特開 2025-10729 基板保持装置、基板処理装置、基板処理方法、および記録媒体

(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】P2025010729

(43)【公開日】2025-01-23

(54)【発明の名称】基板保持装置、基板処理装置、基板処理方法、および記録媒体

(51)【国際特許分類】

   B24B 37/30 20120101AFI20250116BHJP

   B24B 37/32 20120101ALI20250116BHJP

   B24B 37/12 20120101ALI20250116BHJP

   B24B 37/10 20120101ALI20250116BHJP

   B24B 37/005 20120101ALI20250116BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20250116BHJP

【ＦＩ】

B24B37/30 E

B24B37/32 Z

B24B37/12 D

B24B37/10

B24B37/005 A

H01L21/304 621D

H01L21/304 622K

【審査請求】未請求

【請求項の数】19

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023112875

(22)【出願日】2023-07-10

(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】100118500

【弁理士】

【氏名又は名称】廣澤 哲也

(74)【代理人】

【氏名又は名称】渡邉 勇

(74)【代理人】

【識別番号】100174089

【弁理士】

【氏名又は名称】郷戸 学

(74)【代理人】

【識別番号】100186749

【弁理士】

【氏名又は名称】金沢 充博

(72)【発明者】

【氏名】並木 計介

【テーマコード（参考）】

3C158

5F057

【Ｆターム（参考）】

3C158AA07

3C158AA14

3C158AB04

3C158AC02

3C158BA01

3C158BC01

3C158CB01

3C158DA12

3C158DA17

3C158EA11

3C158EB01

5F057AA02

5F057BA11

5F057DA03

5F057FA01

5F057FA19

5F057FA20

5F057GA11

5F057GB02

5F057GB03

5F057GB13

(57)【要約】

【課題】基板の膜厚のばらつきを解消することができる基板保持装置が提供される。
【解決手段】基板保持装置１０は、リテーナリング７０に対してキャリア７１をオフセットさせるオフセット機構８０を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を押圧するための少なくとも１つの圧力室を形成する弾性膜と、
前記弾性膜に連結されたキャリアと、
前記キャリアを取り囲むリテーナリングと、
前記リテーナリングに対して前記キャリアをオフセットさせるオフセット機構と、を備える、基板保持装置。

【請求項2】

前記基板保持装置は、前記リテーナリングを傾動させる傾動構造体を備えている、請求項１に記載の基板保持装置。

【請求項3】

前記傾動構造体は、前記キャリアの収容凹部に配置され、かつ前記リテーナリングの軸部に装着された球面軸受を備えている、請求項２に記載の基板保持装置。

【請求項4】

前記傾動構造体は、前記リテーナリングおよびヘッドシャフトを連結するボールジョイントを備えている、請求項２に記載の基板保持装置。

【請求項5】

前記オフセット機構は、前記キャリアに支持された複数の押付アクチュエータを備えており、
前記複数の押付アクチュエータのそれぞれは、押付力を前記キャリアに作用させる、請求項１に記載の基板保持装置。

【請求項6】

前記オフセット機構は、前記キャリアに押付力を付与する、前記リテーナリングに支持された複数の押付アクチュエータを備えている、請求項１に記載の基板保持装置。

【請求項7】

前記基板保持装置は、前記リテーナリングに作用する回転トルクを前記キャリアに伝達する回転トルク伝達機構を備えている、請求項１に記載の基板保持装置。

【請求項8】

請求項１に記載の基板保持装置と、
前記基板保持装置に保持された基板を押し付ける研磨面を有する研磨パッドを支持する研磨テーブルと、
前記基板保持装置の動作を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記基板の研磨中に測定された前記基板の膜厚分布に基づいて、前記キャリアの偏心方向および偏心量を決定し、
決定された偏心方向および偏心量に基づいて、前記オフセット機構を動作させて、前記キャリアをオフセットさせる、基板処理装置。

【請求項9】

前記制御装置は、
前記基板の膜厚分布の測定時における、前記基板の、前記基板保持装置に対する相対角度が変化しているか否かを判断し、
前記相対角度が変化している場合、前記相対角度の変化量に基づいて、前記相対角度を補正して、前記キャリアの偏心方向および偏心量を決定する、請求項８に記載の基板処理装置。

【請求項10】

前記制御装置は、
前記基板の研磨開始後、前記基板の円周方向における現在の膜厚分布が所定の第１目標膜厚分布の範囲内か否かを判断し、
前記現在の膜厚分布が前記第１目標膜厚分布の範囲内である場合、前記オフセット機構を動作させて、前記キャリアを初期位置に戻し、
前記現在の膜厚分布が前記第１目標膜厚分布の範囲内でない場合、前記キャリアの偏心方向および偏心量が前記基板の膜厚分布に対応しているか確認する、請求項８に記載の基板処理装置。

【請求項11】

前記制御装置は、
前記基板の研磨開始後、前記基板の半径方向における現在の膜厚分布が所定の第２目標膜厚分布の範囲内か否かを判断し、
前記現在の膜厚分布が前記第２目標膜厚分布の範囲内である場合、前記基板の円周方向における現在の膜厚分布が所定の第１目標膜厚分布の範囲内か否かを判断し、
前記現在の膜厚分布が前記第２目標膜厚分布の範囲内でない場合、圧力調整装置を動作させて、前記圧力室に供給する流体の圧力を変更する、請求項８に記載の基板処理装置。

【請求項12】

基板保持装置に保持された基板を研磨パッドの研磨面に押し付けて、前記基板を研磨し、
前記基板の研磨中に測定された前記基板の膜厚分布に基づいて、前記基板を押圧するための少なくとも１つの圧力室を形成する弾性膜に連結されたキャリアの偏心方向および偏心量を決定し、
決定された偏心方向および偏心量に基づいて、前記キャリアをオフセットさせるオフセット機構を動作させて、前記キャリアをオフセットさせる、基板処理方法。

【請求項13】

前記基板の膜厚分布の測定時における、前記基板の、前記基板保持装置に対する相対角度が変化しているか否かを判断し、
前記相対角度が変化している場合、前記相対角度の変化量に基づいて、前記相対角度を補正して、前記キャリアの偏心方向および偏心量を決定する、請求項１２に記載の基板処理方法。

【請求項14】

前記基板の研磨開始後、前記基板の円周方向における現在の膜厚分布が所定の第１目標膜厚分布の範囲内か否かを判断し、
前記現在の膜厚分布が前記第１目標膜厚分布の範囲内である場合、前記オフセット機構を動作させて、前記キャリアを初期位置に戻し、
前記現在の膜厚分布が前記第１目標膜厚分布の範囲内でない場合、前記キャリアの偏心方向および偏心量が前記基板の膜厚分布に対応しているか確認する、請求項１２に記載の基板処理方法。

【請求項15】

前記基板の研磨開始後、前記基板の半径方向における現在の膜厚分布が所定の第２目標膜厚分布の範囲内か否かを判断し、
前記現在の膜厚分布が前記第２目標膜厚分布の範囲内である場合、前記基板の円周方向における現在の膜厚分布が所定の第１目標膜厚分布の範囲内か否かを判断し、
前記現在の膜厚分布が前記第２目標膜厚分布の範囲内でない場合、圧力調整装置を動作させて、前記圧力室に供給する流体の圧力を変更する、請求項１２に記載の基板処理方法。

【請求項16】

基板を研磨パッドの研磨面に押し付けて、前記基板を研磨する動作を基板保持装置に実行させるステップと、
前記基板の研磨中に測定された前記基板の膜厚分布に基づいて、前記基板を押圧するための少なくとも１つの圧力室を形成する弾性膜に連結されたキャリアの偏心方向および偏心量を決定するステップと、
決定された偏心方向および偏心量に基づいて、前記キャリアをオフセットさせる動作をオフセット機構に実行させるステップと、をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録した非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

【請求項17】

前記基板の膜厚分布の測定時における、前記基板の、前記基板保持装置に対する相対角度が変化しているか否かを判断するステップと、
前記相対角度が変化している場合、前記相対角度の変化量に基づいて、前記相対角度を補正して、前記キャリアの偏心方向および偏心量を決定するステップと、をコンピュータに実行させる、請求項１６に記載の記録媒体。

