(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-07-19
(45)【発行日】2022-07-27
(54)【発明の名称】研磨方法および研磨装置
(51)【国際特許分類】
B24B 49/00 20120101AFI20220720BHJP
H01L 21/304 20060101ALI20220720BHJP
B24B 47/22 20060101ALI20220720BHJP
B24B 9/00 20060101ALI20220720BHJP
B24B 49/10 20060101ALI20220720BHJP
B24B 21/00 20060101ALN20220720BHJP
【ＦＩ】
B24B49/00
H01L21/304 622Y
B24B47/22
B24B9/00 601G
B24B49/10
B24B21/00 A
【請求項の数】
16
(21)【出願番号】P 2018009755
(22)【出願日】2018-01-24
(65)【公開番号】P2018171698
(43)【公開日】2018-11-08
【審査請求日】2021-01-12
(31)【優先権主張番号】P 2017068444
(32)【優先日】2017-03-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【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】
【識別番号】100091498
【弁理士】
【氏名又は名称】渡邉 勇
(72)【発明者】
【氏名】杜 峯杰
(72)【発明者】
【氏名】柏木 誠
【審査官】小川 真
(56)【参考文献】
【文献】特開２００５－０２２０５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－０８５６１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－１３１６８７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－１１９５３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１９６２１１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２４Ｂ ４９／００、４９／１０
Ｂ２４Ｂ ４７／２２
Ｂ２４Ｂ ９／００
Ｂ２４Ｂ ２１／００
Ｂ２４Ｂ ７／０４
Ｈ０１Ｌ ２１／３０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも３つのセンサで、基板保持面上の少なくとも３点の高さをそれぞれ測定し、前記センサの出力信号に基づいて前記基板保持面の傾きを算出し、
押圧部材の押圧面と平行な面上の少なくとも３点の高さを前記センサでそれぞれ測定し、
前記センサの出力信号に基づいて前記押圧面の傾きを算出し、
前記基板保持面と前記押圧面との相対的角度を算出し、その後、
基板を前記基板保持面上に保持し、
前記相対的角度が許容範囲内となるように前記基板保持面または前記押圧面の傾きを調整し、その後、
前記基板保持面または前記押圧面の傾きが調整された状態で、前記押圧面で研磨具を前記基板に押し付けることで該基板の研磨を開始することを特徴とする研磨方法。
【請求項2】
前記相対的角度が許容範囲内となるように前記基板保持面または前記押圧面の傾きが調整された状態で、前記押圧面で研磨具を前記基板に押し付けることで該基板を研磨する工程は、前記相対的角度が許容範囲内となるように傾きが調整された前記押圧面で研磨具を前記基板の周縁部に押し付ける工程であることを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
【請求項3】
前記基板を前記基板保持面上に保持する工程は、前記相対的角度が許容範囲内となるように傾きが調整された前記基板保持面上に基板を保持する工程であることを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
【請求項4】
前記基板保持面上の少なくとも３点は、前記基板保持面の外周部上の少なくとも３点であることを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
【請求項5】
前記基板保持面上の少なくとも３点の高さを測定する工程は、少なくとも３つのセンサで、基板保持面内の複数の領域のそれぞれにおいて少なくとも３点の高さを測定する工程であり、前記基板保持面の傾きを算出する工程は、前記複数の領域のそれぞれの傾きを算出し、該算出された前記複数の領域の傾きの平均を算出し、該算出された平均を前記基板保持面の傾きに指定する工程であることを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
【請求項6】
前記複数の領域のそれぞれにおいて少なくとも３点の高さを測定する工程は、前記基板保持面を間欠的に回転させながら行われることを特徴とする請求項５に記載の研磨方法。
【請求項7】
前記複数の領域は、前記基板保持面の中心の周りに等間隔で配列されていることを特徴とする請求項５に記載の研磨方法。
【請求項8】
前記基板保持面の傾きおよび前記押圧面の傾きは、３次元の座標系上のベクトルとして表されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の研磨方法。
【請求項9】
基板保持面を有する基板保持部と、研磨具を基板に押し付けるための押圧面を有する押圧部材と、
前記基板保持面上の少なくとも３点の高さ、および前記押圧面と平行な面上の少なくとも３点の高さを測定する少なくとも３つのセンサと、
前記センサの出力信号に基づいて前記基板保持面の傾きおよび前記押圧面の傾きを算出し、前記基板保持面と前記押圧面との相対的角度を算出する処理部と、
前記基板保持面または前記押圧面の傾きを調整する傾き調整装置と、
前記基板保持面または前記押圧面の傾きが調整された状態で、前記押圧部材に押圧力を与えて前記研磨具を前記基板保持面上の基板に押し付ける押圧装置を備え、
前記押圧装置は、前記傾き調整装置により前記基板保持面または前記押圧面の傾きが調整された後に、前記研磨具を前記基板保持面上の基板に押し付けて前記基板の研磨を開始することを特徴とする研磨装置。
【請求項10】
前記傾き調整装置は、前記押圧面の傾きを調整するための第１チルト機構および第２チルト機構を備え、前記押圧部材は前記第１チルト機構および前記第２チルト機構に連結されていることを特徴とする請求項９に記載の研磨装置。
【請求項11】
前記第１チルト機構および前記第２チルト機構は、互いに垂直な第１支持軸および第２支持軸をそれぞれ備えており、前記押圧部材は、前記第１支持軸および前記第２支持軸を中心に回転可能であることを特徴とする請求項１０に記載の研磨装置。
【請求項12】
前記傾き調整装置は、前記押圧面を傾動させる押圧部材傾動アクチュエータであり、前記押圧部材傾動アクチュエータは、少なくとも２つのアクチュエータを備えていることを特徴とする請求項９に記載の研磨装置。
【請求項13】
前記傾き調整装置は、前記基板保持面を傾動させる基板保持面傾動アクチュエータであり、前記基板保持面傾動アクチュエータは、少なくとも２つのアクチュエータを備えていることを特徴とする請求項９に記載の研磨装置。
【請求項14】
前記センサは、前記基板保持面の外周部の上方に位置していることを特徴とする請求項９に記載の研磨装置。
【請求項15】
前記センサは、変位センサであることを特徴とする請求項９に記載の研磨装置。
【請求項16】
前記センサが固定されたブラケットをさらに備えたことを特徴とする請求項９に記載の研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ウェーハなどの基板の表面または周縁部を研磨具で研磨して、所望の研磨プロファイルを得る研磨方法および研磨装置に関する。
【背景技術】
【0002】
基板の周縁部を研磨するために、従来から研磨装置が使用されている。図４２は、従来の研磨装置を示す模式図である。ウェーハなどの基板Ｗは、基板保持部である基板ステージ２００のステージ面２００ａ上に真空吸引などにより保持され、基板ステージ２００とともにその軸心を中心に回転される。研磨具である研磨テープ２０５は、押圧部材２０８によって基板Ｗの周縁部に押し付けられる。押圧部材２０８はエアシリンダ２０９に連結されており、研磨テープ２０５を基板Ｗに押し付ける力はエアシリンダ２０９から押圧部材２０８に付与される。基板Ｗの研磨中、基板Ｗの中心に純水が供給され、基板Ｗの上面は純水で覆われる。研磨テープ２０５は、純水の存在下で基板Ｗの周縁部を研磨し、基板Ｗの周縁部に図４３に示すような階段状の窪み２１０を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１４－１５０１３１号公報
【文献】特開２０１３－１７２０１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、研磨装置の組み立て精度などの問題に起因して、基板ステージ２００および押圧部材２０８の一方または両方が傾いていることがある。例えば、図４４に示すように、押圧部材２０８が傾いている場合、研磨テープ２０５は基板Ｗの周縁部に対して斜めに押し当てられ、結果として、斜めに研磨された面が基板Ｗの周縁部に形成されてしまう。同様に、図４５に示すように、基板ステージ２００の軸心が傾いている場合、研磨テープ２０５は基板Ｗの周縁部に対して斜めに押し当てられ、結果として、斜めに研磨された面が基板Ｗの周縁部に形成されてしまう。
【0005】
同様の問題は、図４６に示す、基板の表面（表側面または裏側面）を研磨する研磨装置にも起こりうる。図４６に示す研磨装置は、基板Ｗを保持し、回転させる基板保持部３００と、基板Ｗの表面（表側面または裏側面）を研磨する研磨ヘッド３０１を有する。研磨ヘッド３０１は、研磨テープなどの研磨具３０２を保持している。研磨ヘッド３０１は、その下部に押圧部材３０３を備えており、研磨具３０２を押圧部材３０３で基板Ｗの表面に押し付けるように構成されている。研磨ヘッド３０１はその軸心を中心に回転しながら、基板保持部３００によって回転されている基板Ｗの表面に研磨具３０２を押し付けることで、基板Ｗの表面を研磨する。
【0006】
図４６に示す研磨装置において、研磨ヘッド３０１または基板保持部３００のいずれかが他方に対して傾いていると、研磨具３０２は基板Ｗの表面に適切に接触することができず、結果として所望の研磨プロファイルを得ることができない。
【0007】
そこで、本発明は、基板保持部と研磨具を基板に押圧する押圧部材との相対的角度を最適にすることができる研磨方法および研磨装置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】
本発明の一態様は、少なくとも３つのセンサで、基板保持面上の少なくとも３点の高さをそれぞれ測定し、前記センサの出力信号に基づいて前記基板保持面の傾きを算出し、押圧部材の押圧面と平行な面上の少なくとも３点の高さを前記センサでそれぞれ測定し、前記センサの出力信号に基づいて前記押圧面の傾きを算出し、前記基板保持面と前記押圧面との相対的角度を算出し、その後、基板を前記基板保持面上に保持し、前記相対的角度が許容範囲内となるように前記基板保持面または前記押圧面の傾きを調整し、その後、前記基板保持面または前記押圧面の傾きが調整された状態で、前記押圧面で研磨具を前記基板に押し付けることで該基板の研磨を開始することを特徴とする研磨方法である。
【0009】
本発明の好ましい態様は、前記相対的角度が許容範囲内となるように前記基板保持面または前記押圧面の傾きが調整された状態で、前記押圧面で研磨具を前記基板に押し付けることで該基板を研磨する工程は、前記相対的角度が許容範囲内となるように傾きが調整された前記押圧面で研磨具を前記基板の周縁部に押し付ける工程であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記基板を前記基板保持面上に保持する工程は、前記相対的角度が許容範囲内となるように傾きが調整された前記基板保持面上に基板を保持する工程であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記基板保持面上の少なくとも３点は、前記基板保持面の外周部上の少なくとも３点であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記基板を前記基板保持面上に保持する工程は、前記相対的角度が許容範囲内となるように傾きが調整された前記基板保持面上に基板を保持する工程であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記基板保持面上の少なくとも３点は、前記基板保持面の外周部上の少なくとも３点であることを特徴とする。
【0010】
