JP5722619B2

JP5722619B2 - 研磨装置及び研磨方法

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Publication number: JP5722619B2
Application number: JP2010291822A
Authority: JP
Inventors: 松尾　尚典; 尚典松尾; 遊石井; 大野　勝俊; 勝俊大野
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2030-12-28
Also published as: JP2012139739A

Description

本発明は、半導体ウェーハ等の基板の被研磨面（表面）を研磨パッドの研磨面に押圧接触させ、基板の被研磨面と研磨パッドの研磨面との相対運動により該被研磨面を研磨する研磨方法及び研磨装置に関する。

研磨装置として、研磨テーブルの上面に研磨パッドを貼り付けて研磨面を形成し、この研磨面に研磨ヘッド（基板保持機構）で保持した半導体ウェーハ等の基板の被研磨面を押圧接触させ、研磨面に研磨液（スラリ）を供給しながら、研磨テーブルの回転と研磨ヘッドの回転による研磨面と被研磨面との相対運動により、被研磨面を平坦に研磨する化学機械研磨（ＣＭＰ）装置が知られている。

研磨技術においては、単位時間当りの基板処理枚数を最大にするために、最大の研磨レート、即ち、最短の研磨時間で基板を研磨できる条件を適用することが望まれている。そのために、ＣＭＰ装置においては、基板を研磨パッドの研磨面に押し付けて研磨する時の研磨圧力、研磨ヘッド及び研磨テーブルの回転速度、研磨パッドの研磨面に供給される研磨液流量などを調整して所望の研磨レートを得るようにしている。

一方で、基板の研磨時に、基板と研磨パッドとの摺動により摩擦熱が発生し、この摩擦熱によって、研磨パッド、ひいては研磨パッドと基板との研磨界面の温度が過剰に上昇して、最大研磨レートが得られなくなる場合がある。このような場合に、例えば冷却ノズル等のガス噴射部を用いて、冷却ガス等のガスを研磨パッドの表面に向けて噴射して、主に研磨パッド表面から気化熱を奪うことで、研磨パッド表面、ひいては研磨パッドと基板との研磨界面の温度を適正に保つことが研磨レートを最大にするのに有効である。

このため、研磨パッド表面を約５０℃以下、例えば４４℃などの温度に制御することで、ディッシングを低減したり（引用文献１参照）、研磨パッドの表面温度を測定し、研磨パッドの表面温度の変化に応じて、例えば冷却機構を研磨パッド上に配置して冷却したりすること（引用文献２参照）等が提案されている。

また、出願人は、研磨面に向けて圧縮ガス等の気体を吹き出す流体吹出機構を備え、研磨面の温度分布の測定結果を基に、研磨面を所定の温度分布にするように、流体吹出機構を制御することを提案している（引用文献３参照）。

特開２００１−３０８０４０号公報特開２００１−６２７０６号公報特開２００７−１８１９１０号公報

出願人は、図１及び図２に示すように、回転自在な研磨テーブル１００と、研磨テーブル１００の上面に貼付され上面を研磨面１０２ａとした研磨パッド１０２と、半導体ウェーハ等の基板Ｗを着脱自在に保持して研磨面１０２ａに向けて押圧する研磨ヘッド１０４と、研磨パッド１０２の中央に研磨液（スラリ）を供給する研磨液供給ノズル（研磨液供給部）１０６と、研磨パッド１０２の上方に配置され、複数のガス噴射口１０８ａから研磨パッド１０２に向けて空気等の冷却ガスを噴射する冷却ノズル（ガス噴射部）１０８を備えた研磨装置を用意した。

そして、研磨パッド１０２の研磨面１０２ａに研磨ヘッド１０４で保持した基板Ｗを押圧接触させ、研磨パッド１０２のほぼ中央に研磨液を供給しながら、研磨テーブル１００及び研磨ヘッド１０４を共に回転させて、基板Ｗと研磨パッド１０２の研磨面１０２ａの相対運動により、基板Ｗの被研磨面（表面）の研磨を行った。この研磨時に、冷却ノズル１０８のガス噴射口１０８ａから研磨パッド１０２に向けて冷却ガスを噴射し、研磨パッド１０２の温度が５０℃となるようにガス噴射口１０８ａからのガス噴射量をＰＩＤ制御した。

この時の、研磨パッド１０２の温度と時間との関係を図３に線図Ｘ_１として、研磨レートと時間との関係を図３に線図Ｙ_１としてそれぞれ示す。比較のため、冷却ノズル１０８のガス噴射口１０８ａから研磨パッド１０２に向けて冷却ガスを噴射することなく基板の研磨を行った時の研磨パッド１０２の温度と時間との関係を図３に線図Ｘ_２として、研磨レートと時間との関係を図３に線図Ｙ_２としてそれぞれ示す。

