JP2013022664A - Polishing apparatus and polishing method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polishing apparatus and polishing method in which a temperature of a surface (polishing surface) of a polishing pad is controlled by blowing gas to the polishing pad during polishing of a substrate such as a semiconductor wafer or the like so that step difference characteristics can be improved by preventing dishing, erosion, and the like, and a polishing rate can be improved.SOLUTION: The polishing apparatus includes at least one gas ejection nozzle 22 ejecting the gas to the polishing pad 2, and a gas supply part 20 holding the at least one gas ejection nozzle 22 and supplying the gas to the gas ejection nozzle 22. When concentric circles C1 and C2 which pass points P1 and P2 disposed right below the at least one gas ejection nozzle 22, and center around the rotation center of the polishing pad 2 are drawn, and the tangent direction at the points P1 and P2 right below the concentric circles C1 and C2 is defined as the rotational tangent direction of the polishing pad 2, the gas ejection direction of the at least one gas ejection nozzle 22 is tilted toward the rotation center side of the polishing pad 2 with respect to the rotation tangent direction.

Description

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。   The present invention relates to a polishing apparatus and method for pressing a substrate such as a semiconductor wafer against a polishing pad on a polishing table and polishing the surface to be polished by relative movement of the surface to be polished and the polishing pad. The present invention relates to a polishing apparatus and method capable of controlling the temperature of the surface (polishing surface) of a polishing pad by blowing gas onto the surface.

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。   In recent years, with higher integration and higher density of semiconductor devices, circuit wiring has become increasingly finer and the number of layers of multilayer wiring has increased. When trying to realize multilayer wiring while miniaturizing the circuit, the step becomes larger while following the surface unevenness of the lower layer, so as the number of wiring layers increases, the film coverage to the step shape in thin film formation (Step coverage) deteriorates. Therefore, in order to carry out multilayer wiring, it is necessary to improve the step coverage and perform a flattening process in an appropriate process. Further, since the depth of focus becomes shallower as the optical lithography becomes finer, it is necessary to planarize the surface of the semiconductor device so that the uneven steps on the surface of the semiconductor device are kept below the depth of focus.

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（ＳｉＯ２）やセリア（ＣｅＯ２）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。 Accordingly, in the semiconductor device manufacturing process, a planarization technique for the surface of the semiconductor device is becoming increasingly important. Among the planarization techniques, the most important technique is chemical mechanical polishing (CMP). This chemical mechanical polishing uses a polishing apparatus to supply a polishing liquid containing abrasive grains such as silica (SiO 2 ) and ceria (CeO 2 ) to the polishing pad while using a substrate such as a semiconductor wafer as the polishing pad. Polishing is carried out in sliding contact.

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。   A polishing apparatus that performs the above-described CMP process includes a polishing table having a polishing pad, and a substrate holding device called a top ring or a polishing head for holding a semiconductor wafer (substrate). When polishing a semiconductor wafer (substrate) using such a polishing apparatus, a predetermined pressure is applied to the surface (polishing surface) of the polishing pad while holding the semiconductor wafer by the substrate holding apparatus. Press. At this time, the semiconductor wafer is brought into sliding contact with the polishing surface by moving the polishing table and the substrate holding device relative to each other, so that the surface of the semiconductor wafer is polished to a flat and mirror surface.

特開２００７−１８１９１０号公報JP 2007-181910 A 特許第２９９３４９７号公報Japanese Patent No. 2999397

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。 In the above-described CMP process, it is known that step characteristics such as dishing and erosion are highly dependent on the temperature of the polishing pad.
Also, the dependency of the polishing rate on the temperature of the polishing pad has been confirmed, and there is a temperature range that provides an optimal polishing rate by the CMP process, which is optimal for obtaining a long optimal polishing rate during polishing. It is necessary to maintain the temperature of the polishing pad.

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。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and by controlling the temperature of the surface (polishing surface) of the polishing pad by blowing gas onto the polishing pad during polishing of a substrate such as a semiconductor wafer, dishing, erosion, etc. It is an object of the present invention to provide a polishing apparatus and method that can improve the step characteristics while preventing the above-described problems and improve the polishing rate.

上記目的を達成するため、本発明の研磨装置の第一の態様は、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ことを特徴とする。   In order to achieve the above object, a first aspect of the polishing apparatus of the present invention is directed to a polishing pad in a polishing apparatus that presses a substrate to be polished against a polishing pad on a polishing table to polish the surface to be polished. At least one gas injection nozzle that injects gas and a gas supply unit that holds the at least one gas injection nozzle and supplies gas to the gas injection nozzle, and is provided immediately below the at least one gas injection nozzle. When a concentric circle passing through a point and centering on the rotation center of the polishing pad is drawn and a tangential direction at the point immediately below the concentric circle is defined as a rotation tangential direction of the polishing pad, the gas injection direction of the at least one gas injection nozzle is The polishing pad is inclined toward the center of rotation of the polishing pad with respect to the rotational tangential direction.

本発明の研磨装置によれば、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。   According to the polishing apparatus of the present invention, during polishing of a substrate such as a semiconductor wafer, gas is supplied from the gas supply unit to at least one gas injection nozzle, and the gas is injected from the at least one gas injection nozzle toward the polishing pad. By doing so, the surface (polishing surface) of the polishing pad can be cooled. Therefore, the surface of the polishing pad can be controlled to an optimum temperature in accordance with the CMP process, the polishing rate can be improved, and dishing and erosion can be prevented to improve the step characteristics.

本発明においては、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。   In the present invention, a concentric circle is drawn around each of the points immediately below the at least one gas injection nozzle and centered on the center of rotation of the polishing pad, and the tangential direction at the point immediately below the concentric circle is defined as the rotational tangential direction of the polishing pad. When defined, the gas injection direction of at least one gas injection nozzle is inclined toward the rotation center side of the polishing pad with respect to the rotation tangential direction. Thus, the polishing pad can be cooled with a high cooling capacity by tilting the gas injection direction of at least one gas injection nozzle toward the rotation center side of the polishing pad with respect to the rotational tangential direction. This is because the substrate polishing region on the polishing pad is donut-shaped (annular), and the nozzle is tilted toward the rotation center side of the polishing pad with respect to the rotation tangential direction so that gas can be injected along the donut-shaped region. This is for efficiently cooling the substrate polishing region.

