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TW201436937A - 研磨裝置 - Google Patents

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TW201436937A
TW201436937A TW103122053A TW103122053A TW201436937A TW 201436937 A TW201436937 A TW 201436937A TW 103122053 A TW103122053 A TW 103122053A TW 103122053 A TW103122053 A TW 103122053A TW 201436937 A TW201436937 A TW 201436937A
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TW
Taiwan
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polishing
polishing pad
substrate
top ring
pad
Prior art date
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TW103122053A
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TWI586486B (zh
Inventor
渡邊和英
伊原正和
Original Assignee
荏原製作所股份有限公司
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Publication date
Application filed by 荏原製作所股份有限公司 filed Critical 荏原製作所股份有限公司
Publication of TW201436937A publication Critical patent/TW201436937A/zh
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    • B24B53/017—Devices or means for dressing, cleaning or otherwise conditioning lapping tools
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Abstract

一種研磨裝置，係具備：工作台旋轉馬達，使研磨工作台旋轉；頂環旋轉馬達，使頂環旋轉；修整器，修整研磨墊；墊體高度測量器，測量研磨墊高度；以及診斷部，由研磨墊之高度計算出研磨墊之消耗量，並依據研磨墊之消耗量、工作台旋轉馬達之轉矩或電流、以及頂環旋轉馬達之轉矩或電流決定研磨墊22之使用壽命。

Description

研磨裝置
本發明係有關研磨晶圓(wafer)等基板之研磨裝置，特別是有關具備診斷研磨墊(pad)或修整器(dresser)之狀態以決定其使用壽命之功能的研磨裝置。
(相關技術之記載)
於半導體裝置之製造步驟中，基板表面之平坦化係為非常重要之步驟。使用於表面平坦化之代表性的技術，係為化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing；CMP)。在此化學機械研磨中，一面對研磨墊之研磨面上供給含有二氧化矽(silica)(SiO2)等之研磨粒的研磨液，一面使基板滑動抵接於研磨面，並研磨基板表面。
此化學機械研磨係使用CMP裝置進行。CMP裝置係具備上表面貼附研磨墊之研磨工作台(table)與保持基板之頂環(top ring)。於基板之研磨中，一面使研磨工作台及頂環各自繞著其軸心旋轉，一面以頂環將基板按壓於研磨墊之研磨面，使基板與研磨墊滑動抵接。對研磨墊之研磨面供給研磨液，並在基板與研磨墊之間存在研磨液的狀態下研磨基板。基板之表面係藉由鹼(alkali)所引起之化學性研磨 作用與研磨粒所進行之機械性研磨作用之複合作用而平坦化。
當進行基板之研磨時，研磨墊之研磨面附著研磨粒或研磨屑，而使研磨性能逐漸降低。因此，為再生研磨墊之研磨面，而進行使用修整器之墊體修整(pad dressing)。修整器係具有固定於其下表面之鑽石顆粒等硬質之研磨粒，以此修整器削除研磨墊之研磨面，藉以再生研磨墊之研磨面。
研磨墊係因墊體修整而逐漸消耗。當研磨墊消耗時，因無法發揮意圖之研磨性能，故必須定期地更換研磨墊。以往，研磨墊之更換，一般係依據已研磨之基板片數而決定。然而，已研磨之基板片數，未必能正確地反映研磨墊之使用壽命。因此，為維持研磨性能，必須於較原來之墊體使用壽命更早之時期就更換。另外，如此頻繁之研磨墊的更換，會使CMP裝置之運行率降低。
因此，為避免頻繁的研磨墊之更換，故開發了研磨裝置，係測量研磨墊之表面位置(墊體高度)，並依據其測量值監測研磨墊之消耗的研磨裝置(例如參考日本特開2002-355748號公報)。根據此種研磨裝置，能依據所測量之研磨墊表面的位置，亦即研磨墊之消耗量來判斷研磨墊之使用壽命。
然而，研磨墊之厚度或形成於研磨墊表面的溝體深度，會有每個研磨墊不同之情形。因此，根據研磨墊之表面位置正確地決定研磨墊使用壽命實為困難。
另外，修整器之研磨粒也會因為墊體修整而逐漸消耗。修整器之修整性能的降低，因係與研磨墊之研磨性能降低相關，故與研磨墊相同，有定期更換修整器之必要。如此，研磨墊及修整器係為研磨裝置之消耗品，在最近，盡可能削減此等消耗品成本之要求不斷增長。為實現消耗品之成本削減，須謀求正確地決定研磨墊及修整器之更換時期，亦即該等之使用壽命。
本發明係有鑑於上述情況而研創者，故第1目的為提供一種研磨裝置，俾能正確地決定研磨墊之使用壽命，並能減少研磨墊之更換頻率。
另外，本發明之第2目的係為提供一種研磨裝置，俾能正確地決定修整器之壽命，並能減少修整器之更換頻率。
為達成上述第1目的，本發明之第1態樣係具備：研磨工作台，支撐研磨墊；頂環，將基板按壓至前述研磨墊的研磨面；工作台旋轉馬達，使前述研磨工作台繞著其軸心旋轉；頂環旋轉馬達，使前述頂環繞著其軸心旋轉；修整器，修整前述研磨墊之前述研磨面；墊體高度測量器，測量前述研磨墊高度；以及診斷部，監測前述研磨墊之高度、前述工作台旋轉馬達之轉矩(torque)或電流、以及前述頂環旋轉馬達之轉矩或電流；前述診斷部係根據前述研磨墊之高度計算出研磨墊之消耗量，並依據前述研磨墊之消耗量、前述工作台旋轉馬達之轉矩或電流、以及前述頂環旋轉馬達的轉矩或電流診斷前述研磨墊之前述研磨面之狀 態。
