知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022165024
(43)【公開日】2022-10-31
(54)【発明の名称】研磨方法、および研磨装置
(51)【国際特許分類】
B24B 37/015 20120101AFI20221024BHJP
B24B 37/005 20120101ALI20221024BHJP
B24B 37/013 20120101ALI20221024BHJP
B24B 49/04 20060101ALI20221024BHJP
B24B 49/14 20060101ALI20221024BHJP
H01L 21/304 20060101ALI20221024BHJP
【ＦＩ】
B24B37/015
B24B37/005 A
B24B37/013
B24B49/04 Z
B24B49/14
H01L21/304 622R
H01L21/304 622S
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021070194
(22)【出願日】2021-04-19
(71)【出願人】
【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】100118500
【弁理士】
【氏名又は名称】廣澤 哲也
(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】100174089
【弁理士】
【氏名又は名称】郷戸 学
(74)【代理人】
【識別番号】100186749
【弁理士】
【氏名又は名称】金沢 充博
(72)【発明者】
【氏名】椛沢 雅志
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 俊光
(72)【発明者】
【氏名】塩川 陽一
(72)【発明者】
【氏名】八木 圭太
(72)【発明者】
【氏名】渡邉 夕貴
(72)【発明者】
【氏名】チャウハン ナチケタ
【テーマコード（参考）】
3C034
3C158
5F057
【Ｆターム（参考）】
3C034AA07
3C034BB73
3C034BB92
3C034BB93
3C034CA02
3C034CA19
3C034CA22
3C034CB04
3C034CB20
3C034DD07
3C034DD10
3C158AA07
3C158AB04
3C158AC02
3C158BA02
3C158BA05
3C158BA07
3C158BA08
3C158CB01
3C158DA12
3C158DA17
3C158EA11
3C158EA13
3C158EA23
3C158EB01
5F057AA16
5F057BA15
5F057CA12
5F057DA03
5F057GA02
5F057GA04
5F057GA12
5F057GB07
5F057GB40
(57)【要約】
【課題】正確な膜厚プロファイルを得ることができる研磨方法を提供する。
【解決手段】研磨方法では、パッド温度調整装置５を用いて研磨パッド３の研磨面３ａの温度を所定の温度に調整し、研磨パッド３に設けられた膜厚測定器７の測定値に基づいて、基板Ｗを研磨面３ａに押し付ける研磨荷重を制御しながら基板Ｗを研磨する。
【選択図】図１
【解決手段】研磨方法では、パッド温度調整装置５を用いて研磨パッド３の研磨面３ａの温度を所定の温度に調整し、研磨パッド３に設けられた膜厚測定器７の測定値に基づいて、基板Ｗを研磨面３ａに押し付ける研磨荷重を制御しながら基板Ｗを研磨する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
パッド温度調整装置を用いて研磨パッドの研磨面の温度を所定の温度に調整し、
前記研磨パッドに設けられた膜厚測定器の測定値に基づいて、前記基板を前記研磨面に押し付ける研磨荷重を制御しながら前記基板を研磨する、研磨方法。
前記研磨パッドに設けられた膜厚測定器の測定値に基づいて、前記基板を前記研磨面に押し付ける研磨荷重を制御しながら前記基板を研磨する、研磨方法。
【請求項2】
前記基板を研磨する工程は、前記研磨面の温度が前記所定の温度に到達した直後に開始される、請求項１に記載の研磨方法。
【請求項3】
前記基板を研磨する工程は、前記研磨面の温度が前記所定の温度に安定した後で開始される、請求項１に記載の研磨方法。
【請求項4】
前記基板を研磨する工程は、前記研磨面の温度を前記所定の温度に維持しながら行われる、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の研磨方法。
【請求項5】
前記所定の温度は、第１所定温度であり、
前記基板を研磨する工程は、
前記第１所定温度で、前記膜厚測定器の測定値に基づいて、前記基板を前記研磨面に押し付ける研磨荷重を制御しながら前記基板を研磨する第１研磨と、
前記第１所定温度とは異なる第２所定温度で、前記膜厚測定器の測定値に基づいて、前記基板を前記研磨面に押し付ける研磨荷重を制御しながら前記基板を研磨する第２研磨と、を含み、
前記第１研磨から前記第２研磨の切り替えは、前記膜厚測定器によって測定された前記基板の残膜の量が所定の量に到達したときに行われる、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の研磨方法。
前記基板を研磨する工程は、
前記第１所定温度で、前記膜厚測定器の測定値に基づいて、前記基板を前記研磨面に押し付ける研磨荷重を制御しながら前記基板を研磨する第１研磨と、
前記第１所定温度とは異なる第２所定温度で、前記膜厚測定器の測定値に基づいて、前記基板を前記研磨面に押し付ける研磨荷重を制御しながら前記基板を研磨する第２研磨と、を含み、
前記第１研磨から前記第２研磨の切り替えは、前記膜厚測定器によって測定された前記基板の残膜の量が所定の量に到達したときに行われる、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の研磨方法。
【請求項6】
前記所定の温度は、第１所定温度であり、
前記基板を研磨する工程は、
前記第１所定温度で、前記膜厚測定器の測定値に基づいて、前記基板を前記研磨面に押し付ける研磨荷重を制御しながら前記基板を研磨する第１研磨と、
前記第１所定温度から徐々に変化される第２所定温度で、前記膜厚測定器の測定値に基づいて、前記基板を前記研磨面に押し付ける研磨荷重を制御しながら前記基板を研磨する第２研磨と、を含み、
前記第１研磨から前記第２研磨の切り替えは、前記膜厚測定器によって測定された前記基板の残膜の量が所定の量に到達したときに行われる、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の研磨方法。
前記基板を研磨する工程は、
前記第１所定温度で、前記膜厚測定器の測定値に基づいて、前記基板を前記研磨面に押し付ける研磨荷重を制御しながら前記基板を研磨する第１研磨と、
前記第１所定温度から徐々に変化される第２所定温度で、前記膜厚測定器の測定値に基づいて、前記基板を前記研磨面に押し付ける研磨荷重を制御しながら前記基板を研磨する第２研磨と、を含み、
前記第１研磨から前記第２研磨の切り替えは、前記膜厚測定器によって測定された前記基板の残膜の量が所定の量に到達したときに行われる、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の研磨方法。
【請求項7】
研磨パッドを支持するための研磨テーブルと、
基板を前記研磨パッドの研磨面に押し付けて前記基板を研磨する研磨ヘッドと、
前記研磨面の温度を測定するパッド温度測定器と、
前記研磨面の温度を調整するパッド温度調整装置と、
前記研磨テーブルに取り付けられた膜厚測定器と、