図３の研磨レートと時間との関係を示す線図Ｙ_１と線図Ｙ_２から、冷却ノズル１０８のガス噴射口１０８ａから研磨パッド１０２に向けて冷却ガスを噴射して研磨パッド１０２の温度を制御しながら研磨を行った場合（線図Ｙ_１）は、研磨パッド１０２の温度を制御することなく研磨を行った場合（線図Ｙ_２）に比較して、冷却ガスを吹き始める冷却初期の約２０〜４５ｓ間に研磨レートが低下し、その後、研磨レートが上昇することが判る。

このように、冷却初期に研磨レートが低下するのは、冷却ノズル１０８のガス噴射口１０８ａから研磨パッド１０２に向けて冷却ガスを噴射すると、研磨液供給ノズル１０６から研磨パッド１０２に供給される研磨液が冷却ガスに押されて研磨パッド１０２のほぼ中央部に溜って、図１及び図２に示すように、研磨液溜りＰを形成したり、あるいは研磨パッド１０２上に供給された研磨液が冷却ガスで研磨パッド１０２の外に吹き飛ばされたりして、研磨パッド１０２と基板Ｗとの研磨界面への研磨液供給量が不足するためである考えられる。

また、所定時間経過後に十分な研磨レートが得られるようになるのは、研磨時間の経過とともに研磨液の供給量が増えると、例えば、冷却ガスに押されたり吹き飛ばされたりして研磨パッド１０２の中央近傍に溜る研磨液量が徐々に増えていき、研磨液量がある程度まで溜ると、溜った研磨液が流れ出して研磨パッド１０２の全面に拡がり、これによって、研磨パッド１０２と基板Ｗとの研磨界面へ十分な量の研磨液が供給されるからであると考えられる。

更に、冷却ノズル１０８のガス噴射口１０８ａから研磨パッド１０２に向けて冷却ガスを噴射して研磨パッド１０２の温度を制御すると、冷却ガスの影響を受けて、研磨レートを適正に保つことが一般に困難となる。

以上は、ガス噴射部として、研磨パッド１０２に向けて空気等の冷却ガスを噴射する冷却ノズル１０８を備えた研磨装置について説明しているが、研磨パッド１０２の温度を所定の温度に調整するために温度制御されたガスを噴射するガス噴射部を備えた研磨装置にあっても同様である。

本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、研磨パッド表面に向けて冷却ガス等のガスを噴射して研磨パッドの温度を制御しつつ、基板と研磨パッドとの研磨界面への研磨液供給量が不足して研磨レートが低下するのを抑制したり、適正な研磨レートを保つことができるようにした研磨方法及び研磨装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、研磨パッドに向けてガスを噴射して研磨パッドの温度を制御しながら、研磨液が供給されている研磨パッドの表面に基板を摺接させて該基板を研磨する研磨方法であって、基板の研磨時において、前記ガスを噴射し始める冷却初期に、前記研磨パッドの温度が目標温度となるように前記研磨パッドに向けて噴射されるガス流量を調整しながら、前記ガス流量と前記研磨パッドに供給される研磨液流量とを互いに連動させて前記研磨液流量を増加させることを特徴とする研磨方法である。

例えば、冷却初期に研磨パッドに供給される研磨液が研磨パッドに向けて噴射されるガスに押されたり吹き飛ばされたりしたとしても、研磨パッドと基板との研磨界面へ十分な量の研磨液が供給できるように、研磨パッドに向けて噴射されるガス流量と研磨パッドに供給される研磨液流量とを互いに連動させることで、研磨液の供給不足による研磨レートの低下を抑制することができる。

本発明の好ましい態様は、前記ガス流量と前記研磨パッドに供給される必要研磨液流量との相関を示すデータを基に、前記基板の研磨時に前記研磨パッドに供給される前記研磨液流量を調整することを特徴とする。

例えば、冷却初期に研磨パッドに供給される研磨液が研磨パッドに向けて噴射されるガスに押されたり吹き飛ばされたりしたとしても、研磨パッドと基板との研磨界面へ十分な量の研磨液が供給できるように、基板の研磨時に研磨パッドに向けて噴射されるガス流量と研磨パッドに供給される必要研磨液流量との相関を示すデータを予め実験等で求めておき、このデータを基に研磨パッドに供給される研磨液流量を調整することで、研磨液の供給不足による研磨レートの低下を抑制することができる。

本発明の他の態様は、上面に研磨パッドが貼付された研磨テーブルと、基板を保持する研磨ヘッドとを備え、回転する研磨テーブルの研磨パッド面上に回転する前記研磨ヘッドで保持した基板を摺接させて該基板を研磨する研磨装置において、前記研磨パッドに研磨液を供給する研磨液供給部と、前記研磨パッドに向けてガスを噴射して該研磨パッドの温度を制御するガス噴射部と、基板の研磨時に研磨パッドに向けて噴射されるガス流量と研磨パッドに供給される必要研磨液流量との相関を示すデータを格納し、該データを基に、基板の研磨時に研磨パッドに供給される研磨液流量および前記ガス流量を調整する制御部を有し、前記制御部は、基板の研磨時において、前記ガスを噴射し始める冷却初期に、前記研磨パッドの温度が目標温度となるように前記ガス流量を調整しながら、前記ガス流量と前記研磨液流量とを互いに連動させて前記研磨液流量を増加させ、その後、前記研磨液流量を一定にすることを特徴とする研磨装置である。

