特開 2023-144946 研磨装置および研磨方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023144946

(43)【公開日】2023-10-11

(54)【発明の名称】研磨装置および研磨方法

(51)【国際特許分類】

   B24B 49/12 20060101AFI20231003BHJP

   B24B 49/10 20060101ALI20231003BHJP

   B24B 37/005 20120101ALI20231003BHJP

   B24B 37/32 20120101ALI20231003BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20231003BHJP

【ＦＩ】

B24B49/12

B24B49/10

B24B37/005 A

B24B37/32 Z

H01L21/304 621D

【審査請求】未請求

【請求項の数】17

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022052168

(22)【出願日】2022-03-28

(71)【出願人】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100146710

【弁理士】

【氏名又は名称】鐘ヶ江 幸男

(74)【代理人】

【識別番号】100186613

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邊 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100138759

【弁理士】

【氏名又は名称】大房 直樹

(72)【発明者】

【氏名】石井 遊

【テーマコード（参考）】

3C034

3C158

5F057

【Ｆターム（参考）】

3C034AA13

3C034AA19

3C034BB73

3C034BB92

3C034BB93

3C034CA11

3C034CA22

3C034CA26

3C034CA30

3C034CB04

3C034CB14

3C034CB18

3C034CB20

3C034DD10

3C034DD20

3C158AA07

3C158AC02

3C158BA04

3C158BA05

3C158BA07

3C158BA09

3C158BB02

3C158BB06

3C158BB08

3C158BB09

3C158BC01

3C158BC02

3C158CB01

3C158DA12

3C158DA17

3C158EA13

3C158EB01

5F057AA20

5F057BA15

5F057CA12

5F057DA03

5F057GA03

5F057GA13

5F057GB02

5F057GB03

5F057GB13

5F057GB21

(57)【要約】

【課題】研磨テーブルに設けられたセンサの測定位置を正確に特定する。
【解決手段】研磨装置は、研磨面を有する研磨テーブルと、前記研磨面に対向するように研磨対象物を保持するための研磨ヘッドと、前記研磨テーブルを回転させるためのテーブル回転モータと、前記研磨ヘッドを回転させるためのヘッド回転モータと、前記研磨テーブルの回転角度を検知するように構成されたテーブル角度検知部と、前記研磨ヘッドの回転角度を検知するように構成されたヘッド角度検知部と、前記研磨テーブルに設けられたセンサであって、前記研磨テーブルと前記研磨ヘッドの回転によって前記センサが前記研磨対象物を通過した際に前記研磨対象物の状態を測定するように構成されたセンサと、前記研磨テーブルの回転角度と前記研磨ヘッドの回転角度に基づいて、前記研磨対象物上における前記センサの測定位置を特定するように構成された測定位置特定部と、を備える。
【選択図】図１０

【特許請求の範囲】

【請求項1】

研磨面を有する研磨テーブルと、
前記研磨面に対向するように研磨対象物を保持するための研磨ヘッドと、
前記研磨テーブルを回転させるためのテーブル回転モータと、
前記研磨ヘッドを回転させるためのヘッド回転モータと、
前記研磨テーブルの回転角度を検知するように構成されたテーブル角度検知部と、
前記研磨ヘッドの回転角度を検知するように構成されたヘッド角度検知部と、
前記研磨テーブルに設けられたセンサであって、前記研磨テーブルと前記研磨ヘッドの回転によって前記センサが前記研磨対象物を通過した際に前記研磨対象物の状態を測定するように構成されたセンサと、
前記研磨テーブルの回転角度と前記研磨ヘッドの回転角度に基づいて、前記研磨対象物上における前記センサの測定位置を特定するように構成された測定位置特定部と、
を備える研磨装置。

【請求項2】

前記テーブル角度検知部は、前記テーブル回転モータに設けられたエンコーダであり、
前記ヘッド角度検知部は、前記ヘッド回転モータに設けられたエンコーダである、
請求項１に記載の研磨装置。

【請求項3】

前記研磨ヘッドに設置されたマーカーと、
前記マーカーの三次元位置を測定する測定部と、
をさらに備え、
前記ヘッド角度検知部は、前記測定部によって測定された前記マーカーの三次元位置に基づいて、前記研磨ヘッドの回転角度を検知するように構成される、
請求項１に記載の研磨装置。

【請求項4】

前記研磨テーブルに設けられ、それぞれ前記研磨ヘッドのエッジまたは前記研磨対象物のエッジを検出するように構成された、少なくとも２つのエッジ検出センサをさらに備え、
前記ヘッド角度検知部は、前記少なくとも２つのエッジ検出センサのうちの第１エッジ検出センサによる前記エッジの検出タイミングと、前記少なくとも２つのエッジ検出センサのうちの第２エッジ検出センサによる前記エッジの検出タイミングとの時間差に基づいて、前記研磨ヘッドの回転角度を検知するように構成される、
請求項１に記載の研磨装置。

【請求項5】

前記ヘッド角度検知部は、前記時間差に基づいて、前記研磨テーブルと前記研磨ヘッドの回転に伴って前記センサが前記研磨ヘッドまたは前記研磨対象物のエッジを通過するタイミングにおける、前記研磨テーブルに対する前記研磨ヘッドの相対的な回転角度を検知するように構成される、請求項４に記載の研磨装置。

【請求項6】

前記研磨ヘッドは、前記研磨ヘッドまたは前記研磨対象物の外周に沿って配置された金属フレームを備え、
前記少なくとも２つのエッジ検出センサは、前記金属フレームに近接したことを示す信号を出力するように構成される、請求項４または５に記載の研磨装置。

【請求項7】

前記金属フレームは、前記研磨ヘッドまたは前記研磨対象物の外周の異なる部分において異なる厚さを有する、または異なる種類の金属で構成される、請求項６に記載の研磨装置。

【請求項8】

前記金属フレームは角形であり、その各辺が異なる厚さを有する、または異なる種類の
金属で構成される、請求項７に記載の研磨装置。

【請求項9】

前記少なくとも２つのエッジ検出センサは渦電流センサである、請求項６から８のいずれか１項に記載の研磨装置。

【請求項10】

前記研磨ヘッドを揺動させるための揺動モータをさらに備え、
前記測定位置特定部は、前記研磨テーブルの回転角度、前記研磨ヘッドの回転角度、および前記研磨ヘッドの揺動角度に基づいて、前記研磨対象物上における前記センサの測定位置を特定するように構成される、請求項１から９のいずれか１項に記載の研磨装置。

【請求項11】

前記センサによって測定された前記研磨対象物の状態と、前記測定位置特定部によって特定された前記研磨対象物上における前記センサの測定位置とに基づいて、前記研磨対象物の状態に関する位置的な分布を表す研磨プロファイルを作成するように構成されたプロファイル作成部をさらに備える、請求項１から１０のいずれか１項に記載の研磨装置。

【請求項12】

前記研磨対象物の状態は、前記研磨対象物の膜厚である、請求項１１に記載の研磨装置。

【請求項13】

前記研磨ヘッドは、前記研磨対象物を複数の領域ごとに前記研磨面に対して押圧するように構成された押圧機構を備え、
前記研磨装置は、前記プロファイル作成部によって作成された研磨プロファイルを目標研磨プロファイルと比較し、比較結果に基づいて前記複数の領域ごとに前記押圧機構の押圧力を制御するように構成された圧力制御部をさらに備える、
請求項１１または１２に記載の研磨装置。

