(57)【要約】【課題】流量制御弁の不感帯の影響を排除して研磨パッドの表面温度を精密に調整することができる方法を提供する。【解決手段】本方法は、第１流量制御弁４２の不感帯Ｌ１，Ｈ１を第１流量制御弁４２の操作量の範囲から除外することで加熱側操作範囲Ｒ１を決定し、加熱側操作範囲Ｒ１から選択された操作量を第１流量制御弁４２に与えて、第１流量制御弁４２を選択された操作量に従って動作させ、第２流量制御弁５６の不感帯Ｌ２，Ｈ２を第２流量制御弁５６の操作量の範囲から除外することで冷却側操作範囲Ｒ２を決定し、冷却側操作範囲Ｒ２から選択された操作量を第２流量制御弁５６に与えて、第２流量制御弁５６を選択された操作量に従って動作させ、第１流量制御弁４２を通過した加熱流体および第２流量制御弁５６を通過した冷却流体を研磨パッド３上の熱交換器１１に供給して研磨パッド３の表面温度を調整する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流量制御弁の不感帯を前記第１流量制御弁の操作量の範囲から除外することで加熱側操作範囲を決定し、
前記加熱側操作範囲から選択された操作量を前記第１流量制御弁に与えて、前記第１流量制御弁を前記選択された操作量に従って動作させ、
第２流量制御弁の不感帯を前記第２流量制御弁の操作量の範囲から除外することで冷却側操作範囲を決定し、
前記冷却側操作範囲から選択された操作量を前記第２流量制御弁に与えて、前記第２流量制御弁を前記選択された操作量に従って動作させ、
前記第１流量制御弁を通過した加熱流体および前記第２流量制御弁を通過した冷却流体を研磨パッド上の熱交換器に供給して前記研磨パッドの表面温度を調整することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記加熱側操作範囲および前記冷却側操作範囲のそれぞれを０％から１００％までの数値で表したとき、前記加熱側操作範囲から選択された前記操作量と、前記冷却側操作範囲から選択された前記操作量との合計は、１００％であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１流量制御弁の不感帯は、前記第１流量制御弁の操作量の範囲の低域側に位置する低域側不感帯と、前記第１流量制御弁の操作量の範囲の高域側に位置する高域側不感帯とを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記加熱側操作範囲の下限値は、前記第１流量制御弁の低域側不感帯の上限値以上であり、
前記加熱側操作範囲の上限値は、前記第１流量制御弁の高域側不感帯の下限値以下であることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第２流量制御弁の不感帯は、前記第２流量制御弁の操作量の低域側に位置する低域側不感帯と、前記第２流量制御弁の操作量の範囲の高域側に位置する高域側不感帯とを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記冷却側操作範囲の下限値は、前記第２流量制御弁の低域側不感帯の上限値以上であり、
前記冷却側操作範囲の上限値は、前記第２流量制御弁の高域側不感帯の下限値以下であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
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の表面に押し付けて該基板を研磨する研磨ヘッドと、
前記研磨パッド上に配置された熱交換器と、
前記熱交換器に連結された加熱流体供給ラインおよび冷却流体供給ラインと、
前記加熱流体供給ラインに取り付けられた第１流量制御弁と、
前記冷却流体供給ラインに取り付けられた第２流量制御弁と、
前記流量制御弁および前記第２流量制御弁に接続された弁制御部とを備え、
前記弁制御部は、
前記第１流量制御弁の不感帯を前記第１流量制御弁の操作量の範囲から除外することで加熱側操作範囲を決定し、
前記加熱側操作範囲から選択された操作量を前記第１流量制御弁に与えて、前記第１流量制御弁を前記選択された操作量に従って動作させ、
前記第２流量制御弁の不感帯を前記第２流量制御弁の操作量の範囲から除外することで冷却側操作範囲を決定し、
前記冷却側操作範囲から選択された操作量を前記第２流量制御弁に与えて、前記第２流量制御弁を前記選択された操作量に従って動作させるように構成されていることを特徴とする研磨装置。
【請求項８】
前記加熱側操作範囲および前記冷却側操作範囲のそれぞれを０％から１００％までの数値で表したとき、前記加熱側操作範囲から選択された前記操作量と、前記冷却側操作範囲から選択された前記操作量との合計は、１００％であることを特徴とする請求項７に記載の研磨装置。
【請求項９】
前記第１流量制御弁の不感帯は、前記第１流量制御弁の操作量の範囲の低域側に位置する低域側不感帯と、前記第１流量制御弁の操作量の範囲の高域側に位置する高域側不感帯とを含むことを特徴とする請求項７または８に記載の研磨装置。
