KR102166779B1

KR102166779B1 - 기판 연마 장치

Info

Publication number: KR102166779B1
Application number: KR1020170105260A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 시노자키
Original assignee: 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2017-08-21
Publication date: 2020-10-16
Also published as: CN107877354A; CN107877354B; US20180093363A1; SG10201707289XA; JP2018051716A; US10625395B2; JP6715153B2; TW201813771A; TWI705873B; KR20180036526A

Abstract

드레서가 연마 패드를 깎는 힘을 모니터할 수 있는 기판 연마 장치를 제공한다.
본 개시의 일 양태에 의하면, 기판 연마용 연마 패드가 설치된 턴테이블과, 상기 연마 패드 상을 이동하여 상기 연마 패드를 깎는 드레서와, 상기 드레서를 상기 연마 패드에 가압함과 함께 상기 드레서를 회전시키는 드레서 구동 모듈과, 상기 드레서 구동 모듈을 지지하는 지지 부재와, 상기 드레서 구동 모듈과 상기 지지 부재 사이에 설치되고, 각각이 3축 방향의 각 힘에 관한 정보를 출력하는 복수의 힘 센서를 구비하는 기판 연마 장치가 제공된다.

Description

기판 연마 장치 {SUBSTRATE POLISHING APPARATUS}

본 개시는, 기판 연마 장치에 관한 것이다.

기판 연마 장치는, 턴테이블에 부착된 연마 패드에 기판을 압박함으로써, 기판의 표면을 연마한다. 기판을 연마함으로써 연마 패드의 표면 상태가 변화되는 경우가 있기 때문에, 기판 연마 장치는 연마 패드의 표면을 깎아 연마에 적합한 상태로 드레싱(dressing)하는 드레서를 구비하고 있다.

드레싱은, 기판의 처리와 병행하여 실시되는 것(이른바 In-situ 드레싱)도 있는가하면, 어느 기판의 처리 후, 또한 다음 기판의 처리 전에 실시되는 것(이른바 Ex-situ 드레싱)도 있다. 또한, 신품의 연마 패드의 표면층을 박리하여 연마액을 유지하기 쉬운 상태로 하는 드레싱(이른바 패드 브레이크 인 공정)도 있다.

일본 특허 공개 제2010-280031호 공보 일본 특허 공개 제2012-250309호 공보 일본 특허 공개 제2016-129931호 공보 일본 특허 공개 제2016-144860호 공보 일본 특허 공개 제2016-124063호 공보 일본 특허 제4596228호 공보 일본 특허 공개 제2000-311876호 공보 일본 특허 공개 제2004-142083호 공보

어느 드레싱에 있어서도, 일정한 제어 조건(레시피)에서 드레싱을 행해도 동일한 드레싱 결과가 얻어지지 않는 경우가 있다. 그 때문에, 드레서가 연마 패드를 깎는 힘을 모니터하는 것이 바람직하다.

이러한 문제점에 비추어, 드레서가 연마 패드를 깎는 힘을 모니터할 수 있는 기판 연마 장치를 제공한다.

본 개시의 일 양태에 의하면, 기판 연마용 연마 패드가 설치된 턴테이블과, 상기 연마 패드 상을 이동하여 상기 연마 패드를 깎는 드레서와, 상기 드레서를 상기 연마 패드에 가압함과 함께 상기 드레서를 회전시키는 드레서 구동 모듈과, 상기 드레서 구동 모듈을 지지하는 지지 부재와, 상기 드레서 구동 모듈과 상기 지지 부재 사이에 설치되고, 각각이 3축 방향의 각 힘에 관한 정보를 출력하는 복수의 힘 센서를 구비하는 기판 연마 장치가 제공된다.

드레서 구동 모듈과, 그 지지 부재 사이에 3축 힘 센서를 설치함으로써, 드레서가 연마 패드를 깎는 힘의 크기나 각도를 모니터 가능해진다.

상기 복수의 힘 센서는, 상기 드레서의 회전축으로부터 등거리이고, 또한 상기 드레서의 회전축 주위로 등간격의 각도로 배치되는 것이 바람직하다.

이에 의해, 드레서를 회전시킬 때의 회전 중심 주위의 토크 성분을 캔슬할 수 있다.

상기 복수의 힘 센서는, 상기 드레서에 있어서의 드레싱면의 회전면 내에 있어서의 제1 방향의 힘 성분에 관한 제1 정보와, 상기 드레서에 있어서의 드레싱면의 회전면 내에 있어서 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향의 힘 성분에 관한 제2 정보와, 상기 연마 패드로부터 상기 드레서를 향하는 방향의 힘 성분에 관한 제3 정보를 출력해도 된다.

이에 의해, 드레싱면에 있어서의 힘 성분을 산출 가능해진다.

상기 복수의 힘 센서 각각으로부터 출력되는 상기 제1 정보에 기초하여, 상기 복수의 힘 센서의 각각의 설치 위치에 대응하는 상기 드레서에 있어서의 각 위치가 상기 연마 패드를 깎는 힘의 상기 제1 방향의 성분과, 상기 복수의 힘 센서 각각으로부터 출력되는 상기 제2 정보에 기초하여, 상기 복수의 힘 센서의 각각의 설치 위치에 대응하는 상기 드레서에 있어서의 각 위치가 상기 연마 패드를 깎는 힘의 상기 제2 방향의 성분을 산출하는 제1 패드 연삭력 산출부를 구비해도 된다.

이에 의해, 드레서의 각 위치가 연마 패드를 깎는 힘을 모니터할 수 있다.

상기 복수의 힘 센서 각각으로부터 출력되는 상기 제3 정보에 기초하여, 상기 복수의 힘 센서의 각각의 설치 위치에 대응하는 상기 드레서에 있어서의 각 위치가 상기 연마 패드를 가압할 때의 반력을 산출하는 드레서 가압 반력 산출부를 구비해도 된다.

이에 의해, 드레서의 각 위치가 연마 패드를 가압할 때의 힘을 모니터할 수 있다.

상기 복수의 힘 센서로부터 출력되는 상기 제1 정보 및 상기 제2 정보와, 상기 힘 센서 각각과 상기 드레서의 회전축 중심의 위치 관계에 기초하여, 상기 드레서가 상기 연마 패드를 깎을 때의 토크를 산출하는 패드 연삭 토크 산출부를 구비해도 된다.

이에 의해, 패드 연삭 토크를 모니터할 수 있다.

상기 복수의 힘 센서로부터 출력되는 상기 제1 정보 및 상기 제2 정보에 기초하여, 상기 드레서가 상기 연마 패드를 깎는 힘을 산출하는 제2 패드 연삭력 산출부를 구비하는 것이 바람직하다.

이에 의해, 드레서가 연마 패드를 깎는 힘을 모니터할 수 있다.

또한, 본 개시의 다른 양태에 의하면, 기판 연마용 연마 패드가 설치된 턴테이블과, 상기 연마 패드 상을 이동하여 상기 연마 패드를 깎는 드레서와, 상기 드레서를 상기 연마 패드에 가압함과 함께 상기 드레서를 회전시키는 드레서 구동 모듈과, 상기 드레서 구동 모듈을 지지하는 지지 부재와, 상기 드레서 구동 모듈과 상기 지지 부재 사이에 설치되고, 각각이 상기 패드로부터 상기 드레서를 향하는 방향의 힘 성분에 관한 제3 정보를 출력하는 복수의 힘 센서와, 상기 복수의 힘 센서로부터 출력되는 상기 제3 정보와, 상기 복수의 힘 센서 각각과 상기 드레서의 드레싱면의 거리에 기초하여 상기 드레서가 상기 연마 패드를 깎는 힘을 산출하는 제2 패드 연삭력 산출부를 구비하는 기판 연마 장치가 제공된다.