【請求項18】

前記基板の研磨開始後、前記基板の円周方向における現在の膜厚分布が所定の第１目標膜厚分布の範囲内か否かを判断するステップと、
前記現在の膜厚分布が前記第１目標膜厚分布の範囲内である場合、前記キャリアを初期位置に戻す動作を前記オフセット機構に実行させるステップと、
前記現在の膜厚分布が前記第１目標膜厚分布の範囲内でない場合、前記キャリアの偏心方向および偏心量が前記基板の膜厚分布に対応しているか確認するステップと、をコンピュータに実行させる、請求項１６に記載の記録媒体。

【請求項19】

前記基板の研磨開始後、前記基板の半径方向における現在の膜厚分布が所定の第２目標膜厚分布の範囲内か否かを判断するステップと、
前記現在の膜厚分布が前記第２目標膜厚分布の範囲内である場合、前記基板の円周方向における現在の膜厚分布が所定の第１目標膜厚分布の範囲内か否かを判断するステップと、
前記現在の膜厚分布が前記第２目標膜厚分布の範囲内でない場合、前記圧力室に供給する流体の圧力を変更する動作を圧力調整装置に実行させるステップと、をコンピュータに実行させる、請求項１６に記載の記録媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板保持装置、基板処理装置、基板処理方法、および記録媒体に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスの製造では、基板の一例であるウェーハ上に様々な種類の膜が形成される。成膜工程の後には、膜の不要な部分や表面凹凸を除去するために、ウェーハが研磨される。化学機械研磨（ＣＭＰ）は、ウェーハ研磨の代表的な技術である。

【0003】

ＣＭＰは、研磨面上にスラリーを供給しながら、ウェーハを研磨面に摺接させることにより行われる。ウェーハに形成された膜は、スラリーに含まれる砥粒による機械的作用と、スラリーの化学成分による化学的作用との複合効果により研磨される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６５８５４４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ウェーハに膜を形成する工程は、めっき、化学蒸着（ＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）などの種々の成膜技術を用いて行われる。これらの成膜技術では、ウェーハの全面に亘って膜が均一に形成されないことがある。例えば、ウェーハの円周方向に沿って膜厚のばらつきがあることがある。

【0006】

しかしながら、従来のＣＭＰ技術では、このようなウェーハの膜厚のばらつき（例えば、円周方向に沿った膜厚のばらつき）を解消することは困難である。したがって、ウェーハの膜が研磨によって均一に研磨されると、ウェーハに膜厚のばらつきが残ってしまうおそれがある。

【0007】

そこで、本発明は、基板の膜厚のばらつきを解消することができる基板保持装置、基板処理装置、基板処理方法、および記録媒体を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

一態様では、基板を押圧するための少なくとも１つの圧力室を形成する弾性膜と、前記弾性膜に連結されたキャリアと、前記キャリアを取り囲むリテーナリングと、前記リテーナリングに対して前記キャリアをオフセットさせるオフセット機構と、を備える、基板保持装置が提供される。

【0009】

一態様では、前記基板保持装置は、前記リテーナリングを傾動させる傾動構造体を備えている。
一態様では、前記傾動構造体は、前記キャリアの収容凹部に配置され、かつ前記リテーナリングの軸部に装着された球面軸受を備えている。
一態様では、前記傾動構造体は、前記リテーナリングおよびヘッドシャフトを連結するボールジョイントを備えている。

【0010】

一態様では、前記オフセット機構は、前記キャリアに支持された複数の押付アクチュエータを備えており、前記複数の押付アクチュエータのそれぞれは、押付力を前記キャリアに作用させる。
一態様では、前記オフセット機構は、前記キャリアに押付力を付与する、前記リテーナリングに支持された複数の押付アクチュエータを備えている。
一態様では、前記基板保持装置は、前記リテーナリングに作用する回転トルクを前記キャリアに伝達する回転トルク伝達機構を備えている。

【0011】

一態様では、上記基板保持装置と、前記基板保持装置に保持された基板を押し付ける研磨面を有する研磨パッドを支持する研磨テーブルと、前記基板保持装置の動作を制御する制御装置と、を備える基板処理装置が提供される。前記制御装置は、前記基板の研磨中に測定された前記基板の膜厚分布に基づいて、前記キャリアの偏心方向および偏心量を決定し、決定された偏心方向および偏心量に基づいて、前記オフセット機構を動作させて、前記キャリアをオフセットさせる。

【0012】

一態様では、前記制御装置は、前記基板の膜厚分布の測定時における、前記基板の、前記基板保持装置に対する相対角度が変化しているか否かを判断し、前記相対角度が変化している場合、前記相対角度の変化量に基づいて、前記相対角度を補正して、前記キャリアの偏心方向および偏心量を決定する。
一態様では、前記制御装置は、前記基板の研磨開始後、前記基板の円周方向における現在の膜厚分布が所定の第１目標膜厚分布の範囲内か否かを判断し、前記現在の膜厚分布が前記第１目標膜厚分布の範囲内である場合、前記オフセット機構を動作させて、前記キャリアを初期位置に戻し、前記現在の膜厚分布が前記第１目標膜厚分布の範囲内でない場合、前記キャリアの偏心方向および偏心量が前記基板の膜厚分布に対応しているか確認する。
一態様では、前記制御装置は、前記基板の研磨開始後、前記基板の半径方向における現在の膜厚分布が所定の第２目標膜厚分布の範囲内か否かを判断し、前記現在の膜厚分布が前記第２目標膜厚分布の範囲内である場合、前記基板の円周方向における現在の膜厚分布が所定の第１目標膜厚分布の範囲内か否かを判断し、前記現在の膜厚分布が前記第２目標膜厚分布の範囲内でない場合、圧力調整装置を動作させて、前記圧力室に供給する流体の圧力を変更する。

【0013】

一態様では、基板保持装置に保持された基板を研磨パッドの研磨面に押し付けて、前記基板を研磨し、前記基板の研磨中に測定された前記基板の膜厚分布に基づいて、前記基板を押圧するための少なくとも１つの圧力室を形成する弾性膜に連結されたキャリアの偏心方向および偏心量を決定し、決定された偏心方向および偏心量に基づいて、前記キャリアをオフセットさせるオフセット機構を動作させて、前記キャリアをオフセットさせる、基板処理方法が提供される。

【0014】

一態様では、前記基板の膜厚分布の測定時における、前記基板の、前記基板保持装置に対する相対角度が変化しているか否かを判断し、前記相対角度が変化している場合、前記相対角度の変化量に基づいて、前記相対角度を補正して、前記キャリアの偏心方向および偏心量を決定する。
一態様では、前記基板の研磨開始後、前記基板の円周方向における現在の膜厚分布が所定の第１目標膜厚分布の範囲内か否かを判断し、前記現在の膜厚分布が前記第１目標膜厚分布の範囲内である場合、前記オフセット機構を動作させて、前記キャリアを初期位置に戻し、前記現在の膜厚分布が前記第１目標膜厚分布の範囲内でない場合、前記キャリアの偏心方向および偏心量が前記基板の膜厚分布に対応しているか確認する。
一態様では、前記基板の研磨開始後、前記基板の半径方向における現在の膜厚分布が所定の第２目標膜厚分布の範囲内か否かを判断し、前記現在の膜厚分布が前記第２目標膜厚分布の範囲内である場合、前記基板の円周方向における現在の膜厚分布が所定の第１目標膜厚分布の範囲内か否かを判断し、前記現在の膜厚分布が前記第２目標膜厚分布の範囲内でない場合、圧力調整装置を動作させて、前記圧力室に供給する流体の圧力を変更する。

【0015】

一態様では、基板を研磨パッドの研磨面に押し付けて、前記基板を研磨する動作を基板保持装置に実行させるステップと、前記基板の研磨中に測定された前記基板の膜厚分布に基づいて、前記基板を押圧するための少なくとも１つの圧力室を形成する弾性膜に連結されたキャリアの偏心方向および偏心量を決定するステップと、決定された偏心方向および偏心量に基づいて、前記キャリアをオフセットさせる動作をオフセット機構に実行させるステップと、をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録した非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。