【請求項１０】
前記加熱側操作範囲の下限値は、前記第１流量制御弁の低域側不感帯の上限値以上であり、
前記加熱側操作範囲の上限値は、前記第１流量制御弁の高域側不感帯の下限値以下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】
前記第２流量制御弁の不感帯は、前記第２流量制御弁の操作量の低域側に位置する低域側不感帯と、前記第２流量制御弁の操作量の範囲の高域側に位置する高域側不感帯とを含むことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項１２】
前記冷却側操作範囲の下限値は、前記第２流量制御弁の低域側不感帯の上限値以上であり、
前記冷却側操作範囲の上限値は、前記第２流量制御弁の高域側不感帯の下限値以下であることを特徴とする請求項１１に記載の研磨装置。
【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の研磨に使用される研磨パッドの表面温度を調整するための方法に関する。また、本発明は、研磨パッドの表面温度を調整しながらウェーハなどの基板を研磨する研磨装置に関する。
【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、ウェーハの表面を研磨する工程に使用される。ＣＭＰ装置は、ウェーハをトップリングで保持してウェーハを回転させ、さらに回転する研磨テーブル上の研磨パッドにウェーハを押し付けてウェーハの表面を研磨する。研磨中、研磨パッドには研磨液（スラリー）が供給され、ウェーハの表面は、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】
ウェーハの研磨レートは、ウェーハ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、ウェーハに対する研磨液の化学的作用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、ウェーハの研磨レートを上げて更に一定に保つために、ウェーハ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調整するためにパッド温度調整装置が従来から使用されている。図７は、従来のパッド温度調整装置を示す模式図である。図７に示すように、パッド温度調整装置は、研磨パッド１０３との間で熱交換を行う熱交換器１１１と、熱交換器１１１に接続された流体供給管１１２を備えている。流体供給管１１２は、温水供給源に接続された温水供給管１１５と、冷水供給源に接続された冷水供給管１１６に分岐しており、温水供給管１１５および冷水供給管１１６には、温水調整弁１２０および冷水調整弁１２１がそれぞれ取り付けられている。
【０００５】
温水調整弁１２０および冷水調整弁１２１は、温水の流量および冷水の流量をそれぞれ調整することが可能な流量制御弁である。これら温水調整弁１２０および冷水調整弁１２１が温水の流量および冷水の流量を変化させると、熱交換器１１１の温度が変化する。熱交換器１１１と研磨パッド１０３との間で熱交換が行われ、結果として研磨パッド１０２の表面温度が変化する。
【０００６】
温水調整弁１２０および冷水調整弁１２１の動作は、弁制御部１３０によって制御される。より具体的には、弁制御部１３０は、研磨パッド１０２の表面温度と目標温度との差を最小とするための温水調整弁１２０および冷水調整弁１２１の操作量を決定し、これら操作量を温水調整弁１２０および冷水調整弁１２１にそれぞれ送信する。温水調整弁１２０および冷水調整弁１２１は、操作量に従って動作し、温水の流量および冷水の流量を調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１７−１４８９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、温水調整弁１２０および冷水調整弁１２１には、操作量を変えても流量が変わらない不感帯が存在する。例えば、図８に示すように、温水調整弁１２０の操作量は０％から１００％までの範囲内で変化可能であるにもかかわらず、０％から２０％までの領域と、８０％から１００％までの領域では温水調整弁１２０の操作量を変えても流量が変わらない。図９に示す例では、冷水調整弁１２１の操作量が０％から１００％までの範囲内で変化可能であるにもかかわらず、０％から３０％までの領域と、５０％から１００％までの領域では冷水調整弁１２１の操作量を変えても流量が変わらない。このような不感帯の存在は、研磨パッド１０２の表面温度が目標温度に到達することを妨げてしまう。
【０００９】