為達成上述之第2個目的，本發明之第2態樣，係具備：研磨工作台，支撐研磨墊；頂環，將基板按壓至前述研磨墊的研磨面；工作台旋轉馬達，使前述研磨工作台繞著其軸心旋轉；頂環旋轉馬達，使前述頂環繞著其軸心旋轉；修整器，修整前述研磨墊之前述研磨面；墊體高度測量器，測量前述研磨墊高度；以及診斷部，監測前述研磨墊之高度、前述工作台旋轉馬達之轉矩或電流、以及前述頂環旋轉馬達之轉矩或電流；前述診斷部係根據前述研磨墊之高度計算出研磨墊之消耗量，並依據前述研磨墊之消耗量及相當於預定之研磨基板片數之總修整時間計算出前述研磨墊之切削率(cut rate)、並進一步依據前述研磨墊之切削率、前述工作台旋轉馬達之轉矩或電流、以及前述頂環旋轉馬達的轉矩或電流診斷前述修整器之修整面的狀態。
當研磨墊消耗而其研磨性能降低時，如同後述，在基板之研磨中，使研磨工作台旋轉之馬達電流(轉矩)及使頂環旋轉之馬達電流(轉矩)會出現特徵性的變化。根據上述本發明之第1態樣，能根據研磨墊之消耗量，再加上使研磨工作台旋轉之馬達電流及使頂環旋轉之馬達電流而診斷研磨墊之研磨面的狀態，並能根據其診斷結果正確地決定研磨墊之使用壽命。
另外，當修整器的修整性能降低時，與研磨墊消耗時相同，於基板之研磨中，使研磨工作台旋轉之馬達電流(轉 矩)及使頂環旋轉之馬達電流(轉矩)會出現特徵性的變化。根據上述之本發明的第2態樣，能根據研磨墊之切削率(由修整器所削減之研磨墊的每單位時間量)，再加上使研磨工作台旋轉之馬達電流及使頂環旋轉之馬達電流而診斷修整器之修整面的狀態，並能根據其診斷結果正確地決定修整器之使用壽命。
12‧‧‧研磨工作台
12a‧‧‧工作台軸
14‧‧‧支軸
16‧‧‧頂環擺動臂
18‧‧‧頂環軸件
20‧‧‧頂環
22‧‧‧研磨墊
22a‧‧‧研磨面
24‧‧‧上下動作機構
25‧‧‧旋轉接頭
26‧‧‧軸承
28‧‧‧橋接件
29‧‧‧支撐台
30‧‧‧支柱
32‧‧‧滾珠螺桿
32a‧‧‧螺軸
32b‧‧‧螺帽
38‧‧‧伺服馬達
40‧‧‧修整單元
47‧‧‧診斷部
50‧‧‧修整器
50a‧‧‧修整面
51‧‧‧修整器軸件
53‧‧‧氣壓缸
55‧‧‧修整器擺動臂
56‧‧‧支柱
57‧‧‧支撐台
58‧‧‧支軸
60‧‧‧變位感測器
61‧‧‧板體
70‧‧‧工作台旋轉馬達
71‧‧‧頂環旋轉馬達
75‧‧‧工作台馬達電流檢測部
76‧‧‧頂環馬達電流檢測部
80‧‧‧萬向接頭
81‧‧‧頂環本體
82‧‧‧護環
86‧‧‧膜片
87‧‧‧卡盤板
91、92、93、94、95‧‧‧流體通路
100‧‧‧壓力調整部
C1、C2、C3、C4、C5‧‧‧氣囊
F1、F2、F3、F4、F5‧‧‧流量檢測器
W‧‧‧基板
第1圖係為顯示本發明之一實施形態之研磨裝置的示意圖。
第2圖係為顯示藉由變位感測器所測量之研磨墊高度的圖表。
第3圖係為顯示研磨墊之消耗量與所研磨之基板片數之關係的圖表。
第4圖係為顯示研磨墊之消耗量與研磨墊之更換週期的圖表。
第5圖係為顯示將使頂環及研磨工作台旋轉之馬達電流予以檢測的構造之示意圖。
第6A圖係為顯示當研磨墊之消耗量在容許範圍內時，頂環旋轉馬達及工作台旋轉馬達之電流的圖表。
第6B圖係為顯示當研磨墊之消耗量高於容許範圍時，頂環旋轉馬達及工作台旋轉馬達之電流的圖表。
第7A圖係為顯示當研磨墊之消耗量在容許範圍內時，所研磨之基板的實際膜厚與預先設定之目標膜厚的差異之圖表。
第7B圖係為顯示當研磨墊之消耗量高於容許範圍時，所研磨之基板的實際膜厚與預先設定之目標膜厚的差異之圖表。
第8圖係為顯示決定研磨墊使用壽命之方法的流程圖。
第9圖係為顯示研磨墊之高度與研磨墊高度之移動平均值之變化的圖表。
第10圖係為說明研磨率之評估的流程圖。
第11圖係為顯示研磨率之評估的其他例子的流程圖。
第12圖係為顯示研磨率之評估的進一步其他例子的流程圖。
第13圖係為顯示第8圖所示之決定研磨墊使用壽命之方法的變形例之流程圖。
第14圖係為顯示第8圖所示之決定研磨墊使用壽命之方法的其他變形例之流程圖。
第15圖係為顯示第10圖所示之說明研磨率之評估之流程圖的變形例之流程圖。
第16圖係為顯示決定修整器之使用壽命的方法之流程圖。
第17圖係為顯示研磨墊之高度及切削率之變化的圖表。
第18圖係為顯示於第16圖所示之決定修整器使用壽命之方法的變形例之流程圖。
第19圖係為顯示具備複數個氣囊而獨立地按壓基板 之複數個區域的頂環之一例的剖面圖。
第1圖係為顯示本發明之一實施形態之研磨裝置的示意圖。如第1圖所示，研磨裝置係具備研磨工作台12、連結於支軸14上端之頂環擺動臂(arm)16、安裝於頂環擺動臂16的自由端的頂環軸件(shaft)18、連結於頂環軸件18下端之大致圓盤狀的頂環20、以及處理各種資料(data)之診斷部47。雖未圖示，但診斷部47係具有記憶資料之記憶部與處理該資料之演算處理部。在第1圖中，雖未圖示，但頂環軸件18係以透過正時皮帶(timing belt)等之連結手段，成為連結於頂環旋轉馬達而旋轉驅動。藉由此頂環軸件18之旋轉，頂環20係成為沿著以箭號所示之方向繞著頂環軸件18而旋轉。
研磨工作台12係透過工作台軸12a連結至配置於其下方之工作台旋轉馬達70，藉由此工作台旋轉馬達70，研磨工作台12係成為沿著以箭號所示之方向繞著工作台軸12a旋轉而驅動。於此研磨工作台12之上表面貼附有研磨墊22，研磨墊22之上表面22a構成為研磨半導體晶圓等之基板的研磨面。
頂環軸件18係藉由上下動作機構24而成為相對於頂環擺動臂16上下動作，藉由此頂環軸件18之上下動作，頂環20成為相對於頂環擺動臂16之上下動作。再者，頂環軸件18之上端安裝有旋轉接頭(rotary joint)25。
頂環20係以能於其下方保持半導體晶圓等基板的方 式構成。頂環擺動臂16係以支軸14為中心而可迴旋地構成，頂環20於下表面保持基板，並藉由頂環擺動臂16之迴旋而由基板之接收位置移動到研磨工作台12的上方。而後，使頂環20下降，並將基板按壓於研磨墊22的上表面(研磨面)22a。於基板之研磨中，使頂環20及研磨工作台12各自旋轉，並由設置於研磨工作台12上方之研磨液供給噴嘴(nozzle)(未圖示)，對研磨墊22上供給研磨液。如此，使基板滑動抵接於研磨墊22之研磨面22a而研磨基板之表面。
