TW202110580A - 將局部荷重傳達至保持環的輥之異常檢測方法及研磨裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種輥的異常檢測方法及研磨裝置，對向保持環傳遞局部荷重的輥的異常進行檢測。其中，使具備頭主體（11）和保持環（20）的研磨頭（10）旋轉，該頭主體具有按壓基板（W）的按壓面（45a），該保持環被配置為包圍按壓面（45a），使固定於保持環（20）且具有複數個輥（52）的旋轉環（51）與研磨頭（10）一同旋轉，且一邊對配置在旋轉環（51）上的靜止環施加局部荷重，一邊測定用於使研磨頭（10）旋轉的轉矩，生成表示用於使研磨頭（10）旋轉的轉矩的測定值與轉矩的測定時間的關係的轉矩波形，對轉矩波形進行傅立葉變換處理而決定轉矩波形的頻率成分的強度，在決定的頻率成分的強度比規定的閾值大時，判斷為複數個輥（52）中的至少一個存在異常。
Description
本發明有關輥的異常檢測方法，該輥將局部荷重傳遞到對晶圓等基板進行研磨的研磨裝置所使用的保持環。另外，本發明有關能夠對這樣的輥的異常進行檢測的研磨裝置。
近年來，伴隨著半導體器件的高積體化、高密度化，電路的佈線越來越微細化，多層佈線的層數也增加。若要實現電路的微細化並且實現多層佈線，則在沿著下側的層的表面凹凸的同時臺階變得更大，因此隨著佈線層數增加，薄膜形成時的針對臺階形狀的膜覆蓋性（階梯覆蓋）變差。因此，為了進行多層佈線，必須改善該階梯覆蓋，在適當的過程中必須進行平坦化處理。另外，隨著光刻的微細化，焦點深度變淺，因此需要對半導體器件表面進行平坦化處理，以使得半導體器件的表面的凹凸臺階收斂於焦點深度以下。
因此，在半導體器件的製造工序中，半導體器件表面的平坦化變得越來越重要。在該表面的平坦化中最重要的技術為化學機械研磨（CMP：Chemical Mechanical Polishing）。該化學機械研磨（以下，稱為CMP）是一邊將包含二氧化矽（SiO2
）等磨粒的研磨液供給到研磨墊的研磨面上一邊使晶圓與研磨面滑動接觸來進行研磨的。
用於進行CMP的研磨裝置具備：對具有研磨面的研磨墊進行支承的研磨台、以及用於保持基板的研磨頭。使用這樣的研磨裝置的基板的研磨像如下那樣進行。一邊使研磨台與研磨墊一同旋轉，一邊對研磨墊上供給漿料。研磨頭一邊使基板旋轉，一邊將該基板向研磨墊的研磨面按壓。基板在漿料的存在下與研磨墊滑動接觸，並且基板的表面由於漿料的化學性作用與漿料中包含的磨粒的機械性作用的組合而平坦化。
現有技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本特開2015-233131號公報
專利文獻2：日本特開2014-4675號公報
在基板的研磨中，由於基板的表面與旋轉的研磨墊滑動接觸，因此對基板作用摩擦力。因此，為了在基板的研磨中使基板不從研磨頭脫落，研磨頭具備保持環。該保持環被配置為包圍基板，在基板的研磨中，保持環一邊旋轉一邊在基板的外側按壓研磨墊。
由於保持環在晶圓的周圍按壓研磨墊，因此保持環的荷重影響晶圓的邊緣部的輪廓。為了積極地控制晶圓的邊緣部的輪廓，有時對保持環的一部分賦予局部荷重（參照專利文獻1）。
在專利文獻1中，在保持環的上方配置有複數個輥。複數個輥與保持環一同旋轉。在複數個輥上配置有靜止環。靜止環與局部荷重施加裝置連結，其位置被固定。複數個輥構成為一邊與靜止環滾動接觸一邊旋轉。局部荷重施加裝置對靜止環的一部分賦予向下的局部荷重。向下的局部荷重通過靜止環和複數個輥而傳遞到保持環。各輥僅在通過荷重的作用點時承受荷重。這樣，對保持環的一部分賦予局部荷重。
然而，以往，即使輥產生旋轉不良、破損等異常，也不存在檢測輥的異常的單元，由於持續使用動作不良的輥，因而有可能妨礙研磨裝置的正常動作。
