JP6546845B2 - 研磨装置、制御方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、研磨装置、制御方法及びプログラムに関する。

近年、半導体デバイスの高集積化及び高密度化に伴い、回路の配線がますます微細化し、多層配線の層数も増加している。回路の微細化を図りながら多層配線を実現しようとすると、下側の層の表面凹凸を踏襲しながら段差がより大きくなるので、配線層数が増加するに従って、薄膜形成における段差形状に対する膜被覆性（ステップカバレッジ）が悪くなる。従って、多層配線するためには、このステップカバレッジを改善し、然るべき過程で平坦化処理しなければならない。また、光リソグラフィの微細化とともに焦点深度が浅くなるため、半導体デバイスの表面の凹凸段差が焦点深度以下に収まるように半導体デバイス表面を平坦化処理する必要がある。回路の微細化に伴って、平坦化処理に対する精度の要求は高くなってきている。また、多層配線工程だけでなく、ＦＥＯＬ（Front End Of Line）においても、トランジスタ周辺部の構造の複雑化に伴って、平坦化処理に対する精度要求は高まっている。

このように、半導体デバイスの製造工程においては、半導体デバイス表面の平坦化技術がますます重要になっている。この平坦化技術のうち、最も重要な技術は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing））である。この化学的機械的研磨は、研磨装置を用いて、シリカ（ＳｉＯ₂）等の砥粒を含んだ研磨液を研磨パッド等の研磨面
上に供給しつつ半導体ウエハなどの基板を研磨面に摺接させて研磨を行うものである。

この種の研磨装置は、研磨パッドからなる研磨面を有する研磨テーブルと、半導体ウエハを保持するためのトップリング又は研磨ヘッド等と称される基板保持装置とを備えている。このような研磨装置を用いて半導体ウエハの研磨を行う場合には、基板保持装置により半導体ウエハを保持しつつ、この半導体ウエハを研磨面に対して所定の圧力で押圧する。このとき、研磨テーブルと基板保持装置とを相対運動させることにより半導体ウエハが研磨面に摺接し、半導体ウエハの表面が平坦かつ鏡面状に研磨される。

このような研磨装置において、研磨中の半導体ウエハと研磨パッドの研磨面との間の相対的な押圧力が半導体ウエハの全面に亘って均一でない場合には、半導体ウエハの各部分に与えられる押圧力に応じて研磨不足や過研磨が生じてしまう。半導体ウエハに対する押圧力を均一化するために、基板保持装置の下部に弾性膜（メンブレン）から形成される圧力室を設け、この圧力室に加圧空気などの流体を供給することで弾性膜を介して流体圧により半導体ウエハを研磨パッドの研磨面に押圧して研磨することが行われている。

また、基板保持装置には半導体ウエハの周りを囲むリテーナリングが設けられており（例えば、特許文献１参照）、半導体ウエハの研磨を行う場合には、基板保持装置が保持した半導体ウエハが研磨ヘッドから飛び出さないように、リテーナリングを研磨面に対して所定の圧力で押圧する。ここで、リテーナリングの押圧力は半導体ウエハ外周部の研磨プロファイルを調整するための調整パラメータでもある。

特開２００１−９６４５５号公報

リテーナリングの押圧力を下げていくと、ウエハと研磨パッドとの摩擦によって生じるウエハからの水平力によってリテーナリングのテーブル回転下流側が浮き上がってしまうという現象を抑えきれなくなり、研磨中の半導体ウエハを保持できなくなり、あるリテーナリングの押圧力（以下、リテーナリング圧という）で半導体ウエハが研磨パッドを滑って外部に飛び出す（以下、スリップアウトという）。半導体ウエハをスリップアウトさせないためには、半導体ウエハをスリップアウトさせずに研磨できるリテーナリング圧の下限値（以下、ＲＲＰ（retainer ring pressure）下限値ともいう）以上にする必要がある。しかしＲＲＰ下限値は、プロセス種類や研磨条件などによって変わるため、決定することが難しいという問題がある。

この問題に対し、実際に研磨を実施し半導体ウエハがスリップアウトするまでリテーナリングの押圧力を低下させることにより、ＲＲＰ下限値を測定する方法が考えられる。しかしながら、この方法では、実際に半導体ウエハをスリップアウトさせるので、メンブレンまたはリテーナリングなどの消耗品を破損する場合がある。また、このような方法は時間も要する。更に、ＲＲＰ下限値はプロセス種類や研磨条件によって変わるため、プロセス種類または研磨条件を変更するたびに、ＲＲＰ下限値を調べる試験をやり直す必要がある。しかし、プロセス種類または研磨条件を変更するたびに、ＲＲＰ下限値を調べる試験をやり直すことは労力と時間がかかり現実的ではない。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、プロセス種類や研磨条件によらず研磨対象物のスリップアウトを防止することを可能とする研磨装置、制御方法及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係る研磨装置は、研磨対象物の被研磨面と研磨部材とを相対的に摺動させて前記被研磨面を研磨する研磨装置であって、前記研磨対象物の前記被研磨面の裏面を押圧することにより、前記被研磨面を前記研磨部材に押圧する押圧部と、前記押圧部の外側に配置され前記研磨部材を押圧するリテーナ部材と、前記リテーナ部材の押圧力に関する情報を用いて定められた前記研磨対象物のスリップアウトを防止する条件に関わる情報が記憶されている記憶部と、前記研磨対象物の前記被研磨面と前記研磨部材との摩擦力に関する情報または前記リテーナ部材の押圧力に関する情報を取得し、当該取得した摩擦力に関する情報または当該取得したリテーナ部材の押圧力に関する情報を用いて、前記スリップアウトを防止する条件に適合させるための制御を行う制御部と、を備える。

これにより、プロセス種類や研磨条件が変わっても研磨対象物のスリップアウトを防止する条件は変わらないので、プロセス種類や研磨条件によらず、研磨対象物のスリップアウトを防止することができる。

本発明の第２の態様に係る研磨装置は、第１の態様に係る研磨装置であって、前記制御部は、前記スリップアウトを防止する条件に適合するように、研磨中における前記研磨対象物の前記被研磨面と前記研磨部材との摩擦力に関する情報に応じて、前記リテーナ部材の押圧力を制御する。

これにより、プロセス種類や研磨条件が変わっても研磨対象物がスリップアウトしない条件は変わらないので、プロセス種類や研磨条件によらず、研磨対象物のスリップアウトを防止することができる。

本発明の第３の態様に係る研磨装置は、第１または２の態様に係る研磨装置であって、前記研磨対象物の前記被研磨面と前記研磨部材との摩擦力に関する情報は、研磨中の前記押圧部の押圧力であり、前記研磨対象物のスリップアウトを防止する条件に関わる情報は、前記押圧部の押圧力と前記研磨対象物がスリップアウトしない前記リテーナ部材の押圧力の下限値との関係であり、前記制御部は、前記被研磨面を研磨中に現在の前記押圧部の押圧力を取得し、当該現在の前記押圧部の押圧力を、前記押圧部の押圧力と前記研磨対象物がスリップアウトしない前記リテーナ部材の押圧力の下限値との関係に適用して、前記研磨対象物がスリップアウトしない前記リテーナ部材の押圧力の下限値を決定し、前記リテーナ部材の押圧力が前記下限値以上になるよう前記リテーナ部材の押圧力を制御する。

これにより、リテーナ部材の押圧力が、研磨対象物がスリップアウトしないリテーナ部材の押圧力の下限値以上になるので、研磨対象物のスリップアウトを防止することができる。

本発明の第４の態様に係る研磨装置は、上記第３の態様に係る研磨装置であって、前記制御部は、前記現在のリテーナ部材の押圧力が前記下限値以上の場合、前記現在の前記リテーナ部材の押圧力を維持し、前記現在のリテーナ部材の押圧力が前記下限値未満の場合、前記リテーナ部材の押圧力を前記下限値に設定する。

これにより、リテーナ部材の押圧力が常に、研磨対象物がスリップアウトしないリテーナ部材の押圧力の下限値以上になるので、研磨対象物のスリップアウトを防止することができる。

本発明の第５の態様に係る研磨装置は、第１の態様に係る研磨装置であって、前記研磨対象物の前記被研磨面と前記研磨部材との摩擦力に関する情報は、前記押圧部の押圧力の設定値であり、前記研磨対象物のスリップアウトを防止する条件に関わる情報は、前記押圧部の押圧力と前記研磨対象物がスリップアウトしない前記リテーナ部材の押圧力の下限値との関係であり、前記制御部は、前記押圧部の押圧力の設定値と前記リテーナ部材の押圧力の設定値を取得し、当該押圧部の押圧力の設定値を、前記押圧部の押圧力と前記研磨対象物がスリップアウトしない前記リテーナ部材の押圧力の下限値との関係に適用して、前記研磨対象物がスリップアウトしない前記リテーナ部材の押圧力の下限値を決定し、前記リテーナ部材の押圧力の設定値が前記下限値を下回る場合報知するための制御を行う。

これにより、操作者が、リテーナ部材の押圧力の設定値が、研磨対象物がスリップアウトしないリテーナ部材の押圧力の下限値を下回る場合に報知されるので、リテーナ部材の押圧力の設定値を当該下限値以上の値に設定することができる。このため、研磨対象物のスリップアウトを防止することができる。

本発明の第６の態様に係る研磨装置は、第３から５のいずれかの態様に係る研磨装置であって、前記押圧部の押圧力と前記研磨対象物がスリップアウトしない前記リテーナ部材の押圧力の下限値との関係は、前記リテーナ部材を前記研磨部材に押し当てず且つ前記研磨対象物を前記研磨部材に押し当てた仮想的な場合における、前記研磨対象物の前記被研磨面と前記研磨部材との摩擦力に関する情報と前記研磨対象物がスリップアウトしない前記リテーナ部材の押圧力の下限値との関係、及び前記研磨対象物の前記被研磨面と前記研磨部材との摩擦力に関する情報と前記押圧部の押圧力との関係に基づいて決められている。

これにより、押圧部の押圧力と研磨対象物がスリップアウトしないリテーナ部材の押圧力の下限値との関係が定まる。

本発明の第７の態様に係る研磨装置は、第６の態様に係る研磨装置であって、前記制御部は、前記被研磨面と前記研磨部材との間の摩擦係数が変わり得るときに、前記リテーナ部材を前記研磨部材に押し当てず且つ前記研磨対象物を前記研磨部材に押し当てた仮想的な場合における、前記研磨対象物の前記被研磨面と前記研磨部材との摩擦力に関する情報と前記押圧部の押圧力との関係を取得し、前記取得した関係を用いて前記押圧部の押圧力と前記研磨対象物がスリップアウトしない前記リテーナ部材の押圧力の下限値との関係を更新する。

これにより、被研磨面と研磨部材との間の摩擦係数が変わり得るとき毎に、押圧部の押圧力と研磨対象物がスリップアウトしないリテーナ部材の押圧力の下限値との関係が更新される。

本発明の第８の態様に係る研磨装置は、第７の態様に係る研磨装置であって、前記研磨部材を表面に保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回転モータと、前記押圧部を回転させる押圧部回転モータと、を更に備え、前記研磨対象物の前記被研磨面と前記研磨部材との摩擦力に関する情報と前記押圧部の押圧力との関係における前記摩擦力に関する情報は、前記被研磨面と前記研磨部材との間の摩擦力、前記研磨テーブルの回転トルクあるいは前記テーブル回転モータの電流値、または、前記押圧部の回転トルクあるいは前記押圧部回転モータの電流値である。

このように、研磨対象物の被研磨面と研磨部材との摩擦力に関する情報は、被研磨面と前記研磨部材との間の摩擦力だけに限らず、研磨テーブルの回転トルクあるいはテーブル回転モータの電流値、または、押圧部の回転トルクあるいは押圧部回転モータの電流値も含まれる。

本発明の第９の態様に係る研磨装置は、第１の態様に係る研磨装置であって、前記研磨部材を表面に保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回転モータと、を更に備え、前記リテーナ部材の押圧力に関する情報は、前記リテーナ部材の押圧力の設定値であり、前記研磨対象物のスリップアウトを防止する条件に関わる情報は、前記リテーナ部材の押圧力と前記研磨対象物がスリップアウトしない回転トルクの上限値との関係であり、前記制御部は、前記リテーナ部材の押圧力の設定値を取得し、当該取得した前記リテーナ部材の押圧力の設定値を前記リテーナ部材の押圧力と前記研磨対象物がスリップアウトしない回転トルクの上限値との関係に適用して、前記研磨対象物がスリップアウトしない前記回転トルクの上限値を決定し、当該上限値と前記被研磨面を研磨中の前記テーブル回転モータの回転トルクとを比較し、比較結果に応じた処理を実行する。

