(57)【要約】【課題】特別な知識や経験、ノウハウを必要とせず、さらに、短時間で、かつ効率的にＰＩＤパラメータを算定する研磨方法を提供する。【解決手段】研磨方法は、基板Ｗを研磨パッド３の表面に押し付けて基板Ｗを研磨し、基板Ｗの研磨中に、パッド温度調整部材１１に流れる流体の流量を制御するための流量制御バルブ４２，５６を操作することで、研磨パッド３の表面温度を変化させ、研磨パッド３の表面温度を測定し、研磨パッド３の表面温度の時間変化に基づいて、ＰＩＤパラメータを算定し、ＰＩＤパラメータを備えたＰＩＤ演算式を用いて、温度目標値と研磨パッドの表面温度の測定値との偏差を最小にするための流量制御バルブ４２，５６の操作量を計算し、基板Ｗの研磨中に、操作量に従って流量制御バルブ４２，５６を操作する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を研磨パッドの表面に押し付けて該基板を研磨し、
前記基板の研磨中に、パッド温度調整部材に流れる流体の流量を制御するための流量制御バルブを操作することで、前記研磨パッドの表面温度を変化させ、
前記研磨パッドの表面温度を測定し、
前記研磨パッドの表面温度の時間変化に基づいて、ＰＩＤパラメータを算定し、
前記ＰＩＤパラメータを備えたＰＩＤ演算式を用いて、温度目標値と前記研磨パッドの表面温度の測定値との偏差を最小にするための前記流量制御バルブの操作量を計算し、
前記基板の研磨中に、前記操作量に従って前記流量制御バルブを操作することを特徴とする研磨方法。
【請求項２】
前記研磨パッドの表面温度を測定する工程は、前記研磨パッドの中心と外周部とを含む領域における温度分布を測定する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
【請求項３】
前記研磨パッドの表面温度を変化させる工程は、前記基板の研磨中に、パッド温度調整部材を前記研磨パッドの表面に接触させ、または近接させて該パッド温度調整部材に流れる流体の流量を制御するための流量制御バルブを操作することで、前記研磨パッドの表面温度を変化させる工程であることを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
【請求項４】
前記研磨パッドの表面温度を変化させる工程は、前記基板の研磨中に、パッド温度調整部材から前記研磨パッドの表面上に供給される流体の流量を制御するための流量制御バルブを操作することで、前記研磨パッドの表面温度を変化させる工程であることを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
【請求項５】
前記流体は、加熱流体および冷却流体であることを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
【請求項６】
前記ＰＩＤパラメータを算定する工程は、リミットサイクル法、ステップ応答法、ジーグラ・ニコルスの限界感度法のうちのいずれかを用いて、前記研磨パッドの表面温度の時間変化に基づいて、ＰＩＤパラメータを算定する工程であることを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
【請求項７】
前記ＰＩＤ演算式を用いて計算した操作量で前記流量制御バルブを操作した結果として予想される前記研磨パッドの表面温度のシミュレーションを実行することを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
【請求項８】
前記温度目標値を変更した場合に予想される前記研磨パッドの表面温度の時間推移を示すシミュレーションをさらに実行することを特徴とする請求項７に記載の研磨方法。
【請求項９】
研磨パッドを支持する研磨テーブルと、
基板を前記研磨パッドに押し付ける研磨ヘッドと、
前記研磨パッドの表面温度を調整するパッド温度調整システムとを備え、
前記パッド温度調整システムは、
流体が流れる流路が内部に形成されたパッド温度調整部材と、
前記流路に接続された流体供給管と、
前記流体供給管に取り付けられた流量制御バルブと、
前記研磨パッドの表面温度を測定するパッド温度測定器と、
前記流量制御バルブを操作するＰＩＤ制御部とを備え、
前記ＰＩＤ制御部は、
前記基板の研磨中において、前記流量制御バルブを操作して、前記研磨パッドの表面温度を変化させ、
前記研磨パッドの表面温度の測定値を前記パッド温度測定器から取得し、
前記研磨パッドの表面温度の時間変化に基づいて、ＰＩＤパラメータを算定し、
前記ＰＩＤパラメータを備えたＰＩＤ演算式を用いて、温度目標値と前記研磨パッドの表面温度の測定値との偏差を最小にするための前記流量制御バルブの操作量を計算し、
前記操作量に従って前記流量制御バルブを操作することを特徴とする研磨装置。
【請求項１０】
前記パッド温度測定器は、赤外線放射温度計、熱電対温度計、サーモグラフィ、およびサーモパイルのうち、少なくとも１つの温度測定器であることを特徴とする請求項９に記載の研磨装置。
【請求項１１】
前記パッド温度測定器は、前記研磨パッドの中心と外周部とを含む領域における温度分布を測定するように構成されていることを特徴とする請求項９に記載の研磨装置。
【請求項１２】
前記パッド温度調整システムは、前記パッド温度測定器によって測定された前記研磨パッドの表面温度を表示する温度表示器をさらに備えていることを特徴とする請求項９に記載の研磨装置。
【請求項１３】
前記パッド温度調整部材は、前記研磨パッドの表面に冷却流体を吹きかける冷却ノズルであることを特徴とする請求項９に記載の研磨装置。
【請求項１４】
前記パッド温度調整部材は、前記研磨パッドの表面に接触可能なパッド接触面を有することを特徴とする請求項９に記載の研磨装置。
【請求項１５】
前記ＰＩＤ制御部は、リミットサイクル法、ステップ応答法、ジーグラ・ニコルスの限界感度法のうちのいずれかを用いてＰＩＤパラメータを算定することを特徴とする請求項９に記載の研磨装置。
【請求項１６】
前記ＰＩＤ制御部は、前記ＰＩＤ演算式を用いて計算した操作量で前記流量制御バルブを操作した結果として予想される前記研磨パッドの表面温度のシミュレーションを実行するように構成されていることを特徴とする請求項９に記載の研磨装置。
【請求項１７】
前記ＰＩＤ制御部は、前記温度目標値を変更した場合に予想される前記研磨パッドの表面温度の時間推移を示すシミュレーションをさらに実行するように構成されていることを特徴とする請求項１６に記載の研磨装置。
【請求項１８】
研磨ヘッドに指令を与えて、基板を研磨パッドの表面に押し付けて該基板を研磨する動作を前記研磨ヘッドに実行させるステップと、
パッド温度調整部材に流れる流体の流量を制御するために設けられた流量制御バルブを操作することで、前記研磨パッドの表面温度を変化させるステップと、
前記研磨パッドの表面温度の測定値を取得するステップと、
前記研磨パッドの表面温度の時間変化に基づいて、ＰＩＤパラメータを算定するステップと、
前記ＰＩＤパラメータを備えたＰＩＤ演算式を用いて、温度目標値と前記研磨パッドの表面温度の測定値との偏差を最小にするための前記流量制御バルブの操作量を計算するステップと、
