研磨装置及研磨方法与流程

1.本发明关于一种研磨装置及研磨方法。


背景技术：

2.近年来，随着半导体元件的高集成化进步，电路配线趋于微细化，配线间距离亦更加狭窄。制造半导体元件时，在硅晶片上膜状反复形成多种材料而形成积层构造。为了形成该积层构造，将晶片表面形成平坦的技术很重要。这种将晶片表面平坦化的手段是广泛使用进行化学机械研磨(cmp)的研磨装置(亦称为化学性机械性研磨装置)。
3.该化学机械研磨(cmp)装置一般而言具有：安装了用于研磨研磨对象物(晶片等的基板)的研磨垫的研磨台；及为了保持研磨对象物并按压于研磨垫而保持晶片的顶环。研磨台与顶环分别通过驱动部(例如马达)而旋转驱动。再者，研磨装置具备在研磨垫上供给研磨液的喷嘴。从喷嘴将研磨液供给至研磨垫上，并通过顶环将晶片按压于研磨垫，进一步通过使顶环与研磨台相对移动来研磨晶片，将其表面形成平坦。顶环和顶环的驱动部的保持方式有：将顶环与顶环的驱动部保持于摆动臂(单臂)的端部的方式；及将顶环与顶环的驱动部保持于回转输送带(carousel)的方式。
4.研磨装置对研磨对象物的研磨不足时，电路间无法达到绝缘，而可能发生短路。此外，若研磨过度时，会发生因为配线的剖面积减少导致电阻值上升，或是配线本身被完全除去，而无法形成电路本身等的问题。因而，要求研磨装置须能检测最佳的研磨终点。
5.作为研磨终点检测手段，公知有检测研磨转移至不同材质的物质时的研磨摩擦力的变化的方法。研磨对象物的半导体晶片具有由半导体、导体、绝缘体的不同材质构成的积层构造，不同材质层间的摩擦系数不同。因而，是通过研磨转移至不同材质层而产生的研磨摩擦力的变化的方法。采用该方法时，当研磨到达不同材质层时即成为研磨终点。
6.此外，研磨装置通过检测研磨对象物的研磨表面从不平坦状态而变成平坦时的研磨摩擦力的变化，亦可检测研磨终点。
7.此处，研磨研磨对象物时产生的研磨摩擦力作为旋转驱动研磨台或顶环的驱动部的驱动负荷来表现。例如，驱动部是电动马达的情况下，驱动负荷(转矩)可作为流入马达的电流来测定。因而，可由电流传感器检测马达电流(转矩电流)，并依据检测出的马达电流的变化来检测研磨终点。
8.日本特开2004-249458号中公开了：在摆动臂的端部保持顶环的方式中，利用驱动研磨台的马达的马达电流测定研磨摩擦力，来检测研磨终点的方法。在回转输送带上保持多个顶环的方式中，有通过检测回转输送带旋转马达的转矩电流(马达电流)的终点检测方法(日本特开2001-252866号、美国专利第6293845号)。此外，还有通过安装于回转输送带的线性马达在横方向驱动顶环的方式。该方式公开了通过检测线性马达的转矩电流(马达电流)的终点检测方法(美国专利申请公开第2014/0020830号)。
9.现有技术文献
10.专利文献
11.专利文献1：日本特开2004-249458号
12.专利文献2：日本特开2001-252866号
13.专利文献3：美国专利第6293845号
14.专利文献4：美国专利申请公开第2014/0020830号
15.(发明要解决的问题)
16.通过研磨装置执行的研磨程序中，依研磨对象物的种类、研磨垫的种类、研磨液(浆液)的种类、有无摆动臂的摆动等的组合而存在多个研磨条件。例如，研磨时基于改善研磨的均匀性(轮廓)的目的而使摆动臂摆动来进行研磨。此时，利用驱动研磨台的马达(旋转马达)的马达电流来测定研磨摩擦力时，研磨台的旋转中心与晶片的旋转中心的距离通过摆动臂的摆动而变化。因而，因为研磨台的旋转力矩的变化导致摆动臂依摆动周期的变化表现为旋转马达的马达电流。结果，从旋转马达的马达电流检测研磨终点会产生困难。
17.亦有根据用于摆动摆动臂的马达(摆动马达)的电流值检测施加于摆动臂的臂转矩，再依据检测的臂转矩来检测表示研磨结束的研磨终点的方法(以下称为“臂转矩法”)。臂转矩法时，在摆动臂摆动时，因为摆动马达旋转，因摆动导致臂转矩变化。臂转矩法时，与摆动臂摆动时，用于使摆动马达旋转的转矩比较，随伴晶片与研磨垫之间的研磨摩擦力的变化造成转矩的变化微小。因而，若不除去用于使摆动马达旋转的转矩的影响，即无法检测转矩变化，可能无法适当检测研磨的终点，而会发生过度研磨等的问题。亦即，宜精确检测臂转矩的变动，以相较过去更高精度地实现研磨对象物的膜质变化及/或研磨终点的检测。
18.另外，在同时进行研磨与研磨垫的修整时也需要适当检测研磨终点。修整是将钻石等磨石配置于表面的垫修整器抵住研磨垫来进行的。通过垫修整器切削研磨垫表面或将其粗化，在开始研磨前使研磨垫的浆液的保持性良好，或是在使用中恢复研磨垫的浆液的保持性，以维持研磨能力。


技术实现要素：