드레서 구동 모듈과, 그 지지 부재 사이에 설치되는 힘 센서가 일방향의 힘만을 검출하는 경우라도, 힘 센서와 드레싱면의 거리를 사용함으로써 드레서가 연마 패드를 깎는 힘의 크기나 각도를 모니터 가능해진다.

상기 드레서가 상기 연마 패드를 깎는 힘의 크기의 시간 변화와, 역치를 비교하여 이상 판정을 행하는 판정부를 구비해도 된다.

이에 의해, 연마 패드의 이상을 검출할 수 있다.

각 시각에 있어서의 상기 드레서의 상기 연마 패드 상의 위치를 산출하는 드레서 위치 산출부와, 상기 드레서 위치 산출부에 의한 산출 결과와, 상기 판정부에 의한 이상 판정 결과에 기초하여, 이상이라고 판정되었을 때의 상기 드레서의 상기 연마 패드 상의 위치를 특정하여 출력하는 출력 제어부를 구비해도 된다.

이에 의해, 연마 패드에 있어서의 이상 발생 개소를 가시화할 수 있다.

상기 출력 제어부는, 상기 연마 패드 상에 있어서 이상이라고 판정된 횟수를 반영시킨 출력을 행해도 된다.

이에 의해 연마 패드에 있어서의 이상 발생 밀도를 가시화할 수 있다.

상기 제2 패드 연삭력 산출부는, 상기 제1 정보 및 상기 제2 정보에 기초하여, 상기 드레서가 상기 연마 패드를 깎는 힘의 크기 및 방향을 산출하는 것이 바람직하다.

상기 드레서가 상기 연마 패드를 깎는 힘에 기초하여, 상기 드레서의 일량 및/또는 일률을 산출하는 일 산출부를 구비해도 된다.

일량이나 일률도 모니터할 수 있어, 이들에 기초하는 다양한 판정이 가능해진다.

상기 일량 및/또는 상기 일률의 변화에 기초하여, 상기 드레서의 수명을 판정하는 수명 판정부를 구비해도 된다.

이에 의해, 고정밀도로 드레서의 수명을 판정할 수 있다.

상기 일량 및/또는 상기 일률과 역치의 비교를 행하는 비교부를 구비해도 된다.

이에 의해, 드레싱 프로세스의 양부를 감시할 수 있다.

도 1은 제1 실시 형태에 관한 기판 연마 장치(3A∼3D)를 갖는 기판 처리 장치의 개략 평면도.
도 2는 제1 실시 형태에 관한 기판 연마 장치(3A)의 개략 측면도.
도 3은 도 2의 힘 센서(46a∼46c)를 통과하는 기판 연마 장치(3A)의 모식적 단면도.
도 4는 제어 장치(50)의 개략 구성을 도시하는 블록도.
도 5는 표시부(58)에 표시되는 화면의 일례를 도시하는 도면.
도 6은 수명 판정부(564)의 동작을 설명하는 도면.
도 7은 도 2의 변형예인 기판 연마 장치(3A')의 개략 측면도.
도 8a는 제2 실시 형태의 일례인 힘 센서(46h∼46k)를 통과하는 기판 연마 장치(3A')의 모식적 단면도.
도 8b는 제2 실시 형태의 다른 예인 힘 센서(46h∼46k)를 통과하는 기판 연마 장치(3A')의 모식적 단면도.

이하, 본 발명에 관한 실시 형태에 대해, 도면을 참조하면서 구체적으로 설명한다.

(제1 실시 형태)

도 1은, 제1 실시 형태에 관한 기판 연마 장치(3A∼3D)를 갖는 기판 처리 장치의 개략 평면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 이 기판 처리 장치는, 대략 직사각 형상의 하우징(1)을 구비하고 있고, 하우징(1)의 내부는 격벽(1a, 1b)에 의해 로드/언로드부(2)와 연마부(3)와 세정부(4)로 구획되어 있다. 이들 로드/언로드부(2), 연마부(3) 및 세정부(4)는 각각 독립적으로 조립되고, 독립적으로 배기된다. 연마부(3)에서는 기판의 연마가 행해진다. 세정부(4)에서는 연마된 기판의 세정 및 건조가 행해진다. 또한, 기판 처리 장치는 기판 처리 동작을 제어하는 제어부(5)를 갖고 있다.

로드/언로드부(2)는, 다수의 기판(예를 들어, 반도체 웨이퍼)을 스톡하는 기판 카세트가 적재되는 2개 이상(본 실시 형태에서는, 4개)의 프론트 로드부(20)를 구비하고 있다. 이들 프론트 로드부(20)는, 하우징(1)에 인접하여 배치되고, 기판 처리 장치의 폭 방향(길이 방향과 수직인 방향)을 따라 배열되어 있다.

또한, 로드/언로드부(2)에는, 프론트 로드부(20)의 열을 따라 주행 기구(21)가 부설되어 있고, 이 주행 기구(21) 상에 기판 카세트의 배열 방향을 따라 이동 가능한 2대의 반송 로봇(로더)(22)이 설치되어 있다. 반송 로봇(22)은, 주행 기구(21) 상을 이동함으로써 프론트 로드부(20)에 탑재된 기판 카세트에 액세스할 수 있도록 되어 있다. 각 반송 로봇(22)은 상하에 2개의 핸드를 구비하고 있다. 그리고, 처리된 기판을 기판 카세트로 복귀시킬 때에 상측의 핸드를 사용하고, 처리 전의 기판을 기판 카세트로부터 취출할 때에 하측의 핸드를 사용하여, 상하의 핸드를 구분하여 사용할 수 있도록 되어 있다. 또한, 반송 로봇(22)의 하측의 핸드는, 그 축심 주위로 회전함으로써, 기판을 반전시킬 수 있도록 구성되어 있다.

연마부(3)는, 기판의 연마(평탄화)가 행해지는 영역이며, 예를 들어 로드/언로드부(2)측으로부터 차례로 배열된 4개의 기판 연마 장치(3A∼3D)를 구비하고, 그 각각은 연마 유닛(30) 및 드레싱 유닛(40)을 갖는다. 기판 연마 장치(3A∼3D)의 구성에 대해서는, 이후에 상세하게 설명한다.

세정부(4)는, 기판의 세정 및 건조가 행해지는 영역이며, 로드/언로드부(2)와는 반대 측으로부터 차례로 세정실(190)과, 반송실(191)과, 세정실(192)과, 반송실(193)과, 건조실(194)로 구획되어 있다.

세정실(190) 내에는, 수직 방향을 따라 배열된 2개의 1차 기판 세정 장치(201)(도 1에는 하나만 도시됨)가 배치되어 있다. 마찬가지로, 세정실(192) 내에는, 수직 방향을 따라 배열된 2개의 2차 기판 세정 장치(202)(도 1에는 하나만 도시됨)가 배치되어 있다. 1차 기판 세정 장치(201) 및 2차 기판 세정 장치(202)는, 세정액을 사용하여 기판을 세정하는 세정기이다. 이들 1차 기판 세정 장치(201) 및 2차 기판 세정 장치(202)는, 수직 방향을 따라 배열되어 있으므로, 풋프린트 면적이 작다고 하는 이점이 얻어진다.