【0016】

一態様では、前記基板の膜厚分布の測定時における、前記基板の、前記基板保持装置に対する相対角度が変化しているか否かを判断するステップと、前記相対角度が変化している場合、前記相対角度の変化量に基づいて、前記相対角度を補正して、前記キャリアの偏心方向および偏心量を決定するステップと、をコンピュータに実行させる。
一態様では、前記基板の研磨開始後、前記基板の円周方向における現在の膜厚分布が所定の第１目標膜厚分布の範囲内か否かを判断するステップと、前記現在の膜厚分布が前記第１目標膜厚分布の範囲内である場合、前記キャリアを初期位置に戻す動作を前記オフセット機構に実行させるステップと、前記現在の膜厚分布が前記第１目標膜厚分布の範囲内でない場合、前記キャリアの偏心方向および偏心量が前記基板の膜厚分布に対応しているか確認するステップと、をコンピュータに実行させる。
一態様では、前記基板の研磨開始後、前記基板の半径方向における現在の膜厚分布が所定の第２目標膜厚分布の範囲内か否かを判断するステップと、前記現在の膜厚分布が前記第２目標膜厚分布の範囲内である場合、前記基板の円周方向における現在の膜厚分布が所定の第１目標膜厚分布の範囲内か否かを判断するステップと、前記現在の膜厚分布が前記第２目標膜厚分布の範囲内でない場合、前記圧力室に供給する流体の圧力を変更する動作を圧力調整装置に実行させるステップと、をコンピュータに実行させる。

【発明の効果】

【0017】

基板保持装置は、弾性膜に連結されたキャリアをオフセットさせるオフセット機構を動作させることにより、基板の膜厚のばらつきを解消することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】基板処理装置の一実施形態を示す図である。

【図2】図２（ａ）は研磨ヘッドの水平断面図（Ｃ－Ｃ線断面図）であり、図２（ｂ）は研磨ヘッドの垂直断面図（Ａ－Ａ線断面図）であり、図２（ｃ）は研磨ヘッドの垂直断面図（Ｂ－Ｂ線断面図）である。

【図3】図３（ａ）はリテーナリングおよびスペーサを示す平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＸ－Ｘ線断面図であり、図３（ｃ）は図３（ａ）のＹ－Ｙ線断面図である。

【図4】圧力室を形成する弾性膜と、弾性膜に連結されたキャリアと、を示す図である。

【図5】回転トルク伝達機構を示す図である。

【図6】傾動構造体を示す図である。

【図7】オフセット機構の平面図である。

【図8】図８（ａ）は偏心していない状態のキャリアを示す図であり、図８（ｂ）は偏心している状態のキャリアを示す図であり、図８（ｃ）はキャリアの偏心量を示す図である。

【図9】図９（ａ）および図９（ｂ）は、ウェーハの周縁部に作用する押圧力の違いを示す図である。

【図10】図１０（ａ）はリテーナリングとキャリアとの間に形成された均一な隙間を示す図であり、図１０（ｂ）はリテーナリングとキャリアとの間に形成された不均一な隙間を示す図である。

【図11】オフセット機構の動作を組み込んだウェーハの研磨フローの一実施形態を示す図である。

【図12】キャリアの偏心方向および偏心量を決定するときに、ウェーハの膜厚分布に関連付けられる情報の一例を示す図である。

【図13】ウェーハの研磨フローの他の実施形態を示す図である。

【図14】ウェーハの研磨フローの他の実施形態を示す図である。

【図15】ウェーハの周方向の角度の基準位置を示す図である。

【図16】図１６（ａ）～図１６（ｃ）は、オフセット機構の他の実施形態を示す図である。

【図17】図１７（ａ）は偏心していない状態のキャリアを示す図であり、図１７（ｂ）は偏心している状態のキャリアを示す図であり、図１７（ｃ）はキャリアの偏心量を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

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。なお、以下で説明する図面において、同一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。以下で説明する複数の実施形態において、特に説明しない一実施形態の構成は、他の実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。

【0020】

図１は、基板処理装置の一実施形態を示す図である。図１に示すように、基板処理装置（より具体的には、研磨装置）１は、基板の一例であるウェーハＷを保持して回転させる基板保持装置（研磨ヘッド）１０と、研磨パッド５を支持する研磨テーブル２と、研磨パッド５上に研磨液（スラリー）を供給する研磨液供給ノズル１９と、を備えている。

【0021】

研磨ヘッド１０は、その下面にウェーハＷを真空吸引により保持するように構成されている。研磨ヘッド１０および研磨テーブル２は、同一方向に回転し、この状態で、研磨ヘッド１０は、ウェーハＷを研磨パッド５の研磨面５ａに押し付ける。研磨液供給ノズル１９は、研磨液を研磨パッド５上に供給する。ウェーハＷは、研磨液の存在下で研磨パッド５と摺接し、研磨液の化学成分による化学的作用と、研磨液に含まれる砥粒の機械的作用との複合効果により研磨される。

【0022】

基板処理装置１は、研磨ヘッド１０に連結されたヘッドシャフト１２と、ヘッドシャフト１２に連結されたヘッドアーム１３と、ヘッドアーム１３を揺動自在に支持するアームシャフト１４と、を備えている。

【0023】

ヘッドシャフト１２は、上下動機構（図示しない）によってヘッドアーム１３に対して上下動するように構成されている。ヘッドアーム１３は、旋回機構（図示しない）によってアームシャフト１４を中心として旋回するように構成されている。ウェーハＷを保持した研磨ヘッド１０は、ヘッドアーム１３の旋回によって、ウェーハＷの受け渡し位置（研磨テーブル２の外側の位置）と、研磨テーブル２の上方位置と、の間を移動する。

【0024】

基板処理装置１は、ヘッドシャフト１２を回転させるヘッドモータ１５を備えている。ヘッドモータ１５は、ヘッドアーム１３に内蔵されている。ヘッドモータ１５が駆動すると、研磨ヘッド１０は、ヘッドシャフト１２とともに回転する。基板処理装置１は、ヘッドモータ１５に連結された回転角度測定器５０Ａを備えている。回転角度測定器５０Ａは、研磨ヘッド１０の回転角度を測定するように構成されている。回転角度測定器５０Ａの一例として、ロータリーエンコーダを挙げることができる。

【0025】

研磨テーブル２は、テーブル軸３に支持されている。テーブル軸３は、テーブルモータ４に連結されている。テーブルモータ４が駆動すると、研磨テーブル２（および研磨パッド５）は、テーブル軸３とともに回転する。基板処理装置１は、テーブルモータ４に連結された回転角度測定器５０Ｂを備えている。回転角度測定器５０Ｂは、研磨テーブル２の回転角度を測定するように構成されている。回転角度測定器５０Ｂの一例として、ロータリーエンコーダを挙げることができる。

【0026】

図２（ａ）は研磨ヘッドの水平断面図（Ｃ－Ｃ線断面図）であり、図２（ｂ）は研磨ヘッドの垂直断面図（Ａ－Ａ線断面図）であり、図２（ｃ）は研磨ヘッドの垂直断面図（Ｂ－Ｂ線断面図）である。

【0027】

図２（ａ）～図２（ｃ）に示すように、研磨ヘッド１０は、ヘッド本体２０を備えている。ヘッド本体２０は、ヘッドシャフト１２に接続された円形のハウジング（またはフランジ）２１と、ハウジング２１の下面に取り付けられたスペーサ７５と、スペーサ７５の下方に配置されたキャリア７１と、キャリア７１の側方に配置されたリテーナリング７０と、を備えている。

【0028】

図３（ａ）はリテーナリングおよびスペーサを示す平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＸ－Ｘ線断面図であり、図３（ｃ）は図３（ａ）のＹ－Ｙ線断面図である。図３（ｂ）および図３（ｃ）において、ハウジング２１およびキャリア７１の図示は省略されている。

【0029】

リテーナリング７０は、研磨パッド５の研磨面５ａに接触するリング部７０ａと、リング部７０ａの上部に固定されたドライブリング７０ｂと、を備えている。リング部７０ａは、ウェーハＷの周縁部を取り囲んでおり、ウェーハＷの研磨中に、ウェーハＷが研磨ヘッド１０から飛び出さないように、ウェーハＷを保持している。

