CN107877354B - 基板研磨装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够监控修整器磨削研磨垫的力的基板研磨装置。根据本发明的一方式，提供一种基板研磨装置，具备：旋转台，该旋转台设置有基板研磨用的研磨垫；修整器，该修整器在所述研磨垫上移动并磨削所述研磨垫；修整器驱动组件，该修整器驱动组件将所述修整器按压于所述研磨垫并且使所述修整器旋转；支承部件，该支承部件支承所述修整器驱动组件；以及多个力传感器，该多个力传感器设置于所述修整器驱动组件与所述支承部件之间，各自输出与三轴方向的各力相关的信息。

Description

基板研磨装置
技术领域
本发明涉及一种基板研磨装置。
背景技术
基板研磨装置通过将基板按压于粘贴在旋转台的研磨垫来研磨基板的表面。通过研磨基板，从而会导致研磨垫的表面状态变化，因此，基板研磨装置具备对研磨垫的表面进行磨削而整形(修整)为适合研磨的状态。
关于修整，存在与基板的处理一起实施(所谓的In–situ修整)的情况，也存在在某一基板的处理后且下一个基板的处理前实施(所谓的Ex–situ修整)的情况。另外，也存在剥下新的研磨垫的表面层而成为容易保持研磨液的状态的修整(所谓的垫磨合工序)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010–280031号公报
专利文献2：日本特开2012–250309号公报
专利文献3：日本特开2016–129931号公报
专利文献4：日本特开2016–144860号公报
专利文献5：日本特开2016–124063号公报
专利文献6：日本专利第4596228号公报
专利文献7：日本特开2000–311876号公报
专利文献8：日本特开2004–142083号公报
(发明所要解决的课题)
在任意的修整中，即使以恒定的控制条件(方法)进行修整，有时也不能获得相同的修整结果。因此，希望监控修整器磨削研磨垫的力。
发明内容
鉴于这样的问题，本发明提供一种能够监控修整器磨削研磨垫的力的基板研磨装置。
(用于解决课题的手段)
根据本发明的一方式，提供一种基板研磨装置，具备：旋转台，该旋转台设置有基板研磨用的研磨垫；修整器，该修整器在所述研磨垫上移动且磨削所述研磨垫；修整器驱动组件，该修整器驱动组件将所述修整器按压于所述研磨垫并且使所述修整器旋转；支承部件，该支承部件支承所述修整器驱动组件；以及多个力传感器，该多个力传感器设置于所述修整器驱动组件与所述支承部件之间，各自输出与三轴方向的各力相关的信息。
通过将三轴力传感器设置于修整器驱动组件与该支承部件之间，从而能够监控修整器磨削研磨垫的力的大小、角度。
优选的是，所述多个力传感器以距所述修整器的旋转轴等距离并且绕所述修整器的旋转轴等间隔的角度的方式配置。
由此，能够消除使修整器旋转时的绕旋转中心的转矩成分。
所述多个力传感器也可以输出如下信息：与所述修整器中的修整面的旋转面内的第一方向的力成分相关的第一信息；与第二方向的力成分相关的第二信息，该第二方向在所述修整器中的修整面的旋转面内与所述第一方向正交；以及与从所述研磨垫朝向所述修整器的方向的力成分相关的第三信息。
由此，能够算出修整面中的力成分。
也可以具备第一垫磨削力算出部，该第一垫磨削力算出部基于分别从所述多个力传感器输出的所述第一信息，算出与所述多个力传感器各自的设置位置对应的所述修整器中的各位置磨削所述研磨垫的力的所述第一方向的成分，基于分别从所述多个力传感器输出的所述第二信息，算出与所述多个力传感器各自的设置位置对应的所述修整器中的各位置磨削所述研磨垫的力的所述第二方向的成分。
由此，能够监控修整器的各位置磨削研磨垫的力。
也可以具备修整器按压反作用力算出部，该修整器按压反作用力算出部基于分别从所述多个力传感器输出的所述第三信息，算出与所述多个力传感器各自的设置位置对应的所述修整器中的各位置按压所述研磨垫时的反作用力。
由此，能够监控修整器的各位置按压研磨垫时的力。
也可以具备垫磨削转矩算出部，该垫磨削转矩算出部基于从所述多个力传感器输出的所述第一信息以及所述第二信息、所述多个力传感器各自与所述修整器的旋转轴中心的位置关系，来算出所述修整器磨削所述研磨垫时的转矩。
由此，能够监控垫磨削转矩。
优选的是，具备第二垫磨削力算出部，该第二垫磨削力算出部基于从所述多个力传感器输出的所述第一信息以及所述第二信息，算出所述修整器磨削所述研磨垫的力。
由此，能够监控修整器磨削研磨垫的力。
