TWI705873B - 基板研磨裝置 - Google Patents

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TWI705873B
TWI705873B TW106121962A TW106121962A TWI705873B TW I705873 B TWI705873 B TW I705873B TW 106121962 A TW106121962 A TW 106121962A TW 106121962 A TW106121962 A TW 106121962A TW I705873 B TWI705873 B TW I705873B
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篠崎弘行
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日商荏原製作所股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種能夠監測修整器磨削研磨墊的力的基板研磨裝置。根據本發明的一方式，提供一種基板研磨裝置，具備：旋轉台，該旋轉台設置有基板研磨用的研磨墊；修整器，該修整器在所述研磨墊上移動並磨削所述研磨墊；修整器驅動模組，該修整器驅動模組將所述修整器按壓於所述研磨墊並且使所述修整器旋轉；支承部件，該支承部件支承所述修整器驅動模組；以及多個力感測器，該多個力感測器設置於所述修整器驅動模組與所述支承部件之間，各自輸出與三軸方向的各力相關的資訊。

Description

基板研磨裝置
本發明關於一種基板研磨裝置。
基板研磨裝置藉由將基板按壓於粘貼在旋轉台的研磨墊來研磨基板的表面。因研磨基板導致研磨墊的表面狀態變化，基板研磨裝置具備修整器，對研磨墊的表面進行磨削而整形(修整)成適合研磨的狀態。
關於修整，有與基板的處理並行實施(所謂的In-situ修整)者，也有在某一基板的處理後且下一個基板的處理前實施(所謂的Ex-situ修整)者。此外，也有修整係剝下新的研磨墊的表面層而成為容易保持研磨液的狀態(所謂的墊磨合工序)。
先前技術文獻
專利文獻1：日本特開2010-280031號公報
專利文獻2：日本特開2012-250309號公報
專利文獻3：日本特開2016-129931號公報
專利文獻4：日本特開2016-144860號公報
專利文獻5：日本特開2016-124063號公報
專利文獻6：日本專利第4596228號公報
專利文獻7：日本特開2000-311876號公報
專利文獻8：日本特開2004-142083號公報
在任何的修整中，即使以固定的控制條件(配方)進行修整，有時也不能獲得相同的修整結果。為此，希望監測修整器磨削研磨墊的力。
有鑒於這樣的問題，本發明提供一種能夠監測修整器磨削研磨墊的力的基板研磨裝置。
根據本發明的一態樣，提供一種基板研磨裝置，具備：旋轉台，該旋轉台設置有基板研磨用的研磨墊；修整器，該修整器在所述研磨墊上移動且磨削所述研磨墊；修整器驅動模組，該修整器驅動模組將所述修整器按壓於所述研磨墊並且使所述修整器旋轉；支承部件，該支承部件支承所述修整器驅動模組；以及多個力感測器，該多個力感測器設置於所述修整器驅動模組與所述支承部件之間，各自輸出與三軸方向的各力相關的資訊。
藉由將三軸力感測器設置於修整器驅動模組與該支承部件之間，從而能夠監測修整器磨削研磨墊的力的大小、角度。
較佳地，所述多個力感測器係以從所述修整器的旋轉軸起等距離並且繞所述修整器的旋轉軸等間隔的角度的方式配置。
由此，能夠消除使修整器旋轉時繞旋轉中心的轉矩成分。
所述多個力感測器也可以輸出如下資訊：第一資訊，該第一資訊與在所述修整器中修整面的旋轉面內的第一方向的力成分相關；第二資訊，該第二資訊與第二方向的力成分相關，該第二方向在所述修整器中修整面的旋轉面內與所述第一方向正交；以及第三資訊，該第三資訊與從 所述研磨墊朝向所述修整器的方向的力成分相關。
由此，能夠算出修整面中的力成分。
也可以具備第一墊磨削力算出部，該第一墊磨削力算出部基於分別從所述多個力感測器輸出的所述第一資訊，算出與所述多個力感測器各自的設置位置對應之所述修整器中各位置磨削所述研磨墊的力的所述第一方向的成分，基於分別從所述多個力感測器輸出的所述第二資訊，算出與所述多個力感測器各自的設置位置對應之所述修整器中各位置磨削所述研磨墊的力的所述第二方向的成分。
由此，能夠監測修整器的各位置磨削研磨墊的力。
也可以具備修整器按壓反作用力算出部，該修整器按壓反作用力算出部基於分別從所述多個力感測器輸出的所述第三資訊，算出與所述多個力感測器各自的設置位置對應之所述修整器中各位置按壓所述研磨墊時的反作用力。
由此，能夠監測修整器的各位置按壓研磨墊時的力。
也可以具備墊磨削轉矩算出部，該墊磨削轉矩算出部基於從所述多個力感測器輸出的所述第一資訊以及所述第二資訊、所述多個力感測器各自與所述修整器的旋轉軸中心的位置關係，來算出所述修整器磨削所述研磨墊時的轉矩。
由此，能夠監測墊磨削轉矩。