少なくとも前記研磨ヘッドと前記パッド温度調整装置の動作を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記パッド温度測定器の測定値に基づいて、前記パッド温度調整装置を用いて前記研磨面の温度を所定の温度に調整し、
前記膜厚測定器の測定値に基づいて、前記基板を前記研磨面に押し付ける研磨荷重を制御しながら前記基板を研磨する、研磨装置。
基板を前記研磨パッドの研磨面に押し付けて前記基板を研磨する研磨ヘッドと、
前記研磨面の温度を測定するパッド温度測定器と、
前記研磨面の温度を調整するパッド温度調整装置と、
前記研磨テーブルに取り付けられた膜厚測定器と、
少なくとも前記研磨ヘッドと前記パッド温度調整装置の動作を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記パッド温度測定器の測定値に基づいて、前記パッド温度調整装置を用いて前記研磨面の温度を所定の温度に調整し、
前記膜厚測定器の測定値に基づいて、前記基板を前記研磨面に押し付ける研磨荷重を制御しながら前記基板を研磨する、研磨装置。
【請求項8】
前記制御装置は、前記基板の研磨を前記研磨面の温度が前記所定の温度に到達した直後に開始する、請求項７に記載の研磨装置。
【請求項9】
前記制御装置は、前記基板の研磨を前記研磨面の温度が前記所定の温度で安定した後に開始する、請求項７に記載の研磨装置。
【請求項10】
前記制御装置は、前記研磨面の温度を前記所定の温度に維持しながら前記基板の研磨を行う、請求項７乃至９のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項11】
前記所定の温度は、第１所定温度であり、
前記基板の研磨は、
前記第１所定温度で、前記膜厚測定器の測定値に基づいて、前記基板を前記研磨面に押し付ける研磨荷重を制御しながら前記基板を研磨する第１研磨と、
前記第１所定温度とは異なる第２所定温度で、前記膜厚測定器の測定値に基づいて、前記基板を前記研磨面に押し付ける研磨荷重を制御しながら前記基板を研磨する第２研磨と、を含み、
前記制御装置は、前記膜厚測定器によって測定された前記基板の残膜の量が所定の量に到達したときに、前記第１研磨から前記第２研磨へ切り替える、請求項７乃至９のいずれか一項に記載の研磨装置。
前記基板の研磨は、
前記第１所定温度で、前記膜厚測定器の測定値に基づいて、前記基板を前記研磨面に押し付ける研磨荷重を制御しながら前記基板を研磨する第１研磨と、
前記第１所定温度とは異なる第２所定温度で、前記膜厚測定器の測定値に基づいて、前記基板を前記研磨面に押し付ける研磨荷重を制御しながら前記基板を研磨する第２研磨と、を含み、
前記制御装置は、前記膜厚測定器によって測定された前記基板の残膜の量が所定の量に到達したときに、前記第１研磨から前記第２研磨へ切り替える、請求項７乃至９のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項12】
前記所定の温度は、第１所定温度であり、
前記基板の研磨は、
前記第１所定温度で、前記膜厚測定器の測定値に基づいて、前記基板を前記研磨面に押し付ける研磨荷重を制御しながら前記基板を研磨する第１研磨と、
前記第１所定温度から徐々に変化される第２所定温度で、前記膜厚測定器の測定値に基づいて、前記基板を前記研磨面に押し付ける研磨荷重を制御しながら前記基板を研磨する第２研磨と、を含み、
前記制御装置は、前記膜厚測定器によって測定された前記基板の残膜の量が所定の量に到達したときに、前記第１研磨から前記第２研磨へ切り替える、請求項７乃至９のいずれか一項に記載の研磨装置。
前記基板の研磨は、
前記第１所定温度で、前記膜厚測定器の測定値に基づいて、前記基板を前記研磨面に押し付ける研磨荷重を制御しながら前記基板を研磨する第１研磨と、
前記第１所定温度から徐々に変化される第２所定温度で、前記膜厚測定器の測定値に基づいて、前記基板を前記研磨面に押し付ける研磨荷重を制御しながら前記基板を研磨する第２研磨と、を含み、
前記制御装置は、前記膜厚測定器によって測定された前記基板の残膜の量が所定の量に到達したときに、前記第１研磨から前記第２研磨へ切り替える、請求項７乃至９のいずれか一項に記載の研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ウエハなどの基板を研磨パッドの研磨面に押し付けながら該基板を研磨する研磨方法および研磨装置に関し、特に、膜厚測定器の測定値に基づいて研磨荷重を調整しながら基板を研磨する研磨方法および研磨装置に関する。
【背景技術】
【0002】
ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）装置は、半導体デバイスの製造において、ウエハなどの基板の表面を研磨する工程に使用される研磨装置である。ＣＭＰ装置は、基板を研磨ヘッドで保持して基板を回転させ、さらに回転する研磨テーブル上の研磨パッドに基板を押し付けて基板の表面を研磨する。研磨中、研磨パッドには研磨液（スラリー）が供給され、基板の表面は、研磨液の化学的作用と研磨液に含まれる砥粒の機械的作用により平坦化される。
【0003】
ＣＭＰ装置で基板の研磨を行う際に、基板の研磨終点検出や、基板の研磨条件調節のために、基板表面の状態変化を正確に検出することが重要である。例えば、目標の研磨終点に対する過研磨、研磨不足は製品不良に直結するため、研磨量を厳しく管理する必要がある。そこで、ＣＭＰ装置のなかには、基板の研磨中に、基板の膜厚を測定する膜厚測定器を備えているものがある（例えば、特許文献１参照）。この膜厚測定器は、例えば、研磨テーブル内に設置されており、研磨テーブルが１回転するたびに、基板の複数の領域の膜厚を示す膜厚信号を生成する。膜厚信号によって示される基板の膜厚が所定の目標厚さに達したときに、ＣＭＰ装置は、研磨ヘッドおよび研磨テーブルに指令を発して基板の研磨を終了させる。
【0004】
研磨ヘッドは、その下部に、基板を研磨パッドに押圧するための複数の圧力室を形成する弾性膜を有している。各圧力室に圧縮空気などの加圧流体を供給することで、弾性膜を介して流体圧により基板を研磨パッドに押圧する。各圧力室に供給される流体圧は、膜厚測定器によって測定された基板の領域毎の膜厚により決定される。例えば、各圧力室に供給される流体圧（すなわち、基板の研磨パッドに対する研磨荷重）は、研磨レートは基板を研磨パッドに押し付ける押圧力に比例するというプレストンの経験則に基づいて調整される。すなわち、研磨レートを上げる場合は、流体圧を上昇させ、研磨レートを下げる場合は、流体圧を減少させる。このような構成により、基板を研磨パッドに押圧する押圧力を基板の領域毎に調整できるので、基板の表面全体が均一な厚さに研磨される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１７－１４８９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、回転する基板を回転する研磨パッドに押し付けることで発生する摩擦熱に起因して、基板の研磨中に研磨パッドの温度が徐々に上昇していく。基板の研磨レートは、基板の研磨パッドに対する研磨荷重のみならず、研磨パッドの表面温度にも依存する。これは、基板に対する研磨液の化学的作用が温度に依存するからである。
【0007】
図２０（ａ）は、所定の研磨荷重で基板を研磨しているときの研磨レートと研磨温度との関係の一例を示す図であり、図２０（ｂ）は、所定の研磨荷重で基板を研磨しているときの研磨レートと研磨温度との関係の他の例を示す図である。図２０（ａ）および図２０（ｂ）において、縦軸は研磨レートを表し、横軸は研磨温度（研磨パッドの表面の温度に対する）を表す。図２０（ａ）および図２０（ｂ）に示すグラフは、それぞれ、一定の研磨荷重で基板を研磨しているときの研磨レートと研磨温度の関係を示すグラフであるが、基板上に形成された膜の種類と研磨液の種類が異なる。
【0008】