不感帯は、温水調整弁１２０および冷水調整弁１２１の構造に起因すると考えられる。図１０は、温水調整弁１２０および冷水調整弁１２１に使用される流量制御弁の模式図である。流量制御弁は、ハウジング１４０と、オリフィス１５０が形成された隔壁１５５と、オリフィス１５０を閉止する円錐形状の弁体１６０と、弁体１６０を駆動するアクチュエータ１６５とを有する。アクチュエータ１６５は、圧縮空気が供給される圧力室１７０と、圧力室１７０に面するダイヤフラム１７１とを備えている。弁体１６０は、ピストンロッド１７２の一端に固定され、ピストンロッド１７２の他端はダイヤフラム１７１に固定されている。ダイヤフラム１７１は、圧力室１７０内の圧縮空気の圧力に応じて変形し、ダイヤフラム１７１はピストンロッド１７２を介して弁体１６０をオリフィス１５０から離れる方向に押す。圧力室１７０内の圧縮空気の圧力は、圧力レギュレータ１７５によって制御される。隔壁１５５および弁体１６０はハウジング１４０内に位置している。ハウジング１４０の内部は、隔壁１５５によって流入側部屋１５６と流出側部屋１５７に仕切られている。ハウジング１４０は、流入側部屋１５６に連通する流体入口１５８と、流出側部屋１５７に連通する流体出口１５９を有する。
【００１０】
アクチュエータ１６５は、弁体１６０とオリフィス１５０との間の隙間を変えることにより、液体の流量を変化させることができる。流量制御弁の操作量は、弁体１６０が開く方向にアクチュエータ１６５が弁体１６０に加える力の大きさに相当する。すなわち、流量制御弁の操作量が増加するに従ってアクチュエータ１６５が弁体１６０に加える力が増加し、弁体１６０の開度が増加する。
【００１１】
弁体１６０がオリフィス１５０を閉じているとき、液体の一次側圧力Ｐ１および液体の二次側圧力Ｐ２の両方が弁体１６０に加わっている（Ｐ１＞Ｐ２）。このとき、液体は、弁体１６０が閉じる方向に弁体１６０を押す。このため、アクチュエータ１６５が弁体１６０に加える力がある程度増加するまで、弁体１６０は開かない。結果として、流量制御弁の操作量が０％からある程度変化しても流量が変化しない。一方、図１１に示すように、弁体１６０が全開に近づくと、弁体１６０が全開となる前に液体の流量は最大値に到達する。このようなメカニズムにより、流量制御弁には、操作量を変えても流量が変わらない低域側の不感帯と高域側の不感帯が存在する。
【００１２】
そこで、本発明は、加熱流体および冷却流体の流量を制御する流量制御弁の不感帯の影響を排除して研磨パッドの表面温度を精密に調整することができる方法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調整しながらウェーハなどの基板を研磨する研磨装置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】
【００１３】
一態様では、第１流量制御弁の不感帯を前記第１流量制御弁の操作量の範囲から除外することで加熱側操作範囲を決定し、前記加熱側操作範囲から選択された操作量を前記第１流量制御弁に与えて、前記第１流量制御弁を前記選択された操作量に従って動作させ、第２流量制御弁の不感帯を前記第２流量制御弁の操作量の範囲から除外することで冷却側操作範囲を決定し、前記冷却側操作範囲から選択された操作量を前記第２流量制御弁に与えて、前記第２流量制御弁を前記選択された操作量に従って動作させ、前記第１流量制御弁を通過した加熱流体および前記第２流量制御弁を通過した冷却流体を研磨パッド上の熱交換器に供給して前記研磨パッドの表面温度を調整することを特徴とする方法が提供される。
【００１４】
一態様では、前記加熱側操作範囲および前記冷却側操作範囲のそれぞれを０％から１００％までの数値で表したとき、前記加熱側操作範囲から選択された前記操作量と、前記冷却側操作範囲から選択された前記操作量との合計は、１００％である。
一態様では、前記第１流量制御弁の不感帯は、前記第１流量制御弁の操作量の範囲の低域側に位置する低域側不感帯と、前記第１流量制御弁の操作量の範囲の高域側に位置する高域側不感帯とを含む。
一態様では、前記加熱側操作範囲の下限値は、前記第１流量制御弁の低域側不感帯の上限値以上であり、前記加熱側操作範囲の上限値は、前記第１流量制御弁の高域側不感帯の下限値以下である。
一態様では、前記第２流量制御弁の不感帯は、前記第２流量制御弁の操作量の低域側に位置する低域側不感帯と、前記第２流量制御弁の操作量の範囲の高域側に位置する高域側不感帯とを含む。
一態様では、前記冷却側操作範囲の下限値は、前記第２流量制御弁の低域側不感帯の上限値以上であり、前記冷却側操作範囲の上限値は、前記第２流量制御弁の高域側不感帯の下限値以下である。
【００１５】