本発明の研磨装置の第二の態様は、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ことを特徴とする。   According to a second aspect of the polishing apparatus of the present invention, in the polishing apparatus for pressing the substrate to be polished against the polishing pad on the polishing table and polishing the surface to be polished, at least one of jetting gas toward the polishing pad. Two gas injection nozzles, and a gas supply unit that holds the at least one gas injection nozzle and supplies gas to the gas injection nozzle, and the gas injection direction of the at least one gas injection nozzle is the same as that of the polishing pad. The polishing pad is not perpendicular to the surface but is inclined toward the rotational direction of the polishing pad.

本発明の研磨装置によれば、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。   According to the polishing apparatus of the present invention, during polishing of a substrate such as a semiconductor wafer, gas is supplied from the gas supply unit to at least one gas injection nozzle, and the gas is injected from the at least one gas injection nozzle toward the polishing pad. By doing so, the surface (polishing surface) of the polishing pad can be cooled. Therefore, the surface of the polishing pad can be controlled to an optimum temperature in accordance with the CMP process, the polishing rate can be improved, and dishing and erosion can be prevented to improve the step characteristics.

本発明においては、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。   In the present invention, the gas injection direction of the at least one gas injection nozzle is not perpendicular to the surface of the polishing pad, but is inclined to the rotation direction side of the polishing pad. Thus, the polishing pad can be cooled with high cooling capacity by inclining the gas injection direction of at least one gas injection nozzle toward the rotation direction of the polishing pad. This is because the sprayed area can be secured larger by tilting than in the vertical case. In addition, when sprayed vertically, there is a concern about slurry scattering due to rebounding, but slanting can suppress slurry scattering. Furthermore, by inclining the gas injection direction toward the rotation direction of the polishing pad, the influence of the gas injection on the slurry flow can be reduced.

本発明の好ましい態様によれば、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ことを特徴とする。
本発明によれば、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。 According to a preferred aspect of the present invention, the height of the at least one gas injection nozzle from the surface of the polishing pad can be adjusted.
According to the present invention, the gas injection nozzle can be disposed at an optimum height position by adjusting the height of the gas injection nozzle from the surface of the polishing pad. Therefore, the polishing pad can be cooled with a high cooling capacity.

本発明の好ましい態様によれば、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°に設定されていることを特徴とする。
本発明によれば、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。 According to a preferred aspect of the present invention, an angle of the gas injection direction of the gas injection nozzle with respect to the rotational tangent direction is set to 15 ° to 35 °.
According to the present invention, the polishing pad can be cooled with high cooling capacity by setting the angle of the gas injection direction of the gas injection nozzle to the rotational tangential direction to 15 ° to 35 °. This is because it becomes possible to secure the sprayed area in the substrate polishing region, and when the angle is 35 ° or more, the slurry dropping position is disturbed.

本発明の好ましい態様によれば、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°に設定されていることを特徴とする。
本発明によれば、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。 According to a preferred aspect of the present invention, an angle formed by the gas injection direction of the gas injection nozzle and the surface of the polishing pad is set to 30 ° to 50 °.
According to the present invention, the polishing pad can be cooled with a high cooling capacity by setting the angle formed by the gas injection direction of the gas injection nozzle and the surface of the polishing pad to 30 ° to 50 °. This is because the sprayed area can be secured and the air volume can be effectively acted on. If it is smaller than 30 °, the sprayed area becomes large, but the air volume is reduced and the cooling effect is reduced.

本発明の好ましい態様によれば、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ことを特徴とする。
本発明によれば、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。 According to a preferred aspect of the present invention, a control valve that controls a flow rate of gas injected from the at least one gas injection nozzle, a thermometer that detects a temperature of the polishing pad, and a control target temperature of the polishing pad A flow rate of gas injected from the at least one gas injection nozzle is controlled by adjusting a valve opening degree of the control valve by comparing a predetermined temperature with a detected temperature of the polishing pad detected by the thermometer. And a controller that performs the operation.
According to the present invention, the flow rate of the gas ejected from at least one gas ejection nozzle is controlled by the control valve, the temperature of the polishing pad is detected by the thermometer, and the set temperature which is the control target temperature of the polishing pad and the temperature The flow rate of the gas injected from at least one gas injection nozzle can be controlled by comparing the detected temperature of the polishing pad detected by the meter and adjusting the valve opening of the control valve. Therefore, the surface of the polishing pad can be controlled to an optimum temperature according to the CMP process.

本発明の好ましい態様によれば、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ことを特徴とする。
本発明によれば、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。 According to a preferred aspect of the present invention, the controller adjusts the valve opening of the control valve by PID control based on the difference between the set temperature of the polishing pad and the detected temperature of the polishing pad, thereby at least 1 The flow rate of the gas injected from the two gas injection nozzles is controlled.
According to the present invention, the controller selects a predetermined PID parameter based on a predetermined rule from a plurality of types of PID parameters, and controls the temperature on the polishing pad surface using the PID parameter selected based on the pad temperature information. Therefore, the polishing rate of the substrate can be kept optimal and constant, thereby shortening the polishing time. As a result, the amount of slurry used and the amount of waste liquid can be reduced.

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ことを特徴とする。   According to a first aspect of the polishing method of the present invention, there is provided a polishing method for polishing a surface to be polished by pressing a substrate to be polished against a polishing pad on a polishing table, wherein at least one gas is injected from a gas supply unit. Supplying a nozzle, injecting gas from the at least one gas injection nozzle toward the polishing pad, passing through a point immediately below the at least one gas injection nozzle, and drawing a concentric circle centering on the rotation center of the polishing pad; If the tangential direction at the point immediately below the concentric circle is defined as the rotational tangential direction of the polishing pad, the gas injection direction of the at least one gas injection nozzle is inclined toward the rotation center side of the polishing pad with respect to the rotational tangential direction. It is characterized by.

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ことを特徴とする。   According to a second aspect of the polishing method of the present invention, there is provided a polishing method for polishing a surface to be polished by pressing a substrate to be polished against a polishing pad on a polishing table, wherein at least one gas is injected from a gas supply unit. The nozzle is supplied and gas is injected from the at least one gas injection nozzle toward the polishing pad. The gas injection direction of the at least one gas injection nozzle is not perpendicular to the surface of the polishing pad, and the polishing is performed. It is characterized in that it is inclined toward the rotational direction side of the pad.

