(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】2023-11-15
(45)【発行日】2023-11-24
(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 20120101AFI20231116BHJP
B24B 37/005 20120101ALI20231116BHJP
B24B 49/10 20060101ALI20231116BHJP
B24B 49/12 20060101ALI20231116BHJP
B24B 49/14 20060101ALI20231116BHJP
H01L 21/304 20060101ALI20231116BHJP
【ＦＩ】
B24B37/015
B24B37/005 Z
B24B49/10
B24B49/12
B24B49/14
H01L21/304 622R
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2020093103
(22)【出願日】2020-05-28
(65)【公開番号】P2020203375
(43)【公開日】2020-12-24
【審査請求日】2022-10-17
(31)【優先権主張番号】P 2019108387
(32)【優先日】2019-06-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(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】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
【審査官】マキロイ 寛済
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１１－１３６４０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１２－５０８４５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－０１９６５９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２４Ｂ ３７／０１５
Ｂ２４Ｂ ３７／００５
Ｂ２４Ｂ ４９／１０
Ｂ２４Ｂ ４９／１２
Ｂ２４Ｂ ４９／１４
Ｈ０１Ｌ ２１／３０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
研磨パッドの研磨面の温度を熱交換器で調整しながら、基板を前記研磨面に押し付けて前記基板を研磨し、前記基板の研磨開始から、前記基板の膜厚が目標厚さに到達するまでの実研磨時間が、目標研磨時間に一致するために必要な目標研磨レートを算定し、
前記目標研磨レートを達成することができる前記研磨面の目標温度を決定し、
前記基板の研磨中に、前記熱交換器により前記研磨面の温度を前記目標温度に変更し、
前記研磨面の目標温度を決定する工程は、研磨レートと前記研磨面の温度との相関を示す関係式に基づいて、前記目標研磨レートに対応する前記研磨面の目標温度を決定する工程であり、
前記関係式は、
前記研磨面の温度を前記熱交換器により一定に維持しながら、複数のサンプル基板のうちの１つを前記研磨パッドの前記研磨面上で研磨し、
前記１つのサンプル基板の研磨レートを算定し、
研磨されるサンプル基板を、前記複数のサンプル基板のうちの別のサンプル基板に変えながら、かつ前記研磨面の温度を別の温度に変えながら、前記１つのサンプル基板の研磨と、前記１つのサンプル基板の研磨レートの算定を繰り返して、前記研磨面の複数の温度に対応する複数の研磨レートを取得し、
前記研磨面の複数の温度と、前記複数の研磨レートとの相関を表す関係式を決定することで、作成された関係式である、研磨方法。
【請求項2】
研磨パッドの研磨面の温度を熱交換器で調整しながら、基板を前記研磨面に押し付けて前記基板を研磨し、
前記基板の研磨開始から、前記基板の膜厚が目標厚さに到達するまでの実研磨時間が、目標研磨時間に一致するために必要な目標研磨レートを算定し、
前記目標研磨レートを達成することができる前記研磨面の目標温度を決定し、
前記基板の研磨中に、前記熱交換器により前記研磨面の温度を前記目標温度に変更し、
前記研磨面の目標温度を決定する工程は、研磨レートと前記研磨面の温度との相関を示す関係式に基づいて、前記目標研磨レートに対応する前記研磨面の目標温度を決定する工程であり、
前記関係式は、
前記研磨面の温度を測定しながら、サンプル基板を前記研磨パッドの前記研磨面上で研磨し、
前記研磨面の複数の温度にそれぞれ対応する前記サンプル基板の複数の研磨レートを算定し、
前記研磨面の複数の温度と、前記複数の研磨レートとの相関を表す関係式を決定することで、作成された関係式である、研磨方法。
【請求項3】
前記目標研磨レートを算定する工程は、現時点での前記基板の膜厚から前記目標厚さを減算することで、残り膜厚を算定し、
前記基板の研磨開始から前記現時点までの経過時間を、前記目標研磨時間から減算することで、残り時間を算定し、
前記残り膜厚を前記残り時間で割り算することで、前記目標研磨レートを算定する工程である、請求項１または２に記載の研磨方法。
【請求項4】
研磨パッドの研磨面の温度を熱交換器で調整しながら、基板を前記研磨面に押し付けて前記基板を研磨し、前記基板の研磨開始から、前記基板の膜厚が目標厚さに到達するまでの実研磨時間が、目標研磨時間に一致するために必要な目標研磨レートを算定し、
前記基板の現在の研磨レートが前記目標研磨レートに維持されるように、前記基板の研磨中に、前記熱交換器により前記研磨面の温度を調整し、
前記研磨面の温度を調整する工程は、予め定められた上限温度を超えない温度範囲内で実行され、前記上限温度は、前記基板の研磨レートが最大となる前記研磨面の温度に基づいて決定される、研磨方法。
【請求項5】
前記目標研磨レートを算定する工程は、現時点での前記基板の膜厚から前記目標厚さを減算することで、残り膜厚を算定し、
前記基板の研磨開始から前記現時点までの経過時間を、前記目標研磨時間から減算することで、残り時間を算定し、
前記残り膜厚を前記残り時間で割り算することで、前記目標研磨レートを算定する工程である、請求項４に記載の研磨方法。
【請求項6】
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、
加熱流路および冷却流路を内部に有し、前記研磨テーブルの上方に配置された熱交換器と、
前記研磨面の温度を測定するパッド温度測定器と、
前記加熱流路および前記冷却流路にそれぞれ接続された加熱流体供給管および冷却流体供給管を有する流体供給システムと、