【0030】

リテーナリング７０のドライブリング７０ｂは、その中央部分に配置された軸部７０ｃ（後述する）から放射状に延びる複数（図３に示す実施形態では、６つ）のスポーク７０ｄを有している。スペーサ７５は、複数のスポーク７０ｄが収容される複数の放射状の溝７５ａを有している。

【0031】

スペーサ７５の溝７５ａとドライブリング７０ｂのスポーク７０ｄとの間には、僅かな隙間が形成されている。したがって、リテーナリング７０は、スペーサ７５に対して、相対的に上下動および傾動する。ハウジング２１（およびヘッドシャフト１２）がヘッドモータ１５の駆動によって回転すると、ハウジング２１に作用する回転トルクは、スペーサ７５を介してリテーナリング７０に伝達される。

【0032】

図４は、圧力室を形成する弾性膜と、弾性膜に連結されたキャリアと、を示す図である。図４に示すように、研磨ヘッド１０は、ウェーハＷを押圧するための少なくとも１つ（本実施形態では、８つ）の圧力室７７ａ，７７ｂ，７７ｃ，７７ｄ，７７ｅ，７７ｆ，７７ｇ，７７ｈを形成する弾性膜７２を備えている。弾性膜７２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柔軟なゴム材によって形成されている。

【0033】

弾性膜７２は、複数（本実施形態では、８つ）の環状の周壁７８ａ，７８ｂ，７８ｃ，７８ｄ，７８ｅ，７８ｆ，７８ｇ，７８ｈを有している。これら周壁７８ａ～７８ｈは、同心状に配置されており、キャリア７１に連結されている。

【0034】

キャリア７１の下面と、周壁７８ａ～７８ｈと、は、キャリア７１の下方に配置された圧力室７７ａ～７７ｈを形成している。圧力室７７ａ～７７ｇは環状形状を有しており、圧力室７７ｈは、円形状を有している。圧力室７７ａ～７７ｈは、同心状に配置されている。

【0035】

弾性膜７２は、キャリア７１の側方に配置された側壁７２ａを有している。側壁７２ａは、周壁７８ａ～７８ｈと同心状に配置されている。側壁７２ａの一端はリテーナリング７０に連結されており、他端はキャリア７１に連結されている。

【0036】

図４に示すように、基板処理装置１は、圧力室７７ａ～７７ｈのそれぞれに連結された流体ライン７９ａを備えている。流体ライン７９ａは、ロータリージョイント（図示しない）を経由して、圧力調整装置１６に連結されている。より具体的には、流体ライン７９ａは、スペーサ７５に形成された貫通穴７４（図３（ａ）および図３（ｃ）参照）と、ハウジング２１およびヘッドシャフト１２のそれぞれに形成された連通穴と、を通過して、圧力調整装置１６に連結されている。

【0037】

圧力調整装置１６は、圧力室７７ａ～７７ｈのそれぞれの内部の圧力を独立して調整するように構成されている。圧力調整装置１６の一例として、電空レギュレータを挙げることができる。図示しないが、圧力室７７ａ～７７ｈのそれぞれは、その内部に正圧または負圧を形成するように構成されている。さらに、圧力室７７ａ～７７ｈを大気開放することもできる。

【0038】

研磨ヘッド１０は、ハウジング２１とドライブリング７０ｂとの間に配置された環状のローリングダイヤフラム８６を備えている（図２（ｂ）および図２（ｃ）参照）。基板処理装置１は、ローリングダイヤフラム８６に連結された流体ライン７９ｂを備えている。流体ライン７９ｂは、流体ライン７９ａと同様に、ロータリージョイントを経由して、圧力調整装置１６に連結されている。圧力調整装置１６は、ローリングダイヤフラム８６の内部の圧力を独立して調整するように構成されている。

【0039】

図５は、回転トルク伝達機構を示す図である。図５（および図２（ａ）、図２（ｃ））に示すように、研磨ヘッド１０は、リテーナリング７０に作用する回転トルクをキャリア７１に伝達する回転トルク伝達機構８５を備えている。

【0040】

ヘッドモータ１５が駆動すると、リテーナリング７０は、ハウジング２１とともに回転する。回転トルク伝達機構８５は、リテーナリング７０に作用する回転トルクをキャリア７１に伝達するように構成されている。回転トルク伝達機構８５は、リテーナリング７０のドライブリング７０ｂからキャリア７１に向かって延びる複数の突起８５ａと、複数の突起８５ａのそれぞれが緩やかに嵌まり込む嵌合部８５ｂと、を備えている。

【0041】

複数の突起８５ａは、キャリア７１の半径方向外側に配置されたドライブリング７０ｂの内周面に固定されている。複数の嵌合部８５ｂは、ドライブリング７０ｂの半径方向内側に配置されたキャリア７１の外周面に形成されている。

【0042】

嵌合部８５ｂは、突起８５ａよりも大きなサイズを有しているため、突起８５ａは、嵌合部８５ｂに緩やかに嵌合する。図２（ａ）に示す実施形態では、３つの突起８５ａがドライブリング７０ｂの円周方向に沿って等間隔に配置されているが、突起８５ａの数は、本実施形態には限定されない。

【0043】

各突起８５ａの、各嵌合部８５ｂへの嵌まり込みにより、回転トルク伝達機構８５はリテーナリング７０に作用する回転トルクをキャリア７１に伝達し、キャリア７１はリテーナリング７０とともに回転する。

【0044】

回転トルク伝達機構８５は、リテーナリング７０に作用する回転トルクをキャリア７１に伝達する役割のみならず、キャリア７１をリテーナリング７０に保持する役割をも果たしている。したがって、研磨ヘッド１０がヘッドシャフト１２とともに上昇して、キャリア７１に重力が作用しても、リテーナリング７０から脱落しない。このように、回転トルク伝達機構８５は、キャリア７１に回転力を付与しつつ、キャリア７１のリテーナリング７０からの脱落を防止する。

【0045】

図６は、傾動構造体を示す図である。図６に示すように、研磨ヘッド１０は、リテーナリング７０を傾動させる傾動構造体７６を備えている。傾動構造体７６は、キャリア７１の中心部分に形成された収容凹部７１ａに配置されている。

【0046】

キャリア７１を取り囲むリテーナリング７０は、ドライブリング７０ｂの下面からキャリア７１の収容凹部７１ａに向かって延びる軸部７０ｃを有している。軸部７０ｃは、ドライブリング７０ｂの中心に形成されており、ヘッドシャフト１２の中心軸線ＣＬ１に沿って延びている。軸部７０ｃは、収容凹部７１ａの内部まで延びている。

【0047】

図６に示す実施形態では、傾動構造体７６は、リテーナリング７０の軸部７０ｃに装着された球面軸受を備えている。球面軸受としての傾動構造体７６は、環状の内輪７６ａと、内輪７６ａの外周面を摺動自在に支持する外輪７６ｂと、を備えている。

【0048】

スペーサ７５は、収容凹部７１ａに向かって延びる環状突起７３を有している。環状突起７３は、リテーナリング７０の軸部７０ｃの半径方向外側に配置されており、傾動構造体７６は、軸部７０ｃと環状突起７３との間に配置されている。

【0049】

外輪７６ｂは、環状突起７３の内周面に固定されており、内輪７６ａを摺動自在に支持している。したがって、内輪７６ａは、外輪７６ｂに対して全方向（３６０度）に傾動可能である。軸部７０ｃは、内輪７６ａに挿入されている。したがって、軸部７０ｃを含むリテーナリング７０は、内輪７６ａに対して鉛直方向にのみ移動可能である一方で、リテーナリング７０の水平方向の移動は、傾動構造体７６によって制限されている。このような構成により、リテーナリング７０は、ヘッド本体２０とは独立して上下動可能および傾動可能に構成されている。

【0050】

図７は、オフセット機構の平面図である。図６および図７に示すように、研磨ヘッド１０は、リテーナリング７０に対してキャリア７１をオフセットさせるオフセット機構８０を備えている。本実施形態では、オフセット機構８０は、キャリア７１の収容凹部７１ａに配置されている。オフセット機構８０は、リテーナリング７０の円周方向に沿って等間隔で配置された複数の押付アクチュエータ８１を備えている。