건조실(194) 내에는, 세로 방향을 따라 배열된 2개의 기판 건조 장치(203)(도 1에는 하나만 도시됨)가 배치되어 있다. 이들 2개의 기판 건조 장치(203)는 서로 격리되어 있다. 기판 건조 장치(203)의 상부에는, 청정한 공기를 기판 건조 장치(203) 내에 각각 공급하는 필터 팬 유닛이 설치되어 있다.

또한, 기판 처리 장치가 제어부(5)를 구비하여 기판 연마 장치(3A∼3D) 등을 제어해도 되고, 기판 연마 장치(3A∼3D) 각각이 제어부(제어 장치)를 구비하고 있어도 된다.

다음으로, 기판을 반송하기 위한 반송 기구에 대해 설명한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 기판 연마 장치(3A, 3B)에 인접하여, 리니어 트랜스포터(6)가 배치되어 있다. 이 리니어 트랜스포터(6)는, 이들 기판 연마 장치(3A, 3B)가 배열되는 방향을 따른 4개의 반송 위치(로드/언로드부(2)측으로부터 차례로 반송 위치 TP1∼TP4로 함) 사이에서 기판을 반송한다.

또한, 기판 연마 장치(3C, 3D)에 인접하여, 리니어 트랜스포터(7)가 배치되어 있다. 이 리니어 트랜스포터(7)는, 이들 기판 연마 장치(3C, 3D)가 배열되는 방향을 따른 3개의 반송 위치(로드/언로드부(2)측으로부터 차례로 반송 위치 TP5∼TP7로 함) 사이에서 기판을 반송한다.

기판은, 리니어 트랜스포터(6)에 의해 기판 연마 장치(3A, 3B)로 반송된다. 기판 연마 장치(3A)에의 기판의 전달은 반송 위치 TP2에서 행해진다. 연마 장치(3B)에의 기판의 전달은 반송 위치 TP3에서 행해진다. 기판 연마 장치(3C)에의 기판의 전달은 반송 위치 TP6에서 행해진다. 기판 연마 장치(3D)에의 기판의 전달은 제7 반송 위치 TP7에서 행해진다.

반송 위치 TP1에는, 반송 로봇(22)으로부터 기판을 수취하기 위한 리프터(11)가 배치되어 있다. 기판은 이 리프터(11)를 통해 반송 로봇(22)으로부터 리니어 트랜스포터(6)로 전달된다. 리프터(11)와 반송 로봇(22) 사이에 위치하여, 셔터(도시하지 않음)가 격벽(1a)에 설치되어 있고, 기판의 반송 시에는 셔터가 개방되어 반송 로봇(22)으로부터 리프터(11)로 기판이 전달되도록 되어 있다.

또한, 리니어 트랜스포터(6, 7)와 세정부(4) 사이에는, 스윙 트랜스포터(12)가 배치되어 있다. 이 스윙 트랜스포터(12)는, 반송 위치 TP4, TP5의 사이를 이동 가능한 핸드를 갖고 있고, 리니어 트랜스포터(6)로부터 리니어 트랜스포터(7)로의 기판의 전달은, 스윙 트랜스포터(12)에 의해 행해진다.

기판은, 리니어 트랜스포터(7)에 의해 기판 연마 장치(3C) 및/또는 기판 연마 장치(3D)로 반송된다. 또한, 연마부(3)에서 연마된 기판은 스윙 트랜스포터(12)를 경유하여 세정부(4)로 반송된다. 스윙 트랜스포터(12)의 측방에는, 도시하지 않은 프레임에 설치된 기판의 임시 적재대(180)가 배치되어 있다. 이 임시 적재대(180)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 리니어 트랜스포터(6)에 인접하여 배치되어 있고, 리니어 트랜스포터(6)와 세정부(4) 사이에 위치하고 있다.

계속해서, 기판 연마 장치(3A∼3D)에 대해 상세하게 설명한다. 기판 연마 장치(3A∼3D)의 구성은 공통되어 있으므로, 이하에서는 기판 연마 장치(3A)에 대해 설명한다.

도 2는, 제1 실시 형태에 관한 기판 연마 장치(3A)의 개략 측면도이다.

기판 연마 장치(3A)는, 기판(W)을 연마하는 연마 유닛(30)으로서, 톱 링(31)과, 하부에 톱 링(31)이 연결된 톱 링 샤프트(32)와, 연마 패드(33A)를 갖는 턴테이블(33)과, 연마액을 턴테이블(33) 상에 공급하는 노즐(34)과, 톱 링 아암(35)과, 선회 축(36)과, 다양한 제어를 행하는 제어 장치(50)를 갖는다.

톱 링(31)은 진공 흡착에 의해 기판(W)을 하면에 보유 지지한다.

톱 링 샤프트(32)는, 일단부에 톱 링(31)의 상면 중앙이 연결되고, 타단부에 톱 링 아암(35)이 연결된다. 제어 장치(50)의 제어에 따라서 승강 기구(도시하지 않음)가 톱 링 샤프트(32)를 승강시킴으로써, 톱 링(31)에 보유 지지된 기판(W)의 하면이 연마 패드(33A)에 접촉되거나 이격되거나 한다. 또한, 제어 장치(50)의 제어에 따라서 모터(도시하지 않음)가 톱 링 샤프트(32)를 회전시킴으로써 톱 링(31)이 회전하고, 이에 의해 보유 지지된 기판(W)도 회전한다.

턴테이블(33)의 상면에는, 기판(W)을 연마하기 위한 연마 패드(33A)가 설치된다. 턴테이블(33)의 하면은 회전축에 접속되어 있고, 턴테이블(33)은 회전 가능하게 되어 있다. 연마액이 노즐(34)로부터 공급되고, 연마 패드(33A)에 기판(W)의 하면이 접촉한 상태에서 기판(W) 및 턴테이블(33)이 회전함으로써, 기판(W)이 연마된다. 이 연마에 의해, 연마 패드(33A)의 표면은 열화되는 경우가 있다.

톱 링 아암(35)은, 일단부에 톱 링 샤프트(32)가 회전 가능하게 연결되고, 타단부에 선회 축(36)이 연결된다. 제어 장치(50)의 제어에 따라서 모터(도시하지 않음)가 선회 축(36)을 회전시킴으로써 톱 링 아암(35)이 요동하여, 톱 링(31)이 연마 패드(33A) 상과, 기판 전달 위치인 반송 위치 TP2(도 1) 사이를 오고 간다.

또한, 기판 연마 장치(3A)는, 드레싱 유닛(40)으로서, 드레서(41)와, 드레서 샤프트(42)와, 드레서 구동 모듈(43)과, 드레서 아암(44)과, 선회 축(45)과, 복수의 힘 센서(46a∼46c)를 갖는다.

드레서(41)는 단면이 원형이고, 그 하면이 드레싱면이다. 드레싱면에는 다이아몬드 입자 등이 고정되어 있다. 드레서(41)가 연마 패드(33A)에 접촉하면서 이동함으로써 연마 패드(33A)의 표면을 깎고, 이에 의해 연마 패드(33A)가 드레싱(컨디셔닝)된다.

드레서 샤프트(42)의 하단에는 도시하지 않은 드레서 홀더를 통해 드레서(41)가 착탈 가능하게 연결되어 있다.