前記操作量に従って前記流量制御バルブを操作するステップをコンピュータに実行させるためのプログラムを記録した非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェーハなどの基板を研磨する研磨方法、研磨装置、および該研磨装置の研磨パッドの表面温度を制御するためのコンピュータプログラムを記録した記録媒体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＰ（Chemical  Mechanical  Polishing）装置は、半導体デバイスの製造において、基板の表面を研磨する工程に使用される。ＣＭＰ装置は、基板を研磨ヘッドで保持して基板を回転させ、さらに回転する研磨テーブル上の研磨パッドに基板を押し付けて基板の表面を研磨する。研磨中、研磨パッドには研磨液（スラリー）が供給され、基板の表面は、研磨液の化学的作用と研磨液に含まれる砥粒の機械的作用により平坦化される。
【０００３】
基板の研磨レートは、基板の研磨パッドに対する研磨荷重のみならず、研磨パッドの表面温度にも依存する。これは、基板に対する研磨液の化学的作用および研磨パッドの硬さが温度に依存するからである。したがって、半導体デバイスの製造においては、基板の研磨レートを上げて更に一定に保つために、基板研磨中の研磨パッドの表面温度を最適な値に保つことが重要とされる。
【０００４】
そこで、研磨パッドの表面温度を測定し、測定された研磨パッドの温度情報に基づいてＰＩＤ制御により研磨パッドの研磨面の温度を調整する研磨装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１３６４０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＰＩＤパラメータを決定するための方法については、明確な指針は存在せず、ユーザーは試行錯誤を重ねながらＰＩＤパラメータを決定しなければならない。また、ＰＩＤパラメータの決定方法については、特別な知識や経験、ノウハウを有する熟練者に依存している場合も多い。したがって、ＰＩＤパラメータを決定するために、多くの時間が必要となり、コストもかかってしまう。
【０００７】
そこで、本発明は、特別な知識や経験、ノウハウを必要とせず、さらに、短時間で、かつ効率的にＰＩＤパラメータを算定する研磨方法、および研磨装置を提供することを目的とする。また、本発明は、研磨パッドの表面温度を制御するためのプログラムを記録した記録媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、基板を研磨パッドの表面に押し付けて該基板を研磨し、前記基板の研磨中に、パッド温度調整部材に流れる流体の流量を制御するための流量制御バルブを操作することで、前記研磨パッドの表面温度を変化させ、前記研磨パッドの表面温度を測定し、前記研磨パッドの表面温度の時間変化に基づいて、ＰＩＤパラメータを算定し、前記ＰＩＤパラメータを備えたＰＩＤ演算式を用いて、温度目標値と前記研磨パッドの表面温度の測定値との偏差を最小にするための前記流量制御バルブの操作量を計算し、前記基板の研磨中に、前記操作量に従って前記流量制御バルブを操作することを特徴とする研磨方法である。
【０００９】
本発明の好ましい態様は、前記研磨パッドの表面温度を測定する工程は、前記研磨パッドの中心と外周部とを含む領域における温度分布を測定する工程を含むことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨パッドの表面温度を変化させる工程は、前記基板の研磨中に、パッド温度調整部材を前記研磨パッドの表面に接触させ、または近接させて該パッド温度調整部材に流れる流体の流量を制御するための流量制御バルブを操作することで、前記研磨パッドの表面温度を変化させる工程であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨パッドの表面温度を変化させる工程は、前記基板の研磨中に、パッド温度調整部材から前記研磨パッドの表面上に供給される流体の流量を制御するための流量制御バルブを操作することで、前記研磨パッドの表面温度を変化させる工程であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記流体は、加熱流体および冷却流体であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の好ましい態様は、前記ＰＩＤパラメータを算定する工程は、リミットサイクル法、ステップ応答法、ジーグラ・ニコルスの限界感度法のうちのいずれかを用いて、前記研磨パッドの表面温度の時間変化に基づいて、ＰＩＤパラメータを算定する工程であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ＰＩＤ演算式を用いて計算した操作量で前記流量制御バルブを操作した結果として予想される前記研磨パッドの表面温度のシミュレーションを実行することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記温度目標値を変更した場合に予想される前記研磨パッドの表面温度の時間推移を示すシミュレーションをさらに実行することを特徴とする。
【００１１】
本発明の他の態様は、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、基板を前記研磨パッドに押し付ける研磨ヘッドと、前記研磨パッドの表面温度を調整するパッド温度調整システムとを備え、前記パッド温度調整システムは、流体が流れる流路が内部に形成されたパッド温度調整部材と、前記流路に接続された流体供給管と、前記流体供給管に取り付けられた流量制御バルブと、前記研磨パッドの表面温度を測定するパッド温度測定器と、前記流量制御バルブを操作するＰＩＤ制御部とを備え、前記ＰＩＤ制御部は、前記基板の研磨中において、前記流量制御バルブを操作して、前記研磨パッドの表面温度を変化させ、前記研磨パッドの表面温度の測定値を前記パッド温度測定器から取得し、前記研磨パッドの表面温度の時間変化に基づいて、ＰＩＤパラメータを算定し、前記ＰＩＤパラメータを備えたＰＩＤ演算式を用いて、温度目標値と前記研磨パッドの表面温度の測定値との偏差を最小にするための前記流量制御バルブの操作量を計算し、前記操作量に従って前記流量制御バルブを操作することを特徴とする研磨装置である。
【００１２】
本発明の好ましい態様は、前記パッド温度測定器は、赤外線放射温度計、熱電対温度計、サーモグラフィ、およびサーモパイルのうち、少なくとも１つの温度測定器であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記パッド温度測定器は、前記研磨パッドの中心と外周部とを含む領域における温度分布を測定するように構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記パッド温度調整システムは、前記パッド温度測定器によって測定された前記研磨パッドの表面温度を表示する温度表示器をさらに備えていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記パッド温度調整部材は、前記研磨パッドの表面に冷却流体を吹きかける冷却ノズルであることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記パッド温度調整部材は、前記研磨パッドの表面に接触可能なパッド接触面を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の好ましい態様は、前記ＰＩＤ制御部は、リミットサイクル法、ステップ応答法、ジーグラ・ニコルスの限界感度法のうちのいずれかを用いてＰＩＤパラメータを算定