TWI872241B - 墊溫度調整裝置、墊溫度調整方法、及研磨裝置 - Google Patents

Abstract

提供一種墊溫度調整裝置，能夠提高研磨墊的表面溫度的控制響應性， 並且能夠不在基板產生劃痕等缺陷和污染地調整該研磨墊的表面溫度。墊溫度調整裝置(5)具備：熱交換器(11)，該熱交換器配置於研磨墊(3)的上方，並且被維持在規定的溫度；墊溫度測定器(39)，該墊溫度測定器對研磨墊(3)的表面溫度進行測定；距離感測器(14)，該距離感測器對研磨墊(3)與熱交換器(11)之間的間隔距離進行測定；上下移動機構(71)，該上下移動機構使熱交換器(11)相對於研磨墊(3)進行上下移動；以及控制裝置(40)，該控制裝置基於墊溫度測定器(39)的測定值來控制上下移動機構(71)的動作。

Description

墊溫度調整裝置、墊溫度調整方法、及研磨裝置

本發明關於一種對使用於晶片等基板的研磨的研磨墊的表面溫度進行調整的墊溫度調整裝置及墊溫度調整方法。另外，本發明關於一種組入有墊溫度調整裝置的研磨裝置。

已知一種研磨裝置，將晶片等基板保持在研磨頭並使該基板旋轉，進一步將基板按壓在旋轉的研磨臺上的研磨墊，從而對基板的表面進行研磨。在基板的研磨過程中，向研磨墊供給研磨液(例如，漿料)，通過研磨液的化學性作用與包含在研磨液中的磨粒的機械性作用使基板的表面平坦化。

基板的研磨速率不僅取決於基板對研磨墊的研磨負荷，還取決於研磨墊的表面溫度。這是因為研磨液對基板的化學作用取決於溫度。因此，在半導體器件的製造中，為了提高基板的研磨速率並進一步保持恒定，將基板研磨過程中的研磨墊的表面溫度保持為最佳值是重要的。

對此，以往已經使用對研磨墊的表面溫度進行調整的墊溫度調整裝置(例如，參照專利文獻1、專利文獻2)。一般而言，墊溫度調整裝置具備：熱交換器，能夠與研磨墊的表面(研磨面)接觸；液體供給系統，向熱交換器供 給被溫度調整了的加熱液和冷卻液；墊溫度測定器，對研磨墊的表面溫度進行測定；以及控制裝置，基於墊溫度測定器的測定值來控制液體供給系統。控制裝置使研磨墊的表面溫度達到規定的目標溫度，隨後，基於由墊溫度測定器測定出的墊表面溫度來控制加熱液和冷卻液的流量，以維持在該目標溫度。

先前技術文獻

[專利文獻]

專利文獻1：日本特開2017-148933號公報

專利文獻2：日本特開2018-027582號公報

然而，由於墊溫度調整裝置的熱交換器在基板的研磨過程中必然與研磨液接觸，因此在熱交換器附著有包含在研磨液的磨粒和研磨墊的磨料粉等的污垢。當污垢在基板的研磨過程中從熱交換器掉落時，基板會被污染，並且會在基板產生劃痕等缺陷。

而且，以往的墊溫度調整裝置的控制方法同時控制相反的兩個參數，即，加熱液的流量和冷卻液的流量，因此是較為複雜的控制方法。因此，希望更為簡單地控制研磨墊的表面溫度，從而提高該研磨墊的表面溫度的控制回應性。

因此，本發明的目的在於提供一種使研磨墊的表面溫度的控制回應性提高，並且能夠不在基板產生劃痕等缺陷和污染就調整該研磨墊的表面溫 度的墊溫度調整裝置和墊溫度調整方法。而且，本發明的目的在於提供一種裝置有該墊溫度調整裝置的研磨裝置。

在一實施方式中，提供一種墊溫度調整裝置，將研磨墊的表面溫度調整為規定的目標溫度，該墊溫度調整裝置具備：熱交換器，配置於所述研磨墊的上方，並且被維持在規定的溫度；墊溫度測定器，對所述研磨墊的表面溫度進行測定；至少一個距離感測器，對所述研磨墊與所述熱交換器之間的間隔距離進行測定；上下移動機構，使所述熱交換器相對於所述研磨墊進行上下移動；以及控制裝置，基於所述墊溫度測定器的測定值來控制所述上下移動機構的動作。

在一實施方式中，所述熱交換器包括形成於該熱交換器的內部的加熱流路，被維持在規定的溫度的加熱液以規定的流量被供給至所述加熱流路。

在一實施方式中，進一步具備冷卻機構，對所述研磨墊的表面進行冷卻，當在所述上下移動機構達到所述熱交換器的移動上限後，所述目標溫度比所述墊溫度測定器的測定值低時，所述控制裝置使所述冷卻機構工作。

在一實施方式中，所述冷卻機構形成於所述熱交換器的內部，並且包括被供給冷卻流體的冷卻流路，所述控制裝置基於所述墊溫度測定器的測定值來控制所述冷卻流體的流量。

在一實施方式中，所述控制裝置具備：存儲部，儲存有通過使用了訓練資料的機器學習而構建的學習完成模型，該訓練資料至少包括所述熱交換器與所述研磨墊之間的距離和與該距離對應的所述研磨墊的表面的溫度的組合；以及處理裝置，將至少包括所述目標溫度和所述墊溫度測定器的測定值的溫度控制參數輸入所述學習完成模型，並且執行用於輸出所述上下移動機構的操作量的運算。

在一實施方式中，提供一種墊溫度調整方法，將研磨墊的表面溫度調整至規定的目標溫度，對研磨墊的表面溫度進行測定，使配置在所述研磨墊的上方且被維持在規定的溫度的熱交換器根據所述研磨墊的表面溫度而相對於所述研磨墊進行上下移動，從而將所述研磨墊的表面溫度調整至所述目標溫度。

