JP2011036954A - 研磨装置、研磨方法、研磨制御プログラム、及びそのプログラムを記録した記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】各研磨処理における諸条件が異なっても、各研磨時間を制御し、各被処理基板の研磨量を略一定とする。
【解決手段】研磨加工の時間経過に応じて変化する状態変数を取得する状態変数取得手段１２と、研磨加工が開始されてから所定の経過時間までの前記状態変数の平均値と研磨レートとの相関式を記憶する記憶手段２２と、被処理基板に対する研磨加工動作を制御する制御手段２０とを備え、前記制御手段は、研磨加工が開始されてから所定の経過時間における前記状態変数の平均値と前記相関式とを用いて研磨レートを算出し、算出された研磨レートに基づき加工終了までの時間を決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば半導体ウエハ等の被処理基板の表面を研磨加工する研磨装置、研磨方法、研磨制御プログラム、及びそのプログラムを記録した記録媒体に関する。

半導体ウエハの製造工程において、ウエハ表面を鏡面に仕上げるために、一般にＣＭＰ（化学的機械的研磨）が用いられている。このＣＭＰにおいては、例えば片面研磨の場合、回転可能な定盤の上面に研磨布を貼付し、これに対向して配置された回転可能な研磨ヘッドに半導体ウエハを保持する。そして、研磨ヘッドに保持されたウエハを定盤上の研磨布に押圧し、研磨剤を供給しながら、定盤と研磨ヘッドとを同方向または逆方向に回転させ、ウエハの一面側が研磨される。

ところで、このようなウエハの研磨加工においては、従来、一つの装置で順に研磨処理を行う複数のウエハに対して、研磨時間が一定となされ、研磨布の交換は、その使用回数に基づき行われている。
しかしながら、そのような従来の管理方法にあっては、研磨布の目詰まりにより研磨速度が低下し、ウエハ間において所定時間内の研磨量の誤差が大きくなるという課題があった。

このような課題に対し、特許文献１には、研磨中の研磨布の温度変化を検出し、その温度変化の積分値により研磨時間を制御するウエハの研磨方法が開示されている。
即ち、図１２のグラフに示すように、目詰まりの無い研磨布を用いた場合の、所望の研磨量に応じた温度上昇の積分値Ｓ₀を予め求めておき、研磨中の温度変化に伴う積分値Ｓ₁が、Ｓ₁＝Ｓ₀となるまで研磨することにより研磨量を一定とするものである。
特許文献１に記載の研磨方法によれば、研磨布の目詰まりによる研磨速度の変化に影響されることなく、研磨量の誤差、ばらつきを低減することができる。

特開２００５−２６８３３０号公報

しかしながら、特許文献１に開示された研磨方法にあっては、研磨加工を行う際の研磨ヘッドの圧力変化、徐々に上昇する装置温度等の諸条件（ノイズと呼ぶ）が、指標とする温度の積分値Ｓ₀を測定した際の諸条件に一致していなければ、研磨量の誤差が大きくなる虞があった。
即ち、ウエハの研磨量に影響する要素としては、研磨布の目詰まりだけではなく、その都度生じるノイズがあり、そのようなノイズの影響を精度よく研磨時間の制御に取り込むのは困難であるという課題があった。

本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、複数の被処理基板に対し順に研磨処理を行う研磨装置において、各研磨処理における諸条件が異なっても、各研磨時間を制御し、各被処理基板の研磨量を略一定とすることのできる研磨装置、研磨方法、研磨制御プログラム、及びそのプログラムを記録した記録媒体を提供することを目的とする。

前記した課題を解決するために、本発明に係る研磨装置は、研磨布が貼付された定盤と、被処理基板を保持する基板保持手段と、前記被処理基板が前記研磨布に所定の荷重で押圧された状態とする荷重手段と、前記定盤と前記基板保持手段に保持された被処理基板とを相対的に回転させる回転駆動手段とを備え、前記被処理基板が前記研磨布に押圧されつつ摺接し、被処理面の研磨加工がなされる研磨装置であって、研磨加工の時間経過に応じて変化する状態変数を取得する状態変数取得手段と、研磨加工が開始されてから所定の経過時間までの前記状態変数の平均値と研磨レートとの相関式を記憶する記憶手段と、被処理基板に対する研磨加工動作を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、研磨加工が開始されてから所定の経過時間までの前記状態変数の平均値と前記相関式とを用いて研磨レートを算出し、算出された研磨レートに基づき加工終了までの時間を決定することに特徴を有する。
尚、前記状態変数取得手段は、前記定盤に貼付された研磨布の温度を状態変数として検出することが望ましい。
或いは、前記状態変数取得手段は、前記回転駆動手段の負荷電流を状態変数として検出するように構成してもよい。

このように構成された研磨装置によれば、制御手段において、研磨加工開始から所定の経過時間までの研磨布の平均温度が求められ、その平均温度に基づく研磨レートが前記平均温度との相関式により算出される。そして、研磨レートにより残る加工時間が求められ、得られた残加工時間に基づき半導体ウエハの研磨加工が行われる。
即ち、研磨処理中に実際の研磨レートを得ることができるため、研磨処理ごとに異なるノイズ（装置温度、研磨ヘッドの圧力等）が生じても、各研磨処理における研磨量をほぼ一定とすることができる。