本発明の好ましい態様は、前記基板保持面上の少なくとも３点の高さを測定する工程は、少なくとも３つのセンサで、基板保持面内の複数の領域のそれぞれにおいて少なくとも３点の高さを測定する工程であり、前記基板保持面の傾きを算出する工程は、前記複数の領域のそれぞれの傾きを算出し、該算出された前記複数の領域の傾きの平均を算出し、該算出された平均を前記基板保持面の傾きに指定する工程であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記複数の領域のそれぞれにおいて少なくとも３点の高さを測定する工程は、前記基板保持面を間欠的に回転させながら行われることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記複数の領域は、前記基板保持面の中心の周りに等間隔で配列されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記基板保持面の傾きおよび前記押圧面の傾きは、３次元の座標系上のベクトルとして表されることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記複数の領域のそれぞれにおいて少なくとも３点の高さを測定する工程は、前記基板保持面を間欠的に回転させながら行われることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記複数の領域は、前記基板保持面の中心の周りに等間隔で配列されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記基板保持面の傾きおよび前記押圧面の傾きは、３次元の座標系上のベクトルとして表されることを特徴とする。
【0011】
本発明の一態様は、基板保持面を有する基板保持部と、研磨具を基板に押し付けるための押圧面を有する押圧部材と、前記基板保持面上の少なくとも３点の高さ、および前記押圧面と平行な面上の少なくとも３点の高さを測定する少なくとも３つのセンサと、前記センサの出力信号に基づいて前記基板保持面の傾きおよび前記押圧面の傾きを算出し、前記基板保持面と前記押圧面との相対的角度を算出する処理部と、前記基板保持面または前記押圧面の傾きを調整する傾き調整装置と、前記基板保持面または前記押圧面の傾きが調整された状態で、前記押圧部材に押圧力を与えて前記研磨具を前記基板保持面上の基板に押し付ける押圧装置を備え、前記押圧装置は、前記傾き調整装置により前記基板保持面または前記押圧面の傾きが調整された後に、前記研磨具を前記基板保持面上の基板に押し付けて前記基板の研磨を開始することを特徴とする研磨装置である。
【0012】
本発明の好ましい態様は、前記傾き調整装置は、前記押圧面の傾きを調整するための第１チルト機構および第２チルト機構を備え、前記押圧部材は前記第１チルト機構および前記第２チルト機構に連結されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１チルト機構および前記第２チルト機構は、互いに垂直な第１支持軸および第２支持軸をそれぞれ備えており、前記押圧部材は、前記第１支持軸および前記第２支持軸を中心に回転可能であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記傾き調整装置は、前記押圧面を傾動させる押圧部材傾動アクチュエータであり、前記押圧部材傾動アクチュエータは、少なくとも２つのアクチュエータを備えていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記傾き調整装置は、前記基板保持面を傾動させる基板保持面傾動アクチュエータであり、前記基板保持面傾動アクチュエータは、少なくとも２つのアクチュエータを備えていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記センサは、前記基板保持面の外周部の上方に位置していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記センサは、変位センサであることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記センサが固定されたブラケットをさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１チルト機構および前記第２チルト機構は、互いに垂直な第１支持軸および第２支持軸をそれぞれ備えており、前記押圧部材は、前記第１支持軸および前記第２支持軸を中心に回転可能であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記傾き調整装置は、前記押圧面を傾動させる押圧部材傾動アクチュエータであり、前記押圧部材傾動アクチュエータは、少なくとも２つのアクチュエータを備えていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記傾き調整装置は、前記基板保持面を傾動させる基板保持面傾動アクチュエータであり、前記基板保持面傾動アクチュエータは、少なくとも２つのアクチュエータを備えていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記センサは、前記基板保持面の外周部の上方に位置していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記センサは、変位センサであることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記センサが固定されたブラケットをさらに備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、基板保持面と押圧面との相対的角度に基づいて基板保持面または押圧部材の傾きを調整することができる。押圧部材は研磨具を最適な角度でステージ面上の基板の表面または周縁部に押圧することができる。結果として、所望の研磨プロファイルを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図2】研磨装置の一実施形態を模式的に示す平面図である。
【図5】センサを模式的に示す斜視図である。
【図6】研磨ヘッドの構成を示す模式図である。
【図8】エアシリンダ、直動ガイド、および押圧部材を示す正面図である。
【図9】基板ステージのステージ面の傾きを測定しているセンサおよび処理部を示す図である。
【図10】ステージ面内の複数の領域でステージ面の傾きを測定する一実施形態を示す模式図である。
【図11】センサによって測定される基準面内の３つの点を示す図である。
【図12】センサのゼロリセット前の基準面での３つの点のそれぞれの座標を示す図である。
【図13】センサのゼロリセット後の基準面での３つの点のそれぞれの座標を示す図である。
【図14】３つの点の座標から、互いに直交する３つのベクトルを作成する工程を説明する図である。
【図15】法線ベクトルを、Ｘ指向ベクトル，Ｙ指向ベクトル，およびＺ指向ベクトルに分解する工程を説明する図である。
【図16】押圧部材の押圧面の傾きを測定しているセンサおよび処理部を示す図である。
【図17】押圧面の傾きをステージ面の傾きに一致させる工程の流れを説明するフローチャートである。
【図18】押圧面の傾きをステージ面の傾きに一致させる工程の流れを説明するフローチャートである。
【図19】研磨装置の他の実施形態を模式的に示す側面図である。
【図20】突出部の上面が３つのセンサの下方に位置するまで研磨ヘッドが移動された状態を示す図である。
【図21】研磨装置のさらに他の実施形態を模式的に示す側面図である。
【図23】アクチュエータの詳細な構成の一例を示す図である。
【図24】２つのアクチュエータおよび１つのボールジョイントを備えたステージ傾動アクチュエータを示す平面図である。
【図26】基準プレートの基準面がセンサの下方に位置するまで研磨ヘッドおよび基準プレートが移動された状態を示す図である。
【図27】ステージ面の傾きを押圧面の傾きに一致させる工程の流れを説明するフローチャートである。
【図28】ステージ面の傾きを押圧面の傾きに一致させる工程の流れを説明するフローチャートである。
【図29】基板保持部に代えて、アクチュエータを研磨ヘッドに連結させた実施形態を示す図である。
【図30】研磨装置のさらに他の実施形態を模式的に示す側面図である。
【図32】研磨ヘッドが研磨位置にあるときの平面図である。
【図35】基板保持部にダミー基板が保持されている状態を示す図である。
【図36】センサがダミー基板の下面上の３点の高さを測定している状態を示す図である。
【図37】センサが研磨具の研磨面（下面）の高さを測定している状態を示す図である。
【図38】研磨ヘッドの底部にセンサターゲット治具が取り付けられた状態を示す図である。
【図40】センサによってセンサターゲット治具の平坦面上の３点の高さを測定しているときの状態を示す図である。
【図41】基板保持部の全体を傾動させる基板保持面傾動アクチュエータを備えた研磨装置の一実施形態を示す図である。
【図42】従来の研磨装置を示す模式図である。
【図43】基板の周縁部に形成された階段状の窪みを示す断面図である。
【図44】傾いた押圧部材が研磨テープを基板の周縁部に対して押し当てている状態を示す図である。
【図45】押圧部材が研磨テープを傾いた基板の周縁部に対して押し当てている状態を示す図である。
【図46】従来の研磨装置の他の例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
図１（ａ）および図１（ｂ）は、基板の周縁部を示す拡大断面図である。より詳しくは、図１（ａ）はいわゆるストレート型の基板の断面図であり、図１（ｂ）はいわゆるラウンド型の基板の断面図である。基板の例としては、ウェーハが挙げられる。基板の周縁部は、ベベル部、トップエッジ部、およびボトムエッジ部を含む領域として定義される。図１（ａ）の基板Ｗにおいて、ベベル部は、上側傾斜部（上側ベベル部）Ｐ、下側傾斜部（下側ベベル部）Ｑ、および側部（アペックス）Ｒから構成される基板Ｗの最外周面（符号Ｓで示す）である。図１（ｂ）の基板Ｗにおいては、ベベル部は、基板Ｗの最外周面を構成する、湾曲した断面を有する部分（符号Ｓで示す）である。トップエッジ部は、ベベル部Ｓよりも半径方向内側に位置する環状の平坦部Ｔ１である。ボトムエッジ部は、トップエッジ部とは反対側に位置し、ベベル部Ｓよりも半径方向内側に位置する環状の平坦部Ｔ２である。トップエッジ部Ｔ１は、デバイスが形成された領域を含むこともある。以下の説明では、トップエッジ部Ｔ１を研磨する実施形態について説明するが、本発明はボトムエッジ部Ｔ２の研磨、およびベベル部Ｓの研磨にも適用することができる。
【0016】
図２は、研磨装置の一実施形態を模式的に示す平面図であり、図３は図２に示す研磨装置を矢印Ａ方向から見た側面図であり、図４は図２に示す研磨装置を矢印Ｂ方向から見た側面図である。研磨装置は、基板（例えば、ウェーハ）Ｗを保持し、回転させる基板保持部１を備えている。この基板保持部１は、基板Ｗを保持することができる基板ステージ２と、基板ステージ２をその軸心Ｌを中心に回転させるステージモータ３とを有する。基板ステージ２の上面は、基板Ｗを保持するための基板保持面であるステージ面２ａを構成する。基板ステージ２は、ステージモータ３に連結されており、基板ステージ２のステージ面２ａは、基板ステージ２の軸心Ｌを中心にステージモータ３によって回転されるようになっている。研磨される基板Ｗは、基板ステージ２のステージ面２ａに真空吸引などにより保持され、基板ステージ２とともにステージモータ３によって回転される。
【0017】
研磨装置は、研磨テープ７を基板Ｗの周縁部に押し付ける押圧部材１１を備えた研磨ヘッド１０を有している。押圧部材１１は、基板ステージ２の上方に配置されており、かつ基板ステージ２の軸心Ｌからずれた位置に配置されている。より具体的には、押圧部材１１は、ステージ面２ａ上に保持された基板Ｗの周縁部の上方に配置されている。
【0018】
研磨テープ７は、基板Ｗを研磨するための研磨具である。研磨テープ７の一端は巻き出しリール１４に固定され、研磨テープ７の他端は巻き取りリール１５に固定されている。研磨テープ７の大部分は巻き出しリール１４と巻き取りリール１５の両方に巻かれており、研磨テープ７の一部は巻き出しリール１４と巻き取りリール１５との間を延びている。巻き出しリール１４および巻き取りリール１５は、それぞれリールモータ１７，１８によって反対方向のトルクが加えられており、これにより研磨テープ７にはテンションが付与される。
【0019】
巻き出しリール１４と巻き取りリール１５との間には、テープ送り装置２０が配置されている。研磨テープ７は、テープ送り装置２０によって一定の速度で巻き出しリール１４から巻き取りリール１５に送られる。巻き出しリール１４と巻き取りリール１５との間を延びる研磨テープ７は２つのガイドローラー２１，２２によって支持されている。これら２つのガイドローラー２１，２２は巻き出しリール１４と巻き取りリール１５との間に配置されている。ガイドローラー２１，２２の間を延びる研磨テープ７の下面は、基板Ｗを研磨する研磨面を構成する。研磨具として、研磨テープ７に代えて固定砥粒（すなわち砥石）を用いてもよい。
【0020】
押圧部材１１は２つのガイドローラー２１，２２の間に位置している。基板Ｗの周縁部と研磨テープ７との接触点において、ガイドローラー２１，２２間の研磨テープ７が基板Ｗの接線方向に延びるようにガイドローラー２１，２２が配置されている。
【0021】
基板Ｗの研磨は次のようにして行われる。基板Ｗは、その表面に形成されている膜（例えば、デバイス層）が上を向くように基板ステージ２に保持され、さらに基板Ｗは基板ステージ２とともにその軸心Ｌを中心に回転される。回転する基板Ｗの中心には、図示しない液体供給ノズルから液体（例えば、純水）が供給される。この状態で、研磨ヘッド１０の押圧部材１１は研磨テープ７を基板Ｗの周縁部、より具体的には基板Ｗのトップエッジ部（図１（ａ）および図１（ｂ）の符号Ｔ１参照）に押し付ける。回転する基板Ｗと、研磨テープ７との摺接により、基板Ｗが研磨される。基板Ｗを研磨しているときの研磨テープ７は、図２に示すように、基板Ｗと研磨テープ７との接触点において基板Ｗの接線方向に延びている。
【0022】