另外，根据本发明的其他方式，提供一种基板研磨装置，具备：旋转台，该旋转台设置有基板研磨用的研磨垫；修整器，该修整器在所述研磨垫上移动并磨削所述研磨垫；修整器驱动组件，该修整器驱动组件将所述修整器按压于所述研磨垫并且使所述修整器旋转；支承部件，该支承部件支承所述修整器驱动组件；多个力传感器，该多个力传感器设置于所述修整器驱动组件与所述支承部件之间，分别输出从所述研磨垫朝向所述修整器的方向的力成分相关的第三信息；以及第二垫磨削力算出部，该第二垫磨削力算出部基于从所述多个力传感器输出的所述第三信息、所述多个力传感器各自与所述修整器的修整面的距离，算出所述修整器磨削所述研磨垫的力。
即使在设置于修整器驱动组件与该支承部件之间的力传感器仅检测一个方向的力的情况下，通过利用力传感器与修整面的距离，也能够监控修整器磨削研磨垫的力的大小、角度。
也可以具备判定部，该判定部对所述修整器磨削所述研磨垫的力的大小的时间变化和阈值进行比较来进行异常判定。
由此，能够检测研磨垫的异常。
也可以具备：修整器位置算出部，该修整器位置算出部算出各时刻的所述修整器的在所述研磨垫上的位置；以及输出控制部，该输出控制部基于通过所述修整器位置算出部算出的算出结果和通过所述判定部判定的异常判定结果，确定且输出判定为异常时的所述修整器的在所述研磨垫上的位置。
由此，能够使研磨垫中的异常产生部位可视化。
所述输出控制部也可以进行反应在所述研磨垫上判定为异常的次数的输出。
由此，能够使研磨垫中的异常产生密度可视化。
优选的是，所述第二垫磨削力算出部基于所述第一信息以及所述第二信息，算出所述修整器磨削所述研磨垫的力的大小以及方向。
也可以具备功算出部，该功算出部基于所述修整器磨削所述研磨垫的力，算出所述修整器的作功量以及/或者功率。
能够监控作功量、功率，且能够基于它们进行各种判定。
也可以具备寿命判定部，该寿命判定部基于所述作功量以及/或者所述功率的变化，判定所述修整器的寿命。
由此，能够高精度地判定修整器的寿命。
也可以具备比较部，该比较部对所述作功量以及/或者所述功率和阈值进行比较。
由此，能够监视修整过程是否良好。
附图说明
图1是具有第一实施方式的基板研磨装置3A～3D的基板处理装置的概略俯视图。
图2是第一实施方式的基板研磨装置3A的概略侧视图。
图3是通过图2的力传感器46a～46c的基板研磨装置3A的示意的剖视图。
图4是表示控制装置50的概略结构的框图。
图5是表示显示部58所显示的画面的一例的图。
图6是对寿命判定部564的动作进行说明的图。
图7是图2的变形例即基板研磨装置3A’的概略侧视图。
图8A是第二实施方式的一例即通过力传感器46h～46k的基板研磨装置3A’的示意的剖视图。
图8B是第二实施方式的其他例即通过力传感器46h～46k的基板研磨装置3A’的示意的剖视图。
符号说明
3A～3D 基板研磨装置
30 研磨单元
31 顶环
32 顶环轴
33 旋转台
33A 研磨垫
34 喷嘴
35 顶环臂
36 回旋轴
40 修整单元
41 修整器
42 修整器轴
43 修整器驱动组件
44 修整器臂
44a 基部
44b、44c 铅垂部
45 回旋轴
46a～46f 力传感器
50 控制装置
51 修整器位置算出部
52、53a～53c 垫磨削力算出部
54a～54c 修整器按压反作用力算出部
55 存储部
56 判定部
561 差值部
562 比较部
563 功算出部
564 寿命判定部
565 比较部
57 输出控制部
58 显示部
具体实施方式
以下，一边参照附图一边对本发明的实施方式进行具体地说明。
(第一实施方式)
图1是具有第一实施方式的基板研磨装置3A～3D的基板处理装置的概略俯视图。如图1所示，该基板处理装置具备大致矩形状的壳体1，壳体1的内部通过隔壁1a、1b划分出装载/卸载部2、研磨部3以及清洗部4。这些装载/卸载部2、研磨部3以及清洗部4分别独立地组装，独立地排气。在研磨部3中进行基板的研磨。在清洗部4中进行研磨后的基板的清洗以及干燥。另外，基板处理装置具有控制基板处理动作的控制部5。
装载/卸载部2具备两个以上(在本实施方式中四个)前装载部20，该前装载部20载置有对多个基板(例如半导体晶片)进行储存的基板盒。这些前装载部20与壳体1相邻地配置，且沿基板处理装置的宽度方向(与长度方向垂直的方向)排列。
另外，在装载/卸载部2沿着前装载部20的排列而铺设有移动机构21，在该移动机构21上设置有能够沿着基板盒的排列方向移动的两台输送机器人(装载机)22。输送机器人22通过在移动机构21上移动而能够访问搭载于前装载部20的基板盒。各输送机器人22在上下具备两个手部。并且，在使处理后的基板返回到基板盒时使用上侧的手部，在从基板盒取出处理前的基板时使用下侧的手部，能够分开使用上下的手部。此外，输送机器人22的下侧的手部构成为通过绕其轴心旋转而能够使基板反转。
研磨部3是进行基板的研磨(平坦化)的区域，例如具备从装载/卸载部2侧依次并列的四个基板研磨装置3A～3D，四个基板研磨装置3A～3D分别具有研磨单元30以及修整单元40。之后对基板研磨装置3A～3D的结构进行详细地说明。