また、前記制御手段は、研磨加工が開始されてから所定の経過時間までの前記状態変数の平均値と所定の閾値とを比較することにより、前記相関式を用いた研磨レートの算出を行うか否かを決定することが望ましい。
また、より正確な研磨レートを得るために、前記制御手段は、研磨加工が開始されてから複数の経過時間ごとに、前記状態変数の平均値と、各経過時間に対応して設定された閾値とを比較し、各経過時間に対応して設定された前記相関式を用いた研磨レートの算出を行うか否かを決定することが望ましい。
このように所定の経過時間において、測定平均温度と閾値とを比較し、その結果に基づき研磨レートの算出を行うか否かを判定することにより、研磨布の温度が異常値である場合の適切な対応が可能となる。
さらには、複数の経過時間ごとに閾値との比較を行うことにより、より正確な研磨レートを得ることができ、加工時間の制御を高精度に行うことができる。

また、前記した課題を解決するために、本発明に係る研磨方法は、前記被処理基板の被処理面を定盤に貼付された研磨布に押圧しながら摺接させ、被処理面の研磨加工を行う研磨方法であって、定盤に貼付された研磨布に、基板保持手段に保持された被処理基板を所定の荷重で押圧するステップと、前記被処理基板が前記定盤に押圧された状態で、前記被処理基板と前記定盤とを相対的に回転させるステップと、研磨加工の時間経過に応じて変化する状態変数を取得するステップと、研磨加工が開始されてから所定の経過時間までの前記状態変数の平均値を算出するステップと、前記状態変数の平均値と研磨レートとの相関式を用い、研磨レートを算出するステップと、前記算出された研磨レートに基づき加工終了までの時間を決定するステップとを実行することに特徴を有する。
尚、研磨加工の時間経過に応じて変化する状態変数を取得するステップにおいて、前記取得される状態変数は、前記定盤に貼付された研磨布の温度であることが望ましい。
或いは、研磨加工の時間経過に応じて変化する状態変数を取得するステップにおいて、前記取得される状態変数は、前記被処理基板と前記定盤とを相対的に回転駆動させる際に生じる負荷電流であることが望ましい。

このような研磨方法によれば、研磨加工開始から所定の経過時間までの研磨布の平均温度が求められ、その平均温度に基づく研磨レートが前記平均温度との相関式により算出される。そして、研磨レートにより残る加工時間が求められ、得られた残加工時間に基づき半導体ウエハの研磨加工が行われる。
即ち、研磨処理中に実際の研磨レートを得ることができるため、研磨処理ごとに異なるノイズ（装置温度、研磨ヘッドの圧力等）が生じても、各研磨処理における研磨量をほぼ一定とすることができる。

また、前記研磨加工が開始されてから所定の経過時間までの前記状態変数の平均値を算出するステップの後に、前記状態変数の平均値と所定の閾値とを比較することにより、前記相関式を用いた研磨レートの算出を行うか否かを決定するステップを実行することが望ましい。
また、より正確な研磨レートを得るために、前記研磨加工が開始されてから複数の経過時間ごとに、前記状態変数の平均値を算出するステップと、前記状態変数の平均値と、各経過時間に対応して設定された閾値とを比較し、各経過時間に対応して設定された前記相関式を用いた研磨レートの算出を行うか否かを決定するステップとを実行することが望ましい。
このように所定の経過時間において、測定平均温度と閾値とを比較し、その結果に基づき研磨レートの算出を行うか否かを判定することにより、研磨布の温度が異常値である場合の適切な対応が可能となる。
さらには、複数の経過時間ごとに閾値との比較を行うことにより、より正確な研磨レートを得ることができ、加工時間の制御を高精度に行うことができる。

また、前記した課題を解決するために、本発明に係る研磨制御プログラムは、研磨布が貼付された定盤と、被処理基板を保持する基板保持手段と、前記被処理基板が前記研磨布に所定の荷重で押圧された状態とする荷重手段と、前記定盤と前記基板保持手段に保持された被処理基板とを相対的に回転させる回転駆動手段と、研磨加工の時間経過に応じて変化する状態変数を取得する状態変数取得手段と、研磨加工が開始されてから所定の経過時間までの前記状態変数の平均値と研磨レートとの相関式を記憶する記憶手段と、被処理基板に対する研磨加工動作を制御するコンピュータとを備え、前記被処理基板が前記研磨布に押圧されつつ摺接し、被処理面の研磨加工がなされる研磨装置において、前記コンピュータを、研磨加工が開始されてから所定の経過時間における前記状態変数の平均値を算出する手段と、前記状態変数の平均値と研磨レートとの相関式を用い、研磨レートを算出する手段と、前記算出された研磨レートに基づき加工終了までの時間を決定する手段として機能させることに特徴を有する。
尚、前記状態変数取得手段は、前記定盤に貼付された研磨布の温度を状態変数として検出することが望ましい。
或いは、前記状態変数取得手段は、前記回転駆動手段の負荷電流を状態変数として検出することが望ましい。

このようなプログラムを実行することにより、研磨加工開始から所定の経過時間までの研磨布の平均温度が求められ、その平均温度に基づく研磨レートが前記平均温度との相関式により算出される。そして、研磨レートにより残る加工時間が求められ、得られた残加工時間に基づき半導体ウエハの研磨加工が行われる。
即ち、研磨処理中に実際の研磨レートを得ることができるため、研磨処理ごとに異なるノイズ（装置温度、研磨ヘッドの圧力等）が生じても、各研磨処理における研磨量をほぼ一定とすることができる。

