JP7217202B2 - 温度調整装置および研磨装置 - Google Patents

Description

本発明は、ウェーハなどの基板の研磨に使用される研磨パッドの研磨面の温度を調整するための温度調整装置に関する。また、本発明はそのような温度調整装置を備えた研磨装置に関する。

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

ウェーハの研磨レートは、ウェーハの研磨パッドに対する研磨荷重のみならず、研磨パッドの研磨面の温度にも依存する。これは、ウェーハに対するスラリーの化学的作用が温度に依存するからである。したがって、半導体デバイスの製造においては、ウェーハの研磨レートを上げて更に一定に保つために、ウェーハ研磨中の研磨パッドの研磨面の温度を最適な値に保つことが重要とされる。

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

特開２０１５－４４２４５号公報

図１２は、従来の温度調整装置を示す模式図であり、図１３は、図１２のＡ－Ａ線断面図である。図１２および図１３に示すように、温度調整装置１０５は、流体の流路（図示せず）が内部に形成された熱交換器１１１と、熱交換器１１１の上方に配置されたホルダ１９０とを備えている。熱交換器１１１は、ホルダ１９０によって保持されている。熱交換器１１１は、研磨パッド１０３の研磨面１０３ａの上方に位置し、熱交換器１１１の底面は、研磨パッド１０３の研磨面１０３ａに対面している。ウェーハの研磨中、熱交換器１１１と研磨面１０３ａとの間にはスラリー２００が介在している。

熱交換器１１１の上面には、複数のソケット１７３（図１３では、１つのソケット１７３のみを示す）が固定されている。複数のボルト１８３を、ホルダ１９０の複数の貫通孔１９０ａ（図１３では１つの貫通孔１９０ａのみを示す）を通じて、複数のソケット１７３にそれぞれねじ込むことによって、熱交換器１１１は、ホルダ１９０に固定される。

しかしながら、上述した固定方法では、複数のボルト１８３を複数のソケット１７３にそれぞれねじ込む必要があるため、熱交換器１１１の固定および取り外しの作業性が悪く、熱交換器１１１の固定および取り外しに長時間を要するという問題がある。さらに、熱交換器１１１とホルダ１９０の熱膨張率の違いに起因して、ウェーハの研磨中にソケット１７３に過剰な応力が発生し、その結果、ソケット１７３が破損に至ることもある。ソケット１７３に発生する過剰な応力は、温度調整装置１０５の信頼性を低下させる一因となっている。

図１４は、熱交換器１１１をホルダ１９０から取り外した状態を示す模式図である。各ソケット１７３は、めねじ１７５と、めねじ１７５が挿入された外側円筒体１７４とを備えている。めねじ１７５は、外側円筒体１７４の内周面に固定されており、外側円筒体１７４は、熱交換器１１１の上面に固定されている。

ウェーハの研磨中は、熱交換器１１１に高温（例えば、６０℃～８０℃）の流体が流れるため、熱交換器１１１、ホルダ１９０、ボルト１８３、およびソケット１７３は、ウェーハの研磨中、熱膨張する。一般に、ホルダ１９０、ボルト１８３、およびめねじ１７５は、金属（例えば、ステンレス鋼）から形成されている。一方、熱交換器１１１および外側円筒体１７４は、耐摩耗性に優れるとともに熱伝導率の高い材質（例えば、ＳｉＣなどのセラミック）から形成されている。材質による熱膨張率の違いにより、ウェーハ研磨中のホルダ１９０、ボルト１８３、およびめねじ１７５の体積の変化率は、熱交換器１１１および外側円筒体１７４の体積の変化率よりも大きくなる。その結果、ウェーハの研磨中、ボルト１８３およびめねじ１７５から外側円筒体１７４に荷重が加わり、外側円筒体１７４が破損することがある。

そこで、本発明は、熱交換器の固定および取り外しにおける作業性を向上させ、かつ信頼性に優れた温度調整装置を提供することを目的とする。また、本発明は、そのような温度調整装置を備えた研磨装置を提供することを目的とする。