較佳地，具備第二墊磨削力算出部，該第二墊磨削力算出部基於從所述多個力感測器輸出的所述第一資訊以及所述第二資訊，算出所述修整器磨削所述研磨墊的力。
由此，能夠監測修整器磨削研磨墊的力。
此外，根據本發明的其他態樣，提供一種基板研磨裝置，具備：旋轉台，該旋轉台設置有基板研磨用的研磨墊；修整器，該修整器在所述研磨墊上移動並磨削所述研磨墊；修整器驅動模組，該修整器驅動模組將所述修整器按壓於所述研磨墊並且使所述修整器旋轉；支承部件，該支承部件支承所述修整器驅動模組；多個力感測器，該多個力感測器設置於所述修整器驅動模組與所述支承部件之間，分別輸出從所述研磨墊朝向所述修整器的方向的力成分相關的第三資訊；以及第二墊磨削力算出部，該第二墊磨削力算出部基於從所述多個力感測器輸出的所述第三資訊、所述多個力感測器各自與所述修整器的修整面的距離，算出所述修整器磨削所述研磨墊的力。
即使在設置於修整器驅動模組與該支承部件之間的力感測器僅檢測一個方向的力的情況下，藉由利用力感測器與修整面的距離，也能夠監測修整器磨削研磨墊的力的大小、角度。
也可以具備判定部，該判定部對所述修整器磨削所述研磨墊的力的大小的時間變化和閾值進行比較來進行異常判定。
由此，能夠檢測研磨墊的異常。
也可以具備：修整器位置算出部，該修整器位置算出部算出各時刻中所述修整器的在所述研磨墊上的位置；以及輸出控制部，該輸出控制部基於藉由所述修整器位置算出部算出的算出結果和藉由所述判定部判定的異常判定結果，將判定為異常時所述修整器在所述研磨墊上的位置確定且輸出。
由此，能夠使研磨墊中發生異常的部位可視化。
所述輸出控制部也可以進行反應在所述研磨墊上判定為異常的次數之輸出。
由此，能夠使研磨墊中的異常產生密度可視化。
較佳地，所述第二墊磨削力算出部基於所述第一資訊以及所述第二資訊，算出所述修整器磨削所述研磨墊的力的大小以及方向。
也可以具備功算出部，該功算出部基於所述修整器磨削所述研磨墊的力，算出所述修整器的作功量以及/或功率。
能夠監測作功量、功率，且能夠基於它們進行各種判定。
也可以具備壽命判定部，該壽命判定部基於所述作功量以及/或所述功率的變化，判定所述修整器的壽命。
由此，能夠高精度地判定修整器的壽命。
也可以具備比較部，該比較部對所述作功量以及/或所述功率和閾值進行比較。
由此，能夠監視修整製程是否良好。
3A~3D‧‧‧基板研磨裝置
1‧‧‧殼體
1a、1b‧‧‧隔壁
2‧‧‧裝載/卸載部
3‧‧‧研磨部
3A’‧‧‧基板研磨裝置
4‧‧‧清洗部
5‧‧‧控制部
6‧‧‧線性傳送裝置
7‧‧‧線性傳送裝置
11‧‧‧升降機
12‧‧‧擺動傳送裝置
180‧‧‧臨時放置台
190‧‧‧清洗室
191‧‧‧運送室
192‧‧‧清洗室
193‧‧‧運送室
194‧‧‧乾燥室
20‧‧‧前裝載部
21‧‧‧移動機構
22:運送機器人
201:一次基板清洗裝置
202:二次基板清洗裝置
203:基板乾燥裝置
30:研磨單元
31:頂環
32:頂環軸
33:旋轉台
33A:研磨墊
34:噴嘴
35:頂環臂
36:回旋軸
40:修整單元
41:修整器
42:修整器軸
43:修整器驅動模組
44:修整器臂
44’:修整器臂
44a:基部
44b:鉛垂部
44c:鉛垂部
45:回旋軸
46a~46c:多個力感測器
46d~46g:力感測器
46h~46k:力感測器
50:控制裝置
51:修整器位置算出部
52、53a~53c:墊磨削力算出部
54a~54c:修整器按壓反作用力算出部
55:儲存部
56:判定部
57:輸出控制部
58:顯示部
561:差值部
562:比較部
563:功算出部
564:壽命判定部
565:比較部
90:圓
TP1~TP4:運送位置
TP5~TP7:運送位置
W:基板
第一圖是具有第一實施方式的基板研磨裝置3A~3D的基板處理裝置的概略俯視圖。
第二圖是第一實施方式的基板研磨裝置3A的概略側視圖。
第三圖是藉由第二圖的力感測器46a~46c的基板研磨裝置3A的示意的 剖面圖。
第四圖是表示控制裝置50的概略結構的方塊圖。
第五圖是表示顯示部58所顯示的畫面的一例的圖。
第六圖是對壽命判定部564的動作進行說明的圖。
第七圖是第二圖的變形例即基板研磨裝置3A’的概略側視圖。
第八A圖是第二實施方式的一例即藉由力感測器46h~46k的基板研磨裝置3A’的示意的剖面圖。
第八B圖是第二實施方式的其他例即藉由力感測器46h~46k的基板研磨裝置3A’的示意的剖面圖。
以下，一邊參照附圖一邊對本發明的實施方式進行具體地說明。
(第一實施方式)
第一圖是具有第一實施方式的基板研磨裝置3A~3D的基板處理裝置的概略俯視圖。如第一圖所示，該基板處理裝置具備大致矩形狀的殼體1，殼體1的內部藉由隔壁1a、1b劃分出裝載/卸載部2、研磨部3以及清洗部4。這些裝載/卸載部2、研磨部3以及清洗部4分別獨立地組裝，獨立地排氣。在研磨部3中進行基板的研磨。在清洗部4中進行研磨後的基板的清洗以及乾燥。此外，基板處理裝置具有控制基板處理動作的控制部5。
裝載/卸載部2具備兩個以上(在本實施方式中四個)前裝載部20，該前裝載部20載置有儲存多個基板(例如半導體晶圓)的基板盒。這些前裝載部20與殼體1相鄰地配置，且沿基板處理裝置的寬度方向(與長 度方向垂直的方向)排列。