研磨装置は、基板ステージ２のステージ面２ａの高さを測定することができる３つのセンサ３０を備えている。一実施形態では、ステージ面２ａの高さは、ある基準点からステージ面２ａまでの距離である。これらセンサ３０は、基板保持面であるステージ面２ａの外周部の上方に位置しており、ステージ面２ａの外周部の高さを測定できるように配置されている。これは、押圧部材１１に最も近いステージ面２ａの領域の高さを測定するためである。
【0023】
３つのセンサ３０は、ブラケット３５に固定されており、ブラケット３５は固定柱３６に着脱可能に固定されている。固定柱３６は、その位置および角度が不変な静止部材であり、基礎面５に固定されている。ステージモータ３も基礎面５に固定されている。ブラケット３５に保持されたセンサ３０と、基板ステージ２との相対位置は固定である。一方、研磨ヘッド１０の少なくとも押圧部材１１は、センサ３０および基板ステージ２に対して傾動することが可能に構成されている。
【0024】
研磨装置は、センサ３０の出力信号に基づいてステージ面２ａの傾きを算出する処理部４０をさらに備えている。図２に示すように、処理部４０は、その内部に記憶装置４０ａと、演算装置４０ｂを備えている。記憶装置４０ａはハードディスクドライブ（ＨＤＤ）またはソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）などを備える。演算装置４０ｂとしては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）が使用される。記憶装置４０ａにはプログラムが予め格納されており、演算装置４０ｂはプログラムに従って動作する。センサ３０は、処理部４０に接続されており、センサ３０の出力信号は処理部４０に送られるようになっている。センサ３０の出力信号は、ステージ面２ａの高さを示す信号である。
【0025】
図４に示すように、研磨ヘッド１０は、押圧部材１１に押付力を与える押圧装置としてのエアシリンダ２５と、エアシリンダ２５が固定されるベースブロック３９を備えている。本実施形態では、エアシリンダ２５は、ベースブロック３９に取り付けられた固定部材４２を介してベースブロック３９に固定されている。ベースブロック３９は、第１支持軸５１に回転可能に支持されている。押圧部材１１はエアシリンダ２５に連結されている。
【0026】
図２に示すように、第１支持軸５１は、研磨ヘッド１０を所定の第１の方向Ｄに移動させる研磨ヘッド移動装置４１に連結されている。本実施形態における第１の方向Ｄは、基板ステージ２を上から見たときの基板ステージ２の軸心Ｌと押圧部材１１とを結ぶ直線（想像線）が延びる方向である。第１の方向Ｄは、ガイドローラー２１，２２間を延びる研磨テープ７に対して垂直である。研磨ヘッド移動装置４１は、第１支持軸５１が固定された直動ガイド４３と、第１支持軸５１に連結されたボールねじ機構４４と、ボールねじ機構４４に連結されたサーボモータ４５とを備えている。直動ガイド４３およびボールねじ機構４４は、上記第１の方向Ｄに延びている。サーボモータ４５がボールねじ機構４４を駆動すると、第１支持軸５１が第１の方向Ｄに移動する。エアシリンダ２５およびベースブロック３９は第１支持軸５１に連結されているので、サーボモータ４５がボールねじ機構４４を駆動すると、第１支持軸５１とともに研磨ヘッド１０は、第１の方向Ｄに、すなわち、基板ステージ２のステージ面２ａおよびセンサ３０に近づく方向、および遠ざかる方向に移動する。
【0027】
図４に示すように、直動ガイド４３およびモータ台４６は、ベースプレート４７に固定されている。サーボモータ４５はモータ台４６に固定されている。ベースプレート４７は設置ブロック４８を介して基礎面５に固定されている。
【0028】
図５は、センサ３０を模式的に示す斜視図である。センサ３０は、互いに離間しており、かつ同じ高さに配置されている。本実施形態では、各センサ３０には、測定対象物に接触するプローブを有する接触型変位センサが使用されている。３つのセンサ３０の配置は、これらセンサ３０が直線上に並ばない限り、特に限定されない。一実施形態では、４つ以上のセンサ３０を設けてもよい。一実施形態では、センサ３０は非接触式の変位センサであってもよい。
【0029】
図６は、研磨ヘッド１０の構成を示す模式図である。図６に示すように、研磨ヘッド１０は、研磨テープ７を基板Ｗの周縁部に押し付ける押圧部材１１と、押圧部材１１を保持する押圧部材ホルダ２８と、押圧部材ホルダ２８を通じて押圧部材１１に押付力を与える押圧装置としてのエアシリンダ２５とを備えている。図６では、基板Ｗおよび研磨テープ７は図示されていない。押圧部材１１は、押圧部材ホルダ２８の端部に固定されている。上述したように、押圧部材１１は、基板ステージ２の軸心Ｌから離れた位置に配置されている。
【0030】
押圧部材１１は、ステージ面２ａと平行な押圧面１１ａを有している。この押圧面１１１ａは平坦面であり、押圧部材１１は押圧面１１ａで研磨テープ７を基板Ｗの周縁部に押し付けるように構成されている。エアシリンダ２５は、基板ステージ２の軸心Ｌと平行に延びる直動ガイド３３に連結されており、さらにエアシリンダ２５は直動ガイド３３を介して押圧部材ホルダ２８および押圧部材１１に連結されている。より具体的には、エアシリンダ２５のピストンロッド２７は、直動ガイド３３の可動部３３ａに固定されており、押圧部材ホルダ２８は直動ガイド３３の可動部３３ａに固定されている。したがって、押圧部材１１および押圧部材ホルダ２８はピストンロッド２７と一体に移動する。ピストンロッド２７、押圧部材ホルダ２８、および押圧部材１１の移動方向は、直動ガイド３３によって、基板ステージ２の軸心Ｌと平行な方向、すなわち、ステージ面２ａに対して垂直な方向に制限される。本実施形態では、基板ステージ２の軸心Ｌは鉛直方向に延びている。
【0031】
図６に示すように、研磨ヘッド１０はベースブロック３９をさらに備えている。エアシリンダ２５および直動ガイド３３はベースブロック３９に固定されている。本実施形態では、エアシリンダ２５は、ベースブロック３９に取り付けられた固定部材４２を介してベースブロック３９に固定されている。ベースブロック３９は、第１支持軸５１に回転可能に支持されている。ベースブロック３９には、固定プレート５２が複数の（図６では４つの）第１ねじ５５によって固定されている。
【0032】
図７は、ベースブロック３９および第１支持軸５１を図６の矢印Ｃで示す方向から見た図である。第１支持軸５１は、円筒部５１ｂと、該円筒部５１ｂよりも幅の広いフランジ部５１ｃとを有している。ベースブロック３９は、第１支持軸５１の円筒部５１ｂに回転可能に支持されている。より具体的には、ベースブロック３９には、第１支持軸５１の円筒部５１ｂが貫通する円形の通孔３９ａが形成されている。第１支持軸５１の円筒部５１ｂの外周面は、ベースブロック３９の通孔３９ａに接触しており、ベースブロック３９は第１支持軸５１に回転可能に支持されている。
【0033】
固定プレート５２およびベースブロック３９には、第１ねじ５５が貫通する通孔（図示せず）が形成されている。第１ねじ５５は固定プレート５２およびベースブロック３９の通孔を通って延び、第１支持軸５１のフランジ部５１ｃに形成されたねじ孔（図示せず）にねじ込まれている。ベースブロック３９に形成されている各通孔の直径は、第１ねじ５５の直径よりも大きく、第１ねじ５５とベースブロック３９の通孔との間にはある程度の隙間が存在している。よって、ベースブロック３９は、第１支持軸５１を中心にある程度の範囲内で回転可能となっている。第１ねじ５５を締め付けると、ベースブロック３９は、固定プレート５２と第１支持軸５１のフランジ部５１ｃとの間に挟まれ、これによりベースブロック３９の回転が防止される。
【0034】
第１支持軸５１は、その端部に多角形部５１ａを有している。多角形部５１ａは円筒部５１ｂの端部に接続されている。図６に示すように、固定プレート５２には、第１支持軸５１の多角形部５１ａが貫通する多角形孔５２ａが形成されている。この多角形孔５２ａは、多角形状の面から構成されており、この多角形状の面は、第１支持軸５１の多角形部５１ａの外面に接触している。多角形部５１ａは多角形孔５２ａに嵌合されており、これら多角形部５１ａと多角形孔５２ａとの係合により、固定プレート５２は第１支持軸５１に対して相対的に回転できないようになっている。
【0035】
固定プレート５２には、切り欠き５２ｂが形成されている。この切り欠き５２ｂは第１支持軸５１の軸心から離れた位置に配置されている。切り欠き５２ｂ内には偏心カム５７が配置されており、この偏心カム５７はベースブロック３９に回転可能に取り付けられている。
【0036】
押圧部材１１は、押圧部材ホルダ２８、直動ガイド３３、およびベースブロック３９を介して第１支持軸５１に連結されている。基板Ｗの研磨中は、第１ねじ５５は締め付けられた状態に維持されている。よって、ベースブロック３９、押圧部材１１、直動ガイド３３、エアシリンダ２５を含む研磨ヘッド１０の姿勢は固定されている。第１ねじ５５を緩めると、研磨ヘッド１０は第１支持軸５１の軸心を中心に回転することが許容される。第１ねじ５５を緩めた状態で偏心カム５７を回転させると、研磨ヘッド１０は、第１支持軸５１の軸心を中心に図６の矢印で示す方向に回転する。
【0037】
研磨ヘッド１０の回転角度は、偏心カム５７の回転角度に依存する。言い換えれば、押圧部材１１の押圧面１１ａの傾きは、偏心カム５７の回転によって調整される。本実施形態では、第１支持軸５１、固定プレート５２、偏心カム５７、および第１ねじ５５は、第１支持軸５１を中心に押圧部材１１を回転可能とすることで押圧面１１ａの傾きを調整する第１チルト機構６０を構成する。
【0038】
図６に示すように、直動ガイド３３の可動部３３ａには第２支持軸６２が固定されている。この第２支持軸６２は、第１支持軸５１に垂直な方向に延びている。押圧部材１１を保持した押圧部材ホルダ２８は、第２支持軸６２に回転可能に支持されている。押圧部材ホルダ２８は、複数の（本実施形態では２つの）第２ねじ６４によって直動ガイド３３の可動部３３ａに固定されている。より具体的には、押圧部材ホルダ２８には、第２ねじ６４が貫通する通孔（図示せず）が形成されており、第２ねじ６４は通孔を通じて直動ガイド３３の可動部３３ａのねじ孔（図示せず）にねじ込まれている。押圧部材ホルダ２８に形成された通孔の直径は、第２ねじ６４の直径よりも大きく、第２ねじ６４と通孔との間にはある程度の隙間が存在している。よって、押圧部材ホルダ２８は、第２支持軸６２を中心にある程度の範囲内で回転可能となっている。
【0039】
図８は、エアシリンダ２５、直動ガイド３３、および押圧部材１１を示す正面図である。押圧部材ホルダ２８および押圧部材１１は、第２支持軸６２に回転可能に支持されており、かつ押圧部材ホルダ２８は第２ねじ６４により直動ガイド３３の可動部３３ａに固定されている。第２ねじ６４が締め付けられている限り、押圧部材ホルダ２８および押圧部材１１の第２支持軸６２を中心とした回転は許容されない。一実施形態では、第２ねじ６４は１つでもよい。
【0040】
押圧部材１１は、押圧部材ホルダ２８を介して第２支持軸６２に連結されている。基板Ｗの研磨中は、第２ねじ６４は締め付けられた状態に維持されている。よって、押圧部材１１および押圧部材ホルダ２８の姿勢は固定されている。第２ねじ６４を緩めると、押圧部材１１および押圧部材ホルダ２８は、第２支持軸６２を中心に矢印で示す方向に回転することが許容される。第２ねじ６４が緩められた状態で押圧部材１１および押圧部材ホルダ２８を手動で傾け、その後第２ねじ６４を締め付けることにより、押圧部材１１の押圧面１１ａの傾きを調整することができる。本実施形態では、第２支持軸６２および第２ねじ６４は、第１支持軸５１とは垂直な第２支持軸６２を中心として押圧部材１１を回転可能とすることで押圧面１１ａの傾きを調整する第２チルト機構６９を構成する。
【0041】
押圧部材１１の押圧面１１ａは、基板ステージ２のステージ面２ａと平行であることが望ましい。しかしながら、図４４および図４５を参照して説明したように、研磨装置の組み付け精度などに起因して、押圧部材１１の押圧面１１ａおよび／または基板ステージ２のステージ面２ａが傾くことがある。そこで、本実施形態では、押圧部材１１の押圧面１１ａが、ステージ面２ａと平行になるように、傾き調整装置である第１チルト機構６０および第２チルト機構６９により押圧面１１ａの傾きが調整される。
【0042】
３つのセンサ３０は、ステージ面２ａの傾きを算出するのに必要な、ステージ面２ａ上の３つの点の高さを測定する。これら３つの点の位置は、３つのセンサ３０の位置に対応する。本実施形態では、３つの点は、ステージ面２ａの外周部上の点である。図９は、基板ステージ２のステージ面２ａの傾きを測定しているセンサ３０および処理部４０を示す図である。３つのセンサ３０は、ステージ面２ａ上の３つの点の高さを測定し、測定された高さをそれぞれ示す３つの出力信号を処理部４０に送る。
【0043】
処理部４０は、受信した３つの出力信号と、３つのセンサ３０の相対位置からステージ面２ａ上の３つの点の位置を特定する。３つのセンサ３０の相対位置は固定であり、かつそれぞれのセンサ３０の相対位置は既知である。ステージ面２ａ上の３つの点の位置は、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸から定義される３次元の座標系上の座標として表すことができる。以下、このＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸から定義される３次元の座標系をＸＹＺ座標系と称する。
【0044】