【0051】

複数の押付アクチュエータ８１は、同一の構造を有している。押付アクチュエータ８１は、スポーク７０ｄに対して、スポーク７０ｄの延びる方向（すなわち、中心軸線ＣＬ１と垂直な方向）と平行な方向に押付力を付与するように構成されている。

【0052】

押付アクチュエータ８１の一例として、モータおよびボールねじを備えるボールねじ機構、またはエアシリンダを挙げることができる。一実施形態では、押付アクチュエータ８１は、ボールねじ機構と、エアシリンダと、の組み合わせであってもよい。

【0053】

複数の押付アクチュエータ８１は、環状突起７３の円周方向に沿って、等間隔に配置されている。本実施形態では、３つの押付アクチュエータ８１が配置されているが、押付アクチュエータ８１の数は本実施形態には限定されない。

【0054】

押付アクチュエータ８１は、ヘッド本体２０（より具体的には、スペーサ７５の環状突起７３）に押付力を付与する押付部材８１ａと、押付部材８１ａを保持する保持部材８１ｂと、を備えている。保持部材８１ｂは、キャリア７１の収容凹部７１ａの内周面に埋め込まれている。押付部材８１ａは、保持部材８１ｂから環状突起７３に向かって延びており、伸縮自在に構成されている。

【0055】

各押付アクチュエータ８１は、その駆動により、押付部材８１ａを伸縮させる。押付部材８１ａが伸張すると、環状突起７３に押付力を付与する。環状突起７３を含むスペーサ７５は、ハウジング２１を介してヘッドシャフト１２に固定されている。したがって、環状突起７３に付与された押付力は、押付アクチュエータ８１が取り付けられたキャリア７１に作用する。

【0056】

回転トルク伝達機構８５の突起８５ａは、嵌合部８５ｂに緩やかに嵌まり込んでいるため、キャリア７１は、リテーナリング７０に対して相対的に移動可能である。したがって、各押付アクチュエータ８１は、環状突起７３に付与された押付力をキャリア７１に作用させる。言い換えれば、各押付アクチュエータ８１は、間接的に、押付力をキャリア７１に付与する。

【0057】

図８（ａ）は偏心していない状態のキャリアを示す図であり、図８（ｂ）は偏心している状態のキャリアを示す図であり、図８（ｃ）はキャリアの偏心量を示す図である。キャリア７１は、環状突起７３に付与された押付力の大きさと、環状突起７３への押付方向と、に応じて、リテーナリング７０に対して、相対的に移動する。

【0058】

図８（ａ）では、リテーナリング７０（すなわち、ヘッド本体２０）の中心軸線ＣＬ１と、キャリア７１の中心軸線ＣＬ２は、互いに一致している。このように、中心軸線ＣＬ１，ＣＬ２が互いに一致する位置は、キャリア７１の初期位置である。言い換えれば、キャリア７１の初期位置は、すべての押付アクチュエータ８１の変位量が初期値であるときの位置である。

【0059】

各押付アクチュエータ８１を動作させることにより、キャリア７１（すなわち、中心軸線ＣＬ２）は、リテーナリング７０の中心軸線ＣＬ１に対して偏心する。キャリア７１の偏心方向および偏心量は、各押付アクチュエータ８１の押付方向および押付力の大きさに依存する。図８（ｂ）および図８（ｃ）では、３つの押付アクチュエータ８１のうち、１つの押付アクチュエータ８１を伸張させ、２つの押付アクチュエータ８１を収縮させることにより、キャリア７１の中心軸線ＣＬ２は、偏心量（変位量）ｄだけ、中心軸線ＣＬ１から変位している。

【0060】

図９（ａ）および図９（ｂ）は、ウェーハの周縁部に作用する押圧力の違いを示す図である。図９（ａ）に示すように、キャリア７１とリテーナリング７０との間に十分な隙間が形成されている場合（すなわち、隙間が大きい場合）、圧力室７７ａを形成する弾性膜７２は、リテーナリング７０のリング部７０ａに接触しない。

【0061】

図９（ａ）に示す実施形態では、キャリア７１は、初期位置に配置されており、ウェーハＷの円周方向におけるリテーナリング７０と弾性膜７２との間には、均一な隙間が形成されている。この場合、弾性膜７２の膨張力は、側壁７２ａ側に作用する力と、ウェーハＷ側に作用する力と、に分散される。したがって、弾性膜７２によるウェーハＷの、研磨面５ａに対する押圧力は小さく、結果として、ウェーハＷの周縁部における研磨レートは、ウェーハＷの周縁部よりも内側における研磨レートとほとんど同じである（または、やや小さい）。

【0062】

その一方で、図９（ｂ）に示すように、キャリア７１とリテーナリング７０との間に十分な隙間が形成されていない場合（すなわち、隙間が小さい場合）、圧力室７７ａを形成する弾性膜７２は、リテーナリング７０のリング部７０ａに接触する。なお、弾性膜７２がリング部７０ａに接触する領域は、接触領域７２ｂと呼ばれる。

【0063】

この場合、弾性膜７２の膨張力は、ウェーハＷ側に大きく作用する。したがって、弾性膜７２によるウェーハＷの、研磨面５ａに対する押圧力は大きく、結果として、ウェーハＷの周縁部における研磨レートは、ウェーハＷの周縁部よりも内側における研磨レートよりも大きくなる。

【0064】

オフセット機構８０は、キャリア７１をオフセット（偏心または移動）させて、ウェーハＷの円周方向におけるリテーナリング７０と弾性膜７２との間に不均一な隙間を形成するように構成されている。したがって、ウェーハＷの円周方向に沿った膜厚のばらつきが生じたとしても、オフセット機構８０は、キャリア７１をオフセットさせることによって、ウェーハＷの周縁部における複数の領域ごとの研磨レートを制御して、ウェーハＷの円周方向において、ウェーハＷを不均一に研磨することができる。このようにして、オフセット機構８０は、ウェーハＷの周縁部における膜厚のばらつきを解消することができる。

【0065】

一実施形態では、オフセット機構８０がキャリア７１をオフセットさせたとき、弾性膜７２がウェーハＷ上をスムーズに移動するように、弾性膜７２は、その表面に塗布された滑り性のよいコーティング材ＳＲ１を有してもよい（図９（ａ）および図９（ｂ）参照）。コーティング材ＳＲ１は、ウェーハＷの裏面に対向している。コーティング材ＳＲ１の一例として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）コーティングを挙げることができる。

【0066】

キャリア７１は、スペーサ７５に対向する対向面を有している。一実施形態では、キャリア７１は、その対向面に塗布された滑り性のよいコーティング材ＳＲ２を有してもよい（図６参照）。コーティング材ＳＲ２の一例として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）コーティングを挙げることができる。

【0067】

図１０（ａ）はリテーナリングとキャリアとの間に形成された均一な隙間を示す図であり、図１０（ｂ）はリテーナリングとキャリアとの間に形成された不均一な隙間を示す図である。図１０（ａ）および図１０（ｂ）では、ウェーハＷの周縁部における領域ＡＲの膜厚は大きい。図１０（ａ）において、オフセット機構８０によってキャリア７１をオフセット（偏心または移動）させない場合、リテーナリング７０とキャリア７１との間の隙間は、均一である（すなわち、隙間Ａ＝隙間Ｂ）。

【0068】

図９（ｂ）を参照して説明したように、オフセット機構８０は、キャリア７１をオフセットさせることにより、ウェーハＷの円周方向における特定の領域の研磨レートを高くすることができる。図１０（ｂ）に示すように、ウェーハＷの領域ＡＲは、研磨ヘッド角度０度の位置に対応している。なお、図１０（ｂ）における太い黒色点線で示した領域は、弾性膜７２の、リテーナリング７０との接触領域７２ｂを表している。