清洗部4是进行基板的清洗以及干燥的区域，从装载/卸载部2的相反侧依次划分出清洗室190、输送室191、清洗室192、输送室193以及干燥室194。
在清洗室190内配置有沿垂直方向排列的两个一次基板清洗装置201(在图1中仅图示一个)。同样地，在清洗室192内配置有沿垂直方向排列的两个二次基板清洗装置202(在图1中仅图示一个)。一次基板清洗装置201以及二次基板清洗装置202是用清洗液来清洗基板的清洗机。这些一次基板清洗装置201以及二次基板清洗装置202沿垂直方向排列，因此有占用面积小的优点。
在干燥室194内配置有沿纵向排列的两个基板干燥装置203(在图1仅图示一个)。这两个基板干燥装置203彼此隔离。在基板干燥装置203的上部设有将干净的空气分别供给至基板干燥装置203内的过滤风扇单元。
此外，基板处理装置也可以具备控制部5来控制基板研磨装置3A～3D等，基板研磨装置3A～3D也可以各自具备控制部(控制装置)。
接着，对用于输送基板的输送机构进行说明。如图1所示，线性传送装置6与基板研磨装置3A、3B相邻地配置。该线性传送装置6在沿着这些基板研磨装置3A、3B排列的方向的四个输送位置(从装载/卸载部2侧开始依次为输送位置TP1～TP4)之间输送基板。
另外，线性传送装置7与基板研磨装置3C、3D相邻地配置。该线性传送装置7在沿着这些基板研磨装置3C、3D排列的方向的三个输送位置(从装载/卸载部2侧开始依次为输送位置TP5～TP7)之间输送基板。
基板通过线性传送装置6输送至基板研磨装置3A、3B。基板向基板研磨装置3A的交接在输送位置TP2进行。基板向研磨装置3B的交接在输送位置TP3进行。基板向基板研磨装置3C的交接在输送位置TP6进行。基板向基板研磨装置3D的交接在第七输送位置TP7进行。
在输送位置TP1配置有用于从输送机器人22接受基板的升降机11。基板经由该升降机11从输送机器人22传递至线性传送装置6。闸门(未图示)位于升降机11与输送机器人22之间地设于隔壁1a，在基板的输送时闸门打开，基板从输送机器人22传递至升降机11。
另外，在线性传送装置6、7与清洗部4之间配置有摆动传送装置12。该摆动传送装置12具有能够在输送位置TP4、TP5之间移动的手部，基板从线性传送装置6向线性传送装置7的交接通过摆动传送装置12进行。
基板通过线性传送装置7输送至基板研磨装置3C以及/或者基板研磨装置3D。另外，由研磨部3研磨后的基板经由摆动传送装置12输送至清洗部4。在摆动传送装置12的侧方配置有在未图示的框架设置的基板的临时放置台180。如图1所示，该临时放置台180与线性传送装置6相邻地配置，位于线性传送装置6与清洗部4之间。
接着，对基板研磨装置3A～3D进行详细地说明。基板研磨装置3A～3D的结构共通，因此在以下对基板研磨装置3A进行说明。
图2是第一实施方式的基板研磨装置3A的概略侧视图。
基板研磨装置3A作为研磨基板W的研磨单元30，具有顶环31、下部与顶环31连结的顶环轴32、具有研磨垫33A的旋转台33、将研磨液供给至旋转台33上的喷嘴34、顶环臂35、回旋轴36以及进行各种控制的控制装置50。
顶环31通过真空吸附将基板W保持于下表面。
顶环31的上表面中央与顶环轴32的一端连结，顶环臂35与顶环轴32另一端连结。升降机构(未图示)根据控制装置50的控制而使顶环轴32升降，从而保持于顶环31的基板W的下表面与研磨垫33A接触或分离。另外，电动机(未图示)根据控制装置50的控制而使顶环轴32旋转，从而顶环31旋转，由此被保持的基板W也旋转。
在旋转台33的上表面设有用于研磨基板W的研磨垫33A。旋转台33的下表面与旋转轴连接，旋转台33能够旋转。从喷嘴34供给研磨液，在基板W的下表面与研磨垫33A接触的状态下基板W以及旋转台33旋转，从而基板W被研磨。有时由于该研磨，导致研磨垫33A的表面劣化。
顶环轴32旋转自如地与顶环臂35的一端连结，回旋轴36与顶环臂35的另一端连结。电动机(未图示)根据控制装置50的控制而使回旋轴36旋转，从而顶环臂35摆动，顶环31在研磨垫33A上与基板交接位置即输送位置TP2(图1)之间往返。
另外，基板研磨装置3A作为修整单元40，具有修整器41、修整器轴42、修整器驱动组件43、修整器臂44、回旋轴45以及多个力传感器46a～46c。
修整器41的截面呈圆形，其下表面是修整面。在修整面固定有金刚石粒子等。修整器41一边与研磨垫33A接触一边移动，从而磨削研磨垫33A的表面，由此，研磨垫33A被修整(调节)。
修整器41经由未图示的修整器保持架而能够装卸地与修整器轴42的下端连结。