前記研磨テーブルに取り付けられた膜厚センサと、
プログラムを内部に格納した記憶装置と、前記プログラムに含まれる命令に従って演算を実行する処理装置を有する動作制御部を備え、
前記動作制御部は、
前記基板の研磨開始から、前記基板の膜厚が目標厚さに到達するまでの実研磨時間が、目標研磨時間に一致するために必要な目標研磨レートを算定し、
前記目標研磨レートを達成することができる前記研磨面の目標温度を決定し、
前記基板の研磨中に、前記流体供給システムを操作して前記熱交換器により前記研磨面の温度を前記目標温度に変更するように構成されており、
前記動作制御部は、研磨レートと前記研磨面の温度との相関を示す関係式を前記記憶装置内に格納しており、前記動作制御部は、前記関係式に基づいて、前記目標研磨レートに対応する前記研磨面の目標温度を決定するように構成されており、
前記関係式は、
前記研磨面の温度を前記熱交換器により一定に維持しながら、複数のサンプル基板のうちの１つを前記研磨パッドの前記研磨面上で研磨し、
前記１つのサンプル基板の研磨レートを算定し、
研磨されるサンプル基板を、前記複数のサンプル基板のうちの別のサンプル基板に変えながら、かつ前記研磨面の温度を別の温度に変えながら、前記１つのサンプル基板の研磨と、前記１つのサンプル基板の研磨レートの算定を繰り返して、前記研磨面の複数の温度に対応する複数の研磨レートを取得し、
前記研磨面の複数の温度と、前記複数の研磨レートとの相関を表す関係式を決定することで、作成された関係式である、研磨装置。
【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、
加熱流路および冷却流路を内部に有し、前記研磨テーブルの上方に配置された熱交換器と、
前記研磨面の温度を測定するパッド温度測定器と、
前記加熱流路および前記冷却流路にそれぞれ接続された加熱流体供給管および冷却流体供給管を有する流体供給システムと、
前記研磨テーブルに取り付けられた膜厚センサと、
プログラムを内部に格納した記憶装置と、前記プログラムに含まれる命令に従って演算を実行する処理装置を有する動作制御部を備え、
前記動作制御部は、
前記基板の研磨開始から、前記基板の膜厚が目標厚さに到達するまでの実研磨時間が、目標研磨時間に一致するために必要な目標研磨レートを算定し、
前記目標研磨レートを達成することができる前記研磨面の目標温度を決定し、
前記基板の研磨中に、前記流体供給システムを操作して前記熱交換器により前記研磨面の温度を前記目標温度に変更するように構成されており、
前記動作制御部は、研磨レートと前記研磨面の温度との相関を示す関係式を前記記憶装置内に格納しており、前記動作制御部は、前記関係式に基づいて、前記目標研磨レートに対応する前記研磨面の目標温度を決定するように構成されており、
前記関係式は、
前記研磨面の温度を測定しながら、サンプル基板を前記研磨パッドの前記研磨面上で研磨し、
前記研磨面の複数の温度にそれぞれ対応する前記サンプル基板の複数の研磨レートを算定し、
前記研磨面の複数の温度と、前記複数の研磨レートとの相関を表す関係式を決定することで、作成された関係式である、研磨装置。
【請求項8】
前記動作制御部は、現時点での前記基板の膜厚から前記目標厚さを減算することで、残り膜厚を算定し、
前記基板の研磨開始から前記現時点までの経過時間を、前記目標研磨時間から減算することで、残り時間を算定し、
前記残り膜厚を前記残り時間で割り算することで、前記目標研磨レートを算定するように構成されている、請求項６または７に記載の研磨装置。
【請求項9】
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、
加熱流路および冷却流路を内部に有し、前記研磨テーブルの上方に配置された熱交換器と、
前記研磨面の温度を測定するパッド温度測定器と、
前記加熱流路および前記冷却流路にそれぞれ接続された加熱流体供給管および冷却流体供給管を有する流体供給システムと、
前記研磨テーブルに取り付けられた膜厚センサと、
プログラムを内部に格納した記憶装置と、前記プログラムに含まれる命令に従って演算を実行する処理装置を有する動作制御部を備え、
前記動作制御部は、
前記基板の研磨開始から、前記基板の膜厚が目標厚さに到達するまでの実研磨時間が、目標研磨時間に一致するために必要な目標研磨レートを算定し、
前記基板の現在の研磨レートが前記目標研磨レートに維持されるように、前記基板の研磨中に、前記流体供給システムを操作して前記熱交換器により前記研磨面の温度を調整するように構成されており、
前記動作制御部は、予め定められた上限温度を超えない温度範囲内で前記熱交換器により前記研磨面の温度を調整するように構成されており、前記上限温度は、前記基板の研磨レートが最大となる前記研磨面の温度に基づいて決定される、研磨装置。
【請求項10】
前記動作制御部は、現時点での前記基板の膜厚から前記目標厚さを減算することで、残り膜厚を算定し、
前記基板の研磨開始から前記現時点までの経過時間を、前記目標研磨時間から減算することで、残り時間を算定し、
前記残り膜厚を前記残り時間で割り算することで、前記目標研磨レートを算定するように構成されている、請求項９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、ウェー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、特に研磨パッドの研磨面の温度を調整しながら基板を研磨面上で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。
【0003】
ＣＭＰ装置は、ウェーハの研磨、洗浄、および乾燥を実行する複合装置である。すなわち、ウェーハは研磨部で研磨され、その後研磨されたウェーハは洗浄部に搬送され、洗浄部でウェーハが洗浄される。さらに、洗浄されたウェーハは乾燥部に搬送され、ウェーハは乾燥部で乾燥される。このように、ウェーハの研磨、洗浄、乾燥が連続して行われる。
【0004】
ＣＭＰ装置には、ウェーハカセットに収容された複数のウェーハが運ばれ、これらウェーハは、順次、ＣＭＰ装置にて研磨、洗浄、乾燥される。１つのウェーハカセットに収容されている複数のウェーハ（研磨対象のウェーハ）は、同じ膜構造を有している。通常、各ウェーハの研磨は、ウェーハの表面を構成する膜の厚さが目標厚さに達したときに終了される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】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、膜の初期厚さは、ウェーハによって若干ばらついている。結果として、研磨開始から研磨終了までの研磨時間も、ウェーハごとに若干ばらついてしまう。ウェーハの研磨時間にばらつきがあると、スループットが不安定となる。特に、複数のウェーハを順番に研磨、洗浄、乾燥する複合処理では、ウェーハの研磨が律速因子となり、複数のウェーハ全体の処理時間が不安定となる。