드레서 구동 모듈(43)은 드레서 샤프트(42)를 회전 가능하게, 또한 상하 이동 가능하게 보유 지지하여, 드레서 샤프트(42)를 승강 및 회전시킨다. 예를 들어, 드레서 구동 모듈(43)은 하우징(43a) 내에 설치된 승강 기구 및 모터를 갖는다. 제어 장치(50)의 제어에 따라서 승강 기구가 드레서 샤프트(42)를 하강시킴으로써, 드레서(41)의 하면은 연마 패드(33A)에 접촉하여 이것을 가압한다. 또한, 제어 장치(50)의 제어에 따라서 모터가 드레서 샤프트(42)를 회전시킴으로써, 드레서(41)는 연마 패드(33A)와 접촉한 상태에서 회전한다.

드레서 아암(44)은 드레서 구동 모듈(43)을 지지하는 지지 부재이며, 수평 방향으로 연장되는 일단부에 드레서 샤프트(42)가 회전 가능하게 연결되고, 타단부에 선회 축(45)이 연결된다. 제어 장치(50)의 제어에 따라서 모터(도시하지 않음)가 선회 축(45)을 회전시킴으로써 드레서 아암(44)이 요동하여, 드레서(41)가 연마 패드(33A) 상과 퇴피 위치 사이를 오고 간다.

본 실시 형태의 특징 중 하나로서, 3축 방향의 힘을 검출하기 위한 복수의 힘 센서(46a∼46c)(도 2에는 힘 센서(46a, 46b)만 보임)가, 드레서(41)가 연마 패드(33A)를 깎는 힘에 의해 발생하는 모멘트 하중을 허용할 수 있도록, 드레서 구동 모듈(43)과 드레서 아암(44) 사이에 배치된다. 바람직하게는, 드레서 구동 모듈(43)의 하방, 또한 드레서 아암(44)의 상방에 힘 센서(46a∼46c)가 배치되고, 이에 의해 드레서 아암(44)이 길어지는 것을 억제할 수 있다.

도 3은, 도 2의 힘 센서(46a∼46c)를 통과하는 기판 연마 장치(3A)의 모식적 단면도(A-A 단면도)이다. 본 실시 형태에서는, 수평면(바꾸어 말하면, 드레서(41)에 있어서의 드레싱면의 회전면, 이하 동일함) 내에 있어서, 드레서 샤프트(42)의 중심으로부터 등거리 R이고, 또한 드레서 샤프트(42)의 회전축 주위로 등간격(120도씩)의 각도로 3개의 힘 센서(46a∼46c)가 배치된다. 이와 같이 배치함으로써, 드레서(41)를 회전시킬 때의 회전 중심 주위의 토크 성분을 캔슬할 수 있다.

또한, 힘 센서(46a)는, 수평면 내에 있어서의 드레서 아암(44)이 연장되는 x 방향(도 2 참조)의 힘 성분 Fxa에 관한 정보 Fxa'(예를 들어, 힘 성분 Fxa에 비례하는 전하나 전압)와, 수평면 내에 있어서 x 방향과 직교하는 y 방향의 힘 성분 Fya에 관한 정보 Fya'와, 연직 방향(바꾸어 말하면, 연마 패드(33A)로부터 드레서(41)를 향하는 방향, 이하, z 방향이라고 함)의 힘 성분 Fza에 관한 정보 Fza'를 출력한다. 힘 센서(46b, 46c)도 마찬가지이다. 출력되는 각 정보는 제어 장치(50)에 입력된다.

도 4는, 제어 장치(50)의 개략 구성을 도시하는 블록도이다. 제어 장치(50)는, 드레서 위치 산출부(51)와, 패드 연삭력 산출부(52, 53a∼53c)와, 드레서 가압 반력 산출부(54a∼54c)와, 기억부(55)와, 판정부(56)와, 출력 제어부(57)와, 표시부(58)를 갖는다. 이들 중 적어도 일부는 하드웨어로 실장되어도 되고 소프트웨어로 실현되어도 된다. 후자의 경우, 프로세서가 소정의 프로그램을 실행함으로써 각 부가 실현될 수 있다.

드레서 위치 산출부(51)는 각 시각에 있어서의 드레서(41)의 연마 패드(33A) 상의 절대 위치를 산출한다. 패드 연삭력 산출부(52, 53a∼53c)는 드레서(41)가 연마 패드(33A)를 깎는 힘을 산출한다. 드레서 가압 반력 산출부(54a∼54c)는, 드레서(41)가 연마 패드(33A)를 깎을 때의, 연마 패드(33A)로부터 드레서(41)에의 반력을 산출한다. 기억부(55)는 상기한 각 산출 결과를 기억한다. 판정부(56)는 상기한 산출 결과에 기초하여 다양한 판정을 행한다. 출력 제어부(57)는 판정부(56)에 의한 판정 결과 등을 출력하기 위한 데이터를 생성하여, 표시부(58)에 표시시킨다. 이하, 상세하게 설명한다.

드레서 위치 산출부(51)는 각 시각 ti에 있어서의 드레서(41)의 연마 패드(33A) 상의 절대 위치 Pi를 산출한다. 더 구체적으로는, 드레서 위치 산출부(51)는, 턴테이블(33)의 회전 각도 θtt(또는 회전 속도 Ntt)와, 드레서 아암(44)의 선회 각도 θdr(또는 선회 중심을 기준으로 하는 드레서(41)의 위치 Pdr)이 입력되고, 드레싱 유닛(40)의 구조에 따른 상수를 사용하여, 위치 Pi를 산출한다. 위치 Pi는 기억부(55) 및 판정부(56)에 출력된다.

패드 연삭력 산출부(52)는, 힘 센서(46a∼46c)로부터 출력되는 정보 Fxa'∼Fxc', Fya'∼Fyc'에 기초하여, 드레서(41)가 연마 패드(33A)를 깎는 힘 F(이하, 단순히 「깎는 힘 F」라고도 함)를 산출한다. 또한, 단순히 힘 F라고 한 경우, 그 x성분 Fx, y성분 Fy, 힘의 크기 |F| 및/또는 힘의 방향 θ를 가리키는 것으로 한다. 구체적인 처리는 다음과 같다.

먼저, 패드 연삭력 산출부(52)는 힘 센서(46a∼46c)의 x 방향에 관한 출력 정보 Fxa'∼Fxc'를 합산하여, Fx'＝(Fxa'＋Fxb'＋Fxc')를 산출한다. 마찬가지로, 패드 연삭력 산출부(52)는 Fy'＝(Fya'＋Fyb'＋Fyc')를 산출한다.

계속해서, 패드 연삭력 산출부(52)는, Fx', Fy'에 각각 기초하여 깎는 힘 F의 x성분 Fx 및 y성분 Fy를 산출한다. 예를 들어, 힘 센서(46a∼46c)가 힘에 비례하는 전하를 출력하는 경우, 패드 연삭력 산출부(52)는 차지 증폭기(도시하지 않음)를 사용하여, 전하 Fx', Fy'를 힘 Fx, Fy와 각각 비례하는 전압 Vx, Vy로 변환한다. 그리고, 패드 연삭력 산출부(52)는 전압 Vx, Vy를 힘 Fx, Fy로 각각 변환한다.

또한, 패드 연삭력 산출부(52)는 다음 식에 기초하여 깎는 힘 F의 크기 |F| 및 각도 θ를 산출한다.

패드 연삭력 산출부(52)는, 힘 센서(46a∼46c)로부터 정기적으로 Fxa'∼Fxc', Fya'∼Fyc'를 수취하여 Fx, Fy, |F|, θ를 산출하고, 산출 결과를 기억부(55) 및 판정부(56)에 출력한다.