19.因此，本发明一个方式的课题在于，在将顶环保持于摆动臂的方式中，在摆动臂摆动时，检测晶片与研磨垫之间的摩擦力变化，亦即臂转矩的变动时，以相较过去更为改善的精度来进行检测，提高研磨终点检测的精度。
20.(解决问题的手段)
21.为了解决上述问题，第一方式采用研磨装置的结构，用于在研磨垫与研磨对象物之间进行研磨，该研磨对象物与所述研磨垫相对配置，该研磨装置的特征在于，具有：研磨台，该研磨台用于保持所述研磨垫；保持部，该保持部用于保持所述研磨对象物；摆动臂，该摆动臂用于保持所述保持部；臂驱动部，该臂驱动部用于摆动所述摆动臂；臂转矩检测部，在所述摆动臂以指定的角度范围摆动时，该臂转矩检测部直接或间接检测施加于所述摆动臂的臂转矩；及终点检测部，该终点检测部依据所述臂转矩检测部所检测出的所述臂转矩，检测表示所述研磨结束的研磨终点。
22.第二方式采用第一方式的研磨装置的结构，其特征在于，在所述摆动臂在指定的一个方向摆动时，所述臂转矩检测部以所述指定的角度范围检测所述臂转矩。
23.第三方式采用第一方式的研磨装置的结构，其特征在于，在所述摆动臂在两个方向摆动时，所述臂转矩检测部以所述指定的角度范围检测所述臂转矩。
24.第四方式采用第一方式至第三方式中任何一个方式的研磨装置的结构，其特征在于，所述臂转矩检测部在所述指定的角度范围内的指定的角度检测所述臂转矩。
25.第五方式采用第一方式至第三方式中任何一个方式的研磨装置的结构，其特征在于，所述臂转矩检测部在所述指定的角度范围内的多个角度检测所述臂转矩，对于摆动的至少1个周期，所述终点检测部将在所述多个角度获得的所述臂转矩平均化，并依据平均化所获得的所述臂转矩来检测表示所述研磨结束的研磨终点。
26.第六方式采用第一方式至第五方式中任何一个方式的研磨装置的结构，其特征在于，在所述摆动臂的与所述臂驱动部连接的连接部，所述臂转矩检测部检测施加于所述摆动臂的所述臂转矩。
27.第七方式采用第一方式至第五方式中任何一个方式的研磨装置的结构，其特征在于，所述臂驱动部是使所述摆动臂旋转的旋转马达，所述臂转矩检测部根据所述旋转马达的电流值检测施加于所述摆动臂的所述臂转矩。
28.第八方式采用第一方式至第五方式中任何一个方式的研磨装置的结构，其特征在于，所述终点检测部依据所述旋转马达的所述电流值的微分值，检测表示所述研磨结束的研磨终点。
29.第九方式采用第一方式至第八方式中任何一个方式的研磨装置的结构，其特征在于，所述研磨装置具有垫修整器，该垫修整器进行所述研磨垫的修整，在所述摆动臂摆动时，所述垫修整器进行所述修整。
30.第十方式采用第一方式至第九方式中任何一个方式的研磨装置的结构，其特征在于，所述终点检测部求出所述摆动臂的摆动角度，并求出对应于所述摆动角度的所述臂转矩。
31.第十一方式采用研磨方法的结构，在研磨垫与研磨对象物之间进行研磨，该研磨对象物与所述研磨垫相对配置，该研磨方法的特征在于，将所述研磨垫保持于研磨台，摆动臂对保持部进行保持，该保持部对所述研磨对象物进行保持，臂驱动部摆动所述摆动臂，在所述摆动臂以指定的角度范围摆动时，直接或间接检测施加于所述摆动臂的臂转矩，依据检测出的所述臂转矩，检测表示所述研磨结束的研磨终点。
附图说明
32.图1是表示本发明一种实施方式的研磨装置的整体结构的概略图。
33.图2是表示本发明一种实施方式的研磨装置的整体结构的概略图。
34.图3是说明通过臂转矩检测部检测臂转矩的方法的方块图。
35.图4是表示顶环摆动的情形的图。
36.图5是表示转矩相对稳定的特定摆动角度范围的一例图。
37.图6是表示转矩相对稳定的特定摆动角度范围的另外一例图。
38.图7是表示转矩相对稳定的特定摆动角度范围的又另外一例图。
39.图8是表示摆动周期与特定角度的关系图。
40.图9是表示终点检测部进行的处理的流程图。
41.图10是表示终点检测部取得的马达转速的一例图。
42.图11是表示终点检测部积分而获得的马达角度的一例图。
43.图12是表示终点检测部取得的转矩指令值的一例图。
44.图13是表示移动平均后的转矩指令值的图。
45.图14是表示将转矩指令值分割成每个角度的转矩指令值的图。
46.图15是表示通过数据插补而获得的转矩指令值的图。
47.图16是表示通过移动平均而获得的转矩指令值的图。
48.图17是表示通过各摆动周期的平均而获得的转矩指令值的图。
49.图18是表示通过移动平均而获得的转矩指令值的图。
50.图19是表示通过微分而获得的微分值的图。
51.图20是表示研磨台的马达的电流与臂转矩的图。
52.图21是表示垫修整器往返研磨垫上的指定区域时的垫修整器的位置图。