【0007】
そこで、本発明は、ウェーハなどの基板の研磨を、予め設定された研磨時間で終了させることができる研磨方法および研磨装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
一態様では、研磨パッドの研磨面の温度を熱交換器で調整しながら、基板を前記研磨面に押し付けて前記基板を研磨し、前記基板の研磨開始から、前記基板の膜厚が目標厚さに到達するまでの実研磨時間が、目標研磨時間に一致するために必要な目標研磨レートを算定し、前記目標研磨レートを達成することができる前記研磨面の目標温度を決定し、前記基板の研磨中に、前記熱交換器により前記研磨面の温度を前記目標温度に変更する、研磨方法が提供される。
【0009】
一態様では、前記目標研磨レートを算定する工程は、現時点での前記基板の膜厚から前記目標厚さを減算することで、残り膜厚を算定し、前記基板の研磨開始から前記現時点までの経過時間を、前記目標研磨時間から減算することで、残り時間を算定し、前記残り膜厚を前記残り時間で割り算することで、前記目標研磨レートを算定する工程である。
一態様では、前記研磨面の目標温度を決定する工程は、研磨レートと前記研磨面の温度との相関を示す関係式に基づいて、前記目標研磨レートに対応する前記研磨面の目標温度を決定する工程である。
一態様では、前記研磨面の目標温度を決定する工程は、研磨レートと前記研磨面の温度との相関を示す関係式に基づいて、前記目標研磨レートに対応する前記研磨面の目標温度を決定する工程である。
【0010】
一態様では、前記関係式は、前記研磨面の温度を前記熱交換器により一定に維持しながら、複数のサンプル基板のうちの１つを前記研磨パッドの前記研磨面上で研磨し、前記１つのサンプル基板の研磨レートを算定し、研磨されるサンプル基板を、前記複数のサンプル基板のうちの別のサンプル基板に変えながら、かつ前記研磨面の温度を別の温度に変えながら、前記１つのサンプル基板の研磨と、前記１つのサンプル基板の研磨レートの算定を繰り返して、前記研磨面の複数の温度に対応する複数の研磨レートを取得し、前記研磨面の複数の温度と、前記複数の研磨レートとの相関を表す関係式を決定することで、作成された関係式である。
一態様では、前記関係式は、前記研磨面の温度を測定しながら、サンプル基板を前記研磨パッドの前記研磨面上で研磨し、前記研磨面の複数の温度にそれぞれ対応する前記サンプル基板の複数の研磨レートを算定し、前記研磨面の複数の温度と、前記複数の研磨レートとの相関を表す関係式を決定することで、作成された関係式である。
一態様では、前記関係式は、前記研磨面の温度を測定しながら、サンプル基板を前記研磨パッドの前記研磨面上で研磨し、前記研磨面の複数の温度にそれぞれ対応する前記サンプル基板の複数の研磨レートを算定し、前記研磨面の複数の温度と、前記複数の研磨レートとの相関を表す関係式を決定することで、作成された関係式である。
【0011】
一態様では、研磨パッドの研磨面の温度を熱交換器で調整しながら、基板を前記研磨面に押し付けて前記基板を研磨し、前記基板の研磨開始から、前記基板の膜厚が目標厚さに到達するまでの実研磨時間が、目標研磨時間に一致するために必要な目標研磨レートを算定し、前記基板の現在の研磨レートが前記目標研磨レートに維持されるように、前記基板の研磨中に、前記熱交換器により前記研磨面の温度を調整する、研磨方法が提供される。
【0012】
一態様では、前記目標研磨レートを算定する工程は、現時点での前記基板の膜厚から前記目標厚さを減算することで、残り膜厚を算定し、前記基板の研磨開始から前記現時点までの経過時間を、前記目標研磨時間から減算することで、残り時間を算定し、前記残り膜厚を前記残り時間で割り算することで、前記目標研磨レートを算定する工程である。
一態様では、前記研磨面の温度を調整する工程は、予め定められた上限温度を超えない温度範囲内で実行され、前記上限温度は、前記基板の研磨レートが最大となる前記研磨面の温度に基づいて決定される。
一態様では、前記研磨面の温度を調整する工程は、予め定められた上限温度を超えない温度範囲内で実行され、前記上限温度は、前記基板の研磨レートが最大となる前記研磨面の温度に基づいて決定される。
【0013】
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、加熱流路および冷却流路を内部に有し、前記研磨テーブルの上方に配置された熱交換器と、前記研磨面の温度を測定するパッド温度測定器と、前記加熱流路および前記冷却流路にそれぞれ接続された加熱流体供給管および冷却流体供給管を有する流体供給システムと、前記研磨テーブルに取り付けられた膜厚センサと、プログラムを内部に格納した記憶装置と、前記プログラムに含まれる命令に従って演算を実行する処理装置を有する動作制御部を備え、前記動作制御部は、前記基板の研磨開始から、前記基板の膜厚が目標厚さに到達するまでの実研磨時間が、目標研磨時間に一致するために必要な目標研磨レートを算定し、前記目標研磨レートを達成することができる前記研磨面の目標温度を決定し、前記基板の研磨中に、前記流体供給システムを操作して前記熱交換器により前記研磨面の温度を前記目標温度に変更するように構成されている、研磨装置が提供される。
【0014】
一態様では、前記動作制御部は、現時点での前記基板の膜厚から前記目標厚さを減算することで、残り膜厚を算定し、前記基板の研磨開始から前記現時点までの経過時間を、前記目標研磨時間から減算することで、残り時間を算定し、前記残り膜厚を前記残り時間で割り算することで、前記目標研磨レートを算定するように構成されている。
一態様では、前記動作制御部は、研磨レートと前記研磨面の温度との相関を示す関係式を前記記憶装置内に格納しており、前記動作制御部は、前記関係式に基づいて、前記目標研磨レートに対応する前記研磨面の目標温度を決定するように構成されている。
一態様では、前記動作制御部は、研磨レートと前記研磨面の温度との相関を示す関係式を前記記憶装置内に格納しており、前記動作制御部は、前記関係式に基づいて、前記目標研磨レートに対応する前記研磨面の目標温度を決定するように構成されている。
【0015】