これにより、制御部は、研磨中のテーブル回転モータの回転トルクが当該上限値を超えないようにすることができるので、研磨対象物のスリップアウトを防止することができる。

本発明の第１０の態様に係る研磨装置は、上記第９の態様に係る研磨装置であって、前記比較結果に応じた処理は、前記研磨中の前記テーブル回転モータの回転トルクが前記上限値以下の場合、前記リテーナ部材の押圧力の設定値にて研磨を継続するよう制御し、前記研磨中の前記テーブル回転モータの回転トルクが前記上限値を超える場合、前記リテーナ部材の押圧力を上げるかあるいは予め決められた異常時処理を実行するものである。

これにより、回転トルクが当該上限値を超えない範囲で研磨を継続でき、回転トルクが当該上限値を超える場合には、リテーナ部材の押圧力を上げるか予め決められた異常時処理を実行して、研磨対象物のスリップアウトを防止することができる。

本発明の第１１の態様に係る研磨装置は、上記第９または１０の態様に係る研磨装置であって、前記リテーナ部材の押圧力と前記研磨対象物がスリップアウトしない前記回転トルクの上限値との関係は、前記リテーナ部材を前記研磨部材に押し当てず且つ前記研磨対象物を前記研磨部材に押し当てた仮想的な場合における、前記リテーナ部材の押圧力と前記研磨対象物がスリップアウトしない前記回転トルクの上限値との関係、及び前記リテーナ部材を前記研磨部材に押し当て且つ前記研磨対象物を前記研磨部材に押し当てない場合における、前記リテーナ部材の押圧力と前記回転トルクとの関係に基づいて決められている。

これにより、リテーナ部材の押圧力と研磨対象物がスリップアウトしない回転トルクの上限値との関係を決定することができる。

本発明の第１２の態様に係る研磨装置は、上記第１１の態様に係る研磨装置であって、前記制御部は、前記被研磨面と前記研磨部材との間の摩擦係数が変わり得るときに、前記リテーナ部材を前記研磨部材に押し当て且つ前記研磨対象物を前記研磨部材に押し当てない場合における、前記リテーナ部材の押圧力と前記回転トルクとの関係を取得し、当該取得した関係を用いて、前記リテーナ部材の押圧力と前記研磨対象物がスリップアウトしない前記回転トルクの上限値との関係を更新する。

これにより、被研磨面と研磨部材との間の摩擦係数が変わり得るとき毎に、リテーナ部材の押圧力と研磨対象物がスリップアウトしない回転トルクの上限値との関係が更新される。

本発明の第１３の態様に係る研磨装置は、第１の態様に係る研磨装置であって、 前記研磨対象物の前記被研磨面と前記研磨部材との摩擦力に関する情報は、研磨中の前記押圧部の押圧力であり、前記研磨対象物のスリップアウトを防止する条件に関わる情報は、前記押圧部の押圧力と前記研磨対象物がスリップアウトする前記リテーナ部材の押圧力の上限値との関係であり、前記制御部は、前記被研磨面を研磨中に現在の前記押圧部の押圧力を取得し、当該現在の前記押圧部の押圧力を、前記押圧部の押圧力と前記研磨対象物がスリップアウトする前記リテーナ部材の押圧力の上限値との関係に適用して、前記研磨対象物がスリップアウトする前記リテーナ部材の押圧力の上限値を決定し、前記リテーナ部材の押圧力が前記上限値を超えるよう前記リテーナ部材の押圧力を制御する。

これにより、リテーナ部材の押圧力が、研磨対象物がスリップアウトするリテーナ部材の押圧力の上限値を超えるので、研磨対象物のスリップアウトを防止することができる。

本発明の第１４の態様に係る研磨装置は、第１の態様に係る研磨装置であって、前記研磨対象物の前記被研磨面と前記研磨部材との摩擦力に関する情報は、前記押圧部の押圧力の設定値であり、前記研磨対象物のスリップアウトを防止する条件に関わる情報は、前記押圧部の押圧力と前記研磨対象物がスリップアウトする前記リテーナ部材の押圧力の上限値との関係であり、前記制御部は、前記押圧部の押圧力の設定値と前記リテーナ部材の押圧力の設定値を取得し、当該押圧部の押圧力の設定値を、前記押圧部の押圧力と前記研磨対象物がスリップアウトする前記リテーナ部材の押圧力の上限値との関係に適用して、前記研磨対象物がスリップアウトする前記リテーナ部材の押圧力の上限値を決定し、前記リテーナ部材の押圧力の設定値が前記上限値以下の場合報知するための制御を行う。

これにより、操作者が、リテーナ部材の押圧力の設定値が、研磨対象物がスリップアウトするリテーナ部材の押圧力の上限値以下の場合に報知されるので、リテーナ部材の押圧力の設定値を、当該上限値を超える値に設定することができる。このため、研磨対象物のスリップアウトを防止することができる。

本発明の第１５の態様に係る研磨装置は、第１の態様に係る研磨装置であって、前記研磨部材を表面に保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回転モータと、を更に備え、前記リテーナ部材の押圧力に関する情報は、前記リテーナ部材の押圧力の設定値であり、前記研磨対象物のスリップアウトを防止する条件に関わる情報は、前記リテーナ部材の押圧力と前記研磨対象物がスリップアウトする回転トルクの下限値との関係であり、前記制御部は、前記リテーナ部材の押圧力の設定値を取得し、当該取得した前記リテーナ部材の押圧力の設定値を前記リテーナ部材の押圧力と前記研磨対象物がスリップアウトする回転トルクの下限値との関係に適用して、前記研磨対象物がスリップアウトする前記回転トルクの下限値を決定し、当該下限値と前記被研磨面を研磨中の前記テーブル回転モータの回転トルクとを比較し、比較結果に応じた処理を実行する。

これにより、制御部は、研磨中のテーブル回転モータの回転トルクが当該下限値を下回るようにすることができるので、研磨対象物のスリップアウトを防止することができる。

本発明の第１６の態様に係る研磨装置は、第１の態様に係る研磨装置であって、前記スリップアウトを防止する条件は、前記リテーナ部材の押圧力が、前記リテーナ部材を前記研磨部材に押し当てず且つ前記研磨対象物を前記研磨部材に押し当てた仮想的な場合における前記テーブル回転モータの回転トルクに対応する閾値押圧力以上または当該閾値押圧力を超えるという条件である。

これにより、制御部は、研磨対象物がスリップアウトしないようにリテーナ部材の押圧力を制御することができるので、研磨対象物のスリップアウトを防止することができる。

本発明の第１７の態様に係る研磨装置は、第１６の態様に係る研磨装置であって、前記スリップアウトを防止する条件は、前記リテーナ部材の押圧力が、前記リテーナ部材を前記研磨部材に押し当てず且つ前記研磨対象物を前記研磨部材に押し当てた仮想的な場合における前記テーブル回転モータの回転トルクを変数とする一次関数の値以上であるという条件である。

これにより、制御部は、リテーナ部材の押圧力を、研磨対象物がスリップアウトしない押圧力の下限値以上に制御することができるので、研磨対象物のスリップアウトを防止することができる。

本発明の第１８の態様に係る制御方法は、リテーナ部材の押圧力に関する情報を用いて定められた研磨対象物のスリップアウトを防止する条件に関わる情報が記憶されている記憶部を参照して制御を行う制御方法であって、前記研磨対象物の前記被研磨面と前記研磨部材との摩擦力に関する情報または前記リテーナ部材の押圧力に関する情報を取得するステップと、当該取得した摩擦力に関する情報または当該取得したリテーナ部材の押圧力に関する情報を用いて、前記スリップアウトを防止する条件に適合させるための制御を行うステップと、を有する。

これにより、プロセス種類や研磨条件が変わっても研磨対象物のスリップアウトを防止する条件は変わらないので、プロセス種類や研磨条件によらず、研磨対象物のスリップアウトを防止することができる。

本発明の第１９の態様に係るプログラムは、リテーナ部材の押圧力に関する情報を用いて定められた研磨対象物のスリップアウトを防止する条件に関わる情報が記憶されている記憶部を参照して制御を行うためのプログラムであって、前記研磨対象物の前記被研磨面と前記研磨部材との摩擦力に関する情報または前記リテーナ部材の押圧力に関する情報を取得するステップと、当該取得した摩擦力に関する情報または当該取得したリテーナ部材の押圧力に関する情報を用いて、前記スリップアウトを防止する条件に適合させるための制御を行うステップと、をコンピュータに実行させるためのプログラムである。

これにより、プロセス種類や研磨条件が変わっても研磨対象物のスリップアウトを防止する条件は変わらないので、プロセス種類や研磨条件によらず、研磨対象物のスリップアウトを防止することができる。

本発明の一態様によれば、プロセス種類や研磨条件が変わっても研磨対象物のスリップアウトを防止する条件は変わらないので、プロセス種類や研磨条件によらず、研磨対象物のスリップアウトを防止することができる。

本発明の実施形態に係る研磨装置の全体構成を示す概略図である。 研磨対象物である半導体ウエハを保持して研磨テーブル１００上の研磨面に押圧する基板保持装置としてのトップリング１の模式的断面図である。 研磨動作の制御のための研磨装置の構成を示す図である。 図４（Ａ）は、本発明の実施形態に係る研磨装置の一部の構成を示す概略断面図である。図４（Ｂ）は、本発明の実施形態に係るトップリング１の一部を拡大した概略断面図である 。 図５（Ａ）は、半導体ウエハＷのみを研磨パッド１０１に接触させて研磨したときの研磨テーブル１００の回転トルクとＲＲＰ下限値との関係を示すグラフの一例である。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の横軸を百分率にした場合のグラフの一例である。 図６（Ａ）は、ウエハ研磨圧Ｐ_ABPと、ウエハ研磨のみの場合の仮想テーブル回転トルクＴ_wの関係の一例を示すグラフである。図６（Ｂ）は、ＲＲＰ下限値Ｐ_RRPSと、ウエハ研磨のみの場合の仮想テーブル回転トルクＴ_wの関係の一例を示すグラフである。図６（Ｃ）は、ウエハ研磨圧Ｐ_ABPとＲＲＰ下限値Ｐ_RRPSの関係の一例を示すグラフである。 ウエハ研磨圧Ｐ_ABPとウエハ研磨のみの場合の仮想テーブル回転トルクＴ_wの関係の一例を示すグラフである。 実施例１に係るテスト研磨時の処理の一例を示すフローチャートである。 実施例１に係る研磨レシピ作成時における処理の一例を示すフローチャートである。 実施例１に係る研磨中における処理の一例を示すフローチャートである。 図１１（Ａ）は、リテーナリング圧Ｐ_RRPと、リテーナリング研磨のみの場合のテーブル回転トルクＴ_rの関係の一例を示すグラフである。図１１（Ｂ）は、リテーナリング圧Ｐ_RRPと、ウエハ研磨のみの場合において半導体ウエハＷがスリップアウトしない仮想テーブル回転トルクの上限値Ｔ_wSとの関係の一例を示すグラフである。図１１（Ｃ）は、リテーナリング圧Ｐ_RRPと、半導体ウエハＷがスリップアウトしないテーブル回転トルクの上限値Ｔ_tsの関係の一例を示すグラフである。 実施例２に係るテスト研磨時の処理の一例を示すフローチャートである。 実施例２に係る研磨中の異常検出処理の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する場合の一例を示すものであって、本発明を以下に説明する具体的構成に限定するものではない。本発明の実施にあたっては、実施の形態に応じた具体的構成が適宜採用されてよい。