此外，在裝載/卸載部2沿著前裝載部20的排列而鋪設有移動機構21，在該移動機構21上設置有能夠沿著基板盒的排列方向移動的兩台運送機器人(裝載機)22。運送機器人22藉由在移動機構21上移動而能夠存取搭載於前裝載部20的基板盒。各運送機器人22在上下具備兩個手部。接著，在使處理後的基板返回到基板盒時使用上側的手部，在從基板盒取出處理前的基板時使用下側的手部，能夠分開使用上下的手部。另外，運送機器人22的下側的手部構成為藉由繞其軸心旋轉而能夠使基板反轉。
研磨部3是進行基板的研磨(平坦化)的區域，例如具備從裝載/卸載部2側依次並列的四個基板研磨裝置3A~3D，其分別具有研磨單元30以及修整單元40。關於基板研磨裝置3A~3D的結構於後詳細地說明。
清洗部4是進行基板的清洗以及乾燥的區域，從裝載/卸載部2的相反側依次劃分出清洗室190、運送室191、清洗室192、運送室193以及乾燥室194。
在清洗室190內配置有沿垂直方向排列的兩個一次基板清洗裝置201(在第一圖中僅圖示一個)。同樣地，在清洗室192內配置有沿垂直方向排列的兩個二次基板清洗裝置202(在第一圖中僅圖示一個)。一次基板清洗裝置201以及二次基板清洗裝置202是用清洗液來清洗基板的清洗機。這些一次基板清洗裝置201以及二次基板清洗裝置202沿垂直方向排列，因此有佔用面積小的優點。
在乾燥室194內配置有沿縱向排列的兩個基板乾燥裝置203(在第一圖僅圖示一個)。這兩個基板乾燥裝置203彼此隔離。在基板乾燥 裝置203的上部設有將乾淨的空氣分別供給至基板乾燥裝置203內的過濾風扇單元。
另外，基板處理裝置也可以具備控制部5來控制基板研磨裝置3A~3D等，基板研磨裝置3A~3D也可以各自具備控制部(控制裝置)。
接著，對用於運送基板的運送機構進行說明。如第一圖所示，線性傳送裝置6與基板研磨裝置3A、3B相鄰地配置。該線性傳送裝置6在沿著這些基板研磨裝置3A、3B排列的方向的四個運送位置(從裝載/卸載部2側開始依次為運送位置TP1~TP4)之間運送基板。
此外，線性傳送裝置7與基板研磨裝置3C、3D相鄰地配置。該線性傳送裝置7在沿著這些基板研磨裝置3C、3D排列的方向的三個運送位置(從裝載/卸載部2側開始依次為運送位置TP5~TP7)之間運送基板。
基板藉由線性傳送裝置6運送至基板研磨裝置3A、3B。基板往基板研磨裝置3A的傳遞在運送位置TP2進行。基板往研磨裝置3B的傳遞在運送位置TP3進行。基板往基板研磨裝置3C的傳遞在運送位置TP6進行。基板往基板研磨裝置3D的傳遞在第七運送位置TP7進行。
在運送位置TP1配置有用於從運送機器人22接受基板的升降機11。基板經由該升降機11從運送機器人22傳至線性傳送裝置6。閘門(未圖示)設於隔壁1a位於升降機11與運送機器人22之間，在基板的運送時閘門打開，基板從運送機器人22傳至升降機11。
此外，在線性傳送裝置6、7與清洗部4之間配置有擺動傳送裝置12。該擺動傳送裝置12具有能夠在運送位置TP4、TP5之間移動的手部，基板從線性傳送裝置6往線性傳送裝置7的傳遞藉由擺動傳送裝置12進行。
基板藉由線性傳送裝置7運送至基板研磨裝置3C及/或基板研磨裝置3D。此外，由研磨部3研磨後的基板經由擺動傳送裝置12運送至清洗部4。在擺動傳送裝置12的側面配置有設置於未圖示的框架之基板臨時放置台180。如第一圖所示，該臨時放置台180與線性傳送裝置6相鄰地配置，位於線性傳送裝置6與清洗部4之間。
接著，對基板研磨裝置3A~3D進行詳細地說明。基板研磨裝置3A~3D的結構共通，因此在以下對基板研磨裝置3A進行說明。
第二圖是第一實施方式的基板研磨裝置3A的概略側視圖。
基板研磨裝置3A作為研磨基板W的研磨單元30，具有頂環31、下部與頂環31連結的頂環軸32、具有研磨墊33A的旋轉台33、將研磨液供給至旋轉台33上的噴嘴34、頂環臂35、回旋軸36以及進行各種控制的控制裝置50。
頂環31藉由真空吸附將基板W保持於下表面。
頂環31的上表面中央與頂環軸32的一端連結，頂環臂35與頂環軸32另一端連結。升降機構(未圖示)對應控制裝置50的控制而使頂環軸32升降，從而保持於頂環31的基板W的下表面與研磨墊33A接觸或分離。此外，馬達(未圖示)對應控制裝置50的控制而使頂環軸32旋轉，從而頂環31旋轉，由此被保持的基板W也旋轉。
在旋轉台33的上表面設有用於研磨基板W的研磨墊33A。旋轉台33的下表面與旋轉軸連接，旋轉台33能夠旋轉。從噴嘴34供給研磨液，在基板W的下表面與研磨墊33A接觸的狀態下基板W以及旋轉台33旋轉，從而基板W被研磨。由於該研磨，有時會導致研磨墊33A的表面劣化。
頂環軸32旋轉自如地與頂環臂35的一端連結，回旋軸36與頂 環臂35的另一端連結。馬達(未圖示)對應控制裝置50的控制而使回旋軸36旋轉，從而頂環臂35擺動，頂環31在研磨墊33A上與基板傳遞位置即運送位置TP2(第一圖)之間往返。
此外，基板研磨裝置3A作為修整單元40，具有修整器41、修整器軸42、修整器驅動模組43、修整器臂44、回旋軸45以及多個力感測器46a~46c。