また、前記コンピュータを、研磨加工が開始されてから所定の経過時間までの前記状態変数の平均値と所定の閾値とを比較する手段として機能させ、その比較結果に基づき前記相関式を用いた研磨レートの算出を行う手段として機能させるか否かを決定することが望ましい。
また、より正確な研磨レートを得るために、前記コンピュータは、研磨加工が開始されてから複数の経過時間ごとに、前記状態変数の平均値と、各経過時間に対応して設定された閾値とを比較する手段として機能させ、その比較結果に基づき、各経過時間に対応して設定された前記相関式を用いた研磨レートの算出を行う手段として機能させるか否かを決定することが望ましい。
このように所定の経過時間において、測定平均温度と閾値とを比較し、その結果に基づき研磨レートの算出を行うか否かを判定することにより、研磨布の温度が異常値である場合の適切な対応が可能となる。
さらには、複数の経過時間ごとに閾値との比較を行うことにより、より正確な研磨レートを得ることができ、加工時間の制御を高精度に行うことができる。

本発明によれば、複数の被処理基板に対し順に研磨処理を行う研磨装置において、各研磨処理における諸条件が異なっても、各研磨時間を制御し、各被処理基板の研磨量を略一定とすることのできる研磨装置、研磨方法、研磨制御プログラム、及びそのプログラムを記録した記録媒体を得ることができる。

図１は、本発明の研磨装置の構成を模式的に示すブロック図である。 図２は、本発明に係る第一の実施の形態において、図１の研磨装置が有するコンピュータプログラムの処理手順を示すフローである。 図３は、研磨加工開始から２０分経過時の研磨布の平均温度と研磨レートとの関係を示すグラフである。 図４は、本発明に係る第二の実施の形態において、図１の研磨装置が有するコンピュータプログラムの処理手順を示すフローである。 図５は、研磨加工開始から２０分、３０分、３６分、４２分経過時の各研磨布の平均温度と研磨レートとの関係を示すグラフである。 図６は、研磨加工開始から２０分経過時の回転駆動部の平均負荷電流と研磨レートとの関係を示すグラフである。 図７は、本発明の研磨装置の構成の変形例を模式的に示すブロック図である。 図８は、本発明の実施例１の結果を示すグラフである。 図９は、本発明の実施例２の結果を示すグラフである。 図１０は、本発明の実施例３の結果を示すグラフである。 図１１は、比較例の結果を示すグラフである。 図１２は、従来の研磨方法を説明するためのグラフである。

以下、本発明の研磨装置、研磨方法及び研磨制御プログラムに係る実施の形態について、図面に基づき説明する。
まず、本発明に係る第一の実施の形態について説明する。図１は、本発明の研磨装置の構成を模式的に示すブロック図である。
図１に示す研磨装置１は、被処理基板である半導体ウエハの両面を同時に鏡面研磨加工する装置であり、複数の半導体ウエハを同時に処理（バッチ処理）する装置構成となっている。

この研磨装置１は、上定盤２と下定盤３とを備え、それらの対向面には、半導体ウエハの両面を研磨するための研磨布４，５がそれぞれ貼付されている。前記上定盤２と下定盤３との間には、それぞれ複数の半導体ウエハＷを保持する複数のキャリアプレート６ａ（基板保持手段）が配置される。各キャリアプレート６ａが保持する半導体ウエハＷの上下面は、前記研磨布４，５に臨む状態になされている。

また、上定盤２は昇降駆動部７（荷重手段）により昇降移動可能に設けられ、研磨加工の際には、前記昇降駆動部７が上定盤２を下降移動させ、各キャリアプレート６ａは、上下の定盤に挟まれて所定の圧力で押圧されるようになされている。
一方、ウエハの搬入出時、メンテナンスの際等には、上定盤２は昇降駆動部７により下定盤３に対して上昇移動される。
尚、この昇降駆動部７の駆動は、演算部（ＣＰＵ）２１を有する制御部２０（制御手段、コンピュータ）からの命令信号に基づき制御される。

また、前記上定盤２及び下定盤３の中心部には、それら定盤２，３に挿通され、回転駆動部８の駆動により軸周りに回転する回転軸９（回転駆動手段）が設けられている。尚、回転駆動部８の制御は、制御部２０により行われる。
前記複数のキャリアプレート６ａは前記回転軸９を中心とする一円周上に配置され、その内周部が、回転軸９の周囲に設けられたサンギア６ｂに噛合するようになされている。
また、回転軸９を中心として、前記複数のキャリアプレート６ａの外周には、それら全体を取り囲むように環状のインターナルギア６ｃが設けられ、各キャリアプレート６ａの外周部に噛合するようになされている。尚、インターナルギア６ｃは回転駆動部８の駆動により回転軸９と共に回転するようになされている。
したがって、回転軸９が軸周りに回転すると、定盤２，３に挟まれた複数のキャリアプレート６ａがそれぞれ自転しながら回転軸９の周りを公転する（即ち、定盤２，３とウエハとが相対的に回転する）ように構成されている。

また、上定盤２には、キャリアプレート６ａの研磨面に研磨液を供給する研磨液供給管１０が設けられ、この研磨液供給管１０には、研磨液貯留タンクやポンプ等からなる研磨液供給部１１により研磨液が供給されるようになされている。
また、上定盤２には、研磨布４の温度（状態変数）を検出する例えば熱電対からなる温度センサ１２（状態変数取得手段）が設けられ、温度センサ１２の出力は、測定部１３によって測定され、制御部２０に出力されるように構成されている。

