TWI907605B - 研磨裝置及研磨方法 - Google Patents

Abstract

［課題］本發明係以相較過去更為改善之精度來檢測搖動臂搖動時晶圓與研磨墊間之摩擦力變化，以提高研磨終點檢測之精度。 ［解決手段］本發明之用於在研磨墊10、以及與研磨墊10相對而配置的半導體晶圓之間進行研磨的研磨裝置34具有：用於保持研磨墊10之研磨台30；用於保持半導體晶圓之頂環31；用於保持頂環31之搖動臂110；及用於搖動搖動臂110之搖動軸馬達。研磨裝置34進一步具有：在搖動臂110以指定之角度範圍搖動時，檢知施加於搖動臂110之臂轉矩26a的臂轉矩檢知部26；及依據臂轉矩檢知部26所檢知之臂轉矩26a檢測表示研磨結束之研磨終點的終點檢測部28。

Description

研磨裝置及研磨方法

本發明係關於一種研磨裝置及研磨方法。

近年來，隨著半導體元件之高積體化進步，電路配線趨於微細化，配線間距離亦更加狹窄。製造半導體元件時，係在矽晶圓上膜狀反覆形成多種材料而形成積層構造。為了形成該積層構造，將晶圓表面形成平坦之技術很重要。此種將晶圓表面平坦化之手段係廣泛使用進行化學機械研磨（CMP）之研磨裝置（亦稱為化學性機械性研磨裝置）。

該化學機械研磨（CMP）裝置一般而言具有：安裝了用於研磨研磨對象物（晶圓等之基板）之研磨墊的研磨台；及為了保持研磨對象物並按壓於研磨墊而保持晶圓之頂環。研磨台與頂環分別藉由驅動部（例如馬達）而旋轉驅動。再者，研磨裝置具備在研磨墊上供給研磨液之噴嘴。從噴嘴將研磨液供給至研磨墊上，並藉由頂環將晶圓按壓於研磨墊，進一步藉由使頂環與研磨台相對移動來研磨晶圓，將其表面形成平坦。頂環、與頂環之驅動部的保持方式有：將頂環與頂環之驅動部保持於搖動臂（單臂）之端部的方式；及將頂環與頂環之驅動部保持於回轉輸送帶（Carousel）的方式。

研磨裝置對研磨對象物之研磨不足時，電路間無法達到絕緣，而可能發生短路。此外，若研磨過度時，會發生因為配線之剖面積減少導致電阻值上昇，或是配線本身被完全除去，而無法形成電路本身等的問題。因而，要求研磨裝置須能檢測最佳之研磨終點。

作為研磨終點檢測手段，習知有檢測研磨轉移至不同材質之物質時的研磨摩擦力之變化的方法。研磨對象物之半導體晶圓具有由半導體、導體、絕緣體之不同材質構成的積層構造，不同材質層間之摩擦係數不同。因而，是藉由研磨轉移至不同材質層而產生之研磨摩擦力的變化之方法。採用該方法時，當研磨到達不同材質層時即成為研磨終點。

此外，研磨裝置藉由檢測研磨對象物之研磨表面從不平坦狀態而變成平坦時的研磨摩擦力之變化，亦可檢測研磨終點。

此處，研磨研磨對象物時產生之研磨摩擦力係作為旋轉驅動研磨台或頂環之驅動部的驅動負荷來表現。例如，驅動部係電動馬達情況下，驅動負荷（轉矩）可作為流入馬達之電流來測量。因而，可以電流檢測器檢測馬達電流（轉矩電流），並依據檢測出之馬達電流的變化來檢測研磨終點。

日本特開2004－249458號中揭示：在搖動臂之端部保持頂環的方式中，利用驅動研磨台之馬達的馬達電流測量研磨摩擦力，來檢測研磨終點之方法。在回轉輸送帶上保持複數個頂環之方式中，有藉由檢知回轉輸送帶旋轉馬達之轉矩電流（馬達電流）的終點檢知方法（日本特開2001－252866號、美國專利第6293845號）。此外，還有藉由安裝於回轉輸送帶之線性馬達在橫方向驅動頂環的方式。該方式係揭示藉由檢知線性馬達之轉矩電流（馬達電流）的終點檢知方法（美國專利申請公開第2014／0020830號）。 ［先前技術文獻］ ［專利文獻］

[專利文獻1]日本特開2004－249458號 [專利文獻2]日本特開2001－252866號 [專利文獻3]美國專利第6293845號 [專利文獻4] 美國專利申請公開第2014／0020830號

（發明所欲解決之問題）         藉由研磨裝置執行之研磨程序中，依研磨對象物之種類、研磨墊之種類、研磨液（漿液）之種類、有無搖動臂之搖動等的組合而存在複數個研磨條件。例如，研磨時基於改善研磨之均勻性（輪廓）的目的而使搖動臂搖動來進行研磨。此時，利用驅動研磨台之馬達（旋轉馬達）的馬達電流測量研磨摩擦力時，研磨台之旋轉中心與晶圓的旋轉中心之距離藉由搖動臂之搖動而變化。因而，因為研磨台之旋轉力矩的變化導致搖動臂依搖動週期之變化表現為旋轉馬達之馬達電流。結果，從旋轉馬達之馬達電流檢測研磨終點會產生困難。

亦有從用於搖動搖動臂之馬達（搖動馬達）的電流值檢知施加於搖動臂之臂轉矩，再依據檢知之臂轉矩來檢測表示研磨結束之研磨終點的方法（以下稱為「臂轉矩法」。）。臂轉矩法時，於搖動臂搖動時，因為搖動馬達旋轉，因搖動導致臂轉矩變化。臂轉矩法時，與搖動臂搖動時，用於使搖動馬達旋轉之轉矩比較，隨伴晶圓與研磨墊之間的研磨摩擦力之變化造成轉矩的變化微小。因而，若不除去用於使搖動馬達旋轉之轉矩的影響，即無法檢測轉矩變化，可能無法適切檢測研磨之終點，而會發生過度研磨等的問題。亦即，宜精確檢知臂轉矩之變動，以相較過去更高精度地實現研磨對象物之膜質變化及／或研磨終點的檢知。