使頂環軸件18及頂環20升降之升降機構24，係具備透過軸承26而可旋轉地支撐頂環軸件18的橋接件(bridge)28、安裝於橋接件28之滾珠螺桿32、被支柱30所支撐之支撐台29、以及設置於支撐台29之AC伺服馬達(servo motor)38。支撐伺服馬達38之支撐台29，係透過支柱30連結於頂環擺動臂16。
滾珠螺桿32係具備連結於伺服馬達38之螺軸32a與此螺軸32a所螺合之螺帽32b。頂環軸件18係與橋接件28成一體而升降(上下動作)。因此，當驅動伺服馬達38時，橋接件28透過滾珠螺桿32而上下移動，頂環軸件18及頂環20藉此上下動作。
此研磨裝置係具備將研磨工作台12之研磨面22a予以修整之修整單元40。此修整單元40係具備滑動抵接於研磨面22a之修整器50、連結於修整器50之修整器軸件51、設置於修整器軸件51上端之氣壓缸(air cylinder)53、以及 將修整器軸件51予以旋轉自如地支撐之修整器擺動臂55。修整器50之下表面係構成修整面50a，此修整面50a係由研磨粒(例如鑽石顆粒)所構成。氣壓缸53係配置於藉由支柱56所支撐之支撐台57上，此等支柱56係固定於修整器擺動臂55。
修整器擺動臂55係被未圖示之馬達所驅動，並以支軸58作為中心而迴旋的方式構成。修整器軸件51係藉由未圖示之馬達而驅動，藉由此修整器軸件51的旋轉，修整器50成為沿著以箭號所示之方向繞著修整器軸件51旋轉。氣壓缸53係透過修整器軸件51使修整器50上下動作，並將修整器50以預定之按壓力量按壓於研磨墊22之研磨面22a。
研磨墊22之研磨面22a的修整係如以下之方式進行。修整器50被氣壓缸53按壓於研磨面22a，於此同時，純水由未圖示之純水供給噴嘴供給至研磨面22a。在此狀態下，修整器50繞著修整器軸件51旋轉，並使修整面50a滑動抵接於研磨面22a。進一步，使修整器擺動臂55以支軸58為中心而迴旋，並使修整器50沿著研磨面22a之半徑方向移動。以此方式操作，研磨墊22被修整器50研削，而修整(再生)研磨面22a。
在此研磨裝置中，利用此修整器50之縱向位置以測量研磨墊22之消耗量。亦即，修整單元40係具備測量修整器50之縱向之變位的變位感測器60。此變位感測器60係為測量研磨墊22之高度(亦即研磨面22a之高度)的墊體高 度測量器。所謂研磨墊22之高度，係為磨盤22之上表面(亦即研磨面22a)的高度，而變位感測器60係測量其值之變化(變位)。而且，此變化(變位)係為研磨墊22之消耗量。變位之基準並不在裝置內，而係以最初所測量之研磨墊22之研磨面22a的高度為基準。亦即，基準係為每個研磨墊之固有值，以對每個研磨墊測量基準。
修整器軸件51係固定有板體(plate)61，並形成為隨著修整器50之上下動作，板體61也上下動作的方式。變位感測器60係固定於板體61，藉由測量板體61之變位而測量修整器50之變位。亦即，變位感測器60係以能測量該變位感測器60之下端與修整器擺動臂55之上表面之相對變位的方式構成。
當驅動氣壓缸53時，修整器50、修整器軸件51、板體61、及變位感測器60係成為一體地上下動作。另一方面，修整器擺動臂55之上下方向的位置係為固定。變位感測器60係測量修整器50相對於修整器擺動臂55的上表面之縱向的變位，藉以間接性地測量研磨墊22之研磨面22a的高度。再者，在此例中，雖使用接觸式變位感測器以作為變位感測器60，惟亦能使用非接觸式變位感測器。具體而言，能使用線性比例尺(linear scale)、雷射感測器、超音波感測器、或渦電流感測器等以作為變位感測器60。另外，亦可使用測量2點間距離之距離感測器以代替變位感測器。
研磨墊22之消耗量係以以下之方式求得。首先，驅動 氣壓缸53，並將修整器50抵接於初期修整完畢之研磨墊22的研磨面22a。在此狀態下，變位感測器60係測量修整器50之初期位置(初期高度)，並將該初期位置(初期高度)記憶於診斷部47。而後，在1個或複數個基板之研磨處理結束後，再次將修整器50抵接於研磨面22a，並在此狀態下測量修整器50之位置。因修整器50之位置係因應研磨墊22之消耗量而朝向下方變位，故診斷部47係藉由求得上述初期位置與研磨後之修整器50的位置之差異，而能求得研磨墊22之消耗量。
修整單元40係於每次研磨基板時進行研磨墊22之修整。再者，通常係於每次研磨1片基板時，進行研磨墊22之修整。修整係於基板研磨之前或之後，或於基板之研磨中實施。另外，亦有於基板研磨之前或之後，及基板之研磨中實施修整之情況。欲計算研磨墊22之消耗量時，係使用任一修整時所取得之變位感測器60之測量值。
修整器50係藉由修整器擺動臂55，通過修整中之研磨墊22上方而沿著其半徑方向擺動(掃描(scan))。研磨墊22之高度的測量值，係由變位感測器60傳送至診斷部47，並在此求取修整中之研磨墊22高度之測量值的平均。再者，於每1次之修整動作，修整器50係1次或複數次往返(掃描)通過研磨墊22之上。
第2圖係為顯示藉由變位感測器60所測量之研磨墊22之高度的圖表。在第2圖之圖表中，縱軸係表示研磨墊22之研磨面22a的高度，橫軸係表示時間。時間t1係顯示 修整器50朝向研磨墊22而開始下降之時間點，時間t2’係顯示修整器50由研磨墊22之上升完成之時間點。因此，第2圖之圖表係顯示研磨墊22之修整係為進行於由時間t1開始至時間t2’為止之間。變位感測器60係於修整器50藉由修整器擺動臂55之擺動而移動通過研磨面22a上方之際，測量研磨墊22之高度，並取得複數個測量值，診斷部47係依據所得之測量值以決定研磨墊22之高度。
然而，如同由第2圖可得知，在修整器50開始接觸研磨墊22之修整初期階段及修整器50由研磨墊22開始離開之修整最後階段中所取得之測量值並未正確地反應研磨墊22之高度。因此，診斷部47係依據修整器50接觸研磨墊22之後到離開之前所取得之研磨墊22之高度的測量值，減去在預設之修整初期期間△t1與修整最後期間△t2所取得之測量值，以取得有反映研磨墊22之高度的墊體高度測量值，並求取此墊體高度測量值之平均值。如此，將修整之初期期間△t1及最後期間△t2減去，並僅使用所取得之修整期間△t中之測量值，以求取研磨墊22之高度。
在修整時間內，其中，修整初期期間△t1及修整最後期間△t2，係能如以下方式而特別指定。第2圖所示之鏈線，係表示修整器50之修整位置信號。此修整器50之修整位置信號，係為決定修整器50之修整位置之信號，第2圖所示之修整位置信號，係顯示在由時間t1開始到時間t2為止之預定期間中，修整器50將研磨墊20予以修整。修整器50係依據此修整位置信號進行上下動作及掃描動 作。修整初期期間△t1係能決定並將顯示修整器50之下降開始點的修整位置信號之時間t1作為基準。亦即，修整初期期間△t1係為由顯示修整開始點之修整位置信號的時間t1開始之預定的固定時間。同樣地，修整最後期間△t2係能決定並將顯示修整器50之上升開始點的修整位置信號之時間t2作為基準。亦即，修整最後期間△t2係為由顯示修整結束點之修整位置信號的時間t2開始之預定的固定時間。