修整器驱动组件43将修整器轴42保持为旋转自如且能够上下移动，使修整器轴42升降以及旋转。例如，修整器驱动组件43具有设于框体43a内的升降机构以及电动机。升降机构根据控制装置50的控制而使修整器轴42下降，从而修整器41的下表面与研磨垫33A接触且按压该研磨垫33A。另外，电动机根据控制装置50的控制而使修整器轴42旋转，从而修整器41在与研磨垫33A接触的状态下旋转。
修整器臂44是支承修整器驱动组件43的支承部件，修整器轴42旋转自如地与修整器臂44的沿水平方向延伸的一端连结，回旋轴45与修整器臂44的另一端连结。电动机(未图示)根据控制装置50的控制而使回旋轴45旋转，从而修整器臂44摆动，修整器41在研磨垫33A上与退避位置之间往返。
作为本实施方式的一个特征，用于对三轴方向的力进行检测的多个力传感器46a～46c(在图2中仅观察到力传感器46a、46b)配置于修整器驱动组件43与修整器臂44之间，以便能够允许由修整器41磨削研磨垫33A的力而产生的力矩负荷。优选的是，在修整器驱动组件43的下方且修整器臂44的上方配置力传感器46a～46c，由此，能够抑制修整器臂44变长。
图3是通过图2的力传感器46a～46c的基板研磨装置3A的示意的剖视图(A–A剖视图)。在本实施方式中，在水平面(换言之，修整器41中的修整面的旋转面，以下相同)内，三个力传感器46a～46c从修整器轴42的中心等距离R并且绕修整器轴42的旋转轴以等间隔(每120度)的角度配置。通过这样地配置，能够消除使修整器41旋转时的绕旋转中心的转矩成分。
另外，力传感器46a输出如下信息：与水平面内的修整器臂44延伸的x方向(参照图2)的力成分Fxa相关的信息Fxa’(例如，与力成分Fxa成比例的电荷或电压)；与在水平面内与x方向正交的y方向的力成分Fya相关的信息Fya’；以及与铅垂方向(换言之，从研磨垫33A朝向修整器41的方向，以下，设为z方向)的力成分Fza相关的信息Fza’。力传感器46b、46c也相同。输出的各信息输入至控制装置50。
图4是表示控制装置50的概略结构的框图。控制装置50具有修整器位置算出部51、垫磨削力算出部52、53a～53c、修整器按压反作用力算出部54a～54c、存储部55、判定部56、输出控制部57以及显示部58。这些中的至少一部分可以由硬件安装，也可以由软件实现。在后者的情况下，能够通过处理器执行规定的程序来实现各部。
修整器位置算出部51算出各时刻的修整器41的在研磨垫33A上的绝对位置。垫磨削力算出部52、53a～53c算出修整器41磨削研磨垫33A的力。修整器按压反作用力算出部54a～54c算出修整器41磨削研磨垫33A时的从研磨垫33A向修整器41作用的反作用力。存储部55存储上述的各算出结果。判定部56基于上述的算出结果来进行各种判定。输出控制部57生成用于输出由判定部56判定的判定结果等的数据，由显示部58显示。以下，进行详细地说明。
修整器位置算出部51算出各时刻ti的修整器41的在研磨垫33A上的绝对位置Pi。更具体而言，向修整器位置算出部51输入旋转台33的旋转角度θtt(或者转速Ntt)和修整器臂44的回旋角度θdr(或者以旋回中心为基准的修整器41的位置Pdr)，利用与修整单元40的构造相应的常数，来算出位置Pi。将位置Pi输出至存储部55以及判定部56。
垫磨削力算出部52基于从力传感器46a～46c输出的信息Fxa’～Fxc’、Fya’～Fyc’，算出修整器41磨削研磨垫33A的力F(以下，也仅称为“磨削力F”)。此外，在仅提到力F的情况下，是指其x成分Fx、y成分Fy、力的大小|F|以及/或者力的方向θ。具体的处理如下。
首先，垫磨削力算出部52将与力传感器46a～46c的x方向相关的输出信息Fxa’～Fxc’相加，算出Fx’＝(Fxa’+Fxb’+Fxc’)。同样地，垫磨削力算出部52算出Fy’＝(Fya’+Fyb’+Fyc’)。
接着，垫磨削力算出部52分别基于Fx’、Fy’算出磨削力F的x成分Fx以及y成分Fy。例如在力传感器46a～46c输出与力成比例的电荷的情况下，垫磨削力算出部52利用电荷放大器(未图示)，将电荷Fx’、Fy’转换为分别与力Fx、Fy成比例的电压Vx、Vy。并且，垫磨削力算出部52将电压Vx、Vy分别转换为力Fx、Fy。
此外，垫磨削力算出部52基于下式算出磨削力F的大小|F|以及角度θ。
[数式1]
Figure BDA0001424006110000101
θ＝tan-1Fy/Fx
垫磨削力算出部52定期地从力传感器46a～46c接受Fxa’～Fxc’、Fya’～Fyc’而算出Fx、Fy、|F|、θ，并将算出结果输出至存储部55以及判定部56。