図２０（ａ）に示すように、研磨荷重が一定である場合、一般に、研磨温度が上昇するにつれて、研磨レートも上昇する。そのため、基板と研磨パッドとの間に発生する摩擦熱によって研磨パッドの温度が上昇すると、研磨レートも上昇してしまう。研磨レートが上昇しすぎると、基板を正確な膜厚プロファイルで研磨することが困難になるおそれがある。さらに、研磨レートが研磨終点検出の分解能（すなわち、研磨テーブル一回転あたりの研磨量）を超えてしまうと、研磨終点を高精度に検出することができなくなり、過研磨が発生するおそれがある。
【0009】
図２０（ｂ）に示すように、研磨される膜の種類によっては、研磨温度が上昇するにつれて上昇していく研磨レートが減少に転ずるターニングポンイントＴＰが存在する。研磨温度がターニングポイントＴＰを超えると研磨レートが減少するため、ＣＭＰ装置は、各圧力室に供給される流体圧を上昇させる。すると、ますます研磨パッドの表面温度が上昇し、研磨レートが低下して、その結果、研磨装置のスループットの低下につながるおそれがある。
【0010】
そこで、本発明は、正確な膜厚プロファイルを得ることができる研磨方法を提供することを目的とする。また、本発明は、正確な膜厚プロファイルを得ることができる研磨装置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】
【0011】
一態様では、パッド温度調整装置を用いて研磨パッドの研磨面の温度を所定の温度に調整し、前記研磨パッドに設けられた膜厚測定器の測定値に基づいて、前記基板を前記研磨面に押し付ける研磨荷重を制御しながら前記基板を研磨する、研磨方法が提供される。
【0012】
一態様では、前記基板を研磨する工程は、前記研磨面の温度が前記所定の温度に到達した直後に開始される。
一態様では、前記基板を研磨する工程は、前記研磨面の温度が前記所定の温度に安定した後で開始される。
一態様では、前記基板を研磨する工程は、前記研磨面の温度を前記所定の温度に維持しながら行われる。
一態様では、前記基板を研磨する工程は、前記研磨面の温度が前記所定の温度に安定した後で開始される。
一態様では、前記基板を研磨する工程は、前記研磨面の温度を前記所定の温度に維持しながら行われる。
【0013】
一態様では、前記所定の温度は、第１所定温度であり、前記基板を研磨する工程は、前記第１所定温度で、前記膜厚測定器の測定値に基づいて、前記基板を前記研磨面に押し付ける研磨荷重を制御しながら前記基板を研磨する第１研磨と、前記第１所定温度とは異なる第２所定温度で、前記膜厚測定器の測定値に基づいて、前記基板を前記研磨面に押し付ける研磨荷重を制御しながら前記基板を研磨する第２研磨と、を含み、前記第１研磨から前記第２研磨の切り替えは、前記膜厚測定器によって測定された前記基板の残膜の量が所定の量に到達したときに行われる。
一態様では、前記所定の温度は、第１所定温度であり、前記基板を研磨する工程は、前記第１所定温度で、前記膜厚測定器の測定値に基づいて、前記基板を前記研磨面に押し付ける研磨荷重を制御しながら前記基板を研磨する第１研磨と、前記第１所定温度から徐々に変化される第２所定温度で、前記膜厚測定器の測定値に基づいて、前記基板を前記研磨面に押し付ける研磨荷重を制御しながら前記基板を研磨する第２研磨と、を含み、前記第１研磨から前記第２研磨の切り替えは、前記膜厚測定器によって測定された前記基板の残膜の量が所定の量に到達したときに行われる。
一態様では、前記所定の温度は、第１所定温度であり、前記基板を研磨する工程は、前記第１所定温度で、前記膜厚測定器の測定値に基づいて、前記基板を前記研磨面に押し付ける研磨荷重を制御しながら前記基板を研磨する第１研磨と、前記第１所定温度から徐々に変化される第２所定温度で、前記膜厚測定器の測定値に基づいて、前記基板を前記研磨面に押し付ける研磨荷重を制御しながら前記基板を研磨する第２研磨と、を含み、前記第１研磨から前記第２研磨の切り替えは、前記膜厚測定器によって測定された前記基板の残膜の量が所定の量に到達したときに行われる。
【0014】
一態様では、研磨パッドを支持するための研磨テーブルと、基板を前記研磨パッドの研磨面に押し付けて前記基板を研磨する研磨ヘッドと、前記研磨面の温度を測定するパッド温度測定器と、前記研磨面の温度を調整するパッド温度調整装置と、前記研磨テーブルに取り付けられた膜厚測定器と、少なくとも前記研磨ヘッドと前記パッド温度調整装置の動作を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記パッド温度測定器の測定値に基づいて、前記パッド温度調整装置を用いて前記研磨面の温度を所定の温度に調整し、前記膜厚測定器の測定値に基づいて、前記基板を前記研磨面に押し付ける研磨荷重を制御しながら前記基板を研磨する、研磨装置が提供される。
【0015】
一態様では、前記制御装置は、前記基板の研磨を前記研磨面の温度が前記所定の温度に到達した直後に開始する。
一態様では、前記制御装置は、前記基板の研磨を前記研磨面の温度が前記所定の温度で安定した後に開始する。
一態様では、前記制御装置は、前記研磨面の温度を前記所定の温度に維持しながら前記基板の研磨を行う。
一態様では、前記制御装置は、前記基板の研磨を前記研磨面の温度が前記所定の温度で安定した後に開始する。
一態様では、前記制御装置は、前記研磨面の温度を前記所定の温度に維持しながら前記基板の研磨を行う。
【0016】
一態様では、前記所定の温度は、第１所定温度であり、前記基板の研磨は、前記第１所定温度で、前記膜厚測定器の測定値に基づいて、前記基板を前記研磨面に押し付ける研磨荷重を制御しながら前記基板を研磨する第１研磨と、前記第１所定温度とは異なる第２所定温度で、前記膜厚測定器の測定値に基づいて、前記基板を前記研磨面に押し付ける研磨荷重を制御しながら前記基板を研磨する第２研磨と、を含み、前記制御装置は、前記膜厚測定器によって測定された前記基板の残膜の量が所定の量に到達したときに、前記第１研磨から前記第２研磨へ切り替える。
一態様では、前記所定の温度は、第１所定温度であり、前記基板の研磨は、前記第１所定温度で、前記膜厚測定器の測定値に基づいて、前記基板を前記研磨面に押し付ける研磨荷重を制御しながら前記基板を研磨する第１研磨と、前記第１所定温度から徐々に変化される第２所定温度で、前記膜厚測定器の測定値に基づいて、前記基板を前記研磨面に押し付ける研磨荷重を制御しながら前記基板を研磨する第２研磨と、を含み、前記制御装置は、前記膜厚測定器によって測定された前記基板の残膜の量が所定の量に到達したときに、前記第１研磨から前記第２研磨へ切り替える。
一態様では、前記所定の温度は、第１所定温度であり、前記基板の研磨は、前記第１所定温度で、前記膜厚測定器の測定値に基づいて、前記基板を前記研磨面に押し付ける研磨荷重を制御しながら前記基板を研磨する第１研磨と、前記第１所定温度から徐々に変化される第２所定温度で、前記膜厚測定器の測定値に基づいて、前記基板を前記研磨面に押し付ける研磨荷重を制御しながら前記基板を研磨する第２研磨と、を含み、前記制御装置は、前記膜厚測定器によって測定された前記基板の残膜の量が所定の量に到達したときに、前記第１研磨から前記第２研磨へ切り替える。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、基板の研磨の間、研磨パッドが所定の温度に維持されるので、膜厚測定器の測定値に基づいた所望の研磨レートで基板を研磨することが可能となる。その結果、正確な膜厚プロファイルで基板を研磨することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【発明を実施するための形態】
【0019】