本発明の一参考例は、上面に研磨パッドが貼付された研磨テーブルと、基板を保持する研磨ヘッドとを備え、回転する研磨テーブルの研磨パッド面上に回転する前記研磨ヘッドで保持した基板を押圧接触させて該基板を研磨する研磨装置において、前記研磨パッドに研磨液を供給する研磨液供給部と、前記研磨パッドに向けてガスを噴射して該研磨パッドの温度を制御するガス噴射部と、前記ガス噴射部から研磨パッドに向けて噴射されるガスによって研磨パッドに供給される研磨液が吹き飛ばされることを防止する遮蔽部を有することを特徴とする研磨装置である。

これにより、研磨パッドに供給される研磨液が研磨パッドに向けて噴射されるガスによって吹き飛ばされることを遮蔽部で防止して、研磨パッドと基板との研磨界面により多量の研磨液を供給することができる。

上記参考例の好ましい態様は、前記遮蔽部は、前記研磨液供給部と前記ガス噴射部との間に設置されていることを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記遮蔽部は、前記ガス噴射部または前記研磨液供給部を囲うように配置されていることを特徴とする。

本発明の他の参考例は、上面に研磨パッドが貼付された研磨テーブルと、基板を保持する研磨ヘッドとを備え、回転する研磨テーブルの研磨パッド面上に回転する前記研磨ヘッドで保持した基板を押圧接触させて該基板を研磨する研磨装置において、前記研磨パッドに研磨液を供給する研磨液供給部と、前記研磨パッドの中心部から外周部に向けてガスが流れるように、前記研磨パッドに向けてガスを噴射して該研磨パッドの温度を制御するガス噴射部を有することを特徴とする研磨装置である。

研磨パッドの中心部から外周部に向けてガスが流れるように、研磨パッドに向けてガスを噴射することで、研磨パッドの例えば中心部に供給される研磨液を、研磨パッドに向けて噴射されるガスによって研磨パッドの外周部に向けて拡がるように押して、研磨パッドと基板との研磨界面により多量の研磨液を供給できる。

本発明の好ましい態様は、前記ガス噴射部は、前記研磨パッドの外周部から内側に向けてガスが流れるように、前記研磨パッドに向けてガスを噴射して該研磨パッドの温度を制御することを特徴とする。

研磨パッドの外周部から内側に向けてガスが流れるように、研磨パッドに向けてガスを噴射することで、例えば研磨パッドに供給され該研磨パッドの回転に伴う遠心力を受けて研磨パッドから飛び出そうとする研磨液を、研磨パッドに向けて噴射するガスによって研磨パッドの中央部に戻るように押して、研磨パッドと基板との研磨界面により多量の研磨液を供給できる。

本発明のさらに他の参考例は、研磨パッドに向けてガスを噴射して研磨パッドの温度を制御しながら、研磨液が供給されている研磨パッドの表面に基板を摺接させて該基板を研磨する研磨方法であって、研磨レートまたは該研磨レートに関わる物理量を基板の研磨時にリアルタイムで計測して、研磨レートが適正となるよう研磨液の研磨パッドへの供給を制御することを特徴とする研磨方法である。

このように、研磨中の研磨レートに応じて、研磨レートが適正、例えば最大となるように研磨液の研磨パッドへの供給を制御することで、研磨パッドに向けてガスを噴射して研磨パッドの温度を制御することによって、研磨レートが低下したり、あるいは適正な研磨レートから外れてしまうこと防止することができる。

本発明の好ましい態様は、前記研磨レートに関わる物理量は、基板の被研磨面に形成された薄膜の膜厚で、渦電流式センサまたは光学式センサによって該膜厚を測定することを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記研磨レートに関わる物理量は、前記研磨パッドを貼着した研磨テーブルを回転させるモータのトルクであることを特徴とする。

本発明によれば、研磨パッドの表面に向けてガスを噴射して研磨パッドの温度を制御しつつ、基板と研磨パッドとの研磨界面への研磨液供給量が不足して研磨レートが低下したり、適正な研磨レートを維持できなくなったりすることを防止することができる。