一態様では、研磨パッドの研磨面の温度を調整するための温度調整装置であって、加熱流路および冷却流路が内部に形成された熱交換器と、前記熱交換器の上方に配置されたホルダと、前記熱交換器を、前記ホルダに着脱可能に固定する連結機構とを備え、前記連結機構は、前記熱交換器の上面に固定された第１フックと、前記ホルダに保持された第２フックとを備え、前記第２フックは、前記第１フックに係合可能かつ切り離し可能に構成されている、温度調整装置が提供される。

一態様では、前記第１フックは、前記熱交換器の上面に固定された第１基部と、前記第１基部から横方向に突出した第１突出部とを備え、前記第２フックは、前記ホルダを貫通して延びる第２基部と、前記第２基部から横方向に突出した第２突出部とを備え、前記第２突出部は、前記第１突出部の下面に接触可能に構成されている。
一態様では、前記第２フックは、その軸心を中心に回転可能に構成されている。
一態様では、前記連結機構は、前記第１フックの内部に配置されたねじと、前記熱交換器に埋め込まれた螺旋構造体とをさらに備え、前記ねじは、前記第１フックに形成された貫通孔を通じて前記螺旋構造体にねじ込まれている。
一態様では、前記連結機構は、前記第２基部が挿入されたコイルばねをさらに備え、前記コイルばねは、前記ホルダの上面に配置されている。
一態様では、前記ホルダは、前記第１フックおよび前記第２フックが配置される収容室を有している。
一態様では、前記第２フックは、前記熱交換器の半径方向において、前記第１フックの外側に配置されている。
一態様では、前記第２フックは、２つの第２フックであり、前記２つの第２フックは、前記熱交換器の円周方向において前記第１フックの両側に配置されている。
一態様では、前記連結機構は、複数の連結機構であり、前記複数の連結機構は、前記熱交換器の円周方向に配列されている。
一態様では、前記熱交換器の側面は、撥水性のコーティング層から構成されている。

一態様では、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、基板を前記研磨パッドの研磨面に押し付ける研磨ヘッドと、前記研磨パッドと熱交換を行うことで前記研磨面の温度を調整する上記温度調整装置とを備えている、研磨装置が提供される。

本発明によれば、熱交換器の上面に固定された第１フックと、ホルダに保持された第２フックとを係合させることによって、熱交換器は、ホルダに固定される。さらに、第２フックを第１フックから切り離すことで、熱交換器をホルダから取り外すことができる。結果として、熱交換器の固定および取り外しにおける作業性を向上させることができる。
さらに、上述した構成によれば、第１フックと第２フックの係合は、従来のボルトとめねじとの係合に比べて、互いの変位をある程度許容できる。すなわち、第２フックは、第１フックとの係合を維持しつつ、第１フックに対して相対的に変位可能である。したがって、第１フックと第２フックとの組み合わせは、基板の研磨中に第１フックに発生する応力を緩和させることができる。結果として、温度調整装置の信頼性を向上させることができる。

温度調整装置を備えた研磨装置の一実施形態を示す模式図である。 熱交換器を示す水平断面図である。 研磨パッド上の熱交換器と研磨ヘッドとの位置関係を示す平面図である。 熱交換器のホルダへの固定方法の一実施形態を示す模式図である。 図４のＢ－Ｂ線断面図である。 熱交換器をホルダから取り外した状態を示す模式図である。 第１フックの固定方法の一実施形態を示す模式図である。 図７の第１フックを熱交換器から取り外した状態を示す模式図である。 連結機構の他の実施形態を示す模式図である。 熱交換器の固定方法の他の実施形態を示す模式図である。 図１０のＣ－Ｃ線断面図である。 従来の温度調整装置を示す模式図である。 図１２のＡ－Ａ線断面図である。 熱交換器をホルダから取り外した状態を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、温度調整装置を備えた研磨装置の一実施形態を示す模式図である。図１に示すように、研磨装置１０は、基板の一例であるウェーハＷを保持して回転させる研磨ヘッド１と、研磨パッド３を支持する研磨テーブル２と、研磨パッド３の表面にスラリーを供給するスラリー供給ノズル４と、研磨パッド３の研磨面３ａの温度を調整するための温度調整装置５とを備えている。研磨パッド３の表面（上面）は、ウェーハＷを研磨する研磨面３ａを構成する。