一態様では、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の表面に押し付けて該基板を研磨する研磨ヘッドと、前記研磨パッド上に配置された熱交換器と、前記熱交換器に連結された加熱流体供給ラインおよび冷却流体供給ラインと、前記加熱流体供給ラインに取り付けられた第１流量制御弁と、前記冷却流体供給ラインに取り付けられた第２流量制御弁と、前記流量制御弁および前記第２流量制御弁に接続された弁制御部とを備え、前記弁制御部は、前記第１流量制御弁の不感帯を前記第１流量制御弁の操作量の範囲から除外することで加熱側操作範囲を決定し、前記加熱側操作範囲から選択された操作量を前記第１流量制御弁に与えて、前記第１流量制御弁を前記選択された操作量に従って動作させ、前記第２流量制御弁の不感帯を前記第２流量制御弁の操作量の範囲から除外することで冷却側操作範囲を決定し、前記冷却側操作範囲から選択された操作量を前記第２流量制御弁に与えて、前記第２流量制御弁を前記選択された操作量に従って動作させるように構成されていることを特徴とする研磨装置が提供される。
【００１６】
一態様では、前記加熱側操作範囲および前記冷却側操作範囲のそれぞれを０％から１００％までの数値で表したとき、前記加熱側操作範囲から選択された前記操作量と、前記冷却側操作範囲から選択された前記操作量との合計は、１００％である。
一態様では、前記第１流量制御弁の不感帯は、前記第１流量制御弁の操作量の範囲の低域側に位置する低域側不感帯と、前記第１流量制御弁の操作量の範囲の高域側に位置する高域側不感帯とを含む。
一態様では、前記加熱側操作範囲の下限値は、前記第１流量制御弁の低域側不感帯の上限値以上であり、前記加熱側操作範囲の上限値は、前記第１流量制御弁の高域側不感帯の下限値以下である。
一態様では、前記第２流量制御弁の不感帯は、前記第２流量制御弁の操作量の低域側に位置する低域側不感帯と、前記第２流量制御弁の操作量の範囲の高域側に位置する高域側不感帯とを含む。
一態様では、前記冷却側操作範囲の下限値は、前記第２流量制御弁の低域側不感帯の上限値以上であり、前記冷却側操作範囲の上限値は、前記第２流量制御弁の高域側不感帯の下限値以下である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、第１流量制御弁の操作量および第２流量制御弁の操作量は、不感帯が除外された加熱側範囲および冷却側範囲からそれぞれ選択される。したがって、第１流量制御弁および第２流量制御弁は、加熱流体および冷却流体の流量を精密に調整することができる。研磨パッドは最適な表面温度に維持されながら、ウェーハなどの基板は研磨パッド上で研磨される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】研磨装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２】第１流量制御弁の操作量の範囲から不感帯を除外する工程を説明する図である。
【図３】第２流量制御弁の操作量の範囲から不感帯を除外する工程を説明する図である。
【図４】熱交換器の一実施形態を示す水平断面図である。
【図５】研磨パッド上の熱交換器と研磨ヘッドとの位置関係を示す平面図である。
【図６】弁制御部の構成の一例を示す模式図である。
【図７】従来のパッド温度調整装置を示す模式図である。
【図８】温水調整弁の不感帯を説明する図である。
【図９】冷水調整弁の不感帯を説明する図である。
【図１０】温水調整弁および冷水調整弁に使用される流量制御弁の模式図である。
【図１１】図１０に示す弁体が全開に近づいている状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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、研磨装置の一実施形態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）３ａは、ウェーハＷを研磨する研磨面を構成する。
【００２０】
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。
【００２１】
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。研磨パッド３は、研磨テーブル２とともに回転される。研磨パッド３の表面３ａ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３ａ、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。
【００２２】
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熱交換器１１と、温度調整された加熱流体および冷却流体を熱交換器１１に供給する流体供給システム３０とを備えている。熱交換器１１は、研磨パッド３の表面３ａに接触することができるパッド接触面６３を有している。熱交換器１１は、研磨テーブル２の上方に位置しており、研磨パッド３の表面３ａ上に配置される。
【００２３】
流体供給システム３０は、温度調整された加熱流体を貯留する加熱流体供給源としての加熱流体供給タンク３１と、加熱流体供給タンク３１と熱交換器１１とを連結する加熱流体供給ライン３２および加熱流体戻りライン３３とを備えている。加熱流体供給ライン３２および加熱流体戻りライン３３の一方の端部は加熱流体供給タンク３１に接続され、他方の端部は熱交換器１１に接続されている。
