JP6377463B2 - 終点検出方法、及び、研磨装置 - Google Patents

Description

本発明は、終点検出方法、及び、研磨装置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、最適な研磨終点の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知する方法である。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２００５−３４９９２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、研磨レシピの種類、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、ノイズや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。

そこで、本発明の一形態は、既存の研磨レシピを変更することなく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。

本願発明の終点検出方法の一形態は、上記課題に鑑みなされたもので、研磨パッドを保持するための研磨テーブル、又は、研磨対象物を保持して研磨パッドへ押圧するための保持部、を回転駆動するための駆動部へ供給する駆動電流に基づく終点検出方法であって、実行する研磨プロセスの研磨条件があらかじめ設定された特定の研磨条件と一致するか否かを判定する第１判定ステップと、前記第１判定ステップによって前記研磨条件が前記特定の研磨条件と一致すると判定された場合に、前記駆動電流を制御するための駆動制御部における、前記駆動部の駆動負荷の変化に対する前記駆動電流の変化に関する電流制御パラメータを調整する調整ステップと、前記調整ステップによって調整された電流制御パラメータに基づいて前記駆動部へ供給される駆動電流を検出する検出ステップと、前記検出ステップによって検出された駆動電流に基づいて研磨の終点を検出する終点検出ステップと、を備えることを特徴とする。

終点検出方法の一形態において、研磨プロセスの実行中に前記検出ステップによって検出された駆動電流に基づいて、前記実行中の研磨プロセスの研磨条件を前記特定の研磨条件に加えるか否かを判定する第２判定ステップ、をさらに備えることができる。

終点検出方法の一形態において、前記第２判定ステップは、前記駆動部の駆動負荷が変化した際に前記検出ステップによって検出された駆動電流の変化がしきい値よりも小さい場合に、前記実行中の研磨プロセスの研磨条件を前記特定の研磨条件に加える、ことができる。

終点検出方法の一形態において、前記終点検出ステップは、前記検出ステップによって検出された駆動電流の変化に基づいて研磨の終点を検出し、前記第２判定ステップは、前記終点検出ステップによって研磨の終点が検出されなかった場合に、前記実行中の研磨プロセスの研磨条件を前記特定の研磨条件に加える、ことができる。

終点検出方法の一形態において、前記調整ステップは、前記駆動部の駆動負荷の変化に対して前記駆動電流の変化が大きくなるように、前記電流制御パラメータを調整する、ことができる。

終点検出方法の一形態において、前記駆動制御部が、前記研磨テーブル又は前記保持部の実回転速度と目標回転速度との偏差に基づいて前記駆動電流を制御する場合において、前記調整ステップは、前記偏差に基づく制御における制御ゲインを大きくする、ことができる。

終点検出方法の一形態において、前記研磨プロセスが複数の工程を含む場合に、前記調整ステップは、前記複数の工程のうちの一部の工程において前記電流制御パラメータを調整する、ことができる。

終点検出方法の一形態において、前記研磨条件は、研磨対象物の種類、研磨レシピの種類、研磨パッドの種類、及び研磨砥液の種類、の少なくとも１つを含んでもよい。

本願発明の研磨装置の一形態は、研磨パッドを保持するための研磨テーブル、又は、研磨対象物を保持して研磨パッドへ押圧するための保持部、を回転駆動するための駆動部と、前記駆動部へ供給する駆動電流を制御するための駆動制御部と、実行する研磨プロセスの研磨条件があらかじめ設定された特定の研磨条件と一致する場合に、前記駆動制御部に
おける、前記駆動部の駆動負荷の変化に対する前記駆動電流の変化に関する電流制御パラメータを調整する調整部と、を備えることを特徴とする。

研磨装置の一形態において、実行する研磨プロセスの研磨条件があらかじめ設定された特定の研磨条件と一致するか否かを判定する判定部、をさらに備え、前記調整部は、前記判定部によって、前記研磨プロセスの研磨条件が前記特定の研磨条件と一致すると判定された場合に、前記駆動制御部における前記電流制御パラメータを調整する、ことができる。

研磨装置の一形態において、研磨プロセスの実行中に前記駆動制御部から前記駆動部へ供給される駆動電流を検出する電流検出部、をさらに備え、前記判定部は、前記電流検出部によって検出された駆動電流に基づいて、前記実行中の研磨プロセスの研磨条件を前記特定の研磨条件に加えるか否かを判定する、ことができる。

研磨装置の一形態において、前記判定部は、前記駆動部の駆動負荷が変化した際に前記電流検出部によって検出された駆動電流の変化がしきい値よりも小さい場合に、前記実行中の研磨プロセスの研磨条件を前記特定の研磨条件に加える、ことができる。

研磨装置の一形態において、前記電流検出部によって検出された駆動電流の変化に基づいて研磨の終点を検出する終点検出部をさらに備え、前記判定部は、前記終点検出部によって研磨の終点が検出されなかった場合に、前記実行中の研磨プロセスの研磨条件を前記特定の研磨条件に加える、ことができる。