診斷部47係求取在1次修整動作中所取得之複數個測量值之平均值，以決定並將所得之平均值作為研磨墊22之高度。進一步，診斷部47係將所得之研磨墊22的高度與預先求得之研磨墊22的初期高度之間的差異計算出，藉以取得研磨墊22之消耗量。
第3圖係為顯示研磨墊22之消耗量與所研磨之基板片數之關係的圖表。在第3圖的圖表中，縱軸係表示由變位感測器60之測量值所得之研磨墊22之消耗量，橫軸係顯示所研磨之基板的片數。橫軸之基板片數亦能作為時間表示。因此，第3圖之圖表的斜率，係顯示每單位時間之研磨墊22的消耗量。
第4圖係為顯示研磨墊之消耗量與研磨墊之更換週期的圖表。第4圖圖表之縱軸係表示研磨墊之消耗量，橫軸係表示所研磨之基板的片數。在以往，如第4圖所示，研磨墊22之消耗量係於達到其臨界位準之前更換研磨墊22。因此，若能正確地把握研磨墊22之消耗量的臨界位 準，便能期望將研磨墊22之使用壽命延長約10%以上。
在本實施形態中，係依據藉由變位感測器(墊體高度感測器)60所測量之研磨墊22之消耗量，再加上起因於研磨墊22之消耗而變化之數個參數(parameter)，以決定研磨墊22之使用壽命。具體而言，作為用以監測之參數，而使用頂環20及研磨工作台12之旋轉所必要之馬達電流(轉矩)。
第5圖係為顯示檢測使頂環20及研磨工作台12旋轉之馬達電流的構造之示意圖。如第5圖所示，研磨工作台12係藉由工作台旋轉馬達70而旋轉驅動，頂環20係藉由頂環旋轉馬達71而旋轉驅動。工作台旋轉馬達70及頂環旋轉馬達71分別連接於檢測馬達電流之工作台馬達電流檢測部75及頂環馬達電流檢測部76。再者，亦能不設置此等電流檢測部75、76，而能由診斷部47監測從分別連接於馬達70、71之馬達驅動器(motor driver)(未圖示)所輸出之電流。
在基板W之研磨中，因基板W之表面與研磨墊22之研磨面22a為滑動抵接，故基板W與研磨墊22之間產生摩擦力。一般而言，基板W之研磨率(每單位時間基板的膜的除去量，亦稱為去除率)，係依賴於此摩擦力。亦即，當基板W與研磨墊22之間的磨擦力變小時，基板W的研磨率就降低。此摩擦力係作為抵抗轉矩而作用於工作台旋轉馬達70及頂環旋轉馬達71。因此，基板W與研磨墊22之間之磨擦力的變化係能檢測而作為有關工作台旋轉馬達70及頂環旋轉馬達71之轉矩變化。進而，此轉矩變化係 能檢測而作為工作台旋轉馬達70及頂環旋轉馬達71之電流變化。在本實施形態中，於基板W之研磨中，用以維持研磨工作台12及頂環20之旋轉速度所必要之馬達70、71之電流(亦即，轉矩電流)，係藉由工作台馬達電流檢測部75及頂環馬達電流檢測部76所檢測。再者，如同上述，於基板W之研磨中，用以維持研磨工作台12及頂環20之旋轉速度所必要之馬達70、71之電流(亦即，轉矩電流)，係能由連接於馬達70、71之馬達驅動器而檢測。另外，不限於此等之例，馬達70、71之電流(轉矩電流)，亦可使用公知之技術檢測。在以下之說明中，雖記載使用馬達電流，惟亦可將馬達電流置換成馬達轉矩。馬達之轉矩亦可由馬達電流求得，或亦可使用由馬達驅動用之驅動器所輸出(監控(monitor))之轉矩值、電流值。
第6A圖係為顯示當研磨墊22之消耗量在容許範圍內時，頂環旋轉馬達71及工作台旋轉馬達70之電流的圖表，第6B圖係為顯示當研磨墊22之消耗量高於容許範圍時，頂環旋轉馬達71及工作台旋轉馬達70之電流的圖表。再者，第6A圖及第6B圖所示之馬達電流，係根據每次研磨1片基板時所得之馬達電流的測量值之平均值作圖描繪而成。
在本實施形態中，每次研磨1片基板時，研磨中之工作台旋轉馬達70之電流的平均值及頂環旋轉馬達71之電流的平均值可藉由診斷部47而求得。為求得正確的電流平均值，係將研磨工作台12及頂環20以實質上一定之速度 各自旋轉時所取得之工作台旋轉馬達70之電流的平均值及頂環旋轉馬達71之電流的平均值予以計算較為理想。在此，所謂實質上一定之旋轉速度，係例如為設定速度之±10%之範圍內的旋轉速度。
如同由第6A圖及第6B圖之對比可得知，當研磨墊22之消耗量高於容許範圍時，工作台旋轉馬達70之電流大幅減少，且頂環旋轉馬達71之電流大幅上升。咸認此係由以下原因所導致。通常，在基板之研磨中，研磨工作台12及頂環20係如第1圖所示，朝向相同方向旋轉，且其各自之旋轉速度大致相同。因此，研磨工作台12之阻力轉矩作用於頂環20，頂環20藉由研磨工作台12之旋轉而作某種程度之旋轉。當研磨墊22之消耗持續進行到研磨面22a之所進行之基板的研磨無法進行為止，研磨工作台12之負載降低，其結果，工作台旋轉馬達70之電流降低(亦即，用以維持研磨工作台12之旋轉速度的必要轉矩降低)。另一方面，因研磨工作台12對頂環20之阻力轉矩已不再作用，故用以維持頂環20之旋轉速度的頂環旋轉馬達71之電流增加(亦即，用以維持頂環20之旋轉速度的必要轉矩增加)。
第7A圖係為顯示當研磨墊22之消耗量在容許範圍內時，所研磨之基板的實際膜厚與預先設定之目標膜厚的差異之圖表，第7B圖係為顯示當研磨墊22之消耗量高於容許範圍時，所研磨之基板的實際膜厚與預先設定之目標膜厚的差異之圖表。第7A圖之圖表係對應於第6A圖之圖表，且。第7B圖之圖表係對應於第6B圖之圖表。另外， 第7B圖中之A點係對應於第6B圖。如同由第7A圖可得知，當研磨墊22之消耗量在容許範圍內時，所研磨之基板的膜厚與目標膜厚的差異小。另一方面，如第7B圖所示，研磨墊22之消耗量高於容許範圍時，所研磨之基板的膜厚與目標膜厚的差異變大。因此，只要研磨墊22之研磨性能仍舊維持，宜儘可能延長研磨墊22之更換時期。
如同上述，在本實施形態中，以決定研磨墊22之使用壽命的參數而言，係使用研磨墊22之消耗量，再加上研磨工作台12之馬達70的電流、及頂環20之馬達71的電流。當研磨墊22消耗而研磨率大幅降低時，如第6B圖所示，馬達70、71之電流顯示出特徵性的變化。因此，馬達70、71之電流係亦為能顯示研磨率降低之參數。
診斷部47係依據研磨墊22之消耗量與馬達70、71之電流所顯示之研磨率的變化，以診斷研磨墊22之研磨面22a之狀態，並根據該診斷結果，決定研磨墊22的使用壽命，亦即更換時期。亦即，診斷部47係將根據變位感測器60之測量值所計算出之研磨墊22的消耗量、根據工作台馬達電流檢測部75(或工作台旋轉馬達70之馬達驅動器)所得之工作台旋轉馬達70的電流、以及頂環馬達電流檢測部76(或頂環旋轉馬達71之馬達驅動器)所得之頂環旋轉馬達71的電流予以監測，並依據此等參數決定研磨墊22之使用壽命、亦即決定消耗臨界值。