従来の研磨装置の概要を示す平面図である。図１の概略正面図である。図１に示す研磨装置を使用し、冷却ノズルから研磨パッドに向けて冷却ガスを噴射しながら研磨を行った時の研磨パッド温度と時間との関係、及び研磨レートと時間との関係を、図１に示す研磨装置を使用し、冷却ノズルから研磨パッドに向けて冷却ガスを噴射することなく研磨を行った時の研磨パッド温度と時間との関係、及び研磨レートと時間との関係とともに示すグラフである。本発明の実施形態の研磨装置の概要を示す概要図である。冷却ノズルから噴射される冷却ガス流量と、その時に最大研磨レートを得るために必要な研磨液流量との相関データを示すグラフである。（ａ）は、基板を研磨する時に発生する摩擦力と研磨レートとの関係を示すグラフで、（ｂ）は、テーブル電流と摩擦力との関係を示すグラフである。図４の研磨装置の第１制御を示すフロー図である。図４の研磨装置の第２制御を示すフロー図である。本発明の他の実施形態の研磨装置の概要を示す平面図である。図９の概略正面図である。本発明の更に他の実施形態の研磨装置の概要を示す平面図である。本発明の更に他の実施形態の研磨装置の要部概要を示す図である。本発明の更に他の実施形態の研磨装置の概要を示す平面図である。図１３の概略正面図である。本発明の更に他の実施形態の研磨装置の概要を示す平面図である。図１５の概略正面図である。

以下、本発明の実施形態について図４乃至図１６を参照して説明する。なお、以下の図４乃至図１６において、同一または相当する部材には同一符号を付して重複した説明を省略する。

図４は、本発明の実施形態に係る研磨装置の概要を示す概要図である。図４に示すように、研磨装置１０は、回転自在な研磨テーブル１２と、研磨テーブル１２の上面に貼付され上面を研磨面１４ａとした研磨パッド１４と、半導体ウェーハ等の基板Ｗを保持して研磨面１４ａに向けて押圧する基板保持機構としての研磨ヘッド１６と、研磨パッド１４の上方に配置されて該研磨パッド１４に研磨液１８を供給する研磨液供給部としての研磨液供給ノズル２０を備えている。研磨液供給ノズル（研磨液供給部）２０は、研磨液供給源２２から延びる研磨液供給ライン２４に接続され、研磨液供給ライン２４には、開度制御可能な研磨液供給弁２６が介装されている。

これにより、回転する研磨テーブル１２の研磨パッド１４の研磨面１４ａに、回転する研磨ヘッド１６の下面に保持した基板Ｗの被研磨面（表面）を押圧接触させ、更に研磨液供給ノズル２０から研磨液としての研磨液１８を研磨パッド１４に供給することで、基板Ｗと研磨パッド１４の研磨面１４ａの相対運動により、基板Ｗの被研磨面（表面）を研磨する。この研磨時に、研磨液供給弁２６の弁開度を調整することで、研磨パッド１４に供給する研磨液量を制御する。

この例では、研磨パッド１４として、０℃〜８０℃の温度範囲で、１０ＧＰａ〜１０ＭＰａまで弾性率が変化するようにしたものが使用されている。例えば、樹脂製の研磨パッドは、一般に冷却によってその硬度を増し、その効果として、段差解消特性が向上する。また、研磨ヘッド１６は、上下動自在で、図示しない揺動アームの自由端に連結され、研磨テーブル１２の上方の研磨位置と、例えばリニアトランスポータのプッシャとの基板受渡し位置との間を水平移動するようになっている。

研磨パッド１４の上方に位置して、研磨パッド１４の研磨面１４ａと平行に該研磨パッド１４の略半径方向に沿って延びるガス噴射部としての冷却ノズル３０が配置され、この冷却ノズル（ガス噴射部）３０の下部には、冷却ノズル３０の内部と連通し、研磨パッド１４に向けて、圧縮空気等の冷却ガスを噴射するガス噴射口３０ａが備えられている。冷却ノズル３０の配置位置や冷却ノズル３０に設けられるガス噴射口３０ａの個数等は、プロセス条件等に応じて任意に設定される。

なお、この例は、ガス噴射部として、研磨パッド１４に向けて空気等の冷却ガスを噴射する冷却ノズル３０を備えた例を示しているが、冷却ノズル３０の代わりに、研磨パッド１４の温度を所定の温度に調整するために温度制御されたガスを噴射するガス噴射部を備えるようにしてもよい。このことは、以下の各例においても同様である。

冷却ノズル３０は、ガス供給源３２から延びるガス供給ライン３４に接続され、このガス供給ライン３４には、圧力制御弁３６及び流量計３８が流れ方向に沿って順に介装されている。これによって、冷却ガス（圧縮空気）は、圧力制御弁３６を通過して圧力が制御され、流量計３８を通過して流量が計測された後、冷却ノズル３０の内部に流入し、ガス噴射口３０ａから研磨パッド１４に向けて噴射される。この時、圧力制御弁３６を介して、ガス噴射口３０ａから研磨パッド１４に向けて噴射される冷却ガス流量が制御される。

研磨パッド１４の上方に位置して、研磨パッド１４の温度を検出する、例えば放射温度計からなる温度計４０が配置され、この温度計４０は、研磨パッド１４の設定温度等を設定する制御部４２に接続されている。また、制御部４２は、圧力制御弁３６に接続され、これによって、圧力制御弁３６は、制御部４２からの出力信号でＰＩＤ制御される。