기억부(55)는, 패드 연삭력 산출부(52) 및 드레서 위치 산출부(51)의 산출 결과에 기초하여, 어느 시각 ti에 있어서의 깎는 힘 Fi와, 그때의 드레서(41)의 위치 Pi를 관련지어 기억한다. 이에 의해, 어느 시각 ti에 있어서의 드레서(41)가 연마 패드(33A) 상의 위치와, 그때의 깎는 힘 Fi의 관계를 알 수 있다. 산출된 깎는 힘 F는 출력 제어부(57)에 의해 표시부(58)에 표시되어도 된다.

패드 연삭력 산출부(53a)는, 힘 센서(46a)로부터의 정보 Fxa', Fya'에 기초하여, 필요에 따라서 차지 증폭기를 사용하여, 힘 센서(46a)의 설치 위치에 대응하는 드레서(41)의 위치가 연마 패드(33A)를 깎는 힘 Fa의 x성분 Fxa 및 y성분 Fya를 산출한다. 이어서, 패드 연삭력 산출부(53a)는 다음 식에 기초하여 깎는 힘 Fa의 크기 |Fa| 및 각도 θa를 산출한다.

마찬가지로, 패드 연삭력 산출부(53b)는, 힘 센서(46b)의 설치 위치에 대응하는 드레서(41)의 위치가 연마 패드(33A)를 깎는 힘 Fb의 x성분 Fxb 및 y성분 Fyb 및 깎는 힘 Fb의 크기 |Fb| 및 각도 θb를 산출한다. 또한 마찬가지로, 패드 연삭력 산출부(53c)는, 힘 센서(46c)의 설치 위치에 대응하는 드레서(41)의 위치가 연마 패드(33A)를 깎는 힘 Fc의 x성분 Fxc 및 y성분 Fyc 및 힘 Fc의 크기 |Fc| 및 각도 θc를 산출한다.

판정부(56)는, 이들 패드 연삭력 산출부(53a∼53c)의 산출 결과에 기초하여, 드레서(41)의 각 위치에 있어서의 수평 방향의 힘을 비교함으로써 이상 판정을 행해도 된다. 또한, 출력 제어부(57)는, 수평면 내의 작용 분포를 모니터하고, 그 결과를 표시부(58)에 표시해도 된다.

드레서 가압 반력 산출부(54a)는, 힘 센서(46a)로부터의 정보 Fza'에 기초하여, 필요에 따라서 차지 증폭기를 사용하여, 힘 센서(46a)의 설치 위치에 대응하는 드레서(41)의 위치가 연마 패드(33A)를 가압할 때의 반력 Fza를 산출한다.

마찬가지로, 드레서 가압 반력 산출부(54b)는 힘 센서(46b)의 설치 위치에 대응하는 드레서(41)의 위치가 연마 패드(33A)를 가압할 때의 반력 Fzb를 산출한다. 또한 마찬가지로, 드레서 가압 반력 산출부(54c)는, 힘 센서(46c)의 설치 위치에 대응하는 드레서(41)의 위치가 연마 패드(33A)를 가압할 때의 반력 Fzc를 산출한다.

판정부(56)는, 이들 드레서 가압 반력 산출부(54a∼57c)의 산출 결과에 기초하여, 드레서(41)의 각 위치에 있어서의 가압 하중을 비교함으로써 이상 판정을 행해도 된다. 또한, 출력 제어부(57)는, 수평면 내의 작용 분포를 모니터하고, 그 결과를 표시부(58)에 표시해도 된다. 또한, 드레서(41)의 설치 시에, 전압 Fza∼Fzc가 서로 동등해지는 조정이 행해져도 된다.

판정부(56)는, 차분부(561) 및 비교부(562)를 포함하여, 깎는 힘 F의 시간 변화에 기초하여 이상 판정을 행해도 된다.

차분부(561)는, 외부로부터 설정되는(혹은 미리 정한) 샘플링 시간 지령에 기초하여, 어느 시각에 있어서의 깎는 힘 F의 크기 |F|와, 그 후의 어느 시각에 있어서의 깎는 힘 F의 크기 |F|의 차분값 dF를 산출한다.

비교부(562)는, 차분값 dF와 외부로부터 설정되는(또는 미리 정한) 역치 TH1을 비교하여, 차분값 dF의 쪽이 큰 경우에, 이상 있음이라고 판정한다. 차분값 dF가 역치 TH1보다 큰 경우, 예를 들어 패드 표면이 편마모되거나, 혹은 편마모되기 시작하고 있을 가능성이 있다. 이러한 판정에 의해 연마 패드(33A)에 이상이 있는 것을 검출할 수 있다. 판정 결과는 출력 제어부(57)에 출력되어 표시부(58)에 표시되어도 된다.

예를 들어, 출력 제어부(57)는, 기억부(55)에 기억된 데이터 및 판정부(56)의 판정 결과에 기초하여, 소정의 화면을 표시부(58)에 표시시킨다.

도 5는, 표시부(58)에 표시되는 화면의 일례를 나타내는 도면이다. 도 5의 원(90)은 연마 패드(33A)의 표면을 모의하고 있다. 출력 제어부(57)는, 기억부(55)에 기억된 데이터에 기초하여, 판정부(56)에 의해 이상이 검출된 시각 ti에 있어서의 드레서(41)의 연마 패드(33A) 상의 위치 Pi를 파악한다. 이와 같이 하여, 출력 제어부(57)는 이상이 검출된 연마 패드(33A) 상의 위치를 특정한다.

그리고, 출력 제어부(57)는 연마 패드(33A)에 있어서의 이상 검출 개소를 원(90) 내의 대응 개소에 플롯하는(부호 91) 등에 의해 출력한다. 이에 의해, 연마 패드(33A) 상에 있어서의 이상 발생 개소가 가시화된다.

출력 제어부(57)는, 어느 특정 시각에 있어서의 이상 발생 개소를 플롯해도 되고, 소정의 시간 범위 내에 있어서의 이상 발생 개소를 누적하여 플롯해도 된다. 또한, 출력 제어부(57)는, 이상 발생 횟수를 반영시킨 출력을 행해도 된다. 예를 들어, 출력 제어부(57)는, 이상 발생 횟수가 소정 횟수를 초과한 위치만을 플롯하여 출력해도 된다. 이에 의해, 연마 패드(33A) 상에 있어서의 이상 발생 밀도가 가시화된다.

도 4로 되돌아가, 판정부(56)는, 일 산출부(563), 수명 판정부(564) 및 비교부(565)를 포함하여, 드레서(41)의 일에 기초하는 판정을 행해도 된다.

일 산출부(563)는, 샘플링 시간 dt에 있어서의 드레서(41)와 연마 패드(33A)의 상대 변위량 L(바꾸어 말하면, 드레서(41)가 연마 패드(33A)를 문지른 거리)과, 깎는 힘의 크기 |F|의 곱, 즉, 드레서(41)의 일량 W＝|F|*L[J]를 산출한다. 또한, 일 산출부(563)는, 일량 W를 샘플링 시간 dt로 나누어, 드레서(41)의 일률 P＝W/dt[W]를 산출해도 된다. 일량 W 및/또는 일률 P와, 연마 패드(33A) 상에 있어서의 드레서(41)의 위치(연마 패드(33A)의 회전 중심으로부터의 거리)의 관계를 모니터함으로써, 드레싱 프로세스의 양부를 판정할 수 있다. 판정의 구체예는 다음과 같다.