53.图22是表示将臂转矩微分的值、与将电流微分的值的图。
54.符号说明
55.10:研磨垫
56.14:摆动轴马达
57.16:半导体晶片
58.26:臂转矩检测部
59.28:终点检测部
60.30:研磨台
61.31:顶环
62.33:垫修整器
63.34:研磨装置
64.50:涡电流传感器
65.52:马达
66.56:电流传感器
67.58:角度范围
68.110:摆动臂
69.111:顶环轴杆
70.117:摆动臂轴杆
71.120:一个方向
72.122:一个方向
73.124:角度
74.126:转矩检测部
75.158:角度范围
76.174、176：转矩指令值
77.180：电流
78.182：臂转矩
79.184：时间
80.18a：电流指令
81.258：角度范围
82.26a：转矩指令值
83.358：角度范围
具体实施方式
84.以下，参照图来说明本发明的实施方式。另外，以下的各种实施方式中，在相同或相当的元件上注记相同符号，并省略重复的说明。此外，各种实施方式显示的特征只要彼此不矛盾，亦可适用于其他实施方式。
85.图1是表示本发明一种实施方式的研磨装置34的整体结构的概略图。如图1所示，研磨装置34在研磨垫10以及与研磨垫10相对而配置的研磨对象物之间进行研磨。研磨装置34具备：用于保持研磨垫10的研磨台30；及保持研磨对象物的半导体晶片16等的基板并按压于研磨台上的研磨面的顶环31(保持部)。
86.研磨装置34具有：用于保持顶环31的摆动臂110；用于摆动摆动臂110的摆动轴马达14(臂驱动部)；及在摆动轴马达14中供给驱动电力的驱动器18。再者，研磨装置34具有：当摆动臂110以指定的角度范围摆动时，直接或间接检测施加于摆动臂110的臂转矩的臂转矩检测部26；及依据臂转矩检测部26检测的臂转矩，检测表示研磨结束的研磨终点的终点检测部28。
87.采用本实施方式时，在将顶环31保持于摆动臂110的方式中，在摆动臂110摆动时，检测半导体晶片16与研磨垫10之间的摩擦力变化，亦即臂转矩的变动时，能够以相较过去更为改善的精度进行检测，而使研磨终点检测的精度提高。本实施方式使顶环31的摆动臂110摆动而检测转矩变动时，通过后述的噪声减少等，相较过去可使检测转矩变动的灵敏度更为提高。与所述采用臂转矩法时，在摆动臂摆动时，用于使摆动马达旋转的转矩比较，随伴晶片与研磨垫间的研磨摩擦力的变化的转矩变化微小。因而，若不除去用于使摆动马达旋转的转矩的影响，即无法检测转矩变化，可能无法适当检测研磨终点，而产生过度研磨等的问题。本实施方式如后述，通过当摆动臂110以指定的角度范围摆动时进行研磨终点检测，来解决该问题。
88.本图中，研磨台30经由台轴102连结于配置在其下方的驱动部的马达52，并可在该台轴102周围旋转。在研磨台30的上表面贴合有研磨垫10，研磨垫10的表面101构成研磨半导体晶片16的研磨面。在研磨台30的上方设有研磨液供给喷嘴(无图示)，通过研磨液供给喷嘴在研磨台30上的研磨垫10中供给研磨液q。
89.研磨装置34在马达52中具有供给驱动电力的驱动器118。再者，研磨装置34亦可具有当研磨台30旋转时，检测施加于研磨台30的转矩的转矩检测部126。而终点检测部28亦可依据转矩检测部126检测的转矩来检测表示研磨结束的研磨终点。再者，如图2所示，在研磨台30的内部亦可埋设有在半导体晶片16中生成涡电流、并通过检测该涡电流可检测研磨终点的涡电流传感器50。而终点检测部28亦可依据涡电流传感器50检测的涡电流来检测表示研磨结束的研磨终点。
90.通过图2进一步说明研磨装置34。图2是表示本发明一种实施方式的研磨装置34的整体结构的概略图。顶环31由对研磨面101按压半导体晶片16的顶环主体24；及保持半导体晶片16的外周缘，避免半导体晶片16从顶环飞出的挡圈23而构成。
91.顶环31连接于顶环轴杆111。顶环轴杆111通过无图示的上下移动机构而相对于摆
动臂110上下移动。通过顶环轴杆111的上下移动，使整个顶环31相对于摆动臂110升降而定位。
92.此外，顶环轴杆111经由键(无图示)而连结于旋转筒112。该旋转筒112在其外周部具备定时滑轮113。摆动臂110上固定有顶环用马达114。上述定时滑轮113经由定时皮带115而与设于顶环用马达114的定时滑轮116连接。顶环用马达114旋转时，旋转筒112及顶环轴杆111经由定时滑轮116、定时皮带115、及定时滑轮113而一体旋转，且顶环31旋转。
93.摆动臂110连接于摆动轴马达14的旋转轴。摆动轴马达14固定于摆动臂轴杆117。因此，摆动臂110相对于摆动臂轴杆117可旋转地支撑。