【0069】

したがって、領域ＡＲの膜厚が大きい場合、オフセット機構８０は、研磨ヘッド角度０度の位置にキャリア７１をオフセット（偏心または移動）させる（すなわち、隙間Ａ＞隙間Ｂ）。ウェーハＷの研磨レートは、キャリア７１の偏心量に依存している。したがって、領域ＡＲの膜厚の大きさに応じて、適宜、キャリア７１の偏心量を決定する。結果として、領域ＡＲにおける研磨レートは他の領域における研磨レートよりも高くなり、領域ＡＲは、積極的に研磨される。このようにして、領域ＡＲの膜厚を小さくすることができる。

【0070】

オフセット機構８０は、ウェーハＷの研磨中において、測定されたウェーハＷの膜厚に基づいて、キャリア７１をオフセットさせるように構成されている。より具体的には、図１に示すように、基板処理装置１は、ウェーハＷの膜厚に従って変化する膜厚信号を検出する膜厚センサ３０と、膜厚センサ３０によって検出された膜厚信号に基づいて、ウェーハＷの膜厚を測定する制御装置６０と、を備えている。

【0071】

膜厚センサ３０は、研磨テーブル２の内部に配置されている。膜厚センサ３０は、研磨テーブル２が１回転するたびに、ウェーハＷの中心部を含む複数の領域での膜厚信号を検出（生成）する。膜厚センサ３０の一例として、光学式センサまたは渦電流センサを挙げることができる。

【0072】

制御装置６０は、基板処理装置１の構成要素（例えば、膜厚センサ３０、回転角度測定器５０Ａ，５０Ｂなど）に電気的に接続されている。制御装置６０は、膜厚センサ３０によって検出された膜厚信号、回転角度測定器５０Ａによって測定された研磨ヘッド１０の回転角度、回転角度測定器５０Ｂによって測定された研磨テーブル２の回転角度などの情報を取得する。

【0073】

制御装置６０は、オフセット機構８０の動作を含む基板処理装置１の動作（例えば、研磨ヘッド１０の動作、研磨テーブル２の動作、研磨液供給ノズル１９の動作など）を制御するように構成されている。本実施形態では、制御装置６０は、コンピュータから構成される。

【0074】

図１に示すように、制御装置６０は、プログラムやデータなどが格納される記憶部６０Ｄと、膜厚センサ３０から取得した膜厚信号に基づいてウェーハＷの膜厚を測定する測定部６０Ｃと、記憶部６０Ｄに格納されているプログラムに従って演算を行うＣＰＵ（中央処理装置）またはＧＰＵ（グラフィックプロセッシングユニット）などの演算部６０Ｂと、演算部６０Ｂによって演算された結果に基づいて、基板処理装置１の動作を制御する制御部６０Ａと、を備えている。

【0075】

図１１は、オフセット機構の動作を組み込んだウェーハの研磨フローの一実施形態を示す図である。制御装置６０は、図１１を参照して説明する各ステップを実行するように構成されている。ウェーハＷの研磨が開始されると、膜厚センサ３０は、研磨テーブル２とともに回転し、ウェーハＷの表面を横切りながら、膜厚信号を検出する。膜厚信号は、膜厚を直接または間接に示す指標値であり、ウェーハＷの膜厚の減少に従って変化する。

【0076】

ウェーハＷの研磨中において、膜厚センサ３０は、ウェーハＷの表面を複数回横切り、複数の膜厚信号を検出する。図１１のステップＳ１０１に示すように、測定部６０Ｃは、膜厚センサ３０によって検出された複数の膜厚信号に基づいて、ウェーハＷ上の膜厚分布を測定する。

【0077】

記憶部６０Ｄは、測定部６０Ｃによって測定されたウェーハＷの膜厚分布を記憶している。その後、演算部６０Ｂは、ウェーハＷの研磨中に測定されたウェーハＷの膜厚分布に基づいて、キャリア７１の偏心方向および偏心量を決定し、決定された偏心方向および偏心量に基づいて、３つの押付アクチュエータ８１の変位量を算出する（ステップＳ１０２）。

【0078】

図１２は、キャリアの偏心方向および偏心量を決定するときに、ウェーハの膜厚分布に関連付けられる情報の一例を示す図である。演算部６０Ｂは、ウェーハＷの膜厚分布に関する情報を以下の情報（１）～（５）に関連付けて、キャリア７１の偏心方向および偏心量を決定する。
（１）研磨ヘッド１０の中心軸線ＣＬ１の、研磨テーブル２の回転中心ＣＬ３からの距離Ｒ１
（２）研磨テーブル２における研磨ヘッド１０の中心軸線ＣＬ１が配置されている位置の回転角度ＲＡ１
（３）研磨テーブル２における膜厚センサ３０が配置されている位置の回転角度ＲＡ１
（４）研磨ヘッド１０の回転角度ＲＡ２
（５）膜厚センサ３０の、回転中心ＣＬ３からの距離Ｒ２
なお、ウェーハＷの研磨中に、研磨ヘッド１０を揺動させる場合には、演算部６０Ｂは、研磨ヘッド１０の揺動角度に関する情報をウェーハＷの膜厚分布に関する情報に関連付けてもよい。

【0079】

回転角度ＲＡ１はテーブルモータ４に連結された回転角度測定器５０Ｂ（図１参照）に基づいて測定された研磨テーブル２の回転角度を示しており、回転角度ＲＡ２はヘッドモータ１５に連結された回転角度測定器５０Ａ（図１参照）に基づいて測定された研磨ヘッド１０の回転角度を示している。

【0080】

膜厚センサ３０の初期位置の回転角度（図１２に示す実施形態では、約１９０度）をＲＡ１’で表現したとき、回転角度ＲＡ１’は、回転角度測定器５０Ｂの回転位相の起点（すなわち、ゼロ度）と膜厚センサ３０の位置との回転位相のずれを表している。ウェーハＷの研磨中において、膜厚センサ３０の現在の回転角度は、研磨テーブル２の回転とともに変化する。したがって、膜厚センサ３０の現在の回転角度を測定するときの回転角度ＲＡ１は、膜厚センサ３０の初期位置の回転角度ＲＡ１’を加算した回転角度として算出される。

【0081】

研磨ヘッド１０の初期位置の回転角度（図１２に示す実施形態では、約２６０度）をＲＡ１’’で表現したとき、回転角度ＲＡ１’’は、回転角度測定器５０Ｂの回転位相の起点（すなわち、ゼロ度）と研磨ヘッド１０の位置との回転位相のずれを表している。ウェーハＷの研磨中において、研磨ヘッド１０の回転角度は、研磨テーブル２の回転とともに変化しない。したがって、研磨ヘッド１０の現在の回転角度を測定するときの回転角度ＲＡ１は、回転角度ＲＡ１’’に相当する。

【0082】

上述した情報（１）～（５）は、記憶部６０Ｄに記憶されている。ウェーハＷの膜厚分布に関連付けられる情報の一例であり、必ずしも情報（１）～（５）のすべてをウェーハＷの膜厚分布に関連付ける必要はない。情報（１）～（５）の少なくとも１つの情報をウェーハＷの膜厚分布に関連付けてもよい。

【0083】

ステップＳ１０２の後、制御部６０Ａは、演算部６０Ｂからの指令を受けて、３つの押付アクチュエータ８１のうちの少なくとも１つを動作させて、キャリア７１をオフセットさせる（ステップＳ１０３参照）。このようにして、オフセット機構８０は、ウェーハＷの円周方向におけるリテーナリング７０と弾性膜７２との間に不均一な隙間を形成する。

【0084】

その後、ウェーハＷを所定時間、研磨し（ステップＳ１０４参照）、再び、測定部６０Ｃは、膜厚センサ３０によって検出された複数の膜厚信号に基づいて、ウェーハＷ上の膜厚分布を測定する（ステップＳ１０５参照）。

【0085】

演算部６０Ｂは、ステップＳ１０５で測定したウェーハＷの膜厚分布に基づいて、ウェーハＷの全体（すなわち、円周方向および半径方向）における現在の平均膜厚が所定の目標値以下であるか否かを判断する（ステップＳ１０６参照）。現在の平均膜厚が目標値以下である場合（ステップＳ１０６の「ＹＥＳ」参照）、演算部６０Ｂは、ウェーハＷの研磨終点を決定し、ウェーハＷの研磨を終了する。

