特許 6030720 研磨装置および方法

(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】6030720

(24)【登録日】2016年10月28日

(45)【発行日】2016年11月24日

(54)【発明の名称】研磨装置および方法

(51)【国際特許分類】

   B24B 37/015 20120101AFI20161114BHJP

   B24B 37/013 20120101ALI20161114BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20161114BHJP

【ＦＩ】

   B24B37/00 J

   B24B37/04 K

   H01L21/304 621D

   H01L21/304 622R

   H01L21/304 622S

【請求項の数】11

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2015-155173(P2015-155173)

(22)【出願日】2015年8月5日

(62)【分割の表示】特願2011-158080(P2011-158080)の分割

【原出願日】2011年7月19日

(65)【公開番号】特開2015-221492(P2015-221492A)

(43)【公開日】2015年12月10日

【審査請求日】2015年8月5日

(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】100091498

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 勇

(74)【代理人】

【識別番号】100118500

【弁理士】

【氏名又は名称】廣澤 哲也

(72)【発明者】

【氏名】丸山 徹

(72)【発明者】

【氏名】本島 靖之

(72)【発明者】

【氏名】松尾 尚典

【審査官】 村上 哲

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１３６４０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５２８３００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２１１０９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０６６７５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０９３１８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１６６７８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２２４６１８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２４Ｂ ３７／００ − ３７／３４

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

ＷＰＩ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

研磨テーブル上の研磨パッドに向けて気体を噴射して研磨パッドの温度を制御しながら研磨パッドに研磨対象の基板を押圧して基板の被研磨面を研磨する研磨方法において、
研磨パッドの制御目標温度である第１設定温度を設定した後に研磨パッドの温度制御を開始して研磨パッドの温度を監視しながら基板を研磨パッドに押圧して基板上の膜の研磨を行うメイン研磨ステップを行い、
前記基板の膜厚が所定の膜厚に達したことを膜厚測定器が検知した時に前記メイン研磨ステップを終了し、前記研磨パッドの設定温度を前記第１設定温度とは異なる第２設定温度に変更して仕上げ研磨ステップへ移行し、該仕上げ研磨ステップにおいて研磨パッドの温度を監視しながら基板を研磨パッドに押圧して基板上の膜の研磨を継続し、
前記メイン研磨ステップにおいて研磨パッドの温度が前記第１設定温度の範囲に到達した後、前記第１設定温度の範囲外となる時間が連続して所定時間を超えた場合、または、前記仕上げ研磨ステップにおいて研磨パッドの温度が前記第２設定温度の範囲に到達した後、前記第２設定温度の範囲外となる時間が連続して所定時間を超えた場合に、研磨異常と判断することを特徴とする研磨方法。

【請求項2】

前記第１設定温度の範囲外とは、第１設定温度の上限値または下限値の範囲外であり、前記第２設定温度の範囲外とは、第２設定温度の上限値または下限値の範囲外であることを特徴とする請求項１記載の研磨方法。

【請求項3】

前記研磨異常と判断した時に、インターロックをかけ、次の基板の研磨を行わないことを特徴とする請求項１記載の研磨方法。

【請求項4】

研磨テーブル上の研磨パッドに向けて気体を噴射して研磨パッドの温度を制御しながら研磨パッドに研磨対象の基板を押圧して基板の被研磨面を研磨する研磨方法において、
研磨パッドの制御目標温度である第１設定温度を設定した後に研磨パッドの温度制御を開始して研磨パッドの温度を監視しながら基板を研磨パッドに押圧して基板上の膜の研磨を行うメイン研磨ステップを行い、
前記基板の膜厚が所定の膜厚に達したことを膜厚測定器が検知した時に前記メイン研磨ステップを終了し、前記研磨パッドの設定温度を前記第１設定温度とは異なる第２設定温度に変更して仕上げ研磨ステップへ移行し、該仕上げ研磨ステップにおいて研磨パッドの温度を監視しながら基板を研磨パッドに押圧して基板上の膜の研磨を継続し、
研磨パッドの温度制御を開始して研磨パッドの温度を監視し、温度制御の開始時刻から所定時間経過後に研磨パッドの温度が前記第１設定温度または前記第２設定温度の目標温度に達しない場合に研磨異常と判断することを特徴とする研磨方法。

【請求項5】

前記温度制御は、予め設定された温度を中心とした上限値及び下限値の範囲内になるようにＰＩＤ制御し、前記ＰＩＤ制御された流量の圧縮空気を前記研磨パッドに吹き付けることを特徴とする請求項４記載の研磨方法。

【請求項6】

前記研磨パッドの温度を、予め設定された温度を中心とした上限値及び下限値の範囲内になるように制御し、前記研磨パッドの温度の監視は、前記温度制御を開始してから前記下限値に到達する時間として予め設定した時間の経過時に、前記研磨パッドの温度と前記下限値とを比較し、前記下限値に到達していない場合に研磨異常と判断することを特徴とする請求項４記載の研磨方法。

【請求項7】

前記研磨パッドの温度を、予め設定された温度を中心とした上限値及び下限値の範囲内になるように制御し、前記研磨パッドの温度の監視は、前記温度制御を開始してから前記下限値に到達するまでの所要時間を計時し、この所要時間と前記温度制御を開始してから前記下限値に到達する時間として予め設定した時間とを比較し、所要時間の方が予め設定した時間より長い場合に研磨異常と判断することを特徴とする請求項４記載の研磨方法。

【請求項8】

研磨テーブル上の研磨パッドに向けて気体を噴射して研磨パッドの温度を制御しながら研磨パッドに研磨対象の基板を押圧して基板の被研磨面を研磨する研磨方法において、
研磨パッドの制御目標温度である第１設定温度を設定した後に研磨パッドの温度制御を開始して研磨パッドの温度を監視しながら基板を研磨パッドに押圧して基板上の膜の研磨を行うメイン研磨ステップを行い、
前記基板の膜厚が所定の膜厚に達したことを膜厚測定器が検知した時に前記メイン研磨ステップを終了し、前記研磨パッドの設定温度を前記第１設定温度とは異なる第２設定温度に変更して仕上げ研磨ステップへ移行し、該仕上げ研磨ステップにおいて研磨パッドの温度を監視しながら基板を研磨パッドに押圧して基板上の膜の研磨を継続し、
前記第１設定温度を前記第２設定温度に変更してから所定時間経過後に研磨パッドの温度が前記第２設定温度に達しない場合に研磨異常と判断することを特徴とする研磨方法。

【請求項9】

前記研磨パッドの温度を、予め設定された温度を中心とした上限値及び下限値の範囲内になるように制御し、前記研磨パッドの温度の監視は、前記温度制御を開始してから前記下限値に到達する時間として予め設定した時間の経過時に、前記研磨パッドの温度と前記下限値とを比較し、前記下限値に到達していない場合に研磨異常と判断することを特徴とする請求項８記載の研磨方法。