本発明の好ましい態様によれば、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ことを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、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°に設定されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、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°に設定されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、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ことを特徴とする。 According to a preferred aspect of the present invention, the height of the at least one gas injection nozzle from the surface of the polishing pad is adjusted.
According to a preferred aspect of the present invention, an angle of the gas injection direction of the gas injection nozzle with respect to the rotational tangent direction is set to 15 ° to 35 °.
According to a preferred aspect of the present invention, an angle of the gas injection nozzle with respect to the surface of the polishing pad in the gas injection direction is set to 30 ° to 50 °.
According to a preferred aspect of the present invention, the flow rate of the gas injected from the at least one gas injection nozzle is controlled by a control valve, the temperature of the polishing pad is detected by a thermometer, and the control target temperature of the polishing pad is determined. A flow rate of gas injected from the at least one gas injection nozzle is controlled by adjusting a valve opening degree of the control valve by comparing a predetermined temperature with a detected temperature of the polishing pad detected by the thermometer. It is characterized by doing.
According to a preferred aspect of the present invention, the at least one gas injection nozzle is adjusted by adjusting a valve opening of the control valve by PID control based on a difference between a set temperature of the polishing pad and a detected temperature of the polishing pad. The flow rate of the gas injected from is controlled.

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、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。 According to a third aspect of the polishing method of the present invention, a substrate to be polished is pressed by pressing a substrate to be polished against the polishing pad while controlling the temperature of the polishing pad by injecting gas toward the polishing pad on the polishing table. In the polishing method of polishing the polishing pad, after setting the set temperature, which is the control target temperature of the polishing pad, the polishing pad temperature control is started to monitor the temperature of the polishing pad, and until the set temperature is reached from the temperature control start time The required time is counted, and this required time is compared with a preset time. When the required time is longer, it is determined that the polishing is abnormal.
According to the present invention, after setting a set temperature which is a control target temperature of the polishing pad, gas is injected toward the polishing pad to start the temperature control of the polishing pad, and the temperature of the polishing pad is monitored. Then, the time required for reaching the set temperature from the start time of the temperature control is counted, and this required time is compared with a preset time. If the required time is longer, the temperature control of the polishing pad is normal. It is judged that the polishing is not abnormal.

本発明の研磨方法の第四の態様は、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、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、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。 According to a fourth aspect of the polishing method of the present invention, a substrate to be polished is pressed by pressing a substrate to be polished against the polishing pad while controlling the temperature of the polishing pad by injecting gas toward the polishing pad on the polishing table. In the polishing method for polishing the polishing pad, after setting the set temperature which is the control target temperature of the polishing pad, the temperature control of the polishing pad is started by monitoring the temperature of the polishing pad, and the temperature of the polishing pad has reached the set temperature range Thereafter, when the time outside the set temperature range continuously exceeds a predetermined time, it is determined that the polishing is abnormal.
According to the present invention, after setting a set temperature which is a control target temperature of the polishing pad, gas is injected toward the polishing pad to start the temperature control of the polishing pad, and the temperature of the polishing pad is monitored. Then, after the polishing pad temperature reaches the set temperature range, if the time outside the set temperature range continuously exceeds a predetermined time, the polishing pad temperature control is not normally performed. Judged as abnormal polishing.

本発明の好ましい態様によれば、前記設定温度の範囲外とは、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。   According to a preferred aspect of the present invention, “outside the set temperature range” is outside the upper limit value or lower limit value range of the set temperature.

本発明の好ましい態様によれば、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。 According to a preferred aspect of the present invention, the set temperature of the polishing pad is changed during polishing, the time required to reach the set temperature after the change after changing the set temperature is counted, and this required time and The set time is compared, and if the required time is longer, it is determined that the polishing is abnormal.
According to the present invention, after setting a set temperature which is a control target temperature of the polishing pad, gas is injected toward the polishing pad to start the temperature control of the polishing pad and monitor the temperature of the polishing pad. Then, change the set temperature of the polishing pad during polishing, measure the time required to reach the new set temperature after changing the set temperature, compare this required time with the preset time, If the time is longer, it is determined that the polishing pad temperature is not properly controlled and that the polishing is abnormal.

本発明の研磨方法の第五の態様は、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。 According to a fifth aspect of the polishing method of the present invention, a substrate to be polished is pressed by pressing a substrate to be polished against the polishing pad while controlling the temperature of the polishing pad by injecting gas toward the polishing pad on the polishing table. In the polishing method for polishing, polishing pad temperature control is started and the temperature of the polishing pad is monitored, and if the polishing pad temperature does not reach the target temperature after a lapse of a predetermined time from the temperature control start time, it is determined that the polishing is abnormal. It is characterized by doing.
According to the present invention, after setting the control target temperature of the polishing pad, the gas is injected toward the polishing pad to start the temperature control of the polishing pad, thereby monitoring the temperature of the polishing pad. Then, if the temperature of the polishing pad does not reach the target temperature after a lapse of a predetermined time from the start time of the temperature control, it is determined that the polishing pad temperature control is not normally performed and that the polishing is abnormal.

本発明の研磨方法の第六の態様は、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、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。 According to a sixth aspect of the polishing method of the present invention, the substrate to be polished is pressed by pressing the substrate to be polished against the polishing pad while controlling the temperature of the polishing pad by injecting gas toward the polishing pad on the polishing table. In a polishing method for polishing a polishing pad, after setting a set temperature that is a control target temperature of the polishing pad, temperature control of the polishing pad is started to monitor the temperature of the polishing pad, and the set temperature of the polishing pad is changed during polishing. The polishing pad is judged to be abnormal when the temperature of the polishing pad does not reach the changed set temperature after a predetermined time has elapsed since the set temperature was changed.
According to the present invention, after setting the control target temperature of the polishing pad, the gas is injected toward the polishing pad to start the temperature control of the polishing pad, thereby monitoring the temperature of the polishing pad. Thereafter, the set temperature of the polishing pad is changed during polishing, and when the temperature of the polishing pad does not reach the changed set temperature after a predetermined time has elapsed since the set temperature was changed, the temperature control of the polishing pad is normal. It is judged that the polishing is not abnormal.