因此，本發明提供對向保持環傳遞局部荷重的輥的異常進行檢測的方法。另外，本發明提供能夠對這樣的輥的異常進行檢測的研磨裝置。
在一個方式中，提供一種方法，使研磨頭旋轉，該研磨頭具備頭主體和保持環，該頭主體具有按壓基板的按壓面，該保持環被配置為包圍所述按壓面，使固定於所述保持環且具有複數個輥的旋轉環與所述研磨頭一同旋轉，並且一邊對配置在所述旋轉環上的靜止環施加局部荷重，一邊對用於使所述研磨頭旋轉的轉矩進行測定，生成表示所述轉矩的測定值與所述轉矩的測定時間的關係的轉矩波形，對所述轉矩波形進行傅立葉變換處理而決定所述轉矩波形的頻率成分的強度，在所決定的所述頻率成分的強度比規定的閾值大的情況下，判斷為所述複數個輥中的至少一個存在異常。
在一個方式中，所述傅立葉變換處理為快速傅立葉變換處理。
在一個方式中，所述轉矩的測定是在所述研磨頭未保持所述基板時、並且所述研磨頭不與具有研磨所述基板的研磨面的研磨墊接觸時進行的。
在一個方式中，在與所述研磨頭的轉速相當的頻率成分的強度比所述規定的閾值大的情況下，判斷為所述複數個輥中的至少一個存在異常。
在一個方式中，提供一種研磨裝置，具備：研磨頭，該研磨頭將基板向研磨面按壓；旋轉環，該旋轉環能夠與所述研磨頭一同旋轉；靜止環，該靜止環配置在所述旋轉環上；局部荷重施加裝置，該局部荷重施加裝置對所述靜止環施加局部荷重；轉矩測定裝置，該轉矩測定裝置對用於使所述研磨頭旋轉的轉矩進行測定；以及異常檢測裝置，該異常檢測裝置與所述轉矩測定裝置連接，所述研磨頭具備：頭主體，該頭主體具有按壓所述基板的按壓面；以及保持環，該保持環被配置為包圍所述按壓面，所述旋轉環固定於所述保持環，並且具有與所述靜止環接觸的複數個輥，所述異常檢測裝置構成為，生成表示所述轉矩的測定值與所述轉矩的測定時間的關係的轉矩波形，對所述轉矩波形進行傅立葉變換處理而決定所述轉矩波形的頻率成分的強度，在所決定的所述頻率成分的強度比規定的閾值大的情況下，判斷為所述複數個輥中的至少一個存在異常。
在一個方式中，所述傅立葉變換處理為快速傅立葉變換處理。
在一個方式中，所述異常檢測裝置構成為，在與所述研磨頭的轉速相當的頻率成分的強度比所述規定的閾值大的情況下，判斷為所述複數個輥中的至少一個存在異常。
在異常的輥通過荷重的作用點時，用於使研磨頭旋轉的轉矩發生變化。根據本發明，能夠通過對研磨頭的轉矩波形進行傅立葉變換處理而對用於使研磨頭旋轉的轉矩的變化進行檢測。結果為，能夠檢測輥的異常。
以下，參照附圖對本發明的實施方式進行詳細地說明。圖1是表示研磨裝置的一個實施方式的示意圖。如圖1所示，研磨裝置1具備：研磨頭10，該研磨頭對作為基板的一例的晶圓進行保持並使該晶圓旋轉；研磨台3，該研磨台支承研磨墊2；研磨液供給噴嘴5，該研磨液供給噴嘴對研磨墊2供給研磨液（漿料）；以及動作控制部7，該動作控制部對研磨裝置1的各結構要素的動作進行控制。研磨墊2的上表面構成對晶圓進行研磨的研磨面2a。研磨墊2構成為與研磨台3一體旋轉。
動作控制部7由至少1台電腦構成。動作控制部7具備：儲存有程式的存儲裝置7a、以及根據程式中包含的命令而執行運算的運算裝置7b。運算裝置7b包含根據儲存於存儲裝置7a的程式所包含的命令而進行運算的CPU（中央處理裝置）或者GPU（圖形處理單元）等。存儲裝置7a具備：運算裝置7b能夠存取的主存儲裝置（例如隨機存取存儲器）、以及儲存數據和程式的輔助存儲裝置（例如，硬碟驅動器或者固態驅動器）。
研磨裝置1還具備：研磨頭軸12、頭臂16、以及對用於使研磨頭10旋轉的轉矩進行測定的轉矩測定裝置18。研磨頭10與研磨頭軸12的下端連結。該研磨頭軸12被頭臂16保持為旋轉自如。在頭臂16內配置有使研磨頭軸12旋轉的旋轉裝置17、使研磨頭軸12上升和下降的升降裝置（未圖示）、以及轉矩測定裝置18。通過旋轉裝置17使研磨頭10經由研磨頭軸12進行旋轉，通過升降裝置使研磨頭10經由研磨頭軸12而上升和下降。研磨頭10的轉速由旋轉裝置17進行控制。