研磨装置の一形態において、前記調整部は、前記駆動部の駆動負荷の変化に対して前記駆動電流の変化が大きくなるように、前記電流制御パラメータを調整する、ことができる。

研磨装置の一形態において、前記駆動制御部は、前記研磨テーブル又は前記保持部の実回転速度と目標回転速度との偏差に基づいて前記駆動電流を制御し、前記調整部は、前記偏差に基づく制御における制御ゲインを大きくする、ことができる。

研磨装置の一形態において、前記研磨プロセスが複数の工程を含む場合に、前記調整部は、前記複数の工程のうちの一部の工程において前記電流制御パラメータを調整する、ことができる。

研磨装置の一形態において、前記研磨条件は、研磨対象物の種類、研磨レシピの種類、研磨パッドの種類、及び研磨砥液の種類、の少なくとも１つを含んでもよい。

本願発明によれば、既存の研磨レシピを変更することなく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ができる。

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、２相‐３相変換器の処理内容を説明するための図である。 図３は、第１実施形態の研磨装置の駆動電流調整に関する構成を模式的に示す図である。 図４は、第２実施形態の研磨装置の駆動電流調整に関する構成を模式的に示す図である。 図５は、第１，第２実施形態による駆動電流の変化を模式的に示す図である。 図６は、第１，第２実施形態による駆動電流の変化を模式的に示す図である。 図７は、研磨の終点の検出態様の一例を示す図である。 図８は、第１，第２実施形態の研磨装置による電流調整方法のフローチャートである。 図９は、第１，第２実施形態の研磨装置による電流調整方法の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。

＜基本構成＞
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。研磨装置は、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（第１の駆動部）１４と、第１の電動モータの回転位置を検出する位置検出センサ１６と、半導体ウエハ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（第２の駆動部）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、研磨材供給装置２４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。

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、研磨装置は、第１の電動モータ１４を回転駆動するモータドライバ１００と、キ
ーボートやタッチパネルなどの入力インターフェースを介してオペレータから第１の電動モータ１４の回転速度の指令信号を受け付ける入力部２００と、を備える。入力部２００は、受け付けた指令信号をモータドライバ１００に入力する。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１００について説明するが、図４に示すように第２の電動モータ２２にも同様のモータドライバ１００が接続される。

モータドライバ１００は、微分器１０２と、速度補償器１０４と、２相‐３相変換器１０６と、電気角信号生成器１０８と、Ｕ相電流補償器１１０と、Ｕ相ＰＷＭ変調回路１１２と、Ｖ相電流補償器１１４と、Ｖ相ＰＷＭ変調回路１１６と、Ｗ相電流補償器１１８と、Ｗ相ＰＷＭ変調回路１２０と、パワーアンプ１３０と、電流センサ１３２，１３４とを備えている。

微分器１０２は、位置検出センサ１６によって検出された回転位置信号を微分することによって第１の電動モータ１４の実際の回転速度に相当する実速度信号を生成する。すなわち、微分器１０２は、第１の電動モータ１４の回転位置の検出値に基づいて第１の電動モータ１４の回転速度を求める演算器である。

速度補償器１０４は、入力部２００を介して入力された回転速度の指令信号（目標値）と微分器１０２によって生成された実速度信号との偏差に相当する速度偏差信号に基づいて、第１の電動モータ１４の回転速度の補償を行う。すなわち、速度補償器１０４は、入力インターフェース（入力部２００）を介して入力された第１の電動モータ１４の回転速度の指令値と微分器１０２によって求められた第１の電動モータ１４の回転速度との偏差に基づいて、第１の電動モータ１４へ供給する電流の指令信号を生成する。

速度補償器１０４は、例えばＰＩＤ制御器で構成することができる。この場合、速度補償器１０４は、比例制御と、積分制御と、微分制御とを行い、補償された回転速度に相当する電流指令信号を生成する。比例制御は、入力部２００から入力された回転速度の指令信号と第１の電動モータの実速度信号との偏差に比例させて操作量を変える。積分制御は、その偏差を足していきその値に比例して操作量を変える。微分制御は、偏差の変化率（つまり偏差が変化する速度）を捉えこれに比例した操作量を出力する。なお、速度補償器１０４は、ＰＩ制御器で構成することもできる。

電気角信号生成器１０８は、位置検出センサ１６によって検出された回転位置信号に基づいて電気角信号を生成する。２相‐３相変換器１０６は、速度補償器１０４によって生成された電流指令信号と、電気角信号生成器１０８によって生成された電気角信号とに基づいて、Ｕ相電流指令信号、及びＶ相電流指令信号を生成する。すなわち、２相‐３相変換器１０６は、第１の電動モータ１４の回転位置の検出値に基づいて生成された電気角信号と速度補償器１０４によって生成された電流の指令信号とに基づいて、各相のうちの少なくとも２つの相の電流指令値を生成する変換器である。

ここで、２相‐３相変換器１０６の処理について詳細に説明する。図２は、２相‐３相変換器の処理内容を説明するための図である。２相‐３相変換器１０６には、速度補償器１０４から図２に示すような電流指令信号Ｉｃが入力される。また、２相‐３相変換器１０６には、電気角信号生成器１０８から図２に示すようなＵ相の電気角信号Ｓｉｎφｕが入力される。なお、図２において図示は省略したが、２相‐３相変換器１０６には、Ｖ相の電気角信号Ｓｉｎφｖも入力される。