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ＰＩＤ制御部は、前記ＰＩＤ演算式を用いて計算した操作量で前記流量制御バルブを操作した結果として予想される前記研磨パッドの表面温度のシミュレーションを実行するように構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ＰＩＤ制御部は、前記温度目標値を変更した場合に予想される前記研磨パッドの表面温度の時間推移を示すシミュレーションをさらに実行するように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明のさらに他の態様は、研磨ヘッドに指令を与えて、基板を研磨パッドの表面に押し付けて該基板を研磨する動作を前記研磨ヘッドに実行させるステップと、パッド温度調整部材に流れる流体の流量を制御するために設けられた流量制御バルブを操作することで、前記研磨パッドの表面温度を変化させるステップと、前記研磨パッドの表面温度の測定値を取得するステップと、前記研磨パッドの表面温度の時間変化に基づいて、ＰＩＤパラメータを算定するステップと、前記ＰＩＤパラメータを備えたＰＩＤ演算式を用いて、温度目標値と前記研磨パッドの表面温度の測定値との偏差を最小にするための前記流量制御バルブの操作量を計算するステップと、前記操作量に従って前記流量制御バルブを操作するステップをコンピュータに実行させるためのプログラムを記録した非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、基板の研磨中において、研磨パッドの表面温度の時間変化に基づいてＰＩＤパラメータを自動で算定することができるため、ＰＩＤパラメータを決定するための試行錯誤による実験、特別な知識や経験、ノウハウは不要であり、熟練者に頼る必要はない。したがって、ＰＩＤパラメータを短時間で、かつ効率的に決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】研磨装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２】研磨装置の他の実施形態を示す模式図である。
【図３】パッド温度測定器の温度測定領域を上から見た図である。
【図４】パッド温度測定器の温度測定領域を横から見た図である。
【図５】パッド温度調整部材を示す水平断面図である。
【図６】研磨パッド上のパッド温度調整部材と研磨ヘッドとの位置関係を示す平面図である。
【図７】温度表示器を示す模式図である。
【図８】パッド温度調整部材の他の実施形態を示す図である。
【図９】リミットサイクル法を説明するための図である。
【図１０】流量制御バルブの２位置動作を示す図である。
【図１１】ＰＩＤパラメータの算定に用いられる係数の一例を示す図である。
【図１２】ＰＩＤパラメータを算定するときのフィードバック制御系を示す図である。
【図１３】ＰＩＤ制御部の構成を示す模式図である。
【図１４】プログラムに従って動作するＰＩＤ制御部のステップを示すフローチャートである。
【図１５】ステップ応答法を説明するための図である。
【図１６】ジーグラ・ニコルスの限界感度法を説明するための図である。
【図１７】研磨パッドの表面温度の時間推移を示すシミュレーション結果を示す図である。
【図１８】ＰＩＤパラメータがウェーハの研磨プロセスごとに算定される様子を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、研磨装置を示す模式図である。図１に示すように、研磨装置は、基板の一例であるウェーハＷを保持して回転させる研磨ヘッド１と、研磨パッド３を支持する研磨テーブル２と、研磨パッド３の表面に研磨液（例えばスラリー）を供給する研磨液供給ノズル４と、研磨パッド３の表面温度を調整するパッド温度調整システム５とを備えている。研磨パッド３の表面（上面）は、ウェーハＷを研磨する研磨面を構成する。
【００１８】
研磨ヘッド１は鉛直方向に移動可能であり、かつその軸心を中心として矢印で示す方向に回転可能となっている。ウェーハＷは、研磨ヘッド１の下面に真空吸着などによって保持される。研磨テーブル２にはモータ（図示せず）が連結されており、矢印で示す方向に回転可能となっている。図１に示すように、研磨ヘッド１および研磨テーブル２は、同じ方向に回転する。研磨パッド３は、研磨テーブル２の上面に貼り付けられている。
【００１９】
研磨装置は、研磨テーブル２上の研磨パッド３をドレッシングするドレッサ２０をさらに備えている。ドレッサ２０は研磨パッド３の表面上を研磨パッド３の半径方向に揺動するように構成されている。ドレッサ２０の下面は、ダイヤモンド粒子などの多数の砥粒からなるドレッシング面を構成する。ドレッサ２０は、研磨パッド３の研磨面上を揺動しながら回転し、研磨パッド３を僅かに削り取ることにより研磨パッド３の表面をドレッシングする。
【００２０】
ウェーハＷの研磨は次のようにして行われる。研磨されるウェーハＷは、研磨ヘッド１によって保持され、さらに研磨ヘッド１によって回転される。一方、研磨パッド３は、研磨テーブル２とともに回転される。この状態で、研磨パッド３の表面には研磨液供給ノズル４から研磨液が供給され、さらにウェーハＷの表面は、研磨ヘッド１によって研磨パッド３の表面（すなわち研磨面）に対して押し付けられる。ウェーハＷの表面は、研磨液の存在下での研磨パッド３との摺接により研磨される。ウェーハＷの表面は、研磨液の化学的作用と研磨液に含まれる砥粒の機械的作用により平坦化される。
【００２１】
パッド温度調整システム５は、研磨パッド３の表面温度を調整するための流体が流れる流路が内部に形成されたパッド温度調整部材１１と、温度調整された加熱流体および冷却流体をパッド温度調整部材１１に供給する流体供給システム３０とを備えている。パッド温度調整部材１１は、研磨パッド３の表面に直接接触し、または研磨パッド３の表面に近接することができる。
【００２２】
パッド温度調整システム５は、パッド温度調整部材１１を研磨パッド３の表面に対して垂直に移動させる上下動機構（垂直移動機構）７１をさらに備えている。パッド温度調整部材１１は、上下動機構７１に保持されている。この上下動機構７１は、パッド温度調整部材１１を研磨パッド３の表面に対して上下方向に移動させることが可能に構成されている。このような構成により、パッド温度調整部材１１は、研磨パッド３の表面に直接接触し、または研磨パッド３の表面に近接することができる。上下動機構７１としては、サーボモータとボールねじ機構との組み合わせ、またはエアシリンダなどから構成される。
【００２３】
パッド温度調整部材１１は、研磨パッド３の表面に対して垂直に移動して、研磨パッド３の表面上の領域（研磨パッド３の半径方向の位置）の温度を一定に維持するように構成されている。例えば、パッド温度調整部材１１は、研磨パッド３の中心ＣＬからの距離が１００ｍｍである研磨パッド３の半径方向の位置の温度を６０度に維持するように、研磨パッド３の表面に対して垂直方向に移動する。ユーザーは、パッド温度調整部材１１によって制御される研磨パッド３の表面温度および研磨パッド３の半径方向の位置を任意に決定（変更）することができる。例えば、ユーザーは、研磨パッド３の半径方向の位置として、研磨パッド３の中心ＣＬからの距離を１００ｍｍから２００ｍｍに変更してもよく、研磨パッド３の表面温度として、６０度から７０度に変更してもよい。結果として、パッド温度調整部材１１は、研磨パッド３の中心ＣＬからの距離が２００ｍｍである研磨パッド３の半径方向の位置の温度を７０度に維持するように、研磨パッド３の表面に対して上下方向に移動する。
