JP2017076779A - 研磨装置、及び、研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズフィルタを使用してもノイズが除去できない場合でも、トルク電流の変化を良好に検出し、研磨終点検出の精度を向上させる。【解決手段】研磨装置１００は、研磨テーブル１２を回転駆動する第１の電動モータ１４と、半導体ウエハ１８を保持するトップリング２０を回転駆動する第２の電動モータ２２とを有する。研磨装置１００は、電流検出部２４と、電流検出部２４によって検出された３相の電流値を所定区間に渡って蓄積する蓄積部１１０と、所定区間とは異なる区間において検出された電流値と、蓄積された電流値との差分を求める差分部１１２と、差分部１１２が出力する差分の変化に基づいて、半導体ウエハ１８の表面の研磨終了を示す研磨終点を検出する終点検出部２９とを有する。【選択図】図１３

Description

本発明は、研磨装置、及び、研磨方法に関するものである。

近年、半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭くなりつつある。そこで、研磨対象物である半導体ウエハの表面を平坦化することが必要となるが、この平坦化法の一手段として研磨装置により研磨（ポリッシング）することが行われている。

研磨装置は、研磨対象物を研磨するための研磨パッドを保持するための研磨テーブルと、研磨対象物を保持して研磨パッドに押圧するためにトップリングを備える。研磨テーブルとトップリングはそれぞれ、駆動部（例えばモータ）によって回転駆動される。研磨剤を含む液体（スラリー）を研磨パッド上に流し、そこにトップリングに保持された研磨対象物を押し当てることにより、研磨対象物は研磨される。

研磨装置では、研磨対象物の研磨が不十分であると、回路間の絶縁がとれず、ショートするおそれが生じ、また、過研磨となった場合は、配線の断面積が減ることによる抵抗値の上昇、又は配線自体が完全に除去され、回路自体が形成されないなどの問題が生じる。このため、研磨装置では、最適な研磨終点を検出することが求められる。

研磨終点検出手段の１つとして、研磨が異材質の物質へ移行した際の研磨摩擦力の変化を検出する方法が知られている。研磨対象物である半導体ウエハは、半導体、導体、絶縁体の異なる材質からなる積層構造を有しており、異材質層間で摩擦係数が異なる。このため、研磨が異材質層へ移行することによって生じる研磨摩擦力の変化を検出する方法である。この方法によれば、研磨が異材質層に達した時が研磨の終点となる。

また、研磨装置は、研磨対象物の研磨表面が平坦ではない状態から平坦になった際の研磨摩擦力の変化を検出することにより、研磨終点を検出することもできる。
ここで、研磨対象物を研磨する際に生じる研磨摩擦力は、駆動部の駆動負荷として現れる。例えば、駆動部が電動モータの場合には、駆動負荷（トルク）はモータに流れる電流として測定することができる。このため、モータ電流（トルク電流）を電流センサで検出し、検出したモータ電流の変化に基づいて研磨の終点を検出することができる。

特開２００１−１９８８１３号

しかしながら、研磨装置によって実行される研磨プロセスには、研磨対象物の種類、研磨パッドの種類、研磨砥液（スラリー）の種類などの組み合わせによって複数の研磨条件が存在する。これら複数の研磨条件の中には、駆動部の駆動負荷に変化が生じてもトルク電流の変化（特徴点）が大きく現れない場合がある。トルク電流の変化が小さい場合、トルク電流に現れるノイズや、トルク電流の波形に生じるうねり部分の影響を受け、研磨の終点を適切に検出することができないおそれがあり、過研磨などの問題が生じ得る。

従来から、ノイズフィルタによりトルク電流からノイズを除去すること等が行われてき
た。しかし、ノイズフィルタを使用しても、ハードウェア（モータ）起因のノイズが除去できない場合があり、S/Nが改善しないという問題がある。また、トルク電流の変化が小さいことも問題である。

なお、研磨の終点を適切に検出することは、研磨パッドのドレッシングにおいても重要である。ドレッシングは、ダイヤモンド等の砥石が表面に配置されたパッドドレッサーを研磨パッドに当てて行う。パッドドレッサーにより、研磨パッドの表面を削り、又は、粗化して、研磨開始前に研磨パッドのスラリーの保持性を良好にし、又は使用中の研磨パッドのスラリーの保持性を回復させ、研磨能力を維持する。

そこで、本発明の一形態は、ノイズフィルタを使用してもノイズが除去できない場合でも、トルク電流の変化を良好に検出し、研磨終点検出の精度を向上させることを課題とする。

また、本発明の他の一形態は、トルク電流の変化が小さい場合でも、トルク電流の変化を良好に検出し、研磨終点検出の精度を向上させることを課題とする。

本願発明の研磨装置の第１の形態によれば、研磨パッドと、前記研磨パッドに対向して配置される研磨物との間で研磨を行うための研磨テーブルを回転駆動する第１の電動モータと、前記研磨物を保持して前記研磨パッドへ押圧するための保持部を回転駆動する第２の電動モータとを有し、前記研磨装置は、前記第１及び第２の電動モータのうちの少なくとも一方の電流値を検出する電流検出部と、前記検出された電流値を所定区間に渡って蓄積する蓄積部と、前記所定区間とは異なる区間において前記検出された電流値と、前記蓄積された電流値との差分を求める差分部と、前記差分部が出力する前記差分の変化に基づいて、前記研磨の終了を示す研磨終点を検出する終点検出部と、を有する研磨装置が提供される。

ここで、研磨物とは、研磨対象物である半導体ウエハの表面を平坦化するときは、半導体ウエハであり、研磨パッドのドレッシングをおこなうときは、パッドドレッサーである。従って、研磨の終了とは、半導体ウエハの場合、半導体ウエハの表面の研磨終了を意味し、研磨パッドのドレッシングをおこなうときは、研磨パッドの表面の研磨終了を意味する。

ノイズフィルタを使用しても、ハードウェア（モータ）起因のノイズが除去できない場合について、ノイズ発生の原因を検討した結果、以下のことが原因であることが判明した。テーブルの回転数は、例えば６０ＲＰＭ程度であり、周波数に換算すると、１Ｈｚ前後である。そして、テーブルの回転数よりも低い周波数のノイズ、すなわち、１Ｈｚよりも低周波の、ほぼ規則的に繰り返されるノイズがある。例えば、周期が１〜１５秒、周波数換算で、１〜１／１５Ｈｚの長周期のノイズが存在する。このようなノイズは、ローパスフィルタを用いて除去する場合、ローパスフィルタのカットオフ周波数が、１〜１／１５Ｈｚ以下であることが必要である。しかしこのようなローパスフィルタを用いると、検知対象である摩擦力の変化に影響してしまう。摩擦力の変化は、同程度の低周波数を有するからである。

そこで、このノイズを除去するために、ローパスフィルタを用いずに、検出された電流値を所定区間に渡って蓄積する蓄積部と、所定区間とは異なる区間において検出された電流値と、蓄積された電流値との差分を求める差分部と、差分部が出力する差分の変化に基づいて、研磨の終了を示す研磨終点を検出する終点検出部とを設けることとしたものである。ここで、所定区間は、削除したいノイズの周期により決定される。例えば、所定区間
は、削除したいノイズの周期と一致させる。これにより、長周期のほぼ規則的に繰り返されるノイズが除去できる。

差分の求め方としては、例えば、ノイズと同位相のデータを減算して、ノイズによるデータの凹凸をなくす、すなわち、所定区間とは異なる区間において検出された電流値から、蓄積された電流値を減算して、ノイズを除去する方法がある。また、ノイズと逆位相のデータと加算して、ノイズによるデータの凹凸をなくす、すなわち、所定区間とは異なる区間において検出された電流値に、蓄積された電流値の符号を逆転したもの加算して、ノイズを除去する方法がある。これらは、実質的に同等の処理である。

本願発明の研磨装置の第２の形態によれば、前記研磨装置は、前記研磨テーブル及び前記保持部のうちの少なくとも一方の回転位置を検出する位置検出部を有し、前記所定区間は、前記検出された位置を基準として、設定される。

この場合、以下のような問題が解決できる。研磨テーブルと保持部との間には、摩擦力が常に作用しているため、研磨テーブルと保持部の回転数を精度よく一定値に維持することが困難な場合がある。この場合、所定区間に渡って蓄積された電流値と、所定区間とは異なる区間において検出された電流値の位相を合わせることは難しいという問題が発生する。すなわち、所定区間と、所定区間とは異なる区間における電流値の位相同期が見つけにくい（これは、テーブル等の回転の同期のずれに起因する）。そこで、回転位置を検出する位置検出部を設け、所定区間は、前記検出された位置を基準として、設定することにより、所定区間と、所定区間とは異なる区間における回転の同期をとることが可能になる。具体的には、テーブル回転位置を認識するためのトリガ信号発生手段を使用する、又は、テーブルの所定位置に設けられたノッチを監視する方法が可能である。

本願発明の研磨装置の第３の形態によれば、前記蓄積部は、前記研磨テーブル及び前記保持部のうちの少なくとも一方が少なくとも１回転する期間に検出された前記電流値を蓄積する。

本願発明の研磨装置の第４の形態によれば、前記所定区間は、前記研磨テーブル及び前記保持部のうちの一方が１回転以上するために要する区間である。
本願発明の研磨装置の第５の形態によれば、前記研磨テーブル及び前記保持部の回転速度が異なる場合に、速い方の回転速度をａ、遅い方の回転速度をｂとしたときに、前記所定区間は、前記研磨テーブル及び前記保持部のうち回転速度の遅い方が（ｂ／（ａ−ｂ））回転するために必要な区間である。

第３から第５の形態では、少なくとも１回転分の電流値を蓄積する。本発明が対象とするノイズは、研磨テーブル又は保持部の１回転以上の区間にわたる長周期を有する場合が多いからである。何回転分のデータを用いることが最適であるかは、研磨条件（ウェハ上の膜の状態、材質、モータの回転数等）に依存する。

一例として、研磨テーブル及び保持部が何回転かした後に、研磨テーブル及び保持部が相対的に元の位置関係に戻る周期が、前記所定区間として好ましい場合がある。相対的に元の位置関係に戻る周期が、第５の形態における研磨テーブル及び保持部のうち回転速度の遅い方が（ｂ／（ａ−ｂ））回転するために必要な区間である。

本願発明の研磨装置の第６の形態によれば、前記第１及び第２の電動モータのうち少なくとも一方の電動モータは、複数相の巻線を備え、前記電流検出部は、前記第１及び第２の電動モータのうちの少なくとも２相の電流を検出し、前記蓄積部は、前記検出された少なくとも２相の電流値を所定区間に渡って蓄積し、前記差分部は、前記少なくとも２相の
電流のそれぞれについて前記差分を求め、前記研磨装置は、前記差分部が出力する差分である少なくとも２相の電流検出値を整流し、整流された少なくとも２相の信号に対して、該少なくとも２相の信号同士を加算する加算及び／又は該少なくとも２相の信号に所定の乗数を乗じる乗算を行って出力する整流演算部を有し、前記終点検出部は、前記整流演算部の出力の変化に基づいて、前記研磨の終了を示す研磨終点を検出する。

本願発明の研磨装置の第７の形態によれば、前記第１及び第２の電動モータのうち少なくとも一方の電動モータは、複数相の巻線を備え、前記電流検出部は、前記第１及び第２の電動モータのうちの少なくとも２相の電流を検出し、前記研磨装置は、前記電流検出部によって検出された少なくとも２相の電流検出値を整流し、整流された少なくとも２相の信号に対して、該少なくとも２相の信号同士を加算する加算及び／又は該少なくとも２相の信号に所定の乗数を乗じる乗算を行って出力する整流演算部を有し、前記蓄積部は、前記整流演算部の出力した少なくとも２相の電流値を所定区間に渡って蓄積し、前記差分部は、前記少なくとも２相の電流のそれぞれについて、前記差分を求め、前記終点検出部は、前記差分部が出力する前記差分の変化に基づいて、前記研磨の終了を示す研磨終点を検出する。