例えばＵ相電流指令信号Ｉｕｃを生成する場合を考える。この場合、２相‐３相変換器１０６は、ある時刻ｔｉのときの電流指令信号Ｉｃ（ｉ）とＵ相の電気角信号Ｓｉｎφｕ（ｉ）とを乗算することにより、Ｕ相電流指令信号Ｉｕｃ（ｉ）を生成する。すなわち、
Ｉｕｃ（ｉ）＝Ｉｃ（ｉ）×Ｓｉｎφｕ（ｉ）となる。また、２相‐３相変換器１０６は、Ｕ相の場合と同様に、ある時刻ｔｉのときの電流指令信号Ｉｃ（ｉ）とＶ相の電気角信号Ｓｉｎφｖ（ｉ）とを乗算することにより、Ｖ相電流指令信号Ｉｖｃ（ｉ）を生成する。すなわち、Ｉｖｃ（ｉ）＝Ｉｃ（ｉ）×Ｓｉｎφｖ（ｉ）となる。

電流センサ１３２は、パワーアンプ１３０のＵ相出力ラインに設けられ、パワーアンプ１３０から出力されたＵ相の電流を検出する。Ｕ相電流補償器１１０は、２相‐３相変換器１０６から出力されたＵ相電流指令信号Ｉｕｃと、電流センサ１３２によって検出されてフィードバックされたＵ相検出電流Ｉｕ^＊との偏差に相当するＵ相電流偏差信号に基づいて、Ｕ相の電流補償を行う。Ｕ相電流補償器１１０は、例えばＰＩ制御器、又はＰＩＤ制御器で構成することができる。Ｕ相電流補償器１１０は、ＰＩ制御又はＰＩＤ制御を用いてＵ相電流の補償を行い、補償された電流に相当するＵ相電流信号を生成する。

Ｕ相ＰＷＭ変調回路１１２は、Ｕ相電流補償器１１０によって生成されたＵ相電流信号に基づいてパルス幅変調を行う。Ｕ相ＰＷＭ変調回路１１２は、パルス幅変調を行うことによって、Ｕ相電流信号に応じた２系統のパルス信号を生成する。

電流センサ１３４は、パワーアンプ１３０のＶ相出力ラインに設けられ、パワーアンプ１３０から出力されたＶ相の電流を検出する。Ｖ相電流補償器１１４は、２相‐３相変換器１０６から出力されたＶ相電流指令信号Ｉｖｃと、電流センサ１３４によって検出されてフィードバックされたＶ相検出電流Ｉｖ^＊との偏差に相当するＶ相電流偏差信号に基づいてＶ相の電流補償を行う。Ｖ相電流補償器１１４は、例えばＰＩ制御器、又はＰＩＤ制御器で構成することができる。Ｖ相電流補償器１１４は、ＰＩ制御又はＰＩＤ制御を用いてＶ相電流の補償を行い、補償された電流に相当するＶ相電流信号を生成する。

Ｖ相ＰＷＭ変調回路１１６は、Ｖ相電流補償器１１４によって生成されたＶ相電流信号に基づいてパルス幅変調を行う。Ｖ相ＰＷＭ変調回路１１４は、パルス幅変調を行うことによって、Ｖ相電流信号に応じた２系統のパルス信号を生成する。

Ｗ相電流補償器１１８は、２相‐３相変換器１０６から出力されたＵ相電流指令信号Ｉｕｃ及びＶ相電流指令信号Ｉｖｃに基づいて生成されたＷ相電流指令信号Ｉｗｃと、電流センサ１３２，１３４によって検出されてフィードバックされたＵ相検出電流Ｉｕ^＊及びＶ相検出電流Ｉｖ^＊との偏差に相当するＷ相電流偏差信号に基づいてＷ相の電流補償を行う。Ｗ相電流補償器１１８は、例えばＰＩ制御器、又はＰＩＤ制御器で構成することができる。Ｗ相電流補償器１１８は、ＰＩ制御又はＰＩＤ制御を用いてＷ相電流の補償を行い、補償された電流に相当するＷ相電流信号を生成する。

Ｗ相ＰＷＭ変調回路１２０は、Ｗ相電流補償器１１８によって生成されたＷ相電流信号に基づいてパルス幅変調を行う。Ｗ相ＰＷＭ変調回路１１８は、パルス幅変調を行うことによって、Ｗ相電流信号に応じた２系統のパルス信号を生成する。

パワーアンプ１３０には、Ｕ相ＰＷＭ変調回路１１２、Ｖ相ＰＷＭ変調回路１１６、及びＷ相ＰＷＭ変調回路１２０によって生成された２系統のパルス信号が印加される。パワーアンプ１３０は、印加された各パルス信号に応じて、パワーアンプ１３０に内蔵されているインバータ部の各トランジスタを駆動する。これにより、パワーアンプ１３０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれについて交流電力を出力し、この３相交流電力によって第１の電動モータ１４を回転駆動する。