【請求項10】

前記研磨パッドの温度を、予め設定された温度を中心とした上限値及び下限値の範囲内になるように制御し、前記研磨パッドの温度の監視は、前記温度制御を開始してから前記下限値に到達するまでの所要時間を計時し、この所要時間と前記温度制御を開始してから前記下限値に到達する時間として予め設定した時間とを比較し、所要時間の方が予め設定した時間より長い場合に研磨異常と判断することを特徴とする請求項８記載の研磨方法。

【請求項11】

前記研磨異常と判断した時に、インターロックをかけ、次の基板の研磨を行わないことを特徴とする請求項８記載の研磨方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体ウエハ等の基板を研磨テーブル上の研磨パッドに押圧し、基板の被研磨面と研磨パッドの相対運動により基板の被研磨面を研磨する研磨装置および方法に係り、特に研磨パッドに気体を吹き付けて研磨パッドの表面（研磨面）の温度を制御することができる研磨装置および方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、半導体デバイスの高集積化・高密度化に伴い、回路の配線がますます微細化し、多層配線の層数も増加している。回路の微細化を図りながら多層配線を実現しようとすると、下側の層の表面凹凸を踏襲しながら段差がより大きくなるので、配線層数が増加するに従って、薄膜形成における段差形状に対する膜被覆性（ステップカバレッジ）が悪くなる。したがって、多層配線するためには、このステップカバレッジを改善し、然るべき過程で平坦化処理しなければならない。また光リソグラフィの微細化とともに焦点深度が浅くなるため、半導体デバイスの表面の凹凸段差が焦点深度以下に収まるように半導体デバイス表面を平坦化処理する必要がある。

【0003】

従って、半導体デバイスの製造工程においては、半導体デバイス表面の平坦化技術がますます重要になっている。この平坦化技術のうち、最も重要な技術は、化学的機械研磨（ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing））である。この化学的機械的研磨は、研磨装置を用いて、シリカ（ＳｉＯ_２）やセリア（ＣｅＯ_２）等の砥粒を含んだ研磨液を研磨パッドに供給しつつ半導体ウエハなどの基板を研磨パッドに摺接させて研磨を行うものである。

【0004】

上述したＣＭＰプロセスを行う研磨装置は、研磨パッドを有する研磨テーブルと、半導体ウエハ（基板）を保持するためのトップリング又は研磨ヘッド等と称される基板保持装置とを備えている。このような研磨装置を用いて半導体ウエハ（基板）の研磨を行う場合には、基板保持装置により半導体ウエハを保持しつつ、この半導体ウエハを研磨パッドの表面（研磨面）に対して所定の圧力で押圧する。このとき、研磨テーブルと基板保持装置とを相対運動させることにより半導体ウエハが研磨面に摺接し、半導体ウエハの表面が平坦かつ鏡面に研磨される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００７−１８１９１０号公報

【特許文献2】特許第２９９３４９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述したＣＭＰプロセスでは、ディッシングやエロージョン等の段差特性は、研磨パッドの温度への依存性が高いことが知られている。
また、研磨レートについても、研磨パッドの温度への依存性が確認されており、ＣＭＰプロセスによって最適な研磨レートをもたらす温度領域があり、研磨中に最適な研磨レートを長く得るためには最適な研磨パッドの温度を維持する必要がある。

【0007】

本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、半導体ウエハ等の基板の研磨中に研磨パッドに気体を吹き付けて研磨パッドの表面（研磨面）の温度を制御することにより、ディッシングやエロージョン等を防止して段差特性の向上を図ることができるとともに研磨レートの向上を図ることができる研磨装置および方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するため、本発明の研磨方法の第一の態様は、研磨テーブル上の研磨パッドに向けて気体を噴射して研磨パッドの温度を制御しながら研磨パッドに研磨対象の基板を押圧して基板の被研磨面を研磨する研磨方法において、研磨パッドの制御目標温度である第１設定温度を設定した後に研磨パッドの温度制御を開始して研磨パッドの温度を監視しながら基板を研磨パッドに押圧して基板上の膜の研磨を行うメイン研磨ステップを行い、前記基板の膜厚が所定の膜厚に達したことを膜厚測定器が検知した時に前記メイン研磨ステップを終了し、前記研磨パッドの設定温度を前記第１設定温度とは異なる第２設定温度に変更して仕上げ研磨ステップへ移行し、該仕上げ研磨ステップにおいて研磨パッドの温度を監視しながら基板を研磨パッドに押圧して基板上の膜の研磨を継続し、前記メイン研磨ステップにおいて研磨パッドの温度が前記第１設定温度の範囲に到達した後、前記第１設定温度の範囲外となる時間が連続して所定時間を超えた場合、または、前記仕上げ研磨ステップにおいて研磨パッドの温度が前記第２設定温度の範囲に到達した後、前記第２設定温度の範囲外となる時間が連続して所定時間を超えた場合に、研磨異常と判断することを特徴とする。
本発明によれば、研磨パッドの制御目標温度である設定温度を設定した後に研磨パッドに向けて気体を噴射して研磨パッドの温度制御を開始し、研磨パッドの温度を監視する。そして、研磨パッドの温度が設定温度の範囲に到達した後、前記設定温度の範囲外となる時間が連続して所定時間を超えた場合には、研磨パッドの温度制御が正常に行われていない研磨異常と判断する。

【0009】

本発明の好ましい態様によれば、前記第１設定温度の範囲外とは、第１設定温度の上限値または下限値の範囲外であり、前記第２設定温度の範囲外とは、第２設定温度の上限値または下限値の範囲外であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記研磨異常と判断した時に、インターロックをかけ、次の基板の研磨を行わないことを特徴とする。

【0010】

本発明の研磨方法の第二の態様は、研磨テーブル上の研磨パッドに向けて気体を噴射して研磨パッドの温度を制御しながら研磨パッドに研磨対象の基板を押圧して基板の被研磨面を研磨する研磨方法において、研磨パッドの制御目標温度である第１設定温度を設定した後に研磨パッドの温度制御を開始して研磨パッドの温度を監視しながら基板を研磨パッドに押圧して基板上の膜の研磨を行うメイン研磨ステップを行い、前記基板の膜厚が所定の膜厚に達したことを膜厚測定器が検知した時に前記メイン研磨ステップを終了し、前記研磨パッドの設定温度を前記第１設定温度とは異なる第２設定温度に変更して仕上げ研磨ステップへ移行し、該仕上げ研磨ステップにおいて研磨パッドの温度を監視しながら基板を研磨パッドに押圧して基板上の膜の研磨を継続し、研磨パッドの温度制御を開始して研磨パッドの温度を監視し、温度制御の開始時刻から所定時間経過後に研磨パッドの温度が前記第１設定温度または前記第２設定温度の目標温度に達しない場合に研磨異常と判断することを特徴とする。
本発明によれば、研磨パッドの制御目標温度を設定した後に研磨パッドに向けて気体を噴射して研磨パッドの温度制御を開始して研磨パッドの温度を監視する。そして、温度制御の開始時刻から所定時間経過後に研磨パッドの温度が目標温度に達しない場合には、研磨パッドの温度制御が正常に行われていない研磨異常と判断する。