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。 The present invention has the following effects.
(1) Two effects are expected by cooling the surface of the polishing pad during polishing.
A. By maintaining the surface of the polishing pad at a predetermined temperature in the main polishing step, the polishing rate is improved, the productivity is increased, and the cost of consumables such as polishing liquid (slurry) per substrate can be reduced.
B. By maintaining the surface of the polishing pad at a predetermined temperature in the final polishing step, dishing and erosion can be prevented to improve the step characteristics.
(2) By optimizing the position of the nozzle that blows gas onto the polishing pad, further cooling effect of the polishing pad can be expected, and further dishing and erosion can be reduced.
(3) If an error occurs when the set temperature, which is the control target temperature for cooling the polishing pad, does not reach the set temperature and an error occurs when the upper and lower limits of the set temperature are exceeded, a process interlock is applied to By not polishing the substrate, it is possible to suppress the defective product to only one that is being polished when an error occurs, which contributes to an improvement in product yield.

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。FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a polishing apparatus according to the present invention. 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。FIG. 2 is a perspective view showing a control device of the pad temperature adjusting device. 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。FIG. 3 is a plan view showing the relationship between the gas injection nozzle and the polishing pad of the pad temperature adjusting device. 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。FIG. 4 is a side view showing the relationship between the gas injection nozzle of the pad temperature adjusting device and the polishing pad. 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。FIG. 5A is a graph showing the cooling capacity when the gas injection direction of the gas injection nozzle is not inclined with respect to the rotational tangent direction of the polishing pad and when the gas injection nozzle is inclined toward the pad center side. These are the graphs which show the relationship between the gas approach angle and the cooling capability showing the angle which the surface (polishing surface) of a polishing pad and the gas injection direction of a gas injection nozzle make. 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。FIG. 6 is a plan view showing an example of the positional relationship among the polishing pad, the polishing liquid supply nozzle, the polishing head, and the pad temperature adjusting device on the polishing table. 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。FIG. 7 is a perspective view showing a pad temperature adjusting device provided with a swing mechanism for swinging the manifold. 図８は、研磨レシピの一例を示す表である。FIG. 8 is a table showing an example of a polishing recipe. 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。FIG. 9 is a graph showing an example of temperature control of the polishing pad in a polishing process including a main polishing step and a final polishing step.

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。   Hereinafter, embodiments of a polishing apparatus and method according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 9. In FIG. 1 to FIG. 9, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

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。   FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a polishing apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 1, the polishing apparatus includes a polishing table 1 and a polishing head 10 that holds a substrate W such as a semiconductor wafer that is an object to be polished and presses it against a polishing pad on the polishing table. The polishing table 1 is connected via a table shaft 1a to a polishing table rotation motor (not shown) disposed below the table 1a, and is rotatable around the table shaft 1a. A polishing pad 2 is attached to the upper surface of the polishing table 1, and the surface of the polishing pad 2 constitutes a polishing surface 2a for polishing the substrate W. For the polishing pad 2, SUBA800, IC-1000, IC-1000 / SUBA400 (double-layer cloth) manufactured by Rodel, etc. are used. SUBA800 is a nonwoven fabric in which fibers are hardened with urethane resin. IC-1000 is a hard foamed polyurethane, a pad having a large number of fine holes on its surface, and is also called a perforated pad. A polishing liquid supply nozzle 3 is installed above the polishing table 1, and the polishing liquid (slurry) is supplied to the polishing pad 2 on the polishing table 1 by the polishing liquid supply nozzle 3. A film thickness measuring device 50 such as an eddy current sensor or an optical sensor is embedded in the polishing table 1.

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。   The polishing head 10 is connected to a shaft 11, and the shaft 11 moves up and down with respect to the support arm 12. By moving the shaft 11 up and down, the entire polishing head 10 is moved up and down relative to the support arm 12 for positioning. The shaft 11 is rotated by driving a polishing head rotating motor (not shown). The polishing head 10 rotates around the shaft 11 by the rotation of the shaft 11.

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（ＳｉＯ２）やセリア（ＣｅＯ２）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。 The polishing head 10 can hold a substrate W such as a semiconductor wafer on its lower surface. The support arm 12 is configured to be rotatable about a shaft 13, and the polishing head 10 holding the substrate W on the lower surface can be moved from the substrate receiving position to above the polishing table 1 by the rotation of the support arm 12. ing. The polishing head 10 holds the substrate W on the lower surface and presses the substrate W against the surface (polishing surface) 2 a of the polishing pad 2. At this time, the polishing table 1 and the polishing head 10 are rotated, and a polishing liquid (slurry) is supplied onto the polishing pad 2 from a polishing liquid supply nozzle 3 provided above the polishing table 1. For the polishing liquid, a polishing liquid containing silica (SiO 2 ) or ceria (CeO 2 ) as abrasive grains is used. In this way, while supplying the polishing liquid onto the polishing pad 2, the substrate W is pressed against the polishing pad 2 to move the substrate W and the polishing pad 2 relative to each other to polish the insulating film, metal film, etc. on the substrate. .

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。   As shown in FIG. 1, the polishing apparatus includes a pad temperature adjusting device 20 that adjusts the temperature of the surface (polishing surface) 2 a of the polishing pad 2 by blowing gas onto the polishing pad 2. The pad temperature adjusting device 20 is disposed above the polishing pad 2 and extends in a substantially radial direction of the polishing pad 2 in parallel with the surface (polishing surface) 2 a of the polishing pad 2. And a plurality of gas injection nozzles 22 attached at predetermined intervals. The manifold 21 is connected to a compressed air source (not shown). When compressed air is supplied into the manifold 21, the compressed air is jetted from the gas jet nozzle 22 and sprayed onto the polishing surface 2 a of the polishing pad 2. It is like that. The manifold 21 constitutes a gas supply unit that holds the gas injection nozzle 22 and supplies gas to the gas injection nozzle 22.

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。   FIG. 2 is a perspective view showing a control device of the pad temperature adjusting device 20. As shown in FIG. 2, a polishing pad 2 is attached to the upper surface of the polishing table 1. A polishing head 10 is disposed above the polishing pad 2, and the polishing head 10 holds the substrate W (see FIG. 1) and presses the substrate W against the polishing pad 2. The manifold 21 of the pad temperature adjusting device 20 is connected to a compressed air source by a compressed air supply line 29. The compressed air supply line 29 is provided with a pressure control valve 30, and the pressure and flow rate are controlled by the compressed air supplied from the compressed air source passing through the pressure control valve 30. The pressure control valve 30 is connected to the temperature controller 31. The compressed air may be at room temperature or cooled to a predetermined temperature.