一態様では、前記関係式は、前記研磨面の温度を前記熱交換器により一定に維持しながら、複数のサンプル基板のうちの１つを前記研磨パッドの前記研磨面上で研磨し、前記１つのサンプル基板の研磨レートを算定し、研磨されるサンプル基板を、前記複数のサンプル基板のうちの別のサンプル基板に変えながら、かつ前記研磨面の温度を別の温度に変えながら、前記１つのサンプル基板の研磨と、前記１つのサンプル基板の研磨レートの算定を繰り返して、前記研磨面の複数の温度に対応する複数の研磨レートを取得し、前記研磨面の複数の温度と、前記複数の研磨レートとの相関を表す関係式を決定することで、作成された関係式である。
一態様では、前記関係式は、前記研磨面の温度を測定しながら、サンプル基板を前記研磨パッドの前記研磨面上で研磨し、前記研磨面の複数の温度にそれぞれ対応する前記サンプル基板の複数の研磨レートを算定し、前記研磨面の複数の温度と、前記複数の研磨レートとの相関を表す関係式を決定することで、作成された関係式である。
一態様では、前記関係式は、前記研磨面の温度を測定しながら、サンプル基板を前記研磨パッドの前記研磨面上で研磨し、前記研磨面の複数の温度にそれぞれ対応する前記サンプル基板の複数の研磨レートを算定し、前記研磨面の複数の温度と、前記複数の研磨レートとの相関を表す関係式を決定することで、作成された関係式である。
【0016】
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、加熱流路および冷却流路を内部に有し、前記研磨テーブルの上方に配置された熱交換器と、前記研磨面の温度を測定するパッド温度測定器と、前記加熱流路および前記冷却流路にそれぞれ接続された加熱流体供給管および冷却流体供給管を有する流体供給システムと、前記研磨テーブルに取り付けられた膜厚センサと、プログラムを内部に格納した記憶装置と、前記プログラムに含まれる命令に従って演算を実行する処理装置を有する動作制御部を備え、前記動作制御部は、前記基板の研磨開始から、前記基板の膜厚が目標厚さに到達するまでの実研磨時間が、目標研磨時間に一致するために必要な目標研磨レートを算定し、前記基板の現在の研磨レートが前記目標研磨レートに維持されるように、前記基板の研磨中に、前記流体供給システムを操作して前記熱交換器により前記研磨面の温度を調整するように構成されている、研磨装置が提供される。
【0017】
一態様では、前記動作制御部は、現時点での前記基板の膜厚から前記目標厚さを減算することで、残り膜厚を算定し、前記基板の研磨開始から前記現時点までの経過時間を、前記目標研磨時間から減算することで、残り時間を算定し、前記残り膜厚を前記残り時間で割り算することで、前記目標研磨レートを算定するように構成されている。
一態様では、前記動作制御部は、予め定められた上限温度を超えない温度範囲内で前記熱交換器により前記研磨面の温度を調整するように構成されており、前記上限温度は、前記基板の研磨レートが最大となる前記研磨面の温度に基づいて決定される。
一態様では、前記動作制御部は、予め定められた上限温度を超えない温度範囲内で前記熱交換器により前記研磨面の温度を調整するように構成されており、前記上限温度は、前記基板の研磨レートが最大となる前記研磨面の温度に基づいて決定される。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、基板の膜厚が目標厚さに到達すると同時に、予め設定された目標研磨時間に達する。したがって、複数の基板を研磨する場合において、これら基板の研磨を一定の研磨時間で終了させることができ、結果として、スループットを安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】研磨装置の一実施形態を示す模式図である。
【図2】熱交換器を示す水平断面図である。
【図3】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。
【図4】研磨レートと研磨面の温度との相関を示す関係式の一例を示すグラフである。
【図5】研磨時間に伴う研磨レートの変化の一例を表すグラフと、研磨時間に伴う膜厚の変化の一例を表すグラフを示す図である。
【図6】研磨時間に伴う研磨レートの変化の他の例を表すグラフと、研磨時間に伴う膜厚の変化の他の例を表すグラフを示す図である。
【図7】複数のサンプルウェーハのそれぞれの研磨レートと、対応する研磨面の温度とによって特定される複数のデータ点を示すグラフである。
【図9】ドレッサーを備えた研磨装置の模式的断面図である。
【図10】動作制御部の構成の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
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。
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。
【0021】
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。
【0022】
研磨装置は、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、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。
【0023】
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、スラリーがスラリー供給ノズル４から研磨パッド３の研磨面３ａに供給され、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。
【0024】
研磨装置は、ウェーハＷの膜厚を測定する膜厚センサ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、ウェーハ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、ウェーハ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。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。
【0025】
ウェーハ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、ウェーハ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、ウェーハＷの膜厚を直接または間接に示す指標値であり、ウェーハＷの膜厚の減少に従って変化する。膜厚センサ７は動作制御部４０に接続されており、膜厚信号は動作制御部４０に送られるようになっている。動作制御部４０は、膜厚信号によって示されるウェーハ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に指令を発してウェーハＷの研磨を終了させる。