研磨ヘッド１は鉛直方向に移動可能であり、かつその軸心を中心として矢印で示す方向に回転可能となっている。ウェーハＷは、研磨ヘッド１の下面に真空吸着などによって保持される。研磨テーブル２にはテーブルモータ６が連結されており、矢印で示す方向に回転可能となっている。図１に示すように、研磨ヘッド１および研磨テーブル２は、同じ方向に回転する。研磨パッド３は、研磨テーブル２の上面に貼り付けられている。

研磨装置１０は、研磨ヘッド１、テーブルモータ６、スラリー供給ノズル４、温度調整装置５の動作を制御する動作制御部４０を備えている。動作制御部４０は、少なくとも１台のコンピュータから構成される。動作制御部４０は、記憶装置４０ａと、演算装置４０ｂを備えている。演算装置４０ｂは、記憶装置４０ａに格納されているプログラムに含まれている命令に従って演算を行うＣＰＵ（中央処理装置）またはＧＰＵ（グラフィックプロセッシングユニット）などを含む。記憶装置４０ａは、演算装置４０ｂがアクセス可能な主記憶装置（例えばランダムアクセスメモリ）と、データおよびプログラムを格納する補助記憶装置（例えば、ハードディスクドライブまたはソリッドステートドライブ）を備えている。

ウェーハＷの研磨は次のようにして行われる。研磨されるウェーハＷは、研磨ヘッド１によって保持され、さらに研磨ヘッド１によって回転される。研磨テーブル２は、研磨パッド３とともにテーブルモータ６によって回転される。この状態で、研磨パッド３の研磨面３ａにはスラリー供給ノズル４からスラリーが供給され、さらにウェーハＷの表面は、研磨ヘッド１によって研磨パッド３の研磨面３ａに対して押し付けられる。ウェーハＷの表面は、スラリーの存在下での研磨パッド３との摺接により研磨される。ウェーハＷの表面は、スラリーの化学的作用とスラリーに含まれる砥粒の機械的作用により平坦化される。

温度調整装置５は、研磨パッド３と熱交換を行うことで研磨面３ａの温度を調整する熱交換器１１と、熱交換器１１の上方に配置されたホルダ９０と、温度調整された加熱流体および冷却流体を熱交換器１１に供給する流体供給システム３０と、熱交換器１１に連結された昇降機構２０を備えている。熱交換器１１は、研磨テーブル２および研磨パッド３の研磨面３ａの上方に位置している。

熱交換器１１は、研磨パッド３の研磨面３ａに対面する底面を有し、熱交換器１１は、ホルダ９０によって保持されている。熱交換器１１およびホルダ９０の全体は、円柱形状を有している。熱交換器１１の底面は平坦であり、かつ円形である。本実施形態では、熱交換器１１とホルダ９０は、異なる材料から構成されている。より具体的には、ホルダ９０は、金属（例えば、ステンレス鋼）から形成されており、熱交換器１１は、耐摩耗性に優れるとともに熱伝導率の高い材質（例えば、ＳｉＣなどのセラミック）から形成されている。

ホルダ９０の上面は円形である。ホルダ９０は、アーム２２に固定されており、アーム２２を介して昇降機構２０に連結されている。昇降機構２０は熱交換器１１およびホルダ９０を上昇および下降させるように構成されている。より具体的には、昇降機構２０は熱交換器１１の底面を研磨パッド３の研磨面３ａに近づける方向、および研磨パッド３の研磨面３ａから離れる方向に移動させるように構成されている。昇降機構２０は、モータまたはエアシリンダなどのアクチュエータ（図示せず）を備えている。昇降機構２０の動作は動作制御部４０によって制御される。