かかる形態によれば、複数相の駆動電流を整流して加算する場合、以下の効果がある。すなわち、１相の駆動電流のみを検出する場合、検出される電流値が、本形態に比べて小さい。本形態により、整流と加算により電流値が大きくなるため、検出精度が向上する。

また、ACサーボモータなどの１個のモータ内に複数相を有するモータは、各相の電流を個別に管理せずに、モータの回転速度を管理しているため、相間で電流値がばらついていることがある。そのため従来は、電流値が他の相に比べて小さい相の電流値を検出している可能性があり、電流値の大きな相を利用できない可能性があった。本形態によれば、複数相の駆動電流を加算しているため、電流値の大きな相を利用できるため、検出精度が向上する。

さらに、複数相の駆動電流を整流して加算しているため、１相の駆動電流のみを用いている場合と比較して、リップルが小さくなる。このため、検出された交流電流を、終点の判断に用いるために、直流電流に変換する実効値変換によって得られる直流電流のリップルも少なくなり、終点検出精度が向上する。

加算する電流は、第１の電動モータの少なくとも１相と、第２の電動モータの少なくとも１相であってもよい。これにより、一方のモータの電流値のみを利用する場合よりも、信号値を大きくすることができる。

複数相の駆動電流を整流して、得られた信号に対して乗算する場合、乗算して得られた値のレンジを、後段の処理回路の入力レンジに合わせることができるという効果がある。また、特定の相（例えば、ノイズが、他の相と比較して少ない相）の信号のみを大きく、または小さくできる（例えば、ノイズが、他の相と比較して大きい場合）という効果がある。

加算と乗算の両方を行うこともできる。この場合、上述の加算の効果と乗算の効果の両方を得ることができる。乗算する数値（乗数）は、相ごとに変えてもよい。加算した結果が、後段の処理回路の入力レンジを超える場合等は、乗数は１より小さくする。

なお、整流は半波整流及び全波整流のいずれでもよいが、振幅が大きくなり、かつリップルが減少するため、半波整流よりも全波整流が好ましい。
また、かかる形態によれば、実効値変換(DC化)する前のアナログ波形に対して、ハード
ウェア起因のノイズを含む基準波形（所定区間に渡って蓄積された電流値）を減算して、ノイズを除去することができる。DC化した後では、DC化しているために摩擦が変化するなかでの、ノイズ成分のみの抽出及び減算が出来ず、減算することは難しい。すなわち、ノイズの振幅を合わせて、減算することは難しいからである。

本願発明の研磨装置の第８の形態によれば、前記研磨装置は、前記増幅部と前記減算部と前記ノイズ除去部とを有し、前記増幅部で増幅された信号を前記減算部で減算し、該減算された信号から前記ノイズ除去部でノイズを除去する。

増幅により、トルク電流の変化を大きくすることができる。ノイズを除去することにより、ノイズに埋もれている電流の変化を顕在化させることができる。
減算部は以下の効果を有する。検出される電流は通常、摩擦力の変化にともなって変化する電流部分と、摩擦力が変化しても変化しない一定量の電流部分（バイアス）を含む。このバイアスを除去することにより、摩擦力の変化に依存する電流部分のみを取り出して、信号処理可能な範囲内で最大の振幅まで増幅することが可能になり、摩擦力の変化から終点を検出する終点検出法の精度が向上する。

なお、増幅部、減算部、ノイズ除去部のうちの複数を有する場合、これらは、縦続接続する。例えば、増幅部とノイズ除去部を有する場合、増幅部で最初に処理した後に、処理結果をノイズ除去部に送り、ノイズ除去部で処理する、もしくは、ノイズ除去部で最初に処理を行い、その処理結果を増幅部に送って処理を行う。

本願発明の研磨装置の第９の形態によれば、前記研磨装置は、前記増幅部と前記減算部と前記ノイズ除去部とを有し、前記増幅部で増幅された信号を前記減算部で減算し、該減算された信号から前記ノイズ除去部でノイズを除去する。かかる形態によれば、増幅後の振幅の大きな信号に対して、減算及びノイズ除去を行っているため、精度良く、減算及びノイズ除去が行える。結果として、終点検出精度が向上する。

なお、増幅、減算、ノイズ除去は、この順番に行うことが好ましいが、この順番に必ずしも行う必要はない。例えば、ノイズ除去、減算、増幅の順番でも可能である。
本願発明の研磨装置の第１０の形態によれば、前記研磨装置は、前記ノイズ除去部でノイズを除去された信号をさらに増幅する第２の増幅部を有する。かかる形態によれば、ノイズ除去によって減少した電流の大きさを回復することができ、終点検出法の精度が向上する。

本願発明の研磨装置の第１１の形態によれば、前記研磨装置は、前記増幅部と、前記増幅部の増幅特性を制御する制御部とを有する。かかる形態によれば、研磨対象物の材質や構造等に応じて、最適な増幅特性（増幅率や周波数特性等）を選択することができる。

本願発明の研磨装置の第１２の形態によれば、前記研磨装置は、前記ノイズ除去部と、前記ノイズ除去部のノイズ除去特性を制御する制御部とを有する。かかる形態によれば、研磨物の材質や構造等に応じて、最適なノイズ除去特性（信号の通過帯域や減衰量等）を選択することができる。

本願発明の研磨装置の第１３の形態によれば、前記研磨装置は、前記減算部と、前記減算部の減算特性を制御する制御部とを有する。かかる形態によれば、研磨物の材質や構造等に応じて、最適な減算特性（減算量や周波数特性等）を選択することができる。

本願発明の研磨装置の第１４の形態によれば、前記研磨装置は、前記第２の増幅部の増幅特性を制御する制御部を有する。かかる形態によれば、研磨物の材質や構造等に応じて
、最適な第２の増幅特性（増幅率や周波数特性等）を選択することができる。

本願発明の研磨装置の第１５の形態によれば、研磨方法が提供される。この研磨方法は、研磨パッドを保持するための研磨テーブルを回転駆動する第１の電動モータと、前記研磨パッドに対向して配置される研磨物を保持して前記研磨パッドへ押圧するための保持部を回転駆動する第２の電動モータと、前記第１及び第２の電動モータのうちの少なくとも一方の電流値を検出する電流検出部とを有する研磨装置を用いた、前記研磨パッドに対向して配置される研磨物と前記研磨パッドとの間で研磨を行う研磨方法において、該方法は、前記検出された電流値を所定区間に渡って蓄積する蓄積ステップと、前記所定区間とは異なる区間において前記検出された電流値と、前記蓄積された電流値との差分を求める差分ステップと、前記差分ステップが出力する前記差分の変化に基づいて、前記研磨の終了を示す研磨終点を検出する終点検出ステップとを有する。かかる形態によれば、第１の形態と同様の効果を達成できる。

本願発明の研磨装置の第１６の形態によれば、前記蓄積部は、前記所定区間に渡って検出される前記電流値から所定値を減算した電流値を蓄積し、前記差分部は、前記所定区間とは異なる区間において前記検出された電流値と、減算して蓄積された前記電流値との差分を求める。かかる形態によれば、以下の効果がある。蓄積部に蓄積されるモータ電流には、第１成分と、第１成分とは異なる時間的にゆっくりと変化する成分（膜厚の変化を表す量と考えることができる成分であり、「第２成分」と以下では呼ぶ。）を有する。第１成分は、例えば周期が１〜１５秒、周波数換算で、１〜１／１５Ｈｚの長周期の既述のノイズを含むものである。

所定区間と、所定区間とは異なる区間では、第２成分は、その大きさや変化の様子が異なる。所定区間と、所定区間とは異なる区間において、第１成分は同じである。膜厚の変化を表す量である第２成分は、変化する。従って、第２成分のみを検出できることが望ましい。

そのために、所定区間と、所定区間とは異なる区間において、第１成分は、ほぼ同じであることを利用して、所定区間内において検出される電流値から、所定区間内における第２成分（本実施形態における「所定値」である。）を減算して、第１成分のみを蓄積する。所定区間とは異なる区間において、減算して蓄積された電流値（第１成分）との差分を求めることにより、所定区間とは異なる区間における第２成分を得ることができる。なお、膜厚の変化を表す量である第２成分は、研磨対象物や研磨条件により、種々の変化率を有する。例えば、所定区間にわたって、一定である（この場合が第１７の形態である。）、又は直線状である（この場合が、下記の第１９の形態である。）、又は折れ線状である（この場合が、下記の第２０の形態である。）、又は正弦波である（この場合が下記の第１８の形態である。）と考えることができる。第２成分が、所定区間にわたって、一定である場合は（この場合が下記の第１７の形態である。）、第２成分は、所定区間に渡って検出された電流値の平均値であると考えることができる。

本願発明の研磨装置の第１７の形態によれば、前記所定値は、前記所定区間に渡って検出された前記電流値の平均値である。

本願発明の研磨装置の第１８の形態によれば、前記所定区間に渡って検出される前記電流値が、第１の周期を有する第１の成分と、前記第１の周期よりも長い第２の周期を有する第２の成分とを加算したものであり、前記所定値は、前記第２の成分である。

本願発明の研磨装置の第１９の形態によれば、前記所定区間に渡って検出される前記電流値が、周期的に変化する第１の成分と、直線状に変化する第２の成分とを加算したもの
であり、前記所定値は、前記第２の成分である。

本願発明の研磨装置の第２０の形態によれば、前記所定区間に渡って検出される前記電流値が、周期的に変化する第１の成分と、折れ線状に変化する第２の成分とを加算したものであり、前記所定値は、前記第２の成分である。

図１は、本実施形態に係る研磨装置の基本構成を示す図である。 図２は、終点検出部２９の詳細を示すブロック図である。 図３は、終点検出部２９による信号処理の内容を示すグラフである。 図４は、終点検出部２９による信号処理の内容を示すグラフである。 図５は、比較例の終点検出法を示すブロック図及びグラフである。 図６（ａ）は、比較例の実効値変換器５６の出力５６ａを示すグラフであり、図６（ｂ）は、本実施例の実効値変換器４８の出力４８ａを示すグラフである。 図７は、比較例の実効値変換器５６の出力５６ａと、実施例の実効値変換器４８の出力４８ａを示すグラフである。 図８は、比較例の出力５６ａの変化量７０と、本実施例の出力４８ａの変化量６８の、半導体ウエハ１８に加わる圧力に対する変化を示すグラフである。 図９は、増幅部４０、オフセット部４２、フィルタ４４、第２の増幅部４６の設定の一例を示す。 図１０は、制御部５０による各部の制御の一例を示すフローチャートである。 図１１は、比較例における研磨終点検出用の電流の特性を示す図である。 図１２は、図１１におけるＡ部の電流の特性を示す拡大図である。 図１３は、長周期のノイズを除去するシステムのブロック図である。 図１４は、差分部１１２における差分の求め方を示す図である。 図１５は、蓄積部１１０が蓄積するデータ、及び差分部１１２による処理結果の詳細を説明するためのタイミング図である。 図１６は、制御部５０による各部の制御の一例を示すフローチャートである。 図１７は、制御部５０による各部の制御の一例を示すフローチャートである。 図１８は、所定区間に渡って検出される電流値から所定値を減算した電流値を蓄積する実施例を示す図である。 図１９は、所定区間に渡って検出される電流値から所定値を減算した電流値を蓄積する実施例を示す図である。 図２０は、所定区間に渡って検出される電流値から所定値を減算した電流値を蓄積する実施例を示す図である。 図２１は、所定区間に渡って検出される電流値から所定値を減算した電流値を蓄積する実施例を示す図である。 図２２は、所定区間に渡って検出される電流値から所定値を減算した電流値を蓄積する実施例を示す図である。 図２３は、所定区間に渡って検出される電流値から所定値を減算した電流値を蓄積する実施例を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態に係る研磨装置を図面に基づいて説明する。始めに、研磨装置の基本構成について説明し、その後、研磨対象物の研磨終点の検出について説明する。
図１は、本実施形態に係る研磨装置１００の基本構成を示す図である。研磨装置１００は、研磨パッド１０を上面に取付け可能な研磨テーブル１２と、研磨テーブル１２を回転
駆動する第１の電動モータ１４と、半導体ウエハ（研磨対象物）１８を保持可能なトップリング（保持部）２０と、トップリング２０を回転駆動する第２の電動モータ２２と、を備えている。