【0026】
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の動作は動作制御部４０によって制御される。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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、研磨パッド３の研磨面３ａの上方に配置されている。
【0034】
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。
【0035】
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１１０内に記憶される。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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、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７０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７０の底面から構成されている。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、例えば緻密質のＳｉＣなどのセラミックで構成されている。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。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。
【0044】
図１に戻り、動作制御部４０は、ウェーハＷの研磨中に、ウェーハＷの膜厚を直接または間接に示す膜厚信号を膜厚センサ７から取得し、ウェーハＷの膜厚が予め設定された目標厚さに到達したときに、研磨ヘッド１および研磨テーブル２などに指令を発してウェーハＷの研磨を終了させる。目標厚さは、ウェーハＷの膜厚の目標値を直接または間接に示す数値である。さらに、動作制御部４０は、ウェーハＷの研磨開始から、ウェーハＷの膜厚が目標厚さに到達するまでの実研磨時間が、予め設定された目標研磨時間に一致するように、熱交換器１１を介して、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）を制御する。
【0045】
より具体的には、動作制御部４０は、ウェーハＷの研磨開始から、ウェーハＷの膜厚が目標厚さに到達するまでの実研磨時間が、予め設定された目標研磨時間に一致するために必要な目標研磨レートを算定し、その目標研磨レートを達成することができる研磨面３ａの目標温度を決定し、ウェーハＷの研磨中に、流体供給システム３０を操作して熱交換器１１により研磨面３ａの温度を目標温度に変更するように構成されている。
【0046】
動作制御部４０は、ウェーハＷの研磨中に、上記目標研磨レートを次のようにして算定する。動作制御部４０は、現時点でのウェーハＷの膜厚から目標厚さを減算することで、残り膜厚を算定する。現時点とは、ウェーハＷの研磨中のある時点である。現時点でのウェーハＷの膜厚は、膜厚センサ７から送信された膜厚信号から決定することができる。次に、動作制御部４０は、ウェーハＷの研磨開始から上記現時点までの経過時間を、目標研磨時間から減算することで、残り時間を算定し、残り膜厚を残り時間で割り算することで、目標研磨レートを算定する。
【0047】
動作制御部４０は、算定された目標研磨レートを達成することができる研磨パッド３の研磨面３ａの目標温度を決定する。より具体的には、動作制御部４０は、研磨レートと研磨面３ａの温度との相関を示す関係式に基づいて、算定された目標研磨レートに対応する研磨面３ａの目標温度を決定する。研磨レートと研磨面３ａの温度との相関を示す関係式は、実験、製品ウェーハ（または製品基板）の研磨、またはサンプルウェーハ（またはサンプル基板）の研磨などの実際の研磨工程で得られた、研磨レートおよび研磨面３ａの温度の測定データに基づいて予め作成される。動作制御部４０は、この関係式を、記憶装置１１０内に予め格納している。
【0048】
図４は、研磨レートと研磨面３ａの温度との相関を示す関係式の一例を示すグラフである。図４に示すように、ウェーハＷの研磨レートは、研磨パッド３の研磨面３ａの温度に依存して変わる。したがって、動作制御部４０は、算定された目標研磨レートに対応する研磨面３ａの温度（すなわち、目標温度）を関係式から決定することができる。動作制御部４０は、目標研磨レートを達成することができる研磨パッド３の研磨面３ａの目標温度を、ウェーハＷの研磨中に決定するように構成されている。
【0049】
さらに、動作制御部４０は、ウェーハＷの研磨中に、流体供給システム３０を操作して熱交換器１１により研磨面３ａの温度を目標温度に変更する。より具体的には、動作制御部４０は、研磨面３ａの現在の温度と、上記目標温度との差に基づいて、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。例えば、研磨面３ａの現在の温度が目標温度よりも低い場合は、動作制御部４０は、第１流量制御バルブ４２の開度を増加させるとともに、第２流量制御バルブ５６の開度を低下させる。熱交換器１１内を流れる加熱流体の流量は増加し、熱交換器１１内を流れる冷却流体の流量は低下する。結果として、熱交換器１１自体の温度が上昇し、研磨面３ａの温度は上昇する。このように、動作制御部４０は、第１流量制御バルブ４２および第２流量制御バルブ５６を操作することによって熱交換器１１を介して研磨面３ａの温度を制御し、これによってウェーハＷの研磨レートを調整することができる。
【0050】
図５は、研磨時間に伴う研磨レートの変化の一例を表すグラフと、研磨時間に伴う膜厚の変化の一例を表すグラフを示す図である。研磨パッド３の研磨面３ａの温度は、熱交換器１１によって設定温度に維持される。ウェーハＷの研磨が開始されると（研磨時間０）、ウェーハＷは第１研磨レートＲ１で研磨される。ウェーハＷが研磨されるに従って、ウェーハＷの膜厚は、その初期膜厚Ｐ１から徐々に減少する。
【0051】