94.顶环31可在其下表面保持半导体晶片16等的基板。摆动臂110能够以摆动臂轴杆117为中心而回转。在下表面保持有半导体晶片16的顶环31通过摆动臂110的回转，而从半导体晶片16的接收位置移动至研磨台30的上方。而后，使顶环31下降，而将半导体晶片16按压于研磨垫10的表面(研磨面)101。此时，使顶环31及研磨台30分别旋转。同时，从设于研磨台30上方的研磨液供给喷嘴在研磨垫10上供给研磨液。如此，使半导体晶片16与研磨垫10的研磨面101滑动接触，来研磨半导体晶片16的表面。
95.如图1所示，研磨装置34具有旋转驱动研磨台30的台驱动部(马达52)。研磨装置34亦可具有检测施加于研磨台30的台转矩的转矩检测部126。转矩检测部126可根据旋转马达的台驱动部的电流检测台转矩。驱动器118将三相(uvw相)的电流54供给至马达52。电流传感器56检测其中一相的电流，并将检测的电流传送至转矩检测部126。转矩检测部126将检测的电流作为台转矩而传送至终点检测部28。终点检测部28亦可仅从臂转矩检测部26检测的臂转矩检测表示研磨结束的研磨终点，亦可也考虑转矩检测部126检测的台转矩而检测表示研磨结束的研磨终点。
96.图2中，在摆动臂110的相对于摆动轴马达14的连接部中，臂转矩检测部26检测施加于摆动臂110的臂转矩。具体而言，臂驱动部是使摆动臂110旋转的摆动轴马达(旋转马达)14，臂转矩检测部26根据摆动轴马达14的电流值检测施加于摆动臂110的臂转矩。摆动轴马达14的电流值是取决于摆动臂110相对于摆动轴马达14的连接部中的臂转矩的量。本实施方式的摆动轴马达14的电流值是从图3所示的驱动器18供给至摆动轴马达14的电流值18b、或是在驱动器18中生成的后述的电流指令18a。此处所谓臂转矩，是将摆动臂110的回转轴108作为中心而对摆动臂110作用的绕回转轴108的力的力矩。所谓台转矩，是将研磨台30的旋转轴192作为中心而对研磨台30作用的绕旋转轴192的力的力矩。
97.利用图3说明通过臂转矩检测部26检测臂转矩的方法。驱动器18从控制部65输入关于摆动臂110的位置的位置指令65a。位置指令65a是相当于摆动臂110相对于摆动臂轴杆117的旋转角度的数据。驱动器18还从内建于摆动轴马达14而安装的编码器36输入摆动臂轴杆117的旋转角度36a。
98.编码器36可检测摆动轴马达14的旋转轴的旋转角度36a，亦即摆动臂轴杆117的旋转角度36a。图3将摆动轴马达14与编码器36独立图示，不过，实际上摆动轴马达14与编码器36为一体化。这种一体型马达的一例为带反馈编码器的同步型ac伺服马达。
99.驱动器18具有：偏差电路38、电流生成电路40、及pwm电路42。偏差电路38从位置指令65a与旋转角度36a求出位置指令65a与旋转角度36a的偏差38a。偏差38a与电流值18b输入电流生成电路40。电流生成电路40从偏差38a与现在的电流值18b生成依偏差38a的电流
指令18a。pwm电路42输入电流指令18a，并通过pwm(脉冲宽度调变)控制而生成电流值18b。电流值18b是可驱动摆动轴马达14的3相(u相、v相、w相)电流。电流值18b供给至摆动轴马达14。
100.电流指令18a是取决于摆动轴马达14的电流值的量，且是取决于臂转矩的量。臂转矩检测部26对电流指令18a进行ad变换、放大、整流、有效值变换等处理中的至少1个处理后，作为臂转矩26a而输出至终点检测部28。摆动轴马达14中安装有用于检测马达的转速的传感器136。计测转速的传感器136可使用电磁式、霍尔元件式、光学式、感应式等传感器。传感器136将检测出的马达的转速138输出至终点检测部28。
101.电流值18b是摆动轴马达14的电流值，且是取决于臂转矩的量。臂转矩检测部26亦可根据电流值18b检测施加于摆动臂110的臂转矩26a。臂转矩检测部26在检测电流值18b时，可使用霍尔传感器等的电流传感器。检测研磨台30的台转矩的转矩检测部126亦可与臂转矩检测部26同样地构成。
102.在臂转矩法中，因为摆动臂摆动时，摆动马达旋转，所以臂转矩因摆动而变化。为了使摆动轴马达14旋转，需要除去转矩的影响，检测仅因研磨摩擦力导致的转矩变化。以下说明检测仅因研磨摩擦力导致转矩变化的方法。图4是表示顶环31与摆动臂110一起摆动的情形的图。本实施方式的摆动臂110在角度范围58内如箭头60般地摆动。此处，所谓角度范围，是摆动臂110以回转轴108为中心而摆动时，以角度(单位为度(
°