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

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

流体供給システム３０は、加熱流体供給管３２に取り付けられた第１開閉バルブ４１および第１流量制御バルブ４２をさらに備えている。第１流量制御バルブ４２は、熱交換器１１と第１開閉バルブ４１との間に配置されている。第１開閉バルブ４１は、流量調整機能を有しないバルブであるのに対し、第１流量制御バルブ４２は、流量調整機能を有するバルブである。

流体供給システム３０は、熱交換器１１に接続された冷却流体供給管５１および冷却流体排出管５２をさらに備えている。冷却流体供給管５１は、研磨装置１０が設置される工場に設けられている冷却流体供給源（例えば、冷水供給源）に接続されている。冷却流体は、冷却流体供給管５１を通じて熱交換器１１に供給され、熱交換器１１内を流れ、そして熱交換器１１から冷却流体排出管５２を通じて排出される。一実施形態では、熱交換器１１内を流れた冷却流体を、冷却流体排出管５２を通じて冷却流体供給源に戻してもよい。

流体供給システム３０は、冷却流体供給管５１に取り付けられた第２開閉バルブ５５および第２流量制御バルブ５６をさらに備えている。第２流量制御バルブ５６は、熱交換器１１と第２開閉バルブ５５との間に配置されている。第２開閉バルブ５５は、流量調整機能を有しないバルブであるのに対し、第２流量制御バルブ５６は、流量調整機能を有するバルブである。

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

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

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

このようなフィードバック制御により、研磨パッド３の研磨面３ａの温度（すなわちパッド表面温度）は、所定の目標温度に維持される。上記フィードバック制御としては、ＰＩＤ制御を使用することができる。研磨パッド３の目標温度は、ウェーハＷの表面を構成する膜の種類、または研磨プロセスに応じて決定される。決定された目標温度は、動作制御部４０に予め入力され、記憶装置４０ａ内に記憶される。

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

加熱流体供給管３２および冷却流体供給管５１は、完全に独立した配管である。したがって、加熱流体および冷却流体は、混合されることなく、同時に熱交換器１１に供給される。加熱流体戻り管３３および冷却流体排出管５２も、完全に独立した配管である。したがって、加熱流体は、冷却流体と混合されることなく加熱流体供給タンク３１に戻され、冷却流体は、加熱流体と混合されることなく排出されるか、または冷却流体供給源に戻される。

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

次に、熱交換器１１について、図２を参照して説明する。図２は、熱交換器１１を示す水平断面図である。図２に示すように、熱交換器１１は、流路構造体７０を備えており、流路構造体７０の内部には、加熱流路６１および冷却流路６２が形成されている。加熱流路６１および冷却流路６２は、互いに隣接して（互いに並んで）延びており、かつ螺旋状に延びている。さらに、加熱流路６１および冷却流路６２は、点対称な形状を有し、互いに同じ長さを有している。加熱流路６１および冷却流路６２のそれぞれは、曲率が一定の複数の円弧流路６４と、これら円弧流路６４を連結する複数の傾斜流路６５から基本的に構成されている。隣接する２つの円弧流路６４は、各傾斜流路６５によって連結されている。

このような構成によれば、加熱流路６１および冷却流路６２のそれぞれの最外周部を、熱交換器１１の最外周部に配置することができる。つまり、熱交換器１１の底面の全体は、加熱流路６１および冷却流路６２の下方に位置し、加熱流体および冷却流体は研磨パッド３の研磨面３ａを速やかに加熱および冷却することができる。加熱流体および冷却流体と、研磨パッド３との間の熱交換は、研磨パッド３の研磨面３ａと流路構造体７０の底面（熱交換器１１の底面）との間にスラリー（図示せず）が存在した状態で行われる。

加熱流体供給管３２（図１参照）は、加熱流路６１の入口６１ａに接続されており、加熱流体戻り管３３（図１参照）は、加熱流路６１の出口６１ｂに接続されている。冷却流体供給管５１（図１参照）は、冷却流路６２の入口６２ａに接続されており、冷却流体排出管５２（図１参照）は、冷却流路６２の出口６２ｂに接続されている。加熱流体供給管３２、加熱流体戻り管３３、冷却流体供給管５１、および冷却流体排出管５２は、ホルダ９０（図１参照）を経由して、入口６１ａ、出口６１ｂ、入口６２ａ、および出口６２ｂにそれぞれ接続されている。