研磨墊22之使用壽命，具體而言，係以以下方式決定。每次研磨1片基板時，變位感測器60測量研磨墊22 之研磨22a，而診斷部47便跟據研磨墊22之測量值及初期高度計算出研磨墊消耗量。另外，診斷部47係於每次研磨1片基板時，即計算出於該基板之研磨中所取得之工作台旋轉馬達70之電流平均值及頂環旋轉馬達71之電流平均值。診斷部47係進一步計算出工作台旋轉馬達70之電流平均值的移動平均值及頂環旋轉馬達71之電流平均值的移動平均值。
診斷部47係將所得之墊體消耗量與預定之管理值進行比較，並判斷此墊體消耗量是否高於預定之管理值。此管理值係依據研磨墊22之特性等而預先決定。當墊體消耗量高於上述管理值時，診斷部47即判斷頂環旋轉馬達71之電流的移動平均值是否高於預定之第1設定值，且工作台旋轉馬達70之電流的移動平均值是否低於預定之第2設定值。當頂環旋轉馬達71之電流的移動平均值高於預定之第1設定值，且工作台旋轉馬達70之電流的移動平均值低於預定之第2設定值時，診斷部47即判斷研磨墊22已達到其使用壽命。
使用頂環旋轉馬達71之電流及工作台旋轉馬達70之電流所為之研磨墊22的使用壽命判斷，亦可用以下方式進行。當墊體消耗量達到上述管理值時，診斷部47係將工作台旋轉馬達70之電流的移動平均值與頂環旋轉馬達71的電流之移動平均值的差值，予以判斷是否為預定之設定值以下，並在當上述之差值為預定之設定值以下時，診斷部47即判斷研磨墊22已達到其使用壽命。
進一步在其他例子之中，當墊體消耗量達到上述管理值時，診斷部47係將頂環旋轉馬達71之電流的移動平均值之變化率與工作台旋轉馬達70之電流的移動平均值之變化率的差值，予以判斷是否較預定之設定值為大。當上述差值高於預定之設定值時，診斷部47即判斷研磨墊22已達到其使用壽命。
再者，工作台旋轉馬達70之電流的平均值與頂環旋轉馬達71之電流的平均值之變動亦有可能為小的情況。因此，亦可不求得上述移動平均值，而使用工作台旋轉馬達70之電流的平均值及頂環旋轉馬達71之電流的平均值，並按照上述方法，以判斷研磨墊22之使用壽命。
以下，就關於決定研磨墊22之使用壽命的方法，參考第8圖進行更詳細的說明。第8圖係為顯示決定研磨墊22之使用壽命的方法之流程圖。在步驟1，在研磨第n片基板後，於修整器50之擺動中，藉由變位感測器60將研磨墊22之高度以複數個計測點進行計測，而診斷部47計算出研磨墊22之高度的測量值之平均值，以決定第n片之基板研磨後的研磨墊22之高度H(n)。研磨墊22之高度H係於每次修整研磨墊22時取得。
在步驟2中，係藉由診斷部47以決定現在之基板片數n是否較預定之數量為大。在本實施形態，此預定之數係設定為30。當基板之片數n為30以下時，將關於下個基板(第n+1片基板)之處理順序由步驟1開始重複。另一方面，當基板之片數n大於30時，藉由診斷部47求取研磨 墊22之高度H(n)的移動平均(步驟3)。具體而言，能根據對應於預定片數份量之基板的研磨片22之高度H的複數個值，來求得移動平均值。在本實施形態中，對應於由第n片的基板(現在的基板)到第n-30片的基板(已先行研磨之基板)為止之最近的複數片基板的研磨墊22之高度(H(n)、…、H(n-30))係作為時間序列資料而定義，此時間序列資料之平均值，亦即移動平均值Hma(n)係藉由診斷部47而計算出。亦即，診斷部47係每次得到對應於現在之基板(第n片基板)的研磨墊22之高度H(n)時，即計算出對應於最近的31片基板之研磨墊22的高度(H(n)、…、H(n-30))之移動平均值Hma(n)。
第9圖係為顯示研磨墊22之高度H及研磨墊22的高度之移動平均值Hma的變化之圖表。第9圖之圖表的橫軸係表示修整累積時間。移動平均值Hma，如上所述，係顯示對應於最近的31片基板之墊體高度的值所組成的時間序列資料之平均值。如同由第9圖所得知，研磨墊22之高度H大幅分散，其分散之大小高於100μm。另一方面，研磨墊22之高度的移動平均值Hma的分散小，可得知研磨墊22之高度H的值呈平滑化。研磨墊22之高度H及其移動平均值Hma係於每次研磨墊22修整時取得。再者，使用於計算出1個移動平均值Hma之時間序列資料的數量並非限於31，而能適當決定。另外，當研磨墊22之高度H分散小之情況，不須計算出移動平均值Hma。此種情況，研磨墊22之消耗量，能由研磨墊22之高度H及初期高度 求得。
回到第8圖，在步驟4之中，對應於第n片基板(現在的基板)之移動平均值Hma(n)與對應於第n-30片基板之移動平均值Hma(n-30)之差值的絕對值| Hma(n)-Hma(n-30) |，係藉由診斷部47而求得。而後，診斷部47再決定所得之差值的絕對值是否為預定之臨限值以下。在此例中，設定100μm以作為臨限值。在步驟5中，差異| Hma(n)-Hma(n-30) |為100μm以下之情況，係於計算出研磨墊22之消耗量時，研磨墊22的初期高度H0係為直接使用之(H0=H0)。另一方面，差異| Hma(n)-Hma(n-30) |較100μm為大之情況，以研磨墊22之初期高度H0之值而言，移動平均值Hma(n)係為所使用之(H0=Hma(n))。再者，步驟4及步驟5係為用以判斷研磨墊22是否已更換之步驟。當研磨墊22之更換時間為由裝置資訊所得之情況，亦可省略此等步驟而更新初期高度H0。
在第6步驟中，診斷部47係藉由計算出現在之移動平均值Hma(n)與研磨墊22之初期高度H0之間的差異，而求取現在之研磨墊22的消耗量，以決定所得之消耗量是否較預定之管理值為大。在本實施形態中，管理值係設為600μm，此管理值係依據研磨墊22之特性等而預先決定。
在研磨墊22之消耗量為預定之管理值以下的情況，將關於下個基板(第n+1片基板)之同樣的處理順序由步驟1開始重複。另一方面，在研磨墊22之消耗量高於預定之管 理值的情況，診斷部47依據工作台旋轉馬達70之電流及頂環旋轉馬達71之電流的變化，評估研磨率(步驟7)。關於此研磨率之評估方法，參考第10圖進行說明。診斷部47係求取於第n片之基板的研磨中所測量之頂環旋轉馬達71之電流的平均值T1(n)，及工作台旋轉馬達70之電流的平均值T2(n)。在此，T1(n)、T2(n)亦可以過去之資料的代表值等(最大值，最小值)而比例(scaling)化。進一步，診斷部47係求取頂環旋轉馬達71之電流的平均值T1(n)之移動平均值T1ma(n)，及工作台旋轉馬達70之電流的平均值T2(n)之移動平均值T2ma(n)。