))规定摆动臂110摆动的整个范围，或其一部分。本实施方式中，角度范围58是摆动臂110摆动的最大角度范围，且角度范围58恒定。亦即，摆动端62、64在研磨中通常固定。亦可改变摆动端62、64的位置。摆动臂110在角度范围58中进行往返运动。另外，在研磨中亦可扩大或缩小角度范围58。
103.在角度范围58中，摆动端62、64为了改变摆动方向而使摆动臂110的速度变化。因为摆动臂110中产生加速度，所以摆动臂110发生一些上冲(overshoot)、或下冲(undershoot)。如此，摆动端62、64用于使摆动轴马达14旋转的转矩不固定而产生重大变化。宜在摆动端62、64的附近以外检测仅因研磨摩擦力导致的转矩变化。此外，摆动中的特定区域容易发生噪声。因此，本实施方式在转矩相对稳定的特定的摆动角度范围中求出臂转矩。
104.图5是表示转矩相对稳定的特定摆动角度范围的一例图。图5是摆动臂110以位于角度范围58内侧的指定的角度范围158摆动时，亦即，在整个角度范围58摆动的摆动臂110通过角度范围158时，臂转矩检测部26直接或间接检测施加于摆动臂110的臂转矩。转矩在角度范围158中稳定的理由是，由于在角度范围58中为不含摆动端62、64的角度范围58的内侧。角度范围158例如是角度范围58的中心线128(参照图4)前后的范围。作为角度范围158的角度的大小，在将角度范围58的角度的大小设为100％时，角度范围158的角度的大小例如是50％。终点检测部28依据臂转矩检测部26检测的臂转矩来检测表示研磨结束的研磨终点。
105.图6是表示转矩相对稳定的特定摆动角度范围的另外一例图。图6是臂转矩检测部26当摆动臂110在指定的一个方向120摆动时，以位于角度范围58内侧的指定的角度范围258检测臂转矩。亦即，在整个角度范围58摆动的摆动臂110在一个方向120通过角度范围258时，以角度范围258检测臂转矩。臂转矩在指定的一个方向120稳定的理由，是因为摆动臂110的摆动方向与研磨台30的旋转方向相同(或不同)，因而臂转矩稳定。亦即，臂转矩是
依摆动臂110的摆动方向与研磨台30的旋转方向相同或不同而异。仅监视摆动臂110在指定的一个方向120摆动时的臂转矩时，因研磨台30的旋转造成臂转矩的变化减少，容易仅检测因研磨垫10与半导体晶片16间的研磨摩擦力造成臂转矩的变化。
106.臂转矩检测部26于摆动臂110在与指定的一个方向120相反的指定的一个方向122摆动时，亦能够以位于角度范围58内侧的指定的角度范围358检测臂转矩。
107.虽然臂转矩是依摆动臂110的摆动方向与研磨台30的旋转方向相同或不同而变化，但是臂转矩检测部26亦可于摆动臂110在两方向120、122摆动时，以指定的角度范围258、358检测臂转矩。亦即，在整个角度范围58摆动的摆动臂110在一个方向120通过角度范围258，而后在一个方向122通过角度范围258时，以角度范围258、358检测臂转矩。这是因为，有时依摆动臂110的摆动方向与研磨台30的旋转方向相同或不同而转矩的变化量小。
108.此外，亦可在两方向120、122检测臂转矩，求出在两方向120、122的臂转矩的平均值。通过平均化减少因研磨台30的旋转方向不同造成臂转矩的变化，可仅检测因研磨垫10与半导体晶片16间的研磨摩擦力造成臂转矩的变化。
109.图7是表示转矩相对稳定的特定摆动角度范围的又另外一例图。臂转矩检测部26亦可在指定的角度范围58内的指定角度124检测臂转矩。此处，角度124是从角度范围58的一方端部(摆动端62)所测的角度。角度124不限于是角度范围58内的一处，亦可是多处。亦可从多处的臂转矩平均化而算出臂转矩。
110.指定的角度124严格而言不需要是1个角度，例如4度这样的角度。将角度范围58的角度大小设为100％时，亦可是将4度为中心例如相当于1％的角度范围。此外，摆动臂110在两方向120、122摆动时，包含在一个方向120旋转而到达4度的位置时、与在相反的一个方向122旋转而到达时。与图6所说明时同样地，亦可仅考虑在一个方向120旋转而到达4度的位置时，亦可仅考虑在相反的一个方向122旋转而到达时。亦可考虑从两方向到达4度时。
111.臂转矩在指定的1个角度124稳定的理由是，因为摆动臂110在研磨台30上的摆动位置相同，因而摆动臂110从研磨台30承受的转矩相同。因此，在指定的角度124监视臂转矩的变化时，容易仅检测因研磨垫10与半导体晶片16间的研磨摩擦力造成臂转矩的变化。不过，仅以在1个角度124的臂转矩的变化进行终点检测时，容易受到测定值中包含的噪声影响，而需要减少噪声。