【請求項14】

前記押圧機構は、前記研磨対象物の各々の領域を押圧する複数の流体加圧室または圧電素子を含む、請求項１３に記載の研磨装置。

【請求項15】

前記研磨ヘッドは、前記研磨対象物の外周を取り囲むように配置されたリテーナを備え、前記リテーナは、前記外周に沿って分割された複数の区画ごとに前記研磨面を押圧するように構成され、
前記圧力制御部は、前記比較結果に基づいて、前記複数の区画ごとに前記リテーナの押圧力を制御するようにさらに構成される、請求項１３または１４に記載の研磨装置。

【請求項16】

前記リテーナは、前記複数の区画の各々に対応する複数の流体加圧室または圧電素子を含む、請求項１５に記載の研磨装置。

【請求項17】

研磨面を有する研磨テーブルを回転させるステップと、
前記研磨面に対向するように研磨対象物を保持するための研磨ヘッドを回転させるステップと、
前記研磨テーブルの回転角度を検知するステップと、
前記研磨ヘッドの回転角度を検知するステップと、
前記研磨テーブルに設けられたセンサを用いて、前記研磨テーブルと前記研磨ヘッドの回転によって前記センサが前記研磨対象物を通過した際に前記研磨対象物の状態を測定するステップと、
前記研磨テーブルの回転角度と前記研磨ヘッドの回転角度に基づいて、前記研磨対象物上における前記センサの測定位置を特定するステップと、
を含む研磨方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、研磨装置および研磨方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスの製造装置のひとつに、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing、化学機械研磨）装置がある。代表的なＣＭＰ装置は、研磨パッドが取り付けられた研磨テーブルと、研磨対象である基板が取り付けられた研磨ヘッドとを備える。代表的なＣＭＰ装置においては、研磨液を研磨パッドに供給し、研磨パッドと基板とを接触させた状態で研磨テーブルおよび研磨ヘッドの少なくとも一方を回転させることで基板が研磨される。

【0003】

研磨テーブルには基板の研磨状態を検出するためのセンサが設けられる。センサの測定値を用いて、研磨の制御が行われる。特許文献１には、センサの測定位置を特定する方法の一例が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第５３４０７９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

研磨テーブルに設けられたセンサの測定位置を正確に特定することが望まれる。

【課題を解決するための手段】

【0006】

［形態１］形態１によれば、研磨面を有する研磨テーブルと、前記研磨面に対向するように研磨対象物を保持するための研磨ヘッドと、前記研磨テーブルを回転させるためのテーブル回転モータと、前記研磨ヘッドを回転させるためのヘッド回転モータと、前記研磨テーブルの回転角度を検知するように構成されたテーブル角度検知部と、前記研磨ヘッドの回転角度を検知するように構成されたヘッド角度検知部と、前記研磨テーブルに設けられたセンサであって、前記研磨テーブルと前記研磨ヘッドの回転によって前記センサが前記研磨対象物を通過した際に前記研磨対象物の状態を測定するように構成されたセンサと、前記研磨テーブルの回転角度と前記研磨ヘッドの回転角度に基づいて、前記研磨対象物上における前記センサの測定位置を特定するように構成された測定位置特定部と、を備える研磨装置が提供される。

【0007】

［形態２］形態２によれば、形態１の研磨装置において、前記テーブル角度検知部は、前記テーブル回転モータに設けられたエンコーダであり、前記ヘッド角度検知部は、前記ヘッド回転モータに設けられたエンコーダである。

【0008】

［形態３］形態３によれば、形態１の研磨装置において、前記研磨ヘッドに設置されたマーカーと、前記マーカーの三次元位置を測定する測定部と、をさらに備え、前記ヘッド角度検知部は、前記測定部によって測定された前記マーカーの三次元位置に基づいて、前記研磨ヘッドの回転角度を検知するように構成される。

【0009】

［形態４］形態４によれば、形態１の研磨装置において、前記研磨テーブルに設けられ、それぞれ前記研磨ヘッドのエッジまたは前記研磨対象物のエッジを検出するように構成された、少なくとも２つのエッジ検出センサをさらに備え、前記ヘッド角度検知部は、前記少なくとも２つのエッジ検出センサのうちの第１エッジ検出センサによる前記エッジの
検出タイミングと、前記少なくとも２つのエッジ検出センサのうちの第２エッジ検出センサによる前記エッジの検出タイミングとの時間差に基づいて、前記研磨ヘッドの回転角度を検知するように構成される。

【0010】

［形態５］形態５によれば、形態４の研磨装置において、前記ヘッド角度検知部は、前記時間差に基づいて、前記研磨テーブルと前記研磨ヘッドの回転に伴って前記センサが前記研磨ヘッドまたは前記研磨対象物のエッジを通過するタイミングにおける、前記研磨テーブルに対する前記研磨ヘッドの相対的な回転角度を検知するように構成される。

【0011】

［形態６］形態６によれば、形態４または５の研磨装置において、前記研磨ヘッドは、前記研磨ヘッドまたは前記研磨対象物の外周に沿って配置された金属フレームを備え、前記少なくとも２つのエッジ検出センサは、前記金属フレームに近接したことを示す信号を出力するように構成される。

【0012】

［形態７］形態７によれば、形態６の研磨装置において、前記金属フレームは、前記研磨ヘッドまたは前記研磨対象物の外周の異なる部分において異なる厚さを有する、または異なる種類の金属で構成される。

【0013】

［形態８］形態８によれば、形態７の研磨装置において、前記金属フレームは角形であり、その各辺が異なる厚さを有する、または異なる種類の金属で構成される。

【0014】

［形態９］形態９によれば、形態６から８のいずれか１つの研磨装置において、前記少なくとも２つのエッジ検出センサは渦電流センサである。

【0015】

［形態１０］形態１０によれば、形態１から９のいずれか１つの研磨装置において、前記研磨ヘッドを揺動させるための揺動モータをさらに備え、前記測定位置特定部は、前記研磨テーブルの回転角度、前記研磨ヘッドの回転角度、および前記研磨ヘッドの揺動角度に基づいて、前記研磨対象物上における前記センサの測定位置を特定するように構成される。

【0016】

［形態１１］形態１１によれば、形態１から１０のいずれか１つの研磨装置において、前記センサによって測定された前記研磨対象物の状態と、前記測定位置特定部によって特定された前記研磨対象物上における前記センサの測定位置とに基づいて、前記研磨対象物の状態に関する位置的な分布を表す研磨プロファイルを作成するように構成されたプロファイル作成部をさらに備える。
［形態１２］形態１２によれば、形態１１の研磨装置において、前記研磨対象物の状態は、前記研磨対象物の膜厚である。

【0017】

［形態１３］形態１３によれば、形態１１または１２の研磨装置において、前記研磨ヘッドは、前記研磨対象物を複数の領域ごとに前記研磨面に対して押圧するように構成された押圧機構を備え、前記研磨装置は、前記プロファイル作成部によって作成された研磨プロファイルを目標研磨プロファイルと比較し、比較結果に基づいて前記複数の領域ごとに前記押圧機構の押圧力を制御するように構成された圧力制御部をさらに備える。

【0018】

［形態１４］形態１４によれば、形態１３の研磨装置において、前記押圧機構は、前記研磨対象物の各々の領域を押圧する複数の流体加圧室または圧電素子を含む。

【0019】

［形態１５］形態１５によれば、形態１３または１４の研磨装置において、前記研磨ヘッドは、前記研磨対象物の外周を取り囲むように配置されたリテーナを備え、前記リテーナは、前記外周に沿って分割された複数の区画ごとに前記研磨面を押圧するように構成さ
れ、前記圧力制御部は、前記比較結果に基づいて、前記複数の区画ごとに前記リテーナの押圧力を制御するようにさらに構成される。

