１０の熱を効率よく複数のフィン２８０に伝熱することができるので、研磨ヘッド２００を迅速に冷却することができる。ヒートパイプ２８２は、ヒートパイプ２８２ａのようにＺ方向に沿うように配置されてもよいし、研磨時に研磨ヘッド２００は回転し遠心力が作用するので、ヒートパイプ２８２ｂのようにシャフト２４０の方向に傾けて配置されてもよい。

【0028】

図８および図９は一実施形態にかかる研磨ヘッドの斜視図である。図８に示すように、複数のフィン２８０は、遠心ポンプの羽根車のように放射方向外側へ湾曲しながら伸びる形状を有していてもよい。さらに、図９に示すように、研磨ヘッド２００は、複数のフィン２８０を含んで構成される羽根車の上部を覆うカバー２８６を備えていてもよい。カバー２８６は、シャフト２４０と同心状に配置され、シャフト２４０よりも大きいサイズの開口２８８を有する。本実施形態によれば、研磨ヘッド２００を回転させると、開口２８８から複数のフィン２８０へ気体が吸い込まれるとともに複数のフィン２８０の放射方向外側へ気体が効率よく圧送されるので、フランジ２１０の熱を効率よく排出することができる。

【0029】

図１０は一実施形態にかかる研磨ヘッドの断面図である。図１０に示す実施形態は、図７に示した実施形態と同様の構成を有し、さらに、ロータリジョイントを用いてフランジ２１０を冷却するようになっている。このため、図７に示した実施形態と重複する説明は省略する。図１０に示すように、研磨ヘッド２００は、シャフト２４０に取り付けられたロータリジョイント６５０を備える。ロータリジョイント６５０は、シャフト２４０およびフランジ２１０の内部に形成された流路６５２を介してフランジ２１０にロータリジョイント６５０の外部（非図示の流体源）で所定温度に冷却された冷却用流体を連続して循環供給できるように構成されている。

【0030】

本実施形態によれば、基板１１０を研磨している際に、複数のフィン２８０によってフランジ２１０の熱を効率よく排出することに加えて、ロータリジョイント６５０および流路６５２を介してフランジ２１０に冷却用流体を供給することによって、フランジ２１０をより効率的に冷却することができる。

【0031】

図３から図１０に記載された実施形態は、研磨ヘッド２００で生じた熱を周囲の空気中に排出するので、周囲の温度が上昇し、だんだんと冷却効率が低下するおそれがある。そのため研磨ヘッド２００周辺の空気を常に入れ替えることで、熱を蓄積させずに外部に排熱する仕組みが必要となる。図１１は一実施形態にかかる研磨ヘッドの断面図である。図１１に記載された実施形態は、図７に示した実施形態と同様の構成を含んでいる。このため、図７に示した実施形態と重複する構成の説明は省略する。

【0032】

図１１に示すように、研磨ヘッド２００は、研磨ヘッド２００が配置された空間２９１を覆うケーシング２９０を備える。具体的には、ケーシング２９０は、研磨ヘッド２００の上部を覆う第１の壁部材２９０－１と、第１の壁部材２９０－１に接続され、研磨ヘッド２００の周囲を囲む第２の壁部材２９０－２と、を含む。第２の壁部材２９０－２は、上端が第１の壁部材２９０－１の周縁部に接続され、下端が研磨パッド５００の研磨面（基板１１０の被研磨面）の高さより僅かに上方に位置する筒状の部材である。研磨ヘッド２００は、ケーシング２９０内部の研磨ヘッド２００が配置された空間２９１に冷却用流体を供給するための流体供給ノズル２９４を備える。流体供給ノズル２９４は、冷却用流体の供給源２９３に接続される。供給源２９３は、冷却用流体の温度を調整するための機構および／または冷却用流体の供給流量を調整するための機構を含んでいる。冷却用流体は、例えば、空気または窒素などの気体であり得る。ケーシング２９０および流体供給ノズル２９４は、水平動機構６４０による研磨ヘッド２００の移動に伴って移動するように構成することができる。