修整器41的剖面呈圓形，其下表面是修整面。在修整面固定有鑽石粒子等。修整器41一邊與研磨墊33A接觸一邊移動，從而磨削研磨墊33A的表面，由此，研磨墊33A被修整(調節)。
修整器41經由未圖示的修整器保持架而能夠裝卸地與修整器軸42的下端連結。
修整器驅動模組43將修整器軸42保持為旋轉自如且能夠上下移動，使修整器軸42升降以及旋轉。例如，修整器驅動模組43具有設於框體43a內的升降機構以及馬達。升降機構對應控制裝置50的控制而使修整器軸42下降，從而修整器41的下表面與研磨墊33A接觸且按壓該研磨墊33A。此外，馬達根據控制裝置50的控制而使修整器軸42旋轉，從而修整器41在與研磨墊33A接觸的狀態下旋轉。
修整器臂44是支承修整器驅動模組43的支承部件，修整器軸42旋轉自如地與修整器臂44沿水平方向延伸的一端連結，回旋軸45與修整器臂44的另一端連結。馬達(未圖示)對應控制裝置50的控制而使回旋軸45旋轉，從而修整器臂44擺動，修整器41在研磨墊33A上與退避位置之間往返。
作為本實施方式的一個特徵，用於對三軸方向的力進行檢測的多個力感測器46a~46c(在第二圖中僅能看到力感測器46a、46b)配置於修整器驅動模組43與修整器臂44之間，以便能夠容許由修整器41磨削研磨墊33A的力而產生的力矩負荷。較佳地，在修整器驅動模組43的下方且修整器臂44的上方配置力感測器46a~46c，由此，能夠抑制修整器臂44變長。
第三圖是通過第二圖的力感測器46a~46c的基板研磨裝置3A的示意的剖面圖(A-A剖面圖)。在本實施方式中，在水平面(換言之，修整器41中的修整面的旋轉面，以下相同)內，三個力感測器46a~46c從修整器軸42的中心起等距離R並且繞修整器軸42的旋轉軸以等間隔(每120度)的角度配置。藉由這樣地配置，能夠消除使修整器41旋轉時繞旋轉中心的轉矩成分。
此外，力感測器46a輸出如下資訊：與水平面內修整器臂44延伸的x方向(參照第二圖)的力成分Fxa相關的資訊Fxa’(例如，與力成分Fxa成比例的電荷或電壓)；與在水平面內與x方向正交的y方向的力成分Fya相關的資訊Fya’；以及與鉛垂方向(換言之，從研磨墊33A朝向修整器41的方向，以下，設為z方向)的力成分Fza相關的資訊Fza’。力感測器46b、46c也相同。輸出的各資訊輸入至控制裝置50。
第四圖是表示控制裝置50的概略結構的方塊圖。控制裝置50具有修整器位置算出部51、墊磨削力算出部52、53a~53c、修整器按壓反作用力算出部54a~54c、儲存部55、判定部56、輸出控制部57以及顯示部58。這些中的至少一部分可以由硬體實裝，也可以由軟體實現。在後者的情況下，能夠藉由處理器執行指定的程式來實現各部。
修整器位置算出部51算出各時刻修整器41在研磨墊33A上的絕對位置。墊磨削力算出部52、53a~53c算出修整器41磨削研磨墊33A的力。修整器按壓反作用力算出部54a~54c算出修整器41磨削研磨墊33A時從研磨墊33A往修整器41作用的反作用力。儲存部55儲存上述的各算出結果。判定部56基於上述的算出結果來進行各種判定。輸出控制部57生成用於輸出由判定部56判定的判定結果等資料，並使顯示部58顯示。以下，進行詳細地說明。
修整器位置算出部51算出各時刻ti修整器41在研磨墊33A上的絕對位置Pi。更具體而言，修整器位置算出部51輸入有旋轉台33的旋轉角度θtt(或者轉速Ntt)和修整器臂44的回旋角度θdr(或者以旋回中心為基準的修整器41的位置Pdr)，利用與修整單元40的構造對應的常數，來算出位置Pi。位置Pi被輸出至儲存部55以及判定部56。
墊磨削力算出部52基於從力感測器46a~46c輸出的資訊Fxa’~Fxc’、Fya’~Fyc’，算出修整器41磨削研磨墊33A的力F(以下，也僅稱為「磨削力F」)。另外，在僅提到力F的情況下，是指其x成分Fx、y成分Fy、力的大小| F |以及/或力的方向θ。具體的處理如下。
首先，墊磨削力算出部52將與力感測器46a~46c的x方向相關的輸出資訊Fxa’~Fxc’相加，算出Fx’=(Fxa’+Fxb’+Fxc’)。同樣地，墊磨削力算出部52算出Fy’=(Fya’+Fyb’+Fyc’)。
接著，墊磨削力算出部52分別基於Fx’、Fy’算出磨削力F的x成分Fx以及y成分Fy。例如在力感測器46a~46c輸出與力成比例的電荷的情況下，墊磨削力算出部52利用電荷放大器(未圖示)，將電荷Fx’、Fy’轉換 為分別與力Fx、Fy成比例的電壓Vx、Vy。並且，墊磨削力算出部52將電壓Vx、Vy分別轉換為力Fx、Fy。
再來，墊磨削力算出部52基於下式算出磨削力F的大小| F |以及角度θ。
Figure 106121962-A0202-12-0013-1
墊磨削力算出部52定期地從力感測器46a~46c接受Fxa’~Fxc’、Fya’~Fyc’而算出Fx、Fy、| F |、θ，並將算出結果輸出至儲存部55以及判定部56。
儲存部55基於墊磨削力算出部52以及修整器位置算出部51的算出結果，將某一時刻ti的磨削力Fi與此時修整器41的位置Pi相關聯並儲存。由此知道某一時刻ti修整器41在研磨墊33A上的位置與此時磨削力Fi的關係。算出的磨削力F也可以藉由輸出控制部57顯示於顯示部58。