図１０は、ステージ面２ａ内の複数の領域でステージ面２ａの傾きを測定する一実施形態を示す模式図である。この実施形態では、基板ステージ２は、４５度きざみで間欠的に回転され、ステージ面２ａの８つの領域Ｒ１～Ｒ８でステージ面２ａの傾きが測定される。最初に、基板ステージ２が静止している状態で、図１１に示すように、センサ３０は基準面である領域Ｒ１内の３点Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の高さを測定する。領域Ｒ１内の３点Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は、３つのセンサ３０の位置によって一意に決まる点である。３つのセンサ３０の位置は、対応する３つの点Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が一直線上に並ばない限り特に限定されない。しかし、押圧部材１１の接触面積に比べて３つのセンサ３０がなす面の面積がきわめて大きくなるようにセンサ３０が配置されたとき、例えば、基板の外周縁上に１２０度間隔でセンサ３０が配置されたときは、基板の周縁部を研磨するにあたっての押圧部材１１の押圧面１１ａの傾きが精度良く測定できない可能性もありうる。また、基板の中心付近に３つのセンサ３０を設けた場合には、押圧部材１１の押圧面１１ａの傾きを精度良く測定できない可能性もありうる。したがって、より精度良く測定したい場合には、押圧部材１１の押圧面１１ａの近傍に３つのセンサ３０がすべて位置するようにすることが好ましい。
【0045】
処理部４０は、点Ｓ２と点Ｓ３とを結ぶ第１直線Ｌ１を、ＸＹＺ座標系のＹ軸として定義する。基板ステージ２の上から見たときに、第１直線Ｌ１が第１支持軸５１（図７参照）の軸線と平行であるように、３つのセンサ３０が設置されている。処理部４０は、点Ｓ１から延びてＹ軸に垂直に交わる第２直線Ｌ２を、ＸＹＺ座標系のＸ軸として定義する。基板ステージ２の上から見たときに、第２直線Ｌ２は第２支持軸６２（図６参照）の軸線と平行である。Ｘ軸とＹ軸との交点Ｏは、ＸＹＺ座標系の原点である。Ｘ軸とＹ軸の両方に垂直であって、かつ原点Ｏを通る直線は、ＸＹＺ座標系のＺ軸に定義される。このようにして、基準面である領域Ｒ１内の３点Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の位置からＸＹＺ座標系が決定される。
【0046】
次に、センサ３０のゼロリセットが行われる。センサ３０のゼロリセットは、センサ３０のキャリブレーションであり、基準面（領域Ｒ１）上の３点の高さの測定値を０にリセットする動作である。センサ３０のゼロリセット前の領域Ｒ１での３つの点Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３のそれぞれの座標は、次のようになる（図１２参照）。
Ｓ１の座標：（－ｄ１，０，α）
Ｓ２の座標：（０，－ｄ２，β）
Ｓ３の座標：（０，ｄ３，γ）
ｄ１（絶対値）は原点Ｏから点Ｓ１までの距離であり、ｄ２（絶対値）は原点Ｏから点Ｓ２までの距離であり、ｄ３（絶対値）は原点Ｏから点Ｓ３までの距離である。ｄ１，ｄ２，ｄ３は、３つのセンサ３０の相対位置から算出することができる。α，β，γは、点Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３のＺ軸上の座標であり、基準面Ｒ１でセンサ３０から得られた測定値（すなわちセンサ３０の出力信号）である。
Ｓ１の座標：（－ｄ１，０，α）
Ｓ２の座標：（０，－ｄ２，β）
Ｓ３の座標：（０，ｄ３，γ）
ｄ１（絶対値）は原点Ｏから点Ｓ１までの距離であり、ｄ２（絶対値）は原点Ｏから点Ｓ２までの距離であり、ｄ３（絶対値）は原点Ｏから点Ｓ３までの距離である。ｄ１，ｄ２，ｄ３は、３つのセンサ３０の相対位置から算出することができる。α，β，γは、点Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３のＺ軸上の座標であり、基準面Ｒ１でセンサ３０から得られた測定値（すなわちセンサ３０の出力信号）である。
【0047】
続いて、処理部４０はセンサ３０のゼロリセットを実行する。具体的には、点Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３のＺ軸上の座標（すなわち３つのセンサ３０の出力信号）は０にリセットされる。センサ３０のゼロリセットが実行された後の領域Ｒ１での３つの点Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の座標をそれぞれＳ１Ｒ１，Ｓ２Ｒ１，Ｓ３Ｒ１とすると、座標Ｓ１Ｒ１，Ｓ２Ｒ１，Ｓ３Ｒ１は、次のように表される（図１３参照）。
Ｓ１Ｒ１：（－ｄ１，０，０）
Ｓ２Ｒ１：（０，－ｄ２，０）
Ｓ３Ｒ１：（０，ｄ３，０）
Ｓ１Ｒ１：（－ｄ１，０，０）
Ｓ２Ｒ１：（０，－ｄ２，０）
Ｓ３Ｒ１：（０，ｄ３，０）
【0048】
次に、処理部４０は、領域Ｒ１の傾きを示す領域Ｒ１の法線ベクトルを次のようにして求める。まず、処理部４０は、３つの点の座標Ｓ１Ｒ１，Ｓ２Ｒ１，Ｓ３Ｒ１から、互いに直交する３つのベクトルを作成する（図１４参照）。
ベクトルＶ１Ｒ１＝Ｓ２Ｒ１－Ｓ１Ｒ１＝（ｄ１，－ｄ２，０）
ベクトルＶ２Ｒ１＝Ｓ３Ｒ１－Ｓ２Ｒ１＝（０，ｄ３＋ｄ２，０）
ベクトルＶ３Ｒ１＝Ｖ１Ｒ１×Ｖ２Ｒ１，（×はクロス積を表す）
ベクトルＶ１Ｒ１は、点Ｓ１から点Ｓ２に向かうベクトルであり、ベクトルＶ２Ｒ１は、点Ｓ２から点Ｓ３に向かうベクトルである。ベクトルＶ３Ｒ１は、ベクトルＶ１Ｒ１およびベクトルＶ２Ｒ１の両方に直交するベクトルである。すなわち、ベクトルＶ３Ｒ１は、領域Ｒ１の法線ベクトルである。図１４では、３つのＶ１Ｒ１，Ｖ２Ｒ１，Ｖ３Ｒ１の始点は、点Ｓ１上に置かれているが、他の点でもよい。
ベクトルＶ１Ｒ１＝Ｓ２Ｒ１－Ｓ１Ｒ１＝（ｄ１，－ｄ２，０）
ベクトルＶ２Ｒ１＝Ｓ３Ｒ１－Ｓ２Ｒ１＝（０，ｄ３＋ｄ２，０）
ベクトルＶ３Ｒ１＝Ｖ１Ｒ１×Ｖ２Ｒ１，（×はクロス積を表す）
ベクトルＶ１Ｒ１は、点Ｓ１から点Ｓ２に向かうベクトルであり、ベクトルＶ２Ｒ１は、点Ｓ２から点Ｓ３に向かうベクトルである。ベクトルＶ３Ｒ１は、ベクトルＶ１Ｒ１およびベクトルＶ２Ｒ１の両方に直交するベクトルである。すなわち、ベクトルＶ３Ｒ１は、領域Ｒ１の法線ベクトルである。図１４では、３つのＶ１Ｒ１，Ｖ２Ｒ１，Ｖ３Ｒ１の始点は、点Ｓ１上に置かれているが、他の点でもよい。
【0049】
次に、図１５に示すように、処理部４０は、領域Ｒ１の法線ベクトルＶ３Ｒ１を、Ｘ軸上のＸ指向ベクトルＶ３Ｒ１，Ｘと、Ｙ軸上のＹ指向ベクトルＶ３Ｒ１，Ｙと、Ｚ軸上のＺ指向ベクトルＶ３Ｒ１，Ｚに分解する。法線ベクトルＶ３Ｒ１は、Ｘ指向ベクトルＶ３Ｒ１，Ｘと、Ｙ指向ベクトルＶ３Ｒ１，Ｙと、Ｚ指向ベクトルＶ３Ｒ１，Ｚの和であり、次のように表される。
法線ベクトルＶ３Ｒ１＝Ｖ３Ｒ１，Ｘ＋Ｖ３Ｒ１，Ｙ＋Ｖ３Ｒ１，Ｚ
なお、Ｘ指向ベクトルとは、あるベクトルをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に分解したときの、Ｘ軸に投影された成分をなすベクトルと定義される。同様に、Ｙ軸指向ベクトルはあるベクトルをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、に分解したときのＹ軸に投影された成分をなすベクトル、Ｚ軸指向ベクトルはあるベクトルをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、に分解したときのＺ軸に投影された成分をなすベクトルとそれぞれ定義される。
法線ベクトルＶ３Ｒ１＝Ｖ３Ｒ１，Ｘ＋Ｖ３Ｒ１，Ｙ＋Ｖ３Ｒ１，Ｚ
なお、Ｘ指向ベクトルとは、あるベクトルをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に分解したときの、Ｘ軸に投影された成分をなすベクトルと定義される。同様に、Ｙ軸指向ベクトルはあるベクトルをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、に分解したときのＹ軸に投影された成分をなすベクトル、Ｚ軸指向ベクトルはあるベクトルをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、に分解したときのＺ軸に投影された成分をなすベクトルとそれぞれ定義される。
【0050】
なお、図１５では、説明のために、領域Ｒ１の法線ベクトルＶ３Ｒ１はＺ軸に対して傾いているが、基準面である領域Ｒ１においてセンサ３０がゼロリセットされているので、領域Ｒ１の法線ベクトルＶ３Ｒ１は実際にはＺ軸と平行である。したがって、領域Ｒ１のＸ指向ベクトルＶ３Ｒ１，ＸおよびＹ指向ベクトルＶ３Ｒ１，ＹのそれぞれのＸ成分、Ｙ成分、Ｚ成分は０である。
【0051】
次いで、基板ステージ２は４５度だけ回転され、その後静止する。そして、同様に、領域Ｒ２において、センサ３０はステージ面２ａ上の３点の高さを測定し、処理部４０は領域Ｒ２の傾きを表す法線ベクトルを算出する。このような動作を繰り返し、処理部４０は８つの領域Ｒ１～Ｒ８の傾きをそれぞれ表す８つの法線ベクトルＶ３Ｒ１，Ｖ３Ｒ２，Ｖ３Ｒ３，Ｖ３Ｒ４，Ｖ３Ｒ５，Ｖ３Ｒ６，Ｖ３Ｒ７，Ｖ３Ｒ８を作成する。各法線ベクトルは、ＸＹＺ座標系上で表される。法線ベクトルは、Ｘ軸上のＸ指向ベクトルと、Ｙ軸上のＹ指向ベクトルと、Ｚ軸上のＺ指向ベクトルの１セットから構成される。より具体的には、法線ベクトルは、Ｘ指向ベクトル、Ｙ指向ベクトル、およびＺ指向ベクトルの和である。
【0052】
処理部４０は、８つの法線ベクトル（すなわち、８つのＸ指向ベクトル、８つのＹ指向ベクトル、および８つのＺ指向ベクトル）の平均を算出し、算出された法線ベクトルの平均を、ステージ面２ａの傾きを示す法線ベクトルに指定し、処理部４０の記憶装置４０ａに記憶する。ステージ面２ａの傾きを正確に求めるために、ステージ面２ａ内の複数の領域（例えば、領域Ｒ１～Ｒ８）は、ステージ面２ａの外周部に位置し、かつ基板ステージ２の軸心Ｌ、すなわちステージ面２ａの中心の周りに等間隔に分布していることが好ましい。
【0053】
上述した実施形態では、ステージ面２ａのより正確な傾きを求めるために、ステージ面２ａ内の複数の領域Ｒ１～Ｒ８でステージ面２ａの傾きが測定される。すなわち、基板ステージ２をその軸心Ｌを中心に間欠的に回転させながら、センサ３０および処理部４０がステージ面２ａ内の複数の領域でステージ面２ａの傾きを測定する。処理部４０は、それぞれの領域で得られた傾きの平均（すなわち法線ベクトルの平均）を算出し、この平均をステージ面２ａ全体の傾きを表す法線ベクトルに指定する。一実施形態では、ステージ面２ａ内の１つの領域でのみステージ面２ａの傾きを求めてもよい。例えば、処理部４０は、上述した領域Ｒ１での法線ベクトルＶ３Ｒ１をステージ面２ａの傾きとしてもよい。
【0054】
ステージ面２ａの傾きが決定された後、押圧部材１１の押圧面１１ａの傾きが測定される。図１６は、押圧部材１１の押圧面１１ａの傾きを測定しているセンサ３０および処理部４０を示す図である。図１６に示すように、測定前に、押圧部材１１の下面である押圧面１１ａには、ターゲットプレート７１が取り付けられる。ターゲットプレート７１は、ねじなどの締結具（図示せず）によって取り外し可能に押圧部材１１の押圧面１１ａに固定される。ターゲットプレート７１は、ステンレス鋼などの金属、またはセラミックなどの硬質材から構成される。ターゲットプレート７１は、押圧面１１ａよりも面積の大きな、平坦な上面７１ａを有しており、センサ３０はターゲットプレート７１の上方に位置する。ターゲットプレート７１の上面７１ａは押圧部材１１の押圧面１１ａに接触しているので、ターゲットプレート７１の上面７１ａは、押圧面１１ａと平行である。すなわち、ターゲットプレート７１の上面７１ａの傾きは、押圧面１１ａの傾きと同じである。
【0055】
３つのセンサ３０は、押圧面１１ａの傾きを算出するのに必要な、ターゲットプレート７１上の３つの点の高さを測定する。これら３つの点の位置は、３つのセンサ３０の位置に対応する。図１６に示すように、３つのセンサ３０は、ターゲットプレート７１の上面７１ａ上の３つの点の高さを測定し、測定された高さをそれぞれ示す３つの出力信号を処理部４０に送る。処理部４０は、センサ３０の出力信号に基づいて押圧面１１ａの傾きを算出する。すなわち、処理部４０は、受信した３つの出力信号と、３つのセンサ３０の相対位置からターゲットプレート７１上の３つの点の位置を特定し、３つの点を含む平面の法線ベクトルを算出する。この法線ベクトルは、ターゲットプレート７１の傾き、すなわち押圧面１１ａの傾きを表すベクトルである。押圧面１１ａの傾きが算出された後、ターゲットプレート７１は、押圧部材１１に取り付けたままに維持される。
【0056】
処理部４０は、ステージ面２ａの傾きおよび押圧面１１ａの傾きに基づいて、ステージ面２ａと押圧面１１ａとの相対的角度を算出するように構成されている。以下の説明では、ステージ面２ａの傾きを示す法線ベクトルを第１法線ベクトルと称し、押圧面１１ａの傾きを示す法線ベクトルを第２法線ベクトルと称する。第１法線ベクトルおよび第２法線ベクトルは、上述したＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸から定義される３次元のＸＹＺ座標系上のベクトルである。第１法線ベクトルと同様に、第２法線ベクトルは、Ｘ軸上のＸ指向ベクトルと、Ｙ軸上のＹ指向ベクトルと、Ｚ軸上のＺ指向ベクトルの１セットから構成される。すなわち、第２法線ベクトルは、Ｘ指向ベクトル、Ｙ指向ベクトル、およびＺ指向ベクトルの和である。
【0057】
処理部４０は、第１法線ベクトルおよび第２法線ベクトルに基づき、押圧面１１ａとステージ面２ａとの相対的角度を算出する。相対的角度は、Ｘ軸角度およびＹ軸角度から構成される。より具体的には、処理部４０は、ステージ面２ａと押圧面１１ａとの間の相対的角度、すなわち第１法線ベクトルと第２法線ベクトルとのなす角度を算出し、算出された角度をＸ軸角度およびＹ軸角度に分解する。Ｘ軸角度は、ＸＹＺ座標系のＸ軸を中心とした回転方向の角度であり、Ｙ軸角度は、ＸＹＺ座標系のＹ軸を中心とした回転方向の角度である。Ｘ軸角度およびＹ軸角度は、押圧面１１ａをステージ面２ａと平行にするために必要な押圧部材１１の補正角度に相当する。