【0020】

［形態１６］形態１６によれば、形態１５の研磨装置において、前記リテーナは、前記複数の区画の各々に対応する複数の流体加圧室または圧電素子を含む。

【0021】

［形態１７］形態１７によれば、研磨面を有する研磨テーブルを回転させるステップと、前記研磨面に対向するように研磨対象物を保持するための研磨ヘッドを回転させるステップと、前記研磨テーブルの回転角度を検知するステップと、前記研磨ヘッドの回転角度を検知するステップと、前記研磨テーブルに設けられたセンサを用いて、前記研磨テーブルと前記研磨ヘッドの回転によって前記センサが前記研磨対象物を通過した際に前記研磨対象物の状態を測定するステップと、前記研磨テーブルの回転角度と前記研磨ヘッドの回転角度に基づいて、前記研磨対象物上における前記センサの測定位置を特定するステップと、を含む研磨方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】一実施形態による研磨装置の構成を概略的に示す斜視図である。

【図2】一実施形態による、研磨対象物である基板を保持して研磨パッド上の研磨面に基板を押圧するトップリングの模式的な断面図である。

【図3】一実施形態による、トップリングを研磨テーブル側から見た図である。

【図4A】一実施形態による弾性膜（メンブレン）の構造を示す上面図である。

【図4B】図４Ａに示される矢印Ｂ－Ｂに沿って切り出した断面図である。

【図4C】図４Ａに示される矢印Ｃ－Ｃに沿って切り出した断面図である。

【図5】研磨テーブルの内部構造を模式的に示す断面図である。

【図6】一実施形態による光学式センサのより詳しい構成を示す模式図である。

【図7】トップリングに保持された基板上を通過するセンサの軌道の一例を示す。

【図8】一実施形態による、センサの測定位置を特定することが可能な研磨装置の概略的な構成図である。

【図9】一実施形態による、センサの測定位置を特定することが可能な研磨装置の概略的な構成図である。

【図10】一実施形態による、センサの測定位置を特定することが可能な研磨装置の概略的な構成図である。

【図11】金属フレームを備えるトップリングの模式図である。

【図12A】エッジ検出タイミングに基づくトップリングの回転角度の算出方法を説明するための概念図である。

【図12B】エッジ検出タイミングに基づくトップリングの回転角度の算出方法を説明するための概念図である。

【図12C】エッジ検出タイミングに基づくトップリングの回転角度の算出方法を説明するための概念図である。

【図13】金属フレームを備えるトップリングの別の実施形態を示す図である。

【図14】制御装置による研磨装置の例示的な制御フローを示す。

【図15】一実施形態による、トップリングを研磨テーブル側から見た図である。

【図16】一実施形態による、トップリングを研磨テーブル側から見た図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下で説明する図面において、同一の又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

【0024】

図１は、一実施形態による研磨装置３００の構成を概略的に示す斜視図である。図１に示すように、研磨装置３００は、研磨テーブル３５０と、研磨対象物である基板を保持し
て研磨テーブル３５０上の研磨面に押圧する研磨ヘッドを構成するトップリング３０２とを備えている。研磨テーブル３５０は、テーブル軸３５１を介してその下方に配置される研磨テーブル回転モータ（図示せず）に連結されており、そのテーブル軸３５１周りに回転可能になっている。研磨テーブル３５０の上面には研磨パッド３５２が貼付されており、研磨パッド３５２の表面３５２ａが基板を研磨する研磨面を構成している。一実施形態において、研磨パッド３５２は、研磨テーブル３５０からの剥離を容易にするための層を介して貼り付けられてもよい。そのような層は、たとえばシリコーン層やフッ素系樹脂層などがあり、例えば特開２０１４－１７６９５０号公報などに記載されているものを使用してもよい。研磨パッドに代えて、他の研磨手段が用いられてもよい。例えば、研磨粒子を樹脂のバインダーで固定した固定砥粒や研磨テープ、あるいは他の公知の研削手段が、研磨テーブル３５０上に設けられてもよい。

【0025】

研磨テーブル３５０の上方には研磨液供給ノズル３５４が設置されており、この研磨液供給ノズル３５４によって研磨テーブル３５０上の研磨パッド３５２上に研磨液が供給されるようになっている。また、図１に示されるように、研磨テーブル３５０およびテーブルシャフト３５１には、研磨液を供給するための通路３５３が設けられている。通路３５３は、研磨テーブル３５０の表面の開口部３５５に連通している。研磨テーブル３５０の開口部３５５に対応する位置において研磨パッド３５２は貫通孔３５７が形成されており、通路３５３を通る研磨液は、研磨テーブル３５０の開口部３５５および研磨パッド３５２の貫通孔３５７から研磨パッド３５２の表面に供給される。なお、研磨テーブル３５０の開口部３５５および研磨パッド３５２の貫通孔３５７は、１つであっても複数でもよい。また、研磨テーブル３５０の開口部３５５および研磨パッド３５２の貫通孔３５７の位置は任意であるが、一実施形態においては研磨テーブル３５０の中心付近に配置される。

【0026】

図１には示されていないが、一実施形態において、研磨装置３００は、液体、又は、液体と気体との混合流体、を研磨パッド３５２に向けて噴射するためのアトマイザを備えてもよい。アトマイザから噴射される液体は、例えば、純水であってよく、気体は、例えば、窒素ガスであってよい。

【0027】

トップリング３０２は、トップリングシャフト１８に接続されており、このトップリングシャフト１８は、上下動機構３１９により揺動アーム３６０に対して上下動するようになっている。このトップリングシャフト１８の上下動により、揺動アーム３６０に対してトップリング３０２の全体を上下動させ位置決めするようになっている。トップリングシャフト１８は、図示しないトップリング回転モータの駆動により回転するようになっている。トップリングシャフト１８の回転により、トップリング３０２がトップリングシャフト１８を中心にして回転するようになっている。なお、トップリングシャフト１８の上端にはロータリージョイント３２３が取り付けられている。

【0028】

なお、市場で入手できる研磨パッドとしては種々のものがあり、例えば、ニッタ・ハース株式会社製のＳＵＢＡ８００（「ＳＵＢＡ」は登録商標）、ＩＣ－１０００、ＩＣ－１０００／ＳＵＢＡ４００（二層クロス）、フジミインコーポレイテッド社製のＳｕｒｆｉｎ ｘｘｘ－５、Ｓｕｒｆｉｎ ０００等（「ｓｕｒｆｉｎ」は登録商標）がある。ＳＵＢＡ８００、Ｓｕｒｆｉｎ ｘｘｘ－５、Ｓｕｒｆｉｎ ０００は繊維をウレタン樹脂で固めた不織布であり、ＩＣ－１０００は硬質の発泡ポリウレタン（単層）である。発泡ポリウレタンは、ポーラス（多孔質状）になっており、その表面に多数の微細なへこみまたは孔を有している。

【0029】

トップリング３０２は、その下面に四角形の基板を保持できるようになっている。揺動アーム３６０は支軸３６２を中心として旋回可能に構成されている。トップリング３０２は、揺動アーム３６０の旋回により、不図示の搬送ユニットの基板受け渡し位置と研磨テ
ーブル３５０の上方との間で移動可能である。トップリングシャフト１８を下降させることで、トップリング３０２を下降させて基板を研磨パッド３５２の表面（研磨面）３５２ａに押圧することができる。このとき、トップリング３０２および研磨テーブル３５０をそれぞれ回転させ、研磨テーブル３５０の上方に設けられた研磨液供給ノズル３５４から、および／または、研磨テーブル３５０に設けられた開口部３５５から研磨パッド３５２上に研磨液を供給する。このように、基板を研磨パッド３５２の研磨面３５２ａに押圧して基板の表面を研磨することができる。基板の研磨中に、トップリング３０２が研磨パッド３５２の貫通孔３５７を覆うようにアーム３６０を固定してもよいし、あるいは、トップリング３０２が研磨パッド３５２の中心を通過するようにアーム３６０を揺動させてもよい。