【0033】

研磨ヘッド２００は、研磨ヘッド２００の温度、具体的にはフランジ２１０の温度を検出するための温度センサ２９５を備える。制御装置４００は、温度センサ２９５および供給源２９３に接続されている。制御装置４００は、温度センサ２９５によって検出された温度と目標温度との差が小さくなるように、空間２９１に供給する冷却用流体の温度または流量を調整するための信号を供給源２９３に出力するように構成されている。流体供給ノズル２９４から空間２９１に供給された冷却用流体は研磨ヘッド２００と熱交換し、熱交換によって温度上昇した流体はケーシング２９０（第２の壁部材２９０－２）の下端と基板１１０との間の隙間から外部へ放出される。

【0034】

本実施形態によれば、流体供給ノズル２９４を介して空間２９１内に冷却用流体が供給されるので、研磨ヘッド２００で生じた熱により周囲の雰囲気温度が上昇することが防止され、その結果、研磨ヘッド２００を効率よく冷却することができる。なお、図１１の実施形態では、研磨ヘッド２００が複数のフィン２８０を含んでいる実施形態を説明したが、これに限定されず、複数のフィン２８０は設けられていなくてもよい。この場合、流体供給ノズル２９４を介して空間２９１内に供給された冷却用流体がフランジ２１０と直接熱交換することによって研磨ヘッド２００が冷却される。

【0035】

また、図１１に示した実施形態では、温度センサ２９５は、フランジ２１０の温度を検出するように構成されているが、これに限定されない。図１２は一実施形態にかかる研磨ヘッドの断面図である。図１２に示すように、温度センサ２９５は、基板１１０の温度を非接触で検出するように構成された温度センサであってもよい。本実施形態によれば、回転する研磨ヘッド２００に温度センサ２９５を取り付ける必要がないため、配線の引き回しを簡素化することができる。また、温度センサ２９５は、空間２９１の雰囲気温度を検
出するように配置されていてもよい。本実施形態においても、ケーシング２９０および流体供給ノズル２９４は、水平動機構６４０による研磨ヘッド２００の移動に伴って移動するように構成することができる。

【0036】

図１１および図１２に示した実施形態では、１つの研磨ヘッド２００をケーシング２９０で覆う例を示したが、これに限定されない。図１３は一実施形態にかかる研磨ヘッドの断面図である。図１３に示すように、研磨装置１０００は、複数（図１３の例では２つ）の研磨ヘッド２００が配置された空間２９１を１つのケーシング２９０で覆ってもよい。本実施形態では、第１の壁部材２９０－１は、複数の研磨ヘッド２００の上部を覆い、第２の壁部材２９０－２は、複数の研磨ヘッド２００の周囲を囲むように構成される。ケーシング２９０および流体供給ノズル２９４は、水平動機構６４０による複数の研磨ヘッド２００の移動に伴って移動するように構成することができる。本実施形態では、制御装置４００は、複数の研磨ヘッド２００のそれぞれに設けられた温度センサ２９５によって検出された温度に基づいて、空間２９１に供給する冷却用流体の温度または流量を調整するように構成されている。例えば、制御装置４００は、複数の温度センサ２９５によって検出された温度の平均値と目標温度との差が小さくなるように、空間２９１に供給する冷却用流体の温度または流量を調整するように構成されている。本実施形態によれば、ケーシング２９０内を所定の温度に保つことができるので、複数の研磨ヘッド２００を効率よく冷却することができる。

【0037】

図１３に示した実施形態は、複数の研磨ヘッド２００が配置された空間２９１を一律に温度制御するため、複数の研磨ヘッド２００間で温度むらが生じるおそれがある。図１４は一実施形態にかかる研磨ヘッドの断面図である。図１４に示すように、研磨装置１０００は、複数の研磨ヘッド２００が配置された各空間２９１を個別に覆うケーシング２９０と、各空間２９１に冷却用流体を供給するための複数の流体供給ノズル２９４と、を備える。

