(57)【要約】【課題】基板の表面に近い所望の測定点での温度を正確に測定しながら、該基板を研磨することができる研磨装置を提供する。【解決手段】研磨装置は、研磨パッド２を支持する研磨テーブル３と、研磨テーブル３を回転させるテーブルモータ６と、基板Ｗの表面を研磨パッド２の研磨面２ａに押し付ける研磨ヘッド１と、研磨パッド２の研磨面２ａに研磨液を供給する研磨液供給ノズル５と、研磨テーブル３に配置された温度センサ７とを備える。温度センサ７は、研磨テーブル３が一回転するたびに基板Ｗの表面を横切る位置に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板が研磨される研磨面を有する研磨パッドと、
前記研磨パッドを支持する研磨テーブルと、
前記研磨テーブルを回転させるテーブルモータと、
前記基板の表面を前記研磨パッドの前記研磨面に押し付ける研磨ヘッドと、
前記研磨パッドの前記研磨面に研磨液を供給する研磨液供給ノズルと、
前記研磨テーブルに配置された温度センサとを備え、
前記温度センサは、前記研磨テーブルが一回転するたびに前記基板の表面を横切る位置に配置されていることを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記温度センサは、前記研磨パッドの下に配置され、前記研磨パッドの下面の温度を測定することを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項３】
前記研磨パッドは、その下面に凹部を有しており、
前記温度センサの先端は、前記凹部内に位置していることを特徴とする請求項２に記載の研磨装置。
【請求項４】
前記研磨パッドは、通孔を有しており、
前記温度センサの先端は、前記通孔内に位置しており、前記温度センサは前記通孔内に存在する前記研磨液の温度を測定することを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項５】
前記温度センサの出力値に基づいて前記基板の研磨終点を決定する研磨動作制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項６】
前記温度センサは、熱電対であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項７】
前記温度センサは、渦電流センサと、導電材からなるセンサターゲットとの組み合わせであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項８】
研磨面と底面とを有し、前記研磨面から前記底面まで延びる通孔が形成された研磨パッドと、
前記研磨パッドを支持する研磨テーブルと、
基板の表面を前記研磨パッドの前記研磨面に押し付ける研磨ヘッドと、
前記研磨テーブルに取り付けられた渦電流センサと、
前記研磨パッドの前記通孔内に配置されたセンサターゲットとを備え、
前記渦電流センサの先端は、前記研磨パッドの前記通孔内に位置していることを特徴とする研磨装置。
【請求項９】
前記センサターゲットと前記渦電流センサとの相対位置は固定であることを特徴とする請求項８に記載の研磨装置。
【請求項１０】
前記研磨パッドの前記通孔内に配置されたフェライトをさらに備えたことを特徴とする請求項８に記載の研磨装置。
【請求項１１】
前記フェライトは、前記渦電流センサと一直線上に並んでいることを特徴とする請求項１０に記載の研磨装置。
【請求項１２】
前記フェライトは、前記渦電流センサおよび前記センサターゲットに接触していないことを特徴とする請求項１０に記載の研磨装置。
【請求項１３】
研磨面を有する研磨パッドを支持する研磨テーブルを回転させ、
前記研磨パッドの上面から構成される前記研磨面に研磨液を供給しながら、基板の表面を前記研磨パッドの前記研磨面に押し付け、
前記研磨テーブルの回転に伴って、前記研磨テーブルに配置された温度センサを前記基板の表面を横切るように移動させながら、前記温度センサの出力値を取得することを特徴とする研磨方法。
【請求項１４】
前記研磨テーブルの回転に伴って、前記温度センサを前記基板の表面を横切るように移動させながら、前記研磨パッドの下面の温度を前記温度センサにより測定することを特徴とする請求項１３に記載の研磨方法。
【請求項１５】
前記研磨テーブルの回転に伴って、前記温度センサを前記基板の表面を横切るように移動させながら、前記基板と前記温度センサとの間に存在する前記研磨液の温度を前記温度センサにより測定することを特徴とする請求項１３に記載の研磨方法。
【請求項１６】
前記温度センサの出力値に基づいて前記基板の研磨終点を決定することを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか一項に記載の研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェハなどの基板を研磨パッドに摺接することで該基板の表面を研磨する研磨装置および研磨方法に関し、特に基板と研磨パッドとの摺接により生じる摩擦熱を基板の下方から測定しながら、該基板の表面を研磨する研磨装置および研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウェハなどの基板を研磨する技術として、化学機械研磨（ＣＭＰ）が知られている。図１６は、ウェハを化学機械的に研磨するための従来の研磨装置を示す斜視図である。図１６に示すように、研磨装置は、一般に、研磨パッド１０２を支持する研磨テーブル１０３と、ウェハＷを研磨パッド１０２に押し付ける研磨ヘッド１０１と、研磨パッド１０２上に研磨液（スラリまたは純水）を供給するための研磨液供給ノズル１０５とを備えている。研磨パッド１０２の表面は、ウェハＷを研磨する研磨面１０２ａを構成する。