加熱流路６１および冷却流路６２の入口６１ａ，６２ａは、熱交換器１１の周縁部に位置しており、加熱流路６１および冷却流路６２の出口６１ｂ，６２ｂは、熱交換器１１の中心部に位置している。したがって、加熱流体および冷却流体は、熱交換器１１の周縁部から中心部に向かって螺旋状に流れる。加熱流路６１および冷却流路６２は、完全に分離しており、熱交換器１１内で加熱流体および冷却流体が混合されることはない。

図３は、研磨パッド３上の熱交換器１１と研磨ヘッド１との位置関係を示す平面図である。図３では、ホルダ９０の図示は省略されている。熱交換器１１は、上から見たときに円形であり、熱交換器１１の直径は研磨ヘッド１の直径よりも小さい。研磨パッド３の回転中心Ｏから熱交換器１１の中心Ｐまでの距離は、研磨パッド３の回転中心Ｏから研磨ヘッド１の中心Ｑまでの距離と同じである。加熱流路６１および冷却流路６２は、互いに隣接しているので、加熱流路６１および冷却流路６２は、研磨パッド３の径方向のみならず、研磨パッド３の周方向に沿って並んでいる。したがって、研磨テーブル２および研磨パッド３が回転している間、研磨パッド３は、加熱流体および冷却流体の両方と熱交換を行う。２つのクリーニングノズル６０は、熱交換器１１の両側に配置されている。

図４は、熱交換器１１のホルダ９０への固定方法の一実施形態を示す模式図であり、図５は、図４のＢ－Ｂ線断面図である。図５は、ホルダ９０が熱交換器１１を保持しているときの状態を示している。図５では、加熱流路６１および冷却流路６２の図示は省略されている。図４および図５に示すように、温度調整装置５は、熱交換器１１を、ホルダ９０に着脱可能に固定する複数の連結機構８０をさらに備えている。図４に示すように、複数の連結機構８０は、熱交換器１１の円周方向に沿って、かつ熱交換器１１の全周に亘って配列されている。一実施形態では、複数の連結機構８０は、熱交換器１１の円周方向に等間隔で配置されていてもよい。

図５に示すように、各連結機構８０は、熱交換器１１の上面（流路構造体７０の上面）に固定された第１フック７３と、ホルダ９０に保持された第２フック８３とを備えている。第２フック８３は、第１フック７３に係合可能かつ切り離し可能に構成されている。ホルダ９０は、第１フック７３および第２フック８３が配置される収容室８５を有しており、ホルダ９０が熱交換器１１を保持しているとき、第１フック７３の全体および第２フック８３の一部は、収容室８５内に配置されている。

より具体的には、第１フック７３は、熱交換器１１の上面に固定された第１基部７３ａと、第１基部７３ａから横方向に突出した第１突出部７３ｂとを備えている。第２フック８３は、ホルダ９０を貫通して延びる第２基部８３ａと、第２基部８３ａから横方向に突出した第２突出部８３ｂとを備えている。第２基部８３ａは、ホルダ９０の貫通孔９０ａを通って延びている。第２突出部８３ｂは、第１突出部７３ｂの下面に接触可能に構成されている。ホルダ９０が熱交換器１１を保持しているとき（第１フック７３と第２フック８３とが係合しているとき）、第２突出部８３ｂの上面は、第１突出部７３ｂの下面に接触している。

図６は、熱交換器１１をホルダ９０から取り外した状態を示す模式図である。第２フック８３は、第２基部８３ａと平行に延びる軸心Ｒを中心に回転可能に構成されている。第２フック８３を軸心Ｒを中心に回転させることにより、第２フック８３を第１フック７３から切り離すことができる。全ての第２フック８３を第１フック７３から切り離すと、熱交換器１１をホルダ９０から取り外すことができる。