另外，在同時進行研磨與研磨墊之修整時也需要適切檢測研磨終點。修整係將鑽石等磨石配置於表面之墊修整器抵住研磨墊來進行。藉由墊修整器切削研磨墊表面或將其粗化，於開始研磨前使研磨墊之漿液的保持性良好，或是在使用中恢復研磨墊之漿液的保持性，以維持研磨能力。

因此，本發明一個形態係將在將頂環保持於搖動臂之方式中，於搖動臂搖動時，檢知晶圓與研磨墊之間的摩擦力變化，亦即臂轉矩之變動時，以相較過去更為改善之精度來進行檢測，提高研磨終點檢測之精度。

（解決問題之手段）         為了解決上述問題，第一形態係採用研磨裝置之構成，其係用於在研磨墊以及與前述研磨墊相對而配置的研磨對象物之間進行研磨，其特徵為具有：研磨台，其係用於保持前述研磨墊；保持部，其係用於保持前述研磨對象物；搖動臂，其係用於保持前述保持部；臂驅動部，其係用於搖動前述搖動臂；臂轉矩檢知部，其係前述搖動臂以指定之角度範圍搖動時，直接或間接檢知施加於前述搖動臂之臂轉矩；及終點檢測部，其係依據前述臂轉矩檢知部檢知之前述臂轉矩檢測表示前述研磨結束之研磨終點。

第二形態係採用第一形態之研磨裝置的構成，其中前述臂轉矩檢知部於前述搖動臂在指定之一個方向搖動時，係以前述指定之角度範圍檢知前述臂轉矩。

第三形態係採用第一形態之研磨裝置的構成，其中前述臂轉矩檢知部於前述搖動臂在兩個方向搖動時，係以前述指定之角度範圍檢知前述臂轉矩。

第四形態係採用第一形態至第三形態中任何一個形態之研磨裝置的構成，其中前述臂轉矩檢知部係在前述指定角度範圍內之指定角度中檢知前述臂轉矩。

第五形態係採用第一形態至第三形態中任何一個形態之研磨裝置的構成，其中前述臂轉矩檢知部在前述指定角度範圍內之複數個角度中檢知前述臂轉矩，前述終點檢測部就搖動之至少1個週期，將前述複數個角度中獲得之前述臂轉矩平均化，並依據平均化所獲得之前述臂轉矩檢測表示前述研磨結束之研磨終點。

第六形態係採用第一形態至第五形態中任何一個形態之研磨裝置的構成，其中在前述搖動臂之對前述臂驅動部的連接部中，前述臂轉矩檢知部檢知施加於前述搖動臂之前述臂轉矩。

第七形態係採用第一形態至第五形態中任何一個形態之研磨裝置的構成，其中前述臂驅動部係使前述搖動臂旋轉之旋轉馬達，前述臂轉矩檢知部從前述旋轉馬達之電流值檢知施加於前述搖動臂的前述臂轉矩。

第八形態係採用第一形態至第五形態中任何一個形態之研磨裝置的構成，其中前述終點檢測部依據前述旋轉馬達之前述電流值的微分值，檢測表示前述研磨結束之研磨終點。

第九形態係採用第一形態至第八形態中任何一個形態之研磨裝置的構成，其中前述研磨裝置具有墊修整器，其係進行前述研磨墊之修整，前述搖動臂搖動時，前述墊修整器進行前述修整。

第十形態係採用第一形態至第九形態中任何一個形態之研磨裝置的構成，其中前述終點檢測部求出前述搖動臂之搖動角度，並求出對應於前述搖動角度之前述臂轉矩。

第十一形態係採用研磨方法之構成，其係在研磨墊以及與前述研磨墊相對而配置的研磨對象物之間進行研磨，其特徵為：將前述研磨墊保持於研磨台，搖動臂保持保持部，其係保持前述研磨對象物，臂驅動部搖動前述搖動臂，前述搖動臂以指定之角度範圍搖動時，直接或間接檢知施加於前述搖動臂之臂轉矩，並依據檢知之前述臂轉矩檢測表示前述研磨結束之研磨終點。

以下，參照圖式說明本發明之實施形態。另外，以下之各種實施形態中，在相同或相當之元件上註記相同符號，並省略重複之說明。此外，各種實施形態顯示之特徵只要彼此不矛盾，亦可適用於其他實施形態。

圖1係顯示本發明一種實施形態之研磨裝置34的整體構成之概略圖。如圖1所示，研磨裝置34在研磨墊10以及與研磨墊10相對而配置的研磨對象物之間進行研磨。研磨裝置34具備：用於保持研磨墊10之研磨台30；及保持研磨對象物之半導體晶圓16等的基板並按壓於研磨台上之研磨面的頂環31（保持部）。

研磨裝置34具有：用於保持頂環31之搖動臂110；用於搖動搖動臂110之搖動軸馬達14（臂驅動部）；及在搖動軸馬達14中供給驅動電力之驅動器18。再者，研磨裝置34具有：當搖動臂110以指定之角度範圍搖動時，直接或間接檢知施加於搖動臂110之臂轉矩的臂轉矩檢知部26；及依據臂轉矩檢知部26檢知之臂轉矩，檢測表示研磨結束之研磨終點的終點檢測部28。

採用本實施形態時，在將頂環31保持於搖動臂110之方式中，於搖動臂110搖動時，檢知半導體晶圓16與研磨墊10之間的摩擦力變化，亦即臂轉矩之變動時，可以相較過去更為改善之精度進行檢測，而使研磨終點檢測之精度提高。本實施形態使頂環31之搖動臂110搖動而檢知轉矩變動時，藉由後述之雜訊減少等，相較過去可使檢知轉矩變動之靈敏度更為提高。與前述採用臂轉矩法時，於搖動臂搖動時，用於使搖動馬達旋轉之轉矩比較，隨伴晶圓與研磨墊間之研磨摩擦力的變化之轉矩變化微小。因而，若不除去用於使搖動馬達旋轉之轉矩的影響，即無法檢測轉矩變化，可能無法適切檢測研磨終點，而產生過度研磨等之問題。本實施形態如後述，藉由當搖動臂110以指定之角度範圍搖動時進行研磨終點檢測，來解決該問題。