存储部55基于垫磨削力算出部52以及修整器位置算出部51的算出结果，将某一时刻ti的磨削力Fi与此时的修整器41的位置Pi相关联并存储。由此可知某一时刻ti的修整器41在研磨垫33A上的位置与此时的磨削力Fi的关系。算出的磨削力F也可以通过输出控制部57由显示部58显示。
垫磨削力算出部53a基于来自力传感器46a的信息Fxa’、Fya’，且根据需要利用电荷放大器，来算出与力传感器46a的设置位置对应的修整器41的位置磨削研磨垫33A的力Fa的x成分Fxa以及y成分Fya。接着，垫磨削力算出部53a基于下式算出磨削力Fa的大小|Fa|以及角度θa。
[数式2]
Figure BDA0001424006110000102
θa＝tan-1(Fya/Fxa)
同样地，垫磨削力算出部53b算出与力传感器46b的设置位置对应的修整器41的位置磨削研磨垫33A的力Fb的x成分Fxb以及y成分Fyb和磨削力Fb的大小|Fb|以及角度θb。另外，同样地，垫磨削力算出部53c算出与力传感器46c的设置位置对应的修整器41的位置磨削研磨垫33A的力Fc的x成分Fxc以及y成分Fyc和力Fc的大小|Fc|以及角度θc。
判定部56也可以基于这些垫磨削力算出部53a～53c的算出结果，通过对修整器41的各位置的水平方向的力进行比较来进行异常判定。另外，输出控制部57也可以监控水平面内的作用分布，且使其结果在显示部58显示。
修整器按压反作用力算出部54a基于来自力传感器46a的信息Fza’，根据需要利用电荷放大器，来算出与力传感器46a的设置位置对应的修整器41的位置按压研磨垫33A时的反作用力Fza。
同样地，修整器按压反作用力算出部54b算出与力传感器46b的设置位置对应的修整器41的位置按压研磨垫33A时的反作用力Fzb。另外，同样地，修整器按压反作用力算出部54c算出与力传感器46c的设置位置对应的修整器41的位置按压研磨垫33A时的反作用力Fzc。
判定部56也可以基于这些修整器按压反作用力算出部54a～57c的算出结果，通过对修整器41的各位置的按压负荷进行比较来进行异常判定。另外，输出控制部57也可以监控水平面内的作用分布，且使其结果由显示部58显示。此外，在安装修整器41时，也可以进行调节以使电压Fza～Fzc彼此相等。
判定部56包含差值部561以及比较部562，判定部56也可以基于磨削力F的时间变化来进行异常判定。
差值部561基于从外部设定的(或者预定的)取样时间指令，来算出某一时刻的磨削力F的大小|F|与之后的某一时刻的磨削力F的大小|F|的差值dF。
比较部562对差值dF和从外部设定的(或者预定的)阈值TH1进行比较，在差值dF较大的情况下，判定为有异常。在差值dF比阈值TH1大的情况下，存在例如垫表面不均匀磨损或者开始不均匀磨损的可能性。通过这样的判定能够对在研磨垫33A存在异常情况进行检测。判定结果也可以输出至输出控制部57并由显示部58显示。
例如，输出控制部57基于存储于存储部55的数据以及判定部56的判定结果，使显示部58显示规定的画面。
图5是表示显示部58所显示的画面的一例的图。该图的圆90模拟研磨垫33A的表面。输出控制部57基于存储于存储部55的数据，来掌握通过判定部56检测出异常的时刻ti的修整器41的在研磨垫33A上的位置Pi。这样一来，输出控制部57对检测出异常的研磨垫33A上的位置进行确定。
并且，输出控制部57通过将研磨垫33A中的异常检测部位标示于圆90内的对应部位(符号91)等来输出研磨垫33A中的异常检测部位。由此，研磨垫33A上的异常产生部位被可视化。
输出控制部57可以标示某一特定的时刻的异常产生部位，也可以累积标示规定的时间范围内的异常产生部位。另外，输出控制部57也可以进行反应异常产生次数的输出。例如，输出控制部57也可以仅标示异常产生次数超过规定次数的位置并输出。由此，研磨垫33A上的异常产生密度被可视化。
返回到图4，判定部56包含功算出部563、寿命判定部564以及比较部565，判定部56也可以基于修整器41的功进行判定。
功算出部563算出取样时间dt中的修整器41与研磨垫33A的相对位移量L(换言之，修整器41擦过研磨垫33A的距离)和磨削力的大小|F|的积，即，算出修整器41的作功量W＝|F|＊L(J)。此外，功算出部563也可以用作功量W除以取样时间dt，来算出修整器41的功率P＝W/dt(W)。通过监控作功量W以及/或者功率P与研磨垫33A上的修整器41的位置(与研磨垫33A的旋转中心的距离)的关系，从而能够判定修整过程是否良好。判定的具体例如下。
图6是对寿命判定部564的动作进行说明的图。寿命判定部564根据某一时刻t1的作功量W1(或者功率P，以下相同)和其之后的某一时刻t2的作功量W2，预测作功量W达到阈值TH2的时刻t3。阈值TH2是与修整器41的寿命对应地设定的，是判断修整器41无法使用的值。这样一来，能够预测修整器41的寿命，能够根据需要催促交换。