このように構成された研磨装置１においては、各キャリアプレート６ａに研磨前の半導体ウエハＷが設置されると、制御部２０の制御により、上定盤２が下降移動される。そして、キャリアプレート６ａに保持された半導体ウエハＷが上定盤２及び下定盤３により挟まれ、所定の荷重で押圧された状態となされる。
次いで、回転軸９が回転駆動され、研磨液供給管１０から研磨液が供給されつつ各キャリアプレート６ａが自転しながら回転軸９の周りを回転する。これにより、半導体ウエハＷの両面が研磨布４，５によって同時に研磨される。

また、この研磨装置１にあっては、前記したように複数の半導体ウエハＷを同時に研磨処理する、所謂バッチ処理を行い、さらに同じ研磨布４，５を用いて連続して複数回のバッチ処理が行われる。
このため、研磨布４，５の目詰まり等の影響により、各バッチ処理における研磨レート（単位時間あたりの研磨量）が大きく異なることが予測される。
したがって、本発明の研磨方法にあっては、各バッチ処理における研磨レートを研磨加工中に求め、その研磨レートに基づき各バッチ処理の研磨時間が決定される。具体的には、制御部２０が有する記憶手段２２に記録されたコンピュータプログラムＰ（研磨制御プログラム）の処理に従い、各バッチ処理における研磨時間が決定される。

続いて、このコンピュータプログラムＰの処理を用いた研磨制御について、図２のフローを用いて詳細に説明する。
先ず、下定盤３に対し上定盤２が上方に移動配置されている状態で、各キャリアプレート６ａに半導体ウエハＷが設置されると、制御部２０の制御により昇降駆動部７を駆動させ、上定盤２を下降移動させて上定盤２と下定盤３とによりキャリアプレート６ａを挟み込み、キャリアプレート６ａに保持された半導体ウエハＷを徐々に押圧する。
ここで、キャリアプレート６ａに保持された半導体ウエハＷに対する荷重が所定値（例えば、面圧３０ＫＰａ）に達すると、制御部２０は上定盤２の下降移動を停止する（図２のステップＳ１）。即ち、キャリアプレート６ａに保持された半導体ウエハＷの両面には、上定盤２に貼付された研磨布４及び下定盤３に貼付された研磨布５から所定荷重が加圧された状態となされる。

次いで、制御部２０は、回転駆動部８により回転軸９を回転開始させ、これによりキャリアプレート６ａが上定盤２と下定盤３との間で回転軸９の周りを回転する。また、これにより半導体ウエハＷの両面に研磨布４，５が摺接し、両面研磨加工が開始される（図２のステップＳ２）。

また、研磨加工開始と同時に、温度センサ１２により上定盤２に貼付された研磨布４の温度が検出開始され、測定部１３によって検出温度の信号が、制御部２０に供給される。
さらには、コンピュータプログラムＰが起動され、前記測定部１３から入力される温度情報が、研磨レートを求めるために使用される。

研磨加工が開始されてから所定時間、例えば１０分が経過すると、プログラムＰは、その間の研磨布４の平均温度を算出し、その温度が所定の閾値（例えば５８．３℃）よりも低いか否かを判定する（図２のステップＳ３）。
ここで、測定平均温度が閾値よりも低ければ、正常に次のステップに進み、一方、閾値よりも高ければ、研磨布４が異常に高温度であるため、加工終了となる（図２のステップＳ８）。
尚、このように研磨布４の温度が正常範囲か異常であるかを閾値と比較することによって判定するステップは、例えば所定経過時間ごとに複数回行うことが望ましい。

前記ステップＳ３において、測定温度が閾値よりも低い場合、さらに研磨加工が進められる。そして、加工開始から所定時間、例えば２０分が経過すると、プログラムＰは、その間（例えば、０から２０分間）の研磨布４の平均温度を算出し、その温度が所定の閾値（例えば１６．７℃）よりも高いか否かを判定する（図２のステップＳ４）。
ここで、測定平均温度が閾値よりも高ければ、正常に次のステップに進み、一方、閾値よりも低ければ、研磨布４が異常に低温度であるため、所定時間（例えば７０分間）の経過後（図２のステップＳ９）、加工終了となり（図２のステップＳ１０）、さらにモニタ（図示せず）にエラー表示が行われる（図２のステップＳ１１）。

前記ステップＳ４において、測定温度が閾値よりも高い場合、さらに研磨加工が進められる。
そして、前記算出された加工開始後２０分間の平均温度に基づき、研磨レートを算出する（図２のステップＳ５）。この研磨レートの算出においては、予め設定された演算式（相関式）に前記平均温度の値を代入することにより求められる。

具体的に説明すると、本願発明者は、図３のグラフに示すように、研磨布４の平均温度（℃）の変化に比例して、研磨レート（μｍ／ｍｉｎ）の値も上昇することを知見するに至った。
即ち、所定の経過時間における多数の試行データを事前にサンプリングすることにより、研磨布４の平均温度と研磨レートとの相関式（近似式）を求めることができる。
例えば、研磨レートをｒ、所定の経過時間までの平均温度をｔ、係数をａ，ｂをとすれば、所定の経過時間における平均温度と研磨レートとの相関式（１）を得ることができる。

（数１）
ｒ＝ａ＋ｂ×ｔ ・・・（１）

したがって、この式（１）をプログラムＰが用いる演算式として予め設定しておくことにより、２０分間の平均温度に基づく研磨レートを容易に得ることができる。
なお、このような事前のサンプリングは、同一研磨装置において行うことが好ましい。