同様に、熱交換器１１の上面を、ホルダ９０の下面に押し付け、かつ第２フック８３を、第２突出部８３ｂの上面が第１突出部７３ｂの下面に接触するまで軸心Ｒを中心に回転させることにより、第２フック８３と第１フック７３とを係合させ、熱交換器１１をホルダ９０に固定することができる。全ての第２フック８３を、全ての第１フック７３にそれぞれ係合させることにより、熱交換器１１は、ホルダ９０に確実に固定される。

上述のように、本実施形態では、熱交換器１１の上面に固定された第１フック７３と、ホルダ９０に保持された第２フック８３とを係合させることによって、熱交換器１１は、ホルダ９０に固定される。さらに、第２フック８３を第１フック７３から切り離すことで、熱交換器１１をホルダ９０から取り外すことができる。このように、本実施形態では、簡単な作業で熱交換器１１の固定および取り外しを行うことができるため、結果として、熱交換器１１の固定および取り外しにおける作業性を向上させることができる。また、作業者による作業ばらつきを抑えることができるため、安定した熱交換器１１の固定および取り外しが可能となる。

ウェーハＷの研磨中は、熱交換器１１に高温（例えば、６０℃～８０℃）の流体が流れるため、流路構造体７０、ホルダ９０、および連結機構８０は、熱膨張する。上述のように、本実施形態では、ホルダ９０は、金属（例えば、ステンレス鋼）から形成されており、流路構造体７０は、耐摩耗性に優れるとともに熱伝導率の高い材質（例えば、ＳｉＣなどのセラミック）から形成されている。

第１フック７３は、金属（例えば、ステンレス鋼）から形成されている。第２フック８３は、樹脂材料から形成されている。一実施形態では、第１フック７３は、ＳｉＣなどのセラミックから形成されていてもよく、第２フック８３は、ステンレス鋼などの金属から形成されていてもよい。

本実施形態の構成によれば、第１フック７３と第２フック８３の係合は、従来のボルトとめねじとの係合に比べて、互いの変位をある程度許容できる。すなわち、第２フック８３は、第１フック７３との係合を維持しつつ、第１フック７３に対して相対的に変位可能である。したがって、第１フック７３と第２フック８３との組み合わせは、ウェーハＷの研磨中に第１フック７３に発生する応力を緩和させることができる。結果として、温度調整装置５の信頼性を向上させることができる。

図５および図６に示すように、熱交換器１１は、流路構造体７０の側面に設けられた撥水性のコーティング層９１をさらに備えている。熱交換器１１の側面は、撥水性のコーティング層９１から構成されている。図５に示すように、ウェーハＷの研磨中、熱交換器１１と研磨面３ａとの間にはスラリー７が介在しており、ウェーハＷの研磨中にコーティング層９１の表面にスラリー７が付着することがある。本実施形態によれば、ウェーハＷの研磨中にコーティング層９１の表面に付着したスラリー７は集合して、その体積が増える。結果として、スラリー７は乾燥しにくくなり、ウェーハＷの研磨中にスラリー７が熱交換器１１の側面に固着するのが防止される。

コーティング層９１の一例として、ポリテトラフルオロエチレンから成る膜が挙げられる。ポリテトラフルオロエチレンは、テフロン（登録商標）として知られている。コーティング層９１の成膜は、熱交換器１１をホルダ９０に取り付ける前に、高温の環境下で行われる（例えば、１００℃～４００℃）。熱交換器１１の使用によって、コーティング層９１が剥がれた場合、コーティング層９１を再度成膜する必要がある。

図１４に示す従来の構成では、ソケット１７３は異なる材料から構成されためねじ１７５と外側円筒体１７４を含んでいる。このため、コーティング層が剥がれた場合に、コーティング層を再度成膜する工程で熱交換器１１１が高温にさらされると、めねじ１７５が外側円筒体１７４よりも大きく熱膨張し、外側円筒体１７４が破損することがある。これに対し、第１フック７３は単一の材料から構成されているので、第１フック７３が熱膨張した場合でも、第１フック７３に過剰な応力は発生しない。したがって、コーティング層９１が剥がれた場合は、熱交換器１１をホルダ９０から取り外し、コーティング層９１の再成膜を行うことができる。これにより、流路構造体７０および第１フック７３の再利用が可能となり、温度調整装置５の製造コストを削減させることができる。一実施形態では、流路構造体７０の底面にコーティング層９１を設けてもよい。