【0086】

その一方で、現在の平均膜厚が目標値以下でない場合（ステップＳ１０６の「ＮＯ」参照）、演算部６０Ｂは、ウェーハＷの円周方向における現在の膜厚分布が所定の目標膜厚分布（第１目標膜厚分布）の範囲内か否かを判断する（ステップＳ１０７参照）。

【0087】

現在の膜厚分布が第１目標膜厚分布の範囲内である場合（ステップＳ１０７の「ＹＥＳ」参照）、制御部６０Ａは、すべての押付アクチュエータ８１の変位量を初期値（すなわち、初期位置）に戻す（ステップＳ１０８参照）。より具体的には、制御部６０Ａは、リテーナリング７０の中心軸線ＣＬ１とキャリア７１の中心軸線ＣＬ２とが一致するように、すべての押付アクチュエータ８１を動作させる。

【0088】

このようにして、研磨ヘッド１０は、ウェーハＷの円周方向におけるリテーナリング７０と弾性膜７２との間に均一な隙間を形成して、ウェーハＷを均一に研磨する。ステップＳ１０８の後、制御装置６０は、ステップＳ１０４と同一のステップを実行する。

【0089】

現在の膜厚分布が第１目標膜厚分布の範囲内でない場合（ステップＳ１０７の「ＮＯ」参照）、演算部６０Ｂは、キャリア７１の偏心方向および偏心量がウェーハＷの膜厚分布に一致（対応）しているか確認する動作を実行する（ステップＳ１０９参照）。キャリア７１の偏心方向および偏心量がウェーハＷの膜厚分布に一致している場合（ステップＳ１０９の「ＹＥＳ」参照）、制御装置６０は、ステップＳ１０４と同一のステップを実行する。

【0090】

その一方で、キャリア７１の偏心方向および偏心量がウェーハＷの膜厚分布に一致していない場合（ステップＳ１０９の「ＮＯ」参照）、制御装置６０は、ステップＳ１０２と同一のステップを実行する。より具体的には、演算部６０Ｂは、再び、キャリア７１の偏心方向および偏心量を決定し、決定された偏心方向および偏心量に基づいて、３つの押付アクチュエータ８１の変位量を算出する。

【0091】

図１１に示すフローチャートでは、演算部６０Ｂは、ウェーハＷの円周方向における現在の膜厚分布が第１目標膜厚分布の範囲内か否かを判断するが（ステップＳ１０７参照）、一実施形態では、演算部６０Ｂは、ウェーハＷの半径方向における現在の膜厚分布が所定の目標膜厚分布（第２目標膜厚分布）の範囲内か否かを判断してもよい。

【0092】

図１３は、ウェーハの研磨フローの他の実施形態を示す図である。図１３に示すように、制御装置６０は、図１１のステップＳ１０１～Ｓ１０６に相当するステップＳ２０１～Ｓ２０６を実行する。ステップＳ２０６の後、演算部６０Ｂは、ウェーハＷの半径方向における現在の膜厚分布が第２目標膜厚分布の範囲内か否かを判断する（ステップＳ２０７参照）。

【0093】

現在の膜厚分布が第２目標膜厚分布の範囲内である場合（ステップＳ２０７の「ＹＥＳ」参照）、演算部６０Ｂは、ステップＳ１０７に相当するステップＳ２１０を実行する。その後、制御装置６０は、ステップＳ２１０の結果に基づいて、ステップＳ１０８に相当するステップＳ２１１、またはステップＳ１０９に相当するステップＳ２１２を実行する。

【0094】

現在の膜厚分布が第２目標膜厚分布の範囲内でない場合（ステップＳ２０７の「ＮＯ」参照）、演算部６０Ｂは、各圧力室７７ａ～７７ｈに供給される流体の圧力変化量を算出する（ステップＳ２０８参照）。より具体的には、演算部６０Ｂは、ウェーハＷの半径方向における現在の膜厚分布が第２目標膜厚分布の範囲内になるように、特定の膜厚に対応する圧力室を決定し、決定された圧力室に供給される流体の圧力変化量を算出する。

【0095】

ステップＳ２０８の後、演算部６０Ｂは、決定された圧力変化量に基づいて、制御部６０Ａに指令を出す。制御部６０Ａは、演算部６０Ｂからの指令を受けて、圧力調整装置１６（より具体的には、各電空レギュレータ）の出力値を変更し、圧力調整装置１６を動作させる（ステップＳ２０９参照）。その後、演算部６０Ｂは、ステップＳ１０７に相当するステップＳ２１０を実行する。

【0096】

図１４は、ウェーハの研磨フローの他の実施形態を示す図である。図１５は、ウェーハの周方向の角度の基準位置を示す図である。ウェーハＷの研磨中において、ウェーハＷは、ウェーハＷと研磨パッド５との間に作用する摩擦力によって、研磨ヘッド１０に対して、研磨ヘッド１０の回転方向にずれるおそれがある。

【0097】

ウェーハＷが研磨ヘッド１０の回転方向にずれると、ウェーハＷの膜厚分布と、演算部６０Ｂによって算出された押付アクチュエータ８１の変位量と、が一致しない。結果として、制御部６０Ａは、ウェーハＷの膜厚のばらつきを精度よく解消することができないおそれがある。

【0098】

そこで、基板処理装置１は、ウェーハＷの研磨中において、ウェーハＷの周方向の角度の基準位置を検出する基準位置検出装置４０を備えている（図１参照）。本実施形態では、ウェーハＷの周方向の角度の基準位置は、ウェーハＷの周縁部に形成されたノッチＮｔの位置である（図１５参照）。

【0099】

図１に示すように、基準位置検出装置４０は、研磨ヘッド１０に隣接して配置されている。基準位置検出装置４０の一例として、ファイバースコープを挙げることができる。基準位置検出装置４０は、ウェーハＷの研磨中において、常時、ウェーハＷのノッチＮｔの位置を監視する。

【0100】

制御装置６０（より具体的には、演算部６０Ｂ）は、基準位置検出装置４０に電気的に接続されており、ウェーハＷの研磨中におけるノッチＮｔの位置を基準位置検出装置４０から取得するように構成されている。

【0101】

制御装置６０は、回転角度測定器５０Ａから取得した研磨ヘッド１０の回転角度に関する第１信号（第１データ）と、基準位置検出装置４０から取得したノッチＮｔの位置に関する第２信号（第２データ）と、に基づいて、ノッチＮｔの位置の、研磨ヘッド１０に対する相対角度を算出する。

【0102】

制御装置６０は、回転角度測定器５０Ａから取得した研磨ヘッド１０の回転角度に基づいて、ウェーハＷの研磨開始前におけるノッチＮｔの位置と研磨ヘッド１０との相対角度を決定する。ウェーハＷの研磨開始後、測定部６０Ｃは、膜厚センサ３０によって検出された複数の膜厚信号に基づいて、ウェーハＷ上の膜厚分布を測定する（ステップＳ３０１参照）。

【0103】

このとき、制御装置６０（より具体的には、演算部６０Ｂ）は、ウェーハＷの研磨を開始し、ウェーハＷの研磨中における基準位置検出装置４０から取得したデータに基づいて、ノッチＮｔの位置を特定する。

【0104】

演算部６０Ｂは、ウェーハＷの研磨開始前における相対角度に対して、ウェーハＷの膜厚分布の測定時におけるウェーハＷの円周方向と研磨ヘッド１０の円周方向との位置関係（すなわち、現在の相対角度）が変化していないか確認する（ステップＳ３０２参照）。現在の相対角度が変化していない場合（ステップＳ３０３の「ＮＯ」参照）、制御装置６０は、ステップＳ１０２～Ｓ１０９に相当するステップＳ３０５～Ｓ３１２を実行する。

【0105】

その一方で、現在の相対角度が変化している場合（ステップＳ３０３の「ＹＥＳ」参照）、演算部６０Ｂは、現在の相対角度の変化量を算出し、算出された相対角度の変化量に基づいて、ウェーハＷの膜厚分布を補正する（ステップＳ３０４参照）。