作為旋轉裝置17的一例，列舉伺服馬達與馬達驅動器的組合。研磨頭10由旋轉裝置17進行控制，以使得研磨頭10以一定的速度旋轉。因此，若使研磨頭10以一定的速度旋轉所需的轉矩發生變化，則旋轉裝置17的伺服馬達的驅動電流發生變化。以下，在本說明書中，將用於使研磨頭10旋轉的轉矩定義為直接或者間接地表示使研磨頭10繞其軸心旋轉的力的大小的物理量。用於使研磨頭10旋轉的轉矩可以是使研磨頭10繞其軸心旋轉的轉矩本身，也可以是旋轉裝置17的伺服馬達的驅動電流。作為轉矩測定裝置18的一例，列舉對旋轉裝置17的伺服馬達的驅動電流進行測定的電流測定器。電流測定器也可以配置在頭臂16的外側。在其他的例子中，轉矩測定裝置18也可以由對伺服馬達進行驅動的馬達驅動器的至少一部分構成。在該情況下，馬達驅動器決定使研磨頭10以一定的速度旋轉所需的電流值，並輸出所決定的電流值。所決定的電流值相當於用於使研磨頭10旋轉的轉矩。在一個實施方式中，轉矩測定裝置18也可以是對使研磨頭10繞其軸心旋轉的轉矩進行直接測定的轉矩測定裝置。
頭臂16固定於旋轉軸15，能夠通過旋轉軸15的旋轉而使研磨頭10向研磨台3的外側移動。研磨頭10構成為，能夠通過真空吸引而在其下表面保持晶圓。研磨頭10和研磨台3（研磨墊2）像圖1的箭頭所示那樣向相同的方向旋轉，在該狀態下研磨頭10將晶圓向研磨墊2的研磨面2a按壓。從研磨液供給噴嘴5向研磨墊2的研磨面2a上供給研磨液，晶圓在研磨液的存在下通過與研磨面2a的滑動接觸而被研磨。
研磨頭10具備：頭主體11，該頭主體將晶圓向研磨墊2按壓；以及保持環20，該保持環被配置為包圍晶圓。頭主體11和保持環20構成為與研磨頭軸12一體旋轉。保持環20構成為能夠與頭主體11獨立地上下運動。保持環20從頭主體11向半徑方向外側突出。在晶圓的研磨中，保持環20一邊與研磨墊2的研磨面2a接觸並進行旋轉，一邊在晶圓的外側按壓研磨墊2。
研磨裝置1還具備：旋轉環51，該旋轉環在內部配置有複數個輥（後述）；靜止環91；以及異常檢測裝置110，該異常檢測裝置對旋轉環51的輥的異常進行檢測。旋轉環51固定在保持環20的上表面，構成為能夠與保持環20一同旋轉。靜止環91配置在旋轉環51上。旋轉環51與研磨頭10一同旋轉，但靜止環91不旋轉而是靜止。異常檢測裝置110與轉矩測定裝置18連接。
研磨裝置1還具備對靜止環91的一部分施加局部荷重的局部荷重施加裝置30。局部荷重施加裝置30配置在保持環20的上方，固定於頭臂16。研磨中的保持環20繞其軸心旋轉，但局部荷重施加裝置30不與保持環20一體旋轉而是靜止。靜止環91與局部荷重施加裝置30連結。
圖2是表示局部荷重施加裝置30的立體圖。如圖2所示，局部荷重施加裝置30具備：兩個按壓杆31，該兩個按壓杆對靜止環91賦予向下的局部荷重；架橋32；氣缸（荷重產生裝置）33；直線導軌38；導杆39；以及單元基座40。
單元基座40固定於頭臂16（參照圖1）。在單元基座40安裝有氣缸33和直線導軌38。氣缸33的活塞杆33a和導杆39與架橋32連接。導杆39被直線導軌38支承為以低摩擦上下運動自如。
氣缸33與壓力調整裝置（未圖示）和大氣開放機構（未圖示）連接，構成為能夠產生荷重。氣缸33所產生的荷重向架橋32傳遞。架橋32通過兩個按壓杆（按壓部件）31而與靜止環91連接，按壓杆31將施加給架橋32的氣缸33的荷重向靜止環91傳遞。這樣，按壓杆31對靜止環91的一部分施加局部荷重。