【０００３】
ウェハＷは次のようにして研磨される。研磨テーブル１０３および研磨ヘッド１０１を図１６の矢印で示す方向に回転させながら、研磨液供給ノズル１０５から研磨液が研磨テーブル１０３上の研磨パッド１０２の研磨面１０２ａに供給される。ウェハＷは研磨ヘッド１０１によって回転されながら、研磨パッド１０２とウェハＷとの間に研磨液が存在した状態で研磨パッド１０２の研磨面１０２ａに押し付けられる。ウェハＷの表面は、研磨液に含まれる砥粒による機械的作用と、研磨液の化学的作用により研磨される。
【０００４】
上述したように、ウェハＷの表面は研磨パッド１０２とウェハＷとの摺接に伴って研磨されるため、ウェハＷと研磨パッド１０２との摺接によって摩擦熱が発生する。摩擦熱は、ウェハＷの露出面の材料および形状に依存し、研磨パッド１０２の研磨面１０２ａの温度は摩擦熱に依存して変わる。したがって、研磨パッド１０２の研磨面１０２ａの温度は、ウェハＷの研磨に伴って変化する。
【０００５】
図１６に示すように、研磨装置には、研磨パッド１０２の研磨面１０２ａの温度（以下、単に表面温度という）を測定するための温度センサ１０７が設けられている。この温度センサ１０７は、研磨パッド１０２の上方に配置された非接触型の温度センサである。例えば、放射温度計が温度センサ１０７として使用される。ウェハＷの研磨中、研磨パッド１０２の表面温度は温度センサ１０７によって測定され、表面温度の測定値は研磨動作コントローラ１０９に送られる。研磨動作コントローラ１０９は、研磨パッド１０２の表面温度の測定値に基づいて、研磨プロセスを監視し、さらに研磨終点を決定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−４１８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、温度センサ１０７は、ウェハＷから離れた、研磨パッド１０２の一部の表面温度を測定するため、表面温度の測定値は、熱源であるウェハＷの温度変化を反映していない場合がある。また、ウェハＷに対する温度センサ１０７の相対位置は固定であるため、ウェハＷの表面に近い所望の測定点での温度を測定することができない。
【０００８】
そこで、本発明は、基板（例えばウェハ）の表面に近い所望の測定点での温度を正確に測定しながら、該基板を研磨することができる研磨装置および研磨方法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】
【０００９】
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、基板が研磨される研磨面を有する研磨パッドと、前記研磨パッドを支持する研磨テーブルと、前記研磨テーブルを回転させるテーブルモータと、前記基板の表面を前記研磨パッドの前記研磨面に押し付ける研磨ヘッドと、前記研磨パッドの前記研磨面に研磨液を供給する研磨液供給ノズルと、前記研磨テーブルに配置された温度センサとを備え、前記温度センサは、前記研磨テーブルが一回転するたびに前記基板の表面を横切る位置に配置されていることを特徴とする研磨装置である。
【００１０】
本発明の好ましい態様は、前記温度センサは、前記研磨パッドの下に配置され、前記研磨パッドの下面の温度を測定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨パッドは、その下面に凹部を有しており、前記温度センサの先端は、前記凹部内に位置していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨パッドは、通孔を有しており、前記温度センサの先端は、前記通孔内に位置しており、前記温度センサは前記通孔内に存在する前記研磨液の温度を測定することを特徴とする。
【００１１】
本発明の好ましい態様は、前記温度センサの出力値に基づいて前記基板の研磨終点を決定する研磨動作制御部をさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記温度センサは、熱電対であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記温度センサは、渦電流センサと、導電材からなるセンサターゲットとの組み合わせであることを特徴とする。
【００１２】
本発明の他の態様は、研磨面と底面とを有し、前記研磨面から前記底面まで延びる通孔が形成された研磨パッドと、前記研磨パッドを支持する研磨テーブルと、基板の表面を前記研磨パッドの前記研磨面に押し付ける研磨ヘッドと、前記研磨テーブルに取り付けられた渦電流センサと、前記研磨パッドの前記通孔内に配置されたセンサターゲットとを備え、前記渦電流センサの先端は、前記研磨パッドの前記通孔内に位置していることを特徴とする研磨装置である。
【００１３】
本発明の好ましい態様は、前記センサターゲットと前記渦電流センサとの相対位置は固定であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨パッドの前記通孔内に配置されたフェライトをさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記フェライトは、前記渦電流センサと一直線上に並んでいることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記フェライトは、前記渦電流センサおよび前記センサターゲットに接触していないことを特徴とする。