このようにして研磨レートが得られると、制御部２０は、それまでの（加工開始後２０分間の）研磨量を算出し、さらに、その研磨量に基づき、残る研磨量及び加工時間を算出する（図２のステップＳ６）。
そして、制御部２０は、前記算出された加工時間の間、回転駆動部８を回転駆動させ（図２のステップＳ７）、その時間が経過すると回転駆動部８を停止し、加工終了となる（図２のステップＳ８）。

以上のように本発明に係る第一の実施の形態によれば、研磨加工開始から所定の経過時間までの研磨布の平均温度を求め、その平均温度に基づく研磨レートを、事前にサンプリングされた研磨レートと前記平均温度との相関式により算出する。そして、研磨レートにより残る加工時間が求められ、得られた残加工時間に基づき半導体ウエハＷの研磨加工が行われる。
即ち、研磨処理中に実際の研磨レートを得ることができるため、研磨処理ごとに異なるノイズ（装置温度、研磨ヘッドの圧力等）が生じても、各研磨処理における研磨量をほぼ一定とすることができる。

続いて、本発明に係る第二の実施の形態について説明する。
この第二の実施の形態においては、その装置のハードウエア構成は前記第一の実施の形態と同様の構成を適用することができる。このため、以下にあっては、図１を用いて説明を行うと共に、その装置構成の詳細な説明については省略する。

本発明に係る第二の実施の形態にあっては、前記した第一の実施の形態と、制御部２０により実行されるコンピュータプログラムＰの処理内容が異なる。
以下、そのプログラム処理について図４のフローに基づき説明する。
先ず、下定盤３に対し上定盤２が上方に移動配置されている状態で、各キャリアプレート６ａに半導体ウエハＷが設置されると、制御部２０の制御により昇降駆動部７を駆動させ、上定盤２を下降移動させて上定盤２と下定盤３とによりキャリアプレート６ａを挟み込み、キャリアプレート６ａに保持された半導体ウエハＷを徐々に押圧する。

ここで、キャリアプレート６ａに保持された半導体ウエハＷに対する荷重が所定値（例えば、面圧３０ＫＰａ）に達すると、制御部２０は上定盤２の下降移動を停止する（図４のステップＳｔ１）。
即ち、キャリアプレート６ａに保持された半導体ウエハＷの両面には、上定盤２に貼付された研磨布４及び下定盤３に貼付された研磨布５から前記所定の荷重が加圧された状態となされる。
次いで、制御部２０は、回転駆動部８により回転軸９を回転開始させ、これによりキャリアプレート６ａが上定盤２と下定盤３との間で回転軸９の周りを回転する。また、これにより半導体ウエハＷの両面に研磨布４，５が摺接し、両面研磨加工が開始される（図４のステップＳｔ２）。

また、研磨加工開始と同時に、温度センサ１２により上定盤２に貼付された研磨布４の温度が検出開始され、測定部１３によって検出温度の信号が、制御部２０に供給される。
さらには、コンピュータプログラムＰが起動され、前記測定部１３から入力される温度情報が研磨レートを求めるため使用される。

加工開始から所定時間、例えば１０分が経過すると、プログラムＰは、その間の研磨布４の平均温度を算出し、その温度が所定の閾値（例えば５８．３℃）よりも低いか否かを判定する（図４のステップＳｔ３）。
ここで、測定平均温度が閾値よりも低ければ、正常に次のステップに進み、一方、閾値よりも高ければ、研磨布４が異常に高温度であるため、加工終了となる（図４のステップＳｔ１８）。

前記ステップＳｔ３において、測定温度が閾値よりも低い場合、さらに研磨加工が進められる。そして、加工開始から所定時間、例えば２０分が経過すると、プログラムＰは、その間（例えば、０から２０分間）の研磨布４の平均温度を算出し、その温度が所定の閾値（例えば３４．０℃）よりも高いか否かを判定する（図４のステップＳｔ４）。

ここで、測定平均温度が閾値よりも低ければ、正常に次のステップに進み、一方、閾値よりも高ければ、研磨布４が異常に高温度であるため、加工終了となる（図４のステップＳｔ１８）。
前記ステップＳｔ４において、測定平均温度が閾値（例えば３４．０℃）よりも低い場合、さらに、その測定平均温度は、さらに低い閾値（例えば２３．９℃）と比較される（図４のステップＳｔ５）。

ここで、測定平均温度が閾値よりも低ければ、研磨布４の温度は、その後も装置温度の変化等のノイズの影響を受ける可能性があるため、より正確な研磨レートを得るために次のステップＳｔ６に進む。一方、閾値よりも高ければ、加工開始後２０分間の平均温度に基づき、研磨レートを算出する（図４のステップＳｔ１２）。
この研磨レートの算出においては、前記した第一の実施の形態と同様に、事前にサンプリングされた例えば図５のグラフに示される加工後２０分の平均温度と研磨レートとの相関データに基づき設定された相関式に前記平均温度の値を代入することにより求められる。

このようにして研磨レートが得られると、制御部２０は、それまでの（加工開始後２０分間の）研磨量を算出し、さらに、その研磨量に基づき、残る研磨量及び加工時間を算出する（図４のステップＳｔ１６）。
そして、制御部２０は、前記算出された加工時間の間、回転駆動部８を回転駆動させ（図４のステップＳｔ１７）、その時間が経過すると回転駆動部８を停止し、加工終了となる（図４のステップＳｔ１８）。