研磨時間が研磨レートの補正点Ｔ１に到達すると、動作制御部４０は、上述したように、ウェーハＷの研磨開始から、ウェーハＷの膜厚が目標厚さＰＴに到達するまでの実研磨時間が、目標研磨時間ＥＰに一致するために必要な目標研磨レートを決定する。具体的には、動作制御部４０は、現時点Ｔ１でのウェーハＷの膜厚Ｐ１’から目標厚さＰＴを減算することで、残り膜厚ＳＰを算定し、ウェーハＷの研磨開始から上記現時点Ｔ１までの経過時間を、目標研磨時間ＥＰから減算することで、残り時間ＲＴを算定し、残り膜厚ＳＰを残り時間ＲＴで割り算することで、目標研磨レートＲ２（＝ＳＰ／ＲＴ）を決定する。さらに、動作制御部４０は、目標研磨レートＲ２を達成することができる研磨面３ａの目標温度を図４に示す関係式から決定し、ウェーハＷの研磨中に、流体供給システム３０を操作して熱交換器１１により研磨面３ａの温度を目標温度に変更する。結果として、ウェーハＷの研磨レートは、第１研磨レートＲ１から目標研磨レートＲ２に変化する。
【0052】
ウェーハＷは、目標研磨レートＲ２で研磨され、ウェーハＷの膜厚が目標厚さＰＴに到達したときに、ウェーハＷの研磨は終了される。このときのウェーハＷの研磨時間（実研磨時間）は、目標研磨時間ＥＰに一致する。すなわち、ウェーハＷの膜厚が目標厚さＰＴに到達すると同時に、ウェーハＷの研磨開始からの経過時間が目標研磨時間ＥＰに到達する。
【0053】
図６は、研磨時間に伴う研磨レートの変化の他の例を表すグラフと、研磨時間に伴う膜厚の変化の他の例を表すグラフを示す図である。研磨パッド３の研磨面３ａの温度は、熱交換器１１によって設定温度に維持される。ウェーハＷの研磨が開始されると（研磨時間０）、ウェーハＷは第１研磨レートＲ１で研磨される。ウェーハＷが研磨されるに従って、ウェーハＷの膜厚は、その初期膜厚Ｐ２から徐々に減少する。初期膜厚Ｐ２は、図５に示す初期膜厚Ｐ１よりも小さい。
【0054】
研磨時間が研磨レートの補正点Ｔ２に到達すると、動作制御部４０は、上述したように、ウェーハＷの研磨開始から、ウェーハＷの膜厚が目標厚さＰＴに到達するまでの実研磨時間が、目標研磨時間ＥＰに一致するために必要な目標研磨レートを決定する。具体的には、動作制御部４０は、現時点Ｔ２でのウェーハＷの膜厚Ｐ２’から目標厚さＰＴを減算することで、残り膜厚ＳＰを算定し、ウェーハＷの研磨開始から上記現時点Ｔ２までの経過時間を、目標研磨時間ＥＰから減算することで、残り時間ＲＴを算定し、残り膜厚ＳＰを残り時間ＲＴで割り算することで、目標研磨レートＲ３（＝ＳＰ／ＲＴ）を決定する。さらに、動作制御部４０は、目標研磨レートＲ３を達成することができる研磨面３ａの目標温度を図４に示す関係式から決定し、ウェーハＷの研磨中に、流体供給システム３０を操作して熱交換器１１により研磨面３ａの温度を目標温度に変更する。結果として、ウェーハＷの研磨レートは、第１研磨レートＲ１から目標研磨レートＲ３に変化する。
【0055】
ウェーハＷは、目標研磨レートＲ３で研磨され、ウェーハＷの膜厚が目標厚さＰＴに到達したときに、ウェーハＷの研磨は終了される。このときのウェーハＷの研磨時間（実研磨時間）は、目標研磨時間ＥＰに一致する。すなわち、ウェーハＷの膜厚が目標厚さＰＴに到達すると同時に、ウェーハＷの研磨開始からの経過時間が目標研磨時間ＥＰに到達する。
【0056】
図６に示す目標厚さＰＴおよび目標研磨時間ＥＰは、図５に示す目標厚さＰＴおよび目標研磨時間ＥＰとそれぞれ同じである。図６に示す研磨レートの補正点Ｔ２は、図５に示す研磨レートの補正点Ｔ１と同じであるが、異なってもよい。一実施形態では、複数の補正点が目標研磨時間ＥＰ内に設定されてもよい。動作制御部４０は、これら複数の補正点において、目標研磨レートを算定し、研磨面３ａの目標温度を決定し、研磨面３ａの温度を目標温度に変更してもよい。
【0057】
本実施形態によれば、ウェーハＷの膜厚が目標厚さに到達する時点は、ウェーハＷの研磨開始からの経過時間が目標研磨時間に達する時点に一致する。すなわち、初期膜厚が異なる複数のウェーハを研磨する場合に、これら複数のウェーハの実研磨時間は同じであり、目標研磨時間に一致する。本実施形態に係る研磨装置は、複数のウェーハの研磨を一定の研磨時間で終了させることができ、結果として、スループットを安定させることができる。
【0058】
次に、図４に示す、研磨レートと研磨面３ａの温度との相関を示す関係式を作成する一例について説明する。研磨パッド３の研磨面３ａの温度を熱交換器１１により一定に維持しながら、予め用意された複数のサンプルウェーハ（サンプル基板）のうちの１つを研磨パッド３の研磨面３ａ上で研磨する。これらサンプルウェーハのそれぞれは、図１に示すウェーハＷ（製品ウェーハまたは製品基板）の表面を構成する膜と同じ種類の膜から構成された表面を有している。例えば、サンプルウェーハは、単一の膜から構成された表面を有するブランケットウェーハ（ブランケット基板）であってもよい。サンプルウェーハの研磨は、図１に示すウェーハＷと同じ研磨条件下で実行される。
【0059】
動作制御部４０は、上記１つのサンプルウェーハが研磨されると、そのサンプルウェーハの研磨レートを算定する。研磨レートは、サンプルウェーハの初期膜厚と研磨後の膜厚との差を研磨時間で割り算することで算定することができる。
【0060】
さらに、研磨されるサンプルウェーハを、複数のサンプルウェーハのうちの別のサンプルウェーハに変えながら、かつ研磨パッド３の研磨面３ａの温度を別の温度に変えながら、サンプルウェーハの研磨と、サンプルウェーハの研磨レートの算定を繰り返すことで、研磨面３ａの複数の温度に対応する複数の研磨レートを取得する。
【0061】
図７は、複数のサンプルウェーハのそれぞれの研磨レートと、対応する研磨面３ａの温度とによって特定される複数のデータ点を示すグラフである。各データ点ＤＰは、各サンプルウェーハを研磨したときの研磨パッド３の研磨面３ａの温度と、そのサンプルウェーハの研磨レートを示している。動作制御部４０は、複数のデータ点ＤＰを座標系上にプロットする。この座標系は、研磨レートを表す縦軸と、研磨面３ａの温度を表す横軸を有する。縦軸が研磨面３ａの温度を表し、横軸が研磨レートを表してもよい。動作制御部４０は、座標系上の複数のデータ点ＤＰに対してカーブフィッティングまたは回帰分析などを行うことにより、複数のデータ点ＤＰを表す近似線を決定する。この近似線は、研磨面３ａの複数の温度と、複数の研磨レートとの相関を表す関係式に対応する。
【0062】
図８は、図４に示す、研磨レートと研磨面３ａの温度との相関を示す関係式を作成する他の例を説明する図である。この例では、研磨面３ａの温度をパッド温度測定器３９で測定しながら、予め用意された１枚のサンプルウェーハを研磨パッド３の研磨面３ａ上で研磨する。熱交換器１１は使用されない。サンプルウェーハの研磨中、サンプルウェーハの膜厚が膜厚センサ７により測定される。
【0063】