研磨頭10以自身的軸心為中心進行旋轉，但由於局部荷重施加裝置30固定於頭臂16，因此不與研磨頭10一同旋轉。即，在晶圓的研磨中，研磨頭10和晶圓旋轉，另一方面，局部荷重施加裝置30在規定的位置靜止。同樣，在晶圓的研磨中，旋轉環51與研磨頭10一同旋轉，另一方面，靜止環91在規定的位置靜止。
局部荷重施加裝置30對靜止環91的一部分賦予向下的局部荷重。向下的局部荷重通過靜止環91和旋轉環51而向保持環20傳遞。這樣，局部荷重施加裝置30經由靜止環91和旋轉環51而對保持環20的一部分賦予向下的局部荷重。
研磨裝置1使旋轉環51與研磨頭10一同旋轉，並且一邊從局部荷重施加裝置30的按壓杆31對靜止環91施加局部荷重一邊研磨晶圓。在晶圓的研磨中，保持環20一邊與研磨墊2的研磨面2a接觸並進行旋轉，一邊在晶圓的外側按壓研磨墊2，並且對研磨面2a的一部分賦予向下的局部荷重。在晶圓的研磨中對保持環20的一部分賦予向下的局部荷重的理由是為了積極地控制晶圓的周緣部（邊緣部）的輪廓。在一個實施方式中，研磨裝置1也可以具備複數個局部荷重施加裝置30。通過對保持環20的複數個部位中的任意一個部位選擇性地施加局部荷重，能夠更精密地控制晶圓的周緣部的輪廓。
接下來，對研磨頭10的詳細情況進行說明。圖3是研磨頭10的剖視圖。研磨頭10具備頭主體11和保持環20。頭主體11具備：托架（carrier）43，該托架與研磨頭軸12（參照圖1）連結；彈性膜（膜片, membrane）45，該彈性膜安裝於托架43的下表面；以及球面軸承47，該球面軸承一邊允許保持環20相對於托架43的傾斜運動和上下移動一邊支承保持環20。保持環20經由連結部件75而與球面軸承47連結，並被支承。連結部件75在托架43內被配置為能夠上下運動。
彈性膜45的下表面構成按壓面45a，該按壓面45a與晶圓W的上表面（與被研磨面相反側的面）接觸。在彈性膜45形成有複數個通孔（未圖示）。在托架43與彈性膜45之間形成有壓力室46。該壓力室46與壓力調整裝置（未圖示）連接。若對壓力室46供給加壓流體（例如，加壓空氣），則承受壓力室46內的流體壓力的彈性膜45的按壓面45a將晶圓W向研磨墊2的研磨面2a按壓。若在壓力室46內形成負壓，則晶圓W通過真空吸引而被保持在彈性膜45的按壓面45a。在一個實施方式中，也可以在托架43與彈性膜45之間設置複數個壓力室。
保持環20被配置為包圍晶圓W和彈性膜45的按壓面45a。該保持環20具有：環部件20a，該環部件與研磨墊2接觸；以及驅動環20b，該驅動環固定在該環部件20a的上部。環部件20a通過未圖示的複數個螺栓而與驅動環20b結合。環部件20a被配置為包圍晶圓W的外周緣和彈性膜45的按壓面45a。
連結部件75具備：軸部76，該軸部配置在頭主體11的中心部；以及複數個輻條78，該複數個輻條從該軸部76呈放射狀延伸。軸部76在配置於頭主體11的中央部的球面軸承47內沿縱向延伸。軸部76被球面軸承47支承為沿縱向移動自如。驅動環20b與輻條78連接。通過這樣的結構，連結部件75和與該連結部件連接的保持環20能夠相對於頭主體11沿縱向移動。
球面軸承47具備：內圈48；以及將內圈48的外周面支承為滑動自如的外圈49。內圈48經由連結部件75而與保持環20連結。外圈49固定於托架43。連結部件75的軸部76被內圈48支承為上下運動自如。保持環20經由連結部件75而被球面軸承47支承為能夠傾斜運動。
球面軸承47允許保持環20的上下移動和傾斜運動，另一方面，限制保持環20的橫向的移動（水平方向的移動）。在晶圓W的研磨中，保持環20從晶圓W承受由於晶圓W與研磨墊2的摩擦引起的橫向的力（朝向晶圓W的半徑方向外側的力）。該橫向的力由球面軸承47承受。這樣，球面軸承47作為如下支承機構而發揮功能，該支承機構在晶圓W的研磨中承受由於晶圓W與研磨墊2的摩擦而引起保持環20從晶圓W受到的橫向的力（朝向晶圓W的半徑方向外側的力），並限制保持環20的橫向的移動（即固定保持環20的水平方向的位置）。