前記ステップＳｔ５において、測定平均温度が比較温度よりも低い場合、さらに研磨加工が進められる。そして、加工開始から所定時間、例えば３０分が経過すると、プログラムＰは、その間の研磨布４の平均温度を算出し、その温度が所定の閾値（例えば２２．２℃）よりも高いか否かを判定する（図４のステップＳｔ６）。

ここで、測定平均温度が閾値よりも低ければ、研磨布４の温度は、その後も装置温度の変化等のノイズの影響を受ける可能性があるため、より正確な研磨レートを得るために次のステップＳｔ７に進む。一方、閾値よりも高ければ、加工開始後３０分間の平均温度に基づき、研磨レートを算出する（図４のステップＳｔ１３）。この研磨レートの算出においては、例えば図５のグラフに示される加工後３０分の平均温度と研磨レートとの相関データに基づき設定された相関式に前記平均温度の値を代入することにより求められる。

このようにして研磨レートが得られると、制御部２０は、それまでの（加工開始後３０分間の）研磨量を算出し、さらに、その研磨量に基づき、残る研磨量及び加工時間を算出する（図４のステップＳｔ１６）。
そして、制御部２０は、前記算出された加工時間の間、回転駆動部８を回転駆動させ（図４のステップＳｔ１７）、その時間が経過すると回転駆動部８を停止し、加工終了となる（図４のステップＳｔ１８）。

前記ステップＳｔ６において、測定平均温度が閾値よりも低い場合、さらに研磨加工が進められる。そして、加工開始から所定時間、例えば３６分が経過すると、プログラムＰは、その間の研磨布４の平均温度を算出し、その温度が所定の閾値（例えば２１．１℃）よりも高いか否かを判定する（図４のステップＳｔ７）。

ここで、測定平均温度が閾値よりも低ければ、研磨布４の温度は、その後も装置温度の変化等のノイズの影響を受ける可能性があるため、より正確な研磨レートを得るために次のステップＳｔ８に進む。一方、閾値よりも高ければ、加工開始後３６分間の平均温度に基づき、研磨レートを算出する（図４のステップＳｔ１４）。この研磨レートの算出においては、例えば図５のグラフに示される加工後３６分の平均温度と研磨レートとの相関データに基づき設定された相関式に前記平均温度の値を代入することにより求められる。

このようにして研磨レートが得られると、制御部２０は、それまでの（加工開始後３６分間の）研磨量を算出し、さらに、その研磨量に基づき、残る研磨量及び加工時間を算出する（図４のステップＳｔ１６）。
そして、制御部２０は、前記算出された加工時間の間、回転駆動部８を回転駆動させ（図４のステップＳｔ１７）、その時間が経過すると回転駆動部８を停止し、加工終了となる（図４のステップＳｔ１８）。

前記ステップＳｔ７において、測定平均温度が閾値よりも低い場合、さらに研磨加工が進められる。そして、加工開始から所定時間、例えば４２分が経過すると、プログラムＰは、その間の研磨布４の平均温度を算出し、その温度が所定の閾値（例えば１７．８℃）よりも高いか否かを判定する（図４のステップＳｔ８）。
ここで、測定平均温度が閾値よりも低ければ、温度が異常に低いと判断され、所定時間（例えば７０分間）の経過後（図４のステップＳｔ９）、加工終了となり（図４のステップＳｔ１０）、さらにモニタ（図示せず）にエラー表示が行われる（図４のステップＳｔ１１）。

一方、比較温度よりも高ければ、加工開始後４２分間の平均温度に基づき、研磨レートを算出する（図４のステップＳｔ１５）。この研磨レートの算出においては、例えば図５のグラフに示される加工後４２分の平均温度と研磨レートとの相関データに基づき設定された相関式に前記平均温度の値を代入することにより求められる。

このようにして研磨レートが得られると、制御部２０は、それまでの（加工開始後４２分間の）研磨量を算出し、さらに、その研磨量に基づき、残る研磨量及び加工時間を算出する（図４のステップＳｔ１６）。
そして、制御部２０は、前記算出された加工時間の間、回転駆動部８を回転駆動させ（図４のステップＳｔ１７）、その時間が経過すると回転駆動部８を停止し、加工終了となる（図４のステップＳｔ１８）。

以上のように本発明に係る第二の実施の形態によれば、研磨加工開始から複数の経過時間ごとに研磨布の平均温度と閾値とを比較していくことにより、研磨レートを得るために適正な研磨布の平均温度が求められる。
そして、得られた平均温度に基づく研磨レートを前記平均温度との相関式により算出し、研磨レートにより残る加工時間が求められ、得られた残加工時間に基づき半導体ウエハの研磨加工が行われる。
即ち、研磨処理中において、より正確な実際の研磨レートを得ることができるため、研磨処理ごとに異なるノイズ（装置温度、研磨ヘッドの圧力等）が生じても、各研磨処理における研磨量をほぼ一定とすることができる。

尚、前記第一、第二の実施の形態においては、研磨加工開始後の時間経過に伴い、値が上昇する状態変数として、上定盤２に貼付された研磨布４の温度を用いたが、本発明にあっては、それに限定されるものではない。
例えば、図６のグラフに示すように、回転駆動部８の負荷電流値を状態変数として用いてもよい。
この場合、装置構成としては、図７のブロック図に示すように、回転駆動部８に発生する負荷電流値を検出し、制御部２０に負荷電流値情報を供給するようにすればよい。
また、コンピュータプログラムＰの処理内容としては、図２或いは図４に示したフローにおいて設定される温度の閾値を電流値の閾値に置き換えればよい。