この例では、熱交換器１１による研磨面３ａの温度調整は行われない。したがって、図８に示すように、研磨面３ａの温度は、サンプルウェーハの研磨時間と共に上昇する。通常、サンプルウェーハの研磨レートは、研磨面３ａの温度に依存して変化する。そこで、動作制御部４０は、研磨面３ａの複数の温度にそれぞれ対応するサンプルウェーハの複数の研磨レートを算定する。具体的には、動作制御部４０は、複数の膜厚測定期間ＭＰでの膜厚の変化量を算定し、膜厚の変化量を、対応する膜厚測定期間ＭＰでそれぞれ割り算することで、複数の研磨レートを算定する。各膜厚測定期間ＭＰ内での研磨面３ａの温度は、一定であると仮定される。
【0064】
動作制御部４０は、複数の膜厚測定期間ＭＰでの研磨面３ａの温度の複数の測定値をパッド温度測定器３９から取得し、研磨面３ａの温度の複数の測定値と、対応する研磨レートとにより特定される複数のデータ点を、座標系上にプロットする。この座標系は、図７に示す座標系と同じである。動作制御部４０は、座標系上の複数のデータ点に対してカーブフィッティングまたは回帰分析などを行うことにより、複数のデータ点を表す近似線を決定する。この近似線は、研磨面３ａの複数の温度と、複数の研磨レートとの相関を表す関係式に対応する。
【0065】
製品ウェーハ（製品基板）であるウェーハＷを研磨したときに得られた研磨面３ａの測定データ、およびウェーハＷの膜厚データは、上述した関係式の作成および／または更新に使用してもよい。
【0066】
図４に示すように、ウェーハＷの研磨レートは、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）に依存して変わるが、研磨レートは研磨装置の消耗部材にも影響されうる。研磨装置は、一般に、複数の消耗部材を有している。消耗部材の具体例としては、研磨パッド３、ドレッサー、研磨ヘッド１の弾性膜およびリテーナリング等が挙げられる。
【0067】
図９は、ドレッサー８０を備えた研磨装置の模式的断面図である。説明の簡略化のために、図９では、上述した熱交換器１１を含む温度調整装置５の図示は省略されている。ドレッサー８０は、ウェーハＷを研磨した後、またはウェーハＷの研磨中に、研磨パッド３の研磨面３ａをドレッシング（再生）するための装置である。ドレッサー８０は、ダイヤモンド粒子などからなる砥粒から構成されたドレッシング面８０ａを有している。ドレッサー８０は、その軸心を中心に回転しながら、ドレッシング面８０ａを研磨パッド３の研磨面３ａに押し付ける。研磨面３ａはドレッサー８０により少しだけ削り取られ、これにより研磨面３ａが再生される。
【0068】
研磨パッド３のドレッシングが繰り返されるにつれて、ドレッシング面８０ａを構成する砥粒（ダイヤモンド粒子など）は、徐々に摩耗する。砥粒の摩耗が進むと、ドレッサー８０は、研磨パッド３の研磨面３ａを良好にドレッシングすることができず、結果として、ウェーハの研磨レートが変化する。また、研磨パッド３のドレッシングが繰り返されるにつれて、研磨パッド３も摩耗する（つまり研磨パッド３の厚さが減少する）。研磨パッド３の摩耗が進むと、研磨パッド３の性状が変化し、結果として、ウェーハの研磨レートが変化する。
【0069】
図９に示すように、研磨ヘッド１は、内側に圧力室９０を形成する弾性膜（メンブレン）９１を備えている。ウェーハＷの研磨中は、圧力室９０は加圧された気体で満たされる。弾性膜９１の下面はウェーハＷの上面に接触している。圧力室９０内の加圧された気体は、弾性膜９１を介してウェーハＷを研磨パッド３の研磨面３ａに対して押し付ける。ウェーハＷの研磨パッド３に対する押付力は、圧力室９０内の気体の圧力によって調整できる。弾性膜９１は、シリコーンゴムなどの材料から構成されている。弾性膜９１が長期間に亘って使用されると、弾性膜９１の応答性（伸縮など）が低下する。結果として、ウェーハの研磨レートが変化する。
【0070】
図９に示すように、研磨ヘッド１は、弾性膜９１の周囲に配置されたリテーナリング９２をさらに備えている。リテーナリング９２はウェーハＷとともに回転しながら、ウェーハＷの周囲で研磨パッド３の研磨面３ａを押し付ける。リテーナリング９２は、研磨中のウェーハＷの位置を保持する機能のみならず、ウェーハＷのエッジ部の研磨レートを制御する機能も有する。リテーナリング９２は研磨面３ａに摺接されるため、ウェーハの研磨が繰り返されるにつれて、リテーナリング９２は徐々に摩耗する。リテーナリング９２の摩耗が進行すると、リテーナリング９２が研磨パッド３を押し付ける力が変化し、結果として、ウェーハの研磨レートが変化する。
【0071】
このように、研磨パッド３の消耗部材の経時的変化（例えば摩耗）に起因して、研磨レートは変化しうる。そこで、一実施形態では、動作制御部４０は、ウェーハＷの研磨開始から、ウェーハＷの膜厚が目標厚さに到達するまでの実研磨時間が、目標研磨時間に一致するために必要な目標研磨レートを算定し、ウェーハＷの現在の研磨レートが目標研磨レートに維持されるように、ウェーハＷの研磨中に、流体供給システム３０を操作して熱交換器１１により研磨面３ａの温度を調整するように構成されている。
【0072】
具体的には、図５に示す例において、研磨時間が研磨レートの補正点Ｔ１に到達すると、動作制御部４０は、ウェーハＷの研磨開始から、ウェーハＷの膜厚が目標厚さＰＴに到達するまでの実研磨時間が、目標研磨時間ＥＰに一致するために必要な目標研磨レートＲ２（＝ＳＰ／ＲＴ）を決定する。その後、動作制御部４０は、ウェーハＷの研磨中における複数の時点において現在の研磨レートを算定し、現在の研磨レートが目標研磨レートＲ２に一致するように、流体供給システム３０を操作して熱交換器１１を介して研磨面３ａの温度を調整する。現在の研磨レートは、ウェーハの研磨中の単位時間当たりの研磨レートである。動作制御部４０は、膜厚センサ７から受け取った膜厚信号の変化量と、上記単位時間から、現在の研磨レートを算定することができる。
【0073】
図４に示すグラフから分かるように、研磨レートは、研磨パッド３の研磨面３ａの温度によって変化する。したがって、動作制御部４０は、熱交換器１１を介して研磨面３ａの温度を調整することによって、目標研磨レートを維持することができる。より具体的には、動作制御部４０は、図５に示す補正点Ｔ１の後、ウェーハＷの研磨中に現在の研磨レートを定期的または不定期に算定し、現在の研磨レートと目標研磨レートＲ２との差が最小となるように、流体供給システム３０および熱交換器１１を含む温度調整装置５を制御する。このようなフィードバック制御動作により、ウェーハＷの研磨レートは目標研磨レートＲ２に維持される。
【0074】
結果として、図５に示すように、ウェーハＷの膜厚が目標厚さＰＴに到達したときに、ウェーハＷの研磨は終了される。このときのウェーハＷの研磨時間（実研磨時間）は、目標研磨時間ＥＰに一致する。すなわち、ウェーハＷの膜厚が目標厚さＰＴに到達すると同時に、ウェーハＷの研磨開始からの経過時間が目標研磨時間ＥＰに到達する。図６に示す例でも、同様にして実行される。