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、一実施形態に係る研磨装置（ＣＭＰ装置）を示す模式図である。図１に示すように、研磨装置は、基板の一例であるウエハ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の表面に研磨液（スラリー）を供給する研磨液供給ノズル４と、研磨パッド３の研磨面３ａの温度を調整するためのパッド温度調整装置５とを備えている。研磨パッド３の表面（上面）は、ウエハＷを研磨する研磨面３ａを構成する。
図１は、一実施形態に係る研磨装置（ＣＭＰ装置）を示す模式図である。図１に示すように、研磨装置は、基板の一例であるウエハ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の表面に研磨液（スラリー）を供給する研磨液供給ノズル４と、研磨パッド３の研磨面３ａの温度を調整するためのパッド温度調整装置５とを備えている。研磨パッド３の表面（上面）は、ウエハＷを研磨する研磨面３ａを構成する。
【0020】
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。ウエハ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。
【0021】
研磨装置は、研磨ヘッド１、テーブルモータ６、研磨液供給ノズル４、パッド温度調整装置５の動作を制御する制御装置４０を備えている。制御装置４０は、少なくとも１台のコンピュータから構成される。制御装置４０は、例えば、プログラムが格納された記憶装置１１０と、プログラムに含まれる命令に従って演算を行う演算装置１２０を備えている。演算装置１２０は、プログラムに含まれ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１１０は、演算装置１２０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。
【0022】
研磨装置は、ウエハＷの膜厚を測定する膜厚測定器として機能する膜厚センサ７をさらに備えている。この膜厚センサ７は、研磨テーブル２に固定されており、研磨テーブル２とともに回転する。膜厚センサ７は、ウエハＷの膜厚に従って変化する膜厚信号を生成するように構成されている。膜厚センサ７は、研磨テーブル２内に設置されており、研磨テーブル２が１回転するたびに、ウエハＷの中心部を含む複数の領域の膜厚を示す膜厚信号を生成する。
【0023】
膜厚センサ７の例としては、光学式センサや渦電流センサが挙げられる。渦電流センサは、ウエハＷの渦電流によって形成される鎖交磁束を検出し、検出した鎖交磁束に基づいて、ウエハＷの厚さを検出するセンサである。光学センサは、ウエハＷに光を照射し、ウエハＷから反射する干渉波を測定することによってウエハＷの厚さを検出するセンサである。
【0024】
ウエハＷの研磨中、膜厚センサ７は研磨テーブル２と共に回転し、ウエハＷの表面を横切りながら膜厚信号を生成する。この膜厚信号は、ウエハＷの膜厚を直接または間接に示す指標値であり、ウエハＷの膜厚の減少に従って変化する。膜厚センサ７は制御装置４０に接続されており、膜厚信号は制御装置４０に送られるようになっている。制御装置４０は、膜厚信号によって示されるウエハＷの膜厚が所定の目標厚さに達したときに、研磨ヘッド１および研磨テーブル２に指令を発してウエハＷの研磨を終了させる。
【0025】
図２は、図１に示す研磨ヘッド１を示す断面図である。研磨ヘッド１は、円板状のキャリア２５と、キャリア２５の下に複数の（本実施形態では４つの）圧力室Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を形成する円形の柔軟な弾性膜（メンブレン）２６と、弾性膜２６を囲むように配置され、研磨パッド３の研磨面３ａを押し付けるリテーナリング２８とを備えている。圧力室Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は弾性膜２６とキャリア２５の下面との間に形成されている。研磨ヘッド１のキャリア２５は、ヘッドシャフトの下端に固定されている。
【0026】
弾性膜２６は、複数の環状の仕切り壁２６ａを有しており、圧力室Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４はこれら仕切り壁２６ａによって互いに仕切られている。中央の圧力室Ｄ１は円形であり、他の圧力室Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は環状である。これらの圧力室Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は、同心円状に配列されている。圧力室の数は特に限定されず、研磨ヘッド１は４つよりも多い圧力室、または４つよりも少ない圧力室を備えてもよい。
【0027】
圧力室Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は、流体ラインＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４に接続されており、加圧流体（例えば加圧空気）が流体ラインＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４を通じて圧力室Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４内に供給されるようになっている。流体ラインＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４には、圧力レギュレータＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４がそれぞれ取り付けられている。圧力レギュレータＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は、圧力室Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４内の加圧流体の圧力を独立に調節することが可能である。これにより、研磨ヘッド１は、ウエハＷの対応する４つの領域、すなわち、中央部、内側中間部、外側中間部、および周縁部を同じ研磨荷重または異なる研磨荷重で研磨することができる。
【0028】
リテーナリング２８とキャリア２５との間には、環状の弾性膜２９が配置されている。この弾性膜２９の内部には環状の圧力室Ｄ５が形成されている。この圧力室Ｄ５は、流体ラインＧ５に接続されており、加圧流体（例えば加圧空気）が流体ラインＧ５を通じて圧力室Ｄ５内に供給されるようになっている。流体ラインＧ５には、圧力レギュレータＲ５が取り付けられている。圧力室Ｄ５内の加圧流体の圧力は、圧力レギュレータＲ５によって調節される。圧力室Ｄ５内の圧力はリテーナリング２８に加わり、リテーナリング２８は弾性膜（メンブレン）２６とは独立して研磨パッド３の研磨面３ａを直接押圧することができる。流体ラインＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５には、流量計Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４，Ｋ５がそれぞれ取り付けられている。
【0029】
ウエハＷの研磨中、弾性膜２６はウエハＷを研磨パッド３の研磨面３ａに対して押し付け、リテーナリング２８はウエハＷの周囲で研磨パッド３の研磨面３ａを押し付ける。制御装置４０は、膜厚センサ７から送られた複数の領域の膜厚を示す膜厚信号に基づいて、圧力室Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５に供給される加圧流体の圧力を制御する（または、決定する）。このような構成により、ウエハＷを研磨パッド３に押圧する押圧力（すなわち、研磨荷重）をウエハＷの領域毎に調整できるので、ウエハＷの表面全体を均一な膜厚に研磨することができる。