【００２４】
流体供給システム３０は、温度調整された流体を貯留する流体供給源としての流体供給タンク３１と、流体供給タンク３１とパッド温度調整部材１１とを連結する加熱流体供給管３２および加熱流体戻り管３３とを備えている。加熱流体供給管３２および加熱流体戻り管３３の一方の端部は流体供給タンク３１に接続され、他方の端部はパッド温度調整部材１１に接続されている。
【００２５】
温度調整された加熱流体は、流体供給タンク３１から加熱流体供給管３２を通じてパッド温度調整部材１１に供給され、パッド温度調整部材１１内を流れ、そしてパッド温度調整部材１１から加熱流体戻り管３３を通じて流体供給タンク３１に戻される。このように、加熱流体は、流体供給タンク３１とパッド温度調整部材１１との間を循環する。流体供給タンク３１は、ヒータ（図示せず）を有しており、加熱流体はヒータにより所定の温度に加熱される。
【００２６】
加熱流体供給管３２には、第１開閉バルブ４１および第１流量制御バルブ４２が取り付けられている。第１流量制御バルブ４２は、パッド温度調整部材１１と第１開閉バルブ４１との間に配置されている。第１開閉バルブ４１は、流量調整機能を有しないバルブであるのに対し、第１流量制御バルブ４２は、流量調整機能を有するバルブである。
【００２７】
流体供給システム３０は、パッド温度調整部材１１に接続された冷却流体供給管５１および冷却流体排出管５２をさらに備えている。冷却流体供給管５１は、研磨装置が設置される工場に設けられている冷却流体供給源（例えば、冷水供給源）に接続されている。冷却流体は、冷却流体供給管５１を通じてパッド温度調整部材１１に供給され、パッド温度調整部材１１内を流れ、そしてパッド温度調整部材１１から冷却流体排出管５２を通じて排出される。
【００２８】
冷却流体供給管５１には、第２開閉バルブ５５および第２流量制御バルブ５６が取り付けられている。第２流量制御バルブ５６は、パッド温度調整部材１１と第２開閉バルブ５５との間に配置されている。第２開閉バルブ５５は、流量調整機能を有しないバルブであるのに対し、第２流量制御バルブ５６は、流量調整機能を有するバルブである。
【００２９】
図２は研磨装置の他の実施形態を示す模式図である。図２に示すように、冷却流体供給管５１および冷却流体排出管５２の一方の端部は流体供給タンク３１に接続され、他方の端部はパッド温度調整部材１１に接続されてもよい。本実施形態では、流体供給タンク３１とパッド温度調整部材１１との間を循環する冷却流体は流体供給タンク３１内で冷却される。同様に、流体供給タンク３１とパッド温度調整部材１１との間を循環する加熱流体は流体供給タンク３１内で加熱される。図２では、冷却流体排出管５２は冷却流体戻り管である。
【００３０】
図１に戻り、パッド温度調整システム５は、研磨パッド３の表面温度（以下、パッド表面温度ということがある）を測定するパッド温度測定器３９と、パッド温度測定器３９により測定されたパッド表面温度に基づいて第１流量制御バルブ４２および第２流量制御バルブ５６を操作するＰＩＤ制御部４０とをさらに備えている。第１開閉バルブ４１および第２開閉バルブ５５は、通常は開かれている。
【００３１】
パッド温度測定器３９は、研磨パッド３の表面の上方に配置されており、非接触で研磨パッド３の表面温度を測定するように構成されている。パッド温度測定器３９は、ＰＩＤ制御部４０に接続されており、さらにＰＩＤ制御部４０を介して温度表示器４５に接続されている。パッド温度測定器３９は、研磨パッド３の表面温度を測定する赤外線放射温度計または熱電対温度計であってもよく、研磨パッド３の表面温度を測定し、研磨パッド３の温度分布を取得するサーモグラフィまたはサーモパイルであってもよい。パッド温度測定器３９は、赤外線放射温度計、熱電対温度計、サーモグラフィ、およびサーモパイルのうち、少なくとも１つの温度測定器である。パッド温度測定器３９に、ウェーハＷの研磨によって飛び散った液体（スラリーなど）が付着すると、パッド温度測定器３９は、研磨パッド３の表面温度を正確に測定することができないことがある。したがって、パッド温度測定器３９は研磨パッド３の表面から十分に高い位置に配置されている。
【００３２】
図３はパッド温度測定器３９の温度測定領域を上から見た図であり、図４はパッド温度測定器３９の温度測定領域を横から見た図である。図３および図４に示すように、パッド温度測定器３９は、研磨パッド３の中心ＣＬと研磨パッド３の外周部３ａとを含む領域における研磨パッド３の表面温度を測定するように構成されている（図３および図４の点線参照）。
【００３３】
パッド温度測定器３９は、非接触で研磨パッド３の表面温度を測定し、表面温度の測定値をＰＩＤ制御部４０に送る。パッド温度測定器３９は、所定時間毎に研磨パッド３の表面温度を測定してもよい。ＰＩＤ制御部４０は、パッド表面温度が、予め設定された目標温度に維持されるように、測定されたパッド表面温度に基づいて、第１流量制御バルブ４２および第２流量制御バルブ５６を操作する。第１流量制御バルブ４２および第２流量制御バルブ５６は、ＰＩＤ制御部４０からの制御信号に従って動作し、パッド温度調整部材１１に供給される加熱流体の流量および冷却流体の流量を調整する。パッド温度調整部材１１を流れる加熱流体および冷却流体と研磨パッド３との間で熱交換が行われ、これによりパッド表面温度が変化する。
【００３４】
パッド温度調整部材１１に供給される加熱流体としては、温水が使用される。温水は、流体供給タンク３１のヒータにより、例えば約８０℃に加熱される。より速やかに研磨パッド３の表面温度を上昇させる場合には、シリコーンオイルを加熱流体として使用してもよい。シリコーンオイルを加熱流体として使用する場合には、シリコーンオイルは流体供給タンク３１のヒータにより１００℃以上（例えば、約１２０℃）に加熱される。パッド温度調整部材１１に供給される冷却流体としては、冷水またはシリコーンオイルが使用される。シリコーンオイルを冷却流体として使用する場合には、冷却流体供給源としてチラーを冷却流体供給管５１に接続し、シリコーンオイルを０℃以下に冷却することで、研磨パッド３を速やかに冷却することができる。
【００３５】
加熱流体供給管３２および冷却流体供給管５１は、完全に独立した配管である。したがって、加熱流体および冷却流体は、混合されることなく、同時にパッド温度調整部材１１に供給される。加熱流体戻り管３３および冷却流体排出管５２も、完全に独立した配管である。したがって、加熱流体は、冷却流体と混合されることなく流体供給タンク３１に戻され、冷却流体は、加熱流体と混合されることなく排出される。
【００３６】
次に、パッド温度調整部材１１の一例について、図５を参照して説明する。図５は、パッド温度調整部材１１を示す水平断面図である。図５に示すように、パッド温度調整部材１１は、その内部に形成された加熱流路６１および冷却流路６２を有する熱交換部材である。加熱流路６１および冷却流路６２は、互いに隣接して延びており、かつ螺旋状に延びている。本実施形態では、加熱流路６１は、冷却流路６２よりも短い。
【００３７】
加熱流体供給管３２は、加熱流路６１の入口６１ａに接続されており、加熱流体戻り管３３は、加熱流路６１の出口６１ｂに接続されている。冷却流体供給管５１は、冷却流路６２の入口６２ａに接続されており、冷却流体排出管５２は、冷却流路６２の出口６２ｂに接続されている。加熱流路６１および冷却流路６２の入口６１ａ，６２ａは、パッド温度調整部材１１の周縁部に位置しており、加熱流路６１および冷却流路６２の出口６１ｂ，６２ｂは、パッド温度調整部材１１の中心部に位置している。したがって、加熱流体および冷却流体は、パッド温度調整部材１１の周縁部から中心部に向かって螺旋状に流れる。加熱流路６１および冷却流路６２は、完全に分離しており、パッド温度調整部材１１内で加熱流体および冷却流体が混合されることはない。なお、加熱流路６１および冷却流路６２の形状は、図５に示す実施形態に限定されず、パッド温度調整部材１１は、ジグザグ状の加熱流路および冷却流路を有してもよい。