【００２４】
温度調整された加熱流体は、加熱流体供給タンク３１から加熱流体供給ライン３２を通じて熱交換器１１に供給され、熱交換器１１内を流れ、そして熱交換器１１から加熱流体戻りライン３３を通じて加熱流体供給タンク３１に戻される。このように、加熱流体は、加熱流体供給タンク３１と熱交換器１１との間を循環する。加熱流体供給タンク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。
【００２５】
加熱流体供給ライン３２には、第１開閉弁４１および第１流量制御弁４２が取り付けられている。第１流量制御弁４２は、熱交換器１１と第１開閉弁４１との間に配置されている。第１開閉弁４１は、流量調整機能を有しない弁であるのに対し、第１流量制御弁４２は、流量調整機能を有する弁である。第１流量制御弁４２としては、マスフローコントローラなどのアクチュエータ駆動型弁が使用される。第１流量制御弁４２の構成の一例は、図１０を参照して説明した流量制御弁と同じである。
【００２６】
流体供給システム３０は、熱交換器１１に接続された冷却流体供給ライン５１および冷却流体排出ライン５２をさらに備えている。冷却流体供給ライン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、冷却流体供給ライン５１を通じて熱交換器１１に供給され、熱交換器１１内を流れ、そして熱交換器１１から冷却流体排出ライン５２を通じて排出される。一実施形態では、熱交換器１１内を流れた冷却流体を、冷却流体排出ライン５２を通じて冷却流体供給源に戻してもよい。
【００２７】
冷却流体供給ライン５１には、第２開閉弁５５および第２流量制御弁５６が取り付けられている。第２流量制御弁５６は、熱交換器１１と第２開閉弁５５との間に配置されている。第２開閉弁５５は、流量調整機能を有しない弁であるのに対し、第２流量制御弁５６は、流量調整機能を有する弁である。第２流量制御弁５６としては、マスフローコントローラなどのアクチュエータ駆動型弁が使用される。第２流量制御弁５６の構成の一例は、図１０を参照して説明した流量制御弁と同じである。
【００２８】
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流量制御弁４２および第２流量制御弁５６を操作する弁制御部４０とをさらに備えている。第１開閉弁４１および第２開閉弁５５は、通常は開かれている。パッド温度測定器３９は、研磨パッド３の表面３ａ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、弁制御部４０に接続されている。
【００２９】
弁制御部４０は、予め設定された目標温度と、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流量制御弁４２の操作量および第２流量制御弁５６の操作量を決定するように構成されている。第１流量制御弁４２の操作量および第２流量制御弁５６の操作量は、第１流量制御弁４２および第２流量制御弁５６にそれぞれに送信される。
【００３０】
第１流量制御弁４２の操作量および第２流量制御弁５６の操作量は、言い換えれば、弁開度である。しかしながら、第１流量制御弁４２には、操作量を変えても流量が変化しない不感帯が存在する。同様に、第２流量制御弁５６には、操作量を変えても流量が変化しない不感帯が存在する。弁制御部４０によって計算された操作量が不感帯内にあると、第１流量制御弁４２および／または第２流量制御弁５６は流量を変えることができない。結果として、熱交換器１１は、研磨パッド３の表面温度を変化させることができない。そこで、本実施形態では、次のようにして不感帯の影響が排除される。
【００３１】
弁制御部４０は、第１流量制御弁４２の不感帯を第１流量制御弁４２の操作量の範囲から除外することで、不感帯を含まない加熱側操作範囲を決定する。図２は、第１流量制御弁４２の操作量の範囲から不感帯を除外する工程を説明する図である。図２のグラフの縦軸は加熱流体の流量を表し、横軸は第１流量制御弁４２の操作量を表している。第１流量制御弁４２の操作量の範囲は、０％から１００％までの数値で表される。
【００３２】
図２に示す例では、第１流量制御弁４２の不感帯は、低域側不感帯Ｌ１と、高域側不感帯Ｈ１とを含む。低域側不感帯Ｌ１は、第１流量制御弁４２の操作量の範囲（０〜１００％）の低域側に位置する領域である。図２に示す例では、低域側不感帯Ｌ１は、第１流量制御弁４２の操作量の範囲の下限値である０％を含む、０％から２０％までの範囲である。高域側不感帯Ｈ１は、第１流量制御弁４２の操作量の範囲（０〜１００％）の高域側に位置する領域である。図２に示す例では、高域側不感帯Ｈ１は、第１流量制御弁４２の操作量の範囲の上限値である１００％を含む、８０％から１００％までの範囲である。
【００３３】