【００１４】
本発明の他の態様は、研磨面を有する研磨パッドを支持する研磨テーブルを回転させ、前記研磨パッドの上面から構成される前記研磨面に研磨液を供給しながら、基板の表面を前記研磨パッドの前記研磨面に押し付け、前記研磨テーブルの回転に伴って、前記研磨テーブルに配置された温度センサを前記基板の表面を横切るように移動させながら、前記温度センサの出力値を取得することを特徴とする研磨方法である。
【００１５】
本発明の好ましい態様は、前記研磨テーブルの回転に伴って、前記温度センサを前記基板の表面を横切るように移動させながら、前記研磨パッドの下面の温度を前記温度センサにより測定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨テーブルの回転に伴って、前記温度センサを前記基板の表面を横切るように移動させながら、前記基板と前記温度センサとの間に存在する前記研磨液の温度を前記温度センサにより測定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記温度センサの出力値に基づいて前記基板の研磨終点を決定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、研磨パッドまたは研磨液を介して基板（例えばウェハ）の表面に近い所望の測定点での温度を正確に測定することができる。したがって、得られた温度の測定値から研磨プロセスの進捗を正確に監視し、さらには基板の研磨終点を正確に決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る研磨装置を示す模式図である。
【図２】図１に示す温度センサの配置を示す図である。
【図３】ウェハの被研磨面の断面図である。
【図４】ウェハの研磨の進行に伴って変化する研磨パッドの下面の温度を示すグラフである。
【図５】温度センサの他の配置例を示す断面図である。
【図６】温度センサのさらに他の配置例を示す断面図である。
【図７】温度センサとして使用される渦電流センサおよびセンサターゲットの組み合わせを示す模式図である。
【図８】センサターゲットの温度と渦電流センサの出力値との関係を示すグラフである。
【図９】図５に示す温度センサとして図７に示す渦電流センサおよびセンサターゲットの組み合わせを使用した例を示す図である。
【図１０】図６に示す温度センサとして図７に示す渦電流センサおよびセンサターゲットの組み合わせを使用した例を示す図である。
【図１１】温度センサとして渦電流センサおよびセンサターゲットの組み合わせを使用したさらに他の実施形態を示す図である。
【図１２】温度センサとして渦電流センサおよびセンサターゲットの組み合わせを使用したさらに他の実施形態を示す図である。
【図１３】図１２に示すフェライトの上面図である。
【図１４】温度センサとして渦電流センサおよびセンサターゲットの組み合わせを使用したさらに他の実施形態を示す図である。
【図１５】ウェハの領域ごとに押付力を変えることができる研磨ヘッドを示す断面図である。
【図１６】ウェハを化学機械的に研磨するための従来の研磨装置を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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、本発明の一実施形態に係る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、研磨パッド２を支持する研磨テーブル３と、ウェハＷを研磨パッド２に押し付ける研磨ヘッド１と、研磨テーブル３を回転させるテーブルモータ６と、研磨パッド２上に研磨液（スラリまたは純水）を供給するための研磨液供給ノズル５とを備えている。研磨パッド２の表面は、ウェハＷを研磨する研磨面２ａを構成する。研磨テーブル３はテーブルモータ６に連結されており、研磨テーブル３および研磨パッド２を回転させるように構成されている。
【００１９】
ウェハＷは次のようにして研磨される。研磨テーブル３および研磨ヘッド１を図１の矢印で示す方向に回転させながら、研磨液供給ノズル５から研磨液が研磨テーブル３上の研磨パッド２の研磨面２ａに供給される。ウェハＷは研磨ヘッド１によって回転されながら、研磨パッド２とウェハＷとの間に研磨液が存在した状態で研磨パッド２の研磨面２ａに押し付けられる。ウェハＷの表面は、研磨液に含まれる砥粒による機械的作用と、研磨液の化学的作用により研磨される。
【００２０】
研磨テーブル３内には温度センサ７が配置されている。温度センサ７は研磨テーブル３および研磨パッド２とともに一体に回転する。温度センサ７の位置は、研磨テーブル３および研磨パッド２が一回転するたびに研磨パッド２上のウェハＷの表面（すなわち被研磨面である下面）を横切る位置である。温度センサ７は、研磨動作制御部９に接続されており、温度センサ７の出力値である温度測定値は研磨動作制御部９に送られるようになっている。
【００２１】
図２は、図１に示す温度センサ７の配置を示す図である。温度センサ７は、研磨テーブル３に設けられた孔３ａ内に配置されており、研磨パッド２の下に位置している。孔３ａは研磨テーブル３の上面で開口している。温度センサ７の上端は、研磨パッド２の下面に接触しており、温度センサ７は研磨パッド２の下面の温度を測定するようになっている。温度センサ７は、その出力値、すなわち研磨パッド２の下面の温度の測定値を研磨動作制御部９に送る。