つまり、制御部４２には、複数種のＰＩＤパラメータが記憶されている。そして、制御部４２に設定された研磨パッド１４の設定温度と温度計４０で検知された研磨パッド１４の実際の温度との差に応じて、上記複数種のＰＩＤパラメータから所定のＰＩＤパラメータが選択され、温度計４０で検出された研磨パッド１４の温度情報に基づいて、研磨パッド１４が所定の温度となるように、電空レギュレータ（図示せず）を介して、圧力制御弁３６の弁開度が制御される。制御部４２は、冷却ノズル３０のガス噴射口３０ａから研磨パッド１４に向けて噴射される冷却ガス（圧縮空気）流量が、例えば５０〜１０００Ｌ／ｍｉｎとなるように、圧力制御弁３６の弁開度を制御する。

更に、流量計３８及び研磨液供給弁２６も制御部４２に接続されており、制御部４２には、基板の研磨時に研磨パッド１４に向けて噴射される冷却ガス流量と研磨パッド１４に供給される必要研磨液流量との相関を示すデータが予め実験等によって求められて格納されている。

図５は、基板の研磨時に冷却ノズル３０から研磨パッド１４に向けて噴射される冷却ガス流量と研磨液供給ノズル２０から研磨パッド１４に供給される必要研磨液流量との相関を示すデータ、この例では、冷却ノズル３０からの研磨パッド１４に向けて噴射される冷却ガス流量と、その時に最大研磨レートを得るために必要な研磨液流量との相関データＡを示す。これにより、制御部４２は、制御部４２内に格納された前記相関データＡと流量計３８で測定された冷却ガス流量を基に、研磨液供給弁２６の弁開度を制御する。

つまり、例えば図５に示すように、流量計３８で測定された冷却ガス流量がＧ_１の時、データＡのこの冷却ガス流量Ｇ_１に対応する必要研磨液流量Ｑ_１を求め、研磨液供給ノズル２０から研磨パッド１４に供給される研磨液流量がＱ_１となるように研磨液供給弁２６の弁開度を制御する。

研磨テーブル１２には、基板Ｗの被研磨面に形成されて研磨される金属または絶縁性薄膜の膜厚をリアルタイムで測定する渦電流式センサ５２が埋設され、研磨テーブル１２を回転させるテーブルモータ５４は、テーブル電流をモニタするテーブル電流モニタ５６に接続されて、渦電流式センサ５２及びテーブル電流モニタ５６からの出力は制御部４２に入力される。これによって、研磨レートをリアルタイムで測定できるようになっている。

つまり、渦電流式センサ５２で測定される膜厚と時間との関係から研磨レートがリアルタイムで求められる。また、図６（ａ）に示すように、基板を研磨する時に発生する摩擦力と研磨レートは、互いに比例する関係があり、図６（ｂ）に示すように、テーブル電流と摩擦力も互いに比例する関係がある。このため、これらの関係を予め求めておき、テーブル電流モニタ５６でテーブルモータ５４のテーブル電流をモニタすることで、研磨レートをリアルタイムで測定することができる。

なお、渦電流式センサ５２の代わりに光学式センサを使用してもよい。また、渦電流式センサ５２とテーブル電流モニタ５６は択一的に使用され、どちらか一方を備えるようにしてもよい。

上記構成の研磨装置で基板の研磨を行う時、研磨装置は、第１制御と第２制御の２つの異なる制御によって制御される。以下、研磨装置の第１制御と第２制御を説明する。

（研磨装置の第１制御）
図７を参照して、研磨装置の第１制御を説明する。先ず、基板の研磨時に冷却ノズル３０から研磨パッド１４に向けて噴射される冷却ガス流量と研磨パッド１４に供給される必要研磨液流量との相関を示すデータ、例えば、冷却ノズル３０から研磨パッド１４に向けて噴射される冷却ガス流量と、その時に最大研磨レートを得るために研磨パッド１４に供給される必要研磨液流量との相関データＡを実験等により求めて制御部４２に格納しておく。そして、監視間隔ｄｔ（秒）と研磨パッド１４の目標温度Ｔｓを制御部４２に入力する。

この状態で、研磨ヘッド１６で保持した基板Ｗを研磨パッド１４の研磨面１４ａに押圧接触させ、研磨パッド１４のほぼ中央に研磨液供給ノズル２０から研磨液１８を供給しながら、研磨テーブル１２及び研磨パッド１４を共に回転させて、基板Ｗと研磨パッド１４の研磨面１４ａの相対運動により、基板Ｗの被研磨面（表面）を研磨する。この研磨時に、温度計４０で研磨パッド１４の温度Ｔｐを測定し、研磨パッド１４の温度Ｔｐが目標温度Ｔｓとなるように、圧力制御弁３６をＰＩＤ制御して、研磨パッド１４に向けて噴射する冷却ガス流量を調整する。つまり、研磨パッド１４の温度Ｔｐが目標温度Ｔｓより高い（Ｔｐ＞Ｔｓ）場合には、研磨パッド１４に向けて噴射する冷却ガス流量を増大させ、低い場合には冷却ガス流量を減少させる。