【0038】

具体的には、ケーシング２９０は、複数の研磨ヘッド２００の上部を覆う第１の壁部材２９０－１と、第１の壁部材２９０－１と接続され、複数の研磨ヘッド２００を個別に囲む第２の壁部材２９０－２と、を含む。本実施形態では第２の壁部材２９０－２は、上端が第１の壁部材２９０－１の周縁部に接続され、下端が研磨パッド５００の研磨面（基板１１０の被研磨面）の高さより僅かに上方に位置する筒状の部材である外壁部材２９０－２ａを含む。さらに、第２の壁部材２９０－２は、第１の壁部材２９０－１と外壁部材２９０－２ａに囲まれた空間において複数の研磨ヘッド２００の間を仕切る隔壁部材２９０－２ｂを有する。隔壁部材２９０－２ｂは、上端が第１の壁部材２９０－１の下面に接続され、下端が研磨パッド５００の研磨面（基板１１０の被研磨面）の高さより僅かに上方に位置する板状の部材である。これにより、ケーシング２９０は、複数の研磨ヘッド２００が配置された各空間２９１を個別に覆うことができる。また、複数の流体供給ノズル２９４にはそれぞれ、各流体供給ノズル２９４を流れる冷却用流体の流量を調整するための流量コントローラ２９７が設けられる。ケーシング２９０、複数の流体供給ノズル２９４、および複数の流量コントローラ２９７は、水平動機構６４０による複数の研磨ヘッド２００の移動に伴って移動するように構成することができる。研磨装置１０００は、複数の研磨ヘッド２００のそれぞれの温度を検出するための複数の温度センサ２９５を備える。制御装置４００は、複数の温度センサ２９５によって検出されたそれぞれの温度と目標温度との差が小さくなるように、各空間２９１に供給する冷却用流体の温度または流量を調整するように構成される。本実施形態では、制御装置４００は、流量コントローラ２９７を用いて各空間２９１に供給する冷却用流体の流量を調整するように構成される。本実施形態によれば、複数の研磨ヘッド２００が配置された空間２９１を独立してケーシング２９０によって覆い、各空間２９１の温度を個別に調整することができるため、複数の研磨ヘッド２００の間で温度むらが生じるのを防止し、複数の研磨ヘッド２００を個別に効率
よく冷却することができる。

【0039】

図１５は一実施形態にかかる冷却用流体の温度調整を説明するためのフローチャートである。図１５に示したフローチャートは、図１１から図１４に示した実施形態に適用することができる。図１５に示す温度調整処理は、例えば、研磨が行われている間に実行することができる。図１５に示すように、制御装置４００は、研磨ヘッド２００が配置された空間２９１の温度調整が開始されると、温度センサ２９５によって検出された温度と目標温度の乖離が閾値以上であるか否かを判定する（ステップ１０１）。図１３に示すように複数の研磨ヘッド２００が１つのケーシング２９０で覆われている場合には、制御装置４００は、検出された複数の温度の平均値と目標温度を比較する。図１４に示すように複数の研磨ヘッド２００が個別にケーシング２９０で覆われている場合には、制御装置４００は、検出された温度のそれぞれと目標温度を比較する。

【0040】

制御装置４００は、検出温度と目標温度の乖離が閾値以上であると判定した場合には（ステップ１０１、Ｙｅｓ）、検出温度が目標温度より高いか否かを判定する（ステップ１０２）。制御装置４００は、検出温度が目標温度より高いと判定した場合には（ステップ１０２、Ｙｅｓ）、冷却用流体の出力温度を下げる（ステップ１０３）。なお、制御装置４００は、冷却用流体の出力温度を下げることに代えて、または冷却用流体の出力温度を下げることに加えて、冷却用流体の出力流量を上げてもよい。

【0041】

一方、制御装置４００は、検出温度が目標温度より低いと判定した場合には（ステップ１０２、Ｎｏ）、冷却用流体の出力温度を上げる（ステップ１０４）。なお、制御装置４００は、冷却用流体の出力温度を上げることに代えて、または冷却用流体の出力温度を上げることに加えて、冷却用流体の出力流量を下げてもよい。制御装置４００は、ステップ１０１において、温度センサ２９５によって検出された温度と目標温度の乖離が閾値未満であると判定した場合（ステップ１０１、Ｎｏ）、ステップ１０３を実行した後、または、ステップ１０４を実行した後に、温度調整処理を終了すべきか否かを判定する（ステップ１０５）。制御装置４００は、温度調整処理を終了すべきではないと判定した場合（ステップ１０５、Ｎｏ）、ステップ１０１に戻って処理を繰り返す。一方、制御装置４００は、温度調整処理を終了すべきと判定した場合（ステップ１０５、Ｙｅｓ）、温度調整処理を終了する。一例として制御装置４００は研磨が終了した時点で温度調整処理を終了すべきと判定し、研磨中は温度調整処理を継続する。

【0042】

以上、いくつかの本発明の実施形態について説明してきたが、上記した発明の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。