本圖中，研磨台30經由台軸102連結於配置在其下方之驅動部的馬達52，並可在該台軸102周圍旋轉。在研磨台30之上面貼合有研磨墊10，研磨墊10之表面101構成研磨半導體晶圓16之研磨面。在研磨台30之上方設有研磨液供給噴嘴（無圖示），藉由研磨液供給噴嘴在研磨台30上之研磨墊10中供給研磨液Q。

研磨裝置34在馬達52中具有供給驅動電力之驅動器118。再者，研磨裝置34亦可具有當研磨台30旋轉時，檢知施加於研磨台30之轉矩的轉矩檢知部126。而終點檢測部28亦可依據轉矩檢知部126檢知之轉矩來檢測表示研磨結束的研磨終點。再者，如圖2所示，在研磨台30之內部亦可埋設有在半導體晶圓16中生成渦電流、並藉由檢測該渦電流可檢知研磨終點之渦電流檢測器50。而終點檢測部28亦可依據渦電流檢測器50檢知之渦電流來檢測表示研磨結束之研磨終點。

藉由圖2進一步說明研磨裝置34。圖2係顯示本發明一種實施形態之研磨裝置34的整體構成之概略圖。頂環31由對研磨面101按壓半導體晶圓16之頂環本體24；及保持半導體晶圓16之外周緣，避免半導體晶圓16從頂環飛出之扣環23而構成。

頂環31連接於頂環軸桿111。頂環軸桿111藉由無圖示之上下移動機構而對搖動臂110上下移動。藉由頂環軸桿111之上下移動，使整個頂環31對搖動臂110昇降而定位。

此外，頂環軸桿111經由鍵（無圖示）而連結於旋轉筒112。該旋轉筒112在其外周部具備定時滑輪113。搖動臂110上固定有頂環用馬達114。上述定時滑輪113經由定時皮帶115而與設於頂環用馬達114之定時滑輪116連接。頂環用馬達114旋轉時，旋轉筒112及頂環軸桿111經由定時滑輪116、定時皮帶115、及定時滑輪113而一體旋轉，且頂環31旋轉。

搖動臂110連接於搖動軸馬達14之旋轉軸。搖動軸馬達14固定於搖動臂軸桿117。因此，搖動臂110對搖動臂軸桿117可旋轉地支撐。

頂環31可在其下面保持半導體晶圓16等之基板。搖動臂110可以搖動臂軸桿117為中心而回轉。在下面保持有半導體晶圓16之頂環31藉由搖動臂110的回轉，而從半導體晶圓16之接收位置移動至研磨台30的上方。而後，使頂環31下降，而將半導體晶圓16按壓於研磨墊10之表面（研磨面）101。此時，使頂環31及研磨台30分別旋轉。同時，從設於研磨台30上方之研磨液供給噴嘴在研磨墊10上供給研磨液。如此，使半導體晶圓16與研磨墊10之研磨面101滑動接觸，來研磨半導體晶圓16之表面。

如圖1所示，研磨裝置34具有旋轉驅動研磨台30之台驅動部（馬達52）。研磨裝置34亦可具有檢知施加於研磨台30之台轉矩的轉矩檢知部126。轉矩檢知部126可從旋轉馬達之台驅動部的電流檢知台轉矩。驅動器118將三相（UVW相）之電流54供給至馬達52。電流檢測器56檢知其中一相的電流，並將檢知之電流傳送至轉矩檢知部126。轉矩檢知部126將檢知之電流作為台轉矩而傳送至終點檢測部28。終點檢測部28亦可僅從臂轉矩檢知部26檢知之臂轉矩檢測表示研磨結束之研磨終點，亦可亦考慮轉矩檢知部126檢知之台轉矩而檢測表示研磨結束之研磨終點。

圖2中，在搖動臂110之對搖動軸馬達14的連接部中，臂轉矩檢知部26檢知施加於搖動臂110之臂轉矩。具體而言，臂驅動部係使搖動臂110旋轉之搖動軸馬達（旋轉馬達）14，臂轉矩檢知部26從搖動軸馬達14之電流值檢知施加於搖動臂110的臂轉矩。搖動軸馬達14之電流值係取決於搖動臂110對搖動軸馬達14之連接部中的臂轉矩之量。本實施形態之搖動軸馬達14的電流值係從圖3所示之驅動器18供給至搖動軸馬達14的電流值18b、或是在驅動器18中生成之後述的電流指令18a。此處所謂臂轉矩，係將搖動臂110之回轉軸108作為中心對搖動臂110工作的在回轉軸108周圍之力的力矩。所謂台轉矩，係將研磨台30之旋轉軸192作為中心對研磨台30工作的在旋轉軸192周圍之力的力矩。

利用圖3說明藉由臂轉矩檢知部26檢知臂轉矩之方法。驅動器18從控制部65輸入關於搖動臂110之位置的位置指令65a。位置指令65a係相當於搖動臂110對搖動臂軸桿117之旋轉角度的資料。驅動器18還從內建於搖動軸馬達14而安裝之編碼器36輸入搖動臂軸桿117的旋轉角度36a。

編碼器36係可檢知搖動軸馬達14之旋轉軸的旋轉角度36a，亦即搖動臂軸桿117的旋轉角度36a者。圖3係將搖動軸馬達14與編碼器36獨立圖示，不過，實際上搖動軸馬達14與編碼器36為一體化。此種一體型馬達之一例為附反饋編碼器之同步型AC伺服馬達。