【００２２】
温度センサ７は、研磨パッド２を介してウェハＷの被研磨面（下面）の温度を間接的に測定する。ウェハＷの研磨によって発生する熱量Ｅ（ｗ）は、次のように求められる。
Ｅ（ｗ）＝Ａ・λ０・（ｔ１−ｔ０）／Ｔｈ０      （１）
ただし、ＡはウェハＷの表面面積［ｍ２］を表し、λ０は研磨パッド２の熱伝導率［ｗ／ｍ・ｋ］を表し、Ｔｈ０は研磨パッド２の厚さ［ｍ］を表し、ｔ０は研磨パッド２の研磨面（上面）２ａの温度を表し、ｔ１は研磨パッド２の下面の温度を表す。
【００２３】
式（１）におけるＡ、λ０、Ｔｈ０の値は実質的に一定であるから、上記式（１）から熱量Ｅ（ｗ）は研磨パッド２の研磨面２ａと下面との間の温度差ｔ１−ｔ０に比例することが分かる。研磨パッド２の研磨面２ａの温度ｔ０は、ウェハＷの研磨によって発生する熱量Ｅ（ｗ）に従って変化する。結果として、研磨パッド２の下面の温度ｔ１は、概ね研磨パッド２の研磨面２ａの温度変化に応じて変化する。
【００２４】
ウェハＷの研磨中、研磨パッド２の下面（および研磨面２ａ）の温度は、ウェハＷの被研磨面の形状および材料に依存して変化する。図３はウェハＷの被研磨面の断面図である。図３に示すように、ウェハＷの表面は第１の膜１１から構成されており、ウェハＷの表面には配線溝の形状を反映した凹部１２が形成されている。第１の膜１１は、第２の膜１３の上に形成されている。第１の膜１１および第２の膜１３はそれぞれ異なる材料から構成されている。初期研磨段階では、第１の膜１１が研磨され、凹部１２が除去される。凹部１２が除去された後は、第２の膜１３が露出するまで第１の膜１１が引き続き研磨される（第２研磨段階）。
【００２５】
図４はウェハＷの研磨の進行に伴って変化する研磨パッド２の下面の温度を示すグラフである。初期研磨段階では、研磨パッド２の下面の温度は徐々に増加する。これは、ウェハＷの凹部１２が除去されていくにつれて、ウェハＷの被研磨面の面積が増加する、すなわち摩擦抵抗が増加するからである。第２研磨段階では、ウェハＷの被研磨面の面積は一定であるので、研磨パッド２の下面の温度も一定となる。
【００２６】
第１の膜１１が除去されると、その下の第２の膜１３が露出する。この第２の膜１３は第１の膜１１とは異なる摩擦係数を有しているので、第２の膜１３が露出したときに熱量Ｅ（ｗ）が変化する。この熱量Ｅ（ｗ）の変化は、研磨パッド２の下面の温度の変化として現れる。したがって、温度センサ７の出力値（つまり、研磨パッド２の下面の温度の測定値）は、ウェハＷの研磨の進捗に応じて変化する。
【００２７】
研磨動作制御部９は、取得した温度センサ７の出力値に基づいてウェハＷの研磨終点を決定する。より具体的には、研磨動作制御部９は、温度センサ７の出力値がある所定時間の間一定に維持された後に温度センサ７の出力値が変化した時点である研磨終点を決定する。
【００２８】
温度センサ７は、研磨テーブル３が一回転するたびに、研磨パッド２上のウェハＷの表面を横切り、ウェハＷの複数箇所の下方から研磨パッド２の下面の温度を測定する。好ましくは、温度センサ７は、ウェハＷの中心を含む複数箇所の下方から研磨パッド２の下面の温度を測定する。研磨パッド２の下面はウェハＷの被研磨面に極めて近い位置にあるので、温度センサ７はウェハＷの被研磨面の温度に近い温度を取得することができる。さらに、温度センサ７の出力値は、ウェハＷの被研磨面の温度変化に応じて変化するので、研磨動作制御部９は、温度センサ７の出力値に基づいて、ウェハＷの研磨の進捗を監視し、さらにウェハＷの研磨終点を正確に検出することができる。
【００２９】
温度センサ７は、研磨テーブル３の回転に伴って、ウェハＷの所定の箇所の下方に位置したときに研磨パッド２の下面の温度を測定してもよい。例えば、温度センサ７は、研磨テーブル３が一回転するたびに、ウェハＷの中心の下方から研磨パッド２の下面の温度を測定する。さらに、温度センサ７は、ウェハＷの表面を横切りながら研磨パッド２の下面の温度を複数の測定点で測定し、研磨動作制御部９は、複数の測定点で得られた複数の温度測定値の平均を算出してもよい。温度測定値は、研磨装置の研磨動作制御部９で処理してもよいし、または温度測定値の処理の一部をホストコンピュータで行って、その処理結果を研磨装置が利用してもよい。
【００３０】
図５は、温度センサ７の他の配置例を示す断面図である。図５に示す例では、研磨パッド２は、その下面に凹部２ｂを有しており、温度センサ７の先端は凹部２ｂ内に位置している。温度センサ７は研磨パッド２の下面の一部を構成する凹部２ｂの温度を測定する。研磨パッド２の下面に凹部２ｂを設けることにより、温度センサ７は、図２に示す配置よりもウェハＷの被研磨面に近づくことができる。よって、温度センサ７は、ウェハＷの被研磨面の温度により近い温度を取得することができる。
【００３１】
図６は、温度センサ７のさらに他の配置例を示す断面図である。図６に示す例では、研磨パッド２は通孔２ｃを有しており、温度センサ７の先端は通孔２ｃ内に位置している。ウェハＷの研磨中は研磨液が研磨パッド２上に供給され、研磨液は研磨パッド２の通孔２ｃに流入する。通孔２ｃ内に存在する研磨液は、温度センサ７の先端およびウェハＷの被研磨面に接触する。温度センサ７は、通孔２ｃ内に存在する研磨液の温度を測定する。
【００３２】
温度センサ７は、通孔２ｃ内に存在する研磨液の層を介してウェハＷの被研磨面（下面）の温度を間接的に測定する。ウェハＷの研磨によって発生する熱量Ｅ（ｗ）は、次のように求められる。