図４および図５に示すように、第２フック８３は、熱交換器１１の半径方向において、第１フック７３の外側に配置されている。本実施形態では、材料による熱膨張率の違いにより、ウェーハＷの研磨中における、第２フック８３が保持されているホルダ９０の体積の変化率は、第１フック７３が固定されている流路構造体７０の体積の変化率よりも大きい。したがって、第２フック８３は、ウェーハＷの研磨中、第１フック７３から離れる方向に変位する。

このような第１フック７３に対する第２フック８３の配置は、流路構造体７０およびホルダ９０の温度が上昇したときに、第２フック８３から第１フック７３に横方向の荷重が加えられることを防止することができる。結果として、温度調整装置５の信頼性をさらに向上させることができる。

図７は、第１フック７３の熱交換器１１への固定方法の一実施形態を示す模式図であり、図８は、図７の第１フック７３を熱交換器１１から取り外した状態を示す模式図である。図７および図８では、第２フック８３、ホルダ９０、加熱流路６１、および冷却流路６２の図示は省略されている。図７および図８に示すように、連結機構８０は、第１フック７３の内部に配置されたねじ７５と、熱交換器１１（流路構造体７０）に埋め込まれた螺旋構造体７７をさらに備えている。ねじ７５は、第１フック７３に形成された貫通孔７３ｃを通じて螺旋構造体７７にねじ込まれている。

ねじ７５および螺旋構造体７７は、金属（例えば、ステンレス鋼）から形成されている。螺旋構造体７７は、螺旋コイルである。螺旋構造体７７は、ヘリサートまたはヘリカルインサートとして市場で入手可能である。このような構成によれば、螺旋構造体７７は、熱膨張の変化量が少ないため、ウェーハＷの研磨中およびコーティング層９１の再成膜時に熱交換器１１の温度が上昇しても、螺旋構造体７７から熱交換器１１に過剰な荷重が加えられることはない。結果として、熱交換器１１に過剰な応力が発生することを防止することができる。

図９は、連結機構８０の他の実施形態を示す模式図である。特に説明しない本実施形態の詳細は、図１乃至図６を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態の連結機構８０は、第２基部８３ａが挿入されたコイルばね８７をさらに備えている。コイルばね８７は、ホルダ９０の上面に配置されている。第２フック８３と第１フック７３とが係合しているとき、コイルばね８７から第２フック８３の頭部８３ｃに、図９の矢印で示す上向きの力が加えられる。すなわち、第２フック８３は、コイルばね８７によって上方向に押し上げられ、第２フック８３の第２突出部８３ｂから第１フック７３の第１突出部７３ｂに上向きの力が加えられる。これにより、熱交換器１１は、ホルダ９０に、より確実に固定される。図７および図８を参照して説明した実施形態を、図９を参照して説明した本実施形態に適用してもよい。

図１０は、熱交換器１１の固定方法の他の実施形態を示す模式図であり、図１１は、図１０のＣ－Ｃ線断面図である。特に説明しない本実施形態の詳細は、図１乃至図６を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。図１０および図１１に示すように、本実施形態の各連結機構８０は、２つの第２フック８３を備えている。２つの第２フック８３は、熱交換器１１の円周方向において第１フック７３の両側に配置されている。

本実施形態では、２つの第２フック８３は、１つの第１フック７３に係合可能であるため、より確実に熱交換器１１をホルダ９０に固定させることができる。さらに、２つの第２フック８３は、熱交換器１１の円周方向において第１フック７３の両側に配置されているため、ウェーハＷの研磨中に流路構造体７０およびホルダ９０の温度が上昇しても、第２フック８３から第１フック７３に横方向の荷重が加えられることはない。結果として、温度調整装置５の信頼性をさらに向上させることができる。図７乃至図９を参照して説明した実施形態を、図１０および図１１を参照して説明した本実施形態に適用してもよい。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