【0011】

本発明の好ましい態様によれば、前記温度制御は、予め設定された温度を中心とした上限値及び下限値の範囲内になるようにＰＩＤ制御し、前記ＰＩＤ制御された流量の圧縮空気を前記研磨パッドに吹き付けることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記研磨パッドの温度を、予め設定された温度を中心とした上限値及び下限値の範囲内になるように制御し、前記研磨パッドの温度の監視は、前記温度制御を開始してから前記下限値に到達する時間として予め設定した時間の経過時に、前記研磨パッドの温度と前記下限値とを比較し、前記下限値に到達していない場合に研磨異常と判断することを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記研磨パッドの温度を、予め設定された温度を中心とした上限値及び下限値の範囲内になるように制御し、前記研磨パッドの温度の監視は、前記温度制御を開始してから前記下限値に到達するまでの所要時間を計時し、この所要時間と前記温度制御を開始してから前記下限値に到達する時間として予め設定した時間とを比較し、所要時間の方が予め設定した時間より長い場合に研磨異常と判断することを特徴とする。

【0012】

本発明の研磨方法の第三の態様は、研磨テーブル上の研磨パッドに向けて気体を噴射して研磨パッドの温度を制御しながら研磨パッドに研磨対象の基板を押圧して基板の被研磨面を研磨する研磨方法において、研磨パッドの制御目標温度である第１設定温度を設定した後に研磨パッドの温度制御を開始して研磨パッドの温度を監視しながら基板を研磨パッドに押圧して基板上の膜の研磨を行うメイン研磨ステップを行い、前記基板の膜厚が所定の膜厚に達したことを膜厚測定器が検知した時に前記メイン研磨ステップを終了し、前記研磨パッドの設定温度を前記第１設定温度とは異なる第２設定温度に変更して仕上げ研磨ステップへ移行し、該仕上げ研磨ステップにおいて研磨パッドの温度を監視しながら基板を研磨パッドに押圧して基板上の膜の研磨を継続し、前記第１設定温度を前記第２設定温度に変更してから所定時間経過後に研磨パッドの温度が前記第２設定温度に達しない場合に研磨異常と判断することを特徴とする。
本発明によれば、研磨パッドの制御目標温度を設定した後に研磨パッドに向けて気体を噴射して研磨パッドの温度制御を開始して研磨パッドの温度を監視する。その後、前記研磨パッドの設定温度を研磨中に変更し、設定温度を変更してから所定時間経過後に研磨パッドの温度が変更後の設定温度に達しない場合には、研磨パッドの温度制御が正常に行われていない研磨異常と判断する。

【0013】

本発明の好ましい態様によれば、前記研磨パッドの温度を、予め設定された温度を中心とした上限値及び下限値の範囲内になるように制御し、前記研磨パッドの温度の監視は、前記温度制御を開始してから前記下限値に到達する時間として予め設定した時間の経過時に、前記研磨パッドの温度と前記下限値とを比較し、前記下限値に到達していない場合に研磨異常と判断することを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記研磨パッドの温度を、予め設定された温度を中心とした上限値及び下限値の範囲内になるように制御し、前記研磨パッドの温度の監視は、前記温度制御を開始してから前記下限値に到達するまでの所要時間を計時し、この所要時間と前記温度制御を開始してから前記下限値に到達する時間として予め設定した時間とを比較し、所要時間の方が予め設定した時間より長い場合に研磨異常と判断することを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記研磨異常と判断した時に、インターロックをかけ、次の基板の研磨を行わないことを特徴とする。

【0014】

本発明の実施形態によれば、研磨テーブル上の研磨パッドに研磨対象の基板を押圧して基板の被研磨面を研磨する研磨装置において、研磨パッドに向けて気体を噴射する少なくとも１つの気体噴射ノズルと、前記少なくとも１つの気体噴射ノズルを保持するとともに前記気体噴射ノズルに気体を供給する気体供給部とを備え、前記少なくとも１つの気体噴射ノズルの直下の点を通り、研磨パッドの回転中心を中心とする同心円を描き、同心円上の前記直下の点における接線方向を研磨パッドの回転接線方向と定義すると、前記少なくとも１つの気体噴射ノズルの気体噴射方向は、前記回転接線方向に対して前記研磨パッドの回転中心側に傾いている。

【0015】

上記実施形態によれば、半導体ウエハ等の基板の研磨中に、気体供給部から気体を少なくとも１つの気体噴射ノズルに供給し、少なくとも１つの気体噴射ノズルから研磨パッドに向けて気体を噴射することにより、研磨パッドの表面（研磨面）を冷却することができる。したがって、ＣＭＰプロセスに応じて研磨パッドの表面を最適な温度に制御することができ、研磨レートの向上を図ることができるとともにディッシングやエロージョンを防止して段差特性の向上を図ることができる。

【0016】

上記実施形態においては、少なくとも１つの気体噴射ノズルの直下の点をそれぞれ通り、研磨パッドの回転中心を中心とする同心円を描き、同心円上の前記直下の点における接線方向を研磨パッドの回転接線方向と定義すると、少なくとも１つの気体噴射ノズルの気体噴射方向は、前記回転接線方向に対して前記研磨パッドの回転中心側に傾いている。このように、少なくとも１つの気体噴射ノズルの気体噴射方向を前記回転接線方向に対して研磨パッドの回転中心側に傾けることにより、研磨パッドを高い冷却能力で冷却することができる。この理由は、研磨パッド上の基板研磨領域はドーナツ状（円環状）であり、このドーナツ状領域に沿って気体を噴射できるように、回転接線方向よりも研磨パッドの回転中心側にノズルを傾けることで、基板研磨領域を効率良く冷却するためである。

【0017】

本発明の実施形態によれば、研磨テーブル上の研磨パッドに研磨対象の基板を押圧して基板の被研磨面を研磨する研磨装置において、研磨パッドに向けて気体を噴射する少なくとも１つの気体噴射ノズルと、前記少なくとも１つの気体噴射ノズルを保持するとともに前記気体噴射ノズルに気体を供給する気体供給部とを備え、前記少なくとも１つの気体噴射ノズルの気体噴射方向は、前記研磨パッドの表面に対して垂直ではなく、前記研磨パッドの回転方向側に傾いている。

【0018】

上記実施形態によれば、半導体ウエハ等の基板の研磨中に、気体供給部から気体を少なくとも１つの気体噴射ノズルに供給し、少なくとも１つの気体噴射ノズルから研磨パッドに向けて気体を噴射することにより、研磨パッドの表面（研磨面）を冷却することができる。したがって、ＣＭＰプロセスに応じて研磨パッドの表面を最適な温度に制御することができ、研磨レートの向上を図ることができるとともにディッシングやエロージョンを防止して段差特性の向上を図ることができる。