在一實施方式中，為了將所述熱交換器維持在所述規定的溫度，以規定的流量向形成於所述熱交換器的內部的加熱流路供給被維持在規定的溫度的加熱液。

在一實施方式中，當在所述熱交換器到達移動上限後，所述目標溫度比對所述研磨墊的表面溫度進行測定的墊溫度測定器的測定值低時，使用冷卻機構來冷卻所述研磨墊的表面。

在一實施方式中，冷卻所述研磨墊的表面的工序是基於所述墊溫度測定器的測定值來控制在形成於所述熱交換器的內部的冷卻流路流動的冷卻流體的流量的工序。

在一實施方式中，通過使用了訓練資料的機器學習來構建學習完成模型，該訓練資料至少包括所述熱交換器與所述研磨墊之間的距離和與該距離對應的所述研磨墊的表面的溫度的組合，將至少包括所述目標溫度和所述墊溫度測定器的測定值的溫度控制參數輸入所述學習完成模型，並且使該學習完成模型輸出所述上下移動機構的操作量。

在一實施方式中，提供一種研磨裝置，具備：研磨台，對研磨墊進行支承；研磨頭，將基板按壓於所述研磨墊；墊溫度測定器，對所述研磨墊的表面溫度進行測定；以及上述墊溫度調整裝置。

根據本發明，熱交換器配置於研磨墊的上方，包含在研磨液的磨粒和研磨墊的磨料粉等污垢不附著於熱交換器。其結果是，防止在基板產生劃痕 等缺陷和污染。而且，控制裝置僅控制熱交換器相對於研磨墊的距離，以使研磨墊的表面溫度與目標溫度一致。因此，能夠以簡單的控制來提高研磨墊的表面溫度的控制回應性。

1:研磨頭

2:研磨台

3:研磨墊

4:研磨液供給噴嘴

5:墊溫度調整裝置

11:熱交換器

14:距離感測器

17:氣體噴射噴嘴(冷卻機構)

18:加熱器

19:加熱燈

20:修整器

23:冷卻風扇(冷卻機構)

30:加熱液供給機構

31:加熱液供給箱

32:加熱液供給管

33:加熱液返回管

39:墊溫度測定器

40:控制裝置

40a:存儲裝置

40b:處理裝置

41:第一開閉閥

42:第一流量控制閥

48:加熱源

50:冷卻液供給機構

51:冷卻液供給管

52:冷卻液排出管

55:第二開閉閥

56:第二流量控制閥

61:加熱流路

61a:加熱流路的入口

62:冷卻流路

62a:冷卻流路的入口

64:圓弧流路

65:傾斜流路

71:上下移動機構

73:支承部件

74:致動器

152:修整器裝置

155:修整器軸

157:修整器臂

158:修整器迴旋軸

173:墊高度測定器

175:墊高度感測器

176:感測器目標物

300:機器學習器

301:狀態觀測部

302:資料獲取部

303:學習部

310:判定部

350:輸入層

351:隱藏層(中間層)

352:輸出層

W:晶片(基板)

圖1是表示一實施方式的研磨裝置的示意圖。

圖2是表示一實施方式的熱交換器的水平剖視圖。

圖3是表示通過熱交換器來調整墊表面溫度的情況的示意圖。

圖4是表示熱交換器與研磨墊之間的距離和墊表面溫度之間的關係的一實施例的圖表。

圖5是表示使冷卻液供給系統工作而調整墊表面溫度的情況的示意圖。

圖6是表示通過其他實施方式的熱交換器來調整墊表面溫度的情況的示意圖。

圖7是進一步表示由其他的實施方式的熱交換器來調整墊表面溫度的情況的示意圖。

圖8是表示執行機器學習的控制裝置的一實施例的示意圖，該機器學習構建對上下移動機構的適當的操作量進行預測的學習完成模型。

圖9是表示神經網路的結構的一實施例的示意圖。

圖10的(a)和圖10的(b)是用於說明作為遞迴神經網路的一實施例的簡單遞迴型網路的展開圖。

圖11是表示具有用於獲取研磨墊的輪廓的墊高度測定器的研磨裝置的一實施例的示意圖。

[以下，參照附圖對本發明的實施方式進行說明。]

圖1是表示一實施方式的研磨裝置的示意圖。如圖1所示，研磨裝置具備：研磨頭1，該研磨頭1對基板的一實施例的晶片W進行保持並使晶片W旋轉；研磨台2，該研磨台2對研磨墊3進行支承；研磨液供給噴嘴4，該研磨液供給噴嘴4向研磨墊3的表面供給研磨液(例如，漿料)；以及墊溫度調整裝置5，該墊溫度調整裝置5對研磨墊3的表面溫度進行調整。研磨墊3的表面(上表面)構成對晶片W進行研磨的研磨面。

研磨頭1能夠在鉛直方向上移動，並且能夠以研磨頭1的軸心作為中心而在箭頭所示的方向上進行旋轉。晶片W通過真空吸附等而被保持在研磨頭1的下表面。在研磨台2連接有電機(未圖示)，並且能夠在箭頭所示的方向上進行旋轉。如圖1所示，研磨頭1和研磨台2在相同的方向上旋轉。研磨墊3黏貼在研磨台2的上表面。

圖1所示的研磨裝置進一步具備對研磨台2上的研磨墊3進行修整的修整器20。修整器20構成為在研磨墊3的表面上在研磨墊3的半徑方向上擺動。修整器20的下表面構成由金剛石粒子等大量磨粒構成的修整面。修整器20在研磨墊3的研磨面上擺動並旋轉，通過輕微磨削研磨墊3而對研磨墊3的表面進行修整。

晶片W的研磨如以下方式進行。被研磨的晶片W通過研磨頭1而被保持，並且進一步通過研磨頭1進行旋轉。另一方面，研磨墊3與研磨台2一同旋轉。在該狀態下，從研磨液供給噴嘴4向研磨墊3的表面供給研磨液，並且晶片W的表面通過研磨頭1而被按壓至研磨墊3的表面(即，研磨面)。晶片W的表面通過在研磨液的存在下與研磨墊3滑動接觸而被研磨。晶片W的表面通過研磨液的化學性作用和包含在研磨液中的磨粒的機械性作用而被平坦化。

墊溫度調整裝置5具備：熱交換器11，該熱交換器11配置於研磨墊3的上方；墊溫度測定器39，該墊溫度測定器39對研磨墊3的表面溫度(以下，有稱為墊表面溫度的情況)進行測定；加熱液供給系統30，該加熱液供給系統30以規定的流量向熱交換器11供給被調整為規定的溫度的加熱液；上下移動機構71，該上下移動機構71使熱交換器11相對於研磨墊3進行上下移動；以及控制裝置40，該控制裝置40基於墊溫度測定器39的測定值來控制上下移動機構71的動作。在本實施方式中，控制裝置40構成為對包括墊溫度調整裝置5在內的研磨裝置整體的動作進行控制。