＜駆動電流調整＞
次に、モータドライバ１００における駆動電流の調整について説明する。図３は、第１
実施形態の研磨装置の駆動電流調整に関する構成を模式的に示す図である。図４は、第２実施形態の研磨装置の駆動電流調整に関する構成を模式的に示す図である。なお、第１実施形態は、第１の電動モータ１４を駆動するモータドライバ１００における駆動電流調整を行う実施形態であるのに対して、第２実施形態は、第２の電動モータ２２を駆動するモータドライバ１００における駆動電流調整を行う実施形態である点が異なる。第１実施形態と第２実施形態で同様の部分についてはまとめて説明する。

図３，図４に示すように、研磨装置は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうちのいずれか１相（第１，第２実施形態ではＶ相）に、第２の電流センサ（電流検出部）３１を備える。第２の電流センサ３１は、モータドライバ１００と第１の電動モータ１４との間のＶ相の電流路、又はモータドライバ１００と第２の電動モータ２２との間のＶ相の電流路、に設けられる。第２の電流センサ３１は、Ｖ相の電流を検出し、終点検出装置６０へ出力する。

終点検出装置６０は、半導体ウエハ１８の研磨終点を検出する。終点検出装置６０とモータドライバ１００は、例えばシリアル通信によってコマンドの送受信を行うことが可能である。終点検出装置６０は、判定部６２と、調整部６４と、記憶部６６と、終点検出部６８と、を備える。

判定部６２は、実行する研磨プロセスの研磨条件があらかじめ設定された特定の研磨条件と一致するか否かを判定する。研磨条件には、例えば、研磨対象物の種類、研磨レシピの種類、研磨パッドの種類、及び研磨砥液（スラリー）の種類、の少なくとも１つが含まれる。

判定部６２には、例えば研磨装置の入力部２００を介して、これから実行する研磨プロセスの研磨条件が入力される。判定部６２は、記憶部６６に格納された特定の研磨条件を読み出し、読み出した特定の研磨条件と入力された研磨条件とを比較することによって、入力された研磨条件が特定の研磨条件と一致するか否かを判定する。なお、研磨条件は、入力部２００を介して入力されるだけではなく、例えば半導体ウエハ１８に取り付けられたタグに格納された研磨条件の内容を示す情報をリーダなどによって読み取って判定部６２に入力することもできる。

また、判定部６２には、研磨プロセスの実行中に第２の電流センサ３１によって検出された駆動電流が入力される。判定部６２は、第２の電流センサ３１によって検出された駆動電流に基づいて、実行中の研磨プロセスの研磨条件を特定の研磨条件に加えるか否かを判定する。具体的には、判定部６２は、第１の電動モータ１４又は第２の電動モータ２２の駆動負荷が変化した際に第２の電流センサ３１によって検出された駆動電流の変化がしきい値よりも小さい場合に、実行中の研磨プロセスの研磨条件の内容を示す情報を記憶部６６に格納することによって、特定の研磨条件に加える。

また、判定部６２は、終点検出部６８によって研磨の終点が検出されなかった場合に、実行中の研磨プロセスの研磨条件の内容を示す情報を記憶部６６に格納することによって、特定の研磨条件に加える。

調整部６４は、判定部６２によって、実行する研磨プロセスの研磨条件が特定の研磨条件と一致すると判定された場合に、モータドライバ１００における、第１の電動モータ１４又は第２の電動モータ２２の駆動負荷の変化に対する駆動電流の変化に関する電流制御パラメータを調整（変更）する。

具体的には、調整部６４は、第１の電動モータ１４又は第２の電動モータ２２の駆動負荷の変化に対して駆動電流の変化が大きくなるように、電流制御パラメータを調整する。
さらに具体的には、電流制御パラメータとは、モータドライバ１００の速度補償器１０４におけるフィードバック制御の制御ゲインである。速度補償器１０４は、上述のように、研磨テーブル１２又はトップリング２０の実回転速度と目標回転速度との偏差に基づいて駆動電流を制御する。調整部６４は、判定部６２によって、実行する研磨プロセスの研磨条件が特定の研磨条件と一致すると判定された場合に、偏差に基づく制御における制御ゲインを大きくするコマンドをモータドライバ１００へ送信する。

制御ゲインを大きくすることによって、フィードバック制御の感度が高くなるので、第１の電動モータ１４又は第２の電動モータ２２の駆動負荷が変化した場合に、駆動電流の変化が大きくなる。

この点について詳細に説明する。図５，図６は、第１，第２実施形態による駆動電流の変化を模式的に示す図である。図５は、モータドライバ１００の電流制御パラメータを調整する前と調整した後における駆動電流を示しており、横軸は時間（ｔ）、縦軸は駆動電流（Ａ）を示す。また、図６は、モータドライバ１００の電流制御パラメータを調整する前と調整した後における駆動電流の差を示しており、横軸は時間（ｔ）、縦軸は研磨パッド１０と半導体ウエハ１８との間に圧力をかけていない状態の駆動電流（Ａ）の差（ΔＡ）の平均値を基準としたときの研磨パッド１０と半導体ウエハ１８との間に圧力をかけた状態の各駆動電流の平均値との変化量（ΔＡ）を示す。