【0058】
押圧面１１ａの傾きは、算出されたＸ軸角度およびＹ軸角度に基づいて調整される。具体的には、第１ねじ５５を緩め、偏心カム５７を回転させることにより、押圧部材１１を含む研磨ヘッド１０全体を第１支持軸５１を中心にＹ軸角度だけ回転させる。研磨ヘッド１０を第１支持軸５１を中心に回転させる間、センサ３０はターゲットプレート７１上の３つの点の高さを継続的に測定する。センサ３０はブラケット３５に固定されているので、研磨ヘッド１０が傾いたときでもセンサ３０の姿勢は変わらない。ターゲットプレート７１は研磨ヘッド１０の押圧面１１ａに固定されているので、研磨ヘッド１０を第１支持軸５１を中心に回転させるにつれて、センサ３０の出力信号が変化する。このセンサ３０の出力信号の変化は、押圧面１１ａの傾きの変化に相当する。研磨ヘッド１０を第１支持軸５１を中心に回転させている間、処理部４０はＹ軸角度を継続的に算出する。作業員は、Ｙ軸角度が０になるまで、研磨ヘッド１０を第１支持軸５１を中心に回転させる。その後、第１ねじ５５を締め付ける。
【0059】
次に、第２ねじ６４を緩め、押圧部材ホルダ２８および押圧部材１１を第２支持軸６２を中心に回転させる。押圧部材ホルダ２８および押圧部材１１を第２支持軸６２を中心に回転させる間、センサ３０はターゲットプレート７１上の３つの点の高さを継続的に測定し、処理部４０はＸ軸角度を継続的に算出する。作業員は、Ｘ軸角度が０になるまで、押圧部材１１を第２支持軸６２を中心に回転させる。その後、第２ねじ６４を締め付ける。ステージ面２ａと押圧面１１ａとの間の相対的角度が実質的に０、すなわちＸ軸角度およびＹ軸角度の両方が実質的に０であるということは、押圧面１１ａはステージ面２ａに実質的に平行であることを意味する。なお、実質的に０とは、ステージ面２ａと押圧面１１ａとの間の相対的角度（絶対値）が許容範囲内にあることを意味する（以下同じ）。この許容範囲は予め定められた角度範囲であり、例えば０～２度である。このようにして押圧部材１１の押圧面１１ａの傾きを調整することができる。調整された押圧面１１ａはステージ面２ａに実質的に平行である。一実施形態では、最初に押圧部材１１を第２支持軸６２を中心に回転させ、その後研磨ヘッド１０を第１支持軸５１を中心に回転させてもよい。
【0060】
押圧面１１ａの傾きが調整された後、ターゲットプレート７１は、押圧部材１１から取り外される。さらに、センサ３０およびブラケット３５が研磨装置から取り外される。研磨される基板Ｗは、その中心が基板ステージ２の軸心Ｌに一致した状態で、ステージ面２ａに保持される。基板Ｗは、基板ステージ２の軸心Ｌを中心にステージモータ３によって回転される。基板Ｗの中心に液体（例えば、純水）を供給しながら、研磨ヘッド１０は、押圧部材１１の押圧面１１ａで研磨テープ７を基板Ｗの周縁部に押し付け、該周縁部を研磨する。本実施形態によれば、基板ステージ２のステージ面２ａと押圧部材１１の押圧面１１ａとは互いに平行であるので、研磨テープ７は基板Ｗのトップエッジ部（図１（ａ）および図１（ｂ）の符号Ｔ１参照）と平行に押圧される。
【0061】
以下、押圧面１１ａの傾きをステージ面２ａの傾きに一致させる工程の流れについて図１７および図１８のフローチャートを参照して説明する。ステップ１では、３つのセンサ３０は、基準面であるステージ面２ａの領域Ｒ１内の３点の高さを測定し、処理部４０は、上述したように３つの点の高さと３つのセンサ３０の相対位置に基づいてＸＹＺ座標系を決定する。ステップ２では、処理部４０は、センサ３０をゼロリセットする。ステップ３では、処理部４０は、領域Ｒ１内の３点の位置（座標）から領域Ｒ１の傾きを算出する。
【0062】
ステップ４では、３つのセンサ３０は、ステージ面２ａ内の他の領域（例えば領域Ｒ２）内の３点の高さを測定する。ステップ５では、処理部４０は、他の領域内の３点の位置（座標）から前記他の領域の傾きを算出する。ステップ６では、予め定義された複数の領域Ｒ１～Ｒ８の全ての傾きが算出されるまで、ステップ４とステップ５が繰り返される。ステップ７では、処理部４０は、複数の領域Ｒ１～Ｒ８の傾きの平均を算出し、この傾きの平均をステージ面２ａの傾きに指定し、処理部４０の記憶装置４０ａに記憶する。
【0063】
図１８に示すように、ステップ８では、ターゲットプレート７１が押圧部材１１の押圧面１１ａに取り付けられる。ステップ９では、センサ３０は、ターゲットプレート７１上の３点の高さを測定する。ステップ１０では、処理部４０は、ターゲットプレート７１上の３点の位置（座標）に基づいて押圧面１１ａの傾きを算出する。ステップ１１では、処理部４０は、ステージ面２ａの傾きと押圧面１１ａの傾きとからステージ面２ａと押圧面１１ａとの間の相対的角度（すなわちＸ軸角度およびＹ軸角度）を算出する。
【0064】
ステップ１２では、センサ３０がターゲットプレート７１上の３点の高さを測定しながら、押圧部材１１の押圧面１１ａの傾きが調整される。処理部４０は、センサ３０の出力信号に基づいてステージ面２ａと押圧面１１ａとの間の相対的角度（すなわちＸ軸角度およびＹ軸角度）をリアルタイムで算出し、その算出されたＸ軸角度およびＹ軸角度を表示器（図示せず）上に表示することができる。作業員は、Ｙ軸角度が実質的に０になるまで、押圧部材１１を含む研磨ヘッド１０を第１支持軸５１を中心に回転させる。同様に、作業員は、Ｘ軸角度が実質的に０になるまで、押圧部材ホルダ２８および押圧部材１１を第２支持軸６２を中心に回転させる（ステップ１３）。
【0065】
ステップ１４では、ターゲットプレート７１が押圧面１１ａから取り外され、さらに、ブラケット３５がセンサ３０とともに固定柱３６から取り外される。ステップ１５では、研磨すべき基板Ｗは、その中心が基板ステージ２の軸心Ｌに一致した状態で、ステージ面２ａ上に置かれる。ステップ１６では、基板Ｗは、真空吸引などによりステージ面２ａ上に保持され、さらにステージ面２ａおよび基板Ｗは基板ステージ２の軸心Ｌを中心に回転される。回転する基板Ｗの中心には、純水などの液体が供給される。ステップ１７では、押圧面１１ａがステージ面２ａと平行な状態で、押圧部材１１は研磨テープ７を基板Ｗの周縁部（本実施形態ではトップエッジ部）に押し付け、研磨テープ７は液体の存在下で周縁部を研磨する。
【0066】
本実施形態によれば、ステージ面２ａと押圧面１１ａとが平行な状態で、基板Ｗが研磨テープ７により研磨される。結果として、図４３に示すような階段状の窪み２１０を基板Ｗの周縁部に形成することができる。
【0067】
図１９は、研磨装置の他の実施形態を模式的に示す側面図である。特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図１乃至図１８に示す実施形態の構成および動作と同じであるので、その重複する説明を省略する。図１９に示すように、押圧部材１１は、基板ステージ２の軸心Ｌおよびセンサ３０に向かって突出する突出部７２を有している。この突出部７２は、押圧部材１１の押圧面１１ａと平行な上面７２ａを有している。したがって、突出部７２の上面７２ａの傾きは、押圧面１１ａの傾きと同じである。上面７２ａは、３つのセンサ３０がなす三角形の面積よりも大きな面積を有する。
【0068】
３つのセンサ３０が基板ステージ２のステージ面２ａの高さを測定する前、突出部７２を含む研磨ヘッド１０は研磨ヘッド移動装置４１によって基板ステージ２から遠ざかる方向に移動される。３つのセンサ３０が基板ステージ２のステージ面２ａの高さを測定している間は、突出部７２を含む研磨ヘッド１０は基板ステージ２のステージ面２ａから離れたままである。そして、ステージ面２ａの高さの測定が終了した後、図２０に示すように、突出部７２の上面７２ａが３つのセンサ３０の下方に位置するまで、研磨ヘッド１０は研磨ヘッド移動装置４１によって基板ステージ２に向かって移動される。３つのセンサ３０は、押圧面１１ａと平行な突出部７２の上面７２ａ上の３点の高さを測定し、測定された高さをそれぞれ示す３つの出力信号を処理部４０に送る。処理部４０は、センサ３０の相対位置、およびセンサ３０の出力信号に基づいて押圧面１１ａの傾きを算出する。本実施形態では、上述したターゲットプレート７１は不要である。
【0069】
図２１は、研磨装置のさらに他の実施形態を模式的に示す側面図である。図２１では研磨テープ７の図示は省略されている。特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図１乃至図１６に示す実施形態の構成および動作と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態では、研磨ヘッド１０ではなく、基板ステージ２を傾けることによって、ステージ面２ａと押圧面１１ａとの間の相対的角度を実質的に０にする、すなわち押圧面１１ａとステージ面２ａとを実質的に互いに平行にする点で上述した実施形態と異なっている。本実施形態では、第１チルト機構６０および第２チルト機構６９は省略してもよい。
【0070】
図２１に示すように、基板ステージ２およびステージモータ３の全体を傾動させるための３つのアクチュエータ８０がステージモータ３に連結されている。これら３つのアクチュエータ８０は、基板保持面であるステージ面２ａを含む基板ステージ２の全体を傾動させる基板保持面傾動アクチュエータ８１を構成する。基板保持面傾動アクチュエータ８１は、ステージ面２ａの傾きを調整する傾き調整装置である。図２２は、図２１に示すアクチュエータ８０の配置を示す図である。図２２に示すように、これら３つのアクチュエータ８０は、基板ステージ２の軸心Ｌの周りに等間隔で配列されている。各ステージモータ３は、ボールねじ機構およびサーボモータとの組み合わせから構成することができる。各アクチュエータ８０は、ステージモータ３を上下動させることが可能に構成される。したがって、３つのアクチュエータ８０は、基板ステージ２を所望の方向に所望の角度で傾動させることができる。
【0071】
図２３は、アクチュエータ８０の詳細な構成の一例を示す図である。３つのアクチュエータ８０は、支持部材７６を介してステージモータ３に連結されている。ステージモータ３は、支持部材７６に固定されている。３つのアクチュエータ８０は支持部材７６に傾動可能に連結されている。各アクチュエータ８０は、ボールねじ機構８４とサーボモータ８５との組み合わせから構成されている。
【0072】
３つのアクチュエータ８０は動作制御部８６に接続されており、これらアクチュエータ８０の動作は動作制御部８６によって制御される。上述した処理部４０は動作制御部８６に接続されており、処理部４０によって算出されたステージ面２ａと押圧面１１ａとの間の相対的角度の情報は動作制御部８６に送られる。動作制御部８６は、上記算出された相対的角度が実質的に０になるまで、３つのアクチュエータ８０を操作して基板ステージ２の傾きを調整する。
【0073】
センサ３０は基板ステージ２のステージ面（基板保持面）２ａ上の３点の高さを測定しながら、３つのアクチュエータ８０が作動して、ステージ面２ａと押圧面１１ａとの間の相対的角度が実質的に０となるように基板ステージ２の傾きを調整する。
【0074】
一実施形態では、４つ以上のアクチュエータ８０を基板ステージ２の軸心Ｌの周りに配列してもよい。さらに一実施形態では、図２４に示すように、２つのアクチュエータ８０および１つのボールジョイント８２を基板ステージ２の軸心Ｌの周りに配置してもよい。ボールジョイント８２は、荷重を支持しつつ、支持対象物を全方向に傾けることが可能な装置である。図２４に示す例では、２つのアクチュエータ８０および１つのボールジョイント８２は、基板保持面であるステージ面２ａを含む基板ステージ２の全体を傾動させる基板保持面傾動アクチュエータ８１を構成する。
【0075】
図２５は、図２１に示す研磨装置の平面図である。第１支持軸５１には、連結アーム９０を介して基準プレート９２が固定されている。より具体的には、連結アーム９０の一端は第１支持軸５１に固定され、連結アーム９０の他端は基準プレート９２に固定されている。基準プレート９２はステージ面２ａの外側に位置している。基準プレート９２は平坦な上面を有しており、この上面は、センサ３０のキャリブレーションである上述したセンサ３０のゼロリセットに使用される基準面９２ａを構成する。本実施形態では、基準面９２ａは水平面である。
【0076】
研磨装置は、研磨ヘッド１０および基準プレート９２を第１の方向Ｄに移動させる研磨ヘッド移動装置４１（以下、第１研磨ヘッド移動装置４１という）に加えて、研磨ヘッド１０および基準プレート９２を第１の方向Ｄと垂直な第２の方向Ｆに移動させる第２研磨ヘッド移動装置９５をさらに備えている。本実施形態では、第２研磨ヘッド移動装置９５は、ボールねじ機構とサーボモータとの組み合わせから構成されているが、他の構成を備えてもよい。
【0077】
リールモータ１７，１８、テープ送り装置２０（図３参照）、およびガイドローラー２１，２２は、フレーム９７に保持されており、このフレーム９７はベースプレート４７に固定されている。第１研磨ヘッド移動装置４１もベースプレート４７に固定されている。ベースプレート４７は、第２研磨ヘッド移動装置９５に連結されており、ベースプレート４７は第２研磨ヘッド移動装置９５によって第２の方向Ｆに移動される。したがって、共通のベースプレート４７に連結されている研磨ヘッド１０、基準プレート９２、巻き出しリール１４、巻き取りリール１５、リールモータ１７，１８、テープ送り装置２０、およびガイドローラー２１，２２は、一体に第２研磨ヘッド移動装置９５によって第２の方向Ｆに移動される。
【0078】