驅動器18具有：偏差電路38、電流生成電路40、及PWM電路42。偏差電路38從位置指令65a與旋轉角度36a求出位置指令65a與旋轉角度36a之偏差38a。偏差38a與電流值18b輸入電流生成電路40。電流生成電路40從偏差38a與現在之電流值18b生成依偏差38a的電流指令18a。PWM電路42輸入電流指令18a，並藉由PWM（脈衝寬度調變）控制而生成電流值18b。電流值18b係可驅動搖動軸馬達14之3相（U相、V相、W相）電流。電流值18b供給至搖動軸馬達14。

電流指令18a係取決於搖動軸馬達14之電流值的量，且係取決於臂轉矩的量。臂轉矩檢知部26對電流指令18a進行AD變換、放大、整流、有效值變換等處理中之至少1個處理後，作為臂轉矩26a而輸出至終點檢測部28。搖動軸馬達14中安裝有用於檢測馬達之旋轉速度的檢測器136。計測旋轉速度之檢測器136可使用電磁式、霍爾元件式、光學式、感應式等檢測器。檢測器136將檢測出之馬達的旋轉速度138輸出至終點檢測部28。

電流值18b係搖動軸馬達14之電流值，且係取決於臂轉矩之量。臂轉矩檢知部26亦可從電流值18b檢知施加於搖動臂110之臂轉矩26a。臂轉矩檢知部26於檢測電流值18b時，可使用霍爾檢測器等之電流檢測器。檢知研磨台30之台轉矩的轉矩檢知部126亦可與臂轉矩檢知部26同樣地構成。

在臂轉矩法中，因為搖動臂搖動時搖動馬達旋轉，所以臂轉矩因搖動而變化。為了使搖動軸馬達14旋轉需要除去轉矩的影響，檢測僅因研磨摩擦力導致的轉矩變化。以下說明檢測僅因研磨摩擦力導致轉矩變化的方法。圖4係顯示頂環31與搖動臂110一起搖動之情形圖。本實施形態之搖動臂110係在角度範圍58內如箭頭60般地搖動。此處，所謂角度範圍，係搖動臂110以回轉軸108為中心而搖動時，以角度（單位為度（°））規定搖動臂110搖動之整個範圍，或其一部分者。本實施形態中，角度範圍58係搖動臂110搖動之最大角度範圍，且角度範圍58係一定。亦即，搖動端62、64在研磨中通常固定。亦可改變搖動端62、64之位置。搖動臂110在角度範圍58中進行往返運動。另外，在研磨中亦可擴大或縮小角度範圍58。

在角度範圍58中，搖動端62、64為了改變搖動方向而使搖動臂110之速度變化。因為搖動臂110中產生加速度，所以搖動臂110發生一些上冲（Overshoot）、或下冲（Undershoot）。如此，搖動端62、64用於使搖動軸馬達14旋轉之轉矩不固定而產生重大變化。宜在搖動端62、64之附近以外檢測僅因研磨摩擦力導致的轉矩變化。此外，搖動中之特定區域容易發生雜訊。因此，本實施形態係在轉矩相對穩定之特定的搖動角度範圍中求出臂轉矩。

圖5係顯示轉矩相對性穩定之特定搖動角度範圍的一例圖。圖5係搖動臂110以位於角度範圍58內側之指定的角度範圍158搖動時，亦即，在整個角度範圍58搖動之搖動臂110通過角度範圍158時，臂轉矩檢知部26直接或間接檢知施加於搖動臂110的臂轉矩。轉矩在角度範圍158中穩定的理由是由於在角度範圍58中為不含搖動端62、64之角度範圍58的內側。角度範圍158例如係角度範圍58之中心線128（參照圖4）前後的範圍。角度範圍158之角度的大小，在將角度範圍58之角度的大小設為100％時，角度範圍158之角度的大小例如係50％。終點檢測部28依據臂轉矩檢知部26檢知之臂轉矩來檢測表示研磨結束之研磨終點。

圖6係顯示轉矩相對性穩定之特定搖動角度範圍的另外一例圖。圖6係臂轉矩檢知部26當搖動臂110在指定之一個方向120搖動時，以位於角度範圍58內側之指定的角度範圍258檢知臂轉矩。亦即，在整個角度範圍58搖動之搖動臂110在一個方向120通過角度範圍258時，以角度範圍258檢知臂轉矩。臂轉矩在指定之一個方向120穩定的理由，是因為搖動臂110之搖動方向與研磨台30的旋轉方向相同（或不同），因而臂轉矩穩定。亦即，臂轉矩係依搖動臂110之搖動方向與研磨台30的旋轉方向相同或不同而異。僅監視搖動臂110在指定之一個方向120搖動時的臂轉矩時，因研磨台30之旋轉造成臂轉矩的變化減少，容易僅檢知因研磨墊10與半導體晶圓16間之研磨摩擦力造成臂轉矩的變化。

臂轉矩檢知部26於搖動臂110在與指定之一個方向120相反的指定之一個方向122搖動時，亦可以位於角度範圍58內側之指定的角度範圍358檢知臂轉矩。

雖然臂轉矩係依搖動臂110之搖動方向與研磨台30的旋轉方向相同或不同而變化，但是臂轉矩檢知部26亦可於搖動臂110在兩方向120、122搖動時，以指定之角度範圍258,358檢知臂轉矩。亦即，在整個角度範圍58搖動之搖動臂110在一個方向120通過角度範圍258，而後在一個方向122通過角度範圍258時，以角度範圍258,358檢知臂轉矩。此因有時依搖動臂110之搖動方向與研磨台30的旋轉方向相同或不同而轉矩的變化量小。

此外，亦可在兩方向120、122檢知臂轉矩，求出在兩方向120、122之臂轉矩的平均值。藉由平均化減少因研磨台30之旋轉方向不同造成臂轉矩的變化，可僅檢知因研磨墊10與半導體晶圓16間之研磨摩擦力造成臂轉矩的變化。