このように、冷却ノズル３０から研磨パッド１４に向けて冷却ガスを噴射しているときに、研磨パッド１４に向けて噴射される冷却ガス流量を流量計３８で計測し、この例では、この冷却ガス流量と制御部４２内に格納しておいた相関データＡを基に、その冷却ガス噴出時に最大研磨レートを得るために研磨パッド１４に供給される必要研磨液流量を算出し、この研磨液流量が得られるように、研磨液供給弁２６の弁開度を制御する。これによって、研磨液供給ノズル２０から研磨パッド１４に供給される研磨液流量を最大研磨レートが得られるように調整する。上記操作を監視期間ｄｔ毎に研磨が終了するまで繰り返す。

このように研磨装置を第１制御で制御しながら基板の研磨を行うことで、例えば、冷却初期に研磨パッド１４に供給される研磨液が研磨パッド１４に向けて噴射される冷却ガスに押されたり吹き飛ばされたりしたとしても、予め求めておいて関連データＡを基に、研磨パッド１４と基板Ｗとの研磨界面へ十分な量の研磨液が供給できるように、研磨パッド１４に供給される研磨液流量を調整することで、研磨液の供給不足による研磨レートの低下を抑制することができる。

（研磨装置の第２制御）
図８を参照して、研磨装置の第２制御について説明する。先ず、目標研磨レートＲＲｔと、研磨液流量と研磨レートの関連データを制御部４２に入力する。更に、必要に応じて、図６に示す、摩擦力と研磨レートの関連データ、及びテーブル電流と摩擦力の関連データも制御部４２に入力する。そして、前述の第１制御と同様に、監視間隔ｄｔ（秒）と研磨パッド１４の目標温度Ｔｓを制御部４２に入力する。

この状態で、前述の第１制御と同様に、研磨ヘッド１６で保持した基板Ｗを研磨パッド１４の研磨面１４ａに押圧接触させ、研磨パッド１４のほぼ中央に研磨液供給ノズル２０から研磨液を供給しながら、研磨テーブル１２及び研磨パッド１４を共に回転させて、基板Ｗと研磨パッド１４の研磨面１４ａの相対運動により、基板Ｗの被研磨面（表面）を研磨する。この研磨時に、温度計４０で研磨パッド１４の温度Ｔｐを測定し、研磨パッド１４の温度Ｔｐが目標温度Ｔｓとなるように、圧力制御弁３６をＰＩＤ制御する。

この研磨中に、渦電流式センサ５２（または光学式センサ）で基板Ｗの被研磨面に形成されている薄膜の膜厚をモニタし、研磨時間との関係から研磨中の実研磨レートＲＲｄを算出するか、または、制御部４２に入力した、摩擦力と研磨レートの関連データ、及びテーブル電流と摩擦力の関連データを基に、テーブル電流モニタ５６でモニタされたテーブル電流から研磨中の実研磨レートＲＲｄを算出する。

そして、目標研磨レートＲＲｔの方が実研磨レートＲＲｄよりも高い（ＲＲｔ＞ＲＲｄ）時に、研磨レートＲＲｄが目標研磨レートＲＲｔとなるように、制御部４２に入力した研磨液流量と研磨レートの関連データを基に、研磨パッド１４に供給される必要研磨液流量を算出し、この研磨液流量が得られるように、研磨液供給弁２６の弁開度を制御する。これによって、目標研磨レートが得られるように、研磨液供給ノズル２０から研磨パッド１４への研磨液流量を調整する。上記操作を監視期間ｄｔ毎に研磨が終了するまで繰り返す。

研磨装置を第１制御（または第２制御）のみで制御して、一枚の基板に対する全ての研磨を行うようにしてもよく、研磨装置を第１制御（または第２制御）で制御した後、第２制御（または第１制御）で制御したり、状況に応じて、第１制御または第２制御の一方を任意に選択したりして、一枚の基板に対する全ての研磨を行うようにしてもよい。

例えば、図３に示すように、冷却初期の、例えば冷却ガスを吹き始めてから２０〜４５（秒）間は、研磨レートが大きく低下する。そこで、この冷却初期の、例えば冷却ガスを吹き始めてから２０〜４５（秒）間は、研磨レートを考慮しない第１制御で研磨装置を制御し、その後の研磨レートがある程度高くなった時点で、研磨レートを考慮した第２制御で研磨装置を制御するようにしてもよいし、研磨液流量を一定としても良い。なお、図３に示す例では、研磨を開始してから２０秒経過した時点で冷却ガスの噴射を開始している。

また、リアルタイムで研磨レートを測定し、予め求めた最速研磨レートと、その時に測定した研磨レートの差が所定値以上である時や、研磨レートの変化率（ｎ秒前の研磨レートとの変化率）を見て、この変化率が所定値以上である時等に、研磨レートを考慮することなく、冷却ガス流量と研磨液流量とを連動させた第１制御で研磨装置を制御しても良い。