トップリング２０は、図示しない保持装置により、研磨テーブル１２に近づけたり遠ざけたりすることができるようになっている。半導体ウエハ１８を研磨するときは、トップリング２０を研磨テーブル１２に近づけることにより、トップリング２０に保持された半導体ウエハ１８を、研磨テーブル１２に取り付けられた研磨パッド１０に当接させる。

半導体ウエハ１８を研磨するときは、研磨テーブル１２が回転駆動された状態で、トップリング２０に保持された半導体ウエハ１８が研磨パッド１０に押圧される。また、トップリング２０は、第２の電動モータ２２によって、研磨テーブル１２の回転軸１３とは偏心した軸線２１の回りに回転駆動される。半導体ウエハ１８を研磨する際は、研磨材を含む研磨砥液が、図示しない研磨材供給装置から研磨パッド１０の上面に供給される。トップリング２０にセットされた半導体ウエハ１８は、トップリング２０が第２の電動モータ２２によって回転駆動されている状態で、研磨砥液が供給された研磨パッド１０に押圧される。

第１の電動モータ１４は、少なくともＵ相とＶ相とＷ相の３相の巻線を備えた同期式又は誘導式のＡＣサーボモータであることが好ましい。第１の電動モータ１４は、本実施形態においては、３相の巻線を備えたＡＣサーボモータを含む。３相の巻線は、１２０度位相のずれた電流を第１の電動モータ１４内のロータ周辺に設けられた界磁巻線に流し、これにより、ロータが回転駆動されるようになっている。第１の電動モータ１４のロータは、モータシャフト１５に接続されており、モータシャフト１５により研磨テーブル１２が回転駆動される。なお、本発明は、３相モータ以外の２相モータ、５相モータ等に適用できる。また、ＡＣサーボモータ以外の、例えば、ＤＣブラシレス形モータにも適用することができる。

第２の電動モータ２２は、少なくともＵ相とＶ相とＷ相の３相の巻線を備えた同期式又は誘導式のＡＣサーボモータであることが好ましい。第２の電動モータ２２は、本実施形態においては、３相の巻線を備えたＡＣサーボモータを含む。３相の巻線は、１２０度位相のずれた電流を第２の電動モータ２２内のロータ周辺に設けられた界磁巻線に流し、これにより、ロータが回転駆動されるようになっている。第２の電動モータ２２のロータは、モータシャフト２３に接続されており、モータシャフト２３によりトップリング２０が回転駆動される。

また、研磨装置１００は、第１の電動モータ１４を回転駆動するモータドライバ１６を備える。なお、図１は、第１の電動モータ１４を回転駆動するモータドライバ１６のみを図示するが、第２の電動モータ２２にも同様のモータドライバが接続される。モータドライバ１６は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれについて交流電流を出力し、この３相交流電流によって第１の電動モータ１４を回転駆動する。

研磨装置１００は、モータドライバ１６が出力する３相交流電流を検出する電流検出部２４と、電流検出部２４によって検出された３相の電流検出値を整流し、整流された３相の信号を加算して出力する整流演算部２８と、整流演算部２８の出力の変化に基づいて、半導体ウエハ１８の表面の研磨終了を示す研磨終点を検出する終点検出部２９とを有する。本実施例の整流演算部２８は、３相の信号を加算する処理のみを行うが、加算したのちに乗算を行ってもよい。また、乗算のみを行ってもよい。

電流検出部２４は、モータドライバ１６が出力する３相交流電流を検出するために、Ｕ
相、Ｖ相、Ｗ相の各相に、電流センサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃを備える。電流センサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃはそれぞれ、モータドライバ１６と第１の電動モータ１４との間のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流路に設けられる。電流センサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃはそれぞれ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電流を検出し、整流演算部２８へ出力する。なお、電流センサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、図示しないモータドライバと第２のトップリング用モータ２２との間のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流路に設けてもよい。

電流センサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、本実施例では、ホール素子センサである。各ホール素子センサは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電流路にそれぞれ設けられ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各電流に比例した磁束を、ホール効果によりホール電圧３２ａ、３２ｂ、３２ｃに変換して出力する。

電流センサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、電流を計測できる他の方式のものでもよい。たとえば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電流路にそれぞれ設けられたリング状のコア（一次巻線）に巻かれた二次巻線により電流を検出する、電流トランス方式でもよい。この場合、出力電流を負荷抵抗に流すことで電圧信号として検出することができる。

整流演算部２８は、複数個の電流センサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃの出力を整流し、整流された信号を加算する。終点検出部２９は、整流演算部２８の出力を処理する処理部３０と、処理部３０の出力の実効値変換を行う実効値変換器４８と、研磨終点の判断等を行う制御部５０とを有する。整流演算部２８と終点検出部２９の詳細を図２〜４により説明する。図２は、整流演算部２８と終点検出部２９の詳細を示すブロック図である。図３、４は、整流演算部２８と終点検出部２９による信号処理の内容を示すグラフである。

整流演算部２８は、複数個の電流センサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃの出力電圧３２ａ、３２ｂ、３２ｃを入力されて整流する整流部３４ａ、３４ｂ、３４ｃと、整流された信号３６ａ、３６ｂ、３６ｃを加算する演算部３８とを有する。加算により電流値が大きくなるため、検出精度が向上する。なお、実施例の説明では、信号線と当該信号線を流れる信号に対して、同じ参照符号を付す。

加算する出力電圧３２ａ、３２ｂ、３２ｃは、本実施例では、３相分であるが、本発明はこれに限られない。例えば、２相分を加算してもよい。また、第２の電動モータ２２の３相分、又は２相分を加算して、これを用いて、終点検出を行ってもよい。さらに、第１の電動モータ１４の１個以上の相と、第２の電動モータ２２の１個以上の相とを加算してもよい。

図３（ａ）は、電流センサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃの出力電圧３２ａ、３２ｂ、３２ｃを示す。図３（ｂ）は、整流部３４ａ、３４ｂ、３４ｃがそれぞれ整流して出力した電圧信号３６ａ、３６ｂ、３６ｃを示す。図３（ｃ）は、演算部３８が、加算して出力した信号３８ａを示す。これらのグラフの横軸は時間であり、縦軸は電圧である。

図３に示す電圧信号３６ａ、３６ｂ、３６ｃは、ハードウェア（モータ）起因のノイズが付加されている電圧信号である。本発明の差分部によるハードウェア（モータ）起因のノイズを除去する方法については後述する。図３〜１０においては、ハードウェア（モータ）起因のノイズを除去する差分部が整流演算部２８、又は処理部３０、又は実効値変換器４８の前段に設けられて、当該ノイズが除去されている場合である。図３〜１０においては、トルク電流の変化が小さい場合でも、トルク電流の変化を良好に検出し、研磨終点検出の精度を向上させる方法について説明する。

処理部３０は、整流演算部２８の出力３８ａを増幅する増幅部４０と、整流演算部２８
の出力から所定量を減算するオフセット部（減算部）４２と、整流演算部２８の出力３８ａに含まれるノイズを除去するフィルタ（ノイズ除去部）４４と、ノイズ除去部でノイズを除去された信号をさらに増幅する第２の増幅部４６を有する。処理部３０では、増幅部４０で増幅された信号４０ａを、オフセット部４２で減算し、減算された信号４２ａからフィルタ４４でノイズを除去する。

図３（ｄ）は、増幅部４０が、増幅して出力した信号４０ａを示す。図４（ａ）は、オフセット部４２が、信号４０ａから減算して出力した信号４２ａを示す。図４（ｂ）は、フィルタ４４が、信号４２ａに含まれるノイズを除去して出力した信号４４ａを示す。図４（ｃ）は、第２の増幅部４６が、ノイズが除去された信号４４ａをさらに増幅して出力した信号４６ａを示す。これらのグラフの横軸は時間であり、縦軸は電圧である。

増幅部４０は、整流演算部２８の出力３８ａの振幅を制御するものであり、所定量の増幅率で増幅して、振幅を大きくする。オフセット部４２は、摩擦力が変化しても変化しない一定量の電流部分（バイアス）を除去することにより、摩擦力の変化に依存する電流部分を取り出して処理する。これにより、摩擦力の変化から終点を検出する終点検出法の精度が向上する。

オフセット部４２は、増幅部４０が出力した信号４０ａのうち削除すべき量だけ減算を行う。検出される電流は通常、摩擦力の変化にともなって変化する電流部分と、摩擦力が変化しても変化しない一定量の電流部分（バイアス）を含む。このバイアスが削除すべき量である。バイアスを除去することにより、摩擦力の変化に依存する電流部分のみを取り出して、後段にある実効値変換器４８の入力範囲に合わせて、最大の振幅まで増幅することが可能になり、終点検出の精度が向上する。

フィルタ４４は、入力された信号４２ａに含まれる不要なノイズを低減するものであり、通常、ローパスフィルタである。フィルタ４４は、例えば、モータの回転数より低い周波数成分のみを通すフィルタである。終点検出では、直流成分のみがあれば終点検出ができるからである。モータの回転数より低い周波数成分を通すバンドパスフィルタでもよい。この場合も終点検出ができるからである。

第２の増幅部４６は、後段にある実効値変換器４８の入力範囲に合わせて、振幅の調整を行うためのものである。実効値変換器４８の入力範囲に合わせる理由は、実効値変換器４８の入力レンジは無限ではなく、かつ、できるだけ振幅は大きいことが望ましいからである。なお、実効値変換器４８の入力レンジを大きくすると、変換後の信号をA/Dコンバータにより、アナログ／デジタル変換する際の分解能が悪化する。これらの理由から第２の増幅部４６により、実効値変換器４８への入力範囲を最適に保つ。

第２の増幅部４６の出力４６ａは、実効値変換器４８へ入力される。実効値変換器４８は、交流電圧の１周期における平均、すなわち、交流電圧に等しい直流電圧を求めるものである。実効値変換器４８の出力４８ａを図４（ｄ）に示す。このグラフの横軸は時間であり、縦軸は電圧である。

実効値変換器４８の出力４８ａは、制御部５０に入力される。制御部５０は、出力４８ａに基づいて、終点検出を行う。制御部５０は、以下の条件のいずれかが満たされた場合等の、あらかじめ設定された条件を満たした場合に、半導体ウエハ１８の研磨が終点に達したと判定する。すなわち、出力４８ａがあらかじめ設定されたしきい値より大きくなった場合、もしくは、あらかじめ設定されたしきい値より小さくなった場合、もしくは、出力４８ａの時間微分値が所定の条件を満たした場合に、半導体ウエハ１８の研磨が終点に達したと判定する。

本実施例の効果を、１相の電流のみを用いている比較例と対比して説明する。図５は、比較例の終点検出法を示すブロック図及びグラフである。図５に示すグラフは、検出法の原理を示すことを目的とするため、図示する信号は、ノイズがない場合の信号を示す。これらのグラフの横軸は時間であり、縦軸は電圧である。比較例では、１相の電流のみを用いているため、加算という処理はない。また、減算という処理も行っていない。図２と図５において、ホール素子センサ３１ａとホール素子センサ５２、整流部３４ａと整流部５４、実効値変換器４８と実効値変換器５６は、それぞれ同等の性能を有するものとする。

比較例では、ホール素子センサ５２は、１個であり、例えばＵ相の電流路に設けられ、Ｕ相の電流に比例した磁束を、ホール電圧５２ａに変換して信号線５２ａに出力する。図５（ａ）にホール電圧５２ａを示す。ホール素子センサ５２の出力電圧５２ａを入力されて整流部５４は整流して、信号５４ａとして出力する。整流は、半波整流又は全波整流である。半波整流した場合の信号５４ａを図５（ｃ）に、全波整流した場合の信号５４ａを図５（ｄ）に示す。