圖7係顯示轉矩相對性穩定之特定搖動角度範圍的又另外一例圖。臂轉矩檢知部26亦可在指定之角度範圍58內的指定角度124檢知臂轉矩。此處，角度124係從角度範圍58之一方端部（搖動端62）所測的角度。角度124不限於是角度範圍58內之一處，亦可是複數處。亦可從複數處之臂轉矩平均化而算出臂轉矩。

指定之角度124嚴格而言不需要是1個角度，例如是4度的角度。將角度範圍58之角度大小設為100％時，亦可係將4度為中心例如相當於1％的角度範圍。此外，搖動臂110在兩方向120、122搖動時，包含在一個方向120旋轉而到達4度之位置時、與在相反之一個方向122旋轉而到達時。與圖6所說明時同樣地，亦可僅考慮在一個方向120旋轉而到達4度的位置時，亦可僅考慮在相反之一個方向122旋轉而到達時。亦可考慮從兩方向到達4度時。

臂轉矩在指定之1個角度124穩定的理由，是因為搖動臂110在研磨台30上之搖動位置相同，因而搖動臂110從研磨台30承受的轉矩相同。因此，在指定之角度124監視臂轉矩的變化時，容易僅檢知因研磨墊10與半導體晶圓16間之研磨摩擦力造成臂轉矩的變化。不過，僅以在1個角度124的臂轉矩之變化進行終點檢知時，容易受到測量值中包含的雜訊影響，而需要減少雜訊。

圖5、圖6、圖7依序檢知臂轉矩的角度範圍變窄。因為隨著角度範圍變窄，受到研磨台30旋轉的影響減少，所以容易僅檢知因研磨墊10與半導體晶圓16間之研磨摩擦力造成臂轉矩的變化。但是，隨著角度範圍變窄，可檢知之臂轉矩資料數量減少。因而，資料本身具有之雜訊的影響增加。因而需要選擇適切的角度範圍。

一般而言，在指定之角度範圍內檢知臂轉矩時，所獲得之臂轉矩通常含有雜訊。為了減少雜訊的1個方法為進行平均化處理。平均化處理包括時間平均。例如，就複數個資料將檢知之時間序列資料予以移動平均來減少雜訊。

因此，本實施形態中，亦可就複數個資料，將所檢知之時間序列資料加以時間性的移動平均。另外方法亦可將所檢知之時間序列資料分類成每個搖動角度的資料後平均化。此因，如前述，著眼於在特定之1個搖動角度的臂轉矩變化時，最不會受到研磨台30之旋轉與搖動臂110的搖動相互作用之影響，而顯示因研磨墊10與半導體晶圓16間之研磨摩擦力造成臂轉矩的變化。

將時間序列資料照樣平均化時，也有以下之問題。搖動臂110會發生一些上冲、或下冲。此外，通常不進行將搖動週期保持一定的控制。因而，搖動週期（搖動臂110從指定之角度位置往返1次，又返回該角度位置的時間）產生一些變動而不固定。將時間序列資料照樣平均化時，因為搖動週期不固定，且時間與角度位置之關係不固定，所以搖動臂110之角度位置不明。因而，最差的情況為利用在搖動端部誤差多的測量值，導致研磨終點的精度降低。

利用圖8說明這一點。圖8係顯示搖動週期與特定角度之關係圖。圖8之橫軸是時間（秒：單位為sec），縱軸是臂轉矩之測量值（電壓：單位是V）。實心圓係在圖7所示之搖動端62的臂轉矩，空心圓係在圖7所示之角度124的臂轉矩。搖動臂110從一方搖動端62進行至另一方的搖動端194，其次，從搖動端194返回搖動端62而往返1次的時間132係搖動週期。搖動臂110從角度124移動至搖動端62之時間134如圖8所示不固定。

因此，將時間序列資料照樣平均化時，如前述，因為時間與角度位置之關係不固定，所以搖動臂110之角度位置不明。因而，最差的情況是利用在搖動之端部誤差多的測量值。因此，宜將所檢知之時間序列資料分類成每個搖動角度的資料加以平均化。以下之實施形態係終點檢測部28求出搖動臂110之搖動角度，並求出對應於搖動角度之臂轉矩。

臂轉矩檢知部26在圖5所示之指定角度範圍158內的複數個角度檢知臂轉矩，終點檢測部28就搖動之至少1個週期，將在複數個角度所獲得的臂轉矩加以平均化，並依據平均化所獲得的臂轉矩檢測表示研磨結束之研磨終點。亦即，將所檢知之時間序列資料分類成每個搖動角度之資料，然後平均化。這個採用另外的表達方式時，可以說是著眼於以角度位置監視臂轉矩，亦即在相同角度位置之臂轉矩的變化。此外，亦可說是將時間序列資料變換成每個搖動角度之資料。

圖9係顯示終點檢測部28進行之處理的流程圖。終點檢測部28在圖5所示之指定的角度範圍158內有搖動臂110時，從檢測器136取得馬達旋轉速度作為電壓信號（步驟S10）。所取得之馬達旋轉速度144的一例顯示於圖10。圖10（a）、10（b）中，橫軸是時間（sec），縱軸是電壓（V）。圖10（b）係將圖10（a）之一部140在橫軸方向擴大者。圖10（b）中，在縱軸方向不擴大。

終點檢測部28為了從馬達旋轉速度144除去雜訊而取得關於時間的移動平均（步驟S12）。取得移動平均後，將馬達旋轉速度144積分而算出馬達角度146（步驟S14）。馬達角度146係搖動臂110之旋轉位置。本實施形態之馬達角度146係在圖5所示的角度範圍158內。積分後獲得之馬達角度146的一例顯示於圖11。圖11（a）、11（b）中，橫軸是時間（sec），縱軸是角度（degree）。圖11（b）係將圖11（a）之一部142在橫軸方向擴大者。圖11（b）中，在縱軸方向不擴大。