【0030】

トップリングシャフト１８およびトップリング３０２を上下動させる上下動機構３１９は、軸受３２１を介してトップリングシャフト１８を回転可能に支持するブリッジ２８と、ブリッジ２８に取り付けられたボールねじ３２と、支柱１３０により支持された支持台２９と、支持台２９上に設けられたＡＣサーボモータ３８とを備えている。サーボモータ３８を支持する支持台２９は、支柱１３０を介して揺動アーム３６０に固定されている。

【0031】

ボールねじ３２は、サーボモータ３８に連結されたねじ軸３２ａと、このねじ軸３２ａが螺合するナット３２ｂとを備えている。トップリングシャフト１８は、ブリッジ２８と一体となって上下動するようになっている。したがって、サーボモータ３８を駆動すると、ボールねじ３２を介してブリッジ２８が上下動し、これによりトップリングシャフト１８およびトップリング３０２が上下動する。

【0032】

一実施形態による研磨装置３００は、研磨パッド３５２の研磨面３５２ａをドレッシングするドレッシングユニット３５６を備えている。このドレッシングユニット３５６は、研磨面３５２ａに摺接されるドレッサ５０と、ドレッサ５０が連結されるドレッサシャフト５１と、ドレッサシャフト５１の上端に設けられたエアシリンダ５３と、ドレッサシャフト５１を回転自在に支持する揺動アーム５５とを備えている。ドレッサ５０の下部はドレッシング部材５０ａにより構成され、このドレッシング部材５０ａの下面には針状のダイヤモンド粒子が付着している。エアシリンダ５３は、支柱５６により支持された支持台５７上に配置されており、これらの支柱５６は揺動アーム５５に固定されている。

【0033】

揺動アーム５５は図示しないモータに駆動されて、支軸５８を中心として旋回するように構成されている。ドレッサシャフト５１は、図示しないモータの駆動により回転し、このドレッサシャフト５１の回転により、ドレッサ５０がドレッサシャフト５１周りに回転するようになっている。エアシリンダ５３は、ドレッサシャフト５１を介してドレッサ５０を上下動させ、ドレッサ５０を所定の押圧力で研磨パッド３５２の研磨面３５２ａに押圧する。

【0034】

研磨パッド３５２の研磨面３５２ａのドレッシングは次のようにして行われる。ドレッサ５０はエアシリンダ５３により研磨面３５２ａに押圧され、これと同時に図示しない純水供給ノズルから純水が研磨面３５２ａに供給される。この状態で、ドレッサ５０がドレッサシャフト５１周りに回転し、ドレッシング部材５０ａの下面（ダイヤモンド粒子）を回転する研磨面３５２ａに摺接させるとともに揺動アーム５５を研磨面３５２ａ上で揺動させる。このようにして、ドレッサ５０により研磨パッド３５２が削り取られ、研磨面３５２ａがドレッシングされる。

【0035】

次に、一実施形態による研磨装置３００におけるトップリング３０２について説明する。図２は、一実施形態による、研磨対象物である基板を保持して研磨パッド上の研磨面に基板を押圧するトップリング３０２の模式的な断面図である。図２おいては、トップリン
グ３０２を構成する主要構成要素だけを模式的に図示している。図３は、一実施形態による、トップリング３０２を研磨テーブル３５０側から見た図である。

【0036】

図２に示されるように、トップリング３０２は、基板ＷＦを研磨面３５２ａに対して押圧するトップリング本体２と、研磨面３５２ａを直接押圧するリテーナ部材３とを有する。トップリング本体２は概略四角形の平板状の部材からなり、リテーナ部材３はトップリング本体２の外周部に取り付けられている。一実施形態において、リテーナ部材３は、図３に示さるように細長い長方形の板状の部材である。図３に示される実施形態においては、リテーナ部材３は、４本の板状の部材が四角形のトップリング本体２の各辺の外側に設けられている。図３に示されるリテーナ部材３は、細長いリテーナ部材３の端部が扇形になった形状である。そのため、図３に示されるように４個のリテーナ部材３を組み合わせることで、トップリング本体２の角部も含めてほぼ全体をリテーナ部材３で囲むことができる。トップリング本体２は、エンジニアリングプラスティック（例えば、ＰＥＥＫ）などの樹脂により形成されている。トップリング本体２の下面には、基板の裏面に接触する弾性膜（メンブレン）４が取り付けられている。一実施形態において、弾性膜（メンブレン）４は、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度および耐久性に優れたゴム材によって形成される。一実施形態において、弾性膜（メンブレン）４は、金型を使用してゴム材から形成することができる。

【0037】

図２に示されるように、弾性膜（メンブレン）４は同心状の複数の隔壁４ａを有し、これら隔壁４ａによって、弾性膜４の上面とトップリング本体２の下面との間に円形状のセンター室５、センター室５を囲う四角の環状のリプル室６、リプル室６を囲う四角の環状の中間室７、中間室７を囲う四角の環状のアウター室８、アウター室８を囲う四角の環状のエッジ室９が形成されている。すなわち、トップリング本体２の中心部にセンター室５が形成され、中心から外周方向に向かって、順次、同心状に、リプル室６、中間室７、アウター室８、エッジ室９が形成されている。図４Ａは、一実施形態による弾性膜（メンブレン）４の構造を示す上面図である。図４Ｂは、図４Ａに示される矢印Ｂ－Ｂに沿って切り出した断面図である。図４Ｃは、図４Ａに示される矢印Ｃ－Ｃに沿って切り出した断面図である。図２に示されるように、トップリング本体２内には、センター室５に連通する流路１１、リプル室６に連通する流路１２、中間室７に連通する流路１３、アウター室８に連通する流路１４、エッジ室９に連通する流路１５がそれぞれ形成されている。そして、センター室５に連通する流路１１、リプル室６に連通する流路１２、中間室７に連通する流路１３、アウター室８に連通する流路１４、エッジ室９に連通する流路１５は、ロータリージョイント３２３を介して流路２１、２２、２３、２４、２５にそれぞれ接続されている。そして、流路２１，２２，２３，２４，２５は、それぞれバルブＶ１－１，Ｖ２－１，Ｖ３－１，Ｖ４－１，Ｖ５－１および圧力レギュレータＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５を介して圧力調整部３０に接続されている。また、流路２１，２２，２３，２４，２５は、それぞれバルブＶ１－２，Ｖ２－２，Ｖ３－２，Ｖ４－２，Ｖ５－２を介して真空源３１に接続されるとともに、バルブＶ１－３，Ｖ２－３，Ｖ３－３，Ｖ４－３，Ｖ５－３を介して大気に連通可能になっている。

【0038】

図３、図４Ａ～４Ｃに示されるように弾性膜４には、リプル室６に連通し基板ＷＦをトップリング３０２に真空吸着させるための複数の真空吸着孔３１５が形成されている。一実施形態として、図３、図４Ａに示されるように、真空吸着孔３１５は８個設けられている。真空吸着孔３１５は図示しない通路に連通し、真空源に連結される。真空吸着孔３１５を介して、基板ＷＦをトップリング３０２の弾性膜４に対して真空吸着させることができる。