【0019】

上記実施形態においては、少なくとも１つの気体噴射ノズルの気体噴射方向は、研磨パッドの表面に対して垂直ではなく、研磨パッドの回転方向側に傾いている。このように、少なくとも１つの気体噴射ノズルの気体噴射方向を研磨パッドの回転方向側に傾けることにより、研磨パッドを高い冷却能力で冷却することができる。この理由は、傾けることにより被吹き付け面積を垂直の場合に比べて大きく確保できるためである。また、垂直に吹き付ける場合には跳ね返りによるスラリー飛散も懸念されるが、傾けることでスラリー飛散を抑えることができる。さらに、気体噴射方向を研磨パッドの回転方向側に傾けることにより、気体噴射によるスラリーの流れへの影響を低減することができる。

【0020】

本発明の実施形態によれば、前記少なくとも１つの気体噴射ノズルの前記研磨パッドの表面からの高さを調整可能である。
上記実施形態によれば、気体噴射ノズルの研磨パッドの表面からの高さを調整することにより、気体噴射ノズルを最適な高さ位置に配置することができる。したがって、研磨パッドを高い冷却能力で冷却することができる。

【0021】

本発明の実施形態によれば、前記気体噴射ノズルの気体噴射方向の前記回転接線方向に対する角度は、１５°〜３５°に設定されている。
上記実施形態によれば、気体噴射ノズルの気体噴射方向の前記回転接線方向に対する角度を１５°〜３５°に設定することにより、研磨パッドを高い冷却能力で冷却することができる。この理由は、基板研磨領域において被吹き付け面積の確保が可能となることと、３５°以上だとスラリー滴下位置に乱れを生じさせるためである。

【0022】

本発明の実施形態によれば、前記気体噴射ノズルの気体噴射方向と前記研磨パッドの表面とのなす角は、３０°〜５０°に設定されている。
上記実施形態によれば、気体噴射ノズルの気体噴射方向と研磨パッドの表面とのなす角を、３０°〜５０°に設定することにより、研磨パッドを高い冷却能力で冷却することができる。この理由は、被吹き付け面積が確保でき、かつ風量も効果的に作用させることができる角度範囲だからである。３０°よりも小さいと、被吹き付け面積は大きくなるが、風量が低下して冷却効果が低減する。

【0023】

本発明の実施形態によれば、前記少なくとも１つの気体噴射ノズルから噴射される気体の流量を制御する制御弁と、前記研磨パッドの温度を検出する温度計と、前記研磨パッドの制御目標温度である設定温度と前記温度計により検出された研磨パッドの検出温度とを比較して前記制御弁の弁開度を調整することにより、前記少なくとも１つの気体噴射ノズルから噴射される気体の流量を制御するコントローラとを備えた。
上記実施形態によれば、少なくとも１つの気体噴射ノズルから噴射される気体の流量を制御弁によって制御するとともに研磨パッドの温度を温度計により検出し、研磨パッドの制御目標温度である設定温度と前記温度計により検出された研磨パッドの検出温度とを比較して前記制御弁の弁開度を調整することにより、少なくとも１つの気体噴射ノズルから噴射される気体の流量を制御することができる。したがって、ＣＭＰプロセスに応じて研磨パッドの表面を最適な温度に制御することができる。

【0024】

本発明の実施形態によれば、前記コントローラは、前記研磨パッドの設定温度と前記研磨パッドの検出温度との差に基づきＰＩＤ制御により前記制御弁の弁開度を調整することにより、前記少なくとも１つの気体噴射ノズルから噴射される気体の流量を制御する。
上記実施形態によれば、コントローラは、複数種のＰＩＤパラメータから所定のルールに基づき所定のＰＩＤパラメータを選択し、パッド温度情報に基づいて選択したＰＩＤパラメータを用いて研磨パッド面上の温度を制御するので、基板の研磨レートを最適且つ一定に保つことができ、これにより研磨時間を短縮することができる。また、この結果、スラリー使用量並びに廃液量の低減を図ることができる。

【0025】

本発明の実施形態によれば、研磨テーブル上の研磨パッドに研磨対象の基板を押圧して基板の被研磨面を研磨する研磨方法において、気体供給部から気体を少なくとも１つの気体噴射ノズルに供給し、前記少なくとも１つの気体噴射ノズルから研磨パッドに向けて気体を噴射し、前記少なくとも１つの気体噴射ノズルの直下の点を通り、研磨パッドの回転中心を中心とする同心円を描き、同心円上の前記直下の点における接線方向を研磨パッドの回転接線方向と定義すると、前記少なくとも１つの気体噴射ノズルの気体噴射方向は、前記回転接線方向に対して前記研磨パッドの回転中心側に傾いている。

【0026】

本発明の実施形態によれば、研磨テーブル上の研磨パッドに研磨対象の基板を押圧して基板の被研磨面を研磨する研磨方法において、気体供給部から気体を少なくとも１つの気体噴射ノズルに供給し、前記少なくとも１つの気体噴射ノズルから研磨パッドに向けて気体を噴射し、前記少なくとも１つの気体噴射ノズルの気体噴射方向は、前記研磨パッドの表面に対して垂直ではなく、前記研磨パッドの回転方向側に傾いている。

【0027】

本発明の実施形態によれば、前記少なくとも１つの気体噴射ノズルの前記研磨パッドの表面からの高さを調整する。
本発明の実施形態によれば、前記気体噴射ノズルの気体噴射方向の前記回転接線方向に対する角度は、１５°〜３５°に設定されている。
本発明の実施形態によれば、前記気体噴射ノズルの気体噴射方向の前記研磨パッドの表面に対する角度は、３０°〜５０°に設定されている。
本発明の実施形態によれば、前記少なくとも１つの気体噴射ノズルから噴射される気体の流量を制御弁によって制御するとともに前記研磨パッドの温度を温度計により検出し、前記研磨パッドの制御目標温度である設定温度と前記温度計により検出された研磨パッドの検出温度とを比較して前記制御弁の弁開度を調整することにより、前記少なくとも１つの気体噴射ノズルから噴射される気体の流量を制御する。
本発明の実施形態によれば、前記研磨パッドの設定温度と前記研磨パッドの検出温度との差に基づきＰＩＤ制御により前記制御弁の弁開度を調整することにより、前記少なくとも１つの気体噴射ノズルから噴射される気体の流量を制御する。