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。   As shown in FIG. 2, a radiation thermometer 32 that detects the surface temperature of the polishing pad 2 is installed above the polishing pad 2. The radiation thermometer 32 is connected to the temperature controller 31. A set temperature, which is a control target temperature of the polishing pad 2, is input to the temperature controller 31 from a CMP controller that controls the entire polishing apparatus. In addition, the set temperature can be directly input to the temperature controller 31. The temperature controller 31 opens the pressure control valve 30 by PID control according to the difference between the set temperature of the polishing pad 2 input to the temperature controller 31 and the actual temperature of the polishing pad 2 detected by the radiation thermometer 32. The flow rate of the compressed air injected from the gas injection nozzle 22 is controlled by adjusting the degree. Thereby, compressed air having an optimum flow rate is blown onto the polishing surface 2 a of the polishing pad 2, and the temperature of the polishing surface 2 a of the polishing pad 2 is maintained at the target temperature (set temperature) set by the temperature controller 31.

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ＣＴ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、ＣＴ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。 3 and 4 are views showing the relationship between the gas injection nozzle 22 and the polishing pad 2 of the pad temperature adjusting device 20, FIG. 3 is a plan view, and FIG. 4 is a side view. As shown in FIG. 3, a plurality of gas injection nozzles 22 are attached to the manifold 21 of the pad temperature adjusting device 20 at predetermined intervals (in the illustrated example, eight nozzles are attached). During polishing, the polishing pad 2 rotates clockwise about the rotational center C T. In FIG. 3, the nozzles are numbered in ascending order of 1, 2, 3... 8 from the inside of the pad. For example, the third and sixth gas injection nozzles 22 will be described as an example. That is, the third and through sixth points P1, P2 directly below the two gas jet nozzles 22, draw a concentric circle C1, C2 about the C T, the tangential direction at the point P1, P2 on the concentric circle C1, C2 Is defined as the rotational tangential direction of the polishing pad, the gas injection direction of the gas injection nozzle 22 is inclined by a predetermined angle (θ1) toward the center of the pad with respect to the rotational tangential direction of the polishing pad. The gas injection direction refers to the direction of the center line of the angle (gas injection angle) at which the gas spreads in a fan shape from the gas injection nozzle port. Similarly, the nozzles other than the third and sixth nozzles are also inclined by a predetermined angle (θ1) toward the pad center with respect to the rotational tangent direction of the polishing pad. The angle (θ1) of the gas injection direction of the gas injection nozzle 22 with respect to the rotational tangent direction of the polishing pad is set to 15 ° to 35 ° in relation to the nozzle cooling capacity (described later). In addition, although the case where there are a plurality of nozzles has been described here, the number of nozzles may be one.

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。   As shown in FIG. 4, the gas injection direction of the gas injection nozzle 22 is not perpendicular to the surface (polishing surface) 2 a of the polishing pad 2, but is inclined by a predetermined angle toward the rotation direction of the polishing table 1. . The angle of the gas injection direction of the gas injection nozzle 22 with respect to the surface (polishing surface) 2a of the polishing pad 2, that is, the angle formed by the surface (polishing surface) 2a of the polishing pad 2 and the gas injection direction of the gas injection nozzle 22 is entered into the gas. When defined as an angle (θ2), the gas entry angle (θ2) is set to 30 ° to 50 ° in relation to the nozzle cooling capacity (described later). Here, the gas injection direction refers to the direction of the center line of the angle (gas injection angle) at which the gas spreads in a fan shape from the gas injection nozzle port.

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。 The angle (θ1) of the gas injection direction of the gas injection nozzle 22 with respect to the rotational tangential direction of the polishing pad and the gas entry angle (θ2) of the gas injection nozzle 22 with respect to the surface (polishing surface) 2a of the polishing pad 2 are for each nozzle. It can be adjusted independently.
As shown in FIG. 4, since the manifold 21 is configured to be movable up and down, the height (H) of the manifold 21 is variable, and the polishing pad surface (polishing surface) 2a of the gas injection nozzle 22 is provided. It is possible to adjust the height from. Incidentally, in FIG. 1, the height of the nozzle opening of the polishing liquid supply nozzle 3 from the surface of the polishing pad 2 and the height of the nozzle opening of the gas injection nozzle 22 from the surface of the polishing pad 2 are approximate. Although FIG. 3 shows the case where the number of nozzles is eight, the number of nozzles may be two to three, and the number of nozzles is appropriately selected according to the cooling capacity for cooling the polishing pad 2. Is done.
Further, as an advanced type, the angle (θ1) of the gas injection nozzle in the gas injection direction, the gas entry angle (θ2) of the gas injection nozzle, and the height (H) of the manifold 21 are fixed in advance within a set range. In some cases, it is considered to prevent the adjustment unit from being displaced from the original set position. In that case, the air ejection hole is directly formed in the manifold, and the nozzle and the manifold are integrated as a unit.

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。   FIG. 5A shows the case where the gas injection direction of the gas injection nozzle 22 is not inclined with respect to the rotational tangential direction of the polishing pad (θ1 = 0 °) and the case where it is inclined toward the pad center side (θ1 = 15 °, θ1). = 30 °) is a graph showing the cooling capacity. In FIG. 5A, the vertical axis represents the difference (° C.) between the pad temperature without cooling and the pad temperature with cooling using the nozzle, and this difference represents the cooling capacity of the nozzle. As shown in FIG. 5A, the cooling capacity tends to improve as the angle (θ1) of the gas injection direction of the gas injection nozzle 22 with respect to the rotational tangent direction of the polishing pad increases. However, if the angle (θ1) is too large, the slurry dripping state is disturbed, so the angle (θ1) is preferably in the range of 15 ° to 35 °.

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。   FIG. 5B shows that the gas entry angle (θ2) representing the angle between the surface (polishing surface) 2a of the polishing pad 2 and the gas injection direction of the gas injection nozzle 22 is θ2 = 30 °, θ2 = 50 °, θ2 It is a graph which shows the cooling capacity in 70 degrees. In FIG. 5B, the vertical axis represents the difference (° C.) between the pad temperature without cooling and the pad temperature with cooling using the nozzle, and this difference represents the cooling capacity of the nozzle. As shown in FIG. 5B, the cooling capacity tends to improve as the gas entry angle (θ2) increases. However, if the angle (θ2) is too large, the slurry dripping state is disturbed, so the angle (θ2) is preferably in the range of 30 ° to 50 °.