【００３８】
図６は、研磨パッド３上のパッド温度調整部材１１と研磨ヘッド１との位置関係を示す平面図である。パッド温度調整部材１１は、上から見たときに円形であり、パッド温度調整部材１１の直径は研磨ヘッド１の直径よりも小さい。研磨パッド３の中心ＣＬからパッド温度調整部材１１の中心までの距離は、研磨パッド３の中心ＣＬから研磨ヘッド１の中心までの距離と同じである。加熱流路６１および冷却流路６２は、互いに隣接しているので、加熱流路６１および冷却流路６２は、研磨パッド３の径方向のみならず、研磨パッド３の周方向に沿って並んでいる。したがって、研磨テーブル２および研磨パッド３が回転している間、研磨パッド３に接触または近接するパッド温度調整部材１１は、加熱流体および冷却流体の両方と熱交換を行う。
【００３９】
図７は温度表示器４５を示す模式図である。図７に示すように、パッド温度調整システム５は、パッド温度測定器３９によって測定された研磨パッド３の表面温度を表示する温度表示器４５をさらに備えている。ＰＩＤ制御部４０はパッド温度測定器３９および温度表示器４５に接続されている。パッド温度測定器３９は、その温度測定領域において、研磨パッド３の表面温度を測定し、測定された研磨パッド３の表面温度は温度表示器４５に表示される。温度表示器４５には、研磨パッド３の各表面位置（つまり、直交座標系で表される研磨パッド３の表面位置）の温度が色で表現されるなど、視覚的にわかりやすく表示される。例えば、温度が高い研磨パッド３の表面位置は赤色で表され、温度が低い研磨パッド３の表面位置は青色で表される。温度表示器４５は、研磨パッド３の表面温度の分布を、色分布として表示する。
【００４０】
ユーザーは、研磨パッド３の測定位置を温度表示器４５上で指定してもよく、または研磨パッド３の測定位置を座標入力によって指定してもよい。温度表示器４５には、指定された研磨パッド３の測定位置の現時刻における温度、任意時刻の温度、温度の時間推移、研磨パッド３の温度分布、最大温度、最小温度、平均温度、測定された温度の時間積分値などが表示される。
【００４１】
ＰＩＤ制御部４０は、予め設定された目標温度と、測定された研磨パッド３の表面温度との差を無くすために必要な第１流量制御バルブ４２の操作量および第２流量制御バルブ５６の操作量を計算するように構成されている。第１流量制御バルブ４２の操作量および第２流量制御バルブ５６の操作量は、言い換えれば、バルブ開度である。第１流量制御バルブ４２の操作量は、加熱流体の流量に比例し、第２流量制御バルブ５６の操作量は、冷却流体の流量に比例する。
【００４２】
第１流量制御バルブ４２および第２流量制御バルブ５６のそれぞれの操作量を０％から１００％までの数値で表したときに、ＰＩＤ制御部４０は、第１流量制御バルブ４２の操作量を１００％から引き算することで、第２流量制御バルブ５６の操作量を決定するように構成されている。一実施形態では、ＰＩＤ制御部４０は、第２流量制御バルブ５６の操作量を１００％から引き算することで、第１流量制御バルブ４２の操作量を決定してもよい。
【００４３】
第１流量制御バルブ４２の操作量が１００％であることは、第１流量制御バルブ４２が全開であることを示し、第１流量制御バルブ４２の操作量が０％であることは、第１流量制御バルブ４２が完全に閉じられていることを示している。同様に、第２流量制御バルブ５６の操作量が１００％であることは、第２流量制御バルブ５６が全開であることを示し、第２流量制御バルブ５６の操作量が０％であることは、第２流量制御バルブ５６が完全に閉じられていることを示している。
【００４４】
第１流量制御バルブ４２の操作量が１００％であるときの加熱流体の流量は、第２流量制御バルブ５６の操作量が１００％であるときの冷却流体の流量と同じである。したがって、第１流量制御バルブ４２を通過する加熱流体の流量と、第２流量制御バルブ５６を通過する冷却流体の流量との合計は、常に一定である。
【００４５】
ＰＩＤ制御部４０は、第１流量制御バルブ４２の操作量と、第２流量制御バルブ５６の操作量との総和が１００％となるように、第１流量制御バルブ４２および第２流量制御バルブ５６を操作する。
【００４６】
本実施形態によれば、パッド温度調整部材１１の加熱流路６１には加熱流体のみが流れ、冷却流路６２には冷却流体のみが流れる。加熱流体および冷却流体のそれぞれの流量は、研磨パッド３の表面温度に基づいて制御される。つまり、第１流量制御バルブ４２および第２流量制御バルブ５６は、研磨パッド３の表面温度と目標温度との差に基づいてＰＩＤ制御部４０によって操作される。したがって、研磨パッド３の表面温度を目標温度に安定して維持することができる。
【００４７】
図８はパッド温度調整部材１１の他の実施形態を示す図である。特に説明しない本実施形態の構成および動作は、上述した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。図８に示すように、パッド温度調整部材１１は、研磨パッド３の表面に冷却流体を吹きかける冷却ノズルである。本実施形態では、冷却流体として、空気または不活性ガス（例えば窒素ガス）などの冷却気体が使用される。冷却ノズルであるパッド温度調整部材１１の内部には、冷却流体が流れる冷却流路１２が形成されている。冷却流路１２は、冷却流体供給管５１およびパッド温度調整部材１１の噴射口に接続されている。冷却流体供給管５１を通じてパッド温度調整部材１１に冷却流体を供給すると、冷却流体はパッド温度調整部材１１の噴射口から研磨パッド３の表面上に供給される。冷却流体供給管５１には、パッド温度調整部材１１から研磨パッド３の表面上に供給される冷却流体の流量を制御するための流量制御バルブ５６が取り付けられている。本実施形態では、加熱流体は使用されない。
【００４８】
パッド温度調整部材１１が熱交換部材（図５参照）である場合、ＰＩＤ制御部４０は、ウェーハＷの研磨中に、流量制御バルブ４２，５６を操作することで、研磨パッド３の表面温度を変化させることができる。パッド温度調整部材１１が冷却ノズル（図８参照）である場合、ＰＩＤ制御部４０は、ウェーハＷの研磨中において、流量制御バルブ５６を操作することで、研磨パッド３の表面温度を変化させることができる。
【００４９】
パッド温度測定器３９は、ウェーハＷを研磨しているときの研磨パッド３の表面温度を測定し、表面温度の測定値をＰＩＤ制御部４０に送る。ＰＩＤ制御部４０は、研磨パッド３の表面温度の測定値をパッド温度測定器３９から取得し、研磨パッド３の表面温度の時間変化に基づいて、ＰＩＤパラメータを算定するように構成されている。
【００５０】
ＰＩＤパラメータは、リミットサイクル法、ステップ応答法、およびジーグラ・ニコルスの限界感度法のうちのいずれかを用いて、研磨パッド３の表面温度の時間変化に基づいて算定される。これらの方法によって算定されたＰＩＤパラメータをファジィ推論に基づいて調整してもよく、目標値追従性と外乱抑制性とをともに最適化することができる２自由度ＰＩＤ方式を用いてＰＩＤパラメータを算定してもよい。
【００５１】