【0039】

また、図２に示されるように、リテーナ部材３の上にも弾性膜からなるリテーナ部材加圧室１０が形成されており、リテーナ部材加圧室１０は、トップリング本体２内に形成さ
れた流路１６およびロータリージョイント３２３を介して流路２６に接続されている。そして、流路２６は、バルブＶ６－１および圧力レギュレータＲ６を介して圧力調整部３０に接続されている。また、流路２６は、バルブＶ６－２を介して真空源３１に接続されるとともに、バルブＶ６－３を介して大気に連通可能になっている。圧力レギュレータＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６は、それぞれ圧力調整部３０からセンター室５、リプル室６、中間室７、アウター室８、エッジ室９およびリテーナ部材加圧室１０に供給する圧力流体の圧力を調整する圧力調整機能を有している。圧力レギュレータＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６および各バルブＶ１－１～Ｖ１－３、Ｖ２－１～Ｖ２－３，Ｖ３－１～Ｖ３－３，Ｖ４－１～Ｖ４－３，Ｖ５－１～Ｖ５－３，Ｖ６－１～Ｖ６－３は、制御装置９００（図８、９、１０参照）に接続されていて、それらの作動が制御されるようになっている。また、流路２１，２２，２３，２４，２５，２６にはそれぞれ圧力センサＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６および流量センサＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６が設置されている。

【0040】

図２に示すように構成されたトップリング３０２においては、上述したように、トップリング本体２の中心部にセンター室５が形成され、中心から外周方向に向かって、順次、同心状に、リプル室６、中間室７、アウター室８、エッジ室９が形成され、これらセンター室５、リプル室６、中間室７、アウター室８、エッジ室９およびリテーナ部材加圧室１０に供給する流体の圧力を圧力調整部３０および圧力レギュレータＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６によってそれぞれ独立に調整することができる。このような構造により、基板ＷＦを研磨パッド３５２に押圧する押圧力を基板ＷＦの領域毎に調整でき、かつリテーナ部材３が研磨パッド３５２を押圧する押圧力を調整できる。

【0041】

図５は、研磨テーブル３５０の内部構造を模式的に示す断面図である。図５に示すように、研磨テーブル３５０の内部には、研磨対象物である基板ＷＦの状態を検知するセンサ６７６が埋設されている。センサ６７６は、例えば、光学式センサであってよい。光学式センサ６７６は、基板ＷＦに光を照射し、基板ＷＦからの反射光の強度（反射強度または反射率）から基板ＷＦの膜の状態（膜厚など）を検知する。

【0042】

研磨パッド３５２には、光学式センサ６７６からの光を透過させるための透光部６７７が取付けられている。この透光部６７７は、透過率の高い材質で形成されており、例えば、無発泡ポリウレタンなどにより形成される。あるいは、研磨パッド３５２に貫通孔を設け、研磨テーブル３５０の回転によりこの貫通孔が基板ＷＦに塞がれる間、下方から透明液を流すことにより、透光部６７７を構成してもよい。透光部６７７は、トップリング３０２に保持された基板ＷＦの中心を通過する位置に配置される。

【0043】

図６は、一実施形態による光学式センサ６７６のより詳しい構成を示す模式図である。光学式センサ６７６は、図６に示すように、光源６７８ａと、光源６７８ａからの光を基板ＷＦの被研磨面に照射する発光部としての発光光ファイバ６７８ｂと、被研磨面からの反射光を受光する受光部としての受光光ファイバ６７８ｃと、受光光ファイバ６７８ｃにより受光された光を分光する分光器およびこの分光器により分光された光を電気的情報として蓄積する複数の受光素子とを内部に有する分光器ユニット６７８ｄと、光源６７８ａの点灯および消灯や分光器ユニット６７８ｄ内の受光素子の読取開始のタイミングなどの制御を行う動作制御部６７８ｅと、動作制御部６７８ｅに電力を供給する電源６７８ｆとを備えている。なお、光源６７８ａおよび分光器ユニット６７８ｄには、動作制御部６７８ｅを介して電力が供給される。

【0044】

発光光ファイバ６７８ｂの発光端と受光光ファイバ６７８ｃの受光端は、基板ＷＦの被研磨面に対して略垂直になるように構成されている。分光器ユニット６７８ｄ内の受光素子としては、例えば１２８素子のフォトダイオードアレイを用いることができる。分光器
ユニット６７８ｄは、動作制御部６７８ｅに接続されている。分光器ユニット６７８ｄ内の受光素子からの情報は、動作制御部６７８ｅに送られ、この情報に基づいて反射光のスペクトルデータが生成される。すなわち、動作制御部６７８ｅは、受光素子に蓄積された電気的情報を読み取って反射光のスペクトルデータを生成する。このスペクトルデータは、波長に従って分解された反射光の強度を示し、基板ＷＦの膜厚によって変化する。

【0045】

動作制御部６７８ｅは、制御部６５に接続されている。このようにして、動作制御部６７８ｅで生成されたスペクトルデータは、制御部６５に送信される。制御部６５は、動作制御部６７８ｅから受信したスペクトルデータに基づいて、基板ＷＦの膜厚を算出するように構成される。

【0046】

研磨テーブル３５０は、基板ＷＦの状態を検知するセンサ６７６として、上述の光学式センサの代わりに、他の方式のセンサを備えるのであってもよい。例えば、センサ６７６は、渦電流センサ、音響センサ、超音波センサ等、基板ＷＦの状態を検知することが可能な任意のタイプのセンサであってよい。渦電流センサは、基板ＷＦの表面の導電膜に渦電流を誘起し、当該渦電流により生じる磁界に起因するインピーダンスの変化から基板ＷＦの表面の導電膜の厚さを検出するように構成される。また音響センサおよび超音波センサは、基板ＷＦから生じる研磨音を検知可能に構成される。研磨テーブル３５０は、同じ方式または異なる方式の複数のセンサ６７６、例えば光学式センサと渦電流センサの両方を備えてもよい。これら複数のセンサ６７６は、研磨テーブル３５０内に近接して、あるいは研磨テーブル３５０の回転中心の周りに均等な角度で（例えば９０°間隔で４つのセンサ）配置されるのであってよい。

【0047】

このように、研磨テーブル３５０に設置されたセンサ６７６は、トップリング３０２に保持された研磨中の基板ＷＦ（研磨対象物）の状態を検知する。基板ＷＦの状態は、例えば、基板ＷＦの膜厚や、基板ＷＦの研磨音を含む。基板ＷＦの膜厚や研磨音に基づいて、研磨中の基板ＷＦの研磨終点を検出することができる。また、基板ＷＦからの異音に基づいて、研磨の異常（例えば基板ＷＦの割れ）を検出することもできる。さらにまた、基板ＷＦ上の各点におけるセンサ６７６の測定値から、基板ＷＦの状態（例えば膜厚）に関する基板面内プロファイルを得ることもできる。

【0048】

ここで、基板ＷＦの研磨中には、研磨テーブル３５０とトップリング３０２が回転することにより、研磨テーブル３５０内のセンサ６７６とトップリング３０２に保持された基板ＷＦとの相対的な位置関係は随時変化する。より具体的には、基板ＷＦ（あるいはトップリング３０２）から見て、センサ６７６は、研磨テーブル３５０とトップリング３０２の回転に伴って基板ＷＦ（あるいはトップリング３０２）の面内をある軌道に沿って移動する。