センサ３０のゼロリセットが行われるとき、図２６に示すように、基準プレート９２の基準面９２ａが３つのセンサ３０の下方に位置するまで、第２研磨ヘッド移動装置９５は研磨ヘッド１０、基準プレート９２、巻き出しリール１４、巻き取りリール１５、リールモータ１７，１８、テープ送り装置２０、およびガイドローラー２１，２２を移動させる。センサ３０は基準面９２ａ上の３点の高さを測定し、その高さの測定値を処理部４０に送る。処理部４０は基準面９２ａ上の３点の高さの測定値を０にリセットする。センサ３０のゼロリセットが終了した後、図２５に示すように、基準プレート９２がステージ面２ａの外側に位置し、かつ研磨ヘッド１０が元の研磨位置に戻るまで、第２研磨ヘッド移動装置９５は研磨ヘッド１０、基準プレート９２、巻き出しリール１４、巻き取りリール１５、リールモータ１７，１８、テープ送り装置２０、およびガイドローラー２１，２２を移動させる。
【0079】
以下、ステージ面２ａの傾きを押圧面１１ａの傾きに一致させる工程の流れについて図２７および図２８のフローチャートを参照して説明する。ステップ１では、基準プレート９２の基準面９２ａが３つのセンサ３０の下方に位置するまで、第２研磨ヘッド移動装置９５は研磨ヘッド１０および基準プレート９２を移動させる。ステップ２では、３つのセンサ３０は、基準プレート９２の基準面９２ａ内の３点の高さを測定し、処理部４０は、上述したように３点の高さと３つのセンサ３０の相対位置に基づいてＸＹＺ座標系を決定する。ステップ３では、処理部４０は、センサ３０をゼロリセットする。ステップ４では、基準プレート９２がステージ面２ａの外側に位置するまで、第２研磨ヘッド移動装置９５は研磨ヘッド１０および基準プレート９２を移動させる。
【0080】
ステップ５では、３つのセンサ３０は、ステージ面２ａ内の領域（例えば図１０のＲ１参照）内の３点の高さを測定する。ステップ６では、処理部４０は、領域内の３点の位置（座標）から該領域の傾きを算出する。ステップ７では、予め定義された複数の領域Ｒ１～Ｒ８（図１０参照）の全ての傾きが算出されるまで、ステップ５とステップ６が繰り返される。ステップ８では、処理部４０は、複数の領域Ｒ１～Ｒ８の傾きの平均を算出し、この傾きの平均をステージ面２ａの傾きに指定し、処理部４０の記憶装置４０ａに記憶する。
【0081】
図２８に示すように、ステップ９では、ターゲットプレート７１が押圧部材１１の押圧面１１ａに取り付けられる。ステップ１０では、センサ３０は、ターゲットプレート７１上の３点の高さを測定する。ステップ１１では、処理部４０は、ターゲットプレート７１上の３点の位置（座標）に基づいて押圧面１１ａの傾きを算出する。ステップ１２では、ターゲットプレート７１が押圧部材１１から取り外される。ステップ１３では、処理部４０は、ステージ面２ａの傾きと押圧面１１ａの傾きとからステージ面２ａと押圧面１１ａとの間の相対的角度を算出する。
【0082】
ステップ１４では、センサ３０がステージ面２ａ上の３点の高さを測定しながら、３つのアクチュエータ８０が作動して、ステージ面２ａと押圧面１１ａとの間の相対的角度が実質的に０となるようにステージ面２ａの傾きを調整する。ステップ１５では、ブラケット３５がセンサ３０とともに固定柱３６から取り外される。ステップ１６では、研磨すべき基板Ｗは、その中心が基板ステージ２の軸心Ｌに一致した状態で、ステージ面２ａ上に置かれる。ステップ１７では、基板Ｗは、真空吸引などによりステージ面２ａ上に保持され、さらにステージ面２ａおよび基板Ｗは基板ステージ２の軸心Ｌを中心に回転される。回転する基板Ｗの中心には、純水などの液体が供給される。ステップ１８では、押圧面１１ａがステージ面２ａと平行な状態で、押圧部材１１は研磨テープ７を基板Ｗの周縁部（本実施形態ではトップエッジ部）に押し付け、研磨テープ７は液体の存在下で周縁部を研磨する。
【0083】
【0084】
図２９は、基板保持部１に代えて、アクチュエータ８０を研磨ヘッド１０に連結させた実施形態を示す図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図１９に示す構成と同じであるので、その重複する説明を省略する。研磨ヘッド１０の全体を傾動させるための３つのアクチュエータ８０は、支持部材７６を介して設置ブロック４８に連結されている。設置ブロック４８は、支持部材７６に固定されている。３つのアクチュエータ８０は支持部材７６に傾動可能に連結されている。アクチュエータ８０の配置は図２２に示す配置と同じであり、各アクチュエータ８０の構成は図２３に示す構成と同じである。本実施形態では、第１チルト機構６０および第２チルト機構６９は省略してもよい。
【0085】
３つのアクチュエータ８０は動作制御部８６に接続されており、これらアクチュエータ８０の動作は動作制御部８６によって制御される。上述した処理部４０は動作制御部８６に接続されており、処理部４０によって算出されたステージ面２ａと押圧面１１ａとの間の相対的角度の情報は動作制御部８６に送られる。動作制御部８６は、上記算出された相対的角度が実質的に０になるまで、３つのアクチュエータ８０を操作して押圧部材１１の傾きを調整する。
【0086】
センサ３０は突出部７２の上面７２ａ上の３点の高さを測定しながら、３つのアクチュエータ８０が作動して、ステージ面２ａと押圧面１１ａとの間の相対的角度が実質的に０となるように押圧部材１１の押圧面１１ａの傾きを調整する。本実施形態では、３つのアクチュエータ８０は、押圧部材１１を含む研磨ヘッド１０の全体を傾動させる押圧部材傾動アクチュエータ８７を構成する。押圧部材傾動アクチュエータ８７は、押圧部材１１の押圧面１１ａの傾きを調整する傾き調整装置を構成する。図２４に示す実施形態と同じように、押圧部材傾動アクチュエータ８７は、２つのアクチュエータ８０および１つのボールジョイント８２を備えてもよい。
【0087】
【0088】
図３０は、研磨装置のさらに他の実施形態を模式的に示す側面図である。本実施形態の研磨装置は、ウェーハなどの基板の表面（表側面または裏側面）を研磨するための装置である。基板保持部１１１と、この基板保持部１１１に保持された基板Ｗの第一の面Ａ１を研磨する研磨ヘッド１５０とを備えている。研磨ヘッド１５０は、基板保持部１１１に保持されている基板Ｗの上側に配置されている。
【0089】
一実施形態では、基板Ｗの第一の面Ａ１は、デバイスが形成されていない、またはデバイスが形成される予定がない基板Ｗの裏側面、すなわち非デバイス面である。反対側の面である基板Ｗの第二の面Ａ２は、デバイスが形成されている、またはデバイスが形成される予定である基板Ｗの表側面、すなわちデバイス面である。一実施形態では、基板Ｗの第一の面Ａ１は基板Ｗの表側面（デバイス面）であり、基板Ｗの第二の面Ａ２は基板Ｗの裏側面（非デバイス面）である。非デバイス面である裏側面の例としては、シリコン面が挙げられる。本実施形態では、基板Ｗは、その第一の面Ａ１が上向きの状態で、基板保持部１１１に水平に保持される。第一の面Ａ１は、研磨装置で研磨される被研磨面である。
【0090】
基板保持部１１１は、ベースプレート１１２の上面に固定されている。基板保持部１１１は、基板Ｗの周縁部を把持する複数のチャック１１４と、これらチャック１１４を介して基板Ｗを回転させる環状の中空モータ（チャックモータ）１１６を備えている。チャック１１４は、中空モータ１１６に固定されており、中空モータ１１６によって基板保持部１１１の軸心ＣＰを中心に回転される。基板Ｗは、チャック１１４によって水平に保持される。複数のチャック１１４は、基板保持部１１１の軸心ＣＰの周りに配置されており、基板保持部１１１の軸心ＣＰから同じ距離に位置している。複数のチャック１１４によって基板Ｗが保持されたとき、基板Ｗの中心点は基板保持部１１１の軸心ＣＰ上にある。
【0091】
基板Ｗを保持した全てのチャック１１４は、中空モータ１１６によって基板保持部１１１の軸心ＣＰ、すなわち基板Ｗの軸心を中心に一体に回転される。一実施形態では、基板保持部１１１は、チャック１１４に代えて、自身の軸心を中心に回転することができる複数のローラーを備えてもよい。複数のローラーを備えた基板保持部１１１によれば、基板の周縁部はローラーに保持され、各ローラーが自身の軸心を中心に回転することによって、基板はその軸心を中心に回転される。
【0092】
基板保持部１１１に保持された基板Ｗの上方には、基板Ｗの第一の面Ａ１にリンス液（例えば純水）を供給するリンス液供給ノズル１１８が配置されている。このリンス液供給ノズル１１８は、図示しないリンス液供給源に接続されている。リンス液供給ノズル１１８は、基板Ｗの中心を向いて配置されている。リンス液は、リンス液供給ノズル１１８から基板Ｗの中心に供給され、遠心力によりリンス液は基板Ｗの第一の面Ａ１上を広がる。
【0093】
研磨ヘッド１５０はヘッドシャフト１２０に連結されている。このヘッドシャフト１２０は、研磨ヘッド１５０をその軸心ＨＰを中心として回転させるヘッド回転機構１２２に連結されている。さらに、ヘッドシャフト１２０には、研磨ヘッド１５０に下向きの荷重を付与する荷重付与装置としてのエアシリンダ１２５が連結されている。研磨ヘッド１５０は、複数の研磨具１３０を基板Ｗの第一の面Ａ１に押し付けるための複数の押圧部材１５５を備えている。研磨ヘッド１５０はハウジング１２６を備えており、押圧部材１５５はハウジング１２６内に収容されている。複数の研磨具１３０は研磨ヘッド１５０に保持されており、研磨具１３０の裏側は押圧部材１５５の押圧面１５５ａに接触している。図３０では２つの研磨具１３０および２つの押圧部材１５５のみが描かれているが、本実施形態では、３つの研磨具１３０および３つの押圧部材１５５が設けられている。
【0094】
図３１は、図３０に示す研磨ヘッド１５０の底面図である。研磨具１３０の下面は、基板Ｗを研磨する研磨面１３０ａを構成する。研磨面１３０ａは、研磨ヘッド１５０の半径方向に延びている。研磨具１３０は研磨ヘッド１５０の軸心ＨＰまわりに等間隔に配列されている。
【0095】
図３０に戻り、研磨具１３０は研磨ヘッド１５０から下方に突出している。研磨ヘッド１５０がその軸心ＨＰを中心に回転すると、３つの研磨具１３０も同様に軸心ＨＰを中心に回転する。研磨ヘッド１５０は、軸心ＨＰを中心に回転しながら研磨具１３０の研磨面１３０ａを基板Ｗの第一の面Ａ１に摺接させて、該第一の面Ａ１を研磨する。一実施形態では、研磨ヘッド１５０は、２つの研磨具１３０、または４つ以上の研磨具１３０を保持してもよい。さらに、一実施形態では、研磨ヘッド１５０は、１つの研磨具１３０のみを保持してもよい。
【0096】
本実施形態では、研磨具１３０は、砥粒を含んだ研磨層が片面に形成された研磨テープから構成されている。研磨テープの両端は、図示しない２つのリールに保持されており、２つのリールの間を延びる研磨テープの下面（研磨面１３０ａ）が押圧部材１５５の押圧面１５５ａによって基板Ｗの第一の面Ａ１に押し付けられる。一実施形態では、研磨具１３０は、スポンジ、不織布、発泡ポリウレタン、または固定砥粒であってもよい。
【0097】
基板保持部１１１の内側には、３つのセンサ３０が配置されている。センサ３０の構成および配列は、上述した実施形態で説明したセンサ３０と同じであるので、その重複する説明を省略する。センサ３０は、後述するように、研磨具１３０の研磨面１３０ａの高さ、および基板保持部１１１の基板保持面の高さを測定するために設けられている。
【0098】
３つのセンサ３０は、ブラケット１３３に固定されている。ブラケット１３３はセンサ昇降装置１３５に固定されており、センサ昇降装置１３５はベースプレート１１２に固定されている。３つのセンサ３０は、ブラケット１３３を介してセンサ昇降装置１３５に連結されている。センサ昇降装置１３５は３つのセンサ３０およびブラケット１３３を一体に上昇および下降するように構成されている。センサ昇降装置１３５は、例えば、エアシリンダから構成される。図３０は、センサ３０およびブラケット１３３が下降した位置にある状態を示している。センサ３０は、処理部４０に電気的に接続されており、センサ３０の出力信号は処理部４０に送られるようになっている。処理部４０は、その内部に記憶装置４０ａと、演算装置４０ｂを備えている。処理部４０の詳細な構成および動作は、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。
【0099】
ヘッド回転機構１２２およびエアシリンダ１２５は、水平に延びる旋回アーム１４０に固定されている。ヘッドシャフト１２０および研磨ヘッド１５０は、旋回アーム１４０の一端に回転可能に支持されている。旋回アーム１４０の他端はアーム支持軸１４１に固定されている。アーム支持軸１４１は鉛直に延びており、アーム支持軸１４１の下部はアーム回転機構１４３に連結されている。アーム回転機構１４３は、モータおよび減速機構などから構成されており、アーム支持軸１４１をその軸心ＳＰを中心に所定の角度だけ回転させることが可能に構成されている。アーム回転機構１４３がアーム支持軸１４１を回転させると、研磨ヘッド１５０および旋回アーム１４０は、アーム支持軸１４１を中心に旋回する。より具体的には、研磨ヘッド１５０は、基板Ｗを研磨するための研磨位置（後述する）と、センサ３０の上方位置と、基板保持部１１１の外側の退避位置との間を移動する。図３０は、研磨ヘッド１５０がセンサ３０の上方位置にある状態を示している。
【0100】
研磨ヘッド１５０は、基板Ｗのサイズよりも小さいサイズを有している。研磨ヘッド１５０の軸心ＨＰは、基板保持部１１１の軸心ＣＰからずれている。したがって、研磨ヘッド１５０は、基板保持部１１１に保持された基板Ｗに対して偏心している。研磨ヘッド１５０は、基板保持部１１１の軸心ＣＰ上にある。
【0101】