圖1所示的加熱液控制系統30具備：加熱液供給箱31，該加熱液供給箱31作為儲存被調整至規定的溫度的加熱液的加熱液供給源；以及加熱液供給管32和加熱液返回管33，該加熱液供給管32和加熱液返回管33將加熱液供給箱31與熱交換器11連接。加熱液供給管32和加熱液返回管33的一側的端部與加熱液供給箱31連接，另一側的端部與熱交換器11連接。

被溫度調整了的加熱液從加熱液供給箱31通過加熱液供給管32而向熱交換器11供給，並且在熱交換器11內流動，然後從熱交換器11通過加熱液返回管33而返回至加熱液供給箱31。這樣，加熱液在加熱液供給箱31與熱交換器11之間迴圈。在本實施方式中，在加熱液供給箱31配置有加熱源(例如，加熱器)48。通過該加熱源48，被貯存在加熱液供給箱31的加熱液被加熱至規定的溫度(設定溫度)。

在加熱液供給管32安裝有第一開閉閥(加熱液供給閥)41和第一流量控制閥(加熱液流量控制閥)42。第一流量控制閥42配置於熱交換器11與第一開閉閥41之間。第一開閉閥41是不具有流量調整功能的閥，與之相對，第一流量控制閥42是具有流量調整功能的閥。第一流量控制閥42與控制裝置40連接，並且將向熱交換器11供給的加熱液的流量調整至規定的流量(設定流量)。

使用溫水作為向熱交換器11供給的加熱液。溫水由加熱液供給箱31的加熱源48加熱至例如大約80℃的設定溫度。在將加熱液的溫度設定為更高溫的情況下，也可以使用矽油作為加熱液。在使用矽油作為加熱液的情況下，矽油由加熱液供給箱31的加熱源48加熱至100℃以上(例如，大約120℃)的設定溫度。

這樣，由於被調整至規定的溫度且以規定的流量流動的加熱液向熱交換器11供給，因此熱交換器11的溫度被維持在恒定的溫度。該熱交換器11配置於研磨墊3的上方，研磨墊3的表面通過來自熱交換器11的輻射熱而被加熱。

雖然在後文將進行詳細描述，但是如圖1所示，墊溫度調整裝置5也可以具備向熱交換器11供給冷卻液的冷卻液供給系統50。冷卻液供給系統50作為對研磨墊3的表面進行冷卻的冷卻機構而發揮功能。在以下的說明中，雖然對包括冷卻液供給系統50在內的墊溫度調整裝置5的實施方式進行說明，但是墊溫度調整裝置5也可以省略冷卻液供給系統50。

冷卻液供給系統50具備與熱交換器11連接的冷卻液供給管51和冷卻液排出管52。冷卻液供給管51與冷卻液供給源(例如，冷水供給源)連接，該冷卻液供給源設置在設有研磨裝置的工廠。冷卻液通過冷卻液供給管51向熱交換器11供給，並且在熱交換器11內流動，然後從熱交換器11通過冷卻液排出管52而排出。在一實施方式中，也可以使流過熱交換器11內的冷卻液通過冷卻液排出管52而返回至冷卻液供給源。

在冷卻液供給管51安裝有第二開閉閥(冷卻液供給閥)55和第二流量控制閥(冷卻液流量控制閥)56。第二流量控制閥56配置於熱交換器11與第二開閉閥55之間。第二開閉閥55是不具有流量調整功能的閥，與之相對，第二流量控制閥56是具有流量調整功能的閥。控制裝置40與第二流量控制閥56連接，並且能夠調整向熱交換器11供給的冷卻液的流量。

使用冷水或者矽油作為向熱交換器11供給的冷卻液。在使用矽油作為冷卻液的情況下，通過使作為冷卻液供給源的冷機與冷卻液供給管51連接，並且將矽油冷卻至0℃以下，能夠迅速地冷卻研磨墊3。能夠使用純水作為冷水。為了冷卻純水而生成冷水也可以使用冷機作為冷卻液供給源。在該情況下，也可以使流過熱交換器11內的冷水通過冷卻液排出管52而返回至冷機。

加熱液供給系統30的加熱液供給管32和冷卻液供給系統50的冷卻液供給管51是完全獨立的配管。因此，加熱液和冷卻液能夠不混合地同時向熱交換器11供給。加熱液返回管33和冷卻液排出管52也是完全獨立的配管。因此，加熱液不與冷卻液混合地返回至加熱液供給箱31，冷卻液不與加熱液混合地排出，或者返回至冷卻液供給源。

圖2是表示一實施方式的熱交換器11的水平剖視圖。圖2所示的熱交換器11具有形成於熱交換器11的內部的加熱流路61和冷卻流路62。加熱流路61和冷卻流路62彼此相鄰(彼此並排)地延伸，並且呈螺旋狀延伸。加熱流路61和冷卻流路62完全分離，在熱交換器11內加熱液和冷卻液不會混合。

加熱液供給管32與加熱流路61的入口61a連接，加熱液返回管33與加熱流路61的出口61b連接。冷卻液供給管51與冷卻流路62的入口62a連接，冷卻液排出管52與冷卻流路62的出口62b連接。加熱流路61和冷卻流路62各自基本上由曲率恒定的多個圓弧流路64和將這些圓弧流路64連接的多個傾斜流路65構成。相鄰的兩個圓弧流路64由各傾斜流路65連接。根據這樣的結構，能夠將加熱流路61和冷卻流路62各自的最外周部配置於墊接觸部件11的最外周部。即，由墊接觸部件11的下表面構成的墊接觸面的大致整體位於加熱流路61和冷卻流路62的下方，加熱液和冷卻液能夠對研磨墊3的表面迅速地加熱和冷卻。

返回至圖1，墊溫度調整裝置5的墊溫度測定器39配置於研磨墊3的表面的上方，以非接觸的方式來測定研磨墊3的表面溫度。墊溫度測定器39與控制裝置40連接，並且向控制裝置40發送其測定值。