馬達71、70之電流的移動平均值T1ma(n)、T2ma(n)，係以上述之研磨墊22的高度之移動平均值Hma(n)相同作法而求得。亦即，根據對應預定片數份量的基板之頂環旋轉馬達71之電流的平均值(T1(n)、T1(n-1)、…、T1(n-N))，而求得移動平均值T1ma(n)，相同地，根據對應預定片數份量的基板之工作台旋轉馬達70之電流的平均值(T2(n)、T2(n-1)、…、T2(n-N))，而求得移動平均值T2ma(n)。N係能適當決定。
接著，診斷部47係決定頂環旋轉馬達71之電流的移動平均值T1ma(n)是否高於預定之第1設定值P1。當頂環旋轉馬達71之電流的移動平均值T1ma(n)為第1設定值P1以下之情況(T1ma(n)≦P1)，即判斷為研磨率良好。另一方面，當移動平均值T1ma(n)高於第1設定值P1之情況(T1ma(n)>P1)，診斷部47即進一步判斷工作台旋轉馬達 70之電流的移動平均值T2ma(n)是否低於預定之第2設定值P2。
當工作台旋轉馬達70之電流的移動平均值T2ma(n)為第2設定值P2以上之情況(T2ma(n)≧P2)，即判斷為研磨率良好。另一方面，當移動平均值T2ma(n)低於第2設定值P2之情況(T2ma(n)<P2)，即判斷為研磨率降低。回到第8圖，當判斷為研磨率降低時，診斷部47即判斷研磨墊22已達到其使用壽命，並對未圖示之警報裝置發送研磨墊22之更換通知，並使此警報裝置產生警報。
發送研磨墊22之更換通知後，診斷部47將關於下個基板(第n+1片之基板)之上述處理順序由步驟1開始重複。
第11圖係為顯示研磨率之評估的其他例子之流程圖。首先，診斷部47係求取於第n片基板之研磨中所測量之頂環轉馬達71之電流的平均值T1(n)及工作台旋轉馬達70之之電流的平均值T2(n)。進一步，診斷部47係求取頂環轉馬達71之電流的平均值T1(n)之移動平均值T1ma(n)及工作台旋轉馬達70之電流的平均值T2(n)之移動平均值T2ma(n)。
接著，診斷部47係將工作台旋轉馬達70之電流的移動平均值T2ma(n)與頂環轉馬達71之電流的移動平均值T1ma(n)的差值，予以判斷是否為預定之設定值P3以下。當上述差值為預定之設定值以下時(T2ma(n)-T1ma(n)≦P3)，診斷部47即判斷研磨率降低，亦即研磨墊22已達到使用壽命，並使未圖示之警報裝置產生 警報。另一方面，當上述差值較預定之設定值為大時(T2ma(n)-T1ma(n)>P3)時，診斷部47即判斷研磨率良好，並將關於下個基板(第n+1片基板)之上述處理順序由第1步驟開始重複。
第12圖係為顯示研磨率之評估的進一步其他例子之流程圖。首先，診斷部47係求取於第n片之基板(現在的基板)研磨中所測量之頂環旋轉馬達71之電流的平均值T1(n)及工作台旋轉馬達70之電流的平均值T2(n)。進一步，診斷部47係求取頂環旋轉馬達71之電流的平均值T1(n)的移動平均值T1ma(n)及工作台旋轉馬達70之電流的平均值T2(n)的移動平均值T2ma(n)。
接著，診斷部47係求取頂環旋轉馬達71之電流的移動平均值T1ma(n)，與於第n-△n片之基板(先行之基板)之研磨後所計算出之頂環旋轉馬達71之電流的移動平均值Tma1(n-△n)之差值(T1ma(n)-T1ma(n-△n))，並以第n片基板與第n-△n片基板之間，基板的片數差值△n，將上述差值(T1ma(n)-T1ma(n-△n))做除法運算，藉以求取關於第n片基板之頂環旋轉馬達71之電流的移動平均值之變化率T1′ma(n)。也就是說，頂環旋轉馬達71之電流的移動平均值之變化率T1′ma(n)，以下式表示。
T1′ma(n)={T1ma(n)-T1ma(n-△n)}/△n (1)
再者，T1′ma(n)亦可為函數y=f(x)(其中，y為T1ma， x為基板數量)中，在n點之微分值。
同樣地，診斷部47係求取工作台旋轉馬達70之電流的移動平均值T2ma(n)，與於第n-△n片之基板(先行之基板)之研磨後所計算出之工作台旋轉馬達70之電流的移動平均值Tma2(n-△n)之差值(T2ma(n)-T2ma(n-△n))，並以第n片基板與第n-△n片基板之間，基板的片數差值△n，將上述差(T2ma(n)-T2ma(n-△n))做除法運算，藉以求取關於第n片基板之工作台旋轉馬達70之電流的移動平均值之變化率T2′ma(n)。也就是說，工作台旋轉馬達70之電流的移動平均值之變化率T2′ma(n)，以下式表示。
T2′ma(n)={T2ma(n)-T2ma(n-△n)}/△n (2)
再者，T2′ma(n)亦可為函數y=f(x)(其中，y為T2ma，x為基板數量)中，在n點之微分值。
再者，於本說明書中，所謂電流之移動平均值的變化率，係表示每一預定之基板片數△n之電流的移動平均值之變化量。△n係為自然數而適當設定。此電流之移動平均值之變化率，係每次1片基板研磨時藉由診斷部47計算出。
診斷部47接著求取頂環旋轉馬達71之電流的移動平均值之變化率T1′ma(n)與工作台旋轉馬達70之電流的移動平均值之變化率T2′ma(n)之差值(T1′ma(n)-T2′ma(n))，並決定所得之差值是否較預定之 設定值P4為大。當所得之差值較預定之設定值P4為大之情況(T1′ma(n)-T2′ma(n)>P4)，診斷部47即判斷研磨率降低，亦即研磨墊22已達到使用壽命，並使未圖示之警報裝置產生警報。另一方面，當上述差值為預定之設定值以下時(T1′ma(n)-T2′ma(n)≦P4)，診斷部47即判斷研磨率為良好，並將關於下個基板(第n+1片之基板)之上述處理順序由步驟1開始重複。
以作為用以評估研磨率之進一步的其他例子而言，亦可使用膜厚測量器，以測量研磨前後之膜厚，並根據其膜厚值與研磨時間計算出研磨率，並將預先設定之設定值與所求得之研磨率做比較，再判定研磨率之降低。
在第8圖所示之例中，雖依據使用馬達電流之研磨率的評估，以決定研磨墊22之壽命，但亦可依據研磨率之評估，再加上面內均一性之評估，以決定研磨墊22之壽命。第13圖係為顯示第8圖所示之決定研磨墊使用壽命的方法之變形例的流程圖。在此例中，在研磨率之評估後，評估面內均一性(步驟8)。當研磨率之評估及面內均一性之評估的任一評估均為良好之情況，將關於下個基板(第n+1片之基板)之處理順序由步驟1開始重複。另一方面，當研磨率之評估及面內均一性之評估的任一方評估為不佳之情況，診斷部47即判斷研磨墊22已達使用壽命，並使未圖示之警報裝置產生警報。再者，當研磨率與面內均一性有相關之情況，如第13圖中所示以虛線所繪之箭號，亦可省略步驟8之面內均一性的評估。