【0028】

本発明の実施形態によれば、研磨テーブル上の研磨パッドに向けて気体を噴射して研磨パッドの温度を制御しながら研磨パッドに研磨対象の基板を押圧して基板の被研磨面を研磨する研磨方法において、研磨パッドの制御目標温度である設定温度を設定した後に研磨パッドの温度制御を開始して研磨パッドの温度を監視し、温度制御の開始時刻から設定温度に到達するまでの所要時間を計時し、この所要時間と予め設定した時間を比較し、所要時間の方が長い場合に研磨異常と判断する。
上記実施形態によれば、研磨パッドの制御目標温度である設定温度を設定した後に研磨パッドに向けて気体を噴射して研磨パッドの温度制御を開始し、研磨パッドの温度を監視する。そして、温度制御の開始時刻から設定温度に到達するまでの所要時間を計時し、この所要時間と予め設定した時間を比較し、所要時間の方が長い場合には、研磨パッドの温度制御が正常に行われていない研磨異常と判断する。

【0029】

本発明の実施形態によれば、前記研磨パッドの設定温度を研磨中に変更し、設定温度を変更してから変更後の設定温度に到達するまでの所要時間を計時し、この所要時間と予め設定した時間を比較し、所要時間の方が長い場合に研磨異常と判断する。
上記実施形態によれば、研磨パッドの制御目標温度である設定温度を設定した後に研磨パッドに向けて気体を噴射して研磨パッドの温度制御を開始して研磨パッドの温度を監視する。そして、研磨パッドの設定温度を研磨中に変更し、設定温度を変更してから変更後の設定温度に到達するまでの所要時間を計時し、この所要時間と予め設定した時間を比較し、所要時間の方が長い場合には、研磨パッドの温度制御が正常に行われていない研磨異常と判断する。

【発明の効果】

【0030】

本発明は、以下に列挙する効果を奏する。
（１）研磨中に研磨パッドの表面を冷却することにより、２つの効果が期待される。
Ａ．メイン研磨ステップにおいて研磨パッドの表面を所定の温度に維持することにより、研磨レートが向上し、生産性が高くなると共に基板１枚当たりの研磨液（スラリー）などの消耗品コストを低減できる。
Ｂ．仕上げ研磨ステップにおいて研磨パッドの表面を所定の温度に維持することにより、ディッシングやエロージョンを防止して段差特性の向上を図ることができる。
（２）研磨パッドに気体を吹き付けるノズルの位置を最適化することにより、より一層の研磨パッドの冷却効果が見込め、一層のディッシングとエロージョンの低減が見込める。
（３）研磨パッドを冷却する際の制御目標温度である設定温度に到達しない時のエラーおよび設定温度の上下限値をオーバーした時のエラーが起こったときに、プロセスインターロックをかけて、次の基板の研磨を行わないことにより、不良製品をエラー発生時に研磨中の１枚だけに抑えることができ、製品歩留まり向上に寄与する。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】図１は、本発明に係る研磨装置の全体構成を示す模式図である。

【図2】図２は、パッド温度調整装置の制御機器を示す斜視図である。

【図3】図３は、パッド温度調整装置の気体噴射ノズルと研磨パッドとの関係を示す平面図である。

【図4】図４は、パッド温度調整装置の気体噴射ノズルと研磨パッドとの関係を示す側面図である。

【図5】図５（ａ）は、気体噴射ノズルの気体噴射方向を研磨パッドの回転接線方向に対して傾けない場合と、パッド中心側に傾けた場合における冷却能力を示すグラフであり、図５（ｂ）は、研磨パッドの表面（研磨面）と気体噴射ノズルの気体噴射方向とのなす角を表す気体進入角度と冷却能力との関係を示すグラフである。

【図6】図６は、研磨テーブル上の研磨パッド、研磨液供給ノズル、研磨ヘッドおよびパッド温度調整装置の配置関係の一例を示す平面図である。

【図7】図７は、マニホールドを揺動させる揺動機構を備えたパッド温度調整装置を示す斜視図である。

【図8】図８は、研磨レシピの一例を示す表である。

【図9】図９は、メイン研磨ステップと仕上げ研磨ステップとからなる研磨工程における研磨パッドの温度制御の一例を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下、本発明に係る研磨装置および方法の実施形態について図１乃至図９を参照して詳細に説明する。なお、図１から図９において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

【0033】

図１は、本発明に係る研磨装置の全体構成を示す模式図である。図１に示すように、研磨装置は、研磨テーブル１と、研磨対象物である半導体ウエハ等の基板Ｗを保持して研磨テーブル上の研磨パッドに押圧する研磨ヘッド１０とを備えている。研磨テーブル１は、テーブル軸１ａを介してその下方に配置される研磨テーブル回転モータ（図示せず）に連結されており、テーブル軸１ａの回りに回転可能になっている。研磨テーブル１の上面には研磨パッド２が貼付されており、研磨パッド２の表面が基板Ｗを研磨する研磨面２ａを構成している。研磨パッド２には、ロデール社製のＳＵＢＡ８００、ＩＣ−１０００、ＩＣ−１０００／ＳＵＢＡ４００（二層クロス）等が用いられている。ＳＵＢＡ８００は繊維をウレタン樹脂で固めた不織布である。ＩＣ−１０００は硬質の発泡ポリウレタンであり、その表面に多数の微細な孔を有したパッドであり、パーフォレートパッドとも呼ばれている。研磨テーブル１の上方には研磨液供給ノズル３が設置されており、この研磨液供給ノズル３によって研磨テーブル１上の研磨パッド２に研磨液（スラリー）が供給されるようになっている。研磨テーブル１の内部には、渦電流センサや光学式センサ等の膜厚測定器５０が埋設されている。

【0034】

研磨ヘッド１０は、シャフト１１に接続されており、シャフト１１は、支持アーム１２に対して上下動するようになっている。シャフト１１の上下動により、支持アーム１２に対して研磨ヘッド１０の全体を上下動させ位置決めするようになっている。シャフト１１は、研磨ヘッド回転モータ（図示せず）の駆動により回転するようになっている。シャフト１１の回転により、研磨ヘッド１０がシャフト１１の回りに回転するようになっている。

【0035】

研磨ヘッド１０は、その下面に半導体ウエハなどの基板Ｗを保持できるようになっている。支持アーム１２はシャフト１３を中心として旋回可能に構成されており、下面に基板Ｗを保持した研磨ヘッド１０は、支持アーム１２の旋回により基板の受取位置から研磨テーブル１の上方に移動可能になっている。研磨ヘッド１０は、下面に基板Ｗを保持して基板Ｗを研磨パッド２の表面（研磨面）２ａに押圧する。このとき、研磨テーブル１および研磨ヘッド１０をそれぞれ回転させ、研磨テーブル１の上方に設けられた研磨液供給ノズル３から研磨パッド２上に研磨液（スラリー）を供給する。研磨液には砥粒としてシリカ（ＳｉＯ_２）やセリア（ＣｅＯ_２）を含んだ研磨液が用いられる。このように、研磨液を研磨パッド２上に供給しつつ、基板Ｗを研磨パッド２に押圧して基板Ｗと研磨パッド２とを相対移動させて基板上の絶縁膜や金属膜等を研磨する。