【0049】

図７は、トップリング３０２に保持された基板ＷＦ上を通過するセンサ６７６の軌道の一例を示す。図７に示されるように、ある時、センサ６７６は、軌道Ｓ１を通過する。軌道Ｓ１は、研磨テーブル３５０におけるセンサ６７６の取り付け位置（すなわちセンサ６７６の回転半径）、基板ＷＦの大きさ、研磨テーブル３５０とトップリング３０２の回転数、等に応じた曲線（例えば図７に示されるような円弧）を描く。軌道Ｓ１を通過する間、センサ６７６は、所定の周期で基板ＷＦの状態（例えば膜厚）を測定する。センサ６７６の測定位置は、軌道Ｓ１上に複数の小さな丸印で示されている。センサ６７６が軌道Ｓ１を通過し終えた後、研磨テーブル３５０が１回転すると、今度は、センサ６７６は、軌道Ｓ１からある角度だけずれた軌道Ｓ２を通過する。さらにその後、研磨テーブル３５０が１回転するごとに、センサ６７６は、順次、軌道Ｓ３、Ｓ４、…を通過していく。なお図７では、軌道Ｓ７までを示し、それ以降の軌道は省略している。このように、センサ６７６は基板ＷＦ上をある軌道に沿って移動していくため、センサ６７６の各測定位置（例
えば図７に示される複数の小さな丸印の各位置）を正しく知ることが重要である。

【0050】

図８は、一実施形態による、センサの測定位置を特定することが可能な研磨装置３００の概略的な構成図である。研磨装置３００は、制御装置９００を備える。制御装置９００は、入出力装置、演算装置、記憶装置などを備える一般的なコンピュータから構成することができる。例えば、制御装置９００は、記憶装置に格納されたコンピュータプログラムを演算装置（例えばプロセッサ）が読み出して実行することにより、測定位置特定部９０４、プロファイル作成部９０６、および圧力制御部９０８の各機能を実現するように構成される。

【0051】

図８において、テーブル回転モータ８０２は、研磨テーブル３５０をテーブル軸３５１周りに回転させる。ヘッド回転モータ８０４は、プーリおよびベルト８０５を介して、トップリングシャフト１８を中心としてトップリングシャフト１８とトップリング３０２を一体に回転させる。揺動モータ８０６は、支軸３６２を中心として、揺動アーム３６０および揺動アーム３６０に連結されているトップリング３０２を揺動（すなわち周期的かつ反復的に旋回）させる。

【0052】

各モータ８０２、８０４、８０６には、モータの回転を検知するエンコーダ８０８が取り付けられている。エンコーダ８０８は、各モータ８０２、８０４、８０６の回転に伴って、その回転数に応じた信号を出力する。例えば、エンコーダ８０８は、モータ８０２、８０４、８０６が所定角度回転するごとに（例えば１回転の間に所定回）パルス信号を出力するように構成されるのであってよい。測定位置特定部９０４は、各エンコーダ８０８からの信号に基づいて（例えば単位時間当りに受信されるパルス信号の数をカウントすることにより）、研磨テーブル３５０の回転角度、トップリング３０２の回転角度、およびトップリング３０２の揺動角度を検出することができる。なお、研磨テーブル３５０の回転角度は、研磨テーブル３５０がテーブル軸３５１周りに回転した角度を表し、トップリング３０２の回転角度は、トップリング３０２がトップリングシャフト１８周りに回転した角度を表し、トップリング３０２の揺動角度は、トップリング３０２が支軸３６２周りに旋回した角度を表す。研磨テーブル３５０の回転角度、トップリング３０２の回転角度、およびトップリング３０２の揺動角度が決定することにより、研磨テーブル３５０とトップリング３０２に保持された基板ＷＦとの相対位置が一意に決定し、これにより、研磨テーブル３５０に設けられたセンサ６７６の測定位置が特定される。なお、トップリング３０２の揺動を行わない場合には、研磨テーブル３５０の回転角度とトップリング３０２の回転角度の２つに基づいて、センサ６７６の測定位置を特定することができる。

【0053】

図９は、別の実施形態による、センサの測定位置を特定することが可能な研磨装置３００の概略的な構成図である。研磨装置３００は、制御装置９００およびエンコーダ８０８に加えて、レーザ測定器９２０を備える。ヘッド回転モータ８０４および揺動モータ８０６に対応するエンコーダ８０８は省略されてよい。レーザ測定器９２０は、図９に示されるように研磨装置３００の内部に設置されてもよいし、あるいは、レーザ測定器９２０とトップリング３０２の間にレーザ光を妨げる障害物が存在しない限りにおいて、研磨装置３００の外部に設置されてもよい。

【0054】

レーザ測定器９２０は、レーザ光をトップリング３０２に向けて放射する。トップリング３０２には、レーザ測定器９２０からのレーザ光を反射するマーカー９２５が設置される。マーカー９２５は、例えば反射鏡であってよい。マーカー９２５は、トップリング３０２とともに回転（および揺動）する。レーザ測定器９２０は、マーカー９２５からの反射光を計測し、マーカー９２５までの距離および方向に基づいて、マーカー９２５の三次元位置を識別する。制御装置９００のヘッド角度検知部９０２は、レーザ測定器９２０によって得られたマーカー９２５の三次元位置に基づいて、トップリング３０２の回転角度
（および揺動角度）を算出する。測定位置特定部９０４は、このように算出されたトップリング３０２の回転角度（および揺動角度）と、テーブル回転モータ８０２に対応するエンコーダ８０８からの信号によって特定される研磨テーブル３５０の回転角度とに基づいて、センサ６７６の測定位置を特定する。測定位置特定部９０４は、（上記のようにヘッド角度検知部９０２において算出されたトップリング３０２の回転角度（および揺動角度）の代わりに）レーザ測定器９２０から得たマーカー９２５の三次元位置を直接用いることにより、センサ６７６の測定位置を特定してもよい。

【0055】

図１０は、さらに別の実施形態による、センサの測定位置を特定することが可能な研磨装置３００の概略的な構成図である。この実施形態において、研磨テーブル３５０の内部には、基板ＷＦの状態を検知するセンサ６７６に加えて、少なくとも２つのエッジ検出センサ６８０が埋設される。エッジ検出センサ６８０は、トップリング３０２のエッジ６８１またはトップリング３０２に保持された基板ＷＦのエッジ６８２を検出するように構成される。一実施形態において、トップリング３０２は、図１１に示されるように、その外周または基板ＷＦの外周に沿って配置された金属フレーム６８３、６８４を備える。エッジ検出センサ６８０は、渦電流センサであってよい。渦電流センサ６８０は、金属フレーム６８３、６８４に近接すると金属フレーム６８３、６８４に渦電流を誘起し、当該渦電流により生じる磁界に起因するインピーダンスの変化に応じた信号を出力する。この信号に基づいて、トップリング３０２のエッジ６８１およびトップリング３０２に保持された基板ＷＦのエッジ６８２を検出することが可能である。

【0056】

また図１０に示されるように、制御装置９００は、ヘッド角度検知部９０２、測定位置特定部９０４、プロファイル作成部９０６、および圧力制御部９０８の各機能を有する。前述したように、これらの機能は、記憶装置に格納されたコンピュータプログラムを演算装置（例えばプロセッサ）が読み出して実行することにより実現され得る。ヘッド角度検知部９０２は、少なくとも２つのエッジ検出センサ６８０からの信号に基づいて、各センサ６８０によるエッジ（エッジ６８１または６８２）の検出タイミングを特定する。そしてヘッド角度検知部９０２は、第１のエッジ検出センサ６８０によるエッジ検出タイミングと、第２のエッジ検出センサ６８０によるエッジ検出タイミングとの時間差に基づいて、トップリング３０２の回転角度を算出する。