墊磨削力算出部53a基於來自力感測器46a的資訊Fxa’、Fya’，且對應需求利用電荷放大器，來算出與力感測器46a的設置位置對應之修整器41的位置磨削研磨墊33A的力Fa的x成分Fxa以及y成分Fya。接著，墊磨削力算出部53a基於下式算出磨削力Fa的大小| Fa |以及角度θa。
Figure 106121962-A0202-12-0013-2
同樣地，墊磨削力算出部53b算出與力感測器46b的設置位置對應之修整器41的位置磨削研磨墊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。此外，同樣地，墊磨削力算出部53c算出與力感測器46c的設置位置對應之修整器41的位置磨削研磨墊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也可以基於這些墊磨削力算出部53a~53c的算出結果，藉由比較修整器41的各位置的水平方向的力來進行異常判定。此外，輸出控制部57也可以監測水平面內的作用分佈，且將結果顯示於顯示部58。
修整器按壓反作用力算出部54a基於來自力感測器46a的資訊Fza’，對應需求利用電荷放大器，來算出與力感測器46a的設置位置對應之修整器41的位置按壓研磨墊33A時的反作用力Fza。
同樣地，修整器按壓反作用力算出部54b算出與力感測器46b的設置位置對應之修整器41的位置按壓研磨墊33A時的反作用力Fzb。此外，同樣地，修整器按壓反作用力算出部54c算出與力感測器46c的設置位置對應之修整器41的位置按壓研磨墊33A時的反作用力Fzc。
判定部56也可以基於這些修整器按壓反作用力算出部54a~54c的算出結果，藉由比較修整器41的各位置的按壓負荷來進行異常判定。此外，輸出控制部57也可以監測水平面內的作用分佈，且將結果顯示於顯示部58。再來，在安裝修整器41時，也可以進行調整以使電壓Fza~Fzc彼此相等。
判定部56包含差值部561以及比較部562，判定部56也可以基於磨削力F的時間變化來進行異常判定。
差值部561基於從外部設定的(或者預先設定的)取樣時間指令，算出某一時刻的磨削力F的大小| F |與之後的某一時刻的磨削力F的大小| F |的差值dF。
比較部562對差值dF和從外部設定的(或者預先設定的)閾值TH1進行比較，在差值dF較大的情況下，判定為有異常。在差值dF比閾值TH1大的情況下，有例如墊表面不均勻磨損或者開始不均勻磨損的可能性。藉由如此的判定能夠檢測出研磨墊33A有異常的情況。判定結果也可以輸出至輸出控制部57並顯示於顯示部58。
例如，輸出控制部57基於儲存於儲存部55的資料以及判定部56的判定結果，使顯示部58顯示指定的畫面。
第五圖是表示顯示部58所顯示的畫面的一例的圖。該圖的圓90模擬研磨墊33A的表面。輸出控制部57基於儲存於儲存部55的資料，來掌握藉由判定部56檢測出異常的時刻ti修整器41的在研磨墊33A上的位置Pi。如此一來，輸出控制部57將檢測出異常的研磨墊33A上的位置確定。
接著，輸出控制部57藉由將研磨墊33A中檢測出異常的部位標示於圓90內的對應部位(符號91)等來輸出。由此，將研磨墊33A上異常產生部位可視化。
輸出控制部57可以標示某一特定的時刻的異常產生部位，也可以累積標示指定的時間範圍內的異常產生部位。此外，輸出控制部57也可以進行反應異常產生次數的輸出。例如，輸出控制部57也可以僅標示異常產生次數超過指定次數的位置並輸出。由此，將研磨墊33A上異常產生密度可視化。
回到第四圖，判定部56也可以包含功算出部563、壽命判定部564以及比較部565，且基於修整器41的功進行判定。
功算出部563算出取樣時間dt中修整器41與研磨墊33A的相對位移量L(換言之，修整器41擦過研磨墊33A的距離)和磨削力的大小| F |的積，即，算出修整器41的作功量W=| F |＊L(J)。再來，功算出部563也可以用作功量W除以取樣時間dt，來算出修整器41的功率P=W/dt(W)。藉由監測作功量W以及/或功率P與研磨墊33A上修整器41的位置(從研磨墊33A的旋轉中心起的距離)的關係，而能夠判定修整製程是否良好。判定的具體例如下。
第六圖是對壽命判定部564的動作進行說明的圖。壽命判定部564根據某一時刻t1的作功量W1(或者功率P，以下相同)和其之後的某一時刻t2的作功量W2，預測作功量W達到閾值TH2的時刻t3。閾值TH2對應修整器41的壽命而設定，即為判斷修整器41無法使用的值。如此一來，能夠預測修整器41的壽命，能夠對應需求而促進交換。
返回到第四圖，作為其他判定例，比較部565對修整器41的作功量W和從外部設定的(或者預先設定的)上限閾值TH3以及下限閾值TH4進行比較，檢測出研磨墊33A上作功量W超過上限閾值TH3的/低於下限閾值TH4的位置。在作功量W超過上限閾值TH3的情況下，會有修整器41在研磨墊33A上的特定位置卡住的可能性。此外，在作功量低於下限閾值TH4的情況下，會有修整器41在研磨墊33A上的特定位置上浮而不能修整的可能性。輸出控制部57也可以根據檢測出的次數來顯示警報。