在托架43固定有複數對驅動軸環80（軸環, collar）。各對驅動軸環80配置在各輻條78的兩側，托架43的旋轉經由驅動軸環80而向保持環20傳遞，由此頭主體11與保持環20一體旋轉。驅動軸環80僅與輻條78接觸，不妨礙連結部件75和保持環20的上下運動和傾斜運動。
保持環20的上部與環狀的保持環按壓機構60連結。該保持環按壓機構60對保持環20的上表面（更具體而言，驅動環20b的上表面）的整體賦予均勻的向下的荷重，將保持環20的下表面（即，環部件20a的下表面）向研磨墊2的研磨面2a按壓。
保持環按壓機構60具備：環狀的活塞61，該活塞固定在驅動環20b的上部；以及環狀的滾動隔膜（rolling diaphragm）62，該滾動隔膜與活塞61的上表面連接。在滾動隔膜62的內部形成有壓力室63。該壓力室63與壓力調整裝置（未圖示）連接。若對壓力室63供給加壓流體（例如，加壓空氣），則滾動隔膜62將活塞61向下方按下，進一步地，活塞61將保持環20的整體向下方按下。這樣，保持環按壓機構60將保持環20的下表面向研磨墊2的研磨面2a按壓。
圖4是旋轉環51和靜止環91的剖視圖。旋轉環51具備：複數個輥52；輥軸54，該輥軸分別支承這些輥52；以及輥殼體55，該輥殼體固定輥軸54。在圖4中，僅描繪一個輥52和一個輥軸54。輥殼體55具有環狀的形狀，固定於保持環20的上表面。輥52具有安裝於輥軸54的軸承57，輥52以輥軸54為中心而旋轉自如。
靜止環91具備：圓環軌道92，該圓環軌道與輥52的頂部接觸；以及環狀的軌道基座94，該軌道基座固定圓環軌道92。在圓環軌道92的下表面形成有環狀槽95，各輥52的頂部與環狀槽95接觸。輥52構成為一邊與圓環軌道92滾動接觸一邊旋轉。在軌道基座94的上部連結有按壓杆31。
貫通於輥52的軸承57的內圈中的輥軸54由輥殼體55的內側的壁和外側的壁支承，由插入到內側的壁的螺釘58固定。因此，在輥軸54形成有內螺紋，在內螺紋的相反側形成有供一字螺絲起子嵌入的槽54a，以使得在螺釘58的緊固時不會空轉。旋轉環51放置在保持環20的驅動環20b的上表面。驅動環20b與旋轉環51由定位銷（未圖示）定位，成為旋轉環51不會相對於保持環20滑動的構造。
輥52由安裝於輥軸54的軸承57和固定於軸承57的外圈的滾輪（wheel）59構成。滾輪59由耐磨耗性高的樹脂、例如聚縮醛、PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）、PPS（聚苯硫醚）、MC尼龍（註冊商標）等材料構成。圓環軌道92的材料較佳為不銹鋼（SUS304）等耐腐蝕性高的金屬。軸承57使用單列深槽球軸承，通過向軸承57的外圈壓入樹脂製的滾輪59，而將滾輪59安裝於軸承57。
在輥殼體55的內部形成有環狀凹部55a，在該環狀凹部55a內收容複數個輥52。各輥52的下表面、兩側面由環狀凹部55a圍起。在旋轉環51的輥殼體55與靜止環91的軌道基座94之間配置有密封件100A、100B。更具體而言，在圓環軌道92的外側配置有外側密封件100A，在圓環軌道92的內側配置有內側密封件100B。在構成環狀凹部55a的兩側面和底面不存在開口，在靜止環91與旋轉環51之間配置有密封件100A、100B。因此，從輥52和圓環軌道92產生的磨損粉被封閉在環狀凹部55a內，不會落到研磨墊2上。