墊溫度測定器39可以是測定研磨墊3的表面溫度的紅外線放射溫度計或者熱電偶溫度計，也可以是獲取沿著研磨墊3的徑向的研磨墊3的溫度分佈(溫度輪廓)的溫度分佈測定器。列舉熱成像儀、熱電堆以及紅外攝像裝置作為溫度分佈測定器的例子。在墊溫度測定器39為溫度分佈測定器的情況下，墊溫度測定器39構成為測定包括研磨墊3的中心和外周緣在內的區域，即測定沿著該研磨墊3的半徑方向延伸的區域的研磨墊3的表面溫度的分佈。在本說明書中，溫度分佈(溫度輪廓)表示墊表面溫度與晶片W上的半徑方向的位置的關係。

墊溫度調整裝置5的上下移動機構71是在熱交換器11不與研磨墊3的表面接觸的範圍內，使熱交換器11相對於研磨墊3在上下方向上移動的裝置。上下移動機構71至少具備致動器74，該致動器74能夠使熱交換器11在上下方向上移動。

圖1所示的上下移動機構71具備與熱交換器11連接的支承部件73和經由支承部件73使熱交換器11上下移動的致動器74。致動器74的結構只要能夠使熱交換器11在上下方向上移動則可以是任意的。例如，致動器74可以是具備活塞的活塞缸裝置，該活塞使熱交換器11經由支承部件73而上下移動，或者該致動器74也可以是使熱交換器11經由支承部件73而上下移動的電機(例如，伺服電機、步進電機)。在一實施方式中，致動器74也可以是利用壓電元件的壓電效應來使熱交換器11經由支承部件73而上下移動的壓電致動器。

上下移動機構71與控制裝置40連接。控制裝置40基於墊溫度測定器39的測定值來控制上下移動機構71的動作(即，致動器74的操作量)，由此，控制熱交換器11相對於研磨墊3的上下方向的位置。如上所述，熱交換器11被加 熱至規定的溫度，並且被維持在該規定的溫度。因此，當使熱交換器11接近研磨墊3時，能夠使墊表面溫度上升。當使熱交換器11從研磨墊3離開時，墊表面溫度降低。

圖3是表示由熱交換器11調整墊表面溫度的情況的示意圖。圖4是表示熱交換器11與研磨墊3之間的距離和墊表面溫度之間的關係的一實施例的圖表。在以下的說明中，有將熱交換器11與研磨墊3之間的距離稱為“間隔距離”的情況。在圖4中，縱軸表示研磨墊3的表面的溫度(即，墊表面溫度)，橫軸表示間隔距離。圖4所示的圖表表示在使被維持在規定的溫度的熱交換器11相對於研磨墊3移動時變化的墊表面溫度的一實施例。

控制裝置40預先存儲間隔距離與墊表面溫度之間的關係。例如，控制裝置40預先存儲圖4所示的圖表或者通過該圖示得到的間隔距離與墊表面溫度之間的關係式。在一實施方式中，控制裝置40也可以預先存儲通過圖4所示的圖表得到的間隔距離與墊表面溫度的資料表。圖4所示的圖表可以通過實驗得到，也可以通過模擬得到。

墊溫度調整裝置5具有至少一個距離感測器14，該距離感測器14能夠測定熱交換器11與研磨墊3的表面之間的距離。在圖1及圖3所示的實施方式中，距離感測器14安裝於熱交換器11的外表面。距離感測器14也與控制裝置40連接，並且將其測定值發送至控制裝置40。

如上所述，控制裝置40使用上下移動機構71來控制熱交換器11相對於研磨墊3的上下方向的位置，以使墊溫度測定器39的測定值與規定的目標溫度一致。以下，進一步詳細說明由墊溫度調整裝置5進行的墊表面溫度的調整方法。

首先，控制裝置40使熱交換器11移動至到達熱交換器11與研磨墊3之間的距離與規定的目標溫度T1對應的間隔距離X1(參照圖4)。具體而言，控 制裝置40基於距離感測器14的測定值來算出熱交換器11與研磨墊3之間的距離到達間隔距離為止的移動量，從而決定與得到的移動量對應的上下移動機構71的致動器74的操作量。控制裝置40基於致動器74的操作量向致動器74發送指令而使熱交換器11移動。

接著，如果墊溫度測定器39的測定值比規定的目標溫度T1高(或低)，控制裝置40向上下移動機構71的致動器74發送指令，以使間隔距離X變大(或小)。在該情況下，基於目標溫度T1與墊溫度測定器39的測定值的差量來決定熱交換器11的移動量。具體而言，控制裝置40算出目標溫度T1與墊溫度測定器39的測定值的差量，並且通過圖4所示的圖表或者由該圖表得到的間隔距離與墊表面溫度之間的關係式(或者資料表)來決定使該差量為0的熱交換器11的移動量。控制裝置40在每次變更熱交換器11相對於研磨墊3的距離時，存儲間隔距離X和與該間隔距離X對應的墊表面溫度(即，墊溫度測定器39的測定值)的組合。

這樣，為了將墊表面溫度調整為目標溫度，控制裝置40變更被維持在規定的溫度的熱交換器11相對於研磨墊3的間隔距離X。熱交換器11始終位於研磨墊3的上方，控制裝置40不使熱交換器11與研磨墊3接觸。因此，由於包含在研磨液的磨粒和研磨墊3的磨料粉等污垢不會附著於熱交換器11，因此防止在晶片(基板)W產生劃痕等缺陷和污染。而且，為了將研磨墊3的表面溫度調整為目標溫度，控制裝置40僅控制熱交換器11相對於研磨墊3的距離。因此，能夠以簡單的控制來提高研磨墊3的表面溫度的控制回應性。

上下移動機構71必然具有熱交換器11的移動量的上限和下限。熱交換器11的移動量的下限(參照圖4的間隔距離Xl)是能夠使熱交換器11接近研磨墊3的表面的界限值，該下限是預先被決定的。控制裝置40預先存儲與熱交換器11的移動量的下限對應的致動器74的操作量，並且構成為不向致動器74發送超過該操作量的指令。