Ｅ（ｗ）＝Ａ・λ１・（ｔ１−ｔ０）／Ｔｈ１      （２）
ただし、ＡはウェハＷの表面面積［ｍ２］を表し、λ１は研磨液の熱伝導率［ｗ／ｍ・ｋ］を表し、Ｔｈ１は研磨液の層の厚さ［ｍ］を表し、ｔ０は研磨液の層の上面の温度を表し、ｔ１は研磨液の層の下面の温度を表す。
【００３３】
式（２）におけるＡ、λ１、Ｔｈ１の値は実質的に一定であるから、上記式（２）から熱量Ｅ（ｗ）は研磨液の層の上面と下面との間の温度差ｔ１−ｔ０に比例することが分かる。研磨液の層の上面の温度ｔ０は、ウェハＷの研磨によって発生する熱量Ｅ（ｗ）に従って変化する。結果として、通孔２ｃ内の研磨液の層の下面の温度ｔ１は、概ねウェハＷの被研磨面の温度変化に応じて変化する。
【００３４】
図２、図５、図６に示す温度センサ７は、測定対象物に接触した状態で該測定対象物の温度を測定する。温度センサ７の例としては、熱電対や、渦電流センサとセンサターゲットとの組み合わせが挙げられる。
【００３５】
図７は、温度センサ７として使用される渦電流センサ７Ａおよびセンサターゲット７Ｂの組み合わせを示す模式図である。図７に示すように、渦電流センサ７Ａは研磨テーブル３内に配置されている。渦電流センサ７Ａおよびセンサターゲット７Ｂは、研磨テーブル３に形成された孔３ａ内に配置されている。センサターゲット７Ｂは研磨パッド２の下面に取り付けられている。渦電流センサ７Ａはセンサターゲット７Ｂの真下に配置されており、センサターゲット７Ｂを向いている。渦電流センサ７Ａとセンサターゲット７Ｂの相対位置は固定であり、渦電流センサ７Ａとセンサターゲット７Ｂとの距離は常に一定である。渦電流センサ７Ａは、研磨動作制御部９に接続されており、渦電流センサ７Ａの出力値は研磨動作制御部９に送られる。
【００３６】
センサターゲット７Ｂは、金属（例えばＰｔ（白金））などの導電材から構成されている。渦電流センサ７Ａは、センサターゲット７Ｂに渦電流を誘起させ、センサターゲット７Ｂと渦電流センサ７Ａのコイルとを含む電気回路のインピーダンスの変化に基づいて、センサターゲット７Ｂからの距離を測定する。言い換えれば、渦電流センサ７Ａとセンサターゲット７Ｂとの距離が一定であれば、渦電流センサ７Ａの出力値は一定である。
【００３７】
センサターゲット７Ｂの抵抗は、センサターゲット７Ｂの温度に従って変化し、センサターゲット７Ｂの抵抗の変化は、インピーダンスを変化させる。したがって、渦電流センサ７Ａとセンサターゲット７Ｂとの距離が一定であれば、センサターゲット７Ｂの温度変化に応じて渦電流センサ７Ａの出力値が変化する。
【００３８】
センサターゲット７Ｂの抵抗Ｒは次の式（３）で表される。
Ｒ＝ρ・（Ｌ／Ｓ）      ・・・（３）
ただし、Ｌはセンサターゲット７Ｂの長さ（厚さ）であり、Ｓはセンサターゲット７Ｂの断面積であり、ρはセンサターゲット７Ｂの抵抗率である。
式（３）から分かるように、Ｌ，Ｓが変化しない条件では、抵抗率ρが変化しない限り、センサターゲット７Ｂの抵抗Ｒは変化しない。
【００３９】
センサターゲット７Ｂの抵抗率ρは、温度の影響を受けて変化する。具体的には、抵抗率ρは次の式（４）で表される。
ρ＝ρ０・［１＋α（Ｔ−Ｔ０）］    ・・・（４）
ここで、αは抵抗温度係数であり、Ｔ０は室温付近の任意の基準温度であり、ρ０は基準温度Ｔ０での抵抗率であり、Ｔはセンサターゲット７Ｂの温度である。
【００４０】
式（４）から分かるように、センサターゲット７Ｂの抵抗率ρはセンサターゲット７Ｂの温度Ｔに依存して変化する。したがって、渦電流センサ７Ａとセンサターゲット７Ｂとの距離が一定である条件下では、センサターゲット７Ｂの温度変化に応じて渦電流センサ７Ａの出力値が変化する。
【００４１】
図８は、センサターゲット７Ｂの温度と渦電流センサ７Ａの出力値との関係を示すグラフである。図８において、縦軸は渦電流センサ７Ａの出力値［Ｖ］を表し、横軸はセンサターゲット７Ｂの温度［℃］を表している。図８に示すように、渦電流センサ７Ａの出力値は、センサターゲット７Ｂの温度に従ってほぼ直線的に変化する。したがって、センサターゲット７Ｂの温度は、渦電流センサ７Ａの出力値から一意に決定することができる。
【００４２】
研磨動作制御部９は、図８に示すようなセンサターゲット７Ｂの温度と渦電流センサ７Ａの出力値との関係を示す相関データを予め記憶している。図８に示すような相関データは、センサターゲット７Ｂの温度を変化させながら、渦電流センサ７Ａの出力値を取得し、センサターゲット７Ｂの温度と、渦電流センサ７Ａの対応する出力値との関係を確立することにより作成することができる。相関データは、１次関数、データテーブル、または他の形態で表される。研磨動作制御部９は、ウェハＷの研磨中に渦電流センサ７Ａの出力値を取得し、渦電流センサ７Ａの出力値と相関データからセンサターゲット７Ｂの温度を決定する。
【００４３】
センサターゲット７Ｂは研磨パッド２の下面に接触しているので、研磨パッド２の研磨面２ａの温度変化に応じてセンサターゲット７Ｂの温度が変化する。したがって、研磨動作制御部９は、渦電流センサ７Ａの出力値から得られたセンサターゲット７Ｂの温度に基づいて、研磨終点を決定することができる。
【００４４】
図９に示すように、図５に示す温度センサ７として図７に示す渦電流センサ７Ａおよびセンサターゲット７Ｂの組み合わせを使用してもよい。図９に示す例では、センサターゲット７Ｂは、研磨パッド２の下面の一部を構成する凹部２ｂ内に配置されており、研磨パッド２の下面（すなわち凹部２ｂの上面）に接触している。