【0030】
図１に示す実施形態では、パッド温度調整装置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、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、熱交換器１１の底面は、研磨パッド３の研磨面３ａに対面している。昇降機構２０は熱交換器１１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の動作は制御装置４０によって制御される。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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、制御装置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、制御装置４０によって制御される。
【0037】
研磨装置は、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は制御装置４０に接続されている。制御装置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、研磨パッド３の研磨面３ａの上方に配置されている。
【0038】
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、その測定値を制御装置４０に送る。パッド温度測定器３９は、研磨パッド３の表面温度を測定する赤外線放射温度計または熱電対温度計であってもよく、研磨パッド３の径方向に沿った研磨パッド３の温度分布（温度プロファイル）を取得する温度分布測定器であってもよい。温度分布測定器の例としては、サーモグラフィ、サーモパイル、および赤外カメラが挙げられる。パッド温度測定器３９が温度分布測定器である場合は、パッド温度測定器３９は、研磨パッド３の中心と外周縁とを含む領域であって、該研磨パッド３の半径方向に延びる領域における研磨パッド３の表面温度の分布を測定するように構成される。本明細書において、温度分布（温度プロファイル）は、パッド表面温度と、ウエハＷ上の半径方向の位置との関係を示す。
【0039】
制御装置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、制御装置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。
【0040】
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、ウエハ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、制御装置４０に予め入力され、記憶装置１１０内に記憶される。
【0041】
パッド表面温度を所定の目標温度に維持するために、ウエハＷの研磨中、熱交換器１１は、研磨パッド３の表面（すなわち研磨面３ａ）に接触する。本明細書において、熱交換器１１が研磨パッド３の研磨面３ａに接触する態様には、熱交換器１１が研磨パッド３の研磨面３ａに直接接触する態様のみならず、熱交換器１１と研磨パッド３の研磨面３ａとの間に研磨液（スラリー）が存在した状態で熱交換器１１が研磨パッド３の研磨面３ａに接触する態様も含まれる。いずれの態様においても、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制御される。
【0042】
熱交換器１１に供給される加熱流体としては、温水などの加熱流体が使用される。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。
【0043】
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流体が使用される。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。
【0044】
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。
【0045】
次に、熱交換器１１について、図３を参照して説明する。図３は、一実施形態に係る熱交換器１１を示す水平断面図である。図３に示すように、熱交換器１１は、加熱流路６１および冷却流路６２が内部に形成された流路構造体７１を備えている。本実施形態では、熱交換器１１の全体は円形を有している。熱交換器１１の底面は平坦であり、かつ円形である。熱交換器１１の底面は流路構造体７１の底面から構成されている。流路構造体７１は、耐摩耗性に優れるとともに熱伝導率の高い材質、例えば緻密質のＳｉＣなどのセラミックで構成されている。
【0046】
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。
【0047】
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と熱交換器１１の底面との間にスラリーが存在した状態で行われる。ただし、加熱流路６１および冷却流路６２の形状は図２に示す実施形態に限定されず、他の形状を有してもよい。
【0048】
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。
【0049】
図４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。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。
【0050】
このようなパッド温度調整装置５を有する研磨装置では、以下のようにしてウエハＷの研磨が行われる。研磨されるウエハ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、研磨液（スラリー）が研磨液供給ノズル４から研磨パッド３の研磨面３ａに供給される。次いで、パッド温度調整装置５の熱交換器１１が研磨パッド３の研磨面３ａに接触され、研磨面３ａの温度が所定の温度に調整および維持される。さらに、ウエハ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。ウエハ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。ウエハ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。
【0051】
図５（ａ）は、ウエハＷの研磨中にパッド温度調整装置５によって調整される研磨パッド３の研磨面３ａの温度変化の一例を示すグラフであり、図５（ｂ）は、ウエハＷの膜厚の変化を示すグラフである。図５（ａ）において、縦軸は、研磨面３ａの温度を示し、横軸は経過時間を示す。図５（ｂ）において、縦軸は、ウエハＷの膜厚を表し、横軸は経過時間を表す。
【0052】
図５（ａ）に示すように、本実施形態では、熱交換器１１が時点Ｔａで研磨パッド３の研磨面３ａに接触され、研磨面３ａの温度が所定温度Ｔ１に到達するように、該研磨面３ａが加熱される。時点Ｔａは、パッド温度調整装置５を用いた研磨面３ａの温度調整が開始される時点に相当する。本実施形態では、研磨ヘッド１に保持されたウエハＷが時点Ｔａで研磨面３ａに押し付けられる。このとき、圧力室Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５（図２参照）に供給される加圧流体の圧力は任意の値に設定されており、膜厚センサ（膜厚測定器）７の測定値に基づいて、ウエハＷを研磨面３ａに押し付ける研磨荷重を制御するウエハＷの研磨は開始されていない。
【0053】