出力５４ａは、実効値変換器５６へ入力される。実効値変換器５６は、交流電圧の１周期における平均を求める。実効値変換器５６の出力５６ａを図５（ｅ）に示す。実効値変換器５６の出力５６ａは、終点検出部５８に入力される。終点検出部５８は、出力５６ａに基づいて、終点検出を行う。

比較例の処理結果と本実施例の処理結果を、比較して図６に示す。図６（ａ）は、比較例の実効値変換器５６の出力５６ａを示すグラフであり、図６（ｂ）は、本実施例の実効値変換器４８の出力４８ａを示すグラフである。グラフの横軸は時間、縦軸は、実効値変換器の出力電圧を、対応する駆動電流に換算して示したものである。図６より、本実施例により、電流の変化が大きくなっていることがわかる。図６におけるレンジＨＴは、実効値変換器４８、５６の入力可能レンジを示す。比較例のレベル６０ａが、本実施例のレベル６２ａに対応し、比較例のレベル６０ｂが、本実施例のレベル６２ｂに対応する。

比較例では、駆動電流５６ａの変化レンジＷＤ（＝レベル６０ａ−レベル６０ｂ）が、入力可能レンジＨＴより、かなり小さい。本実施例では、駆動電流４８ａの変化レンジＷＤ１（＝レベル６０ａ−レベル６０ｂ）が、入力可能レンジＨＴとほぼ等しくなるように、駆動電流４８ａが処理部３０により処理されている。この結果、駆動電流４８ａの変化レンジＷＤ１が、比較例の変化レンジＷＤよりもかなり大きくなっている。本実施例では、トルク電流の変化が小さい場合でもトルク電流の変化を良好に検出し、研磨終点検出の精度が向上している。

比較例と本実施例との処理の結果を、比較した別のグラフを図７に示す。図７は、比較例の実効値変換器５６の出力５６ａと、本実施例の実効値変換器４８の出力４８ａを示すグラフである。グラフの横軸は時間、縦軸は、実効値変換器の出力電圧を、対応する駆動電流に換算して示したものである。本図は、図６とは、研磨対象物が異なる。図７は、研磨の開始時点ｔ１から研磨終了時点ｔ３までに、実効値変換器の出力電圧がどのように変化するかを示す。

本図から明らかなように、本実施例の実効値変換器４８の出力４８ａの変化量は、比較例の実効値変換器５６の出力５６ａの変化量より大きい。出力４８ａと出力５６ａは、時刻ｔ１で、ともに最低値６４ａ，６６ａを取り、時刻ｔ２で、ともに最高値６４ｂ，６６ｂを取る。実効値変換器４８の出力４８ａの変化量６８（＝６４ｂ−６４ａ）は、比較例の実効値変換器５６の出力５６ａの変化量７０（＝６６ｂ−６６ａ）より、かなり大きい。なお、ピーク値７２ａ，７２ｂは、最高値６４ｂ，６６ｂより大きい電流値を示すが、
ピーク値７２ａ，７２ｂは、研磨が安定するまでの初期段階で発生するノイズのようなものである。

図７に示す変化量６８、７０は、半導体ウエハ１８が、トップリング２０が第２の電動モータ２２によって回転駆動されている状態で研磨パッド１０に押圧されるときの圧力に依存する。変化量６８、７０は、この圧力が大きいほど大きくなる。これを図８に示す。図８は、比較例の出力５６ａの変化量７０と、本実施例の出力４８ａの変化量６８の、半導体ウエハ１８に加わる圧力に対する変化を示すグラフである。グラフの横軸は、半導体ウエハ１８に加わる圧力、縦軸は、実効値変換器の出力電圧を、対応する駆動電流に換算して示したものである。曲線７４は、本実施例の出力４８ａの変化量６８を、圧力に対してプロットしたものである。曲線７６は、比較例の出力５６ａの変化量７０を、圧力に対してプロットしたものである。圧力０のとき、すなわち、研磨を行っていないときは、電流は０である。本図から明らかなように、本実施例の実効値変換器４８の出力４８ａの変化量６８は、比較例の実効値変換器５６の出力５６ａの変化量７０より大きく、曲線７４と曲線７６の差は、圧力が大きくなるほど顕著である。

次に、制御部５０による増幅部４０と、オフセット部４２と、フィルタ４４と、第２の増幅部４６の制御について説明する。制御部５０は、増幅部４０の増幅特性（増幅率や周波数特性等）、フィルタ４４のノイズ除去特性（信号の通過帯域や減衰量等）、オフセット部４２の減算特性（減算量や周波数特性等）、及び第２の増幅部４６の増幅特性（増幅率や周波数特性等）を制御する。

具体的な制御方法は、以下のとおりである。上記各部を制御するために各部の特性を変更する場合、制御部５０は、回路特性の変更指示を示すデータをデジタル通信（ＵＳＢ（Universal Serial Bus（ユニバーサル・シリアル・バス））、ＬＡＮ（Local Area Network（ローカル・エリア・ネットワーク））、ＲＳ−２３２等）により、上記の各部に送信する。

データを受信した各部は、データに従って、特性に関する設定を変更する。変更方法は、各部のアナログ回路を構成する抵抗の抵抗値、コンデンサの容量値、インダクタのインダクタンス等の設定を変更する。具体的な変更方法としては、アナログＳＷにて抵抗等を切替える。又は、ＤＡコンバータによって、デジタル信号をアナログ信号に変換した後、アナログ信号によって複数の抵抗等の切替や、小型モータによる可変抵抗等を回転させて、設定を変更する。複数の回路をあらかじめ設けておき、複数の回路を切り替える方式も可能である。

送信するデータの内容は、種々可能である。例えば、番号を送信し、受信した各部が、受信した番号に従って、当該番号に対応する抵抗等を選択する、又は、抵抗値やインダクタンスの大きさに対応した値を送信して、その値に合わせて抵抗値やインダクタンスの大きさを詳細に設定する方式がある。

デジタル通信以外の方法も可能である。例えば、制御部５０と、増幅部４０、オフセット部４２、フィルタ４４、第２の増幅部４６とを直結する信号線を設け、当該信号線により、各部内の抵抗等を切り替える方式も可能である。

制御部５０によって、各部が設定される一例を図９により説明する。図９は、増幅部４０、オフセット部４２、フィルタ４４、第２の増幅部４６の設定の一例を示す。この例においては、実効値変換部４８の入力レンジが、0A（アンペア）から100A、すなわち100Aである。整流演算部２８の出力信号３８ａの波形の最大値が20A、最小値が10Aである。すなわち整流演算部２８の出力信号３８ａの変化幅(振幅)が10A(＝20A-10A)以内、信号３８ａ
の下限値が10Aである。

このような場合、出力信号３８ａの変化分の振幅が10Aであり、実効値変換部４８の入力レンジが100Aであるため、増幅部４０の増幅率の設定値７８ａは、10倍(＝100A/10A)と設定される。増幅の結果、出力信号３８ａの波形の最大値７８ｂは200A、最小値７８ｃは100Aとなる。

オフセット部４２での減算量は、信号３８ａの下限値である10Aが、増幅部４０により増幅されて、100Aになるため、100Aを減算することになる。従って、オフセット部４２での減算量の設定値７８ｄは、-100Aとなる。減算の結果、出力信号３８ａの波形の最大値７８ｅは100A、最小値７８ｆは0Aとなる。

図９の例では、フィルタ４４に関しては、初期設定の状態から変更しないため、設定値78gは空白としている。フィルタ処理の結果、出力信号３８ａの波形の最大値７８ｈは、フィルタ特性に従った100Aより低い値に減衰され、出力信号３８ａの波形の最小値７８ｉは0Aである。図９の場合、フィルタ４４は、入力が0Aのときは、出力を0Aに保持する特性を有するからである。第２の増幅部４６は、フィルタ４４により減衰した分を補正することを目的としている。第２の増幅部４６の増幅率の設定値７８ｊは、フィルタ４４により減衰した分を補正できる値に設定される。第２の増幅の結果、出力信号３８ａの波形の最大値７８ｋは100A、最小値７８ｌは0Aとなる。

次に、制御部５０による各部の制御の一例を図１０により、さらに説明する。図１０は、制御部５０による各部の制御の一例を示すフローチャートである。制御部５０は、研磨開始時に、研磨レシピ(押圧力分布や研磨時間などの基板表面に対する研磨条件を定めたもの)に関する情報を、研磨装置１００の操作者、又は、図示しない研磨装置１００の管理装置から入力される(ステップ１０)。

研磨レシピを使用する理由は以下のとおりである。複数の半導体ウエハ等の基板に対する多段研磨プロセスを連続して行うとき、研磨前、又は各段の研磨プロセス間、又は研磨後に各基板表面の膜厚等の表面状態を計測する。計測によって得られた値をフィードバックして、次の基板や任意の枚数目後の研磨レシピを最適に修正（更新）するためである。

研磨レシピの内容は、以下のとおりである。（１）制御部５０が増幅部４０と、オフセット部４２と、フィルタ４４と、第２の増幅部４６の設定を変更するかどうかに関する情報。変更する場合は、各部との通信設定を有効にする。一方、変更しない場合は、各部との通信設定を無効にする。通信設定が無効の場合には、各部は、デフォルトで設定されている値を有効にする。（２）実効値変換部４８の入力レンジに関する情報。（３）整流演算部２８の出力信号３８ａの変化幅(振幅)を最大値と最小値で示す情報、又は変化幅で示す情報。この情報は、トルクレンジともよばれる。（４）フィルタ４４の設定に関する情報。例えば、図９の場合は、デフォルトに設定される。（５）研磨情報、例えば、テーブルの回転数に関する情報を制御に反映するかどうかに関する情報。

次に、制御部５０は、研磨情報を制御に反映するかどうかに関する研磨レシピの情報に従って、反映する設定になっている場合は、図示しない研磨装置１００の管理装置から研磨テーブル１２及びトップリング２０の回転数、トップリング２０による圧力を受信する(ステップ１２)。これらの情報を受信する理由は、圧力、テーブル回転数、テーブル回転数とトップリング回転数の回転数比の影響によるリップルが生じることがあり、リップル周波数に合わせたフィルタ設定を行う必要があるからである。

次に、制御部５０は、通信設定が有効になっている場合、研磨レシピ及び、ステップ１
２で受信した情報に従って、増幅部４０と、オフセット部４２と、フィルタ４４と、第２の増幅部４６の設定値を決定する。決定した設定値をデジタル通信により、各部に送信する(ステップ１４)。通信設定が無効になっている場合、増幅部４０と、オフセット部４２と、フィルタ４４と、第２の増幅部４６では、デフォルトの設定値が設定される。

各部での設定が終了した後、研磨が開始され、研磨中は、制御部５０は、実効値変換器４８からの信号を受信して、研磨終点の判断を継続して行う(ステップ１６)。
制御部５０は、実効値変換器４８からの信号に基づいて、研磨終点の判断を行った場合、図示しない研磨装置１００の管理装置に研磨終点を検出したことを送信する。管理装置は、研磨を終了させる(ステップ１８)。研磨終了後、増幅部４０と、オフセット部４２と、フィルタ４４と、第２の増幅部４６では、デフォルトの設定値が設定される。

本実施例によれば、３相のデータを整流して加算し、さらに、波形増幅を行っているため、トルク変化に伴う電流の出力差が大きくなるという効果がある。また、増幅部等の特性を変更できるため、更に出力差を大きくすることができる。フィルタを使用しているため、ノイズが小さくなる。

次に、本発明の蓄積部及び差分部について、図１１により説明する。以下では、図２に示す電流センサ３１ａが出力するホール電圧３２ａについて処理方法を説明する。電流センサ３１ｂ、３１ｃが出力するホール電圧３２ｂ、３２ｃについても同様に処理される。