在此，所謂面內均一性，係為顯示形成於基板表面之膜是否有被均一地研磨之指標。此面內均一性，係於研磨基板之後，藉由線內型(in-line type)或線外型(of f-line type)之膜厚測量器(未圖示)，實際地測量膜厚，藉以作評估。
在第8圖及第13圖所示之例中，能根據研磨墊22之高度H(n)進一步求得移動平均值Hma(n)，而根據此移動平均值Hma(n)與初期高度H0求得研磨墊22之消耗量。然而，於研磨墊22之高度H(n)之變動小的情形時，亦可不求出移動平均值Hma(n)。此種情況，第8圖之流程圖係變更為如第14圖所示。進而，於第10圖至第12圖所示之例中，亦可不求出電流之移動平均值T1ma(n)、T2ma(n)，而使用電流之平均值T1(n)、T2(n)以評估研磨率。例如，第10圖所示之流程圖變更為如第15圖所示。
研磨率之降低，不僅為研磨墊22之消耗所引起，亦有可能由修整器50之修整性能降低所引起。修整器50之修整性能，一般以切削率表示。所謂切削率係為每單位時間之修整器50研削研磨墊之量。當切削率降低時，無法修整(再生)研磨墊22之研磨面22a，以結果而言，研磨率會下降。因此，與研磨墊22消耗時之情況相同，馬達70、71之電流，如同第6B圖所示，顯示出特徵性的變化。因此，依據馬達70、71之電流，以診斷修整器50之修整面50a之狀態，並根據該診斷結果來決定修整器50之壽命，亦即能決定更換時期。
以下，就決定修整器50之使用壽命(更換時期)之一實 施形態，參考第16圖並進行說明。第16圖係為顯示決定修整器50之使用壽命的方法之流程圖。在第1步驟中，研磨墊22之高度H(n)係經由診斷部47求得，在第2步驟中，能求得研磨墊22之高度H(n)的移動平均值Hma(n)。研磨墊22之高度H及其移動平均值Hma係於每次研磨基板時所取得。
在第3步驟中，藉由診斷部47決定現在之基板片數n是否較預定之數量為大。在本實施形態中，此預定之數量係設定為50。當基板片數n為50以下之情況，將關於下個基板(第n+1片之基板)之處理順序由步驟1開始重複。另一方面，當基板片數n較50為大之情況，對應於第n片基板(現在的基板)之移動平均值Hma(n)與對應於第n-50片基板的移動平均值Hma(n-50)之差值的絕對值| △Hma(n) |=| Hma(n)-Hma(n-50) |，係藉由診斷部47而求得。在步驟4中，診斷部47決定所得之差值的絕對值| △Hma(n) |，是否為預定之臨限值以下。在此例中，設定100μm以作為預定之臨限值。
當差值的絕對值| △Hma(n) |較100μm為大之情況，將關於下個基板(第n+1片之基板)的處理順序由步驟1開始開始重複。另一方面，當差值的絕對值| △Hma(n) |為100μm以下之情況，研磨墊22之切削率是否小於預定之管理值(步驟5)係藉由診斷部47決定。研磨墊22之切削率，係藉由將上述之差值的絕對值| △Hma(n) |，以相當於所研磨之50片基板的總修整時間(修整時間的累積 值)Σ△t作除法運算而求得。也就是說，研磨墊22之切削率係藉由下式求得。
| Hma(n)-Hma(n-50) |/Σ△t (3)
第17圖係為顯示研磨墊22之高度H及切削率| △Hma |/Σ△t之變化的圖表。
當所得之切削率為上述管理值以上時，將關於下一個基板(第n+1片之基板)的處理順序由步驟1開始重複。另一方面，當切削率較上述管理值為小之情況，診斷部47係依據工作台旋轉馬達70之電流及頂環旋轉馬達71之電流的變化，評估研磨率(步驟6)。此研磨率之評估，因係與在第8圖所示之流程圖之研磨率的評估以相同的方式進行，故省略該說明。
當被評估為研磨率良好之情況，將關於下一個基板(第n+1片之基板)的上述處理順序由步驟1開始重複。另一方面，當被評估為研磨率降低之情況，診斷部47即判斷其達到使用壽命，並對未圖示之警報裝置發送修整器50之更換通知，使此警報裝置產生警報。在發送修整器50之更換通知之後，診斷部47將關於下個基板(第n+1片之基板)的上述處理順序由步驟1開始重複。依此方式操作，便能依據研磨墊22之切削率、工作台旋轉馬達70之電流、及頂環旋轉馬達71之電流而決定修整器50之更換時期。
再者，在此實施形態中，亦可不求出研磨墊22之高度 的移動平均值Hma(n)，而根據研磨墊22之高度H(n)決定切削率。同樣地，亦可不求出電流之移動平均值T1ma(n)、T2ma(n)，而使用電流之平均值T1(n)、T2(n)以評估研磨率。進一步，亦可如同以第16圖之虛線所描繪之箭號所示，當切削率較上述管理值為小的情況，診斷部47使未圖示之警報裝置產生警報。
與第13圖所示之例相同，亦可依據研磨率之評估，再加上面內均一性之評估以決定修整器50之壽命。第18圖係為第16圖所示之決定修整器之使用壽命的方法之變形例的流程圖。在此例中，當研磨率之評估及面內均一性之評估的任一結果均為良好之情況，將關於下個基板(第n+1片之基板)的處理順序由步驟1開始重複。另一方面，當研磨率之評估及面內均一性之評估之任一方的結果均為不佳之情況，診斷部47即判斷研磨率降低，亦即修整器50達到使用壽命，並使未圖示之警報裝置產生警報。
如上所述，根據本發明，能將研磨墊及修整器之更換時期，依據顯示研磨率降低之頂環旋轉馬達及工作台旋轉馬達的電流之變化，而正確地決定。因此，能使屬消耗品之研磨墊及修整器的更換頻率減少，而降低研磨裝置的運轉成本(running cost)。進一步，因研磨墊及修整器的更換頻率減少，故能使研磨裝置之運行率提升。再者，所謂研磨墊及修整器之壽命，係指起因於此等消耗品，而產生涉及製品之良率降低之研磨率的降低、面內均一性的降低，或瑕疵(defect)的增加的狀態。
具備氣囊之頂環係為頂環20之1個構成例。此類型之頂環，係對構成頂環之下表面(基板保持面)的1個或複數個氣囊內供給加壓空氣等氣體，並以該氣體之壓力將基板按壓至研磨墊22。在使用此種頂環之情況，亦能代替馬達之電流或轉矩，對構成頂環之基板保持面的氣囊所供給之氣體的流量進行測量，並根據該測量值監測研磨墊之狀態。具體而言，將於每一片基板之研磨中所得之流量的最大範圍(range)(因震動等而搖晃之流量的波形之波峰(peak)與波峰間的大小)予以測量，並將該預定基板片數N之(移動)平均值與預定之管理值進行比較，以診斷研磨墊之狀態。例如當所得之流量範圍之(移動)平均值達到管理值時，即能判斷研磨墊達到其使用壽命。以其他方法而言，並非監測流量之平均值，而係進行流量之頻率分析(快速傅立葉轉換)(Fast Fourier Transform；FFT)，亦能根據其結果判斷研磨墊之狀態。通常，氣體之流量係跟隨研磨工作台12之旋轉週期而變動。因此，實施對氣囊所供給之氣體流量的頻率分析(FFT)，並將研磨工作台12之旋轉週期與同週期之功率頻譜(power spectrum)(流量振幅)予以選擇性地監測，將該功率頻譜與預定之管理值做比較，而能診斷研磨墊之狀態。另外，當在所選擇之頻率以外的頻率產生功率頻譜之較大的值時，即能判斷產生了研磨墊的使用壽命以外的問題。也就是說，異常之分類成為可能。