熱交換器11的移動量的上限(參照圖4的間隔距離Xh)例如是上下移動機構71的物理性或者機械性的動作界限值。在熱交換器11的正上方存在研磨裝置的其他結構要素的情況下，熱交換器11的移動量的上限被預先設定為熱交換器11不與其他的結構要素接觸。這樣，使熱交換器11從研磨墊3的表面遠離存在界限。因此，如圖4所示，當規定的目標溫度被設定為熱交換器11與上下移動機構71的移動上限(即，圖4所示的間隔距離Xh)對應的墊表面溫度Tc以下的目標溫度T2時，通過被維持在規定的溫度的熱交換器11，不能將研磨墊3的表面的溫度降低至目標溫度T2。

在該情況下，控制裝置40使上述的冷卻液供給系統(冷卻機構)50工作。圖5是表示使冷卻液供給系統50工作而調整墊表面溫度的情況的示意圖。如圖5所示，通過冷卻液供系統50(參照圖1)向熱交換器11供給冷卻液。在該情況下，雖然被調整至規定的溫度的加熱液以規定的流量向熱交換器11持續地供給，但是通過由冷卻液供給系統50供給的冷卻液，熱交換器11的溫度降低。其結果是，能夠使研磨墊3的表面的溫度降低至墊表面溫度Tc以下的目標溫度T2。

控制裝置40基於墊溫度測定器39的測定值來調整向熱交換器11供給的冷卻液的流量。更具體而言，控制裝置40控制第二流量控制閥56(參照圖1)的開度來調整向熱交換器11供給的冷卻液的流量，以使墊溫度測定器39的測定值與目標溫度T2一致。

在規定的目標溫度被設定為與上下移動機構71的移動上限對應的墊表面溫度Tc以下的目標溫度T2的情況下，控制裝置40不控制上下移動機構71的操作量(即，熱交換器11的上下方向的位置)，而控制冷卻液的流量。在該情況下，控制裝置40為了將墊表面溫度調整為規定的目標溫度所控制的參數也僅是冷卻液的流量。因此，能夠以簡單的控制來提高研磨墊3的表面溫度的控制回應性。

而且，冷卻液僅在規定的目標溫度被設定為與上下移動機構71的移動上限對應的墊表面溫度Tc以下的溫度的情況下被使用。因此，本實施方式的墊溫度調整裝置5與始終將冷卻液向熱交換器供給的以往的墊溫度調整裝置相比，能夠減少冷卻液的使用量。其結果是，由於用於製造冷卻液的成本降低，因此能夠降低墊溫度調整裝置5的運行成本。

圖6是表示通過其他實施方式的熱交換器11來調整墊表面溫度的情況的示意圖。並未特意說明的實施方式的結構與上述的實施方式相同，因此省略其重複的說明。

圖6所示的熱交換器11代替加熱液供給系統30而具有加熱器18。加熱器18與控制裝置40連接。控制裝置40將向加熱器18供給的電流及電壓控制為恒定。由此，熱交換器11被加熱至規定的溫度，並且被維持在該規定的溫度。

在圖6所示的實施方式中，代替冷卻液供給系統50而具有向研磨墊3的表面噴射氣體的氣體噴射噴嘴17。氣體噴射噴嘴17作為冷卻研磨墊3的表面的冷卻機構而發揮功能。

在本實施方式中，墊溫度調整裝置5也基於墊溫度測定器39的測定值，通過使被維持在規定的溫度的熱交換器11相對於研磨墊3進行上下移動而將墊表面溫度調整至目標溫度。在規定的目標溫度被設定為與上下移動機構71的移動上限對應的墊表面溫度Tc以下的目標溫度T2的情況下，啟動氣體噴射噴嘴(冷卻機構)17。控制裝置40基於墊溫度測定器39的測定值來控制從氣體噴射噴嘴17噴射的氣體的流量。

圖7是表示進一步通過其他實施方式的熱交換器11來調整墊表面溫度的情況的示意圖。並未特意說明的實施方式的結構與上述的實施方式相同，因此省略其重複的說明。

圖7所示的熱交換器11代替加熱液供給系統30而具有加熱燈19。加熱燈19與控制裝置40連接，控制裝置40將向加熱燈19供給的電流及電壓控制為恒定。由此，熱交換器11被加熱至規定的溫度，並且被維持在該規定的溫度。

在圖7所示的實施方式中，代替冷卻液供給系統50而具有產生朝向研磨墊3的表面的氣流的冷卻風扇23。冷卻風扇23作為冷卻研磨墊3的表面的冷卻機構而發揮功能。

在本實施方式中，墊溫度調整裝置5也基於墊溫度測定器39的測定值，通過使被維持在規定的溫度的熱交換器11相對於研磨墊3進行上下移動而將墊表面溫度調整至目標溫度。在規定的目標溫度被設定為與上下移動機構71的移動上限對應的墊表面溫度Tc以下的目標溫度T2的情況下，啟動冷卻風扇(冷卻機構)23。控制裝置40基於墊溫度測定器39的測定值來控制冷卻風扇23的旋轉速度。

在一實施方式中，也可以是，圖6所示的墊溫度調整裝置5代替氣體噴射噴嘴17而具有冷卻風扇23。另外，也可以是，圖7所示的墊溫度調整裝置5代替冷卻風扇23而具有氣體噴射噴嘴17。

只要能夠以非接觸的方式測定熱交換器11與研磨墊3的表面之間的距離，能夠使用任意的感測器作為距離感測器14。列舉鐳射式感測器、超聲波感測器、渦電流式感測器或者靜電容量感測器等作為距離感測器14的例子。在圖1及圖3所示的實施方式中，雖然僅一個距離感測器14安裝於熱交換器11，但是墊溫度調整裝置5也可以具有沿著熱交換器11的外周面等間隔地配置的多個(例如，四個)距離感測器14。在墊溫度調整裝置5具有多個距離感測器14的情況下，控制裝置40也可以使用多個距離感測器14的測定值的平均值作為間隔距離，也可以使用多個距離感測器14的測定值的最大值(或最小值)作為間隔距離。

墊溫度調整裝置5的控制裝置40也可以使用通過進行機器學習而構建的學習完成模型來預測或決定用於使墊表面溫度迅速地收斂至規定的目標溫度，並且維持在規定的目標溫度的上下移動機構71的適當的操作量(或者，熱交換器11與研磨墊3之間的適當的間隔距離)。

通過作為人工智慧(AI：Artificial Intelligence)的演算法的學習演算法來執行機器學習，並且通過機器學習來構建預測上下移動機構71的適當的操作量的學習完成模型。構建學習完成模型的學習演算法並無特別的限定。例如，能夠採用“有監督學習”、“無監督學習”、“強化學習”、“神經網路”等公知的學習演算法作為用於學習上下移動機構71的適當的操作量的學習演算法。