ＰＩＤ制御部４０は、上述の方法により算定されたＰＩＤパラメータを備えたＰＩＤ演算式（後述する）を用いて、研磨パッド３の温度目標値と表面温度の測定値との偏差を最小にするための流量制御バルブ４２，５６の操作量を算定する。そして、ＰＩＤ制御部４０は、ウェーハＷの研磨中において、算定された操作量に従って流量制御バルブ４２，５６を操作する。
【００５２】
ＰＩＤ制御部４０は、ウェーハＷの研磨中において、自動的にＰＩＤパラメータを算定するように構成されている。以下、ＰＩＤパラメータを算定する方法の一例であるリミットサイクル法について、図面を参照して説明する。
【００５３】
図９はリミットサイクル法を説明するための図である。図９において、符号ＰＶは研磨パッド３の表面温度の測定値を示しており、符号ＭＶは流量制御バルブ４２，５６の操作量を示しており、符号ＳＶは研磨パッド３の表面温度の温度目標値を示している。なお、図９における測定値ＰＶと時間との関係を示すグラフ（図９の上側のグラフ）において、縦軸は測定値ＰＶを示しており、横軸は時間を示している。図９における流量制御バルブ４２，５６の操作量ＭＶと時間との関係を示すグラフ（図９の下側のグラフ）において、縦軸は流量制御バルブ４２，５６の操作量ＭＶを示しており、横軸は時間を示している。
【００５４】
流量制御バルブ４２，５６が全開と全閉とを繰り返すように流量制御バルブ４２，５６の操作量が決定される。より具体的には、第１流量制御バルブ４２が全開（操作量１００％）であるとき、第２流量制御バルブ５６は全閉（操作量０％）である。さらに、第２流量制御バルブ５６が全開（操作量１００％）であるとき、第１流量制御バルブ４２は全閉（操作量０％）である。このように、流量制御バルブ４２，５６が全開と全閉とを繰り返す動作は流量制御バルブ４２，５６の２位置動作と呼ばれる。
【００５５】
流量制御バルブ４２，５６の２位置動作の制御について、図１０を参照しつつ説明する。図１０は流量制御バルブ４２，５６の２位置動作を示す図である。図１０において、縦軸は流量制御バルブ４２，５６の操作量ＭＶを示しており、横軸は偏差ｅを示している。第１流量制御バルブ４２の操作量が０％であり、かつ第２流量制御バルブ５６の操作量が１００％であるとき、流量制御バルブ４２，５６の操作量は−Ｍである。第１流量制御バルブ４２の操作量が１００％であり、かつ第２流量制御バルブ５６の操作量が０％であるとき、流量制御バルブ４２，５６の操作量は＋Ｍである。
【００５６】
図９に示すように、測定値ＰＶが温度目標値ＳＶよりも高いときには、ＰＩＤ制御部４０は、第１流量制御バルブ４２を操作量０％で全閉にし、かつ第２流量制御バルブ５６を操作量１００％で全開にして、研磨パッド３の表面温度を低下させる。測定値ＰＶが温度目標値ＳＶよりも低いときは、ＰＩＤ制御部４０は、第１流量制御バルブ４２を操作量１００％で全開にし、かつ第２流量制御バルブ５６を操作量０％で全閉にして、研磨パッド３の表面温度を上昇させる。言い換えれば、ＰＩＤ制御部４０は、測定値ＰＶが温度目標値ＳＶよりも高いときには、冷却側の操作量−Ｍを出力し、測定値ＰＶが温度目標値ＳＶよりも低いときには、加熱側の操作量＋Ｍを出力する。このように、ＰＩＤ制御部４０は、流量制御バルブ４２，５６を繰り返し開閉させて、研磨パッド３の表面温度を周期的に変化させる。このような周期的な温度変化はリミットサイクル波形と呼ばれる。発生させるリミットサイクル波形の周期は、２〜３周期でもよい。
【００５７】
ウェーハＷの研磨が進行するにつれて研磨パッド３の表面温度は徐々に上昇するため、ＰＩＤ制御部４０は、第１開閉バルブ４１を閉じた状態において、流量制御バルブ５６の開閉を繰り返すことによっても、リミットサイクル波形を発生させることができる。つまり、ＰＩＤ制御部４０は、測定値ＰＶが温度目標値ＳＶよりも高いときには、流量制御バルブ５６を操作量１００％で全開とし、測定値ＰＶが温度目標値ＳＶよりも低いときには流量制御バルブ５６を操作量０％で全閉としてもよい。
【００５８】
パッド温度調整部材１１が冷却ノズルである場合において、ＰＩＤ制御部４０は、研磨パッド３の表面上に供給される冷却流体の流量を制御することにより、リミットサイクル波形を発生させることができる。つまり、測定値ＰＶが温度目標値ＳＶよりも高いときには、ＰＩＤ制御部４０は、流量制御バルブ５６を全開にして、研磨パッド３の表面上に冷却流体を供給する。測定値ＰＶが温度目標値ＳＶよりも低いときには、ＰＩＤ制御部４０は、流量制御バルブ５６を全閉にして、研磨パッド３の表面への冷却流体の供給を停止する。
【００５９】
ＰＩＤ制御部４０は、発生したリミットサイクル波形に基づいて研磨パッド３の表面温度の振幅Ｘおよびむだ時間Ｌｔを決定する。むだ時間Ｌｔは、第１流量制御バルブ４２を全閉し、かつ第２流量制御バルブ５６を全開した時刻から、パッド表面温度が下降し始める時刻までの時間差Ｌ１を求め、第１流量制御バルブ４２を全開し、かつ第２流量制御バルブ５６を全閉した時刻から、パッド表面温度が上昇し始める時刻までの時間差Ｌ２を求め、時間差Ｌ１と時間差Ｌ２との和を２で割り算することで得られる。つまり、むだ時間Ｌｔは下記式（１）から決定することができる。
Ｌｔ＝（Ｌ１＋Ｌ２）／２          （１）
【００６０】
振幅Ｘは、研磨パッド３の温度目標値ＳＶとパッド表面温度の極大値との差（絶対値）Ａ１を算出し、研磨パッド３の温度目標値ＳＶとパッド表面温度の極小値との差（絶対値）Ａ２を算出し、差Ａ１と差Ａ２との和を２で割り算することで求められる。つまり、振幅Ｘは、下記式（２）から決定することができる。
Ｘ＝（Ａ１＋Ａ２）／２            （２）
【００６１】
ＰＩＤ制御部４０は、流量制御バルブ４２，５６の操作量の振幅Ｍ、研磨パッド３の表面温度の振幅Ｘ、およびむだ時間Ｌｔを用いて、限界感度Ｋｃおよび限界周期Ｔｃをそれぞれ算出する。限界感度Ｋｃは下記式（３）を用いることによって求められ、限界周期Ｔｃは下記式（４）を用いることによって求められる。
Ｋｃ＝４×Ｍ／（π×Ｘ）          （３）
Ｔｃ＝４×Ｌｔ                    （４）
【００６２】
ＰＩＤ制御部４０は、算定された限界感度Ｋｃおよび限界周期Ｔｃから、ＰＩＤパラメータを算定する。ＰＩＤパラメータは、流量制御バルブ４２，５６をＰＩＤ制御するために必要なパラメータであり、比例ゲインＫｐと、積分時間Ｔｉと、微分時間Ｔｄとを含んでいる。以下、ＰＩＤパラメータを算定する方法について説明する。
【００６３】
図１１はＰＩＤパラメータの算定に用いられる係数の一例を示す図である。図１１には、定値制御向き（Ｚｉｅｇｌｅｒ  ａｎｄ  Ｎｉｃｈｏｌｓ）および追値制御向き（Ｃｈｉｅｎ，  Ｈｒｏｎｅｓ，  ａｎｄ  Ｒｅｓｗｉｃｋ）の制御ルールにおけるＰＩＤパラメータ（およびＰＩパラメータ）の算定に用いられる係数が表されている。なお、ＰＩＤパラメータを算定するための係数は図１１に表された数値に限定されるものではない。これら係数はウェーハＷの研磨条件に応じて予め決定されている。所定の係数と限界感度Ｋｃおよび限界周期Ｔｃとを、それぞれ、かけ算することによって、ＰＩＤパラメータ（つまり、比例ゲインＫｐ、積分時間Ｔｉ、および微分時間Ｔｄ）を算定することができる。
【００６４】
上述したように、ＰＩＤ制御部４０は、この算定されたＰＩＤパラメータを備えたＰＩＤ演算式を用いて、温度目標値ＳＶと研磨パッド３の表面温度の測定値ＰＶとの偏差を最小にするための流量制御バルブ４２，５６の操作量を算定する。ＰＩＤ演算式は、
【数１】
2018027582.tif 000003
と表すことができる。
【００６５】