図１は、本発明の実施形態に係る研磨装置１０の全体構成を示す概略図である。図１に示すように、研磨装置１０は、研磨テーブル１００と、研磨対象物の一例である半導体ウエハＷ等の基板を保持して研磨テーブル１００上の研磨面に押圧する基板保持装置としてのトップリング１とを備えている。研磨テーブル１００は、テーブル軸１００ａを介してその下方に配置されるテーブル回転モータ１０３に連結されている。研磨テーブル１００は、テーブル回転モータ１０３が回転することにより、テーブル軸１００ａ周りに回転する。すなわち、テーブル回転モータ１０３は研磨テーブル１００を回転させる。研磨テーブル１００の上面には、研磨部材としての研磨パッド１０１が貼付されている。すなわち、研磨テーブル１００は研磨部材を表面に保持する。この研磨パッド１０１の表面は、半導体ウエハＷを研磨する研磨面１０１ａを構成している。研磨テーブル１００の上方には研磨液供給ノズル６０が設置されている。この研磨液供給ノズル６０から、研磨テーブル１００上の研磨パッド１０１上に研磨液（研磨スラリ）Ｑが供給される。

なお、市場で入手できる研磨パッドとしては種々のものがあり、例えば、ニッタ・ハース社製のＳＵＢＡ８００、ＩＣ−１０００、ＩＣ−１０００／ＳＵＢＡ４００（二層クロス）、フジミインコーポレイテッド社製のＳｕｒｆｉｎ ｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ ０００等がある。ＳＵＢＡ８００、Ｓｕｒｆｉｎ ｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ ０００は繊維をウレタン樹脂で固めた不織布であり、ＩＣ−１０００は硬質の発泡ポリウレタン（単層）である。発泡ポリウレタンは、ポーラス（多孔質状）になっており、その表面に多数の微細なへこみまたは孔を有している。

テーブル回転モータ１０３には、当該テーブル回転モータ１０３のロータの回転速度を検出するための速度センサ１６が設けられている。速度センサ１６は、磁気式エンコーダ、光学式エンコーダ、レゾルバなどから構成することができる。レゾルバを採用した場合、レゾルバロータを電動モータのロータに直結することが好ましい。レゾルバロータが回転すると、９０°ずらして配置された２次側のコイルにｓｉｎ信号と、ｃｏｓ信号が得られ、この２つの信号に基づいて、テーブル回転モータ１０３のロータ位置を検知し、微分器を用いることにより、テーブル回転モータ１０３の回転速度を求めることができる。

トップリング１は、半導体ウエハＷを研磨面１０１ａに対して押圧するトップリング本体２と、半導体ウエハＷの外周縁を保持して半導体ウエハＷがトップリング１から飛び出さないようにするリテーナ部材としてのリテーナリング３とから基本的に構成されている。トップリング１は、トップリングシャフト１１１に接続されている。このトップリングシャフト１１１は、上下動機構１２４によりトップリングヘッド１１０に対して上下動する。トップリング１の上下方向の位置決めは、トップリングシャフト１１１の上下動により、トップリングヘッド１１０に対してトップリング１の全体を昇降させて行われる。トップリングシャフト１１１の上端にはロータリージョイント２５が取り付けられている。

トップリングシャフト１１１及びトップリング１を上下動させる上下動機構１２４は、軸受１２６を介してトップリングシャフト１１１を回転可能に支持するブリッジ１２８と、ブリッジ１２８に取り付けられたボールねじ１３２と、支柱１３０により支持された支持台１２９と、支持台１２９上に設けられたサーボモータ１３８とを備えている。サーボモータ１３８を支持する支持台１２９は、支柱１３０を介してトップリングヘッド１１０に固定されている。

ボールねじ１３２は、サーボモータ１３８に連結されたねじ軸１３２ａと、このねじ軸１３２ａが螺合するナット１３２ｂとを備えている。トップリングシャフト１１１は、ブリッジ１２８と一体となって上下動する。従って、サーボモータ１３８を駆動すると、ボールねじ１３２を介してブリッジ１２８が上下動し、これによりトップリングシャフト１１１及びトップリング１が上下動する。

また、トップリングシャフト１１１はキー（図示せず）を介して回転筒１１２に連結されている。回転筒１１２は、その外周部にタイミングプーリ１１３を備えている。トップリングヘッド１１０にはトップリング用回転モータ（押圧部回転モータ）１１４が固定されており、タイミングプーリ１１３は、タイミングベルト１１５を介してトップリング用回転モータ１１４に設けられたタイミングプーリ１１６に接続されている。従って、トップリング用回転モータ１１４を回転駆動することによってタイミングプーリ１１６、タイミングベルト１１５、及びタイミングプーリ１１３を介して回転筒１１２及びトップリングシャフト１１１が一体に回転し、トップリング１が回転する。

トップリングヘッド１１０は、フレーム（図示せず）に回転可能に支持されたトップリングヘッドシャフト１１７によって支持されている。研磨装置１０は、トップリング用回転モータ１１４、サーボモータ１３８、テーブル回転モータ１０３をはじめとする装置内の各機器を制御する制御部５００を備えている。また、制御部５００は、テーブル回転モータ１０３の回転速度を示す回転速度信号を速度センサ１６から取得する。研磨装置１０は、制御部５００に接続され且つ研磨装置１０の操作者からの入力を受け付ける入力部５１０と、制御部５００と接続された報知部５２０と、制御部５００と接続された記憶部５３０とを備える。入力部５１０は、受け付けた入力を示す入力信号を制御部５００へ出力する。報知部５２０は、制御部５００による制御に基づいて報知する。記憶部５３０には、リテーナ部材の押圧力に関する情報を用いて定められた研磨対象物のスリップアウトを防止する条件に関わる情報が記憶されている。制御部５００は、研磨対象物の被研磨面と研磨部材との摩擦力に関する情報またはリテーナ部材の押圧力に関する情報を取得し、当該取得した摩擦力に関する情報または当該取得したリテーナ部材の押圧力に関する情報を用いて、記憶部５３０に記憶されている条件に適合させるための制御を行う。

次に、本発明の研磨装置におけるトップリング（研磨ヘッド）１について説明する。図２は、研磨対象物である半導体ウエハを保持して研磨テーブル１００上の研磨面に押圧する基板保持装置としてのトップリング１の模式的断面図である。図２においては、トップリング１を構成する主要構成要素だけを図示している。

図２に示すように、トップリング１は、半導体ウエハＷを研磨面１０１ａに対して押圧するトップリング本体（キャリアとも称する）２と、研磨面１０１ａを直接押圧するリテーナ部材としてのリテーナリング３とから基本的に構成されている。トップリング本体（
キャリア）２は概略円盤状の部材からなり、リテーナリング３はトップリング本体２の外周部に取り付けられている。トップリング本体２は、エンジニアリングプラスティック（例えば、ＰＥＥＫ）などの樹脂により形成されている。トップリング本体２の下面には、半導体ウエハの裏面に当接する弾性膜（メンブレン）４が取り付けられている。弾性膜（メンブレン）４は、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度及び耐久性に優れたゴム材によって形成されている。弾性膜（メンブレン）４は、半導体ウエハ等の基板を保持する基板保持面を構成している。

弾性膜（メンブレン）４は同心状の複数の隔壁４ａを有し、これら隔壁４ａによって、メンブレン４の上面とトップリング本体２の下面との間に円形状のセンター室５、環状のリプル室６、環状のアウター室７、環状のエッジ室８が形成されている。すなわち、トップリング本体２の中心部にセンター室５が形成され、中心から外周方向に向かって、順次、同心状に、リプル室６、アウター室７、エッジ室８が形成されている。トップリング本体２内には、センター室５に連通する流路１１、リプル室６に連通する流路１２、アウター室７に連通する流路１３、エッジ室８に連通する流路１４がそれぞれ形成されている。

一方、リプル室６に連通する流路１２は、ロータリージョイント２５を介して流路２２に接続されている。そして、流路２２は、気水分離槽３５、バルブＶ２−１及び圧力レギュレータＲ２を介して圧力調整部３０に接続されている。また、流路２２は、気水分離槽３５及びバルブＶ２−２を介して真空源１３１に接続されるとともに、バルブＶ２−３を介して大気に連通可能になっている。

また、リテーナリング３の直上にも弾性膜（メンブレン）３２によってリテーナリング圧力室９が形成されている。弾性膜（メンブレン）３２は、トップリング１のフランジ部に固定されたシリンダ３３内に収容されている。リテーナリング圧力室９は、トップリング本体（キャリア）２内に形成された流路１５及びロータリージョイント２５を介して流路２６に接続されている。流路２６は、バルブＶ５−１及び圧力レギュレータＲ５を介して圧力調整部３０に接続されている。また、流路２６は、バルブＶ５−２を介して真空源３１に接続されるとともに、バルブＶ５−３を介して大気に連通可能になっている。

圧力レギュレータＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５は、それぞれ圧力調整部３０からセンター室５、リプル室６、アウター室７、エッジ室８、リテーナリング圧力室９に供給する圧力流体の圧力を調整する圧力調整機能を有している。圧力レギュレータＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５及び各バルブＶ１−１〜Ｖ１−３、Ｖ２−１〜Ｖ２−３、Ｖ３−１〜Ｖ３−３、Ｖ４−１〜Ｖ４−３、Ｖ５−１〜Ｖ５−３は、制御部５００（図１参照）に接続されていて、それらの作動が制御されるようになっている。また、流路２１、２２、２３、２４、２６にはそれぞれ圧力センサＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５及び流量センサＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５が設置されている。

センター室５、リプル室６、アウター室７、エッジ室８、リテーナリング圧力室９に供給する流体の圧力は、圧力調整部３０及び圧力レギュレータＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５によってそれぞれ独立に調整される。このような構造により、半導体ウエハＷを研磨パッド１０１に押圧する押圧力を半導体ウエハＷの領域毎に調整でき、かつリテーナリング３が研磨パッド１０１を押圧する押圧力を調整できる。

以上のように構成された研磨装置による研磨動作を説明する。トップリング１は不図示の基板受渡し装置（プッシャ）から半導体ウエハＷを受け取り、その下面に半導体ウエハＷを真空吸着により保持する。このとき、トップリング１は、被研磨面（通常はデバイスが構成される面、「表面」とも称する）を下向きにして、被研磨面が研磨パッド１０１の表面に対向するように半導体ウエハＷを保持する。下面に半導体ウエハＷを保持したトップリング１は、トップリングヘッドシャフト１１７の回転によるトップリングヘッド１１０の旋回により半導体ウエハＷの受取位置から研磨テーブル１００の上方に移動される。

そして、半導体ウエハＷを真空吸着により保持したトップリング１を予め設定したトップリングの研磨時設定位置まで下降させる。この研磨時設定位置では、リテーナリング３は研磨パッド１０１の表面（研磨面）１０１ａに接地しているが、研磨前は、トップリング１で半導体ウエハＷを吸着保持しているので、半導体ウエハＷの下面（被研磨面）と研磨パッド１０１の表面（研磨面）１０１ａとの間には、わずかな間隙（例えば、約１ｍｍ）がある。このとき、研磨テーブル１００及びトップリング１は、ともに回転駆動されており、研磨テーブル１００の上方に設けられた研磨液供給ノズル６０から研磨パッド１０１上に研磨液が供給されている。

この状態で、半導体ウエハＷの裏面側にある弾性膜（メンブレン）４を膨らませ、半導体ウエハＷの被研磨面の裏面を押圧することで、半導体ウエハＷの被研磨面を研磨パッド１０１の表面（研磨面）１０１ａに押圧し、半導体ウエハＷの被研磨面と研磨パッド１０１の研磨面とを相対的に摺動させて、半導体ウエハＷの被研磨面を所定の状態（例えば、所定の膜厚）になるまで研磨パッド１０１の研磨面１０１ａで研磨する。研磨パッド１０１上でのウエハ処理工程の終了後、半導体ウエハＷをトップリング１に吸着し、トップリング１を上昇させ、基板搬送機構を構成する基板受渡し装置へ移動させて、半導体ウエハＷの離脱（リリース）を行う。

図３は、研磨動作の制御のための研磨装置１０の構成を示す図である。制御部５００は、研磨制御装置５０１と閉ループ制御装置５０２を備えている。

研磨装置１０が研磨を開始すると、膜厚測定部４０は、残膜プロファイルを推定（あるいは測定）して、推定値（あるいは測定値）を閉ループ制御装置５０２に出力する。閉ループ制御装置５０２は、残膜プロファイルが目標とする膜厚プロファイル（以下、目標プロファイルという）になったか否かを判断する。膜厚測定部４０で推定された残膜プロファイルが目標プロファイルになっている場合は、研磨処理を終了する。ここで、目標プロファイルは、完全なフラットな形状（全面において均一の膜厚）であっても、凹凸や勾配を有する形状であってもよい。