低域側不感帯Ｌ１および高域側不感帯Ｈ１のそれぞれの具体的な範囲（０％〜２０％、８０％〜１００％）は、実際の運転や実験により予め特定することができる。第１流量制御弁４２の不感帯は、低域側不感帯Ｌ１または高域側不感帯Ｈ１のいずれか一方である場合もある。
【００３４】
弁制御部４０は、第１流量制御弁４２の操作量の範囲（０〜１００％）から、低域側不感帯Ｌ１（０％〜２０％）および高域側不感帯Ｈ１（８０％〜１００％）を除外することで、図２に示す加熱側操作範囲Ｒ１を決定する。加熱側操作範囲Ｒ１の下限値は、第１流量制御弁４２の低域側不感帯Ｌ１の上限値以上、すなわち２０％以上である。図２に示す例では、加熱側操作範囲Ｒ１の下限値は、第１流量制御弁４２の低域側不感帯Ｌ１の上限値と同じ２０％であるが、第１流量制御弁４２の低域側不感帯Ｌ１の上限値よりも大きくてもよい。加熱側操作範囲Ｒ１の上限値は、第１流量制御弁４２の高域側不感帯Ｈ１の下限値以下、すなわち８０％以下である。図２に示す例では、加熱側操作範囲Ｒ１の上限値は、第１流量制御弁４２の高域側不感帯Ｈ１の下限値と同じ８０％であるが、第１流量制御弁４２の高域側不感帯Ｈ１の下限値よりも小さくてもよい。
【００３５】
同様に、弁制御部４０は、第２流量制御弁５６の不感帯を第２流量制御弁５６の操作量の範囲から除外することで、不感帯を含まない冷却側操作範囲を決定する。図３は、第２流量制御弁５６の操作量の範囲から不感帯を除外する工程を説明する図である。図３のグラフの縦軸は冷却流体の流量を表し、横軸は第２流量制御弁５６の操作量を表している。第２流量制御弁５６の操作量の範囲は、０％から１００％までの数値で表される。
【００３６】
図３に示す例では、第２流量制御弁５６の不感帯は、低域側不感帯Ｌ２と、高域側不感帯Ｈ２とを含む。低域側不感帯Ｌ２は、第２流量制御弁５６の操作量の範囲（０〜１００％）の低域側に位置する領域である。図３に示す例では、低域側不感帯Ｌ２は、第２流量制御弁５６の操作量の範囲の下限値である０％を含む、０％から３０％までの範囲である。高域側不感帯Ｈ２は、第２流量制御弁５６の操作量の範囲（０〜１００％）の高域側に位置する領域である。図３に示す例では、高域側不感帯Ｈ２は、第２流量制御弁５６の操作量の範囲の上限値である１００％を含む、５０％から１００％までの範囲である。低域側不感帯Ｌ２および高域側不感帯Ｈ２のそれぞれの具体的な範囲（０％〜３０％、５０％〜１００％）は、実際の運転や実験により予め特定することができる。第２流量制御弁５６の不感帯は、低域側不感帯Ｌ２または高域側不感帯Ｈ２のいずれか一方である場合もある。
【００３７】
弁制御部４０は、第２流量制御弁５６の操作量の範囲（０〜１００％）から、低域側不感帯Ｌ２（０％〜３０％）および高域側不感帯Ｈ２（５０％〜１００％）を除外することで、図３に示す冷却側操作範囲Ｒ２を決定する。冷却側操作範囲Ｒ２の下限値は、第２流量制御弁５６の低域側不感帯Ｌ２の上限値以上、すなわち３０％以上である。図３に示す例では、冷却側操作範囲Ｒ２の下限値は、第２流量制御弁５６の低域側不感帯Ｌ２の上限値と同じ３０％であるが、第２流量制御弁５６の低域側不感帯Ｌ２の上限値よりも大きくてもよい。冷却側操作範囲Ｒ２の上限値は、第２流量制御弁５６の高域側不感帯Ｈ２の下限値以下、すなわち５０％以下である。図３に示す例では、冷却側操作範囲Ｒ２の上限値は、第２流量制御弁５６の高域側不感帯Ｈ２の下限値と同じ５０％であるが、第２流量制御弁５６の高域側不感帯Ｈ２の下限値よりも小さくてもよい。
【００３８】
弁制御部４０は、予め設定された目標温度と、研磨パッド３の表面温度との差を最小とすることができる第１流量制御弁４２の操作量および第２流量制御弁５６の操作量を加熱側操作範囲Ｒ１および冷却側操作範囲Ｒ２から選択する。そして、弁制御部４０は、加熱側操作範囲Ｒ１から選択された操作量を第１流量制御弁４２に与えて、第１流量制御弁４２を選択された操作量に従って動作させる。同様に、弁制御部４０は、冷却側操作範囲Ｒ２から選択された操作量を第２流量制御弁５６に与えて、第２流量制御弁５６を選択された操作量に従って動作させる。
【００３９】
加熱流体は、その流量が第１流量制御弁４２によって調整された状態で、加熱流体供給ライン３２を通って熱交換器１１に供給され、冷却流体は、その流量が第２流量制御弁５６によって調整された状態で、冷却流体供給ライン５１を通って熱交換器１１に供給される。加熱流体および冷却流体は、熱交換器１１内を同時に流れ、熱交換器１１の温度は加熱流体および冷却流体の温度に依存して変化する。
【００４０】
上述したように、第１流量制御弁４２の操作量および第２流量制御弁５６の操作量は、不感帯を含まない加熱側操作範囲Ｒ１および冷却側操作範囲Ｒ２からそれぞれ選択される。したがって、第１流量制御弁４２および第２流量制御弁５６は、加熱流体および冷却流体の流量を精密に調整することができる。研磨パッド３は最適な表面温度に維持されながら、ウェーハＷは研磨パッド３上で研磨される。
【００４１】