次いで、制御装置４０は、パッド温度測定器３９から送られた研磨面３ａの温度の測定値に基づいて、研磨面３ａの温度が所定温度Ｔ１で安定されたか否かを決定する。例えば、制御装置４０は、所定温度Ｔ１に対して設定された許容値を予め記憶しており、研磨面３ａの温度が所定の経過時間の間この許容値内に収まっているか否かを監視する。制御装置４０は、研磨面３ａの温度が許容値内に入っている時間が所定の経過時間に到達した時点を安定時点Ｔｂと決定する。
【0054】
一実施形態では、制御装置４０は、時点Ｔａではなく時点Ｔｂで、研磨ヘッド１に保持されたウエハＷを研磨パッド３の研磨パッド３ａに押し付けてもよい。
【0055】
次いで、研磨時間が安定時点Ｔｂに到達すると、制御装置４０は、膜厚センサ（膜厚測定器）７の測定値に基づいて、ウエハＷを研磨面３ａに押し付ける研磨荷重を制御するウエハＷの研磨を開始する。ウエハＷと研磨パッド３との間に摩擦熱が発生しても、時点Ｔｂ以降は、研磨パッド３の研磨面３ａの温度はパッド温度調整装置５によって所定温度Ｔ１に維持される。したがって、研磨温度に依存して研磨レートが変化することがないので、膜厚センサ７の測定値に基づいた所望の研磨レートでウエハＷを研磨することができる。すなわち、図５（ｂ）に示すように、膜厚が一定速度で減少していく。その結果、正確な膜厚プロファイルで基板を研磨することができる。膜厚が目標膜厚Ｍ１に到達するまでウエハＷが研磨されると、制御装置４０は、その時点ＴｃでウエハＷの研磨を終了する。
【0056】
本実施形態によれば、研磨される膜が図２０（ｂ）に示すターニングポンイントＴＰを有する膜であっても、ウエハＷの研磨中に研磨レートが変化することがないので、研磨装置のスループットが低下しない。それどころか、所定の温度Ｔ１をターニングポイントＴＰの研磨温度、またはその研磨温度近傍に設定することで、最大研磨レートでウエハＷを研磨することができる。その結果、研磨装置のスループットを向上させることができる。
【0057】
一実施形態では、制御装置４０は、時点Ｔａから所定時間ＴＥが経過しても時点Ｔｂに到達しない場合、膜厚センサ７の測定値に基づいて、ウエハＷを研磨面３ａに押し付ける研磨荷重を制御するウエハＷの研磨を開始してもよい。この場合、パッド温度調整装置５およびパッド温度測定器３９を含む研磨装置の構成要素、および／またはウエハＷに異常が発生している可能性があるため、制御装置４０は警報を発してもよく、警報に加えて、ウエハＷの研磨を停止してもよい。制御装置４０は、所定時間ＴＥを予め記憶している。
【0058】
一実施形態では、制御装置４０は、膜を所定量研磨しても時点Ｔｂに到達しない場合、膜厚センサ７の測定値に基づいて、ウエハＷを研磨面３ａに押し付ける研磨荷重を制御するウエハＷの研磨を開始してもよい。この場合も、パッド温度調整装置５およびパッド温度測定器３９を含む研磨装置の構成要素、および／またはウエハＷに異常が発生している可能性があるため、制御装置４０は警報を発してもよく、警報に加えて、ウエハＷの研磨を停止してもよい。制御装置４０は、上記所定量を予め記憶している。
【0059】
膜厚センサ７が渦電流センサである場合、渦電流センサの種類によっては、測定値が周囲の温度に影響を受けることがある。そこで、本実施形態では、制御装置４０によって、渦電流センサの測定値を補正させてもよい。例えば、予め実験により、温度と渦電流センサの測定値の関係を示す関係式またはテーブルを得ておき、この関係式またはテーブルを用いて渦電流センサの測定値を補正する。
【0060】
一実施形態では、制御装置４０は、研磨パッド３の研磨面３ａの温度が最初に所定温度Ｔ１に到達した時点Ｔｄの直後に、膜厚センサ７の測定値に基づいて、ウエハＷを研磨面３ａに押し付ける研磨荷重を制御するウエハＷの研磨を開始してもよい。この場合、時点ＴｄからＴｂに到達するまでの間は、研磨レートが安定しないが、時点Ｔｂ以降は、研磨レートが安定するので、最終的には、正確な膜厚プロファイルで基板を研磨することができる。一実施形態では、時点Ｔａではなく時点Ｔｄで、研磨ヘッド１に保持されたウエハＷを研磨パッド３の研磨パッド３ａに押し付けてもよい。
【0061】
上述したように、ウエハＷの研磨レートは、研磨パッド３の研磨面３ａの温度にも依存する。そのため、スループットの低下を抑制しつつより正確な膜厚プロファイルを取得するために、上記所定温度Ｔ１を変化させてもよい。図６（ａ）および図６（ｂ）を参照して説明される以下の実施形態の説明、および図８（ａ）および図８（ｂ）を参照して説明される以下の実施形態の説明では、上記所定温度Ｔ１を、「第１所定温度Ｔ１」と称し、第１所定温度から変化された研磨面３ａの研磨温度を「第２所定温度Ｔ２」と称する。また、特に説明しないこれら本実施形態の構成は、図５（ａ）および図５（ｂ）を参照して説明された実施形態と同様であるため、その重複する説明を省略する。
【0062】
図６（ａ）は、ウエハＷの研磨中にパッド温度調整装置５によって調整される研磨パッド３の研磨面３ａの温度変化の他の例を示すグラフであり、図６（ｂ）は、ウエハＷの膜厚の変化を示すグラフである。図６（ａ）において、縦軸は、研磨面３ａの温度を示し、横軸は経過時間を示す。図６（ｂ）において、縦軸は、ウエハＷの膜厚を表し、横軸は経過時間を表す。
【0063】
図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、制御装置４０は、ウエハＷの膜厚が温度切換膜厚Ｍ２に到達したときに、第１所定温度Ｔ１を第２所定温度Ｔ２に切り替える。本実施形態では、第２所定温度Ｔ２は、第１所定温度Ｔ１よりも低い温度であり、第２所定温度Ｔ２における研磨レートは、第１所定温度における研磨レートよりも低い。
【0064】
【0065】
本実施形態では、制御装置４０は、温度切換膜厚Ｍ２に到達するまで、研磨面３ａの温度を高い研磨レート（例えば、最大研磨レート）となる第１所定温度Ｔ１に調整および維持してウエハＷを研磨する。制御装置４０は、膜厚が温度切換膜厚Ｍ２に到達すると、研磨面３ａの温度を、研磨レートが第１所定温度Ｔ１における研磨レートよりも低い研磨レートとなる第２所定温度Ｔ２に変更する。第２所定温度Ｔ２では、ウエハＷの研磨がゆっくりと進行するので、より正確な膜厚プロファイルを得ることができる。一方で、温度切換膜厚Ｍ２に到達するまでは、研磨面３ａの温度は、高い研磨レートとなる第１所定温度Ｔ１に維持されるので、スループットの低下が抑制される。
【0066】
図６（ａ）および図６（ｂ）に示す例では、第２所定温度Ｔ２は、第１所定温度Ｔ１よりも低い。しかしながら、ウエハＷの膜の種類、スラリーの性状、および／または研磨条件（例えば、研磨ヘッド１の回転速度、および研磨テーブル２の回転速度など）次第で、研磨面３ａの温度を上昇させることによって、研磨レートが低下することがある。例えば、研磨される膜が図２０（ｂ）に示すターニングポンイントＴＰを有する膜である場合、研磨面３ａの温度をターニングポイントＴＰの研磨温度よりも高くすることで研磨レートを低下させることができる。このような場合は、第２所定温度Ｔ２を、第１所定温度Ｔ１よりも高く設定してもよい。
【0067】
本実施形態において、第２所定温度Ｔ２および温度切換膜厚Ｍ２は、研磨される膜の種類、研磨条件（例えば、研磨ヘッド１および研磨テーブル２の回転速度、およびスラリーの種類）、および研磨装置のスループットなどを考慮して設定されるのが好ましい。例えば、研磨装置のスループットの低下を抑制したい場合は、研磨される膜の種類、および研磨条件を考慮しつつ、温度切換膜厚Ｍ２を目標膜厚Ｍ１に出来るだけ近い値に設定してもよいし、第２所定温度Ｔ２を出来るだけ高い（または、低い）温度に設定してもよい。
【0068】
図８（ａ）は、ウエハＷの研磨中にパッド温度調整装置５によって調整される研磨パッド３の研磨面３ａの温度変化のさらに他の例を示すグラフであり、図８（ｂ）は、ウエハＷの膜厚の変化を示すグラフである。図８（ａ）において、縦軸は、研磨面３ａの温度を示し、横軸は経過時間を示す。図８（ｂ）において、縦軸は、ウエハＷの膜厚を表し、横軸は経過時間を表す。