【0043】

本願は、一実施形態として、被研磨面を上向きにした状態で保持された基板を研磨するための研磨ヘッドであって、回転シャフトと、前記回転シャフトに固定されたフランジと、前記回転シャフトによって前記被研磨面に押圧される研磨パッドが取り付けられる前記フランジの面以外の面に設けられた複数のフィンと、を含む、研磨ヘッドを開示する。

【0044】

さらに、本願は、一実施形態として、前記複数のフィンは、前記フランジの上面に前記回転シャフトを中心に放射状に設けられた羽根車である、研磨ヘッドを開示する。

【0045】

さらに、本願は、一実施形態として、前記羽根車の上部を前記回転シャフトと同心状に覆うカバーであって、前記回転シャフトよりも大きいサイズの開口を有するカバーをさら
に含む、研磨ヘッドを開示する。

【0046】

さらに、本願は、一実施形態として、前記複数のフィンは、前記フランジの上面に互いに平行に設けられる、研磨ヘッドを開示する。

【0047】

さらに、本願は、一実施形態として、前記複数のフィンの少なくとも一部と前記フランジは、ヒートパイプを介して接続される、研磨ヘッドを開示する。

【0048】

さらに、本願は、一実施形態として、前記研磨ヘッドの上部を覆う第１の壁部材、および前記第１の壁部材と接続され、前記研磨ヘッドを囲む第２の壁部材、を含むケーシングと、前記ケーシング内部の前記研磨ヘッドが配置された空間に冷却用流体を供給するための流体供給ノズルと、をさらに含む、研磨ヘッドを開示する。

【0049】

さらに、本願は、一実施形態として、前記回転シャフトの周囲に設けられた、液体を受けるための液体リザーバと、前記液体リザーバの上部に設けられた、液体を前記液体リザーバに注入するための液体注入口と、前記液体リザーバの下部に設けられた、液体を前記液体リザーバから排出するための液体排出口と、前記液体リザーバにより受けられた液体を、前記液体排出口を介して圧送するための圧送部材と、をさらに含む、研磨ヘッドを開示する。

【0050】

さらに、本願は、一実施形態として、基板を着脱可能に支持するための基板支持機構と、前記基板支持機構に対向するように設けられた、上記のいずれかに記載の研磨ヘッドと、を備える、研磨装置を開示する。

【0051】

さらに、本願は、一実施形態として、被研磨面を上向きにした状態で保持された基板を研磨するための複数の研磨ヘッドと、前記複数の研磨ヘッドの上部を覆う第１の壁部材、および前記第１の壁部材と接続され、前記複数の研磨ヘッドを個別に囲む第２の壁部材、を含むケーシングと、前記ケーシング内部の前記複数の研磨ヘッドが配置された各空間に冷却用流体を供給するための複数の流体供給ノズルと、を含む、研磨装置を開示する。

【0052】

さらに、本願は、一実施形態として、前記複数の研磨ヘッドの少なくとも１つは、回転シャフトと、前記回転シャフトに固定されたフランジと、前記回転シャフトによって前記被研磨面に押圧される研磨パッドが取り付けられる前記フランジの面以外の面に設けられた複数のフィンと、を含む、研磨装置を開示する。

【0053】

さらに、本願は、一実施形態として、前記複数のフィンは、前記フランジの上面に前記回転シャフトを中心に放射状に設けられた羽根車である、研磨装置を開示する。

【0054】

さらに、本願は、一実施形態として、前記羽根車の上部を前記回転シャフトと同心状に覆うカバーであって、前記回転シャフトよりも大きいサイズの開口を有するカバーをさらに含む、研磨装置を開示する。

【符号の説明】

【0055】

１１０ 基板
２００ 研磨ヘッド
２１０ フランジ
２３０ 液体リザーバ
２４０ シャフト
２６０ 液体排出口
２７０ 液体注入口
２８０ フィン
２８２（２８２ａ，２８２ｂ） ヒートパイプ
２８６ カバー
２８８ 開口
２９０ ケーシング
２９０－１ 第１の壁部材
２９０－２ 第２の壁部材
２９０－２ａ 外壁部材
２９０－２ｂ 隔壁部材
２９１ 空間
２９３ 供給源
２９４ 流体供給ノズル
２９５ 温度センサ
２９７ 流量コントローラ
４００ 制御装置
５００ 研磨パッド
６１０ 回転機構
６５０ ロータリジョイント
１０００ 研磨装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】