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ＣＴ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ＣＴの近傍に設定されている。 FIG. 6 is a plan view showing an example of the arrangement relationship between the polishing pad 2, the polishing liquid supply nozzle 3, the polishing head 10 and the pad temperature adjusting device 20 on the polishing table 1. FIG. As shown in FIG. 6, the polishing head 10 and the pad temperature adjusting device 20 is disposed on opposite sides of the rotational center C T of the polishing table 1. The polishing liquid supply nozzle 3 is disposed between the polishing head 10 and the pad temperature adjusting device 20, the slurry dropping position is set in the vicinity of the rotation center C T of the polishing table 1.

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。 FIG. 7 is a perspective view showing the pad temperature adjusting device 20 provided with a swing mechanism for swinging the manifold 21. As shown in FIG. 7, the manifold 21 is fixed to a support column 25, and the support column 25 is connected to a motor 26. The manifold 21 can be swung by rotating the motor 26 forward or backward. Thereby, the gas injection nozzle 22 can be positioned at an optimum position on the polishing pad 2. Further, when the gas injection nozzle 22 is not used, the gas injection nozzle 22 can be retracted from the polishing pad 2.
Also, the temperature profile of the pad is monitored with a thermograph during polishing, and the high temperature region is actively cooled according to the temperature distribution (for example, when the temperature difference in the pad surface exceeds a predetermined temperature). The manifold can also be moved by swinging.

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。   FIG. 8 is a table showing an example of a polishing recipe. As shown in FIG. 8, “invalid” of process time, rotational speed,..., Polishing pad temperature control and manifold swing depending on the polishing steps 1, 2, 3,. -"Valid" and a temperature setting value may be registered as a polishing recipe.

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。 Next, an example of a process for polishing the substrate W using the polishing apparatus configured as shown in FIGS. 1 to 8 will be described.
First, a first set temperature that is a control target temperature of the polishing pad 2 is set in the temperature controller 31. Next, the supply pressure for supplying compressed air to the gas injection nozzle 22 is confirmed. When this supply pressure is lower than the specified pressure, a warning is issued, and subsequent processing on the substrate is stopped. Only when the supply pressure is higher than the specified pressure, the polishing head 10 located at the substrate delivery position removes the substrate W from the pusher or the like. Receive and hold. Then, the substrate W sucked and held by the polishing head 10 is horizontally moved from the substrate delivery position to the polishing position directly above the polishing table 1.

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。   Next, temperature monitoring of the polishing pad 2 by the radiation thermometer 32 is started. Then, a polishing liquid (slurry) is dropped from the polishing liquid supply nozzle 3 onto the polishing pad 2 and lowered while rotating the polishing head 10, so that the surface of the substrate W (to be polished) is placed on the polishing surface 2 a of the rotating polishing pad 2. Surface). Then, the suction and holding of the substrate W by the polishing head 10 is released, and the substrate W is pressed against the polishing surface 2a with the first polishing pressure. Thereby, a main polishing step for polishing a metal film or the like on the substrate is started.

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。   In the main polishing step, temperature control of the polishing pad 2 by the pad temperature adjusting device 20 is started when the substrate W comes into contact with the polishing surface 2a. In the case where the process of bringing the substrate W into contact with the polishing surface 2 a without rotating the polishing table 1 is adopted, the polishing of the polishing pad 2 by the pad temperature adjusting device 20 is started at the same time as the rotation of the polishing table 1 is started. Start temperature control.

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。   That is, the temperature controller 31 adjusts the valve opening degree of the pressure control valve 30 by PID control according to the difference between the preset first set temperature and the actual temperature of the polishing pad 2 detected by the radiation thermometer 32. The flow rate of the compressed air injected from the gas injection nozzle 22 is controlled. Thus, the temperature of the polishing pad 2 is controlled to the first set temperature at which the maximum polishing rate obtained in advance is obtained. In this main polishing step, a high polishing rate can be obtained by a combination of a high polishing pressure and cooling of the polishing pad 2, and the total polishing time can be shortened. This main polishing step ends when, for example, the film thickness meter 50 detects that the film thickness of a metal film or the like has reached a predetermined value.

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。   Next, a finish polishing step is performed. In the final polishing step after the main polishing step, it is necessary to control the temperature of the polishing pad 2 in order to prevent dishing, erosion, and the like and attach importance to improving the step characteristics. That is, the second set temperature, which is a temperature different from the first set temperature, is set in the temperature controller 31. When the process proceeds to the final polishing step, compressed air having a flow rate controlled by PID control is sprayed onto the polishing pad 2 so that the polishing pad 2 quickly reaches the second set temperature. For example, when the second set temperature of the finish polishing step is lower than the first set temperature of the main polishing step, the flow rate of the compressed air is controlled to be MAX (maximum) until the second set temperature is reached. Is done. In this way, polishing is continued by controlling the temperature of the polishing pad 2 to the second set temperature. In this final polishing step, the substrate W is pressed against the polishing surface 2a with a second polishing pressure lower than the first polishing pressure, if necessary, in order to mainly improve the level difference elimination characteristics. This final polishing step ends when, for example, the surplus metal film or the like in a region other than the trench or the like is removed by polishing, and the film thickness meter 50 detects that the surface of the underlayer is completely exposed.

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。   Next, after the jet of compressed air from the gas injection nozzle 22 is stopped and the supply of the polishing liquid (slurry) from the polishing liquid supply nozzle 3 is stopped, pure water is supplied to the polishing pad 2 and the substrate W Perform water polishing. Then, the ejection of the compressed air from the gas injection nozzle 22 is stopped, and the substrate W after polishing is separated from the polishing surface 2a by the polishing head 10 while adsorbed and held while preventing the compressed air from hitting the substrate W. In addition, since the substrate W is separated from the polishing pad 2 thereafter, the gas jet nozzle 22 is used to prevent the polished surface of the substrate W from being dried by the compressed air hitting the polished surface of the separated substrate W. The compressed air jet is kept stopped.

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。 Next, the polishing head 10 holding the substrate W is lifted and the substrate W is moved horizontally from the polishing position to the substrate delivery position. Then, the polished substrate W is transferred to a pusher or the like at the substrate transfer position. In the gas injection nozzle 22, the cleaning liquid (water) is sprayed from the cleaning nozzle (not shown) to the gas injection nozzle 22, particularly toward the nozzle opening and its peripheral portion, to clean the gas injection nozzle 22. . Thereby, it is possible to prevent dirt such as slurry adhering to the gas injection nozzle 22 from falling on the polishing pad 2 and adversely affecting the processing of the next substrate.
In the state where the manifold 21 is swung and the manifold 21 is moved to the retracted position, the cleaning liquid is sprayed from a cleaning nozzle (not shown) to clean the gas injection nozzle 22, thereby adhering to the gas injection nozzle 22. It is possible to prevent dirt such as slurry from falling on the polishing pad 2.