輸出控制部57也可以將研磨墊33A上的各位置的作功量W 顯示於顯示部58。此外，輸出控制部57也可以掌握研磨墊33A上作功量W超過上限閾值TH3的/低於下限閾值TH4的位置且進行標示。或者，也可以在超過/低於閾值的次數超過指定次數的情況下進行標示。
如此一來，在第一實施方式中，在修整器驅動模組43與修整器臂44之間設置力感測器46a~46c。由此，能夠高精度地監測修整器41磨削研磨墊33A的力F(特別是其大小| F |、角度θ)，且能夠用於各種判定。
另外，力感測器的設置位置不限定於第二圖所示的位置。
第七圖是作為第二圖的變形例的基板研磨裝置3A’的概略側視圖。本基板研磨裝置3A’的修整器臂44’由如下結構構成：沿水平方向延伸的基部44a；相對於修整器驅動模組43位於回旋軸45側且從基部44a沿鉛垂方向延伸的鉛垂部44b；以及從基部44a的頂端沿鉛垂方向延伸的鉛垂部44c。
基板研磨裝置3A’具有四個力感測器46d~46g，該四個力感測器46d~46g從修整器軸42的中心起等距離的配置，以便能夠容許由修整器41磨削研磨墊33A的力而產生的力矩負荷。
力感測器46d、46e處於同一水平面上，且分別配置於修整器驅動模組43的側面下部與修整器臂44’中的鉛垂部44b、44c的內側面之間。此外，力感測器46d相對於修整器軸42的中心位於力感測器46e的相反側。
力感測器46f、46g位於與配置有力感測器46d、46e的面不同的同一水平面上，且分別配置於修整器驅動模組43的側面上部與修整器臂44’中的鉛垂部44b、44c的內側面之間。此外，力感測器46f相對於修整器軸42的中心位於力感測器46g的相反側。
力感測器46d~46g各自輸出基部44a所延伸的x方向的力成 分、與x方向正交的y方向的力成分以及鉛垂方向的力成分相關的資訊。
若有能夠如此地監測修整器41磨削研磨墊33A的力F者，則力感測器的數量、配置位置無特別限定。
(第二實施方式)
上述的第一實施方式是力感測器46a~46c對三軸方向的力進行檢測的裝置。相對於此，接著說明的第二實施方式是採用檢測鉛垂方向(z方向)的力的力感測器的裝置。本實施方式的基板研磨裝置3A的概略側視圖與第二圖大致相同，但是對採用四個力感測器46h~46k例子進行說明。以下，以與第一實施方式的不同點為中心進行說明。
第八A圖是通過作為第二實施方式的一例之力感測器46h~46k的基板研磨裝置3A’的示意剖面圖。若以修整器軸42的中心為原點，則配置有力感測器46h~46k的坐標依次為(Rxh，0)、(-Rxi，0)、(0，Ryj)、(0，-Ryk)。另外，也可以Rxh=Rxi，也可以Ryj=Ryk。
第八B圖是通過第二實施方式的其他例之力感測器46h~46k的基板研磨裝置3A’的示意剖面圖。配置有力感測器46h~46k的坐標為(Rxh，Ryh)、(Rxi，-Ryi)、(-Rxj，Ryj)、(-Rxk，-Ryk)。另外，也可以是Rxh=Rxi=Rxj=Rxk，也可以是Ryh=Ryi=Ryj=Ryk。
當然，第八A圖、第八B圖所示的力感測器的配置只是示例，也可以是在第一實施方式已說明的那樣的配置，對力感測器的數量、配置位置不作特別地限制。
不論在第八A圖、第八B圖中，力感測器46h~46k都分別輸出與鉛垂方向(z方向)的力成分相關的資訊Fzh’~Fzk’。即，力感測器46h ~46k可以不一定要對三軸方向的力進行檢測。
另外，在第二圖中，將修整器41的下表面與力感測器46h~46k的距離設為H。
在本實施方式中，控制裝置50中的墊磨削力算出部52(參照第四圖)以如下方式算出磨削力F。另外，墊磨削力算出部52預先將來自各力感測器46h~46k的輸出資訊Fzh’~Fzk’轉換為z方向的力Fzh~Fzk。
首先，墊磨削力算出部52基於下式，算出關於各力感測器46h~46k繞x軸的力矩負荷Mxn(n=h~k)以及繞y軸的力矩負荷Myn(n=h~k)。
Mxn=Fzn＊Ryn
Myn=Fzn＊Rxn
接著，墊磨削力算出部52將全部的力感測器46h~46k的力矩負荷相加，算出繞x軸的力矩負荷Mx以及繞y軸的力矩負荷My。即，如下式。
Mx=Σ Mxn=Mxh+Mxi+Mxj+Mxk
My=Σ Myn=Myh+Myi+Myj+Myk
之後，墊磨削力算出部52基於下式算出磨削力F的x成分Fx以及y成分Fy。
Fx=Mx/H
Fy=My/H
之後的處理如在第一實施方式已說明的那樣。
如此一來，在第二實施方式中，利用對一個方向的力進行檢測的力感測器46h~46k，能夠以低成本監測修整器41磨削研磨墊33A的力F。
(第三實施方式)
接著說明的第三實施方式能夠對力感測器的異常進行檢測。
本實施方式的基板研磨裝置3A與第一實施方式同樣地具有對三軸方向的力進行檢測的力感測器46a~46c。
因此，如在第一實施方式已說明的那樣，基於與水平方向相關的輸出資訊Fxa’~Fxc’、Fya’~Fyc’，墊磨削力算出部52能夠算出Fx、Fy、| F |、θ。