１ 研磨ヘッド
２ 研磨テーブル
３ 研磨パッド
４ スラリー供給ノズル
５ 温度調整装置
６ テーブルモータ
７ スラリー
１０ 研磨装置
１１ 熱交換器
２０ 昇降機構
２２ アーム
３０ 流体供給システム
３１ 加熱流体供給タンク
３２ 加熱流体供給管
３３ 加熱流体戻り管
３９ パッド温度測定器
４０ 動作制御部
４１ 第１開閉バルブ
４２ 第１流量制御バルブ
５１ 冷却流体供給管
５２ 冷却流体排出管
５５ 第２開閉バルブ
５６ 第２流量制御バルブ
６０ クリーニングノズル
６１ 加熱流路
６２ 冷却流路
６４ 円弧流路
６５ 傾斜流路
７０ 流路構造体
７３ 第１フック
７３ａ 第１基部
７３ｂ 第１突出部
７５ ねじ
７７ 螺旋構造体
８０ 連結機構
８３ 第２フック
８３ａ 第２基部
８３ｂ 第２突出部
８３ｃ 頭部
８５ 収容室
８７ コイルばね
９０ ホルダ
９０ａ 貫通穴
９１ コーティング層
１０３ 研磨パッド
１０５ 温度調整装置
１１１ 熱交換器
１７３ ソケット
１７４ 外側円筒体
１７５ めねじ
１８３ ボルト
１９０ ホルダ
２００ スラリー

Claims (11)

1. 研磨パッドの研磨面の温度を調整するための温度調整装置であって、
   加熱流路および冷却流路が内部に形成された熱交換器と、
   前記熱交換器の上方に配置されたホルダと、
   前記熱交換器を、前記ホルダに着脱可能に固定する連結機構とを備え、
   前記連結機構は、
   前記熱交換器の上面に固定された第１フックと、
   前記ホルダに保持された第２フックとを備え、
   前記第２フックは、前記第１フックに係合可能かつ切り離し可能に構成されている、温度調整装置。
2. 前記第１フックは、
   前記熱交換器の上面に固定された第１基部と、
   前記第１基部から横方向に突出した第１突出部とを備え、
   前記第２フックは、
   前記ホルダを貫通して延びる第２基部と、
   前記第２基部から横方向に突出した第２突出部とを備え、
   前記第２突出部は、前記第１突出部の下面に接触可能に構成されている、請求項１に記載の温度調整装置。
3. 前記第２フックは、その軸心を中心に回転可能に構成されている、請求項１または２に記載の温度調整装置。
4. 前記連結機構は、
   前記第１フックの内部に配置されたねじと、
   前記熱交換器に埋め込まれた螺旋構造体とをさらに備え、
   前記ねじは、前記第１フックに形成された貫通孔を通じて前記螺旋構造体にねじ込まれている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の温度調整装置。
5. 前記連結機構は、前記第２基部が挿入されたコイルばねをさらに備え、
   前記コイルばねは、前記ホルダの上面に配置されている、請求項２に記載の温度調整装置。
6. 前記ホルダは、前記第１フックおよび前記第２フックが配置される収容室を有している、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の温度調整装置。
7. 前記第２フックは、前記熱交換器の半径方向において、前記第１フックの外側に配置されている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の温度調整装置。
8. 前記第２フックは、２つの第２フックであり、
   前記２つの第２フックは、前記熱交換器の円周方向において前記第１フックの両側に配置されている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の温度調整装置。
9. 前記連結機構は、複数の連結機構であり、
   前記複数の連結機構は、前記熱交換器の円周方向に配列されている、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の温度調整装置。
10. 前記熱交換器の側面は、撥水性のコーティング層から構成されている、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の温度調整装置。
11. 研磨パッドを支持する研磨テーブルと、
    基板を前記研磨パッドの研磨面に押し付ける研磨ヘッドと、
    前記研磨パッドと熱交換を行うことで前記研磨面の温度を調整する温度調整装置とを備え、
    前記温度調整装置は、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の温度調整装置である、研磨装置。

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