112.图5、图6、图7依序检测臂转矩的角度范围变窄。因为随着角度范围变窄，受到研磨台30旋转的影响减少，所以容易仅检测因研磨垫10与半导体晶片16间的研磨摩擦力造成臂转矩的变化。但是，随着角度范围变窄，可检测的臂转矩数据数量减少。因而，数据本身具有的噪声的影响增加。因而需要选择适当的角度范围。
113.一般而言，在指定的角度范围内检测臂转矩时，所获得的臂转矩通常含有噪声。为了减少噪声的1个方法为进行平均化处理。平均化处理包括时间平均。例如，对于多个数据，将检测的时间序列数据予以移动平均来减少噪声。
114.因此，本实施方式中，亦可对于多个数据，将所检测的时间序列数据加以时间性的移动平均。另外的方法亦可将所检测的时间序列数据分类成每个摆动角度的数据后平均化。这是因为，如所述，着眼于在特定的1个摆动角度的臂转矩变化时，最不会受到研磨台30的旋转与摆动臂110的摆动相互作用的影响，而显示因研磨垫10与半导体晶片16间的研磨摩擦力造成臂转矩的变化。
115.将时间序列数据原样平均化时，也有以下的问题。摆动臂110会发生一些上冲、或下冲。此外，通常不进行将摆动周期保持恒定的控制。因而，摆动周期(摆动臂110从指定的角度位置往返1次，又返回该角度位置的时间)产生一些变动而不固定。将时间序列数据原样平均化时，因为摆动周期不固定，且时间与角度位置的关系不固定，所以摆动臂110的角度位置不明。因而，最差的情况为利用在摆动端部误差多的测定值，导致研磨终点的精度降低。
116.利用图8说明这一点。图8是表示摆动周期与特定角度的关系图。图8的横轴是时间(秒：单位为sec)，纵轴是臂转矩的测定值(电压：单位是v)。实心圆是在图7所示的摆动端62的臂转矩，空心圆是在图7所示的角度124的臂转矩。摆动臂110从一方摆动端62进行至另一方的摆动端194，其次，从摆动端194返回摆动端62而往返1次的时间132是摆动周期。摆动臂110从角度124移动至摆动端62的时间134如图8所示不固定。
117.因此，将时间序列数据原样平均化时，如所述，因为时间与角度位置的关系不固定，所以摆动臂110的角度位置不明。因而，最差的情况是利用在摆动的端部误差多的测定值。因此，宜将所检测的时间序列数据分类成每个摆动角度的数据加以平均化。以下的实施方式中，终点检测部28求出摆动臂110的摆动角度，并求出对应于摆动角度的臂转矩。
118.臂转矩检测部26在图5所示的指定角度范围158内的多个角度检测臂转矩，终点检测部28对于摆动的至少1个周期，将在多个角度所获得的臂转矩加以平均化，并依据平均化所获得的臂转矩来检测表示研磨结束的研磨终点。亦即，将所检测的时间序列数据分类成每个摆动角度的数据，然后平均化。这个采用另外的表达方式时，可以说是着眼于以角度位置监视臂转矩，亦即在相同角度位置的臂转矩的变化。此外，亦可说是将时间序列数据变换成每个摆动角度的数据。
119.图9是表示终点检测部28进行的处理的流程图。终点检测部28在图5所示的指定的角度范围158内有摆动臂110时，从传感器136取得马达转速作为电压信号(步骤s10)。所取得的马达转速144的一例显示于图10。图10(a)、10(b)中，横轴是时间(sec)，纵轴是电压(v)。图10(b)将图10(a)的一部分140在横轴方向扩大。图10(b)中，在纵轴方向不扩大。
120.终点检测部28为了从马达转速144除去噪声而取得关于时间的移动平均(步骤s12)。取得移动平均后，将马达转速144积分而算出马达角度146(步骤s14)。马达角度146是摆动臂110的旋转位置。本实施方式的马达角度146在图5所示的角度范围158内。积分后获得的马达角度146的一例显示于图11。图11(a)、11(b)中，横轴是时间(sec)，纵轴是角度(degree)。图11(b)将图11(a)的一部分142在横轴方向扩大。图11(b)中，在纵轴方向不扩大。
121.终点检测部28仅在图11(b)所示的角度范围158中取得臂转矩26a用于检测终点，或是在整个角度范围58中取得臂转矩26a，不过仅将在角度范围158中取得的臂转矩26a用于检测终点。同样地，臂转矩检测部26亦可仅在角度范围158中取得臂转矩26a，或是在整个角度范围58中取得臂转矩26a，不过仅将在角度范围158中所取得的臂转矩26a输出至终点检测部28。
122.终点检测部28在取得马达转速作为电压信号(步骤s10)的同时，若图5所示的指定角度范围158内有摆动臂110时，从臂转矩检测部26取得转矩指令值26a作为电压信号(步骤s16)。所取得的转矩指令值26a的一例显示于图12。图12中，横轴是时间(sec)，纵轴是电压