【００４５】
さらに、図１０に示すように、図６に示す温度センサ７として図７に示す渦電流センサ７Ａおよびセンサターゲット７Ｂの組み合わせを使用してもよい。図１０に示す例では、センサターゲット７Ｂは、研磨パッド２に形成された通孔２ｃに配置されており、センサターゲット７Ｂの上面は、研磨パッド２の研磨面２ａよりも低い位置にある。研磨パッド２に供給された研磨液（スラリまたは純水）は、通孔２ｃ内に流れ込み、センサターゲット７Ｂに接触する。
【００４６】
図１１は、温度センサ７として渦電流センサ７Ａおよびセンサターゲット７Ｂの組み合わせを使用したさらに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。研磨パッド２には、研磨面２ａから底面２ｄまで延びる通孔２ｃが形成されており、センサターゲット７Ｂは通孔２ｃ内に配置されている。渦電流センサ７Ａは、研磨テーブル３に取り付けられている。渦電流センサ７Ａはセンサターゲット７Ｂの下方に配置され、渦電流センサ７Ａの先端（上端）は、研磨パッド２の通孔２ｃ内に位置している。センサターゲット７Ｂと渦電流センサ７Ａとの相対位置は固定であり、センサターゲット７Ｂと渦電流センサ７Ａとの距離は常に一定である。
【００４７】
センサターゲット７Ｂは、金属などの導電材から構成されている。センサターゲット７Ｂは、研磨パッド２の通孔２ｃを塞ぐように通孔２ｃ内に配置されており、研磨液（例えばスラリー）が通孔２ｃを通過することを阻止している。センサターゲット７Ｂは、研磨パッド２の研磨面２ａよりも低く、かつ研磨パッド２の底面２ｄよりも高い位置にある。研磨面２ａ上の研磨液は、通孔２ｃに流入してセンサターゲット７Ｂに接触する。このため、センサターゲット７Ｂの腐食を防止するために、センサターゲット７Ｂは保護膜で覆われてもよい。
【００４８】
渦電流センサ７Ａは、センサハウジング１６内に収容された状態で、研磨テーブル３に固定されている。渦電流センサ７Ａは、フェライトコア１４と、このフェライトコア１４に取り付けられた複数のコイル１５とを備えている。複数のコイル１５は、検出コイル、励磁コイル、ダミーコイルから構成される。これらのコイル１５は、ソレノイド型であってもよく、またはスパイラル型であってもよい。
【００４９】
センサハウジング１６は、研磨テーブル３に設けられた孔３ａに固定されている。センサハウジング１６の先端（上端）および渦電流センサ７Ａのフェライトコア１４の先端（上端）は、研磨パッド２の通孔２ｃ内に位置している。渦電流センサ７Ａとセンサターゲット７Ｂとの間には隙間が形成されており、渦電流センサ７Ａとセンサターゲット７Ｂとは接触していない。これは、センサターゲット７Ｂから渦電流センサ７Ａへの熱伝達を防止して、渦電流センサ７Ａのセンシング精度を維持するためである。
【００５０】
本実施形態では、研磨パッド２に通孔２ｃが形成されているので、ウェハＷの被研磨面２ａの温度は研磨液を通じてセンサターゲット７Ｂに伝わりやすい。したがって、渦電流センサ７Ａの出力値はウェハＷの被研磨面の温度変化に従って変化する。さらに、渦電流センサ７Ａの先端は、研磨パッド２内に位置しているので、渦電流センサ７Ａとセンサターゲット７Ｂとの距離が小さい。したがって、渦電流センサ７Ａの磁束はセンサターゲット７Ｂの周りの研磨パッド２には届かず、渦電流センサ７Ａの有効計測範囲をセンサターゲット７Ｂ内に収めることができる。結果として、渦電流センサ７Ａの出力値は、研磨液に接触するセンサターゲット７Ｂの温度に応じて速やかに変化することができる。研磨動作制御部９は、渦電流センサ７Ａの出力値に基づいて、ウェハＷの研磨の進捗を監視し、さらにウェハＷの研磨終点を正確に検出することができる。
【００５１】
図１２は、温度センサ７として渦電流センサ７Ａおよびセンサターゲット７Ｂの組み合わせを使用したさらに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は、図１１に示す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。
【００５２】
本実施形態では、研磨パッド２の通孔２ｃ内にフェライト１７が配置されている。図１３は、フェライト１７の上面図である。フェライト１７は、渦電流センサ７Ａのフェライトコア１４の形状に対応した形状を有している。具体的には、フェライト１７は、円形の中心側フェライト１７ａと、この中心側フェライト１７ａの周囲に配置された環状の外側フェライト１７ｂとを備えている。ただし、図１３に示すフェライト１７の形状は一例であり、渦電流センサ７Ａのフェライトコア１４の形状に従って変わりうる。
【００５３】
図１２に示すように、センサハウジング１６の先端（上端）および渦電流センサ７Ａのフェライトコア１４の先端（上端）は、研磨パッド２の通孔２ｃ内に位置している。フェライト１７は、渦電流センサ７Ａの上方に配置され、渦電流センサ７Ａと一直線上に並んでいる。フェライト１７は、ポリプロピレンなどの合成樹脂から形成されたフェライトホルダー１８に保持されている。より具体的には、フェライト１７は、フェライトホルダー１８内に埋設されている。このフェライトホルダー１８は、センサハウジング１６に固定されている。したがって、フェライト１７とセンサハウジング１６内の渦電流センサ７Ａとの相対位置は固定されている。フェライトホルダー１８の下端はセンサハウジング１６の開口部を塞いでおり、研磨液が渦電流センサ７Ａに接触しないようになっている。