加熱側操作範囲Ｒ１および冷却側操作範囲Ｒ２のそれぞれを０％から１００％までの数値で表したとき、加熱側操作範囲Ｒ１から選択された操作量と、冷却側操作範囲Ｒ２から選択された操作量との合計は、１００％である。加熱流体の流量と冷却流体の流量の合計が一定に保たれるので、研磨パッド３の表面温度のハンチングが防止される。一実施形態では、弁制御部４０は、加熱側操作範囲Ｒ１から選択された第１流量制御弁４２の操作量を１００％から引き算することで、第２流量制御弁５６の操作量を決定してもよい。一実施形態では、弁制御部４０は、冷却側操作範囲Ｒ２から選択された第２流量制御弁５６の操作量を１００％から引き算することで、第１流量制御弁４２の操作量を決定してもよい。
【００４２】
熱交換器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、加熱流体供給タンク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加熱流体供給タンク３１のヒータにより１００℃以上（例えば、約１２０℃）に加熱される。熱交換器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ライン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。
【００４３】
加熱流体供給ライン３２および冷却流体供給ライン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、熱交換器１１に供給される。加熱流体戻りライン３３および冷却流体排出ライン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加熱流体供給タンク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か、または冷却流体供給源に戻される。
【００４４】
次に、熱交換器１１の一例について説明する。図４は、熱交換器１１の一実施形態を示す水平断面図である。熱交換器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を有するパッド接触部材である。熱交換器１１は、加熱流体が流れる加熱流路６１と、冷却流体が流れる冷却流路６２と、研磨パッド３の表面３ａに接触可能なパッド接触面６３を有している。本実施形態では、パッド接触面６３は円形である。一実施形態では、パッド接触面６３は四角形、五角形などの多角形状を有してもよい。加熱流路６１、冷却流路６２、およびパッド接触面６３を形成する材料には、ＳｉＣ或いはアルミナなどの熱伝導性、耐磨耗性、耐食性に優れた材料を使用することができる。
【００４５】
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。さらに、加熱流路６１および冷却流路６２は、点対称な形状を有し、互いに同じ長さを有している。加熱流路６１および冷却流路６２は、完全に分離しており、熱交換器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。
【００４６】
図４に示すように、加熱流路６１および冷却流路６２のそれぞれは、曲率が一定の複数の円弧流路６４と、これら円弧流路６４を連結する複数の傾斜流路６５から基本的に構成されている。隣接する２つの円弧流路６４は、各傾斜流路６５によって連結されている。このような構成によれば、加熱流路６１および冷却流路６２のそれぞれの最外周部を、熱交換器１１の最外周部に配置することができる。つまり、熱交換器１１の下面から構成されるパッド接触面６３のほぼ全体は、加熱流路６１および冷却流路６２の下方に位置し、加熱液および冷却液は研磨パッド３の表面３ａを速やかに加熱および冷却することができる。
【００４７】
図５は、研磨パッド３上の熱交換器１１と研磨ヘッド１との位置関係を示す平面図である。熱交換器１１は、上から見たときに円形であり、熱交換器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から熱交換器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の周方向に沿って並んでいる。研磨テーブル２および研磨パッド３が回転している間、熱交換器１１に接触する研磨パッド３は、加熱流体および冷却流体との熱交換を行う。
【００４８】
加熱流路６１および冷却流路６２の両方は、パッド接触面６３の全体の上方に配置される。このような配置によれば、熱交換器１１は、そのパッド接触面６３の全体において、加熱流体と冷却流体の両方によって研磨パッド３の表面温度を制御することができる。したがって、熱交換器１１は、研磨パッド３の表面温度の均一な分布を形成することができる。さらに、上記熱交換器１１を備えた研磨装置は、ウェーハなどの基板を研磨して均一な研磨プロファイルを形成することができる。
【００４９】