図３０に示すように、研磨装置は、押圧部材１５５を含む研磨ヘッド１５０の全体を傾斜させる押圧部材傾動アクチュエータ８７を備えている。押圧部材傾動アクチュエータ８７は、３つのアクチュエータ８０を備えており、各アクチュエータ８０は、ボールねじ機構８４とサーボモータ８５との組み合わせから構成されている。３つのアクチュエータ８０は動作制御部８６に接続されており、これらアクチュエータ８０の動作は動作制御部８６によって制御される。上述した処理部４０は動作制御部８６に接続されており、処理部４０によって算出された基板保持部１１１の基板保持面と押圧部材１５５の押圧面１５５ａとの間の相対的角度の情報は動作制御部８６に送られる。動作制御部８６は、上記算出された相対的角度が実質的に０になるまで、３つのアクチュエータ８０を操作して押圧部材１５５の傾きを調整する。
【0102】
図２２に示す実施形態と同じように、３つのアクチュエータ８０は、アーム支持軸１４１の軸心ＳＰの周りに配列されている。一実施形態では、４つ以上のアクチュエータ８０をアーム支持軸１４１の軸心ＳＰの周りに配列してもよい。さらに一実施形態では、図２４に示す実施形態と同じように、押圧部材傾動アクチュエータ８７は、アーム支持軸１４１の軸心ＳＰの周りに配列された２つのアクチュエータ８０および１つのボールジョイント８２を備えてもよい。
【0103】
本実施形態では、押圧部材傾動アクチュエータ８７は、ヘッドシャフト１２０、旋回アーム１４０、アーム支持軸１４１、アーム回転機構１４３、および支持部材７６を介して研磨ヘッド１５０に連結されている。アーム回転機構１４３は、支持部材７６に固定されている。３つのアクチュエータ８０は支持部材７６に傾動可能に連結されている。
【0104】
ブラケット１３３に保持されたセンサ３０と、基板保持部１１１との相対位置は固定である。一方、研磨ヘッド１５０の押圧部材１５５は、センサ３０および基板保持部１１１に対して傾動することが可能に構成されている。
【0105】
図３２は、研磨ヘッド１５０が研磨位置にあるときの平面図である。研磨位置にある研磨ヘッド１５０の下方には静圧支持ステージ１７０が配置されている。静圧支持ステージ１７０は、センサ３０と同様に、基板保持部１１１の内側に配置され、センサ３０に隣接している。静圧支持ステージ１７０は、基板保持部１１１に保持されている基板Ｗの下側に配置されている。
【0106】
図３３は、図３２に示す静圧支持ステージ１７０を示す断面図である。研磨ヘッド１５０は研磨位置にあり、静圧支持ステージ１７０は、研磨ヘッド１５０の下方に位置する。この静圧支持ステージ１７０は、チャック１１４に保持された基板Ｗの第二の面Ａ２（第一の面Ａ１とは反対側の面）に流体を接触させて基板Ｗを流体で支持するように構成されている。静圧支持ステージ１７０は、チャック１１４に保持された基板Ｗの第二の面Ａ２に近接した基板支持面１７０ａを有している。本実施形態の基板支持面１７０ａは円形であるが、四角形または他の形状を有していてもよい。
【0107】
静圧支持ステージ１７０は、基板支持面１７０ａに形成された複数の流体排出口１７２と、複数の流体排出口１７２にそれぞれ接続された複数の流体供給路１７４をさらに備えている。流体供給路１７４は、図示しない流体供給源に接続されている。各流体供給路１７４を通る流体の流量は、図示しない流量調節弁によって調節されるようになっている。本実施形態では、３つの流体排出口１７２が設けられている。一実施形態では、複数の流体排出口１７２は、基板支持面１７０ａの全体に均一に分布する複数の開口部であってもよい。
【0108】
図３３に示すように、静圧支持ステージ１７０は、ステージ昇降機構１７５に連結されている。ステージ昇降機構１７５は、ベースプレート１１２の上面に固定されている。ステージ昇降機構１７５により静圧支持ステージ１７０はその基板支持面（上面）１７０ａが基板Ｗの下面（第二の面Ａ２）に近接した位置に達するまで上昇されるようになっている。静圧支持ステージ１７０は、基板保持部１１１に保持されている基板Ｗの下方に配置され、基板支持面１７０ａは基板Ｗの第二の面Ａ２から僅かに離れている。
【0109】
流体（例えば、純水などの液体）は、流体供給路１７４を通じて複数の流体排出口１７２に供給され、基板支持面１７０ａと基板Ｗの第二の面Ａ２との間の空間は流体で満たされる。基板Ｗは、基板支持面１７０ａと基板Ｗの第二の面Ａ２との間に存在する流体によって支持される。基板Ｗと静圧支持ステージ１７０とは非接触に保たれる。一実施形態では、基板Ｗと静圧支持ステージ１７０との間のクリアランスは５０μｍ～５００μｍとされる。
【0110】
静圧支持ステージ１７０は、流体を介して基板Ｗの第二の面Ａ２を非接触に支持することができる。したがって、基板Ｗの第二の面Ａ２にデバイスが形成されている場合には、静圧支持ステージ１７０は、デバイスを破壊することなく基板Ｗを支持することができる。静圧支持ステージ１７０に使用される流体としては、非圧縮性流体である純水などの液体、または空気や窒素などの圧縮性流体である気体を用いてもよい。純水が使用される場合、流体供給路１７４に接続される流体供給源として、研磨装置が設置されている工場に設置された純水供給ラインを使用することができる。
【0111】
研磨ヘッド１５０の下面と静圧支持ステージ１７０の基板支持面１７０ａは、同心状に配置される。さらに、研磨ヘッド１５０の下面と静圧支持ステージ１７０の基板支持面１７０ａは、基板Ｗに関して対称的に配置される。すなわち、研磨ヘッド１５０の下面と静圧支持ステージ１７０の基板支持面１７０ａは基板Ｗを挟むように配置されており、研磨ヘッド１５０から基板Ｗに加えられる荷重は、研磨ヘッド１５０の真下から静圧支持ステージ１７０によって支持される。したがって、研磨ヘッド１５０は、大きな荷重を基板Ｗの第一の面Ａ１に加えることができる。
【0112】
次に、研磨装置の動作について説明する。研磨される基板Ｗは、搬送ロボット（図示せず）により基板保持部１１１に渡される。基板Ｗは、第一の面Ａ１が上向きの状態で、基板保持部１１１のチャック１１４により把持され、さらに中空モータ１１６により基板Ｗの軸心を中心に回転される。流体（例えば、純水などの液体）は、流体供給路１７４を通じて複数の流体排出口１７２に供給され、静圧支持ステージ１７０の基板支持面１７０ａと基板Ｗの第二の面Ａ２との間の空間は流体で満たされる。基板Ｗは、基板支持面１７０ａと基板Ｗの第二の面Ａ２との間を流れる流体によって支持される。
【0113】
リンス液供給ノズル１１８は、リンス液を基板Ｗの中心に供給し、リンス液は遠心力により基板Ｗの第一の面Ａ１上を広がる。ヘッド回転機構１２２は、研磨ヘッド１５０をその軸心ＨＰを中心に回転させる。そして、エアシリンダ１２５は、回転する研磨ヘッド１５０を基板Ｗの第一の面Ａ１に向かって移動させ、押圧部材１５５の押圧面１５５ａは研磨具１３０の研磨面１３０ａを基板Ｗの第一の面Ａ１に押し付ける。リンス液が基板Ｗの第一の面Ａ１上に存在する状態で、研磨具１３０は、基板Ｗの第一の面Ａ１に摺接され、第一の面Ａ１を研磨する。
【0114】
先に述べた実施形態と同じように、基板Ｗの研磨の前に、押圧部材１５５の押圧面１５５ａが、基板保持部１１１の基板保持面と平行になるように、押圧部材傾動アクチュエータ８７により押圧面１５５ａの傾きが調整される。より具体的には、センサ３０は、基板保持部１１１の基板保持面上の３点の高さ、および押圧部材１５５の押圧面１５５ａ上の３点の高さを測定し、処理部４０は、基板保持部１１１の基板保持面の傾き、および押圧部材１５５の押圧面１５５ａの傾きを算出し、さらに基板保持部１１１の基板保持面の傾きと押圧部材１５５の押圧面１５５ａの傾きに基づいて、基板保持部１１１の基板保持面と押圧面１５５ａとの相対的角度を算出する。処理部４０は、算出した相対的角度を動作制御部８６に送信する。そして、動作制御部８６は、押圧部材傾動アクチュエータ８７に指令を発して、相対的角度が実質的に０となるように押圧部材傾動アクチュエータ８７を作動させ、押圧部材１５５を含む研磨ヘッド１５０の傾きを調整する。
【0115】
ここで、基板保持部１１１の基板保持面について、図３４（ａ）および図３４（ｂ）を参照して説明する。基板Ｗは、基板保持部１１１の基板保持面上に保持される。この基板保持部１１１の基板保持面は、基板保持部１１１に保持されているときの基板Ｗの傾き（姿勢）を決定する基板保持部１１１の複数の基板接触点によって形成される平面である。図３４（ａ）に示す実施形態では、基板Ｗの傾きは、複数のチャック１１４の基板接触点１１４ａによって決定される。したがって、図３４（ｂ）に示すように、基板保持部１１１の基板保持面は、複数のチャック１１４の複数の基板接触点１１４ａを含む平面（想像面）である。図２乃至図４に示す上述した実施形態では、基板保持部１の基板保持面は、基板ステージ２のステージ面２ａである。
【0116】
基板保持面上の３点の高さは次のようにしてセンサ３０によって測定される。図３５に示すように、アーム回転機構１４３は、研磨ヘッド１５０を基板保持部１１１の外側の退避位置に移動させる。次いで、研磨される基板Ｗを模したダミー基板１６０を複数のチャック１１４に保持させる。ダミー基板１６０は、基板Ｗと同じ形状および同じ大きさの外縁を有したダミー構造体であり、平坦面１６０ａを有する。ノッチまたはオリエンテーションフラットなどの切り欠きは、ダミー基板１６０には形成されていなくてもよい。ダミー基板１６０は、金属、または硬質の樹脂から形成されてもよく、または研磨される基板Ｗと同じ形状および同じ大きさの他の基板であってもよい。
【0117】
ダミー基板１６０の周縁部は、複数のチャック１１４の複数の基板接触点１１４ａによって支持される。ダミー基板１６０の下面は平坦面１６０ａであり、この平坦面１６０ａは、複数の基板接触点１１４ａを含む基板保持面に一致する。
【0118】
図３６に示すように、センサ昇降装置１３５は、３つのセンサ３０を所定の測定位置まで上昇させる。３つのセンサ３０は、ダミー基板１６０の平坦面１６０ａ、すなわち基板保持面上の３点の高さを測定する。これら３つの点の位置は、３つのセンサ３０の位置に対応する。３つのセンサ３０は、測定された高さをそれぞれ示す３つの出力信号を処理部４０に送る。処理部４０は、受信した３つの出力信号と、３つのセンサ３０の相対位置から基板保持面上の３つの点の位置を特定する。処理部４０は、基板保持面上の３点の位置（座標）に基づいて基板保持面の傾きを算出する。算出された基板保持面の傾きは、処理部４０の記憶装置４０ａに記憶される。基板保持面上の３点の高さが測定された後、ダミー基板１６０は基板保持部１１１から取り除かれる。
【0119】
基板保持面の傾きは、先に述べた実施形態でのステージ面２ａの傾きの測定と同様にして算出される。処理部４０は、３つのセンサ３０のゼロリセットを実行してもよい。すなわち、３つのセンサ３０によって得られたダミー基板１６０の平坦面１６０ａ（すなわち基板保持面）上の３点の高さの測定値は、０にリセットされてもよい。
【0120】
先に述べた実施形態と同じように、基板保持面上の３点の高さは、ダミー基板１６０の平坦面１６０ａ内の複数の領域で測定してもよい。具体的には、ダミー基板１６０を基板保持部１１１で間欠的に回転させながら、基板保持面上の３点の高さを、ダミー基板１６０の平坦面１６０ａ内の複数の領域で測定し、これら複数の領域でのダミー基板１６０の平坦面１６０ａの傾きを算出し、該算出された複数の領域の傾きの平均を算出し、該算出された平均が基板保持面の傾きに決定される。ダミー基板１６０の平坦面１６０ａ内の複数の領域は、平坦面１６０ａの中心（すなわち、基板保持面の中心）の周りに等間隔で配列されていることが好ましい。
【0121】
次に、研磨具１３０の研磨面（下面）１３０ａの高さがセンサ３０によって測定される。図３７は、センサ３０が研磨具１３０の研磨面（下面）１３０ａの高さを測定している状態を示す図である。アーム回転機構１４３は、研磨ヘッド１５０を３つのセンサ３０の上方位置に移動させる。次いで、センサ３０は、センサ昇降装置１３５によって所定の測定位置まで上昇され、３つのセンサ３０は３つの研磨具１３０の研磨面１３０ａ上の３点の高さをそれぞれ測定する。研磨具１３０の裏側は、押圧部材１５５の押圧面１５５ａによって支持されているので、研磨具１３０の研磨面１３０ａは、押圧部材１５５の押圧面１５５ａと平行である。３つのセンサ３０は、３つの研磨具１３０の研磨面１３０ａ上の３つの点の高さをそれぞれ測定し、測定された高さをそれぞれ示す３つの出力信号を処理部４０に送る。
【0122】
処理部４０は、受信した３つの出力信号と、３つのセンサ３０の相対位置から、上述した実施形態と同じように、３つの研磨具１３０の研磨面１３０ａの傾きを算出する。３つの研磨具１３０の研磨面１３０ａの傾きは、３つの押圧部材１５５の押圧面１５５ａの傾きに相当する。
【0123】
次に、処理部４０は、基板保持部１１１の基板保持面の傾きと、研磨具１３０の研磨面１３０ａの傾き（すなわち押圧部材１５５の押圧面１５５ａの傾き）に基づいて、基板保持部１１１の基板保持面と押圧部材１５５の押圧面１５５ａとの相対的角度を算出する。処理部４０は、算出した相対的角度を動作制御部８６に送信する。そして、動作制御部８６は、押圧部材傾動アクチュエータ８７に指令を発して、相対的角度が実質的に０となるように押圧部材傾動アクチュエータ８７を作動させ、押圧部材１５５を含む研磨ヘッド１５０の傾きを調整する。傾きが調整された研磨ヘッド１５０によって保持された研磨具１３０の研磨面１３０ａは、基板保持部１１１の基板保持面と実質的に平行である。
【0124】
次に、アーム回転機構１４３は、再度、研磨ヘッド１５０を基板保持部１１１の外側の退避位置に移動させる。基板Ｗは、基板保持部１１１のチャック１１４により把持され、さらに中空モータ１１６により基板Ｗの軸心を中心に回転される。アーム回転機構１４３は、研磨ヘッド１５０を静圧支持ステージ１７０の上方の研磨位置に移動させる。流体（例えば、純水などの液体）は、流体供給路１７４を通じて複数の流体排出口１７２に供給され、静圧支持ステージ１７０の基板支持面１７０ａと基板Ｗの第二の面Ａ２との間の空間は流体で満たされる。基板Ｗは、基板支持面１７０ａと基板Ｗの第二の面Ａ２との間を流れる流体によって支持される。