【００５４】
フェライト１７は、渦電流センサ７Ａの磁束をセンサターゲット７Ｂに集束させることができ、渦電流センサ７Ａの有効計測範囲をセンサターゲット７Ｂ内に収めることができる。したがって、渦電流センサ７Ａの出力値は、研磨液に接触するセンサターゲット７Ｂの温度に応じて速やかに変化することができる。
【００５５】
フェライト１７およびフェライトホルダー１８は、渦電流センサ７Ａおよびセンサターゲット７Ｂに接触していないことが好ましい。これは、センサターゲット７Ｂから渦電流センサ７Ａへの熱伝達を防止して、渦電流センサ７Ａのセンシング精度を維持するためである。
【００５６】
図１４は、温度センサ７として渦電流センサ７Ａおよびセンサターゲット７Ｂの組み合わせを使用したさらに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は、図１２に示す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。
【００５７】
本実施形態は、センサターゲット７Ｂが研磨パッド２の通孔２ｃ内に配置されている点では、上述した実施形態と同じであるが、センサターゲット７Ｂが通孔２ｃを塞いでいなく、フェライト１７を覆う形状を有している点で異なっている。具体的には、センサターゲット７Ｂは、下方に開口した容器の形状を有しており、フェライトホルダー１８およびその内部のフェライト１７を覆っている。センサターゲット７Ｂおよび／またはフェライトホルダー１８の下端はセンサハウジング１６の開口部を塞いでおり、研磨液が渦電流センサ７Ａに接触しないようになっている。
【００５８】
上述した各実施形態における温度センサ７は、研磨テーブル３が一回転するたびにウェハＷの表面を横切って移動する。したがって、研磨動作制御部９は、ウェハＷの半径方向に沿った温度分布を取得することが可能である。さらに、研磨動作制御部９は、温度分布に基づいて、研磨ヘッド１を操作してウェハＷの押付力をウェハＷの領域ごとに変えることも可能である。
【００５９】
図１５は、ウェハＷの領域ごとに押付力を変えることができる研磨ヘッド１を示す断面図である。研磨ヘッド１は、ヘッドシャフト１０に連結された研磨ヘッド本体２１と、研磨ヘッド本体２１の下方に配置されたリテーナリング２２とを備えている。
【００６０】
研磨ヘッド本体２１の下方には、ウェハＷの上面（研磨すべき表面と反対側の面）に当接する柔軟なメンブレン２４と、メンブレン２４を保持するメンブレンホルダー２５とが配置されている。メンブレン２４とメンブレンホルダー２５との間には、４つの圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が設けられている。圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４はメンブレン２４とメンブレンホルダー２５とによって形成されている。中央の圧力室Ｃ１は円形であり、他の圧力室Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は環状である。これらの圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、同心円状に配列されている。
【００６１】
圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４にはそれぞれ気体移送ラインＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を介して気体供給源３０により加圧空気等の加圧気体が供給されるようになっている。また、気体移送ラインＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４には真空ラインＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４が接続されており、真空ラインＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４によって圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に負圧が形成されるようになっている。圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の内部圧力は互いに独立して変化させることが可能であり、これにより、ウェハＷの対応する４つの領域、すなわち、中央部、内側中間部、外側中間部、および周縁部に対する研磨圧力を独立に調整することができる。
【００６２】
メンブレンホルダー２５と研磨ヘッド本体２１との間には圧力室Ｃ５が形成され、この圧力室Ｃ５には気体移送ラインＦ５を介して上記気体供給源３０により加圧気体が供給されるようになっている。また、気体移送ラインＦ５には真空ラインＶ５が接続されており、真空ラインＶ５によって圧力室Ｃ５に負圧が形成されるようになっている。これにより、メンブレンホルダー２５およびメンブレン２４全体が上下方向に動くことができる。
【００６３】
ウェハＷの周端部はリテーナリング２２に囲まれており、研磨中にウェハＷが研磨ヘッド１から飛び出さないようになっている。圧力室Ｃ３を構成する、メンブレン２４の部位には開口が形成されており、圧力室Ｃ３に真空を形成することによりウェハＷが研磨ヘッド１に吸着保持されるようになっている。また、この圧力室Ｃ３に窒素ガスやクリーンエアなどを供給することにより、ウェハＷが研磨ヘッド１からリリースされるようになっている。