圖8是表示能夠執行用於構建學習完成模型的機器學習的控制裝置40的一例的示意圖。該控制裝置40具備：存儲裝置40a，該存儲裝置40a儲存有程式、資料以及學習完成模型等；CPU(中央處理裝置)或者GPU(圖形處理單元)等處理裝置40b，該處理裝置40b根據儲存於存儲裝置40a的程式來進行運算；以及機器學習器300，該機器學習器300與處理裝置40b連接，並且構建預測上下移動機構71的適當的操作量的學習完成模型。在一實施方式中，也可以與控制裝置40分開地設置構建預測上下移動機構71的適當的操作量的學習完成模型的機器學習器300。

圖8所示的機器學習器300是能夠學習上下移動機構71的適當的操作量的機器學習器的一例。該機器學習器300具備狀態觀測部301、資料獲取部302以及學習部303。

狀態觀測部301觀測作為機器學習的輸入值的狀態變數。狀態變數是與墊表面溫度的控制有關的溫度控制參數的統稱。在本實施方式中，狀態變數 至少包括墊溫度測定器39獲取到的墊表面溫度的測定值和墊溫度測定器39獲取到墊表面溫度時的距離感測器14的測定值(即，間隔距離)。

資料獲取部302從判定部310獲取移動量資料。移動量資料是構建預測上下移動機構71的適當的操作量的學習完成模型時使用的資料，並且是根據公知的測量方法來測量使被維持在某一溫度的熱交換器11與研磨墊3之間的間隔距離變化時的變化量和與該變化量對應的研磨墊3的表面的溫度的變化量的關係的資料。移動量資料與輸入至狀態觀測部301的狀態變數相關(相關聯)。

由機器學習器300執行的機器學習的一實施例，例如以下進行。首先，狀態觀測部301獲取至少包括間隔距離和與該間隔距離對應的研磨墊3的表面的溫度的狀態變數，資料獲取部302獲取與狀態觀測部301獲取到的狀態變數相關的移動量資料。學習部303基於作為從狀態觀測部301獲取到的狀態變數和從資料獲取部302獲取到的移動量資料的組合的訓練資料組來學習上下移動機構71的適當的操作量。由機器學習器300執行的機器學習反復執行至機器學習器300輸出上下移動機構71的適當的操作量。

在一實施方式中，機器學習器300的學習部303執行的機器學習也可以是使用了神經網路的機器學習，尤其是，也可以為深度學習。深度學習是以隱藏層(也稱為中間層)被多層化的神經網路為基礎的機器學習法。在本說明書中，將使用了由輸入層、兩層以上的隱藏層以及輸出層構成的神經網路的機器學習稱為深度學習。

圖9是表示神經網路的結構的一實施例的示意圖。圖9所示的神經網路具有輸入層350、多個隱藏層351以及輸出層352。神經網路基於由狀態觀測部301獲取到的狀態變數和與該狀態變數相關的由資料獲取部302獲取到的移動量資料的大量的組合而構成的訓練資料組來學習上下移動機構71的適當的操作量。即，神經網路學習狀態變數與上下移動機構71的操作量的關係。這樣的機器 學習被稱為所謂的“有監督學習”。在有監督學習中，通過將狀態變數和與該狀態變數相關的移動量資料(標記)的組合大量輸入神經網路而歸納性地學習它們的關聯性。

在一實施方式中，神經網路也可以通過所謂的“無監督學習”來學習上下移動機構71的適當的操作量。無監督學習例如是僅將狀態變數大量地輸入至神經網路，並學習該狀態變數如何分佈。並且，在無監督學習中，即使不將與狀態變數對應的監督輸出資料(移動量資料)輸入至神經網路，也對被輸入的狀態變數進行壓縮、分類、整形等，從而構建用於輸出上下移動機構71的適當的操作量的學習完成模型。即，在無監督學習中，神經網路將被大量地輸入的狀態變數分類為具有某種相似特徵的小組。並且，神經網路對於被分類的多個小組設置用於輸出上下移動機構71的適當的操作量的規定的基準，通過使它們的關係最優化來構建學習完成模型，由此輸出上下移動機構71的適當的操作量。

而且，在一實施方式中，為了將狀態變數隨時間的變化反映到學習完成模型中，由學習部303執行的機器學習也可以使用所謂的“遞迴神經網路(RNN：Recurrent Neural Network)”。遞迴神經網路不僅利用當前時刻的狀態變數，還利用到當前為止被輸入到輸入層350的狀態變數。在遞迴神經網路中，通過將沿著時間軸的狀態變數的變化展開並考慮，能夠構建基於到當前為止被輸入了的狀態變數的遷移來推測上下移動機構71的適當的操作量的學習完成模型。

圖10的(a)和圖10的(b)是用於說明作為遞迴神經網路的一例的遞迴型神經網路(Elman網路：Elman Network)的展開圖。更具體而言，圖10的(a)是表示Elman網路的時間軸展開的示意圖，圖10的(b)是表示誤差逆傳播法(也稱為“反向傳播”)的反向傳播經過時間的示意圖。

在圖10的(a)和圖10的(b)所示的Elman網路中，與通常的神經網路不同，誤差以追溯時間的方式傳播(參照圖10的(b))。通過將這樣的遞迴神經網路結構應用於學習部303所執行的機器學習的神經網路，能夠構建基於到當前為止輸入的狀態變數的遷移而輸出上下移動機構71的適當的操作量的學習完成模型。

這樣被構建的學習完成模型儲存於控制裝置40的存儲裝置40a(參照圖8)。控制裝置40按照電儲存於存儲裝置40a的程式進行動作。即，控制裝置40的處理裝置40b將至少包含從墊溫度測定器39和距離感測器14向控制裝置40發送的間隔距離和與該間隔距離對應的墊表面溫度在內的狀態變數輸入到學習完成模型的輸入層350，並且通過被輸入的狀態變數(以及狀態變數隨時間的變化量)來預測用於使墊表面溫度達到規定的目標溫度的上下移動機構71的操作量，並執行用於從輸出層352輸出該預測的操作量的運算。控制裝置40基於從輸出層352輸出的上下移動機構71的操作量而使熱交換器11在上下方向上移動。通過這樣的控制，能夠更迅速且準確地將墊表面溫度調整至目標溫度。