此外，如在第二實施方式已說明的那樣，墊磨削力算出部52能夠基於與鉛垂方向相關的輸出資訊Fza’~Fzc’來算出Fx、Fy、| F |、θ。
接著，判定部56對基於與水平方向相關的輸出資訊的力的大小| F |和基於與鉛垂方向相關的輸出資訊的力的大小| F |進行比較。在兩者的差超過指定的閾值的情況下，判定部56判定於力感測器有異常。另外，取代/除了力的大小| F |，判定部56也可以對Fx、Fy、θ進行比較。
如此一來，在第三實施方式中，因為藉由兩種手法算出力F，因此能夠對力感測器的異常進行檢測。
(第四實施方式)
接著說明的第四實施方式算出且監測修整器41磨削研磨墊33A時的轉矩(以下，稱為墊磨削轉矩)。
也考慮基於對修整器旋轉軸進行旋轉驅動的機構的馬達電流來監測修整器的墊磨削轉矩。然而，如此獲得的墊磨削轉矩也包含旋轉驅動機構的損失轉矩量，不能夠正確地監測墊磨削力。因此，在本實施方式中以如下方式進行。以下，以第八A圖所示的力感測器46h~46k的配置為例子進行說明。
本實施方式中的控制裝置50具備墊磨削轉矩算出部(未圖示)，該墊磨削轉矩算出部根據力感測器46h~46k輸出的與水平方向相關的輸出資訊Fxh’~Fxk’以及Fyh’~Fyk’和各力感測器46h~46k從修整器41的旋轉軸中心起的位置資訊，算出繞修整器41的旋轉軸作用的墊磨削轉矩。另外，墊磨削轉矩算出部預先將來自各力感測器46h~46k的輸出資訊Fxh’~Fxk’、Fyh’~Fyk’轉換為水平方向的力Fxh~Fxk，Fyn~Fyk。
在此，在第八A圖中，若以修整器41的旋轉軸中心即修整器軸42的中心為原點，則配置有力感測器46h~46k的坐標依次為(Rxh，0)、(-Rxi，0)、(0，Ryj)、(0，-Ryk)，這些坐標與上述位置資訊對應。
墊磨削轉矩算出部根據力感測器46h檢測出的水平方向的力Fxh、Fyh和上述位置資訊(坐標)，基於下式算出繞修整器旋轉軸作用的轉矩Th。
Th=Fxh＊0+Fyh＊Rxh
同樣地，根據力感測器46i、46j、46k檢測出的力資訊求得各轉矩Ti、Tj、Tk的數式如下。
Ti=Fxi＊0+Fyi＊(-Rxi)
Tj=Fxj＊Ryj+Fyj＊0
Tk=Fxk＊(-Ryk)+Fyk＊0
再者，墊磨削轉矩算出部基於下式算出繞修整器旋轉軸的墊磨削轉矩T。
T=Th+Ti+Tj+Tk
以上，如第八A圖所示，表示了配置有力感測器46h~46k的 例子，但與力感測器的配置、數量無關，墊磨削轉矩算出部基於來自各力感測器的輸出資訊和與修整器旋轉軸中心的位置資訊(位置關係)，就能夠算出墊磨削轉矩。
如此一來，在第四實施方式中，由於基於力感測器的輸出就能夠算出墊磨削轉矩T，因此能夠檢測不包含修整器旋轉驅動機構的損失轉矩之正確的墊磨削轉矩。
上述的實施方式是以具有本發明所屬技術領域的常規知識的技術人員能夠實施本發明為目的而記載的。上述實施方式的各種變形例對本領域技術人員來說是顯而易見的，本發明的技術思想也能夠應用於其他實施方式。因此，本發明不限定於已記載的實施方式，應該是遵從由申請專利範圍定義的技術思想的最廣的範圍。
3A‧‧‧基板研磨裝置
30‧‧‧研磨單元
31‧‧‧頂環
32‧‧‧頂環軸
33‧‧‧旋轉台
33A‧‧‧研磨墊
34‧‧‧噴嘴
35‧‧‧頂環臂
36‧‧‧回旋軸
40‧‧‧修整單元
41‧‧‧修整器
42‧‧‧修整器軸
43‧‧‧修整器驅動模組
43a‧‧‧框體
44‧‧‧修整器臂
45‧‧‧回旋軸
46a‧‧‧力感測器
46b‧‧‧力感測器
50‧‧‧控制裝置
W‧‧‧基板

Claims (19)

  1. 一種基板研磨裝置，其具備：旋轉台，該旋轉台構成為支承研磨墊；修整器，該修整器構成為在所述研磨墊被所述旋轉台支承時磨削所述研磨墊；修整器驅動模組，該修整器驅動模組構成為將所述修整器按壓於所述研磨墊並且使所述修整器旋轉；支承部件，該支承部件構成為支承所述修整器驅動模組；以及多個力感測器，該多個力感測器設置於所述修整器驅動模組與所述支承部件之間，所述多個力感測器各自在所述研磨墊被所述旋轉台支承，而且所述研磨墊被所述修整器磨削時，輸出與三軸方向的各力相關的資訊。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的基板研磨裝置，其中所述多個力感測器係以從所述修整器的旋轉中心起等距離並且繞所述修整器的旋轉中心等間隔角度的方式配置。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的基板研磨裝置，其中，所述多個力感測器輸出如下資訊：第一資訊，該第一資訊與在水平面內的第一方向的第一力成分相關；第二資訊，該第二資訊與第二方向的第二力成分相關，該第二方向在所述水平面內而且與所述第一方向正交；以及第三資訊，該第三資訊與在與所述水平面正交的方向的第三力 成分相關。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的基板研磨裝置，其中更具備第一墊磨削力算出部，該第一墊磨削力算出部基於分別從所述多個力感測器輸出的所述第一資訊，算出與所述多個力感測器各自的設置位置對應之所述修整器中各位置磨削所述研磨墊的力的所述第一方向的所述第一力成分，並且該第一墊磨削力算出部基於分別從所述多個力感測器輸出的所述第二資訊，算出與所述多個力感測器各自的設置位置對應之所述修整器中各位置磨削所述研磨墊的力的所述第二方向的所述第二力成分。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的基板研磨裝置，其中更具備修整器按壓反作用力算出部，該修整器按壓反作用力算出部基於分別從所述多個力感測器輸出的所述第三資訊，算出與所述多個力感測器各自的設置位置對應之所述修整器中各位置按壓所述研磨墊時產生的反作用力。