また、前記実施の形態においては、上定盤２と下定盤３とにより挟まれたキャリアプレート６ａを回転させる構成としたが、本発明においては、その構成に限定されず、上定盤２及び（或いは）下定盤３が回転する構成にも適用することができる。
また、研磨布を貼設された下定盤に対向して研磨ヘッドを配置し、研磨ヘッドに保持されたウエハを定盤上の研磨布に押圧しながら研磨する、所謂片面研磨装置にも本発明を適用することができる。

本発明に係る研磨装置及び研磨方法について、実施例に基づきさらに説明する。本実施例では、前記実施の形態に従い半導体ウエハの両面研磨加工を行い、本発明の効果を検証した。

〔実施例１〕
実施例１では、前記第一の実施の形態において示した図２のフローに基づき半導体ウエハの研磨加工を行い、その研磨量を測定することにより、バッチ処理間での研磨量を一定に保つことができるかを検証した。
即ち、研磨開始から２０分経過後の上定盤の研磨布平均温度に基づき、予め設定した相関式から研磨レートを求め、その研磨レートに基づき加工終了までの時間を決定した。
連続して研磨加工を試行するバッチ数は５回とした。
図８のグラフに実施例１の結果を示す。尚、図８において、横軸は試行したバッチの順番を示し、１回目のバッチを１Ｂとして表し、５回目の５Ｂまで順に示している。
図８のグラフに示されるように、５回の試行を通じて１バッチ目からの変化量（μｍ）は±０．２μｍの範囲となり、ばらつきを抑えることができた。

〔実施例２〕
実施例２では、前記第二の実施の形態において示した図４のフローに基づき半導体ウエハの研磨加工を行い、その研磨量を測定することにより、バッチ処理間での研磨量を一定に保つことができるかを検証した。
即ち、研磨開始から２０分、３０分、３６分、４２分経過後の上定盤の研磨布平均温度に基づき、それぞれの温度に対応して予め設定した相関式から研磨レートを求め、その研磨レートに基づき加工終了までの時間を決定した。
連続して研磨加工を試行するバッチ数は５回とした。
図９のグラフに実施例２の結果を示す。尚、図９において、横軸は試行したバッチの順番を示し、１回目のバッチを１Ｂとして表し、５回目の５Ｂまで順に示している。
図９のグラフに示されるように、１バッチ目からの変化量（μｍ）は０．０〜＋０．２μｍの範囲となり、ばらつきを抑えることができた。

〔実施例３〕
実施例３では、図２のフローにおける状態変数（上定盤２の研磨布４の温度）を回転駆動部の負荷電流として半導体ウエハの研磨加工を行い、その研磨量を測定することにより、バッチ処理間での研磨量を一定に保つことができるかを検証した。
即ち、研磨開始から２０分経過後の回転軸の平均負荷電流に基づき、予め設定した相関式から研磨レートを求め、その研磨レートに基づき加工終了までの時間を決定した。
連続して研磨加工を試行するバッチ数は５回とした。
図１０のグラフに実施例３の結果を示す。尚、図１０において、横軸は試行したバッチの順番を示し、１回目のバッチを１Ｂとして表し、５回目の５Ｂまで順に示している。
図１０のグラフに示されるように、１バッチ目からの変化量（μｍ）は０．０〜＋０．５μｍの範囲となり、ばらつきを抑えることができた。

〔比較例〕
比較例では、前記実施例１乃至３と同様の装置構成において、加工時間を一定とし、その研磨量を測定した。
連続して研磨加工を試行するバッチ数は５回とした。
図１１のグラフに比較例の結果を示す。尚、図１１において、横軸は試行したバッチの順番を示し、１回目のバッチを１Ｂとして表し、５回目の５Ｂまで順に示している。
図１１のグラフに示されるように、１バッチ目からの変化量（μｍ）は０．０〜＋０．８μｍの範囲となり、ばらつきが生じた。

以上の実施例の結果、本発明によれば、バッチ処理間（各研磨処理間）の研磨量を略一定とすることができることを確認した。

１ 研磨装置
２ 上定盤（定盤）
３ 下定盤（定盤）
４ 研磨布
５ 研磨布
６ａ キャリアプレート（基板保持手段）
７ 昇降駆動部（荷重手段）
８ 回転駆動部（回転駆動手段）
９ 回転軸
１０ 研磨液供給管
１１ 研磨液供給部
１２ 温度センサ（状態変数取得手段）
１３ 測定部
２０ 制御部（コンピュータ、制御手段）
２１ 演算部
２２ 記憶手段
Ｐ コンピュータプログラム（研磨制御プログラム）
Ｗ 半導体ウエハ（被処理基板）

Claims (16)