図９は、本発明の他の実施形態の研磨装置の概要を示す平面図で、図１０は図９の概略正面図である。図９及び図１０に示す研磨装置は、研磨ヘッド１６の側方に位置して研磨パッド１４のほぼ半径方向延びように配置した冷却ノズル３０と、研磨パッド１４のほぼ中央に研磨液を供給する研磨液供給ノズル２０との間に、冷却ノズル３０と直交する方向に延びる平板状の遮蔽部６０を配置している。この遮蔽部６０は、冷却ノズル３０から研磨パッド１４に向けて噴射される冷却ガスによって、研磨パッド１４に供給される研磨液が吹き飛ばされるのを防止するためのもので、この遮蔽部６０の下端面は、研磨パッド１４に接触することなく、可能な限り研磨パッド１４に近接する位置まで達している。

このように、冷却ノズル３０と研磨液供給ノズル２０との間に遮蔽部６０を設け、研磨パッド１４に供給される研磨液が研磨パッド１４に向けて噴射される冷却ガスによって吹き飛ばされることを該遮蔽部６０で防止することで、研磨パッド１４と基板Ｗとの研磨界面により多量の研磨液を供給することができる。

図１１は、本発明の更に他の実施形態の研磨装置の概要を示す平面図である。この図１１に示す研磨装置は、冷却ノズル３０の周囲を包囲する位置に、上下に開口する細長筒状の遮蔽部６２を配置し、この遮蔽部６２で、冷却ノズル３０から研磨パッド１４に向けて噴射される冷却ガスによって、研磨パッド１４に供給される研磨液が吹き飛ばされるのを防止するようにしている。

このように、冷却ノズル３０の全周囲を包囲する位置に遮蔽部６２を設け、研磨パッド１４に供給される研磨液が研磨パッド１４に向けて噴射される冷却ガスによって吹き飛ばされることを該遮蔽部６２で防止することによっても、研磨パッド１４と基板Ｗとの研磨界面により多量の研磨液を供給することができる。

なお、この例では、冷却ノズル３０の全周囲を包囲する位置に細長筒状の遮蔽部６２を配置しているが、冷却ノズル３０の研磨ヘッド１６との間に位置する遮蔽部６２の部位を残して、遮蔽部６２の他の部位を省略するようにしてもよい。

図１２は、本発明の更に他の実施形態の研磨装置の要部概要を示す図である。この図１２に示す研磨装置は、研磨液供給ノズル２０の下方に開口する研磨液滴下口２０ａの周囲を包囲して研磨パッド１４に近接する位置に達する筒状の遮蔽部６４を有しており、この遮蔽部６４で、冷却ノズル３０から研磨パッド１４に向けて噴射される冷却ガスによって、研磨パッド１４に供給される研磨液が吹き飛ばされるのを防止するようにしている。この遮蔽部６４は、研磨液供給ノズル２０に直接取り付けられている。

このように、研磨液供給ノズル２０の研磨液滴下口２０ａの周囲を包囲する位置に遮蔽部６４を設け、研磨パッド１４に供給される研磨液が研磨パッド１４に向けて噴射される冷却ガスによって吹き飛ばされることを該遮蔽部６４で防止することによっても、研磨パッド１４と基板Ｗとの研磨界面により多量の研磨液を供給することができる。

図１３は、本発明の更に他の実施形態の研磨装置の概要を示す平面図で、図１４は、図１３の概略正面図ある。この図１３及び図１４に示す研磨装置の研磨液供給ノズル２０は、研磨パッド１４のほぼ中央に研磨液を供給するように配置され、研磨パッド１４に向けてガス噴射口３０ａから冷却ガスを噴射して該研磨パッド１４の温度を制御する冷却ノズル３０は、ガス噴出口３０ａから噴射される冷却ガスが研磨パッド１４の中心部から外周部に向けて、この例では研磨パッド１４の半径方向に沿って流れるように、研磨パッド１４の中央付近の上方に配置されている。

このように、研磨パッド１４の中心部から外周部に向けて冷却ガスが流れるように、研磨パッド１４に向けて冷却ノズル３０のガス噴射口３０ａから冷却ガスを噴射することで、研磨パッド１４の中心部に供給される研磨液を、研磨パッド１４に向けて噴射される冷却ガスによって研磨パッド１４の外周部に向けて拡がるように押して、研磨パッド１４と基板Ｗとの研磨界面により多量の研磨液を供給できる。なお、この場合において、図１３に示す冷却ノズル３０と、図１に示す位置にある冷却ノズル１０８を併用してもよい。更に、図１３に示す冷却ノズル３０と、後述する図１５に示す冷却ノズル３０を併用してもよい。さらに、併用する場合は、図１に示す位置にある冷却ノズル１０８で主に温度制御を行い、図１３、図１５に示す冷却ノズル３０では温度制御を行わずに、研磨液を押し戻すことを主に行うこととしてもよい。