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（Ｔ１ｍａｘ，Ｔ１ｍｉｎ）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（Ｔ１ｍｉｎ）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。 FIG. 9 is a graph showing an example of temperature control of the polishing pad 2 in the above-described polishing process. As shown in FIG. 9, the first set temperature, which is the control target temperature of the polishing pad 2, is set in the temperature controller 31, the polishing of the substrate W is started, and the temperature of the polishing pad 2 is monitored by the radiation thermometer 32. The temperature control of the polishing pad 2 by the pad temperature adjusting device 20 is started. The temperature control is performed by PID control so as to be within the range of the upper and lower limit values (T1 max , T1 min ) centered on the first set temperature, and compressed air with a controlled flow rate is blown onto the polishing pad 2. Then, a time set in advance by the temperature controller 31 from the start time of the temperature control (in a normal case (when there is no polishing abnormality), it means a time from the start of the temperature control until reaching the lower limit value of the first set temperature). (This is a time determined in advance by experiment.) When the temperature of the polishing pad and the lower limit value of the first set temperature are compared with each other, the polishing pad temperature does not reach the lower limit value of the first set temperature. An alarm is issued when it is judged that the polishing is abnormal. In addition, when the time required for reaching the lower limit (T1 min ) of the first set temperature from the start time of the temperature control is counted, the required time is compared with the preset time, and the required time is longer. An alarm may be issued based on an abnormal polishing.

研磨パッド２の温度が第１設定温度の範囲内（上限値（Ｔ１ｍａｘ）と下限値（Ｔ１ｍｉｎ）の間）に到達した後、上限値（Ｔ１ｍａｘ）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（Ｔ１ｍｉｎ）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。 After the temperature of the polishing pad 2 reaches within the first set temperature range (between the upper limit value (T1 max ) and the lower limit value (T1 min )), the time exceeding the upper limit value (T1 max ) is set continuously. If the time is exceeded, it is determined that the polishing is abnormal, and an alarm is issued, and if the time that is lower than the lower limit (T1 min ) continuously exceeds the set time, it is determined that the polishing is abnormal and an alarm is issued.

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（Ｔ２ｍａｘ）又は下限値（Ｔ２ｍｉｎ）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。 The main polishing step is continued while monitoring the presence or absence of the above-described polishing abnormality. For example, the main polishing step is terminated when the film thickness meter 50 detects that the film thickness of a metal film or the like has reached a predetermined value. Then, the process proceeds to the final polishing step. The finish polishing step is started by changing the set value to the second set temperature that is different from the first set temperature in the temperature controller 31. When the process proceeds to the final polishing step, compressed air having a flow rate controlled by PID control is sprayed onto the polishing pad 2 so that the polishing pad 2 quickly reaches the second set temperature. For example, when the second preset temperature of the final polishing step is lower than the first preset temperature of the main polishing step, the compressed air flow rate is controlled to be MAX (maximum) until the second preset temperature is reached. The Then, after changing the temperature from the first set temperature to the second set temperature, the temperature is changed from the first set temperature to the second set temperature in a preset time (normal case (when there is no polishing abnormality)). (Time until reaching the upper limit value or lower limit value of the second set temperature. This is the time obtained in advance by experiment.) After elapse of time, the polishing pad temperature is compared with the upper limit value or lower limit value of the second set temperature. When the polishing pad temperature does not reach the upper limit value or the lower limit value of the second set temperature, it is determined that polishing is abnormal and an alarm is issued. When the time required to reach the upper limit value (T2 max ) or the lower limit value (T2 min ) of the second set temperature is measured, and this required time is compared with a preset time, and the required time is longer An alarm may be issued when it is determined that the polishing is abnormal.

研磨パッド２の温度が第２設定温度の範囲内（上限値（Ｔ２ｍａｘ）と下限値（Ｔ２ｍｉｎ）の間）に到達した後、上限値（Ｔ２ｍａｘ）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（Ｔ２ｍｉｎ）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。 After the temperature of the polishing pad 2 reaches the second set temperature range (between the upper limit value (T2 max ) and the lower limit value (T2 min )), the time exceeding the upper limit value (T2 max ) is set continuously. If the time is exceeded, it is determined that the polishing is abnormal, and an alarm is issued, and if the time that is lower than the lower limit (T2 min ) continuously exceeds the set time, it is determined that the polishing is abnormal and an alarm is issued.

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。 While monitoring the presence or absence of the above-mentioned polishing abnormality, the final polishing step is continued, for example, excess metal film other than the trench is removed by polishing, and the film thickness measuring device indicates that the surface of the underlayer is completely exposed. When 50 is detected, the finish polishing step is terminated.
If an error occurs when the set temperature is not reached and an error occurs when the upper and lower limits of the set temperature are exceeded, process interlock is applied and the next substrate is not polished. As a result, defective products can be limited to only one sheet that is being polished when an error occurs, which contributes to an improvement in product yield.

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。   Although the embodiments of the present invention have been described so far, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments and may be implemented in various forms within the scope of the technical idea.

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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Polishing table 1a Table axis | shaft 2 Polishing pad 2a Polishing surface 3 Polishing liquid supply nozzle 10 Polishing head 11,13 Shaft 12 Support arm 20 Pad temperature adjustment device 21 Manifold 22 Gas injection nozzle 25 Strut 26 Motor 29 Compressed air supply line 30 Pressure control Valve 31 Temperature controller 32 Radiation thermometer 50 Film thickness measuring instrument

Claims (18)