在圖4所示的實施方式中，外側密封件100A和內側密封件100B為迷宮式密封件。外側密封件100A具備：第一周壁101，該第一周壁配置在圓環軌道92的外側；以及第二周壁102，該第二周壁配置在第一周壁101的外側。第一周壁101從輥殼體55向上方延伸，與輥殼體55一體形成。第二周壁102從軌道基座94向下方延伸，與軌道基座94一體形成。在第一周壁101與第二周壁102之間形成有極微小的間隙。內側密封件100B也同樣具備：第一周壁101，該第一周壁配置在圓環軌道92的內側；以及第二周壁102，該第二周壁配置在第一周壁101的內側。
圖5是表示輥52和圓環軌道92的立體圖，圖6是從下方觀察圖5所示的輥52和圓環軌道92的圖。在本實施方式中，設置有24個輥52。在晶圓的研磨中，這些輥52與保持環20一體旋轉，另一方面，圓環軌道92靜止。因此，各輥52與圓環軌道92滾動接觸。通過參照圖4而說明的輥52的結構，輥52能夠順利地旋轉，並且能夠不損傷圓環軌道92地傳遞荷重。輥52僅在通過荷重的作用點（按壓杆31的正下方）時承受荷重。局部荷重施加裝置30的向下的局部荷重從圓環軌道92向輥52傳遞，並通過輥52向保持環20傳遞。
輥52的數量是基於輥52的外徑和圓環軌道92的直徑而決定的。為了荷重的順利的傳遞，可以盡可能地增多輥52的數量而使輥52間的間隔變小。輥52具有平滑的外周面，為了能夠傳遞更大的荷重，而以較大的接觸面積與圓環軌道92接觸。圓環軌道92放置在輥52上。輥52與圓環軌道92滾動接觸。圓環軌道92的橫向位置由於輥52的彎曲剖面形狀的角部與圓環軌道92的彎曲剖面形狀的角落的接觸而被引導。在該情況下，局部荷重施加裝置30的荷重主要從圓環軌道92向輥52的外周面傳遞。
如上述那樣，研磨裝置1還具備對輥52的異常進行檢測的異常檢測裝置110（參照圖1）。如圖1所示，異常檢測裝置110構成為，生成表示用於使研磨頭10旋轉的轉矩的測定值與用於使研磨頭10旋轉的轉矩的測定時間的關係的轉矩波形（以下，有時稱為研磨頭10的轉矩波形），並決定研磨頭10的轉矩波形的頻率成分的強度，基於所決定的頻率成分的強度而判斷輥52的異常的有無。
更具體而言，異常檢測裝置110具備：存儲裝置110a，該存儲裝置儲存有程式，該程式用於生成研磨頭10的轉矩波形，決定研磨頭10的轉矩波形的頻率成分的強度，基於所決定的頻率成分的強度而判斷輥52的異常的有無；以及運算裝置110b，該運算裝置用於根據在程式中包含的命令而執行運算。運算裝置110b包含根據儲存於存儲裝置110a的程式中包含的命令而進行運算的CPU（中央處理裝置）或者GPU（圖形處理單元）等。存儲裝置110a具備：運算裝置110b能夠存取的主存儲裝置（例如隨機存取存儲器）；以及儲存數據和程式的輔助存儲裝置（例如，硬碟驅動器或者固態驅動器）。
上述程式包含：用於對研磨頭10的轉矩波形進行傅立葉變換處理而決定研磨頭10的轉矩波形的頻率成分的強度的程式；以及用於在上述決定的頻率成分的強度比規定的閾值大的情況下，判斷為複數個輥52中的至少一個存在異常的程式。作為傅立葉變換處理的一例，列舉快速傅立葉變換（FFT）處理。
接下來，對檢測輥52的異常的方法進行說明。圖7是表示對輥52的異常進行檢測的方法的一個實施方式的流程圖。參照圖7而說明的輥52的異常檢測、特別是用於使研磨頭10旋轉的轉矩的測定是在研磨頭10未保持晶圓時並且研磨頭10未與研磨墊2接觸時進行的。作為一例，輥52的異常檢測是在以晶圓的研磨後沖洗附著於研磨頭10的研磨液等為目的而進行的研磨頭10的清洗時進行的。輥52的異常檢測可以在研磨了規定的個數的晶圓之後的研磨頭10的清洗時進行，也可以在每次的研磨頭10的清洗時進行。
在步驟1中，動作控制部7對旋轉裝置17發出指令而使研磨頭10與旋轉環51一同以預先設定的轉速旋轉。在步驟2中，動作控制部7對局部荷重施加裝置30發出指令，而從局部荷重施加裝置30對靜止環91施加預先設定的大小的局部荷重。