図５では、研磨パッド１０と半導体ウエハ１８との間に圧力をかけていない状態（Ｆｒｅｅ）、１ｐｓｉの圧力をかけた状態、２ｐｓｉの圧力をかけた状態、における駆動電流を示している。研磨パッド１０と半導体ウエハ１８との間の圧力は、第１の電動モータ１４又は第２の電動モータ２２の駆動負荷に相関する。図５に示すように、研磨パッド１０と半導体ウエハ１８との間にかかる圧力が変化すると、電流制御パラメータを調整する前の駆動電流の波形７０に比べて、電流制御パラメータを調整した後の駆動電流の波形７２は、駆動電流が大きく変化する。例えば、圧力が２ｐｓｉからＦｒｅｅに変化した場合の波形７０の変化量をαとし、圧力が２ｐｓｉからＦｒｅｅに変化した場合の波形７２の変化量をβとすると、α＜βとなる。

例えば図６に示すように、研磨パッド１０と半導体ウエハ１８との間の圧力がＦｒｅｅから１ｐｓｉに変化した場合、電流制御パラメータを調整する前の駆動電流の変化量７４と、電流制御パラメータを調整した後の駆動電流の変化量７６とを比較すると、両者の駆動電流の変化にはおよそ０．５（Ａ）の差が生じる。また、研磨パッド１０と半導体ウエハ１８との間の圧力が１ｐｓｉから２ｐｓｉに変化した場合、電流制御パラメータを調整する前の駆動電流の変化量７４と電流制御パラメータを調整した後の駆動電流の変化量７６とを比較すると、両者の駆動電流の変化には１（Ａ）以上の差が生じる。

以上のように、第１，第２実施形態は、研磨プロセスの研磨条件が特定の研磨条件と一致すると判定された場合に、モータドライバ１００における電流制御パラメータを調整する。これによって、第１の電動モータ１４又は第２の電動モータ２２の駆動負荷が変化した場合の駆動電流の変化を大きくすることができる。その結果、第１，第２実施形態によれば、既存の研磨レシピを変更することなくトルク電流の変化を良好に検出することができる結果、研磨終点検出の精度が向上するので、終点検出部６８は、駆動電流の変化に基づいて終点検出を適切に行うことができる。

なお、電流制御パラメータの一例として、モータドライバ１００の速度補償器１０４におけるフィードバック制御の制御ゲインを挙げて説明したが、これに限られない。例えば、第１の電動モータ１４又は第２の電動モータ２２の慣性モーメントに関するモータドライバ１００の電流制御パラメータを調整してもよい。具体的には、研磨プロセスの研磨条
件が特定の研磨条件と一致すると判定された場合に、第１の電動モータ１４又は第２の電動モータ２２の慣性モーメントが小さくなるように、モータドライバ１００の電流制御パラメータを調整することができる。これによれば、第１の電動モータ１４又は第２の電動モータ２２の慣性モーメントが小さくなるので、第１の電動モータ１４又は第２の電動モータ２２の駆動負荷が変化した場合の駆動電流の変化が大きくなる。その結果、終点検出部６８は、駆動電流の変化に基づいて終点検出を適切に行うことができる。

また、研磨プロセスが複数の工程を含む場合には、調整部６４は、複数の工程のうちの一部の工程において電流制御パラメータを調整することもできる。例えば、研磨プロセスが、第１の研磨レートで半導体ウエハ１８を研磨する第１工程と、第１工程の後に、第１の研磨レートより小さい第２の研磨レートで半導体ウエハ１８を研磨する第２工程と、を含む場合を考える。この研磨プロセスは、全体の研磨時間を短縮するために、第１工程において大きな研磨レートで半導体ウエハ１８を研磨しながら所定の時間が経過したら第２工程に移行し、第２工程において小さな研磨レートで半導体ウエハ１８を研磨しながら終点検出を行う。このような場合には、調整部６４は、第２工程において、モータドライバ１００の電流制御パラメータ（例えば制御ゲイン）を調整する。

＜研磨終点検出＞
終点検出部６８は、第２の電流センサ３１によって検出された駆動電流（トルク電流）に基づいて、半導体ウエハ１８の研磨終点を検出する。具体的には、終点検出部６８は、第２の電流センサ３１によって検出された駆動電流の変化に基づいて半導体ウエハ１８の研磨の終点を判定する。

終点検出部６８の研磨終点の判定について図７を用いて説明する。図７は、研磨の終点の検出態様の一例を示す図である。図７において横軸は研磨時間の経過を示し、縦軸は駆動電流（Ｉ）及び駆動電流の微分値（ΔＩ／Δｔ）を示している。

終点検出部６８は、図７のように駆動電流３０ａ（Ｖ相のモータ電流）が推移した場合、駆動電流３０ａがあらかじめ設定されたしきい値３０ｂより小さくなったら、半導体ウエハ１８の研磨が終点に達したと判定することができる。