終點檢測部28僅在圖11（b）所示之角度範圍158中取得臂轉矩26a用於檢測終點，或是在整個角度範圍58中取得臂轉矩26a，不過僅將在角度範圍158中取得之臂轉矩26a用於檢測終點。同樣地，臂轉矩檢知部26亦可僅在角度範圍158中取得臂轉矩26a，或是在整個角度範圍58中取得臂轉矩26a，不過僅將在角度範圍158中所取得之臂轉矩26a輸出至終點檢測部28。

終點檢測部28在取得馬達旋轉速度作為電壓信號（步驟S10）的同時，若圖5所示之指定角度範圍158內有搖動臂110時，係從臂轉矩檢知部26取得轉矩指令值26a作為電壓信號（步驟S16）。所取得之轉矩指令值26a的一例顯示於圖12。圖12中，橫軸是時間（sec），縱軸是電壓（V）。

終點檢測部28為了從取得之轉矩指令值26a求出搖動臂110的搖動週期而取得自相關（步驟S18）。求出自相關的理由是為了算出搖動週期。瞭解搖動週期則瞭解搖動端部的時刻。另外，亦有時在搖動端部，轉矩指令值26a為了取得峰值，藉由檢測峰值而瞭解搖動週期。但是，轉矩指令值26a之峰值不明確，因此有時無法明確地檢知週期。信號含有雜訊時，一般而言，求出自相關之方法者可確實檢測週期。瞭解搖動端部的時刻時，在取得轉矩指令值26a之移動平均時，可防止實施在搖動端部附近的移動平均，或是橫跨搖動端部之移動平均。此因在搖動端部附近的移動平均，或是橫跨搖動端部之移動平均如前述並不適宜。

其次，終點檢測部28為了從取得之轉矩指令值26a除去雜訊，而取得關於時間的移動平均（步驟S20）。此時，不進行在搖動之端部附近的移動平均、或是橫跨搖動端部之移動平均。圖13顯示移動平均後之轉矩指令值196。圖13中橫軸是時間（sec），縱軸是電壓（V）。

終點檢測部28取得馬達角度與轉矩指令值時，從此等資料求出搖動臂110之搖動角度、與對應於該角度之轉矩指令值，並將轉矩指令值分割成每個角度的轉矩指令值（步驟S22）。使用「分割」之用語的理由是因為本實施形態係就搖動角度，將圖5所示之角度範圍158分割為100。求出對應於角度之轉矩指令值的方法，由於馬達角度係搖動臂110之搖動角度，且在取得馬達角度之時刻所取得的轉矩指令值是對應於搖動臂110之搖動角度的轉矩指令值，因此可求出對應於搖動角度之轉矩指令值。

圖14顯示將轉矩指令值分割成每個角度之轉矩指令值的圖。1個圈號152表示分割為100之1個角度的轉矩指令值。圖14中，橫軸是時間（sec），縱軸是電壓（V）。在縱方向的1列部分之資料150係搖動臂110往返1次時，且在角度範圍158內取得的轉矩指令值。不過，在縱方向的1列部分之資料150因為取得之時間各不相同，所以嚴格而言並非在同一個時間軸上。各個資料配置在對應於取得各個資料之時間的時間軸上之位置。這一點就以下之圖15、圖16亦同樣。

在縱方向的1列部分之資料150中，最上部附近之資料160係在圖5所示之角度範圍158的端部164、166附近其中一個取得之資料。在縱方向的1列部分之資料150中，最下部附近之資料162係在圖5所示之角度範圍158的164、166附近之其中一個取得的資料。這一點就以下之圖15、圖16亦同樣。因為在角度範圍158之端部164、166，與端部164及端部166之間比較，臂轉矩大或小，所以成為圖14所示之分布。從圖12、圖13瞭解在角度範圍158之端部164、166與端部164及端部166之間比較，臂轉矩大或小。

其次，終點檢測部28為了求出分割為100的轉矩指令值之間的轉矩指令值，而藉由資料插補求出分割為100之轉矩指令值的時間性鄰接之轉矩指令值之間的轉矩指令值（步驟S24）。資料插補方法可為線形插補、或藉由二次函數插補等。藉由插補所獲得之轉矩指令值顯示於圖15。圖15中，橫軸是時間（sec），縱軸是電壓（V）。1條橫線154表示分割為100之1個角度的轉矩指令值。經插補之資料並未圖示於圖15。圖15係以直線連結相同角度而鄰接之橫線154的各端部。

插補後，終點檢測部28為了除去雜訊而進行移動平均（步驟S26）。藉由移動平均所獲得之轉矩指令值顯示於圖16。圖16中，橫軸是時間（sec），縱軸是電壓（V）。1個點156表示分割為100之1個角度移動平均後的轉矩指令值。插補後之資料並未圖示於圖16。圖15並未連接相同角度而鄰接之各點16。因而，在圖15中可看出在橫方向連續之1條線者，係可看出孤立之點156連續者。

從圖14～圖16，特別是從圖16瞭解以下內容。可看出在上下方向並列於橫方向線狀伸展的複數條相同曲線，不過圖16中顯著顯示。採取另外之表達方式時，可看出複數條橫紋花樣在上下方向並列。例如，各最上部之資料160、各最下部之資料162、及在最上部之資料160與最下部之資料162之間的各資料可看出分別構成1個條紋。實際上1個條紋是由複數個點156而構成，並非點156連續。但是，可看出1個條紋者，是將每個搖動角度之臂轉矩在研磨中也與搖動臂110搖動無關，而進行比較和緩的變化者顯示於圖16。而圖16亦顯示臂轉矩在研磨結束時候168、172大幅變化。

返回圖9之流程圖時，終點檢測部28在求出移動平均（步驟S26）後，算出每個搖動週期（每個時間）之平均值（步驟S28）。這是就圖16所示之在縱方向的1列部分之資料150算出平均值。並將獲得之平均化後的轉矩指令值174顯示於圖17。圖17中，橫軸是時間（sec），縱軸是電壓（V）。因為轉矩指令值174是每個搖動週期（每個時間）之平均值，所以時間性不連續地算出。圖17所示之轉矩指令值174係以直線連結時間性不連續之轉矩指令值174所獲得的折線圖。