図１２はＰＩＤパラメータを算定するときのフィードバック制御系を示す図である。図１２に示すように、測定値ＰＶと温度目標値ＳＶとの偏差ｅに対して、非線形要素Ｎ（Ｘ）としての偏差ｅを基準とした流量制御バルブ４２，５６の２位置動作を行い、偏差ｅを最小にするための制御対象Ｐ（ｊω）への入力、すなわち、流量制御バルブ４２，５６の操作量ＭＶを算定する。このようにして、ＰＩＤ制御部４０は、流量制御バルブ４２，５６を操作して、研磨パッド３の表面温度を所望の目標温度に維持する。
【００６６】
本実施形態では、ＰＩＤ制御部４０は、専用のコンピュータまたは汎用のコンピュータから構成される。図１３は、ＰＩＤ制御部４０の構成を示す模式図である。ＰＩＤ制御部４０は、プログラムやデータなどが格納される記憶装置１１０と、記憶装置１１０に格納されているプログラムに従って演算を行うＣＰＵ（中央処理装置）などの処理装置１２０と、データ、プログラム、および各種情報を記憶装置１１０に入力するための入力装置１３０と、処理結果や処理されたデータを出力するための出力装置１４０と、インターネットなどのネットワークに接続するための通信装置１５０を備えている。
【００６７】
記憶装置１１０は、処理装置１２０がアクセス可能な主記憶装置１１１と、データおよびプログラムを格納する補助記憶装置１１２を備えている。主記憶装置１１１は、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）であり、補助記憶装置１１２は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）またはソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）などのストレージ装置である。
【００６８】
入力装置１３０は、キーボード、マウスを備えており、さらに、記録媒体からデータを読み込むための記録媒体読み込み装置１３２と、記録媒体が接続される記録媒体ポート１３４を備えている。記録媒体は、非一時的な有形物であるコンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、例えば、光ディスク（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ）や、半導体メモリー（例えば、ＵＳＢフラッシュドライブ、メモリーカード）である。記録媒体読み込み装置１３２の例としては、ＣＤドライブ、ＤＶＤドライブなどの光学ドライブや、カードリーダーが挙げられる。記録媒体ポート１３４の例としては、ＵＳＢ端子が挙げられる。記録媒体に記録されているプログラムおよび／またはデータは、入力装置１３０を介してＰＩＤ制御部４０に導入され、記憶装置１１０の補助記憶装置１１２に格納される。出力装置１４０は、ディスプレイ装置１４１、印刷装置１４２を備えている。印刷装置１４２は省略してもよい。上述した温度表示器４５は、ＰＩＤ制御部４０のためのディスプレイ装置として用いてもよい。この場合は、ディスプレイ装置１４１は省略してもよい。
【００６９】
ＰＩＤ制御部４０は、記憶装置１１０に電気的に格納されたプログラムに従って動作する。図１４はプログラムに従って動作するＰＩＤ制御部４０の動作ステップを示すフローチャートである。ＰＩＤ制御部４０は、研磨ヘッド１に指令を与えて、ウェーハＷを研磨パッド３の表面に押し付けてウェーハＷを研磨する動作を研磨ヘッド１に実行させるステップ（図１４のステップ１参照）と、ウェーハＷの研磨中において、流量制御バルブ４２，５６を操作することで、研磨パッド３の表面温度を変化させるステップと（図１４のステップ２参照）、研磨パッド３の表面温度を測定する動作をパッド温度測定器３９に実行させ、研磨パッド３の表面温度の測定値を取得するステップと（図１４のステップ３，４参照）、研磨パッド３の表面温度の時間変化に基づいて、ＰＩＤパラメータを算定するステップと（図１４のステップ５参照）、ＰＩＤパラメータを備えたＰＩＤ演算式を用いて、温度目標値ＳＶと研磨パッド３の表面温度の測定値ＰＶとの偏差を最小にするための流量制御バルブ４２，５６の操作量を計算するステップと（図１４のステップ６参照）、この操作量に基づいて流量制御バルブ４２，５６を操作するステップ（図１４のステップ７参照）とを実行する。
【００７０】
これらステップをＰＩＤ制御部４０に実行させるためのプログラムは、非一時的な有形物であるコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録され、記録媒体を介してＰＩＤ制御部４０に提供される。または、プログラムは、インターネットなどの通信ネットワークを介してＰＩＤ制御部４０に提供されてもよい。
【００７１】
次に、ＰＩＤパラメータを算定する方法の他の例であるステップ応答法について、図面を参照して説明する。図１５はステップ応答法を説明するための図である。図１５において、符号ＰＶは研磨パッド３の表面温度の測定値を示しており、符号ＭＶは流量制御バルブ４２，５６の操作量を示している。図１５の縦軸は測定値ＰＶおよび操作量ＭＶを示しており、図１５の横軸は時間を示している。
【００７２】
図１５に示すように、ＰＩＤ制御部４０は、第１流量制御バルブ４２を全閉から全開に切り替え、かつ第２流量制御バルブ５６を全開から全閉に切り替えて、研磨パッド３の表面温度を変化させる。パッド温度測定器３９は、このときの研磨パッド３の表面温度を測定し、ＰＩＤ制御部４０に送る。ＰＩＤ制御部４０は、この測定値をパッド温度測定器３９から取得し、研磨パッド３の表面温度の時間変化を示す曲線の接線ＴＬの傾きＲを算定し、接線ＴＬの傾きＲ、むだ時間Ｌｔ、および時定数τを決定する。なお、図１５に示す測定値ＰＶの曲線はプロセス反応曲線と呼ばれる。
【００７３】
ＰＩＤ制御部４０は、第１開閉バルブ４１を閉じた状態において、第２流量制御バルブ５６を全開から全閉に切り替えることによっても、プロセス反応曲線を発生させることができる。パッド温度調整部材１１が冷却ノズルである場合も、ＰＩＤ制御部４０は、研磨パッド３の表面上に供給される冷却流体の流量を制御することにより、プロセス反応曲線を発生させることができる。つまり、ＰＩＤ制御部４０は、流量制御バルブ５６を全開から全閉に切り替えることにより、プロセス反応曲線を発生させることができる。
【００７４】
図１５に示すように、接線ＴＬは、測定値ＰＶを０％から１００％までの数値で表したとき、測定値ＰＶが所定の数値（本実施形態では６３％）まで上昇したときのプロセス反応曲線上の点Ｐ１を通る接線である。傾きＲは接線ＴＬに基づいて求められる。むだ時間Ｌｔは、第１流量制御バルブ４２を全開とした時刻から、接線ＴＬと横軸との交点Ｐ２における時刻までの時間差を算定することで求められる。時定数τは、交点Ｐ２における時刻から点Ｐ１に対応する時刻までの時間差を算定することで求められる。
【００７５】
ＰＩＤ制御部４０は、接線ＴＬの傾きＲ、むだ時間Ｌｔ、および時定数τを用いてＰＩＤパラメータを算定する。より具体的には、比例ゲインＫｐは下記式（６）を用いることによって求めることができる。
Ｋｐ＝ａ／（Ｒ×Ｌｔ）          （６）
【００７６】
積分時間Ｔｉは下記式（７）または下記式（８）を用いることによって求めることができる。
Ｔｉ＝ｂ×Ｌｔ          （７）
Ｔｉ＝ｂ×τ            （８）
【００７７】
微分時間Ｔｄは下記式（９）を用いることによって求めることができる。
Ｔｄ＝ｃ×Ｌｔ          （９）
ここで、上記式（６）〜（９）における係数ａ，ｂ，ｃは所定の数値であり、例えば、係数ａは１．２であり、係数ｂは２．０であり、係数ｃは０．５である。