在從輸出層352輸出的上下移動機構71的操作量被判斷為與正常資料同等的情況下，控制裝置40也可以將該上下移動機構71的操作量作為追加的監督資料而存儲於判定部310。在該情況下，機器學習器300通過基於監督資料和追加的監督資料的機器學習來更新學習完成模型。由此，能夠提高從學習完成模型輸出的上下移動機構71的操作量的精度。

在一實施方式中，也可以選擇以下所示的狀態變數中的幾個狀態變數作為進一步輸入至狀態觀測部301的狀態變數。或者，也可以將以下所示的所有的狀態變數輸入至狀態觀測部301。

(1)研磨墊3的種類

(2)研磨墊3的厚度

(3)研磨墊3的磨損量

(4)研磨頭1的旋轉速度

(5)研磨頭1(即，晶片W)對研磨墊3的按壓負荷

(6)研磨台2的旋轉速度

(7)包含在研磨液(漿料)的磨粒的種類

(8)研磨液的流量

(9)研磨液的溫度

(10)熱交換器11的設定溫度

(11)研磨裝置內的氛圍氣體溫度

這些狀態變數(1)至(10)與墊表面溫度的變化相關。具體而言，當上述狀態變數(1)至(10)中的任一項改變時，晶片W與研磨墊3之間產生的摩擦熱的量變化。因此，在上述狀態變數(1)至(10)的任一項不同的條件下，即使熱交換器11以相同的間隔距離對研磨墊3的表面進行加熱，達到的墊表面溫度也不同。在研磨裝置內的氛圍氣體溫度不同的條件下，也會產生同樣的現象。

因此，通過進一步將這些狀態變數(1)至(11)中的至少一個輸入到狀態觀測部301並利用於構建學習完成模型的機器學習，學習完成模型能夠輸出更為準確的上下移動機構71的操作量。

接著，參照圖11對測定研磨墊3的磨損量的方法進行說明。圖11是表示具有用於獲取研磨墊3的輪廓的墊高度測定器的研磨裝置的一例的示意圖。

圖11所示的研磨裝置進一步具備：修整器裝置152，設置該修整器裝置152是為了使隨著晶片W的反復研磨而劣化的研磨墊3的表面再生；墊高度測定器173，該墊高度測定器173安裝於該修整器裝置152。如以下說明，墊高度測定器173測定研磨墊3的表面的高度，控制裝置40基於獲得的研磨墊3的表面的高度來算出研磨墊3的磨損量。

圖11所示的修整裝置152具備：修整研磨墊3的表面的上述修整器20(參見圖1)；連接有修整器20的修整器軸155；設置於修整器軸155的上端的氣缸154；以及旋轉自如地支承修整器軸155的修整器臂157。修整器20的下表面構成修整面，該修整面由磨粒(例如，金剛石粒子)構成。氣缸154經由未圖示的支承機構而固定於修整器臂157。

修整器臂157由未圖示的電機驅動，並且構成為以修整器迴旋軸158為中心而迴旋。修整器20通過設置於修整器臂157內的未圖示的旋轉機構與修整器軸155一同被旋轉驅動。氣缸154作為經由修整器軸155以規定的負荷(按壓力)將修整器20按壓於研磨墊3的表面的致動器而發揮功能。當修整器臂157以修整器迴旋軸158為中心而迴旋時，修整器20在研磨墊3的表面上在研磨台2的大致半徑方向上擺動。

在研磨墊3的修整過程中，修整器20以修整器軸155為中心而旋轉，並且從液體供給噴嘴174向研磨墊3上供給修整液。在該狀態下，將修整器20按壓於研磨墊3，該修整面(即修整器20的下表面)與研磨墊3的表面滑動接觸。而且，使修整器臂157以修整器迴旋軸158為中心而迴旋，從而使修整器20在研磨墊3的半徑方向上擺動。這樣，研磨墊3被修整器20磨削，研磨墊3的表面被修整(再生)。

圖11所示的墊高度測定器173具有用於測定研磨墊3的表面的高度的墊高度感測器175和與墊高度感測器175相對地配置的感測器目標物176。墊高度感測器175與控制裝置40連接。

墊高度感測器175固定於修整器臂157，並且感測器目標物176固定於修整器軸155。感測器目標物176與修整器軸155和修整器20一體地進行上下移動。另一方面，墊高度感測器175的上下方向的位置是固定的。墊高度感測器175是位移感測器，能夠通過測定感測器目標物176的位移來間接地測定研磨墊3的表面的高度(研磨墊3的厚度)。由於感測器目標物176與修整器20一體地進行上下 移動，因此墊高度感測器175能夠在研磨墊3的修整過程中測定研磨墊3的表面的高度。能夠使用線性刻度式感測器、鐳射感測器、超聲波感測器、渦電流式感測器或者靜電容量感測器等各種類型的感測器作為墊高度感測器175。

墊高度感測器175與控制裝置40連接，並且將墊高度感測器175的輸出信號(即，研磨墊3的表面的高度的測定值)發送至控制裝置40。控制裝置40能夠通過研磨墊3的表面地高度的測定值來獲取研磨墊3的輪廓(研磨墊3的表面的剖面形狀)。

在未使用的研磨墊3安裝於研磨台2後，控制裝置40使用墊高度測定器173來獲得研磨墊3的初始高度，並且將該初始高度存儲於存儲部40a(參照圖8)。每當研磨規定片數的晶片W時，或者進行研磨墊3的修整時，控制裝置40使用墊高度測定器173來測定研磨墊3的高度(磨損高度)。控制裝置40能夠通過從初始高度減去磨損高度而算出研磨墊3的磨損量。這樣，控制裝置40能夠獲取作為輸入至狀態觀測部301的狀態變數的研磨墊3的磨損量。

在研磨裝置具有墊高度測定器173的情況下，也可以是，控制裝置40代替上述距離感測器14而使用墊高度感測器175來算出研磨墊3與熱交換器11之間的間隔距離，從而控制上下移動機構71的動作。在該情況下，控制裝置40預先存儲熱交換器11相對於規定的基準面的初始位置。