また、終点検出部６８は、図７のように駆動電流３０ａの微分値３０ｃを求めて、あらかじめ設定された時間しきい値３０ｄと３０ｅとの間の期間において微分値３０ｃの傾きが負から正に転じたことを検出したら、半導体ウエハ１８の研磨が終点に達したと判定することもできる。すなわち、時間しきい値３０ｄと３０ｅは、経験則などによって研磨終点になると思われるおおよその期間に設定されており、終点検出部６８は、時間しきい値３０ｄと３０ｅとの間の期間において研磨の終点検出を行う。このため、終点検出部６８は、時間しきい値３０ｄと３０ｅとの間の期間以外では、たとえ微分値３０ｃの傾きが負から正に転じたとしても、半導体ウエハ１８の研磨が終点に達したとは判定しない。これは、例えば研磨の開始直後などに、研磨が安定していない影響によって微分値３０ｃがハンチングして傾きが負から正に転じた場合に、研磨終点であると誤検出されるのを抑制するためである。また、終点検出部６８は、駆動電流３０ａの変化量があらかじめ設定されたしきい値より大きく変化したら、半導体ウエハ１８の研磨が終点に達したと判定することもできる。以下、終点検出部６８の研磨終点の判定の具体例を示す。

例えば、半導体ウエハ１８が、半導体、導体、絶縁体等の異なる材質で積層されている場合を考える。この場合、異材質層間で摩擦係数が異なるため、研磨が異材質層へ移行した場合に第１の電動モータ１４又は第２の電動モータ２２のモータトルクが変化する。この変化に応じてＶ相のモータ電流（検出電流信号）も変化する。終点検出部６８は、このモータ電流がしきい値より大きくなった又は小さくなったことを検出することにより半導
体ウエハ１８の研磨の終点を判定する。また、終点検出部６８は、モータ電流の微分値の変化に基づいて半導体ウエハ１８の研磨の終点を判定することもできる。

また、例えば半導体ウエハ１８の研磨面が平坦ではない状態から研磨によって研磨面が平坦化される場合を考える。この場合、半導体ウエハ１８の研磨面が平坦化されると第１の電動モータ１４又は第２の電動モータ２２のモータトルクが変化する。この変化に応じてＶ相のモータ電流（検出電流信号）も変化する。終点検出部６８は、このモータ電流がしきい値より小さくなったことを検出することにより半導体ウエハ１８の研磨の終点を判定する。また、終点検出部６８は、モータ電流の微分値の変化に基づいて半導体ウエハ１８の研磨の終点を判定することもできる。

＜フローチャート＞
次に、第１，第２実施形態の研磨装置による電流調整方法について説明する。図８は、第１，第２実施形態の研磨装置による電流調整方法のフローチャートである。図８は、研磨プロセスが単一の工程を有する場合の電流調整方法のフローチャートである。

図８に示すように、電流調整方法は、まず、研磨プロセスの研磨レシピを設定する（ステップＳ１０１）。続いて、電流調整方法は、これから実行する研磨プロセスの研磨条件（例えば、半導体ウエハ１８の種類及び研磨レシピの種類の組み合わせ）が特定の研磨条件と一致するか否かを判定する（ステップＳ１０２）。例えば、判定部６２が記憶部６６に格納されている特定の研磨条件に基づいて判定することができる。

実行する研磨プロセスの研磨条件が特定の研磨条件と一致すると判定した場合には（ステップＳ１０２，Ｙｅｓ）、調整部６４は、モータドライバ１００の電流制御パラメータを調整する（ステップＳ１０３）。

一方、実行する研磨プロセスの研磨条件が特定の研磨条件と一致しないと判定した場合には（ステップＳ１０２，Ｎｏ）、モータドライバ１００の電流制御パラメータの調整は行われない。

続いて、電流調整方法は、半導体ウエハ１８の研磨を開始する（ステップＳ１０４）。続いて、電流調整方法は、終点検出部６８によって終点検出を実行する（ステップＳ１０５）。

続いて、電流調整方法は、終点検出部６８によって終点検出が正常に行われたか否かを判定部６２によって判定する（ステップＳ１０６）。例えば、判定部６２は、所定時間を経過しても終点検出が行われなかった場合には、終点検出が正常に行われなかったと判定する。

判定部６２は、終点検出部６８によって終点検出が正常に行われたと判定した場合には（ステップＳ１０６，Ｙｅｓ）、処理を終了する。

一方、判定部６２は、終点検出部６８によって終点検出が正常に行われなかったと判定した場合には（ステップＳ１０６，Ｎｏ）、実行中の研磨プロセスの研磨条件を特定の研磨条件として例えば記憶部６６に保存して（ステップＳ１０７）、処理を終了する。すなわち、この研磨プロセスにおける研磨条件は電流制御パラメータの調整対象として登録されることになる。したがって、次回以降にこの研磨条件で研磨プロセスが実行される際には、電流制御パラメータの調整が行われる。また、例えば、ステップＳ１０３において電流制御パラメータの調整を行ったとしても、調整が不十分である場合には終点検出が正常に行われないことがある。この場合には、次回この研磨条件で研磨プロセスが実行される
際には、前回の調整よりも大きく電流制御パラメータを調整する。例えば、速度補償器１０４におけるフィードバック制御の制御ゲインの増加量を前回の調整における増加量よりも大きくする。