推定された残膜プロファイルが目標プロファイルになっていない場合は、閉ループ制御装置５０２は、推定された残膜プロファイルに基づいて、センター室５、リプル室６、アウター室７、エッジ室８、リテーナリング圧力室９（以下、総称して「圧力室」と称する）に供給する流体の圧力指令値（圧力パラメータ）を算出して、これらの圧力指令値を示すＣＬＣ信号を研磨制御装置５０１に出力する。研磨制御装置５０１は、ＣＬＣ信号が示す圧力指令値に従って、各圧力室に供給する流体の圧力を調整する。研磨装置１０は、推定された残膜プロファイルが目標膜厚プロファイルになるまで、上記のステップを一定の周期で繰り返す。なお、圧力室は、本発明の押圧部に相当し、トップリング用回転モータ（押圧部回転モータ）１１４によって、回転させられる。リテーナリング３は、押圧部の近傍で研磨パッド１０１を押圧する。

続いて図４を用いて半導体ウエハＷがスリップアウトする場合について説明する。図４（Ａ）は、本発明の実施形態に係る研磨装置の一部の構成を示す概略断面図である。図４（Ａ）に示すように、テーブル回転モータ１０３に電流Ｉが供給される。研磨テーブル１００の回転軸Ａ１とトップリング１の回転軸Ａ２との距離がＲである。すると、研磨テーブル１００の回転軸Ａ１から距離Ｒ離れた位置におけるトータルテーブル回転トルクＴ_tは、次の式（１）で表される。

Ｔ_t＝Ｒ×（μ_WＮ_W＋μ_rＮ_r） …（１）

ここで、Ｎ_Wは半導体ウエハＷの押圧荷重、Ｎ_rはリテーナリング３の押圧荷重、μ_Wは半導体ウエハＷとの摩擦係数であり、μ_rはリテーナリング３と研磨パッド１０１の摩擦係数である。図４（Ｂ）は、本発明の実施形態に係るトップリング１の一部を拡大した概略断面図である 。図４（Ｂ）に示すように、半導体ウエハＷには、半導体ウエハＷの摩擦力ｆ_W（＝μ_WＮ_W）が、研磨テーブル１００の半径方向にかかる。これにより、リテーナリング３が半導体ウエハＷの摩擦力ｆ_Wで研磨テーブル１００の半径方向で押されるので、リテーナリング３の押圧荷重Ｎ_rが不十分な場合には、半導体ウエハＷがスリップアウトする。

図５（Ａ）は、半導体ウエハＷのみを研磨パッド１０１に接触させて研磨したときの研磨テーブル１００の回転トルクとＲＲＰ下限値との関係を示すグラフの一例である。半導体ウエハＷのみを研磨パッド１０１に接触させて研磨したときとは、リテーナリング３など（ドレスがある場合ドレスを含む）を研磨パッド１０１と接触させず且つ半導体ウエハＷを研磨パッド１０１に接触させて研磨したときである。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の横軸を百分率にした場合のグラフの一例である。

本願の発明者は、研磨テーブル１００の回転数およびトップリング１の回転数をそれぞれ一定にする制御の下でリテーナリング圧を下げていくことにより、半導体ウエハＷのみを研磨したときの研磨テーブル１００の回転トルク（以下、テーブル回転トルクともいう）とＲＲＰ下限値との間に、図５（Ａ）に示すような正の相関が見られることを発見した。ここで、点ｄ１〜ｄ５は、実際に研磨試験を実施して得られた半導体ウエハＷのみを研磨したときの仮想テーブル回転トルクとＲＲＰ下限値を示している。図５（Ａ）の直線Ｌ１は、点ｄ１〜ｄ５を最小二乗法で近似した近似直線であり、その関係式はＲＲＰ下限値＝０．７４×Ｔ_w−３４．８３で表される。ここで、Ｔ_wは、ウエハ研磨のみの場合の仮想テーブル回転トルクである。また、図５（Ａ）の直線Ｌ１を境界としてこれより下の領域は、半導体ウエハＷがスリップアウトするウエハスリップアウト領域である。一方、図５（Ａ）の直線Ｌ１を境界としてこれ以上の領域は、半導体ウエハＷがスリップアウトしない領域である。このように、半導体ウエハＷのみを研磨したときの仮想テーブル回転トルクとＲＲＰ下限値との間には線形な関係があることが分かる。この関係は、プロセス種類及び研磨条件が変わっても変わることがない。

なお、トップリング（研磨ヘッド）１の重心の位置が変わると、リテーナリング３の傾きやすさが変わるので、半導体ウエハＷスリップアウトのし易さも変わる。このため、トップリング（研磨ヘッド）１の重心が変わると、上記一次関数の傾き及び／または切片は変わり得る。例えば、トップリング（研磨ヘッド）１の重心が高くなるとリテーナリング３が傾きやすくなるので、上記一次関数の切片は−３４．８３より大きく設定される。このように、トップリング（研磨ヘッド）１の重心に応じて、上記一次関数が設定される。
また、ＲＲＰ下限値に対してマージンを持たせるために、上記一次関数の切片は、例えば−３４．８３より所定の値（例えば、１００ｈＰａ以下の範囲の値）だけ大きく設定されてもよい。

このように、スリップアウトを防止する条件は、リテーナリング圧が、ウエハ研磨のみの場合の仮想テーブル回転トルクを変数とする一次関数の値以上であるという条件に設定してもよい。また、一次関数を用いることに限ったものではなく、ウエハ研磨のみの場合の仮想テーブル回転トルクと閾値押圧力との組が関連付けられたテーブルが記憶部５３０に記憶されており、このテーブルを制御部５００が参照することにより、決定してもよい。すなわち、ウエハ研磨のみの場合の仮想テーブル回転トルクと閾値押圧力との関係が、一次関数またはテーブルなどの形式で記憶部５３０に記憶されており、制御部５００がこの関係を参照できればよい。ここで、閾値押圧力は、ＲＲＰ下限値であってもよいし、ＲＲＰ下限値にマージンとして所定の値を足した値であってもよい。そして、スリップアウトを防止する条件は、リテーナ部材の押圧力が、ウエハ研磨のみの場合の仮想テーブル回転トルクに対応する閾値押圧力以上という条件であってもよい。
また、閾値押圧力は、スリップアウトするリテーナリングの押圧力の上限値であってもよい。その場合、リップアウトを防止する条件は、リテーナ部材の押圧力が、ウエハ研磨のみの場合の仮想テーブル回転トルクに対応する閾値押圧力を超えるという条件であってもよい。

また研磨テーブル１００の回転トルクは、テーブル電流値に比例するから、テーブル電流値とＲＲＰ下限値との間にも線形な関係がある。ここで、テーブル回転モータ１０３に供給する電流の値をテーブル電流値と呼ぶ。リテーナリング３を研磨パッド１０１に接触させず且つ半導体ウエハＷのみを研磨パッド１０１に接触させて所定の回転数で研磨したと仮定した場合のテーブル電流値（以下、ウエハ研磨のみの場合のテーブル電流値ともいう）Ｉｗは、次の（２）の式で表される。なお、リテーナリング３を研磨パッド１０１に接触させず且つ半導体ウエハＷのみを研磨するというのは実際には不可能な実験なので、このウエハ研磨のみの場合のテーブル電流値Ｉｗは、あくまで計算上あるいは仮想上の数値である。

Ｉｔ＝Ｉｗ＋Ｉｒ＋Ｉｄ …（２）

ここで、Ｉｔは、研磨パッド１０１、リテーナリング３及びドレス全てを上記と同じ所定の回転数で研磨した時のテーブル電流値である。Ｉｒはリテーナリング３のみを研磨パッド１０１に接触させて上記と同じ所定の回転数で研磨したときのテーブル電流値（以下、リテーナリング研磨のみの場合のテーブル電流値ともいう）である。Ｉｄは不図示のドレスのみを研磨パッド１０１に接触させて上記と同じ所定の回転数で研磨したときのテーブル電流値（以下、ドレスのみのテーブル電流値ともいう）である。式（２）を変形すると、次の式（３）が得られる。

Ｉｗ＝Ｉｔ−（Ｉｒ＋Ｉｄ） …（３）

式（２）から、リテーナリング研磨のみの場合のテーブル電流値Ｉｒと、ドレスのみのテーブル電流値Ｉｄについては、それぞれの単体での研磨を実施し、データを予め取得しておく。これにより、研磨時のテーブル電流値Ｉｔを研磨時に取得することにより、ウエハ研磨のみの場合のテーブル電流値Ｉｗを決定することができる。そして、半導体ウエハＷのみを研磨したときのテーブル電流値とＲＲＰ下限値の関係において、このウエハ研磨のみの場合のテーブル電流値Ｉｗに対応するＲＲＰ下限値を取得することにより、ＲＲＰ下限値を決定することができる。半導体ウエハＷのみを研磨したときのテーブル回転トルクとＲＲＰ下限値の関係はプロセス種類及び研磨条件に変わっても変わらないので、プロセス種類及び研磨条件によらず、研磨時のテーブル電流値ＩｔからＲＲＰ下限値を決定することができる。

このことから、制御部５００は例えば、研磨時のテーブル電流値Ｉｔからウエハ研磨のみの場合のテーブル電流値Ｉｗを決定し、研磨中におけるリテーナリング３の押圧力とウエハ研磨のみの場合のテーブル電流値Ｉｗを、半導体ウエハＷがスリップアウトしない条件に適用して、研磨中におけるリテーナリング３の押圧力がＲＲＰ下限値以上を維持するようにリテーナリング３の押圧力を制御してもよい。

このようにＲＲＰ下限値と線形な関係になるパラメータは、半導体ウエハＷのみを研磨したときの研磨テーブル１００の回転トルク（以下、ウエハ研磨のみの場合のテーブル回転トルク）、またはウエハ研磨のみの場合のテーブル電流値Ｉｗだけに限ったものではない。
被研磨面と研磨パッド１０１との間の摩擦力（すなわち被研磨面と研磨部材との間の摩擦力）、あるいはテーブル回転モータ１０３の電流値（以下、テーブル電流値ともいう）、押圧部の回転トルクあるいはトップリング用回転モータ（押圧部回転モータ）１１４の電流値も該当する。

これらのことに鑑みると、制御部５００は、スリップアウトを防止する条件に適合するように、研磨中における研磨対象物の被研磨面と研磨部材との摩擦力に関する情報に応じて、リテーナ部材の押圧力を制御してもよい。これにより、プロセス種類や研磨条件が変わってもスリップアウトを防止する条件は変わらないので、プロセス種類や研磨条件によらず、研磨対象物のスリップアウトを防止することができる。

より詳細には、制御部５００は、研磨対象物の被研磨面と研磨部材との摩擦力に関する情報とＲＲＰ下限値との関係を参照して、研磨中における研磨対象物の被研磨面と研磨部材との摩擦力に関する情報に対応するＲＲＰ下限値以上になるように、研磨中におけるリテーナ部材の押圧力を制御する。これにより、リテーナ部材の押圧力が、スリップアウトしないリテーナ部材の押圧力の下限値以上になるので、プロセス種類や研磨条件によらず、研磨対象物のスリップアウトを防止することができる。

ここで、制御部５００がリテーナ部材の押圧力の制御の際に応じる、研磨対象物の被研磨面と研磨部材との摩擦力に関する情報は、被研磨面と前記研磨部材との間の摩擦力、研磨テーブル１００の回転トルクあるいはテーブル回転モータの電流値、または、押圧部の回転トルクあるいは押圧部回転モータの電流値である。このように、研磨対象物の被研磨面と研磨部材との摩擦力に関する情報は、被研磨面と研磨部材との間の摩擦力だけに限らず、研磨テーブルの回転トルクあるいはテーブル回転モータの電流値、または、押圧部の回転トルクあるいは押圧部回転モータの電流値も含まれる。