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ことを特徴とする研磨装置。 In a polishing apparatus for polishing a surface to be polished of a substrate by pressing the substrate to be polished against a polishing pad on a polishing table,
At least one gas injection nozzle for injecting gas toward the polishing pad;
A gas supply unit that holds the at least one gas injection nozzle and supplies gas to the gas injection nozzle;
A concentric circle passing through a point immediately below the at least one gas injection nozzle and centering on the rotation center of the polishing pad is defined, and a tangential direction at the point immediately below the concentric circle is defined as a rotation tangent direction of the polishing pad. A polishing apparatus, wherein a gas injection direction of one gas injection nozzle is inclined toward a rotation center side of the polishing pad with respect to the rotation tangential direction. 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ことを特徴とする研磨装置。 In a polishing apparatus for polishing a surface to be polished of a substrate by pressing the substrate to be polished against a polishing pad on a polishing table,
At least one gas injection nozzle for injecting gas toward the polishing pad;
A gas supply unit that holds the at least one gas injection nozzle and supplies gas to the gas injection nozzle;
The polishing apparatus according to claim 1, wherein the gas injection direction of the at least one gas injection nozzle is not perpendicular to the surface of the polishing pad but is inclined toward the rotation direction of the polishing pad. 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ことを特徴とする請求項１または２に記載の研磨装置。   The polishing apparatus according to claim 1, wherein a height of the at least one gas injection nozzle from a surface of the polishing pad is adjustable. 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°に設定されていることを特徴とする請求項１記載の研磨装置。   The polishing apparatus according to claim 1, wherein an angle of the gas injection direction of the gas injection nozzle with respect to the rotational tangent direction is set to 15 ° to 35 °. 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°に設定されていることを特徴とする請求項２記載の研磨装置。   The polishing apparatus according to claim 2, wherein an angle formed by a gas injection direction of the gas injection nozzle and a surface of the polishing pad is set to 30 ° to 50 °. 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ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の研磨装置。 A control valve for controlling the flow rate of gas injected from the at least one gas injection nozzle;
A thermometer for detecting the temperature of the polishing pad;
By comparing the set temperature, which is the control target temperature of the polishing pad, with the detected temperature of the polishing pad detected by the thermometer, and adjusting the valve opening of the control valve, the at least one gas injection nozzle The polishing apparatus according to claim 1, further comprising a controller that controls a flow rate of the injected gas. 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ことを特徴とする請求項６記載の研磨装置。   The controller adjusts the valve opening degree of the control valve by PID control based on the difference between the set temperature of the polishing pad and the detected temperature of the polishing pad, and thereby the gas injected from the at least one gas injection nozzle The polishing apparatus according to claim 6, wherein the flow rate of the gas is controlled. 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ことを特徴とする研磨方法。 In a polishing method for polishing a surface to be polished of a substrate by pressing the substrate to be polished against a polishing pad on a polishing table,
Supplying gas from the gas supply unit to at least one gas injection nozzle, and injecting gas from the at least one gas injection nozzle toward the polishing pad;
A concentric circle passing through a point immediately below the at least one gas injection nozzle and centering on the rotation center of the polishing pad is defined, and a tangential direction at the point immediately below the concentric circle is defined as a rotation tangent direction of the polishing pad. A polishing method, wherein a gas injection direction of one gas injection nozzle is inclined toward a rotation center side of the polishing pad with respect to the rotation tangential direction. 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ことを特徴とする研磨方法。 In a polishing method for polishing a surface to be polished of a substrate by pressing the substrate to be polished against a polishing pad on a polishing table,
Supplying gas from the gas supply unit to at least one gas injection nozzle, and injecting gas from the at least one gas injection nozzle toward the polishing pad;
A polishing method, wherein a gas injection direction of the at least one gas injection nozzle is not perpendicular to a surface of the polishing pad but is inclined to a rotation direction side of the polishing pad. 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ことを特徴とする請求項８または９に記載の研磨方法。   The polishing method according to claim 8, wherein a height of the at least one gas injection nozzle from the surface of the polishing pad is adjusted. 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°に設定されていることを特徴とする請求項８記載の研磨方法。   The polishing method according to claim 8, wherein an angle of a gas injection direction of the gas injection nozzle with respect to the rotational tangent direction is set to 15 ° to 35 °. 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°に設定されていることを特徴とする請求項９記載の研磨方法。   The polishing method according to claim 9, wherein an angle of a gas jet direction of the gas jet nozzle with respect to a surface of the polishing pad is set to 30 ° to 50 °. 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ことを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の研磨方法。 A flow rate of gas injected from the at least one gas injection nozzle is controlled by a control valve and the temperature of the polishing pad is detected by a thermometer;
By comparing the set temperature, which is the control target temperature of the polishing pad, with the detected temperature of the polishing pad detected by the thermometer, and adjusting the valve opening of the control valve, the at least one gas injection nozzle The polishing method according to claim 8, wherein the flow rate of the injected gas is controlled. 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ことを特徴とする請求項１３記載の研磨方法。   The flow rate of the gas injected from the at least one gas injection nozzle is controlled by adjusting the valve opening of the control valve by PID control based on the difference between the set temperature of the polishing pad and the detected temperature of the polishing pad. The polishing method according to claim 13. 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、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、研磨異常と判断することを特徴とする研磨方法。 In a polishing method for polishing a surface to be polished of a substrate by pressing a substrate to be polished against the polishing pad while injecting gas toward the polishing pad on the polishing table and controlling the temperature of the polishing pad,
After setting the preset temperature, which is the control target temperature of the polishing pad, the polishing pad temperature control is started to monitor the temperature of the polishing pad, and after the polishing pad temperature reaches the set temperature range, the set temperature range A polishing method, characterized in that a polishing abnormality is determined when the outside time continuously exceeds a predetermined time. 前記設定温度の範囲外とは、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１５記載の研磨方法。   16. The polishing method according to claim 15, wherein “outside the set temperature range” is outside the upper limit value or lower limit value range of the set temperature. 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。 In a polishing method for polishing a surface to be polished of a substrate by pressing a substrate to be polished against the polishing pad while injecting gas toward the polishing pad on the polishing table and controlling the temperature of the polishing pad,
Polishing characterized in that polishing pad temperature control is started to monitor the polishing pad temperature, and if the polishing pad temperature does not reach the target temperature after a predetermined time has elapsed from the temperature control start time, it is determined that the polishing is abnormal. Method. 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、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研磨異常と判断することを特徴とする研磨方法。 In a polishing method for polishing a surface to be polished of a substrate by pressing a substrate to be polished against the polishing pad while injecting gas toward the polishing pad on the polishing table and controlling the temperature of the polishing pad,
After setting the set temperature, which is the control target temperature of the polishing pad, start the temperature control of the polishing pad to monitor the temperature of the polishing pad, change the set temperature of the polishing pad during polishing, change the set temperature A polishing method comprising: determining that the polishing is abnormal when the temperature of the polishing pad does not reach the set temperature after the change after a predetermined time has elapsed.
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