また、図９は、第１，第２実施形態の研磨装置による電流調整方法のフローチャートである。図９は、研磨プロセスが複数の工程を有する場合の電流調整方法のフローチャートである。図９は、一例として、研磨プロセスが、第１の研磨レートで半導体ウエハ１８を研磨する第１工程と、第１の工程の後に、第１の研磨レートより小さい第２の研磨レートで半導体ウエハ１８を研磨する第２工程と、を含む場合を示している。なお、複数の工程を含む研磨プロセスは、この例に限らず任意に選択することができる。また、電流制御パラメータを調整する工程についても、この例に限らず任意に選択することができる。

電流調整方法は、まず、複数工程を含む研磨プロセスの研磨レシピを設定する（ステップＳ２０１）。続いて、電流調整方法は、第１の研磨レートにて半導体ウエハ１８の研磨を開始する（ステップＳ２０２）。続いて、電流調整方法は、あらかじめ設定された時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ２０３）。電流調整方法は、あらかじめ設定された時間が経過していないと判定した場合には（ステップＳ２０３，Ｎｏ）、ステップＳ２０２に戻る。

一方、電流調整方法は、あらかじめ設定された時間が経過したと判定した場合には（ステップＳ２０３，Ｙｅｓ）、第２工程の研磨条件（例えば、半導体ウエハ１８の種類及び研磨レシピの種類の組み合わせ）が特定の研磨条件と一致するか否かを判定する（ステップＳ２０４）。例えば、研磨装置の作業員によってこの判定を行ってもよいし、判定部６２が記憶部６６に格納されている特定の研磨条件に基づいて判定することもできる。

第２工程の研磨条件が特定の研磨条件と一致すると判定した場合には（ステップＳ２０４，Ｙｅｓ）、調整部６４は、モータドライバ１００の電流制御パラメータを調整する（ステップＳ２０５）。

一方、第２工程の研磨条件が特定の研磨条件と一致しないと判定した場合には（ステップＳ２０４，Ｎｏ）、モータドライバ１００の電流制御パラメータの調整は行われない。

続いて、電流調整方法は、第２の研磨レートにて半導体ウエハ１８の研磨を開始する（ステップＳ２０６）。続いて、電流調整方法は、終点検出部６８によって終点検出を実行する（ステップＳ２０７）。

続いて、電流調整方法は、終点検出部６８によって終点検出が正常に行われたか否かを判定部６２によって判定する（ステップＳ２０８）。例えば、判定部６２は、所定時間を経過しても終点検出が行われなかった場合には、終点検出が正常に行われなかったと判定する。

判定部６２は、終点検出部６８によって終点検出が正常に行われたと判定した場合には（ステップＳ２０８，Ｙｅｓ）、処理を終了する。

一方、判定部６２は、終点検出部６８によって終点検出が正常に行われなかったと判定した場合には（ステップＳ２０８，Ｎｏ）、実行中の研磨プロセスの第２工程の研磨条件を特定の研磨条件として例えば記憶部６６に保存して（ステップＳ２０９）、処理を終了する。

以上のように、第１，第２実施形態の研磨装置及び電流調整方法によれば、特定の研磨
条件でのみ電流制御パラメータを調整する。したがって、通常の電流制御パラメータの設定で終点検出を行うことができる研磨条件の場合には、電流制御パラメータは調整されないので、既存の研磨レシピ等に影響を与えることはない。また、第１，第２実施形態の研磨装置及び電流調整方法によれば、研磨プロセスの研磨条件が特定の研磨条件と一致すると判定された場合には、モータドライバ１００における電流制御パラメータを調整することによって、第１の電動モータ１４又は第２の電動モータ２２の駆動負荷が変化した場合の駆動電流の変化を大きくすることができる。その結果、第１，第２実施形態の研磨装置及び電流調整方法によれば、既存の研磨レシピを変更することなくトルク電流の変化を良好に検出することができるので、研磨終点検出の精度が向上し、終点検出部６８は、駆動電流の変化に基づいて終点検出を適切に行うことができる。

１０ 研磨パッド
１２ 研磨テーブル
１４ 第１の電動モータ（駆動部）
１８ 半導体ウエハ（研磨対象物）
２０ トップリング（保持部）
２２ 第２の電動モータ（駆動部）
３１ 電流センサ（電流検出部）
６０ 終点検出装置
６２ 判定部
６４ 調整部
６６ 記憶部
６８ 終点検出部
１００ モータドライバ
１０４ 速度補償器
２００ 入力部

Claims (17)