返回到图4，作为其他判定例，比较部565对修整器41的作功量W和从外部设定的(或者预定的)上限阈值TH3以及下限阈值TH4进行比较，对作功量W超过上限阈值TH3的/低于下限阈值TH4的研磨垫33A上的位置进行检测。在作功量W超过上限阈值TH3的情况下，存在修整器41在研磨垫33A上的特定位置卡住的可能性。另外，在作功量低于下限阈值TH4的情况下，存在修整器41在研磨垫33A上的特定位置上浮而不能修整的可能性。输出控制部57也可以根据检测次数来显示警报。
输出控制部57也可以使显示部58显示研磨垫33A上的各位置的作功量W。另外，输出控制部57也可以掌握作功量W超过上限阈值TH3的/低于下限阈值TH4的研磨垫33A上的位置且进行标示。或者，也可以在超过/低于阈值的次数超过规定次数的情况下进行标示。
这样一来，在第一实施方式中，在修整器驱动组件43与修整器臂44之间设置力传感器46a～46c。由此，能够高精度地监控修整器41磨削研磨垫33A的力F(特别是其大小|F|、角度θ)，且能够用于各种判定。
此外，力传感器的设置位置不限定于图2所示的位置。
图7是作为图2的变形例的基板研磨装置3A’的概略侧视图。本基板研磨装置3A’的修整器臂44’由如下结构构成：沿水平方向延伸的基部44a；相对于修整器驱动组件43位于回旋轴45侧且从基部44a沿铅垂方向延伸的铅垂部44b；以及从基部44a的顶端沿铅垂方向延伸的铅垂部44c。
基板研磨装置3A’具有四个力传感器46d～46g，该四个力传感器46d～46g从修整器轴42的中心等距离的配置，以便能够允许由修整器41磨削研磨垫33A的力而产生的力矩负荷。
力传感器46d、46e处于同一水平面上，且分别配置于修整器驱动组件43的侧面下部与修整器臂44’中的铅垂部44b、44c的内侧面之间。另外，力传感器46d相对于修整器轴42的中心位于力传感器46e的相反侧。
力传感器46f、46g位于与配置有力传感器46d、46e的面不同的同一水平面上，且分别配置于修整器驱动组件43的侧面上部与修整器臂44’中的铅垂部44b、44c的内侧面之间。另外，力传感器46f相对于修整器轴42的中心位于力传感器46g的相反侧。
力传感器46d～46g各自输出与基部44a延伸的x方向的力成分、与x方向正交的y方向的力成分以及铅垂方向的力成分相关的信息。
若能够这样地监控修整器41磨削研磨垫33A的力F，则力传感器的数量、配置位置无特别限定。
(第二实施方式)
上述的第一实施方式是力传感器46a～46c对三轴方向的力进行检测的装置。相对于此，接着说明的第二实施方式是采用对铅垂方向(z方向)的力进行检测的力传感器的装置。本实施方式的基板研磨装置3A的概略侧视图与图2大致相同，但是对采用四个力传感器46h～46k例子进行说明。以下，以与第一实施方式的不同点为中心进行说明。
图8A是第二实施方式的一例即通过力传感器46h～46k的基板研磨装置3A’的示意的剖视图。若以修整器轴42的中心为原点，则配置有力传感器46h～46k的坐标依次为(Rxh，0)、(–Rxi，0)、(0，Ryj)、(0，–Ryk)。此外，也可以Rxh＝Rxi，也可以Ryj＝Ryk。
图8B是第二实施方式的其他例即通过力传感器46h～46k的基板研磨装置3A’的示意的剖视图。配置有力传感器46h～46k的坐标为(Rxh，Ryh)、(Rxi，–Ryi)、(–Rxj，Ryj)、(–Rxk，–Ryk)。此外，也可以是Rxh＝Rxi＝Rxj＝Rxk，也可以是Ryh＝Ryi＝Ryj＝Ryk。
当然，图8A、图8B所示的力传感器的配置只是示例，也可以是在第一实施方式已说明的那样的配置，对力传感器的数量、配置位置不作特别地限制。
不论在图8A、图8B中，力传感器46h～46k都分别输出与铅垂方向(z方向)的力成分相关的信息Fzh’～Fzk’。即，力传感器46h～46k可以不一定对三轴方向的力进行检测。
此外，在图2中，将修整器41的下表面与力传感器46h～46k的距离设为H。
在本实施方式中，控制装置50中的垫磨削力算出部52(参照图4)以如下方式算出磨削力F。此外，垫磨削力算出部52预先将来自各力传感器46h～46k的输出信息Fzh’～Fzk’转换为z方向的力Fzh～Fzk。
首先，垫磨削力算出部52基于下式，算出关于各力传感器46h～46k绕x轴的力矩负荷Mxn(n＝h～k)以及绕y轴的力矩负荷Myn(n＝h～k)。
Mxn＝Fzn＊Ryn
Myn＝Fzn＊Rxn
接着，垫磨削力算出部52将全部的力传感器46h～46k的力矩负荷相加，算出绕x轴的力矩负荷Mx以及绕y轴的力矩负荷My。即，如下式。
Mx＝ΣMxn＝Mxh+Mxi+Mxj+Mxk
My＝ΣMyn＝Myh+Myi+Myj+Myk