終點檢測部28其次求出轉矩指令值174之關於時間的移動平均（步驟S30）。藉由移動平均而獲得之轉矩指令值176顯示於圖18。圖18中，橫軸是時間（sec），縱軸是電壓（V）。

終點檢測部28其次求出轉矩指令值176之微分（步驟S32）。終點檢測部28其次求出微分後之轉矩指令值176關於時間的移動平均（步驟S34）。藉由移動平均而獲得之微分值178顯示於圖19。圖19中，橫軸是時間（sec），縱軸是電壓（V）／時間（分鐘）。

終點檢測部28其次從微分值178判定是否到達研磨終點。這是藉由微分值178是否滿足用於檢測研磨終點之指定的檢測條件來作判定（步驟S36）。指定之檢測條件例如係微分值178是否比指定值大。指定之檢測條件並非限於此者。指定之檢測條件例如亦可係圖18所示之轉矩指令值176是否比指定值大。

終點檢測部28判斷為圖19之微分值178、或是圖18之轉矩指令值176滿足用於檢測研磨終點之指定的檢測條件時，判斷為檢測出研磨終點（步驟S38）。此時研磨結束。另外，終點檢測部28判斷為微分值178不滿足用於檢測研磨終點之指定的檢測條件時，為了繼續進行研磨終點的檢測而返回步驟S10、S16。

以上之實施形態係研磨裝置具有進行研磨墊之修整的墊修整器33，不過，搖動臂110為了研磨而搖動時，墊修整器33不進行修整。但是，亦可搖動臂110為了研磨而搖動時，墊修整器33進行修整。

搖動臂110為了研磨而搖動時，且墊修整器33進行修整時，可能會對於檢測臂轉矩造成不良影響。就墊修整器33進行修整時，是否會對臂轉矩之檢測造成不良影響而進行實驗的結果顯示於圖20～22。依圖20～22所示之實驗，確認修整對研磨台30之馬達52的電流影響大，不過對臂轉矩的影響極小。

圖20顯示驅動研磨台30之馬達52的電流180、與臂轉矩182。圖20中，橫軸是時間（sec），縱軸是電流（A）。圖20中亦顯示墊修整器33為了修整，於研磨墊10上之指定區域往返1次時需要的1個週期的時間184。墊修整器33在研磨墊10上之指定區域往返時墊修整器33的位置186顯示於圖21。圖21中，橫軸是時間（sec），縱軸是距離（mm）。位置186係從研磨墊10上之指定基準點所測量的墊修整器33之位置。

圖22顯示將臂轉矩182微分之值188、與將電流180微分之值190。圖22中，橫軸是時間（sec），縱軸是電流（A）／時間（分鐘）。從圖20、22瞭解馬達52之電流180呈現與墊修整器33之搖動運動同步的雜訊。另外，瞭解臂轉矩182中呈現與墊修整器33之搖動運動同步的雜訊。因此，搖動臂110為了研磨而搖動時，即使墊修整器33進行修整，仍可精確檢測臂轉矩182。

另外，臂轉矩之檢知方法，亦可為監視驅動搖動臂110之搖動軸馬達14的電流以外之方法。例如，亦可在搖動臂110中，藉由接合等而配置檢測搖動臂110之轉矩變動的轉矩檢測器。轉矩檢測器可使用負載傳感器或應變儀。

以下說明關於在研磨墊10以及與研磨墊10相對而配置的半導體晶圓16之間進行研磨的研磨方法。使用圖1所示之研磨裝置34的研磨方法係將研磨墊10保持於研磨台30，搖動臂110保持其保持半導體晶圓16之頂環31。搖動軸馬達14搖動搖動臂110。搖動臂110以指定之角度範圍158搖動時，臂轉矩檢知部26直接或間接檢知施加於搖動臂110之臂轉矩26a。終點檢測部28依據檢知之臂轉矩26a檢測表示研磨結束的研磨終點。

另外，本發明之實施形態的動作亦可使用以下之軟體及／或系統來進行。例如，系統（研磨裝置）具有：控制整體之主控制器（控制部）；及控制各部（驅動部、保持部、終點檢測部）之動作的複數個子控制器。主控制器及子控制器分別具有CPU、記憶體、記錄媒體、及用於使各部動作而儲存於記錄媒體的軟體（程式）。本發明之實施形態的研磨方法，例如終點檢測部執行之「依據檢知之臂轉矩26a檢測表示研磨結束之研磨終點的方法」亦可藉由軟體（程式）來執行。

以上，說明了本發明的實施形態之例，不過，上述發明之實施形態係為了容易瞭解本發明者，而並非限定本發明者，本發明在不脫離其旨趣下可變更及改良，並且本發明當然包含其等效物。此外，在可解決上述問題之至少一部分的範圍、或是可達到效果之至少一部分的範圍內，記載於申請專利範圍及說明書之各構成元件可任意組合或省略。

10:研磨墊 14:搖動軸馬達 16:半導體晶圓 18:驅動器 18a:電流指令 18b:電流值 24:頂環本體 26:臂轉矩檢知部 26a:臂轉矩, 轉矩指令值 28:終點檢測部 30:研磨台 31:頂環 33:墊修整器 34:研磨裝置 36:編碼器 36a:旋轉角度 38:偏差電路 38a:偏差 40:電流生成電路 42:PWM電路 50:渦電流檢測器 52:馬達 54:電流 56:電流檢測器 58:角度範圍 60:箭頭 62, 64:搖動端 65:控制部 65a:位置指令 101:研磨面 102:台軸 108:回轉軸 110:搖動臂 111:頂環軸桿 112:旋轉筒 113:定時滑輪 114:頂環用馬達 115:定時皮帶 116:定時滑輪 117:搖動臂軸桿 118:驅動器 120, 122:一個方向 124:角度 126:轉矩檢知部 128:中心線 132, 134:時間 136:檢測器 138:旋轉速度 140, 142:一部 144:馬達旋轉速度 146:馬達角度 150:1列部分之資料 152:圈號 154:橫線 156:點 158, 258, 358:角度範圍 160:最上部附近之資料 162:最下部附近之資料 164, 166:端部 168, 172:研磨結束時候 174:轉矩指令值 176:轉矩指令值 178:微分值 180:電流 182:臂轉矩 184:時間 186:位置 188, 190:值 192:旋轉軸 194:搖動端 196:轉矩指令值