＜実施例１＞
続いて、本実施形態の実施例１について説明する。図６を用いてスリップアウトしないリテーナリング圧の下限値の決定の方法について説明する。図６（Ａ）は、ウエハ研磨圧Ｐ_ABPと、ウエハ研磨のみの場合の仮想テーブル回転トルクＴ_wの関係の一例を示すグラフである。図６（Ａ）の直線Ｌ３に示すように、ウエハ研磨圧Ｐ_ABPと、ウエハ研磨のみの場合の仮想テーブル回転トルクＴ_wは線形の関係を有する。ウエハ研磨のみの場合の仮想テーブル回転トルクＴ_wは、次の式（４）で表される。

Ｔ_w＝ａ₁×Ｐ_ABP＋ｂ₁ …（４）

ここで、ａ₁は傾きを表す係数、ｂ₁は切片を表す係数である。これらの係数ａ₁及びｂ₁は、研磨面１０１ａの摩擦係数が変わると変化するので、研磨面１０１ａの摩擦係数が変わり得る場合に取得し直す必要がある。研磨面１０１ａの摩擦係数が変わり得る場合とは、例えば研磨パッド１０１、スラリー種類、スラリー流量、ウエハ膜種、リテーナリング溝、リテーナリング幅などに変更がある場合である。

図６（Ｂ）は、ＲＲＰ下限値Ｐ_RRPSと、ウエハ研磨のみの場合の仮想テーブル回転トルクＴ_wの関係の一例を示すグラフである。縦軸は、リテーナリング圧Ｐ_RRPで、横軸がウエハ研磨のみの場合の仮想テーブル回転トルクＴ_wである。図５（Ｂ）でも説明したが、図６（Ｂ）の直線Ｌ４に示すように、ＲＲＰ下限値Ｐ_RRPSと、ウエハ研磨のみの場合のテーブル回転トルクＴ_wとは線形の関係にある。図６（Ｂ）の直線Ｌ４を下回る領域は、ウエハスリップアウト領域である。ＲＲＰ下限値Ｐ_RRPSは、次の式（５）で表される。

Ｐ_RRPS＝ａ₂×Ｔ_w＋ｂ₂ …（５）

ここで、ａ₂は傾きを表す係数、ｂ₂は切片を表す係数である。これらの係数ａ₂及びｂ₂は、研磨面１０１ａの摩擦係数が変わっても不変である。

式（５）に式（４）のＴ_wを代入すると、ＲＲＰ下限値Ｐ_RRPSは、次の式（６）で表される。

Ｐ_RRPS＝ａ₂×Ｔ_w＋ｂ₂
＝ａ₂×（ａ₁×Ｐ_ABP＋ｂ₁）＋ｂ₂
＝ａ₁ａ₂×Ｐ_ABP＋ａ₂ｂ₁＋ｂ₂ …（６）

式（６）から、ＲＲＰ下限値Ｐ_RRPSは、ウエハ研磨圧Ｐ_ABPに比例する。図６（Ｃ）は、ウエハ研磨圧Ｐ_ABPとＲＲＰ下限値Ｐ_RRPSの関係の一例を示すグラフである。縦軸はで、横軸はウエハ研磨圧Ｐ_ABPである。図６（Ｃ）の直線Ｌ５を下回る領域は、ウエハスリップアウト領域である。

続いて、式（４）の係数ａ₁と係数ｂ₁の決定方法について説明する。図７は、ウエハ研磨圧Ｐ_ABPとウエハ研磨のみの場合の仮想テーブル回転トルクＴ_wの関係の一例を示すグラフである。ここで、トータルテーブル回転トルクＴ_tは、ウエハ研磨のみの場合の仮想テーブル回転トルクＴ_wとリテーナリング研磨のみの場合のテーブル回転トルクＴ_rの和である（Ｔ_t＝Ｔ_w＋Ｔ_r）。図７に示す直線Ｌ６は式（４）で表されるが、上述したＴ_t＝Ｔ_w＋Ｔ_rという関係から、式（４）の係数ａ₁はΔテーブル回転トルク／Δウエハ研磨圧＝（Ｔ_w２−Ｔ_w１）／（ｐ２−ｐ１）＝（（Ｔ_t２−Ｔｒ）−（Ｔ_t１−Ｔｒ））／（ｐ２−ｐ１）＝（Ｔ_t２−Ｔ_t１）／（ｐ２−ｐ１）で表される。このことから、第１研磨圧ｐ１でウエハを研磨した場合のトータルテーブル回転トルクＴ_t１を取得し、第２研磨圧ｐ２でウエハを研磨した場合のトータルテーブル回転トルクＴ_t２を取得することにより、係数ａ₁を決定することができる。係数ｂ₁は無負荷空回転時のテーブル回転トルクである。ここで、本実施形態では、メンブレンが複数の領域（エリア）を有するマルチエリアメンブレンであるので、ウエハ研磨圧は、全てのエリア内圧の平均値である。なお、メンブレンが一つの領域（エリア）からなるシングルエリアメンブレンの場合、ウエハ研磨圧は、エリア内圧である。

図８は、実施例１に係るテスト研磨時の処理の一例を示すフローチャートである。このテスト研磨時に、ウエハ研磨圧Ｐ_ABPとウエハ研磨のみの場合の仮想テーブル回転トルクＴ_wの関係を取得する。

（ステップＳ１０１）制御部５００は、テーブル回転数、研磨パッド１０１、研磨パッド表面状態、スラリー種類、スラリー流量、ウエハ膜種、リテーナリング溝、リテーナリング幅等に変更があるか否か判定する。ここで何らかの変更がある場合、摩擦係数が変わり得る場合である。

（ステップＳ１０２）ステップＳ１０１において、テーブル回転数、研磨パッド１０１、研磨パッド表面状態、スラリー種類、スラリー流量、ウエハ膜種、リテーナリング溝、リテーナリング幅等に変更がないと判定された場合、制御部５００は、既存のウエハ研磨圧Ｐ_ABPとウエハ研磨のみの場合のテーブル回転トルクＴ_wの関係式を使用する。

（ステップＳ１０３）ステップＳ１０１において、テーブル回転数、研磨パッド１０１、研磨パッド表面状態、スラリー種類、スラリー流量、ウエハ膜種、リテーナリング溝、リテーナリング幅等に変更があると判定された場合、制御部５００は、無負荷空回転で所定の速度で研磨テーブル１００が回転するよう制御する。そして、制御部５００は、このときのテーブル回転トルクＴ_wを係数ｂ₁として取得する。

（ステップＳ１０４）次に、制御部５００は、半導体ウエハＷ、リテーナリング３を共に研磨パッド１０１に接地させた状態で、第１研磨圧ｐ１で半導体ウエハＷを押圧しながら所定の速度で研磨テーブル１００を回転させる。そして、制御部５００は、このときのトータルテーブル回転トルクＴ_t１を取得する。

（ステップＳ１０５）次に、制御部５００は、半導体ウエハＷ、リテーナリング３を共に研磨パッド１０１に接地させた状態で、第２研磨圧ｐ２で半導体ウエハＷを押圧しながら所定の速度で研磨テーブル１００を回転させる。そして、制御部５００は、このときのトータルテーブル回転トルクＴ_t２を取得する。

（ステップＳ１０６）そして、制御部５００は、係数ａ₁（＝（Ｔ_w２−Ｔ_w１）／（ｐ２−ｐ１））を算出する（ただし、Ｔ_t＝Ｔ_w＋Ｔ_rより、Ｔ_w２−Ｔ_w１=（Ｔ_t２−Ｔ_r）−（Ｔ_t１−Ｔ_r））。これにより、ウエハ研磨圧Ｐ_ABPとウエハ研磨のみの場合のテーブル回転トルクＴ_wの関係式（すなわち式（４））が決定される。そして制御部５００は、係数ａ₁と係数ｂ₁を更新して記憶する。これにより、係数ａ₁と係数ｂ₁が更新されるので、式（６）も更新される。

図９は、研磨レシピ作成時における処理の一例を示すフローチャートである。
（ステップＳ２０１）入力部５１０は、ウエハ研磨圧設定値とリテーナリング圧設定値の入力を受け付け、受け付けたウエハ研磨圧設定値とリテーナリング圧設定値を含む入力信号を制御部５００へ出力する。

（ステップＳ２０２）次に制御部５００は、ウエハ研磨圧設定値を式（６）に代入し、式（６）に従って半導体ウエハＷがスリップアウトしないリテーナリング圧の下限値（ＲＲＰ下限値）Ｐ_RRPSを算出する。

（ステップＳ２０３）次に制御部５００は、ステップＳ２０１で受け付けたリテーナリング圧設定値がＲＲＰ下限値Ｐ_RRPS以上であるか否か判定する。制御部５００は、リテーナリング圧設定値がＲＲＰ下限値Ｐ_RRPS以上であると判定した場合、そのリテーナリング圧設定値であれば半導体ウエハＷがスリップアウトしないので、研磨レシピの作成を終了する。

（ステップＳ２０４）一方、ステップＳ２０３でリテーナリング圧設定値がＲＲＰ下限値Ｐ_RRPS以上でない（すなわちリテーナリング圧設定値がＲＲＰ下限値Ｐ_RRPS未満）と判定された場合、制御部５００は、警告を発報する。例えば、制御部５００は、不図示の表示部に、入力されたリテーナリング圧設定値では半導体ウエハＷがスリップアウトするので、ＲＲＰ下限値Ｐ_RRPS以上の値を入力するよう促す情報を表示させる。その後、ステップＳ２０１は、入力部５１０は、再度、ウエハ研磨圧設定値とリテーナリング圧設定値の入力を受け付ける。

以上図９で例示したことをまとめると、記憶部５３０には、押圧部の押圧力と研磨対象物がスリップアウトしないリテーナ部材の押圧力の下限値との関係が記憶されている。なお、この関係は、関係式だけに限らず、テーブルなどであってもよい。そして、制御部５００は、押圧部の押圧力の設定値とリテーナ部材の押圧力の設定値を取得し、当該押圧部の押圧力の設定値を、記憶部５３０に記憶されている「押圧部の押圧力と研磨対象物がスリップアウトしないリテーナ部材の押圧力の下限値との関係」に適用して、研磨対象物がスリップアウトしないリテーナ部材の押圧力の下限値を決定し、リテーナ部材の押圧力の設定値が下限値を下回る場合報知するための制御を行う。

これにより、操作者が、リテーナ部材の押圧力の設定値が、研磨対象物がスリップアウトしないリテーナ部材の押圧力の下限値を下回る場合に報知されるので、リテーナ部材の押圧力の設定値を当該下限値以上の値に設定することができる。このため、研磨対象物のスリップアウトを防止することができる。

また、押圧部の押圧力と研磨対象物がスリップアウトしないリテーナ部材の押圧力の下限値との関係（図６（Ｃ）に関係参照）は、リテーナ部材を研磨部材に押し当てず且つ研磨対象物を研磨部材に押し当てた仮想的な場合における、研磨対象物の被研磨面と研磨部材との摩擦力に関する情報と研磨対象物がスリップアウトしないリテーナ部材の押圧力の下限値との関係（図６（Ｂ）の関係参照）、及び研磨対象物の被研磨面と研磨部材との摩擦力に関する情報と押圧部の押圧力（ウエハ研磨圧）との関係（図６（Ａ）の関係）に基づいて決められている。

これにより、押圧部の押圧力と研磨対象物がスリップアウトしないリテーナ部材の押圧力の下限値との関係が定まる。

また、図８で説明したように、制御部５００は、被研磨面と研磨部材との間の摩擦係数が変わり得るときに（図８のステップＳ１０１でＹＥＳの場合）、リテーナ部材を研磨部材に押し当てず且つ研磨対象物を研磨部材に押し当てた仮想的な場合における、「研磨対象物の被研磨面と研磨部材との摩擦力に関する情報」と押圧部の押圧力との関係（図６（Ａ）の関係参照）を取得（図８のステップＳ１０３〜Ｓ１０６参照）する。そして制御部５００は、取得した関係を用いて押圧部の押圧力と研磨対象物がスリップアウトしないリテーナ部材の押圧力の下限値との関係（図６（Ｃ）の関係参照）を更新する。

これより、被研磨面と研磨部材との間の摩擦係数が変わり得るとき毎に、押圧部の押圧力と研磨対象物がスリップアウトしないリテーナ部材の押圧力の下限値との関係が更新される。