之后，垫磨削力算出部52基于下式算出磨削力F的x成分Fx以及y成分Fy。
Fx＝Mx/H
Fy＝My/H
之后的处理如在第一实施方式已说明的那样。
这样一来，在第二实施方式中，利用对一个方向的力进行检测的力传感器46h～46k，能够以低成本监控修整器41磨削研磨垫33A的力F。
(第三实施方式)
接着说明的第三实施方式能够对力传感器的异常进行检测。
本实施方式的基板研磨装置3A与第一实施方式同样地具有对三轴方向的力进行检测的力传感器46a～46c。
因此，如在第一实施方式已说明的那样，基于与水平方向相关的输出信息Fxa’～Fxc’、Fya’～Fyc’，垫磨削力算出部52能够算出Fx、Fy、|F|、θ。
另外，如在第二实施方式已说明的那样，垫磨削力算出部52能够基于与铅垂方向相关的输出信息Fza’～Fzc’来算出Fx、Fy、|F|、θ。
并且，判定部56对基于与水平方向相关的输出信息的力的大小|F|和基于与铅垂方向相关的输出信息的力的大小|F|进行比较。在两者的差超过规定的阈值的情况下，判定部56判定为力传感器存在异常。此外，代替力的大小|F|/在力的大小∣F∣的基础上，判定部56也可以对Fx、Fy、θ进行比较。
这样一来，在第三实施方式中，因为通过两种手法算出力F，因此能够对力传感器的异常进行检测。
(第四实施方式)
接着说明的第四实施方式算出且监控修整器41磨削研磨垫33A时的转矩(以下，称为垫磨削转矩)。
也考虑基于对修整器旋转轴进行旋转驱动的机构的电动机电流来监控修整器的垫磨削转矩。然而，如此获得的垫磨削转矩也包含旋转驱动机构的损失转矩量，不能够正确地监控垫磨削力。因此，在本实施方式中以如下方式进行。以下，以图8A所示的力传感器46h～46k的配置为例子进行说明。
本实施方式中的控制装置50具备垫磨削转矩算出部(未图示)，该垫磨削转矩算出部根据力传感器46h～46k输出的与水平方向相关的输出信息Fxh’～Fxk’以及Fyh’～Fyk和来自各力传感器46h～46k的修整器41的旋转轴中心的位置信息，算出绕修整器41的旋转轴作用的垫磨削转矩。此外，垫磨削转矩算出部预先将来自各力传感器46h～46k的输出信息Fxh’～Fxk’、Fyh’～Fyk’转换为水平方向的力Fxh～Fxk，Fyh～Fyk。
在此，在图8A中，若以修整器41的旋转轴中心即修整器轴42的中心为原点，则配置有力传感器46h～46k的坐标依次为(Rxh，0)、(–Rxi，0)、(0，Ryj)、(0，–Ryk)，这些坐标与上述位置信息对应。
垫磨削转矩算出部根据力传感器46h检测出的水平方向的力Fxh、Fyh和上述位置信息(坐标)，基于下式算出绕修整器旋转轴作用的转矩Th。
Th＝Fxh＊0+Fyh＊Rxh
同样地，根据力传感器46i、46j、46k检测出的力信息求得各转矩Ti、Tj、Tk的数式如下。
Ti＝Fxi＊0+Fyi＊(–Rxi)
Tj＝Fxj＊Ryj+Fyj＊0
Tk＝Fxk＊(–Ryk)+Fyk＊0
此外，垫磨削转矩算出部基于下式算出绕修整器旋转轴的垫磨削转矩T。
T＝Th+Ti+Tj+Tk
以上，如图8A所示，表示了配置有力传感器46h～46k的例子，但是，与力传感器的配置、数量无关，垫磨削转矩算出部基于来自各力传感器的输出信息和与修整器旋转轴中心的位置信息(位置关系)，就能够算出垫磨削转矩。
这样一来，在第四实施方式中，由于基于力传感器的输出就能够算出垫磨削转矩T，因此能够对不包含修整器旋转驱动机构的损失转矩的正确的垫磨削转矩进行检测。
上述的实施方式是以具有本发明所属技术领域的常规知识的技术人员能够实施本发明为目的而记载的。上述实施方式的各种变形例对本领域技术人员来说是显而易见的，本发明的技术思想也能够应用于其他实施方式。因此，本发明不限定于已记载的实施方式，应该是遵从由权利要求书定义的技术思想的最广的范围。

Claims (21)

1.一种基板研磨装置，其特征在于，具备：
旋转台，该旋转台设置有基板研磨用的研磨垫；
修整器，该修整器在所述研磨垫上移动并磨削所述研磨垫；
修整器驱动组件，该修整器驱动组件将所述修整器按压于所述研磨垫并且使所述修整器旋转；
支承部件，该支承部件支承所述修整器驱动组件；以及
多个力传感器，该多个力传感器设置于所述修整器驱动组件与所述支承部件之间，各自输出与三轴方向的各力相关的信息。
2.根据权利要求1所述的基板研磨装置，其特征在于，
所述多个力传感器以距所述修整器的旋转轴等距离并且绕所述修整器的旋转轴等间隔角度的方式配置。
3.根据权利要求1或2所述的基板研磨装置，其特征在于，
所述多个力传感器输出如下信息：
与所述修整器中的修整面的旋转面内的第一方向的力成分相关的第一信息；
与第二方向的力成分相关的第二信息，该第二方向在所述修整器中的修整面的旋转面内与所述第一方向正交；以及