在步驟3中，對用於使研磨頭10旋轉的轉矩進行測定。更具體而言，使研磨頭10與旋轉環51一同旋轉，並且一邊從局部荷重施加裝置30對靜止環91施加局部荷重，一邊通過轉矩測定裝置18對用於使研磨頭10旋轉的轉矩進行測定。
在步驟4中，異常檢測裝置110從轉矩測定裝置18取得用於使研磨頭10旋轉的轉矩的測定值，生成表示用於使研磨頭10旋轉的轉矩的測定值與用於使研磨頭10旋轉的轉矩的測定時間的關係的轉矩波形（研磨頭10的轉矩波形）。
圖8表示研磨頭10的轉矩波形的一例。圖8是24個輥中相鄰的10個輥52產生異常（旋轉不良）時的研磨頭10的轉矩波形，是一邊使研磨頭10以80min-1
旋轉一邊對靜止環91施加了60秒的300N的局部荷重時的研磨頭10的轉矩波形。
在輥52正常的情況下，輥52與圓環軌道92滾動接觸，因此輥52一邊順利地旋轉一邊通過荷重的作用點（按壓杆31的正下方）。然而，在幾個輥52產生旋轉不良等異常的情況下，異常的輥52無法順利地旋轉，在異常的輥52通過荷重的作用點時，用於使研磨頭10旋轉的轉矩發生變化。因此，異常檢測裝置110能夠根據用於使研磨頭10旋轉的轉矩的變化，來檢測輥52的異常。
如上述那樣，在異常的輥52通過荷重的作用點時，用於使研磨頭10旋轉的轉矩發生變化，因此在複數個輥52中的至少一個存在異常的輥52的情況下，用於使研磨頭10旋轉的轉矩週期性地變化。
在圖7的步驟5中，對用於使研磨頭10旋轉的轉矩的週期性的變化進行檢測，因此異常檢測裝置110對研磨頭10的轉矩波形進行傅立葉變換處理而決定研磨頭10的轉矩波形的頻率成分的強度。更具體而言，異常檢測裝置110對研磨頭10的轉矩波形進行快速傅立葉變換（FFT）處理而決定研磨頭10的轉矩波形的頻率成分的強度。
圖9是表示對圖8的轉矩波形進行FFT處理時的研磨頭10的轉矩波形的頻率成分的強度的圖。在圖9中，相當於80min-1
的1.3Hz附近的頻率成分的強度比較大。該結果表示用於使研磨頭10旋轉的轉矩以與研磨頭10的轉速對應的週期發生變化、即在異常的輥52通過荷重的作用點時，用於使研磨頭10旋轉的轉矩發生變化。
在圖7的步驟6中，異常檢測裝置110將在步驟5中決定的頻率成分的強度與規定的閾值進行比較。在所決定的頻率成分的強度比規定的閾值大的情況下，異常檢測裝置110判斷為複數個輥52中的至少一個存在異常。
在一個實施方式中，也可以在與研磨頭10的轉速相當的頻率成分的強度比規定的閾值大的情況下，判斷為複數個輥52中的至少一個存在異常。而且，在一個實施方式中，異常檢測裝置110也可以在判斷為輥52存在異常的情況下，生成對作業者催促輥52的檢查的警報信號（步驟7）。
如上述那樣，在異常的輥52通過荷重的作用點時，用於使研磨頭10旋轉的轉矩發生變化。根據上述的實施方式，異常檢測裝置110能夠通過對研磨頭10的轉矩波形進行傅立葉變換處理而對用於使研磨頭10旋轉的轉矩的變化進行檢測。結果為，異常檢測裝置110能夠對輥52的異常進行檢測。
上述的實施方式是以本發明所屬的技術領域中具有通常知識的人能夠實施本發明為目的而記載的。關於上述實施方式的各種變形例，對於本領域技術人員來說是能理所當然完成，本發明的技術思想也可以應用於其他的實施方式。因此，本發明不限於所記載的實施方式，應解釋為基於由申請專利範圍定義的技術思想的最大範圍。
1:研磨裝置
2:研磨墊
2a:研磨面
3:研磨台
5:研磨液供給噴嘴
7:動作控制部
10:研磨頭
11:頭主體
12:研磨頭軸
15:旋轉軸
16:頭臂
17:旋轉裝置
18:轉矩測定裝置
20:保持環
20a:環部件
20b:驅動環
30:局部荷重施加裝置
31:按壓杆
32:架橋