도 6은, 수명 판정부(564)의 동작을 설명하는 도면이다. 수명 판정부(564)는, 어느 시각 t1에 있어서의 일량 W1(또는 일률 P, 이하 동일함)과, 그 후의 어느 시각 t2에 있어서의 일량 W2로부터, 일량 W가 역치 TH2에 도달하는 시각 t3을 예측한다. 역치 TH2는, 드레서(41)의 수명에 대응하여 설정되고, 드레서(41)가 사용 불가라고 판단되는 값이다. 이와 같이 하여 드레서(41)의 수명을 예측할 수 있어, 필요에 따라서 교환을 촉진할 수 있다.

도 4로 되돌아가 다른 판정 예로서, 비교부(565)는, 드레서(41)의 일량 W와 외부로부터 설정되는(또는 미리 정한) 상한 역치 TH3 및 하한 역치 TH4를 비교하여, 일량 W가 상한 역치 TH3을 초과하는/하한 역치 TH4를 하회하는 연마 패드(33A) 상의 위치를 검출한다. 일량 W가 상한 역치 TH3을 초과하는 경우, 드레서(41)가 연마 패드(33A) 상의 특정 위치에서 걸려 있을 가능성이 있다. 또한, 일량이 하한 역치 TH4를 하회하는 경우, 드레서(41)가 연마 패드(33A) 상의 특정 위치에서 떠 있어, 드레싱되고 있지 않을 가능성이 있다. 출력 제어부(57)는 검출 횟수에 따라서 알람을 표시해도 된다.

출력 제어부(57)는, 연마 패드(33A) 상의 각 위치에 있어서의 일량 W를 표시부(58)에 표시해도 된다. 또한, 출력 제어부(57)는, 일량 W가 상한 역치 TH3을 초과하는/하한 역치 TH4를 하회하는 연마 패드(33A) 상의 위치를 파악하여, 플롯해도 된다. 혹은, 역치를 초과하는/하회하는 수가 소정 횟수를 초과한 경우에, 플롯을 행해도 된다.

이와 같이, 제1 실시 형태에서는, 드레서 구동 모듈(43)과 드레서 아암(44) 사이에 힘 센서(46a∼46c)를 설치한다. 이에 의해, 드레서(41)가 연마 패드(33A)를 깎는 힘 F(특히 그 크기 |F|나 각도 θ)를 고정밀도로 모니터할 수 있어, 다양한 판정에 이용할 수 있다.

또한, 힘 센서의 설치 위치는 도 2에 도시한 것에 한정되지 않는다.

도 7은, 도 2의 변형예인 기판 연마 장치(3A')의 개략 측면도이다. 본 기판 연마 장치(3A')의 드레서 아암(44')은, 수평 방향으로 연장되는 베이스부(44a)와, 드레서 구동 모듈(43)보다 선회 축(45)측에 있고 베이스부(44a)로부터 연직 방향으로 연장되는 연직부(44b)와, 베이스부(44a)의 선단으로부터 연직 방향으로 연장되는 연직부(44c)로 이루어진다.

기판 연마 장치(3A')는, 드레서(41)가 연마 패드(33A)를 깎는 힘에 의해 발생하는 모멘트 하중을 허용할 수 있도록, 또한 드레서 샤프트(42)의 중심으로부터 동등한 거리에 배치된 4개의 힘 센서(46d∼46g)를 갖는다.

힘 센서(46d, 46e)는, 동일 수평면 상에 있고, 드레서 구동 모듈(43)의 측면 하부와, 드레서 아암(44')에 있어서의 연직부(44b, 44c)의 내측면 사이에 각각 배치된다. 또한, 힘 센서(46d)는 드레서 샤프트(42)의 중심에 대해 힘 센서(46e)의 반대측에 있다.

힘 센서(46f, 46g)는, 힘 센서(46d, 46e)가 배치되는 면과는 상이한 동일 수평면 상에 있고, 드레서 구동 모듈(43)의 측면 상부와, 드레서 아암(44')에 있어서의 연직부(44b, 44c)의 내측면 사이에 각각 배치된다. 또한, 힘 센서(46d)는 드레서 샤프트(42)의 중심에 대해 힘 센서(46e)의 반대측에 있다.

힘 센서(46d∼46g) 각각은, 베이스부(44a)가 연장되는 x 방향의 힘 성분과, x 방향과 직교하는 y 방향의 힘 성분과, 연직 방향의 힘 성분에 관한 정보를 출력한다.

이와 같이 드레서(41)가 연마 패드(33A)를 깎는 힘 F를 모니터할 수 있는 것이면, 힘 센서의 수나 배치 위치에 특별히 제한은 없다.

(제2 실시 형태)

상술한 제1 실시 형태는, 힘 센서(46a∼46c)가 3축 방향의 힘을 검출하는 것이었다. 이에 대해, 다음으로 설명하는 제2 실시 형태는, 연직 방향(z 방향)의 힘을 검출하는 힘 센서를 사용하는 것이다. 본 실시 형태에 관한 기판 연마 장치(3A)의 개략 측면도는 도 2와 거의 마찬가지이지만, 4개의 힘 센서(46h∼46i)를 사용하는 예를 설명한다. 이하에서는 제1 실시 형태와의 상위점을 중심으로 설명한다.

도 8a는, 제2 실시 형태의 일례인 힘 센서(46h∼46k)를 통과하는 기판 연마 장치(3A')의 모식적 단면도이다. 드레서 샤프트(42)의 중심을 원점으로 하면, 힘 센서(46h∼46k)가 배치되는 좌표는 차례로 (Rxh, 0), (-Rxi, 0), (0, Ryj), (0, -Ryk)이다. 또한, Rxh＝Rxi여도 되고, Ryj＝Rhk여도 된다.

도 8b는, 제2 실시 형태의 다른 예인 힘 센서(46h∼46k)를 통과하는 기판 연마 장치(3A')의 모식적 단면도이다. 힘 센서(46h∼46k)가 배치되는 좌표는 (Rxh, Ryh), (Rxi, -Ryi), (-Rxj, Ryj), (-Rxk, -Rky)이다. 또한, Rxh＝Rxi＝Rxj＝Rxk여도 되고, Ryh＝Ryi＝Ryj＝Ryk여도 된다.

물론 도 8a나 도 8b에 도시한 힘 센서의 배치는 예시에 불과하며, 제1 실시 형태에서 설명한 바와 같은 배치여도 되고, 힘 센서의 수나 배치 위치에 특별히 제한은 없다.

도 8a, 도 8b의 어느 경우든, 힘 센서(46h∼46k)는 연직 방향(z 방향)의 힘 성분에 관한 정보 Fzh'∼Fzk'를 각각 출력한다. 즉, 힘 센서(46h∼4h)는 반드시 3축 방향의 힘을 검출하는 것은 아니어도 된다.

또한, 도 2에 있어서, 드레서(41)의 하면과 힘 센서(46h∼46k)의 거리를 H로 한다.

본 실시 형태에 있어서, 제어 장치(50)에 있어서의 패드 연삭력 산출부(52)(도 4 참조)는, 다음과 같이 하여 깎는 힘 F를 산출한다. 또한, 패드 연삭력 산출부(52)는, 각 힘 센서(46h∼46k)로부터의 출력 정보 Fzh'∼Fzk'를, z 방향의 힘 Fzh∼Fzk로 미리 변환해 둔다.

먼저, 패드 연삭력 산출부(52)는, 다음 식에 기초하여, 각 힘 센서(46h∼46k)에 대해, x축 주위의 모멘트 하중 Mxn(n＝h∼k) 및 y축 주위의 모멘트 하중 Myn(n＝h∼k)을 산출한다.