【0057】

図１２Ａ～Ｃは、エッジ検出タイミングに基づくトップリング３０２の回転角度の算出方法を説明するための概念図である。図１２Ａ～Ｃは、センサ６７６が２つの軌道Ｓ２、Ｓ５を通過する場合を示している。これらの図において、丸印はセンサ６７６の位置、三角印は第１のエッジ検出センサ６８０の位置、四角印は第２のエッジ検出センサ６８０の位置をそれぞれ表す。なお、図示されるように、第１および第２のエッジ検出センサ６８０は、センサ６７６の近傍に設置されることが好ましい。

【0058】

図１２Ｂの軌道Ｓ２を参照すると、ある時刻Ｔ１（白で示す）において、トップリング３０２のエッジをセンサ６７６（丸印）が通過する。この時、第１および第２のエッジ検出センサ６８０（白の三角印および四角印）はまだトップリング３０２のエッジを通過していない。時刻Ｔ１の後の時刻Ｔ２（薄い灰色で示す）において、第１のエッジ検出センサ６８０（三角印）がトップリング３０２のエッジを通過する。このタイミングで、第１のエッジ検出センサ６８０から信号が出力され、ヘッド角度検知部９０２は、第１のエッジ検出センサ６８０のエッジ検出タイミングＴ２を識別する。さらにその後、時刻Ｔ３（濃い灰色で示す）において、今度は第２のエッジ検出センサ６８０（四角印）がトップリング３０２のエッジを通過する。同様にこのタイミングで、第２のエッジ検出センサ６８０から信号が出力され、ヘッド角度検知部９０２は、第２のエッジ検出センサ６８０のエッジ検出タイミングＴ３を識別する。ヘッド角度検知部９０２は、識別した２つのエッジ検出タイミングの時間差ΔＴ（Ｓ２）＝Ｔ３－Ｔ２を算出する。

【0059】

次に、図１２Ｃの軌道Ｓ５を参照すると、軌道Ｓ５とトップリング３０２とのなす角度は、図１２Ｂにおける軌道Ｓ２とトップリング３０２とのなす角度と異なっている。そのため、この軌道Ｓ５の場合、まず時刻Ｔ１’（白で示す）において、第２のエッジ検出センサ６８０（四角印）がトップリング３０２のエッジを通過する。その後、時刻Ｔ２’（薄い灰色で示す）においてセンサ６７６（丸印）が、時刻Ｔ３’（濃い灰色で示す）において第１のエッジ検出センサ６８０（三角印）が、それぞれトップリング３０２のエッジを通過する。ヘッド角度検知部９０２は、２つのエッジ検出センサ６８０からの信号に基づいてそれぞれのエッジ検出タイミングＴ１’、Ｔ３’を識別し、識別したエッジ検出タイミングの時間差ΔＴ（Ｓ５）＝Ｔ３’－Ｔ１’を算出する。

【0060】

このようにしてヘッド角度検知部９０２は、各軌道Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、…についてエッジ検出タイミングの時間差ΔＴを算出する。図１２Ｂおよび１２Ｃに関する上述の説明から理解されるように、エッジ検出タイミングの時間差ΔＴ（Ｓ１）、ΔＴ（Ｓ２）、ΔＴ（Ｓ３）、…は、センサ６７６の軌道とトップリング３０２とのなす角度に応じて、それぞれ異なる値を有する。つまり、エッジ検出タイミングの時間差ΔＴは、センサ６７６がトップリング３０２のエッジを横切った際の、トップリング３０２と研磨テーブル３５０との相対角度を示している。したがって、ヘッド角度検知部９０２は、エッジ検出タイミングの時間差ΔＴに基づいて、センサ６７６がトップリング３０２のエッジを横切ったタイミングにおける、研磨テーブル３５０に対するトップリング３０２の相対的な回転角度を特定することができる。例えば、制御装置９００のメモリには、あらかじめ、エッジ検出タイミングの時間差ΔＴと、研磨テーブル３５０に対するトップリング３０２の相対的な回転角度との相関関係（例えば対応表）が記憶されていてよい。ヘッド角度検知部９０２は、この対応表を参照することで、エッジ検出タイミングの算出した時間差ΔＴから、研磨テーブル３５０に対するトップリング３０２の相対的な回転角度を取得することができる。

【0061】

なお、上記説明ではトップリング３０２のエッジ６８１を検出する場合について例示したが、トップリング３０２に保持された基板ＷＦのエッジ６８２を検出する場合においても同様の方法を適用することにより、研磨テーブル３５０に対するトップリング３０２の相対的な回転角度を特定することができることは理解されよう。

【0062】

センサ６７６がトップリング３０２（または基板ＷＦ）のエッジを通過した後、ヘッド角度検知部９０２は、トップリング３０２の回転数を用いて、トップリング３０２の回転角度を特定する。例えば、ヘッド角度検知部９０２は、上述のようにエッジ検出タイミングの時間差ΔＴに基づき決定されたトップリング３０２の回転角度（すなわちエッジ通過時の初期回転角度）に、トップリング３０２の回転数とエッジ通過後の経過時間との積を加算することによって、任意時点におけるトップリング３０２の回転角度を算出することができる。トップリング３０２の回転数は、ヘッド回転モータ８０４に対して指示される回転数の指示値（設定値）であってもよいし、エンコーダ８０８を介して取得される回転数の計測値であってもよい。測定位置特定部９０４は、このように算出されたトップリング３０２の回転角度と、テーブル回転モータ８０２に対応するエンコーダ８０８からの信号によって特定される研磨テーブル３５０の回転角度とに基づいて、センサ６７６の測定位置を特定する。なお、図８の実施形態と同様に、トップリング３０２の揺動角度が併用されてもよい。

【0063】

図１３は、金属フレームを備えるトップリング３０２の別の実施形態を示す図である。この実施形態において、トップリング３０２は、その四角形の外形の各辺に設けられたフレーム片６８５ａ、６８５ｂ、６８５ｃ、６８５ｄからなる金属フレームを備える。各フレーム片６８５ａ、６８５ｂ、６８５ｃ、６８５ｄは、それぞれ異なる厚さを有するか、
あるいはそれぞれ異なる種類の金属で構成される。厚さまたは金属の種類が異なることにより、エッジ検出センサ（渦電流センサ）６８０が各フレーム片６８５ａ、６８５ｂ、６８５ｃ、６８５ｄを横切る際に、異なる信号（例えば信号レベルの異なる信号）が出力される。したがって、このことを用いて、エッジ検出センサ６８０がトップリング３０２の四辺のうちのいずれを横切ったかを区別することができ、トップリング３０２の回転角度を、角度９０°の不確定性なく特定することができる。

【0064】

図８、図９、および図１０の各実施形態において、プロファイル作成部９０６は、測定位置特定部９０４によって特定されたセンサ６７６の各測定位置に基づいて、センサ６７６の測定値（例えば膜厚）の基板面内分布を示す研磨プロファイル（例えば膜厚プロファイル）を作成する。例えば、膜厚プロファイルは、基板ＷＦの膜厚の複数の測定値と、各測定値に対応する基板ＷＦ上の座標位置とからなる複数のデータの集合として作成することができる。