圖1係顯示本發明一種實施形態之研磨裝置的整體構成之概略圖。 圖2係顯示本發明一種實施形態之研磨裝置的整體構成之概略圖。 圖3係說明藉由臂轉矩檢知部檢知臂轉矩之方法的方塊圖。 圖4係顯示頂環搖動之情形圖。 圖5係顯示轉矩相對性穩定之特定搖動角度範圍的一例圖。 圖6係顯示轉矩相對性穩定之特定搖動角度範圍的另外一例圖。 圖7係顯示轉矩相對性穩定之特定搖動角度範圍的又另外一例圖。 圖8係顯示搖動週期與特定角度之關係圖。 圖9係顯示終點檢測部進行之處理的流程圖。 圖10係顯示終點檢測部取得之馬達旋轉速度的一例圖。 圖11係顯示終點檢測部積分而獲得之馬達角度的一例圖。 圖12係顯示終點檢測部取得之轉矩指令值的一例圖。 圖13係顯示移動平均後之轉矩指令值的圖。 圖14顯示將轉矩指令值分割成每個角度之轉矩指令值的圖。 圖15係顯示藉由資料插補而獲得之轉矩指令值的圖。 圖16係顯示藉由移動平均而獲得之轉矩指令值的圖。 圖17係顯示藉由各搖動週期之平均而獲得的轉矩指令值之圖。 圖18係顯示藉由移動平均而獲得之轉矩指令值的圖。 圖19係顯示藉由微分而獲得之微分值的圖。 圖20係顯示研磨台之馬達的電流與臂轉矩之圖。 圖21係顯示墊修整器往返研磨墊上之指定區域時的墊修整器之位置圖。 圖22係顯示將臂轉矩微分之值、與將電流微分之值的圖。

10:研磨墊 18:驅動器 18a:電流指令 18b:電流值 26:臂轉矩檢知部 26a:臂轉矩, 轉矩指令值 28:終點檢測部 30:研磨台 34:研磨裝置 52:馬達 54:電流 56:電流檢測器 102:台軸 110:搖動臂 111:頂環軸桿 117:搖動臂軸桿 118:驅動器 126:轉矩檢知部

Claims (11)

1. 一種研磨裝置，係用於在研磨墊以及與前述研磨墊相對而配置的研磨對象物之間進行研磨，其特徵為具有： 研磨台，其係用於保持前述研磨墊； 保持部，其係用於保持前述研磨對象物； 搖動臂，其係用於保持前述保持部； 臂驅動部，其係用於搖動前述搖動臂； 臂轉矩檢知部，其係在前述搖動臂搖動的最大角度範圍之中排除了搖動端的角度範圍，直接或間接檢知施加於前述搖動臂之臂轉矩；及 終點檢測部，其係依據前述臂轉矩檢知部檢知之前述臂轉矩，檢測表示前述研磨結束之研磨終點。
2. 如請求項1之研磨裝置，其中前述臂轉矩檢知部於前述搖動臂只在一個方向搖動時，係以排除了前述搖動端的角度範圍檢知前述臂轉矩。
3. 如請求項1之研磨裝置，其中前述臂轉矩檢知部於前述搖動臂在兩個方向搖動時，係以排除了前述搖動端的角度範圍檢知前述臂轉矩。
4. 如請求項1~3中任一項之研磨裝置，其中前述臂轉矩檢知部係在排除了前述搖動端的角度範圍內之指定角度中檢知前述臂轉矩。
5. 如請求項1~3中任一項之研磨裝置，其中前述臂轉矩檢知部係在排除了前述搖動端的角度範圍內之複數個角度中檢知前述臂轉矩， 前述終點檢測部就搖動之至少1個週期，將前述複數個角度中獲得之前述臂轉矩平均化，並依據平均化所獲得之前述臂轉矩檢測表示前述研磨結束之研磨終點。
6. 如請求項1~3中任一項之研磨裝置，其中在前述搖動臂之對前述臂驅動部的連接部中，前述臂轉矩檢知部檢知施加於前述搖動臂之前述臂轉矩。
7. 如請求項1~3中任一項之研磨裝置，其中前述臂驅動部係使前述搖動臂旋轉之旋轉馬達， 前述臂轉矩檢知部從前述旋轉馬達之電流值檢知施加於前述搖動臂的前述臂轉矩。
8. 如請求項7之研磨裝置，其中前述終點檢測部依據前述旋轉馬達之前述電流值的微分值，檢測表示前述研磨結束之研磨終點。
9. 如請求項1~3中任一項之研磨裝置，其中前述研磨裝置具有墊修整器，其係進行前述研磨墊之修整，前述搖動臂搖動時，前述墊修整器進行前述修整。
10. 如請求項1~3中任一項之研磨裝置，其中前述終點檢測部求出前述搖動臂之搖動角度，並求出對應於前述搖動角度之前述臂轉矩。
11. 一種研磨方法，係在研磨墊以及與前述研磨墊相對而配置的研磨對象物之間進行研磨，其特徵為： 將前述研磨墊保持於研磨台， 搖動臂保持保持部，其係保持前述研磨對象物， 臂驅動部搖動前述搖動臂， 在前述搖動臂搖動的最大角度範圍之中排除了搖動端的角度範圍，直接或間接檢知施加於前述搖動臂之臂轉矩， 並依據檢知之前述臂轉矩，檢測表示前述研磨結束之研磨終點。