(v)。
123.终点检测部28为了从取得的转矩指令值26a求出摆动臂110的摆动周期而取自相关(步骤s18)。求出自相关的理由是为了算出摆动周期。了解摆动周期则了解摆动端部的时刻。另外，亦有时在摆动端部，转矩指令值26a为了取得峰值，通过检测峰值而了解摆动周期。但是，转矩指令值26a的峰值不明确，因此有时无法明确地检测周期。信号含有噪声时，一般而言，求出自相关的方法能够可靠检测周期。了解摆动端部的时刻时，在取得转矩指令值26a的移动平均时，可防止实施在摆动端部附近的移动平均，或是横跨摆动端部的移动平均。这是因为在摆动端部附近的移动平均，或是横跨摆动端部的移动平均如所述并不适宜。
124.其次，终点检测部28为了从取得的转矩指令值26a除去噪声，而取得关于时间的移动平均(步骤s20)。此时，不进行在摆动的端部附近的移动平均、或是横跨摆动端部的移动平均。图13表示移动平均后的转矩指令值196。图13中横轴是时间(sec)，纵轴是电压(v)。
125.终点检测部28取得马达角度与转矩指令值时，从这些数据求出摆动臂110的摆动角度、与对应于该角度的转矩指令值，并将转矩指令值分割成每个角度的转矩指令值(步骤s22)。使用“分割”这一表述的理由是因为本实施方式中对于摆动角度，将图5所示的角度范围158分割为100。求出对应于角度的转矩指令值的方法，由于马达角度是摆动臂110的摆动角度，且在取得马达角度的时刻所取得的转矩指令值是对应于摆动臂110的摆动角度的转矩指令值，因此可求出对应于摆动角度的转矩指令值。
126.图14表示将转矩指令值分割成每个角度的转矩指令值的图。1个圈号152表示分割为100的1个角度的转矩指令值。图14中，横轴是时间(sec)，纵轴是电压(v)。在纵方向的1列部分的数据150是摆动臂110往返1次时，且在角度范围158内取得的转矩指令值。不过，在纵方向的1列部分的数据150因为取得的时间各不相同，所以严格而言并非在同一个时间轴上。各个数据配置在对应于取得各个数据的时间的时间轴上的位置。这一点就以下的图15、图16亦同样。
127.在纵方向的1列部分的数据150中，最上部附近的数据160是在图5所示的角度范围158的端部164、166附近其中一个取得的数据。在纵方向的1列部分的数据150中，最下部附近的数据162是在图5所示的角度范围158的164、166附近的其中一个取得的数据。这一点就以下的图15、图16亦同样。因为在角度范围158的端部164、166，与端部164及端部166之间比较，臂转矩大或小，所以成为图14所示的分布。从图12、图13了解在角度范围158的端部164、166，与端部164及端部166之间比较，臂转矩大或小。
128.其次，终点检测部28为了求出分割为100的转矩指令值之间的转矩指令值，而通过数据插补求出分割为100的转矩指令值的时间性邻接的转矩指令值之间的转矩指令值(步骤s24)。数据插补方法可为线形插补、或通过二次函数插补等。通过插补所获得的转矩指令值显示于图15。图15中，横轴是时间(sec)，纵轴是电压(v)。1条横线154表示分割为100的1个角度的转矩指令值。经插补的数据并未图示于图15。图15中，以直线连结相同角度而邻接的横线154的各端部。
129.插补后，终点检测部28为了除去噪声而进行移动平均(步骤s26)。通过移动平均所获得的转矩指令值显示于图16。图16中，横轴是时间(sec)，纵轴是电压(v)。1个点156表示分割为100的1个角度移动平均后的转矩指令值。插补后的数据并未图示于图16。图15并未连接相同角度而邻接的各点16。因而，在图15中可看出，在横方向连续的1条线可看成孤立
的点156连续。
130.从图14～图16，特别是从图16了解以下内容。在图16中显著显示，可看出在在横方向上线状延伸的多条相同曲线在上下方向并列。采取另外的表达方式时，可看出多条横纹花样在上下方向并列。例如，各最上部的数据160、各最下部的数据162、及在最上部的数据160与最下部的数据162之间的各数据可看出分别构成1个条纹。实际上1个条纹是由多个点156而构成，并非点156连续。但是，图16显示，可看出1个条纹是将每个摆动角度的臂转矩在研磨中也与摆动臂110摆动无关地进行比较和缓的变化。并且，图16亦显示臂转矩在研磨结束时候168、172大幅变化。