【0065】

ここで、基板ＷＦの研磨プロファイル（例えば膜厚プロファイル）は、基板ＷＦの形状や研磨条件、あるいは研磨装置３００の個性などによって変わり得る。例えば、半導体ウェハのような円形の基板では、膜厚は、基板の半径方向にのみ分布を有し、円周方向には一様である（すなわち、基板の中心からの距離にのみ依存し、基板の中心周りの角度には依存しない）ことがあり得る。一方、例えば四角形の基板においては、膜厚は、基板の中心からの距離だけでなく、基板の中心周りの角度にも依存する場合が多い。また、円形の基板であっても、研磨条件などによっては、膜厚が基板の中心周りの角度依存性を有することもある。

【0066】

膜厚が基板の中心周りの角度に依存して変化する場合、図７に示す各軌道Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、…に沿った膜厚プロファイルはそれぞれ異なるものとなる。したがって、基板の面内全体の正確な膜厚プロファイルを得るためには、センサ６７６が基板上でどの軌道を通って測定を行ったかを正しく把握することが不可欠である。本開示の研磨装置３００によれば、トップリング３０２の回転角度を検知することができる。これにより、センサ６７６の基板面内における測定位置を正しく特定する（センサ６７６がどの軌道を通ったかを識別する）ことができ、プロファイル作成部９０６は、センサ６７６の測定値に基づく基板面内全体の正確な研磨プロファイル（例えば膜厚プロファイル）を作成することができる。

【0067】

圧力制御部９０８は、プロファイル作成部９０６から得られた研磨プロファイルに基づいて、基板ＷＦを研磨パッド３５２に押圧する押圧力を基板ＷＦの領域毎に制御するとともに、リテーナ部材３が研磨パッド３５２を押圧する押圧力を制御するように構成される。より具体的に、圧力制御部９０８は、トップリング３０２のセンター室５、リプル室６、中間室７、アウター室８、エッジ室９およびリテーナ部材加圧室１０（図２参照）の圧力をそれぞれ独立に制御する。例えば、基板ＷＦの面内のうちセンター室５に対向する領域の膜厚が他の領域に比べて厚い場合、圧力制御部９０８は、センター室５の圧力を他よりも高くするように制御する。これにより、基板ＷＦのセンター室５に対向する領域が、研磨パッド３５２により高い押圧力で押圧され、その領域の研磨量を増大させることができる。

【0068】

図１４は、制御装置９００による研磨装置３００の例示的な制御フローを示す。研磨装置３００が研磨を開始すると、ステップ１４０２において、プロファイル作成部９０６は、センサ６７６からの測定値と、測定位置特定部９０４によって特定されたセンサ６７６の測定位置に基づいて、研磨プロファイル（例えば膜厚プロファイル）を作成する。前述したように、トップリング３０２の回転角度の検知を通じて、センサ６７６の基板面内における測定位置が正しく特定されることで、基板面内全体の正確な研磨プロファイルを作
成することができる。

【0069】

ステップ１４０４において、圧力制御部９０８は、作成された研磨プロファイルを目標研磨プロファイルと比較し、その比較結果に基づいて、トップリング３０２のセンター室５、リプル室６、中間室７、アウター室８、エッジ室９およびリテーナ部材加圧室１０の圧力を制御する。目標研磨プロファイルは、基板が研磨完了後に有すべき望ましい研磨プロファイルとしてあらかじめ制御装置９００のメモリに記憶されてよい。例えば、圧力制御部９０８は、センター室５、リプル室６、中間室７、アウター室８、エッジ室９およびリテーナ部材加圧室１０のそれぞれに対応する基板ＷＦの領域ごとに、プロファイル作成部９０６から得た研磨プロファイルと目標研磨プロファイルとの差分を算出する。そして圧力制御部９０８は、センター室５、リプル室６、中間室７、アウター室８、エッジ室９およびリテーナ部材加圧室１０がそれぞれこの基板ＷＦの領域ごとの研磨プロファイルと目標研磨プロファイルとの差分に応じた圧力を有するように、各室の圧力を制御する。

【0070】

ステップ１４０６において、制御装置９００は、現在の研磨プロファイルが目標研磨プロファイルになったか否かを判定する。現在の研磨プロファイルが目標研磨プロファイルになった場合、制御装置９００は、研磨を終了する。現在の研磨プロファイルがまだ目標研磨プロファイルになっていない場合、制御装置９００は、再びステップ１４０２～ステップ１４０６を繰り返す。

【0071】

なお、前述の図２の実施形態では、トップリング本体２がセンター室５、リプル室６、中間室７、アウター室８、およびエッジ室９の５つの同心状の圧力室を備えていたが、圧力室の数、形状、配置はこのようなものに限定されない。図１５は、別の実施形態によるトップリング３０２の構成を示す、研磨テーブル３５０側から見た平面図である。図１５の実施形態において、トップリング本体２は、縦５行、横５列の２５個の格子状の圧力室２－１、２－２、…、２－２５を備える。圧力制御部９０８は、基板ＷＦの領域ごとの研磨プロファイルと目標研磨プロファイルとの差分に応じて、これら圧力室２－１、２－２、…、２－２５の圧力を個別に制御するように構成されてよい。

【0072】

また、前述の図２の実施形態では、トップリング３０２は、四角形のトップリング本体２の各辺の外側に設けられた４つのリテーナ部材３（各辺に１つ）を備えている。圧力制御部９０８は、基板ＷＦの領域ごとの研磨プロファイルと目標研磨プロファイルとの差分に応じて、各リテーナ部材３に対応するリテーナ部材加圧室１０の圧力を個別に制御するように構成されてよい。また、各辺のリテーナ部材３は複数の区画に分割されていてもよい。図１６は、そのような形態のトップリング３０２の構成を示す、研磨テーブル３５０側から見た平面図である。図１６の実施形態において、各辺のリテーナ部材は３つの区画に分割され、トップリング３０２は、全部で１２個のリテーナ部材３－１、３－２、…、３－１２と、各リテーナ部材３に対応する１２個の独立したリテーナ部材加圧室１０を備える。圧力制御部９０８は、基板ＷＦの領域ごとの研磨プロファイルと目標研磨プロファイルとの差分に応じて、これら１２個のリテーナ部材加圧室１０の圧力を個別に制御するように構成されてもよい。

【0073】

各リテーナ部材加圧室１０の圧力は、個別に制御されるのではなく、同じ一定圧力に制御されてもよい。また、各リテーナ部材加圧室１０の圧力は、研磨中に基板ＷＦがトップリング３０２から飛び出すのを防止するために、所定の下限圧力よりも高い圧力に制御されることが好ましい。

【0074】

なお、トップリング３０２のセンター室５、リプル室６、中間室７、アウター室８、エッジ室９およびリテーナ部材加圧室１０の各圧力室は、基板ＷＦおよびリテーナ部材３を領域ごとに研磨パッド３５２に対して押圧するように構成された複数の圧電素子に置き換
えることも可能である。

【0075】

以上、いくつかの例に基づいて本発明の実施形態について説明してきたが、上記した発明の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明には、その均等物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。

【符号の説明】

【0076】

３００ 研磨装置
３０２ トップリング
３５０ 研磨テーブル
３５２ 研磨パッド
３６０ 揺動アーム
６７６ センサ
６８０ エッジ検出センサ
６８３、６８４ 金属フレーム
８０２ テーブル回転モータ
８０４ ヘッド回転モータ
８０６ 揺動モータ
８０８ エンコーダ
９００ 制御装置
９０２ ヘッド角度検知部
９０４ 測定位置特定部
９０６ プロファイル作成部
９０８ 圧力制御部
９２０ レーザ測定器
９２５ マーカー
ＷＦ 基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12A】

【図12B】

【図12C】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】