  6. 如申請專利範圍第3項所述的基板研磨裝置，其中更具備墊磨削轉矩算出部，該墊磨削轉矩算出部基於從所述多個力感測器輸出的所述第一資訊和所述第二資訊、以及所述多個力感測器各自與所述修整器的旋轉中心之間的位置關係，算出所述修整器磨削所述研磨墊時的轉矩。
  7. 如申請專利範圍第4項所述的基板研磨裝置，其中更具備第二墊磨削力算出部，該第二墊磨削力算出部基於從所述多個力感測器輸出的所述第一資訊以及所述第二資訊，算出所述修整器磨削所述研磨墊的力。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的基板研磨裝置，其中更具備判定部，該判定部對所述修整器磨削所述研磨墊的力的大小的時間變化和閾值進行比較來進行異常判定。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的基板研磨裝置，其中更具備：修整器位置算出部，該修整器位置算出部算出所述修整器在所述研磨墊上的位置；以及輸出控制部，該輸出控制部基於藉由所述修整器位置算出部算出的算出結果和藉由所述判定部判定的異常判定結果，將判定為異常時所述修整器在所述研磨墊上的位置確定而輸出。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的基板研磨裝置，其中所述輸出控制部進行反映在所述研磨墊上判定為異常的次數之輸出。
  11. 如申請專利範圍第7項所述的基板研磨裝置，其中所述第二墊磨削力算出部基於所述第一資訊以及所述第二資訊，算出所述修整器磨削所述研磨墊的力的大小以及方向。
  12. 如申請專利範圍第7項所述的基板研磨裝置，其中更具備功算出部，該功算出部基於所述修整器磨削所述研磨墊時的力，算出所述修整器的作功量或功率至少其中之一。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的基板研磨裝置，其中更具備比較部，該比較部對所述作功量或所述功率至少其中之一和閾值進行比較；及壽命判定部，該壽命判定部基於所述比較部的比較結果，判定所述修整器的壽命。
  14. 一種基板研磨裝置，其具備：旋轉台，該旋轉台構成為支承研磨墊；修整器，該修整器構成為在所述研磨墊被所述旋轉台支承時磨削所述研磨墊； 修整器驅動模組，該修整器驅動模組構成為將所述修整器按壓於所述研磨墊並且使所述修整器旋轉；支承部件，該支承部件構成為支承所述修整器驅動模組；多個力感測器，該多個力感測器設置於所述修整器驅動模組與所述支承部件之間，在所述研磨墊被所述旋轉台支承，而且所述研磨墊被所述修整器磨削時，所述多個力感測器分別輸出與在與水平面正交的方向的力成分相關的第一資訊；以及墊磨削力算出部，該墊磨削力算出部構成為基於從所述多個力感測器輸出的所述第一資訊、以及所述多個力感測器各自與所述修整器的修整面之間的距離，算出所述修整器磨削所述研磨墊的力。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的基板研磨裝置，其中更具備判定部，該判定部對所述修整器磨削所述研磨墊的所述力的大小的時間變化和閾值進行比較來進行異常判定。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的基板研磨裝置，其中更具備：修整器位置算出部，該修整器位置算出部算出所述修整器在所述研磨墊上的位置；以及輸出控制部，該輸出控制部基於藉由所述修整器位置算出部算出的算出結果和藉由所述判定部判定的異常判定結果，將判定為異常時所述修整器在所述研磨墊上的位置確定而輸出。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的基板研磨裝置，其中所述輸出控制部進行反映在所述研磨墊上判定為異常的次數之輸出。
  18. 如申請專利範圍第14項所述的基板研磨裝置，其中更具備功算出部，該 功算出部基於所述修整器磨削所述研磨墊的所述力，算出所述修整器的作功量或功率至少其中之一。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的基板研磨裝置，其中更具備比較部，該比較部對所述作功量或所述功率至少其中之一和閾值進行比較；及壽命判定部，該壽命判定部基於所述比較部的比較結果，判定所述修整器的壽命。
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