Mxn＝Fzn*Ryn

Myn＝Fzn*Ryn

계속해서, 패드 연삭력 산출부(52)는, 모든 힘 센서(46h∼46k)의 모멘트 하중을 합산하여, x축 주위의 모멘트 하중 Mx 및 y축 주위의 모멘트 하중 My를 산출한다. 즉, 다음 식과 같다.

Mx＝ΣMxn＝Mxh＋Mxi＋Mxj＋Mxk

My＝ΣMyn＝Myh＋Myi＋Myj＋Myk

그 후, 패드 연삭력 산출부(52)는 다음 식에 기초하여 깎는 힘 F의 x성분 Fx 및 y성분 Fy를 산출한다.

Fx＝Mx/H

Fy＝My/H

그 후의 처리는 제1 실시 형태에서 설명한 바와 같다.

이와 같이, 제2 실시 형태에서는, 일방향의 힘을 검출하는 힘 센서(46h∼46k)를 사용하여, 드레서(41)가 연마 패드(33A)를 깎는 힘 F를 저비용으로 모니터할 수 있다.

(제3 실시 형태)

다음으로 설명하는 제3 실시 형태는, 힘 센서의 이상을 검출할 수 있도록 하는 것이다.

본 실시 형태에 관한 기판 연마 장치(3A)는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 3축 방향의 힘을 검출하는 힘 센서(46a∼46c)를 갖는 것으로 한다.

따라서, 제1 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 수평 방향에 관한 출력 정보 Fxa'∼Fxc', Fya'∼Fza'에 기초하여, 패드 연삭력 산출부(52)는 Fx, Fy, |F|, θ를 산출할 수 있다.

또한, 제2 실시 형태에서 설명한 바와 같이 하여, 패드 연삭력 산출부(52)는 연직 방향에 관한 출력 정보 Fza'∼Fzc'에 기초하여 Fx, Fy, |F|, θ를 산출할 수도 있다.

그리고, 판정부(56)는, 수평 방향에 관한 출력 정보에 기초하는 힘의 크기 |F|와, 연직 방향에 관한 출력 정보에 기초하는 힘의 크기 |F|를 비교한다. 양자의 차가 소정의 역치를 초과하는 경우, 판정부(56)는 힘 센서에 이상이 있다고 판정한다. 또한, 힘의 크기 |F| 대신에/외에도 판정부(56)는 Fx, Fy, θ를 비교해도 된다.

이와 같이, 제3 실시 형태에서는, 힘 F를 2개의 방법으로 산출하기 때문에, 힘 센서의 이상을 검출할 수 있다.

(제4 실시 형태)

다음으로 설명하는 제4 실시 형태는, 드레서(41)가 연마 패드(33A)를 깎을 때의 토크(이하, 패드 연삭 토크라고 함)를 산출하여 모니터하는 것이다.

드레서 회전축을 회전 구동하는 기구의 모터 전류에 기초하여, 드레서의 패드 연삭 토크를 모니터하는 것도 생각된다. 그러나, 이와 같이 하여 얻어지는 패드 연삭 토크는 회전 구동 기구의 손실 토크분도 포함되어 있어, 정확하게 패드 연삭력을 모니터할 수 없다. 그래서, 본 실시 형태에서는 다음과 같이 한다. 이하, 도 8a에 도시한 힘 센서(46h∼46k)의 배치를 예로 들어 설명한다.

본 실시 형태에 있어서의 제어 장치(50)는, 힘 센서(46h∼46k)가 출력하는 수평 방향에 관한 출력 정보 Fxh'∼Fxk' 및 Fyh'∼Fyk와, 각 힘 센서(46h∼46k)의 드레서(41)의 회전축 중심으로부터의 위치 정보로부터, 드레서(41)의 회전축 주위에 작용하는 패드 연삭 토크를 산출하는 패드 연삭 토크 산출부(도시하지 않음)를 구비한다. 또한, 패드 연삭 토크 산출부는, 각 힘 센서(46h∼46k)로부터의 출력 정보 Fxh'∼Fxk', Fyh'∼Fyk'를, 수평 방향의 힘 Fxh'∼Fxk', Fyh'∼Fyk'로 미리 변환해 둔다.

여기서, 도 8a에 있어서, 드레서(41)의 회전축 중심, 즉 드레서 샤프트(42)의 중심을 원점으로 하면, 힘 센서(46h∼46k)가 배치되는 좌표는 차례로 (Rxh, 0), (-Rxi, 0), (0, Ryj), (0, -Ryk)이고, 이들의 좌표가 상기 위치 정보에 대응한다.

패드 연삭 토크 산출부는, 힘 센서(46h)가 검출한 수평 방향의 힘 Fxh, Fyh와, 상기 위치 정보(좌표)로부터, 드레서 회전축 주위에 작용하는 토크 Th를 다음 식에 기초하여 산출한다.

Th＝Fxh*0＋Fyh*Rxh

마찬가지로 힘 센서(46i, 46j, 46k)가 검출한 힘 정보로부터 각 토크 Ti, Tj, Tk를 구하는 식은 이하와 같다.

Ti＝Fxi*0＋Fyi*(-Rxi)

Tj＝Fxj*Ryj＋Fyj*0

Tk＝Fxk*(-Ryk)＋Fyk*0

또한, 패드 연삭 토크 산출부는, 다음 식에 기초하여, 드레서 회전축 주위의 패드 연삭 토크 T를 산출한다.

T＝Th＋Ti＋Tj＋Tk

이상, 도 8a에 도시한 바와 같이 힘 센서(46h∼46i)가 배치되는 예를 나타냈지만, 패드 연삭 토크 산출부는, 힘 센서의 배치나 수에 관계없이, 각 힘 센서로부터의 출력 정보와, 드레서 회전축 중심의 위치 정보(위치 관계)에 기초하여, 패드 연삭 토크를 산출할 수 있다.

이와 같이, 제4 실시 형태에서는, 힘 센서의 출력에 기초하여 패드 연삭 토크 T를 산출할 수 있으므로, 드레서 회전 구동 기구의 손실 토크를 포함하지 않는 정확한 패드 연삭 토크를 검출할 수 있다.

상술한 실시 형태는, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 자가 본 발명을 실시할 수 있는 것을 목적으로 하여 기재된 것이다. 상기 실시 형태의 다양한 변형 예는, 당업자라면 당연히 이룰 수 있는 것이며, 본 발명의 기술적 사상은 다른 실시 형태에도 적용할 수 있는 것이다. 따라서, 본 발명은, 기재된 실시 형태에 한정되지 않고, 청구범위에 의해 정의되는 기술적 사상에 따른 가장 넓은 범위로 해야 한다.