【0036】

図１に示すように、研磨装置は、研磨パッド２に気体を吹き付けて研磨パッド２の表面（研磨面）２ａの温度調整を行うパッド温度調整装置２０を備えている。パッド温度調整装置２０は、研磨パッド２の上方に配置され、研磨パッド２の表面（研磨面）２ａと平行に研磨パッド２の略半径方向に延びる円筒状のマニホールド２１と、マニホールド２１の下部に所定間隔をおいて取り付けられた複数の気体噴射ノズル２２とを備えている。マニホールド２１は圧縮空気源（図示せず）に接続されており、マニホールド２１内に圧縮空気が供給されると、気体噴射ノズル２２から圧縮空気が噴射されて研磨パッド２の研磨面２ａに吹き付けられるようになっている。マニホールド２１は、気体噴射ノズル２２を保持するとともに気体噴射ノズル２２に気体を供給する気体供給部を構成している。

【0037】

図２は、パッド温度調整装置２０の制御機器を示す斜視図である。図２に示すように、研磨テーブル１の上面には研磨パッド２が貼付されている。研磨パッド２の上方には研磨ヘッド１０が配置されており、研磨ヘッド１０は基板Ｗ（図１参照）を保持して基板Ｗを研磨パッド２に押圧するようになっている。パッド温度調整装置２０のマニホールド２１は、圧縮空気供給ライン２９によって圧縮空気源に接続されている。圧縮空気供給ライン２９には圧力制御弁３０が設けられており、圧縮空気源から供給された圧縮空気が圧力制御弁３０を通過することで圧力および流量が制御されるようになっている。圧力制御弁３０は温度コントローラ３１に接続されている。圧縮空気は常温であってもよいし、所定温度に冷却してもよい。

【0038】

図２に示すように、研磨パッド２の上方には、研磨パッド２の表面温度を検出する放射温度計３２が設置されている。放射温度計３２は温度コントローラ３１に接続されている。温度コントローラ３１には、研磨装置の全体を制御するＣＭＰコントローラから研磨パッド２の制御目標温度である設定温度が入力されるようになっている。また、温度コントローラ３１には設定温度を直接入力することもできる。温度コントローラ３１は、温度コントローラ３１に入力された研磨パッド２の設定温度と放射温度計３２により検出された研磨パッド２の実際の温度との差に応じてＰＩＤ制御により圧力制御弁３０の弁開度を調整し、気体噴射ノズル２２から噴射される圧縮空気の流量を制御する。これにより、研磨パッド２の研磨面２ａに最適な流量の圧縮空気が吹き付けられ、研磨パッド２の研磨面２ａの温度は温度コントローラ３１で設定された目標温度（設定温度）に維持される。

【0039】

図３および図４は、パッド温度調整装置２０の気体噴射ノズル２２と研磨パッド２との関係を示す図であり、図３は平面図であり、図４は側面図である。図３に示すように、パッド温度調整装置２０のマニホールド２１には、所定間隔をおいて複数の気体噴射ノズル２２が取り付けられている（図示例では８個のノズルが取り付けられている）。研磨中に、研磨パッド２は回転中心Ｃ_Ｔの回りに時計方向に回転する。図３において、パッド内側から１，２，３・・・８の昇順でノズルに番号付けを行い、例えば、３番目と６番目の２つの気体噴射ノズル２２を例に挙げて説明する。すなわち、３番目と６番目の２つの気体噴射ノズル２２の直下の点Ｐ１，Ｐ２を通り、Ｃ_Ｔを中心とする同心円Ｃ１，Ｃ２を描き、同心円Ｃ１，Ｃ２上の点Ｐ１，Ｐ２における接線方向を研磨パッドの回転接線方向と定義すると、気体噴射ノズル２２の気体噴射方向は、研磨パッドの回転接線方向に対してパッド中心側に所定角度（θ１）だけ傾いている。気体噴射方向とは、気体噴射ノズル口から気体が扇状に広がる角度（気体噴射角）の中心線の方向をいう。３番目と６番目のノズル以外の他のノズルも同様に研磨パッドの回転接線方向に対してパッド中心側に所定角度（θ１）だけ傾いている。そして、研磨パッドの回転接線方向に対する気体噴射ノズル２２の気体噴射方向の角度（θ１）は、ノズル冷却能力との関係で１５°〜３５°に設定されている（後述する）。なお、ここではノズルが複数ある場合を説明したが、ノズルは１つでもよい。

【0040】

また、図４に示すように、気体噴射ノズル２２の気体噴射方向は、研磨パッド２の表面（研磨面）２ａに対して垂直ではなく、研磨テーブル１の回転方向側に所定角度だけ傾いている。研磨パッド２の表面（研磨面）２ａに対する気体噴射ノズル２２の気体噴射方向の角度、すなわち、研磨パッド２の表面（研磨面）２ａと気体噴射ノズル２２の気体噴射方向とのなす角を気体進入角度（θ２）と定義すると、気体進入角度（θ２）は、ノズル冷却能力との関係で３０°〜５０°に設定されている（後述する）。ここで、気体噴射方向とは、気体噴射ノズル口から気体が扇状に広がる角度（気体噴射角）の中心線の方向をいう。

【0041】

上記研磨パッドの回転接線方向に対する気体噴射ノズル２２の気体噴射方向の角度（θ１）および研磨パッド２の表面（研磨面）２ａに対する気体噴射ノズル２２の気体進入角度（θ２）は、各ノズル毎に独立に調整可能になっている。
また、図４に示すように、マニホールド２１は上下動可能に構成されているため、マニホールド２１の高さ（Ｈ）が可変になっており、気体噴射ノズル２２の研磨パッド表面（研磨面）２ａからの高さを調節することが可能になっている。ちなみに、図１においては、研磨液供給ノズル３のノズル口の研磨パッド２の表面からの高さと、気体噴射ノズル２２のノズル口の研磨パッド２の表面からの高さは、近似している。なお、図３ではノズルの個数が８個の場合を図示したが、ノズルの個数は２〜３個の場合もあり、ノズルの個数は研磨パッド２を冷却するための冷却能力に応じて適宜選定される。
また、この発展型として気体噴射ノズルの気体噴射方向の角度（θ１）と気体噴射ノズルの気体進入角度（θ２）、さらにマニホールド２１の高さ（Ｈ）があらかじめ設定範囲で固定されていて、誤って調整部がずれて元々の設定位置から外れるのを防止することを考慮するものもある。その場合、エア噴出し穴が直接マニホールドに形成されてノズルとマニホールドがあたかも一体となった形態を取る。