1. 研磨パッドを保持するための研磨テーブル、又は、研磨対象物を保持して研磨パッドへ押圧するための保持部、を回転駆動するための駆動部へ供給する駆動電流に基づく終点検出方法であって、
   実行する研磨プロセスの研磨条件があらかじめ設定された特定の研磨条件と一致するか否かを判定する第１判定ステップと、
   前記第１判定ステップによって前記研磨条件が前記特定の研磨条件と一致すると判定された場合に、前記駆動電流を制御するための駆動制御部における、前記駆動部の駆動負荷の変化に対する前記駆動電流の変化に関する電流制御パラメータを調整する調整ステップと、
   前記調整ステップによって調整された電流制御パラメータに基づいて前記駆動部へ供給される駆動電流を検出する検出ステップと、
   前記検出ステップによって検出された駆動電流に基づいて研磨の終点を検出する終点検出ステップと、
   を備えることを特徴とする終点検出方法。
2. 請求項１の終点検出方法において、
   研磨プロセスの実行中に前記検出ステップによって検出された駆動電流に基づいて、前記実行中の研磨プロセスの研磨条件を前記特定の研磨条件に加えるか否かを判定する第２判定ステップ、
   をさらに備える終点検出方法。
3. 請求項２の終点検出方法において、
   前記第２判定ステップは、前記駆動部の駆動負荷が変化した際に前記検出ステップによって検出された駆動電流の変化がしきい値よりも小さい場合に、前記実行中の研磨プロセスの研磨条件を前記特定の研磨条件に加える、
   終点検出方法。
4. 請求項２の終点検出方法において、
   前記終点検出ステップは、前記検出ステップによって検出された駆動電流の変化に基づいて研磨の終点を検出し、
   前記第２判定ステップは、前記終点検出ステップによって研磨の終点が検出されなかった場合に、前記実行中の研磨プロセスの研磨条件を前記特定の研磨条件に加える、
   終点検出方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項の終点検出方法において、
   前記調整ステップは、前記駆動部の駆動負荷の変化に対して前記駆動電流の変化が大きくなるように、前記電流制御パラメータを調整する、
   終点検出方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項の終点検出方法において、
   前記駆動制御部が、前記研磨テーブル又は前記保持部の実回転速度と目標回転速度との偏差に基づいて前記駆動電流を制御する場合において、
   前記調整ステップは、前記偏差に基づく制御における制御ゲインを大きくする、
   終点検出方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項の終点検出方法において、
   前記研磨プロセスが複数の工程を含む場合に、
   前記調整ステップは、前記複数の工程のうちの一部の工程において前記電流制御パラメ
   ータを調整する、
   終点検出方法。
8. 請求項１〜７のいずれか１項の終点検出方法において、
   前記研磨条件は、研磨対象物の種類、研磨レシピの種類、研磨パッドの種類、及び研磨砥液の種類、の少なくとも１つを含む、
   終点検出方法。
9. 研磨パッドを保持するための研磨テーブル、又は、研磨対象物を保持して研磨パッドへ押圧するための保持部、を回転駆動するための駆動部と、
   前記駆動部へ供給する駆動電流を制御するための駆動制御部と、
   実行する研磨プロセスの研磨条件があらかじめ設定された特定の研磨条件と一致する場合に、前記駆動制御部における、前記駆動部の駆動負荷の変化に対する前記駆動電流の変化に関する電流制御パラメータを調整する調整部と、
   を備え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、
    実行する研磨プロセスの研磨条件があらかじめ設定された特定の研磨条件と一致するか否かを判定する判定部、をさらに備え、
    前記調整部は、前記判定部によって、前記研磨プロセスの研磨条件が前記特定の研磨条件と一致すると判定された場合に、前記駆動制御部における前記電流制御パラメータを調整する、
    研磨装置。
11. 請求項１０の研磨装置において、
    研磨プロセスの実行中に前記駆動制御部から前記駆動部へ供給される駆動電流を検出する電流検出部、をさらに備え、
    前記判定部は、前記電流検出部によって検出された駆動電流に基づいて、前記実行中の研磨プロセスの研磨条件を前記特定の研磨条件に加えるか否かを判定する、
    研磨装置。
12. 請求項１１の研磨装置において、
    前記判定部は、前記駆動部の駆動負荷が変化した際に前記電流検出部によって検出された駆動電流の変化がしきい値よりも小さい場合に、前記実行中の研磨プロセスの研磨条件を前記特定の研磨条件に加える、
    研磨装置。
13. 請求項１１の研磨装置において、
    前記電流検出部によって検出された駆動電流の変化に基づいて研磨の終点を検出する終点検出部をさらに備え、
    前記判定部は、前記終点検出部によって研磨の終点が検出されなかった場合に、前記実行中の研磨プロセスの研磨条件を前記特定の研磨条件に加える、
    研磨装置。
14. 請求項９〜１３のいずれか１項の研磨装置において、
    前記調整部は、前記駆動部の駆動負荷の変化に対して前記駆動電流の変化が大きくなるように、前記電流制御パラメータを調整する、
    研磨装置。
15. 請求項９〜１４のいずれか１項の研磨装置において、
    前記駆動制御部は、前記研磨テーブル又は前記保持部の実回転速度と目標回転速度との偏差に基づいて前記駆動電流を制御し、
    前記調整部は、前記偏差に基づく制御における制御ゲインを大きくする、
    研磨装置。
16. 請求項９〜１５のいずれか１項の研磨装置において、
    前記研磨プロセスが複数の工程を含む場合に、
    前記調整部は、前記複数の工程のうちの一部の工程において前記電流制御パラメータを調整する、
    研磨装置。
17. 請求項９〜１６のいずれか１項の研磨装置において、
    前記研磨条件は、研磨対象物の種類、研磨レシピの種類、研磨パッドの種類、及び研磨砥液の種類、の少なくとも１つを含む、
    研磨装置。

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