【００６４】
研磨ヘッド本体２１とリテーナリング２２との間には、環状のローリングダイヤフラム２６が配置されおり、このローリングダイヤフラム２６の内部には圧力室Ｃ６が形成されている。圧力室Ｃ６は、気体移送ラインＦ６を介して上記気体供給源３０に連結されている。気体供給源３０は加圧気体を圧力室Ｃ６内に供給し、これによりリテーナリング２２を研磨パッド２に対して押圧する。また、気体移送ラインＦ６には真空ラインＶ６が接続されており、真空ラインＶ６によって圧力室Ｃ６に負圧が形成されるようになっている。圧力室Ｃ６内に真空が形成されると、リテーナリング２２の全体が上昇する。
【００６５】
圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６に連通する気体移送ラインＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６には、それぞれ電空レギュレータ（圧力レギュレータ）Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６が設けられている。気体供給源３０からの加圧気体は、電空レギュレータＲ１〜Ｒ６を通って圧力室Ｃ１〜Ｃ６内に供給される。電空レギュレータＲ１〜Ｒ６は、気体移送ラインＦ１〜Ｆ６によって圧力室Ｃ１〜Ｃ６に接続されている。気体移送ラインＦ１〜Ｆ６は、圧力室Ｃ１〜Ｃ６からロータリージョイント２８を経由して気体供給源３０まで延びている。
【００６６】
電空レギュレータＲ１〜Ｒ６は、気体供給源３０から供給される加圧気体の圧力を調整することによって、圧力室Ｃ１〜Ｃ６内の圧力を制御する。電空レギュレータＲ１〜Ｒ６は研磨動作制御部９に接続されている。圧力室Ｃ１〜Ｃ６は大気開放弁（図示せず）にも接続されており、圧力室Ｃ１〜Ｃ６を大気開放することも可能である。
【００６７】
研磨動作制御部９は、圧力室Ｃ１〜Ｃ６それぞれの目標圧力値を設定し、圧力室Ｃ１〜Ｃ６内の圧力が対応する目標圧力値に維持されるように電空レギュレータ（圧力レギュレータ）Ｒ１〜Ｒ６を操作する。特に、研磨動作制御部９は、温度センサ７の出力値を使用してウェハＷの半径方向に沿った温度分布を作成し、この温度分布に基づいて圧力室Ｃ１〜Ｃ４それぞれの目標圧力値を決定し、圧力室Ｃ１〜Ｃ４内の圧力が対応する目標圧力値に維持されるように電空レギュレータ（圧力レギュレータ）Ｒ１〜Ｒ４を操作する。例えば、研磨動作制御部９は、温度が高いウェハ領域に対応する圧力室の圧力を低くし、温度が低いウェハ領域に対応する圧力室の圧力を高くする。
【００６８】
また、温度センサ７の出力値を、上位のホストコンピュータ（工場にある様々な半導体製造装置と接続し管理しているコンピューター）に送信し、ホストコンピュータで蓄積してもよい。そして、研磨装置から送信された温度センサ７の出力値の分布に基づいて、ホストコンピュータで研磨終点の判定を行い、あるいはホストコンピュータのデータベースに格納された研磨処理の条件に対する研磨量に基づいて、ウェハＷの処理モジュールでの研磨処理条件を決め、当該研磨処理条件を研磨装置の研磨動作制御部９に送信してもよい。
【００６９】
図１５に示す例では、ウェハＷを押し付ける４つの圧力室Ｃ１〜Ｃ４が設けられているが、４つよりも少ない、または４つよりも多い圧力室を設けてもよい。
【００７０】
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】
【００７１】
１    研磨ヘッド
２    研磨パッド
３    研磨テーブル
５    研磨液供給ノズル
６    テーブルモータ
７    温度センサ
７Ａ    渦電流センサ
７Ｂ    センサターゲット
９    研磨動作制御部
１０    ヘッドシャフト
１１    第１の膜
１３    第２の膜
１４    フェライトコア
１５    コイル
１６    センサハウジング
１７    フェライト
１８    フェライトホルダー
２１    研磨ヘッド本体
２２    リテーナリング
２４    メンブレン
２５    メンブレンホルダー
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６    圧力室
【図１】
2016087780.tif 000003
【図２】
2016087780.tif 000004
【図３】
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【図４】
2016087780.tif 000006
【図５】
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【図６】
2016087780.tif 000008
【図７】
2016087780.tif 000009
【図８】
2016087780.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2016087780.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2016087780.tif 000014
【図１３】
2016087780.tif 000015
【図１４】
2016087780.tif 000016
【図１５】
2016087780.tif 000017
【図１６】
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