第19圖係為顯示具備獨立的按壓基板的複數個區域之複數個氣囊(air bag)的頂環之一例的剖面圖。頂環20係 具備透過萬向接頭80連結至頂環軸件18之頂環本體81，與配置於頂環本體81之下部的護環(retaining ring)82。頂環本體81之下方配置有抵接於基板W之圓形的膜片(membrane)86與保持膜片86之卡盤板(Chucking plate)87。膜片86與卡盤板87之間設置有4個氣囊(壓力室)C1、C2、C3、C4。氣囊C1、C2、C3、C4係藉由膜片86與卡盤板87而形成。中央之氣囊C1係為圓形，其他之氣囊C2、C3、C4係為環狀。此等氣囊C1、C2、C3、C4係排列於同圓心上。
氣囊C1、C2、C3、C4分別透過流體通路91、92、93、94，而由壓力調整部100供給加壓空氣等加壓流體，或作成為真空抽取的方式。氣囊C1、C2、C3、C4之內部壓力係相互地獨立而能使其變化，藉此，基板W之4個區域，亦即，能獨立地調整對中央部、內側中間部、外側中間部、及周緣部之按壓力。另外，使頂環20整體升降，藉以成為能將護環82以預定之按壓力按壓至研磨墊22。
卡盤板87與頂環本體81之間形成氣囊C5，氣囊C5係透過流體通路95而由上述壓力調整部100供給加壓流體，或作成為真空抽取的方式。藉此，卡盤板87及膜片86整體能沿著上下方向移動。流體通路91、92、93、94、95分別設置有測量加壓流體之流量的流量檢測器F1、F2、F3、F4、F5。此等流量檢測器F1、F2、F3、F4、F5之輸出信號(亦即流量之測量值)係被送到診斷部47(參考第1圖)。
基板W之周端部受到護環82所包圍，而以基板W於 研磨中不會從頂環20飛出的方式形成。於構成氣囊C3之膜片86的部位形成有開口，藉由於氣囊C3形成真空，而使基板W被吸住保持於頂環20。另外，藉由對此氣囊C3供給氮氣或潔淨空氣(clean air)等，基板W由頂環20被釋放(release)出。
研磨裝置之控制部(未圖示)，係依據位於對應各氣囊C1、C2、C3、C4之位置的計測點之研磨的進展，而決定各氣囊C1、C2、C3、C4之內部壓力的目標值。控制部係將指令信號送至上述壓力調整部100，並以氣囊C1、C2、C3、C4之內部壓力與上述目標值一致的方式控制壓力調整部100。具有複數個氣囊之頂環20，因係能跟隨研磨之進展而將基板表面上之各區域獨立地按壓至研磨墊22，故能將膜均一地研磨。
上述之實施形態，係以具有本發明所屬技術領域之通常知識者能實施本發明為目的所記載者。上述實施形態之各種變形例，係若為相關製造者所當然能為，而本發明之技術思想亦能適用於其他之實施形態。因此，本發明並非受限於前述之實施形態，而能依照申請專利範圍所定義之技術思想於最廣之範圍解釋者。
12‧‧‧研磨工作台
12a‧‧‧工作台軸
14‧‧‧支軸
16‧‧‧頂環擺動臂
18‧‧‧頂環軸件
20‧‧‧頂環
22‧‧‧研磨墊
22a‧‧‧研磨面
24‧‧‧上下動作機構
25‧‧‧旋轉接頭
26‧‧‧軸承
28‧‧‧橋接件
29‧‧‧支撐台
30‧‧‧支柱
32‧‧‧滾珠螺桿
32a‧‧‧螺軸
32b‧‧‧螺帽
38‧‧‧伺服馬達
40‧‧‧修整單元
47‧‧‧診斷部
50‧‧‧修整器
50a‧‧‧修整面
51‧‧‧修整器軸件
53‧‧‧氣壓缸
55‧‧‧修整器擺動臂
56‧‧‧支柱
57‧‧‧支撐台
58‧‧‧支軸
60‧‧‧變位感測器
61‧‧‧板體
70‧‧‧工作台旋轉馬達

Claims (7)

  1. 一種研磨裝置，係具備：研磨工作台，係支撐研磨墊；頂環，係將基板按壓於前述研磨墊之研磨面；修整器，係修整前述研磨墊之前述研磨面；墊體高度測量器，係測量前述研磨墊之高度；及診斷部，係監測前述研磨墊之高度、及前述研磨墊與前述基板之間之摩擦力；前述診斷部係由前述研磨墊之高度計算出前述研磨墊之消耗量，並依據前述研磨墊之消耗量、前述摩擦力之變化而診斷前述研磨墊之前述研磨面之狀態。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之研磨裝置，更具有對形成於前述基板之表面的膜是否有均一地被研磨進行評估之膜厚測量器。
  3. 一種研磨裝置，係具備：研磨工作台，係支撐研磨墊；頂環，係將基板按壓於前述研磨墊之研磨面；修整器，係修整前述研磨墊之前述研磨面；墊體高度測量器，係測量前述研磨墊之高度；及診斷部，係監測前述研磨墊之高度及前述基板之研磨率；前述診斷部係由前述研磨墊之高度計算出前述研磨墊之消耗量，並依據前述研磨墊之消耗量、前述研磨率之變化而診斷前述研磨墊之前述研磨面之狀態。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之研磨裝置，更具有對形成於前述基板之表面的膜是否有均一地被研磨進行評估之膜厚測量器。
  5. 一種研磨裝置，係具備：研磨工作台，係支撐研磨墊；頂環，係將基板按壓於前述研磨墊之研磨面；修整器，係修整前述研磨墊之前述研磨面；診斷部，係監測前述研磨墊之厚度、及前述研磨墊與前述基板之間之摩擦力；前述診斷部係依據前述研磨墊之厚度之變化、前述摩擦力之變化而診斷前述研磨墊之前述研磨面之狀態。
  6. 一種研磨裝置，係具備：研磨工作台，係支撐研磨墊；頂環，係將基板按壓於前述研磨墊之研磨面；修整器，係修整前述研磨墊之前述研磨面；診斷部，係監測前述研磨墊之厚度及前述基板之研磨率；前述診斷部係依據前述研磨墊之厚度之變化、前述研磨率之變化而診斷前述研磨墊之前述研磨面之狀態。
  7. 一種研磨裝置，係具備：研磨工作台，係支撐研磨墊；頂環，係具備將基板按壓於前述研磨墊之研磨面 的氣囊；修整器，係修整前述研磨墊之前述研磨面；墊體高度測量器，係測量前述研磨墊之高度；及診斷部，係監測前述研磨墊之高度、及供給至前述氣囊的氣體之流量；前述診斷部係由前述研磨墊之高度計算出前述研磨墊之消耗量，並依據前述研磨墊之消耗量、前述氣體之流量而診斷前述研磨墊之前述研磨面之狀態。
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