【0069】
図８（ａ）および図８（ｂ）に示す実施形態でも、制御装置４０は、膜厚が温度切換膜厚Ｍ２に到達すると、研磨面３ａの温度を、第１所定温度Ｔ１から研磨レートが第１所定温度における研磨レートよりも低い研磨レートとなる第２所定温度Ｔ２に変化させる。本実施形態では、制御装置４０は、第２所定温度Ｔ２を徐々に低下させていく。このような制御を行うことで、研磨レートが徐々に減少していくので、スループットの低下を抑制しつつ、より正確な膜厚プロファイルを得ることができる。図６（ａ）および図６（ｂ）を参照して説明した実施形態と同様に、研磨面３ａの温度を上昇させることによって、研磨レートが低下する場合は、制御装置４０は、第２所定温度Ｔ２を徐々に上昇させる。
【0070】
本実施形態でも、図５（ａ）および図５（ｂ）を参照して説明された実施形態と同様に、第２所定温度Ｔ２および温度切換膜厚Ｍ２は、研磨される膜の種類、研磨条件（例えば、研磨ヘッド１および研磨テーブル２の回転速度、およびスラリーの種類）、および研磨装置のスループットなどを考慮して設定されるのが好ましい。さらに、本実施形態では、第２所定温度の変化量を調整することで、研磨装置のスループットを調整することができる。例えば、第２所定温度の変化量を高めに設定すると、研磨装置のスループットを向上させることができる。一方で、第２所定温度の変化量を低めに設定すると、より正確な膜厚プロファイルを得ることができる。
【0071】
上述した実施形態では、パッド温度調整装置５は、研磨パッド３の研磨面３ａの温度を調整する装置（すなわち、研磨面３ａの加熱装置および冷却装置として機能する装置）として、研磨面３ａに接触する熱交換器１１を有している。すなわち、上述したパッド温度調整装置５は、熱交換器１１が研磨面３ａに接触する接触型のパッド温度調整装置である。しかしながら、パッド温度調整装置５は、研磨面３ａに接触する構成要素を有さない非接触型のパッド温度調整装置であってもよい。
【0072】
図９は、他の実施形態に係る研磨装置（ＣＭＰ装置）の概略平面図である。図９に示す研磨装置は、パッド温度調整装置の構成のみが図１に示す研磨装置と異なる。そのため、同一または対応する構成要素には、同一の符号を付すことにより、その重複する説明を省略する。
【0073】
本実施形態では、パッド温度調整装置５は、研磨パッド３の研磨面３ａの上方に配置された非接触型のパッド温度調整装置である。このパッド温度調整装置５は、研磨パッド３の研磨面３ａと平行に延びる加熱装置（赤外線ヒータ）１５を備えている。
【0074】
赤外線ヒータ１５は、赤外線（輻射熱）を研磨パッド３の研磨面３ａに放射する。本実施形態では、赤外線ヒータ１５は、研磨パッド３と平行（すなわち、水平方向）に配置された円盤形状を有しているが、赤外線ヒータ１５の形状は、本実施形態には限定されない。一実施形態では、赤外線ヒータ１５は、研磨パッド３の半径方向に延びる長方形状を有してもよい。一実施形態では、赤外線ヒータ１５は、研磨パッド３の半径方向に沿って揺動可能に構成されてもよい。
【0075】
図１０は、図９に示す赤外線ヒータ１５を示す模式図である。図１０に示すように、赤外線ヒータ１５は、研磨パッド３の上方に配置されている。より具体的には、赤外線ヒータ１５は、研磨パッド３の研磨面３ａ上に供給された研磨液には付着せず、かつ研磨面３ａを加熱することが可能な高さに配置される。このような配置によれば、パッド温度調整装置５のいずれの構成要素も研磨パッド３に接触しない。そのため、パッド温度調整装置５の構成要素と研磨パッド３の研磨面３ａとの接触に起因したウエハＷの汚染を防止することができる。
【0076】
さらに、パッド温度調整装置５のいずれかの構成要素が研磨パッド３（の研磨面３ａ）に接触する場合、この構成要素に必然的に研磨液が付着（または、固着）してしまう。この場合、付着した研磨液が異物として研磨パッド３の研磨面３ａに落下し、その結果、ウエハＷにスクラッチなどのディフェクトが生じるおそれがある。本実施形態の構成によれば、パッド温度調整装置５のいずれの構成要素も研磨パッド３に接触しないので、パッド温度調整装置５の構成要素から落下した異物によってウエハＷにスクラッチなどのディフェクトが生じない。
【0077】
図９に示すように、パッド温度調整装置５は、研磨パッド３の研磨面３ａを冷却する冷却装置１７を備えてもよい。冷却装置１７の一例として、気体を研磨面３ａに噴射して冷却する冷却装置を挙げることができる。図９に示すように、冷却装置１７は、制御装置１１に接続されており、制御装置１１は、赤外線ヒータ１５とは独立して冷却装置１７を制御することができる。このような構成により、制御装置１１は、研磨面３ａの温度をより精度よく調整することができる。
【0078】
一実施形態では、パッド温度調整装置５は、複数の加熱装置を備えていてもよい。図１１は、研磨パッド３の半径方向に配列された複数の赤外線ヒータ１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃを示す図である。図１１に示すパッド温度調整装置５は、研磨パッド３の半径方向に直列的に配列された複数（本実施形態では、３つ）の赤外線ヒータ１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃを備えている。なお、赤外線ヒータの数は、本実施形態には限定されない。２つの赤外線ヒータが設けられてもよく、または４つ以上の赤外線ヒータが設けられてもよい。
【0079】
複数の赤外線ヒータ１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃのそれぞれは、制御装置１１に接続されている。制御装置１１は、各赤外線ヒータ１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃを個別的に制御可能であり、研磨パッド３の表面温度を部分的に変化させることができる。一実施形態では、各赤外線ヒータ１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃは、研磨パッド３の半径方向に沿って揺動可能に構成されてもよい。
【0080】
図１２は、反射板を備えたパッド温度調整装置を示す図である。図１２に示すように、パッド温度調整装置５は、赤外線ヒータ１５から放射された赤外線を研磨パッド３に向けて反射する反射板１６を備えてもよい。反射板１６は、赤外線ヒータ１５を覆うように、赤外線ヒータ１５の上方に配置されている。反射板１６は、その反射によって赤外線ヒータ１５から放射された赤外線を効率よく、研磨パッド３の研磨面３ａに反射することができる。一実施形態では、反射板１６は、赤外線ヒータ１５の上方のみならず、赤外線ヒータ１５の側方にも配置されてもよい。
【0081】
図１３および図１４は、吸引ノズルを備えたパッド温度調整装置を示す図である。図１３および図１４に示すように、パッド温度調整装置５は、赤外線ヒータ１５によって加熱された研磨パッド３の研磨面３ａ付近の熱い空気を吸引することで、雰囲気温度を下げる吸引ノズル７５を備えてもよい。吸引ノズル７５は、研磨面３ａに隣接する、研磨面３ａの上方の空気を吸い込んで、研磨面３ａの温度を下げる。
【0082】
吸引ノズル７５は、吸引装置７６に接続されている。より具体的には、吸引ノズル７５の吸引口７５ａは研磨面３ａの上方に配置されており、吸引ノズル７５の接続端７５ｂは吸引ライン７４を介して吸引装置７６に接続されている。吸引ライン７４には、制御弁７８が接続されている。これら吸引ノズル７５、吸引ライン７４、制御弁７８、および吸引装置７６は、吸引機構７０を構成している。パッド温度調整装置５は、吸引機構７０を備えている。
【0083】