【0042】

図５（ａ）は、気体噴射ノズル２２の気体噴射方向を研磨パッドの回転接線方向に対して傾けない場合（θ１＝０°）と、パッド中心側に傾けた場合（θ１＝１５°，θ１＝３０°）における冷却能力を示すグラフである。図５（ａ）において、縦軸は、冷却無しのパッド温度とノズルを用いた冷却有りのパッド温度との差（℃）を表し、この差はノズルの冷却能力を表すものである。図５（ａ）に示すように、研磨パッドの回転接線方向に対する気体噴射ノズル２２の気体噴射方向の角度（θ１）が大きくなるほど冷却能力が向上する傾向にある。ただし、角度（θ１）を大きく取りすぎるとスラリー滴下状態が乱れるため、角度（θ１）は１５°〜３５°の範囲とすることが好ましい。

【0043】

図５（ｂ）は、研磨パッド２の表面（研磨面）２ａと気体噴射ノズル２２の気体噴射方向とのなす角を表す気体進入角度（θ２）がθ２＝３０°，θ２＝５０°，θ２＝７０°における冷却能力を示すグラフである。図５（ｂ）において、縦軸は、冷却無しのパッド温度とノズルを用いた冷却有りのパッド温度との差（℃）を表し、この差はノズルの冷却能力を表すものである。図５（ｂ）に示すように、気体進入角度（θ２）が大きくなるほど冷却能力が向上する傾向にある。ただし、角度（θ２）を大きくしすぎるとスラリー滴下状態が乱れるため、角度（θ２）は３０°〜５０°の範囲とすることが好ましい。

【0044】

図６は、研磨テーブル１上の研磨パッド２、研磨液供給ノズル３、研磨ヘッド１０およびパッド温度調整装置２０の配置関係の一例を示す平面図である。図６に示すように、研磨ヘッド１０とパッド温度調整装置２０とは、研磨テーブル１の回転中心Ｃ_Ｔを挟んで互いに反対側に配置されている。また、研磨液供給ノズル３は研磨ヘッド１０とパッド温度調整装置２０との間に配置されており、スラリー滴下位置は研磨テーブル１の回転中心Ｃ_Ｔの近傍に設定されている。

【0045】

図７は、マニホールド２１を揺動させる揺動機構を備えたパッド温度調整装置２０を示す斜視図である。図７に示すように、マニホールド２１は支柱２５に固定されており、支柱２５はモータ２６に連結されている。モータ２６を正転または逆転させることにより、マニホールド２１を揺動させることができるようになっている。これにより、気体噴射ノズル２２を研磨パッド２上の最適な位置に位置させることが可能である。また、気体噴射ノズル２２を使用しない場合に、気体噴射ノズル２２を研磨パッド２上から退避させることができる。
また、研磨中にパッドの温度プロファイルをサーモグラフなどでモニタし、温度分布に応じて（例えば、パッド面内の温度差が所定の温度以上となった場合）、高温領域を積極的に冷やすよう、マニホールドを揺動させて移動させることもできる。

【0046】

図８は、研磨レシピの一例を示す表である。図８に示すように、研磨ステップ１、２、３、・・・、１０に応じて、プロセス時間、回転速度、・・・、研磨パッド温度制御及びマニホールド揺動の「非有効（Ｉｎｖａｌｉｄ）」・「有効（Ｖａｌｉｄ）」、及び温度設定値を、研磨レシピとして登録してもよい。

【0047】

次に、図１乃至図８に示すように構成された研磨装置を用いて基板Ｗを研磨する工程の一例を説明する。
先ず、研磨パッド２の制御目標温度である第１設定温度を温度コントローラ３１に設定する。次に、気体噴射ノズル２２へ圧縮空気を供給する供給圧力を確認する。この供給圧力が規定圧力以下の時には警告を発して、以降の基板に対する処理を中止し、供給圧力が規定圧力以上の時のみに、基板受渡し位置に位置する研磨ヘッド１０により基板Ｗをプッシャ等から受け取って吸着保持する。そして、研磨ヘッド１０により吸着保持した基板Ｗを基板受渡し位置から研磨テーブル１の直上方の研磨位置まで水平移動させる。

【0048】

次に、放射温度計３２による研磨パッド２の温度モニタを開始する。そして、研磨液供給ノズル３から研磨パッド２に研磨液（スラリー）を滴下し、研磨ヘッド１０を回転させながら下降させて、回転中の研磨パッド２の研磨面２ａに基板Ｗの表面（被研磨面）を接触させる。そして、研磨ヘッド１０による基板Ｗの吸着保持を解き、基板Ｗを研磨面２ａに第１の研磨圧力で押圧する。これによって、基板上の金属膜等の研磨を行うメイン研磨ステップを開始する。

【0049】

前記メイン研磨ステップでは、基板Ｗが研磨面２ａに接触した時点から、パッド温度調整装置２０による研磨パッド２の温度制御を開始する。なお、研磨テーブル１を回転させることなく、基板Ｗを研磨面２ａに接触させるプロセスを採用する場合には、研磨テーブル１の回転を開始するのと同時に、パッド温度調整装置２０による研磨パッド２の温度制御を開始する。

【0050】

すなわち、温度コントローラ３１は、予め設定された第１設定温度と放射温度計３２により検出された研磨パッド２の実際の温度との差に応じてＰＩＤ制御により圧力制御弁３０の弁開度を調整し、気体噴射ノズル２２から噴射される圧縮空気の流量を制御する。これにより、予め求めておいた最大研磨速度を得られる第１設定温度に研磨パッド２の温度を制御する。このメイン研磨ステップでは、高い研磨圧力と研磨パッド２の冷却との組合せにより、高い研磨レートを得ることができ、トータル研磨時間の短縮を図ることができる。このメイン研磨ステップは、例えば、金属膜等の膜厚が所定の値に達したことを膜厚測定器５０で検知した時に終了する。

【0051】

次に、仕上げ研磨ステップを行う。メイン研磨ステップ後の仕上げ研磨ステップにおいては、ディッシングやエロージョン等を防止して段差特性の向上を重視するために研磨パッド２の温度を制御する必要がある。すなわち、温度コントローラ３１に第１設定温度とは異なる温度である第２設定温度を設定する。仕上げ研磨ステップへ移行すると、研磨パッド２が第２設定温度に速やかに到達するようにＰＩＤ制御によりコントロールされた流量の圧縮空気が研磨パッド２に吹き付けられる。例えば、メイン研磨ステップの第１設定温度よりも仕上げ研磨ステップの第２設定温度の方が低い場合は、第２設定温度に到達するまでは圧縮空気の流量はＭＡＸ（最大）となるように制御される。このようにして、第２設定温度に研磨パッド２の温度を制御して、研磨を継続する。この仕上げ研磨ステップでは、主に段差解消特性を向上させるため、必要に応じて、基板Ｗを前記第１の研磨圧力よりも低い第２の研磨圧力で研磨面２ａに押圧する。この仕上げ研磨ステップは、例えば、トレンチ等以外の領域にある余剰な金属膜等を研磨除去し、下地層の表面が完全に露出したことを膜厚測定器５０で検知した時に終了する。