規定的基準面例如是在進行修整後，退避到研磨墊3的上方的修整器20的修整面。初始位置例如是在沒有進行晶片W的研磨時的熱交換器11的待機位置，每當晶片W的研磨結束時，控制裝置40使用上下移動機構71而使熱交換器11向初始位置移動。

如上所述，控制裝置40存儲研磨墊3的初始高度。因此，控制裝置40能夠算出位於初始位置的熱交換器11與未使用的研磨墊3之間的距離。並且，控制裝置40能夠通過在每次研磨晶片W時使修整器20與研磨墊3的表面接觸而得 到當前的研磨墊3的高度。即，控制裝置40能夠算出位於初始位置的熱交換器11與當前的研磨墊3的表面之間的距離。

因此，控制裝置40能夠通過從位於初始位置的熱交換器11與當前的研磨墊3的表面之間的距離減去上述間隔距離而算出致動器74的操作量。根據本實施方式，使用墊高度感測器175作為用於使熱交換器11達到間隔距離的感測器。即，利用墊高度感測器175來代替測定研磨墊3與熱交換器11之間的間隔距離的上述距離感測器14。因此，在研磨裝置具有墊高度測定器173的情況下，由於不需要距離感測器14，因此能夠降低墊溫度調整裝置5的製造成本。

上述的實施方式是為了使具有本發明所屬技術領域的常用知識的人能夠實施本發明而記載的。上述實施方式的各種變形例對於本領域技術人員來說是理所當然能夠達成的，本發明的技術思想也能夠應用於其他實施方式。因此，本發明並不限於記載的實施方式，而是解釋為根據由本發明要求保護的範圍所定義的技術思想的最寬的範圍。

1:研磨頭

2:研磨台

3:研磨墊

4:研磨液供給噴嘴

5:墊溫度調整裝置

11:熱交換器

14:距離感測器

20:修整器

30:加熱液供給機構

31:加熱液供給箱

32:加熱液供給管

33:加熱液返回管

39:墊溫度測定器

40:控制裝置

41:第一開閉閥

42:第一流量控制閥

48:加熱源

50:冷卻液供給系統

51:冷卻液供給管

52:冷卻液排出管

55:第二開閉閥

56:第二流量控制閥

71:上下移動機構

73:支承部件

74:致動器

Claims (11)

1. 一種將研磨墊的表面溫度調整為規定的目標溫度的墊溫度調整裝置，具備：熱交換器，用以加熱所述研磨墊，所述熱交換器係以非接觸於所述研磨墊的方式配置於所述研磨墊的上方，並且被維持在規定的溫度；墊溫度測定器，對所述研磨墊的表面溫度進行測定；至少一個距離感測器，對所述研磨墊與所述熱交換器之間的間隔距離進行測定；上下移動機構，使所述熱交換器相對於所述研磨墊進行上下移動；以及控制裝置，使用所述上下移動機構來控制所述熱交換器相對於所述研磨墊的上下方向的位置，以使所述墊溫度測定器的測定值與規定的目標溫度一致。
2. 如請求項1所述的墊溫度調整裝置，其中：所述熱交換器包括形成於該熱交換器的內部的加熱流路，被維持在規定的溫度的加熱液以規定的流量被供給至所述加熱流路。
3. 如請求項1或2所述的墊溫度調整裝置，進一步具備：冷卻機構，對所述研磨墊的表面進行冷卻，當在所述上下移動機構達到所述熱交換器的移動上限後，所述目標溫度比所述墊溫度測定器的測定值低時，所述控制裝置使所述冷卻機構工作。
4. 如請求項3所述的墊溫度調整裝置，其中：所述冷卻機構形成於所述熱交換器的內部，並且包括被供給冷卻流體的冷卻流路， 所述控制裝置以所述墊溫度測定器的測定值與規定的目標溫度一致的方式，來控制所述冷卻流體的流量。
5. 如請求項1或2所述的墊溫度調整裝置，其中：所述控制裝置具備：存儲部，儲存有通過使用了訓練資料的機器學習而構建的學習完成模型，該訓練資料至少包括所述熱交換器與所述研磨墊之間的距離和與該距離對應的所述研磨墊的表面的溫度的組合；以及處理裝置，將至少包括所述目標溫度和所述墊溫度測定器的測定值的溫度控制參數輸入所述學習完成模型，並且執行用於輸出所述上下移動機構的操作量的運算。
6. 一種將研磨墊的表面溫度調整至規定的目標溫度的墊溫度調整方法，其中：以墊溫度測定器對研磨墊的表面溫度進行測定，提供用以加熱所述研磨墊的熱交換器，其中所述熱交換器係以非接觸於所述研磨墊的方式配置在所述研磨墊的上方且被維持在規定的溫度，使用上下移動機構來控制所述熱交換器相對於所述研磨墊的上下方向的位置，以使所述研磨墊的表面溫度與規定的目標溫度一致。
7. 如請求項6所述的墊溫度調整方法，其中：為了將所述熱交換器維持在所述規定的溫度，以規定的流量向形成於所述熱交換器的內部的加熱流路供給被維持在規定的溫度的加熱液。
8. 如請求項6或7所述的墊溫度調整方法，其中：當在所述熱交換器到達移動上限後，所述目標溫度比對所述研磨墊的表面溫度進行測定的墊溫度測定器的測定值低時，使用冷卻機構來冷卻所述研磨墊的表面。
9. 如請求項8所述的墊溫度調整方法，其中：冷卻所述研磨墊的表面的工序是基於所述墊溫度測定器的測定值來控制在形成於所述熱交換器的內部的冷卻流路流動的冷卻流體的流量的工序。
10. 如請求項6或7所述的墊溫度調整方法，其中：通過使用了訓練資料的機器學習來構建學習完成模型，該訓練資料至少包括所述熱交換器與所述研磨墊之間的距離和與該距離對應的所述研磨墊的表面的溫度的組合，將至少包括所述目標溫度和所述墊溫度測定器的測定值的溫度控制參數輸入所述學習完成模型，並且使該學習完成模型輸出所述上下移動機構的操作量。
11. 一種研磨裝置，具備：研磨台，對研磨墊進行支承；研磨頭，將基板按壓於所述研磨墊；墊溫度測定器，對所述研磨墊的表面溫度進行測定；以及如請求項1至5中任一項所述的墊溫度調整裝置。