最初に、ノイズフィルタを使用しても、ハードウェア（モータ）起因のノイズが除去できない場合について、そのようなノイズの特徴について説明する。テーブルの回転数は、例えば６０ＲＰＭ程度であり、周波数に換算すると、１Ｈｚ前後である。そして、ホール電圧３２ａは、テーブルの回転数よりも低いノイズ、すなわち、１Ｈｚよりも低周波の、ほぼ規則的に繰り返されるノイズを含む。例えば、周期が１〜１５秒、周波数換算で、１〜１／１５Ｈｚの長周期のノイズをホール電圧３２ａは含む。

この一例を図１１，１２に示す。図１１は、比較例における研磨終点検出用の電流の特性を示す図である。図１１は、研磨条件が同一である４つの研磨装置のサンプルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄそれぞれについて、従来技術のように特定の１相（例えばＶ相）の電流を検出して研磨終点検出に用いる場合の検出電流３２ａの推移を示すものである。

図１１（特定の１相を検出した場合）において、電流推移２５２，２５４，２５６，２５８はそれぞれ、サンプルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに対応する電流推移である。例えば電流値が低めに検出されたサンプルＡに対応する電流推移２５２と、電流値が高めに検出されたサンプルＢ，Ｄに対応する電流推移２５４，２５８とを比較すると、両者には電流値の差があることがわかる。また、サンプルＣに対応する電流推移２５６は両者のほぼ中間ぐらいの電流となっている。このように、特定の１相の電流を研磨終点検出用として検出した場合、サンプルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの電流推移にばらつきが生じる。

しかしながら、サンプルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの電流推移には、Ｅ部で表される同じ傾向の、周期が１０秒程度のノイズが繰り返し現れていることがわかる。すなわちＥ部のノイズが繰り返されていることがわかる。

一方、図１２は、図１１における電流推移２５２のＥ部のような繰り返し現れる部分のみを拡大して示す別の比較例の図である。図１１，１２において、横軸は時間軸を示し、縦軸は研磨終点検出用の電流値を示している。ただし、図１２においては、電流推移２６０を、ハードウェア（モータ）起因のノイズ１１４と、電流推移からノイズ１１４を除去した成分１１６とに分けて示す。

図１２におけるＦ部が、テーブル１２の１回転に相当する区間である。図１２におけるＧ部の時間長さが、図１１のＥ部の時間長さに相当する。図１２におけるＧ部の時間長さが、テーブル１２の１０回転程度であり、長周期のノイズが存在することがわかる。

このようなノイズは、ローパスフィルタを用いて、除去する場合、ローパスフィルタのカットオフ周波数が、１〜１／１５Ｈｚ以下であることが必要である。しかしこのようなローパスフィルタを用いると、検知対象である摩擦力の変化に影響してしまう。摩擦力の変化は、低周波数を有するからである。

そこで、本発明では、このノイズを除去するために、ローパスフィルタを用いずに、差分を用いる。具体的には、図１３に示すように、研磨装置１００は、入力された電流値(整流演算部２８、又は処理部３０、又は実効値変換器４８の前段の値)ＩＮをアナログ-デジタル変換（A/D変換）するＡ／Ｄ変換器１１１と、Ａ／Ｄ変換された電流値１１１ａを所定区間に渡って蓄積する蓄積部１１０を有する。蓄積されたデータは、蓄積後の処理における基準データとなる。研磨装置１００は、所定区間とは異なる区間において入力されてA/D変換された電流値１１１ａと、蓄積部１１０が出力する蓄積された電流値１１０ａとの差分を求める差分部１１２を有する。差分部１１２が出力する差分１１２ａは、整流演算部２８、処理部３０、及び実効値変換器４８のうち差分部１１２の後段に設けられた整流演算部２８、処理部３０、及び実効値変換器４８によって既述のように処理される。図１３における処理部１５４は、整流演算部２８、処理部３０、及び実効値変換器４８のうち差分部１１２の後段に設けられた整流演算部２８、処理部３０、及び実効値変換器４８を示す。

さらに、研磨装置１００は、制御部（終点検出部）５０を有する。制御部５０は、差分部１１２が出力する差分１１２ａを処理部１５４によって処理して得られた信号１５４ａを入力されて、信号１５４ａの変化に基づいて、研磨対象物の表面の研磨終了を示す研磨終点を検出する。ここで、所定区間は、削除したいノイズの周期により決定される。例えば、図１１，１２の場合、所定区間は、削除したいノイズの周期と一致させて、Ｅ部の長さ、すなわち、テーブル１２が１０回転する時間である。これにより、長周期のほぼ規則的に繰り返されるノイズが除去できる。差分部１１２は、整流演算部２８、処理部３０、及び実効値変換４８の前段のいずれに入れてもよい。

差分部１１２における差分の求め方を図１４に示す。図１４において、横軸は時間軸を示し、縦軸は研磨終点検出用の電流値を示している。１つの方法は、図１４（ａ）に示すように、逆位相のデータと加算して、凹凸をなくす、すなわち、所定区間とは異なる区間において検出された電流値１１８に、蓄積された電流値の符号を逆転した電流値１２０を加算して、ノイズを除去する方法がある。他の方法として、図１４（ｂ）に示すように、同位相データを減算して、凹凸をなくす、すなわち、所定区間とは異なる区間において検出された電流値１１８から、蓄積された電流値１２２を減算して、ノイズを除去する方法がある。これらは、実質的に同等の処理であり、同一の結果が、図１４（ｃ）に示す電流値１２４として得られる。

なお、電流値１１８と電流値１２０は、異なる時間に測定されているため、電流値のレベルが異なるが、図１４では、図示の便宜のため、ほぼ同じレベルであるように図示してある。レベルに関しては、図１５に、より正確に図示してある。

蓄積部１１０は、研磨テーブル及び保持部のうちの少なくとも一方の、少なくとも１回転分の電流値を蓄積する。本実施例では、研磨テーブル１２の３回転分の電流値を蓄積する。すなわち、所定区間は、研磨テーブル及び前記保持部のうちの一方が１回転以上する
ために要する区間であり、本実施例では研磨テーブル１２が３回転する区間である。

研磨テーブルと保持部の回転速度が異なる場合に、速い方の回転速度をａ、遅い方の回転速度をｂとしたときに、所定区間は、研磨テーブル及び保持部のうち回転速度の遅い方が（ｂ／（ａ−ｂ））回転するために必要な区間としてもよい。

本実施例では、少なくとも１回転分の電流値を蓄積している。本発明が対象とするノイズは、研磨テーブル及び保持部の１回転以上の区間にわたる長周期を有する場合が多いからである。何回転分のデータを用いることが最適であるかは、研磨条件（ウェハ上の膜の状態、材質、モータの回転数等）に依存する。一例として、研磨テーブル及び保持部が何回転かした後に、相対的に元の位置関係に戻る周期が、所定区間として好ましい場合がある。相対的に元の位置関係に戻る周期が、研磨テーブル及び保持部のうち回転速度の遅い方が（ｂ／（ａ−ｂ））回転するために必要な区間である。

本実施例においては、研磨テーブルの回転数は、分速６０回、保持部の回転数は、分速８０回である。この場合、研磨テーブルが３回、回転すると、その間に保持部は、４回、回転して、研磨テーブルと保持部の相対的な回転位置が元に戻る。

図１５に、蓄積部１１０が蓄積するデータ、及び差分部１１２による処理結果の詳細を説明するための図を示す。図１５（ａ）は、研磨テーブルの回転位置を検出するトリガセンサ（位置検出部）２２０が出力するトリガ信号１２６を示す。横軸は、時間を表す。所定区間は、検出された位置を基準として、設定される。区間１２８は、テーブル１２が１回転するために要する時間である。ハードウェア起因ノイズがモータにより生じるため、モータが１回転する毎に生成されるトリガを利用して、３回転単位で補正を行う。３回転単位で補正を行う理由は、本実施例の回転数の場合、研磨テーブルが３回、回転すると、その間に保持部は、４回、回転して、研磨テーブルと保持部の相対的な回転位置が元に戻るからである。研磨テーブルと保持部の回転数が本実施例と異なる場合は、３回転とは異なる回転数単位で補正を行うことが可能である。

トリガセンサ２２０は、図１に示すように、研磨テーブル１２に配置された近接センサ２２２と、研磨テーブル１２の外側に配置されたドグ２２４とを含む。近接センサ２２２は、研磨テーブル１２の下面（研磨パッド１０が貼り付けられていない面）に貼り付けられている。ドグ２２４は、近接センサ２２２によって検出されるように、研磨テーブル１２の外側に配置されている。なお、トリガセンサ２２０とドグ２２４の位置関係は逆でもよい。トリガセンサ２２０は、近接センサ２２２とドグ２２４との位置関係に基づいて研磨テーブル１２が１回転したことを示すトリガ信号１２６を出力する。具体的には、トリガセンサ２２０は、近接センサ２２２とドグ２２４とが最も接近した状態でトリガ信号１２６を制御部５０に出力する。

トリガセンサには、種々のタイプが利用可能である。例えば、近接センサ２２２内の検出コイルより交流磁場(磁界)が発生する。この磁界に検出物体（金属：ドグ２２４）が近づくと電磁誘導により、検出物体に誘導電流（渦電流）が流れる。この電流によって、検出コイルのインピーダンスが変化、発振が停止することで検出する。トリガセンサにおいてＤＣ(直流)磁場を発生させる場合、センサ上を金属が通過した際に発生する磁場の変化を検出コイルにより検知する。

テーブルが１回転する毎に１回のトリガ信号を入力し、加算すべき逆位相の基準データ等を取得する。トリガセンサを用いると、次の効果がある。テーブル等のモータの回転数には誤差があるため、研磨時間が長い場合、ずれが生じる。トリガセンサにより、回転むらや回転誤差を吸収し、逆位相の基準データと、補正すべきデータとの時間誤差をなくす
ことが可能である。

制御部５０は、トリガセンサ２２０から出力されたトリガ信号１２６に基づいて、蓄積開始タイミング及び差分開始タイミングを制御する。例えば、蓄積部１１０は、研磨開始後、トリガセンサ２２０からトリガ信号１２６を、制御部５０から信号５０ａとして受信して、所定の回数だけトリガ信号１２６を受信したタイミングを蓄積開始タイミングとする。また、差分部１１２は、研磨開始後、トリガセンサ２２０からトリガ信号１２６を、制御部５０から信号５０ａとして受信して、所定の回数だけトリガ信号１２６を受信したタイミングを差分開始タイミングとする。

本実施例では、蓄積開始タイミングであるトリガ信号１２６が出力されてから蓄積部１１０で蓄積が開始され、テーブル１２が３回転する間、蓄積を行い、４個目のトリガ信号１２６が出力されると、蓄積が終了する。４個目のトリガ信号１２６が出力されると、蓄積が終了し、差分部１１２において差分が開始される。研磨開始時点と、蓄積開始タイミング及び差分開始タイミングとの関係については、さらに後述する。

なお、蓄積開始タイミング及び差分開始タイミングと、トリガ信号１２６との間に時間遅延を設けてもよい。例えば、蓄積部１１０は、トリガセンサ２２０からトリガ信号１２６が出力されてから所定時間が経過したタイミングを蓄積開始タイミングとしてもよい。また、トリガセンサ２２０からトリガ信号１２６が出力されてから所定時間が経過したタイミングを差分開始タイミングとしてもよい。これにより、回転テーブル１２上の特定の位置から蓄積又は差分を開始することができる。ここで、所定時間は、あらかじめパラメータとして設定されているものとする。

本実施例では、所定時間は、０秒である、すなわち、トリガ信号１２６が出力されると、蓄積及び差分が開始される。所定時間が０秒でない場合は、トリガ信号１２６から遅れて蓄積及び差分が開始される。

図１５（ｂ）は、ハードウェア（モータ）起因のノイズが存在せず、他のノイズも存在しないと仮定したときの検出されるテーブル電流１３０を示す。図１５（ｂ）は、１個のホールセンサの出力(１相分)を示す。図１５（ｂ）において、テーブル１２が１回転する区間１２８の間に、テーブル電流１３０は多数の正弦波（図１５（ｂ）では、４個の正弦波）を描く理由は、テーブル１２の回転数は１秒間に１回程度であるが、テーブル電流１３０は、テーブルモータの切替え周波数に相当する周波数を有するためである。図１５（ｂ）〜１５（ｃ）では、説明の便宜のために、テーブル１２が１回転する間におけるテーブル電流１３０の正弦波の数を４個とした。