パッド表面温度を所定の目標温度に維持するために、ウェーハＷの研磨中、熱交換器１１は、研磨パッド３の表面（すなわち研磨面３ａ）に接触する。本明細書において、熱交換器１１が研磨パッド３の表面に接触する態様には、熱交換器１１が研磨パッド３の表面に直接接触する態様のみならず、熱交換器１１と研磨パッド３の表面との間に研磨液（スラリー）が存在した状態で熱交換器１１が研磨パッド３の表面に接触する態様も含まれる。いずれの態様においても、熱交換器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制御される。
【００５０】
弁制御部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６は、弁制御部４０の構成の一例を示す模式図である。図６に示すように、弁制御部４０は、プログラムやデータなどが格納される記憶装置１１１０と、記憶装置１１１０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１１２０と、データ、プログラム、および各種情報を記憶装置１１１０に入力するための入力装置１１３０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１１４０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１１５０を備えている。
【００５１】
記憶装置１１１０は、処理装置１１２０がアクセス可能な主記憶装置１１１１と、データおよびプログラムを格納する補助記憶装置１１１２を備えている。主記憶装置１１１１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１１１２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。
【００５２】
入力装置１１３０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１１３２と、記録媒体が接続される記録媒体ポート１１３４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１１３２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１１３４の例としては、ＵＳＢ端子が挙げられる。記録媒体に電気的に格納されているプログラムおよび／またはデータは、入力装置１１３０を介して弁制御部４０に導入され、記憶装置１１１０の補助記憶装置１１１２に格納される。出力装置１１４０は、ディスプレイ装置１１４１を備えている。
【００５３】
弁制御部４０は、記憶装置１１１０に電気的に格納されたプログラムに従って動作する。すなわち、弁制御部４０は、第１流量制御弁４２の不感帯Ｌ１，Ｌ２を第１流量制御弁４２の操作量の範囲から除外することで加熱側操作範囲Ｒ１を決定し、加熱側操作範囲Ｒ１から選択された操作量を第１流量制御弁４２に与えて、第１流量制御弁４２を選択された操作量に従って動作させ、第２流量制御弁５６の不感帯を第２流量制御弁５６の操作量の範囲から除外することで冷却側操作範囲Ｒ２を決定し、冷却側操作範囲Ｒ２から選択された操作量を第２流量制御弁５６に与えて、第２流量制御弁５６を選択された操作量に従って動作させる。
【００５４】
これらステップを弁制御部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、記録媒体を介して弁制御部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弁制御部４０に提供されてもよい。
【００５５】
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。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】
【００５６】
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      熱交換器
３０      流体供給システム
３１      加熱流体供給タンク
３２      加熱流体供給ライン
３３      加熱流体戻りライン
３９      パッド温度測定器
４０      弁制御部
４１      第１開閉弁
４２      第１流量制御弁
５１      冷却流体供給ライン
５２      冷却流体排出ライン
５５      第２開閉弁
５６      第２流量制御弁
６１      加熱流路
６２      冷却流路
６３      パッド接触面
６４      円弧流路
６５      傾斜流路
Ｗ      ウェーハ（基板）
【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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