ここで、「研磨対象物の被研磨面と研磨部材との摩擦力に関する情報」は、被研磨面と研磨部材との間の摩擦力、研磨テーブルの回転トルクあるいはテーブル回転モータの電流値、または、押圧部の回転トルクあるいは押圧部回転モータの電流値である。このように、研磨対象物の被研磨面と研磨部材との摩擦力に関する情報は、被研磨面と研磨部材との間の摩擦力だけに限らず、研磨テーブルの回転トルクあるいはテーブル回転モータの電流値、または、押圧部の回転トルクあるいは押圧部回転モータの電流値も含まれる。

なお、制御部５００は、押圧部の押圧力と研磨対象物が「スリップアウトしない」リテーナ部材の押圧力の「下限値」との関係を用いたが、これに限らず、押圧部の押圧力と研磨対象物が「スリップアウトする」リテーナ部材の押圧力の「上限値」との関係を用いてもよい。この場合、記憶部５３０には、押圧部の押圧力と研磨対象物がスリップアウトするリテーナ部材の押圧力の上限値との関係が記憶されている。なお、この関係は、関係式だけに限らず、テーブルなどであってもよい。そして制御部５００は、押圧部の押圧力の設定値とリテーナ部材の押圧力の設定値を取得し、当該押圧部の押圧力の設定値を、記憶部５３０に記憶されている「押圧部の押圧力と研磨対象物がスリップアウトするリテーナ部材の押圧力の上限値との関係」に適用して、研磨対象物がスリップアウトするリテーナ部材の押圧力の上限値を決定し、リテーナ部材の押圧力の設定値が上限値以下の場合報知するための制御を行ってもよい。

これにより、操作者が、リテーナ部材の押圧力の設定値が、研磨対象物がスリップアウトするリテーナ部材の押圧力の上限値以下の場合に報知されるので、リテーナ部材の押圧力の設定値を、当該上限値を超える値に設定することができる。このため、研磨対象物のスリップアウトを防止することができる。

図１０は、実施例１に係る研磨中における処理の一例を示すフローチャートである。まず、図３における制御部５００は、半導体ウエハＷの研磨を開始するよう制御する。このとき、半導体ウエハＷの被研磨面の裏面を押圧部で押圧することで、被研磨面を研磨パッド１０１に押圧する。
（ステップＳ３０１）膜厚測定部４０は、残膜プロファイルを測定して、測定値を制御部５００の閉ループ制御装置５０２に出力する。

（ステップＳ３０２）次に、制御部５００の閉ループ制御装置５０２は、残膜プロファイルが目標プロファイルになっているか否かを判断する。残膜プロファイルが目標プロファイルになっている場合、制御部５００は、研磨を終了する。

（ステップＳ３０３）一方、ステップＳ３０２で残膜プロファイルが目標プロファイルになっていないと判定された場合、閉ループ制御装置５０２は、残膜プロファイルに基づいて、センター室５、リプル室６、アウター室７、エッジ室８、リテーナリング圧力室９（以下、総称して「圧力室」と称する）に供給する流体の圧力指令値（圧力パラメータ）を算出して、これらの圧力指令値を示すＣＬＣ信号を制御部５００の研磨制御装置５０１に出力する。

（ステップＳ３０４）研磨制御装置５０１は、ＣＬＣ信号を用いて、ウエハ研磨圧とリテーナリング研磨圧を更新する。

（ステップＳ３０５）研磨制御装置５０１は、ステップＳ３０４で更新されたウエハ研磨圧更新値を式（６）に代入して、式（６）に従って半導体ウエハＷがスリップアウトしないリテーナリング圧の下限値（ＲＲＰ下限値）Ｐ_RRPSを算出する。

（ステップＳ３０６）次に、ステップＳ３０４で更新されたリテーナリング圧更新値が、ステップＳ３０５で算出されたＲＲＰ下限値Ｐ_RRPS以上であるか否か判定する。

（ステップＳ３０７）ステップＳ３０６においてリテーナリング圧更新値がＲＲＰ下限値Ｐ_RRPS以上であると判定された場合、リテーナリング圧更新値になるようリテーナリング圧を制御する。その後、処理がステップＳ３０１に戻る。

（ステップＳ３０８）ステップＳ３０６においてリテーナリング圧更新値がＲＲＰ下限値Ｐ_RRPS以上でない（すなわちリテーナリング圧更新値がＲＲＰ下限値Ｐ_RRPS未満）と判定された場合、ＲＲＰ下限値Ｐ_RRPSになるようリテーナリング圧を制御する。その後、処理がステップＳ３０１に戻る。

以上図１０で例示したことをまとめると、記憶部５３０には、押圧部の押圧力と研磨対象物がスリップアウトしないリテーナ部材の押圧力の下限値との関係が記憶されている。なお、この関係は、関係式だけに限らず、テーブルなどであってもよい。そして制御部５００は、被研磨面を研磨中に現在の前記押圧部の押圧力を取得し、当該現在の前記押圧部の押圧力を、記憶部５３０に記憶されている「押圧部の押圧力と研磨対象物がスリップアウトしないリテーナ部材の押圧力の下限値との関係」（式（６）参照）に適用して、研磨対象物がスリップアウトしないリテーナ部材の押圧力の下限値（ＲＲＰ下限値）Ｐ_RRPSを決定し、リテーナ部材の押圧力がＲＲＰ下限値Ｐ_RRPS以上になるようリテーナ部材の押圧力を制御する。

これにより、リテーナ部材の押圧力がＲＲＰ下限値Ｐ_RRPS以上になるので、研磨対象物のスリップアウトを防止することができる。

本実施例では、その制御の一例として制御部５００は、現在のリテーナ部材の押圧力が前記下限値以上の場合、現在のリテーナ部材の押圧力を維持し、現在のリテーナ部材の押圧力が下限値未満の場合、リテーナ部材の押圧力を下限値に設定する。これにより、リテーナ部材の押圧力が常にＲＲＰ下限値Ｐ_RRPS以上になるので、研磨対象物のスリップアウトを防止することができる。

なお、制御部５００は、押圧部の押圧力と研磨対象物が「スリップアウトしない」リテーナ部材の押圧力の「下限値」との関係を用いたが、これに限らず、押圧部の押圧力と研磨対象物が「スリップアウトする」リテーナ部材の押圧力の「上限値」との関係を用いてもよい。この場合、記憶部５３０には、押圧部の押圧力と研磨対象物がスリップアウトするリテーナ部材の押圧力の上限値との関係が記憶されている。なお、この関係は、関係式だけに限らず、テーブルなどであってもよい。そして制御部５００は、前記被研磨面を研磨中に現在の前記押圧部の押圧力を取得し、当該現在の押圧部の押圧力を、記憶部５３０に記憶されている「押圧部の押圧力と研磨対象物がスリップアウトするリテーナ部材の押圧力の上限値との関係」に適用して、研磨対象物がスリップアウトするリテーナ部材の押圧力の上限値を決定し、リテーナ部材の押圧力が上限値を超えるようリテーナ部材の押圧力を制御してもよい。

これにより、リテーナ部材の押圧力が、研磨対象物がスリップアウトするリテーナ部材の押圧力の上限値を超えるので、研磨対象物のスリップアウトを防止することができる。

＜実施例２＞
続いて、実施例２について説明する。図１１を用いてスリップアウトしないトータルテーブル回転トルクＴ_tの上限値の決定の方法について説明する。ここで、トータルテーブル回転トルクＴ_tは、リテーナリング研磨のみの場合のテーブル回転トルクＴ_rとウエハ研磨のみの場合のテーブル回転トルクＴ_wとの和である（Ｔ_t＝Ｔ_r＋Ｔ_w）。

図１１（Ａ）は、リテーナリング圧Ｐ_RRPと、リテーナリング研磨のみの場合のテーブル回転トルクＴ_rの関係の一例を示すグラフである。図１１（Ａ）の直線Ｌ７に示すように、リテーナリング圧Ｐ_RRPとリテーナリング研磨のみの場合のテーブル回転トルクＴ_rは線形の関係を有する。リテーナリング研磨のみの場合のテーブル回転トルクＴ_rは、次の式（７）で表される。

Ｔ_r＝ａ₃×Ｐ_RRP＋ｂ₃ …（７）

ここで、ａ₃は傾きを表す係数、ｂ₃は切片を表す係数である。これらの係数ａ₃及びｂ₃は、研磨面１０１ａの摩擦係数が変わると変化するので、研磨面１０１ａの摩擦係数が変わり得る場合に取得し直す必要がある。研磨面１０１ａの摩擦係数が変わり得る場合とは、例えばテーブル回転数、研磨パッド１０１、研磨パッド表面状態、スラリー種類、スラリー流量、ウエハ膜種、リテーナリング溝、リテーナリング幅等などに変更がある場合である。

図１１（Ｂ）は、リテーナリング圧Ｐ_RRPと、ウエハ研磨のみの場合において半導体ウエハＷがスリップアウトしないテーブル回転トルクの上限値Ｔ_wSとの関係の一例を示すグラフである。縦軸は、ウエハ研磨のみの場合のテーブル回転トルクＴ_wで、横軸がリテーナリング圧Ｐ_RRPである。図１１（Ｂ）の直線Ｌ８に示すように、リテーナリング圧Ｐ_RRPと、ウエハ研磨のみの場合において半導体ウエハＷがスリップアウトしないテーブル回転トルクの上限値Ｔ_wSとは線形の関係にある。図１１（Ｂ）の直線Ｌ８を上回る領域は、ウエハスリップアウト領域である。ウエハ研磨のみの場合において半導体ウエハＷがスリップアウトしないテーブル回転トルクの上限値Ｔ_wSは、次の式（８）で表される。

Ｔ_wS＝ａ₄×Ｐ_RRP＋ｂ₄ …（８）

ここで、ａ₄は傾きを表す係数、ｂ₄は切片を表す係数である。これらの係数ａ₄及びｂ₄は、研磨面１０１ａの摩擦係数が変わっても不変である。次の式（９）に示すように、ウエハ研磨のみの場合のテーブル回転トルクＴ_wは、ウエハ研磨のみの場合において半導体ウエハＷがスリップアウトしないテーブル回転トルクの上限値Ｔ_wS以下である必要がある。

Ｔ_w≦Ｔ_wS …（９）

ここで、本実施形態では一例としてドレスがないので、Ｔ_t＝Ｔ_w＋Ｔ_rの関係が成り立つ。式（９）の右辺のＴ_wSに式（８）を代入し、式（９）の左辺のＴ_wにＴ_w＝Ｔ_t−Ｔ_rを代入すると、次の式（１０）が得られる。

Ｔ_t−Ｔ_r≦ａ₄×Ｐ_RRP＋ｂ₄ …（１０）

更に、式（１０）の左辺のＴ_rに式（７）を代入すると、次の式（１１）が得られる。

Ｔ_t−（ａ₃×Ｐ_RRP＋ｂ₃）≦ａ₄×Ｐ_RRP＋ｂ₄
Ｔ_t≦（ａ₃＋ａ₄）Ｐ_RRP＋ｂ₃＋ｂ₄＝Ｔ_ts…（１１）

ここで、Ｔ_tsは、半導体ウエハＷがスリップアウトしないテーブル回転トルクの上限値Ｔ_tsである。図１１（Ｃ）は、リテーナリング圧Ｐ_RRPと、半導体ウエハＷがスリップアウトしないテーブル回転トルクの上限値Ｔ_tsの関係の一例を示すグラフである。縦軸はテーブル回転トルクの上限値Ｔ_tsで、横軸はリテーナリング圧Ｐ_RRPである。図１１（Ｃ）の直線Ｌ９を上回る領域は、ウエハスリップアウト領域である。

続いて、式（７）の係数ａ₃と係数ｂ₃の決定方法について図１２を用いて説明する。図１２は、実施例２に係るテスト研磨時の処理の一例を示すフローチャートである。このテスト研磨時に、リテーナリング圧Ｐ_RRPと、リテーナリング研磨のみの場合のテーブル回転トルクＴ_rの関係を取得する。

（ステップＳ４０１）制御部５００は、テーブル回転数、研磨パッド１０１、研磨パッド表面状態、スラリー種類、スラリー流量、ウエハ膜種、リテーナリング溝、リテーナリング幅等に変更があるか否か判定する。ここで何らかの変更がある場合、摩擦係数が変わり得る場合である。