本実施例では、蓄積部１１０は、研磨開始後、テーブル１２が数回、回転して研磨状態が安定した後（蓄積開始タイミング）に、テーブル１２が、最初の３回、回転する間（１回転目１２８−１から３回転目１２８−３の間）、電流を蓄積する。蓄積部１１０は、入力された電流を、蓄積部１１０が内蔵するメモリに蓄積する。差分部１１２は、テーブル１２の４回転目１２８−４以降（差分開始タイミング）のデータから、蓄積されている１回転目１２８−１から３回転目１２８−３を減算して差分を求める。

具体的には、４回転目１２８−４のデータから１回転目１２８−１のデータを減算し、５回転目１２８−５のデータから２回転目１２８−２のデータを減算し、６回転目１２８−６のデータから３回転目１２８−３のデータを減算し、７回転目１２８−７のデータから１回転目１２８−１のデータを減算し、以下同様に減算を繰り返す。減算の際に基準となる１回転目１２８−１から３回転目１２８−３のデータは、本実施例では上述のように、研磨の初期段階で取得している。しかし本願発明はこの方法に限られるものではなく、
例えば別のウエハの研磨において予め取得した研磨の初期段階のデータを登録しておく方法でもよい。予め取得したデータを研磨開始時に蓄積部へロードし、ロードされたデータを減算の際の基準データとして使用することも可能である。

図１５（ｂ）における１回転目１２８−１から３回転目１２８−３頃までの電流１３０は、研磨パッド１０とウエハ１８との間の摩擦に変化が生じていないときの電流であり、一定の振幅である。研磨が進み、摩擦に変化が生じたときの４回転目以降の電流１３２と、電流１３０との電流の差が、電流の振幅の差１３４（研磨量に相当する）として現れる。

図１５（ｃ）は、ハードウェア（モータ）起因のノイズが存在し、他のノイズは存在しないと仮定したときに検出される電流１３６を示す。電流１３６は、図１５（ｂ）の電流１３０と比較すると、後述するように、モータの回転(機器)による影響によって変化（ノイズ）が発生している。図１５（ｃ）は、１個のホールセンサの出力を示す。

蓄積部１１０は、テーブル１２が、最初の３回、回転する間の電流１３６−１、１３６−２、１３６−３を蓄積する。差分部１１２は、テーブル１２の４回転目１２８−４以降の電流１３６−４、１３６−５、・・・から、蓄積されている１回転目１２８−１から３回転目１２８−３の電流１３６−１、１３６−２、１３６−３を、上述のように減算して差分を求める。

１回転目１２８−１から３回転目１２８−３の電流１３８には、図１５（ｂ）と図１５（ｃ）を比較すると、以下の傾向があることがわかる。電流１３６−１と電流１３６−２の振幅の差１４０、電流１３６−２と電流１３６−３の振幅の差１４２が図１５（ｃ）では発生している。モータの回転(機器)による影響によって変化（ノイズ）が発生したためである。

電流１３６−１と電流１３６−２の振幅の差１４０、電流１３６−２と電流１３６−３の振幅の差１４２は、４回転目１８−４以降においても、ほぼ同じ値を繰り返す。モータの回転(機器)による影響による変化（ノイズ）は、所定の回転数ごとに同じ大きさで繰り返すという点を利用したものが本願発明である。何回転ごとに繰り返すかは、研磨条件等によって異なる。

なお、図１５（ｂ）の電流１３０と電流１３２の振幅の差１３４と、図１５（ｃ）の電流１３６−３と電流１３６−４の振幅の差１４４とを比較すると、振幅の差１４４の方が小さくなっている。すなわち、モータの回転による影響によって、見掛け上の研磨量の変化が小さくなっている。従って、本願のように、ノイズを除去しない場合、終点検知が困難になる。振幅の差１４４が小さくなるということは、次のような問題も生じさせる。モータ電流１３６は、通常、後段の信号処理において直流化して、研磨量の変化をモニターする。振幅の差１４４が小さくなると、直流化した時の変化も小さくなり、変化量の大きさから終点検知をする場合、終点検知が困難になるという問題が生じる。本願は、ノイズを除去するため、変化量が大きくなる。この点を次に説明する。

図１５（ｄ）は、差分部１１２により差分が行われた後の、すなわち、ノイズが除去された後の差分部１１２の出力１４６，１４８を示す。差分は図１５（ａ）に示すトリガ信号１２６を基準に行われる。トリガ信号１２６が入力される毎に、Ａ／Ｄコンバータ１１１におけるデータのサンプリングのタイミングをリセットして、差分部１１２とＡ／Ｄコンバータ１１１におけるデータ取得タイミングを調整する。この調整により、差分部１１２におけるデータ取得のずれを、Ａ／Ｄコンバータ１１１が１サンプリングに要する期間未満の期間に抑えることが可能になる。テーブル１２の３回転目１２８−３までの出力１
４６は０である。蓄積されているデータと一致しているデータに関しては差分部１１２の出力は０である。４回転目１２８−４以降の出力１４８は、研磨量の変化により、０ではない。

差分部１１２を整流演算部２８の前段に配置した場合に関して説明すると、４回転目１２８−４以降の出力１４８は、研磨量の変化と、モータに起因しない図示しないノイズを含む。図示しないノイズは、後段の処理部３０（図２に示す）において除去される。４回転目１２８−４以降の出力１４８には、モータによるノイズ以外の原因による電流値の変化部分が、出力１４８の振幅１５０として残る。出力１４８の振幅１５０は、図１５（ａ）の振幅の差１３４と同じ大きさである。従って、モータによるノイズが消去され、研磨量の変化のみを精度よく検出することができる。

本実施例で用いたアルゴリズムを、ＣＰＵを搭載した演算ユニット内の蓄積部(メモリ、ＨＤＤ)内に保存し、このアルゴリズムをＣＰＵにおいて実行することも可能である。
本実施例では、蓄積部１１０は、ホールセンサによって検出された少なくとも２相の電流値を、整流する前に、所定区間に渡って蓄積し、差分部１１２は、少なくとも２相の電流のそれぞれについて差分を求め、研磨装置は、差分部１１２が出力する差分である少なくとも２相の電流検出値を整流することとした。本発明はこれに限られるものではなく、整流後に差分を行ってもよい。例えば、蓄積部１１０は、整流演算部の出力した少なくとも２相の電流値を所定区間に渡って蓄積し、差分部１１２は、少なくとも２相の電流のそれぞれについて、差分を求め、終点検出部は、差分部１１２が出力する前記差分の変化に基づいて、研磨対象物の表面の研磨終了を示す研磨終点を検出してもよい。

次に、制御部５０による本実施例における制御の一例を図１６により、さらに説明する。図１６は、制御部５０による各部の制御の一例を示すフローチャートである。本フローでは蓄積部１１０は、基準データを研磨中に収集する、すなわち基準データを研磨開始直後に取得する。

基準データの蓄積時間の設定に関しては、テーブルモータ回転数とトップリングモータ回転数の比率により、ＣＰＵ(中央演算処理装置)を有する制御部５０が既述のように計算を行い、決定する。回転数に関する情報は、CMP本体側から研磨前に必要とする研磨ステップ分、取得する。ここで、研磨ステップ分、取得する理由は、研磨条件を変えながら連続して研磨する等の場合、研磨条件が変わるごとに、テーブル回転数やパッド圧力が変わり、基準データが変わるため、別の研磨ステップとみなすためである。ＣＭＰ本体側と制御部５０が一体でもよい。この場合、必要な情報は、共有メモリ等を経てＣＭＰ本体側と制御部５０との間で受け渡しを行う。一体である場合、ＣＭＰ本体側のＣＰＵと制御部５０側のＣＰＵが別々であることによる２つのＣＰＵ処理間の時間差が最小限になる利点がある。

制御部５０は、計測開始をユーザ（すなわち、ＣＭＰ装置側）から指示されると、テーブルを回転させる（Ｓ１２０）とともに、ホールセンサ３１は、テーブルモータ電流値をＡ／Ｄ変換器１１１に入力する（Ｓ１１０）。近接センサは、テーブル１２が回転を始めると、出力を始める（Ｓ１３０）。近接センサの出力は、Ａ／Ｄ変換器１１１に入力され、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等であるデジタル回路(図示しない)を用いてＡ／Ｄ変換のタイミング調整に利用される。近接センサの出力により、Ａ／Ｄ変換器１１１内のデータをリセットするとともに、データの取り込みタイミングを一致させる。その後、Ａ／Ｄ変換器１１１は、テーブルモータ電流値をＡ／Ｄ変換する（Ｓ１４０）。

その後、制御部５０は、ユーザからの研磨開始の指示を待つ（Ｓ１５０）。ユーザから研磨開始の指示があると、制御部５０は、その内部にあるタイマをリセットした後に、基
準データ（すなわち、テーブル３回転分のデータ）を蓄積する所定時間が経過したかどうかをタイマにより判断する（Ｓ１６０）。基準時間が経過していないときは、基準データを蓄積部１１０のメモリ１５２に蓄積させる（Ｓ１７０）。これ以降は、近接センサからの情報に合わせてテーブルモータ電流値を蓄積及び差分処理する。データの先頭を一致させるためである。演算処理は具体的には、デジタル化されたデータをＣＰＵにおいて行われる。

基準時間が経過したときは、蓄積部１１０での蓄積は終わる。テーブルモータ電流値は、差分部１１２のFIFOメモリ（先入れ先出しメモリ）に蓄積される（Ｓ１８０）。FIFOメモリでは、最初に格納されたデータが、その後、最初に取出されると同時に削除される。差分部１１２は、ノイズを除去するために、既述のように、減算すなわち“FIFOに入力したデータ“-”基準データ”を実施する（Ｓ１９０）。

次に、制御部５０は、図２の処理部３０における処理、すなわち、フィルタ実施の有無を判断する（Ｓ２００）。ユーザから実施するとの指示がある場合は、フィルタ処理を実施する（Ｓ２１０）。ユーザから実施するとの指示がない場合は、フィルタ処理を実施しない。その後、差分部１１２の出力に基づいて終点検出処理を開始する（Ｓ２２０）。終点であるかどうかを次に判断する（Ｓ２３０）。終点でない場合は、ステップの最初に戻り、制御部５０は、テーブルの回転を続行させる（Ｓ１２０）とともに、ホールセンサ３１は、テーブルモータ電流値をＡ／Ｄ変換器１１１に入力する（Ｓ１１０）。

次に、制御部５０による本実施例における別の制御例を図１７により、さらに説明する。図１７は、制御部５０による各部の制御の一例を示すフローチャートである。本フローでは蓄積部１１０は、基準データを研磨前に設定する。すなわち、類似の研磨条件の別の研磨において、基準データを取得しておき、そのデータを利用する。

基準データの蓄積時間の設定に関しては、テーブルモータ回転数とトップリングモータ回転数の比率により、既述のように制御部５０が計算を行い、決定する。回転数に関する情報は、CMP本体側から研磨前に必要とする研磨ステップ分、取得する。ＣＭＰ本体側と制御部５０が一体の場合、必要な情報は共有メモリ等を使用して受け渡しを行う。

制御部５０は、計測開始をユーザから指示されると、テーブルを回転させる（Ｓ１２０）とともに、ホールセンサ３１は、テーブルモータ電流値をＡ／Ｄ変換器１１１に入力する（Ｓ１１０）。制御部５０は、既に取得した複数セットの基準データから研磨条件に合致するものを蓄積部１１０に送信し、蓄積部１１０は、その内部のメモリに基準データを、CSVファイル等のデータ形式で、設定する（Ｓ２４０）。

近接センサは、テーブルが回転を始めると、出力を始める（Ｓ１３０）。近接センサの出力は、Ａ／Ｄ変換器１１１に入力され、Ａ／Ｄ変換のタイミング調整に利用される。近接センサの出力により、Ａ／Ｄ変換器１１１内のデータをリセットするとともに、データの取り込みタイミングを一致させる。その後、Ａ／Ｄ変換器１１１は、テーブルモータ電流値をＡ／Ｄ変換する（Ｓ１４０）。