与从所述研磨垫朝向所述修整器的方向的力成分相关的第三信息。
4.根据权利要求3所述的基板研磨装置，其特征在于，
具备第一垫磨削力算出部，该第一垫磨削力算出部基于分别从所述多个力传感器输出的所述第一信息，算出与所述多个力传感器各自的设置位置对应的所述修整器中的各位置磨削所述研磨垫的力的所述第一方向的成分，并且该第一垫磨削力算出部基于分别从所述多个力传感器输出的所述第二信息，算出与所述多个力传感器各自的设置位置对应的所述修整器中的各位置磨削所述研磨垫的力的所述第二方向的成分。
5.根据权利要求3所述的基板研磨装置，其特征在于，
具备修整器按压反作用力算出部，该修整器按压反作用力算出部基于分别从所述多个力传感器输出的所述第三信息，算出与所述多个力传感器各自的设置位置对应的所述修整器中的各位置按压所述研磨垫时的反作用力。
6.根据权利要求3所述的基板研磨装置，其特征在于，
具备垫磨削转矩算出部，该垫磨削转矩算出部基于从所述多个力传感器输出的所述第一信息和所述第二信息、以及所述多个力传感器各自与所述修整器的旋转轴中心的位置关系，算出所述修整器磨削所述研磨垫时的转矩。
7.根据权利要求3所述的基板研磨装置，其特征在于，
具备第二垫磨削力算出部，该第二垫磨削力算出部基于从所述多个力传感器输出的所述第一信息以及所述第二信息，算出所述修整器磨削所述研磨垫的力。
8.根据权利要求7所述的基板研磨装置，其特征在于，
具备判定部，该判定部对所述修整器磨削所述研磨垫的力的大小的时间变化和阈值进行比较来进行异常判定。
9.根据权利要求8所述的基板研磨装置，其特征在于，具备：
修整器位置算出部，该修整器位置算出部算出各时刻的所述修整器在所述研磨垫上的位置；以及
输出控制部，该输出控制部基于通过所述修整器位置算出部算出的算出结果和通过所述判定部判定的异常判定结果，确定且输出判定为异常时的所述修整器在所述研磨垫上的位置。
10.根据权利要求9所述的基板研磨装置，其特征在于，
所述输出控制部进行反应在所述研磨垫上判定为异常的次数的输出。
11.根据权利要求7所述的基板研磨装置，其特征在于，
所述第二垫磨削力算出部基于所述第一信息以及所述第二信息，算出所述修整器磨削所述研磨垫的力的大小以及方向。
12.根据权利要求7至11中的任一项所述的基板研磨装置，其特征在于，
具备功算出部，该功算出部基于所述修整器磨削所述研磨垫的力，算出所述修整器的作功量以及/或者功率。
13.根据权利要求12所述的基板研磨装置，其特征在于，
具备寿命判定部，该寿命判定部基于所述作功量以及/或者所述功率的变化，判定所述修整器的寿命。
14.根据权利要求12所述的基板研磨装置，其特征在于，
具备比较部，该比较部对所述作功量以及/或者所述功率和阈值进行比较。
15.一种基板研磨装置，其特征在于，具备：
旋转台，该旋转台设置有基板研磨用的研磨垫；
修整器，该修整器在所述研磨垫上移动并磨削所述研磨垫；
修整器驱动组件，该修整器驱动组件将所述修整器按压于所述研磨垫并且使所述修整器旋转；
支承部件，该支承部件支承所述修整器驱动组件；
多个力传感器，该多个力传感器设置于所述修整器驱动组件与所述支承部件之间，分别输出与从所述研磨垫朝向所述修整器的方向的力成分相关的第三信息；以及
第二垫磨削力算出部，该第二垫磨削力算出部基于从所述多个力传感器输出的所述第三信息、所述多个力传感器各自与所述修整器的修整面的距离，算出所述修整器磨削所述研磨垫的力。
16.根据权利要求15所述的基板研磨装置，其特征在于，
具备判定部，该判定部对所述修整器磨削所述研磨垫的力的大小的时间变化和阈值进行比较来进行异常判定。
17.根据权利要求16所述的基板研磨装置，其特征在于，具备：
修整器位置算出部，该修整器位置算出部算出各时刻的所述修整器在所述研磨垫上的位置；以及
输出控制部，该输出控制部基于通过所述修整器位置算出部算出的算出结果和通过所述判定部判定的异常判定结果，确定且输出判定为异常时的所述修整器在所述研磨垫上的位置。
18.根据权利要求17所述的基板研磨装置，其特征在于，
所述输出控制部进行反应在所述研磨垫上判定为异常的次数的输出。
19.根据权利要求15至18中的任一项所述的基板研磨装置，其特征在于，
具备功算出部，该功算出部基于所述修整器磨削所述研磨垫的力，算出所述修整器的作功量以及/或者功率。
20.根据权利要求19所述的基板研磨装置，其特征在于，
具备寿命判定部，该寿命判定部基于所述作功量以及/或者所述功率的变化，判定所述修整器的寿命。
21.根据权利要求19所述的基板研磨装置，其特征在于，
具备比较部，该比较部对所述作功量以及/或者所述功率和阈值进行比较。
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