吸引ノズル７５の吸引口７５ａは、研磨パッド３の研磨面３ａ上に供給された研磨液を吸引せず、かつ研磨面３ａの熱を吸引することが可能な高さに配置されている。図１３に示す実施形態では、吸引ノズル７５の吸引口７５ａは、赤外線ヒータ１５の中央に配置されている。しかしながら、吸引口７５ａの配置場所は、図１３に示す実施形態には限定されない。
【0084】
図１５は、パッド温度調整装置のさらに他の実施形態を示す図である。特に説明しない本実施形態の構成および動作は、上述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１５に示すように、パッド温度調整装置５は、赤外線ヒータ１５に隣接して配置され、かつ研磨パッド３の研磨面３ａに向かう空気の流れ（図１５の矢印参照）を形成するファン７９を備えてもよい。
【0085】
図１５に示す実施形態では、ファン７９は、赤外線ヒータ１５の上方に配置されており、赤外線ヒータ１５を介して研磨パッド３の研磨面３ａに対向して配置されている。一実施形態では、ファン７９は、赤外線ヒータ１５の下方に配置されてもよい。
【0086】
ファン７９は、制御装置４０に接続されており、制御装置４０は、ファン７９を駆動可能である。赤外線ヒータ１５が駆動された状態でファン７９が駆動されると、ファン７９の周囲の空気は、熱風として研磨パッド３の研磨面３ａに送られる。制御装置４０は、ファン７９によって送られる空気の流速（すなわち、風速）を、研磨パッド３上の研磨液が飛散しない程度の流速に制御する。図１５に示す実施形態では、単一のファン７９が設けられているが、ファン７９の数は、本実施形態には限定されない。複数のファン７９が設けられてもよい。
【0087】
制御装置４０は、赤外線ヒータ１５およびファン７９を別々に制御可能である。したがって、一実施形態では、制御装置４０は、パッド温度測定器３９によって測定された研磨パッド３の研磨面３ａの温度に基づいて、赤外線ヒータ１５を駆動せずに、ファン７９のみを駆動してもよい。結果として、研磨パッド３の研磨面３ａは、ファン７９の回転によって送られる空気によって冷却される。
【0088】
【0089】
【0090】
パッド温度調整装置５は、加熱流体ノズル８０から供給された加熱流体を吸引する吸引ノズル７５を備えてもよい。吸引ノズル７５は、図１３に示す実施形態に係る吸引ノズル７５と同様の構成を有している。したがって、吸引ノズル７５の構成の説明を省略する。
【0091】
【0092】
図１７に示すように、加熱流体ノズル８０は、加熱流体供給源８２に接続されている。より具体的には、加熱流体ノズル８０の供給口８０ａは研磨面３ａの上方に配置されており、加熱流体ノズル８０の接続端８０ｂは供給ライン８１を介して加熱流体供給源８２に接続されている。供給ライン８１には、制御弁８３が接続されている。加熱流体ノズル８０、供給ライン８１、加熱流体供給源８２、および制御弁８３は、加熱機構６０を構成している。パッド温度調整装置５は、加熱機構６０を備えている。
【0093】
制御装置４０は、制御弁８３に接続されている。制御装置４０が制御弁８３を開くと、供給ライン８１を通じて、加熱流体ノズル８０の供給口８０ａから加熱流体が研磨パッド３の研磨面３ａに向かって供給される。加熱流体の一例として、加熱された気体や加熱蒸気や過熱蒸気を挙げることができる。なお、加熱された気体の例としては、高温の空気（すなわち、熱風）が挙げられる。過熱蒸気とは、飽和蒸気をさらに加熱した高温の蒸気を意味する。
【0094】
図１７に示す実施形態では、３つの供給口８０ａが吸引ノズル７５の吸引口７５ａを取り囲むように、等間隔で配置されているが、供給口８０ａの数は本実施形態には限定されない。供給口８０ａの数は、２つであってもよく、または４つ以上であってもよい。複数の供給口８０ａは、吸引口７５ａを取り囲むように、不等間隔で配置されてもよい。
【0095】
【0096】
図１８は、図１６に示す実施形態に係る加熱流体ノズル８０の変形例を示す図である。各供給口８０ａは、研磨パッド３上の研磨液が飛散しないような角度で傾斜してもよい。一実施形態では、図１８に示すように、複数（本実施形態では、３つ）の供給口８０ａは、加熱流体によって吸引ノズル７５の吸引口７５ａに向かう旋回流（図１８の円弧状の矢印参照）が形成されるように、吸引ノズル７５の吸引口７５ａに向かって所定の角度で傾斜している。図１８に示す実施形態では、各供給口８０ａは、断熱カバー８５の円周方向に沿って延びつつ、吸引口７５ａに向かって所定の角度で傾斜している。
【0097】
図１９は、パッド温度調整装置のさらに他の実施形態を示す図である。図１９に示すように、図１３に示す実施形態と、図１６に示す実施形態と、を組み合わせてもよい。図１９に示す実施形態では、断熱カバー８５の内面には、反射板１６が貼り付けられている。なお、図１０に示す実施形態（すなわち、反射板１６が設けられていない実施形態）と、図１６に示す実施形態と、を組み合わせてもよい。
【0098】
研磨パッド３の表面温度は、上述した実施形態で説明した構成に基づいて、変更可能である。例えば、赤外線ヒータ１５に供給される電流の大きさを変更する手段、反射板１６の角度を変更する手段、赤外線ヒータ１５と研磨パッド３の研磨面３ａとの間の距離を変更する手段、ファン７９の回転速度を変更する手段、および加熱流体を研磨パッド３の研磨面３ａに当てる角度を変更する手段のうちの少なくとも１つの手段を採用することによって、制御装置４０は、研磨パッド３の表面温度を変更することができる。
【0099】
反射板１６の角度を変更する場合、制御装置４０は、反射板１６の角度を変更可能なモータ（図示しない）の動作を制御してもよい。赤外線ヒータ１５と研磨パッド３の研磨面３ａとの間の距離を変更する場合、制御装置４０は、赤外線ヒータ１５の高さを調整可能なモータ（図示しない）の動作を制御してもよい。加熱流体を研磨面３ａに当てる角度を変更する場合、制御装置４０は、加熱流体ノズル８０の角度を変更可能なモータ（図示しない）の動作を制御してもよい。
【0100】
図１１に示す実施形態では、研磨パッド３の表面温度を部分的に変化させる一例について説明したが、以下に説明する手段によって、研磨パッド３の表面温度を部分的に変化させてもよい。例えば、反射板１６の角度を変更する手段、赤外線ヒータ１５の配向角を変更する手段、および加熱流体を当てる角度を変更する手段のうちの少なくとも１つの手段を採用することによって、制御装置４０は、研磨パッド３の研磨面３ａの温度を部分的に変化させることができる。
【0101】
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。
【符号の説明】
【0102】
１ 研磨ヘッド
２ 研磨テーブル
３ 研磨パッド
４ 研磨液供給ノズル
５ パッド温度調整装置
６ テーブルモータ
１１ 熱交換器
１５ 加熱装置（赤外線ヒータ）
１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ 赤外線ヒータ
１６ 反射板
１７ 冷却装置
２５ 吸引ノズル
２６ 弾性膜
３０ 流体供給システム
３９ パッド温度測定器
４０ 制御装置
６０ 加熱機構
７０ 吸引機構
７９ ファン
８０ 加熱流体ノズル
２ 研磨テーブル
３ 研磨パッド
４ 研磨液供給ノズル
５ パッド温度調整装置
６ テーブルモータ
１１ 熱交換器
１５ 加熱装置（赤外線ヒータ）
１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ 赤外線ヒータ
１６ 反射板
１７ 冷却装置
２５ 吸引ノズル
２６ 弾性膜
３０ 流体供給システム
３９ パッド温度測定器
４０ 制御装置
６０ 加熱機構
７０ 吸引機構
７９ ファン
８０ 加熱流体ノズル
【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】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】