その後、制御部５０は、ユーザからの研磨開始の指示を待つ（Ｓ１５０）。ユーザから研磨開始の指示があると、近接センサからの情報と合わせてテーブルモータ電流値を差分処理する。データの先頭を一致させるためである。処理は具体的には、デジタル化されたデータをＣＰＵにおいて演算処理される。

テーブルモータ電流値は、差分部１１２のFIFOメモリに蓄積される（Ｓ１８０）。差分部１１２は、ノイズを除去するために、既述のように“FIFOに入力したデータ“-”基準
データ”を実施する（Ｓ１９０）。

次に、制御部５０は、図２の処理部３０における処理、すなわち、フィルタ実施の有無を判断する（Ｓ２００）。ユーザから実施するとの指示がある場合は、フィルタ処理を実施する（Ｓ２１０）。ユーザから実施するとの指示がない場合は、フィルタ処理を実施しない。その後、差分部１１２の出力に基づいて終点検出処理を開始する（Ｓ２２０）。終点であるかどうかを次に判断する（Ｓ２３０）。終点でない場合は、ステップの最初に戻り、制御部５０は、テーブルの回転を続行させる（Ｓ１２０）とともに、ホールセンサ３１は、テーブルモータ電流値をＡ／Ｄ変換器１１１に入力する（Ｓ１１０）。

なお、本実施例では、テーブル電流等を整流する場合に、蓄積部及び差分部を適用しているが、蓄積部及び差分部は、電流値を整流しない場合にも適用でき、同様の結果が得られる。これらの処理方式の場合は、いずれも実効値変換前に蓄積及び差分を行っている。実効値変換前のデータには、実効値変換によるDC成分が入っていない。実効値変換後のデータを利用する場合、DC成分が入っているために、逆位相のデータを生成して、減算を実行することが難しい。実効値変換により、データの振幅が小さくなっているためである。

実効値変換を実施した後、終点検出部５８において移動平均、微分処理を行い、終点検出を実施する。
なお、本実施例で説明した方式は、研磨中の摩擦変化に与える機器の影響をキャンセルする方式であるため、この方式は、上述のテーブルモータ電流の変化の計測に適用することに限られず、トルクの変化自体の計測にも適用することができる。

ところで、本願におけるテーブルモータ電流値を計測するセンサと、他の方式のセンサとの併用を行い、検出精度をさらに向上させることもできる。渦電流式センサや、光学式センサとの併用が可能である。以下に２つの好適な例を挙げる。例１：金属膜にタングステン（W）が含まれるメタル研磨プロセスにおいて、テーブルモータ電流値を計測するセンサと渦電流式センサを併用して、タングステン（W）膜とバリア膜の境界をテーブルモータ電流値を計測するセンサにより検出する。渦電流式センサは、ウェハの膜厚方向に存在する物質全体の抵抗値に影響を受けるため、タングステン膜とバリア膜の抵抗値が近い場合には、タングステン膜とバリア膜の境界において、渦電流式センサセンサの検出値に変化が出にくい。一方、テーブルモータ電流値を計測するセンサは、研磨面の摩擦を検知して終点検出を行うことから、バリア膜の境界点で波形変化が現れることがあり、タングステン膜とバリア膜との境界の検知に適している。 例２:膜に酸化膜が含まれる酸化膜研磨プロセスにおいて、光学式センサとテーブルモータ電流値を計測するセンサの併用を行う。光学式センサにより膜厚検出を行った後、膜質が変化する箇所をテーブルモータ電流値を計測するセンサにより検出することが好ましい。

なお、本発明は、一定周期にて発生するノイズの削除に適していることからインサイチュウドレッシングにおけるノイズ削減にも有効に対応可能である。

次に、蓄積部１１０の別の実施例について図１８〜図２２により、説明する。図１８〜図２２では、横軸は時間（ミリ秒）、縦軸は電流値（アンペア）である。これらの実施例では、蓄積部１１０は、所定区間に渡って検出される電流値から所定値を減算した電流値を蓄積し、差分部１１２は、所定区間とは異なる区間において検出された電流値と、減算して蓄積された電流値との差分を求める。図１８、１９は、所定値が、所定区間に渡って検出された電流値の平均値である実施例を説明する図である。図１８，１９の実施例は、図１５の実施例を改善するものである。図２０〜２２の実施例は、図１８，１９の実施例を、さらに改善するものである。図１８〜図２２では、所定区間２１４は、研磨テーブル１２が１回転する時間とする。なお、本発明では、所定区間２１４は、研磨テーブル１２
が１回転する時間に限られず、ノイズの周期に応じて設定することができる。

蓄積部に蓄積されるモータ電流には、第１成分２２６と、第１成分２２６とは異なる、時間的にゆっくりと変化する成分（膜厚の変化を表す量と考えることができる成分であり、「第２成分２２８」と以下では呼ぶ。）を有する。第１成分２２６は、例えば周期が１〜１５秒、周波数換算で、１〜１／１５Ｈｚの長周期の既述のノイズを含むものである。

図１８では、所定区間２１４とは異なる区間２１６には、区間２３４と区間２３８が含まれるとする。所定区間２１４と、所定区間２１４とは異なる区間２３８では、第２成分２２８は、その大きさや変化の様子が異なる。但し、所定区間２１４と、所定区間２１４とは異なる区間２３４では、第２成分２２８は、その大きさや変化の様子が同じとする。

所定区間２１４と、所定区間２１４とは異なる区間２１６において、第１成分２２６は同じである。膜厚の変化を表す量である第２成分２２８は、変化する。従って、第２成分２２８のみを検出できることが望ましい。所定区間２１４と、所定区間２１４とは異なる区間２１６において、第１成分２２６は、ほぼ同じである。所定区間内において検出されるテーブル電流２１０から、所定区間内における第２成分２２８を減算して、第１成分２２６のみを蓄積する。所定区間２１４において減算して蓄積された電流値（第１成分）を、区間２１６におけるテーブル電流２１０から減算することにより、区間２１６における第２成分２２８を得る。

図１８、１９は、蓄積部１１０が蓄積するデータ、及び差分部１１２による処理結果の詳細を説明するための図である。図１８は、図１５に示す方法により処理した場合の処理結果を示す。図１９は、図１８と同じテーブル電流２１０を、所定区間に渡って検出される電流値から所定値を減算した電流値を蓄積する方法により処理した場合の処理結果を示す。

図１８は、差分処理前のテーブル電流２１０と、差分処理後の出力信号２３６を示す。テーブル電流２１０は、第１成分２２６と、時間的にゆっくりと変化する第２成分２２８との和である。なお、図１８〜図２２において、テーブル１２が１回転する所定区間２１４の間に、テーブル電流２１０は２周期の正弦波を描くものとする。

図１８、図１９において、テーブル電流２１０は、sin波である第１成分２２６と、ある区間において一定である第２成分２２８を有する。区間２３０と、区間２３０に後続する区間２３８で、振幅の中心値である第２成分２２８が異なる。図１５に示す方法では、図１８に示すように、所定区間２１４におけるテーブル電流２１０そのものが基準データである。

図１５に示す方法により差分処理が行われて出力される信号は、区間２１６におけるテーブル電流２１０から、所定区間２１４におけるテーブル電流２１０を減算した値となる。このため、所定区間２１４と、所定区間２１４の直後にある区間２３４では、第２成分２２８が同じであり、sin波である第１成分２２６と、第２成分２２８の両方が打ち消される。図１８に示すように、減算した値２３６は、区間２３４では０となってしまう。従って、図１５に示す方法によれば、テーブル電流２１０の平均値が０である場合、膜厚そのものの大きさを検出することが可能である。

図１８に示すように、区間２３４に後続する区間２３８では、第２成分２２８が異なるため、Sin波である第２成分２２８は打ち消され、基準データとの中心値（第２成分２２８）の差が出力信号２３６となる。従って、図１５に示す方法によれば、平均値が０でないときには、膜厚の変化を表す量のみの検出が可能である。しかし、出力信号２３６は、
テーブル電流２１０とは、振幅の大きさが、かなり異なる。従って、膜厚そのものの大きさを知りたい場合には、図１５に示す方法は改善の余地がある。

改善策として、所定区間２１４と、所定区間２１４とは異なる区間２１６において、第１成分２１８、すなわちsin波は、ほぼ同じであることを利用する。具体的には、図１９に示すように、所定区間２１４内において検出される電流値（テーブル電流２１０）から第２成分２２８を減算して、第１成分２２６を蓄積する。所定区間２１４とは異なる区間２１６において、テーブル電流２１０から、第２成分２２８を減算して蓄積された電流値（基準データである第１成分２２６）を減算することにより、第２成分２２８を得ることができる。

所定区間２１４において、第１成分２２６を算出するために利用する第２成分２２８は以下のようにして算出する。研磨開始後、研磨が安定した時に、研磨テーブル１２が１回転する時間について、テーブル電流２１０の平均値を算出する。算出された平均値を、当該平均値を算出した期間に後続する研磨テーブル１２が１回転する時間（この期間を所定区間２１４とする。）において、テーブル電流２１０から減算することで、基準データを作成する。式で示すと、以下のとおりである。
基準データ = テーブル電流２１０ - 平均値
図１５に示す基準データの平均値を考慮することによって、区間２１６において、sin波のみが打ち消され、テーブル電流２１０の絶対値（第２成分２２８）が出力される。絶対値が変化した場合であっても、第１成分２２６が、同じsin波成分であれば、打ち消され、テーブル電流２１０の絶対値が出力できる。すなわち、膜厚そのものの大きさを知ることができる。

次に、蓄積部１１０の別の実施例について図１９〜図２０により、説明する。本実施例では、所定区間に渡って検出される電流値（テーブル電流２１０）が、周期的に変化する第１の成分と、直線状に変化する第２の成分とを加算したものであり、所定値は、所定区間２１４における第２の成分である。図２０、２１は、蓄積部１１０が蓄積するデータ、及び差分部１１２による処理結果の詳細を説明するための図である。図２０は、図１９に示す方法により処理した場合の処理結果を示す。図２１は、図２０と同じテーブル電流２１０を処理するが、第２成分２２８が直線状に変化することを考慮して、所定値を設定する。図２１は、所定区間に渡って検出されるテーブル電流２１０から、この所定値を減算した電流値を蓄積する方法により処理した場合の処理結果を示す。

図２０は、差分処理前のテーブル電流２１０と、差分処理後の出力信号２４０を示す。出力信号２４０は、図１９の算出方法により得られたものである。テーブル電流２１０は、第１成分２２６と、時間的にゆっくりと直線状に変化する第２成分２２８との和である。

図２０、図２１において、テーブル電流２１０は、sin波である第１成分２２６と、区間２３０において直線状に変化する第２成分２２８を有する。区間２３０に後続する区間２３８において、一定である第２成分２２８を有する。図１９に示す方法では、図２０に示すように、所定区間２１４におけるテーブル電流２１０の平均値２４２が、所定値である。算出された平均値２４２を、所定区間２１４において、テーブル電流２１０から減算することで基準データを作成する。

区間２３４において、テーブル電流２１０から基準データを減算すると、第２成分２２８を正確に得ることができる。所定区間２１４と、区間２３４においては、第２成分２２８の傾きが同じであるため、区間２３４においては、第１成分２２６を正しく打ち消すことができる。しかし、区間２３８では、所定区間２１４とは、第２成分２２８の傾きが異
なるため、第１成分２２６であるsin波は打ち消せても、出力信号２４０に、所定区間２１４における傾きが現れてしまう。区間２３８では、出力信号２４０は、平たんでなければならないが、のこぎり状の波形になる。この、のこぎり状の波が新たなノイズの原因となるため、図２０のようなテーブル電流２１０に対しては、基準データの生成方法を変更する必要がある。