【0106】

より具体的には、演算部６０Ｂは、相対角度を補正して、ウェーハＷの膜厚分布の位置関係と、押付アクチュエータ８１の偏心方向および偏心量と、を同期させる。その後、制御装置６０は、ステップＳ３０５～Ｓ３１２を実行する。本実施形態によれば、仮に、ウェーハＷが研磨ヘッド１０の回転方向にずれても、制御部６０Ａは、ウェーハＷの膜厚のばらつきを解消することができる。

【0107】

制御装置６０は、記憶部６０Ｄに格納されたプログラムに含まれる命令に従って上述した各ステップを実行する。上述した各ステップを制御装置６０に実行させるためのプログラムは、非一時的な有形物であるコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録され、記録媒体を介して制御装置６０に提供される。または、プログラムは、インターネットまたはローカルエリアネットワークなどの通信ネットワークを介して制御装置６０に入力されてもよい。

【0108】

図１６（ａ）～図１６（ｃ）は、オフセット機構の他の実施形態を示す図である。図１６（ａ）～図１６（ｃ）に示す実施形態において、特に説明しない構成は、上述した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。

【0109】

図１６（ａ）は研磨ヘッドの水平断面図（Ｃ－Ｃ線断面図）であり、図１６（ｂ）は研磨ヘッドの垂直断面図（Ａ－Ａ線断面図）であり、図１６（ｃ）は研磨ヘッドの垂直断面図（Ｂ－Ｂ線断面図）である。

【0110】

図１６（ａ）～図１６（ｃ）に示す実施形態では、ヘッド本体２０は、スペーサ７５を備えておらず、ドライブリング７０ｂと、ハウジング２１と、は一体的に構成されている。言い換えれば、ドライブリング７０ｂおよびハウジング２１は、同一の構造物である。

【0111】

ヘッドシャフト１２は、傾動構造体９６を介してドライブリング７０ｂ（すなわち、ハウジング２１）に連結されている。本実施形態では、傾動構造体９６は、ボールジョイントである。ドライブリング７０ｂ（すなわち、ハウジング２１）は、傾動構造体９６により、ヘッドシャフト１２に対して傾動可能である。

【0112】

キャリア７１は、ドライブリング７０ｂの下方に配置されている。本実施形態においても、キャリア７１は、ドライブリング７０ｂに対向する対向面に塗布されたコーティング材ＳＲ２を有してもよい（図６参照）。同様に、弾性膜７２は、その表面に塗布された滑り性のよいコーティング材ＳＲ１を有してもよい（図９（ａ）および図９（ｂ）参照）。

【0113】

図１６（ａ）～図１６（ｃ）に示すように、研磨ヘッド１０は、オフセット機構８０の代わりにオフセット機構９０を備えてもよい。オフセット機構９０は、直接的に、押付力をキャリア７１に付与する複数の押付アクチュエータ９１を備えている。

【0114】

複数の押付アクチュエータ９１は、同一の構造を有している。各押付アクチュエータ９１は、キャリア７１に対して、中心軸線ＣＬ１と垂直な方向に押付力を付与するように構成されている。押付アクチュエータ９１の一例として、モータおよびボールねじを備えるボールねじ機構、またはエアシリンダを挙げることができる。一実施形態では、押付アクチュエータ９１は、ボールねじ機構と、エアシリンダと、の組み合わせであってもよい。

【0115】

複数の押付アクチュエータ９１は、リテーナリング７０の円周方向に沿って、等間隔に配置されており、リテーナリング７０に支持されている。より具体的には、リテーナリング７０は、その円周方向に沿って、等間隔に配置された複数の収容挿入部９５を有している。

【0116】

複数の押付アクチュエータ９１のそれぞれは、複数の収容挿入部９５のそれぞれに収容されている。本実施形態では、３つの押付アクチュエータ９１が配置されているが、押付アクチュエータ９１の数は本実施形態には限定されない。

【0117】

押付アクチュエータ９１は、キャリア７１に押付力を付与する押付部材９１ａと、押付部材９１ａを保持する保持部材９１ｂと、を備えている。収容挿入部９５は、リテーナリング７０の半径方向に延びる挿入孔９５ａと、挿入孔９５ａに接続された窪み部９５ｂと、を有している。押付部材９１ａは挿入孔９５ａに挿入されており、保持部材９１ｂは窪み部９５ｂに載置されている。

【0118】

押付部材９１ａは、保持部材９１ｂからキャリア７１に向かって延びており、伸縮自在に構成されている。各押付アクチュエータ９１は、その駆動により、押付部材９１ａを伸縮させる。押付部材９１ａが伸張すると、キャリア７１に押付力を付与する。

【0119】

図１７（ａ）は偏心していない状態のキャリアを示す図であり、図１７（ｂ）は偏心している状態のキャリアを示す図であり、図１７（ｃ）はキャリアの偏心量を示す図である。キャリア７１は、押付アクチュエータ９１によって付与された押付力の大きさと、押付方向と、に応じて、リテーナリング７０に対して、相対的に移動する。

【0120】

図１７（ａ）では、リテーナリング７０（すなわち、ヘッド本体２０）の中心軸線ＣＬ１と、キャリア７１の中心軸線ＣＬ２は、互いに一致している。その一方で、各押付アクチュエータ９１を動作させることにより、キャリア７１の中心軸線ＣＬ２は、リテーナリング７０の中心軸線ＣＬ１に対して偏心する。

【0121】

キャリア７１の偏心方向および偏心量は、各押付アクチュエータ９１の押付方向および押付力の大きさに依存する。図１７（ｂ）および図１７（ｃ）では、３つの押付アクチュエータ９１のうち、２つの押付アクチュエータ９１を伸張させ、１つの押付アクチュエータ９１を収縮させることにより、キャリア７１の中心軸線ＣＬ２は、偏心量（変位量）ｄだけ、中心軸線ＣＬ１から変位している。

【0122】

本実施形態においても、オフセット機構９０は、キャリア７１をオフセット（偏心または移動）させて、ウェーハＷの円周方向におけるリテーナリング７０と弾性膜７２との間に不均一な隙間を形成するように構成されている。したがって、ウェーハの円周方向に沿った膜厚のばらつきが生じたとしても、オフセット機構９０は、ウェーハＷの周縁部における膜厚のばらつきを解消することができる。

【0123】

一実施形態では、図１～図１５に示す実施形態と、図１６に示す実施形態と、を組み合わせてもよい。より具体的には、研磨ヘッド１０は、オフセット機構８０と、オフセット機構９０と、の組み合わせを備えてもよい。

【0124】

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

【符号の説明】

【0125】

１ 基板処理装置
２ 研磨テーブル
３ テーブル軸
４ テーブルモータ
５ 研磨パッド
５ａ 研磨面
１０ 研磨ヘッド（基板保持装置）
１２ ヘッドシャフト
１３ ヘッドアーム
１４ アームシャフト
１５ ヘッドモータ
１６ 圧力調整装置
２０ ヘッド本体
２１ ハウジング
３０ 膜厚センサ
４０ 基準位置検出装置
５０Ａ 回転角度測定器
５０Ｂ 回転角度測定器
６０ 制御装置
６０Ａ 制御部
６０Ｂ 演算部
６０Ｃ 測定部
６０Ｄ 記憶部
７０ リテーナリング
７０ａ リング部
７０ｂ ドライブリング
７０ｃ 軸部
７０ｄ スポーク
７１ キャリア
７１ａ 収容凹部
７２ 弾性膜
７２ａ 側壁
７２ｂ 接触領域
７３ 環状突起
７４ 貫通穴
７５ スペーサ
７５ａ 溝
７６ 傾動構造体
７６ａ 内輪
７６ｂ 外輪
７７ａ～７７ｈ 圧力室
７８ａ～７８ｈ 周壁
７９ａ 流体ライン
７９ｂ 流体ライン
８０ オフセット機構
８１ 押付アクチュエータ
８１ａ 押付部材
８１ｂ 保持部材
８５ 回転トルク伝達機構
８５ａ 突起
８５ｂ 嵌合部
８６ ローリングダイヤフラム
９０ オフセット機構
９１ 押付アクチュエータ
９１ａ 押付部材
９１ｂ 保持部材
９５ 収容挿入部
９５ａ 挿入孔
９５ｂ 窪み部
９６ 傾動構造体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】