131.返回图9的流程图时，终点检测部28在求出移动平均(步骤s26)后，算出每个摆动周期(每个时间)的平均值(步骤s28)。这是对于图16所示的在纵方向的1列部分的数据150算出平均值。并将获得的平均化后的转矩指令值174显示于图17。图17中，横轴是时间(sec)，纵轴是电压(v)。因为转矩指令值174是每个摆动周期(每个时间)的平均值，所以时间性不连续地算出。图17所示的转矩指令值174是以直线连结时间性不连续的转矩指令值174所获得的折线图。
132.终点检测部28其次求出转矩指令值174的关于时间的移动平均(步骤s30)。通过移动平均而获得的转矩指令值176显示于图18。图18中，横轴是时间(sec)，纵轴是电压(v)。
133.终点检测部28其次求出转矩指令值176的微分(步骤s32)。终点检测部28其次求出微分后的转矩指令值176关于时间的移动平均(步骤s34)。通过移动平均而获得的微分值178显示于图19。图19中，横轴是时间(sec)，纵轴是电压(v)/时间(分钟)。
134.终点检测部28其次从微分值178判定是否到达研磨终点。这是通过微分值178是否满足用于检测研磨终点的指定的检测条件来作判定的(步骤s36)。指定的检测条件例如是微分值178是否比指定值大。指定的检测条件并非限于此。指定的检测条件例如亦可是图18所示的转矩指令值176是否比指定值大。
135.终点检测部28判断为图19的微分值178、或是图18的转矩指令值176满足用于检测研磨终点的指定的检测条件时，判断为检测出研磨终点(步骤s38)。此时研磨结束。另外，终点检测部28判断为微分值178不满足用于检测研磨终点的指定的检测条件时，为了继续进行研磨终点的检测而返回步骤s10、s16。
136.以上的实施方式是研磨装置具有进行研磨垫的修整的垫修整器33，不过，摆动臂110为了研磨而摆动时，垫修整器33不进行修整。但是，亦可摆动臂110为了研磨而摆动时，垫修整器33进行修整。
137.摆动臂110为了研磨而摆动时，且垫修整器33进行修整时，可能会对于检测臂转矩造成不良影响。对于垫修整器33进行修整时，是否会对臂转矩的检测造成不良影响而进行实验的结果显示于图20～22。依图20～22所示的实验，确认修整对研磨台30的马达52的电流影响大，不过对臂转矩的影响极小。
138.图20显示驱动研磨台30的马达52的电流180、与臂转矩182。图20中，横轴是时间(sec)，纵轴是电流(a)。图20中亦显示垫修整器33为了修整，在研磨垫10上的指定区域往返1次时需要的1个周期的时间184。垫修整器33在研磨垫10上的指定区域往返时垫修整器33的位置186显示于图21。图21中，横轴是时间(sec)，纵轴是距离(mm)。位置186是从研磨垫10上的指定基准点所测定的垫修整器33的位置。
139.图22显示将臂转矩182微分的值188、与将电流180微分的值190。图22中，横轴是时间(sec)，纵轴是电流(a)/时间(分钟)。从图20、22了解马达52的电流180呈现与垫修整器33的摆动运动同步的噪声。另外，了解臂转矩182中呈现与垫修整器33的摆动运动同步的噪声。因此，摆动臂110为了研磨而摆动时，即使垫修整器33进行修整，仍可精确检测臂转矩182。
140.另外，臂转矩的检测方法，亦可为监视驱动摆动臂110的摆动轴马达14的电流以外的方法。例如，亦可在摆动臂110中，通过接合等而配置检测摆动臂110的转矩变动的转矩传感器。转矩传感器可使用负载传感器或应变仪。
141.以下说明关于在研磨垫10以及与研磨垫10相对而配置的半导体晶片16之间进行研磨的研磨方法。使用图1所示的研磨装置34的研磨方法是将研磨垫10保持于研磨台30，摆动臂110保持其保持半导体晶片16的顶环31。摆动轴马达14摆动摆动臂110。摆动臂110以指定的角度范围158摆动时，臂转矩检测部26直接或间接检测施加于摆动臂110的臂转矩26a。终点检测部28依据检测的臂转矩26a检测表示研磨结束的研磨终点。
142.另外，本发明的实施方式的动作亦可使用以下的软件及/或系统来进行。例如，系统(研磨装置)具有：控制整体的主控制器(控制部)；及控制各部(驱动部、保持部、终点检测部)的动作的多个子控制器。主控制器及子控制器分别具有cpu、存储器、记录介质、及用于使各部动作而储存于记录介质的软件(程序)。本发明的实施方式的研磨方法，例如终点检测部执行的“依据检测的臂转矩26a检测表示研磨结束的研磨终点的方法”亦可通过软件(程序)来执行。
143.以上，说明了本发明的实施方式的例，不过，上述发明的实施方式是为了容易了解本发明，而并非限定本发明，本发明在不脱离其主旨下可变更及改良，并且本发明当然包含其等效物。此外，在可解决上述问题的至少一部分的范围、或是可达到效果的至少一部分的范围内，记载于权利要求及说明书的各结构元件可任意组合或省略。