【0075】
研磨レートは、研磨パッド３の研磨面３ａの温度の上昇に従って基本的に増加する。しかしながら、スラリーおよび／または研磨されるウェーハ表面の材料によっては、研磨面３ａの温度が高すぎると、図４に示すように、研磨レートは低下することがある。そこで、動作制御部４０は、予め定められた上限温度を超えない温度範囲内で、流体供給システム３０を操作して熱交換器１１により研磨面３ａの温度を調整するように構成されている。上限温度は、研磨レートが最大となる研磨面３ａの温度に基づいて決定される。一例では、上限温度は、研磨レートが最大となる研磨面３ａの温度である。決定された上限温度は記憶装置１１０内に記憶される。
【0076】
図１乃至図８を参照して説明した先の実施形態と、図９を参照して説明した実施形態は適宜組み合わせてもよい。例えば、動作制御部４０は、上記目標研磨レートを算定し、この目標研磨レートを達成することができる研磨面３ａの目標温度を決定し、ウェーハＷの研磨中に、流体供給システム３０を操作して熱交換器１１により研磨面３ａの温度を前記目標温度に変更し、その後、ウェーハＷの研磨中における複数の時点において現在の研磨レートを算定し、現在の研磨レートが上記目標研磨レートに一致するように、流体供給システム３０を操作して熱交換器１１を介して研磨面３ａの温度を調整してもよい。
【0077】
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。図１０は、動作制御部４０の構成の一例を示す模式図である。動作制御部４０は、プログラムやデータなどが格納される記憶装置１１０と、記憶装置１１０に格納されている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）などの処理装置１２０と、データ、プログラム、および各種情報を記憶装置１１０に入力するための入力装置１３０と、処理結果や処理されたデータを出力するための出力装置１４０と、インターネットまたはローカルエリアネットワークなどの通信ネットワークに接続するための通信装置１５０を備えている。
【0078】
記憶装置１１０は、処理装置１２０がアクセス可能な主記憶装置１１１と、データおよびプログラムを格納する補助記憶装置１１２を備えている。主記憶装置１１１は、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）であり、補助記憶装置１１２は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）またはソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）などのストレージ装置である。
【0079】
入力装置１３０は、キーボード、マウスを備えており、さらに、記録媒体からデータを読み取るための記録媒体読み取り装置１３２と、記録媒体が接続される記録媒体ポート１３４を備えている。記録媒体は、非一時的な有形物であるコンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、例えば、光ディスク（例えば、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ）や、半導体メモリー（例えば、ＵＳＢフラッシュドライブ、メモリーカード）である。記録媒体読み取り装置１３２の例としては、ＣＤ－ＲＯＭドライブ、ＤＶＤ－ＲＯＭドライブなどの光学ドライブや、メモリーリーダーが挙げられる。記録媒体ポート１３４の例としては、ＵＳＢポートが挙げられる。記録媒体に記憶されているプログラムおよび／またはデータは、入力装置１３０を介して動作制御部４０に導入され、記憶装置１１０の補助記憶装置１１２に格納される。出力装置１４０は、ディスプレイ装置１４１、印刷装置１４２を備えている。
【0080】
動作制御部４０は、記憶装置１１０に電気的に格納されたプログラムに含まれる命令に従って動作する。一実施形態では、動作制御部４０は、ウェーハＷの研磨開始から、ウェーハＷの膜厚が目標厚さに到達するまでの実研磨時間が、目標研磨時間に一致するために必要な目標研磨レートを決定し、目標研磨レートを達成することができる研磨面３ａの目標温度を決定し、ウェーハＷの研磨中に、流体供給システム３０を操作して熱交換器１１により研磨面３ａの温度を目標温度に変更するステップを実行する。他の実施形態では、動作制御部４０は、ウェーハＷの研磨開始から、ウェーハＷの膜厚が目標厚さに到達するまでの実研磨時間が、目標研磨時間に一致するために必要な目標研磨レートを算定し、ウェーハＷの現在の研磨レートが目標研磨レートに維持されるように、ウェーハＷの研磨中に、流体供給システム３０を操作して熱交換器１１により研磨面３ａの温度を調整するステップを実行する。
【0081】
これらステップを動作制御部４０に実行させるためのプログラムは、非一時的な有形物であるコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録され、記録媒体を介して動作制御部４０に提供される。または、プログラムは、インターネットまたはローカルエリアネットワークなどの通信ネットワークを介して動作制御部４０に提供されてもよい。
【0082】
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】
【0083】
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
１１ 熱交換器
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
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
８０ ドレッサー
８０ａ ドレッシング面
９０ 圧力室
９１ 弾性膜
９２ リテーナリング
１１０ 記憶装置
１２０ 処理装置
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
１１ 熱交換器
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
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
８０ ドレッサー
８０ａ ドレッシング面
９０ 圧力室
９１ 弾性膜
９２ リテーナリング
１１０ 記憶装置
１２０ 処理装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】