図１５は、本発明の更に他の実施形態の研磨装置の概要を示す平面図で、図１６は、図１５の概略正面図である。この図１５及び図１６に示す研磨装置の研磨液供給ノズル２０は、研磨パッド１４のほぼ中央に研磨液を供給するように配置され、研磨パッド１４に向けてガス噴射口３０ａから冷却ガスを噴射して該研磨パッド１４の温度を制御する冷却ノズル３０は、ガス噴出口３０ａから噴射される冷却ガスが研磨パッド１４の外周部から内方に向けて流れて、この冷却ガスの流れが研磨パッド１４上に供給され該研磨パッド１４の回転に伴う遠心力で吹き飛ばされる研磨液と衝突するように、研磨パッド１４の周縁部上方に配置されている。

このように、研磨パッド１４の外周部から内側に向けて冷却ガスが流れるように、研磨パッド１４に向けて冷却ノズル３０のガス噴射口３０ａから冷却ガスを噴射することで、例えば研磨パッド１４に供給され該研磨パッド１４の回転に伴う遠心力を受けて研磨パッド１４から飛び出そうとする研磨液を、研磨パッド１４に向けて噴射する冷却ガスによって研磨パッド１４の内側に押し戻して、研磨パッド１４と基板Ｗとの研磨界面により多量の研磨液を供給できる。

これまで本発明の一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いうまでもない。

１０研磨装置
１２研磨テーブル
１４研磨パッド
１４ａ研磨面
１６研磨ヘッド
１８研磨液
２０研磨液供給ノズル（研磨液供給部）
２４研磨液供給ライン
２６研磨液供給弁
３０冷却ノズル（ガス噴射部）
３０ａガス噴射口
３４ガス供給ライン
３６圧力制御弁
３８流量計、
４０温度計
４２制御部
５２渦電流式膜厚センサ
５６テーブル電流モニタ
６０，６２，６４遮蔽部

Claims

研磨パッドに向けてガスを噴射して研磨パッドの温度を制御しながら、研磨液が供給されている研磨パッドの表面に基板を摺接させて該基板を研磨する研磨方法であって、
基板の研磨時において、前記ガスを噴射し始める冷却初期に、前記研磨パッドの温度が目標温度となるように前記研磨パッドに向けて噴射されるガス流量を調整しながら、前記ガス流量と前記研磨パッドに供給される研磨液流量とを互いに連動させて前記研磨液流量を増加させることを特徴とする研磨方法。
前記ガス流量と前記研磨パッドに供給される必要研磨液流量との相関を示すデータを基に、前記基板の研磨時に前記研磨パッドに供給される前記研磨液流量を調整することを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
前記ガス流量と前記研磨液流量とを互いに連動させた後、前記研磨液流量を一定にすることを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
前記ガス流量と前記研磨液流量とを互いに連動させた後、研磨レートまたは該研磨レートに関わる物理量を前記基板の研磨時にリアルタイムで計測して、研磨レートが適正となるよう前記研磨液の前記研磨パッドへの供給を制御することを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
前記研磨レートに関わる物理量は、基板の被研磨面に形成された膜厚で、渦電流式センサまたは光学式センサによって該膜厚を測定することを特徴とする請求項４に記載の研磨方法。
前記研磨レートに関わる物理量は、前記研磨パッドを貼着した研磨テーブルを回転させるモータのトルクであることを特徴とする請求項４に記載の研磨方法。
前記ガス流量と前記研磨液流量とを互いに連動させた後であって、研磨レートがある値にまで上昇した時点に、前記研磨液流量を一定することを特徴とする請求項３に記載の研磨方法。
前記ガス流量と前記研磨液流量とを互いに連動させた後であって、研磨レートがある値にまで上昇した時点に、前記研磨レートが適正となるよう前記研磨液の前記研磨パッドへの供給を制御することを特徴とする請求項４に記載の研磨方法。
上面に研磨パッドが貼付された研磨テーブルと、基板を保持する研磨ヘッドとを備え、回転する研磨テーブルの研磨パッド面上に回転する前記研磨ヘッドで保持した基板を摺接させて該基板を研磨する研磨装置において、
前記研磨パッドに研磨液を供給する研磨液供給部と、
前記研磨パッドに向けてガスを噴射して該研磨パッドの温度を制御するガス噴射部と、
基板の研磨時に研磨パッドに向けて噴射されるガス流量と研磨パッドに供給される必要研磨液流量との相関を示すデータを格納し、該データを基に、基板の研磨時に研磨パッドに供給される研磨液流量および前記ガス流量を調整する制御部を有し、
前記制御部は、基板の研磨時において、前記ガスを噴射し始める冷却初期に、前記研磨パッドの温度が目標温度となるように前記ガス流量を調整しながら、前記ガス流量と前記研磨液流量とを互いに連動させて前記研磨液流量を増加させ、その後、前記研磨液流量を一定にすることを特徴とする研磨装置。
前記ガス噴射部は、前記研磨パッドの外周部から内側に向けてガスが流れるように、前記研磨パッドに向けてガスを噴射して該研磨パッドの温度を制御することを特徴とする請求項９に記載の研磨装置。