適切な基準データの生成方法は次のとおりである。所定区間２１４と、所定区間２１４とは異なる区間２１６において、第１成分２１８、すなわちsin波は、ほぼ同じであることを利用する。具体的には、所定区間２１４内において検出される電流値（テーブル電流２１０）から、傾きを有する第２成分２２８を減算して蓄積する。所定区間２１４とは異なる区間２１６において、テーブル電流２１０から、第２成分２２８を減算して蓄積された電流値（基準データである第１成分２２６）を減算することにより、正しい第２成分２２８を得ることができる。

所定区間２１４において、第１成分２２６を算出するために利用する第２成分２２８は、例えば、以下のようにして算出する。研磨開始後、研磨が安定した時のsin波の２周期について、テーブル電流２１０の傾きを算出する。２周期とした理由は、２周期が、所定区間２１４の長さであるからである。図２１に示すように、２周期の開始点２４４における第２成分２２８と、終了点２４６における第２成分２２８との差は、開始点２４４におけるテーブル電流２１０と、終了点２４６におけるテーブル電流２１０との差に等しいという性質を利用する。

なお、第２成分２２８の差がテーブル電流２１０の差に等しいという性質は、２周期の開始点２４４と終了点２４６との組み合わせに限らず生じる。この性質は、１周期の整数倍の長さだけ離れた測定点同士の間で、成立しうる。１周期の何倍の長さだけ離れた測定点同士の間で、テーブル電流２１０の差が等しくなるかは、研磨対象物、研磨条件、研磨開始からの経過時間等に依存する。

本実施例では、研磨開始後、研磨が安定した時に、所定区間２１４の長さだけ離れた測定点の間におけるテーブル電流２１０の差を求めることにより、第２成分２２８の差を求めることができる。所定区間２１４の長さだけ離れた測定点の間における第２成分２２８の差が求まると、第２成分２２８の傾きがわかり、第２成分２２８を、時間に関する一次関数で表現することができる。傾きを決定した期間に後続する２周期を所定区間２１４とする。一次関数を用いると、所定区間２１４において、テーブル電流２１０から、正確に第２成分２２８を減算できる。このようにして、基準データを作成する。基準データを区間２１６に用いることにより、区間２１６において、第２成分２２８を正確に算出することができる。

図２１は、図２０に示す基準データを補正した結果である。図２０に示す基準データの傾きを考慮することによって、sin波のみが打ち消され、テーブル電流２１０の中心値（第２成分２２８）が出力される。第２成分２２８が直線状に変化した場合であっても、第１成分２２６が、同じsin波成分であれば、打ち消され、テーブル電流２１０の絶対値が出力できる。すなわち、膜厚そのものの大きさを知ることができる。

所定区間２１４の長さの間に、第１成分２２６の周期とは異なる特定の周期を有する第２成分２２８が含まれる場合や、所定区間２１４の長さの間に、第２成分２２８に折れ線状の屈曲がある場合にも、図２１と類似の方法が適用できる。そのような例を図２２に示す。図２２では、第２成分２２８が折れ線状である。折れ線は、直線の組み合わせと考えられるため、各々の直線について、図２１の方法を適用することにより、第２成分２２８を、時間に関する一次関数で表現することができる。得られた１次関数を用いて、所定区
間２１４において、テーブル電流２１０から、第２成分２２８を減算する。このようにして、基準データを作成する。

所定区間２１４の長さの間に、第１成分２２６の周期とは異なる特定の周期を有する第２成分２２８が含まれる場合、特定の周期が、第１成分２２６の周期と比較して長く、直線で近似できる場合がある。そのようなときは、図２１の方法を適用することにより、第２成分２２８を、時間に関する一次関数で表現することができる。次に、所定区間２１４において、テーブル電流２１０から、第２成分２２８を減算する。このようにして、基準データを作成する。

次に、制御部５０による、図１８〜図１９の実施例における制御の一例を図２３により、さらに説明する。図２３は、制御部５０による各部の制御の一例を示すフローチャートである。本フローでは蓄積部１１０は、基準データを研磨中に収集する、すなわち基準データを研磨開始直後に取得する。本フローは、図１６に示すフローを一部変更したものである。ステップＳ２５０が追加されている。

ステップＳ２５０では、以下の処理が行われる。研磨開始後、研磨が安定した時の２周期について、メモリ１５２に、２周期分のテーブル電流２１０が蓄積された直後に、テーブル電流２１０の平均値を算出する。後続する２周期（所定区間２１４）において、算出された平均値を、テーブル電流２１０から減算することで基準データを作成して、メモリ１５２に蓄積する。

１２ 研磨テーブル
１４ 第１の電動モータ
１８ 半導体ウエハ
２０ トップリング
２２ 第２の電動モータ
２４ 電流検出部
２９ 終点検出部
１００ 研磨装置
１１０ 蓄積部
１１２ 差分部

Claims (20)

1. 研磨パッドと、前記研磨パッドに対向して配置される研磨物との間で研磨を行うための研磨装置であって、
   研磨パッドを保持するための研磨テーブルを回転駆動する第１の電動モータと、
   前記研磨物を保持して前記研磨パッドへ押圧するための保持部を回転駆動する第２の電動モータとを有し、
   前記研磨装置は、前記第１及び第２の電動モータのうちの少なくとも一方の電流値を検出する電流検出部と、
   前記検出された電流値を所定区間に渡って蓄積する蓄積部と、
   前記所定区間とは異なる区間において前記検出された電流値と、前記蓄積された電流値との差分を求める差分部と、
   前記差分部が出力する前記差分の変化に基づいて、前記研磨の終了を示す研磨終点を検出する終点検出部と、を有することを特徴とする研磨装置。
2. 請求項１において、前記研磨装置は、前記研磨テーブル及び前記保持部のうちの少なくとも一方の回転位置を検出する位置検出部を有し、
   前記所定区間は、前記検出された位置を基準として、設定されることを特徴とする研磨装置。
3. 請求項１又は２において、前記蓄積部は、前記研磨テーブル及び前記保持部のうちの少なくとも一方が少なくとも１回転する期間に検出された前記電流値を蓄積することを特徴とする研磨装置。
4. 請求項１から３までのいずれか１項において、前記所定区間は、前記研磨テーブル及び前記保持部のうちの一方が１回転以上するために要する区間であることを特徴とする研磨装置。
5. 請求項１から３までのいずれか１項において、前記研磨テーブル及び前記保持部の回転速度が異なる場合に、速い方の回転速度をａ、遅い方の回転速度をｂとしたときに、前記所定区間は、前記研磨テーブル及び前記保持部のうち回転速度の遅い方が（ｂ／（ａ−ｂ））回転するために必要な区間であることを特徴とする研磨装置。
6. 請求項１から５までのいずれか１項において、前記第１及び第２の電動モータのうち少なくとも一方の電動モータは、複数相の巻線を備え、
   前記電流検出部は、前記第１及び第２の電動モータのうちの少なくとも２相の電流を検出し、
   前記蓄積部は、前記検出された少なくとも２相の電流値を前記所定区間に渡って蓄積し、
   前記差分部は、前記少なくとも２相の電流のそれぞれについて前記差分を求め、
   前記研磨装置は、前記差分部が出力する差分である少なくとも２相の電流検出値を整流し、整流された少なくとも２相の信号に対して、該少なくとも２相の信号同士を加算する加算及び／又は該少なくとも２相の信号に所定の乗数を乗じる乗算を行って出力する整流演算部を有し、
   前記終点検出部は、前記整流演算部の出力の変化に基づいて、前記研磨の終了を示す研磨終点を検出することを特徴とする研磨装置。
7. 請求項１から５までのいずれか１項において、前記第１及び第２の電動モータのうち少なくとも一方の電動モータは、複数相の巻線を備え、
   前記電流検出部は、前記第１及び第２の電動モータのうちの少なくとも２相の電流を検
   出し、
   前記研磨装置は、前記電流検出部によって検出された少なくとも２相の電流検出値を整流し、整流された少なくとも２相の信号に対して、該少なくとも２相の信号同士を加算する加算及び／又は該少なくとも２相の信号に所定の乗数を乗じる乗算を行って出力する整流演算部を有し、
   前記蓄積部は、前記整流演算部の出力した少なくとも２相の電流値を前記所定区間に渡って蓄積し、
   前記差分部は、前記少なくとも２相の電流値のそれぞれについて、前記差分を求め、
   前記終点検出部は、前記差分部が出力する前記差分の変化に基づいて、前記研磨の終了を示す研磨終点を検出することを特徴とする研磨装置。
8. 請求項６又は７において、前記研磨装置は、前記整流演算部の出力を増幅する増幅部と、前記整流演算部の出力に含まれるノイズを除去するノイズ除去部と、前記整流演算部の出力から所定量を減算する減算部とのうち、少なくとも１つを有する、ことを特徴とする研磨装置。
9. 請求項８に記載の研磨装置において、前記研磨装置は、前記増幅部と前記減算部と前記ノイズ除去部とを有し、前記増幅部で増幅された信号を前記減算部で減算し、該減算された信号から前記ノイズ除去部でノイズを除去する、ことを特徴とする研磨装置。
10. 請求項９の研磨装置において、前記研磨装置は、前記ノイズ除去部でノイズを除去された信号をさらに増幅する第２の増幅部を有する、ことを特徴とする研磨装置。
11. 請求項８に記載の研磨装置において、前記研磨装置は、前記増幅部と、前記増幅部の増幅特性を制御する制御部とを有する、ことを特徴とする研磨装置。
12. 請求項８に記載の研磨装置において、前記研磨装置は、前記ノイズ除去部と、前記ノイズ除去部のノイズ除去特性を制御する制御部とを有する、ことを特徴とする研磨装置。
13. 請求項８に記載の研磨装置において、前記研磨装置は、前記減算部と、前記減算部の減算特性を制御する制御部とを有する、ことを特徴とする研磨装置。
14. 請求項１０に記載の研磨装置において、前記研磨装置は、前記第２の増幅部の増幅特性を制御する制御部を有する、ことを特徴とする研磨装置。
15. 研磨パッドを保持するための研磨テーブルを回転駆動する第１の電動モータと、前記研磨パッドに対向して配置される研磨物を保持して前記研磨パッドへ押圧するための保持部を回転駆動する第２の電動モータと、前記第１及び第２の電動モータのうちの少なくとも一方の電流値を検出する電流検出部とを有する研磨装置を用いた、前記研磨パッドに対向して配置される研磨物と前記研磨パッドとの間で研磨を行う研磨方法において、該方法は、
    前記検出された電流値を所定区間に渡って蓄積する蓄積ステップと、
    前記所定区間とは異なる区間において前記検出された電流値と、前記蓄積された電流値との差分を求める差分ステップと、
    前記差分ステップが出力する前記差分の変化に基づいて、前記研磨の終了を示す研磨終点を検出する終点検出ステップとを有する、ことを特徴とする研磨方法。
16. 請求項１から１４までのいずれか１項において、
    前記蓄積部は、前記所定区間に渡って検出される前記電流値から所定値を減算した電流値を蓄積し、
    前記差分部は、前記所定区間とは異なる区間において前記検出された電流値と、減算して蓄積された前記電流値との差分を求めることを特徴とする研磨装置。
17. 請求項１６において、前記所定値は、前記所定区間に渡って検出された前記電流値の平均値であることを特徴とする研磨装置。
18. 請求項１６において、前記所定区間に渡って検出される前記電流値が、第１の周期を有する第１の成分と、前記第１の周期よりも長い第２の周期を有する第２の成分とを加算したものであり、
    前記所定値は、前記第２の成分であることを特徴とする研磨装置。
19. 請求項１６において、前記所定区間に渡って検出される前記電流値が、周期的に変化する第１の成分と、直線状に変化する第２の成分とを加算したものであり、
    前記所定値は、前記第２の成分であることを特徴とする研磨装置。
20. 請求項１６において、前記所定区間に渡って検出される前記電流値が、周期的に変化する第１の成分と、折れ線状に変化する第２の成分とを加算したものであり、
    前記所定値は、前記第２の成分であることを特徴とする研磨装置。