【００７８】
ＰＩＤ制御部４０は、この算定されたＰＩＤパラメータを備えたＰＩＤ演算式（上記式（５）参照）を用いて温度目標値ＳＶと研磨パッド３の表面温度の測定値ＰＶとの偏差を最小にするための流量制御バルブ４２，５６の操作量を算定する。
【００７９】
次に、ＰＩＤパラメータを算定する方法のさらに他の例であるジーグラ・ニコルスの限界感度法について、図面を参照して説明する。図１６はジーグラ・ニコルスの限界感度法を説明するための図である。図１６において、符号ＰＶは研磨パッド３の表面温度の測定値を示しており、符号ＳＶは研磨パッド３の表面温度の温度目標値を示しており、符号Ｐｕは限界ゲインの周期を示している。曲線Ｋｐ１は第１のゲインによる測定値ＰＶの制御曲線であり、曲線Ｋｐ２は第１のゲインＫｐ１よりも大きな第２のゲインによる測定値ＰＶの制御曲線であり、曲線Ｋｐ３は第２のゲインＫｐ２よりも大きな第３のゲインによる測定値ＰＶの制御曲線である（Ｋｐ１＜Ｋｐ２＜Ｋｐ３）。図１６の縦軸は測定値ＰＶを示しており、図１６の横軸は時間を示している。
【００８０】
ＰＩＤ制御部４０は、積分時間Ｔｉおよび微分時間Ｔｄを無効にした状態で、第１のゲインＫｐ１、第２のゲインＫｐ２、および第３のゲインＫｐ３をこの順に増加させて、温度目標値ＳＶと測定値ＰＶとの間にハンチング（測定値ＰＶの波形）を発生させる。一実施形態では、ゲインの数値は１０ずつ増加される。図１６では、第３のゲインＫｐ３を出力したときに、ハンチングが生じている。この第３のゲインＫｐ３は限界ゲインＫｕに決定される。
【００８１】
ＰＩＤ制御部４０は、この限界ゲインＫｕの周期Ｐｕを算定する。ＰＩＤ制御部４０は、限界ゲインＫｕおよび周期Ｐｕを用いて、ＰＩＤパラメータ（比例ゲインＫｐ、積分時間Ｔｉ、微分時間Ｔｄ）を算定する。より具体的には、比例ゲインＫｐは下記式（１０）を用いることによって求めることができ、積分時間Ｔｉは下記式（１１）を用いることによって求めることができ、微分時間Ｔｄは下記式（１２）を用いることによって求めることができる。
Ｋｐ＝ａ×Ｋｕ          （１０）
Ｔｉ＝ｂ×Ｐｕ          （１１）
Ｔｄ＝ｃ×Ｐｕ          （１２）
ここで、上記式（１０）〜（１２）における係数ａ，ｂ，ｃは所定の数値であり、例えば、係数ａは０．６であり、係数ｂは０．５であり、係数ｃは０．１２５である。
【００８２】
ＰＩＤ制御部４０は、この算定されたＰＩＤパラメータを備えたＰＩＤ演算式（上記式（５）参照）を用いて温度目標値ＳＶと研磨パッド３の表面温度の測定値ＰＶとの偏差を最小にするための流量制御バルブ４２，５６の操作量を算定する。
【００８３】
本実施形態によれば、ＰＩＤ制御部４０は、ウェーハＷの研磨中において、研磨パッド３の表面温度の時間変化に基づいてＰＩＤパラメータを自動的に算定することができるため、ＰＩＤパラメータを決定するための試行錯誤による実験、特別な知識や経験、ノウハウは不要であり、熟練者に頼る必要はない。したがって、短時間で、かつ効率的にＰＩＤパラメータを決定することができる。さらに、本実施形態によれば、時間や人員を大幅に削減することができるため、コストを削減することができる。
【００８４】
ＰＩＤ制御部４０は、上述したＰＩＤ演算式を用いて計算した操作量で流量制御バルブ４２，５６を操作した結果として予想される研磨パッド３の表面温度のシミュレーションを実行するように構成されている。シミュレーション結果が表示される研磨パッド３の表面位置はユーザーによって任意に決定され、ＰＩＤ制御部４０は、ＰＩＤパラメータおよび温度目標値ＳＶに基づいてシミュレーションを実行する。
【００８５】
さらに、ＰＩＤ制御部４０は、温度目標値ＳＶを変更した場合に予想される研磨パッド３の表面温度の時間推移を示すシミュレーションをさらに実行するように構成されている。図１７は研磨パッド３の表面温度の時間推移を示すシミュレーション結果を示す図である。図１７に示すように、研磨パッド３の表面温度の時間推移のシミュレーション結果は温度表示器４５に表示される。シミュレーション結果が表示される研磨パッド３の表面位置はユーザーによって任意に決定される。
【００８６】
ウェーハＷの研磨プロセスごとに適切なＰＩＤパラメータは異なるため、ＰＩＤ制御部４０は、ウェーハＷの研磨プロセスごとにＰＩＤパラメータを自動的に決定するように構成されている。ウェーハＷの研磨プロセスは、例えば、ウェーハＷの膜厚、研磨パッド、スラリーの種類によって変更される。
【００８７】
図１８は、ＰＩＤパラメータがウェーハＷの研磨プロセスごとに算定される様子を示すフローチャートである。まず、適切なＰＩＤパラメータを算定するために、リミットサイクル法、ステップ応答法、およびジーグラ・ニコルスの限界感度法のうちのいずれかを用いて１枚のウェーハＷを研磨する（図１８のステップ１参照）。このとき、ウェーハＷは、ＰＩＤパラメータを算定するための研磨レシピに従って研磨される。なお、リミットサイクル法を用いる場合、１枚のウェーハＷを研磨するときの温度目標値ＳＶは、実際の研磨プロセスにおいてウェーハＷを研磨するときの温度目標値と同じである。
【００８８】
リミットサイクル法、ステップ応答法、およびジーグラ・ニコルスの限界感度法から最も適切なＰＩＤパラメータを算定し（図１８のステップ２参照）、算定されたＰＩＤパラメータを反映したウェーハＷの研磨を実行する（図１８のステップ３参照）。このウェーハＷの研磨時における研磨プロセスとは異なる研磨プロセスによりウェーハＷを研磨する場合は、再度、１枚のウェーハＷを研磨して、最も適切なＰＩＤパラメータを算定する（図１８のステップ４参照）。なお、研磨パッド３の温度目標値ＳＶのみを変更する場合、ＰＩＤ制御部４０は、予想される研磨パッド３の表面温度のシミュレーションを実行してもよい（図１８のステップ５参照）。この場合、温度表示器４５には、流量制御バルブ４２，５６を操作してから研磨パッド３の表面温度が変化するまでの時間、研磨パッド３の表面温度の変化に生じたオーバーシュートの大きさ、温度目標値ＳＶと測定値ＰＶとの偏差、研磨パッド３の表面温度の測定値ＰＶの波形に生じたハンチングの大きさが表示されてもよい。
【００８９】
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。
【符号の説明】
【００９０】
１      研磨ヘッド
２      研磨テーブル
３      研磨パッド
４      研磨液供給ノズル
５      パッド温度調整システム
１１      パッド温度調整部材
２０      ドレッサ
３０      流体供給システム
３１      流体供給タンク
３２      加熱流体供給管
３３      加熱流体戻り管
３９      パッド温度測定器
４０      ＰＩＤ制御部
４１      第１開閉バルブ
４２      第１流量制御バルブ
４５      温度表示器
５１      冷却流体供給管
５２      冷却流体排出管
５５      第２開閉バルブ
５６      第２流量制御バルブ
６１      加熱流路
６２      冷却流路
７１      上下動機構（垂直移動機構）
１１０    記憶装置
１２０    処理装置
１３０    入力装置
１４０    出力装置
１５０    通信装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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