3A∼3D : 기판 연마 장치
30 : 연마 유닛
31 : 톱 링
32 : 톱 링 샤프트
33 : 턴테이블
33A : 연마 패드
34 : 노즐
35 : 톱 링 아암
36 : 선회 축
40 : 드레싱 유닛
41 : 드레서
42 : 드레서 샤프트
43 : 드레서 구동 모듈
44 : 드레서 아암
44a : 베이스부
44b, 44c : 연직부
45 : 선회 축
46a∼46f : 힘 센서
50 : 제어 장치
51 : 드레서 위치 산출부
52, 53a∼53c : 패드 연삭력 산출부
54a∼54c : 드레서 가압 반력 산출부
55 : 기억부
56 : 판정부
561 : 차분부
562 : 비교부
563 : 일 산출부
564 : 수명 판정부
565 : 비교부
57 : 출력 제어부
58 : 표시부

Claims

연마 패드를 지지하는 턴테이블과,
상기 연마 패드가 상기 턴테이블에 의해 지지될 때, 상기 연마 패드를 드레싱(dressing)하는 드레서와,
상기 드레서를 상기 연마 패드에 가압함과 함께 상기 드레서를 회전시키는 드레서 구동 모듈과,
상기 드레서 구동 모듈을 지지하는 지지 부재와,
상기 드레서 구동 모듈과 상기 지지 부재 사이에 설치되는 복수의 힘 센서
를 포함하고,
상기 복수의 힘 센서 각각은, 상기 연마 패드가 상기 턴테이블에 의해 지지됨과 함께 상기 드레서에 의해 드레싱될 때, 3축 방향의 각 힘에 관한 정보를 출력하는, 기판 연마 장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 힘 센서는, 상기 드레서의 회전 중심으로부터 등거리이고, 또한 상기 드레서의 회전 중심 주위로 등간격의 각도로 배치되는, 기판 연마 장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 힘 센서는,
수평면 내 제1 방향의 제1 힘 성분에 관한 제1 정보와,
상기 수평면 내에 있어서 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향의 제2 힘 성분에 관한 제2 정보와,
상기 수평면과 직교하는 방향의 제3 힘 성분에 관한 제3 정보
를 출력하는, 기판 연마 장치.
제3항에 있어서,
상기 복수의 힘 센서 각각으로부터 출력되는 상기 제1 정보에 기초하여, 상기 복수의 힘 센서의 각각의 설치 위치에 대응하는 상기 드레서에 있어서의 각 위치가 상기 연마 패드를 드레싱하는 힘의 상기 제1 방향의 상기 제1 힘 성분과, 상기 복수의 힘 센서 각각으로부터 출력되는 상기 제2 정보에 기초하여, 상기 복수의 힘 센서의 각각의 설치 위치에 대응하는 상기 드레서에 있어서의 각 위치가 상기 연마 패드를 드레싱하는 힘의 상기 제2 방향의 상기 제2 힘 성분을 산출하는 제1 패드 연삭력 산출부를 더 포함하는, 기판 연마 장치.
제3항에 있어서,
상기 복수의 힘 센서 각각으로부터 출력되는 상기 제3 정보에 기초하여, 상기 복수의 힘 센서의 각각의 설치 위치에 대응하는 상기 드레서에 있어서의 각 위치가 상기 연마 패드를 가압할 때 발생되는 반력을 산출하는 드레서 가압 반력 산출부를 더 포함하는, 기판 연마 장치.
제3항에 있어서,
상기 복수의 힘 센서로부터 출력되는 상기 제1 정보 및 상기 제2 정보와, 상기 힘 센서 각각과 상기 드레서의 회전 중심 사이의 위치 관계에 기초하여, 상기 드레서가 상기 연마 패드를 드레싱할 때의 토크를 산출하는 패드 연삭 토크 산출부를 더 포함하는, 기판 연마 장치.
제4항에 있어서,
상기 복수의 힘 센서로부터 출력되는 상기 제1 정보 및 상기 제2 정보에 기초하여, 상기 드레서가 상기 연마 패드를 드레싱하는 힘을 산출하는 제2 패드 연삭력 산출부를 더 포함하는, 기판 연마 장치.
제7항에 있어서,
상기 드레서가 상기 연마 패드를 드레싱하는 힘의 크기의 시간 변화와, 역치를 비교하여 이상 판정을 행하는 판정부를 더 포함하는, 기판 연마 장치.
제8항에 있어서,
상기 연마 패드 상의 상기 드레서의 위치를 산출하는 드레서 위치 산출부와,
상기 드레서 위치 산출부에 의한 산출 결과와, 상기 판정부에 의한 이상 판정 결과에 기초하여, 이상이라고 판정되었을 때의 상기 드레서의 상기 연마 패드 상의 위치를 특정하여 출력하는 출력 제어부를 더 포함하는, 기판 연마 장치.
제9항에 있어서,
상기 출력 제어부는, 상기 연마 패드 상에 있어서 이상이라고 판정된 횟수를 반영시킨 출력을 행하는, 기판 연마 장치.
제7항에 있어서,
상기 제2 패드 연삭력 산출부는, 상기 제1 정보 및 상기 제2 정보에 기초하여, 상기 드레서가 상기 연마 패드를 드레싱하는 힘의 크기 및 방향을 산출하는, 기판 연마 장치.
제7항에 있어서,
상기 드레서가 상기 연마 패드를 드레싱하는 힘에 기초하여, 상기 드레서의 일량 또는 일률 중 적어도 하나를 산출하는 일 산출부를 더 포함하는, 기판 연마 장치.
제12항에 있어서,
상기 일량 또는 상기 일률 중 적어도 하나와 역치를 비교하는 비교부와,
상기 비교부에 의한 비교 결과에 기초하여, 상기 드레서의 수명을 판정하는 수명 판정부를 더 포함하는, 기판 연마 장치.
연마 패드를 지지하는 턴테이블과,
상기 연마 패드가 상기 턴테이블에 의해 지지될 때, 상기 연마 패드를 드레싱하는 드레서와,
상기 드레서를 상기 연마 패드에 가압함과 함께 상기 드레서를 회전시키는 드레서 구동 모듈과,
상기 드레서 구동 모듈을 지지하는 지지 부재와,
상기 드레서 구동 모듈과 상기 지지 부재 사이에 설치되며, 각각이, 상기 연마 패드가 상기 턴테이블에 의해 지지됨과 함께 상기 드레서에 의해 드레싱될 때, 수평면과 직교하는 방향의 힘 성분에 관한 제1 정보를 출력하는, 복수의 힘 센서와,
상기 복수의 힘 센서 각각과 상기 드레서의 드레싱 표면 사이의 거리 및 상기 복수의 힘 센서로부터 출력되는 상기 제1 정보에 기초하여, 상기 드레서가 상기 연마 패드를 드레싱하는 힘을 산출하는 패드 연삭력 산출부
를 포함하는, 기판 연마 장치.
제14항에 있어서,
상기 드레서가 상기 연마 패드를 드레싱하는 힘의 크기의 시간 변화와, 역치를 비교하여 이상 판정을 행하는 판정부를 더 포함하는, 기판 연마 장치.
제15항에 있어서,
상기 연마 패드 상의 상기 드레서의 위치를 산출하는 드레서 위치 산출부와,
상기 드레서 위치 산출부에 의한 산출 결과와, 상기 판정부에 의한 이상 판정 결과에 기초하여, 이상이라고 판정되었을 때의 상기 드레서의 상기 연마 패드 상의 위치를 특정하여 출력하는 출력 제어부를 더 포함하는, 기판 연마 장치.
제16항에 있어서,
상기 출력 제어부는, 상기 연마 패드 상에 있어서 이상이라고 판정된 횟수를 반영시킨 출력을 행하는, 기판 연마 장치.
제14항에 있어서,
상기 드레서가 상기 연마 패드를 드레싱하는 힘에 기초하여, 상기 드레서의 일량 또는 일률 중 적어도 하나를 산출하는 일 산출부를 더 포함하는, 기판 연마 장치.
제18항에 있어서,
상기 일량 또는 상기 일률 중 적어도 하나와 역치를 비교하는 비교부와,
상기 비교부에 의한 비교 결과에 기초하여, 상기 드레서의 수명을 판정하는 수명 판정부를 더 포함하는, 기판 연마 장치.