（ステップＳ４０２）ステップＳ４０１において、テーブル回転数、研磨パッド１０１、研磨パッド表面状態、スラリー種類、スラリー流量、ウエハ膜種、リテーナリング溝、リテーナリング幅等に変更がないと判定された場合、制御部５００は、既存のリテーナリング圧Ｐ_RRPと、リテーナリング研磨のみの場合のテーブル回転トルクＴ_rの関係式を使用する。

（ステップＳ４０３）ステップＳ４０１において、テーブル回転数、研磨パッド１０１、研磨パッド表面状態、スラリー種類、スラリー流量、ウエハ膜種、リテーナリング溝、リテーナリング幅等に変更があると判定された場合、制御部５００は、無負荷空回転で所定の速度で研磨テーブル１００が回転するよう制御する。そして、制御部５００は、このときのテーブル回転トルクＴ_rを係数ｂ₃として取得する。

（ステップＳ４０４）次に、制御部５００は、半導体ウエハＷを研磨パッド１０１に接地させずにリテーナリング３を研磨パッド１０１に接地させた状態で、第１リテーナリング圧ｐ３でリテーナリング３を押圧しながら所定の速度で研磨テーブル１００を回転させる。そして、制御部５００は、このときのテーブル回転トルクＴ３を取得する。

（ステップＳ４０５）次に、制御部５００は、半導体ウエハＷを研磨パッド１０１に接地させずにリテーナリング３を研磨パッド１０１に接地させた状態で、第２リテーナリング圧ｐ４でリテーナリング３を押圧しながら所定の速度で研磨テーブル１００を回転させる。そして、制御部５００は、このときのテーブル回転トルクＴ４を取得する。

（ステップＳ４０６）そして、制御部５００は、係数ａ₃（＝（Ｔ４−Ｔ３）／（ｐ４−ｐ３））を算出する。これにより、リテーナリング圧Ｐ_RRPと、半導体ウエハＷがスリップアウトしないテーブル回転トルクの上限値Ｔ_tsの関係式（すなわち式（７））が決定される。そして制御部５００は、係数ａ₃と係数ｂ₃を更新して記憶する。これにより、係数ａ₃と係数ｂ₃が更新されるので、式（１１）が更新される。

続いて、実施例２に係る研磨中の異常検出処理について説明する。図１３は、実施例２に係る研磨中の異常検出処理の一例を示すフローチャートである。まず、制御部５００は、半導体ウエハＷの研磨を開始するよう制御する。このとき、半導体ウエハＷの被研磨面の裏面を押圧部で押圧することで、被研磨面を研磨パッド１０１に押圧する。

（ステップＳ５０１）制御部５００は、研磨中に、被研磨面を研磨中のテーブル回転モータ１０３の回転トルク（テーブル回転トルク）を監視（モニタリング）する。具体的には例えば、制御部５００は、被研磨面を研磨中にテーブル回転モータ１０３に供給する電流の値から、テーブル回転トルクを更新していく。

（ステップＳ５０２）次に制御部５００は、ステップＳ５０１で検出したテーブル回転トルクは、式（１１）にリテーナリング圧設定値を代入することによって得られる、半導体ウエハＷがスリップアウト（ウエハスリップアウト）しないテーブル回転トルクの上限値Ｔ_ts以下であるか否か判定する。すなわち、制御部５００は、ステップＳ５０１で検出したテーブル回転トルクは、リテーナリング圧設定値に対応する、ウエハスリップアウトしないテーブル回転トルクの上限値Ｔ_ts以下であるか否か判定する。

（ステップＳ５０３）ステップＳ５０２においてテーブル回転トルクがウエハスリップアウトしないテーブル回転トルクの上限値Ｔ_ts以下であると判定された場合、制御部５００は、そのままのリテーナリング圧設定値にて研磨を継続する。

（ステップＳ５０４）ステップＳ５０２においてテーブル回転トルクがウエハスリップアウトしないテーブル回転トルクの上限値Ｔ_ts以下でない（すなわちテーブル回転トルクがウエハスリップアウトしないテーブル回転トルクの上限値Ｔ_tsを超える）と判定された場合、制御部５００は、リテーナリング圧設定値を上げるか、または予め決められた異常時処理を実行する。リテーナリング圧設定値を上げるときには、例えば、制御部５００は、リテーナリング圧設定値を現在のリテーナリング圧設定値に対して予め決められた倍率（例えば、１．３倍）になるよう変更してもよい。また異常時処理は、例えば、研磨圧をかけない状態で研磨を強制終了する処理、水で研磨する処理、またはリテーナリング圧を下げずにメンブレンの圧力だけ下げる処理などである。その後、制御部５００は、半導体ウエハＷの研磨を終了する。

以上図１３で例示したことをまとめると、記憶部５３０には、リテーナ部材の押圧力と前記研磨対象物がスリップアウトしない回転トルクの上限値との関係が記憶されている。なお、この関係は、関係式だけに限らず、テーブルなどであってもよい。そして制御部５００は、リテーナ部材の押圧力の設定値を取得し、当該取得したリテーナ部材の押圧力の設定値を、記憶部５３０に記憶されている「リテーナ部材の押圧力と前記研磨対象物がスリップアウトしない回転トルクの上限値との関係」に適用して、研磨対象物がスリップアウトしない回転トルクの上限値を決定し、当該上限値と被研磨面を研磨中のテーブル回転モータ１０３の回転トルクとを比較し、比較結果に応じた処理を実行する。

これにより、制御部５００は、研磨中のテーブル回転モータの回転トルクが当該上限値を超えないようにすることができるので、研磨対象物のスリップアウトを防止することができる。

本実施例では、比較結果に応じた処理は、研磨中のテーブル回転モータ１０３の回転トルクが上限値以下の場合、リテーナ部材の押圧力の設定値にて研磨を継続するよう制御し、研磨中のテーブル回転モータ１０３の回転トルクが上限値を超える場合、リテーナ部材の押圧力を上げるかあるいは予め決められた異常時処理を実行するものである。

これにより、回転トルクが当該上限値を超えない範囲で研磨を継続でき、回転トルクが当該上限値を超える場合には、リテーナ部材の押圧力を上げるか予め決められた異常時処理を実行して、研磨対象物のスリップアウトを防止することができる。

リテーナ部材の押圧力と研磨対象物がスリップアウトしない回転トルクの上限値との関係（図１１（Ｃ）の関係参照）は、リテーナ部材を研磨部材に押し当てず且つ研磨対象物を研磨部材に押し当てた仮想的な場合における、リテーナ部材の押圧力と研磨対象物がスリップアウトしない回転トルクの上限値との関係（図１１（Ｂ）の関係参照）、及びリテーナ部材を研磨部材に押し当て且つ研磨対象物を研磨部材に押し当てない場合における、リテーナ部材の押圧力と回転トルクとの関係（図１１（Ａ）の関係参照）に基づいて決められている。

これにより、リテーナ部材の押圧力と研磨対象物がスリップアウトしない回転トルクの上限値との関係を決定することができる。

また制御部５００は、被研磨面と研磨部材との間の摩擦係数が変わり得るときに（図１２のステップＳ４０１でＹＥＳのとき）、リテーナ部材を研磨部材に押し当て且つ研磨対象物を研磨部材に押し当てない場合における、リテーナ部材の押圧力と回転トルクとの関係（図１１（Ａ）の関係参照）を取得する（図１２のステップＳ４０３〜Ｓ４０６参照）。そして制御部５００は、当該取得した関係を用いて、リテーナ部材の押圧力と研磨対象物がスリップアウトしない回転トルクの上限値との関係（図１１（Ｃ）の関係参照）を更新する。

これにより、被研磨面と研磨部材との間の摩擦係数が変わり得るとき毎に、リテーナ部材の押圧力と研磨対象物がスリップアウトしない回転トルクの上限値との関係が更新される。

なお、制御部５００は、リテーナ部材の押圧力と研磨対象物が「スリップアウトしない」回転トルクの「上限値」との関係を用いたが、これに限らず、リテーナ部材の押圧力と研磨対象物が「スリップアウトする」回転トルクの「下限値」との関係を用いてもよい。その場合、記憶部５３０には、リテーナ部材の押圧力と研磨対象物がスリップアウトする回転トルクの下限値との関係が記憶されている。なお、この関係は、関係式だけに限らず、テーブルなどであってもよい。そして制御部５００は、リテーナ部材の押圧力の設定値を取得し、当該取得したリテーナ部材の押圧力の設定値を、記憶部５３０に記憶されている「リテーナ部材の押圧力と研磨対象物がスリップアウトする回転トルクの下限値との関係」に適用して、研磨対象物がスリップアウトする前記回転トルクの下限値を決定してもよい。そして、制御部５００は、当該下限値と被研磨面を研磨中のテーブル回転モータの回転トルクとを比較し、比較結果に応じた処理を実行してもよい。

これにより、制御部５００は、研磨中のテーブル回転モータの回転トルクが当該下限値を下回るようにすることができるので、研磨対象物のスリップアウトを防止することができる。

なお、各実施形態の制御部５００の各処理を実行するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、当該記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、プロセッサが実行することにより、各実施形態の制御部５００に係る上述した種々の処理を行ってもよい。

以上、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１ トップリング（基板保持装置）
２ トップリング本体
３ リテーナリング
４ 弾性膜（メンブレン）
４ａ 隔壁
５ センター室
６ リプル室
７ アウター室
８ エッジ室
９ リテーナリング圧力室
１０ 研磨装置
１１、１２、１３、１４、１５ 流路
１６ 速度センサ
２１、２２、２３、２４、２６ 流路
２５ ロータリージョイント
３１ 真空源
３２ 弾性膜（メンブレン）
３３ シリンダ
３５ 気水分離槽
Ｖ１−１〜Ｖ１−３、Ｖ２−１〜Ｖ２−３、Ｖ３−１〜Ｖ３−３、Ｖ４−１〜Ｖ４−３、Ｖ５−１〜Ｖ５−３ バルブ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５ 圧力レギュレータ
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５ 圧力センサ
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５ 流量センサ
４０ 膜厚測定部
６０ 研磨液供給ノズル
１００ 研磨テーブル
１０１ 研磨パッド
１０１ａ 研磨面
１０３ テーブル回転モータ
１１０ トップリングヘッド
１１１ トップリングシャフト
１１２ 回転筒
１１３ タイミングプーリ
１１４ トップリング用回転モータ（押圧部回転モータ）
１１５ タイミングベルト
１１６ タイミングプーリ
１１７ トップリングヘッドシャフト
１２４ 上下動機構
１２６ 軸受
１２８ ブリッジ
１２９ 支持台
１３０ 支柱
１３１ 真空源
１３２ ボールねじ
１３２ａ ねじ軸
１３２ｂ ナット
１３８ サーボモータ
５００ 制御部
５０１ 研磨制御装置
５０２ 閉ループ制御装置
５１０ 入力部
５２０ 報知部
５３０ 記憶部

Claims (16)