【0052】

次に、気体噴射ノズル２２からの圧縮空気の噴出を停止し、研磨液供給ノズル３からの研磨液（スラリー）の供給を停止した後、研磨パッド２に純水を供給して、基板Ｗの水ポリッシングを行う。そして、気体噴射ノズル２２からの圧縮空気の噴出を停止して、基板Ｗに圧縮空気が当たるのを防止したまま、研磨ヘッド１０で研磨後の基板Ｗを研磨面２ａから引き離して吸着保持する。なお、これ以降、基板Ｗは研磨パッド２から離間するので、離間した基板Ｗの被研磨面に圧縮空気が当たって基板Ｗの被研磨面が乾燥するのを防止するため、気体噴射ノズル２２からの圧縮空気の噴出を停止したままにしておく。

【0053】

次に、基板Ｗを吸着保持した研磨ヘッド１０を上昇させ、研磨位置から基板受渡し位置まで基板Ｗを水平移動させる。そして、基板受渡し位置で、研磨後の基板Ｗをプッシャ等に受け渡す。気体噴射ノズル２２にあっては、洗浄ノズル（図示せず）から気体噴射ノズル２２における、特にノズル開口部及びその周辺部に向けて洗浄液（水）を吹き付けて、気体噴射ノズル２２のクリーニングを行う。これにより、気体噴射ノズル２２に付着したスラリー等の汚れが研磨パッド２上に落ちて次の基板の処理に悪影響を及ぼすことを防止することができる。
なお、マニホールド２１を揺動させてマニホールド２１を待避位置に移動させた状態で、洗浄ノズル（図示せず）から洗浄液を吹き付けて気体噴射ノズル２２を洗浄することで、気体噴射ノズル２２に付着したスラリー等の汚れが研磨パッド２上に落ちることを防止することができる。

【0054】

図９は、上述した研磨工程における研磨パッド２の温度制御の一例を示すグラフである。図９に示すように、研磨パッド２の制御目標温度である第１設定温度を温度コントローラ３１に設定し、基板Ｗの研磨を開始して放射温度計３２により研磨パッド２の温度を監視し、パッド温度調整装置２０による研磨パッド２の温度制御を開始する。温度制御は、第１設定温度を中心とした上下限値（Ｔ１_ｍａｘ，Ｔ１_ｍｉｎ）の範囲内になるようにＰＩＤ制御により行われ、コントロールされた流量の圧縮空気が研磨パッド２に吹き付けられる。そして、温度コントローラ３１によって、温度制御の開始時刻から予め設定した時間（通常の場合（研磨異常がない場合）に、温度制御の開始から第１設定温度の下限値に到達するまでの時間をいう。予め実験により求めておく時間である。）経過時に、研磨パッドの温度と第１設定温度の下限値を比較し、研磨パッドの温度が第１設定温度の下限値に到達していない場合に研磨異常と判断してアラームを発報する。なお、温度制御の開始時刻から第１設定温度の下限値（Ｔ１_ｍｉｎ）に到達するまでの所要時間を計時し、この所要時間と予め設定した時間を比較し、所要時間の方が長い場合に研磨異常と判断してアラームを発報してもよい。

【0055】

研磨パッド２の温度が第１設定温度の範囲内（上限値（Ｔ１_ｍａｘ）と下限値（Ｔ１_ｍｉｎ）の間）に到達した後、上限値（Ｔ１_ｍａｘ）よりオーバーした時間が連続して設定時間を超えたら、研磨異常と判断してアラームを発報し、また下限値（Ｔ１_ｍｉｎ）より低下した時間が連続して設定時間を超えたら、研磨異常と判断してアラームを発報する。

【0056】

上述の研磨異常の有無の監視を行いながら、メイン研磨ステップを継続し、例えば、金属膜等の膜厚が所定の値に達したことを膜厚測定器５０が検知した時にメイン研磨ステップを終了し、仕上げ研磨ステップに移行する。仕上げ研磨ステップは、温度コントローラ３１において、第１設定温度とは異なる温度である第２設定温度に設定値を変更することにより開始する。仕上げ研磨ステップへ移行すると、研磨パッド２が第２設定温度に速やかに到達するようにＰＩＤ制御によりコントロールされた流量の圧縮空気が研磨パッド２に吹き付けられる。例えば、メイン研磨ステップの第１設定温度よりも仕上げ研磨ステップの第２設定温度の方が低い場合は、第２設定温度に到達するまでは圧縮空気流量はＭＡＸ（最大）となるように制御される。そして、第１設定温度から第２設定温度に温度を変更後、予め設定した時間（通常の場合（研磨異常がない場合）に、第１設定温度から第２設定温度に温度を変更してから第２設定温度の上限値又は下限値に到達するまでの時間をいう。予め実験により求めておく時間である。）経過後に、研磨パッドの温度と第２設定温度の上限値又は下限値を比較し、研磨パッドの温度が第２設定温度の上限値又は下限値に到達していない場合に、研磨異常と判断してアラームを発報する。なお、第２設定温度の上限値（Ｔ２_ｍａｘ）又は下限値（Ｔ２_ｍｉｎ）に到達するまでの所要時間を計時し、この所要時間と予め設定した時間を比較し、所要時間の方が長い場合に研磨異常と判断してアラームを発報してもよい。

【0057】

研磨パッド２の温度が第２設定温度の範囲内（上限値（Ｔ２_ｍａｘ）と下限値（Ｔ２_ｍｉｎ）の間）に到達した後、上限値（Ｔ２_ｍａｘ）よりオーバーした時間が連続して設定時間を超えたら、研磨異常と判断してアラームを発報し、また下限値（Ｔ２_ｍｉｎ）より低下した時間が連続して設定時間を超えたら、研磨異常と判断してアラームを発報する。

【0058】

上述の研磨異常の有無の監視を行いながら、仕上げ研磨ステップを継続し、例えば、トレンチ等以外の余剰な金属膜等を研磨除去し、下地層の表面が完全に露出したことを膜厚測定器５０が検知した時に仕上げ研磨ステップを終了する。
上記設定温度に到達しない時のエラーおよび設定温度の上下限値をオーバーした時のエラーが起こったときには、プロセスインターロックがかかり、次の基板の研磨は行われない。これにより、不良製品をエラー発生時に研磨中の１枚だけに抑えることができ、製品歩留まり向上に寄与する。

【0059】

これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

【符号の説明】

【0060】

１ 研磨テーブル
１ａ テーブル軸
２ 研磨パッド
２ａ 研磨面
３ 研磨液供給ノズル
１０ 研磨ヘッド
１１，１３ シャフト
１２ 支持アーム
２０ パッド温度調整装置
２１ マニホールド
２２ 気体噴射ノズル
２５ 支柱
２６ モータ
２９ 圧縮空気供給ライン
３０ 圧力制御弁
３１ 温度コントローラ
３２ 放射温度計
５０ 膜厚測定器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】