33:氣缸（荷重產生裝置）
38:直線導軌
39:導杆
40:單元基座
43:托架
45:彈性膜（膜片）
46:壓力室
47:球面軸承
48:內圈
49:外圈
51:旋轉環
52:輥
54:輥軸
55:輥殼體
55a:環狀凹部
57:軸承
58:螺釘
59:滾輪
60:保持環按壓機構
61:活塞
62:滾動隔膜
63:壓力室
75:連結部件
76:軸部
78:輻條
80:驅動軸環
91:靜止環
92:圓環軌道
94:軌道基座
95:環狀槽
100A:外側密封件
100B:內側密封件
101:第一周壁
102:第二周壁
110:異常檢測裝置
圖1是表示研磨裝置的一個實施方式的示意圖。
圖2是表示局部荷重施加裝置的立體圖。
圖3是研磨頭的剖視圖。
圖4是旋轉環和靜止環的剖視圖。
圖5是表示輥和圓環軌道的立體圖。
圖6是從下方觀察圖5所示的輥和圓環軌道的圖。
圖7是表示對輥的異常進行檢測的方法的一個實施方式的流程圖。
圖8是表示轉矩波形的一例的圖。
圖9是表示對圖8的轉矩波形進行FFT處理時的研磨頭的轉矩波形的頻率成分的強度的圖。
Claims (8)
- 一種輥的異常檢測方法，其使研磨頭旋轉，該研磨頭具備頭主體和保持環，該頭主體具有按壓基板的按壓面，該保持環被配置為包圍所述按壓面， 使固定於所述保持環且具有複數個輥的旋轉環與所述研磨頭一同旋轉，並且一邊對配置在所述旋轉環上的靜止環施加局部荷重，一邊對用於使所述研磨頭旋轉的轉矩進行測定， 生成表示所述轉矩的測定值與所述轉矩的測定時間的關係的轉矩波形， 對所述轉矩波形進行傅立葉變換處理而決定所述轉矩波形的頻率成分的強度， 在所決定的所述頻率成分的強度比規定的閾值大的情況下，判斷為所述複數個輥中的至少一個存在異常。
- 根據請求項1所述的輥的異常檢測方法，其中，所述傅立葉變換處理為快速傅立葉變換處理。
- 根據請求項1或2所述的輥的異常檢測方法，其中，所述轉矩的測定是在所述研磨頭未保持所述基板時、並且所述研磨頭不與具有研磨所述基板的研磨面的研磨墊接觸時進行的。
- 根據請求項1或2所述的輥的異常檢測方法，其中， 在與所述研磨頭的轉速相當的頻率成分的強度比所述規定的閾值大的情況下，判斷為所述複數個輥中的至少一個存在異常。
- 根據請求項3所述的輥的異常檢測方法，其中， 在與所述研磨頭的轉速相當的頻率成分的強度比所述規定的閾值大的情況下，判斷為所述複數個輥中的至少一個存在異常。
- 一種研磨裝置，其具備： 研磨頭，該研磨頭將基板向研磨面按壓； 旋轉環，該旋轉環能夠與所述研磨頭一同旋轉； 靜止環，該靜止環配置在所述旋轉環上； 局部荷重施加裝置，該局部荷重施加裝置對所述靜止環施加局部荷重； 轉矩測定裝置，該轉矩測定裝置對用於使所述研磨頭旋轉的轉矩進行測定；以及 異常檢測裝置，該異常檢測裝置與所述轉矩測定裝置連接， 所述研磨頭具備： 頭主體，該頭主體具有按壓所述基板的按壓面；以及 保持環，該保持環被配置為包圍所述按壓面， 所述旋轉環固定於所述保持環，並且具有與所述靜止環接觸的複數個輥， 所述異常檢測裝置構成為， 生成表示所述轉矩的測定值與所述轉矩的測定時間的關係的轉矩波形， 對所述轉矩波形進行傅立葉變換處理而決定所述轉矩波形的頻率成分的強度， 在所決定的所述頻率成分的強度比規定的閾值大的情況下，判斷為所述複數個輥中的至少一個存在異常。
- 根據請求項6所述的研磨裝置，其中， 所述傅立葉變換處理為快速傅立葉變換處理。
- 根據請求項6或7所述的研磨裝置，其中， 所述異常檢測裝置構成為，在與所述研磨頭的轉速相當的頻率成分的強度比所述規定的閾值大的情況下，判斷為所述複數個輥中的至少一個存在異常。
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