1. 研磨対象物の被研磨面と研磨部材とを相対的に摺動させて前記被研磨面を研磨する研磨装置であって、
   前記研磨対象物の前記被研磨面の裏面を押圧することにより、前記被研磨面を前記研磨部材に押圧する押圧部と、
   前記押圧部の外側に配置され前記研磨部材を押圧するリテーナ部材と、
   前記研磨対象物のスリップアウトを防止する条件に関わる情報が記憶されている記憶部と、
   前記研磨対象物の前記被研磨面と前記研磨部材との摩擦力に関する情報または前記リテーナ部材の押圧力に関する情報を取得し、当該取得した摩擦力に関する情報または当該取得したリテーナ部材の押圧力に関する情報を用いて、前記スリップアウトを防止する条件に適合させるための制御を行う制御部と、
   を備え、
   前記研磨対象物のスリップアウトを防止する条件に関わる情報は、前記押圧部の押圧力と前記研磨対象物がスリップアウトしない前記リテーナ部材の押圧力の下限値との関係であり、
   前記押圧部の押圧力と前記研磨対象物がスリップアウトしない前記リテーナ部材の押圧
   力の下限値との関係は、前記リテーナ部材を前記研磨部材に押し当てず且つ前記研磨対象物を前記研磨部材に押し当てた仮想的な場合における、前記研磨対象物の前記被研磨面と前記研磨部材との摩擦力に関する情報と前記研磨対象物がスリップアウトしない前記リテーナ部材の押圧力の下限値との関係、及び前記研磨対象物の前記被研磨面と前記研磨部材との摩擦力に関する情報と前記押圧部の押圧力との関係に基づいて決められている
   研磨装置。
2. 前記制御部は、前記スリップアウトを防止する条件に適合するように、研磨中における前記研磨対象物の前記被研磨面と前記研磨部材との摩擦力に関する情報に応じて、前記リテーナ部材の押圧力を制御する
   請求項１に記載の研磨装置。
3. 前記研磨対象物の前記被研磨面と前記研磨部材との摩擦力に関する情報は、研磨中の前記押圧部の押圧力であり、
   前記制御部は、前記被研磨面を研磨中に現在の前記押圧部の押圧力を取得し、当該現在の前記押圧部の押圧力を、前記押圧部の押圧力と前記研磨対象物がスリップアウトしない前記リテーナ部材の押圧力の下限値との関係に適用して、前記研磨対象物がスリップアウトしない前記リテーナ部材の押圧力の下限値を決定し、前記リテーナ部材の押圧力が前記下限値以上になるよう前記リテーナ部材の押圧力を制御する
   請求項１または２に記載の研磨装置。
4. 前記制御部は、前記現在のリテーナ部材の押圧力が前記下限値以上の場合、前記現在の前記リテーナ部材の押圧力を維持し、前記現在のリテーナ部材の押圧力が前記下限値未満の場合、前記リテーナ部材の押圧力を前記下限値に設定する
   請求項３に記載の研磨装置。
5. 前記研磨対象物の前記被研磨面と前記研磨部材との摩擦力に関する情報は、前記押圧部の押圧力の設定値であり、
   前記制御部は、前記押圧部の押圧力の設定値と前記リテーナ部材の押圧力の設定値を取得し、当該押圧部の押圧力の設定値を、前記押圧部の押圧力と前記研磨対象物がスリップアウトしない前記リテーナ部材の押圧力の下限値との関係に適用して、前記研磨対象物がスリップアウトしない前記リテーナ部材の押圧力の下限値を決定し、前記リテーナ部材の押圧力の設定値が前記下限値を下回る場合報知するための制御を行う
   請求項１に記載の研磨装置。
6. 前記制御部は、前記被研磨面と前記研磨部材との間の摩擦係数が変わり得るときに、前記リテーナ部材を前記研磨部材に押し当てず且つ前記研磨対象物を前記研磨部材に押し当てた仮想的な場合における、前記研磨対象物の前記被研磨面と前記研磨部材との摩擦力に関する情報と前記押圧部の押圧力との関係を取得し、前記取得した関係を用いて前記押圧部の押圧力と前記研磨対象物がスリップアウトしない前記リテーナ部材の押圧力の下限値との関係を更新する
   請求項１から５のいずれか一項に記載の研磨装置。
7. 前記研磨部材を表面に保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回転モータと、
   前記押圧部を回転させる押圧部回転モータと、
   を更に備え、
   前記研磨対象物の前記被研磨面と前記研磨部材との摩擦力に関する情報と前記押圧部の押圧力との関係における前記摩擦力に関する情報は、前記被研磨面と前記研磨部材との間の摩擦力、前記研磨テーブルの回転トルクあるいは前記テーブル回転モータの電流値、または、前記押圧部の回転トルクあるいは前記押圧部回転モータの電流値である
   請求項６に記載の研磨装置。
8. 研磨対象物の被研磨面と研磨部材とを相対的に摺動させて前記被研磨面を研磨する研磨装置であって、
   前記研磨対象物の前記被研磨面の裏面を押圧することにより、前記被研磨面を前記研磨部材に押圧する押圧部と、
   前記押圧部の外側に配置され前記研磨部材を押圧するリテーナ部材と、
   前記研磨対象物のスリップアウトを防止する条件に関わる情報が記憶されている記憶部と、
   前記研磨部材を表面に保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回転モータと、
   を備え、
   前記研磨対象物のスリップアウトを防止する条件に関わる情報は、前記リテーナ部材の押圧力と前記研磨対象物がスリップアウトしない回転トルクの上限値との関係であり、
   前記リテーナ部材の押圧力の設定値を取得し、当該取得した前記リテーナ部材の押圧力の設定値を前記リテーナ部材の押圧力と前記研磨対象物がスリップアウトしない回転トルクの上限値との関係に適用して、前記研磨対象物がスリップアウトしない前記回転トルクの上限値を決定し、当該上限値と前記被研磨面を研磨中の前記テーブル回転モータの回転トルクとを比較し、比較結果に応じた処理を実行する制御部を備える
   研磨装置。
9. 前記比較結果に応じた処理は、前記研磨中の前記テーブル回転モータの回転トルクが前記上限値以下の場合、前記リテーナ部材の押圧力の設定値にて研磨を継続するよう制御し、前記研磨中の前記テーブル回転モータの回転トルクが前記上限値を超える場合、前記リテーナ部材の押圧力を上げるかあるいは予め決められた異常時処理を実行するものである
   請求項８に記載の研磨装置。
10. 前記リテーナ部材の押圧力と前記研磨対象物がスリップアウトしない前記回転トルクの上限値との関係は、前記リテーナ部材を前記研磨部材に押し当てず且つ前記研磨対象物を前記研磨部材に押し当てた仮想的な場合における、前記リテーナ部材の押圧力と前記研磨対象物がスリップアウトしない前記回転トルクの上限値との関係、及び前記リテーナ部材を前記研磨部材に押し当て且つ前記研磨対象物を前記研磨部材に押し当てない場合におけ
    る、前記リテーナ部材の押圧力と前記回転トルクとの関係に基づいて決められている
    請求項８または９に記載の研磨装置。
11. 前記制御部は、前記被研磨面と前記研磨部材との間の摩擦係数が変わり得るときに、前記リテーナ部材を前記研磨部材に押し当て且つ前記研磨対象物を前記研磨部材に押し当てない場合における、前記リテーナ部材の押圧力と前記回転トルクとの関係を取得し、当該取得した関係を用いて、前記リテーナ部材の押圧力と前記研磨対象物がスリップアウトしない前記回転トルクの上限値との関係を更新する
    請求項１０に記載の研磨装置。
12. 研磨対象物の被研磨面と研磨部材とを相対的に摺動させて前記被研磨面を研磨する研磨装置であって、
    前記研磨対象物の前記被研磨面の裏面を押圧することにより、前記被研磨面を前記研磨部材に押圧する押圧部と、
    前記押圧部の外側に配置され前記研磨部材を押圧するリテーナ部材と、
    前記研磨対象物のスリップアウトを防止する条件に関わる情報が記憶されている記憶部と、
    前記研磨部材を表面に保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回転モータと、
    を備え、
    前記研磨対象物のスリップアウトを防止する条件に関わる情報は、前記リテーナ部材の押圧力と前記研磨対象物がスリップアウトする回転トルクの下限値との関係であり、
    前記リテーナ部材の押圧力の設定値を取得し、当該取得した前記リテーナ部材の押圧力の設定値を前記リテーナ部材の押圧力と前記研磨対象物がスリップアウトする回転トルクの下限値との関係に適用して、前記研磨対象物がスリップアウトする前記回転トルクの下限値を決定し、当該下限値と前記被研磨面を研磨中の前記テーブル回転モータの回転トルクとを比較し、比較結果に応じた処理を実行する制御部を備える
    研磨装置。
13. 研磨対象物の被研磨面と研磨部材とを相対的に摺動させて前記被研磨面を研磨する研磨装置であって、
    前記研磨対象物の前記被研磨面の裏面を押圧することにより、前記被研磨面を前記研磨部材に押圧する押圧部と、
    前記押圧部の外側に配置され前記研磨部材を押圧するリテーナ部材と、
    前記研磨対象物のスリップアウトを防止する条件に関わる情報が記憶されている記憶部と、
    前記リテーナ部材の押圧力に関する情報を取得し、当該取得したリテーナ部材の押圧力に関する情報を用いて、前記スリップアウトを防止する条件に適合させるための制御を行う制御部と、
    前記研磨部材を表面に保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回転モータと、
    を備え、
    前記スリップアウトを防止する条件は、前記リテーナ部材の押圧力が、前記リテーナ部材を前記研磨部材に押し当てず且つ前記研磨対象物を前記研磨部材に押し当てた仮想的な
    場合における前記テーブル回転モータの回転トルクに対応する閾値押圧力以上または当該閾値押圧力を超えるという条件である
    研磨装置。
14. 前記スリップアウトを防止する条件は、前記リテーナ部材の押圧力が、前記リテーナ部材を前記研磨部材に押し当てず且つ前記研磨対象物を前記研磨部材に押し当てた仮想的な場合における前記テーブル回転モータの回転トルクを変数とする一次関数の値以上であるという条件である
    請求項１３に記載の研磨装置。
15. 研磨対象物の被研磨面と研磨部材とを相対的に摺動させて前記被研磨面を研磨し、前記研磨対象物の前記被研磨面の裏面を押圧することにより前記被研磨面を前記研磨部材に押圧する押圧部と、前記押圧部の外側に配置され前記研磨部材を押圧するリテーナ部材とを備える研磨装置に対して、前記研磨対象物のスリップアウトを防止する条件に関わる情報が記憶されている記憶部を参照して制御を行う制御方法であって、
    前記研磨対象物の前記被研磨面と前記研磨部材との摩擦力に関する情報または前記リテーナ部材の押圧力に関する情報を取得するステップと、
    当該取得した摩擦力に関する情報または当該取得したリテーナ部材の押圧力に関する情報を用いて、前記スリップアウトを防止する条件に適合させるための制御を行うステップと、
    を有し、
    前記研磨対象物のスリップアウトを防止する条件に関わる情報は、前記研磨対象物の被研磨面を前記研磨部材に押圧する押圧部の押圧力と前記研磨対象物がスリップアウトしない前記リテーナ部材の押圧力の下限値との関係であり、
    前記押圧部の押圧力と前記研磨対象物がスリップアウトしない前記リテーナ部材の押圧
    力の下限値との関係は、前記リテーナ部材を前記研磨部材に押し当てず且つ前記研磨対象物を前記研磨部材に押し当てた仮想的な場合における、前記研磨対象物の前記被研磨面と前記研磨部材との摩擦力に関する情報と前記研磨対象物がスリップアウトしない前記リテーナ部材の押圧力の下限値との関係、及び前記研磨対象物の前記被研磨面と前記研磨部材との摩擦力に関する情報と前記押圧部の押圧力との関係に基づいて決められている
    制御方法。
16. 研磨対象物の被研磨面と研磨部材とを相対的に摺動させて前記被研磨面を研磨し、前記研磨対象物の前記被研磨面の裏面を押圧することにより前記被研磨面を前記研磨部材に押圧する押圧部と、前記押圧部の外側に配置され前記研磨部材を押圧するリテーナ部材とを備える研磨装置に対して、前記研磨対象物のスリップアウトを防止する条件に関わる情報が記憶されている記憶部を参照して制御を行うためのプログラムであって、
    前記研磨対象物の前記被研磨面と前記研磨部材との摩擦力に関する情報または前記リテーナ部材の押圧力に関する情報を取得するステップと、
    当該取得した摩擦力に関する情報または当該取得したリテーナ部材の押圧力に関する情報を用いて、前記スリップアウトを防止する条件に適合させるための制御を行うステップと、
    をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
    前記研磨対象物のスリップアウトを防止する条件に関わる情報は、前記研磨対象物の被研磨面を前記研磨部材に押圧する押圧部の押圧力と前記研磨対象物がスリップアウトしない前記リテーナ部材の押圧力の下限値との関係であり、
    前記押圧部の押圧力と前記研磨対象物がスリップアウトしない前記リテーナ部材の押圧
    力の下限値との関係は、前記リテーナ部材を前記研磨部材に押し当てず且つ前記研磨対象物を前記研磨部材に押し当てた仮想的な場合における、前記研磨対象物の前記被研磨面と前記研磨部材との摩擦力に関する情報と前記研磨対象物がスリップアウトしない前記リテーナ部材の押圧力の下限値との関係、及び前記研磨対象物の前記被研磨面と前記研磨部材との摩擦力に関する情報と前記押圧部の押圧力との関係に基づいて決められているプログラム。