1. 研磨布が貼付された定盤と、被処理基板を保持する基板保持手段と、前記被処理基板が前記研磨布に所定の荷重で押圧された状態とする荷重手段と、前記定盤と前記基板保持手段に保持された被処理基板とを相対的に回転させる回転駆動手段とを備え、前記被処理基板が前記研磨布に押圧されつつ摺接し、被処理面の研磨加工がなされる研磨装置であって、
   研磨加工の時間経過に応じて変化する状態変数を取得する状態変数取得手段と、
   研磨加工が開始されてから所定の経過時間までの前記状態変数の平均値と研磨レートとの相関式を記憶する記憶手段と、
   被処理基板に対する研磨加工動作を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、研磨加工が開始されてから所定の経過時間までの前記状態変数の平均値と前記相関式とを用いて研磨レートを算出し、算出された研磨レートに基づき加工終了までの時間を決定することを特徴とする研磨装置。
2. 前記制御手段は、研磨加工が開始されてから所定の経過時間までの前記状態変数の平均値と所定の閾値とを比較することにより、前記相関式を用いた研磨レートの算出を行うか否かを決定することを特徴とする請求項１に記載された研磨装置。
3. 前記制御手段は、研磨加工が開始されてから複数の経過時間ごとに、前記状態変数の平均値と、各経過時間に対応して設定された閾値とを比較し、各経過時間に対応して設定された前記相関式を用いた研磨レートの算出を行うか否かを決定することを特徴とする請求項２に記載された研磨装置。
4. 前記状態変数取得手段は、前記定盤に貼付された研磨布の温度を状態変数として検出することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された研磨装置。
5. 前記状態変数取得手段は、前記回転駆動手段の負荷電流を状態変数として検出することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された研磨装置。
6. 前記被処理基板の被処理面を定盤に貼付された研磨布に押圧しながら摺接させ、被処理面の研磨加工を行う研磨方法であって、
   定盤に貼付された研磨布に、基板保持手段に保持された被処理基板を所定の荷重で押圧するステップと、
   前記被処理基板が前記定盤に押圧された状態で、前記被処理基板と前記定盤とを相対的に回転させるステップと、
   研磨加工の時間経過に応じて変化する状態変数を取得するステップと、
   研磨加工が開始されてから所定の経過時間までの前記状態変数の平均値を算出するステップと、
   前記状態変数の平均値と研磨レートとの相関式を用い、研磨レートを算出するステップと、
   前記算出された研磨レートに基づき加工終了までの時間を決定するステップとを実行することを特徴とする研磨方法。
7. 前記研磨加工が開始されてから所定の経過時間までの前記状態変数の平均値を算出するステップの後に、
   前記状態変数の平均値と所定の閾値とを比較することにより、前記相関式を用いた研磨レートの算出を行うか否かを決定するステップを実行することを特徴とする請求項６に記載された研磨方法。
8. 前記研磨加工が開始されてから複数の経過時間ごとに、前記状態変数の平均値を算出するステップと、
   前記状態変数の平均値と、各経過時間に対応して設定された閾値とを比較し、各経過時間に対応して設定された前記相関式を用いた研磨レートの算出を行うか否かを決定するステップとを実行することを特徴とする請求項７に記載された研磨方法。
9. 研磨加工の時間経過に応じて変化する状態変数を取得するステップにおいて、
   前記取得される状態変数は、前記定盤に貼付された研磨布の温度であることを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれかに記載された研磨方法。
10. 研磨加工の時間経過に応じて変化する状態変数を取得するステップにおいて、
    前記取得される状態変数は、前記被処理基板と前記定盤とを相対的に回転駆動させる際に生じる負荷電流であることを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれかに記載された研磨方法。
11. 研磨布が貼付された定盤と、被処理基板を保持する基板保持手段と、前記被処理基板が前記研磨布に所定の荷重で押圧された状態とする荷重手段と、前記定盤と前記基板保持手段に保持された被処理基板とを相対的に回転させる回転駆動手段と、研磨加工の時間経過に応じて変化する状態変数を取得する状態変数取得手段と、研磨加工が開始されてから所定の経過時間までの前記状態変数の平均値と研磨レートとの相関式を記憶する記憶手段と、被処理基板に対する研磨加工動作を制御するコンピュータとを備え、前記被処理基板が前記研磨布に押圧されつつ摺接し、被処理面の研磨加工がなされる研磨装置において、
    前記コンピュータを、
    研磨加工が開始されてから所定の経過時間までの前記状態変数の平均値を算出する手段と、
    前記状態変数の平均値と研磨レートとの相関式を用い、研磨レートを算出する手段と、
    前記算出された研磨レートに基づき加工終了までの時間を決定する手段として機能させることを特徴とする研磨制御プログラム。
12. 前記コンピュータを、研磨加工が開始されてから所定の経過時間までの前記状態変数の平均値と所定の閾値とを比較する手段として機能させ、その比較結果に基づき前記相関式を用いた研磨レートの算出を行う手段として機能させるか否かを決定することを特徴とする請求項１１に記載された研磨制御プログラム。
13. 前記コンピュータは、研磨加工が開始されてから複数の経過時間ごとに、前記状態変数の平均値と、各経過時間に対応して設定された閾値とを比較する手段として機能させ、その比較結果に基づき、各経過時間に対応して設定された前記相関式を用いた研磨レートの算出を行う手段として機能させるか否かを決定することを特徴とする請求項１２に記載された研磨制御プログラム。
14. 前記状態変数取得手段は、前記定盤に貼付された研磨布の温度を状態変数として検出することを特徴とする請求項１１乃至請求項１３のいずれかに記載された研磨制御プログラム。
15. 前記状態変数取得手段は、前記回転駆動手段の負荷電流を状態変数として検出することを特徴とする請求項１１乃至請求項１３のいずれかに記載された研磨制御プログラム。
16. 前記請求項１１乃至請求項１５のいずれかに記載の研磨制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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