【0125】
リンス液供給ノズル１１８は、リンス液を基板Ｗの中心に供給し、リンス液は遠心力により基板Ｗの第一の面Ａ１上を広がる。ヘッド回転機構１２２は、研磨ヘッド１５０をその軸心ＨＰを中心に回転させる。そして、エアシリンダ１２５は、回転する研磨ヘッド１５０を基板Ｗの第一の面Ａ１に向かって移動させ、押圧部材１５５の押圧面１５５ａは研磨具１３０の研磨面１３０ａを基板Ｗの第一の面Ａ１に押し付ける。リンス液が基板Ｗの第一の面Ａ１上に存在する状態で、研磨具１３０は、基板Ｗの第一の面Ａ１に摺接され、第一の面Ａ１を研磨する。
【0126】
本実施形態によれば、研磨具１３０の研磨面１３０ａは、基板保持部１１１の基板保持面と実質的に平行である。したがって、研磨具１３０の研磨面１３０ａは、基板Ｗの第一の面Ａ１と実質的に平行な状態で、基板Ｗの第一の面Ａ１に摺接される。
【0127】
研磨具１３０の研磨面１３０ａの傾きは、押圧部材１５５の押圧面１５５ａの傾きに相当する。したがって、研磨具１３０の研磨面１３０ａ上の３点の高さから押圧部材１５５の押圧面１５５ａの傾きを上述のように算出することは可能である。一実施形態では、図３８に示すように、研磨ヘッド１５０の底部にセンサターゲット治具１８０を取り付け、研磨具１３０の研磨面１３０ａ上の３点の高さに代えて、センサターゲット治具１８０の平坦面１８０ａ上の３点の高さから押圧部材１５５の押圧面１５５ａの傾きを算出してもよい。
【0128】
図３８に示すセンサターゲット治具１８０は、着脱可能に研磨ヘッド１５０の底部に取り付けられる。センサターゲット治具１８０の下面は平坦面１８０ａを構成しており、平坦面１８０ａは押圧部材１５５の押圧面１５５ａと平行である。センサターゲット治具１８０は、３つの研磨具１３０の研磨具１３０ａの全体を覆う底壁１８１と、底壁１８１の縁に接続された周壁１８２を有する。周壁１８２は底壁１８１から上方に延び、研磨ヘッド１５０の側面を囲んでいる。周壁１８２の内面は、研磨ヘッド１５０の側面と実質的に同じ形状および同じ大きさを有しており、研磨ヘッド１５０の側面は周壁１８２の内面に嵌合する。底壁１８１の下面は、押圧部材１５５の押圧面１５５ａと平行な平坦面１８０ａである。センサターゲット治具１８０は、金属、硬質の樹脂などから構成することができる。
【0129】
図３９（ａ）は、センサターゲット治具１８０を研磨ヘッド１５０に着脱可能に取り付けるための締結機構の一例を示す図であり、図３９（ｂ）は、締結機構の他の例を示す図である。図３９（ａ）に示す例では、センサターゲット治具１８０の周壁１８２には貫通穴１８２ａが形成されている。研磨ヘッド１５０の側面にはねじ穴１８４が形成されている。ねじ１８５は、センサターゲット治具１８０の貫通孔１８２ａを通って研磨ヘッド１５０のねじ穴１８４にねじ込まれ、これによってセンサターゲット治具１８０は研磨ヘッド１５０に固定される。ねじ１８５を研磨ヘッド１５０から取り外すことにより、センサターゲット治具１８０を研磨ヘッド１５０から取り外すことができる。図３９（ａ）に示す例では、センサターゲット治具１８０を研磨ヘッド１５０に着脱可能に取り付けるための締結機構は、貫通穴１８２ａ、ねじ１８５、およびねじ穴１８４から構成される。
【0130】
図３９（ｂ）に示す例では、研磨ヘッド１５０の底面に磁石１８７が固定されており、センサターゲット治具１８０の底壁１８１の上面にも磁石１８８が固定されている。研磨ヘッド１５０の側面をセンサターゲット治具１８０の周壁１８２の内面に嵌合させると、研磨ヘッド１５０上の磁石１８７は、センサターゲット治具１８０上の磁石１８８を引き寄せ、これによってセンサターゲット治具１８０は研磨ヘッド１５０に固定される。図３９（ｂ）に示す例では、センサターゲット治具１８０を研磨ヘッド１５０に着脱可能に取り付けるための締結機構は、研磨ヘッド１５０に固定された磁石１８７、およびセンサターゲット治具１８０に固定された磁石１８８から構成される。センサターゲット治具１８０が磁性材料から構成されている場合は、センサターゲット治具１８０に固定された磁石１８８を省略してもよい。この場合、締結機構は、研磨ヘッド１５０に固定された磁石１８７から構成される。
【0131】
締結機構は、図３９（ａ）および図３９（ｂ）に示す例に限定されない。例えば、締結機構は、パチン錠などのラッチから構成してもよい。図３９（ｂ）に示す磁石１８７または磁石１８８のいずれか一方は磁性材料に置き換えてもよい。
【0132】
図４０は、センサ３０によってセンサターゲット治具１８０の平坦面１８０ａ上の３点の高さを測定しているときの状態を示す図である。センサ昇降装置１３５は、３つのセンサ３０を所定の測定位置まで上昇させる。３つのセンサ３０は、センサターゲット治具１８０の平坦面１８０ａ上の３点の高さを測定する。これら３つの点の位置は、３つのセンサ３０の位置に対応する。３つのセンサ３０は、測定された高さをそれぞれ示す３つの出力信号を処理部４０に送る。
【0133】
処理部４０は、受信した３つの出力信号と、３つのセンサ３０の相対位置からセンサターゲット治具１８０の平坦面１８０ａ上の３つの点の位置を特定する。処理部４０は、センサターゲット治具１８０の平坦面１８０ａ上の３点の位置（座標）に基づいてセンサターゲット治具１８０の平坦面１８０ａの傾きを算出する。センサターゲット治具１８０の平坦面１８０ａの傾きは、押圧部材１５５の押圧面１５５ａに対応する。算出されたセンサターゲット治具１８０の平坦面１８０ａの傾き、すなわち押圧部材１５５の押圧面１５５ａの傾きは、処理部４０の記憶装置４０ａに記憶される。センサターゲット治具１８０の平坦面１８０ａ上の３つの点の高さが測定された後、センサターゲット治具１８０は研磨ヘッド１５０から取り除かれる。
【0134】
図３０乃至図４０を参照して説明した実施形態では、押圧部材１５５を含む研磨ヘッド１５０の全体を傾動させるために、押圧部材傾動アクチュエータ８７が設けられている。一実施形態では、図４１に示すように、押圧部材傾動アクチュエータ８７に代えて、基板保持部１１１の全体を傾動させる基板保持面傾動アクチュエータ８１を設けてもよい。基板保持面傾動アクチュエータ８１の構成は、図２２乃至図２４を参照して説明した基板保持面傾動アクチュエータ８１と同じであるので、その重複する説明を省略する。基板保持面傾動アクチュエータ８１の３つのアクチュエータ８０は、ベースプレート１１２に傾動可能に連結されている。３つのアクチュエータ８０は、基板保持部１１１の軸心ＣＰの周りに配列されている。
【0135】
センサ３０を支持しているセンサ昇降装置１３５は、ベースプレート１１２には固定されておらず、基板保持部１１１とは接触していない。本実施形態では、センサ昇降装置１３５は、ベースプレート１１２に形成された孔を貫通して延びる設置台１９０に固定されており、この設置台１９０は設置面１９１に固定されている。基板保持部１１１の全体は、センサ３０およびセンサ昇降装置１３５とは独立して傾動される。すなわち、基板保持部１１１の全体は基板保持面傾動アクチュエータ８１により傾動可能であり、その一方でセンサ３０およびセンサ昇降装置１３５の姿勢は不変である。
【0136】
基板Ｗの研磨の前に、基板保持部１１１の基板保持面が、押圧部材１５５の押圧面１５５ａと平行になるように、基板保持面傾動アクチュエータ８１により基板保持部１１１の傾きが調整される。より具体的には、センサ３０は、基板保持部１１１の基板保持面の高さ、および押圧部材１５５の押圧面１５５ａの高さを測定し、処理部４０は、基板保持部１１１の基板保持面の傾き、および押圧部材１５５の押圧面１５５ａの傾きを算出し、さらに基板保持部１１１の基板保持面の傾きと押圧部材１５５の押圧面１５５ａの傾きに基づいて、基板保持部１１１の基板保持面と押圧面１５５ａとの相対的角度を算出する。処理部４０は、算出した相対的角度を動作制御部８６に送信する。そして、動作制御部８６は、基板保持面傾動アクチュエータ８１に指令を発して、相対的角度が実質的に０となるように基板保持面傾動アクチュエータ８１を作動させ、基板保持部１１１の傾きを調整する。傾きが調整された基板保持部１１１の基板保持面は、研磨ヘッド１５０に保持された研磨具１３０の研磨面１３０ａと平行である。
【0137】
今まで説明した実施形態では、基板保持部１１１の基板保持面の上方に研磨ヘッド１５０が配置され、基板保持部１１１の基板保持面の下方にセンサ３０が配置されているが、本発明はこれらの実施形態に限定されない。一実施形態では、基板保持部１１１の基板保持面の上方にセンサ３０が配置され、基板保持部１１１の基板保持面の下方に研磨ヘッド１５０が配置されてもよい。
【0138】
本発明は、円形基板のトップエッジを研磨するための研磨装置のみならず、四角形基板のトップエッジを研磨するための研磨装置にも適用することができることはもちろんである。また、本明細書において「基板」には、半導体基板、ガラス基板、プリント回路基板だけでなく、磁気記録媒体、磁気記録センサ、ミラー、光学素子や微小機械素子、あるいは部分的に製作された集積回路を含む。また、基板は、例えば表面にニッケルあるいはコバルトを含有する層を有するものであってもよい。
【0139】
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】
【0140】
１ 基板保持部
２ 基板ステージ
２ａ ステージ面
３ ステージモータ
７ 研磨テープ
１０ 研磨ヘッド
１１ 押圧部材
１１ａ 押圧面
１４ 巻き出しリール
１５ 巻き取りリール
１７，１８ リールモータ
２０ テープ送り装置
２１，２２ ガイドローラー
２５ エアシリンダ
２７ ピストンロッド
２８ 押圧部材ホルダ
３０ センサ
３３ 直動ガイド
３５ ブラケット
３９ ベースブロック
４０ 処理部
４１ 研磨ヘッド移動装置
４２ 固定部材
４３ 直動ガイド
４４ ボールねじ機構
４５ サーボモータ
４６ モータ台
４７ ベースプレート
４８ 設置ブロック
５１ 第１支持軸
５１ａ 多角形部
５２ 固定プレート
５２ａ 多角形孔
５２ｂ 切り欠き
５５ 第１ねじ
５７ 偏心カム
６０ 第１チルト機構
６２ 第２支持軸
６４ 第２ねじ
６９ 第２チルト機構
７１ ターゲットプレート
７２ 突出部
７２ａ 突出部の上面
７６ 支持部材
８０ アクチュエータ
８１ 基板保持面傾動アクチュエータ
８２ ボールジョイント
８４ ボールねじ機構
８５ サーボモータ
８６ 動作制御部
８７ 押圧部材傾動アクチュエータ
９０ 連結アーム
９２ 基準プレート
９２ａ 基準面
９５ 第２研磨ヘッド移動装置
９７ フレーム
９８ リール移動機構
１１１ 基板保持部
１１２ ベースプレート
１１４ チャック
１１６ 中空モータ（チャックモータ）
１１８ リンス液供給ノズル
１２０ ヘッドシャフト
１２２ ヘッド回転機構
１２５ エアシリンダ
１３０ 研磨具
１３０ａ 研磨面
１２６ ハウジング
１３３ ブラケット
１３５ センサ昇降装置
１４０ 旋回アーム
１４１ アーム支持軸
１４３ アーム回転機構
１５０ 研磨ヘッド
１５５ 押圧部材
１５５ａ 押圧面
１６０ ダミー基板
１６０ａ 平坦面
１７０ 静圧支持ステージ
１７０ａ 基板支持面
１７２ 流体排出口
１７４ 流体供給路
１７５ ステージ昇降機構
１８０ センサターゲット治具
１８０ａ 平坦面
１８１ 底壁
１８２ 周壁
１８２ａ 貫通穴
１８４ ねじ穴
１８５ ねじ
１８７ 磁石
１８８ 磁石
１９０ 設置台
１９１ 設置面
２ 基板ステージ
２ａ ステージ面
３ ステージモータ
７ 研磨テープ
１０ 研磨ヘッド
１１ 押圧部材
１１ａ 押圧面
１４ 巻き出しリール
１５ 巻き取りリール
１７，１８ リールモータ
２０ テープ送り装置
２１，２２ ガイドローラー
２５ エアシリンダ
２７ ピストンロッド
２８ 押圧部材ホルダ
３０ センサ
３３ 直動ガイド
３５ ブラケット
３９ ベースブロック
４０ 処理部
４１ 研磨ヘッド移動装置
４２ 固定部材
４３ 直動ガイド
４４ ボールねじ機構
４５ サーボモータ
４６ モータ台
４７ ベースプレート
４８ 設置ブロック
５１ 第１支持軸
５１ａ 多角形部
５２ 固定プレート
５２ａ 多角形孔
５２ｂ 切り欠き
５５ 第１ねじ
５７ 偏心カム
６０ 第１チルト機構
６２ 第２支持軸
６４ 第２ねじ
６９ 第２チルト機構
７１ ターゲットプレート
７２ 突出部
７２ａ 突出部の上面
７６ 支持部材
８０ アクチュエータ
８１ 基板保持面傾動アクチュエータ
８２ ボールジョイント
８４ ボールねじ機構
８５ サーボモータ
８６ 動作制御部
８７ 押圧部材傾動アクチュエータ
９０ 連結アーム
９２ 基準プレート
９２ａ 基準面
９５ 第２研磨ヘッド移動装置
９７ フレーム
９８ リール移動機構
１１１ 基板保持部
１１２ ベースプレート
１１４ チャック
１１６ 中空モータ（チャックモータ）
１１８ リンス液供給ノズル
１２０ ヘッドシャフト
１２２ ヘッド回転機構
１２５ エアシリンダ
１３０ 研磨具
１３０ａ 研磨面
１２６ ハウジング
１３３ ブラケット
１３５ センサ昇降装置
１４０ 旋回アーム
１４１ アーム支持軸
１４３ アーム回転機構
１５０ 研磨ヘッド
１５５ 押圧部材
１５５ａ 押圧面
１６０ ダミー基板
１６０ａ 平坦面
１７０ 静圧支持ステージ
１７０ａ 基板支持面
１７２ 流体排出口
１７４ 流体供給路
１７５ ステージ昇降機構
１８０ センサターゲット治具
１８０ａ 平坦面
１８１ 底壁
１８２ 周壁
１８２ａ 貫通穴
１８４ ねじ穴
１８５ ねじ
１８７ 磁石
１８８ 磁石
１９０ 設置台
１９１ 設置面
【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】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【図43】
【図44】
【図45】
【図46】